(57)【要約】【課題】送信部光学系と、受信部光学系と、これらを一体化して固定する部材との間の熱膨張率差などに起因する応力がかからず、また光コネクタ着脱時にも応力の影響を受けない、小型の光送受信モジュールを提供する。【解決手段】発光素子及び発光素子に光結合された光ファイバ又は光導波路を含み、発光素子の電気入力端子がフレキシブルケーブルである送信部光学系１と、受光素子及び受光素子に光結合された光ファイバ又は光導波路を含み、受光素子の電気出力端子がフレキシブルケーブルである受信部光学系２と、光入出力用光レセプタクル３とが光学的に結合されるとともに、機械的に一体化して固定され、かつ、２つのフレキシブルケーブルが空間的に離隔配置されたものである。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光素子及び前記発光素子に光結合された光ファイバ又は光導波路を含み、前記発光素子の電気入力端子がフレキシブルケーブルである送信部光学系と、受光素子及び前記受光素子に光結合された光ファイバ又は光導波路を含み、前記受光素子の電気出力端子がフレキシブルケーブルである受信部光学系と、光入出力用光レセプタクルとが光学的に結合されるとともに、機械的に一体化して固定され、かつ、２つの前記フレキシブルケーブルが空間的に離隔配置された光送受信モジュール。
【請求項２】
前記送信部光学系と前記受信部光学系と前記光入出力用光レセプタクルとが略一直線上に配置された請求項１に記載の光送受信モジュール。
【請求項３】
前記受信部光学系は、長手方向の途中にコアを斜めに横切って対向する加工面を有する光ファイバと、前記加工面間にフィルタ又はハーフミラーを挿入して形成された斜め光出射部と、前記斜め光出射部に光結合された受光素子とを備え、前記光ファイバの一端に前記送信部光学系が結合され、前記光ファイバの他端に前記光入出力用光レセプタクルが結合された請求項２に記載の光送受信モジュール。
【請求項４】
前記受光素子は正側及び負側の電極を有する電極面とは反対側の面から光を入射させる裏面入射型構造を有し、前記受光素子はフレキシブルケーブルが接続された回路基板上にフリップチップ実装された請求項３に記載の光送受信モジュール。
【請求項５】
前記送信部光学系は電気信号入力用リード線が導出された気密キャンパッケージを有し、前記電気信号入力用リード線とフレキシブルケーブル又は基板付きフレキシブルケーブルの電極面とが平行に配置され、前記電気信号入力用リード線と前記フレキシブルケーブル又は基板付きフレキシブルケーブルの電極とが接続された請求項１から４のいずれか１つに記載の光送受信モジュール。
【請求項６】
前記気密キャンパッケージの電気信号入力用リード線の導出方向と前記フレキシブルケーブルの信号線の延伸方向とがほぼ垂直である請求項５に記載の光送受信モジュール。
【請求項７】
発光素子及び前記発光素子に光結合された光ファイバ又は光導波路を含む送信部光学系と、受光素子及び前記受光素子に光結合された光ファイバ又は光導波路を含む受信部光学系とが光学的に結合されるとともに、機械的に一体化して固定され、かつ、前記送信部光学系の電気入力端子及び前記受信部光学系の電気出力端子のいずれか一方が、フレキシブルケーブルであるピグテールファイバ付きの光送受信モジュール。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ファイバ通信などに利用される光送受信モジュールに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
メタリックケーブルに代わって高速大容量の情報を低損失で伝送することのできる光ファイバ通信が注目され、近年、光デバイスの低価格化及び高速化と併せて、高機能化が益々求められている。一例として、１本の光ファイバを用いて、上りと下りの光双方向伝送を異なる波長で実現する光通信方式の開発などが進められているが、この光通信方式の光モジュールには、発光素子、受光素子、波長分離及び合波機能部品などを集積化する技術が必要である。
【０００３】
以下、従来の代表的な２つの光送受信モジュールについて説明する。図６は従来の光送受信モジュールの第１の構成例であり、キャンパッケージの発光素子と受光素子とを用いたものである。同図において、光送受信モジュール６０は、受信波長λ１の信号を送信波長λ２の信号から分離するために、レンズ６４を含む光学系の光路にＷＤＭ（Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ　Ｄｉｖｉｓｉｏｎ　Ｍｕｌｔｉｐｌｅ：波長選択）フィルタ６１を挿入した構成になっている。波長λ１の受信光はＷＤＭフィルタ６１で反射したのち、キャンパッケージ内のレンズ付きＰＤ（Ｐｈｏｔｏ　Ｄｉｏｄｅ：受光素子）キャン６３で受光され、レンズ付きＬＤ（Ｌａｓｅｒ　Ｄｉｏｄｅ：発光素子）キャン６２からの波長λ２の送信光は、ＷＤＭフィルタ６１を透過したのち、光ファイバ６５へと集光される。これらの光モジュール全体は金属筐体６６で覆われ、レンズ付きＬＤキャン６２及びレンズ付きＰＤキャン６３それぞれのキャンパッケージの電気信号の入出力用リード線は回路基板６７上に半田付けにて固定される。
【０００４】
次に、ベアチップの受光素子と発光素子を１つのパッケージ内に集積化した従来の光送受信モジュールの第２の構成例について説明する。図７（ａ）に示す光送受信モジュール７０は特開平１１−６８７０５号公報に開示されたもので、光導波路を用いたＷＤＭ光送受信モジュールである。この光送受信モジュール７０は、Ｓｉ基板７３上にＹ字状の光導波路７２が形成されている。この光導波路７２の１つの端部に光ファイバ７１が結合され、もう１つの端部に発光素子７５とモニター用受光素子７４とが結合され、残りの端部に受光素子７６が結合されている。ここで、モニター用受光素子７４、発光素子７５及び受光素子７６はそれぞれ光導波路７２に入出射光を光結合できるように高精度な２次元調整をしたのちに実装される。発光素子７５と受光素子７６の位置調整は、Ｓｉ基板７３上にあらかじめ高精度に形成したアライメントマーカ７８を用いて行なわれる。
【０００５】
発光素子７５の波長λ２の出力光は、Ｙ字状の光導波路７２の中間部に配置されたＷＤＭフィルタ７７で反射したのち、光導波路７２を通って光ファイバ７１へと導入される。ここで、光ファイバ７１のコアと光導波路７２は光学的に結合できるように配置されている。配置方法としては、光導波路７２の位置に対して、Ｓｉ基板７３上に高精度にＶ溝を加工しておき、このＶ溝に沿って光ファイバ７１を固定するという方法が一般的である。一方、光ファイバ７１から伝送されてきた、波長λ１の光信号は、ＷＤＭフィルタ７７を透過して、受光素子７６で受光される。受光素子７６はチップの側面方向から光入射することで受光できる構造を有している。
【０００６】
ここに示した光送受信モジュール７０は、図７（ｂ）に示すように、回路基板８１上に、半田付けにて実装される。ユーザ側の光コネクタアダプタ７９を着脱するときには、強い応力がかかるため、光送受信モジュール７０に光コネクタアダプタ７９を直接接続せず、光ファイバコード８０を介して、光送受信モジュール７０に光コネクタアダプタ７９を接続するのが一般的である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来装置のうち、図６に示した光送受信モジュール６０は、受光素子と発光素子とがそれぞれ別々のキャンパッケージで構成されているため、電気クロストークの影響が小さいという利点はあるが、光軸調整が複雑であるとともに、レンズ光学系を保持する強固な金属筐体６６が必要であることから小型化が困難であった。また、光送受信モジュール６０と回路基板６７は、リード線を介して配線されているため、光コネクタ着脱時の外部からの応力を受けないように、ピグテール光ファイバが必要であった。
【０００８】
一方、図７に示した光送受信モジュール７０は、発光素子７５と受光素子７６とを光導波路７２を形成した単一のＳｉ基板７３上に実装することで、小型化が実現できるが、Ｖ溝や光導波路７２の高精度な加工が必要であるため構成部品が高価となるとともに、発光素子７５と受光素子７６とが近接していることから、電気及び光クロストークが大きく、高速化が困難となっていた。また、光コネクタアダプタ７９の着脱時には、パッケージのリード部に直接応力が加わるため、一般ユーザが使用する光コネクタアダプタ７９と直結することが困難で、光コネクタアダプタ７９と光送受信モジュール７０をつなぐ光ファイバコード８０が必要であった。
【０００９】
本発明は、上記従来装置の課題を解決するためになされたもので、その目的は、送信部光学系と、受信部光学系と、これらを一体化して固定する部材との間の熱膨張率差などに起因する応力がかからず、また光コネクタ着脱時にも応力の影響を受けない、小型の光送受信モジュールを提供することにある。
本発明の他の目的は、電気クロストーク及び光クロストークが小さく高速化が可能な光送受信モジュールを提供することにある。
本発明のもう１つ他の目的は、実装密度を高めて、光伝送装置の高集積化を可能にする光送受信モジュールを提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、発光素子及び発光素子に光結合された光ファイバ又は光導波路を含み、発光素子の電気入力端子がフレキシブルケーブルである送信部光学系と、受光素子及び受光素子に光結合された光ファイバ又は光導波路を含み、受光素子の電気出力端子がフレキシブルケーブルである受信部光学系と、光入出力用光レセプタクルとが光学的に結合されるとともに、機械的に一体化して固定され、かつ、２つのフレキシブルケーブルが空間的に離隔配置された光送受信モジュールである。
この構成により、送信部光学系と、受信部光学系と、これらを一体化して固定する部材との間の熱膨張率差などに起因する応力がかからず、また光コネクタ着脱時にも応力の影響を受けない、小型のレセプタクル構造の光送受信モジュールが実現できる。
【００１１】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載の光送受信モジュールにおいて、送信部光学系と受信部光学系と光入出力用光レセプタクルとが略一直線上に配置されたものである。
この構成により、光入出力用光レセプタクルの光軸方向に対する垂直方向の幅を小さくすることができるので、複数の光送受信モジュールを横に配置したときの実装密度が高くなり、光伝送装置への高集積化が可能となる。
【００１２】
請求項３に係る発明は、請求項２に記載の光送受信モジュールにおいて、受信部光学系は、長手方向の途中にコアを斜めに横切って対向する加工面を有する光ファイバと、加工面間にフィルタ又はハーフミラーを挿入して形成された斜め光出射部と、斜め光出射部に光結合された受光素子とを備え、光ファイバの一端に送信部光学系が結合され、光ファイバの他端に光入出力用光レセプタクルが結合されたものである。
この構成により、レンズ光学系や光導波路を必要とせず、部品点数が少なく少スペースで、斜め光出射部を構成することができる。
【００１３】
請求項４に係る発明は、請求項３に記載の光送受信モジュールにおいて、受光素子は正側及び負側の電極を有する電極面とは反対側の面から光を入射させる裏面入射型構造を有し、受光素子はフレキシブルケーブルが接続された回路基板上にフリップチップ実装されたものである。
この構成により、受光素子の電極面などが樹脂で覆われた構成になるため、受信部全体を覆うパッケージが不要となるとともに、ボンディングワイヤが不要となるため、電気クロストークが少なくなって高速化が可能となる。
【００１４】
請求項５に係る発明は、請求項１から４のいずれか１つに記載の光送受信モジュールにおいて、送信部光学系は電気信号入力用リード線が導出された気密キャンパッケージを有し、電気信号入力用リード線とフレキシブルケーブル又は基板付きフレキシブルケーブルの電極面とが平行に配置され、電気信号入力用リード線とフレキシブルケーブル又は基板付きフレキシブルケーブルの電極とが接続されたものである。
この構成により、発光素子キャンパッケージのリード線を曲げる工程が不要になるとともに、配線長を極力短くしての高速化が可能となる。
【００１５】
請求項６に係る発明は、請求項５に記載の光送受信モジュールにおいて、気密キャンパッケージの電気信号入力用リード線の導出方向とフレキシブルケーブルの信号線の延伸方向とがほぼ垂直である。
この構成により、電気回路基板の光軸方向への長さを短くできるとともに、送信部光学系と受信部光学系のフレキシブルケーブルの方向を一致させることができ、光モジュールの着脱が容易となる。また、ＬＤキャンパッケージの回転方向に対して発生した位置ずれを容易に吸収することができる。
【００１６】
請求項７に係る発明は、発光素子及び発光素子に光結合された光ファイバ又は光導波路を含む送信部光学系と、受光素子及び受光素子に光結合された光ファイバ又は光導波路を含む受信部光学系とを光学的に結合されるとともに、機械的に一体化して固定され、かつ、送信部光学系の電気入力端子及び受信部光学系の電気出力端子のいずれか一方が、フレキシブルケーブルであるピグテールファイバ付きの光送受信モジュールである。
この構成により、送信部光学系と受信部光学系の距離が離れていても、これらを回路基板に固定するときに問題となった熱膨張率差などに起因する応力がかからず、高速特性に優れた光送受信モジュールが実現できる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図面に示す好適な実施の形態に基づいて詳細に説明する。
図１（ａ）は本発明に係る光送受信モジュールの第１の実施の形態の主要素の光学的結合状態を示す斜視図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）に示した主要素を機械的に固定し、かつ、電気的に接続する回路基板の斜視図であり、図２は図１に示した各要素の結合及び固定状態を示す斜視図であり、図３は図１に示した受信部光学系の詳細な構成を示す断面図である。
【００１８】
これら各図において、全体を参照符号１０で示した光送受信モジュールは、互いに光学的に結合された、送信部光学系１と、受信部光学系２と、光入出力用光レセプタクル３とを備えている。
【００１９】
このうち、送信部光学系１は、発光素子及びこの発光素子に光結合された光ファイバ又は光導波路を含むレンズ付きのＬＤキャン１１と、このＬＤキャン１１から導出された電気信号入力用リード線１２に対して半田で固定され、電気信号供給用のフレキシブルケーブル１３を付帯するＬＤ用フレキシブルケーブル付き基板１４とで構成されている。受信部光学系２は、図３にもその詳細を示すように、光ファイバ２１と、この光ファイバ２１の長手方向の途中のコア２２に対して斜めに装着されたＷＤＭフィルタ２４と、このＷＤＭフィルタ２４が装着された部位に形成されたフェルール２３の切り欠き２５に装着された受光素子２６及びプリアンプ２７とで構成されている。受光素子２６及びプリアンプ２７はフレキシブルケーブル２８を付帯するフレキシブルケーブル付き基板２９上に搭載されて、これらが一体的にフェルール２３の切り欠き２５に装着されている。
【００２０】
なお、ＬＤキャン１１の電気信号入力用リード線１２に固定されるＬＤ用フレキシブルケーブル付き基板１４にはあらかじめスルーホール１４ａが設けられ、このスルーホール１４ａに電気信号入力用リード線１２を挿入して半田付けすることにより、ＬＤ用フレキシブルケーブル付き基板１４は電気信号入力用リード線１２に対して垂直に固定される。
【００２１】
一方、ＷＤＭフィルタ２４をコア２２に対して斜めに装着するには、図３に示すように、フェルール２３の切り欠き２５の長手方向中間部にて、例えば、ダイシングソーの刃により斜めにスリットを形成してＷＤＭフィルタ２４を挿入して固定する。これによって、部品の点数が少なく、小スペースで斜め光出射部を構成することができる。受光素子２６と共にフレキシブルケーブル付き基板２９上に実装される受光素子２６は、裏面入射型構造になっており、フリップチップ実装によりフェースダウンでフレキシブルケーブル付き基板２９上に実装される。受光素子２６の電極及び受光面は、フリップチップの封止樹脂２６ａで覆われている。このことは、湿気の侵入を抑制し、さらに、ボンディングワイヤが不要になるため受信部光学系２の高周波特性の向上が図られる。また、ＷＤＭフィルタ２４で反射した受信光が受光素子２６の裏面から受光できるように、フレキシブルケーブル付き基板２９をアクティブアライメント法、すなわち、部品の動作状態で出力を観測しながらフレキシブルケーブル付き基板２９の位置を高精度にて調整したのち、フェルール２３の切り欠き２５に樹脂によって固定する。
【００２２】
ここで、フェルール２３の一端にはＬＤキャン１１が光軸を調整した状態でＹＡＧ（Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２）溶接により固定され、フェルール２３の他端は研磨されており、後で図２に示す光コネクタ５を結合することができるように光入出力用光レセプタクル３が接続されている。図１（ｂ）に示す回路基板４はフレキシブルケーブル用コネクタ４１及び４２を備え、この回路基板４上に上記の光結合された送信部光学系１、受信部光学系２及び光入出力用光レセプタクル３を機械的に一体化して固定するとともに、フレキシブルケーブル用コネクタ４１にフレキシブルケーブル１３が結合され、フレキシブルケーブル用コネクタ４２にフレキシブルケーブル２８が結合される。この回路基板４に対する光学系の固定及び結合の状態が図２に示されている。
【００２３】
この図２に示された固定及び実装の方法をさらに詳しく説明する。フェルール２３に接続される光入出力用光レセプタクル３に光コネクタアダプタ６を固定するとともに、光コネクタアダプタ６を回路基板４上に強固に固定する。送信部光学系１のフレキシブルケーブル１３を回路基板４のフレキシブルケーブル用コネクタ４１に結合し、受信部光学系２のフレキシブルケーブル２８を回路基板４のフレキシブルケーブル用コネクタ４２に結合することによって、送信部光学系１、受信部光学系２及び回路基板４の間に応力が加わらない構成になっている。
【００２４】
また、これらの結合体は固定部Ａと固定部Ｂの２箇所で固定されている。固定部Ａは光入出力用光レセプタクル３を固定する部位であり、光コネクタ５の着脱時に強い応力が加わるため、特に、光軸方向には強固に固定しなければならない。一方、固定部Ｂは固定部Ａだけでは支えきれない結合体の固定強度を補強するためのものである。横長の光送受信モジュールが強い振動などに耐えられるように、ＬＤキャン１１を柔らかい樹脂で固定する。硬い樹脂で固定すると、固定部Ａと固定部Ｂとの間に熱膨張や基板のそりなどによる応力がかかってしまうからである。また、このような固定方法を採用することによって、光コネクタアダプタ６に対する光コネクタ５の着脱時の強い応力が送信部光学系１や受信部光学系２にかからないようにすることが可能になる。
【００２５】
このようにして、第１の実施の形態によれば、送信部光学系１と受信部光学系２と光入出力用光レセプタクル３とを略一直線上に離隔配置したことによって外部応力が加わり難い構造が実現されるとともに、横幅を極力狭くすることができ、複数の光送受信モジュールを高密度に実装することができる。また、送信部光学系１と受信部光学系２とが空間的に離隔し、フレキシブルケーブル１３及びフレキシブルケーブル２８も相互に離隔することになるため、電気クロストークが小さくなり、高速応答が実現できる。
【００２６】
図４は本発明に係る送受信装置の第２の実施の形態の主要素の光学的結合状態を示す斜視図である。図中、図１と同一の要素には同一の符号を付してその説明を省略する。この実施の形態は第１の実施の形態と比較して、ＬＤキャン１１の電気信号入力用リード線１２に対するＬＤ用フレキシブルケーブル付き基板１５の取付構造が異なるだけで、これ以外は全て第１の実施の形態と同一に構成されている。ここに示したＬＤ用フレキシブルケーブル付き基板１５は基板の表面に、必要に応じて裏面にも互いに平行な電極１５ａを形成し、これらの電極にそれぞれ電気信号入力用リード線１２を半田付けし、さらに、電極１５ａと垂直で、かつ、水平の方向にフレキシブルケーブル１３を導出させ、受信部光学系２のフレキシブルケーブル２８と平行に配置する。
【００２７】
このようにして、第２の実施の形態によれば、送信部光学系１への信号入力端子の長さを極力短くすることができ、高周波特性を向上させることができる。さらに、ＬＤキャン１１の電気信号入力用リード線１２の導出方向とフレキシブルケーブル１３の信号線の延伸方向とが略垂直になるように配置することにより、ＬＤキャン１１の光軸に対する回転方向のずれを容易に吸収することができる。また、送信部光学系１のＬＤ用フレキシブルケーブル付き基板１５を受信部光学系２のフレキシブルケーブル付き基板２９とが平行になるように組み立てることができ、これによって、光結合された光モジュールを回路基板４上に実装しやすくなるとともに、光軸方向の基板の長さを極力短くすることができる。
【００２８】
図５は本発明に係る光送受信モジュールの第３の実施の形態の構成を示す斜視図である。この実施の形態は上述したＬＤキャン１１を送信部光学系１とし、この送信部光学系１に上述した受信部光学系２の光ファイバ２１の一端を結合し、この光ファイバ２１の他端に光ファイバピグテールを接続してピグテール型の光ファイバピグテール７を接続して光送受信モジュールを構成したものである。
【００２９】
この第３の実施の形態によれば、光コネクタの着脱時の応力が送信部光学系１及び受信部光学系２に影響を及ぼすことがなくなる。また、受信部光学系２の電気入力端子をフレキシブルケーブル２８にすることにより、送信部光学系１と受信部光学系２とを回路基板などへ同時に強固に固定したときに相互間に応力が発生することを避けることができる。
【００３０】
なお、上記の各実施形態では光ファイバ２１にＷＤＭフィルタ２４を装着して斜め光出射部を形成する受信部光学系２を用いたが、光ファイバ２１の代わりに光導波路を用いて受信部光学系２を構成しても上述したと同様な効果が得られる。
また、上述した各実施の形態では光ファイバのコア２２の加工面間にＷＤＭフィルタ２４を装着したが、このＷＤＭフィルタ２４の代わりにハーフミラーを用いることもできる。
【００３１】
【発明の効果】
以上の説明によって明らかなように、本発明によれば、送信部光学系と、受信部光学系と、光入出力用光レセプタクルとが光学的に結合されるとともに、機械的に一体化して固定され、かつ、２つのフレキシブルケーブルが空間的に離隔配置された構成になっているため、これらを一体化して固定する部材との間の熱膨張率差などに起因する応力がかからず、また光コネクタ着脱時にも応力の影響を受けない、小型のレセプタクル構造の光送受信モジュールを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）　本発明に係る光送受信モジュールの第１の実施の形態の主要素の光学的結合状態を示す斜視図
（ｂ）　図１（ａ）に示した主要素を機械的に固定した回路基板の斜視図
【図２】図１に示した各要素の結合及び固定状態を示す斜視図
【図３】図１に示した受信部光学系の詳細な構成を示す断面図
【図４】本発明に係る送受信装置の第２の実施の形態の主要素の光学的結合状態を示す斜視図
【図５】本発明に係る光送受信モジュールの第３の実施の形態の構成を示す斜視図
【図６】従来の光送受信モジュールの第１の構成例を示す図
【図７】従来の光送受信モジュールの第１の構成例を示す図
【符号の説明】
１　送信部光学系
２　受信部光学系
３　光入出力用光レセプタクル
４　回路基板
５　光コネクタ
６　光コネクタアダプタ
７　光ファイバピグテール
１０　光送受信モジュール
１１　ＬＤキャン
１２　電気信号入力用リード線
１３、２８　フレキシブルケーブル
１４、１５　ＬＤ用フレキシブルケーブル付き基板
２１　光ファイバ
２２　コア
２３　フェルール
２４　ＷＤＭフィルタ
２５　切り欠き
２６　受光素子
２７　プリアンプ
２９　フレキシブルケーブル付き基板
４１、４２　フレキシブルケーブル用コネクタ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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