(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光信号を入出力する送信部と受信部とが一つの筐体に格納された光モジュールにおいて、
前記受信部は、
入力された光信号を受光し電気信号に変換する受光素子と、当該受光素子が出力する電気信号を増幅するプリアンプとを備えた受光部と、
前記受光部に接続されるプリント基板上に搭載され、前記受光部から出力される電気信号を増幅する主増幅回路と、によって構成され、
前記送信部は、
電気信号を光信号に変換させ光信号を出力する発光素子を備えた発光部と、
前記発光素子を駆動する発光素子駆動回路と、によって構成され、
前記受信部の前記主増幅回路と、前記送信部の前記発光素子駆動回路とは、一つのプリント基板上に近接して配置されるとともに、共通の電源ラインとグランドラインが接続され、
前記プリント基板上には、前記受光素子の電源ラインと、前記プリアンプの電源ラインおよびグランドラインにそれぞれ近接する箇所にフェライトビーズを配置したことを特徴とする光モジュール。
【請求項２】
絶縁体もしくは絶縁処理を施した金属によって形成され、前記発光部および前記受光部を前記筐体に取り付けるための支持具を備えたことを特徴とする請求項１に記載の光モジュール。
【請求項３】
前記支持具は、フェライト材により形成されていることを特徴とする請求項２に記載の光モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光信号の送信部と受信部が一体化された光モジュールに関し、送信部と受信部との間のクロストークを低減できる光モジュールに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、急速な普及をみせるＩＰ（インターネット・プロトコル）を用いたインターネット・トラフィックは、伝送路に光ファイバ網を用いることによって、より大容量の伝送サービスが実現されている。
【０００３】
また、光信号の送受信を行うための光送受信器については、小型化、高密度実装化が進んでいる。このような光送受信器においては、光送受信器内の送信部を流れる信号が隣接した受信部へ漏れ込み、雑音等を発生させるクロストークの発生が課題となっている。このクロストークの対策としては、送信部のクロストークの電波発生箇所と、受信部の感度の高い回路部分に電波吸収体を貼り付けたり（例えば、下記特許文献１参照。）、送信部に低域通過フィルタを設ける（例えば、下記特許文献２参照。）等の技術が開示されている。
【０００４】
また、現在用いられている光通信の光送受信器が扱う周波数帯域においてクロストークを抑圧可能な素子として、フェライトを小型の円筒形状等に成形し信号路に介在して設けるフェライトビーズがある。このフェライトビーズは、通過する信号に含まれる成分のうち、高周波のノイズ成分をフェライトが吸収し、熱に変換して除去する。この原理を利用し、通信装置へ接続を行うケーブルにフェライトビーズを設ける技術（例えば、特許文献３参照。）や、各装置のグランドラインにフェライトビーズを設ける技術（例えば、特許文献４参照。）等が開示されている。
【０００５】
ところで、隣接した回線に信号が漏れ込むクロストークの最大の原因は、送信部を流れる出力の高い信号が空間を伝播して受信部に流れる信号に干渉することが原因と考えられていた。図９は、従来の光送受信器のクロストーク対策例を示す図である。光送受信器１０は、１枚のプリント基板１１上に発光素子であるＬＤを駆動する発光素子駆動回路（ＬＤ駆動回路等）を含む送信部１２と、主増幅回路を含む受信部１３が設けられる。送信部１２にはＬＤ等を含む発光部１４が接続され、受信部１３にはＰＤ等を含む受光部１５が接続されている。発光部１４と受光部１５との間隔は数ｍｍである。このような小型化された光送受信器１０において、プリント基板１１のうち受信部１３をシールド１６で覆うことにより、空間伝播によるクロストークを防いでいた。シールド１６としては、シールド板やシールドケースを用いる。
【０００６】
また、小型化された一つの光送受信器１０内に設けられる送信部１２と受信部１３は、同一の電源ラインから電力の供給が行われ、同一のグランドラインに接地されている。このため、共通インピーダンスが生じ、高出力の送信部１２の動作によって受信部１３が影響を受ける。この共通インピーダンスによる影響もクロストークの要因の一つと考えられていた。よって、図９のようなシールド１６を設けて送信部１２と受信部１３とを分離させることが、共通インピーダンスを要因とするクロストークを低減できるものと考えられていた。
【０００７】
【特許文献１】特開２００２−１８５４０８号公報
【特許文献２】国際公開第００／３３４９０号パンフレット
【特許文献３】特開平１０−２０８８１８号公報
【特許文献４】特開平１０−２０９６６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、近年、光ファイバ網を用いたインターネット・トラフィックにおける光送受信器は、規格化された光モジュールとして、ＳＦＰ（Ｓｍａｌｌ  Ｆｏｒｍ−Ｆａｃｔｏｒ  Ｐｌｕｇｇａｂｌｅ）、ＳＦＦ（Ｓｍａｌｌ  Ｆｏｒｍ  Ｆａｃｔｏｒ）、ＸＦＰ（１０  Ｇｉｇａｂｉｔ  Ｓｍａｌｌ  Ｆｏｒｍ  Ｆａｃｔｏｒ  Ｐｌｕｇｇａｂｌｅ）などの共通仕様が制定され、機能と形状が統一されてきている。
【０００９】
したがって、光モジュールとしてのサイズに制約がある条件でシールド１６を設けることは困難になってきている。仮にシールド１６であるシールド板やシールドケースを組み立ててシールド１６内部に受信部１３を収容した場合には全体の大きさを小型化することができない。
【００１０】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、制約されたサイズであっても簡単な構成で低コストにクロストーク低減を施すことができ、小型化できる光モジュールを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、光信号を入出力する送信部と受信部とが一つの筐体に格納された光モジュールにおいて、前記受信部は、入力された光信号を受光し電気信号に変換する受光素子と、当該受光素子が出力する電気信号を増幅するプリアンプとを備えた受光部と、前記受光部に接続されるプリント基板上に搭載され、前記受光部から出力される電気信号を増幅する主増幅回路と、によって構成され、前記送信部は、電気信号を光信号に変換させ光信号を出力する発光素子を備えた発光部と、前記発光素子を駆動する発光素子駆動回路と、によって構成され、前記受信部の前記主増幅回路と、前記送信部の前記発光素子駆動回路とは、一つのプリント基板上に近接して配置されるとともに、共通の電源ラインとグランドラインが接続され、前記プリント基板上には、前記受光素子の電源ラインと、前記プリアンプの電源ラインおよびグランドラインにそれぞれ近接する箇所にフェライトビーズを配置したことを特徴とする。
【００１２】
上記構成によれば、送信部と受信部が一つのプリント基板上に配置され、共通の電源ラインおよびグランドラインに接続されて動作する。プリント基板上には、電源ラインおよびグランドラインに配置したフェライトビーズによって、流れる電気信号のうちの高周波電流成分を吸収する。すなわち、受信部の受光素子の電源ラインおよびグランドラインに生じるインダクタンスの成分と、受光素子が有する容量の成分により形成される直列共振回路の発振を抑える。これにより、プリント基板上で発生した雑音をフェライトビーズで遮断し、受光素子へのクロストークの伝播を阻止する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明にかかる光モジュールは、光モジュールの回路上でクロストークの抑圧に適した箇所に高周波成分を遮断する素子を配置することにより、全体サイズを小型化でき、シールドを設けることなく簡単な構成でクロストークを低減できるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下に、本発明にかかる光モジュールの実施例を図面に基づいて詳細に説明する。
【実施例１】
【００１５】
図１は、本発明の実施例１にかかる光モジュールの構成を示す図である。光モジュール１００は、規格化された筐体１０１内に送信部１０２と、受信部１０３を備えたプリント基板１０４と、プリント基板１０４の送信部１０２に接続され、図示しない伝送路に光出力を行う発光部１０５と、プリント基板１０４の受信部１０３に接続され、図示しない伝送路から光入力される受光部１０６と、が備えられている。プリント基板１０４内の送信部１０２と受信部１０３は、共通の電源（Ｖｃｃ）から電力が供給されるとともに、共通のグランド（ＧＮＤ）に接地されている。
【００１６】
図２は、発光部の回路構成を示す図である。発光部１０５は、接続された光ファイバからなる伝送路に光（光信号）を出力するための発光素子であるＬＤ（レーザーダイオード
）２００と、ＬＤ２００の出力を監視するための受光素子であるＰＤ（フォトダイオード）２０１とによって構成されている。光モジュール１００（図１参照）から光信号を送信する際は、送信部１０２内のＬＤ駆動回路がＯＮとＯＦＦを繰り返すことで２値による電気信号を発生させ、発光部１０５へ入力する。発光部１０５のＬＤ２００は、入力された電気信号を同期した光信号に変換して伝送路へ出力する。このとき、ＰＤ２０１は、ＬＤ２００の光の受光強度に応じた電気信号を出力して送信部１０２へ出力する。これにより、ＬＤ２００の出力信号を監視し、安定した光出力を行うことができる。
【００１７】
図３は、受光部の回路構成を示す図である。受光部１０６は、接続された光ファイバからなる伝送路から入力された光（光信号）を電気信号に変換するための受光素子（ＰＤ）３００と、ＰＤ３００からの電気信号を増幅するプリアンプ３０１とによって構成されている。受光部１０６に接続された受信部１０３（図１参照）は、主増幅回路となり電気信号の受信を行う。これら送信部１０２と受信部１０３は、同一のプリント基板１０４（図１参照）上に設けられており、前述したように、電力の供給は同一の電源（Ｖｃｃ）から行われ、同一のグランド（ＧＮＤ）に接地されている。
【００１８】
以上述べたような光モジュール１００をＳＦＰ等の仕様に基づいて製作した場合、発光部１０５と、受光部１０６の設置間隔は、わずか数ｍｍである。そして、発光部１０５のＬＤ２００を駆動する電流は、受光部１０６のＰＤ３００により光受信した電流の数千倍程度の出力の電流が常時流れている状態である。このため、前述したように、クロストークの最大の原因と考えられていた空間伝播による影響が懸念される。
【００１９】
発明者等による本発明にかかる光モジュール１００におけるクロストークの考察の結果、クロストークの最大の原因は、送信部１０２と受信部１０３の電源（Ｖｃｃ）と、グランド（ＧＮＤ）を同一にすることで生じる共通インピーダンスであることがわかった。
【００２０】
図４は、クロストーク対策を施す前の光モジュールの回路構成を示す図である。図４を用いて共通インピーダンスがクロストークを発生させる原理を説明する。この図４には、光モジュール１００（図１参照）の受信部１０３と受光部１０６を主とした回路構成を記載してある。
【００２１】
図中のプリアンプ３０１は、電源（Ｖｃｃ）ラインと、グランド（ＧＮＤ）ラインに接続されている。プリアンプ３０１の出力は、出力信号をさらに増幅するための増幅器４０１に接続されている。実際には、増幅器４０１にも電源ラインとグランドラインが接続されているがここでは省略する。コンデンサ４０２は、バイパスコンデンサであり、電源（Ｖｃｃ）ラインのインピーダンスを下げ、回路を伝送する電気信号に雑音が加わるのを防ぐ役割をもつ。
【００２２】
また、ＥＯ部とは、送信部１０２であり、電源（Ｖｃｃ）と、複数記されたグランド（ＧＮＤ）は、受信部１０３と送信部（ＥＯ部）１０２に接続されている電源（Ｖｃｃ）およびグランド（ＧＮＤ）と共通である。図４には送信部（ＥＯ部）１０２を複数記載したが、実際には単一の送信部（ＥＯ部）１０２がグランド（ＧＮＤ）に接続されていることを表している。
【００２３】
図４に示したような電気回路では、電力の供給を行う電源（Ｖｃｃ）ライン上には、インダクタンスの成分が生じる。図中のコイル４０３は、実際に備えたコイル等の回路素子ではなく等価インダクタンスを表している。また、コイル４０４も同様にグランド（ＧＮＤ）ラインに生じた等価インダクタンスを表したものである。これらの等価インダクタンスの成分は、バイパスコンデンサとして動作するコンデンサ４０２を備えただけでは除去することができない。
【００２４】
以上のように送信部１０２と受信部１０３は、取り扱う電流の出力の差がありながら、共通インピーダンスを形成するために、送信部１０２を流れる高出力な電流の影響でグランド（ＧＮＤ）ライン上に生じるインダクタンスの成分がクロストークの発生源となる電圧を発生させる。その結果、電流がＰＤ３００へ漏れ込み、受信部１０３における光受信感度の低下を生じたり、未受信時においても光信号を受信した如く光受信警報機能が誤動作する等の原因となる。
【００２５】
ＰＤ３００は、交流回路としてみればコンデンサ（容量）として見なされる。したがって、コイル４０３とコイル４０４によるインダクタンスの成分と、ＰＤ３００による容量の成分とにより形成される直列共振回路は共振を起こし、高出力の貫通電流がクロストークとして回路中を流れる。したがって、前述したバイパスコンデンサとしてコンデンサ４０２を用いてもクロストーク低減の効果は期待できない。考察の結果、クロストーク対策として最も効果的な方法は、直列共振回路を流れるクロストークによる電流の高周波成分を遮断し、発振が起こらないように構成することである。
【００２６】
図５は、クロストーク対策を施した光モジュールの回路構成を示す図である。光モジュール１００におけるクロストーク対策として本実施例では、配置した回路上における高周波を遮断する素子を用いる。高周波を遮断するための素子としては汎用のフェライトビーズを用いることができる。具体的には、図示のように、ＰＤ３００の電源（Ｖｃｃ）ラインに取り付けたフェライトビーズ５００ａと、プリアンプ３０１の電源（Ｖｃｃ）ラインに取り付けたフェライトビーズ５００ｂと、ＰＤ３００が受信した信号が伝送するライン以外のグランド（ＧＮＤ）ラインに取り付けたフェライトビーズ５００ｃという３つの箇所にそれぞれフェライトビーズを配置する。
【００２７】
ここで、フェライトビーズの特性について詳しく述べる。本発明にかかる光モジュール１００（後述する光モジュール７００に関しても同様）に取り付けたフェライトビーズ５００（５００ａ〜５００ｃ）は、フェライト素子の内部に通電用の内部電極を埋め込んだ構造であり、フェライトが磁性体として働き、このフェライトビーズ５００（５００ａ〜５００ｃ）を取り付けたラインの配線を流れる電気信号のうちの高周波電流成分を吸収し、ジュール熱に変換する機能を有する。すなわち、電線を流れる直流電流に対しては低抵抗であり、交流電流に対しては高抵抗となる特性をもった素子である。また、類似した機能を有する他のコイルなどの素子と比較しても、フェライトビーズは、高周波電流のみを減衰させることから、周囲に対する高周波輻射を大幅に低減させることができるものであるため、空間伝播によるクロストークの影響も改善できるという特徴を有する。
【００２８】
一般的に共振回路における発振の鋭さは、Ｑ（Ｑｕａｌｉｔｙ  ｆａｃｔｏｒ）という物理量で表すが、前述した直列共振回路の場合、下記の式（１）によって求められる。式中のｆ0 は共振周波数、Δｆは共振周波数の周りの帯域幅、Ｌはコイルのインダクタンス（光モジュール１００の場合はコイル４０３，４０４等価インダクタンス）、Ｃはコンデンサの容量（ＰＤ３００の接合容量）、Ｒは共振回路の電気抵抗を表す。
【００２９】
Ｑ＝ｆ0／Δｆ
＝２πｆ0Ｌ／Ｒ
＝１／（２πｆ0ＣＲ）
＝（Ｌ／Ｃ）1/2／Ｒ      …（１）
【００３０】
Ｑの値が大きいほど、直列共振回路の発振時に流れる電流量が大きくなる。したがって、Ｑの値をなるべく小さくするためには、式（１）から明らかなように、電気抵抗と容量を大きくし、インダクタンスを小さくすればよい。フェライトビーズ５００ａ〜５００ｃ
により、高周波成分の抵抗値が上がり、Ｑの値は小さくなる。このようにＱの値を低下させることによって、送信部１０２からのクロストークによる電流をＰＤ３００に流れにくくさせることができる。
【００３１】
以上のようにして本発明はクロストークを抑圧するものであるが、特にフェライトビーズ５００ａ〜５００ｃは、数１０ＭＨｚ〜１ＧＨｚ帯において抵抗成分が極大となるため、周波数帯域が１ＧＨｚｂｉｔ／ｓｅｃ以下のクロストークに対しては極めて効果的である。例えば、１５５ＭＨｚ、６２２ＭＨｚ、１．２５ＧＨｚの帯域に対して利用してクロストークを低減できる。
【００３２】
図６は、フェライトビーズ取り付けによるクロストーク改善効果を示す図表である。図６に示したのは、送信部１０２が光の伝送を行っていない状態（送信部１０２がＯＦＦ）と、光の伝送を行っている状態（送信部１０２がＯＮ）のそれぞれのとき、受信部１０３における受信感度を数値化（ｄＢｍ）したものである。併せてクロストーク対策別の改善量（ｄＢ）を示してある。受光感度は、数値が小さいほど高感度であり、改善量は小さいほどよい結果であることを示している。
【００３３】
図６には、回路構成として、１．プリアンプ３０１、ＰＤ３００およびＧＮＤ（ライン）にフェライトビーズ５００（５００ａ〜５００ｃ）を取り付けた場合、２．ＧＮＤ（ライン）のみにフェライトビーズ５００（５００ｃ）を取り付けた場合、３．フェライトビーズ５００を全く用いないクロストーク未対策の場合と、をそれぞれ測定した。
【００３４】
送信部１０２において光の伝送が行われていなければ、クロストークは発生しないため、送信部１０２がＯＦＦ、クロストーク未対策の状態（−３４．４ｄＢｍ）を基準として、各対策による改善量を検証してみる。未対策のまま送信部１０２をＯＮとした場合の受光感度を測定すると、−３３．０ｄＢであり、改善量が１．４ｄＢであるため、受光感度が劣化していることが表されている。
【００３５】
送信部１０２がＯＦＦの状態でフェライトビーズ５００（５００ａ〜５００ｃ）をプリアンプ、ＰＤ３００およびＧＮＤ（ライン）に備えた場合、もしくはフェライトビーズ５００（５００ｃ）をＧＮＤ（ライン）のみに備えた場合、受光感度は、−３４．２ｄＢｍとなり、フェライトビーズ未対策時よりも基準となる受光感度が向上していることがわかる。この状態で、送信部１０２がＯＮとなった状態では、フェライトビーズをＧＮＤ（ライン）のみに備えた場合、受光感度は、−３３．４ｄＢｍとなり、改善量は０．８ｄＢとなり、未対策の場合に比べて少ない劣化となった。さらに、フェライトビーズをプリアンプ３０１、ＰＤ３００およびＧＮＤ（ライン）に備えた場合、受光感度は、−３４．０ｄＢｍとなり、改善量は、０．２ｄＢと未対策の場合と比較してわずかな劣化で抑えることができた。
【００３６】
以上述べたように、本発明の実施例１では、受信部１０３を構成する回路中にフェライトビーズを取り付けることにより、送信部１０２と受信部１０３の共通インピーダンスと等価インダクタンスによって形成される等価的な直列発振回路を発振させず、送信部１０２と受信部１０３との間におけるクロストークの発生を防止できる。
【実施例２】
【００３７】
図７は、本発明の実施例２にかかる光モジュールの構成を示す図である。また、図８は、本発明の実施例２にかかる光モジュールにおける支持部の構成を示す斜視図である。
【００３８】
光モジュール７００は、実施例１における光モジュール１００と同様に、ＳＦＰ等の規格化された筐体１０１内に送信部１０２と、受信部１０３を備えたプリント基板１０４と
、プリント基板１０４上に設けられる送信部１０２と、送信部１０２に接続される発光部１０５と、プリント基板１０４上に設けられる受信部１０３と、受信部１０３に接続される受光部１０６とを備えている。また、プリント基板１０４の送信部１０２と、受信部１０３には、共通の電源（Ｖｃｃ）から電力が供給され、共通のグランド（ＧＮＤ）が接地されている。また、発光部１０５と受光部１０６を筐体１０１に取り付けるための支持具７０１が設けられる。
【００３９】
支持具７０１は、光モジュール７００における発光部１０５と、受光部１０６の外周に突出形成された鍔部８００を上部支持具７０１ａと下部支持具７０１ｂに形成した溝部７０１ｃに挟み込むことで筐体１０１に固定させる。支持具７０１は、絶縁体もしくは絶縁処理を施した金属またはフェライト材を材料としており、電波吸収体の役割を果たしている。この支持具７０１によってクロストークを発生させる電圧の成分を吸収することができ、クロストークをさらに低減化させることが可能となる。特に、１ＧＨｚｂｉｔ／ｓｅｃ以下の波長の光伝送を行う小型の光モジュールに有効である。
【００４０】
なお、実施例２において説明した支持具７０１と、実施例１で説明したフェライトビーズ５００（５００ａ〜５００ｃ）と併せて用いることができる。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
以上のように、本発明にかかる光モジュールは、共通インピーダンスを原因とするクロストークの低減に有用であり、特にＳＦＰやＳＦＦなどサイズの仕様が規格化された小型の光送受信器に適している。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】図１は、本発明の実施例１にかかる光モジュールの構成を示す図である。
【図２】図２は、発光部の回路構成を示す図である。
【図３】図３は、受光部の回路構成を示す図である。
【図４】図４は、クロストーク対策を施す前の光モジュールの回路構成を示すモデル図である。
【図５】図５は、クロストーク対策を施した光モジュールの回路構成を示す図である。
【図６】図６は、フェライトビーズ取り付けによるクロストーク改善効果を示す図表である。
【図７】図７は、本発明の実施例２にかかる光モジュールの構成を示す図である。
【図８】図８は、本発明の実施例２にかかる光モジュールにおける支持部の構成を示す斜視図である。
【図９】図９は、従来の光送受信器のクロストーク対策例を示す図である。
【符号の説明】
【００４３】
１００  光モジュール
１０１  筐体
１０２  送信部
１０３  受信部
１０４  プリント基板
１０５  発光部
１０６  受光部
５００（５００ａ〜５００ｃ）  フェライトビーズ
７０１  支持具
【図１】
0004540680.tif 000002
【図２】
0004540680.tif 000003
【図３】
0004540680.tif 000004
【図４】
0004540680.tif 000005
【図５】
0004540680.tif 000006
【図６】
0004540680.tif 000007
【図７】
0004540680.tif 000008
【図８】
0004540680.tif 000009
【図９】
0004540680.tif 000010