(57)【要約】【課題】ユニット集合体と光レセプタクルとが、間隙を介して電気的に絶縁されると共に外寸を増加させることなく、スタブに強固に取付け固定された光モジュールを提供する。【解決手段】金属製の集合筐体２０とブッシュ１６を有し複数の光素子ユニット２１〜２３が搭載されたユニット集合体１２と、金属製のシェル１８とスリーブホルダ１５を有し光コネクタのフェルールが挿入される光レセプタクル１１と、を備えた光モジュールであって、電気絶縁性のスタブ１３に、スリーブホルダ１５とブッシュ１６とが、電気的に絶縁される間隙１４をあけて圧入嵌合され、間隙１４に絶縁樹脂１９が充填されている。絶縁樹脂１９は、スリーブホルダ１５の外径より小さい径の凸段部またはブッシュ１６の外径より小さい径の凸段部の少なくとも一方の凸段部で規制される間隙に充填される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属製の集合筐体とブッシュを有し複数の光素子ユニットが搭載されたユニット集合体と、金属製のシェルとスリーブホルダを有し光コネクタのフェルールが挿入される光レセプタクルと、を備えた光モジュールであって、
電気絶縁性のスタブに、前記スリーブホルダと前記ブッシュとが、電気的に絶縁される間隙をあけて圧入嵌合され、前記間隙に絶縁樹脂が充填されていることを特徴とする光モジュール。
【請求項２】
前記絶縁樹脂は、前記スリーブホルダの外径より小さい径の凸段部または前記ブッシュの外径より小さい径の凸段部の少なくとも一方の凸段部で規制される前記間隙に充填されていることを特徴とする請求項１の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、光電変換素子が実装された光素子ユニットと光コネクタのフェルールが挿入される光レセプタクルを備えた光モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
光通信に用いられる光トランシーバ等に搭載される光モジュールは、発光素子あるいは受光素子等の光電変換素子（以下、光素子という）が搭載され、これら光素子が搭載された光素子ユニット（または、パッケージ体）と、光ファイバケーブルに接続された光コネクタのフェルールを位置決めして光素子と光学的な光結合を形成する光レセプタクルを備えている。
【０００３】
光素子ユニットは、例えば、光素子等の電子部品が実装され、電気信号を伝送するリード端子を有するステムを、金属製の筐体等で囲って構成される。金属製の筐体は、例えば、ステムに抵抗溶接等で溶接され、ステム上に搭載される電子部品の収納空間を気密状態で封止し、電子部品に対する信頼性を高めている。また、筐体には、伝搬される光を集光する光学レンズ等が取付け固定されている。
【０００４】
光レセプタクルは、光素子ユニットに対して、光学レンズにより集光される光が高効率で光結合される位置になるように調芯して固定される。光レセプタクルの位置決めには、ジョイントスリーブを用いて行なう場合もあるが、用いずに行う場合もある。
上記のような構造の光モジュールは、光トランシーバ等に搭載する場合に、所定の収納部に位置決めして取付け固定される。
【０００５】
光トランシーバの使用周波数が高くなると、光モジュールから放射される電気的ノイズや光素子ユニットの後段の回路基板から放射される電気的ノイズ、また外部から伝搬されて侵入する電気的ノイズが問題となる。通常、これらの電気的ノイズを抑制するために、光モジュールの光レセプタクルは、電気的ノイズの放射や侵入を抑制するため、金属材料もしくは金属コーティングでシールドされた構造とされている。
【０００６】
この金属材によるシールドは、通信機器の筐体等を介して接地（フレームグランドと呼ばれている）され、電気的ノイズの抑制以外に静電気による影響も抑制されるように設計されている。他方、光モジュールの光素子等を制御駆動する信号回路の接地（シグナルグランドと呼ばれている）は、光素子ユニットのステムやグランドピン等を介して回路基板に設けたグランド導体等に接続されるように設計されている。
【０００７】
上記のフレームグランドとシグナルグランドが、電気的に導通されていると、機器筐体と回路基板との間での電気的ノイズの伝搬が生じやすくなり、機器の動作に悪影響を与える恐れがある。また、機器筐体からの静電気が回路基板側に伝搬されやすくなって、回路部をサージ破壊する要因にもなる。したがって、光モジュールにおいて、フレームグランドとシグナルグランドが電気的に分離される構造が必要とされている。
【０００８】
例えば、特許文献１及び特許文献２には、図３（Ａ）（Ｂ）に示すように、外部の光ファイバが接続される光レセプタクル１と光素子が搭載された光素子ユニット２をスタブフェルール３で電気的に絶縁する構造の光モジュールが開示されている。この光モジュールは、電気絶縁性のスタブフェルール３に環状の凹溝４ａ（図３Ａ）またはＶ状の凹溝４ｂ（図３Ｂ）を設け、この凹溝４ａ，４ｂの一方の端部に光レセプタクル１側の金属製ホルダ５を圧入嵌合し、他方の端部に光素子ユニット２側の金属製ホルダ６を圧入嵌合する。凹溝４ａ，４ｂにより、ホルダ５と６の圧入金属痕等による導通が生じるのを防止し、ホルダ５と６間の電気絶縁が確保できるようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００７−１３３２２５号公報
【特許文献２】特開２００９−５８５５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
図３に示す構成によれば、光素子が実装された光素子ユニットと光コネクタが接続される光レセプタクルとは、電気絶縁性のスタブフェルールで電気的に絶縁される。これにより、電気的ノイズの伝搬や静電気によるサージ破壊を防止することが可能となり、また、光レセプタクルの金属部分がアンテナとして作用するのを抑制することが可能とされている。
しかしながら、特許文献１，２では、光レセプタクルに対して、受光素子または発光素子のいずれかが実装された単一の光素子ユニットとであり、光素子ユニットは比較的に質量が小さい小型形状のものである。
【００１１】
一方、光通信技術の進展に伴い、ＦＴＴＨ（Fiber To The Home）に代表される光アクセスシステムでは、光ファイバ１心で双方向通信を行う光モジュールが用いられる。この場合、光モジュールには、例えば、波長の異なる発光素子が実装された２つの送信用の光素子ユニットと受光素子が実装された１つの受信用の光素子ユニットの３つの光素子ユニットを備えたユニット集合体が用いられる。このユニット集合体は質量も大きく大型形状となる。また、ユニット集合体と光レセプタクルとは、光軸にずれのない高精度で光結合されていることが必要とされ、このためには、ユニット集合体と光レセプタクルの取付けの固定強度（衝撃耐性等）が十分確保されている必要がある。
【００１２】
ユニット集合体と光レセプタクルとは、スタブ（スタブフェルール）に対して圧入嵌合により組付けて固定されるが、従来の質量の小さい小型形状の光素子ユニットからなる光モジュールでは、その圧入嵌合長は十分であるとしても、複数の光素子ユニットが搭載されたユニット集合体からなる光モジュールでは、十分な固定強度が得られない虞がある。このため、衝撃によるモーメントで光結合状態が変動することある。これに対して、上記の圧入嵌合長を大きくする方法が考えられるが、この方法は、光モジュールの外形寸法を増大させ、小型化や業界標準の要求に対応することができなくなるという問題がある。
【００１３】
本発明は、上述した実状に鑑みてなされたもので、ユニット集合体と光レセプタクルとが、間隙を介して電気的に絶縁されると共に外寸を増加させることなく、スタブに強固に取付け固定された光モジュールの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明による光モジュールは、金属製の集合筐体とブッシュを有し複数の光素子ユニットが搭載されたユニット集合体と、金属製のシェルとスリーブホルダを有し光コネクタのフェルールが挿入される光レセプタクルと、を備えた光モジュールであって、電気絶縁性のスタブに、スリーブホルダとブッシュとが、電気的に絶縁される間隙をあけて圧入嵌合され、前記の間隙に絶縁樹脂が充填されていることを特徴とする。
なお、前記の絶縁樹脂は、スリーブホルダの外径より小さい径の凸段部またはブッシュの外径より小さい径の凸段部の少なくとも一方の凸段部で規制される間隙に充填されているのが好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の光モジュールによれば、複数の光素子ユニットを備えた光モジュールにおいても、光モジュールの外形寸法を増大させることなく、ユニット集合体と光レセプタクルを電気的に絶縁すると共に、十分な衝撃耐性を有する固定強度で取付け固定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明による光モジュールの一例を説明する図である。
【図２】本発明によるユニット集合体と光レセプタクルの電気絶縁部分を説明する図である。
【図３】従来技術を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図により本発明の実施の形態を説明する。図において、１０は光モジュール、１１は光レセプタクル、１２はユニット集合体、１３はスタブ、１３ａは光ファイバ、１３ｂはスタブ内端、１４は間隙、１５はスリーブホルダ、１５ａは圧入孔、１５ｂは凸段部、１６はブッシュ、１６ａは圧入孔、１６ｂは凸段部、１７はスリーブ、１８は金属、１９は絶縁樹脂、２０は集合筐体、２１，２２は送信用の光素子ユニット、２３は受信用の光素子ユニットを示す。
【００１８】
本発明の光モジュール１０は、図１に一例として示すような光レセプタクル１１と複数の光素子ユニットを備えたユニット集合体１２からなる構成のものを対象とする。また、光レセプタクル１１とユニット集合体１２とは、光レセプタクル１１側に挿入される光ファイバとユニット集合体１２側の光素子とを、光学的に光結合させるスタブ１３（スタブフェルールともいう）により、連結一体化される構成のものを対象とする。
【００１９】
光レセプタクル１１は、フェルールが挿入されるスリーブ１７、該スリーブの基端部が嵌合されるスタブ１３、該スタブに圧入嵌合されるスリーブホルダ１５、該スリーブホルダにより保持され、スリーブ１７を保護する金属シェル１８により構成される。スリーブ１７は、例えば、ジルコニア等のセラミック材で形成され、スリ割を入れて径方向に伸縮可能な割スリーブで形成される。このスリーブ１７は、フェルールの位置決めを行い、その着脱を容易にする機能を備え、スタブ１３の一方の端部に弾性的に嵌合させて保持される。
【００２０】
スリーブホルダ１５は、金属で形成され、圧入孔１５ａを有し、スタブ１３に対して圧入嵌合により固定される。このスリーブホルダ１５は、スリーブ１７及び金属シェル１８を所定位置に保持すると共に、搭載機器のフレーム等に結合して光モジュールを支持固定して、電磁シールドを行う機能を備えている。金属シェル１８は、スリーブ１７を外力から保護すると共に、電磁シールドを行い、スリーブホルダ１５に圧入して一体化される。
【００２１】
ユニット集合体１２は、金属製の集合筐体２０を用いて、例えば、３つの光素子ユニットが組み付けられる。第１の光素子ユニット２１は、発光素子として、例えば、ＥＭＬ素子（Electro-absorption Modulator Integrated Laser Diode：変調器集積型半導体レーザ）を用いた１０Ｇｂｐｓ（波長１５７７ｎｍ）の送信用の光素子ユニットである。また、第２の光素子ユニット２２は、発光素子として、例えば、ＤＭＬ素子（Direct Modulation Laser Diode：直接変調レーザ）を用いた１Ｇｂｐｓ（波長１４９０ｎｍ）の送信用の光素子ユニットである。第３の光素子ユニット２３は、例えば、１０Ｇｂｐｓ（波長１２７０ｎｍ）または１Ｇｂｐｓ（波長１３１０ｎｍ）の受光素子を用いた受信用の光素子ユニットである。
【００２２】
３つの光素子ユニット２１，２２，２３は、光アイソレータ、波長分波フィルタ、集光レンズ等を用いて、スタブ１３の光ファイバ１３ａに光学的に結合される。この光結合は、レーザ等の発光素子を用いた送信用の光素子ユニット２１，２２においては、ジョイントスリーブ等を用いて調芯された後、集合筐体２０にＹＡＧレーザによる溶接あるいは接着剤で固定される。また、受信用の光素子ユニット２３においては、ジョイントスリーブを用いることなく調芯（ジョイントスリーブを用いてもよい）されて、集合筐体２０にＹＡＧレーザによる溶接あるいは接着剤で固定される。
【００２３】
集合筐体２０は、スタブ１３に予め圧入嵌合されている金属製のブッシュ１６に当接して位置決めされ、ブッシュ１６にＸで示す部分をＹＡＧレーザ等で溶接することにより取付け固定される。集合筐体２０をブッシュ１６に固定することで、スタブ１３の下端（光ファイバ１３ａの光結合端）と各光素子ユニット２１〜２３の光素子とが光学的に光結合される。
【００２４】
スタブ１３は、電気的絶縁性を有する材料で形成され、光レセプタクル１１のスリーブ１７と同じような、ジルコニア等のセラミック材で形成することができる。スタブ１３の中心には、短尺の光ファイバ１３ａが配設される。光ファイバ１３ａは、スリーブ１７により位置決めされた光コネクタの光ファイバとユニット集合体１２側の光素子とを光学的に結合する。また、スタブ１３は、上記したように、光レセプタクル１１とユニット集合体１２とを光学的に結合する他に、機械的にも連結一体化する部材としての機能も備える。
【００２５】
光レセプタクル１１のスリーブホルダ１５とユニット集合体１２のブッシュ１６は、電気的に絶縁される間隙１４をあけてスタブ１３に圧入嵌合され、互いに電気的には導通しないようにしてスタブ１３に取付け固定される。
本発明においては、特に間隙１４の部分に絶縁樹脂１９を充填し、スタブ１３に対するスリーブホルダ１５とブッシュ１６の圧入嵌合長を増強させたことを特徴とする。この構成により、光レセプタクル１１と複数の光素子ユニットからなるユニット集合体１２の固定強度を高めることができ、衝撃等が加わって光結合状態が変動するのを抑制することができる。
【００２６】
図２は、光レセプクル１１とユニット集合体１２との電気絶縁部分を説明する部分拡大図で、図２（Ａ）は断面図、図２（Ｂ）と図２（Ｃ）は実施形態を説明する図である。
【００２７】
図２（Ａ）に示すように、スリーブホルダ１５は、その圧入孔１５ａによりスタブ１３上に圧入嵌合で固定され、ブッシュ１６は、その圧入孔１６ａによりスタブ１３上に圧入嵌合で固定される。また、スリーブホルダ１５とブッシュ１６は、電気的に絶縁される所定の間隙１４を保持して固定される。なお、ブッシュ１６から突き出るスタブ１３の内端１３ｂの突き出し量は、治具等により管理規制される。
【００２８】
間隙１４には、耐熱性のある熱硬化性の絶縁樹脂（例えば、エポキシ樹脂等）１９を充填し、硬化させることによりスタブ１３と一体化する。この絶縁樹脂１９で間隙１４を埋めることにより、ブッシュ１６に衝撃によるモーメントがかかっても、絶縁樹脂１９を介してスリーブホルダ１５にも応力が及び、ブッシュ１６とスリーブホルダ１５が一体化された状態となる。このため、光モジュールの外形寸法を同じにして、スリーブホルダ１５とブッシュ１６の圧入嵌合長を実質的に増加させたことと等しくなり、衝撃等により位置ずれが生じるのを効果的に抑制することができる。
【００２９】
また、スリーブホルダ１５の間隙形成側には、スリーブホルダ外径より小径の凸段部１５ｂが設けられ、ブッシュ１６の間隙形成側にもブッシュ外径より小径の凸段部１６ｂが設けられる。電気的に絶縁する間隙１４は、この小径の凸段部１５ｂと１６ｂの間に形成され、この凸段部で規制される間隙内に絶縁樹脂１９が充填される。このため、絶縁樹脂１９が凸段部１５ｂ，１６ｂから外側にはみ出ないように充填管理することができる。
【００３０】
また、図２（Ｂ）に示すように、ユニット集合体の集合筐体２０は、ブッシュ１６の外周のＸで示す部分でＹＡＧレーザ等により溶接される。絶縁樹脂１９は、ブッシュ１６の外径より内側に形成された小径の凸段部１５ｂと１６ｂで規制される外径で形成されるので、ブッシュ１６の影になって溶接による影響が受けにくい状態となる。この結果、絶縁樹脂の変質や溶接時の飛沫が付着して絶縁耐圧が低下するのを抑制することができる。
【００３１】
なお、図２（Ｃ）に示すように、凸段部１５ｂと１６ｂは、スリーブホルダ１５とブッシュ１６の双方に設けなくても、いずれか一方の側に設けるだけでも絶縁樹脂１９の充填を規制することができる。この場合、ブッシュ１６側の凸段部１６ａを省略し、スリーブホルダ１５側の凸段部１５ｂのみとすることにより、図２（Ｂ）の場合と同様に、ＹＡＧレーザによる溶接の影響を受けにくくすることができる。
【００３２】
なお、図１に示す光モジュールで、ブッシュの圧入嵌合長を０.８４ｍｍで、絶縁樹脂を用いることなく加速度５００Ｇの衝撃を与えた後の伝送損失を測定したところ、０〜３ｄＢの損失増加があった。そして、ブッシュの圧入嵌合長を１.４ｍｍにして、絶縁樹脂を用いることなく、同じく加速度５００Ｇの衝撃を与えた後の損失を測定したところ、０〜１.５ｄＢの損失増加があった。すなわち、ブッシュの圧入嵌合長を大きくすることで、衝撃耐性を多少改善できるとしても十分ではなかった。
【００３３】
一方、ブッシュの圧入嵌合長を０.８４ｍｍで、間隙部分に絶縁樹脂を充填硬化させて、同じく加速度５００Ｇの衝撃を与えた後の損失を測定したところ、０.５ｄＢ未満の損失増加であった。
この衝撃試験の結果から、ブッシュの圧入嵌合長を増やすより、圧入嵌合長はそのままにし、間隙に樹脂を充填させる方が衝撃耐性に対して有効であることが確認された。
【符号の説明】
【００３４】
１０…光モジュール、１１…光レセプタクル、１２…ユニット集合体、１３…スタブ、１３ａ…光ファイバ、１３ｂ…スタブ内端、１４…間隙、１５…スリーブホルダ、１５ａ…圧入孔、１５ｂ…凸段部、１６…ブッシュ、１６ａ…圧入孔、１６ｂ…凸段部、１７…スリーブ、１８…金属シェル、１９…絶縁樹脂、２０…集合筐体、２１，２２…光素子ユニット（送信用）、２３…光素子ユニット（受信用）。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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