(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
送信信号光を発光する発光素子と、受信信号光を受光する受光素子とを備え、上記送信信号光の送信と上記受信信号光の受信を１芯の光ファイバにて行うことが可能な光送受信モジュールにおいて、
上記光ファイバ端部に設けられた光プラグを着脱可能に保持するジャック部と、
上記発光素子および上記受光素子を所定の位置に位置決め固定して一体成形された受発光ユニットと、
上記ジャック部と上記受発光ユニットとの間に挟まれるように配置され、上記送信信号光の光路と上記受信信号光の光路とを互いに分割する遮光性の仕切り板ユニットとを備え、
上記発光素子を上記受光素子よりも上記光ファイバ端面からの光軸方向の距離が大きくなるように配置することを特徴とする光送受信モジュール。
【請求項２】
請求項１に記載の光送受信モジュールにおいて、
上記発光素子から出射された上記送信信号光を屈折させて上記光ファイバ端面に導く送信用プリズムと、
上記光ファイバから出射された上記受信信号光の少なくとも一部を屈折させて上記受光素子に導く受信用プリズムとを備え、
上記送信用プリズムを上記受信用プリズムよりも上記光ファイバ端面からの光軸方向の距離が大きくなるように配置したことを特徴とする光送受信モジュール。
【請求項３】
請求項２に記載の光送受信モジュールにおいて、
上記発光素子と上記受光素子を位置決め固定して一体成形された上記受発光ユニットに対して、上記送信用プリズムおよび上記受信用プリズムを所定の位置に位置決め固定した状態で、上記受発光ユニットと上記送信用プリズムおよび上記受信用プリズムを一体成形したことを特徴とする光送受信モジュール。
【請求項４】
請求項３に記載の光送受信モジュールにおいて、
上記送信用プリズムおよび上記受信用プリズムに設けられた突起または穴の一方と、上記受発光ユニットに設けられた突起または穴の他方とを有する位置決め手段を備え、
上記位置決め手段の上記突起を上記穴に挿入することにより、上記受発光ユニットに対して上記送信用プリズムと上記受信用プリズムを位置決めしたことを特徴とする光送受信モジュール。
【請求項５】
請求項４に記載の光送受信モジュールにおいて、
上記送信用プリズムの突起または穴を上記送信信号光が通過しない領域に少なくとも１つ設けると共に、
上記受信用プリズムの突起または穴を上記受信信号光が通過しない領域に少なくとも１つ設けたことを特徴とする光送受信モジュール。
【請求項６】
請求項４に記載の光送受信モジュールにおいて、
上記位置決め手段により位置決めされた上記送信用プリズムおよび上記受信用プリズムを、樹脂成形により上記発光素子と上記受光素子が位置決め固定された樹脂成形品に固定したことを特徴とする光送受信モジュール。
【請求項７】
請求項１に記載の光送受信モジュールにおいて、
上記受発光ユニットの送信側と受信側との間に設けられた仕切り板ガイド用の溝部に上記仕切り板ユニットの仕切り板が配置され、
上記発光素子の出射側に設けられた送信用レンズの底面部から上記光ファイバ端面までの光軸方向の距離よりも、上記仕切り板ガイド用の溝部に配置された上記仕切り板ユニットの仕切り板の上記光ファイバ側と反対の側の端部から上記光ファイバ端面までの光軸方向の距離が大きくなるようにしたことを特徴とする光送受信モジュール。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか１つに記載の光送受信モジュールを用いたことを特徴とする電子機器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、１芯の光ファイバにて送受信を行うことが可能な１芯双方向光送受信システムに使用される光送受信モジュールおよび電子機器に関するものである。特に、ＩＥＥＥ１３９４(Institute of Electrical and Electronic Engineers 1394)やＵＳＢ(Unversal Serial Bus)２.０などの高速伝送が可能なデジタル通信システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、光送受信モジュールとしては、特開２００１−１４７３４９号公報に記載されたものがある。この光送受信モジュールは、図３５に示すように、プリズム１１０４を用いた光学系を有し、発光デバイスと受光デバイスとの間を遮るように光ファイバ１１０２の端面に当接する遮光性の仕切り板１１１１を用いることにより、光学的クロストークを低減して、１芯の光ファイバケーブルを用いた全二重通信を実現している
図３５に示すように、上記光送受信モジュールは、光プラグ１１０１の光ファイバ１１０２端面に当接する仕切り板１１１１が当接し、発光素子１１０３と受光素子１１０５はモールド樹脂１１０６により封止されている。上記モールド樹脂封止時にレンズ部１１０６a,１１０６bが一体成形されている。
【０００３】
上記光送受信モジュールでは、発光素子１１０３および受光素子１１０５を光ファイバ１１０２の先端から光軸方向の距離が同一である位置(基板１１０９上)に配置している。また、プリズム１１０４においても、送信側と受信側の光ファイバ１１０２の先端から光軸方向の距離が同一である位置に配置している。上記仕切り板１１１１は、光ファイバ１１０２と当接して弾性変形することによって、光ファイバ１１０２先端面と仕切り板１１１１の光ファイバ１１０２の対向する面との間隔のない構造となっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記光送受信モジュールは、仕切り板１１１１を有するプリズム光学系を用いた光送受信モジュールであり、光ファイバ１１０２の端面が仕切り板１１１１に当接する構造であるため、光ファイバ１１０２の端面や仕切り板１１１１が破損するという問題がある。また、上記仕切り板１１１１を設けることにより、送信光は光ファイバの投影面積の約５０％で出射され、受信光についても光ファイバの投影面積の約５０％で入射されることにより、発光素子１１０３および受光素子１１０５を光ファイバ１１０２の端面からの光軸方向の距離が同一であるため、送信効率および受信効率を大きくすることは難しい。さらに、上記仕切り板１１１１の構造面に起因する制約から１芯の光ファイバケーブルと発光素子１１０３または受光素子１１０５との光結合性能の良い状態が得られるような光学素子の光学的配置がなされていない。
【０００５】
そこで、この発明の目的は、遮光性の仕切り板を用いて高品質な全二重通信方式による光伝送ができ、挿入された光プラグがモジュール内で回転しても光ファイバ端面や仕切り板の破損を防止できると共に、１芯の光ファイバケーブルと発光素子や受光素子との光結合性能が良好な光学的配置を実現できる光送受信モジュールおよび電子機器を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、この発明の光送受信モジュールは、送信信号光を発光する発光素子と、受信信号光を受光する受光素子とを備え、上記送信信号光の送信と上記受信信号光の受信を１芯の光ファイバにて行うことが可能な光送受信モジュールにおいて、上記光ファイバ端部に設けられた光プラグを着脱可能に保持するジャック部と、上記発光素子および上記受光素子を所定の位置に位置決め固定して一体成形された受発光ユニットと、上記ジャック部と上記受発光ユニットとの間に挟まれるように配置され、上記送信信号光の光路と上記受信信号光の光路とを互いに分割する遮光性の仕切り板ユニットとを備え、上記発光素子を上記受光素子よりも上記光ファイバ端面からの光軸方向の距離が大きくなるように配置することを特徴としている。
【０００７】
上記構成の光送受信モジュールによれば、上記送信信号光の光路と受信信号光の光路とを互いに分割する遮光性の仕切り板ユニットを、上記ジャック部と受発光ユニットとの間に挟まれるように配置することによって、送信信号光が直接受光素子に結合するのを抑制でき、高品質な全二重通信方式による光伝送ができる。さらに、上記発光素子を受光素子よりも光ファイバ端面からの光軸方向の距離が大きくなるように配置することによって、１芯の光ファイバと発光素子や受光素子との光結合性能が良好な光学的配置を実現できる。
【０００８】
また、一実施形態の光送受信モジュールは、上記発光素子から出射された上記送信信号光を屈折させて上記光ファイバ端面に導く送信用プリズムと、上記光ファイバから出射された上記受信信号光の少なくとも一部を屈折させて上記受光素子に導く受信用プリズムとを備え、上記送信用プリズムを上記受信用プリズムよりも上記光ファイバ端面からの光軸方向の距離が大きくなるように配置したことを特徴としている。
【０００９】
上記実施形態の光送受信モジュールによれば、上記送信用プリズムを受信用プリズムよりも光ファイバ端面からの光軸方向の距離が大きくなるように配置して、発光素子を光ファイバ端面から遠ざけることにより、発光素子の出射方向と光ファイバの光軸とのなす角度を小さくでき、その角度が小さいほど送信用プリズムで光線をあまり曲げないように光ファイバに結合することによって、送信効率を向上できる。一方、上記受信用プリズムを光ファイバ先端に近い位置に配置し、光ファイバ端面からの受信信号光が広がる前に、光線を受信側プリズムにより受信側に曲げて受信素子に結合させることによって、受信効率を向上できる。
【００１０】
また、一実施形態の光送受信モジュールは、上記発光素子と上記受光素子を位置決め固定して一体成形された上記受発光ユニットに対して、上記送信用プリズムおよび上記受信用プリズムを所定の位置に位置決め固定した状態で、上記受発光ユニットと上記送信用プリズムおよび上記受信用プリズムを一体成形したことを特徴としている。
【００１１】
上記実施形態の光送受信モジュールによれば、上記発光素子と受光素子を位置決め固定して一体成形された上記受発光ユニットに対して、送信用プリズムおよび受信用プリズムを所定の位置に位置決め固定した状態で、受発光ユニットと送信用プリズムおよび受信用プリズムを一体成形することによって、光学的配置の最適化になるとともに、この光送受信モジュール本体を小型化できる。
【００１２】
また、一実施形態の光送受信モジュールは、上記送信用プリズムおよび上記受信用プリズムに設けられた突起または穴の一方と、上記受発光ユニットに設けられた突起または穴の他方とを有する位置決め手段を備え、上記位置決め手段の上記突起を上記穴に挿入することにより、上記受発光ユニットに対して上記送信用プリズムと上記受信用プリズムを位置決めしたことを特徴としている。
【００１３】
上記実施形態の光送受信モジュールによれば、上記位置決め手段の一方の突起を他方の穴に挿入することにより、送信用プリズムと受信用プリズムの位置決め精度を容易に向上できる。
【００１４】
また、一実施形態の光送受信モジュールは、上記送信用プリズムの突起または穴を上記送信信号光が通過しない領域に少なくとも１つ設けると共に、上記受信用プリズムの突起または穴を上記受信信号光が通過しない領域に少なくとも１つ設けたことを特徴としている。
【００１５】
上記実施形態の光送受信モジュールによれば、上記送信用プリズムの送信信号光が通過しない領域に少なくとも１つの突起または穴を設けると共に、上記受信用プリズムの受信信号光が通過しない領域に少なくとも１つの突起または穴を設けることによって、送受信性能に影響を及ぼすことなく、上記位置決め手段を実現できる。
【００１６】
また、一実施形態の光送受信モジュールは、上記位置決め手段により位置決めされた上記送信用プリズムおよび上記受信用プリズムを、樹脂成形により上記発光素子と上記受光素子が位置決め固定された樹脂成形品に固定したことを特徴としている。
【００１７】
上記実施形態の光送受信モジュールによれば、上記位置決め手段により位置決めされた上記送信用プリズムおよび受信用プリズムを樹脂成形により上記発光素子と上記受光素子が位置決め固定された樹脂成形品に固定することによって、送信用プリズムおよび受信用プリズムの脱落を容易に防止できる。
【００１８】
また、一実施形態の光送受信モジュールは、上記受発光ユニットの送信側と受信側との間に設けられた仕切り板ガイド用の溝部に上記仕切り板ユニットの仕切り板が配置され、上記発光素子の出射側に設けられた送信用レンズの底面部から上記光ファイバ端面までの光軸方向の距離よりも、上記仕切り板ガイド用の溝部に配置された上記仕切り板ユニットの仕切り板の上記光ファイバ側と反対の側の端部から上記光ファイバ端面までの光軸方向の距離が大きくなるようにしたことを特徴としている。
【００１９】
上記実施形態の光送受信モジュールによれば、上記発光素子の出射側に設けられた送信用レンズの底面部から光ファイバ端面までの光軸方向の距離よりも、上記仕切り板ガイド用の溝部に配置された仕切り板ユニットの仕切り板の光ファイバ側と反対の側の端部から光ファイバ端面までの光軸方向の距離が大きくなるようにすることによって、発光素子から出射した送信信号光(反射光を含む)の受光素子への入射を確実に阻止でき、光学的クロストークを効果的に低減できる。
【００２０】
また、この発明の電子機器は、上記光送受信モジュールを用いたことを特徴としている。
【００２１】
上記構成の電子機器によれば、上記光送受信モジュールを用いることによって、高品質な全二重通信方式による光伝送ができる情報家電等の電子機器を実現できる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の光送受信モジュールおよび電子機器を図示の実施の形態により詳細に説明する。この実施の形態を説明するにあたり、まず、この発明の光送受信モジュールの製造方法の概略を説明した後、光送受信モジュールの構成および製造方法の詳細について説明する。
【００２３】
図１はこの実施の一形態の光送受信モジュールの製造方法を示すフローチャートであり、この実施形態の光送受信モジュールは、図１のフローチャートにしたがって製造される。
【００２４】
まず、工程Ｓ１において、発光素子をトランスファーモールドして封止することにより発光デバイスを製造する。
次に、工程Ｓ２において、受光素子をトランスファーモールドして封止することにより受光デバイスを製造する。
次に、工程Ｓ３において、発光デバイスと受光デバイスを位置決め固定する２次インジェクションモールド樹脂成形することにより一体化する。
次に、工程Ｓ４において、光学素子としての送信用プリズムレンズおよび光学素子としての受信用プリズムレンズを挿入して組み合わせて、３次インジェクションモールド樹脂成形することにより受発光ユニットを形成する。
次に、工程Ｓ５において、上記受発光ユニットと仕切り板ユニットを組み合わせて、組み品１を製造する。
次に、工程Ｓ６において、光信号伝送用の光プラグが取り付けられた光ファイバケーブルの脱着を可能とするプラグ挿入孔および嵌合保持部が設けられたジャック部を組み合わせて、組み品２を製造する。
次に、工程Ｓ７において、発光素子用駆動回路基板としての送信用駆動電気回路基板と受信素子用処理回路基板としての受信用増幅電気回路基板を組み合わせて、組み品３を製造する。
さらに、工程Ｓ８において、組み品３に外装シールドを組み合わせて、光送受信モジュールを製造する。
【００２５】
図２〜図４はこの実施形態の光送受信モジュールの外形図を示しており、図２は上記光送受信モジュールの上面図であり、図３は上記光送受信モジュールをプラグ挿入穴方向から見た図であり、図４は上記光送受信モジュールの側面図である。図２〜図４において、２１は受発光ユニット、２２はジャック部、２３は外装シールド、２４はプラグ挿入穴、２５は外部入出力端子、２６はシールド板保持用角穴である。
【００２６】
図６は上記光送受信モジュールにおける光学系を示す拡大断面図である。まず、この実施形態の光送受信モジュールの光学系配置について述べる。この実施形態では、発光素子として発光ダイオード(以下、ＬＥＤという)３４、受光素子としてフォトダイオード(以下、ＰＤという)３７を用いている。
【００２７】
図６に示すように、光ファイバ４４を含む光プラグ３０の前方に仕切り板３１が配置されている。光学素子であるプリズムレンズは、送信用プリズムレンズ３２と受信用プリズムレンズ３５に２分され、その境界に仕切り板３１が配置されている。この仕切り板３１の厚さは５０μｍであり、仕切り板３１が挿入される送信用プリズムレンズ３２と受信用プリズムレンズ３５との間隔は１００μｍとしている。また、仕切り板３１は、光プラグ３０のセンター位置(光ファイバの光軸を含む平面上)に配置している。これは、光プラグ３０の先端の投影面積を送信側と受信側でそれぞれ５０％にするためである。
【００２８】
この実施形態によれば、ＬＥＤ３４は、トランスファーモールド方式等によりモールド樹脂３３にて樹脂封止され、このとき封止する樹脂によって送信用レンズ３９を設けている。同様に、ＰＤ３７もトランスファーモールド方式等によりモールド樹脂３６にて樹脂封止され、このとき封止する樹脂によって受信用レンズ４１を設けている。ＬＥＤ３４の送信光は、送信用レンズ３９を介して送信用プリズムレンズ３２の集光用レンズ３８でコリメートされ、プリズム部４２によって屈折された後、光ファイバ４４に結合される。一方、光ファイバ４４からの出射光である受信光は、仕切り板３１によってその半分が受信用プリズムレンズ３５のプリズム部４３で屈折された後に、集光用レンズ４０で集光し、モールド樹脂３６の受信用レンズ４１を介して受信用のＰＤ３７と結合される。このように、発光素子であるＬＥＤ３４および受光素子であるＰＤ３７と光ファイバ４４との間に、仕切り板３１と送信用プリズムレンズ３２と受信用プリズムレンズ３５を入れることによって、１本の光ファイバ４４を用いて送信,受信すなわち全二重通信を行うことが可能となる。
【００２９】
この実施形態では、ＬＥＤ３４を光プラグ３０及び光ファイバ４４の先端に対してＰＤ３７よりも遠い位置に配置している。ここで、光プラグ３０からＬＥＤ３４の発光面までの距離と光プラグ３０からＰＤ３７の受光面までの距離との差は１.３ｍｍである。さらに、送信用プリズム３２の集光用レンズ３８についても、光プラグ３０先端に対して受信用プリズムレンズ３５の集光用レンズ４０よりも遠い位置に配置している。上記光ファイバ３０先端から集光用レンズ３８までの距離と光ファイバ４４先端から集光用レンズ４０までの距離との差は１ｍｍである。この実施形態では、ＬＥＤ３４をトランスファーモールドで封止した発光デバイスと、ＰＤ３７をトランスファーモールドで封止した受光デバイスの間に仕切り板３１を挿入するため、ＬＥＤ３４,ＰＤ３７の両方とも光プラグ３０のセンター位置より５０μｍ以内に配置することは不可能である。
【００３０】
そこで、送信側の光学系配置は、ＬＥＤ３４の放射光強度が発光部センターを頂点とし、角度がつくにつれ減少することと、送信用プリズムレンズ３２のプリズム部４２で光線を曲げないように光プラグ３０の光ファイバに結合する方が送信効率が高くなることから、ＬＥＤ３４の出射方向と光プラグ３０の光ファイバの光軸方向とのなす角度を小さくする方が効率は大きくなる。そのため、ＬＥＤ３４を光プラグ３０先端から遠ざけることにより、ＬＥＤ３４と光プラグ３０の角度を小さくする方法をとることが考えられるが、光送受信モジュールの小型化のためには、ＬＥＤ３４およびＰＤ３７の位置を光プラグ３０から遠ざけることは、光学系が大きくなり、マイナス要因となる。そのため、この実施形態では、光プラグ３０の先端からＬＥＤ３４の発光部までの距離を４.７５ｍｍの位置となるようにＬＥＤ３４を配置している。ここで、ＬＥＤ３４から出射光が送信用レンズ３９で全て平行光とすることは難しいため、トランスファーモールドで一体成形した送信用レンズ３９と送信用プリズムレンズ３２の集光用レンズ３８との間隔を小さくして、集光用レンズ３８に早く入射させるのが望ましい。この実施形態では、送信用レンズ３９と集光用レンズ３８との間隔を５０μｍとしている。
【００３１】
一方、受信側の光学系配置は、光プラグ３０の光ファイバ先端形状が球面であるため、光ファイバ先端からの出射光がセンター方向に集光される傾向にあることから、受信用プリズムレンズ３５のプリズム部４３を光ファイバ先端に近い位置に配置し、仕切り板３１に光線が当たる前に、光線を受信用プリズムレンズ３５のプリズム部４３により受信側に曲げて、受信用プリズムレンズ３５の集光用レンズ４０によりコリメートし、受信用レンズ４１によりＰＤ３７に結合させる方が受信効率はよくなる。
【００３２】
このような理由により、ＬＥＤ３４を光プラグ３０先端に対してＰＤ３７よりも遠い位置に配置している。さらに送信用プリズム３２の集光用レンズ３８についても、光プラグ先端に対して受信用プリズムレンズ３５の集光用レンズ４０よりも遠い位置に配置している。
【００３３】
このようにして、上記ＬＥＤ３４とＰＤ３７の光学的位置を最適化している。この実施形態による光学系の配置についての光学シミュレーションの結果によると、この光学系での送信効率は２１.３％、受信効率は３１.２％であり、高い送信効率および受信効率が得られた。
【００３４】
以下、この実施形態の光送受信モジュールの各工程の製造方法を説明する。
【００３５】
図７は発光デバイスの製造工程を説明するフローチャートであり、図９(A)は上記発光デバイスの上面図を示し、図９(B)は上記発光デバイスの側面図を示している。この実施形態の発光素子としては、ＬＥＤ(発光ダイオード)５１(図９(A)に示す)を用いる。
【００３６】
まず、工程Ｓ１１において、発光素子のＬＥＤ５１は、リードフレーム５０(図９(A)に示す)上に銀ペーストや導電性樹脂またはインジウム等を用いてダイボンドを行う。上記リードフレーム５０は、銅板,鉄板等の金属板を銀メッキしてなるものを切断やエッチングにより形成する。上記ＬＥＤ５１の電気接続の一方は、銀ペーストや導電性樹脂またはインジウム等を用いてリードフレーム５０の所定の位置に行われ、固定される。
【００３７】
次に、工程Ｓ１２において、上記ＬＥＤ５１の電気接続のもう一方は、金線やアルミニウム線５４(図９(A)に示す)を用いてワイヤーボンディングによりリードフレーム５０上の所定の位置に接続される。
【００３８】
その後、工程１３において、金型に設置されて、トランスファーモールド成形によりモールド樹脂５３(図９(A),(B)に示す)にて樹脂封止される。
【００３９】
この発光デバイスの製造工程において使用する樹脂としては、エポキシ系の透明材料を用いる。このとき、封止する樹脂を用いて、発光素子に対して斜め方向に球面または非球面のレンズ部５２(図９(A),(B)に示す)を一体成形により設けることによって、送信時における発光素子から光ファイバへの結合効率を改善することができる。
【００４０】
また、図８は受光デバイスの製造工程を説明するフローチャートであり、図１０(A)は上記受光デバイスの上面図を示し、図１０(B)は上記受光デバイスの側面図を示している。この実施形態の受光素子としては、ＰＤ(フォトダイオード)７１(図１０(A)に示す)を用いる。
【００４１】
まず、工程Ｓ２１において、発光デバイスの製造フローと同様に、リードフレーム７０(図１０(A)に示す)上に受光素子のＰＤ７１と初段増幅ＩＣ(以下、プリアンプという)７５(図１０(A)に示す)を銀ペーストや導電性樹脂またはインジウム等を用いてダイボンドを行う。上記リードフレーム７０は、銅板,鉄板等の金属板を銀メッキしてなるものを切断やエッチングにより形成する。上記受光素子のＰＤ７１の底面側の電気接続及びプリアンプの接地接続は、上記銀ペーストや導電性樹脂またはインジウム等を用いてリードフレームの所定の位置に行われ、固定される。
【００４２】
次に、工程Ｓ２２において、ＰＤ７１の受光面側とプリアンプ７５は、金線やアルミニウム線７４(図１０(A)に示す)を用いてワイヤーボンディングによりリードフレーム７０上の所定の位置に接続される。ここで、ＰＤの受光面側電極とプリアンプのＰＤ接続用パッド間のワイヤー７６は、静電容量の増加を防ぐため、直接ワイヤーボンディングを行い電気接続される。
【００４３】
その後、工程Ｓ２３において、金型に設置されて、トランスファーモールド成形によりモールド樹脂７３(図１０(A),(B)に示す)にて樹脂封止される。
【００４４】
この受光デバイスの製造工程において使用する樹脂としては、エポキシ系の透明材料を用いる。このとき、封止する樹脂を用いて、受光素子に対して斜め方向に球面または非球面のレンズ部７２(図１０(A),(B)に示す)を一体成形にて設けることによって、受信時における光ファイバから受光素子への結合効率を改善することができる。この実施形態では、ＰＤとプリアンプをそれぞれ別チップ構成としたが、光電気ＩＣ(ＯＰＩＣ、ＯＥＩＣ)のような１チップ構成を用いてもよい。
【００４５】
また、図１１は受発光ユニットの製造工程を説明するフローチャートであり、まず、工程Ｓ３１において発光デバイスにシールド板を装着すると共に、工程Ｓ３２において受光デバイスにシールド板を装着する。
次に、工程Ｓ３３において、シールド板が装着された発光デバイス,受光デバイスを２次インジェクションモールド樹脂成形により一体化する。
次に、工程Ｓ３４において、２次インジェクションモールド樹脂成形により一体化された受発光ユニットにプリズムレンズを挿入する。
次に、工程Ｓ３５において、３次インジェクションモールド樹脂成形により成形された後述するレンズ固定部１９５を行いレンズを固定する。
【００４６】
次に、発光デバイスにシールド板を装着する工程について説明する。
【００４７】
図１２(A)〜図１２(C)は、発光デバイス９１に上側シールド板９３,下側シールド板９４を覆うように装着した図であり、図１２(A)はモールド樹脂によって一体成形されたレンズ部９２方向から見た正面図であり、図１２(B)はレンズ部９２の反対側から見た図であり、図１２(C)は図１２(A)の右側から見た側面図である。また、図１３(A)は上側シールド板９３の正面図であり、図１３(B)は上側シールド板９３の側面図であり、図１４(A)は下側シールド板９４の正面図であり、図１４(B)は下側シールド板９４の側面図である。
【００４８】
図１２(A)〜図１２(C)に示す発光デバイス９１は、隣接する受光デバイスおよび受光素子用増幅回路にＬＥＤから発生して入射する電磁ノイズの影響を抑えるため、高速で発光素子をスイッチングする際に、発光素子、ワイヤー、リード端子から外部へ放射する電磁ノイズの除去手段として鉄や銅等の金属板を用いて覆われる構造としてシールドを行う。
【００４９】
この鉄や銅等の金属板を用いたシールド板は、組み立てを容易に行うため、上側シールド板９３と下側シールド板９４に２分割されており、上側シールド板９３については、レンズ部９２以外を覆う構造とし、レンズ部９２を避ける穴１００(図１３(A)に示す)を設けている。上記上側シールド板９３は、接続端子９５を用いて電気的にグランドに接続され、下側シールド板９４は、接続端子９６を用いて電気的にグランドに接続されて、電磁ノイズの入射を抑制する。上記上側シールド板９３,下側シールド板９４の接続端子９５,９６は、上記発光デバイス９１のリード端子９９の引き出し方向に延ばし、リード端子９９のグランド端子と導通をとれる構造とし、電気的にグランドに接続されて電磁ノイズの入射を抑制する。上記上側シールド板９３,下側シールド板９４の接続端子９５,９６と、上記発光デバイス９１のリード端子９９のうちのグランド端子(図１２(A)の両側)との接続は、接続部１０１を溶接(またははんだ付け)により電気的に接続すると共に上側シールド板９３,下側シールド板９４を位置決め固定する。
【００５０】
上記上側シールド板９３,下側シールド板９４の位置決め固定手段としては、上側シールド板９３において、発光デバイス９１のレンズ部９２を避ける穴１００の大きさを若干レンズ部９２の径より大きい穴径とすることにより、上側シールド板９３を図１２(A)に示すように上下左右方向にずれることを防ぐ構造としている。この実施形態では、穴１００の直径をレンズ部の直径+０.１ｍｍとしている。さらに、上記位置決め固定手段として、上側シールド板９３,下側シールド板９４の接続端子９５,９６に断面コの字形状の部分９７,９８を設けることにより、発光デバイス９１のリード端子９９のうちのグランド端子(図１２(A),(B)では両側)を側面から挟み込むようにして、確実に位置決め固定を行う。また、上記上側シールド板９３,下側シールド板９４は、電磁ノイズの放射を抑えるだけではなく、レンズ部９２以外からの不要な光出射を抑制する。
【００５１】
次に、受光デバイスにシールド板を装着する工程について説明する。
【００５２】
図１５(A)〜図１５(C)は、受光デバイス１１１に上側シールド板１１３,下側シールド板１１４を覆うように装着した図であり、図１５(A)はモールド樹脂によって一体成形されたレンズ部１１２方向から見た正面図であり、図１５(B)はレンズ部の反対側から見た図であり、図１５(C)は図１５(A)の右側から見た側面図である。また、図１６(A)は上側シールド板１１３の正面図であり、図１６(B)は上側シールド板１１３の側面図であり、図１７(A)は下側シールド板１１４の正面図であり、図１７(B)は下側シールド板１１４の側面図である。
【００５３】
図１５(A)〜図１５(C)に示す受光デバイス１１１は、隣接する発光デバイスおよび発光素子用駆動電気回路や外来ノイズ等の外部からの電磁ノイズの影響を防ぐため、ノイズ除去手段として鉄や銅等の金属板を用いて覆われる構造としシールドを行う。
【００５４】
この鉄や銅等の金属板を用いたシールド板は、組み立てを容易に行うため、上側シールド板１１３と下側シールド板１１４に２分割されており、上側シールド板１１３については、レンズ部１１２以外を覆う構造とし、レンズ部１１２を避ける穴１２０(図１６(A)に示す)を設ける。上記上側シールド板１１３は、接続端子１１５を用いて電気的にグランドに接続され、下側シールド板１１４は、接続端子１１６を用いて電気的にグランドに接続されて、電磁ノイズの入射を抑制する。上記上側シールド板１１３,下側シールド板１１４の接続端子１１５,１１６は、受光デバイス１１１のリード端子１１９の引き出し方向に延ばし、リード端子１１９のうちのグランド端子(図１５(A)の右から２番目)と導通をとる構造とし、電気的にグランドに接続されて電磁ノイズの入射を抑制する。上記上側シールド板１１３,下側シールド板１１４の接続端子１１５,１１６と、上記発光デバイス１１１のリード端子１１９のうちのグランド端子(図１５(A)の右から２番目)との接続は、接続部１２１を溶接(またははんだ付け)により電気的に接続すると共に上側シールド板１１３,下側シールド板１１４を位置決め固定する。
【００５５】
上記上側シールド板１１３,下側シールド板１１４の位置決め固定手段としては、上側シールド板１１３において、受光デバイス１１１のレンズ部１１２を避ける穴１２０の大きさを若干レンズ部１１２の径より大きい穴径とすることにより、上側シールド板１１３を図１５(A)に示すように上下左右方向にずれることを防ぐ構造としている。この実施形態では、穴１２０の直径をレンズ部１１２の直径+０.１ｍｍとしている。さらに、上記位置決め固定手段として、上記上側シールド板１１３,下側シールド板１１４の接続端子１１５,１１６に断面コの字形状の部分１１７,１１８を設けることにより、上記受光デバイスのリード端子１１９のグランド端子を側面から挟み込むようにして、確実に位置決め固定を行う。また、上記上側シールド板１１３,下側シールド板１１４は、電磁ノイズの入射を抑えるだけではなく、レンズ部１１２以外からの不要な光入射を抑制する。
【００５６】
次に、シールド板が装着された発光デバイス,受光デバイスを２次インジェクションモールド樹脂成形により一体化する工程を説明する。
【００５７】
図１８(A)は２次インジェクションモールド樹脂成形により一体化された受発光ユニットの正面図であり、図１８(B)は図１８(A)のXVIIIb−XVIIIb線から見た断面図であり、図１８(C)は上記受発光ユニットの側面図であり、図１８(D)は上記受発光ユニットの裏面図である。
【００５８】
図１８(A)〜(D)に示すように、シールド板１３８,１３９を溶接により装着された発光デバイス１３１と、シールド板１４０,１４１を溶接により装着された受光デバイス１３２を、発光デバイス１３１のリードフレームと受光デバイス１３２のリードフレームとが相異なる側から引き出されるように配置して、位置決め固定を行う。上記発光デバイス１３１のリード端子１３３側と反対の側と受光デバイス１３２のリード端子１３４側と反対の側とが対向するように配置することによって、発光デバイス１３１のリード端子１３３と受光デバイス１３２のリード端子１３４との間隔を大きくとることができ、発光デバイス１３１からの電磁ノイズが受光デバイス１３２への影響を抑制することができる。また、隣り合った配置においては、発光デバイスのリード端子と受光デバイスのリード端子間で電磁誘導による電磁ノイズの影響が大きいと考えられるため、上記の配置により電磁ノイズの影響をより少なくできる。
【００５９】
上記発光デバイス１３１,受光デバイス１３２の位置決め固定手段としては、インジェクションモールド樹脂１３５によって、発光デバイス１３１および受光デバイス１３２のリードフレームの位置決めピン穴１３６,１３７を基準として、２次インジェクションモールド樹脂成形することによって行う。この２次インジェクションモールド樹脂成形では、後述する送信用光学素子および受信用光学素子としてのプリズムレンズの位置決め手段として使用するボスピン用穴１４２,１４３(図１８(A)に示す)を同時に設ける。
【００６０】
次に、２次インジェクションモールド樹脂成形により一体化された受発光ユニットにプリズムレンズを挿入する工程について説明する。
【００６１】
ここで、まず、挿入されるプリズムレンズについて説明する。図１９(A)は送信用プリズムレンズの正面図であり、図１９(B)は図１９(A)の送信用プリズムレンズの上側から見た側面図であり、図１９(C)は図１９(A)の送信用プリズムレンズの右側から見た側面図である。
【００６２】
この実施形態では、送信用光学素子として図１９(A)〜(C)に示す送信用プリズムレンズ１６１を用いる。上記送信用プリズムレンズ１６１は、プリズム部１６２と集光用レンズ部１６３を一体化した構造である。上記送信用プリズムレンズ１６１は、射出成形法などによって成形を行い、その材料としては耐候性に優れたものを選定することが望ましい。その例としては、アクリル、ＰＭＭＡ(ポリメチルメタクリレート)等を用いる。上記送信用プリズムレンズ１６１には、２次インジェクションモールドとの位置決め手段として、射出成形時に一体成形で光学的に関与しない部分にボスピン１６４を設ける。また、上記送信用プリズムレンズ１６１のレンズの光学的に寄与しない面１６５,１６６には、表面に梨地処理を施して、不要な光出射および光ファイバからの出射光の反射を抑えるようにしている。
【００６３】
図２０(A)は受信用プリズムレンズの正面図であり、図２０(B)は図２０(A)の受信用プリズムレンズの上側から見た側面図であり、図２０(C)は図２０(A)の受信用プリズムレンズの右側から見た側面図である。
【００６４】
この実施形態では、受信用光学素子として図２０(A)〜(C)に示す受信用プリズムレンズ１７１を用いる。上記受信用プリズムレンズ１７１は、プリズム部１７２と集光用レンズ部１７３を一体化した構造である。上記受信用プリズムレンズ１７１も上記送信用プリズムレンズ１６１と同様に、射出成形法などによって成形を行い、その材料としては耐候性に優れたものを選定することが望ましい。その例としては、アクリル、ＰＭＭＡ等を用いる。上記受信用プリズムレンズ１７１には、２次インジェクションモールドとの位置決め手段として、射出成形時に一体成形で光学的に関与しない部分にボスピン１７４を設ける。また、上記受信用プリズムレンズ１７１のレンズの光学的に寄与しない面１７５,１７６には、表面に梨地処理を施して、不要な光入射および光ファイバからの出射光の反射を抑えるようにしている。
【００６５】
図２１(A)は上記送信用プリズムレンズ１８２および受信用プリズムレンズ１８３を挿入した状態の受発光ユニットの正面図であり、図２１(B)は図２１(A)のXXIb−XXIb線から見た断面図であり、図２１(C)は上記受発光ユニットの側面図であり、図２１(D)は上記受発光ユニットの裏面図である。
【００６６】
図２１(A)〜(D)に示すように、上記２次インジェクションモールド樹脂成形を行った受発光デバイスに、送信用プリズムレンズ１８２および受信用プリズムレンズ１８３を位置決め手段であるボスピン１８４,１８５を使用して、２次インジェクションモールドで成形した上記ボスピン用穴１４２,１４３(図１８(A)に示す)に挿入して所定の位置に固定する。
【００６７】
次に、上記送信用プリズムレンズ１６１,受信用プリズムレンズ１７１を２次インジェクションモールド品に挿入しただけでは、その後の製造工程中に脱落することが考えられるため、３次インジェクションモールド樹脂成形により成形されたレンズ固定部１９５を行いレンズを固定する。
【００６８】
さらに、上記レンズ固定部１９５では、後述するジャック部２０２(図２２(A)に示す)との位置決め手段として使用するピン１８６,１８７を一体成形により２箇所に設けている。上記ピン１８６,１８７は、ジャック部２０２との位置決め固定のとき、送信側と受信側の向きの誤挿入を防ぐため、ピンの直径が異なっている。また、上記位置決めピンの他に、圧入だけでは脱落の危険性があるため、ジャック部２０２にフック２０５(図２２(A)に示す)を設け、３次インジェクション樹脂成形を行った受発光ユニット２０１に上記フック２０５の受け側であり溝部１９４を設けている。上記ジャック部２０２のフック２０５と受発光ユニット２０１の溝部１９４により脱落防止手段を構成している。上記３次インジェクションモールド樹脂成形のとき、２次インジェクションモールド樹脂成形でも行ったように、発光デバイス１９０および受光デバイス１９１と共に、リードフレームの位置決めピン穴１８８,１８９を基準として位置決めを行い、３次インジェクションモールド樹脂成形を行うことにより、トランスファーモールドで一体成形した発光デバイス１９０および受光デバイス１９１およびレンズ１９２,１９３と送受信用プリズムレンズ１８２,１８３とジャック部２０２との位置決めピン１８６,１８７の位置精度を向上することができる。
【００６９】
図２２(A)はジャック部２０２の側面図であり、図２２(B)は仕切り板ユニット２２１の側面図であり、図２２(C)は受発光ユニット２０１の側面図であり、図２２(D)は図２２(A)の上記ジャック部２０２を下方から見た図である。
【００７０】
図２２(A)〜(D)に示すように、３次インジェクションモールド樹脂成形により形成した受発光ユニット２０１のピン１８６,１８７を、ジャック部２０２に設けたピン穴２０８に挿入して位置決めを行って、ジャック部２０２,仕切り板ユニット２２１および受発光ユニット２０１を組み立てている。上記ジャック部２０２には、光プラグが取り付けられた光ファイバケーブル(図示せず)の脱着を可能とするプラグ挿入孔(図３に示す２４)および嵌合保持部を設けている。この嵌合保持部は、光プラグのくびれ部(図２９に示す２４２)を板バネ等(図２２に示す２０９)によって挟持することで、プラグ挿入孔に挿入される光プラグをジャック部２０２内の所定の位置に着脱可能に保持するものである。また、上記位置決めピン１８６,１８７の他に、圧入だけでは脱落の危険性があるため、ジャック部２０２にフック２０５,２０５を設け、３次インジェクション樹脂成形を行った受発光ユニット２０１の両側面に、上記フック２０５,２０５の受け側であり溝部１９４を設け、引っ張り方向の脱落を防止する構造とする。こうして、上記ジャック部２０２と受発光ユニット２０１の間に、送信信号光の光路と受信信号光の光路とを互いに分離する仕切り板ユニット２２１を挟む構造としている。上記仕切り板ユニット２２１は、ジャック部２０２に設けた仕切り板ユニット保持部２１５とバネ２１２により、上記光ファイバの長手方向に移動可能な構成である。
【００７１】
図２４は上記仕切り板ユニットの製造方法を説明するフローチャートを示している。この仕切り板ユニットは、工程Ｓ４１において、仕切り板２１１をインサート成形により光プラグガイド用樹脂成形品２１３と一体成形し、バネ２１２を圧入して製造される。バネ２１２もインサート成形により光プラグガイド用樹脂成形品２１３と一体成形してもよい。
【００７２】
また、図２３は光プラグ２４０がプラグ挿入孔２２７に挿入された状態の光送受信モジュールの断面図を示している。図２３に示すように、仕切り板ユニット２２１は、発光デバイス２２２と受光デバイス２２３との間および送信用プリズムレンズ２２４と受信用プリズムレンズ２２５との間に位置する仕切り板２１１と、仕切り板２１１の一端が固定される係合部２１４を備えている。この仕切り板ユニット２２１のジャック部２０２側には、仕切り板ユニット２２１を光ファイバの光軸方向に移動可能に保持する仕切り板ユニット保持部２１５を備えている。
【００７３】
図２５は仕切り板ユニット２２１の側面図であり、図２６は上記仕切り板ユニット２２１の正面図であり、図２７は図２６の仕切り板ユニット２２１を右側から見た側面図であり、図２８は図２６のXXVIII−XXVIII線から見た断面図である。
【００７４】
図２８に示す仕切り板ユニット２２１の断面図からよくわかるように、係合部２１４は、光プラグ２４０(図２３に示す)の先端をスムーズに収納するために中央に略円錐台形状の穴２１６を有すると共に、この穴２１６の底部に半径方向内側に突出した環状の突起２１７を有している。この環状の突起２１７は、０.４ｍｍより小さい厚みとする(０＜ｘ＜０.４ｍｍ)。上記環状の突起２１７の厚みは、光プラグ２４０の先端と仕切り板２１１の面２１８(穴２１６に対向する側)との間隔に相当する。上記仕切り板２１１は、厚み５０μｍ程のリン青銅板やステンレス板からなり、インサート成形によって係合部２１４の穴２１６の底部に固定されている。上記仕切り板２１１の面２１８(穴２１６に対向する側)には、光吸収材料(カーボンを含む黒塗料等)が塗装されている。また、図２５に示す仕切り板ユニット２２１の拡大側面図および図２６に示す仕切り板ユニット２２１の正面図からよくわかるように、リン青銅板やステンレス板やベリリウム銅からなる板バネ２１２を、インサート成形や圧入により係合部２１４の２箇所(図２６の左上側と右下側)に取り付けている。上記バネ２１２は、受発光ユニット２０１(図２３に示す)と常に接するので、このバネ２１２によって、係合部２１４はプラグ挿入孔２２７(図２３に示す)の方向つまり光ファイバ側に常に付勢されている。図２３において、係合部２１４は、ジャック部２０２の仕切り板ユニット保持部２１５に設けられた矩形の穴(図示せず)にスライド可能に嵌り込んでいるため、バネ２１２の力よりも大きな力が係合部２１４に作用すれば、係合部２１４およびその係合部２１４に固定された仕切り板２１１がプラグ挿入孔２２７と反対の方向(受光ユニット２０１側)に移動する。
【００７５】
この実施形態の光送受信モジュールは、図２９に示す光ケーブルと共に光送受信システムを構成する。この光ケーブルは、両端部分(図２９は一端部分のみを示す)に光プラグ２４０を有し、その光プラグ２４０の中に光ファイバを挿通している。図２９からわかるように、この光プラグ２４０は、回転防止機構を備えておらず、回転可能である。上記光プラグ２４０先端の光ファイバ端面２４１aは、プラグ(フェルール)端から突出し、その半径方向外側部分は、プラグ端面２４０aの一部を覆っている(図３０に示す)。光ファイバ端面２４１aは、光ファイバ光軸に対して回転対称な曲面であり、凸面である。曲面からの反射光束は広がるのでファイバ中を伝播するときにクラッドに吸収され、結果としてファイバから出てくる反射光は、光ファイバ先端が平面の場合に比べて、少なくなる。
【００７６】
図３０は上記光プラグ２４０の先端が仕切り板ユニット２２１の係合部２１４の穴２１６に嵌り込んだ状態を示す断面図である。
【００７７】
図３０にはっきりと示されるように、光プラグ２４０がプラグ挿入孔２２７を通して光送受信モジュール内に入れられると、光プラグ２４０の先端は、仕切り板ユニット２２１の係合部２１４の穴２１６に嵌り込み、プラグ端面２４０aのうちファイバ端面によって覆われていない部分２４０bが係合部２１４の環状の突起２１７の面(係合面)２１７aと接触し、光ファイバ２４１先端と仕切り板２１１の相対位置が決定される。このとき、光ファイバ端面２４１aとこれに対向する仕切り板２１１の対向面２１１aとの間には、係合部２１４の環状の突起２１７の厚み分の隙間Ｇができる。上記光ファイバ端面２４１aを凸面にし、半径方向内側に突出した環状の突起２１７をファイバ先端と接触しない厚みを持たせているため、隙間Ｇの寸法はファイバ中心から外れても同じとなる。この隙間Ｇの寸法は、光学系の構造に依存するが、０.４ｍｍより小さい値とするのがよく(０ｍｍ＜Ｇ＜０.４ｍｍ)、できるだけ小さいほど望ましい。この実施の形態では、隙間Ｇは約０.３ｍｍとしている。隙間Ｇが０.３ｍｍ位であれば、ビットエラーレート(ＢＥＲ)を１０-12にでき、全二重通信方式を十分に実現できることが実験により確かめられた。
【００７８】
また、上記光ファイバ端面２４１aとこれに対向する仕切り板２１１の対向面２１１aを、径方向内側に突出した環状の突起２１７を光ファイバ２４１先端の凸面のプラグ端面２４０aのうちの光ファイバ端面２４１aによって覆われていない部分２４０bからの飛び出し量より大きい厚みを持たせると共に、仕切り板２１１の対向面２１１a(光ファイバ端面２４１aに対向する側)を直線形状とすることにより、樹脂成形された係合部２１４の対向面２１４a(光プラグ２４０との係合する面２１７aと反対の側)と、仕切り板２１１の対向面２１１a(光ファイバ端面２４１aと対向する側)との間に隙間を設けない構造としている。
【００７９】
上記仕切り板ユニット２２１の係合部２１４は、バネ２１２によってプラグ挿入孔２２７(図２３に示す)の方向つまり光プラグ２４０の方向に付勢されているので、係合面２１７aがプラグ端面２４０aに常に微小な力で押し付けられている。また、光ファイバ端面２４１aは、光ファイバ２４１の光軸に対して回転対称な曲面であるので、光プラグ２４０を回転しても、その光ファイバ端面２４１aの形状は、仕切り板２１１の対向面２１１aに対して変化しないので、上記隙間Ｇは一定に保たれる。
【００８０】
また、上記光ファイバ２４１を含む光プラグ２４０は、製造過程で長さのばらつきを持つため、仕切り板ユニット２２１をジャック部２０２(図２３に示す)に固定する等して、仕切り板２１１の位置を固定してしまうと、光プラグ２４０によっては光ファイバ端面２４１aと仕切り板２１１の対向面２２１aとの間の隙間が設定以上に大きくなる場合がある。例えば光プラグ２４０をＥＩＡＪ−ＲＣ５７２０Ｂ規格の丸型プラグとすると、製造過程のばらつきにより、プラグの長さは１４.７〜１５ｍｍとなる。隙間を０.２ｍｍに設定し、仕切り板２１１の位置を最長の光プラグ２４０に合わせて固定すると、プラグによっては０.５ｍｍの隙間になるものが現れる。しかし、この実施形態の光送受信モジュールでは、考えられ得る最も短い光プラグ２４０の長さに対応できる位置を仕切り板ユニット２２１(具体的には係合部２１４)の初期位置に設定すると共に、仕切り板ユニット２２１を光ファイバ２４１の長手方向に移動可能とし、バネ２１２により常に微小な力で係合部２１４をプラグ端面２４０bに押し付けるようにするので、どのような長さの光プラグ２４０を挿入しても、先に述べた隙間の間隔を一定に保つことができる。
【００８１】
また、上記プラグ端面２４０bと接触する係合面２１７aは、光プラグ２４０の回転によりプラグ端面２４０bがその上を摺動するため、ふっ素樹脂や超高分子量ポリエチレンなどの滑り摩擦係数が小さくかつ耐磨耗性にすぐれた材料を用いるのが望ましい。
【００８２】
上記受発光ユニット２０１およびジャック部２０２の間に仕切り板ユニット２２１を挟まれる構造に組み立てられた組み品１において、仕切り板２１１の光ファイバ２４１と対向する対向面２１１a側と反対の側の面２１１bは、受発光ユニット２０１の仕切り板ガイド用の溝部２２８(図２３に示す)に挿入されることとなる。上記仕切り板２１１の長さは、図２３に示すように、発光デバイス２２２を受光デバイス２２３よりも光ファイバ２４１の光軸方向の光ファイバ端面からの距離を大きくとっているため、発光デバイス２２２に設けたレンズ２２２aの底面部より長い構造とする。このことにより、発光デバイス２２２から送信用プリズムレンズ２２４に入射しない光が、受光デバイス２２３に直接および受信用プリズムレンズ２２５に反射して受光デバイス２２３に入射するような光が発生しない。
【００８３】
次に、この実施形態での光送受信システムの動作について説明する。
【００８４】
図５は光ケーブル両端の光プラグ２４０が光送受信モジュールに夫々挿入された光送受信システムの片側の要部の断面図を示している。上記光送受信モジュール２０の外部から入出力端子２５(図４に示す)を介して送信信号(電気信号)が入力されると、送信用駆動ＩＣ５１２が実装された送信用駆動電気回路基板５０９により発光素子としてのＬＥＤ５１４が駆動され、送信信号光(光信号)がＬＥＤ５１４から出射される。この送信信号光は、発光デバイス５０１の表面に形成された送信用レンズ５１６により略平行光とされ、送信用プリズムレンズ５０３に入射して光路が偏向され、光ファイバ２４１に入射する。このとき、上記光ファイバ２４１の光送受信モジュールに近い側の端面(以下、「近端側の光ファイバ端面」という)で反射した送信信号光は、仕切り板２１１と光ファイバ端との間隙Ｇ(図３０に示す)を通過し、受光デバイス５０２側に入射する。このとき、間隙Ｇが０.３ｍｍと小さいため、入射光は十分に小さい光量となる。
【００８５】
上記光ファイバ２４１を伝播した送信信号光は、光ファイバ２４の光送受信モジュールに遠い側の端面(以下、「遠端側の光ファイバ端面」という)で一部反射する。しかし、遠端側の光ファイバ端面が凸面であるため、反射光束は広がり、光ファイバ２４１中を伝播する間にクラッドに吸収される。その結果として、近端側の光ファイバ端面２４１aから出てくる反射光は少ない。
【００８６】
一方、遠端側の光ファイバ端面を出た送信信号光は通信相手の光送受信モジュールに入射する。通信相手の光送受信モジュールも同一構成である(符号についても同一符号を用いて説明する。)とすると、送信信号光が最初に到達するのは、仕切り板２１１の対向面２１１a(図３０に示す)であるが、この対向面２１１aを光吸収材料(カーボンを含む黒塗料等)により塗装しているため、ここでの反射光は発生しない。
【００８７】
続いて、受信用プリズムレンズ５０４に入射した送信信号光は、光路が偏向され、受光デバイス５０２の表面に形成された受信用レンズ５１７により集光され、受光素子としてのＰＤ５１５に入射する。
【００８８】
このＰＤ５１５では一部の入射光が反射するが、入射光はＰＤ５１５に斜めに入射しているために反対の斜め方向に反射され、受信用プリズムレンズ５０４には戻らない。この後、ＰＤ５１５に入射した光は光電変換されて電気信号となり、受信用増幅ＩＣ５１３の実装された受信用増幅電気回路基板５１０により増幅され、外部入出力端子２５(図４に示す)から、光送受信モジュール外部に受信信号として取り出される。
【００８９】
この光送受信システムでは、シールド板を使用することにより電気的クロストークを抑えると共に、僅かな隙間をあけて光ファイバ端面に対向する仕切り板を有する仕切り板ユニット５０６を使用することにより光学的クロストークを抑えるので、全二重通信方式による光伝送を達成できる。また、仕切り板と光ファイバ端面との間に隙間を設けているので、光プラグ２４０の回転による光ファイバ端面や仕切り板の破損は生じない。
【００９０】
次に、発光素子用駆動電気回路基板と受光素子用増幅電気回路基板および外装シールドの組み立て工程について説明する。
【００９１】
図３１は光プラグ２４０がジャック部２０２に挿入された光送受信モジュールの断面図である。図３１において、受発光ユニット２０１の発光デバイス２２２のリード端子２５１は、発光素子用駆動電気回路基板２５２に設けた接続用穴２５３に挿入し、はんだ付けによって電気的に接続される。同様に、上記受発光ユニット２０１の受光デバイス２２３のリード端子２５４は、受光素子用増幅電気回路基板２５５に設けた接続用穴２５６に挿入し、はんだ付けによって電気的に接続される。
【００９２】
図３２(A)は上記発光素子駆動用回路基板２５２の平面図であり、図３２(B)は上記受光素子用増幅電気回路基板２５５の平面図である。図３２(A),(B)に示すように、発光素子駆動用回路基板２５２は、発光素子駆動ＩＣ２５７が実装された高さ方向に偏平な部材であり、受光素子用増幅電気回路基板２５５は、受信用増幅ＩＣ２５８が実装された高さ方向に偏平な部材である。この発光素子駆動用回路基板２５２,受光素子用増幅電気回路基板２５５は、光プラグ２４０を中心にして、組み品１(上記受発光ユニット２０１と仕切り板ユニット２２１とジャック部２０２の３パーツを組み合わせたもの)を挟むようにそれぞれの裏面が互いに対向するように組み立てられ、組み品２を製造する。すなわち、発光素子駆動用回路基板２５２,受光素子用増幅電気回路基板２５５は、各基板の長辺がプラグ２４０の軸線と略平行になり、短辺がジャック部２０２の高さ方向に沿うように配置されている。このように、発光素子駆動用回路基板２５２,受光素子用増幅電気回路基板２５５は、その投影面積が最小となるように、つまり、発光素子駆動用回路基板２５２,受光素子用増幅電気回路基板２５５の偏平な高さ方向がジャック部２０２の幅方向となるように、それぞれ直立した姿勢で発光デバイス２２２(図３１に示す)および受光デバイス２２３とジャック部２０２のプラグ挿入孔側との間に配設される。それによって、光送受信モジュールの長さ(すなわち光プラグ２４０の軸線方向における大きさ)と光送受信モジュールの幅(すなわち光プラグ２４０の軸線と直交する方向における大きさ)が短縮され、それによって光送受信モジュールの小型化が実現されている。上記発光素子駆動用回路基板２５２,受光素子用増幅電気回路基板２５５には、ジャック部２０２に設けた基板固定および位置決め用ボスピン２５９,２６０(図３１に示す)が挿入されるボスピン用穴２６１,２６２を設けている。上記発光素子駆動用回路基板２５２の位置決めおよび固定は、基板の一方に設けられた穴２５３に発光デバイス２２２のリード端子２５１(図３１に示す)を挿入して、はんだ付けによって位置決めおよび固定を行い、基板の他方に設けられたボスピン用穴２６１にジャック部２０２の基板固定および位置決め用ボスピン２５９(図３１に示す)を挿入することにより行う。また、上記受光素子用増幅電気回路基板２５５の位置決めおよび固定は、基板の一方に設けられた穴２５６に受光デバイス２２３のリード端子２５４(図３１に示す)を挿入して、はんだ付けによって位置決めおよび固定を行い、基板の他方に設けられたボスピン用穴２６２にジャック部２０２の基板固定および位置決め用ボスピン２６０を挿入することにより行う。
【００９３】
そして、図３１において、組み品２(受発光用両基板が取り付けられたジャック付き受発光ユニット)は、外部からのノイズの影響を受けないようにかつ外部にノイズを出さないようにするため、外装シールド板２６３を取り付ける。上記外装シールド板２６３は、ジャック部２０２に設けた４箇所のシールド板保持用角穴２６(図３に示す)に外装シールド板２６３を挿入し、発光素子用駆動電気回路基板２５２および受光素子用増幅電気回路基板２５５の各々１箇所の接地部としてのパターン２６４,２６５(図３２に示す)にはんだ付けを行い、外装シールド板２６３を固定する。上記発光素子用駆動電気回路基板２５２および受光素子用増幅電気回路基板２５５のはんだ付け部分(パターン２６４,２６５)をグランドとすることにより、外装シールド板２６３を接地することができ、別途、外装シールド板２６３のためのグランド用端子を設ける必要がない。この実施形態では、外装シールド板２６３を発光側２６３aおよび受光側２６３bが一体のものを用いたが、それぞれ２分割したものを用いてもよい。また、外装シールド板２６３のグランド用端子を別途設けてもよい。
【００９４】
上記発光素子用駆動回路基板２５２の一方に設けられた第１の穴としてのボスピン用穴２６１と、ジャック部２０２に設けられた突起としての基板固定および位置決め用ボスピン２５９と、発光素子用駆動回路基板２５２の他方に設けられた第２の穴としての接続用穴２５３と、受発光ユニット２０１のリード端子２５１で基板位置決め手段を構成している。また、上記受光素子用増幅回路基板２５５の一方に設けられた第１の穴としてのボスピン用穴２６２と、ジャック部２０２に設けられた突起としての基板固定および位置決め用ボスピン２６０と、受光素子用増幅回路基板２５５の他方に設けられた第２の穴としての接続用穴２５６と、受発光ユニット２０１のリード端子２５４で基板位置決め手段を構成している。
本実施形態では、上記送信用プリズムレンズおよび上記受信用プリズムレンズに設けられた突起を、上記受発光ユニットに設けられた穴に挿入することにより、位置決め固定を行ったが、送信用プリズムレンズおよび受信用プリズムレンズに穴を設け、受発光ユニットに突起を設け、受発光ユニットの突起をプリズムレンズの穴に挿入することにより位置決め固定を行ってもよい。
また、本実施形態では、上記ジャック部にフックを設け、上記受発光ユニットに溝を設け、ジャック部のフックを受発光ユニットの溝に嵌合することによって、受発光ユニットの脱落を防止したが、ジャック部に溝を設け、受発光ユニットにフックを設け、ジャック部の溝に受発光ユニットのフックを嵌合することにより、受発光ユニットの脱落を防止してもよい。
【００９５】
なお、この発明による光送受信モジュールは、デジタルＴＶ、デジタルＢＳチューナ、ＣＳチューナ、ＤＶＤプレーヤー、スーパーオーディオＣＤプレーヤー、ＡＶアンプ、オーディオ、パソコン、パソコン周辺機器、携帯電話、ＰＤＡ等の電子機器に適用してもよい。
【００９６】
例えば、図３３に示すように、この発明の光送受信モジュールが用いられたパーソナルコンピュータ(以下、パソコンという)６０１とテレビジョン６０２とＤＶＤプレーヤー６０３とチューナー６０４およびホームシアターシステム６０５を１芯の光ファイバケーブルにより順次直列接続して、各機器間を全二重通信方式による双方向光伝送を行う光送受信システムを構成してもよい。
【００９７】
また、図３４に示すように、オーディオシステム７０１とパソコン７０２をＩＥＥＥ１３９４等の電気通信インターフェースで接続した場合、パソコン７０２から発生するノイズがオーディオシステム７０１に悪影響を及ぼすが、この代わりに、オーディオシステム７０１とパソコン７０４とを光電変換器７０３を介して接続してもよい。すなわち、パソコン７０４と光電変換器７０３とを電気通信インターフェースで接続し、光電変換器７０３とオーディオシステム７０１とを１芯の光ファイバケーブルで接続し、この発明による光送受信モジュールを用いて全二重通信方式による双方向光伝送を行う光送受信システムを構成してもよい。
なお、上記実施形態では、発光素子としてＬＥＤを用いたが、発光素子として半導体レーザ素子を用いてもよい。
【００９８】
【発明の効果】
以上より明らかなように、この発明の光送受信モジュールによれば、送信信号光の光路と受信信号の光路とを互いに分割する遮光性の仕切り板ユニットを、ジャック部と受発光ユニットとの間に挟まれるように配置することによって、送信信号光が直接受光素子に結合するのを抑制でき、１芯の光ファイバと発光素子や受光素子との光結合性能が良好な光学的配置を実現できる。さらに、上記発光素子を受光素子よりも光ファイバ端面からの光軸方向の距離が大きくなるように配置するので、発光素子から出射した送信信号光(反射光を含む)が受光素子に入射しないようにでき、光学的クロストークを低減することができる。
【００９９】
また、上記送信用プリズムを受信用プリズムよりも光ファイバ端面からの光軸方向の距離が大きくなるように配置して、発光素子を光ファイバ端面から遠ざけることにより、発光素子の出射方向と光ファイバの光軸とのなす角度を小さくして、送信用プリズムで光線をあまり曲げないように光ファイバに結合することによって、送信効率を向上することができる一方、受信用プリズムを光ファイバ先端に近い位置に配置し、光ファイバ端面からの受信信号光が広がる前に、その受信信号光を受信側プリズムにより受信側に曲げて受信素子に結合させることによって、受信効率を向上することができる。
【０１００】
また、上記発光素子と受光素子を位置決め固定して一体成形された上記受発光ユニットに対して、送信用プリズムおよび受信用プリズムを所定の位置に位置決め固定した状態で、受発光ユニットと送信用プリズムおよび受信用プリズムを一体成形することによって、この光送受信モジュール本体の小型化を図ることができる。
【０１０１】
また、上記送信用プリズムおよび受信用プリズムに設けられた突起または穴の一方と、受発光ユニットに設けられた突起または穴の他方とを有する位置決め手段を備え、上記位置決め手段の突起を穴に挿入することにより、受信用プリズムの位置決め精度を容易に向上することができる。
【０１０２】
また、上記送信用プリズムの送信信号光が通過しない領域に少なくとも１つの突起または穴を設けると共に、上記受信用プリズムの受信信号光が通過しない領域に少なくとも１つの突起または穴を設けることによって、送受信性能に影響を及ぼすことのない位置決め手段を実現することができる。
【０１０３】
また、上記位置決め手段により位置決めされた上記送信用プリズムおよび受信用プリズムを、樹脂成形により発光素子と受光素子が位置決め固定された樹脂成形品に固定することによって、送信用プリズムおよび受信用プリズムの脱落を容易に防止することができる。
【０１０４】
また、上記発光素子の出射側に設けられた送信用レンズの底面部から上記光ファイバ端面までの光軸方向の距離よりも、仕切り板ガイド用の溝部に配置された仕切り板ユニットの仕切り板の光ファイバ側と反対の側の端部から光ファイバ端面までの光軸方向の距離が大きくなるようにすることによって、発光素子から出射した送信信号光(反射光を含む)の受光素子への入射を確実に阻止でき、光学的クロストークを効果的に低減することができる。
【０１０５】
この発明の光送受信モジュールを用いて、高品質な全二重通信方式による光伝送ができる情報家電等の電子機器を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  図１はこの発明の実施の一形態の光送受信モジュールの製造方法を示すフローチャートである。
【図２】  図２は上記光送受信モジュールの上面図である。
【図３】  図３は上記光送受信モジュールをプラグ挿入穴方向から見た図である。
【図４】  図４は上記光送受信モジュールの側面図である。
【図５】  図５は図４のＶ−Ｖ線から見た断面図を示している。
【図６】  図６は上記光送受信モジュールにおける光学系を示す拡大断面図である。
【図７】  図７は発光デバイスの製造工程を説明するフローチャートである。
【図８】  図８は受光デバイスの製造工程を説明するフローチャートである。
【図９】  図９(A)は上記発光デバイスの上面図であり、図９(B)は上記発光デバイスの側面図である。
【図１０】  図１０(A)は上記受光デバイスの上面図であり、図１０(B)は上記受光デバイスの側面図である。
【図１１】  図１１は受発光ユニットの製造工程を説明するフローチャートである。
【図１２】  図１２(A)は上側シールド板,下側シールド板が装着された発光デバイスの正面図であり、図１２(B)は上記発光デバイスの裏面図であり、図１２(C)は図１２(A)の発光デバイスを右側から見た側面図である。
【図１３】  図１３(A)は上記上側シールド板の正面図であり、図１３(B)は上側シールド板の側面図である。
【図１４】  図１４(A)は上記下側シールド板の正面図であり、図１４(B)は下側シールド板の側面図である。
【図１５】  図１５(A)は上側シールド板,下側シールド板が装着された受光デバイスの正面図であり、図１５(B)は上記受光デバイスの裏面図であり、図１５(C)は図１５(A)の受光デバイスを右側から見た側面図である。
【図１６】  図１６(A)は上記上側シールド板の正面図であり、図１６(B)は上側シールド板の側面図である。
【図１７】  図１７(A)は上記下側シールド板の正面図であり、図１７(B)は下側シールド板の側面図である。
【図１８】  図１８(A)は２次インジェクションモールド樹脂成形により一体化された受発光ユニットの正面図であり、図１８(B)は図１８(A)のXVIIIb−XVIIIb線から見た断面図であり、図１８(C)は上記受発光ユニットの側面図であり、図１８(D)は上記受発光ユニットの裏面図である。
【図１９】  図１９(A)は送信用プリズムレンズの正面図であり、図１９(B)は図１９(A)の送信用プリズムレンズの上側から見た側面図であり、図１９(C)は図１９(A)の送信用プリズムレンズの右側から見た側面図である。
【図２０】  図２０(A)は受信用プリズムレンズの正面図であり、図２０(B)は図２０(A)の受信用プリズムレンズの上側から見た側面図であり、図２０(C)は図２０(A)の受信用プリズムレンズの右側から見た側面図である。
【図２１】  図２１(A)は上記送信用プリズムレンズおよび受信用プリズムレンズを挿入した状態の受発光ユニットの正面図であり、図２１(B)は図２１(A)のXXIb−XXIb線から見た断面図であり、図２１(C)は上記受発光ユニットの側面図であり、図２１(D)は上記受発光ユニットの裏面図である。
【図２２】  図２２(A)はジャック部の側面図であり、図２２(B)は仕切り板ユニットの側面図であり、図２２(C)は受発光ユニットの側面図であり、図２２(D)は図２２(A)の上記ジャック部を下方から見た図である。
【図２３】  図２３は光プラグがプラグ挿入孔に挿入された状態の光送受信モジュールの断面図である。
【図２４】  図２４は上記仕切り板ユニットの製造方法を説明するフローチャートである。
【図２５】  図２５は仕切り板ユニットの側面図である。
【図２６】  図２６は上記仕切り板ユニットの正面図である。
【図２７】  図２７は図２６の仕切り板ユニットを右側から見た側面図である。
【図２８】  図２８は図２６のXXVIII−XXVIII線から見たの断面図である。
【図２９】  図２９は光ケーブルの側面図である。
【図３０】  図３０は光プラグの先端が仕切り板ユニットの係合部の穴に嵌り込んだ状態を示す断面図である。
【図３１】  図３１は光プラグがジャック部に挿入された光送受信モジュールの断面図である。
【図３２】  図３２(A)は上記発光素子駆動用回路基板の平面図であり、図３２(B)は上記受光素子用増幅電気回路基板の平面図である。
【図３３】  図３３はこの発明の光送受信モジュールが用いられた光送受信システムの概略を示すブロック図である。
【図３４】  図３４はこの発明の光送受信モジュールが用いられたもう1つの光送受信システムの概略を示すブロック図である。
【図３５】  図３５は従来の光送受信モジュールの断面図である。
【符号の説明】
１…組み品、
２…組み品、
３…組み品、
２０…光送受信モジュール、
２１…受発光ユニット、
２２…ジャック部、
２３…外装シールド、
２４…プラグ挿入穴、
２５…外部入出力端子、
２６…シールド板保持用角穴、
３０…光プラグ、
３１…仕切り板、
３２…送信用プリズムレンズ、
３３…モールド樹脂、
３４…ＬＥＤ、
３５…受信用プリズムレンズ、
３６…モールド樹脂、
３７…ＰＤ、
３８…集光用レンズ、
３９…送信用レンズ、
４０…集光用レンズ、
４１…受信用レンズ、
４２…プリズム部、
４３…プリズム部、
４４…光ファイバ、
５０…リードフレーム、
５１…ＬＥＤ、
５２…レンズ部、
５３…モールド樹脂、
５４…金線、
７０…リードフレーム、
７１…ＰＤ、
７２…レンズ部、
７３…モールド樹脂、
７４…金線、
７５…プリアンプ、
７６…ワイヤー、
９１…発光デバイス、
９２…レンズ部、
９３…上側シールド板、
９４…下側シールド板、
９５,９６…接続端子、
９７,９８…コの字形状の部分、
９９…リード端子、
１００…穴、
１０１…接続部、
１１１…受光デバイス、
１１２…レンズ部、
１１３…上側シールド板、
１１４…下側シールド板、
１１５,１１６…接続端子、
１１７,１１８…コの字形状の部分、
１１９…リード端子、
１２０…穴、
１２１…接続部、
１３１…発光デバイス、
１３２…受光デバイス、
１３３,１３４…リード端子、
１３５…インジェクションモールド樹脂、
１３６,１３７…位置決めピン穴、
１３８,１３９…シールド板、
１４２,１４３…ボスピン用穴、
１４０,１４１…シールド板、
１６１…送信用プリズムレンズ、
１６２…プリズム部、
１６３…集光用レンズ部、
１６４…ボスピン、
１６５,１６６…面、
１７１…受信用プリズムレンズ、
１７２…プリズム部、
１７３…集光用レンズ部、
１７４…ボスピン、
１７５,１７６…面、
１８２…送信用プリズムレンズ、
１８３…受信用プリズムレンズ、
１８４,１８５…ボスピン、
１８６,１８７…位置決めピン、
１８８,１８９…位置決めピン穴、
１９０…発光デバイス、
１９１…受光デバイス、
１９２,１９３…レンズ、
１９４…溝部、
１９５…レンズ固定部、
２０１…受発光ユニット、
２０２…ジャック部、
２０５…フック、
２０８…ピン穴、
２０９…光プラグ嵌合用板バネ、
２１１…仕切り板、
２１１a…対向面、
２１１b…面、
２１２…バネ、
２１３…光プラグガイド用樹脂成形品、
２１４…係合部、
２１４a…対向面、
２１５…仕切り板ユニット保持部、
２１６…穴、
２１７…突起、
２１７a…面、
２１８…面、
２２１…仕切り板ユニット、
２２２…発光デバイス、
２２２a…レンズ、
２２３…受光デバイス、
２２４…送信用プリズムレンズ、
２２５…受信用プリズムレンズ、
２２７…プラグ挿入孔、
２２８…溝部、
２４０…光プラグ、
２４０a…プラグ端面、
２４０b…部分、
２４１…光ファイバ、
２４１a…光ファイバ端面、
２４２…光プラグくびれ部、
２５１…リード端子、
２５２…発光素子用駆動電気回路基板、
２５３…接続用穴、
２５４…リード端子、
２５５…受光素子用増幅電気回路基板、
２５６…接続用穴、
２５７…発光素子駆動ＩＣ、
２５８…受信用増幅ＩＣ、
２５９,２６０…基板固定および位置決め用ボスピン、
２６１,２６２…ボスピン用穴、
２６３…外装シールド板、
２６３a…発光側、
２６３b…受光側、
２６４,２６５…パターン、
５０１…発光デバイス、
５０２…受光デバイス、
５０３…送信用プリズムレンズ、
５０４…受信用プリズムレンズ、
５０５…受発光ユニット、
５０６…仕切り板ユニット、
５０８…ジャック部、
５０９…送信用駆動電気回路基板、
５１０…受信用増幅電気回路基板、
５１１…外装シールド、
５１２…送信用駆動ＩＣ、
５１３…受信用増幅ＩＣ、
５１４…ＬＥＤ、
５１５…ＰＤ、
５１６…送信用レンズ、
５１７…受信用レンズ、
６０１…パソコン、
６０２…テレビジョン、
６０３…ＤＶＤプレーヤー、
６０４…チューナー、
６０５…ホームシアターシステム、
７０１…オーディオシステム、
７０２…パソコン、
７０３…光電変換器、
７０４…パソコン、
１１０２…光ファイバ、
１１０３…発光素子、
１１０４…プリズム、
１１０５…受光素子、
１１０６…モールド樹脂、
１１０６a,１１０６b…レンズ部、
１１１１…仕切り板。
【図１】
0003782722.tif 000002
【図２】
0003782722.tif 000003
【図３】
0003782722.tif 000004
【図４】
0003782722.tif 000005
【図５】
0003782722.tif 000006
【図６】
0003782722.tif 000007
【図７】
0003782722.tif 000008
【図８】
0003782722.tif 000009
【図９】
0003782722.tif 000010
【図１０】
0003782722.tif 000011
【図１１】
0003782722.tif 000012
【図１２】
0003782722.tif 000013
【図１３】
0003782722.tif 000014
【図１４】
0003782722.tif 000015
【図１５】
0003782722.tif 000016
【図１６】
0003782722.tif 000017
【図１７】
0003782722.tif 000018
【図１８】
0003782722.tif 000019
【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
0003782722.tif 000029
【図２９】
0003782722.tif 000030
【図３０】
0003782722.tif 000031
【図３１】
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【図３２】
0003782722.tif 000033
【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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