(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光素子を有する送信部と受光素子を有する受信部とが同一基板上に実装され、発光素子と受光素子とがそれぞれ光ファイバと光学的に結合されている光トランシーバにおいて、発光素子および受光素子と前記光ファイバとの間には発光素子と光ファイバとが対向した位置に第１の開口が受光素子と光ファイバとが対向した位置に第２の開口がそれぞれ開設された導電性の板状部材と、前記板状部材の前記第１および第２の開口を光ファイバ側から塞ぐ透光性部材と、が配置されており、かつ、前記板状部材が接地されていることを特徴とする光トランシーバ。
【請求項２】
前記透光性部材は、樹脂薄板若しくはガラス薄板であることを特徴とする請求項１に記載の光トランシーバ。
【請求項３】
前記透光性部材の前記第１の開口と第２の開口を塞ぐ領域にはそれぞれレンズが形成されていることを特徴とする請求項１記載の光トランシーバ。
【請求項４】
前記透光性部材は、薄板状部材であってその前記第１の開口と第２の開口を塞ぐ領域の一方若しくは両方の面にはレンズが形成されていることを特徴とする請求項１記載の光トランシーバ。
【請求項５】
前記透光性部材は、ガラスにより形成されていることを特徴とする請求項３または４記載の光トランシーバ。
【請求項６】
前記レンズが、凸レンズであることを特徴とする請求項３〜５のいずれかに記載の光トランシーバ。
【請求項７】
前記レンズの焦点距離は、前記発光素子を出射した光が前記光ファイバの端面に収束するように設定されていることを特徴とする請求項６記載の光トランシーバ。
【請求項８】
前記レンズは、前記発光素子側が凸レンズで受光素子側が凹レンズであることを特徴とする請求項３記載の光トランシーバ。
【請求項９】
前記板状部材の前記光ファイバ側の面には、前記第１の開口と第２の開口の形成された領域を含む領域に凹部が形成されており、該凹部内に前記透光性部材が配置されていることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の光トランシーバ。
【請求項１０】
前記板状部材の前記凹部の深さは、前記透光性部材の厚さより小さいことを特徴とする請求項９記載の光トランシーバ。
【請求項１１】
前記光ファイバの端面は、前記透光性部材に接触していることを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載の光トランシーバ。
【請求項１２】
前記光ファイバは、光コネクタに保持されており、かつ、前記光ファイバの板状部材側の端部は、前記光コネクタの側面より所定長突出していることを特徴とする請求項１〜１１のいずれかに記載の光トランシーバ。
【請求項１３】
前記板状部材には、その光ファイバ側に、前記光ファイバを保持する光コネクタに形成された嵌合穴に嵌合する突起が形成されていることを特徴とする請求項１〜１２のいずれかに記載の光トランシーバ。
【請求項１４】
前記板状部材は、金属により形成されていることを特徴とする請求項１〜１３のいずれかに記載の光トランシーバ。
【請求項１５】
前記板状部材は、絶縁性部材上に金属被膜を形成したものであることを特徴とする請求項１〜１３のいずれかに記載の光トランシーバ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信に使用される光トランシーバに関し、特に送信部と受信部とが同一基板上に近接して配置された構造の光トランシーバであって、その送・受信部間の電気的／光学的クロストークを抑制する構造を有する光トランシーバに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図３は、従来の送・受信部を同一基板上に実装してなる光トランシーバの構成を示す平面図である。図３に示されるように、基板５上に発光素子１および受光素子２が搭載され、それらを分けるように金属製の遮蔽板７が設けられている。発光素子および受光素子の前方には、光結合用の短尺の光ファイバ１５が埋め込まれた、高精度に加工された樹脂製のフェルール１４が、基板５と高精度に位置決めされて配置されており、これにより発光素子および受光素子と短尺の光ファイバ１５とが高精度に位置決めされる構造となっている。
【０００３】
さらにフェルール１４には、光ファイバ１１を保持する光コネクタ１０が装着されるが、ここで光コネクタ１０には嵌合穴１０ａが、フェルール１４には嵌合穴１０ａに嵌合する位置決め用の突起１４ａが設けられており、これにより、光コネクタ１０をフェルールに装着した際に、短尺の光ファイバ１５と光コネクタ１０に保持された光ファイバ１１の端面同士が自動的に位置決めされるようになっている。
【０００４】
この種の光トランシーバでは、光ファイバと光半導体素子の光結合効率を犠牲にすることなく、送・受信部間の電気的、光学的クロストークを抑制することが受信感度を向上する上で重要な要素の一つとなっており、基板上にＣｕ、Ｆｅ等の金属製の遮蔽板７を設け、送信側で発生した電磁波が受信側に回り込まないようにすると共に、発光部（ＬＤ）から出射した光のうち光ファイバ１５に結合せず、内部で反射して生じた迷光を遮断する構造となっている。また、通常フェルール１４は黒色顔料などの光を吸収する添加剤を含有する遮光性のある樹脂で作製されており、迷光のうち、出射方向の迷光を遮断するため光ファイバ１５がフェルール１４に埋め込まれ、光ファイバ部以外を遮光した構造となっている。
なお、この種の送信部と受信部とを同一基板上に実装した光トランシーバは、例えば、電子情報通信学会２０００年総合大会講演論文集，エレクトロニクス．１，ｐ．320 Ｃ−３−１４０に開示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら従来の構造では、短尺の光ファイバ１５が埋め込まれたフェルール１４が樹脂となっており、発光、受光側端部が樹脂で囲まれることとなり、端部に形成される電磁波伝播ルート１６を介しての電磁波の回り込みを遮断する構成とはなっていない。フェルール１４の材料を従来例の構造で電磁シールド効果を持つ金属に変えた場合、短尺の光ファイバ１５を埋め込む部分の穴は、光ファイバ径よりわずかに大きく穴径および穴間のピッチを非常に高精度に形成する必要がある。しかしながら、このような精密な穴加工を金属部材に施すことは非常に困難であり、生産性に劣るという欠点がある。
【０００６】
またフェルール１４を電波吸収特性を有する樹脂で形成する方法もあるが、一般に電波吸収体は数ＧＨｚより周波数が高くなると、周波数上昇に連れて電磁波吸収効果が低減する傾向があり、１０Ｇｂｉｔ／ｓ以上の高速の光トランシーバでは電磁シールド効果は低い。またフェルール１４と光半導体素子が搭載された基板５の間に、金属部材を挿入するという方法も考えられるが、フェルール１４に埋め込まれた光ファイバと光半導体素子の間隔をあける必要があり、発光素子と短尺の光ファイバ１５の光結合損失を犠牲にしてしまう問題がある。
【０００７】
本発明の課題は、上述した従来技術の問題点を解決することであって、その目的は、送・受信部を同一基板上に構成した光トランシーバにおいて、送信側で発生した電磁波および光が、送信部と受信部の光結合部を通して、受信部側に回り込むことのないようにして、電気的および光学的クロストークの低減された光トランシーバを提供できるようにすることにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明によれば、発光素子を有する送信部と受光素子を有する受信部とが同一基板上に実装され、発光素子と受光素子とがそれぞれ光ファイバと光学的に結合されている光トランシーバにおいて、発光素子および受光素子と前記光ファイバとの間には発光素子と光ファイバとが対向した位置に第１の開口が受光素子と光ファイバとが対向した位置に第２の開口がそれぞれ開設された導電性の板状部材と、前記板状部材の前記第１および第２の開口を光ファイバ側から透光性部材と、が配置されており、かつ、前記板状部材が接地されていることを特徴とする光トランシーバ、が提供される。
【０００９】
そして、好ましくは、前記透光性部材の前記開口を塞ぐ領域にはレンズが形成される。また、好ましくは、前記板状部材の前記光ファイバ側の面には、前記開口の形成された領域を含む領域に凹部が形成されており、該凹部内に前記透光性部材が配置される。また、一層好ましくは、前記光ファイバの端面は、前記透光性部材に接触している。
【００１０】
［作用]
本発明による光トランシーバでは、金属等により構成された導電性の板状部材をトランシーバの基板前面に配置することにより、基板に配置された送信素子からの電磁波や外来の電磁ノイズが基板前面から受信側に回り込むのを防止している。すなわち、接地された導電性部材によって受信部への電磁波伝播ルートを遮断し、これにより、受信部側に生じる電気的クロストークを低減し、電磁ノイズによる電位変動を抑制している。
また、導電性の板状部材に形成されたピンホール状の開口を介して光の送・受信が行われることにより、受信側に漏れ込む光が低減され、光学的なクロストークも抑制することができる。
また、板状部材に形成された穴の加工精度をラフにするために、直接、導電性板状部材に光ファイバを配置しない構造とし、板状部材に開設されたピンホール状の開口に光を透過させ、透明部材と接触する光ファイバと光学的に結合するようにしたため、光結合損失を可能な限り抑えながら、開口径や位置精度をラフにして生産効率を上げることができる。すなわち、本発明においては、導電性板状部材を金属で構成する場合であっても、その金属部材の欠点をカバーする光結合方式が採用されている。
【００１１】
【発明の実施の形態】
次に、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
図１（ａ）は、本発明の第１の実施の形態を示す分解斜視図であり、図１（ｂ）、第１の実施の形態の平面図である。
図１に示すように、送信部と受信部とが実装される基板５上には、電源配線、接地配線（いずれも図示なし）および信号配線６が敷設されている。そして、送信部には、発光素子１と送信側ＬＳＩ３とが、また受信部には、受光素子２と受信側ＬＳＩ４とが搭載されており、両者間は基板長手方向全長に渡って延在し、グランド配線に接続された遮蔽板７によって分離されている。
そして、発光素子１、受光素子２の前方には、信号光が透過する部分に、ピンホール状の開口８ｃを有した板状金属部材８が配置される。板状金属部材８の基板５と反対側の面には位置決め用の突起８ａと、後述する透明部材を収容するための凹部８ｂとが形成されている。この板状金属部材８は図外グランド部材により接地されている。
【００１２】
光学的に透明な材料からなる透明部材９は、板状金属部材８の凹部８ｂ内に、接着剤で接着することによりあるいは透明部材９表面にメッキを施し半田付けすることにより、固定する。また、透明部材９には、発光素子１および受光素子２側の面に凸球面状あるいは分布屈折率状のレンズ９ａが形成されている。本実施例の形態では、レンズ９ａの焦点距離は、発光素子１から出射された光が光ファイバ１１の端面に集光するように設定されている。
このようなレンズは、ガラス基板に例えばフォトリソグラフィ法およびイオン交換法を適用することにより形成することができる。レンズは透明部材９の両面に形成するようにしてもよい。
【００１３】
板状金属部材８の前方には光ファイバ１１を保持する光コネクタ１０が装着される。光コネクタ１０は、黒色顔料あるいは光吸収用の添加剤を含有した樹脂を用いて光ファイバ１１を挟み込むようにしてこれと一体的に成形されている。ここで、光ファイバ１１の基板５側の端部は光コネクタ１０の側面より所定長（１０μｍ程度）突出するようになされている。この光コネクタ１０には、前述の板状金属部材８の位置決め用の突起８ａに対応する位置に、その径より若干大きい径の嵌合穴１０ａが形成されている。そして、板状金属部材８の突起８ａを光コネクタ１０の嵌合穴１０ａに嵌合させれば、透明部材９に伝送路となる光ファイバ１１端面が直接接触するようになっている。
【００１４】
次に、本実施の形態の動作について詳細に説明する。一般に、受信用フォトダイオードにより光電変換された電気信号は、数１０μＡ程度の非常に微弱な信号である。それに対して送信用発光素子（レーザダイオード）には平均光出力で約２０ｍＡの電流が流れる。これにより放射される電磁波は、発光部前面の空間を通して受信側に回り込んで電気的クロストークを生じさせて受信波形を乱す原因となる。また外乱ノイズはそればかりでなく、通信を行う電気装置内部又は他の機器類から強力な電界強度を持つ電磁ノイズが、光コネクタあるいは光伝送モジュールに対して輻射されると、受信信号が誤動作して正しく読み取れない事態が発生する。
【００１５】
本実施の形態では、光送信部のパルス駆動により生じ、発光部前面の空間を通して受信側に回り込む電磁波は、ＣｕやＦｅ等の金属で形成された、厚さ０．３ｍｍ程度の板状金属部材８により遮蔽されるため、送信部および受信部間の電気的クロストークを抑えることが可能となる。板状金属部材８に設けられたピンホール状の開口８ｃは、光のビーム径程度（２００〜３００μｍ）に小さくすることでピンホール状の開口を通しての電磁ノイズは無視できる程度となる。この板状金属部材８は図示しないグランド部材により接地されているため、その電位レベルが安定している。また、一般に発光素子１から出射された光で、光ファイバ１１に結合しなかった光は迷光となって、受信部に回り込むことが知られているが、板状金属部材８の受信部側にあるピンホール状の開口８ｃにより迷光を遮断することが可能となり、光によるクロストークも抑制することが可能となる。
【００１６】
さらに、光コネクタ１０に搭載された光ファイバ１１の端面は、光コネクタ１０の端部から約１０μｍ程度突き出ているため、透明部材９に光ファイバ１１端面が接触する構造となり、光ファイバ端面で生じるフレネル反射を抑えることができ、光ファイバ端面で生じた反射光が、発光素子に戻り変調特性が乱れることを抑制できる。また伝送路内の他の反射点との多重反射を抑えることが可能となる。板状金属部材８に、光コネクタ１０の嵌合穴１０ａに嵌合する位置決め用の突起８ａを設けることで、光ファイバとレンズ光軸は光コネクタ装着時に自動的に位置決めされる。この嵌合用突起（８ａ）は、ミクロンオーダーの加工精度が必要となるが、電鋳等の製造方法を用いることで容易に作製可能である。そして、光コネクタと板状金属部材８は図示しないハウジングのバネにより押されて固定される。またレンズと突起の位置決めは、突起およびレンズに設けた位置認識マークもしくはレンズ自身を画像認識することで任意の位置に位置決め可能である。板状金属部材８と光送受信素子が搭載された基板５とは、光をモニタしながら位置決め固定されるが、板状金属部材８の基板側面および基板に凹凸を設け、凹凸を嵌合させて位置決め固定する方法もある。
【００１７】
図２は、本発明の第２の実施の形態を示す平面図である。本実施の形態の第１の実施の形態と相違する点は、板状金属部材８に代え、光吸収材が添加されたガラス基板に金属メッキを施してなる金属被覆ガラス部材１２が用いられている点と、平板状の透明部材９に代え凸レンズと凹レンズとを備えたマイクロレンズペア１３が用いられている点であって、基板５上の送・受信部や光コネクタについては変わるところはない。マイクロレンズペア１３は、ガラス若しくは透明樹脂を用い例えば成形法により形成することができる。
本実施の形態においても、金属被覆ガラス部材１２の金属被膜の厚さを一定以上に選定することにより、板状金属部材を用いた場合と同様に、電気的および光学的なクロストークを低減することができる。この金属被覆ガラス部材に代え、セラミックス板や樹脂板に金属被覆を施したものを用いてもよい。また、本実施の形態では、発光素子側に凸レンズを、受光素子側に凹レンズを配置することにより、それぞれの光の結合損失を極力少なくなるようにしている。
【００１８】
以上好ましい実施の形態について説明したが、本発明は、これら実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱することのない範囲内において適宜の変更が可能なものである。例えば、上記実施の形態では、光ファイバと発・受光素子間の光学的な結合にレンズを用いていたが、この方式に代え、光ファイバをレンズ機能を有しない１００μｍ程度のガラス薄板あるいは透明樹脂薄板に突き当てるようにしてもよい。この場合、発光素子と光ファイバは薄板ガラスを挟んでバットジョイント（butt joint）で結合され、レーザダイオードを用いた場合、約１０ｄＢ程度の結合損失となるが、製造コストを低減することができる。また、本発明は、信号光が基板面に対し水平に入・出射される場合ばかりでなく、光が基板面に垂直に入・出射される場合についても適用が可能なものである。
【００１９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明による光トランシーバは、発光、受光素子部前面の光が透過する部分にピンホール状の開口を有した導電性の板状部材を配したものであるので、発光部前面の空間を通して受信側に回り込む光送信部からの電磁波が遮蔽され、送信部および受信部間の電気的クロストークを充分低く抑えることができる。さらに、板状部材に設けたピンホール状の開口により迷光を遮断することで光のクロストークも抑制する効果がある。
また、板状部材に設けたピンホール状の開口は、光ビームを遮断しない程度に大きく作製すればよく開口径精度、ピッチ精度はフェルールの場合のように厳格ではないため、板状部材の製作が容易で量産性に優れた光トランシーバを提供することが可能になる。
【００２０】
また、透明部材にレンズ機能を持たせることにより、良好な光結合特性を得ることが可能となる。さらに、透明部材に、光ファイバを直接接触するようにすることにより、光ファイバ端面で生じるフレネル反射を抑え、光ファイバ端面で生じる反射光による光ノイズを抑制でき、伝送路内の他の反射点との多重反射を抑えることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の第１の実施の形態の分解斜視図と平面図。
【図２】  本発明の第２の実施の形態の平面図。
【図３】  従来例の平面図。
【符号の説明】
１  発光素子
２  受光素子
３  送信側ＬＳＩ
４  受信側ＬＳＩ
５  基板
６  信号配線
７  遮蔽板
８  板状金属部材
８ａ  突起
８ｂ  凹部
８ｃ  ピンホール状の開口
９  透明部材
９ａ  レンズ
１０  光コネクタ
１０ａ  嵌合穴
１１  光ファイバ
１２  金属被覆ガラス部材
１３  マイクロレンズペア
１４  フェルール
１５  短尺の光ファイバ
１６  電磁波伝播ルート
【図１】
0003777590.tif 000002
【図２】
0003777590.tif 000003
【図３】
0003777590.tif 000004