JP2006030463A - 光モジュール、光信号伝送装置、及び、光伝送装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 構成が簡素で小型化された光モジュール、光信号伝送装置、及び、光伝送装置を提供することを課題とする。
【解決手段】 光モジュール１２は、第１のリジッド基板（回路基板）に取付けられたVCSEL３４及びPD３６と、VCSEL３４と送信用の光ファイバ４４とを光結合させる導光ロッド３８を備えている。また、光モジュール１２は、導光ロッド３８、VCSEL３４、及びPD３６を覆うレセプタクル部２４を備えており、VCSEL３４と光ファイバ４４とを光結合させるためにレンズを用いていない。従って、構成が簡素な光モジュールが実現される。また、レンズをアクティブにアライメントする必要がないので、製造プロセスを簡略化でき、光モジュール１２の製造コストを低減させることができる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、光ファイバが接続される光モジュール、光信号伝送装置、及び、光伝送装置に関する。

情報通信サービスのブロードバンド化に伴い、伝送量の大容量化が求められている。その解決方法の一つとして、光通信が広く行なわれている。光通信においては、発光素子、受光素子とこれらに電気的に接続される電子部品を搭載した基板とを筐体内に格納しパッケージした光信号伝送装置が用いられている（例えば特許文献１〜４参照）。

また、光信号伝送装置の光送信部や光受信部は、発光素子、受光素子と光ファイバとを高精度で光結合させるために、発光素子または受光素子とレンズ系とを含むサブアッセンブリを有する。例えば特許文献２、４には、レーザダイオードとボールレンズとがケース内に保持されたサブアッセンブリが開示されている。

ところで、長距離通信用の光ファイバとしては、従来、光ファイバのコアが石英で構成されるSM（シングルモード）型やMM（マルチモード）型の光ファイバが用いられてきた。

一方、近年、家庭内や比較的近距離の光伝送においては、口径が石英ファイバより太いPOF（プラスチック光ファイバ）やHPCF（ハードポリマークラッドファイバ）が用いられようになってきた。 なお、石英ファイバのコア口径は太くても６２．５μｍ程度である。

図７、図８には、POFが用いられた光信号伝送装置のサブアッセンブリの例が示されている。図７では、発光素子としてVCSEL（面発光レーザ）８４を使用し、受光素子として受光径が0．1mmφのPD（pinフォトダイオード）８６が使用されている。また、送信用の光ファイバ９４及び受信用の光ファイバ９６としては、何れも、ファイバ径が0．5mmφのPOFが使用されている。この例の場合、送信用の光ファイバ９４とVCSEL８４、及び、受信用の光ファイバ９６とPD８６は、それぞれ、レンズ８８、９２により光結合されている。

VCSEL８４およびPD８６は共通の基板（図示せず）に実装されている。

また、光信号伝送装置８０が組み込まれた装置（図示せず）のインタフェース位置を揃える（すなわち装置筐体とコネクタ等の外部接続面を一致させる）ことが必要である。このため、光信号伝送装置８０を構成するレセプタクル部１０４では、送信用の光ファイバ９４が接続される送信用接続部１０８と、受信用の光ファイバ９６が接続される受信用接続部１１０との位置が揃えられて、すなわち外部接続面が一致している。光信号伝送装置８０が組み込まれた装置（図示せず）のインタフェースについても位置が揃えられている。

従来の光信号伝送装置８０では、光ファイバ９６のファイバ径に対し、PD８６の受光径が小さい。このため、光ファイバ９６とPD８６とを光結合させるために集光用のレンズ９２を必要としている。また、VCSEL８４の発光面と送信用の光ファイバ９４とは大きく離れているため、集光用のレンズ８８を用いている。

また、VCSEL８４およびPD８６は、アクティブにアライメントされて（すなわち、パッケージを可動させて、最も結合効率の高い位置で固定されて）鏡筒内にそれぞれ固定されている。
特開２００１−２９８２１７号公報 特開２０００−１５５２５１号公報 特開２００２−８２２６１号公報 特開平７−１５１９４３号公報

ところで、近年、光信号伝送装置の益々の小型化が求められてきている。また、結合用のレンズ８８、９２を用いる場合には高い位置実装精度が要求されることや、アクティブにアライメントするので製造プロセスが複雑になることにより、製造コストが嵩むという問題もある。

本発明は、上記事実を考慮して、構成が簡素で小型化された光モジュール、光信号伝送装置、及び、光伝送装置を提供することを課題とする。

本発明者は、光信号伝送装置の小型化について鋭意検討した。その結果、従来の石英光ファイバに代えて、上記のようにPOFやHPCFなどの大口径の光ファイバを用いた場合、VCSELと送信用の光ファイバとの距離を縮めることが可能であれば、レンズを用いなくとも光結合は可能となることを見い出し、本発明を完成するに至った。

請求項１に記載の発明は、発光素子と光信号の送信用の光ファイバとの光結合、及び、受光素子と光信号の受信用の光ファイバとの光結合、の少なくとも一方を行って信号の授受を行う光モジュールであって、発光素子と、受光素子と、前記発光素子と前記送信用の光ファイバとの光結合、及び、前記受光素子と前記送信用の光ファイバとの光結合の少なくとも一方を行う導光ロッドと、前記導光ロッドと前記受光素子と前記発光素子とを覆うレセプタクル部と、を備えることを特徴とする。

本明細書で光結合させるとは光伝送可能にすることをいう。

請求項１に記載の発明では、光結合させるレンズを用いていない。従って、構成が簡素な光モジュールが実現される。また、レンズをアクティブにアライメントする必要がないので、製造プロセスを簡略化でき、光モジュールの製造コストを低減させることができる。更に、導光ロッドの長さを短くすることにより、光モジュールの小型化を行うことができる。

なお、これらの効果は、送信用の光ファイバとして口径が太いものを用いた場合、特に顕著に認められる。

請求項２に記載の発明は、発光素子と光信号の送信用の光ファイバと、受光素子と光信号の受信用の光ファイバと、をそれぞれ光結合させ、信号の授受を行う光モジュールであって、前記発光素子と、前記受光素子と、前記発光素子と前記送信用の光ファイバとを光結合させる導光ロッドと、前記導光ロッドと前記受光素子と前記発光素子とを覆うレセプタクル部と、を備えることを特徴とする。

この形態では、受信側において受光エリアが比較的小さく、光ファイバからの信号光を受光素子に結合させるレンズを有する受信モジュールと、送信側は光結合させるレンズを用いていない送信モジュールと組み合わせて構成する。これにより、光ファイバからの信号光を直接受光した場合には、受光効率が不充分な場合の構成において、利用効率が改善でき、送信側は構成が簡素であり、低コストな光モジュールが実現される。

請求項３に記載の発明は、前記受光素子と前記発光素子とが回路基板に一面上に設けられ、前記レセプタクル部は、前記送信用の光ファイバが接続される送信用接続部と、前記受信用の光ファイバが接続される受信用接続部とを有し、前記送信用接続部と前記受信用接続部とは、一面上に設けられていることを特徴とする。

これにより、構成が簡素で、送信用及び受信用の光ファイバの端面（接続面）が同一平面内に位置する小型化された光モジュールが実現される。

請求項４に記載の発明は、前記導光ロッドの口径Ｄ１が１００μｍ以上であることを特徴とする。

これにより、アクティブアライメント等の特別な位置合わせを行うことなく素子と光結合させることが可能となり、組み立てコストの低減化が可能になる。

請求項５に記載の発明は、前記導光ロッドが光ファイバで構成されていることを特徴とする。

これにより、新たなレンズ設計や新規な加工を必要としない市販されているファイバを使用することで、低コストで光モジュールを作製することが可能になる。

請求項６に記載の発明は、請求項１から５のうち何れか１項に記載の光モジュールと、前記送信用の光ファイバと、前記受信用の光ファイバと、からなる光信号伝送装置であることを特徴とする
これにより、小型化された光信号伝送装置が実現される。

請求項７に記載の発明は、前記送信用の光ファイバがプラスチック光ファイバ（POF）又はハードポリマークラッドファイバ（HPCF）であることを特徴とする。

これにより、比較的大口径で入手し易い光ファイバを用いても、耐久性が良好である。

請求項８に記載の発明は、前記導光ロッドの口径Ｄ１と、前記送信用の光ファイバのコア口径Ｄ２とが、Ｄ１ ≦ Ｄ２ の関係を満たすことを特徴とする。

これにより、導光ロッド端面から広がるように出射した光が、送信用の光ファイバに効率良く入射する。

請求項９に記載の発明は、前記導光ロッドは光ファイバで構成され、該光ファイバの開口数ＮＡ１と、前記送信用の光ファイバの開口数ＮＡ２とが、ＮＡ１ ≦ ＮＡ２ の関係を満たすことを特徴とする。

これにより、導光ロッドに用いられる光ファイバにて伝送される信号光（伝搬モード）を効率良く送信用光ファイバに導くことができる。

請求項１０に記載の発明は、請求項１から５のうち何れか１項に記載の光モジュールと、前記送信用の光ファイバと、前記受信用の光ファイバと、からなることを特徴とする。

これにより、比較的距離の離れた拠点間の信号伝送が可能で、安価な光伝送装置の構築が可能になる。

本発明は上記構成としたので、構成が簡素で小型化された光モジュール、光信号伝送装置、及び、光伝送装置が実現される。

以下、実施形態を挙げ、本発明の実施の形態について説明する。なお、第２実施形態以後では、既に説明した構成要素と同様のものには同じ符号を付してその説明を省略する。

［第１実施形態］
まず、第１実施形態について説明する。図１〜図３に示すように、第１実施形態の光信号伝送装置１０は、発光素子モジュール１４及び受光素子モジュール１６が実装された第１のリジッド基板（回路基板）１８と、発光素子モジュール１４及び受光素子モジュール１６を駆動するための駆動LSIが実装された第２のリジッド基板２２と、第１のリジッド基板１８と第２のリジッド基板２２とを接続するFPC（フレキシブルプリントサーキット）２０と、発光素子モジュール１４及び受光素子モジュール１６を覆うレセプタクル部２４と、第１のリジッド基板１８及び第２のリジッド基板２２を収容する筐体２６と、を備えており、光信号の授受を行う装置である。

発光素子モジュール１４は、缶パッケージ２８内に発光素子として設けられたVCSEL３４と、口径Ｄ１（図３参照）が180μmの円柱状の導光ロッド３８と、で構成されている。導光ロッド３８は、屈折率1.62の石英ガラスで形成されており、鏡筒部４０にUV接着剤（NORLAND社 NOA61 屈折率：1.56）で固定されている。

導光ロッド３８と缶パッケージ２８の窓面２８Ｇとは密着して固定されていることが望ましい。また、導光ロッド３８と缶パッケージ２８の窓面２８Ｇとを接続するには、フレネル反射を防止するために、マッチングジェルやマッチングオイルを用いて結合することも可能である。

受光素子モジュール１６は、缶パッケージ３０内のPD（pinフォトダイオード）３６と、光ファイバ４６からの光をPD３６へ導くためのレンズ４２と、で構成されている。PD３６の受光径は0．1mmφである。

レセプタクル部２４には、送信用の光ファイバ４４が接続される送信用接続部４８と、受信用の光ファイバ４６が接続される受信用接続部５０と、が同一平面上に形成されており、送信用の光ファイバ４４の端面４４Ｅと、受信用の光ファイバ４６の端面４６Ｅとが同一平面上に位置するようになっている。また、送信用の光ファイバ４４には導光ロッド３８からの光が入射し、受信用の光ファイバ４６からはレンズ４２への入射光が出射されるようになっている。光ファイバ４４、４６としては、本実施形態では、住友電気工業製ＧＩ（グレーテッドインデックス型）のHPCF（コア口径Ｄ２（図３参照）：200μm（クラッド径230μｍ）、NA：0.4）が用いられており、2連SCタイプのコネクタにより、送信用接続部４８、受信用接続部５０にそれぞれ接続されている。光ファイバ４４、４６は、GI（グレーテッドインデックス型）のHPCFに限らず、SI（ステップインデックス型）のHPCFやSIのPOFやGIのPOFであってもよい。

本実施形態では、送信用の光ファイバ４４とVCSEL３４との光結合、及び、受信用の光ファイバ４６とPD３６との光結合を行う光モジュール１２は、レセプタクル部２４と、レセプタクル部２４内に設けられた導光ロッド３８及びレンズ４２と、で構成される。

以上説明したように、本実施形態によれば、光ファイバ４４、４６として、比較的大口径で入手し易く耐久性が良好であるHPCFを用い、発光素子として設けられたVCSEL３４と送信用の光ファイバ４４とを導光ロッド３８で光結合させており、従来のようにレンズを用いていない。従って、構成が簡素な光モジュール１２を備えた光信号伝送装置１０が実現される。また、レンズをアクティブにアライメントする必要がないので、光モジュール１２の製造プロセスを簡略化でき、光モジュール１２の製造コストを低減させることができる。

なお、導光ロッド３８としては、石英ガラスに限らず、屈折率分布型のガラス（セルホックレンズ）を使用することも可能である。また、発光素子としてはVCSEL３４に限定するものではなく、端面発光型のレーザダイオードや、発光ダイオードを用いることも可能である。さらに、発光素子のパッケージとしては、缶パッケージに限らず、樹脂封止されたパッケージを用いても良い。

導光ロッド３８の端部を凸レンズ形状に形成しても良い。凸レンズ形状にすることで、導光ロッド３８の端部から出射する光の広がり角度を低減させることができ、導光ロッド３８と発光素子または導光ロッド３８と光ファイバ４４との結合効率を更に向上させることが可能となる。

［第２実施形態］
次に、第２実施形態について説明する。図４に示すように、本実施形態は、送信用の光ファイバ４４とVCSEL３４とを光結合する導光ロッドが円柱状の光ファイバで構成されていることが第１実施形態に比べて異なる。本実施形態では、送信用の光ファイバ４４とVCSEL３４との光結合、及び、受信用の光ファイバ４６とPD３６との光結合を行う光モジュール６２は、レセプタクル部５４と、レセプタクル部５４内に設けられた導光ロッド５８及びレンズ４２と、で構成される。

本実施形態では、導光ロッド５８として、三菱レイヨン製POF（CK-10、NA：0.5、コア径：240μm（クラッド径：250μｍ））を用い、外部から接続される光ファイバ４４、４６としては、三菱レイヨン製POF（GH-2001、NA：0.5、コア径：480μm（クラッド径：500μｍ））を用いており、2連SCタイプのコネクタによって光モジュール６２に接続されている。

本実施形態では、導光ロッド５８として用いる光ファイバの開口数ＮＡ１と、送信用の光ファイバ４４の開口数ＮＡ２とは、
ＮＡ１ ≦ ＮＡ２
の関係を満たしている。これにより、導光ロッドに用いられる光ファイバにて伝送される信号光（伝搬モード）を効率良く送信用光ファイバに導くことができる。

本実施形態では、導光ロッド５８としてファイバ被覆の施されていないタイプの光ファイバが使用されている。なお、ファイバ被覆付きのタイプの光ファイバについては、必要とされる光量の伝送が可能である限り、被覆厚のバラツキが大きくても使用可能である。

導光ロッド５８として用いる光ファイバは、上記SI型のPOFに限らずGI型POFやHPCFで構成しても良い。

以上説明したように、本実施形態では、導光ロッド５８としてPOFを用いており、これにより、新たなレンズ設計や新規な加工を必要としない市販されているファイバを使用することで、低コストな光モジュールの作製が可能になる。

［第３実施形態］
次に、第３実施形態について説明する。図５に示すように、第３実施形態では、第１実施形態に比べ、レンズ４２に代えて、受信用の光ファイバ４６とPD３６とを光結合させる導光ロッド７２を備えている。本実施形態では、導光ロッド７２は光ファイバで構成されている。なお、本実施形態では、PD３６の受光領域の径は第１実施形態よりも大きくされており、導光ロッド７２の端面７２Ｅから出射する光の広がり角度が大きくも効率良く光結合できるようになっている。

導光ロッド７２と缶パッケージ３０の窓面３０Ｇとは密着して固定されていることが望ましい。また、導光ロッド７２と缶パッケージ３０の窓面３０Ｇとを接続するには、フレネル反射を防止するために、マッチングジェルやマッチングオイルを用いて結合することも可能である。

本実施形態では、送信用の光ファイバ４４とVCSEL３４との光結合、及び、受信用の光ファイバ４６とPD３６との光結合を行う光モジュール７３は、レセプタクル部７４と、レセプタクル部７４内に設けられた導光ロッド５８及び導光ロッド７２と、で構成される。

このように、本実施形態では、PD３６と受信用の光ファイバ４６とを導光ロッド７２で光結合させており、従来のようにレンズを用いていない。従って、第１実施形態に比べ、更に、構成が簡素で小型化された光モジュールが実現される。

［第４実施形態］
次に、第４実施形態について説明する。図６は、本発明に係る光モジュールを搭載した光伝送装置７５が用いられたシステムの一例を示す模式図である。

図６に示すように、このシステムは、各フロアに設けられたフロア光スイッチ７６Ａ〜Ｆと、これらのバックボーンである基幹光スイッチ７７と、基幹光スイッチ７７とフロア光スイッチ７６Ａ〜Ｆとをそれぞれ接続する光ファイバ７８Ａ〜Ｆと、を備えている。また、フロア光スイッチ７６Ａ〜Ｆには、それぞれ複数の情報端末が接続されている。

光伝送装置７５は、基幹光スイッチ７７、フロア光スイッチ７６Ａ〜Ｆ、光ファイバ７８Ａ〜Ｆ、や上記の情報端末を備えており、光伝送装置７５には本発明の光モジュールが搭載されている。

このようなシステムは、一般的なオフィス内のネットワークに限らず、病院内のネットワークやマンション等の居住者のネットワーク、大学などの構内のネットワークに適応可能である。

本実施形態により、高速な光伝送が可能で、安価な光伝送システムの構築が実現される。

以上、実施形態を挙げて本発明の実施の形態を説明したが、これらの実施形態は一例であり、要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施できる。また、本発明の権利範囲が上記実施形態に限定されないことは言うまでもない。

第１実施形態の光信号伝送装置の展開斜視図である。 第１実施形態の光信号伝送装置を構成する光モジュールによって、発光素子からの光を光ファイバへ伝送する構成を示す模式的な平面断面図である。 第１実施形態の光信号伝送装置を構成する光モジュールで、導光ロッドの径が光ファイバの径よりも細いことを示す模式的な平面断面図である。 第２実施形態の光信号伝送装置を構成する光モジュールによって、発光素子からの光を光ファイバへ伝送する構成を示す模式的な平面断面図である。 第３実施形態の光信号伝送装置を構成する光モジュールによって、光ファイバからの光を受光素子へ伝送する構成を示す模式的な平面断面図である。 第４実施形態で説明するシステムの一例であり、本発明の光モジュールを搭載した光伝送装置を有するシステムの一例を示す模式図である。 従来の光信号伝送装置の構成を示す模式的な平面断面図である。 従来の光信号伝送装置の構成を示す模式的な平面断面図である。

符号の説明

１０ 光信号伝送装置
１２ 光モジュール
１８ 第１のリジッド基板（回路基板）
２４ レセプタクル部
３４ VCSEL（発光素子）
３６ PD（受光素子）
３８ 導光ロッド
４４ 送信用の光ファイバ
４４Ｅ 端面
４６ 受信用の光ファイバ
４６Ｅ 端面
４８ 送信用接続部
５０ 受信用接続部
５４ レセプタクル部
５８ 導光ロッド
６２ 光モジュール
７２ 導光ロッド
７３ 光モジュール
７４ レセプタクル部
７５ 光伝送装置
７８Ａ〜Ｆ 光ファイバ
８０ 光信号伝送装置
８４ VCSEL（発光素子）
８６ PD（受光素子）
９４ 送信用の光ファイバ
９４Ｅ 端面
９６ 受信用の光ファイバ
９６Ｅ 端面
１０４ レセプタクル部

Claims (10)

1. 発光素子と光信号の送信用の光ファイバとの光結合、及び、受光素子と光信号の受信用の光ファイバとの光結合、の少なくとも一方を行って信号の授受を行う光モジュールであって、
   発光素子と、
   受光素子と、
   前記発光素子と前記送信用の光ファイバとの光結合、及び、前記受光素子と前記送信用の光ファイバとの光結合の少なくとも一方を行う導光ロッドと、
   前記導光ロッドと前記受光素子と前記発光素子とを覆うレセプタクル部と、
   を備えることを特徴とする光モジュール。
2. 発光素子と光信号の送信用の光ファイバと、受光素子と光信号の受信用の光ファイバと、をそれぞれ光結合させ、信号の授受を行う光モジュールであって、
   前記発光素子と、
   前記受光素子と、
   前記発光素子と前記送信用の光ファイバとを光結合させる導光ロッドと、
   前記導光ロッドと前記受光素子と前記発光素子とを覆うレセプタクル部と、
   を備えることを特徴とする光モジュール。
3. 前記受光素子と前記発光素子とが回路基板に一面上に設けられ、
   前記レセプタクル部は、前記送信用の光ファイバが接続される送信用接続部と、前記受信用の光ファイバが接続される受信用接続部とを有し、
   前記送信用接続部と前記受信用接続部とは、一面上に設けられていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光モジュール。
4. 前記導光ロッドの口径Ｄ１が１００μｍ以上であることを特徴とする請求項１から３のうち何れか１項に記載の光モジュール。
5. 前記導光ロッドが光ファイバで構成されていることを特徴とする請求項１から４のうち何れか１項に記載の光モジュール。
6. 請求項１から５のうち何れか１項に記載の光モジュールと、
   前記送信用の光ファイバと、
   前記受信用の光ファイバと、
   からなることを特徴とする光信号伝送装置。
7. 前記送信用の光ファイバがプラスチック光ファイバ又はハードポリマークラッドファイバであることを特徴とする請求項６に記載の光信号伝送装置。
8. 前記導光ロッドの口径Ｄ１と、前記送信用の光ファイバのコア口径Ｄ２とが、
   Ｄ１ ≦ Ｄ２
   の関係を満たすことを特徴とする請求項６に記載の光信号伝送装置。
9. 前記導光ロッドは光ファイバで構成され、該光ファイバの開口数ＮＡ１と、前記送信用の光ファイバの開口数ＮＡ２とが、
   ＮＡ１ ≦ ＮＡ２
   の関係を満たすことを特徴とする請求項６に記載の光信号伝送装置。
10. 請求項１から５のうち何れか１項に記載の光モジュールと、
    前記送信用の光ファイバと、
    前記受信用の光ファイバと、
    からなることを特徴とする光伝送装置。

Images