JP4006249B2 - 光送受信モジュール及びその実装方法、並びに光送受信装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は光ファイバ伝送路に接続して、光信号を送受信する光送受信モジュール（光加入者線終端装置）及びその実装方法、並びに光送受信装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光伝送システムにおいて、１本の光ファイバを用いて双方向伝送を行う場合には、発光素子から出射される送信光を光ファイバに結合し、また、その光ファイバから出射される受信光を受光素子へ結合する必要があるが、その結合方法に関して、様々な方法が提案されている。
【０００３】
図１６は特開２０００−１８０６７１号公報に開示された従来の光信号伝送系における光送受信モジュールの概略構成図である。同図において、光ファイバ４２を内蔵するフェルール４１の先端面の光軸上に、第１の波長λ１の光を光軸方向に通過させ、かつ第２の波長λ２の光を光軸と垂直方向に反射させるプリズム形の波長合分波カプラ４３を固定するとともに、前記光軸方向及び光軸と垂直方向にそれぞれ発光素子２２、受光素子３１を配置し、これらを単一のケース部材１１で固定支持しており、また、波長合分波カプラ４３と発光素子２２、受光素子３１との間の各光軸上にそれぞれ単一のレンズ１３、３３が配置されている。発光素子２２からの波長λ１の送信光は波長合分波カプラ４３をそのまま光軸方向に通過して光ファイバ４２に送信される。一方、光ファイバ４２からの波長λ２の受信光は波長合分波カプラ４３で光軸と垂直方向に反射され、受光素子３１で受信される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来の光送受信モジュールにおいては、発光素子２２と光ファイバ４２とを高精度で光結合させるため、及び、受光素子３１と光ファイバ４２とを高精度で光結合させるために、２つのレンズ１３、３３やフェルール４１を微調整する必要があり、調整箇所が多いことに加えて、発光素子２２及び受光素子３１をそれぞれ円筒型のパッケージに実装して、ケース部材１１で固定するため、モジュールの小型化が困難であった。
【０００５】
本発明は、上記従来装置の課題を解決するためになされたもので、発光素子及び受光素子と光ファイバとの光学結合が、１個の集光レンズを用いた１回の調整（アライメント）のみで実現でき、また小型化が容易な光送受信モジュール及びその実装方法、並びに光送受信装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、光ファイバで双方向に伝送される光を、光ファイバの一端部にて送受信するに当たり、光の進行経路に沿って基部から突出する第１の突起部及び第２の突起部が形成され、第１の突起部は光の進行経路となる切欠きを有し、第２の突起部は第１の平面を有し、さらに、第１の突起部は切欠きの底部に第２の平面、及び第２の突起部と対向する側に第１の斜面を有する立体回路基板と、第１の平面上に実装された送信用の発光素子と、第２の平面上に実装された受信用の受光素子と、第１の斜面上に装着された光学膜部材と、光ファイバと立体回路基板との間の光の進行経路に設けられた集光レンズとを備えたものである。
上記構成により、発光素子、受光素子、光学膜部材を１つの立体回路基板上に集積化することにより小型化できるとともに、発光素子、受光素子と光ファイバとの光学的結合が、１つの集光レンズを用いた１回の調整（アライメント）のみで実現できる。
【０００７】
請求項２に係る発明は、光学膜部材としてハーフミラーを用い、発光素子から出射した光がハーフミラーを一定の割合で通過し、集光レンズで集光されて光ファイバに入射し、光ファイバから出射した光が集光レンズで集光され、ハーフミラーで一定の割合で反射して受光素子に入射するようにしたものである。
このように構成したことにより、同一波長での時間多重通信用送受信モジュールに適用することができる。
【０００８】
請求項３に係る発明は、光ファイバが互いに波長の異なる光を双方向に伝送するとき、光学膜部材として、光ファイバより出射され、集光レンズで集光された受信光を全反射して受光素子に入射させ、発光素子から出射する送信光を全透過して集光レンズで集光して光ファイバに入射させる波長フィルタを用いたものである。
このように構成したことにより、発光素子の出射光及び受光素子の入射光の損失を低減でき、送信波長と受信波長が異なるため、同時に送受信できる波長多重通信用送受信モジュールに適用することができる。
【０００９】
請求項４に係る発明は、受光素子の周囲を光学的に他から遮断する額縁状の突起を設け、受信光のみを透過する波長フィルタによって、突起の開放端を覆ったものである。
このように構成したことにより、発光素子の出射光の受光素子へのもれこみを遮断でき、光クロストークを改善することができる。
【００１０】
請求項５に係る発明は、受信光の波長、すなわち、受信波長帯域に対して高い光感度をもち、送信光の波長に対して低い受光感度をもつ受光素子を用いたものである。
このように構成したことにより、発光素子の出射光に対する受光素子の受光感度を抑えることができ、光クロストークを改善することができる。
【００１１】
請求項６に係る発明は、送信光を出射する発光素子の後背部の第１の平面上に、発光素子の後方出射光の受光を可能に実装された出力モニタ用受光素子を備えたものである。
このように構成したことにより、出力モニタ機能を備えた光送受信モジュールをより一層小型化することができる。
【００１２】
請求項７に係る発明は、立体回路基板が、第２の突起部よりも光ファイバから遠い側に形成された第３の突起部を備え、この第３の突起部は発光素子に対向して第１の平面に対して所定の角度だけ傾斜した斜面を有し、この斜面上に発光素子の後方出射光の受光を可能に実装された出力モニタ用受光素子を備えたものである。
このように構成したことにより、発光素子の後方出射光が出力モニタ用受光素子の端面で反射して発光素子に戻るのを防ぐことができる。
【００１３】
請求項８に係る発明は、立体回路基板が、第２の突起部の後背部に第３の突起部を備え、この第３の突起部は光の進行経路よりも所定の寸法だけ高く形成され、第１の平面とほぼ平行な第３の平面と、第３の突起部の発光素子の後方出射光が照射される中央部が切欠かれ、その切欠きの底部に第１の平面に対して鈍角に傾斜し、かつ、反射面が形成された第３の斜面とを有し、第３の平面上に、発光素子の後方出射光が第３の斜面の反射面で反射された光の受光を可能に実装された出力モニタ用受光素子を備えたものである。
このように構成したことにより、発光素子、受光素子、出力モニタ用受光素子の実装方向が同一であるため、実装を簡略化できる。
【００１４】
請求項９に係る発明は、立体回路基板が、第２の突起部よりも光ファイバから遠い側に形成され、第１の平面とほぼ平行で、かつ、第１の平面よりも所定の寸法だけ低く形成された第４の平面と、第４の平面よりも光ファイバから遠い側に形成され、発光素子に対向して第１の平面に対して鋭角に傾斜した反射面を有する壁部とを備え、第４の平面上に、発光素子の後方出射光が反射面で反射された光の受光を可能に出力モニタ用受光素子を実装したものである。
このように構成したことにより、発光素子、受光素子、出力モニタ用受光素子の実装方向が同一で、かつ２つの受光素子の受光面の方向も同じであることより、実装を共通化、簡略化することができる。
【００１５】
請求項１０に係る発明は、立体回路基板が、発光素子よりも光ファイバから遠い側に形成され、発光素子の後方出射光を通過させる開口を有する壁部を備え、壁部の後背面に、開口を通過する後方出射光の受光を可能に出力モニタ用受光素子を実装したものである。
このように構成したことにより、発光素子と出力モニタ用受光素子の距離を短くすることができ、モジュール全体を小型化することができる。
【００１６】
請求項１１に係る発明は、光ファイバで双方向に伝送される光を、前記光ファイバの一端部にて送受信するに当たり、送受信する光の進行経路に沿ってそれぞれ基部から突出し、光ファイバに近い側に第１の突起部が、光ファイバから遠い側に第２の突起部が形成され、かつ、脚部及び腕部で構成された逆「Ｌ」字形をなし、腕部を光ファイバ側に向けて第２の突起部の後方端部に脚部が結合された金属基板を付帯し、金属基板の腕部は第１及び第２の突起部間に光の進行経路よりも所定の寸法だけ高く形成された第１の平面を有し、第１の突起部は光の進行経路となる切欠きを有し、かつ、切欠きの底部に第１の平面にほぼ平行で、かつ、第１の平面よりも低く形成された第２の平面、及び第２の突起部と対向する側に第２の平面に対して鋭角の角度を持った第１の斜面を有する立体回路基板と、
第１の平面下に、光の進行経路に実装された送信用の発光素子と、第２の平面上に実装された受信用の受光素子と、第１の斜面上に装着された光学膜部材と、光ファイバと立体回路基板との間の光の進行経路に設けられる集光レンズと、第２の突起部に実装され、発光素子の後方出射光の受光を可能に実装された出力モニタ用受光素子とを備えたものである。
このように構成したことにより、発光素子の放熱を効率よく行い、また発光素子、受光素子の配線間の電気的なクロストークを低減させることができる。
【００１７】
請求項１２に係る発明は、集光レンズを立体回路基板の光ファイバ側の端面に固着したものである。
このように構成したことにより、集光レンズの支持具が不要で、構成を簡略化することができる。
【００１８】
請求項１３に係る発明は、発光素子、受光素子、光学膜部材及び出力モニタ用受光素子のうち、少なくとも発光素子、受光素子、光学膜部材を実装した立体回路基板をパッケージで覆い、パッケージの光ファイバ側の開口窓に集光レンズを設けたものである。
このように構成したことにより、封止をするパッケージが集光レンズの固定具の機能を兼ね備えることができる。
【００１９】
請求項１４に係る発明は、上述した光送受信モジュールを実装するに当たり、立体回路基板に、発光素子、受光素子及び出力モニタ用受光素子のうち、少なくとも発光素子及び受光素子を実装して電気的接続を行う第１の工程と、光学膜部材及び集光レンズを実装する第２の工程と、発光素子を発光させ、光ファイバへの結合効率が最もよくなるように光ファイバの位置を微調整して固定する第３の工程とを順を追って行うものである。
上記の方法を採用したことにより、発光素子、受光素子の光ファイバへの結合をレンズ、光ファイバ間の光学的調整のみで実現できる。
【００２０】
請求項１５に係る発明は、上述したいずれか一つの光送受信モジュールを１個又は複数個備えた光送受信装置である。
このように構成したことにより、光送受信装置を小型化でき、また、光送受信モジュールを集積化した多ポート光送受信装置を実現することができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図面に示す好適な実施の形態に基づいて詳細に説明する。図１は本発明に係る光送受信モジュールの第１の実施の形態の側面図であり、図２はこの実施の形態を構成する光送受信用の半導体素子が実装された立体回路基板の斜視図であり、図３はこの立体回路基板に光学膜部材としてのハーフミラーを実装した平面図である。
【００２２】
ここで、立体回路基板１０１Ａは金型成形した樹脂などの非金属基板で構成され、略平坦な底面を有する基部１０１ａに対して部分的に突出した第１の突起部１０１ｂと第２の突起部１０１ｃとが形成されている。このうち、第２の突起部１０１ｃの頂部の平面、すなわち、第１の平面１０２上に送信用の発光素子（ＬＤ）１０３が実装されており、この発光素子１０３の光出射側に形成された第１の突起部１０１ｂは、発光素子１０３の光軸に対して鋭角を持って上向きに傾斜し、かつ、発光素子１０３に対向して形成された第１の斜面１０４を有し、この第１の斜面１０４上に光学膜部材としてのハーフミラー（ＷＤＭ）１０５が実装されている。
【００２３】
また、第１の斜面１０４が形成された第１の突起部１０１ｂは、幅方向の中央部が切り欠かれており、その切欠部１０４ａの底部に、第１の平面１０２よりも低い位置で、かつ、第１の平面１０２と、ほぼ平行な第２の平面１０６（第１の斜面１０４とは鋭角をなす）が形成され、その平面１０６上に受信用の受光素子（ＰＤ）１０７が実装されている。したがって、発光素子１０３の出射光の一部はハーフミラー１０５を透過して進むことができ、その先方に集光レンズ１０８と光ファイバ１０９とが順に配置されている。
【００２４】
上記のように構成された光送受信モジュールの実装手順について以下に説明する。
立体回路基板１０１に発光素子１０３及び受光素子１０７を、それぞれの送受信光がハーフミラーを透過し反射して光ファイバに結合できるように位置合わせして、それぞれ第１の平面１０２及び第２の平面１０６上に実装し、その後に電気的接続をして受、給電できる状態にする。次にハーフミラー１０５を第１の斜面１０４上に実装し、さらに、集光レンズ１０８を立体回路基板１０１に対して固定された図示省略の保持具に実装する。最後に光ファイバ１０９を図示省略の微調整が可能な保持具に実装して発光素子１０３及び受光素子１０７との光学的結合が図られる。
【００２５】
この光学的結合について詳細に説明すると、まず、発光素子１０３を発光させ、光ファイバ１０９の出射光をモニタしておき、立体回路基板１０１に対する光ファイバの位置を微調整しつつ、光ファイバ１０９の出力が最も大きくなるところで固定する。ここで、発光素子１０３及び受光素子１０７の光軸が交差する位置を通り、発光素子、受光素子がハーフミラーの面に対して対称となる様に実装されるため、受光素子１０７と光ファイバ１０９との光学的結合も同時に実現できる。
以上に述べた実装方法は、以下に説明する他の実施の形態に対しても同様に適用できる。
【００２６】
次に、この光送受信モジュールの動作について説明する。まず、発光素子１０３から出射した光はハーフミラー１０５を、ある一定の割合で透過し、残りの光が図面の上方へ反射する。ハーフミラー１０５を透過した光は集光レンズ１０８で集光され、光ファイバ１０９に結合して送信される。一方、伝送路を通して伝送されてきた受信光は集光レンズ１０８で集光され、ハーフミラー１０５で所定の割合で反射して受光素子１０７に入射し、残りの光は透過する。なお、送信と受信は時間的に分割されて、交互に行われる。
【００２７】
以上のように、２つの突起部の一方の頂部に第１の平面１０２が形成され、この突起部に並設される他の突起部の内側に第１の斜面１０４が形成され、この第１の斜面１０４が形成された突起の幅方向の中央部が切り欠かれるとともに、そのその切り欠き部の底面が、第１の平面１０２に対してほぼ平行な第２の平面１０６となった立体回路基板１０１に、発光素子１０３、受光素子１０７及びハーフミラー１０５を所定の精度で位置決めして実装することにより、光送受信モジュールの集積化及び小型化が可能となり、また、光ファイバ１０９との結合も、発光素子１０３、集光レンズ１０８及び光ファイバ１０９の光軸調整を一回行うだけで、受光素子１０７と光ファイバ１０９との結合も同時に実現でき、これによって実装の手順が簡略化される。
【００２８】
図４は本発明に係る光送受信モジュールの第２の実施の形態の構成を示す側面図であり、図中、図１から図３を用いて説明した第１の実施の形態と同一の要素には同一の符号を付してその説明を省略する。この第２の実施の形態は、上記第１の実施の形態を構成するハーフミラー１０５の代わりに、光学膜部材として第１の波長フィルタ１１０を実装した点が異なり、これ以外は第１の実施の形態と全く同様に構成されている。この第２の実施の形態は、発光素子１０３が出射する光の送信波長と、受光素子１０７が受光する受信波長とが異なるシステムに適用されるもので、波長フィルタ１１０は送信波長を全透過させ、受信波長を全反射させる特性を有している。
【００２９】
次に、図４に示した第２の実施の形態の動作について説明する。
まず、発光素子１０３から出射した光は波長フィルタ１１０を全透過する。透過した光は集光レンズ１０８で集光され、光ファイバ１０９に結合し、送信される。一方、伝送路を伝送されてきた受信光は集光レンズ１０８で集光され、波長フィルタ１１０で全反射して受光素子１０７に入射する。
以上のように波長フィルタを用い、送信波長と受信波長を互いに異ならせることにより、発光素子１０３の出射光及び受光素子１０７の入射光の損失を低減することができ、全２重である、波長多重通信用送受信モジュールに適用することができる。
【００３０】
図５は本発明に係る光送受信モジュールの第３の実施の形態の構成を、部分的に断面を用いて示した側面図であり、図中、図４を用いて説明した第２の実施の形態と同一の要素には同一の符号を付してその説明を省略する。この第２の実施の形態は、受光素子１０７が実装される立体回路基板１０１Ｂの第２の平面１０６上に、受光素子１０７の周囲を光学的に他から遮断する額縁状の突起１１１を設け、さらに、この突起１１１の開放端は受光素子の受光面とほぼ平行でありその開放端を覆うように第２の波長フィルタ１１２を実装した点が図４と構成を異にし、これ以外は図４と同一に構成されている。第２の波長フィルタ１１２は発光素子１０３から出射される波長の送信光を全反射し、図５では図示を省略した光ファイバ１０９から受信する波長の受信光を全透過させる特性を有している。
【００３１】
この第３の実施の形態においては、第２の実施の形態と、ほぼ同じ送受信動作をするが、新たに設けられた第２の波長フィルタ１１２は発光素子１０３からの迷光を反射することによって、前記迷光が誤って受光素子１０７に入射するのを防ぎ、受光素子１０７には受信光のみが入射することとなる。
以上のように、受光素子１０７の周囲を光学的に他から遮断する額縁状の突起１１１を設け、この突起１１１の光入射面を第２の波長フィルタ１１２で覆うことにより、光クロストークを低減することができる。
【００３２】
図６は本発明に係る光送受信モジュールの第４の実施の形態の構成を示す側面図であり、図中、図１から図３を用いて説明した第１の実施の形態と同一の要素には同一の符号を付してその説明を省略する。この第４の実施の形態に係る立体回路基板１０１Ｃは、発光素子１０３が実装される第１の平面１０２上に、発光素子１０３が送信光を出射する方向とは反対側、すなわち、後方に出力モニタ用受光素子１１３を実装した点が第１の実施の形態と構成を異にし、これ以外は第１の実施の形態と同一に構成されている。この場合、出力モニタ用受光素子１１３は、発光素子１０３が送信光出射方向に限らず、後方にも出射することを利用したもので、ここでの出力モニタ用受光素子は側面からの受光が可能なものであり、後方からの出射光を出力モニタ用受光素子１１３で受光するものである。
【００３３】
図６に示した第４の実施の形態の動作について、第１の実施の形態と構成の異なる部分について説明する。発光素子１０３は送信光出射方向に対して後方にも出射するが、この後方出射光を受光した出力モニタ用受光素子１１３の出力電流をモニタしておき、この出力電流が一定になるように、発光素子１０３のバイアス電流を制御することにより、出力光レベルを一定に制御することが可能になる。
以上のように、立体回路基板１０１Ｃ上に、送信用の発光素子１０３、受光素子１０７、及び、ハーフミラー１０５又は第１の波長フィルタ１１０の他に、出力モニタ用の受光素子１１３を実装することにより、光送受信モジュールをさらに集積化でき、実装を簡略化することができる。
【００３４】
図７は本発明に係る光送受信モジュールの第５の実施の形態の構成を示す側面図であり、図中、図６を用いて説明した第４の実施の形態と同一の要素には同一の符号を付してその説明を省略する。この第５の実施の形態に係る立体回路基板１０１Ｄは、発光素子１０３が送信光を放射する方向とは反対の後方にも、発光素子１０３に対向して図面の上向きに所定の角度だけ傾斜した第２の斜面１１４を有する第３の突起１０１ｄを備え、第２の斜面１１４に出力モニタ用の受光素子１１３を実装したものである。これによって、出力モニタ用受光素子１１３の受光面が発光素子１０３の後方出射光に対して傾斜することとなり、この点が第４の実施の形態と構成を異にしている。なお、出力モニタ用受光素子１１３は表面に受光面を有する標準的なものである。
【００３５】
図７に示した第５の実施の形態は、図６に示した第４の実施の形態と同じ動作をするが、出力モニタ用の受光素子１１３の受光面に対して、発光素子１０３の後方出射光が斜めに入射するため、出力モニタ用受光素子１１３の受光面による反射光が発光素子１０３に入射することを防ぐことが出来る。
以上のように、発光素子を実装している面の後方に位置する第２の斜面１１４に出力モニタ用受光素子１１３を実装することにより、表面入射可能な標準的な受光素子を使用することができ、また出力モニタ用受光素子の受光面での反射光の発光素子１０３への影響を低減することができる。
【００３６】
図８は本発明に係る光送受信モジュールの第６の実施の形態の構成を示す側面図であり、図９はこの実施の形態の斜視図である。各図中、図６に示した第４の実施の形態と同一の要素には同一の符号を付してその説明を省略する。この実施の形態を構成する立体回路基板１０１Ｅは、発光素子１０３の光信号出射方向に対してその後方部位に、その頂部が第１の平面１０２よりも高い突出部１０１ｅが形成され、この突出部１０１ｅの頂部に第１の平面１０２とほぼ平行な第３の平面１１５が形成され、さらに、突出部１０１ｅの幅方向中間部が切欠かれて、その底面に発光素子１０３に対向し、かつ、上向きに所定の角度の傾斜（第１の平面１０２に対して鈍角の角度）を持った第３の斜面１１６が形成されている。そして、第３の斜面１１６には反射面が形成され、第３の平面１１５上に、出力モニタ用受光素子１１３を実装した点が図６と構成を異にしている。したがって、発光素子１０３の後方出射光は第３の斜面１１６に形成された反射面で反射され、その反射光が出力モニタ用受光素子１１３の裏面より入射することとなる。
【００３７】
このように構成することによって、発光素子１０３の後方出射光が第３の斜面１１６の反射面によって反射されて出力モニタ用受光素子１１３に入射するため、出力モニタ用受光素子１１３として、表面と裏面の両方から光入射できる標準的な受光素子を使用することができ、かつ、出力モニタ用受光素子１１３の実装方向が受光素子１０７と同一方向であるため、実装工程を簡略化することができる。
【００３８】
図１０は本発明に係る光送受信モジュールの第７の実施の形態の構成を示す側面図であり、図中、図６に示した第４の実施の形態と同一の要素には同一の符号を付してその説明を省略する。この実施の形態を構成する立体回路基板１０１Ｆは、発光素子１０３の光信号出射方向に対してその後方部位を窪ませてその底部に第１の平面１０２とほぼ平行な第４の平面１１７を形成し、さらに、窪みの後方に壁部１１８を図面の上方に延出させるとともに、発光素子１０３に対向する上部の壁面１１９を下方斜めに傾斜させてこの壁面１１９に反射面を形成したものである。そして、第４の平面１１７上に出力モニタ用受光素子１１３を実装し、発光素子１０３の後方出射光が壁面１１９で反射して出力モニタ用受光素子１１３に向かうように、壁面１１９の傾斜角度が決定されている。
【００３９】
このように構成することによって、発光素子１０３の後方出射光を壁面１１９の反射膜で反射させて出力モニタ用受光素子１１３で受光することになり、これによって、出力モニタ用受光素子１１３として、表面から光入射できる標準的な受光素子を使用することができ、かつ、出力モニタ用受光素子１１３の実装方向が発光素子１０３及び受光素子１０７と同一方向であるため、実装工程を簡略化することができる。
【００４０】
図１１は本発明に係る光送受信モジュールの第８の実施の形態の構成を示す側面図であり、図中、図６に示した第４の実施の形態と同一の要素には同一の符号を付してその説明を省略する。この実施の形態を構成する立体回路基板１０１Ｇは、発光素子１０３の光信号出射方向に対してその後方部位に、図面の上方に突出する壁部１１８を設けるとともに、発光素子１０３に対向する部位に開口１２０が設けられている。そして、発光素子１０３に対向する側とは反対側、すなわち、開口１２０の外側に受光面を合わせて出力モニタ用受光素子１１３が実装されている。
【００４１】
このように構成することによって、発光素子１０３の後方出射光が開口１２０を通して、出力モニタ用受光素子１１３の受光面に到達し、出力モニタ用受光素子１１３がこの後方出射光を受光することとなり、この結果、出力モニタ用受光素子１１３の実装スペースを少なくすることができるため、モジュールを小型化することができる。
【００４２】
図１２は本発明に係る光送受信モジュールの第９の実施の形態の構成を示す側面図であり、図中、図７に示した第５の実施の形態と同一の要素には同一の符号を付してその説明を省略する。この実施の形態を構成する立体回路基板１０１Ｈは、図７に示した立体回路基板１０１中、発光素子１０３を実装した突起部を除去し、その代わりに、脚部１２１ａ及び腕部１２１ｂで構成された逆「Ｌ」字形の金属基板１２１を付帯し、その脚部１２１ａを立体回路基板本体の後方端部に結合し、その腕部１２１ｂを前方に向けて固定している。そして、金属基板１２１の腕部１２１ｂの先端部の底面にヒートシンク１２２を装着するとともに、このヒートシンク１２２の下面に発光素子１０３を実装した点が図７と構成上異なっている。なお、発光素子１０３は図７と同じ位置に実装されている。
【００４３】
上記のように構成された第９の実施の形態における光信号の送受信及び後方出射光の受光については、図７に示した第５の実施の形態と全く同様であるので省略するが、この第９の実施の形態は金属基板１２１に、ヒートシンク１２２を介して、発光素子１０３を実装するので、発光素子１０３の放熱効率が高められ、これによって動作の信頼性を高めることができ、また、発光素子と受光素子の実装基板を別にすることで、発光素子、受光素子の配線間の電気的クロストークを低減できる。
【００４４】
ちなみに、この実施の形態の実装手順を説明すると、以下のとおりである。まず、立体回路基板１０１に受光素子１０７及び出力モニタ用受光素子１１３を位置決めして実装し、その後に電気的接続をする。次に第１の波長フィルタ１１０を第１の斜面１０４に対し、平坦に実装する。一方、金属基板１２１に実装したヒートシンク１２２上に発光素子１０３を位置決めして実装し、電気的接続をして給電できる状態にする。その後に立体回路基板本体と金属基板１２１とを一体的に結合する。集光レンズ１０８や光ファイバ１０９の固定方法は第１の実施の形態と同じである。
【００４５】
なお、図１２に示した第９の実施の形態は、図７に示した第５の実施の形態を変形したが、上述した第４、第６から第８の各実施の形態を変形して、発光素子１０３を、ヒートシンク１２２を介して、金属基板１２１に実装する構成とすることにより、上述した場合と同様に、発光素子１０３の放熱効率が高められ、これによって動作の信頼性を高めることができ、また、発光素子と受光素子の実装基板を別にすることで、発光素子、受光素子の配線間の電気的クロストークを低減できるという効果も得られる。
【００４６】
図１３は本発明に係る光送受信モジュールの第１０の実施の形態の構成を示す側面図であり、図中、図７に示した第５の実施の形態と同一の要素には同一の符号を付してその説明を省略する。この実施の形態を構成する立体回路基板１０１Ｉは、発光素子１０３の出射光側の先端面１２３が底面に対して略垂直で、かつ、出射光の光軸に対しても垂直である。また、出射光側の突出部１０１ｂは、光軸を振り分けにして幅方向の中央部が切欠かれている。そして、先端面１２３の切欠きの中央部に、集光レンズ１０８の表面形状に合わせてこれを嵌め込む窪みが形成され、この窪みに集光レンズ１０８が接着剤にて固着されている。
このように、発光素子１０３の出射光側の先端面１２３に集光レンズ１０８を固着することにより、集光レンズ１０８の保持具を別個に設ける必要がなくなるため、構成の簡易化が実現される。
【００４７】
なお、図１３に示した第１０の実施の形態は、図７に示した第５の実施の形態を変形したものであるが、立体回路基板の出射光側の寸法、又は、集光レンズ１０８の焦点距離を適切に選定することによって、他の実施の形態に係る立体回路基板の先端面に固着すれば上述した場合と同様な効果が得られる。
また、図１３に示した第１０の実施の形態では、接着剤を用いて立体回路基板１０１の先端面に集光レンズ１０８を固着したがこれ以外の方法で集光レンズ１０８を窪みに固着しても良い。
【００４８】
図１４は本発明に係る光送受信モジュールの第１１の実施の形態の構成を、一部を破断して示した側面図である。これは、第１から第９の実施の形態において分離して示した集光レンズ１０８を一体的に組み立てたものである。ここで、図７に示した立体回路基板１０１を、入出力ピンを備えたパッケージ１２４内に収納格納し、耐湿性を高めるためにもこのパッケージ１２４により気密封止を行うが、発光素子１０３の出射方向に位置する、パッケージ１２４の開口窓に集光レンズ１０８を設置する。ただし、集光レンズ１０８の位置は第１の実施の形態と同様になるように、パッケージの高さをあらかじめ決めておく必要がある。
このように、立体回路基板を格納するパッケージの、発光素子の出射方向に位置する開口窓に集光レンズを設置することにより、気密封止用のパッケージを集光レンズの保持具としても機能させることができ、構成を簡略化することができる。
なお、パッケージ１２４内に他の実施の形態に係る立体回路基板を格納することができ、これによって上述した場合と同様な効果が得られる。
【００４９】
図１５は本発明に係る光送受信装置の一実施の形態の構成を示す透視図である。この実施の形態は第１から第１１の実施の形態のいずれの光送受信モジュールをも用いることができるが、特に、図１４に示した第１１の実施の形態に係る光送受信モジュール１２５を用いた場合を示している。
ここで、光送受信モジュール１２５は光伝送装置のメイン樹脂基板１２６の上に１個又は複数個実装され、光送受信装置筐体１２７内に収容されている。筐体１２７の前面パネルには光入出力ポートの機能を持つ光ファイバコネクタプラグ１２８が取り付けられている。
【００５０】
以上のように、立体回路基板を有する光送受信モジュールを光送受信装置筐体に収容することによって、光送受信装置を小型化することができ、また複数個実装することにより、多ポート光送受信装置を実現することができる。
【００５１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、立体回路基板に発光素子、受光素子、光学膜部材、出力モニタ用受光素子及び集光レンズのうち、少なくとも、発光素子、受光素子及び光学膜部材を一体的に収納したので、発光素子及び受光素子と光ファイバとの光学結合が、１個の集光レンズを用いた１回の調整のみで実現でき、また小型化が容易になるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る光送受信モジュールの第１の実施の形態の側面図
【図２】図１に示した第１の実施の形態を構成する光送受信用の半導体素子が実装された立体回路基板の斜視図
【図３】図１に示した第１の実施の形態の立体回路基板に光学膜部材としてのハーフミラーを実装した平面図
【図４】本発明に係る光送受信モジュールの第２の実施の形態の構成を示す側面図
【図５】本発明に係る光送受信モジュールの第３の実施の形態の構成を、部分的に断面を用いて示した側面図
【図６】本発明に係る光送受信モジュールの第４の実施の形態の構成を示す側面図
【図７】本発明に係る光送受信モジュールの第５の実施の形態の構成を示す側面図
【図８】本発明に係る光送受信モジュールの第６の実施の形態の構成を示す側面図
【図９】図８に示した第６の実施の形態の斜視図
【図１０】本発明に係る光送受信モジュールの第７の実施の形態の構成を示す側面図
【図１１】本発明に係る光送受信モジュールの第８の実施の形態の構成を示す側面図
【図１２】本発明に係る光送受信モジュールの第９の実施の形態の構成を示す側面図
【図１３】本発明に係る光送受信モジュールの第１０の実施の形態の構成を示す側面図
【図１４】本発明に係る光送受信モジュールの第１１の実施の形態の構成を、一部を破断して示した側面図
【図１５】本発明に係る光送受信装置の一実施の形態の構成を示す透視図
【図１６】従来の光信号伝送系における光送受信モジュールの概略構成図
【符号の説明】
１０１Ａ〜１０１Ｉ 立体回路基板
１０２ 第１の平面
１０３ 送信用発光素子
１０４ 第１の斜面
１０５ ハーフミラー（光学膜部材）
１０６ 第２の平面
１０７ 受光素子
１０８ 集光レンズ
１０９ 光ファイバ
１１０ 第１の波長フィルタ
１１１ 突起
１１２ 第２の波長フィルタ
１１３ 出力モニタ用受光素子
１１４ 第２の斜面
１１５ 第３の平面
１１６ 第３の斜面
１１７ 第４の平面
１１８ 壁部
１１９ 壁面
１２０ 開口
１２１ 金属基板
１２２ ヒートシンク
１２３ 立体回路基板の先端面
１２４ 気密封止パッケージ
１２５ 光送受信モジュール
１２６ メイン樹脂基板
１２７ 光送受信装置筐体ラグ
１２８ 光ファイバコネクタプ

Claims (15)

1. 光ファイバで双方向に伝送される光を、前記光ファイバの一端部にて送受信する光送受信モジュールにおいて、
   送受信する光の進行経路に沿ってそれぞれ基部から突出し、前記光ファイバに近い側に第１の突起部が、前記光ファイバから遠い側に第２の突起部が形成され、前記第１の突起部は光の進行経路となる切欠きを有し、前記第２の突起部は光の進行経路よりも所定の寸法だけ低く形成された第１の平面を有し、さらに、前記第１の突起部は前記切欠きの底部に前記第１の平面にほぼ平行で、かつ、前記第１の平面よりも低く形成された第２の平面、及び前記第２の突起部と対向する側に前記第２の平面に対して鋭角の角度を持った第１の斜面を有する立体回路基板と、
   前記第１の平面上に実装された送信用の発光素子と、
   前記第２の平面上に実装された受信用の受光素子と、
   前記第１の斜面上に装着された光学膜部材と、
   前記光ファイバと前記立体回路基板との間の光の進行経路に設けられた集光レンズとを、
   備えたことを特徴とする光送受信モジュール。
2. 前記光学膜部材がハーフミラーで構成され、前記発光素子から出射した光が前記ハーフミラーを一定の割合で通過し、前記集光レンズで集光されて前記光ファイバに入射し、前記光ファイバから出射した光が前記集光レンズで集光され、前記ハーフミラーで一定の割合で反射して前記受光素子に入射することを特徴とする請求項１に記載の光送受信モジュール。
3. 前記光ファイバが互いに波長の異なる光を双方向に伝送するとき、前記光学膜部材は、前記光ファイバより出射され、前記集光レンズで集光された受信光を全反射して前記受光素子に入射させ、前記発光素子から出射する送信光を全透過して前記集光レンズで集光して前記光ファイバに入射させる波長フィルタであることを特徴とする請求項１に記載の光送受信モジュール。
4. 前記受光素子の周囲を光学的に他から遮断する額縁状の突起を設け、受信光のみを透過する波長フィルタによって、前記突起の開放端を覆ったことを特徴とする請求項３に記載の光送受信モジュール。
5. 前記受光素子は、前記受信光の波長と前記送信光の波長に対して受光感度が異なるものであり、前記受信光の波長に対して高い受光感度をもち、前記送信光の波長に対して低い受光感度をもっていることを特徴とする請求項３に記載の光送受信モジュール。
6. 送信光を出射する前記発光素子の後背部の前記第１の平面上に、前記発光素子の後方出射光の受光を可能に実装された出力モニタ用受光素子を備えたことを特徴とする
   請求項１から５のいずれか１つに記載の光送受信モジュール。
7. 前記立体回路基板が、前記第２の突起部よりも前記光ファイバから遠い側に形成された第３の突起部を備え、前記第３の突起部は前記発光素子に対向して前記第１の平面に対して所定の角度だけ傾斜した斜面を有し、前記斜面上に前記発光素子の後方出射光の受光を可能に実装された出力モニタ用受光素子を備えたことを特徴とする請求項１から５のいずれか１つに記載の光送受信モジュール。
8. 前記立体回路基板が、前記第２の突起部よりも前記光ファイバから遠い側に形成された第３の突起部を備え、前記第３の突起部は光の進行経路よりも所定の寸法だけ高く形成され、前記第１の平面とほぼ平行な第３の平面と、前記第３の突起部の前記発光素子の後方出射光が照射される中央部が切欠かれ、その切欠きの底部に前記第１の平面に対して鈍角に傾斜し、かつ、反射面が形成された第３の斜面とを有し、前記第３の平面上に、前記発光素子の後方出射光が前記第３の斜面の反射面で反射された光の受光を可能に実装された出力モニタ用受光素子を備えたことを特徴とする請求項１から５のいずれか１つに記載の光送受信モジュール。
9. 前記立体回路基板が、前記第２の突起部よりも前記光ファイバから遠い側に形成され、前記第１の平面とほぼ平行で、かつ、前記第１の平面よりも所定の寸法だけ低く形成された第４の平面と、前記第４の平面よりも前記光ファイバから遠い側に形成され、前記発光素子に対向して前記第１の平面に対して鋭角に傾斜した反射面を有する壁部とを備え、前記第４の平面上に、前記発光素子の後方出射光が前記反射面で反射された光の受光を可能に出力モニタ用受光素子を実装したことを特徴とする請求項１から５のいずれか１つに記載の光送受信モジュール。
10. 前記立体回路基板が、前記発光素子よりも前記光ファイバから遠い側に形成され、前記発光素子の後方出射光を通過させる開口を有する壁部を備え、前記壁部の後背面に、前記開口を通過する後方出射光の受光を可能に出力モニタ用受光素子を実装したことを特徴とする請求項１に記載の光送受信モジュール。
11. 光ファイバで双方向に伝送される光を、前記光ファイバの一端部にて送受信する光送受信モジュールにおいて、
    送受信する光の進行経路に沿ってそれぞれ基部から突出し、前記光ファイバに近い側に第１の突起部が、前記光ファイバから遠い側に第２の突起部が形成され、かつ、脚部及び腕部で構成された逆「Ｌ」字形をなし、前記腕部を前記光ファイバ側に向けて前記第２の突起部の後方端部に前記脚部が結合された金属基板を付帯し、前記金属基板の腕部は前記第１及び第２の突起部間に光の進行経路よりも所定の寸法だけ高く形成された第１の平面を有し、前記第１の突起部は光の進行経路となる切欠きを有し、かつ、前記切欠きの底部に前記第１の平面にほぼ平行で、かつ、前記第１の平面よりも低く形成された第２の平面、及び前記第２の突起部と対向する側に前記第２の平面に対して鋭角の角度を持った第１の斜面を有する立体回路基板と、
    前記第１の平面下に、光の進行経路に実装された送信用の発光素子と、
    前記第２の平面上に実装された受信用の受光素子と、
    前記第１の斜面上に装着された光学膜部材と、
    前記光ファイバと前記立体回路基板との間の光の進行経路に設けられる集光レンズと、
    前記第２の突起部に実装され、前記発光素子の後方出射光の受光を可能に実装された出力モニタ用受光素子とを、
    備えたことを特徴とする光送受信モジュール。
12. 前記集光レンズを前記立体回路基板の光ファイバ側の端面に固着したことを特徴とする請求項１から１１のいずれか１つに記載の光送受信モジュール。
13. 前記発光素子、受光素子、光学膜部材及び出力モニタ用受光素子のうち、少なくとも前記発光素子、受光素子、光学膜部材を実装した前記立体回路基板をパッケージで覆い、前記パッケージの光ファイバ側の開口窓に前記集光レンズを設けた請求項１から１２のいずれか１つに記載の光送受信モジュール。
14. 請求項１から１２に記載の光送受信モジュールの実装方法において、
    前記立体回路基板に、前記発光素子、受光素子及び出力モニタ用受光素子のうち、少なくとも前記発光素子及び受光素子を実装して電気的接続を行う第１の工程と、
    前記光学膜部材及び前記集光レンズを実装する第２の工程と、
    前記発光素子を発光させ、前記光ファイバへの結合効率が最もよくなるように前記光ファイバの位置を微調整して固定する第３の工程とを、
    順を追って行うことを特徴とする光送受信モジュールの実装方法。
15. 請求項１から請求項１３のいずれか１つに記載の光送受信モジュールを１個又は複数個備えたことを特徴とする光送受信装置。

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