JP2012134207A - 光データリンク - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構造で外部へのノイズ放射を効果的に低減できる光データリンク（光トランシーバ）を提供する。
【解決手段】光データリンクは、光電変換素子を搭載した光サブアセンブリ１ａ、１ｂと、この光サブアセンブリ１ａ、１ｂを実装した回路基板２、３とを、ベースカバー９とトップカバー１０かなる筐体内に収納保持している。トップカバー９の後部内側には櫛歯状導電部材１１が設けられている。この櫛歯状導電部材１１の櫛歯の間隔は、抑制対象となる電磁ノイズの波長の１／４未満に形成にしてあり、櫛歯状導電部材１１はトップカバー９と一体に形成されていてもよく、別体に形成されて筺体に固着されていてもよい。
【選択図】図１

Description

本発明は、光信号によるデータ通信に用いられる光トランシーバ等の光データリンクに関する。

光通信に用いられる光データリンクは、光トランシーバの内部、もしくは光信号を送信する送信用光サブアセンブリ（ＴＯＳＡ：Transmitter Optical Sub-Assembly）、光信号を受信する受信用光サブアセンブリ（ＲＯＳＡ：Receiver Optical Sub-Assembly）、または、光信号を送受信の双方の構成を持つ送受信用光サブアセンブリ等の光サブアセンブリを、多数の電子部品を実装した回路基板と共に金属製の筐体内に収納保持して構成される。この場合、送受信の双方の機能を備えるものは、一般にプラガブル型光トランシーバ（以下、光トランシーバという。）とも言われる。

図１３は、従来の光トランシーバ１００の一例を説明する図であり、例えば、光トランシーバ１００は、光レセプタクル１０６の後部が断面矩形状の金属製の筐体１０５で囲われた長方形体で形成されている。光トランシーバ１００は、ホスト装置のフロントパネル１０３に設けられたパネル開口１０３ａを通して、ホスト基板１０４上に載置されたケージ１０２内に挿抜自在に嵌めこまれ、ケージ１０２の奥部に配された電気コネクタ（図示せず）により電気的に接続される。また、光レセプタクル１０６内には光ファイバコネクタ１０７が挿入され、光トランシーバ１００に実装されている発光素子および受光素子と光学的に接続され、光信号の送受信が行われる。

このような光トランシーバでは、光トランシーバの内部、もしくはホスト装置の内部から外部への電磁放射（ＥＭＩ）を抑え、また放熱を促進するために、光トランシーバ１００の金属製の筐体１０５を、接地されているケージ１０２またはホスト装置のフロントパネルの開口１０３ａに電気的に接触させて電磁的にシールドすることなどが一般的に行われている。

例えば、特許文献１には、光トランシーバを覆う金属カバーに設けた弾性フィンガが、光コネクタが挿入された状態のときに、金属カバーの外方に突き出されてケージ内面に電気的に接触されてＥＭＩシールドを形成し、光コネクタが挿入されていないときは、弾性フィンガは、ケージと無接触となってモジュールの着脱を容易にしたものが開示されている。また、特許文献２には、光ファイバコネクタを挿入するための挿入口とレセプタクル部との隙間を塞ぐ金属製の遮蔽部を設けた光送受信モジュールが開示されている。

特開２００７−２３３２６１号公報 特開２００３−２７０４９２号公報

一般に、ＥＭＩシールドを考慮した光トランシーバの実装は、ホスト装置のフロントパネルとケージ間、並びに光トランシーバ筐体とケージ間を、複数のフィンガ（又はタブ）により複数の電気接続パスを形成して接地電位の安定化を図るとともに、外部への漏洩口となるパネル開口付近の隙間となる部分小さくする努力が払われ、上記の特許文献に開示されるような種々の提案がなされてきた。

しかしながら、近年は、信号の伝送量が増大に加えて伝送速度が高速化し、動作周波数が高くなっているため、外部への電磁放射が僅かな隙間からでも生じる。例えば、フロントパネル開口とケージとの間の隙間、ケージと光トランシーバ筐体との間の隙間は、外向きと内向きのフィンガで部分的には塞ぐことが可能であるが、フィンガ間の間隙が隙間として残るため、この隙間を通してシールド漏れが生じる恐れがある。

また、小型の光トランシーバにおいては、光ファイバコネクタの挿入口と光レセプタクル部との隙間といった小さなスペースに、効果的にノイズ遮蔽用の部品を配置することは難しい。このように、光トランシーバ内部で発生するノイズの周波数が高いほど、より小さな隙間でも漏洩が発生するため、隙間を塞ぐことによってノイズを抑制する方式のみでは、ノイズ放射の低減面で限度があった。

本発明は、これらの実情に鑑みてなされたものであり、簡単な構造で外部へのノイズ放射を効果的に低減できる光データリンク（光トランシーバ）を提供することを目的とする。

本発明による光データリンクは、光電変換素子を搭載した光サブアセンブリと、該光サブアセンブリを実装した回路基板とを、ベースカバーとトップカバーからなる筐体内に収納保持した光データリンクであって、筐体内部に櫛歯状導電部材を有することを特徴とする。上記の櫛歯状導電部材の櫛歯の間隔は、抑制対象となる電磁ノイズの波長の１／４未満に形成にしてあり、櫛歯状導電部材はトップカバーと一体に形成されていてもよく、筺体と別体に形成されて筺体に固着されていてもよい。

本発明によれば、光トランシーバの筐体内部に櫛歯状導電部材を設けたことにより、筺体の内部空間を伝搬する電磁ノイズを櫛歯状導電部材によって減衰させることができ、外部へのノイズ放射を効果的に低減できる。

本発明に係る光トランシーバの一例の斜視図である。 図１の光トランシーバをケージに組み込んだ状態での断面図である。 櫛歯状導電部材の例を説明するための図である。 櫛歯状導電部材を設けた光トランシーバの電磁ノイズに対する等価回路を示す図である。 本発明に係る光トランシーバの電磁ノイズの測定環境を説明するための図である。 導波管内のノイズ伝搬シミュレーションに用いたモデルを示す図である。 シミュレーション結果を示す図である。 櫛歯状導電部材の他の例を説明するための図である。 櫛歯状導電部材のさらに他の例を説明するための図である。 櫛歯状導電部材のさらに他の例を説明するための図である。 櫛歯状導電部材のさらに他の例を説明するための図である。 櫛歯状導電部材のさらに他の例を説明するための図である。 従来の光トランシーバを説明するための図である。

以下、図面を参照して、光データリンクとして光トランシーバを例に、本発明の実施の形態を説明する。
図１は、本発明に係る光トランシーバの一例の斜視図である。ここで、図１（Ａ）は、トップカバーを開いた状態を示す図であり、図１（Ｂ）はトップカバーを閉じるとともに接地フィンガを組みつけた状態を示す図である。また、図２は、図１に光トランシーバをケージに組み込んだ状態での断面図である。

図において、１ａはＴＯＳＡ、１ｂはＲＯＳＡ、２は第１の回路基板、３は第２の回路基板、４，５はフレキシブル基板（ＦＲＰ）、６は基板ホルダ、７は金属製の保持部材、８はレセプタクル部材、９はベースカバー、１０はトップカバー、１１は櫛歯状導電部材、１３は接地シールド部材を示す。

光信号を送信する光サブアセンブリ１ａ（ＴＯＳＡ）と光信号を受信する光サブアセンブリ１ｂ（ＲＯＳＡ）とは、互いに幅方向（Ｘ軸方向）に並列状態にしてレセプタクル部材８により一体的に組み付けてサブアセンブリユニットとされる。これらのＴＯＳＡ１ａ及びＲＯＳＡ１ｂには、それぞれ光電変換素子である発光素子及び受光素子が搭載される。

ＴＯＳＡ１ａとＲＯＳＡ１ｂのための電気信号処理、制御等は、第１の回路基板２および第２の回路基板３に実装された電子回路部品群からなる電子回路で行われる。ＴＯＳＡ１ａとＲＯＳＡ１ｂは、フレキシブル基板４（ＦＲＰ）を介して第１の回路基板２に電気的に接続される。第１の回路基板２と第２の回路基板３とは、基板ホルダ６により上下方向（Ｙ軸方向）に組み付け一体化されて配置され、フレキシブル基板５（ＦＲＰ）介して電気的に接続される。

第１の回路基板２は、例えば、主回路基板として光トランシーバの主たる制御を行う回路装置に用い、ＩＣ回路等の発熱部品を搭載する基板とすることができる。また、第２の回路基板３は、付加機能を追加することで第１の回路基板２だけでは収めることができない制御回路や電子部品を搭載する基板とすることができる。しかし、第１と第２の回路基板に、どの制御回路・電子部品を搭載しなければならないというものではなく、１つの回路基板で収まる場合は、第２の回路基板３を設ける必要はない。なお、第１の回路基板２の後方には、光トランシーバをホスト装置に電気的に接続するための、コネクタ部２ａが設けられる。

保持部材７は金属製で、例えば、ＴＯＳＡ１ａ，ＲＯＳＡ１ｂの前部（Ｚ軸方向）に嵌合して前端部側の隙間部分からの電磁波をシールドする嵌合孔を有するフロントシールド部と、ＴＯＳＡ１ａ、ＲＯＳＡ１ｂの本体部を上下方向から把持するＵ字状の把持部を有している。

ベースカバー９の前部には、光コネクタを挿着するためのレセプタクル部材８が結合されている。レセプタクル部材８は、金属材や絶縁樹脂の成型により形成され、光コネクタが挿入され挿着される一対のソケット孔８ａを有し、ＴＯＳＡ１ａ、ＲＯＳＡ１ｂのスリーブ部分に連通している。

ベースカバー９は、放熱とシールド機能を有する金属材で形成され、底壁と一対の側壁からなる。ベースカバー９内には、レセプタクル部材８の内端に保持部材７のフロントシールド部が接する状態で収納され、また、第１の回路基板２、第２の回路基板３が基板ホルダ６と共に位置決めされて収納されている。また、ベースカバー９の側壁の後端には、トップカバー１０の一方の端部１０ａを回動可能に係止する係止部９ａが設けられている。

トップカバー１０は、ベースカバー９の上部の開口を塞ぐ蓋形状で、ベースカバー９と同様に、放熱とシールド機能を有する金属材で形成することができる。トップカバー１０の前部側の内面には、ＴＯＳＡ１ａ、ＲＯＳＡ１ｂを上方から押えて、保持固定するための保持部が設けられていて、トップカバー１０が閉じられたときにＴＯＳＡ１ａ、ＲＯＳＡ１ｂを保持固定するようになっている。また、トップカバー１０の後部内面には後述する櫛歯状導電部材１１が設けられている。

図１（Ｂ）に示す接地シールド部材１３は、弾性を有する金属板から形成される。接地シールド部材１３は、光トランシーバをホスト装置のケージ２０内に挿入したとき、ケージ２０内面に筐体を電気的に接触させて接地し、金属製の筐体にシールド機能を持たせるためのものである。

上述のように、光トランシーバは、Ｚ軸方向に延びる内部空間を有しており、少なくともその内面が金属からなるベースカバー９とトップカバー１０とからなる筺体を備える。このため、筐体の内部空間はＺ軸方向に延びる導波管と同様の構造となっている。したがって、その内部空間の寸法で定まる遮断周波数以上の周波数を有するノイズは、筺体の内部空間をＺ軸方向に伝搬することになる。

図３は、本発明における櫛歯状導電部材の例を説明するための図であり、図３（Ａ）は斜視図、図３（Ｂ）は断面図である。
図３に示す櫛歯状導電部材１１は、トップカバー１０と同等の金属材で一体に形成されている。櫛歯状導電部材１１は、光トランシーバの長手方向（Ｚ軸方向）に対して直交する方向に複数の略平行な櫛歯１２を有しており、この複数の櫛歯１２が筐体内の電磁ノイズを減衰させる作用を有する。抑制対象となる電磁ノイズの波長をλとするとき、櫛歯状導電部材１１の各櫛歯１２の間隔ａは波長λの１／４未満となるようにしている。

図４は、櫛歯状導電部材１１を設けた筺体の電磁ノイズに対する等価回路である。等価回路は、左端から入力された電磁ノイズが右端から出力される一種の導波管フィルタを構成している。そして、櫛歯と櫛歯の間隔ａを変更することにより、等価回路における容量の大きさが変わり、これによって、周波数特性が変化することになる。なお、櫛歯の高さは筺体内部の高さの約１／３以上の高さがあることが望ましい。

図５は、本発明に係る光トランシーバの電磁ノイズの測定環境を説明するための図である。
電磁ノイズの測定は、電波吸収体３１を５面に形成した電波暗室３０内で行い、ターンテーブル３２の上にノイズ放射減となる光トランシーバ４０を置き、３ｍ離れた位置に設けたアンテナ３３によって測定した。

測定に用いた光トランシーバ４０は、櫛歯状導電部材１１を設けないものと、櫛歯状導電部材１１を設けたものを準備し、図２に示すようにケージ内に挿入した状態で測定を行った。ここで、櫛歯状導電部材１１を設けた光トランシーバ４０は、筺体の高さ（Ｙ軸方向）が７.３ｍｍ、筐体の幅（Ｘ方向）が１３.６ｍｍであり、櫛歯１２の枚数が８枚（内、１枚は短い）、櫛歯１２の厚みが０.６ｍｍ、櫛歯１２の間隔が０.６ｍｍ、櫛歯１２の高さが２.６５ｍｍのものを用いた。そして、光トランシーバ４０は１０Ｇｂｐｓで動作させた。

表１は放射ノイズの測定値の最大値を示すものであり、２０.６２５ＧＨｚでノイズの.最大値が現れた。測定では、櫛歯状導電部材を設けた光トランシーバの方が、櫛歯状導電部材を設けなかった光トランシーバに比べて、４.３ｄＢ（約３７％）放射ノイズが小さくなった。なお、放射ノイズの最大値は、櫛歯状導電部材を設けた光トランシーバと櫛歯状導電部材を設けなかった光トランシーバの両者とも光コネクタ挿入口がアンテナ３３の方向に向いたとき、すなわちケージの開口側がアンテナ３３側に向いたときに得られた。

また、本発明の櫛歯状導電部材の効果をさらに確認するためのシミュレーションを行った。
図６は導波管内のノイズ伝搬シミュレーションに用いたモデルを示す図である。
シミュレーションに用いたモデルは、内部の高さ（Ｙ軸方向）５.２８ｍｍ、幅（Ｘ軸方向）２３.０６ｍｍ、長さ（Ｚ軸方向）１４１.１ｍｍの金属からなる内部が真空の導波管５０とし、内部に導体の厚み（Ｚ軸方向）０.１ｍｍ、高さ（Ｙ軸方向）３.７１ｍｍの櫛歯１２を１０.１ｍｍの間隔で設けたものとした。なお、ノイズの周波数は、６．５６ＧＨｚとした。

図７にシミュレーションの結果を示す。図７では、導波管５０の一方の開口部から入力した電磁波が、反対側の開口から出力として得られる際にどの程度減衰しているかについて、櫛歯１２を設けない場合の減衰率をゼロとして図示している。このシミュレーション結果から、櫛歯１２の数が多いほど電磁波の減衰率が大きくなることが分かる。なお、シミュレーションは導波管５０および櫛歯１２が導体損失ゼロの理想的な金属であるとして行っているため、実測した場合と誤差を生じる可能性はあるが、櫛歯の数に対する減衰率の傾向は実測した場合と変わることはない。

図８は櫛歯状導電部材の他の例を説明するための図である。
図８に示す櫛歯状導電体１１は、櫛歯１２と櫛歯１２の間隔を順次ａ１、ａ２，ａ３・・・ａｎとした際に、ａ１＞ａ２＞ａ３＞・・・＞ａｎとなるように間隔の大きさを連続的に変化させている。ここで、間隔ａ１は抑制対象とする電磁ノイズの基本波長λに対して１／４未満となるようにしている。これにより、抑制対象となる電磁ノイズが高調波を含む広帯域なノイズであった場合でも、効果的にノイズ放射を抑制することができる。

図９は櫛歯状導電部材のさらに他の例を説明するための図である。
図９に示す櫛歯状導電体１１は、櫛歯１２と櫛歯１２の間隔がａ１である第１の櫛歯群１１₁と、歯１２と櫛歯１２の間隔がａ２の第２の櫛歯群１１₂を備えている。ここで、間隔ａ１は抑制対象とする電磁ノイズの基本波長λに対して１／４未満であり、ａ１＞ａ２の関係となるようにしている。櫛歯群の数は図９の例では２つであるが、３つ以上としてもよい。これにより、予め光トランシーバ内で発生する電磁ノイズの周波数が特定できる場合は、複数の周波数の電磁ノイズを効果的に抑制することができる。

図１０は櫛歯状導電部材のさらに他の例を説明するための図であり、図１０（Ａ）は斜視図、図１０（Ｂ）は断面図である。
図１０に示す櫛歯状導電部材１１は、図３に示す櫛歯状導電部材１１と同様に、トップカバー１０と同等の金属材で一体に形成されているが、櫛歯１２と櫛歯１２の間隔に位置するトップカバー１０に外部に開口する貫通孔１４を設けている。この貫通孔１４は高周波の電磁ノイズに対して閉じているため、貫通孔１４を通してノイズが外部に放射されることはない。これにより、トップカバーの軽量化と光トランシーバの対流による放熱効果を高めることができる。

図１１は櫛歯状導電部材のさらに他の例を説明するための図である。
図１１はトップカバー１０の内側から櫛歯状導電部材１１を見た図であり、櫛歯状導電部材１１の櫛歯１２は断面が曲線状の箇所を有している。櫛歯１２と櫛歯１２との間隔ａは抑制対象となる電磁ノイズの波長を波長λの１／４未満となるようにしている点は、図３に示した櫛歯状導電部材１１と同じであり、電磁ノイズに対する作用も図３に示した櫛歯状導電部材１１と同様である。

図１２は櫛歯状導電部材のさらに他の例を説明するための図である。
図１２に示す櫛歯状導電部材１１は、トップカバー１０と別体に形成された金属などの導電体からなり、トップカバー１０に固着されている。櫛歯１２と櫛歯１２の間隔や櫛歯１２の形状は先述した種々のものが適用できる。トップカバー１０と一体に櫛歯状導電部材１１を形成したものでは、光トランシーバの駆動周波数に応じて櫛歯間隔の異なるトップカバーを準備する必要があるが、図１２に示す櫛歯状導電部材１１では、櫛歯間隔や寸法の異なるものを複数準備しておき、種々の動作周波数を有する光トランシーバに適したものをトップカバーに固着するだけで、簡単に電磁ノイズの放射を抑制することができる。

以上、本実施の形態では、櫛歯状導電部材をトップカバーの後部（ホスト装置とのコネクタ側）に設けた例を示したが、光トランシーバ内にスペースがあれば、櫛歯状導電部材をトップカバーの前部（レセブタクル側）あるいは全面に設けてもよく、さらに、ベースカバーに設けるようにしてもよい。

１ａ…光サブアセンブリ（ＴＯＳＡ）、１ｂ…光サブアセンブリ（ＲＯＳＡ），２…第１の回路基板、３…第２の回路基板、４，５…フレキシブル基板（ＦＲＰ）、６…基板ホルダ、７…保持部材、８…レセプタクル部材、９…ベースカバー、１０…トップカバー、１１…櫛歯状導電部材、１２…櫛歯、１３…接地シールド部材２０…ケージ、３０…電波暗室３１…電波吸収体、３２…ターンテーブル、３３…アンテナ、４０…光トランシーバ、５０…導波管、１００…光トランシーバ、１０２…ケージ、１０３…フロントパネル、１０４…ホスト基板、１０５…筺体、１０６…光レセプタクル、１０７…光コネクタ。

Claims (10)

1. 光電変換素子を搭載した光サブアセンブリと、該光サブアセンブリを実装した回路基板とを、ベースカバーとトップカバーからなる筐体内に収納保持した光データリンクであって、前記筐体内部に櫛歯状導電部材を有することを特徴とする光データリンク。
2. 前記筐体が導電体より形成され、前記櫛歯状導電部材が前記トップカバーと一体に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の光データリンク。
3. 前記櫛歯状導電部材の櫛歯と櫛歯の間に位置する前記トップカバーに、外部に開口する貫通孔が設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の光データリンク。
4. 前記筐体が導電体より形成され、前記櫛歯状導電部材が前記筐体と別体に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の光データリンク。
5. 前記櫛歯状導電部材の櫛歯の断面が、曲線状の部分を含むことを特徴とする請求項１から４のいずれか１に記載の光データリンク。
6. 前記櫛歯状導電部材の隣接する櫛歯が略平行であることを特徴とする請求項１から５のいずれか１に記載の光データリンク。
7. 前記櫛歯状導電部材の櫛歯の間隔が、抑制対象となる電磁ノイズの波長の１／４未満であることを特徴とする請求項１から６のいずれか１に記載の光データリンク。
8. 前記櫛歯状導電部材における櫛歯間の間隔が等しいことを特徴とする請求項１から７のいずれか１に記載の光データリンク。
9. 前記櫛歯状導電部材における櫛歯間の間隔が連続的に変化していることを特徴とする請求項１から７のいずれか１に記載の光データリンク。
10. 前記櫛歯状導電部材が、少なくとも所定の櫛歯間隔を有する第１の櫛歯群と、該第１の櫛歯群の櫛歯間隔とは異なる第２の櫛歯間隔を有する第２の櫛歯群とからなることを特徴とする請求項１から７のいずれか１に記載の光データリンク。

Images