JP4922239B2 - 光送信器、及びフレキシブル基板 - Google Patents

Description

本発明は、光送信器、及びフレキシブル基板に関する。

光送信モジュールは、データ送信速度の高速化に加え、低消費電力・低コストの要求から近年では小型化・高集積化が進んでいる。更に、光送信モジュールを光送受信器に搭載する場合では、パッケージ形状の相違を吸収するため、小型化した光送信モジュールには筐体の内部と外部を電気的に接続する手段としてフレキシブルプリント基板が用いられるようになってきている。

これら光送信モジュールでは駆動デバイスの出力インピーダンスが規格で決まっており、電気信号の劣化を抑制し良好な光波形を得るために、フレキシブルプリント基板及び筐体内の信号伝送路は駆動デバイスの出力インピーダンスに合わせて整合を取ることが一般的である。しかしながら、インピーダンスの整合を取る場合には、回路素子を追加したり信号伝送路に特殊な構造を追加したりする必要が生じるため、コストが上昇する要因となっていた。そこで、特許文献１に記載されているように、構成の単純化を狙ってインピーダンスが不整合の信号伝送路を利用し、コストの上昇を抑えかつ信号劣化を抑制する方法を採用しているものがある。
特開２００５−２５９７６２号公報

しかしながら、回路間のインピーダンスの整合を取らないインピーダンス不整合系は、駆動デバイスの出力インピーダンスにかかわらず筐体部分を共通に使用できる点で有利であるが、インピーダンスの変化点においては電気信号が反射してしまい、その反射した電気信号が光出力信号の雑音となり、送信信号が劣化してしまっていた。

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであって、本発明の目的は、インピーダンスの異なる回路間で伝送される信号に発生する雑音による信号の劣化を抑えることができる光送信器、及びフレキシブル基板を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明の一態様に係る光送信器は、信号を出力する信号出力回路と、前記信号出力回路から出力された信号を光送信する光送信回路と、前記信号出力回路と前記光送信回路とを接続する信号伝送路と、を含み、前記信号伝送路は、前記信号出力回路と接続し前記信号出力回路に応じて設定された第１のインピーダンスを有する第１伝送部分と、前記光送信回路と接続し前記光送信回路に応じて設定された前記第１のインピーダンスと異なる第２のインピーダンスを有する第２伝送部分と、前記第１伝送部分と前記第２伝送部分とを接続し、前記第１及び第２のインピーダンスよりも高い第３のインピーダンスを有する接続部分と、を含むことを特徴とする。

また、本発明の他の一態様では、前記接続部分の長さは、前記信号の波長に応じて設定される、ことを特徴とする。

また、本発明の他の一態様では、前記接続部分の長さは、前記信号の最短の波長以下である、ことを特徴とする。

また、本発明の他の一態様では、前記第１のインピーダンスをＺ１、前記第２のインピーダンスをＺ２、前記第３のインピーダンスをＺ３とした場合に、Ｚ２＜Ｚ１＜Ｚ３である、ことを特徴とする。

また、本発明の他の一態様では、前記第１のインピーダンスは前記信号出力回路のインピーダンスと略等しく、前記第２のインピーダンスは前記光送信回路のインピーダンスと略等しいことを特徴とする。

また、本発明の一態様に係るフレキシブル基板は、信号を出力する信号出力回路と、前記信号出力回路から出力された信号を光送信する光送信回路と、を接続するフレキシブル基板であって、前記信号出力回路と接続し前記信号出力回路に応じて設定された第１のインピーダンスを有する第１伝送部分と、前記光送信回路と接続し前記光送信回路に応じて設定された前記第１のインピーダンスと異なる第２のインピーダンスを有する第２伝送部分と、前記第１伝送部分と前記第２伝送部分とを接続し、前記第１及び第２のインピーダンスよりも高い第３のインピーダンスを有する接続部分と、を含むことを特徴とする。

本発明の一態様によれば、インピーダンスの異なる信号伝送路の接続部に両信号伝送路よりもインピーダンスの高い部分を設けたことで、高周波のノイズを減衰させ、インピーダンスの異なる回路間で伝送される信号に発生する雑音による信号の劣化を抑えることができる。

本発明の一態様によれば、伝送する信号の波長に応じて接続部の長さを設定することにより、減衰させる高周波成分を適宜設定することができる。

本発明の一態様によれば、接続部の長さを伝送する信号の最短の波長以下にすることにより、信号成分については減衰させずに、雑音成分については効果的に減衰させることができる。

本発明の一態様によれば、インピーダンスの高い回路から低い回路へと伝送される信号について効果的に雑音成分を減衰させることができる。

本発明の一態様によれば、信号出力回路から光送信回路への信号の伝送について反射点を減らすことで効果的に雑音による信号の劣化を抑えることができる。

本発明の一態様によれば、信号出力回路と光送信回路とを接続するフレキシブル基板により両回路間のインピーダンスの差により発生する雑音を低減させるようにすることができる。

以下、本発明を実施するための好適な実施の形態（以下、実施形態という）を、図面に従って説明する。

図１は光送信モジュール３０の一構成例を示す図である。図１に示されるように、光送信モジュール３０は、ステム４０と筐体部４２の内部に光送信用素子及び回路を具備するとともに、レセプタクル４４により光伝送路に接続する構成を有する。

光送信モジュール３０はフレキシブルプリント基板２０を通じて駆動デバイスと接続する。接続した駆動デバイスから発信された高周波の電気信号は、ステム４０を貫通するリードピン４５及び４６と、光送信モジュール３０内に設けられた信号伝送路４７及び４８とを伝送し、さらに金ワイヤ５０等を介してＬＤ６０に伝達される。

ＬＤ６０は高周波の電気信号とともに直流電流の供給を受け、供給された電気信号に応じて集光レンズ６２側に光信号を出力する。集光レンズ６２はキャップ６４に支持され、集光レンズ６２によりＬＤ６０から出力された光（光信号）がファイバ６６に集光される。こうすることにより、レセプタクル４４を介して接続された外部の伝送路に光信号を送信することができる。

図２には、駆動デバイス１０とフレキシブル基板２０と光送信モジュール３０とを接続する信号伝送路の構成を表した。

駆動デバイス１０のインピーダンスは光送信モジュール３０のインピーダンスよりも高く両者のインピーダンスが不整合であるため、駆動デバイス１０から光送信モジュール３０に信号を伝送するとインピーダンスの変化点において信号が反射し信号に雑音が重畳されてしまう。そこで、本実施形態では、駆動デバイス１０と光送信モジュール３０とを接続する信号伝送路、特にフレキシブルプリント基板２０において雑音の影響を低減させる構成を設け、光送信モジュール３０から送信される光信号への雑音の影響を低減させることとしている。以下、駆動デバイス１０と光送信モジュール３０とを接続する信号伝送路（フレキシブルプリント基板２０）に設けられた上記構成について説明する。

本実施形態では、駆動デバイス１０と光送信モジュール３０とを接続する信号伝送路は、信号伝送路１００、信号伝送路２００、及び両信号伝送路の接続部たる信号伝送路３００を含み構成される。

信号伝送路１００は駆動デバイス１０に接続され、そのインピーダンスは駆動デバイス１０のインピーダンスに応じて設定されるものであり、このインピーダンスをＺ１とする。本実施形態では、信号伝送路１００のインピーダンスＺ１は駆動デバイス３０の出力インピーダンスと整合されていることとする。

また、信号伝送路２００は、光送信モジュール３０に接続され、そのインピーダンスは光送信モジュール３０のインピーダンスに応じて設定されるものでありこのインピーダンスをＺ２とする。ここで、Ｚ２＜Ｚ１である。本実施形態では、信号伝送路２００のインピーダンスＺ２は光送信モジュール３０のインピーダンスと整合されていることとする。

信号伝送路３００は、信号伝送路１００及び信号伝送路２００との接続部にあたりそのインピーダンスをＺ３とすると、Ｚ３はＺ１及びＺ２よりも高いものとする。すなわち、信号伝送路１００，２００，３００のインピーダンスＺ１，Ｚ２，Ｚ３はＺ２＜Ｚ１＜Ｚ３の関係にある。また、フレキシブルプリント基板２０内における上記信号伝送路とＬＤ６０に関して対称の位置にある信号伝送路についても同様のインピーダンス関係を有することとしてよい。

駆動デバイス１０から光送信モジュール３０に向けて出力された電気信号は、フレキシブルプリント基板２０の信号伝送路１００に伝送される。ここで信号伝送路１００を介して信号伝送路３００に伝達する電気信号は、信号伝達路３００と信号伝達路２００の接続点において反射する。このようにインピーダンスが大きいところから小さなところへと変わる点において大きな反射が生じる。そして、反射した電気信号は、一旦信号の入力側すなわち駆動デバイス１０側に逆進し、駆動デバイス１０と信号伝送路との接続点でさらに反射して再び光送信モジュール３０側に進行する。

ここで、インピーダンスが高いということはインダクタンスが大きいことに相当し、インダクタは高周波信号を減衰させる作用を持つので、高インピーダンス部分はローパスフィルタとして機能する。そのため、高インピーダンス部分として設けた信号伝送路３００は、反射により発生した高周波の雑音信号を除去する機能を有し、信号伝送路２００側への高周波の雑音信号の伝達を抑制する機能を有する。

このとき、送信すべき光信号に寄与する電気信号も減衰してしまうことになるが、雑音になる反射信号はこの高インピーダンス部分たる信号伝送路３００を、最初の伝達時と反射時、そして駆動デバイスで反射した信号が戻ってきた時の少なくとも３回通過することとなるので、その減衰効果も３倍となる。したがって、電気信号のうち信号成分に対しては劣化が少なく、雑音成分に対しては充分な減衰効果が得られるような条件を選べば、インピーダンスが不整合の系においても良好な光信号が得られるようになる。以下、上記の条件について説明する。

まず、高インピーダンス部を設ける位置についての条件について説明する。高インピーダンス部を電気信号の反射点から離れたところに設けると、インピーダンス不整合部が新たに２箇所増えることとなり、反射による雑音を増加させてしまう。そこで、高インピーダンス部は反射点に隣接して設けることで、反射点をできるだけ増やさないようにすることが望ましい。したがって、本実施形態においては、高インピーダンス部たる信号伝送路３００を、フレキシブルプリント基板２０のうち、光送信モジュール３０と接続するリードピン４５，４６との接続部に隣接して設けることとする。

次に、高インピーダンス部の長さについての条件について説明する。図３には、信号伝送路１００，信号伝送路３００、そして信号伝送路２００の順に構成された信号伝送路のインピーダンスの関係を示した。図３のａには、信号伝送路１００，信号伝送路３００、及び信号伝送路２００のインピーダンスの大きさを表したグラフを示した。ここで、図３のｂには上記構成の信号伝送路に対して、短波長の電気信号を伝達した場合のインピーダンス特性を表したグラフを、そして図３のｃには長波長の電気信号を伝達した場合のインピーダンス特性を表したグラフを示した。

図３のグラフｂに示されるように、長波長の電気信号に対しては高インピーダンス部のインピーダンスがほとんどそのままとなるので、高インピーダンスによる減衰作用がはたらく。一方で、短波長の電気信号では高周波成分が多くそれらの成分は平均化されるので、図３のグラフｃに示されるように、信号伝送路は全体としてインピーダンスがならされて緩やかな特性を有することになる。特に、インピーダンスが低い部分との接続部に接して高インピーダンス部が設けられた場合には、低インピーダンス部とならされてＺ１よりも高いインピーダンスの部分は殆ど存在しなくなる。

したがって、高インピーダンス部の長さを調整することにより、特定の周波数以上で特に減衰効果が得られる。一般に、インピーダンス不整合は高周波ほど顕著になるので、反射信号による雑音は高周波成分が多くなる。以上のことから、高インピーダンス部を適切な長さに設けることによって、高周波の雑音のみを選択的に減衰させることができ、良好な光出力波形を得ることができる。

本実施形態では、信号伝送路３００の長さを駆動デバイス１０から伝送される電気信号に含まれる信号成分の最も短い波長以下としている。こうすることにより、電気信号のうち有効な信号成分については減衰効果を抑制させ、高周波のノイズ成分については減衰効果を促進させることにより、より効果的にノイズ成分を減衰させることができる。

図４には、信号伝送路に高インピーダンス部を設けていない従来例の光送信器による伝送波形（図４（Ａ））と、本実施形態に係る光送信器による伝送波形（図４（Ｂ））とを示した。上記の例では、駆動デバイスの出力インピーダンスが５０Ωで、直接変調型の差動駆動方式の光送信モジュール３０を用いた。図４において横軸は時間を、縦軸は信号強度を示す。

図４（Ａ）は、フレキシブルプリント基板２０の信号伝送路のインピーダンスを駆動デバイス１０のインピーダンスに一致させた場合（すなわちすべて５０Ωの場合）の伝送波形を示す。この場合には、図４（Ａ）にも示されるように、高周波の雑音によりリンギングが生じて光出力波形が劣化している。

図４（Ｂ）には本実施形態に係る光送信器による伝送波形を示した。図４（Ｂ）に示されるように、本実施形態のように、回路を接続する信号伝送路の接続部分に高インピーダンス部を設けた場合には、リンギングが抑制されて良好な光出力波形が得られるようになる。

以下、上述したフレキシブルプリント基板２０の具体的な実施例を図５乃至９を参照しながら説明する。

［第１の実施例］
まず図５にはフレキシブルプリント基板２０の第１の実施例を示した。図５は、フレキシブルプリント基板２０の主表面に関し、リードピン接続側を具体的に表したものである。なお、図５においては、反対側の外部基板への接続側は省略した。信号伝送路１０８及び１０９は高周波の信号伝送路を表し、リードピン接続部１１４にはんだ等で接続されている。信号伝送路１１０及び１１１は、筐体内部のＬＤ６０の後方出力を受光する受光素子の電流をモニタしたり、筐体内部のサーミスタの抵抗値をモニタしたりすること等に利用される。

本実施例では、このフレキシブルプリント基板２０の信号伝送路１０８，１０９の一部のリードピン接続部１１４に接した部分に、高インピーダンス部１１２及び１１３を設けている。本実施例の高インピーダンス部１１２及び１１３では、他の部分よりも信号伝送路のパタンの幅を狭くすることで、所望の高インピーダンスを得ることとしている。駆動デバイス側の信号伝送路１０８及び１０９のインピーダンスをＺ１、高インピーダンス部１１２及び１１３のインピーダンスをＺ３としたとき、Ｚ１＜Ｚ３であり、高インピーダンス部１１２及び１１３の長さをＬとしたとき、（Ｚ３／Ｚ１）×Ｌの値が所定長さ（例えば２ｍｍ）となるようにＺ３とＬを定めることとしてよい。

［第２の実施例］
次に、図６にはフレキシブルプリント基板２０の第２の実施例を示した。図６（Ａ）は、本実施例のフレキシブルプリント基板２０の主表面の構成を示す図で、図６（Ｂ）は線ａ−ａにおけるフレキシブル基板２０の断面図である。

本実施例では、インピーダンスに関する構成は上述した第１の実施例と共通しているが、高インピーダンス部１１２及び１１３についての構造が異なる。すなわち、本実施例では、高インピーダンス部１１２及び１１３の信号伝送路の幅は信号伝送路１０８及び１０９とほぼ同一であるが、図６（Ｂ）の断面図に示すように信号伝送路パタンの層厚が薄く構成されている。このように本実施例の高インピーダンス部１１２及び１１３では信号伝送路の層厚を薄くすることで所望の高インピーダンスを得ており、この場合も（Ｚ３／Ｚ１）×Ｌの値が所定長さ（例えば２ｍｍ）となるようにＺ３とＬを定めることとしてよい。

［第３の実施例］
次に、図７にはフレキシブルプリント基板２０の第３の実施例を示した。図７に示されるように、本実施例ではフレキシブルプリント基板２０内における信号伝送路１２６に対して、グランドパタン１２７及び１２８が併走してコプレーナ線路を構成するものである。そして、グランドパタン１２７，１２８はそれぞれ信号伝送路１２６がリードピン接続部１１４と接する部分において狭隘部１３０及び１３１を有するものである。

本実施例では、信号伝送路１２６のリードピン接続部１１４に隣接する部位においてグランドパタン１２７，１２８にそれぞれ狭隘部１３０及び１３１を設けて信号伝送路１２６のグランドパタンとの距離を大きくすることにより所望の高インピーダンスを得、この部位を高インピーダンス部として構成している。この場合も（Ｚ３／Ｚ１）×Ｌの値が所定長さ（例えば２ｍｍ）となるようにＺ３とＬを定めることとしてよい。また、図７には信号伝送路１２６が１本の例を示しているがこれに限られず、フレキシブルプリント基板内にコプレーナガイドによる信号伝送路が複数本あっても良い。

［第４の実施例］
次に、図８にはフレキシブルプリント基板２０の第４の実施例を示した。図８（Ａ）は、本実施例のフレキシブル基板２０の主表面の構成を示す図で、図８（Ｂ）は線ｂ−ｂにおける断面図を表す。

本実施例では、インピーダンスに関する構成は上記第１の実施例と同じであるが、高インピーダンス部１１２及び１１３についての構造が第１の実施例とは異なる。すなわち本実施例では、図８（Ｂ）の断面図に示すように、高インピーダンス部１１２及び１１３において信号伝送路パタンとグランド層１３２との距離を大きくしている。本実施例の高インピーダンス部ではグランド層との距離を大きくすることで所望の高インピーダンスを得ており、この場合も（Ｚ３／Ｚ１）×Ｌの値が所定長さ（例えば２ｍｍ）となるようにＺ３とＬを定めることとしてよい。

［第５の実施例］
次に、図９にはフレキシブルプリント基板２０の第５の実施例を示した。図９（Ａ）は、本実施例のフレキシブルプリント基板２０の主表面の構成を示す図で、図９（Ｂ）は線ｃ−ｃにおける断面図を表す。

本実施例は、インピーダンスに関する構成は上記第１の実施例と同じであるが、高インピーダンス部１１２及び１１３についての構造が第１の実施例とは異なる。すなわち、本実施例では、図９（Ｂ）の断面図に示すように、リードピン１１４との接続パタンに隣接する部分に高インピーダンス部１１３を設け、高インピーダンス部の直下に位置する領域１３３においてはグランド層１３２を除去することとしている。本実施例の高インピーダンス部１１２及び１１３では、その直下に位置するグランド層を除去することによって所望の高インピーダンスを得ており、この場合も（Ｚ３／Ｚ１）×Ｌの値が所定長さ（例えば２ｍｍ）となるようにＺ３とＬを定めることとしてよい。

以上説明した本実施形態に係る光送信器によれば、インピーダンスの異なる駆動デバイスと光送信モジュールとの間の信号伝送路の接続部に両信号伝送路よりもインピーダンスの高い部分を設けたことで、高周波の雑音成分を減衰させることができる。また、高インピーダンス部（接続部）の長さを、信号成分の波長に応じた値（例えば最短波長以下）に設定することにより、雑音成分を選択的に減衰させ、より効果的に精度の良い光信号出力を得ることができる。

なお、本発明は光送信モジュールに限らず、例えば光ディスク装置や携帯電話のようにフレキシブル基板を通じて高速な情報通信を行う機器においても適用することができるのはもちろんである。

光送信モジュールの一構成例を示す図である。 駆動デバイスとフレキシブル基板と光送信モジュールとを接続する信号伝送路の構成を表した図である。 信号伝送路のインピーダンスの関係を示した図である。 伝送波形の特性を表した図である。 フレキシブルプリント基板の第１の実施例を示した図である。 フレキシブルプリント基板の第２の実施例を示した図である。 フレキシブルプリント基板の第３の実施例を示した図である。 フレキシブルプリント基板の第４の実施例を示した図である。 フレキシブルプリント基板の第５の実施例を示した図である。

符号の説明

１０ 駆動デバイス、２０ フレキシブルプリント基板、３０ 光送信モジュール、４０ ステム、４２ 筐体部、４４ レセプタクル、４５，４６ リードピン、４７，４８ 信号伝送路、５０ 金ワイヤ、６０ ＬＤ、６２ 集光レンズ、６４ キャップ、６６ ファイバ、１００ 信号伝送路、１０８，１０９，１１０，１１１ 信号伝送路、１１２，１１３ 高インピーダンス部、１１４ リードピン接続部、１２６ 信号伝送路、１２７ グランドパタン、１３０，１３１ 狭隘部、１３２ グランド層、１３３ 領域、２００ 信号伝送路、３００ 信号伝送路。

Claims (6)

1. 信号を出力する信号出力回路と、
   前記信号出力回路から出力された信号を光送信する光送信回路と、
   前記信号出力回路と前記光送信回路とを接続する信号伝送路と、を含み、
   前記信号伝送路は、
   前記信号出力回路と接続し前記信号出力回路に応じて設定された第１のインピーダンスを有する第１伝送部分と、
   前記光送信回路と接続し前記光送信回路に応じて設定された前記第１のインピーダンスと異なる第２のインピーダンスを有する第２伝送部分と、
   前記第１伝送部分と前記第２伝送部分とを接続し、前記第１及び第２のインピーダンスよりも高い第３のインピーダンスを有する接続部分と、を含む
   ことを特徴とする光送信器。
2. 前記接続部分の長さは、前記信号の波長に応じて設定される、
   ことを特徴とする請求項１に記載の光送信器。
3. 前記接続部分の長さは、前記信号の最短の波長以下である、
   ことを特徴とする請求項２に記載の光送信器。
4. 前記第１のインピーダンスをＺ１、前記第２のインピーダンスをＺ２、前記第３のインピーダンスをＺ３とした場合に、Ｚ２＜Ｚ１＜Ｚ３である、
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の光送信器。
5. 前記第１のインピーダンスは前記信号出力回路のインピーダンスと略等しく、前記第２のインピーダンスは前記光送信回路のインピーダンスと略等しい
   ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の光送信器。
6. 信号を出力する信号出力回路と、前記信号出力回路から出力された信号を光送信する光送信回路と、を接続するフレキシブル基板であって、
   前記信号出力回路と接続し前記信号出力回路に応じて設定された第１のインピーダンスを有する第１伝送部分と、
   前記光送信回路と接続し前記光送信回路に応じて設定された前記第１のインピーダンスと異なる第２のインピーダンスを有する第２伝送部分と、
   前記第１伝送部分と前記第２伝送部分とを接続し、前記第１及び第２のインピーダンスよりも高い第３のインピーダンスを有する接続部分と、を含む
   ことを特徴とするフレキシブル基板。
   

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