光收发模块的制作方法

本实用新型涉及一种光收发模块。

背景技术：

目前，已知有发光元件和受光元件同轴地配置在基座上的光收发器。例如，在CN103036619A中，记载有在单一光纤的两端分别光学地连接有光收发器的双向光通信系统。在该双向光通信系统中，通过彼此不同的光谱范围的光信号通过单一光纤而双向地传送，可实现半双工通信。

另外，在上述文献中记载有将搭载有光收发器的双向光通信系统应用在智能仪表的抄表网络中的实施例。在该实施例中，通过利用光纤将具备光收发器的多个电表和集中器链式连接来构筑智能仪表的环形网络。

技术实现要素：

如上所述，在将多个通信设备利用光纤链式连接而成的环形网络中，每当实现与相邻的一个通信设备之间的双向通信及与相邻的另一个通信设备之间的双向通信时，相对于一个通信设备搭载有两组光收发器。因此，本实用新型的解决技术问题是提供一种光收发模块，其在实现环形网络的通信设备间的双向通信时，可实现通信设备的小型化及低成本化。

为了解决上述技术问题，本实用新型所涉及的光收发模块是在用光纤将多个通信设备链式连接而成的环形网络中经由光纤收发光信号的光收发模块，具备：在与第一光纤之间进行光信号的收发的第一光收发部、在与第二光纤之间进行光信号的收发的第二光收发部，第一光收发部具有：接收光信号的第一受光元件、在第一受光元件的受光面上与该受光面同轴地配置且发送光信号的第一发光元件，第二光收发部具有：接收光信号的第二受光元件、在第二受光元件的受光面上与该受光面同轴地配置且发送光信号的第二发光元件，第一光收发部和第二光收发部配置在共同的基座上。

在该光收发模块中，通过第一光收发部及第二光收发部，能够实现与相邻的一个通信设备之间的双向通信及与相邻的另一个通信设备之间的双向通信。另外，因为第一光收发部和第二光收发部配置在共同的基座上，所以与相对于一个通信设备设置两组光收发器的情况相比，可实现通信设备的小型化及低成本化。

另外，在基座上也可以设置有将第一光收发部和第二光收发部之间隔开的遮光部件。通过遮光部件的配置，能够抑制第一光收发部和第二光收发部之间的光信号的串扰。

另外，光收发模块也可以具备：第一开关，将由第一受光元件及第二受光元件中的一方实现的光信号的接收设为开启(ON)，将由另一方实现的光信号的接收设为关断(OFF)；第二开关，将由第一发光元件及第二发光元件中的一方实现的光信号的发送设为开启，将由另一方实现的光信号的发送设为关断；控制部，控制第一开关及第二开关的动作。由此，能够自如地设定第一光收发部及第二光收发部的接收模式及发送模式的切换。

另外，第一发光元件及第二发光元件也可以是包含蓝宝石基板和层叠在蓝宝石基板上的氮化物半导体层而构成的LED。通过蓝宝石基板用于发光元件的基板，能够使光纤的传送损耗小的波段的光信号通过蓝宝石基板而到达至受光元件的受光面。因此，即使是在受光元件的受光面上配置有发光元件的情况下，也能够以受光面的整个面对来自光纤的光信号进行受光，能够充分提高受光元件的受光灵敏度。

另外，第一发光元件也可以对红色光的波长范围具有灵敏度，第一受光元件也可以对绿色光的波长范围具有灵敏度。第二发光元件也可以对绿色光的波长范围具有灵敏度，第二受光元件也可以对红色光的波长范围具有灵敏度。由此，能够适宜地构筑用单一纤芯光纤将多个通信设备链式连接而成的环形网络。

附图说明

图1是表示使用光收发模块而构成的光通信系统的一个例子的概略图；

图2是表示光收发模块的结构的一个例子的概略图；

图3是表示光收发模块的物理结构例的俯视图；

图4是表示光收发模块的物理结构例的侧视图；

图5是表示光收发模块的电路结构例的图；

图6是对光收发模块的接收待机模式进行说明的图；

图7是对光收发模块的数据传送模式进行说明的图；

图8是表示光收发模块的动作例的流程图。

具体实施方式

下面，参照附图对本实用新型所涉及的光收发模块的优选的实施方式进行详细的说明。

图1是表示使用光收发模块而构成的光通信系统的一个例子的概略图。该图所示的光通信系统1作为远程且自动地检测各建筑物或各家庭中的耗电量的抄表网络而构成。光通信系统1具备集中器2、多个抄表器3来作为通信设备。在该光通信系统1中，构筑通过光纤4将这些多个通信设备链式连接而成的环形网络，可实现与相邻的一个通信设备之间的双向通信及与相邻的另一个通信设备之间的双向通信。

更具体地说，在光通信系统1的集中器2及抄表器3分别设置有光收发模块11。光收发模块11是将光纤收发器(Fiber Optical Transceiver)(FOT)模块化而成的模块。通过该光收发模块11，一个抄表器3通过光纤4可光通信地相对于相邻的一个抄表器3相互连接，并且通过光纤4可光通信地相对于相邻的另一个抄表器3相互连接。一个抄表器3接收从相邻的一个抄表器3发送的耗电数据(光信号)，并与一个抄表器3自身拥有的耗电数据(光信号)一同发送到相邻的另一个抄表器3。

集中器2与抄表器3同样，通过光收发模块11，通过光纤4可光通信地相对于成为一个连接端的抄表器3相互连接，并且通过光纤4可光通信地相对于成为一个连接端的抄表器3相互连接。集中器2基于来自更上级的控制装置(未图示)的控制，按环形网络的顺时针或逆时针将从各抄表器3输出的耗电数据集中起来。

作为光纤4，例如使用纤芯直径为1mm左右的大口径塑料光纤。在典型的塑料光纤中，具有如下特性：相对于波长450nm～600nm左右的光，传送损耗成为100dB/km以下，进而相对于500nm～550nm左右的光、特别是510nm附近的光，传送损耗最小。

图2是表示光收发模块的结构的一个例子的概略图。如该图所示，光收发模块11具备基座(base)12、受光元件13、发光元件14、透镜15而构成。受光元件13例如为Si光电二极管。受光元件13通过以设置于基座12的引线框17(参照图3及图4)为阳极电极而将p型半导体层、n型半导体层、绝缘层、及贯通绝缘层而到达n型半导体层的阴极电极焊盘依次层叠在基座12上，而形成为俯视矩形状。另外，在受光元件13的与基座12相反侧的面设置有大致圆形状的受光面13a。受光元件13在受光面13a上对从光纤4侧出射的波长450nm～600nm左右的光信号L1进行受光，并输出与受光量相应的电信号。

发光元件14例如为LED。发光元件14例如通过在蓝宝石基板上层叠氮化物半导体层而构成。蓝宝石基板是相对于从近紫外光到红外光的大范围的波长具有透过性的基板，位于受光元件13的受光面13a上。发光元件14通过在该蓝宝石基板上依次层叠氮化物半导体层即缓冲层、n型GaN包覆层、InGaN/GaN活性层、及p型GaN包覆层，而形成为俯视矩形状。在发光元件14的与蓝宝石基板相反侧的面设置有大致矩形状的发光面14a。发光元件14在发光面14a上向光纤4出射波长450nm～600nm左右的光信号L2。

发光元件14形成为相对于受光元件13的受光面13a充分小，在受光面13a的大致中心部分，与受光面13a同轴地配置。发光元件14在使蓝宝石基板侧与受光面13a相对的状态下，经由相对于发光元件14的发光波长透明的树脂层(例如，由环氧系树脂或硅酮系树脂构成的粘接剂)而固定于受光元件13的受光面13a。受光面13a及发光面14a的中心轴被调整为与光纤4的光轴一致。因此，如图2所示，从光纤4出射的光信号L1经由透镜15与受光元件13耦合。从发光元件14出射的光信号L2经由透镜15与光纤4光学耦合。

图3是表示光收发模块的物理结构例的俯视图。另外，图4是其侧视图。更详细地说，如图3及图4所示，光收发模块11具备：在与第一光纤4A(参照图5)之间进行光信号L1、L2的收发的第一光收发部16A、在与第二光纤4B(参照图5)之间进行光信号L1、L2的收发的第二光收发部16B。第一光纤4A及第二光纤4B是便于将上述的光纤4区別开来的光纤，在光通信系统1中，将用于与相邻的一个通信设备进行连接的光纤称为第一光纤4A，将用于与相邻的另一个通信设备进行连接的光纤称为第二光纤4B。

第一光收发部16A具有：接收光信号L1的第一受光元件13A、在第一受光元件13A的受光面13a上与该受光面13a同轴地配置且发送光信号L2的第一发光元件14A。另外，第二光收发部16B具有：接收光信号L1的第二受光元件13B、在第二受光元件13B的受光面13a上与该受光面13a同轴地配置且发送光信号L2的第二发光元件14B。第一受光元件13A及第二受光元件13B是便于将上述的受光元件13区別开来的受光元件，第一发光元件14A及第二发光元件14B是便于将上述的发光元件14区別开来的发光元件。

第一光收发部16A及第二光收发部16B配置于共同的基座12上。即，在光收发模块11中，在单一基座12上分别配置有第一光收发部16A及第二光收发部16B。在本实施方式中，如图3及图4所示，在基座12的一侧配置有第一光收发部16A，在另一侧配置有第二光收发部16B。在基座12，一体地设置有：将第一光收发部16A和第一光纤4A光学耦合的第一透镜15A、将第二光收发部16B和第二光纤4B光学耦合的第二透镜15B。第一透镜15A及第二透镜15B也是便于将上述的透镜15区別开来的透镜。

另外，在基座12设置有将第一光收发部16A和第二光收发部16B之间隔开的遮光部件18。遮光部件18例如包含黑色硅酮或黑色环氧树脂等相对于可见光的透过性低的材料而构成。在本实施方式中，遮光部件18呈板状，配置在基座12的中央部分。如图4所示，遮光部件18以从基座12的透镜侧的端面到达至第一光收发部16A及第二光收发部16B的配置位置的方式在深度方向上延伸。遮光部件18的深度方向的到达位置也可以为引线框17的上方。此外，控制第一光收发部16A及第二光收发部16B的IC芯片19也可以配置于由遮光部件18隔开的区域中的任一区域。在本实施方式中，如图3所示，IC芯片19配置于与第一光收发部16A相同的区域。

图5是表示光收发模块的电路结构例的图。如该图所示，光收发模块11与微控制单元(MCU：控制部)21、显示器22、加密模块23、实时时钟模块(RTC)24、继电器25、耗电量计量单元(EMU)26连接。

MCU21经由接口而执行与周边功能电路的数据传送及数据交换。另外，MCU21通过与EMU26的通信，接收与连接于抄表器3的负荷的耗电量有关的数据。加密模块23实施这些数据的加密。另外，MCU21经由继电器25而控制负荷的连接。

在MCU21的电路内设置有放大器AMP1、AMP2、驱动器D、开关(第一开关)SW1、开关(第二开关)SW2。放大器AMP1与第一光收发部16A的第一受光元件13A的输出侧连接，放大器AMP2与第二光收发部16B的第二受光元件13B的输出侧连接。驱动器D是驱动第一光收发部16A的第一发光元件14A及第二光收发部16B的第二发光元件14B的部分。驱动器D经由开关SW2与第一发光元件14A及第二发光元件14B连接。开关SW1可开启·关断切换从放大器AMP1及放大器AMP2向MCU21的信号地连接。开关SW2可开启·关断切换从驱动器D向第一发光元件14A及第二发光元件14B的驱动信号地连接。

MCU21是控制光收发模块11的动作的控制部。MCU21具有：输入端子Rx1、Rx2、输出端子Tx、控制端子CONT1、CONT2、CONT3。输入端子Rx1与放大器AMP1连接。第一光收发部16A的来自第一受光元件13A的电信号以由放大器AMP1进行了放大的状态向输入端子Rx1输入。另外，输入端子Rx2与放大器AMP2连接。第二光收发部16B的来自第二受光元件13B的电信号以由放大器AMP2进行了放大的状态向输入端子Rx2输入。输出端子Tx与驱动器D连接。从输出端子Tx向驱动器D输出控制信号。基于该控制信号，向第一发光元件14A及第二发光元件14B中的因开关SW2而成为开启的一方的发光元件输入来自驱动器D的驱动信号。

控制端子CONT1与开关SW1连接。从控制端子CONT1输出切换放大器AMP1、AMP2的开启·关断的切换信号。控制端子CONT2与开关SW1和驱动器D连接。从控制端子CONT2向开关SW1和驱动器D输出用于切换下述的接收待机模式及数据传送模式的切换信号。控制端子CONT3与开关SW2连接。从控制端子CONT3向开关SW2输出用于切换环形网络即光通信系统1中的数据传送方向的切换信号。

图6是对光收发模块的接收待机模式进行说明的图。接收待机模式是使来自相邻的一个及另一个通信设备的数据传送的接收进行待机的模式。如图6(a)及图6(b)所示，在接收待机模式中，从控制端子CONT1向开关SW1输出高(High)电平及低(Low)电平这两种切换信号。另外，从控制端子CONT3向开关SW3输出高电平及低电平这两种切换信号。在接收待机模式中，如图6(a)所示，即使在来自控制端子CONT1的切换信号为高电平及低电平中任一种电平的情况下，放大器AMP1、AMP2双方也都成为开启，驱动器D成为关断。由此，如图6(b)所示，即使在来自控制端子CONT3的切换信号为高电平及低电平中任一种电平的情况下，第一光收发部16A(CH1)及第二光收发部16B(CH2)双方也都成为进行光信号L1的接收的接收模式。

图7是对光收发模块的数据传送模式进行说明的图。数据传送模式是接收来自相邻的一个通信设备的数据，并且向另一个通信设备进行数据发送的模式。如图7(a)所示，在数据传送模式中，在从控制端子CONT1向开关S1输出了高电平的切换信号的情况下，放大器AMP1成为开启，另一方面，放大器AMP2成为关断。另外，在从控制端子CONT1向开关S1输出了低电平的切换信号的情况下，放大器AMP1成为关断，另一方面，放大器AMP2成为开启。在任一种情况下，驱动器D都成为开启。

由此，如图7(b)所示，在来自控制端子CONT3的切换信号为高电平的情况下，第一光收发部16A(CH1)成为进行光信号L1的接收的接收模式，另一方面，第二光收发部16B(CH2)成为进行光信号L2的发送的发送模式(第一数据传送模式)。另外，在来自控制端子CONT3的切换信号为低电平的情况下，第一光收发部16A(CH1)成为进行光信号L2的发送的发送模式，另一方面，第二光收发部16B(CH2)成为进行光信号L1的接收的接收模式(第二数据传送模式)。

图8是表示光收发模块的动作例的流程图。在光收发模块11中，重复执行下述的从步骤S01到步骤S05的处理。在该图的例子中，光收发模块11在初始状态下成为接收待机模式，第一光收发部16A(CH1)及第二光收发部16B(CH2)这两个信道都使光信号L1的接收进行待机(步骤S01)。当在第一光收发部16A(CH1)及第二光收发部16B(CH2)中的任一个收发部中接收光信号L1时，在光收发模块11中，检测是否从相邻的一个及另一个通信设备中的任一个设备接收到了光信号L1，判断环形网络的数据的通信方向(步骤S02)。

在判断出了数据的通信方向以后，光收发模块11从接收待机模式移至数据传送模式。在数据传送模式中，根据数据的通信方向的判断结果，选择第一数据传送模式(步骤S03A)或第二数据传送模式(步骤S03B)中的任一模式。在选择了数据传送模式以后，根据所选择到的模式，向相邻的一个及另一个通信设备中的任一个设备发送光信号L2(步骤S04)。在发送了光信号L2以后，光收发模块11从数据传送模式移至接收待机模式(步骤S05)。

如以上所说明的那样，在光收发模块11中，通过第一光收发部16A及第二光收发部16B，能够实现与相邻的一个通信设备之间的双向通信及与相邻的另一个通信设备之间的双向通信。另外，因为第一光收发部16A和第二光收发部16B配置在共同的基座12上，所以与相对于一个通信设备设置两组光收发器的情况相比，可实现通信设备的小型化及低成本化。

在光收发模块11中，将第一光收发部16A和第二光收发部16B之间隔开的遮光部件18设置于基座12。通过遮光部件18的配置，能够抑制第一光收发部16A和第二光收发部16B之间的光信号L1、L2的串扰。

在光收发模块11中，设置有：将由第一受光元件13A及第二受光元件13B中的一方实现的光信号L1的接收设为开启且将由另一方实现的光信号L1的接收设为关断的开关SW1、将由第一发光元件14A及第二发光元件14B中的一方实现的光信号L2的发送设为开启且将由另一方实现的光信号L2的发送设为关断的开关SW2、控制开关SW1及开关SW1的动作的MCU21。由此，能够自如地设定第一光收发部16A及第二光收发部16B的接收模式及发送模式的切换。

在光收发模块11中，第一发光元件14A及第二发光元件14B成为包含蓝宝石基板和层叠在蓝宝石基板上的氮化物半导体层而构成的LED。通过蓝宝石基板用于发光元件14的基板，能够使光纤4的传送损耗小的波段的光信号通过蓝宝石基板而到达至受光元件13的受光面13a。因此，即使是在受光元件13的受光面13a上配置有发光元件14的情况下，也能够以受光面13a的整个面对来自光纤4的光信号L1进行受光，能够充分提高受光元件13的受光灵敏度。

在光收发模块11中，第一发光元件14A对红色光的波长范围具有灵敏度，第一受光元件13A对绿色光的波长范围具有灵敏度。另外，在光收发模块11中，第二发光元件14B也可以对绿色光的波长范围具有灵敏度，第二受光元件13B也可以对红色光的波长范围具有灵敏度。由此，能够适宜地构筑以单一纤芯光纤将多个通信设备链式连接而成的环形网络。