光电复合式连接器以及使用它的基板
技术领域
本发明涉及一种可以在光电之间进行变换的光电变换装置,进一步说就是在那样的光电变换装置中可以使用的、利用了电连接器构造的光电复合式连接器以及利用其的基板。
背景技术
光电变换装置与光纤那样的光传输装置连接,例如,为了传输高频电信号而被广泛使用。如众所周知那样,由于存在若该高频电信号其传输距离是长距离就会产生不希望的噪声的危险,所以在多数情况下,取代电信号而使用光信号,在通信终端利用光电变换装置将光信号变换成电信号或将电信号变换成光信号而使用。
近年来,特别地通过利用小型的光电变换装置,将这样的光信号在所谓的基板内(同一基板上的器件之间)或基板之间这样的短距离连接中利用的尝试已经开始。作为当前可以利用的装置,例如,有基板内光波导埋入类型和基板上粘结薄膜波导类型。在这里,构成为,通过在基板的内部和外部设置的波导来传输信号,并通过与该波导不同而设置的光电变换元件来进行光与电之间的变换。而且,作为其他的类型,也有在插头侧连接器中、在光纤的前端设置光部件,与此对应,在插座侧连接器中使用光电变换元件进行光与电之间的变换。但是,在这些装置中,在光部件和波导与光电变换元件之间,要求高精度的光对准调节,而且,在将光部件焊接在基板上的时候,也要求在这些光部件和基板之间的高精度的位置对合。特别地,由于基板翘曲和歪斜等而难于达到表面尺寸精度,因此,这样的位置对合管理也是困难的。而且,在这些装置中,需要相对于在装置中安装的发送接收光元件的性能恶化的对策,例如,静电对策等。但是,由于需要将该发送接收元件在大量装载了其他电气元件的基板侧安装,存在难于实施与性能恶化相对应的对策的问题。
此外,在特开2001-264587号公报等中公开了,与光对准调节相关联起来,在光纤和波导之间容易进行调节的技术。在这里,出示了设置了光连接器部的构造,换言之,是如下构造:可以用无调芯将光纤对于与安装了光电变换元件的波导一体化的光连接器部进行连接。但是,在该构造中被使用的连接器部,始终为了光连接而被使用,也就是作为光连接部不能为了电连接而使用。
另外,与光电变换装置相关联,在技术研究联合超前端电子技术开发机构(ASET)等的主办下,在平成15年6月13日,于日本科学未来馆所举行的第4次电子SI研究报告会中,发表了在光纤的前端具有一体式模块、也就是、将波导(光路直角变换波导)和光电变换元件一体化设置的模块的光电变换装置。在这里所发表的一体式模块,作为容易进行波导和光电变换模块之间的光对准调整的装置认为是有效的构成,但是,在这样的构成中也另外残留装置和基板之间的位置对合的课题。
专利文献1:特开2001-264587号公报
非专利文献1:第4次电子SI研究报告会、(时间)平成15年6月13日、(地点)日本科学未来馆、(主办)技术研究联合超前端电子技术开发机构(ASET)、(共同主办)独立行政法人产业技术总合研究所(AIST)、(支持)新能源·产业技术总合开发机构(NEDO)。
发明内容
本发明就是为了解决这些以往的技术中的问题点而完成的。其目的在于提供一种可以精确且容易地进行光电变换元件和波导间的光对准调整(位置对合),又在光部件和基板之间的位置对合上不要求光连接器那样的高精度的光电复合式连接器和使用其的基板。而且,本申请发明的目的还在于通过连接器可以拆装基板的连接,提高使用性。
在基于本发明的光电复合侧连接器中,通过光传输装置传输到插头侧连接器的光信号,只在由插头侧连接器将其从光信号变换成电信号以后,作为电信号被传输到插座侧连接器。相反,通过插座侧连接器传输到插头侧连接器的电信号,只在由插头侧连接器将其从电信号变换成光信号以后,通过连接在插头侧连接器上的光传输装置作为光信号被传输。总之,在本发明的插头侧连接器和插座侧连接器之间,只进行电信号的传输不进行光信号的传输。从而,根据该构成,在插头侧连接器和插座侧连接器之间,可以利用通常的电气连接构造。
本发明提供一种利用了这样的原理的光电复合式连接器,其特征在于,具备连接到光传输装置的第一连接器单元和可以自由拆装地连接到该第一连接器单元的第二连接器单元。其中,上述第一连接器单元具备光电变换模块和具有电连接到该光电变换模块的第一导体的电连接器部,上述第二连接器单元对应于上述第一连接器单元的电连接器部而形成为具有第二导体的电连接器单元,在上述第一连接器单元的电连接器部与上述第二连接器单元利用它们的电连接器构造被相互连接起来时,上述第一连接器单元的电连接器部的第一导体和上述第二连接器单元的第二导体相互电连接起来。
在上述连接器中,上述第二连接器单元具备光电变换模块和具有电连接到该光电变换模块的第二导体的电连接器部,在上述第一连接器单元的电连接器部与上述第二连接器单元的电连接器部利用它们的电连接器构造被相互连接起来时,上述第一连接器单元的电连接器部的第一导体和上述第二连接器单元的第二导体相互被电连接起来也可以。
另外,在上述连接器中,上述光电变换模块也可以具有光电变换元件和波导。而且,该波导还可以是将光路弯曲成直角的波导。
进而,上述波导和上述光电变换元件也可以均是矩阵式。而且,上述光电变换元件也可以是垂直腔体表面发射激光器、光电二极管和具有发光功能的有机薄膜中的某一种。
在上述连接器中,上述第二连接器单元也可以被表面安装在基板上。进而,在上述基板上也可以设置有驱动上述光电变换元件的驱动装置。而且,在上述连接器中,在上述第一连接器单元与上述光传输装置之间也可以还具有相对于上述第一连接器单元自由拆装地设置的、连接到上述光传输装置的辅助连接器。进而,在上述连接器中,也可以上述第一连接器单元是插头侧连接器、第二连接器是插座侧连接器。
另外,本发明提供一种使用了光电复合式连接器的基板,其特征在于,包括:连接到光传输装置的第一连接器单元和可以自由拆装地连接到该第一连接器单元的、安装在上述基板上的第二连接器单元。其中,上述第一连接器单元具备光电变换模块和具有电连接到该光电变换模块的第一导体的电连接器部,上述第二连接器单元对应于上述第一连接器单元的电连接器部而形成为具有第二导体的电连接器单元,在上述第一连接器单元的电连接器部与上述第二连接器单元利用它们的电连接器构造被相互连接起来时,上述第一连接器单元的电连接器部的第一导体和上述第二连接器单元的第二导体相互电连接起来。
尽管利用光信号,可是为了基板间连接和基板内连接也可以利用电连接器构造。在这里,在光电变换元件与波导和、光部件与基板之间,不需要高精度的位置对合。进而,也可以通过电连接构造容易地进行与基板之间的连接。
本发明提供了一种光电复合式连接器,其特征在于,包括:连接到光传输装置的第一连接器单元、和表面安装在基板上的第二连接器单元,其中,上述第一连接器单元在与上述基板垂直的方向上自由拆装地连接于表面安装在上述基板上的上述第二连接器单元,上述第一连接器单元具备光电变换模块、和具有第一导体的电连接器部,该第一导体设置在与上述基板垂直的方向上且电连接到该光电变换模块,上述光传输装置以在与上述基板的伸展方向相同的方向上延伸的方式附着于上述光电变换模块,上述第二连接器单元与上述第一连接器单元的电连接器部对应而形成为具有设置在与上述基板垂直的方向上的第二导体的电连接器单元,在上述第一连接器单元附着于上述第二连接器单元且上述第一连接器单元的电连接器部与上述第二连接器单元利用它们的电连接器构造相互连接起来时,上述第一连接器单元的电连接器部的第一导体和上述第二连接器单元的第二导体沿着与上述基板垂直的方向相互电连接起来,且通过利用在上述第一连接器单元的电连接器部分和上述第二连接器单元中提供的凹陷结构,上述第一连接器单元和上述第二连接器单元在与上述基板垂直的方向上的高度的总和减小。
本发明提供了一种使用了光电复合式连接器的基板,其特征在于,所述光电复合式连接器包括:连接到光传输装置的第一连接器单元、和表面安装在上述基板上的第二连接器单元,其中,上述第一连接器单元在与上述基板垂直的方向上自由拆装地连接于表面安装在上述基板上的上述第二连接器单元,上述第一连接器单元具备光电变换模块、和具有第一导体的电连接器部,该第一导体设置在与上述基板垂直的方向上且电连接到该光电变换模块,上述光传输装置以在与上述基板的伸展方向相同的方向上延伸的方向附着于上述光电变换模块上,上述第二连接器单元与上述第一连接器单元的电连接器部对应而形成为具有设置在与上述基板垂直的方向上的第二导体的电连接器单元,在上述第一连接器单元附着于上述第二连接器单元且上述第一连接器单元的电连接器部与上述第二连接器单元利用它们的电连接器构造相互连接起来时,上述第一连接器单元的电连接器部的第一导体和上述第二连接器单元的第二导体沿着与上述基板垂直的方向相互电连接起来,且通过利用在上述第一连接器单元的电连接器部分和上述第二连接器单元中提供的凹陷结构,上述第一连接器单元和上述第二连接器单元在与上述基板垂直的方向上的高度的总和减小。
附图说明
图1是表示使用基于本发明的第一实施方式的光电复合式连接器的连接例子的图。
图2是图1的中心线截面图。
图3是对图1的插头侧连接器从与插座侧连接器的嵌合侧来观看的图。
图4是表示将电连接器部从图3所示的插头侧连接器取下以后的状态的图。
图5是表示对所取下的电连接器部,从将其安装在插头侧连接器的一侧来观看的概略斜视图。
图6是表示在图4的状态下的插头侧连接器的内部构造的概略斜视图。
图7是表示使用了基于本发明的第二实施方式的光电复合式连接器的连接例子的图
图8是对图7的插头侧连接器从与插座侧连接器的嵌合侧来观看的图。
图9是表示从图8所示的插头侧连接器取下电连接器部以后的状态的图。
附图标记说明
1 光电复合式连接器
2 光纤
3 基板
6 IC驱动器
20 插头侧连接器
21 电连接器部
22 嵌合突出部
23 导体
24 光电变换元件
25 波导
26 壳体
40 插座侧连接器
41 外壁
42 岛状突出部
43 嵌合凹陷部
具体实施方式
在图1中,表示利用基于本发明的第一实施方式的光电复合式连接器的、特别地是基板间连接的一例,进而,在图2中表示该图1的中心线截面图。但是,不用说,该光电复合式连接器,不限于基板间连接,也可以利用在基板内连接和仪器间连接。
该光电复合式连接器1,包括插头侧连接器20和插座侧连接器40。这些连接器20、40做成可以相互自由拆装。图1表示已经将这些取下的状态,图2表示将这些嵌合以后时的状态。此外,根据附图不能知道,但是,该连接器1作为整体,例如也可以考虑具有纵约5mm、横约5mm、厚度约2mm程度的大小。
在该使用例子中,例如,光纤2那样的光传输装置的一端被连接到插头侧连接器20,另一方面,插座侧连接器40被表面安装在基板3上。在插座侧连接器40被表面安装在基板3上时,通过基板上的电气布线5,可以将其与用于驱动设置在插头侧连接器20上的元件(后述的光电变换元件24)的IC驱动器进行电连接。以往,将这种IC驱动器作为光电变换装置的一部分而一体化地形成了,但是,在本发明中,将IC驱动器与连接器不同而设置在基板3上,来图求连接器的小型化。此外,与插头侧连接器20连接的光纤2,可以是一般的光纤,也可以是例如图示那样的多芯状且阵列状的光纤。
插座侧连接器40,至少在与插头侧连接器20之间的嵌合侧,具有用于使其与插头侧连接器20嵌合的电连接器构造。该电连接器构造,在这里,由插座侧连接器40其本身而形成。如根据采用了电连接器构造可知道那样,在本发明中,构成为,在插头侧连接器20和插座侧连接器40之间只进行电信号的传输,从而,插座侧连接器40的电连接器构造和其功能是与通常的电连接器相同的就足够了。
作为这样的电连接器构造的一例,插座侧连接器40,例如,具有由矩形外壁41和在其内部配置的矩形的岛状突出部42,并在它们之间形成的嵌合凹陷部43。在岛状突出部42的相对的外面,沿着与插头侧连接器20的嵌合方向,设置了一部分成为露出状态的多个导体44(此外,根据附图不能知道,但是,这些导体44,与后述的插头侧连接器20的导体23a至23h相对应,在其相应的位置设置了共计8个)。这些导体44,贯通插座侧连接器40的内部而朝向插座侧连接器40的外部延长,并能与基板上的电气端子5进行电连接。插座侧连接器40,例如,通过将这些延长部44’焊接连接到基板3上,可以将其用与通常的电连接器相同的方法固定在那里。
图3,表示将图1所示的插头侧连接器20和与其连接的光纤2,从与插座侧连接器40的嵌合侧所看到的图。该图,很好地表示了与插座侧连接器40的电连接器构造对应的插头侧连接器20的电连接器构造。插头侧连接器20的电连接器构造,与插座侧连接器40的不同,没有由插头侧连接器20其本身形成,由作为其一部分而被安装的电连接器部21形成。如上述,由于在插头侧连接器20和插座侧连接器40之间只进行电气信号的传输,插头侧连接器20的电连接器部21的构造和功能也是与通常的电连接器相同的部件就足够了。
在插头侧连接器20中,对应于插座侧连接器40,例如,设置了在中心附近具有矩形的凹陷33的嵌合突出部22。在该嵌合突出部22的相对的内面,与设置在插座侧连接器40上的导体44相对应,沿着与插座侧连接器40的嵌合方向,设置了一对导体23a至23h。插头侧连接器20的嵌合突出部22镶嵌在插座侧连接器40嵌合凹陷部43,并且,在它们之间相互嵌合时,这些导体44、23可以以相互一对一而对应的方式进行电气上的、物理上的连接。其结果,在插头侧连接器20和插座侧连接器40之间可以进行电气信号的传输。
接下来,参照图4至图6,较详细地说明插头侧连接器的构造。在这里,图4,是表示将电连接器部21从图3所示的插头侧连接器20取下以后的状态的图。图5是表示只对所取下的电连接器部21,从将其安装在插头侧连接器的一侧来观看的概略斜视图。进而,图6是表示在图4的状态下的插头侧连接器20的内部构造的概略斜视图。
插头侧连接器20,包括:光电变换元件24和波导25、还有包围这些而设置的壳体26、上述的电连接器部21。壳体26用合成树脂等的绝缘材料形成,将除了插头侧连接器20和插座侧连接器40的嵌合侧侧面31以外的波导25的全部覆盖。
作为光电变换元件24以及波导25,在这里,特别地利用了在非专利文献1中记载的、光电变换元件和光路直角变换波导的一体式模块。邻接衬垫36(参照图2)而设置的光路直角变换波导25,具有以相对光的前进方向大约45度的角度而配置的反射镜构造32,将来自通过纤排列板27将前端定位、固定以后的各光纤2的光35的光路弯曲成直角,朝向在光的前进方向配置的光电变换元件24的各定位点28。作为光电变换元件24,例如,可以利用能够一次从多个地方将光输入输出的垂直腔体表面发射激光器(VCSEL)和、光电二极管(PD)、具有发光功能的有机薄膜之类的发送接收光元件。此外,不单单是波导,通过使用光路直角变换波导25,就可以将连接器的高度(厚度)抑制得较小,其结果,可以提供低背安装型的小型的连接器。进而,在光路直角变换波导25的中心,特别是,如果使用并联排列了多个波导25的矩阵式的光路直角变换波导,则多通道绝缘线芯和多通道发送接收光元件的对准也变得容易,而且,可以降低传递损耗而将连接器进一步小型化。而且,作为光电变换元件24,例如,如果使用矩阵式的垂直腔体表面发射激光器,同样地,可以将光信号用多通道进行传送,而且,可以将高速大容量的光通信系统用并联信号进行处理。
光电变换元件24的各定位点28,与设置在一体式模块的底面的多个电气布线图案29进行电气上的连接。在构成了一体式模块以后,这些电气布线图案29a至29h,分别与设置在电连接器部21上的电气布线图案30a至30h相对应地连接。这些电气布线图案30a至30h,成为分别与各导体23a至23h在插头侧连接器20的内部相互连接的状态。其结果,电气布线图案29a至29h和各导体23a至23h变成相互对应。因此,由于这些电气布线图案29a至29h和各导体23a至23h的关系,与光电变换元件24的各定位点28对应的光纤2和各导体23a至23h,分别成为一对一而对应。此外,在电信号是高频的情况下,这些布线的设计,例如,通过将布线长等的设计设成与高频对应,也可以做成与高速信号对应的连接器。这样,在本发明中,由于光对准的调整变成在连接器的内部(在插头侧连接器20中)进行,不会如在与基板之间将其进行的以往装置那样,位置对合的精度成为问题。
光电变换元件24,可以通过焊接连接安装在波导25上。在焊接连接的时候,相当高的热量加到光电变换元件24,但是,根据本发明的构成,例如,在将具有电气布线图案29的波导25和具有电气布线图案30的电连接器部21用热处理以外的方法(例如,导电性粘接剂、压缩连接)进行导通固定以后的情况下,加这样的高热,只在将光电变换元件24焊接连接在波导25上时进行。这是因为,在本发明的光电复合式连接器中,插头侧连接器20和插座侧连接器40,做成相互通过电连接器构造可以自由拆装地安装。因此,不需要像以往那样,在将光电变换元件24焊接连接在波导25上以后,还要将其焊接连接在基板3上,从而,不会发生基于后者的焊接连接作业而引起的热量增加。其结果,根据本发明的构成,与以往相比,涉及光电变换元件24或波导25的热的负担较少,而且可以小型化。
下面,参照图7至图9,来说明本发明的第二实施方式。在这里,图7,是表示利用了基于第二实施方式的光电复合式连接器的基板间连接的一例的图,与第一实施方式的图1相对应。图8是对该图7所示的插头侧连接器从与插座侧连接器的嵌合侧来观看的图。图9是表示从图8所示的插头侧连接器取下电连接器部以后的状态的图。分别与第一实施方式的图3、图4对应。此外,对于与第一实施方式相同的部件标以相同的编号,对于同样的部件在参照标号的后面标A。
与第一实施方式主要的不同是,在该第二实施方式中,在光纤2和插头侧连接器20A之间设置了辅助连接器60这点。换言之,是设置了对于插头侧连接器20A自由拆装的辅助连接器60这点。在这里,光纤2,不是插头侧连接器20A而是与该辅助连接器60连接。通过成为这样的构成,不将光纤2一一连接到插头侧连接器20A,例如,对于一个插头侧连接器20A,可以连接多个各种辅助连接器60,可以提高用户的使用方便性。从而,可以将已经存在的多芯用金属箍(MT金属箍)作为该辅助连接器而使用。
这些插头侧连接器20A和辅助连接器60之间的连接,例如,可以通过,将从插头侧连接器20A的侧面向与辅助连接器60的拆装侧延伸的两根导向针34,分别插入与其对应而在辅助连接器60的侧面设置的孔61中,并进行导引来进行。根据这样的方法,可以将它们容易地对准连接。在对准连接这些时,在两者之间,进行多个部分62中的光连接。总之,在这里,也就是采用多芯式连接。但是,不用说,本实施方式,也可以应用在其他的各种类型的金属箍中。此外,在附图中没有特别地表示,但是,为了将这些连接进行固定,例如,也可以使用弹性地跨接这些连接器的延长方向全体的压板,或也可以将这些连接器,通过在一个连接器箱体内设置并固定,来形成一个连接器单元构造。
如根据以上说明可知那样,本发明的光电复合式连接器,是使用了通常的电连接器构造的装置,所以,与复合光和电而可以使用无关,可以用与通常的电连接器同样的方法进行基板间连接、基板内连接、或仪器间连接。而且,在该连接器中,可以使用一般被利用的标准的电连接器构造,所以,为了这样的基板间或基板内连接,基板设计者可以容易地进行电路设计。而且,可以容易地进行从只是电气上的印制电路板向光电复合安装的印制电路板的过渡。
此外,在上面的实施方式中,关于插座侧连接器40,将插座侧连接器其本身做成电连接器构造,但是,关于插座侧连接器,也可以与插头侧连接器20相同,可以以设置电连接器部的方式来进行设计变更。而且,作为变形方式,例如,也可以在光纤的两端设置插头侧连接器20,并与此对应,在进行基板间连接的各个基板中,或在进行基板内连接的基板内的多个地方,设置插座侧连接器40,并将一根的插头侧连接器20的两端的每一个,与插座侧连接器40相对进行自由拆装。进而,也可以,在光纤2的一端,设置插头侧连接器20,在另一端设置与专利文献1中记载的同样的多芯连接器,这样,一端与插座侧连接器40连接,另一端能与光能动元件连接。
此外,与以往相同,对于插头侧连接器20或插座侧连接器40其本身,如果设置驱动光电变换元件24的IC驱动器6,在本发明的连接器构造中,也可以将插头侧连接器20和插座侧连接器40不通过基板直接进行连接。
产业上的可利用性
由于基于本发明的光电复合式连接器利用电连接器构造,所以,可以容易利用于基板间或基板内连接等中。