JP2005315902A - 光コネクタ - Google Patents

Abstract

【課題】 民生用の電子機器等に採用しやすい安価な光コネクタを提供すること。
【解決手段】 光伝送媒体(3)の一端を支持する雄コネクタ(2)と、当該雄コネクタと嵌合可能に構成される雌コネクタ(1)と、からなる光コネクタであって、雌コネクタは、電気信号と光信号とを相互に変換する機能を有する光電変換モジュール(10)と、光電変換モジュールを収容するとともに、当該収容された光電変換モジュールに連通する開口を有する第１のハウジング(11)と、を含み、雄コネクタは、少なくとも一部が開口を介して雌コネクタのハウジング内に挿入され、光伝送媒体と光電変換モジュールとを光学的に接続する機能を担い、光伝送媒体の一端に設けられるプラグ(20)と、プラグとの間に空間を確保しつつ当該プラグの周囲に設けられる囲み部(21a)を有し、プラグを収容する第２のハウジング(21)と、を含む。
【選択図】 図１

Description

本発明は、光通信を行うシステムに用いられ、光信号の結合点における光学的な接続を担う光コネクタに関する。

パーソナルコンピュータ等の電子機器の相互間における情報通信を行うために、電気信号を媒介とする各種の電気通信方式が規格されている。かかる電気通信方式としては、例えば、ＩＥＥＥ８０２．３規格による１０ＢＡＳＥ−Ｔ、１００ＢＡＳＥ−Ｔ等のものが知られており、コンピュータ相互間やこれらと周辺機器（例えばプリンタ等）との相互間における情報通信に利用されている。更に近年では、情報通信の大容量化に伴い通信速度の更なる高速化が望まれている。しかし、上記のような電気信号を媒介とする通信方式では、通信速度を高速化するほど、伝送信号の高周波化により信号線間のクロストークの発生、インピーダンス不整合による信号レベルの減衰、ケーブル長の制限など種々の不都合が生じる。このため、現状の技術では、通信速度が１Ｇｂｐｓを超えるような高速通信を実用上妥当なコストで実現することは困難であると考えられている。このような背景から、これまで電気信号を媒介としていたものを光信号に置き換える技術が検討されている。このような技術は、例えば、株式会社日経ＢＰ社発行の技術雑誌「日経エレクトロニクス」の２００１年１２月３日号（非特許文献１）に記載されている。

光信号による情報通信をパーソナルコンピュータ等の民生用電子機器に広く普及させるには、当該技術を採用することによるコスト増を抑えることが望まれる。しかし、既存のＬＣコネクタ、ＭＴコネクタ等の規格の光コネクタを採用するのはコスト面から好ましくない。その理由は以下の通りである。ＭＴコネクタ等では、光ファイバの先端を互いに接触させて光学的接続を図っているため、高い光結合効率を確保するためには光ファイバの先端を比較的高精度に研磨することを要する。この研磨を行う際には、光ファイバの先端を磨く工程に加え、その後の洗浄及び検査の各工程を伴うために歩留まり低下を招きやすく、コストが高くなる要因となる。また、コネクタ相互間（雌コネクタと雄コネクタとの間）における位置合わせはガイドピンを用いて行われるので、部品点数が多くなり、当該ガイドピンを形成するための工程も必要となり、かかる点もコスト削減の妨げとなる。

「日経エレクトロニクス」，株式会社日経ＢＰ社，２００１年１２月３日号，ｐ．１１２−１２２

そこで、本発明は、民生用の電子機器等に採用しやすい安価な光コネクタを提供することを目的とする。

本発明は、光伝送媒体の一端を支持する雄コネクタと、当該雄コネクタと嵌合可能に構成される雌コネクタと、からなる光コネクタに関するものであり、以下のような特徴を有する。すなわち、雌コネクタは、電気信号と光信号とを相互に変換する機能を有する光電変換モジュールと、上記光電変換モジュールを収容するとともに、当該収容された光電変換モジュールに連通する開口を有する第１のハウジングと、を含み、雄コネクタは、少なくとも一部が上記開口を介して上記雌コネクタの上記ハウジング内に挿入され、上記光伝送媒体と上記光電変換モジュールとを光学的に接続する機能を担い、上記光伝送媒体の一端に設けられるプラグと、上記プラグとの間に空間を確保しつつ当該プラグの周囲に設けられる囲み部を有し、上記プラグを収容する第２のハウジングと、を含む。これらの雌雄コネクタを含んで本発明の光コネクタが構成される。

かかる構成によれば、光ファイバ等の光伝送媒体の先端を直接的に接触させて光学的接続を図る構造を採用せずにプラグ等を介して光学的結合を図っているので、光ファイバの先端を高精度に研磨することを要せず、歩留まり低下によるコスト上昇を回避できる。また、雌雄コネクタ相互間の位置合わせにガイドピンを用いないため、部品点数が削減され、当該ガイドピンを形成するための工程も不要となり、かかる点からもコスト上昇を回避できる。したがって、民生用の電子機器等に採用しやすい安価な光コネクタを提供することが可能となる。

好ましくは、上記光電変換モジュールは、上記光信号の波長に対して光透過性を有する透明基板と、上記透明基板の一方面側に配置され、電流又は電圧の供給を受けて上記透明基板の他方面側へ上記光信号を出射し、又は上記透明基板の他方面側から入射する上記光信号の強度に応じた電流又は電圧を出力する光素子と、上記透明基板の他方面側に配置され、上記光素子から出射される上記光信号の進路を略９０度変更して上記光伝送媒体へ導き、又は上記光伝送媒体から出射される上記光信号の進路を略９０度変更して上記光素子に導く反射板と、上記透明基板の他方面側に配置され、上記プラグが挿入されるレセプタクルと、を含んで構成される。更に、上記光素子の発光を制御し、又は上記光素子から出力される電流又は電圧に応じて上記電気信号を生成する回路チップを備えるように構成してもよい。

かかる構成によれば、光モジュールの小型化が容易となり、ハウジングの容積を比較的に小さくする必要がある場合にも当該ハウジング内に光モジュールを容易に収容可能となる。

好ましくは、上記光電変換モジュールは、上記光素子から出射される上記光信号を集光して上記反射板に導き、又は上記光伝送媒体から出射されて上記反射板によって反射される上記光信号を集光して上記光素子に導くレンズを更に備える。

これにより、光結合効率をより高めることが可能となる。

好ましくは、上記プラグは、上記光素子から出射され、上記反射板によって反射される上記光信号を集光して上記光伝送媒体に導き、又は上記光伝送媒体から出射される上記光信号を集光して上記反射板に導くレンズを更に備える。

これにより、光結合効率をより高めることが可能となる。

また、上記プラグが、上記光伝送媒体の光軸上に配置され、上記光伝送媒体から出射される上記光信号の進路を略９０度変更して上記光素子へ導き、上記光素子から出射される上記光信号の進路を略９０度変更して上記光伝送媒体へ導く反射部を含み、上記光電変換モジュールが、上記光信号の波長に対して光透過性を有する透明基板と、上記透明基板の一方面側に配置され、電流又は電圧の供給を受けて上記透明基板の他方面側へ上記光信号を出射し、又は上記透明基板の他方面側から入射する上記光信号の強度に応じた電流又は電圧を出力する光素子と、上記透明基板の他方面側に配置され、上記プラグが挿入されるレセプタクルと、を含むように構成することも好ましい。更に、上記光素子の発光を制御し、又は上記光素子から出力される電流又は電圧に応じて上記電気信号を生成する回路チップを備えるように構成してもよい。

これによれば、プラグと光電変換モジュールとの間で入出射する光信号の進行方向が当該プラグの挿抜方向と略直交することになり、プラグや光電変換モジュールから外部へ光信号が出射しない構造が得られる。かかる構造は、特に眼の保護（アイセーフ）という観点から好ましく、民生用電子機器への採用に適している。

また、上記雄コネクタが上記プラグが上記光伝送媒体の光軸に沿って進退可能に構成されており、上記プラグを上記雌コネクタの上記レセプタクルに向けて付勢する付勢手段を更に備えることも好ましい。

かかる構成により、プラグが実質的にフローティング状態となり、光伝送媒体や雄コネクタに作用する外力がプラグに伝わりにくくなる。また、付勢手段によってプラグが付勢されることにより、プラグと雌コネクタ側の光電変換モジュールとの位置決めを精度よく行い、かつその状態を安定に保つ効果が得られる。

図１は、本発明を適用した一実施形態の光コネクタの構成を説明する図（断面図）である。図１に示す本実施形態の光コネクタは、テープファイバ（光伝送媒体）３の一端を支持する雄コネクタ２と、当該雄コネクタ２と嵌合可能に構成される雌コネクタ１と、からなるものである。また、図２は、これらの雌コネクタ１と雄コネクタ２とを嵌合させた状態を説明する図である。

雌コネクタ１は、光電変換モジュール１０、ハウジング（第１のハウジング）１１、被掛かり部１２、フレキシブル配線基板１３を含んで構成されており、例えばパーソナルコンピュータ等の電子機器に搭載される。

光電変換モジュール１０は、電気信号と光信号とを相互に変換する機能、より具体的には、電気信号を光信号に変換してテープファイバ３に入射させる機能と、他方の光電変換モジュール等（図示せず）からテープファイバ３を介して送られる光信号を電気信号に変換して出力する機能とを備える。この光電変換モジュール１０は、電子機器の回路基板４と電気的に接続されている。光電変換モジュール１０の詳細構成については後述する。

ハウジング１１は、光電変換モジュール１０を収容するとともに、当該収容された光電変換モジュール１０に連通する開口１４を有する。

被掛かり部１２は、雄コネクタ２を構成するハウジング２１の一部である掛かり部２３と係合する。両者の係合により雄コネクタ２を雌コネクタ１に嵌合させた状態が保たれる。

フレキシブル配線基板１３は、配線等を含み、光電変換モジュール１０と回路基板４との相互間を電気的に接続する機能を担う。フレキシブル配線基板１３と光電変換モジュール１０又は回路基板４との相互間はハンダバンプ等によって電気的に接続されている。

雄コネクタ２は、テープファイバ３の一端に設けられるプラグ２０と、当該プラグ２０を収容するハウジング（第２のハウジング）２１とを含んで構成されている。

プラグ２０は、少なくとも一部（本例では全体の２／３程度）が上述した開口１４を介して雌コネクタ１のハウジング１１内に挿入され、テープファイバ３と光電変換モジュール１０とを光学的に接続する機能を担う。プラグ２０の詳細構成については後述する。

ハウジング２１は、プラグ２０を収容するものであり、当該プラグ２０との間に空間を確保しつつ当該プラグの周囲に設けられる囲み部２２と、上述した被掛かり部１２と係合すべき掛かり部２３と、を含んで構成されている。

図３は、光電変換モジュール１０の構造を詳細に説明する図である。図３（Ａ）は光電変換モジュール１０の外観を斜視図により示す図であり、図３（Ｂ）は図３（Ａ）に示すＢ−Ｂ線方向の断面図である。図３に示すように、光電変換モジュール１０は、透明基板１１０、光素子１１１、回路チップ１１２、レセプタクル１１３、反射板１１４、レンズ１１５を含んで構成される。

透明基板１１０は、使用される光の波長に対して光透過性を有し、光電変換モジュール１０を構成する各要素を支持する。例えば、光素子１１１から出射される光信号あるいは光素子１１１により受光される光信号の波長が可視光またはそれに近い値（例えば８５０ｎｍなど）の場合には、ガラスやプラスチックなどの材料により透明基板１１０を構成するとよい。

光素子１１１は、回路チップ１１２から駆動信号（電流又は電圧）の供給を受けて光信号を出射し、又は透明基板１１０を通して受光した信号光の強度に応じて出力信号（電流又は電圧）を発生するものであり、透明基板１１０の一方面側の所定位置に、発光面又は受光面を透明基板１１０側に向けて配置されている。例えば、情報送信側に用いられる光素子１１１としてはＶＣＳＥＬ（面発光レーザ）などの発光素子が挙げられ、情報受信側に用いられる光素子１１１としてはフォトダイオード等の受光素子が挙げられる。

回路チップ１１２は、光素子１１１を駆動するためのドライバなどを含むものであり、透明基板１１０の一方面上の所定位置に配置されている。この回路チップ１１２は、透明基板１１０上に構成された配線膜（図示せず）を介して光素子１１１と接続されており、更に、必要に応じて図示しない他の回路素子、回路チップなどと接続される。この回路チップ１１２は、パーソナルコンピュータ等の電子機器の回路基板４から送出され、フレキシブル配線基板１３を介して受け取った電気信号に応じて光素子１１１の発光を制御し、又は光素子１１１からの出力信号（電流又は電圧）に応じて電子機器側が受信可能な電気信号を生成（復元）する機能を担う。なお、当該回路チップ１１２の担う機能は光素子１１１に備わっていてもよく、その場合には回路チップ１１２を省略可能である。

レセプタクル（ソケット）１１３は、雄コネクタ２のプラグ２０と嵌合すべき孔を備えており、当該嵌合孔が雌コネクタ１の開口１４と連通するようにして、透明基板１１０の他方面側に配置される。このレセプタクル１１３は、プラグ２０が挿入され、当該プラグ２０により支持されているテープファイバ３の一端と光素子１１１とを光学的に結合させる機能を担うものであり、例えば、ガラスやプラスチック等を用いて形成されている。

反射板１１４は、レセプタクル１１３に取り付けられており、透明基板１１０の他方面側に配置され、光素子１１１から出射される光信号の進路を略９０度変更してテープファイバ３へ導き、又はテープファイバ３から出射される光信号の進路を略９０度変更して光素子１１１に導く機能を担う。この反射板１１４は、光素子１１１の光軸（信号光の主伝搬方向）に対して略４５度の角度で配置される。

レンズ１１５は、光素子１１１から出射される光信号を集光して反射板１１４に導き、又はテープファイバ３から出射されて反射板１１４によって反射される光信号を集光して光素子１１１に導く機能を担う。

図４は、プラグ２０の構造を詳細に説明する図である。図４（Ａ）はプラグ２０を上側から見た平面図、図４（Ｂ）は図４（Ａ）に示すＢ−Ｂ線方向の断面図、図４（Ｃ）は図４（Ａ）に示すＣ−Ｃ線方向の断面図、をそれぞれ示している。

図４に示すように、プラグ２０は、基台１２０、上板１２１、複数のレンズ１２２を含んで構成されている。図４（Ｃ）に示すように、プラグ２０は、基台１２１の有するＶ字状の溝に沿ってテープファイバ３のファイバ芯を置き、その上側に上板１２１を配置し、当該上板１２１と基台１２０とでファイバ芯を挟み込む構造となっている。４つのレンズ１２２は、基台１２０と一体に成形されており、ファイバ芯と光軸が略一致するように配置される。

このように、本実施形態の光コネクタでは、プラグ等を介して光学的結合を図っているので、テープファイバ３のファイバ芯の先端を高精度に研磨することを要せず、歩留まり低下によるコスト上昇を回避できる。また、雌雄コネクタ相互間の位置合わせにガイドピンを用いないため、部品点数が削減され、当該ガイドピンを形成するための工程も不要となり、かかる点からもコスト上昇を回避できる。したがって、民生用の電子機器等に採用しやすい安価な光コネクタを提供することが可能となる。

次に、光コネクタの他の構成例について説明する。

図５は、光コネクタの他の構成例（その１）を説明する図（断面図）である。図５に示す光コネクタは、テープファイバ（光伝送媒体）３の一端を支持する雄コネクタ２ａと、当該雄コネクタ２ａと嵌合可能に構成される雌コネクタ１ａと、からなるものである。また、図６は、雌コネクタ１ａと雄コネクタ２ａとを嵌合させた際の光結合の状態を説明する部分拡大図である。各図に示す光コネクタは、基本的に上記した図１等に示す実施形態の光コネクタと同様の構造を有するものである。両者に共通する構成要素には同符号を付すことにより詳細な説明は省略する。

雌コネクタ１ａは、収容する光電変換モジュールの構成が上記実施形態の雌コネクタ１とは異なっている。具体的には、雌コネクタ１ａに内蔵される光電変換モジュール１０ａは反射板を備えておらず、またこれに伴ってレセプタクルの構造が異なっている。本例のレセプタクル１１３ａは、雄コネクタ２ａのプラグ２０ａと嵌合すべき孔を備えており、当該嵌合孔が雌コネクタ１ａの開口１４と連通するようにして、透明基板１１０の他方面側に配置される。このレセプタクル１１３ａは、プラグ２０ａの挿入方向に対して垂直に配置される面を有し、プラグ２０ａが挿入された際に当該垂直面にプラグ２０ａの先端が突き当たって位置決めされるようになっている。

雄コネクタ２ａは、収容するプラグの構成が上記実施形態と異なり、当該プラグがテープファイバ３の光軸に沿って進退可能に構成されている点も異なっている。具体的には、本例のプラグ２０ａは、一端側であってテープファイバ３の光軸上に反射部２４が形成されており、他端側に鍔状部２５が設けられている。

反射部２４は、テープファイバ３の光軸上に配置され、当該テープファイバ３から出射される光信号の進路を略９０度変更して光素子１１１へ導き、又は光素子１１１から出射される光信号の進路を略９０度変更してテープファイバ３へ導く機能を担う。このような構成によれば、プラグ２０ａと光電変換モジュール１０ａとの間で入出射する光信号の進行方向が当該プラグ２０ａの挿脱方向と略直交することになり、プラグ２０ａや光電変換モジュール１０ａから外部へ光信号が出射しない構造が得られる。かかる構造は、特に眼の保護（アイセーフ）という観点から好ましく、民生用電子機器への採用に適している。

鍔状部２５は、雄コネクタ２ａ側に設けられた孔２６内に配置されており、当該孔２６の範囲内で前後に移動可能に構成されている。これにより、プラグ２０ａがテープファイバ３の光軸に沿って進退可能に構成される。また、雄コネクタ２ａの孔２６内には、プラグ２０ａを雌コネクタ１ａのレセプタクルに向けて付勢する付勢手段としてのバネ２７が配置されている。これらの構成により、プラグ２０ａが実質的にフローティング状態となり、テープファイバ３や雄コネクタ２ａの本体（ハウジング２１）に作用する外力がプラグ２０ａに伝わりにくくなる。すなわち、本例では、いわゆるプル・プルーフ構造が採用されている。また、バネ２７によってプラグ２０ａが付勢されることにより、プラグ２０ａとが雌コネクタ１ａ側の光電変換モジュール１０ａとの位置決めを精度よく行い、かつその状態を安定に保つ効果が得られる。

図７は、光コネクタの他の構成例（その２）を説明する図（断面図）である。図７に示す光コネクタは、基本的に上記した図５に示す構成例の光コネクタと同様の構造を有するものである。両者に共通する構成要素には同符号を付すことにより詳細な説明は省略する。

本構成例は、付勢手段としてのバネを雌コネクタ側に設けた点が上記図５の構成例と異なっている。具体的には、本例の雌コネクタ１ｂは、光電変換モジュール１０ａを付勢するバネ１５が設けられている。そして、雄コネクタ１ｂは付勢手段としてのバネが省略されており、プラグ２０ｂがハウジング２１に対して直接的に取り付けられている。これらの構成によっても、光電変換モジュール１０ａが実質的にフローティング状態となり、テープファイバ３や雄コネクタ２ａの本体（ハウジング２１）に作用する外力がプラグ２０ｂに伝わりにくくなる。また、バネ１５によって光電変換モジュール１０ａが付勢されることにより、プラグ２０ｂと光電変換モジュール１０ａとの位置決めを精度よく行い、かつその状態を安定に保つ効果が得られる。

なお、本発明は上述した各実施形態の内容に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において種々の変形実施が可能である。

一実施形態の光コネクタの構成を説明する図（断面図）である。 雌コネクタと雄コネクタとを嵌合させた状態を説明する図である。 光電変換モジュールの構造を詳細に説明する図である。 プラグの構造を詳細に説明する図である。 光コネクタの他の構成例（その１）を説明する図（断面図）である。 雌コネクタと雄コネクタとを嵌合させた際の光結合の状態を説明する部分拡大図である。 光コネクタの他の構成例（その２）を説明する図（断面図）である。

符号の説明

１…雌コネクタ、 ２…雄コネクタ、 ３…テープファイバ（光伝送媒体）、 １０…光電変換モジュール、 １１…ハウジング（第１のハウジング）、 １２…被掛かり部、 １３…フレキシブル配線基板１３、 ２０…プラグ、 ２１…ハウジング（第２のハウジング）

Claims (6)

1. 光伝送媒体の一端を支持する雄コネクタと、当該雄コネクタと嵌合可能に構成される雌コネクタと、からなる光コネクタであって、
   前記雌コネクタは、
   電気信号と光信号とを相互に変換する機能を有する光電変換モジュールと、
   前記光電変換モジュールを収容するとともに、当該収容された光電変換モジュールに連通する開口を有する第１のハウジングと、
   を含み、
   前記雄コネクタは、
   少なくとも一部が前記開口を介して前記雌コネクタの前記ハウジング内に挿入され、前記光伝送媒体と前記光電変換モジュールとを光学的に接続する機能を担い、前記光伝送媒体の一端に設けられるプラグと、
   前記プラグとの間に空間を確保しつつ当該プラグの周囲に設けられる囲み部を有し、前記プラグを収容する第２のハウジングと、
   を含む、光コネクタ。
2. 前記光電変換モジュールは、
   前記光信号の波長に対して光透過性を有する透明基板と、
   前記透明基板の一方面側に配置され、電流又は電圧の供給を受けて前記透明基板の他方面側へ前記光信号を出射し、又は前記透明基板の他方面側から入射する前記光信号の強度に応じた電流又は電圧を出力する光素子と、
   前記透明基板の他方面側に配置され、前記光素子から出射される前記光信号の進路を略９０度変更して前記光伝送媒体へ導き、又は前記光伝送媒体から出射される前記光信号の進路を略９０度変更して前記光素子に導く反射板と、
   前記透明基板の他方面側に配置され、前記プラグが挿入されるレセプタクルと、
   を含んで構成される、請求項１に記載の光コネクタ。
3. 前記光電変換モジュールは、前記光素子から出射される前記光信号を集光して前記反射板に導き、又は前記光伝送媒体から出射されて前記反射板によって反射される前記光信号を集光して前記光素子に導くレンズを更に備える、請求項２に記載の光コネクタ。
4. 前記プラグは、前記光素子から出射され、前記反射板によって反射される前記光信号を集光して前記光伝送媒体に導き、又は前記光伝送媒体から出射される前記光信号を集光して前記反射板に導くレンズを更に備える、請求項２に記載の光コネクタ。
5. 前記プラグは、
   前記光伝送媒体の光軸上に配置され、前記光伝送媒体から出射される前記光信号の進路を略９０度変更して前記光素子へ導き、前記光素子から出射される前記光信号の進路を略９０度変更して前記光伝送媒体へ導く反射部を含み、
   前記光電変換モジュールは、
   前記光信号の波長に対して光透過性を有する透明基板と、
   前記透明基板の一方面側に配置され、電流又は電圧の供給を受けて前記透明基板の他方面側へ前記光信号を出射し、又は前記透明基板の他方面側から入射する前記光信号の強度に応じた電流又は電圧を出力する光素子と、
   前記透明基板の他方面側に配置され、前記プラグが挿入されるレセプタクルと、
   を含んで構成される、請求項１に記載の光コネクタ。
6. 前記雄コネクタは、
   前記プラグが前記光伝送媒体の光軸に沿って進退可能に構成されており、
   前記プラグを前記雌コネクタの前記レセプタクルに向けて付勢する付勢手段を更に備える、請求項５に記載の光コネクタ。
   
   

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