JP2006190492A - コネクタ及び光トランシーバ - Google Patents
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Abstract
【課題】 挿脱可能なコネクタの一方側に適式な与圧を発生させる。
【解決手段】 内側に一方端側から他方端側に貫通する貫通穴が設けられ、当該貫通穴に沿って一方端側から他方端側に一体的なバネ構造で構成されてなる接続端子が配設され、接触端子が押し当てられる押当部が形成されてなる構造のコネクタハウジングからなり、接続端子は、一方端側から挿入される第1の基板と接触する第1の接触部と、他方端側から挿入される第2の基板と接触する第2の接触部とが形成され、一方端側から第1の基板が挿入されて固定された場合に、第1の接触部と接触する第1の基板により接触端子がコネクタハウジングの内壁側に押し広げられ、押し広げられた当該接触端子が押当部に押し当てられ、第2の接触部に、第2の基板を挟む方向に与圧が発生する機構である。
【選択図】 図8
【解決手段】 内側に一方端側から他方端側に貫通する貫通穴が設けられ、当該貫通穴に沿って一方端側から他方端側に一体的なバネ構造で構成されてなる接続端子が配設され、接触端子が押し当てられる押当部が形成されてなる構造のコネクタハウジングからなり、接続端子は、一方端側から挿入される第1の基板と接触する第1の接触部と、他方端側から挿入される第2の基板と接触する第2の接触部とが形成され、一方端側から第1の基板が挿入されて固定された場合に、第1の接触部と接触する第1の基板により接触端子がコネクタハウジングの内壁側に押し広げられ、押し広げられた当該接触端子が押当部に押し当てられ、第2の接触部に、第2の基板を挟む方向に与圧が発生する機構である。
【選択図】 図8
Description
本発明は、基板同士を電気的に結合するコネクタ及び光トランシーバに関する。
従来の光伝送システムの例を図66(a)、(b)に示す。光伝送システムは、光ファイバ100を保護し、精度のよい光ファイバ軸整列を行う光コネクタ101と、光コネクタ101が接続され、光信号を電気信号に変換し、また、電気信号を光信号に変換する光トランシーバ102と、シリアル信号を送受信する信号処理回路が実装されている基板103と、光トランシーバ102と基板103を結合するコネクタ104からなる。
光トランシーバ102は、光ファイバ100とのカップリング用の光学系と光電変換素子や周辺回路で構成される。また、光コネクタ101は、ジルコニアを高い精度で加工して作られたフェルールからなり、光トランシーバ102と光ファイバ100を結合している。
基板103には、シリアル信号を送受信する際の所定の信号処理を行う信号処理回路(SERDES,Serializer/Deserializer)のチップ(以下、SERDESチップという。)が実装されている。
コネクタ104は、光トランシーバ102と基板103を結合しており、現在、10Gbpsまでのデータを伝送する光伝送システムにおいては、SFPコネクタ及びXFPコネクタと呼ばれる規格品が広く使われている。ここで、図67にSFP(Small Form Factor Pluggable)コネクタの外観図を示す。SFPコネクタは、高い高周波特性を得るために表面実装タイプのコネクタになっている。なお、XFPコネクタとは、SFPコネクタよりピン数が多いコネクタのことである。
光伝送システムは、図66に示されるようなコンタクト用のパターンが形成された光トランシーバ基板を、SFPコネクタに挿入することで基板に実装されているSERDESチップと電気的に結合される。
ところで、SFPコネクタは、図68に示すようなコネクタ端子を有している。図68(a)は、下側のSFPコネクタ端子104Aを示しており、図68(b)は、上側のSFPコネクタ端子104Bを示している。図68から分かるように、コネクタ端子には樹脂モールドに固定するための突起部(スタブ)Gが形成されており、この突起部Gの影響により高周波特性が悪化してしまう(図69)。また、構造上、上側のSFP端子104Bは、突起部Aの長さが下側のSFP端子104Aよりも長くなってしまうので、下側のSFP端子104Aよりも信号透過特性が悪化してしまう。
図69が示すように、既存のSFPコネクタ、特に突起部Gが長大な上側のSFPコネクタ104Bでは、周波数が3GHzを超えた付近から急激に信号透過特性が悪化してしまう。
この図69に示した信号透過特性は、SFPコネクタのみの周波数特性であって、実際のシステムにおいては、基板上のパターンによっても特性が悪化してしまう。さらに、基板上の素子の半田付けに起因するばらつきによっても特性が悪化してしまう。
したがって、SFPコネクタを用いて10Gbps程度のデータ伝送を行うためには、CDR(Clock Device Recovery)のような波形整形のためのバッファー回路等を設ける必要がある。しかし、このように設けたバッファー回路の特性により、10Gbps以上の高帯域データの伝送を行うことが困難となってしまう。
また、フェルールによって光ファイバと光トランシーバを結合する場合には、
1.フェルールには、高いメカ精度が要求されるので加工が困難でコストが高い、
2.光ファイバの端面が剥き出しになるので、傷や汚れにより特性が劣化しやすい、
3.フェルールの受け部(メス)側にゴミが混入すると除去するのが困難である、
4.光ファイバの端面には強いパワーのレーザ光が露出しているので安全面の問題がある、
5.光ファイバの挿抜の度に端面が汚れてしまうためクリーニングが必要となる、
等の問題点がある。
1.フェルールには、高いメカ精度が要求されるので加工が困難でコストが高い、
2.光ファイバの端面が剥き出しになるので、傷や汚れにより特性が劣化しやすい、
3.フェルールの受け部(メス)側にゴミが混入すると除去するのが困難である、
4.光ファイバの端面には強いパワーのレーザ光が露出しているので安全面の問題がある、
5.光ファイバの挿抜の度に端面が汚れてしまうためクリーニングが必要となる、
等の問題点がある。
また、光トランシーバとSERDESチップは、SFPコネクタが結合される場合には、
1.周波数が3GHz以上の帯域から信号透過特性が急激に特性が悪化する、
2.SFPコネクタは、マザー基板に半田付けで実装されるが、半田付けの形状によって信号透過特性がばらつく、
3.光トランシーバ側に放熱機構が必要となるので、光トランシーバが大型してしまう、
等の問題点がある。
1.周波数が3GHz以上の帯域から信号透過特性が急激に特性が悪化する、
2.SFPコネクタは、マザー基板に半田付けで実装されるが、半田付けの形状によって信号透過特性がばらつく、
3.光トランシーバ側に放熱機構が必要となるので、光トランシーバが大型してしまう、
等の問題点がある。
また、高帯域データの伝送を行う場合には、インピーダンスマッチングをとる必要がある。そのためには、両基板同士を接近させて、最短のコネクタ端子で構成することにより信号の劣化を減らすことが可能となる。
これを実現する方法として、図70に示すような技術が提案されている(例えば、特許文献1参照。)。当該技術は、コネクタハウジング内に一方端側から他方端側に貫通する貫通穴を設け、当該貫通穴に沿ってプリント基板を上下方向から保持できるように設けられた接触バネを配設し、この接触バネを介してコネクタハウジングの一方端側から挿入されるプリント基板と、他方端側から挿入されるプリント基板を電気的に接続するものである。
また、当該技術では、一方端側又は他方端側からプリント基板が挿入された場合、中央に設けられている端子保持部には、梃子の作用で非常に大きな力が発生するため、接触バネに適切なばね圧を加える必要がある。したがって、ばね定数を小さくして、接触バネを長くすることが考えられるが、接触バネを長くするとインダクタンス成分が増え、高周波特性が劣化してしまう。
また、基板間を電気的に接続する方法として、フレキシブル回路基板を用いて、基板間を電気的に接続する方法がある(例えば、特許文献2参照。)。当該方法によれば、各々の端子が、同一のフィルム上のパターンとなっているので、隣同士のパターンがメカ的につながっている。このような場合、フレキシブル回路基板上に形成されている各パッドに高さのずれがある場合には、接触不良を生ずる可能性がある。
また、フレキシブル回路基板を自由に曲げることは困難なので、所望する接触形状を作成することも困難である。また、フレキシブル回路基板自体が高価なものなので、当該基板を使用したコネクタは、高価なものとなってしまう。
また、平面上のパターンで100オームのインピーダンスマッチングをとるためには、ピッチ間隔を狭くする必要がある。一方で、端子間を分離するためには、最低でも0.2〜0.3mm程度の隙間が必要であるが、フレキシブル回路基板を用いるコネクタでは、このようなピッチ間隔では、特性インピーダンスマッチングをとることは困難であり、インピーダンスのミスマッチによる反射が発生してしまい、高周波特性が悪化する要因となってしまう。
そこで、本発明では、波形整形のためのバッファー回路等を用いることなく高周波特性が劣化せずに高帯域データの伝送が可能となるコネクタ及び光トランシーバを提供する。
本発明に係るコネクタは、上述の課題を解決するために、内側に一方端側から他方端側に貫通する貫通穴が設けられ、当該貫通穴に沿って一方端側から他方端側に一体的なバネ構造で構成されてなる接続端子が配設され、上記接触端子が押し当てられる押当部が形成されてなる構造のコネクタハウジングからなり、上記接続端子は、一方端側から挿入される第1の基板と接触する第1の接触部と、他方端側から挿入される第2の基板と接触する第2の接触部とが形成され、一方端側から上記第1の基板が挿入されて固定された場合に、上記第1の接触部と接触する上記第1の基板により上記接触端子が上記コネクタハウジングの内壁側に押し広げられ、押し広げられた当該接触端子が上記押当部に押し当てられ、上記第2の接触部に、上記第2の基板を挟む方向に与圧が発生する。
また、接続端子は、第1の基板及び第2の基板に対して、上下方向から接触するように対面構造をなしている。
また、コネクタハウジングの他方端側には、第1の基板が一方端側に挿入された場合に、与圧によって接続端子の端部が所定のクリアランス以上、第2の基板を挟む方向に進まないようにストッパーが形成されている。
また、コネクタハウジングの一方端側は、第1の接触部とサイド電極を介して接触される縦型基板構造からなる第1の基板が挿入される幅広構造である。
また、コネクタハウジングの一方端側は、第1の基板が挿入された場合、当該第1の基板が半田付けにより固定される。
また、コネクタハウジングは、内設されている接続端子の上面部分に開口部が設けられており、一方端側から第1の基板が挿入されて固定された場合に、第1の接触部と接触する第1の基板により接触端子が当該開口部に突出し、当該突出した接触端子を当該コネクタハウジングの内側に押し戻す押戻部が設けられている。
また、押戻部は、ラッチ構造によりコネクタハウジングに固定される。
また、押戻部は、コネクタハウジングとねじ止め構造又は接着剤により固定される。
また、コネクタハウジングは、開口部を覆うスライド機構を備えており、押戻部は、スライド機構に差し込むことにより固定される。
また、押戻部は、内側が絶縁材料で形成されてなり、コネクタハウジングを包み込む囲い枠構造からなる。
また、コネクタハウジングは、開口部が設けられている面の両側端部に、貫通穴が設けられた突起部が直立して設けられており、押戻部は、一方の突起部から他方の突起部へ差込棒を差し込んで回転式の板構造となるように、側面に貫通穴が設けられている。
また、押戻部は、開口部から突出している接続端子をコネクタハウジング内部に押し込むための凸部が設けられている。
また、押戻部は、開口部から突出している接続端子を受けるための凹部が設けられている。
また、コネクタハウジングは、一方端側に第1の基板を係合する係合部が形成されている。
また、コネクタハウジングは、一方端側に、当該コネクタハウジングの一方端側の外形形状で切り欠き部が形成されてなる第1の基板が挿入される。
また、コネクタハウジングは、上記第1の基板が一方側に挿入された場合に、上記接続端子が押し広げられる方向に開口部が形成されており、一方の側から上記第1の基板が挿入されて固定された場合に、上記第1の接触部と接触する上記第1の基板により上記コネクタハウジングに形成されている上記開口部から突出している上記接触端子を上記コネクタハウジングの内側に押し戻す押戻部を備える。
また、本発明に係るコネクタは、上述の課題を解決するために、内側に一方端側から他方端側に貫通する貫通穴が設けられ、当該貫通穴に沿って一方端側に配設され、他方端側から突出する一体的なバネ構造で構成されてなる接続端子と、接続端子が押し当てられる押当部が他方端側に形成されてなる構造の第1のコネクタハウジング部と、内側に一方端側から他方端側に貫通する貫通穴が設けられ、第1のコネクタハウジング部と接続されるときに、第1のコネクタハウジング部の他方端側から突出している部分の接続端子を囲う構造の第2のコネクタハウジング部とからなり、接続端子は、第1のコネクタハウジング部の一方端側から挿入される第1の基板と接触する第1の接触部と、第2のコネクタハウジング部から突出している他方側から挿入される第2の基板と接触する第2の接触部とが形成され、第1のコネクタハウジング部と第2のコネクタハウジング部は、ラッチ構造により接続され、第1のコネクタハウジング部の一方端側から第1の基板が挿入されて固定された場合に、第1の接触部と接触する第1の基板により接触端子が押し広げられて押当部に押し当てられ、第2の接触部に、第2の基板を挟む方向に与圧が発生する。
また、本発明に係るコネクタは、上述の課題を解決するために、内側に一方端側から他方端側に貫通する貫通穴が設けられ、当該貫通穴に沿って一方端側から他方端側に一体的なバネ構造で構成されてなる接続端子が配設され、上記接触端子が押し当てられる押当部が形成されてなる構造のコネクタハウジングからなり、上記接続端子は、一方端側から挿入される第1の基板と接触する第1の接触部と、他方端側から挿入される第2の基板と接触する第2の接触部とが形成され、一方端側から上記第1の基板が挿入されて固定された場合に、上記第1の接触部と接触する上記第1の基板により上記接触端子が上記コネクタハウジングの内壁側に押し広げられ、押し広げられた当該接触端子が上記押当部に押し当てられ、上記第2の接触部に、上記第2の基板を挟む方向に与圧が発生するコネクタと、内側に突出して形成されてなる出縁部を有するハウジングとを備え、上記コネクタは、上記出縁部が差し込まれる出縁差込部を有し、上記ハウジングに収納されることにより静電遮蔽される。
また、コネクタハウジングの他方端側には、上記接触端子の端部を係止するストッパーが形成されており、上記コネクタが上記ハウジングに収納されたとき、上記出縁部が上記ストッパーと上記接触端子の端部の間に差し込まれ、上記第1の基板が一方端側に挿入された場合に、与圧によって上記接続端子の端部が上記出縁部と直接接触し、上記ストッパーで係止される。
また、コネクタハウジングは、上記第1の基板が一方側に挿入された場合に、上記接続端子が押し広げられる方向に開口部が形成されており、一方の側から上記第1の基板が挿入されて固定された場合に、上記第1の接触部と接触する上記第1の基板により上記コネクタハウジングに形成されている上記開口部から突出している上記接触端子を上記コネクタハウジングの内側に押し戻す押戻部を備える。
また、本発明に係る光トランシーバは、上述の課題を解決するために、パラレル信号をシリアル信号に変換する信号変換部を有する基板を接続するコネクタと、上記基板から上記コネクタを介して供給された電気信号を光信号に変換する電気光信号変換部と、上記電気光信号変換部により変換された上記光信号を集光する第1の光学系と、上記光学系から出射される光信号を伝送する光ファイバと、上記光ファイバから伝送されてきた光信号を受信する第2の光学系と、上記第2の光学系で受信した光信号を電気信号に変換し、変換後の上記電気信号を上記基板に供給する光電気信号変換部とを備え、上記コネクタは、内側に一方端側から他方端側に貫通する貫通穴が設けられ、当該貫通穴に沿って一方端側から他方端側に一体的なバネ構造で構成されてなる接続端子が配設され、上記接触端子が押し当てられる押当部が形成されてなる構造のコネクタハウジングからなり、上記接続端子は、一方端側から挿入される第1の基板と接触する第1の接触部と、他方端側から挿入される第2の基板と接触する第2の接触部とが形成され、一方端側から上記第1の基板が挿入されて固定された場合に、上記第1の接触部と接触する上記第1の基板により上記接触端子が上記コネクタハウジングの内壁側に押し広げられ、押し広げられた当該接触端子が上記押当部に押し当てられ、上記第2の接触部に、上記第2の基板を挟む方向に与圧が発生する。
また、電気光信号変換部は、上記コネクタを介して供給された電気信号を光信号に変換するレーザダイオードと、上記レーザダイオードを駆動するレーザダイオード駆動部とからなる。
また、光電気信号変換部は、上記第2の光学系から供給された光信号を受光するフォトディテクタと、上記フォトディテクタで受光された光信号を電気信号に変換するTIA(Transimpedance Amplifier)部と、TIA部で変換された上記電気信号の波形を整形するLIA(Limiting Amplifier)部とからなる。
従来のSFPコネクタを使用する信号伝送用コネクタでは、3GHz付近から周波数特性が極端に悪化するが、本発明に係る信号伝送用コネクタは、高周波帯域(20GHz)以上までフラットな信号透過特性を実現でき、40Gbps程度のデータ転送を可能にする。
また、本発明に係る信号伝送用コネクタは、従来のSFPコネクタを利用する信号伝送用コネクタにより10Gbps程度のデータ伝送を行う場合に必須であった波形整形のためのバッファー回路等が不要になり、システムの小型化が実現でき、ローコスト化を実現できる。
また、本発明に係る信号伝送用コネクタは、光コネクタを不要とするため、フェルール等が不要となり、システムのローコスト化を図ることができ、光トランシーバの小型化を実現でき、光ファイバ端部を露出させない構成なので、レーザ光が直接目に入る危険性を回避でき、また、光ファイバが傷ついたり、汚れたりしないのでシステムの信頼性を向上することができ、さらに、光ファイバの挿抜のたびに、光ファイバ端面をクリーニングする作業が不要となる。
さらに、本発明に係る信号伝送用コネクタは、SERDESチップが実装された基板側に放熱機構を備えるので、光トランシーバ側を小規模化することができ、また、SERDESチップが実装された基板側にコネクタの固定部がある場合には、光トランシーバ側の端子長さを短くでき、その結果、周波数特性を改善することができる。
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
信号伝送用コネクタ1は、図1に示すように、光ファイバ10と接続され、所定の信号変換を行う信号変換ブロック11と、信号変換ブロック11が固定的に接合される第1の挿入部12Aと、シリアル信号を送受信する際の信号処理を行う信号処理回路(SERDES,Serializer/Deserializer)のチップ(以下、SERDESチップという。)13Aが実装されている基板13を挿脱可能に接続する第2の挿入部12Bを有するコネクタ12とから構成される。
また、信号変換ブロック11は、図1に示すように、光ファイバ10の端部を固定する固定部14と、光信号を集光するレンズを有するモールドレンズ部15と、光電変換素子16Aが実装されてなる光電変換基板16とが組み合わさって構成される。なお、図1では、固定部14に送信用の光ファイバと受信用の光ファイバが固定されている構成例を示したが、固定部14に固定される光ファイバ心線の数は、システムの構成に応じて適宜変更されるものである。
また、図2に示すように、静電対策を図るために、信号変換ブロック11が組み込まれたコネクタ12が、シールド用板金ハウジング18内に収納される構成であっても良い。なお、シールド用板金ハウジング18には、内側に突出した出縁部18Aが形成されている(図3)。
このような構成の場合には、図3に示すように、コネクタ12には、出縁部18Aが差し込まれるように出縁差込部19が形成されている。また、図4に、シールド用板金ハウジング18にコネクタ12が組み込まれた外観図を示す。
ここで、コネクタ12により信号変換ブロック11と基板13が結合される様子について説明する。光電変換基板16は、図5に示すように、基板下側面にサイド電極16Cと呼ばれるコンタクト用の電極が形成されている。また、コンタクト17は、弾性導電性材料で形成されており、サイド電極16Cと基板13とを電気的に結合する。
信号変換ブロック11は、コネクタ12の第1の挿入部12Aに挿入されることで、光電変換基板16のサイド電極16Cと、コネクタ12の第1の挿入部12Aに形成されているコンタクト17が接触する構造になっており、コネクタ12の第1の挿入部12Aに形成されているラッチ機構により、一度、第1の挿入部12Aに挿入されると信号変換ブロック11は固定され、一体のハウジング内に収納される構造になっている。
なお、図1においては、第1の挿入部12Aは、信号変換ブロック11をラッチ構造により固定するようにしているが、接着剤等により信号変換ブロック11とコネクタ12とを接着するようにしても良いし、それ以外でも良い。以下に、信号変換ブロック11とコネクタ12とを固定する他の例について述べる。
図6に示すように、光電変換基板16の表面には複数のスルーホールを形成し、また、コネクタ12の接合部の表面には複数の接合端子を形成する。コネクタ12の接合部に形成されている各接合端子は、光電変換基板16の表面に形成されているスルーホールに嵌合され、嵌合された箇所を半田付けする。このように光電変換基板16とコネクタ12とを嵌合することにより、スルーホール−接合端子間において信号の送受信が行われるため、光電変換基板16の側面にサイド電極16Cを設ける必要がない。ゆえに、信号変換ブロック11とコネクタ12とを堅固に接合することができ、接合端子のメカ強度を向上し、かつ、スルーホールと接合端子の接触の信頼性を向上することができる。
また、図7に示すように、コネクタ12の接合部に複数の接合端子を形成し、当該接合端子を光電変換基板16のサイド電極16Cが形成された側面に接触させ、接触させた箇所を半田付けすることにより、光電変換基板16とコネクタ12とを接合しても良い。
ここで、図8(a)に、コネクタ12に信号変換ブロック11及び基板13が挿入される前のコネクタ12の断面図を示し、図8(b)に、コネクタ12の第1の挿入部12Aに信号変換ブロック11が挿入された後のコネクタ12の断面図を示し、図8(c)に、コネクタ12の第2の挿入部12Bに基板13が挿入された時のコネクタ12の断面図を示す。
コネクタ12は、図8(a)に示すように、内側に一方端側から他方端側に貫通する貫通穴が設けられ、当該貫通穴に沿って一方端側から他方端側に一体的なバネ構造で構成されてなるコンタクト17(接続端子)が配設され、コンタクト17が押し当てられる押当部12Cが形成されてなる構造のコネクタハウジングからなっている。コンタクト17は、第1の挿入部12Aから挿入される信号変換ブロック11と接触する第1の接触部12Dと、第2の挿入部12Bから挿入される基板13と接触する第2の接触部12Eとが形成されている。また、押当部12Cは、第1の接触部12Dと第2の接触部12Eの間に形成されている。
コネクタ12は、図8(b)に示すように、第1の挿入部12Aから信号変換ブロック11が挿入されて固定された場合に、第1の接触部12Dと接触する信号変換ブロック11によりコンタクト17がコネクタハウジングの内壁側に押し広げられ、押し広げられたコンタクト17が押当部12Cに押し当てられ、第2の接触部12Eに、基板13を挟む方向に与圧が発生する。
したがって、基板13は、図8(c)に示すように、第2の挿入部12Bから与圧が発生しているコンタクト17に挿入されることにより、第2の接触部12Eでしっかりとホールドされる。また、図9には、基板13側からコネクタ12を見た図を示す。
また、コネクタ12は、図8に示すように、第2の挿入部12Bに、信号変換ブロック11が挿入された場合に、与圧によってコンタクト17の端部が所定のクリアランス以上、基板13を挟む方向に進まないようにストッパー12Fが形成されている。
また、基板13には、図1に示すように、所定の回路パターンが形成された凸形状の突起部Aがあり、コネクタ12の第2の挿入部12Bにこの突起部Aが挿入されることにより、SERDESチップ13Aと信号変換ブロック11が電気的に接続される。なお、この突起部Aは、複数回の挿抜に耐える耐久性をもった構造になっている。
また、コンタクト17は、コンタクト保持部12Gによりコネクタ12内に固定保持されている。
したがって、コネクタ12では、第1の挿入部12Aに挿入された信号変換ブロック11と接触する第1の接触部12Dを力点とし、当該信号変換ブロック11の挿入により押し広げられたコンタクト17が押し当てられる押当部12Cを支点とし、コンタクト17の端部を受け止めるストッパー12Fを作用点とする3点接触構造の梃子の原理により、コンタクト17の位置が固定され、また、コンタクト17に及ぼす力を均等に割り当てることができるので、コンタクト17のバネ定数を大きくすることができ、かつ、コンタクト保持部12Gの厚みを抑えることができる。なお、理論的には、上述した3点接触構造により、コンタクト保持部12Gを設けなくても、コンタクト17の位置を安定的に固定することができる。また、コンタクト17の端部がストッパー12Fに受け止められるまでは、形状が変化せずに動き、ストッパー12Fに受け止められた後は、第2の接触部12Eに所望の与圧を発生するように変形する。したがって、安定したセルフクリーニング効果と、規定の挿抜回数を実現することができる。
また、信号変換ブロック11は、一度、コネクタ12に挿入されると、固定され、抜かれることがないため、第1の接触部12Dにかかるバネ定数を大きく(強く)しても良いため、コンタクト17の長さを短くすることができる。したがって、コンタクト17のインダクタンス成分を減少させることができ、コネクタ12の高周波特性を改善することができる。
また、コネクタ12内に並設されるコンタクト17同士の間隔は、0.3mm程度にすることができるので、インピーダンスマッチングをとることができ、差動100オームの特性インピーダンスを容易に得ることができる。
また、コネクタ12は、図2に示した、静電対策用のシールド用板金ハウジング18に収納される構成であっても良い。図10(a)に、シールド用板金ハウジング18に収納されたコネクタ12に信号変換ブロック11及び基板13が挿入される前のコネクタ12の断面図を示し、図10(b)に、シールド用板金ハウジング18に収納されたコネクタ12の第1の挿入部12Aに信号変換ブロック11が挿入された後のコネクタ12の断面図を示し、図10(c)に、シールド用板金ハウジング18に収納されたコネクタ12の第2の挿入部12Bに基板13が挿入された時のコネクタ12の断面図を示す。
コネクタ12がシールド用板金ハウジング18に収納された場合には、図10(a)に示すように、シールド用板金ハウジング18の出縁部18Aがコネクタ12のストッパー12Fとコンタクト17の他方端の間に差し込まれる。そして、第1の挿入部12Aから信号変換ブロック11が挿入されて固定されると、図10(b)に示すように、第1の接触部12Dと接触する信号変換ブロック11によりコンタクト17がコネクタハウジングの内壁側に押し広げられ、押し広げられたコンタクト17が押当部12Cに押し当てられることにより、第2の接触部12Eに、基板13を挟む方向に与圧が発生する。この与圧によって、コンタクト17とシールド用板金ハウジング18が接触する。したがって、コネクタ12内に並設されている全てのコンタクト17は、等電位になっており、外部からの静電気によりコンタクト17の第1の接触部12Dと接触している信号変換ブロック11の静電破壊を防ぐことができる。
そして、図10(c)に示すように、基板13が第2の挿入部12Bに挿入されることにより、コンタクト17とシールド用板金ハウジング18が非接触状態となる。そして、基板13は、第2の接触部12Eでしっかりとホールドされる。
ここで、図11に示すように、信号伝送用コネクタ1が光ファイバ10の両端に形成され、一端側にSERDESチップ13Aが実装されている一方の基板13が接続され、他端側にSERDESチップ13Aが実装されている他方の基板13が接続され、一方の基板13から他方の基板13に信号が伝送される信号伝送システムについて説明する。
一方の基板13は、信号伝送用コネクタ1に電気信号を供給する。信号伝送用コネクタ1は、コネクタ12を介して光電変換基板16に供給された電気信号を光電変換素子(LD,Laser Diode)16Aにより光信号に変換し、変換後の光信号をモールドレンズ部15で集光し光ファイバ10に出射する。
一方の信号伝送用コネクタ1から出射された光信号は、光ファイバ10内を伝送され、他方の信号伝送用コネクタ1に供給される。他方の信号伝送用コネクタ1は、供給された光信号をモールドレンズ部15を介して光ファイバ10と結合用光学系でカップリングされている光電変換素子(PD、Photo Detector)16Aにより電気信号に変換し、変換後の電気信号をコネクタ12を介して他方の基板13に供給する。
ここで、図12に、本願発明に係る信号伝送用コネクタ1の周波数特性aと、SFPコネクタからなる信号伝送用コネクタの周波数特性b,cの比較を示す。なお、周波数特性曲線bは、SFPコネクタの上側端子の特性を示し、周波数特性曲線cは、SFPコネクタの下側端子の特性を示す。
本発明に係る信号伝送用コネクタ1では、図12から明らかなように、高周波数帯域(20GHz)においても、ほとんど信号を減衰させずにデータを伝送させることができ、SFPコネクタを用いる際に必須となっていた波形整形のためのバッファー回路を設ける必要がなく、40Gbps程度までのデータ転送を行うことができる。
このように構成される信号伝送用コネクタ1は、光ファイバ10の端部を固定する固定部14と、光信号を集光するモールドレンズ部15と、光電変換素子16Aが実装される光電変換基板16が組み合わされてなる信号変換ブロック11と、信号変換ブロック11を固定的に接合し、SERDESチップ13Aが実装される基板13を挿脱可能に接続するコネクタ12とを備えるので、光電変換基板16に実装されている光電変換素子16AとSERDESチップ13Aを電気的に最短距離で結ぶことができ、従来のように、高周波特性悪化の要因となっていた突起部(スタブ)が形成されているSFPコネクタ端子や、メンテナンスが困難なフェルールを用いないので、図12に示すように、高周波数帯域(20GHz)までほとんど損失させることなく信号透過特性を維持することができる。
また、上述では、信号伝送用コネクタ1の光電変換基板16を縦方向(縦型)に配置する実施例について述べたが、光電変換基板16を横方向(横型)に配置して用いても良い。以下に、光電変換基板16を横型に配置する実施例について述べる。なお、以下では、信号伝送用コネクタ1と同じ構成要素には同番号を付す。
信号伝送用コネクタ2は、図13に示すように、光ファイバ10を固定し、所定の信号変換を行う信号変換基板20と、信号変換基板20が固定的に接合される第1の挿入部21Aと、SERDESチップが実装されている基板13を挿脱可能に接続する第2の挿入部21Bを有するコネクタ21とからなる。
信号変換基板20は、光信号を送受信する光トランシーバであって、シリコン基板上にV溝が形成され、光ファイバ10と光導波路とが当該V溝に沿って高精度に結合され、かつ、光導波路の端面に形成されている45°のミラーにより、基板上に実装された光電変換素子と光ファイバ10とがカップリングされるように構成されている。
また、信号変換基板20は、横型の配置を採用することにより、縦型に配置する場合に比べて、光トランシーバを薄く構成できる利点がある。なお、V溝は、シリコン基板の表面にエッチングで形成されたV字型の溝であり、光ファイバ10の配列や位置合わせに用いられるものである。
また、信号変換基板20が横型に配置される場合、サイド電極16Cが不要となるので、基板材料としてガラスエポキシ等を用いることができ、信号伝送用コネクタの低価格化を実現することができる。また、コネクタ端子についても信号変換基板20の厚さと、SERDESチップ13Aが実装されている基板13の厚さがほぼ同等となるので、端子の長さを図1に示した信号伝送用コネクタ1の構造よりも短小化することができる。
これにより、信号変換基板20が横型に配置された信号伝送用コネクタ2は、信号変換基板が縦型に配置された信号伝送用コネクタよりも高周波特性を更に向上させることができる。
また、図14に示すように、静電対策を図るために、信号変換基板20が組み込まれたコネクタ21が、シールド用板金ハウジング18内に収納される構成であっても良い。なお、シールド用板金ハウジング18には、内側に突出した出縁部18Aが形成されている(図15)。
このような構成の場合には、図15に示すように、コネクタ21には、出縁部18Aが差し込まれるように出縁差込部19が形成されている。また、図16に、シールド用板金ハウジング18にコネクタ21が組み込まれた外観図を示す。
ここで、図17(a)に、コネクタ21に信号変換基板20及び基板13が挿入される前のコネクタ21の断面図を示し、図17(b)に、コネクタ21の第1の挿入部21Aに信号変換基板20が挿入された後のコネクタ21の断面図を示し、図17(c)に、コネクタ21の第2の挿入部21Bに基板13が挿入された時のコネクタ21の断面図を示す。
コネクタ21は、図17(a)に示すように、内側に一方端側から他方端側に貫通する貫通穴が設けられ、当該貫通穴に沿って一方端側から他方端側に一体的なバネ構造で構成されてなるコンタクト17(接続端子)が配設され、コンタクト17が押し当てられる押当部21Cが形成されてなる構造のコネクタハウジングからなっている。コンタクト17は、第1の挿入部21Aから挿入される信号変換基板20と接触する第1の接触部21Dと、第2の挿入部21Bから挿入される基板13と接触する第2の接触部21Eとが形成されている。また、押当部21Cは、第1の接触部21Dと第2の接触部21Eの間に形成されている。
コネクタ21は、図17(b)に示すように、第1の挿入部21Aから信号変換基板20が挿入されて固定された場合に、第1の接触部21Dと接触する信号変換基板20によりコンタクト17がコネクタハウジングの内壁側に押し広げられ、押し広げられたコンタクト17が押当部21Cに押し当てられ、第2の接触部21Eに、基板13を挟む方向に与圧が発生する。
したがって、基板13は、図17(c)に示すように、第2の挿入部21Bから挿入された場合に、第2の接触部21Eによりしっかりとホールドされる。また、図18には、基板13側からコネクタ21を見た図を示す。
また、コネクタ21は、図17に示すように、第2の挿入部21Bに、信号変換基板20が挿入された場合に、与圧によってコンタクト17の端部が所定のクリアランス以上、基板13を挟む方向に進まないようにストッパー21Fが形成されている。
また、基板13には、図1に示すように、所定の回路パターンが形成された凸形状の突起部Aがあり、コネクタ21の第2の挿入部21Bにこの突起部Aが挿入されることにより、SERDESチップ13Aと信号変換基板20が電気的に接続される。なお、この突起部Aは、複数回の挿抜に耐える耐久性をもった構造になっている。
また、コンタクト17は、コンタクト保持部21Gによりコネクタ21内に固定保持されている。
したがって、コネクタ21では、第1の挿入部21Aに挿入された信号変換基板20と接触する第1の接触部21Dを力点とし、当該信号変換基板20の挿入により押し広げられたコンタクト17が押し当てられる押当部21Cを支点とし、コンタクト17の端部を受け止めるストッパー21Fを作用点とする3点接触構造の梃子の原理により、コンタクト17の位置が固定され、また、コンタクト17に及ぼす力を均等に割り当てることができるので、コンタクト17のバネ定数を大きくすることができ、かつ、コンタクト保持部21Gの厚みを抑えることができる。なお、理論的には、上述した3点接触構造により、コンタクト保持部21Gを設けなくても、コンタクト17の位置を安定的に固定することができる。また、コンタクト17の端部がストッパー21Fに受け止められるまでは、形状が変化せずに動き、ストッパー21Fに受け止められた後は、第2の接触部21Eに所望の与圧を発生するように変形する。したがって、安定したセルフクリーニング効果と、規定の挿抜回数を実現することができる。
また、信号変換基板20は、一度コネクタ21に挿入されると、固定され、抜かれることがないため、第1の接触部21Dにかかるバネ定数を大きく(強く)しても良いため、コンタクト17の長さを短くすることができる。したがって、コンタクト17のインダクタンス成分を減少させることができ、コネクタ21の高周波特性を改善することができる。
また、コネクタ21内に並設されるコンタクト17同士の間隔は、0.3mm程度にすることができるので、インピーダンスマッチングをとることができ、差動100オームの特性インピーダンスを容易に得ることができる。
また、コネクタ21は、図14に示した、静電対策用のシールド用板金ハウジング18に収納される構成であっても良い。図19(a)に、シールド用板金ハウジング18に収納されたコネクタ21に信号変換基板20及び基板13が挿入される前のコネクタ21の断面図を示し、図19(b)に、シールド用板金ハウジング18に収納されたコネクタ21の第1の挿入部21Aに信号変換基板20が挿入された後のコネクタ21の断面図を示し、図19(c)に、シールド用板金ハウジング18に収納されたコネクタ21の第2の挿入部21Bに基板13が挿入された時のコネクタ21の断面図を示す。
コネクタ21がシールド用板金ハウジング18に収納された場合には、図19(a)に示すように、シールド用板金ハウジング18の出縁部18Aがコネクタ21のストッパー21Fとコンタクト17の他方端の間に差し込まれる。そして、第1の挿入部21Aから信号変換基板20が挿入されて固定されると、図19(b)に示すように、第1の接触部21Dと接触する信号変換基板20によりコンタクト17がコネクタハウジングの内壁側に押し広げられ、押し広げられたコンタクト17が押当部21Cに押し当てられることにより、第2の接触部21Eに、基板13を挟む方向に与圧が発生する。この与圧によって、コンタクト17とシールド用板金ハウジング18が接触する。したがって、コネクタ21内に並設されている全てのコンタクト17は、等電位になっており、外部からの静電気によりコンタクト17の第1の接触部21Dと接触している信号変換基板20の静電破壊を防ぐことができる。
そして、図19(c)に示すように、基板13が第2の挿入部21Bに挿入されることにより、コンタクト17とシールド用板金ハウジング18が非接触状態となる。そして、基板13は、第2の接触部21Eでしっかりとホールドされる。
また、コネクタ21は、第1の挿入部21Aから信号変換基板20が挿入されて固定された場合に、第1の接触部21Dと接触する信号変換基板20により押し広げられたコンタクト17が突出する開口部21Hと、この突出したコンタクト17をコネクタハウジングの内側に押し戻す押戻部21Iが設けられている構造であっても良い。
ここで、コネクタ21が、図20に示すように、コンタクト17が上下に5個互いに向かい合って並設されてなり、コンタクト17が押し広げられる方向に開口部21Hが設けられており、当該開口部21Hから突出するコンタクト17をコネクタ21内に押し戻す押戻部21Iがねじ止め構造又は接着剤により固定される構成となっている場合について説明する。
コネクタ21は、第1の挿入部21Aから信号変換基板20が挿入されて固定された場合に、コンタクト17が信号変換基板20により押し広げられ、コンタクト17の一部が開口部21Hから外側に突出する(図21(a)、(b))。したがって、信号変換基板20は、コンタクト17にストレスを与えることなくコネクタ21に固定することができる。
そして、コネクタ21に押戻部21Iを押し当てて、開口部21Hから外側に突出しているコンタクト17の一部をコネクタ21のハウジング内に押し戻す(図21(c)、(d))。このとき、押戻部21Iは、ねじ止め構造又は接着剤によりコネクタ21に固定される。また、押戻部21Iをコネクタ21に固定することにより、第2の接触部21Eには、基板13を挟む方向に与圧が発生する。
したがって、基板13は、第2の挿入部21Bから挿入された場合に、第2の接触部21Eによりしっかりとホールドされる(図21(e))。
また、押戻部21Iは、開口部21Hから突出しているコンタクト17の一部をより深くコネクタ21内部に押し戻すために、コンタクト17と接触する部分に凸部が形成されていても良い。さらに、凸部の形状は、接触するコンタクト17の一部と同様の形状であっても良く、これにより、より強固にコンタクト17を固定することができる。
また、押戻部21Iは、開口部21Hから突出しているコンタクト17の一部を収納するために、コンタクト17の一部と接触する部分に凹部が形成されていても良い。これにより、第2の接触部21Eに大きな与圧を発生することができる。
また、図22に示すように、静電対策を図るために、押戻部21Iで固定されたコネクタ21が、シールド用板金ハウジング18内に収納される構成であっても良い。
このような構成の場合には、コネクタ21は、第1の挿入部21Aから信号変換基板20が挿入されて固定された場合に、コンタクト17が信号変換基板20により押し広げられ、コンタクト17の一部が開口部21Hから外側に突出する(図23(a)、(b))。したがって、信号変換基板20は、コンタクト17にストレスを与えることなくコネクタ21に固定することができる。
そして、コネクタ21に押戻部21Iを押し当てて、開口部21Hから外側に突出しているコンタクト17の一部をコネクタ21のハウジング内に押し戻す(図23(c)、(d))。このとき、押戻部21Iは、ねじ止め構造又は接着剤によりコネクタ21に固定される。また、押戻部21Iをコネクタ21に固定することにより、第2の接触部21Eには、基板13を挟む方向に与圧が発生する。
つぎに、コネクタ21の第2の挿入部21Bに基板13と同等の厚みを有するダミー基板を挿入する(図23(e))。第2の接触部21Eは、ダミー基板の挿入により押し広げられ、コンタクト17の他方端がストッパー21Fと非接触状態となる。そして、ダミー基板が挿入された状態で、シールド用板金ハウジング18を挿入する。コネクタ21がシールド用板金ハウジング18に収納されることにより、出縁部18Aが出縁差込部19に差し込まれ、出縁部18Aがコンタクト17とストッパー21Fの間に間挿される。
つぎに、第2の挿入部21Bからダミー基板を抜き出す(図23(f))。ダミー基板を抜き出すことにより、コンタクト17の他方端は、与圧により出縁部18Aと接触状態となる。
そして、基板13が、第2の挿入部21Bに挿入され、第2の接触部21Eによりしっかりとホールドされる(図23(g))。
つぎに、コネクタ21が、図24に示すように、コンタクト17が上下に5個互いに向かい合って並設されてなり、コンタクト17が押し広げられる方向に開口部21Hが設けられており、当該開口部21Hから突出するコンタクト17をコネクタ21内に押し戻す押戻部21Iがスライド機構により固定される構成となっている場合について説明する。
コネクタ21は、第1の挿入部21Aから信号変換基板20が挿入されて固定された場合に、コンタクト17が信号変換基板20により押し広げられ、コンタクト17の一部が開口部21Hから外側に突出する(図25(a)、(b))。したがって、信号変換基板20は、コンタクト17にストレスを与えることなくコネクタ21に固定することができる。また、コネクタ21には、図24に示すように、スライド機構が形成されている。
そして、コネクタ21に形成されているスライド機構に押戻部21Iを差し込み、開口部21Hから外側に突出しているコンタクト17の一部をコネクタ21のハウジング内に押し戻す(図25(c)、(d))。また、押戻部21Iがコネクタ21のスライド機構に差し込まれることにより、第2の接触部21Eには、基板13を挟む方向に与圧が発生する。
したがって、基板13は、第2の挿入部21Bから挿入された場合に、第2の接触部21Eによりしっかりとホールドされる(図25(e))。
また、押戻部21Iは、開口部21Hから突出しているコンタクト17の一部をより深くコネクタ21内部に押し戻すために、コンタクト17と接触する部分に凸部が形成されていても良い。さらに、凸部の形状は、接触するコンタクト17の一部と同様の形状であっても良く、これにより、より強固にコンタクト17を固定することができる。
また、押戻部21Iは、開口部21Hから突出しているコンタクト17の一部を収納するために、コンタクト17の一部と接触する部分に凹部が形成されていても良い。これにより、第2の接触部21Eに大きな与圧を発生することができる。
つぎに、コネクタ21が、図26に示すように、コンタクト17が上下に5個互いに向かい合って並設されてなり、コンタクト17が押し広げられる方向に開口部21Hが設けられており、当該開口部21Hから突出するコンタクト17をコネクタ21内に押し戻す押戻部21Iがラッチ構造により固定される構成となっている場合について説明する。
コネクタ21は、第1の挿入部21Aから信号変換基板20が挿入されて固定された場合に、コンタクト17が信号変換基板20により押し広げられ、コンタクト17の一部が開口部21Hから外側に突出する(図27(a)、(b))。したがって、信号変換基板20は、コンタクト17にストレスを与えることなくコネクタ21に固定することができる。また、コネクタ21には、図26に示すように、押戻部21Iを取り付ける取付部21Jが設けられている。
そして、コネクタ21に形成されている取付部21Jに押戻部21Iを取り付け、開口部21Hから外側に突出しているコンタクト17の一部をコネクタ21のハウジング内に押し戻す(図27(c)、(d))。また、押戻部21Iがコネクタ21の取付部21Jに取り付けられることにより、第2の接触部21Eには、基板13を挟む方向に与圧が発生する。
したがって、基板13は、第2の挿入部21Bから挿入された場合に、第2の接触部21Eによりしっかりとホールドされる(図27(e))。
また、押戻部21Iは、開口部21Hから突出しているコンタクト17の一部をより深くコネクタ21内部に押し戻すために、コンタクト17と接触する部分に凸部が形成されていても良い。さらに、凸部の形状は、接触するコンタクト17の一部と同様の形状であっても良く、これにより、より強固にコンタクト17を固定することができる。
また、押戻部21Iは、開口部21Hから突出しているコンタクト17の一部を収納するために、コンタクト17の一部と接触する部分に凹部が形成されていても良い。これにより、第2の接触部21Eに大きな与圧を発生することができる。
つぎに、コネクタ21が、図28に示すように、コンタクト17が上下に5個互いに向かい合って並設されてなり、コンタクト17が押し広げられる方向に開口部21Hが設けられており、当該開口部21Hから突出するコンタクト17をコネクタ21内に押し戻すとともに、コネクタ21を収納する押戻部21Iにより固定される構成となっている場合について説明する。なお、後述するが、押戻部21Iは、シールド用板金ハウジング18により代替されても良く、また、その内部(コネクタ21と接触する部分)は、静電対策用の絶縁材料18Bで形成されている(図28)。
コネクタ21は、第1の挿入部21Aから信号変換基板20が挿入されて固定された場合に、コンタクト17が信号変換基板20により押し広げられ、コンタクト17の一部が開口部21Hから外側に突出する(図29(a)、(b))。したがって、信号変換基板20は、コンタクト17にストレスを与えることなくコネクタ21に固定することができる。
そして、コネクタ21が押戻部21Iに押し込まれ、開口部21Hから外側に突出しているコンタクト17の一部がコネクタ21のハウジング内に押し戻される(図29(c)、(d))。また、コネクタ21が押戻部21Iに押し込まれることにより、第2の接触部21Eには、基板13を挟む方向に与圧が発生する。
したがって、基板13は、第2の挿入部21Bから挿入された場合に、第2の接触部21Eによりしっかりとホールドされる(図29(e))。
また、押戻部21Iは、開口部21Hから突出しているコンタクト17の一部をより深くコネクタ21内部に押し戻すために、コンタクト17と接触する部分に凸部が形成されていても良い。さらに、凸部の形状は、接触するコンタクト17の一部と同様の形状であっても良く、これにより、より強固にコンタクト17を固定することができる。
また、押戻部21Iは、開口部21Hから突出しているコンタクト17の一部を収納するために、コンタクト17の一部と接触する部分に凹部が形成されていても良い。これにより、第2の接触部21Eに大きな与圧を発生することができる。
また、押戻部21Iは、出縁部18Aが形成されてなるシールド用板金ハウジング18により代替されても良い。なお、シールド用板金ハウジング18の内側は、絶縁材料18Bが形成されている。
このような場合には、コネクタ21は、第1の挿入部21Aから信号変換基板20が挿入されて固定された場合に、コンタクト17が信号変換基板20により押し広げられ、コンタクト17の一部が開口部21Hから外側に突出する(図30(a)、(b))。したがって、信号変換基板20は、コンタクト17にストレスを与えることなくコネクタ21に固定することができる。
つぎに、第2の挿入部21Bから基板13と同等の厚みを有するダミー基板を挿入する(図30(c))。ダミー基板は、ほとんどコンタクト17にストレスを与えることなく挿入される。また、コンタクト17は、ダミー基板の挿入によりさらに開口部21Hから外側に突出することになる。
つぎに、コネクタ21をシールド用板金ハウジング18に収納する(図30(d))。シールド用板金ハウジング18により、開口部21Hから外側に突出していたコンタクト17は、コネクタ21の内側に押し戻され、信号変換基板20及びダミー基板に、所定のばね圧をかけることができる。また、コネクタ21がシールド用板金ハウジング18に収納されることにより、出縁部18Aが出縁差込部19に差し込まれ、出縁部18Aがコンタクト17とストッパー21Fの間に間挿される(図30(e))。
そして、第2の挿入部21Bからダミー基板を抜き出す(図30(f))。ダミー基板を抜き出すことにより、コンタクト17の他方端は、与圧により出縁部18Aと接触状態となる。
そして、基板13が、第2の挿入部21Bに挿入され、第2の接触部21Eによりしっかりとホールドされる(図30(g))。なお、基板13が第2の挿入部21Bに挿入された際に、コンタクト17の他端側と出縁部18Aとは非接触状態となる。
また、コネクタ21の開口部21Hから突出しているコンタクト17を押し戻す押戻部21Iの構成は、上述したもの以外のものであっても良い。例えば、図31に示すように、開口部21Hが設けられている面の両側端部に、貫通穴が設けられた突起部21Kが直立して設けられており、一方の突起部21Kから他方の突起部21Kへ差込棒21Lを差し込んで回転式の板構造となるように、押戻部21Iの側面に貫通穴が設けられている構成であっても良い。
さらに、図32に示すように、開口部21Hが設けられている面の両側端部に、係止部21Mが直立して設けられており、係止部21Mに押戻部21Iが挿入される構成であっても良い。
また、コネクタ21は、図33に示すように、内側に一方端側から他方端側に貫通する貫通穴が設けられ、当該貫通穴に沿って一方端側に配設され、他方端側から突出する一体的なバネ構造で構成されてなるコンタクト17と、コンタクト17を保持する保持部21Gが他方端側に形成されてなる構造の第1のコネクタハウジング部21Nと、内側に一方端側から他方端側に貫通する貫通穴が設けられ、第1のコネクタハウジング部21Nと接続されるときに、第1のコネクタハウジング部21Nの他方端側から突出している部分のコンタクト17を囲う構造の第2のコネクタハウジング部21Oとからなる構成であっても良い。また、図34には、第2のコネクタハウジング部21Oから第1のコネクタハウジング部21Nを見た図を示す。以下に、第1のコネクタハウジング部21Nと第2のコネクタハウジング部21Oが接続される手順を示す。
コネクタ21は、第1のコネクタハウジング部21Nの一方端側から信号変換基板20が挿入されて固定された場合に、信号変換基板20によりコンタクト17の一端側が押し広げられ、押し広げられたコンタクト17の一部が第1のコネクタハウジング部21Nの他方端側に押し当てられ、コンタクト17の他端側に、基板13を挟む方向に与圧が発生する構造である。また、第1のコネクタハウジング部21Nと第2のコネクタハウジング部21Oは、ラッチ構造により接続される。
第1のコネクタハウジング部21Nは、一方端側から信号変換基板20が挿入されて固定された場合に、コンタクト17が信号変換基板20により押し広げられる(図35(a)、(b))。コンタクト17の他端側は、第1のコネクタハウジング部21Nによって囲われていない、いわゆるフリー状態なので、信号変換基板20は、コンタクト17にほとんどストレスを与えることなく第1のコネクタハウジング部21Nに固定される。また、信号変換基板20をコネクタハウジング部21Nに固定することにより、コンタクト17の他端側には、基板13を挟む方向に与圧が発生する。
そして、第1のコネクタハウジング部21Nの他端側に、基板13と同等の厚みを有するダミー基板を挿入する(図35(c))。つぎに、ダミー基板が挿入されている状態で、第2のコネクタハウジング部21Oを第1のコネクタハウジング部21Nに接続する(図35(d))。なお、第1のコネクタハウジング部21Nと第2のコネクタハウジング部21Oとは、ラッチ構造で接続されるものとするが、他の方法によって接続されても良い。
また、第1のコネクタハウジング21Nと第2のコネクタハウジング部21Oが接続された後、ダミー基板が引き抜かれる(図35(e)、(f))。第2のコネクタハウジング部21Oには、コンタクト17の他端側を支持するためのストッパー21Fが形成されているため、ダミー基板が抜かれたときに、コンタクト17の他端側がストッパー21Fで支持される構造となる。そして、ダミー基板が抜かれた後に、基板13が挿入される。
このように、コネクタを前後の2体構造とすることによって、ストレスなしで信号変換基板20をコネクタに固定することができ、基板13が挿入される側に適式に与圧を発生させることができる。
また、コネクタ21は、図36に示すように、上述した2体構造のコネクタを、静電対策を図るために、シールド用板金ハウジング18内に収納される構成であっても良い。また、図37には、シールド用板金ハウジング18から第2のコネクタハウジング部21O、第1のコネクタハウジング部21Nを見た図を示す。以下に、第1のコネクタハウジング部21Nと、第2のコネクタハウジング部21Oが接続され、シールド用板金ハウジング18に収納される手順を示す。
コネクタ21は、第1のコネクタハウジング部21Nの一方端側から信号変換基板20が挿入されて固定された場合に、信号変換基板20によりコンタクト17の一端側が押し広げられ、押し広げられたコンタクト17の一部が第1のコネクタハウジング部21Nの他方端側に押し当てられ、コンタクト17の他端側に、基板13を挟む方向に与圧が発生する構造である。また、第1のコネクタハウジング部21Nと第2のコネクタハウジング部21Oは、ラッチ構造により接続される。
第1のコネクタハウジング部21Nは、一方端側から信号変換基板20が挿入されて固定された場合に、コンタクト17が信号変換基板20により押し広げられる(図38(a))。コンタクト17の他端側は、第1のコネクタハウジング部21Nによって囲われていない、いわゆるフリー状態なので、信号変換基板20は、コンタクト17にほとんどストレスを与えることなく第1のコネクタハウジング部21Nに固定される。また、信号変換基板20をコネクタハウジング部21Nに固定することにより、コンタクト17の他端側には、基板13を挟む方向に与圧が発生する。
そして、第1のコネクタハウジング部21Nの他端側に、基板13と同等の厚みを有するダミー基板を挿入する(図38(b))。つぎに、ダミー基板が挿入されている状態で、第2のコネクタハウジング部21Oを第1のコネクタハウジング部21Nに接続する(図38(c))。なお、第1のコネクタハウジング部21Nと第2のコネクタハウジング部21Oとは、ラッチ構造で接続されるものとするが、他の方法によって接続されても良い。
つぎに、接続された第1のコネクタハウジング部21Nと第2のコネクタハウジング部21Oをシールド用板金ハウジング18に収納する(図38(d))。シールド用板金ハウジング18に収納されることにより、出縁部18Aが第2のコネクタハウジング部21Oに形成されている出縁差込部19に差し込まれ、出縁部18Aがコンタクト17とストッパー21Fの間に間挿される(図38(e))。
そして、ダミー基板が引き抜かれる(図38(f))。ダミー基板が引き抜かれたときに、コンタクト17の他端側が、与圧により出縁部18Aと接触状態となる。
そして、基板13が、第2の挿入部21Bに挿入され、第2の接触部21Eによりしっかりとホールドされる(図38(g))。なお、基板13が第2の挿入部21Bに挿入された際に、コンタクト17の他端側と出縁部18Aとは非接触状態となる。
ここで、信号変換基板20が横型に配置されてなる信号伝送用コネクタ2を用いた伝送システムの構成を図39に示す。一対の信号伝送用コネクタ2が、光ファイバ10によりつながれ、これを、一対のSERDESが実装された基板13と接続することで、データ通信システムを実現する。
また、図40(a)に、コネクタ21部分の断面図を示し、図40(b)に、基板13側のコネクタ受け部分の断面図を示す。なお、上述したコネクタ21に固定された信号変換基板20と光ファイバ10は、一体のコネクタハウジング22内に実装されているものとする。また、光ファイバ10の端部はフード23で覆われており、コネクタ21と信号変換基板20は、EMI(Electro Magnetic Interference)対策のための電磁シールドと、発生した熱を放熱させるための放熱板を兼用するシールド用板金ハウジング18で囲われている。また、光ファイバ10は、光信号を伝送するための光ファイバと、当該光ファイバを覆うテンションメンバと、当該テンションメンバを覆うゴム等の被覆線とからなっており、シリコン基板に固定するために、テンションメンバをシリコン基板に貼り付けている。
また、基板13は、コネクタ21を受ける(挿抜される)ハウジング25が搭載されており、当該ハウジング25はシールド用の金属板金で形成されている。なお、ハウジング25を基板側に延長して面積を拡大するようにすれば、放熱特性を向上することができる。また、信号伝送用コネクタ2が基板13に接続された場合、信号伝送用コネクタ2に形成されている板金と基板13に形成されている板金とが金属的に接触するので、信号伝送用コネクタ2が発する熱を基板13側の受け用板金に効率よく伝達することができ、放熱特性を向上することができる。
このように構成される信号伝送用コネクタ2は、光ファイバ10を固定し、所定の信号変換を行う信号変換基板20と、信号変換基板20が固定的に接合される第1の挿入部21Aと、SERDESチップ13Aが実装されている基板13を挿脱可能に接続する第2の挿入部21Bを有するコネクタ21とを備えるので、信号変換基板20に実装されている光電変換素子16AとSERDESチップ13Aを電気的に最短距離で結ぶことができ、従来のように、高周波特性悪化の要因となっていた突起部(スタブ)が形成されているSFPコネクタ端子や、メンテナンスが困難なフェルールを用いないので、高周波数帯域までほとんど損失させることなく信号透過特性を維持することができる。
また、基板13がコネクタハウジング22に挿入されるときには、まず、シールド用板金ハウジング18とハウジング25が接触(ショート)する。したがって、もし、コネクタハウジング22が帯電していても、この接触により放電することができる。また、同時に、コネクタハウジング22のグランドと基板13のグランドの電位を共通にさせることにもなる。なお、ハウジング25は、接地(グランド)されている。
また、シールド用板金ハウジング18とハウジング25が接触した後、さらに基板13をコネクタハウジング22に挿入することにより、基板端によりコンタクト17が持ち上げられ、コンタクト17とシールド用板金ハウジング18との接触状態が解除される。そして、基板13の接続用パターンとコンタクト17が接触することにより、基板13とコネクタハウジング22の接続が完了する。
また、基板13上に形成されている接続用パターンは、活線挿抜を考慮して、グランド用パターン(以下、グランド線という。)が最初に接触し、次いで電源用パターン(以下、電源線という。)、信号用パターン(以下、信号線という。)という順序でコンタクト17と接触する構造となっている。したがって、コンタクト17にグランド線が最初に接触することにより、基板13と信号変換基板20の電位を同一のものにし、その後、電源線及び信号線が接触することとなり、回路にダメージを与えない接続シーケンスになっている。
また、信号伝送用コネクタ1,2は、図41に示すように、光ファイバ10を固定し、所定の信号変換を行う信号変換基板30のみで構成されていても良い。このような場合には、コネクタ31は、信号変換基板30が挿脱可能に接続される第3の挿入部31Aと、SERDESチップが実装されている基板13と固定的に接合される第4の挿入部31Bを有する。
信号変換基板30は、光信号を送受信する光トランシーバであって、シリコン基板上にV溝が形成され、光ファイバ10と光導波路とが当該V溝に沿って高精度に結合され、かつ、光導波路の端面に形成されている45°のミラーにより、基板上に実装された光電変換素子30Aと光ファイバ10とがカップリングされる。
ここで、図42(a)に、コネクタ31の第4の挿入部31B側に基板13が接合された後、第3の挿入部31Aに信号変換基板30が挿入される前のコネクタ31の断面図を示し、図42(b)に、第3の挿入部31Aに信号変換基板30が挿入された時のコネクタ31の断面図を示す。信号変換基板30と基板13とを固定し、電気的に導通させるコネクタ31のコンタクト17は、図42(a)、(b)に示すように、支点位置が第4の挿入部31B側に寄っている。したがって、第3の挿入部31Aに形成されているコンタクト17の端部には、梃子の原理により基板13をしっかりとホールドするように圧力がかかる。また、図43には、基板13側からコネクタ31及び信号変換基板30を見た図を示す。
また、コネクタ31には、基板13と係合される係合部Bが形成されており、基板13には、係合部Bと係合される係合孔Cが形成されている。係合部Bと係合孔Cとは半田付けにより結合される。
高域周波数においては、コネクタ端子と基板間のインピーダンスマッチングも無視できない劣化要素となり、コネクタ端子がハウジングから突出している場合には、コネクタと基板の接触部の誘電率が変化し、インピーダンスのミスマッチを起こす場合がある。したがって、上述のように、コネクタ端子をハウジングから飛び出させることなく基板と結合する構造にすると、接触部における誘電率の変化が起こらないため、インピーダンスのミスマッチの問題を回避することができ、周波数特性を向上することができる。
また、基板13に固定的に接合されたコネクタ31に、信号変換基板30を接続する伝送システムの構成を図44に示す。信号変換基板30を有する一対の信号伝送用コネクタ3が、光ファイバ10によりつながれ、これを、一対のSERDESが実装された基板13と接続することによりデータを送受信するシステムを実現する。
ここで、図45(a)に、信号伝送用コネクタ3の信号変換基板30の断面図を示し、また、図45(b)に、コネクタ31が接合されている基板13の断面図を示す。図45(a)に示すように、光ファイバ10の端部は、フード31で覆われており、信号変換基板30は、一体のハウジング32内に実装されており、EMI対策のために電磁シールドと、発生した熱を放熱させるための放熱板を兼用する金属板金33で囲われている。また、光ファイバ10は、光信号を伝送するための光ファイバと、当該光ファイバを覆うテンションメンバと、当該テンションメンバを覆うゴム等の被覆線とからなっており、シリコン基板に固定するために、テンションメンバをシリコン基板に貼り付けている。
一方、基板13は、信号変換基板30を受けるハウジング34がコネクタ31を覆うように搭載されており、当該ハウジング34は金属板金で形成されている。なお、ハウジング34を基板側に延長して面積を拡大するようにすれば、放熱特性をさらに向上させることができる。また、信号変換基板30が基板13に固定されているコネクタ31に接続された場合、信号変換基板30に形成されている板金と、基板13に形成されている板金とが金属的に接触するので、信号変換基板30が発する熱を基板13側の受け用板金に効率よく伝達することができ、放熱特性を向上することができる。
このように構成される信号伝送用コネクタ3は、光ファイバ10を固定し、所定の信号変換を行う信号変換基板30を備え、SERDESチップ13Aが実装されている基板13に接合されているコネクタ31に接続されるので、信号変換基板30に実装されている光電変換素子16AとSERDESチップ13Aを電気的に最短距離で結ぶことができ、従来のように、高周波特性悪化の要因となっていた突起部(スタブ)が形成されているSFPコネクタ端子や、メンテナンスが困難なフェルールを用いないので、高周波数帯域(20GHz)までほとんど損失させることなく信号等化特性を維持することができる。
また、本発明に係る信号伝送用コネクタが接続される基板13は、図46(a)に示すように、信号伝送用コネクタが挿入される突起部Aが形成されている。なお、突起部Aには、電気信号を送受信するための所定のパターンが形成されている。
ところで、基板を製作する過程において、図46(a)に示すような突起部Aを形成すると、左右の部分は切り捨てる必要があり、資源を無駄にしてしまう。そこで、図46(b)に示すように、信号伝送用コネクタの外観形状に沿って突起部Aの周辺に凹状の切り欠き部Dを形成しておく。こうすることにより、資源を有効利用することができる。
また、図47に示すように、子基板40上にSERDESチップ13Aを実装させ、当該子基板40を親基板上にリードフレームにより接合する構造であっても良い。この構造では、親基板に突起部Aや切り欠き部Dを形成する必要がなく、資源を有効に利用することができる。
また、図48に示すように、子基板41上にSERDESチップ13Aを実装させ、当該子基板41をボードコネクタ42により親基板上に接合する構造であっても良い。
また、使用する信号が多チャンネルになり、SERDESチップ13Aの端子数が多くなるとインターポーザを利用する場面が増えてくる。そこで、例えば、図49に示すように、インターポーザ43にSERDESチップ13Aを実装させ、インターポーザ43をコネクションとして親基板上に接合する。このような構造にすることにより、インターポーザ43に形成した接続用パターンに信号伝送用コネクタを接続することで、配線長、インピーダンスの不適合及び半田ボール部のインピーダンス不適合を無くすことができる。また、信号伝送用コネクタを結合するためのハウジング44を取付ビス45により基板13に設置しても良い。
なお、図46の構造においても、図49に示したようなハウジング44を設置しても良い。
また、信号伝送用コネクタは、図示しないレーザ光源、アンプ、ドライバ等の消費電力が大きなチップが実装されており、特に、高周波数の信号を伝送する際には大きな電力が必要となり、高熱を発してしまう。
そこで、本願発明では、図50及び図51に示すように、基板に接合されたハウジングに放熱機構を設けることとしている。図50及び図51に示したハウジングは、全部または一部に熱伝導性の良い素材、例えば、金属材料で組成されており、これに放熱機構を持たせることで、ハウジングに接触した信号伝送用コネクタから発せられる熱を放熱させる構造になっている。
また、図50に示したハウジングは、表面に多数の穴Eが開けられて放熱フィン構造が形成されており、放熱性能を改善する構造になっている。例えば、周囲が電磁シールドを兼ねた金属板で囲われている信号伝送用コネクタが基板に挿入された場合、信号伝送用コネクタを囲っている金属板と、基板側のハウジングの金属部を接触させる構造にすることにより、さらに放熱特性を改善することができ、かつ、ノイズ対策にもなる。なお、図50に示したハウジングは、基板に実装されているSERDESチップ13Aから発せられた熱も放熱するように、SERDESチップ13Aもハウジングに含まれるようにしている。
また、図51に示したハウジングは、上方に別体の放熱フィンFを付加した構造である。
このようにして、SERDESチップ13Aが実装された基板に、放熱機構を有するハウジングを設けることにより、信号伝送用コネクタ側の放熱機構を減らすことができ、結果として、信号伝送用コネクタを小型化することができる。
ここで、従来のコネクタによる場合の信号の流れと(図52)、本発明に係るコネクタによる場合の信号の流れ(図53)を比較して示す。
図52に、従来のコネクタのブロック図を示す。マザー基板13には、SERDESチップ13Aと、SFP(XFP)コネクタ50が実装されている。また、光トランシーバ51は、SFP(XFP)コネクタ50を介してマザー基板13から供給された電気信号を光信号に変換する電気光変換部52と、電気光変換部52で変換された光信号を集光等する第1の光学系53と、第1の光学系53と光ファイバを接続する第1の光コネクタ104と、光ファイバと接続される第2の光コネクタ55と、第2の光コネクタ55から出射された光信号を集光等する第2の光学系56と、第2の光学系56から供給される光信号を電気信号に変換する光電気変換部57とを備える。
電気光変換部52は、電気信号を光信号に変換するLD(Laser Diode)部52Aと、LD部52Aを駆動するLDD(Laser Diode Driver)部52Bからなっている。また、光電気変換部57は、光信号を電気信号に変換するPD(Photo Diode)部57Aと、PD部57Aから出力された電気信号を電圧信号に変換し、電気信号の波形整形を行うTIA(Transimpedance Amplifier)/LA(Limiting Amplifier)部57Bとからなる。
また、SFP(XFP)コネクタ50は、一般的に、光トランシーバ51が接続される際のガイドと、静電破壊を防止するための電磁シールドと、発生した熱を放熱する役割を果たす板金で覆われている。
また、図53に、本発明に係るコネクタのブロック図を示す。マザー基板13には、SERDESチップ13Aが実装されている。また、一体型光トランシーバ60は、トランシーバと光ファイバが一体的に構成されており、基板13が挿入されるコネクタ12,21と、コネクタ12,21を介してマザー基板13から供給された電気信号を光信号に変換する電気光変換部61と、電気光変換部61で変換された光信号を集光等し、光ファイバに出射する第1の光学系62と、光ファイバから入射された光信号を集光等する第2の光学系63と、第2の光学系63から供給される光信号を電気信号に変換する光電気変換部64とを備える。
電気光変換部61は、電気信号を光信号に変換するLD部61Aと、LD部61Aを駆動するLDD部61Bからなっている。また、光電気変換部64は、光信号を電気信号に変換するPD部64Aと、PD部64Aから出力された電気信号を電圧信号に変換し、電気信号の波形整形を行うTIA/LA部64Bとからなる。
したがって、本発明に係るコネクタでは、トランシーバと光ファイバは一体構造となっているので、従来必要とされていた第1の光コネクタ104及び第2の光コネクタ55を必要とせず、また、SFP(XFP)コネクタ50に代えて、コネクタ12,21を用いる。
また、一体型光トランシーバ60を小型化するために、LDD部61Bを基板13側に設ける構成であっても良い。しかし、一般的に、LD部61Aには、静電対策用のダイオードを構成することは困難であり、LDD部61BとLD部61Aを分離してしまうと、LD部61Aの静電対策が脆弱化してしまう問題がある。
一方で、本発明に係るコネクタを用いると、上述したように非常に良好な静電対策を実現できるので、LDD部61BとLD部61Aとを分離して構成することができる。したがって、LDD部61Bを一体型光トランシーバ60に設けない構成にした場合、構成要素の小規模化を図ることができるので、トランシーバの小型化が実現でき、また、ローコスト化を実現できる。また、LDD部61Bの消費電力は大きいので、光トランシーバ全体の発熱量を減らすことができ、これもトランシーバの小型化及び信頼性の改善に貢献することができる。
また、LDD部61Bには、搭載されているLD部61Aに対応するバイアス電流値、変調電流値等の情報を入力するのが一般的であるが、LDD部61Bが基板側に実装される構成では、光トランシーバが他の光トランシーバに交換された場合に生じるパラメータ変化に対応することが困難である。
そこで、図54に示すように、一体型光トランシーバ60に可変抵抗器65を設け、可変抵抗器65から出力された情報を、コネクタ12,21を介して基板13に搭載されているLDD部61Bに供給する構成にすることにより上述した問題を解決する。
LDD部61Bには、LD部61Aのバイアス電流値、変調電流値等の情報が電圧値として入力されるので、可変抵抗器65を、予め、LD部61Aのパラメータに適合する電圧になるように調整しておく。したがって、コネクタ12,21に基板13が挿入されたときに、可変抵抗器65からLDD部61Bに電圧値を供給するので、光トランシーバが交換されてLD部61Aのパラメータが変化した場合にも対応することができる。また、可変抵抗器の代わりにレーザトリミングの抵抗器等を用いても良い。
また、図55に示すように、一体型光トランシーバ60は、LD部61Aのパラメータを記憶したEEPROM66を備えるような構成であっても良い。このような構成にすることにより、コネクタ12,21に基板13が挿入されたときに、基板13に搭載されているCPU67がEEPROM66からLD部61Aのパラメータを読み出し、読み出したパラメータに基づいて、D/A変換部68でD/A変換し、D/A変換した値をLDD部61Bに供給する。また、EEPROMをシリアルタイプのものにすることにより、信号線の数を節約できるので、コネクタ12,21に並設されるコンタクト17の数を減らすことができる。
したがって、本発明に係るコネクタは、内側に一方端側から他方端側に貫通する貫通穴が設けられ、当該貫通穴に沿って一方端側から他方端側に一体的なバネ構造で構成されてなるコンタクト17が配設され、コンタクト17が押し当てられる押当部12C,21Cが形成されてなる構造のコネクタハウジングからなっており、コンタクト17が、第1の挿入部12A,21Aから挿入される信号変換ブロック11、信号変換基板20と接触する第1の接触部12D,21Dと、第2の挿入部12B,21Bから挿入される基板13と接触する第2の接触部12E,21Eとが形成されており、また、押当部12C,21Cが、第1の接触部12D,21Dと第2の接触部12E,21Eの間に形成されている。ゆえに、本発明に係るコネクタからなる信号伝送用コネクタは、高周波帯域(20GHz)以上までフラットな信号透過特性を実現でき、40Gbps程度のデータ転送が可能である。さらに、従来のSFPコネクタを利用する信号伝送用コネクタにより10Gbps程度のデータ伝送を行う場合に必須であった波形整形のためのバッファー回路等が不要になり、システムの小型化が実現でき、ローコスト化を実現できる。
また、コネクタの一方端側から挿入される基板13は、第2の接触部12E,21Eと規定の回数挿抜を行える構成であるので、挿抜の際の摺動によってセルフクリーニング効果による信頼性を改善することもできる。
近年、LCD(Liquid Crystal Display)やPDP(Plasma Display Panel)といったいわゆるフラットパネルテレビの普及が加速している。これらテレビはその特徴である薄型を強調しやすい、ディスプレイ部分(以下、Sink側という。)とチューナーを内蔵した本体部分(以下、Source側という。)を分離した形式採用する製品ラインナップが登場している。
Source機器とSink機器間の伝送規格としては、主にコンピュータ系で普及しているDVI(Digital Visual Interface)とコンスーマー領域で今後大きく普及していくと予想されているHDMI(High-Definition Multimedia Interface)規格がある。どちらの規格も高速伝送部分の符号化にはTMDS(Transition Minimized Differential Signals)方式を採用している。
TMDS方式は赤(R)、緑(G)、青(B)のチャネル毎のデータ伝送路と、1チャネルのクロック伝送路を設けて、赤(R)、緑(G)、青(B)の各チャネルの画像信号がベースバンドで伝送される方式である。これとは別に高速シリアルバスよりも伝送速度の遅い双方向シリアル伝送路であるI2C(Inter-Integrated Circuit)バスを有しており、このI2CバスがVESA(Video Electronics Standards Association)で策定したプラグアンドプレイ用のDDC(Display Data Channel)規格用伝送路として用いられている。
従来からSource機器とSink機器を結ぶ伝送媒体としてメタル線が使用されてきている。
しかしながら、より鮮明な画像をより大画面で楽しみたいという人間の欲求に対しては伝送容量の増大が避けられない。従来のメタル線では高速伝送になるにつれ、信号が減衰しやすくビットエラーが生じるため、伝送距離は数メートル程度に限られてしまうという欠点があった。
さらに、信号の減衰を少しでも抑制しようとするあまり線材径を太くせざるを得ないという状況に加え、高速になるにつれメタル線が受ける電磁波の影響が大きくなるためシールド対策も必要に迫られ、伝送距離を伸ばせたとしてもその外見や取り扱いやすさは大きな犠牲を強いられていた。
また、このような対策を施したとしても、ノイズの流入又は流出や、回路の作りこみといったアナログ的な要因により、ある機器には正常に動作するが別の機器では正常に動作しない、といった相性問題を抱えていた。高速伝送になるにつれ問題はさらに顕在化してくると考えられる。
また、実際の配置を考えてみると壁掛けにした際、本体部分はAVラックといったDVD等の周辺機器を同時に収納する箇所にまとめて設置され、ディスプレイとは離れた場所に位置することが多い。現在、主流となっている伝送方式で製品化する場合、いくらLCDやPDP自体が薄くとも壁掛けにした時点で上述のような外見が太くて取り扱いづらいメタルケーブルが壁からぶら下がってしまうと美観を損ね、結果的に商品価値を損ねてしまうという欠点がある。
一方、このようなメタル線の欠点を克服すべくコンピュータディスプレイと本体を接続する手段として特開2002−366340号公報のような光素子とファイバを用いた遠距離伝送方式が提案されているが、低速の双方向通信にはメタル線を使用するため、高速信号伝送に光ファイバを使用してもその伝送距離はメタル線の減衰距離に依存する上、メタル線を使う以上ケーブル径の増大は否めない。また、特開2003−273834号公報では、低速双方向通信にメタル線を使用せず長距離化を可能とするものであり、赤(R)、緑(G)、青(B)、クロック、低速用に各1本ずつ光ファイバを使用するのではなく、波長多重の技術によって使用本数を削減している。しかし、波長ごとに異なるLDが必要なのはもちろんのこと、合波又は分波も必要となるが、電気部品に比べコストが高く、システム全体として民生用に受け容れられる価格帯での製造は極めて困難となってしまうといった問題を抱えている。
また、光ファイバとの接続は、通常、例えばLCコネクタ、SCコネクタといった業界標準の光コネクタを採用していることがほとんどである。しかし、光システムを家庭内に導入する場合を考えると、光コネクタは次のような理由により好ましくない。
第一に、安全上の問題がある。光コネクタであるためシステム側との接続する場合、ユーザが光を直接覗き込んでしまうことが考えられる。通常、アイセーフティが考慮されており直視した場合でも問題ないような設計となっているものの、直視してしまうような状況となること自体、家庭内では望ましくない。
第二に、コネクタの挿抜にともなう光量減衰問題がある。光コネクタには高い実装精度が要求されており、接合間に異物が混入すると光量減衰を招いてしまう。挿抜にともない埃や手の油分の付着といった端面汚濁、さらには端面損傷が十分考えられる。従来、専門知識を持った業者が扱うことしか想定していないので、端面クリーニングを施す等で対策していたが、一般ユーザには伝送線の接続のたびに端面クリーニングをするという行為自体煩わしい。光コネクタはコンスーマーに広く普及させるうえで障害になる。したがって、従来は、端面汚れ等不確定な光量損失を見込んで設計しなければならず、光伝送システムの設計マージンを圧迫していた。
第三に、コストの問題がある。高速伝送用に用いられる光ファイバは一般的にガラスファイバが使用されるが、そのコア径は50um〜62.5umである。このコアに光を結合させなければならないため、必然的に実装精度はミクロンオーダーとなってしまう。さらに部品点数も多くなるため、コスト高となってしまう。光コネクタにかかるコスト上昇分は電気部品のそれよりもはるかに高い。家庭内に広く普及させるためには低コスト化は必須である。
以上のような理由により、光コネクタはコンスーマー領域への普及に対し大きな足かせとなっていた。
本発明はこれらの問題点の低減を図ることを目的としてなされたものである。
そこで、本発明では、LCDやPDPに代表されるフラットパネルディスプレイ(Sink機器)とチューナー内蔵本体(Source機器)間の接続において、取り扱い性に優れた光モジュールを提供し、美観を損なうことなく、高解像度の映像信号伝送可能な光伝送システムを提供することも目的の一つとしている。
ここで、第1の実施形態(外付け型)として、信号送受信システムの全体構成図を図56に示す。なお、信号送受信システムは、現行製品に搭載されているI/Fをそのまま使用できる利点があり、また、テレビ信号(映像信号および音声信号)S1が送信機(Source機器)に入力され、入力されたテレビ信号S1の中から、送信機内部にあるチューナー回路によって指定されたチャンネルのテレビ信号を選択して増幅される形態であっても良いし、DVD(Digital Versatile Disc)やHDD(Hard Disc Drive)等のストレージメディアから読み出した信号S2が入力される形態であっても良い。
信号送受信システムは、信号S1,S2が入力される送信機(Source機器)70と、信号S1,S2を受信する受信機(Sink機器)71と、送信機70と受信機71の間における信号の送受信に利用される信号伝送用ケーブル72とから構成される。
信号伝送用ケーブル72は、図57に示すように、両端に外付けユニット73,74を有している。外付けユニット73は、RGB I/Fコネクタ75と、制御信号I/Fコネクタ76と、RGB I/Fデバイス77と、論理回路部(Logic)78と、SERDESチップ13Aと、光モジュール79を備え、送信側となるSource機器70が接続される。また、外付けユニット74は、RGB I/Fコネクタ80と、制御信号I/Fコネクタ81と、RGB I/Fデバイス82と、論理回路部(Logic)83と、SERDESチップ13Aと、光モジュール84を備え、受信側となるSink機器71が接続される。
また、外付けユニット73は、Source機器70から供給されたRGB信号がRGB I/Fコネクタ75、RGB I/Fデバイス77を介してLogic78に供給され、一方、Source機器70から供給された制御信号(リモコン等の信号)が制御信号I/Fコネクタ76を介してLogic78に供給される。Logic78は、RGB信号と制御信号とを合成(多重化)し、SERDESチップ13Aに供給する。SERDESチップ13Aは、供給された合成信号をシリアライズ(シリアル信号化)し、光モジュール79に供給する。光モジュール79は、本発明に係る信号伝送用コネクタ1,2,3であって、SERDESチップ13Aから供給された信号(電気信号)を光信号に変換し、変換後の光信号を光ファイバを介して高速に他方の外付けユニット74に送信する。
また、外付けユニット74は、光ファイバを介して高速に供給される光信号をLogic83により制御されている本発明に係る信号伝送用コネクタ1,2,3である光モジュール84で受信し、受信した光信号を電気信号に変換し、変換後の電気信号をSERDESチップ13Aに供給する。SERDESチップ13Aは、供給された電気信号をデシリアライズ(パラレル信号化)し、Logic83に供給する。Logic83は、供給された信号(多重化されているRGB信号及び制御信号)をRGB信号と制御信号に分離し、RGB信号をRGB I/Fデバイス82に供給し、制御信号を制御信号I/Fコネクタ81に供給する。RGB I/Fデバイス82は、供給されたRGB信号をRGB I/Fコネクタ80へ供給する。Sink機器71は、RGB I/Fコネクタ80からRGB信号を受信し、制御信号I/Fコネクタ81から制御信号を受信する。
また、Sink機器71からSource機器70へ低速(数十Mbps程度)ではあるが、上り信号も存在する。Sink機器71から制御信号が制御信号I/Fコネクタ81を通じて下り信号とは逆の順路で光モジュール84へと伝送される。一方の外付けユニット73の光モジュール79により光信号に変換された後、光ファイバを経由しSource機器70に供給される。外付けユニット73は、外付けユニット74から供給された信号を光モジュール79により、電気信号に変換し、RGB I/Fコネクタ75及び制御信号I/Fコネクタ76へと伝送し、Source機器70内の受信回路に伝送される。
また、Source機器70及びSink機器71は、外付けユニット73,74を接続するためのインターフェースの形状がメス型となっており、また、外付けユニット73,74は、各機器と接続するためのインターフェースの形状がオス型となっている。したがって、Source機器70と一方端の外付けユニット73、Sink機器71と他方端の外付けユニット74は、直接嵌合する形態をとる。
但、外付けユニット73がある程度奥行きを持つ場合、Source機器70との接続には直接嵌合する形態ではなく、短い中継ケーブル(数十cm程度)を介して接続した方がよい場合があるので、使用状況に応じた形態であっても良い(図58)。
このように第1の実施の形態では、一般的なコア径50umのマルチモードファイバの場合で100m以上の伝送も可能となり、加えて従来よりも細くしなやかで美観に優れた配線を提供することが可能となる。
つぎに、第2の実施形態について説明する。第2の実施の形態は、信号伝送用ケーブル72の両端に、光モジュール79,84のみが形成されているパターンである(図59)。なお、光モジュール79,84は、上述した本発明に係る信号伝送用コネクタ1,2,3に対応するものである。
信号の流れは、図60に示すように、上述した第1の実施形態と同じであるが、信号伝送用ケーブルの両端部を光モジュールにすることによって、Source機器及びSink機器にSERDESチップ以降を取り込むため、コネクタ類の冗長部品を削減できる。また、外付けユニットが不要となり大幅にサイズを減少することができ、ユーザの利便性が向上する。
また、Source機器70と嵌合する一方側の外付けユニット73の光モジュール79のLD部は、性能および価格の面で波長850nmのVCSEL(Vertical-Cavity Surface Emitting Lasers)が有力候補であるが、ファブリペローレーザでも構わない。
また、LDD部により変調された光信号は、映像信号のベースバンド信号を含むため、例えば、1080p@60Hzの場合で4.5Gbps相当となる。したがって、Source機器70と接続される側の光モジュール79のLDD部及びLD部は、高速デバイスを使用する必要がある。
また、Sink機器71と嵌合する他方側の外付けユニット74の光モジュール84は、受信した光信号をPD部で受光し、直ちにTIA部で電圧信号に変換し、変換後の電圧信号をLIA部で波形整形し、Sink機器71に伝送する。
ところで、両光モジュール79,84は、低速上り信号の伝送(Sink機器71からSource機器70への信号伝送)も担う。低速上り信号伝送に関わるSink機器71と嵌合する他方側の光モジュール84のLDD部、LD部や、Source機器70と嵌合する一方側の光モジュール79のPD部、TIA部、LIA部は、高速デバイスを必要とせず、安価な低速デバイスを使用することができる。
さらに、光モジュール79,84は、電気光変換及び光電気変換をモジュール内部で完結することができるので、各デバイスのパッケージサイズを大きくても4mm×4mm程度以下とすることができ、モジュール内にその他LSI等を含まないため光モジュール全体のサイズ小さくできる利点がある。
また、光ファイバの芯線は、ファイバ結合ブロックにてLD部又はPD部に結合し光軸調整を行う。なお、図61に示すように光ファイバは、通常、テンションメンバと呼ばれる張力対策線材(鋼線、ケプラ等)が被覆内に設けられているため、光ファイバ自体の固定には例えばモジュール筐体、あるいは内部で接着等によって固定する。光ファイバ部分は、上述の通り固定されており着脱することはできない。
また、信号伝送用ケーブル72(図62(a))は、結合する際には、1芯ファイバで双方向伝送しても良いし(図62(b))、上り信号、下り信号それぞれ1芯ずつ計2芯のファイバで構成しても構わない(図62(c))。このように、光モジュール79,84は、内部で光が終端されて外部には漏洩しない構造となっていることが特徴である。したがって、家庭内に普及した際に懸念されるアイセーフティや、光ファイバ端面の汚濁損傷問題が軽減され、ユーザに光を意識させることなく、高速伝送媒体提供が可能となる。
また、インターフェースとなる光モジュール79,84は、高速なベースバンド伝送でも対応できるよう数Gbps以上の特性を有する高速モジュールである。図63に外観を示す。光モジュール79,84は、内部デバイスを駆動できる程度(1A程度)の電源供給可能な電源端子及びGND端子を有し、少なくとも、信号端子とを併せて、計6本以上の電極で構成される。機器間の信号の分離や電源の強化等を考慮し、さらに電源及びGND端子を付加しても良い。なお、光モジュール79,84は、インターフェースがオス型形状であっても良いし(図63(a))、メス型形状であっても良い(図63(b))。また、図示しないが、本体側のコネクタの実装はシリアライザおよびデシリアライザの信号端子と最短距離となるよう実装される。
上述のように光モジュール79,84は、構造がシンプルであるので、小型化に適している。光モジュール79,84のインターフェースで挿抜可能であるため、例えばSource機器がAVラック等の中に収納されておりコード取入れ口が数cmであるような場合においても、光モジュール部だけ取入れ口を通過すればSource機器70及びSink機器71の接続は可能となる。外付けユニットに付随して使用する場合においても取り扱い性に優れる。
つぎに、第3の実施形態について説明する。第3の実施形態は、光モジュール79,84が各機器に固定される形態である(図64)。光モジュール79,84により着脱しなくても良い構成に使用される。なお、図64では、光モジュール79は、外付けユニット73と一体的に構成され、また、光モジュール84は、外付けユニット74と一体的に構成されている。このような構成によると、光モジュール79,84での着脱が不要となるため、部品点数が減り低コストで美観に優れた配線を提供することができる。また、第1の実施形態と同様に、Source機器70との接続部分に短い中継ケーブルを介した接続であっても良い(図65)。
したがって、第1の実施形態乃至第3の実施形態にすることにより、目立つことなく美観に優れ、かつ高解像度の映像信号に適用可能なスケーラビリティのある配線システムを提供できる。また、信号伝送用ケーブルの両端を光モジュールで構成することにより、アイセーフティに一層配慮が可能となり、光ファイバ端面の汚濁、損傷等を考慮する必要がなく、光学設計マージンに余裕を持たすことができ、インターフェースがコネクタ形状であるため、従来どおりの使い勝手を提供することができ、さらに、メタル線の伝送距離限界をはるかに上回る伝送距離を提供できる。
また、Source機器からSink機器に伝送する信号を光にすることで、ケーブルを媒介してノイズの流出入を低減させることができ、EMI対策に要する設計工数削減及びコスト削減が期待でき、また、DVIに代表されるような機器間の接続相性問題がなくなり、また、更なる高解像度対応となった場合でも、光のスケーラビリティによって、長距離化してもケーブル径を太くすることなく美観に優れた光伝送システムを提供できる。
なお、本発明は、図面を参照して説明した上述の実施例に限定されるものではなく、添付の請求の範囲及びその主旨を逸脱することなく、様々な変更、置換又はその同等のものを行うことができることは勿論である。
1,2,3 信号伝送用コネクタ、10 光ファイバ、11 信号変換ブロック、12,21,31 コネクタ、12A,21A 第1の挿入部、12B,21B 第2の挿入部、13 基板、14 固定部、15 モールドレンズ部、16 光電変換基板、16A 光電変換素子、17 コンタクト、20,30 信号変換基板、22 コネクタハウジング、23 フード、24,33 金属板金、25,32,34 ハウジング、31A 第3の挿入部、31B 第4の挿入部
Claims (22)
- 内側に一方端側から他方端側に貫通する貫通穴が設けられ、当該貫通穴に沿って一方端側から他方端側に一体的なバネ構造で構成されてなる接続端子が配設され、上記接触端子が押し当てられる押当部が形成されてなる構造のコネクタハウジングからなり、
上記接続端子は、一方端側から挿入される第1の基板と接触する第1の接触部と、他方端側から挿入される第2の基板と接触する第2の接触部とが形成され、
一方端側から上記第1の基板が挿入されて固定された場合に、上記第1の接触部と接触する上記第1の基板により上記接触端子が上記コネクタハウジングの内壁側に押し広げられ、押し広げられた当該接触端子が上記押当部に押し当てられ、上記第2の接触部に、上記第2の基板を挟む方向に与圧が発生することを特徴とするコネクタ。 - 上記接続端子は、上記第1の基板及び上記第2の基板に対して、上下方向から接触するように対面構造をなしていることを特徴とする請求項1記載のコネクタ。
- 上記コネクタハウジングの他方端側には、上記接触端子の端部を係止するストッパーが形成されており、
上記第1の基板が一方端側に挿入された場合に、与圧によって上記接続端子の端部が上記ストッパーで係止されることを特徴とする請求項1記載のコネクタ。 - 上記コネクタハウジングの一方端側は、上記第1の接触部とサイド電極を介して接触される縦型基板構造からなる上記第1の基板が挿入される幅広構造であることを特徴とする請求項1記載のコネクタ。
- 上記コネクタハウジングの一方端側は、上記第1の基板が挿入された場合、当該第1の基板が半田付けにより固定されることを特徴とする請求項1記載のコネクタ。
- 上記コネクタハウジングは、上記第1の基板が一方側に挿入された場合に、上記接続端子が押し広げられる方向に開口部が形成されており、
一方の側から上記第1の基板が挿入されて固定された場合に、上記第1の接触部と接触する上記第1の基板により上記コネクタハウジングに形成されている上記開口部から突出している上記接触端子を上記コネクタハウジングの内側に押し戻す押戻部を備えることを特徴とする請求項1記載のコネクタ。 - 上記押戻部は、ラッチ構造により上記コネクタハウジングに固定されることを特徴とする請求項6記載のコネクタ。
- 上記押戻部は、上記コネクタハウジングとねじ止め構造又は接着剤により固定されることを特徴とする請求項6記載のコネクタ。
- 上記コネクタハウジングは、上記開口部を覆うスライド機構を備えており、
上記押戻部は、上記スライド機構に差し込むことにより固定されることを特徴とする請求項6記載のコネクタ。 - 上記押戻部は、内側が絶縁材料で形成されてなり、上記コネクタハウジングを包み込む囲い枠構造からなることを特徴とする請求項6記載のコネクタ。
- 上記コネクタハウジングは、上記開口部が設けられている面の両側端部に、貫通穴が設けられた突起部が直立して設けられており、
上記押戻部は、上記一方の突起部から上記他方の突起部へ差込棒を差し込んで回転式の板構造となるように、側面に貫通穴が設けられていることを特徴とする請求項6記載のコネクタ。 - 上記押戻部は、上記開口部から突出している接続端子を上記コネクタハウジング内部に押し込むための凸部が設けられていることを特徴とする請求項11記載のコネクタ。
- 上記押戻部は、上記開口部から突出している接続端子を受けるための凹部が設けられていることを特徴とする請求項11記載のコネクタ。
- 上記コネクタハウジングは、一方端側に上記第1の基板を係合する係合部が形成されていることを特徴とする請求項1記載のコネクタ。
- 上記コネクタハウジングは、一方端側に、当該コネクタハウジングの一方端側の外形形状で切り欠き部が形成されてなる上記第1の基板が挿入されることを特徴とする請求項1記載のコネクタ。
- 内側に一方端側から他方端側に貫通する貫通穴が設けられ、当該貫通穴に沿って一方端側に配設され、他方端側から突出する一体的なバネ構造で構成されてなる接続端子と、上記接続端子が押し当てられる押当部が他方端側に形成されてなる構造の第1のコネクタハウジング部と、
内側に一方端側から他方端側に貫通する貫通穴が設けられ、上記第1のコネクタハウジング部と接続されるときに、上記第1のコネクタハウジング部の他方端側から突出している部分の上記接続端子を囲う構造の第2のコネクタハウジング部とからなり、
上記接続端子は、上記第1のコネクタハウジング部の一方端側から挿入される第1の基板と接触する第1の接触部と、上記第2のコネクタハウジング部から突出している他方側から挿入される第2の基板と接触する第2の接触部とが形成され、
上記第1のコネクタハウジング部と上記第2のコネクタハウジング部は、ラッチ構造により接続され、
上記第1のコネクタハウジング部の一方端側から上記第1の基板が挿入されて固定された場合に、上記第1の接触部と接触する上記第1の基板により上記接触端子が押し広げられて上記押当部に押し当てられ、上記第2の接触部に、上記第2の基板を挟む方向に与圧が発生することを特徴とするコネクタ。 - 内側に一方端側から他方端側に貫通する貫通穴が設けられ、当該貫通穴に沿って一方端側から他方端側に一体的なバネ構造で構成されてなる接続端子が配設され、上記接触端子が押し当てられる押当部が形成されてなる構造のコネクタハウジングからなり、上記接続端子は、一方端側から挿入される第1の基板と接触する第1の接触部と、他方端側から挿入される第2の基板と接触する第2の接触部とが形成され、一方端側から上記第1の基板が挿入されて固定された場合に、上記第1の接触部と接触する上記第1の基板により上記接触端子が上記コネクタハウジングの内壁側に押し広げられ、押し広げられた当該接触端子が上記押当部に押し当てられ、上記第2の接触部に、上記第2の基板を挟む方向に与圧が発生するコネクタと、
内側に突出して形成されてなる出縁部を有するハウジングとを備え、
上記コネクタは、上記出縁部が差し込まれる出縁差込部を有し、上記ハウジングに収納されることにより静電遮蔽されることを特徴とするコネクタ。 - 上記コネクタハウジングの他方端側には、上記接触端子の端部を係止するストッパーが形成されており、
上記コネクタが上記ハウジングに収納されたとき、上記出縁部が上記ストッパーと上記接触端子の端部の間に差し込まれ、
上記第1の基板が一方端側に挿入された場合に、与圧によって上記接続端子の端部が上記出縁部と直接接触し、上記ストッパーで係止されることを特徴とする請求項17記載のコネクタ。 - 上記コネクタハウジングは、上記第1の基板が一方側に挿入された場合に、上記接続端子が押し広げられる方向に開口部が形成されており、
一方の側から上記第1の基板が挿入されて固定された場合に、上記第1の接触部と接触する上記第1の基板により上記コネクタハウジングに形成されている上記開口部から突出している上記接触端子を上記コネクタハウジングの内側に押し戻す押戻部を備えることを特徴とする請求項17記載のコネクタ。 - パラレル信号をシリアル信号に変換する信号変換部を有する基板を接続するコネクタと、
上記基板から上記コネクタを介して供給された電気信号を光信号に変換する電気光信号変換部と、
上記電気光信号変換部により変換された上記光信号を集光する第1の光学系と、
上記光学系から出射される光信号を伝送する光ファイバと、
上記光ファイバから伝送されてきた光信号を受信する第2の光学系と、
上記第2の光学系で受信した光信号を電気信号に変換し、変換後の上記電気信号を上記基板に供給する光電気信号変換部とを備え、
上記コネクタは、内側に一方端側から他方端側に貫通する貫通穴が設けられ、当該貫通穴に沿って一方端側から他方端側に一体的なバネ構造で構成されてなる接続端子が配設され、上記接触端子が押し当てられる押当部が形成されてなる構造のコネクタハウジングからなり、上記接続端子は、一方端側から挿入される第1の基板と接触する第1の接触部と、他方端側から挿入される第2の基板と接触する第2の接触部とが形成され、一方端側から上記第1の基板が挿入されて固定された場合に、上記第1の接触部と接触する上記第1の基板により上記接触端子が上記コネクタハウジングの内壁側に押し広げられ、押し広げられた当該接触端子が上記押当部に押し当てられ、上記第2の接触部に、上記第2の基板を挟む方向に与圧が発生することを特徴とする光トランシーバ。 - 上記電気光信号変換部は、
上記コネクタを介して供給された電気信号を光信号に変換するレーザダイオードと、
上記レーザダイオードを駆動するレーザダイオード駆動部とからなることを特徴とする請求項20記載の光トランシーバ。 - 上記光電気信号変換部は、
上記第2の光学系から供給された光信号を受光するフォトディテクタと、
上記フォトディテクタで受光された光信号を電気信号に変換するTIA(Transimpedance Amplifier)部と、
TIA部で変換された上記電気信号の波形を整形するLIA(Limiting Amplifier)部とからなることを特徴とする請求項20記載の光トランシーバ。
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