JP2008304549A - 光学接続構造 - Google Patents

Abstract

【課題】基板上で大きなスペースを占有することなく、光伝送媒体の端部の位置決めが容易で、接続及び接続解除を自在にできる光学接続構造を提供する。
【解決手段】プリント基板に対向するように発光素子及び受光素子を実装し、中心軸が発光素子及び受光素子の光軸と一致するように、貫通孔を設け、貫通孔を通過し、プリント基板の裏面側を経て、発光素子から受光素子まで光伝送媒体を接続する。
【選択図】図１

Description

本発明は、光学接続構造に関するものである。

従来より、基板上で光機能部品を接続するのに光伝送媒体を有する光学接続構造が用いられている。光学接続構造には、フェルールに光伝送媒体である光ファイバを装着して基板に沿って光機能部品に突き合わせるといった基板と平行方向に接続するものと、基板に対し垂直方向に開口された接続点を持つ光機能部品に光ファイバの先端を斜めに切断して接触させるといった基板と垂直方向に接続するものとがある。

基板と平行方向に接続する光学接続構造では、一般的にハウジングやフェルールを備えた光コネクタ等が使用され、位置合わせをして突き合わせることにより安定して接続を行うことができる。しかしながら、ハウジングやフェルールが基板上で大きなスペースを占有してしまうという問題点があった。

また、基板と垂直方向に接続する光学接続構造では、光伝送媒体の有効な位置合わせ方法がなかった。そのため、安定して接続を行うことが難しく、例えば光機能部品と光ファイバとの接触の際に、光機能部品を破損させる恐れがあった。

レンズ等の反射層を用いて非接触で光学接続させることも可能であるが、部品点数が多くなり、反射層と光機能部品、光伝送媒体との位置合わせで接続にかかる時間も長くなり、高コストになる問題点があった（例えば、特許文献１参照。）。

特開平９−０２６５１５号公報

本発明は、以上のような問題点に鑑みて成されたものであり、その目的とするところは、基板上で大きなスペースを占有することなく、光伝送媒体の端部の位置決めが容易で、接続及び接続解除を自在にできる光学接続構造を提供することにある。

本発明の光学接続構造は、プリント基板に対向するように発光素子及び受光素子が実装され、中心軸が上記発光素子及び受光素子の光軸と一致するように、貫通孔が設けられ、上記貫通孔を通過し、プリント基板の裏面側を経て、上記発光素子から上記受光素子まで光伝送媒体が接続されていることを特徴としている。また、本発明においては、貫通孔の少なくとも一方の端部に、光伝送媒体固定部材が設けられていることが好ましく、この光伝送媒体固定部材が、基板の裏面側の貫通孔の端部に設けられたものであり、少なくとも貫通孔及び溝の一方が形成されていることがより好ましい。さらに、本発明においては、光伝送媒体が上記の溝に配置され、この溝の上部に、板状又はシート状の部材を貼り付けることにより、又は、金属製又は樹脂製のバネ板により、光伝送媒体が光伝送媒体固定部材に固定されていることが好ましい。また、本発明においては、光伝送媒体が、光伝送媒体固定部材の内部で曲げられていることが好ましい。

本発明の光学接続構造によれば、基板上で大きなスペースを占有することがないため、光伝送媒体の接続による基板上の設計への影響が少なく、さらに、光伝送媒体を配設した支持体を複数層設けることができるため、基板上の設計をより自由に行うことが可能となる。また、光伝送媒体の端部の位置決めが容易で、接続及び接続解除を自在にできるため、光伝送媒体の接続を安全かつ確実に行うことができる。

次に、図面を用いて本発明の光学接続構造の実施形態について具体的に説明する。
図１は、本発明の光学接続構造の一実施形態を示した図である。本発明の光学接続構造においては、図１に示すように、電子部品等１が実装されたプリント基板２上に、この基板２に対向するように、発光素子及び受光素子３が実装されている。すなわち、発光素子及び受光素子３の発光又は受光部が基板２の表面に向けられた構成になっている。また、基板２においては、貫通孔４が、その中心軸と発光素子及び受光素子３の光軸とが一致するように、設けられている。そして、光伝送媒体５が、発光素子３から、一方の貫通孔４を通過し、プリント基板２の裏面側を経て、他方の貫通孔を通過して、受光素子３まで接続されている。

本発明における基板は、基板に対向するように発光素子及び受光素子が実装されており、発光素子及び受光素子の光軸と一致するように、貫通孔がそれぞれ設けられていることが必須である。このように、貫通孔の中心軸が発光素子及び受光素子の光軸と一致するように構成されているため、光伝送媒体をこの貫通孔に単に通過させるだけで、光伝送媒体の光軸と発光素子又は受光素子の光軸とを位置合わせすることができる。その他は、電子部品等を実装した一般公知のプリント基板である。また、上記実施形態では、一枚の基板上に発光素子及び受光素子が設けられた構成であるが、発光素子と受光素子とが二枚の基板にそれぞれ設けられた構成であってもよい。

また、本発明における光伝送媒体は、両端近傍において、端部を約９０度折り曲げる構成が省スペースの観点から好ましい。さらに、本発明における光伝送媒体は、コーナーに反射性を付与するために、折り曲げ部分のカドを平坦に研磨してもよく、さらには、折り曲げ部分を平坦に研磨して金属等の反射材を設けてもよい。また、本発明における光伝送媒体は、単心の光ファイバに限られず、光ファイバを複数本テープ化したテープ心線等でもよく、一度に接続される光伝送媒体の数量に制限はない。このような光伝送媒体としては、プラスチックファイバ等を好適に用いることができるが、これは、簡単に加工できる光ファイバの一例であり、その材料は限定されない。さらに、光伝送媒体における屈折率分布は、ステップ分布やクレーデッド分布等、使用目的により適宜選択することができる。

本発明においては、基板の裏面側に光伝送媒体を経由させる際に、光伝送媒体を基板裏面に沿わせてもよく、また、基板から離間させて配設させてもよい。さらに、本発明においては、基板の裏面側に経由させた光伝送媒体が支持体上に配設された構成であってもよい。このような支持体を用いた構成によれば、光伝送媒体の取り扱いが容易となり、好適である。また、この支持体の材質、形状等については特に限定されるものではない。

また、本発明における光伝送媒体固定部材は、基板の貫通孔の少なくとも一方の端部に設けられていることが好ましい。また、基板の表面側の貫通孔の端部に設けられる場合には、中心軸が基板の貫通孔の中心軸と一致するような貫通孔が備えられていることが必要である。一方、基板の裏面側の貫通孔の端部に設けられる場合には、上記と同様な構成の貫通孔及び光伝送媒体がその中に配置される溝の少なくとも一方が備えられていることが必要である。このような構成によれば、図２に示すように、基板の表面側では符号６の配置に、また、裏面側では符号７の配置に設けられ、光伝送媒体の光軸と発光素子又は受光素子の光軸とをより確実に位置合わせすることができる。

上記の貫通孔及び溝の両方を備えた光伝送媒体固定部材としては、図３〜５に示すような構成とすることができる。図３は一本の光伝送媒体を固定するための光伝送媒体固定部材であり、一つの貫通孔８と一本の溝９が備えられている。また、図４は二本の光伝送媒体を固定するための光伝送媒体固定部材であり、二つの貫通孔８と二本の溝９が備えられている。さらには、図５は複数本の光伝送媒体からなる光ファイバ束のような構成１０を固定するための光伝送媒体固定部材であり、帯状の貫通孔８と帯状の溝９が備えられている。

さらに、本発明における光伝送媒体は、図３〜５に示すように、光伝送媒体固定部材の内部で曲げられていることが好ましい。このような構成により、本発明の光学接続構造がよりコンパクトになり、省スペースの観点から好適である。また、本発明においては、上記のように光伝送媒体を溝に配置するとともに、この溝の上部に、板状又はシート状の部材を貼り付けることにより、又は、金属製又は樹脂製のバネ板により、光伝送媒体を光伝送媒体固定部材により確実に固定することができる。

また、上述したように、基板の裏面側において、支持体上に光伝送媒体を配設した場合には、この光伝送媒体固定部材の所定位置に支持体の長手方向の両端部を固定することにより、支持体を基板から離間させて固定することができる。さらに、この光伝送媒体固定部材の高さを調節することによれば、光伝送媒体を配設した支持体を複数層設けることができたり、発光素子と受光素子とを二枚の基板上に設けた構成においては、これらの基板を一平面上に配置する必要がなくなり、光学接続の自由度を向上することができる。

さらに、本発明における光伝送媒体固定部材に用いられる材料は、接続される光伝送媒体の材料や、要求される強度や位置合わせ精度により適宜選択されるが、特に熱的寸法変化が小さいプラスチック、セラミック、金属等で作製されたものが好ましく使用される。プラスチック材料としては、ガラス混入エポキシ材料、ＰＰＳ（ポリフェニルサルファイド）、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）等の結晶性高分子が好ましく使用される。

また、本発明においては、光伝送媒体と発光素子又は受光素子との間に、屈折率整合材を挿入することができる。この屈折率整合材としては、本発明の光学接続構造が用いられる環境条件や製造プロセス等に合わせて適宜選択されたものを使用することができる。なお、屈折率整合材は、液状でも固体状でも良く、例えばオイル状、グリス状、ジェル状、フィルム状でもよい。

次に、本発明の光学接続構造について、実施例を用いてさらに詳細に説明する。
１．光学接続構造の作製
＜実施例１＞
表面実装ＬＥＤ（スタンレー社製）を発光素子として、また、表面実装ＰＤ（ＫＯＤＥＮＳＨＩ社製）を受光素子として用い、それぞれ小型の基板上に実装した。次いで、これらの小型基板を、プリント基板に対向させた状態で、金属ロッドにより固定した。また、プリント基板上において、それぞれの中心軸が発光素子及び受光素子の光軸と一致するような位置に、二つの直径１．１ｍｍの貫通孔を設けた。

次に、両端部近傍に折り曲げ部分を有した、直径１ｍｍのプラスチック光ファイバ（三菱レイヨン社製）を用い、プリント基板の貫通孔に、それぞれこのプラスチック光ファイバの両端を挿入し、発光素子及び受光素子と位置合わせした後に、ＵＶ接着剤により固定し、実施例１の光学接続構造を作製した。

＜実施例２＞
表面実装ＬＥＤ（スタンレー社製）を発光素子として、また、表面実装ＰＤ（ＫＯＤＥＮＳＨＩ社製）を受光素子として用い、それぞれ小型の基板上に実装した。次いで、これらの小型基板を、プリント基板に対向させた状態で、金属ロッドにより固定した。また、プリント基板上において、それぞれの中心軸が発光素子及び受光素子の光軸と一致するような位置に、二つの直径１．１ｍｍの貫通孔を設けた。

そして、プリント基板の貫通孔の表面側に、貫通孔を備えた円筒形状の光伝送媒体固定部材を、その貫通孔の中心軸が基板の貫通孔の中心軸と一致するように一つずつ設けた。一方、プリント基板の貫通孔の裏面側に、図３に示された、垂直に交差した一つの貫通孔と一つの溝とを備えた光伝送媒体固定部材を、その貫通孔の中心軸が基板の貫通孔の中心軸と一致するように一つずつ設けた。

次に、両端部近傍に折り曲げ部分を有した、直径１ｍｍのプラスチック光ファイバ（三菱レイヨン社製）を一本用い、光伝送媒体固定部材の貫通孔及びプリント基板の貫通孔に、それぞれこのプラスチック光ファイバの両端を挿入し、次いで、光伝送媒体固定部材の溝に光ファイバを配置し、発光素子及び受光素子と位置合わせした後に、ＵＶ接着剤により固定し、実施例２の光学接続構造を作製した。

＜実施例３＞
二つの表面実装ＬＥＤ（スタンレー社製）を発光素子として用い、１ｍｍ離間させて小型の基板上に実装した。また、二つの表面実装ＰＤ（ＫＯＤＥＮＳＨＩ社製）を受光素子として用い、１ｍｍ離間させて小型の基板上に実装した。次いで、これらの小型基板を、プリント基板に対向させた状態で、金属ロッドにより固定した。また、プリント基板上において、それぞれの中心軸が発光素子及び受光素子の光軸と一致するような位置に、四つの直径１．１ｍｍの貫通孔を設けた。

そして、プリント基板の貫通孔の表面側に、貫通孔を備えた円筒形状の光伝送媒体固定部材を、その貫通孔の中心軸が基板の貫通孔の中心軸と一致するように四つ設けた。一方、プリント基板の貫通孔の裏面側に、図４に示された、垂直に交差した二つの貫通孔と二つの溝とを備えた光伝送媒体固定部材を、その貫通孔の中心軸が基板の貫通孔の中心軸と一致するように一つずつ設けた。

次に、両端部近傍に折り曲げ部分を有した、直径１ｍｍのプラスチック光ファイバ（三菱レイヨン社製）を二本用い、光伝送媒体固定部材の貫通孔及びプリント基板の貫通孔に、それぞれこのプラスチック光ファイバの両端を挿入し、次いで、光伝送媒体固定部材の溝に光ファイバを配置し、発光素子及び受光素子と位置合わせした後に、ＵＶ接着剤により固定し、実施例３の光学接続構造を作製した。

＜実施例４＞
二つの表面実装ＬＥＤ（スタンレー社製）を発光素子として用い、１ｍｍ離間させて小型の基板上に実装した。また、二つの表面実装ＰＤ（ＫＯＤＥＮＳＨＩ社製）を受光素子として用い、１ｍｍ離間させて小型の基板上に実装した。次いで、これらの小型基板を、プリント基板に対向させた状態で、金属ロッドにより固定した。また、プリント基板上において、それぞれの中心軸が発光素子及び受光素子の光軸と一致するような位置に、四つの長さ２．１ｍｍ幅０．３ｍｍの矩形貫通孔を設けた。

そして、プリント基板の貫通孔の表面側に、矩形貫通孔を備えた直方体型の光伝送媒体固定部材を、その貫通孔の中心軸が基板の貫通孔の中心軸と一致するように四つ設けた。一方、プリント基板の貫通孔の裏面側に、図５に示された、垂直に交差した二つの貫通孔と二つの溝とを備えた光伝送媒体固定部材を、その貫通孔の中心軸が基板の貫通孔の中心軸と一致するように二つずつ設けた。

次に、直径０．２５ｍｍのプラスチック光ファイバ（三菱レイヨン社製）を８本平行に束ね、両端部近傍に折り曲げ部分を有した光ファイバ束を二つ用い、光伝送媒体固定部材の貫通孔及びプリント基板の貫通孔に、それぞれこの光ファイバ束の両端を挿入し、次いで、光伝送媒体固定部材の溝に光ファイバ束を配置し、発光素子及び受光素子と位置合わせした後に、ＵＶ接着剤により固定し、実施例４の光学接続構造を作製した。

２．評価
上記のようにして作製した本発明の光学接続構造について、受光素子の信号振幅と、発光素子と受光素子を直線のプラスチック光ファイバで接続した際の受光素子の信号振幅を比較した。その結果、実施例１では約２．８ｄＢ、実施例２では約２．５ｄＢ、実施例３では約２．３ｄＢ及び約２．５ｄＢ、並びに、実施例４では約２．１ｄＢ及び約２．３ｄＢの減衰で通信させることができた。

また、上記の本発明の光学接続構造を光情報通信に用いたところ、プリント基板上における光伝送媒体の占有面積が極めて小さいため、プリント基板上の電子回路をほぼ影響なく設置できた。さらに、実施例４では、光ファイバ束を用いることで、光ファイバを整列させて、かつ、プリント基板と平行に配線できるため、さらなる省スペース化に貢献できた。

本発明の光学接続構造の一実施形態を示した図である。 本発明の光学接続構造の他の一実施形態を示した図である。 本発明における光伝送媒体固定部材の一例を示した図である。 本発明における光伝送媒体固定部材の他の一例を示した図である。 本発明における光伝送媒体固定部材の他の一例を示した図である。

符号の説明

１…電子部品等、２…基板、３…発光素子又は受光素子、４…貫通孔、５…光伝送媒体、
６…基板の表面側の光伝送媒体固定部材、７…基板の裏面側の光伝送媒体固定部材、
８…溝、９…貫通孔、１０…光ファイバ束。

Claims (6)

1. プリント基板に対向するように発光素子及び受光素子が実装され、
   中心軸が上記発光素子及び受光素子の光軸と一致するように、貫通孔が設けられ、
   上記貫通孔を通過し、プリント基板の裏面側を経て、上記発光素子から上記受光素子まで光伝送媒体が接続されていることを特徴とする光学接続構造。
2. 前記貫通孔の少なくとも一方の端部に、光伝送媒体固定部材が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の光学接続構造。
3. 前記光伝送媒体固定部材は、前記基板の裏面側の貫通孔の端部に設けられ、少なくとも貫通孔及び溝の一方が形成されていることを特徴とする請求項２に記載の光学接続構造。
4. 前記光伝送媒体は、前記光伝送媒体固定部材の内部で曲げられていることを特徴とする請求項３に記載の光学接続構造。
5. 前記光伝送媒体は、前記溝に配置され、上記溝の上部に、板状又はシート状の部材を貼り付けることにより、上記光伝送媒体は、前記光伝送媒体固定部材に固定されていることを特徴とする請求項３に記載の光学接続構造。
6. 前記光伝送媒体は、前記溝に配置され、上記溝の上部に、金属製又は樹脂製のバネ板により、上記光伝送媒体は、前記光伝送媒体固定部材に固定されていることを特徴とする請求項３に記載の光学接続構造。

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