JP2009505153A - 光コネクタ - Google Patents
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Abstract
回転自在なコネクタ(200、300、400)は、第1の回転自在な構成要素に装着されるように構成される複数の光伝導性光リング(210、310、410)と、前記光リングを照明する複数の発光器(212、312、412)と、第2の回転自在な構成要素に装着されるように構成され且つ所定の回転範囲にわたり前記第1の回転自在な構成要素における前記光伝導性光リング(210、310、410)の照明を検出する複数の光検出器(214、314、414)とを備える。
Description
本発明は、一般に、携帯電話及びPDAなどの電子装置のコネクタに関し、特に、回転光コネクタに関する。
軸に関して回転する筐体構成要素を有する携帯電話及びPDAは周知である。回転する筐体部分における構成要素間は、従来、回転コネクタを通るケーブル又はワイヤによって電気的に接続されていた。
筐体部分の回転時にケーブル又はワイヤがねじれるため、この接続手段の場合、回転量が制限される。このため、従来の回転コネクタ構造の殆どにおいて、回転は約180°に制限される。従って、いずれの方向にも360°の回転を可能にする新たな回転コネクタが求められている。
本発明は、いずれの方向にも360°回転する回転コネクタを提供する。回転コネクタは、回転する筐体部分に収納される電気回路を接続するために使用できる。回転コネクタは第1の光結合器及び第2の光結合器を有する。第1の光結合器は、発光器により選択的に照明される複数の光リングを含む。第2の光結合器は、光リングの照明を検出する複数の光検出器を含む。光リングは、発光器により照明された場合にリング全体に光を伝播する光伝導性ポリマーにより製造される。
図面には、本発明によるポータブル電子装置の一例が示されている。特に、図1及び図2は、本発明に従って構成され、図中符号100により全体が示される移動通信装置である。なお、本発明は移動通信装置に限定されず、PDA、ビデオ及び/又はオーディオプレーヤ、デジタルカメラ及びビデオカメラを含む広い範囲のポータブル電子装置に一般に適用可能であることが当業者により認識されるであろう。
移動通信装置100は第1の筐体部分102及び第2の筐体部分104を有する。筐体部分102及び104は垂直軸に関して互いに回転する。好適な一実施形態においては、いずれの方向にも360°回転することが可能である。図1は、第1の筐体部分102及び第2の筐体部分104が閉位置(0°回転)に回転された場合の携帯電話100を示している。図2は、筐体部分102及び104が開位置(180°回転)に回転された場合の移動通信装置100を示している。
図3は、移動通信装置100の機能要素を示す図である。第1の回路110は第1の筐体部分102に配置される。第2の回路130は第2の筐体部分104に配置される。回路110及び130は回転自在なコネクタ200によって動作可能に接続される。回路110はバッテリにより電力を供給される。回路130は別個のバッテリを有していてもよい。あるいは、以下に説明されるように、回路110及び130の間で電力の転送が行われてもよい。
筐体部分102の回路110は、制御回路112、メモリ114、キーパッド116、トランシーバ118、音声回路120及びインタフェース回路128を有する。制御回路112はマイクロプロセッサを有していてもよく、メモリ114に格納されたプログラム命令に従って移動通信装置100の動作全般を制御する。メモリ114は動作に必要とされるプログラム命令及びデータを格納する。キーパッド116はユーザインタフェースの一部である。本実施形態においては、キーパッド116は、移動通信装置100の機能を制御するためにユーザにより操作される標準形電話キーパッド116である。キーパッド116は、筐体部分104が開位置にある場合に使用される。トランシーバ118は遠隔装置との通信を可能にする。トランシーバ118は、例えば、Bluetoothトランシーバのように、標準形セルラトランシーバ及び/又は短距離無線インタフェースを具備してもよい。音声回路120は、マイクロホン122を介して入力されスピーカ124を介して出力される音声信号を処理する。マイクロホン122は音響信号を電気音声信号に変換する。スピーカ124は電気音声信号を音響信号に変換する。インタフェース回路128は、回路110と回路130との間で通信を可能にするために回路110を回転コネクタ200とインタフェースする。
筐体部分104の回路130は、制御回路132、メモリ134、ディスプレイ136、ジョイスティック制御部138、1つ以上のファンクションキー140及びインタフェース回路142を有する。制御回路132はマイクロプロセッサを具備していてもよく、ディスプレイ136を制御し、ジョイスティック138及びファンクションキー140から入力を受信する。メモリ134は制御回路132により使用されるプログラムコード及びデータを格納する。インタフェース回路142は、回路110と回路130との間の通信を可能にするために回路130を回転コネクタ200にインタフェースする。
ディスプレイ136、ジョイスティック138及びファンクションキー140は、ユーザインタフェースの一部を形成する。ディスプレイ136はメニュー、アドレス、電話番号及び他のアプリケーションデータなどの情報を表示する。ディスプレイ136は液晶ディスプレイ又はタッチスクリーンディスプレイを具備していてもよい。ジョイスティック制御部138及びファンクションキー140は、移動通信装置100の動作を制御するために使用される。ユーザはジョイスティック制御部138を使用して、ディスプレイ136に提示されたメニューをナビゲートし、ディスプレイ136上でポインタを移動したり、ディスプレイ136に提示されるメニュー項目及び他の項目を選択したりすることができる。ファンクションキー140には機能が割り当てられており、それらの機能は対応するファンクションキー140を押すことにより起動又はイネーブルされる。例えば、デフォルトモードにあった場合、ファンクションキー140は電話をかけるため及び/又は電話を切るために使用される。ファンクションキー140に割り当てられる特定の機能は、動作モードに応じて変更されてもよい。
図4は、回転コネクタ200の一例を示す。回転コネクタ200は第1及び第2の光結合器202を具備する。本実施形態において、光結合器202は互いに対向する関係で配置され、筐体部分102及び104の回転軸と同心に配置されている。光結合器202は遮光体206により包囲されていてもよい。
図5及び図6は、光結合器202の一例を更に詳細に示す図である。図5は、光結合器202の平面図である。図6は、光結合器202の断面図である。光結合器202は、複数の光チャネル208が形成された基板204を備える。光チャネル208は回転軸に関して同心に配列されている。基板204は非導電性であるのが好ましい。光チャネル208の底面及び側壁は反射材料で被覆されている。複数の同心の光リング210を形成するために、光チャネル208は光伝導性ポリマーによって充填されている。図5に示される実施形態においては、各光リング210は関連する発光器212及び光検出器214を有する。本実施形態においては、発光器212及び光検出器214は光リング210に埋設されているものとするが、必ずしも埋設されている必要はない。発光器212及び光検出器214の電気リード線216は基板204を貫通する。発光ダイオード(LED)などの発光器212は、それぞれ対応する光リング210を照明する。発光器212として光ファイバが使用されてもよいが、その場合、光ファイバの一端部を外部光源に接続し、他端部から、対応する光リング210の中へ光を放出することとなる。光リング210全体が照明されるように、光は光リング210により伝導される。対向する光結合器202にあるフォトダイオードなどの光検出器214は、光リング210の照明を検出する。あるいは、外部光検出器214へ光を送るために光ファイバが使用されてもよい。従って、デジタルシーケンスに従って一方の光結合器202の光リング210を照明し、その結果形成される照明パターンを他方の光結合器202の光検出器214によって検出することにより、筐体部分102及び104の間でデジタル信号を光学的に送信することができる。
発光器212により照明されたとき、光伝導性ポリマーは対応する光伝導リング210の周囲に光を伝播する。光リング210全体が照明されるため、光検出器214は360°の回転範囲全体にわたり任意の角度位置で照明を検出できる。光リング210を照明する時に光リング210の輝度を向上させ且つ光リング210の周囲における光の分散を助けるために、3Mにより製造されているVikuiti Brightness Enhancing Films(BEF)などのプリズム膜215が光リング210を覆うように配置されてもよい。プリズム膜215は、特定の視角範囲内に光を集中するプリズムのアレイを含む。それらのプリズムは光リング210の周囲に同心に延在していてもよい。あるいは、プリズムは半径方向に延在していてもよい。プリズムは膜215に対して垂直な光線を透過するが、傾斜光線を内反射する。光線がプリズム膜215を通過するように傾斜光線をほぼ垂直にプリズム膜215に向かって逆方向に内反射させることにより、傾斜光線は「再循環」される。内反射及び再循環の過程で光を特定の視角範囲内に集中する。異なる方向に向きを規定されたプリズムを含む2層以上のプリズム膜215が使用されてもよい。
図7は、光結合器202が互いに対して45°回転された場合の発光器212及び光検出器214の相対位置を示す図である。第1の光結合器202の発光器212及び214は白色で示されている。第2の光結合器202の発光器212及び光検出器214はそれらに重ね合わされ、黒色で示されている。光結合器202は円形の形状であるため、上方の光結合器202の光検出器214は360°の回転範囲にわたりそれぞれ対応する光リング210に対して整列された状態を維持する。従って、光検出器214は任意の角度位置で対応する光リング210の照明を検出できる。
光結合器202は、例えばボールグリッドアレイを使用して、回路110及び130を含むプリント回路基板上に表面実装されていてもよい。あるいは、光結合器202は筐体部分102及び104に装着され、ケーブルによってプリント回路基板に接続されていてもよい。その他の実装技術が使用されてもよい。
各光リング210は1つの通信チャネルに対応するので、光結合器202は筐体部分102及び104の間でデジタル情報の半二重双方向送信が可能である。送信又は受信のために任意の所定の通信チャネル208を任意の時点で使用することができる。しかし、1つのチャネル208で、送信及び受信を同時に実行することはできない。いくつかの実施形態においては、選択チャネル208が送信のためだけに使用され、他の選択チャネル208が受信のためだけに使用されてもよい。送信専用チャネル208に対応する光リング210は光検出器214を含まなくてもよい。同様に、受信専用チャネル208は光リング210及び発光体212を含まなくてもよい。
双方向通信が必要とされない用途もいくつか存在する。図8は、一方向通信のための一実施形態を示す。図8に示されるように、送信側の光結合器202は、光検出器214を取り除くことにより簡略化される。送信側の光検出器202は先に説明したように光リング210及び発光器212を有する。受信側において、光結合器202は光リング210又は発光器212を含まない光検出器アレイ218を具備している。
回路130に電力を供給するための別個のバッテリを不要とするために、回路110と回路130との間で電力が転送できるように、1対の光リング210の代わりに1対の導電性リングを配置してもよい。この場合、あらゆる回転角度で光結合器202の電気的接続を維持するために、1対の導電性リングはブラシ又はローラ接点により電気的に接続される。
図9は、電力を送信できる回転自在なコネクタの第2の実施形態を示す。図中符号300は、コネクタ全体を示している。本実施形態は図1〜図8に示される実施形態に類似している。回転コネクタ300は2つの光結合器302を有する。各光結合器302は、前述のように複数の光チャネル308及び光リング310が形成された基板304を有する。各光リング310は、関連する発光器312及びリード線316を伴う光検出器314を有する。光結合器302は、前述のようにデジタル情報を光学的に送信及び/又は受信することができる。
図9に示される実施形態においては、光リング310を形成するために使用されるポリマーは、光伝導性であるばかりでなく導電性でもある。追加の電気リード線317が光リングに接続される。発光器312及び光検出器314は光リング310から電気的に絶縁されている。光結合器302の対向する光リング310を電気的に接続するために、光リング310の間に導電性球体320が配置される。導電性球体320を所定の場所に保持するために、光リング310の対向する面はわずかに凹形の形状を有している。
本実施形態においては、データを電気的並びに光学的に送信することができる。情報を送信するために、送信側の光リング310に電気信号、例えば、電圧又は電流が印加される。電気信号は送信側の光リング310から導電性球体320を介して受信側の光リング310へ伝送される。受信側で電気信号を検出するためにシュミットトリガが使用されてもよい。これにより、各光リング310は2つの通信チャネル、すなわち、光チャネル及び電気チャネルを提供する。一実施形態においては、光チャネルは高速デジタルデータに対して使用される。電気チャネルは電力信号、接地信号又はアナログ信号を転送するために使用される。なお、電気チャネルがデジタルデータを送信するために使用されてもよいことは当業者により認識されるであろう。
図10は、図中符号400により全体が示される回転コネクタの別の実施形態を示す。本実施形態においては、回転コネクタ400は2つの光結合器402、すなわち、内側結合器及び外側結合器を備える。各光結合器402は複数の縦に積み重ねられた光リング410を具備する。第1の実施形態と同様に、各光伝導リングは発光器412及びリード線416を伴う光検出器414を備える。光結合器402の基本動作は先に説明した光結合器の場合と同一である。一方の光結合器402の光伝導リング410が照明されると、その光は他方の結合器402の対応する光検出器414により検出される。先の実施形態と同様に、この構成により360°にわたり任意の角度位置で光の検出が可能となる。
いくつかの用途においては、筐体部分102及び104の相対角度位置を認識しておくことが望ましい。例えば、筐体部分102が閉位置、開位置又は何らかの中間位置にある場合にそれを認識しておくことが望ましい。以下に、図4〜図8の実施形態に関して回転角度を検出するための種々の方法を説明する。しかし、それらの角度検出方法は本明細書中で説明される他の実施形態にも適用されることは理解されよう。
回転方向が重要ではない場合、光検出器の出力レベルに基づいて閉位置からの回転角度を判定することができる。光リング210の周囲で透過される光は必然的に減衰する。減衰量は、光が光リング210を通過する距離の関数となる。従って、制御回路112及び132は、光検出器214の出力レベルを監視することにより相対回転量を判定してもよい。例えば、光検出器214の出力レベルに基づいて、制御回路112及び/又は132は、筐体部分104が閉位置から30°回転したと判定してもよい。しかし、この場合、筐体部分104が回転された方向はわからない。回転方向が重要である場合には、回転方向に応じて減衰が変化するように、光学的な勾配(optical gradient)を伴って光リング210が製造されてもよい。
別の実施形態においては、光結合器202の一方は、位置センサ126として機能する別個の光検出器により検出される光学マークを含んでいてもよい。光学マークは光リング210のうち1つに適用されてもよい。本実施形態においては、制御回路112は、筐体部分102及び104が回転した場合に光学マークを検出し且つその数をカウントすることにより、筐体部分102及び104の角度位置を判定することができる。あるいは、光学マークに位置情報が符号化されていてもよい。例えば、光学マークのパターンから角度位置を判定できるように、光学マークの幅及び/又は間隔が変えられていてもよい。別の例として、光結合器の周囲に沿った複数の固定位置に、バーコードに類似した独自の光学マークが適用されてもよい。
光リング210のうち1つが導電性である場合、位置センサ126は筐体部分102及び104の相対回転による出力電圧の変化を検出してもよい。1つの光リング210の一定の場所に入力電圧Vinを印加し、対向する光リング210の一定の場所の出力電圧Voutを測定するようにしてもよい。それらの光リング210は可変抵抗器のように動作するため、出力電圧Voutは相対回転に応答して変化する。回転方向を識別することが重要である場合、光リング210は抵抗の勾配(resistive gradient)を有していてもよい。
図11は、回路110の電源及びコネクタ200を使用して回路130に電力を供給する別の方法を示す図である。回路130が少量の電力しか必要としない場合、回路110から回路130へ電力を無線送信するために、高出力LED160及び光電池162を使用することができる。回転コネクタ200の中心を通る光ファイバ164を介して高出力LED160からの光が送信され、光電池152へ供給される。光電池152は、光エネルギーを回路130に電力を供給するための電気エネルギーに変換する。
本発明の範囲及び本質的特徴から逸脱することなく、本明細書中で記載された方法以外の特定の方法で本発明が実施されてもよいことは言うまでもない。従って、上述の実施形態はあらゆる面において例示するものであって限定するものではないと考えられるべきであり、添付の請求の範囲の意味及びそれと等価な範囲内に入る全ての変更は本発明に含まれるものとする。
Claims (27)
- 第1の組の光伝導性光リング(210、310、410)及び前記光リング(210、310、410)を照明する第1の組の発光器(212、312、412)を含み、第1の回転自在な構成要素に装着される第1の光結合器(202、302、402)と、
所定の回転範囲にわたり前記第1の光結合器(202、302、402)における前記光リング(210、310、410)の照明を検出する複数の光検出器(214、314、414)を含み、第2の回転自在な構成要素に装着される第2の光結合器(202、302、402)と
を備えることを特徴とする回転自在なコネクタ(200、300、400)。 - 前記光リング(210、310、410)は回転軸の周囲に同心に配置されることを特徴とする請求項1に記載の回転自在なコネクタ。
- 前記光リング(210、310、410)は縦に積み重ねられていることを特徴とする請求項1に記載の回転自在なコネクタ。
- 前記第2の光結合器(202、302、402)は、第2の組の光伝導性光リング(210、310、410)及び前記第2の組の光リング(210、310、410)を照明するための第2の組の発光器(212、312、412)を有し、前記第1の光結合器(202、302、402)は、前記第2の組の光リング(210、310、410)の照明を検出するための第2の組の光検出器(214、314、414)を有することを特徴とする請求項1に記載の回転自在なコネクタ。
- 前記第1の組の光リング及び前記第2の組の光リング(210、310、410)は導電性であることを特徴とする請求項4に記載の回転自在なコネクタ。
- 前記第1の組の光リング及び前記第2の組の光リング(210、310、410)における各対の光リング(210、310、410)は、電気的に接続されていること特徴とする請求項5に記載の回転自在なコネクタ。
- 前記第1の組の光リング及び前記第2の組の光リング(310)における各対の光リング(310)の間に挿入される複数の導電性球体(320)を更に有することを特徴とする請求項6に記載の回転自在なコネクタ。
- 前記第1の光結合器及び前記第2の光結合器の相対角度位置を検出するための位置センサ(126)を更に備えることを特徴とする請求項1に記載の回転自在なコネクタ。
- 前記位置センサ(126)は光センサであることを特徴とする請求項8に記載の回転自在なコネクタ。
- 前記位置センサ(126)は、前記第1の光結合器及び前記第2の光結合器の相対回転による光の強度の変化を検出することを特徴とする請求項9に記載の回転自在なコネクタ。
- 前記光リング(210、310、410)のうち少なくとも1つは光学的な勾配を有することを特徴とする請求項9に記載の回転自在なコネクタ。
- 前記位置センサ(126)は、前記第1の光結合器及び前記第2の光結合器(202、302、402)が回転された場合に、前記第1の光結合器及び前記第2の光結合器(202、302、402)のうち一方にある光マークを検出することを特徴とする請求項9に記載の回転自在なコネクタ。
- 前記位置センサは、前記第1の光結合器及び前記第2の光結合器(202、302、402)の相対回転による抵抗の変化を検出するための抵抗センサを有することを特徴とする請求項8に記載の回転自在なコネクタ。
- 少なくとも1つの光リング(210、310、410)は導電性であり、前記位置センサは前記光リング(210、310、410)上の2つのポイントにおける電位差を検出することを特徴とする請求項13に記載の回転自在なコネクタ。
- 前記導電性の光リング(210、310、410)は抵抗の勾配を有することを特徴とする請求項14に記載の回転自在なコネクタ。
- 前記コネクタの回転量を検出する位置感知手段(126)を更に備えることを特徴とする請求項1に記載の回転自在なコネクタ。
- 前記第1の光結合器(202、302、402)に接続された第1の電気回路(110)と、前記第2の光結合器(202、302、402)に接続された第2の電気回路(130)とを更に備え、前記第1の電気回路(110)及び前記第2の電気回路(130)のうち一方は、光電池により電力が供給されることを特徴とする請求項1に記載の回転自在なコネクタ。
- 互いに相対的に移動自在である第1の光結合器及び第2の光結合器(202、302、402)を備え、
前記第1の光結合器(202、302、402)は、複数の光伝導部材(210、310、410)及び前記光伝導部材(210、310、410)を照明する複数の発光器(212、312、412)を有し、
前記第2の光結合器(202、302、402)は、前記第1の光結合器(202、302、402)の前記光伝導部材(210、310、410)の照明を検出するための複数の光検出器(214、314、414)を有することを特徴とするコネクタ。 - 前記第1の光結合器及び前記第2の光結合器(202、302、402)は、互いに回転自在であることを特徴とする請求項18に記載のコネクタ。
- 前記第1の光結合器及び前記第2の光結合器(202、302、402)は、互いに直線的に移動自在であることを特徴とする請求項18に記載のコネクタ。
- 第1の光結合器及び第2の光結合器(202、302、402)を備える回転自在なコネクタ(200、300、400)を使用して電気回路を接続する方法であって、
前記第1の光結合器(202、302、402)の1つ以上の光リング(210、310、410)を照明する工程と、
前記第2の光結合器(202、302、402)の1つ以上の検出器(214、314、414)を使用して、所定の回転範囲にわたり前記1つ以上の光リング(210、310、410)の照明を検出する工程と
を備えることを特徴とする方法。 - 前記第2の光結合器(202、302、402)の1つ以上の光リング(210、310、410)を照明する工程と、
前記第1の光結合器(202、302、402)の1つ以上の検出器(214、314、414)を使用して、所定の回転範囲にわたり前記1つ以上の光リング(210、310、410)の照明を検出する工程と
を更に備えることを特徴とする請求項21に記載の方法。 - 前記第1の光結合器及び前記第2の光結合器(202、302、402)の前記光リング(210、310、410)を電気的に接続する工程を更に備えることを特徴とする請求項21に記載の方法。
- 前記第1の光結合器及び前記第2の光結合器(202、302、402)の相対角度位置を検出する工程を更に備えることを特徴とする請求項21に記載の方法。
- 前記相対角度位置を検出する工程は、前記第1の光結合器及び前記第2の光結合器(202、302、402)の相対角度位置による光の強度の変化を検出することにより、前記第1の光結合器及び前記第2の光結合器(202、302、402)の相対角度位置を検出する工程を有することを特徴とする請求項24に記載の方法。
- 前記相対角度位置を検出する工程は、前記第1の光結合器及び前記第2の光結合器(202、302、402)が回転された場合に、前記第1の光結合器及び前記第2の光結合器のうちの一方にある光マークを検出する工程を有することを特徴とする請求項24に記載の方法。
- 前記相対角度位置を検出する工程は、前記第1の光結合器及び前記第2の光結合器(202、302、402)の相対角度位置による電気抵抗の変化を検出する工程を有することを特徴とする請求項24に記載の方法。
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