JP2010139849A

JP2010139849A - 光電気ケーブル

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Publication number: JP2010139849A
Application number: JP2008317005A
Authority: JP
Inventors: Hideto Furuyama; 英人古山
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2008-12-12
Filing date: 2008-12-12
Publication date: 2010-06-24
Anticipated expiration: 2028-12-12
Also published as: JP5322612B2; US8328433B2; US20100150573A1

Abstract

【課題】不慮の脱着事故などによる光インターフェースの破損を防止することができ、民生機器などに光電気ケーブルを適用することを容易にする。
【解決手段】光送信部を有する第１のコネクタ１０と光受信部を有する第２のコネクタ２０との間が電気配線３１及び光配線路３２で接続され、光送信部１１及び光受信部２１が外部機器からの電源供給により駆動される光電気ケーブルであって、各コネクタ１０，２０の少なくとも一方の脱着動作を検出する検出機構１３，２３と、検出機構１３，２３により脱着動作が検出されると、光送信部１１及び光受信部２１への電源供給を遮断する遮断機構１４，２４と、を備えた。
【選択図】図１

Description

本発明は、電気配線と光配線を複合化した光電気ケーブルに関する。

近年、バイポーラトランジスタや電界効果トランジスタ等の電子デバイスの性能向上によりＬＳＩの飛躍的な動作速度向上が図られ、それを接続する電気配線の速度制限や電磁ノイズ誤動作が問題となってきている。特に、ディスプレイ機器の高精細化と映像データの肥大化で、この問題が顕在化しつつある。このような配線問題を対策するため、光で信号伝送する光配線装置がいくつか提案されている。

また、電子機器間の接続が正常なときにみに光デバイスの電源を投入する光通信システムが提案されている（例えば、特許文献１）。
特開２００４−３５０１５５号公報

本発明の目的は、不慮の脱着事故などによる光インターフェースの破損を防止することのできる光電気ケーブルを提供することにある。

本発明の一態様は、光送信部を有する第１のコネクタと光受信部を有する第２のコネクタとの間が電気配線及び光配線路で接続され、光送信部及び光受信部が外部機器からの電源供給により駆動される光電気ケーブルであって、前記各コネクタの少なくとも一方の脱着動作を検出する検出機構と、前記検出機構により脱着動作が検出されると、前記光送信部及び前記光受信部への電源供給を遮断する遮断機構と、を具備してなることを特徴とする。

本発明によれば、不慮の脱着事故などによる光電気ケーブルの光インターフェース破損を防止することができ、一般家庭などでの光配線の活用が促進可能となる。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態の説明を行っていく。ここでは、幾つか具体的構成を例に用いて説明を行っていくが、これは同様な機能を持つ構成であれば同様に実施可能であり、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。

（第１の実施形態）
光配線を用いたデータ伝送においては、送信側，受信側共に発光素子や受光素子等の光インターフェース（発光素子を備えた光送信部や受光素子を備えた光受信部）の電源が必要である。このとき、送信側もしくは受信側の一方だけが電源供給されても、送信側及び受信側が両方動作可能にするには、光電気ケーブル内に電源線を挿入して送信側と受信側の電源を接続しておくことが必要である。また、低速信号（制御信号など）は電気配線の速度制限や電磁ノイズ誤動作が問題になることが少なく、電気配線で接続するほうが利便な場合がある。これらの要求に対しては、光配線だけでなく電気配線も一緒にした光電気ケーブルが求められる。しかしながら、光電気ケーブルは、不慮の脱着事故により光インターフェースが破損して再起不能に陥ることや、光電気ケーブルのコネクタの活線挿抜による光インターフェースのサージ破壊が問題となることがある。

これに対し、前述した特許文献１のように電子機器間の接続が正常なときにみに光デバイスの電源を投入する光通信システムは、光ファイバケーブルの脱抜や断線を検出して、光通信装置からの発光を制御できるようにしたものであり、光電気ケーブルに内蔵された光インターフェースの破損やサージ破壊を防止するものではない。本発明は、以下のように構成してこれを解決する。

図１は、本発明の第１の実施形態に係わる光電気ケーブルを示す概略構成図である。

図中１０はデータ送信機器（第１の電子機器）に着脱自在に装着される送信側コネクタ（第１のコネクタ）、２０はデータ受信機器（第２の電子機器）に着脱自在に装着される受信側コネクタ（第２のコネクタ）である。これらのコネクタ１０，２０間は、複数本の電気配線３１及び複数本の光配線路３２で接続されている。コネクタ１０，２０間の電気配線３１及び光配線路３２は、ケーブル被覆材３０によりシールドされている。なお、電気配線３１は、コネクタ１０の機器接続端からコネクタ２０の機器接続端まで連続して設けられている。

送信側コネクタ１０はデータ送信機器の複数のライン３３，３４，３５，３６に接続される端子を有している。３３は制御ライン、３４は電源供給ライン、３５は接地ライン、３６は高速信号ラインである。制御ライン３３，電源供給ライン３４，接地ライン３５に接続される端子は、電気配線３１に接続されている。

送信側コネクタ１０内には、光送信部１１、発光素子１２、第１の光リンク制御部（検出機構）１３、及び第１の光リンクスイッチ（遮断機構）１４が設けられている。光送信部１１は、入力側に高速信号ライン３６の端子が接続され、出力側に発光素子１２が接続される。そして、高速信号ライン３６を介して得られる電気信号を発光素子１２により光信号に変換し、変換した光信号を光配線路３２に送出するものとなっている。また、光送信部１１は、電源供給のために、スイッチ１４を介して電源ライン３４に接続されると共に、接地ライン３５に接続されている。

光リンク制御部１３は、コネクタハウジングの一部と電源ライン３４及び接地ライン３５に接続され、送信側コネクタ１０の脱着動作を検出するとスイッチ１４をＯＦＦに切り換えるようになっている。

光リンク制御部１３としては、コネクタハウジングへの触手検出を行うものであればよく、例えばコネクタ１０内に静電容量型のタッチセンサを組み込んでおけばよい。より具体的には、図２に示すように、コネクタ１０内に静電容量型のタッチセンサを組み込み、検出用のピン１８をコネクタ１０の外部に露出させておき、このピン１８に人が触れることによる容量変化を検出するようにしておけばよい。

スイッチ１４は、無制御時にはＯＦＦで、電源ライン３４に電源が供給され、且つ制御部１３から脱着検出信号を受けていないときのみＯＮするものであれば良く、例えばエンハンスメント型ＭＯＳトランジスタで構成でき、脱着検出されてないときにスイッチ１４としてのエンハンスメント型ＭＯＳトランジスタをゲートバイアスしてＯＮにするような回路を１３に設ければよい。

なお、スイッチ１４及び検出回路１３は、光送信部１１に比し低速の半導体素子で構成することができ、スイッチ１４及び検出回路１３には低速ながら高耐圧の素子やサージ吸収回路を用いてサージなどによる破壊を防止すれば良い。

受信側コネクタ２０は、送信側コネクタ１０と同様にデータ受信機器の複数のライン３３，３４，３５に接続される端子を有すると共に、データ受信機器の高速信号ライン３７に接続される端子を有している。

受信側コネクタ２０内には、光受信部２１、受光素子２２、第２の光リンク制御部（検出機構）２３、及び第２の光リンクスイッチ（遮断機構）２４が設けられている。光受信部１１の入力側には、光配線路３２に光学的に結合された受光素子２２が接続されている。そして、光配線路３２を介して得られる光信号を受光素子２２により電気信号に変換し、高速信号ライン３７の端子に送出するものとなっている。また、光受信部２１は、電源供給のために、スイッチ２４を介して電源ライン３４に接続されると共に、接地ライン３５に接続されている。

光リンク制御部２３は、コネクタハウジングの一部と電源ライン３４及び接地ライン３５に接続され、受信側コネクタ２０の脱着動作を検出するとスイッチ２４をＯＦＦに切り換えるようになっている。

光リンク制御部２３としては、制御部１３と同様に、コネクタハウジングへの触手検出を行うものであればよく、例えばコネクタ２０内に静電容量型のタッチセンサを組み込んでおけばよい。

本実施形態では、一方のコネクタが脱着動作検出した場合に自己の光インターフェースへの電源供給を遮断する構成としたが、もう一方のコネクタに対しては電源遮断を行っていない。これは、ケーブル長がある程度長い場合にサージ電流が伝播し難くなることを想定していることによる。このため、図１のように電源ラインを共用している場合、一方のコネクタ脱着に対してもう一方のコネクタの光インターフェースが破損することがある。従って、このような場合には光リンク制御部１３と２３が連動するようにし、何れかの脱着検出に対して両方の光リンクスイッチ１４、２４が遮断動作するようにしても良い。

即ち、図１では送信側コネクタ１０内に第１の光リンク制御部１３を設け、受信側コネクタ２０内に第２の光リンク制御部２３を設けたが、これらの機能を何れか一方の制御部に兼用させ、一方の制御部が、データ送信機器又はデータ受信機器に対する脱着動作を検出したときに、スイッチ１４，２４を共にＯＦＦに切り換えるようにしてもよい。また、図１の電源ラインを光インターフェースまで（コネクタ１０、２０の内部のみ）とし、電源供給を送信側と受信側で別々に行うことにしても良い。更に、電源ラインの各光インターフェースよりケーブル側（接続されている相手コネクタ側）にもスイッチを設け、光送信部１１または光受信部２１の電源遮断を行う際に、ケーブルへの電源供給も一緒に遮断するようにしても良い。

また、送信側コネクタ１０内の各デバイス１１〜１４は、必ずしも独立して形成する必要はなく、１チップで構成してもよい。同様に、受信側コネクタ２０内の各デバイス２１〜２４は１チップで構成してもよい。

このような構成において、図３に示すように、送信側コネクタ１０にデータ送信機器４０を接続し、受信側コネクタ２０にデータ受信機器５０を接続した場合、コネクタ１０内の光送信部１１及びコネクタ２０内の光受信部にスイッチ１４，２４を介して電源が供給され、これによりデータ送信機器４０とデータ受信機器５０との接続が可能となる。

いま、ユーザーがケーブルを外部機器４０，５０から外そうとコネクタ１０，２０の何れかに触れると、制御部１３，２３により脱着動作が検出され、スイッチ１４，２４がＯＦＦに切り換えられる。スイッチ１４，２４がＯＦＦになると、光送信部１１や光受信部２１に対しての電源供給が遮断されるため、コネクタ１０，２０を電子機器から外しても、これらの接続端子部分から高速（低耐圧）半導体素子からなる光インターフェースへサージが伝播することはない。

このように本実施形態によれば、光電気ケーブルの人為的な脱着を事前検出して光電気ケーブルを保護でき、幼児などの悪戯にも瞬間的に対応可能になる。即ち、不慮の脱着事故による光送信部１１や光受信部２１の破損を未然に防止することができ、これにより、民生機器などに光電気ケーブルを適用することが容易となり、高精細映像機器などの普及に貢献可能という効果を発揮する。

（第２の実施形態）
第１の実施形態では、コネクタ１０，２０の脱着動作を検出するためにタッチセンサを用いたが、この代わりに、コネクタ１０，２０に一般的に備わっているロック機構を利用することができる。

図４は、本発明の第２の実施形態に係わる光電気ケーブルに用いた送信側コネクタの要部構成及び接続状態を示す図である。なお、図１と同一部分には同一符号を付して、その詳しい説明は省略する。

光電気ケーブル自体の基本的構成は前記図１と同様であり、本実施形態が第１の実施形態と異なる点は、コネクタの脱着を検出するためにコネクタのロック機構を利用したことにある。また、図では送信側コネクタ１０のみを示しているが、受信側コネクタ２０も同様の構成となっている。

図４（ａ）に示すように、コネクタ１０には、バネ等により外側に付勢される抜け止めピン１５が設けられており、このピン１５の位置が光リンク制御部１３により検出可能となっている。即ち、ピン１５が突出している状態とピン１５が押し込まれている状態とで、コネクタの装着状態を検出するようになっている。

データ送信機器４０には、コネクタ１０が挿入されるガイド穴が設けられており、このガイド穴の底部にはコネクタ１０の末端端子１６と接続される接続端子４１が設けられている。また、ガイド穴の側面には、コネクタ１０のピン１５と係合する断面Ｖ字型の溝が設けられている。

本実施形態の脱着検出機構は、図４（ｂ）に示すように、コネクタ１０がデータ送信機器４０に正常に装着されている状態では、ピン１５が突出しているので、制御部１３は脱着動作を非検出となり、スイッチ１４はＯＮのままである。

図４（ｃ）に示すように、コネクタ１０がデータ送信機器４０から外されようとすると、ピン１５が押し込まれるため、制御部１３が脱着動作を検出し、スイッチ１４はＯＦＦに切り替わる。

このような構成であっても、先に説明した第１の実施形態と同様に、光電気ケーブルの人為的な脱着を事前検出して光電気ケーブルを保護することができ、第１の実施形態と同様の効果が得られる。また、本実施形態では、明らかな脱着行為のみを検出することができる利点もある。

（第３の実施形態）
図５は、本発明の第３の実施形態に係わる光電気ケーブルを示す概略構成図である。なお、図１と同一部分には同一符号を付して、その詳しい説明は省略する。

光電気ケーブルの基本的な構成は前記図１と同様であり、本実施形態が第１の実施形態と異なる点は、コネクタの脱着を検出するための検出機構として、光電気ケーブルが引っ張られたことを検出する張力センサを設けたことにある。

送信側コネクタ１０と受信側コネクタ２０との間に、ワイヤー６０が掛け渡され、ワイヤー６０の一端は送信側コネクタ１０内に設けられた張力センサ６１に接続され、他端は受信側コネクタ２０内に設けられた張力センサ６２に接続されている。そして、ワイヤー６０に加わる張力がセンサ６１，６２により検出され、その検出情報は光リンク制御部１３，２３に入力される。制御部１３，２３ではセンサ６１，６２で得られる張力が一定以上となるとスイッチ１４，２４をＯＦＦに切り換えるようになっている。

このような構成であれば、光電気ケーブルを途中で引っ張る行為や通行者が足に引っ掛けるなどの不慮の事故にも対応することができ、光電気ケーブルを不慮の事故から保護することができる。また、光電気ケーブル自体の機械的な保護は、コネクタロック機構の強度をケーブル破壊強度より低く設定することで可能である。

（第４の実施形態）
図６は、本発明の第４の実施形態を説明する概略構成図であり、光送信部、光受信部の電源供給ラインにスロースタート動作のためのフィルタ１９を設けた例である。

スイッチ１４と光送信部１１との間にスロースタート動作のためのフィルタ１９が挿入されている。フィルタ１９としては、ＣＲ積分回路のみでもスロースタート動作が可能であるが、抵抗（Ｒ）部分での電力損が生じるため、安定的な電流供給はインダクタンス（Ｌ）を通じて行うようにしている。これらのＬＣＲ値は電源容量やフィルタ周波数に応じて決定すればよい。

なお、図６では、送信側のみを示しているが、受信側も同様の構成とすればよい。さらに、本実施形態の構成は第１〜第３の実施形態の何れにも適用することができる。

このようなフィルタ１９を設けた場合、スイッチ１４のＯＮ／ＯＦＦの切り替わりによるサージを確実に吸収することができ、サージに伴う光送信部１１や光受信部２１の損傷を未然に防止することができる。従って、第１〜第３の実施形態と組み合わせて用いることにより、光電気ケーブルの更なる信頼性の向上が可能である。

（変形例）
なお、本発明は上述した各実施形態に限定されるものではない。例えば、上述した本発明実施形態は幾つかの具体例を示しているが、これはあくまで構成例であり、本発明の主旨に従い個々の要素に他の手段（回路、構造、機器構成など）を用いても構わないものである。また、実施形態に示された構成などはあくまで一例であり、また、各実施形態を組み合わせて実施することも可能である。即ち、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施することができるものである。

第１の実施形態に係わる光電気ケーブルを示す概略構成図。第１の実施形態の光電気ケーブル用いた脱着検出機構の例を示す図。第１の実施形態の光電気ケーブルをデータ送信機器とデータ受信機器との間に接続した状態を示す図。第２の実施形態に係わる光電気ケーブルに用いた脱着検出機構の例を示す図。第３の実施形態に係わる光電気ケーブルを示す概略構成図。第４の実施形態に係わる光電気ケーブルの要部構成を説明するためのもので、スロースタートフィルタの例を示す図。

符号の説明

１０…送信側コネクタ（第１のコネクタ）、１１…光送信部、１２…発光素子、１３…第１の光リンク制御部（検出機構）、１４…第１の光リンクスイッチ（遮断機構）、１５…抜け止めピン、１６…末端端子、１８…検出用ピン、１９…フィルタ、２０…受信側コネクタ（第２のコネクタ）、２１…光受信部、２２…受光素子、２３…第２の光リンク制御部（検出機構）、２４…第２の光リンクスイッチ（遮断機構）、３０…ケーブル被覆部材、３１…電気配線、３２…光配線路、３３…制御ライン、３４…電源供給ライン、３５…接地ライン、３６，３７…高速信号ライン、４０…データ送信機器、４１…接続端子、５０…データ受信機器、６０…ワイヤー、６１，６２…張力センサ。

Claims

光送信部を有する第１のコネクタと光受信部を有する第２のコネクタとの間が電気配線及び光配線路で接続され、光送信部及び光受信部が外部機器からの電源供給により駆動される光電気ケーブルであって、
前記各コネクタの少なくとも一方の脱着動作を検出する検出機構と、
前記検出機構により脱着動作が検出されると、前記光送信部及び前記光受信部への電源供給を遮断する遮断機構と、
を具備してなることを特徴とする光電気ケーブル。
前記検出機構は、前記コネクタへの触手を検出するタッチセンサであることを特徴とする請求項１に記載の光電気ケーブル。
前記検出機構は、電子機器に対する前記コネクタの装着を保持するためのロック機構の解除を検出するものであることを特徴とする請求項１に記載の光電気ケーブル。
前記検出機構は、前記電気配線及び前記光配線路に加わる張力を検出するものであることを特徴とする請求項１に記載の光電気ケーブル。
前記光送信部及び前記光受信部への電源供給経路に、スロースタート動作のためのフィルタを設けてなることを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の光電気ケーブル。