JP2011048256A - 光コネクタ及び光トランシーバ - Google Patents

Abstract

【課題】光トランシーバに集光レンズ機能を搭載したものにあって、光トランシーバのリードフレームの位置より集光レンズの配置位置が離れすぎている場合にも、他の部品の設計変更を行うことなく適正な光通信を行うことができる光コネクタを提供する。
【解決手段】相手側光コネクタが嵌合されるコネクタハウジング２と、コネクタハウジング２内に収容され、光ファイバ３０の先端面３０ａとの間で光信号の送受信を行う光トランシーバ２０とを備え、光トランシーバ２０は、リードフレーム２１と、リードフレーム２１上に配置されたセラミックス基板２２と、セラミックス基板２２上に配置された光電変換素子２３と、光電変換素子２３の上方位置に集光レンズ２４ａが一体に形成されると共にリードフレーム２１、セラミックス基板２２及び光電変換素子２３の外周に配置され、光伝搬可能な樹脂材より形成された樹脂成形部２４とを備えた。
【選択図】図１

Description

本発明は、相手側光コネクタと嵌合し、相手側光コネクタの光ファイバとの間で光信号の送受信を行う機能を備えた光コネクタ、及び、光コネクタに収容されて送受信機能を行う光トランシーバに関する。

例えば、自動車内の伝送情報の大容量化、高速化に対処するため、自動車内でも光ファイバケーブルによる光通信システムが採用されるようになってきている。このような光通信システムを構成する車載用光通信部品の一つとして、光トランシーバ（ＦＯＴ：Ｆｉｂｅｒ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｔｒａｎｓｃｅｉｖｅｒ）を内蔵した光コネクタが用いられる。

この種の従来の光コネクタ５０は、図５及び図６に示すように、相手側光コネクタ（図示せず）が嵌合されるコネクタハウジング５１と、このコネクタハウジング５１の外周を覆うシールドケース５２と、コネクタハウジング５１内に配置される一対のレンズスリーブ５３と、同じくコネクタハウジング５１内に配置される一対の光トランシーバ５４とを備えている（特許文献１参照）。

コネクタハウジング５１は、内部に嵌合先端壁６０を有し、この嵌合先端壁６０を境としてコネクタ嵌合室６１と部品収容室６２に仕切られている。コネクタ嵌合室６１に相手側コネクタ（図示せず）が嵌合される。嵌合先端壁６０のコネクタ嵌合室６１側の面がコネクタ嵌合先端面６０ａとされる。嵌合先端壁６０の二箇所には、コネクタ嵌合室６１に向かって円筒状の光ファイバ位置決め部６３が突出されている。相手側コネクタ（図示せず）が嵌合されると、相手側コネクタ（図示せず）の光ファイバ７０の先端部が光ファイバ位置決め部６３によって位置決めされる（図６参照）。各光ファイバ位置決め部６３の内部は、部品収容室６２に貫通されている。

各レンズスリーブ５３は、先端に配置された集光レンズ５３ａとこの後端側に配置された導光路部５３ｂとを有し、その集光レンズ５３ａが光位置決め部６３の開口に臨むようにして部品収容室６２に配置されている。

各光トランシーバ５４は、各レンズスリーブ５３の導光路部５３ｂの後端位置で部品収容室６２に配置されている。各光トランシーバ５４は、リードフレーム５４ａとこのリードフレーム５４ａ上に配置された光電変換素子５５と、リードフレーム５４ａ及び光電変換素子５５の外周に配置され、これら部品を固定する樹脂成形部５４ｃとを備えている。一対の光電変換素子５５は、例えば一方が発光素子であり、他方が受光素子である。

上記構成において、光ファイバ７０内を伝搬されて来た光は、その先端面７０ａより集光レンズ５３ａに向かって射出され、レンズスリーブ５３内を通って受光用の光電変換素子５５の位置で集束される。受光用の光電変換素子５５は、受光した光信号を電気信号に変換する。又、送信側の電気信号に基づいて発光用の光電変換素子５５が発光すると、その光がレンズスリーブ５３内を通って集光レンズ５３ａでほぼ平行光となって光ファイバ７０の先端面７０ａより光ファイバ７０に入射される。

光コネクタ５０内での光通信を適正に行うには、光ファイバ７０の先端面７０ａと集光レンズ５３ａとの間の距離Ｌ１、及び、集光レンズ５３ａと光電変換素子５５との間の距離Ｌ２（Ｌ２：焦点距離等によって変化）を適正な距離に保つ必要がある。ここで、相手側光コネクタ（図示せず）の嵌合時における光ファイバ７０の先端面７０ａの位置は、コネクタハウジング５１のコネクタ嵌合先端面６０ａを基準として特定されるため、光ファイバ７０の先端面７０ａの位置を基準として集光レンズ５３ａと光電変換素子５５の各位置が決定される。その特定された位置に集光レンズ５３ａと光電変換素子５５がそれぞれ配置される。

ところで、本出願人は、光トランシーバ５４に集光レンズ機能を搭載することによってレンズスリーブ５３をなくし、部品点数の削減化を図ったものを提案した（特許文献２参照）。

集光レンズ機能を搭載した光トランシーバ５４を採用する場合にあっても、光コネクタ５０のサイズや、光トランシーバ５４の内部部品であるリードフレーム５４ａの形態変更等をすることなく光トランシーバ５４を設置したいという要請がある。

特開２００６−２１５２７３号公報 特開２００１−６６４６９号公報

しかしながら、上記要請の下で集光レンズ５３ａ及び光電変換素子５５を光通信に適正な位置に配置しようとすると、次のような問題がある。つまり、光トランシーバ５４の本体側（リードフレーム５４ａを有する箇所）は、コネクタ嵌合先端面６０ａより突出しない位置に配置する必要があるため、光トランシーバ５４の本体側（リードフレーム５４ａを有する箇所）に対して十分に突出させた位置に集光レンズ５３ａを配置する必要がある。すると、各光電変換素子５５の位置をリードフレーム５４ａ上に配置したのでは、集光レンズ５３ａとの距離が離れすぎてしまい、適正な光通信を行うことができない。

そこで、本発明は、前記した課題を解決すべくなされたものであり、光トランシーバに集光レンズ機能を搭載したものにあって、光トランシーバのリードフレームの位置より集光レンズの配置位置が適正な光通信を可能とする距離よりも離れすぎている場合にも、他の部品の設計変更を行うことなく適正な光通信を行うことができる光コネクタを提供することを目的とする。また、他の本発明は、集光レンズ機能を搭載したものにあって、リードフレームの位置より集光レンズの配置位置が適正な光通信を可能とする距離よりも離れすぎている場合にも、他の部品の設計変更を行うことなく適正な光通信を可能とする光トランシーバを提供することを目的とする。

請求項１の発明は、相手側光コネクタが嵌合されるコネクタ嵌合室を有するコネクタハウジングと、前記コネクタハウジング内に収容され、前記光ファイバの先端面との間で光信号の送受信を行う光トランシーバとを備え、前記光トランシーバは、リードフレームと、前記リードフレーム上に配置された台座と、前記台座上に配置された光電変換素子と、前記光電変換素子の上方位置に集光レンズが一体に形成されると共に前記リードフレーム、前記台座及び前記光電変換素子の外周に配置され、光伝搬可能な樹脂材より形成された樹脂成形部とを備えたことを特徴とする光コネクタである。

請求項２の発明は、請求項１記載の光コネクタであって、前記台座は、上面に配置された表面導通部と底面に配置された表面導通部間を連通する内部導通部を有し、前記光電変換素子は、前記内部導通部を介する導通経路と、導通ワイヤーを介する導通経路によって前記リードフレームに電気的に接続されたことを特徴とする光コネクタである。

請求項３の発明は、請求項２記載の光コネクタであって、前記台座は、上面と底面の中間位置に段差面を有すると共に、前記上面と前記段差面とこれらの間の側面に亘って配置された補助表面導通部を有し、導通ワイヤーを介する導通経路は、前記光電変換素子と前記上面上の前記補助表面導通部との間、及び、前記段差面上の前記補助表面導通部と前記リードフレームとの間が導通ワイヤーでそれぞれ接続することによって構成されたことを特徴とする光コネクタである。

請求項４の発明は、リードフレームと、前記リードフレーム上に配置された台座と、前記台座上に配置された光電変換素子と、前記光電変換素子の上方位置に集光レンズが一体に形成されると共に前記リードフレーム、前記台座及び前記光電変換素子の外周に配置され、光伝搬可能な樹脂材より形成された樹脂成形部とを備えたことを特徴とする光トランシーバである。

請求項５の発明は、請求項４記載の光トランシーバであって、前記台座は、上面に配置された表面導通部と底面に配置された表面導通部間を連通する内部導通部を有し、前記光電変換素子は、前記内部導通部を介する導通経路と、導通ワイヤーを介する導通経路によって前記リードフレームに電気的に接続されたことを特徴とする光トランシーバである。

請求項６の発明は、請求項５記載の光トランシーバであって、前記台座は、上面と底面の中間位置に段差面を有すると共に、前記上面上の前記段差面とこれらの間の側面に亘って配置された補助表面導通部を有し、導通ワイヤーを介する導通経路は、前記光電変換素子と前記上面上の前記補助表面導通部との間、及び、前記段差面上の前記補助表面導通部と前記リードフレームとの間を導通ワイヤーでそれぞれ接続することによって構成されたことを特徴とする光トランシーバである。

請求項１の発明によれば、光トランシーバに集光レンズ機能を搭載したものにあって、光ファイバの先端面の位置との関係より集光レンズを光トランシーバのリードフレームに対して十分に離れた位置に配置する必要がある場合にあっても、リードフレーム上に台座を介して光電変換素子を配置したため、集光レンズに対して最適な光通信位置に光電変換素子を設置でき、他の部品（コネクタハウジング、リードフレーム等）の設計変更を行うことなく適正な光通信を行うことができる。

又、集光レンズに対する光電変換素子の位置を変更したい場合には、台座の高さを可変することによって簡単に変更できる。

請求項２の発明によれば、請求項１の発明の効果に加え、光電変換素子のリードフレームへの電気的接続をリードフレーム上に直接光電変換素子を配置した場合と同様に行うことができる。

請求項３の発明によれば、請求項２の発明の効果に加え、ワイヤーボンディング作業を狭スペースで行うことができると共にワイヤーボンディング作業の難易度が下がり、ワイヤーボンディングの信頼性が向上する。

請求項４の発明によれば、集光レンズ機能を搭載したものにあって、光ファイバの先端面の位置との関係より集光レンズをリードフレームに対して十分に離れた位置に配置する必要がある場合にあっても、リードフレーム上に台座を介して光電変換素子を配置したため、集光レンズに対して最適な光通信位置に光電変換素子を設置でき、他の部品（リードフレーム等）の設計変更を行うことなく適正な光通信を行うことができる。

又、集光レンズに対する光電変換素子の位置を変更したい場合には、台座の高さを可変することによって簡単に変更できる。

請求項５の発明によれば、請求項４の発明の効果に加え、光電変換素子のリードフレームへの電気的接続をリードフレーム上に直接光電変換素子を配置した場合と同様に行うことができる。

請求項６の発明によれば、請求項５の発明の効果に加え、ワイヤーボンディング作業を狭スペースで行うことができると共にワイヤーボンディング作業の難易度が下がり、ワイヤーボンディングの信頼性が向上する。

本発明の一実施形態を示し、（ａ）は光コネクタの断面図、（ｂ）は光トランシーバの断面図である。 本発明の一実施形態を示し、（ａ）はセラミックス基板の斜視図、（ｂ）はセラミックス基板の正面図である。 変形例の光トランシーバの断面図である。 （ａ）は変形例のセラミックス基板の斜視図、（ｂ）は変形例のセラミックス基板の正面図である。 従来例の光コネクタの分解斜視図である。 従来例の光コネクタの断面図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

（実施形態）
図１及び図２は本発明の一実施形態を示し、図１（ａ）は光コネクタ１の断面図、図１（ｂ）は光トランシーバ２０の断面図、図２（ａ）はセラミックス基板２２の斜視図、図２（ｂ）はセラミックス基板２２の正面図である。

図１（ａ）に示すように、光コネクタ１は、相手側光コネクタ（図示せず）が嵌合されるコネクタハウジング２と、このコネクタハウジング２の外周を覆うシールドケース１０と、コネクタハウジング２内に配置される一対の光トランシーバ２０（ＦＯＴ：Ｆｉｂｅｒ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｔｒａｎｓｃｅｉｖｅｒ）とを備えている。

コネクタハウジング２は、方形枠状に囲まれた外壁３と、その先端側に配置された嵌合先端壁４とを有し、これらによって内部にコネクタ嵌合室５が設けられている。このコネクタ嵌合室５に相手側光コネクタ（図示せず）が嵌合される。嵌合先端壁４のコネクタ嵌合室側の面がコネクタ嵌合先端面４ａである。相手側光コネクタ（図示せず）のコネクタハウジング（図示せず）がコネクタ嵌合先端面４ａに突き当たる位置が適正な嵌合位置である。嵌合先端壁４の二箇所には、コネクタ嵌合室５に向かって円筒状の光ファイバ位置決め部６が突出されている。相手側コネクタ（図示せず）が嵌合されると、相手側コネクタ（図示せず）の光ファイバ３０の先端部が光ファイバ位置決め部６によって位置決めされる。又、コネクタハウジング２は、嵌合先端壁４のコネクタ嵌合室５の反対側に光トランシーバ固定壁７を有する。

各光トランシーバ２０は、光トランシーバ固定壁７に固定され、集光レンズ２４ａが光ファイバ位置決め部６の内部に突出された状態で配置されている。光コネクタ１は、一対の光トランシーバ２０がインサート成形（一次成形）によって作製され、その後、一対の光トランシーバ２０をインサート成形の内部部品としてコネクタハウジング２を二次成形することによって作製されている。

各光トランシーバ２０は、図１（ｂ）に詳しく示すように、リードフレーム２１と、このリードフレーム２１上に配置された台座であるセラミックス基板２２と、このセラミックス基板２２上に配置された光電変換素子２３と、リードフレーム２１、セラミックス基板２２及び光電変換素子２３の外周に配置され、これらの部材を固定する樹脂成形部２４とを備えている。

リードフレーム２１は、その一方端側がコネクタハウジング２より外側に突出されている。この突出したリードフレーム２１の箇所が外部用端子２１ａ（図１（ａ）に示す）とされている。外部用端子２１ａは、コネクタハウジング２より外側に突出した近傍で略直角方向に折曲され、これにより所望の向き及び位置に設定されている。

セラミックス基板２２は、図２（ａ）、（ｂ）に詳しく示すように、四角形のブロックである。セラミックス基板２２の高さＨは、光電変換素子２３が下記する集光レンズ２４ａに対して適正な光通信を行うことができる距離Ｌ３となる寸法に設定されている。セラミックス基板２２は、上面に配置された表面導通部２２ａと底面に配置された表面導通部２２ｂ間を連通する内部導通部２２ｃを有する。双方の表面導通部２２ａ，２２ｂ及び内部導通部２２ｃは、例えば金属メッキによって作製される。

一対の光電変換素子２３は、その一方が発光素子であり、他方が受光素子である。各光電変換素子２３は、上面と下面に電極（図示せず）を有する。下面の電極（図示せず）は、セラミックス基板２２の上面の表面導通部２２ａ、内部導通部２２ｃ及び下面の表面導通部２２ｃによって所定のリードフレーム２１に導通されている。上面の電極（図示せず）は、導通ワイヤー２５によって所定のリードフレーム２１に導通されている。つまり、各光電変換素子２３は、内部導通部２２ｃを利用する導通経路と、導通ワイヤー２５を利用する導通経路によって各リードフレーム２１に電気的に接続されている。

樹脂成形部２４は、光伝搬可能な樹脂材より、集光レンズ２４ａが一体に形成されている。これにより、光トランシーバ２０に集光レンズ機能が搭載されている。集光レンズ２４ａは、嵌合された相手側光コネクタ（図示せず）の光ファイバ３０の先端面３０ａの位置に対して所定の距離（従来例で説明したＬ１）になる位置に配置されている。この位置は、リードフレーム２１の位置に対して十分に離れた位置である。

上記構成の光コネクタ１において、相手側光コネクタ（図示せず）が嵌合され、相手側光コネクタ（図示せず）の光ファイバ３０内を伝搬されて来た光は、その先端面３０ａより集光レンズ２４ａに向かって射出され、樹脂成形部２４内を通って受光用の光電変換素子２３の位置で集束される。受光用の光電変換素子２３は、受光した光信号を電気信号に変換する。又、送信側の電気信号に基づいて発光用の光電変換素子２３が発光すると、その光が樹脂成形部２４内を通って集光レンズ２４ａでほぼ平行光となって光ファイバ３０の先端面３０ａより光ファイバ３０に入射される。このようにして光コネクタ１内では光信号と電気信号の変換が行われる。

以上説明したように、集光レンズ２４ａが一体に形成された光トランシーバ２０にあって、この光トランシーバ２０のリードフレーム２１上にセラミックス基板２２を介して光電変換素子２３が配置されている。従って、光トランシーバ２０に集光レンズ機能を搭載したものにあって、本実施形態のように光ファイバ３０の先端面３０ａの位置との関係より集光レンズ２４ａを光トランシーバ２０のリードフレーム２１に対して十分に離れた位置に配置する必要がある場合にあっても、集光レンズ２４ａに対して最適な光通信位置に光電変換素子２３を設置でき、光コネクタ１の他部品（コネクタハウジング２、リードフレーム ２１等）の設計変更を行うことなく適正な光通信を行うことができる。

又、集光レンズ２４ａに対する光電変換素子２３の位置を変更したい場合には、セラミックス基板２２の高さＨを可変することによって簡単に変更できる。

セラミックス基板２２は、線膨張係数が小さく、熱伝導率が高いため、周囲の温度変化や光電変換素子２３自体の発熱による温度上昇の悪影響を極力受けず、光通信の信頼性を確保できる。

セラミックス基板２２は、上面に配置された表面導通部２２ａと底面に配された表面導通部２２ｂ間を連通する内部導通部２２ｃを有する。そして、光電変換素子２３は、内部導通部２２ｃを利用する導通経路と、導通ワイヤー２５を介する導通経路によって各リードフレーム２１に電気的に接続されている。従って、光電変換素子２３のリードフレーム２１への電気的接続をリードフレーム２１上に光電変換素子２３を直接配置した場合と同様に行うことができる。

（光トランシーバの変形例）
図３及び図４は光トランシーバ２０Ａの変形例を示し、図３は光トランシーバ２０Ａの断面図、図４（ａ）はセラミックス基板２２Ａの斜視図、図４（ｂ）はセラミックス基板２２Ａの正面図である。

図３に示すように、光トランシーバ２０Ａは、前記実施形態のものと比較するに、台座であるセラミックス基板２２Ａの構成が主に相違する。つまり、セラミックス基板２２Ａは、上面と底面の中間位置に段差面２２ｄを有する。セラミックス基板２２Ａは、前記実施形態と同様に、上面に配置された表面導通部２２ａと底面に配置された表面導通部２２ｂ間を連通する内部導通部２２ｃを有する。その上、セラミックス基板２２Ａは、上面と段差面２２ｄとこれらの間の側面に亘って配置された補助表面導通部２６を別個に有する。そして、導通ワイヤーを利用する導通経路は、光電変換素子２３と上面上の補助表面導通部２６との間、及び、段差面２２ｄ上の補助表面導通部２６とリードフレーム２１との間を導通ワイヤー２５ａ，２５ｂでそれぞれ接続することによって構成されている。

他の構成は、前記実施形態と同様であるため、図面の同一構成箇所には同一符号を付してその説明を省略する。

この変形例では、光電変換素子２３と上面上の補助表面導通部２６との間、及び、段差面２２ｄ上の補助表面導通部２６とリードフレーム２１との間が導通ワイヤー２５ａ，２５ｂでそれぞれ接続されている。従って、ワイヤーボンディング作業を狭スペースで行うことができると共にワイヤーボンディング作業の難易度が下がり、ワイヤーボンディングの信頼性が向上する。

つまり、ワイヤーボンディング作業を行う面に段差がある場合、その段差が大きければ大きいほどワイヤーボンディング作業を行うのに広いスペースが必要となる。極力狭いスペースでワイヤーボンディング作業を行おうとすると、セラミックス基板２２の上面のエッジに導通ワイヤーが接触しないように十分な配慮が必要となり、ワイヤーボンディング作業の難易度が上がり、信頼性も低下する。これに対し、本変形例にようにすれば、ワイヤーボンディング作業が２本になるが、１本１本のワイヤーボンディング作業の段差が小さくなるために、ワイヤーボンディング作業を狭スペースで行うことができると共にワイヤーボンディング作業の難易度が下がり、ワイヤーボンディングの信頼性が向上する。

尚、前記実施形態及び変形例では、台座をセラミックス基板２２にて形成したが、セラミックス基板以外の部材で形成しても良い。その部材は、セラミックス基板２２と同様に、線膨張係数が小さく、熱伝導率が高い素材が好ましい。

尚、前記実施形態及び変形例では、光電変換素子２３は、発光素子と受光素子であるが、受発光素子であっても良い。

１ 光コネクタ
２ コネクタハウジング
４ａ コネクタ嵌合先端面
５ コネクタ嵌合室
２０,２０Ａ 光トランシーバ
２１ リードフレーム
２２，２２Ａ セラミックス基板
２２ａ，２２ｂ 表面導通部
２２ｃ 内部導通部
２２ｄ 段差面
２３ 光電変換素子
２４ 樹脂成形部
２４ａ 集光レンズ
２５，２５ａ，２５ｂ 導通ワイヤ
２６ 補助表面導通部
３０ 光ファイバ
３０ａ 先端面

Claims (6)

1. 相手側光コネクタが嵌合されるコネクタ嵌合室を有するコネクタハウジングと、
   前記コネクタハウジング内に収容され、前記光ファイバの先端面との間で光信号の送受信を行う光トランシーバとを備え、
   前記光トランシーバは、リードフレームと、前記リードフレーム上に配置された台座と、前記台座上に配置された光電変換素子と、前記光電変換素子の上方位置に集光レンズが一体に形成されると共に前記リードフレーム、前記台座及び前記光電変換素子の外周に配置され、光伝搬可能な樹脂材より形成された樹脂成形部とを備えたことを特徴とする光コネクタ。
2. 請求項１記載の光コネクタであって、
   前記台座は、上面に配置された表面導通部と底面に配置された表面導通部間を連通する内部導通部を有し、前記光電変換素子は、前記内部導通部を介する導通経路と、導通ワイヤーを介する導通経路によって前記リードフレームに電気的に接続されたことを特徴とする光コネクタ。
3. 請求項２記載の光コネクタであって、
   前記台座は、上面と底面の中間位置に段差面を有すると共に、前記上面と前記段差面とこれらの間の側面に亘って配置された補助表面導通部を有し、
   導通ワイヤーを介する導通経路は、前記光電変換素子と前記上面上の前記補助表面導通部との間、及び、前記段差面上の前記補助表面導通部と前記リードフレームとの間が導通ワイヤーでそれぞれ接続することによって構成されたことを特徴とする光コネクタ。
4. リードフレームと、前記リードフレーム上に配置された台座と、前記台座上に配置された光電変換素子と、前記光電変換素子の上方位置に集光レンズが一体に形成されると共に前記リードフレーム、前記台座及び前記光電変換素子の外周に配置され、光伝搬可能な樹脂材より形成された樹脂成形部とを備えたことを特徴とする光トランシーバ。
5. 請求項４記載の光トランシーバであって、
   前記台座は、上面に配置された表面導通部と底面に配置された表面導通部間を連通する内部導通部を有し、前記光電変換素子は、前記内部導通部を介する導通経路と、導通ワイヤーを介する導通経路によって前記リードフレームに電気的に接続されたことを特徴とする光トランシーバ。
6. 請求項５記載の光トランシーバであって、
   前記台座は、上面と底面の中間位置に段差面を有すると共に、前記上面と前記段差面とこれらの間の側面に亘って配置された補助表面導通部を有し、
   導通ワイヤーを介する導通経路は、前記光電変換素子と前記上面上の前記補助表面導通部との間、及び、前記段差面上の前記補助表面導通部と前記リードフレームとの間が導通ワイヤーでそれぞれ接続することによって構成されたことを特徴とする光トランシーバ。

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