JP2013037114A - 光リンクモジュール - Google Patents

Abstract

【課題】プラグの着脱を繰り返しても、確実なシャッター動作が可能な光リンクモジュールを提供する。
【解決手段】光リンクモジュールは、筐体と、光ユニットと、板バネと、シャッターと、を有する。筐体は、プラグを挿入可能なプラグガイド部と、前記プラグガイド部と連続した穴部と、が設けられている。板バネは、一方の端部にフックを有し、前記一方の端部が前記穴部に内接しかつ前記フックが前記筐体に掛合している。シャッターは、前記プラグガイド部内に設けられ、前記プラグが前記プラグガイド部に挿入されると前記プラグガイド部内で回転し前記板バネを折り曲げつつ開状態となり前記光ユニットと前記光ファイバーとを光結合させ、前記プラグが前記プラグガイド部から引き抜かれると前記板バネの曲げ弾性応力により閉状態となり前記光ユニットと前記光ファイバーとの間の光路を遮断する。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、光リンクモジュールに関する。

電気信号の代わりに光信号を用いて画像や音声を伝送すると、外来ノイズの影響が低減されるとともに、ＥＭＩ（Electro-magnetic Interference)による他の電子機器への影響を低減できる。

例えば、ＴＶ受信機、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc)プレーヤおよびＣＤ（Compact Disc)プレーヤなどと、デジタルアンプと、の間を光ファイバで接続すると、高品質の音声を伝送することが容易となる。

この場合、ＴＶ受信機やＤＶＤプレーヤに取り付けられた光デジタル音声出力端子から、光信号が直接人間の眼に向かって放射されないことが安全上好ましい。このためには、例えば光リンク送信モジュールにおいて、プラグが挿入されていない状態ではシャッターが閉じる構造とすればよい。

光リンクモジュールの筐体に樹脂成形体を用いると、小型、軽量、高い量産性とすることができる。この場合、光ファイバー側に設けられたプラグを、レセプタクル型筐体などに対して着脱を繰り返してもシャッターが確実に動作することが要求される。

特開２００３−４９８２号公報

光ファイバー端部が設けられたプラグの着脱を繰り返しても、確実なシャッター動作が可能な光リンクモジュールを提供する。

実施形態の光リンクモジュールは、光ファイバーを有するプラグと接続可能である。光リンクモジュールは、筐体と、光ユニットと、板バネと、シャッターと、を有する。筐体は、前記プラグを挿入可能なプラグガイド部と、前記プラグガイド部と連続した穴部と、が設けられている。光ユニットは、前記筐体の内部に設けられ、前記光ファイバーと光結合が可能である。板バネは、一方の端部にフックを有し、前記一方の端部が前記穴部に内接しかつ前記フックが前記筐体に掛合している。シャッターは、前記プラグガイド部内に設けられ、前記プラグが前記プラグガイド部に挿入されると前記プラグガイド部内で回転し前記板バネを折り曲げつつ開状態となり前記光ユニットと前記光ファイバーとを光結合させ、前記プラグが前記プラグガイド部から引き抜かれると前記板バネの曲げ弾性応力により閉状態となり前記光ユニットと前記光ファイバーとの間の光路を遮断する。

図１（ａ）は第１の実施形態にかかる光リンクモジュールの模式正面図、図１（ｂ）はＡ−Ａ線に沿った模式断面図、である。 第１の実施形態にかかる光リンクモジュールに光ファイバーの端部を含むプラグが嵌合された部分切断模式斜視図である。 図３（ａ）は板バネの模式平面図、図３（ｂ）はＢ−Ｂ線に沿った模式断面図、図３（ｃ）は側面図、である。 図４（ａ）は穴部１９の近傍の模式断面図、図４（ｂ）は板バネを押し込む前の穴部１９の模式断面図、図４（ｃ）は板バネを押し込んだ模式断面図、である。 図５（ａ）はフックの下面の写真図、図５（ｂ）は板バネを除去した後の写真図、図５（ｃ）は板バネを除去した後の形状プロファイルを測定したグラフ図、である。 図６（ａ）は比較例にかかる光リンクモジュールの模式正面図、図６（ｂ）はＣ−Ｃ線に沿った閉状態の模式断面図、図６（ｃ）は板バネ位置がずれた状態の模式断面図、である。 板バネ引き抜き強度を示すグラフ図である。 プラグ着脱回数に対する板バネ−シャッター間距離の依存性を表すグラフ図である。 光リンクモジュールの応用例を示す構成図である。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施形態について説明する。
図１（ａ）は第１の実施形態にかかる光リンクモジュールの模式正面図、図１（ｂ）はＡ−Ａ線に沿った模式断面図、である。
第１の実施形態は、光ファイバーの端部を含むプラグを挿入可能なレセプタクル型構造を有する光リンクモジュールである。光リンクモジュールは、筐体１０と、光ユニット２０と、板バネ４０と、シャッター１６と、を有する。

樹脂成形体などからなる筐体１０には、プラグが挿入されるプラグガイド部１８およびプラグガイド部１８と連続した穴部１９が設けられる。また、光ユニット２０は筐体１０の凹部内に設けられ、例えば樹脂接着剤３０で固定される。光ユニット２０のリード端子２１は、筐体１０の外部に引き出される。また、筐体１０はガイドピン１２を有している。さらに、リン青銅などからなる補強端子１４を設けると実装が容易となるとともに、実装基板などへの取り付け強度を高めることができる。

成形体材料としては、例えば、ＰＢＴ（Polybutylene Terephthalate：ポリブチレンテレフタレート)樹脂やＰＣ（Polycarbonate：ポリカーボネート）樹脂などを用いることができる。ＰＢＴ樹脂およびＰＣ樹脂は、熱可塑性樹脂であり、ガラス転移点温度以上に加熱されると柔らかくなり、成形が容易となる。なお、導電性樹脂とすると、筐体のシールド効果を高めることができる。

光ユニット２０は、発光素子などを含み透明樹脂成形体などにより覆われているものとする。発光素子が表面発光型の場合、光軸２２は発光中心を通り発光素子の表面に垂直な軸として定義できる。

光ユニット２０が受光素子を有すると、光軸２２は受光中心を通り受光素子の受光面に垂直な軸として定義できる。いずれの場合でも、光軸２２を光ファイバーの中心線と一致させると、光結合効率を高めることができる。

また、光ユニット２０は、入力信号に応じて発光素子を動作可能な駆動回路を有していてもよい。さらに、発光素子の上方の透明樹脂成形体を凸レンズ２０ａとすると、発光素子からの放出光を集光して光ファイバーへの入射効率を高めることができる。さらに、光ユニットは、受光素子と増幅器とが集積された受光ＩＣを有していてもよい。

光ユニット２０を筐体１０の凹部へ挿入したのち、エポキシなどを含む樹脂接着剤３０を塗布し熱硬化すると、光軸２２と光ファイバーとの軸ずれが抑制される。

板バネ４０は、一方の端部にフック４１を有する。板バネ４０の一方の端部が筐体１０の穴部１９内に押し込まれ、内壁に内接する。このようにすると、フック４１は筐体１０に食い込むように掛合し、穴部１９の外へはみ出ることが抑制される。

シャッター１６は、プラグガイド部１８内に設けられる。プラグがプラグガイド部１８に挿入されると、シャッター１６が取り付け軸１６ｂを中心に回転し板バネ４０を折り曲げつつ開状態となる。すなわち、光ユニット２０と、光ファイバと、が光結合可能となる。
なお、シャッター１６は、ＰＯＭ（Polyoxymethylene：ポリオキシメチレン）樹脂などの材料とすることができる。

また、プラグが引き抜かれると、シャッター１６が板バネ４０の曲げ弾性応力により閉状態となる。すなわち、光ユニット２０と、光ファイバーと、の間の光路が遮断される。なお、図１（ｂ）は、シャッターの閉状態を示している。この場合、板バネ４０は、シャッター１６の凸部１６ａの側面と接し、板状のシャッター１６を略垂直に保持している。

図２は、第１の実施形態にかかる光リンクモジュールに光ファイバーの端部を含むプラグが嵌合された状態の部分切断模式斜視図である。
すなわち、図１のＡ−Ａ面を含む面で切断した図である。なお、光ユニット２０は発光素子を有するものとする。プラグ５０は、その内部に光ファイバー５４の一方の端部を有する。この場合、光ファイバ−５４の中心軸は、光ユニット２０の光軸２２と略一致することが好ましい。

プラグ５０とプラグガイド部１８とが嵌合された状態では、プラグ５０により板状のシャッター１６が回転し、ほぼ水平になっている。この場合、板バネ４０は、折り曲げられた状態となる。なお、シャッター１６は、プラグガイド部１８の内側に向かって凸部１６ａを有してもよい。本図の開状態では、板バネ４０の他方の端部は、凸部１６ａの上面に当接している。

プラグ５０と、プラグガイド部１８と、を樹脂からなるものとすると、スナップフィット構造などとすることにより互いに嵌合することが容易となる。なお、シャッター１６を樹脂からなるものとすると、筐体１０に嵌め込むことが容易となる。また、シャッター１６は金属であってもよい。

光ファイバー５４は、例えば、コア径が９８０μｍ、クラッド径が１０００μｍ、であるＡＰＦ（All Plastic Fiber)を用いることができる。ＡＰＦは、６５０〜６７０ｎｍの赤色光波長範囲で、例えば伝送損失が４００ｄＢ／ｋｍ以下の極小値を有する。このため、伝送距離を、例えば５０ｍとすることが容易である。なお、光ファイバーとして ＰＣＦ（Plastic Cladding Silica Fiber)を用いると、伝送距離を１０００ｍとすることができる。

プラグ５０を引き抜く場合、折れ曲がった板バネ４０は曲げ弾性応力によりシャッター１６を軸１６ｂのまわりに回転させて閉状態（図１（ｂ））にする。この場合、板バネ４０が穴部１９内に確実に保持されているので開閉が滑らかとなる。

図３（ａ）は板バネの模式平面図、図３（ｂ）はＢ−Ｂ線に沿った模式断面図、図３（ｃ）は側面図、である。
板バネ４０の一方の端部４０ａが筐体１０の穴部１９内に押し込まれる。板バネ４０は、例えばＳＵＳ３０２などからなり、厚さが０．２ｍｍ、フック４１は板バネ４０の下面よりも、例えば０．１ｍｍ下方へ折り曲げられるものとする。板バネ４０の他方の端部４０ｂは、例えばシャッター１６の凸部１６ａと接する。なお、板バネ４０の中間部に図３（ｂ）のように折り曲げ部４０ｃを設けると、曲げ弾性応力をシャッター１６へより効果的に伝えることができる。

図４（ａ）は穴部１９の近傍の模式断面図、図４（ｂ）は板バネを押し込む前の穴部のＤ−Ｄ線に沿った模式断面図、図４（ｃ）は板バネを押し込んだあとのＤ−Ｄ線に沿った模式断面図、である。
図４（ｂ）のように、穴部１９は、プラグの挿入方向に延在し、互いに対向する内壁１９ａ、１９ｂを有している。穴部１９の一方の内壁１９ａには、ボスなどの突起１０ａが設けられている。他方の内壁１９ｂと突起１０ａとの間の高さＨは、例えば０．１６ｍｍとする。板バネ４０の厚さが０．２ｍｍであっても、凸部１０ａが変形するので板バネ４０を押し込み、内壁１９ａ、１９ｂに内接させることが可能である。他方、内壁１９ｂには、フック４１が食い込むように掛合するので板バネ４０が確実に穴部１９内に固定可能である。

図５（ａ）はフックの下面の写真図、図５（ｂ）は板バネを除去した後の内壁の写真図、図５（ｃ）は板バネを除去した後の内壁の形状プロファイルを測定したグラフ図、である。
なお、筐体１０はＰＢＴ樹脂、板バネ４０はＳＵＳ３０２とした。板バネ４０のフック４１は、図５（ｂ）および（ｃ）のように、内壁１９ｂへ深さＧが約０．１ｍｍとなるように掛合しており、板バネ４０が、外側へ抜け出ることを抑制している。

図６（ａ）は比較例にかかる光リンクモジュールの模式正面図、図６（ｂ）はＣ−Ｃ線に沿った閉状態の模式断面図、図６（ｃ）は板バネ位置がずれた状態の模式断面図、である。
比較例では、板バネ１４０にフックが設けられておらず、板バネ１４０の一方の端部は穴部１１９内に押し込まれただけである。このため、プラグの着脱を繰り返すと、板バネ１４０には外向きの応力より強く作用する。このため、板バネ１４０は、外側に抜け出しやすい。板バネが外側にずれた状態では、板バネの先端部がシャッター１１６に接触すると元の位置に戻る回転ができなくなり、シャッター１１６を十分には押し下げることができない。この結果、図６（ｃ）のように、シャッター１１６の先端部が内側に引っ込んだ半開状態となる。

図７は、板バネ引き抜き強度を示すグラフ図である。
なお、筐体１０はいずれもＰＢＴ樹脂とし、板バネ４０はＳＵＳ３０２であるものとする。図６に示した比較例の場合、板バネ引き抜き強度は、１．２〜１．９Ｎ（ニュートン）の間に分布しており、その平均値は１．５Ｎであった。

他方、本実施形態において、フック面が破断面の場合、引き抜き強度は７．７〜９．０Ｎの間に分布し、その平均値は８．３Ｎと改善された。また、フック面がプレス面の場合、引き抜き強度は、７．０〜７．９Ｎの間に分布し、その平均値は７．４Ｎであった。プレス面とすると、引き抜き強度が破断面の場合よりも約１１％低下するが、比較例よりも約４．９倍となり改善度は大きい。

図８は、プラグ着脱回数に対する板バネ−シャッター間距離の依存性を表すグラフ図である。
縦軸は板バネ−シャッター間距離Ｌ（ｍｍ）、横軸はプラグ着脱回数（回）、である。また、●印は破断面の場合、△印はプレス面の場合、をそれぞれ示す。フックが破断面の場合、イニシャルと１０００回着脱後では、サンプルＡで０．０１５ｍｍ（８．８％）、サンプルＢで、０．０２７ｍｍ（１８％）、それぞれ距離Ｌが短くなった。

また、フックがプレス面の場合、サンプルＣで、０．００１ｍｍ（０．７％）、サンプルＤで、０．００６ｍｍ（２．９％）、それぞれ距離Ｌが短くなった。フックが破断面かプレス面かにかかわらず、距離Ｌの変化は小さくできるのでシャッターを元の位置に戻す回転が可能であり、シャッターの動作を正常に保つことができた。すなわち、１０００回の着脱後においても図６（ｃ）のようなシャッター動作不能を生じることはなかった。

これに対して、比較例では、プラグ着脱回数が１００回以下で１００％動作不能となった。

筐体１０の材料として、ＰＣ樹脂を用いることもできる。ＰＣ樹脂のガラス転移点温度は１２０℃以上であり、ＰＢＴ樹脂の転移点温度である３０〜４０℃よりも高い。このため、７０〜１００℃の温度で光ユニット２０を筐体１０に接着剤３０を用いて加熱硬化しても樹脂の応力緩和が小さく板バネ４０とシャッター１６との間の距離Ｌの変動をＰＢＴ樹脂を用いた構造よりも小さくできる。しかしながら、ＰＣ樹脂は、難燃性が低く、使用環境が制限される。また、光リンクモジュールを実装基板に取り付ける工程において、筐体が半田に溶融する場合がある。さらにＰＣ樹脂は、高価であり、量産に十分とは言えない。すなわち、難燃性、半田溶融への耐性、量産性、などが要求される用途では、ＰＢＴ樹脂の方がより好ましい。

図９は、本実施形態の光リンクモジュールの応用例を示す構成図である。
光リンクモジュールが光送信器を含む場合、光リンクモジュールは、ＴＶ受信機８０、ＤＶＤプレーヤ８２、ＣＤプレーヤ、ＢＳチューナ、などの光デジタル音声出力端子８１として機能する。例えば、ＴＶ受信器８０の場合、光リンクモジュールは、液晶画面とは反対の側である裏面側に設けられることが多い。

プラグ５０は、内部に光ファイバー５４を有する。光デジタル音声信号は、デジタルアンプなどのオーディオ機器８４の光デジタル音声入力端子へ入力される。光デジタル音声入力端子には、光受信器を用いることができる。この場合、本実施形態の光リンクモジュールにおいて、光ユニット２０が受光素子を有していればよい。

光受信器では、プラグ５０を挿入しない状態では、受光素子の表面をゴミや異物から保護するために保護キャップが挿入されることが多い。本実施形態のシャッター１６は、保護キャップとしての機能をも有する。このようにして、電磁ノイズが低減された高品質の音声信号がオーディオ機器に伝送可能となる。

デジタル・オーディオ・インターフェース（ＤＡＩ）規格に準拠したＣＤプレーヤの場合、サンプリング周波数は、例えば４４．１ｋＨｚである。このため、伝送速度は２．８２ＭＨｚ以上とすればよく、光ファイバー５４としてＡＰＦやＰＣＦを用いることができる。

また、本実施形態の光リンクモジュールを用いると、高品質の光デジタル画像信号を伝送することも可能である。なお、音声信号および画像信号は、アナログ信号であってもよい。

本実施形態の光リンクモジュールによれば、光ファイバーを有するプラグの着脱を繰り返しても、確実なシャッター動作が可能となる。このため、電磁ノイズの影響が低減され、信頼性の高い光リンクシステムが実現できる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１０ 筐体、１０ａ 突起、１６ シャッター、１６ａ 凸部、１８ プラグガイド部、１９ 穴部、１９ａ、１９ｂ 内壁、２０ 光ユニット、４０ 板バネ、４０ａ 一方の端部、４０ｂ 他方の端部、４１ フック、５０ プラグ、５４ 光ファイバー

Claims (5)

1. 光ファイバーを有するプラグと接続可能な光リンクモジュールであって、
   前記プラグを挿入可能なプラグガイド部と、前記プラグガイド部と連続した穴部と、が設けられた筐体と、
   前記筐体の内部に設けられ、前記光ファイバーと光結合が可能な光ユニットと、
   一方の端部にフックを有する板バネであって、前記一方の端部が前記穴部に内接しかつ前記フックが前記筐体に掛合した板バネと、
   前記プラグガイド部内に設けられたシャッターであって、前記プラグが前記プラグガイド部に挿入されると前記プラグガイド部内で回転し前記板バネを折り曲げつつ開状態となり前記光ユニットと前記光ファイバーとを光結合させ、前記プラグが前記プラグガイド部から引き抜かれると前記板バネの曲げ弾性応力により閉状態となり前記光ユニットと前記光ファイバーとの間の光路を遮断するシャッターと、
   を備えたことを特徴とする光リンクモジュール。
2. 前記穴部は、前記プラグの挿入方向に沿って延在し、互いに対向する第１及び第２の内壁を有し、
   前記第１の内壁は、突起を有し、
   前記板バネは、前記第２の内壁と前記突起とに内接し、前記フックは前記第２の内壁に掛合したことを特徴とする請求項１記載の光リンクモジュール。
3. 前記シャッターは、内部に向かって突出した凸部を有し、
   前記板バネの他方の端部は、前記凸部に接することを特徴とする請求項１または２に記載の光リンクモジュール。
4. 前記光ユニットは、発光素子を有し、
   前記開状態で、前記発光素子からの放出光は前記光ファイバーへ入射されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の光リンクモジュール。
5. 前記光ユニットは、受光素子を有し、
   前記開状態で、前記光ファイバーからの光は前記受光素子へ入射されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の光リンクモジュール。