JP2013058335A

JP2013058335A - 光電気複合ケーブル

Info

Publication number: JP2013058335A
Application number: JP2011194978A
Authority: JP
Inventors: Wataru Sakurai; 渉桜井
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2011-09-07
Filing date: 2011-09-07
Publication date: 2013-03-28

Abstract

【課題】光ファイバによる高速度信号の通信が可能であり、低速度信号の通信を良好に行うことが可能な光電気複合ケーブルを提供する。
【解決手段】光ファイバ５２と、光ファイバ５２の周囲に配置された複数本の電線５５と、光ファイバ５２の一端側に接続された光電気変換素子３１と、光ファイバ５２の他端側に接続された電気光変換素子３３と、長手方向の両端に設けられたコネクタ１２，１３とを備え、複数本の電線５５には、グランド線５５ＥとＳＤＡ線５５ＡとＳＣＬ線５５Ｂとが含まれ、グランド線５５ＥとＳＤＡ線５５ＡとＳＣＬ線５５Ｂは、横断面において光ファイバ５２を内包する正三角形の各頂点の位置となるように配置されている。
【選択図】図４

Description

本発明は、光ファイバと電線を有する光電気複合ケーブルに関する。

映像や音声のデジタルデータ等を高速伝送するための通信ケーブルとして、例えば、ソース機器とシンク機器を繋ぐＨＤＭＩケーブルが知られている。ＨＤＭＩケーブルは、シンク機器の構成や状態などの情報を伝送するＤＤＣ（Display Data Channel）ラインと、機器間の制御のための信号を伝送するＣＥＣ（Consumer Electronics Control）ラインを備えている。ＤＤＣラインでは、ケーブルアッセンブリにおけるＳＤＡ（シリアルデータ入力線）−ＧＮＤ間、およびＳＣＬ（シリアルクロック入力線）−ＧＮＤ間の静電容量を小さくするため、中心近くに配線されたグランド線までの距離をとることが行われている。

ＨＤＭＩケーブルとして用いられるフラットケーブルとして、差動伝送用導体がフラット状に配列されて絶縁樹脂で押出被覆され、シールドが絶縁樹脂の外側に設けられ、シールドとの静電容量が小さい低容量線用導体がシールドの外に設けられ、シールドと低容量線用導体が外被で一体に押出被覆され、低容量線用導体からシールドまでの距離が差動伝送用導体からシールドまでの距離よりも長くされたものであって導体が２本を一組として差動伝送するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１０−９２８０５号公報

ところで、ＨＤＭＩケーブルよりケーブル長が長くなるデジタルサイネージ（電子看板）用途のケーブルは、映像や音声等の高速度信号の通信のために光ファイバを用いることが考えられるが、このデジタルサイネージ用途のケーブルにも、ＳＤＡやＳＣＬ等の低速度信号を伝える低速信号線として電線が含まれる。そのようなケーブルにおいて、数百ｍの長さであっても低速信号線の伝送が可能であることが望まれている。

本発明の目的は、光ファイバによる高速度信号の通信が可能であり、低速度信号の通信を良好に行うことが可能な光電気複合ケーブルを提供することにある。

上記課題を解決することのできる本発明の光電気複合ケーブルは、光ファイバと、前記光ファイバの周囲に配置された複数本の電線と、前記光ファイバの一端側に接続された光電気変換素子と、前記光ファイバの他端側に接続された電気光変換素子と、長手方向の両端に設けられた電気接続部材とを備えた光電気複合ケーブルであって、
前記複数本の電線には、１本のグランド線と２本の機器認証信号線とが含まれ、
１本の前記グランド線と２本の前記機器認証信号線は、横断面において前記光ファイバを内包する正三角形の各頂点の位置となるように配置されていることを特徴とする。

本発明の光電気複合ケーブルにおいて、前記機器認証信号線に接続され、前記機器認証信号線で通信される信号を増幅する増幅素子が設けられていることが好ましい。

本発明によれば、光ファイバによって映像や音声などの高速度信号の通信を良好に行うことができる。また、低速信号線である機器認証信号線とグランド線が極力離れた位置に配置されるので、低速度信号の通信を行う機器認証信号線とグランド線との間の静電容量を極力小さくすることができ、低速度信号の通信を良好に行うことができる。

本発明に係る光電気複合ケーブルの一実施形態を示す概略構成図である。図１の光電気複合ケーブルの構成を示す模式図である。図１の光電気複合ケーブルの端部の斜視図である。図１の光電気複合ケーブルの断面構造を示す断面図である。他の実施形態例に係る光電気複合ケーブルの構成を示す模式図である。

以下、本発明に係る光電気複合ケーブルの実施の形態の例を、図面を参照して説明する。
図１及び図２に示すように、光電気複合ケーブル１１は、長手方向の中央に複合ケーブル部１１ａを有し、その両端が、中継部２１，２３を介してコネクタ（電気接続部材）１２，１３に接続されている。一端側のコネクタ１２は、ディスプレイ、モニターあるいはプロジェクタ等のシンク機器１４のレセプタクルに接続される。また、他端側のコネクタ１３は、パーソナルコンピュータ、ブルーレイディスクプレーヤあるいはハードディスクプレーヤ等のソース機器１５のレセプタクルに接続される。ソース機器１５から光電気複合ケーブル１１を介してシンク機器１４に映像信号等が送信されることにより、シンク機器１４に映像が映し出される。また、ソース機器１５は、例えば、ＬＡＮによってサーバ１６と通信可能であり、例えば、イーサネット（登録商標）によってサーバ１６から映像信号等が送信される。これにより、このサーバ１６から送信された映像信号等が一旦ソース機器１５に受信され、ソース機器１５から光電気複合ケーブル１１を介してシンク機器１４へ送信され、シンク機器１４に映像が映し出される。

光電気複合ケーブル１１は、複合ケーブル部１１ａにおいて、高速度信号を光ファイバ（光ファイバテープ心線５１）によって伝送するとともに、機器の認証や制御を行うための低速度信号を電線（導体を絶縁被覆した線）５５によって伝送する。コネクタ１２と中継部２１との間には、複数本の電線４１を有する電気ケーブル部４３が設けられ、コネクタ１２と中継部２１との間では、この電気ケーブル部４３を介して信号の通信が行われる。コネクタ１３と中継部２３との間には、複数本の電線４２を有する電気ケーブル部４４が設けられ、コネクタ１３と中継部２３との間では、この電気ケーブル部４４を介して信号の通信が行われる。

一端側の中継部２１には、光電気変換素子３１を備えた基板３２が設けられ、他端側の中継部２３には、電気光変換素子３３を備えた基板３４が設けられている。中継部２１では光電気変換素子３１に光ファイバテープ心線５１の一端側が接続され、中継部２３では電気光変換素子３３に光ファイバテープ心線５１の他端側が接続されている。

光電気変換素子３１としては、光信号を電気信号に変換するためのＰＤ(Photo Diode)が用いられる。電気光変換素子３３としては、電気信号を光信号に変換するためのＶＣＳＥＬ（Vertical Cavity Surface Emitting Laser）が用いられる。また、基板３２には、光電気変換素子３１からの信号を増幅させるトランスインピーダンスアンプ（ＴＩＡ）が実装されており、基板３４には、電気光変換素子３３を駆動させるドライバＩＣが実装されている。

電気ケーブル部４４に含まれる電線４２の一部は、中継部２３の基板３４に接続されて、ソース機器１５からの高速度信号を光ファイバテープ心線５１に伝送する。電気ケーブル部４３に含まれる電線４１の一部は、中継部２１の基板３２に接続されて、光ファイバテープ心線５１からの高速度信号をシンク機器１４に伝送する。

中継部２１，２３には、低速信号増幅用のバッファＩＣからなる増幅素子３５，３６が設けられており、複合ケーブル部１１ａに含まれる電線５５の一部が増幅素子３５，３６に接続されている。また、電気ケーブル部４４に含まれる電線４２の一部が増幅素子３６に接続され、電気ケーブル部４３に含まれる電線４１の一部が増幅素子３５に接続されている。

図３に示すように、光電気複合ケーブル１１の端部に設けられたコネクタ１２，１３は、電気コネクタからなるものであり、その先端部には、複数の接続端子１７が設けられている。これらの接続端子１７がソース機器１５またはシンク機器１４のレセプタクルの雌端子に接続される。

図４に示すように、光電気複合ケーブル１１の複合ケーブル部１１ａは、最外層である外被５０の内側に、光ファイバテープ心線５１と複数本の電線５５とを有する。光ファイバテープ心線５１は、並列に配置された複数本（本例では４本）の光ファイバ５２を樹脂によってテープ状に覆って一体化したものであり、光電気複合ケーブル１１の横断面における中央に配置された保護チューブ５３内に収容されている。

光ファイバテープ心線５１に含まれる光ファイバ５２は、コアとクラッドからなるガラスファイバの周囲に紫外線硬化型樹脂からなる被覆層を形成したものである。光ファイバ５２は、映像、音声、水平／垂直同期及びピクセルクロック等の高速度信号を、光通信で伝送する。光ファイバ５２としては、コアがガラスから形成されクラッドが高硬度プラスチックから形成されて折れ曲がり（キンク）に強く破断しにくいハードプラスチッククラッドファイバ（Ｈ−ＰＣＦ）や、コア及びクラッドがプラスチックからなるプラスチックファイバであってもよい。

保護チューブ５３は、厚さ０．３５ｍｍのエチレンテトラフルオロエチレン共重合体（ＥＴＦＥ）からなるものであり、外径１．９ｍｍとしたものである。保護チューブ５３の外側の空間は収容部５４として設けられており、この収容部５４内には、６本の電線５５が配置されている。これらの電線５５は、それぞれ導体５６を外被５７で覆った絶縁ケーブルである。これらの電線５５の周囲のスペースには、レーヨンやナイロンなどの介在が収容されていてもよい。

６本の電線５５は、ＳＤＡ（Serial Data Access）線５５Ａ、ＳＣＬ（Serial Clock Line）線５５Ｂ、ＣＥＣ線５５Ｃ、電力線５５Ｄ、グランド線５５Ｅ及びＨＰＤ（Hot Plug Detect）線５５Ｆとして設けられている。

ＳＤＡ線５５Ａ及びＳＣＬ線５５Ｂは、ＤＤＣラインを構成する機器認証信号線である。ソース機器１５は、ＳＤＡ線５５Ａ及びＳＣＬ線５５ＢのＤＤＣラインでＤＤＣ信号を送受信し、シンク機器１４の構成や状態などの情報を認証できる。例えば、ソース機器１５は、シンク機器１４の認識を１０秒毎に繰り返すことにより、使用途中で別のシンク機器１４が接続されることによる不正な通信を防ぐことができる。

光電気複合ケーブル１１は、ＣＥＣ線５５Ｃを備えていることから、このＣＥＣ線５５Ｃによってソース機器１５とシンク機器１４との間での複雑な制御が可能となっている。

電力線５５Ｄは、例えば、５Ｖの電圧で電力を送るものであり、ＨＰＤ線５５Ｆは、電力線５５Ｄで送った電力が戻って伝わることにより電力線５５Ｄによる電力の供給が行われていることを検出するものである。これにより、起動中のソース機器１５とシンク機器１４とを光電気複合ケーブル１１で接続すると、ソース機器１５によってシンク機器１４が即座に認識されて使用可能な状態になる。

ＳＤＡ線５５Ａ及びＳＣＬ線５５Ｂは、例えば、ＡＷＧ（American Wire Gauge）の規格によるＡＷＧ２８の絶縁ケーブルであり、錫メッキが施された軟銅線または銅合金線からなる外径０．１２７ｍｍの素線を７本撚り合わせた導体５６を、厚さ０．４１ｍｍのポリエチレン（ＰＥ）からなる外被５７によって覆って外径１．２ｍｍとしたものである。

ＣＥＣ線５５Ｃ、電力線５５Ｄ、グランド線５５Ｅ及びＨＰＤ線５５Ｆは、例えば、ＡＷＧ（American Wire Gauge）の規格によるＡＷＧ２４の絶縁ケーブルであり、錫メッキが施された軟銅線または銅合金線からなる外径０．１２７ｍｍの素線を１９本撚り合わせた導体５６を、厚さ０．２６ｍｍのポリエチレン（ＰＥ）からなる外被５７によって覆って外径１．２ｍｍとしたものである。

収容部５４の周囲には、薄紙テープからなる押さえ巻き５８と、錫メッキ軟銅の編組からなるシールド層５９と、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）からなる外被５０とが順に設けられている。寸法の一例として、収容部５４の外径となる押さえ巻き５８の部分の内径は４．６ｍｍであり、押さえ巻き５８の外径は４．７ｍｍであり、シールド層５９の外径は５．１ｍｍである。また、外被５０は、厚さ０．６ｍｍであり、複合ケーブル部１１ａの外径は６．２ｍｍである。

電線５５のうち、低速信号線であるＳＤＡ線５５Ａ及びＳＣＬ線５５Ｂと、グランド線５５Ｅは、複合ケーブル部１１ａの横断面において光ファイバ５２を内包する正三角形の各頂点の位置となるように配置されている。これにより、ＳＤＡ線５５Ａ及びＳＣＬ線５５Ｂは、グランド線５５Ｅに対して極力離れた位置に配置される。
したがって、ＳＤＡ線５５Ａ及びＳＣＬ線５５Ｂとグランド線５５Ｅとの間の静電容量を極力小さくすることができるので、ＳＤＡ線５５ＡとＳＣＬ線５５Ｂとの間でのクロストークを防止することができ、低速度信号の通信が良好に行われる。

ＳＤＡ線５５Ａ及びＳＣＬ線５５Ｂは、各中継部２１，２３の増幅素子３５，３６に接続されており、これらの増幅素子３５，３６によって低速度信号が増幅されるようになっている。これにより、複合ケーブル部１１ａが数百ｍの長さであっても、低速度信号の波形がなまるようなことなく、良好に低速度信号の通信を行うことができる。複合ケーブル部１１ａの長さが５０ｍ程度であれば増幅素子は不要である。

上記の寸法及び構造の光電気複合ケーブル１１を作製し、ＳＤＡ線５５Ａ及びＳＣＬ線５５Ｂとグランド線５５Ｅとの間での静電容量を測定した。その結果、ＳＤＡ線５５Ａ及びＳＣＬ線５５Ｂとグランド線５５Ｅとの間で、それぞれ静電容量を小さくすることができた。これにより、５０ｍの複合ケーブル部１１ａを有する光電気複合ケーブル１１においても、増幅素子を使用せずにＳＤＡ線５５Ａ及びＳＣＬ線５５Ｂにおいて良好に通信することができた。また、増幅素子３５，３６を設けることで、ＳＤＡ線５５Ａ及びＳＣＬ線５５Ｂの信号が増幅され、３００ｍの複合ケーブル部１１ａを有する光電気複合ケーブル１１においても、良好に通信することができた。

これに対して、グランド線５５Ｅを図４の５５Ｃ，５５Ｄまたは５５Ｆの位置に配置するとＳＤＡ線５５ＡまたはＳＣＬ線５５Ｂがグランド線５５Ｅと隣接して静電容量が大きくなり、５０ｍの複合ケーブル部を有する光電気複合ケーブルで通信に支障が生じてしまった。また、３００ｍの複合ケーブル部を有する光電気複合ケーブルでは、増幅素子で信号を増幅しても通信に支障が生じてしまった。

このように、上記実施形態に係る光電気複合ケーブル１１によれば、光ファイバ５２によって映像や音声などの高速度信号の通信を良好に行うことができる。しかも、ＡＷＧ２４から２８のＳＤＡ線５５Ａ、ＳＣＬ線５５Ｂ及びグランド線５５Ｅを極力離れた位置に配置することで、シンク機器１４の認証等を行うためのＳＤＡ線５５Ａ及びＳＣＬ線５５Ｂとグランド線５５Ｅとの間の静電容量を極力小さくすることができ、低速度信号の通信を良好に行うことができる。

なお、上記実施形態では、光電気複合ケーブル１１の両端近傍に中継部２１，２３を設け、これらの中継部２１，２３に光電気変換素子３１，電気光変換素子３３及び増幅素子３５，３６を設けたが、図５に示すように、中継部２１，２３を設けず、コネクタ１２，１３に光電気変換素子３１，電気光変換素子３３及び増幅素子３５，３６を設けても良い。このようにすれば、中継部２１，２３及び電気ケーブル４３，４４を不要とすることができ、構造を簡略なものにして部品点数を削減することができる。

１１：光電気複合ケーブル、１２，１３：コネクタ（接続部材）、３１，３３：光電変換素子、３５，３６：増幅素子、５０：外被、５２：光ファイバ、５５：電線、５５Ａ：ＳＤＡ線（電線）、５５Ｂ：ＳＣＬ線（電線）、５５Ｅ：グランド線（電線）

Claims

光ファイバと、前記光ファイバの周囲に配置された複数本の電線と、前記光ファイバの一端側に接続された光電気変換素子と、前記光ファイバの他端側に接続された電気光変換素子と、長手方向の両端に設けられた電気接続部材とを備えた光電気複合ケーブルであって、
前記複数本の電線には、１本のグランド線と２本の機器認証信号線とが含まれ、
１本の前記グランド線と２本の前記機器認証信号線は、横断面において前記光ファイバを内包する正三角形の各頂点の位置となるように配置されていることを特徴とする光電気複合ケーブル。
請求項１に記載の光電気複合ケーブルであって、
前記機器認証信号線に接続され、前記機器認証信号線で通信される信号を増幅する増幅素子が設けられていることを特徴とする光電気複合ケーブル。