JP2013137479A - 光モジュール - Google Patents
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Abstract
【課題】通信品質を確保しつつ小型化することができる光モジュールを提供する。
【解決手段】
金属ハウジング26内を電気コネクタ22の接続方向から見た場合、電気コネクタ22と光ケーブル3は、光モジュール1の中心軸線X上に配置されている。また、回路基板24は中心軸線Xから所定距離Lだけ下方に離れた位置に配置されている。コネクタ部品54が光ファイバ心線7を保持する位置は、回路基板24に対してほぼ所定距離Lだけ離れている。
【選択図】図6
【解決手段】
金属ハウジング26内を電気コネクタ22の接続方向から見た場合、電気コネクタ22と光ケーブル3は、光モジュール1の中心軸線X上に配置されている。また、回路基板24は中心軸線Xから所定距離Lだけ下方に離れた位置に配置されている。コネクタ部品54が光ファイバ心線7を保持する位置は、回路基板24に対してほぼ所定距離Lだけ離れている。
【選択図】図6
Description
本発明は、光素子が搭載された回路基板を有する光モジュールに関するものである。
近年、ネットワーク機器に用いられる光モジュールにおいて、多チャンネル化・高速化・小型化が進んでいる。多チャンネル化・高速化・小型化に対応した光モジュールの一例として、回路基板に設けられ、受光素子と発光素子とからなる光素子と、その光素子に光学的に接続される光ファイバとを備える光モジュールがある(特許文献1参照)。
電気信号を光信号に変換する光電変換部を有する光モジュールにおいては、限られた設計空間の中で、異なる大きさ・高さを有する電子部品を配置しなければならない。特許文献1に開示される光モジュールでは、電気コネクタと回路基板と光ファイバケーブルとが略同軸上に配置されている。
しかしながら、回路基板に搭載される受発光素子は所定の高さを有するため、電気コネクタと回路基板と光ファイバケーブルとが略同軸上に配置されていると、光ファイバを撓ませた状態で受発光素子に対して接続することになる。光ファイバが撓むと通信品質に影響を与えるおそれがあるため好ましくない。また、光ファイバの撓み部分が大きくなると光モジュールのハウジングも大きくする必要があり、小型化が求められる光モジュールの構成としては好ましくない。
本発明は、通信品質を確保しつつ小型化することができる光モジュールを提供することを目的とする。
上記の目的を達成するために、本発明の光モジュールは、光素子が搭載された回路基板と、前記回路基板の第1の端部と接続している電気コネクタと、前記回路基板の第1の端部とは反対側の第2の端部側に配置されている光ケーブルであって、光ファイバを保持している光ケーブルと、前記光ケーブルを前記第2の端部側で固定するケーブル固定部を有し、前記回路基板を収容するハウジングと、を備え、前記ハウジング内を前記電気コネクタの接続方向から見た場合、前記電気コネクタと前記光ファイバは同軸上に配置され、前記回路基板が前記同軸から所定距離離れた位置に配置されるものである。
また、本発明の光モジュールは、前記光ケーブルから前記ハウジング内に導入された光ファイバを保持している光ファイバ保持部材と、前記回路基板上に固定され、前記光ファイバ保持部材と連結されて、異なる光軸を有する前記光素子と前記光ファイバとを光学的に接続する光結合部材と、を備え、前記光ファイバ保持部材が前記光ファイバを保持する位置が、前記同軸上に配置されているものが好ましい。
また、本発明の光モジュールは、前記光ケーブルは、金属線を有し、前記金属線は、前記回路基板において前記光素子が搭載される面とは反対側の面に形成された配線に接続されているものが好ましい。
本発明の光モジュールによれば、電気コネクタと光ファイバは同軸上に配置され、回路基板が同軸から所定距離離れた位置に配置されるため、回路基板上に搭載された光素子と光ファイバとが結合する部分を前述の同軸上に配置することができる。よって、光ファイバを撓ませることなく、略直線状態で光素子に接続させることができる。
以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明において同一又は相当要素には同一符号を付し、重複する説明は省略する。
図1に示す光モジュール1は、光通信技術などにおいて信号(データ)の伝送に用いられるものであり、接続先のパソコンなどといった電子機器に電気的に接続され、入出力される電気信号を光信号に変換して光信号を伝送するものである。
図1に示すように、光モジュール1は、光ケーブル3と、コネクタモジュール5とを備えている。光モジュール1では、単芯或いは多芯の光ケーブル3の末端がコネクタモジュール5に取り付けられて構成されている。以下、必要に応じて、電気コネクタ22側を光モジュール1の前方とし、光ケーブル3側を後側として説明する。なお、図1に示される破線は、光モジュール1の中心軸線Xを示している。
光ケーブル3は、図1から図3に示されるように、複数本(ここでは4本)の光ファイバ心線(光ファイバの一例)7と、この光ファイバ心線7を被覆する樹脂製の外被9と、光ファイバ心線7と外被9との間に介在された極細径の抗張力繊維(ケブラー)11(図6参照)と、外被9と抗張力繊維11との間に介在された金属編組13とを有している。つまり、光ケーブル3では、光ファイバ心線7、抗張力繊維11、金属編組13及び外被9が、その中心から径方向の外側に向けてこの順に配置されている。光ファイバ心線7は、断面視で、光ケーブル3の略中心に配置されている。
光ファイバ心線7は、コアとクラッドが石英ガラスである光ファイバ(AGF:All Glass Fiber)、クラッドが硬質プラスチックからなる光ファイバ(HPCF:Hard Plastic Clad Fiber)、等を用いることができる。ガラスのコア径が80μmの細径HPCFを用いると、光ファイバ心線7が小径に曲げられても破断しにくい。外被9は、ノンハロゲン難燃性樹脂である例えばPVC(polyvinylchloride)から形成されている。外被9の外径は、4.2mm程度であり、外被9の熱伝導率は、例えば0.17W/m・Kである。抗張力繊維11は、例えばアラミド繊維であり、束状に集合された状態で光ケーブル3に内蔵されている。
金属編組13は、例えば錫めっき導線から形成されており、編組密度が70%以上、編み角度が45°〜60°である。金属編組13の外径は、0.05mm程度である。金属編組13の熱伝導率は、例えば400W/m・Kである。金属編組13 は、熱伝導を良好に確保するために高密度に配置することが好ましく、一例としては平角線の錫めっき導線で構成されていることが好ましい。
コネクタモジュール5は、ハウジング20と、ハウジング20の前端(先端)側に設けられる電気コネクタ22と、ハウジング20に収容される回路基板24とを備えている。
ハウジング20は、金属ハウジング(ハウジングの一例)26と、樹脂ハウジング28とから構成されている。金属ハウジング26は、収容部材30と、収容部材30の後端部に連結され、光ケーブル3を固定する固定部材32(ケーブル固定部の一例)とから構成されている。金属ハウジング26は、鋼(Fe系)、ブリキ(錫めっき銅)、ステンレス、銅、真鍮、アルミなどの熱伝導率の高い(好ましくは100W/m・K以上)金属材料により形成されている。金属ハウジング26は、熱伝導体を構成している。
収容部材30は、断面が略矩形形状を呈する筒状の中空部材である。収容部材30は、回路基板24などを収容する収容空間Sを画成している(図6参照)。収容部材30の前端側には、電気コネクタ22が設けられ、収容部材30の後端側には、固定部材32が連結される。収容部材30は、回路基板24上に搭載されたCDR装置50bの上方付近に段差部26aを有しており、電気コネクタ22側に向けてやや薄型となっている。
図3に示すように、固定部材32は、板状の基部34と、筒部36と、基部34の両側から前方に張り出す一対の第1張出片38と、基部34の両側から後方に張り出す一対の第2張出片40とを有している。一対の第1張出片38は、収容部材30の後部からそれぞれ挿入され、収容部材30に当接して連結される。一対の第2張出片40は、後述する樹脂ハウジング28のブーツ46に連結される。なお、固定部材32は、基部34、筒部36、第1張出片38及び第2張出片40が板金により一体に形成されている。
筒部36は、略円筒形状をなしており、基部34から後方に突出するように設けられている。筒部36は、カシメリング42との協働により光ケーブル3を保持する。具体的には、外被9を剥いだ後、光ケーブル3の光ファイバ心線7を筒部36の内部に挿通させると共に、抗張力繊維11を筒部36の外周面に沿って配置する。そして、筒部36の外周面に配置された抗張力繊維11上にカシメリング42を配置して、カシメリング42をかしめる。これにより、抗張力繊維11が筒部36とカシメリング42との間に挟持されて固定され、固定部材32に光ケーブル3が保持固定される。
基部34には、光ケーブル3の金属編組13の端部がはんだにより接合されている。具体的には、金属編組13は、固定部材32においてカシメリング42(筒部36)の外周を覆うように配置されており、その端部が基部34の一面(後面)にまで延ばされてはんだにより接合されている。これにより、固定部材32と金属編組13とは、熱的に接続されている。さらに、収容部材30の後端部に固定部材32が結合することにより、収容部材30と固定部材32とが物理的且つ熱的に接続される。つまり、収容部材30と光ケーブル3の金属編組13とが熱的に接続される。
樹脂ハウジング28は、例えばポリカーボネートなどの樹脂材料から形成されており、金属ハウジング26を覆っている。樹脂ハウジング28は、外装ハウジング44と、外装ハウジング44と連結するブーツ46とを有している。外装ハウジング44は、収容部材30の外面を覆うように設けられている。ブーツ46は、外装ハウジング44の後端部に連結され、金属ハウジング26の固定部材32を覆っている。ブーツ46の後端部と光ケーブル3の外被9とは、接着剤(図示しない)により接着される。
電気コネクタ22は、接続対象(パソコンなど)に挿入され、接続対象と電気的に接続される部分である。電気コネクタ22は、ハウジング20の前端側に配置されており、ハウジング20から前方に突出している。電気コネクタ22は、接触子22aにより回路基板24に電気的に接続されている。
また、電気コネクタ22は、電気コネクタの接続方向、すなわち、図5に示される前後方向から見た場合、電気コネクタ22の中心と光ケーブル3の中心は光モジュール1の中心軸線X上に配置されている。すなわち、電気コネクタ22と光ケーブル3は略同軸線上に配置されている。また、光ファイバ心線7は、光ケーブル3の略中心位置に配置されているため、中心軸線X上に配置されている。
回路基板24は、金属ハウジング26(収容部材30)の収容空間Sに収容されている。回路基板24には、制御用半導体50と、受発光素子52(光素子の一例)とが搭載されている。回路基板24は、制御用半導体50と受発光素子52とを電気的に接続している。回路基板24は、平面視で略矩形形状を呈しており、所定の厚みを有している。回路基板24は、例えば、ガラスエポキシ基板、セラミック基板などの絶縁基板であり、その表面又は内部には、金(Au)、アルミ(Al)又は銅(Cu)などにより回路配線が形成されている。制御用半導体50と受発光素子52とは、光電変換部を構成している。
制御用半導体50は、駆動IC(Integrated Circuit)50aや波形整形器であるCDR(Clock Data Recovery)装置50bなどを含んでいる。駆動IC50aと比べて、CDR装置50bは動作時の発熱量が大きい場合がある。制御用半導体50は、回路基板24において、表面24aの前端側に配置されている。制御用半導体50は、電気コネクタ22と電気的に接続されている。
受発光素子52は、複数(ここでは2つ)の発光素子52aと、複数(ここでは2つ)の受光素子52bとを含んで構成されている。発光素子52a及び受光素子52bは、回路基板24において、表面24aの後端側に配置されている。発光素子52aとしては、例えば、発光ダイオード(LED:Light Emitting Diode)、レーザダイオード(LD:Laser Diode)、面発光レーザ(VCSEL:Vertical Cavity Surface Emitting LASER)などを用いることができる。受光素子52bとしては、例えば、フォトダイオード(PD:Photo Diode)などを用いることができる。
受発光素子52は、光ケーブル3の光ファイバ心線7と光学的に接続されている。具体的には、図4(b)に示すように、回路基板24には、受発光素子52及び駆動IC50aを覆うようにレンズアレイ部品55(光結合部材の一例)が配置されている。レンズアレイ部品55には、発光素子52aから出射された光、又は、光ファイバ心線7から出射された光を反射して屈曲させる反射膜55aが配置されている。光ファイバ心線7の末端にはコネクタ部品54(光ファイバ保持部材の一例)が取り付けられており、コネクタ部品54とレンズアレイ部品55とが位置決めピンによって位置決めされて結合することにより光ファイバ心線7と受発光素子52とが光学的に接続される。レンズアレイ部品55は、光の入射部および出射部に、入射光を平行光とし、平行光を集光して出射するコリメートレンズを備えることが好ましい。このようなレンズアレイ部品55は、樹脂の射出成形により、一体に構成することができる。
図5と図6に示されるように、電気コネクタ22が回路基板24を保持する位置は、光モジュール1の中心軸線Xから所定距離Lだけ下方に離れた位置である。よって、回路基板24は、収容部材30の内部において、光モジュール1の中心軸線Xから所定距離Lだけ下方に離れた位置に配置されている。
また、コネクタ部品54が回路基板24に搭載されたレンズアレイ部品55に結合された状態において、コネクタ部品54が光ファイバ心線7を保持する位置は、回路基板24に対してほぼ所定距離Lだけ離れている。すなわち、コネクタ部品54が光ファイバ心線7を保持する位置は、光モジュール1の中心軸線X上に配置されている。
上述の所定距離Lは、コネクタ部品54の背の高さ(上下方向の長さ)や、収容部材30の内部に形成される収容空間Sの広さや、後述する放熱シートの厚さ等を考慮して適宜設定すれば良い。回路基板24が上述のように中心軸線Xから所定距離Lだけ下方に離れた位置に配置されているため、光ケーブル3の中心から導出される光ファイバ心線7は、略直線状態で、コネクタ部品54に保持されている。
図6に示されるように、回路基板24の裏面24b(図4参照)と収容部材30(金属ハウジング26)との間には、第1の放熱シート56が配置されている。第1の放熱シート56は、回路基板24の裏面24bと収容部材30に接触している。第1の放熱シート56は、回路基板24の裏面24bにおいて、レンズアレイ部品55を起点してCDR装置50bが搭載される位置まで延びる長方形形状である。
また、図6に示されるように、回路基板24の表面24aと収容部材30との間には、第2の放熱シート57が配置されている。第2の放熱シート57の一部はCDR装置50bの上面に搭載され、収容部材30とCDR装置50bに接触している。また、CDR装置50b上に搭載された第2の放熱シート57は、収容部材30の段差部26aの全体に接触している。
第1の放熱シート56と第2の放熱シート57は、熱伝導性及び柔軟性を有する材料から形成される熱伝導体である。また、第1の放熱シート56は、その上面が回路基板24の裏面24bに物理的且つ熱的に接続されていると共に、その下面が収容部材30の内側面に物理的且つ熱的に接続されている。この第1の放熱シート56により、回路基板24と金属ハウジング26とが熱的に接続される。すなわち、回路基板24の表面24aに搭載されたCDR装置50bから発生した熱が、回路基板24と第1の放熱シート56とを介して収容部材30に伝達される。
第2の放熱シート57は、その上面の一部が収容部材30の段差部26a付近の内側面に物理的且つ熱的に接続されていると共に、その下面は、CDR装置50bの上面と回路基板24の表面24aとに物理的且つ熱的に接続されている。この第2の放熱シート57により、回路基板24と金属ハウジング26とが熱的に接続される。また、CDR装置50bと金属ハウジング26とが熱的に接続される。すなわち、CDR装置50bから発生した熱が、第2の放熱シート57を介して収容部材30に伝達される。
なお、ここで言う熱的に接続されているとは、物理的な接続によって熱を伝達可能な経路が確立されていることを言う。したがって、本実施形態では、空気などの媒体を介して熱が伝達することは、熱的に接続されていることとはならない。
上記構成を有する光モジュール1では、電気コネクタ22から電気信号を入力し、回路基板24の配線を介して制御用半導体50が電気信号を入力する。制御用半導体50に入力された電気信号は、レベルの調整やCDR装置50bにより波形整形などが行われた後に、制御用半導体50から回路基板24の配線を介して受発光素子52に出力される。電気信号を入力した受発光素子52では、電気信号を光信号に変換し、発光素子52aから光ファイバ心線7に光信号を出射する。
また、光ケーブル3で伝送された光信号は、受光素子52bにより入射される。受発光素子52では、入射された光信号を電気信号に変換し、この電気信号を回路基板24の配線を介して制御用半導体50に出力する。制御用半導体50では、電気信号に所定の処理を施した後、電気コネクタ22にその電気信号を出力する。
続いて、光モジュール1における放熱方法について、図6を参照しながら説明する。回路基板24に搭載されたCDR装置50bや駆動IC50aや受発光素子52で発生した熱は、まず回路基板24に伝わる。回路基板24に伝達された熱は、第1の放熱シート56や第2の放熱シート57を介して収容部材30に伝えられる。次に、熱は、収容部材30からこれに連結された電気コネクタ22や固定部材32に伝わる。電気コネクタ22に伝わった熱は、電気コネクタ22が接続される外部機器に放熱される。また、固定部材32に伝わった熱は、固定部材32に接続された光ケーブル3の金属編組13に伝えられる。そして、金属編組13に伝わった熱は、光ケーブル3の外被9を介して外部に放熱される。以上のようにして、光モジュール1では、発熱体である制御用半導体50及び受発光素子52で発生した熱が外部に放出される。
以上説明したように、本実施形態では、光モジュール1を前後方向から見た場合、換言すると、金属ハウジング26内を電気コネクタ22の接続方向から見た場合、電気コネクタ22と光ケーブル3は、光モジュール1の中心軸線X上に配置されている。回路基板24は中心軸線Xから所定距離Lだけ下方に離れた位置に配置されている。コネクタ部品54が光ファイバ心線7を保持する位置は、回路基板24に対してほぼ所定距離Lだけ離れている。
この構成によれば、光ケーブル3の中心から導出される光ファイバ心線7を、略直線状態でコネクタ部品54に保持させることができる。すなわち、光モジュール1の全体の小型化の要請から限られている設計空間の中において、光ファイバ心線7を歪ませることなく略直線状態で保持させることができ、通信品質を確保することができる。
また、図5に示すように、光ケーブル3から導出される光ファイバ心線7の端部はコネクタ部品54に保持されており、コネクタ部品54が光ファイバ心線7を保持する位置は、光モジュール1の中心軸線X上に配置されている。コネクタ部品54が光ファイバ心線7を保持する位置を回路基板24に対しての距離を考慮して設計することで、光ファイバ心線7を歪ませることなく略直線状態で光モジュール1の中心軸線X上に配置させることができる。
なお、上述の実施形態では、電気コネクタ22が直接に回路基板24を支持する構成を説明したが、例えば、電気コネクタ22と回路基板24との間にフレキシブルプリント基板(Flexible printed circuits)を介在させて両者を接続する構成としても良い。フレキシブルプリント基板を介在させることで、電気コネクタ22側において回路基板24が中心軸線Xから下方に離れる距離を、目標値に調整することが容易となる。
また、上述の実施形態では、光ケーブル3は通信線として光ファイバ心線7のみを有していたが、変形例として、通信用や電力供給用の金属線を有するものであっても良い。また、回路基板24の表面24aに受発光素子52やレンズアレイ部品55やコネクタ部品54を配置する場合、回路基板24の裏面24bに金属線と接続される配線を形成するのが好ましい。このように、回路基板24において、光ファイバ心線7が配置される面と金属線が配置される面とを反対にすることで、回路基板24の両面を有効に活用することができる。
なお、上記実施形態の例では、コネクタ部品54を用いて光ファイバ心線7と受発光素子52とを光結合させているが、コネクタ部品54のような光ファイバ保持部材を用いなくてもよい。例えば、光ファイバ保持部材を用いずに光ファイバ心線7をレンズアレイ部品55に接着するなどして、光ファイバ心線7を保持させても良い。また、光レンズアレイ部品55とコネクタ部品54を用いずに光ファイバ心線7を受発光素子52に接着する構成であっても良い。
また、上述の実施形態では、図4(b)に示されるように、受発光素子52と光ファイバ心線7は異なる光軸を有しており、光結合部材であるレンズアレイ部品55の反射膜55aによって、両者が光結合されるように光軸方向が変換されている。また、レンズアレイ部品55に形成されている位置決めピンは、光ファイバ心線7の光軸と略平行な方向に向けて突出するように形成されている。光ファイバ心線7を保持するコネクタ部品54を光ファイバ心線7の光軸と略平行な方向に移動させることによって、コネクタ部品54をレンズアレイ部品55の位置決めピンと嵌合させ、光ファイバ心線7と受発光素子52とを光結合している。位置決めピンの突出方向は回路基板24の面方向と略平行であるので、コネクタ部品54を回路基板24の表面に沿わせながら接続することができ、組立作業の効率性(作業性)が向上する。
なお、上述のように、光結合部材が、異なる光軸を有する受発光素子52と光ファイバ心線7とを光結合する構成は、上記レンズアレイ部品55を用いた形態に限定されない。その変形例1を図7に示す。図7に示される変形例1では、反射面(反射膜)の代わりに、光ファイバ心線7を受発光素子52の光軸方向へ曲げることが可能な、円弧状の光ファイバ保持孔71が光フェルール部材70に形成されている。このように、光ファイバ保持孔71によって光ファイバ心線7を曲げることで、光ファイバ心線7の光軸と受発光素子52の光軸とを一致させる構成としても良い。光ファイバ心線7の端面から出射された光は、光フェルール部材70に設けられた集光レンズ72によって平行光となり、受発光素子52に入射される。また、受発光素子52から出射される光は、集光レンズ72によって集光され、光ファイバ心線7の端面に入射される。この光フェルール70のように、光結合部材と光ファイバ保持部材は一体構成されていても良い。
上記のような光結合部材の構成は任意に選択され得るが、異なる光軸を有する受発光素子と光ファイバ心線とを光結合する構成をとる場合、光結合部材の高さが電気コネクタ22よりも大きくなることがある。このような場合において、上記の実施形態の構成によればモジュール全体のサイズを小さく保ちながら、このような光結合部材を収容するのに十分な内部空間を確保できる点において有利である。
以上、本発明を詳細にまた特定の実施態様を参照して説明したが、本発明の精神と範囲を逸脱することなく様々な変更や修正を加えることができることは当業者にとって明らかである。
1:光モジュール、3:光ケーブル、5:コネクタモジュール、7:光ファイバ心線(光ファイバの一例)、9:外被、11:抗張力繊維、13:金属編組、20:ハウジング、24:回路基板、26:金属ハウジング、26a:段差部、28:樹脂ハウジング、30:収容部材、32:固定部材(ケーブル固定部の一例)、50:制御用半導体、50a:駆動IC、50b:CDR装置、52:受発光素子(光素子の一例)、54:レンズアレイ部品(光結合部材の一例)、55:コネクタ部品(光ファイバ保持部材の一例)、56:第1の放熱シート、57:第2の放熱シート、S:収容空間、中心軸線:X、所定距離:L
Claims (3)
- 光素子が搭載された回路基板と、
前記回路基板の第1の端部と接続している電気コネクタと、
前記回路基板の第1の端部とは反対側の第2の端部側に配置されている光ケーブルであって、光ファイバを保持している光ケーブルと、
前記光ケーブルを前記第2の端部側で固定するケーブル固定部を有し、前記回路基板を収容するハウジングと、
を備え、
前記ハウジング内を前記電気コネクタの接続方向から見た場合、前記電気コネクタと前記光ファイバは同軸上に配置され、
前記回路基板が前記同軸から所定距離離れた位置に配置される光モジュール。 - 前記光ケーブルから前記ハウジング内に導入された光ファイバを保持している光ファイバ保持部材と、
前記回路基板上に固定され、前記光ファイバ保持部材と連結されて、異なる光軸を有する前記光素子と前記光ファイバとを光学的に接続する光結合部材と、
を備え、
前記光ファイバ保持部材が前記光ファイバを保持する位置が、前記同軸上に配置されている請求項1に記載の光モジュール。 - 前記光ケーブルは、金属線を有し、
前記金属線は、前記回路基板において前記光素子が搭載される面とは反対側の面に形成された配線に接続されている請求項1または2に記載の光モジュール。
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US9294290B2 (en) | 2014-07-15 | 2016-03-22 | Corning Optical Communications LLC | Optical cable assemblies with low-speed data pass-through architecture and sleep mode operation |
US9497525B2 (en) | 2014-09-12 | 2016-11-15 | Corning Optical Communications LLC | Optical engines and optical cable assemblies having electrical signal conditioning |
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2011
- 2011-12-28 JP JP2011289406A patent/JP2013137479A/ja active Pending
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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