JP2014228607A - 基板実装型の光電変換コネクタ - Google Patents

Abstract

【課題】リード端子と基板の接続部分に生ずる応力を低減することができる基板実装型の光電変換コネクタを提供すること。【解決手段】相手方光学部材９０が嵌合可能な嵌合部１１２を有し、少なくとも当該嵌合部１１２を含む光信号の経路となる部分が光透過性材料で形成された光学ユニット１０と、相手方光学部材９０と光軸Ｃが一致するように配される光電変換素子２１を有する光電変換ユニット２０と、この光電変換ユニット２０に接続され、光電変換素子２１を基板８０に電気的に接続するためのリード端子３０と、を備え、光学ユニット１０には、基板８０に接続される基板接続部１２１が設けられている光電変換コネクタ１とする。【選択図】図２

Description

本発明は、光電変換素子を備えた基板実装型の光電変換コネクタに関する。

下記特許文献１には、この種の基板実装型の光電変換コネクタ（以下単に光電変換コネクタと称することもある）が記載されている。この種の光電変換コネクタには、光電変換後または光電変換前の電気信号を、当該光電変換コネクタが実装される基板（基板に形成された回路）と送受信するためのリード端子（端子金具２４）が設けられる。このリード端子が当該基板にはんだ付けされることにより、光電変換コネクタと基板の電気的かつ物理的な接続がなされる。

特開２０１２−１３７５３７号公報

上記特許文献１に記載の光電変換コネクタは、相手方光学部材が嵌合可能な嵌合部（スリーブ３４）を有する。相手方光学部材が嵌合される際に嵌合部に加わる力は、そのままコネクタ全体に伝わり、リード端子と基板の接続部分に生ずる応力となる。つまり、上記特許文献１に記載のような従来の光電変換コネクタでは、相手方光学部材が嵌合されるときの力によって、リード端子と基板との電気的接続の信頼性が低下してしまうという問題があった。

本発明が解決しようとする課題は、リード端子と基板の接続部分に生ずる応力を低減することができる基板実装型の光電変換コネクタを提供することである。

上記課題を解決するために本発明にかかる基板実装型の光電変換コネクタは、相手方光学部材が嵌合可能な嵌合部を有し、少なくとも当該嵌合部を含む光信号の経路となる部分が光透過性材料で形成された光学ユニットと、前記相手方光学部材と光軸が一致するように配される光電変換素子を有する光電変換ユニットと、この光電変換ユニットに接続され、前記光電変換素子を基板に電気的に接続するためのリード端子と、を備え、前記光学ユニットには、前記基板に接続される基板接続部が設けられていることを特徴とする。

前記基板接続部は、金属材料により構成されているとよい。

前記光学ユニットは、前記光学ユニットは、金属材料によって一体的に形成され、前記基板接続部と、前記光電変換ユニットを構成する面と少なくとも一部に対向するシールド部とを含む接続用金属部材を有するものであるとよい。

前記接続用金属部材のシールド部には、光信号の経路となる部分に開口が形成されているとよい。

前記接続用金属部材のシールド部が対向する面以外の、前記光電変換ユニットを構成する面の少なくとも一部に対向するように、シールド部材が設けられているとよい。

前記光学ユニットおよび前記光電変換ユニットは、内側に空間が形成されるように突き合わされて一体化されており、前記光電変換素子が当該空間内に位置しているとよい。

前記光学ユニットは、前記相手方光学部材から出射された光、または前記光電変換素子から出射された光が通過するレンズ部を有し、このレンズ部が前記空間内に位置しているとよい。

本発明にかかる基板実装型の光電変換コネクタは、光電変換ユニットに設けられるリード端子だけでなく、光学ユニットに設けられる基板接続部が基板に接続される構成であるから、嵌合部に相手方光学部材が嵌合された際にかかる力のほとんどは基板接続部と基板の接続部分に作用する。つまり、電気的接続部分であるリード端子と基板の接続部分に生ずる応力を低減することができ、当該部分の接続信頼性が向上する。

基板接続部が金属材料で構成されていれば、基板とリード端子の接続および基板と基板接続部の接続を、はんだ付け等によって一度に行うことができる。

光電変換ユニットの少なくとも一部に対向して配置されるシールド部を含む接続用金属部材が設けられた構成とすれば、光電変換ユニットに対する電磁的シールド効果が高まる。当該シールド部は、基板接続部とともに接続用金属部材に設けられるものである。つまり、接続用金属部材は、上記リード端子と基板の接続部分に生ずる応力を低減する作用を発現するとともに、シールド効果を高める作用を発現するものである。

接続用金属部材のシールド部に光信号の経路を遮断しないように開口が形成された構成とすれば、光電変換ユニットを覆う部分を大きくすることができ、シールド効果が高まる。

光電変換ユニットにおけるシールド部が対向する面以外の面の少なくとも一部に対向するように、シールド部材が設けられた構成とすれば、光電変換ユニットに対するシールド効果がさらに高められる。別の見方をすれば、接続用金属部材のシールド部は、シールド部材で覆うことができない箇所を補完的に覆うものであるということがいえる。

内側に空間が形成されるように光学ユニットと光電変換ユニットが一体化され、当該空間内に光電変換素子や、レンズ部が配されている構成とすれば、光電変換素子（の受光部または発光部）やレンズ部に埃等が付着することを要因とするノイズの発生が抑制される。

本発明の一実施形態にかかる基板実装型の光電変換コネクタの外観図である。 本発明の一実施形態にかかる基板実装型の光電変換コネクタの断面図（図１のＡ−Ａ線断面図）である（外部基板に実装された状態のものを示す）。 光学ユニット、光電変換ユニット、およびリード端子が一体化された組体の外観図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、以下の説明における幅方向とはコネクタの短手方向であって図１におけるＸ軸方向をいい、前後方向（光軸Ｃ方向；光電変換素子２１側を前、嵌合部１１２側を後とする）とはコネクタの長手方向であって図１におけるＹ軸方向をいい、上下方向とは幅方向および軸方向に直交する方向であって図１におけるＺ軸方向をいうものとする。また、平面方向とは、外部基板８０の表面（実装面）に平行な方向をいうものとする。

図１および図２に示す本発明の一実施形態にかかる基板実装型の光電変換コネクタ１は、外部基板８０（本発明における基板に相当する；図２参照）に実装されるコネクタであって、光信号を電気信号に変換し、当該電気信号を外部基板８０に設けられた回路に送るものである。光電変換コネクタ１は、光学ユニット１０と、光電変換ユニット２０と、リード端子３０と、ハウジング４０と、シールド部材５０と、を備える。以下、各構成について詳細に説明する。

光学ユニット１０は、相手方光学部材９０が嵌合する嵌合部１１２（スリーブなどとも称される）を有する。本実施形態では、後述する接続用金属部材１２以外の部分は、光透過性材料で一体的に形成されている。ただし、光信号の経路となる部分以外の部分は、光透過性材料以外の材料で形成されていてもよい。光透過性材料で形成された部分１１は、本体部１１１、嵌合部１１２、レンズ部１１３、および壁部１１４を有する、盆状の部分である。

本体部１１１は、前後方向に直交する平面に沿って位置する板状の部分である。嵌合部１１２は、前後方向（光軸Ｃ方向）に直交する本体部１１１の一方側の面における中央から突出した筒状の部分である。この嵌合部１１２の「筒」の中心軸は、各光学部材の光軸Ｃと一致する。嵌合部１１２は、図２に点線で示される相手方光学部材９０（光ファイバ９２が固定されたフェルール９１）が嵌合可能に形成されている。相手方光学部材９０が嵌合部１１２に嵌合されると、光ファイバ９２の軸線が光軸Ｃに一致した状態となる。

レンズ部１１３は、前後方向に直交する本体部１１１の他方側の面における中央から突出した部分である。このレンズ部１１３は、その光軸Ｃが上記嵌合部１１２の「筒」の中心軸と一致する、集束レンズである。嵌合部１１２に嵌合された相手方光学部材９０の光ファイバ９２から出射された光は、発散光となって光透過性材料で形成された部分１１を通過し、レンズ部１１３によって集束光となる。レンズ部１１３は、当該集束光の焦点が光電変換素子２１の受光部となるような形状、位置に設けられる。

壁部１１４は、前後方向に直交する本体部１１１の他方側の面の外縁から突出した部分である。その突出高さは、レンズ部１１３の突出高さ（本体部１１１の他方側の面とレンズ部１１３の先端までの距離）よりも大きい。

このような構成を有する光透過性材料で形成された部分１１には、接続用金属部材１２が固定されている。本実施形態では、インサート成形によって、接続用金属部材１２の一部（後述するシールド部１２２）が上記本体部１１１内に埋め込まれることで両者が一体化されている。接続用金属部材１２は、断面で見て略「Ｌ」字状に形成された部材であって、基板接続部１２１およびシールド部１２２を有する。

基板接続部１２１は、接続用金属部材１２の下端に形成された、平面方向に沿う部分である。基板接続部１２１は、後述するハウジング４０に形成された開口４２２を通じて露出しており、ハウジング４０の下端面と略同じ高さに位置する。この基板接続部１２１は、はんだ付け等によって外部基板８０に物理的に接続されるとともに、外部基板８０に形成された回路に電気的に接続されている。この外部基板８０に形成された回路を介して、基板接続部１２１はアースに接続される。

シールド部１２２は、前後方向に直交する平面に沿って位置し、前後方向で光電変換ユニット２０の少なくとも一部に対向する部分である。本体部１１１内に埋め込まれたシールド部１２２には、光軸Ｃと交差する箇所に開口１２３が形成されている。当該開口１２３は、相手方光学部材９０の光ファイバ９２から出射された発散光の経路を妨げることがないような大きさ（形状）に形成されている。ただし、開口１２３が大きすぎると、シールド部１２２による電磁的シールド効果が低下するため、開口１２３の大きさはできるだけ小さい方がよい。光学ユニット１０の光透過性材料で形成された部分１１は、相手方光学部材９０の光ファイバ９２から出射される発散光の全部がレンズ部１１３に入射するように設定されているから、前後方向で見て、開口１２３とレンズ部１１３とが略同じ形状（レンズ部１１３の外周縁と開口１２３の外周縁が略一致する形状）であれば、光を遮断することなく、かつシールド効果が大きく低下することのないシールド部１２２となる。

光電変換ユニット２０は、光ファイバ９２から出射された光信号を電気信号に変換する光電変換素子２１（受光素子）を含むユニットである。光電変換素子２１は、変換された電気信号を外部基板８０に送信するための回路等が形成された内部基板２２上に実装される。光電変換素子２１の光軸（受光部の中心）は、相手方光学部材９０の光ファイバ９２の光軸と一致している。具体的には、相手方光学部材９０の光ファイバ９２から出射され、レンズ部１１３によって集束光となった光の焦点が、光電変換素子２１の受光部の中心となるように設定される。この光電変換素子２１およびこの光電変換素子２１が実装された内部基板２２と、詳細を後述する支持部材２３とによって光電変換ユニット２０が構成される。

内部基板２２に形成された電気信号を外部基板８０に送信するための回路には、複数のリード端子３０がはんだ付け等により接続されている。リード端子３０は、その一部がハウジング４０の外部まで引き出されている。具体的には、リード端子３０における内部基板２２に接続された側の反対側の端部には、平面方向に沿う部分が形成されており、当該部分がハウジング４０の外部まで引き出されている。このリード端子３０の平面方向に沿う部分は、上記基板接続部１２１（接続用金属部材１２の平面方向に沿う部分）と上下方向における位置が同じである。

光電変換素子２１が実装された内部基板２２およびリード端子３０は、支持部材２３に固定されている。支持部材２３は、上記光学ユニット１０の光透過性材料で形成された部分１１の一部と略同じ形状（盆状）に形成された部材であって、本体部２３１および壁部２３２を有する。本体部２３１は、前後方向に直交する板状の部分であり、壁部２３２は本体部２３１の外縁から光学ユニット１０側に突出した部分である。光電変換素子２１が実装された内部基板２２は、支持部材２３の本体部２３１の光学ユニット１０側の面（内底面）に沿って配されている。リード端子３０は、支持部材２３の下側の壁部２３２を貫通し、ハウジング４０の下側に引き出されている。つまり、内部基板２２に接続されたリード端子３０が、支持部材２３に形成された貫通孔に圧入されることで、光電変換素子２１が実装された内部基板２２およびリード端子３０は支持部材２３に固定されている。換言すれば、光電変換素子２１およびこの光電変換素子２１が実装された内部基板２２と支持部材２３とによって構成される光電変換ユニット２０にリード端子３０が接続された組体が得られる。

図３に示すように、光電変換ユニット２０（光電変換ユニット２０とリード端子３０の組体）は、上記光学ユニット１０と一体化されている。具体的には、光電変換ユニット２０が有する支持部材２３の光学ユニット１０側に突出した壁部２３２と、光学ユニット１０が有する光透過性材料で形成された部分１１の光電変換ユニット２０側に突出した壁部１１４とが突き合わされるようにして両者は一体化される。この一体化の方法は特定の方法に限定されるものではない。光電変換素子２１とレンズ部１１３の位置関係が上述した関係となるように位置決めした上で一体化されるものであれば、どのような方法を採用してもよい。

このように盆状の部材である支持部材２３と光学ユニット１０の光透過性材料で形成された部分１１の一部とが突き合わされるため、両者の壁部１１４、２３２の内側には空間Ｓが形成される。この壁部１１４、２３２で囲まれた空間Ｓ内に、光電変換素子２１およびそれが実装された内部基板２２、およびレンズ部１１３が配された構成となる。

ハウジング４０は、アッパーハウジング４１とロアハウジング４２とから構成され、コネクタ係合部４３およびユニット収容部４４が形成された部材である。コネクタ係合部４３は、相手方光学部材９０が固定された図示されない光コネクタが係合される部分である。ユニット収容部４４は、一体化された光学ユニット１０および光電変換ユニット２０（嵌合部１１２を除く）が収容される部分である。コネクタ係合部４３とユニット収容部４４は区画板部４５によって区画されており、この区画板部４５に形成された貫通孔４５１内に筒状の嵌合部１１２が通される。当該貫通孔４５１は、アッパーハウジング４１の区画板部４５を構成する部分に形成された半円状の部分と、ロアハウジング４２の区画板部４５を構成する部分に形成された半円状の部分が一体となって形成される。ハウジング４０（ロアハウジング４２）の下面の前側には、幅方向に所定の間隔をおいて並べられた各リード端子３０が通される溝４２１が形成されている。また、ハウジング４０（ロアハウジング４２）の下面における溝４２１が形成された箇所よりも後側には、基板接続部１２１を露出させるための開口４２２が形成されている。光学ユニット１０、光電変換ユニット２０、およびリード端子３０が一体化された組体をロアハウジング４２に対して組み付けた（各部材が所定の位置に位置するように組み付けた）後、ロアハウジング４２にアッパーハウジング４１を接続することにより、光学ユニット１０、光電変換ユニット２０、およびリード端子３０が一体化された組体とハウジング４０とが一体化される。なお、アッパーハウジング４１とロアハウジング４２の接続方法は特定の方法に限定されない。

シールド部材５０は、光電変換ユニット２０に対する電磁的シールド効果を発揮する部材であり、当該光電変換ユニット２０を覆うようにハウジング４０に取り付けられた金属製の部材である。シールド部材５０は、光電変換ユニット２０の上面に対向する部分５１、幅方向両側面に対向する部分５２、前面に対向する部分５３を有する。上述したように、光電変換ユニット２０の後面に対向するように接続用金属部材１２のシールド部１２２が設けられているため、光電変換ユニット２０は下側を除いた周囲がシールド部材５０（シールド部１２２）に覆われているということである。

シールド部材５０には、その下側縁から下方に突出した接続突起５４が形成されている。接続突起５４は、はんだ付け等によって外部基板８０に物理的に接続されるとともに、外部基板８０に形成された回路に電気的に接続されている。この外部基板８０に形成された回路を介して、シールド部材５０はアースに接続される。

このような構成の光電変換コネクタ１は、外部基板８０上における所定位置に設置され、リード端子３０と基板接続部１２１が外部基板８０に物理的かつ電気的に接続される。その接続方法は特定の方法に限定されるものではないが、いわゆるリフロー方式のはんだ付けによって光電変換コネクタ１と外部基板８０の接続を行うとよい。

以上説明した本実施形態にかかる基板実装型の光電変換コネクタ１によれば、次のような作用効果が奏される。

本実施形態にかかる光電変換コネクタ１は、光電変換ユニット２０に設けられるリード端子３０だけでなく、光学ユニット１０に設けられる基板接続部１２１が基板に接続される構成であるから、嵌合部１１２に相手方光学部材９０が嵌合された際にかかる力のほとんどは基板接続部１２１と基板の接続部分に作用する。つまり、電気的接続部分であるリード端子３０と基板の接続部分に生ずる応力を低減することができ、当該部分の接続信頼性が向上する。

また、この基板接続部１２１とシールド部１２２が一体的に形成された接続用金属部材１２を備える構成であるため、光電変換ユニット２０に対する電磁的シールド効果が高まる。つまり、接続用金属部材１２は、上記リード端子３０と基板の接続部分に生ずる応力を低減する作用を発現するとともに、シールド効果を高める作用を発現するものである。そして、このシールド部１２２と一体的に形成される基板接続部１２１も金属材料で構成された部分であるため、基板とリード端子３０の接続および基板と基板接続部１２１の接続を、はんだ付け等によって一度に行うことができる。特に、リフロー方式のはんだ付けを用いれば接続が容易である。

また、接続用金属部材１２のシールド部１２２には、光信号の経路を遮断しないようにするための開口１２３が形成されている。つまり、開口１２３によって当該経路を確保した上で、光電変換ユニット２０を覆う部分（光電変換ユニット２０の後面に対向する部分）を大きくしたものである。よって、シールド部１２２によるシールド効果は高い。そして、本実施形態では、光電変換ユニット２０におけるシールド部１２２が対向する面以外の面（上面、幅方向両側面、前面）に対向するように、シールド部材５０が設けられた構成であるため、光電変換ユニット２０に対するシールド効果に優れる。別の見方をすれば、接続用金属部材１２のシールド部１２２は、シールド部材５０で覆うことができない箇所を補完的に覆うものであるということである。

また、光学ユニット１０と光電変換ユニット２０が一体化されてできる壁部１１４、２３２で囲まれた空間Ｓ内には、光電変換素子２１やレンズ部１１３が配される。そのため、光電変換素子２１（の受光部または発光部）やレンズ部１１３に埃等が付着することを要因とするノイズの発生が抑制される。

以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の改変が可能である。

上記実施形態にかかる光電変換コネクタ１は、相手方光学部材９０の光ファイバ９２から出射された光信号を、光電変換素子２１（受光素子）によって電気信号に変換し、外部基板８０に送るものであることを説明したが、その逆の変換を行うコネクタであってもよい。すなわち、外部基板８０から送られた電気信号を光電変換素子２１（発光素子）によって光信号に変換し、その光信号が相手方光学部材９０の光ファイバ９２に向かって出射されるものであってもよい。また、光ファイバ９２から出射された光信号を電気信号に変換し外部基板８０に送る機能と、外部基板８０の電気信号を光信号に変換し光ファイバ９２に送る機能の両方を備えたものであってもよい。

また、上記実施形態にかかる光電変換コネクタ１では、光透過性材料で形成された部分１１に固定された接続用金属部材１２に基板接続部１２１が形成されていることを説明したが、光透過性材料で形成された部分１１に基板接続部１２１が形成された構成としてもよい。このような構成としては、本体部１１１の下面から突出する突起を設け、その突起が外部基板８０に形成された孔または凹部に圧入される構成が例示できる。このような構成としても、嵌合部１１２に相手方光学部材９０が嵌合される際の力のほとんどが基板接続部１２１である突起と外部基板８０との接続部に作用することになるから、リード端子３０と外部基板８０の接続部に生ずる応力を低減することができる。

１ 光電変換コネクタ
１０ 光学ユニット
１１ 光透過性材料で形成された部分
１１２ 嵌合部
１１３ レンズ部
１２ 接続用金属部材
１２１ 基板接続部
１２２ シールド部
１２３ 開口
２０ 光電変換ユニット
２１ 光電変換素子
２２ 内部基板
２３ 支持部材
３０ リード端子
４０ ハウジング
５０ シールド部材
８０ 外部基板
９０ 相手方光学部材
９２ 光ファイバ
Ｓ 空間
Ｃ 光軸

Claims (7)

1. 相手方光学部材が嵌合可能な嵌合部を有し、少なくとも当該嵌合部を含む光信号の経路となる部分が光透過性材料で形成された光学ユニットと、
   前記相手方光学部材と光軸が一致するように配される光電変換素子を有する光電変換ユニットと、
   この光電変換ユニットに接続され、前記光電変換素子を基板に電気的に接続するためのリード端子と、
   を備え、
   前記光学ユニットには、前記基板に接続される基板接続部が設けられていることを特徴とする基板実装型の光電変換コネクタ。
2. 前記基板接続部は、金属材料により構成されていることを特徴とする請求項１に記載の基板実装型の光電変換コネクタ。
3. 前記光学ユニットは、金属材料によって一体的に形成され、前記基板接続部と、前記光電変換ユニットを構成する面と少なくとも一部に対向するシールド部とを含む接続用金属部材を有することを特徴とする請求項２に記載の基板実装型の光電変換コネクタ。
4. 前記接続用金属部材のシールド部には、光信号の経路となる部分に開口が形成されていることを特徴とする請求項３に記載の基板実装型の光電変換コネクタ。
5. 前記接続用金属部材のシールド部が対向する面以外の、前記光電変換ユニットを構成する面の少なくとも一部に対向するように、シールド部材が設けられていることを特徴とする請求項３または請求項４に記載の基板実装型の光電変換コネクタ。
6. 前記光学ユニットおよび前記光電変換ユニットは、内側に空間が形成されるように突き合わされて一体化されており、前記光電変換素子が当該空間内に位置していることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の基板実装型の光電変換コネクタ。
7. 前記光学ユニットは、前記相手方光学部材から出射された光、または前記光電変換素子から出射された光が通過するレンズ部を有し、このレンズ部が前記空間内に位置していることを特徴とする請求項６に記載の基板実装型の光電変換コネクタ。

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