JP2015053210A - 光電複合コネクタ - Google Patents

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貴義 山内
Takayoshi Yamauchi
貴義 山内
森 恵一
Keiichi Mori
恵一 森
西本 益夫
Masuo Nishimoto
益夫 西本
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【課題】小型化、薄型化を可能とする。【解決手段】少なくとも1つの光接続部と、少なくとも2つの電気接続部をそれぞれ有する2つのコネクタからなる光電複合コネクタにおいて、互いに接続される電気接続部の一方をピン32とし、他方をばね接点44bとする。ばね接点44bを有するコネクタ(レセプタクル40)はばね接点44bの前方にピン32が挿入される位置決め穴42dを備え、ピン32の先端がばね接点44bと接触して電気接続がなされ、ピン32の根元が位置決め穴42dに嵌まることで光接続のための位置決めがなされる。光接続のための位置決め用の専用のガイドピンは不要となる。【選択図】図3

Description

この発明は光接続と電気接続を同時に行う光電複合コネクタに関する。
図8及び図9はこの種の光電複合コネクタの従来例として特許文献1に記載されている構成を示したものである。図8はレセプタクルを示し、図9はレセプタクルの断面構造及びレセプタクルと接続されるUSBコネクタの断面構造を示す。図8ではメタルシェルの図示は省略している。
レセプタクル10は本体部11と光デバイス部12を備えており、本体部11は突設部11aと収容部11bを有している。突設部11aには導体(接続導体)13が複数内蔵されている。導体13の一端側は突設部11aの表面に露出するように設けられており、接続部13aとなっている。導体13の他端側は本体部11の下方に向かって引き出されている。
光デバイス部12は基板14とレンズケース15とミラー部品16とによって構成されている。基板14の前端側には発光素子14aと受光素子(隠れて見えない)とICチップ14bが実装されている。基板14の後端側のスルーホールには端子17が挿入されて接続されている。
レンズケース15は発光素子14a、ICチップ14b等を覆うように基板14上に配置されており、レンズケース15の上面にはレンズ部15a,15bが形成されている。ミラー部品16はレンズケース15の上部に位置するように基板14上に配置されており、ミラー16aとガイドピン16b,16cを有している。ガイドピン16b,16cはミラー部品16の前面から前方に突出して設けられている。
レセプタクル10は光デバイス部12を組み立てた後に、光デバイス部12を本体部11の収容部11bに配置することで構成され、メタルシェル18に光デバイス部12を搭載した本体部11を挿入して完成する。
一方、レセプタクル10と結合されるUSBコネクタ20の差込部21にはフェルール22が内蔵されており、フェルール22は図示しない光ファイバ心線の先端部分を保持している。フェルール22の先端はレンズ22aとなっている。
レセプタクル10とUSBコネクタ20とはUSBコネクタ20がレセプタクル10に狭持されることで接続される。メタルシェル18には突出部18a,18bが設けられており、USBコネクタ20がレセプタクル10に挿入された際、USBコネクタ20の差込部21の上面21a及び下面21bは突出部18a,18bと当接し、これによりレセプタクル10とUSBコネクタ20との接続状態が保持される。
レセプタクル10はガイドピン16b,16cによってUSBコネクタ20と光軸の位置合わせが行われて光接続される。また、光接続と同時にUSBコネクタ20の導線とレセプタクル10の接続部13aとの接続も行われる。光接続により、発光素子14aから出射された出射光はレンズ部15aによってコリメートされ、ミラー16aによって反射されてフェルール22のレンズ22aに入射され、一方、フェルール22から出射された出射光も同様に、ミラー16aによって反射され、レンズ部15bによって集光されて受光素子に入射される。
特開2011−233501号公報
ところで、光電複合コネクタは各種分野で用いられるようになってきており、特に通信分野においてはスマートフォンやタブレットの普及により、光電複合コネクタには軽薄で小型のものが要求されている。しかしながら、上述したような構成を有する従来の光電複合コネクタ(レセプタクル)では、光接続部及び電気接続部とは別に、光接続のための位置決め用に専用のガイドピンを必要とするものとなっており、このようなガイドピンを必要とする分、小型化が困難となっていた。
この発明の目的はこの問題に鑑み、小型化、軽薄化が可能な光電複合コネクタを提供することにある。
請求項1の発明によれば、少なくとも1つの光接続部と少なくとも2つの電気接続部をそれぞれ有する2つのコネクタからなる光電複合コネクタにおいて、互いに接続される電気接続部の一方はピンとされ、他方はばね接点とされ、ばね接点を有するコネクタはばね接点の前方にピンが挿入される位置決め穴を備え、ピンの先端がばね接点と接触して電気接続がなされ、ピンの根元が前記位置決め穴に嵌まることで光接続のための位置決めがなされるものとされる。
請求項2の発明によれば、少なくとも1つの光接続部と少なくとも2つの電気接続部をそれぞれ有する2つのコネクタからなる光電複合コネクタにおいて、互いに接続される電気接続部の一方は先端にばね接点が一体形成された第1のピンとされ、他方は第2のピンとされ、第2のピンを有するコネクタは第2のピンの前方に第1のピンが挿入される位置決め穴を備え、第1のピンの先端のばね接点が第2のピンと接触して電気接続がなされ、第1のピンの根元が前記位置決め穴に嵌まることで光接続のための位置決めがなされるものとされる。
請求項3の発明では請求項1の発明において、ピンの根元の径は先端の径より大きいものとされる。
請求項4の発明では請求項2の発明において、第1のピンの延伸方向と直交する面内においてばね接点が占める領域の径は前記根元の径より小さいものとされる。
請求項5の発明では請求項1乃至4のいずれかの発明において、電気接続部は光接続部を挟んでコネクタの両脇に配置されているものとされる。
請求項6の発明では請求項1乃至5のいずれかの発明において、2つのコネクタは光接続部及び電気接続部を収容するシェルをそれぞれ備えており、2つのコネクタの接続時にはシェル同士が最初に嵌合するものとされる。
請求項7の発明では請求項1乃至6のいずれかの発明において、互いに接続される光接続部の少なくとも一方はレンズを備えているものとされる。
請求項8の発明では請求項7の発明において、レンズはレンズブロックの先端面に設けた窪みのなかに形成されており、レンズはレンズブロックの先端面よりも突出していないものとされる。
請求項9の発明では請求項8の発明において、レンズブロックの後方にコイルばねを備えているものとされる。
請求項10の発明では請求項1乃至9のいずれかの発明において、2つのコネクタの少なくとも一方は光電変換回路を備えているものとされる。
この発明によれば、電気接続部を構成するピンは、その先端を電気接続用の接点として使用し、根元を光接続のための高精度な位置決めに使用するものとなっている。よって、従来、必要であった光接続のための位置決め用の専用のガイドピンは不要となる。
これにより、光電複合コネクタを構成する一方のコネクタにおいては、位置決め専用のガイドピンの配置スペースは不要となり、他方のコネクタにおいては位置決め専用のガイドピンの嵌合スペースは不要となる。従って、この発明によれば、光電複合コネクタの小型化、軽薄化が可能となる。
この発明による光電複合コネクタの一実施例を示す斜視図。 Aは図1に示した光電複合コネクタの一方のコネクタであるプラグの正面図、Bは図1に示した光電複合コネクタの他方のコネクタであるレセプタクルの正面図。 Aはプラグとレセプタクルの電気接続部の構成を説明するための断面図、Bはプラグとレセプタクルの光接続部の構成を説明するための断面図。 Aは図3Aに示した電気接続部の接続状態を示す断面図、Bは図3Bに示した光接続部の接続状態を示す断面図。 プラグとレセプタクルの嵌合過程を説明するための図。 Aは電気接続部の要部構成を示す断面図、B〜Dは電気接続部の他の構成例を示す断面図。 レセプタクルの他の構成例を示す断面図。 レセプタクルの従来例を示す斜視図。 従来の光電複合コネクタにおけるUSBコネクタとレセプタクルの構成を示す断面図。
この発明の実施形態を図面を参照して実施例により説明する。
図1はこの発明による光電複合コネクタの一実施例の外観を示したものであり、光電複合コネクタはプラグ30とレセプタクル40とよりなる2つのコネクタによって構成されている。図2A,Bはプラグ30及びレセプタクル40をそれぞれ正面側(互いに接続される側)から見た状態を示したものであり、図3A,Bはプラグ30とレセプタクル40の要部断面構造を示したものである。
まず、プラグ30の構成について説明する。
プラグ30は図1に示したようにケーブル50の端末に取り付けられる。ケーブル50はこの例では2本の電線51と4本の光ファイバ52を内部に有するものとなっている。各光ファイバ52の端末は図3Bに示したようにレンズブロック31の微細孔31aに挿入されてレンズブロック31に固定保持されている。レンズブロック31の先端面31bの、各光ファイバ52の延長上に位置する箇所には、それぞれ集光レンズ31cが形成されている。集光レンズ31cは図2Aに示したようにレンズブロック31の先端面31bの長手方向に配列されて4つ形成されており、これら集光レンズ31cによって光接続部が構成されている。集光レンズ31cはレンズブロック31の先端面31bに設けた窪みのなかに形成されており、集光レンズ31cは先端面31bよりも突出していない。レンズブロック31は透明樹脂製とされる。
レンズブロック31の長手方向両端の先端面31b1は、集光レンズ31cが形成されている先端面31bに対し、わずかに低くされており、この1段低い先端面31b1にそれぞれピン32が設けられている。ピン32はレンズブロック31を貫通して設けられており、その先端はレンズブロック31の先端面31b1から突出されている。
レンズブロック31の後端側にはブロック33が配置され、2本のピン32はこのブロック33に固定保持されている。ピン32の後端は筒状とされてブロック33から後方に突出されており、電線51はこのピン32の後端の筒状部32aに挿入固定されて金属製のピン32に接続されている。
レンズブロック31及びブロック33は角筒状をなすガイド34内に収容されており、レンズブロック31の先端側はガイド34の一端側の端面に形成された開口34aから外部に突出されている。ガイド34の他端側にはばね抑え35が取り付けられており、このばね抑え35とブロック33との間に2つのコイルばね36が設けられている。コイルばね36は2本のピン32の位置においてピン32及び電線51を囲むように設けられている。2つのコイルばね36はレンズブロック31をガイド34の開口34aから突出する方向に押すものとなっている。ガイド34、ばね抑え35及びブロック33は樹脂製とされる。
ガイド34の一部及びガイド34の開口34aから突出しているレンズブロック31、ピン32の回りには金属製のシェル37が設けられる。シェル37の先端側はレンズブロック31を囲む角筒状をなし、この角筒部37a内にレンズブロック31の先端側及びピン32の突出部分は収容されている。
ハウジング38はプラグ30の外形を構成するもので、扁平な直方体形状をなす。シェル37の角筒部37aはハウジング38の一端側の側面から突出されている。ケーブル50はハウジング38の他端側の側面に突出形成されている円筒部38aを通ってハウジング38内に挿入されている。
次に、レセプタクル40の構成について説明する。
レセプタクル40は角筒状をなす金属製のシェル41によって外形が構成されており、このシェル41内にレンズブロック42が収容されている。レンズブロック42の後端側はシェル41の後方から突出しており、この部分においてシェル41とレンズブロック42との間にはフレーム43が介在されている。
レセプタクル40には2本の電線61と4本の光ファイバ62が取り付けられる。各光ファイバ62の端末は図3Bに示したようにレンズブロック42の微細孔42aに挿入されてレンズブロック42に固定保持されている。レンズブロック42の先端面42bの、各光ファイバ62の延長上に位置する箇所には、それぞれ集光レンズ42cが形成されている。集光レンズ42cは図2Bに示したようにレンズブロック42の先端面42bの長手方向に配列されて4つ形成されており、これら集光レンズ42cによって光接続部が構成されている。集光レンズ42cはレンズブロック42の先端面42bに設けた窪みのなかに形成されており、集光レンズ42cは先端面42bよりも突出していない。4つの集光レンズ42cの配列ピッチはプラグ30の4つの集光レンズ31cの配列ピッチと一致されている。レンズブロック42は透明樹脂製とされる。
レンズブロック42の長手方向両端の先端面42b1は、集光レンズ42cが形成されている先端面42bに対し、わずかに低くされており、この1段低い先端面42b1にそれぞれ位置決め穴42dが形成されている。各位置決め穴42dの奥には位置決め穴42dに続いて取り付け穴42eが形成されている。取り付け穴42eはレンズブロック42の後端面に至るまで形成されている。
各取り付け穴42eにはソケット44が収容されて取り付けられている。ソケット44の中間部44aは軸状とされ、先端側(位置決め穴42d側)には電気接続部をなす一対のばね接点44bが中間部44aから突出されて形成されている。ばね接点44bは断面略半円弧形状とされ、片持ち梁状とされている。一対のばね接点44bは互いに対向するように形成されており、先端側は互いに近接してすぼまった状態となっている。
ソケット44の後端は筒状とされてレンズブロック42から後方に突出されており、電線61はこのソケット44の後端の筒状部44cに挿入固定されて金属製のソケット44に接続されている。なお、レンズブロック42の後端側にはブロック45が配置されている。
図4A,Bは上記のような構成を有するプラグ30とレセプタクル40が嵌合され、電気接続と光接続とが行われた状態をそれぞれ示したものであり、図4A,Bはそれぞれ図3A,Bと対応した図となっている。
電気接続は図4Aに示したようにプラグ30のピン32がレセプタクル40の位置決め穴42dに挿入され、さらに一対のばね接点44b間に挿入されて一対のばね接点44bにピン32の先端が挟み込まれることによって行われる。なお、プラグ30のシェル37の角筒部37aは、レセプタクル40のシェル41内に嵌め込まれてシェル41と接触しており、これによりグランド接続が行われる。
光接続は図4Bに示したようにプラグ30のレンズブロック31の先端面31bと、レセプタクル40のレンズブロック42の先端面42bとが突き当てられ、集光レンズ31cと42cとが互いに対向されることによって行われる。この例では集光レンズ31c,42cともに先端面31b,42bよりも突出していないので、集光レンズ同士は接触することがなく、光接続は集光レンズ31c,42cによる空間結合によって行われるものとなっている。
光接続には極めて高精度な位置決めが要求されるが、この例ではレセプタクル40にはばね接点44bの前方に位置決め穴42dが設けられており、プラグ30のピン32がこの位置決め穴42dに挿入され、図4Aに示したようにピン32の根元が位置決め穴42dに嵌まることで、光接続のための高精度な位置決めが行われるものとなっている。
このようにこの例では電気接続部を構成するピン32の先端がばね接点44bと接触して電気接続が行われ、このピン32の根元を光接続のための位置決めに使用するものとなっており、接続方向において光接続部の位置(レンズ31c,42cの位置)とほぼ同じ位置で位置決めを行うため、高精度な位置決めが可能となっている。図4A中、破線aで囲んだ部分は電気接続機能部を示し、破線bで囲んだ部分は光接続のための位置決め機能部を示す。
図5(1)〜(4)はプラグ30とレセプタクル40の嵌合過程を順に示したものである。なお、図5(1)は嵌合前の状態を示す。
プラグ30とレセプタクル40の接続時には、図5(2)に示したように、最初にプラグ30のシェル37とレセプタクル40のシェル41が嵌合する。シェル同士の嵌合によりプラグ30とレセプタクル40とはほぼ位置決めされ、これにより図5(3)に示したレセプタクル40の位置決め穴42dへのプラグ30のピン32の挿入が容易となる。なお、レンズブロック31に設けられた一対のピン32が支障なく、良好に位置決め穴42dに挿入されるように、プラグ30のレンズブロック31はシェル37に対してわずかに動きうるフローティング構造を採用している。
さらに、嵌合を進めることにより、コイルばね36が押し縮められ、レンズブロック31の先端面31bをレンズブロック42の先端面42bに押し付けるので、レンズブロック同士の角度ずれも矯正されて、図5(4)に示した嵌合完了状態となり、電気接続と光接続が完了する。レセプタクル40のシェル41に形成されているばね片41aの先端の凸部41bは、プラグ30のシェル37に形成されている窓37bにはまり込み、これにより抜け止めされ、嵌合状態が保持される。
上述した例ではプラグ30及びレセプタクル40は4つの光接続部と2つの電気接続部を有するものとなっているが、光接続部の数は特に限定されない。一方、電気接続部の数、言い換えればピン32の本数は少なくとも2本とされる。上述した例に示したように2本のピン32を光接続部を挟んでプラグ30の両脇に配置すれば、光接続のための位置決めをより高精度に行うことができる。
なお、ピン32とばね接点44bとの接触による電気接続においては、金属同士の接触、こすれにより金属摩耗粉が発生する恐れがあるが、ピン32とばね接点44bとは光接続のための高精度な位置決めを担う位置決め穴42dより奥まった位置で接触するため、金属摩耗粉が位置決め穴42dの内壁面に付着するといったことは生じにくいものとなっている。
図6Aは上述したプラグ30とレセプタクル40の電気接続部をさらに拡大して示したものである。図6B〜Dは電気接続部の他の構成例を示したものである。
図6Bはピン32’の先端の径を根元の径より小さくし、これに対応して一対のばね接点44b’の先端がなすピン32’の挿入空間を図6Aに示した状態より狭くしたものであり、図6Cは図6Bと同様のばね接点44b’とし、ピン32”の先端を先細形状としたものである。
このような形状を有するピン32’,32”を採用すれば、高精度な位置決めを行うべく、ピン32’,32”の根元部分と位置決め穴42dとの嵌合における隙間(クリアランス)を小さくしても、位置決め穴42dへの挿入を容易に行うことができる。
図6Dはレセプタクル40側に設けられる電気接続部をばね接点44bではなく、ピン(第2のピン)44dとし、プラグ30側のピン(第1のピン)32の先端にばね接点32bを一体形成したものであり、このような構成を採用することもできる。ピン32の延伸方向と直交する面内において一対のばね接点32bが占める領域の径はピン32の根元の径より小さくされる。これにより、このような先端にばね接点32bを有するピン32であっても位置決め穴42dへの挿入を良好に行うことができる。この例ではプラグ30のピン32のばね接点32bと、レセプタクル40のピン44dとが接触することによって電気接続が行われる。
以上説明した実施例においては、互いに接続される光接続部の双方にレンズが設けられているが、レンズは一方だけでもよく、またレンズをなしとしてもよい。例えば、レンズがない場合は光ファイバ52,62の端面同士が突き当てられる。
なお、プラグとレセプタクルとよりなる2つのコネクタの少なくとも一方が光電変換回路を具備する構成としてもよい。図7はこのような構成の一例として光電変換回路を備えたレセプタクル40’を示したものである。図7において、46は回路基板を示し、47は面発光レーザ(VCSEL:Vertical Cavity Surface Emitting Laser)、48はICを示す。レンズブロック42にはミラー面42fが形成されており、また面発光レーザ47と対向する位置には集光レンズ42gが形成されている。
10 レセプタクル 11 本体部
11a 突設部 11b 収容部
12 光デバイス部 13 導体
13a 接続部 14 基板
14a 発光素子 14b ICチップ
15 レンズケース 15a,15b レンズ部
16 ミラー部品 16a ミラー
16b,16c ガイドピン 17 端子
18 メタルシェル 18a,18b 突出部
20 USBコネクタ 21 差込部
21a 上面 21b 下面
22 フェルール 22a レンズ
30 プラグ 31 レンズブロック
31a 微細孔 31b,31b1 先端面
31c 集光レンズ 32,32’,32” ピン
32a 筒状部 32b ばね接点
33 ブロック 34 ガイド
34a 開口 35 ばね抑え
36 コイルばね 37 シェル
37a 角筒部 37b 窓
38 ハウジング 38a 円筒部
40,40’ レセプタクル 41 シェル
41a ばね片 41b 凸部
42 レンズブロック 42a 微細孔
42b,42b1 先端面 42c 集光レンズ
42d 位置決め穴 42e 取り付け穴
42f ミラー面 42g 集光レンズ
43 フレーム 44 ソケット
44a 中間部 44b,44b’ ばね接点
44c 筒状部 44d ピン
45 ブロック 46 回路基板
47 面発光レーザ 48 IC
50 ケーブル 51 電線
52 光ファイバ 61 電線
62 光ファイバ

Claims (10)

  1. 少なくとも1つの光接続部と、少なくとも2つの電気接続部をそれぞれ有する2つのコネクタからなる光電複合コネクタであって、
    互いに接続される前記電気接続部の一方はピンとされ、他方はばね接点とされ、
    前記ばね接点を有する前記コネクタは、前記ばね接点の前方に前記ピンが挿入される位置決め穴を備え、
    前記ピンの先端が前記ばね接点と接触して電気接続がなされ、前記ピンの根元が前記位置決め穴に嵌まることで光接続のための位置決めがなされることを特徴とする光電複合コネクタ。
  2. 少なくとも1つの光接続部と、少なくとも2つの電気接続部をそれぞれ有する2つのコネクタからなる光電複合コネクタであって、
    互いに接続される前記電気接続部の一方は先端にばね接点が一体形成された第1のピンとされ、他方は第2のピンとされ、
    前記第2のピンを有する前記コネクタは、前記第2のピンの前方に前記第1のピンが挿入される位置決め穴を備え、
    前記第1のピンの先端の前記ばね接点が前記第2のピンと接触して電気接続がなされ、前記第1のピンの根元が前記位置決め穴に嵌まることで光接続のための位置決めがなされることを特徴とする光電複合コネクタ。
  3. 請求項1記載の光電複合コネクタにおいて、
    前記ピンの根元の径は先端の径より大きいことを特徴とする光電複合コネクタ。
  4. 請求項2記載の光電複合コネクタにおいて、
    前記第1のピンの延伸方向と直交する面内において前記ばね接点が占める領域の径は前記根元の径より小さいことを特徴とする光電複合コネクタ。
  5. 請求項1乃至4記載のいずれかの光電複合コネクタにおいて、
    前記電気接続部は前記光接続部を挟んで前記コネクタの両脇に配置されていることを特徴とする光電複合コネクタ。
  6. 請求項1乃至5記載のいずれかの光電複合コネクタにおいて、
    前記2つのコネクタは前記光接続部及び前記電気接続部を収容するシェルをそれぞれ備えており、
    前記2つのコネクタの接続時には前記シェル同士が最初に嵌合することを特徴とする光電複合コネクタ。
  7. 請求項1乃至6記載のいずれかの光電複合コネクタにおいて、
    互いに接続される前記光接続部の少なくとも一方はレンズを備えていることを特徴とする光電複合コネクタ。
  8. 請求項7記載の光電複合コネクタにおいて、
    前記レンズはレンズブロックの先端面に設けた窪みのなかに形成されており、
    前記レンズは前記レンズブロックの前記先端面よりも突出していないことを特徴とする光電複合コネクタ。
  9. 請求項8記載の光電複合コネクタにおいて、
    前記レンズブロックの後方にコイルばねを備えていることを特徴とする光電複合コネクタ。
  10. 請求項1乃至9記載のいずれかの光電複合コネクタにおいて、
    前記2つのコネクタの少なくとも一方は光電変換回路を備えていることを特徴とする光電複合コネクタ。
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