JP2015161940A - 光モジュール付きケーブル - Google Patents

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智紀 渡邊
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【課題】光モジュールのケース内における光ファイバの温度上昇を抑制して該光ファイバの破断を長期間に亘って防止する光モジュール付きケーブルを提供する。
【解決手段】光ファイバ10aを内蔵するケーブル2の端部に光モジュールとしてのコネクタ3aが設けられる。コネクタ3aは、ケーブル2が接続されるケース20と、ケース20に接続されたケーブル2の端面2bからケース20内に引き出された光ファイバ10aと、ケース20に収容された基板30に実装され、光ファイバ10aと光学的に接続される面発光素子とを有し、光ファイバ10aとケース20及び基板30とは非接触である。
【選択図】図1

Description

本発明は、ケーブルの端部に光モジュールが設けられた光モジュール付きケーブルに関する。
近年、大容量情報の高速伝送には光ケーブルが用いられることが多い。例えば、画像信号の高速伝送には、一般的に光HDMI(登録商標/High-Definition-Multimedia Interface)ケーブルと呼ばれる光ケーブルが用いられることが多い。光HDMIケーブルを含む光ケーブルは、光ファイバを内蔵したケーブルと、該ケーブルの少なくとも一端に設けられた光素子を備える光モジュールと、を有する。例えば、上記光HDMIケーブルでは、光ファイバを内蔵したケーブルの両端に、HDMI規格に準拠したコネクタが設けられており、このコネクタには光電変換素子(発光素子や受光素子)が実装された基板が収容されている(特許文献1)。
特開2013−72939号公報
上記のような光モジュール付きケーブルでは、光モジュールのケース内において、ケーブルから引き出された光ファイバと光素子とが光学的に接続される。換言すれば、ケース内において光ファイバと光素子とが光結合される。さらに、ケーブルから引き出され、光素子に接続される光ファイバには、その破断を防止するめに余長が与えられている。余長が与えられた光ファイバは、曲げられたり、巻かれたりした状態で光モジュールのケース内に収容されている。
ここで、曲げられたり、巻かれたりしている光ファイバの耐用年数と、温度と、曲率半径との間には相関がある。例えば、曲率半径5mmで曲げられた光ファイバが20℃で10年間の耐用年数を有する場合、70℃で同程度の耐用年数を得るためには、曲率半径を10mm前後に拡大する必要がある。換言すれば、光ファイバの温度上昇に伴って光ファイバの曲率半径を大きくしなければ、同一の耐用年数を確保することはできない。すなわち、光ファイバの破断を防止する観点からは、光モジュールのケース内における光ファイバの曲率半径をなるべく大きくすることが望ましい。
しかし、多くの場合、光モジュールのケースの大きさ(光モジュールの外形寸法)は規格によって定められている。例えば、HDMI(High-Definition-Multimedia Interface)ケーブルやUSB(Universal Serial Bus)ケーブルなどについては、それぞれの規格によってコネクタの外形寸法が定められている。従って、コネクタ内に収容される光ファイバの曲率半径を無制限に大きくすることはできない。
本発明の目的は、光モジュールのケース内における光ファイバの温度上昇を抑制して該光ファイバの破断を長期間に亘って防止することである。
本発明の光モジュール付きケーブルは、光ファイバを内蔵するケーブルの端部に光モジュールが設けられた光モジュール付きケーブルである。本発明の一態様では、光モジュール付きケーブルは、前記光モジュールを構成し、前記ケーブルが接続されるケースと、前記ケースに接続された前記ケーブルの端面から前記ケース内に引き出された光ファイバと、前記ケースに収容された基板に実装され、前記光ファイバと光学的に接続される光素子と、を有し、前記光ファイバと前記ケース及び前記基板とが非接触である。
本発明の他の態様では、前記光ファイバは、前記基板の縁の上方を横断している。
本発明の他の態様では、前記ケースの底面から前記光素子が実装されている前記基板の実装面までの鉛直距離が、前記ケースの前記底面から前記ケーブルの前記端面の中心までの鉛直距離よりも長い。
本発明の他の態様では、外部機器と電気的に接続される電気コネクタが設けられる。また、前記光素子は、前記電気コネクタと電気的に接続され、前記光ファイバと光学的に接続される発光素子又は受光素子である。
本発明によれば、光モジュールのケース内における光ファイバの温度上昇が抑制され、該光ファイバの破断が長期間に亘って防止される。
本発明が適用された光モジュール付きケーブルの一例を示す斜視図である。 図1に示される光モジュール付きケーブルの平面図である。 図1に示される光モジュール付きケーブルの側面図である。 図1に示される光モジュール付きケーブルの正面図である。 図1に示されるコネクタの内部構造を模式的に示す断面図である。 図2に示されるA−A線に沿った断面図である。 図1に示されるコネクタの一変形例を模式的に示す断面図である。
以下、本発明の実施形態の一例について図面を参照しながら詳細に説明する。図1〜図4に示されるように、本実施形態に係る光モジュール付きケーブル1は、光ファイバを内蔵するケーブル2と、ケーブル2の端部に設けられたコネクタ3aと、を有する。
主に図1,図2に示されるように、ケーブル2にはリボンファイバ10が内蔵されている。リボンファイバ10は、互いに平行に並べられ、かつ、一括して被覆された4本の光ファイバ10aを備えている。もっとも、リボンファイバ10に含まれる光ファイバ10aの本数は4本に限られない。さらに、ケーブル2に内蔵される光ファイバはリボンファイバに限定されるものではなく、通常の光ファイバであってもよい。尚、リボンファイバは“光ファイバテープ”又は“テープ芯線”と呼ばれることもある。
図1〜図4に示されるコネクタ3aは、不図示の外部機器のレセプタクルに接続されるものである。コネクタ3aは、外部機器から入力される電気信号を光信号に変換して光ファイバ10aに出力する機能と、光ファイバ10aから入力される光信号を電気信号に変換して外部機器に出力する機能と、の少なくとも一方の機能を有する。すなわち、コネクタ3aは光電変換機能を備える光モジュールである。
主に図1に示されるように、コネクタ3aは、ケーブル2が接続されるケース20を有し、このケース20内には基板30が収容されている。また、基板30と電気的に接続された電気コネクタ40の一部がケース20の端面から突出している。尚、図1〜図4では、コネクタ3aの内部構造を示すために上ケースが省略されている。実際のケース20は、図1〜図4に示される下ケース20aと不図示の上ケースとから構成される。図示されている下ケース20aと不図示の上ケースとは、互いの端面同士が突き合わされるように組み合わされて、内側に収容空間を備えたケース20を形成する。尚、ケーブル2のケース20への接続部分には、ケーブル2を保護するためのブーツ2aが設けられている。
図1,図2などに示される基板30はガラスエポキシなどからなるリジッド基板であって、その両面に不図示の電気配線が形成されている。本実施形態では、一面に電気配線が形成された2枚のリジッド基板の他面同士を貼り合わせて基板30が形成されている。基板30はケース20の底面21(図5)と平行に配置されている。また、基板30の長手方向とケース20の長手方向とは互いに平行である。基板30の長手方向一端部には、複数の電極31が形成されており、これら電極31は互いに平行に並んでいる。
ケース20から突出している電気コネクタ40の突出部分は、不図示の外部機器のレセプタクルに挿入される。電気コネクタ40は、外部機器のレセプタクルに挿入された際に、該レセプタクルに設けられている複数のピン端子のそれぞれと接触する複数のコンタクト端子と、それらコンタクト端子と電気的に接続された複数の接続端子41と、を備えている。図1,図2などに示されるように、電気コネクタ40が備える接続端子41の一部は電気コネクタ40の外に突出しており、半田付けなどによって基板30上の電極31に固定されている。すなわち、基板30と電気コネクタ40とは電気的に接続されており、電気コネクタ40の突出部分が外部機器のレセプタクルに挿入されると、基板30と外部機器とが電気的に接続される。
図5に示されるように、基板30の一面30aには、光素子としての面発光素子(VCSEL/Vertical Cavity Surface Emitting Laser)32及び駆動IC(ドライバIC)33が実装されている。面発光素子32はボンディングワイヤ34aを介して駆動IC33に接続され、駆動IC33はボンディングワイヤ34bを介して基板30上の電気配線に接続されている。ここで、基板30と電気コネクタ40(図1,図2)とが電気的に接続されていることは既述のとおりである。すなわち、面発光素子32は、駆動IC33及び基板30を介して電気コネクタ40(図1,図2)と電気的に接続されている。以下の説明では、面発光素子32及び駆動IC33が実装されている基板30の一面30aを“第1実装面30a”と呼び、第1実装面30aと反対側の一面30bを“第2実装面30b”と呼ぶ。すなわち、基板30の第1実装面30aには、面発光素子32及び駆動IC33が実装されている。一方、基板30の第2実装面30bはケース20の底面21と対向している。尚、面発光素子32はアレイ状に配置された複数の光源を備えている。また、駆動IC33は面発光素子32が備える複数の光源を適宜駆動する多チャンネルのドライバICである。
図5に示されるように、基板30には、第1実装面30aから立ち上がる支持プレート35が設けられている。支持プレート35の下部は基板30に設けられたスリット36に挿入され、基板30に固定されている。一方、支持プレート35の上部には、不図示のレンズ及びミラーを備えるレンズブロック50が設けられている。レンズブロック50は、面発光素子32が備える各光源に対応する複数のレンズと、共通の1つのミラーと、を備えている。
図1などに示されるように、ケース20に接続されているケーブル2に内蔵されているリボンファイバ10(光ファイバ10a)の端部はケース20内に引き出されている。換言すれば、ケーブル端部の被覆が除去され、ケース20内において光ファイバ10aが露出されている。さらに、基板30の第1実装面上に延びている光ファイバ10aの先端にはフェルール60が装着されている。
図5に示されるように、光ファイバ10aに装着されているフェルール60の端面は、レンズブロック50の端面に突き合わされており、面発光素子32から出射された光(光信号)は、レンズブロック50が備えるミラー及びレンズを介して、対応する光ファイバ10aのコアに入射される。すなわち、面発光素子32は、ミラー及びレンズを介して光ファイバ10aと光学的に接続される。
図示は省略するが、レンズブロック50の端面には一対のガイドピンが突設されている。一方、フェルール60の端面には、ガイドピンが挿入される一対の位置決め穴が形成されている。そして、レンズブロック端面から突出するガイドピンがフェルール端面に形成されている位置決め穴に挿入され、レンズブロック50とフェルール60とが正確に位置合わせされている。この結果、レンズブロック50が備える各レンズの光軸と対応する光ファイバ10aのコア中心とが一致している。もっとも、レンズブロック端面及びフェルール端面のそれぞれに位置決め穴が形成される実施形態もある。この場合、レンズブロック端面の位置決め穴にガイドピンが挿入され、この位置決め穴から突出するガイドピンの一部がフェルール端面の位置決め穴に挿入される。或いは、フェルール端面の位置決め穴にガイドピンが挿入され、この位置決め穴から突出するガイドピンの一部がレンズブロック端面の位置決め穴に挿入される。
図1,図2などに示されるように、レンズブロック50に突き合わされたフェルール60の背後には支持アーム70が延びており、支持アーム70とフェルール60の背面(上記端面とは反対側の端面)との間にはコイル状のスプリング71が配置されている。すなわち、レンズブロック50及びフェルール60は、支持プレート35と支持アーム70とに挟まれている。レンズブロック50に突き当てられたフェルール60は、スプリング71の復元力によって常にレンズブロック50に押し付けられている。尚、光ファイバ10aはスプリング71の内側を通ってフェルール60に引き入れられているが、スプリング71には接触していない。
図6に示されるように、ケース20の底面21から基板30の第1実装面30aまでの鉛直距離(L1)は、ケース20の底面21からケーブル2の端面2bの中心までの鉛直距離(L2)よりも長い。換言すれば、基板30の第1実装面30aは、ケーブル中心よりも高い位置に配置されている。さらに、第1実装面30aの上方に配置されているフェルール60は、ケーブル中心よりもさらに高い位置に配置されている。このため、ケーブル2の端面2bから引き出されてフェルール60に接続されている光ファイバ10aは、基板30の縁の上方を横断している。すなわち、光ファイバ10aと基板30は非接触であり、光ファイバ10aとケース20も非接触である。
もっとも、基板30の第1実装面30aがケーブル中心と同じ高さ、又はケーブル中心よりも低い位置に配置されていても、光ファイバ10aとケース20及び基板30との接触を回避することは可能であり、かかるレイアウトも本発明の範囲に含まれる。例えば、図6に示されるレンズブロック50及びフェルール60を光ファイバ10aが横断している基板30の縁に近づければ、第1実装面30aがケーブル中心と同じ高さ、又はケーブル中心よりも低い位置に配置されていても、光ファイバ10aと基板30との接触を回避することができる。但し、レンズブロック50及びフェルール60を基板30の縁に近い位置に移動させるためには、図5に示される面発光素子32及び駆動IC33や図7に示される受光素子82及び増幅IC83も基板30の縁に近い位置に移動させる必要がある。この場合、基板30上の電気配線の配線長が長くなり、信号劣化を招く虞がある。従って、レンズブロック50及びフェルール60を基板30の縁に近づけて光ファイバ10aと基板30との接触を回避する場合には、電気配線の延長による信号劣化に留意する必要がある。
ここで、図5に示される駆動IC33は基板30上で最も発熱量の多い発熱体である。しかし、基板30上には、駆動IC33の他にも複数の発熱体(例えば、電圧変換素子やDC/DCコンバータ)が存在している。また、図1,図2などに示される電気コネクタ40を介して外部の熱が基板30やケース20に伝わることもある。よって、光ファイバ10aが基板30やケース20に接触していると、光ファイバ10aの温度が上昇し、光ファイバ10aが早期に破断する虞がある。また、光ファイバ10aの早期破断を回避するためには、ケース20内における光ファイバ10aの曲率半径を大きくする必要があり、ケース20の大型化を招いたり、ケース20の外形寸法が規格内に収まらなくなったりする虞がある。
一方、光ファイバ10aとケース20及び基板30とが非接触である本実施形態では、基板30やケース20を介して光ファイバ10aに熱が伝わることがなく、光ファイバ10aの温度上昇が抑制される。従って、ケース20内における光ファイバ10aの曲率半径を大きくすることなく、光ファイバ10aの破断を長期間に亘って防止することができる。
尚、図1,図2などに示されるケーブル2には光ファイバ10aに加えてメタル線が内蔵される。すなわち、ケーブル2は光電気複合ケーブルである。例えば、ケーブル2には、電源線,低速信号線,制御線などのメタル線が必要に応じて適宜内蔵される。これらメタル線は、光ファイバ10aと同様にケーブル2の端面2b(図6)からケース20内に引き出され、基板30上の電気配線に適宜接続される。一方、ケーブル2は、高速信号線及び低速信号線がシリアル化され、高速信号及び低速信号の双方を1芯の光ファイバで伝送するケーブルに置換することもできる。この場合、置換されたケーブルの端部に設けられる光モジュールには、シリアライザ及びデシリアライザが内蔵される。
本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。例えば、上記実施形態における光モジュール(コネクタ3a)は、発光素子を備えた送信用光モジュールであった。しかし、受信用光モジュールを備えた光モジュール付きケーブルも本発明の範囲に含まれる。例えば、図7に示されるように、面発光素子32(図5)がPD(Photodiode)などの受光素子82に置換され、駆動IC33(図5)が増幅IC83に置換された実施形態も本発明の範囲に含まれる。
また、ケーブルの一端に送信用光モジュールとしてのコネクタ3a(図5)が設けられ、ケーブルの他端に受信用光モジュールとしてのコネクタ3b(図7)が設けられた光モジュール付きケーブルも本発明の範囲に含まれる。さらに、これらコネクタ3a,3bが備える電気コネクタがHDMI規格に準拠している光モジュール付きケーブル、すなわち光HDMIケーブルも本発明の範囲に含まれる。
加えて、ケーブルの端部に設けられている光モジュールが発光素子及び受光素子の双方を備えている実施形態も本発明の範囲に含まれる。すなわち、片方向通信用の光モジュール付きケーブルのみでなく、双方向通信用の光モジュール付きケーブルも本発明の範囲に含まれる。さらに、通信用の光モジュール付きケーブルのみでなく、産業用の光モジュール付きケーブルも本発明の範囲に含まれる。
1 光モジュール付きケーブル
2 ケーブル
2a ブーツ
2b (ケーブルの)端面
3a,3b コネクタ
10 リボンファイバ
10a 光ファイバ
20 ケース
20a 下ケース
21 (ケースの)底面
30 基板
30a 第1実装面
30b 第2実装面
31 電極
32 面発光素子
34a,34b ボンディングワイヤ
35 支持プレート
36 スリット
40 電気コネクタ
41 接続端子
50 レンズブロック
60 フェルール
70 支持アーム
71 スプリング
82 受光素子
33 駆動IC
83 増幅IC

Claims (4)

  1. 光ファイバを内蔵するケーブルの端部に光モジュールが設けられた光モジュール付きケーブルであって、
    前記光モジュールを構成し、前記ケーブルが接続されるケースと、
    前記ケースに接続された前記ケーブルの端面から前記ケース内に引き出された光ファイバと、
    前記ケースに収容された基板に実装され、前記光ファイバと光学的に接続される光素子と、を有し、
    前記光ファイバと前記ケース及び前記基板とが非接触である、
    光モジュール付きケーブル。
  2. 請求項1に記載の光モジュール付きケーブルであって、
    前記光ファイバは、前記基板の縁の上方を横断している、
    光モジュール付きケーブル。
  3. 請求項1又は2に記載の光モジュール付きケーブルであって、
    前記ケースの底面から前記光素子が実装されている前記基板の実装面までの鉛直距離が、前記ケースの前記底面から前記ケーブルの前記端面の中心までの鉛直距離よりも長い、
    光モジュール付きケーブル。
  4. 請求項1〜3のいずれかに記載の光モジュール付きケーブルであって、
    外部機器と電気的に接続される電気コネクタを有し、
    前記光素子は、前記電気コネクタと電気的に接続され、前記光ファイバと光学的に接続される発光素子又は受光素子である、
    光モジュール付きケーブル。
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