JP2015197652A

JP2015197652A - コネクタ付きケーブル及び光通信モジュール

Info

Publication number: JP2015197652A
Application number: JP2014076881A
Authority: JP
Inventors: 明小倉; Akira Ogura
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 2014-04-03
Filing date: 2014-04-03
Publication date: 2015-11-09

Abstract

【課題】所定の厚みのエッジコネクタを備え、かつ、伝送損失も抑制されたコネクタ付きケーブル及び光通信モジュールを実現する。
【解決手段】伝送ケーブル１０の端部に光電変換機能を備えたコネクタ２０が装着される。コネクタ２０は、一部が筐体２１内に収容され、他の一部が筐体２１から突出している第１リジッド基板３１と、筐体２１内に収容され、第１リジッド基板３１と接続された第２リジッド基板３２と、筐体２１から突出している第１リジッド基板３１の一部に形成されたエッジコネクタ３１ａと、第２リジッド基板３２に搭載された発光素子４０及び受光素子とを有し、第２リジッド基板３２の厚みが第１リジッド基板３１の厚みよりも薄い。
【選択図】図３

Description

本発明は、光電変換機能を備えるコネクタ付きケーブル及び光通信モジュールに関する。

光通信システムにおいては、光電変換機能を備えるコネクタ付きケーブルや光通信モジュールによって光信号と電気信号とが相互に変換される。例えば、接続対象である２つの機器が伝送ケーブルの両端に光電変換機能を備えるコネクタが予め装着されたコネクタ付きケーブルを介して接続される。或いは、接続対象である２つの機器のそれぞれに光通信モジュールの一例である光トランシーバが接続され、これら光トランシーバ同士が伝送ケーブルを介して接続される。

コネクタ付きケーブルに装着されるコネクタや光トランシーバを含む光通信モジュールは、エッジコネクタ（“カードエッジ”と呼ばれることもある。）を備えており、このエッジコネクタが接続対象である機器が備えるソケット（“スロット”と呼ばれることもある。）に挿入される。エッジコネクタは、コネクタや光通信モジュールの筐体から突出している基板の一部に形成されている。具体的には、コネクタや光通信モジュールの筐体内に収容されているリジッド基板の一部が筐体から突出しており、このリジッド基板の突出部分の表面にコンタクト端子が形成されている。

特開２００５−２１７２８４号公報

従来のコネクタや光通信モジュールにおいては、エッジコネクタが形成されたリジッド基板に発光素子や受光素子などの光電変換素子が搭載されていた。また、発光素子を駆動するための駆動用ＩＣ（Driving IC）や受光素子から出力される電気信号を増幅するための増幅用アンプ(TIA:Transimpedance Amplifier)なども、エッジコネクタが形成されたリジッド基板に搭載されていた。そして、発光素子と駆動用ＩＣ及び受光素子と増幅用アンプは、リジッド基板に形成されている配線やスルーホールを介して接続されていた。さらに、光電変換素子（発光素子や受光素子）とエッジコネクタもリジッド基板に形成されている配線やスルーホールを介して接続されていた。

ここで、光通信分野においては、多くの場合、エッジコネクタの厚みが規格によって定められている。例えば、光トランシーバの規格の１つであるＳＦＰ（Small Form Factor Pluggable）では、エッジコネクタの厚みは１．０ｍｍと定められている。

従って、従来の多くのコネクタや光通信モジュールでは、規格によって定められたエッジコネクタの厚みと同一の厚みを有するリジッド基板が用いられ、このリジッド基板の一部にエッジコネクタ（コンタクト端子）が形成され、他の一部に光電変換素子などが搭載されていた。

一方、特許文献１には、ＬＤサブアッセンブリ１８２が搭載される回路基板本体２ａと、回路基板本体２ｂ（カードエッジコネクタ用基板）と、ＰＤサブアッセンブリ固定部４と、を有し、回路基板本体２ａとＰＤサブアッセンブリ固定部４とがフレキシブル部６Ｐによって接続され、回路基板本体２ａと回路基板本体２ｂとがフレキシブル部６によって接続された光送受信モジュールが記載されている。しかし、特許文献１には、回路基板本体２ａ、回路基板本体２ｂ及びＰＤサブアッセンブリ固定部４の各リジッド基板の厚みに関する開示はない。よって、各リジッド基板の厚みは同一であると考えられる。少なくとも、特許文献１には、各リジッド基板の厚みを異ならせることは示唆されていない。

ここで、光電変換素子（発光素子及び受光素子）とエッジコネクタとの間の信号経路にはリジッド基板を貫通するスルーホールが含まれる。また、発光素子と駆動用ＩＣとの間の信号経路や受光素子と増幅用アンプとの間の信号経路にもリジッド基板を貫通するスルーホールが含まれる。よって、リジッド基板の厚みが増してスルーホールの全長が長くなると、上記信号経路が延長され、伝送損失が増大する。特に、３次元構造を有するスルーホールは、２次元構造の配線に比べてインピーダンスの整合が図りに難い。このため、スルーホールの延長によって信号経路が延長された場合、配線の延長によって信号経路が延長された場合よりも大きな伝送損失が発生する。

本発明の目的は、所定の厚みのエッジコネクタを備え、かつ、伝送損失も抑制されたコネクタ付きケーブル及び光通信モジュールを実現することである。

本発明のコネクタ付きケーブルは、伝送ケーブルの端部に装着された光電変換機能を備えるコネクタを有する。このコネクタは、一部が筐体内に収容され、他の一部が前記筐体から突出している第１リジッド基板と、前記筐体内に収容され、前記第１リジッド基板と接続された第２リジッド基板と、前記筐体から突出している前記第１リジッド基板の一部に形成されたエッジコネクタと、前記第２リジッド基板に搭載された光電変換素子と、を有し、前記第２リジッド基板の厚みが前記第１リジッド基板の厚みよりも薄い。

本発明のコネクタ付きケーブルの一態様では、前記第１リジッド基板と前記第２リジッド基板とがフレキシブル基板を介して接続される。

本発明のコネクタ付きケーブルの他の態様では、前記第１リジッド基板と前記第２リジッド基板とが互いに固定されて一体化される。

本発明のコネクタ付きケーブルの他の態様では、前記第２リジッド基板の第１面に、前記光電変換素子としての発光素子及び受光素子が搭載され、前記第２リジッド基板の第２面に、前記発光素子を駆動するための駆動用ＩＣ及び前記受光素子から出力される信号を増幅するための増幅用アンプが搭載される。そして、前記発光素子と前記駆動用ＩＣ及び前記受光素子と前記増幅用アンプは、前記第２リジッド基板を貫通するスルーホールを介して接続される。

本発明の光通信モジュールは、光電変換機能を備えた光通信モジュールである。本発明の光通信モジュールは、一部が筐体内に収容され、他の一部が前記筐体から突出している第１リジッド基板と、前記筐体内に収容され、前記第１リジッド基板と接続された第２リジッド基板と、前記筐体から突出している前記第１リジッド基板の一部に形成されたエッジコネクタと、前記第２リジッド基板に搭載された光電変換素子と、を有し、前記第２リジッド基板の厚みが前記第１リジッド基板の厚みよりも薄い。

本発明の光通信モジュールの一態様では、前記第１リジッド基板と前記第２リジッド基板とがフレキシブル基板を介して接続される。

本発明の光通信モジュールの他の態様では、前記第１リジッド基板と前記第２リジッド基板とが互いに固定されて一体化される。

本発明の光通信モジュールの他の態様では、前記第２リジッド基板の第１面に、前記光電変換素子としての発光素子及び受光素子が搭載され、前記第２リジッド基板の第２面に、前記発光素子を駆動するための駆動用ＩＣ及び前記受光素子から出力される信号を増幅するための増幅用アンプが搭載される。そして、前記発光素子と前記駆動用ＩＣ及び前記受光素子と前記増幅用アンプは、前記第２リジッド基板を貫通するスルーホールを介して接続される。

本発明によれば、所定の厚みのエッジコネクタを備え、かつ、伝送損失も抑制されたコネクタ付きケーブル及び光通信モジュールが実現される。

本発明が適用されたコネクタ付きケーブルの一例を示す斜視図である。図１に示されるコネクタの内部構造を示す斜視図である。図１に示されるコネクタの内部構造を示す側面図である。

以下、本発明の実施形態の一例について図１〜図３を参照しながら詳細に説明する。図１に示されるコネクタ付きケーブル１は、伝送ケーブル１０と、伝送ケーブル１０の両端に装着されたコネクタ２０と、を備える。このコネクタ付きケーブル１は、ＡＯＣ（Active Optical Cable）と呼ばれることもある。

図２に示されるように、伝送ケーブル１０は、一括被覆された複数本（本実施形態では８本）の光ファイバ芯線１１を備える光ファイバケーブルである。すなわち、本実施形態に係るコネクタ付きケーブル１によれば、４チャンネルの送受信が可能である。尚、図２では、光ファイバ芯線１１を一括被覆している外皮（シース）は省略されている。また、伝送ケーブル１０に内蔵される光ファイバ芯線１１の本数は特定の本数に限定されない。

図１に示されるように、コネクタ２０は金属製の筐体２１を備えている。筐体２１の長手方向一端（後端）には、コネクタ２０をソケットから引き抜く際に摘まれるタブ２２が設けられている。

図２，図３に示されるように、筐体２１の内部には、第１リジッド基板３１，第２リジッド基板３２が収容されており、これら基板同士はフレキシブル基板３３を介して接続されている。具体的には、フレキシブル基板３３の一端が第１リジッド基板３１に形成されている接続端子に溶接され、フレキシブル基板３３の他端が第２リジッド基板３２に形成されている接続端子に溶接されている。もっとも、フレキシブル基板３３の両端部をコネクタを介して第１リジッド基板３１及び第２リジッド基板３２にそれぞれ接続させてもよい。

図１，図３に示されるように、第１リジッド基板３１の一部は筐体内に収容され、他の一部は筐体２１の長手方向一端（先端）から筐体外に突出している。具体的には、第１リジッド基板３１の一部が筐体２１の先端面に設けられた開口部を通して筐体２１の外に突出している。一方、図３に示されるように、第２リジッド基板３２は、その全てが筐体内に収容されている。以下の説明では、筐体２１から突出している第１リジッド基板３１の一部を“突出部３１ａ”と呼ぶ場合がある。尚、筐体２１には、第１リジッド基板３１の突出部３１ａを覆うように延在する軒部２３が設けられている。

図１〜図３に示されるように、第１リジッド基板３１の突出部３１ａの表裏面には、それぞれコンタクト端子３１ｂが形成されている。第１リジッド基板３１の突出部３１ａは、接続対象である機器が備えるソケットに挿入される。第１リジッド基板３１の突出部３１ａがソケットに挿入されると、突出部３１ａに形成されているコンタクト端子３１ｂがソケットの内部に設けられているコンタクト端子と接触し、電気的に接続される。すなわち、第１リジッド基板３１の突出部３１ａによってエッジコネクタが形成されている。そこで、以下の説明では、第１リジッド基板３１の突出部３１ａを“エッジコネクタ３１ａ”と呼ぶ場合がある。尚、作図の便宜上、図１，図２には合計１２個のコンタクト端子３１ｂが図示されているが、実際には、第１リジッド基板３１の突出部３１ａの表裏面に、それぞれ１９個（合計３８個）のコンタクト端子３１ｂが形成されている。もっとも、コンタクト端子３１ｂの個数に制限はない。

図２に示されるように、第２リジッド基板３２の第１面３２ａには、光電変換素子としての発光素子４０及び受光素子４１が搭載されている。本実施形態における発光素子４０は垂直共振器面発光レーザ（VCSEL：Vertical Cavity Surface Emitting Laser）であり、受光素子４１は半導体ダイオード（PD：Photodiode）である。

一方、図３に示されるように、第２リジッド基板３２の第２面３２ｂには、発光素子４０を駆動するための駆動用ＩＣ４２が搭載されており、これら発光素子４０と駆動用ＩＣ４２は、第２リジッド基板３２に形成されている不図示の配線及びスルーホールを介して相互に接続されている。また、図示はされていないが、第２リジッド基板３２の第２面３２ｂには、受光素子４１（図２）から出力される信号を増幅するための増幅用アンプも搭載されており、これら受光素子４１と増幅用アンプも、第２リジッド基板３２に形成されている配線及びスルーホールを介して相互に接続されている。すなわち、第２リジッド基板３２には、発光素子４０と駆動用ＩＣ４２とを接続する信号経路であって、第２リジッド基板３２を貫通するスルーホールを含む信号経路が設けられている。また、第２リジッド基板３２には、受光素子４１と増幅用アンプとを接続する信号経路であって、第２リジッド基板３２を貫通するスルーホールを含む信号経路が設けられている。

さらに、第２リジッド基板３２の第１面３２ａには、発光素子４０，受光素子４１，駆動用ＩＣ４２，増幅用アンプ等を統括的に制御するマイコン４３も搭載されている。

図２，図３に示されるように、第２リジッド基板３２の上方には、光学ブロック５０が配置されており、この光学ブロック５０に伝送ケーブル１０の端部に装着されているＭＴコネクタ５１が接続されている。具体的には、光学ブロック５０の端面にＭＴコネクタ５１の端面が突き当てられている。より具体的には、光学ブロック５０の端面からはガイドピンが突出しており、このガイドピンがＭＴコネクタ５１の端面に形成されている位置決め穴に挿入されている。

光学ブロック５０は、レンズ及びミラーを備えており、発光素子４０から出射された光信号の進行方向を９０度変換して伝送ケーブル１０に内蔵されている光ファイバ芯線１１に入射させる。また、光学ブロック５０は、伝送ケーブル１０に内蔵されている光ファイバ芯線１１から出射された光信号の進行方向を９０度変換して受光素子４１に入射させる。すなわち、光学ブロック５０によって発光素子４０及び受光素子４１と伝送ケーブル１０とが光結合される。

接続対象である機器から出力され、図３に示される第１リジッド基板３１のエッジコネクタ３１ａ（コンタクト端子３１ｂ）に入力された電気信号は、フレキシブル基板３３を介して第２リジッド基板３２に伝送される。第２リジッド基板３２に伝送された電気信号は、第２リジッド基板上の信号経路を介して駆動用ＩＣ４２に入力される。すなわち、第２リジッド基板３２に形成されている配線及びスルーホールを介して駆動用ＩＣ４２に入力される。電気信号が入力された駆動用ＩＣ４２は、入力された電気信号に従って電気信号（駆動信号）を出力する。駆動用ＩＣ４１から出力された駆動信号は、第２リジッド基板上の信号経路を介して発光素子４０に入力される。すなわち、第２リジッド基板３２に形成されている配線及びスルーホールを介して発光素子４０に入力される。以上のように、駆動用ＩＣ４２及び発光素子４０に入出力される電気信号は、第２リジッド基板３２を貫通するスルーホールを含む信号経路上を伝搬する。

一方、伝送ケーブル１０から出力された光信号は光学ブロック５０を介して受光素子４１（図２）に入力される。受光素子４１から出力された電気信号は、第２リジッド基板上の信号経路を介して増幅用アンプに入力される。すなわち、第２リジッド基板３２に形成されている配線及びスルーホールを介して増幅用アンプに入力される。増幅用アンプによって増幅された電気信号は、第２リジッド基板上の信号経路を介してフレキシブル基板３３に出力される。すなわち、第２リジッド基板３２に形成されている配線及びスルーホールを介してフレキシブル基板３３に出力される。以上のように、増幅用アンプ及び受光素子４１に入出力される電気信号は、第２リジッド基板３２を貫通するスルーホールを含む信号経路上を伝搬する。

ここで、図３に示される第１リジッド基板３１の厚み（Ｔ１）は、第２リジッド基板３２の厚み（Ｔ２）よりも厚い。換言すれば、第２リジッド基板３２の厚み（Ｔ２）は、第１リジッド基板３１の厚み（Ｔ１）よりも薄い。本実施形態では、第１リジッド基板３１の厚み（Ｔ１）は均一で約１．０ｍｍであり、第２リジッド基板３２の厚み（Ｔ２）は均一で約０．５ｍｍである。

以上のように、本実施形態では、発光素子４０や受光素子４１などが搭載されている第２リジッド基板３２の厚み（Ｔ２）が、エッジコネクタ３１ａが形成されている第１リジッド基板３１の厚み（Ｔ１）よりも薄い。従って、第２リジッド基板３２を貫通するスルーホールを含む第２リジッド基板上の信号経路の長さは、第２リジッド基板３２の厚み（Ｔ２）が第１リジッド基板３１の厚み（Ｔ１）と同一又はそれ以上である場合に比べて短縮されており、伝送損失が抑制されている。すなわち、規格その他によって要求されるエッジコネクタ３１ａの厚みは維持されつつ、電気信号の伝送損失が抑制されている。

また、第１リジッド基板３１と第２リジッド基板３２とは別々の基板であり、かつ、それぞれ均一な厚みの基板であるので、基板作製が容易である。さらに、第１リジッド基板３１及び第２リジッド基板３２にそれぞれ電子部品を実装した後に、第１リジッド基板３１と第２リジッド基板３２とを接続すれば、電子部品の実装作業が容易となる。加えて、第１リジッド基板３１と第２リジッド基板３２のいずれか一方に故障その他の不具合が発生した場合には、不具合が発生した基板のみを交換することができる。

また、第２リジッド基板上の伝送経路が短縮される結果、フレキシブル基板上及び第１リジッド基板上の伝送経路を含む伝送経路全体の長さも短縮されている。例えば、第１リジッド基板３１に形成されているコンタクト端子３１ｂと第２リジッド基板３２に搭載されている発光素子４０との間の電気信号の伝送経路全体が短縮されている。また、第１リジッド基板３１に形成されているコンタクト端子３１ｂと第２リジッド基板３２に搭載されている受光素子４１との間の電気信号の伝送経路全体も短縮されている。すなわち、規格その他によって要求されるエッジコネクタ３１ａの厚みは維持されつつ、電気信号の伝送損失がさらに抑制されている。

また、本実施形態では、第２リジッド基板３２の第１面３２ａの上方に光学ブロック５０が配置され、第２リジッド基板３２の第２面３２ｂに駆動用ＩＣ４２及び増幅用アンプが搭載されている（図３参照）。すなわち、駆動用ＩＣ４２及び増幅用アンプは、第２リジッド基板３２を挟んで光学ブロック５０の反対側に配置されている。よって、駆動用ＩＣ４２及び増幅用アンプからの放熱が光学ブロック５０によって妨げられることがない。もっとも、本実施形態では、駆動用ＩＣ４２及び増幅用アンプが搭載されている第２リジッド基板３２の厚み（Ｔ２）が第１リジッド基板３１の厚み（Ｔ１）よりも薄い。従って、駆動用ＩＣ４２及び増幅用アンプが第２リジッド基板３２の第１面３２ａに搭載されていたとしても、駆動用ＩＣ４２及び増幅用アンプから発せられた熱が第２リジッド基板３２の第２面３２ｂへ効率よく伝わり、放熱される。すなわち、駆動用ＩＣ４２及び増幅用アンプが第２リジッド基板３２の第１面３２ａに搭載されている実施形態が本発明の範囲から除外されるものではない。

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、第１リジッド基板３１と第２リジッド基板３２を互いに固定して一体化させてもよい。換言すれば、フレキシブル基板３３を介さず第１リジッド基板３１と第２リジッド基板３２を直接接続してもよい。この場合、第１リジッド基板３１に形成されているコンタクト端子３１ｂと第２リジッド基板３２に搭載されている発光素子４０との間の電気信号の伝送経路全体がさらに短縮される。また、第１リジッド基板３１に形成されているコンタクト端子３１ｂと第２リジッド基板３２に搭載されている受光素子４１との間の電気信号の伝送経路全体もさらに短縮される。

もっとも、第１リジッド基板３１と第２リジッド基板３２とがフレキシブル基板３３を介して接続されている上記実施形態では、エッジコネクタ３１ａの抜き差しに伴って第１リジッド基板３１に作用する力が第２リジッド基板３２に伝わらないという利点がある。第２リジッド基板３２に搭載されている発光素子４０及び受光素子４１と光学ブロック５０とは高精度に位置決めされている。従って、第２リジッド基板３２に何らかの力が作用すると、発光素子４０及び受光素子４１と光学ブロック５０との間に位置ずれが発生する可能性があるが、上記実施形態ではかかる可能性が低減される。

また、上記実施形態では、伝送ケーブル１０の端部にコネクタ２０が予め装着されていた。しかし、コネクタ２０に該コネクタ２０とは別体の伝送ケーブルを接続可能としてもよい。この場合、上記構造を備えたコネクタ２０は、光電変換機能を備えた光通信モジュール（光トランシーバ）となる。コネクタ２０に伝送ケーブルを接続可能とする場合には、例えば、筐体２１の内部に中継用光ファイバが設けられ、この中継用光ファイバを介して、筐体２１に接続された伝送ケーブルと第２リジッド基板３２に搭載されている発光素子４０及び受光素子４１とが接続される。

また、光電変換素子は、垂直共振器面発光レーザやフォトダイオードに限定されない。例えば、上記実施形態における発光素子４０は端面発光レーザに置換することもできる。

１コネクタ付きケーブル
１０伝送ケーブル
１１光ファイバ芯線
２０コネクタ
２１筐体
３１第１リジッド基板
３１ａ突出部（エッジコネクタ）
３１ｂコンタクト端子
３２第２リジッド基板
３２ａ第１面
３２ｂ第２面
３３フレキシブル基板
４０発光素子
４１受光素子
４２駆動用ＩＣ
４３マイコン
５０光学ブロック
５１ＭＴコネクタ

Claims

伝送ケーブルの端部に光電変換機能を備えたコネクタが装着されたコネクタ付きケーブルであって、
前記コネクタは、
一部が筐体内に収容され、他の一部が前記筐体から突出している第１リジッド基板と、
前記筐体内に収容され、前記第１リジッド基板と接続された第２リジッド基板と、
前記筐体から突出している前記第１リジッド基板の一部に形成されたエッジコネクタと、
前記第２リジッド基板に搭載された光電変換素子と、
を有し、
前記第２リジッド基板の厚みが前記第１リジッド基板の厚みよりも薄い、
コネクタ付きケーブル。
請求項１に記載のコネクタ付きケーブルであって、
前記第１リジッド基板と前記第２リジッド基板とがフレキシブル基板を介して接続されている、
コネクタ付きケーブル。
請求項１に記載のコネクタ付きケーブルであって、
前記第１リジッド基板と前記第２リジッド基板とが互いに固定されて一体化されている、
コネクタ付きケーブル。
請求項１〜３のいずれかに記載のコネクタ付きケーブルであって、
前記第２リジッド基板の第１面に、前記光電変換素子としての発光素子及び受光素子が搭載され、
前記第２リジッド基板の第２面に、前記発光素子を駆動するための駆動用ＩＣ及び前記受光素子から出力される信号を増幅するための増幅用アンプが搭載され、
前記発光素子と前記駆動用ＩＣ及び前記受光素子と前記増幅用アンプは、前記第２リジッド基板を貫通するスルーホールを介して接続されている、
コネクタ付きケーブル。
光電変換機能を備えた光通信モジュールであって、
一部が筐体内に収容され、他の一部が前記筐体から突出している第１リジッド基板と、
前記筐体内に収容され、前記第１リジッド基板と接続された第２リジッド基板と、
前記筐体から突出している前記第１リジッド基板の一部に形成されたエッジコネクタと、
前記第２リジッド基板に搭載された光電変換素子と、
を有し、
前記第２リジッド基板の厚みが前記第１リジッド基板の厚みよりも薄い、
光通信モジュール。
請求項５に記載の光通信モジュールであって、
前記第１リジッド基板と前記第２リジッド基板とがフレキシブル基板を介して接続されている、
光通信モジュール。
請求項５に記載の光通信モジュールであって、
前記第１リジッド基板と前記第２リジッド基板とが互いに固定されて一体化されている、
光通信モジュール。
請求項５〜７のいずれかに記載の光通信モジュールであって、
前記第２リジッド基板の第１面に、前記光電変換素子としての発光素子及び受光素子が搭載され、
前記第２リジッド基板の第２面に、前記発光素子を駆動するための駆動用ＩＣ及び前記受光素子から出力される信号を増幅するための増幅用アンプが搭載され、
前記発光素子と前記駆動用ＩＣ及び前記受光素子と前記増幅用アンプは、前記第２リジッド基板を貫通するスルーホールを介して接続されている、
光通信モジュール。