JP2019105736A - モジュール及び電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】モジュールの着脱（抜き差し）、振動、衝撃、経年劣化によって通信品質が低下しにくく、モジュールの積層数を増やしても構造が複雑化しにくく、通信品質が低下しにくい、モジュール及び電子機器を提供する。【解決手段】複数のモジュール２が隣接して配置されて電子機器１を構成するモジュールであって、一方の隣接方向Ｄに配置されるモジュール２に向けて通信光を発する発光素子５と、他方の隣接方向Ｄに配置されるモジュール２からの通信光を受ける受光素子６と、を備え、モジュール２が隣接して配置された場合に、一方の隣接方向Ｄに配置されるモジュール２の受光素子６に対して通信光を発すると共に、他方の隣接方向Ｄに配置されるモジュール２の発光素子５からの通信光を受けることが可能である。【選択図】図１

Description

本発明は、モジュール及び電子機器に関する。

（従来のモジュール）
図１３を用いて、従来のモジュール及び電子機器について説明する。制御機器等の電子機器として、図１３に示すように、隣接して配置される複数のモジュール１０２から構成される電子機器が提案されている。各モジュール１０２は、回路基板などの電子基板１０３が箱形の筐体１０４に収納されて、構成されている。隣接するモジュール１０２，１０２の間の通信は、電気的な接点１０５を介して行われる。

（他の従来技術）
また、モジュール及び電子機器として、以下のものが知られている。特許文献１には、各モジュールに、通信光を発する発光素子と、通信光を受ける受光素子とを、両窓付きの光通信用セル内に配設したものが記載されている。光通信用セルは、複数のモジュールに跨って形成されている。光通信用セル内で、任意の発光素子から発せられた通信光を送信先の受光素子が受けることにより、モジュール間の通信が行われる。

特許文献２には、発光素子からの通信光が反射ミラーの一方の反射面により反射されて一方の光ファイバに入射し、他方の光ファイバから出射した通信光が反射ミラーの他方の反射面に反射されて受光素子に受光されるようにしたモジュールが、記載されている。

特開平９−２８４２２８号公報 特開２００７−２４０８３３号公報

前記のように、複数のモジュール間の通信が電気的な接点を介して行われるようにした電子機器においては、モジュールの着脱（抜き差し）や、振動、衝撃によって、接点が摩耗してしまい、通信品質が低下するという問題があった。また、この電子機器においては、接点の表面の酸化等の経年劣化によっても、通信品質が低下するという問題があった。

また、特許文献１の電子機器では、モジュールの積層数を増やすときには、光通信用セルを延長しなければならないので、構造が複雑になるという問題があった。また、モジュールの積層数を増やして光通信用セルを延長した場合には、遠く離れたモジュールには、光路が長くなってしまうために通信品質が低下するおそれがあった。

また、特許文献２のモジュールは、それ自体の構造が複雑であるという問題があった。また、このモジュールでは、モジュールの積層方向に直交する方向に通信光を発し、モジュールの積層方向に直交する方向からの通信光を発するので、通信光の光路を曲げなければ隣接するモジュールとの通信ができない。そのため、光路を曲げるための構造が複雑になるという問題があった。

本発明は、モジュールの着脱（抜き差し）、振動、衝撃、経年劣化によって通信品質が低下しにくく、モジュールの積層数を増やしても構造が複雑化しにくく、通信品質が低下しにくい、モジュール及び電子機器を提供することを目的とする。

（１）本発明は、複数のモジュール（例えば、後述のモジュール２）が隣接して配置されて電子機器（例えば、後述の電子機器１）を構成するモジュールであって、一方の隣接方向（例えば、後述の隣接方向Ｄ）に配置されるモジュールに向けて通信光（例えば、後述の通信光Ｌ，Ｌ１）を発する発光素子（例えば、後述の発光素子５）と、他方の隣接方向に配置されるモジュールからの通信光（例えば、後述の通信光Ｌ，Ｌ２）を受ける受光素子（例えば、後述の受光素子６）と、を備え、モジュールが隣接して配置された場合に、一方の隣接方向に配置されるモジュールの前記受光素子に対して通信光を発すると共に、他方の隣接方向に配置されるモジュールの前記発光素子からの通信光を受けることが可能である、モジュールに関する。

（２） （１）のモジュールは、透光部（例えば、後述の透光部７）を有する筐体（例えば、後述の筐体４）と、前記筐体に収納された電子基板（例えば、後述の電子基板３）と、を更に備え、前記発光素子及び前記受光素子は、前記電子基板に実装されており、前記発光素子から発せられた通信光及び前記受光素子が受ける通信光は、前記透光部を通過ししてもよい。

（３） （２）のモジュールにおいて、前記透光部は透孔であってもよい。

（４） （１）〜（３）のいずれかのモジュールは、前記発光素子から発せられた通信光が伝搬する導光部材（例えば、後述の導光部材８，８１）を更に備えてもよい。

（５） （４）のモジュールは、透孔を有する筐体を更に備え、前記発光素子から発せられた通信光が伝搬する前記導光部材の出射端は、前記透孔から外方に突出し、前記受光素子は、前記透孔の内方に位置していてもよい。

（６） （１）〜（５）のいずれかのモジュールは、前記受光素子が受ける通信光が伝搬する導光部材（例えば、後述の導光部材８，８２）を更に備えてもよい。

（７） （６）のモジュールは、透孔を有する筐体を更に備え、前記発光素子は、前記透孔の内方に位置し、前記受光素子が受ける通信光が伝搬する前記導光部材の入射端は、前記透孔から外方に突出していてもよい。

（８） （４）〜（７）のいずれかのモジュールは、透孔を有する筐体を更に備え、前記筐体と、前記透孔から外方に突出している前記導光部材とは、２色成形により一体化されていてもよい。

（９） （４）〜（８）のいずれかのモジュールにおいて、前記導光部材の屈折率は、中心軸に近い部分の方（例えば、後述の部分８５）が中心軸から遠い部分（例えば、後述の部分８６，８７）よりも、高くなっていてもよい。

（１０） （４）〜（９）のいずれかのモジュールにおいて、前記導光部材の端面は、前記発光素子又は前記受光素子の位置を焦点とする凸面（例えば、後述の凸面８８）になっていてもよい。

（１１） （１）〜（１０）のいずれかのモジュールにおいて、前記発光素子と前記受光素子とは一体的に構成されていてもよい。

（１２） 本発明は、（１）から（１１）のいずれかのモジュールが複数隣接して配置されて構成される電子機器であって、隣接する前記モジュールの間において、前記発光素子から発せられた通信光を前記受光素子が受けることによって、通信を行う電子機器に関する。

（１３） （１２）の電子機器において、前記モジュールは、透孔を有する筐体を備え、前記筐体の前記透孔から外方に突出している導光部材は、隣接する前記モジュールの前記筐体の前記透孔を介して前記筐体の内側に配置され、前記受光素子又は前記発光素子の近傍に位置していてもよい。

本発明によれば、モジュールの着脱（抜き差し）、振動、衝撃、経年劣化によって通信品質が低下しにくく、モジュールの積層数を増やしても構造が複雑化しにくく、通信品質が低下しにくい、モジュール及び電子機器を提供することができる。

第１実施形態に係るモジュール及び電子機器を示す図である。 第１実施形態に係るモジュールを示す部分拡大図である。 第２−１実施形態に係るモジュール及び電子機器を示す図である。 第２−２実施形態に係るモジュール及び電子機器を示す図である。 第２−３実施形態に係るモジュール及び電子機器を示す図である。 第３実施形態に係るモジュール及び電子機器を示す図である。 第４実施形態に係るモジュール及び電子機器を示す図である。 第５−１実施形態に係るモジュールの導光部材を示す図である。 第５−２実施形態に係るモジュールの導光部材を示す図である。 第５−３実施形態に係るモジュールの導光部材を示す図である。 第５−４実施形態に係るモジュールの導光部材を示す図である。 第５−５実施形態に係るモジュールの導光部材を示す図である。 従来のモジュール及び電子機器を示す図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、第２実施形態以後の説明において、第１実施形態と共通する構成については同一の符号を付し、その説明を省略する。

（第１実施形態）
図１及び図２を用いて、本発明の第１実施形態について説明する。本実施形態のモジュール２は、図１に示すように、複数のモジュール２が隣接して配置されることにより、電子機器１を構成するモジュールである。複数のモジュール２が隣接する方向を「隣接方向Ｄ」という。隣接方向Ｄについて便宜上、「第１隣接方向Ｄ１」と、その反対方向である「第２隣接方向Ｄ２」とを区別することがある。

このモジュール２は、１枚又は複数枚の電子基板３（回路基板など）と、この電子基板３を収納する略箱形の筐体４と、を備える。なお、これに限定されず、筐体４を含まず電子基板３のみでモジュールとしてもよい。

電子基板３には、所定の回路パターンが形成され、この回路パターンに複数の電子素子が実装されている。回路パターン及び電子素子は、信号処理回路、制御回路、通信インターフェースなどの種々の電子回路を構成している。

電子基板３の一方の面には、一方の隣接方向Ｄに向けて通信光Ｌ１（Ｌ）を発する発光素子５が実装されている。また、電子基板３の他方の面には、他方の隣接方向Ｄからの通信光Ｌ２（Ｌ）を受ける受光素子６が実装されている。通信光Ｌは、所定の通信信号に応じて強度が変調された光である。なお、第１実施形態においては、一方の隣接方向Ｄが第１隣接方向Ｄ１であり、他方の隣接方向Ｄが第２隣接方向Ｄ２であるが、これに制限されない。一方の隣接方向Ｄが第２隣接方向Ｄ２であり、他方の隣接方向Ｄが第１隣接方向Ｄ１であってもよい。また、後述の第３実施形態及び第４実施形態のように、通信光Ｌが第１隣接方向Ｄ１及び第２隣接方向Ｄ２の両方向に発せられ、且つ、通信光Ｌを第１隣接方向Ｄ１及び第２隣接方向Ｄ２の両方向から受けることもある。

電子基板３の厚さ方向と隣接方向Ｄとは一致している。発光素子５及び受光素子６は、電子基板３に構成されている通信インターフェースに接続されている。通信インターフェースは、発光素子５が発する光について、送信信号に応じて強度を変調する。また、通信インターフェースは、受光素子６が受けた光を受信信号に復調する。

このモジュール２は、発光素子５により、第１隣接方向Ｄ１に配置されている他の電子機器１の受光素子６に対して通信光Ｌ１（Ｌ）を発する。また、このモジュール２は、受光素子６により、第２隣接方向Ｄ２に配置されている他の電子機器１の発光素子５からの通信光Ｌ２（Ｌ）を受ける。

発光素子５から発せられた通信光Ｌ１（Ｌ）は、筐体４に設けられた透光部７１（７）を通過する。受光素子６が受ける通信光Ｌ２（Ｌ）は、筐体４に設けられた透光部７２（７）を通過する。透光部７１（７）、７２（７）は、隣接方向Ｄにおける筐体４の両側に設けられている。これらの透光部７１（７）、７２（７）は、透孔（貫通孔）から構成されることができる。また、透光部７１（７）、７２（７）は、透明板により塞がれた透孔から構成されてもよい。

この実施形態における電子機器１は、上記したモジュール２が複数、隣接方向Ｄに配列されて構成されている。この電子機器１においては、隣接方向Ｄに隣接するモジュール２、２間において、発光素子５から発せられた通信光Ｌを受光素子６が受けることによって、通信が行われる。

なお、図１における左端のモジュール２から発せられる通信光Ｌ１（Ｌ）は、図示しない他の電子機器に送信されてもよいし、図示しない光ファイバを用いて、図１における右端のモジュール２の受光素子６に送信されてもよい。図１における右端のモジュール２が受ける通信光Ｌ２（Ｌ）は、図示しない他の電子機器からの通信光でもよい。図１における左端のモジュール２が発した通信光は、図示しない光ファイバを介して図１における右端のモジュール２に送信されてもよい。

そして、このモジュール２は、発光素子５から発せられた通信光Ｌ１（Ｌ）が伝搬する導光部材８１（８）を有してもよい。また、このモジュール２は、図２に示すように、受光素子６が受ける通信光Ｌ２（Ｌ）が伝搬する導光部材８２（８）を有してもよい。これらの導光部材８１（８）、８２（８）は、発光素子５及び受光素子６のいずれか一方のみに対して設けられてもよく、又は、両方に対して設けられてもよい。

導光部材８１（８）、８２（８）は、透明材料により形成されている。また、導光部材８１（８）、８２（８）は、円柱形状に形成されることが好ましい。導光部材８１（８）、８２（８）は、一端面から入射された通信光を導き、他端面から出射する。導光部材８１（８）、８２（８）を構成する透明材料は、アクリル（ＰＭＭＡ：Ｐｏｌｙｍｅｔｈｙｌ ｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ）、ポリカーボネート（ＰＣ：Ｐｏｌｙｃａｒｂｏｎａｔｅ）等、無色で透明度の高い合成樹脂材料が好ましい。

（本実施形態の効果）
本実施形態によれば、例えば以下の効果が奏される。
本実施形態のモジュール２は、複数のモジュール２が隣接して配置されて電子機器１を構成するモジュールであって、一方の隣接方向Ｄに配置されるモジュール２に向けて通信光Ｌ（Ｌ１）を発する発光素子５と、他方の隣接方向Ｄに配置されるモジュール２からの通信光Ｌ（Ｌ２）を受ける受光素子６と、を備え、モジュール２が隣接して配置された場合に、一方の隣接方向Ｄに配置されるモジュール２の受光素子６に対して通信光Ｌ（Ｌ１）を発すると共に、他方の隣接方向Ｄに配置されるモジュール２の発光素子５からの通信光Ｌ（Ｌ２）を受けることが可能である。

そのため、本実施形態のモジュール２においては、モジュール２，２間の通信は、通信光Ｌによる非接触の通信によって行われる。従って、モジュール２の着脱（抜き差し）、振動、衝撃、経年劣化によって通信品質が低下しにくく、モジュール２の積層数を増やしても構造が複雑化しにくく、通信品質が低下しにくい。

（第２実施形態）
図３、図４及び図５それぞれを用いて、本発明の第２−１実施形態、第２−２実施形態及び第２−３実施形態について説明する。第２−１実施形態のモジュール２では、図３に示すように、発光素子５から発せられた通信光Ｌ１（Ｌ）が伝搬する導光部材８１（８）の出射端は、筐体４に設けられた透光部（透孔）７１（７）から外方に突出している。受光素子６は、筐体４に設けられた透光部（透孔）７２（７）の内方に位置している。

このモジュール２が複数隣接して配置されて構成される電子機器１においては、透孔７１（７）から外方に突出している導光部材８１（８）は、隣接するモジュール２の筐体４に設けられた透孔７２（７）を介して筐体４の内側に配置され、受光素子６の近傍に達しており、高い通信品質を確保することができる。「近傍」とは、高い通信品質を確保できる程度の近さである。

また、第２−２実施形態のモジュール２では、図４に示すように、受光素子６が受ける通信光Ｌ２（Ｌ）が伝搬する導光部材８２（８）の入射端を、筐体４に設けられた透孔７２（７）から外方に突出させてもよい。この場合には、発光素子５は、筐体４に設けられた透孔７１（７）の内方に位置させる。

この場合には、このモジュール２が複数隣接して配置されて構成される電子機器１においては、透孔７２（７）から外方に突出している導光部材８２（８）は、隣接するモジュール２の筐体４に設けられた透孔７１（７）を介して筐体４の内側に配置され、発光素子５の近傍に達しており、高い通信品質を確保することができる。

筐体４と、筐体４に設けられた透孔７１（７）、７２（７）から外方に突出している導光部材８１（８）、８２（８）とは、２色成形（ダブルモールド）により一体化することができる。２色成形とは、異なる２種の樹脂材料の一方を先に成形し、次に、同じ金型で他方を成形する成形方法である。なお、筐体４の全部又は一部は、導光部材８１（８）、８２（８）と同じ透明材料から構成されることにより、導光部材８１（８）、８２（８）と一体成形することもできる。このように筐体４と導光部材８１（８）、８２（８）とを一体成形することにより、筐体４への導光部材８１（８）、８２（８）の取り付け作業を省略することができる。

また、第２−３実施形態のモジュール２では、発光素子５及び受光素子６は、図５に示すように、それぞれを電子基板３に複数実装され、複数列（並列）の通信経路を構成されている。図５は、３個の発光素子５及び３個の受光素子６を電子基板３の表裏面それぞれに実装し、通信経路を３列にしたものである。このように通信経路を複数列にすると、通信容量を増大させることができる。

（第３実施形態）
図６を用いて、本発明の第３実施形態について説明する。本実施形態のモジュール２では、図６に示すように、電子基板３の一方の面に、第１隣接方向Ｄ１に向けて通信光Ｌ１（Ｌ）を発する発光素子５と、第１隣接方向Ｄ１からの通信光Ｌ２（Ｌ）を受ける受光素子６と、を実装している。電子基板３の他方の面には、第２隣接方向Ｄ２に向けて通信光Ｌ１（Ｌ）を発する発光素子５と、第２隣接方向Ｄ２からの通信光Ｌ２（Ｌ）を受ける受光素子６と、が実装されている。

このモジュール２は、第１隣接方向Ｄ１に配置されているモジュール２の受光素子６に対して通信光Ｌ１（Ｌ）を発すると共に、そのモジュール２の発光素子５からの通信光Ｌ２（Ｌ）を受けることができる。また、このモジュール２は、第２隣接方向Ｄ２に配置されているモジュール２の受光素子６に対して通信光Ｌ１（Ｌ）を発すると共に、そのモジュール２の発光素子５からの通信光Ｌ２（Ｌ）を受けることができる。つまり、このモジュール２は、第１隣接方向Ｄ１及び第２隣接方向Ｄ２のいずれの側のモジュール２との間でも、送信及び受信を行うことができ、全２重通信を行うことができる。

（第４実施形態）
図７を用いて、本発明の第４実施形態について説明する。本実施形態のモジュール２では、電子基板３の一方の面に実装され且つ第１隣接方向Ｄ１に向けて通信光Ｌ１（Ｌ）を発する発光素子５は、第１隣接方向Ｄ１からの通信光Ｌ２（Ｌ）を受ける受光素子６と一体的に構成されている。また、電子基板３の他方の面に実装され且つ第２隣接方向Ｄ２に向けて通信光Ｌ１（Ｌ）を発する発光素子５は、第２隣接方向Ｄ２からの通信光Ｌ２（Ｌ）を受ける受光素子６と一体的に構成されている。このように、発光素子５と受光素子６とが一体的に構成された素子を電子基板３の表裏面に実装することにより、このモジュール２は、第１隣接方向Ｄ１及び第２隣接方向Ｄ２のいずれの側のモジュール２との間でも、送信及び受信を行うことができ、半２重通信を行うことができる。

発光素子５と受光素子６とが一体的に構成された素子を用いる場合には、１個の透光部７は、送信用と受信用とを兼ねることができる。また、この場合には、１本の導光部材８は、送信用と受信用とを兼ねることができる。すなわち、導光部材８には、発光素子５から発せられた通信光Ｌ１（Ｌ）が伝搬すると共に、この発光素子５と一体化された受光素子６が受ける通信光Ｌ２（Ｌ）が伝搬する。したがって、導光部材８の数を増やすことなく、２重通信を行うことができる。

（第５実施形態）
図８〜図１２それぞれを用いて、本発明の第５−１実施形態、第５−２実施形態、第５−３実施形態、第５−４実施形態及び第５−５実施形態について説明する。第５−１実施形態では、図８に示すように、導光部材８１（８）の屈折率は、中心軸に近い部分８５の方が、中心軸から遠い部分８６よりも、高くなっている。ステップ・インデックス型光ファイバのように、中心軸側のコア（８５）を、外側のクラッド（８６）よりも高屈折率とすることにより、導光部材の側面への光漏れが防止され、通信品質が向上する。図８では送信用の導光部材８１（８）を示しているが、受信用の導光部材８２（８）も同様の構成とすることができる。

また、第５−２実施形態では、導光部材８１（８）、８２（８）の屈折率は、図９に示すように、３層以上からなるマルチステップ・インデックス型光ファイバのように、中心軸に近い部分８５、中心軸から遠い部分８６、さらに中心軸から遠い部分８６の順に低くなっている。この場合にも、導光部材の側面への光漏れが防止され、通信品質が向上する。

また、第５−３実施形態では、導光部材８１（８）、８２（８）の屈折率は、図１０に示すように、グレーデッド・インデックス型（屈折率分布型）光ファイバのように、中心軸に近い部分８５から遠い部分８６に向けて、無段階に低くなっている。この場合にも、導光部材の側面への光漏れが防止され、通信品質が向上する。

また、第５−４実施形態では、導光部材８１（８）、８２（８）の端面は、図１１に示すように、凸面（凸曲面）８８となっている。この凸面８８は、発光素子５又は受光素子６の位置を焦点とする面であることが好ましい。この凸面８８により、受発光の効率が向上し、通信品質が向上する。

また、第５−５実施形態では、導光部材８１（８）、８２（８）は、図１２に示すように、途中の屈曲部８９において屈曲され、入射した通信光を屈曲させて導光できるように構成されている。この場合には、発光素子５と受光素子６とを、隣接方向Ｄに直交する平面方向において、電子基板３の表裏面における異なる位置に設けることができ、電子基板３における電子素子の実装レイアウトの自由度が向上する。

（変形例）
本発明は、上記各実施形態に限定されるものではなく、種々の変更及び変形が可能である。各実施形態の構成を組み合わせることができる。

１ 電子機器
２ モジュール
３ 電子基板
４ 筐体
５ 発光素子
６ 受光素子
７，７１，７２ 透光部
８，８１，８２ 導光部材
８５ 中心軸に近い部分
８６，８７ 中心軸から遠い部分
８８ 凸面

Claims (13)

1. 複数のモジュールが隣接して配置されて電子機器を構成するモジュールであって、
   一方の隣接方向に配置されるモジュールに向けて通信光を発する発光素子と、
   他方の隣接方向に配置されるモジュールからの通信光を受ける受光素子と、を備え、
   モジュールが隣接して配置された場合に、一方の隣接方向に配置されるモジュールの前記受光素子に対して通信光を発すると共に、他方の隣接方向に配置されるモジュールの前記発光素子からの通信光を受けることが可能である、モジュール。
2. 透光部を有する筐体と、
   前記筐体に収納された電子基板と、を更に備え、
   前記発光素子及び前記受光素子は、前記電子基板に実装されており、
   前記発光素子から発せられた通信光及び前記受光素子が受ける通信光は、前記透光部を通過する、請求項１に記載のモジュール。
3. 前記透光部は透孔である、請求項２に記載のモジュール。
4. 前記発光素子から発せられた通信光が伝搬する導光部材を更に備える、請求項１〜３のいずれかに記載のモジュール。
5. 透孔を有する筐体を更に備え、
   前記発光素子から発せられた通信光が伝搬する前記導光部材の出射端は、前記透孔から外方に突出し、
   前記受光素子は、前記透孔の内方に位置している、請求項４に記載のモジュール。
6. 前記受光素子が受ける通信光が伝搬する導光部材を更に備える、請求項１〜５のいずれかに記載のモジュール。
7. 透孔を有する筐体を更に備え、
   前記発光素子は、前記透孔の内方に位置し、
   前記受光素子が受ける通信光が伝搬する前記導光部材の入射端は、前記透孔から外方に突出している、請求項６に記載のモジュール。
8. 透孔を有する筐体を更に備え、
   前記筐体と、前記透孔から外方に突出している前記導光部材とは、２色成形により一体化されている、請求項４〜７のいずれかに記載のモジュール。
9. 前記導光部材の屈折率は、中心軸に近い部分の方が中心軸から遠い部分よりも、高くなっている、請求項４〜８のいずれかに記載のモジュール。
10. 前記導光部材の端面は、前記発光素子又は前記受光素子の位置を焦点とする凸面になっている、請求項４〜９のいずれかに記載のモジュール。
11. 前記発光素子と前記受光素子とは一体的に構成されている、請求項１〜１０のいずれかに記載のモジュール。
12. 請求項１から１１のいずれかに記載のモジュールが複数隣接して配置されて構成される電子機器であって、
    隣接する前記モジュールの間において、前記発光素子から発せられた通信光を前記受光素子が受けることによって、通信を行う電子機器。
13. 前記モジュールは、透孔を有する筐体を備え、
    前記筐体の前記透孔から外方に突出している導光部材は、隣接する前記モジュールの前記筐体の前記透孔を介して前記筐体の内側に配置され、前記受光素子又は前記発光素子の近傍に位置している、請求項１２に記載の電子機器。

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