JP2021077836A - 光学部品及びアイソレータ - Google Patents

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Abstract

【課題】絶縁性能を確保しつつ通信速度を高める光学部品、及びそれを備えているアイソレータを提供する。【解決手段】光学部品７は、電気的に絶縁するアイソレータ１に対で用いられる。この光学部品７は、互いに異なる光路上に配置され、第１の方向Ｄ１の光を透過させる複数の第１のレンズ部７１と、互いに異なる光路上に配置され、第１の方向Ｄ１に直交する第２の方向Ｄ２の光を透過させる複数の第２のレンズ部７２と、第１のレンズ部７１を透過した第１の方向Ｄ１の光を第２の方向Ｄ２に反射させて第２のレンズ部７２に導き、又は、第２のレンズ部７２を透過した第２の方向Ｄ２の光を第１の方向Ｄ１に反射させて第１のレンズ部７１に導く反射部７３と、を備え、対の一方の光学部品７が備えている第２のレンズ部７２と、対の他方の光学部品７が備えている第２のレンズ部７２と、が互いに間隔を空けて対向するように配置される。【選択図】図３

Description

本発明は、光学部品及びアイソレータに関する。
ホスト機器とデバイス機器との間に介在させるアイソレータが知られている（例えば、特許文献１参照）。このようなアイソレータは、ホスト機器とデバイス機器とを電気的に絶縁する。
特表２０１４−５２３５５６号公報
例えば、医療機器の分野においては、人体が触れる可能性がある機器が完全に絶縁されている必要がある。医療機器の分野に限らず、種々の分野において、アイソレータの絶縁性能を確保することが望まれている。また、データ容量の増大に伴い、通信速度を高めることが望まれている。
本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、絶縁性能を確保しつつ通信速度を高める光学部品、及びそれを備えているアイソレータを提供することを目的とする。
（１）本発明は、電気的に絶縁するアイソレータに対で用いられる光学部品であって、互いに異なる光路上に配置され、第１の方向の光を透過させる複数の第１のレンズ部と、互いに異なる光路上に配置され、前記第１の方向に直交する第２の方向の光を透過させる複数の第２のレンズ部と、前記第１のレンズ部を透過した前記第１の方向の光を前記第２の方向に反射させて前記第２のレンズ部に導き、又は前記第２のレンズ部を透過した前記第２の方向の光を前記第１の方向に反射させて前記第１のレンズ部に導く反射部と、を備え、対の一方の光学部品が備えている前記第２のレンズ部と、対の他方の光学部品が備えている前記第２のレンズ部と、が互いに間隔を空けて対向するように配置されることを特徴とする光学部品である。
（２）本発明はまた、樹脂で一体に成型されていることを特徴とする上記（１）に記載の光学部品である。
（３）本発明はまた、対の双方の互いに対向する対向面同士を突き当てて用いられる光学部品であって、前記対向面に設けられた凸部と、前記対向面に設けられた凹部と、を備え、対の一方の光学部品が備えている前記凸部が対の他方の光学部品が備えている前記凹部に挿入されると共に、対の一方の光学部品が備えている前記凹部に対の他方の光学部品が備えている前記凸部が挿入されることで、対の双方の光学部品が互いに連結されることを特徴とする上記（２）に記載の光学部品である。
（４）本発明はまた、上記（１）〜（３）のいずれかに記載の対の光学部品と、第１の領域と、前記第１の領域と電気的に絶縁されている第２の領域と、を有している基板と、前記第１の領域に配置され、対の一方の光学部品が備えている前記第１のレンズ部に向けて前記第１の方向の光を照射する第１の投光手段と、前記第２の領域に配置され、対の他方の光学部品が備えていて且つ前記第１の投光手段と同一の光路上に配置されている前記第１のレンズ部を透過した前記第１の方向の光を入射する第１の受光手段と、前記第２の領域に配置され、対の他方の光学部品が備えていて且つ前記第１の投光手段と異なる光路上に配置されている前記第１のレンズ部に向けて前記第１の方向の光を照射する第２の投光手段と、前記第１の領域に配置され、対の一方の光学部品が備えていて且つ前記第２の投光手段と同一の光路上に配置されている前記第１のレンズ部を透過した前記第１の方向の光を入射する第２の受光手段と、を備えていることを特徴とするアイソレータである。
（５）本発明はまた、上記（１）〜（３）のいずれかに記載の対の光学部品と、第１の領域と、前記第１の領域と電気的に絶縁されている第２の領域と、を有している基板と、前記第１の領域に配置され、対の一方の光学部品が備えている前記第１のレンズ部に向けて前記第１の方向の光を照射する投光手段と、前記第２の領域に配置され、対の他方の光学部品が備えていて且つ前記投光手段と同一の光路上に配置されている前記第１のレンズ部を透過した前記第１の方向の光を入射する受光手段と、を備えていることを特徴とするアイソレータである。
本発明の上記（１）〜（３）に記載の光学部品、並びに上記（４）及び（５）に記載のアイソレータによれば、絶縁性能を確保しつつ通信速度を高めることができる。
本発明の実施形態に係るアイソレータの主要部品を示す外観斜視図である。 図１のアイソレータの主要部品を示す分解斜視図である。 図１のアイソレータの主要部品を示す正面図である。 図１のアイソレータの主要部品を示す背面図である。 図１のアイソレータを構成する対の光学部品の斜め上方から視た外観斜視図である。 図１のアイソレータを構成する対の光学部品の斜め下方から視た外観斜視図である 図５に示す対の光学部品の分解斜視図である。
以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係るアイソレータ１について詳細に説明する。なお、以下の説明において、第１の方向Ｄ１は基板２に直交する方向を意味し、第２の方向Ｄ２は基板と平行な方向を意味する。
まず、図１〜図７を用いて、アイソレータ１の構成について説明する。図１は、本発明の実施形態に係るアイソレータ１の主要部品を示す外観斜視図である。図２は、図１のアイソレータ１の主要部品を示す分解斜視図である。図３は、図１のアイソレータ１の主要部品を示す正面図である。図４は、図１のアイソレータ１の主要部品を示す背面図である。図５は、図１のアイソレータ１を構成する対の光学部品７，７の斜め上方から視た外観斜視図である。図６は、図１のアイソレータ１を構成する対の光学部品７，７の斜め下方から視た外観斜視図である。図７は、図５に示す対の光学部品７，７の分解斜視図である。なお、各図において、一部の構成を適宜省略して図面を簡略化する。
図１〜図７に示すアイソレータ１は、基板２における第１の領域２Ａと第２の領域２Ｂとを電気的に絶縁すると共に、基板２における第１の領域２Ａと第２の領域２Ｂとの間の光通信を実現する。具体的に、アイソレータ１は、基板２と、レーザ３，４と、フォトダイオード５，６と、対の光学部品７，７と、パッド８Ａ，８Ｂ等を備えている。
基板２は、第１の領域２Ａと、第２の領域２Ｂと、を有している。第１の領域２Ａ及び第２の領域２Ｂは、互いに電気的に絶縁されていると共に、対の光学部品７，７によって互いの間の光通信を実現している。
レーザ３は、基板２の第１の領域２Ａに配置されているパッド８Ａに、フォトダイオード６と共に実装されている。このレーザ３は、対の一方の光学部品７が備えていて且つレーザ４と異なる光路上に配置されている第１のレンズ部７１に向けて第１の方向Ｄ１の光を照射する第１の投光手段として機能する。
レーザ４は、基板２の第２の領域２Ｂに配置されているパッド８Ｂに、フォトダイオード５と共に実装されている。このレーザ４は、対の他方の光学部品７が備えていて且つレーザ３と異なる光路上に配置されている第１のレンズ部７１に向けて第１の方向Ｄ２の光を照射する第２の投光手段として機能する。
フォトダイオード５は、基板２の第２の領域２Ｂに配置されているパッド８Ｂに、レーザ４と共に実装されている。このフォトダイオード５は、対の他方の光学部品７が備えていて且つレーザ３と同一の光路上に配置されている第１のレンズ部７１を透過した第１の方向Ｄ１の光を入射する第１の受光手段として機能する。
フォトダイオード６は、基板２の第１の領域２Ａに配置されているパッド８Ａに、レーザ３と共に実装されている。このフォトダイオード６は、対の一方の光学部品７が備えていて且つレーザ４と同一の光路上に配置されている第１のレンズ部７１を透過した第１の方向Ｄ１の光を入射する第２の受光手段として機能する。
光学部品７は、電気的に絶縁するアイソレータ１に対で用いられる。この光学部品７は、対の双方の互いに対向する対向面７４０同士を突き当てて互いに連結させた状態で用いられる。対の一方の光学部品７は、基板２の第１の領域２Ａに配置されている。対の他方の光学部品７は、基板２の第２の領域２Ｂに配置されている。具体的に、光学部品７は、複数の第１のレンズ部７１と、複数の第２のレンズ部７２と、反射部７３と、連結部７４と、を備え、樹脂で一体に成型されている。
複数の第１のレンズ部７１は、互いに異なる光路上に配置され、第１の方向Ｄ１の光を透過させる。
対の一方の光学部品７が備えている複数の第１のレンズ部７１のうち、一つの第１のレンズ部７１はレーザ３と対向するように配置されていて、他の一つの第１のレンズ部７１はフォトダイオード６と対向するように配置されている。
対の他方の光学部品７が備えている複数の第１のレンズ部７１のうち、一つの第１のレンズ部７１はレーザ４と対向するように配置されていて、他の一つの第１のレンズ部７１はフォトダイオード５と対向するように配置されている。
複数の第２のレンズ部７２は、互いに異なる光路上に配置され、第１の方向Ｄ１に直交する第２の方向Ｄ２の光を透過させる。
対の光学部品７は、対の一方の光学部品７が備えている複数の第２のレンズ部７２の各々と、対の他方の光学部品７が備えている複数の第２のレンズ部７２の各々と、が互いに間隔を空けて一対一で対向するように配置されている。対の一方の光学部品７が備えている複数の第２のレンズ部７２の各々と、対の他方の光学部品７が備えている複数の第２のレンズ部７２の各々と、の間は空間になっている。
反射部７３は、複数の第１のレンズ部７１の上方で且つ複数の第２のレンズ部７２の側方に配置されている。この反射部７３は、第１のレンズ部７１を透過した第１の方向Ｄ１の光を第２の方向Ｄ２に反射させて第２のレンズ部７２に導き、又は、第２のレンズ部７２を透過した第２の方向Ｄ２の光を第１の方向Ｄ１に反射させて第１のレンズ部７１に導く。
連結部７４は、対の双方の光学部品７を互いに連結させる。具体的に、連結部７４は、凸部７４１と、凹部７４２と、を備えている。
凸部７４１は、対の双方の光学部品７の互いに対向する対向面７４０に設けられている。凹部７４２は、対の双方の光学部品７の互いに対向する対向面７４０に設けられている。対の双方の光学部品７は、対の一方の光学部品７が備えている凸部７４１が対の他方の光学部品７が備えている凹部７４２に挿入されると共に、対の一方の光学部品７が備えている凹部７４２に対の他方の光学部品７が備えている凸部７４１が挿入されることで、互いに連結される。
パッド８Ａは、基板２の第１の領域２Ａに配置され、レーザ３及びフォトダイオード６を実装している。パッド８Ｂは、基板２の第２の領域２Ｂに配置され、レーザ４及びフォトダイオード５を実装している。これらのパッド８Ａ，８Ｂは、互いの間で放電を起こすことのないよう、互いに必要な距離を置いて基板２に配置されている。
次に、図３及び図４を用いて、アイソレータ１における光の流れを説明する。
まず、図３に示すように、基板２の第１の領域２Ａに配置されているレーザ３から照射された第１の方向Ｄ１の光は、基板２の第１の領域２Ａに配置されている光学部品７が備えている第１のレンズ部７１を透過して、基板２の第１の領域２Ａに配置されている光学部品７の中に入る。基板２の第１の領域２Ａに配置されている光学部品７の中に入った第１の方向Ｄ１の光は、反射部７３で第２の方向Ｄ２に反射する。反射部７３で第２の方向Ｄ２に反射した光は、第２のレンズ部７２を透過して、基板２の第１の領域２Ａに配置されている光学部品７の外に出る。
基板２の第１の領域２Ａに配置されている光学部品７の外に出た光は、基板２の第２の領域２Ｂに配置されている光学部品７が備えている第２のレンズ部７２を透過して、基板２の第２の領域２Ｂに配置されている光学部品７の中に入る。基板２の第２の領域２Ｂに配置されている光学部品７の中に入った第２の方向Ｄ２の光は、反射部７３で第１の方向Ｄ１に反射する。反射部７３で第１の方向Ｄ１に反射した光は、第１のレンズ部７１を透過して、基板２の第２の領域２Ｂに配置されている光学部品７の外に出る。基板２の第２の領域２Ｂに配置されている光学部品７の外に出た光は、基板２の第２の領域２Ｂに配置されているフォトダイオード５に入射される。
また、図４に示すように、基板２の第２の領域２Ｂに配置されているレーザ４から照射された第１の方向Ｄ１の光は、基板２の第２の領域２Ｂに配置されている光学部品７が備えている第１のレンズ部７１を透過して、基板２の第２の領域２Ｂに配置されている光学部品７の中に入る。基板２の第２の領域２Ｂに配置されている光学部品７の中に入った第１の方向Ｄ１の光は、反射部７３で第２の方向Ｄ２に反射する。反射部７３で第２の方向Ｄ２に反射した光は、第２のレンズ部７２を透過して、基板２の第２の領域２Ｂに配置されている光学部品７の外に出る。
基板２の第２の領域２Ｂに配置されている光学部品７の外に出た光は、基板２の第１の領域２Ａに配置されている光学部品７が備えている第２のレンズ部７２を透過して、基板２の第１の領域２Ａに配置されている光学部品７の中に入る。基板２の第１の領域２Ａに配置されている光学部品７の中に入った第２の方向Ｄ２の光は、反射部７３で第１の方向Ｄ１に反射する。反射部７３で第１の方向Ｄ１に反射した光は、第１のレンズ部７１を透過して、基板２の第１の領域２Ａに配置されている光学部品７の外に出る。基板２の第１の領域２Ａに配置されている光学部品７の外に出た光は、基板２の第１の領域２Ａに配置されているフォトダイオード６に入射される。
このようなアイソレータ１によれば、絶縁性能を確保しつつ通信速度を高めることができる。
本発明は、上記実施形態に限られるものではなく、その趣旨及び技術思想を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。すなわち、各構成の位置、大きさ、長さ、数量、形状、材質、などは適宜変更できる。
例えば、上記実施形態では、第１及び第２の受光手段として、フォトダイオード５，６を備えている場合を例に説明したが、本発明はこれに限定されず、光を入射して電気に変換するその他のフォトディテクタを備えているようにしてもよい。
あるいは、上記実施形態において、アイソレータ１は、基板２における第１の領域２Ａ及び第２の領域２Ｂの双方向の通信を行う場合を例に説明したが、本発明はこれに限定されず、基板２における第１の領域２Ａ及び第２の領域２Ｂの一方向のみの通信を行うようにしてもよい。
すなわち、アイソレータ１は、対の光学部品７，７と、第１の領域２Ａと、第１の領域２Ａと電気的に絶縁されている第２の領域２Ｂと、を有している基板２と、第１の領域２Ａに配置され、対の一方の光学部品７が備えている第１のレンズ部７１に向けて第１の方向Ｄ１の光を照射するレーザ（投光手段）３と、第２の領域２Ｂに配置され、対の他方の光学部品７が備えていて且つレーザ（投光手段）３と同一の光路上に配置されている第１のレンズ部７１を透過した第１の方向Ｄ１の光を入射するフォトダイオード（受光手段）５と、を備え、且つ、レーザ４及びフォトダイオード６を備えていなくてもよい。
１ アイソレータ
２ 基板
２Ａ 第１の領域
２Ｂ 第２の領域
３ レーザ（第１の投光手段，投光手段）
４ レーザ（第２の投光手段）
５ フォトダイオード（第１の受光手段，受光手段）
６ フォトダイオード（第２の受光手段）
７ 光学部品
７１ 第１のレンズ部
７２ 第２のレンズ部
７３ 反射部
７４ 連結部
７４０ 対向面
７４１ 凸部
７４２ 凹部
８Ａ，８Ｂ パッド
Ｄ１ 第１の方向
Ｄ２ 第２の方向
（１）本発明は、電気的に絶縁するアイソレータに対で用いられ、対の双方の互いに対向する対向面同士を突き当てて用いられる光学部品であって、互いに異なる光路上に配置され、第１の方向の光を透過させる複数の第１のレンズ部と、互いに異なる光路上に配置され、前記第１の方向に直交する第２の方向の光を透過させる複数の第２のレンズ部と、前記第１のレンズ部を透過した前記第１の方向の光を前記第２の方向に反射させて前記第２のレンズ部に導き、又は前記第２のレンズ部を透過した前記第２の方向の光を前記第１の方向に反射させて前記第１のレンズ部に導く反射部と、前記対向面に設けられた凸部と、前記対向面に設けられた凹部と、を備え、対の一方の光学部品が備えている前記第２のレンズ部と、対の他方の光学部品が備えている前記第２のレンズ部と、が互いに間隔を空けて対向するように配置され、樹脂で一体に成型され、対の一方の光学部品が備えている前記凸部が対の他方の光学部品が備えている前記凹部に挿入されると共に、対の一方の光学部品が備えている前記凹部に対の他方の光学部品が備えている前記凸部が挿入されることで、対の双方の光学部品が互いに連結されることを特徴とする光学部品である。
（２）本発明はまた、上記（１）に記載の対の光学部品と、第１の領域と、前記第１の領域と電気的に絶縁されている第２の領域と、を有している基板と、前記第１の領域に配置され、対の一方の光学部品が備えている前記第１のレンズ部に向けて前記第１の方向の光を照射する第１の投光手段と、前記第２の領域に配置され、対の他方の光学部品が備えていて且つ前記第１の投光手段と同一の光路上に配置されている前記第１のレンズ部を透過した前記第１の方向の光を入射する第１の受光手段と、前記第２の領域に配置され、対の他方の光学部品が備えていて且つ前記第１の投光手段と異なる光路上に配置されている前記第１のレンズ部に向けて前記第１の方向の光を照射する第２の投光手段と、前記第１の領域に配置され、対の一方の光学部品が備えていて且つ前記第２の投光手段と同一の光路上に配置されている前記第１のレンズ部を透過した前記第１の方向の光を入射する第２の受光手段と、を備えていることを特徴とするアイソレータである。
（３）本発明はまた、上記（１）に記載の対の光学部品と、第１の領域と、前記第１の領域と電気的に絶縁されている第２の領域と、を有している基板と、前記第１の領域に配置され、対の一方の光学部品が備えている前記第１のレンズ部に向けて前記第１の方向の光を照射する投光手段と、前記第２の領域に配置され、対の他方の光学部品が備えていて且つ前記投光手段と同一の光路上に配置されている前記第１のレンズ部を透過した前記第１の方向の光を入射する受光手段と、を備えていることを特徴とするアイソレータである。
本発明の上記（１）に記載の光学部品、並びに上記（２）及び（３）に記載のアイソレータによれば、絶縁性能を確保しつつ通信速度を高めることができる。

Claims (5)

  1. 電気的に絶縁するアイソレータに対で用いられる光学部品であって、
    互いに異なる光路上に配置され、第１の方向の光を透過させる複数の第１のレンズ部と、
    互いに異なる光路上に配置され、前記第１の方向に直交する第２の方向の光を透過させる複数の第２のレンズ部と、
    前記第１のレンズ部を透過した前記第１の方向の光を前記第２の方向に反射させて前記第２のレンズ部に導き、又は、前記第２のレンズ部を透過した前記第２の方向の光を前記第１の方向に反射させて前記第１のレンズ部に導く反射部と、を備え、
    対の一方の光学部品が備えている前記第２のレンズ部と、対の他方の光学部品が備えている前記第２のレンズ部と、が互いに間隔を空けて対向するように配置されることを特徴とする
    光学部品。
  2. 樹脂で一体に成型されていることを特徴とする
    請求項１に記載の光学部品。
  3. 対の双方の互いに対向する対向面同士を突き当てて用いられる光学部品であって、
    前記対向面に設けられた凸部と、
    前記対向面に設けられた凹部と、を備え、
    対の一方の光学部品が備えている前記凸部が対の他方の光学部品が備えている前記凹部に挿入されると共に、対の一方の光学部品が備えている前記凹部に対の他方の光学部品が備えている前記凸部が挿入されることで、対の双方の光学部品が互いに連結されることを特徴とする
    請求項２に記載の光学部品。
  4. 請求項１〜３のいずれかに記載の対の光学部品と、
    第１の領域と、前記第１の領域と電気的に絶縁されている第２の領域と、を有している基板と、
    前記第１の領域に配置され、対の一方の光学部品が備えている前記第１のレンズ部に向けて前記第１の方向の光を照射する第１の投光手段と、
    前記第２の領域に配置され、対の他方の光学部品が備えていて且つ前記第１の投光手段と同一の光路上に配置されている前記第１のレンズ部を透過した前記第１の方向の光を入射する第１の受光手段と、
    前記第２の領域に配置され、対の他方の光学部品が備えていて且つ前記第１の投光手段と異なる光路上に配置されている前記第１のレンズ部に向けて前記第１の方向の光を照射する第２の投光手段と、
    前記第１の領域に配置され、対の一方の光学部品が備えていて且つ前記第２の投光手段と同一の光路上に配置されている前記第１のレンズ部を透過した前記第１の方向の光を入射する第２の受光手段と、を備えていることを特徴とする
    アイソレータ。
  5. 請求項１〜３のいずれかに記載の対の光学部品と、
    第１の領域と、前記第１の領域と電気的に絶縁されている第２の領域と、を有している基板と、
    前記第１の領域に配置され、対の一方の光学部品が備えている前記第１のレンズ部に向けて前記第１の方向の光を照射する投光手段と、
    前記第２の領域に配置され、対の他方の光学部品が備えていて且つ前記投光手段と同一の光路上に配置されている前記第１のレンズ部を透過した前記第１の方向の光を入射する受光手段と、を備えていることを特徴とする
    アイソレータ。

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