JP4515141B2 - 光トランシーバ - Google Patents
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Description
ところで、近時、光電複合回路、光電気混載基板の要求が高まるにつれ、このような基板方向を光軸とする接続方式の光トランシーバは、光コネクタの取付位置に各種制約があるため、光接続経路や回路基板設計の自由度が制限されてしまい、さらに、基板の小型化ができないという問題が生じている。
前記係止手段は、弾性変形し得る複数の押さえ片を有し、前記光コネクタが前記複数の押さえ片の間に押し込まれることにより、前記複数の押さえ片が前記光コネクタを2以上の方向から前記基板に向かって押さえ込む構造とすることができる。
前記押さえ片は、前記基板との間に光コネクタを挟み込んで保持する押さえ用突出部;および前記複数の押さえ片の間の空間に前記光コネクタが押し込まれる際に、前記空間を拡張する方向へ弾性変形して、前記押さえ用突出部と前記基板との間に前記光コネクタが押し込まれるようにする誘導傾斜面を有する構成とすることができる。
前記押さえ片は、前記光コネクタを両側から挟み込みつつ前記基板に向かって押さえ込む構造とすることができる。
前記押さえ片は、前記光コネクタの両側部に形成された突設部分を、両側から前記基板に向かって押さえ込む構造とすることができる。
また、基板に実装した光素子(あるいは、光素子を実装したモジュール)に対する光コネクタの押圧によって、光コネクタを、基板上の係止手段に押し込むだけで、前記光コネクタが、位置決め手段によって光素子に対して光接続可能な位置に位置決めされた状態で、前記係止手段によって基板に対して押さえ込むようにして保持されるように構成できる。この場合、回路基板上での光素子と光ファイバ(光コネクタ)との接続を極めて簡単に行える。また、前記係止手段を採用した構成では、光素子の発光面及び/又は受光面の光軸が基板に対して傾斜されており、光コネクタを、前記光軸に沿った移動によって、基板上の係止手段へ押し込むことで、係止手段によって保持される構成であれば、基板上には、係止手段並びに光コネクタの設置スペース以外に、係止手段への光コネクタの押し込みに要する作業スペースを確保する必要性が殆ど無くなるため、実質的に、基板上での光コネクタの保持を、省スペースで実現できる。このため、基板の回路設計等の制約も無く、基板上における光素子の実装位置の自由度も向上できるといった優れた効果を奏する。
図1は本発明に係る光トランシーバ10(基板実装型光トランシーバ)の構造を示す全体斜視図、図2は側面図(光ファイバ15の引き出し側)、図3は図2とは逆側の側面図、図4は正断面図である。
基板11は、ここでは一例として回路基板を例示する。
光電変換モジュール12は、半導体レーザ(例えばレーザダイオード:LD)等の発光素子、あるいは、フォトダイオード(PD)等の受光素子である光素子を搭載(あるいは内蔵)したチップ状あるいはアレイ状のモジュールである。この光電変換モジュール12の前記光素子の光軸(受光面)は回路基板11に対して垂直の方向となっている。光電変換モジュール12は回路基板11上の回路等と電気的に接続されている。図4等には、光電変換モジュール12の光素子16が、光電変換モジュール12の回路基板11に臨む底面12aと対向する面(以下、接合面12b)に形成された構成を例示している。また、接合面12bは、回路基板11に沿った方向に延在されている。なお、特に図示はしないが、光電変換モジュールが搭載される回路基板には、光電変換回路、制御処理部、光信号処理回路、光素子駆動回路、記憶回路、その他、回路基板上の電子部品の駆動制御等を行う種々の回路等が、必要に応じて構成され、あるいは、これら回路機能を有するLSIを、必要に応じて搭載することができる。
光コネクタ14は、例えばプラスチック(例:PPS(ポリフェニレンサルファイド)、エポキシ樹脂)等の合成樹脂製の本体14bと、この本体14bに貼り付けるようにして固定され、前記本体14bとの間に光ファイバ15aを挟み込んで固定するガラス板14cとを有している。前記ガラス板14cは、光コネクタ14の接合面14aに露出されており、光コネクタ14を光電変換モジュール12上に重ね合わせるようにして設置すると、ガラス板14cが光電変換モジュール12の接合面12bに対面して配置される。また、この光コネクタ14は、光電変換モジュール12とほぼ同じか、若干小さい程度のサイズの外観ブロック状に形成されており、光電変換モジュール12上に設置しても、光電変換モジュール12から外側に大きく突出することは無い。
なお、前記光コネクタでは、ガラス板に代えて、ガラス板以外の材質によって形成された透光板も採用可能であり、例えば、プラスチック製のものでも良い。
要は少なくとも使用波長帯において光減衰や光損失発生が実用的に問題のないような材質で形成された透光板であればよい。
この実施形態の光ファイバ15aは、多心光ファイバテープ心線である光ファイバ15の先端から露出された単心の光ファイバであり、光コネクタ14の本体14bとガラス板14cとの間では、光ファイバ15先端に露出された複数本の光ファイバ15aが、光コネクタ14の本体14bのガラス板14cが取り付けられる面に複数本並列に形成された位置決め溝14dによって並列に配列されて、それぞれ精密に位置決めされる。1本の位置決め溝14dに、1本の光ファイバ15aが収納、位置決めされる。ガラス板14cは、位置決め溝14dに配置した光ファイバ15aを位置決め溝14dに押さえ込む蓋としての機能を果たすことができる。ガラス板14cによって光ファイバ15aが位置決め溝14dに押さえ込まれることで、位置決め溝14dによって光ファイバ15aが位置決めされた状態が安定に維持される。
また、光ファイバ15としては、多心光ファイバテープ心線に限定されず、例えば、単心の光ファイバ心線等、各種構成が採用可能である。光ファイバ15aとしては、位置決め溝によって反射部14g(後述)に対して高精度に位置決めされる構成であればよく、ここでは裸光ファイバであるが、光ファイバ心線、光ファイバ素線等、各種採用可能である。但し、位置決め溝による位置決め精度の確保の点で、全長が裸光ファイバであるか、あるいは、少なくとも先端に裸光ファイバが露出されている構成を採用して、裸光ファイバを位置決めする。先端の裸光ファイバ以外の部分は、光ファイバ心線や、光ファイバ素線等の単心光ファイバである構成等を採用できる。位置決め溝としては、少なくとも、光ファイバ15a先端の裸光ファイバを反射部14g(後述)に対して所望の向きとなるように高精度に位置決めできる構成であればよく、例えば、光ファイバ15aが、裸光ファイバに比べて相対的に太い被覆部を有する場合には、裸光ファイバを収容する細い溝部と、この細い溝部に連なって形成された前記被覆部を収納するための相対的に太い溝部とを有する位置決め溝としてもよい。
また、この光コネクタ14に適用される光ファイバ(詳細には裸光ファイバ)としては、例えば、石英系のGI型(GI:グレーデッドインデックス)光ファイバであるが、これに限定されるものではない。
なお、前記ミラーとして機能する反射部は、ここでは、具体的には金属蒸着膜によって形成された反射膜であるが、これに限定されず、例えば、成膜済みのチップを凹所14fに組み込む構成など、各種構成が採用可能である。
また、反射部14gは、光ファイバ(詳細には裸光ファイバ)先端面の光軸の延長線に対して45度傾斜した反射面を有するものに限定されない。反射部14gは、光コネクタ14に固定された光ファイバ15先端と光素子16との間に屈曲した光路を形成して、光コネクタ14と光素子16との間を接続する光路の光軸に対して横方向に延在する光ファイバ15と、光素子16との間の光接続を可能にするものであれば良く、光ファイバ(詳細には裸光ファイバ)先端面の光軸の延長線に対する反射面の傾斜角度は特に限定されるものでは無い。
また、光ファイバ15aは、必ずしも、位置決め溝14dから凹所14fに突出されている必要は無く、反射部14gに対面される先端部分の反射部14gに対する位置決め精度が確保されていればよく、先端部分が凹所14fに突出せずに凹所14f内面と面一になっていたり、あるいは、凹所から位置決め溝上に入り込んだところに位置する構成も採用可能である。
また、光ファイバ15aと光素子16接合面との間の光路17を通る光、特に、反射部14gと光素子16接合面との間を通る光は、ガラス板14cを透過するようになっている。ガラス板14cは、光路17を通る光が散乱等による損失が殆ど生じることなく透過できる光学特性を有する。
また、光電変換モジュール12上に設置した光コネクタ14は、コネクタホルダ13の構造によって光電変換モジュール12に押さえ込まれて、光電変換モジュール12に対して位置ずれしないように安定保持される。
また、この押さえ用突出部13fにおいて、前記光コネクタ押し込み空間13eの中央部に向けて最も突出された箇所(突出先端13g)から、押さえ片13eのコネクタホルダ13からの突出先端側に位置する部分(折り返し部13h)は、押さえ用突出部13fの突出先端13gから、光コネクタ押し込み空間13eの外側へ行くへしたがって、コネクタホルダ13からの立ち上げ高さが高くなるように傾斜されており、コネクタホルダ13上からコネクタホルダ13(具体的には光コネクタ押し込み空間13e)に押し込まれる光コネクタ14を、光コネクタ押し込み空間13eへ導く誘導傾斜面13iを形成している。
なお、位置決めピンは本発明に係る嵌合部に相当し、ピン穴は本発明に係る被嵌合部に相当するものである。但し、嵌合部及び被嵌合部としては、光コネクタを光素子に対して光接続可能に精密に位置決めする機能を果たすものであれば良く、位置決めピンとピン穴の組み合わせに限定されるものではない。
また、嵌合部及び被嵌合部としては、嵌合部と被嵌合部との嵌合によって、光素子から光コネクタが離れることを規制する固定力(嵌合力)を発生する構成のものも採用可能である。この場合、嵌合部及び被嵌合部が、光コネクタを保持する係止手段の機能を兼ねることも可能である。
前記光コネクタ14の対向する両側部の突部14i間の寸法(各突部14iの光コネクタ14からの突出先端間の寸法)は、一対の押さえ片13cの押さえ用突出部13fの突出先端13g間の離隔距離よりも若干大きく、コネクタホルダ13上から、係止手段を構成する各押さえ片13cの押さえ用突出部13f(具体的には折り返し部13h)に押し当てた光コネクタ14(具体的には、各押さえ用突出部13fに突部14iを押し当てる)を、光素子16へ向かって押圧すると、光コネクタ14の押し込み方向に対する、折り返し部13hの誘導傾斜面13iの傾斜によって、光コネクタ押し込み空間13eを拡張するように押さえ片13cを弾性変形させつつ、光素子16に向かって光コネクタ14を押し込んでいくことができる。つまり、一対の押さえ片13cに対しては、この一対の押さえ片13c間を押し開きつつ、光コネクタ押し込み空間13eへの光コネクタ14の押し込みが光素子16に向かって進行していく。そして、光コネクタ14(具体的には突部14i)が、各押さえ片13cの押さえ用突出部13fを光電変換モジュール12の側に通過すると、光電変換モジュール12と、各押さえ片13cの押さえ用突出部13fとの間に、光コネクタ14の両側部の突部14iが挟み込まれ、両押さえ片13cによって、光コネクタ14が光電変換モジュール12に押さえ込まれる。
また、光コネクタ14を光電変換モジュール12に対して押さえ込む係止手段の構造としては、前述した形状の押さえ片によるものに限定されず、例えば、枠状本体13d内面に突設した係合突起と、光コネクタ14側面に形成した係合凹部とが係合する構造等、各種構成が採用可能である。
例えば、前述の実施の形態では、光コネクタ14が光素子16に対して、回路基板11に対してほぼ直交する方向の光軸を以て光接続されることで、光ファイバ15と前記光素子16とが、光コネクタ14を介して光接続される構成を例示したが、本発明において、光素子16と光コネクタ14との間の光接続の光軸の向きは、回路基板に対して傾斜した方向であれば良く、回路基板11に対してほぼ直交する方向に限定されない。さらに言えば、本発明は、回路基板に沿った方向の光ファイバを、光コネクタを介して、回路基板に対して傾斜した向きの光軸を以て光素子に対して光接続できるものであり、係止手段は、このような光素子に対する光ファイバの光接続を可能とする位置に、光コネクタを位置決め保持する機能を果たすものであれば良く、コネクタホルダの具体的構成は各種採用可能である。
前記実施の形態では、回路基板上に実装された光素子16上に重ねるように配置される光コネクタをコネクタホルダによって保持する構成を例示したが、本発明はこれに限定されず、例えば、回路基板の一方の面の側に実装された光素子に対して、回路基板の他方の面の側にてコネクタホルダによって光素子に向かって押し付けるようにして位置決め保持された光コネクタが、回路基板の透孔を介して光素子に対して光接続される構成も採用可能である。
本発明で用いる光コネクタは表面実装型光コネクタと言うことができ、本発明で、光トランシーバとは、この表面実装型光コネクタを用いており、かつ、基板(回路基板等)側に基板実装型光コネクタを受容する構造(前述の係止手段、コネクタホルダなど)を自体を総称するものである。従って、例えば、基板側は受発光素子のみであり、前記各種の電気回路の構成が無いとしても、これら受発光素子の端面(受光面又は発光面)に光コネクタ(表面実装型光コネクタ)が対峙する構成であれば、光トランシーバを構成している言うことができるものとする。また、基板が無く、基板実装型光コネクタとその受容構造(コネクタホルダ)のみ(すなわち、受容構造によって、直接、光素子を保持した構成)であっても本発明の光トランシーバに該当するものとする(この場合、コネクタホルダが基板を兼ねる)。
また、図5(a)等に示すように、多心光ファイバテープ心線を用いる場合には、幅方向の一端側に位置する1または複数の光ファイバを送信用、他端側に位置する1または複数の光ファイバを受信用とし、さらに、幅方向の中央部に位置する1または複数のファイバを使用しない構成としてもよい。この場合、中央部に使用しないファイバが存在しない分、発光部と受光部との距離が大きくなり、散乱光による混信等の問題がより低減できる。
また、本発明では、コネクタホルダが、係止手段または位置決め手段のみからなる構成も実現可能である。
本発明において、「基板」は、光素子が実装される実装対象物(ベース。台)全般を指すものであり、回路基板に限定されるものではない。また、基板に対する光素子の配置位置は、必ずしも基板上である必要はなく、例えば、基板に形成した穴内に配置した形態などであっても良い。
位置決めピンは、光コネクタと基板とを位置決めする突出部材の総称である。この位置決めピンは、好ましくは、前述の実施形態に例示したように、メタル製の丸棒ピンが用いられるが、これには限定されない。例えば、樹脂製の光コネクタに一体成形によって形成された突起、あるいは、樹脂製の基板に一体成形によって形成された突起であっても良い。光コネクタ側あるいは基板側から、相手側に向かって突出して光コネクタと基板とを位置決めする機能を果たすものであれば、本発明における位置決めピンに相当するということができる。例えば、光コネクタに突設された突出部が相手側(基板)と嵌合して、基板と光コネクタとの間を位置決めする機能を果たすのであれば、前記光コネクタに突設された突出部は本発明に係る「位置決めピン」と称することができる。また、基板側に突設された突出部が、これが光コネクタ側の凹所(嵌合部)と嵌合することで、基板と光コネクタとの間を位置決めする機能を果たすのであれば、本発明における「位置決めピン」と称することができる。位置決めピンは、前述したように、好ましくは断面円形の丸棒ピンであるが、断面形状が、例えば、楕円形、長方形、正方形などであっても良い。また、断面形状は、中空状であっても良い。また、位置決めピンの本数は、好ましくは2本であるが、位置決め精度の向上等の目的のため、2本以外の本数(1本又は3本以上)であっても構わない。
一方、本明細書における「ピン穴(位置決め用ピン穴)」は、位置決めピンが嵌合される部分の総称であり、丸棒ピンに対応する丸孔であるピン穴に限定されるものでは無い。位置決めピンが嵌合されることで、この位置決めピンを高精度に位置決めして、基板と光コネクタとの間を位置決めする機能を果たすものであれば、これを、本発明に係るピン穴と称することができる。
Claims (5)
- 光トランシーバであって、
基板に設けられる光素子;
光ファイバに接続される光コネクタ;および
前記基板に装着され、前記光素子と光コネクタとを着脱可能に光接続するためのコネクタホルダ、を具備し、
前記光素子を有する光モジュールが基板に設けられ、
前記コネクタホルダは、前記光素子と前記光ファイバとが光接続される位置に前記光コネクタを保持する係止手段を有し、
前記光コネクタに、被嵌合部およびそれに嵌合する嵌合部のうち一方が設けられ、他方が前記光モジュールに設けられ、
前記係止手段は、前記光コネクタが前記光素子の発光面及び/又は受光面の光軸に沿った方向に前記基板に向けて押し込まれると、前記嵌合部と前記被嵌合部を嵌合させることで、前記光素子と前記光ファイバとが光接続される位置に位置決めをしつつ、前記光コネクタを前記基板に向けて付勢しながら保持する構造を有し、
前記光コネクタは、前記光コネクタが前記コネクタホルダにより保持された状態で、前記光素子の発光面及び/又は受光面の光軸に対して前記光ファイバの光軸が一定角度をなすように前記光ファイバを支持し、
前記光コネクタは、前記光素子と前記光ファイバとの間を光接続する光路を形成するミラーを有し、
前記コネクタホルダが、前記基板に装着され且つ前記光モジュールを囲む枠状本体を有し、
前記係止手段が、前記枠状本体の外面に形成されていることを特徴とする光トランシーバ。 - 前記係止手段は、弾性変形し得る複数の押さえ片を有し、前記光コネクタが前記複数の押さえ片の間に押し込まれることにより、前記複数の押さえ片が前記光コネクタを2以上の方向から前記基板に向かって押さえ込むようになっていることを特徴とする請求項1に記載の光トランシーバ。
- 前記押さえ片は、前記基板との間に光コネクタを挟み込んで保持する押さえ用突出部;
および
前記複数の押さえ片の間の空間に前記光コネクタが押し込まれる際に、前記空間を拡張する方向へ弾性変形して、前記押さえ用突出部と前記基板との間に前記光コネクタが押し込まれるようにする誘導傾斜面を有することを特徴とする請求項2に記載の光トランシーバ。 - 前記押さえ片は、前記光コネクタを両側から挟み込みつつ前記基板に向かって押さえ込むようになっていることを特徴とする請求項2または3に記載の光トランシーバ。
- 前記押さえ片は、前記光コネクタの両側部に形成された突設部分を、両側から前記基板に向かって押さえ込むようになっていることを特徴とする請求項2〜4のいずれか1項に記載の光トランシーバ。
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