JP5445984B2 - 光電気変換装置、及び、これに用いる光電気複合型コネクタ - Google Patents

Description

本発明は、光電気変換装置、及び、これに用いる光電気複合型コネクタに関する。

従来の光電気変換装置の一例が特開２００８年第９１５１６号公報に示されている。この公報に開示された光電気変換装置の説明図を図８、図９に示す。図８は、この光電気変換装置の基本構造となる通常の電気コネクタの構造を示す図である。この構造には、電気プラグコネクタ８６と電気レセプタクルコネクタ８７が含まれる。これらの電気コネクタは、嵌合時に、プラグコネクタ８６側に形成された凹部８４にレセプタクルコネクタ８７側に形成された凸部８５を嵌め込むようにして、所定の接合力を得て、互いに嵌合され得る。

図９に示すように、光電気変換を可能とするために、図８に示した通常の電気プラグコネクタ８６側に光電変換に必要な光電気変換部品８８が搭載される。これらの光電気変換部品８８は、単に、通常の電気コネクタに設けたマウント基板８３に載置されるだけである。この場合、マウント基板８３や、そこに載置される光電気変換部品８８は、通常の電気コネクタに更に追加した状態で設けられる。尚、マウント基板８３には、光ケーブル８９が接続され、電気レセプタクルコネクタ８７は、配線基板８２に固定される。

特開２００８年９１５１６号公報

しかしながら、図８、図９に示した従来装置では、マウント基板８３や光電気変換部品８８によって装置が大型化してしまうといった問題がある。また、凸部８５は、嵌合力を高めるためには有効であるが、無駄な空間とも言える。更に、近年、情報機器、ＦＡ機器においても、高速データ伝送の要求が高まり、電磁ノイズの問題が大きくなっている。電磁ノイズを防止するため、既存技術では、コネクタの外部をグランド板で覆うことが多いが、これでは、小型で十分な遮蔽効果を得ることが困難となる。
本願発明はこのような従来技術における問題点を解決するためになされたものであり、無駄な空間を作らずに、装置の小型化、省スペース化、及び遮蔽効果の向上を図ることを目的とする。

本発明は、光電気変換装置の一部を構成する光電気複合型コネクタであって、該光電気複合型コネクタは、他のコネクタと対にされて前記光電気変換装置を構成するものであり、前記光電気複合型コネクタは、前記他のコネクタに設けた凹部に嵌め込むことによって前記他のコネクタと互いに嵌合可能とされており、前記光電気複合型コネクタは、第１ハウジングと、前記第１ハウジングに配列された複数の第１端子を有し、前記他のコネクタは、第２ハウジングと、前記第２ハウジングに配列され、前記光電気複合型コネクタと前記他のコネクタの嵌合時に前記光電気複合型コネクタの前記第１端子と接続され得る複数の第２端子を有し、前記第１ハウジングは、前記第１端子と電気的に接続され得る光電気変換部品を収容する窪みを有し、前記窪みに配したグランド板を用いて前記光電気変換部品を遮蔽することを特徴とする光電気複合型コネクタを特徴としている。

上記装置において、前記グランド板は、前記窪みの内側壁を覆う側部と、前記窪みの内底を覆う底部を有し、前記光電気変換部品は、前記底部に設置されてもよい。

また、上記装置において、前記グランド板は、更に、前記側部のそれぞれの縁から前記底部と略並行に外側へ延出した鍔部を前記第１端子の配列方向に沿って有してもよい。

更に、上記装置において、前記鍔部は、前記第１端子と接触して前記第１端子をグランドに接続してもよい。

また、上記装置において、前記光電気変換部品は、前記第１端子、又は、前記鍔部と接続され得るものであってもよい。

また、上記装置において、前記光電気変換部品を前記底部に設置する際の位置決め手段として前記グランド板に設けた切り欠きを利用することもできる。

また、上記装置において、前記グランド板に、前記光電気複合型コネクタに取り付ける光ファイバケーブルの延出方向に沿って前記第１ハウジングの外部に延びる光ファイバケーブルガイド部を設けてもよい。

また、上記装置において、前記第１端子を、前記第１ハウジングの長手方向に沿って配列して、前記他のコネクタと前記光電気複合型コネクタの嵌合時における前記第２端子と前記第１端子の間の接合力を高めてもよい。
また、上記装置において、前記第１ハウジングの窪みを覆う電磁遮蔽用の蓋を設けてもよい。

また、上記装置において、前記他のコネクタを基板に設置し、前記凹部の底を前記基板によって形成することもできる。
更に、上記装置において、前記他のコネクタの第２ハウジングは枠状体としてもよい。また、前記第２ハウジングと前記第１ハウジングのそれぞれに、互いに嵌合可能な凹部又は凸部を設け、誤嵌合防止及び嵌合ガイド機能を付加してもよい。更に、前記光電気変換部品は信号中継用部品を含むものであってもよい。
また、本願発明は、第１コネクタと第２コネクタの対から成る光電気変換装置であって、前記第１コネクタと前記第２コネクタは、前記第１コネクタを前記第２コネクタに設けた凹部に嵌め込むことによって互いに嵌合可能とされており、前記第１コネクタは、第１ハウジングと、前記第１ハウジングに配列された複数の第１端子を有し、前記第２コネクタは、第２ハウジングと、前記第２ハウジングに配列され、前記第１コネクタと前記第２コネクタの嵌合時に前記第１コネクタの前記第１端子と接続され得る複数の第２端子を有し、前記第１ハウジングは、前記第１端子と電気的に接続され得る光電気変換部品を収容する窪みを有し、前記窪みに配したグランド板を用いて前記光電気変換部品を遮蔽することを特徴としている。

このような本願発明によれば、空間を有効に利用して、装置の小型化、省スペース化、及び遮蔽効果の向上を図ることができる。

本願発明の一つの実施形態による光電気複合型コネクタの嵌合時の状態を示す斜視図である。 本願発明の一つの実施形態による光電気複合型コネクタの嵌合前の状態を示す斜視図である。 レセプタクルとプラグコネクタの嵌合側から見たプラグコネクタの斜視図である。 図３のＡ部分の部分拡大図である。 図３の断面図である。 本発明の変形例を図３と同様の方法で示す斜視図である。 本発明の変形例を図３と同様の方法で示す斜視図である。 光電気変換装置の基本となる従来の電気コネクタの構造を示す図である。 従来の光電気変換装置を説明する図である。

以下、添付図面を参照しつつ、本願発明の好適な一つの実施形態を説明する。図１、図２に、本願発明による光電気変換装置１０、及び、この光電気変換装置１０を構成するレセプタクルコネクタ２０とプラグコネクタ（光電気複合型コネクタ）３０の一使用例を斜視図で示す。コネクタ１０は、互いに嵌合可能なレセプタクル２０と、プラグコネクタ３０の対から成る。図１は、嵌合時の状態、図２は、嵌合前の状態を、それぞれ示す。

プラグコネクタ３０は、光ファイバケーブル１２を接続して使用する。一方、レセプタクルコネクタ２０は、例えば、配線基板３に固定して使用する。ここで、プラグコネクタ３０は、光ファイバケーブル１２の両端に接続されてもよい。この場合は、１本の光ファイバケーブル１２を用いて、レセプタクルコネクタ２０同士を接続することができる。

レセプタクルコネクタ２０の基本構造は、通常の電気コネクタと同じものと考えてよい。これに対して、プラグコネクタ３０は、様々な光電気変換部品を備えることにより、電気・光変換機能（送信機能と捉えることもできる）、及び、光・電気変換機能（受信機能と捉えることもできる）の双方を発揮し得る。レセプタクルコネクタ２０とプラグコネクタ３０の嵌合時には、プラグコネクタ３０に設けた光電気変換部品の働きによって、光ファイバケーブル１２を通じて伝達された光信号を電気信号として配線基板３に伝達し、逆に、配線基板３を通じて伝達された電気信号を光信号として光ファイバケーブル１２に伝達できる。

プラグコネクタ３０の略全体をレセプタクルコネクタ２０に設けた凹部２３に嵌め込むことによって、プラグコネクタ３０をレセプタクルコネクタ２０に嵌合させることができる。誤嵌合を防止し、また、嵌合ガイドとして用いるため、レセプタクルコネクタ２０に位置決用の凹部２７を、これ対応してプラグコネクタ３０に位置決用の凸部３７を、それぞれ設け、更に、レセプタクルコネクタ２０に開口２８を、これに対応してプラグコネクタ３０に光ファイバケーブルガイド部６８を、それぞれ設けてもよい。これらを突き合せることにより、レセプタクルコネクタ２０とプラグコネクタ３０の向きや位置を簡単に決定できる。また、プラグコネクタ３０とレセプタクルコネクタコネクタ２０の組合せに応じて、凹部２７および凸部３７の位置や形状を変化させることで、誤嵌合を防ぐ効果もある。

レセプタクルコネクタ２０は、枠状のレセプタクルハウジング２１と、これと一体成形された複数のレセプタクル端子２４を有する。レセプタクルハウジング２１を枠状として、凹部２３が形成されている。凹部２３の底は、レセプタクルコネクタ２０を設置する配線基板３によって形成されていてもよい。レセプタクル端子２４は、レセプタクルハウジング２１において、長手方向に並行に延びる２つの側壁部２２のそれぞれを取り巻くように配置され、それらの端部は、配線基板３に半田付けされる。

プラグコネクタ３０は、略直方形状のプラグハウジング３１と、複数のプラグ端子３４を有する。図３に、レセプタクルコネクタ２０とプラグコネクタ３０の嵌合側から見たプラグコネクタ３０の斜視図をプラグコネクタ単体で示している。プラグ端子３４は、プラグハウジング３１において、長手方向に並行に延びる２つの側壁部４２のそれぞれを取り巻くように配置される。

レセプタクルコネクタ２０とプラグコネクタ３０の嵌合時に、レセプタクルコネクタ２０のレセプタクル端子２４と、プラグコネクタ３０のプラグ端子３４は、対応端子同士で接続される。これらレセプタクル端子２４やプラグ端子３４は、レセプタクルハウジング２１やプラグハウジング３１それぞれの長手方向に沿って配列されているため、レセプタクルコネクタ２０とプラグコネクタ３０の嵌合時には、それらの長手方向に沿って、複数の端子間接続が生じる。この結果、レセプタクル端子２４とプラグ端子３４の間の摩擦力等を利用して、比較的広い範囲に亘って、端子間の、或いは、レセプタクルコネクタ２０とプラグコネクタ３０の間の、接合力を高めることができるため、十分な嵌合力が得られることとなる。

プラグハウジング３１の内部に、側壁部４２等を利用して窪み３２を設けている。窪み３２は、金属製のグランド板６０や光電気変換部品（４３等）を収容するためのスペースとして利用され得る。尚、ここでいう「グランド板」は、例えば、立体的に折り曲げられた形状を有するシート状の物体であって、物体全体あるいはシート面に平行な層が導電性の材料で構成されているような部品を意味する。窪み３２を設けることにより、スペースの有効利用が図れる。また、グランド板６０を、光電気変換部品（４３等）とともに窪み３２に配することにより、光電気変換部品（４３等）により接近した位置にグランド板６０を配置して遮蔽効果を高めることができ、また、より少ない材料で強度を向上させることができる。尚、光電気変換部品には、例えば、半導体レーザー或いはフォトダイオードのような面発光型の光半導体（ＶＣＳＥＬ）４３や、光半導体４３を前面に支持するためのステージ４４、レーザーダイオードドライバ或いはトランスインピーダンスアンプのような種々のＩＣ（光電気変換（発光素子駆動用）ＩＣ、受光素子信号の電流・電圧変換用ＩＣ、シリアル−パラレル変換ＩＣ）５０、及び、離れた端子への配線を可能にする信号中継用部品５２等が含まれる。
図４によく示されるように、信号中継部品５２は、少なくとも一面にインピーダンス整合した伝送経路５４を有する。伝送経路５４の各端部には金属ワイヤー５３の一端が結線され、金属ワイヤー５３の他端はコネクタ端子３６やＩＣパッド５１に接続される。このような信号中継部品５２を使用せずに、例えば、金属ワイヤーだけで配線を行った場合には、導体の断面形状は円形となっている等の理由から、導体の伝送路と金属ワイヤー５３との間で物理的状況が大きく異なり、それら間で特性インピーダンス整合を図ることができない。この結果、接続点において、金属ワイヤーが有するインダクタンス量に応じた交流信号の反射が発生してしまう等といった問題が生じてしまう。また、信号中継部品５２を使用せずに、例えば、金属ワイヤーだけでワイヤボンディングを行った場合には、接続点間を直線的にしか接続できないことから、本発明が実現しようとしている高密度電子部品実装においては、部品が配線経路と干渉してしまうといった不都合も生じ得る。図４に示すごとく、信号中継部品５２を適切な箇所に配置して、金属ワイヤー線路を中継させることにより、金属ワイヤーの総長を短くして信号の反射量を抑制したり、或いは、障害物を避けた回り込み配線を行うことが容易となる。

グランド板６０を、光電気変換部品とともにプラグハウジング３１の内部に設けたことにより、光電気変換部品４３等をグランド板６０上に設置することも可能となる。光電気変換部品４３等をグランド板６０上に設置することにより、光電気変換部品を設置することだけを目的として基板を設けることが不要となり、材料及びコストの削減を図ることができる。光電気変換部品（４３等）は、例えば、接着剤によってグランド板６０に固定できる。固定をより確実にするため、接着剤による固定後に、ＵＶや熱で硬化する樹脂をグランド板６０（窪み３２）に流し込んでもよい。このとき、窪み３２に配置されたグランド板６０は、樹脂の過剰な流れをせき止める役割も果たす。樹脂による固定は、光電気変換部品（４３等）のみならず、同様に窪み３２に設置された光ファイバケーブル１２のファイバ調心１４を固定するのにも役立つ。

図４、図５を更に参照して、窪み３２の内部構造をより詳細に説明する。図４は、図３のＡ部分における部分拡大図、図５の（ａ）は、図３のＢ−Ｂ線断面図、図５の（ｂ）は、同図Ｃ−Ｃ断面図である。

グランド板６０は、プラグコネクタ３０の窪み３２に嵌め込んだ状態で、圧入や接着、或いは、プラグハウジング３１と一体成形といった方法で固定される。窪み３２は、グランド板６０の形状に適合するよう、段部３８を有する。低い段３８ａ（図５参照）には、グランド板６０の側部６１Ａ、６１Ｂと底部６２が配置される。尚、底部６２上には、接着剤等によってＩＣ５０が固定され得る。側部６１Ａ、６１Ｂは、窪み３２の内側壁２５Ａ、２５Ｂのそれぞれを覆う部分、底部６２は、窪み３２の内底２６を覆う部分である。一方、高い段３８ｂには、鍔部６３Ａ、６３Ｂが、必要に応じて配置される。鍔部６３Ａ、６３Ｂは、側部６１Ａ、６１Ｂのそれぞれの縁から底部６２と略並行に外側へ延出した部分であり、プラグ端子３４の配列方向に沿って断続的に延びて、複数のプラグ端子３４の中から選択された、信号端子３６（図４によく示されている）以外のグランド端子３５と接触することができるようになっている。このような構成とすれば、鍔部の位置を変更するだけで、信号端子３６とグランド端子３５を容易に使い分けることができ、また、信号端子３６の直近にグランド電位面を配置することが可能となる。

光電気変換部品（４３等）やその周辺部材は、上方からの目視によって、グランド板６０の底部６２の所定位置に設置される。この位置決めは、装置の小型化が進むにつれて困難なものとなる。更に、グランド板６０の側部６１によって、このような目視が妨げられることもある。これらの問題を解決するため、グランド板６０の一部に切り欠きを設けて位置決め手段としてもよい。例えば、鍔部６３Ａに設けた切り欠き６７を、光電気変換部品（４３等）を底部６２上に設置する際の位置決め手段として利用できる。グランド板６０は、例えば、金属板のプレス加工品であってもよいし、また、立体的フレキシブル基板によって製造されていてもよいが、特に、金属板を用いた場合には、前述した位置決め用の切り欠き形状を設けることが比較的容易となる。

グランド板６０上に設置した光電気変換部品（４３等）は、必要に応じて、所定のプラグ端子３４と接続され得る。更に、グランド接続が必要であれば、その最も近くに配されたグランド板６０の鍔部６３に接続してやればよい。これらの接続は、ＩＣパッド５１とプラグ端子３４を直接ワイヤボンディングすることによって直接的に、且つ、簡単に行うことができる。この接続方法は、装置の小型化にも役立つ。

光ファイバケーブル１２を保持、固定するため、グランド板６０の底部６２にガイド溝（図示されていない）を設けてもよい。ガイド溝は、光ファイバケーブル１２の設置位置の調整にも役立つ。光ファイバケーブル１２は、先端付近の外被を取り除くことにより、ファイバ芯線１３、更には、中心のファイバ素線１４を露出させるように設けられているが、信号伝達のため、ファイバ素線１４の端面１７は、光半導体（ＶＣＳＥＬ）４３の所定位置に正確に位置合わせする必要がある。グランド板６０の側部６１や底部６２によって調整され得る窪み３２の深さや、底部６２に設ける光ファイバケーブル用のガイド溝の高さを調整することによって、この位置合わせは容易となる。更に、窪み３２の深さを適切に調整することで、コネクタ内のプラグ端子３４の高さとＩＣパッド５１の面を合わせることもできる。

光ファイバケーブル１２を保護するため、図３に示すように、グランド板６０の一部を変形して、光ファイバケーブルガイド部６８を設けてもよい。光ファイバケーブルガイド部６８は、光ファイバケーブル１２の延出方向に沿ってプラグハウジング３１の外部に延びる。ガイド部６８を金属製のグランド板６０の一部としたことにより、例えば、外部に突出したガイド部６８を、ドライバ等をガイド部６８の下に入れて、配線基板から引き離す方向（図１の「ア」方向）に力を加えることにより、レセプタクルコネクタ２０とプラグコネクタ３０の嵌合をケーブル１２に影響を及ぼすことなく容易に解除できる。尚、光ファイバケーブルガイド部６８は、前述した通り、嵌合時における位置合わせのために用いることもできる。

最後に、図６、図７を参照して、本発明の変形例を説明する。図６、図７は、変形例を、図３と同様の方法で示したものであって、図３に示した実施形態と同様の部材には同様の参照番号を付している。変形例では、プラグハウジング３１の窪み３２を覆うため、電磁遮蔽用の蓋７０を設けている。蓋７０に設けた３つの圧入部７１を、対応するプラグコネクタ３０の３つの圧入孔３３に圧入することにより、蓋７０をプラグコネクタ３０に取付けて、窪み３２を覆うことができる。但し、前述したように、窪み３２には硬化性の樹脂が流し込まれるため、この樹脂によっても蓋７０は固定される。蓋７０を設けることにより、窪み３２に収容した光電気変換部品（５９、５２）は、その略全ての面で遮蔽され、電磁ノイズの影響は軽減される。

１０ 光電気複合型コネクタ（光電気変換装置）
１２ 光ファイバケーブル
２０ レセプタクルコネクタ
２１ レセプタクルハウジング
２３ 凹部
２４ レセプタクル端子
２８ 開口
３０ プラグコネクタ
３１ プラグハウジング
３２ 窪み
３４ プラグ端子
３５ グランド端子
３６ 信号端子
６０ グランド板
６３ 鍔部
６７ 切り欠き
６８ 光ケーブルガイド部

Claims (5)

1. 光電気変換装置の一部を構成する光電気複合型コネクタであって、前記光電気複合型コネクタは、他のコネクタと対にされて前記光電気変換装置を構成するものであり、前記光電気複合型コネクタは、前記他のコネクタに設けた凹部に嵌め込むことによって前記他のコネクタと互いに嵌合可能とされており、
   前記光電気複合型コネクタは、第１ハウジングと、前記第１ハウジングに前記第１ハウジングの長手方向に沿って配列された複数の第１端子を有し、
   前記他のコネクタは、第２ハウジングと、前記第２ハウジングに前記第２ハウジングの長手方向に沿って配列され、前記光電気複合型コネクタと前記他のコネクタの嵌合時に前記光電気複合型コネクタの前記第１端子と接続され得る複数の第２端子を有し、
   前記他のコネクタとの嵌合側にのみ光電気変換部品が設置されたグランド板は、前記光電気変換部品が設置される側とは反対の側から前記第１ハウジングの内部に設けられ、前記光電気変換部品は、前記グランド板を用いて遮蔽されるようになっており、前記光電気変換部品が設置されている側から前記第１ハウジングに樹脂が流し込まれることを特徴とする光電気複合型コネクタ。
2. 前記グランド板に、前記光電気複合型コネクタに取り付ける光ファイバケーブルの延出方向に沿って前記第１ハウジングの外部に延びる光ファイバケーブルガイド部を設けている請求項１に記載の光電気複合型コネクタ。
3. 前記第１端子を、前記第１ハウジングの長手方向に沿って配列して、前記他のコネクタと前記光電気複合型コネクタの嵌合時における前記第２端子と前記第１端子の間の接合力を高める請求項１又は２に記載の光電気複合型コネクタ。
4. 前記他のコネクタの第２ハウジングは枠状体である請求項１乃至３のいずれかに記載の光電気複合型コネクタ。
5. 前記光電気変換部品に信号中継用部品を含む、請求項１乃至４のいずれかに記載の光電気複合型コネクタ。

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