JP6379968B2 - 光ケーブル端末 - Google Patents

Description

本発明は、光ケーブル端末に関するものである。

特許文献１には、アクティブ光ケーブル（Active Optical Cable；ＡＯＣ）に使用可能な光モジュールが記載されている。この光モジュールには光ケーブルが接続されており、光ケーブルには複数の光ファイバが保持されている。筐体内において、光ファイバと、レンズアレイ部品と、基板上に実装された光素子とは光学的に接続されている。

国際公開２０１３／０９９７５３号

上述した光ケーブル端末において、光ファイバは基板の表面に向けて曲げられている。この部分は、光ケーブル端末の振動によって、基板の後端に接触したりするおそれがある。

本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、光ファイバの損傷を防止できる光ケーブル端末を提供することを目的とする。

上述した課題を解決するために、本発明の一側面に係る光ケーブル端末は、複数の光ファイバを含む光ケーブルと、光素子と、光素子と各光ファイバとを光学的に接続する接続部材と、を搭載する基板と、光ケーブルの接続部材側の端部に取り付けられ、光ケーブルから延びる各光ファイバを個別に整列させる整列部材と、を備え、整列部材は、光ケーブルが延在する方向に交差する面内における光ファイバの位置を変換するように光ファイバを整列した状態で保持する。

本発明によれば、光ファイバの損傷を防止できる光ケーブル端末を提供することができる。

図１は、実施形態に係る光ケーブル端末を示す分解斜視図である。 図２は、電気光複合ケーブルの典型的な例を示す断面図である。 図３は、変形例に係る電気光複合ケーブルの断面図である。 図４は、整列部材によって光ファイバ及びメタル線の配列が変換された状態を示す斜視図である。 図５は、整列部材によって光ファイバ及びメタル線の配列が変換された状態を示す側面図である。 図６は、整列部材によって光ファイバ及びメタル線の配列が変換された状態を示す正面図である。 図７は、整列部材によって光ファイバ及びメタル線の配列が変換された状態を示す平面図である。

［本発明の実施形態の説明］
最初に、本発明の実施形態の内容を列記して説明する。（１）本発明の一側面に係る光ケーブル端末は、複数の光ファイバを含む光ケーブルと、光素子と、光素子と各光ファイバとを光学的に接続する接続部材と、を搭載する基板と、光ケーブルの接続部材側の端部に取り付けられ、光ケーブルから延びる各光ファイバを個別に整列させる整列部材と、を備え、整列部材は、光ケーブルが延在する方向に交差する面内における光ファイバの位置を変換するように光ファイバを整列した状態で保持する。

本発明の一側面に係る光ケーブル端末では、整列部材によって、光ケーブルの延在方向に交差する面内における光ファイバの位置が異なるように保持される。このため、光ファイバに曲げが加えられている部分を整列部材で保持し、整列部材と接続部材との間では光ファイバを曲げることなく保持できる。従って、光ケーブル端末の振動により、光ファイバが損傷することを防止できる。

（２）上記光ケーブル端末において、光ケーブル内の複数の光ファイバは、第１ピッチで配列されており、接続部材における複数の光ファイバは、第１ピッチよりも広い第２ピッチで配列されており、整列部材において、複数の光ファイバは、光素子及び接続部材が搭載される基板の搭載面に交差する方向における位置が変換されると共に、光ファイバ同士の間隔が第１ピッチから第２ピッチに変換されていてもよい。この場合、整列部材内において、基板の搭載面に交差する方向への光ファイバの位置の変換と、第１ピッチから第２ピッチへの変換とが行われる。これにより、整列部材の接続部材側の端部では、基板の搭載面に交差する方向への光ファイバの位置の変換と、光ファイバのピッチの変換とが行われた状態とすることができる。従って、光ファイバの先端を接続部材に保持させる作業を容易に行うことができる。

（３）上記光ケーブル端末において、光ケーブルは、メタル線を含む電気光複合ケーブルであり、整列部材は、基板の搭載面側に光ファイバを導くと共に、基板の搭載面の裏面側にメタル線を導くように、光ファイバとメタル線とを整列させてもよい。この場合、実装方法が異なる光ファイバとメタル線とは、それぞれ異なる方向に導かれる。従って、光ファイバの実装作業とメタル線の実装作業を容易に行うことができる。

（４）上記光ケーブル端末において、光ケーブルは、メタル線を含む電気光複合ケーブルであり、整列部材内で保持されている光ファイバの長さは、整列部材内で保持されているメタル線の長さよりも長くてもよい。光ファイバは、メタル線と比較して、曲げによる伝送損失が生じやすい。そこで、光ファイバの保持されている部分の長さをメタル線の保持されている部分の長さよりも長くすることによって、当該部分で光ファイバに加わる曲げを緩やかにして光ファイバの配列変換を行うことができる。従って、光ファイバの伝送損失を低減させることができる。

（５）上記光ケーブル端末において、整列部材の外周と光ケーブルの外周とを覆うアウター部材を更に備えてもよい。これにより、光ケーブルに加わった曲げや引っ張りを整列部材に伝達されにくくすることができる。

［本発明の実施形態の詳細］
本発明の実施形態に係る光ケーブル端末の具体例を図面を参照しつつ説明する。なお、本発明は、これらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。以下の説明では、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

図１は、本実施形態に係る光ケーブル端末１を示す分解斜視図である。光ケーブル端末１は、パーソナルコンピュータ等の電子機器に接続される。図１に示されるように、光ケーブル端末１は、光ケーブル２と、光ケーブル２の端部に接続されるコネクタモジュール１０とを備えている。コネクタモジュール１０は、光ケーブル２における光信号を電気信号に変換して電子機器に出力するとともに、電子機器から入力された電気信号を光信号に変換して光ケーブル２に出力する。

以下では、図１の矢印に示されるように、電子機器と光ケーブル端末１との接続方向を前後方向とする。電子機器側を前方向、光ケーブル２側を後方向とする。また、前後方向に直交する水平方向（左右方向）及び垂直方向（上下方向）を適宜参照して説明を行う。これらの方向は、単に説明の便宜上のものであって、本発明の範囲を限定するものではない。

光ケーブル２は４本の光ファイバＦと４本のメタル線Ｍとを含む電気光複合ケーブルである。光ケーブル端末１には、光ケーブル２から延びる各光ファイバＦ及び各メタル線Ｍを個別に整列させる整列部材２０が設けられている。整列部材２０は、金属ハウジング１４の後端側に配置される。

図２は、光ケーブル２の断面図である。図２に示されるように、光ケーブル２は、４本の光ファイバＦと、４本の光ファイバＦをテープ状に一体化させるテープ樹脂２１と、テープ樹脂２１を覆うように配置された抗張力体２２と、抗張力体２２を覆うチューブ２３とを備えている。４本の光ファイバＦは、互いに等間隔となるように第１ピッチＰ１で並設されている。第１ピッチＰ１は、例えば光ファイバＦの外径に相当し、本実施形態では２５０μｍである。４本の光ファイバＦのうち、２本の光ファイバＦは送信用として機能し、残り２本の光ファイバＦは受信用として機能する。送信用の光ファイバＦで伝送される光信号の方向と、受信用の光ファイバＦで伝送される光信号の方向とは、互いに逆方向となっている。本実施形態において、光ファイバＦはマルチモード光ファイバである。なお、光ファイバＦをテープ樹脂２１によって一体化させずに光ケーブル内に配置してもよい。

光ファイバＦは、光信号を伝送するコアと、コアを覆うクラッドと、クラッドを覆う被覆樹脂とを備えている。コア及びクラッドはガラス製であってもよいし樹脂製であってもよい。また、光ファイバＦは、コア及びクラッドの両方をガラス製としたＡＧＦ（All glass fiber）、コア及びクラッドの両方が樹脂製であるプラスチック光ファイバ、又はコアがガラス、クラッドが樹脂であるＨＰＣＦ（Hard Plastic Clad Fiber）のいずれであってもよい。なお、光ファイバＦをＨＰＣＦとした場合には、光ファイバＦを曲げに強くすることができるので好ましい。

抗張力体２２は、ケブラー又はアラミド等の繊維状の樹脂材料を編み込んで形成されている。抗張力体２２は、光ケーブル２に引っ張りが加わったときに延びにくいように構成されている。抗張力体２２は、光ケーブル２内の光ファイバＦに加わる衝撃を緩和させる機能を有する。

光ケーブル２の断面において、チューブ２３の外側には４本のメタル線Ｍが配置されている。４本のメタル線Ｍは、２本の極細の同軸線２４と、２本の電源線２５とを含む。同軸線２４は、７本の金属線を撚り合わせた中心導体２４ａと、その外側に位置する絶縁樹脂２４ｂと、絶縁樹脂２４ｂの外側に位置するシールド２４ｃと、シールド２４ｃの外側に位置する外被２４ｄとを備えている。２本の同軸線２４によって高速の差動信号が伝送される。または、それぞれの同軸線２４が双方向に低速信号を伝送してもよい。電源線２５は、７本の金属線を撚り合わせた中心導体２５ａと、中心導体２５ａの外側に位置する絶縁樹脂２５ｂとを備えている。電源線２５は、大電流を伝送できるよう、同軸線２４と比較して大径とされている。

チューブ２３及び４本のメタル線Ｍの周囲には抗張力体３１が配置されている。抗張力体３１の外側には、チューブ２３、メタル線Ｍ及び抗張力体３１を一括で包囲する一括シールド３２が配置されている。一括シールド３２の外側には外被３３が配置されている。

光ファイバＦは光ケーブル２の中央に配置され、光ファイバＦに対して４本のメタル線Ｍは上下左右に配置されている。なお、図３の光ケーブル２Ａに示されるように、４本の光ファイバＦを４本のメタル線Ｍの上方に寄せて配置してもよい。

再び図１を参照する。整列部材２０は、絶縁樹脂で構成されている。整列部材２０の前端からは、整列部材２０によって整列された４本の光ファイバＦと４本のメタル線Ｍとがそれぞれ引き出されている。光ファイバＦは整列部材２０の上側から引き出され、メタル線Ｍは整列部材２０の下側から引き出されている。

光ケーブル端末１には、光ケーブル２の外周と整列部材２０の外周とを覆うアウター部材１６を備えている。アウター部材１６は、金属ハウジング１４及び樹脂ハウジング１５の後端側に取り付けられる。アウター部材１６は光ケーブル２の外被２ａから整列部材２０にかけて被せられる。

コネクタモジュール１０は、搭載面１３ａ及び裏面１３ｃを有する基板１３を備える。搭載面１３ａには、光素子１８（図５参照）と、光素子１８を駆動する図示しない駆動ＩＣと信号処理ＩＣ１９と、レンズモジュール１１が搭載されている。基板１３の前端には電気コネクタ１２が取り付けられている。光素子１８、信号処理ＩＣ１９及び電気コネクタ１２は、搭載面１３ａに形成された配線パターンを介して互いに電気的に接続される。また、コネクタモジュール１０は、基板１３を収容する金属ハウジング１４と、金属ハウジング１４を包囲する樹脂ハウジング１５とを更に備える。

レンズモジュール１１は、光素子１８と光ファイバＦとを光学的に接続させる接続部材である。整列部材２０から延びる各光ファイバＦはレンズモジュール１１に搭載される。各光ファイバＦは、固定片１７で押さえられてレンズモジュール１１に固定される。レンズモジュール１１の内部には、光素子１８と、光ファイバＦに入出射される光を反射させる反射面１１ａとが設けられている。反射面１１ａは、光ファイバＦから出射された光の光路を下方向に変換させ、また、光素子１８から出射された光の光路を前後方向に変換させる。この反射面１１ａによって光ファイバＦと光素子１８とが光学的に接続される。

光素子１８は、光信号を電気信号に変換する受光素子であるＰＤ、又は電気信号を光信号に変換する発光素子であるＶＣＳＥＬが挙げられる。

信号処理ＩＣ１９は、ＣＤＲ（Clock Data Recovery）装置である。信号処理ＩＣ１９は、電気信号を増幅させて波形の成形を行ったり、複数の電気信号の波形を揃えるイコライザ機能を有する。

電気コネクタ１２は、外部の電子機器との電気的なインターフェースとして機能する。電気コネクタ１２は、金属ハウジング１４の前端側に配置される。

外部の電子機器から電気コネクタ１２に入力された電気信号は、信号処理ＩＣ１９で信号処理される。信号処理ＩＣ１９で信号処理された電気信号は、発光素子１８によって光信号に変換される。光素子１８によって変換された光信号は、レンズモジュール１１を介して光ファイバＦに出力される。

一方、光ファイバＦからレンズモジュール１１に入力された光信号は、受光素子１８によって電気信号に変換される。変換された電気信号は、信号処理ＩＣ１９で信号処理された後、電気コネクタ１２を介して外部の電子機器に出力される。

金属ハウジング１４は、基板１３上の各部品から発生する熱を外部に放出させる。金属ハウジング１４は、カバー１４ａと、断面が略Ｕ字状を成すベースプレート１４ｂとを有する。カバー１４ａとベースプレート１４ｂとによって基板１３が収容される空間が形成される。

金属ハウジング１４は、熱伝導率が高い金属材料によって構成されている。金属ハウジング１４の伝導率は、好ましくは１００Ｗ／ｍ・Ｋ以上である。金属ハウジング１４は、例えば、鋼（Ｆｅ系）、ブリキ（錫めっき銅）、ステンレス、銅、真鍮又はアルミニウムによって構成されている。

樹脂ハウジング１５は、金属ハウジング１４を覆う。樹脂ハウジング１５は、例えばポリカーボネート等の樹脂で構成されている。

図４及び図５は、整列部材２０によって光ファイバＦ及びメタル線Ｍが整列されて保持された状態を示す斜視図及び側面図である。図４及び図５に示されるように、整列部材２０は、前後方向と交差（例えば直交）する面内における光ファイバＦの位置を変換するように各光ファイバＦを整列して保持する。すなわち、整列部材２０は、４本の光ファイバＦを、光ケーブル２内における配置位置から、上側（基板１３の搭載面１３ａ側）に緩やかに曲げて光ファイバＦを整列し、保持する。本実施形態において、光ケーブル２の前端ではテープ樹脂２１が光ファイバＦから除去されている。そして、整列部材２０によって、それぞれの光ファイバＦが上側に延びるように個別に光ファイバＦの配置位置が規定されている。

具体的には、整列部材２０は、光ファイバＦが引き出される第１面２０ａと、メタル線Ｍが引き出される第２面２０ｂとを有する。第１面２０ａ及び第２面２０ｂは例えば平坦面となっている。

第１面２０ａは第２面２０ｂよりも突出しており、第１面２０ａと第２面２０ｂとによって段差が形成されている。第２面２０ｂが基板１３の端面１３ｂに当接することによって基板１３に対して整列部材２０が位置決めされる。

第２面２０ｂが端面１３ｂに当接した状態において、第１面２０ａは、基板１３の搭載面１３ａ上に位置しており、レンズモジュール１１と前後方向に対向している。また、整列部材２０の後端部（光ケーブル２側の端部）２０ｃは光ケーブル２の外被２ａの前端部２ｂを収容している。これにより、外部から光ケーブル２に加わる力が基板１３に伝わりにくくなっている。

整列部材２０の第１面２０ａから引き出された光ファイバＦは前後方向に沿って直線状に延在している。第１面２０ａから引き出された光ファイバＦはレンズモジュール１１に固定されている。レンズモジュール１１内において、４本の光ファイバＦは左右水平方向に並設されており、光ファイバＦのピッチは光ケーブル２内における第１ピッチＰ１よりも広い第２ピッチＰ２となっている。また、第１面２０ａにおける光ファイバＦの搭載面１３ａに対する高さは、レンズモジュール１１における光ファイバＦの搭載面１３ａに対する高さと略一致していることが好ましい。すなわち、整列部材２０とレンズモジュール１１との間において、光ファイバＦは搭載面１３ａに沿って直線状に延在していることが好ましい。

整列部材２０において、４本のメタル線Ｍは、光ファイバＦと逆に下方向に引き出されるように整列されている。整列部材２０の第２面２０ｂからのメタル線Ｍは、裏面１３ｃに引き出されている。このメタル線Ｍは、それぞれ裏面１３ｃに搭載された電子部品に電気的に接続されている。本実施形態において、各メタル線Ｍは、裏面１３ｃ上に形成された電気配線に半田付けによって固定されている。

図６は整列部材２０の前端（レンズモジュール１１側の端部）における光ファイバＦ及びメタル線Ｍの配置を示す図であり、図７は整列部材２０内の光ファイバＦを示す平面図である。図６に示されるように、整列部材２０の第２面２０ｂにおいてメタル線Ｍは左右方向に直線状に並設されている。また、第２面２０ｂにおいて、２本の同軸線２４は、２本の電源線２５の内側に位置している。

図６及び図７に示されるように、整列部材２０は、上下方向（基板１３の搭載面１３ａに直交する方向）における光ファイバＦの位置を変換する。更に、光ファイバＦ同士の間隔を光ケーブル２内における第１ピッチＰ１から、第１ピッチＰ１より大きい第２ピッチＰ２に変換する。これにより、光ファイバＦのピッチが予め第２ピッチＰ２とされた状態で、光ファイバＦが整列部材２０からレンズモジュール１１に延びることとなる。従って、整列部材２０から延びる光ファイバＦをレンズモジュール１１に容易に搭載できる。

本実施形態では、第１ピッチＰ１は光ファイバＦの外径に相当し、例えば２５０μｍである。一方、光素子１８を２５０μｍピッチで搭載面１３ａに配置することは難しく、例えば５００μｍピッチで配置される。逆に、光ファイバＦを光ケーブル２内で５００μｍ程度の大きなピッチで配置すると、光ケーブル２が大径化してしまう。

そこで、本実施形態では、光素子１８のピッチを第１ピッチＰ１よりも広い第２ピッチＰ２とし、整列部材２０から引き出される光ファイバＦのピッチも第２ピッチＰ２としている。これにより、光ファイバＦに入出射される光の光軸を水平方向に曲げることなく、光ファイバＦを上下方向に曲げるだけで光ファイバＦと光素子１８とを光学的に接続可能となる。従って、レンズモジュール１１の構成を簡単にすることができる。

上記のような整列部材２０は、樹脂成型によって形成される。まず、光ファイバＦの先端部分とメタル線Ｍの先端部分とを図６に示される配列となるように図示しない治具で把持し、光ファイバＦ及びメタル線Ｍの曲げ状態を規定する。この状態で光ケーブル２の外被２ａから、光ファイバＦ及びメタル線Ｍの途中までの間に金型を配置する。そして、樹脂を金型に充填させて硬化させることにより整列部材２０が完成する。このように、外被２ａの前端部２ｂを収容すると共に、光ファイバＦ及びメタル線Ｍを個別に整列させて、第１面２０ａ及び第２面２０ｂから光ファイバＦ及びメタル線Ｍを引き出させた整列部材２０を容易に製造することができる。

以上のように、光ケーブル端末１では、整列部材２０によって、光ケーブル２の延在方向に交差する面内における光ファイバＦの位置が異なるように保持される。このため、光ファイバＦに曲げが加えられている部分を整列部材２０で保持し、整列部材２０とレンズモジュール１１との間では光ファイバＦを曲げることなく保持できる。従って、光ケーブル端末１の振動により、光ファイバＦが損傷することを防止できる。

また、整列部材２０内において、基板１３の搭載面１３ａに交差する方向への光ファイバＦの位置の変換と、第１ピッチＰ１から第２ピッチＰ２への変換とが行われる。これにより、整列部材２０のレンズモジュール１１側の端部（第１面２０ａ）では、基板１３の搭載面１３ａに交差する方向への光ファイバＦの位置の変換と、光ファイバＦのピッチの変換とが行われた状態とすることができる。従って、光ファイバＦの先端をレンズモジュール１１に保持させる作業を容易に行うことができる。

また、整列部材２０では、実装方法が異なる光ファイバＦとメタル線Ｍとがそれぞれ異なる方向に導かれる。従って、光ファイバＦの実装作業とメタル線Ｍの実装作業を容易に行うことができる。

また、整列部材２０内で保持されている光ファイバＦの長さは、整列部材２０内で保持されているメタル線Ｍの長さよりも長くなっている。光ファイバＦは、メタル線Ｍと比較して、曲げによる伝送損失が生じやすい。そこで、光ファイバＦの保持されている部分の長さをメタル線Ｍの保持されている部分の長さよりも長くすることによって、当該部分で光ファイバＦに加わる曲げを緩やかにして光ファイバＦの配置変換を行うことができる。従って、光ファイバＦの伝送損失を低減させることができる。

また、整列部材２０の外周と光ケーブル２の外周とを覆うアウター部材１６を備える。これにより、光ケーブル２に加わった曲げや引っ張りを整列部材２０に伝達されにくくすることができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。例えば、上記実施形態において、光ケーブル２は４本の光ファイバＦと４本のメタル線Ｍとを含んでいた。しかし、光ファイバＦ及びメタル線Ｍの数及び配置態様は上記実施形態に限定されず、例えば、光ファイバＦ又はメタル線Ｍの本数を１〜３本又は５本以上としてもよい。

１…光ケーブル端末、２，２Ａ…光ケーブル、２ａ…外被、２ｂ…前端部、１０…コネクタモジュール、１１…レンズモジュール（接続部材）、１１ａ…反射面、１２…電気コネクタ、１３…基板、１３ａ…搭載面、１３ｂ…端面、１３ｃ…裏面、１４…金属ハウジング、１４ａ…カバー、１４ｂ…ベースプレート、１５…樹脂ハウジング、１６…アウター部材、１７…固定片、１８…光素子、１９…信号処理ＩＣ、２０…整列部材、２０ａ…第１面、２０ｂ…第２面、２１…テープ樹脂、２２…抗張力体、２３…チューブ、２４…同軸線、２４ａ…中心導体、２４ｂ…絶縁樹脂、２４ｃ…シールド、２４ｄ…外被、２５…電源線、２５ａ…中心導体、２５ｂ…絶縁樹脂、３１…抗張力体、３２…一括シールド、３３…外被、Ｆ…光ファイバ、Ｍ…メタル線、Ｐ１…第１ピッチ、Ｐ２…第２ピッチ。

Claims (5)

1. 複数の光ファイバと１本以上のメタル線を含む電気光複合ケーブルと、
   光素子と、前記光素子と各前記光ファイバとを光学的に接続する接続部材と、を搭載する基板と、
   前記電気光複合ケーブルの前記接続部材側の端部に取り付けられ、前記電気光複合ケーブルから延びる各前記光ファイバを個別に整列させる整列部材と、を備え、
   前記電気光複合ケーブルは周囲に外被を備え、
   前記整列部材は、一部品で形成されており、
   前記整列部材は、前記外被の前端部を収容しており、
   前記整列部材は、前記電気光複合ケーブルが延在する方向に交差する面内における前記光ファイバの位置を変換するように前記光ファイバを整列した状態で保持する、
   光ケーブル端末。
2. 前記電気光複合ケーブル内の複数の前記光ファイバは、第１ピッチで配列されており、
   前記接続部材における複数の前記光ファイバは、前記第１ピッチよりも広い第２ピッチで配列されており、
   前記整列部材において、複数の前記光ファイバは、前記光素子及び前記接続部材が搭載される前記基板の搭載面に交差する方向における位置が変換されると共に、前記光ファイバ同士の間隔が前記第１ピッチから前記第２ピッチに変換されている、
   請求項１に記載の光ケーブル端末。
3. 前記整列部材は、前記基板の搭載面側に前記光ファイバを導くと共に、前記基板の前記搭載面の裏面側に前記メタル線を導くように、前記光ファイバと前記メタル線とを整列させる、
   請求項１又は２に記載の光ケーブル端末。
4. 前記整列部材内で保持されている前記光ファイバの長さは、前記整列部材内で保持されている前記メタル線の長さよりも長い、
   請求項１〜３のいずれか一項に記載の光ケーブル端末。
5. 前記整列部材の外周と前記電気光複合ケーブルの外周とを覆うアウター部材を更に備える、
   請求項１〜４のいずれか一項に記載の光ケーブル端末。

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