JP6845175B2

JP6845175B2 - 光伝送モジュールおよび光伝送装置

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Publication number: JP6845175B2
Application number: JP2018054996A
Authority: JP
Inventors: 一之大橋
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba Electronic Devices and Storage Corp
Current assignee: Toshiba Corp; Toshiba Electronic Devices and Storage Corp
Priority date: 2018-03-22
Filing date: 2018-03-22
Publication date: 2021-03-17
Anticipated expiration: 2038-03-22
Also published as: US10310200B1; JP2019168543A

Description

本発明の実施形態は、光伝送モジュールおよび光伝送装置に関する。

ＦＡ（Factory Automation）、通信、ＯＡ（Office Automation)などに用いられる電子機器では、入出力において異なる電源系の間で信号伝送を行うことが多い。

異なる電源系を直接結合すると、動作上や安全上で様々な問題が生じやすい。

また、伝送距離が短い電子機器には空間伝送用光伝送モジュールを用い、伝送距離が長い電子機器には光ファイバ伝送用光伝送モジュールを用いられるため、光伝送モジュールの製品を多品種用意する必要がある。

特許第３２５０９２０号公報

信号伝送距離に応じて空間伝送または光ファイバ伝送を選択可能な光伝送モジュールおよび光伝送装置を提供する。

光伝送モジュールは、レセプタクル型光学部と、ホルダー部と、カバー部と、を有する。レセプタクル型光学部は、第１方向に延在するフェルール挿入孔が設けられかつ前記第１方向に垂直な面に第１嵌合部が設けられた樹脂成型体と、素子部と、を有する。ホルダー部は、前記第１嵌合部と嵌合する第２嵌合部が設けられた背面板と、前記第１方向に平行に設けられた第３嵌合部が設けられた上面板と、を有し樹脂を含む。カバー部は、前記ホルダー部と前記レセプタクル型光学部との間において前記第１方向に沿って挿入され、前記第３嵌合部と嵌合可能な第４嵌合部が設けられた上面板を有し、収納位置から前記第１方向に沿って引き出し可能である。

図１（ａ）は第１の実施形態にかかる光伝送モジュール（カバー部が収納状態）の模式斜視図、図１（ｂ）は第１の実施形態の変形例にかかる光伝送モジュールの模式斜視図、図１（ｃ）はレセプタクル型光学部のＡ−Ａ線に沿った模式断面図、である。図２（ａ）はホルダー部の斜め上方からみた模式斜視図、図２（ｂ）は斜め下方からみた模式斜視図、である。図３（ａ）はレセプタクル型光学部とホルダー部とが嵌合された模式斜視図、図３（ｂ）はカバー部の斜め上方からみた模式斜視図、図３（ｃ）はカバー部の斜め下方から見た模式斜視図、図３（ｄ）はカバー部の変形例の斜め上方からみた模式斜視図、図３（ｅ）は変形例の斜め下方からみた模式斜視図、である。図４（ａ）は第５嵌合部が凸部であるカバー部の底面を全部除去し斜め上方からみた模式斜視図、図４（ｂ）は斜め下方からみた模式斜視図。図４（ｃ）は第５嵌合部が凹部であるカバー部の底面を全部除去し斜め上方からみた模式斜視図、図４（ｄ）は斜め下方から見た模式斜視図である。図５（ａ）は第２の実施形態にかかる光伝送モジュールの模式斜視図、図５（ｂ）はレセプタクル型光学部上面を覆う金属板の模式平面図、図５（ｃ）は金属板の模式側面図、である。光コネクタつき光ファイバを用いてＪＩＳＦＯ５対応光送信モジュールと光受信モジュールとを接続する第１比較例にかかる光伝送装置の構成図である。光コネクタなしの光ファイバを用いた第２比較例にかかる光伝送装置の構成図である。図８（ａ）は第１の実施形態の光伝送モジュールとＪＩＳＦ０５対応光伝送モジュールとを接続する前の模式図、図８（ｂ）は接続後の光伝送装置の構成図、である。第１の実施形態の光伝送モジュールの２つを接続した光伝送装置の構成図である。図１０（ａ）は第１の実施形態の光伝送モジュールと光ファイバの一方の端部に設けられたＪＩＳＦ０５形光コネクタとの模式斜視図、図１０（ｂ）は光コネクタがレセプタクル型光学部の樹脂成型体に設けられたフェルール挿入孔に嵌合された光伝送装置の模式斜視図、である。図１１（ａ）は第１の実施形態の光伝送モジュールの模式斜視図、図１１（ｂ）は中継アダプタの模式斜視図、図１１（ｃ）は第１の光伝送モジュール、図１１（ｄ）は光伝送装置の構成図、である。

以下図面を参照しつつ本発明の実施形態について説明する。
図１（ａ）は第１の実施形態にかかる光伝送モジュール（カバー部が収納状態）の模式斜視図、図１（ｂ）は第１の実施形態の変形例にかかる光伝送モジュールの模式斜視図、図１（ｃ）はレセプタクル型光学部のＡ−Ａ線に沿った模式断面図、である。
図１（ａ）、図１（ｂ）に表すように、光伝送モジュール５は、レセプタクル型光学部１０と、ホルダー部３０と、カバー部５０と、を有する。

ホルダー部３０は、レセプタクル型光学部１０の第１嵌合部と嵌合する第２嵌合部が設けられた背面板３３と、第１方向７に沿って平行に設けられた第３嵌合部を有する上面板３１と、を有する。背面板３３と上面板３１とは、樹脂を含むことができる。

カバー部５０は、ホルダー部３０とレセプタクル型光学部１０との間に挿入され、第３嵌合部と嵌合可能な第４嵌合部が設けられた上面板５１に有し、収納位置から第１方向７に沿ってスライド可能である。カバー部５０は、樹脂材料でも金属材料でもよい。

レセプタクル型光学部１０は、第１方向７に延在するフェルール挿入孔２０が設けられかつ第１方向７に垂直な面に第１嵌合部が設けられた樹脂成型体１４と、素子部１２と、を有する。図１（ｂ）において、第１嵌合部２１は,樹脂成型体１４に設けられた凹部である。さらに、樹脂成型体１４には、光コネクタ突起受け孔２２が設けられている。また、樹脂成型体１４には、第１方向７に交差するように、金属ピン１６が埋め込まれている。素子部１２には、光素子（発光素子または受光素子）、駆動ＩＣ、受光回路などがリード１３に接続され、さらに透明樹脂層などで封止されている。図１（ａ）に表すように、カバー部５０の上面板５１のうち、第１方向７に沿って背面板３３とは反対の側となる側面に凸部５１ａを含む第５嵌合部を有することができる。なお、第５嵌合部は、図１（ｂ）に表すように、凹部５１ｃを含んでもよい。また、第５嵌合部を設けずに２つの先端部が当接するようにしてもよい。但し、凸部５１ａと凹部５１ｃとを嵌合せる構造の方が２つの光伝送モジュール５、６をより確実に固定できるのでより好ましい。なお、凸部５１ａを有する光伝送モジュールと、凹部５１ｃを有する光伝送モジュールとの嵌合に関しては、後に詳細に説明する。

光源となる発光素子は、ＬＥＤ（light Emitting Diode)またはＬＤ（Laser Diode)とすることができる。発光素子からの放出光の波長は、たとえば、３００ｎｍ以上かつ１．５μｍの波長とすることができる。また、発光素子をＬＥＤとする場合、カバー部５０を３００ｎｍ〜１．５μｍの帯域で遮光性材料からなるものとすると、外乱による誤動作を抑制し、ヒトの目に対して安全性を高めることができる。

受光素子としては、ＳｉやＧｅからなるｐiｎダイオードを用いることができる。

図１（ｃ）に表すように、レセプタクル型光学部１０は樹脂成型体１４を貫通する金属ピン１６を有することができる。樹脂成型体１４の材料として、たとえば、カーボンフィラー入りの導電性樹脂を用いることができる。また、カバー部５０をステンレスなどからなる金属成型体とすることができる。金属からなるカバー部５０と金属ピン１６とを接触させ、かつ金属ピン１６を実装基板（図示せず）の接地パターンに接続させることにより、電磁シールド効果を高めてノイズ耐性を改善することができる。

図２（ａ）はホルダー部の斜め上方からみた模式斜視図、図２（ｂ）はホルダー部の斜め下方からみた模式斜視図、である。
図２（ａ）では、第２嵌合部３５は凸部であり、レセプタクル型光学部１０の第１嵌合部２１の凹部と互いに嵌合され固定される。この場合、接着剤を用いると、一層強固に固定される。ホルダー部３０の背面板３３の内壁に設けられた第２嵌合部３５は、カバー部５０の厚さを選択することにより、レセプタクル型光学部１０の前面と背面板３３の外壁以外の面（上面、内側面）がホルダー部３０から離間した状態にすることができる。なお、第２嵌合部を凹部、レセプタクル型光学部１０の第１嵌合部を凸部として嵌合することもできる。

また、図２（ｂ）に表すように、ホルダー部３０の下面には、素子部１２から外部にリード１３が引き出されるための貫通孔３７が設けられてもよい。さらに、金属ピン１６が外部に引き出されるよう貫通孔３８が設けられてもよい。

図３（ａ）はレセプタクル型光学部とホルダー部とが嵌合された模式斜視図、図３（ｂ）はカバー部の斜め上方からみた模式斜視図、図３（ｃ）はカバー部の斜め下方から見た模式斜視図、図３（ｄ）はカバー部の変形例の斜め上方からみた模式斜視図、図３（ｅ）は変形例の斜め下方からみた模式斜視図、である。
図３（ａ）に表すように、レセプタクル型光学部１０の樹脂成型体１４の上面には光コネクタを下から嵌合させるために光コネクタ突起受け孔２２が設けられている。また、図３（ｂ）に表すように、カバー部５０の内壁に第１突起（図示せず）を設けると、上から光コネクタ突起受け孔２２に嵌合させることができる。

図３（ａ）において、第３嵌合部３２は平面視で矩形状の切り欠きであり、第４嵌合部５２は突起状である。ホルダー部３０を樹脂成型体とし、カバー部５０を樹脂成型体または金属成型体とすることにより、カバー部５０を第２突起５４により第１方向７に沿ってスライドさせるとき、互いが弾性変形を生じて所定の位置に固定できる。第３嵌合部３２および第４嵌合部５２の形状はこれに限定されない。たとえば、それぞれが、平面視で、円弧、楕円弧、多角形などのうちから選択することができる。

図３（ｂ）、図３（ｃ）は、第５嵌合部が凸部５１ａであるカバー部５０を表す。カバー部５０が収納状態でリード１３や金属ピン１６が接触しないように、金属ピン１６から背面板３３までのカバー部５０の底面の領域および側面の領域を除去してある。また、図３（ｄ）、図３（ｅ）では、第５嵌合部が凹部５１ｃであるカバー部５０を表す。この場合にも、カバー部５０の底面の領域および側面の領域の一部がそれぞれ除去してある。第５嵌合部は、凸部５１ａと凹部５１ｃとを互いに嵌合させることにより固定される。また、図３（ｃ）に表される凹部５１ｃに設けられ断面が上方に向かって円弧状の突起５１ｄと、図３（ｂ）に表される凸部５１ａに設けられる受け孔５１ｂと、を上下方向に嵌合させるとさらに確実に固定できる。

図４（ａ）は第５嵌合部が凸部であるカバー部の底面を全部除去し斜め上方からみた模式斜視図、図４（ｂ）は斜め下方からみた模式斜視図。図４（ｃ）は第５嵌合部が凹部であるカバー部の底面を全部除去し斜め上方からみた模式斜視図、図４（ｄ）は斜め下方から見た模式斜視図である。
カバー部５０の底面が全部除去されているため、金属ピン１６やリード１３の位置にかかわらず、カバー部５０を最も長い距離引き出すことができる。この場合、カバー部５０の底面が全部除去され、外乱光の一部が漏れてきても、受光素子はレセプタクル型光学部１０の背面部に配置されるので外乱光の影響を十分に低減できる。

図５（ａ）は第２の実施形態にかかる光伝送モジュールの模式斜視図、図５（ｂ）はレセプタクル型光学部上面を覆う金属板の模式平面図、図５（ｃ）は金属板の模式側面図、である。
金属板９０は、たとえば、ステンレスなどからなる。金属板９０のフック部９４を樹脂成型体１４の挿入孔１４ａに挿入すると、金属板９０をレセプタクル型光学部１０に確実に固定できる。たとえば、樹脂成型体１４の材料として導電性樹脂（たとえばカーボンフィラー入りＰＢＴ）を使用し、金属ピン１６を実装基板（図示せず）のＧＮＤに接続すると、カバー部５０の位置に関係なく高いシールド効果を得ることができる。

次に、point to pointの光伝送装置を構成する場合、光伝送路が異なると、使用する光伝送モジュールが異なる場合があることを説明する。
図６は、光コネクタつき光ファイバを用いて光送信モジュールと光受信モジュールとを接続する第１比較例にかかる光伝送装置の構成図である。

光伝送モジュール１８１、１８２から光コネクタ付き光ファイバ１７２を着脱する場合、光コネクタ１７１をつかめるだけに長さが必要なので２つの光コネクタ１７１の長さの和以下の伝送距離は実現できない。

図７は、光コネクタなしの光ファイバを用いた第２比較例にかかる光伝送装置の構成図である。
第２比較例では、光ファイバ１７２の両端に光コネクタを用いず、光ファイバ１７２の両端をそれぞれ光伝送モジュール１８３、１８４に接続する。このため第１比較例よりも伝送距離を短くできる。しかしながら、要求される温度範囲が広い場、熱収縮によりピストニングが生じ、光ファイバ透過光量が減少し伝送品質が低下するなどの問題がある。また、光ファイバ１７２の両端を光伝送モジュールにそれぞれ接続する必要であるので、第１比較例の光伝送モジュールをそのまま用いることができない。さらに、第１、２比較例の光伝送モジュールでは、短距離空間伝送ができない。

図８（ａ）は第１の実施形態の光伝送モジュールとＪＩＳＦ０５対応光伝送モジュールとを接続する前の模式図、図８（ｂ）は接続後の光伝送装置の構成図、である。
第１の実施形態の光伝送モジュール５と、ＪＩＳＦ０５対応光伝送モジュール６５とが接続される。第１の実施形態の光伝送モジュール５のカバー部５０をスライドさせて、カバー部５０の内壁の突起５３をＪＩＳＦ０５形光コネクタ付き光ファイバに適合した突起受け孔６６に嵌合させる。カバー部５０内の空間でファイバレス短距離空間伝送が可能となる。

カバー部５０をＪＩＳＦ０５対応光伝送モジュール６５よりも一回り大きくすると、カバー部５０の突起５３が光伝送モジュール６５の突起受け孔６６に対して上からはめ込むようになり嵌合が容易となる。

図９は、第１の実施形態の光伝送モジュールの２つを接続した光伝送装置の構成図である。
なお、一方の光伝送モジュールを光送信器（たとえば５）とすると他方の光伝送モジュール（たとえば６）は光受信器とすることができる。カバー部５０をホルダー部３０内に完全に収納すると、光送信器と光受信器とを最短距離にできる。光送信器と光受信器との距離は、実装基板のパターンなどに応じてスライド用突起をスライドさせて調整可能である。

第１の光伝送モジュール５のカバー部５０の第５嵌合部（凸部５１ａ）と、第２の光伝送モジュール６のカバー部５０の第５嵌合部（凹部５１ｃ）と、を嵌合させる。

また、たとえば、光送信器と光受信器とは実装基板のパターンなどに応じて所定の距離に固定し、２つのカバー部５０をスライド用突起によりスライドさせ当接または嵌合させることができる。

図１０（ａ）は第１の実施形態の光伝送モジュールと光ファイバの一方の端部に設けられたＪＩＳＦ０５対応光コネクタとの模式斜視図、図１０（ｂ）は光コネクタがレセプタクル型光学部の樹脂成型体に設けられたフェルール挿入孔に嵌合された光伝送装置の模式斜視図、である。
ＪＩＳＦ０５対応光コネクタ７０がレセプタクル型光学部１０の樹脂成型体１４に設けられたフェルール挿入孔２０に挿入される。この場合、カバー部５０はホルダー部３０に収納状態とすることができる。光ファイバの他方の端部に設けられた光コネクタも同様に第１の実施形態の光伝送モジュールに接続されることができる。

レセプタクル型光学部１０の樹脂成型体１４に設けられた光コネクタ突起受け孔２２は、上側からカバー部５０の第１突起５３が嵌合され、下側から光コネクタ７０の第３突起７１に嵌合される。

図１１（ａ）は第１の実施形態の光伝送モジュールの模式斜視図、図１１（ｂ）は中継アダプタの模式斜視図、図１１（ｃ）は第１の光伝送モジュール、図１１（ｄ）は光伝送装置の構成図、である。
２つの光伝送モジュール５、６は、中継アダプタ８０により接続することができる。カバー部５０はいずれも収納状態であるものとする。中継アダプタ８０の先端部は、ＪＩＳＦ０５対応光コネクタの先端部と同様の形状とする。中継用アダプタ８０の内部は空間となっており、中継アダプタ８０の第４突起８１は、樹脂成型体１４に設けられた光コネクタ受け孔２２に下側から嵌合される。このため、短距離伝送が可能である。

本実施形態にかかる光伝送モジュールは、光通信幹線に比較して伝送距離は短く、伝送容量は比較的少ない。このため、光ファイバを用いるとしてもプラスチック光ファイバ（ＡＰＦ：All Plastic FiberまたはＰＯＦ：Plastic Optical Fiber）やプラスチック・クラッド石英光ファイバ（ＰＣＦ）が多く使用される。たとえば、ＡＣＦの場合、伝送損失の極小値は約２００ｄＢ／ｋｍ（＠６００ｎｍ）である。

また、ＰＣＦの場合、伝送損失の極小値は、約６ｄＢ／ｋｍ（＠８００ｎｍ）である。より短距離伝送の場合、空間伝送を用いることができる。伝送信号や光伝送路は、ＦＡ機器、通信機器などにより大きく異なる。発光素子がＬＥＤの場合、たとえば、パルス信号繰り返し周波数は、１Ｇｂｉｔ／ｓ以下とされる場合が多い。

本実施形態にかかる光伝送モジュール５は、他の光伝送モジュールに対してpoint to pointで接続容易である。すなわち、短距離空間伝送、光コネクタつき光ファイバを介した伝送、中継アダプタを介した伝送などに対して、共通の光伝送モジュールにより対応可能となる。

本実施形態によれば、信号伝送距離に応じて空間伝送または光ファイバ伝送を選択可能な光伝送モジュールが提供される。また、光伝送モジュール間を、空間、中継アダプタ、光ファイバなどを介して結合することにより光伝送装置を構成できる。光伝送装置は、送信側と受信側の電源系が絶縁された状態で電気信号が伝送されるので異なる電源系であってよい。このため、動作が安定で安全な信号伝送ができる。また、ＥＭＩによる誤動作が抑制される。このような光伝送装置は、光伝送モジュールを共通化できるので価格の低減が容易となる。このため、ＦＡ機器、通信機器、コンピュータ光リンクなどに広く用いることができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

５、６光伝送モジュール、７第１方向、１０レセプタクル型光学部、１２素子部、１３リード、１４樹脂成型体、１４ａ挿入孔、１６金属ピン、２０フェルール受け孔、２１第１嵌合部、２２光コネクタ突起受け孔、３０ホルダー部、３１（ホルダー部の）上面板、３２第３嵌合部、３３（ホルダー部の）背面板、３４（ホルダー部の）前面、３５第２嵌合部、５０カバー部、５１ａ第５嵌合部（凸部）、５１ｂ第５嵌合部（凹部）、５２第４嵌合部、５３第１突起、７０光コネクタ、７２光ファイバ、７１第３突起、８０中継アダプタ、８１第４突起、９０金属板

Claims

第１方向に延在するフェルール挿入孔が設けられかつ前記第１方向に垂直な面に第１嵌合部が設けられた樹脂成型体と、素子部と、を有するレセプタクル型光学部と、
前記第１嵌合部と嵌合する第２嵌合部が設けられた背面板と、前記第１方向に平行に設けられた第３嵌合部が設けられた上面板と、を有し樹脂を含むホルダー部と、
前記ホルダー部と前記レセプタクル型光学部との間において前記第１方向に沿って挿入され、前記第３嵌合部と嵌合可能な第４嵌合部が設けられた上面板を有し、収納位置から前記第１方向に沿って引き出し可能である、カバー部と、
を備えた光伝送モジュール。
前記カバー部は、前記上面板のうち、前記第１方向に沿って前記背面板とは反対の側となる面に第５嵌合部を有し、
前記第５嵌合部は、前記第１方向に沿って、凸部または凹部を有する、請求項１記載の光伝送モジュール。
前記レセプタクル型光学部は、前記第１方向に交差するように前記樹脂成型体に設けられた挿入孔を貫通する金属ピンと、前記素子部に電気的に接続されるリード部をさらに有し、
前記カバー部は金属を含み前記金属ピンに電気的に導通可能であり、
前記カバー部は、底面または側面の一部が除去され、前記リード部および前記金属ピンと絶縁される、請求項１または２に記載の光伝送モジュール。
前記樹脂成型体の上面に設けられ、前記挿入孔に挿入されるフック部を有する金属板をさらに備えた請求項３記載の光伝送モジュール。
前記カバー部は、３００ｎｍ以上かつ１．５μｍ以下の波長を有する光に対して遮光性を有する，請求項１〜４のいずれか１つに記載の光伝送モジュール。
前記レセプタクル型光学部の前記樹脂成型体には、光コネクタ突起受け孔が設けられた請求項１〜５のいずれか１つに記載の光伝送モジュール。
請求項２記載の光伝送モジュールを２つ備え、
第１の光伝送モジュールは、光送信器であり、
第２の光伝送モジュールは、光受信器であり、
前記第１の光伝送モジュールのカバー部の第５嵌合部と前記第２の光伝送モジュールの第５嵌合部とは嵌合する、光伝送装置。
請求項６記載の光伝送モジュールを２つと、
両端に光コネクタが設けられた光ファイバと、
を備え、
前記２つの光伝送モジュールは、ともにカバー部がホルダー部内の収納位置とされ、
前記光コネクタに第３突起が設けられ、
前記第３突起と、前記樹脂成型体の前記光コネクタ突起受け孔と、が嵌合される、光伝送装置。
請求項６記載の光伝送モジュールを２つと、
第４突起を有する中継アダプタと、
を備え、
前記２つの光伝送モジュールは、ともにカバー部がホルダー内の収納位置とされ、
前記第４突起と、前記樹脂成型体の前記光コネクタ突起受け孔と、が嵌合される、光伝送装置。