(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
【背景技術】
【0002】
インターネットやマルチメディアの急速な普及に伴う情報量の増大に対応するため、処理装置のデバイス間の信号伝送に光信号を用いる光インタコネクション技術の開発が進められている。
【0003】
光インタコネクション技術では、光学的な接続に加え、低速信号や電源供給、接地などの電気的な接続も必要であることが多いため、光ファイバと電線を内蔵した光電気複合ケーブルが広く用いられている。光ファイバを複数本用いる場合、接続時の取り扱い等を容易とするため、複数本の光ファイバを並列配置したリボンファイバが用いられている。
【0004】
従来の光モジュールとして、
図6に示すようなものがある。
【0005】
図6に示す光モジュール61は、ケーブル10が接続されるケース11と、ケース11内に収容された基板12と、基板12の端部に設けられると共に、ケース11から外部に露出するように設けられ、図示しない外部電気機器のレセプタクルに電気的に接続される電気コネクタ13と、基板12上にFPCコネクタ14を介して実装されると共に、ケーブル10からケース11内に延出されたリボンファイバ15の端部が接続されるフレキシブル基板16と、を備えている。
【0006】
図示していないが、フレキシブル基板16の一方の面上には、リボンファイバ15の各光ファイバのコアが光学的に接続される光導波路が形成されている。
【0007】
また、フレキシブル基板16の他方の面上には、光素子17とIC18が搭載されている。光素子17は、光導波路を介してリボンファイバ15の各光ファイバのコアと光学的に接続されており、また、フレキシブル基板16、基板12を介して電気コネクタ13と電気的に接続されている。
【0008】
光素子17として発光素子(面発光素子)を用いた場合、すなわち送信側の光モジュール61では、外部電気機器から電気コネクタ13を介して入力された電気信号を光素子17で光信号に変換して、リボンファイバ15に出力することになる。
【0009】
他方、光素子17として受光素子(面受光素子)を用いた場合、すなわち受信側の光モジュール61では、リボンファイバ15から入力された光信号を光素子17で電気信号に変換して、電気コネクタ13から外部電気機器に出力する。
【0010】
この光モジュール61では、ケーブル10を曲げ伸ばしすると、ケーブル10の端末から延出されているリボンファイバ15の長さが変化するので、この変化に対応するために、ケース11内にてリボンファイバ15を1周させて、ケース11内にリボンファイバ15の余長を収容するようにしている。
【0011】
なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、特許文献1がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0013】
ところで、リボンファイバ15は、複数本の光ファイバを並列配置しているため、光ファイバの配列方向(長軸方向という)にリボンファイバ15を曲げることはできない。よって、ケース11内にリボンファイバ15の余長を収容する際には、リボンファイバ15を、光ファイバの配列方向に対して垂直方向(短軸方向という)に曲げる必要がある。ただし、リボンファイバ15を短軸方向に曲げる場合でも、ある程度曲率半径を大きくしないと、光ファイバが破断してしまう。
【0014】
また、ケース11の大きさは規格により決まっており、ケース11と基板12との間の距離を十分に広く確保することは困難である。そのため、十分な余長をケース11と基板12間に収容するためには、必然的に、リボンファイバ15を曲げる方向は基板12の表面と平行な方向となる。よって、リボンファイバ15を、その長軸方向が基板12の表面に対して垂直方向となるようにケース11内に導入し、基板12の表面に平行な同一平面内で短軸方向に曲げて、リボンファイバ15を1周させたり、あるいはS字状に撓ませたりして、リボンファイバ15の余長をケース11内に収容する必要がある。
【0015】
しかしながら、リボンファイバ15の接続先であるフレキシブル基板16は、基板12の表面に対して平行に配置されている。フレキシブル基板16との接続部においては、リボンファイバ15の長軸方向がフレキシブル基板16に対して平行となるようにする必要があるため、リボンファイバ15をケース11内で1周させたり撓ませたりした後に、フレキシブル基板16に接続するためにリボンファイバ15を90°捻る必要がある。
【0016】
本発明は、上記事情に鑑み為されたものであり、ケース内にリボンファイバの余長を収納し、かつ、リボンファイバを捻ることなくフレキシブル基板に接続することが可能な光モジュール及び光モジュール付きケーブルを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0017】
本発明は上記目的を達成するために創案されたものであり、複数本の光ファイバを内蔵したケーブルの端部に設けられる光モジュールであって、前記ケーブルが接続されるケースと、該ケース内に収容された基板と、該基板上に実装されると共に、前記光ファイバのコアが光学的に接続される光導波路が形成されたフレキシブル基板と、を備え、複数本の前記光ファイバは、複数本の前記光ファイバを並列配置したリボンファイバとして、前記ケーブルから前記ケース内に延出され、前記フレキシブル基板は、前記基板の表面に対して垂直方向に曲げた垂直部を有しており、該垂直部に前記リボンファイバの端部を接続するように構成した光モジュールである。
【発明の効果】
【0018】
本発明によれば、ケース内にリボンファイバの余長を収納し、かつ、リボンファイバを捻ることなくフレキシブル基板に接続することが可能な光モジュール及び光モジュール付きケーブルを提供できる。
【発明を実施するための形態】
【0020】
以下、本発明の実施の形態を添付図面にしたがって説明する。
【0021】
図1は、本実施の形態に係る光モジュールを用いた光モジュール付きケーブルを示す図であり、(a)は斜視図、(b)はその1B−1B線断面図の一部である。また、
図2は、その他の方向から見た斜視図、
図3はその上面図である。
【0022】
図1〜3に示すように、光モジュール1は、複数本の光ファイバ(図中、リボンファイバ15)を内蔵したケーブル10の端部に設けられ、図示しない外部電気機器のレセプタクルに接続されるものであり、外部電気機器からの電気信号を光信号に変換してリボンファイバ15に出力するか、あるいは、リボンファイバ15からの光信号を電気信号に変換して外部電気機器に出力するものである。
【0023】
ケーブル10は、複数本の光ファイバを長手方向に沿ってばらけた状態で内蔵する。複数本の光ファイバは、複数本の光ファイバを並列配置したリボンファイバの状態で、ケーブル10の端部から引き出される。なお、ケーブル10は、複数本の光ファイバを長手方向に沿ってリボンファイバの状態で内蔵してもよい。
【0024】
リボンファイバ15は、
図4に示すように、複数本の光ファイバ15aを並列配置し、その周囲を一括被覆15bで覆ったものである。
図4では、4本の光ファイバ15aを並列配置した4心のリボンファイバ15を示しているが、光ファイバ15aの本数はこれに限定されるものではない。以下、リボンファイバ15の光ファイバ15aの配列方向を長軸方向、光ファイバ15aの配列方向と垂直方向を短軸方向という。
【0025】
光モジュール1は、ケーブル10が接続されるケース11と、ケース11内に収容された基板(プリント基板)12と、基板12の端部に設けられると共に、ケース11から外部に露出するように設けられ、図示しない外部電気機器のレセプタクルに電気的に接続される電気コネクタ13と、基板12上にFPCコネクタ14を介して実装されると共に、ケーブル10からケース11内に延出されたリボンファイバ15の端部が接続されるフレキシブル基板(フレキシブルプリント基板)16と、を備えている。
【0026】
ケース11としては、放熱性を向上させるために、金属製のものを用いることが望ましい。なお、
図1(a),
図2,
図3では、ケース11の上部を省略して示している。ケーブル10のケース11への接続部の周囲には、ケーブル10を保護するためのブーツ10aが設けられている。
【0027】
基板12は、例えば、ガラスエポキシなどからなるリジッド基板であり、その表裏面には、電気配線(図示せず)が形成される。本実施の形態では、表面に電気配線を形成した2枚のリジッド基板の裏面同士を貼り合わせて基板12を形成した。基板12の電気コネクタ13が設けられる側の端部には、電極12aが整列して形成されている。
【0028】
電気コネクタ13は、外部電気機器のレセプタクルと接続した際に、レセプタクルに設けられたピン端子のそれぞれと電気的に接続される複数のピン端子(図示せず)を備えており、各ピン端子と電気的に接続された接続端子13aが外部に露出されている。この接続端子13aを半田付け等により基板12の電極12aにそれぞれ電気的に接続することで、基板12と電気コネクタ13とが電気的に接続される。
【0029】
本実施の形態では、電気コネクタ13として、HDMI(登録商標)(High−Definition Multimedia Interface)規格に準拠したHDMIプラグを用いる場合を説明する。この場合、ケース11は、HDMI規格に準拠した大きさに形成される。この光モジュール1をケーブル10の両端に設けたモジュール付きケーブル100は、一般にHDMIケーブルと呼称されている。
【0030】
フレキシブル基板16は、ポリイミドなどからなるフィルム基板16aと、フィルム基板16aの一方の面上に形成され、リボンファイバ15の各光ファイバ15aのコアが光学的に接続される光導波路19と、を備えている。光導波路19は、樹脂からなる所謂ポリマー導波路であり、フレキシブル基板16は、全体として可撓性を有している。
【0031】
フィルム基板16aの他方の面上には、電気配線(図示せず)が形成され、その電気配線に、光素子17とIC18とが実装されている。光素子17と対向する位置の光導波路19のコア19aには、光軸を90°変換する45°ミラー17aが形成されており、この45°ミラー17aを介して、光素子17と光導波路19のコア19aとが光学的に接続されている。
【0032】
光素子17としては、VCSEL(Vertical Cavity Surface Emitting Laser)などの面発光素子、あるいはPD(Photo Diode)などの面受光素子を用いる。
【0033】
光素子17としてVCSELなどの面発光素子を用いる場合、すなわち送信側の光モジュール1では、IC18として、面発光素子を駆動するドライバICを用いる。また、光素子17としてPDなどの面受光素子を用いる場合、すなわち受信側の光モジュール1では、IC18として、面受光素子からの電気信号を増幅するアンプICを用いる。モジュール付きケーブル100では、ケーブル10の一端に送信側の光モジュール1、他端に受信側の光モジュール1を設け、送信側から受信側へ向かう1方向通信を行うように構成される。
【0034】
光素子17は、フレキシブル基板16(フィルム基板16aの電気配線)、FPCコネクタ14、基板12(基板12の電気配線、電極12a)を介して、電気コネクタ13と電気的に接続される。
【0035】
また、光素子17は、45°ミラー17a、光導波路19のコア19aを介して、リボンファイバ15の各光ファイバ15aのコアと光学的に接続される。光導波路19とリボンファイバ15の接続部の構造については後述する。
【0036】
光モジュール1では、ケーブル10を曲げ伸ばしすることによる、ケーブル10の端末から延出されているリボンファイバ15の長さの変化に対応するために、ケース11内には、ケーブル10から延出されたリボンファイバ15を巻き回す又は撓ませることにより、リボンファイバ15の余長が収容されている。
【0037】
リボンファイバ15は、その長軸方向が基板12の表面に対して垂直方向となるようにケース11内に導入され、基板12の表面に平行な同一平面内で短軸方向に曲げて巻回あるいは撓ませることにより、その余長をケース11内に収容するようにされる。本実施の形態では、上面視で略S字状にリボンファイバ15を撓ませることで、ケース11内にリボンファイバ15の余長を収容しているが、ケース11内にてリボンファイバ15を1周させるなどしてもよい。
【0038】
また、
図1〜3では図示省略しているが、ケーブル10は、リボンファイバ15と電線(図示せず)とを内蔵した光電気複合ケーブルであり、ケーブル10からケース11内に延出された電線は、基板12の裏面の電気配線に電気的に接続され、基板12の電気配線を介して電気コネクタ13と電気的に接続されている。電線は、例えば低速信号線や電源線として用いられる。
【0039】
さて、本実施の形態に係る光モジュール1では、フレキシブル基板16は、FPCコネクタ14と反対側の端部を、基板12の表面に対して垂直方向に曲げた垂直部21を有しており、垂直部21にリボンファイバ15を接続するように構成している。
【0040】
フレキシブル基板16は、FPCコネクタ14と垂直部21との間に、基板12の表面に対して平行に延びる平行部22を有しており、略L字状に形成される。光素子17とIC18は、平行部22の基板12側の面に設けられ、光素子17とIC18とが基板12から離れる(空間が形成される)ように、平行部22のFPCコネクタ14と反対側の端部を、ガラスからなる支持部材20により支持するように構成されている。フレキシブル基板16の平行部22の基板12と反対側の面には、光素子17やIC18で発生する熱を放熱するための放熱板24が設けられる。放熱板24は、例えば銅板からなる。
【0041】
フレキシブル基板16の光導波路19は、垂直部21と平行部22にわたって形成されており、垂直部21と平行部22とは、所定の曲率半径で湾曲された円弧部23により接続されている。つまり、本実施の形態におけるフレキシブル基板16は、FPCコネクタ14側から順次、平行部22、円弧部23、垂直部21を備えて構成されている。
【0042】
円弧部23では、光導波路19も曲げられることになるので、光導波路19の円弧部23での損失(光損失)が問題とならない程度となるように、円弧部23の曲率半径を適宜設定するとよい。
【0043】
図5に示すように、フレキシブル基板16の垂直部21における光導波路19を形成した側の面、すなわち曲げの内側の面には、リボンファイバ15の各光ファイバ15aを固定する溝25が形成されている。
【0044】
溝25は、垂直部21の光導波路19を形成した側の面に沿って、フレキシブル基板16の長手方向(
図5では上下方向)に対して垂直方向(
図5では左右方向)、すなわち垂直部21の側方に延びるように形成されており、垂直部21の側方からリボンファイバ15を接続するように構成されている。
【0045】
リボンファイバ15は、端部の一括被覆15bを除去して光ファイバ15aを露出させ、その露出させた光ファイバ15aを溝25にそれぞれ配置して接着剤(屈折率整合剤)等で接着固定することで、フレキシブル基板16に接続される。露出した光ファイバ15aを保護するために、光ファイバ15aと溝25とを覆うように保護部材を設けてもよい。
【0046】
垂直部21の光導波路19のコア19aは、円弧部23側からフレキシブル基板16の長手方向に沿って直線状に延び、円弧状に90°曲がって溝25に延びるように形成され、溝25に配置した光ファイバ15aのコアと光学的に接続されるようになっている。
【0047】
本実施の形態のようにリボンファイバ15を撓ませて余長を収容する場合、リボンファイバ15の曲げ半径をなるべく大きくするために、フレキシブル基板16の垂直部21を、リボンファイバ15のケース11内への導入位置からなるべく離れた位置に配置することが望ましい。本実施の形態では、
図3における上下方向を幅方向とすると、リボンファイバ15を幅方向の一方の端部(
図3では上側)に寄せた位置から導入するようにし、かつ、フレキシブル基板16を、なるべくコネクタ13側(ケーブル10から離れた位置)に配置すると共に、フレキシブル基板16の長手方向を幅方向に沿わせて配置し、垂直部21を基板12の幅方向の他方の端部(
図3では下側)に位置させるように構成している。これにより、リボンファイバ15の導入位置と垂直部21の配置位置とがケース11内の略対角位置となるので、両者の距離を大きくしてリボンファイバ15を撓ませた際の曲げ半径を大きくし、光ファイバ15aの破断等の不具合を防止することが可能となる。
【0048】
なお、リボンファイバ15をケース11内で1周させる場合には、垂直部21をどの位置に配置してもよいが、この場合も、なるべくリボンファイバ15の曲げ半径が大きくなるように、垂直部21の配置位置を設定することが望ましい。
【0050】
本実施の形態に係る光モジュール1では、フレキシブル基板16のFPCコネクタ14と反対側の端部を、基板12の表面に対して垂直方向に曲げて、垂直部21を形成し、その垂直部21にリボンファイバ15を接続するように構成している。
【0051】
ケース11内の限られた空間(略直方体形状の空間)にリボンファイバ15の余長を十分に収納するためには、リボンファイバ15を、その長軸方向が基板12の表面に対して垂直方向となるように導入し、リボンファイバ15を巻回あるいは撓ませる必要があるが、本発明では、フレキシブル基板16の端部を曲げて垂直部21を形成することにより、フレキシブル基板16上のリボンファイバ15を接続する部分を含む面の一部を、リボンファイバ15の長軸方向と平行にしており、これにより、リボンファイバ15を捻ることなくフレキシブル基板16に接続することが可能になる。
【0052】
つまり、本発明によれば、ケース11内にリボンファイバ15の余長を収納し、かつ、リボンファイバ15を捻ることなくフレキシブル基板16に接続することが可能な光モジュール1を実現できる。その結果、リボンファイバ15に不要な負荷がかかることがなくなり、光ファイバ15aの破断等の不具合を防止できる。
【0053】
また、背景技術(
図6参照)のように、リボンファイバ15を捻ってフレキシブル基板16に接続する場合、リボンファイバ15自体に負荷を与えることなく捻ろうとすると、ケース11内に収納するリボンファイバ15に更なる余分な余長が必要となるが、本発明では、リボンファイバ15を捻ることなくフレキシブル基板16に接続することができるので、ケース11内に収納するリボンファイバ15の余長を必要最小限とすることが可能となる。
【0054】
また、本実施の形態では、平行部22の基板12側の面に光素子17とIC18を設けているため、平行部22の基板12と反対側の面に放熱板24を設けることが可能となり、光素子17やIC18で発生する熱を効率良く放熱することができる。
【0055】
さらに、本実施の形態では、光導波路19を垂直部21と平行部22にわたって形成しており、垂直部21と平行部22とを、所定の曲率半径で湾曲された円弧部23により接続している。垂直部21と平行部22との間を丸めずに直角に曲げた場合、その曲げ部分にて光導波路19の光損失が大きくなってしまうが、垂直部21と平行部22とを円弧部23で滑らかに接続することで、曲げ部分での光導波路19の光損失を抑制できる。
【0056】
上記実施の形態では、電気コネクタ13がHDMI規格に準拠したHDMIプラグである場合を説明したが、これに限定されず、例えば、USB(Universal Serial Bus)プラグであってもよい。この場合、ケース11はUSBの規格に準拠した大きさに形成されることとなり、ケーブル1の両端部に光モジュール1を設けた光モジュール付きケーブル100は、所謂USBケーブルとなる。
【0057】
通常一般に用いられている電線のみを内蔵したHDMIケーブルやUSBケーブルでは、電気信号が劣化してしまうため長距離の信号伝送は困難であるが、本発明の光モジュール付きケーブル100によれば、光により信号伝送を行うため、例えば30m〜100mといった長距離の信号伝送が可能である。
【0058】
本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加え得ることは勿論である。
【0059】
例えば、上記実施の形態では言及しなかったが、垂直部21が自立しない場合など、フレキシブル基板16を曲げた状態で保持できない場合には、垂直部21を支持する部材を別途設けるようにしてもよい。