JP4613484B2

JP4613484B2 - 光信号伝送装置

Info

Publication number: JP4613484B2
Application number: JP2003334074A
Authority: JP
Inventors: 修上野; 信也経塚; 紀高梨
Original assignee: Fuji Xerox Co Ltd; Fujifilm Business Innovation Corp
Current assignee: Fujifilm Business Innovation Corp
Priority date: 2003-09-25
Filing date: 2003-09-25
Publication date: 2011-01-19
Anticipated expiration: 2023-09-25
Also published as: JP2005099506A

Description

本発明は、光信号の伝送を行う光信号伝送装置に係り、特に、熱的安定性、ＥＭＣ（Electromangetic Compatibility：電磁両立性）性能に優れ、低コストで提供できる光信号伝送装置に関する。

半導体レーザなどの光電素子を備えた光信号伝送装置では、光電素子と、回路基板を備えているが、光電素子が熱の影響を受けやすいほか、また回路基板が電磁的なノイズの発生源になったり、外来電磁ノイズの影響を受けやすいなどのEMC上の問題があった。

これら課題の一部を解決する方法として、例えば、特許文献１に記載の光送受信モジュールなどが提案されている。
特開平１１−２６１２７３号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載の光送受信モジュールでは、シールドカバーを設けることで電磁波ノイズの放射を抑えることはできるが、熱的安定性については考慮されていなかった。

一般に、素子の熱を放熱するためには、一般的にはヒートシンク等を素子に取り付けるが、ヒートシンクを設けると装置が大型化してしまう問題がある。

本発明は、上記事実を考慮し、EMC上の問題、及び熱の問題を解決しつつ、小型化を図ることのできる光信号伝送装置を提供することが目的である。

請求項１に記載の発明は、光信号を伝送する光信号伝送装置であって、光信号を伝送する光信号伝送装置であって、光信号を出射する光電素子と、前記光電素子、及び電気信号を入力する電気接続部と接続される送信回路を搭載した送信基板と、前記送信基板を覆うように設けられ前記送信基板に対して外部機器との電気的接続を可能とするための開口部を有すると共に前記光電素子の搭載された金属製の台座が直接接続される金属製の第１のシールドケースを備えた光伝送プラグ、を有することを特徴としている。

次に、請求項１に記載の光信号伝送装置の作用を説明する。

電気接続部を介して送信回路に電気信号が入力されると、光電素子から電気信号に基づく光信号が出射される。

送信基板は、導電性を有する金属製の第１のシールドケースに覆われてシールドされるので、送信基板から発生する電磁ノイズが外部に漏れることが抑えられ、また外部より送信基板に電磁ノイズが入ることが抑えられる。

また、光電素子から発生した熱は、金属製の台座、及び金属製の第１のシールドケースを介して外部へ放熱できるので、ヒートシンク等の別部品を設けることなく光電素子の温度上昇を防ぐことができ、光電素子の熱的安定性を得ることが出来る。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の光信号伝送装置において、前記光伝送プラグを接続するレセプタクルを備え、前記レセプタクルは、前記電気接続部に接続される前記被電気接続部と、前記光伝送プラグを接続された際に前記第１のシールドケースと係合して前記開口部を塞ぐと共に前記送信基板、前記電気接続部、及び前記被電気接続部を覆う第２のシールドケースを有する、ことを特徴としている。

次に、請求項２に記載の光信号伝送装置の作用を説明する。

請求項２に記載の光信号伝送装置では、光伝送プラグをレセプタクルに接続することにより、電気接続部と被電気接続部とが接続され、光伝送プラグとレセプタクルとの電気的な接続が行なわれ、レセプタクル側から送信基板へと電気信号を送ることができる。

また、光伝送プラグをレセプタクルに接続すると、第１のシールドケースと第２のシールドケースとが係合し、第１のシールドケースの開口部が塞がれ、送信基板、電気接続部、及び被電気接続部が第１のシールドケース及び第２のシールドケースによって隙間無く覆われるので、送信基板から発生する電磁ノイズが外部に漏れることが確実に抑えられ、また外部より送信路基板に電磁ノイズが入ることが確実に抑えられる。

請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の光信号伝送装置において、前記第１のシールドケース、及び前記第２のシールドケースの少なくとも一方は、他方に対して圧接する圧接部を有する、ことを特徴としている。

次に、請求項３に記載の光信号伝送装置の作用を説明する。

第１のシールドケースと第２のシールドケースとが係合すると、第１のシールドケースと第２のシールドケースは圧接部にて圧接するので、第１のシールドケースから第２のシールドケースへ熱伝導が良好になり、より一層放熱効果が向上する。

また、第１のシールドケース、及び第２のシールドケースをグラウンドとして用いる場合には、第１のシールドケースと第２のシールドケースとの電気的接続も確実になり好ましい。さらに、光電素子を連結部材に取り付ける場合、連結部材の電位を安定化できる。

請求項４に記載の発明は、請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載の光信号伝送装置において、前記連結部材は前記送信基板に設けられて前記光電素子を搭載する台座であり、前記第１のシールドケースは前記台座を圧入する圧入部を有する、ことを特徴としている。

次に、請求項４に記載の光信号伝送装置の作用を説明する。

請求項４に記載の光信号伝送装置では、光電素子を搭載する台座が、第１のシールドケースの圧入部に圧入されて固定される。このため、台座と第１のシールドケースとの固定、及び接触が確実になり、熱伝導が良好になり、より一層放熱効果が向上する。

請求項５に記載の発明は、請求項１乃至請求項４の何れか１項に記載の光信号伝送装置において、前記圧入部には、前記台座を圧入した際の前記台座に作用する圧力を制限するする圧力制限手段が設けられている、ことを特徴としている。

次に、請求項５に記載の光信号伝送装置の作用を説明する。

圧力部に台座を圧入すると、台座に圧力が作用するが、必要以上に大きな圧力が台座に作用することは好ましくない。

請求項５に記載の光信号伝送装置では、台座を圧入部に圧入すると、台座に作用する圧力が必要以上とならないように圧力制限手段によって制限される。

以上説明したように本発明の光信号伝送装置によれば、EMC上の問題、及び熱の問題を解決しつつ、小型化を図ることができる、という優れた効果を有する。

以下、図面を参照して本発明の一実施形態に係る光信号伝送装置１０を図面にしたがって説明する。

図１に示すように、光信号伝送装置１０は、後述するケーブル本体１２の一端側に第１の光伝送プラグ１４が、他端側に第２の光伝送プラグ１６が取り付けられた光ケーブル１７を備えている。

図２、及び図３に示すように、第１の光伝送プラグ１４は、長手方向の一端側が開放された長方形の箱状とされた第１のシールドケース２０を備えている。

第１のシールドケース２０は、例えば、金属板の折り曲げ、圧延、溶接等の通常の機械加工工程により形成されている。なお、第１のシールドケース２０は、１枚の金属板の深絞り加工等で形成することもできる。

図２に示すように、第１のシールドケース２０には、開口部分から長方形の送信用回路基板２２が挿入されている。

送信用回路基板２２の一端には、光電素子２４の取り付けられた円板状の台座２６が固着されている。

本実施形態の光電素子２４は、レーザ光信号を出射する半導体レーザである。

なお、本実施形態では、光電素子２４と台座２６とは電気的に絶縁されている。

送信用回路基板２２には、光電素子２４を駆動するＩＣ２８等の種々の電気部品（図示省略）なる送信回路が搭載されている。送信回路に接続されパターン３０は、送信用回路基板２２の光電素子側とは反対側の端部へ延びている。

図２、及び図６（Ａ）に示すように、第１のシールドケース２０の開口側とは反対側の壁面２０Ａには、中央に短い円筒部２０Ｂが形成されており、この円筒部２０Ｂに台座２６が圧入されている。

なお、図６（Ｂ）に示すように、円筒部２０Ｂに複数のスリット２１を形成し、圧入した台座２６に対して必要以上に高い圧力が作用しないようにしてもよい。

図２に示すように、送信用回路基板２２の両面には、送信用回路基板２２が第１のシールドケース２０の内部でがたつかないようにスペーサ３２が一対取り付けられている。

第１のシールドケース２０は、開口側の一部分を残して略全体が熱可塑性の合成樹脂から成る外装カバー３４で覆われている。

外装カバー３４には、ケーブル本体１２の挿入される筒状部３４Ａが一体的に形成されている。

外装カバー３４の内部には、台座２６と面する部分に凹部３６が形成されている。

この凹部３６にケーブル本体１２の一端が挿入されている。

この凹部３６は第１のシールドケース２０、台座２６によって塞がれ、密閉空間を形成している。

本実施形態のケーブル本体１２には、光ファイバーとしてＧＩ−ＰＯＦ３８が用いられている。ＧＩ−ＰＯＦ３８は、第１の被覆４０、及び第２の被覆４２で被覆されている。

なお、ＧＩ−ＰＯＦ３８の端面が、光電素子２４の正面に対向して近接配置されている。

図４、及び至図５に示すように、第１の光伝送プラグ１４は、送信装置の基板４８に取り付けられた第１のレセプタクル４４に接続される。

図３乃至図５に示すように、第１のレセプタクル４４は、一端側が開放された長方形の箱状とされた第２のシールドケース４６と接続ピン５０を備えている。

第２のシールドケース４６は、第１のシールドケース２０と同様に、例えば、金属板の折り曲げ、圧延、溶接等の通常の機械加工工程により形成されている。なお、第２のシールドケース４６も、第１のシールドケース２０と同様に、１枚の金属板の深絞り加工等で形成することもできる。

接続ピン５０は、基板４８のパターン（図示せず）と半田付け等で接続されている。

接続ピン５０は、第１の光伝送プラグ１４の送信用回路基板２２を挟んでパターン３０と接触するための弾性を有した一対の接触部５０Ａを備えている。

図５に示すように、本実施形態では、第２のシールドケース４６の開口部分に、第１のシールドケース２０の開口部分が略密着状態で挿入される。

図２に示すように、第２のシールドケース４６には、内側へ向かって凸となる略円錐台形の凸部５２がプレス加工されている。

一方、第１のシールドケース２０には、開口部分の近傍に丸孔５４が形成されている。

第１のシールドケース２０が開口部分を第２のシールドケース４６の開口部分に挿入すると、凸部５２が第１のシールドケース２０の外周面を摺動し、第１のシールドケース２０、及び第２のシールドケース４６を若干量弾性変形させる。

凸部５２が丸孔５４に対応すると、図５に示すように、凸部５２が丸孔５４に嵌まり込み、クリック感が得られる。

凸部５２が丸孔５４に嵌まり込んだ状態においても、第１のシールドケース２０、及び第２のシールドケース４６は若干量弾性変形しており、凸部５２が丸孔５４の開口部分に圧接された状態を維持する。

また、凸部５２が丸孔５４に嵌り込むと、送信用回路基板２２が接続ピン５０の接触部５０Ａに挟み込まれ、接触部５０Ａが送信用回路基板２２のパターン３０に接触し、電気的接続が行なわれる。

次に、図７にしたがって、第２の光伝送プラグ１６を説明する。

第２の光伝送プラグ１６は、第１の光伝送プラグ１４とほぼ同じ構造であり、同一構成には同一符号を付し、その説明は省略する。

第２の光伝送プラグ１６では、第１のシールドケース２０の内部に、受信回路を構成するＩＣ５６が搭載された受信用回路基板５８が設けられている。

受信用回路基板５８の台座２６には、送信されてきたレーザ光を受信するフォトダイオード６２が取り付けられている。

第２の光伝送プラグ１６の第１のシールドケース２０には、内側に凸となる凸部６０がプレス成形されており、凸部６０の先端部分がＩＣ５６に接触している。
（作用）
次に、本実施形態の光信号伝送装置１０の作用を説明する。

送信用回路基板２２の送信回路に接続ピン５０、及びパターン３０を介して電気信号が入力されると、光電素子２４より光信号を含むレーザ光が出射される。

レーザ光は、ＧＩ−ＰＯＦ３８を介して第２の光伝送プラグ１６側へ伝送され、フォトダイオード６２で受光される。

第１の光伝送プラグ１４の送信用回路基板２２は、導電性の第１のシールドケース２０、及び第２のシールドケース４６により全体が覆われてシールドされるので、送信用回路基板２２から発生する電磁ノイズが外部に漏れることが防止され、また外部より送信用回路基板２２に電磁ノイズが入ることが防止される。

また、光電素子２４から発生した熱は、台座２６、第１のシールドケース２０、及び第２のシールドケース４６を介して外部へ放熱できるので、ヒートシンク等の別部品を設けることなく光電素子２４の温度上昇を防ぐことができ、光電素子２４の熱的安定性を得ることが出来る。

第１のシールドケース２０の凸部５２が、第２のシールドケース４６の丸孔５４に嵌りこんで圧着しているので、第１のシールドケース２０から第２のシールドケース４６へ効率的に熱を伝達することが出来る。

一方、第２の光伝送プラグ１６において、受信用回路基板５８のＩＣ５６が発熱した場合、その熱は、第１のシールドケース２０を介して放熱することが出来る。

したがって、第２の光伝送プラグ１６においても、受信用回路基板５８が第１のシールドケース２０によりシールドされ、また放熱用のヒートシンクも必要としない。

本実施形態では、台座２６を第１のシールドケース２０の円筒部２０Ｂに圧入しているので、第１のシールドケース２０の板厚を薄くしながら、台座２６の固定が確実になる。

本実施形態では、ＧＩ−ＰＯＦ３８の端面がプラグ内の密閉された空間に配置されているので、ＧＩ−ＰＯＦ３８の端面が大気中の水分の影響を受けることがない。

なお、光電素子２４の一方の端子を台座２６と電気的に接続してもよく、この場合、第１のシールドケース２０、及び第２のシールドケース４６をグランドとして使用することもできる。

なお、上記実施形態では、光電素子として半導体レーザを用いたが、ＬＥＤ等の他の発光素子であっても良い。

また、上記実施形態では、第１の光伝送プラグ１４に対して１つの光電素子２４を設けているが、本発明はこれに限らず、光電素子２４を複数個設け、複数本の光ファイバケーブル１８を接続しても良い。

なお、上記実施形態では、台座２６を第１のシールドケース２０の円筒部２０Ｂに圧入しているが、また、光電素子２４からの熱が効率的に第１のシールドケース２０に伝達できれば良く、台座２６と第１のシールドケース２０との間に熱伝導性に優れた中間材、例えばシリコングリス等が介在していても良く、場合によっては光電素子２４を第１のシールドケース２０に直接接触させても良い。

なお、第１のシールドケース２０の導電面は、調整、半田付け、通風その他の目的のために、シールド性を損なわない範囲であれば、開口部を有していても良い。

なお、上記実施形態では、第１のシールドケース２０は導電性であったが、熱が伝達しやすい合成樹脂に、金属紛等を含む導電塗装を施したものであっても良い。

なお、上記実施形態では、第１のシールドケース２０に形成した円筒部２０Ｂに台座２６を圧入したが、熱が十分に伝達されるのであれば、図６（Ｃ）に示すように、円筒部２０Ｂを形成せず、台座２６の外周面を第１のシールドケース２０の内壁面に接触させるだけでも良い。

また、上記実施形態では、ケーブル本体１２が第１の光伝送プラグ１４に直接的に接続されていたが、光コネクタを介して接続されていても良い。

（Ａ）は本発明の一実施形態に係る光信号伝送装置に用いる光ケーブルの正面図であり、（Ｂ）は光ケーブルの側面図であり、（Ｃ）は第１の光伝送プラグの側面図である。（Ａ）は光ケーブル、及び第１のレセプタクルの基板に平行な断面図であり、（Ｂ）は光ケーブル、及び第１のレセプタクルの基板に直角な断面図である。第１の光伝送プラグと第１のレセプタクルの斜視図である。（Ａ）は光ケーブル、及び第１のレセプタクルの正面図でり、（Ｂ）は光ケーブル、及び第１のレセプタクルの側面図である。（Ａ）は光ケーブルと第１のレセプタクルとの接続状態を示す基板に平行な断面図であり、（Ｂ）は光ケーブルと第１のレセプタクルとの接続状態を示す基板に直角な断面図である。（Ａ）は実施形態に係る第１の光伝送プラグの断面図であり、（Ｂ）は他の実施形態に係る第１の光伝送プラグの断面図であり、（Ｃ）は更に他の実施形態に係る第１の光伝送プラグの断面図である。第２の光伝送プラグの基板に直角な断面図である。

符号の説明

１０光信号伝送装置
１４第１の光伝送プラグ
２０第１のシールドケース
２０Ｂ円筒部（圧入部）
２１スリット（圧力制限手段）
２２送信用回路基板
２４光電素子
２６台座（連結部材）
３０パターン（電気接続部）
４４第１のレセプタクル
４６第２のシールドケース
５０接続ピン（被電気接続部）

Claims

光信号を伝送する光信号伝送装置であって、
光信号を出射する光電素子と、
前記光電素子、及び電気信号を入力する電気接続部と接続される送信回路を搭載した送信基板と、
前記送信基板を覆うように設けられ前記送信基板に対して外部機器との電気的接続を可能とするための開口部を有すると共に前記光電素子の搭載された金属製の台座が直接接続される金属製の第１のシールドケースを備えた光伝送プラグ、を有することを特徴とする光信号伝送装置。
前記光伝送プラグを接続するレセプタクルを備え、
前記レセプタクルは、前記電気接続部に接続される前記被電気接続部と、前記光伝送プラグを接続された際に前記第１のシールドケースと係合して前記開口部を塞ぐと共に前記送信基板、前記電気接続部、及び前記被電気接続部を覆う第２のシールドケースを有する、ことを特徴とする請求項１に記載の光信号伝送装置。
前記第１のシールドケース、及び前記第２のシールドケースの少なくとも一方は、他方に対して圧接する圧接部を有する、ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光信号伝送装置。
前記台座は前記送信基板に設けられ、
前記第１のシールドケースは前記台座を圧入する圧入部を有する、ことを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載の光信号伝送装置。
前記圧入部には、前記台座を圧入した際の前記台座に作用する圧力を制限する圧力制限手段が設けられている、ことを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか１項に記載の光信号伝送装置。