CN103620464A - 光学组件 - Google Patents

Abstract

光学组件（10）构成为在包含有光纤（22）的光缆（20）的端部设置有连接器部（30），连接器部（30）具有：内侧壳体（311），其用于收容在前端部连接有电连接器的电路基板；以及外侧壳体（312），其包覆在内侧壳体（311）的外侧。在内侧壳体（311）上设置有台阶部（343），内侧壳体（311）的与台阶部（343）相比靠近前端部侧的内部空间（S），比与台阶部（343）相比靠近后端部侧的内部空间（S）狭窄，在内侧壳体（311）和外侧壳体（312）之间形成有规定的间隙。

Description

光学组件

技术领域

本发明涉及在光缆的端部设置有连接器部的光学组件。

背景技术

已知对通过光缆传送的光信号进行光电转换的光学组件（例如，参照专利文献1）。这种光学组件例如构成为，使用树脂壳体包覆金属框体（金属壳体）的外侧，其中，该金属框体对设置有进行光信号的光电转换的元件等的电路基板进行收容。

专利文献1：日本特开2010-010254号公报

发明内容

然而，在专利文献1的光学组件中，存在污物会进入外侧的树脂壳体和内侧的金属壳体之间的间隙中的情况。于是，污物可能会从金属壳体的间隙进入壳体内部而附着在电路基板等上。

本发明提供一种光学组件，其能够防止进入外侧壳体和收容电路基板的内侧壳体之间的间隙中的污物侵入至该间隙的更深处。

作为本发明的光学组件，其构成为在包含有光纤的光缆的端部设置有连接器部，该光学组件的特征在于，所述连接器部具有：内侧壳体，其用于收容电路基板，在该电路基板上设置有与所述光纤的端部光连接的光学元件，该电路基板的前端部与电连接器连接；以及外侧壳体，其包覆在所述内侧壳体的外侧，在所述内侧壳体上设置有台阶部，所述内侧壳体的与所述台阶部相比靠近所述前端部侧的内部空间，比所述内侧壳体的与所述台阶部相比靠近后端部侧的内部空间狭窄，在所述内侧壳体和所述外侧壳体之间形成有规定的间隙。

另外，在本发明的光学组件中，优选在所述电路基板上设置有光耦合部件，该光耦合部件用于使具有不同光轴的所述光纤和所述光学元件进行光学连接，所述光耦合部件的高度大于所述前端部侧的所述电路基板至所述内侧壳体为止的距离。

另外，在本发明的光学组件中，优选在所述内侧壳体和所述电连接器之间，安装有杨氏模量小于所述内侧壳体的封装部件，所述内侧壳体及所述电连接器设置为与所述封装部件接触。

另外，在本发明的光学组件中，优选在所述内侧壳体的壁面上设置有以剪开翘起的方式形成的第2卡合部，该第2卡合部与设置在所述外侧壳体的内表面上的第1卡合部卡合，在与由所述第2卡合部形成的剪开孔相比靠近前端部侧的位置处设置有台阶部，对于所述壁面和所述外侧壳体之间的间隔，与所述台阶部相比靠近所述连接器部的后端部侧处的间隔比靠近所述连接器部的前端部侧处的间隔窄。

另外，在本发明的光学组件中，优选所述台阶部设置在与所述内侧壳体中的所述光学元件的收容空间相比靠近前端部侧的所述内侧壳体的壁面上。

而且，在本发明的光学组件中，优选在所述内侧壳体上包含有所述剪开孔的所述壁面的内侧设置有散热部件，该散热部件将所述电路基板和所述内侧壳体热连接。

发明的效果

根据本发明的光学组件，能够防止进入内侧壳体和外侧壳体之间的间隙中的污物侵入至该间隙的更深处。

附图说明

图1是本发明的实施方式所涉及的光学组件的斜视图。

图2是光缆的剖视图。

图3是连接器组件的分解斜视图。

图4是光学组件的沿长度方向的剖视图。

图5是连接器组件的前端部的剖视图及在图中用虚线包围的部分的放大图。

图6的（A）是光缆与连接器组件的连接部分的俯视图，（B）是电路基板的侧视图。

图7是表示光耦合部件的变形例的概略剖视图。

具体实施方式

以下，参照附图，说明本发明所涉及的光学组件的实施方式的例子。

如图1所示，本实施方式涉及的光学组件10具有光缆20、和安装在光缆20的端部的连接器组件（连接器部）30。

该光学组件10能够用于光通信技术等中的信号（数据）传送，其与作为连接目标的个人计算机等电子设备电连接器，将输入/输出的电信号转换为光信号并进行光信号传送。

如图1及图2所示，光缆20在其横截面上的中央处具有光纤带状芯线21。光纤带状芯线21构成为，使多根（在本例中为4根）光纤芯线（光纤）22在平面上并排，并利用包覆树脂将它们一体化为带状。光纤带状芯线21收容在内套管23的内侧。

在内套管23的周围设置有使抗拉纤维束排列而形成的间隔层24。在间隔层24的外周设置有由多根金属素线（element wire）构成的金属层25。在金属层25的外周设置有由绝缘树脂构成的外皮26。

作为光纤芯线22，可以使用纤芯和包层均为石英玻璃的光纤（AGF：All Glass Fiber）、包层由硬质塑料构成的光纤（HPCF：HardPlastic Clad Fiber）等。如果使用玻璃纤芯的直径为80μm的细径HPCF，则即使光纤芯线22以小直径弯曲也不易断裂。

也可以不使多根光纤芯线22带状化而直接以单芯的状态收容在内套管23内，但如果带状化，则能够防止由于单芯的光纤芯线22彼此交叉形成侧压而产生微弯损耗。此外，光纤带状芯线21也可以设置多根。

内套管23由无卤素阻燃性树脂即例如PVC（Polyvinylchloride）等绝缘树脂构成。内套管23例如外径为2.0mm，厚度为0.55mm。

间隔层24例如是极细径的芳族聚酰胺纤维，以集束为束状的状态内置在光缆20中。间隔层24具有光缆20中的抗拉功能。

金属层25例如是将多根镀锡导线编织而成的，具有作为散热层的功能。金属层25的编织密度大于或等于70%，编织角度为45°至60°。构成金属层25的金属素线的外径为0.05mm左右。金属层25的热导率例如是400W/m·K。关于金属层25，为了良好地确保热传导而优选高密度地配置，作为一个例子优选由扁平线的镀锡导线构成。

外皮26例如由聚烯烃等绝缘树脂形成。外皮26例如外径为4.2mm，厚度为0.5mm。

这种结构的光缆20，具有优异的光纤芯线22的侧压特性和作为缆线的柔软性，而且，散热性也优异。

如图1所示，连接器组件30具有壳体31、设置在壳体31的前端部（图1中的左端）侧的电连接器32、以及收容在壳体31中的电路基板33（参照图3）。

如图3及图4所示，壳体31由金属壳体（内侧壳体）311和包覆在金属壳体311外侧的树脂壳体（外侧壳体）312构成。另外，在金属壳体311的后端部安装有对光缆20进行固定的固定部件35。

金属壳体311具有朝下开口的剖面为U字形状的收容部主体311a、和朝上开口的剖面为U字形状的底板311b，形成有用于收容电路基板33等的内部空间S。另外，在电路基板33的前端部侧设置有电连接器32，该电连接器32被收容在金属壳体311的前端部侧。在金属壳体311的后端部侧安装有固定部件35。在本实施方式中，金属壳体311由钢（Fe类）、马口铁（镀锡铜）、不锈钢、铜、黄铜、铝等热传导率较高（优选大于或等于100W/m·K）的金属材料形成，起到将从电路基板33等产生的热量释放到外部的作用。

如图5所示，在金属壳体311的壁面（例如，收容部主体311a的顶板34）上，通过剪开翘起而设有卡合凸部（第2卡合部）341，在卡合凸部341的正下方形成有剪开孔342（参照图5的放大图）。另外，在顶板34上与剪开孔342相比靠近前端部侧的位置处，设有从连接器组件30的前端部侧朝向后端部侧而向上方倾斜的台阶部343。即，金属壳体311设有台阶部343，以使得前端部侧的开口变窄，在金属壳体311和树脂壳体312之间形成有规定的间隙。而且，与台阶部343相比靠近后端部侧的顶板34和树脂壳体312之间的间隔，比与台阶部343相比靠近前端部侧的顶板34和树脂壳体312之间的间隔窄。

而且，在金属壳体311和电连接器32之间，安装有由杨氏模量小于金属壳体311的材料形成的封装部件50。金属壳体311和电连接器32均设置为与封装部件50接触。通过按照上述方式构成，从而能够防止污物进入金属壳体311和树脂壳体312之间，并且，在电连接器32与外部设备连接的状态下，即使在光学组件10上施加有外力，由于该外力由杨氏模量较小的弹性封装部件50吸收，因此，能够防止金属壳体311的损伤。但是，在该情况下，有时会在金属壳体311及电连接器32与树脂壳体312之间产生间隙，存在污物会进入金属壳体311和树脂壳体312之间的情况。下面也对该情况下的本发明的进一步的效果进行说明。

在本实施方式中，金属壳体311的台阶部343设置在顶板34上，其中，该台阶部343与收容在金属壳体311的内部空间S（收容空间的一个例子）中的后述的透镜阵列部件41（光耦合部件的一个例子）相比靠近前端部侧。由此，能够利用台阶部343，防止从前端部侧进入金属壳体311和树脂壳体312之间的污物进一步侵入，而且，能够进一步加大用于收容透镜阵列部件41的内部空间S。即，即使在透镜阵列部件41的高度大于前端部侧的电路基板33至金属壳体311为止的距离（作为代表例，从电路基板33至电连接器32的上端为止的距离）的情况下，也能够在保持整体尺寸较小的同时，确保用于收容上述透镜阵列部件41的足够的内部空间。

另外，优选在金属壳体311的包含有剪开孔342的顶板34的内侧，设置使电路基板33和金属壳体311热连接的散热部件44。由此，即使在进入金属壳体311和树脂壳体312之间的间隙中的污物到达卡合凸部341的剪开孔342处的情况下，也能够利用设置在剪开孔342内侧的散热部件44，防止污物等的侵入。另外，通过在电路基板33和金属壳体311之间设置散热部件44，从而能够将由透镜阵列部件41等产生的热量释放至金属壳体311。

如图4所示，在金属壳体311的前端部侧设置有电连接器32，在金属壳体311的后端部侧连结有固定部件35。

固定部件35具有板状的基部351和圆筒形状的筒部352。在固定部件35的后方设置有与树脂壳体312连接的保护罩36。

筒部352呈大致圆筒形状，以从基部351向后方突出的方式设置。筒部352与加箍环37一起对光缆20进行保持。

使用固定部件35保持光缆20的顺序例如是如下顺序。即，首先，剥开外皮26后，将光缆20的光纤带状芯线21***至筒部352的内部，并且，将间隔层24沿着筒部352的外周面配置。而且，在配置在筒部352的外周面上的间隔层24上方配置加箍环37，对加箍环37进行加箍加工。由此，间隔层24被夹持固定在筒部352和加箍环37之间，光缆20由固定部件35保持固定。此外，优选在按照上述方式将光缆20固定在固定部件35上的状态下进一步进行粘接。

光缆20的金属层25的端部通过例如焊料而与基部351接合。具体而言，金属层25以包覆在加箍环37（筒部352）外周的方式配置在固定部件35上，其端部延伸至基部351的一个表面（后表面）并通过焊料接合。由此，固定部件35与金属层25热连接。而且，通过将金属壳体311的后端部与固定部件35结合，从而使金属壳体311与固定部件35物理连接、热连接。即，金属壳体311与光缆20的金属层25热连接，进而经由金属壳体311的顶板34与散热部件44热连接。

如图4及图5所示，树脂壳体312由例如聚碳酸酯等树脂材料形成为矩形筒状，对金属壳体311进行包覆。在树脂壳体312的内表面，设置有与设置在金属壳体311的顶板34上的卡合凸部341卡合的卡合凹部313（第1卡合部）（参照图5的放大图）。通过使上述卡合凹部313与卡合凸部341卡合，从而使金属壳体311和树脂壳体312相对定位。另外，如上所述，通过使卡合凹部313与卡合凸部341卡合，从而能够防止树脂壳体312从金属壳体311脱离或脱落。

在树脂壳体312的后端部上连结有保护罩36，该保护罩36对安装在金属壳体311后端部上的固定部件35进行覆盖。保护罩36的后端部与光缆20的外皮26通过粘接剂（未图示）粘接。

电连接器32是***至连接对象（个人计算机等）而与连接对象电连接的部分。电连接器32配置在壳体31的前端部（图4的左端）侧，从壳体31向前方突出。电连接器32通过接触端子321（参照图6）而与电路基板33电连接。

电路基板33收容在金属壳体311的内部空间S中。如图6所示，在电路基板33上安装有控制用半导体38和受光发光元件39（光学元件）。电路基板33使控制用半导体38和受光发光元件39电连接。电路基板33俯视时呈大致矩形形状，具有规定的厚度。电路基板33例如是环氧玻璃基板、陶瓷基板等绝缘基板，在其表面或内部由金（Au）、铝（Al）或铜（Cu）等形成有电路配线。控制用半导体38和受光发光元件39构成光电转换部。此外，在电路基板33和金属壳体311之间配置有后述的散热片43（参照图3）。

控制用半导体38包含有驱动IC（Integrated Circuit）381、波形整形器即CDR（Clock Data Recovery）装置382等。控制用半导体38配置在电路基板33的安装面331的前端侧。控制用半导体38与电连接器32电连接。

如图6所示，受光发光元件39包含有多个（本例中为2个）发光元件391和多个（本例中为2个）受光元件392而构成。发光元件391及受光元件392配置在电路基板33的安装面331的后端侧。作为发光元件391，可以使用例如发光二极管（LED：Light EmittingDiode）、激光二极管（LD：Laser Diode）、面发射激光器（VCSEL：Vertical Cavity Surface Emitting LASER）等。另外，作为受光元件392，可以使用例如光电二极管（PD：Photo Diode）等。

受光发光元件39与光缆20的光纤芯线22光连接。具体而言，如图6（B）所示，在电路基板33上，以覆盖受光发光元件39及驱动IC381的方式配置有透镜阵列部件41。另外，在透镜阵列部件41上设置有定位销413（参照图6）。而且，透镜阵列部件41能够通过使该定位销413与设置在连接器部件42上的定位销插孔卡合，而与连接器部件42定位卡合。

从光纤带状芯线21以单芯分离出的多根（在本例中为4根）光纤芯线22的末端部被固定在连接器部件42上。更具体而言，一根一根地分别***在设置在连接器部件42上的多个（在本例中为4个）贯穿孔中的光纤芯线22的末端部，粘接固定在设置在连接器部件42的表面上的凹部（省略图示）中。此外，光纤芯线22的端部221中的至少***至连接器部件42的贯穿孔中的部分，其包覆树脂被剥除而露出光纤。

在透镜阵列部件41的与连接器部件42相对的面上、以及与发光元件391及受光元件392相对的面上，形成有多个透镜面412。另外，在透镜阵列部件41的上表面的中央部，沿宽度方向形成有反射面411。从发光元件391发出的光穿过在与该发光元件391相对的面上形成的透镜面412，入射至透镜阵列部件41。而且，入射至透镜阵列部件41的光，在由反射面411反射后，通过在与连接器部件42相对的面上形成的透镜面412，而与固定在连接器部件42上的对应的光纤芯线22的端面光耦合。

另一方面，从光纤芯线22的端面射出的光，穿过对应的透镜面412，入射至透镜阵列部件41。然后，入射至透镜阵列部件41的光由反射面411反射后，穿过在与受光元件392相对的面上形成的透镜面412，由受光元件392受光。即，固定在连接器部件42上的多个光纤芯线22和受光发光元件39，经由透镜阵列部件41光连接。此外，形成在透镜阵列部件41的上述各个面上的多个透镜面412，例如是使入射的发散光成为平行光而射出，并使入射的平行光聚光而射出的准直透镜。这种透镜阵列部件41例如通过树脂的注塑成型而一体地成型。

在具有上述结构的光学组件10中，如果经由电连接器32输入电信号，则经由电路基板33的配线，由控制用半导体38接收电信号。输入至控制用半导体38的电信号，在进行电平调整或通过CDR装置382进行波形整形等之后，从控制用半导体38经由电路基板33的配线而输出至受光发光元件39。在输入了电信号的受光发光元件39中，将电信号转换为光信号，并将光信号从发光元件391发射至光纤芯线22。

另外，在光缆20中传送的光信号是从受光元件392入射的。在受光发光元件39中，将入射的光信号转换为电信号，将该电信号经由电路基板33的配线输出至控制用半导体38。在控制用半导体38中对电信号实施规定的处理后，将该电信号输出至电连接器32。

在电路基板33和金属壳体311之间配置有散热片43（参照图3）。散热片43是由具有热传导性及柔软性的材料形成的热导体。散热片43沿着电路基板33的宽度方向延伸设置在电路基板33的背面332上（参照图6）。散热片43例如配置在受光发光元件39的下方。散热片43的上表面与电路基板33的背面332物理连接、热连接，并且，其下表面与金属壳体311的内侧面物理连接、热连接。通过该散热片43而使电路基板33与金属壳体311热连接，电路基板33的热量被传递至金属壳体311。

如上所述，根据本发明的实施方式所涉及的光学组件10，通过在连接器组件30的金属壳体311的顶板34的前端部侧，如上所述设置有台阶部343，从而即使在污物从金属壳体311的顶板34和树脂壳体312之间的间隙进入的情况下，污物也难以侵入至与台阶部343相比更靠后端部侧的位置。

另外，在本发明的实施方式所涉及的光学组件10中，与设置在树脂壳体312的内表面上的卡合凹部313卡合的卡合凸部341，是通过将金属壳体311的顶板34一部分剪开翘起而设置的，因此，在剪开的部分形成剪开孔342。然而，上述台阶部343设置在与剪开孔342相比靠近连接器组件30的前端部侧的位置。因此，与该台阶部343相比靠近剪开孔342侧（连接器组件30的后端部侧）处的顶板34和树脂壳体312之间的间隔，比与台阶部343相比靠近前端部侧处的顶板34和树脂壳体312之间的间隔窄。因此，即使是在污物从金属壳体311的顶板34和树脂壳体312之间的间隙进入的情况下，污物也难以侵入至与台阶部343相比更靠后端部侧的位置，因此，污物难以从剪开孔342进入至内部空间S中。

另外，在本实施方式中，台阶部343设置在与透镜阵列部件41的内部空间S（收容空间）相比更靠前端部侧的位置，因此，根据上述效果，污物难以进入至配置有透镜阵列部件41的内部空间S。而且，至剪开孔342的内侧为止设置有散热部件44，因此，假设进入金属壳体311和树脂壳体312之间的间隙中的污物，侵入至卡合凸部341的剪开孔342处，也能够利用散热部件44防止污物从剪开孔342侵入至内部空间S。另外，通过将这种散热部件44设置在电路基板33和金属壳体311之间，从而能够将透镜阵列部件41等产生的热量释放至金属壳体311。

另外，在本实施方式中，受光发光元件39和光纤芯线22各自的光轴不同，从其中一方射出的光信号，其光轴方向通过作为光耦合部件的透镜阵列部件41的反射面411进行变换，以与另一方光耦合。另外，在透镜阵列部件41上形成的定位销413，以朝向与光纤芯线22的光轴大致平行的方向突出的方式形成。通过使对光纤芯线22进行保持的连接器部件42在与光纤芯线22的光轴大致平行的方向上移动，从而使连接器部件42与透镜阵列部件41的定位销413嵌合，使光纤芯线22与受光发光元件39光耦合。定位销413的突出方向与电路基板33的面方向大致平行，因此，能够使连接器部件42沿着电路基板33的表面而进行连接，提高组装作业的高效性（作业性）。

此外，如上所述，透镜阵列部件41使从具有不同光轴的受光发光元件39和光纤芯线22中的一方发出的光信号与另一方光耦合的结构，并不限定于使用透镜阵列部件41的本实施方式。图7示出其变形例。在图7中示出的变形例中，代替具有反射面411的透镜阵列部件41，而在光插芯部件60上形成有圆弧状的光纤保持孔414，该圆弧状的光纤保持孔414能够使光纤芯线22的前端部向受光发光元件39的光轴方向弯曲。如上所述，通过由光纤保持孔601使光纤芯线22弯曲，也可以使光纤芯线22的光轴与受光发光元件39的光轴一致。从光纤芯线22的端面射出的光，由设置在光插芯部件60上的聚光透镜602变为平行光，入射至受光发光元件39。另外，从受光发光元件39射出的光通过聚光透镜602聚光后，入射至光纤芯线22的端面。如该光插芯部件60所示，光耦合部件和光纤保持部件也可以一体构成。

作为光耦合部件的结构，能够任意地选择上述结构，但在采用使具有不同光轴的受光发光元件和光纤芯线光耦合的结构的情况下，有时光耦合部件的高度会大于电连接器32。在这种情况下，根据上述本发明的实施方式的结构，能够在保持组件整体的尺寸较小的同时，确保用于收容这种光耦合部件的足够的内部空间，这一点是有利的。

此外，本发明的光学组件并不限定于上述各实施方式，可以进行适当的变形、改良等。

本申请基于2011年12月28日申请的日本专利申请（日本特愿2011-289476），该日本专利申请的内容作为参照引入在本说明书中。

Claims (6)

1.一种光学组件，其构成为在包含有光纤的光缆的端部设置有连接器部，

该光学组件的特征在于，

所述连接器部具有：

内侧壳体，其用于收容电路基板，在该电路基板上设置有与所述光纤的端部光连接的光学元件，该电路基板的前端部与电连接器连接；以及

外侧壳体，其包覆在所述内侧壳体的外侧，

在所述内侧壳体上设置有台阶部，

所述内侧壳体的与所述台阶部相比靠近所述前端部侧的内部空间，比所述内侧壳体的与所述台阶部相比靠近后端部侧的内部空间狭窄，

在所述内侧壳体和所述外侧壳体之间形成有规定的间隙。

2.根据权利要求1所述的光学组件，其特征在于，

在所述电路基板上设置有光耦合部件，该光耦合部件用于使具有不同光轴的所述光纤和所述光学元件进行光学连接，

所述光耦合部件的高度大于所述前端部侧的所述电路基板至所述内侧壳体为止的距离。

3.根据权利要求1或2所述的光学组件，其特征在于，

在所述内侧壳体和所述电连接器之间，安装有杨氏模量小于所述内侧壳体的封装部件，

所述内侧壳体及所述电连接器设置为与所述封装部件接触。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的光学组件，其特征在于，

在所述内侧壳体的壁面上设置有以剪开翘起的方式形成的第2卡合部，该第2卡合部与设置在所述外侧壳体的内表面上的第1卡合部卡合，在与由所述第2卡合部形成的剪开孔相比靠近前端部侧的位置处设置有所述台阶部，对于所述壁面和所述外侧壳体之间的间隔，与所述台阶部相比靠近所述连接器部的后端部侧处的间隔比靠近所述连接器部的前端部侧处的间隔窄。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的光学组件，其特征在于，

所述台阶部设置在与所述内侧壳体中的所述光学元件的收容空间相比靠近前端部侧的所述内侧壳体的壁面上。

6.根据权利要求4或5所述的光学组件，其特征在于，

在所述内侧壳体上包含有所述剪开孔的所述壁面的内侧设置有散热部件，该散热部件将所述电路基板和所述内侧壳体热连接。

Images