JP4990984B2 - 光ユニバーサルシリアルバス - Google Patents

Description

本発明の実施態様は、ユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）に関し、より具体的には、光機能を有するＵＳＢに関する。

パーソナルコンピュータ（ＰＣ）システムのような今日の処理システムの多くには、様々なＵＳＢデバイスを接続するためのユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）ポートが存在する。これらのＵＳＢデバイスの一部は、ＰＣユーザによって頻繁に使用されている。例えば、これらのＵＳＢデバイスは、プリンタ、コンパクトディスク−読出し専用メモリ（ＣＤ−ＲＯＭ）ドライバ、ＣＯ−ＲＯＭライタ（ＣＤＲＷ）ドライバ、デジタル多用途ディスク（ＤＶＤ）ドライバ、カメラ、ポインティングデバイス（例えば、コンピュータマウス）、キーボード、ジョイスティック、ハードドライブ、スピーカ等である。これらのデバイスの一部は、他よりも多くの利用可能なＵＳＢ帯域幅を使用する。例えば、ＵＳＢ ＣＤＲＷは、高帯域幅デバイスであるのに対し、コンピュータマウス、キーボード、及び、ジョイスティックのようなヒューマンインターフェースデバイス（ＨＩＤ）は、低帯域幅デバイスである。

ＵＳＢケーブル内には、典型的には、４つの遮蔽されたワイヤがある。ワイヤの２つは、電力（＋５ボルト（赤）及び接地（茶））をもたらし、撚線対（青及び黄）はデータ用であり得る。

ＵＳＢケーブルの両側には、標準サイズのコネクタがある。これらのコネクタは、「Ａ」コネクタ及び「Ｂ」コネクタと称される異なるプロファイルをそれぞれ有する。より近年は、より小さいデバイスに適用するよう、これらのコネクタの小型版が現れている。「Ａ」コネクタは、コンピュータに向かって「上流」に向かう。他端部で、「Ｂ」コネクタは、「下流」に向かい、個々のデバイスに接続する。このようにして、間違った接続することは殆どない。

ＵＳＢ規格は、低電力デバイス（例えば、マウス、メモリスティック、キーボード等）が、それらのＵＳＢ接続からそれらの電力を引き出すことを可能にする。スキャナ又はプリンタのような、より多くの電力を必要とするより大きいデバイスは、典型的には、それら自体の専用電源を有する。

図１は、典型的なＵＳＢ「Ａ」雄コネクタ１０を示している。ケーブル１２は、上述の４つのワイヤを含み、プラスチックハウジング１４に接続する。４つのワイヤのそれぞれは、ハウジング１４内で、絶縁ベース１８の上側に取り付けられた４つの接触端子又はピン１６の１つに接続する。絶縁ベース１８は、金属シールド１９内に包まれる。コネクタが対応する雌コネクタ内に差し込まれるときに、コネクタを所定位置に係止するよう、金属シールド内の開口２０が設けられ得る。

図２は、絶縁ベース１８のより詳細な図面を示している。図示されるように、ケーブル１２内の４つのワイヤのそれぞれに接続するよう、導電性ファスナ２１，２２，２３，２４が一端部に設けられている。外側の２つのファスナ２１及び２２は電力用であり、内側の２つのファスナ２３及び２４はデータ用である。絶縁ベース１８の上側には、接点２１，２２，２３，２４にそれぞれ対応する４つのピン３１，３２，３３，３４がある。雄コネクタ１０内のピン３１乃至３４は、差し込まれるときに、雌コネクタ内の相手ピンと電気的に係合する。

ＵＳＢ技術の異なる規格は、異なる帯域幅を有する。例えば、ユニバーサルシリアルバス仕様、改訂１．１、１９９８年９月２３日（ＵＳＢ１．１）デバイスは、１２Ｍｂｉｓ／秒（Ｍｂｐｓ）で動作し得る。ユニバーサルシリアルバス仕様、改訂２．０、２０００年４月２７日（高速ＵＳＢとしても既知であるＵＳＢ２．０）デバイスは、４８０Ｍｂｐｓで動作し得る。しかしながら、技術の進歩に応じて、技術者は動作速度を増大するよう常に努力している。

本発明は従来技術の問題を解決することを目的とする。

本発明の実施態様は、後方互換性が達成可能であるよう、その現仕様の上に超高速データ転送速度を加えることによってＵＳＢのデータ転送速度を増大する、光ＵＳＢ（以後「ＯＵＳＢ」と呼ぶ）に向けられている。

ＯＵＳＢに伴う挑戦は、比較的大きな機械公差を要求する遺産的ＵＳＢフォームファクタと後方互換的である必要である。即ち、ＵＳＢコネクタによって特定される機械公差は０．３ｍｍである。光コネクタは、典型的には、突合せ接触アプローチを使用する。しかしながら、光学的な突合せ接触は、１０μｍ又はそれ以上に良好な精度を必要とし得る。これは普通の光コネクタをＵＳＢフォームファクタのための実行不能な解決策とする。

この問題を解決するために、実施態様は、光ビーム拡張アプローチを開示する。ビームサイズを例えば１ｍｍに拡張することによって、ＵＳＢコネクタによって要求される０．３ｍｍ機械公差を達成そ得る。

典型的な「Ａ」雄コネクタを示すブロック図である。 ＵＳＢ「Ａ」雄コネクタの絶縁ベースをより詳細に示すブロック図である。 本発明の実施態様に従ったＵＳＢ「Ａ」雄コネクタの絶縁ベースを示す上面図である。 本発明の実施態様に従ったＵＳＢ「Ａ」雄コネクタの絶縁ベースを示す底面図である。 本発明の実施態様に従ったＵＳＢ「Ａ」雌コネクタを示すブロック図である。 本発明の実施態様に従った結合ＵＳＢ「Ａ」コネクタを示す断面図である。

今や図３及び４を参照すると、本発明の１つの実施態様に従ったＯＵＳＢコネクタの絶縁ベース１８の上面図及び底面図がそれぞれ示されている。図２に示され且つ記載されているものと同様に、ケーブル１２内の４つのワイヤのそれぞれに接続するよう、導電性ファスナ２１，２２，２３，２４が一端部に設けられている。外側の２つのファスナ２１及び２２は電力用であり、内側の２つのコネクタ２３及び２４はデータ用である。絶縁ベース１８の上側には、接点２１，２２，２３，２４とそれぞれ対応する４つのピン３１，３２，３３，３４がある。雄コネクタ１０内のピン３１乃至３４は、差し込まれるときに、雌コネクタ内の相手ピンと電気的に係合する。

加えて、ＯＵＳＢコネクタは、絶縁ベース１８の前縁に埋設レンズ４０，４１，４２，４３を含む。これらのレンズは、高速光データ処理量をもたらすために、それぞれのファイバ５０，５１，５２，５３に光学的に結合される。４つのレンズが示されているが、これは一例であり、より多く或いはより少ないレンズが設けられ得る。レンズ４０乃至４３は、据付時のファイバ自動整列のために、図示のようなテーパ付き孔内にあり得る。テーパ付き孔は、付加的な剛性のために、金属インサートを有し得る。図３及び４には示されていないが、絶縁ベース１８は、プラスチックハウジング１４内に収容され、図１に示されるような金属シールド１９を含む。

図５は、図３及び４に示されるコネクタと結合するよう構成される「Ａ」雌ＯＵＳＢコネクタの内側を示している。標準ＵＳＢにおけるように、絶縁キャリア５０が、４つの接点５１，５２，５３，５４を含み得る。４つの接点は、雄コネクタ内のピン３１，３２，３３，３４とそれぞれ電気的接続を行うよう構成され、バネ付勢され得る。４つの接点５１，５２，５３，５４は、次いで、接触ポスト６１，６２，６３，６４でＵＳＢデバイスに電気的に接続され得る。４つのファイバ７０，７１，７２，７３が雌コネクタに進入し、４つの埋設レンズ８０，８１，８２，８３に光学的に結合され得る。４つの埋設レンズは、接続されるときに、雄コネクタ内の対応するレンズ４０乃至４３に光学的に結合する。

図６は、結合時の雄ＯＵＳＢコネクタ８８及び雌ＯＵＳＢコネクタ９０の切欠き側面図を示している。簡潔性のために、電気接続はこの図面中に示されていないが、図３乃至５に示されるように存在し得る。雄ＯＵＳＢコネクタ８８は、プラスチックベース又はコア９１を含む。雌ＯＵＳＢコネクタ９０も、それ独自の金属シールドによってそれぞれ取り囲まれたプラスチックコア９２を含む。プラスチックコア９１及び９２は、光ファイバ９４及び９５の整列を容易化するようＶ溝９５を含み得る。

プラグ（雄）９０及び受口（雌）８８が組み合わされた後、レンズ４３及び８０は、光通信を促進するよう光ビームを拡張するために使用される。例証されるように、雄側からのファイバ９４からの光ビームは、レンズ４３によって、例えば、約１ｍｍに拡張され得る。次に、拡張ビームは、雌側にある埋設レンズ８０によって平行化され、ファイバ９５と結合し得る。埋設レンズプロファイル４３及び８０は両側で同一であるので、光信号はいずれの方向にも進み得る。人が見ることができるように、ビームの拡張は、ファイバ９４及び９５を光学的に結合することを可能にする。何故ならば、従来的な突合せ結合は、ＵＳＢコネクタの機械公差の制約内で良好に働かないからである。

上記の実施態様はＵＳＢ「Ａ」コネクタとして例証されたが、当業者はここに記載される本発明がＵＳＢ「Ｂ」コネクタ又は他のＵＳＢフォームファクタに等しく適用可能であることを直ちに認識するであろう。

ＯＵＳＢの多くの利点がある。具体的には、実施態様は、既存のＵＳＢフォームファクタ内で、全ての従来的なＵＳＢ電気接続を維持する。よって、それはＵＳＢ２．０仕様と完全に後方互換的である。それは高速ＵＳＢ２．０（４８０Ｍｂｐｓ）に比べて超高速なデータ転送速度（即ち、１０Ｇｂｐｓ）を可能にする。加えて、光信号完全性が、従来的な電気接続が問題を経験し得る工場のような高ＥＭＩ環境内で維持され得る。

本発明の例証された実施態様の上記の記載が、要約に記載されるものの含めて、網羅的であることや、本発明を開示された正確な形態に制限することは意図されていない。本発明の具体的な実施態様及び実施例が例証の目的のためにここに記載されたが、当業者が認識するように、様々の均等な変更が本発明の範囲内で可能である。

これらの変更は、上記の詳細な記載の観点から本発明に行われ得る。以下の請求項中で使用される用語は、本発明を明細書及び請求項中に開示される具体的な実施態様に限定するよう解釈されるべきではない。むしろ、本発明の範囲は、以下の請求項によって専ら決定されるべきであり、請求項は確立した請求項解釈の原理に従って解釈されるべきである。

Claims (20)

1. 上面と前縁面とを有する絶縁ベースと、
   電気接続を行うための前記絶縁ベースの前記上面上の複数のピンであって、電力接続を提供するピンおよび電気的なデータ接続を提供する少なくとも１つのピンを含む、複数のピンと、
   光学データ信号を転送するための前記絶縁ベースの前記前縁面上の少なくとも１つの埋設レンズとを含む、
   ユニバーサルシリアルバスコネクタ。
2. 前記少なくとも１つの埋設レンズに光学的に結合される少なくとも１つのファイバをさらに含む、請求項１に記載のユニバーサルシリアルバスコネクタ。
3. 前記埋設レンズは、前記ファイバから現れるビームを拡張する、請求項２に記載のユニバーサルシリアルバスコネクタ。
4. 前記埋設レンズは、前記ビームを１ｍｍまで拡張する、請求項３に記載のユニバーサルシリアルバスコネクタ。
5. 前記埋設レンズは、ビームを平行化してファイバに入れる、請求項２に記載のユニバーサルシリアルバスコネクタ。
6. 前記絶縁ベースの前記前縁面上の４つの埋設レンズと、前記４つの埋設レンズの１つにそれぞれ光学的に結合される４つのファイバとをさらに含む、請求項２に記載のユニバーサルシリアルバスコネクタ。
7. 組み合わせられる時に、前記絶縁ベースの前記前縁面上の前記少なくとも１つの埋設レンズに光学的に結合する、少なくとも１つの埋設レンズを含む、相手コネクタをさらに含む、請求項１に記載のユニバーサルシリアルバスコネクタ。
8. 前記相手コネクタの前記埋設レンズは、前記絶縁ベースの前記前縁面上の前記少なくとも１つの埋設レンズと同じである、請求項７に記載のユニバーサルシリアルバスコネクタ。
9. ユニバーサルシリアルバスコネクタに光機能をもたらす方法であって、
   上面と前縁面とを有する絶縁ベースを提供することと、
   電気接続を行うために、前記絶縁ベースの前記上面上に複数のピンを位置付けることであって、電力接続を提供するピンおよび電気的なデータ接続を提供する少なくとも１つのピンを含む、ことと、
   光通信のために前記絶縁ベースの前記前縁面上に少なくとも１つのレンズを埋設することとを含む、
   方法。
10. ファイバから現れるビームを前記埋設レンズで１ｍｍに拡張することをさらに含む、請求項９に記載の方法。
11. ビームを前記埋設レンズでファイバの上に平行化することをさらに含む、請求項９に記載の方法。
12. 前記絶縁ベースの前記前縁面上に複数の埋設レンズを提供することをさらに含む、請求項９に記載の方法。
13. 前記埋設レンズを相手コネクタの対応するレンズに光学的に結合するために、前記ユニバーサルシリアルバスコネクタを前記相手コネクタに差し込むことをさらに含む、請求項９に記載の方法。
14. 前記埋設レンズと、前記相手コネクタ内の前記対応するレンズとは、同じである、請求項９に記載の方法。
15. 絶縁ベースの上面に取り付けられる４つの電気接続部を含み、電力接続を提供するピンおよび電気的なデータ接続を提供する少なくとも１つのピンを含むユニバーサルシリアルバスコネクタと、
    前記絶縁ベースの前縁面の上の複数の埋設レンズであって、前記前縁面が前記上面と異なる、複数の埋設レンズと、
    該複数の埋設レンズのそれぞれの１つにそれぞれ光学的に結合される複数のファイバとを含み、
    各レンズは、ユニバーサルシリアルバス機械公差を満足するために、光ファイバから第一方向に進行するビームを拡張し、且つ、前記光ファイバ上を第二方向に進行するビームを平行化する、
    光ユニバーサルシリアルバス。
16. ユニバーサルシリアルバスと後方互換的である、請求項１５に記載の光ユニバーサルシリアルバス。
17. 前記絶縁ベースの前記前縁面上に４つの埋設レンズをさらに含む、請求項１５に記載の光ユニバーサルシリアルバス。
18. 前記ファイバの整列を容易化するために前記絶縁ベース内にＶ溝をさらを含む、請求項１５に記載の光ユニバーサルシリアルバス。
19. 組み合わせられるときに、前記絶縁ベースの前縁面の上の前記複数の埋設レンズと光学的に整列される同じ埋設レンズを有する相手光ユニバーサルシリアルバスコネクタをさらに含む、請求項１５に記載の光ユニバーサルシリアルバス。
20. 前記ビームは１ｍｍに拡張される、請求項１５に記載の光ユニバーサルシリアルバス。

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