JP2011014807A - ノイズ除去コネクタ - Google Patents

Abstract

【課題】低コストに高速な信号伝送に対応したノイズ除去コネクタを提供する。
【解決手段】ＦＯＴ４ａとＦＯＴ４ｂとがそれぞれ収容された一対のハウジング３をＰＯＦ７が挿入された中間コネクタ６で向かい合うように連結して、ＦＯＴ４ａとＦＯＴ４ｂとを光学的に接続することで、ＦＯＴ４ａで電光変換した光信号をＦＯＴ４ｂで光電変換した後に、ＦＯＴ４ｂの整流部４ｂ５で整流してノイズを除去する。
【選択図】図２

Description

本発明は、電気信号に含まれるノイズを除去するノイズ除去コネクタに関する。

従来、電子回路基板内の電気信号に含まれるノイズを除去するためには、フォトカプラやアイソレータといった素子が一般的に用いられている（例えば、特許文献１を参照）。

この種のフォトカプラやアイソレータは電気信号を光信号に変換して再度電気信号に変換することで電気信号に含まれるノイズの除去を行っている。

特開昭６３−１５５１１号公報

しかしながら、上述した従来のフォトカプラやアイソレータでは、例えば数百Ｍｂｐｓといった高速な信号伝送に使用できるものが無い。そのため、従来のフォトカプラやアイソレータでは、高速な信号伝送に使用すると、アイソレーションした信号波形が安定せず乱れてしまうという問題があった。

このような問題を解決するには、高速な信号伝送に対応したフォトカプラやアイソレータを開発すればよいが、専用の部品となってしまう可能性も有り、コストが高くなってしまうという問題がある。

そこで、本発明は、コストアップを抑えながら高速な信号伝送にも対応できるノイズ除去コネクタを提供することを課題とする。

上記課題を解決するためになされた請求項１に記載の発明は、外部から入力された電気信号を光信号に変換する電光変換手段と、前記電光変換手段が変換した光信号を電気信号に変換する光電変換手段と、を備えたノイズ除去コネクタにおいて、前記光電変換手段が変換した電気信号を整流して外部に出力する整流手段を備え、そして、前記電光変換手段と前記光電変換手段とが互いに向かい合うように設けられていることを特徴とするノイズ除去コネクタである。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記光電変換手段と前記整流手段とが一体的に構成されていることを特徴とするものである。

請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の発明において、前記電光変換手段を収容する第一収容部と、少なくとも前記光電変換手段を収容する第二収容部と、前記第一収容部と前記第二収容部とを互いに向かい合わせる対向部と、を備えていることを特徴とするものである。

請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の発明において、前記対向部が、前記電光変換手段と前記光電変換手段とを光学的に接続していることを特徴とするものである。

以上説明したように請求項１に記載の発明によれば、電光変換手段と光電変換手段とを向かい合わせに設けて、電気信号を電光変換手段で変換した光信号を光電変換手段で電気信号に変換した後に整流手段で整流するので、光電変換後の電気信号のバッファリングなどによる波形整形時に、一度光信号に変換しただけでは除去しきれない高周波ノイズも除去することができ、さらに、電光変換手段や光電変換手段は、光通信用に用いる素子を流用することができるために、低コストに高速な信号伝送に対応したノイズ除去コネクタを構成することができる。

請求項２に記載の発明によれば、光電変換手段と整流手段とが一体的に構成されているので、一般的に光通信用に用いられているＦＯＴ（Fiber Optic Transceiver）を流用することができ、低コストに高速な信号伝送に対応したノイズ除去コネクタを構成することができる。

請求項３に記載の発明によれば、対向部によって第一収容部と第二収容部とを対向させて配置しているので、例えば、第一収容部と第二収容部を一対のシールドケースとして、対向部を一対のシールドケースを対向させて収容するハウジングとして形成すれば、光通信用に用いる素子を流用しつつ、コンパクトにノイズ除去コネクタを構成することができる。

請求項４に記載の発明によれば、対向部が電光変換手段と光電変換手段とを光学的に接続しているので、例えば、第一収容部と第二収容部を一般的な光コネクタのＦＯＴなどの電光変換手段と光電変換手段を収容しているハウジングを流用し、それらを短いＰＯＦ（Plastic Optical Fiber）などで光学的に接続する中間コネクタとして対向部を構成することで、一般的な光コネクタと部品を共用することができるため、低コストにノイズ除去コネクタを構成することができる。

本発明の第１実施形態にかかるノイズ除去コネクタの外観を示す斜視図である。 図１に示されたノイズ除去コネクタの分解図である。 図１のＡ−Ａ線に沿う断面図である。 発光側ＦＯＴの内部構成を示した回路図である。 受光側ＦＯＴの内部構成を示した回路図である。 ヘッダーコネクタの外観を示す斜視図である。 図６に示されたヘッダーコネクタの分解図である。 本発明の第２実施形態にかかるノイズ除去コネクタの外観を示す斜視図である。 図８に示されたノイズ除去コネクタの分解図である。 図８のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。

［第１実施形態］
次に、本発明の第１の実施形態にかかるノイズ除去コネクタを図１乃至図７を参照して説明する。本発明の第１の実施形態にかかるノイズ除去コネクタ１は、図１乃至図３に示すように、シールドケース２と、ハウジング３と、光変換モジュール（以降、ＦＯＴと記載する）４ａ、４ｂと、ＦＯＴカバー５と、中間コネクタ６と、ＰＯＦ７と、を備えている。なお、以下、ＦＯＴ４ａとＦＯＴ４ｂとが互いに向かい合う方向と平行な図面中の矢印Ｙを奥行き方向と記し、ＦＯＴ４ａとＦＯＴ４ｂとがハウジング３内で並ぶ方向と平行でかつ前記奥行き方向Ｙと直交する矢印Ｘを幅方向と記し、奥行き方向Ｙと幅方向Ｘの全てと直交する矢印Ｚを高さ方向と記す。

シールドケース２は、導電性を有する金属板を打ち抜き、折り曲げ加工を施して、図３に示すように高さ方向Ｚの一方側の面（下側）が開口する略箱状の形状に形成されている。また、シールドケース２は、後述するハウジング３とＦＯＴ４ａ、４ｂとＦＯＴカバー５と中間コネクタ６とＰＯＦ７とを下側から収容して、側面部２ａに設けられた係止部２ｂによって、収容したハウジング３等を係止している。

第一収容部、第二収容部としてのハウジング３は、樹脂などで形成され、ＦＯＴ４ａ、４ｂを幅方向Ｘと平行な方向に並べて収容する収容室３ａと、後述する中間コネクタ６が侵入して嵌合する嵌合室３ｂと、が形成されている。収容室３ａと嵌合室３ｂとの間には、収容室３ａに収容されたＦＯＴ４ａ、４ｂが嵌合室３ｂに嵌合した中間コネクタ６へ光を発光または受光するための貫通孔３ｃが形成されている。ハウジング３は、ＦＯＴ４ａとＦＯＴ４ｂとを向かい合わせに配置されるようにするために１つのノイズ除去コネクタ１に付き２つ（一対）使用される。

ＦＯＴ４は、入力された電気信号を光信号に変換して出力する電光変換手段としてのＦＯＴ４ａと、入力された光信号を電気信号に変換して整流後出力する光電変換手段としてのＦＯＴ４ｂと、の２種類が用いられる。図４にＦＯＴ４ａの回路図を、図５にＦＯＴ４ｂの回路図を示す。

ＦＯＴ４ａ、４ｂはともに、図４や図５に記載された回路素子などが透明な樹脂で封止されたモールド部４ａ１、４ｂ１と、モールド部４ａ１、４ｂ１から図４や図５に記載されたＶＩ＋、ＶＩ−、ＶＯ＋、ＶＯ−、Ｖｃｃ、ＧＮＤなどの各端子が導出されたリードフレーム４ａ２、４ｂ２と、から構成されている。

ＦＯＴ４ａは、図４に示したように、ＶＩ＋端子及びＶＩ−端子から入力された電気信号を所定のレベルに増幅するドライバ４ａ３と、ドライバ４ａ３から出力された電気信号を光信号に変換するレーザダイオードなどの発光素子４ａ４と、を備えている。

ＦＯＴ４ｂは、図５に示したように、受光した光信号を電気信号に変換するフォトダイオードなどの受光素子４ｂ３と、受光素子４ｂ３が出力した電流の変化を電圧の変化に変換する電流変換部４ｂ４と、電流変換部４ｂ４が出力した電気信号を整流してＶＩ＋端子及びＶＩ−端子から出力する整流部４ｂ５と、を備えている。即ち、光電変換手段と整流手段とが一体的に構成されている。

整流手段としての整流部４ｂ５は、変換された電気信号の振幅（パワー）の低下や、立上り立下りの両エッジの鈍りなどによって劣化した信号をバッファリングして本来必要とされる矩形波などに整形する回路であるが、本実施形態では、ＦＯＴ４ａとＦＯＴ４ｂによる電光変換、光電変換による従来のノイズ除去に加えて整流部４ｂ５による波形整形によっても信号のノイズ成分を除去している。即ち、一度光信号に変換しただけでは除去しきれない高周波ノイズなどを整流部４ｂ５の整流動作によって除去している。

ＦＯＴカバー５は、樹脂等で平板状に形成され、幅方向Ｘの両端に形成された係止部５ａによってハウジング３に係止されてハウジング３の収容室３ａに収容されたＦＯＴ４ａ、４ｂを保持する。

対向部としての中間コネクタ６は、樹脂等で略箱状に形成された外周部６ａと、外周部６ａの奥行き方向Ｙの一方の端部から他方の端部に向かって延在する円筒状に形成された筒部６ｂと、を備えている。筒部６ｂには、ＰＯＦ７が挿入される。

ＰＯＦ７は、ＦＯＴ４ａとＦＯＴ４ｂとを光学的に接続するための光ファイバであり、中間コネクタ６の筒部６ｂに挿入されている。ＰＯＦ７は、筒部６ｂの奥行き方向Ｙの長さと略同じ長さに形成されている。

上述した構成の各部材は、図３に示したように、ＰＯＦ７が挿入された中間コネクタ６の奥行き方向Ｙの両端を２つのハウジング３の嵌合室３ｂに侵入させて嵌合し、ハウジング３の収容室３ａにＦＯＴ４ａとＦＯＴ４ｂとを並べて収容する。この際に２つのハウジング３同士でＦＯＴ４ａとＦＯＴ４ｂとが互いに向かい合うように収容する。この状態でＦＯＴ４ａ、４ｂの発光または受光部、即ち、ハウジング３の貫通孔３ｃと、中間コネクタ６の筒部６ｂ、即ち、ＰＯＦ７と、が同軸になるように配置される。そして、ＦＯＴ４ａ、４ｂの後方にＦＯＴカバー５を取り付けて、シールドケース２に収容してノイズ除去コネクタ１となる。

ノイズ除去コネクタ１の信号の流れを説明すると、外部からＦＯＴ４ａに入力された電気信号が、光信号に変換されて出力される。ＦＯＴ４ａから出力された光信号は、ＰＯＦ７を経由してＦＯＴ４ｂに受光され、ＦＯＴ４ｂで再度電気信号に変換される。ＦＯＴ４ｂでは変換した電気信号を整流部４ｂ５で整流し外部へ出力する。

図６及び図７は、図１乃至図３に示したノイズ除去コネクタ１の部品を流用して構成したヘッダーコネクタ（光コネクタ）１０である。ヘッダーコネクタ１０は、ハウジング３と、ＦＯＴ４ａ、４ｂと、ＦＯＴカバー５と、ＰＯＦ７と、シールドケース１２と、メスコネクタ１６と、を備え、光通信に用いるＰＯＦ７などの光ファイバの端部に接続されて光信号を電気信号に変換したり、電気信号を光信号に変換したりする。

シールドケース１２は、導電性を有する金属板を打ち抜き、折り曲げ加工を施して、図３に示すように高さ方向Ｚの一方の端部（下側）と奥行き方向Ｙの一方の端部（側面の１つ）が開口する略箱上の形状に形成されている。

メスコネクタ１６は、ハウジング３の嵌合室３ｂと一端が嵌合し、他端にはＰＯＦ７が挿入される挿入孔１６ａが設けられている。挿入孔１３ａは、メスコネクタ１６の他端から一端までを貫通しており、挿入されたＰＯＦ７がＦＯＴ４ａの発光部及びＦＯＴ４ｂの光の受光部と同軸となるような位置に設けられている。

ヘッダーコネクタ１０を構成する部品のうち、ハウジング３と、ＦＯＴ４ａ、４ｂと、ＦＯＴカバー５は、上述したノイズ除去コネクタ１と同じものである。

そして、上述した部材は、ハウジング３の収容室３ａにＦＯＴ４ａとＦＯＴ４ｂとを幅方向Ｘと平行に並べて収容し、ＦＯＴ４ａ、４ｂの後方にＦＯＴカバー５を取り付ける。ハウジング３の嵌合室３ｂには、メスコネクタ１６の一端を侵入させて嵌合し、シールドケース１２にハウジング３を収容してヘッダーコネクタ１０となる。実際に使用する際にはメスコネクタ１６の他端側の挿入孔１６ａにＰＯＦ７が挿入される。

本実施形態によれば、ＦＯＴ４ａとＦＯＴ４ｂとがそれぞれ収容された一対のハウジング３をＰＯＦ７が挿入された中間コネクタ６で向かい合うように連結して、ＦＯＴ４ａとＦＯＴ４ｂとを光学的に接続することで、ＦＯＴ４ａで電光変換した光信号をＦＯＴ４ｂで光電変換した後に、ＦＯＴ４ｂの整流部４ｂ５で整流してノイズを除去することができる。

また、光通信などで用いられるＦＯＴ４ｂには、受光した信号のバッファリング（鈍りなどを整形する）のために整流回路が含まれるのが一般的であり、フォトカプラやアイソレータなどよりも高速に動作可能なものが多い。そのため、光通信に用いるＦＯＴ４ａ、４ｂを流用して構成することで、ノイズ除去のために専用の電子部品を開発することなく、既存の部品で高速伝送に対応するとともに低コスト化を図ることができる。

また、ＦＯＴ４ａ、４ｂに加えて、ハウジング３やＦＯＴカバー５なども光通信に用いるヘッダーコネクタ１０と部品を共用しているので、部品の共通化をすることができ低コスト化を図ることができる。

［第２実施形態］
次に、本発明の第２の実施形態にかかるノイズ除去コネクタについて図８乃至図１０を参照して説明する。なお、前述した第１の実施形態と同一部分には、同一符号を付して説明を省略する。

本実施形態のノイズ除去コネクタ２０は、ＦＯＴ４ａ、４ｂと、シールドケース２１と、ハウジング２２と、を備えている。

ＦＯＴ４ａ、４ｂは、第１の実施形態と同じものである。シールドケース２１は、導電性を有する金属板を打ち抜き、折り曲げ加工を施して、幅方向Ｘと平行な方向に矩形の筒が２つ連なった形状に形成されている。シールドケース２１は、筒の一端の開口部から他端の開口部に向かって（即ち、高さ方向Ｚに平行な方向から）ＦＯＴ４ａまたはＦＯＴ４ｂを侵入させて収容する。また、シールドケース２１の奥行き方向Ｙの一端側の側面には、ＦＯＴ４ａ、４ｂが光を発光または受光するための孔２１ａが形成され、幅方向Ｘの両端の側面には自身を後述するハウジング２２に係止する係止突起２１ｂが形成されている。

ハウジング２２は、樹脂などで形成され、ＦＯＴ４ａ、４ｂを収容したシールドケース２１を収容するための収容室２２ａが奥行き方向Ｙの両端に形成されている。また、２つの収容室２２ａを隔てる壁部には２つの収容室２２ａを接続する貫通孔２２ｂが設けられている。この貫通孔２２ｂは、ＦＯＴ４ａ、４ｂの光を発光または受光する位置、即ち、シールドケース２１の孔２１ａと同軸に設けられている。収容室２２ａには、シールドケース２１を係止するための係止孔２２ｃが設けられている。

そして、本実施形態では、ＦＯＴ４ａ、４ｂを収容したシールドケース２１をハウジング２２の両端の収容室２２ａに収容し、係止孔２２ｂに係止突起２１ｂを侵入させてシールドケース２１をハウジング２２に係止してノイズ除去コネクタ２０となる。

本実施形態のノイズ除去コネクタ２０も、図１０に示したように、ＦＯＴ４ａとＦＯＴ４ｂとが互いに向かい合うように配置されるが、第１の実施形態のように中間コネクタ６のＰＯＦ７によって光学的に連結するのではなく、直接向かい合う構成となっている。

本実施形態によれば、シールドケース２１にＦＯＴ４ａ、４ｂを収容して、ハウジング２２でＦＯＴ４ａ、４ｂが直接向かい合いように構成したので、ＦＯＴ４ａ、４ｂは光通信用のものを流用しながら第１の実施形態よりもコンパクトにすることができる。

なお、本発明は、例えばロボットの関節などを駆動するモーターなどといったノイズ発生源の近傍に配置することによって、ロボットの制御信号などの高速かつ高ノイズ耐性が要求される電気信号に含まれるノイズを除去し、ロボットなどの誤動作を防止することができる。

また、上述した実施形態は本発明の代表的な形態を示したに過ぎず、本発明は、実施の形態に限定されるものではない。すなわち、本発明の骨子を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。

１ ノイズ除去コネクタ
３ ハウジング（第一収容部、第二収容部）
４ａ ＦＯＴ（電光変換手段）
４ｂ ＦＯＴ（光電変換手段）
４ｂ５ 整流部（整流手段）
６ 中間コネクタ（対向部）
２１ シールドケース（第一収容部、第二収容部）
２２ ハウジング（対向部）

Claims (4)

1. 外部から入力された電気信号を光信号に変換する電光変換手段と、前記電光変換手段が変換した光信号を電気信号に変換する光電変換手段と、を備えたノイズ除去コネクタにおいて、
   前記光電変換手段が変換した電気信号を整流して外部に出力する整流手段を備え、そして、
   前記電光変換手段と前記光電変換手段とが互いに向かい合うように設けられている
   ことを特徴とするノイズ除去コネクタ。
2. 前記光電変換手段と前記整流手段とが一体的に構成されていることを特徴とする請求項１に記載のノイズ除去コネクタ。
3. 前記電光変換手段を収容する第一収容部と、
   少なくとも前記光電変換手段を収容する第二収容部と、
   前記第一収容部と前記第二収容部とを互いに向かい合わせる対向部と、
   を備えていることを特徴とする請求項１または２に記載のノイズ除去コネクタ。
4. 前記対向部が、前記電光変換手段と前記光電変換手段とを光学的に接続していることを特徴とする請求項３に記載のノイズ除去コネクタ。

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