4 K, 8 K 超高精細映像機器間接続用多心光コネクタ 光機器コンポーネント事業部 菅 野 修 平 1 ･ 加 藤 誠 司 2 ･ 西 村 顕 人 3 ･ 瀧 澤 和 宏 4 Multi - fiber connectors for high - definition video equipment S. Kanno, S. Kato, A. Nishimura, and K. Takizawa 光アクセスネットワークおよび光インターコネクションの分野で多心光コネクタの要求が高まってい る．放送業界においても，映像の高精細化にともない，映像機器間を多心光コネクタにて一括で接続す るという要求が出てきている．当社では，光ファイバ通信用多心光コネクタとして実績のある MPO コネ クタの技術を応用し，超高精細映像機器間接続用多心光コネクタを開発した．本光コネクタは，映像機 器間接続に現行用いられている電気コネクタである BNC コネクタと接続方法及びサイズがほぼ同様であ り，現行品と同様に使用することが可能である．本コネクタは光アクセスネットワークおよび光インタ ーコネクションで使用する際に要求される環境及び機械特性も満足しており，更に映像機器間接続で要 求される繰り返し着脱特性において高い耐久性を実現した． Demands for multi - f iber connectors in optical access network and optical interconnection are growing. In the broadcasting industry, as video equipment advances towards high - definition technology, the demand for multi - fiber connections between devices in studio equipment increases as well. By applying similar technology used in MPO connectors, we have developed a multi - fiber connector (Optical BNC connector) that will be widely used to connect sets in the studio equipment. The connecting method and size of the newly developed connector are similar to the exisiting BNC connector used in the studio equipment. Additionally, the new optical BNC connector satisf ies both environmental and mechanical requirements suited for optical access networks and optical interconnection. Notably, the durability against a high number of repeated connection matings has been proved. これら MPO コネクタの基本特性に加え，繰り返し着脱特 １．ま え が き 性や引張り強度等における高い耐久性および防水性が求 められる． インターネットの拡がりによるデータトラフィックの爆 上記のような要求に対し，当社では，MPO コネクタの 発的増大によって，光ファイバ通信が広く普及している． 放送においても映像の高精細化が進んでおり，2014 年 6 技術を応用し，4 K，8 K 超高精細映像機器間接続用多心 月からは，4 K の試験放送が実施されている．さらに，2020 光コネクタ（以下映像機器接続用多心光コネクタ）を開 年の東京オリンピックでの放送をめざし，8 K の超高精細 発したので報告する． 映像放送に向けた研究開発も進んでいる．これらを背景に 4 K，8 K 番組制作用の放送スタジオ機器間インターフェ 2．構 造 ースの光化が必要となっており，標準化も進んでいる 1）． 2．1 コネクタ構造 このような背景において，高密度な光ファイバ配線が 可能であり，かつ複数の光ファイバを一括で接続可能な 図 1 に当社で開発した映像機器接続用多心光コネクタ 多心光コネクタの要求が高まっている．当社ではこれま の外観構造を示す．本コネクタは，ARIB STDB 58 1.0 版 で，光ファイバ通信用多心光コネクタとして MPO コネク タを開発，製品化し，実績を上げてきた 2）3）4）．さらに， 現在の MPO コネクタは，技術の向上により，単心光コネ クタと同程度の光学特性を達成することが可能になって きている．放送業界で使用されるコネクタにおいては， レセプタクル 1 光機器開発部 2 光機器開発部係長 3 光機器開発部グループ長 4 光機器開発部部長 プラグ 図 1 映像機器接続用多心光コネクタ Fig. 1. Multi - f iber connector for video equipment. 22 4 K, 8 K 超高精細映像機器間接続用多心光コネクタ 略語・専門用語リスト 略語 ･ 専門用語 正式表記 説 明 MT Mechanically Transferable 多心光ファイバを一括で接続する技術その技術を用いたコ ネクタを MT コネクタと言う．そのキーパーツが MT フェ ルールである． MPO Multifiber Push - On MT よりも簡易的に多心光ファイバを 一括で接続可能な 技術．その技術を用いたコネクタを MPO コネクタと言う． BNC Bayonet Neill Concelman 同軸ケーブルを接続するためのコネクタの一種． ARIB Association of Radio Industries and Businesses 一般社団法人 電波産業会 IP 67 Internatinal protection 67 IEC および JIS にて規定されている，機器内への異物の侵 入に対する保護の等級の一種． クタ同士のかん合安定性を考慮した設計としている． で標準化され，この映像機器接続用多心光コネクタを用 いることで 100 Gbps を超える非圧縮 8 K 伝送が可能と MT コネクタ同士のかん合安定性は，かん合時におけ なる．24 心のマルチモード光ファイバをプラグ - レセプタ るコネクタ同士の摺り合わせ長（プラグがレセプタクル クル方式により一括で接続可能としている． に挿入され始めてから，レセプタクル内 MT のかん合ピ ンがプラグ内 MT のかん合孔に挿入される直前までに動 また，本映像機器接続用多心光コネクタのかん合構造は， 既存の電気 BNCコネクタと同様のバヨネットロック構造を く距離）に大きく依存することが知られている．コネク 用いており，操作性は電気 BNCコネクタと同等である． タ同士のかん合において，内部 MT のかん合方向に対す 本映像機器接続用多心光コネクタはこれまで当社で開 る傾きが大きいと，ピン無側のかん合孔がピン有側のか 発してきた MPO コネクタの設計思想及び作製技術をベー ん合ピンによって損傷を受けやすくなり，コネクタの耐 スとしており，図 2 に示すとおり，レセプタクル，プラ 久性が低下する．かん合時の摺り合わせ長を長く設計す グ共に内部に MT フェルールを実装している．そのため， ることで，内部 MT の傾きが抑えられ，MT コネクタ同士 MPO コネクタと同様に同一構造で更に多い心数の光ファ のかん合安定性が増すため，コネクタの繰り返し着脱に イバを一括で接続する光コネクタへの発展も可能である． よる耐久性を向上させることが期待できる． 図 3 に既存の MPO コネクタと本映像機器接続用多心 さらに，既存の MPO コネクタと異なり，プラグ，レセ プタクルいずれも外部ハウジングを金属（SUS）で作製 しているため，大幅な耐久性向上が達成できている． MPOコネクタ 2．2 かん合性 本映像機器接続用多心光コネクタは，使用する上で， MPOコネクタ アダプタ MPOコネクタ 繰り返し着脱が多いことが想定されるため，2.1 で述べた ように外部ハウジングをレセプタクル，プラグ共に金属 製とする他に，光コネクタかん合時に，内部の MT コネ 摺り合わせ長：5.7 mm 金属（SUS）製外部ハウジング 内部MT 映像機器接続用多心光コネクタ 内部MT かん合ピン 防水用Oリング レセプタクル 摺り合わせ長：10.5 mm 防水用Oリング 図 3 MPO コネクタと映像機器接続用多心光コネクタと のかん合時摺り合わせ長の比較 Fig. 3. Comparision of mating distance between MPO connector and multi - f iber connector for video equipment. プラグ 図 2 映像機器接続用多心光コネクタの構造 Fig. 2. Structure of multi - f iber connector for video equipment. 23 2014 Vol. 2 フ ジ ク ラ 技 報 第 127 号 光コネクタにおける，かん合時の摺り合わせ長を比較し タでかん合できるように設計されており，そのサイズは， た模式図を示す．既存の MPO コネクタは，MPO コネクタ 電気 BNC コネクタより外径が約 2 mm 大きくなるだけの 同士をアダプタを介してかん合させる方式であり，その 小型化を達成している． 摺り合わせ長は 5.7 mm である．これに対して，本映像 すなわち，ほぼ同等なコネクタのサイズにて，電気 機器接続用多心光コネクタは摺り合わせ長を 10.5 mm ま BNC コネクタ 24 個分を，映像機器接続用多心光コネク で長くした設計となっている．これにより，レセプタク タ 1 個分のサイズで達成している． ルとプラグにおける内部 MT 同士のかん合安定性が向上 2．5 使用ケーブルの特徴 し，既存の MPO コネクタと比較して，繰り返し着脱によ 映像機器接続用多心光コネクタのプラグ側は，装置外 で使用されることになるため，プラグ側に使用されるケ る耐久性の飛躍的な改善を達成した． また，上記の嵌合シーケンスにおけるレセプタクル側 ーブルには，耐久性および使用時の取り回しのしやすさ インターフェースの寸法は，ARIB STDB 58 1.0 版にて標 が求められる．本映像機器接続用多心光コネクタにおけ 準化された． るプラグ側のケーブルは，既存製品である当社の MPO コ 2．3 防水性 ネクタ付パッチコードに使用されているケーブルに比べ， 放送装置の場合，屋外での使用も考えられるため，防 より高い柔軟性を有した特殊ケーブルを使用しており， 水性が要求される．映像機器接続用多心光コネクタは， 耐久性および使用時の取り回しのしやすさにおいて，高 図 2 に示すとおり，レセプタクル，プラグ共にハウジン い優位性をもった設計となっている． グ内部に O リングを実装し，かん合時において IP 67 の 2．6 その他構造の特徴 規格を満たす防塵・防水性を達成する設計としている． 多心光コネクタの場合，かん合時に互いの内部 MT の これによって，コネクタかん合部は水・切削油・粉塵な 向きを正しく合わせる必要がある．本映像機器接続用多 どの浸入を防止することが可能である． 心光コネクタは，図 4 に示すとおり，レセプタクル側に 2．4 コネクタの小型化 3 つのキー，プラグ側にそのキーに対応するスリットを 本映像機器接続用多心光コネクタは，24 心を 1 コネク 設けており，かん合時に正しいコネクタの向きになるだ 3点の内部キー プラグ 3点の内部スリット レセプタクル レセプタクル ハウジング先端から MT先端までの距離：3.0 mm プラグ 図 5 プラグ側内部 MT の干渉防止設計 Fig. 5. Designed to prevent inteferences between MT ferrules during connecting. 図 4 映像機器接続用多心光コネクタの内部キー構造 Fig. 4. Internal key structure of multi - f iber connector for video equipment. 表 1 映像機器接続用多心光コネクタの各種評価試験結果 Table 1. Evaluation results of multi - f iber connector for video equipment. No. 項 目 N数 参考規格 試験条件 規 格 結 果 レセプタクルとプラグとの ランダム接続測定（測定波長：850 nm） ≦ 0.75 dB ≦ 0.25 dB 1 接続損失（IL） N＝10 2 繰り返し着脱 N＝10 3 接合部接続強度 N＝10 250 N 4 反射減衰量（RL） N＝10 レセプタクルとプラグとの ランダム接続測定（測定波長：850 nm） 5 6 耐振動 耐衝撃 N＝10 ARIB STD - B 58 1.0 版 Telcordia GR - 1435 - CORE Issue 2 5,000 回 IL 変動 ≦ 0.3 dB 20 dB ≦ 10 〜 500 Hz，振幅 1.5 mm IL 変動 ≦ 0.16 dB IL 変動 ≦ 0.23 dB 25.1 dB ≦ I L ≦ 0.17 dB I L ≦ 1.0 dB N＝10 1.5 m，8 回 24 I L ≦ 0.20 dB 4 K, 8 K 超高精細映像機器間接続用多心光コネクタ けでなく，コネクタかん合時の作業性も考慮した設計と 要求されている評価試験を行っており，いずれも規格を なっている． 満足する良好な結果を得ている． 3．1 接続損失 また，放送機器のコネクタ接続の場合 , かん合部が死角 図 6 に本映像機器接続用多心光コネクタにおける接続 となり手探りでコネクタ接続を行う場合が考えられる． このため , コネクタ接続時に光コネクタ端面を機械的に損 損失の評価結果を示す．評価に使用した光ファイバはマ 傷しない様に配慮する必要がある．図 5 に示すとおり， ルチモード型光ファイバであり，屈折率整合剤を使用せ プラグ側の外部ハウジング先端から内部 MT 先端までの ず，映像機器接続用多心光コネクタのレセプタクルとプ 距離を 3.0 mm 以上とすることで，レセプタクル側との ラグをランダムに接続した．測定波長は 0.85 µm である． かん合の際に，レセプタクルの外部ハウジングがプラグ 本映像機器接続用多心光コネクタの接続損失は平均 側の内部 MT と干渉しないような設計としている．これ 0.08 dB，最大 0.25 dB であり，規格である 0.75 dB を満 により，コネクタ接続の際，かん合部が死角にある場合 足する結果であった． もかん合位置の目視確認が不要となり，かん合時のフェ 3．2 反射減衰量 図 7 に本映像機器接続用多心光コネクタにおける反射 ルール端面損傷事故を防止することが可能である． 減衰量の評価結果を示す．平均 36.3 dB，最小 25.1 dB で あり，良好な結果を得た． 3．評 価 結 果 3．3 繰り返し着脱 表 1 に本映像機器接続用多心光コネクタにおける各種 図 8 に本映像機器接続用多心光コネクタを用いて繰り 評価試験結果の一覧を示す．ARIB STD - B 58 1.0 版のコ 返し着脱試験を実施した結果を示す．大きな接続損失変動 ネクタ要求仕様に準拠した評価と従来の MPO コネクタで なく， 5,000 回のコネクタ着脱が可能であることを確認した． 測定波長：850 nm 120 N数＝240心線 平均＝0.08 dB 最大＝0.25 dB σ＝0.06 dB N数＝240心線 平均＝36.3 dB 最大＝25.1 dB σ＝5.9 dB 100 Frequency Frequency 測定波長：850 nm 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0 80 60 40 20 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0 0.7 0 10 20 30 40 50 60 70 Return loss（dB） Insertion Loss（dB） 図 6 映像機器接続用多心光コネクタの接続損失 Fig. 6. Connection loss of multi - f iber connector for video equipment. 図 7 映像機器接続用多心光コネクタの反射減衰量 Fig. 7. Return loss of multi - f iber connector for video equipment. 測定波長：850 nm 0.4 N数＝240心線 最大損失変動＝0.16 dB 0.3 接続損失増加量 （dB） 0.2 0.1 0 −0.1 −0.2 0 1000 2000 3000 4000 5000 着脱回数（回） 図 8 映像機器接続用多心光コネクタの繰り返し着脱試験による接続損失変動 Fig. 8. Change in connection loss during mating durability test for multi - f iber connector for video equipment. 25 2014 Vol. 2 フ ジ ク ラ 技 報 第 127 号 2.2 で述べたように，内部の MTコネクタ同士のかん合安 ネクタかん合において対向するコネクタ端面同士に隙間 定性が増す設計としたことにより，通常の MPOコネクタの が生じてしまい，適正な接続が妨げられてしまう．図 10 10 倍である 5,000 回のコネクタ着脱が可能となった． に本コネクタ 5,000 回の繰り返し着脱前後におけるコネ 通常の MPO コネクタの場合，500 回以上の繰り返し着 クタの端面写真を示す．試験後において MT フェルール 脱を行うと，ピン無側 MT フェルールのかん合孔がピン のかん合孔周りの変形は起こっておらず，MT フェルール 有側 MT フェルールのかん合ピンによって損傷を受け， 部のかん合安定性が高いことが分かる． 図 9 に示すとおり，ピンあり側 MT のかん合孔周りの樹 3．4 プラグ側の結合部接続強度試験 脂が変形してしまう場合がある．この状態になると，コ 図 11 に本映像機器接続用多心光コネクタの結合部接 続強度試験を実施した結果を示す．250 N の荷重をかけた 後の接続損失変動が最大 0.23 着脱試験前 dB と，良好な結果であっ た．本映像機器接続用多心光コネクタは，コネクタ内に 着脱試験後（1000回） おいてケーブルの外被を金属で固定している設計として いるため，高い保持力をもたせることが可能となった． 3．5 環境試験結果 Telcordia 規格（GR - 1435 - CORE Issue 2）に準拠した かん合孔 環境試験を実施した．表 2 にその試験条件（Thermal かん合孔周りが変形している MT Aging Test，Humidity Test，Thermal Cycle Test）を示 し，図 12 ～ 16 に試験結果を示す．すべての試験で試験 図 9 MPO コネクタにおける 1000 回着脱前後の MT 端面写真 Fig. 9. Appearance of MT ferrule of an MPO connector before and after mating durability test（1000 times）． 着脱試験前 中の挿入損失が 1.0 dB 以下であり，Telcordia 規格を満足 した． 表 2 環境試験条件 （Telcordia GR - 1435 - CORE Issue 2） Table 2. Environmental test conditions（Telcordia GR - 1435 - CORE Issue 2）． 着脱試験後（5,000回） 項 目 試験条件 熱劣化試験 85 ℃，7 日 高温高湿度試験 湿度 95 %， 75 ℃， 7 日 温度サイクル試験 −40 ～ 75 ℃， 21 サイクル 高湿度温度サイクル −10 ～ 65 ℃， 湿度 95 % 14 サイクル 乾燥試験 75 ℃， 1 日 かん合孔周りの変形がほとんどない 図 10 映像機器接続用多心光コネクタにおける 5,000 回 着脱前後の MT 端面写真 Fig. 10. Appearance of MT ferrule of a multi - f iber connector for video equipment before and after mating durability test（5000 times） ． 規 格 挿入損失 1.0 dB 以下 測定波長：850 nm 160 90 N数＝240心線 最大損失変動＝0.23 dB 0.9 80 0.8 100 80 40 20 0 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 Insertion Loss changing（dB） 60 0.6 50 0.5 （dB）0.4 0.3 60 70 温度 0.7 温度 120 1 挿入損失 Frequency 140 測定波長：850 nm 40（deg） 挿入損失 30 0.2 20 0.1 0 0 10 0 40 80 120 160 時間（hour） 図 11 映像機器接続用多心光コネクタの結合部接続強度 試験による接続損失変動 Fig. 11. Change in connection loss after Tensile strength test on coupling mechanism of multi - f iber connector for video equipment. 図 12 映像機器接続用多心光コネクタの 熱劣化試験評価結果 Fig. 12. Results of Thermal Aging Test for multi - f iber connector for video equipment. 26 4 K, 8 K 超高精細映像機器間接続用多心光コネクタ 測定波長：850 nm 測定波長：850 nm 1 80 0.9 70 50 0.6 0.5 （dB）0.4 0.3 40 （deg） 30 挿入損失 20 0.2 0.1 0 10 0 40 80 120 160 100 0 0 −300 0 40 80 120 測定波長：850 nm 測定波長：850 nm 200 40 80 120 160 70 0.7 60 温度 0.6 50 0.5 40（deg） （dB）0.4 0.3 30 挿入損失 0.2 20 0.1 −400 0 時間（hour） 温度 挿入損失 −100 （deg） −200 −300 0 80 0.8 温度 挿入損失 挿入損失 90 1 0.9 100 温度 −400 図 15 映像機器接続用多心光コネクタの 高湿度温度サイクル試験評価結果 Fig. 15. Results of Humidity/Condensation Cycling Test for multi - f iber connector for video equipment. 図 13 映像機器接続用多心光コネクタの 高温高湿度試験評価結果 Fig. 13. Results of Humidity Test for multi - f iber connector for video equipment. 0 160 時間（hour） 時間（hour） 1 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 （dB） 0.3 0.2 0.1 0 −100 （deg） −200 温度 挿入損失 温度 0.7 60 温度 挿入損失 温度 200 挿入損失 0.8 1 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 （dB）0.4 0.3 0.2 0.1 0 10 0 40 80 120 160 0 時間（hour） 図 14 映像機器接続用多心光コネクタの 温度サイクル評価結果 Fig. 14. Results of Thermal Cycle Test for multi - f iber connector for video equipment. 図 16 映像機器接続用多心光コネクタの 乾燥試験評価結果 Fig. 16. Results of Dry - out Test for multi - f iber connector for video equipment. ４．む す び 参 考 文 献 超高精細映像放送の普及に必要な繰り返し着脱性に優 1）ARIB 規格 STD - B58 http://www.arib.or.jp/english/html/ れ，高耐久性及び防塵・防水性を有する多心光コネクタ overview/doc/2 - STD - B58v1_0.pdf の開発を行い，その優れた特性を確認した． 2）加藤ほか：59th IWCS （2010）“Condition for making 本光コネクタの技術は超高精細映像放送機器用以外の physical contact of multi mode 2D MPO connector” 光伝送機器にも適用が可能である． 3）加藤ほか：NFOEC （2011）“Relation between Optical Performance and Condition of connector end face of Multi - Mode 2D MPO connector” 4）加藤ほか：61th IWCS（2012） “Compact size backplane optical connector” 27