CN103124917A - 具有对准特征的连接器光学透镜 - Google Patents

Abstract

光学连接器的光学透镜包括用于被动连接对准的对准特征。插入透镜的光纤与光纤槽对准，该光纤槽限制在至少一个方向中的移动以对准光纤。透镜包括对准特征，该对准特征用以被动地使透镜与适配连接器的适配对准特征相对准。例如，槽可以是L、V或U形。对准特征可以是具有对应凹部的柱。对准可进一步通过突出部来确保，所述突出部在接合时约束连接器的枢转。

Description

具有对准特征的连接器光学透镜

领域

本发明的实施例一般涉及光学互连，并且更具体地涉及具有对准特征的光学互连透镜。

版权声明/许可

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背景技术

目前的计算机平台体系结构设计包含将一个设备连接至另一设备的多种不同接口。接口为计算设备和外围设备提供I/O（输入/输出），并且可利用各种协议和标准来提供I/O。不同的接口也可使用不同的硬件结构来提供接口。例如，目前的计算机系统通常包括具有对应的连接接口的多个端口，被实现为在连接设备的缆线的端部的物理连接器和插头。一般的连接器类型可包括：具有多个相关联的USB插头接口的通用串行总线（USB）子系统、DisplayPort（显示端口）、高清晰度多媒体接口（HDMI）、火线接口（如IEEE1394中所述的）、或其他连接器类型。

互连上的不断增加的吞吐量一般认为是受期望的。虽然已知光学信号具有高带宽数据传输，但实现光学信号互连在小型化和计算设备的插入和拔出环境方面存在挑战。常见的使用场景提出了可用性和耐久性问题。当连接器被拔出时，它们会遭受污迹和小灰尘污染，并且重复使用会导致连接器松动。因此，连接器和对应的接口端口的正常使用会使光学信号传输劣化，从而降低接口的有效性。

附图简述

以下描述包括对附图的讨论，这些附图具有通过本发明的实施例的实现的示例的方式给出的例示。这些附图应被理解成作为示例，而不是作为限制。如本申请中所使用的，对一个或多个“实施例”的引述应该被理解为描述了本发明的至少一个实现方式中所包括的特定特征、结构或特性。因此，本申请中出现的诸如“在一个实施例中”或“在替代实施例中”之类的短语描述本发明的多个实施例和实现方式，但不一定都指示同一实施例。然而，它们也不一定是相互排斥的。

图1是具有插头透镜（plug lens）的插头组件的实施例的框图，该插头透镜具有光纤对准槽和对准凹部。

图2是插头透镜子组件的实施例的框图，该插头透镜子组件具有光纤对准槽和对准凹部。

图3是具有插座透镜（receptacle lens）的插座组件的实施例的框图，该插座透镜具有光纤对准槽和对准柱。

图4是插座透镜子组件的实施例的框图，该插座透镜子组件具有光纤对准槽和对准柱。

图5是插头透镜子组件和插座透镜子组件之间的互连的实施例的框图，该插头透镜子组件和插座透镜子组件各自具有适配的对准特征。

图6是具有L槽光纤对准的透镜子组件的实施例的框图。

图7是具有V槽光纤对准的透镜子组件的实施例的框图。

图8是具有U槽光纤对准的透镜子组件的实施例的框图。

图9是具有盲孔光纤对准的透镜子组件的实施例的框图。

图10是透镜子组件的实施例的框图，该透镜子组件具有集成的光学表面和对准特征。

图11A-11C示出了集成的光学表面和对准特征的多个实施例的框图。

图12是制造具有对准特征的透镜组件的实施例的流程图。

图13是光束扩展的实施例的框图。

以下是对某些细节和实现的描述，包括对可描绘部分或全部下述实施例的附图的描述，以及对此处呈现的发明概念的其它潜在实施例或实现的讨论。以下提供了对本发明各实施例的概览，随后是参考附图的更详细的描述。

具体实施方式

如本文所描述的，连接端口提供电气和/或光学接口能力。某些实施例描述了用于接口连接和对准的机构。某些实施例描述了减少用于接口的PCB基板面和/或改善信号质量的机制。一般而言，组合式的电气和光学接口端口包括在单个端口内的光学和电气组件，和/或对应的插头，该插头在本文中也被称为连接器和适配或对应的连接器。

如本文所述的，光学连接器的光学透镜包括用于被动连接对准的对准特征。插入透镜的光纤与在至少一个方向中限制移动的光纤槽相对准，以对准光纤。透镜包括对准特征，该对准特征用以被动地使透镜与适配的连接器的适配的对准特征相对准。连接器可以是插头和对应的插座。适配的连接器也可被称为对应的连接器。实施例可包括L、V或U形槽。实施例可包括对准柱、对准凹部、以及在对准柱或凹部中的透镜。实施例可包括突出部（tab），该突出部限制适配的连接器在接合时的枢转。

被动对准结构提供改进的光学信号通道的对准以改善信号传输效率。通过保持比之前在没有对准特征的情况下可实现的光学信号传输的聚焦线更精确的光学信号传输的聚焦线，对准可降低灰尘或污迹污染的负面影响。对准特征提供至少一个以上的结构部件来确保即便在重复使用后正确的连接。改进的被动对准可提供足够的信号传输效率以允许小尺寸连接器更适合于更小型化的计算设备。

与其中光纤对接接触以建立光学通道的传统方法相反，本文所描述的光纤紧贴使光纤与透镜通过接口连接的表面对准。因此，非接触透镜系统允许在光纤不互相接触的情况下传输光学信号，光纤相互接触是灰尘敏感的。通过透镜，光学信号的光束被扩展（准直）并且被聚焦以降低对灰尘污染（以及其他潜在形式的污染）的敏感度。本文所描述的对准特征允许在没有接触的情况下通过接口连接透镜。

图1是具有插头透镜（plug lens）的插头组件的实施例的框图，该插头透镜具有光纤对准槽和对准凹部。插头组件100包括保护罩（boot）或包塑件（overmold）110以固定组件。缆线150从保护罩110的后部延伸出，其中保护罩的前部是插头连接器结构延伸而出以与插座连接器适配的区域。缆线150包括光学或光学（光纤）和电（线）通道。

延伸出保护罩110的插头连接器结构被封装在插头前屏蔽件120和插头后屏蔽件130之间。这些屏蔽件在插头组件100与相应的插座适配时为插头提供位置刚性和EMI（电磁干扰）屏蔽。

插头组件100包括用于插头连接器中的电气连接的电接触。在一个实施例中，包括USB2和/或USB3接触。因此，插头组件100被示出显示USB2接触子组件124和USB3接触子组件122。USB接触子组件（典型的USB2和USB3两者）一般包括塑料壳体，在塑料壳体中金属薄板电接触是压配（press-fit）的。

插头组件100也包括插头透镜子组件142。以下参照图2更详细地描述插头透镜子组件的实施例。一般而言，插头透镜子组件包括光纤对准特征以及连接器对准特征。在一个实施例中，插头组件100包括弹簧144，当安装在插头中时弹簧144提供插头透镜子组件142上的弹簧承载动作。弹簧承载动作可改善对准特征的机械操作，对透镜子组件施加力以接合对准特征。弹簧144可包括特定的弹簧固定器部件146。替代地，弹簧固定器可被包含在组成插头组件100的其他元件中的一个的主体内。

插头组件100表示具有光学信号被动对准特征的连接器。虽然示出的特定示例可被称为USB标准A连接器，但是应当理解，其他连接器类型可以如本文所述等同地构造。因此，通过将电-光电路和光部件安装到所示的连接器插头中，能以有源的方式实现通过标准连接器的光学通信。本领域普通技术人员也将类似地理解图3的对应的插座组件300。

图2是插头透镜子组件的实施例的框图，该插头透镜子组件具有光纤对准槽和对准凹部。在一个实施例中，插头透镜子组件200包括插头透镜210、一个或多个光纤216、以及盖子214。光纤216表示用于透镜子组件的清洁切割光纤。本领域普通技术人员将认识到传统透镜组件依赖于抛光光纤的使用，这增加了制造成本和耗时。相反，插头透镜子组件可在不抛光的情况下使用，仅采用清洁切割以形成清洁表面，光可通过该清洁表面在接口和透镜之间传递。

盖子214表示壳体部件，该壳体部件可覆盖光纤216并将光纤216固定在适当的位置使它安置在插头透镜210中的适当位置。如在下面更详细描述，并不是在所有实施例中都需要盖子。盖子214可以是金属的或者塑料的。在一个实施例中，盖子214压配到腔中的适当的位置，并推挤光纤216。替代地，盖子214可被胶合或环氧树脂粘合到适当的位置。

插头透镜210包括对准凹部220，该对准凹部220对应于对准柱。将理解到，当对准凹部相对于插头组件而显示时，以及随后对准柱相对于插座而显示时，两个对准结构可调换。因此，插头透镜子组件200可包括取代了对准凹部220的对准柱，同时在插座中具有相应的对准凹部。

插头透镜210也包括光学表面212，该光学表面表示透镜，光信号通过该透镜传递至光纤216和/或从光纤216传递出。光学表面212可被认为是重定向光传播。插头透镜210可由任何适当的材料构造，该材料可包括塑料、玻璃、硅或可成型并提供光学聚焦的其他材料。插头透镜210可包括多种材料，其中至少光学表面212具有适当的材料以定向或重定向光传播。

目前，塑料透镜是普遍的选择，它们提供成本、制造和耐用度方面的便利。在一个实施例中，插头透镜210被设计成支持扩展光束光学接口连接。在扩展光束方法中，插头透镜210经由光学表面212对传输信号进行扩展和准直，并且聚焦接收信号。以下参见图12详细解释用于光学信号交换的光或光束扩展。如那些本领域技术人员所理解的，校准指的是使光信号的光子在接收时更平行。

图3是具有插座透镜（receptacle lens）的插座组件的实施例的框图，该插座透镜具有光纤对准槽和对准柱。插座组件300包括插座金属薄板屏蔽件310、插座壳体、插座接触子组件330、以及插座透镜子组件340。插座组件300通常在印刷电路板（PCB）上构造，但也可以被组装到单独的缆线（例如，延长器缆线）。

屏蔽件310在插座组件300与对应的插头适配时为插座提供位置刚性以及EMI屏蔽。插座组件300包括用于插头连接器中的电气连接的电接触。在一个实施例中，包括USB2和/或USB3接触。因此，插座组件300的接触子组件330可包括USB2和/或USB3接触。USB接触可被压配到塑料壳体（例如，壳体320）中。

插座组件300也包括插座透镜子组件340。以下参照图4更详细地描述插座透镜子组件的实施例。一般而言，插座透镜子组件包括光纤对准特征以及连接器对准特征。插座组件300表示具有光学信号被动对准特征的连接器。

图4是插座透镜子组件的实施例的框图，该插座透镜子组件具有光纤对准槽和对准柱。在一个实施例中，插座透镜子组件400包括插座透镜410、一个或多个光纤420、以及盖子412。光纤420表示用于透镜子组件的清洁切割光纤。如上所述，光纤420不需要被抛光，但可仅采用清洁切割来制备以形成清洁表面，光可通过该清洁表面在接口和透镜之间传递。

盖子412表示壳体部件，该壳体部件可覆盖光纤420并将光纤420固定在适当的位置使它安置在插座透镜410中的适当位置。如在下面更详细描述，并不是在所有实施例中都需要盖子。盖子412可以是金属的或者塑料的。在一个实施例中，盖子412被压配到腔中的位置，并推挤光纤420。替代地，盖子412可被胶合或环氧树脂粘合到适当的位置。

插座透镜410包括对准柱414，对准柱414与适配连接器中的对准凹部对应。将理解，当对准柱相对于插座子组件而显示以与插头子组件的对准凹部适配时，两个对准结构可调换。因此，插座透镜子组件400可包括取代了对准柱414的对准凹部，在插头中具有对应的对准柱。

在一个实施例中，插座透镜410包括槽（以下更详细地讨论），光纤420安置于槽之上。插座透镜具有用以重定向光传播的光学透镜表面。插座透镜410也包括光学表面418，光学表面418表示透镜，光信号通过该透镜传递至光纤420和/或从光纤420传递出。光学表面418可被认为重定向光传播。插座透镜410可由任何适当的材料构造，该材料可包括塑料、玻璃、硅或可成型并提供光聚焦的其他材料。插座透镜410可包括多种材料，其中至少光学表面418具有适当的材料以定向或重定向光传播。

目前，塑料透镜是普遍选择，因为它们提供成本、制造和耐用度方面的便利。在一个实施例中，插座透镜410被设计成支持扩展光束光学接口连接。在扩展光束方法中，插座透镜410经由光学表面418对传输信号进行扩展和准直，并且聚焦接收信号。以下参见图12详细解释用于光学信号交换的光或光束扩展。如本领域普通技术人员所理解的，校准指的是使光信号的光子在接收时更平行。

在一个实施例中，插座透镜子组件400除对准柱414之外还包括对准突出部416。插头子组件可包括用于对准突出部416的相应凹部。当对准柱414可居中并且使光学表面418与插头组件上对应的光学表面相对准时，对准凸起部416减少了透镜相对于彼此的倾斜或枢转。因此，在理想的插头和插座的配置中，对准柱和对应的凹部接合两个子组件并且对准光学表面，并且插头和插座沿着光学信号的传播方向共平面。对准突出部416和对应的适配凹部接合并且限制在那个平面中的倾斜或枢转。因此，对准突出部416约束或限制在光学信号传播的方向线的平面中的透镜移动，从而保持透镜对准。

将理解，对准突出部416可替代地位于插头子组件上。此外，在可存在制造方面的便利的同时，不严格要求对准突出部与对准柱位于相同设备上。因此，插座可具有对准突出部，而插头具有对准柱，并且每个都具有对应的凹部或凹口。

当相对于各个实施例一般描述插头、插座、插头透镜、以及插座透镜的特定示例时，有关各个实施例的进一步细节在下面更详细地描述。

一般而言，对准特征被包括在插头和插座上，并且对应的适配特征在另一个上。对准特征允许被动对准以及用于在连接器之间光学信号传输的更精确的连接器耦合。每个子组件（插座和插头两者）包括在子组件的壳体中的光学表面，通过该光学表面交换光信号。每个子组件还包括连接器对准特征，该连接器对准特征用以将子组件沿着光学信号的聚焦线或传播线被动对准至适配组件。

光纤被插入子组件中并且经由光纤光阑表面（fiber stop surface）与光学表面接口连接。在一个实施例中，子组件包括子组件透镜壳体中的光纤对准结构。光纤对准可包括：导向孔或通孔、槽、和/或腔。在一个实施例中，对准结构在垂直于聚焦线的至少一个轴中限制光纤的移动。因此，通过保持光纤指向信号的传播方向来对准光纤。

一般概念上的变型包括在对准机构中设置光学透镜。因此，对准柱可包括光学透镜表面。对应的光学表面可被设置在适配对准孔或凹部的端部。光纤对准可通过具有与光纤大约相同的直径的盲孔或透镜壳体中的槽来实现。透镜可以是L形、U形槽、V形槽。

将理解，除了使用多种不同的连接器类型，连接器的使用对计算设备具有普遍适用性。因此，插头或插座连接器可与各种设备一起使用，这些设备包括台式计算机或膝上型计算机、上网本或其他此类设备。

除了计算设备，将理解，许多其他类型的电子设备可包含本文所讨论的一个或多个类型的连接器，并且本文所描述的实施例同样适用于此类电子设备。其他此类电子设备的示例可包括：手持设备、智能手机、媒体设备、多媒体设备、存储器设备、储存设备、照相机、录音机、I/O设备、联网设备、游戏设备、游戏控制台、电视或音频/视频（A/V）设备，或可能包括此类连接器的任何其他电子设备。

例如那些本文所描述的连接器一般用于连接外围设备（可以是上述讨论的任何相同类型的设备）以与主设备互连。插头可直接内置于外围设备（具有或没有电线）中，或可经由单独的缆线互连至另一设备。

本文中将一个连接器与另一个连接器适配的讨论指的是提供机械和通信连接。一个连接器与另一个连接器的适配通常还提供通信连接。连接器的适配经由壳体和对准特征而发生，并且通常包括电气接触的接触以及光纤光学信号传输元件的对准。经由组合的连接器的连接接口允许经由包含在连接器壳体中的不同接口的电气I/O或光学I/O或二者。电气I/O或光学I/O可同时或基本同时发生，或可被配置成单独或“轮流”操作。

本文所描述的各种组件的每一个也可称为“子组件”。技术上，组件可称为“完成的”产品，或制成品的完成的系统或子系统，而子组件一般与其他部件或另一子组件组合以完成子组件。然而，子组件与本文的“组件”没有区别，并且使用不同的术语仅为了方便描述。对组件的提及可指代另外被认为是子组件的部件。

可被使用的电气协议或标准可包括：通用串行总线（USB）（标准或mini）、高清晰多媒体接口（HDMI）、或DisplayPort（显示端口）。将理解，每个不同的标准可包括电气接触组件的不同的配置或引脚分配。此外，连接器壳体的尺寸、形状和配置取决于标准，包括对应的连接器的适配的公差。因此，对于各种的标准，将光学I/O和电气I/O集成的连接器的布局可不同。如本领域技术人员将理解的，光学接口需要视线连接以使得光学信号发射器与接收器（两者都可被称为透镜）通过接口连接。因此，连接器的配置可使得透镜将不被对应的电气接触组件所阻挡。例如，光学接口透镜可被定位在接触组件的侧面或上面或下面，这取决于连接器壳体中何处空间可用。

图5是插头透镜子组件和插座透镜子组件之间的互连的实施例的框图，该插头透镜子组件和插座透镜子组件具有适配对准特征。互连500例示了与本文所述的插头和插座建立光学连接的互连。在互连500的实施例中，插头组件包括对准凹部，而插座组件包括对应的对准凸起部。

为了建立光学连接，插头组件被插入插座组件。插头组件包括插头透镜520，该插头透镜520具有光学表面522、对准特征524和凹部526。插座组件包括插座透镜510，该插座透镜510具有分别对应的光学表面512、对准特征514和突出部516。可包括其他“插入”特征，例如在插座透镜510的壳体中的凸起部532，该其他“插入”特征与插头透镜520的壳体中的空间相接合。

一旦插头组件被插入插座组件中并且行进到接近插座组件的接合深度的末端，插座透镜510的主体的对准插脚（例如，对准特征514和突出部516）就将开始接合插头透镜520的对准孔（例如，分别是对准特征524和凹部526）。在一个实施例中，当插头组件完全被插入插座组件时，两个透镜完全接合并且同时插头透镜520被向后推入插头组件内。如果透镜在插头组件中是弹簧承载的，则插头透镜520可被推回。因此，施加到插头透镜520上的弹力可保持两个透镜的接合。只要两个透镜被接合，光就可从任意一侧行进通过连接器。

在一个实施例中，在插头透镜和插座透镜两者中显示的便于光纤端接的特征可被称为槽。光纤可穿过透镜主体中的通孔以用于宏观对准，然后安置在槽上以相对于透镜主体的光学表面精确地定位。将理解，本文以两种不同的方式使用术语“透镜”，一种用以指代包括光学表面的主体或壳体，另一种指代光学表面本身。上下文应当使得意图的意思变得可理解。光纤紧贴透镜主体中的光阑表面对接，以使其与光学表面对准。当在单个透镜中使用多个光纤时，可使用多个通孔和槽，每个光纤一个。为了确保光纤的位置，在一个实施例中，盖子被压配到透镜主体中，其中盖子具有用以将光纤推挤到槽的成角度表面。

图6-9的附图和描述例示了关于光纤对准以及其他特征的某些细节。将理解到，插座透镜被用于例示光纤对准和其他特征，但相同的特征可应用于插头透镜子组件。

图6是具有L槽光纤对准的透镜子组件的实施例的框图。透镜600包括腔610，腔610中设置有L槽612（即，透镜600容纳两个光纤）。L槽612是“L形”的，因为槽是由底座形成，并且在从底座垂直地向上延伸的一侧上具有单个侧壁，以形成通常看起来象L或反L的横截面。垂直部分和底座形成基本上直角或接近直角。底座和垂直部分之间的交叉可以不是硬角，而可以是圆滑的。

光阑表面620表示腔610中的面，光纤通过该面与光学表面（或透镜）通过接口连接，该光学表面在透镜主体的另一侧上示为腔610。如所示，光阑表面620在与透镜600的聚焦线的方向垂直的平面中。因此，光纤紧贴光阑表面620对准，并且光纤的长度与光学表面的聚焦线对准。光学表面可聚焦光并且将光传递至光纤和/或从光纤传递出，其中光学表面的焦点在透镜600的聚焦方向中。紧贴L槽612并紧贴光阑表面620来安置光纤使光纤与光学表面对准。

光纤可沿着通道640通过通孔630插入以用于宏观对准，并且安置在L槽612上并且紧贴光阑表面620对接以用于微观对准。盖子可确保光纤在紧贴槽的适当位置。对准特征650用于使连接器与对应的适配连接器相对准。

图7是具有V槽光纤对准的透镜子组件的实施例的框图。透镜700包括腔710，腔710中设置有V槽712（即，透镜700容纳两个光纤）。V槽712是“V形”的，因为该槽由在侧壁之间形成一角度的方式向上延伸的两个侧壁所形成。可针对光纤的直径来配置V的角度。V槽是毗邻光阑表面的通道，该光阑表面本身毗邻透镜700的光学表面。成角度的侧壁之间的交叉可以不是硬角，而可以是圆滑的。

光阑表面720表示腔710中的面，光纤通过该面与光学表面（或透镜）通过接口连接，该光学表面在透镜主体的另一侧被示为腔710。如所示的，光阑表面720在与透镜700的聚焦线的方向垂直的平面中。因此，光纤紧贴光阑表面720对准，并且光纤的长度与光学表面的聚焦线对准。光学表面可聚焦光并且将光传递至光纤和/或从光纤传递出，并且光学表面的焦点在透镜700的聚焦方向中。紧贴V槽712且紧贴光阑表面720来安置光纤使光纤与光学表面对准。

光纤可沿着通道740通过通孔730插入以用于宏观对准，并且安置在V槽712上并且紧贴光阑表面720对接以用于微观对准。盖子可确保光纤在紧贴槽的适当位置。对准特征750用于使连接器与对应的适配连接器相对准。

图8是具有U槽光纤对准的透镜子组件的实施例的框图。透镜800包括腔812，腔810中设置有U槽812（即，透镜800容纳两个光纤）。U槽812是“U形”的，因为槽包括大约在相同角度向上延伸的两个侧壁，使得两个延伸的侧壁近似互相平行。U槽可被抽象为两个正对的L槽，或是在两个延伸的边或侧壁之间增加有底部的V槽。可针对光纤的直径来配置U的宽度。U槽是毗邻光阑表面的通道，该光阑表面本身毗邻透镜800的光学表面。U槽812的U通道可具有硬角度的交叉或可以是圆滑的。

光阑表面820表示腔810中的面，光纤通过该面与光学表面（或透镜）通过接口连接，光学表面透镜主体另一侧被示为腔810。如所示，光阑表面820在与透镜800的聚焦线的方向垂直的平面中。因此，光纤紧贴光阑表面820对准，并且光纤的长度与光学表面的聚焦线对准。光学表面可聚焦光并且将光传递至光纤和/或从光纤传递出，并且光学表面的焦点在透镜800的聚焦方向中。紧贴U槽812和紧贴光阑表面820来安置光纤使光纤与光学表面对准。

光纤可沿着通道840通过通孔830插入以用于宏观对准，并且安置在U槽812上并且紧贴光阑表面820对接以用于微观对准。盖子可确保光纤在紧贴槽的适当位置。对准特征850用于使连接器与对应的适配连接器相对准。

图9是具有盲孔光纤对准的透镜子组件的实施例的框图。透镜900包括不包括腔，但替代地对透镜可容纳的每个光纤都具有一盲孔930（即，透镜900被示为容纳两个光纤）。每个盲孔930具有在盲孔端部的光阑表面920。光纤沿着通道940插入盲孔930直到盲孔的端部。

光阑表面920表示透镜主体中的面，光纤通过该面与光学表面（或透镜）910通过接口连接。如所示，光阑表面920在与透镜900的聚焦线的方向垂直的平面中。因此，光纤紧贴光阑表面920对准，并且光纤的长度与光学表面的聚焦线对准。光学表面可聚焦光并且将光传递至光纤和/或从光纤传递出，其中光学表面的焦点在透镜900的聚焦方向中。

不是将盲孔930用于宏观对准，而是仔细加工（设计和制造）盲孔可以实现光纤到光学表面910的微观对准。对准特征950用于使连接器与对应的适配连接器相对准。在一个实施例中，盲孔930具有圆形截面，但是也可使用其他截面（虽然圆形盲孔的制造目前是最容易的）。盲孔930类似于之前示例的通孔，但是不延伸穿过材料，因此，更恰当地称之为盲孔而不是通孔。

图10是透镜子组件的实施例的框图，该透镜子组件具有集成的光学表面和对准特征。透镜1000包括腔1010，腔1010不包括槽。光纤沿着通道1040插入，穿过精确定位和大小经设计的通孔1030，并且紧贴光阑表面1020对接。在一个实施例中，在不使用槽时，就不使用盖子。

光阑表面1020表示腔1010中的面，光纤通过该面与光学表面（或透镜）1060通过接口连接，光学表面（或透镜）1060被集成到对准特征1050中。如所示，光阑表面1020在与透镜1000的聚焦线的方向垂直的平面中。因此，光纤紧贴光阑表面1020对准，并且光纤的长度与光学表面的聚焦线对准。光学表面可聚焦光并且将光传递至光纤和/或从光纤传递出，并且光学表面的焦点在透镜1000的聚焦方向中。腔1010的侧壁和/或底部可被用于对准光纤。因此，腔的侧壁可与图6的L槽类似地起作用，而不需要L槽的附加结构。然而，在制作腔时需要更精确。

如所述，通孔1030的位置和大小可被制造成将光纤直接紧贴光阑表面1020对准，以允许使光纤与光学表面1060对准。槽的使用可允许通孔的较低精度的定位和大小设计。类似地，在没有腔并且仅使用盲孔（参见图9）的情况下，必须精确控制盲孔的定位和大小以使光纤与透镜子组件的聚焦线精确地对准。

在一个实施例中，光学表面1060被包括在对准特征1050内。将理解到，这样的将光学表面包括在对准特征中可应用于以上图6-9的任何其他示例。光学表面可设置在对准特征的端部（即，用以与适配连接器接合的对准特征的第一部分，或最远突出部的部分），或可设置在某些其他位置处的柱中。替代的位置被显示为对准特征1050的端部，并且在接近透镜1000的主体的起始端。在一个实施例中，对准特征1050是中空的，并且光学表面1060位于柱的起始端，或更接近柱的起始端，更接近透镜子组件的主体。

突出部（显示但未标记）可能或可能不与集成的对准特征和光学表面一起使用。

如上所述的，虽然例示显示关于插座透镜的技术，但各种槽和其他光纤对准也可应用于插头透镜。

图11A-11C示出了集成的光学表面和对准特征的多个实施例的框图。当集成的光学表面被集成到对准柱中，结果可与图11A、11B或11C相同或类似。透镜主体1110指的是子组件的主体或壳体的一部分，对准特征或对准柱1120附接在该部分之上。透镜主体1110的其他部分可包括腔、通孔、盲孔、槽、或突出部中的一个或多个、或某些组合。从以上讨论将理解到，不是所有组合都有意义（例如，盲孔和腔的组合）。光学表面1130被示出在对准特征1020的端部处，但不一定是在该端部处，并且可设置回到对准特征中。

参照图11A，透镜主体1110包括对准特征1120，该对准特征1120为末端处的直径与起始端处的直径大约相同的圆柱体。光学表面1130被集成到对准特征1120中。

参照图11B，透镜主体1110包括对准特征1120，该对准特征1120为末端处的直径与起始端处的直径不同且更小的标准圆柱体。因此，当对准特征1120从透镜主体1110向外延伸时，对准特征1120像圆锥体那样变窄或逐渐变细。光学表面1130被集成到对准特征1120中。

参照图11C，透镜主体1110包括对准特征1120，对准特征1120为在末端具有圆形横截面且在透镜主体1110处的起始端具有不同横截面的柱。不同横截面可以是椭圆形或胶囊形横截面。胶囊横截面是具有圆滑端的近似平行的侧面的任何形状。因此，当对准特征1120从透镜主体1110向外延伸并且简单地沿着其他线直接延伸出去时，对准特征1120沿着某些线逐渐变细。光学表面1130被集成到对准特征1120中。

图12是制造具有对准功能的透镜组件的实施例的流程图。本申请中示出的流程图提供多个处理动作的序列的示例，该序列可由处理逻辑执行，该处理逻辑可包括硬件、软件或其组合。尽管以特定顺序或次序示出，但是这些动作的次序可被更改，除非另行指出。因此，所示实现方式应仅被理解为示例，而该过程可按照不同的次序来执行，且某些动作可并行地执行。此外，在本发明的多个实施例中，一个或多个动作可被省略；因此，并非在每个实现中都需要所有动作。其它工艺流程是可能的。

清洁切割光纤以准备插入透镜子组件，1202。透镜子组件可以是插座连接器或插头连接器。将光纤插入光学透镜子组件，1204。光学透镜子组件具有透镜壳体、导向孔（盲孔或通孔）、光阑表面以及光学表面或光学透镜。将光纤插入导向孔直至光阑表面，1206。

将光纤插入导向孔并与光纤对准机构对准，1208。在一个实施例中，光纤对准机构包括盲孔，并且导向孔是盲孔。在一个实施例中，导向孔是通孔，并且对准机构是槽。在一个实施例中，导向孔是通孔，并且光纤对准是通过通孔的精确放置以及通孔和腔的侧壁的成形来完成。因此，将光纤插入导向孔包括被动地对准光纤。

将光纤紧贴透镜主体中的光阑表面对接，1210。在使用腔的实施例中，将盖子插入并固定在光纤上，1212。在不使用腔的实施例中，不需要盖子。在腔和通孔精确成形和定位的实施例中，可能不需要腔。

将光学透镜子组件插入连接器屏蔽件以提供连接器中的光学通信通道，1214。连接器屏蔽件可以是插座屏蔽件或插头屏蔽件。将理解，可使用类似的将组件组合在一起的方法，同时可存在透镜主体的结构的变型。然而，通过将光纤插入透镜主体以及可选地插入盖子来简单地对准光纤的方法对于任一种情况是相同的。

在一个实施例中，光学透镜是联合光学和电气连接器的一部分。因此，可将电气接触加入到连接器屏蔽件以启用连接器中的电通信通道，1216。加入电气接触可包括加入USB接触。USB接触可包括USB2接触或USB3接触中的一个或两者。

图13是光束扩展的实施例的框图。如所示，光学信号穿过光纤1322，并被传输至光纤1324。光纤1322中的光束由透镜1312来扩展和准直1332，然后作为更宽的波束通过接口连接到透镜1314。如所提供的示例中所示，光纤1322和1324的直径可约为62.5微米，而穿过透镜1312和1314之间的扩展光束具有约700微米的直径。光束的扩展使得能够光学地耦合光纤1322和1324，而传统的对接耦合无法在大多数连接器的机械公差下提供充分性能。即使轻微的偏移也会引起非扩展光束的显著的信号损耗——即使仅几微米偏移也会损失超过10%的信号或更多。然而，通过光束扩展，改善了机械公差，如对灰尘或其他光学阻碍物的耐受性。

尽管光纤1322中的光束可包括高度平行的光子，但为了说明的目的，光纤1322被显示成包括散射光1342。即使在光束具有光纤中的散射光的情况下，扩展和准直（1332）通过将光子定向为更平行来改善光学信号质量。因此，平行光1334被显示在透镜1312和1314之间传输。光束由透镜1314聚焦1336，并且平行光1344通过光纤1324传输。

如本文所使用，“聚焦线”指将基于透镜的焦点延伸通过和穿出透镜的两个方向的假想线。如图所示，透镜1312和1314具有相同的聚焦线1350，例示了理想的对准。来自光纤1322的光通过扩展和准直被“聚焦”成平行光，示出了透镜1312的聚焦线。如果在透镜1312处接收光，则相同的透镜形状会将光聚焦到相同的聚焦线1350而聚焦到光纤1322中。在透镜1314处，讨论是相同的，但是反向的。光被聚焦成平行光1344，但如果从透镜1314传输而不是在透镜处接收，则光将被扩展以平行于平行光1344传播。

在本申请中描述的各个操作或功能的意义上，它们可被描述或限定为软件代码、指令、配置和/或数据。内容可以是可直接执行的（“对象”或“可执行”形式）、源代码、或差异代码（“Δ”或“补丁”代码）。本申请中描述的实施例的软件内容可经由其上存储有内容的制品来提供，或通过操作通信接口以经由通信接口发送数据的方法来提供。机器可读存储介质可导致机器执行所描述的功能或操作，且包括以机器（例如计算设备、电子系统等等）可存取的形式存储信息的任意机构，诸如可记录/不可记录介质（诸如，只读存储器（ROM）、随机存取存储器（RAM）、磁盘存储介质、光存储介质、闪存设备，等等）。通信接口包括通过接口连接至硬接线、无线、光学等等介质中的任一种的任何机构，以与诸如存储器总线接口、处理器总线接口、因特网连接、盘控制器等等之类的另一设备通信的介质。可通过提供配置参数和/或发送信号以准备通信接口来配置通信接口，以提供描述软件内容的数据信号。可经由发送至该通信接口的一个或多个命令或信号来访问该通信接口。

本申请中描述的多个部件可以是用于执行所述操作或功能的装置。本申请中所描述的各个部件包括软件、硬件或它们的组合。这些部件可实现为软件模块、硬件模块、专用硬件（例如专用硬件、专用集成电路（ASIC）、数字信号处理器（DSP）等）、嵌入式控制器、硬连接电路系统等。

除本文中描述的内容之外，可对所公开的本发明的实施例和实现方式作出多种修改，而不背离它们的范围。因此，本文中的说明和示例应当以说明而非限制性的意义来解释。本发明的范围应当仅参照所附权利要求来度量。

Claims (28)

1.一种光学透镜组件包括：

透镜壳体，所述透镜壳体具有设置在壳体上的光学透镜，通过所述光学透镜交换光学信号；

在透镜壳体内沿着通过光学透镜的光传播的聚焦线的光阑表面，所述光阑表面用于将光纤通过接口连接至光学透镜；

在透镜壳体中毗邻沿着聚焦线的光阑表面的光纤对准结构，利用所述光纤对准结构通过限制在垂直于聚焦线的至少一个轴中的光纤横向移动而使光纤对准至光学透镜；以及

连接器对准机构，设置在透镜壳体上以被动地使适配组件沿着聚焦线对准至光学透镜。

2.如权利要求1所述的光学透镜，其特征在于，设置在壳体中的光学透镜包括：

设置在对准机构中的光学透镜。

3.如权利要求1所述的光学透镜组件，其特征在于，所述光纤对准结构包括：

盲孔，所述盲孔具有与光纤大约相同的直径以限制光纤的横向移动，

其中所述光阑表面包括盲孔的端部。

4.如权利要求1所述的光学透镜组件，其特征在于，所述光纤对准结构包括：

在透镜壳体中的槽。

5.如权利要求4所述的光学透镜组件，其特征在于，所述槽包括L形槽。

6.如权利要求4所述的光学透镜组件，其特征在于，所述槽包括U形槽。

7.如权利要求4所述的光学透镜组件，其特征在于，所述槽包括V形槽。

8.如权利要求4所述的光学透镜组件，其特征在于，进一步包括：

用于使光纤紧贴槽固定的盖子。

9.如权利要求1所述的光学透镜组件，其特征在于，所述连接器对准机构包括：

从透镜壳体的垂直于聚焦线的面的凸起部。

10.如权利要求1所述的光学透镜组件，其特征在于，所述连接器对准机构包括：

在透镜壳体的垂直于聚焦线的面中的凹部。

11.如权利要求1所述的光学透镜组件，其特征在于，进一步包括：

在聚焦线的平面中的从透镜壳体突出以与适配组件中的对应的槽相适配的突出部，用于限制透镜壳体在平面中的枢转。

12.一种光学透镜组件包括：

透镜壳体，具有设置在壳体上的光学透镜，通过所述光学透镜交换光学信号；

在透镜壳体内沿着通过光学透镜的光传播的聚焦线的光阑表面，所述光阑表面用于将光纤通过接口连接至光学透镜；

设置在透镜壳体上的对准机构，用于使适配组件沿着聚焦线被动地对准至光学透镜；以及

在聚焦线的平面中从透镜壳体突出的突出部，用于与适配组件中的对应的槽相适配，以限制所述平面中的透镜壳体的枢转。

13.如权利要求12所述的光学透镜组件，其特征在于，所述对准机构包括：

来自透镜壳体的垂直于聚焦线的面的凸起部。

14.如权利要求12所述的光学透镜组件，其特征在于，所述对准机构包括：

在透镜壳体的垂直于聚焦线的面中的凹部。

15.如权利要求12所述的光学透镜组件，其特征在于，进一步包括：

在透镜壳体中的盲孔，所述盲孔具有与光纤大约相同的直径以限制光纤的横向移动，其中盲孔的端部为光阑表面。

16.如权利要求12所述的光学透镜组件，其特征在于，进一步包括：

在透镜壳体中毗邻沿着聚焦线的光阑表面的槽，利用所述槽通过限制在垂直于聚焦线的至少一个轴中的光纤的横向移动而使光纤对准至光学透镜。

17.如权利要求16所述的光学透镜组件，其特征在于，所述槽包括L形、U形或V形槽中的一个。

18.一种光学透镜组件包括：

透镜壳体；

设置在透镜壳体上的对准结构，所述对准结构包括设置在对准结构中的光学透镜，通过所述光学透镜交换光信号，对准结构与光学透镜的组合用于使适配组件沿着通过光学透镜的光传播的聚焦线被动地对准至光学透镜。

19.如权利要求18所述的光学透镜组件，其特征在于，进一步包括：

在透镜壳体中沿着聚焦线的盲孔，所述盲孔具有与光纤大约相同的直径以限制在垂直于聚焦线的至少一个轴中的光纤的横向移动。

20.如权利要求18所述的光学透镜组件，其特征在于，进一步包括：

在透镜壳体中沿着聚焦线的槽，利用所述槽通过限制在垂直于聚焦线的至少一个轴中的光纤的横向移动而使光纤对准至光学透镜。

21.如权利要求18所述的光学透镜组件，其特征在于，所述对准结构包括：

来自透镜壳体的垂直于聚焦线的面的凸起部。

22.如权利要求18所述的光学透镜组件，其特征在于，所述对准结构包括：

在透镜壳体的垂直于聚焦线的面中的凹部。

23.如权利要求18所述的光学透镜组件，其特征在于，进一步包括：

在聚焦线的平面中的从透镜壳体突出的突出部，用于与适配组件中的对应的槽适配，以限制透镜壳体在平面中的枢转。

24.一种方法，包括：

将清洁切割的光纤插入光学透镜子组件，

其中所述光学透镜子组件包括透镜壳体，所述透镜壳体具有设置在壳体上的通过其交换光信号的光学透镜、在透镜壳体中沿着通过光学透镜的光传播的聚焦线的光阑表面、在透镜壳体中毗邻沿着聚焦线的光阑表面的光纤对准机构、以及设置在透镜壳体上以使适配组件沿着聚焦线被动地对准至光纤透镜的连接器对准机构，以及

其中，将光纤插入光学透镜子组件包括：通过透镜壳体中的导向孔插入光纤以紧贴光纤对准机构安置光纤并对接于光阑表面，使光纤对准和通过接口连接至光学透镜，同时限制在垂直于聚焦线的至少一个轴中的光纤的横向移动；

将光学透镜子组件插入连接器屏蔽件以提供连接器中的光学通信通道；以及

将电接触加入连接器屏蔽件以启用连接器中的电气通信通道。

25.如权利要求24所述的方法，其特征在于，所述将光学透镜子组件插入连接器屏蔽件包括：

将光学透镜子组件插入联合光学和电气连接器插座屏蔽件。

26.如权利要求24所述的方法，其特征在于，所述将光学透镜子组件插入连接器屏蔽件包括：

将光学透镜子组件插入联合光学和电气连接器插头屏蔽件。

27.如权利要求24所述的方法，其特征在于，所述将电接触加入连接器屏蔽件包括：

加入用于通用串行总线（USB）连接器的电接触。

28.如权利要求24所述的方法，其特征在于，所述加入用于USB连接器的电接触包括：

加入用于USB2连接器、USB3连接器或两者的电接触。

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