CN103201661B - 对准销与光学通信系统 - Google Patents

Abstract

一种用于光学通信系统的对准销，包括：沿某方向延伸在印刷电路板的接纳孔中的第一部分（31），沿这一方向延伸在光学耦合设备的接纳通孔中的第二部分（32），沿这一方向延伸在外部光学部件的接纳孔中的第三部分（33）。销包括抵靠表面（35），其放置成与光学耦合设备的平行互补表面（36）相接触。

Description

对准销与光学通信系统

技术领域

本发明涉及用于光学通信系统的对准销，以及光学通信系统。

背景技术

多数通信系统包括许多系统卡。这种卡通常制造为所谓的印刷电路板（PCB）。因为在数据速率方面不断增加的需求，例如由于互联网，已经达到了使用电通信的极限。保证经过电线的良好信号稳定性变得困难。

为了回应这种带宽需求，高速系统现在被构建出，其中光学层（光纤或平面波导）被引入代替导电金属。的确，光不经受与电相同的限制。

光学耦合设备通常用于将PCB，或所谓的光学电路板（OCB），的光学层与外部的光学设备相互连接。为了确保光穿过光学耦合设备的高效传输，该光学耦合设备相对于电路板沿竖直方向和横向于其的方向二者非常精确的定位是必要的。耦合设备另外需要被牢固保持在这一精确位置。另外，外部光学部件也需要相对于光学耦合设备精确定位。

本发明尤其用于提供此功能的目的。

发明内容

提供一种用于光学通信系统的对准销。对准销包括延伸在第一末端与第二末端之间的本体。本体包括第一部分，其沿某方向延伸在印刷电路板的接纳孔中。

本体包括第二部分，其沿所述方向延伸在光学耦合设备的接纳通孔中。光学耦合设备将把印刷电路板光学耦合至外部光学部件。

本体包括第三部分，其沿所述方向延伸在外部光学部件的接纳孔中。

第一至第三部分按照从第一末端至第二末端的顺序延伸。

销包括抵靠表面。抵靠表面在第二和第三部分之间设置。该抵靠表面正交于所述方向延伸。该抵靠表面将放置成与光学耦合设备的平行互补表面相接触。

通过这些特征，对准销相对于光学耦合设备被精确定位。

当说两个部分沿给定方向延伸时，这意味着要么所述两个部分二者均沿给定轴线延伸，要么所述两个部分沿两个平行轴线延伸，所述两个平行轴线沿横向于轴线二者的偏移方向与彼此偏移开。

在一些实施方式中，人们还可以使用如权利要求中限定的以下特征中的一个或多个。

附图说明

本发明其它特性和优点将从对作为非限制性实施例提供的其实施方式中的十五个以及对附图的以下描述中容易显现。

在图中：

-图1是根据第一实施方式的光学通信系统的局部立体图；

-图2是根据第二实施方式的光学通信系统的局部截面图；

-图3用于第三实施方式的图2的放大图；

-图4是对准销的前视图；

-图5是图4的实施方式的放大局部立体图；

-图6和7是分别用于第四和第五实施方式的类似于图5的视图；

-图8是用于第六实施方式的类似于图2的视图；

-图9是用于第七实施方式的放大局部截面图；

-图10是用于第八实施方式的类似于图9的视图；

-图11是用于第九实施方式的底部立体局部截面图；

-图12是用于第十实施方式的类似于图10的视图；

-图13是用于第十一实施方式的类似于图4的视图；

-图14是根据第十二实施方式的对准销的立体图；

-图15和16是分别用于第十三、第十四实施方式的类似于图14的视图，以及；

-图17是第十五实施方式的截面图。

在不同的图中，相同的参考标记标注同样或类似的元件。

具体实施方式

图1局部地示出了混合或完全的光学PCB1，例如背板，其是包括多个层的层叠。特别地，所述层叠1从上至下包括铜层101、预浸料层102、光学层103、以及另外的铜层104和预浸料层105。光学层103自身可以包括传递光学层，其嵌入在顶部覆壳层与底部覆壳层之间。

术语“顶”、“底”、“上”、“下”或之类参照方向Z给出，所述方向Z正交于PCB的顶表面1a，并且指向将要光学耦合至PCB的匹配的光学设备4。PCB的顶表面平行于X-Y平面延伸，其中X和Y是人为限定的。例如，X对应于传递光学层107中的光传播方向，Y对应于横向于该传播方向的方向。

层叠1的传递光学层由多个管2制成，所述管一体形成或嵌入在本体3中，所述本体具有比管2低的折射率。因此，管2和本体3分别构成波导的芯和覆壳。嵌入的波导可以是聚合物波导、玻璃片波导或通过嵌入光纤技术所获得的波导，或之类。

孔14沿方向Z延伸在印刷电路板中。

应理解的是，PCB的一部分被从图1中移除以方便表示，并且显示为面lc的实际上不是面，而是PCB1的内部。

如图1中可见，根据第一实施方式，切口27形成在PCB1中。特别地，切口27成形为具有正平行六面体这一非常简单的形式。切口由直的壁限定。切口还可以具有平的底部27b，如图所示。

管2接入（mouth）到切口中时所在的壁限定了PCB的光学界面。即，所有芯2接入到切口27中以限定出PCB的光学界面。所述光学界面9包括布置成阵列的离散的光传递区域。根据需要，沿方向Y的传递区域间隔可以是或不是恒定的。例如，在本图中，在邻近的传递区域之间的间隔被设置成恒定于250μm。

被传输至匹配的光学设备4或从该匹配的光学设备传输出的光学信号经过第一光学路径6被提供至层叠1的芯2或被从所述层叠的芯提供，所述光学设备比如是光学设备或光电设备或其它PCB，所述芯2提供平行于X-Y平面的用于光学信号的第二光学路径7。在本实施例中，光学设备4例如可以包括机械转换卡套（“MT卡套”），其包括高精度的套21，光纤22的末端在所述套内延伸在精确限定的相对位置中。匹配的光学设备4因此具有光学界面10，其被定义为指向PCB的一组光纤末端。在本图中，所述界面平行于X-Y平面延伸。

匹配的连接器的光学界面10具有数量与PCB的光学界面9相同的传递区域。匹配的光学设备的光学界面10的每个传递区域对应于PCB的光学界面9的相应传递区域。这意味着，传递区域两两相关联，并且穿过其中一个界面的传递区域而正交地离开的光将被传递至其中另一个界面的对应传递区域。

为了相对于印刷电路板1精确定位光学设备4，对准孔23设置在套21中。每个孔对应于PCB的对应的孔14。

为了获得在第一和第二光学路径之间的最佳光学耦合，光学耦合设备8被提供用于对准目的，所述第一和第二光学路径对于这里的光学系统而言垂直于彼此。在本实施例中，光学耦合设备8被设置成单一的单元式部件，尽管不必要一直是如此。

耦合设备8例如是通过模制适合的半透明材料而制造出的单元式件。光学耦合设备8包括第一面24，其限定出第一光学界面25，所述第一光学界面将被置于与PCB的光学界面9光学耦合。第一光学界面25具有传递区域13，所述传递区域放置成以自由的间隔（有时穿过半透明的耦合介质，比如空气或适合的胶）与PCB界面的对应传递区域相对。因此，第一光学界面25的布置直接从印刷电路板的光学界面9的布置得出，这里将不再详述。

光学耦合设备8包括第二面11b，其在这种情况下延伸正交于第一面，即平行于X-Y平面延伸。所述第二面限定出第二光学界面26，所述第二光学界面将被置于与匹配的光学设备4的光学界面光学耦合。第二光学界面26具有传递区域13'，所述传递区域将被放置成（有时穿过半透明耦合介质，比如空气或适合的胶）与匹配的光学设备4的界面的对应传递区域相对。因此，第二光学界面26的布置直接从匹配的光学设备4的光学界面的布置得出，这里将不再详述。

光学路径被限定在耦合设备8的第一和第二界面25、26之间。即，来自印刷电路板1的界面的、在其第一界面25进入耦合设备8的发散光将作为基本上平行化的光束穿过耦合设备8被传播至第二界面26，并且将被聚焦到匹配的光学设备4的界面中。光以类似方式沿相反方向传播。使用镜子18在X与Z方向之间反射光。

特别地，耦合设备8的每个界面的每个传递区域可以被设置有光束成形结构15、15'，比如透镜。透镜15使芯2的去往/来自耦合设备8的光学信号的光学耦合最优化。透镜15'使卡套4的去往/来自耦合设备8的光学信号的光学耦合最优化。

由于透镜15和15'分别在每个芯2的入口处和在每个光纤22的入口处聚焦光学信号，所以相比没有透镜的光学耦合系统，耦合设备8、卡套4和层叠1的制造公差增大。

如本实施例中所示，透镜15、15'可以形成耦合设备8的一体部分。所述透镜定位在第一和第二界面处。例如，所述透镜可以是Fresnel型或非球面型的。可以理解的是，对于每个界面而言，该界面的所有透镜均可以设置为相同的。

为了相对于印刷电路板1和匹配光学设备4二者精确定位光学耦合设备8，在光学耦合设备8中设置对准通孔28。每个孔对应于PCB的对应孔和光学设备4的对应孔二者。

为了提供三个设备的、特别其光学界面的正确对准，提供对准销12，其延伸在PCB的接纳孔14中，延伸在光学耦合设备8的通孔28中，以及延伸在光学部件4的孔23中。

特别地，对准销12具有第一部分31，其延伸在形成于PCB中的孔14中。当对准销12在使用中时，所述第一部分31沿方向Z延伸。所述第一部分31另外包括对准销12的一个第一末端29。

对准销12另外包括第二部分32，其延伸在光学耦合设备8的对准孔28中。在对准销12的使用中，所述第二部分32沿方向Z延伸。在本构造中，第二部分32与第一部分31齐平并直接连续。

对准销12包括第三部分33，其延伸在匹配光学设备4的对准孔23中。在对准销的使用中，第三部分33沿方向Z延伸。所述第三部分另外包括对准销12的第二末端30。在本实施方式中，第一部分31、第二部分32、和第三部分33沿同一轴线延伸。换言之，连接对准销12的末端29和30的任意线平行于方向Z延伸。

对准销12另外包括延伸部34。延伸部34设置在第二部分32与第三部分33之间。延伸部34包括延伸在X-Y平面内的抵靠表面35。

在使用中，抵靠表面35面对包围光学耦合设备8的通孔28的表面36。在本实施例中，延伸部34设置为圆柱形环，其直径大于设置在光学耦合设备8中的对准孔28的直径。

为了制造包括印刷电路板1和光学耦合设备8的光学通信系统，提供印刷电路板1。然后，光学耦合设备8被提供，并且被放置在印刷电路板1上，从而使得对准孔28与设置在PCB中的孔14相对准。对准销12然后从顶部插入，从而使得其第一部分31将延伸在印刷电路板的孔14中，并且其第二部分32将延伸在光学耦合设备8的通孔28中，其中抵靠表面35搁置在光学耦合设备8的互补表面36上。不同部件以适合方式固定至彼此，一些实施例将更详细地描述如下。

为了形成印刷电路板1与外部世界的光学通信，光学匹配部件4将被插到如上文所述般施行的印刷电路板1与光学耦合设备8的组件，这是通过引导光学匹配设备4形成对准实现，其孔23接纳对准销12的第三部分33。设备4通过任何适合方法被例如可移除地连接至印刷电路板1。必要的是，对准销12不仅足够坚固以承受这种连接步骤，而且被足够精确地制造出以便精确限定设备4相对光学系统1和8的其余部分的位置。另外，对准销12应是这样的，使得连接的步骤不会（例如通过引起光学耦合设备8的永久变形）改变印刷电路板1与光学耦合设备8的相对定位。

尽管上文关于一个对准销12进行了描述，但是对于多个对准销12，比如在图1实施方式情况下两个或更多个对准销，相同的步骤同时施行。

第二实施方式现在将关于图2讨论。图2实施方式与图1实施方式的主要不同在于，光学耦合设备8不包括镜子18。根据第二实施方式，用于使光从PCB平面反射至匹配设备4的镜子例如通过蚀刻而设置在印刷电路板1的内部。在这种情况下，光学耦合设备8可以包括两个平行界面25和26。

如图2中可以更精确地看出，光学耦合设备8的表面11b可以设有容槽，以便容置对准销12的延伸部34。由此，延伸部34不会突伸出光学耦合设备8的顶面11b，并且不会形成可能阻碍匹配光学设备4连接的凸出。这一特征也呈现在图1的实施方式中。

如图2中可以看出，设置在PCB中的孔14可以是延伸在印刷电路板的顶面1a与相反底面1b之间的通孔。然而，这在本发明的框架内并非是必须的。类似地，在匹配光学设备4中的孔23，图1中示出为通孔，并不必须是通孔。

延伸部34可以设置成与对准销12的本体一体形成，例如成为整体单元式模制的本体。

根据一改型实施方式，如图3所示，对准销12可以设置成本体37与独立的延伸部34的组件。本体37例如将是细长圆柱体，包括第一、第二和第三部分31、32、33。根据本实施方式，延伸部34可以通过任何适合方式固定至本体37。根据一个实施方式，本体37和延伸部34将包括互补的螺纹38a、38b，从而使得延伸部34可以从本体的第二末端30拧到本体37上。例如，在本实施方式中，对准销12的第一部分31将不是带螺纹的。因此可能的是，将延伸部34、特别是抵靠表面35设置成具有沿方向Z相对于本体的第二末端30可调节的位置。

图4和5中更详细示出适合于以上实施方式的对准销12。特别地，第一部分31可以设有支承第一末端29的截头锥形的末端部分38，以方便将对准销12引入PCB1中。类似地，第三部分33可以设有支承第二末端30的截头锥形的末端部分39，以方便将光学匹配设备4插入到对准销12上。

根据本实施方式，延伸部34被设置成连续的圆柱形环。

根据如图6所示的第四实施方式，所述环可以在需要空间的地方被形成截头锥形。例如，延伸部34的最靠近形成在光学耦合设备中的光学路径的区域可以被形成截头锥形。

根据第五实施方式，如图7所示，延伸部34可以具有任何适合的形状，比如星形、花形、或之类。

用于对准销12的固定的实施方式现在将关于图8及下文描述。根据第六实施方式，如图8所示，对准销12另外设有第二延伸部39。该延伸部延伸在对准销12的第一部分31中，并且特别延伸在其第一末端29处。第二延伸部39包括第二抵靠表面40，其平行于XY平面延伸，面对延伸部34的第一抵靠表面35。第二抵靠表面40抵靠在印刷电路板的对应抵靠表面41上。因此，光学耦合设备8和印刷电路板1二者均被夹持在对准销12的抵靠表面34和40之间。

根据纯演示性的图8的实施方式，固定部分42设置为套43，其具有圆柱形的本体44，并且从底部引入到PCB的孔14中。本体44具有内孔，其可以接纳对准销12的本体37的第一部分31。套43另外包括领部45，其形成延伸部39并且包括抵靠表面40。在本实施方式中，套43设置成独立于本体37的部分。本体37以任何适合方式固定至套43。例如，本体37的第一部分31是带螺纹的，套43的本体44的内表面也是。套43可以压配到PCB的孔14内，直到抵靠表面40与41从PCB下方进入接触。然后可以从顶部引入对准销12的本体37，这是通过将第一部分31拧到套43中直到抵靠表面35抵靠在光学耦合设备8的表面36上实现的。这例如是当延伸部34与本体37一体形成时的情况。在另一未示出的实施方式中，在将本体37拧到套43中之后，延伸部34可以从顶部拧到本体37，如上文关于图3讨论的。因此可能的是，在不使用胶的情况下将对准销12固定至印刷电路板1，这使得能够当胶在这种类型的光学通信系统中不希望时避免胶的缺点。

如图9所示，根据第七实施方式，存在将对准销12固定至印刷电路板1的替代方式。特别地，印刷电路板的孔14自身可以具有螺纹，由此使得能够在不使用套43的情况下将本体37直接拧到印刷电路板1中。

图10现在示出第八实施方式。根据本实施方式，延伸部34是独立的部分，其未示出在图10中，并且将在后续步骤中被组装至本体37。根据本实施方式，对准销12从印刷电路板的底部插入，并且包括一体形成的第二延伸部39。另外，作为固定部分42，螺纹设置在对准销12的第一部分31中，以便将对准销12从底部拧到印刷电路板1的互补螺纹中，直到抵靠表面40与41相接触。延伸部34然后可以从顶部滑入本体37，并且例如通过拧紧而放置就位。

根据第九实施方式，如图11所示，第二延伸部39可以设置成一个或多个腿部46。例如，根据本实施方式，这些腿部46可以变形，以便提供第二延伸部39。例如，对准销12可以在腿部46未变形的情况下从顶部引入，穿过印刷电路板的孔14。然后，例如通过卷压产生的变形将折叠腿部46，从而使得其抵靠表面将与印刷电路板1的互补抵靠表面相接触。

此外，用于将对准销12固定至印刷电路板1的其它实施方式示出在图12和13中。例如，如用于第十实施方式的图12所示，对准销12可以设有压配合的固定部分42。根据示出在图13中的第十一实施方式，对准销可以在其第一部分31中设有通孔，以便将对准销12固定地钉至PCB1。

上述实施方式示出这样的对准销，其具有沿单一方向伸长的简单本体，第一、第二和第三部分31、32、33通过该方向对准。然而，对于对准销12，其它形状是可能的，如将关于图14至17讨论如下。如适用，这些形状可以设有如关于以上实施方式中任一个所讨论的抵靠表面35和/或至PCB的固定部。

特别参见第十二实施方式，如图14所示，对准销12设有如上所述的第三部分33，用于插入到匹配光学设备4的孔23中。根据本实施方式，对准销12具有两个底部部分47a、47b，其彼此相同并相对于彼此沿位于X-Y平面中的横向方向偏移。例如，该横向方向是X方向。两个底部部分47a、47b经过联结部分48联结到一起并且联结至第三部分33。例如，第三部分33沿横向方向X延伸在两个底部部分47a和47b之间。底部部分47a包括第一部分和第二部分31、32，其设置成类似于以上实施方式的（特别是第一实施方式的）对准销12的第一和第二部分31、32。这也适用于另一底部部分47b。联结部分48因此支承抵靠表面35，所述抵靠表面将抵靠在光学耦合设备8的互补表面上。如果联结部分48是大致圆柱形，如图所示，那么较之于以上实施方式的平面化的表面，该抵靠表面35可以是线性的。当某表面的其中一个尺寸远大于该表面的其中另一个尺寸时，就说该表面是“线性的”。

在使用中，图14实施方式的对准销12将使其底部部分47a引入PCB的以及光学耦合设备8的对应孔14和28，并且使其底部部分47b引入这些设备的其它孔14、28。抵靠表面35将抵靠在光学耦合设备的对应表面上。至光学匹配设备4的固定和组装可以根据任何适合的实施方式施行。

根据第十三实施方式，如图15所示，提供对准销12，其类似于关于图14描述如上的对准销，但是具有第三底部部分47c。例如，第三底部部分47c延伸在两个底部部分47a和47b之间，并且与第一部分33连续地延伸。因此，使用如图15所示的对准销12需要三个在PCB中的孔和三个在光学耦合设备8中的孔。

根据第十四实施方式，如图16所示，提供对准系统，其包括两个如关于图15所讨论的平行对准销12，该两个平行对准销平行地设置，并且相对于在X-Y平面内的另一横向方向偏移。沿所述另一横向方向设置联结部分49，其比如沿Y方向延伸在两个对准销12之间的两个臂部。可以考虑的是，联结部分48和49构建出承载底部部分47a、47b、47c和第三部分33的框架。因此，在PCB中设置六个孔，在光学耦合设备8中设置六个孔，以便放置图16的对准系统。抵靠表面35可以设置在联结部分48上，如上关于图14和15所述，和/或根据需要设置在联结部分49上。

如图17所示，根据第十五实施方式，对准销12设置成具有两个部分50a、50b，该两个部分分别大致对应于根据图1至13的以上实施方式的对准销，如适用。所述两个部分50a和50b通过联结部分51联结到一起，该联结部分沿横向方向例如方向X延伸。与图14实施方式不同地，联结部分51设置成将本实施方式对准销12的部分50a和50b的两个第一部分31联结到一起。因此，图17的对准销12是U形的。联结部分51可以包括抵靠表面40，其将抵靠在印刷电路板1的互补抵靠表面41上。因此，图17的对准销12从底部引入到印刷电路板1中。延伸部34可以设置成外部部分，该外部部分从顶部组装至部分50a、50b中的任一个，如上关于图3所述。

Claims (5)

1.一种用于光学通信系统的对准销，包括延伸在第一末端与第二末端之间的本体，所述本体从第一末端至第二末端包括：

第一部分，其配置成沿某方向延伸在印刷电路板的接纳孔中，

第二部分，其配置成沿所述方向延伸在光学耦合设备的接纳通孔中，所述光学耦合设备配置成将印刷电路板光学耦合至外部光学部件，

第三部分，其配置成沿所述方向延伸在外部光学部件的接纳孔中，

设置在第二部分与第三部分之间的抵靠表面，所述抵靠表面正交于所述方向延伸，并配置为被放置成与所述光学耦合设备的平行互补表面相接触；和

被提供为套的固定部分，所述套是独立于对准销的本体的部分，所述套被定位于印刷电路板的接纳孔中，所述对准销的第一部分被固定到所述套。

2.根据权利要求1所述的对准销，其中，所述套还包括第二抵靠表面，所述第二抵靠表面正交于所述方向延伸，并配置为被放置成与所述印刷电路板的平行互补表面接触。

3.根据权利要求2所述的对准销，其中，所述套是带内螺纹的，所述对准销的第一部分是带螺纹的，所述对准销的第一部分被螺纹地拧到所述套内。

4.根据权利要求3所述的对准销，其中，所述第二抵靠表面沿所述方向相对于所述第二末端的位置是可调节的。

5.根据权利要求1所述的对准销，其中，在所述印刷电路板中的孔是带螺纹的。