CN113178720A - 可插拔自由空间光电混合连接器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及通信技术领域，提供了一种可插拔自由空间光电混合连接器，包括一阴性连接器和一相应的阳性连接器。阴性连接器包括第一绝缘基体，其前端形成有插接腔，后端形成有第一光纤安装孔和第一电极安装孔；多组金属弹片，其安装于所述第一电极安装孔，其中至少一组金属弹片的触接部从所述插接腔的顶部露出，还有至少一组金属弹片的触接部从所述插接腔的底部露出；第一电路基板，其安装于所述第一绝缘基体的后端、并与所述多组金属弹片电连接；以及第一光通信模块。本连接器既能传输光信号，又能传输电信号；并且具有加工良品率高、可靠性高的特点。其还可阻止阳性连接器在阴性连接器中晃动，从而可提高光信号和电信号的传输稳定性。

Description

可插拔自由空间光电混合连接器
技术领域
本发明涉及通信技术领域，具体为一种可插拔自由空间光电混合连接器。
背景技术
在通信领域，特别是消费产品领域的信号传输，如笔记本电脑、计算机、电视、手机等智能终端，传统应用中都是采用铜线来传输信号和数据的，为了满足日益增长的传输容量和高速率的传输要求，发明人曾发明了取代传统线缆的通信方式，并先后提出了以下中国专利申请：1、基于自由空间光通信的通信终端、通信装置和通信系统，公开号为CN109586790A。2、一种光纤连接光学组件，公开号为CN110780391A。
在此基础上，发明人进一步研究，提出了可插拔自由空间光电混合连接器。
发明内容
本发明的目的是提供一种加工良品率高、可靠性高且方便使用的可插拔自由空间光电混合连接器。
为达上述目的，本发明采用的技术方案如下：
本发明的可插拔自由空间光电混合连接器由阳性连接器和阴性连接器组成，二者配合使用。
一种可插拔自由空间光电混合阴性连接器包括：
第一绝缘基体，其前端形成有插接腔，后端形成有第一光纤安装孔和第一电极安装孔；
多组金属弹片，其安装于所述第一电极安装孔，其中至少一组金属弹片的触接部从所述插接腔的顶部露出，还有至少一组金属弹片的触接部从所述插接腔的底部露出；
第一电路基板，其安装于所述第一绝缘基体的后端、并与所述多组金属弹片电连接；以及
第一光通信模块，所述第一光通信模块包括：
设于所述第一光纤安装孔的用于承载光纤的第一光纤连接器；以及
设于所述插接腔的背部的、与所述第一光纤连接器的出光端相对的、用于对从所述阴性连接器输往所述阳性连接器的光束做扩大处理的第一透镜，所述第一透镜的位置被配置为：所述阴性连接器和所述阳性连接器在插接状态时，所述第一透镜和所述阳性连接器的第二透镜之间具有一定间距。
在上述的阴性连接器中，优选地，所述第一绝缘基体的外周还具有第一金属外壳，所述第一金属外壳设有卡接部，所述卡接部被构造为：在所述插接状态，所述卡接部与所述阳性连接器卡配，使所述阳性连接器和所述阴性连接器保持在插接状态。
在上述的阴性连接器中，优选地，各组所述金属弹片的中部分别设有绝缘块，所述绝缘块与所述第一电极安装孔插配，以此将所述金属弹片安装于所述第一电极安装孔。所述金属弹片还优选通过模内注塑工艺结合于所述第一绝缘基体。
在上述的阴性连接器中，优选地，所述绝缘块的后端和所述第一光纤连接器的后端均与所述第一电路基板抵接。
在上述的阴性连接器中，优选地，所述插接腔的顶部和/或底部设有沿插拔方向延伸的凹槽。
在上述的阴性连接器中，优选地，所述第一透镜包括与所述第一绝缘基体一体成型的一个或多个透镜。
一种可插拔自由空间光电混合阳性连接器包括：
第二绝缘基体，其前端形成有插接凸部，后端形成有第二光纤安装孔和第二电极安装孔，所述插接凸部被构造为与相应的阴性连接器的插接腔相匹配；
多组金属插针，其安装于所述第二电极安装孔，其中至少一组金属插针的触接部从所述插接凸部的顶部露出，还有至少一组金属插针的触接部从所述插接凸部的底部露出；
第二电路基板，其安装于所述第二绝缘基体的后端、并与所述多组金属插针电连接；以及
第二光通信模块，所述第二光通信模块包括：
设于所述第二光纤安装孔的、用于承载光纤的第二光纤连接器；以及
设于所述插接凸部的面部的、与所述第二光纤连接器的出光端相对的、用于对从所述阳性连接器输往所述阴性连接器的光束做扩大处理的第二透镜，所述第二透镜的位置被配置为：所述阳性连接器和所述阴性连接器在插接状态时，所述第二透镜和所述阴性连接器的第一透镜之间具有一定间距。
在上述的阳性连接器中，优选地，所述第二绝缘基体的外周还具有第二金属外壳，所述第二金属外壳设有卡配部，所述卡配部被构造为与相应阴性连接器的第一金属外壳上的卡接部相匹配。
在上述的阳性连接器中，优选地，各组所述金属插针的中部分别设有绝缘块，所述绝缘块与所述第二电极安装孔插配，以此将所述金属插针安装于所述第二电极安装孔。所述金属插针还优选通过模内注塑工艺结合于所述第二绝缘基体。
在上述的阳性连接器中，优选地，所述绝缘块的后端和所述第二光纤连接器的后端均与所述第二电路基板抵接。
在上述的阳性连接器中，优选地，所述插接凸部的顶部和/或底部设有沿插拔方向延伸的凸块，所述凸块被构造为与相应阴性连接器的插接腔的顶部和/或底部的凹槽相匹配。
在上述的阳性连接器中，优选地，所述第二透镜包括与所述第二绝缘基体一体成型的一个或多个透镜。
与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：
既能传输光信号，又能传输电信号。
阴性连接器和阳性连接器之间通过自由空间光连接，且配置了用于将传输给对方的光束扩大的透镜，使得光路对尺寸公差的容忍度以及对污染物的容忍度较高，从而使得连接器具有加工良品率高、可靠性高的特点。
采用金属弹片做电极实现电信号传输，并且在插接腔的顶部和底部两个方向均设置金属弹片，不但可以传输多组电信号，而且顶部和底部的金属弹片从顶部和底部两个方向对阳性连接器产生夹紧的弹力，可阻止阳性连接器在阴性连接器中晃动，从而可提高光信号和电信号的传输稳定性。
进一步设置金属外壳后，一方面可屏蔽干扰信号，另一方面通过金属外壳上的卡接部和卡配部，能够将阳性连接器和阴性连接器保持在插接状态，能够避免由于插接腔和插接凸部配合松动导致的信号不稳定现象。
进一步在插接凸部的顶部和/或底部、以及插接腔的顶部和/或底部设置有相互配合的凹槽和凸块，在插接过程中，可以辅助引导阳性连接器的透镜和阴性连接器的透镜精确对准。
其透镜直接成型在连接器的绝缘基体上，因而具有安装误差小，连接器组装工序简单的特点。作为电连接部件的金属弹片和金属插针通过整体插配或模内注塑工艺结合于连接器的绝缘基体上，进一步简化了连接器的组装工序。
附图说明
图1为光通信模块之间的光路结构示意图；
图2为阴性连接器的立体图；
图3为阴性连接器的另一视角的立体图；
图4为第一绝缘基体的立体图；
图5为第一绝缘基体的另一视角的立体图；
图6为第一透镜的示意图；
图7为金属弹片组件的示意图；
图8为第一光纤连接器的示意图；
图9为阳性连接器的立体图；
图10为阴性连接器的另一视角的立体图；
图11为第二绝缘基体的立体图；
图12为第二绝缘基体的另一视角的立体图；
图13为第二透镜的示意图；
图14为金属插针组件的示意图；
图15为阳性连接器和阴性连接器在插接状态的示意图；
图16为图15为A-A剖视图；
图17为图15为B-B剖视图；
附图标记：
10、阴性连接器；
20、阳性连接器；
D、间距；
11、第一绝缘基体；111、插接腔；112、凹槽；113、第一电极安装孔；114、第一光纤安装孔；
12、金属弹片；122、绝缘块；
13、第一金属外壳；131、卡接部；
141、第一光纤连接器；142、第一透镜；
15、光纤；
16、第一电路基板；
21、第二绝缘基体；211、插接凸部；212、凸块；213、第二电极安装孔；214、第二光纤安装孔；
22、金属插针；
23、第二金属外壳；231、卡配部；
241、第二光纤连接器；242、第二透镜；
25、第二电路基板。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。
图1为本发明光通信模块之间的光路结构示意图，其中D为两个透镜(即阳性连接器的透镜和阴性连接器的透镜)之间的间距，该间距用于实现光信号的自由空间连接。
第一实施例：可插拔自由空间光电混合阴性连接器10，为方便描述，本申请一些地方简称为阴性连接器。
请参照图2-图8，本阴性连接器10包括：第一绝缘基体11，三组金属弹片12，第一电路基板16，第一光通信模块，第一金属外壳13。
第一绝缘基体11整体为长方体结构，其前端形成有插接腔111，后端形成有一个第一光纤安装孔114和三个第一电极安装孔113，第一光纤安装孔114位于后端中部，三个第一电极安装孔113呈品字形分布，第一电极安装孔113延伸至插接腔111的顶部和底部。
三组金属弹片12对应安装在第一绝缘基体11的三个第一电极安装孔113，其中，一组金属弹片12的触接部121从所述插接腔111的顶部露出，其余两组金属弹片12的触接部121从所述插接腔111的底部露出。
第一光通信模块包括：设于所述第一光纤安装孔114的用于承载光纤的第一光纤连接器141；以及设于所述插接腔111的背部的、与所述第一光纤连接器141的出光端相对的、用于对从所述阴性连接器10输往所述阳性连接器20的光束做扩大处理的第一透镜142，所述第一透镜142的位置被配置为：所述阴性连接器10和所述阳性连接器20在插接状态时，所述第一透镜142和所述阳性连接器20的第二透镜242之间具有一定间距D。其中，第一透镜142成型在所述插接腔111的背部，第一光纤连接器141与第一光纤安装孔114插接配合，通过精密尺寸的控制，保证光纤的纤芯与第一透镜142的光轴中心对齐，典型公差是10um。
第一金属外壳13套设在第一绝缘基体11的外周，通过卡接结构与第一绝缘基体11组合，所述第一金属外壳13设有卡接部131，卡接部131具体为表面的扣孔。所述卡接部131被构造为：当该阴性连接器10和相应的阳性连接器20插接后，所述卡接部131与所述阳性连接器20卡配，使所述阳性连接器20和所述阴性连接器10保持在插接状态。
第一电路基板16安装于所述第一绝缘基体11的后端，三组金属弹片12、以及第一金属外壳13分别与该第一电路基板焊接。
图7中示出了一个金属弹片组件的结构。如图7所示，金属弹片组件含四个金属弹片12，其中，在金属弹片12的中部注塑有绝缘块122，通过绝缘块122将四个金属弹片12构成一个组件，每个金属弹片组件用于接收或发送一组电信号。通过将所述绝缘块122与所述第一电极安装孔113插配，实现将所述金属弹片12安装于所述第一电极安装孔113。相比直接将金属电极逐一安装到第一绝缘基体11的方法，这种模块化的安装具有一致性好，组装工序简单的特点。作为另一种优选的实施方式，可以采用模内注塑方式将金属弹片12结合到所述第一绝缘基体11。
所述绝缘块122的后端和所述第一光纤连接器141的后端均与所述第一电路基板16抵接，第一电路基板16可阻止第一光纤连接器141和金属弹片12后退。
所述插接腔111的顶部和底部还设有沿插拔方向延伸的凹槽112。
图8示出了第一光纤连接器141的结构。其中，本实施例的第一光纤连接器141设计有两排光纤孔，每排含12个光纤孔，光纤间距为0.5mm，公差是5um。
图6中示出了第一透镜142。在本实施例中，第一透镜142是与所述第一绝缘基体11一体成型的多个透镜。透镜的具体数量与光纤数量相同，且在位置上相对应。具体实施中，可以采用透明绝缘材料，如塑料、亚克力、玻璃等通过模制工艺，制得带有第一透镜142的第一绝缘基体11，还可以在第一绝缘基体11的除第一透镜142外的区域涂覆遮光层。该设计使得，不需要进行第一透镜142与第一绝缘基体11的对准及组合，因而具有安装误差小，组装工序简单的特点。
第二实施例：可插拔自由空间光电混合阳性连接器20，为方便描述，本申请一些地方简称为阳性连接器20。
参照图9-图14，本阳性连接器20包括：第二绝缘基体21，三组金属插针22，第二电路基板25，第二光通信模块，第二金属外壳23。
第二绝缘基体21的前端形成有插接凸部211，所述插接凸部211被构造为与第一实施例的阴性连接器10的插接腔111相匹配。第二绝缘基体21的后端形成有一个第二光纤安装孔214和三个第二电极安装孔213，第二光纤安装孔214位于后端中部，三个第二电极安装孔213呈品字形分布。
三组金属插针22安装于第二绝缘基体21的三个第二电极安装孔213，其中一组金属插针22的触接部221从所述插接凸部211的顶部露出，其余两组金属插针22的触接部221从所述插接凸部211的底部露出。
第二光通信模块包括：设于所述第二光纤安装孔214的、用于承载光纤的第二光纤连接器241(见图8)；以及设于所述插接凸部211的面部的、与所述第二光纤连接器241的出光端相对的、用于对从所述阳性连接器20输往所述阴性连接器10的光束做扩大处理的第二透镜242，所述第二透镜242的位置被配置为：所述阳性连接器20和所述阴性连接器10在插接状态时，所述第二透镜242和所述阴性连接器10的第一透镜142之间具有一定间距D。其中，第二透镜242成型在所述插接凸部211的面部。
第二金属外壳23套设在第二绝缘基体21的外周，通过卡接结构与第二绝缘基体21组合，所述第二金属外壳23设有卡配部231，所述卡配部231被构造为与第一实施例的阴性连接器10的第一金属外壳13上的卡接部131相匹配，卡配部231具体为扣条。
第二电路基板25安装于所述第二绝缘基体21的后端，三组金属插针22、以及第二金属外壳23分别与该第二电路基板25焊接。
图11中示出了一个金属插针组件的结构。如图11所示，金属插针组件含四个金属插针22，其中，在金属插针22的中部注塑有绝缘块122，通过绝缘块122将四个金属插针22构成一个组件，一个金属插针组件用于接收或发送一组电信号。通过所述绝缘块122与第二绝缘基体21上的第二电极安装孔213插配，将所述金属插针22安装于所述第二电极安装孔213。相比直接将金属插针22逐一安装到第二绝缘基体21的方法，这种模块化安装具有一致性好，工艺简单的特点。作为另一种优选的实施方式，可以采用模内注塑方式将金属插针22结合到所述第二绝缘基体21。
所述绝缘块122的后端和所述第二光纤连接器241的后端均与所述第二电路基板25抵接，第二电路基板25可阻止第二光纤连接器241和金属插针22后退。
所述插接凸部211的顶部和底部设有沿插拔方向延伸的凸块212，所述凸块212被构造为与第一实施例阴性连接器10的插接腔111的顶部和底部的凹槽112相匹配。
图13中示出了第二透镜242。在本实施例中，第二透镜242是与所述第二绝缘基体21一体成型的多个透镜。透镜的具体数量与光纤数量相同，且在位置上相对应。具体实施中，可以采用透明绝缘材料，如塑料、亚克力、玻璃等通过模制工艺，制得带有第二透镜242的第二绝缘基体21，还可以在第二绝缘基体21的除第二透镜242外的区域涂覆遮光层。该设计使得，不需要进行第二透镜242与第二绝缘基体21的对准及组合，因而具有安装误差小，组装工序简单的特点。
图15-图17示出了阳性连接器20和阴性连接器10插接状态。其中，图16为图15的A-A向剖视图；图17为图15的B-B向剖视图。图16中可见，在插接状态，卡接部131和卡配部231结合，使得阳性连接器20和阴性连接器10保持在插接状态，从而能够避免由于插接腔111和插接凸部211配合松动导致的信号不稳定现象。图17可见，在插接状态，金属弹片12的触接部121压在金属插针22的触接部221，一方面实现电性连接，用于在阳性连接器20和阴性连接器10之间传送电信号，另一方面，金属弹片12对阳性连接器20产生夹紧的弹力,该弹力可阻止阳性连接器20在阴性连接器10中晃动，从而可提高光信号和电信号的传输的稳定性。
上述可插拔自由空间光电混合性连接器至少具有以下优点：
1、既能传输光信号，又能传输电信号。
2、阴性连接器10和阳性连接器20之间通过自由空间光连接，且配置了用于将传输给对方的光束扩大的透镜，使得光路对尺寸公差的容忍度以及对污染物的容忍度较高，从而使得连接器具有加工良品率高、可靠性高的特点。
3、采用金属弹片12做电极实现电信号传输，并且在插接腔111的顶部和底部两个方向均设置金属弹片12，不但可以传输多组电信号，而且顶部和底部的金属弹片12从顶部和底部两个方向对阳性连接器20产生夹紧的弹力，可阻止阳性连接器20在阴性连接器10中晃动，从而可提高光信号和电信号的传输稳定性。
4、具有金属外壳，一方面可屏蔽干扰信号，另一方面通过金属外壳上的卡接部131和卡配部231，能够将阳性连接器20和阴性连接器10保持在插接状态，能够避免由于插接腔111和插接凸部211配合松动导致的信号不稳定现象。
5、在插接凸部211的顶部和底部、以及插接腔111的顶部和底部设置有相互配合的凹槽112和凸块212，在插接过程中，可以辅助引导阳性连接器20的透镜和阴性连接器10的透镜精确对准。
上述通过具体实施例对本发明进行了详细的说明，这些详细的说明仅仅限于帮助本领域技术人员理解本发明的内容，并不能理解为对本发明保护范围的限制。本领域技术人员在本发明构思下对上述方案进行的各种润饰、等效变换等均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (12)

1.一种可插拔自由空间光电混合阴性连接器(10)，其特征在于，包括：
第一绝缘基体(11)，其前端形成有插接腔(111)，后端形成有第一光纤安装孔(114)和第一电极安装孔(113)；
多组金属弹片(12)，其安装于所述第一电极安装孔(113)，其中至少一组金属弹片(12)的触接部(121)从所述插接腔(111)的顶部露出，还有至少一组金属弹片(12)的触接部(121)从所述插接腔(111)的底部露出；
第一电路基板(16)，其安装于所述第一绝缘基体(11)的后端、并与所述多组金属弹片(12)电连接；以及
第一光通信模块，所述第一光通信模块包括：
设于所述第一光纤安装孔(114)的用于承载光纤的第一光纤连接器(141)；以及
设于所述插接腔(111)的背部的、与所述第一光纤连接器(141)的出光端相对的、用于对从所述阴性连接器(10)输往所述阳性连接器(20)的光束做扩大处理的第一透镜(142)，所述第一透镜(142)的位置被配置为：所述阴性连接器(10)和所述阳性连接器(20)在插接状态时，所述第一透镜(142)和所述阳性连接器(20)的第二透镜(242)之间具有一定间距(D)。
2.根据权利要求1所述的阴性连接器(10)，其特征在于，所述第一绝缘基体(11)的外周还具有第一金属外壳(13)，所述第一金属外壳(13)设有卡接部(131)，所述卡接部(131)被构造为：在所述插接状态，所述卡接部(131)与所述阳性连接器(20)卡配，使所述阳性连接器(20)和所述阴性连接器(10)保持在插接状态。
3.根据权利要求1所述的阴性连接器(10)，其特征在于，各组所述金属弹片(12)的中部分别设有绝缘块(122)，所述绝缘块(122)与所述第一电极安装孔(113)插配，以此将所述金属弹片(12)安装于所述第一电极安装孔(113)。
4.根据权利要求3所述的阴性连接器(10)，其特征在于，所述绝缘块(122)的后端和所述第一光纤连接器(141)的后端均与所述第一电路基板(16)抵接。
5.根据权利要求1所述的阴性连接器(10)，其特征在于，所述插接腔(111)的顶部和/或底部设有沿插拔方向延伸的凹槽(112)。
6.根据权利要求1所述的阴性连接器(10)，其特征在于，所述第一透镜(142)包括与所述第一绝缘基体(11)一体成型的一个或多个透镜。
7.一种可插拔自由空间光电混合阳性连接器(20)，其特征在于，包括：
第二绝缘基体(21)，其前端形成有插接凸部(211)，后端形成有第二光纤安装孔(214)和第二电极安装孔(213)，所述插接凸部(211)被构造为与相应的阴性连接器(10)的插接腔(111)相匹配；
多组金属插针(22)，其安装于所述第二电极安装孔(213)，其中至少一组金属插针(22)的触接部(221)从所述插接凸部(211)的顶部露出，还有至少一组金属插针(22)的触接部(221)从所述插接凸部(211)的底部露出；
第二电路基板(25)，其安装于所述第二绝缘基体(21)的后端、并与所述多组金属插针(22)电连接；以及
第二光通信模块，所述第二光通信模块包括：
设于所述第二光纤安装孔(214)的、用于承载光纤的第二光纤连接器(241)；以及
设于所述插接凸部(211)的面部的、与所述第二光纤连接器(241)的出光端相对的、用于对从所述阳性连接器(20)输往所述阴性连接器(10)的光束做扩大处理的第二透镜(242)，所述第二透镜(242)的位置被配置为：所述阳性连接器(20)和所述阴性连接器(10)在插接状态时，所述第二透镜(242)和所述阴性连接器(10)的第一透镜(142)之间具有一定间距(D)。
8.根据权利要求7所述的阳性连接器(20)，其特征在于，所述第二绝缘基体(21)的外周还具有第二金属外壳(23)，所述第二金属外壳(23)设有卡配部(231)，所述卡配部(231)被构造为与相应阴性连接器(10)的第一金属外壳(13)上的卡接部(131)相匹配。
9.根据权利要求7所述的阳性连接器(20)，其特征在于，各组所述金属插针(22)的中部分别设有绝缘块(122)，所述绝缘块(122)与所述第二电极安装孔(213)插配，以此将所述金属插针(22)安装于所述第二电极安装孔(213)。
10.根据权利要求9所述的阳性连接器(20)，其特征在于，所述绝缘块(122)的后端和所述第二光纤连接器(241)的后端均与所述第二电路基板(25)抵接。
11.根据权利要求7所述的阳性连接器(20)，其特征在于，所述插接凸部(211)的顶部和/或底部设有沿插拔方向延伸的凸块(212)，所述凸块(212)被构造为与相应阴性连接器(10)的插接腔(111)的顶部和/或底部的凹槽(112)相匹配。
12.根据权利要求7所述的阳性连接器(20)，其特征在于，所述第二透镜(242)包括与所述第二绝缘基体(21)一体成型的一个或多个透镜。
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