CN1867846A - 光学对准系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种光学对准系统，包括带有端接多根光纤(40)的卡套组件(9)的光学板连接器(8)，以及电路板(3)，所述电路板(3)包括至少一个嵌入装置(4)的空腔(50)，所述电路板(3)包括多个第一定位元件(52)。电路板(3)包括露出所述空腔(50)并且相对于所述空腔(50)具有精确位置的平板(51)，并且所述卡套组件(9)包括第二定位元件(24)，该第二定位元件(24)适于与因为所述平板(51)而能够用的所述第一定位元件(52)配合，将所述端接光纤(40)和所述嵌入装置(4)对准。

Description

光学对准系统

本发明涉及一种光学对准系统，它包括带有端接多根光纤的卡套组件的光学板连接器，以及包括适于嵌入装置的至少一个空腔的电路板，所述电路板包括多个第一定位元件。

WO 02/061481公开了一种与电光板一起使用的光学连接器。该光学连接器包括一个冗余的对准系统，其中，凹形自对准实体有一个锥形通道，锥形的凸形自对准实体的尺寸适合于紧密地安装到凹形实体的锥形通道中。而且，凹形实体与嵌入的直角接口实体(right angleinterface body)的一个截头圆锥体板(a frustoconical board)的多个侧面对准。该接口实体还包括用于从凸形实体伸出的对准销的多个精密对准孔。板外光纤在凸形实体内端接，从而使加载在纤维上的光信号能够利用集成镜经过直角接口实体内的多个导光体，传输到多层电路板内的多根嵌入光纤或者从多根嵌入光纤传输出来。

现有技术光学连接器的缺点在于，冗余的对准系统导致公差叠加，这一点对光学系统的光信号传输性能有害。这种公差叠加是由于现有技术光学连接器的多个实体的紧配合中不可避免的误差而产生的。

本发明的目的就是要提供一种减小了公差叠加的光学对准系统。

该目的是通过提供一种光学对准系统来实现的，该光学对准系统的特征在于：所述电路板包括将所述空腔露出并且相对于所述空腔具有精确位置的一个平板，所述卡套组件包括多个第二定位元件，这些第二定位元件适于与因为所述平板而能够使用的所述多个第一定位元件配合，以便将所述多根端接光纤和所述嵌入装置对准。这里的公差叠加只包括所述平板与空腔之间的位置公差加上所述连接器外壳与平板之间的公差。此外，另一个公差叠加是由所述多个第一定位元件相对于所述嵌入装置以及所述多个第一定位元件相对于所述卡套组件的所述多个第二定位元件的定位不准确产生的。两个公差叠加都小于现有技术系统中的。注意，所述多个第二定位元件也可以换成在所述光学板连接器的另一部分中。

在本发明的一个实施例中，所述多个第一定位元件是作为所述电路板上或内部的多个独立元件提供的。该平板可以包括多个孔，这些孔适于与所述多个第一定位元件配合并且相对于所述空腔给所述平板定位。在这个实施例中，所述平板与空腔以及所述卡套组件与所述装置都是由所述多个第一定位元件对准的。

所述多个第一定位元件也可以换成作为所述平板自身上的多个对准销。在这个实施例中，所述平板必须在没有所述多个第一定位元件的帮助下相对于所述空腔定位，例如利用贴片机。然而，在这个实施例中，可以将所述多个对准销制作得相对于所述平板中用来露出所述空腔的孔非常精确。所述多个对准销可以在所述电路板内伸出来，以方便所述平板相对于所述空腔的定位。

在本发明的一个实施例中，所述多根光纤构成一个高密度阵列，并且所述多个第二定位元件包括相对于所述阵列中心定位的三个对准销或孔。特别对于大阵列光纤来说，由各种元件的热膨胀系数的差别而引起的错位可能导致无法接受的光学损耗。通过相对于所述光纤阵列的中心给所述第二定位装置定位，第二定位装置之间的距离对热错位没有影响，原因是热膨胀是从所述阵列的中心开始的。

在本发明的一个实施例中，所述电路板包括所述嵌入装置的一个外壳，适于让所述光学板连接器预先定位。该外壳可以安置在所述平板上，并用来将所述光学板连接器固定到电路板上。

在本发明的一个实施例中，所述卡套组件以能够移动的方式容纳在所述光学板连接器内。这会促进所述光纤与所述嵌入装置的对准。

在本发明的一个实施例中，所述卡套组件包括在所述空腔内从所述板连接器伸出的卡套平板。这样的布局在所述所述光纤和嵌入装置之间提供了一个细小并且更好地控制的间隙，其结果是对准公差对光信号的损耗影响更小。

在一个实施例中，所述多根光纤构成一个二维光纤阵列。在这样的高密度阵列中，对所述系统各种部件的对准控制尤为重要。最好是所述卡套组件包括用来端接所述多根光纤的多个孔，所述多个孔包括至少一个基本直的边缘。这些孔的形状使得将所述多根光纤的充分固定或定界与这些孔容易生产结合起来成为可能，从而使系统不那么容易出现对准公差。

本发明还涉及一种卡套组件和用于如上所述系统中的一种平板。

本发明还涉及用来将具有多根端接光纤的光学板连接器与包括多个第一定位元件和适于至少一个嵌入装置的空腔的电路板对准的方法，包括以下步骤：

-提供带有孔来露出所述嵌入装置的平板，并且相对于所述空腔给所述平板定位，从而使所述多个第一定位元件保持可用；

-将所述板连接器定位到所述平板上，并且通过使所述板连接器的多个第二定位元件与所述多个第一定位元件配合，将所述多根光纤与所述嵌入装置对准。

下面将参照附图进一步阐述本发明，这些附图示出了本发明的一个优选实施例。应当理解，本发明不以任何形式局限于该特定的优选

实施例。

图1示出光学背板系统的示意图；

图2A～2C示出本发明一个实施例中的纤维固定部件；

图3示出本发明一个实施例中光学板连接器组件的部件分解图；

图4示出本发明一个实施例中已装配状态的光学板连接器组件的示意图；

图5A和5B示出本发明一个实施例中的光学对准系统示意图；

图6A和6B示出包括嵌入装置的系统卡；

图7示出连接到板嵌入装置的本发明的一个光学板连接器组件；

图8A～8C说明本发明一个实施例中第二定位元件用来克服热错位影响的布局；

图9A和9B示出本发明一个实施例中光学板连接器组件的一个替换实施例。

图1中示出了光学系统1，它包括背板2和带有嵌入装置4的系统卡或印刷电路板(PCB)3。嵌入装置4可以是，例如，有源光学或电光元部件，如垂直空腔表面发射激光器(VCSEL)和传感器的组合，或者无源元部件，如反射镜或一个或多个嵌入式光波导。连接器组件5通过板外光缆7将多根光缆6以光学方式连接到表面安装的光学板连接器组件8。表面安装的板连接器8包括带有纤维固定部件或卡套支架9以及从组件8伸出的卡套部件或卡套平板10的卡套组件。纤维固定部件9与板连接器组件8的外壳11配合来控制卡套部件10的表面与装置4之间的间隙G。光缆6、7可以包括多根带状缆线，每根所述缆线都包括多根光纤。光信号可以通过这些光纤上传输到装置4或者从装置4传输出来。装置4被嵌入到PCB 3并通过波导12连接到其它元部件(未示出)。

图2A～2C示出卡套组件的各个方面。纤维固定部件9具有类似阶梯的形状。卡套部件10最好是具有适于单根光纤的通孔20构成的二维阵列的高密度陶瓷平板。孔20包括基本直的边缘21，正如图2B中清晰可见的那样。孔20的边缘21最好构成多边形，如图2B中的八边形。卡套部件10比较薄，例如，在范围t＝0.3～0.5mm中，允许在每单位面积提供大量基本平行的通孔20。此外，孔20最好为锥形，也就是说，在纤维入口一侧的尺寸d1大于在纤维终止一侧的尺寸d2，以利于光纤的插入。例如，尺寸d2在125～128微米的范围内，如127微米，而间距，也就是相邻孔20之间的距离，则在例如0.15～0.30mm的范围内，例如0.25mm或0.2mm。这样的结构，至少对于多模信号来说，使大二维阵列光纤和装置4之间的低损耗连接成为可能。纤维固定部件9还包括用来将所述纤维固定部件9保持在光学板连接器组件8(图3和4中示出)的外壳11内的支撑部件或凸缘22以及定位表面23。纤维固定部件9还包括用来接纳对准销52(图6A和6B)的引导孔24。所述卡套部件10是本申请人同一天的共同未决专利申请(“Ferrule assembly for optical fibres”)的主题。在这里将孔20的特征和优点以及生产这些孔的方法，模具以及生产这种模具的方法，引入作为参考。纤维固定部件9包括与卡套平板10相对的孔(图2A中未示出)来接纳光纤。

图3示出本发明一个实施例中光学板连接器组件8的部件分解图，光学板连接器组件8包括外壳部件11A和外壳盖11B。此外，图3还显示了被捆绑环氧元件30捆绑并且固定在两个纤维固定部件9中的多根光缆7。应当认识到，光缆组件8适合于更多或更少的光缆7以及更多或更少的纤维固定部件9，如图9A和9B所示。

外壳部件11A包括给光缆7的入口31。入口31装有内部结构32来放置和/或支撑捆绑环氧元件30。此外，外壳11A包括适于与纤维固定部件9的支撑部件22配合来允许卡套平板10伸出到外壳11A之外的支撑结构33。外壳部件11A还包括安装元件34，用来将外壳11安装到板3，例如通过使用嵌入装置4的外壳61，如图7所示。此外，外壳部件11A包括弯曲段35来将光缆7从入口31引导到纤维固定部件9的孔20。弯曲段35的半径可以在低于5mm的范围之内，如2mm，特别是当光纤由塑料制成时(POF)。这样一个小弯曲能够极大地减小板连接器组件8的总高度H(见图7)。

外壳顶11B包括弯曲段36和弹性构件37，如弹簧。弹簧37给卡套组件9提供z方向的浮动功能，如本申请人同一天的共同未决专利申请(“Optical board connector assembly”)中所详细描述的那样。将这一共同未决申请中关于卡套的伸出部件和弹簧的详细描述引入作为参考。外壳顶11B的大小与外壳部件11A匹配，构成组件8的适当的板连接器外壳11。

图4示出图3所示光学板连接器组件8处于装配好状态下的视图。同样的标号用来表示同样的功能部件。带有卡套部件10的纤维固定部件9清楚地从连接器外壳11A伸出来。孔20(见图2A)将光缆7的每一根光纤40固定住。

下面参考图5A和5B来阐明这一光学对准系统的操作。光学对准系统包括按照表面安装方式安装在PCB 3上的板连接器8。压配合连接也是可行的。板连接器8带有端接多根光纤(未表示)的卡套组件9。PCB 3包括适合于嵌入装置4的空腔或孔50(图6A)。PCB 3被带有孔的平板51所覆盖，以露出嵌入装置4。平板51是例如陶瓷材料的，因为这样的材料热膨胀系数小。平板51也可以是与PCB 3或嵌入装置4的基底材料一样具有相似热膨胀系数的材料。PCB 3包括第一定位元件52。第一定位元件或对准销52作为独立元件在PCB3中(图5A)，或者是平板51的一部分(图5B)。在图5A中，平板51通过孔53使得分开的对准销52可用。对准销52也可以是平板51的集成部件，并且从平板51伸出到PCB 3中(图5B的虚线部分)。卡套组件9包括第二定位元件或孔24，第二定位元件或孔24适于与因为平板51而能够使用的对准销52配合，对准端接光纤和嵌入装置4。卡套组件9以能够移动的方式安装在光学板连接器组件8中以利于对准。这种布局为嵌入装置4、卡套组件9和连接器外壳60在X-Y方向提供没有显著公差叠加的对准，因为销52为这些部件提供定位。

在图5A中，首先相对于装置4将对准销52放置在空腔50中。然后，通过在孔53中配合对准销52来精确确定陶瓷平板51的位置。随后，通过在空腔50中插入卡套组件9的伸出部分来安装光学板连接器8，从而使孔24与相同的对准销52配合。在本实施例中，平板51与空腔以及卡套组件9与装置4都由第一定位元件52对准。

在图5B中，例如利用贴片机将平板51精确地定位在PCB上。在本实施例中，可以相对于平板51中用来露出空腔的孔，非常精确地制造对准销52。

图6A和6B示出图5A所示实施例的一个实例。PCB 3包括被空腔50露出的嵌入装置4。PCB 3被平板51所覆盖，例如，被具有与空腔50的尺寸基本匹配的孔的陶瓷平板所覆盖。很好地控制陶瓷平板51的表面和嵌入装置4的顶部之间的距离D，这个距离大约为1.5mm。平板51接纳与相应的第二定位元件24(未示出)配合的第一对准销52。平板51还包括用来为嵌入装置4定位外壳61的定位元件60。

在图7中，光学板连接器组件8以光学方式连接到板嵌入装置4，在光纤40的终端和装置4之间留下间隙G(见图1)。间隙G优选为20微米，并且在连接外壳11和外壳61的时候，可以将它控制为具有例如5至10微米的偏差。通过使用安装元件，例如插销34，通过例如搭扣配合，能够方便这种安装。

图8A～8C阐述本发明一个实施例中为了克服热错位效应，适合于第二定位元件24的布局。这种效应特别与大的光纤阵列相关联。图8A示意性地说明卡套平板10中端接纤维40和嵌入装置4的相应部件80之间的错位现象。

在图8B中，示出的卡套组件9的高密度卡套平板10具有光纤40和两个第二定位元件24。最大热错位用L表示，并且明显地依赖于元件24的位置。

在图8C中示出了第二定位元件24的不同布局，其中，多根光纤40构成一个高密度阵列，并且第二定位元件24包括相对于阵列中心C定位的三个对准孔24。通过使用第三个第二定位元件24来控制距离中心C的错位。定位元件24之间的距离不再与用L表示的热错位的影响相关。

最后，在图9A和9B中示出了光学板连接器组件8的另一个实施例。在该实施例中，在使用单个伸出纤维固定部件9的同时使用了多根带状光缆7。该单一卡套平板10包括按图8C布局的第二定位元件24，其结果是能够减小热错位。

Claims (15)

1.光学对准系统，包括带有端接多根光纤(40)的卡套组件(9)的一个光学板连接器(8)，以及包括适于至少一个嵌入装置(4)的空腔(50)的一个电路板(3)，所述电路板(3)包括多个第一定位元件(52)，其特征在于：

所述电路板(3)包括将所述空腔(50)露出并且相对于所述空腔(50)具有精确位置的一个平板(51)，所述卡套组件(9)包括多个第二定位元件(24)，这些第二定位元件(24)适于与因为所述平板(51)而能够使用的所述多个第一定位元件(52)配合，以便将所述多根端接光纤(40)和所述嵌入装置(4)对准。

2.如权利要求1所述的光学对准系统，其中所述多个第一定位元件(52)是作为所述电路板(3)上或内部的多个独立元件提供的。

3.如权利要求2所述的光学对准系统，其中所述平板(51)包括多个孔(53)，这些孔(53)适于与所述多个第一定位元件(24)配合，并且相对于所述空腔(50)给所述平板(51)定位。

4.如权利要求1所述的光学对准系统，其中所述平板(51)包括作为多个对准销或孔的所述多个第一定位装置(52)。

5.如权利要求4所述的光学对准系统，其中所述多个对准销(52)伸出到所述电路板(3)中。

6.如以上权利要求中任意一个所述的光学对准系统，其中所述多根光纤(40)构成一个高密度阵列，并且所述多个第二定位元件(24)包括相对于所述阵列中心(C)定位的三个对准销或孔。

7.如以上述权利要求中任意一个所述的光学对准系统，其中所述电路板(3)包括所述嵌入装置(4)的一个外壳(60)，适于给所述光学板连接器(8)预先定位。

8.如以上权利要求中任意一个所述的光学对准系统，其中所述卡套组件(9)由所述光学板连接器(8)可移动地容纳。

9.如以上权利要求中任意一个所述的光学对准系统，其中所述卡套组件(9)包括在空腔(50)内从所述板连接器(8)伸出的卡套平板(10)。

10.如以上权利要求中任意一个所述的光学对准系统，其中所述多根光纤(40)构成光纤的二维阵列。

11.如以上权利要求中任意一个所述的光学对准系统，其中所述卡套组件(9)包括用来端接所述多根光纤(40)的多个孔(20)，所述多个孔(20)包括至少一个基本直的边缘(21)。

12.光学对准系统，包括光学板连接器(8)和电路板(3)，所述光学板连接器(8)带有端接多根光纤(40)的卡套组件(9)，所述电路板(3)包括至少一个嵌入装置(4)的空腔(50)，所述电路板(3)包括多个第一定位元件(52)，其中所述卡套组件(9)由所述光学板连接器(8)可移动地容纳，并且包括多个第二定位元件(24)，这些第二定位元件(24)适于与所述多个第一定位元件(52)配合来对准所述多根端接光纤(40)和所述嵌入装置(4)。

13.卡套组件(9)，包括多个第二定位元件(24)，其用在如以上权利要求中任意一个所述的系统中。

14.平板(51)，适于使得第一定位元件(52)可用，其用在以上权利要求中任意一个所述的系统中。

15.用来将具有多根端接光纤(40)的光学板连接器(8)与包括多个第一定位元件(52)和至少一个嵌入装置(4)的空腔(50)的电路板(3)对准的方法，包括以下步骤：

-提供带有开口且用来露出所述嵌入装置(4)的平板(51)，并且相对于所述空腔(50)给所述平板(51)定位，从而使所述多个第一定位元件(52)保持可用；

-将所述板连接器(8)定位到所述平板(51)上，并且通过使所述板连接器(8)的多个第二定位元件(24)与所述多个第一定位元件(52)配合，将所述多根光纤(40)与所述嵌入装置(4)对准。

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