DE19749910A1 - Vorrichtung zur optoelektrischen Ankopplung zumindest eines Lichtwellenleiters an eine elektronische Baugruppe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur optoelektrischen Ankopplung zu­ mindest eines Lichtwellenleiters an eine elektronische Baugruppe.

Zur optoelektrischen Ankopplung eines Lichtwellenleiters ist es bekannt, das Sende- bzw. Empfangselement unmittelbar mit einem Pigtail zu versehen, wobei daß Faserende des Pigtails mit einer ankommenden oder abgehenden Faser ver­ spleißt werden kann. Die elektrischen Anschlüsse solcher Elemente sind übli­ cherweise als SMD-Kontakte oder übliche Lötpins ausgebildet. Die Montage derartiger Elemente auf einer elektronischen Baugruppe erfolgt in der Regel erst dann, wenn die ansonsten fertig bestückte elektronische Baugruppe die erforder­ lichen elektrischen Tests bestanden hat. Denn anderenfalls würde das Handling derartiger Baugruppen während der Tests durch die Faser-Pigtails unnötig er­ schwert.

Nachteilig ist somit bei derartigen optoelektrischen Wandlern, daß nach einem Bestücken einer elektronischen Baugruppe und einem anschließendem Lötvor­ gangs, beispielsweise mittels eines Löt-Schwallbads, ein erneuter Lötvorgang erforderlich ist, der zudem von einer geschulten Bedienperson durchgeführt wer­ den muß, da derartige Elemente empfindlich auf mechanische Beanspruchen und Überhitzung beim Verlöten reagieren.

Es ist weiterhin bekannt, ein optisches Sende- bzw. Empfangselement unmittel­ bar auf einem Keramikträger vorzusehen. Auf dem Keramikträger sind Lötan­ schlüssen ausgebildet, mit denen das Element im Zuge eines üblichen Bestüc­ kungsvorgangs auf der elektronischen Baugruppe angeordnet werden kann. Die optische Ankopplung erfolgt in diesem Fall mittels eines optischen Steckers, wobei diese Ankopplung üblicherweise erst bei der Montage des Geräts vorge­ nommen wird, für das die elektronische Baugruppe bestimmt ist. Nachteilig hier­ bei ist jedoch, daß insbesondere bei optischen Sende- bzw. Empfangselementen mit einer sehr kleinen aktiven Fläche eine hochgenaue Positionierung des im Stecker befindlichen Faserendes zur aktiven Fläche des optischen Elements not­ wendig ist. Somit ergeben sich die Forderung nach einer hoch genauen Fertigung der Stecker und nach äußerst geringen Toleranzen bei der Herstellung der Stec­ keraufnahmen. Zwar kann die Positioniergenauigkeit des Steckers relativ zur aktiven Fläche des optischen Elements mittels einer Optik reduziert werden, jedoch ergibt sich hierbei eine Verringerung des Wirkungsgrads der optischen Kopplung.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur optoelek­ trischen Ankopplung zumindest eines Lichtwellenleiters an eine elektronische Baugruppe zu schaffen, bei der auf einfache Weise eine Kopplung zwischen dem Lichtwellenleiter und der Baugruppe herstellbar ist und welche zudem einfach und kostengünstig zu fertigen ist.

Die Erfindung löst diese Aufgabe mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß durch die feste Montage eines optischen Sende- bzw. Empfangselements in einem Steckerelement und das Her­ stellen einer elektrischen Verbindung zwischen elektrischen Anschlüssen des Steckerelements und elektrischen Anschlüssen eines separat oder auf einer Bau­ gruppe angeordneten Steckeraufnahmeelements eine äußerst einfache Verbindung zwischen dem Lichtwellenleiter und der Baugruppe herstellbar ist. Im Gegensatz zum Stand der Technik ist die Schnittstelle dabei anstelle rein optischen Kopp­ lung eine rein elektrische Kopplung vorgesehen. Bei der Herstellung der elektri­ schen Komponenten und Kontakte sind im Vergleich zu optischen Komponenten und Kopplungen wesentlich höhere Toleranzen zulässig, so daß mit der Lösung nach der Erfindung eine sehr kostengünstige Koppelvorrichtung ergibt.

Zur Ankopplung des Steckerelements muß dieses lediglich in das Steckerauf­ nahmeelement eingesetzt und auf diese Weise der elektrische Kontakt hergestellt werden. Dies kann einfach und schnell auch durch ungeschultes Personal erfol­ gen. Die Verbindung des Steckerelements mit dem Steckeraufrahmeelement kann lösbar oder unlösbar ausgebildet sein.

Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das Steckerelement einen Körper mit einer axialen Bohrung zur Aufnahme des Lichtwellenleiters auf; wobei am rückseitigen Ende der Bohrung unmittelbar das Sende- oder Emp­ fangselement mit seiner aktiven Fläche angeordnet ist. Gegebenenfalls kann zwischen der Stirnfläche des Lichtwellenleiters und der aktiven Fläche des Sen­ de- oder Empfangselements auch eine geeignete Koppeloptik vorgesehen sein. Dies wird in der Regel jedoch nicht erforderlich sein, da bei der Montage des Steckerelements eine Positionierung des Sende- oder Empfangselements auf relativ einfache Weise möglich ist.

Da das Sende- oder Empfangselement vorzugsweise ohne Schutzgehäuse als Chip in das Steckerelement eingesetzt werden wird, ist bei der bevorzugten Aus­ führungsform der Erfindung im Körper des Steckerelements eine Aufnahmeaus­ nehmung für das Sende- bzw. Empfangselement vorgesehen. Das in der Auf­ nahmeausnehmung eingesetzte Sende- bzw. Empfangselement kann mittels einer Abdeckung und/oder durch Ausgießen mit einem geeigneten Kunstharz ge­ schützt werden. Hierdurch ergibt sich ein äußerst robuster Aufbau des Stec­ kerelements.

Nach einer Ausführungsform der Erfindung können am Steckerelement erste, vorzugsweise als Rastmittel ausgebildete Haltemittel vorgesehen sein, die mit am Steckeraufnahmeelement vorgesehen zweiten Haltemittel, die ebenfalls als Rastmittel ausgebildet sein können, zur lösbaren oder unlösbaren Verbindung des Steckerelements mit dem Steckeraufnahmeelement zusammenwirken. Auf diese Weise ergibt sich eine äußerst einfache Montage der Ankoppelvorrichtung.

Falls erforderlich können im Steckerelement und/oder im Steckeraufnahmeele­ ment auch Ansteuer- und/oder Verarbeitungselektroniken aufgenommen sein, um entsprechende Signalwege zwischen dem optischen Element und einer entspre­ chenden Elektronik zu verringern.

Weitere Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprü­ chen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die einzige Zeichnung zeigt eine rein schematische Darstellung einer Vorrichtung zur optoelektrischen Ankopplung eines Lichtwellenleiters an eine elektronische Baugruppe.

Die in der Figur dargestellte Vorrichtung zur optoelektrischen Ankopplung eines Lichtwellenleiters an eine elektronische Baugruppe umfaßt ein Steckerelement 1 und ein Steckeraufnahmeelement 3. Das Steckeraufnahmeelement 3 besteht aus einem Grundkörper 5, in welchem äußere Anschlußkontakte 7, 9 vorgesehen sind. Die äußeren Anschlußkontakte 7, 9 ragen im dargestellten Ausführungs­ beispiel an der Unterseite des Grundkörpers 5 des Steckeraufrahmelements 3 heraus, so daß die herausragenden Enden der äußeren Anschlußkontakte 7, 9 in entsprechende Bohrungen 11, 13 in einer Leiterplatte 15 einer im übrigen nicht näher dargestellten elektronischen Baugruppe einsetzbar sind.

Der äußere Anschlußkontakt 9 ist mit einer Buchse 17 verbunden, die axial im rückwärtigen Bereich des Grundkörpers 5 vorgesehen ist. Die Buchse 17 aus elektrisch leitfähigem Material schließt mit einer rückwärtigen Innenwandung 19 einer axial verlaufenden Aufnahmeausnehmung 21 ab. Die axiale Aufnahmeaus­ nehmung 21 dient dabei zur Aufnahme des Steckerelements 1 von der Vorder­ seite des Steckeraufnahmeelements 3 her.

Der äußere Anschlußkontakt 7 ist mit einem Anschlußkontakt 23 verbunden, welcher von der Innenwandung der Aufnahmeausnehmung 21 her kontaktierbar ist. Hierzu kann die Kontaktfläche 23a des Anschlußkontakts 23 geringfügig über die Innenwandung der Aufnahmeausnehmung 21 hinausragen, um einen sicheren Kontakt zu gewährleisten.

Das Steckerelement 1 besteht im Wesentlichen aus einem Körper 25, in welchem das Ende eines Lichtwellenleiters 27 und ein optisches Sende- bzw. Empfangs­ element 29 aufgenommen ist. Der Körper 25 kann, ebenso wie die Aufnah­ meausnehmung 21, einen kreisförmigen Querschnitt aufweisen.

Zur Aufnahme des Lichtwellenleiters 27 ist im Körper 25 eine axiale Bohrung 31 vorgesehen, die sich am rückwärtigen Ende des Steckerelements 1 erweitern kann. Der in der Zeichnung länger dargestellte Bereich geringeren Durchmessers der axialen Bohrung 31 dient zur Aufnahme des eigentlichen Lichtwellenleiters, d. h. beispielsweise einer aus Glas bestehenden Faser mit einem Außendurch­ messer von 125 µm. In dem sich erweiternden Bereich der axialen Bohrung 3 kann der Lichtwellenleiter 27 zusammen mit seinem Kunststoff-Coating aufge­ nommen sein. Durch die Führung des eigentlichen Lichtwellenleiters im Bereich des geringeren Durchmessers der axialen Bohrung 31 ergibt sich der Vorteil einer genaueren Positionierung, da für die Lage des eigentlichen Lichtwellenlei­ ters innerhalb des Coatings bzw. für die Dicke des Coatings größere Toleranzen zulässig sind. Sowohl im Bereich des kleineren als auch im Bereich des größeren Durchmessers der axialen Bohrung 31 kann der Lichtwellenleiter 27 verklebt sein, beispielsweise unter Verwendung eines geeigneten Kunstharzes.

Die axiale Bohrung 31 kann, wie in der Zeichnung dargestellt, im rückwärtigen Bereich des Steckerelements 1 in einer Ausnehmung 33 enden. Die Ausnehmung 33 dient zur Aufnahme des optischen Sende- bzw. Empfangselements 29, wel­ ches gegenüber der axialen Bohrung 31 bzw. der Stirnseite des Lichtwellenleiters 27 so positioniert ist, daß sich eine optimale Kopplung ergibt. Das Sende- bzw. Empfangselement 21 kann direkt als Chip in der Ausnehmung 33 aufgenommen und beispielsweise durch Kleben am Ende der axialen Bohrung 31 fixiert sein.

Die Ausnehmung 33 kann mittels eines Verschlußdeckels 35 verschlossen wer­ den, in welchem koaxial ein Anschlußkontakt 37 gehalten ist. Der Verschluß­ deckel 35 kann beispielsweise aus Kunststoff bestehen und in den rückwärtigen Bereich der Ausnehmung 33 eingepreßt werden. Der Anschlußkontakt 37 ragt dabei mit seinem unteren Ende zumindest bis an die Unterseite des Verschluß­ deckels 35, so daß dieses mit dem entsprechenden Anschlußkontakt des opti­ schen Sende- bzw. Empfangselements 29 verbunden werden kann.

In einer Ausnehmung in der seitlichen Wandung des Körpers 25 im Bereich der Ausnehmung 33 ist ein weiterer Anschlußkontakt 39 vorgesehen, welcher an seiner Innenwandung mit dem betreffenden Anschlußkontakt des optischen Sende- bzw. Empfangselements 21 verbunden ist. Der Anschlußkontakt 39 ragt mit seiner Außenseite geringfügig über die Außenwandung des Körpers 25 hin­ aus, um beim Einschieben des Steckerelements 1 in die axiale Aufnahmeaus­ nehmung 21 des Steckeraufnahmeelements 3 sicher die Kontaktfläche 23a des Anschlußkontakts 23 zu beaufschlagen.

Der Außendurchmesser des Anschlußkontakts 37 ist dem Innendurchmesser der Buchse 17 angepaßt, um einen sicheren elektrischen Kontakt zwischen diesen beiden Elementen zu gewährleisten. Selbstverständlich können eines oder beides dieser Elemente in radialer Richtung federnd ausgebildet sein.

Zur Verbesserung der mechanischen Stabilität kann die Ausnehmung 33 bzw. der dadurch definierte Innenraum auch vergossen sein, beispielsweise mit einem hierfür geeigneten Kunstharz. Hierzu kann in der seitlichen Wandung des Kör­ pers 25 bzw. im Verschlußdeckel eine Öffnung für das Einspritzen des Verguß­ materials und gegebenenfalls eine weitere Öffnung für das Entweichen von Luft vorgesehen sein.

An der Außenseite des Körpers 25 des Steckerelements 1 können ein oder meh­ rere Rastnasen 41 vorgesehen sein, welche in entsprechende Rastausnehmungen 43 in der Innenwandung der axialen Aufnahmeausnehmung 21 rastend eingrei­ fen. Wie in der Figur dargestellt, kann diese Rastverbindung so gestaltet sein, daß das Steckerelement 1 nach dem Einsetzen durch eine entsprechende Zug­ kraft in axialer Richtung wieder herausgezogen werden kann. Selbstverständlich ist es jedoch ebenfalls möglich die Rastverbindung so zu gestalten, daß nach dem erstmaligen Verrasten von Steckerelement 1 und Steckeraufnahmeelement 3 kein zerstörungsfreies Lösen der Verbindung mehr möglich ist.

Die Materialien für das Steckerelement 1 und das Steckeraufnahmeelement 3 sind entsprechend den mechanischen Anforderungen, Toleranzen und Stabilitäts­ anforderungen (Temperaturstabilität etc.) zu wählen. So kann das Steckerauf­ nahmeelement 3 als Kunststoffspritzteil ausgebildet sein, in welches die Buchse 17, der damit verbundene äußere Anschlußkontakt 9, der Anschlußkontakt 23 und der damit verbundene äußere Anschlußkontakt 7 eingespritzt sind. Der Kör­ per 25 des Steckerelements 1 kann aus Keramik bestehen, falls die positiven Eigenschaften dieses Materials im Hinblick auf die Temperaturstabilität und Langzeitstabilität, sowie im Hinblick auf die Genauigkeit der Führung des Lichtwellenleiters 27 von Vorteil sind. Anderenfalls kann auch der Körper 25 beispielsweise als Kunststoffspritzteil ausgebildet sein, in welches der An­ schlußkontakt 39 eingespritzt ist.

Durch das in der Figur für eine bestimmte Ausführungsform dargestellte Prinzip einer Vorrichtung zur optoelektrischen Ankopplung eines Lichtwellenleiters an eine elektrische Baugruppe ergeben sich folgende Vorteile:
Das Steckerelement 3 kann im Rahmen des üblichen Bestückungsvorgangs auf der elektronischen Baugruppe oder einem anderen Halteteil platziert werden. Das Einsetzen des Steckerelements kann auf einfache Weise bei der Endmontage der Baugruppe in das betreffende Gerät erfolgen. Hierzu ist kein speziell geschultes Personal erforderlich.

Die Toleranzen bei der Herstellung des Steckeraufnahmeelements und der Au­ ßenkontur des Steckerelements liegen im Rahmen üblicher elektrischer Kontak­ telemente; lediglich bei der Platzierung des optischen Sende- bzw. Empfangs­ elements am bzw. im Steckerelement 1 müssen gegebenenfalls geringere Tole­ ranzen eingehalten werden. Diese Montage kann jedoch getrennt von der eigent­ lichen Bestückung der elektronischen Baugruppe in einem speziellen separaten Arbeitsgang erfolgen und bzw. von einem hierauf spezialisiertem Zulieferer durchgeführt werden.

Derartige optoelektrische Verbindungen lassen sich in vielfältigster Weise ein­ setzen: Beispielsweise kann zur Verbindung einer Netzwerkkarte mit einem Lichtwellenleiternetz anstelle des bisher verwendeten optischen Steckers die vorliegende erfindungsgemäße Vorrichtung zum Einsatz kommen. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, daß anders als beim Lösen und Wiedereinsetzen eines optischen Steckers praktisch keinerlei Probleme mit Verschmutzungen der Steckverbindung auftreten.

Selbstverständlich ist es auch möglich, anstelle eines einzigen Lichtwellenleiters in einem Steckerelement mehrere Lichtwellenleiter aufzunehmen und mit einer entsprechenden Anzahl von optischen Sende- bzw. Empfangselementen zu kop­ peln. Auf diese Weise läßt sich z. B. eine Verbindung zur Vollduplex­ übertragung von bzw. zu einer Netzwerkkarte mit einem einzigen Steckerele­ ment realisieren. Hierzu müssen lediglich zwei Lichtwellenleiter in einem Körper des Steckerelements mit jeweils einem Sendeelement und einem Empfangsele­ ment gekoppelt werden. Selbstverständlich muß eine entsprechende Anzahl von elektrischen Kontakten des so ausgebildeten Steckelements mit einer entspre­ chenden Anzahl von Gegenkontakten im Steckeraufnahmeelement verbunden werden.

Claims (10)

1. Vorrichtung zur optoelektrischen Ankopplung zumindest eines Lichtwel­ lenleiters an eine elektronische Baugruppe, gekennzeichnet durch,

• a) ein am Ende des zumindest einen Lichtwellenleiters (27) vorgesehe­ nes Steckerelement (1), welches zumindest ein mit dem Lichtwellen­ leiter (27) optisch gekoppeltes optisches Sende- oder Empfangsele­ ment (29) umfaßt und welches erste Anschlußkontakte (37, 39) auf­ weist, die mit inneren Anschlußkontakten des optischen Sende- oder Empfangselement (29) direkt oder indirekt elektrisch verbunden sind, und
• b) durch ein Steckeraufnahmeelement (3) mit äußeren Anschlußkontak­ ten (7, 9) zur elektrischen Verbindung mit der elektronischen Bau­ gruppe, welche direkt oder indirekt mit zweiten Anschlußkontakten (17, 23) verbunden sind,
• c) wobei das Steckerelement (1) lösbar oder unlösbar in dem Steckerauf­ nahmeelement (3) derart aufnehmebar ist, daß die ersten (37, 39) und zweiten Anschlußkontakte (17, 23) elektrisch verbunden sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Stec­ kerelement (1) einen Körper (25) mit einer axialen Bohrung (21) zur Auf­ nahme des Lichtwellenleiters (27) aufweist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß am rückseiti­ gen Ende der Bohrung (21) unmittelbar das Sende- oder Empfangselement (29) mit seiner aktiven Fläche angeordnet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Ankopplung des Sende- oder Empfangselements (29) an den Lichtwellen­ leiter (27) über eine im Körper (25) der Steckerelements (1) aufgenommene Optik erfolgt.

5. Vorrichtung nach Anspruch einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Sende- oder Empfangselement (29) im Körper (25) auf­ genommen und mittels einer Abdeckung (35) geschützt und/oder mit dem Körper (25) vergossen ist.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche das am Stec­ kerelement (1) erste Haltemittel (41) vorgesehen sind, die mit am Stec­ keraufnahmeelement (3) vorgesehenen zweiten Haltemitteln (43) zur lösba­ ren oder unlösbaren Verbindung des Steckerelements (1) mit dem Stec­ keraufnahmeelement (3) zusammenwirken.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Haltemit­ tel als Rastmittel (41, 43) ausgebildet sind.

8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß im Steckerelement (1) und/oder im Steckeraufnahmeelement (3) eine Ansteuer- und/oder Verarbeitungselektronik aufgenommen ist.

9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Steckerelement (1) und/oder das Steckeraufnahmeele­ ment (3) so ausgebildet sind, daß im gekoppelten Zustand ein Vergießen der Elemente zu deren dauerhafter Verbindung erfolgen kann.

10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Steckeraufnahmeelement (3) als Buchse ausgebildet ist, welche das Steckerelement (1) umgreift, oder umgekehrt.