DE60204682T2

DE60204682T2 - Vorrichtung zum anordnen eines photoelektrischen wandlers auf einem elektrischen signalverarbeitungsgerät

Info

Publication number: DE60204682T2
Application number: DE60204682T
Authority: DE
Inventors: Günter Leicht; Ulrich Grauvogel
Original assignee: Premier Devices Germany GmbH
Current assignee: Qorvo Germany GmbH
Priority date: 2001-05-16
Filing date: 2002-05-15
Publication date: 2006-05-24
Anticipated expiration: 2022-05-16
Also published as: WO2002093222A1; EP1388019A1; CN1507575A; KR100783018B1; ATE298095T1; EP1388261A1; EP1388019B1; JP4559032B2; MXPA03010340A; DE60213083D1; KR100734503B1; CN1284017C; JP4128877B2; WO2002093927A1; JP2004533642A; EP1393109B1; CN1292278C; DE60206375T2; JP2004533721A; DE60206375D1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Anordnen eines photoelektrischen Wandlers an einer elektrischen Signalverarbeitungseinrichtung.
Bei einem Kabelfernsehsystem (Kabel-TV-System bzw. CATV) werden Fernsehsignale von einem Kabelfernsehanbieter bzw. -Provider zu einer geschlossenen Gruppe von vielen verschiedenen Fernsehnutzern über oder durch koaxiale Stromkabel oder Glasfaserkabel, welche Glasfasern enthalten, übertragen. Um eine große Bandbreite zu erreichen, wird eine optische Übertragung über Glasfaserkabel mehr und mehr üblich. Doch innerhalb der CATV-Gemeinschaften selbst werden immer noch die in den Gebäuden bereits installierten koaxialen Stromkabel verwendet. Deshalb müssen die amplitudenmodulierten (AM-modulierten) optischen Fernsehsignale, die über die Glasfaserkabel übertragen werden, in entsprechende elektrische Funkfrequenz (Hochfrequenz) Fernsehsignale auf mit Hilfe photoelektrischer (oder: optoelektrischer, opto-elektronischer) Wandler (oder: Umsetzer) wie zum Beispiel PIN-Photodetektordioden oder andere Photodetektoren umgewandelt werden.
Der photoelektrische Wandler ist dabei zur Übertragung der optischen Signale zum optischen Eingang des Wandlers fest mit dem Ende einer Glasfaser verbunden. Ein elektrischer Ausgang des photoelektrischen Wandlers ist elektrisch mit einem elektrischen CATV-Verstärker zum Verstärken der umgesetzten elektrischen Signale am Ausgang des Wandlers verbunden. Der CATV-Verstärker enthält aktive und passive elektronische Bauteile, die auf einem Substrat wie beispielsweise einem Keramiksubstrat in Dick- oder Dünnfilmtechnik oder einer Leiterplatte (PCB) angeordnet sind und einen Metallträgerkörper, auf welchem das Substrat angebracht ist, und ferner eine Schutzabdeckung oder ein Gehäuse zum Schutz des Substrats und der darauf vorgesehen elektronischen Bauelemente. Der Metallträgerkörper wird für gewöhnlich entsprechend einer internationalen Norm SOT115 ausgelegt und besitzt dementsprechend eine im Grunde genommen rechteckige Form mit standardisierten Abmessungen.
Der photoelektrische Wandler wird direkt oder indirekt mit Hilfe eines Wandlerträgers auf dem Substrat montiert und stützt sich mechanisch nur auf dem Substrat ab. Außerdem ist der elektrische Ausgang des Wandlers elektrisch mit den elektronischen Schaltungen auf dem Substrat verbunden. Die mit dem Wandler verbundene Glasfaser wird mittels einer nicht biegsamen Gummimanschette geschützt, die innerhalb einer Öffnung des Schutzgehäuses fest und kraftschlüssig gehalten ist. Die gesamte Einheit, welche den elektrischen Verstärker und den montierten photoelektrischen Wandler umfasst, wird auch als optisches Empfängermodul bezeichnet.
Ein optoelektronischer Wandler zur Verwendung bei einem optischen Empfängermodul in einem CATV-System wird in der US-Patentschrift 5,627,531 A beschrieben. Dieser bekannte optoelektronische Wandler enthält ein Photonik-Element wie beispielsweise eine Photodiode oder eine Leuchtdiode oder einen Laser, der an einem Träger für das Photonik-Element aus keramischem Werkstoff befestigt ist, und enthält außerdem einen Faserträger mit einer Nut, in welcher ein Endabschnitt eines Monomode-Lichtleiters bzw. eines Multimode-Lichtleiters angeordnet und mit Hilfe von Lot oder Klebstoff befestigt ist. Der Faserträger ist mit einer reflektierenden Oberfläche versehen und ist mit dem Träger für das Photonik-Element in der Weise verbunden, dass die reflektierende Fläche zur Glasfaser und zu dem Photonik-Element ausgerichtet ist.
Dieser bekannte optoelektronische Wandler kann entweder dazu eingesetzt werden, bei der herkömmlichen Kabel-TV-Anwendung optische Signale in elektrische Signale umzuwandeln, oder dazu, bei modernen interaktiven oder in zwei Richtungen arbeitenden Kabel-TV-Systemen, elektrische Signale in optische Signale umzusetzen, wobei er eine Signalübertragung auch in der entgegen gesetzten Richtung vom TV-Nutzer zum TV-Provider ermöglicht, und wobei die Art des gekapselten Photonik-Elements von der benötigten Signalrichtung abhängig ist.
Eine Reihe von Verfahren und Bauelementen sind auf diesem Gebiet bekannt, um einen photoelektrischen Wandler auf einem Substrat eines CATV-Verstärkers zu montieren.
Es ist bekannt, den photoelektrischen Wandler durch Anlöten an einer mechanischen Metallklemme als Wandler-Träger zu montieren, der seinerseits auf das Substrat aufgelötet wird.
Ein anderes spezielles Verfahren zum Montieren eines photoelektrischen Wandlers an einem Substrat umfasst die Verwendung eines Klebstoffs, beispielsweise in Form eines unter UV-Licht aushärtbaren oder wärmehärtbaren Kunststoffs, um so den Wandler auf einen Kunststoffträger und den Träger auf das Substrat aufzukleben.
Beide bekannte Verfahren benötigen zur Montage des Wandlers auf dem CATV-Verstärker keinen oder nur ein gesondertes Teil, sind kostengünstig und entsprechen der genormten Technik, weshalb sie unter Fachleuten auf diesem Gebiet geschätzt und gut eingeführt sind.
Die europäische Patentschrift EP 0 437 954 A1 offenbart ein optisch-elektronisches Schnittstellenmodul mit einer Leiterplatte (PC) als Substrat, welches elektronische Bauelemente trägt, zum Beispiel integrierte Schaltungen, und auf einer Grundplatte getragen wird, deren nach oben vorstehende Stifte in entsprechenden Löchern in der Leiterplatte aufgenommen werden. Ein Rahmen, welcher das Substrat auf den Seiten umschließt, bildet zusammen mit einer Abdeckung ein Gehäuse für die Leiterplatte auf drei Seiten, wobei das Gehäuse auf der vierten unteren Seite mit der Grundplatte vervollständigt wird. Das Leiterplattensubstrat wird nach oben umgeschlagen und die Abdeckung hält die umgeschlagene Leiterplatte fest, damit sie sich nicht wieder zurück biegt, da die beiden dreieckförmig umgeschlagenen flachen Teile der Leiterplatte an der Abdeckung anliegen. In einer Seitenwandung des Rahmens ist ein zylinderförmiges Loch vorgesehen, in welcher eine Metallaufnahme montiert wird, welche als Wandlerträger einen optoelektronischen Wandler trägt. Drei Zuleitungen des Wandlers stehen in den freien Raum innerhalb des Rahmens vor. Um die Zuleitungen des Wandlers so kurz wie möglich zu hal ten, um eine elektromagnetische Interferenz zu vermeiden oder auf ein Mindestmaß zu verringern und um die verteilten Kapazitäten so klein wie möglich zu halten, weist die Leiterplatte eine Lasche auf, die vor dem zylinderförmigen Loch für die Aufnahme in der Wandung des Rahmens nach oben umgeschlagen wird. Die Zuleitungen werden auf eine kürzere Stumpflänge abgeschnitten und dann in die entsprechenden Löcher in der Lasche eingeführt und an den im Muster ausgelegten Leitern auf der Lasche der leitfähigen Schicht auf der Innenseite der Lasche und an der äußeren leitfähigen Schicht angelötet, die als Erdungs- oder Abschirmschicht auf der Außenseite der Lasche und der gesamten Leiterplatte dient. Zwischen dem Wandler und der Erdungsschicht ist nur eine isolierende Polyamidschicht angeordnet und zwischen dem Wandler und dem Substrat ist keinerlei Raum freigelassen. Der Rahmen wird als Halterung für den Wandler-Träger auf der Grundplatte durch Aufkleben montiert.
In der US-Patentschrift 5,361,318 A wird ein optisches Modul offenbart, welches ein Substrat mit einer Elektronik umfasst, die auf einem Substrat-Träger montiert ist. An einer Seitenwandung mit einem ausgeschnittenen Bereich wird der photoelektrische Wandler seitlich so montiert, dass er gegenüber dem Substrat lateral verschoben ist. Das Substrat und die optoelektronischen Wandler werden in den Kunststoff eingeformt.
Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Alternative für die Anordnung eines photoelektrischen Wandlers an einer elektrischen Signalverarbeitungseinrichtung zu schaffen, welche ein Substrat, das elektronische Bauelemente und/oder Schaltungen zur Signalverarbeitung trägt, sowie einen Substratträger, welcher das Substrat trägt, umfasst, insbesondere an einem CATV-Verstärker oder Verstärker für Kabelfernsehen.
Die Lösung dieser Aufgabe und weitere Zielsetzungen werden gemäß der Erfindung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 erreicht. Die Vorrichtung nach Anspruch 1 zum Anordnen eines photoelektrischen Wandlers an einer elektrischen Signalverarbeitungseinrichtung weist eine Wandlerträgereinrichtung auf, in der oder auf der der photoelektrische Wandler montierbar ist oder montiert wird und welche direkt auf dem Substratträger montiert wird bzw. montierbar ist, der das Substrat der Signalverarbeitungseinrichtung trägt und vorzugsweise als Kühlkörper zum Abführen von Wärme von dem Substrat und den darauf befindlichen elektronischen Bauelementen weg dient.
Um den gesamten freien Raum auf dem Substrat zu nutzen und dadurch den Freiheitsgrad in dem elektrischen Teil der Signalverarbeitungseinrichtung zu erhöhen, ermöglicht die Auslegung des photoelektrischen Wandlers und der Wandlerträgereinrichtung eine Montage des Wandlers getrennt von dem Substrat oder der Signalverarbeitungseinrichtung in einem vorgegebenen Mindestabstand, der ausreicht, um elektronische Bauelemente unter dem Wandler auf dem Substrat anzuordnen.
Mit anderen Worten wird gemäß der Erfindung der photoelektrische Wandler mit Hilfe der Wandlerträgereinrichtung, die mit dem Substratträger verbunden ist, mechanisch nur durch den Substratträger und nicht durch das Substrat abgestützt, welches die elektronische Bauelemente und/oder Schaltungen für die Signalverarbeitung trägt. Die Wandlerträgereinrichtung dient dabei als eine Art „mechanischer Schnittstelle" zwischen dem Wandler und dem Substratträger. Das Substrat besitzt überhaupt keine mechanische Abstützfunktion für den photoelektrischen Wandler, im Gegensatz zu allen bereits beschriebenen Lösungen nach dem Stand der Technik.
Da die Wandlerträgereinrichtung auf dem Substratträger angebracht ist und nicht auf dem Substrat, wie dies im Stand der Technik vorgesehen ist, wird die Gefahr der Beschädigung des Substrats während der Montage des photoelektrischen Wandlers auf oder an der Signalverarbeitungseinrichtung im Vergleich zum Stand der Technik ganz erheblich verringert.
Außerdem muss nach dem Stand der Technik für den Anschluss des Wandlers bzw. die Verbindung des Wandlerträgers mit dem Substrat und für gewöhnlich auch mit der Glasfaser, die mit dem Wandler verbunden ist, auf dem Substrat erheblicher freier Raum vorgesehen werden, der dann für elektronische Schaltungen bzw. Bauelemente verloren ist; dagegen ermöglicht die erfindungsgemäße Montage zusätzlichen freien Raum auf dem Substrat, der für elektronische Bauelemente zur Signalverarbeitung und für andere elektronische Funktionen genutzt werden kann.
Heute müssen entsprechend den Entwicklungen in der Technik in die Bauelemente zur Signalverarbeitung mehr und mehr Funktionen einbezogen werden, während andererseits die auf dem Substratträger für das Substrat verfügbare Fläche und damit die Größe des Substrats bei vielen Anwendungsgebieten beschränkt bleiben, insbesondere dann, wenn Normen wie der Standard SOT115 eingehalten werden müssen. Diese in gewisser Weise sich widersprechenden Zielsetzungen werden mit den erfindungsgemäßen Merkmalen erreicht, die im Vergleich zum Stand der Technik eine Erhöhung der Kapazität des Bauelements zur Signalverarbeitung und von dessen elektronischen Bauelementen ermöglichen, während gleichzeitig auf dem Substrat nicht mehr freier Raum beansprucht wird.
Sogar wenn auf dem Substrat keine weiteren elektronischen Bauelemente oder Schaltungen integriert sind, wird die Auslegung der Schaltungen dennoch völlig unabhängig von dem photoelektrischen Wandler, wodurch ein höherer Freiheitsgrad in dem elektrischen Teil des Bauelements zur Signalverarbeitung möglich wird und/oder eine Standardauslegung des Substrats zur Verwendung in einem rein elektrischen Verstärker und auch in einem optischen Empfänger und/oder mehrere unterschiedliche Auslegungen der Substrate, beispielsweise für unterschiedliche Frequenzbänder, möglich werden.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung liegt in der Freiheit bei der Positionierung des Wandlers selbst, die ihrerseits nicht von der tatsächlichen Auslegung des Substrats abhängig ist und rein entsprechend den Anforderungen an die Anordnung des Wandlers, dessen elektrische Verbindung und optimierte optische Verbindung mit der Glasfaser gewählt werden kann. Der photoelektrische Wandler kann an jeder gewünschten Position an der zur Signalverarbeitungseinrichtung oder in deren Nähe einfach dadurch angeordnet oder positioniert werden, dass die Wandlerträgereinrichtung dementsprechend geformt und angeordnet wird.
Außerdem ist der photoelektrische Wandler recht empfindlich gegenüber mechanischer Belastung und einer Wärmebelastung, insbesondere dann, wenn er mit der optischen Faser ausgerüstet ist. Die Montage gemäß der Erfindung verringert erheblich die Gefahr einer Beschädigung des empfindlichen Wandlers, da der Wandler während seiner Montage keinen Wärmeeinflüssen ausgesetzt werden muss, wie dies bei dem Kleb- oder Lötverfahren nach dem Stand der Technik der Fall ist.
Es wird nun auf den Begriff „photoelektrisch" verwiesen, der hier die Umwandlung sowohl von Licht oder optischen Signalen in elektrischen Strom oder elektrische Signale als auch von elektrischem Strom oder elektrischen Signalen in Licht oder optische Signale umfasst. Die Begriffe „optisch" bzw. „Licht" umfassen nicht nur das Spektrum im sichtbaren Bereich, sondern auch das Infrarotspektrum.
Bevorzugte Ausführungsformen und Einsatzgebiete der erfindungsgemäßen Vorrichtung werden in den abhängigen Ansprüchen beansprucht, die auf Anspruch 1 rückbezogen sind.
Im Allgemeinen ist der photoelektrische Wandler mit Hilfe von elektrischen Verbindungen, vorzugsweise Löt- und/oder Drahtverbindung, mit dem Substrat verbunden bzw. verbindbar. Diese elektrischen Verbindungen erfüllen keinerlei mechanische Stützfunktionen für den Wandler. Der photoelektrische Wandler wird mechanisch ausschließlich von dem Substratträger über die Wandlerträgereinrichtung getragen und nicht von dem Substrat über die elektrischen Verbindungen mit diesem. Mit anderen Worten wäre der Wandler sogar dann fest in seiner relativen Position gegenüber dem Substrat gehalten, wenn die elektrischen Verbindungen entfernt würden.
In einer vorteilhaften Ausführungsform ist das Substrat auf oder in einem Mittelbereich des Substratträgers angeordnet oder befestigt und ist die Wandlerträgereinrichtung mit dem Substratträger in einem Bereich des Substratträgers verbunden oder verbindbar, der außerhalb des Mittelbereichs liegt oder diesem benachbart ist.
Zur Selbstausrichtung von mindestens einem Paar der anzuschließenden Bauelemente, insbesondere der Wandlerträgereinrichtung oder der oberen Abdeckung und des Substratträgers sowie der Wandlerträgereinrichtung und des photoelektrischen Wandlers, sind die beiden Teile eines Paares mit Ausrichthilfen und/oder sich selbst ausrichtenden Verbindungsmitteln versehen. Somit ist bei dieser Ausführungsform der Vorrichtung die Verwendung zusätzlicher Handhabungs- und Ausrichtwerkzeuge nicht erforderlich.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird die Wandlerträgereinrichtung auf dem Substratträger mit Hilfe von mindestens einem der folgenden Verbindungsmittel oder einer Kombination aus den folgenden Verbindungsmitteln montiert, und zwar einer Stiftlochverbindung und/oder einer Schnappeinrichtung und/oder einer Steck- oder Klammereinrichtung, insbesondere um den Wandler bezüglich des Substrats genau auszurichten.
Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform weist die Wandlerträgereinrichtung einen Wandlerträger auf, in dem oder auf dem der photoelektrische Wandler montierbar ist oder montiert wird, sowie einen Trägerhalter, an dem der Wandlerträger vorzugsweise lösbar (oder: abnehmbar, entfernbar) montierbar oder montiert ist oder befestigbar (oder: anbringbar, montierbar, verbindbar) oder befestigt (oder: angebracht, montiert, verbunden) ist. Der Trägerhalter ist mit dem Substratträger der elektrischen Signalverarbeitungseinrichtung verbunden oder verbindbar. Deshalb werden hier zwei zusätzliche Teile eingeführt, um den Wandler an der Signalverarbeitungseinrichtung anzuordnen, nämlich der Wandlerträger, welcher den Wandler tragen soll, und der Trägerhalter, welche den Wandlerträger halten soll.
Damit ist eine flexible Montage des Wandlers und insbesondere eines Lichtleiters, der mit dem Wandler verbunden ist, möglich, da der Wandler und/oder der Lichtleiter entweder von dem Wandlerträger lösbar sein können oder dauerhaft an dem Wandlerträger oder auch dem Trägerhalter beispielsweise mittels Klebstoff fest angebracht sein können, ohne dass dabei die optischen Bauelemente dauerhaft an dem Substratträger befestigt werden.
Der Wandlerträger und der aufgenommene oder montierte Wandler bilden eine Wandlereinheit, die an oder in dem Trägerhalter montiert wird und bei einer Ausführungsform leicht von dem Trägerhalter abgenommen werden kann. In dem Fall, dass eine Wandlereinheit dauerhaft montiert ist, kann bei einer anderen Ausführungsform der Trägerhalter lösbar von dem Substratträger ausgelegt werden. Deshalb kann bei beiden Ausführungsformen der Wandler mit oder ohne seinen Wandlerträger von der Signalverarbeitungseinrichtung entfernt werden, an oder auf welcher der Trägerhalter angebracht ist. Da der Wandler von dem Wandlerträger und insbesondere dem Trägerhalter gehalten und vorzugsweise geschützt wird, mindert sich die Gefahr einer Beschädigung des Wandlers während des Auseinanderbaus der Wandlereinheit und/oder des Trägerhalters ganz erheblich.
In dem Fall, dass entweder die Signalverarbeitungseinrichtung oder der photoelektrische Wandler aufgrund einer Funktionsstörung oder Beschädigung ausgetauscht werden muss, kann die auszuwechselnde Einheit von der intakten Einheit getrennt und gegen eine neue Einheit ausgetauscht werden. Die Fachleute wissen es zu schätzen, dass die Materialkosten des photoelektrischen Wandlers allein, und sogar noch mehr zusammen mit der Glasfaser, die normalerweise darin integriert ist, und dem Anschlussteil der Glasfaser normalerweise höher liegen als die Materialkosten eines typischen elektronischen Bauelements zur Signalverarbeitung, insbesondere mehr als das 1,5-fache der Materialkosten eines kompletten elektrischen CATV-Verstärkers betragen. Dementsprechend ermöglicht die Auslegung entsprechend dieser bevorzugten Ausführungsform ein leichtes Ausbauen und problemlose erneute Verwendung (bzw. Aufbereitung) eines guten Wandlers aus einem schlechten elektrischen Bauelement zur Signalverarbeitung, was einen deutlichen Vorteil bietet.
Wenn außerdem eine komplette optoelektrische Vorrichtung, welche die elektrische Signalverarbeitungseinrichtung und die optoelektrische Wandlereinheit umfasst, entsorgt werden muss, so können die verschiedenen Teile leicht zur Wiederaufbereitung (Recycling) voneinander getrennt werden.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist der Wandler lösbar an dem Wandlerträger insbesondere durch eine Schnappeinrichtung oder Steck- oder Klammereinrichtung befestigt oder befestigbar. Außerdem ist der Wandlerträger vorzugsweise durch eine Schnapp- oder Steck-/Klammereinrichtung an dem Trägerhalter befestigt oder befestigbar.
Darüber hinaus kann die Wandlerträgereinrichtung oder insbesondere der Wandlerträger mehrere Halteabschnitte (oder: Aufnahmeabschnitte oder Befestigungs-, Anschlag- oder Begrenzungsabschnitte) aufweisen kann, zwischen denen der Wandler angeordnet ist und mit deren Hilfe eine Bewegung oder ein Herausfallen des Wandlers im Wesentlichen verhindert wird.
Bei einer vorteilhaften und bevorzugten Ausführungsform weist die Vorrichtung eine obere Abdeckung auf, die auf oder über dem Trägerhalter oder der Wandlerträgereinrichtung angebracht oder anbringbar ist. Nach der Montage bilden die obere Abdeckung und der Trägerhalter oder die Wandlerträgereinrichtung ein Schutzgehäuse, das zumindest den Wandler oder den Wandlerträger mit dem darauf montierten Wandler und vorzugsweise auch die elektronischen Schaltungen oder das Substrat umschließt. Die obere Abdeckung ist vorzugsweise von der Wandlerträgereinrichtung oder dem Trägerhalter lösbar.
Insbesondere kann der Trägerhalter oder die Wandlerträgereinrichtung mit einer Wandler-Plattform zur Anbringung des Wandlerträgers oder des Wandlers sowie mit einer Seitenwandung versehen sein, welche die Wandler-Plattform und vorzugsweise auch das Substrat umgibt, wenn der Trägerhalter auf dem Substratträger montiert ist. Diese Seitenwandung kann den unteren Teil einer Gehäusewandlung bilden, wohingegen die beispielsweise kastenförmige Außenwandung der oberen Abdeckung einen oberen Teil der Gehäusewandung bilden kann.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform erstreckt sich der Trägerhalter oder die Wandlerträgereinrichtung, insbesondere der Plattform-Abschnitt, über das Substrat und ermöglicht dabei einen leichten elektrischen Anschluss des montierten photoelektrischen Wandlers an die Signalverarbeitungseinrichtung, ohne dass hierfür irgendwie Platz auf dem Substrat genutzt werden muss.
Die obere Abdeckung ist in einer vorteilhaften Ausführungsform auch an dem Substratträger befestigt oder mit diesem verbunden, wobei vorzugsweise der Trägerhalter oder die Wandlerträgereinrichtung an dem Substratträger befestigt oder gegen diesen gehalten wird, insbesondere durch eine kraftschlüssige Verbindung und/oder eine Stiftlochverbindung.
Um den Wandler von der elektrischen Signalverarbeitungseinrichtung abzunehmen, kann die Verbindung zwischen der oberen Abdeckung und dem Substratträger aufgebrochen oder zerstört werden, zum Beispiel durch Anbohren der Stifte, ohne dadurch den Wandler im Inneren der oberen Abdeckung zu beschädigen, und danach kann die obere Abdeckung entfernt (und weggeworfen werden), wonach die Wandlerträgereinrichtung von dem Substratträger entfernt und wieder verwendet oder aufbereitet werden kann.
Wenn der photoelektrische Wandler mit einem Lichtleiter, insbesondere einer Glasfaser, ausgestattet und optisch verbunden ist, kann die Wandlerträgereinrichtung und/oder der Wandlerträger und/oder der Trägerhalter und/oder die obere Abdeckung einen Durchtritt für den Lichtleiter aufweisen, wobei eine Durchtrittswandung den Lichtleiter mechanisch schützt.
Der Lichtleiter kann, wie bereits ausgeführt, in einer speziellen Ausführungsform im Inneren der Wandlerträgereinrichtung oder des Wandlerträgers insbesondere mit Hilfe von Klebstoff befestigt werden, um so die insbesondere vom Wandler aus auf den Lichtleiter einwirkende Zugbelastung zu verringern. Zu diesem Zweck ist der Wandlerträger vorzugsweise mit einem Loch versehen, bevorzugt in der Durchtrittswandung, durch oder in welche Klebstoff eingebracht werden kann, um den Lichtleiter an diesem Punkt am Wandlerträger und möglicherweise auch gleichzeitig an den Trägerhalter zu befestigen.
Um den Lichtleiter zu führen und ihn vor mechanischer Belastung und Verbiegen zu schützen, weisen die obere Abdeckung und der Trägerhalter oder die Wandlerträgereinrichtung zwei entsprechende Ausschnittsbereiche auf, welche im montierten Zustand eine Öffnung für den Lichtleiter bilden. In dieser Öffnung oder in jedem der Ausschnittsbereiche ist vorzugsweise ein elastisches Lagerelement wie ein hoch elastischer weicher Einlagekörper angeordnet, wobei die oder beide Lagerteile ein im Wesentlichen schleifen- oder ringförmiges Lager für den Lichtleiter im Inneren der Öffnung bilden. Vorzugsweise bildet das elastische Lager ein Drehmittelpunkt für den Lichtleiter. Diese Ausführungsform ermöglicht eine maximale Biegung der Glasfaser, ohne dabei während des Zusammenbaus des Wandlers und der Signalverarbeitungseinrichtung Schaden an der Glasfaser zu verursachen.
Die bevorzugte Anwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist für oder bei einer optoelektrischen "hybriden" Vorrichtung wie einem optoelektrischen Empfänger oder Sender oder einem kombinierten optoelektrischen Empfänger und Sender vorgesehen. Die elektrische Signalverarbeitungseinrichtung weist vorzugsweise einen elektrischen Verstärker auf, insbesondere einen CATV- bzw. Kabelfernseh-Verstärker, bei welchem der Substratträger vorzugsweise entsprechend der Norm SOT115 ausgelegt ist.
Die verschiedenen Merkmale und Vorteile der den Anmeldungsgegenstand bildenden Erfindung werden zum besseren Verständnis unter Bezugnahme auf die nachstehende ausführliche Beschreibung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen beschrieben. In den Zeichnungen zeigen:
1 eine schematisierte Montagezeichnung für die Anbringung eines photoelektrischen Wandlers an einem CATV-Verstärker in auseinander gezogener perspektivischer (bzw. isometrischer) Rückansicht;
2 eine Abfolge der Montageschritte bei der Montage des photoelektrischen Wandlers gemäß 1 in dem zugehörigen Wandlerträger in Seitenansicht;
3 den Wandlerträger mit dem montierten Wandler nach Ausführung der Montageschritte nach 2 in perspektivischer Rückansicht;
4 die vollständige schematische Montagezeichnung aus 1 nach Ausführung der Montageschritte gemäß 2 in auseinander gezogener Rückansicht;
5 die Wandlereinheit gemäß 3, die auf den Träger montiert ist, in einer perspektivischen Vorderansicht und ohne die Seitenwandung des Trägerhalters;
6 eine schematische Montage- bzw. Zusammenbauzeichnung, ausgehend von 4, nach der Montage der Wandlereinheit gemäß 2 bis 4 in dem Trägerhalter und des Trägerhalters auf dem CATV-Verstärker, ohne die obere Abdeckung, in perspektivischer Rückansicht;
7 die komplette Baugruppe, die sich aus der Montage gemäß 5 und 6 durch Anbringung der oberen Abdeckung ergibt, und
8 eine Seitenansicht der oberen Abdeckung und der Trägerhalter mit dem elastischen Lager für die Glasfaser in größerer Detailansicht.
Dabei werden in den 1 bis 8 gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Hierbei lohnt sich der Hinweis, dass jede Bezugnahme hier auf "ein einziges Ausführungsform" oder "ein Ausführungsform" bedeutet, dass ein spezielles Merkmal, ein spezieller Aufbau oder ein Charakteristikum, der oder das in Verbindung mit dem Ausführungsform beschrieben wird, bei mindestens einem Ausführungsform der Erfindung enthalten ist. Das Auftreten der Wendung "bei einem Ausführungsform" an verschiedenen Stellen in dieser Beschreibung muss sich nicht unbedingt immer auf das gleiche Ausführungsform beziehen.
Ein herkömmlicher photoelektrischer Wandler (oder: Photodetektor) ist mit dem Bezugszeichen 20 angegeben und weist einen Körper oder ein Gehäuse auf, welcher bzw. welches eine Photodiode (oder: eine Photodetektordiode) 22 enthält, insbesondere eine PIN-Photodiode, eine Zwinge (oder: eine Haltemanschette) 24 und ein Ende einer Glasfaser (oder jeden anderen Lichtleiter) 26 zur Übermittlung optischer Signale oder Lichtsignale an die Photodiode 22, welche diese Signale in elektrische Signale umwandelt. Der Körper mit der darin enthaltenen Photodiode 22 kann aus Keramikmaterial hergestellt sein und erstreckt sich vorzugsweise senkrecht zu der Zwinge 24 und der Glasfaser 26, so dass man einen T- oder hammerförmig ausgebildeten Aufbau des photoelektrischen Wandlers 20 erhält. Oben auf dem Keramikkörpers mit der Photodiode 22 sind zwei elektrische Kontakte 22A und 22B im Abstand voneinander angeordnet, an denen die Photospannung oder der Photostrom der Photodiode 22 erfasst werden kann.
Als spezielle Signalverarbeitungseinrichtung ist hier ein herkömmlicher Kabelfernseh-Verstärker oder CATV-Verstärker dargestellt, der mit dem Bezugszeichen 10 angegeben ist und ein für gewöhnlich flaches und häufig rechteckiges Substrat 11 und einen Substratträgerkörper 17 aufweist, welcher das Substrat 11 trägt und Abmessungen besitzt, die der internationalen Norm SOT115 entsprechen.
Elektronische oder elektrische Schaltungen 12 zur Signalverarbeitung und/oder Verstärkung sind auf dem Substrat 11 angeordnet, das als Leiterplatte oder mit Hilfe einer Leiterplatte oder in Form eines anderen bedruckten Substrats in Dick- oder Dünnfilmtechnik ausgeführt sein können. Die Verstärkungsschaltungen umfassen in der Regel (einen) Differentialverstärker in Kaskodenstufenschaltung, der mit Si- oder GaAs-Halbleiter-Bauelementen ausgerüstet ist, und/oder integrierte Schaltungen. Außerdem sind auf dem Substrat 11 elektrische Leiter vorgesehen, welche die elektronischen Schaltungen 12 mit zwei elektrischen Kontakten 11A und 11B auf dem Substrat 12 zum Anschluss an die entsprechenden Kontakte 20A und 20B an dem photoelektrischen Wandler 20 und mit mehreren anderen elektrischen Kontakten 11C bis 11K verbinden, welche an einer Seite des Substratträgerkörpers 17 für den Signaleingang, den Signalausgang, die Batterie (Stromversorgung) und die Erdung nach unten geführt sind.
Der Substratträgerkörper 17 besteht normalerweise aus Metall oder einem anderen Werkstoff mit guter Wärmeleitfähigkeit, um so die Wärme, die durch die elektronischen Bauelemente oder Schaltungen 12 im Betrieb erzeugt wird, von dem Substrat 11 abzuführen, und dient somit nicht nur als Abstützung sondern auch als Kühlkörper oder Wärmesenke für das Substrat 11. Der Substratträgerkörper 17, der gemäß der Norm SOT115 geformt ist, weist eine symmetrische Form mit zwei höheren End- oder Außenabschnitten auf, von denen jeder ein Schraubloch 13 und 14 für die Schraubverbindung mit einem Verstärkergehäuse besitzt (das hier nicht dargestellt ist), sowie einen zentralen Abschnitt, auf dem das Substrat 11 montiert wird. Zwischen den Endabschnitten und dem zentralen Abschnitt sind nahe dem Mittelabschnitt zwei Zwischenbereiche ausgebildet, die jeweils ein innen liegendes Verbindungsloch 15A und 15B und zwei außen liegende Verbindungslöcher 16A und 16B bzw. 16C und 16D enthalten. Der Abstand zwischen den beiden Schraublöchern 13 und 14 wird durch die Norm SOT115 bestimmt.
In 1 sind alle Teile eines bevorzugten Ausführungsforms einer Vorrichtung zum Anordnen des photoelektrischen Wandlers 20 an der Signalverarbeitungseinrichtung, d.h. dem Substrat 11 oder den Schaltungen 12 des Verstärkers 10 in noch nicht zusammengebautem Zustand dargestellt. Die Vorrichtung weist einen Wandlerträger 3, welcher den photoelektrischen Wandler 20 trägt und hält, einen Trägerhalter 5 (oder: eine Rahmenabdeckung, ein unteres Gehäuseteil), welche den Wandlerträger 3 trägt und befestigt, eine obere Abdeckung (oder: ein oberes Gehäuseteil) 6 und eine elastische Lagerung 70 für die Glasfaser 26, die aus einem oberen Lagerteil 71 und einem unteren Lagerteil 72 besteht, auf.
Der Wandlerträger 3 besitzt einen Vorderbereich 30 zur Aufnahme des Keramikkörpers mit der Photodiode 22 und einen rückwärtigen Bereich 31 zum Umschließen und Schützen der Glasfaser 26. Der Vorderbereich 30 des Wandlerträgers 3 besitzt einen unteren Abschnitt 32, auf welche der Keramikkörper mit der Photodiode 22 aufgesetzt wird, zwei seitliche Abschnitte (oder: Seitenwandungen) 33 als Hilfsmittel zum Halten und/oder Ausrichten, durch welche die Zwinge 24 hindurchgeführt wird, seitlich begrenzt wird, ein hakenförmiges Schnappelement 34 auf der Vorderseite, um den Keramikkörper, mit der Photodiode 22 einzuschnappen und fest zu halten, und ferner eine Öffnung 35 zum Einführen des Wandlers 20 in den Wandlerträger 3. Der rückwärtige Bereich 31 des Wandlerträgers 33 besitzt eine Durchführung für die Glasfaser 26 mit einer Wandung, die bis auf den unteren Teil geschlossen ist und zwei Öffnungen für die Glasfaser 26 aufweist, und ist oben ferner mit einem Klebloch 36 zum optionalen Verkleben und somit dauerhaften Befestigen der eingeführten Glasfaser 26 in dem Wandlerträger 3 und vorzugsweise auch an den Trägerhalter 5 im montierten Zustand versehen.
Zur Montage des photoelektrischen Wandlers 20 in dem Wandlerträger 3 wird der photoelektrische Wandler 20 von unten in die Öffnung 35 im unteren Abschnitt 32 eingeführt, wobei der Keramikkörper enthaltend die Photodiode 22 zuerst eingeführt wird und die optische Achse senkrecht zum unteren Abschnitt 32 ausgerichtet wird, wie dies in 2 zu erkennen ist. Anschließend wird der photoelektrische Wandler 20 mit dem Keramikkörper und der Photodiode 22 am oberen Teil zum unteren Abschnitt 32 hin gedreht. Das Schnappelement 34 wird nach hinten gebogen oder verformt und anschließend, nachdem der Wandler 20 daran vorbeigeführt wurde, schnappt es unter der Einwirkung der elastischen Federkräfte zurück in eine Position, in welcher es normalerweise mit einem gewissen restlichen Federdruck auf dem Keramikkörper mit der Photodiode 22 ruht. Gleichzeitig mit dieser Drehbewegung wird die optische Glasfaser 26 von unten in ihre Durchführung in den rückwärtigen Bereich 31 des Wandlerträgers 3 eingeführt.
Das Schnappelement 34 dient auch als Anschlag, welcher den Keramikkörper mit der Photodiode 22 anhält und deshalb eine weitere Bewegung des gesamten Wandlers 20 nach vorn oder nach oben verhindert. Die vorderen Abschnitte der seitlichen Bereiche 33 des Wandlerträgers 3 dienen als Anschläge, welche eine Bewegung des Keramikkörpers mit der Photodiode 22 und damit des Wandlers 20 nach hinten verhindern. Das Schnappelement 34 und der seitliche Bereich 33 bilden zusammen eine Umschließung bzw. Halteabschnitte, welche den Wandler 20 halten und dessen Herausfallen in irgendeiner Richtung verhindern. Der photoelektrische Wandler 20 wird somit fest in dem Wandlerträger 3 gehalten und kann jederzeit entfernt werden, indem die in 2 dargestellten Arbeitsschritte in umgekehrter Reihenfolge ausgeführt werden.
3 stellt die Wandlereinheit dar, die sich nach der Montage gemäß 2 ergibt, wobei der Wandler 3, der in dem Wandlerträger 3 montiert ist, hier in isometrischer Vorderansicht gezeigt wird.
Es wird nun wieder auf 1 Bezug genommen, gemäß welcher der Trägerhalter (oder: die Rahmenabdeckung) 5 in Form eines rechteckigen Rahmens ausgeführt ist, eine geschlossene Seitenwandung 50 und eine Wandler-Plattform 54 für den Wandlerträger 3 unten und neben der Seitenwandung 50 aufweist und oben offen ist, d.h. nicht mit einer Abdeckung oder einem Deckel versehen ist. Auf der Innenseite der Wandler-Plattform 54 ist in einem Abstand von der Seitenwandung 50 ein hakenförmiges Schnappelement 53 angeordnet, das sich von unten nach oben, bezogen auf den Trägerhalter 5, stehend erstreckt. An einem Ende der Wandler-Plattform 54 erstreckt sich ein Querteil oder Steg 55 in senkrechter Richtung von der Seitenwandung 50 aus an der gleichen Längsseite der Seitenwandung 50 wie die Wandler-Plattform 54.
In der Breitseite der Seitenwandung 50, die senkrecht zur Längsseite steht, ist in axialer Richtung oder parallel zur Längsseite oder der Seitenwandung 50 ein Ausschnittbereich oder eine Öffnung (oder: ein Durchlass) 51 ausgebildet. Auf der Innenseite ist hinter dieser Öffnung 51 ein Aufnahmebereich 52 innerhalb des Trägerhalters 5 aus zwei vertikalen Vertiefungen und einem unteren Abschnitt zur Aufnahme des unteren Lagerteils 72 gebildet. Unterhalb der Öffnung ist eine erste Ausrichthilfe 56 ausgebildet, die von der Seitenwandung 50 aus nach außen in vertikaler Richtung vorsteht, und eine zweiten Ausrichthilfe 57 ähnlich der ersten ist in etwa in der Mitte der gleichen Breitseite ausgebildet.
An den beiden kürzeren Seiten oder Breitseiten der Seitenwandung 50 sind zwei Stifte 5A und 5B (von denen nur Stift 5B in 1 sichtbar ist) ausgebildet, die sich parallel zur Seitenwandung 50 nach unten erstrecken und vom übrigen Teil des Trägerhalters 5 vorspringen. Diese beiden Stifte 5A und 5B besitzen einen solchen Durchmesser und sind in solchen Abstand voneinander angeordnet, dass sie gleichzeitig in die entsprechenden Innenlöcher 15A und 15B im Substratträgerkörper 17 eingesetzt werden können, um den Trägerhalter 5 auf dem Substratträgerkörper 17 und damit auf dem Verstärker 10 zu montieren.
Die obere Abdeckung 6 ist im Grunde genommen als rechteckige Box geformt, die auf und/oder um den Trägerhalter 5 aufgesetzt werden soll und dabei ein geschlossenes Gehäuse zum Schutz des Wandlers 3 bildet, wobei die obere Abdeckung 6 den oberen Teil und der Trägerhalter 5 den unteren Teil des Gehäuses bilden. Eine Längsseite der oberen Abdeckung 6 besitzt eine vertiefte Kante 38, die auf einer entsprechenden Auflage 58 auf der Außenseite der Seitenwandung 50 an der Längsseite des Trägerhalters 5 aufliegen soll. Zum Einstellen der relativen Position der oberen Abdeckung 5 und des Trägerhalters 5 besitzt die obere Abdeckung 6 eine längere Öffnung 61 zum Aufnehmen und Führen der ersten Ausrichthilfe 57. An der geschlossenen Decke bzw. oberen Wandung der oberen Abdeckung 6 ist innerhalb der oberen Abdeckung 5 zur Aufnahme des oberen Lagerteils 71 ein (hier nicht sichtbarer) Aufnahmeabschnitt ähnlich dem Aufnahmebereich 52 in der Trägerhalter 5 ausgebildet.
An den kürzeren Seitenwandungen der oberen Abdeckung 6 sind zwei Stifte 6A und 6B sowie 6C und 6D angeordnet, die sich jeweils alle nach unten erstrecken und zum Einführen in die jeweiligen äußeren Verbindungslöcher 16A bis 16D des Substratträgerkörper 17 vorgesehen sind, damit die obere Abdeckung 6 mit dem Substratträgerkörper 17 verbunden werden kann.
In 4 ist die Wandlereinheit im zusammengebauten Zustand in Rückansicht dargestellt. Außerdem ist im Vergleich zu dem in 1 gezeigten Ausgangszustand in 4 das untere Lagerteil 71 bereits in seinem entsprechenden Aufnahmeabschnitt 51 in dem Trägerhalter 5 montiert, während das andere Lagerteil 72 in seinem entsprechenden (hier nicht erkennbaren) Aufnahmeabschnitt in der oberen Abdeckung 6 hinter der Öffnung 61 angebracht ist.
Der photoelektrische Wandler 20, der in seinem Wandlerträger 3 montiert ist, kann nun lösbar in oder an der Wandler-Plattform 54 des Trägerhalters 5 unter Verwendung des Schnappelements 53 und des Stegs 55 angebracht werden, die hier als Haltemittel dienen. Zu diesem Zweck wird das Schnappelement 53 nach hinten gebogen, so dass der Wandlerträger 3 eingerastet werden kann, und anschließend schnappt es wieder zurück und liegt auf einer der Seitenwandungen 33 mit einer gewissen restlichen Federkraft auf. Der Wandlerträger 3 ist somit zwischen der Seitenwandung 50 und dem Schnappelement 54 seitlich und zwischen der Seitenwandung 50 und dem Steg 55 in Längsrichtung oder in axialer Richtung fixiert.
5 und 6 stellen den Wandlerträger 3 dar, der auf diese Weise in den Trägerhalter 5 gehalten wird.
Die Haltemittel (50, 53 und 55) der Wandler-Plattform 54 und (33, 34) des Wandlerträgers 3 ermöglichen eine Halterung und Fixierung des Wandlers 20 mit oder ohne Verwendung eines Klebstoffs. Wird kein Klebstoff verwendet, können anschließende Arbeitsschritte zur Aushärtung vermieden werden, doch wenn mit Klebstoff gearbeitet wird, dann wird dieser durch das Klebloch 36 aufgetragen, während zusätzliche Werkzeuge für die Ausrichtung des Wandlers, d.h. zum Halten des Wandlers 20 in seiner Position während der Dauer der Aushärteprozesse, nicht benötigt werden.
Schließlich wird gemäß der Darstellung in 6 der Trägerhalter 5 mit dem montierten Wandlerträger 3 auf dem Substratträgerkörper 17 dadurch montiert, dass seine Stifte 5A und 5B in die entsprechenden Verbindungslöcher (oder: Sacklöcher) 15A und 15B eingeführt werden und der Trägerhalter 5 mit seinem Randbereich auf der Oberseite des Körpers 17 des Substratträgers aufliegt. Die Stifte 5A und 5B besitzen einen Durchmesser, der gleich dem der entsprechenden Verbindungslöcher 15A und 15B bzw. etwas kleiner oder größer als dieser ist, so dass die Stifte 5A und 5B gerade in die entsprechenden Löcher 15A und 15B passen und dabei der Trägerhalter 5 zu dem Kühlkörper oder dem Substratträgerkörper 17 und dem Substrat 11 ausgerichtet sind.
Deshalb lässt sich der Trägerhalter 5 leicht vom Substratträgerkörper 17 entfernen bzw. abheben, wenn zum Beispiel der Verstärker 10 fehlerhaft ist und ausgebaut werden muss. Der Trägerhalter 5 mit dem photoelektrischen Wandler 20, der äußerst wertvoll ist, wird in diesem Fall von dem Substratträgerkörper 17 abgezogen und kann bei einem anderen guten Verstärker wieder verwendet werden.
Gemäß der Darstellung in 4 und 6 wird der photoelektrische Wandler 20 nun in einem Abstand, der von dem Trägerhalter 5 bestimmt ist, über dem Substrat 12 und insbesondere über den elektrischen Kontakten 11A und 11B gehalten, so dass diese Kontakte 11A und 11B sich leicht mit den Kontakten 20A und 20B der Photodiode 22 verbinden lassen. Die Glasfaser 26 des photoelektrischen Wandlers 20 wird dabei in dem unteren Lagerteil 72 gehalten und durch die Öffnung 51 in den Trägerhalter 5 hindurch geführt.
In 7 ist nun die vollständige Baugruppe 100 der Montagevorrichtung dargestellt, wobei die obere Abdeckung 6 oben auf dem Trägerhalter 5 bzw. auf der Rahmenabdeckung montiert ist. Der Trägerhalter 5 umfasst den photoelektrischen Wandler 5, der in dem Wandlerträger 3 zusammengebaut ist (beide Teile in 7 nicht sichtbar), der auf der (in 7 nicht sichtbaren) Wandler-Plattform 54 des Trägerhalters 5 durch Einschnappen verrastet ist, während die gesamte Baugruppe auf dem Substratträgerkörper 17 und somit an dem Verstärker 10, insbesondere an den Verstärkerschaltungen 12 auf dem Substrat 11, gemäß der vorliegenden Erfindung montiert ist.
In 8 ist diese Baugruppe gemäß 7 in Seitenansicht dargestellt.
Die montierte obere Abdeckung 6 gemäß 7 bietet mechanischen Schutz für den Verstärker 10 und die Schaltungen 12 auf dem Substrat 11.
Die obere Abdeckung 6 gemäß 7 und 8 wird auf und teilweise über dem Trägerhalter 5 angebracht. Die obere Abdeckung 6 befestigt den Trägerhalter 5 fest auf dem Substratträgerkörper 17 und hält diesen oder drückt ihn nach unten mittels der vier Stifte 16A bis 16D, welche im Unterschied zu den beiden Stiften 5A und 5B des Trägerhalters 5 in ihre entsprechenden Sacklöcher 16A bis 16D in dem Substratträgerkörper 17 fest und kraftschlüssig eingedrückt sind.
Bei einem anderen Ausführungsform können die Stifte 5A und 5B des Trägerhalters 5 auch einen größeren Durchmesser aufweisen und in die Blindlöcher bzw. Verbindungslöcher 15A und 15B des Korpus 17 des Substratträgers so eingedrückt werden, dass sie den Trägerhalter 5 „fixieren".
Die Stifte 5A, 5B und 6A bis 6D sind vorzugsweise hohl, um so eine Federkraft oder eine ausreichende Verformung zu erzielen, insbesondere bei kraftschlüssiger Verbindung mit den entsprechenden Sacklöchern.
Um eine der kraftschlüssigen Stiftlochverbindungen zu lösen, können die Stifte 5A und 5B und/oder 6A bis 6D durch Verwendung eines Bohrwerkzeugs oder dergleichen bequem zerstört werden, woraufhin das gesamte Teil, d.h. der Trägerhalter 5 oder die obere Abdeckung 6 abgezogen werden kann.
Damit lässt sich die in 7 dargestellte Baugruppe sehr einfach in umgekehrter Reihenfolge auseinanderbauen, indem die Stifte 6A bis 6D aufgebohrt werden, die obere Abdeckung 6 abgenommen wird, und man wieder so zu dem in 6 dargestellten Zustand kommt, und so fort.
Die Vorrichtung bzw. Baugruppe gemäß 1 bis 7 bietet die Möglichkeit, den Wandler 20 leicht vom Verstärker 10 abzunehmen oder wiederzuverwerten, wobei die Gefahr einer Beschädigung des Wandlers 20 und/oder der Glasfaser 26 während dieses Vorgangs nur äußerst gering ist. Dies ist von besonderem Vorteil, weil der Wandler 20 und die Glasfaser 26 im typischen Fall deutlich kostspieliger als der übrige Teil des Verstärkers 10 sind (um einen Faktor von etwa zwei bis drei). Wenn festgestellt wird, das Verstärkerteil 10 des optischen Empfängermoduls fehlerhaft ist, kann dementsprechend der Wandler 20 zusammen mit der Rahmenabdeckung oder den Trägerhalter 5 von dem fehlerhaften Verstärker 10 abgenommen und problemlos bei einem anderen Verstärker wieder verwendet werden.
Bei dem in den 7 und 8 dargestellten Ausführungsbeispiel bilden die Ausschnittbereiche bzw. „Aufnahmetaschen" oder Öffnungen 51 und 61 in den Trägerhalter 5 und in der oberen Abdeckung 6 zusammen eine geschlossene Öffnung bzw. einen Durchtritt für die Glasfaser 26, d.h. eine Faseraustrittsöffnung.
Innerhalb dieser Öffnung bzw. Faseraustrittsöffnung bilden die beiden elastischen Lagerteile 71 und 72 zusammen eine weiche oder biegsame ringförmige oder geschlossene Lagerung 70 für die Glasfaser 26. Die beiden elastischen Lagerteile 71 und 72 können als sich gegenseitig ergänzende Halbringe ausgeformt sein, welche zusammen eine Öffnung für die Glasfaser 26 bilden, wie dies in 8 dargestellt ist, oder es kann auch eines der beiden Lagerteile, insbesondere das untere Lagerteil 72, die Glasfaser 26 aufnehmen, während das andere Lagerteil 71 das erste Lagerteil 72 abstützt oder ergänzt. Die Länge des Kontaktbereichs oder der Berührungsfläche zwischen dem Lager 70 und der Glasfaser 26, entlang der optischen Achse der Glasfaser 26 gemessen, ist insbesondere kleiner als der Durchmesser der Glasfaser 26, vorzugsweise um einen Faktor von mindestens 2.
Der geschlossene elastische Ring des Lagers 70 führt die Glasfaser 26 und bildet den Drehmittelpunkt für die Glasfaser 26, wenn diese von außerhalb der oberen Abdeckung 6 her einer Biegebelastung ausgesetzt ist, während sich die Biegung innerhalb der oberen Abdeckung 6 fortsetzt. Damit wirken die beiden Hälften bzw. Lagerteile 71 und 72 des Gummilagers 70 an der Faseraustrittsöffnung in der Weise zusammen, dass sie für eine flexible Fixierung der Faser sorgen, so dass, wenn die Glasfaser abgebogen wird, beispielsweise vom Substratträgerkörper 17 her, der Effekt eines Drehmittelpunkts an der Faseraustrittsöffnung vorgesehen ist.
Diese flexible Lagerung 70 sorgt für maximale Toleranz gegenüber einer Biegung der Glasfaser während des Zusammenbaus der optoelektrischen hybriden Vorrichtung. Mit anderen Worten ist die Elastizität oder Weichheit des Lagers 70 so hoch, dass die Glasfaser 26 innerhalb des Lagers 70 und in dessen Nähe herumrotiert, wenn auf die Glasfaser 26 außerhalb der oberen Abdeckung 6 eine Biegebelastung einwirkt. Damit wird die Faser durch das Lager 70 nicht fest fixiert sondern nur in einem Drehmittelpunkt ausgerichtet. Dementsprechend ist es bei jeder Biegung der Glasfaser 26 außerhalb der Abdeckungen 5 und 6 möglich, dass sich die Faser 26 im Inneren der Abdeckung 5 und 6 in einer Weise dreht, dass der Biegungsradius in jedem Fall auf ein Mindestmaß verringert wird, wodurch die Gefahr einer Beschädigung der Glasfaser 26 beispielsweise während des Zusammenbaus des optischen Empfängermoduls deutlich verringert wird.
Im Idealfall kann als elastischer Werkstoff für das Lager 70 ein sehr weiches Material gewählt werden, insbesondere ein Gummimaterial oder ein anderes Elastomer mit einem Elastizitätsmodul, das im typischen Fall zwischen 1 und 10 N/mm² liegt und/oder einen Shore-Wert A von typischerweise 20 besitzt, so dass die beiden Gummihälften bzw. Gummiführungen der Lagerteile 71 und 72 nur eine geringe Kraft auf die Glasfaser 26 aufbringen können.
Der Wandlerträger 3, der Trägerhalter 5 und/oder die obere Abdeckung 6 können bei allen Ausführungsformen aus einstückigen Kunststoffteilen gebildet werden, insbesondere Spritzgussteilen, so dass eine kostengünstige Herstellung und eine hohe Flexibilität in Form und Funktion möglich werden.
Die erfindungsgemäße Auslegung sorgt insbesondere bei den in 1 bis 8 dargestellten Ausführungsformen für die Möglichkeit, den Wandler 20 exakt bezüglich des Substrats 11 auszurichten, ohne dass der Einsatz zusätzlicher Werkzeuge zur Handhabung nötig ist.
Im Rahmen der Erfindung sind viele Modifizierungen an den in den 1 bis 8 dargestellten Ausführungsformen möglich. Beispielsweise könnte man anstelle der Photodiode 22 oder zusätzlich zu dieser einen anderen Photodetektor oder photoelektrischen Wandler vorsehen, welcher elektrische Signale in Lichtsignale oder optische Signale umwandelt, beispielsweise ein Laser oder eine Laserdiode oder eine Leuchtdiode (LED); außerdem könnte ein solches Element an dem Bauelement zur Signalverarbeitung in gleicher oder ähnlicher Weise wie die Photodiode 22 angeordnet werden. Ein solches Ausführungsform könnte zum Beispiel bei einem in zwei Richtungen arbeitenden CATV-System eingesetzt werden.

Claims

Vorrichtung zum Anordnen eines photoelektrischen Wandlers (20) an einer elektrischen Signalverarbeitungseinrichtung, welche ein Substrat (11), das elektronische Bauteile und/oder Schaltungen (12) zur Signalverarbeitung trägt, sowie einen Substratträger (17), welcher das Substrat trägt und vorzugsweise als Kühlkörper für das Substrat dient, aufweist, wobei die Vorrichtung folgendes umfasst: eine Wandlerträgereinrichtung (3, 5), in welcher oder an welcher der photoelektrische Wandler (20) anbringbar bzw. angebracht ist, und welche direkt auf dem Substratträger angebracht bzw. anbringbar ist, wobei sich die Wandlerträgereinrichtung über das Substrat erstreckt und von diesem beabstandet ist und der photoelektrische Wandler über dem Substrat von diesem in einem vorgegebenen minimalen Abstand beabstandet angeordnet ist, welcher zur Anordnung von elektronischen Bauelementen unter dem Wandler auf dem Substrat ausreicht.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der der photoelektrische Wandler mittels elektrischer Verbindungen (11A, 11B, 22A, 22B), vorzugsweise mittels Löt- und/oder Drahtverbindungen, mit dem Substrat elektrisch verbunden bzw. verbindbar ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Wandlerträgereinrichtung (3, 4) mittels mindestens einer Stift-Loch-Verbindung (5A, 15A; 5B, 15B) und/oder mittels Schnappeinrichtung und/oder Steck- bzw. Klammereinrichtungen auf dem Substratträger angebracht ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Wandlerträgereinrichtung auf dem Substratträger lösbar angebracht ist und/oder der photoelektrische Wandler lösbar in oder an der Wandlerträgereinrichtung angebracht ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der das Substrat auf oder in einem Zentralbereich des Substratträgers angeordnet ist und die Wandlerträgereinrichtung in einem äußeren Bereich oder einem dem Zentralbereich des Substratträgers benachbarten Bereich mit dem Substratträger verbunden bzw. verbindbar ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Wandlerträgereinrichtung (3, 4) folgendes umfasst: a) einen Wandlerträger (3), in dem bzw. an dem der photoelektrische Wandler (20), insbesondere lösbar anbringbar bzw. angebracht ist, und b) einen Trägerhalter (5), in dem bzw. an dem der Wandlerträger (3) insbesondere lösbar anbringbar bzw. angebracht ist, c) wobei der Trägerhalter mit dem Substratträger (17) verbindbar bzw. verbunden ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Wandlerträgereinrichtung bzw. der Wandlerträger mehrere Halteabschnitte (32, 33, 34) aufweist, zwischen denen der Wandler angeordnet ist und mit deren Hilfe eine Bewegung oder ein Herausfallen des Wandlers im Wesentlichen verhindert wird.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Wandlerträgereinrichtung bzw. der Wandlerträger eine Wandler-Plattform (54) zur Anbringung des Wandlerträgers bzw. des Wandlers sowie eine Seitenwandung (50) aufweist, welche die Wandler-Plattform und vorzugsweise auch das Substrat umgibt, wenn der Wandlerträger bzw. das die Wandlerträgereinrichtung auf dem Substratträger angebracht wird bzw. ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die des Weiteren eine obere Abdeckung (6) aufweist, die auf oder über dem Wandlerträger und/oder der Wandlerträgereinrichtung angebracht bzw. anbringbar ist, wobei die obere Abdeckung einerseits und der Trägerhalter oder die Wandlerträgereinrichtung andererseits zusammen im montierten Zustand ein Gehäuse zumindest für den photoelektrischen Wandler oder den Wandlerträger mit dem daran angebrachten Wandler und vorzugsweise auch für das Substrat bilden.
Vorrichtung nach Anspruch 9, bei der die obere Abdeckung mit dem Substratträger, vorzugsweise in nicht-formschlüssiger Weise, verbunden bzw. verbindbar ist, insbesondere mit Hilfe von mindestens einer Stift-Loch-Verbindung (6A bis 6D, 16A bis 16D), und bei der die obere Abdeckung vorzugsweise den Trägerhalter oder die Wandlerträgereinrichtung fest mit dem Substratträger verbindet.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der zur Selbstausrichtung von mindestens einem Paar der mit einander zu verbindenden Bauelemente, insbesondere der Wandlerträgereinrichtung oder der oberen Abdeckung und des Substratträgers sowie der Wandlerträgereinrichtung und des photoelektrischen Wandlers, die Bauelemente mit Einstellhilfen (zum Beispiel 56 und 61, 57 und 67) und/oder mit selbst-einstellenden Verbindungsmitteln (zum Beispiel 6C und 16C) versehen sind.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der photoelektrische Wandler optisch mit einem Lichtleiter (26) verbunden ist, der vorzugsweise durch mindestens einen Durchlass bzw. eine Öffnung (51, 61) in der Wandlerträgereinrichtung, dem Wandlerträger, dem Trägerhalter und/oder der oberen Abdeckung geführt oder führbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 12, bei der die obere Abdeckung und die Wandlerträgereinrichtung bzw. der Trägerhalter zwei entsprechend ausgeschnittene Abschnitte (51, 61) aufweisen, welche zusammen im montierten Zustand eine Öffnung für den Lichtleiter bilden.
Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, bei der innerhalb mindestens eines Durchlasses bzw. einer Öffnung (51, 61) für den Lichtleiter (26) eine elastische Lagerung (70) für den Lichtleiter angeordnet ist, welche vorzugsweise einen Drehmittelpunkt für den Lichtleiter bildet.
Optisch-elektrisches Bauelement, umfassend: a) mindestens einen photoelektrischen Wandler (20) zum Umwandeln optischer Signale in elektrische Signale und/oder von elektrischen Signalen in optische Signale, b) eine elektrische Signalverarbeitungseinrichtung (10), die folgendes umfasst: b1) ein Substrat (11), welches elektronische Bauelemente und/oder Schaltungen (12) zur Verarbeitung elektrischer Signale trägt und dabei zur Übermittlung elektrischer Signale von dem Wandler zu den elektronischen Bauelementen bzw. Schaltungen und/oder von den elektronischen Bauelementen bzw. Schaltungen zu dem Wandler mit dem photoelektrischen Wandler elektrisch verbunden bzw. verbindbar ist, und b2) einen Substratträger (17), welcher das Substrat trägt und vorzugsweise als Kühlkörper für das Substrat dient, und welches des Weiteren d) mindestens eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14 zum Anordnen des mindestens einen photoelektrischen Wandlers (20) an der elektrischen Signalverarbeitungseinrichtung (10), wobei jede Wandlerträgereinrichtung (3, 5) mindestens einen photoelektrischen Wandler trägt und jede Wandlerträgereinrichtung direkt auf dem Substratträger angebracht ist, umfasst.
Optisch-elektrisches Bauelement nach Anspruch 15, bei dem der photoelektrische Wandler zur Übertragung von optischen Signalen, die von dem photoelektrischen Wandler umzuwandeln sind bzw. umgewandelt wurden, mit einem Lichtwellenleiter (26) verbunden bzw. verbindbar ist.
Optisch-elektrisches Bauelement nach Anspruch 15 oder Anspruch 16, bei dem die Signalverarbeitungseinrichtung einen elektrischen Verstärker (10), insbesondere einen Kabelfernseh-Verstärker bzw. CATV-Verstärker, aufweist und bei dem der Substratträger (17) vorzugsweise gemäß dem internationalen Standard SOT115 ausgelegt ist.