DE69220540T2

DE69220540T2 - Optische Verbindungstechniken

Info

Publication number: DE69220540T2
Application number: DE69220540T
Authority: DE
Inventors: William Robert Holland; Muhammed Afzal Shahid
Original assignee: AT&T Corp
Current assignee: AT&T Corp
Priority date: 1991-05-01
Filing date: 1992-04-23
Publication date: 1997-11-13
Anticipated expiration: 2012-04-24
Also published as: DE69220540D1; EP0511779A2; EP0511779B1; US5155785A; EP0511779A3

Description

Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung betrifft optische Verbindungen und insbesondere optische Rückwandleiterplatten mit Lichtleitfaserverbindungen.

Stand der Technik

Zwei wichtige Trends im modernen Informationsmanagement und in der Kommunikationstechnik sind die zunehmend höheren Schaltungsdichten, die in elektronischen Systemen verwendet werden, und die zunehmende Verwendung von Lichtwellen zum Übertragen von Informationen. Für die Übertragung von Informationen über lange Strecken ersetzen Lichtleitfasern zunehmend leitende Kabel- und Funkübertragungssysteme. Höhere Packungsdichten manifestieren sich als höhere Schaltungsdichten sowohl auf mikroelektronischen Bausteinen als auch auf gedruckten Leiterplatten (PWBs - printed wiring boards).
Elektronische Systeme sind typischerweise durch Anbringen verschiedener Systembauelemente auf PWBs und Verbinden der PWBs mit einem als Rückwandleiterplatte bekannten Schaltkreisübertragungelement organisiert. Die Rückwandleiterplatte kann verschiedene Steckstellenelemente zum Aufnehmen von gedruckten Leiterplatten enthalten; die PWBs können durch Kanäle oder Baugruppenträger in parallelen Reihen gehalten werden, so daß sie bei der Einführung in die Baugruppenträger eine Steckstelle kontaktieren. Mit zunehmender Schaltungsdichte der gedruckten Leiterplatten wird es zunehmend schwierig, die benötigten Rückwandleiterplattenverbindungen bereitzustellen, weil mit zunehmend dünner werdenden Verbindungsübertragungsleitungen deren Impedanz zunimmt. Überdies ist die Distanz, über die Informationen über Rückwandleiterplattenleiter übertragen werden müssen, normalerweise ziemlich lang, verglichen mit den Übertragungsdistanzen auf gedruckten Leiterplatten. Diese Faktoren können die Geschwindigkeit reduzieren, mit der die Schaltungen betrieben werden können, was einen Hauptvorteil von höheren Schaltungsdichten zunichte machen kann.
Beim Eingehen auf diese Probleme ist vorgeschlagen worden, daß ein größerer Teil des elektronischen Systems durch Lichtleitfasern oder andere optische Wellenleiter zusammengeschaltet werden soll. Beispielsweise beschreibt die Arbeit "Glass Waveguides on Silicon for Optical Hybrid Packaging" (Glas-Wellenleiter auf Silizium für optische Hybridpackung), C. H. Henry, G. E. Blonder und R. F. Kasaranov, Journal of Lightwave Technology, Band 7, Nr. 10, Oktober 1989, Seiten 1530-1539, ein Verfahren für die Verwendung von Photolithographie zum scharfen Abbilden von optischen Wellenleitern aus Glas auf eine Weise, die der photolithographischen Abbildung von gedruckten Schaltungen ähnlich ist. Solche optische Wellenleiter nach Art der "gedruckten Schaltungen" weisen immer viel größere Verluste auf als Lichtleitfasern, und es ist anerkannt, daß sie nur für die Übertragung von Informationen über eine kurze Distanz praktisch sind. Überdies verursachen abrupte Richtungsänderungen von optischen Wellenleitern unweigerlich erhebliche optische Verluste, so daß es schwierig ist, optische Wellenleiter zum Übertragen von Licht von einem Substrat zu einem anderen zu verwenden.
Eine Rückwandleiterplatte, die eine Mehrzahl von Lichtleitfasern trägt, zum Verbinden einer parallelen Anordnung von Leiterplatten ist in EP 157485 & EP 347 offenbart.
Dementsprechend besteht seit langem ein Bedarf an einem Gerät, das leicht zu benutzen ist und das effizient große Mengen von Informationen zwischen Schaltungsbauelementsubstraten wie gedruckten Leiterplatten übertragen kann.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Einrichtung nach Anspruch 1 oder 8 bereitgestellt.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung werden große Mengen von Informationen zwischen angrenzenden flachen Substratgliedern wie gedruckten Leiterplatten übertragen, indem zuerst optische Eingangs- und Ausgangselemente auf entsprechenden gemeinsamen Flächen in der Nähe eines ersten Randes jedes flachen Gliedes bereitgestellt werden. Beispielsweise wird die gesamte elektronische Ausgabe einer gegebenen PWB auf eine bekannte Weise durch eine Laserquelle umgesetzt, um eine optische Ausgabe darzustellen. Ein optischer Detektor stellt das optische Eingangselement für jede PWB dar. In einer Ausführungsform wird dann ein Rückwandglied quer zu der parallelen Reihe von PWBs angeordnet, so daß einer seiner Ränder einen Rand jeder PWB an oder in der Nähe der die optischen Eingangs- und Ausgangselemente enthaltenden gemeinsamen Fläche kontaktiert. Im optischen Rückwandglied bereitgestellt ist eine Mehrzahl gekrümmter Rillen zum Tragen von Lichtleitfasern, die jedes optische Ausgangselement jeder PWB mit allen optischen Eingangselementen der anderen PWBs verbinden. Die optische Rückwandleiterplatte enthält somit eine komplexe Anordnung gekrümmter Rillen veränderlicher Tiefe, und jede Rille trägt eine Lichtleitfaser, wobei solche Fasern jedes optische Ausgangselement mit allen optischen Eingangselementen der anderen gedruckten Leiterplatten verbindet.
Falls jede PWB eine herkömmliche elektronische Schaltung trägt, kann jedes Ausgangselement eine Laserquelle zum Umsetzen elektrischer Signale in Licht, und jedes der Eingangselemente ein Photodetektor sein, der optische Informationen von verschiedenen Quellen in elektrische Energie zur Verarbeitung durch die gedruckte Leiterplatte umsetzt. Falls die Übertragungswege auf der PWB optische Wellenleiter sind, sind die optischen Ausgaben die Ausgaben solcher Wellenleiter, die dann durch die Lichtleitfasern zu den Eingängen von optischen Wellenleitern der anderen PWBs übertragen werden, die die optischen Eingänge darstellen.
Wegen der niedrigen Verluste und der großen Bandbreite von Lichtleitfasern können große Mengen von Informationen auf eine bekannte Weise von einer einzelnen Laserquelle zur Übertragung durch Lichtleitfasern zu den verschiedenen Photodetektoren der anderen PWBs in Licht konvertiert werden. Jedes Signal begleitende entsprechende Adressierungsmittel leiten die Informationen zu der entsprechenden Leiterplatte und dann zu den entsprechenden Bauteilen solcher gedruckten Leiterplatten. Die optische Rückwandleiterplatte wird in im rechten Winkel zu der parallelen Reihen der PWBs angebracht, und jede gekrümmte Rille wird so hergestellt, daß sie einen ausreichend großen Krümmungsradius aufweist, und daß die Lichtleitfaser leicht in die Rille passen kann und Informationen mit minimalen Verlusten übertragen kann. Die Lichtleitfasern sind selbstverständlich viel weniger verlustbehaftet als gedruckte optische Wellenleiter sein würden.
Gemäß einem anderen Merkmal der vorliegenden Erfindung ist jeder optische Ausgang oder jede optische Quelle durch eine Lichtleitfaser mit einem Quellenanschluß des Rückwandgliedes verbunden, und jeder optische Eingang oder Detektor ist mit einem Detektoranschluß des Rückwandgliedes verbunden. Aus der folgenden Beschreibung wird ersichtlich, daß das Rückwandglied eine in sich komplexe Anordnung von Verbindungen ist. Folglich wäre eine unterbrochene oder beschädigte Lichtleitfaser nach Installation und Betrieb schwierig zu reparieren. Durch Bereitstellen der Quellen- und Detektoranschlüsse kann man leicht eine Brückenverbindung zwischen entsprechenden Lichtleitfasern der Quellen- und Detektoranschlüsse bereitstellen, um eine unterbrochene Verbindung des Rückwandgliedes zu umgehen.
In einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist ein optisches Rückwandglied so angeordnet, daß eine breite Oberfläche desselben die Ränder der PWBs kontaktiert. Die Stärke der optischen Rückwandleiterplatte ist ausreichend, um für die an der breiten Oberfläche gegenüber den PWBs getragenen Lichtleitfasern einen ausreichend großen Krümmungsradius bereitzustellen. Die Lichtleitfasern verlaufen durch Öffnungen im Rückwandglied, und weil zwei oder mehr Öffnungen für jede PWB hergestellt werden können, können sich die PWB-Eingangs- und Ausgangselemente in zwei oder mehr Bereichen jeder PWB befinden. Ein zweckmäßiges Verfahren zum Zusammenfügen dieser Ausführungsform trägt wie unten beschrieben ebenfalls zu ihrer praktischen Nützlichkeit bei.
Diese und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden besser aus einer Betrachtung der folgenden ausführlichen Beschreibung, in Verbindung mit der begleitenden Zeichnung genommen, verständlich.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

FIG. 1 ist eine schematische Draufsicht einer optischen Verbindungseinrichtung, gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
FIG. 2 ist eine Seitenansicht der Einrichtung der FIG. 1;
FIG. 3 ist eine Rückansicht der Einrichtung der FIG. 1;
FIG. 4 ist eine schematische Ansicht von Rillen zum Tragen von Lichtleitfasern in der Einrichtung der FIG. 1;
FIG. 5 ist eine schematische Ansicht einer optischen Quelle, die in der Einrichtung der FIG. 1 verwendet werden kann;
FIG. 6 ist eine schematische Ansicht eines optischen Faserbündels, das in der Einrichtung der FIG. 5 verwendet werden kann;
FIG. 7 ist eine schematische Ansicht eines optischen Detektors, der in der Einrichtung der FIG. 1 verwendet werden kann;
FIG. 8 ist eine Ansicht eines mehrfachen Faserverbindungssteckers, der in der Einrichtung der FIG. 1 verwendet werden kann;
FIG. 9 ist eine Ansicht, entlang 9-9 von FIG. 8 genommen;
FIG. 10 ist eine schematische Ansicht einer optischen Verbindungseinrichtung gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung;
FIG. 11 ist eine Ansicht, entlang 11-11 von FIG. 10 genommen;
FIG. 12-17 sind Ansichten, die aufeinanderfolgende Schritte beim Zusammenfügen der Einrichtung von FIG. 11 zeigen;
FIG. 18 ist eine Ansicht einer Einrichtung, die zum Anbringen eines MAC-Verbindungssteckers und zugehöriger Lichtleitfasern in ein optisches Rückwandglied des in FIG. 10 und 11 gezeigten Typs verwendet werden kann.

Ausführliche Beschreibung

Nun auf FIG. 1, 2 und 3 bezugnehmend ist dort schematisch eine parallele Anordnung von Leiterplatten (PWBs) 11A-11E gezeigt, die entlang eines Randes derselben ein optisches Rückwandglied 12 kontaktieren. Die PWBs enthalten auf einer Seite derselben optische Quellenelemente 13A-13E und auf der anderen Seite derselben optische Detektorelemente 14A-14E. Das Rückwandelement 12 enthält eine Mehrzahl gekrümmter Rillen 16, von denen jede ein Quellenelement 13 mit einem der Detektorelemente 14 verbindet. Die Quellenelemente 13A-13E stellen optische Ausgänge der PWBs dar, und die Detektorelemente 14A-14E stellen optische Eingänge für jede PWB dar.
Es versteht sich, daß die Zeichnungen nur schematisch sind, nicht maßstabsgetreu sind und zum leichteren Verständnis sehr vereinfacht wurden. Im Interesse der Vereinfachung wurden nur diejenigen Rillen gezeigt, die zu den gedruckten Leiterplatten 11A, 11C und 11E gehören. Der Zweck der Rillen 16 ist das Tragen von Lichtleitfasern, die aus Gründen der KLarheit nicht in der FIG. 1 gezeigt wurden. Zum leichteren Verständnis wurden weiterhin die Rillen 16, die das Quellenelement 13E mit den Detektorelementen 14A und 14C verbinden, als starke Linien gezeigt, die Rillen 16, die das Quellenelement 13A mit den Detektorelementen 14C und 14E verbinden, als mittelstarke Linien gezeigt und die zu der Quelle 13C gehörenden Rillen 16 als schwache Linien gezeigt. Es ist einzusehen, daß es schwierig wäre, den Verbindungen zu folgen, wenn alle Rillen für alle fünf gedruckten Leiterplatten gezeigt wären. Trotzdem ist zu verstehen, daß (nicht gezeigte) Rillen das Quellenelement 13B mit den Detektorelementen 14A, 14C, 14D und 14E, das Quellenelement 13D mit den Detektorelementen 14A, 14B, 14C und 14E, das Detektorelement 14B mit den Quellenelementen 13A, 13C, 13D und 13E und das Detektorelement 14D mit den Quellenelementen 13A, 13B, 13C und 13E verbinden.
FIG. 4, die gleicherweise nicht maßstabsgetreu ist, zeigt einen Abschnitt des Rückwandelements 12 mit den verschiedenen Rillen 16. Es ist ersichtlich, daß die verschiedenen gekrümmten Rillen an jedem Quellenelement und Detektorelement zusammenlaufen, und in diesen Bereichen werden die Rillen 16 ausreichend tief hergestellt, um eine Anzahl von Lichtleitfasern 18 aufzunehmen, die gleich der Anzahl von gedruckten Leiterplatten ist, d. h. fünf Lichtleitfasern.
Der Zweck der gekrümmten Rillen ist, die Lichtleitfasern 18 zu tragen, die jedes Quellenelement 13 jeder PWB mit allen Detektorelementen 14 der anderen PWBs verbinden. Wiederum sind aus Gründen der Klarheit nur einige wenige der Wege der Lichtleitfaserverbindungen in FIG. 4 und 1 gezeigt. Beispielsweise verbindet die Lichtleitfaser 18A (FIG. 4) das Quellenelement 13A (FIG. 1) mit dem Detektorelement 14E und wird von einer Rille 16A veränderlicher Tiefe gehalten, wie in FIG. 4 und 1 gezeigt. Gleicherweise verbindet die Lichtleitfaser 18C das Quellenelement 13C mit dem Detektorelement 14E und wird von einer Rille 16C veränderlicher Tiefe gehalten, wie in FIG. 4 gezeigt. Es ist einzusehen, daß die verschiedenen Rillen 16 der FIG. 1 von veränderlicher Tiefe sind, wobei die maximale Tiefe am Punkt des Zusammenlaufens in den Quellen- und Detektorbereichen liegt. Verschiedene der Rillen überschneiden sich, wobei sich die Lichtleitfasern überkreuzen, doch führen solche Überkreuzungen nicht zu Problemen, weil die Lichtleitfasern sich normalerweise in unterschiedlichen Tiefen befinden. Die Beabstandungen der aufeinanderfolgenden gedruckten Leiterplatten 11 sind ausreichend groß, so daß eine sie verbindende gekrümmte Lichtleitfaser keinen so kleinen Krümmungsradius aufweist, daß die Übertragung gestört wird. Die Zunahme der Verluste einer Lichtleitfaser mit zunehmender Krümmung ist zum Beispiel in der Arbeit "Curvature Loss Formula for Optical Fibers" (Krümmungs-Verlustformel für Lichtleitfasern), D. Marcuse, Journal of the Optical Society of America, Band 66, Nr. 3, März 1976, Seiten 216-220, beschrieben. Die Lichtleitfasern werden als Bus-Übertragungsleitungen zum Übertragen der Ausgaben jeder PWB 11A-E zu allen Eingängen aller anderen PWBs verwendet.
Die Einrichtung, die auf jeder PWB zum Umsetzen einer elektrischen Ausgabe in einer optischen Ausgabe verwendet wird, ist in FIG. 2 dargestellt, in der die gedruckte Leiterplatte 11E eine Mehrzahl von elektrischen Übertragungsleitungen 20 umfaßt, die zu einem Prozessor 21 geleitet werden, der die optische Quelle 13E steuert. Bezugnehmend auf FIG. 5 erregt der Prozessor 21 vorzugsweise einen Laser 22, der Licht in eine Gradientenstablinse 23 und dann zu einem in FIG. 6 im Schnitt gezeigtem Bündel von Lichtleitfasern 24 aussendet. Das Lichtleitfaserbündel der FIG. 6 ist in eine vertikalen Gruppierung angeordnet, die wie schematisch dargestellt von einem Trageelement 25 festgehalten wird. Die Lichtleitfasern 18 der FIG. 5 werden dann zur Verteilung zu den anderen PWBs in den Rillen des Rückwandelements 12 angeordnet, wie in FIG. 4 gezeigt. Wie bekannt ist, können anstelle des Lasers 22 andere Lichtquellen, wie z. B. Leuchtdioden (LEDs) verwendet werden.
Die Detektorelemente 14A-E können auf weitgehend dieselbe Art und Weise konstruiert werden, außer daß das Laserelement 22 durch einen Photodetektor ersetzt wird, der eintreffende Lichtenergie in elektrische Energie zur Übertragung zu einem Mikroprozessor umgesetzt, der dann das elektrische Signal entsprechend an die Elemente der gedruckten Leiterplatten verteilt. Dies ist in FIG. 7 dargestellt, in der ein Photodetektor 22' Licht aus einer Gradientenstablinse 23' empfängt und es in ein elektrisches Signal umgesetzt, das zu einem Prozessor 21' zur Verteilung an die Übertragungsleitungen der PWB übertragen wird. Entsprechende Durchkontaktierungen durch die PWBs verbinden die Detektorelementseite wie in der Technik bekannt mit der Quellenelementseite.
Bezugnehmend auf FIG. 8 und 9 kann das Tragelement 25 der FIG. 5 ein Paar Siliziumelemente 27 und 28 umfassen, in die zum Halten der Lichtleitfasern 18 und 24 eine Mehrzahl von passenden "V"-Rillen geätzt wurden. Das Tragelement 25 kann zweckmäßigerweise ein Lichtleitfaserverbindungsstecker zum Verbinden der Lichtleitfasern 18, die zu dem Rückwandglied 12 gehören, mit den Lichtleitfasern 24, die zu den einzelnen PWBs gehören, sein. Solche Lichtleitfaserverbindungsstecker sind in der Technik als optische Mehrfachsteckverbinder (MAC - multiple fiber array connectors) bekannt. Verschiedene MAC- Verbinderbaugruppen zum Ausrichten und Tragen gegenüberliegender Fasern sind zum Beispiel in den U.S.-Patenten von Bonanni et al., Nr. 4 998 796 und Bonanni, Nr. 4 818 058 beschrieben, die beide hiermit durch Bezugnahme aufgenommen werden.
Das Rückwandglied 12 ist zur beispielhaften Darstellung mit einer Anordnung von Steckstellen zur Aufnahme der PWB 11 gezeigt. Diese Art einer Anordnung wird bei derzeitigen elektrischen Rückwandleiterplatten verwendet, um das Einführen und Herausnehmen von PWBs zu erleichtern, ist aber für die praktische Ausführung der Erfindung nicht notwendig. Konzeptuell ist es nur notwendig, daß die Quellenelemente 13 und die Detektorelemente 14 in einem gemeinsamen Bereich auf jedem der PWBs in der Nähe des Randes des PWB, der Kontakt mit dem Rückwandglied 12 macht enthalten sind. Herkömmliche elektrische Rückwandleiterplatten befinden sich normalerweise in einer Ebene, die im rechten Winkel zur Ebene der Rückwandleiterplatte 12 liegt. Der Grund für die Verlängerung der Rückwandleiterplatte in der gezeigten Richtung ist, auf eine Weise Halt für die Lichtleitfasern bereitzustellen, die keine abrupten Richtungsänderungen der Lichtleitfasern erfordert. Somit können die gekrümmten oder U-förmigen Rillen derart hergestellt werden, daß sie an allen Stellen einen Krümmungsradius aufweisen, der ausreichend groß ist, um beudtsame Verluste durch die Lichtleitfaser zu vermeiden. Wenn das Rückwandglied 30 so gefaltet wäre, daß sie sich zum gezeigten Glied im rechten Winkel befände, dann müßten die Lichtleitfasern abrupt gebogen werden, was Verluste mit sich bringen würde.
Die Ansammlung komplexer elektrischer Schaltungen jeder PWB an einem einzelnen Punkt und die Umsetzung elektronischer Signale in optische Signale zu Übertragung über einen einzelnen Lichtstrahl ist eine Angelegenheit innerhalb der Fähigkeiten eines Fachmanns. Typischerweise würde der Prozessor 21 den verschiedenen gerade in optische Signale umgesetzt werdenden elektronischen Signalen Adreßsignale hinzufügen, wobei die Adressen die Signale an die nach der Detektion durch einen optischen Detektor entsprechenden Zielstelle richten. Wegen der großen Übertragungsfähigkeiten von Lichtleitfasern ist eine einzelne Faser offensichtlich praktikabel für die Übertragung von Informationen zwischen PWBs. Die Umsetzung optischer Signale in elektronische Signale durch den Photodetektor und ihre geeignete Verteilung sind ebenfalls Angelegenheiten innerhalb der Fähigkeiten eines Fachmanns.
Die Struktur des Rückwandgliedes 12 ist mit seiner großen Anzahl gekrümmter Rillen veränderlicher Tiefe komplex. Es wird erwarted, daß die Erfindung für weit mehr als fünf PWBs nützlich sein wird, was den Zusammenbau von Rillen sogar noch komplizierter machen würde. Der ausgleichende Vorteil ist, daß die Rückwandglieder zur Verwendung als Allzweck- Rückwandleiterplatten zum Verbinden beliebiger der verschiedenen Arten von PWBs in Massenproduktion hergestellt werden können. Somit mag es in einem gegebenen System nicht notwendig sein, Informationen von z.B. PWB 11E zum PWB 11B zu übertragen. Trotzdem stellt die Erfindung diese Fähigkeit bereit, was wiederum ein großes Maß an Konstruktionsflexibilität bei ihrer Verwendung mit beliebigen der verschiedenen Arten von elektronischen Systemen bereitstellt. Wie bekannt ist, ist die tatsächliche Größe von Lichtleitfasern sehr klein, typischerweise zweihundertfünfzig Mikrometer im Durchmesser, und die Gehäusegrößen von optischen Quellen wie Lasern und Photodetektoren sind ebenfalls recht klein und fügen dem Volumen des Systems nicht spürbar viel hinzu. Falls eine dünnere Kunststoffbeschichtung verwendet wird, kann der Lichtleitfaserdurchmesser auf der Größenordnung von einhundertfünfzig Mikrometer liegen. Es wird erwartet, daß die Rückwandglieder 12 mit niedrigen Kosten durch Spritzguß aus Kunststoff hergestellt werden können. Die Lichtleitfasern 18 können zur späteren Verbindung mit PWB-Baugruppen permanent in dem Rückwandglied 12 befestigt werden.
Der Hauptbewegungsgrund bei der Konzipierung der Erfindung war die Reduzierung der Blindleistungs- und Wirkleistungsverluste von Verbindungen gedruckter Leiterplatten, die die Geschwindigkeit begrenzen, mit der solche Systeme betrieben werden können. Derselbe Bewegungsgrund kann zum Einsatz von optischen Wellenleitern auf den einzelnen gedruckten Leiterplatten führen, einem Ansatz, der heute energisch verfolgt wird. In der Tat könnten alle Übertragungsleitungen auf den gedruckten Leiterplatten optische Wellenleiter sein - in diesem Fall gäbe es keinen Bedarf an separaten Laserquellen oder Photodetektoren zur Verbindung. Das heißt, wenn die Übertragungsleitungen 20 der FIG. 2 optische Wellenleiter wären, könnten sie direkt an die Lichtleitfasern 18 der FIG. 4 angekoppelt werden. Die Übertragungsleitungen der gedruckten Leiterplatten könnten offensichtlich auch eine Kombination elektrischer und optischer Übertragungsleitungen sein.
Wieder auf FIG. 1 bezugnehmend stellt die Erfindung zusätzlich zur Verbindung aller gedruckten Leiterplatten Verbindungswege zwischen jedem Quellenelement 13A-13E und einem Quellenanschluß 26, und zwischen jedem Detektorelement 14A-14E und einem Detektoranschluß 27 bereit. Bezugnehmend auf FIG. 3 legt der Detektoranschluß 27 die mit den Detektorelementen der gedruckten Leiterplatten verbundenen Lichtleitfasern 18 frei, während der Anschluß 26 die mit den Quellenelementen verbundenen Lichtleitfasern 18 freilegt. Falls während des Betriebs eine beliebige der Verbindungen zwischen beliebigen der Quellenelemente und beliebigen der Detektorelemente beschädigt oder unterbrochen wird, kann man eine Ersatzverbindung einfach durch Verbinden der entsprechenden Anschlußenden des Detektoranschlusses 27 und des Quellenanschlusses 26 herstellen. Wenn zum Beispiel, bezugnehmend auf FIG. 4, die das Quellenelement 13A mit dem Detektorelement 14E verbindende Lichtleitfaser 18A versehentlich unterbrochen würde, könnte man durch Auffinden der mit dem Quellenelement 13A verbundenen Lichtleitfaser des Anschlusses 26 und der mit dem Detektorelement 14E verbundenen Lichtleitfaser des Anschlusses 27 und deren Zusammenschalten mit einer externen Lichtleitfaser eine Ersatzverbindung herstellen. Diese Fähigkeit macht es praxisnäher, die Lichtleitfaser 18 permanent innerhalb des Rückwandglieds zu befestigen; zum Beispiel können die Rillen 16 nachdem die Lichtleitfasern 18 angebracht wurden mit Epoxidharz gefüllt werden.
Aus dem Vorangehenden ist einzusehen, daß die maximale Verwendung der Erfindung zu völlig neuen Verfahren der Systemorganisation führen kann. Zum Beispiel können alle PWBs verschiedener Arten von Systemen mit optischen Quellen- und Detektorelementen in gemeinsamen Bereichen auf den PWBs hergestellt werden. Identische Rückwandglieder können dann verwendet werden, um Verbindung bereitzustellen, ungeachtet von Systemanforderungen; der Prozessor auf jeder PWB stellt die richtige Wegeführung für die Erfüllung der Systemanforderungen bereit.
Verglichen mit herkömmlichen elektronischen Rückwandleiterplatten ist die optische Rückwandleiterplatte der FIG. 1 weniger kompakt und beansprucht mehr Raum. Ein anderer möglicher Nachteil ist das Erfordernis, alle optischen Eingänge und Ausgänge auf denselben gemeinsamen Bereichen der PWBs zu plazieren. Bezugnehmend auf FIG. 10 und 11 werden diese Probleme durch Verwenden eines optischen Rückwandglieds 32 zum Tragen einer Mehrzahl von gedruckten Leiterplatten 31A-31C behoben. Eine breite Oberfläche 33 stößt an die Ränder der PWBs 31A-31C, während eine gegenüberliegende Oberfläche 34 die verbindenden Lichtleitfasern 35 trägt, wie in FIG. 11 gezeigt. Die Lichtleitfasern 35 sind mit Lichtleitfasern 36 der gedruckten Leiterplatte durch Tragelemente oder MAC-Verbinder 25 verbunden, die dieselben wie die in FIG. 8 und 9 gezeigten sein können. Die PWB-Lichtleitfasern 36 können mit einer optischen Quelle, einem optischen Detektor oder einem zu der PWB gehörenden optischen Wellenleiter an einer oder an einer beliebigen von mehreren Stellen auf der PWB verbunden werden. Wie zuvor können die optischen Detektoren eintreffende optische Energie in elektrische Energie umsetzen, während die optischen Quellen abgehende elektrische Energie in optische Energie umsetzen können. Die Lichtleitfasern 35 können auch über einen MAC-Verbinder 25A, der sich vorzugsweise in der Nähe der Peripherie des optischen Rückwandglieds 34 befindet, mit externen Schaltungen verbunden werden.
Das optische Rückwandglied 32 weist eine ausreichende Stärke zwischen gegenüberliegenden Oberflächen 33 und 34 auf, um einen angemessen weiten Krümmungsradius bereitzustellen, durch den jede Lichtleitfaser beim Herstellen der Verbindung zwischen der Oberfläche 34 und dem MAC-Verbinder 25 gebogen werden muß. Typische Abmessungen der Rückwandleiterplatte 32 sind acht Zoll mal sechzehn Zoll mal drei Zoll Stärke. Es kann gezeigt werden, daß für digitale Übertragung mit praxisnahen Leistungspegeln der minimale Krümmungsradius, durch den eine Lichtleitfaser ohne wesentliche Verluste zu erleiden gebogen werden darf, ein Zoll beträgt. Eine Stärke von drei Zoll ist zwar größer als eine normale elektrische Rückwandleiterplatte, vermeidet aber einen großen Teil des Einrichtungsvolumens der FIG. 1 und 2 und stellt dabei immer noch einen ausreichend großen Krümmungsradius für die Lichtleitfasern bereit, um bedeutsamen Verluste zu vermeiden. FIG. 16 zeigt eine vergrößerte Ansicht der Öffnungen 37 in der optischen Rückwandleiterplatte 32, durch die die Lichtleitfasern 35 verlaufen. Es ist ersichtlich, daß die Wandteile 38 gerundet sind, um nach der Vollendung des Zusammenbaus einen angemessen allmählichen Radius für die Krümmung der Lichtleitfasern zu erlauben. Zusätzlich zu den gezeigten Lichtleitfasern kann das Rückwandglied 32 elektrische Versorgungs- und/oder Masseleitungen für die PWBs halten; dies gilt auch für die Ausführungsform der FIG. 1.
FIG. 12-17 stellen Techniken für den Zusammenbau der Struktur der FIG. 10 und 11 dar, gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung. Bezugnehmend auf FIG. 12 besteht der erste Schritt darin, entsprechende Öffnungen 37 im optischen Rückwandglied 32 herzustellen. Das optische Rückwandglied 32 kann beispielsweise massiver Kunststoff sein, und die Öffnungen 37 werden mit den entsprechenden gerundeten Wänden 38 hergestellt, die unter Bezugnahme auf FIG. 16 besprochen werden.
Bezugnehmend auf FIG. 13 besteht der nächste Schritt darin, alle Öffnungen wie gezeigt mit einem "abziehbaren" Kunststoffolienelement 39 zu bedecken, was zum Beispiel KAPTON oder MYLAR sein kann, beides Warenzeichen der Firma DuPont, Wilmington, Delaware. Die abziehbare Folie wird haftend an dem optischen Rückwandglied 35 angebracht, doch ist ein solches Anhaften nicht permanent, und sie kann nach Belieben manuell von dem Glied abgezogen werden; geeignete Haftstoffe umfassen PHOTOMOUNT, ein Warenzeichen der Firma 3M in Minneapolis, Minnesota, und verschiedene druckempfindliche Siliziumklebstoffe. An einem Ende jedes der Folienelemente 39 befindet sich eine untere Hälfte eines MAC-Verbinders 28, die dem Glied 28 der FIG. 8 und 9 entspricht. Das Glied 28 definiert eine Gruppe von V-Rillen, von denen jede für das Tragen einer einzelnen Lichtleitfaser geeignet ist. Die Sollwege der Lichtleitfasern sind in FIG. 11 gezeigt. Der nächste Schritt besteht darin, Haftstoff 40 auf alle Bereiche des Lichtleitfaserelements 35 aufzutragen, die als Teil des Lichtleitfaserwegs vorgesehen sind. Dieser Haftstoff, der von Bostick, Inc. in Boston, Massachusetts erhältlicher Folienklebstoff der Reihe 500 oder 600 sein kann, bedeckt auch die freigelegten Oberflächen der abziehbaren Folienelemente 39 und der Verbinder 28.
Bezugnehmend auf FIG. 14 werden als nächstes Lichtleitfasern über die klebenden Bereiche 40 gelegt, so daß sie sich in die MAC-Verbinderteile 28 hinein erstrecken (aus Gründen der Klarheit ist der Haftstoff 40 in der FIG. 14 nicht gezeigt). Die Lichtleitfasern 35 können von Hand auf dem Haftstoff plaziert werden, werden aber vorzugsweise unter Verwendung bekannter Techniken zum Führen feiner elektrischer Drahtleiter in dem gewünschten Muster positioniert. Die Plazierung eng gepackten feinen Kupferdrahts wird zum Beispiel in dem U.S.-Patent von Swiggett et al., Nr. 4 693 778, gewährt am 15. September 1987, und im U.S. Patent von Lassen, Nr. 4 541 882, gewährt am 17 September 1985 beschrieben.
Bezugnehmend auf FIG. 15 wird als nächstes eine haftende Kunststoffverkapselungsschicht plaziert, so daß sie über allen Lichtleitfasern 35 liegt. Die Schnittansicht der FIG. 16 zeigt die Haftschicht 40, die abziehbare Kunststoffolie 39, die Lichtleitfaser 35 und die Verkapselungsschicht 42 in diesem Stadium des Zusammenbaus. Schließlich wird zur Bildung des in FIG. 17 gezeigten Verbinderelements 25 der obere Teil des MAO-Verbinders auf dem unteren Teil 28 angebracht. Das Verbinderelement 25 wird nach dem Abziehen der Lichtleitfaser und der abziehbaren Folie 39 von dem optischen Rückwandglied zusammengebaut. An diesem Punkt erhält der Haftstoff 40 das Anhaften des Hauptteils der Lichtleitfaser an dem optischen Rückwandglied aufrecht. Nach dem Zusammenbau des MAO-Verbinders 25 in der in FIG. 17 als (1) angedeuteten Lage wird der Verbinder wie gezeigt an der mit (2) angedeuteten Position in die Öffnung 37 eingeführt. Die verbleibenden Verbinderteile 28 werden zurückgezogen und auf die gleiche Weise zu vollen MAO-Verbindern zusammengebaut und in die angrenzenden Öffnungen 37 eingeführt. Lichtleitfaserenden können danach wie in der Technik bekannt poliert und Verbindungen mit entsprechenden MAC-Verbindern der einzelnen PWBs 31A-31C zum Bilden des in FIG. 10 und 11 gezeigten Musters hergestellt werden.
Bezugnehmend auf FIG. 18, die eine alternative Ausführungsform darstellt, kann der MAC- Verbinder 25, nachdem er wie in FIG. 17 zusammengebaut wurde, in einem Kunststoffgehäuse 44 mit Federklemmen 45 angebracht werden. Die Lichtleitfasern 35 läßt man durch das Gehäuse laufen, nachdem sie durch den Schritt der FIG. 17 "abgezogen" wurden. Das Gehäuse wird dann durch eine Öffnung in der optischen Rückwandleiterplatte 32 hindurch eingeführt, bis ein Anschlagteil 46 erreicht wird. Nach vollständiger Einführung durch die Öffnung öffnen sich die Federklemmen 45, um Bewegung nach links zu verhindern und halten zusammen mit dem Anschlagteil 46 den MAC- Verbinder 25 und die Lichtleitfasern 35 sicher in der optischen Rückwandleiterplatte 32. Ein passender, zur PWB gehörender MAC-Verbinder verbindet dann die zu der Platte gehörenden Lichtleitfasern optisch mit den Fasern 35.
Zu bemerken ist, daß in der Ausführungsform der FIG. 10 und 11 Verbindungen zu jeder PWB an mehr als einer Stelle hergestellt werden können, was zu größerer Konstruktionsflexibilität für ein gegebenes elektronisches System führen kann. Selbstverständlich können falls erwünscht Eingangs-Ausgangselemente in einem Gebiet jeder PWB konzentriert werden. Die MAC- Verbinder 25A zur Verbindung mit externen Schaltungen können sich an beliebiger Stelle auf dem Rückwandglied 34 befinden und sind vielleicht etwas leichter zu verwenden als die Anschlüsse 26 und 27 der FIG. 1.
Neben den ausführlich oben beschriebenen können Fachleute verschiedene Modifikationen und Ausführungsformen der Erfindung herstellen, ohne den Schutzbereich der Erfindung zu verlassen. Zum Beispiel können in der Ausführungsform der FIG. 10 und 11 zusätzliche Lichtleitfaserverbindungen zwischen den MAC-Verbindern 25 und externen Anschlüssen hergestellt werden, die dieselbe Funktion wie die Anschlüsse 26 und 27 der FIG. 1 und 3 ausführen würden, d.h. Bereitstellen von Anschlüssen für Brückenverbindungen, die unterbrochene Fasern auf der Rückwandleiterplatte ersetzen können.

Claims

1. Verbindungseinrichtung mit folgenden:

einer im wesentlichen parallelen Anordnung erster flacher Glieder (11), die darauf jeweils eine Mehrzahl optischer Übertragungswege definieren;

einer Mehrzahl optischer Eingangs- (13) und Ausgangs-(14)Elemente auf jedem der ersten flachen Glieder, wobei die optischen Eingangs- und Ausgangselemente jedes ersten flachen Gliedes sich beide innerhalb eines begrenzten Bereichs in der Nähe einer ersten Kante des entsprechenden ersten flachen Gliedes befinden und an Übertragungswege des entsprechenden ersten flachen Gliedes angekoppelt sind;

einem zweiten flachen Glied (12), das sich im wesentlichen quer zu der parallelen Anordnung erstreckt, dadurch gekennzeichnet, daß das besagte zweite flache Glied eine erste Kante aufweist, die die erste Kante jedes ersten flachen Gliedes in der Nähe des begrenzten Bereichs jedes ersten flachen Gliedes kontaktiert;

eine Mehrzahl gekrümmter Rillen (16) im zweiten flachen Glied, wobei sich jede Rille zwischen einem Paar erster flacher Glieder erstreckt und Enden an der ersten Kante des zweiten flachen Gliedes aufweist,

und einer Mehrzahl von Lichtleitfasern (18), die in jeder entsprechenden Rille verschiedene Eingangs- und Ausgangselemente der ersten flachen Glieder miteinander verbindend gestapelt sind, wobei jede Rille zumindest tief genug ist, um die Anzahl von sich zwischen den ersten flachen Gliedern erstreckenden Lichtleitfasern aufzunehmen.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, wobei die optischen Ausgangselemente Lichtquellen umfassen und die optischen Eingangselemente Photodetektoren umfassen.

3. Einrichtung nach Anspruch 1, wobei mindestens gewisse der Übertragungswege Lichtwellenleiter umfassen und mindestens gewisse der optischen Ausgangselemente erste Enden von Lichtwellenleitern umfassen; und mindestens gewisse der optischen Eingangselemente zweite Enden von Lichtwellenleitern umfassen.

4. Einrichtung nach Anspruch 1, wobei das erste flache Glied eine Leiterplatte ist.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, wobei die Ausgangselemente Laserlichtquellen sind und die Eingangselemente Photodetektoren sind.

6. Einrichtung nach Anspruch 1, wobei das zweite flache Glied im wesentlichen senkrecht zu den ersten flachen Gliedern ist und eine Hauptebene aufweist, die sich durch die ersten flachen Glieder hindurch erstreckt.

7. Einrichtung nach Anspruch 6, wobei entgegengesetzte Endteile jeder Lichtleitfaser mit unterschiedlichen ersten flachen Gliedern verbunden sind;

jeder Endteil jeder Lichtleitfaser im wesentlichen parallel zu dem ersten flachen Glied ist, mit dem er verbunden ist;

und die Teile jeder Lichtleitfaser zwischen entgegengesetzten Endteilen eine im wesentlichen U- förmige Konfiguration aufweist.

8. Verbindungseinrichtung mit folgenden:

einer im wesentlichen parallelen Anordnung von Leiterplatten (11), die jeweils elektronische Schaltungen tragen; wobei die elektronischen Schaltungen jeder Leiterplatte eine Lichtquelle (13) zum Umwandeln eines elektrischen Ausgangssignals in Ausgangslichtwellen und Mittel mit einem Lichtdetektor (14) zum Umwandeln eines Eingangslichtwellensignals in ein elektrisches Eingangssignal umfassen, wobei sich die besagte Quelle und der besagte Detektor innerhalb eines begrenzten Bereichs in der Nähe einer ersten Kante ihrer Leiterplatte befinden;

einem flachen Rückwandglied, das sich im wesentlichen quer zu der parallelen Anordnung von Leiterplatten erstreckt; dadurch gekennzeichnet, daß das besagte Rückwandglied eine erste Kante aufweist, die die erste Kante jeder Leiterplatte kontaktiert;

sich eine Mehrzahl gekrümmter Rillen (16) im Rückwandglied befindet, wobei sich jede Rille zwischen einem Paar von Leiterplatten erstreckt und Enden an der ersten Kante der Rückwand aufweist; und

einer Mehrzahl von in jeder entsprechenden Rille gestapelten Lichtleitfasern (18), wobei jede Faser an einem Ende an eine Lichtquelle einer Leiterplatte und am anderen Ende an einen Lichtdetektor einer weiteren Leiterplatte angekoppelt ist und jede Rille zumindest tief genug ist, um die Anzahl von sich zwischen den Leiterplatten erstreckenden Lichtleitfasern aufzunehmen.

9. Einrichtung nach Anspruch 8, wobei die Leiterplatten jeweils eine erste Hauptebene aufweisen, wobei die ersten Ebenen im wesentlichen parallel sind;

die Rückwand eine zweite Hauptebene aufweist, die im wesentlichen senkrecht zu allen ersten Ebenen steht und sich durch alle ersten Ebenen hindurch erstreckt.

10. Einrichtung nach Anspruch 8, wobei jede Lichtleitfaser Endteile aufweist, die jeweils im wesentlichen parallel zu der Leiterplatte liegen, mit der sie verbunden ist;

und die Teile jeder Lichtleitfaser zwischen entgegegugesetzten Endteilen eine im wesentlichen U- förmige Konfiguration aufweisen.

11. Einrichtung nach Anspruch 8, wobei die Lichtquellen und Lichtdetektoren der Leiterplatten sich in gemeinsamen Bereichen dieser Leiterplatten befinden;

die gemeinsamen Bereiche jeder Leiterplatte sich in der Nähe einer ersten Kante dieser Leiterplatte befinden;

das Rückwandglied eine erste Kante aufweist, die die erste Kante jeder Leiterplatte in der Nähe des gemeinsamen Bereichs dieser Leiterplatte kontaktiert;

und jede der gekrümmten Rillen entgegengesetzte Enden an der ersten Kante des Rückwandgliedes aufweist.

12. Einrichtung nach Anspruch 11, wobei entgegengesetzte Endteile jeder Lichtleitfaser mit unterschiedlichen Leiterplatten verbunden sind;

jedes Ende jeder Lichtleitfaser im wesentlichen parallel zu der Leiterplatte liegt, mit der es verbunden ist;

und die Teile jeder Lichtleitfaser zwischen entgegengesetzten Endteilen eine im wesentlichen U- förmige Konfiguration aufweisen, mit einem Krümmungsradius, der groß genug ist, um eine bedeutsame Einführung von Lichtverlust zu vermeiden.

13. Einrichtung nach Anspruch 12, wobei das Rückwandglied im wesentlichen senkrecht zu den Leiterplatten liegt und eine Hauptebene aufweist, die sich durch die Leiterplatten hindurch erstreckt.