FR3125339A1 - Champ d'information de photons permettant de multiples interconnexions dynamiques de modules Opto-électroniques programmables. - Google Patents

Champ d'information de photons permettant de multiples interconnexions dynamiques de modules Opto-électroniques programmables. Download PDF

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Abstract

L’invention présente un module optronique comprenant : Un circuit optronique comprenant un circuit imprimé formé par une plaque isolante présentant des pistes conductrices Des composants optroniques comportant des broches métalliques comprenant au moins une broche d’entrée-sortie d’un signal numérique, une broche de masse et une broche d’alimentation électrique, au moins un connecteur optique pour l’entrée-sortie d’un signal lumineux bidirectionnel Figure d’abrégé : 1

Description

Champ d'information de photons permettant de multiples interconnexions dynamiques de modules Opto-électroniques programmables.
Domaine de l’invention
La présente invention concerne le domaine de l’optronique combinant l'électronique, l'optique et la photonique. Elle concerne plus particulièrement des composants électroniques qui émettent ou interagissent avec la lumière et des architectures physiques, photoniques et informatiques de modules optroniques.
Les circuits imprimés (en anglais PCB) sont traditionnellement constitués d’une plaque isolante sur laquelle sont gravés ou déposées des pistes en cuivre conduisant l’électricité en permettant aux électrons de circuler librement dans le circuit formé par les pistes conductrices. Les électrons sont des particules subatomiques à charge négative interagissant entre eux et avec d’autres particules. Ces interactions ralentissent les électrons dans leurs déplacements dans les circuits intégrés, limitent la quantité d’informations pouvant être transmises et génèrent de la chaleur, ce qui entraîne une perte d’énergie. Un dissipateur de chaleur ou une autre technique de refroidissement est le plus souvent nécessaire pour réguler la génération de chaleur, sans quoi les composants électriques risquent de subir des dommages irréversibles.
Plus récemment, on a proposé des circuits intégrés photoniques qui utilisent des photons, particules élémentaires sans masse représentant un quantum d’énergie de lumière, au lieu d’électrons. Les photons se déplacent à la vitesse de la lumière dans le milieu de transmission, en n’interférant pratiquement pas entre eux. Cet avantage permet d’augmenter de manière significative la bande passante et la vitesse du circuit, tout en réduisant énormément la perte d’énergie, pour un meilleur rendement énergétique. Ces circuits intégrés photoniques comportent des guides d’onde remplaçant les pistes conductrices des circuits antérieurs.
Des techniques de multiplexage permettent d’envoyer un très grand nombre de signaux à travers ces guides d’onde monomode, dépassant de plusieurs ordres de grandeur le nombre de signaux pouvant être transmis par le cuivre.
On a aussi proposé une solution hybride combinant un circuit photonique et un PCB conventionnel, notamment dans le secteur des télécommunications, où des informations haut débit sont transmises via des guides d’ondes à fibre optique avant d’être converties en signaux numériques pouvant être traités par les dispositifs électroniques usuels, car les infrastructures énergétiques et réseaux de données traditionnels existent sur les structures électriques, mais pas sur les structures photoniques.
Etat de la technique
On connaît dans l’état de la technique le brevet américain US10739518B2 décrivant un dispositif de multiplexage par répartition en longueur d'onde (WDM), comprenant une puce optique comprenant une pluralité de dispositifs optiques, comprenant à la fois des dispositifs émetteurs et des dispositifs récepteurs, le long du trajet de transmission, dans lequel chaque dispositif émetteur est configuré pour fonctionner à une longueur d'onde différente et chaque dispositif récepteur est configuré pour fonctionner à une longueur d'onde différente, et dans lequel chaque dispositif optique est respectivement sélectionné dans le groupe constitué d'une photodiode et d'un laser, positionnés de telle sorte que le dispositif optique soit à une distance focale de la lentille, et comprenant un filtre optique, couvrant une région active du dispositif optique, qui est configuré pour transmettre un signal lumineux à une première longueur d'onde et pour réfléchir les signaux lumineux reçus à des longueurs d'onde autres que la première longueur d'onde.
Le brevet US8639067 décrit un circuit imprimé optique, comprenant une plaque présentant une couche de guide d'ondes optique comprenant une première couche, une couche centrale de câblage optique d'un matériau ayant un indice de réfraction plus élevé que celui de la première couche, et une seconde couche formée sur la couche centrale de câblage optique. Un réseau de dispositifs optiques est monté sur la couche de guide d'ondes optique. Un motif de noyau de miroir ayant une partie de miroir qui réfléchit un faisceau optique d'entrée / sortie concernant un circuit externe ou le dispositif optique dans une direction différente par rapport au plan de la carte, et un motif de noyau de câblage optique qui transmet un faisceau optique d'entrée à la partie miroir ou un faisceau optique de sortie de la partie miroir.
On connait aussi le brevet européen EP1359441 décrivant une carte de câblage photoélectrique qui comprend une carte percée d'un trou de passage, une couche de câblage photoélectrique constituée d'un cœur contrecollé à la carte pour transmettre la lumière et d'une gaine) contenant le cœur. Le cœur comprend un guide d'onde horizontal servant à propager horizontalement la lumière le long de la carte de câblage électrique, et un guide d'onde vertical qui croise le guide d 'onde horizontal et dont une partie est disposés dans le trou de passage pour propager la lumière dans une direction normale par rapport à la carte de câblage électrique.
Le brevet japonais JP2007010859 décrit un autre exemple de carte optronique présentant un guide d'onde optique de communication optique capable de former un motif de câblage de communication optique arbitraire, c'est-à-dire un motif de guide d'onde optique.
Inconvénients de l’art antérieur
Les solutions de l’art antérieur permettent certes d’augmenter le débit des informations par l’utilisation de guides d’onde optiques à la place de pistes conductrices électriques, mais de telles cartes sont beaucoup plus difficiles à réaliser que les cartes traditionnelles à pistes en cuivre.
Les cartes hybrides sont par ailleurs totalement figées au moment de leur fabrication. Contrairement aux circuits imprimés à pistes conductrice dont on pouvait facilement corriger une erreur dans le dessin des pistes en grattant une piste ou en reliant par un pont métallique deux pistes, les cartes à guide d’ondes optiques ne permettent aucune modification de la topologie après avoir été fabriquées.
De surcroît, l'état figé des cartes à guide d'ondes optique, qu'elles soient hybrides ou purement optiques, ne permet pas d'interconnecter dynamiquement des circuits selon diverses topologies, tel qu'il est en revanche aisé de le réaliser instantanément, grâce à la présente invention. Les solutions de l'art antérieur étant dépourvues de champs d'information au sens de la présente invention, certaines topologies d'interconnexions (ex. mesh, extended star,…) en plus d'être figées, sont complexes et couteuses à réaliser.
Solution apportée par l’invention
L’invention vise à répondre aux inconvénients de l’art antérieur en proposant une solution technique permettant de mettre en œuvre instantanément, sans dépenses additionnelles, un large éventail de topologies d'interconnexions dynamiques, comme à titre d'exemple non limitatif des topologies de : réseau en Bus, réseau en étoile (« Star » en anglais), anneau à jeton (« Ring » en anglais), topologie en double anneau (« Dual ring » en anglais), structure arborescente (« Tree topology » en anglais), réseau maillé (« Mesh » en anglais), réseaux profonds à couches convolutionnelles (« Fully connected » en anglais), topologie en étoile étendue (« extended Star » an anglais), combinaison de différentes topologies (« Hybrid topology » en anglais), etc.
L’invention concerne selon son acception la plus générale un module optronique comprenant :
  1. Un circuit optronique comprenant un circuit imprimé formé par une plaque isolante présentant des pistes conductrices
  2. Des composants optroniques comportant
    1. des broches métalliques comprenant au moins une broche d’entrée-sortie d’un signal numérique, une broche de masse et une broche d’alimentation électrique,
    2. au moins un connecteur optique pour l’entrée-sortie d’un signal lumineux bidirectionnel
caractérisé en ce que :
  • ledit circuit imprimé comporte au moins un champ d’information transparent tridimensionnel dans lequel débouchent perpendiculairement des vias optiques dont l’une des extrémités est complémentaire des connecteurs optiques desdits composants optroniques et l’autre extrémité comprend un cône inversé réfléchissant dont la pointe est dirigée vers le composant optronique et concentrique avec l’axe longitudinal dudit via optique, la pente de la surface réfléchissante étant de 45° pour réfléchir de façon omnidirectionnelle la lumière provenant du connecteur optique dudit composant optronique dans le plan dudit champ d’information transparent tridimensionnel et/ou pour transmettre selon l’axe longitudinal dudit via la lumière provenant d’une direction quelconque dudit champ informationnel et réfléchi par ladite surface conique réfléchissante
  • en ce que lesdits composants optroniques comportent au moins un émetteur de lumière multi spectrale et au moins un capteur optique multi spectrale connectés optiquement audit via optique
  • lesdits composants optroniques étant programmables par des signaux électriques reçues sur ladite au moins une broche d’entrée-sortie d’un signal numérique pour commander la sélection d’un ou plusieurs spectres d’émission actifs dudit émetteur de lumière multi spectrale et pour commander la sélection d’un ou plusieurs spectres d’émission actifs dudit un capteur optique multi spectrale.
Selon un mode de réalisation préféré, ledit circuit imprimé comporte des pistes conductrices comprenant des pistes conductrices de puissance pour l’alimentation électrique desdits modules optroniques et des pistes conductrices de liaison pour la transmission de données numériques avec lesdits modules optroniques.
Selon une alternative, le circuit imprimé comporte uniquement des pistes conductrices d’alimentation, les données numériques étant transmises par un codage du signal d’alimentation de type PWM (Pulse Width Modulation), en français MLI (Modulation en Largeur d'impulsions).
Selon une première variante, ledit circuit imprimé comporte au moins un coupleur optique pour le raccordement d’une fibre optique audit champ d’informations.
Selon une deuxième variante, ledit circuit imprimé comporte au moins un coupleur optique pour le raccordement audit champ d’informations d’un via optique assurant l’entrée-sortie d’un signal lumineux bidirectionnel entre ledit champ d’informations et un équipement optronique périphérique.
Selon un mode de réalisation particulier, ledit circuit imprimé comporte au moins deux champs d’information transparents tridimensionnels parallèles, et en ce que qu’une partie au moins desdits vias comportent un anneau de masquage dont la position correspond au niveau de l’un desdits au moins deux champs d’information transparents tridimensionnels.
Les circuits intégrés comportent au moins un coupleur optique auquel on peut raccorder : soit une fibre optique associée au champ d’informations dans sa version "solide" (constitué d'un solide en Verre, Acrylique, Polycarbonate) , soit un via optique associé au champ d'informations dans sa version gazeuse (cavité remplie d'air ou de gaz…).
L’invention concerne aussi un via pour l’interconnexion d’un circuit optronique et d’un composant optronique pour la réalisation d’un module optronique caractérisé en ce qu’il est constitué par un segment tubulaire de fibre optique ou un tube rempli d'air dont l’une des extrémités frontales est recouverte par une lentille et l’autre extrémité présente un cône réfléchissant (303) coaxial avec le segment et présente une pente de 45°.
L’invention concerne aussi un composant optronique pour la réalisation d’un module optronique caractérisé en ce qu’il comprend des diodes électroluminescentes et des photorécepteurs associés à des filtres chromatiques ainsi qu’un contrôleur électronique paramétrable par un signal électrique transmis par circuit imprimé ledit contrôleur commandant le paramétrage pour déterminer la ou les diodes électroluminescentes actives pour l’émission de données par le composant optronique considéré, ainsi que le ou les filtres actifs pour la réception de données par ce composant optronique.
Description détaillée d’un exemple non limitatif de réalisation
La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit, concernant un exemple non limitatif de réalisation illustré par les dessins annexés où :
la représente une vue en coupe schématique d’un circuit selon l’invention
la représente une vue en coupe schématique de face d’un via selon l’invention
la représente une vue en coupe schématique de côté d’un via selon l’invention
la représente une vue schématique du positionnement des vias dans le champ informationnel tridimensionnel
la représente une vue schématique de l’architecture matérielle d’un module électronique
la représente une vue schématique de l’architecture matérielle d’un module électronique optique et de couplage de type émetteur-récepteur (en anglais « transceiver »)
la représente une vue en coupe schématique de côté d’un coupleur de liaison selon l’invention
la représente une vue en coupe schématique d’une variante de plaque optronique préférée pour des modules photoniques qui s'alimentent via une source de lumière mutualisée selon l’invention
la représente une vue schématique d’une première variante d’interconnexion d’un champ d’information bidirectionnel selon l’invention
la représente une vue schématique d’une deuxième variante d’interconnexion d’un champ d’information bidirectionnel selon l’invention.
Description du principe général
La illustre le principe général de l’invention. Elle est basée sur un circuit optronique (100) formé par un assemblage multicouche d’une plaque (110) constitué d’un matériau isolant, d’une ou de plusieurs lames planes transparentes ou de lames délimitant une cavité remplie d'air ou d’un gaz inerte (120) et d’une plaque opaque (130). Des pistes métalliques (140 à 142) sont formées sur le matériau isolant (110), comme il est d’usage pour un circuit imprimé électronique habituel. Le circuit imprimé (110) est formé par une plaque isolante traditionnellement une résine d’époxy ou une feuille de bakélite et plus généralement tout matériau connu pour la réalisation de circuit imprimé.
La ou les couches transparentes (120) forme un champ informationnel permettant la propagation de la lumière dans ce volume présentant une hauteur de quelques millimètres, typiquement d’environ 10 millimètres.
Ce champ informationnel (120) est de préférence formé par un volume creux situé entre le circuit imprimé (110) et une plaque de fermeture (130) non réfléchissante, reliées par une bordure périphérique dont la surface intérieure est traitée non-réfléchissante. Ce volume contient de l’air ou éventuellement un gaz inerte tel que de l’argon, du krypton ou du xénon
Ce champ informationnel (120) peut aussi être formé par un matériau transparent. Il peut être accolé directement au matériau isolant de la plaque (110). On peut aussi prévoir un revêtement opaque, sous forme de vernis par exemple, entre la couche transparente (120) et la plaque isolante (110), et/ou entre deux couches transparentes (120) adjacentes. La surface extérieure de la couche transparente (120) est revêtue d’un vernis opaque (130).
Dans le cas d’un champ informationnel (120) plein, le matériau transparent est constitué par exemple par une plaque en acrylique, en verre, en polycarbonate, d’une épaisseur de 10 millimètres par exemple. L’espace est dans ce cas défini par un cadre périphérique par exemple.
Les parois latérales de la couche transparente (120) sont revêtues d’un matériau anti-réfléchissant opaque.
Les modules électroniques (200, 210) sont montés sur le circuit optronique (100), et sont liés mécaniquement par exemple par des clips fixés sur la plaque isolante (110). Ces modules (200, 210) présentent des pattes métalliques (111 à 114) soudées sur les pistes conductrices (140 à 142). Ces pistes conductrices (140 à 142) sont notamment destinées à l’alimentation électrique des modules (200, 210). Ces modules comportent un contrôleur et une mémoire ainsi qu’une interface optronique, pour établir une communication optique en émission et en réception, par exemple par l’intermédiaire d’une diode électroluminescente et un capteur opto-électronique, via un connecteur optique traversant le boîtier du module (200, 210).
La communication optique entre les modules (200, 210) et avec des périphériques se fait par l’intermédiaire des couches transparentes (120), de vias (300) constitués d’une fibre optique décrites ci-après.
Détail de réalisation des vias
Un via (300, 310), illustré par les figures 2 et 3, est constitué par un segment tubulaire de fibre optique ou un tube rempli d'air (301) présentant un diamètre de 5 millimètres, à titre d’exemple. L’une des extrémités frontales de ce segment (301) est recouverte par une lentille (302). L’autre extrémité présente un cône réfléchissant (303) formé par exemple par métallisation de la surface d’un perçage conique pratiqué dans l’extrémité frontale opposée à la lentille (302). Ce cône réfléchissant (303) est coaxial avec le segment (301) et présente une pente de 45°. Le segment (301) peut présenter une fenêtre (304) s’ouvrant sur la hauteur de la couche transparente (120), avec une étendue angulaire qui est variable.
Alternativement, le cône réfléchissant peut être réalisé par un insert réfléchissant présentant une surface poli-miroir.
Implantation des modules électroniques (200)
Les modules électroniques (200 à 280) sont fixés sur le circuit optronique (100). Chacun des modules électroniques (200 à 280) est relié optiquement au champ informationnel (120) par un via (300 à 380). La répartition organisée des modules électroniques (200 à 280) est configurée pour éviter le masquage du champ optique d’un via par un autre via. Dans l’exemple décrit, un module électronique (200) auquel est imparti une fonction de « maître » est disposé au centre d’un arc de cercle sur lequel sont disposés les autres modules électroniques (210 à 280) « esclaves ».
La zone grisée (201) représente le champ optique du via (300) du module maître (200), qui couvre environ 160°. La zone grisée (231) illustre le champ optique du via (320) de l’un des modules esclaves (220), avec également une ouverture angulaire d’environ 160°.
Les modules électroniques (200 à 280) communiquent entre eux en mode optique, et sont alimentés par les pistes électriques (140 à 142) du circuit imprimé (110). Ces pistes sont également prévues pour transmettre des données numériques, notamment pour la programmation des modules électroniques (200 à 280) et leur paramétrage.
Architecture matériel le d’un module électronique (200 à 280)
Selon une variante avantageuse, les modules électroniques (200 à 280) sont tous identiques et sont configurables dynamiquement par le biais d’un bus d’entrée sortie électrique, raccordé au circuit imprimé (110) par une patte du module (200 à 280).
Un module électronique comprend un contrôleur (500) qui peut être programmé pour analyser et produire des signaux électriques, de manière à effectuer des tâches. Il peut s’agit à titre d’exemple d'un FPGA configuré en microprocesseur à 400Mhz, d’un microcontrôleur Atmel AVR (ATmega328, ATmega32u4 ou ATmega2560, ou des processeurs plus puissants tels que ARM Cortex-M 32 bits, de M0+ à 32 MHz ou M0 à 48 MHz jusqu'au M4 à 100 MHz), et de composants complémentaires qui facilitent la programmation et l'interfaçage avec d'autres circuits. Chaque module possède au moins un régulateur linéaire 5 V et un oscillateur à quartz (ou un résonateur céramique dans certains modèles).
Le microcontrôleur (500) est préprogrammé avec un microprogramme de démarrage ( « bootloader ») de façon qu'un programmateur dédié ne soit pas nécessaire. Le module comporte également une mémoire vive (510) pour le chargement d’un code informatique via les entrées série (501) qui sont reliés aux pistes conductrices du circuit imprimé (110) du circuit optronique.
Optionnellement, un organe (520) assure la compilation en ligne de commande des programmes téléversés via les entrées série (501) pour programmer le micro-contrôleur (500), tel par exemple un interpréteur de code source d'un programme.
Optionnellement, le module comporte aussi un circuit radiofréquence pour l’entrée-sortie de données numériques à distance.
Les données de sortie du micro-contrôleur (500) sont transmis sur des liaisons séries à des circuits de mise en forme en forme (610, 620) qui commandent des circuits de modulation (710, 720) contrôlant des LED respectivement (711 à 714) et (721 à 724).
Quatre diodes électroluminescentes (711 à 714) émettent dans l’exemple décrit dans des longueurs d’onde différentes dans le spectre visible par exemple
Couleur émise Pic de longueur d’onde
Vert 540 nm
Jaune 580 nm
Orange 640 nm
Rouge 690 nm
Quatre autres diodes électroluminescentes (721 à 724) émettent dans l’exemple décrit dans des longueurs d’onde différentes dans le spectre infrarouge par exemple 750 nm, 810 nm, 860 nm et 910 nm.
Il est ainsi possible de transmettre des informations sur différentes bandes de longueur d’onde en fonction des informations à transmettre par voie optique et en fonction des équipements récepteurs concernés, dans le même et unique champ informationnel (120).
Le module comporte aussi une deuxième paire de circuits comprenant des capteurs optroniques munis de filtres dans le visible (811 à 814) et dans l’infrarouge (821 à 824), dans les mêmes longueurs d’onde que les diodes électroluminescentes susvisées. Les signaux délivrés par ces capteurs sont traités par des circuits (730, 740) et mis en forme par des circuits (630, 640) pour être transmis sur les entrées séries du microcontrôleur (500).
Avantageusement dans une variante de l'exemple décrit plus haut, on peut tout aussi bien substituer les diodes électroluminescentes par d'autres sources de lumière, notamment en employant des lasers à cavité verticale (VECSEL). L'optique sera éventuellement adaptée en fonction de la source de lumière employée.
Architecture modulaire
La combinaison entre une plaque optronique selon l’invention et un ensemble de composants optroniques configurables permet de réaliser de manière très flexible des circuits électroniques à partir d’un nombre très restreints de composants « universels » en raison de la capacité à paramétrer les interconnections par paramétrage des longueurs d’onde d’émission et de réception de chaque composant, et de chargement par la liaison électrique du circuit imprimé de jeux d’instructions permettant d’attribuer à chaque module une fonction particulière, modifiable dynamiquement à tout moment sans nécessiter de modification physique de l’ensemble.
Il est ainsi même possible de prévoir des ensembles « agnostiques » configurables à la demande, par l’assemblage d’une série de modules sur une plaque optronique, que l’utilisateur peut ensuite configurer par le simple chargement d’instructions qui vont à la fois déterminer les fonctionnalités du microcontrôleur (500), ou par chargement d'un paquet de données d’un flux de données binaires (« bitstream » en anglais) qui va configurer un FPGA, afin de sélectionner les bandes d’émission et de réception optique, pour constituer une sorte d’alternative optronique aux liaisons figées par pistes de cuivre d'un circuit imprimé traditionnel (d'une carte électronique).
Le paramétrage du composant optronique consiste à déterminer la ou les diodes électroluminescentes (711 à 714) et (721 à 724) actives pour l’émission de données par le module considéré, ainsi que la ou les filtres (811 à 814) et (821 à 824) actif pour la réception de données par ce module. L’utilisateur connaissant la topologie du circuit d’une part, et l’interconnexion totale des composants via l’espace informationnel, peut choisir la configuration qu’il souhaite en allouant à chaque module une bande d’émission et une bande de réception ou une combinaison de bandes d’émission et de réception, indépendamment de leur implantation physique sur la carte. Bien entendu, cela simplifie considérable le dessin du circuit imprimé (110) puisqu’il ne comporte que des pistes d’alimentation, qui ne sont pas spécifique à un module donné, et des pistes de transmission de données, qui ne sont pas non plus dépendante du composant, chaque composant étant programmé avec une adresse spécifique permettant de programmer l’ensemble par des jeux de données numériques simples.
Allocation de bandes à un module
Considérons deux gammes d’ondes, que nous allons désigner par convention comme deux ensembles de 4 « couleurs », même si nos yeux ne seront pas en mesure de percevoir l’ensemble de ces « couleurs ».
  • Une première gamme dite « Bande 1 » est constituée de 4 couleurs comprises entre 400 et 700nm ;
  • Une deuxième gamme dite « Bande 2 » est constituée de 4 couleurs comprises entre 800 et 1650nm ;
Pour chacune de ces deux bandes, nous disposons d’un ensemble émetteur-récepteur, soit TX (601) et RX (602) Chacun de ces deux ensembles TX (601) et RX (602) offrent 4 canaux distincts pour transiter des flux de données sérielles. Ces 4 canaux correspondent aux 4 différentes couleurs employées dans chacune des deux bandes. Ce qui représente 2 X 4 = 8 couleurs au total, toutes bandes confondues.
Afin que les données bidirectionnelles puissent par la suite emprunter un seul et même support pour être véhiculées, « la bande 1 » est assignée à un premier sens de circulation, tandis que la « bande 2 » est assignée au sens inverse.
On obtient ainsi une communication bidirectionnelle (Full Duplex) comportant 4 canaux « aller » et 4 canaux « retour ». Ces canaux peuvent ainsi se croiser au sein d’un unique guide optique, sans se confondre par l’intermédiaire d’un bloc optique (623) comportant une lentille (624) convergente.
Cette application se définit donc par un émetteur-récepteur « transceiver » modulaireassemblé sur substrataux caractéristiques suivantes :
  • 2 ensembles optiques (621, 622) « Optique BAND E 1 et Optique BAND E 2 » : 4 canaux Bande1, et 4 canaux bande2 (soit 8 canaux)
  • Deux modules TX (601) et RX (602) « CMOS TX et CMOS RX » et réunis dans un même boîtier constituent un émetteur-récepteur « transceiver » ;
  • Des liaisons séries (611, 612) pour commandes les deux ensembles optiques (, 621, 622)
Les sources de lumière (621, 622) sont par exemple des composants intégrés à base de diodes VCSEL ou de micro LEDs.
Les parties optiques (621, 622) sont réalisées par des puces distinctes des puces électronique 601, 602. Les puces ne sont pas encapsulées et l’intégration des puces entre elles se fait par « wire-bonding » pour former un ensemble monolithique et fonctionnel.
Coupleurs optroniques
La plaque optronique peut être reliée à une autre plaque optronique ou à un périphérique optronique par un coupleur dont la représente une vue schématique en coupe.
Il est constitué par deux connecteurs optronique (700, 705) reliés par une fibre optique (705). Chacun des connecteurs comporte un prisme (701, 702) renvoyant la lumière vers un tronçon de fibre (702 703) constituant un via qui peut être engagé dans la plaque optronique pour déboucher dans l’espace informationnel (120).
Variante de réalisation de la plaque optronique
La illustre une variante de réalisation d’une plaque optronique selon l’invention. L’assemblage multicouche est formé d’une plaque (110) constitué d’un matériau isolant, d’une ou de plusieurs lames planes transparentes (120) et d’une plaque opaque (130) La plaque transparente (120) par exemple en plexiglass, transmet la lumière provenant d’une source de lumière mutualisée (190). Comme dans l’exemple général, des pattes métalliques (113 à 114) soudées sur les pistes conductrices (141 à 142) sont formées sur le matériau isolant (110).
Dans cette variante en , on utilise un connecteur optique et sa fibre optique tel que décris précédemment en , afin de relier le circuit (200) au champ d'information dans sa version solide qui est présenté en .
Les parois latérales de la couche transparente (120) sont revêtues d’un matériau anti-réfléchissant opaque.
La source lumineuse (190) permet d’apporter de la lumière blanche au module optronique (200) par l’intermédiaire d’un via (181) et d’une lentille (207) prévus dans le fond du module (200). Cette solution destiné à des variantes de modules (200) réalisés en photonique sur silicium plus compacte que les techniques optiques traditionnelles, évite d’intégrer les sources de lumière (Leds, VCSEL, etc..) à l'intérieur du module (200).
Première variante d’ interconnexion d’un champ d’information bidirectionnel
La représente une vue schématique d’une première variante d’interconnexion d’un champ d’information bidirectionnel selon l’invention.
Cette variante concerne un module formé par un champ informationnel (100) avec une liaison optique à l’air libre par des via (300). Les composants optroniques sont disposés sur le circuit imprimé en vision direct selon une implantation (251 à 255) prévoyant un trou central pour la pénétration du via dans le champ informationnel bidirectionnel. Dans ce cas le champ informationnel bidirectionnel présente la même surface que le circuit imprimé portant les pistes conductrices.
Deuxième variante d’ interconnexion d’un champ d’information bidirectionnel
La représente une vue schématique d’une deuxième variante d’interconnexion d’un champ d’information bidirectionnel selon l’invention.
Selon cette variante de réalisation, la liaison optique entre les composants et le champ informationnel est réalisé par des connecteurs comprenant une fibre optique (260) et un via (270), pour la liaison entre un composant optronique et le champ informationnel (100). Les composants optroniques (200) peuvent ainsi être répartis avec plus de liberté sur la surface du circuit imprimé (110), ce qui permet de densifier le module optronique et de prévoir l’implantation sans contraintes optiques.

Claims (7)

  1. Module optronique comprenant :
    1. Un circuit optronique (100) comprenant un circuit imprimé (110) formé par une plaque isolante présentant des pistes conductrices (111 à 114)
    2. Des composants optroniques (200, 210) comportant
    1. des broches métalliques comprenant au moins une broche d’entrée-sortie d’un signal numérique, une broche de masse et une broche d’alimentation électrique,
    2. au moins un connecteur optique pour l’entrée-sortie d’un signal lumineux bidirectionnel
    caractérisé en ce que :
    • ledit circuit imprimé (110) comporte au moins un champ d’information transparent tridimensionnel (120) dans lequel débouchent perpendiculairement des vias optiques (300, 310) dont l’une des extrémités (302) est complémentaire des connecteurs optiques desdits composants optroniques (200, 210) et l’autre extrémité comprend un cône inversé réfléchissant (303) dont la pointe est dirigée vers ladite extrémités (302) et concentrique avec l’axe longitudinal dudit via optique (300, 310), la pente de la surface réfléchissante étant de 45° pour réfléchir de façon omnidirectionnelle la lumière provenant du connecteur optique dudit composant optronique (200, 210) dans le plan dudit champ d’information transparent tridimensionnel (120) et/ou pour transmettre selon l’axe longitudinal dudit via la lumière provenant d’une direction quelconque dudit champ informationnel (120) et réfléchi par ladite surface conique réfléchissante (303)
    • en ce que lesdits composants optroniques (200, 210) comportent au moins un émetteur de lumière multi spectrale et au moins un capteur optique multi spectrale connectés optiquement audit via optique
    • lesdits composants optroniques (200, 210) étant programmables par des signaux électriques reçues sur ladite au moins une broche d’entrée-sortie d’un signal numérique pour commander la sélection d’un ou plusieurs spectres d’émission actifs dudit émetteur de lumière multi spectrale et pour commander la sélection d’un ou plusieurs spectres d’émission actifs dudit un capteur optique multi spectrale.
  2. Module optronique selon la revendication 1 caractérisé en ce que ledit circuit imprimé (110) comporte des pistes conductrices (140, 142) comprenant des pistes conductrices de puissance pour l’alimentation électrique desdits composants optroniques (200, 210) et des pistes conductrices de liaison pour la transmission de données numériques avec lesdits composants optroniques (200, 210).
  3. Module optronique selon la revendication 1 caractérisé en ce que ledit circuit imprimé (110) comporte au moins un coupleur optique pour le raccordement d’une fibre optique audit champ d’informations.
  4. Module optronique selon la revendication 1 caractérisé en ce que ledit circuit imprimé (110) comporte au moins un coupleur optique pour le raccordement audit champ d’informations (120) d’un via optique assurant l’entrée-sortie d’un signal lumineux bidirectionnel entre ledit champ d’informations et un équipement optronique périphérique.
  5. Module optronique selon la revendication 1 caractérisé en ce que ledit circuit optronique (100) comporte au moins deux champs d’information transparents tridimensionnels (120) parallèles, et en ce que qu’une partie au moins desdits vias comportent un anneau de masquage dont la position correspond au niveau de l’un desdits au moins deux champs d’information transparents tridimensionnels.
  6. Via (300, 310) pour l’interconnexion d’un circuit optronique (100) et d’un composant optronique (200 210) pour la réalisation d’un module optronique selon la revendication 1 caractérisé en ce qu’il est constitué par un segment tubulaire (301) de fibre optique ou un tube rempli d'air dont l’une des extrémités frontales (301) est recouverte par une lentille (302) et l’autre extrémité présente un cône réfléchissant (303) coaxial avec le segment (301) et présente une pente de 45°.
  7. Composant optronique pour la réalisation d’un module optronique selon la revendication 1 caractérisé en ce qu’il comprend des diodes électroluminescentes (711 à 714) et (721 à 724) et des photorécepteurs associés à des filtres chromatiques (811 à 814) et (821 à 824) ainsi qu’un contrôleur électronique paramétrable par un signal électrique transmis par circuit imprimé (110) ledit contrôleur commandant le paramétrage pour déterminer la ou les diodes électroluminescentes (711 à 714) et (721 à 724) actives pour l’émission de données par le composant optronique considéré, ainsi que la ou les filtres (811 à 814) et (821 à 824) actif pour la réception de données par ce composant optronique.
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