TWI389477B - 雙向訊號傳輸裝置及其系統 - Google Patents

Description

雙向訊號傳輸裝置及其系統

本發明係有關於一種雙向訊號傳輸裝置及其系統，尤指一種僅具有單一光學調整結構進行訊號發送與接收之耦合的雙向訊號傳輸裝置，以及僅需單一的連接線纜就可以達成雙向訊號傳輸的系統。

按，光纖常被使用於傳遞電話、網際網路，或是有線電視的訊號，有時候利用一條光纖就可以同時傳遞上述的所有訊號。與傳統的銅線相比，光纖的訊號衰減與遭受干擾的情形都改善很多，特別是長距離以及大量傳輸的應用上，光纖的優勢更為明顯。

而為了達成訊號的雙向通訊功能，在訊號的兩端均會設有通訊裝置，一通訊裝置的訊號發射模組可發出訊號，藉由光纖的傳遞，將訊號傳至另一通訊裝置的訊號接收模組，反之，另一通訊裝置的訊號發射模組所發出的訊號，則會藉由另一光纖傳回該通訊裝置的訊號接收模組，進而使訊號在兩通訊裝置之間進行傳送。然而，每一個通訊裝置的訊號發射模組係包括有一訊號發射源以及一與該訊號發射源配合的光學調整結構，該光學調整結構主要在於耦合訊號；同樣的，每一個通訊裝置的訊號接收模組係包括有一訊號接收端以及一與該訊號接收端配合的光學調整結構，換言之，每一個通訊裝置必須有兩個光學調整結構，以分別與訊號發射源、訊號接收端相配合。另外，整個通訊系統中，更需要兩組光纖，以分別負責發出與接收訊號。

因此，由於光學調整結構的數量，傳統的通訊裝置的體積並無法進一步的縮小，使得該通訊模組的應用受到限制；另一方面，由於光纖的價格昂貴，而通訊系統中又必須裝配有兩組光纖，因而造成通訊系統的成本無法降低。

緣是，本發明人有感上述缺失之可改善，提出一種設計合理且有效改善上述缺失之本發明。

本發明之主要目的，在於提供一種雙向訊號傳輸裝置及其系統，該雙向訊號傳輸裝置之訊號發射元件與訊號接收元件係集中設置於同一個導接墊上，故僅需單一的光學調整結構就可同時涵蓋訊號發射元件的光發射面與該訊號接收元件的光偵測面，使該訊號發射元件與訊號接收元件可藉由單一的光學調整結構進行訊號的接收與發送。

為了達成上述之目的，本發明係提供一種雙向訊號傳輸裝置，包括引線架、訊號模組(包括訊號發射元件與訊號接收元件)以及光學調整結構，該訊號發射元件與該訊號接收元件係設置於該引線架之同一個導接墊上；該光學調整結構係覆蓋該訊號發射元件與該訊號接收元件，且該光學調整結構用以導引外部訊號光束射入該訊號接收元件、以及引導該訊號發射元件的訊號光束射出。因此，兩元件可被該光學調整結構所涵蓋，故該訊號發射元件與該訊號接收元件係藉由單一的光學調整結構進行訊號的發送與接收。

另一方面，該雙向訊號傳輸裝置更包括有一封裝體，而該光學調整結構可與封裝體一體成型；或者該光學調整結構可以組裝的方式裝設於該封裝體上。

本發明亦提供一種雙向訊號傳輸系統，其包括：兩個上述的雙向訊號傳輸裝置，以及設於該兩雙向訊號傳輸裝置之間的連接線纜，藉由該單一的連接線纜，使光訊號可在該兩雙向訊號傳輸裝置之間進行雙向的發送與接收。

本發明具有以下有益的效果：本發明提出之雙向訊號傳輸裝置並不需要外加光學組件，就可以將發送與接收的光訊號以相同的光學調整結構加以耦合、傳遞；另一方面，該兩雙向訊號傳輸裝置僅需要搭配單一個連接線纜，就可達成雙向訊號傳輸的系統，故本發明所提出之裝置與系統具有降低製造成本的優勢。

為使能更進一步瞭解本發明之特徵及技術內容，請參閱以下有關本發明之詳細說明與附圖，然而所附圖式僅提供參考與說明用，並非用來對本發明加以限制者。

請參閱第一圖與第一A圖，本發明係提供一種雙向訊號傳輸裝置及其系統，該雙向訊號傳輸裝置1包括：引線架11、訊號發射元件12、訊號接收元件13以及封裝體14，且該封裝體14更具有單一的光學調整結構141，該光學調整結構141可同時涵蓋訊號發射元件12的光發射面與該訊號接收元件13的光偵測面131(請參考第一A圖)，以使該訊號發射元件12與該訊號接收元件13均可藉由光學調整結構141達成訊號的接收與發送。本發明之雙向訊號傳輸裝置1係將傳統的訊號傳輸裝置的構件加以簡化，利用單一的光學調整結構141，達成訊號發射元件12與該訊號接收元件13進行訊號發送與接收的目的，進而節省該雙向訊號傳輸裝置1的製作成本。

以下將詳細說明該雙向訊號傳輸裝置1的結構與其所達成之效果。請配合第二圖，該引線架11係用於達成電路上的功能，例如根據不同的電性功能，該引線架11的結構可區分為Vcc、GND等腳位，此外，該引線架11主要在於承載上述之訊號發射元件12、訊號接收元件13以及封裝體14，換言之，該引線架11設有複數個導接墊110，訊號發射元件12與訊號接收元件13係以固晶(mounting)、打線(wire-bonding)等方式安裝於該引線架11之該些導接墊110上。而本發明之訊號發射元件12與訊號接收元件13係設置於同一個導接墊110上，以使訊號發射元件12與訊號接收元件13盡可能的靠近，以提高單一的光學調整結構141對於發送訊號與接收訊號的品質。

另一方面，該封裝體14係包覆訊號發射元件12與訊號接收元件13，以達成保護電子元件之功效，而該封裝體14上更成型有一對應訊號發射元件12與訊號接收元件13的光學調整結構141，藉此，該訊號發射元件12所發出的訊號可藉由該光學調整結構141傳送出去，而由其他訊號傳輸裝置所發出的訊號亦經由該光學調整結構141而被訊號接收元件13所接收。換言之，該雙向訊號傳輸裝置1之訊號發射元件12與訊號接收元件13可共享同一個光學調整結構141，並利用同一個光學調整結構141的光學特性導引外部訊號光束射入該訊號接收元件13、以及引導該訊號發射元件12的訊號光束射出，進而達成訊號的發送與接收。

請復參考第一圖，並配合第二圖。第一圖係為本發明之雙向訊號傳輸裝置1的第一實施例，第二圖係為線路佈局之示意圖。其中，如第一圖所示，該雙向訊號傳輸裝置1包括有一引線架11、訊號發射元件12、訊號接收元件13以及封裝體14，而該訊號發射元件12與該訊號接收元件13係分別為發光二極體(LED)及光偵測晶片(photo detector IC)，但不以上述為限，該發光二極體與該光偵測晶片係設於該引線架11上的同一個導接墊110上，而在本具體實施例中，係利用晶片黏著(die-attach)技術將上述之發光二極體與該光偵測晶片固設於該引線架11上的同一個導接墊110上，且該發光二極體與該光偵測晶片之間的距離係越短越佳，在本具體實施例中，該發光二極體與該光偵測晶片之間的距離約小於6密爾(mil)；而該封裝體14則以射出成型的方式所製作，因此該光學調整結構141(例如單一透鏡或是透鏡組)係與該封裝體14係利用一體成型的方式達成，且該光學調整結構141位於該封裝體14上方，在本具體實施例中，該封裝體14係包覆設有該發光二極體與該光偵測晶片的該導接墊110之正面，以及包覆相對於正面的該導接墊110之背面，換言之，封裝體14同時包覆該引線架11、以及該引線架11上所安裝的該訊號發射元件12與該訊號接收元件13，而該光學調整結構141的聚焦平面則可雙向地應用於傳送該發光二極體所發出之訊號或是接收欲傳送到該光偵測晶片的待接收訊號。而該光學調整結構141與該封裝體14係為可透光的材料所製程。

另一方面，請復參考第二圖，該雙向訊號傳輸裝置1更包括有一發光二極體驅動晶片121，該發光二極體驅動晶片121係設置於該引線架11上的另一個導接墊110上，且該發光二極體驅動晶片121係以打線電連接於該發光二極體與該引線架11的其他接腳(如Vcc、Vin等腳位)。藉此，該發光二極體驅動晶片121可經由上述的連接腳位接收外部控制訊號，並根據上述的控制訊號驅動發光二極體發出訊號，該訊號即可透過該光學調整結構141傳送出去；另外，其他訊號傳輸裝置所傳遞進來的訊號，亦可通過該光學調整結構141，而被該光偵測晶片所接收。換言之，該光學調整結構141係可同時對應該訊號發射元件12的光發射面與該訊號接收元件13的光偵測面，以耦合(coupling)光訊號，進而達到光的發射與接收。

再者，上述的第一實施例亦可有其他的變化實施態樣，例如該訊號發射元件12可為垂直面射型雷射(Vertical Cavity Surface Emitting Laser，VCSEL)或是其他種類的光訊號元件；又在另一變化實施例中，該發光二極體驅動晶片121係可以藉由製程設計而整合於第一具體實施例中之光偵測晶片，且第二圖所示之線路佈局也必須根據元件的整合而進行調整。

請參考第三圖，其為本發明之第二實施例，與第一實施例不同之處在於該光學調整結構141係以組接的方式連接於該封裝體14。其中，如同第一實施例，該封裝體14同樣包覆設有該訊號發射元件12與該訊號接收元件13的該導接墊110之正面，以及包覆相對於正面的該導接墊110之背面，而該封裝體14上更進一步設有一組裝件142，該組裝件142係用以裝設該光學調整結構141，換言之，該光學調整結構141與封裝體14並非一體成型。另一方面，該組裝件142上開設一對應該訊號發射元件12與該訊號接收元件13的穿孔1421，藉以使光訊號得以經由該穿孔1421與該光學調整結構141達成發送與接收。

請參考第四圖，其為本發明之第三實施例，其與第一、第二實施例不同之處在於該封裝體14僅形成於設有該訊號發射元件12與該訊號接收元件13的該導接墊110之正面，並不包覆該導接墊110之背面。在本實 施例中，該引線架11上設有複數個模孔111，而該封裝體14則設有對應地插接於該些模孔111的固定件143，因此，藉由固定件143與模孔111的配合，可將一體成型之封裝體14與光學調整結構141對應於該訊號發射元件12與該訊號接收元件13而裝設於該引線架11上。而本實施例可利用以下的製程步驟達成：首先將訊號發射元件12與該訊號接收元件13固設於該引線架11上的同一導接墊110，且該引線架11上開設有上述的模孔111；將模具(圖未示)置於該導接墊110之正面(即固設上述訊號發射元件12與訊號接收元件13的一側面)；接著將封裝材料由該導接墊110的背面經由模孔111注入；而在封裝材料固化成型後，即可形成上述之一體成型之封裝體14與光學調整結構141，且部分封裝材料係填充於該些模孔111中而固化成型為上述之固定件143。換言之，本實施例係利用背面灌注封裝材料的方式，一體成型上述之封裝體14與光學調整結構141，且封裝材料更可直接固化以成型固定件143，利用固化後之固定件143與模孔111的組接，使封裝體14與光學調整結構141固定於該導接墊110之正面，以使該訊號發射元件12與該訊號接收元件13可藉由該光學調整結構141達成訊號的發送與接收。

請參考第五圖，其為本發明之第四實施例，其中，與第一實施例不同之處在於，第四實施例係將該光學調整結構141同時覆蓋(covering)於該訊號發射元件12與該訊號接收元件13，而不將該訊號發射元件12與該訊號接收元件13予以包覆(packaging)。同樣地，該光學調整結構141係用以導引外部訊號光束射入該訊號接收元件13、以及引導該訊號發射元件12的訊號光束射出，以達成雙向傳輸訊號之功能。

請參考第五A圖，其為其為本發明之第五實施例，其與第三實施例不同之處在於，該光學調整結構141同時覆蓋(covering)於該訊號發射元件12與該訊號接收元件13，而不將該訊號發射元件12與該訊號接收元件13予以包覆(packaging)；而該光學調整結構141則設有對應地插接於該引線架11上之該些模孔111的固定件143，藉由模孔111與固定件143的配合，以將光學調整結構141固定於引線架11，並使光學調整結構141覆蓋於該訊號發射元件12與該訊號接收元件13。

請參考第六圖，其顯示本發明之雙向訊號傳輸系統，其包括兩個雙向訊號傳輸裝置1以及一個設於該兩雙向訊號傳輸裝置1之間的連接線纜2。由於本發明所提出之雙向訊號傳輸裝置1僅具有單一的光學調整結構141，因此，本發明所提出之雙向訊號傳輸系統僅需利用單一的連接線纜2連接於該兩雙向訊號傳輸裝置1，就可以達成雙向的訊號傳輸。例如本發明之雙向訊號傳輸系統可為一種在數位音效領域中之光纖系統(TOSLINK)，其利用連接線纜2，如塑膠光纖(plastic optical fiber，POF)或TOSLINK連接線，連接於該兩雙向訊號傳輸裝置1，且該光纖的兩端係分別對應該兩雙向訊號傳輸裝置1之光學調整結構141，藉此，該兩雙向訊號傳輸裝置1的其中之一的訊號發射元件12發出光訊號，該光訊號係可藉由光學調整結構141傳送至光纖中，再進以傳送到另一雙向訊號傳輸裝置1，並藉由光學調整結構141被其訊號接收元件13所接收，反之亦然，故達成雙向的訊號傳輸功能。

另外，本發明之雙向訊號傳輸系統所採用之雙向訊號傳輸裝置1均可具有前述的多種變化態樣，在此不予贅述。

綜上所述，本發明具有下列諸項優點：

1、由於本發明之雙向訊號傳輸裝置將訊號發射元件與訊號接收元件集中設置於同一個導接墊上，因此僅需要單一的光學調整結構就可同時涵蓋訊號發射元件的光發射面與該訊號接收元件的光偵測面。另一方面，在雙向訊號傳輸系統也僅需要單一的連接線纜，就可以連接兩個雙向訊號傳輸裝置，因此本發明可節省該雙向訊號傳輸裝置、系統之成本。

2、本發明改善訊號發射元件與訊號接收元件的位置配置，以達成單一的光學調整結構就可以耦合光訊號的功效，而不用外加分光鏡等光學組件；換言之，本發明的雙向訊號傳輸裝置的結構簡單，且不會產生因組裝而造成的訊號品質之降低。

惟以上所述僅為本發明之較佳實施例，非意欲侷限本發明之專利保護範圍，故舉凡運用本發明說明書及圖式內容所為之等效變化，均同理皆包含於本發明之權利保護範圍內，合予陳明。

1．．．雙向訊號傳輸裝置

11．．．引線架

110．．．導接墊

111．．．模孔

12．．．訊號發射元件

121．．．發光二極體驅動晶片

13．．．訊號接收元件

131．．．光偵測面

14．．．封裝體

141．．．光學調整結構

142．．．組裝件

1421．．．穿孔

143．．．固定件

2．．．連接線纜

第一圖係為本發明第一實施例之雙向訊號傳輸裝置的示意圖。

第一A圖係為本發明之雙向訊號傳輸裝置的俯視圖。

第二圖係為本發明之雙向訊號傳輸裝置的線路佈局之示意圖。

第三圖係為本發明第二實施例之雙向訊號傳輸裝置的示意圖。

第四圖係為本發明第三實施例之雙向訊號傳輸裝置的示意圖。

第五圖係為本發明第四實施例之雙向訊號傳輸裝置的示意圖。

第五A圖係為本發明第五實施例之雙向訊號傳輸裝置的示意圖。

第六圖係為本發明之雙向訊號傳輸系統之示意圖。

1．．．雙向訊號傳輸裝置

11．．．引線架

110．．．導接墊

12．．．訊號發射元件

13．．．訊號接收元件

14．．．封裝體

141．．．光學調整結構

Claims (21)

1. 一種雙向訊號傳輸裝置，包括：一引線架；一訊號發射元件與一訊號接收元件，該訊號發射元件與該訊號接收元件係安裝於該引線架的同一個導接墊上；一光學調整結構，其同時覆蓋住該訊號發射元件與該訊號接收元件，且該光學調整結構用以導引外部訊號光束射入該訊號接收元件、以及引導該訊號發射元件的訊號光束射出；以及一封裝體，同時包覆該引線架、以及該引線架上所安裝的該訊號發射元件與該訊號接收元件，其中該光學調整結構位於該封裝體上方。
2. 如申請專利範圍第1項所述之雙向訊號傳輸裝置，其中該光學調整結構與該封裝體彼此為一體成型。
3. 如申請專利範圍第1項所述之雙向訊號傳輸裝置，其中該光學調整結構被組裝於該封裝體上。
4. 如申請專利範圍第3項所述之雙向訊號傳輸裝置，其中該封裝體上更進一步設有一組裝件，且利用該組裝件使該光學調整結構被裝設於該封裝體上。
5. 如申請專利範圍第4項所述之雙向訊號傳輸裝置，其中該組裝件上開設一穿孔，以提供該訊號發射元件與該訊號接收元件發射與接受訊號。
6. 如申請專利範圍第2項或第3項所述之雙向訊號傳輸 裝置，其中該封裝體係包覆設有該訊號發射元件與該訊號接收元件的該導接墊之正面，以及包覆相對於正面的該導接墊之背面。
7. 如申請專利範圍第6項所述之雙向訊號傳輸裝置，其中該引線架進一步設有複數個模孔，該封裝體或該光學調整結構設有對應地插接於該些模孔的固定件，以將該封裝體或該光學調整結構組設於該導接墊之正面。
8. 如申請專利範圍第1項所述之雙向訊號傳輸裝置，其中該訊號發射元件係為一發光二極體，該訊號接收元件係為一光偵測晶片。
9. 如申請專利範圍第8項所述之雙向訊號傳輸裝置，更進一步包括一發光二極體驅動晶片，其中該發光二極體驅動晶片係整合於該光偵測晶片。
10. 如申請專利範圍第8項所述之雙向訊號傳輸裝置，更進一步包括一發光二極體驅動晶片，其中該發光二極體驅動晶片係設置於另一個導接墊上，且該發光二極體驅動晶片係以打線電連接於該發光二極體。
11. 一種雙向訊號傳輸系統，包括：兩雙向訊號傳輸裝置，每一該雙向訊號傳輸裝置包含：一引線架；一訊號發射元件與一訊號接收元件，該訊號發射元件與該訊號接收元件係安裝於該引線架的同一 個導接墊上；一個光學調整結構，其同時覆蓋於該訊號發射元件與該訊號接收元件，且該光學調整結構係用以導引外部訊號光束射入該訊號接收元件、以及引導該訊號發射元件的訊號光束射出；一連接線纜，其設於該兩雙向訊號傳輸裝置之間，該連接線纜的兩端分別連接於該兩雙向訊號傳輸裝置之該光學調整結構；以及一封裝體，同時包覆該引線架、以及該引線架上所安裝的該訊號發射元件與該訊號接收元件；其中該光學調整結構位於該封裝體上方。
12. 如申請專利範圍第11項所述之雙向訊號傳輸系統，其中該光學調整結構與該封裝體彼此為一體成型。
13. 如申請專利範圍第11項所述之雙向訊號傳輸系統，其中該光學調整結構係被組裝於該封裝體上。
14. 如申請專利範圍第13項所述之雙向訊號傳輸系統，其中每一該雙向訊號傳輸裝置之該封裝體上更進一步設有一組裝件，且利用該組裝件使該光學調整結構被裝設於該封裝體上。
15. 如申請專利範圍第14項所述之雙向訊號傳輸系統，其中該組裝件上開設一穿孔，以提供該訊號發射元件與該訊號接收元件發射與接受訊號。
16. 如申請專利範圍第12項或第13項所述之雙向訊 號傳輸系統，其中該封裝體係包覆設有該訊號發射元件與該訊號接收元件的該導接墊之正面，以及包覆相對於正面的該導接墊之背面。
17. 如申請專利範圍第11項所述之雙向訊號傳輸系統，其中每一該雙向訊號傳輸裝置之該引線架進一步設有複數個模孔，該封裝體或該光學調整結構設有對應地插接於該些模孔的固定件，以將該封裝體或該光學調整結構組設於該導接墊之正面。
18. 如申請專利範圍第11項所述之雙向訊號傳輸系統，其中每一該雙向訊號傳輸裝置之該訊號發射元件係為一發光二極體，每一該雙向訊號傳輸裝置之該訊號接收元件係為一光偵測晶片。
19. 如申請專利範圍第18項所述之雙向訊號傳輸系統，其中每一該雙向訊號傳輸裝置更進一步包括一發光二極體驅動晶片，該發光二極體驅動晶片係整合於該光偵測晶片。
20. 如申請專利範圍第18項所述之雙向訊號傳輸系統，其中每一該雙向訊號傳輸裝置更進一步包括一發光二極體驅動晶片，該發光二極體驅動晶片係設置於另一個導接墊上，且該發光二極體驅動晶片係以打線電連接於該發光二極體。
21. 如申請專利範圍第11項所述之雙向訊號傳輸系統，其中該連接線纜係為一塑膠光纖。