專利名稱：用于連接相交平面上器件的光纖連接器的制作方法
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及一種光纖連接器系統(tǒng)。更具體地說，本發(fā)明涉及一種用于光學(xué)連接光學(xué)器件的連接器組件，這些光學(xué)器件安裝在彼此成一交角的平面基底上。
光纖在高容量、高速度通訊和數(shù)據(jù)傳輸方面的應(yīng)用已經(jīng)牢固地確立。隨著傳輸信息量的增長，對包括多光纖在內(nèi)的光纖線纜以及使用含多光纖線纜的系統(tǒng)的需求已日益增大。
在傳統(tǒng)的機(jī)柜設(shè)計中，諸如電話交換器，機(jī)柜包括一個盒體，該盒體具有多個大體彼此平行的內(nèi)槽。許多元件被安裝在平面基底上，從而形成稱作為電路板的卡。近年來的一項技術(shù)目標(biāo)是將由光波導(dǎo)總線連接的光學(xué)和光電器件結(jié)合于電路板上。在一個優(yōu)選實(shí)施例中，光纖布置成多光纖平行陣列，從而形成平行的通訊總線。所得到的光卡需要設(shè)計成可滑入機(jī)柜內(nèi)的槽口或架子，并可與其它元件和其它電路板相互連接。
光學(xué)電路板在傳統(tǒng)電子機(jī)柜的架子結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用帶來了新的連接問題。在機(jī)柜結(jié)構(gòu)內(nèi)，通常是將器件安裝在限定出相交平面的電路板上，諸如垂直布置的母板和底板?！暗装?backplane)”這一名稱源自平行六面體形機(jī)柜中的背部(遠(yuǎn)端)平面，它通常垂直于印刷電路(PC)板卡。本發(fā)明中的術(shù)語底板是指可進(jìn)行許多連接的互連平面，它們諸如是用一共用的總線或其它外部器件來完成。為便于說明，底板描述成為具有一正面或內(nèi)表面和一背面或外表面。
需要提供一種裝置使光信號“拐彎”，也就是在相交的電路板上光學(xué)連接諸元件。然而，光波導(dǎo)的信號傳輸依賴于光信號在光波導(dǎo)內(nèi)的全內(nèi)反射，彎折成銳角的光波導(dǎo)會有無法接受的微彎曲和/或宏彎曲光信號損失。而且，諸如玻璃光纖之類的許多光波導(dǎo)是脆性的，在彎曲超過一定的物理容限時可能碎裂或破裂。不同的光波導(dǎo)具有不同的光學(xué)傳輸和物理完整性特性。波導(dǎo)的可接受的信號損失和物理柔性決定了一具體光纖的可接受的彎曲半徑。該彎曲半徑定義為具體光纖的臨界彎曲半徑。因此，需要有一互連卡連接器系統(tǒng)來考慮光波導(dǎo)連接的臨界彎曲半徑。
另外，在機(jī)柜連接場合，使用者將卡滑入和滑出機(jī)柜架。沿每張卡的插入軸線有一可斷開的光纖接頭是合乎需要的。這種接頭最好能夠吸收過大的插入壓力，該壓力諸如是因使用者將卡“硬擠入(jamming in)”而造成的，同時仍保持所需的彎曲半徑，并沿光纖端部施加足夠的連接壓力而確?？煽康墓鈱W(xué)連接。
最后，需要一種多光纖相交平面連接器，以保持光纖在光學(xué)總線中的平行對齊，便于連接，而不致使光纖受到不均勻的扭應(yīng)力或張應(yīng)力。
為便于對本發(fā)明進(jìn)行描述，沿一個平面的互連軸線稱作縱軸或y軸，它由光纖在連接點(diǎn)處的縱向?qū)R所限定。通常，在底板場合，縱軸與卡的插入軸線以及光纖在機(jī)柜內(nèi)和機(jī)柜外的連接軸位于同一直線上。橫軸或x軸由光纖在其它基底平面上的連接軸所限定。通常，x軸和y軸彼此垂直。最后，兩個平面的相交限定了一垂直軸或z軸，該軸也稱作相交軸。同樣，在大多數(shù)場合，z軸垂直于x軸和y軸。
目前已提出各種不同的連接方法用于連接光學(xué)電路卡。諸如美國專利4,498,717或5,639,263之類的一些文獻(xiàn)建議在相交的基底之間使用電氣連接。但是，使用電氣連接需要在每個連接處將光信號轉(zhuǎn)換成電信號，然后再反過來。曾提出光纖“跨接”線纜，但這種單根的光纖容易受損，并有彎曲超過光纖臨界彎曲半徑的危險。
對于光纖的支承，諸如美國專利5,155,785和美國專利5,204,925之類的一些文獻(xiàn)討論將光纖設(shè)置在凹槽或溝槽中，或?qū)⒐饫w層壓成一柔性的基底。在這些專利中，光學(xué)底板是一設(shè)計成將光纖容納于其中的傳統(tǒng)底板。光纖的彎曲半徑由底板的厚度控制。如‘785文獻(xiàn)中所描述的，光學(xué)底板件32在相對的表面33和34之間的厚度足以提供合適大的彎曲半徑，在形成表面34和MAC連接器25之間的連接時，每根光纖都必須以該彎曲半徑進(jìn)行彎曲。底板32通常的尺寸是八英寸×十六英寸，厚三英寸。可以看出，為了在實(shí)際功率級下進(jìn)行數(shù)字傳輸，一根光纖可以彎曲并且不會造成顯著損失的最小彎曲半徑為一英寸。
這種設(shè)計的一個顯著局限在于，需要使用帶特殊凹槽的、非常厚的基底。該底板設(shè)計描述成為含有“一復(fù)雜排列的弧形凹槽，其深度是變化的...”，照這樣看來，它對于各種場合都是很難設(shè)計和制造的。
美國專利5,793,919涉及一種底板互連系統(tǒng)，它將來自許多子系卡的光信號連接到一光纖底板總線上。因而，底板光纖就不在一點(diǎn)對點(diǎn)連接系統(tǒng)中與子系卡光纖端對端連接，底板光纖不在各子系卡位置終止于一底板連接器。來自各自系卡的光信號被加到底板總線的連續(xù)光纖上，總線光纖將所有的信號同時帶到所有的連接位置。這一設(shè)計需要特殊的“D”形光纖截面，以便能夠?qū)崿F(xiàn)這種縱向的連接。
美國專利5,204,925涉及一種互連系統(tǒng)，它含有端接片，這些端接片通過電氣底板中的開口來連接，但并不連接于底板。這可以認(rèn)為是傳統(tǒng)光學(xué)跨接線纜和連接器系統(tǒng)的一個實(shí)例，而不是底板和連接器系統(tǒng)。該跨接線纜組件無法為光纖提供應(yīng)力消除或彎曲半徑控制。在使用中，來自光纖跨接電路的平面的光纖被扭彎，以連接到電路板。在將含有光纖的端接片扭彎時，對端接片中的光纖施加了一個扭力，該扭力會在各光纖上施加一長時間的應(yīng)力，或者可能造成光纖在組件內(nèi)移動以試圖消除應(yīng)力。
仍需要一種用于光學(xué)連接處于諸相交的光學(xué)電路板中的平行多光纖光學(xué)器件的有效連接器。
發(fā)明概要一種用于連接設(shè)置在第一和第二平面上的光學(xué)器件的連接器組件，其中第一和第二平面相交于一相交軸z。該連接器組件包括一光波導(dǎo)陣列、一第一波導(dǎo)保持裝置和一第二波導(dǎo)保持裝置。第一平面由一第一基底限定，諸如一電路卡，第二平面由一第二基底限定。在一個實(shí)施例中，第一基底包括一母板，第二基底包括一基本垂直于母板的子系卡。在另一實(shí)施例中，第一基底包括一底板，第二基底包括一基本垂直于底板的印刷電路卡。
該光波導(dǎo)陣列包括多個波導(dǎo)，諸如布置成平行陣列的光纖。在一示例性的實(shí)施例中，第一和第二波導(dǎo)陣列是光學(xué)連接于光學(xué)器件的光學(xué)總線。這些波導(dǎo)具有一最小所需彎曲半徑，該彎曲半徑至少與這些波導(dǎo)的臨界彎曲半徑一樣大。
第一波導(dǎo)保持裝置將光波導(dǎo)陣列的第一端部分固定于第一平面。第二波導(dǎo)保持裝置將光波導(dǎo)陣列的第二端部分固定于第二平面。第一和第二波導(dǎo)保持裝置將波導(dǎo)陣列的第一和第二端部分固定于相距相交軸z第一和第二最小預(yù)定距離處。第一和第二平面之間的波導(dǎo)陣列拱曲的彎曲半徑等于或大于最小所需彎曲半徑。
在一示例性的實(shí)施例中，連接器組件將附連/安裝于一第一基底的一第一光波導(dǎo)陣列連接于一相交的第二基底上的一光學(xué)器件。第一波導(dǎo)陣列包括多個平行的光波導(dǎo)，它們具有一最小所需彎曲半徑。第一和第二基底分別限定一第一和一第二平面，第一波導(dǎo)陣列的縱向方向限定一第一軸。這兩個平面的交線限定一基本垂直于第一軸的相交軸。第一波導(dǎo)陣列具有一安裝于第一基底(諸如通過粘結(jié)劑或另一連接器)的基底部分、一中跨部分和一端部。該連接器組件包括一第一連接器，該第一連接器安裝于第一基底，并沿一基本垂直于相交軸的第二軸對齊。第一連接器具有一第一保持機(jī)構(gòu)，該保持機(jī)構(gòu)接納和保持第一光波導(dǎo)陣列的端部，其中該端部沿第二軸而懸于第一平面上方一段距離處，該距離至少等于最小所需彎曲半徑。第二光波導(dǎo)陣列的中跨部分在第一和第二平面之間繪出一條懸彎曲線，該懸彎曲線的彎曲半徑等于或大于最小所需彎曲半徑。
在該示例性的實(shí)施例中，波導(dǎo)陣列包括多個平行的光纖，第一保持機(jī)構(gòu)包括一帶v形槽的光纖接納面，該接納面容納第一光波導(dǎo)陣列的平行光纖。該接納面上卡合有一罩蓋，該罩蓋將平行光纖固定于光纖接納面上。該罩蓋在靠近于相交軸的端部具有一倒角部分，該倒角部分繪出一條曲線，該曲線的半徑至少等于第一光波導(dǎo)陣列的最小所需彎曲半徑。
該連接器組件還包括一第二連接器，該第二連接器具有配合并連接于第一連接器的對齊和配合結(jié)構(gòu)。第二連接器沿第二軸和第二平面對齊，第二連接器包括一接納和保持一第二光波導(dǎo)陣列的第二保持機(jī)構(gòu)。
在該示例性實(shí)施例中，第一和第二連接器沿第二軸具有受限制的第一和第二移動范圍。第一保持機(jī)構(gòu)平行于第二基底而可滑動地安裝，并允許端部沿第二軸有一第一移動范圍，該第一移動范圍相對于第一平面確定一最大和一最小位置。第一連接器包括一第一連接器塊和一安裝組件，該第一連接器塊可滑動地安裝于該安裝組件上。該安裝組件包括至少一個掣子件，該掣子件限制第一連接器塊的運(yùn)動范圍。該最小和最大位置選擇成，在任一位置下，中跨部分的懸彎曲線的半徑至少等于第一光波導(dǎo)陣列的最小所需彎曲半徑。第一和第二連接器包括諸如彈簧之類的偏壓元件，這些偏壓元件將第一和第二連接器彼此朝對方偏壓并壓到一所需的連接位置。有一罩蓋元件在第一和第二連接器上滑動。該罩蓋元件具有內(nèi)部幾何結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)與第一和第二連接器的外部幾何結(jié)構(gòu)相配合，并使第一和第二連接器對齊。
在一第二示例性實(shí)施例中，該連接器組件還可包括一保持第一光波導(dǎo)陣列的基底部分的第三連接器。該第三連接器例如通過固定于一縱向槽口中的突片而可滑動地連接于第一基底。這種可滑動的連接允許波導(dǎo)陣列的基底部分沿第一軸有一第三運(yùn)動范圍。該第三運(yùn)動范圍具有一最大和一最小值，使得懸掛部分的彎曲半徑始終至少等于最小所需彎曲半徑。
其它的示例性實(shí)施例可包括容納于一單個外殼中的多個連接器對。這些連接器對可以錯開或沿平面對齊。
在其它的示例性實(shí)施例中，第二連接器包括一具有一光學(xué)器件的插座，其中該插座光學(xué)連接于第一連接器。第三連接器也可連接于一具有一光學(xué)器件的插座。
在另外一些實(shí)施例中，光波導(dǎo)陣列可以是一柔性的聚合物波導(dǎo)陣列，諸如在美國專利5,265,184中所描述的。
附圖簡述

圖1是本發(fā)明連接器組件的分解立體圖。
圖2是圖1的裝配好的連接器組件的立體圖。
圖3是圖1的連接器組件的局部剖開的側(cè)視圖。
圖4是圖1的連接器組件的一部分的簡化細(xì)節(jié)側(cè)視圖。
圖5a是在一初始狀態(tài)下本發(fā)明連接器組件的光纖的彎曲幾何形狀的圖示。
圖5b是在一壓縮狀態(tài)下本發(fā)明連接器組件的光纖的彎曲幾何形狀的圖示。
圖5c是在一伸展?fàn)顟B(tài)下本發(fā)明連接器組件的光纖的彎曲幾何形狀的圖示。
圖6a是圖1的連接器組件的光纖的未連接狀態(tài)的圖示。
圖6b是圖1的連接器組件的光纖的連接狀態(tài)的圖示。
圖6c是圖1的連接器組件的光纖的壓縮狀態(tài)的圖示。
圖7是本發(fā)明連接器組件的第二實(shí)施例的剖視側(cè)視圖，它沿兩條連接器軸可自由移動。
圖8a是在一初始狀態(tài)下圖7的連接器組件的光纖的彎曲幾何形狀的圖示。
圖8b是在一壓縮狀態(tài)下圖7的連接器組件的光纖的彎曲幾何形狀的圖示。
圖8c是在一沿x軸的伸展?fàn)顟B(tài)下圖7的連接器組件的光纖的彎曲幾何形狀的圖示。
圖8d是在一沿y軸的伸展?fàn)顟B(tài)下圖7的連接器組件的光纖的彎曲幾何形狀的圖示。
圖9是本發(fā)明連接器組件的第三實(shí)施例的立體圖，它包括一雙總線結(jié)構(gòu)。
圖10是本發(fā)明連接器組件的第四實(shí)施例的立體圖，它包括位于多套管外殼中的多個錯開的連接器組件。
圖11是本發(fā)明連接器組件的第五實(shí)施例的一多套管外殼的立體圖，它包括多個在同一平面內(nèi)的連接器組件。
圖12是本發(fā)明連接器組件的第六實(shí)施例的側(cè)視圖。
發(fā)明詳述圖1-3示出了本發(fā)明的一連接器組件10。連接器組件10設(shè)計成在一第一光波導(dǎo)陣列12和一相配合的第二平行光波導(dǎo)陣列14之間提供端接和互連裝置。在該實(shí)施例中，第一和第二波導(dǎo)陣列是光學(xué)連接于光學(xué)器件的平行光學(xué)總線。術(shù)語光學(xué)器件意思是包括光波導(dǎo)、光和信號源(諸如發(fā)光二極管、激光源(例如豎腔一表面發(fā)光激光器“VCSEL”))、光接收器以及光電器件。
第一總線12包括一個多光波導(dǎo)13的陣列，它們設(shè)置在一第一平面基底16的平面內(nèi)或與該基底平行的平面內(nèi)。第二波導(dǎo)總線14包括一相應(yīng)數(shù)量的光波導(dǎo)15，它們設(shè)置在一第二基底18上或平行于該基底。第一基底16可以沿槽口插入而抵靠第二基底18。
在該示例性實(shí)施例中，第一基底16可以看作是插入一底板18的一印刷電路(PC)板?；蛘撸景l(fā)明的連接器組件類似地可用于騎在一母板上并與其基本垂直的一可滑動子系卡，該母板進(jìn)而可設(shè)置成垂直于一底板。
第一總線12的初始縱向?qū)R限定了一第一連接y軸，第二總線14的初始縱向?qū)R限定了一第二連接x軸。我們還限定一z’軸，該軸平行于z軸并通過P點(diǎn)。第一基底16和第二基底18是平面基底，它們分別限定相交的第一和第二平面。雖然在該示例性實(shí)施例中，第一基底16和第二基底18是彼此垂直的，但在其它實(shí)施例中，這些基底也可布置成除九十度以外的其它交角。X軸與y軸的相交限定一交點(diǎn)P。第一平面與第二平面的相交限定一相交軸z，該軸基本垂直于第一和第二連接軸。在該示例性實(shí)施例中，軸x和y也彼此垂直。
連接器組件10包括一第一連接器20和一第二連接器30。術(shù)語連接器是指連接元件，包括套管和插座。第一連接器20沿第一連接軸y和第一平面排列。第一連接器20包括一第一連接器塊或套管22，該套管包括一波導(dǎo)保持區(qū)域24，該區(qū)域具有多個v形槽用于接納第一平行光波導(dǎo)陣列或總線12的每一個波導(dǎo)13。在該實(shí)施例中，第一平行光波導(dǎo)總線12包括多個多模玻璃光纖，諸如德克薩斯州Austin的3M電信系統(tǒng)分公司的GGP光纖。在光纖保持區(qū)域24上插入和保持有一罩蓋26，用于將波導(dǎo)總線12固定于第一連接器20內(nèi)。雖然所示的實(shí)施例使用的是多模玻璃光纖，但應(yīng)予理解，術(shù)語波導(dǎo)包含各種其它的光波導(dǎo)，諸如單模光纖、塑料光纖和聚合物波導(dǎo)。
第二連接器30也相對于y軸排列，平行于第一基底16。第二連接器30包括一第二連接器塊或套管32和一第二罩蓋36，該套管具有一光纖接納面34。在該示例性實(shí)施例中，第二罩蓋36具有一下倒角半徑部分，該部分允許第二總線14的各光纖15的一部分可沿x軸受限制地自由移動。罩蓋36中的半徑倒角有助于控制光纖半徑和消除光纖15的扭結(jié)。其它的實(shí)施例可包括不帶有倒角部分37的矩形罩蓋。
第一連接器20的連接器塊22和第二連接器30的連接器塊32都分別具有外部對齊結(jié)構(gòu)28和38，它們是呈多面體側(cè)部結(jié)構(gòu)的形式。有一外罩或外殼40在連接器20和30上滑動。外殼40是一剛性結(jié)構(gòu)，它具有一中空的內(nèi)腔42。外殼40可包括用于安裝到基底18上的突片41。內(nèi)腔42的內(nèi)壁與外部對齊結(jié)構(gòu)28和38相配和互補(bǔ)。其它的實(shí)施例包括其它對齊結(jié)構(gòu)，諸如在共有的美國專利5,920,670以及1998年11月30日提交的、一起待批的并共有的美國專利申請09/201,798和1999年5月14日提交的09/312,561中所描述的，這些文獻(xiàn)援引在此供參考。
第一連接器20還包括一前部配合面50和一背面52。連接器塊22在背面52上具有孔54，這些孔允許連接器20設(shè)置在一銷組件56上。銷組件56包括一安裝架58，該安裝架將銷組件56和第一連接器連接于第一基底16。銷組件56還包括平行于y軸并與接納腔54對齊的銷60。每個銷60上設(shè)置有彈簧62。在配合過程中，彈簧62在連接器塊22的配合面50上提供壓力。
連接器塊22可沿銷60、沿y軸受限制地自由移動。沿銷60的縱向移動提供兩個連接器20和30之間的長度容差。銷60具有掣子結(jié)構(gòu)64，該結(jié)構(gòu)是呈直徑大于接納腔54直徑的區(qū)域的形式，它們限制連接器塊22的“向上”或“向后”移動范圍。內(nèi)部卡子結(jié)構(gòu)和/或相對的連接器塊32限制“向下”或“向前”移動范圍。彈簧62向前偏壓連接器塊22。
同樣，第二連接器30包括一前部配合面70和一背面72，該背面形成接納孔74(看不到)。第二連接器塊32滑到一第二銷組件76上，并可沿y軸受限制地自由移動。第二銷組件76包括一安裝架78，該安裝架將第二銷組件76和第二連接器30連接于第二基底18。第二銷組件76包括布置成可插入接納腔74并允許沿第二連接器30的y軸作軸向移動的銷80。銷80上設(shè)置有彈簧82，它們在配合面70上提供向前的偏壓。掣子結(jié)構(gòu)84限制第二連接器30沿y軸的“向下”軸向移動，而相對的配合面50和/或內(nèi)部卡子結(jié)構(gòu)限制“向上”的軸向移動。第二銷組件76的掣子結(jié)構(gòu)84和彈簧82的尺寸制成使第二連接器30的背面72與第二基底18的表面保持一預(yù)定距離。彈簧62和82確保相對的配合面50和70直徑緊密而整齊的接觸。
底部連接器30的用彈簧加載的特性有三個重要的優(yōu)點(diǎn)。第一，彈簧和掣子的尺寸有助于控制光纖總線14的彎曲半徑。為此，當(dāng)達(dá)到彈簧82的壓縮長度時，便可控制光纖15的最小半徑。連接器鎖閂86止擋豎向套管的移動，并限制最大(伸展)光纖狀態(tài)。套管罩蓋36中的半徑還可用于控制伸展?fàn)顟B(tài)下的光纖15，并消除光纖的扭結(jié)。第二，當(dāng)插入頂部連接器20時，連接器30的用彈簧加載的特性可為連接器30和光纖端部提供順應(yīng)性和保護(hù)。例如，當(dāng)使用者將頂部連接器20推入外殼40而與底部連接器30相配合時，彈簧82和62可吸收動態(tài)移動。第三，底部連接器30中的套管32上所作用的彈簧力可使套管22和32的表面以及光纖端部保持緊密接觸，從而使連接中的光損失維持在較低水平。頂部連接器20也可以受彈簧加載(如這里所示的)，以對系統(tǒng)增加額外的柔性。
該實(shí)施例中的連接器對齊塊22和32由熱塑性塑料(Ticona公司的FortronTM)通過注塑法制成。在其它實(shí)施例中，連接器塊可以由諸如陶瓷、金屬、熱固性聚合物之類的其它材料通過磨削、機(jī)加工或熱固塑料模塑之類的技術(shù)制成。外殼40由熱塑性塑料(GE熱塑性塑料公司的UltemTM)制成。銷組件和銷由熱塑性塑料(UltemTM)制成。其它的實(shí)施例可以包括熱固性聚合物或金屬。
參見圖1，第一光學(xué)總線12包括一個端部90。該端部90是保持于罩蓋26和光纖保持面24之間的部分。第一光學(xué)總線12的端部90的各光纖13在光纖保持面24的v形槽內(nèi)保持精確的平行排列和分布。沿前部配合面50的光纖13的端部被劈開并拋光，用于連接。
參見圖2、3和4，第二光學(xué)總線14包括一個端部92、一自由的中跨部分94和一基底部分96。端部92保持在第二連接器30的罩蓋36和光纖接納面34之間。如上面所提到的，罩蓋36包括一倒角的底部37。第二光學(xué)總線14的自由部分94允許在第二連接器30和第二基底18之間自由地拱曲。第二光學(xué)總線14的基底部分96例如由粘結(jié)劑或現(xiàn)有技術(shù)中公知的其它保持方法保持于第二基底18。
連接器20和30沿y軸的移動自由度受控制，以考慮光纖15的臨界彎曲半徑。圖4以簡化的細(xì)節(jié)示出了圖1的連接器組件中光纖的彎曲幾何形狀。光纖15實(shí)際保持于罩蓋36和光纖對齊塊32之間的第一點(diǎn)限定為點(diǎn)R。沿y軸在點(diǎn)R與在第二基底18的表面上的交點(diǎn)P之間的距離限定為高度h。光纖15保持在第二基底18上的點(diǎn)限定為點(diǎn)Q。沿x軸在點(diǎn)P和Q之間的距離標(biāo)為L。光纖15的彎曲半徑標(biāo)為r。
距離h和L的最小和最大值選擇成使彎曲半徑r不小于光纖15的臨界彎曲半徑rcrit。圖5用本發(fā)明連接器中的光纖的三個主要條件示出了連接器的運(yùn)動范圍。使用無量綱單位，最小所需彎曲半徑任意限定為rmin＝0.25＞rcrit。
圖5a示出了一初始的或連接好的狀態(tài)，例如，在該狀態(tài)下，連接器30的位置由與相配合的連接器20的配合接觸確定。為了便于說明，圖5使用無量綱單位，其中hi＝1單位，L＝1單位，ri＝1單位。可以理解，曲線是一條π/2曲線，其中h＝L＝r。由于連接點(diǎn)Q是固定的，因而L是一恒量。初始狀態(tài)選擇成位于h和r的最大和最小值之間。
圖5b示出一壓縮狀態(tài)，諸如在第二連接器30于卡16插入過程中被向下壓時可能產(chǎn)生的狀態(tài)。h所允許的最小值hmin(由一硬質(zhì)機(jī)械止擋件控制，諸如掣子84)是0.678單位，從而使r的最小值rmin為0.25單位。對于任何給定的半徑r來說，高度和角度之間的關(guān)系為h＝r(1+Cos(θ))，其中，θ是兩個相交平面之間的交角。知道了r的所需最小值后，本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員可很容易地計算最小高度h。
圖5c示出一伸展?fàn)顟B(tài)，在該狀態(tài)下，連接器30伸展到其y軸移動的最大范圍，諸如是在將卡16拉出而斷開時產(chǎn)生的。在該實(shí)施例中，連接器30的向上移動受一鎖閂286形式的硬質(zhì)機(jī)械止擋件的約束。在這種狀態(tài)下，與最小彎曲角有關(guān)的點(diǎn)靠近于點(diǎn)R和點(diǎn)Q。
圖6a-6c示出了用于圖1-3所示實(shí)施例的實(shí)際值。圖6a示出第一可能極限，稱作伸展?fàn)顟B(tài)，其中第二連接器30沿y軸移動到其極限位置。在這種狀態(tài)下，與最小彎曲角有關(guān)的點(diǎn)靠近于點(diǎn)R和點(diǎn)Q。h的最大值可以通過調(diào)節(jié)第一銷組件56的掣子止擋件64的位置來控制。掣子286通常將被設(shè)定在h＜hmax的點(diǎn)R，以防止發(fā)生伸展?fàn)顟B(tài)。
圖6b示出連接狀態(tài)，在該狀態(tài)下，高度h由第一連接器20和第二連接器30的接觸而確定。
圖6c示出第二連接器30被壓到硬質(zhì)止擋件掣子表面84所允許的最小距離的狀態(tài)，這諸如是因使用者在連接過程中施加過大壓力而造成的。該最小距離按上面所描述的方式計算，以確保最小彎曲半徑大于臨界彎曲半徑。
圖6中所示的值是針對3M的GGP光纖。上述的最小彎曲半徑通常是針對光纖彎曲應(yīng)力問題而規(guī)定的，而并非針對光損失問題。3M的高強(qiáng)度光纖并不要求傳統(tǒng)的一英寸最小彎曲半徑，而僅要求0.25英寸(0.635厘米)的彎曲半徑。
圖7示出本發(fā)明連接器系統(tǒng)110的第二實(shí)施例，它將一子系板116上的光學(xué)器件連接于一母板118。連接器系統(tǒng)110包括一第一連接器120和一第二連接器130，并包括一光學(xué)連接總線112。光學(xué)連接總線112包括多根平行布置的光纖113。光學(xué)總線112的第一端部分114由第一連接器120保持，光學(xué)總線112的第二端部分115由第二連接器130保持。光學(xué)總線112的自由部分117在兩個連接器120和130之間拱曲。
第二連接器130類似于圖1-3實(shí)施例的連接器30。第二連接器130包括一連接器塊132、一前部加載光纖接納面134和一罩蓋或光纖保持板136。安裝腿139將連接器130固定于一母板118，并使連接器塊132與該母板隔開。第二連接器130沿縱向y軸對齊，并有一受限制的縱向移動范圍?？梢允褂弥T如對連接器30所描述的那種銷和彈簧系統(tǒng)或者諸如掣子之類的其它物理裝置來實(shí)現(xiàn)和控制連接器130的縱向移動自由度。
第二連接器130與一插座(即連接元件)150相配合，該插座包括一光電傳輸和/或接收元件152，諸如一發(fā)光二極管陣列、二極管激光器陣列或感光器陣列。插座150機(jī)械連接于子系板116。在其它實(shí)施例中，第二連接器130可以連接于一相對的連接器，諸如系統(tǒng)10的連接器20。
第一連接器120沿橫向x軸的移動范圍受限制。第一連接器120包括一滑動對齊塊或連接器塊122、一光纖接納面124和一罩蓋126。連接器塊122具有橫向?qū)к?未圖示)，它們與母板118上的相應(yīng)橫向槽(未圖示)相配合。這些橫向槽的長度確定連接器塊122的移動范圍。在橫向槽中可以設(shè)置彈簧裝置，用以沿負(fù)的x方向偏壓對齊塊。兩個罩蓋件126和136都分別具有倒角的端部127和137。端部127和137的彎曲半徑大于光纖的臨界彎曲半徑，從而緩和了在圖8c和8d所示的伸展?fàn)顟B(tài)中所遇到的問題。
圖8a-8d示出了圖7所示系統(tǒng)110的不同的光纖彎曲狀態(tài)。使用無量綱單位，最小所需彎曲半徑rmin采用0.25。圖8使用與圖4所示相同的符號h、L、r、P和θ。圖8a示出了一初始/連接狀態(tài)，其中，兩個連接器120和130與點(diǎn)P等距離。圖8b示出了一壓縮狀態(tài)，其中兩個連接器120和130被朝點(diǎn)P壓。圖8c示出了第一連接器120被朝離開點(diǎn)P的方向拉伸時的狀態(tài)，而圖8d示出了第二連接器130被朝離開點(diǎn)P的方向拉伸時的狀態(tài)。
同樣，對于一給定的最小光纖半徑(rmin)，底板互連線的最小高度(h)隨兩個平面之間的角度(θ)而變化。知道了任何最小所需彎曲半徑rmin的值，距離h和L可以用以下公式計算h＝r(1+Cos(θ)) (公式1)圖9示出了本發(fā)明連接器系統(tǒng)210的第三實(shí)施例。該連接器系統(tǒng)210包括一頂部連接器組220和一底部連接器組230。頂部連接器組220包括一將連接器組220連接于一子系板的安裝架222，并包括兩個并排布置的連接器套管224和226。該安裝架包括一預(yù)對齊銷238。頂部連接器套管224和226具有外部對齊表面。
底部連接器組230包括兩套底部連接器，它們類似于圖1-3所示實(shí)施例的連接器30。安裝基座231和232具有銷(看不到)，它們將第一套管234和第二套管236連接于一母板。彈簧284和掣子結(jié)構(gòu)(看不到)為套管234和236的向下運(yùn)動范圍提供一物理止擋件。每個安裝基座231和232具有一機(jī)械卡子286，該卡子沿各套管234和236的背部滑動并控制向上移動范圍。
一單個的外殼240保持住頂部和底部連接器套管對并使它們對齊，該外殼具有一第一和一第二腔室244和246。腔室244和246的內(nèi)部幾何形狀與頂部套管對224、234和底部套管對226、236的外部幾何形狀和對齊表面相配。第一底部套管234與第一頂部套管224相對地對齊，而第二底部套管236同樣與第二頂部套管226相對地對齊。預(yù)對齊銷238與外殼240上的一接納孔248相配。頂部連接器220中的預(yù)對齊銷238用于在套管224和226進(jìn)入外殼240的腔室244和246之前使頂部連接器220對齊于接納外殼240。這樣做是有助于使套管224和226與它們相應(yīng)的接納腔室244和246對齊，并確保順暢地進(jìn)入。
圖10和11示出了高密度、多套管光學(xué)連接器系統(tǒng)的其它實(shí)施例，它們可以通過本發(fā)明連接器的模塊化設(shè)計來制成。圖10示出一連接器系統(tǒng)310，它包括保持于一外殼340中的多個錯開的連接器套管對320。該連接器系統(tǒng)310可連接多對總線312和314。
圖11示出另外一外殼340，其中各接納孔342沿同一平面對齊。在其它的實(shí)施例中，多個套管可以保持成多排，它們的位置一排與一排地錯開，以減小連接器總長度。
圖12示出了本發(fā)明連接器系統(tǒng)410的另一實(shí)施例。該連接器系統(tǒng)410類似于圖1-3的連接器系統(tǒng)。一個顯著的不同在于，在連接器系統(tǒng)410中，母板418形成一孔420，該孔允許光纖總線412連接到母板418的另一表面。在計算連接器系統(tǒng)410的厚度h時可以考慮母板418的厚度，重要的是要注意，該系統(tǒng)在提供彎曲半徑控制時不依賴母板418的厚度。
本發(fā)明連接器系統(tǒng)的設(shè)計可提供顯著的優(yōu)點(diǎn)。使用可自由拱曲的光纖不要求光纖處于底板內(nèi)，因此不需要具有異常厚度的底部。本發(fā)明設(shè)計中的彎曲半徑控制是由連接器系統(tǒng)來提供的，而不是由底板厚度提供。該設(shè)計能夠?qū)⒁还鈱W(xué)底板加到任何現(xiàn)有的電氣底板上，并且不需要專門的底板構(gòu)造。光學(xué)底板線路可簡單地作為一附加的層而層壓于用戶提供的電氣底板上，如共有的美國專利5902435中所討論的，該專利援引在此供參考。
本發(fā)明的另一優(yōu)點(diǎn)在于，光纖總線可保持所有光纖沿同一平面對齊，防止沿總線縱軸線扭轉(zhuǎn)，這樣可以使各光纖上的應(yīng)力保持均勻。
本發(fā)明是針對相交成直角的基底來進(jìn)行描述的。本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員很容易理解，本發(fā)明可以應(yīng)用于以銳角或鈍角相交的板的連接。
本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解，本發(fā)明可以用于連接各種光學(xué)器件。雖然本發(fā)明是參照示例性的優(yōu)選實(shí)施例來進(jìn)行描述的，但本發(fā)明也可以以其它特定的形式來實(shí)施。因此，應(yīng)予理解，本文所描述和表示的實(shí)施例僅僅是示例性的，不應(yīng)認(rèn)為是對本發(fā)明的限制。按照本發(fā)明的范圍可以進(jìn)行其它的變化和改進(jìn)。
權(quán)利要求
1.一種用于將附連于一第一基底(18)的一第一光波導(dǎo)陣列(14)光學(xué)連接于位于一相交的第二基底(16)上的一光學(xué)器件(12)的連接器組件(10)，第一波導(dǎo)陣列包括多根平行的光波導(dǎo)(15)，這些光波導(dǎo)具有一最小所需彎曲半徑，第一和第二基底分別限定一第一和一第二平面，第一波導(dǎo)陣列的縱向方向限定一第一軸(x)，第一波導(dǎo)陣列包括附連于第一基底的一基底部分(96)、一中跨部分(94)和一端部(92)，其中第一平面與第二平面相交，這兩個平面的相交限定一基本垂直于第一軸的相交軸(z)，該連接器組件包括a)一附連于第二基底的第一連接器(30)，它沿一基本垂直于相交軸的第二軸對齊，第一連接器包括一接納和保持第一光波導(dǎo)陣列的端部的第一保持機(jī)構(gòu)；b)其中，該端部沿第二軸而懸于第一平面上方一段距離處，該距離至少等于最小所需彎曲半徑，并且，第一光波導(dǎo)陣列的中跨部分在第一和第二平面之間繪出一條懸彎曲線，該懸彎曲線的彎曲半徑等于或大于最小所需彎曲半徑。
2.如權(quán)利要求1所述的連接器組件，其特征在于，它還包括一第二連接器(20)，該第二連接器具有配合并連接于第一連接器的對齊和配合結(jié)構(gòu)，其中，第二連接器沿第二軸和第二平面對齊，第二連接器包括一接納和保持一第二光波導(dǎo)陣列的第二保持機(jī)構(gòu)。
3.如權(quán)利要求2所述的連接器組件，其特征在于，第一和第二連接器沿第二軸具有受限制的第一和第二移動范圍，第一和第二連接器包括將第一和第二連接器彼此朝對方偏壓的偏壓元件(62，82)。
4.如權(quán)利要求2所述的連接器組件，其特征在于，它還包括一在第一和第二連接器上滑動的罩蓋元件(40)，該罩蓋元件具有與第一和第二連接器的外部幾何結(jié)構(gòu)相配合并使第一和第二連接器對齊的內(nèi)部幾何結(jié)構(gòu)。
5.如權(quán)利要求1所述的連接器組件，其特征在于，每個波導(dǎo)陣列包括多根平行的光纖，第一保持機(jī)構(gòu)包括一容納第一光波導(dǎo)陣列的平行光纖的光纖接納面(34)和一將平行光纖固定于光纖接納面上的罩蓋(36)，其中該罩蓋在靠近于相交軸的端部具有一倒角部分(37)，該倒角部分繪出一條半徑至少等于第一光波導(dǎo)陣列的最小所需彎曲半徑的曲線。
6.如權(quán)利要求1所述的連接器組件，其特征在于，第一連接器(30)安裝于第一基底(18)，并允許端部沿第二軸有一第一移動范圍，該第一移動范圍相對于第一基底確定一最大和一最小位置，其中該最小和最大位置選擇成，在任一位置下，中跨部分的懸彎曲線的半徑至少等于第一光波導(dǎo)陣列的最小所需彎曲半徑。
7.如權(quán)利要求6所述的連接器組件，其特征在于，第一連接器包括一第一連接器塊(32)和一安裝組件(76)，其中該第一連接器塊可滑動地安裝于該安裝組件上，該安裝組件包括至少一個偏壓元件(82)和至少一個掣子件(84，86)，該偏壓元件將第一連接器塊沿第一移動范圍朝一第一方向偏壓，該掣子件限制第一連接器塊的運(yùn)動范圍。
8.如權(quán)利要求1所述的連接器組件(110)，其特征在于，它還包括一保持第一光波導(dǎo)陣列的基底部分的第三連接器(120)。
9.如權(quán)利要求8所述的連接器組件，其特征在于，該第三連接器允許基底部分沿第一軸有一第三運(yùn)動范圍，該第三運(yùn)動范圍具有一最大和一最小值，使得中跨部分的彎曲半徑至少等于最小所需彎曲半徑。
10.如權(quán)利要求1所述的連接器組件，其特征在于，該第一基底包括一母板，該第二基底包括一基本垂直于母板的子系卡。
11.如權(quán)利要求1所述的連接器組件，其特征在于，該第一基底包括一底板，該第二基底包括一基本垂直于底板的印刷電路卡。
12.如權(quán)利要求1所述的連接器組件，其特征在于，該光學(xué)器件包括一第二波導(dǎo)陣列(12)，其中第一和第二波導(dǎo)陣列是光學(xué)連接于光學(xué)器件的光學(xué)總線。
13.如權(quán)利要求2所述的連接器組件(210)，其特征在于，該第一和第二連接器是一對連接器，該連接器組件包括多對連接器。
14.如權(quán)利要求1所述的連接器組件(110)，其特征在于，它還包括一具有一光學(xué)器件的插座(150)，其中該插座光學(xué)連接于第一連接器。
15.如權(quán)利要求8所述的連接器組件(110)，其特征在于，它還包括一具有一光學(xué)器件的插座，其中該插座光學(xué)連接于第三連接器。
16.一種用于連接設(shè)置在一第一平面和一第二平面上的光學(xué)器件的連接器組件，其中第一和第二平面相交于一相交軸z，該連接器組件包括a)一光波導(dǎo)陣列，它包括多根波導(dǎo)，這些波導(dǎo)具有一最小所需彎曲半徑；b)一將光波導(dǎo)陣列的一第一端部分固定于第一平面的第一波導(dǎo)保持裝置；c)一將光波導(dǎo)陣列的一第二端部分固定于第二平面的第二波導(dǎo)保持裝置；d)其中第一和第二波導(dǎo)保持裝置將波導(dǎo)陣列的第一和第二端部分固定于相距相交軸z第一和第二最小預(yù)定距離處，波導(dǎo)陣列在第一和第二平面之間拱曲，其彎曲半徑等于或大于最小所需彎曲半徑。
17.如權(quán)利要求16所述的連接器組件，其特征在于，該第一波導(dǎo)保持裝置還包括將波導(dǎo)陣列連接于一光學(xué)器件的第一連接裝置。
18.如權(quán)利要求17所述的連接器組件，其特征在于，該第二波導(dǎo)保持裝置包括將波導(dǎo)陣列連接于一第二光學(xué)器件的第二連接裝置。
19.如權(quán)利要求16所述的連接器組件，其特征在于，該第一波導(dǎo)保持裝置包括用于允許波導(dǎo)陣列的第一端部分沿其縱軸線有一運(yùn)動范圍的運(yùn)動范圍裝置。
20.如權(quán)利要求19所述的連接器組件，其特征在于，該第二波導(dǎo)保持裝置包括用于允許波導(dǎo)陣列的第二端部分沿其縱軸線有一運(yùn)動范圍的運(yùn)動范圍裝置。
21.如權(quán)利要求19所述的連接器組件，其特征在于，該運(yùn)動范圍裝置包括將保持裝置偏壓到一所需位置的偏壓裝置。
22.如權(quán)利要求16所述的連接器組件，其特征在于，它還包括一連接元件，該連接元件具有一連接于第一波導(dǎo)保持裝置的光學(xué)器件。
23.如權(quán)利要求22所述的連接器組件，其特征在于，該連接元件包括一套管，該光學(xué)器件包括一第二波導(dǎo)陣列。
全文摘要
一種用于將安裝于一第一基底的一第一光波導(dǎo)陣列連接于位于一相交的第二基底上的一光學(xué)器件的連接器組件。第一波導(dǎo)陣列包括多根平行的光波導(dǎo)，這些光波導(dǎo)具有一最小所需彎曲半徑。第一和第二基底分別限定一第一和第二平面，第一波導(dǎo)陣列的縱向方向限定一第一軸。這兩個平面的相交限定一基本垂直于第一軸的相交軸。第一波導(dǎo)陣列具有安裝于第一基底的一基底部分、一中跨部分和一端部。該連接器組件包括一適于可拆地連接于第二基底的第一連接器，該第一連接器沿一基本垂直于相交軸的第二軸對齊。第一連接器具有一接納和保持第一光波導(dǎo)陣列的端部的第一保持機(jī)構(gòu)，其中該端部沿第二軸而懸于第一平面上方一段距離處，該距離至少等于最小所需彎曲半徑。第二光波導(dǎo)陣列的中跨部分在第一和第二平面之間繪出一條懸彎曲線，該懸彎曲線的彎曲半徑等于或大于最小所需彎曲半徑。
文檔編號G02B6/40GK1452724SQ00819537
公開日2003年10月29日 申請日期2000年9月12日 優(yōu)先權(quán)日2000年5月17日
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