CN106461885A - 衬底安装的光学插座 - Google Patents

Abstract

本发明公开的是用于与电子装置一起使用的光学插座。在一个实施方案中，所述光学插座包括用于接收和传输光信号的光学透镜主体，并且所述光学透镜主体包括具有凹槽的前面和全内反射(TIR)表面。盖件设置在所述光学透镜主体的所述凹槽中，以用于保护所述光学透镜主体的表面，并且还提供可清洁的表面。所述光学插座还包括具有敞开侧面的插座外壳，所述敞开侧面用于容纳所述光学透镜主体，以及盖件，所述盖件设置在所述光学透镜主体的所述凹槽中。

Description

衬底安装的光学插座

优先权申请

本申请根据35U.S.C.§119要求2014年4月4日提交的美国临时申请序列号61/975,304的优先权权益，该申请的内容是本申请的基础并以全文引用方式并入本文中。

背景

本公开针对光学插座，所述光学插座安装至如用于在电子装置中使用的电路板的衬底。更具体地说，本公开针对光学插座，所述光学插座安装至衬底并且具有转向光信号的光学主体。

随着电子装置以较快的数据速率朝操作移动，这些装置上的电气接口以及电气传输电缆将达到其带宽容量极限。另外，电子装置正趋于以较快速度操作的较小和较薄的覆盖区。

因此，对于可用于像典型的消费者应用(如人员装置)一样的相对小的装置的光学接口存在未解决的需要，所述人员装置如智能电话、平板和具有相对小的覆盖区的其他消费者装置。本文所公开的概念解决对于用于小形状因数装置的光学接口的这种未解决的需要。

概述

本公开针对光学插座，所述光学插座适用于在如智能电话、平板、膝上型计算机和其他装置的电子装置中使用。在一个实施方案中，光学插座包括用于接收和传输光信号的光学透镜主体、插座外壳和盖件。光学透镜主体包括具有凹槽的前面和全内反射(TIR)表面，并且盖件设置在光学透镜主体的凹槽中。插座外壳包括敞开侧面并且容纳光学透镜主体。

本申请的另一方面针对光学插座，所述光学插座包括光学透镜主体，所述光学透镜主体用于接收和传输光信号，其中所述光学透镜主体包括具有凹槽的前面和后部分；插座外壳，所述插座外壳用于容纳所述光学透镜主体，并且所述插座外壳包括敞开侧面；电路板组件，所述电路板组件包括一个或多个有源部件，并且所述电路板组件附接至光学透镜主体的后部分；以及盖件，所述盖件设置在光学透镜主体的凹槽中。

另外的特征和优点将在以下的详述中阐述，并且在部分程度上，本领域技术人员将从说明书显而易见这些特征和优点，或者通过实践在本文(包括随后的详述、权利要求书以及附图)中所描述的相同内容来认识这些特征和优点。

应理解，前述一般描述和以下详述提出了诸多实施方案，这些实施方案意图提供用于理解权利要求书的性质和特征的概述或框架。附图被包括来提供对本公开的进一步理解，并且被并入本说明书中并构成本说明书的一部分。附图例示了各种实施方案，并且与说明书一起用于解释原理和操作。

附图简述

图1为根据本文中所公开的概念的说明性光学插座的透视图；

图2为图1的光学插座的局部分解图；

图3为图1和图2的光学插座的横截面视图；

图4为图3的光学插座的特写横截面视图；

图5为示出用于图3的光学插座的光学透镜主体的光学路径的局部横截面视图；

图6为示出与图1的光学插座对准以便配对的光学插头的透视图；

图7为根据本文中所公开的概念的图1的另一光学插座的局部分解图；

图8为示出与图7的光学插座对准的光学插头的透视图；并且

图9为对准的光学插头和光学插座在配对之前的横截面视图。

详述

现在将详细地参考本公开的优选实施方案，所述实施方案的实例在附图中例示。在一切可能的情况下，将使用相同参考数字来指代相同的部件或零件。

本文中所公开的光学插座实现用于将光信号传输至电子装置的高速数据应用，如5GB/秒或更大的速度，并且具有相对小和紧凑的覆盖区，以使得所述光学插座用于与如消费者装置和类似装置的电子装置一起使用。所公开的光学插座可为电子装置的一部分，因此所述电子装置可接收光信号以用于转换成电信号并且反之亦然，以便传输信号。为了传输/接收光信号，光学插座可包括光学透镜主体，以用于将光信号引导至一个或多个有源部件并从一个或多个有源部件引导光信号，所述一个或多个有源部件如激光二极管、垂直腔面发射激光器(VCSEL)、光电二极管或类似物。在一个实施方案中，光学透镜主体可包括用于转向光信号的全内反射(TIR)表面。此外，光学透镜主体可包括设置在合适位置处的一个或多个透镜。光学透镜主体的一个或多个透镜用于准直或聚焦从光学耦接至激光器或激光二极管的传输通道至具有光学插头的互补电缆组件中的光纤的光，以及从互补电缆组件中的光纤至光学耦接至如光电二极管或类似物的有源部件的光学插座的接收通道的光。光学插座还可包括用于容纳光学透镜主体的插座外壳，以及设置在光学透镜主体的凹槽中的盖件。在某些实施方案中，光学插座具有覆盖区，所述覆盖区具有大于高度H的宽度W，如宽度W为高度H的3倍或3倍以上(例如，W>3*H)，但其他合适的尺寸是可能的。例如，光学插座可具有用于在具有薄轮廓的电子装置中使用的如5毫米或更小的低轮廓高度H。光学插座可进一步包括电路板组件，所述电路板组件包括一个或多个有源部件。因此，一个或多个有源部件可独立于电子装置与光学透镜主体的光通道光学对准，从而提供可快速组装并且较容易组装至电子装置的较大组件中的光学插座，如安装至衬底而无需可以其他方式使组装和制造周期时间复杂化的其他光学对准程序或过程。因此，光学插座以有利地适用于具有薄且紧凑轮廓和类似轮廓的电子装置的覆盖区来提供快速且容易的制造。

图1和图2分别为根据所公开的概念的说明性光学插座100的透视图和局部分解图。光学插座100可为如由图1中所示的矩形框表示的电子装置1000的一部分。举例来说，电子装置1000可为智能电话、PDA、膝上型计算机、平板或类似物。

所示光学插座100包括用于接收和传输光信号的光学透镜主体10、用于容纳光学透镜主体10的插座外壳30、以及盖件50。光学透镜主体10包括具有凹槽14的前面12。凹槽14被设定大小以便接收和紧固盖件50，以使得所述盖件一般具有带有光学透镜主体10的前面12的平整底座，最好如图5中所示。盖件50设置在光学透镜主体10的凹槽14中，并且保护如作为光学透镜主体10的前部分的透镜的表面免受污垢和碎屑。此外，盖件50提供易于擦干净并且可包括一个或多个涂层的表面。在这个实施方案中，光学透镜主体10具有多个光通道，所述多个光通道还包括用于转向如本文中所论述的光信号的TIR表面17(图3和图4)。

如图2中所示，光学插座100还可包括附接至光学透镜主体10的电路板组件60。电路板组件60可包括一个或多个有源部件62。有源部件62包括如光电二极管、激光二极管、VCSEL和类似物的光电部件，并且用于从光学透镜主体10分别接收和传输光信号。电路板组件60还可包括如集成电路(IC)63和类似物的其他部件。IC 63可为如激光驱动器、重定时电路和类似物的部件，以用于支持电气至光学和光学至电气转换。有源部件62和IC63可取决于设计的特性以任何合适的方式电气附接和/或安装至电路板12，如直接电气附接和/或安装至电路板上。电路板组件60还可包括电系绳64和电连接器66。电系绳64和电连接器66有利地允许电路板组件60通过将电连接器***测试设备以便按需要确定适当操作，来被测试以用于组装有光学透镜主体10之前的操作。

光学插座100设置在如电路板的衬底90上。插座外壳30具有如图2中所描绘的敞开侧面32，并且所述敞开侧面32在安装时面向衬底90。插座外壳30还可包括外侧面上的凸缘38，以用于以合适的方式将所述插座外壳紧固至衬底90。凸缘38可焊接至电路板组件，以便如果需要，使插座外壳30接地。此外，光学插座100可在制造过程中需要时放置至衬底90上作为单元，并且如通过连接电连接器66来电气连接至电子装置1000。

在光学插座100的组装期间，电路板组件60可对准至光学透镜主体10，以使得一个或多个有源部件62与光学透镜主体10所设置的一个或多个透镜13对准。按需要，所述对准可为有源部件62至设置在光学透镜主体10的底部部分上的多个透镜13的有源和/或无源对准。例如，可使用视觉对准***和/或定位可使用用于光学对准的对准特征和基准。光学透镜主体10的底部部分18上的一个或多个透镜13用于准直或聚焦来自像激光二极管或VCSEL一样的传输通道的光信号，以及进入如光电二极管的接收通道中的光信号。光学透镜主体10可按需要具有其他透镜。

在这个实施方案中，电路板组件60附接至光学透镜主体10的底部部分18。具体地，光学透镜主体10在底部部分18上包括如图5中可见的凸耳(未编号)，以用于安置和附接电路板组件60。可形成凸耳以紧固电路板组件60的周边部分，或甚至整个周边，以便抑制灰尘或碎屑影响光学路径。将电路板组件附接至光学透镜主体10优于常规光学插座设计，因为电路板组件60附接至光学透镜主体10作为单元。因此，抑制光学透镜主体10上的应力和/或光学透镜主体10的移动破坏光学透镜主体10和电路板组件60上的有源部件62的光学对准，因为它们将趋于一起移动。

图3和图4为光学插座100的横截面视图，示出所述光学插座的详细构造。光学透镜主体10朝设置在接收通道上的电路板组件60上的有源光学部件62转向光信号，并且朝传输通道上的前面12转向光信号。具体地，光学透镜主体10包括在模制零件中形成的TIR表面17，以用于使光学透镜主体10的配对接口的光学路径与电路板组件60上的有源光学部件62对准，并且将光信号耦合至这些有源部件62且从这些有源部件62耦合光信号。换句话说，有源部件62与光学透镜主体的所需部分(如透镜13)对准，以便产生传输和接收通道，并且将光信号引导至光学插座配对接口且从光学插座配对接口引导光信号。TIR表面17通过形成像镜子一样用来将光信号转向约90度(即，在折叠路径中转向光)的表面来产生光学转向，从而允许用于光学插座的相对小的形状因数，因为有源部件可位于不与插座/插头***方向对准的电路板组件上。TIR表面17为反射光的两种不同材料之间的接口，因为如空气与光学透镜主体10模块的聚合物材料之间的接口具有两个不同的折射率，从而致使光信号反射出TIR表面17，并且通过在光学透镜主体10内部内反射来改变光的方向。然而，本文中所公开的概念还可用于不转向光信号，反而将直列(例如，直通)光信号传递至如图7中所描绘的有源部件的光学透镜主体。例如，有源部件可安装在附接至光学透镜主体的垂直表面或后表面而不是附接至如光学透镜主体的底部的水平表面的电路板组件上。

如所示，光学插座100任选地具有设置于其中的多个电触头70，以用于在与称赞光学插头配对时制作电气连接。一个或多个电触头可用于传输电信号、电力或类似物。如果使用，则光学透镜主体10可包括一个或多个孔19，如所示，所述一个或多个孔延伸至光学透镜主体10的前面14。此外，如果需要，孔19可从前面14延伸至光学透镜主体10的后面(未编号)，或所述孔可取决于设计而为盲孔。在这个实施方案中，光学透镜主体10具有第一孔19，所述第一孔具有设置于其中的第一电触头70。同样，光学透镜主体10具有第二孔19，所述第二孔具有设置于其中的第二电触头70。此外，如所示，第一和第二孔19设置在盖件50的相对两侧上。

虽然这个实施方案中所示的第一和第二电触头70为销型电触头，但电触头可按需要具有如擦拭触头或弹簧触头的任何合适配置，并且可按需要修改光学透镜主体10以用于给定电触头配置。然而，如果需要，光学插座的其他实施方案可仍然具有用于电气接口或光学接口的其他配置。

光学插座100还可具有光学透镜主体10的前面14处的一个或多个任选对准特征15。在这个实施方案中，对准特征15为设置在盖件50外部的导向销孔(即，孔19内的较小孔)。对准特征15用于提供与如设置在光学插头5上的导向销的互补光学插头5(图6)的对准。然而，孔19还可用于提供与互补光学插头而不是导向销的粗对准。

光学透镜主体10可具有用于信号的光学传输的任何合适配置。举例来说，光学透镜主体10可具有整体形成于相邻于光学插座的配对表面的盖件50后面的透镜。在其他实施方案中，光学透镜主体可包括设置在光学透镜主体内的多个梯度折射率光纤(GRIN)透镜、光纤或类似物，以用于将光信号导引至电路板组件的有源装置/从电路板组件的有源装置导引光信号。例如，光学透镜主体可具有四个波导孔，所述波导孔用于接收孔中的梯度折射率光纤(GRIN)透镜、光纤或类似物，以用于导引光学(即，光)信号。光学透镜主体的其他变化可具有任何合适数目的光通道，如两个、六个八个等。

图5为光学透镜主体10的光通道OC的特写横截面视图。光学透镜主体包括前面、顶部和底部，以及至少一个光通道，所述至少一个光通道包括全内反射(TIR)表面和透镜。透镜位于底部上，并且与前面(例如，前端)有500微米或更小的距离；然而，其他合适的距离是可能的。光学主体进一步包括相邻于前端的盖件，以及具有至少一个有源部件的电路板组件，其中所述电路板组件附接至光学透镜主体，因此所述电路板组件的至少一个有源部件与透镜对准。

透镜13位于光学透镜主体10的底部部分18上，并且被定位成与前面14有500微米的更小的距离d1。因此，光学透镜主体10的光通道OC路径长度与常规光学主体相比可相对短。因此，本文中所公开的光学透镜主体与常规光学主体相比可抑制光束从所需目标区域走离。如所示，光学透镜主体10的总光通道OC路径长度包括水平分量和垂向分量。此外，与前面14的距离d1可具有任何合适的值，以针对光学路径长度维持相对短的光学路径长度。作为实例，与前面14的距离d1可为300微米或更小。在其他实施方案中，光学透镜主体可按需要在如相邻于前面的其他位置处具有更多透镜。光学透镜主体10由用于以所需波长传输光信号的合适材料形成。作为实例，光学透镜主体10可由或其他合适材料形成。虽然图5的横截面中仅可见一个透镜13，但光学主体10可具有多个透镜和如传输光通道和接收光通道的多个光通道。此外，传输和接收光通道OC的路径长度可取决于设计的所需光学指示而具有相同或不同路径长度。光学透镜主体10的类似设计在2014年2月17日提交的美国专利申请序列号61/940,654中进一步详细地公开，并且适用于本文中所公开的概念，所述申请的内容以引用方式并入本文中。

图6为具有与光学插座100对准的光学插头5的电缆组件1的透视图。电缆组件1包括具有光学插头5的光纤电缆7，所述光学插头5利用在配对期间平移的盖件3附接至所述光纤电缆。当光学插头5与光学插座配对时，将各个光通道对准以使得光信号可在所述光通道之间传输。光学插头5的盖件保护光学插头5的透镜或光通道免受污垢和碎屑，并且允许触及以便易于清洁盖件(例如，可触及以便擦拭)和/或如果需要或由于损坏而必需替换盖件。此外，光学插头5的盖件3从向前位置平移至缩回位置，但不同于其他连接器设计，光学接口不在Z方向上明显地平移，并且反而可能小程度“浮动”以用于光学对准。因此，因为所公开的概念不需要像常规设计一样平移光学部分，所以抑制光学对准和/或具有光学部分的光纤移动的问题。另外，光学插头连接器是用于预期经历大量配对/非配对循环的应用(如消费者电子应用)的稳健和可靠的设计。电缆组件1和光学插头5以及类似设计在2013年6月25日提交的美国专利申请序列号61/839,172中进一步详细地公开，所述申请的内容以引用方式并入本文中。

对于使用所公开概念的光学插座的仍然其他变化是可能的。代替执行光学转向的光学透镜块，光学透镜块可执行电气转向。图7至图9为示出光学插座200的透视图，所述光学插座200与光学插座100有一些相似之处，但具有电路板组件260和光学透镜主体210的不同布置。如图7中所示，光学插座200包括用于接收和传输光信号的光学透镜主体210，用于容纳光学透镜主体210的插座外壳230，以及盖件250。光学透镜主体210包括具有凹槽214的前面212。凹槽214被设定大小以便接收和紧固盖件250，以使得所述盖件一般具有带有光学透镜主体210的前面212的平整底座。盖件250设置在光学透镜主体210的凹槽214中，并且保护如作为光学透镜主体210的前部分的透镜的表面免受污垢和碎屑。此外，盖件250提供易于擦干净并且可包括一个或多个涂层的表面。在这个实施方案中，光学透镜主体210具有多个光通道，但不同于光学透镜主体10，所述光学透镜主体210不包括用于转向光信号的TIR表面17；但是，反而将直列光信号传递至电路板组件260上的有源部件62。以下论述光学插座200与光学插座100相比的差异。

光学插座200还可包括附接至光学透镜主体210的电路板组件260；然而，所述电路板组件不附接至底部部分，但反而所述电路板组件附接至光学透镜主体210的后部分218。电路板组件260以其他方式类似于电路板组件60，因为所述电路板组件260可包括一个或多个有源部件62以及IC 63。有源部件62包括如光电二极管、激光二极管、VCSEL等的光电部件，并且IC 63可为用于支持电气至光学转换和光学至电气转换的部件(如激光驱动器、重定时电路等)。电路板组件260还可包括电系绳64和电连接器66。

如图8中所示，光学插座200设置在如电路板的衬底290上。衬底290还可包括切口292，所述切口用于允许电系绳64的合适布线由于电路板组件260安装在光学透镜块210上而从垂直位置弯曲到更多水平位置。任选切口292允许电系绳64的较大弯曲半径。像插座外壳30一样，插座外壳230具有如所描绘的敞开侧面232，并且所述敞开侧面232在安装时面向衬底290。插座外壳230还可包括外侧面上的凸缘38，以用于以合适的方式将所述插座外壳紧固至衬底290。

在光学插座200的组装期间，电路板组件260可对准至光学透镜主体210，以使得一个或多个有源部件62与光学透镜主体210所设置的一个或多个透镜(不可见)对准。按需要，所述对准可为有源部件62至设置在光学透镜主体210的后部分218上的多个透镜的有源和/或无源对准。例如，可使用视觉对准***和/或定位可使用用于光学对准的对准特征和基准。光学透镜主体210的后部分218上的一个或多个透镜用于准直或聚焦来自像激光二极管或VCSEL一样的传输通道的光信号，以及进入如光电二极管的接收通道中的光信号。光学透镜主体210可按需要具有其他透镜。

在这个实施方案中，电路板组件60附接至光学透镜主体210的后部分218。具体地，光学透镜主体210在后部分218处包括凸耳(不可见)，以用于安置和附接电路板组件260。将电路板组件260附接至光学透镜主体210优于常规光学插座设计，因为电路板组件260附接至光学透镜主体210作为单元。因此，抑制光学透镜主体210上的应力和/或光学透镜主体210的移动破坏光学透镜主体210和电路板组件260上的有源部件62的光学对准，因为它们将趋于一起移动。

光学插头5’与光学插头5相似，除了盖件3由致动器4手动地移动而不是由弹簧偏压。图9为光学插座200和光学插头5’的横截面视图。

虽然本文中已参考本公开的优选实施方案和特定实例来例示并描述了公开内容，但本领域的普通技术人员将显而易见的是，其他实施方案和实例可执行类似的功能和/或实现相似结果。所有这些等效实施方案和实例都在本公开的精神和范围内，并且意图由所附权利要求书涵盖。本领域技术人员还将明白的是，在不脱离本公开的精神和范围的前提下，可对所公开的概念做出各种修改和变化。因此，本申请意图涵盖这些修改和变化，前提是它们全部落在所附权利要求书和其等效物的范围内。

Claims (20)

1.一种光学插座，其包括：

光学透镜主体，其用于接收和传输光信号，所述光学透镜主体包括具有凹槽的前面和全内反射(TIR)表面；

插座外壳，其用于容纳所述光学透镜主体，所述插座外壳包括敞开侧面；以及

盖件，其设置在所述光学透镜主体的所述凹槽中。

2.根据权利要求1所述的光学插座，其进一步包括附接至所述光学透镜主体的电路板组件，所述电路板组件包括一个或多个有源部件。

3.根据权利要求2所述的光学插座，所述电路板组件附接至所述光学透镜主体的底部部分处。

4.根据权利要求3所述的光学插座，所述电路板组件对准至所述光学透镜主体，以使得所述一个或多个有源部件与设置在所述光学透镜主体的所述底部部分上的一个或多个透镜对准。

5.根据权利要求2至4中任一项所述的光学插座，所述电路板组件进一步包括电系绳和电连接器。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的光学插座，所述光学透镜主体包括第一孔，所述第一孔具有设置在所述第一孔内的第一电触头，以及第二孔，所述第二孔具有设置在所述第二孔内的第二电触头。

7.根据权利要求6所述的光学插座，所述第一电触头为销型电触头，并且所述第二电触头为销型电触头。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的光学插座，所述光学透镜主体在所述前面处包括一个或多个对准特征。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的光学插座，所述光学插座具有5毫米或更小的高度。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的光学插座，所述光学插座安装于衬底上。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的光学插座，所述光学插座是电子装置的一部分。

12.一种光学插座，其包括：

光学透镜主体，其用于接收和传输光信号，所述光学透镜主体包括具有凹槽的前面和后部分；

插座外壳，其用于容纳所述光学透镜主体，所述插座外壳包括敞开侧面；

电路板组件，其包括一个或多个有源部件，所述电路板组件附接至所述光学透镜主体的所述后部分；以及

盖件，其设置在所述光学透镜主体的所述凹槽中。

13.根据权利要求12所述的光学插座，所述电路板组件对准至所述光学透镜主体，以使得所述一个或多个有源部件与设置在所述光学透镜主体的所述后部分上的一个或多个透镜对准。

14.根据权利要求12或13所述的光学插座，所述电路板组件进一步包括电系绳和电连接器。

15.根据权利要求12至14中任一项所述的光学插座，所述光学透镜主体包括第一孔，所述第一孔具有设置在所述第一孔内的第一电触头，以及第二孔，所述第二孔具有设置在所述第二孔内的第二电触头。

16.根据权利要求15所述的光学插座，所述第一电触头为销型电触头，并且所述第二电触头为销型电触头。

17.根据权利要求12至16中任一项所述的光学插座，所述光学透镜主体在所述前面处包括一个或多个对准特征。

18.根据权利要求12至17中任一项所述的光学插座，所述光学插座具有5毫米或更小的高度。

19.根据权利要求12至18中任一项所述的光学插座，所述光学插座安装于衬底上。

20.根据权利要求12至19中任一项所述的光学插座，所述光学插座是电子装置的一部分。