TW201404056A - 電子裝置的隨插即用光收發器模組 - Google Patents

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Micah Colen Isenhour
Dennis Michael Knecht
James Phillip Luther
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Abstract

茲揭示用於電子裝置的光收發器模組。在一個實施例中，光收發器模組具有電路板透過一連結至該電路板之連接器外殼使該電路板被配置於該殼之外，以用來接收及傳送光訊號。該光收發模組亦包含一面板，該面板可具有一或多個連結特徵用於將該面板及/或光收發器模組固定至一裝置。藉由配置該電路板於該光收發器模組之該殼之外，該模組之尺寸大幅度降低，從而提供有利於將相對低輪廓安裝入電子裝置的配置。再者，該光收發器模組可選擇性包含一或多個電氣接點。

Description

電子裝置的隨插即用光收發器模組 【專利優先權】
本申請案依據專利法主張美國臨時申請案於2012年4月27日申請，案號為61/639,326的優先權之益處，本案之內容在此處整體依賴且併入。
本案係關於用於電子裝置之光收發器模組。更精確來說，本案係關於光收發器模組，該模組可被安裝入一電子裝置之埠。
由於電子設施走向高速資料傳輸速率，這些設施上之電子介面與電子傳輸纜線將達到其頻寬容量限制。此外，電子裝備有尺寸越小越薄的趨勢。
習知光收發器模組被認為係設計給資料中心應用使其能有相對高的資料傳輸速度。這些習知光收發器被設置在機箱或機殼中，使得該收發器可以被***並固定至設備中並鎖在其位置。換而言之，習知的光收發器元件係被裝載在機箱或機殼中。再者，該機箱或機殼提供一外部框架以***該 模組至一個別的埠以連結模組至所欲之設備。因此，習知光收發器係相對大且笨重之裝置。
因此，有一尚未解決之光介面需求，該光介面可用於相對小的裝置，如典型消費者應用使個人設備如智慧型手機、平板電腦及其他消費型裝置有相對小的尺寸。本案揭示之概念解決此未解決之小規格光介面需求。
本案係關於光收發器模組，該光收發器模組適合***至一裝置如智慧型手機、平板電腦及其他裝置之一埠。本案之一個實施例係關於一有一電路板組件之光收發器模組以接收及傳送光訊號。該電路板組件包含一電路板及一連結於電路板上之連接器外殼使該電路板被配置於該殼之外。該光收發器模組亦包含一面板。藉由配置該電路板於該光收發器模組之該殼之外，該模組之尺寸係大幅度降低，從而提供一有利於將相對低輪廓安裝入電子裝置的配置。再者，該光收發器模組可選擇性包含一或多個電氣接點或該面板可具有一或多個連結特徵，以將該面板及/或該光收發器模組固定至一裝置。
本案之另一個實施例係關於一具有有電路板組件之光收發器模組，以用於接收及傳送光訊號。該電路板組件包含一個電路板及一或多個主動裝置，如至少一個諸如VCSEL之雷射及至少一個光電二極體。一連接器外殼與該電路板組件連接使該電路板被配置於該殼之外，且該連接器外殼可具有被一隔室分隔之一第一葉及一第二葉。一個如全內反射 (TIR)模組之光模組被配置於該連接器外殼之該隔室中，且該TIR模組可依需要包含複數個漸變折射率(GRIN)透鏡或一體成型透鏡。該光收發器模組亦包含面板，該面板具有連結特徵用於將該光收發器模組固定至一裝置。該連接器外殼可被配置使該隔室之開口端與該電路板相鄰。再者，該光收發器模組可選擇性包含一或多個電氣接點。
本案亦關於用於製作一光收發器模組之方法，該方法包含以下步驟：提供電路板組件，該電路板組件包含一電路板以及一或多個主動元件；對齊光模組使其與一或多個主動元件光學通訊；及連結連接器外殼至該電路板組件使該電路板配置於該連接器外殼之外。其他方法可進一步包含以下步驟：連結該連接器外殼使該連接器外殼之隔室被配置於光模組旁；連結複數個漸變折射率透鏡至該光模組；或連結該連接器外殼使第一電氣接點被配置於該連接器外殼之第一葉中，且第二電氣接點被配置於該連接器外殼之第二葉中。
其他特徵及優勢將於以下之實施方式闡述，並部份地對所屬技術領域中具有通常知識者而言，係自該描述或自實施與此描述、隨附申請專利範圍及隨附圖式以下文實施方式、隨附申請專利範圍及隨附圖式一致後所認知者能輕易理解。
應瞭解前述之一般描述與以下之實施方式兩者介紹之實施例係意圖提供一概觀或框架以瞭解申請專利範圍之性質及特點。所隨附圖示係用以提供對本案進一步之解釋並合併且構成此說明書之一部分。該圖示描繪諸個實施例並與描 述一併供以作為解釋該原則及作業。
10‧‧‧電路板組件
12‧‧‧電路板
14‧‧‧主動元件
16‧‧‧電氣接點
20‧‧‧連接器外殼
21‧‧‧第一葉
22‧‧‧第二葉
23‧‧‧隔室
26‧‧‧安裝卡口
30‧‧‧面板
32‧‧‧連結特徵
40‧‧‧光模組
42‧‧‧TIR表面
50‧‧‧電氣接點
52‧‧‧軌
100‧‧‧光收發器模組
200‧‧‧電子裝置
202‧‧‧面板
204‧‧‧埠
300‧‧‧纜線組件
310‧‧‧光纖纜線
320‧‧‧連接器
第1圖及第2圖為根據本案中揭示之概念之例示性光收發器模組的透視圖；第3圖為第1圖及第2圖中光收發器模組之部分分解視圖；第4圖為第1圖及第2圖中部分分解之光收發器模組之特寫視圖；第5圖為包含一個光收發器模組埠之電子裝置之透視圖；第6圖為第5圖之該電子裝置透視圖以圖示該光收發器模組被對齊以***該電子裝置之埠；第7圖為該光收發器模組安裝入第5圖之該電子裝置之該埠之透視圖；第8圖為光收發器模組安裝入第7圖之該電子裝置之該埠之特寫視圖；第9圖為圖示該光收發器模組與一纜線組件接合並為求清晰而移除該電子裝置之透視圖；第10圖及第11圖為圖示該光收發器模組與該纜線組件於未接合狀態之相異透視圖。
現將對本案之較佳實施例，繪製於隨附圖式中之範例做詳盡參考。盡可能地將會以相同的元件符號參照類似之元件或部分。
在本案中揭示之光收發器模組使傳輸光訊號至電子裝置伴隨相對小與簡潔的尺寸而可具有高速資料應用如5GB/sec或者是更高之速度，使光收發器模組於使用如消費型裝置及該類電子裝置時有用。該光收發器模組可被***該電子裝置之一埠故光收發器模組能接收光訊號以轉換成電子訊號且反之傳送訊號亦同。為了傳送/接收光訊號，該光收發器模組可包含一光模組來導引該光訊號，如可包含一或多個透鏡之一全內反射(TIR)模組。該光模組之一或多個透鏡係用以準直或聚焦自該傳送頻道之該光至一附加纜線組件中之光纖，該傳送頻道係與一雷射如一垂直共振腔面射型雷射(VCSEL)光耦合，該光模組之一或多個透鏡亦用以準直或聚焦自該附加纜線組件中之光纖之該光至該光模組之一接收頻道，該接收頻道係與一主動元件如一光電二極體或此類光耦合。該光收發器模組可包含一面板，該面板有連結特徵，用於將該光收發器模組固定至電子裝置之埠。在某些實施例中，該光收發器模組有一寬度大於其高度之尺寸。該光收發器有一長度相對小之電路板做安裝時與電子裝置間之電氣連接。因此，該光收發器模組提供有薄且簡潔規格諸類以尺寸為其有利於用於電子裝置之隨插即用連結。
第1圖及第2圖為根據揭示概念之例示性光收發器模組100之視圖。該光收發器模組100圖示包含了一電路板組件10以接收及傳送光訊號、一連接器外殼20連結至電路板組件100之一電路板12，及一面板30。如圖，該電路板12被配置於連接器外殼20之外，且面板30有一或多個連結特 徵32以將保護光收發器模組100固定至一裝置。另一方面，習知光收發器有一外部機殼(即一機箱)圍繞並保護該模組之元件並亦限定該裝置之尺寸。此習知光收發器之外部機殼(即機箱)係笨重且有相對巨大之尺寸。通常當該習知光收發器***一埠以連接時，這些習知光收發器之機殼亦一併為該連接特徵之一部份，使習知光收發器之機殼更龐大。因此，本案中揭示之概念提供了一較習知光收發器模組之優勢。
如圖，電路板12有複數個電氣接點16配置在上，當該光收發器模組100被安裝入一裝置之一埠時以做電氣連接。該電路板組件10包含一或多個主動元件14(第3圖)如光電二極體、VCSELs或等等，來回於光模組40如一TIR模組間傳送及/或接收光訊號。電路板組件10亦可包含其他元件如雷射驅動、時序重整電路及等等以幫助電轉光及光轉電之轉換。該主動元件14可為視該特定設計以任何合宜方式如藉由一導線架或直接於該電路板12其上電氣連接及/或嵌裝於電路板12上。該光模組40用來自電路板組件10之主動元件14來回傳送訊號。
藉由範例，在本案中揭示之一光收發器模組可用一光模組如一全內反射(TIR)模組構成一模製部件以對準光模組與電路板上之光主動元件如光電二極體及/或VCSEL之配合介面光路徑，並耦合該光訊號至該主動元件14。換言之，該主動元件14對準該所欲之光模組部份如TIR模組之透鏡以建立TIR模組內之傳送與接收頻道並導引光來回於該光收發器模組/連接介面。
揭示之該光收發器模組亦可選擇性包含一或多個電氣接點用以在傳送光訊號之外傳送電子訊號、動力或此類。在所繪之光收發器模組100中，該連接器外殼20連結至電路板組件10使該電路板12配置於連接器外殼20之外。此連接器外殼20支援一有一或多個電氣接點50之選擇性電子介面於其中。儘管此實施例中該電氣接點50係摩擦接觸，該電氣接點可具有依需要之任意合適的配置如插腳或彈簧接點且該連接器外殼可視特定電氣接點配置需求修改。
在此實施例中，一第一電氣接點50配置於該連接器外殼20之一第一葉21之中，及一第二電氣接點50配置於該連接器外殼20之一第二葉22之中。該第一葉21及第二葉22被該連接器外殼20之一隔室23分隔，該隔室23中配置該光介面(如光模組)；然而，其他光收發器模組實施例如若需要可具有其他光/電介面配置。具體而言，一第一電氣接點50配置於一第一葉21中且一第二電氣接點50配置於一第二葉22中。該第一及第二電氣接點50個別配置於第一及第二軌52上。更進一步，當該光收發器模組100組裝時，TIR模組40(如該光模組)配置於該連接器外殼20之該隔室23中。因此，該光模組40提供該選擇性介面且該分別配置於光收發器模組之第一及第二軌52上之第一及第二電氣接點50提供該電子介面。
光模組40於配合面可具有供光學傳送訊號之任意合適配置。透過範例之方式，該光模組40可於該模組之該接合面有一體成型之透鏡並含或不含一保護性罩，或該光模組 40可包含複數個漸變折射率(GRIN)透鏡、光學纖維或此類配置於該光模組40之孔洞中，以於該電路板組件10之該主動裝置間來/往輸送光訊號。如此實施例所示，該光模組40有四個導波孔41以接收孔中漸變折射率(GRIN)透鏡、光學纖維或此類於孔中以傳送光學(即光)訊號。其他該光模組/光收發器模組之變異可具有任意合適數量之光頻道如二、六或八。該光模組40亦可具有選擇性導引插腳孔43(即該較大孔)配置於該TIR模組之導波孔41之外。導引插腳孔43係用以提供與外部插塞對齊；然而，該連接器外殼20可用以提供取代導引針腳與外部插塞合適之對齊。
此外，該光模組40亦可包含一或多個透鏡(無編號)於較低表面上以準直或聚焦該光自該發射器如VCSEL至該光纖並自該光纖至該接收器頻道如一光電二極體。因此，揭示之該光收發器模組可具有相對小的形狀因子使其適宜與小型消費型電子裝置及其類使用。同樣地，其他本案中揭示之光收發器模組之結構及/或配置得以有精簡之形狀因子。
在此實施例中，該光模組40設置成一個包含一光學迴轉之TIR模組或全內反射之TIR表面42(或透鏡)以重定向該光之路徑於90度(即以摺疊路徑轉動該光)，從而得以使該光收發器模組有一相對小之形狀因子由於該主動元件可坐落於一與該容器/插塞方向對齊之電路板上。該TIR模組之該TIR表面42為一介於兩種不同材質之介面，該介面由於該TIR模組之該介面(例如介於空氣與聚合物)有兩種不同的折射率而反射光，從而導致該光於該TIR表面42反射並藉由該 TIR模組內之內反射而改變該光之方向。該揭示之概念可亦被用於光模組不轉動該光訊號而代以沿線(如直通)傳送該光訊號至該主動元件。例如，該主動元件可被嵌於一連結於該電路板12之導線架上且該光模組對齊以往/自該導線架上之主動元件傳送光訊號。
第3圖為圖示該光收發器模組100之細節及架構之部分分解視圖。如圖示，該TIR模組有一TIR透鏡或表面42以自該光導波孔41中之該光導波往坐落於該TIR模組下方之該光主動元件14間轉動該光訊號以光耦合至一致。當組合時，該TIR模組坐落於該連接器外殼之該隔室23中使得該TIR模組配置於電路板12及該連接器外殼20之間及該第一葉21及第二葉22之間。該電氣接點50亦示於該軌52上並進而設置與電路板組件10電氣連接。軌52係由一電介質材料組成以使該電氣接點50與該連接器外殼20絕緣。
第4圖為光收發器模組100之部分分解特寫視圖。具體而言，第4圖圖示該光模組40及該光主動元件14相對於該電路板12之關係。該TIR模組有複數個透鏡(不可見)於該底部表面，當組裝時，該透鏡於該主動元件14之上對齊以耦合該光訊號來往於該TIR模組之該透鏡與該主動元件14(即光電二極體即VCSELs)。於此實施例，該光主動元件14配置於一導線架上並連結至該電路板組件10之該電路板12，但可單獨嵌於所欲之該電路板。該電路板12亦可包含安裝特徵以對齊所需之該光主動元件14及/或光模組40。
如所示該連接器外殼20有一或多個安裝卡口26以 將該連接器外殼20固定至該電路板12之一平坦表面(即該連接器外殼坐落於該電路板之頂端)，而不像習知光收發器模組，習知光收發器模組之該電路板配置或部份配置於該收發器之該連接器外殼之中。該連接器外殼20有一寬度W較該連接器外殼20之高度H大，並且配置使得該收發器外殼20之寬度W係實質上與該電路板10之一平坦表面平行。因此，揭示之該光收發器模組100有一精簡之尺寸使其可配置入薄形消費型電子裝置諸如：電話、平板電腦、膝上型電腦及此類。此外，若需要，該安裝卡口26可被焊接於該電路板上以使該連接器外殼20接地。
該連接器外殼20係與該面板30之一開口端31對齊使一附加連接器可通過該面板30之該開口31***並與該連接器外殼20接合以使所需之光及/或電氣連接完成。並且，該面板30包含一或多個連結特徵32於面板30之該開口端31之外以將該光收發器模組100固定至一合適之電子裝置。在此實施例中，所示之該連結特徵32係圖示為彈性臂，但可具有任意合適結構如閂扣、螺絲或此類以固定並維持該光收發器模組100與該電子裝置。具體而言，連結特徵32係配置於面板30之相對側之兩彈性臂。當***至一裝置之一埠時，該彈性臂偏轉並接著彈回以使該彈性臂之閂扣將該光收發器模組鎖入該埠。
第5圖為可接受光收發器模組100之一電子裝置200之視圖。該電子裝置200可以為電話、個人數位助理(PDA)、膝上型電腦、平板電腦或此類。該電子裝置200可具有一可 拆卸面板202，該面板覆蓋於該電子裝置200中之一埠204以接受該光收發器模組100。因此，該光收發器模組100之費用不需合併入該裝置，取而代之，消費者可購買並添加相同模組並可負擔所欲之花費。
第6圖為將該電子面板202移除之該電子裝置200之透視圖，並圖示該埠204與預備***至該埠204之光收發器模組100。該光收發器模組100可具有各樣合適的設計以支援不同數量之頻道、資料傳輸速度及插至該光收發器模組100之連接型態。
第7圖為將該光收發器模組100安裝入該電子裝置200之該埠204之該電子裝置200之透視圖。於該電路板12後方之該電氣接點16與該電子裝置200中之附加電氣接點接合以於該光收發器模組100與該電子裝置200間建立電氣連接，如此以提供電力及傳輸訊號。因而，一旦將該電子裝置200安裝至該埠204，使該電子裝置200能有高速之資料傳輸速度如5十億位元(gigabits)/秒或更高。
第8圖為將該光收發器模組100安裝入該電子裝置200之該埠204之該電子裝置200之特寫視圖。如圖所示，該光收發器模組100之該面板30之該連結特徵32與該電子裝置200之接合結構接合以固定該光收發器模組100。該電子裝置200進而準備好與一外部裝置透過包含一附加連接器之一纜線組件做光及/或電氣連接。
第9圖係圖示為了清晰之目的而將該光收發器模組100自該電子裝置移除並為了光連接而與一纜線組件300連 接之透視圖。纜線組件300有一附加被動式光連接器320連結至一光纖纜線310。此實施例之光纖纜線310亦包含導電體與連接器320之電氣接點做電子通訊。第10圖係圖示為了清晰之目的而將該光收發器模組100再次自該電子裝置移除並在與一纜線組件300連接前之透視圖。
第11圖係圖示為了清晰之目的而將該光收發器模組100自該電子裝置移除並在與一有附加連接器320之纜線組件300連接前之扭轉視角之透視圖。所示為附加連接器之該雙「葉」設計。此雙葉幾何之設計以非常低高度之組件與該殼中之孔洞提供高剛性，允許若需要可對該光學表面有簡單之清潔。
現將對該較佳實施例，繪製於隨附圖式中之範例做詳盡參考。盡可能地將會以相同元件符號參照類似之元件或部分。
儘管本案已在此以較佳實施例及特定範例描繪及描述，對所屬技術領域中具有通常知識者，其他實施例及範例可實行類似功能及/或達到相似結果係為顯而易見的。所有相當於此之實施例及範例係包含於本案之精神與範圍內，並意圖被隨附申請專利範圍所涵蓋。對所屬技術領域中具有通常知識者，於本案中概念之諸多可修改與變化而不悖離其精神及範圍，亦為顯而易見。因此，提出之申請意圖涵蓋源自隨附申請專利範圍之範疇內所供給之該修改及其變化。
10‧‧‧電路板組件
12‧‧‧電路板
16‧‧‧電氣接點
20‧‧‧連接器外殼
21‧‧‧第一葉
22‧‧‧第二葉
30‧‧‧面板
32‧‧‧連結特徵
40‧‧‧光模組
100‧‧‧光收發器模組

Claims (10)

  1. 一種光收發器模組，包括：一電路板組件，用於接收及傳送光訊號，該電路板組件包含一電路板；一連接器外殼，該連接器外殼連結至該電路板組件使該電路板被配置於該連接器外殼之外；及一面板。
  2. 如請求項1所述之光收發器模組，該連接器外殼具有被一隔室分隔之一第一葉及一第二葉。
  3. 如請求項2所述之光收發器模組，該連接器外殼配置以使得該隔室之一開口端與該電路板相鄰。
  4. 如請求項2所述之光收發器模組，一全內反射(TIR)模組配置於該連接器外殼之該隔室內。
  5. 如請求項4所述之光收發器模組，該TIR模組包含複數個GRIN透鏡。
  6. 一種用於製作一光收發器模組之方法，該方法包含以下步驟：提供一電路板組件，該電路板組件包含一電路板以及一或多個主動元件； 對齊一光模組使其與一或多個主動元件光學通訊；及連結一連接器外殼至該電路板組件使該電路板配置於該連接器外殼之外。
  7. 如請求項6所述之方法，進一步包括以下步驟：連結該連接器外殼使該連接器外殼之一隔室被配置於光模組旁。
  8. 如請求項6所述之方法，進一步包括以下步驟：連結複數個GRIN透鏡至該光模組。
  9. 如請求項6至8中任一所述之方法，進一步包括以下步驟：連結該連接器外殼使一第一電氣接點被配置於該連接器外殼之一第一葉中，並且一第二電氣接點被配置於該連接器外殼之一第二葉中。
  10. 如請求項6至8中所述之光收發器模組，進一步包括以下步驟：構成一於該連接器外殼中之隔室及***一全內反射模組配置於該連接器外殼內。
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