TWI506313B - 光纖耦合連接裝置 - Google Patents

Description

光纖耦合連接裝置

本發明涉及包括光纖和其他光學元件的裝置，尤其涉及一種對準度高的光纖耦合連接裝置。

USB(Universal Serial Bus，通用串列匯流排)係連接外部設備之一個串列匯流排標準，在電腦上使用廣泛，但亦可用於機頂盒和遊戲機上。補充標準(On-The-Go)使其能夠用於在可攜設備之間直接交換數據。USB最初係由英特爾與微軟公司倡導發起，其最大之特點係支持熱插拔(Hot plug)和即插即用(Plug & Play)。當設備***時，主機枚舉(enumerate)此設備並載入所需之驅動程式，因此使用遠比PCI和ISA匯流排方便。原標準中，USB 1.1之最大傳輸頻寬為12Mbps，USB 2.0之最大傳輸頻寬為480Mbps。

惟，此傳輸頻寬已無法滿足現時傳輸海量數據之要求，因此，光纖耦合連接器應運而生。請參閱圖1，光纖耦合連接器10一般分為光纖部份11和透鏡部份12，光纖部份11設有盲孔用於放置光纖(未示出)，光纖部份11和透鏡部份12通過模造一體成型。一個光纖耦合連接器10的光纖傳輸的光線進入透鏡部份12後被集中傳輸到另一個光纖耦合連接器13的透鏡、光纖中。然而，這需要兩個光纖耦合連接器的對接、尤其是兩個透鏡的對接要非常準確， 否則光線將無法準確地傳輸到另一個光纖耦合連接器當中去。傳統的對準方式僅僅是在光纖耦合連接器10上設置一個凸起部101，而在另一個光纖耦合連接器13的相應位置設置一個凹陷部131，該凸起部101與該凹陷部131相互卡合，保證兩個光纖耦合連接器的透鏡部份對準。然而，由於兩個光纖耦合連接器中的一個一般設置在一個可插拔的數據線上，因此在長期的插拔過程中，配合部被磨損，使得兩個光纖耦合連接器之間的配合不再精確，從而導致數據傳輸效率以及準確率下降。

有鑒於此，有必要提供一種對準度高的光纖耦合連接裝置。

一個光纖耦合連接裝置，其包括一個第一光纖耦合連接器和一個第二光纖耦合連接器，該第一光纖耦合連接器具有一個第一配合面和位於該第一配合面的第一透鏡，該第二光纖耦合連接器具有一個第二配合面和位於該第二配合面的第二透鏡。該第一配合面設有至少一個光源，該第二配合面設有和該至少一個光源的數量、位置對應的至少一個感測元件，該至少一個感測元件用於感測該至少一個光源發出的光線，該至少一個感測元件預設有一個參考入光量以根據實際入光量和該參考入光量的比較結果調整該第一、第二光纖耦合連接器的相對位置。該第二配合面設有至少一個凹槽用於設置該至少一個感測元件。

相較於先前技術，本發明提供之光纖耦合連接裝置通過非接觸式對準方式對準，即利用光學的發射及接收使兩個光纖耦合連接器對準，能有效避免接觸時對準方式對連接器造成的磨損，並且對準度高。

20‧‧‧光纖耦合連接裝置

21‧‧‧第一光纖耦合連接器

22，40，60‧‧‧第二光纖耦合連接器

210‧‧‧第一配合面

212‧‧‧第一透鏡

220，420‧‧‧第二配合面

222‧‧‧第二透鏡

30‧‧‧光源

32，42‧‧‧感測元件

320‧‧‧導線

321‧‧‧收容部

34‧‧‧光電轉換模組

36‧‧‧終端機

44，64‧‧‧聚光單元

421‧‧‧凹槽

422‧‧‧支撐層

440，640‧‧‧主透鏡

642‧‧‧副透鏡

10，13‧‧‧光纖耦合連接器

11‧‧‧光纖部份

12‧‧‧透鏡部份

101‧‧‧凸起部

131‧‧‧凹陷部

圖1係先前技術提供之光纖耦合連接裝置的示意圖(剖面圖)。

圖2係本發明第一實施例提供之光纖耦合連接裝置的示意圖。

圖3係本發明第二實施例提供之第二光纖耦合連接器的示意圖。

圖4係本發明第三實施例提供之第二光纖耦合連接器的正視圖。

請參閱圖2，本發明實施例提供之光纖耦合連接裝置20包括一個第一光纖耦合連接器21和一個第二光纖耦合連接器22，二者對準後可形成光訊號的傳輸。第一、第二光纖耦合連接器21、22均採用透光材料製成。

該第一光纖耦合連接器21包括一第一配合面210和位於該第一配合面210的第一透鏡212。該第二光纖耦合連接器22包括一個第二配合面220和位於該第二配合面220的第二透鏡222。該第一、第二透鏡212、222均至少為一個，本實施例以兩個為例。

該第一配合面210還設有至少一個光源30，該第二配合面220設有和該至少一個光源30的數量、位置對應的至少一個感測元件32，該至少一個感測元件32用於感測該至少一個光源30發出的光線，該至少一個感測元件32預設有一個參考入光量以根據實際入光量和該參考入光量的比較結果調整該第一、第二光纖耦合連接器21、22的相對位置。本實施例均以兩個光源30和兩個感測元件32為例進行說明，如圖所示，該兩個光源30分別位於兩個第一透鏡212的兩側，該兩個感測元件32分別位於兩個第二透鏡222的兩側。

該參考入光量是一個預設值，例如80流明。當該感測元件32感測到的實際入光量為70流明時，表示對準度較低，從而調整該第一、第二光纖耦合連接器21、22的相對位置。若實際入光量為85流明時，表示對準度較高，傳輸光訊號的正確性比較高。

在這個例子中，是以實際入光量高於參考入光量表示對準度高，反之表示對準度低，但並不表示必須如此，因為也可以將該感測元件32設置在該光源30恰好入射不到的位置，但該位置和該光源30的位置也可以認為是「相互對應」的，在這種情況下，該感測元件32的參考入光量假如為5流明，如果實際入光量高於5流明，則表示對準度低，而實際入光量低於5流明，甚至為0時，則表示對準度較高。

總之，該參考入光量是一個根據系統的具體設計而定的預設值，具體的比較過程和判斷過程可以有多種情況，但最主要的就是需要根據該參考入光量和實際入光量做比較，然後根據該比較結果進行調整直至使比較的結果符合對準度高時的要求，就表示兩個光纖耦合連接器已經對準。

可以理解，該感測元件32感測到的結果通過設置在與之對應的收容部321內的導線320或者類似結構，例如軟性電路板等輸出。對於輸出結果的處理可以採用如下方式：一般情況下，一個光纖耦合連接器的一端均會與一個光電轉換模組34連接以將光纖中傳輸的光訊號轉換為電訊號，該光電轉換模組34與一個終端機36相連(該終端機36可以是一部個人電腦)，因此該輸出結果可以傳輸到該光電轉換模組34(optical to electronics module)中。該感測元件32感測到的電訊號或者比較結過通過該光電轉換模組34 在該終端機36中分析或者顯示出來，方便使用者調整。顯示的結果並不限於光通量之間的比較結果，也可以是更直觀的提示，例如直接顯示「對接不準」或「對接準確」等。上述比較結果也可以在該光纖耦合連接裝置20設計之初進行應用，從而為設計固定裝置(例如導柱、卡榫結構)的具體位置提供參考或者對已經相對固定好的光纖耦合連接裝置進行微調時使用。

輸出結果也可以採用其它方式處理，例如由該感測元件通過安裝在第二配合面上的顯示器直接顯示比較結果等。

在本實施例中，該感測元件32是一個光通量測量儀，該光通量測量儀的位置和該光源30對應以接收該光源30發出的大部份光線，在這種情況下，接收到光線越多，光通量越大，表示對準度越高。該感測元件32也可以是一個CMOS圖像傳感器(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor，互补金屬氧化物半導體)，入光量越大，輸出光電流的畫素數目或者輸出的光電流的大小均可以作為入光量大小的一個反映。

請參閱圖3，本發明第二實施例提供的第二光纖耦合連接器40和第一實施例提供的第二光纖耦合連接器22相比，主要區別在於除了一個感測元件42之外，還包括一個聚光單元44。第二配合面420設有至少一個凹槽421用於設置該感測元件42，該聚光單元44位於該凹槽421處。該聚光單元44可以覆蓋該凹槽421，在本實施方式中，該凹槽421設置有一個透明的支撐層422，該聚光單元44位於該支撐層422上。

該聚光單元44用於將其接收到的光線會聚到該感測元件42。

該聚光透鏡44包括一個主透鏡440，光線由於集中入射到感測元件42上，因此原本落在整個感測元件42上的入射光將會聚在一個較小的面積內，光強較強，該感測元件42反應更靈敏，響應速度更快。

該主透鏡440可選用菲涅爾透鏡(f resnel lens)、非球面、球面會聚透鏡等，本實施例採用菲涅爾透鏡。

請參閱圖4，本發明第三實施例提供的第二光纖耦合連接器60和第二實施例提供的第二光纖耦合連接器40相比，主要區別在於聚光單元64除了包括一個主透鏡640之外還包括至少一個副透鏡642。本實施例以四個副透鏡642為例。該副透鏡642分佈於該主透鏡640的四週以將照射到該副透鏡642表面的光線會聚到感測元件62。

如果位於該主透鏡640右側的副透鏡642接收到一部份光線而左側的副透鏡642沒有接收到光線，則除了主透鏡640會聚了一部份光之外，右側的副透鏡642也會聚了一部份光到其後方的感測器上，則該感測元件62的中心區域以及右側區域區域均感測到光線，然後根據感測到光線的區域並結合參考入光量與實際入光量的比較結果可以獲知調整方向，即將第一光纖耦合連接器朝左微調，最終使大部份光線被會聚到主透鏡640對應的感測區域。

副透鏡642的數量至少為一個。考慮到偏差本身並不大，因此副透鏡642的尺寸一般小於該主透鏡640的尺寸。

該副透鏡642可選用菲涅爾透鏡(fresnel lens)、非球面、球面會聚透鏡等。

本發明提供之光纖耦合連接裝置通過非接觸式對準方式對準，即利用光學的發射及接收使兩個光纖耦合連接器對準，能有效避免接觸示對準方式對連接器造成的磨損，並且對準度高。

綜上所述，本發明確已符合發明專利之要件，遂依法提出專利申請。惟，以上所述者僅為本發明之較佳實施方式，自不能以此限制本案之申請專利範圍。舉凡熟悉本案技藝之人士援依本發明之精神所作之等效修飾或變化，皆應涵蓋於以下申請專利範圍內。

20‧‧‧光纖耦合連接裝置

21‧‧‧第一光纖耦合連接器

22‧‧‧第二光纖耦合連接器

210‧‧‧第一配合面

212‧‧‧第一透鏡

220‧‧‧第二配合面

222‧‧‧第二透鏡

30‧‧‧光源

32‧‧‧感測元件

320‧‧‧導線

321‧‧‧收容部

34‧‧‧光電轉換模組

36‧‧‧終端機

Claims (6)

1. 一個光纖耦合連接裝置，其包括一個第一光纖耦合連接器和一個第二光纖耦合連接器，該第一光纖耦合連接器具有一個第一配合面和位於該第一配合面的第一透鏡，該第二光纖耦合連接器具有一個第二配合面和位於該第二配合面的第二透鏡，其改良在於：該第一配合面設有至少一個光源，該第二配合面設有和該至少一個光源的數量、位置對應的至少一個感測元件，該至少一個感測元件用於感測該至少一個光源發出的光線，該至少一個感測元件預設有一個參考入光量以根據實際入光量和該參考入光量的比較結果調整該第一、第二光纖耦合連接器的相對位置，該第二配合面設有至少一個凹槽用於設置該至少一個感測元件。
2. 如申請專利範圍第1項所述的光纖耦合連接裝置，其中：該至少一個感測元件的位置和該至少一個光源的位置對應以接收該至少一個光源發出的大部份光線。
3. 如申請專利範圍第1或第2項所述的光纖耦合連接裝置，其中：該第二光纖耦合連接器還包括一個與該至少一個感測元件相應的聚光單元，該聚光單元位於該凹槽處，該聚光單元位於該感測元件的受光光路上以會聚該至少一個光源發出的光線至該感測元件。
4. 如申請專利範圍第3項所述的光纖耦合連接裝置，其中：該聚光單元包括一個主透鏡和至少一個副透鏡，該主透鏡和該至少一個副透鏡分別將接收到的光線會聚到該感測元件。
5. 如申請專利範圍第1項所述的光纖耦合連接裝置，其中：該至少一個光源包括兩個光源，該兩個光源位於該第一透鏡兩側。
6. 如申請專利範圍第1項所述的光纖耦合連接裝置，其中：該第二光纖耦合 連接器包括至少一個收容部，該至少一個收容部與該至少一個感測元件對應，用於收容與該至少一個感測元件相連的導電結構以將感測結果輸出。