JP2004520604A - 交差面上の結合装置用光ファイバ・コネクタ - Google Patents

Abstract

第１の基板に取付けられた第１の光導波路アレイを交差している第２の基板上の光学装置に光学的に結合するためのコネクタ組立体。第１の導波路アレイは、最小所望曲げ半径を有する複数の並列光導波路を含む。第１および第２の基板は、第１および第２の平面をそれぞれ画定しかつ第１の導波路アレイの縦方向は、第１の軸を画定する。二つの平面の交差は、第１の軸に概ね垂直である交差軸を画定する。第１の導波路アレイは、第１の基板に取付けられた基板部分、径間逆部分、および終端部分を有する。コネクタ組立体は、第２の基板に着脱可能に接続されかつ交差軸に一般的に垂直な第２の軸に沿って位置合わせされるように適合された第１のコネクタを含む。第１のコネクタは、第１の光導波路アレイの終端部分を受入れかつ保持する第１の保持機構を有し、終端部分は、最小所望曲げ半径に少なくとも等しい第２の軸に沿ってある距離で第１の平面の上に吊るされる。第２の光導波路アレイの径間逆部分は、第１と第２の平面との間の吊るされた曲げ曲線を記述し、吊るされた曲げ曲線は、所望の最小曲げ半径に等しいかまたはそれよりも大きい曲げ半径を有する。

Description

【０００１】
発明の背景
本発明は、光ファイバ・コネクタ・システムに関する。より詳細には、本発明は、互いに関して交差角度で配向されたプレーナ基板に取付けられた光学装置を光学的に結合するためのコネクタ組立体に関する。
【０００２】
大容量高速通信およびデータ転送に対する光ファイバの使用は、よく確立されている。送信される情報の容量が大きくなるにしたがって、多重光ファイバを含む光ファイバ・ケーブル、および多重光ファイバを包含しているケーブルを用いるシステムに対する要求が増大した。
【０００３】
電話交換のような、従来のキャビネット設計では、キャビネットは、概ね互いに並列である、複数の内部スロットを有するボックスを備えている。コンポーネントは、回路基板として知られているカードを形成するために、プレーナ基板に取付けられる。最近の技術的な目標は、ボード上の光導波路バスによって結合された光学装置および光電子装置の組込みである。一つの好適な実施形態では、光ファイバは、マルチ−ファイバ並列アレイに配列され、並列通信バスを形成する。結果として得られた光カードは、キャビネット内のスロットまたはラックに摺動しかつその他のコンポーネントおよびその他のボードと相互接続するように設計されるのが望ましい。
【０００４】
従来の電子キャビネットのラック型配列における光回路基板の使用は、新しいコネクタ化への挑戦を提供する。キャビネット構造内では、装置が、マザーボードおよびバックプレーンの垂直配列のような、交差する面を画定するボードに取付けられることは、一般的である。“バックプレーン”は、平行六面体キャビネットのバック（遠位）面からその名前が由来しかつ印刷回路（ＰＣ）ボード・カードに概ね直交する。本発明において用語バックプレーンは、共通バスまたはその他の外部装置とのような、多数の相互接続を行うことができる相互接続面を示す。説明目的のために、バックプレーンは、フロントまたは内側面およびバックまたは外側面を有しているものとして記述される。
【０００５】
光信号に“コーナーを曲がらせる”、即ち、交差しているボードのコンポーネントを光学的に結合させる手段を供給することの必要性が存在する。しかしながら、光導波路信号送信は、導波路内の光信号の全反射に依存しかつ鋭い角度における光導波路の曲りは、受入れられないミクロベンドおよび／またはマクロベンド光信号損失の損害を被る。さらに、ガラス光ファイバのような、多くの光導波路は、壊れやすくかつある一定の物理的許容範囲を過ぎて曲げたときに割れるかまたはひびがはいる。異なる光導波路は、異なる光送信及び物理的保全性品質を有する。許容信号損失および導波路の物理的柔軟性は、特定のファイバに対する許容曲率半径を決定する。この曲線の半径は、特定のファイバに対する限界曲げ半径として画定される。従って、カード間コネクタ・システムが光導波路接続の限界曲げ半径の原因となることが望ましい。
【０００６】
さらに、キャビネット接続応用では、ユーザは、カードをキャビネット・ラックに出し入れ摺動する。各カードの挿入軸に沿って切断可能なファイバ接続を有することが望ましいであろう。かかる接続は、所望の曲げ半径を維持しかつ信頼できる光接続を確実にするためにファイバの終端に沿って十分な接続圧力を使うと同時に、ユーザによってもたらされたカードを“押し込む”ような、超過挿入圧力を吸収することができるように構成されるのが望ましい。
【０００７】
最後に、マルチ−ファイバ・面間コネクタがファイバを一様でないねじりまたは引張り応力の対象にすることなく、コネクタライゼーションの容易のために、光バスにおけるファイバの並列アライメントを維持することが望ましい。
【０００８】
本説明の目的に対して、面の一つに沿った相互接続の軸は、縦軸またはｙ軸と呼ばれかつ接続の点における光ファイバの縦アライメントによって画定される。一般的に、バックプレーン応用では、縦軸は、カードの挿入軸およびキャビネットの内および外の光ファイバの接続の軸と共線である。横軸またはｘ軸は、他の基板面の光ファイバの接続の軸によって画定される。一般に、ｘおよびｙ軸は、互いに垂直である。そして、二つの面の交差は、交差軸とも呼ばれる、交軸またはｚ軸を画定する。再び、ほとんどの応用では、ｚ軸は、ｘ軸およびｙ軸に直交する。
【０００９】
異なる接続方法は、光回路カードを結合するために示唆されている。米国特許第４，４９８，７１７号または第５，６３９，２６３号のようなある参考文献は、交差している基板間の電気接続の使用を示す。しかしながら、電気接続の使用は、各接続における電気信号への光信号の変換またはその逆を必要とする。光ファイバ“ジャンパー”ケーブルは、示唆されていたが、かかる個別の光ファイバは、損害をうけやすくかつファイバの限界曲げ半径を超える曲げのリスクに敏感である。
【００１０】
ファイバを支持するために、米国特許第５，１５５，７８５号および米国特許第５，２０４，９２５号のような、ある参考文献は、溝またはチャネルにファイバを配置することまたはファイバを柔軟性の基板に積み重ねることを説明する。これらの特許では、光バックプレートは、その内に光ファイバを包含するように設計されたカスタム・バックプレートである。ファイバの曲げ半径は、バックプレートの厚みによって制御される。‘７８５参考文献に記述されるように、“光バックプレート部材３２は、表面３４とＭＡＣコネクタ２５との間の接続を行うために各光ファイバが曲げられなければならない適当に大きい曲率半径を供給するために対向する表面３３および３４間に十分な厚みを有する。バックプレート３２の一般的な寸法は、８インチ×１６インチ×厚さ３インチである。実用的なパワー・レベルにおけるデジタル送信に対して、かなりの損失を招くことなく光ファイバを曲げることができる最小曲率半径は、１インチであるということを示すことができる”。
【００１１】
かかる設計の明らかな制約は、特に溝が付けられたかなり厚い基板の必要な使用である。バックプレーン設計は、“変化する深さの弓形の溝の複雑な構成”を包含するものとして記述されかつ、そのように、各応用に対して設計しかつ製造することがかなり難しいように思われる。
【００１２】
米国特許第５，７９３，９１９号は、多数のドーター・カードからの光信号を光ファイバ・バックプレーンバスに接続するバックプレーン相互接続システムを示す。そのように、バックプレーンファイバは、二点間接続システムにおいてドーター・カード・ファイバと終端間結合されないし、かつバックプレーンファイバは、各ドーター・カード位置におけるバックプレーンコネクタで終了されない。各ドーター・カードからの光信号は、バックプレーンバスの連続ファイバに追加され、かつバス・ファイバは、全ての結合位置に全ての信号を搬送する。この設計により、この縦結合が行われることを可能にするために特殊な“Ｄ”ファイバ・プロフィールが求められる。
【００１３】
米国特許第５，２０４，９２５号は、電気バックプレーンの開口を通って接続するが、バックプレーンには接続しない、終端タブを含む相互接続システムに関する。これは、バックプレーンおよびコネクタ・システムではなく、カスタム光ジャンパー・ケーブルおよびコネクタ・システムの例と考えることができる。ジャンパー・ケーブル組立体は、光ファイバに対するひずみ解放または曲げ半径制御を供給しない。使用中、ファイバは、回路基板に接続するために光ジャンパー回路の面からツイストされる。光ファイバを包含している終端タブをツイストすることにおいて、ねじり力がタブのファイバに印加され、それは、個々のファイバに長期応力を与えるか、または応力を解放するためにファイバを組立体内でシフトさせることができる。
【００１４】
交差している光学基板の並列マルチ−ファイバ光学装置を光学的に結合するための実効コネクタに対する必要性が依然としてある。
【００１５】
発明の概要
第１および第２の面に配置された光学装置を結合するためのコネクタ組立体であり、第１および第２の面は、交差軸ｚで交差する。コネクタ組立体は、光導波路アレイ、第１の導波路保持手段、および第２の導波路保持手段を備えている。第１の面は、回路カードのような、第１の基板によって画定され、第２の面は、第２の基板によって画定される。一実施形態では、第１の基板は、マザーボードを備えかつ第２の基板は、マザーボードに一般的に垂直なドーター・カードを備えている。別の実施形態では、第１の基板は、バックプレーンを備えかつ第２の基板は、バックプレーンに概ね垂直な印刷回路カードを備えている。
【００１６】
光導波路アレイは、並列アレイに配列された光ファイバのような複数の導波路を含む。一例示的実施形態では、第１および第２の導波路アレイは、光学装置に光学的に結合された光バスである。導波路は、導波路に対する限界曲げ半径と少なくとも同じような大きさである最小所望曲げ半径を有する。
【００１７】
第１の導波路保持手段は、光導波路アレイの第１の終端部を第１の面に固定する。第２の導波路保持手段は、光導波路アレイの第２の終端部を第２の面に固定する。第１および第２の導波路保持手段は、交差軸ｚから最小所定第１および第２の距離に導波路アレイの第１および第２の終端部を確保する。導波路アレイは、最小所望曲げ半径以上の曲げ半径を有する第１と第２の面との間に弓形を形成する。
【００１８】
一例示的実施形態では、コネクタ組立体は、第１の基板に取付け／据付けられた第１の光導波路アレイを交差している第２の基板の光学装置に光学的に結合する。第１の導波路アレイは、最小所望曲げ半径を有する複数の並列光導波路を含む。第１および第２の基板は、それぞれ第１および第２の面を画定しかつ第１の導波路アレイの縦方向は、第１の軸を画定する。二つの面の交差は、第１の軸に概ね垂直である交差軸を画定する。第１の導波路アレイは、（例えば接着剤または別のコネクタによって）第１の基板に取付けられた基板部分、径間逆部分、および終端部分を有する。コネクタ組立体は、第１の基板に取付けられかつ交差軸に概ね垂直な第２の軸に沿って位置合わせされた第１のコネクタを含む。第１のコネクタは、第１の光導波路アレイの終端部分を受入れかつ保持する第１の保持機構を有し、終端部分は、最小所望曲げ半径に少なくとも等しい第２の軸に沿った距離で第１の面の上に吊るされる。第２の光導波路アレイの径間逆部分は、第１と第２の面との間の吊るされた曲げ曲線を記述し、吊るされた曲げ曲線は、所望の曲げ半径以上の曲げ半径を有する。
【００１９】
この例示的実施形態では、導波路アレイは、複数の並列光ファイバを備えかつ第１の保持機構は、第１の光導波路アレイの並列光ファイバを収容するｖ−溝型ファイバ受入れ面を備える。カバーは、受入れ面にわたりスナップしかつ並列光導波路ファイバをファイバ受入れ面に確保する。カバーは、交差軸に近い終端に面取り部分を含み、面取り部分は、第１の光導波路アレイの最小所望曲げ半径に少なくとも等しい半径を有する曲線を記述する。
【００２０】
コネクタ組立体は、第１のコネクタに合致しかつ結合するアライメントおよび嵌め合い機構を有する第２のコネクタをさらに備えている。第２のコネクタは、第２の軸および第２の面に沿って位置合わせされ、第２のコネクタは、第２の光導波路アレイを受入れかつ保持する第２の保持機構を含む。
【００２１】
この例示的実施形態では、第１および第２のコネクタは、第２の軸に沿って限定された第１および第２の移動の範囲を有する。第１の保持機構は、第２の基板に並列に摺動可能に取付けられかつ第２の軸に沿って第１の移動の範囲を終端部分に許容し、第１の移動の範囲は、第１の面に関して最大および最小位置を決定する。第１のコネクタは、第１のコネクタ・ブロックおよび取付け組立体を含み、第１のコネクタ・ブロックは、取付け組立体に摺動可能に取付けられる。取付け組立体は、第１のコネクタ・ブロックの移動の範囲を制限する少なくとも一つの移動止め部材を含む。最小および最大位置は、いずれかの位置における径間逆部分の吊るされた曲げ曲線の半径が第１の光導波路アレイに対する最小所望曲げ半径に少なくとも等しいように選択される。第１および第２のコネクタは、互いに向ってかつ所望の接続位置に第１および第２のコネクタをバイアスする、ばねのような、バイアス素子を含む。カバー素子は、第１および第２のコネクタの上を摺動する。カバー素子は、第１および第２のコネクタの外部幾何学形状機構に合致しかつ第１および第２のコネクタを位置合わせする内部幾何学形状機構を有する。
【００２２】
第２の例示的実施形態では、コネクタ組立体は、第１の光導波路アレイの基板部分を保持する第３のコネクタをさらに備えることができる。第３のコネクタは、縦スロットに確保されたタブによるように、第１の基板に摺動可能に結合される。摺動可能な結合は、第１の軸に沿って導波路アレイの基板部分に対して第３の移動の範囲を許容する。第３の移動の範囲は、吊るされた部分の曲げ半径がいつでも最小所望曲げ半径に少なくとも等しいような最大および最小値を有する。
【００２３】
その他の例示的実施形態は、単一のシェルに包含された複数のコネクタ・ペアを含むことができる。コネクタ・ペアは、ずらされる（ｓｔａｇｇｅｒ）かまたは平面的に位置合わせすることができる。
【００２４】
その他の例示的実施形態では、第２のコネクタは、光学装置を有するレセプタクルを備え、レセプタクルは、第１のコネクタに光学的に接続する。また、第３のコネクタは、光学装置を有するレセプタクルに接続することができる。
【００２５】
さらにその他の例示的実施形態では、光導波路アレイは、米国特許第５，２６５，１８４号に開示されるような、ポリマー導波路の柔軟性なアレイでありうる。
【００２６】
発明の詳細な説明
図１〜３は、本発明によるコネクタ組立体１０を示す。コネクタ組立体１０は、第１の光導波路アレイ１２と合致する第２の並列光導波路アレイ１４との間に終端および相互接続手段を供給するように設計される。この実施形態では、第１および第２の導波路アレイは、光学装置に光学的に結合される並列光バスである。用語、光学装置は、光導波路、−−発光ダイオード、レーザ源（例えば、垂直空洞式−表面放出レーザ“ＶＣＳＥＬ”）のような−−光および信号源、光学レセプタ、および光電子装置を含むことを意味する。
【００２７】
第１のバス１２は、第１の平面基板１６の面にまたはそれに並列に配置されたマルチプル光導波路１３のアレイを含む。第２の導波路バス１４は、第２の基板１８にまたはそれに並列に配置された対応する数の光導波路１５を含む。第１の基板１６は、第２の基板１８に付勢するようにスロットに沿って挿入することができる。
【００２８】
この例示的実施形態では、第１の基板１６は、バックプレーン１８に差し込まれる印刷回路（ＰＣ）基板として見ることができる。代替的に、本発明のコネクタ組立体は、マザーボードの上に乗っておりかつそれに略垂直な摺動可能なドーター・カードに対して同様に用いることができ、マザーボードは次いでバックプレーンに垂直に構成することができる。
【００２９】
第１のバス１２の初期縦アライメントは、第１の接続ｙ−軸を画定しかつ第２のバス１４の初期縦アライメントは、第２の接続ｘ−軸を画定する。ｚに並列でありかつ点Ｐを追加する、軸ｚ’をさらに画定する。第１の基板１６および第２の基板１８は、平面基板であり、それぞれ互いに交差する第１および第２の面を画定する。この例示的実施形態では第１の基板１６および第２の基板１８は、互いに垂直であるが、基板は、代替実施形態におけて９０度以外の交差角度で位置合わせすることができる。ｘ−軸とｙ−軸の交差は、交差点Ｐを画定する。第２の面との第１の面の交差は、第１および第２の接続軸に一般的に垂直である、交差の軸ｚを画定する。この例示的実施形態では、軸ｘおよびｙもまた互いに垂直である。
【００３０】
コネクタ組立体１０は、第１のコネクタ２０および第２のコネクタ３０を含む。用語、コネクタは、フェルールおよびレセプタクルを含む、コネクタ素子を示す。第１のコネクタ２０は、第１の接続軸ｙおよび第１の面に沿って位置合わせされる。第１のコネクタ２０は、第１の並列光導波路アレイまたはバス１２の個々の導波路１３のそれぞれを受入れるための複数のｖ−溝を含む導波路保持領域２４を含む第１のコネクタ・ブロックまたはフェルール２２を含む。この実施形態では、第１の並列光導波路バス１２は、テキサス州オースチンの３Ｍテレコム・システム部門（Ｔｅｌｅｃｏｍ Ｓｙｓｔｅｍｓ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ）によるＧＧＰファイバのような、複数のマルチモード・ガラス光ファイバを含む。カバー２６は、挿入されかつ第１のコネクタ２０内に導波路バス１２を確保するためにファイバ保持領域２４の上に保持される。図示した実施形態は、マルチモード・ガラス光ファイバを用いるが、用語、導波路は、単一モード・ファイバ、プラスチック光ファイバ、およびポリマー導波路のような、様々なその他の光導波路を包囲するということが理解されるであろう。
【００３１】
また、第２のコネクタ３０は、第１の基板１６に並行に、ｙ−軸に関して位置合わせされる。第２のコネクタ３０は、ファイバ受入れ面３４、および第２のカバー３６を有する第２のコネクタ・ブロックまたはフェルール３２を含む。この例示的実施形態では、第２のカバー３６は、第２の光バス１４の個々のファイバ１５の一部に、ｘ軸に沿って限定された移動の自由度をもたせる下部面取り半径部分を含む。カバー３６の径方向面取りは、ファイバ半径を制御することを支援しかつ光ファイバ１５のよじれをなくす。その他の代替実施形態は、面取り部分３７を有していない矩形カバーを含むことができる。
【００３２】
第１のコネクタ２０のコネクタ・ブロック２２および第２のコネクタ３０のコネクタ・ブロック３２の両方は、多面体構造の形式の、外部アライメント機構２８および３８をそれぞれ含む。外側カバーまたはシェル４０は、コネクタ２０および３０の上を摺動する。外側シェル４０は、中空内側チャンバ４２を含む剛体構造である。シェル４０は、基板１８に取付けるためのタブ４１を含むことができる。チャンバ４２の内壁は、外部アライメント機構２８および３８のプロフィールに合致しかつ補足する。代替実施形態は、ここに参考文献として援用される、共同で所有する米国特許第５，９２０，６７０号および同時係属中でかつ共同で所有する、１９９８年１１月３０日に出願された、米国特許出願第０９／２０１，７９８号、および１９９９年５月１４日に出願された、米国特許出願第０９／３１２，５６１号に記述されたもののような、その他のアライメント特徴群を含む。
【００３３】
第１のコネクタ２０は、フロントの、嵌め合せ機構５０およびバックプレーン５２をさらに含む。コネクタ・ブロック２２は、コネクタ２０をピン組立体５６に配置させるバックプレーン５２の穴５４を含む。ピン組立体５６は、第１の基板１６にピン組立体５６および第１のコネクタ２０を結合する取付けブラケット５８を含む。ピン組立体５６は、受入れ空洞５４によりｙ−軸に並列に位置合わせされたピン６０をさらに含む。ばね６２は、各ピン６０に配置される。ばね６２は、メーティング中にコネクタ・ブロック２２の嵌め合い面５０に圧縮力を供給する。
【００３４】
コネクタ・ブロック２２は、ピン６０に沿ってｙ−軸に沿って制限された移動の自由度を有する。ピン６０に沿った縦移動は、二つのコネクタ２０と３０の間の長さ許容範囲を供給する。ピン６０は、ブロック２２の移動の“上方”または“逆方向”範囲を制限する受入れ空洞５４のものより大きい直径を有する領域の形式の移動止め機構６４を含む。内部キャッチ機構および／または反対のコネクタ・ブロック３２は、移動の“下方”または“順方向”範囲を制限する。ばね６２は、コネクタ・ブロック２２を順方向バイアスする。
【００３５】
同様に、第２のコネクタ３０は、受入れ開口７４（図示省略）を画定するフロントの、嵌め合せ面７０およびバックプレーン７２を含む。第２のコネクタ・ブロック３２は、第２のピン組立体７６に摺動しかつｙ−軸に沿った制限された移動の自由度を有する。第２のピン組立体７６は、第２のピン組立体７６および第２のコネクタ３０を第２の基板１８に結合する取付けブラケット７８を含む。第２のピン組立体７６は、受入れ空洞７４に挿入されかつ第２のコネクタ３０のｙ−軸に沿って軸移動を許容するように位置合わせされたピン８０を含む。ばね８２は、ピン８０の上に配置されかつ嵌め合せ面７０に順方向バイアスを供給する。移動止め機構８４は、ｙ−軸に沿って第２のコネクタ３０の“下方”軸移動を制限し、同時に反対の嵌め合せ面５０および／または内部キャッチ機構は、“上方”軸移動を制限する。第２のピン組立体７６の移動止め機構８４とばね８２の両方は、第２のコネクタ３０のバックプレーン７２が第２の基板１８の表面から所定の距離にとどまるように大きさが決められる。ばね６２および８２は、対向する嵌め合せ面５０および７０の間の密着したラッシュな接触を保証する。
【００３６】
底部コネクタ３０のばね装荷特性は、３つの重要な利点を有する。第１に、ばねの大きさおよび移動止めは、ファイバ・バス１４の曲げ半径を制御することを支援する。これを行うために、ばね８２の圧縮長さに達したときにファイバ１５の最小半径が制御される。コネクタ・ラッチ８６は、垂直フェルール移動を停止しかつ最大（拡張）ファイバ状態を制限する。また、フェルール・カバー３６の半径は、拡張状態のファイバ１５を制御するように動作しかつファイバのよじれをなくす。第２に、コネクタ３０のばね装荷特性は、上部コネクタ２０が挿入されるときにコネクタ３０およびファイバ端子にたわみおよび保護を与える。例えば、ユーザが底部コネクタ３０とメートするためにシェル４０に上部コネクタ２０を押し入れるときに、ばね８２および６２は、ダイナミックな移動を吸収する。第３に、底部コネクタ３０のフェルール３２のばね力は、密接にフェルール２２および３２の面およびファイア終端を保持し、それゆえに接続における低い光学損失を維持する。また、上部コネクタ２０もシステムにさらなるコンプライアンスを付加するために（ここに示すように）ばね装荷することができる。
【００３７】
この実施形態におけるコネクタ・アライメント・ブロック２２および３２は、射出成形によって形成された熱可塑性樹脂（ＴｉｃｏｎａからのＦｏｒｔｒｏｎ^ＴＭ）で作られる。代替実施形態では、コネクタ・ブロックは、研削、機械加工または熱硬化性成形のような技法によって形成された、セラミック、金属、熱硬化性ポリマーのようなその他の素材で形成することができる。外側シェル４０は、熱可塑性樹脂（ＧＥ ＴｈｅｒｍｏｐｌａｓｔｉｃｓからのＵｌｔｅｍ^ＴＭ）で形成される。ピン組立体およびピンは、熱可塑性樹脂（Ｕｌｔｅｍ^ＴＭ）で形成される。代替実施形態は、熱硬化性ポリマーまたは金属を含むことができる。
【００３８】
図１を参照すると、第１の光バス１２は、終端部分９０を含む。終端部分９０は、カバー２６とファイバ保持面２４との間に保持される部分である。第１の光バス１２の部分９０の個々の光ファイバ１３は、ファイバ保持面２４のｖ−溝内に正確な並列アライメントおよび分配で維持される。フロントの嵌め合せ面５０に沿った光ファイバ１３の終端は、接続のために切断されかつ研磨される。
【００３９】
図２、３および４を参照すると、第２の光バス１４は、終端部分９２、自由径間逆部分９４、および基板部分９６を含む。終端部分９２は、カバー３６と第２のコネクタ３０のファイバ受入れ面３４との間に維持される。上記したように、カバー３６は、面取り底部部分３７を含む。第２の光バス１４の自由部分９４は、第２のコネクタ３０と第２の基板１８との間で自由に弓形を形成するように許容されている。第２の光バス１４の基板部分９６は、接着剤またはこの技術分野で知られたその他の保持手段によって、第２の基板１８に保持される。
【００４０】
コネクタ２０および３０のｙ−軸に沿った移動の自由度は、光ファイバ１５に対する限界曲げ半径を考慮するように制御される。図４は、図１のコネクタ組立体における光ファイバの曲げ幾何学形状を簡略化した詳細図で示す。ファイバ１５がカバー３６とファイバ・アライメント・ブロック３２との間に物理的に保持される第１の点は、点Ｒとして画定される。第２の基板１８の面における点Ｒと交点Ｐとの間のｙ−軸に沿った距離は、高さｈとして画定される。ファイバ１５が第２の基板１８上に維持される点は、点Ｑとして画定される。点ＰとＱとの間のｘ−軸に沿った距離は、Ｌとラベルが付けられる。光ファイバ１５の曲率半径は、ｒとしてラベルが付けられる。
【００４１】
距離ｈおよびＬに対する最小および最大値は、曲率半径ｒが、光ファイバ１５に対して、限界曲げ半径ｒ_ｃｒｉｔよりも小さいように選択される。図５は、本発明によるコネクタにおける光ファイバに対する３つの主要条件を用いて、コネクタの移動の範囲を示す。無次元単位が用いられ、かつ最小所望曲げ半径は、ｒ_ｍｉｎ＝０．２５＞ｒ_ｃｒｉｔとして任意に画定される。
【００４２】
図５ａは、コネクタ３０の位置が嵌め合せコネクタ２０との接触を行うことによって決定されるような、初期または接続状態を示す。説明の目的のために、図５は、ｈ_ｉ＝１単位、Ｌ＝１単位およびｒ_ｉ＝１単位である、無次元単位を用いる。曲線は、ｈ＝Ｌ＝ｒである、π／２曲線であるということが理解できる。付着点Ｑが固定されているので、Ｌは一定である。初期条状態は、ｈおよびｒに対して最大と最小値との間にあるように選択される。
【００４３】
図５ｂは、カード１６の挿入中に第２のコネクタ３０が押し下げられるときに発生しうるような、圧縮状態を示す。動作止め８４のような、ハード・メカニカル・ストップによって制御される−許容されるｈの最小値、ｈ_ｍｉｎは、０．２５単位のｒの最小値、ｒ_ｍｉｎ、を許容するような０．６７８単位である。所与の半径ｒに対する高さと角度との間の関係は：
ｈ＝ｒ（１＋Ｃｏｓ（θ））
ここで、θは、二つの交差面間の交差角度である。ｒに対する所望の最小値を知ることによって、当業者は、最小の高さｈを容易に計算することができる。
【００４４】
図５ｃは、コネクタ３０が、カード１６が切断のために引き出されるときのような、ｙ−軸移動のその最大範囲まで拡張された、拡張した状態を示す。この実施形態では、コネクタ３０の上方移動は、ラッチ２８６の形式のハード・メカニカル・ストップによって拘束される。そのような条件下で、最小曲げ角度に関して考慮する点は、点Ｒおよび点Ｑに近接して配置される。
【００４５】
図６ａ〜６ｃは、図１〜３に示した実施形態に用いた実際の値を示す。図６ａは、第２のコネクタ３０がｙ−軸に沿ってその最も遠い位置に移動した、拡張した状態と呼ばれる、第１の可能な極限を示す。かかる状態において、最小曲げ角度に関する考慮の点は、点Ｒおよび点Ｑの近傍に配置される。ｈの最大値は、第１のピン組立体５６の移動止めステップ６４の位置を調整することによって制御することができる。ラッチ２８６は、拡張状態の発生を防ぐように、ｈ＜ｈ_ｍａｘである点Ｒに通常設定される。
【００４６】
図６ｂは、高さｈが第１のコネクタ２０および第２のコネクタ３０の接触によって確立される、接続状態を示す。
【００４７】
図６ｃは、第２のコネクタ３０が、例えばハード・ストップ移動止め機構８４によって許容される最小距離への接続中にかなりのユーザ圧力によって、押された状態を示す。この最小距離は、最小曲げ半径が限界曲げ半径よりも大きいままであるということを保証するために、上述したように計算される。
【００４８】
図６に示した値は、３Ｍ ＧＧＰファイバに対するものである。上述した最小曲げ半径は、光学損失問題に対してではなく、ファイバ曲げ応力問題に対して一般に特定される。３Ｍ高強度ファイバは、従来の１インチ最小曲げ半径を要求しないが、その代わりほんの０．２５インチ（０．６３５センチメートル）曲げ半径を要求する。
【００４９】
図７は、ドーター・ボード１１６上の光学装置をマザーボード１１８に結合する本発明によるコネクタ・システム１１０の第２の実施形態を示す。コネクタ・システム１１０は、第１のコネクタ１２０、第２のコネクタ１３０、および接続光バス１１２を含む。接続光バス１１２は、並列に配列された複数の光ファイバ１１３を含む。光バス１１２の第１の終端部分１１４は、第１のコネクタ１２０によって保持されかつ光バス１１２の第２の終端部分１１５は、第２のコネクタ１３０によって保持される。光バス１１２の自由部分１１７は、二つのコネクタ１２０と１３０の間に弓形を形成する。
【００５０】
第２のコネクタ１３０は、図１〜３の実施形態のコネクタ３０に類似する。第２のコネクタ１３０は、コネクタ・ブロック１３２、前方装荷ファイバ受入れ面１３４、およびカバーまたはファイバ保持プレート１３６を含む。取付け脚１３９は、コネクタ１３０をコネクタ・ブロック１３２に確保しかつコネクタ・ブロック１３２をマザーボード１１８から一定の間隔を置いて配置する。第２のコネクタ１３０は、縦ｙ−軸に沿って位置合わせされかつ限定された縦の移動の範囲を有する。コネクタ３０に対して記述されたもののような、ピンおよびばねシステム、または移動止めのようなその他の物理的手段は、コネクタ１３０の縦の移動の自由度を許容しかつ制御するために用いることができる。
【００５１】
第２のコネクタ１３０は、発光ダイオード・アレイ、ダイオード・レーザ・アレイ、または光受容体アレイのような、送信および／または受信光電子素子１５２を含むレセプタクル（即ち、コネクタ素子）１５０と嵌め合う。レセプタクル１５０は、ドーター・ボード１１６に機械的に取付けられる。代替実施形態では、第２のコネクタ１３０は、システム１０のコネクタ２０のような、逆のコネクタに結合することができる。
【００５２】
第１のコネクタ１２０は、横ｘ−軸に沿って制限された移動の範囲を有する。第１のコネクタ１２０は、摺動アライメントまたはコネクタ・ブロック１２２、ファイバ受入れ面１２４、およびカバー１２６を含む。コネクタ・ブロック１２２は、マザーボード１１８の対応する横溝（図示省略）と嵌め合う横レール（図示省略）を含む。溝の長さは、コネクタ・ブロック１２２の移動の範囲を決定する。ばね手段は、負のｘ方向にアライメント・ブロックをバイアスするために溝に配置することができる。両方のカバー素子１２６および１３６は、面取り終端部分１２７および１３７をそれぞれ含む。部分１２７および１３７の曲率半径は、ファイバに対する限界曲率半径よりも大きく、それゆえに図８ｃおよび８ｄに示した拡張状態において遭遇する問題を緩和する。
【００５３】
図８ａ〜８ｄは、図７に示したシステム１１０に対する異なるファイバ曲率状態を示す。無次元単位が用いられかつ０．２５が最小所望曲げ半径ｒ_ｍｉｎとして用いられる。図８は、図４で識別されたｈ、Ｌ、ｒ、Ｐおよびθに対して同じラベルを用いる。図８ａは、コネクタ１２０および１３０の両方が点Ｐから等距離にある初期／接続位置を示す。図８ｂは、コネクタ１２０および１３０の両方が点Ｐに向って中に押される圧縮状態を示す。図８ｃは、第１のコネクタ１２０が点Ｐから離れるように拡張される場合の状態を示し、図８ｄは、第２のコネクタ１３０が点Ｐから離れるように拡張される場合を示す。
【００５４】
再び、所与の最小ファイバ半径（ｒ_ｍｉｎ）に対する、バックプレーン相互接続の最小高さ（ｈ）は、二つの面の間の角度（θ）により変化する。いずれかの所望の最小曲げ半径ｒ_ｍｉｎに対する値を知ることによって、距離ｈおよびＬは、以下の式を用いて計算することができる：
ｈ＝ｒ（１＋Ｃｏｓ（θ）） （式１）
【００５５】
図９は、本発明によるコネクタ・システム２１０の第３の実施形態を示す。コネクタ・システム２１０は、上部コネクタ・セット２２０および下部コネクタ・セット２３０を含む。上部コネクタ・セット２２０は、コネクタ・セット２２０をドーター・ボードに結合する取付けブラケット２２２と、並んで位置合わせされた二つのコネクタ・フェルール２２４および２２６を含む。取付けブラケットは、プレアライメント・ピン２３８を含む。上部コネクタ・フェルール２２４および２２６は、外部アライメント面を含む。
【００５６】
下部コネクタ・セット２３０は、図１〜３に示した実施形態のコネクタ３０に類似する二つの組の下部コネクタを含む。ピン（図示省略）を含む取付けベース２３１および２３２は、第１および第２のフェルール２３４、２３６をマザーボードにそれぞれ取付ける。ばね２８４および移動止め機構（図示省略）は、フェルール２３４および２３６の移動の下方範囲に対する物理的ストップを供給する。各取付けベース２３１および２３２は、各フェルール２３４および２３６の後方に沿って摺動しかつ移動の上部範囲を制御する機械的キャッチ２８６を含む。
【００５７】
第１および第２の空洞２４４および２４６を有する単一シェル２４０は、上部および下部コネクタ・フェルール・ペアを保持しかつ位置合わせする。空洞２４４および２４６の内部幾何学は、上部および下部フェルール・ペア２２４、２３４、および２２６、２３６の外部幾何学およびアライメント面とそれぞれ合致する。第１の下部フェルール２３４は、第１の上部フェルール２２４と逆に位置合わせされ、同時に第２の下部フェルール２３６は、同様に第２の上部フェルール２２６と逆に位置合わせされる。プリ−アライメント・ピン２３８は、シェル２４０の受入れオリフィス２４８と合致する。上部コネクタ２２０のプリ−アライメント・ピン２３８は、フェルール２２４および２２６がシェル２４０の空洞２４４および２４６に入る前に上部コネクタ２２０を受入れシェル２４０に位置合わせするように動作する。これは、フェルール２２４および２２６をそれらの対応する受入れ空洞２４４および２４６に位置合わせしかつ円滑な入力を確保することを支援するために行われる。
【００５８】
図１０および１１は、本発明のコネクタのモジュラー設計によって可能になった高密度な、マルチ−フェルール光コネクタ・システムのその他の実施形態を示す。図１０は、シェル３４０に保持された複数のスタガー・コネクタ・フェルール・ペア３２０を含むコネクタ・システム３１０を示す。コネクタ・システム３１０は、複数のバス・ペア３１２および３１４を結合する。
【００５９】
図１１は、受入れ開口３４２が同じ面に沿って位置合わせされる代替シェル３４０を示す。その他の実施形態では、マルチプル・フェルールは、コネクタ長さ全体を減少するために一つの行から次の行にオフセットされたそれらの位置で、多重行に保持することができる。
【００６０】
図１２は、本発明によるコネクタ・システム４１０のさらに別の実施形態を示す。コネクタ・システム４１０は、図１〜３のコネクタ・システム１０に類似する。一つの注目すべき相違は、コネクタ・システム４１０では、マザーボード４１８は、ファイバ・バス４１２をマザーボード４１８の反対側の面に接続させる開口４２０を画定するということである。コネクタ・システム４１０に対する高さｈを計算するときにボード４１８の厚みを考慮することができるが、システムが曲げ半径制御を供給するためにボード４１８の厚みに依存しないということに注目することは、重要である。
【００６１】
本発明のコネクタ・システムの設計は、かなりの利点を提供する。自由にアーチを形成するファイバの使用は、ファイバがバックプレーンの内側にあることを必要としないので、従って、慣習的でない厚みのバックプレーンを必要としない。この設計における曲げ半径制御は、バックプレーンの厚みではなく、コネクタ・システムによって供給される。設計は、光バックプレーンをあらゆる既存の電気バックプレーンに追加するためのケーパビリティを供給しかつ特別なバックプレーン構造を必要としない。光バックプレーン回路は、ここに参考文献として援用される、共通に所有される米国特許第５，９０２，４３５号に記述されるように、カスタマー供給電気バックプレーンへの追加レイヤーとして簡単に積層される。
【００６２】
本システムの別の利点は、光ファイバ・バスが、同じ面に沿って位置合わせされた全てのファイバを維持し、個々のファイバに不均等な応力をもたらしうる、バスの縦軸の回りにねじれることを回避するということである。
【００６３】
本発明は、直交する角度で合致する基板を用いて示された。当業者は、鋭角または鈍角で交差するコネクタ化ボードに本発明を適用することができるということを容易に理解するであろう。
【００６４】
当業者は、本発明が様々な光学装置を結合するときに用いることができるということを理解するであろう。本発明は、例示的な好適な実施形態を参照して記述されたが、本発明は、その他の特定の形式で実施することができる。従って、ここに記述しかつ説明された実施形態は、例示でありかつ本発明の適用範囲を限定するように考えられるべきではないことが理解されるべきである。その他の変形および変更は、本発明の適用範囲に従って行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるコネクタ組立体の斜視拡大図である。
【図２】図１の組立てられたコネクタ組立体の斜視図である。
【図３】図１のコネクタ組立体の部分断面側面図である。
【図４】図１のコネクタ組立体の一部の簡易詳細側面図である。
【図５ａ】初期条件下の本発明によるコネクタ組立体の光ファイバの曲げ幾何学形状のグラフ図である。
【図５ｂ】圧縮条件下の本発明によるコネクタ組立体の光ファイバの曲げ幾何学形状のグラフ図である。
【図５ｃ】拡張条件下の本発明によるコネクタ組立体の光ファイバの曲げ幾何学形状のグラフ図である。
【図６ａ】図１のコネクタ組立体の光ファイバの非接続条件のグラフ図である。
【図６ｂ】図１のコネクタ組立体の光ファイバの接続条件のグラフ図である。
【図６ｃ】図１のコネクタ組立体の光ファイバの圧縮条件のグラフ図である。
【図７】両方のコネクタ軸に沿って移動の自由度を有する本発明によるコネクタ組立体の第２の実施形態の断面側面図である。
【図８ａ】初期条件下の図７のコネクタ組立体の光ファイバの曲げ幾何学形状のグラフ図である。
【図８ｂ】圧縮条件下の図７のコネクタ組立体の光ファイバの曲げ幾何学形状のグラフ図である。
【図８ｃ】ｘ軸に沿った拡張条件下の図７のコネクタ組立体の光ファイバの曲げ幾何学形状のグラフ図である。
【図８ｄ】ｙ軸に沿った拡張条件下の図７のコネクタ組立体の光ファイバの曲げ幾何学形状のグラフ図である。
【図９】二重バス構成を含む、本発明によるコネクタ組立体の第３の実施形態の斜視図である。
【図１０】マルチ−フェルール・シェルに複数のスタガー・コネクタ組立体を含む、本発明によるコネクタ組立体の第４の実施形態の斜視図である。
【図１１】複数の共面コネクタ組立体を含む、本発明によるコネクタ組立体の第５の実施形態のマルチ−フェルール・シェルの斜視図である。
【図１２】本発明によるコネクタ組立体の第６の実施形態の側面図である。

Claims (23)

1. 第１の基板（１８）に取付けられた第１の光導波路アレイ（１４）を交差している第２の基板（１６）上の光学装置（１２）に光学的に結合するためのコネクタ組立体（１０）であって、前記第１の導波路アレイは、最小所望曲げ半径を有する複数の並列光導波路（１５）を備え、前記第１および第２の基板は、第１および第２の平面をそれぞれ画定しかつ前記第１の導波路アレイの縦方向は、第１の軸（ｘ）を画定し、前記第１の導波路アレイは、前記第１の基板に取付けられた基板部分（９６）、径間逆部分（９４）、および終端部分（９２）を備え、前記第１の平面は、前記第２の平面と交差しかつ前記二つの平面の交差点は、前記第１の軸に概ね垂直である交差軸（ｚ）を画定し、前記コネクタ組立体は、
   ａ）前記第２の基板に取付けられかつ前記交差軸に概ね垂直である第２の軸に沿って位置合わせされ、前記第１の光導波路アレイの前記終端を受入れかつ保持する第１の保持機構を備える第１のコネクタ（３０）を備え、
   ｂ）前記終端部分は、前記最小所望曲げ半径に少なくとも等しい前記第２の軸に沿ってある距離で前記第１の平面の上に吊されかつ前記第１の光導波路アレイの前記径間逆部分は、前記第１と第２の平面との間の吊るされた曲げ曲線を記述し、前記吊るされた曲げ曲線は、前記所望の最小曲げ半径に等しいかまたはそれよりも大きい曲げ半径を有する、
   コネクタ組立体。
2. 前記第１のコネクタに合致しかつ結合するアライメントおよび嵌め合い機構を有する第２のコネクタ（２０）をさらに備え、前記第２のコネクタは、前記第２の軸および第２の平面に沿って位置合わせされ、前記第２のコネクタは、第２の光導波路アレイを受入れかつ保持する第２の保持機構を含む、請求項１に記載のコネクタ組立体。
3. 前記第１および第２のコネクタは、前記第２の軸に沿った移動の制限された第１および第２の範囲を有し、前記第１および第２のコネクタは、互いに対して前記第１および第２のコネクタをバイアスするバイアス素子（６２、８２）を含む、請求項２に記載のコネクタ組立体。
4. 前記第１および第２のコネクタ上を摺動するシェル（４０）をさらに備え、前記シェルは、前記第１および第２のコネクタにおける外部幾何学的形状機構に合致しかつ前記第１および第２のコネクタを位置合わせする内部幾何学的形状機構を有する、請求項２に記載のコネクタ組立体。
5. 各導波路アレイは、複数の並列光ファイバを備えかつ前記第１の保持機構は、前記第１の光導波路アレイの並列光ファイバを収容するファイバ受入れ面（３４）と、前記ファイバ受入れ面に対して前記並列光ファイバを確保するカバー（３６）とを備え、前記カバーは、前記交差軸に近い終端に面取り部分（３７）を含み、前記面取り部分は、前記第１の光導波路アレイの前記最小所望曲げ半径に少なくとも等しい半径を有する曲線を記述する、請求項１に記載のコネクタ組立体。
6. 前記第１のコネクタ（３０）は、前記第１の基板（１８）に取付けられかつ前記終端部分に前記第２の軸に沿った第１の移動の範囲を許容し、前記第１の移動の範囲は、前記第１の基板に関して最大および最小位置を決定し、前記最小および最大位置は、いずれかの位置における前記径間逆位置の前記吊るされた曲げ曲線の半径が前記第１の光導波路アレイに対する前記最小所望曲げ半径に少なくとも等しいように選択される、請求項１に記載のコネクタ組立体。
7. 前記第１のコネクタは、第１のコネクタ・ブロック（３２）と取付け組立体（７６）とを含み、前記第１のコネクタ・ブロックは、前記取付け組立体に摺動可能に取付けられ、前記取付け組立体は、前記第１の範囲の移動に沿って第１の方向に向けて前記第１のコネクタ・ブロックをバイアスする少なくとも一つのバイアス素子（８２）と前記第１のコネクタ・ブロックの前記移動の範囲を制限する少なくとも一つの移動止め部材（８４、８６）を含む、請求項６に記載のコネクタ組立体。
8. 前記第１の光導波路アレイの前記基板部分を保持する第３のコネクタ（１２０）をさらに備える、請求項１に記載のコネクタ組立体（１１０）。
9. 前記第３のコネクタは、前記第１の軸に沿って前記基板部分に対する第３の範囲の移動を許容し、前記第３の範囲の移動は、前記径間逆部分の前記曲げ半径が前記最小所望曲げ半径に少なくとも等しいような最大および最小値を有する、請求項８に記載のコネクタ組立体。
10. 前記第１の基板は、マザーボードを備えかつ前記第２の基板は、前記マザーボードに概ね垂直であるドーターカードを備える、請求項１に記載のコネクタ組立体。
11. 前記第１の基板は、バックプレーンを備えかつ前記第２の基板は、前記バックプレーンに概ね垂直である印刷回路カードを備える、請求項１に記載のコネクタ組立体。
12. 前記光学装置は、第２の導波路アレイ（１２）を備え、前記第１および第２の導波路アレイは、前記光学装置に光学的に結合された光バスである、請求項１に記載のコネクタ組立体。
13. 前記第１および第２のコネクタは、コネクタ・ペアであり、前記コネクタ組立体は、複数のコネクタ・ペアを含む、請求項２に記載のコネクタ組立体（２１０）。
14. 光学装置を有するレセプタクル（１５０）をさらに備え、前記レセプタクルは、前記第１のコネクタに光学的に接続する、請求項１に記載のコネクタ組立体（１１０）。
15. 光学装置を有するレセプタクルをさらに備え、前記レセプタクルは、前記第３のコネクタに光学的に接続する、請求項８に記載のコネクタ組立体（１１０）。
16. 第１および第２の面に配置された光学装置を結合するためのコネクタ組立体であって、前記第１および第２の面は、交差軸ｚで交差し、前記コネクタ組立体は、
    ａ）複数の導波路を含む光導波路アレイであり、前記導波路が最小所望曲げ半径を有する、光導波路アレイと、
    ｂ）前記光導波路アレイの第１の終端部を前記第１の面に固定するための第１の導波路保持手段と、
    ｃ）前記光導波路アレイの第２の終端部を前記第２の面に固定するための第２の導波路保持手段と、
    を備え、
    ｄ）前記第１および第２の導波路保持手段は、前記交差軸ｚから最小所定第１および第２の距離で前記導波路アレイの前記第１および第２の終端部を固定し、かつ前記導波路アレイは、前記最小所望曲げ半径に等しいかまたはそれよりも大きい曲げ半径を有する前記第１と第２の面との間を弓形に曲げる、
    コネクタ組立体。
17. 前記第１の導波路保持手段は、前記導波路アレイを光学装置に結合するための第１のコネクタ手段をさらに備える、請求項１６に記載のコネクタ組立体。
18. 前記第２の導波路保持手段は、前記導波路アレイを第２の光学装置に結合するための第２のコネクタ手段をさらに備える、請求項１７に記載のコネクタ組立体。
19. 前記第１の導波路保持手段は、前記導波路アレイの前記第１の終端部に前記第１の終端部の前記縦軸に沿って動きの範囲を許容するための動きの範囲手段を含む、請求項１６に記載のコネクタ組立体。
20. 前記第２の導波路保持手段は、前記導波路アレイの前記第２の終端部に前記第２の終端部の前記縦軸に沿って動きの範囲を許容するための動きの範囲手段を含む、請求項１９に記載のコネクタ組立体。
21. 前記動きの範囲手段は、前記保持手段を所望の位置にバイアスするためのバイアス手段を含む、請求項１９に記載のコネクタ組立体。
22. 前記第１の導波路保持手段に接続する光学装置を有するコネクタ素子をさらに備えている、請求項１６に記載のコネクタ組立体。
23. 前記コネクタ素子は、フェルールを備えかつ前記光学装置は、第２の導波路アレイを備えている、請求項２２に記載のコネクタ組立体。