專利名稱：電路板中信號傳輸?shù)姆椒半娐钒宓闹谱鞣椒?br> 技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于在電路板中傳送信號的方法，其中，形成至少一個光通道，通過光發(fā)射器把光信號輸入到其中，以及輸入到光通道的光信號通過至少一個光接收器來接收。本發(fā)明還涉及電路板，在其中形成至少一個光通道、與光通道光連接的至少一個光發(fā)射器、與光通道光連接的至少一個光接收器。
電路板是已知的，在其中形成一個或多個光波導(dǎo)或某種其它的相應(yīng)光通道，其中的目的是通常從光發(fā)射器向光接收器傳送光信號。在根據(jù)先有技術(shù)的這種電路板中，光通道通常實質(zhì)上形成為光發(fā)射器與光接收器之間的均勻?qū)挾鹊墓饴?。光通道可能是例如設(shè)置在電路板中的光纖或者采用一種或多種光電導(dǎo)材料填充的凹槽。還已知把組合器設(shè)置在這種光路中，在這種情況下，信號被分路到這些不同的通路，并且可通過若干不同的光接收器來接收。另一方面，分路還可用于一個接收器接收從若干發(fā)射器發(fā)送的光信號的情況。
專利US-6396968公開了一種電路板，其中光層是均勻的，沒有分開的波導(dǎo)。光發(fā)射器和接收器被插入光層，它們成對地仔細(xì)對齊。每一對以其自己的波長進(jìn)行工作，在這種情況下，能夠在若干發(fā)射器-接收器對之間同時傳送信號。在這種解決方案中，光發(fā)射器和光接收器被插入在電路板內(nèi)形成的光層。由于保留某個波長范圍供一個發(fā)射器-接收器對使用，因此，如果要求同時信號傳輸，則各發(fā)射器-接收器對必須采用不同的技術(shù)或者至少采用不同的組件來實現(xiàn)。至少對于其本身限制可用的發(fā)射器-接收器對數(shù)量的市場出售的組件，可用的波長范圍的數(shù)量也受到限制。
采用根據(jù)先有技術(shù)的解決方案，其中還存在光信號到光通道的輸入要求極精確對齊、以便使信號的傳輸損耗盡可能小的問題。相應(yīng)地，光接收器必須盡可能精確地耦合到光通道，使得盡可能多的光功率從光通道傳遞到光接收器。在其中要求為若干接收器分割光信號的電路板中，困難在于精確實現(xiàn)分路點(diǎn)，使得信號的傳輸損耗保持在適當(dāng)限度內(nèi)，以及使得足夠的光功率傳遞到各接收器。
本發(fā)明的一個目的是改進(jìn)先有技術(shù)以及提供用于在電路板中傳送信號的方法以及電路板，其中旨在消除先有技術(shù)的問題。本發(fā)明基于以下概念在電路板中形成的光通道以這樣的方式設(shè)計，使得以光學(xué)方式在光通道中形成至少兩個焦點(diǎn)。各發(fā)射器和接收器設(shè)置在一個這樣的焦點(diǎn)中，在這種情況下，信號盡可能高效地在光通道與發(fā)射器/接收器之間傳送。更明確地說，根據(jù)本發(fā)明的方法的特征主要在于，光通道以這樣的方式設(shè)計，使得在其中形成至少兩個焦點(diǎn)，并且每個光發(fā)射器實質(zhì)上與一個焦點(diǎn)有關(guān)地設(shè)置，以及光接收器實質(zhì)上與另一個焦點(diǎn)有關(guān)地設(shè)置。根據(jù)本發(fā)明的電路板的特征主要在于，光通道以這樣的方式設(shè)計，使得它包括至少兩個焦點(diǎn)，并且光發(fā)射器安排成實質(zhì)上與一個焦點(diǎn)有關(guān)地設(shè)置，以及光接收器安排成實質(zhì)上與另一個焦點(diǎn)有關(guān)地設(shè)置。
本發(fā)明展示了優(yōu)于先有技術(shù)的解決方案的顯著優(yōu)點(diǎn)。在通過根據(jù)本發(fā)明的方法實現(xiàn)的電路板中，與先有技術(shù)的解決方案相比，光信號的傳輸損耗被減小，因為離開與一個焦點(diǎn)有關(guān)地設(shè)置的光發(fā)射器的光信號在通道中盡可能準(zhǔn)確地聚焦到另一個焦點(diǎn)。在通道中傳遞的光信號的大部分被傳遞到與這另一個焦點(diǎn)有關(guān)地設(shè)置的接收器。另外，采用根據(jù)本發(fā)明的方法，通過在其中形成光通道，使得它包括若干光焦點(diǎn)對，并且這些焦點(diǎn)對具有至少一個共享焦點(diǎn)，可比較容易地實現(xiàn)分路。發(fā)射器和接收器與這種共享焦點(diǎn)有關(guān)地設(shè)置。因此，離開與共享焦點(diǎn)有關(guān)地設(shè)置的發(fā)射器的光信號以小損耗傳遞到另一個焦點(diǎn)，在這種情況下，信號可在這些不同的焦點(diǎn)中被接收。相應(yīng)地，在把接收器設(shè)置在這種共享焦點(diǎn)時，信號可從設(shè)置在若干不同焦點(diǎn)的發(fā)射器發(fā)送到設(shè)置在共享焦點(diǎn)的這一個光接收器。還能夠在根據(jù)本發(fā)明的光通道中附加反射表面，例如，以便提高入口耦合和/或改進(jìn)光信號從光通道邊緣的折射。
根據(jù)以上所述的本發(fā)明的操作不取決于源的結(jié)構(gòu)或發(fā)散性、入口耦合方式，也不實質(zhì)上取決于波長或材料基礎(chǔ)。本發(fā)明允許作為光發(fā)射器的LED和激光源的使用。源可以較隨意地設(shè)置在焦點(diǎn)中，因為離開焦點(diǎn)的光信號比較有效地漂移到另一個焦點(diǎn)，而實質(zhì)上與從發(fā)射器發(fā)出光信號的方向無關(guān)。
附圖概述下面將參照附圖更詳細(xì)地描述本發(fā)明，附圖中

圖1說明根據(jù)本發(fā)明的一個有利實施例的電路板的頂視圖，圖2a以設(shè)置在光通道中的光發(fā)射器和光接收器的位置處的簡化截面來說明根據(jù)圖1的電路板，圖2b說明根據(jù)圖1的電路板的截面，其中，光發(fā)射器和光接收器設(shè)置在電路板的表面，圖3說明根據(jù)本發(fā)明的另一個有利實施例的電路板的頂視圖，以及圖4說明根據(jù)本發(fā)明的第三有利實施例的電路板的頂視圖。
圖1說明根據(jù)本發(fā)明的一個有利實施例的電路板的頂視圖。這個電路板1包括一個光通道2，它以包括兩個光焦點(diǎn)3的方式來設(shè)計。光發(fā)射器4設(shè)置在這些焦點(diǎn)中的第一焦點(diǎn)3.1的位置(圖2a)。由這個光發(fā)射器4形成的光信號從發(fā)射器橫向地、即在本例中沿電路板的光通道的主水平面的方向發(fā)出。由于光發(fā)射器4設(shè)置在第一焦點(diǎn)3.1中，因此，它同時意味著，實質(zhì)上從光發(fā)射器發(fā)出的所有光信號均指向光通道中的某個方向。這實質(zhì)上不受光發(fā)射器的信號所取方向的影響。但是，如果光束的入射角大于所謂的全反射的臨界角，則所有可能的發(fā)出方向不一定導(dǎo)致光束從光通道邊緣反射。但是，如果光通道的邊緣(即，與主水平面垂直的光通道的表面)形成反射面、如鏡面，則所有光束從該邊緣反射。光信號的部分路線在圖1中采用箭頭5來標(biāo)記。第二焦點(diǎn)3.2以下列方式設(shè)置第一和第二焦點(diǎn)形成一種焦點(diǎn)對。結(jié)合本發(fā)明，這意味著，離開任一個焦點(diǎn)的光信號漂移到另一個焦點(diǎn)，而實質(zhì)上與光信號在光通道2的主水平面中相對于光通道所具有的出射角無關(guān)。光通道的這個主水平面在這里指的是實質(zhì)上與電路板的水平面平行的那個水平面，因為光層在電路板中形成。
圖2以簡化截面來說明電路板1，與它結(jié)合，形成根據(jù)本發(fā)明的光通道2。在這個實例中，光通道2設(shè)置在電路板的一個中間層1.2中，但是顯然光通道也可例如在電路板的表面層1.1或基層1.3中形成。為清楚起見，在附圖中沒有標(biāo)出導(dǎo)電圖案或?qū)щ妼印?br> 設(shè)置在第二焦點(diǎn)3.2的光接收器6接收光通道中傳送的光信號，并將其修改為電信號，這些電信號可進(jìn)一步傳送到其它電子設(shè)備(未示出)進(jìn)行進(jìn)一步處理。
圖2b以截面表示根據(jù)圖1的電路板的一個實施例，其中，光發(fā)射器4和光接收器6沒有設(shè)置在光通道中，而是設(shè)置在電路板1的表面層的焦點(diǎn)的位置上。因此，引入線有利地在電路板的表面層中形成，其方式是，光發(fā)射器4發(fā)送的光信號可送往第一焦點(diǎn)3.1，以及相應(yīng)地，從第二光焦點(diǎn)3.2，光信號可送往光接收器6。在這個有利實施例中，光束換向器7.1、7.2在光通道中的焦點(diǎn)的位置上形成，通過它們把從光發(fā)射器4到達(dá)第一焦點(diǎn)的信號實質(zhì)上轉(zhuǎn)換到光通道的主水平面的方向，以及相應(yīng)地把從光通道到達(dá)第二焦點(diǎn)的信號轉(zhuǎn)向光接收器6。光束換向器7.1、7.2例如以圓錐或楔形的形式來形成，但也可采用其它形式或者例如衍射表面結(jié)構(gòu)。
圖1的光通道2實質(zhì)上以橢圓形式來形成。因此，所述焦點(diǎn)對3.1、3.2在橢圓的長軸上形成。橢圓的高度和寬度、即短軸和長軸的長度被選擇為最適合各應(yīng)用的長度。這其中還受到有多少空間可用于在電路板1上設(shè)計光通道2的影響，還受到預(yù)計設(shè)置光發(fā)射器4和光接收器6相互間隔的距離的影響。在一些情況中，光發(fā)射器4和光接收器6可比較隨意地設(shè)置，在這種情況下，它們沒有處于光通道的設(shè)計的主要位置。
這里應(yīng)當(dāng)指出，橢圓不是光通道2的唯一可能的形式，結(jié)合本發(fā)明，也可采用其它幾何形式。作為一個實例可以是拋物線形式，在這種情況中，光通道2經(jīng)過設(shè)計，使得存在至少兩個拋物線，如圖3所示。因此，拋物線的開口方向彼此相向，其方式是，離開第一拋物線的焦點(diǎn)的光信號指向第二拋物線的焦點(diǎn)。大家知道，離開拋物線的焦點(diǎn)的光束實質(zhì)上以平行方式指向拋物線的開口方向。因此，結(jié)合接收器的拋物線形式最好是按照以下方式來指向開口方向?qū)嵸|(zhì)上與第一拋物線的開口方向相對。這種配置允許光信號盡可能有效地指向第二拋物線的焦點(diǎn)。
圖4說明應(yīng)用本發(fā)明的第三種有利電路板1。在這個電路板1中，有兩個以上焦點(diǎn)3。其中，第一焦點(diǎn)3.1要用于光發(fā)射器4，其它焦點(diǎn)3.2、3.3、3.4要用于光接收器6。光通道2在各焦點(diǎn)附近主要按照橢圓形式。在這個實施例中，光通道可看作由三個橢圓形式組成，其方式是，這三個橢圓共享一個焦點(diǎn)3.1，以及第二焦點(diǎn)3.2、3.3、3.4與其它焦點(diǎn)分開。因此，設(shè)置在共享焦點(diǎn)3.1中的光發(fā)射器4發(fā)送光信號，這些光信號被送往不同的焦點(diǎn)，設(shè)置在其中的接收器可接收所發(fā)送的光信號。但是顯然可存在兩個、甚至三個以上的橢圓形式。
與根據(jù)本發(fā)明的光電路板結(jié)合，還能夠?qū)崿F(xiàn)典型的電路。另外，可采用可能存在于光通道2的上方或下方的電路板層，以便實現(xiàn)電耦合。在一些情況中，能夠直接在光通道2的表面形成電路圖案。
根據(jù)應(yīng)用，光通道2可通過若干不同方式來形成。例如，電路板的中間層1.2可按照以下方式設(shè)計在中間層1.2上制作一個孔，其形式為光通道所需的形式。這個中間層1.2例如可附加在下層、即底層1.3之上，之后，在中間層1.2的孔中設(shè)置一片在一個方向上實質(zhì)上是平面的光電導(dǎo)(半透明)材料。這個片設(shè)計成配合電路板的中間層1.2中的孔。另外一種可能性是，液體或其它流動狀態(tài)的物質(zhì)被注入中間層1.2的孔中，它們在固化時形成預(yù)期設(shè)計的光通道2。
與根據(jù)本發(fā)明的電路板結(jié)合，還能夠使用若干不同的光發(fā)射器4和光接收器6。作為一個有利實例，可以是發(fā)光二極管，它很適合作為光發(fā)射器4。即使光發(fā)射器4具有大的發(fā)散性，大量輻射被聚焦到光接收器6與之有關(guān)地設(shè)置的另一個焦點(diǎn)。如本說明中已經(jīng)陳述的，例如，這是因為根據(jù)本發(fā)明設(shè)置在光通道2中的光發(fā)射器4的照射方向不太重要，因為在光通道的邊緣出現(xiàn)的光信號的偏轉(zhuǎn)發(fā)生的方式是，出射角實質(zhì)上與入射角相同。光通道2的邊緣的設(shè)計盡可能接近地遵循這樣一種曲線形式，其中存在至少兩個焦點(diǎn)，其方式是，離開一個焦點(diǎn)的光束通過一個或多個反射被送往另一個焦點(diǎn)。
顯然，本發(fā)明不只是局限于上述實施例，而是可以在所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)進(jìn)行修改。
權(quán)利要求
1.一種用于在電路板(1)中傳送信號的方法，其中形成至少一個光通道(2)，通過光發(fā)射器(4)向其輸入光信號，以及輸入到所述光通道(2)的所述光信號采用至少一個光接收器(6)來接收，其特征在于，所述光通道(2)以在其中形成至少兩個焦點(diǎn)(3.1，3.2)的這種方式來設(shè)計，并且所述光發(fā)射器(4)實質(zhì)上與一個焦點(diǎn)(3.1，3.2)有關(guān)地設(shè)置，以及所述光接收器(6)實質(zhì)上與第二焦點(diǎn)(3.1，3.2)有關(guān)地設(shè)置。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述光通道(2)實質(zhì)上以橢圓的形式設(shè)計。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述光通道(2)實質(zhì)上以兩個相對拋物線的形式設(shè)計，以及所述拋物線形式的開口方向彼此相向。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述光通道(2)以包括至少兩個橢圓形式的這種方式來設(shè)計，采用如下方式每個橢圓形式具有一個共享焦點(diǎn)(3.1)，以及每個橢圓形式的第二焦點(diǎn)(3.2，3.3，3.4)與其它焦點(diǎn)分開。
5.如權(quán)利要求1至4中的任一項所述的方法，其特征在于，在所述電路板(1)中形成至少一個中間層(1.2)，以及所述光通道(2)設(shè)置在所述電路板(1)的所述中間層(1.2)中。
6.一種電路板(1)，其中形成至少一個光通道(2)、與所述光通道(2)光連接的至少一個光發(fā)射器(4)以及與所述光通道(2)光連接的至少一個光接收器(6)，其特征在于，所述光通道(2)以包括至少兩個焦點(diǎn)(3.1，3.2)的這種方式來設(shè)計，并且所述光發(fā)射器(4)安排成實質(zhì)上與一個焦點(diǎn)(3.1)有關(guān)地設(shè)置，以及所述光接收器(6)安排成實質(zhì)上與另一個焦點(diǎn)(3.2)有關(guān)地設(shè)置。
7.如權(quán)利要求6所述的電路板(1)，其特征在于，所述光通道(2)實質(zhì)上以橢圓的形式設(shè)計。
8.如權(quán)利要求6所述的電路板(1)，其特征在于，所述光通道(2)實質(zhì)上以兩個相對拋物線的形式設(shè)計，以及所述拋物線形式的開口方向彼此相向。
9.如權(quán)利要求6所述的電路板(1)，其特征在于，所述光通道(2)以包括至少兩個橢圓形式的這種方式來設(shè)計，采用如下方式每個橢圓形式具有一個共享焦點(diǎn)(3.1)，以及每個橢圓形式的第二焦點(diǎn)(3.2，3.3，3.4)與其它焦點(diǎn)分開。
10.如權(quán)利要求6至9中的任一項所述的電路板(1)，其特征在于，在所述電路板(1)中形成至少一個中間層(1.2)，以及所述光通道(2)設(shè)置在所述電路板(1)的所述中間層(1.2)中。
11.如權(quán)利要求6至10中的任一項所述的電路板(1)，其特征在于，所述光發(fā)射器(4)是嚴(yán)重發(fā)散的發(fā)光二極管，例如RC-LED。
12.如權(quán)利要求6至11中的任一項所述的電路板(1)，其特征在于，所述光發(fā)射器(4)設(shè)置在所述光通道中所述第一焦點(diǎn)的位置，以及所述光接收器設(shè)置在所述光通道(2)中所述第二焦點(diǎn)的位置。
13.如權(quán)利要求6至11中的任一項所述的電路板(1)，其特征在于，所述光發(fā)射器(4)設(shè)置在所述電路板(1)的表面上所述第一焦點(diǎn)的位置，在所述光通道(2)中，在所述第一焦點(diǎn)中形成第一光束換向器(7.1)，以便把從所述光發(fā)射器(4)送往所述第一焦點(diǎn)的信號實質(zhì)上轉(zhuǎn)換到所述光通道的主水平面的方向，所述光接收器(6)設(shè)置在所述電路板(1)的表面上所述第二焦點(diǎn)的位置，以及在所述光通道(2)中，在所述第二焦點(diǎn)中形成第二光束換向器(7.2)，以便把從所述光通道到達(dá)所述第二焦點(diǎn)的信號轉(zhuǎn)向所述光接收器(6)。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于在電路板(1)中傳送信號的方法。在電路板(1)中形成至少一個光通道(2)，采用光發(fā)射器(4)把光信號輸入到其中，以及輸入到光通道(2)的光信號采用至少一個光接收器(6)來接收。光通道(2)以在其中形成至少兩個焦點(diǎn)(3.1，3.2)的這種方式來設(shè)計。光發(fā)射器(4)實質(zhì)上與一個焦點(diǎn)(3.1，3.2)有關(guān)地設(shè)置，以及光接收器(6)實質(zhì)上與另一個焦點(diǎn)(3.1，3.2)有關(guān)地設(shè)置。
文檔編號H04B10/80GK1813501SQ200480018386
公開日2006年8月2日 申請日期2004年6月24日 優(yōu)先權(quán)日2003年6月30日
發(fā)明者J·希塔拉, T·萊爾伯 申請人:阿斯波康普科技公司