Волоконно-оптический соединитель с использованием упругости волокна и центрирующей канавки - RU2178193C2

Чертежи

Показать все 8 чертежа(ей)

Описание

Настоящее изобретение относится в целом к устройствам, предназначенным для соединения телекоммуникационной линии (например, линии для передачи речи, данных, видеосигналов и т. п. ) с другой линией или с терминалом и более конкретно к устройству для соединения по меньшей мере одного оптического волокна с другим оптическим волокном или с оптоэлектронным компонентом.

Оптические волокна заменили медный провод как более предпочтительное средство передачи телекоммуникационных сигналов. Как и в случае применения медного провода, необходимо предусмотреть средства для соединения оптических волокон между собой во время монтажа, ремонта или замены волокон и для подсоединения волокон к активным оптическим устройствам. Обычно используются два типа соединительных устройств: сростки и соединители. Термин "сросток" обычно обозначает устройство, обеспечивающее постоянное соединение пары оптических волокон. В отличие от этого термин "соединитель" относится к устройству, которое можно многократно использовать для соединения и разъединения часто с другим штекером или гнездом. Соединитель может также относиться к штекерной части концевой заделки волокна, присоединенной к оптическому устройству. К оптическим устройствам относятся, например, оптические датчики (фотодиоды) и источники света (светодиоды, лазерные диоды). Концевая заделка оптического волокна может быть непрямой, т. е. волокно может быть соединено с каким-либо другим (пассивным) оптическим устройством, таким как светоделитель или поляризатор, перед тем как луч направляется в активное оптическое устройство. Настоящее изобретение в целом относится к соединителю, хотя этот термин не следует рассматривать в ограниченном смысле, поскольку настоящее изобретение может по своему существу обеспечить постоянное, а также временное соединение или концевую заделку.

В волоконно-оптическом соединителе, описанном в патенте США 5381498, соединитель содержит штекер и гнездо, причем в штекере для каждого соединяемого волокна имеется приемная V-образная канавка и волокно оканчивается в середине желоба. Гнездо содержит пластину, которая отходит назад при вводе штекера, в результате чего в V-образную канавку штекера опускается другое волокно. После полного ввода штекера обеспечивается контакт концов двух волокон, а волокно, прикрепленное к гнезду, упруго деформируется для обеспечения постоянной сжимающей нагрузки между концами волокон. Соединитель допускает быстрое разъединение и повторное соединение множества пар оптических волокон без использования для этого наконечников или других центрирующих элементов. Возможно применение высокопрочных волокон, способных выдерживать повторяющиеся ввод и изгибание волокон. Точная длина волокон (т. е. относительное положение их контактных концов в штекере и гнезде) не является критической, т. к. слабиной, возникающей в изогнутом волокне в гнезде, обеспечивается доступ (концевая часть волокна, прикрепленного к штекеру, не изгибается и всегда остается прямой). Концы волокон могут быть подготовлены простым отсечением и снятием фаски; торцевые поверхности могут быть по желанию отсечены под углом (т. е. неперпендикулярно относительно оси волокна) с целью уменьшения отражений сигнала.

Во многих волоконно-оптических сростках применяются пластинчатые элементы, имеющие канавки для размещения волокна и снабженные средствами для зажима контактных концов волокон в общей канавке. Некоторые из этих устройств предназначены для соединения множества пар волокон, подобно сростку, описанному в патенте США 5151964. В патенте США 4028162 волокна подводятся к центрирующим канавкам под углом скольжения и временно удерживаются, в то время как пластина соединителя скреплена с соединенными между собой волокнами. Относительно других примеров технических решений, включающих входящие в центрирующие канавки изогнутые волокна, см. патенты США 4077702, 4148559, 4322127 и 5080461 и заявку Франции 2660442. Некоторые из конструкций соединителей, использующих принцип изгибания волокна в центрирующую волокно канавку, являются довольно сложными и требуют применения многочисленных деталей подобно конструкциям, представленным в патентах США 4045121,4218113 и 4767180.

В соединителе, описанном в патенте 5381498, этот принцип изгибания волокна осуществлен с пользой, но проявляются некоторые другие недостатки. Так, например, конструкция штекера допускает осаждение пыли на концах волокон, поскольку они открыты в области, выступающей из канавок для размещения волокна. Волокна в гнезде могут оказаться загрязненными аналогичным образом из-за отсутствия створки или иного средства, закрывающего гнездо при отсутствии штекера. Хотя соединитель, описанный в патенте 5381498, имеет меньше деталей, чем большинство соединителей с наконечниками, все же желательно, чтобы в нем не было движущихся деталей, таких как скользящая пластина и пружина внутри гнезда. Для этой конструкции рекомендуется также использовать в гнезде высокопрочные волокна, что делает его менее совместимым со вставленным основанием стандартного волокна. Следовательно, было бы желательно и полезно разработать волоконно-оптический соединитель, который аналогичным образом допускал бы быстрое разъединение и воссоединение множества пар оптических волокон и был бы прост в монтаже и эксплуатации, но который позволил бы преодолеть перечисленные ограничения без пожертвования рабочими характеристиками или стоимостью.

Сущность изобретения
Настоящее изобретение предлагает волоконно-оптический соединитель, содержащий в основном штекер, имеющий по меньшей мере одно волокно, оканчивающееся в нем, и разъемно соединенный с гнездом, которое может иметь другое волокно, закрепленное в нем, или в котором может располагаться активный оптический компонент. Штекер содержит держатель волокна, закрепляющий концевую часть оптического волокна, и удлиненный полый корпус штекера с первым и вторым концами, причем первый конец открыт и прикреплен к фиксатору волокна штекера с концевой частью волокна штекера, проходящей в полость корпуса штекера, причем полость имеет достаточно места для того, чтобы допустить изгибание концевой части волокна штекера, а второй конец имеет паз, обеспечивающий доступ к концевой части волокна. Гнездо имеет отверстие, размеры которого позволяют вставить в него указанный второй конец указанного корпуса штекера, и выступ или палец, приспособленный для вхождения в паз в корпусе штекера под углом, не кратном прямому, относительно оси корпуса штекера. Палец имеет выполненную в нем центрирующую волокно канавку, расположенную таким образом, чтобы принять концевую часть волокна штекера, когда корпус штекера вставляется в гнездо. В примере осуществления, предусматривающем соединение волокна с волокном, гнездо содержит также держатель волокна гнезда, закрепляющий концевую часть другого оптического волокна, торцевая поверхность которого располагается вдоль промежуточного участка указанной центрирующей волокно канавки. Волокно гнезда может удерживаться должным образом в канавке посредством прижимного средства для волокна. В примере осуществления, предусматривающем подсоединение к электрооптическому устройству, палец крепится к основанию, имеющему упор для волокна. В другом примере осуществления волокно штекера проходит практически прямо внутри корпуса штекера, когда штекер извлекается из гнезда, однако волокно штекера обладает достаточной длиной, так что, когда штекер полностью вставляется в гнездо, волокно штекера изгибается, обеспечивая постоянное прижимающее усилие по отношению либо к торцевой поверхности волокна гнезда, либо к упору для волокна. Изгибание волокна штекера способствует также прочному закреплению волокна в центрирующей волокно канавке.

Первое средство фиксации предназначено для разъемного крепления корпуса штекера в гнезде, а второе средство фиксации - для съемной установки гнезда на опорной поверхности. Первое средство фиксации может быть выполнено на продолжении или площадке держателя волокна штекера. Эта площадка может также иметь прямые штыри, которые заходят в полость корпуса штекера для ограничения перекоса концевой части волокна. Штекер может быть смещен в положении соединения, чтобы быть оттесненным назад по отношению к первому средству фиксации, с целью сведения к минимуму влияния производственных допусков.

Корпус штекера может также включать створку штекера, установленную с возможностью скольжения между закрытым положением, в котором створка штекера закрывает паз, и открытым положением, в котором паз не закрыт створкой штекера, и обратно. Створка штекера может иметь кулачковые поверхности, приспособленные для удерживания направляющих створки, а гнездо может иметь створку с соответствующей кулачковой поверхностью, приспособленной для взаимодействия с кулачковыми поверхностями створки штекера при вводе корпуса штекера в указанное гнездо.

Соединитель может быстро соединяться и разъединяться и удобен в монтаже. Конструкция может быть приспособлена для обеспечения соединения множества пар оптических волокон.

Изобретение можно будет лучше всего понять, рассмотрев прилагаемые чертежи.

На фиг. 1 показан вид сбоку продольного сечения одного примера осуществления настоящего изобретения, демонстрирующий волоконно-оптический соединитель, включающий штекер и гнездо.

На фиг. 2 показаны в перспективе штекер и гнездо с фиг. 1, с частичным разрезом, демонстрирующим изогнутые волокна в полости штекера.

На фиг. 3 показан в перспективе пример осуществления штекера, используемого в настоящем соединителе, со скользящей створкой.

На фиг. 4 показан в перспективе другой пример осуществления штекера, используемого в настоящем соединителе, со снятым для демонстрации внутренних деталей корпусом штекера.

На фиг. 5 показан в перспективе один пример осуществления гнезда, используемого в настоящем соединителе, с шарнирной створкой, имеющей кулачковые поверхности, взаимодействующие с кулачковыми поверхностями на створке штекера.

На фиг. 6 показан в перспективе концевой зажим, который может быть использован в гнезде по настоящему изобретению.

На фиг. 7 показан вид сбоку продольного сечения настоящего соединителя, используемого для концевой заделки, а не для соединения волокон между собой.

На фиг. 8 показано сечение инструмента, используемого для зачистки концов волокон в штекере.

На фиг. 9 показано сечение инструмента, используемого для зачистки концов волокон в гнезде.

Описание предпочтительного примера осуществления изобретения
Со ссылкой на чертежи и, в частности на фиг. 1 и 2, описывается один пример осуществления волоконного-оптического соединителя 10 по настоящему изобретению. Соединитель 10 вообще состоит из удлиненного штекера 12 и гнезда 14. На фиг. 1 показано продольное сечение соединителя 10, демонстрирующее штекер 12, полностью вставленный в гнездо 14, и гнездо 14, установленное на опорную поверхность или перегородку 16. На фиг. 2 показан в перспективе соединитель с изъятой перегородкой 16, а также с частичным продольным разрезом, предназначенным для иллюстрации соединителя изнутри. Показанный пример осуществления обеспечивает взаимное соединение двух пар волокон, но специалистам в данной области техники должно быть понятно, что описанная здесь концепция изобретения относится как к соединению одной пары, так и к соединению множества пар.

Штекер 12, показанный также на фиг. 3, содержит держатель 18 волокна, который может быть выполнен из двух зажимных элементов или колодок 20 и 22, и тело штекера или корпус 24, прикрепленный к держателю 18 волокна. Корпус 24 может быть прикреплен с возможностью отделения к держателю 18 волокна штекера посредством, например, защелок 26, выполненных за одно целое на колодках 20 и 22, которые входят в зацепление с вырезами 28, выполненными на соответствующих стенках корпуса 24. Волокна 30 и 32, которые должны быть соединены или подключены, пропущены через держатель 18 в полую внутреннюю часть корпуса 24. Концевые части волокон оголены, т. е. они не присоединены к какому-либо центрирующему элементу типа наконечника. Следовательно, корпус 24 служит не только для того, чтобы физически установить штекер 12 в гнезде 14, но также и для того, чтобы обеспечить защиту для остающихся в противном случае открытыми концевых частей волокон (корпус может быть сделан отводящимся назад, чтобы в случае необходимости полностью открыть концы волокон). Держатель 18 имеет канавки 34 для размещения волокон, выполненные на прилегающих поверхностях колодок 20 и 22; эти два компонента могут быть идентичными деталями. Держатель 18 может закреплять волокна, например, с помощью зажимов, клеев или того и другого вместе. Для прикрепления волокон к держателю 18 могут быть использованы и другие средства. Держатель 18 может иметь выступающую часть 36, охватывающую волокна для дополнительного снятия деформации и зажима. Возможно применение защитного колпака 38 для дополнительного снятия деформации и захвата упрочняющих элементов в волоконно-оптическом кабеле (нити кевлара), а также для облегчения обращения со штекером 12. Упрочняющие элементы не обязательно должны быть гофрированными, но они могут быть приклеены к держателю. Снятие деформации упрочняющих элементов достигается с помощью глухой посадки части с прямой стенкой держателя 18 волокна штекера внутри защитного колпака. Это зависит от выбора материалов, использованных для защитного колпака и держателя волокна штекера, и позволяет получить конструкцию, не требующую гофрированного кольца, что упрощает изготовление и уменьшает количество требующихся компонентов. С другой стороны, на держателе может быть выполнено удлинение с "искаженной" (неправильной формы) дорожкой для зажима жил и удержания защитного колпака путем посадки с натягом. "Однонаправленные" зубцы на поверхности держателя волокна штекера способствуют прикреплению защитного колпака к держателю волокна штекера, что также способствует прикреплению кабеля к штекеру.

В примере осуществления, показанном на фиг. 1 и 2, защелка 40 сформирована за одно целое на одной стороне корпуса 24 для того, чтобы разъемно закреплять штекер 12 в гнезде 14. Защелка 40 также придает штекеру механическую поляризацию, т. е. штекер может быть вставлен в гнездо 14 только одним концом. Штекер 12 может смещаться в положение соединения, например, под воздействием пружинной пластины (гибкой консоли), помещенной внутри гнезда, будучи отжат назад к защелке 40 с целью сведения к минимуму влияния производственных допусков.

На фиг. 4 изображен несколько отличающийся пример осуществления штекера 12', применяемого в соединителе по настоящему изобретению. В этом примере используется аналогичный корпус, который не показан на фиг. 4 с тем, чтобы лучше проиллюстрировать альтернативный держатель 18' волокна и внутренние детали. Держатель 18' также выполнен из двух колодок 20' и 22', но в данном варианте эти колодки не являются идентичными. Во-первых, колодка 22' содержит удлинение или площадку 42, на которой расположено несколько прямых штырей 44, 46 и 48. Эти штыри служат для того, чтобы направлять волокна в корпусе 24 в положение, нужное для помещения их в V-образные канавки гнезда 14, как показано ниже, и ограничивать перекос волокон, обеспечивая нужное центрирование концов волокна относительно отверстий в корпусе 24. Защелка 40' отформована в колодку 22' вдоль нижней стороны площадки 42. Во-вторых, проходы для волокна в держателе 18' выполнены путем обеспечения V-образных канавок 34' только в колодке 22', в то время как соответствующая поверхность колодки 20' является плоской, образуя только три зажимающие волокно поверхности. V-образные канавки 34' дополнительно углублены в колодку 22', а на колодке 20' выполнены ступени 50, которые входят в углубления и облегчают правильное скрепление колодок между собой.

Волокна 30 и 32 проходят в корпусе 24 практически прямо, когда штекер 12 (или штекер 12') не вставлен в гнездо 14. Расположение волокон "практически" прямо означает, что они проходят без значительного изгибания, хотя в определенные моменты возможен прогиб волокон под воздействием силы тяжести. Однако внутри корпуса 24 предусмотрено пространство, достаточное для того, чтобы допустить существенный изгиб волокон, как показано на фиг. 1 и 2, когда штекер полностью вставлен в гнездо.

В переднем конце 52 корпуса 24 имеются два выполненных в нем паза 54 и 56, обеспечивающие доступ к контактным концам волокон, расположенных внутри корпуса 24, К переднему концу 52 корпуса 24 прикреплена с возможностью скольжения заслонка или створка 58 с двумя крышками или планками 60, 62, которые перекрывают пазы 54 и 56 соответственно, когда створка 58 находится в закрытом положении, как показано на фиг. 3. Когда створку 58 сдвигают в открытое положение, планки 60 и 62 сдвигаются для того, чтобы обеспечить доступ к волокнам 30 и 32 через пазы 54 и 56 соответственно, без необходимости того, чтобы волокна выходили из корпуса 24, хотя это и было бы приемлемо в альтернативных конструкциях. Створка 58 прикреплена с возможностью скольжения к корпусу 24 защелкой, образованной из двух шпунтовых соединений 64 и 66 (фиг. 1). В дополнение к тому, что створка 58 не допускает попадания в пазы пыли, створка не допускает также выхода из волокон штекера света, который может травмировать глаза пользователя. Как указано ниже в отношении фиг. 8, створка 58 может также открывать (в открытом положении) одно или более отверстий сверху корпуса 24, в которые могут входить толкатели, чтобы выталкивать концы волокон через отверстия 54 и 56, что допускает зачистку концов волокон.

Другая конструкция створки может быть предусмотрена для штекера. Так, например, он может содержать створку (не показана), поднимающуюся вертикально в процессе ввода штекера. Это достигается за счет расположения створки в другой части, такой как шиберный затвор, движущийся внутри корпуса. Затвор имеет вертикальный паз в каждой из своих боковых стенок и открыт с обоих концов. Сплошная створка имеет штырь, который проходит за боковые стенки шиберного затвора в пазы, имеющиеся в корпусе и имеющие следующую форму. Каждый из пазов начинается под обращенным вверх углом (около 30^o), простираясь приблизительно на 1 мм, затем на большей части расстояния переходит в горизонтальное положение, затем поднимается вновь приблизительно на 1 мм и оканчивается вторым горизонтальным отрезком (около 1,5 мм). Когда штекер входит в контакт с упором в гнезде, упор отжимает шиберный затвор внутрь корпуса назад. На первых нескольких миллиметрах перемещения створка поднимается в свое первоначальное положение. В этом положении волокна соприкасаются со створкой, отклоняющей волокна вниз под косым углом, хотя и необязательно. Створка может также служить центрирующим механизмом. Это позволяет не допустить контакта торцевой поверхности волокон штекера с V-образной канавкой, когда они входят в контакт с V-образным желобом. До того, как штекер будет вставлен полностью, шиберный затвор достигает второго наклонного паза в корпусе. В этом случае створка поднимается до конечного положения, в котором она больше не соприкасается с волокнами, так что они могут свободно изгибаться и создавать достаточное давление на гнездо. Возврат шиберного затвора и створки осуществляется пружиной, создающей усилие между держателем волокна и шиберным затвором. Особое преимущество этой конструкции заключается в том, что она обнажает весь конец штекера без какого-либо паза, через который должны быть пропущены волокна для того, чтобы войти в контакт с V-образными канавками.

При другой конструкции створки (не показана) она скользит по штекеру в процессе его ввода в гнездо опять же с использованием шиберного затвора, движущегося внутри корпуса. Затвор имеет вертикальный паз на каждой из своих боковых стенок и открыт с конца, ближайшего к держателю волокна. Конец, ближайший к передней части корпуса, закрыт и имеет два вертикальных паза, находящихся на одной линии с волокнами и идущих сверху вниз. Створка представляет собой всего лишь прямоугольную пластину, имеющую два вертикальных паза снизу, которые оканчиваются на расстоянии, равном удвоенной толщине материала, от самого верха створки. Кроме того, она имеет выемку, выполненную в ее верхней части, которая ходит по гребню внутри корпуса. Этот гребень служит для створки кулачковым механизмом. Кулачок располагается внутри свода корпуса. Сначала он движется спереди под косым углом, вплоть до достижения центра, где он опускается на всю свою длину. В закрытом положении две группы пазов в корпусе и створка сдвинуты относительно друг друга, обеспечивая запирание штекера. Когда штекер входит в контакт с упором в гнезде, упор отжимает шиберный затвор назад в корпус. На первых нескольких миллиметрах перемещения створка внутри корпуса сдвигается в сторону, и в то же время затвор движется назад. Как только две группы пазов оказываются на одной линии, образуя открытый паз для пропуска волокна, створка достигает прямого участка кулачка. В этой точке створка прекращает движение в сторону и перемещается затвором обратно внутри корпуса. Возврат затвора и створки осуществляется пружиной, создающей усилие между держателем волокна и затвором. Эта конструкция открывает также весь конец штекера и обеспечивает плавное перемещение створки.

Варианты конструкции штекера согласно настоящему изобретению станут очевидны для специалистов в данной области техники после изучения предшествующего описания. Так, например, может использоваться штекер (не показан), главным отличием которого является способ ввода волокон штекера в V-образные канавки гнезда. Эта альтернативная конструкция штекера предусматривает наличие корпуса с двумя отдельными деталями, корпуса, который сопрягается с гнездом, и защитного колпака, который соединяется с корпусом посредством шарнира. Шарнир позволяет корпусу штекера и колпаку располагаться под углом 180^o (т. е. продолжаться прямо), когда штекер вставлен в гнездо. Затем колпак поворачивается вниз, так что угол между корпусом и колпаком становится меньше 180^o. Это ведет к выталкиванию волокон штекера из защитного корпуса штекера в V-образные канавки гнезда. Эта конструкция может также быть приспособлена в штекере, не являющемся шарнирным, а вращательное движение все еще используется для подачи волокон штекера в V-образные канавки гнезда. V-образные канавки не нуждаются в подаче через пазы. Эти конструкции допускают также расположение колпака штекера заподлицо со стенкой и не требуют ввода V-образных канавок гнезда в корпус, а более длинное волокно штекера и больший угол вращения ведут к повышению допусков при производстве и сборке.

Для проверки работы гнезда может также быть использован испытательный штекер. Этот штекер должен быть по существу идентичен ранее описанному штекеру, за исключением того, что он содержит единственное волокно, изогнутое таким образом, чтобы оба его конца были обращены к гнезду. Таким образом, сигнал может быть послан по одному из волокон гнезда, принят обратной петлей, образованной волокном штекера, и затем возвращен в другое волокно гнезда, передающее сигнал в детекторную систему испытаний.

Гнездо 14, показанное также на фиг. 5, имеет корпус 70 и другой держатель 72 волокна. Корпус 70 имеет отверстие 74, размеры и форма которого в общем соответствуют размерам и форме переднего конца 52 штекера 12. Корпус 70 может также иметь особенности (такие как рычаги 76 защелки), позволяющие устанавливать его с возможностью съема на перегородке 16, которой может быть, например, коммутационная панель или выходная часть рабочей станции (лицевая панель). Средство фиксации позволяет осуществить установку с передней стороны панели и выполнить все подготовительные работы с передней стороны панели или осуществить установку с задней стороны панели и выполнить все подготовительные работы с задней стороны панели. Волокна гнезда (только одно из которых, 78, видно на фиг. 1 и 2) также с помощью зажима прикреплены к держателю 72 волокна гнезда, для чего используется зажимная пластина 80, предназначенная для захвата волокон на переднем конце держателя 72. Контактные концы волокон гнезда простираются в центрирующие волокна канавок, выполненные в выступах или пальцах 82 и 84 на другом конце держателя 72 волокна гнезда. Канавки предпочтительно имеют V-образную форму, хотя они могут быть и более закругленными, например U-образными. Промежуточный участок 86 центрирующих волокна канавок искривлен таким образом, чтобы удерживать волокна гнезда в канавках путем упругого прижатия слегка изогнутых волокон.

Для прочного удержания волокон в канавках может быть применено дополнительное средство, такое как прижим волокна, показанный на фиг. 9. Волокна не доходят до самых концов пальцев 82 и 84, но оканчиваются на таком расстоянии от них, которое достаточно для обеспечения необходимой опоры для волокон штекера при использовании соединителя. Если контакт между волокнами имеет место рядом с концами V-образных желобов (или если штекер вставлен слишком глубоко), волокно штекера может при изгибе выйти из желоба и подняться над его вершиной, нарушив соединение.

Гнездо 14 может иметь столько же таких пальцев с центрирующими волокна канавками, сколько пальцев имеется в штекере 12. Пальцы 82 и 84 имеют форму, позволяющую им входить соответственно в пазы 54 и 56 корпуса 24, когда штекер полностью вставлен в гнездо 14. Пальцы 82 и 84 входят в корпус 24 под косым (ненулевым) углом относительно оси штекера, т. е. оси, образуемой любым из волокон 30 или 32 штекера, когда они проходят прямо внутри корпуса 24. Этот угол предпочтительно равен 42^o, что позволяет в значительной мере решить проблемы, касающиеся контактного давления на торцевой поверхности волокна, усилий, с которыми волокна вводятся в V-образную канавку, влияния трения и нужного диапазона допусков (увеличение угла ведет к повышению допусков). Поскольку волокна гнезда не направлены в отверстие 74, нет риска испускания светового пучка, который может ослепить глаза пользователя. Держатель 72 волокна гнезда шарнирно соединен с корпусом 70 с помощью штырей на первом конце держателя 72, которые входят в вырезы или крючки 88, выполненные на одном конце корпуса 70 гнезда. Держатель 72 фиксируется на месте с возможностью отсоединения с использованием для этого выступов или пальцев, выполненных на стороне держателя и входящих в отверстия 89 в корпусе 70 гнезда. Возможно использование для держателя волокна гнезда иной конструкции, в которой держатель выполнен как цельная деталь с откидывающейся верхней или перекрывающей пластиной, которая может защелкиваться на основании, в котором имеются канавки для позиционирования волокон.

Гнездо 14 может также иметь створку 90, позволяющую свести к минимуму количество загрязнений, поступающих через отверстие 74. В описанном примере осуществления используется створка гнезда, взаимодействующая со створкой штекера, переводя створку 58 штекера из закрытого в открытое положение при вводе штекера 12 в гнездо 14. В частности, створка 90 гнезда имеет две кулачковые поверхности 92 и 94, взаимодействующие с кулачковыми поверхностями 96 и 98 створки 58 штекера соответственно. Створка 90 гнезда шарнирно закреплена одним краем с помощью штырей 100, входящих в вырезы 102 корпуса 70 гнезда. Возможно использование для удержания створки 90 в закрытом положении таких средств (не показаны), как пружина или кулачковые сцепления, выполненные вместе с деталью. При вводе штекера 12 в гнездо 14 передний конец 52 и створка 58 штекера прижимаются к створке 90 гнезда, поднимая и открывая ее. После этого наклонная кулачковая поверхность 94 начинает с силой упираться в кулачковую поверхность 98 створки 58 штекера, отводя створку 58 в сторону и открывая пазы 54 и 56. Если после этого штекер 12 будет извлечен из гнезда 14, наклонная кулачковая поверхность 92 аналогичным образом прижимается к кулачковой поверхности 96 при извлечении штекера, возвращая створку 58 штекера в закрытое положение. Корпус 24 имеет выемки или углубления 104 и 106 для размещения кулачковых поверхностей 92 и 94 в то время, когда штекер находится в гнезде, что также способствует стабилизации соединения. В гнезде 14 могут использоваться и створки иных конструкций, такие как створка, открываемая вручную и захлопываемая.

В гнезде может также иметься створка, действующая как защелка, удерживающая штекер. В этой альтернативной конструкции (не показана) корпус штекера имеет с нижней стороны зазубренный участок. Створка в гнезде является прямоугольной подпружиненной пластиной с перемычкой (консольной балкой), выступающей с ее нижней стороны в те периоды, когда створка закрыта. Когда штекер вставлен в гнездо, створка поворачивается из вертикального положения в горизонтальное. Когда штекер вставлен полностью, зубец отпускает верхний край створки. Затем створка под воздействием пружины возвращается на несколько градусов назад и подпирает участок в зубце. Это обеспечивает фиксацию двух деталей между собой. Извлечение штекера осуществляется путем нажатия на штекер и перемычку створки. В результате створка возвращается в горизонтальное положение, что позволяет извлечь штекер из гнезда. Перемычка должна быть выполнена таким образом, чтобы при извлечении штекера сила трения была недостаточной для удержания пальца на перемычке. Эта конструкция предлагает более простое устройство штекера.

Гнездо может быть модифицировано дополнительно путем установки внутренних защелок в двух различных положениях на стенке или перегородке, причем в первом положении гнездо находится полностью в рабочем состоянии и располагается заподлицо со стенкой, а во втором положении оно несколько выступает из стенки. Это обеспечивает возможность доступа в гнездо с целью очистки.

Механизм скрепления штекера и гнезда может быть преимущественно сконструирован таким образом, чтобы не допустить повреждения узла штекера в случае слишком сильного рывка кабеля штекера, например, в случае, если кто-нибудь споткнется о кабель. Это достигается путем применения защелки такой формы, которая допускает извлечение штекера из гнезда в случае, если натяжение кабеля превысит заданное значение усилия извлечения. Благодаря этому происходит скорее извлечение штекера из гнезда, чем отрыв кабеля от штекера, и такой подход оказывается более приемлемым благодаря автоматическому закрытию створки штекера после извлечения из гнезда.

Возможно также соединение между собой штекеров, при котором используются два штекера в форме штекера 12 без гнезда но вместо этого с соединительным механизмом для ввода обоих штекеров (подобным соединительной муфте, применяемой для соединения между собой оптических соединителей зажимного типа). В представленной конструкции предусмотрена возможность использования S-образного изгиба волокон штекера и отрезок волокна, расположенный в соединительном механизме, изогнут таким образом, что его контактные концы упираются в соответствующие концы волокон штекера.

Все компоненты соединителя 10 (за исключением колпака 38 штекера) могут быть выполнены из любого долговечного материала, предпочтительно из подвергаемого литьевому формованию полимера, такого как поликарбонат, VALOX (полимер, поставляемый компанией "Дженерал Электрик") или RADEL (полиарилсульфон, поставляемый компанией "Амоко"). Материал может содержать электропроводящие наполнители, позволяющие сделать детали полупроводящими для того, чтобы свести к минимуму трибоэлектрическую зарядку, которая может вызвать загрязнение конца волокна. Колпак 38 предпочтительно изготавливается из низкомодульного сополиэфирного эластомера, такого как поставляемый компанией RTP, Уинона, шт. Миннесота, под номером материала 1559Х67420В.

Сборка и установка соединителя 10 являются простыми. Штекер 12 обычно собирают на заводе, хотя его легко собрать и непосредственно на месте применения. В этом отношении применяемый здесь термин "предварительно заделанный" относится просто к присоединению оптических волокон к штекеру 12 или гнезду 14 вне зависимости от того, выполнено ли такое присоединение на заводе, на месте применения или где-либо еще. Очевидно также, что штекер 12 или гнездо 14 могут быть установлены на кабельной перемычке или соединительном шнуре с любым оптическим соединителем на другом конце волокон. Рекомендуется использовать волокна, обладающие большей долговечностью при размещении в помещении, такие как высокопрочные волокна, поставляемые компанией "Миннесота Майнинг энд Мэнюфекчуринг Компани" (ЗМ - патентообладатель настоящего изобретения). Эти волокна имеют обычные сердцевину и оболочку, окруженные новой трехслойной структурой, предложенной в патенте США 5381504. Специалистам в данной области техники должно быть понятно также, что в соединителе по настоящему изобретению можно размещать отдельные оптические волокна или многоволоконные ленты, а также как одномодовое, так и многомодовое стекловолокно.

Волокна, которые нужно предварительно заделать в штекер 12 или гнездо 14, должны быть освобождены от покрытия, рассечены и очищены. Если волокна имеют форму ленты, являющейся частью скрученной группы лент в кабеле, то следует сначала срезать часть оболочки кабеля, чтобы раскрыть ленты. Большинство кабелей имеют несколько защитных слоев, и каждый из этих слоев необходимо снять, чтобы получить доступ к лентам волокон. Аналогичные операции следует выполнить, чтобы снять защитные слои с кабеля, содержащего единственное волокно. После извлечения волокон из защитной оболочки кабеля их освобождают от покрытия. Освобожденные волокна оказываются готовы для рассечения, которое может выполняться с помощью любого из поставляемых промышленностью рассекателей волокон, таких как описанный в патенте США 5024363. Длина отсеченного участка волокон, необходимого для прикрепления волокон к штекеру 12, равна расстоянию от держателя 18 волокна, которое в предпочтительном варианте составляет около 23 мм. В случае прикрепления волокон к гнезду 14 длина отсеченного участка равна расстоянию от держателя 72 волокна, которое в предпочтительном варианте составляет около 15 мм. Любые обломки должны быть удалены с волокон с помощью безворсовой ткани.

Перед извлечением волокон из рассекателя специалист может осмотреть волокна, чтобы удостовериться в приемлемом состоянии торцевых поверхностей всех волокон, т. е. в том, что они являются гладкими при отсутствии выступов. Для этой цели может быть использован прибор для осмотра волокон, описанный в патенте США 5210647. Когда специалист удостоверится в том, что каждое волокно имеет приемлемую торцевую поверхность, волокна можно извлечь из рассекателя. В предпочтительном варианте торцевые поверхности волокон являются плоскими, со скошенными (или по меньшей мере частично скошенными) краями, с целью реализации преимуществ, связанных с таким профилем концов волокон, который подробно рассматривается в патентной заявке США 08/122755.

Торцевые поверхности волокон могут быть закругленными (в целом сферическими). Волокна могут также быть дополнительно подвергнуты асимметричной обработке типа рассечения с целью получения угловой торцевой поверхности, такой как предложена в патенте США 5048908. В этом случае, для того чтобы свести к минимуму потери на ввод и отражение, волокна следует вводить таким образом, чтобы ориентация угловых торцевых поверхностей одной группы волокон (например, в штекере 12) дополняла ориентацию угловых торцевых поверхностей другой группы волокон (например, в гнезде 14). В случае волокон штекера подготовка волокон может быть выполнена после пропуска волоконно-оптического кабеля через колпак 38.

Процесс окончательной сборки штекера 12 предусматривает простые операции зажима волокон в V-образных канавках держателя 18 и защелкивания корпуса 24 на держателе 18. Возможно применение сборочного приспособления для того, чтобы направить корпус 24 на держатель волокна штекера таким образом, чтобы избежать повреждения волокон при их вводе в корпус. Концы волокон штекера должны оканчиваться на расстоянии около 0,5 мм от конца корпуса. Завершение сборки гнезда 14 также является простым. Волокна гнезда зажимаются с помощью прижимной пластины 80 на держателе 72 волокна, причем концы волокон гнезда оканчиваются в центрирующих волокна канавках на расстоянии приблизительно 15 мм от концов пальцев 82 и 84. Волокна гнезда могут быть разделены после прикрепления их к держателю волокна. Волокна могут быть собраны в держатель с помощью V-образной канавки для того, чтобы при извлечении держателя волокна из рассекателя не допустить загрязнения концов волокон, если сопрягающиеся и направляющие элементы выполнены на одной или обеих частях. Для упрощения сборки возможно также применение выбивного инструмента. Держатель 72 волокна крепится к корпусу 70 сначала путем введения шарнирных штырей в вырезы 88 с последующей фиксацией цапф в отверстиях 89. Необходимо при размещении волокон в V-образных канавках и при креплении держателя к гнезду соблюдать осторожность и не допустить загрязнения концов волокна.

Установка соединителя 10 в равной степени проста. Гнездо 14 устанавливают по выбору на любую требуемую поверхность с помощью подходящего средства, такого как защелкивающие рычаги 76 (для удобства монтажа в корпусе 70 может быть предусмотрен другой механизм). Несколько гнезд могут также быть установлены в одном модуле, и они могут быть рассчитаны на крепление спереди или сзади, или сдвиг сбоку. После установки гнезда 14 соединение завершается простым вводом штекера 12 в отверстие 74. Штекер 12 извлекают из гнезда 14 с помощью защелки 40.

На фиг. 1 и 2 показан штекер, введенный полностью. При вводе штекера 12 открывается створка 90 и, как описано выше, открывается створка 58, позволяя пальцам 82 и 84 войти соответственно в пазы 54 и 56. Волокна 30 и 32 штекера касаются центрирующих волокна канавок в держателе 72 волокна, и скользят по ним до тех пор, пока их торцевые поверхности не упрутся в соответствующие торцевые поверхности волокон гнезда, после чего изгибаются, когда штекер введен полностью. Волокна штекера могут приобрести S-образный изгиб. Все усилие на поверхности раздела волокон создается упругой деформацией изогнутых волокон 30 и 32, создающей постоянную сжимающую нагрузку между концами. Конструкция соединителя 10 предпочтительно предусматривает поддержание минимального радиуса изгиба волокон, равного 7,62 мм.

Размеры различных компонентов соединителя 10 могут варьироваться в широких пределах в зависимости от предполагаемой сферы применения. Примером могут служить следующие приблизительные размеры. Штекер 12 имеет общую длину 57 мм, ширину 12 мм и толщину 8 мм, а держатель волокна 18 штекера содержит зажимные канавки длиной 13 мм. Корпус 24 штекера выступает на 25 мм за держатель 18, образуя внутреннее пространство длиной 24 мм, шириной 10 мм и высотой 6 мм. Отверстие 74 в гнезде имеет размеры 12 х 10 мм. Его общая высота и глубина составляют 38 и 36 мм. Держатель 72 волокна гнезда имеет длину 20 мм (от конца, в котором зажаты волокна и до концов пальцев 82 и 84), ширину 12 мм и толщину 1,5 мм. Центрирующие волокна канавки на пальцах 82 и 84 имеют длину 11,5 мм и максимальную глубину 2 мм, что позволяет разместить самые распространенные типы оптических волокон. Внутренний угол V-образных канавок не должен быть слишком узким, поскольку это может привести к излишнему трению волокон, но он и не должен быть слишком широким, поскольку в этом случае он не позволит правильно направлять волокна. Полагают, что наилучшим вариантом является внутренний угол, равный 90^o.

Настоящее изобретение не ограничивается соединителями, предназначенными для взаимного соединения оптических волокон, но относится также к соединителям, предназначенным для заделки оптического волокна, например, в активном оптическом устройстве.

На фиг. 6 показано концевое приспособление 110, предназначенное для использования в активном устройстве. Приспособление 110 по существу заменяет держатель 72 волокна гнезда и имеет основание 112 и выступ или палец 114, сходные с пальцами 82, 84. Палец 114 содержит центрирующую волокна канавку 116, предназначенную для размещения одного из волокон штекера, торцевая поверхность которого упирается в упор или поверхность 118, как показано на фиг. 7. Образующий поверхность 118 материал обычно является прозрачным (т. е. прозрачным для длин волн света, передающегося по оптическим волокнам), что позволяет разместить с другой стороны основания 112 активное оптическое устройство, в результате чего световой сигнал проходит сквозь материал; материал может быть снабжен покрытием или обработан иным образом для того, чтобы воздействовать на световой сигнал, например, для контроля его интенсивности или поляризации. Штыри 120, выполненные на основании 112, могут быть использованы для центрирования и прикрепления приспособления 110 к подложке активного устройства, например, к печатной плате. Приспособление 110 предпочтительно имеет единую конструкцию из прозрачного полимера, полученного литьем под давлением, такого как ULTEM (полиэфиримид, поставляемый компанией "Дженерал Электрик"), и может дополнительно содержать линзу 122, выполненную в противоположной поверхности 118 для фокусировки света, поступающего из волокна и на волокно. Активные оптические устройства и вспомогательные системы не относятся к настоящему изобретению, но могут включать в себя, например, фотоэлектрические датчики или лазерные диоды. Возможно применение других пассивных оптических устройств (светоделителей, оконечностей волокон в наконечниках и т. п. ), направляющих свет к активным устройствам и от них, а также возможно использование оконечного приспособления различной геометрической формы для того, чтобы направлять или фокусировать свет в определенном месте, включая геометрическую форму с полным внутренним отражением.

Способ полного внутреннего отражения при передаче света от оголенного волокна на фотодетектор или от источника света на волокно с использованием настоящего изобретения обладает рядом преимуществ. Одно из них заключается в том, что положение волокна определяется упором волокна, что позволяет повторно помещать волокно штекера в одно и то же положение. Таким образом, положение конца волокна определяется допусками на формованную деталь и точностью размещения активных элементов, например, фотодетектора или источника света, поскольку это устраняет необходимость в центрировании с активным оптическим устройством. Другое преимущество заключается в том, что в сочетании с S-образным изгибом волокна возможно уменьшение общей высоты блока приемопередатчика. S-образный изгиб может также использоваться в соединителе для двух параллельных, но не соосных волокон. И, наконец, электронные компоненты приемопередатчика могут быть размещены на плате, располагающейся в той же плоскости, в которой вставлен соединитель.

При концевой заделке в активном устройстве возможно также применение оконечности волокна, причем оконечность (не показана) крепится к держателю так же, как к держателю 72 гнезда.

Кроме обеспечения быстрого и простого соединения и разъединения, соединитель 10 обладает несколькими другими преимуществами. Как упоминалось выше, он может быть предварительно заделан как на заводе, так и в полевых условиях. Даже если волокна штекера или гнезда не оканчиваются точно в нужном положении, после завершения сборки все равно будет обеспечен полный контакт между волокнами, поскольку упругое напряжение изогнутых волокон создает положительное прижимающее усилие, или, иными словами, неточность взаимного положения пары волокон компенсируется слабиной волокон штекера. Благодаря такому смещению обеспечивается защита штекера 12 от повреждения при вытягивании кабеля. Неточности не имеют особого значения в поперечном положении данной пары волокон, поскольку V-образные канавки 36 служат для центрирования волокон, а волокна смещаются в направлении верхней части канавок. Поверхность центрирующих волокна канавок должна быть гладкой, а угол канавки должен быть четко определен; такой отделки можно легко добиться с применением стандартной техники литья под давлением. V-образная канавка предпочтительно обладает заостренностью, не превышающей радиуса кривизны 0,001". Желательно использовать для подложки с V-образной канавкой твердый, устойчивый к абразивному истиранию материал, обладающий также низким коэффициентом трения для сведения к минимуму воздействия фрикционных усилий на волокно по мере его продвижения по желобу. Кроме того, поскольку волокна гнезда входят в корпус 70 под углом (до 90^o) к оси штекера, он требует очень небольшой глубины для установки. Кроме того, способы установки совместимы со способами установки разъемов RJ45. И, наконец, уменьшение количества деталей и то, что все детали могут быть получены литьем под давлением, способствуют существенному снижению стоимости соединителя.

На фиг. 8 и 9 изображены инструменты, которые могут быть использованы в связи с настоящим изобретением для очистки концов различных оптических волокон. На фиг. 8 показан инструмент 130, применяемый для очистки концов волокон в штекере 12. Инструмент 130 состоит из корпуса 132, удобного для того, чтобы держать его в руке, с отверстием 134 в корпусе 132, предназначенным для ввода штекера 12. Инструмент 130 имеет также приводной элемент или рычаг 136, шарнирно прикрепленный к корпусу инструмента 130 в позиции 138. На фиг. 8 рычаг 136 показан в активном положении, при котором толкатель или планка 140 входит в отверстие или паз 142 в верхней части корпуса штекера и касается волокон штекера, выталкивая их из корпуса через пазы 54, 56. В пассивном положении рычаг 136 отводится от отверстия 132 и втягивает толкатель 140, так что штекер 12 может быть введен в инструмент 130, не сталкиваясь с толкателем. Рычаг 136 предпочтительно сдвигается в направлении пассивного положения с помощью, например, пружины.

Отверстие 134 и рычаг 136 располагаются таким образом, что волокна штекера при проталкивании через пазы корпуса с усилием прижимаются к клейкой стороне 144 полоски ленты 146. Ленту 146 отделяют от рулона 148 ленты, помещенного в корпусе 132 инструмента. Предусмотрены два ролика 150 и 152, позволяющие ленте продвигаться таким образом, чтобы возле концов волокон оказывалась новая клейкая поверхность. Для облегчения использования лента 146 может быть намотана вокруг другого ролика 154, образующего храповое колесо, взаимодействующее с собачкой 156. Собачка 156 в свою очередь располагается на другой ручке 158 мм на рычаге манипулятора, установленного на корпусе в точке 160. Таким образом пользователь может продвигать ленту и очищать волокна штекера, сжимая ручку 158 и держа инструмент. Ручка 158 также может смещаться, например, пружиной в самое дальнее положение.

На фиг. 9 показан инструмент 162, применяемый для очистки концов волокон в модифицированном гнезде 14'. Форма инструмента 162 напоминает форму штекера 12, благодаря чему он может вводиться в гнездо 14' аналогичным образом. Гнездо 14' в основном идентично гнезду 14 за исключением наличия некоторых приспособлений, предназначенных для подъема волокон гнезда из V-образных канавок для очистки. К этим приспособлениям относится прижим или фиксатор 164 волокна и рычажный механизм наклона 166. Фиксатор 164 волокна шарнирно прикреплен к держателю волокна в позиции 168 и включает в себя колодку или накладку 170, расположенную на одном конце рычага 172 фиксатора и приспособленную для проталкивания волокон в V-образную канавку и последующего удерживания их в канавке в нужном положении. Накладка 170 может быть выполнена как одно целое с прижимом волокна. Другой конец рычага 172 фиксатора имеет выполненный на нем выступ или кнопку 174, которая прижимается к волокнам гнезда, когда рычаг 172 фиксатора находится в активном положении, показанном на фиг. 9. Нажим выступа 174 на волокна вызывает выгибание волокон из V-образных канавок. Фиксатор 164 волокна предпочтительно сдвигается, например, пружиной 176 в направлении пассивного положения, т. е. прижимая накладку 170 к волокнам для удерживания их в V-образных канавках.

Инструмент 162 содержит корпус 178, в котором, как и в инструменте 130, также размещена подающая катушка 180 клейкой ленты 182. Ролики 184 и 186 служат для позиционирования ленты 182 таким образом, чтобы ее клейкая сторона могла быть вновь продвинута для очистки концов волокон. Волокна отклоняются, когда инструмент 162 входит в гнездо 14' посредством рычажно-отклоняющего механизма 166, включающего в себя два отклоняющих рычага 188 и 190, соединенных между собой в точке поворота 192. Выступ или толкающий столбик 194, расположенный на переднем конце инструмента 162, нажимает на отклоняющий рычаг 188, когда инструмент вставляют в гнездо. Это, в свою очередь, вызывает поворот отклоняющего рычага 190, который упирается в стопор или палец 196, прикрепленный к фиксатору 164 волокна. Принудительный контакт между отклоняющим рычагом 190 и пальцем 196 вызывает поворот фиксатора 164 волокна относительно оси 168, прижимая таким образом выступ 174 к волокнам и отклоняя их наружу их из V-образных канавок. Лента 182 в инструменте 162 может наматываться на другую катушку 198 или выходить из корпуса 178 инструмента так же, как это показано на фиг. 8 для инструмента 130. К приемной катушке 198 может быть прикреплена небольшая круговая шкала или поворотная рукоятка, выступающая из корпуса 178 и позволяющая пользователю продвигать ленту.

Хотя изобретение описано со ссылкой на конкретные примеры осуществления, его не следует рассматривать в ограничительном смысле. Для специалистов в данной области техники из описания изобретения должна быть очевидна возможность различных модификаций описанного примера осуществления, а также альтернативных примеров осуществления изобретения. Так, например, хотя на чертежах показано соединение только двух пар волокон, в соединитель 10 может быть помещено практически любое количество волокон (или только одна пара). Отсюда понятно, что такие модификации могут быть выполнены без отступления от сущности или объема настоящего изобретения, определенных в формуле изобретения.

Реферат

Изобретение относится к устройствам для соединения оптических волокон. Соединитель содержит штекер и гнездо. Штекер имеет держатель и корпус. Корпус имеет паз и скользящую створку. Гнездо содержит корпус и другой держатель волокна с выступом или пальцем. Выступ имеет центрирующую волокно канавку. При вводе штекера конец волокна штекера проскальзывает в центрирующую волокно канавку в пальце и входит в контакт с торцевой поверхностью волокна гнезда. Продолжение ввода ведет к изгибанию волокна штекера с целью создания сжимающей нагрузки. Изобретение позволяет соединять множество пар волокон или присоединять волокно к активному оптическому устройству. 4 с. и 16 з. п. ф-лы, 9 ил.

Формула