专利名称：在柔性电路中选择光纤路径的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及光纤。更特别地，本发明涉及在弯曲路径上选择光纤的路径。
背景技术：
使用光纤在长距离上传输数据是公知的。然而，由于其极大的带宽和同时在单根光纤的两个方向上传送大量数据的能力，目前光纤也越来越多地用于在单独的电子装置中在非常短的距离上传送信号。因此，在例如笔记本电脑、移动电话、视频摄像机、相机、个人数字助理以及便携式数字音乐播放器的便携式设备中，越来越多地将光纤用于传送信号。许多电子装置，特别是便携式电子装置，由于最小化其尺寸是重要的设计目标，因此采用了用于使设备的部件彼此折叠或使设备的部件相对于彼此可滑动的机构以根据需要展开或收缩设备外形。这些设备的例子大多包括翻盖手机、具有折叠视频屏幕的视频摄像机、具有折叠监视器的笔记本电脑以及具有滑出键盘或显示器的蜂窝电话。通常，在铰接或滑动连接的一侧上的设备的一部分中，至少一些电路需要与在铰接或滑动机械连接的另一侧上的设备的另一部分中的电路电连通。因此，信号线必须跨过这些可移动的机械连接装置，例如铰链或滑动连接件。在建立可经受重复弯曲、挠曲、平移或其它运动的柔性和/或可移动的电信号路径时，这些需求存在一些设计困难。当铜线用于在这些机械铰链或其它可移动机构上传输信号时，线中任何弯曲半径通常不存在问题，因为铜线可弯曲至几乎任意的半径而不会对信号传输质量产生重大的影响。然而，这对于光纤来说不是这样的。如果弯曲至非常小的半径，光纤可能折断。而且，对于大多数光纤，其传输光的能力在达到物理折断点半径之前几乎长期受到抑制。更特别地，如果光纤弯曲太剧烈，在光纤的芯中行进的光可能实际上逃出包层并损失。今天使用的多数光纤具有约20至25毫米的最小弯曲半径。一些光纤目前可具有小至15毫米的最小弯曲半径并确信光纤不久将可具有小至10毫米的最小弯曲半径。然而， 这些最小弯曲半径仍然比许多应用期望的半径要大。
发明内容
本发明涉及用于通过一弯曲部来选择光纤路径的技术以便其可横穿具有小于所述光纤的最小弯曲半径的弯曲半径的铰链或其它机械连接器。特别地，通过选择光纤的路径以具有平行于光纤必须围绕其弯曲的轴的路径分量，横过一弯曲部的光纤的弯曲半径可被最小化。例如，在光纤必须围绕铰链的轴弯曲的铰链连接中，光纤可通过路径分量平行于铰链的轴在围绕铰链的弧上被选择路径。
现在本发明将参照附图通过例子进行描述，其中
图IA为示出了现有技术的平坦、无弯曲状态的光纤的透视图；图IB为图IA的现有技术的光纤以约r的弯曲半径自身折叠的透视图；图IC为图IB的折叠光纤的顶部平面图；图ID为图IB的折叠光纤的侧部平面图；图IE为图IB的折叠光纤的前部平面图；图2A为根据本发明的原理的平坦、无弯曲状态的光纤的透视图；图2B为图2A的光纤以约r的弯曲半径自身折叠的透视图；图2C为图2B的折叠光纤的顶部平面图；图2D为图2B的折叠光纤的侧部平面图；图2E为图2B的折叠光纤的前部平面图；图3为图2A-2E的光纤在平坦、无弯曲状态的视图，其示出光纤的有效弯曲半径；图4为图2A-2E的光纤如何能根据滑动机械连接弯曲的透视图；图5为根据本发明的原理在平坦、无弯曲状态的光纤的替代实施例的透视图；图6A为根据本发明的原理的带状光纤光缆的透视图；图6B为图6A的带状光纤光缆自身折叠的弯曲半径为r的透视图；图6C为图6B的带状光纤光缆的顶部平面图；图6D为图6B的带状光纤光缆的侧部平面图；图6E为图6B的带状光纤光缆的前部平面图；以及图7是示出在本说明书中使用的方向规则的示意图。
具体实施例方式图IA至IE示出了以传统方式在曲线周围选择光纤10路径。图IA为平坦的状态 (即在其通过曲线选择路径之前)的光纤10的透视图。图IB为同一光纤在轴11的周围、 轴11的半径r内被选择路径之后的透视图。图1C、1D和IE为分别从图IB中的C_C、D-D 和E-E看去的图IB的光纤的顶部、侧部和前部平面图。在图IA中，示出了限定平面的假定的薄片12，光纤在无弯曲时放置在所述平面中。当然，在其平坦的状态下，光纤放置在无限数目的可能的平面中，而为了解释的目的我们仅仅选择其中一个。为了视觉参考的目的，这一薄片12还示出在图IB至IE的视图中以有助于理解附图和发明。此外，与被弯曲的光纤 10的纵向段对应的薄片12的纵向段13以交叉阴影的方式被示出在所有的附图中以进一步有助于理解附图和发明。从图1A-1E中可看出，如果传统的光纤10必须能够围绕例如翻盖式电话的铰链机构的轴11弯曲，则围绕轴11的光纤10的弯曲半径必须保持大于光纤的最小弯曲半径。图2A-2E示出了根据本发明的原理选择路径的光纤。图2A至2E分别对应于和图 IA至IE相同的附图。也就是说，图IA为示出了无弯曲状态的光纤的透视图；图2B为以光纤保持在轴21的半径r内的方式围绕轴21弯曲的光纤的透视图。图2C、2D和2E分别为图2B的折叠光纤的顶部、侧部和前部平面图。最后，薄片22对应于图1A-1E中的薄片12。从图中可看出，围绕轴21弯曲的本发明的光纤20的纵向部分除了其围绕轴21的径向分量之外，还被给出了横向分量。参照图2A-2E中示出的坐标系，径向分量为xy平面内的曲线的分量，其为围绕轴21的半径为r的曲线。横向分量为在ζ方向上的光纤路径分量。从图且特别地从图2B显而易见的是，光纤20保持在轴21 (即围绕轴21的弯曲的径向分量，即垂直于ζ轴，为r)的半径r内。然而，由光纤20经受的有效弯曲半径远大于r。在图2A至2E的实施例中，围绕轴21 (即交叉阴影区域23)弯曲的纵向部分中的光纤20的路径包括基本上笔直的线(参见图2A)，即横向路径分量基本上是无变化的。这仅仅是示意性的，因为路径不是必须为直线。然而，如果其为直线，那么段23上的光纤20的有效弯曲半径容易通过毕达哥拉斯原理进行计算。特别地，参照图3，其类似于图2A的光纤的平面图但具有其它参考数据，围绕周21的弯曲半径已被限定为r(即光纤弯曲的纵向段保持在轴的 r内)。那形成了直径2r。我们将光纤的横向分量(在ζ方向上)的长度称作路径1。因此，我们从毕达哥拉斯原理知道，直角三角形的两边的平方和等于斜边的平方。因此(2r)2+l2 = (2r' )2其中r’为光纤的有效弯曲半径。另一种表述方式为r' = y/(2r)2 + \2/2应注意到，在过渡区25和沈处的光纤的曲率应是渐变的以便不会超出这些区域中的光纤的最小弯曲半径。还应注意到，上面的方程是近似的，因为它们并不包括区域23 中的光纤路径完全是直的的事实，而是包括区域25和沈中的某些弯曲。图4示出了如图2A-2E中相同的光纤20，但示出了其如何根据滑动机械连接进行弯曲，其中假定的薄片22弯曲成S形状的曲线(而不是图2B-2E的U形状的曲线)。如刚指出的，示出在图2A-2E中的无变化的横向分量仅仅是示意性的。其它的形状也是可以的。例如，图5为示出了另一可能路径的在平坦状态的可替代的光纤的视图。图6A-6E为分别类似于图1A-1E或图2A-2E的视图的根据本发明的原理构建的带状线缆60的一系列视图。使用本发明的原理可制造带状线缆、箔片、柔性印制电路板等，其中还嵌入其它的非光信号导体，例如铜线和铜同轴导体。因此，例如在图6A-6E的带状线缆中，一些信号导体64可为光纤，而其它则可为铜或其它导电的导体。在图6A的视图中所示的平坦状态下，带状线缆60包括并排布置以形成具有第一和第二纵向末端65、66以及第一和第二平行相对的主表面68、69的带60的多个信号导体 64，而信号导体在第一和第二末端65、66之间的带的纵向范围延伸。带60基本上沿着纵向χ延伸。然而，带60的纵向段63包括ζ方向上的路径分量； 平行于第一和第二相对的主表面并横过带的主纵方向X。因此，参照图7，用更多的几何术语描述光线路径，我们可考虑带状线缆限定假定的表面(未示出)，即包括线缆中所有光纤的中心的表面。前面提到的带60的两个平行相对的主表面68、69平行于这假定的表面。当带状线缆平坦地布置时，假定的表面基本上是平坦的。然而，当线缆弯曲时，假定的表面相应地弯曲。我们可以考虑到，在这个假定的表面内存在两个方向。让我们将对应于带状线缆的纵向末端之间的方向的方向限定为χ方向并将对应于带状线缆的两个平行边缘61、62之间的方向的方向限定为y方向。在传统的带状线缆中，光纤路径仅仅在一个方向、χ方向上具有方向分量。然而，在结合本发明的带状线缆中，至少一部分的光纤路径在y方向上也具有分量。虽然图6A-6B示出了其中整个线缆60具有横向路径分量的带状线缆的实施例，但这仅仅是示意性的。在另一些实施例中，带状线缆本身可保持为完全的直线，同时带状线缆中光纤的纵向段包括横过带的纵轴的路径分量。
本发明的原理还可用于与嵌入柔性印制电路板(其可包括铜和光纤导体)中的光纤连接。类似地，本发明的原理可用于与多层印制电路板的不同层之间或两个平行安装的印制电路板之间的互连件进行连接。
权利要求
1.一种电子装置，包括 包含第一电路的第一元件； 包含第二电路的第二元件；在所述第一元件与所述第二元件之间的机械耦接件，其中所述第一元件相对于所述第二元件在至少第一位置与第二位置之间可移动；穿过所述机械耦接件耦接在所述第一电路和所述第二电路之间的用于在所述第一电路和所述第二电路之间传输信号的至少一根光纤00)；其中当所述机械耦接件至少在所述第一位置时，光纤OO)通过所述机械耦接件横穿一弯曲路径，该弯曲路径包括围绕轴的径向分量，其中所述光纤围绕所述轴弯曲以使所述光纤的纵向段保持在所述轴的半径r内；其中光纤OO)的纵向段的路径具有在平行于轴的方向上的分量。
2.根据权利要求1的电子装置，其中光纤OO)嵌入具有第一和第二平行相对的主表面的带状线缆中，并且其中光纤OO)的纵向段横过在平行于所述第一和第二相对的主表面的两个方向上具有方向分量的带上的路径。
3.根据权利要求2的电子装置，其中所述带进一步包括电导体。
4.根据权利要求1的电子装置，其中所述半径r小于所述光纤的最小弯曲半径。
5.根据权利要求1的电子装置，其中所述机械耦接件包括铰链。
6.根据权利要求1的电子装置，其中所述机械耦接件包括滑动耦接件。
7.根据权利要求1的电子装置，所述电子装置为电话。
8.—种柔性面板，包括多个基本共面、基本平行的光纤(20)，所述柔性面板具有光在多个所述光纤的第一末端和第二末端之间行进的主纵方向，其中所述柔性面板内的多个光纤的路径包括在垂直于所述光纤的主纵方向的柔性面板的平面内在所述光纤的所述第一末端和所述第二末端之间的分量。
9.根据权利要求8的柔性面板，其中所述柔性面板进一步包括电导体。
10.根据权利要求8的柔性面板，所述柔性面板包括围绕取向为基本上垂直于所述柔性面板的主纵方向的轴的弯曲部，以及在平行于所述轴的方向上的横向位移。
11.根据权利要求10的柔性面板，其中所述弯曲部分量和所述横向位移分量是同延的。
12.根据权利要求8的柔性面板，其中所述柔性面板为带状线缆。
13.根据权利要求10的柔性面板，其中在垂直于所述轴的平面内测量的围绕轴的弯曲部具有r的半径，其中r小于光纤OO)的最小弯曲半径。
全文摘要
一种电子装置，包括第一元件和第二元件，第一元件和第二元件分别包括通过柔性面板互连的第一和第二电路，柔性面板包括光纤(20)，其中光纤(20)具有纵向段，该纵向段横过包括围绕轴(21)的径向分量的弯曲路径并穿过元件之间的机械耦接件。纵向段在平行于轴(21)的方向上具有分量。光纤的纵向段保持在轴(21)的半径(r)内，半径(r)可小于光纤(20)的最小弯曲半径。
文档编号G02B6/43GK102375188SQ201110276149
公开日2012年3月14日 申请日期2011年7月8日 优先权日2010年7月8日
发明者P·施耐德 申请人:泰科电子荷兰公司