專利名稱：在柔性電路中選擇光纖路徑的方法和裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及光纖。更特別地，本發明涉及在彎曲路徑上選擇光纖的路徑。
背景技術：
使用光纖在長距離上傳輸數據是公知的。然而，由于其極大的帶寬和同時在單根光纖的兩個方向上傳送大量數據的能力，目前光纖也越來越多地用于在單獨的電子裝置中在非常短的距離上傳送信號。因此，在例如筆記本電腦、移動電話、視頻攝像機、相機、個人數字助理以及便攜式數字音樂播放器的便攜式設備中，越來越多地將光纖用于傳送信號。許多電子裝置，特別是便攜式電子裝置，由于最小化其尺寸是重要的設計目標，因此采用了用于使設備的部件彼此折疊或使設備的部件相對于彼此可滑動的機構以根據需要展開或收縮設備外形。這些設備的例子大多包括翻蓋手機、具有折疊視頻屏幕的視頻攝像機、具有折疊監視器的筆記本電腦以及具有滑出鍵盤或顯示器的蜂窩電話。通常，在鉸接或滑動連接的一側上的設備的一部分中，至少一些電路需要與在鉸接或滑動機械連接的另一側上的設備的另一部分中的電路電連通。因此，信號線必須跨過這些可移動的機械連接裝置，例如鉸鏈或滑動連接件。在建立可經受重復彎曲、撓曲、平移或其它運動的柔性和/或可移動的電信號路徑時，這些需求存在一些設計困難。當銅線用于在這些機械鉸鏈或其它可移動機構上傳輸信號時，線中任何彎曲半徑通常不存在問題，因為銅線可彎曲至幾乎任意的半徑而不會對信號傳輸質量產生重大的影響。然而，這對于光纖來說不是這樣的。如果彎曲至非常小的半徑，光纖可能折斷。而且，對于大多數光纖，其傳輸光的能力在達到物理折斷點半徑之前幾乎長期受到抑制。更特別地，如果光纖彎曲太劇烈，在光纖的芯中行進的光可能實際上逃出包層并損失。今天使用的多數光纖具有約20至25毫米的最小彎曲半徑。一些光纖目前可具有小至15毫米的最小彎曲半徑并確信光纖不久將可具有小至10毫米的最小彎曲半徑。然而， 這些最小彎曲半徑仍然比許多應用期望的半徑要大。

發明內容
本發明涉及用于通過一彎曲部來選擇光纖路徑的技術以便其可橫穿具有小于所述光纖的最小彎曲半徑的彎曲半徑的鉸鏈或其它機械連接器。特別地，通過選擇光纖的路徑以具有平行于光纖必須圍繞其彎曲的軸的路徑分量，橫過一彎曲部的光纖的彎曲半徑可被最小化。例如，在光纖必須圍繞鉸鏈的軸彎曲的鉸鏈連接中，光纖可通過路徑分量平行于鉸鏈的軸在圍繞鉸鏈的弧上被選擇路徑。


現在本發明將參照附圖通過例子進行描述，其中
圖IA為示出了現有技術的平坦、無彎曲狀態的光纖的透視圖；圖IB為圖IA的現有技術的光纖以約r的彎曲半徑自身折疊的透視圖；圖IC為圖IB的折疊光纖的頂部平面圖；圖ID為圖IB的折疊光纖的側部平面圖；圖IE為圖IB的折疊光纖的前部平面圖；圖2A為根據本發明的原理的平坦、無彎曲狀態的光纖的透視圖；圖2B為圖2A的光纖以約r的彎曲半徑自身折疊的透視圖；圖2C為圖2B的折疊光纖的頂部平面圖；圖2D為圖2B的折疊光纖的側部平面圖；圖2E為圖2B的折疊光纖的前部平面圖；圖3為圖2A-2E的光纖在平坦、無彎曲狀態的視圖，其示出光纖的有效彎曲半徑；圖4為圖2A-2E的光纖如何能根據滑動機械連接彎曲的透視圖；圖5為根據本發明的原理在平坦、無彎曲狀態的光纖的替代實施例的透視圖；圖6A為根據本發明的原理的帶狀光纖光纜的透視圖；圖6B為圖6A的帶狀光纖光纜自身折疊的彎曲半徑為r的透視圖；圖6C為圖6B的帶狀光纖光纜的頂部平面圖；圖6D為圖6B的帶狀光纖光纜的側部平面圖；圖6E為圖6B的帶狀光纖光纜的前部平面圖；以及圖7是示出在本說明書中使用的方向規則的示意圖。
具體實施例方式圖IA至IE示出了以傳統方式在曲線周圍選擇光纖10路徑。圖IA為平坦的狀態 (即在其通過曲線選擇路徑之前)的光纖10的透視圖。圖IB為同一光纖在軸11的周圍、 軸11的半徑r內被選擇路徑之后的透視圖。圖1C、1D和IE為分別從圖IB中的C_C、D-D 和E-E看去的圖IB的光纖的頂部、側部和前部平面圖。在圖IA中，示出了限定平面的假定的薄片12，光纖在無彎曲時放置在所述平面中。當然，在其平坦的狀態下，光纖放置在無限數目的可能的平面中，而為了解釋的目的我們僅僅選擇其中一個。為了視覺參考的目的，這一薄片12還示出在圖IB至IE的視圖中以有助于理解附圖和發明。此外，與被彎曲的光纖 10的縱向段對應的薄片12的縱向段13以交叉陰影的方式被示出在所有的附圖中以進一步有助于理解附圖和發明。從圖1A-1E中可看出，如果傳統的光纖10必須能夠圍繞例如翻蓋式電話的鉸鏈機構的軸11彎曲，則圍繞軸11的光纖10的彎曲半徑必須保持大于光纖的最小彎曲半徑。圖2A-2E示出了根據本發明的原理選擇路徑的光纖。圖2A至2E分別對應于和圖 IA至IE相同的附圖。也就是說，圖IA為示出了無彎曲狀態的光纖的透視圖；圖2B為以光纖保持在軸21的半徑r內的方式圍繞軸21彎曲的光纖的透視圖。圖2C、2D和2E分別為圖2B的折疊光纖的頂部、側部和前部平面圖。最后，薄片22對應于圖1A-1E中的薄片12。從圖中可看出，圍繞軸21彎曲的本發明的光纖20的縱向部分除了其圍繞軸21的徑向分量之外，還被給出了橫向分量。參照圖2A-2E中示出的坐標系，徑向分量為xy平面內的曲線的分量，其為圍繞軸21的半徑為r的曲線。橫向分量為在ζ方向上的光纖路徑分量。從圖且特別地從圖2B顯而易見的是，光纖20保持在軸21 (即圍繞軸21的彎曲的徑向分量，即垂直于ζ軸，為r)的半徑r內。然而，由光纖20經受的有效彎曲半徑遠大于r。在圖2A至2E的實施例中，圍繞軸21 (即交叉陰影區域23)彎曲的縱向部分中的光纖20的路徑包括基本上筆直的線(參見圖2A)，即橫向路徑分量基本上是無變化的。這僅僅是示意性的，因為路徑不是必須為直線。然而，如果其為直線，那么段23上的光纖20的有效彎曲半徑容易通過畢達哥拉斯原理進行計算。特別地，參照圖3，其類似于圖2A的光纖的平面圖但具有其它參考數據，圍繞周21的彎曲半徑已被限定為r(即光纖彎曲的縱向段保持在軸的 r內)。那形成了直徑2r。我們將光纖的橫向分量(在ζ方向上)的長度稱作路徑1。因此，我們從畢達哥拉斯原理知道，直角三角形的兩邊的平方和等于斜邊的平方。因此(2r)2+l2 = (2r' )2其中r’為光纖的有效彎曲半徑。另一種表述方式為r' = y/(2r)2 + \2/2應注意到，在過渡區25和沈處的光纖的曲率應是漸變的以便不會超出這些區域中的光纖的最小彎曲半徑。還應注意到，上面的方程是近似的，因為它們并不包括區域23 中的光纖路徑完全是直的的事實，而是包括區域25和沈中的某些彎曲。圖4示出了如圖2A-2E中相同的光纖20，但示出了其如何根據滑動機械連接進行彎曲，其中假定的薄片22彎曲成S形狀的曲線(而不是圖2B-2E的U形狀的曲線)。如剛指出的，示出在圖2A-2E中的無變化的橫向分量僅僅是示意性的。其它的形狀也是可以的。例如，圖5為示出了另一可能路徑的在平坦狀態的可替代的光纖的視圖。圖6A-6E為分別類似于圖1A-1E或圖2A-2E的視圖的根據本發明的原理構建的帶狀線纜60的一系列視圖。使用本發明的原理可制造帶狀線纜、箔片、柔性印制電路板等，其中還嵌入其它的非光信號導體，例如銅線和銅同軸導體。因此，例如在圖6A-6E的帶狀線纜中，一些信號導體64可為光纖，而其它則可為銅或其它導電的導體。在圖6A的視圖中所示的平坦狀態下，帶狀線纜60包括并排布置以形成具有第一和第二縱向末端65、66以及第一和第二平行相對的主表面68、69的帶60的多個信號導體 64，而信號導體在第一和第二末端65、66之間的帶的縱向范圍延伸。帶60基本上沿著縱向χ延伸。然而，帶60的縱向段63包括ζ方向上的路徑分量； 平行于第一和第二相對的主表面并橫過帶的主縱方向X。因此，參照圖7，用更多的幾何術語描述光線路徑，我們可考慮帶狀線纜限定假定的表面(未示出)，即包括線纜中所有光纖的中心的表面。前面提到的帶60的兩個平行相對的主表面68、69平行于這假定的表面。當帶狀線纜平坦地布置時，假定的表面基本上是平坦的。然而，當線纜彎曲時，假定的表面相應地彎曲。我們可以考慮到，在這個假定的表面內存在兩個方向。讓我們將對應于帶狀線纜的縱向末端之間的方向的方向限定為χ方向并將對應于帶狀線纜的兩個平行邊緣61、62之間的方向的方向限定為y方向。在傳統的帶狀線纜中，光纖路徑僅僅在一個方向、χ方向上具有方向分量。然而，在結合本發明的帶狀線纜中，至少一部分的光纖路徑在y方向上也具有分量。雖然圖6A-6B示出了其中整個線纜60具有橫向路徑分量的帶狀線纜的實施例，但這僅僅是示意性的。在另一些實施例中，帶狀線纜本身可保持為完全的直線，同時帶狀線纜中光纖的縱向段包括橫過帶的縱軸的路徑分量。
本發明的原理還可用于與嵌入柔性印制電路板(其可包括銅和光纖導體)中的光纖連接。類似地，本發明的原理可用于與多層印制電路板的不同層之間或兩個平行安裝的印制電路板之間的互連件進行連接。
權利要求
1.一種電子裝置，包括 包含第一電路的第一元件； 包含第二電路的第二元件；在所述第一元件與所述第二元件之間的機械耦接件，其中所述第一元件相對于所述第二元件在至少第一位置與第二位置之間可移動；穿過所述機械耦接件耦接在所述第一電路和所述第二電路之間的用于在所述第一電路和所述第二電路之間傳輸信號的至少一根光纖00)；其中當所述機械耦接件至少在所述第一位置時，光纖OO)通過所述機械耦接件橫穿一彎曲路徑，該彎曲路徑包括圍繞軸的徑向分量，其中所述光纖圍繞所述軸彎曲以使所述光纖的縱向段保持在所述軸的半徑r內；其中光纖OO)的縱向段的路徑具有在平行于軸的方向上的分量。
2.根據權利要求1的電子裝置，其中光纖OO)嵌入具有第一和第二平行相對的主表面的帶狀線纜中，并且其中光纖OO)的縱向段橫過在平行于所述第一和第二相對的主表面的兩個方向上具有方向分量的帶上的路徑。
3.根據權利要求2的電子裝置，其中所述帶進一步包括電導體。
4.根據權利要求1的電子裝置，其中所述半徑r小于所述光纖的最小彎曲半徑。
5.根據權利要求1的電子裝置，其中所述機械耦接件包括鉸鏈。
6.根據權利要求1的電子裝置，其中所述機械耦接件包括滑動耦接件。
7.根據權利要求1的電子裝置，所述電子裝置為電話。
8.—種柔性面板，包括多個基本共面、基本平行的光纖(20)，所述柔性面板具有光在多個所述光纖的第一末端和第二末端之間行進的主縱方向，其中所述柔性面板內的多個光纖的路徑包括在垂直于所述光纖的主縱方向的柔性面板的平面內在所述光纖的所述第一末端和所述第二末端之間的分量。
9.根據權利要求8的柔性面板，其中所述柔性面板進一步包括電導體。
10.根據權利要求8的柔性面板，所述柔性面板包括圍繞取向為基本上垂直于所述柔性面板的主縱方向的軸的彎曲部，以及在平行于所述軸的方向上的橫向位移。
11.根據權利要求10的柔性面板，其中所述彎曲部分量和所述橫向位移分量是同延的。
12.根據權利要求8的柔性面板，其中所述柔性面板為帶狀線纜。
13.根據權利要求10的柔性面板，其中在垂直于所述軸的平面內測量的圍繞軸的彎曲部具有r的半徑，其中r小于光纖OO)的最小彎曲半徑。
全文摘要
一種電子裝置，包括第一元件和第二元件，第一元件和第二元件分別包括通過柔性面板互連的第一和第二電路，柔性面板包括光纖(20)，其中光纖(20)具有縱向段，該縱向段橫過包括圍繞軸(21)的徑向分量的彎曲路徑并穿過元件之間的機械耦接件。縱向段在平行于軸(21)的方向上具有分量。光纖的縱向段保持在軸(21)的半徑(r)內，半徑(r)可小于光纖(20)的最小彎曲半徑。
文檔編號G02B6/43GK102375188SQ201110276149
公開日2012年3月14日 申請日期2011年7月8日 優先權日2010年7月8日
發明者P·施耐德 申請人:泰科電子荷蘭公司