Brevet FR2080893A1 — publié le 19711126

La présente invention concerne les câbles de transmission, et a plus particulièrement pour objet un câble optique permettant d'établir des connexions multiples entre divers éléments au moyen de rayons lumineux. 5 Jusqu'ici, et dans de nombreux appareillages électriques, les connexions nécessaires entre les divers éléments de ces appareillages étaient toujours effectuées au moyen de câbles métalliques, en cuivre par exemple. Dans le cas d'appareillages électriques d'une grande com-10 plexité, destinés, par exemple, au traitement d'informations et tels que les calculatrices électroniques, les appareillages de centraux téléphoniques automatiques, etc..., l'emploi de tels câbles métalliques en nécessite l'installation d'un nombre important, de sorte que le volume qu'ils occupent pose de sérieux problèmes coap-15 te tenu de l'exiguïté de la place disponible dans ces équipements. Par conséquent, il serait désirable de réduire le nombre et les dimensions des câbles de connexion nécessaires. L'un des objets de la présente invention est la réalisation d'un câble optique formant guide d'ondes lumineuses et permettant 20 d'effectuer les câblages nécessaires avec un très petit nombre de câbles, ce qui permet de simplifier ces câblages et de réduire considérablement le volume occupé par les câbles de connexion dans les appareillages qu'ils équipent. Dans cet ordre d'idées, une fibre optique dans laquelle l'in 25 dice de réfraction varie très sensiblement en fonction du carré de la distance qui sépare son axe central de sa périphérie a été décrit dans la demande de brevet japonais déposée le 15 mars 1968, au nom de la demanderesse, n° 16.986/68, sous le titre Glass Materials for Photo-transmission and method for making the same. 30 Un flux lumineux qui se propage dans un milieu optique de ce type, dans lequel l'indice de réfraction varie selon la relation ci dessous : ,, 1 Q 2 s x n = n (1 - tt ax ) (1; (dans laquelle n est l'indice de réfraction en un point quelconque de la masse de la fibre optique j nQ est l'indice de réfraction en 35 tous les points de l'axe de la fibre ; x est la distance radiale qui sépare de l'axe de la fibre le point considéré, et a est une constante positive), subit une focalisation similaire à celle qui se produit dans une lentille optique convergente. Selon l'article publié par S. E. Miller en Novembre 1965 40 dans "The Bell System Technical journal", la distance focale f d'un 70 46893 2080893 milieu dans lequel 1*Indice de réfraction varie selon la relation (1) est donnée par la formule ci-après : f = nQ fâr sin \J~s z ^ Par conséquent, si l'on emploie comme milieu de propagation de la lumière une fibre optique dans laquelle l'indice de réfraction varie, comme indiqué dans la demande de brevet précitée, selon la relation (1), et si un flux lumineux se propage dans cet-10 te fibre, celle-ci produit sur ce flux lumineux un effet équivalent à celui que produirait une lentille optique dont la distance focale f serait celle donnée par la formule (2), Dans la suite du présent exposé, une telle fibre optique sera appelé "fibre optique focalisante". 15 Si l'on place face à l'extrémité d'entrée d'une telle fi bre optique focalisante une pluralité de points lumineux disposés en groupe ordonné et, si nécessaire, on place juste avant l'entrée et juste après la sortie de ladite fibre des systèmes optiques appropriés, une image réelle de ladite pluralité de points lumineux 20 est focalisée sur l'arrière de l'extrémité de sortie de cette fibre. Si ces points lumineux sont chacun constitués par une diode luminescente et si, par exemple, des transducteurs photo-électriques, cellules photo-électriques par exemple, sont disposés en groupe ordonné dans le plan de focalisation de l'image des points 25 lumineux et de façon à correspondre chacun à. chacun avec ceux-ci, l'allumage et l'extinction sélectifs des diodes luminescentes qui constituent ces points lumineux permettent d'obtenir des signaux électriques de sortie fournis par les transducteurs photo-électriques correspondants. Les signaux électriques d'entrée appliqués ^0 respectivement sur les diodes luminescentes et les signaux électriques de sortie fournis par les transducteurs photo-électriques sont donc liés les uns aux autres par une correspondance univoque. Il en résulte qu'une seule fibre optique focalisante peut remplacer un nombre important de câbles de transmission électriques. De 55 plus, une telle fibre optique foealisante est flexible et, par sa nature même, assure le guidage de la lumière incidente même si elle est cintrée. . La présente invention a pour objet la réalisation d'un câble de transmission dans lequel un flux lumineux se propage dans 40 une fibre optique focalisante du type décrit. 70 46893 2080893 L'une des caractéristiques de l'invention consiste en ce que le câble optique à canaux de transmission multiples qui en fait l'objet comprend : une fibre optique focalisante, flexible et dans laquelle l'indice de réfraction varie très sensiblement 5 en raison inverse du carré de la distance radiale qui sépare l'axe de la fibre de sa périphérie ; des points lumineux, ou des é-léments luminescents, en nombre prédéterminé, rigidement rattachés à l'une des extrémités de cette fibre optique et disposés en groupe ordonné dans plan très sensiblement parallèle à la surface 10 de ladite extrémité j une première série d'éléments de connexion électrique respectivement connectés sur lesdits éléments luminescents ; des éléments transducteurs photo-électriques rigidement rattachés à l'autre extrémité de la fibre ; disposés en groupe ordonné dans un plan très sensiblement parallèle à la face de ladi-15 te autre extrémité du câble et situés respectivement en des points correspondant à ceux sur lesquels les images desdits éléments luminescents sont respectivement focalisées ; et une deuxième série d'éléments de connexion électrique connectés respectivement sur lesdits éléments photo-électriques ; lesdits éléments luminescents 20 étant rendus lumineux par des courants électriques qui leur sont appliqués par les éléments de connexion électriques de ladite première série, les images lumineuses de ces éléments luminescents se propageant dans la fibre optique focalisante et étant à leur sor-25 tie de cette fibre transformées en courants électriques par les é-léments transducteurs photo-électriques placés sur l'autre extrémité du câble, et ces courants électriques étant reçus par les é~ lémenté*^ connexion électrique de ladite deuxième série. Du fait que, selon l'invention, les courants électriques arrivant d'appareils ou de parties d'appareils électriques par une 30 pluralité de conducteurs électriques sont transmis sous la forme d'ondes lumineuses par une seule et même fibre optique focalisante à des éléments photo-électriques dans lesquels ces ond^s lumineuses sont transformées en courants électriques qui sont ensuite dirigés sur d'autres appareils, ou parties d'appareils électriques, 355 les connexions électriques entre ces divers appareils ou parties d'appareils électriques peuvent être effectuées et des circuits é-lectriques peuvent être complétés par une seule et même fibre optique focalisante, et, par suite, les câblages nécessaires peuvent être effectués avec un nombre minimum de fibres. De plus, lorsque 40 le câble de l'invention est -utilisé, Il est seulement nécessaire 70 46893 2080893 pour son r aceoi^deraent de prévoir deux connecteurs rassemblant respectivement les extrémités des conducteurs métalliques d'entrée et celles des conducteurs métalliques de sortie des signaux électriques et d'engager ces connecteurs dans des éléments de connexion 5 prévus à cet effet sur l'une et l'autre extrémité du cable de l'invention, le raccordement de ce câble étant ainsi d'une extrême simplicité. D'autres buts, caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va suivre, description fai-10 te à titre purement explicatif et nullement limitatif et avec référence au dessin joint dans lequel : La figure 1 représente schématiquement un mode de réalisation préféré du câble de l'invention ; et Les figures 2a et 2b sont respectivement des vues de face 15 de deux éléments du câble de la figure 1. Sur la figure 19 la référence 1 désigne une fibre optique focalisante utilisée comme câble optique ; la référence 2 désigne un connecteur d'entrée j la référence 3 désigne ion connecteur de sortie j et les références 4 et 5 désignent respectivement des len-20 tilles optiques convergentes. Le connecteur d'entrée 2 et la lentille 4 sont rigidement rattachés à l'une des extrémités du câble 1 par un support 6. Le connecteur de sortie 3 et la lentille 5 sont rigidement rattachés à l'autre extrémité du câble 1-par un support 7. 25 La face extérieure du connecteur 2 porte des diodes lumi nescentes 21 (au GaF, au GaAs, etc...) en nombre prédéterminé et disposées en groupe ordonné sur une plaque isolante ainsi qu'on le voit sur la figure 2a, l'une des électrodes de chacune de ces diodes luminescentes étant reliée à une masse commune. 50 Sur la face intérieure de cette plaque isolante et à l'in térieur du connecteur 2 il est prévu des réceptacles de fiches de contact (non représentés) dont le nombre est égal à celui des diodes luminescentes 21, ces réceptacles étant respectivement reliés électriquement aux autres électrodes des diodes luminescentes. Le 35 connecteur d'entrée 2 est rigidement rattaché à l'une des extrémités du câble optique 1 par l'intermédiaire du support 6 et de façon que la surface sur laquelle sont placées les diodes luminescentes 21 soit tournée vers la lentille 4. Sur le côté émetteur du connecteur 3* il est prévu des 40 transducteurs photo-électriques 31 (cellules photo-électriques au 70 46893 5' 2080893 silicium, au CdS, etc...) en nombre égal à celui des diodes luminescentes 21 et placés sur une plaque isolante en des points correspondant aux emplacements de ces diodes, l'une des électrodes de chacun de ces transducteurs photo-électriques étant reliée à une 5 masse commune. Sur l'autre face de la plaque isolante qui porte les transducteurs photo-électriques, il est prévu des réceptacles de fiche de contact (non représentés) en nombre égal à celui des transducteurs photo-électriques 31, et ces réceptacles sont reliés chacun à l'autre électrode de l'un desdits transducteurs 31. Le 10 côté émetteur du connecteur 3 est rigidement rattaché à l'autre extrémité du câble 1 par le support 7 et de façon que la surface sur laquelle sont placés les transducteurs photo-électriques 31 soit tournée vers la lentille 5. Sur la figure 1, la référence 8 désigne un raccord de con-15 nexion monté sur l'extrémité d'un câble électrique Cl en provenance d'un appareil (ou d'une partie d'appareil), ce raccord comprenant des fiches 81 qui se logent dans les réceptacles du connecteur d'entrée 2 et qui établissent ainsi les connexions nécessaires. La référence 9 désigne un raccord de connexion monté sur l'extrémité 20 d'un câble électrique C2 aboutissant sur un appareil que l'on désire connecter au premier appareil cité (ou à l'une de ses parties), ce raccord de connexion comportant des fiches 91 qui peuvent se loger dans les réceptacles du connecteur de sortie 3 et qui établissent ainsi les connexions nécessaires. 25 De la sorte, un premier appareil et un deuxième peuvent être connectés électriquement par l'intermédiaire du câble optique à canaux multiples de l'invention. Ce câble fonctionne de la façon suivante. En supposant qu'un courant électrique en provenance de 30 l'appareil relié au raccord de connexion 8 par le câble électrique Cl circule en direction de l'appareil relié au raccord de connexion 9 par le câble électrique C2, ce courant électrique, qjii arrive par exemple par la fiche 8la, s'écoule par le réceptacle de contact correspondant du connecteur d'entrée dans la diode luminescente 35 correspondante 21a raccordée à ce réceptacle et rend cette diode luminescente. La lumière émise par cette diode 21a est focalisée sur le transducteur photo-électrique correspondant 31a situé dans le connecteur de sortie 3 sous la forme d'une image réelle fournie par le système optique constitué par la lentille 4, le câble opti-40 que focalisant l.qui fonctionne en lentille convergente et la len 70 46893 6' 2080893 tille 5 située sur l'extrémité de sortie du cable 1, cette image étant transformée par le transducteur 31a en un courant électrique. Le courant électrique ainsi créé est envoyé dans l'appa-5 reil relié au câble C2 par l'intermédiaire du réceptacle de contact relié au transducteur photo-électrique 31a, de la fiche 91a logée dans ce réceptacle et du câble C2. Les autres canaux de transmission du câble 1 fonctionnent de la même façon. Par conséquent, l'appareil auquel est relié le 10 câble électrique Cl et celui auquel est relié le câble électrique C2 sont connectés électriquement l'un à l'autre par l'intermédiaire d'un seul et même câble optique focalisant à canaux de transmission multiples. Il est évidemment nécessaire que la disposition des trans-15 ducteurs photo-électriques soit telle que les lumières émises par les diodes luminescentes 21 soient projetées sur les transducteurs photo-électriques 31 correspondants, et que, pour que cette position relative des diodes et des transducteurs sur les trajets lumineux correspondants se maintienne, il est nécessaire que ces 20 transducteurs et ces diodes soient respectivement et rigidement rattachés sur l'une et l'autre des extrémités du câble optique 1 par les supports 6 et 7 respectivement. Le mode de réalisation de l'invention qui vient d'être décrit permet de remplacer une pluralité de conducteurs électriques 25 Par un seul câble optique, de sorte que le câblage d'appareils volumineux et complexes, tels que les appareils de traitement de données ou d'informations, peut être extrêmement simplifié, et que le volume occupé par ce câblage peut être réduit considérablement. Bien que dans le mode de réalisation de l'invention repré-30 senté il soit fait usage des lentilles 4 et 5> celles-ci ne sont pas toujours nécessaires. D'autre part, le nombre des diodes luminescentes et celui, égal, des transducteurs photo-électriques peuvent être choisis arbitrairement et, par suite, l'invention n'est pas limitée à son 35 mode de réalisation représenté dans lequel ces nombres sont tous deux égaux à 16. De plus, il peut être prévu en supplément aux sources de lumière principales précitées telles que diodes luminescentes, lampes, etc..., des points lumineux ou luminescents constitués par 4Q des sources de lumière secondaires, telles que celles formées par 70 46893 7" 2080893 la combinaison d'un écran et d'obturateurs optiques à commande é-lectrique. Si, par exemple, un écran est prévu dans le plan qui contient lesdits points lumineux principaux, et si l'Image d'une pluralité de points lumineux est focalisée sur cet écran par l'in-5 teriaédiaire d'obturateurs appropriés, chacune des images de ces points lumineux constitue une source de lumière secondaire. Dans ce cas, l'entrée de la commande électrique de chaque obturateur et la sortie de chaque transducteur photo-électrique correspondant constituent respectivement l'entrée et la sortie d'un des canaux 10 de transmission du câble. D'autre part, bien que dans le mode de réalisation de l'invention représenté, les connecteurs 2 et 3 placés respectivement sur l'entrée et sur la sortie du câble 1 soient porteurs de réceptacles de contact, il est évident que ces connecteurs pourraient 15 porter des fiches de contact, les fiches de contact 81 et 91 des raccords 8 et 9 étant remplacées par des réceptacles de contact. De plus, bien que dans le mode de réalisation de l'invention représenté, les courants électriques ne soient transmis que dans tin seul sens d'une extrémité à l'autre du câble optique, les 20 positions sur les extrémités du câble de certaines diodes luminescentes et de certains transducteurs photo-électriques correspondants peuvent être interverties par paires, le câble optique de l'invention étant alors capable de transmettre optiquement des courants électriques dans les deux sens. 25 La présente invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation qui viennent d'être décrits, elle est au contraire susceptible de variantes et de modifications qui apparaîtront à l'horaae de l'art. x 70 46893 2080893 REVENDICATION Câble optique à canaux de transmission multiples, caractérisé en ce qu'il comprend : une fibre optique focalisante flexible, dans laquelle l'indice de réfraction varie très sensible-5 ment en raison inverse du carré de la distance radiale qui sépare l'axe central de la fibre de la périphérie ; des points lumineux, ou des éléments luminescents, en nombre prédéterminé, rigidement rattachés à l'une des extrémités de cette fibre optique et disposés en groupe ordonné dans un plan très sensiblement parallèle à 10 la surface de ladite extrémité de la fibre ; une première série d'éléments de connexion électrique respectivement connectés sur lesdits éléments luminescents ; des éléments transducteurs photoélectriques rigidement rattachés à l'autre extrémité de la fibre, disposés en groupe ordonné dans un plan très sensiblement parailè-15 le à la surface de ladite autre extrémité de la fibre et situés respectivement en des points correspondant à ceux sur lesquels les images desdits éléments luminescents sont respectivement focalisées ; et une deuxième série d'éléments de connexion électrique connectés respectivement sur lesdits éléments photo-électriques ; 20 lesdits éléments luminescents étant rendus lumineux par des courants électriques qui leur sont appliqués par les éléments de connexion électrique de ladite première série, les images lumineuses de ces éléments luminescents se propageant dans la fibre optique focalisante et étant à leur sortie de ce câble transformées en cou-25 rants électriques par les éléments transducteurs photo-électriques placés sur l'autre extrémité de la fibre, et ces courants électriques étant reçus par les éléments de connexion électrique de ladite deuxième série.