Brevet FR2564211A1 — publié le 19851115

-i 2564211 La présente invention concerne les fibres optiques et, plus particulièrement, un dispositif de jonction pour le raccordement d'un câble à fibres optiques à un ensemble de circuits à fibres optiques qui s'étend parallèlement à la surface de plaquettes à circuits et d'autres matériels d'équipement. Le développement récent de la technique des'fibres optiques et son adaptation aux communications, au traitement des données et à des systèmes de transmission similaires ont abouti à de nom- breux avantages en comparaison de systèmes électriques et élec-- troniques destinés à remplir des fonctions comparables. Il a été mis au point un câble à fibres optiques à faibles pertes, de haute qualité et d'emploi universel qui rend à la fois réalisables et désirables des systèmes optiques applicables dans la pratique. Entre autres avantages des câbles à fibres optiques utilisés dans de tels systèmes, on mentionnera leurs dimensions, leur poids et leur co t considérablement réduits, une isolation électrique qui élimine la mise à la terre et les boucles de terre, ainsi qu'tun raccordement aisé aux circuits logiques ordinaires au moyen de sources lumineuses et de détecteurs disponibles. En outre, les câbles à fibres optiques permettent une isolation élevée entre canaux, ils sont facilement interchangeables avec un câble élec- trique et les interférences électromagnétiques sont considérable- ment réduites. Dans les applications militaires, l'un des avantages majeurs offerts par les câbles à fibres optiques est leur insensibilité caractéristique aux signaux de fréquence radio et le fait que les signaux lumineux transmis sont entièrement contenus dans le câble. Il va de soi que cela augmente considérablement la sécurité de transmission, en particulier pour les systèmes de communications terrestre, L'emploi de câbles optiques élimine aussi le mélange de communications et le couplage par induction et les trajets 2 2 5 564211 optiques fournis par les câbles à fibres optiques sont à l'abri des interférences électromagnétiques provenant d'autres équipe- ments. En outre, les systèmes de fibres optiques sont même in- sensibles aux impulsions électromagnétiques qui peuvent être produites par des explosions nucléaires. Un autre avantage im- portant des systèmes de fibres optiques est leur capacité de débit plus élevée par inhérence. Lorsque des systèmes à câbles optiques sont utilisés dans des avions, en particulier dans les modèles militaires de plus petite taille, ils sont exposés à de rudes conditions d'environ- nement dans lesquelles on exige qu'ils fonctionnent, ils ont peu de place pour l'acheminement à l'installation et il leur est imposé un travail considérable au cours de leur durée de service. Du fait que les faisceaux de câbles à fibres optiques d'usage général ne se distinguent pas à la vue de leurs équivalents électriques et qu'en conséquence, ils subissent le même traite- ment sans ménagements, les composants des systèmes de câbles à fibres optiques, et notamment les interconnexions utilisées avec eux, doivent être aussi durables que les interconnexiorsélec- triques. Il existe donc un besoin d'une interconnexion de câble à fibres optiques qui soit aussi durable qu'un connecteur électrique et qui convienne pour être mêlée sans distinction à des systèmes d'interconnexion électrique. En outre, en raison des limitations de place dans les équipements électro-optiques actuellement mis en oeuvre, il existe un besoin également d'in- terconnexions de fibres optiques qui puissent être montées dans des composants dont les circuits à fibres optiques sont disposés perpendiculairement à l'axe de la connexion elle-même. En raison de la nécessité d'un alignement précis et afin d'éviter l'en ommagement des connexions, on avait l'habitude, dans l'état antérieur de la technique, de prévoir des terminai- sons de fibres optiques qui étaient encastrées ou fixées autre- ment sur la plaquette à circuits ou autre composant à laquelle les fibres optiques étaient raccordées. Des exemples de telles techniques sont décrits dans les brevets antérieurs des Etats- Unis no 3 777 154 (R.W. Lindsey), 3 963 920 (J.P. Palmer) et 4 170 399 (N.J. Hansen et ses collaborateurs). Un connecteur enfichable pour une conduite de signaux à fibres optiques, combinée à une conduite de puissance électri- que, est décrit dans le brevet antérieur des Etats-Unis n 4 081 208 (R.A. Meade). Mais dans le brevet MNeade, au lieu d'une interconnexion pour une plaquette à circuits dans laquelle les circuits sont encastrés parallèlement à la surface comme sans le cas de la présente invention, il est question d'une connexion dans l'axe à un composant optique du circuit. Il est décrit, dans le brevet Meade, une interface en ligne droite de l'extrémité d'une conduite optique de signaux qui est enfichée dans un réceptacle monté sur la face de la plaquette à circuits, le dispositif récepteur de signaux optiques faisant partie du réceptacle lui-même. Il n'est donc pas question,.dans l'état antérieur de la technique, d'un connecteur de câble à fibres optiques qui s'enfiche dans un réceptacle de plaquette à cir- cuits, le connecteur étant équipé de moyens fournissant un trajet de signaux à des fibres optiques qui sont dirigées paral- lèlement à la surface de la plaquette. La présente invention concerne une interconnexion pour câbles optiques et avio-optiques, pour le raccordement de ces câbles dans des équipements tels que plaquettes à circuits et plaquettes "mères". Dans l'équipement électronique, en particu- lier dans les systèmes électroniques utilisés dans le matériel militaire, il devient une technique d'usage courant de monter des composants de circuits électroniques sur des cartes ou modules qui sont glissés cote à côte 'dans des baies qui font partie intégrante de l'équipement. Chaque carte à circuits est munie, sur l'un de ses bords, de terminaisons qui s'enfichent dans la plaquette-mère placée à l'arrière de la baie. Ia pla- quette-mère porte un ensemble de circuits, ordinairement du type "circuit imprimé", pour interconnecter les plaquettes à circuits qui y sont enfichées. Les circuits imprimés sont évi- demment à usage électrique, mais des recherches ont été faites pour déterminer la possibilité d'utiliser un modèle semblable de fibres conductrices de lumière sur la plaquette-mère afin de permettre une communication optique entre les différents composants avio-optiques sur les cartes à circuits enfichées dans la plaquette-mère ("avio-optique" est un terme forgé à partir de AVIOnique et de OPTIQUE, "avionique" étant par ailleurs un acronyme désignant l'application des techniques de l'élec- trCNIQUE au domaine de l'AVIation). D'après l'invention, l'interconnexion pour câbles à fibres optiques comprend un connecteur qui s'engage dans un réceptacle dans une plaquettemère comportant un ensemble de circuits optiques. Pour plus de commodité, la terminaison sera ici consi- dérée comme s'effectuant avec une plaquette-mère; toutefois, une telle référence à une plaquette-mère doit être interprétée comme non restrictive, car on comprendra aisément que l'invention peut être appliquée en tant qu'interconnexion entre d'autres types d'équipements et d'éléments de circuit. Le connecteur comprend un corps en forme de godet ou bouchon, contenant une douille de métal qui engaine le câble à fibres optiques de telle manière que l'extrémité du câble soit dégagée. Le réceptacle apparié.-comprend une cuvette cylindrique dont l'extrémité infé- rieure est encastrée dans la plaquette-mère. Un trou dans la paroi de la cuvette du réceptacle reçoit l'extrémité d'une fibre optique de l'ensemble de circuits optiques prévu sur la plaquette- mère. L'extrémité de la douille du connecteur s'adapte dans la forure de la cuvette du réceptacle et le bouchon s'adapte sur l'extrémité de la cuvette du réceptacle qui fait saillie sur la plaquette-mère. Des moyens déviateurs de pinceau, dans le réceptacle ou sur le connecteur, dirigent la lumière entre le câble à fibres optiques et l'élément de circuit optique de la plaquette-mère, en vue de sa transmission à travers celui-ci. Au cas o les exigences l'imposent, des moyens de couplage élec- trique peuvent être incorporés dans l'interconnexion, de telle manière que la terminaison puisée remplir à la fois des fonctions électriques et optiques. -Eu égard à ce qui précède, l'invention a donc pour but principal de fournir une interconnexion enfichable pour le raccordement d'un câble à fibres optiques dans une plaquette- mère ou autre matériel similaire d'équipement avio-optique dont les éléments de circuit optique sont disposés parallèlement à la surface de cette plaquette ou matériel d'équipement. Un autre but de l'invention est de fournir une intercon- nexion de câble à fibres optiques qui assure une déviation du pinceau à angle droit, de manière à parvenir à un maximum de densité de conditionnement de l'avionique. Un autre but de l'invention est de fournir une intercon- nexion de câble à fibres optiques qui puisse être enfichée ou détachée rapidement et facilement, sans risque d'endommagement des fibres optiques du câble. L'invention a encore pour but de fournir une interconnexion de fibres optiques du type à enfic]age dans l'axe, de telle manière que l'alignement correct des éléments optiques qui sont interconnectés soit assuré autolatiquement. 1C Un autre but encore de la présente invention est de four- nir une interconnexion de câble à fibres optiques dans laquelle des moyens de couplage électrique puissent être incorporés, afin de permettre un enfichage et une déconnexion rapides et simulta- nées d'une terminaison optique et électrique combinée, ce qui permet la mise en parallèle de l'interconnexion du circuit à fibres optiques avec des circuits électriques utilisés classi- quement. Un autre but encore de l'invention est d'atteindre les buts cidessus définis de manière économique, pratique, sûre et fiable. Afin d'illustrer l'invention, il a été représenté sur les dessins la forme qui est actuellement préférée; il est bien entendu toutefois que l'invention ne se limite pas nécessairement aux moyens et aux dispositions précis qui y sont représentés. La fig. 1 est une vue en coupe partielle d'une forme de réalisation préférée de l'interconnexion de câble à fibres optiques de l'invention raccordant une carte à circuits à une plaquette-mère, une terminaison électrique étant également incorporée dans cette interconnexion, Les fig. 2 à 5 sont des vues en coupe d'autres modes de réalisation de l'interconnexion de câble à fibres optiques avec une plaquette-mère. Pour se référer plus particulièrement aux dessins, la fig. 1 représente une interconnexion 9 suivant l'invention, raccordant optiquement un module à plaquette ou carte à circuits 12 à une plaquette-mère 14. L'interconnexion 9 comprend une ou plusieurs interconnexions de fibres optiques 10, ainsi qu'une interconnexion électrique 11. La carte à circuits 12 peut être 6 2564211 une plaquette à circuits imprimés enfichable de n'importe quel type connu, par exemple l'ISEM-2A (Improved Standard Electric Module 2A) utilisé par l'armée des Etats-Unis. La carte à cir- cuits 12 comporte un corps plan de montage de composants 16 muni d'une barrette à broches 20 sur l'un de ses bords 18 et d'un châssis modulaire 24 en '"T" sur son autre bord 22. Des composants électroniques, tels que supports de confettis ou circuits intégrés modulaires 26, sont montés sur le corps plan 16, un ensemble de circuits imprimés 16 sont également montés un ou plusieurs transducteurs électro- optiques 28. Pour éviter de surcharger le dessin avec ce qui peut être considéré comme des détails inutiles, on n'a représen- tés qu'un seul module de circuits 26 et qu'un seul transducteur électrooptique 28 montés sur le corps de la carte. Mais il est bien entendu que n'importe quel nombre approprié de ces compo- sants et qu'une gamme complète d'autres composants électroniques, aussi nombreux que nécessaire, peuvent être montés sur la carte, comme cela se fait dans la pratique classique.7rUn trajet de signaux optiques, vers et à partir du transducteur électro- optique 28, est fourni par un organe à fibres optiques 30 dont l'une des extrémités 29 est raccordée de manière appropriée au transducteur. L'organe à fibres optiques 30 peut se composer d'une seule fibre optique, comme on l'à représenté sur les dessins, ou l'on peut utiliser un "faisceau", c'est-à-dire une multiplicité de fibres optiques. L'autre extrémité 32 de la fibre optique 30 est de préféreCce engainée, par son bout sail- lant, dans une douille cylindrique 34 qui, à son tour, est fixée de manière appropriée, par son extrémité saillante, dans un bouchon cylindrique coaxial 36. la douille 34 n'est en général pas nécessaire en cas d'utilisation de fibres de grand diamètre. Le bouchon 36 est fixé de manière appropriée dans la barrette à broches 20 de la carte à circuits 12. De façon connue en soi, la barrette à broches 20 peut présenter égale- ment plusieurs terminaisons électriques - dont une seule, dési- gnée par 11, est représentée.- pour les circuits imprimés abou- tissant aux composants électroniques et électro-optiques montés sur la carte à circuits. Chaque terminaison électrique comporte une broche ou contact manle 38 qui est reçu dans le réceptacle femelle 40 de la terminaison, conformément à la pratique clas- sique. Un conducteur électrique 42, qui passe à travers le corps de la barrette à broches, fournit un trajet de courant entre la broche 38 et une lame à ressort de contact 44 dont l'extrémité 46 est en contact avec une zone appropriée de l'en- semble de circuits imprimés sur la carte à circuits, établissant ainsi la continuité électrique entre la carte à circuits 12 et 1C la plaquette-mère 14. La plaquette-mère est munie de l'ensemble de circuits imprimés requis et des moyens similaires pour assurer la conti- nuité électrique entre les cartes à circuits qui lui sont associées dans la baie à cartes de l'équipement électronique dans laquelle elle est installée, ainsi que vers les sources d'énergie et de signaux extérieures à la baie à cartes. Le réceptable femelle 40 de la terminaison électrique 11 est donc monté, par des moyens connus en soi, dans l'ensemble de circuits électriques de la plaquette-mère. Dans la présente forme de réalisation de l'invention, la plaquette-mère est également équipée d'un ensemble de circuits à fibres optiques, dont une fibre optique 48 a été représentée. la fibre optique 48 peut être fixée à la surface 50 de la plaquette-mère ou, de préféren- ce, encastrée dans celle-ci à des fins de protection, comme on l'a représenté. Le trajet optique peut être également créé par une variation de l'indice de réfraction de régions choisies dans le matériau de la plaquette-mère. Le réceptacle 52, prévu dans la plaquette-mère pour l'in- terconnexion de fibres optiques, comprend une douille cylin- drique 54 dont l'une des extrémités 56 est encastrée dans la surface 50 de la plaquette-mère, de telle manière que son autre extrémité 58 fasse saillie sur celle-ci. Une ouverture 60 dans la paroi 62 de la douille54 reçoit l'une des extrémités 64 de la fibre optique 48, dont l'autre extrémité aboutit à un organe optique ou électro-optique monté sur la plaquette-mère. L'ex- trémité 64 de la fibre optique 48 est dans l'alignement de la surface réfléchissante 66 d'un réflecteur 68 placé dans la forure inférieure 70 de la douille 54. Ia surface réfléchissante 66 est disposée à 45 par rapport à l'axe de la douille, de telle manière que la lumière dirigée le long de l'axe de la douille soit réfléchie vers l'extrémité de la fibre optique et que la lumière provenant de la fibre optique soit réfléchie le long de l'axe de la douille. Il est bien entendu que la surface réfléchissante 66 et les extrémités 32 et 64 des fibres optiques et 48 respectivement sont traitées ou façonnées comme il convient pour leur donner des propriétés optiques de haut niveau. Une bague torique 72 peut être disposée sur la douille 34 pour rendre l'interconnexion étanche à la contamination et à l'humi- dité. En service, la carte à circuits 12 est placée dans la baie à cartes de l'équipement électronique, la broche électrique 38 étant dans l'alignement du réceptacle femelle 40 et le bouchon 36 de la fibre optique étant dans l'alignement de la forure supérieure 74 du réceptacle 52 prévu dans la plaquette-mère 14. La connexion est établie par enfichage de la carte à circuits, de telle manière que la broche 38 se loge dans le réceptacle 40 et que la douille 34 engainant la fibre optique 30 se loge dans le réceptacle 52. Lorsque la connexion est établie, la termi- naison électrique 11 assure la continuité électrique entre la carte à circuits et la plaquette-mère, tandis que l'intercon- nexion 10 établit un trajet pour les signaux optiques entre les composants électro-optiques de la carte à circuits et l'en- semble de circuits à fibres optiques de la plaquette-mère. Il va de soi que pour retirer la carte à circuits enfichée, on applique la procédure inverse de celle de l'enfichage. Dans la forme de réalisation de l'invention qui est repré- sentée sur la fig. 1, l'extrémité 56 du réceptacle femelle 52 de l'interconnexion optique 10 est encastrée dans la plaquette-- mère. M4ais, pour des raisons de fabrication et d'autres consi- dérations, il peut être préférable d'adopter le mode de cons- truction représenté sur la fig. 2. Dans la forme de réalisation de la fig. 2, un trou 76 du diamètre requis pour recevoir le réceptacle 521 est percé à travers la plaquette-mère 141 ou formé d'une autre manière dans celle-ci, et le réceptacle y est inséré. L'extrémité 641 de la fibre optique 481 dans la plaquette-mère se termine au niveau de la paroi du trou 76 pratiqué dans la plaquette-mère et l'ouverture 60 dans la paroi 62 du réceptacle 52 est située dans son alignement. Un réflecteur 681 est disposé dans la forure du réceptacle, qui peut également comporter un épaulement 78 ou d'autres moyens de positionnement (non représentés) pour assurer l'alignement correct du réflecteur avec l'extrémité de la fibre optique. A tous autres égards, la construction et le fonctionnement de l'interconnexion 101 sont identiques à ceux de l'interconnexion 1C de la fig. 1. Il est bien entendu que l'interconnexion opti- que enfichable 10 de l'invention peut être utilisée isolément, sans terminaison électrique associée, au cas o les exigences le permettent, et que cela s'applique aussi aux autres formes de réalisation décrites dans le présent mémoire. Une autre forme de réalisation de l'invention est illustrée par la fig. 3. Sous tous ses aspects essentiels, l'interconnexion optique enfichable 102 de la fig. 3 est identique à l'intercon- nexion 101 de la fig. 2, à cette exception que le récepteur 682 dans le réceptacle 522 est un prisme muni d'une face argentée ou spéculaire 80, disposée de manière à réfléchir les signaux lumineux conformément aux enseignements de l'invention. Une paroi ou disque d'extrémité 82 peut être fixé par des moyens appropriés dans l'extrémité 84 de la forure inférieure 702 du réceptacle 522 pour sceller le réflecteur en place et le proté- ger contre la contamination ou l'endommagement. Une autre forme de réalisation encore de l'invention est représentée sur la fig. 4. L'interconnexion optique enfichable 103 de cette forme de réalisation est identique dans l'essentiel à l'interconnexion 101 de la fig. 2, à cette exception que, pour faciliter les opérations de fabrication et d'assemblage, le réflecteur 683 est un élément insérable et amovible. Ainsi, le réflecteur peut être une broche de métal comportant une surface réfléchissante 663 qui a été polie ou a reçu un fini spéculaire, par exemple par dépôt en phase vapeur. Une clavette 86, en saillie sur la paroi 88 du réflecteur, s'engage dans une rainure de clavette 90 formée dans la forure inférieure 703 du réceptacle 523 afin d'assurer le positionnement correct du réflecteur dans le réceptacle, conformément aux enseignements de l'invention. N'importe quels moyens appropriés de fixation lo (non représentés) peuvent être utilisés pour fixer le réflecteur dans le réceptacle. Dans l'exposé qui a été fait-de l'invention jusqu'à mainte- nant, les moyens prévus dans l'interconnexion enfichable pour réfléchir les signaux lumineux étaient situés dans le réceptacle femelle monté sur la plaquette-mère. On comprendra aisément que les signaux lumineux peuvent être aussi réfléchi par des moyens réfléchissants dans l'organe male de l'interconnexion. nomme le montre la forme de réalisation de l'interconnexion représentée sur la fig. 5, l'extrémité 324 de la fibre optique 304 qui fait saillie sur la douille 344 peut être biseautée pour former une surface réfléchissante 92, de telle manière que les signaux lumineux puissent être réfléchis entre la fibre 304 dans le bouchon mâle et la fibre optique 48 dans la plaquette-mère 144. - Bien qu'il ait été décrit et représenté ce qui semble les modes de réalisation les plus pratiques et préférés, il est évident que des divergences par rapport aux procédés et modèles particuliers qui ont été décrits et représentés viendront à _- l'esprit du spécialiste et pourront être appliquées-par lui sans qu'il s'écarte de l'esprit et de la portée de l'invention. L'invention ne se limite donc pas aux formes de construction particulières qui ont été décrites et illustrées, mais elle englobe toutes les modifications qui peuvent se situer dans le cadre des revendications ci-annexées.. i1 - REVENDICATIONS - 1.- Interconnexion (9), enfichable pour le raccorde- ment optique de câbles à fibres optiques à des dispositifs à cir- cuits avio-optiques, caractérisée en ce qu'elle comprend un connecteur mâle (34) qui engaine la partie terminale du câble (30), l'extrémité de ce câble étant dégagée de telle manière que la lumière passe à travers elle, un réceptacle femelle (52), mon- té sur le dispositif à circuits (14), pour recevoir le connec- teur male dans l'axe et coaxialement, ce réceptacle comportant une forure (70) dans l'axe longitudinal de l'interconnexion et une O10 ouverture (60) à travers sa paroi, l'axe de cette ouverture étant perpendiculaire à l'axe de la forure et étant dans l'alignement de l'axe d'au moins la partie terminale d'un élément optique (48) du dispositif à circuits, et des moyens réfléchissants (68), lo- gés dans la forure du réceptacle de telle manière que leur surface -15 réfléchissante (66) soit dans l'alignement opérationnel de l'axe dudit élément optique, de manière à réfléchir la lumière entre le câble (30) dans le connecteur et l'élément optique (48) du dispo- sitif à circuits et à assurer ainsi la communication des signaux lumineux entre eux. 2.- Interconnexion enfichable selon la revendication 1, caractérisée en ce que les moyens réfléchissants (68) sont fi- xes dans la forure (70) du réceptacle femelle. 3.- Interconnexion enfichable selon la revendication 1, caractérisée en ce que les moyens réfléchissants sont consti- tués par un biseau (92) formé à l'extrémité du câble (304) du connecteur mâle (344). 4.- Interconnexion enfichable selon la revendication 2 ou 3, caractérisée en ce que la surface réfléchissante des moyens réfléchissants est disposée de manière à former un angle de 45 avec l'axe longitudinal de l'interconnexion. 5.- Interconnexion enfichable selon la revendication 2, caractérisée en ce que les moyens réfléchissants sont constitués par un prisme (682) dont l'une des faces présente un fini spé- culaire qui est utilisé comme surface réfléchissante (80). 6.- Interconnexion enfichable selon la revendication 2, caractérisée en ce que les moyens réfléchissants sont constitués par un corps (683) inséré dans la forure (703) du réceptacle femelle (523), ce corps ayant une extrémité réfléchissante qui présente une surface réfléchissante (663) , et en ce que des moyens (86,90) sont prévus pour maintenir le corps dans la foru- re de telle manière que sa surface réfléchissante soit dans l'ali- gnement opérationnel de l'ouverture pratiquée dans la paroi du réceptacle. - 7.- Interconnexion enfichable selon la revendication 6, caractérisée en ce que le corps comporte des moyens (86), asso- ciés à des moyens 90) dans la forure du réceptacle femelle, pour aligner opérationnellement sa surface réfléchissante (663) avec l'ouverture pratiquée dans la paroi du réceptacle. 8.- Interconnexion enfichable selon la revendication 7, -20 caractérisée en ce que les moyens d'alignement sur Yecorps con- sistent en une clavette (86) associée à une rainure.(90) de cla- vette formée dans la forure (703) du réceptacle femelle (523)-.- 9.- Interconnexion enfichable selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comprend un bouchon mâle (38) de terminaison électrique associé au connecteur optique mâle (34) et un réceptacle (40) de terminaison électrique associé au ré- ceptacle femelle (52) optique, les axes de la terminaison élec- trique et de l'interconnexion optique ayant une relation de paral- lélisme, de telle manière qu'un couplage simultané des éléments, tant électriquesqu'optiques, de cette terminaison et de cette interconnexion se produise lorsque l'interconnexion est enfichée.