DE3784966T2

DE3784966T2 - Elektrischer und faseroptischer verbinder.

Info

Publication number: DE3784966T2
Application number: DE8787304734T
Authority: DE
Inventors: Hiromi Juso; Hidenori Minoda; Syuzo Nishida; Keizo Okuno
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1986-05-28
Filing date: 1987-05-28
Publication date: 1993-09-16
Anticipated expiration: 2007-05-29
Also published as: US4869566A; EP0247874A3; EP0247874A2; DE3784966D1; EP0247874B1; KR870011719A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Verbinder, wie er beispielsweise in akustischen Geräten zwischen einem Kopfhörer und einem Audio-Wiedergabegerät einsetzbar ist.
Bekannte Verbinder für akustische Gerätearten sind für einen Austausch nur weniger Signale vorgesehen. Wenn der Austausch einer großen Anzahl von Signalen gewünscht ist, sind viele Verbinder zu verwenden, was dazu führt, daß die Verdrahtung in ungünstiger Weise verkompliziert wird. Fig. 1 zeigt ein Beispiel eines bekannten Verbinders, der einen Stecker 18 und eine Buchse 19 enthält. Der Stecker 18 weist ein sich frontseitig erstreckendes Vorsprungselement 17 auf, das längsseitig, durch Isolationselemente 13 getrennt, in drei Leitungsteile geteilt ist, so daß eine Verbindung zu einer Vielzahl von elektrischen Einheiten errichtet werden kann. Die Buchse 19 enthält einen Schirmleiter 14, einen L-Kanalleiter 15 und einen R-Kanalleiter 16. Akustische Gerätearten weisen den Stecker 18 auf und die Buchse 19 wird damit verbunden, wenn das Vorsprungselement 17 des Steckers 18 in die Buchse 19 durch seine Öffnung 20 derart eingeführt wird, daß der erste, zweite und dritte Leiter entsprechend den Schirmleiter 14, den L-Kanalleiter 15 und den R-Kanalleiter 16 kontaktieren.
Fig. 2 zeigt ein weiteres Beispiel eines bekannten Verbinders, der eine RCA Type eines Stiftsteckers 30 und eine Stiftbuchse 31 enthält. Die Stiftbuchse 30 enthält einen Mittelleiter 32, einen geerdeten äußeren Mantel 33 und einen Isolator 34, der um diese elektrisch zu isolieren, zwischen diesen angeordnet ist. Entsprechend enthält der Stiftstecker einen frontseitig vorspringen Mittelstift 35, einen geerdeten äußeren Mantel 36 und einen Isolator 37, der zur elektrische Isolation zwischen diesen angeordnet ist. Dies erlaubt die Errichtung einer elektrischen Verbindung, wenn der Stiftstecker 31 in die Stiftbuchse 30 eingeführt wird, wobei der Mittelleiter 32 der Buchse 30 elastisch gegen den Mittelstift 35 gedrückt wird und die äußeren Mäntel 33 und 36 gegeneinander gedrückt werden. Mit einem Verbinder diesem Aufbaus können jedoch nur Daten für ein einziges elektrisches Gerät übermittelt werden.
In EP-A-0 164 993 ist ein Verbinder zur Herstellung einer optischen und einer elektrischen Verbindung beschrieben. Der Verbinder enthält erste und zweite zusammensetzbare Verbindungsteile, wobei jedes eine Stirnfläche, an der eine optische Faser freiliegt, und eine verlängerte Hülse aufweist. Eine der verlängerten Hülsen nimmt die andere auf, so daß die optischen Fasern eines jeden Verbinders aneinanderstoßen.
Aufgabe der Erfindung ist es somit, zumindest einige der mit den bekannten Verbindern verbundenen Probleme zu beseitigen. Aufgabe der Erfindung ist es einen Verbinder mit einfachem Aufbau vorzusehen, der eine große Anzahl von Daten übertragen kann.
Gemäß eines ersten Gesichtspunktes der Erfindung ist ein Stecker mit einer Vielzahl von Leitungselementen vorzusehen, die mittels Isolationselemente derart voneinander isoliert sind, daß mit einer Vielzahl von elektrischen Einrichtungen eine Verbindung errichtet werden kann, und die um eine gemeinsame Achse angeordnet sind, um ein Mittel-Vorsprungsteil vorzusehen,
der dadurch gekennzeichnet ist, daß optische Fasern im Innern des Mittel-Vorsprungsteiles entlang der gemeinsamen Achse mit einer Stirnseite angeordnet sind, die an der Stirnseite des Mittelvorsprungsteiles freiliegt.
Gemäß eines anderen Gesichtspunktes der Erfindung ist eine Buchse zur Aufnahme des Steckers gemäß dem ersten Gesichtspunkt der Erfindung vorgesehen, wobei die Buchse eine Vielzahl von Leitungselementen aufweist, die, um die Leitungselemente des Steckers entsprechend zu kontaktieren, von einander isoliert sind, die dadurch gekennzeichnet ist, daß ein aktives optisches Element auf einer Platte hinter den Buchsenkontakten angeordnet ist, so daß es berührungslos mit den optischen Fasern des Steckers ausgerichtet ist, um mögliche Beschädigungen des aktiven optischen Elementes zu verhindern, das sowohl von den optischen Fasern abgegebene optische Signale empfängt, als auch optische Signale an die optischen Fasern abgibt.
Die beiliegenden Zeichnungen, die als Teil der Beschreibung eingearbeitet sind, veranschaulichen Ausführungsbeispiele der Erfindung und dienen zusammen mit der Beschreibung der Erläuterung des Erfindungsprinzips. In den Zeichnungen sind:
Fig. 1 eine Seitenansicht eines bekannten Verbinders;
Fig. 2 eine Seitenansicht eines weiteren bekannten Verbinders;
Fig. 3 eine Seitenansicht, die schematisch ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verbinders zeigt;
Fig. 4A, 4B und 4C Ansichten des Steckerteiles eines anderen erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels des Verbinders, wobei Fig. 4A dessen Vorderansicht, Fig. 4B dessen Seitenansicht und Fig. 4C dessen Schnittansicht entlang der Linie C-C in Fig. 4B sind;
Fig. 5A und 5B Ansichten eines Buchsenteiles des Verbinders in Fig. 4A, 4B und 4C, wobei Fig. 5B dessen Seitenansicht ist;
Fig. 6A und 6B Schnittansichten der Stirnseiten der Stecker; und
Fig. 7 die Querschnitts-Form eines Steckers.
Fig. 3 zeigt einen Verbinder gemäß einem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel, mit einem Stecker 43 und einer Buchse 44. Der Stecker 43 weist an seiner stirnseitigen Oberfläche ein verlängertes Vorsprungselement 42 auf, mit einem ersten Leiter 51, einem zweiten Leiter 52 und einem dritten Leiter 53, die gegenseitig von einander isoliert sind, so daß zwei elektrische Einheiten miteinander verbunden werden können. Innerhalb des Steckers 43 sind optische Fasern 54 längsseitig durch den Innenraum des verlängerten Vorsprungselementes entlang dessen Mittelachse angeordnete wobei die Stirnseite 55 an der Stirnseite des Vorsprungselementes 42 freiliegt. Die Buchse 44 enthält eine Öffnung 45, durch die das verlängerte Vorsprungselement 42 des Steckers 43 zum leichten Einpassen darin einführbar ist, einem Schirmleiter 56, der zum Kontaktieren des ersten Leiters 51 des Steckers 43 vorgesehen ist, einem L-Kanalleiter 57, der zum Kontaktieren des zweiten Leiters 52 vorgesehen ist und einem R- Kanalleiter, 60, der zum Kontaktieren des dritten Leiters vorgesehen ist. Zusätzlich ist innerhalb der Buchse 44 eine Tragplatte 62 vorgesehen, auf der, wenn der Stecker 43 durch die Öffnung 45 vollständig in die Buchse eingeführt ist, ein optisches Element 58 der Position der Stirnseite 55 der optischen Fasern 54 gegenüberliegend angebracht ist, d. h. auf der optischen Achse der durch die Stirnseite 55 der optischen Fasern 54 übertragenen Lichtsignale. Bezugszeichen 61 bezeichnet ein Schaltkreiselement, das an das optische Element 58 angeschlossen ist und zu diesem naheliegend angeordnet ist. Das optische Element 58 kann, wenn die Buchse 44 an eine Signalempfangseinrichtung angeschlossen ist, ein Lichtempfangselement sein und kann, wenn die Buchse 44 sich auf der Seite einer Signalsendeeinrichtung befindet, ein Lichtsendeelement, beispielsweise eine LED, sein. Das Schaltkreiselement 61 kann, wenn das optische Element 58 ein Lichtempfangselement ist, einen Verstärker und einen Komparator, und wenn das optische Element 58 ein Lichtsendeelement ist, einen integrierten Treiberschaltkreis enthalten. Mit einem Bezugszeichen 59 ist eine Anschlußleitung zum Zuführen oder Abführen elektrischer Signale bezeichnet.
Wenn zwei akustische Geräte (als ein erstes Gerät und als ein zweites Gerät benannt) mit einem Verbinder der zuvor beschriebenen Art verbunden sind, ist der Stecker 43 über ein Kabel oder dergleichen mit dem ersten Gerät verbunden und die Buchse 44 ist an dem zweiten Gerät angeordnet. Das Kabel enthält in sich eine mit der ersten Leitung 51 des Steckers 43 verbundene Schirmleitung, eine mit dem Leiter 52 verbundene Signalleitung eine mit dem dritten Leiter 53 verbundene weitere Signalleitung und die optischen Fasern 14. Wenn das verlängerte Teil 42 des Steckers 43 durch die Öffnung 45 in die Buchse 44 eingeführt ist, kommt der erste Leiter 51 des Steckers 43 in Kontakt mit dem Schirmleiter 56 der Buchse 44, der zweite Leiter 52 mit dem L-Kanalleiter 57 und der dritte Leiter 53 mit dem R-Kanal-Leiter 60, wodurch eine elektrische Verbindung zwischen den zwei akustischen Geräten errichtet wird.
In der Lage, in der die Buchse 44 sich auf der die Lichtsignale empfangenden Seite befindet, ist das optische Element 58 ein Lichtempfangselement, und ein durch die optischen Fasern des Steckers 43 geführtes Lichtsignal wird von der Stirnseite 55 ausgesendet und von dem Lichtempfangselement empfangen. Dieses Lichtsignal wird in ein elektrisches Signal umgewandelt, in dem Schaltkreis 61 von dem Verstärker verstärkt, von dem integrierten Komparatorschaltkreis in ein logisches Pegelsignal konvertiert, und danach über die Anschlußleitung 59 von dem zweiten akustische Gerät auf genommen
In der Lage, in der ein Lichtsignal von der Buchse 44 ausgesendet wird, ist das optische Element 58 ein Lichtsendeelement und ein von dem zweiten akustischen Gerät ausgesendetes elektrische Signal wird von dem integrierten Treiberschaltkreis in dem Schaltkreis 61 über die Anschlußleitung 59 empfangen. Der integrierte Treiberschaltkreis dient dazu, das Lichtsendeelement gemäß der empfangenen elektrischen Signale zu betreiben, um ein Lichtsignal von dem Lichtsendeelement auszusenden. Das so abgebenen Lichtsignal wird durch die Stirnseite 55 von den optischen Fasern 54 des Steckers 43 empfangen, über die optischen Fasern 54 in das erste akustische Gerät übertragen und darin verarbeitet.
Da die äußere Schicht der Buchse 44 ein Leiber ist, der als Abschirmkörper dient, ist die Stabilität des integrierten Schaltkreises, der einen Verstärker mit hohem Verstärkungsgrad enthält, verbesserbar. Weiterhin kann der zuvor beschriebene erfindungsgemäße Verbinder akustische Geräte sowohl elektrische Signale als auch Lichtsignale, verbinden. Entsprechend wird die Verbindung von Geräten vereinfacht und die durch das Erden vieler elektrischer Signalleitungen verursachte Rausch-Erzeugung ist vermeidbar.
Die Fig. 4A, 4B und 4C und die Fig. 5A und 5B zeigen eine andere erfindungsgemäße Ausführungsart eines Verbinders, mit einer Stiftbuchse 71 und einem Stiftstecker 78. Bezugnehmend auf die Fig. 4A, 4B und 4C, beinhaltet die Stiftbuchse 71, die als Buchsenteil des Verbinders dient, einen Isolator 72, der nicht nur der Bildung dessen Hauptkörpers dient, sondern ebenfalls der Trennung und elektrischer Isolation anderer Elemente dient, um die Buchse 71 herum, vor dem Isolator 72 einen leitenden äußeren Mantel 73, einen Mittelleiter 74, der innerhalb des Isolators 72 angeordnet ist und eine Tragplatte 77, die am hinteren Ende des Isolators 72 angeordnet ist und auf der ein optisches Element 75 und ein Schaltkreiselement 76 angeordnet sind. Bezugnehmend auf die nächsten Fig. 5A und 5B, enthält der Stiftstecker 79, der als Steckerteil des Verbinders dient, einen Mittelstift 79, der als Kontaktteil dient und mittig angeordnet ist, einen leitenden äußeren Mantel 80, einen Isolator 81, der zwischen dem Mittelstift 79 und dem äußeren Mantel 80 angeordnet ist, um diese von einander zu isolieren, und optische Fasern 82, die im Innern des Mittelstiftes 79 einen Endabschnitt aufweisen. Der Stiftstecker 78 ist zum eingreifenden Einführen in die Stiftbuchse 71 vorgesehen, um eine Verbindung zu errichten, die dadurch zur Signalübertragung fähig ist. Das optische Element 75 ist in der Mitte der Tragplatte 77 der Stiftbuchse 71 so angeordnet, daß es der stirnseitigen Oberfläche der optischen Fasern 82 gegenüberliegt und daß die optische Mittelachse an der stirnseitigen Oberfläche der optischen Fasern 82 die lichtempfangende oder lichtsendende Mitte des optischen Elementes durchläßt, wenn der Stiftstecker 78 vollständig (eingreifend) in die Stiftbuchse 71 eingeführt ist.
Wenn ein Verbinder mit dem zuvor beschriebenen Aufbau in einem Gerät verwendet wird, das zum Aussenden von Lichtsignalen vorgesehen ist, wird für das optische Element 75 zum Umwandeln elektrischer Signale in Lichtsignale ein Lichtsendeelement, wie beispielsweise eine LED, verwendet, und das in der Nähe angeordnete Schaltkreiselement 76 kann zum Betreiben des Lichtsendeelementes einen integrierten Treiberschaltkreis beinhalten. Wenn andererseits der Verbinder in einem Gerät verwendet wird, das zum Empfangen von Lichtsignalen vorgesehen ist, wird zum Umwandeln von Lichtsignalen in elektrische Signale ein Lichtempfangselement, wie beispielsweise ein Phototransistor, als optisches Element 75 verwendet, und das Schaltkreiselement 76 kann zum Verstärken von elektrischen Signalen und zum Erzeugen logischer Signalpegel einen integrierten Verstärker-Komparatorschaltkreis enthalten.
Fig. 4B zeigt weiterhin ein längsgerichtetes tunnelförmiges Mittelloch 83, das innerhalb des Buchsenisolators 72 von der Stirnseite (an der der äußere Mantel 73 angeordnet ist) bis halb nach Hinten angeordnet ist. Dieses Loch 83 weist die Form und Größe auf, daß der Mittelstift 79 des Stiftsteckers 78 sicher in dieses eingreifen kann der Mittelleiter 74 des Steckers 71, der zum Kontaktieren des Mittelstiftes 79 vorgesehen ist, weist abgewinkelte U-förmige Führungselemente 84 auf, die an seiner Stirnseite ausgebildet sind. Kontaktvorsprünge 85 sind auf den inneren Oberflächen der Führungselemente 84 in Richtung Mitte ausgebildet, so daß der Mittelstift 79, wenn er durch das Loch 83 dringt, diese Vorsprünge elastisch nach außen gerichtet drückt, wodurch ein fester Kontakt zwischen dem Mittelstift 79 des Steckers 78 und dem Mittelleiter 74 der Buchse 71 errichtet wird. Zusätzlich ist, damit die Lichtsignale, die zwischen dem in der Mitte der Tragplatte 77 angeordneten optischen Element 75 und der Stirnfläche der optischen Fasern 82 übertragen werden, nicht interferieren, der Mittelleiter 74 mit einem Halbkreisabschnitt 86 versehen. Der äußere Mantel 73 der Buchse 71 ist nicht nur etwas größer als der äußere Mantel 80 des Steckers 78 ausgebildet, sondern auch mit einem abgerundeten Kantenabschnitt 73a versehen. Der äußere Mantel 80 des Steckers 7& ist ebenfalls mit einem konischen Abschnitt 80a versehen, so daß der Stecker 78 leicht in die Buchse 71 einführbar ist, während die elastische äußere Deformierung des äußeren Mantels 80 des Steckers 78 eine feste Verbindung dazwischen errichtet. Die stirnseitige Oberfläche der optischen Fasern 82 ist mit der vorderen stirnseitigen Oberfläche des Mittelstiftes 79 bündig. Weiterhin ist der Mittelstift 79 derart ausgebildet, daß, auch wenn er vollständig durch das Mittelloch 83 in die Buchse 71 eingeführt ist, seine Stirnseite das optische Element 75 oder das Schaltkreiselement 76 nicht erreicht oder beschädigt.
Wenn ein Verbinder, wie er zuvor beschrieben ist, in einem lichtsendenden Gerät verwendet wird, das auf der Tragplatte mit einer LED als optisches Element 75 und einem integrierten Treiberschaltkreis als Schaltkreiselement 76 versehen ist, und der Stecker 78 in die Buchse 71 eingeführt ist, sind zwischen dem Mittelleiter 74 der Buchse 71 und dem Mittelstift 79 des Steckers 78 und ebenfalls zwischen den beiden äußeren Mänteln 73 und 80, die geerdet sind, feste Verbindungen errichtet. Zusätzlich ist die Stirnfläche der optischen Fasern 82 nur in geringer Entfernung von der von dem integrierten Treiberschaltkreis betriebenen LED angeordnet, so daß sie durch die optischen Fasern 82 zu einem anderen elektronischen Gerät oder dergleichen aussenden kann. Wenn der Verbinder in einem lichtempfangenden Gerät mit einem als optisches Element 75 angeordneten Phototransistor oder dergleichen und einem integrierten Verstärkungs-Komparatorschaltkreis als Schaltkreiselement 76, verwendet ist, und der Stecker 78 in die Buchse 71 eingeführt ist, werden entsprechend durch die optischen Fasern übertragene Lichtsignale von dem Phototransistor in elektrische Signale umgewandelt, von dem integrierten Verstärkungs-Komparatorschaltkreis verarbeitet und danach ausgegeben. Wie zuvor in Verbindung mit dem Verbinder aus Fig. 3 genannt, dient der äußere Mantel 73 der Buchse 71 als Schirmungsplatte und vermindert das Rauschen, auch wenn ein Schaltkreiselement, das einen Verstärker mit einem hohen Verstärkungsgrad enthält, innerhalb der Buchse 71 angeordnet ist.
Die vor angehende Beschreibung von bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen hat dem Zweck der Darstellung und Beschreibung gedient. Es ist jedoch nicht beabsichtigt, die Erfindung auf genau diese offenbarte Form zu erschöpfen oder zu begrenzen, und wobei eine Vielzahl von Abänderungen und Variationen im Lichte der zuvorgenannten Lehre möglich sind. Wie in Fig. 6A gezeigt, können beispielsweise die Stirnflächen der optischen Fasern (54 oder ,82) über die stirnseitigen Oberflächen des Steckers (42 oder 79) vorstehen oder wie in Fig. 6B gezeigt in diese eingelassen sein, anstatt, wie in Verbindung mit Fig. 5B beschrieben, mit dieser bündig zu sein. Das Vorsprungselement des Steckers benötigt nicht unbedingt eine kreisförmige Schnittfläche. Es kann, wie in Fig. 7 beispielsweise gezeigt, anstelle dessen eine andere Schnittfläche aufweisen.

Claims

1. Stecker (43) mit einer Vielzahl von Leitungselementen (51, 52, 53; 79, 80) , die voneinander mittels Isolationselementen (13, 81) derart isoliert sind, daß mit mehreren von elektrischen Einrichtungen eine Verbindung errichtet werden kann, und die um eine gemeinsame Achse angeordnet sind, um ein Mittel-Vorsprungsteil (42) vorzusehen, dadurch gekennzeichnet, daß optische Fasern, die eine Stirnseite (55) aufweisen, die an der Stirnseite des Mittelvorsprungsteiles freiliegen, im Innern des Mittel-Vorsprungsteiles (42) entlang der gemeinsamen Achse angeordnet sind.

2. Stecker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine stirnseitige Oberfläche der optischen Fasern (54) mit der Stirnseite (55) bündig ist.

3. Stecker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine stirnseitige Oberfläche der optischen Fasern (54) etwas über die Stirnseite (55) hervorstehen.

4. Stecker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine stirnseitige Oberfläche der optischen Fasern (54) in der Stirnseite (55) etwas eingelassen sind.

5. Buchse, die zur Aufnahme des Steckers nach Anspruch 1 vorgesehen ist, wobei die Buchse mehrere Leitungselemente (56, 57, 60, 73, 85) aufweist, die voneinander isoliert sind, um jeweilige Leitungselemente (51, 52, 53; 79, 80) des Steckers zu kontaktieren, dadurch gekennzeichnet, daß ein aktives optisches Element (58, 75) auf einer Platte (62, 77) hinter den Buchsenkontakten (56, 57, 60; 73, 85) angeordnet ist, so daß es berührungslos zu den optischen Fasern des Steckers (43) ausgerichtet ist, um mögliche Beschädigungen des aktiven optischen Elementes (58, 75) zu verhindern, das sowohl von den optischen Fasern abgegebene optische Signale empfängt, als auch optische Signale an die optischen Fasern abgibt.

6. Buchse nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das aktive optische Element ( 58, 75) zum Umwandeln elektrischer Signale in optische Signale der umgekehrt mit einem Schaltkreiselement (61, 76) versehen ist.

7. Buchse nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch ein Vorsehen einer Abschirmplatte, die Leitungselement (56, 57, 60), das optische Element (58) und das Schaltkreiselement (61) umgibt.

8. Buchse nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltkreiselement ( 61, 76) einen Verstärker und einen Komparator enthält.