DEMANDE CORRESPONDANTE La présente demande revendique la priorité de la demande internationale antérieure N° PCT/lB2019/061005 déposée le 18 décembre 2019 au nom de FISCHER CONNECTORS HOLDING SA, le contenu de cette demande antérieure étant incorporé par référence en son entier dans la présente demande,

DOMAINE TECHNIQUE

La présente invention concerne les connecteurs, en particulier les connecteurs électriques multipolaires, utilisés par exemple dans le domaine du câblage électrique. Les connecteurs concernés sont utilisés pour/dans des domaines nécessitant à la fois de la fiabilité et de la flexibilité, tels que les applications de type wearabie, par exemple les tenues ou équipements de personnes évoluant dans des environnements difficiles (travailleurs, service de secours, soldats et forces de sécurité, patients, etc.,.) ou toute autre utilisation similaire.

La publication internationale WO2017/072620 illustre un exemple d'un tel connecteur multipolaire. Le connecteur comprend une embase de forme sensiblement cylindrique et une fiche, connectable à l'embase de manière amovible, dans lequel une pluralité de contacts est disposée. L'embase comporte une face conductrice en forme de disque sur ou dans laquelle est disposée au moins une piste conductrice formant au moins un arc de cercle dont le centre se confond sensiblement avec le centre de la face conductrice, la piste étant en outre disposée de manière à autoriser un couplage électrique mécanique avec l'un des dits contacts. L'embase et la fiche constituent les deux composants principaux qui forment le connecteur. Ce connecteur permet une connexion facile entre les deux composants et aussi une rotation relative de 360° des parties formant le connecteur (c'est-à-dire l'embase et la fiche). Toutefois, l'interface électrique telle que réalisée dans l'état de la technique possède des limitations intrinsèques lorsqu'il s'agit de transférer des signaux à haut débit. Par exemple, le chemin du signal électrique est d'une longueur variable qui découle de la position angulaire de la fiche par rapport à l'embase et limite de ce fait les débits maximums transférables.

Ainsi, un objectif de la présente invention est de proposer des solutions pour améliorer les dispositifs connus. Plus particulièrement, un but de la présente invention est d'augmenter le débit de transmission de données d'une paire de connecteurs tout en conservant les performances essentielles que sont notamment l'ergonomie, la facilité de connexion et la nettoyabilité, ces caractéristiques étant les attributs principaux des produits décrits dans l'état de la technique, comme celui mentionné ci- dessus.

Un autre but de la présente invention est de proposer une construction permettant un haut débit de transmission de données, de l'ordre de 10Gbit/s ou plus, et/ou au moins USB 3.0 (aussi dénommées SuperSpeed USB, SuperSpeed USB 10 Gbps et SuperSpeed USB 20 Gbps) voire plus et d'autres valeurs de cet ordre de grandeur.

DEFINITIONS TOSA: "Transmitter optical sub-assembly". Sous-ensemble optique transmetteur intégrant une diode laser, une photodiode de surveillance, une interface optique, un boîtier plastique ou métallique et une interface électrique

ROSA: "Receiver optical sub-assembly". Sous-ensemble optique receveur intégrant une photodiode, une interface optique, un boîtier plastique ou métallique et une interface électrique. Il peut également intégrer un amplificateur électrique et des filtres dichroïques BOSA "Bi-Directionai optical sub-assembly". Sous-ensemble optique bidirectionnel intégrant un ROSA et un TOSA dans le même boîtier avec une seule interface optique et un multiplexage en longueur d'onde (WDM). Le signal reçu n'a pas la même longueur d'onde que le signal émis.

SOMMAIRE DE L'INVENTION

Une idée de base de la présente invention est de remplacer l'interface électrique sur la fiche et les anneaux circulaires sur l'embase (ou le contraire), comme connu de WO2017/072620, par une interface optique, ou au moins d'ajouter une interface optique aux contacts électriques présents.

En remplaçant une interface électrique physique par une interface optique sans contact, ou en ajoutant une telle interface optique sans contact dans une construction comprenant une interface électrique physique, on s'affranchit notamment des limitations de l'état de la technique telles que décrites ci- dessus. De plus, le fait d'avoir une ligne optique à très haut débit permet d'atteindre des hautes vitesses de transmission de l'ordre des valeurs de débits indiquées ci- dessus ainsi qu'un nombre très élevé de signaux différents. Cela revient donc également à augmenter la densité de contacts dans un encombrement donné et inchangé. La solution proposée par la présente invention forme donc une alternative très intéressante permettant d'éviter une augmentation de la taille des connecteurs pour ajouter des contacts, en plus des performances découlant de ligne optique à très haut débit.

Un des challenges de la présente invention est de conserver la propriété de rotation à 360° une fois la fiche et l'embase connectées sans impact sur la qualité de la transmission optique. Un mécanisme de transmission des faisceaux optiques (bi-directionnei) présentant une insensibilité à la rotation a ainsi été développé et fait partie de la présente invention.

Dans la suite, par définition, on considère que la notion de "connecteur" couvre une embase et une fiche connectées ensemble.

Parmi les contraintes qui ont été prises en compte, on a considéré

-) Le connecteur doit pouvoir tourner sur lui-même, c'est-à-dire que l'embase et la fiche peuvent avoir une rotation relative de 360°;

-) Les signaux électriques ne doivent pas être perturbés par cette rotation.

L'invention sera mieux comprise par la description de modes d'exécution illustratifs et des figures qui accompagnent cette description.

Selon des modes d'exécution, l'invention concerne une partie de connecteur déconnectable destinée à former une embase ou une fiche du connecteur, le connecteur permettant une rotation relative entre l'embase et la fiche autour d'un axe de rotation du connecteur une fois ces parties connectées. La partie de connecteur comprend au moins des moyens optiques pour une transmission optique sans contact dans le connecteur qui insensible à la rotation relative, les moyens optiques comprenant au moins un laser destiné à émettre un faisceau et une photodiode destinée à recevoir un faisceau, l'un des moyens optiques étant d'un côté de l'axe de rotation.

Dans des modes d'exécution, les moyens optiques sont de préférence de chaque côté de l'axe de rotation.

Dans des modes d'exécution, la photodiode est de préférence alignée sur l'axe de rotation. Dans des modes d'exécution, la partie de connecteur peut comprendre un élément optique déviant le faisceau laser en direction de la surface active d'une photodiode.

Dans des modes d'exécution de la partie de connecteur un plan de montage de la photodiode et du laser de ladite partie de connecteur est incliné en gardant le centre de la surface active de la photodiode sur l'axe de rotation du connecteur.

Dans des modes d'exécution le laser est de préférence aligné sur l'axe de rotation du connecteur.

Dans des modes d'exécution la photodiode est orientée de préférence à environ 90° par rapport à l'axe de rotation et ia partie comprend un filtre pour dévier un faisceau laser reçu sur ia photodiode.

Dans des modes d'exécution la partie de connecteur comprend per exemple une lentille et/ou un diaphragme.

Dans des modes d'exécution, la partie de connecteur comprend une partie électronique destinée à transformer un signal électrique en en signal optique et inversement.

Dans des modes d'exécution, la partie de connecteur comprend de préférence des contacts électriques pour une transmission électrique.

Dans des modes d'exécution, la partie de connecteur comprend de préférence des moyens permettant de faciliter ia rotation relative entre l'embase et la fiche.

Dans des modes d'exécution, les moyens facilitant la rotation comprennent par exemple un système de roulement à billes. Dans des modes d'exécution, l'invention concerne un connecteur comprenant une partie comme décrit dans la présente demande comme embase et/ou comme fiche. Dans des modes d'exécution du connecteur l'embase et la fiche comprennent des moyens permettant leur connexion et leur alignement entre eux.

BREVE DESCRIPTION DES DESSINS Les figures 1 à 7 illustrent des modes d'exécution des moyens optiques selon la présente invention.

La figure 8 illustre un mode d'exécution du principe d'un connecteur selon la présente invention.

La figure 9 illustre un mode d'exécution en coupe axiale d'un connecteur selon la présente invention,

La figure 10 illustre un mode d'exécution en coupe axiale d'un connecteur selon la présente invention.

Les figures 11 à 14 illustrent des modes d'exécution de parties de connecteur et d'un connecteur selon la présente invention. Les figures 15 et 16 illustrent des modes d'exécution de parties de connecteur et d'un connecteur selon la présente invention.

Les figures 17 à 19 illustrent des modes d'exécution de parties de connecteur et d'un connecteur selon la présente invention.

La figure 20 illustre des parties de connecteur selon un autre mode d'exécution de l'invention. DESCRIPTION DETAILLEE

La figure 1 illustre un premier mode d'exécution avec un laser 1, 1' et une photodiode 2, 2' de chaque côté de l'axe de rotation 3 du connecteur.

Cette solution relativement simple à mettre en œuvre a comme caractéristique d'avoir l'intensité de la lumière reçue dépendante de la rotation du connecteur. En effet dans une position, la photodiode 2, 2' se retrouve au centre du faisceau du laser 1, 1' où l'intensité lumineuse est la plus importante alors que tournée de 180° (comme illustré en figure 1) la photodiode 2, 2' se retrouve à une certaine distance du centre du faisceau laser 1, l' et de ce fait l'intensité lumineuse reçue est amoindrie. Dans certains cas, cela peut être considéré comme désavantageux. Dans d'autres cas, ce n'est pas un problème et cette construction est tout à fait acceptable.

La figure 2 illustre un autre mode d'exécution avec les lasers 1,1' et les photodiodes 2,2'. Dans ce mode, on met les photodiodes 2,2' sur l'axe de rotation du connecteur et on a le centre du faisceau laser 1,1' qui arrive sur la photodiode 2 ou 2' de l'autre partie du connecteur. L'avantage de ce concept est d'avoir constamment le centre du faisceau laser sur la photodiode quelle que soit la rotation relative des parties du connecteur. En contrepartie, l'axe du laser n'est pas parallèle à l'axe de rotation du connecteur. La figure 3 illustre un autre mode d'exécution avec les lasers 1, 1' dans l'axe de rotation du connecteur et les photodiodes 2, 2' orientées à 90° avec un filtre dichroïque 4, 4' permettant de dévier le faisceau laser sur les photodiodes 2, 2'. Cette solution a le même avantage que la précédente, c'est-à-dire que le centre du faisceau laser arrive toujours sur la photodiode quel que soit la rotation relative des parties du connecteur. De plus, l'angle d'arrivée du faisceau laser sur la photodiode reste également le même durant la rotation. Ces modes d'exécution peuvent être améliorés par l'ajout de lentilles comme décrit ci-dessous.

Lentille à la sortie du laser

Le fait de focaliser la sortie du laser avec une lentille a le même effet que rapprocher le laser de la photodiode sur l'intensité lumineuse reçue en fonction du déplacement latéral. Les contraintes mécaniques ne permettant pas toujours d'approcher suffisamment la photodiode du laser, l'ajout de la lentille à la sortie du laser permet de compenser cette distance.

Pour le cas du deuxième mode d'exécution où le faisceau laser n'est pas parallèle à l'axe de rotation du connecteur, utiliser une lentille à la sortie du laser permettant d'éloigner la photodiode du laser permet de diminuer l'angle entre l'axe de rotation et ie faisceau du laser ce qui peut être un avantage pour différents points comme :

-) La différence d'angle d'arrivée du faisceau laser sur la photodiode est plus faible durant la rotation du connecteur. De ce fait, il est plus simple de focaliser le faisceau sur la surface active de la photodiode avec une lentille devant cette dernière.

-) Entre les deux connecteurs, il peut y avoir une vitre garantissant l'étanchéité de chaque partie ; plus le faisceau laser sort perpendiculairement à la vitre plus la déviation du faisceau due à de l'eau (par exemple) sera faible.

Lentille devant la photodiode

La photodiode permet d'augmenter l'intensité lumineuse reçue par la photodiode même lorsque celle-ci s'éloigne du centre du faisceau laser.

Comme la surface active des photodiodes permettant la communication aux les débits envisagés est très petite (~Ø60um), il est préférable d'y ajouter une lentille pour augmenter l'intensité lumineuse reçue. Si le centre du faisceau laser est le même que l'axe de rotation du connecteur (comme dans le cas du BOSA), l'angle d'arrivée du faisceau laser sur la photodiode ne varie pas avec la rotation du connecteur et une optique plan-convexe ou biconvexe standard est préférée. De plus, comme elle corrige également un décalage latéral entre les deux parties du connecteur en faisant arriver le faisceau lumineux avec un angle plus fortement prononcé (ce qui peut rendre problématique la mise en série de lentille). Par contre elle peut rendre le système plus sensible au décalage angulaire.

Lentille à l'interface des connecteurs

Le connecteur tournant devant être un connecteur qui peut être utilisé en extérieur, il est possible que de l'eau vienne se mettre sur l'interface du connecteur par où passe le faisceau laser. Afin de limiter la déviation du faisceau il est préférable de rendre cette interface-là plus étroite possible pour que l'eau ne puisse pas former de goutte avec une surface « sphérique » et il est également préférable que le faisceau sorte le plus perpendiculairement possible pour qu'il ne soit pas dévié en fonction de l'indice de réfraction du milieu (eau ou air). Une proposition pour un système BOSA avec des lentilles plan-convexes à l'interface est montrée sur la figure 4 qui illustre un mode d'exécution avec des lentilles 5, 5' pour concentrer ou focaliser le faisceau sur la construction de la figure 3.

Dans un autre mode, le faisceau laser peut être incliné par rapport à l'axe de rotation du connecteur afin d'avoir son centre sur la surface active de la photodiode 2, 2'. Si l'on veut garder la photodiode 2, 2' et le laser 1, l' pour faciliter le montage, deux modes d'exécution sont décrits : le premier consiste à dévier le faisceau à l'aide d'un élément optique 6, 6' illustré sur la figure 5. Cet élément peut par exemple être une lentille ou un prisme, ou autre équivalent.

L'avantage de cette solution, est d'avoir le plan de montage du laser 1, l' et de la photodiode 2, 2' perpendiculaire à l'axe de rotation du connecteur, par contre il demande un élément optique supplémentaire 6, 6'. La deuxième solution illustrée dans la figure 6 consiste à incliner tout le plan de montage de la photodiode 2, 2' et du laser 1, 1' tout en gardant le centre de la surface active de la photodiode sur l'axe de rotation du connecteur.

Un autre mode d'exécution est illustré schématiquement dans la figure 7. Dans ce mode, on fait appel à un système monolithique comprenant une diode et un photo-détecteur. Un tel système est mis sur le marché par la société Broadcom sous le nom de "AFBR-FS50B00 Transceiver for Opticai Wireless Communications". Ces émetteurs-récepteurs sont décrits par exemple dans la publication "Monolithic VCSEL-PIN Photodiode intégration for Bidirectionai Opticai Data Transmission" de Alexander Kern et ai, IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics, Vol.19, N°4, July/August 2013. En résumé, ce système utilise le principe de la superposition des éléments émetteurs 1, 1' et récepteurs 2, 2'.

La figure 8 illustre le principe d'un mode d'exécution de l'invention. Le système comprend une partie électronique 10 dans chaque élément du connecteur (fiche et embase) qui transforme le signal électrique différentiel en signai optique et inversement. La partie électronique 10 comprend notamment des diodes laser 1, 1', les photodiodes 2, 2' les drivers 11, 11' pour le laser, les amplificateurs limitants 12, 12' et les amplificateurs 13, 13', une partie optique 14, 14' permettant le passage de la lumière et limitant les réflexions et le système comprend une partie mécanique 15, 15' permettant la connexion et l'alignement (déplacement latéraux, espacement, rotation) entre les deux éléments 15, 15' par les moyens d'alignement 16.

La figure 9 illustre une réalisation concrète d'un mode d'exécution avec les références identifiées et discutées ci-dessus. La référence 20/20' identifie la partie contenant notamment les moyens optiques 1, 1', 2, 2', 4, 4', par exemple un élément de type "BOSA". Dans ce mode, un diaphragme 21 est de préférence ajouté pour minimiser les perturbations dans le faisceau 22 du laser 1. Le diaphragme a par exemple une ouverture avec un diamètre compris environ entre 0,1mm et 1mm.

Dans ce mode, chacune des deux parties du connecteur comprend un élément de type "BOSA" comprenant un émetteur 1, 1' (par exemple un laser), un récepteur 2, 2' (par exemple une photodiode) ainsi que d'autres éléments électroniques et optiques comme illustré en figures 7 et 8. Les éléments de type "BOSA" permettent d'avoir les signaux émis et reçus sur le même axe optique. Cet élément est modifié de manière à pouvoir être exploité pour des transmissions sans contact. A cela, s'ajoutent notamment un PCB 10, 10' ainsi qu'une lentille 5, 5' (par exemple à la sortie du BOSA, comme illustré en figure 4). Le PCB 10, 10' est représenté partiellement à l'extérieur des parties du connecteur mais cette illustration est un exemple non-limitatif et il peut aussi être entièrement intégré et/ou contenu dans la partie concernée dans tous les modes d'exécution de l'invention.

De plus, le diaphragme 21 peut être ajouté afin d'éviter les réflexions et permettre d'atteindre des débits de l'ordre de 10Gbit/s ou plus selon les débits réalisés dans le cadre de la présente invention.

La figure 10 illustre un mode d'exécution du système de la figure 9 avec des lentilles 5, 5'. Ces lentilles peuvent s'utiliser dans tous les modes d'exécution.

Les figures 11 à 14 illustrent des modes d'exécution d'une partie d'un connecteur ou d'un connecteur selon l'invention dans différentes vues et coupes.

La figure 11 (dessin de gauche) illustre une vue en perspective d'une telle partie mâle ou femelle 30 de connecteur (fiche ou embase). La figure 11 dessin de droite illustre la partie 30 ouverte. La construction "optique" choisie comme exemple illustratif de ce mode peut correspondre à celle de la figure 4 ou 9 décrite ci-dessus. La figure 12 (dessin de gauche) illustre une vue en perspective d'une telle partie mâle ou femelle 30' de connecteur (fiche ou embase). La figure 12 dessin de droite illustre la partie 30' ouverte. La construction "optique" choisie comme exemple illustratif de ce mode peut correspondre à celle de la figure 4 ou 9 décrite ci-dessus.

La figure 13 illustre une vue en perspective d'un connecteur assemblé 40 comprenant une partie 30 et une partie 30' par exemple selon les figures 10 et 11.

La figure 14 illustre une vue en coupe du connecteur de la figure 13.

Les figures 15 et 16 illustrent des modes d'exécution utilisant le système optique de la figure 6 dans lequel le laser 1, 1' et la diode 2, 2' sont inclinés l'un par rapport à l'autre.

Ce mode intègre de préférence les mêmes éléments que le mode précédent (figures 11 à 14). Dans ce mode, le laser 1, 1' est décalé de l'axe de rotation du connecteur 41 comme dans la figure 6 de manière à optimiser ia transmission du signal dans toutes les positions sur un arc de 360°. Les signaux émis et reçus passent par des axes optiques distincts et une lentille est avantageusement utilisée ici. Ce mode permet également d'atteindre des performances allant jusqu'à 10Gbit/s ou plus selon les performances réalisées dans le cadre de ia présente invention.

La fiche et l'embase (parties mâle et femelle) sont référencées 31, 31' le connecteur assemblé 41 et les parties électroniques (PCB) 10, et 10'. L'émetteur 1 (laser) et le récepteur 2 (photodiode) sont visibles sur ia figure 16 de même qu'un moyen de type roulement à bille 50 pour faciliter la rotation relative des deux parties du connecteur. Les principes de la présente invention peuvent s'appliquer à un connecteur électrique pour former une construction hybride électrique + optique. Un exemple d'un tel connecteur électrique auquel lesdits principes peuvent s'appliquer est décrit dans les publications WO 2017/072620, WO 2019/193564 et WO 2019/193567 (incorporées par référence dans la présente demande) et le principe est illustré en figure 17 avec les pistes 60 et les contacts 61 et des diffuseurs de lumière 62.

L'intérêt de cette construction est d'intégrer une transmission de puissance par la voie électrique. Dans ce mode d'exécution, on utilise par exemple un circuit imprimé "Rigid-Flex", permettant de déporter la partie laser et photodiode du circuit imprimé et de transmettre les signaux électriques à travers un flex 72 jusqu'au transceiver 73.

La figure 18 illustre ce circuit imprimé 70, avec la partie laser/photodiode 71 déportée et le flex 72.

La figure 19 illustre un connecteur 80 selon ce mode avec circuit imprimé 70/70', partie laser/photodiode 71/71' déportée, flex 72/72', transceiver 73/73' et la configuration de moyens optiques est par exemple selon les figures 6, 14 et 15.

La figure 20 illustre un mode d'exécution d'une construction utilisant le système monolithique comprenant l'ensemble diode 1, 1' et photo-détecteur 2, 2' de la figure 7 et dans un connecteur dont le principe est illustré dans la figure 17. Une telle construction de la figure 20 peut s'utiliser par exemple dans les connecteurs des publications WO 2017/072620, WO 2019/193564 et WO 2019/193567 mentionnés ci-dessus dans le cadre de la description de la figure 17.

Les modes d'exécution décrits le sont à titre d'exemples illustratifs et ne doivent pas être considérés comme limitatifs. D'autres modes d'exécution peuvent faire appel à des moyens équivalents à ceux décrits par exemple. Les modes d'exécution peuvent également être combinés entre eux en fonction des circonstances, ou des moyens utilisés dans un mode (par exemple tel qu'illustré dans une figure) peuvent être utilisés dans un autre mode (par exemple tel qu'illustré dans une autre figure). De plus les formes et assemblages des différentes parties illustrées dans les dessins sont données comme exemples illustratifs et non-limitatifs.