DE3827960A1 - Device for the mutual alignment of two bodies - Google Patents

Device for the mutual alignment of two bodies

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Abstract

For the mutual alignment of the bodies, one of these bodies is positioned in a fixed location, while the other is fastened onto an adjusting spring which can be pivoted out of an initial position. The adjusting spring consists of an outer frame (1) with which it is to be fastened to a carrier (3), and of an inner frame (8) which accepts the mounting (17) of the movably positioned body. The inner frame (8) is suspended on the outer frame by means of coil springs (11 to 14) acting alternately as tension and compression springs. It can be deflected delicately towards one or the other side within a predetermined adjustment range in all three planes by means of positioning devices (4, 5). The accuracy of the deflection movement lies in the order of magnitude of 1 mu . The device is particularly suitable for the opposite alignment of optical waveguides as well as of optical waveguides and optical components. <IMAGE>

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung nach dem Ober­ begriff des Patentanspruches 1.The invention relates to a device according to the Ober Concept of claim 1.

Bei der Signalübertragung mittels Lichtwellenleiter werden auf der Sende- und Empfangsseite der Übertragungsstrecke Einrich­ tungen zum Einkoppeln bzw. Auskoppeln von Lichtsignalen benö­ tigt. Um dabei eine möglichst gute Lichtausbeute zu erreichen, sind zwischen dem Sendebaustein, z.B. einer Leuchtdiode, und der Lichteintrittsseite des Lichtwellenleiters sowie zwischen der Lichtaustrittsseite des Lichtwellenleiters und dem Emp­ fangsbaustein, beispielsweise einer Fotodiode, häufig Kugel­ linsen zum Bündeln des in den Lichtwellenleiter eintretenden bzw. des aus ihm austretenden Lichtes angeordnet (Firmen­ prospekt Hewlett Packard HFBR-0200 Series "Miniature Fiber Optic Logik Link", vom Dezember 1981, Fig. 1).When transmitting signals using fiber optic cables are on the transmitting and receiving side of the transmission link setup for coupling or uncoupling light signals does. In order to achieve the best possible light output, are between the transmitter, e.g. a light emitting diode, and the light entry side of the optical waveguide and between the light exit side of the optical fiber and the emp capture module, such as a photodiode, often ball lenses for bundling that which enters the optical waveguide or the light emerging from it (companies Hewlett Packard HFBR-0200 Series "Miniature Fiber Optic Logic Link ", from December 1981, Fig. 1).

Zum Erreichen optimaler Übertragungsergebnisse ist es wünschens­ wert, den Lichtwellenleiter mit Kugellinse vor der endgültigen Festlegung am Sende- bzw. Empfangsbaustein zu justieren, wobei die Justierung entweder flächenhaft in zwei Koordinaten oder aber räumlich in drei Koordinaten stattzufinden hat. Die Justiergenauigkeit hat in der Größenordnung von 1 µ zu liegen; der maximale Justierweg kann 1 mm betragen. Das Justieren selbst soll wahlweise mechanisch, beispielsweise mittels Mikro­ meterschrauben, elektrisch mittels Stellmotoren oder Elektro­ magneten, pneumatisch mittels Druckluft oder hydraulisch mittels einer Druckflüssigkeit erfolgen.It is desirable to achieve optimal transmission results worth the optical fiber with ball lens before the final Adjustment to be adjusted at the send or receive module, whereby the adjustment either in two coordinates or but has to take place spatially in three coordinates. The Adjustment accuracy must be on the order of 1 µ; the maximum adjustment path can be 1 mm. Adjusting itself should optionally be mechanical, for example by means of micro meter screws, electrically using servomotors or electro magnets, pneumatically using compressed air or hydraulically by means of a hydraulic fluid.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Einrichtung nach dem Ober­ begriff des Patentanspruches 1 anzugeben, die ein hochgenaues und feinfühliges gegenseitiges Ausrichten zweier Körper zuläßt, ohne daß es dabei durch unvermeidbares Spiel zwischen irgend­ welchen Führungselementen zu einer auch nur begrenzten ruck­ weisen Auslenkung des zu bewegenden Körpers gegenüber dem anderen Körper kommt. Sie soll überall dort Verwendung finden, wo zwei beliebige Körper hochgenau zueinander justiert werden müssen. Die Einrichtung soll beispielsweise auch dazu dienen, den Strahlungsaufnehmer einer Meßvorrichtung gegenüber der Abstrahlfläche eines elektrooptischen Wandlers, beispielsweise einer Leuchtdiode, auszurichten, um so die Lichtleistung einer Leuchtdiode bestimmen zu können; hierdurch können für die Über­ tragung besonders geeignete Leuchtdioden mit hoher Strahlungs­ intensität selektiert werden. Ferner soll die Einrichtung auch zum gegenseitigen Justieren von Lichtwellenleitern dienen. Bei dieser Art der Justierung muß es möglich sein, den jeweils be­ wegten Körper nicht nur in den drei senkrecht aufeinander­ stehenden Koordinaten des Raumes zu bewegen, sondern auch im Raum schräg zu stellen, um so ein Fluchten der optischen Achsen der beiden Lichtwellenleiter herbeizuführen.The object of the invention is to provide a device according to the Ober Concept of claim 1 specify that a highly accurate and allows sensitive mutual alignment of two bodies, without it being inevitable game between any what guide elements to a limited jerk have deflection of the body to be moved relative to the  other body is coming. It should be used everywhere where any two bodies are precisely adjusted to each other have to. The facility is also intended, for example, to: the radiation sensor of a measuring device compared to the Radiation area of an electro-optical converter, for example a light emitting diode to align the light output of a To be able to determine LED; this allows for the over particularly suitable light emitting diodes with high radiation intensity can be selected. Furthermore, the facility should also serve for mutual adjustment of optical fibers. At this type of adjustment must be possible, the be moved bodies not only in the three perpendicular to each other to move the standing coordinates of space, but also in the room, so as to align the optical To bring about axes of the two optical fibers.

Die Erfindung löst diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1. Durch die federnde Aufhängung des zu bewegenden Körpers ist es möglich, diesen Körper auf begrenztem Raum gegenüber einem Bezugspunkt in allen drei Richtungen auszulenken, wobei durch das völlige Fehlen irgend­ welcher Führungen für den Körper bzw. seine Halterung ein ruckfreies Auslenken erreicht wird.The invention solves this problem by the characterizing Features of claim 1. By the resilient suspension of the body to be moved it is possible to move this body on limited space versus a reference point in all three To deflect directions, whereby the complete absence of any which guides for the body or its holder smooth deflection is achieved.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Einrichtung sind in den Unteransprüchen angegeben.Advantageous embodiments of the device according to the invention are specified in the subclaims.

Die Erfindung ist nachstehend anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.The invention is based on in the drawing illustrated embodiments explained in more detail.

Die Zeichnung zeigt:The drawing shows:

in Fig. 1 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Einrichtung in perspektivischer Ansicht undin Fig. 1 is a schematic representation of the device according to the invention in a perspective view

in Fig. 2 eine aus zwei derartigen Einrichtungen gebildete Vorrichtung, mit der es möglich ist, die Längsachse eines Körpers in gewissen Grenzen zu bewegen.in Fig. 2 a device formed from two such devices, with which it is possible to move the longitudinal axis of a body within certain limits.

Die Einrichtung gemäß Fig. 1 besteht im wesentlichen aus einer quadratischen Justierfeder, an deren beweglichem Teil der gegenüber einem feststehenden Körper bewegliche Körper anzu­ bringen ist. Auf die Darstellung dieser Körper ist in Fig. 1 aus Gründen der Übersichtlichkeit verzichtet worden. Die Justierfeder besteht aus einem äußeren Rahmen 1, der mit Lochungen 2 zum Festlegen der Justierfeder an einem feststehen­ den Träger 3 versehen ist. Dieser Träger 3 dient außer zur Aufnahme der Justierfeder auch der Aufnahme von Stellvorrich­ tungen, die in dem dargestellten Ausführungsbeispiel durch Mikrometerschrauben 4 und 5 sowie mit diesen zusammenwirkende Druckfedern 6 und 7 dargestellt sind. Die Justierfeder weist ferner einen inneren Rahmen 8 auf, der ebenfalls mit Ausneh­ mungen 9 versehen ist. Diese Ausnehmungen dienen der Befesti­ gung einer Halterung 17 für die Aufnahme des gegenüber einem feststehenden Körper bedarfsweise auslenkbaren Körpers. Bei dem auslenkbaren Körper kann es sich beispielsweise um eine Leucht­ diode handeln, bei dem feststehenden Körper um einen Licht­ wellenleiter, über den die von der Leuchtdiode abgegebene Lichtmenge gemessen werden kann. Zur optimalen Ankoppelung der Leuchtdiode an den Lichtwellenleiter ist die in die Halterung eingesetzte Leuchtdiode über die Stellvorrichtungen 4 und 5 so weit in X- bzw. Y-Richtung auszulenken, bis eine an die Licht­ austrittsseite des Lichtwellenleiters angeschlossene Meßein­ richtung maximale Leuchtstärke feststellt.The device according to FIG. 1 consists essentially of a square adjusting spring, on the movable part of which the body movable relative to a stationary body is to be brought. The illustration of these bodies has been omitted in FIG. 1 for reasons of clarity. The adjusting spring consists of an outer frame 1 , which is provided with holes 2 for fixing the adjusting spring to a fixed support 3 . This carrier 3 is used in addition to receiving the adjusting spring also for receiving Stellvorrich lines, which are shown in the illustrated embodiment by micrometer screws 4 and 5 and with these cooperating compression springs 6 and 7 . The adjusting spring further includes an inner frame 8, which also rules with Ausneh is provided. 9 These recesses serve the fastening supply of a holder 17 for receiving the body which can be deflected as required with respect to a fixed body. The deflectable body can be, for example, a light-emitting diode, and the fixed body can be a light waveguide, via which the amount of light emitted by the light-emitting diode can be measured. For optimal coupling of the light-emitting diode to the optical waveguide, the light-emitting diode inserted into the holder must be deflected so far in the X or Y direction via the actuating devices 4 and 5 until a measuring device connected to the light exit side of the optical waveguide detects maximum luminosity.

Der innere Rahmen 8 ist mit vier seitlich vorstehenden symme­ trisch zueinander angeordneten und in der Ebene der Justier­ feder verlaufenden Auslegern 10 versehen. Die Enden dieser Ausleger gehen in jeweils zwei ebenfalls in der Ebene der Justierfeder verlaufende, senkrecht aufeinanderstehende mäanderförmige Bandfedern 11 und 12 über. Die Federebenen der beiden Bandfedern stehen unter einem Winkel von jeweils 45° auf dem zugehörigen Ausleger und münden über endseitige Federstege 13 bzw. 14 an vom Mäanderende entfernten Orten in den äußeren Rahmen 1 ein. Über die Bandfedern ist der innere Rahmen mit dem äußeren Rahmen verbunden. Die in der gleichen Federrichtung orientierten Bandfedern wirken paarweise als Zug- bzw. Druck­ federn oder umgekehrt. Der innere Rahmen läßt sich durch die Stellvorrichtungen in X- und Y-Richtung sowie bei Bedarf durch eine mittel- oder unmittelbar an der Halterung angreifende Stellvorrichtung auch in Z-Richtung auslenken. Dadurch, daß der in der Halterung gefaßte Körper über den inneren Rahmen und die mäanderförmigen Bandfedern im äußeren Rahmen der Justierfeder federnd aufgehängt ist, ist ein ruckfreies Auslenken dieses Körpers gegenüber dem feststehenden Körper möglich, wie es bei einem zwischen Führungen gelagerten Körper nicht möglich wäre; insbesondere wenn sich die Druckfedern beim Zurückfahren der Stellvorrichtungen entspannen, entständen bei einem zwischen Führungen gelagerten Körper derartige ruckhafte Bewegungen, die ein hochgenaues Justieren wenn nicht unmöglich machen, so doch zumindest erschweren.The inner frame 8 is provided with four laterally protruding symmetrical to each other and in the plane of the adjusting spring extending arms 10 . The ends of these cantilevers merge into two meandering band springs 11 and 12, which also run in the plane of the adjusting spring and are perpendicular to one another. The spring planes of the two band springs stand at an angle of 45 ° on the associated cantilever and open into the outer frame 1 via spring webs 13 and 14 at the ends at locations remote from the meandering end. The inner frame is connected to the outer frame via the band springs. The band springs oriented in the same spring direction act in pairs as tension or compression springs or vice versa. The inner frame can be deflected by the adjusting devices in the X and Y direction and, if necessary, by an adjusting device acting directly or indirectly on the holder in the Z direction. Characterized in that the body held in the holder is resiliently suspended over the inner frame and the meandering band springs in the outer frame of the adjusting spring, a jerk-free deflection of this body relative to the fixed body is possible, as would not be possible with a body mounted between guides; in particular if the compression springs relax when the adjusting devices are retracted, jerky movements would occur in the case of a body mounted between guides, which would at least make it more difficult to make highly precise adjustment if not impossible.

In dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Stellvorrich­ tungen als Mikrometerschrauben ausgebildet, die mit entsprechen­ den Druckfedern zusammenwirken und über im feststehenden Trä­ ger 3 gelagerte Druckstifte 15 auf die Halterung 17 und damit auf den beweglichen Körper einwirken. Anstelle von Mikrometer­ schrauben können für das Auslenken des auf den inneren Rahmen montierten Körpers auch andere Stellvorrichtungen wie bei­ spielsweise Elektromotore, Magnete sowie pneumatische oder hydraulische Stellvorrichtungen verwendet werden.In the illustrated embodiment, the Stellvorrich are formed as micrometer screws obligations that correspond with the pressure springs cooperate and act on the bracket 17 and thus to the movable body about ger in the fixed Trä 3 supported pressure pins 15 °. Instead of micrometer screws, other actuators such as electric motors, magnets and pneumatic or hydraulic actuators can be used to deflect the body mounted on the inner frame.

Die Justierfeder besteht vorzugsweise aus etwa ein Millimeter starker Berylliumbronze. Ihre Herstellung erfolgt vorzugsweise durch einen Erodiervorgang.The adjusting spring preferably consists of approximately one millimeter strong beryllium bronze. They are preferably manufactured through an eroding process.

Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 2 sind zwei der Ein­ richtungen gemäß Fig. 1 vorgesehen, um einen in einer Hülse 18 gefaßten Körper, beispielsweise einen Lichtwellenleiter, um einen bestimmten Winkel zu schwenken. Dies geschieht durch unterschiedlich weites Auslenken der inneren Rahmen der beiden Justierfedern 19 und 20 in X/Y-Richtung. Dabei schwenkt die Längsachse der rohrförmigen Hülse um einen bestimmten Winkel gegenüber der Normalen; der größte erreichbare Schwenkwinkel liegt in der Größenordnung von ca. 3°. Die gestrichelt ange­ deutete Anordnung der beiden Justierfedern 18 und 19 stellt sich ein, wenn durch eine nicht dargestellte Stellvorrichtung die Hülse 18 in Z-Richtung ausgelenkt wird.In the embodiment of FIG. 2, two of the devices according to FIG. 1 are provided in order to pivot a body contained in a sleeve 18 , for example an optical waveguide, by a specific angle. This is done by deflecting the inner frame of the two adjusting springs 19 and 20 in the X / Y direction to different degrees. The longitudinal axis of the tubular sleeve pivots through a certain angle with respect to the normal; the largest achievable swivel angle is of the order of about 3 °. The dashed line arrangement of the two adjusting springs 18 and 19 occurs when the sleeve 18 is deflected in the Z direction by an adjusting device, not shown.

Die erfindungsgemäße Einrichtung kann überall dort mit Vorteil verwendet werden, wo es darum geht, zwei Körper mit einem gegenseitigen Versatz in der Größenordnung von ±1 mm hochgenau zueinander auszurichten. Ein besonderer Vorteil ist darin zu sehen, daß eine einmal eingestellte Position beliebig lange beibehalten werden kann. Die erfindungsgemäße Einrichtung eignet sich besonders für den Abgleich optischer bzw. opto­ elektricher Einrichtungen, bei denen es um die Optimierung der Strahlung beim Ein- und Auskoppeln in bzw. aus einem Licht­ wellenleiter oder um das Ausrichten zweier Lichtwellenleiter geht.The device according to the invention can be used anywhere with advantage  used when it comes to two bodies with one mutual offset in the order of magnitude of ± 1 mm highly accurate to align with each other. There is a particular advantage to this see that a position once set as long as desired can be maintained. The device according to the invention is particularly suitable for optical or opto matching electrical equipment, which involves optimization the radiation when coupling in and out in or out of a light waveguide or to align two optical fibers goes.

Claims (6)

1. Einrichtung zum gegenseitigen Ausrichten zweier Körper, von denen einer an einem gegenüber einem feststehenden Träger be­ weglichen Träger festgelegt ist, insbesondere zum gegenseitigen Ausrichten von Lichtwellenleitern oder Lichtwellenleitern und Opto-Bauteilen, dadurch gekennzeichnet, daß eine als Blattfeder ausgebildete Justierfeder vorgesehen ist, die aus einem vorzugsweise ebenen Federmaterial besteht und einen äußeren Rahmen (1) sowie einen über Stege (11, 12, 13, 14) am äußeren Rahmen einstückig angelenkten inneren Rahmen (8) auf­ weist, von denen beide Lochungen (2, 9) aufweisen zum Fest­ legen des äußeren Rahmens (1) am Träger (3) bzw. zur Aufnahme einer Halterung (17) für den gegenüber dem anderen Körper be­ weglichen Körper und daß der innere Rahmen (8) vier seitlich vorstehende, symmetrisch zueinander angeordnete und in der Ebene der Justierfeder verlaufende Ausleger (10) aufweist, deren Enden in jeweils zwei, ebenfalls in der Ebene der Justierfeder verlaufende, senkrecht aufeinanderstehende mäanderförmige Bandfedern (11, 12) übergehen, deren Federebenen jeweils unter einem Winkel von 45° auf dem zugehörigen Ausleger (10) stehen und deren Enden von innen her in den äußeren Rahmen (1) einmünden.1. A device for mutual alignment of two bodies, one of which is fixed to a movable carrier relative to a fixed carrier, in particular for the mutual alignment of optical fibers or optical fibers and opto-components, characterized in that an adjusting spring designed as a leaf spring is provided, which consists of a preferably flat spring material and has an outer frame ( 1 ) and an inner frame ( 8 ) articulated in one piece via webs ( 11 , 12 , 13 , 14 ) on the outer frame, both of which have perforations ( 2 , 9 ) for Firmly set the outer frame ( 1 ) on the carrier ( 3 ) or for receiving a holder ( 17 ) for the movable body relative to the other body and that the inner frame ( 8 ) four laterally projecting, symmetrically arranged to each other and in the plane the adjusting spring extending boom ( 10 ), the ends of each in two, also in the plane d he merging, extending mutually perpendicular meandering band springs ( 11 , 12 ), the spring planes of which are each at an angle of 45 ° on the associated bracket ( 10 ) and whose ends open from the inside into the outer frame ( 1 ). 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die mäanderförmigen Bandfedern (11, 12) über endseitige Federstege (14) an vom Mäanderende entfernten Orten in den äußeren Rahmen (1) einmünden.2. Device according to claim 1, characterized in that the meandering band springs ( 11 , 12 ) via spring webs ( 14 ) open at distant locations from the meandering end in the outer frame ( 1 ). 3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Justierfeder von quadra­ tischer Gestalt ist.3. Device according to claim 1 or 2, characterized ge indicates that the adjustment spring from quadra table shape. 4. Einrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierfeder aus etwa ein Millimeter starker Berylliumbronze besteht. 4. Device according to at least one of claims 1 to 3, characterized in that the Insulating spring made of approximately one millimeter thick beryllium bronze consists.   5. Einrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, da­ durch gekennzeichnet, daß die Justier­ feder durch einen Erodiervorgang hergestellt ist.5. Device according to at least one of claims 1 to 4, there characterized in that the adjustment spring is produced by an erosion process. 6. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Auslenken des am inneren Rahmen (8) gehaltenen Körpers gegenüber dem anderen Körper durch Angreifen von Stellvorrichtungen (4, 5) an der Halterung (17) des Körpers erfolgt.6. Device according to claim 1, characterized in that the deflection of the body held on the inner frame ( 8 ) relative to the other body by engaging adjusting devices ( 4 , 5 ) on the holder ( 17 ) of the body.
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