DD282520A5 - Verfahren fuer das positionieren der lage zweier lichttechnischer bauelemente zu einer optischen achse - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren fuer das Positionieren der Lage zweier lichttechnischer Bauelemente zu einer optischen Achse, das in Justiervorrichtungen zum Koppeln der Bauelemente fuer Meszzwecke angewendet wird. Das Verfahren dient beispielsweise dazu, um Daempfungsmessungen an zwei miteinander zu koppelnden Lichtwellenleitern zu ermoeglichen. Verfahrensgemaesz werden einmal durch das eine und einmal durch das andere lichttechnische Bauelement auf einem gegenueberliegenden optoelektrischen Sensor, in dessen Sensorebene orthogonal zu dieser jeweils das entsprechende lichttechnische Bauelement gefaszt ist, Lichtflecke in einem ersten und in einem zweiten Abstand erzeugt. Entstehende Fotostroeme am Ort der Lichtflecke werden durch eine Auswerteeinheit ausgewertet und es werden die Koordinaten der Orte der Lichtflecke bestimmt und zwischengespeichert. Aus den Koordinaten der Lichtflecke werden durch die Auswerteeinheit entsprechende Differenzwerte gebildet und durch die Auswerteeinheit als Masz fuer einen Winkelversatz und fuer einen radialen Versatz der entsprechenden lichttechnischen Bauelementen gewertet und es werden aus den zwischengespeicherten Werten richtungsabhaengige Steuersignale fuer das Positionieren der lichttechnischen Bauelemente durch die Auswerteeinheit abgeleitet. Figur{Lichtwellenleiter; optoelektrische Sensoren; Lichtflecke; Fotostroeme; Sensorebene; Auswerteeinheit; Bezugspunkt; Differenzwerte; Winkelversatz; radialer Versatz; richtungsabhaengige Steuersignale; Positionieren}

Description

Anwandungsget dl der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren für das Positionieren der Lage zweier lichttechnischer Bauelemente τ j einer optischen Achse, das in Justiervorrichtungen zum Koppeln der Bauelemente für Meßzwecke angewendet wird. Das Verfahren dient beispielsweise dazu, um Dämpfungsmessungen an zwei miteinander zu koppelnden Lichtwellunleitern zu ermöglichen.

-2- 282 520 Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Der Anschluß von Lichtwellenleitern an eine Sender- beziehungsweise Empfängerbaugruppe und die Verlängerung von Lichtwellenleitern erfolgt über optische Verbindungen. An den Verbindungsstellen zwischen den lichttechnischen Bauelementen, wie elektrooptischem Wandler und Lichtwellenleiter, Lichtwellenleiter und Lichtwellenleiter sowie Lichtwellenleiter und optoelektrischer!! Wandler, werden nur geringe Zusatzdämpfungen zugelassen. Das jedoch erfordert eine exakte Justierung der lichttechnischen Bauelemente in einer optischen Achse, die mit Hilfe von üblichen Justiervorrichtungen vorgenommen werden. Diese Justiervorrichtungen haben auf Grund ihrer zwangsläufigen körperlichen Abmessungen einen großen Einstellbereich, der weit über die Durchmesser beispielsweise von zu koppelnden Lichtwellenleitern liegt. So ist es beim Ankoppeln zweier Lichtwellenleiter nicht ausgeschlossen, daß der radiale Versatz der Lichtwellenleiter zueinander so groß ist, daß überrhaupt kein Licht die Koppelstelle passieren kann und eine Optimierung der Koppelstelle beispielsweise durch eine Dämpfungsmessung nicht möglich ist. Da bei der Justage der Koppelstelle zu Beginn des Einstellvorganges keine Anfangsinformationen über die relative Lage der zu koppelnden lichtelektrischen 3auelemente vorliegen, beginnt eine zeitaufwendige Suche nach einer Einstellung, bei der wenigstens ein geringer Lichtanteil in das anzukoppelnde lichttechnische Bauteil, beispielsweise eines Lichtwullenleiters, übertreten kann. Es besteht somit immer die Möglichkeit, daß im Ergebnis des Einstellvorganges die Lage der lichttechnischen Bauelemente zueinander im ungünstigen Falle sich von einer optimalen Einstellung entfernt, statt sich inrer zu nähern. Die Ergebnisse des Einstellvorganges zu Beginn der Justage werden somit mehr von Zufall bestimmt und der Einstellvorgang beansprucht dadurch viel Zeit, und er läßt sich auch nicht automatisieren. So ist ein Verfahren zum Einjustieren einer an einem Ende eines optischen Lichtwellenleiters vorgesehenen Koppeloptik auf einem Halbleiterlaser bekannt, vgl. DE-OS 3413667, G01M-11/02, bei dem das Einjustieren eines an einem Ende einer Monomodefaser angebrachten Fasertapers mit Linse auf eine Laserdiode beschrieben wird. Dieses Verfahren koppelt einen Lichtwellenleiter unter Verwendung eines Fasertapes an. Das Koppeln zweier Lichtwellenleiter kann mit diesem Verfahren nicht gelöst werden, da ohne den Fasertaper das zuvor beschriebene Problem auftritt, daß zu Beginn des Justiervorganges überhaupt kein Licht übergekoppelt wird und eine aufwendig \ Suche nach einer Position erforderlich ist, bis wenigstens ein Lichtanteil in den anzukoppelnden Lichtwellenleiter übertreten kann. Ferner ist ein Verfahren zur Kippwinkelbestimmung von in Lichtwellenleiterbauteilen gefaßten Lichtwellenleitern bekannt, vgl. DD-WP 244643, G02 B-7/00, bei dem ein Vierquadrantendetektor mit vier räumlich getrennten und gleichwirkenden Elektroden verwendet wird, der sich in definierter Lage im Strahlengang des in einem Lichtwellenleiterbauteil gefaßten Lichtwellenleiters, von dessen Stirnfläche Licht abgestrahlt wird, befindet. Dieses Verfahren hat den Nachteil, wollte man es für das Positionieren der Lage zweier lichttechnischer Bauelemente zu einer optischen Achse verwenden, daß nach erfolgter Justage des einen Lichtwellenleiters mit seiner Halterung dieser durch den anderen Lichtwellenleiter mit seiner Halterung ersetzt werden müßte, um eine Justage durchzuführen und daß beide Lichtwellenleiter mit ihrer Halterung auf eine entsprechend genau ausgebildete Gegenhalterung geführt werden müssen, um die zuvor ermittelte Ausrichtung der Lichtwellenleiter zu einer optischen Achse beizubehalten. Das aber erfordert eine hohe mechanische Präzision solcher Halterung und ist sehr aufwendig, und nachträgliche Korrekturen sind nur auf mechanischem Wege über ein Verstellen einer Halterung mit ihrem Lichtwellenleiter möglich und führen zumeist auf das Ausgangsproblem der Suche nach einer Lichtkopplung zurück.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, den Zeitaufwand für den Einstellvorgang zweier lichttechnischer Bauelemente in bezug auf eine optische Achse zu senken, bei der ein Überkoppeln von Licht überhaupt erst möglich wird.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, das ein richtungsabhängiges und automatisches Positionieren der lichttechnischen Bauelemente zueinander ermöglicht. Dabei soll von einem optischen Sensor ausgegangen werden, auf dem Lichtflecke erzeugt werden und bei dem entstehende Fotoströme am Ort der Lichtflecke bestimmt und ausgewertet werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß durch das eine und durch das andere lichttechnische Bauelement auf jeweils einem gegenüberliegenden optoelektrischen Sensor, in dessen Sensorebene orthogonal zu dieser jeweils das entsprechende eine und andere lichttechnische Bauelement gefaßt ist, wobei die optoelektrischen Sensoren auf einen gemeinsamen Bezugspunkt ausgerichtet sind und bei einer Lageveränderung der Bezug auf den gemeinsamen Bezugspunkt durch eine Auswerteeinheit berücksichtigt wird, Lichtflecke in einem ersten und in einem zweiten Abstand erzeugt werden und daß die entstehenden Fotoströme am Ort der Lichtflecke durch eine Auswerteeinheit ausgewertet und die Koordinaten der Orte der Lichtflecke bestimmt und zwischengespeichert werden und daß durch die Auswerteeinheit jeweils aus den Koordinaten der zuvor auf einer Sensorebene erzeugten Lichtflecke Difff renzwerte gebildet werden und daß bei einem Difterenzergebnis außerhalb eines Toleranzbereiches der jeweilige Differt.izwert als Winkelversatz des entsprechenden einen und anderen lichttechnischen Bauelementes gewertet wird und daß zur Verringerung des Winkelversatzes aus den Koordinaten der Orte der Lichtflecke richtungsabhängige Steuersignale für das Ausrichten der lichttechrischen Bauelemente abgeleitet werden und daß anschließend durch das eine und durch das andere lichttechnische Bauelement ein weiterer Lichtfleck auf den entsprechenden optoelektrischen Sensor erzeugt wird, dessen Koordinaten ebenfalls bestimmt und zwischengespeichert werden und daß durch die Auswerteeinheit aus den Koordinaten der Orte der beiden Lichtflecke auf den optoelektrischen Sensoren ein Differenzwert gebildet wird und als Maß für einen radialen Versatz des einen und des anderen lichttechnischen Bauelementes zueinander gewertet wird und daß zur Verringerung des radialen Versatzes aus den Koordinaten der Lichtflecke richtungsabhängige Steuersignale für eine Lageveränderung der optoelektrischen Sensoren zur Positionierung der in den optoelektrischen Sensoren gefaßten lichttechnischen Bauelemente in bezug auf eine optische Achse abgeleitet werden. Es ist vorteilhaft, daß durch die Steuersignale entsprechend verstellbare Teile einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens mittels einer

Steuereinrichtung in oine Sollposition gefahren werden, es kann aber auch zweckmäßig sein, daß durch die Steuersignale eine Anzeigeeinrichtung für Richtungsdaten gesteuert wird, mit deren Hilfe entsprechend verstellbare Teile einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens manuell in eine Soll-Position gebracht werden.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist es auch möglich, eine Auswertung des radialen Versatzes zweier sich gegenüberliegender lichttechnischer Bauelemente bei nur einem ohne Winkelversatz in einem optoelektrischen Sensor gefaßten lichttechnischen Bauelement, beispielsweise ein Lichtwellenleiter, vorzunehmen, wenn fur das andere lichttechnische Bauelement, beispielsweise ein elektrooptischer Wandler, durch eine entsprechende Halterung ein Winkelversatz zur optischen Achse ausgeschlossen ist. Der durch die Auswerteeinheit gebildete Differenzwert bei der Auswertung des Winkelversatzes des elektrooptischen Wandlers hätte zwangsläufig den Wert Null. Der radiale Versatz zwischen dem elektrooptischen Wandler und dem Lichtwellenleiter wird hierbei durch die Auswerteeinheit aus der Differenz zwischen den Koordinaten des Lichtfleckes auf dem optoelektrischen Sensor mit seinem orthogonal zu seiner Sensorebene gefaßten Lichtwellenleiter und aus den Koordinaten des Ortes des elektrooptischen Wandlers bestimmt, bei dem zwangsläufig eine fiktive Sensorfläche und ein auf ihr fiktiv erzeugter Lichtfleck auf den Ort des elektrooptischen Wandlers zusammenfällt.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird erreicht, daß bei Anwendung in einer Justiervorrichtung die Zeitdauer des Einstellens, bis wenigstens ein geringer Lichtanteil in das anzukoppelnde lichttechnische Bauelement übertritt, beispielsweise ein Lichtwellenleiter, durch eine automatische Objekterkennung zielgerichtet gesenkt wird. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß besondere Anforderungen bei der Wahl des Ortes des Einfassens des entsprechenden lichttechnischen Bauelementes in der Sensorebene des optoelektrischen Wandlers nicht gestellt werden.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll nachstehend an einem / usführungsbeispiel unter Bezugnahme auf eine Zeichnung näher erläutert werden. Die in der Zeichnung schematisch dargestellte Justiervorrichtung JV enthält in ihrem beweglichen Teil bJV eine Aufnahme für einen vielfach unterteilten optoelektrischen Sensor VS1 und in ihrem nichtbeweglichen Teil uJV eine weitere Aufnahme für einen weiteren vielfach unterteilten optoelektrischen Sensor VS 2. Orthogonal zur Sensorfläche der optoelektrischen Sensoren VS1, VS 2 ist jeweils innerhalb der Sensorebene ein Lichtwellenleiter LWL1 beziehungsweise LWL2 mit seiner Licht abstrahlenden Stirnfläche mittels einer entsprechenden Lichtwellenleiterhalterung angeordnet. Die vielfach unterteilten optoelektrischen Sensoren VS1, VS 2 sind über Anschlüsse mit einer Auswerteeinheit AE verbunden. Der bewegbare Teil der Justiervorrichtung bJV und die bewegbare Lichtwellenleiterhalterung für den Lichtwellenleiter LWL2 sind über in der Zeichnung nicht dargestellte Steuereinrichtungen mit entsprechenden Steuerleitungen der Anschlußeinheit AE verbunden. Das erfindungsgemäße Verfahren gestaltet sich wie folgt. In einem ersten Abstand wird durch den einen Lichtwellenleiter LWL1 auf dsm gegenüberliegenden optoelektrischen Sensor VS2 ein Lichtfleck LF2 erzeugt. In dem betreffenden Sensorelement entsteht ein Fotostrom, der zu der Auswerteeinheit AE abfließt. Die Auswerteeinheit Ac registriert den Fotostrom, und es wird eine Zuordnung des Fotostromes zu den gespeicherten Koordinaten des betreffenden Sensorelementes vorgenommen, und es wird der Ort der Entstehung des Fotostromes zwischengespeichert. In analoger Weise wird ein weiterer Lichtfleck LF1 auf dem optoelektrischen Sensor VS1 durch den anderen Lichtwellenleiter LWL2 erzeugt, der entstehende Fotostrom wird registriert und der Ort der Entstehung wird zwischengespeichert. Als gemeinsamer räumlicher Bezugspunkt BP ist im ausgeführten Beispiel ein Festpunktim unbeweglichen Teil der Justiervorrichtung uJV gewählt. In einem zweiten Abstand werden wiederum LichtflecNe auf den optoelektrischen Sensoren VS1, VS2 erzeugt und der Ort der Lichtflecke in gleicher Weise wie beschrieben zwischengespeichert. In einem Auswertevorgang wird in der Auswerteeinheit AE in bezug sowohl auf den einen als auch auf den anderen optoelektrischen Sensor die Differenz aus den zwischengespeicherten Koordinaten der Entstehungsorte der Fotoströme gebildet. Im ausgeführten Beispiel beträgt der Differenzwert der Koordinaten der durch den Lichtwellenleiter LWL1 erzeugten Fotoströme auf den optoelektrischen Sensor VS2 Null, der Differenzwert der Koordinaten der durch den Lichtwellenleiter LWL2 erzeugten Fotoströme auf den optoelektrischen Sensor VS1 sowohl in y- als auch in x-Richtung jedoch ist ungleich Null. Der Differenzwert, der gleich Null ist, wird von der Auswerteeinheit als Winkel versatz des Lichtwellenleiters LWL2 gewertet. Aus den Koordinaten der Lichtflecke in y- und x-Richtung beziehungsweise aus den Orten der Entstehung der Fotoströme auf de \ optoelektrischen Sensor VS1 werden durch die Auswerteeinheit AE nun richtungsabhängige Steuersignale in y- und x-'iichtung zur Korrektur des Winkelversatzes des Lichtwellenleiters LWL2 abgeleitet, im ausgeführten Beispiel richtungsabhängige Steuersignale SS2 zum Ausrichten der Lichtwellenleiterhalterung des Lichtwellenleiters I.WL2. Die Auswerteeinheit AE bewertet hierbei jeweils den Differenzwert in y- und x-Richtung, der bei jeder Korrektur des Winkelversatzes des Lichtwellenleiters LWL2 kleiner wird und letztlich bei einem WinkelversaU von Null den Differenzwert Null annimmt. Diese richtungsabhängigen Steuersignale SS2 können nun über eine im ausgeführten Beispiel nicht dargestellte Steuereinrichtung Einfluß auf das Ausrichten de^r " vellenleiterhalterung des Lichtwellenleiters nehmen. Es können aber auch durch die Auswerteeinheit AE richtungsabhängige l*.:- . auf einer Anzeigeeinrichtung AZE optisch zur Anzeige gebracht werden, und durch eine mechanische Verstelleinrichtung, die Bestandteil der Justiervorrichtung JV ist, kann das Ausrichten entsprechend der Anzeige durchgeführt werden. Die Korrektur des Winkelversatzes für den Lichtwellenleiter LWL2 wird solange wiederholt, bis der entsprechende Differenzwert dem gewünschten Toleranzwert entspricht. Nach dem Ausrichten des Lichtwellenleiters LWL2 wird wiederum durch diesen ein weiterer Lichtfleck auf dem optoelektrischen Sensor VS1 erzeugt und der Ort des entstehenden Fotostromes zwischengespeichert. Aus den Koordinaten des Ortes des weiteren durch den Lichtwellenleiter LWL2 erzeugten Lichtfleckes und aus den Koordinaten des zuvor durch den Lichtwellenleiter LWL1 auf dem optoelektrischen Sensor VS2 erzeugten Lichtfleckes LF2 errechnet die Auswerteeinheit AE den radialen Versatz der Lichtwellenleiter LWL1, LWL2 zueinander und bildet weitere richtungsabhängige Steuersignale, im ausgeführten Beispiel entsprechende richtungsabhängige Steuersignale SS1, die Einfluß auf den beweglichen Teil bJV der Justiervorrichtung JV in einer xy-Ebene orthogonal zu einer optischen Achse nehmen. Diese Einflußnahme kann wiederum mittels der schon erwähnten Steuereinrichtung oder manuell mittels der Verstelleinrichtung mit Hilfe der Anzeigeeinrichtung AZE durchgeführt werden. Wird bei der Differenzbildung zur Korrektur des radialen Versatzes bei einem Korrekturvorgang ein Differenzwert durch die Auswerteeinheit AE bestimmt, der in einem gewünschten Toleranzbereich liegt, wird die Korrektur des radialen Versatzes beendet. Die Lichtwellenleiter LWL1, LWL2 sind nun in einem erwünschten Maße zu einer optischen Achse ausgerichtet und können nun zueinander in eine erwünschte Soll-Position gefahren werden.

Claims (6)

1. Verfahren für das Positionieren dor Lage zweier lichttechnischer Bauelemente zu einer optischen Achse, mit optoelektrischen Sensoren, auf denen Lichtflecke erzeugt werden und bei dem entstehende Fotoströme am Ort der Lichtflecke bestimmt und ausgewertet werden, dadurch gekennzeichnet, daß durch das eine und durch df>s andere lichttechnische Bauelement (LWL 1, LWL2) auf jeweils einem gegenüberliegenden optoelektrischen Sensor (VS 1, VS 2), in dessen Sensorebene orthogonal zu dieser jeweils das entsprechende eine und andere lichttechnische Bauelement (LWL 1, LWL2) gefaßt ist, wobei die optoelektrischen Sensoren (VS 1, VS 2) auf einen gemeinsamen Bezugspunkt (BP) ausgerichtet sind und bei einer Lageveränderung der Bezug auf den gemeinsamen Bezugspunkt (BP) durch eine Auswerteeinheit berücksichtigt wird, Lichtflecke (LF 1, LF2) in einem ersten und in einem zweiten Abstand erzeugt werden und daß die entstehenden Fotoströme am Ort der Lichtflecke (LF 1, LF2) durch eine Auswerteeinheit (AE) ausgewertet und die Koordinaten der Orte der Lichtflecke (LF 1, LF2) bestimmt und zwischengespeichert werden und daß durch die Auswerteeinheit (AE) jeweils aus den Koordinaten der zuvor auf einer Sensorebene erzeugten Lichtflecke (LF 1, LF2) Differenzwerte gebildet werden und daß bei einem Differenzergebnis außerhalb eines Toleranzbereiches der jeweilige Differenzwert als Winkelversatz des entsprechenden einen und anderen lichttechnischen Bauelementes (LWL 1, LWL2) gewertet wird und daß zur Verringerung des Winkelversatzes aus den Koordinaten der Orte der Lichtflecke (LF 1, LF2) richtungsabhängige Steuersignale (SS 2) für das Ausrichten der lichttechnischeri Bauelemente (VS 1, VS 2) abgeleitet werden und daß anschließend durch das eine und durch das andere lichttechnische Bauelement (VS 1, VS 2) ein weiterer Lichtfleck auf den entsprechenden optoelektrischen Sensor erzeugt wird, dessen Koordinaten ebenfalls bestimmt und zwischengespeichert werden und daß durch die Auswerteeinheit (AE) aus den Koordinaten der Orte der beiden Lichtflecke auf den optoelektrischen Sensoren (VS 1,VS 2) ein Differenzwert gebildet wird und als Maß für einen radialen Versatz des einen und des anderen lichttechnischen Bauelementes (LWL ι, LWL2) zueinander gewertet wird und daß zur Verringerung des radialen Versatzes aus den Koordinaten der Lichtflecke richtungsabhängige Steuersignale (SS 1) für eine Lageveränderung der optoelektrischen Sensoren zur Positionierung der in den optoelektrischen Senso-en gefaßten lichttechnischen Bauelemente in bezug auf eine optische Achse abgeleitet werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Steuersignale (SS 1, SS2) entsprechend verstellbare Teile einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens mittels einer Steuereinrichtung in eino Soll-Position gefahren werden

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Steuersignale (SS 1, SS 2) eine Anzeigeeinrichtung für Richtungsdaten gesteuert wird, mit deren Hilfe entsprechend verstellbare Teile einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens manuell in eine Soll-Position gebracht werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als lichttechnische Bauelemente zwei sich mit der Stirnfläche gegenüberliegende Lichtwellenleiter (LWL 1, LWL2) verwendet werden.

5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als lichttechnische Bauelemente ein elektrooptischer Wandler und ein Lichtwellenleiter verwendet werden.

6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß als optoelektrische Sensoren vielfach unterteilte optoelektrische Setisoren (VS 1, VS 2) verwendet werden.

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