DE10019830A1 - Lichtemissions- und Lichtaufnahmevorrichtung - Google Patents
Lichtemissions- und LichtaufnahmevorrichtungInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Lichtemissions- und Lichtaufnahmevorrichtung, die aus einem Lichtausbreitungselement (14) besteht, das mit einer Lichtemissionsvorrichtung zum Umwandeln erster elektrischer Signale in erste optische Signale versehen ist, und eine Lichtaufnahmevorrichtung umfasst, um die zweiten optischen Signale aufzunehmen und in zweite elektrische Signale umzuwandeln. Die Lichtaufnahmevorrichtung ist koaxial mit einer optischen Faser (12, 38) angeordnet. Das Lichtausbreitungselement (14) ist zwischen der optischen Faser und der Lichtaufnahmevorrichtung angeordnet. Die Lichtemissionsvorrichtung emittiert die ersten optischen Signale in die optische Faser und das Lichtausbreitungselement nimmt die zweiten optischen Signale von der optischen Faser auf und gibt diese an die Lichtaufnahmevorrichtung weiter. Ein optischer Leistungsverlust wird dadurch unterdrückt und eine Lichtemissions- und Lichtaufnahmevorrichtung von geringerer Größe wird erhalten.
Description
Die Erfindung betrifft eine Lichtemissions- und
Lichtaufnahmevorrichtung für die bidirektionale optische
Kommunikation mit einer optischen Faser.
Fig. 5 ist ein Grundschaltbild eines optischen bidirektionalen
Kommunikationssystems im Stand der Technik, wie es in der
japanischen Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer
61-9610 vorgeschlagen wird. In diesem Schaltbild bezeichnet die
Bezugsziffer 101 eine Lichtemissions- und
Lichtaufnahmevorrichtung, die aus einem Lichtemitter 102 zum
Umwandeln von elektrischen Signalen in optische Signale
besteht, einem Lichtaufnehmer 103 zum Umwandeln der optischen
Signale in elektrische Signale und einem optischen
Verzweigungsfilter 104. Mit 105 ist ebenfalls eine
Lichtemissions- und Lichtaufnahmevorrichtung bezeichnet, die
aus einem Lichtemitter 106, einem Lichtaufnehmer 107 und einem
optischen Verzweigungsfilter 108 besteht, deren Konstruktionen
der Lichtemissions- und Lichtaufnahmevorrichtung 101
entsprechen. Die Lichtemissions- und Lichtaufnahmevorrichtungen
101 und 105 sind über eine optische Faser 109 optisch
miteinander verbunden.
Die oben erwähnte Veröffentlichung zeigt auch eine
Lichtemissions- und eine Lichtaufnahmevorrichtung 101', 105',
die gemäß Fig. 6 in einem einteiligem Aufbau vorliegt. In
diesem Aufbau wird das Licht eines Lichtemissionselementes 110
an einer Linse 111 in paralleles Licht umgeformt, das über
einen halbdurchlässigen Spiegel 112 an einer Linse 113
gesammelt und an eine optische Faser 114 weitergegeben wird.
Andererseits wird das Licht der optischen Faser 114 an dem
halbdurchlässigen Spiegel 112 reflektiert, an der Linse 115
gesammelt und an ein Lichtaufnahme-Element weitergegeben.
Die oben erwähnte Veröffentlichung zeigt darüber hinaus eine
Lichtemissions- und Lichtaufnahmevorrichtung 101", 105" gemäß
Fig. 7, die aus einem Lichtemissions-Element 117, einer
optischen Faser 118, einer ersten Linse 119, einem Glaskörper
120, einer zweiten Linse 121 und einem Lichtaufnahme-Element
122 besteht.
Die optische Faser 118 wird an ihrem vorderen Endabschnitt auf
der Mittelachse in einem Glasröhrchen 123 aufgenommen, wobei
die vordere Endoberfläche in einem Winkel von ca. 45° mit dem
Glasröhrchen 123 schräg abgeschliffen ist.
Die erste Linse 119 ist zwischen dem Lichtemissionselement 117
und der optischen Faser 118 angeordnet und sammelt das Licht
des Lichtemissionselementes 117, um es an die optische Faser
118 weiterzugeben.
Der Glaskörper 120 hat eine Oberfläche 120a gegenüber einer
Endfläche der ersten Linse 119, die im rechten Winkel zur
Mittelachse der optischen Faser 118 verankert ist, und eine
Oberfläche 120b, die in einem Winkel von ca. 45° relativ zur
Mittelachse der optischen Faser 118 verankert und mit einem
halbdurchlässigen Spiegel 124 beschichtet ist.
Die zweite Linse 121 sammelt das Licht von der optischen Faser
118, das an dem halbdurchlässigen Spiegel 124 reflektiert wird.
Eine Halterung 126, die das Glasröhrchen 123 und die
Außenbeschichtung 125 der optischen Faser 118 in ihrem hohlen
Inneren festhält, das Lichtemissionselement 117, die erste und
zweite Linse 119 und 121, das Lichtaufnahme-Element 122 und der
Glaskörper 120 sind in einem Gehäuse 127 aufgenommen.
Die ungeprüfte japanische Patentanmeldung mit der
Veröffentlichungsnummer 63-175539 zeigt gemäß Fig. 8 ein
weiteres System.
In diesem System tritt gemäß Fig. 8 das von einer
Lichtemissionsvorrichtung 129 einer Lichtemissions- und
Lichtaufnahmevorrichtung 128 emittierte Licht durch einen
halbdurchlässigen Spiegel 130, tritt dann in eine optische
Faser 131 ein und durchläuft diese, wird dann an einem
halbdurchlässigen Spiegel 133 einer Lichtemissions- und
Lichtaufnahmevorrichtung 132 reflektiert und tritt dann durch
ein Beugungsgitter 134 in eine Lichtaufnahmevorrichtung 135.
Auf die Beschreibung des Vorgangs der entgegengesetzten
Richtung wird verzichtet. Die Bezugsziffer 136 bezeichnet eine
Lichtaufnahmevorrichtung und 137 bezeichnet eine
Lichtemissionsvorrichtung.
In den obigen Systemen ergibt sich jedoch zwangsläufig ein
optischer Leistungsverlust, da sowohl die Lichtemissions- als
auch die Lichtaufnahmevorrichtung mit einem halbdurchlässigen
Spiegel als unerlässliche Komponente versehen sind. Mit anderen
Worten verringert sich die Lichtmenge beim Durchtritt (der
Reflexion) durch den halbdurchlässigen Spiegel um die Hälfte,
wenn Licht durch einen halbdurchlässigen Spiegel in optischen
Kommunikationssystemen tritt, was in dem oben erwähnten Verlust
resultiert.
Darüber hinaus ist es aufgrund des Aufbaus, in dem die
Lichtaufnahmevorrichtung das Licht aufnimmt, nachdem es an dem
halbdurchlässigen Spiegel reflektiert wurde, notwendig, dass
die Lichtaufnahmevorrichtung in einer zur Achse der optischen
Faser rechtwinkligen Position angeordnet ist, wodurch die
Lichtemissions- und Lichtaufnahmevorrichtung unvorteilhaft groß
wird.
Aufgabe der Erfindung ist es, die oben erwähnten Nachteile zu
eliminieren und eine Lichtemissions- und
Lichtaufnahmevorrichtung zu schaffen, die den optischen
Leistungsverlust reduziert und deren Größe verringert ist.
Um diese Aufgabe zu lösen, ist gemäß der Erfindung eine
Lichtemissions- und eine Lichtaufnahmevorrichtung vorgesehen,
die aufweist: eine optische Faser; ein
Lichtausbreitungselement, welches dem Licht ermöglicht, sich
durch dieses Element fortzupflanzen, und welches Element mit
einer Lichtemissionsvorrichtung versehen ist, die erste
elektrische Signale in erste optische Signale umwandelt; und
eine Lichtaufnahemvorrichtung, die zweite optische Signale
aufnimmt und in zweite elektrische Signale umwandelt, wobei die
Lichtaufnahmevorrichtung koaxial mit der optischen Faser
angeordnet ist, und das Lichtausbreitungselement zwischen einem
Ende der optischen Faser und der Lichtaufnahmevorrichtung
angeordnet ist, so dass die Lichtemissionsvorrichtung die
ersten optischen Signale in die optische Faser an deren Ende
emittiert, und dass das Lichtausbreitungselement die zweiten
optischen Signale von der optischen Faser aufnimmt und das
Licht an die Lichtaufnahmevorrichtung weiterführt.
In der obigen Lichtemissions- und Lichtaufnahmevorrichtung
läuft das sich durch die optische Faser fortgepflanzte Licht
aufgrund der Anordnung, in der das Lichtausbreitungselement mit
dem Lichtemissionselement zwischen einem Ende der optischen
Faser und der Lichtaufnahmevorrichtung angeordnet ist, durch
das Lichtausbreitungselement an die Lichtaufnahmevorrichtung,
und das von der Lichtemissionsvorrichtung emittierte Licht
läuft durch das Lichtausbreitungselement oder direkt in die
optische Faser.
Ohne einen halbdurchlässigen Spiegel, der als unerlässlicher
Bestandteil herkömmlicherweise verwendet wurde, wird das Licht
in der vorliegenden Vorrichtung von der optischen Faser
beispielsweise daran gehindert, sich zu halbieren, wodurch eine
bessere optische Kommunikation realisiert wird.
Darüber hinaus wird aufgrund der Anordnung, in der die
Lichtaufnahmevorrichtung koaxial mit der optischen Faser
angeordnet ist und die Lichtemissionsvorrichtung auf dem
Lichtausbreitungselement zwischen der Lichtaufnahmevorrichtung
und der optischen Faser vorgesehen ist, gegenüber einer
herkömmlichen Vorrichtung eine kompaktere Lichtemissions- und
Lichtaufnahmevorrichtung erhalten. Mit anderen Worten bedarf es
keiner Anordnung einer Hauptkomponente in einer Position mit
einer Richtung des von einem halbdurchlässigen Spiegel
reflektierten Lichtes oder einer Richtung die senkrecht
zur Achse der optischen Faser steht, weil kein
halbdurchlässiger Spiegel eingesetzt wird, der Licht
reflektiert, wodurch eine kompakte Lichtemissions- und
Lichtaufnahmevorrichtung erhalten wird.
Demzufolge wird ein optischer Leistungsverlust unterdrückt,
während eine kleinere Lichtemissions- und
Lichtaufnahmevorrichtung erhalten wird.
Es sei bemerkt, dass während einer Fortpflanzung des Lichts
durch das Lichtausbreitungselement an die
Lichtaufnahmevorrichtung ein Teil des Lichts durch die
Lichtemissionsvorrichtung behindert werden kann. Dem kann
jedoch begegnet werden, indem der Oberflächenbereich der
Lichtemissionsvorrichtung, der der optischen Faser zugewandt
ist, reduziert wird. Der Verlust kann auf diese Weise minimiert
werden und es werden dadurch keine Probleme entstehen.
Das Lichtausbreitungselement hat vorzugsweise einen darin
ausgebildeten Hohlraum, um die Lichtemissionsvorrichtung in
einer einstückigen Weise mit dem Lichtausbreitungselement zu
verbinden.
Auf diese Weise kann die Lichtemissionsvorrichtung im Voraus
vorbereitet werden und in einem separaten Prozess in
Übereinstimmung zur Form des Hohlraums in diesem befestigt und
einstückig mit dem Lichtausbreitungselement in dem Hohlraum
vereinigt werden.
Der Hohlraum ist vorzugsweise an einer derartigen Position
ausgebildet, dass er an einer Endfläche des
Lichtausbreitungselements gegenüber dem Ende der optischen
Faser offen ist.
Diese Anordnung ermöglicht dem Licht aus dem
Lichtausbreitungselement direkt in die optische Faser
einzutreten, während die Anzahl der Grenzflächen zwischen der
Lichtemissionsvorrichtung und dem Lichtausbreitungselement
reduziert ist.
Eine Endfläche der Lichtemissionsvorrichtung schließt
vorteilhafterweise mit der Endfläche des
Lichtausbreitungselementes bündig ab, wenn die
Lichtemissionsvorrichtung in dem Hohlraum angeordnet ist.
Das Lichtausbreitungselement hat vorteilhafterweise einen
Stufenabschnitt, der an einem Ende gegenüber dem Ende der
optischen Faser ausgebildet und zum Montieren der
Lichtemissionsvorrichtung auf eine einstückige Weise mit dem
Lichtausbreitungselement vorgesehen ist, wobei sich der
Stufenabschnitt in einer breiten Richtung quer über das
Lichtausbreitungselement erstreckt.
Diese Anordnung ermöglicht es, die Lichtemissionsvorrichtung im
Voraus in einem separaten Schritt gemäß der Form des
Stufenabschnitts vorzufertigen und sie einstückig mit dem
Lichtausbreitungselement durch Montieren derselben in dem
Hohlraum zu verbinden. Diese Anordnung erlaubt es ebenso, dass
das Licht der Lichtemissionsvorrichtung direkt in die optische
Faser eintritt, während die Anzahl der Grenzflächen zwischen
der Lichtemissionsvorrichtung und dem Lichtausbreitungselement
reduziert ist. Der Stufenabschnitt kann auf einfache Weise in
dem Lichtausbreitungselement ausgebildet werden.
Die Lichtemissionsvorrichtung umfasst vorzugsweise ein
Lichtausbreitungsteil mit demselben Brechungsindex entsprechend
dem Brechungsindex des Lichtausbreitungselementes.
Gemäß der Erfindung ist überdies eine optische Steckverbindung
vorgesehen, die eine Steckerbuchse und einen optischen Stecker
aufweist, wobei die Steckerbuchse ein Gehäuse und eine in dem
Gehäuse aufgenommene Lichtemissions- und
Lichtaufnahmevorrichtung aufweist, und der optische Stecker ein
Steckergehäuse und eine in dem Steckergehäuse aufgenommene
optische Faser aufweist, um an die Lichtemissions- und
Lichtaufnahmevorrichtung heran geführt zu werden, wenn die
Steckerbuchse und der optische Stecker zusammengesteckt werden,
wobei die Lichtemissions- und Lichtaufnahmevorrichtung
aufweist: ein Lichtausbreitungselement, das es dem Licht
ermöglicht, sich durch dieses Element fortzupflanzen, welches
Lichtausbreitungselement mit einer Lichtemissionsvorrichtung
versehen ist, das erste elektrische Signale in erste optische
Signale umwandelt; und eine Lichtaufnahmevorrichtung, die
zweite optische Signale aufnimmt und diese in zweite
elektrische Signale umwandelt, wobei die
Lichtaufnahmevorrichtung koaxial mit der optischen Faser
angeordnet ist und das Lichtausbreitungselement zwischen einem
Ende der optischen Faser und der Lichtaufnahmevorrichtung
angeordnet ist, so dass die Lichtemissionsvorrichtung die
ersten optischen Signale in die optische Faser an deren Ende
emittiert und so das Lichtausbreitungselement die zweiten
optischen Signale von der optischen Faser aufnimmt und sie
durch das Element ausbreiten läßt und an die
Lichtaufnahmevorrichtung führt.
Die Erfindung wird nun unter Bezug auf die beigefügte Zeichnung
näher erläutert. In dieser zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Lichtemissions- und
Lichtaufnahmevorrichtung gemäß einer Ausführungsform der
Erfindung;
Fig. 2 eine perspektivische Ansicht eines
Lichtausbreitungselementes gemäß Fig. 1 mit einer separat
aufgezeigten Lichtemissionsdiode;
Fig. 3 eine perspektivische Ansicht einer Variante des
Lichtausbreiungselementes von Fig. 2;
Fig. 4 einen Längsschnitt einer beispielhaften optischen
Steckverbindung mit einer Lichtemissions- und einer
Lichtaufnahmevorrichtung gemäß der Erfindung;
Fig. 5 ein Grundschaltbild eines herkömmlichen optischen
bidirektionalen Kommunikationssystems;
Fig. 6 eine schematische Darstellung einer herkömmlichen
Lichtemissions- und Lichtaufnahmevorrichtung mit den in Fig. 5
gezeigten Bestandteilen, die in einem einteiligen Aufbau
angeordnet sind;
Fig. 7 einen Schnitt einer weiteren beispielhaften
herkömmlichen Lichtemissions- und Lichtaufnahmevorrichtung mit
den in Fig. 5 gezeigten Bestandteilen, die in einem
einteiligen Aufbau angeordnet sind; und
Fig. 8 ein Grundschaltbild eines weiteren beispielhaften
herkömmlichen optischen bidirektionalen Kommunikationssystems.
In Fig. 1 bezeichnet die Bezugsziffer 11 eine Lichtemissions-
und Lichtaufnahmevorrichtung für optische bidirektionale
Kommunikationen für beispielsweise ein Fahrzeug. Die
Lichtemissions- und Lichtaufnahmevorrichtung 11 umfasst eine
bekannte optische Faser 12 mit einem Kern und einer
Ummantelung, ein Lichtausbreitungselement 14, das koaxial mit
der optischen Faser 12 angeordnet ist und an seinem vorderen
Ende mit einer Lichtemissionsvorrichtung in der Form einer
Lichtemissionsdiode 13 versehen ist, und eine
Lichtaufnahmevorrichtung in der Form einer Photodiode 15, die
koaxial zur optischen Faser 12 angeordnet ist und einer
rückwärtigen Endfläche 14b des Lichtausbreitungselements 14
gegenübersteht.
Das Lichtausbreitungselement 14 besteht aus einem transparenten
Glas oder synthetischen Harzmaterial, das für optische
Kommunikationen geeignet ist, und es hat eine rechteckige
Gestalt in Form eines Parallelepipeds gemäß Fig. 2 (Die Form
als solche ist nicht begrenzend auszulegen, da beispielsweise
ein zylindrisches Element mit demselben Durchmesser wie die
optische Faser 12 ebenso eingesetzt werden kann). Das
Lichtausbreitungselement 14 besteht aus einem Kern und einer
Ummantelung (nicht gezeigt), die jeweils denselben
Brechungsindex wie der Kern und die Ummantelung der optischen
Faser 12 aufweisen.
Das Lichtausbreitungselement 14 hat eine zu einer Endfläche 12a
(Fig. 1) der optischen Faser 12 parallele vordere Endfläche
14a, und einen Hohlraum 16, der zu der vorderen Endfläche 14a
offen ist, die zum Befestigen der Lichtemissionsdiode 13 derart
vorgesehen ist, dass das Licht der Lichtemissionsdiode 13
direkt in die optische Faser 12 eintritt.
Der Hohlraum 16 ist in der vorliegenden Ausführungsform auf
einer oberen Oberfläche (Fig. 2) des
Lichtausbreitungselementes 14 in der Mitte bezüglich seiner
breiten Richtung ausgebildet, mit einer Tiefe, die fast bis zur
Mittelachse des Lichtausbreitungselements 14 reicht. Der
Hohlraum 16 hat eine Gestalt, die in dem
Lichtausbreitungselement 14 auf einfache Weise ausgebildet
werden kann, ungeachtet dessen, ob letztere aus Glas oder einem
synthetischen Harz hergestellt ist.
Überdies ist es ebenso möglich, dass das
Lichtausbreitungselement 14 vollständig aus Glas oder
synthetischem Harz mit demselben Brechungsindex wie der Kern
der optischen Faser 12 hergestellt ist, und über den
Außenumfang, dass heißt auf seinen vier Hauptwänden, mit einem
Material beschichtet ist, das denselben Brechungsindex wie das
Ummantelungsmaterial der optischen Faser 12 hat.
Es ist ebenso möglich, den Hohlraum 16 mit einer größeren Tiefe
auszubilden, um den später beschriebenen Lichtemissionsteil 13a
der Lichtemissionsdiode 13 auf der Mittelachse anzuordnen, und
den Hohlraum 16 in der Mitte der Längsrichtung der optischen
Faser 12 auszubilden. Überdies kann die Endfläche 12a der
optischen Faser 12 mit einem antireflektiven Material
beschichtet sein.
Die Lichtemissionsdiode 13 umfasst den Lichtemissionsteil 13a
mit einer zu der vorderen Endfläche 14a des
Lichtsausbreitungselements 14 parallelen
Lichtemissionsoberfläche, einer mit dem Lichtemissionsteil 13a
ausgeführten Elektrode 13b, eine mit dem Lichtemissionsteil 13a
verbundene Lichtelektrode 13c und ein würfelförmiges
Lichtausbreitungsteil 13d, in dem diese Komponenten zusammen
gepackt sind, wobei die Elektroden 13b und 13c nach außen
hervorstehen. Die vordere Endfläche des Lichtausbreitungsteils
13d schließt bündig mit der vorderen Endfläche 14a des
Lichtausbreitungselementes 14 ab. Die Lichtemissionsdiode 13
ist in dem Hohlraum 16 mit einem Haftmittel fixiert, wie
beispielsweise einem Acrylharz oder Epoxydharz mit demselben
oder näherungsweise demselben Brechungsindex wieder
Lichtausbreitungsteil 13d und das Lichtausbreitungselement 14.
Der Lichtausbreitungsteil 13d ist aus demselben Material
gefertigt und besitzt denselben Brechungsindex wie das
Lichtausbreitungselement 14. (Es ist ebenso möglich, dass der
Lichtausbreitungsteil 13d einen Kern und einen
Ummantelungsaufbau umfasst oder auf der Oberfläche mit den
hervorstehenden Elektroden 13b und 13c mit einem Material
beschichtet ist, das denselben Brechungsindex wie die
Ummantelung der optischen Faser 12 hat)
Die Fotodiode 15 ist mit einem Lichtaufnahmeteil 15a und einem
nicht gezeigten Lichtaufnahme-Element gefertigt, das
innenseitig des Lichtaufnahmeteils 14a in derselben Weise wie
das Lichtausbreitungsteil 13d angeordnet ist. Mit den
Bezugsziffern 15b und 15c sind Elektroden bezeichnet, die an
das obige Lichtaufnahme-Element angeschlossen sind. Obwohl in
der vorliegenden Ausführungform die Diode 13 und die Fotodiode
15 als die Lichtemissions- und die Lichtaufnahmevorrichtung
eingesetzt sind, ist die Lichtemissions- und die
Lichtaufnahmevorrichtung nicht auf diese begrenzt, insofern
diese zum Umwandeln elektrischer Signale in optische Signale
und zum Umwandeln von optischen Signalen in elektrische Signale
fähig sind.
Es wird nun die Arbeitsweise der Lichtemissions- und
Lichtaufnahmevorrichtung 11 der obigen Konstruktion
beschrieben.
Das Licht, das sich durch die optische Faser 12 fortgepflanzt
hat, tritt an deren Endfläche 12a aus und tritt in das
Lichtausbreitungselement 14 an der vorderen Endfläche 14a ein.
Das Licht läuft dann unter wiederholter Totalreflexion
innerhalb des Lichtausbreitungselements 14 an die rückwärtige
Endfläche 14b und verläßt das Lichtausbreitungselement an der
rückwärtigen Endfläche 14b, um in das nicht gezeigte
Lichtaufnahme-Element durch das Lichtaufnahmeteil 15a der
Fotodiode 15 einzutreten. Es ist zu beachten, dass obwohl das
Lichtemissionsteil 13a und die Elektroden 13b und 13c, die in
den Lichtausbreitungselement 14 angeordnet sind, einen Teil des
Lichtes während seiner Ausbreitung durch das
Lichtausbreitungselement 14 behindern, dieser Anteil
vernachlässigbar ist, da sie das Licht nur in einem sehr
kleinen Bereich behindern.
Andererseits läuft das vom Lichtemissionsteil 13a der
Lichtemissionsdiode 13 emittierte Licht durch das
Lichtausbreitungsteil 13d und tritt in die optische Faser 12 an
der Endfläche der Faser 12 ein, um sich an eine nicht gezeigte
gekoppelte Lichtemissions- und Lichtaufnahmevorrichtung
fortzupflanzen.
Wie das mit Bezug auf die Fig. 1 und 2 oben beschrieben
wurde, läuft das Licht von der optischen Faser 12 durch das
Lichtausbreitungselement 14, um in die Fotodiode 15
einzutreten, weil das Lichtausbreitungselement 14, das mit der
Lichtemissionsdiode 13 als die Lichtemissionsvorrichtung
vorgesehen ist und ermöglicht, dass sich das Licht an die
Fotodiode 15 als die Lichtaufnahmevorrichtung ausbreitet,
zwischen der Endfläche 12a und der optischen Faser 12 und der
Fotodiode 15 angeordnet ist, die koaxial mit der optischen
Faser 12 angeordnet ist, und das Licht von der
Lichtemissionsdiode 13, die in dem Lichtausbreitungselement 14
vorgesehen ist, tritt direkt in die optische Faser 12, mit dem
Ergebnis, dass fast kein optischer Leistungsverlust auftritt.
Darüber hinaus sind aufgrund der Anordnung, in der keine
Hauptbestandteile in einer zur Achse der optischen Faser 12
senkrechten Position angeordnet sind, die Lichtemissions- und
Lichtaufnahmevorrichtung 11 kleiner als herkömmliche
Vorrichtungen.
Folglich wird eine Lichtemissions- und Lichtaufnahmevorrichtung
erhalten, die den optischen Leistungsverlust reduziert und die
kleiner ist.
Eine Variante des Lichtausbreitungselementes 14 gemäß Fig. 2
wird nun mit Bezug auf Fig. 3 beschrieben.
In Fig. 3 besteht ein Lichtausbreitungselement 17 aus
demselben Material wie das Lichtausbreitungselement 14 (Fig.
1), um denselben Brechungsindex aufzuweisen. Das
Lichtausbreitungselement 17 ist an seinem vorderen Ende mit
einem Stufenabschnitt 19 ausgebildet, der sich in einer breiten
Richtung quer über das Lichtausbreitungselement erstreckt und
auf dem die Lichtemissionsvorrichtung in der Form einer
Lichtemissionsdiode befestigt und fixiert ist.
Die Lichtemissionsdiode 18 umfasst einen Lichtemissionsteil 18a
mit einer Lichtemissionsoberfläche, die mit der vorderen
Endfläche 17a des Lichtausbreitungselementes 17 bündig
abschließt, eine Elektrode 18b, die mit dem Lichtemissionsteil
18a ausgeführt ist, eine Elektrode 18c die an das
Lichtemissionsteil 18a angeschlossen ist, und einen
würfelförmigen Lichtausbreitungsteil 13d, der diese
Bestandteile vereint, wobei die Elektroden 18b und 18c
hervorstehen. Dieselbe Arbeitsweise und Wirkung kann gemäß der
oben erwähnten Konstruktion mit dem Lichtausbreitungsteil 13d
erhalten werden.
Ein konkretes Beispiel einer optischen Steckverbindung, die
eine Lichtemissions- und Lichtaufnahmevorrichtung der Erfindung
miteinschließt, wird nun mit Bezug auf die Fig. 4 beschrieben.
In Fig. 4 bezeichnet die Bezugsziffer 21 eine optische
Steckverbindung mit einer Lichtemissions- und
Lichtaufnahmevorrichtung, die eine Steckerbuchse 22 und einen
Stecker 23 aufweist. Die Steckerbuchse 22 hat ein rechteckiges
Anschlussgehäuse 24, das nach vorne und nach hinten geöffnet
ist, und der optische Stecker 23 ist in einen Einpassabschnitt
28 an dem vorderen offenen Ende des Anschlussgehäuses 24
einsteckbar. An dem rückwärtigen offenen Ende des
Anschlussgehäuses 24 sind eine Buchse 25, eine
Lichtaufnahmevorrichtung in der Form eines Aufnahmemoduls 26
und eine Kappe 27 in Reihenfolge eingepasst. Auf seiner oberen
Wand in Richtung des vorderen Endes hat das Anschlussgehäuse 24
einen Verschlußabschnitt 29 zum Verriegeln des später
beschriebenen Riegelarmes 42 des optischen Steckers 23.
Der Riegelabschnitt 29 erhebt sich von der oberen Wand des
Anschlussgehäuses 24 mit einem U-förmigen Querschnitt und ist
mit einem rechteckigen Verriegelungsloch 29a versehen, damit
ein Verriegelungsvorsprung 42a des Riegelarmes 42 eingreifen
kann.
Das Anschlussgehäuse 24 ist innenseitig an dem rückwärtigen
Ende mit einer Aufnahmekammer 30 für das Aufnahmemodul 26
ausgebildet, und Öffnungen 24a, 24b sind in der jeweiligen
oberen und unteren Wand des Anschlussgehäuses 24 ausgebildet,
die mit der Aufnahmekammer 30 in Verbindung stehen.
Verriegelungsvorsprünge 27a, 27b, die an dem oberen und unteren
Rand der Kappe 27 vorgesehen sind, greifen verriegelnd in die
Öffnungen 24a, 24b ein und eine Elektrode 26a des
Aufnahmemoduls 26 und eine Elektrode 33a der nachfolgend
beschriebenen Lichtemissionsdiode 33 erstrecken sich nach außen
über die Öffnung 24b.
Überdies ist das Anschlussgehäuse 24 innenseitig an dessen
halber Länge mit einem zylindrischen Aufnehmer 31 versehen, der
sich von dem Einpassabschnitt 28 der Aufnahmekammer 30
erstreckt. Der zylindrische Aufnehmer 31 erstreckt sich
längsseits, um an seiner Vorderseite in den Einpassabschnitt 28
hervorzustehen, und er ist einstückig mit dem Anschlussgehäuse
24 ausgebildet. Der zylindrische Aufnehmer 31 hat innenseitig
einen vorwärtigen Abschnitt mit geringem Durchmesser und einen
rückwärtigen Abschnitt mit großem Durchmesser mit einer
dazwischen ausgebildeten Schulter, um jeweils eine später
beschriebene Rundbuchse 35 des optischen Steckers 23 und die
Buchse 25 aufzunehmen. Die Buchse wird in den Abschnitt mit dem
großen Durchmesser durch die Aufnahmekammer 30 eingesetzt, bis
sie an die Schulter anstößt, wobei die Buchse 25 in ihrer
Position angeordnet ist. Der zylindrische Aufnehmer 31 ist
innenseitig an seinem Abschnitt mit dem kleinen Durchmesser mit
nicht gezeigten beispielsweise vier kleinen Vorsprüngen in
gleichen Abständen zum Halten der Buchse 25 versehen.
Die Buchse 25 ist von zylindrischer Säulengestalt und enthält
ein Lichtausbreitungsteil 32, das aus einem Kern und aus einer
Ummantelung besteht, eine gepackte Lichtemissionsdiode 33 als
Lichtemissionsvorrichtung, die in einem Hohlraum fixiert ist,
der in dem Lichtausbreitungsteil 32 ausgebildet ist und an
seiner vorderen Endfläche offen ist, eine zylindrische
Halterung 34, die so vorgesehen ist, dass sie das
Lichtausbreitungsteil 32 am Kreisumfang mit einem entfernten,
d. h. abgenommenen Abschnitt für die Lichtemissionsdiode 33
umschließt. 33b bezeichnet das Lichtemissionsteil der
Lichtaufnahmediode 33.
Das Material und der Aufbau des Lichtausbreitungsteils 32 und
der Lichtemissionsdiode 33 sind dieselben wie für das oben
beschriebene Lichtausbreitungselement 14, und die
Lichtemissionsdiode 13 und die Halterung 34 bestehen aus einem
metallischen Material. Die numerische Apertur des
Lichtausbreitungsteiles 32 ist größer oder gleich der
numerischen Apertur der nachfolgend beschriebenen optischen
Faser 38.
Das Aufnahmemodul 26 ist wie die Lichtemissionsdiode 33 in
gepackter Form vorgesehen und besitzt eine Einpassvertiefung
26b in der Mitte für die Buchse 25. In der Nähe der
Einpassvertiefung 26b ist ein Lichtaufnahme-Element 26c
eingebettet, das im Wesentlichen denselben Durchmesser wie das
Lichtausbreitungsteil 32 hat.
Die Kappe 27 ist an ihrer Innenseite mit zwei Vorsprüngen 27b
versehen, die auf das Aufnahmemodul 26 drücken.
Zum anderen umfasst der optische Stecker 23 die
Rundkontakteinheit 35, ein Steckergehäuse 36 und eine
Federkappe 37 und die Rundkontakteinheit 35 umfasst die
optische Faser 38, einen an das vordere Ende der optischen
Faser 38 befestigten Rundkontaktstift 39 und eine Feder 40.
Die optische Faser 38 ist als solche bekannt und umfasst ein
Lichtausbreitungsteil (nicht gezeigt), das aus einem Kern
(nicht gezeigt) und aus einer Ummantelung (nicht gezeigt) mit
kleinerem Brechungsindex als der Kern besteht, und eine
Erstbeschichtung (nicht gezeigt) und eine Zweitbeschichtung
38a, die das Lichtausbreitungsteil überdeckt. An dem
Rundkontaktstift 39 ist die optische Faser 38 an ihrem
Vorderende befestigt, wo die erste und zweite Beschichtung
abgemantelt sind. Die numerische Apertur der optischen Faser 38
beträgt in der vorliegenden Ausführungsform 0,5, wobei dieser
Wert ein nur Beispiel darstellt und nicht begrenzend auszulegen
ist. Überdies ist die optische Faser 38 in der vorliegenden
Ausführungsform eine optische Faser aus Kunststoff.
Der Rundkontaktstift 39 hat zylindrische Abschnitte 39a und 39b
mit jeweils kleinem und großem Durchmesser, wobei ersterer zur
Aufnahme des Lichtausbreitungsteiles (nicht gezeigt) der
optischen Faser 38 und letzterer zur Aufnahme des mit der
ersten Beschichtung überdeckten Abschnittes (nicht gezeigt) der
optischen Faser vorgesehen ist. Der Rundkontaktstift 39 und die
optische Faser 38 sind mit einem Haftmittel oder dergleichen
zueinander fixiert, um ein Herausgleiten der optischen Faser 38
aus dem Rundkontaktstift 39 zu verhindern.
Der Abschnitt 39b mit großem Durchmesser ist außerhalb mit zwei
Kreisumfangsflanschen 39c versehen und eine Feder 40 ist
zwischen dem rückwärtigen Flansch 39c und der Federkappe 37
angeordnet.
Das Steckergehäuse 36 des optischen Steckers 23 ist ein
rechtwinkliges Gehäuse mit einer hohlen Aufnahmekammer 41, die
darin zum Aufnehmen der Rundkontakteinheit ausgebildet und an
ihrer oberen Wand an dem vorderen Ende mit dem Riegelarm 42
versehen ist, der einen Verriegelungsvorsprung 42a hat, der in
das Verriegelungsloch 29a der Steckerbuchse 22 eingreift. Durch
Herabdrücken eines rückwärtigen Endes des Verriegelungsarms 42
kann der optische Stecker 23 in die Steckerbuchse 22
eingesteckt werden.
Die Federkappe 37 passt über das Steckergehäuse 36 und weist
Schutzwände 43 auf, die von seiner Oberwand (nur eine ist
dargestellt) nach oben abstehen, um den Verriegelungsarm 42
dazwischen zu schützen. Die Feder 40 stößt gegen eine Innenwand
der Federkappe 37. Die Federkappe 37 ist innenseitig an ihrer
halben Länge mit einer bekannten Verriegelungsvorrichtung, wie
beispielsweise einem Verriegelungsvorsprung (nicht gezeigt),
zum Verhindern eines Herausgleitens des Steckergehäuses 36
versehen.
Der optische Stecker 23 wird durch Anordnen der
Rundkontakteinheit 35 in das Steckergehäuse 36 und dann durch
Einpassen der Federkappe 37 über das Steckergehäuse 36
zusammengesetzt. Die Feder 40 treibt die Rundkontakteinheit 45
vor und ein innerhalb der Aufnahmekammer 41 ausgebildeter
Anschlag 44 hält die Rundkontakteinheit 35 innerhalb der
Aufnahmekammer.
Mit der oben aufgezeigten Konstruktion bewegt sich der
zylindrische Aufnehmer 31 in das Steckergehäuse 36, wenn der
optische Stecker 23 in die Steckerbuchse 22 eingepasst wird, so
dass der Abschnitt 39a der Rundkontakteinheit 35 mit dem
kleinen Durchmesser sich in den zylindrischen Aufnehmer 31
bewegt und der Abschnitt 39b der Rundkontakteinheit 35 mit dem
großen Durchmesser mit einem durch die Feder 40 verursachten
zweckdienlichen Kontaktdruck gegen das Ende des zylindrischen
Aufnehmers 31 anstößt.
In diesem Zustand sind die Rundkontakteinheit 35 und die Buchse
25 genauso wie das Aufnahmemodul 26 und die Buchse 25
Ende-an-Ende mit einem minimalen, dazwischenliegenden
Zwischenraum angeordnet.
Um nun den Vorgang zu beschreiben, durchläuft das Licht die
optische Faser 38, tritt an dem vorderen Ende der optischen
Faser 38 aus, um in das Lichtausbreitungsteil 32 der Buchse 25
einzutreten. Das Licht pflanzt sich dann unter wiederholter
Totalreflexion innerhalb des Lichtausbreitungsteiles 32 an
dessen rückwärtige Endfläche fort, wo es das
Lichtausbreitungsteil 32 verläßt und in das
Lichtaufnahme-Element 26c des Aufnahmemoduls 26 eintritt.
Andererseits tritt das aus dem Lichtemissionsteil 32b der
Lichtemissionsdiode 33 emittierte Licht direkt in die optische
Faser 38 an dem dazu gegenüberliegenden Ende ein und pflanzt
sich durch eine nicht gezeigte angekoppelte Lichtemissions- und
Lichtaufnahmevorrichtung fort.
Die derart konstruierte optische Steckverbindung 21 unterdrückt
demzufolge einen optischen Leistungsverlust und ist in ihrer
Größe kompakt.
Claims (7)
1. Lichtemissions- und Lichtaufnahmevorrichtung, umfassend:
- - eine optische Faser (12, 38);
- - ein Lichtausbreitungselement (14), das es dem Licht ermöglicht, sich hindurch fortzupflanzen und das mit einer Lichtemissionsvorrichtung versehen ist, wobei die Lichtemissionsvorrichtung erste elektrische Signale in erste optische Signale umwandelt; und
- - eine Lichtaufnahmevorrichtung, die zweite optische Signale aufnimmt und diese zweiten optischen Signale in zweite elektrische Signale umwandelt, wobei die Lichtaufnahmevorrichtung koaxial mit der optischen Faser (12, 38) angeordnet ist, und wobei das Lichtausbreitungselement (14) zwischen einem Ende der optischen Faser (12, 38) und der Lichtaufnahmevorrichtung angeordnet ist, so dass die Lichtemissionsvorrichtung diese ersten optischen Signale in die optische Faser an diesem Ende emittiert, und dass das Lichtausbreitungselement (14) diese zweiten optischen Signale von der optischen Faser aufnimmt und hierdurch an die Lichtaufnahmevorrichtung weiterführt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
wobei das Lichtausbreitungselement (14) einen Hohlraum (16)
aufweist, der darin zum Befestigen der
Lichtemissionsvorrichtung in einer integralen Weise mit dem
Lichtausbreitungselement (14) ausgebildet ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2,
wobei der Hohlraum (16) in einer derartigen Position
ausgebildet ist, dass er an einer Endfläche (14a) des
Lichtausbreitungselements (14) gegenüber dem Ende (12a) der
optischen Faser (12) offen ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3,
wobei die Lichtemissionsvorrichtung eine Endfläche hat, die mit
der Endfläche des Lichtausbreitungselements (14) bündig
abschließt, wenn die Lichtemissionsvorrichtung in dem Hohlraum
(16) angeordnet ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1,
wobei das Lichtausbreitungselement (14) an einem seiner Enden
gegenüber dem Ende der optischen Faser (12, 38) einen
Stufenabschnitt (19) zum Befestigen der
Lichtemissionsvorrichtung in einer integralen Weise mit dem
Lichtausbreitungselement aufweist, wobei sich der
Stufenabschnitt in der Breiten-Richtung quer über das
Lichtausbreitungselement erstreckt.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1,
wobei die Lichtemissionsvorrichtung ein Lichtausbreitungsteil
(13d, 32) aufweist, das denselben Brechungsindex wie das
Lichtausbreitungselement (14) hat.
7. Optischer Steckverbinder mit einer Steckerbuchse (22) und
einem optischen Stecker, wobei die Steckerbuchse ein Gehäuse
(24) und eine in dem Gehäuse aufgenommene Lichtemissions- und
Lichtaufnahmevorrichtung aufweist, und der optische Stecker ein
Steckergehäuse (36) und eine in dem Steckergehäuse aufgenommene
optische Faser (12, 38) aufweist, um an die Lichtemissions- und
Lichtaufnahmevorrichtung heran geführt zu werden, wenn die
Steckerbuchse und der optische Stecker zusammengesteckt werden,
wobei die Lichtemissions- und Lichtaufnahmevorrichtung
aufweist:
- - ein Lichtausbreitungselement, das es dem Licht ermöglicht, sich hierdurch fortzupflanzen und das mit einer Lichtemissionsvorrichtung versehen ist, wobei die Lichtemissionsvorrichtung erste elektrische Signale in erste optische Signale umwandelt; und
- - eine Lichtaufnahmevorrichtung, die zweite optische Signale aufnimmt und diese in zweite elektrische Signale umwandelt, wobei die Lichtaufnahmevorrichtung koaxial zur optischen Faser (12, 38) angeordnet ist, wobei das Lichtausbreitungselement (14) zwischen einem Ende der optischen Faser und der Lichtaufnahmevorrichtung angeordnet ist, so dass die Lichtemissionsvorrichtung diese ersten optischen Signale in die optische Faser an diesem Ende emittiert, und dass das Lichtausbreitungselement (14) diese zweiten optischen Signale von der optischen Faser aufnimmt und diese an die Lichtaufnahmevorrichtung weiterführt.
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