DE19542223C1 - Optische Kopplungsanordnung - Google Patents

Description

Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der optischen Kopplungs­ technik und bezieht sich auf die optische Kopplung elektroop­ tischer Bauelemente mit lösbar oder unlösbar anzukoppelnden Kopplungspartnern, insbesondere in Form von in Steckern auf­ genommenen Lichtwellenleiterenden.

Die Erfindung betrifft eine optische Kopplungsanordnung mit einem Kopplungskörper mit einer Aufnahmekammer für ein elek­ trooptisches Bauelement und mit einem in die Aufnahmekammer mündenden axialen Anschluß für einen Kopplungspartner, auf den das elektrooptische Bauelement durch axialspielfreie Ra­ dialverschiebung ausrichtbar ist.

Bei der Herstellung derartiger Kopplungsanordnungen macht die vorzunehmende dreidimensionale Ausrichtung des elektroopti­ schen Bauelements auf den Kopplungspartner erhebliche Proble­ me. Unter elektrooptischen Bauelementen wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung insbesondere ein Sendeelement (Sende­ diode) oder ein Empfangselement (Fotodiode) verstanden. Mit der X-Y-Ebene wird üblicherweise und nachfolgend die senk­ recht zur mit Z-Richtung bezeichneten optischen Achse oder Strahlachse des Bauelements liegende Ebene bezeichnet. Um ei­ nen hohen Kopplungswirkungsgrad zu erreichen, ist insbesonde­ re die besonders kritische Justage in der X-Y-Ebene mit gro­ ßer Sorgfalt und entsprechendem Aufwand vorzunehmen. Zur Ju­ stage wird (bei einem elektrooptischen Sender) das Bauelement zur Lichtaussendung angesteuert und die Intensität des in den Kopplungspartner eingekoppelten Signals gemessen. Entspre­ chend wird bei einem Empfänger-Bauelement die Intensität des Signals gemessen, das von dem Kopplungspartner austretend das elektrooptische Bauelement beaufschlagt (aktive Justage). Das Bauelement wird dabei mit einem Mikromanipulator dreidimen­ sional verschoben und in der Position maximaler Signalinten­ sität beispielsweise durch Kleberverguß fixiert. Eine Fixie­ rungsalternative besteht darin, das Bauelement an dem Kopp­ lungskörper durch Verschweißen zu fixieren. Bei diesen Justa­ geprinzipien gehen Justage- und Fixierungsvorgang ineinander über; eine von der Fertigungsplanung und den Taktzeiten her wünschenswerte Trennung der Vorgänge ist nicht möglich.

Im Zusammenhang mit dieser Problematik ist bei einer aus der DE-30 07 803 C2 bekannten Kopplungsanordnung der eingangs ge­ nannten Art ein Kopplungskörper mit einer Aufnahmekammer vor­ gesehen, die ein elektrooptisches Bauelement aufnimmt. Zum Anschluß eines Lichtwellenleiterssteckerstifts weist der Kopplungskörper an seinem der Aufnahmekammer gegenüberliegen­ den Ende einen hohlzylindrischen Gehäuseansatz auf, der in die Aufnahmekammer mündet. Das Bauelement ist mit seiner dem Gehäuseansatz zugewandten Stirnfläche gegen eine senkrecht zur Z-Richtung verlaufende Anschlagwand der Aufnahmekammer gepreßt. Die dazu notwendige Pressung wird durch eine Druck­ feder erzeugt, die sich an einer ersten, am rückwärtigen Auf­ nahmekammerende fixierte Scheibe abstützt und eine zweite, an dem kopplungspartnerfernen Boden des Bauelements anliegende Scheibe beaufschlagt. Dadurch werden zwischen der Bauele­ mentstirnfläche und der Anschlagwand erhöhte Reibungskräfte erzeugt, bei deren Übewindung das elektrooptische Bauelement axialspielfrei radialverschieblich ist. Zur Erzeugung der er­ wünschten erhöhten Reibungskräfte ist eine Vielzahl von ein­ zeln zu handhabenden und zu montierenden Zusatzteilen erfor­ derlich; insbesondere die Handhabung der Feder ist ferti­ gungstechnisch aufwendig.

Die Aufgabe der Erfindung besteht daher in der Schaffung ei­ ner optischen Kopplungsanordnung, die mit einer äußerst ge­ ringen Zahl von Einzelteilen zu Justagezwecken eine wider­ standskraftbewehrte Radialverschieblichkeit des Bauelementes in der Aufnahmekammer ermöglicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer optischen Kopp­ lungsanordnung der eingangs genannten Art gelöst durch einen in die Aufnahmekammer eingesetzten Justierkörper mit einer Öffnung für das elektrooptische Bauelement, wobei der Ju­ stierkörper gegenüber der Aufnahmekammer in radialer Dimensi­ on Spiel und in axialer Dimension ein Übermaß aufweist, so daß der Justierkörper unter axialer Vorspannung im Preßsitz in der Aufnahmekammer radialverschieblich ist. Die erfin­ dungsgemäße Kopplungsanordnung bewahrt den Vorteil der mögli­ chen zeitlichen und räumlichen Trennung der Justage- und Fi­ xierungsschritte mit dem Justierkörper als einem einzigen preiswerten und einfach zu handhabenden Zusatzteil. Der Ju­ stierkörper ist nach Einbringung in die Aufnahmekammer soweit vorgespannt, daß nur bei Aufwendung ausreichender Radialkräf­ te eine Verschiebung in X-Y-Ebene möglich ist. Diese Ver­ schieblichkeit reicht jedoch aus, um im Rahmen der aktiven Justage das Bauelement optimal zu positionieren. Eine unmit­ telbare Fixierung des Bauelementes ist dagegen nicht notwen­ dig, weil durch die axiale Vorspannung derart hohe Reibungs­ kräfte erzeugt werden, daß ein unbeabsichtigtes Verschieben des Bauelementes aus seiner optimalen Position nicht zu be­ fürchten ist. Die Fixierung des Bauelements in seiner optima­ len Position erfolgt außerhalb der Justagevorrichtung vor­ zugsweise durch Verkleben des Justierkörpers und des Bauele­ mentes in der Aufnahmekammer des Kopplungskörpers. Bei ent­ sprechender Materialgestaltung kann auch eine Verschweißung erfolgen.

Eine konstruktiv bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß die Aufnahmekammer einen annähernd C-förmigen Quer­ schnitt aufweist, wobei die freien Arme der C-Form die Boden­ seite des Justierkörpers umgreifen.

Eine im Hinblick auf die Justage des Bauelementes in Z-Richtung bevorzugte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß die Öffnung bezüglich des Querschnitts des elektroopti­ schen Bauelements im Untermaß ausgebildet ist, so daß das elektrooptische Bauelement in die Öffnung einpreßbar ist. Da­ durch ist eine einfache Justage in Z-Richtung durch Variation der Einpreßtiefe möglich. Besonders bevorzugt kann die Öff­ nung mit einer Innenrändelung versehen sein.

Um bei der X-Y-Justage möglicherweise auftretende ruckartige Bewegungsabläufe (sog. "stick-slip-Effekt") zu vermeiden, sind bevorzugt korrespondierende Reibungsflächen mit einzel­ nen Erhebungen versehen. Eine fertigungstechnisch besonders bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht diesbezüglich vor, daß zumindest die Bodenseite des Justierkörpers einzelne Erhebungen aufweist.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand einer Zeichnung näher erläutert; es zeigen in vergrößerter Darstellung:

Fig. 1 einen Schnitt durch eine Kopplungsanordnung und

Fig. 2 eine Aufsicht der Kopplungsanordnung gemäß Fig. 1.

Die in den Fig. 1 und 2 gezeigte Kopplungsanordnung umfaßt einen Kopplungskörper 1 mit einem ersten flanschartig ausge­ bildeten Ende 3 und einem zweiten Ende 5, das als hohlzylin­ drische Anschlußbuchse 6 zur Aufnahme eines Lichtwellenlei­ tersteckers 7 ausgebildet ist. In einer zentrischen Bohrung des Steckers 7 ist ein Kopplungspartner in Form eines Licht­ wellenleiterendes 8 festgelegt. Der Steckerstift 7 ist zur Ankopplung des Lichtwellenleiterendes 8 an die optisch wirk­ same Fläche 10 eines elektrooptischen Bauelementes 11 mit elektrischen Anschlüssen 12 in die Buchse 6 in axialer Rich­ tung Z einführbar. Unter optisch wirksamer Fläche 10 ist bei einem als Sender ausgebildeten Bauelement die Abstrahlfläche bzw. bei einem als Empfänger ausgebildeten Bauelement die Lichteintrittsfläche gemeint. Diese Fläche kann in an sich bekannter Weise von einem optischen Fenster oder zur Strahl­ fokussierung von einem Linsenkörper bedeckt sein.

Das flanschartige Ende 3 weist einen als Aufnahmekammer 14 dienenden schlitzartigen Hohlraum auf. Wie die Zusammenschau der Fig. 1 und 2 verdeutlicht, ist der Hohlraum durch eine in X-Y-Ebene verlaufende, im Querschnitt (X-Z-Ebene) recht­ eckige Ausnehmung gebildet. Die Ausnehmung ist auf ihrer kopp­ lungspartnernahen Seite 16 von einer ersten Gleitfläche 18 begrenzt, die in axialer (Z-Richtung) von einer zentrischen Bohrung 19 zur Bildung eines Lichtpfades zwischen dem Bauele­ ment und der Anschlußbuchse 6 durchdrungen ist. Eine kopp­ lungsteilferne Gleitebene 20 ist von einer rachenartigen Hin­ tergreifung 21, 22 des Kopplungskörpermaterials 23 gebildet. Im Querschnitt weist die Aufnahmekammer 14 eine annähernd C-förmige Gestalt auf.

In die Aufnahmekammer 14 ist von einer offenen Seite 25 ein separates Halteteil in Form eines scheibenförmigen Justier­ körpers 30 eingeschoben. Der Justierkörper ist in seiner Dicke im Übermaß d, d. h. größer dimensioniert als die entspre­ chende axiale Weite D der Aufnahmekammer 14. Das Übermaß des Justierkörpers ist dabei derart gewählt, daß er unter axialer Vorspannung in der Aufnahmekammer gehalten und entgegen der durch die Vorspannung erzeugten Reibungskräfte widerstandsbe­ wehrt gegenüber den Gleitebenen 18, 20 in radialer Richtung (in X-Y-Ebene) verschieblich ist. Dazu ist der Justierkörper 30 in radialer Richtung im erheblichen Untermaß dimensio­ niert, so daß zu den Querwänden 32, 33 der Aufnahmekammer 14 jeweils für die Radialverschiebung ausreichende Spalte 35, 36 bestehen. Der Justierkörper 30 weist an seiner rückwärtigen, dem Kopplungspartner 8 abgewandten Bodenseite 38 einzelne buckelartige Erhebungen 39 auf. Eine zentrische Durchgangs­ öffnung 40 hat einen kreisringförmigen Querschnitt und weist eine Innenrändelung oder axial verlaufende Rippen 42 auf.

Bei der Montage wird zunächst der Justierkörper 30 von der Seite 25 her in die Aufnahmekammer 14 soweit eingeschoben, bis die Durchgangsöffnung 40 rückwärtig vollständig zugäng­ lich ist. Anschließend wird das Bauelement 11 in axialer Richtung (Z) eingepreßt. Durch das Übermaß des Bauelements 11 in bezug auf die Durchgangsöffnung 40 ergibt sich damit ein für Handhabungszwecke und den weiteren Justagevorgang ausrei­ chend fester Preßsitz des Bauelements 11. Anschließend wird in aktiver Justage der Justierkörper 30 in X-Y-Ebene solange verschoben, bis ein an einem Signalintensitätsmaximum erkenn­ barer optimaler Kopplungswirkungsgrad in der X-Y-Ebene einge­ stellt ist. Durch die axiale Vorspannung aufgrund der Überdi­ mensionierung des Justierkörpers (d) in bezug auf die Aufnah­ mekammer (D) ist die Radialverschieblichkeit soweit er­ schwert, daß bei nachfolgenden Handhabungen eine Positions­ veränderung des Justierkörpers und damit des Bauelementes zu­ verlässig verhindert ist. Durch die Erhebungen 39 ist eine gleichmäßige Justierbewegung ermöglicht; sog. "stick-slip-Effekte" werden vermieden. Ergänzend und/oder anschließend kann das Bauelement 11 in der - weniger kritischen - Z-Rich­ tung feinpositioniert werden. Nach erfolgter Positionie­ rung kann die Kopplungsanordnung zur weiteren Fertigung be­ wegt und transportiert werden und das Bauelement an einem von dem Justageort räumlich getrennten Arbeitsplatz endgültig fi­ xiert werden; dies kann durch Verschweißung, Verklebung oder Verguß der beteiligten Bauelemente 3, 11, 34 erfolgen. Erfin­ dungsgemäß ist mit wenigen preiswerten, einfach herstellbaren und handhabbaren Einzelteilen eine Kopplungsanordnung ge­ schaffen, die sich durch eine hohe Genauigkeit und einen ho­ hen erzielbaren Kopplungswirkungsgrad bei geringer Taktzeit des Justageschritts auszeichnet.

Claims (4)

1. Optische Kopplungsanordnung
mit einem Kopplungskörper (1) mit einer Aufnahmekammer (14 für ein elektrooptisches Bauelement (11)
und mit einem in die Aufnahmekammer (14) mündenden axialen (Z) Anschluß (6) für einen Kopplungspartner (8), auf den das elektrooptische Bauelement (11) durch axialspielfreie Radialverschiebung ausrichtbar ist,
gekennzeichnet durch einen in die Aufnahmekammer (14) eingesetzten Justierkörper (30) mit einer Öffnung (40) für das elektrooptische Bauelement (11), wobei der Justierkörper (30) gegenüber der Aufnahmekammer (14) in radialer Dimension (X,Y) Spiel und in axialer Dimension (D) ein Übermaß (d) aufweist, so daß der Justierkörper (30) unter axialer Vorspannung im Preßsitz in der Aufnahmekammer (14) radialverschieblich ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahmekammer (14) einen annähernd C-förmigen Querschnitt aufweist und daß die freien Arme der C-Form die Bodenseite (38) des Justierkörpers (30) umgreifen.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnung (40) bezüglich des Querschnitts des elektrooptischen Bauelements (11) im Untermaß ausgebildet ist, so daß das elektrooptische Bauelement (11) in die Öffnung (40) einpreßbar ist.

4. Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest die Bodenseite (38) des Justierkörpers (30) einzelne Erhebungen (39) aufweist.