DE19843188C2 - Mehrkanalige optische Kopplungseinrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der opto-elektronischen Datenübertragung, bei der von von einem optischen Sender in optische Signale (Sendeimpulse) gewandelte elektrische Si­ gnale über optische Datenleitungen einem optischen Empfänger zugeführt werden, der anschließend eine Rückwandlung der op­ tischen in elektrische Signale vornimmt. Die optischen Daten­ leitungen umfassen in der Regel einen oder mehrere Lichtwel­ lenleiter und sind üblicherweise zum Anschluß an die zur Da­ tenübertragung vorgesehenen Komponenten und/oder zur Kopplung mit einer anderen Datenleitung endseitig mit Lichtwellen­ leitersteckern versehen.

Die Erfindung betrifft das Gebiet der optischen Steckverbin­ dertechnik, insbesondere der Mehrfachsteckverbindertechnik, mit der jeweils mehrere individuelle Lichtwellenleiter von einem gemeinsamen Steckverbinder abgeschlossen bzw. mittels diesem mit einen Kopplungspartner verbunden werden. Der kor­ respondierende Kopplungspartner kann beispielsweise von einem entsprechenden gleichartigen Steckverbinder gebildet sein oder aus einer Ankopplungsoptik z. B. für elektrooptische Sender oder Empfänger bestehen. Die Ankopplungsoptik kann ihrerseits Lichtwellenleiterstücke enthalten, deren jeweils eine Stirnfläche mit den Stirnflächen der anzukoppelnden Lichtwellenleiter in Kontakt zu bringen sind.

Bei derartigen optischen Steckverbindungen wird angestrebt, die Stirnflächen der zu verbindenden Lichtwellenleiter axial und lateral mit höchster Genauigkeit auf den jeweiligen individuellen Kopplungspartner auszurichten. Die bei der Kopplung einzuhaltende laterale Präzision kann je nach Anwen­ dungsfall (z. B. Einmoden- oder Mehrmoden-Lichtwellenleiter) Toleranzen von einigen Mikrometern umfassen. In axialer Rich­ tung (Richtung der Ausbreitung der optischen Signale) ist es jedoch grundsätzlich wünschenswert, daß ein unmittelbarer physikalischer Kontakt der Stirnflächen der anzukoppelnden Lichtwellenleiter mit ihren jeweiligen Kopplungspartnern gewährleistet ist.

Bei den eingangs beschriebenen optischen Mehrfachsteckverbin­ dern und bei Steckverbindern, bei denen die Mantelfläche des Steckverbinders nicht unmittelbar zur Ausrichtung (Zen­ trierung) auf den Kopplungspartner ausgenutzt werden kann, ist die Halterung der Lichtwellenleiterenden einerseits von der zur Zentrierung verwendeten Konturen oder Geometrien andererseits konstruktiv getrennt.

Die Erfindung betrifft eine mehrkanalige optische Kopplungs­ einrichtung mit zwei Kopplungspartnern, die als Steckverbin­ der ausgebildet sind und die zumindest zwei Zentrierelemente aufweisen, die im gekoppelten Zustand von einem der Kopp­ lungspartner in jeweils eine Zentrieröffnung des anderen Kopplungspartners eingedrungen sind.

Eine mehrkanalige optische Kopplungseinrichtung dieser Art geht aus der DE 691 05 922 T2 hervor. Bei dieser bekannten Kopplungseinrichtung sind in einer gemeinsamen Ebene mehrere Aufnahmen für die Enden von Lichtwellenleitern vorgesehen. Beiderseits der Aufnahmen ist jeweils eine Öffnung (nach­ folgend auch als Zentrierbohrung bezeichnet) vorgesehen, die jeweils zur Aufnahme eines Zentrierelementes (Zentrierstift) dient. Beim Kopplungsvorgang dringen die in dem jeweils einen Kopplungspartner gehaltenen Zentrierelemente in die jeweilige Zentrierbohrung des anderen Kopplungspartners ein, um (die Kopplungspartner und damit) die Lichtwellenleiterstirnflächen zu zentrieren.

Bei dieser bekannten Konstruktion kann es zum Verkanten oder Klemmen der Zentrierelemente kommen, wenn die Zentrierele­ mente bzw. die Zentrierbohrungen in ihrer jeweiligen Position nicht mit höchster Präzision gestaltet und positioniert sind.

Außerdem müssen die Passungen zwischen den Zentrier­ elementen und den korrespondierenden Zentrierbohrungen in engsten Toleranzen gefertigt sein.

Aus der EP 0 529 947 A1 ist im Zusammenhang mit einer mehr­ fach bestimmten relativen Ausrichtung von zwei Substraten zueinander die Verwendung von Zentrierkugeln und pyrami­ denförmigen Zentrierausnehmungen bekannt.

Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Weiterbildung einer mehrkanaligen optischen Kopplungseinrichtung dahingehend, daß beim Kopplungsvorgang ein Verkanten oder Verklemmen zwischen Zentrierelementen und Zentrierbohrungen zuverlässig verhin­ dert ist, wobei vergleichsweise große Toleranzen hinsichtlich der Präzision dieser Elemente in Kauf genommen werden können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer Kopplungsein­ richtung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß das in die jeweils zugeordnete Zentrieröffnung eingedrungene Zentrierelement mit deren Wand in nur linienförmigem Körper­ kontakt steht.

Ein wesentlicher Aspekt der Erfindung besteht darin, daß die Zentrierelemente zumindest in dem Bereich oder Abschnitt, der in die korrespondierende Zentrieröffnung eindringt, so ge­ staltet sind, daß zwischen der Wandung der Zentrieröffnung und dem Zentrierelement ein im wesentlichen nur linienförmi­ ger Körperkontakt besteht. Die Linienbreite kann z. B. auch von einem Schulterbereich gebildet sein und in der Größen­ ordnung von bis 50 µm, vorzugsweise 20 µm betragen. Unter dem Begriff Linie ist also im Rahmen der vorliegenden Erfindung auch ein Kontaktbereich im Bereich von einigen 10 µm zu ver­ stehen. Damit werden zur Zentrierung und Führung der zu ver­ bindenden Kopplungspartner Konturen geschaffen, die me­ chanisch wesentlich günstigere Verhältnisse aufweisen. Durch den Flächen-Linien-Kontakt zwischen Zentrierelement und Öffnungswand läßt sich ein wesentlich leichteres Zusam­ menführen der Kopplungspartner bei dennoch hoher Zentrie­ rungswirkung erreichen. Dies führt zu einem sicheren Kör­ perkontakt der jeweils zu koppelnden Partner.

Eine fertigungstechnisch bevorzugte Ausgestaltung der erfin­ dungsgemäßen Kopplungseinrichtung besteht darin, daß das Zen­ trierelement einen zumindest teilkugelförmigen Abschnitt auf­ weist, wobei der Kugeldurchmesser der Weite der Zentrier­ bohrung entspricht und größer ist als der übrige in die Zentrierbohrung eingedrungene Abschnitt des Zentrierelements. Vorzugsweise kann ein Zentrierstift verwendet werden, der an seinem kopplungsseitigen Ende zu einer Halbkugel ausgeformt ist. Der Zentrierstift wird dann so tief in dem einen Kopp­ lungspartner fixiert, daß über die Stirnfläche dieses Kopp­ lungspartners lediglich die halbkugelförmige Kontur des Zentrierstiftendes hervorsteht. Beim Kopplungsvorgang dringt dann nur die Halbkugel in die zugeordnete korrespondierende Öffnung des Kopplungspartners und erreicht in dem Augenblick den vorbeschriebenen linienförmigen Kontakt mit der Wandung der zugeordneten Zentrieröffnung, in dem die Stirnflächen der Kopplungspartner aneinander anliegen.

Eine bevorzugte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Kopp­ lungseinrichtung, die ein weiteres Eindringen des Zentrier­ elementes in die korrespondierende Zentrieröffnung des Kopp­ lungspartners erlaubt, ist durch eine bevorzugte Weiterbil­ dung der Erfindung gewährleistet. Diese Weiterbildung sieht vor, daß das Zentrierelement eine kreiszylindrische Grundform hat und daß das kopplungsseitige Ende des Zentrierelements kugelförmig gestaltet ist, wobei der Kugeldurchmesser der Weite der Zentrierbohrung entspricht und größer ist als der übrige in die Zentrierbohrung eingedrungene Abschnitt des Zentrierelements. Vorteilhafterweise kann das Zentrierelement auch in diesem Fall als Zentrierstift ausgestaltet sein, der an seinem einen kopplungsseitigen Ende einen im wesentlichen kugelförmigen Abschnitt aufweist. An diesen kugelförmigen Ab­ schnitt schließt bevorzugt ein Bereich mit verringertem Durchmesser (Halsbereich) an, der bis zur Aufnahmebohrung des ihn haltenden Kopplungspartners reicht. In diesem Fall ist der Zentrierstift in diesen Kopplungspartner soweit einge­ paßt, daß nur der Halsbereich und die endseitige Kugelform über die Stirnfläche dieses Kopplungspartners hervorstehen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand einer Zeichnung weiter erläutert; es zeigen:

Fig. 1 und 2 ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung und

Fig. 3 und 4 ein zweites Ausführungsbeispiel.

Fig. 1 zeigt in Übersicht zwei Kopplungspartner 1, 2, die im wesentlichen in Form üblicher MT-Ferrulen ausgebildet sind. Aus Gründen vereinfachter Darstellung sind die miteinander zu koppelnden Lichtwellenleiter nur andeutungsweise in Form von jeweils nur zwei Lichtwellenleitern 4, 5 und 6, 7 darge­ stellt. Selbstverständlich können die Kopplungspartner neben den gezeigten Aufnahmebohrungen 8, 9 und 10, 11 weite Aufnah­ mebohrungen für insgesamt wesentlich mehr Lichtwellenleiter­ enden aufweisen. Die Lichtwellenleiter 4, 5 und 6, 7 enden jeweils in der Ebene einer Stirnfläche 14 des Kopplungspart­ ners 1 bzw. 15 des Kopplungspartners 2. Ziel der optischen Kopplung ist es, die Stirnflächen (z. B. 4a, 6a) der Lichtwellenleiter 4, 6 in unmittelbaren physikalischen Kontakt zu bringen.

Der Kopplungspartner 1 ist mit zwei Zentrierbohrungen 20, 21 versehen und der Kopplungspartner 2 mit Zentrierbohrungen 22, 23. Die Zentrierbohrungen können beispielsweise kreiszylin­ drischen Querschnitt haben. In die Zentrierbohrungen 22, 23 ist jeweils ein Zentrierelement 24, 25 in Form eines Zen­ trierstiftes eingepreßt. Dazu ist die Weite bzw. der Durch­ messer der jeweiligen Zentrierbohrung 22, 23 auf das jewei­ lige Zentrierelement 24, 25 abgestimmt.

Wie insbesondere aus der Ansicht des in Fig. 2 vergrößert dargestellten Kopplungsbereichs 30 hervorgeht, sind die je­ weiligen kopplungsseitigen Enden 24a, 25a der Zentrierstifte 24, 25 halbkugelförmig ausgebildet. Die Zentrierstifte sind so weit in die Zentrierbohrungen 22, 23 eingeführt und fi­ xiert, daß lediglich die Halbkugeln 24a, 25a über die Stirn­ fläche 15 hervorstehen. Beim Kopplungsvorgang dringen die Zentrierelemente 24, 25 somit zunächst mit einem gegenüber der Weite oder dem Durchmesser der Zentrierbohrungen 20, 21 wesentlich verminderten Durchmesser in den Kopplungspartner 1 ein. Erst in dem in den Fig. 1 und 2 dargestellten Zustand vollständiger Kopplung liegen die Stirnflächen 14, 15 anein­ ander und die halbkugelförmigen Enden 24a, 25a sind so weit in die Zentrierbohrungen 20, 21 eingedrungen, daß sie mit de­ ren Wandungen 20a, 21a den in Fig. 2 angedeuteten linienför­ migen Kontakt 31, 32 bilden.

Die Fig. 3 und 4 zeigen im wesentlichen gleiche Kopplungs­ partner 1, 2, so daß die in den Fig. 1 und 2 beschriebenen Elemente mit denselben Bezugszeichen versehen sind; eine de­ taillierte Beschreibung dieser gleichartigen Elemente er­ übrigt sich. In dem in den Fig. 3 und 4 dargestellten Aus­ führungsbeispiel ist der Kopplungspartner 1 mit zwei Zen­ trierelementen 40, 41 derart bestückt, daß diese in entspre­ chende Zentrieröffnungen (Bohrungen) 20, 21 fest eingepreßt sind. Die Zentrierelemente sind als Zentrierstifte 40, 41 ausgebildet und haben einen kreiszylindrischen Hauptteil 40a, 41a. An diesen schließt sich ein Abschnitt 40b, 41b mit je­ weils vermindertem Durchmesser an, der auch als Halbereich oder Stifthals bezeichnet werden kann. An den Stifthals 40b, 41b schließt sich ein kugelförmiger Endbereich 40c, 41c an. In den Fig. 3 und 4 sind die Kopplungspartner 1, 2 im noch nicht vollständig gekoppelten Zustand gezeigt. Allerdings er­ kennt man, daß der jeweilige kugelförmige Endbereich 40c, 41c bereits in die jeweils zugeordnete Zentrierbohrung 22, 23 eingedrungen ist und mit der jeweiligen Wandung 22a, 23a im linienförmigen Kontakt 50, 51 steht. Der linienförmige Kör­ perkontakt 50, 51 erlaubt ein verkantungsfreies Einführen der Zentrierelemente 40, 41 in die jeweils zugeordnete Zentrier­ bohrung. Bei vollständigem Eindringen liegen die Stirnflächen 14, 15 und damit auch die Endflächen der in den Fig. 3 und 4 nicht explizit dargestellten Lichtwellenleiter aneinander (in Körperkontakt) an.

In einer möglichen Abwandlung der Einzelheit A der Fig. 4 ist dargestellt, daß der Endbereich 41'c auch als annähernd spiegelsymmetrischer Doppelkegel 60 ausgebildet sein kann, der in einem Linienkontakt 61 mit der Wandung 23a steht. Die Linie L kann dabei eine Breite B von einigen 10 µm haben, bevorzugt weniger als 50 µm.

Mit der erfindungsgemäßen Kopplungseinrichtung ist dabei ins­ besondere für Mehrfachsteckverbinder eine mechanische Überbe­ stimmung der Steckverbindung verhindert und die Toleranzan­ forderungen an die Passungen der korrespondierenden Zen­ trierelemente bzw. Zentrierbohrungen erheblich vermindert.

Selbstverständlich können die Zentrierungsmechanismen auch für andere ähnliche Verbindungseinrichtungen angewendet wer­ den. So können beispielsweise auch Verbindungen zwischen einer MT-Ferrule als Kopplungspartner mit elektrooptischen Modulen vorgesehen werden, die über entsprechende korrespon­ dierende Zentriereinrichtungen verfügen. Selbstverständlich kann in jedem Kopplungspartner jeweils nur eine der Zen­ trierelemente fixiert und eine korrespondierende Zentrierboh­ rung vorgesehen sein.

Claims (3)

1. Mehrkanalige optische Kopplungseinrichtung mit

• - zwei Kopplungspartnern (1, 2), die als Steckverbinder ausgebildet sind und die zumindest zwei Zentrierelemente (24, 25) aufweisen, die im gekoppelten Zustand von einem der Kopplungspartner (1, 2) in jeweils eine Zentrieröffnung (20, 21) des anderen Kopplungspartners (1, 2) eingedrungen sind,

dadurch gekennzeichnet, daß

• - das in die jeweils zugeordnete Zentrieröffnung (20, 21) ein­ gedrungene Zentrierelement (24, 25) mit deren Wand (20a, 21a) in nur linienförmigem Körperkontakt (31, 32) steht.

2. Kopplungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

• - das Zentrierelement (24) einen zumindest teilkugelförmigen Abschnitt (24a) aufweist, wobei der Kugeldurchmesser der Weite der Zentrierbohrung entspricht und größer ist als der übrige in die Zentrierbohrung eingedrungene Abschnitt des Zentrierelements.

3. Kopplungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß

• - das Zentrierelement (40) eine kreiszylindrische Grundform hat und daß das kopplungsseitige Ende (40c) des Zentrier­ elements (40) kugelförmig gestaltet ist, wobei der Kugel­ durchmesser der Weite der Zentrierbohrung (22) entspricht und größer ist als der übrige in die Zentrierbohrung einge­ drungene Abschnitt (40b) des Zentrierelements.