DE19904445A1 - Linsenstecker zum Aufbau kompakter Freistrahlanordnungen für mehrere Lichtleitfasern - Google Patents

Abstract

Um einen Aufbau kompakter optischer Freistrahlanordnungen für mehrere Lichtleitfasern zu vereinfachen, wobei eine einfache Montage und die Selbstjustage unterschiedlicher optischer Elemente, wie beispielsweise Kugellinsen, Grinlinsen, Linsenfelder oder dgl. auf eine gemeinsame optische Achse mit den Lichtleitfasern und eine hohe Übertragungsqualität ermöglicht ist, wird ein Linsenstecker beschrieben, der zwei Steckerhälften, ein Steckerunterteil und ein Steckeroberteil, aufweist, wobei mindestens eine Steckerhälfte mehrere Faserzentrierstrukturen zur radialen und achsparallelen Zentrierung der Lichtleitfassern aufweist und mindestens eine Steckerhälfte im Anschluß an das jeweilige verbindungsseitige Ende einer Faserzentrierstruktur eine Linsenaufnahmestruktur aufweist, welche zur Aufnahme und koaxialen Ausrichtung eines optischen Elementes an die Lichtleitfaser dient. Die Faserzentrierstrukturen und Linsenaufnahmestrukturen sind einstückiger Bestandteil der abformtechnisch hergestellten Steckerhälften, so daß eine preiswerte Massenfertigung des Linsensteckers möglich ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Steckverbinder mit optischen Elementen, einen sogenannten Linsenstecker, zum Aufbau kompakter optischer Freistrahlanordnungen für mehrere Lichtleitfasern.

Solche Linsenstecker werden beispielsweise zur Kopplung zwischen mehreren Lichtleitfasern für die Übertragung großer Datenraten in unterschiedlichen Anwendungsbereichen der optischen Nachrichtentechnik, wie beispielsweise auf Baustellen, im Bergbau, im Schienenverkehr, im Automobilbau, im Maschinenbau, in der Medizintechnik, in Computernetzen und in der Telekommunikation, eingesetzt.

Generell wird die Übertragungsqualität der Kopplung von zwei Lichtleitfasern durch äußere Einflüsse am Einsatzort, insbesondere durch Staub in der Umgebungsluft beeinflußt. Die hierdurch auftretenden Dämpfungsverluste der optischen Signalleistung führen zu einer Minderung der Signalübertragungsqualität. Diese Dämpfungsverluste werden insbesondere dann weitgehend vermieden, wenn ein optischer Kontakt durch Aufweitung des Lichtstrahls zwischen je zwei Lichtleitfasern mittels optischen Elementen hergestellt wird. Diese als optische Freistrahlkopplung bekannte Methode wird in den eingangs genannten Linsensteckern verwendet, wobei je nach Anwendungsprofil unterschiedliche optische Elemente, wie beispielsweise Kugellinsen, Grinlinsen, Linsenfelder, zum Einsatz kommen.

Ein Linsenstecker der eingangs genannten Art ist aus dem Prospekt "BOSCH-Lens connectors, Backnang 1995" der Fa. Bosch Telekom bekannt. Dieser Linsenstecker verwendet als optisches Element Kugellinsen mit einem Durchmesser von 3 mm bis 8 mm. Diese Kugellinsen sind sehr viel größer als der Querschnitt der Lichtleitfasern, wodurch eine sehr starke Aufweitung des Lichtstrahls zwischen den Lichtleitfasern erreicht wird. Hierdurch sind diese Linsenstecker insbesondere für Anwendungen an Einsatzorten mit starken Staubverunreinigungen der Umgebungsluft, wie beispielsweise auf Baustellen, als auch mit normaler Staubverunreinigungen der Umgebungsluft geeignet. Nachteilig ist, daß dieser Linsenstecker eine große Bauform aufweist und kompliziert aus mehreren Teilen aufgebaut ist und somit teuer in der Herstellung ist.

Aus der Offenlegungsschrift DE 42 38 188 A1 ist ein Linsenstecker der eingangs genannten Art bekannt, der ein einstückiges Formteil aus einem Kunststoff hoher Lichtdurchlässigkeit mit einer ersten und einer zweiten Stirnfläche aufweist. Die erste Stirnfläche weist für jede Lichtleitfaser eine Kuppe auf, die als optisches Element dient. Die zweite Stirnfläche weist für die Aufnahme und Zentrierung der Lichtleitfaser ein Sackloch auf. Jede Kuppe ist so ausgebildet und angeordnet, daß ein paralleles Strahlenbündel in die Endflächen der Lichtleitfasern fokussiert wird. Nachteilig bei diesem Linsenstecker ist die große Bauform und die aufwendige Montage des Formteils in ein Gehäuse zur Anwendung des Linsensteckers als Leitungs- oder Gehäusestecker. Es ist kein wahlweiser Einsatz von anderen optischen Elementen, wie beispielsweise Kugellinsen, Grinlinsen oder Linsenfelder, anstelle der Kuppe möglich.

Ferner ist aus Fig. 5 der Offenlegungsschrift EP 0 786 326 A1 ein Linsenstecker bekannt, der durch Einsetzen eines mittels mikrotechnischen Methoden hergestellten Linsenfeldes, also eines Mikrolinsenfeldes, in vier Kanäle eines Steckverbindungsgrundkörpers mit in die Kanäle eingelegten Lichtleitfasern entsteht. Hierdurch sind die einzelnen Lichtleitfasern mittels Freistrahl an die einzelnen Mikrolinsen angekoppelt. Nachteilig ist, daß bei diesem Linsenstecker die Aufweitung des Lichtstrahls auf den Durchmesser des Kanals und somit auf den Querschnitt der Lichtleitfaser begrenzt ist. Damit ist dieser Linsenstecker nicht für die Anwendung an einem Einsatzort mit starker Staubverunreinigung der Umgebungsluft, wie beispielsweise auf Baustellen, geeignet.

Weiterhin ist aus der Sammlung von Veröffentlichungen "SPIE Proceedings Series; 3289", 1998, S. 22-32 ein Linsenstecker bekannt, der durch Montage eines Mikrolinsenhalters mit Mikrolinsen an die Kanäle eines Steckverbinders mit Lichtleitfasern, hier einem handelsüblichen MT-Stecker der Firma NTT, entsteht. Der Mikrolinsenhalter weist mehrere Öffnungen mit einem Durchmesser von 125 µm auf, welche für die Aufnahme von Mikrolinsen dienen. Die Mikrolinsen werden mittels dem Verfahren für berührungsloses Heißprägen von Mikrolinsen in die Öffnungen eingeformt. Der Mikrolinsenhalter weist weitere achsparallel zu den Öffnungen angeordnete Führungslöcher auf, mittels welchen der Mikrolinsenhalter auf vorhandene Justagestifte des MT-Steckers aufgeschoben wird. Hierdurch werden die Mikrolinsen koaxial zu den Faserenden der Lichtleitfasern positioniert. Nachteilig ist, daß dieser Linsenstecker einer Montage des Mikrolinsenhalters an die Lichtleitfasern und einer separaten Fertigung des Mikrolinsenhalters und der Führungslöcher bedarf.

Davon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Linsenstecker der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, daß ein kompakter und zugleich preisgünstig herstellbarer Linsenstecker mit mehreren optischen Kanälen und hoher Übertragungsqualität angegeben wird, der eine einfache Montage und die Selbstjustage unterschiedlicher optischer Elemente, wie beispielsweise Kugellinsen, Grinlinsen, Linsenfelder oder dgl., ermöglicht.

Zur Lösung dieser Aufgabe weist der erfindungsgemäße Linsenstecker für mehrere Lichtleitfasern zwei Steckerhälften, ein Steckerunterteil und ein Steckeroberteil, auf. Mindestens eine Steckerhälfte weist mehrere Faserzentrierstrukturen zur radialen und achsparallelen Zentrierung der Lichtleitfasern auf. Mindestens eine Steckerhälfte weist im Anschluß an das jeweilige verbindungsseitige Ende einer Faserzentrierstruktur eine Linsenaufnahmestruktur auf, welche zur Aufnahme und koaxialen Ausrichtung eines optischen Elementes an die Lichtleitfaser dient.

Durch die erfindungsgemäße Anordnung der Linsenaufnahmestruktur im direkten Anschluß an das verbindungsseitige Ende der Faserzentrierstruktur wird zum einen ein möglicher Winkelversatz zwischen der Lichtleitfaser und dem optischen Element sicher verhindert. Zum anderen wird eine präzise Positionierung der Lichtleitfaser auf eine Achse mit dem in die Linsenaufnahmestruktur einzusetzenden optischen Element sichergestellt. Ferner wird ein Kippwinkel zwischen jeweils zwei Lichtleitfasern durch die erfindungsgemäßen Faserzentrierstrukturen sicher vermieden, da eine radiale und achsparallele Zentrierung der Lichtleitfasern im Linsenstecker gewährleistet ist.

Der neuerungsgemäße Linsenstecker enthält alle wesentlichen Elemente eines Linsensteckers, nämlich Strukturen für die Zentrierung der Lichtleitfasern und Strukturen für die Aufnahme der optischen Elemente, in kompakter und integrierter Bauweise, so daß der Linsenstecker im Vergleich zu den vorbekannten Linsensteckern eine kleinere Bauform aufweist. Hierbei hängt die jeweilige Größe des neuerungsgemäßen Linsensteckers vom verwendeten optischen Element und dessen Größe sowie von der Anzahl der Lichtleitfasern, der sogenannten Kanalzahl, ab. In die Linsenaufnahmestrukturen des Linsensteckers können in der Bauform unterschiedliche optische Elemente, wie beispielsweise Kugellinsen, Grinlinsen, Linsenfelder oder Mikrolinsen mit Durchmessern von vorzugsweise 0,5 mm bis 5 mm aufgenommen werden. Eine bereits realisierte Ausführungsform des Linsensteckers für zwei Lichtleitfasern und zwei Kugellinsen mit einem Durchmesser von 1 mm weist beispielsweise eine Größe von lediglich 3 mm × 5 mm × 8 mm auf. Diese kleine bzw. miniaturisierte Bauform des Linsensteckers ermöglicht auch die Erhöhung der Kanalzahl im Linsenstecker und damit die Parallelübertragung von großen Datenmengen auf kleinstem Raum.

Der erfindungsgemäße Linsenstecker ermöglicht eine einfache Montage mit Selbstjustage der Lichtleitfasern und der optischen Elemente auf eine gemeinsame optische Achse. Bei einer Ausführung des Linsensteckers mit vorzugsweise spiegelsymmetrisch im Steckerunterteil und Steckeroberteil ausgeführten Faserzentrierstrukturen und Linsenaufnahmestrukturen werden die Lichtleitfasern vorzugsweise in die Faserzentrierstrukturen im Steckerunterteil eingelegt und das Steckeroberteil wird aufgesetzt. Hierdurch liegen die Lichtleitfasern zwischen den beiden Faserzentrierstrukturen zentriert ein. Zum anderen entstehen durch das Zusammensetzten der beiden Steckerhälften am verbindungsseitigen Ende des Linsensteckers aus den Linsenaufnahmestrukturen Kavitäten mit Öffnungen auf der Verbindungsseite des Linsensteckers, welche dann zur Aufnahme der optischen Elemente, beispielsweise durch Einklemmen, Einlegen oder dgl., dienen. Erfindungsgemäß sind die Kavitäten symmetrisch zur Lichtleitfaser angeordnet, so daß durch die Aufnahme der optischen Elemente in die Kavitäten eine Selbstjustage der optischen Elemente auf eine gemeinsame Achse mit den Lichtleitfasern erreicht wird. Hierbei werden keine zusätzlichen Bauteile bzw. Justageelemente zur Positionierung der Lichtleitfasern und für die Justage der optischen Elemente im Linsenstecker benötigt. Damit werden im Vergleich zum Stand der Technik notwendige zusätzliche teuere Arbeitsschritte, wie beispielsweise eine aufwendige Justage der optischen Elemente, und der zusätzliche Einsatz von Justageelementen vermieden.

Erfindungsgemäß sind die Faserzentrierstrukturen und Linsenaufnahmestrukturen einstückiger Bestandteil der abformtechnisch hergestellten Steckerhälften. Hierdurch ist eine preiswerte Massenfertigung des Linsensteckers beipielsweise mittels Spritzguß ermöglicht, wobei das formgebende Spritzgußwerkzeug mittels LIGA- Technik und/oder Feindrahterosion hergestellt werden kann. Als Material für den Linsenstecker wird vorzugsweise Kunststoff, wie beispielsweise Polyetherimid (PEI), Polymethylmethacrylat (PMMA), Polycarbonat (PC), Polymethylen (POM) oder dgl. verwendet, aber auch denkbar sind glasartige, keramische und metallische Werkstoffe.

Bei einer anderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Linsensteckers sind die Faserführungsstrukturen und die Linsenaufnahmestrukturen einstückiger Bestandteil einer Steckerhälfte, so daß vorzugsweise nur für die Herstellung dieser Steckerhälfte die LIGA-Technik zum Einsatz kommt und zur Herstellung der zweite Steckerhälfte weniger aufwendige feinwerktechnische Verfahren, wie beispielsweise Fräsen, Polieren, Läppen oder dgl., ausreichen.

Damit ist nun ein in der Bauform sehr kleiner bzw. miniaturisierter Linsenstecker verfügbar, der im Vergleich zu den vorbekannten Linsensteckern kompakter, einfacher im Aufbau, billiger in der Herstellung und einfacher in der Handhabung bei der Montage ist sowie flexibel in schwach und stark staubverschmutzten Anwendungsbereichen einsetzbar ist. Der neuerungsgemäße Linsenstecker eignet sich zum Aufbau kompakter optischer Freistrahlanordnungen für mehrere Lichtleitfasern, wie beispielsweise als Leitungsstecker, als Gerätestecker und als Stecker für Gehäusedurchführungen. Der neuerungsgemäße Linsenstecker ist aufgrund seiner miniaturisierten Bauform auch als mikrooptisches Element bzw. kompakte faseroptische Komponente einsetzbar, wobei der vom Linsenstecker erzeugte optische Freistrahlen von jeweils anderen optischen Komponenten, wie beispielsweise optischen Schaltern, optischen Isolatoren oder 90° Strahlumlenkern genutzt wird. Hierdurch ist auch der Einsatz des Linsensteckers zum Aufbau eines Rückwandsteckers in optischen Bussystemen denkbar.

Nach einer ersten konstruktiven besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die Linsenaufnahmestrukturen kanalförmig ausgebildet. Hierdurch sind wahlweise unterschiedliche optische Elemente, wie beispielsweise Kugellinsen, Grinlinsen, Linsenfelder oder Mikrolinsen in die Linsenaufnahmen einsetzbar. Dies ermöglicht den flexiblen Einsatz des erfindungsgemäßen Linsensteckers unter verschiedenen Einsatzbedingungen, die bisher durch Spezialstecker für Grinlinsen, Kugellinsen, Linsenfeldern oder Mikrolinsen abgedeckt wurden. Zum anderen ist durch die kanalförmige Ausbildung der Linsenaufnahmestrukturen eine Zentrierung der auch in der Bauform unterschiedlichen optischen Elemente in den jeweiligen Brennpunkt ermöglicht.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß die Linsenaufnahmestrukturen einen solchen Querschnitt aufweisen, daß die Aufnahme von im Vergleich zu den Lichtleitfasern größeren optischen Elementen ermöglicht ist. Durch den Einsatz dieser großen optischen Elemente im Linsenstecker wird eine starke Aufweitung des vom Linsenstecker abgängigen Freistrahls erzielt, so daß der Linsenstecker unempfindlich gegen Staubverschmutzungen in der Umgebungsluft ist. Damit ist der Linsenstecker mit hoher Übertragungsqualität auch an Einsatzorten, wie beispielsweise auf Baustellen, im Kraftfahrzeug, oder im Maschinenbau, einsetzbar.

Nach einem weiteren vorteilhaften Merkmal der Erfindung ist der Querschnitt der Linsenaufnahmestrukturen an die Form des optischen Elementes angepaßt. Da die Linsenaufnahmestrukturen entweder in einer oder in beiden Steckerhälften ausgebildet sind, weist der Linsenstecker schon gleich oder erst nach dem Zusammensetzen der beiden Steckerhälften Kavitäten auf, welche angepaßt an die Form des optischen Elementes rund, oval, eckig oder dgl. ausgebildet sind. Hierdurch sind zwei besonders einfache Arten der Montage der optischen Elemente in den Linsenstecker durch Einsetzen vor dem Zusammensetzen der beiden Steckerhälften oder danach durch Einschieben ermöglicht. Durch beide Montagearten werden die optischen Elemente von den Kavitäten umfasst, so daß die Selbstjustage der optischen Elemente zu den Lichtleitfasern gewährleistet bleibt, wie dies bereits beschrieben wurde. Beide Arten der Montage benötigten weder zusätzliche Justageelemente noch zusätzliche Justagearbeiten.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß die Linsenaufnahmestrukturen einen Anschlag für die axiale Justage der optischen Elemente aufweisen. Da der Anschlag vorzugsweise in Form einer Stufe oder einer Ausnehmung ausgebildet ist, wird eine selbsttätige axiale Zentrierung der optischen Elemente in der kanalförmigen Linsenaufnahmestruktur erreicht, da die optischen Elemente jeweils nur bis zum Anschlag in die Linsenaufnahmestrukturen einschiebbar bzw. einsetzbar sind.

Eine andere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß zum formschlüssigen Zusammensetzen der beiden Steckerhälften zumindest in den Seitenwänden des Linsensteckers zusammenwirkende Verbindungsmittel, wie beispielsweise ein Vorsprung im Steckerunterteil und eine Nut im Steckeroberteil angeordnet sind. Hierdurch ist eine hohe Paßgenauigkeit der beiden Steckerhälften und eine einfache sowie schnelle Montage der beiden Steckerhälften sichergestellt.

Die Verbindung zwischen zwei Linsensteckern wird von Vorteil dadurch hergestellt, daß sowohl das Steckerunterteil als auch das Steckeroberteil entlang der Seitenwände verlaufende Führungsrinnen aufweisen, welche nach dem Zusammenfügen der beiden Steckerhälften einen Hohlzylinder zur Aufnahme von Verbindungselementen, wie beispielsweise Führungsstiften oder dgl., bilden. Dies gewährleistet sowohl eine reproduzierbare präzise Justierung der Steckverbindung zwischen zwei Linsensteckern als auch eine hohe Anzahl von schnellen und sicheren Steckvorgängen.

Weitere Ziele, Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von mehreren Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnungen. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger sinnvoller Kombination den Gegenstand der Erfindung, auch unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Draufsicht auf ein erstes Ausführungsbeispiel von a) Steckerunterteil und b) Steckeroberteil des erfindungsgemäßen Linsensteckers ohne optische Elemente;

Fig. 2 eine Frontansicht des Linsensteckers gemäß Fig. 1;

Fig. 3 eine Schnittdarstellung des Linsensteckers, wobei unterschiedliche optischen Elemente in den Linsenstecker montiert sind: a) Kugellinse, b) Grinlinse, c) eingeformte Mikrolinse und d) Mikrolinsenfeld;

Fig. 4 eine schematische Darstellung eines Anwendungsbeispiel des Linsensteckers als Leitungsstecker;

Fig. 5 eine Frontansicht eines zweiten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Linsensteckers mit Kugellinsen;

Fig. 6 eine Draufsicht auf ein Steckerunterteil des Linsensteckers gemäß Fig. 5.

Die Fig. 1 zeigt eine Draufsicht auf ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Linsensteckers, welcher zwei Steckerhälften 1, 2, ein Steckerunterteil 1 und ein Steckeroberteil 2, aufweist. Der Linsenstecker dient zum Aufbau kompakter optischer Freistrahlanordnungen für mehrere Lichtleitfasern 15a, 15b wie beispielsweise gemäß Fig. 4, wobei zwei Steckverbinder zum Verbinden von zwei Bändchen von mehreren Lichtleitfasern 15a, 15b als Leitungsstecker zusammengesteckt sind.

Für die Aufnahme und Zugentlastung von einem Bändchen von mehreren Lichtleitfasern 15a, 15b weisen beide Steckerhälften 1, 2 Zugentlastungen 19 auf. Bei der Montage des Linsensteckers werden die Lichtleitfasern 15a, 15b aus dem Bändchen herausgeführt und im Steckerunterteil 1 in parallel zu den Seitenwänden 8, 9 des Linsensteckers angeordneten Faserführungsstrukturen 6a, 6b eingelegt und hierin axial weitergeführt. Die Faserführungsstrukturen 6a, 6b sind bei dem hier gewählten Ausführungsbeispiel kanalförmig mit U-förmigem Querschnitt ausgestaltet. Hierdurch ist eine grobe parallele Justierung der Lichtleitfasern 15a, 15b zueinander erreicht.

Symmetrisch zur Anordnung der Faserführungsstrukturen 6a, 6b im Steckerunterteil 1 weist das Steckeroberteil 2 eine Abdeckplatte 20 auf, welche zum Abschließen der Faserführungsstrukturen 6a, 6b nach dem Zusammensetzen der beiden Steckerhälften 1, 2 dient. Hierdurch ist ein sicheres Einliegen der Lichtleitfasern 15a, 15b in den Faserführungsstrukturen 6a, 6b erreicht. Für die Fixierung der Lichtleitfasern 15a, 15b in den Faserführungsstrukturen 6a, 6b weist die Abdeckplatte 20 eine Klebeöffnung 14 auf, in welche ein Kleber einfüllbar ist. Hierbei verhindert die Ausführungsform der Abdeckplatte 20 ein Überquellen des Klebers.

In beiden Steckerhälften 1, 2 werden die Lichtleitfasern 15a, 15b im Anschluß an die Faserführungsstrukturen 6a, 6b über einen im Steckerunterteil 1 und Steckeroberteil 2 ausgebildeten Freiraum 7a hinweg in axial angeordneten Faserzentrierstrukturen 3a, 3b weitergeführt. Diese Anordnung des Freiraums 7a ermöglicht, daß die beiden Lichtleitfasern 15a, 15b von den Faserführungsstrukturen 6a, 6b hin zu den Faserzentrierstrukturen 3a, 3b parallel versetzt verlegt werden können. Eine solche Parallelversetzung einer Lichtleitfaser 15a, 15b kann im Einzelfall durch auftretende Schwankungen des Durchmessers der Lichtleitfaser 15a, 15b und/oder durch Fertigungstoleranzen der axialen Anordnung der Faserführungsstrukturen 6a, 6b und der Faserzentrierstrukturen 3a, 3b notwendig werden. Bei dem hier gewählten Ausführungsbeispiel ist der Freiraum 7a in beiden Steckerhälften 1, 2 parallel zu der Rückfläche 24 und der Frontfläche 25 des Linsensteckers als Senke mit U-förmigem Querschnitt ausgeführt. Diese Ausführungsform verhindert ein Überlaufen des Klebers in die Faserzentrierstrukturen 3a, 3b.

Die Faserzentrierstrukturen 3a, 3b sind im Steckerunterteil 1 und Steckeroberteil 2 spiegelsymmetrisch zueinander und parallel zu den Seitenwänden 8, 9 des Linsensteckers in Form von V-Nuten ausgebildet, wie dies die Fig. 2 veranschaulicht. Durch diese Ausführungsform ist nach dem Zusammensetzen der beiden Steckerhälften 1, 2 eine radiale und achsparallele Zentrierung der Lichtleitfasern 15a, 15b im erfindungsgemäßen Linsenstecker gewährleistet, da die Lichtleitfasern 15a, 15b in Folge einer Herzschen Pressung zentriert zwischen den Flanken der beiden zusammengesetzten V-Nuten einliegen.

Bei dem hier gewählten Ausführungsbeispiel ist eine vereinfache Montage der Lichtleitfasern 15a, 15b in die Faserzentrierstrukturen 3a, 3b per Anschlag dadurch erreicht, daß die V-Nuten an deren axialen Enden im unteren Bereich verschlossen sind. Somit ist eine passive Positionierung der Lichtleitfasern 15a, 15b im erfindungsgemäßen Linsenstecker erreicht, da keine nachträglichen Arbeitsschritte für die Lichtleitfaserpositionierung notwendig sind. Dies schließt auch eventuell auftretende Durchmesserschwankungen der Lichtleitfasern 15a, 15b ein, da diese durch Herzsche Pressung nach dem Zusammensetzen von Steckerunterteil 1 und Steckeroberteil 2 an den Flanken der V-Nuten ausgeglichen werden.

Für die Aufnahme und Positionierung der optischen Elemente weisen beide Steckerhälften 1, 2 spiegelsymmetrisch zueinander angeordnete Linsenaufnahmestrukturen 4a, 4b auf, welche per Durchgangsöffnung 26 im direkten Anschluß an das jeweilige axiale Ende einer Faserzentrierstruktur 3a, 3b angeordnet sind. Hierdurch ist der direkte optische Anschluß der Lichtleitfasern 15a, 15b an die optischen Elemente erreicht. Wie die Fig. 1 zeigt, sind in beiden Steckerhälften 1, 2 die Linsenaufnahmestrukturen 4a, 4b symmetrisch um die Durchgangsöffnung 26 ausgebildet. Diese symmetrische Anordnung ermöglicht eine koaxiale Montage der optischen Elemente zur Lichtleitfaser 15a, 15b durch einfaches Einlegen der optischen Elemente in die Linsenaufnahmestrukturen 4a, 4b.

Die Linsenaufnahmestrukturen 4a, 4b sind kanalförmig ausgebildet. Hierdurch wird eine flexible Montage von in der Bauform unterschiedlichen optischen Elementen, wie beispielsweise zylinderförmige Grinlinsen, Kugellinsen, Mikrolinsenfeldern und Mikrolinsen jeweils koaxial zur Lichtleitfaser 15a, 15b ermöglicht.

Gemäß den Figuren ist bei dem hier gewählten Ausführungsbeispiel der Querschnitt der Linsenaufnahmestrukturen 4a, 4b im Vergleich zu den Querschnitten der Lichtleitfasern 15a, 15b mehrfach größer ausgebildet. Diese Ausführungsform ermöglicht die Aufnahme von im Vergleich zu den Querschnitten der Lichtleitfasern 15a, 15b größeren optischen Elementen. Hierdurch besitzt der Linsenstecker eine hohe Übertragungsqualität und ist somit weitgehend unempfindlich gegen Staubverschmutzungen in der Umgebungsluft. Damit ist der Linsenstecker auch an entsprechenden Einsatzorten, wie beispielsweise auf Baustellen, im Kraftfahrzeug und im Maschinenbau einsetzbar.

Bei dem hier ausgewählten Ausführungsbeispiel des Linsensteckers besteht ein anderes besonderes Merkmal darin, daß die Form und Größe des Querschnitts der Linsenaufnahmestrukturen 4a, 4b an die Form und Größe der einzusetzenden optischen Elemente angepaßt ausgebildet ist, wie dies insbesonders die Fig. 3 zeigt. Gemäß Fig. 3 bewirkt dies, daß nach dem Zusammensetzen der beiden Steckerhälften 1, 2 aus den Linsenaufnahmestrukturen 4a, 4b Kavitäten 27a, 27b mit Linsenöffnungen 22a, 22b am verbindungsseitigen Ende des Linsensteckers entstehen. Hierdurch umfassen die Kavitäten 27a, 27b die optischen Elemente und klemmen diese durch Herzsche Pressung ein, so daß ein sicherer Halt und eine sichere Justage der optischen Elemente in den Kavitäten 27a, 27b gewährleistet ist. Die Linsenöffnungen 22a, 22b am verbindungsseitigen Ende des Linsensteckers dienen den optischen Elementen zum Aufbau eines optischen Kontakts per Freistrahl. Diese Ausführungsform der Linsenöffnungen 22a, 22b ermöglicht auch eine leichte Reinigung der optischen Elemente, wobei die Reinigung von außen durch die Linsenöffnungen 22a, 22b vorgenommen werden kann.

Die Kavitäten 27a, 27b ermöglichen eine Montage der optischen Elemente, wobei die optischen Elemente einfach von außen durch die Linsenöffnungen 22a, 22b in die Kavitäten 27a, 27b eingeschoben werden. Dies bewirkt ein Einklemmen der optischen Elemente in den Kavitäten 27a, 27b durch Herzsche Pressung und eine Selbstjustage der optischen Elemente koaxial zu den Lichtleitfasern 15a, 15b, wie dies die Fig. 3 zeigt.

Für eine Verbesserung der Einklemmung der optischen Elemente in den Kavitäten 27a, 27b und damit der sicheren koaxiale Zentrierung der optischen Elemente werden die Linsenaufnahmestrukturen 4a, 4b auch mit rundem, ovalem, eckigem oder dgl. Querschnitt ausgebildet. Die Fig. 2 zeigt eine Frontansicht des zusammengesetzten Linsensteckers mit oktogonalem Querschnitt für die Linsenaufnahmestrukturen 4a, 4b im Steckerunterteil 1 und Steckeroberteil 2. Dieser Querschnitt eignet sich besonders bei der Verwendung von Kugellinsen im Linsenstecker, da es beim Einschieben der Kugellinsen in die dann oktogonalen Kavitäten 27a, 27b zwischen den Seitenflächen der Kavitäten 27a, 27b und der Kugellinse zur besagten Herzschen Pressung kommt, wobei sich die Kavitäten 27a, 27b den Durchmessern der Kugellinsen oder die Durchmesser der Kugellinsen den Kavitäten 27a, 27b anpassen. Dies bewirkt, daß die Kugellinsen sicher und koaxial zentriert zur Lichtleitfaser 15a, 15b in den Kavitäten 27a, 27b einliegen.

Die Linsenaufnahmestrukturen 4a, 4b weisen für eine axiale Selbstjustage der optischen Elemente einen Anschlag 5 auf, welcher bei den Ausführungsbeispielen gemäß Fig. 3a für die Verwendung einer Kugellinse und gemäß Fig. 3b für die Verwendung einer Grinlinse in Form einer Stufe ausgebildet ist. Von Vorteil kann der Anschlag 5 hierbei so ausgeführt sein, daß er nach dem Einlegen des optischen Elementes als Dichtung wirkt, so daß ein Eindringen von Staubverunreinigungen durch die Linsenöffnungen 22a, 22b in den Zwischenraum 30 zwischen Lichtleitfaser 15a, 15b und optischem Element sicher verhindert wird. Dies wird in einer anderen Ausführungsform des Linsensteckers gemäß Fig. 3a auch erreicht, indem eine Schutzscheibe 31 vor die Linsenöffnungen 22a, 22b montiert wird.

Bei dem Ausführungsbeispielen gemäß Fig. 3d und 3e wird ein vorgefertigtes Plankonvexes- bzw. Bikonvexes-Mikrolinsenfeld 18 durch die Linsenöffnungen 22a, 22b in die Linsenaufnahmen 4a, 4b eingeschoben, wobei die verbindungsseitige Frontfläche 25 des Linsensteckers als Anschlag für einen Halterahmen 28 des Mikrolinsenfeldes 18 dient.

Der zusammengesetzte Linsenstecker mit montierten Lichtleitfasern 15a, 15b gemäß Fig. 2 kann auch zum Einformen bzw. Einprägen von Mikrolinsen in die Kavitäten 27a, 27b gemäß der Offenlegungsschrift EP 0 786 326 A1 verwendet werden. Hierbei dient der Linsenstecker als Prägestempel, wobei der Linsenstecker zum Fertigen der Mikrolinsen 21 in einen transparenten Formstoff, wie beispielsweise Polymethylmethacrylat-Kunststoff, eingedrückt wird. Hierdurch entstehen in den Kavitäten 27a, 27b gemäß Fig. 3c die Mikrolinsen 21. Das Einformen und Verbleiben von Mikrolinsen 21 in den Kavitäten 27a, 27b hat den Vorteil, daß eine Montage der Mikrolinsen 21 und damit verbundene Toleranzen gänzlich entfallen. Für das Einformen der Mikrolinsen 21 werden die Kavitäten 27a, 27b vorzugsweise mit rundem Profil ausgeführt.

Bei dem hier gewählten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 wird ein formschlüssiges Zusammensetzen der beiden Steckerhälften 1, 2 dadurch sichergestellt, daß im Steckerunterteil 1 Vorsprünge 12 ausgebildet sind, welche in Nuten 13 im Steckeroberteil 2 greifen. Durch diese Ausführungsform und das bereits beschriebene Verkleben der Lichtleitfasern 15a, 15b in den Faserführungsstrukturen 6a, 6b ist der Linsenstecker nach dem Zusammensetzen der beiden Steckerhälften 1, 2 hermetisch verschlossen, so daß keine Staubverschmutzungen der Umgebungsluft in den Bereich der Lichtleitfasern 15a, 15b eindringen können. Selbstverständlich ist es auch möglich einen solchen Verschluß des Linsensteckers durch die Verwendung von Rast- und Gegenrastverbindungsmitteln durchzuführen.

Um den Aufbau kompakter optischer Freistrahlanordnungen, wie beispielsweise den in Fig. 4 dargestellten Leitungsstecker zu ermöglichen, sind in beiden Steckerhälften 1, 2 parallel zu den beiden Seitenwänden 8, 9 verlaufende Führungsrinnen 10, 11 ausgebildet, wie dies Fig. 1 zeigt. Diese Führungsrinnen 10, 11 bilden nach dem Zusammensetzen der beiden Steckerhälften 1, 2 einen Hohlzylinder 29 für die Aufnahme von Führungsstiften 23. Mittels den Führungsstiften 23 kann dann gemäß Fig. 4 eine justierte Steckverbindung zwischen zwei Linsensteckern ausgeführt werden. Aufgrund des spiegelsymmetrischen Aufbaus des Linsensteckers kann der Steckvorgang zwischen zwei Linsenstecker auch um 180° gedreht gegeneinander ausgeführt werden, falls dies die Anwendung erlaubt.

Ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Linsensteckers zeigen die Fig. 5 und 6, wobei die bisher verwendeten Bezugszeichen in ihrer bisher erläuterten Bedeutung verwendet werden. Bei dieser Ausführungsform sind die Faserzentrierstrukturen 3c, 3d, 3e, 3f und die direkt damit verbundenen Linsenaufnahmestrukturen 4c, 4d, 4e, 4f so angeordnet, daß die Kavitäten 27c, 27d, 27e, 27f, welche beim Zusammensetzen von Steckerunterteil 1 und Steckeroberteil 2 aus den Linsenaufnahmestrukturen 4c, 4d, 4e, 4f entstehen, nicht in einer Ebene, sondern in mehreren vertikal zueinander versetzten Ebenen an der verbindungsseitigen Frontfläche 25 des Linsensteckers entstehen. Bei dem hier gewählten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 5 sind die Kavitäten 27c, 27d, 27e, 27f mit variablem horizontalem Abstand in zwei vertikalen Ebenen angeordnet.

Gemäß Fig. 6 weist diese Ausführungsform des neuerungsgemäßen Linsensteckers einen sehr viel größeren Abstand der Anordnung der Linsenaufnahmestrukturen 4c, 4d, 4e, 4f im Vergleich zum Abstand der Faserführungstrukturen 6c, 6d, 6e, 6f von vorzugsweise 250 µm auf. Zum einen ermöglicht dies eine einfache Konfektionierung des Linsensteckers, indem ein handelübliches Faserbändchen mit einem Rastermaß von typischerweise 250 µm der Lichtleitfasern 15c, 15d, 15e, 15f einfach in die Faserführungstrukturen 6c, 6d, 6e, 6f einlegbar ist. Zum anderen ermöglicht diese Ausführungsform des Linsensteckers eine hohe Kanalzahl der Lichtleitfasern 15c, 15d, 15e, 15f in Kombination mit dem Einsatz von besonders großen optischen Elementen im Linsenstecker.

Gemäß Fig. 5 und 6 müssen bei dieser Ausführungsform die Lichtleitfasern 15c, 15d, 15e, 15f von den Faserführungsstrukturen 6c, 6d, 6e, 6f über den Freiraum 7b hinweg in Bögen hin zu den Faserführungsstrukturen 3c, 3d, 3e, 3f und den Linsenaufnahmestrukturen 4c, 4d, 4e, 4f verlegt werden. Hierdurch wird als besonderer Vorteil erreicht, daß alle Lichtleitfasern 15c, 15d, 15e, 15f nahezu die gleiche Verlegelänge im Linsenstecker aufweisen. Mit Verlegelänge ist hier die Länge der Lichtleitfasern 15c, 15d, 15e, 15f ab dem Eintritt in den Linsenstecker bei der Zugentlastung 19 bis zu den Durchgangsöffnungen 26 in den Linsenaufnahmestrukturen 4c, 4d, 4e, 4f gemeint. Damit wird als weitere Vorteil erreicht, daß bei der Montage des Linsensteckers in einfacher Art und Weise alle Lichtleitfasern 15c, 15d, 15e, 15f mit gleicher Länge passend zum Einlegen in den Linsenstecker abgeschnitten werden können, wie dies bei kleiner Kanalzahl der Lichtleitfasern 15a, 15b gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel des Linsensteckers üblich ist.

Um auch an den Linsenstecker gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel den direkten Anschluß einer hoher Kanalzahl der Lichtleitfasern 15c, 15d, 15e, 15f, beispielsweise den Anschluß eines handelsübliches Lichtleitfaserbändchen, beim Einsatz von besonders großen optischen Elementen mit dem Vorteil gleicher Verlegelängen aller Lichtleitfasern 15c, 15d, 15e, 15f zu ermöglichen, können im Bereich des Freiraumes 7a mehrere axial hintereinander und gegebenenfalls versetzt angeordnete Umlenkteile, wie beispielsweise Umlenkzylinder, angeordnet werden, so daß die Lichtleitfasern 15c, 15d, 15e, 15f in Art einer Schlangen- bzw. Wellenlinie um diese Umlenkteile verlegbar sind. Hierdurch sind die Verlegelängen der äußeren und mittleren Kanäle im Linsenstecker aufeinander abstimmbar.

Für die Fertigung des Linsensteckers werden Abformverfahren, wie beispielsweise Spritzgußverfahren und/oder Abprägeverfahren eingesetzt. Hierzu wird jeweils ein Spritzgußwerkzeug als negative Urform für das Steckerunterteil 1 und das Steckeroberteil 2 hergestellt. Das Spritzgußwerkzeug besteht aus einer Grundplatte, in welche die einzelnen Formteile für den Linsenstecker, insbesondere Faserzentrierstrukturen 3a, 3b, 3c, 3d, 3e, 3f, Linsenaufnahmestrukturen 4a, 4b, 4c, 4d, 4e, 4f, Führungsrinnen 10 und 11, Vorsprünge 12 und Nuten 13 als Werkzeugeinsätze modular eingelegt und fixiert werden. Diese Werkzeugeinsätze wurden mit hoher Maßgenauigkeit zum Teil mittels Feindrahterosion und zum anderen Teil mittels lithografischen und galvanischen Verfahren gefertigt. Mit diesen Spritzgußwerkzeugen können Steckerunterteil 1 und Steckeroberteil 2 einstückig hergestellt werden, so daß eine preiswerte Fertigung großer Stückzahlen des erfindungsgemäßen Linsensteckers möglich ist.

Bezugszeichenliste

1

Steckerunterteil

2

Steckeroberteil

3

a Faserzentrierstruktur

3

b Faserzentrierstruktur

3

c Faserzentrierstruktur

3

d Faserzentrierstruktur

3

e Faserzentrierstruktur

3

f Faserzentrierstruktur

4

a Linsenaufnahmestruktur

4

b Linsenaufnahmestruktur

4

c Linsenaufnahmestruktur

4

d Linsenaufnahmestruktur

4

e Linsenaufnahmestruktur

4

f Linsenaufnahmestruktur

5

Anschlag

6

a Faserführungsstruktur

6

b Faserführungsstruktur

6

c Faserführungsstruktur

6

d Faserführungsstruktur

6

e Faserführungsstruktur

6

f Faserführungsstruktur

7

a Freiraum

7

b Freiraum

8

Seitenwand

9

Seitenwand

10

Führungsrinne

11

Führungsrinne

12

Vorsprung

13

Nut

14

Klebeöffnung

15

a Lichtleitfaser

15

b Lichtleitfaser

15

c Lichtleitfaser

15

d Lichtleitfaser

15

e Lichtleitfaser

15

f Lichtleitfaser

16

Kugellinse

17

Grinlinse

18

Mikrolinsenfeld

19

Zugentlastung

20

Abdeckplatte

21

Mikrolinse

22

a Linsenöffnung

22

b Linsenöffnung

23

Führungsstift

24

Rückfläche

25

Frontfläche

26

Durchgangsöffnung

27

a Kavität

27

b Kavität

27

c Kavität

27

d Kavität

27

e Kavität

27

f Kavität

28

Halterahmen

29

Hohlzylinder

30

Zwischenraum

31

Schutzscheibe

Claims (7)

1. Steckverbinder mit optischen Elementen zum Aufbau kompakter optischer Freistrahlanordnungen für mehrere Lichtleitfasern mit folgenden Merkmalen:

• a) Er weist zwei Steckerhälften (1, 2), ein Steckerunterteil (1) und ein Steckeroberteil (2), auf;
• b) Mindestens eine Steckerhälfte (1, 2) weist mehrere Faserzentrierstrukturen (3a, 3b, 3c, 3d, 3e, 3f) zur radialen und achsparallelen Zentrierung der Lichtleitfasern (15a, 15b, 15c, 15d, 15e, 15f) auf;
• c) Mindestens eine Steckerhälfte (1, 2) weist im Anschluß an das jeweilige verbindungsseitige Ende einer Faserzentrierstruktur (3a, 3b, 3c, 3d, 3e, 3f) eine Linsenaufnahmestruktur (4a, 4b) auf, welche zur Aufnahme und koaxialen Ausrichtung eines optischen Elementes an die Lichtleitfaser (15a, 15b, 15c, 15d, 15e, 15f) dient;
• d) Die Faserzentrierstrukturen (3a, 3b) und Linsenaufnahmestrukturen (4a, 4b, 4c, 4d, 4e, 4f) sind einstückiger Bestandteil der abformtechnisch hergestellten Steckerhälften (1, 2).

2. Linsenstecker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Linsenaufnahmestrukturen (4a, 4b, 4c, 4d, 4e, 4f) kanalförmig ausgebildet sind.

3. Linsenstecker nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Linsenaufnahmestrukturen (4a, 4b, 4c, 4d, 4e, 4f) einen solchen Querschnitt aufweisen, daß die Aufnahme von im Vergleich zu den Lichtleitfasern (15a, 15b, 15c, 15d, 15e, 15f) größeren optischen Elementen ermöglicht ist.

4. Linsenstecker nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt der Linsenaufnahmestrukturen (4a, 4b, 4c, 4d, 4e, 4f) an die Form des optischen Elementes angepaßt ist.

5. Linsenstecker nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Linsenaufnahmestrukturen (4a, 4b, 4c, 4d, 4e, 4f) einen Anschlag (5) für die axiale Justage der optischen Elemente aufweisen.

6. Linsenstecker nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zum formschlüssigen Zusammensetzen der beiden Steckerhälften (1, 2) zumindest in den Seitenwänden (8, 9) des Linsensteckers zusammenwirkende Verbindungsmittel, wie beispielsweise ein Vorsprung (12) im Steckerunterteil (1) und eine Nut (13) im Steckeroberteil (2), angeordnet sind.

7. Linsenstecker nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl das Steckerunterteil (1) als auch das Steckeroberteil (2) entlang der Seitenwände (8, 9) verlaufende Führungsrinnen (10, 11) aufweisen, welche nach dem Zusammenfügen der beiden Steckerhälften (1, 2) einen Hohlzylinder zur Aufnahme von Verbindungselementen, wie beispielsweise Führungsstiften, bilden.