DE2543247B2

DE2543247B2 - Optoelektronisches Koppelelement

Info

Publication number: DE2543247B2
Application number: DE2543247A
Authority: DE
Inventors: Lionel Massy Guilleman; Jacques Claude Herouville St. Clair Calvados Thillays
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1974-10-01
Filing date: 1975-09-27
Publication date: 1980-12-18
Also published as: NL177867B; GB1521098A; CA1043891A; NL7511414A; FR2287108B1; BE833977A; DE2543247A1; SE7510879L; CH595701A5; JPS5162056A; DE2543247C3; US4118633A; AU8537175A; AU498279B2; NL177867C; JPS5619750B2; FR2287108A1

Description

dadurch gekennzeichnet, daß

e) der Lichtleiter (14) an der Seite der Leuchtdiode (12) von der Spitze desselben und in der Richtung der Basisfläche (13) gesehen einen Abschnitt (146/in Form einer halbkugelförmigen Kappe besitzt, deren Krümmungsmittelpunkt mit der Oberfläche der Leuchtdiode zusammenfällt,

f) einen Te* (t4a) mit fokussierenden Eigenschaften aufweist, der, die rrn der Leuchtdiode herrührenden Lichtstrahlen zum lichtleiter (17) des Empfängers (15) richtey ?aB

g) die Höhe des zylindrischen Teiles des Lichtleiters (14) an der Seite der Leuchtdiode dem Quotienten

40

entspricht, wotwi R der Radius des genannter, zylindrischen Teils und π die Brechzahl des transparenten Stoffes ist, aus dem der Lichtleiter besteht, daß ferner

h) der fokussierende Abschnitt (17a) auf der Seite des Empfangen derart ausgebildet ist, daß er die von der halbkugelförmigen Kappe ankommenden Strahlen zum Lichtempfänger richtet, so und daß

i) der auf der Seite des Empfängen liegende Lichtleiter zwischen dem fokussierenden Ab· schnitt (17/^ und seinem zylindrischen Teil (\7c) einen exponentiell verlaufenden Abschnitt (i7b) besitzt, der die vom fokussierenden Teil des Lichtleiters der Leuchtdiode kommenden Strahlen zum Lichtempfänger richtet

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Lichtleiter jeweils eine Basis βο mit gleichem Durchmesser besitzen.

3. Anordnung nach Anspruch t oder 2. dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtleiter aus einer profilierten Kapsel aus einem ersten transparenten Stoff bestehen, wobei die Kapsel mindestens teilweise einen zweiten transparenten Stoff enthält.

Die Erfindung bezieht sich auf ein optoelektronisches Koppelelement gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Die elektrische Qualität eines optoelektronischen Koppelelements wird insbesondere an dem Wert des Stromübertragungsverhältnisses, d. fe.an dem Wert des Verhältnisses zwischen dem austretenden Strom an der Seite des lichtempfindlichen Empfängers und dem eintreffenden Strom an der Seite der Leuchtdiode gemessen.

Aus physikalischen Gesichtspunkten besteht die Energieübertragung zwischen den beiden Teilen des Koppelelements aus einer Anzahl unterschiedlicher Stufen, wobei ein Teil dar Energie verlorengeht Die Verluste lassen sich in Umwandlungsverluste (Umwandlung des Stromes in Lichtenergie an der Seite der Leuchtdiode und umgekehrt an der Seite des Empfängers), in Verluste durch Absorption in den jeweiligen Medien, die vom Licht durchlaufen werden, und in Übertragungsverluste der Licbtenergie (Verluste infol Leuchtdiode der Tatsache, daß die Lichtstrahlen, die von der Leuchtdiode herrühren, nicht alle auf das wirksame Element des Empfängers konvergiert wer Empfängerelement unter Empfängerelement Von diesen Verlusten sind die Übertragungsverluste durchaus die höchsten.

Dies macht sich insbesondere bei den Lichtkopplern geringer Abmessungen, die zur Zeit beispielsweise zum Lesen von Lochkarten verwendet werden, bemerkbar, die als Leuchtdiode einen winzigen Halbleiterkristall umfassen, der uabedeckt oder in eine optische Vorrichtung mit einem halbkugelförmigen Querschnitt eingebettet ist, wobei die Vorrichtung einem an der Empfangsseite angeordneten anderen kleinen Halbleiterkristall gegenüber angeordnet ist (beispielsweise einem Phototransistor), der unbedeckt oder ebenfalls in eine halbkugelförmige optische Vorrichtung aufgenommen ist

Ein derartiges Koppelelement ist bekannt aus der DE-OS 22 53 699. Das Stromiibertraguflgsverhältnis ist hierbei stark abhängig von einer optimalen geometrischen Anordnung der Leuchtdiode gegenüber dem Empfinger. Eine äußerst geringe Verschiebung eines der beiden Kristalle gegenüber der optischen Achse oder eine geringe Schrlgsteflung (zwei bis drei Grad) der w'rkiamen Riehen der Kristalle senkt das ÜbertragungsverhSltnis stark.

Bei der Herstellung der Koppelelemente müssen aber Toleranzen erlaubt werden, was die Abmessungen und die regelmäßige Form der Kristalle und ihrer optischen Elemente anbelangt, sowie was die Lage der genannten Kristalle innerhalb dieser genannten optischen Elemente betrifft sogar, wenn alle Herstellungsvorgänge serienmäßig durchgeführt werden. Daher ist es verständlich, daß die Ubertragungsverhältnisse, die bereits gering sind, auch noch zwischen gleichförmigen, im Grunde identischen Koppelelementen veränderlich sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen LichtkoppKsr zu schaffen, mit verbesserten Stromüber* trsgungsverhSltnissen im Vergleich zu denen, die mit Koppelelementen entsprechend dem heutigen Stand der Technik erhalten werden. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist, die großen Unterschiede der Werte des Stromübertragungsverhdltnisses zwischen im Grunde gleichförmigen Lichtkopplern zu verringern.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Lichtleiter an der Seite der Leuchtdiode von der

Spitze desselben und in der Richtung der Basisfläche gesehen einen Abschnitt in Form einer halbkugelförmigen Kappe besitzt, deren Krümmungsmittelpunkt mit der Oberfläche der Leuchtdiode zusammenfällt, einen Teil mit fokussierenden Eigenschaften aufweist, der die von der Leuchtdiode herrührenden Lichtstrahlen zum Lichtleiter des Empfängers richtet, daß die Höhe des zylindrischen Teiles des Lichtleiters an der Seite der Leuchtdiode dem Quotienten

entspricht, wobei R der Radius des genannten zylindrischen Teils und π die Brechzahl des transparenten Stoffes ist, aus dem der Lichtleiter besteht, daß ferner der fokussierende Abschnitt auf der Seite des Empfängers derart ausgebildet ist, daß er die von der halbkugelförmigen Kappe ankommenden Strahlen zum Lichtempfänger richtet, und daß der auf der Seite des Empfängers liegende Lichtleiter zwischen dem fokussierenden Abschnitt und seinem zylindrischen Teil einen exponentiell, verlaufenden Abschnitt besitzt, üer die vom fokussierenden Teil des Lichtleiters der Leuchtdiode kommenden Strahlen zum Lichtempfänger richtet

Mit einer derartigen Anordnung wird beabsichtigt, daß die genannten Strahlen am optischen Empfängerelement »streifend einfallen«, um die Übertragungsverluste infolge geometrischer Unzulänglichkeiten des Systems auf ein Minimum zu beschränken. Die Erfahrung hat gelehrt, daß bei Verwendung eines exponentiell verlaufenden Teils der Effekt von Fehlern, die mit dem optischen Emitterkristall in Zusammenhang stehen, auf den Empfängerkristall einen weniger nachteiligen Einfluß hat, wenn die Strahlen das optische Empfängerelement nahezu »streifend« erreichen. Die Höhe des zylindrischen Teils des Lichtleiters an der Seite der Leuchtdiode muß höchstens dem Wert

IO

15

20

25

30

35

40

entsprechen. Hierbei wird durch Totalreflektion vermieden, daß die Lichtstrahlen seitlich durch den genannten Teil verlaufen können.

Die von der Anmelderin durchgeführten Versuche, far verschiedene Lichtkoppler, deren optische Elemente nach dem Kennzeichen der Erfindung gebildet sind, führten zu Stromübertragungsverhältnissen zwischen 30% und 55%. Diese Zahlen sind wesentlich höher als diejenigen, die mit Anordnungen bekannter Art erhalten werden, und darin steckt der wesentliche Vorteil der erfindungsgemäßen Anordnungen.

Ein weiterer wesentlicher Vorteil der erfmdungsgemaßen Anordnung ist eine größere Toleranz, was die Montageunregelmäßigkeiten anbelangt Verschiebungen von beispielsweise bis V10 mm des Leuchtdiodenkristalls oder Etnpfängerkristalls auf beiden Seiten der Achse ihres jeweiligen Lichtleiters oder ein Anordnungswinkelfehler bis etwa 3° der wirksamen Fläche des Kristalls auf der genannten Achse führen nicht zu einer Verringerung des Sf.romübertragungsverhältnisscs. Dadurch ist die Herstellung des ganzen wesentlich einfacher geworden. 6*-,

Ein Ausführungsbe^;spiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

Fig. la einen schematischen axialen Längsschnitt durch ein Lichtleiterpaar, das in einem optoelektronischen Koppelelement nach der Erfindung verwendet werden kann,

Fig. Ib eine Darstellung der Verteilung der wirksamen Lichtstrahlen dieses Paares,

F i g. 2 eine graphische Darstellung, die den Wert des Stromübertragungsverhältnisses als Funktion des Abstandes zwischen den beiden Lichtleitern für drei Lichtkoppler nach der Erfindung angibt, und

F i g. 3 einen axialen Schnitt durch eine Leuchtdiode mit einem Lichtleiter.

Das in Fig. la dargestellte Koppelelement besteht aus einer Anordnung 10 und einer Anordnung 11, die in geringem Abstand einander gegenüberliegen. Die Anordnung 10 umfaßt eine Licht aussendende Halbleiterdiode 12, deren wirksame Fläche sich planparallel zur Basisfläche 13 eines Lichtleiters Ϊ4 erstreckt Auf gleiche Weise enthält die Anordnung 11 ein Halbleiterelement, beispielsweise einen Phototransistor 15, dessen wirksame Fläche sich planparallel xe.\ Fläche 16 eines Lichtleiters 17 erstreckt Die beiden Läehueiter i4 und 17 sind rotationssymmetrisch gegenüber der Achse I-I, auf welcher Achse ebenfalls die Halbleiterelemente 12 und 15 liegen.

Beide },ichtleiter 14 und 17 enthalten einen Teil mit fokussierenden Eigenschaften. In der Ausführungsform des Lichtkopplers, der in F i g. 1 dargestellt ist, ist der Teil mit den fokussierenden Eigenschaften an der Seite der Leuchtdiode 12 bei 14a zwischen den Ebenen II und III senkrecht zur Zeichenebene und an der Seite des Empfängers 15 im vorderen Teil 17a des Lichtleiters 17 zwischen den Ebenen V und VI, wobei die Ebene V den genannten Teil 17a tangiert

Der Lichtleiter 14 enthält zwei weitere Teile, einerseits einen zwischen den Ebenen III und IV liegenden Stirnteil 14£in Form einer halbkugelförmigen Kappe, deren Krümmungsmitte in der wirksamen Fläche der Diode 12 liegt, und andererseits einen zylindrischen Teil 14c; der zwischen der Basisfläche 13 und der Ebene II liegt Der Lichtleiter 17 umfaßt ebenfalls drei Teile: den obengenannten Teil mit fokussierenden Eigenschaften 17a, dem ein exponentiell verlaufender Teil 17b folgt der zwischen den Ebenen VI und VII liegt sowie einen zylindrischen Teil, der sich zwischen der Ebene VII und der Basisfläche 16 der Lichtleiter erstreckt Die beiden Lichtleiter sind derart entworfen, daß die Profile ihrer jeweiligen Teile allmählich ineinander übergehen, dies zur Beschränkung der Übertragungsverluste aufs Minimum.

Der Verteilungsplan der wirksamen Lichtstrahlen zwischen der Leuchtdiode 12 und dem Phototransistor 15, die an den beiden Enden des in den Fig. la und Ib dar gesüßten Systems angeordnet sind, läßt drei verschiedene Strahlenbündel erscheinen (siehe F i g. Ib).

Ein erstes Bündel 18, dessen öffnungswinkel an der Seite der Leuchtdiode den Abmessungen des Teils 146 in Form der halbkügelförmigen Kappe entspricht und das auf der Zefchenebene von Fig. Ib durch die marginalen Bündel ttfai und I8&1 begrenzt wird, bedeckt an der Empfangerseite die Außenoberfläche des Teils 17a mit fokussierenden Eigenschaften. Dieses Bündel wird vom genannten Teil 17a des Lichtleiters 17 abgelenkt und in Richtung des Phototransistors 15 fokussiert, wobei das marginale Bündel I832 und 18/>2 in der Zeichenebene die Grenzen des abgelenkten Bündels darstellen.

Ein zweites Bündel 19, das an der Seite der

Leuchtdiode dem Teil mit fokussierenden Eigenschaften 14a entspricht und in diesem Teil und in der Zeichenebene einerseits durch die Strahlen 18ai und 19ai begrenzt wird, andererseits durch die Strahlen Mb₁ und 196|. konvergiert beim Verlassen des genannten Teils 14a zum Rande des Teils 17a des Lichtleiters 17. Im Grunde genommen schneidet das Bündel 19 auf dem Lichtleiter 17 entsprechend der kreisförmigen Schnittlinie des genannten Lichtleiters 17 durch die Ebene, die der gestrichelten Linie VI entspricht. Es dürfte einleuchten, daß in der Praxis.und unter Berücksichtigung der unvermeidbaren Aberrationen und Unregelmäßigkeiten der optischen Lage des Systems das Bündel 19 den Lichtleiter 17 entsprechend einem schmalen Ring, dessen Oberfläche einen Teil des Teils 17s sowie des ihm folgenden Teils 176 bildet, trifft. Die Strahlen des Bündels 19 werden von ihrem Kontakt mit dem Lichtleiter zum Phototransistor 15 hin gebrochen und

der Zeichenebene von Fig. Ib den obengenannten Strahlen 18a;und 1802 entspricht.

Ein drittes Bündel 20, das an der Seite der Leuchtdiode den marginalen Strahlen entspricht, die an die Strahlen 19ai und 196| grenzen, verläßt den Lichtleiter 14 entsprechend einer Richtung, die sich nahezu parallel zur Achse l-l erstreckt. Dieses Bündel erreicht der Lichtleiter 17 mit einem großen Einfallswinkel, der praktisch »streifend« ist und aus dem genannten Lichtleiter 17 die Oberfläche des exponentiell verlaufenden Teils 176 bedeckt (ein Exponentieiler Querschnitt bedeutet, daß jeder eintreffende Strahl, der die Oberfläche des Teils tangiert, mit dem entsprechenden Radiusvektor, der vom empfangenen Kristall zum Tangentialpunkt geführt wird, einen konstanten Winkel einschließt).

Das entsprechende gebrochene Bündel im Lichtleiter 17, das in der Zeichenbene nach Fig. Ib zwischen den Strahlen Mai und 19a₂ einerseits und Mb₁ und 19fr andererseits dargestellt wird, konvergiert zum Phototransistor 15.

Mit einem System des obenstehend beschriebenen Modells haben die unvermeidbaren Unzulässigkeiten, wie minimale Dezentrierungen der Halbleiterelemente 12 und 15 auf der Achse I-I oder ein Anordnungsfehler des Lichtleiters 17 gegenüber dem Lichtleiter 14, oder aber eine verhältnismäßig wichtige Änderung des Abstandes zwischen diesen Lichtleitern keine großen Übertragungsverluste zur Folge, was bei Koppelelementen bekannter Art der Fall ist

Einem derartigen System soll die Erkenntnis zugrunde liegen, daß ein Winkelfehler des Strahles, der von der Leuchtdiode 12 herrührt und auf die Trennfläche zwischen dem Lichtleiter 14 und dem den beiden Lichtleitern gemeinsamen Außenmilieu einfällt, nur einen minimalen Fehler am entsprechenden gebrochenen Strahl verursachen darf. Auf dieselbe Weise darf ein Winkelfehler eines Strahls, der die Oberfläche des optischen Empfängerelementes trifft, nur einen minimalen Winkelfehler des abgelenkten Strahls in diesem Lichtleiter mit sich bringen. Dadurch beruht die Untersuchung der geeigneten Profile auf der des

Verhältnisses -^- der Winkelfehler an der Grenzfläche

der beiden Medien mit verschiedenen Brechungszahlen. Die Resultate dieser Untersuchung zeigen im Falle

AO

der Leuchtdiode, daß -^g- bei einem normalen Einfall auf der Oberfläche des Lichtleiters 14 minimal ist wenn Bi der Einfallswinkel des von der Leuchtdiode herrührenden Strahles ist und 6_rder Brechungswinkel für den Strahl ist, der in das Außenmilieu, in diesem Fall die Luft, eindringt.

Im Falle des Empfängers, wenn θ der Einfallswinkel des vom Lichtleiter 14 herrührenden Strahles und 8_rder Brechungswinkel des Strahles, der in das optische

Empfängerelement eindringt, ist. ist -τ^- bei einem

to streifenden Einfall an der Oberfläche des optischen Empfängerelementes minimal.

Dadurch ist es von Bedeutung, einerseits den Lichtleiter 14 mit einem halbkugelförmigen Abschnitt 146 zu versehen, dessen Krümmungsmitte auf der

r, Oberfläche der Leuchtdiode 12 liegt (die Strahlen treffen dann mit einem normalen Einfallswinkel auf die Oberfläche dieses Teiles) und andererseits an der Empfängerseite die Lichtleistung, die von der Leucht-

konzentrieren (so daß möglichst viele Strahlen »streifend« empfangen werden).

Ausgehend von diesen Erwägungen hat die Anmelderin kohärente optische Systeme darstellen und ausbilden können, die den obenstehend beschriebenen Systemen analog oder identisch sind. In diesen Systemen ist die Größe des Teils in Form einer kugelförmigen Kappe 146 des Lichtleiters 14 selbstverständlich von den Abme.'vingen des Lichtleiters 17 und vom Abstand zwischen diesen beiden Lichtleitern abhängig. Bei einem verhältnismäßig großen Abstand zwischen Leuchtdiode und Empfänger im Vergleich zu den Abmessungen der Lichtleiter ist der Teil in Form ,"liner halbkugelförmigen Kappe sehr stark zurückgebracht und kann dann integriert und in den Teil mitfokussierenden Eigenschaften aufgenommen werden.

In den Lichtleitern 14 und 17 eines Systems nach den Fig. la und Ib Obertragen die zylindrischen Teile 14c und 17cdie Lichtstrahlen, ändern aber die Bahnen dieser Strahlen nicht Die jeweiligen Höhen dieser Teile hängen in jedem Lichtleiter von den geometrischen Kennzeichen der anderen Teile ab. Insbesondere an der Seite der Leuchtdiode steht die Höhe des Teils 14c in engem Zusammenhang mit dem Krümmungsradius des Abschnitts 146 in Form einer halbkugelförmigen Kappe, denn die Diode 12 befindet sich in der Krümmungsmitte der Kappe 146. Damit jedoch die Verluste durch seitliche Lichtübertragung beschränkt werden (d.h. durch Übertragung außerhalb des durch die Strahlen 19a, und 196| begrenzten Kegels), wurde bestimmt daß

so die Höhe des Teils 14c (Abstand zwischen der Basisfläche 14c und der Ebene, die der gestri 'leiten vertikalen Linie II-II entspricht) keinesfalls den Wert des Verhältnisses

überschreiten darf, wobei R der Radius der Fläche des Lichtleiters in der Basisfläche 13 ist und η die Brechzahl des Materials ist, das diesen Lichtleiter bildet

Vorzugsweise ist es in Grenzflächen von Bedeutung, die Umfangsfläche des TeQs 14c mit einem Film aus einem Stoff mit reflektierenden Eigenschaften zu bedecken.

In Fig.2 sind drei Kurven dargestellt, die in konkreten Falten von optischen Systemen nach Fig. 1, die von der Anmelderin verwirklicht worden sind, die Änderungen in Prozentsätzen des Stromübertragungs-

Verhältnisses als Funktion des Abslandes in mm zwischen den Spitzen der beiden Lichtleiter darstellen. In diesem Fall handelt es sich um Koppelelemente, die einerseits die Leuchtdiode umfassen, die aus einem Halbleiterkristall mit einer Nutzoberfläche von 4 ■ IO ²mm^J besteht und mit einem Lichtleiter gekoppelt ist. dessen Basisradius 2 mm beträgt, und an der an.'-.ren Seite, an der Empfängerseite, einen Phototransistor enthält, der aus einem Halbleiterkristall gebildet ist und eine Nutzoberfläche hat entsprechend 0,1 mm², gekoppelt mit einem Lichtleiter, dessen ßasisradius 1.5 mm (Kurve A), 2 mm (Kurve B), 2.5 mm (Kurve C) beträgt.

Aus der graphischen Darstellung geht hervor, daß das Stromübertragungsverhältnis deutlich 50% überschreitet, in beiden Fällen der Kurven flund C, bei Abständen zwischen den beiden Lichtleitern, die zwischen 10—20 mm schwanken können.

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Resultat bei 53% auf. wenn die Lichtleiter denselben Basisradius haben. Im Fall der Kurve A. d. h., wenn der Radius des Lichtleiters der Leuchtdiode größer ist als der des Lichtleiters des Empfängers, ist das Stromübertragungsverhältnis gegen geringfügige Änderungen des Abstandes zwischen den beiden Lichtleitern äußerst empfindlich und weiter überschreitet dieses Übertragungsverhältnis 50% nicht.

Vorzugsweise entspricht der Radius des Lichtleiters der Leuchtdiode dem des Lichtleiters des Empfängers.

Die Lichtleiter werden vorzugsweise teilweise in For η von gegossenen Kapseln hergestellt, wie in Fi g. 3 dargestellt ist. In dieser Figur ist der Teil der Kapsel 30, dessen Außenoberfläche erfindungsgemäß profiliert ist, der obere Teil 31, der über der horizontalen Ebene angeordnet ist, die der Achse Xentspricht. Das optische Element ist ein rotationssymmetrischer Körper um die Achse YY.

Der Halbleiterkristall 32 wird in der Nähe der Kreuzung der Achsen XX und YY angeordnet; die wirksame Räche desselben, die der Spitze 33 des optischen Elementes zugewandt ist, ist planparallel zur horizontalen Ebene, die durch die Achse XX definiert wird. Der Kristall wird auf bekannte Weise elektrisch verbunden und einerseits mit dem Leiter 34a, auf dem er ruht und andererseits mit dem Seitenleiter 346 durch den Verbindungsdraht 35 verbunden. In diesem Fall handelt es sich um eine Leuchtdiode. Im Falle eines Phototransistors müßte also ein dritter Leiter angeordnet werden, der seitlich angeordnet werden kann, wie der Leiter 34Ä und der in einem bestimmten Winkel gegenüber letzterem verschoben wird.

Der Teil 31 der Kapsel 30 setzt sich unter der Achse XX fort mit einem Mantel 36 in Form eines zylinderförmigen Ringes, in dem die Leiter 34a und Mb untergebracht sind

Das innere Volumen 37 der Kapsel 30 wird nach Anordnung des Kristalls auf bekannte Weise mit einem transparenten, aushärtenden Stoff mit geeigneten optischen Eigenschaften gefüllt Innerhalb des oberen TeQs 31 der Kapsel 30 wird in dem Volumen 37 eine Kammer 38 vorgesehen. Diese Kammer 38 ist vorgesehen, um die genaue Verschiebung des Kristalls 32 zu erleichtern und ebenfalls, um darin die Verbindungsdrahte, wie 35, unterzubringen.

Vorzugsweise ist die Kammer 38 halbkugelförmig und suf den Kristall 32 zentriert Eine derartige Form wird gewählt, weil diese an jeder Stelle der Oberfläche derselben den Durchgang aller Lichtstrahlen, die vom Kristall 32 herrühren, in der Kapsel 30 ermöglicht, egal, wie groß der Wert der Brechzahl des Zwischenmilieus, das die Kammer 38 füllt, ist.

Die Kapsel 30 ist im Gußverfahren hergestellt, beispielsweise aus einem plastischen Stoff einer Polykarbonatsorte, deren Brechzahl zwischen 1,58 und 1.59 liegt. Der Raum 37 ist mi! einem thermohärtenden Harz, beispielsweise einem Harz, wie dies unter dem Handelsnamen »Araldite D« bekannt ist, gefüllt, welches Material von der Firma CIBA geliefert wird. Die Brechzahl dieses Horzes entspricht nahezu 1,58, d.h. die Brechzahl hat einen Wert, der sehr nahe bei der Brechzahl des Materials der Kapsel liegt, bzw. dieser Brechzahl genau entspricht.

Das Vorhandensein von zwei transparenten Milieus mit einander naheliegenden, aber verschiedenen Brechzahlen im Teil 31 des Lichtltiters 30, der von den Lichisiranicn uürciildüicM wifu, muß zur Bestimmung der Profile dieses optischen Elementes berücksichtigt werden. Jedoch zur Erleichterung dieser Bestimmung ist vorgesehen worden, daß das Volumen der Kammer 38 völlig innerhalb des zylindrischen Teils des Lichtleiters fällt. Als Beispiel gibt die Tafel untenstehend die Abmessungen eines optischen rotationssymmetrischen Körpers mit einem Profil nach der Erfindung, welcher an der Seite der Leuchtdiode in einem Photokoppler verwendet werden kann. Die Gesamthöhe des Lichtleiters (Abstand zwischen der Spitze 33 und der Achse XX) beträgt 2,55 mm, der Basisdurchmesser beträgt 2,50 mm.

In der Tafel bezeichnen die Abstände in mm den Durchmesser X des Lichtleiters mit verschiedenen hinzugerechneten Höhen y auf der Achse YY von der Mitte des Kristalls 32.

0,00

0,30
0,48
0,64
0,86
1,06
1,20
1,32
1,54
1,72
1,86
2,00
2,22
2,38
2,46
2,50
2,50
2,50

2,55 2,54 2,52 2,50 2,45 2,40 2,35 2,30 2,20 2,10 2,00 1,90 1,65 1,40 1,15 0,90 0,70 0,50

2,50

Ein derartiger Lichtleiter enthält drei Teile: einen Stirnteil mit geringer Apertur in Form einer halbkugelförmigen Kappe mit einem Krümmungsradius entsprechend 2^3 mm, weiter einen fokussierenden Teil und zum Schluß einen zylindrischen TeiL

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

030 151/151

Claims

Patentansprüche:

!.Optoelektronisches Koppelelement mit

a) einer Leuchtdiode und einem lichtempfindlichen Empfänger, die je aus einem optisch und elektrisch wirksamen Halbleiterelement bestehen, wobei

b) die Leuchtdiode und der Empfänger an je einer genau bestimmten Stelle der Basisfläche eines rotationssymmetrischen Lichtleiters mit konvexer Struktur angeordnet sind, wobei

c) die Lichtleiter an den Enden, an denen die Leuchtdiode bzw. der Empfänger anliegen, zylindrisch ausgebildet sind und mit ihren konvexen Spitzen einander gegenüberliegen, und wobei

d) der Lichtleiter an der Seite des Empfängers von der Spitze desselben und in Richtung der Basisfläche gesehen einen Abschnitt mit fokussieren^^n Eigenschaften enthält, der die ankommenden Strahlen zum Lichtempfänger richtet,