DE2907401A1

DE2907401A1 - Auswechselbare optische steckverbindung und verfahren zu ihrer einstellung

Info

Publication number: DE2907401A1
Application number: DE19792907401
Authority: DE
Inventors: Gilbert Manoff
Original assignee: Radiall SA
Current assignee: Radiall Industrie SA
Priority date: 1978-03-01
Filing date: 1979-02-26
Publication date: 1979-09-06
Also published as: FR2418941A1; SE440410B; SG34584G; IT7920589A0; IT1202896B; MY8500704A; GB2015766B; HK63684A; SE7901764L; GB2015766A; FR2418941B1; DE2907401C2

Description

RADIALL, 101, rue Philibert Hoffmann, 95116 Rosny-sous-Bois (Frankreich*

Auswechselbare optische Steckverbindung und Verfahren zu ihrer

Einstellungο

Die Erfindung bezieht sich auf eine optische Steckverbindung, wobei eine Licht aussendende Quelle, zum Beispiel eine elektroluminestente Diode, mit einer Faser oder einem Bündel optischer Fasern demontierbar und auswechselbar verbunden ist«. Außerdem bezieht sich die Erfindung auch auf ein Verfahren zur Einstellung einer derartigen Steckverbindung.

Das Problem, welches durch die Verbindung zwischen einer Lichtquelle, zum Beispiel einer Diode, und einer optischen Faser, einer Gruppe von Fasern oder einem ganzen Bündel optischer Fasern, in welche das Licht hineingebracht werden muß, entsteht, ist auf dem industriellen Gebiet besonders schwer zu lösen_o Trotz des sehr geringen Querschnittes der optischen Fasern muß ein Maximum an Licht in die Fasern eindringen, was eine extrem präzise Einstellung der optischen Faser in Bezug auf die Lichtquelle erfordert, welche gegenüber dem Ende der Faser und so sowohl für den Abstand zwischen der Lichtquelle und dem Ende der Faser als auch für die axiale Richtung zwischen Quelle und Faser vorgesehen ist.

Um dieses Problem zu lösen, hat man bereits optische Steckverbindungen hergestellt, wobei eine große Präzision angewendet werden mußte. Diese bekannten Steckverbindiangen haben jedoch den Nachteil, daß sie wegen der präzisen Fertigung teuer sind, und sie sind auch nicht auswechselbar, da» heißt, sie können nicht ersetzt werden. Bei einer Steckverbindung mit optischen Fasern trägt das Element, welches die Lichtquelle aufweist, ein anderes Element mit einer Licht« quelleο

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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diesen Nachteil zu beheben und eine optische Steckverbindung anzugeben, die nur wenig Präzisionsbearbeitung erfordert, was zu einer Senkung des Preises führt, und die es ermöglicht, daß die Elemente der Steckverbindung ohne irgendein Einstellen im Verlauf der Benutzung leicht ausgewechselt werden können.

Der Erfindung liegt auch die Augabe zugrunde, ein Verfahren zum Einstellen einer solchen Steckverbindung anzugeben, welches ein schnelles Einstellen der Position der Lichtquelle sowie ein leichtes Anpassen der Position an die verschiedenen Fasertypen ermöglicht, die für eine Benutzung infrage kommen. Dieses Verfahren ermöglicht es außerdem, daß die Verwendung einer großen Anzahl von mechanischen Präzisionsteilen in der Steckverbindung vermieden werden kann_o

Die Erfindung bezieht sich auf eine auswechselbare optische Steckverbindung, bestehend aus einem ersten Element der Steckverbindung, welches eine Lichtquelle, vorzugsweise eine Diode aufweist sowie einem zweiten Element, welches an das erste Element ankuppelbar ist und eine oder mehrere optische Fasern augweist, welche das Licht von der Lichtquelle erhält bzw. erhalten sowie Mitteln zum Einstellen der Position der Lichtquelle in Bezug auf das Ende der Faser oder von Fasern. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß das erste Element eine Bezugsfläche aufweist, an welche sich eine entsprechende Fläche des zweiten Elementes anlehnt, wobei Mittel vorgesehen sind, um den Abstand der Quelle zur Bezugsfläche einzustellen sowie Mittel, um den Abstand des Endes der optischen Faser oder von optischen Fasern in Bezug auf die Bezugsebene einzustellen, wobei eines dieser Elemente außerdem Mittel aufweist, um seitlich die Fluchtrichtung zwischen der Quelle und der Faser einzustellen.

Vorzugsweise weist das erste Element einen Verbindungsansatz auf, der mit einer Präzisionsbohrung versehen ist, welche eine endseitige Zwinge des zweiten Elementes aufnimmt, sowie eine Schulter, die

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mit einem Anschlag eines Gehäuses des zweiten Elementes zusammenwirkt, in welches die endseitige Zwinge axial einstellbar ist und Mittel vorgesehen sind, um das axiale und radiale Einstellen der Lichtquelle zu ermöglichen.

Vorzugsweise weist das Gehäuse des zweiten Verbindungseiementes ein Gewinde auf, welches mit einem entsprechenden Gewinde der Zwinge, welche die optische Faser trägt, zusammenwirkt, wobei die relative Drehbewegung der Zwinge im Gehäuse dann die axiale Verschiebbarkeit der Zwinge ermöglicht und Blockierungsmittel, zum Beispiel eine Kontermutter, vorgesehen sind, um die Zwinge im Gehäuse zu blockieren, wenn die gewünschte Position erreicht ist_o

Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform weist die Zwinge, welche die Faser trägt, eine zylindrische Oberfläche auf, die in einer entsprechenden zylindrischen Bohrung des Gehäuses- geführt ist, sowie eine mit Gewinde versehene Oberfläche, die entsprechend einem Innengewinde des Gehäuses ausgebildet ist. Das Gehäuse weist vorteilhafterweise eine Verbindungsmutter auf, welche sich bezüglich des Gehäuses frei drehen kann und mit einem Gewinde versehen ist, welches mit einem entsprechenden Gewinde des Ansatzes des ersten Verbindungselementes zusammenarbeitet.

Die Mittel zum Einstellen der Position der Lichtquelle, die beispielsweise eine Diode sein kann, können vorzugsweise dadurch realisiert werden, daß eine blockierbare gleitende Anordnung der Lichtquelle in axialer Richtung vorgesehen ist, sowie aus einer Anordnung bestehen, welche seitlich des Ansatzes des ersten Verbindungselementes in Bezug auf die Quelle einstellbar ist.

So kann der Ansatz gegen ein Gehäuse des ersten Verbindungselementes montiert werden, welches auf diese Weise axial einstellbar die Lichtquelle trägt, wobei ein radialer Bund vorgesehen ist, welcher gegen das Gehäuse abgestützt ist und mit Schrauben festgehalten wird, die

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in das Gehäuse eingeschraubt sind und mit großem Spiel öffnungen des Bundes durchgreifen.

Die Erfindung bezieht sich.auch auf ein Verfahren zum Einstellen der Steckverbindung, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß ein Kaliber verwendet wird, was mit einer zentralen optischen Faser versehen ist und eine Anschlagfläche aufweist, von wo aus es sich auf eine präzise Länge ausdehnt, daß das Kaliber auf einem ersten Element positioniert wird, indem die Anschlagfläche sich gegen die Bezugsfläche lehnt, wobei so ein optischer Bezugspunkt bestimmt wird, der durch das Ende der optischen Faser des Kalibers gebildet wird, daß die Position der Lichtquelle axial und seitlich in Bezug auf den optischen Bezugspunkt so eingestellt wird, daß die maximale Leuchtkraft in die Faser des Kalibers eingebracht wird, wobei die Quelle dann in dieser Position festgehalten wird, daß das Kaliber herausgenommen wird und daß auf dem zweiten Element der axiale Abstand eingestellt wird, welcher das Ende der optischen Faser des zweiten Elementes von der entsprechenden Fläche, zum Beispiel der Schulter des zweiten Elementes, trennt, so daß die beiden Elemente der Steckverbindung zusammengekuppelt werden können.

Der axiale Abstand, den man auf dem zweiten Verbindungselement einstellt, ist ein Abstand, der experimentell ermittelt worden und so bestimmt ist, daß, wenn das erste Element der Steckverbindung mit dem Kaliber eingestellt worden ist, die Anordnung des zweiten Elementes der Steckverbindung auf dem ersten Element den Durchtritt der maximalen Lichtintensität in die optische Faser oder in die optischen Fasern ermöglicht. Dieser Abstand kann für bestimmte Typen von Zwingen der Elemente der Steckverbindung oder bestimmte Typen von Lichtquellen gleich der entsprechenden axialen Länge des Kali« bers sein. Er kann auch verschieden und abhängig von optischen und geometrischen Merkmalen der Faser sein_o

Weitere Vorteile und charakteristische Merkmale der Erfindung er-

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geben sich aus dxr folgenden Beschreibung, welche sich auf ein die Erfindung nicht begrenzendes Ausführungsbeispiel bezieht sowie der beiliegenden Zeichnungen, wobei folgendes dargestellt ist:

Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch ein erstes Teil der erfindungsgemäßen Steckverbindung mit dem Durchmesser der zusammengebauten Konstruktion;

Fig. 2 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Steckverbindung;

Figo 3 einen Längsschnitt durch eine Steckverbindung für ein Bündel von Fasern.

In den Fig. 1 und 2 weist die erfindungsgemäße Steckverbindung ein erstes Element 1 und ein zweites Element 2 auf_o Das Element 1 hat die Form eines Gehäuses, welches zum Beispiel mit Gewindebohrungen versehen ist, um damit auf irgendeiner Konstruktion befestigt zu werden. Dieses Gehäuse hat eine zentrale Bohrung 4, deren obere Mündung in eine Aussparung 5 einmündet, welche in die obere Fläche des Gehäuses 1 eingearbeitet ist. Die Lichtquelle 6, welche in das Element 1 einmontiert ist, ist eine Lichtquelle, welche auf einer Platte 7 eine strahlende Diode 8 aufweist, welche sich in einem aus Licht bestehenden optischen Leiterstab 9 fortsetzt, der in einem im wesentlichen zylindrischen Teil 10 angeordnet isto Das Licht tritt also aus dem oberen Ende 11 des Stabes heraus. Das Teil 10 ist in eine Hülse 12 einmpntiert, welche in die Aussparung 4 eingreift und in der Lage ist, daß seine axiale Lage in dieser Bohrung eingestellt werden kann. Auf diese Weise kann man nach Belieben die Höhe der oberen Ausstrahlungsfläche der Quelle 10 einstellen, das heißt, die Ebene A, welche die ausstrahlende Fläche 11 enthält.

Das erste Element der Steckverbindung besitzt noch einen Ansatz 13, der mit einer Präzisionsbohrung 14 versehen ist, die sich im oberen Teil mit einer Schulter 15 fortsetzt, welche eine geometrische Be-

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zugsebene bildet. In seinem unteren Teil weitet sich, der Ansatz in einen Blind 16 aus, der mit durchgehenden Bohrungen 17 versehen ist, durch welche mit einem großen Spiel Schrauben 18 hindurchgehen, welche in passende Gewindebohrungen eingeschraubt sind, die sich von der Aussparung 5 aus erstrecken So ist es möglich, beim leichten Lockern der Schrauben 18 eine Verschiebung des Ansatzes 13 vorzunehmen, wobei die Verschiebung sich in alle Eichtungen erstrecken kann, die senkrecht zur optischen Achse liegen, und es genügt, die Schrauben 18 nachzuspannen, wenn eine gewünschte Position festgehalten werden soll.

Schließlich ist eine weitere Schraube 19 vorgesehen, welche auf die Hülse 12 drückt, wenn diese sich in der gewünschten axialen Position befindet und sie in dieser Position festgelegt werden solle

Das zweite Element der Steckverbindung 2 weist im Querschnitt eine kreisförmige Form auf, die in ihrem Zentrum die optische Faser 20 aufweisto Diese optische Faser ist in der Mitte eines umlaufenden Teiles angeordnet, welches ein oberes Ende 21, ein erweitertes, mit Gewinde versehenes Teil 22 sowie ein enger werdendes zylindrisches Teil 23 aufweist, welches präzise gearbeitet ist und ein Übergangsrohr bildet, wobei der zylindrische Teil eventuell eine Vielzahl von Rillen 24· aufweist. Der Durchmesser des zylindrischen Teiles 23 liegt sehr xirenig unterhalb des Durchmessers der Bohrung 14-, so daß eine Einführung mit einer weichen Gleitbewegung möglich ist_o Das Ende 25 der optischen Faser befindet sich in der Endfläche dieses Übergangsrohres, beziehungsweise dieser Zwinge 23.

Das Element 2 besitzt außerdem noch ein im wesentlichen zylindrisches Gehäuse 26, welches einen ersten, mit Gewinde versehenen Teil 27 aufweist, in welchem der Teil 22 der Zwinge befestigt werden kann, sowie einen zweiten Teil mit einem sehr reduzierten Durchmesser 28, welcher eine Bohrung aufweist, die die Bohrung 14- verlängert. Dieses Gehäuse 26 weist ein unteres Ende mit einem Anschlag 29 auf, der mit der Schulter 15 in Berührung kommt„

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Eine Kontermutter 30 ermöglicht es, das Gehäuse 26 relativ zur Zwinge 23 festzulegen. Schließlich ist eine Mutter 31 zum Zusammenfügen und Blockieren montiert, welche sich auf dem Gehäuse 26 dreht und ein Gewinde aufweist, welches auf ein entsprechendes Gewinde des oberen Teiles des Ansatzes 13 aufgeschraubt werden kann_o

Um die Einstellbarkeit des erfindungsgemäßen Verbindungselementes zu bewerkstelligen, benutzt man ein Kaliber 32, welches ein sehr dickes Teil 33 und ein sehr dünnes zylindrisches Teil 34- aufweist, welche durch eine Schulter 35 voneinander getrennt sind_o Eine optische Faser 36 ist genau im geometrischen Zentrum des zylindrischen Teiles 34- angeordnete Das Ende 37 dieser Faser verläuft genau waagerecht mit dem Ende 38 des Teils 34- des Kalibers. Der axiale Abstand a. zwischen der Ebene B, welche durch das Ende 38 des Kalibers verläuft, und der Ebene G, welche durch die Schulter 35 geht, ist genau definierte

Während die Lichtquelle 6 sich in irgendeiner Position befindet, wird das Kaliber 32 so montiert, daß sein verengtes Teil 34- sich exakt in der Bohrung 14- einstellt und die Schulter 35 mit der Schul-» ter 15 des Ansatzes 13 in Berührung kommt. Das obere (nicht dargestellte) Ende der optischen Faser 36 ist an eine Meßeinrichtung für die Leuchtkraft angeschlossene Man sucht dann, die optische Achse der Lichtstange 9 mit der optischen Achse der Faser 36 fluchtend auszurichten, und hierbei werden die Schrauben 18 gelockert, und dem Ansatz 13 wird ein seitliches Spiel gegeben, bis eine maximale Leuchtkraft am Austritt der Faser 36 erreicht wird. Dann zieht man die Schrauben 18 an, wobei die beiden optischen Achsen fluchtend ausgerichtet sind.

Man verschiebt auch axial die Lichtquelle 6, indem man das Teil in die Bohrung 4 gleiten läßt, bis ein Maximum an Leuchtkraft erreicht wird, und unter diesen Bedingungen ist dann der Abstand zwischen dem Ende 11 und dem Ende 37 fehlerfrei ausgerichtet; dieser

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Abstand wird dargestellt durch, die Differenz zwiwchen den Ebenen A und Bo Man zieht dann die Schraube 19 an, und unter diesen Bedingungen versteht es sich, daß die Position der Quelle mit Rücksicht auf den Bezugspunkt, welcher durch das optische Zentrum des Endes 37 der Faser .36 gebildet wird, ausgerichtet ist. Bei einer anderen Aus·" führungsform könnte die axiale Position des Teiles 12 durch einen Anschlag auf einem mechanischen Kaliber erreicht iverden, welches eine ähnliche Form wie das optische Kaliber 32 hat.

Das Ausrichten des Verbindungselementes 2 wird vor dem Ankuppeln der Verbindungselemente ausgeführt, indem man exakt den axialen Abstand zwiachen den Enden der Zwinge 23» das heißt der Faser 25, welche durch die Ebene D verwirklicht wird und dem Ende 29 des Gehäuses 28, welches durch die Ebene E realisiert wird, einstellte Wenn die optische Faser 20 dieselben Merkmale hat wie die optische Faser 36, kann dieser Abstand gleich dem Abstand _a sein«, Aber wenn man die mechanischen und optischen Merkmale der Fasern und ihre Geometrie verfolgt, kann dieser Abstand verschieden sein, wobei es sich jedoch versteht, daß dieser Abstand für einen bestimmten Fasertyp konstant bleibt. Dieses Einstellen kann sehr leicht auf irgendeinem Kaliber durch Einschrauben der Zwinge 23 in das Gehäuse 28 durchgeführt werden, bis ein passender Anschlag erreicht ist.

Wenn das Einstellen durchgeführt worden ist, können die beiden Verbindungselemente verbunden werden_o In Fig. 2 sieht man die beiden Verbindungselemente im verbundenen Zustand, und in diesem Falle, nachdem die Mutter 31 verschraubt worden ist, kommt der Anschlag 29 des Endes des Gehäuses 28 mit der Schulter 15 des Ansatzes 13 in Berührung, und weil der Abstand zwischen den Ebenen E und D eingestellt ist, befindet sich das Ende 25 der optischen Faser in Bezug auf das Ende 11 der Lichtstange der Quelle in einer optimalen Lage«, Wie man aus Figo 2 ersieht, fallen dann die Ebenen ö und E zusammen_o Im dargestellten Fall fallen die Ebenen B und D jedoch nicht zusammen, weil die optische Faser 20 eine Geometrie besitzt, welche von der der optischen Faser 36 verschieden ist. In Figo 3 sieht man,

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daß das Element 2 nicht mehr eine einzige zentrale Faser, sondern ein Bündel von Fasern 39 besitzt, und in diesem Falle befindet sich die Ebene D des Endes der Fasern, wenn die Verbindung sich im zusammenmontierten Zustand befindet, noch in einer abweichenden Position, was bei allen diesen Elementen 2 dasselbe ist, die ein solches Bündel von Fasern 39 aufweisen_o

Wenn man aber alle ersten Elemente einstellt, indem man das Kaliber wie beschrieben benutzt, und wenn man dann alle zweiten Verbindungs** elemente davon getrennt einstellt, ist der Abstand zwischen den Ebenen E und D der zweiten Verbindungselemente getrennt ohne irgendein optisches Maß eingestellt.

Es ist auch möglich, mit einer kleinen Anzahl von Präzisionsteilen und extrem einfachen und endgültigen Einstellungen auswechselbare optische Verbindungen mit niedrigen Lohnkosten herzustellen.

Obwohl die Erfindung anhand einer besonderen Ausführungsform beschrieben xrorden ist, versteht es sich von selbst, daß sie dadurch in keiner Weise begrenzt ist und daß man sie auf verschiedene Weisen variieren kann, ohne dabei weder den Rahmen noch den Kern der Erfindung zu verlassen.

Ansprüche

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Claims

I9Ü74Q1

Ansprüche

Auswechselbare optische Steckverbindung, bestehend aus einem ersten Verbindungselement, welches eine Lichtquelle aufweist und einem zweiten Verbindungselement, welches an das erste Element ankuppelbar ist, wobei eine oder mehrere optische Fasern vorgesehen sind, die das Licht von der Lichtquelle erhalten sowie Mitteln, um die Position der Lichtquelle in Bezug auf das Ende der Faser oder der Fasern einzustellen, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Element eine Bezugsfläche aufweist, an welche sich eine entsprechende Fläche des zweiten Elementes anlehnt, wobei Mittel vorgesehen sind, um den Abstand der Quelle zur Bezugsfläche einzustellen sowie Mittel, um den Abstand des Endes der optischen Faser oder deroptischen Fasern in Bezug auf die Bezugsebene einzustellen, wobei eines dieser Elemente außerdem Mittel aufweist, um seitlich die Fluchtrichtung zwischen der Q,uelle und der Faser einzustellen_o

Steckverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Element einen Verbindungsansatz aufweist, der mit einer Präzisionsbohrung versehen ist, welche eine endseitige Zwinge des zweiten Elementes aufnimmt, sowie eine Schulter, die mit einem Anschlag eines Gehäuses des zweiten Elements zusammenwirkt, in welches die endseitige Zwinge axial einstellbar ist, wobei Mittel vorgesehen sind, um das axiale und radiale Einstellen der Lichtquelle zu ermöglichen_o

3. Steckverbindung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse des zweiten Verbindungselementes ein Gewinde aufweist, welches mit einem entsprechenden Gewinde der Zwinge zusammenwirkt, die die optische Faser trägt, wobei die relative D_rehbewegung der Zwinge in dem Gehäuse dann die axiale Verschiebung der Zwinge ermöglicht und Blockierungsmittel vorgesehen sind, um die Zwinge in dem Gehäuse zu blockieren, wenn die gewünschte Position erreicht ist«,

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Steckverbindung nach Anspruch. 3_f dadurch gekennzeichnet, daß die Zwinge eine zylindrische Oberfläche aufweist, die in einer entsprechenden zylindrischen Bohrung des Gehäuses geführt ist, sowie eine mit Gewinde versehene Oberfläche, wobei das Gewinde dem Innengewinde des Gehäuses entspricht und das Gehäuse eine Verbindungsmutter aufweist, welche sich in Bezug auf das Gehäuse drehen kann und mit einem Gewinde versehen ist, welches mit einem entsprechenden Gewinde des Ansatzes des ersten Verbindungselementes zusammenwirktο

Steckverbindung nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 4-, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Einstellen der Position der Lichtquelle einen Zusammenbau aufweisen, der von der Lichtquelle in axialer Richtung blockierbar gleitet sowie ein Zusammenbau, der seitlich vom Ansatz des ersten Verbindungselementes in Bezug auf die Quelle einstellbar ist_o

Steckverbindung nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß der Ansatz gegen ein Gehäuse des ersten Verbindungselementes montiert ist, welches axial einstellbar die Lichtquelle trägt, wobei ein radialer' Bund vorgesehen ist, welcher sich gegen das Gehäuse abstützt und mit Schrauben festgehalten wird, die in das Gehäuse eingeschraubt sind und Öffnungen des Bundes mit grossem Spiel durchgreifen.

7· Steckverbindung nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle eine Diodenquelle mit einer optischen Stange ist«,

Verfahren zum Einstellen der Steckverbindung nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 7» dadurch gekennzeichnet, daß ein Kaliber verwendet wird, welches mit einer zentralen optischen Faser versehen ist und eine Anschlagfläche aufweist, von wo aus es sich auf eine präzise Länge ausdehnt, daß das Kaliber auf einem ersten Element positioniert wird, indem die Anschlagfläche gegen die Be«

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zugsflache abgestützt wird, welche so einen optischen Bezugspunkt bestimmt, der durch das Ende der optischen laser des Kalibers gebildet wird, daß die Position der Lichtquelle axial und seitlich in Bezug auf den optischen Bezugspunkt so eingestellt .wird, daß die maximale Leuchtkraft in die Faser des Kalibers eingebracht wird, wobei die Quelle dann in dieser Position festgehalten wird, daß das Kaliber herausgenommen wird und daß auf dem zweiten Element der axiale Abstand eingestellt wird, welcher das Ende der optischen Faser des zweiten Elementes von der entsprechenden Oberfläche trennt, so daß die beiden Elemente der Steckverbindung zusammengekuppelt werden können_o

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