DE2924119C2 - Kupplungselement mit einer Lichtquelle und einer Linse - Google Patents

Kupplungselement mit einer Lichtquelle und einer Linse

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Description

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Die Erfindung betrifft ein Kupplungselement gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.
Ein solches Kupplungselement ist aus der US-PS 16 847 bekannt. Allerdings liegt der Abstand zwischen der Linse und der Lichtquelle konstruktionsbedingt fest; er kann also nicht eingestellt werden.
Weiterhin ist ein Kupplungselement beschrieben in einer Veröffentlichung von Masayuki Abe und anderen in I.E.E.E. Transactions on electron devices, BandED-24, Nr. 7, Juli 1977, S.990 ... 994. Das beschriebene Kupplungselement enthält eine lichtemittierende Diode, könnte aber auch einen Halbleiterlaser enthalten. Weiter ist die Linse an einem Ende einer lichtleitenden Faser gebildet, in die über die Linse das von der Diode erzeugte Licht eingestrahlt wird. Das f, dargestellte Kupplungselement wird in einem optischen Kommunikationssystem verwendet, wobei Datenübertragung mit Hilfe über Lichtleitungsfasern zu sendender Lichtimpulse erfolgt. Das Kupplungselement kann jedoch auch eine oder mehrere Linsen enthalten. Ein derartiges Kupplungselement ist beispielsweise auch in einer Video(Bildplatten-)Leseanordnung verwendbar, in der mit Hilfe optischer Mittel die auf einer Platte gespeicherten Daten gelesen werden. Die optischen Mittel enthalten zumindest die erwähnte Lichtquelie, die Linse, eine reflektierende Oberfläche der Bildplatte und einen Lichtdetektor. Zum Erreichen einer möglichst hohen Lichtübertragung von der Lichtquelle zu dem hinter der Linse angeordneten optischen Element ist es erforderlich, daß die Linse die entsprechende Lage und den entsprechenden Abstand von der Lichtquelle hat Auf welche Weise eine entsprechende Lage und ein entsprechender Abstand zwischen zwei optischen Elementen einstellbar ist, ist zum Teil in der bereits erwähnten Veröffentlichung und vollständig in der US-PS 39 99 841 beschrieben.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Kupplungselement zu schaffen, bei dem es möglich ist, außer einer äußerst genauen Lage der Lichtquelle in bezug auf die Linse auf eine einfache und schnelle Weise den Abstand zwischen der Lichtquelle und der Linse einzustallen und ohne Adhäsivmittel, wie Epoxydharze, aufrechtzuerhalten.
Diese Aufgabe wird durch die im Hauptanspruch angegebenen Maßnahmen gelöst.
Der Abstand zwischen der Lichtquelle und der Linse wird bei dem Kupplungselement nach der Erfindung auf einfache Weise dadurch eingestellt, daß der Halter und somit die Linse zur Lichtquelle hingedrückt werden, wobei ununterbrochen die von der Lichtquelle erzeugte, durch die Linse austretende Lichtstrahlung wahrgenommen und/oder deren Energieinhalt gemessen wird.
Eine bevorzugte Ausführungsform eines Kupplungselements nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Kappe und der Halter buchsenförmig und mit je einem Kragen versehen sind, wobei der Kragen der Kappe am Träger und die Linse am Kragen des Halters befestigt ist, wobei der Kragen, auf dem die Linse befestigt ist, im Halter ausgebildet ist, der auf einem der Kappe abgewandten Rand mit Zentriermitteln zum Zentrieren eines auf dem Halter zu befestigenden optischen Elementes in bezug auf eine optische Achse der im Halter befestigten Linse und weiterhin außenseitig mit Befestigungsmitteln für das auf dem Halter zu befestigende optische Element versehen ist.
Ein derartiges Kupplungselement bietet den Vorteil, daß daran ohne weitere Einstellmittel für die Zentierung ein weiteres optisches Element am Kupplungselement befestigt werden kann. Die Befestigungsmittel können Gewinde, jedoch auch ein Teil einer Bajonettkupplung sein. Die Zentiermittel können durch eine konische Fläche, aber auch durch eine radial gerichtete Randprofilierung, beispielsweise eine Verzahnung, gebildet werden.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt
Fig. 1 einen Schnitt durch zwei zusammengesetzte Teile eines Kupplungselements nach der Erfindung,
F i g. 2 einen Schnitt durch zwei zusammengesetzte Teile einer weiteren Ausführungsform eines Kupplungselements nach der Erfindung, und
Fig. 3 einen Schnitt durch zwei zusammengesetzte Teile einer bevorzugten Ausführungsform nach der Erfindung.
Das in Fig. 1 in zwei Teilen XA und Iß dargestellte
Kupplungselement t enthält einen Metallträger 11, auf dem eine lichtemittierende Diode 12 montiert ist, eine Metallkappe 13, einen Metallhalter 14 und eine Glaslinse 15. Die Kappe 13, der Halter 14 und die Linse 15 bilden einen ersten Teil A und der Träger \\ mit der Diode 12 einen zweiten Teil ßdes Kupplungselements 1. Die Linse 15 ist in einem elastischen Rand 16 der Kappe 13 mit einer an sich bekannten Metall-Glasverbindung befestigt Der Halter 14 bildet mit einem Ende 17 eine Preßpassung mit der Kappe 13 und liegt mit einem Kragen 18 auf der Linse 15 an. Es hat sich vorteilhaft gezeigt, zumindest die Kappe 13 mit einer Indiumschicht zu verkleiden, um ein geschmeidiges Einstellen des gewünschten Abstands zu verwirklichen. Zwischen der Preßpassung mit dem Ende 17 des Halters 14 und dem Rand 16 besitzt die Kappe 13 eine ringförmige Knautschzone 19, deren Funktion weiter unten näher erläutert wird.
In zwei Glasdurchführungen 20 und 21 sind Anschlußstifte 22 und 23 befestigt, an die Speiseleitungen 24 und 25 für die Diode 12 angeschlossen sind. Derartige Durchführungen sind aus der Technik bekannt und werden bei der Herstellung von Metallhüllen für Halbleitertransistoren und Halbleiterschaltungen verwendet. Die Speiseleitung 24 ist an eine ringförmige Elektrode 26 angeschlossen, die die lichtemittierende Fläche der Diode 12 einschließt. Auf der lichtemittierenden Fläche steht eine Zentralachse 27, die das Zentrum des auszusendenden Lichtstrahls angibt Die optische Achse 28 der Linse 15 fällt mit der jo Zentralachse 27 zusammen, so daß eine möglichst vorteilhafte Lichtübertragung von der Diode 12 zu einem hinter der Linse 15 anzuordnenden (und nicht dargestellten) optischen Element erhalten wird. Der erste Teil (Kappe 13, Halter 14 und Linse 15) wird auf die an sich bekannte und in der erwähnten Veröffentlichung angegebene Weise in die entsprechende Lage in bezug auf den zweiten Teil (Träger 11 und Diode 12) gebracht. Anschließend wird der erste Teil durch Ringschweißen (Widerstandsschweißen, Unterdruck in hohe Spannung) mit einem an der Kappe 14 ausgebildeten Kragen 29 an einem am Träger 11 ausgebildeten Rand 30 angeschweißt. Indem der Halter
14 zum Träger 11 hingedrückt wird, wird die Linse 15 zur Diode 12 bewegt und in gewünschtem Abstand zu ihr positioniert. Durch ständige oder in regelmäßigen Zeitabständen vorzunehmende Beobachtung des durch die Linse 15 fallenden Lichtstrahls während der Bewegung der Linse 15 zur Diode 12 hin, ist eine genaue Einstellung des Abstands zwischen der Linse 15 und der Diode 12 möglich.
Beim Bewegen des Halters 14 zum Träger 11 hin bildet sich die Knautschzone 19 der Kappe 13. Die Linse
15 ist durch die dabei immer auftretende elastische Verformung des Randes 16 nach wie vor an den Kragen 18 des Halters 14 gedrückt, der mit einem Rand 17 eine Preßpassung mit der Kappe 13 bildet. Durch die Preßpassung wird nach dem Einstellen des Abstands zwischen der Diode 12 und der Linse 15 dieser nicht durch das Rückfedern des Rands 16 unter dem Einfluß der elastischen Verformung der Knautschzone 19 verändert.
In Fig. 2 ist in zwei Teilen 2A und ΪΒ eine weitere Ausführungsform eines Kupplungselements 2 dargestellt. Der erste Teil 2A enthält eine Kappe 31, einen *"> Halter 32. eine planparallele Glasplatte 33 und eine damit verklebte kugelförmige Linse 34. Der zweite Teil 2ß enthält einen Träger 35, eine auf einem Kühlblock 36 montierte Laserdiode 37 und zwei m Durchführungen 38 und 39 angeordnete Anschlußstifte 40 und 41, die über Anschlußdrähte 42 bzw. 43 mit der Laserdiode 37 bzw. dem Kühlblock 36 verbunden sind.
Die Linse 34 ist mit einem adhäsiven Mittel 44, beispielsweise einem aushärtenden Epoxydharz, mit der Glasplatte 33 verklebt, die selbst wieder mit einer an sich bekannten Metall-Glasverbindung an einem am Halter 32 ausgebildeten Kragen 45 befestigt ist Die optische Achse 46 der Linse 34 muß mit einer Zentralachse 47 zusammenfallen, die die aktive Zone der Laserdiode 37 aus dem bereits bei F i g. 1 angegebenen Grund durchläuft Der Teil 2A des Kupplungselements 2 wird auf die bereits erwähnte Weise in die entsprechende Lage in bezug auf die auf dem Träger 35 befestigte Laserdiode 36 gebracht, wonach ein Kragen 48 der Kappe 31 auf einem am Träger 35 ausgebildeten Rand 49 aufgeschweißt wird.
Indem der Halter 32 zum Träger 35 hingedrückt wird, bewegt sich die Linse 34 zur Laserdiode 36 hin und es wird der gewünschte Abstand zwischen den beiden eingestellt wobei die Preßpassung, gebildet aus der Kappe 31 und dem Halter 32, den eingestellten Abstand aufrechterhält Vorzugsweise sind die Kappe 31 und der Halter 32 mit Indium verkleidet, wodurch der gewünschte Abstand leicht einstellbar ist. In der unter F i g. 1 beschriebenen Weise kann das Erreichen des gewünschten Abstands festgestellt werden.
In F i g. 3 ist in zwei Teilen 3a und Zb eine bevorzugte Ausführungsform eines Kupplungselements 3 nach der Erfindung dargestellt Der erste Teil 3a enthält eine kreiszylindrische Metallkappe 51 und einen kreiszylindrischen Metallhalter 52, in dem auf eine an sich bekannte Weise auf einem Vorsprung 53 eine planparallele Glasplatte 54 befestigt ist An der Glasplatte 54 ist eine kugelförmige Linse 55 angeschweißt. Hierbei wird die Glasplatte 54 aus weichem Glas hergestellt, das eine niedrigere Schmelztemperatur als ein Hartglas besitzt, aus dem die Linse 55 hergestellt ist. Der zweite Teil 36 enthält einen Metallträger 56, auf dem eine auf einem Kühlblock 57 befestigte Laserdiode 58 angeordnet ist. Im Träger 56 sind zwei Glasdurchführungen 59 und 60 vorgesehen, in denen zwei Anschlußstifte 61 und 62 angeordnet sind. An die Anschlußstifte 61 und 62 sind die Anschlußdrähte 63 und 64 angeschlossen, die mit der Laserdiode 58 bzw. mit dem Kühlblock 57 verbunden sind. Der Träger 56 ist wie die Träger 11 und 35 nach F i g. 1 bzw. F i g. 2, mit einem Rand 65 versehen, auf den ein Kragen 66 der Kappe 51 aufgeschweißt wird, nachdem der erste Teil 3a in beschriebener Weise in die entsprechende Lage in bezug auf den zweiten Teil 3Zj angebracht ist. Anschließend wird zum Einstellen des gewünschten Abstands zwischen der Laserdiode 58 und der Linse 55 der Halter 52 zum Träger 56 hingedrtickt Die Wände der Kappe 51 und des Halters 52 sind hierbei mit Indium oder mit einem anderen Weichmetall verkleidet. Der Halter 52 bildet somit mit der Kappe 51 eine Preßpassung, mit der der eingestellte Abstand aufrechterhalten wird. Am Halter 52 ist ein profilierter, kreiszylindrischer Rand ausgebildet, der radial gerichtete Zähne 67 aufweist. Weiterhin ist der Halter 52 mit Außengewinde 68 versehen, so daß ein weiteres optisches Element auf dem Kupplungselement befestigbar ist. Der profilierte Rand kann hierbei in einen weiteren profilierten Rand greifen, der Teil des weiteren optischen Elementes, beispielsweise einer Hälfte eines Glasfaserkonnektors für optische Kommunikations-
zwecke, ist. Das entsprechende Profil ist dabei komplementär zu den Zähnen 67 des Randes des Halters 52. Es erfolgt hierdurch eine genaue Positionierung des optischen Elements. Die Linse 55 und die Glasplatte 54 werden vor dem Befestigen des Halters 52 in der Kappe 51 derart und auf eine eingangs erwähnte, an sich bekannte Weise im Halter 52 mit einer Metall-Glasverbindung befestigt, daß die optische Achse 69 der Linse 55 mit der Symmetrieachse des Randes des Halters 52 zusammenfällt. Die Folge davon ist, daß ein auf dem Halter 52 angeordnetes optisches Element stets in bezug auf die Linse 55 und somit in bezug auf die Laserdiode 58 zentriert ist.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:
1. Kupplungselement mit einer Lichtquelle und einer Linse, wobei die Lichtquelle auf einem Träger befestigt ist, auf dem eine kreiszylindrische Kappe angeordnet ist, und die Linse in einem Halter angeordnet ist und der Lichtquelle gegenüberliegt, deren Licht in Richtung einer Zentralachse der Kappe gerichtet ist, und wobei in der Kappe und in dem Halter Lichtaustrittsfenster vorgesehen sind und der Halter zusammen mit mindestens der Kappe und dem Träger einen hermetisch geschlossenen Raum bildet, dadurch gekennzeichnet, daß der Halter eine Preßpassung mit der Kappe bildet und zwecks Einstellung des Abstandes zwischen der Linse und der Lichtquelle parallel zur Zentralachse verschiebbar angeordnet ist
2. Kupplungselement nach Anspruch ;, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine der aneinanderliegenden Wände des Halters und der Kappe, die als Preßpassung gegeneinander gebracht sind, mit einer Indiumschicht versehen ist.
3. Kupplungselement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kappe und der Halter buchsenförmig und mit je einem Kragen versehen sind, wobei der Kragen der Kappe am Träger und die Linse am Kragen des Halters befestigt ist.
4. Kupplungselement nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kragen, auf dem die Linse befestigt ist, im Halter ausgebildet ist, der auf einem der Kappe abgewandten Rand mit Zentiermitteln zum Zentieren eines auf dem Halter zu befestigenden optischen Elementes in bezug auf eine optische Achse der im Halter befestigten Linse und weiterhin j, außenseitig mit Befestigungsmitteln zum Befestigen des optischen Elementes auf dem Halter versehen ist.
5. Kupplungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Linse an einem dem Träger abgewandten Rand der Kappe befestigt ist, wobei der Halter mit einem daran ausgebildeten Kragen auf dem Rand der Linse ruht und die Kappe zwischen dem Rand, auf dem die Linse befestigt ist, und einer Seite, die mit dem Halter eine Preßpassung bildet, mit einer Knautschzone versehen ist.
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