DE3220786C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Positionieren von Lichtwellenleitern in Spleißgeräten zur Herstellung von unlösbaren Lichtwellenleiter-Verbindungen, wobei für die Lichtwellenleiter eine in Achsrichtung der Lichtwellenleiter bewegbare Haltevorrichtung vorgesehen ist.

Bei der Herstellung von Spleißverbindungen mit Lichtwellenleitern spielt die Positionierung der Lichtwellenleiterenden eine besondere Rolle, da sehr große Genauigkeit erforderlich ist. So wird die Einjustierung zum Beispiel mit Mikroskopen vorgenommen, wobei dieser Vorgang sehr viel Zeit in Anspruch nimmt. Für die Positionierung der Lichtwellenleiter werden bewegbare Haltevorrichtungen verwendet, wie sie z. B. in der Zeitschrift Applied Optics, Vol. 17, Nr. 12 (Juni 1978), Seite 1959-1964, beschrieben werden. Auch hier ist die Kontrolle im Verbindungspunkt der beiden Lichtwellenleiter aufwendig und hängt von der Geschicklichkeit des Monteurs ab, da die Bewegung der Haltevorrichtung mit Mikrometereinstellvorrichtungen bewerkstelligt wird.

So liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Positionierung von Lichtwellenleitern in Spleißgeräten zu schaffen, die in unkomplizierter Weise auch für die Montagearbeiten auf der Strecke einsetzbar ist, wobei die einzelnen Arbeitsschritte weitgehend automatisch ablaufen sollen. Die gestellte Aufgabe wird nun gemäß der Erfindung durch eine Vorrichtung der eingangs erläuterten Art gelöst, wobei diese gekennzeichnet ist durch eine Lichtschranke, bestehend aus einem von einem lichterzeugenden Sender betriebenen Leuchtfleck und einem im Abstand gegenüberliegenden Empfänger, wobei der Abstand so gewählt ist, daß der zu positionierende Lichtwellenleiter zwischen dem Leuchtfleck und dem Empfänger einführbar ist und weiterhin gekennzeichnet durch einen Meßwertumsetzer am Empfänger sowie durch eine Regelvorrichtung für den Bewegungsablauf der Haltevorrichtung.

Ein Vorteil dieser Vorrichtung gemäß der Erfindung ist nun darin zu sehen, daß sie in dieser Ausführung zum Beispiel für ein vollautomatisches Lichtwellenleiter- Spleißgerät verwendbar ist, so daß die Herstellung des Spleißes bereits mit der selbständigen Positionierung der Lichtwellenleiter-Enden beginnt. Die sich daran anschließende Verbindung der positionierten Lichtwellenleiter- Enden erfolgt z. B. mit Hilfe der an sich bekannten Schweißverfahren für Lichtwellenleiter. Für die Positionierung des Lichtwellenleiter-Endes wird dieser in eine in Richtung Lichtschranke verfahrbare Haltevorrichtung eingespannt und in den Lichtstrahl einer Lichtschranke hineinbewegt. Beim Erreichen der Endposition wird schließlich ein elektrisches Signal erzeugt, durch welches die verfahrbare Haltevorrichtung gesteuert wird. Durch geeignete stufenweise Auswertung des elektrischen Signals kann auch eine schrittweise Steuerung für die in Achsrichtung des Lichtwellenleiters bewegbare Haltevorrichtung erfolgen. Damit kann sehr hohe Genauigkeit in der Positionierung des Lichtwellenleiter-Endes erreicht werden. Die Vorrichtung kann nun in entsprechender Weise so modifiziert werden, daß bei der Lichtschranke Tages- oder Kunstlicht keine Störungen ergeben, wie später noch näher beschrieben wird. Bei dieser Anordnung kann auch ein Mindestabstand von 5 mm zwischen dem Lichtsender- und Lichtempfänger vorgesehen werden, so daß für die weiteren Spleißvorrichtungen genügend Platz vorliegt. Weiterhin ist die Positionierungseinrichtung unempfindlich gegen Staub und Feuchtigkeit.

Die Erfindung wird nun anhand von Figuren näher erläutert.

Fig. 1 zeigt eine Prinzip-Darstellung der Vorrichtung gemäß der Erfindung.

Fig. 2 verdeutlicht die Blendenöffnung einer metallisierten Photodiode.

Fig. 3 verdeutlicht in prinzipieller Diagramm-Darstellung die Abnahme der Lichtintensität durch Verdunkelung der Blendenöffnung des Empfängers.

Fig. 4 erläutert in vereinfachter Weise den Funktionsablauf der Vorrichtung gemäß der Erfindung.

In Fig. 1 ist die Haltevorrichtung 2 erkennbar, in der der zu positionierende Lichtwellenleiter 1 mittels einer Klemmvorrichtung 3 innerhalb einer zentrierenden Nut fixiert wird. Die Haltevorrichtung 2 ist nun durch einen entsprechend steuerbaren Motorantrieb in der durch den Pfeil 4 angedeuteten Richtung bewegbar, so daß der fixierte Lichtwellenleiter 1 in den Bereich einer Lichtschranke 5 in Längsrichtung eingeführt werden kann. Diese Lichtschranke 5 besteht im wesentlichen aus einem Lichtsender, der an seinem Ende als Leuchtfleck 6 einen gut gebündelten Lichtstrahl aussendet. Diesem Leuchtfleck 6 gegenüber ist in geeignetem Abstand, der von weiteren Spleißvorrichtungen in diesem Bereich bestimmt wird, ein Lichtempfänger in Form einer Photodiode 7 angeordnet, die das vom Leuchtfleck 6 ausgesandte Licht empfängt und elektrisch umsetzt. In einer nachfolgenden Auswerteschaltung 10 wird dieses elektrische Signal entsprechend weiterverarbeitet. In dieser Auswerteschaltung 10 wird letztlich ein Steuersignal 11 für die Steuerung der bewegbaren Haltevorrichtung 2 erarbeitet. Die Auswertung des empfangenen Lichtes in der Lichtschranke 5 erfolgt so, daß bei vollem Lichtempfang, das bedeutet, daß sich zwischen dem Lichtfleck 6 und der Empfängerdiode 7 kein Lichtwellenleiter befindet, die Haltevorrichtung 2 in Richtung zur Lichtschranke 5 in Bewegung gesetzt wird. Sobald der Lichtwellenleiter 1 in den Lichtstrahl der Lichtschranke 5 eintritt, wird die Blendenöffnung der Empfängerdiode 7 durch ihn abgedeckt, so daß die empfangene Lichtintensität sinkt. Diese Lichtänderung hat nun eine entpsrechende Änderung des umgewandelten elektrischen Signals zur Folge und bewirkt schließlich eine Beeinflussung des Bewegungsablaufs der Haltevorrichtung 2. Bei völliger Abdunkelung der Blendenöffnung der Empfängerdiode 7 durch den eingefahrenen Lichtwellenleiter 1 wird durch das entsprechend umgeformte elektrische Signal die Haltevorrichtung 2 in ihrer Bewegung gestoppt, da das Lichtwellenleiter- Ende nunmehr in seiner für das Spleißen richtigen Lage injustiert ist. Die axiale, wie auch die vertikale und horizontale Position des Lichtwellenleiters 1 ergibt sich dabei aus der Fixierung in der Nut der Haltevorrichtung 2. In dieser Fig. 1 ist nun noch die Einspeisung des Lichts in die Lichtschranke 5 angedeutet. Hier wird ein Lichtsender 8, der später noch näher erläutert wird, dargestellt. In einen Lichtwellenleiter 9 wird nun dieses Licht eingekoppelt. Dieser Lichtwellenleiter 9 endet in der Lichtschranke 5, an der für die beschriebene Einjustierung des Lichtwellenleiters 1 richtigen Position, wobei das Ende des Lichtwellenleiters 9 mit seiner Stirnfläche den Leuchtfleck 6 bildet. Auf diese Weise ergibt sich eine gute Bündelung des austretenden Lichtkegels mit einem Öffnungswinkel von ca. 20°, wobei auch der Durchmesser des Leuchtfleckes sehr gering gehalten werden kann, der dem Durchmesser des verwendeten Lichtwellenleiters von zum Beispiel 50 µm entspricht. In diesen Lichtwellenleiter wird vom rückwärtigen Ende her mit einer Infrarot-Leuchtdiode (IR-LED) Licht eingestrahlt.

In Fig. 2 ist nun eine im Empfängerteil eingesetzte Empfängerdiode 7 mit einer Blendenöffnung 13 dargestellt. Es handelt sich hierbei zum Beispiel um eine Empfängerdiode BPX63, die in der Schaltung auf minimalem Dunkelstrom ausgelegt ist. Sie weist ein besonders gutes Rauschverhältnis auf, so daß Meßwertverfälschungen äußerst gering bleiben. Auf dem linsenförmigen Lichtfenster der Empfängerdiode 7 wird für den Einsatz in dieser Meßvorrichtung eine kleine Fläche von ca. 1 mm² plangeschliffen. Anschließend wird das Lichtfenster mit Aluminium bedampft und mit Hilfe einer Abhebetechnik innerhalb der plangeschliffenen Fläche zum Beispiel eine rechteckförmige Blendenöffnung mit Kantenlängen von 10 µm · 200 µm erzeugt. Es wird somit nur das durch diese Blendenöffnung 13 eintretende Licht gemessen und bewertet. Diese Empfängerdiode 7 wird in der Lichtschranke 5 so angeordnet, daß diese Schlitzblende senkrecht zur Achse und seitlich des in die Lichtschranke 5 eintretenden Lichtwellenleiters steht. Dies bedeutet, daß der zwischen dem Lichtfleck 6 und der Empfängerdiode 7 in die Lichtschranke 7 einlaufende Lichtwellenleiter die Blendenöffnung 13 langsam abdecken wird, so daß die Intensität des an der Empfängerdiode 7 einfallenden Lichtes geringer wird und eine Stromänderung am Ausgang der Empfängerdiode 7 zur Folge hat, aus der ein entsprechender Regelwert in der nachfolgenden Schaltung abgeleitet wird.

Die Fig. 3 verdeutlicht im Prinzip die abfallende Intensität bei langsamer Verdunkelung der Blendenöffnung bis zu dem Wert, der sich ergibt, wenn der Lichtwellenleiter 1 die Blendenöffnung 13 völlig abdeckt. Dieser Intensitätswert entspricht schließlich der richtigen Position des Lichtwellenleiter-Endes und über den Meßwertumsetzer 10 erfolgt der sofortige Stop der Haltevorrichtung 2. Damit ist der Lichtwellenleiter mit hoher Genauigkeit für das anschließende Spleißen positioniert.

Um Störeinflüsse zu vermeiden und die Verwendbarkeit auch bei Tageslicht gewährleisten zu können, kann das von dem Sender 8 ausgesendete Licht moduliert werden, oder es wird in Impulsform ausgestrahlt. Bei dieser letztgenannten Betriebsart wird die Sendediode 8 von einem Frequenzgenerator zum Beispiel mit einem rechteckförmigen Strom mit der Frequenz von zum Beispiel 1 kHz betrieben.

Anhand der Fig. 4 wird nun die Betriebsweise und Auswertung der Vorrichtung gemäß der Erfindung näher erläutert. Das im Frequenzgenerator 14 modulierte Licht wird über die Sendediode 8 dem Lichtfleck 6 zugeführt und gelangt über die Lichtschranke 5 auf die Empfangsdiode 7. Die der Lichtintensität proportionalen Spannungsschranken über dem in der Figur angedeuteten Widerstand werden im Vorverstärker 15 um den Faktor 100 bis 200 verstärkt. Der anschließende Hochpaß 16 filtert, wie skizzenhaft dargestellt ist, die niederfrequenten Kunstlicht- und Tagesanteile heraus, so daß am Ausgang des Hochpasses 16 nur noch das Licht der Senderdiode 8 als Signal erscheint. Dieser Signalpegel schwankt zwischen zwei Grenzwerten, dem oberen Grenzwert, der der freien Blendenöffnung 13 entspricht, und dem unteren Grenzwert, der sich bei abgedunkelter Blendenöffnung 13 einstellt. Über einen Komparator 17 wird der Signalpegel mit einer vorgegebenen Spannung verglichen, die zwischen den beiden Grenzwerten liegt. Wird das Ende des Lichtwellenleiters 1 vor die Blendenöffnung 13 geschoben, so nimmt der Signalpegel ab. Unterschreitet der Signalpegel die vorgeschriebene Spannung, so legt der Komparator 17 ein Stoppsignal 11 an den Ausgang, durch welches die Haltevorrichtung 2 angehalten wird. Damit ist die gewünschte Position des Lichtwellenleiters 1 erreicht.

Verfährt man den Lichtwellenleiter 1 in der Mitte zwischen dem Leuchtpunkt 6 und der Photodiode 7, so läßt sich der Verschiebungsweg S, wie er bereits im Diagramm der Fig. 3 eingetragen ist, für das Ende des Lichtwellenleiters 1 von freier Blendenöffnung bis abgedunkelter Blendenöffnung nach folgender Weise berechnen.

S= 1/2 (Blendenbreite + Leuchtfleckdurchmesser) = 1/2 (10 µm + 50 µm) = 30 µm .

Diesem Verschiebungsweg entspricht eine Spannungsdifferenz am Ausgang des Hochpasses 16, die sich mit geringem elektrischem Aufwand zum Beispiel auf 2 V spreizen läßt. Der nachfolgende Komparator 17 hat eine Hysterese von ca. 20 mV, so daß sich der Verschiebungsweg S elektronisch in ca. 100 Abschnitte von 0,1 µm Breite aufteilen läßt. Bei einer Optimierung der Blendenbreite, der Leuchtfleckhelligkeit und der anschließenden Elektronik des Empfängers 10 ist eine weitere Verbesserung der Genauigkeit möglich.

Im Idealfall ist jeder Position des Lichtwellenleiter- Endes in der Lichtschranke ein fester Spannungspegel am Ausgang des Hochpasses zugeordnet. Durch Verschmutzung des Leuchtfleckes oder der Blendenöffnung durch alterungs- oder temperaturbedingte Schwankungen der IR-LED-Helligkeit oder durch Drifterscheinungen in der Elektronik wird dieser Spannungspegel zusätzlich verändert. Dies bewirkt ein verfrühtes bzw. verspätetes Auslösen des Stoppsignals. Die Störanfälligkeit läßt sich nun drastisch senken, wenn vor jeder Positionierung der Spannungspegel am Ausgang des Hochpasses bei offener Blende auf einen festgelegten Wert abgeglichen wird. Dies ist durch eine Veränderung des Stromes durch die IR-LED-Diode oder durch Nachregeln der Eingangsempfindlichkeit der Empfängerstufe möglich.

Diese Vorrichtung zum Positionieren von Lichtwellenleitern bietet sich besonders für prozessorgesteuerte Systeme an, so daß damit zum Beispiel ein vollautomatisches Spleißgerät für Lichtwellenleiter aufgebaut werden kann.

Claims (14)

1. Vorrichtung zum Positionieren von Lichtwellenleitern in Spleißgeräten bei der Herstellung von unlösbaren Lichtwellenleiter- Verbindungen, wobei für die Lichtwellenleiter eine in Achsrichtung der Lichtwellenleiter bewegbare Haltevorrichtung vorgesehen ist,
gekennzeichnet durch eine Lichtschranke (5), bestehend aus einem von einem lichterzeugenden Sender (8) betriebenen Leuchtfleck (6) und einem im Abstand gegenüberliegenden Empfänger (7), wobei der Abstand so gewählt ist, daß der zu positionierernde Lichtwellenleiter (1) zwischen dem Leuchtfleck (6) und dem Empfänger (7) einführbar ist und weiterhin gekennzeichnet durch einen Meßwertumsetzer (10) sowie durch eine Regelvorrichtung (11) für den Bewegungsablauf der Haltevorrichtung (2).

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Leuchtfleck (6) als Stirnfläche eines Lichtwellenleiters (9) ausgebildet ist.

3. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Empfänger (7) eine Photodiode mit einer definierten Blendenöffnung (13) im Lichtfenster aufweist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Fläche des Lichtfensters der Fotodiode mit Aluminium (12) bedampft ist, wobei die definierte Blendenöffnung (13) ausgenommen ist.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Blendenöffnung (13) als Schlitz ausgebildet ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der als Blendenöffnung (13) ausgebildete Schlitz senkrecht zur Lichtwellenleiterachse steht.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Leuchtfleck (6) über einen Lichtwellenleiter (9) an eine Lichtsendediode (8) angeschlossen ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtsendediode (8) mit einem Impulsstrom betrieben wird.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz des Impulsstromes zum Beispiel 1 kH beträgt.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßwertumsetzer (10) einen auf die Frequenz des modulierten Impulsstromes eingestellten Filter (16) aufweist.

11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Blendenöffnung (13) rechteckförmig ausgebildet ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Kantenlängen der Blendenöffnung (13) 10 µm und 200 µm betragen.

13. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Haltevorrichtung (2) kontinuierlich steuerbar ist.

14. Vorrichtung nach einer der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Haltevorrichtung (2) schrittweise steuerbar ist.