DE3631497A1

DE3631497A1 - Automatisches justierverfahren fuer lichtwellenleiterkomponenten

Info

Publication number: DE3631497A1
Application number: DE19863631497
Authority: DE
Inventors: Anton Berger
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1986-09-16
Filing date: 1986-09-16
Publication date: 1988-03-17

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbe griff des Patentanspruchs 1.

Bei der Herstellung von insbesondere aktiven Lichtwellen leiterkomponenten muß eine lichtleitende Anschlußfaser sehr genau in Bezug zum elektro-optischen Wandlerelement, das heißt einem Lichtwellenleitersender bzw. -empfänger, justiert werden.

Ein Verfahren zur automatischen Montage und Justierung optischer Bausteine ist aus der Zeitschrift ntz, Band 39 (1986), Heft 5, Seiten 318 bis 323 bekannt. Hierbei wird das elektro-optische Wandlerelement bei der Montage zunächst im Gehäuse auf die Mitte der Gehäusedurchführung ausgerichtet. Von dieser Position aus beginnt die aktive Justierung. Dabei wird die Faser zyklisch in der X, Y und Z-Richtung bewegt, wobei jeweils das zwischen Faser und elektro-optischem-Wandlerelement übergekoppelte Licht gemessen wird. Die Bewegung in jeder Koordinaten richtung wird dabei solange fortgesetzt, bis die Mitte des Fern- bzw. Nahfeldprofils und/oder ein Maximum der eingekoppelten Lichtleistung erreicht wird. Ein solches Verfahren ist relativ zeitaufwendig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein automatisches Justierverfahren der eingangs genannten Art anzugeben, bei dem der Zeitaufwand und die Anzahl der Messungen möglichst gering gehalten werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Patentan spruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles er läutert. Dabei zeigt

Fig. 1 eine an sich bekannte Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, und die

Fig. 2 und 3 jeweils ein Diagramm zur Erläuterung der einzelnen Verfahrensschritte.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Anordnung soll bei spielsweise eine Sendediode 1 bezüglich der in einer Lichtwellenleiterkupplung 2 angeordneten Lichtwellen leitfaser auf maximalen Koppelwirkungsgrad justiert werden. Die Sendediode 1 ist dazu über einen Haltearm 6 mit Schrittmotortischen 3, 4, 5 mechanisch verbunden. Über die Schrittmotortische 3 und 5 ist die Sende diode 1 bezüglich der Lichtwellenleiterfaser in den drei Koordinatenachsen bewegbar. Die justierte Sende diode 1 wird dann beispielsweise durch Verkleben mit der Kupplung 2 verbunden.

Die Sendediode 1 wird von einer Stromquelle 7 gespeist, und die in die Kupplung 2 bzw. in die darin enthaltene Lichtwellenleiterfaser eingekoppelte Lichtintensität von einen Lichtwellenleiterempfänger 8 in ein elek trisches Signal umgewandelt. Dieses wird von einem Verstärker 9 verstärkt an ein Meßgerät 10 gegeben, das dieses elektrische Signal digitalisiert und bei spielsweise auch anzeigt. Vom Meßgerät 10 wird dieses digitalisierte Signal an einen Personalcomputer 11 weitergegeben, der beispielsweise mit einem das Steuer programm enthaltenden Floppy-Laufwerk 12 und einem Drucker 13 zum Ausdrucken von Meßwerten und Steuer befehlen in Verbindung steht. Diese können auch auf einem Bildschirm 14 dargestellt werden.

Vom Personalcomputer 11 werden über Motorsteuergeräte 15 bis 17 Schrittmotore 18 bis 20 für die Positionierung der Schrittmotortische 3 bis 5 angesteuert.

Im folgenden werden die einzelnen Schritte des erfin dungsgemäßen Verfahrens anhand der Fig. 2 und 3 erläutert.

Die Strahlungsintensität wird z. B. in drei nahe beieinan derliegenden Meßpunkten x 1 bis x 3 auf der x-Koordinate gemessen. Es ist hierbei von untergeordneter Bedeutung, mit welcher der drei Raumachsen begonnen wird. Der Ab stand zwischen den einzigen Meßpunkten x 1 bis x 3 dieses ersten Meßpunkttripels T 1 beträgt etwa einen Mikrometer.

Aus den gemessenen Werten der Strahlungsintensität, die auf einer Strahlungsintensitätskurve f(x) liegen, werden durch Interpolationsformeln Stützwerte für die erste und zweite Ableitung f′(x), f′′(x) berechnet. Die zugehörigen Formeln sind in den Fig. 2 und 3 angegeben.

Durch einen sich hieraus ergebenden positiven Wert für die zweite Ableitung f′′(x 2), wird ein Grobsuchbereich definiert, d. h. über einen der Schrittmotortische 3 bis 5 wird die zugehörige x-Koordinate um eine konstante Weg strecke ds verändert. Die Wegstrecke ds wird dabei so ge wählt, daß sie etwa 75% des Abstandes zwischen einem er sten und einem zweiten Wendepunkt WP 1, WP 2 der Strahlungs intensitätskurve f(x) entspricht.

Durch das Vorzeichen des jeweils zugeordneten Wertes der ersten Ableitung f′(x) ist die Richtung gegeben, in der die Wegstrecke ds zurückgelegt wird.

Das jeweils nächste Meßpunkttripel wird in diesem Grob suchbereich solange mit Wegstrecken ds aufgesucht, bis der Wert der zweiten Ableitung f′′(x) der Strahlungsin tensitätskurve f(x) als negativer Wert festgestellt wird.

Bei dem in Fig. 2 dargestellten Beispiel ist der Wert von f′′(x) des Meßpunkttripels T 2 negativ. Dadurch wird ein Feinsuchbereich definiert, in dem die zweite Ableitung f′′(x) negativ ist. In diesem Feinsuchbereich wird, ausge hend von den zum zweiten Meßpunkttripel T 2 gehörenden Werten der ersten und zweiten Ableitung f′(x), f′′(x), mit Hilfe des Newtonschen Näherungsverfahrens iterativ die Nullstelle der ersten Ableitung f′(x) der Strahlungs intensitätskurve f(x), und damit die Lage von deren Maxi mum ermittelt.

Hierzu werden für den ersten Iterationsschritt beispiels weise der Meßpunkt x 2 des zweiten Meßpunkttripels T 2 als Startwert xn, und der zugehörige, durch Interpolation gewonnene Funktionswert f′(xn) der ersten Ableitung f′(x), sowie der Wert f′′(x) am Ort des Tripels T 2 verwendet. Die zugehörigen Formeln sind in Fig. 2 an gegeben. Aus diesen Werten wird ein erster Schätzwert x (n + 1) ermittelt. Über einen der Schrittmotortische 3-5 wird dieser Schätzwert x (n + 1) als mittlerer Meß punkt x 2 eines nächsten Meßpunkttripels T (n + 1) ein gestellt.

Die zu diesem Meßpunkttripel T (n + 1) gehörenden Werte der Strahlungsintensitätskurve f(x) werden gemessen, und daraus wiederum die zu den Ableitungen f′(x) und f′′(x) gehörenden Werte berechnet. Analog zum ersten Iterations schritt wird in einem zweiten Iterationsschritt ein zwei ter, verbesserter Schätzwert x (n + 2) ermittelt.

Die Iterationsschritte werden solange ausgeführt, bis ein Abbruchkriterium erfüllt ist. Als Abbruchkriterium kann beispielsweise das Unterschreiten einer vorgegebenen Minimaldifferenz zwischen zwei aufeinanderfolgenden Schätzwerten, oder auch das Unterschreiten eines vorge gebenen Minimalwertes für den Wert f′(xn _i) der zweiten Ableitung f′(x) verwendet werden. Wenn das Abbruchkri terium erfüllt ist, werden die Iterationsschritte für diese Raumkoordinate, d. h. die x-Koordinate abgebrochen.

Das Justierverfahren wird mit der nächsten Raumko ordinate festgesetzt, wobei wiederum auf dieser Raum koordinate, beispielsweise der y-Koordinate die Strah lungsintensität für ein erstes Meßpunkttripel T 1 ge messen wird.

Das Justierverfahren wird für alle drei Raumkoordinaten abgebrochen, d. h. die Sendediode 1 ist gegenüber der Lichtwellenleiterfaser auf maximale Lichtüberkopplung justiert, wenn beispielsweise die Strahlungsintensitäten zu den jeweils letzten Meßpunkttripels auf den drei Raum koordinaten sich um weniger als eine vorgegebene Mini maldifferenz unterscheiden.

Für die Ermittlung des Nullpunktes der ersten Ableitung f′(X) der Strahlungsintensitätskurve f(x) im Feinsuch bereich wird noch eine zweite Methode vorgeschlagen.

Auch bei dem in Fig. 3 dargestellten Beispiel wird im Grobsuchbereich eine konstante Wegdifferenz ds zwischen zwei aufeinanderfolgenden Meßpunkttripeln eingestellt. Auch hier ist der Wert f′′(x 2 (T 2)) der zweiten Ableitung f′′(x) des zweiten Meßpunkttripels T 2 negativ.

Ausgehend von der Wegdifferenz ds im Grobsuchbereich wird im Feinsuchbereich, d. h. ab dem zweiten Meßpunkt tripel T 2, die Wegdifferenz ds fortlaufend halbiert. Das heißt zwischen dem Meßpunkt x 1 des zweiten Meßpunkttripels T 2 und dem nachfolgenden Meßpunkt x 1, der einen der bei den Meßpunkte eines ersten Meßpunktdupels D 1 darstellt, wird ein Abstand durch Verschieben eines der Schrittmotor tische 3-5 entsprechend der Wegdifferenz 0,5 ds einge stellt. Der Abstand zwischen dem ersten Meßpunktdupel D 1 und dem darauf folgenden zweiten Meßpunktdupel D 2 beträgt 0,25 ds, usw. Die Richtung, in der auf der x-Koordinate des nächsten Meßpunktdupels eingestellt wird, wird analog wie bei der Grobsuche durch das Vorzeichen der ersten Ableitung f′(x) bestimmt.

Auch bei dieser zweiten Methode im Feinsuchbereich können die gleichen Abbruchkriterien wie bei der vorstehend an hand von Fig. 2 beschriebenen Methode verwendet werden.

Claims

1. Verfahren zur Justierung einer Lichtwellenleiter faser bezüglich eines elektro-optischen Wandlerelements, wobei die in der jeweiligen Position übergekoppelte Strahlungsintensität gemessen wird, und wobei zyklisch die Faser und/oder das Wandlerelement in den drei Raum koordinaten bewegt wird, dadurch gekennzeichnet,
daß jeweils in einer Koordinatenrichtung die Strahlungs intensitäten zu jeweils einem aus drei nahe beieinander liegenden Meßpunkten (x 1, x 2, x 3) bestehenden Meßpunkt tripel gemessen, und daraus Werte für die erste und die zweite Ableitung (f′(x), f′′(x)) der Strahlungsinten sitätskurve (f(x)) errechnet werden,
daß in einem durch positive Werte der zweiten Ableitung definierten Grobsuchbereich jeweils ein nächstes Meß punkttripel in einem vorgegebenen, konstanten Abstand (ds) auf der Koordinate angefahren und durch das Vor zeichen der ersten Ableitung (f′(x)) die Richtung für das nächste Meßpunkttripel auf der Koordinate bestimmt wird, und
daß in einem durch negative Werte der zweiten Ablei tung definierten Feinsuchbereich entweder jeweils ein nächstes Meßpunkttripel mit dem Newtonschen Näherungs verfahren unter Verwendung der ersten Ableitung (f′(x)) oder jeweils ein aus zwei Meßpunkten (x 1, x 2) bestehendes Meßpunktdupel unter fortlaufender Halbierung der Abstände (ds) auf der Koordinate mit Richtungsbestimmung wie im Grobsuchbereich angefahren werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand (ds) der im Grobbereich liegenden Meß punkte etwa 75% des Abstandes zwischen den Wendepunkten (WP 1, WP 2) der Strahlungsintensitätskurve (f(x)) beträgt.