DE3887407T2

DE3887407T2 - Optische, räumliche übertragungsvorrichtung.

Info

Publication number: DE3887407T2
Application number: DE3887407T
Authority: DE
Inventors: Yujiro Ito
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1987-02-27
Filing date: 1988-02-25
Publication date: 1994-08-25
Anticipated expiration: 2008-02-26
Also published as: KR890700841A; US4958902A; WO1988006740A1; DE3887407D1; EP0305534A4; EP0305534B1; JPS63135322U; EP0305534A1

Description

TECHNISCHES GEBIET

Die Erfindung betrifft einen Sendeempfänger, der Information, die sich räumlich ausbreitet, optisch senden und empfangen kann.

HINTERGRUNDBILDENDER STAND DER TECHNIK

Ein Sendeempfänger mit den Merkmalen des Oberbegriffes von Anspruch 1 ist aus einem Artikel von R. M. Hillyer et al. bekannt, wie er in Navy Technical Disclosure Bulletin, Vol. 1, No. 3, Juli 1976, Seiten 19-22 unter dem Titel "Increased Efficiency Fiber Optic Coupled, Optical Transceivers" veröffentlicht ist. Der dort beschriebene Sendeempfänger weist optische Fasern in seinem optischen Sendesystem wie auch in seinem optischen Empfangssystem auf. Diese Fasern sind gebündelt, und die Endfläche des Bündels ist in der Brennebene der gemeinsamen Linse oder nahe bei dieser in der optischen Achse oder nahe bei dieser angeordnet. Es ist mühselig, diese verschiedenen Fasern zu bündeln, oder umgekehrt, die verschiedenen Fasern aus dem Bündel aufzuteilen.

OFFENBARUNG DER ERFINDUNG

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Sendeempfänger mit einfachem Aufbau anzugeben.
Der erfindungsgemäße Sendeempfänger ist durch die Lehre des beigefügten Anspruchs 1 definiert. Dieser Sendeempfänger weist nur in seinem Sendesystem eine optische Faser auf, jedoch nicht in seinem Empfangssystem. Daher ist es offensichtlich nicht mehr erforderlich, Fasern für das Sendesystem und das Empfangssystem innerhalb eines Faserbündels zu unterscheiden.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist ein Diagramm, das ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgeinäßen Sendeempfängers zeigt;
Fig. 2 ist eine perspektivische Darstellung, die eine Halteeinrichtung für die optische Faser in einem Sendeempfänger zeigt, der ähnlich wie der Sendeempfänger im Diagramm von Fig. 1 ist; und
Fig. 3 ist ein Diagramm, das einen Sendeempfänger mit einer weiteren Linse zwischen einer gemeinsamen Linse und dem Ende der Sendefaser zeigt.

BESTE ART ZUM AUSFÜHREN DER ERFINDUNG

Die Komponenten des Sendeempfängers von Fig. 1 sind innerhalb eines Spiegelzylinders vorhanden, der allerdings nicht dargestellt ist. Die Bezugsziffer 11 bezeichnet eine optisch durchsichtige Platte, die dazu verwendet wird, das Sendelicht und das Empfangslicht aufzuteilen, und sie ist in der optischen Achse einer gemeinsamen Sende/Empfangs-Linse (z. B. mit einem Durchmesser von 145 mm) 3 und einer Empfangslinse 4 angeordnet, und innerhalb der Brennebene, um etwa 100 mm bis 300 mm entfernt von der gemeinsamen Sende/Empfangs-Linse 3.
Diese durchsichtige Platte 11 weist ein Durchgangsloch 11A auf, das durch ihre Mitte gebohrt ist, und ein Ende einer optischen Sendefaser 13 wird im Durchgangsloch 11A aufgenommen und in diesem gehalten. Die optische Sendefaser 13 ist so nach außen gezogen, daß sie den optischen Pfad kreuzt, entlang dem das Empfangslicht L2, das durch die durchsichtige Platte 11 läuft, zur Empfangslinse 4 läuft. Die Bezugsziffer 13A kennzeichnet einen Schutzfilm der optischen Sendefaser 13. Dieser Schutzfilm ist von der optischen Sendefaser in ihrem Bereich entfernt, in dem sie den optischen Pfad kreuzt, durch den das Empfangslicht L2 läuft, damit ihr Außendurchmesser dünn ist, damit die Ausbreitung des Empfangslichts L2 so wenig wie möglich gestört wird. In diesem Zusammenhang gilt, daß, während der Durchmesser des auf die durchsichtige Platte 11 fallenden Empfangslichts L2 etwa 1 mm ist, der Außendurchmesser des Schutzfilms 13A der optischen Sendefaser 13 0,9 mm ist, und der Außendurchmesser des Mantelbereichs 0,125 mm ist. So kann, wenn der Schutzfilm 13A von der optischen Sendefaser 13 entfernt wird, der Wirkungsgrad, mit dem Empfangslicht L2 in das Lichtempfangselement 9 geleitet wird, beträchtlich erhöht werden.
Der Betrieb dieses Sendeempfängers wird nachfolgend beschrieben. Sendelicht (divergierendes Licht) L1 von einem lichtemittierenden Element 5 für optische Information wird durch eine Sendelinse 6 konvergiert, in die andere Endfläche der optischen Sendefaser 13 eingeleitet und dann von ihrer einen Endfläche, d. h. von der durchsichtigen Platte 11 zur gemeinsamen Sende/Empfangs-Linse 3 in divergierender Art ausgestrahlt. Das so divergierende Sendelicht L1 wird durch die gemeinsame Sende/Empfangs-Linse 3 im wesentlichen gesammelt, über eine optische, räumliche Übertragungslinie 8 gesendet und vom Sendeempfänger auf der Empfangsseite empfangen.
Das im wesentlichen parallele Empfangslicht L2, das vom Sendeempfänger auf der Empfangsseite gesendet wird und über die optische, räumliche Übertragungslinie 8 gesendet wird, wird in die gemeinsame Sende/Empfangs-Linse 3 eingeleitet, in der es konvergiert wird und auf die durchsichtige Platte 11 fokussiert wird, woraufhin es divergiert. Das so divergierende Empfangslicht L2 wird in die Empfangslinse 4 eingeleitet, in der es konvergiert wird, und dann wird es in das Lichtempfangselement 9 so eingeleitet, daß es auf diesem fokussiert wird. Das auf das Lichtempfangselement 9 fallende Empfangslicht L2 wird dort in ein elektrisches Signal umgewandelt.
Beim vorstehenden Sendeempfänger kann die gemeinsame Sende/ Empfangs-Linse 3 gemeinsam für das Sendelicht L1 und das Empfangslicht L2 verwendet werden, so daß der Aufbau der Vorrichtung vereinfacht sein kann. Daneben ist, obwohl die gemeinsame Sende/Empfangs-Linse 3 gemeinsam verwendet wird, der Lichtverlust, der entsteht, wenn die optischen Achsen nicht zusammen fallen, sehr klein. Ferner kann, da das lichtemittierende Element 5 und das Lichtempfangselement 9 mit großem Freiheitsgrad positioniert werden können, verhindert werden, daß der gegenseitige Lichtabschirmeffekt das S/R-Verhältnis für das Sendelicht L1 und das Empfangslicht L2 wegen Streulicht verschlechtert. Da das Sendelicht und das Empfangslicht durch die durchsichtige Platte 11 aufgeteilt werden, kann die Anordnung der Vorrichtung weiter vereinfacht werden, und das Zusammenbauen der Vorrichtung und deren Wartung können einfacher ausgeführt werden. Ferner kann das Empfangslicht L2 durch die durchsichtige Platte 11 wirkungsvoll in das Lichtempfangselement 9 eingeleitet werden. Darüber hinaus kann das Sendelicht L2 durch die optische Sendefaser 13, die in das Durchgangsloch 11A der durchsichtigen Platte 11 eingreift, wirkungsvoll zur optischen, räumlichen Übertragungslinie 8 gesendet werden.
Während beim Sendeempfänger von Fig. 1 die optische Sendefaser 13 in das Durchgangsloch 11A in der durchsichtigen Platte 11 eingreift und von diesem gehalten wird, ist eine Änderung in solcher Art möglich, daß die durchsichtige Platte 11 als Halteteil, wie in Fig. 1, durch einen kreisförmigen Ring 21 ersetzt ist, an dem drei durchsichtige oder nichtdurchsichtige Tragteile 22 ausgebildet sind, die sich zum Mittelbereich des Kreisrings erstrecken, wobei ein Eingriffsbereich 23 im Schnittbereich zwischen diesen ausgebildet ist, und der Endabschnitt der optischen Sendefaser 13 in den Eingriffsbereich 23 eingreift und von diesem gehalten wird, wie beim in Fig. 2 dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel. Es kann ein Halteteil mit beliebiger Form und Struktur verwendet werden, wenn es nur den Endabschnitt der optischen Sendefaser 13 an einer vorgegebenen Position festhalten kann.
Wenn beim Sendeempfänger von Fig. 1 das Sendelicht L1 vom lichtemittierenden Element 5 mit ausreichender Energie in die optische Sendefaser 13 eingeleitet wird, kann die Sendelinse 6 weggelassen werden.
Die Ausführungsbeispiele der Fig. 1 und 2 weisen die folgenden Schwierigkeiten auf. Um Sendelicht L1 so weit wie möglich zu senden, muß die Parallelität des von der gemeinsamen Sende/Empfangs-Linse 3 gesendeten Sendelichts L1 hoch sein. Zu diesem Zweck muß, wie oben beschrieben, die gemeinsame Sende/Empfangs-Linse 3 z. B. in Form einer asphärischen Linse vorliegen, um die sphärische Aberation zu verringern, mit dem Ergebnis, daß das von der optischen, räumlichen Übertragungslinie 8 in die gemeinsame Sende/Empfangs-Linse 3 eingeleitete parallele Empfangslicht L2 so fokussiert wird, daß es einen sehr kleinen Strahlfleck bildet. Um Empfangslicht L2 wirkungsvoll in das Lichtempfangselement 9 einzuleiten, muß die numerische Apertur der gemeinsamen Sende/Empfangs- Linse 3 durch die durchsichtige Platte 11 in Fig. 1 so weit wie möglich verringert werden, damit das Empfangslicht L1 einen Strahlfleck bildet, der im Brennpunkt so groß wie möglich ist, so daß das Empfangslicht L2 gegenüber dem Endabschnitt der optischen Sendefaser 7 oder 13 geschützt werden muß. Dies erhöht jedoch die Länge des optischen Pfads des optischen Systems, durch den das Empfangslicht L1 läuft, und es gibt der Vorrichtung eine große Abmessung.
Unter Bezugnahme auf Fig. 3 wird nun ein drittes Ausführungsbeispiel beschrieben, das eine Besserung bei diesen Mängeln erzielen kann. In Fig. 3 sind Teile, die gleichen Teilen in Fig. 1 entsprechen, mit denselben Bezugszeichen versehen, und eine überlappende Erläuterung hierzu wird weggelassen. Der Spiegelzylinder, in dem das optische System untergebracht ist, ist nicht dargestellt und beschrieben. Der Sendeempfänger in Fig. 3 unterscheidet sich vom Sendeempfänger in Fig. 1 dahingehend, daß eine Konvexlinse 14 zwischen der gemeinsamen Sende/Empfangs-Linse 3 und der durchsichtigen Platte 11 vorhanden ist. Sowohl die gemeinsame Sende/Empfangs-Linse (Durchmesser 145 mm) 3 und die Linse 14 sind asphärische Linsen mit kleiner sphärischer Aberation. Die gemeinsame Sende/Empfangs-Linse 3, die Linse 14, die durchsichtige Platte 11 und die Empfangslinse 4 sind so angeordnet, daß ihre optischen Achsen zusammenfallen. Die Linse 14 wird dazu verwendet, einen zum Brennpunkt P1 der gemeinsamen Sende/Empfangs-Linse 3 konjugierten Punkt P2 zu bilden, und die durchsichtige Platte 11 ist an diesem konjugierten Punkt P2 angeordnet. Die Linsen 3 und 14 bilden eine gemeinsame Sende/Empfangs-Linse, die aus einer Verbundlinse gebildet ist.
Ferner ist der Ort der Linse 14 so festgelegt, daß die Größe des Strahlflecks des Empfangslichts L2 am Brennpunkt P1 (z. B. ist sein Durchmesser ungefähr 100 um). In diesem Fall wird die numerische Apertur der gemeinsamen Sende/Empfangs- Linse 3 auf der linken Seite in der Zeichnung durch 0,4 (= Brechungsindex · sin 23,60) gegeben, so daß die numerische Apertur der Linse 14 rechts in der Zeichnung durch 0,4 gegeben ist, während die numerische Apertur der Linse 14 links in der Zeichnung mit 0,1 (= Brechungsindex · sin 5,70) gegeben ist.
Ferner ist die optische Sendefaser 13, die das Sendelicht vom lichtemittierenden Element 5 in die durchsichtige Platte 11 einleitet eine Einmodenfaser (Kerndurchmesser 6 um, numerische Apertur 0,1), und der Durchmesser des Mantelbereichs bei diesem Ausführungsbeispiel 125 um. Die Endfläche der optischen Sendefaser in ihrem Bereich, in dem der Schutzfilm 13A entfernt ist, ist mit der Mitte der durchsichtigen Platte 11 auf der Seite verklebt, wo sie der Empfangslinse 4 gegenübersteht. In diesem Fall, kann, wie dies in Fig. 1 dargestellt ist, die Endfläche der optischen Sendefaser in ein Durchgangsloch eingreifen, das durch die Mitte der durchsichtigen Platte 11 gebohrt ist. Das Ausmaß, mit dem das Empfangslicht L2 durch die optische Sendefaser 13 im konjugierten Punkt P2 gestört wird, ist sehr klein, wie es wie folgt wiedergegeben wird:
(125 ÷ 400)² = 0,097.
Dies kann in der Praxis vernachlässigt werden.
Nachfolgend wird der Betrieb dieser optischen, räumlichen Übertragungsvorrichtung beschrieben. Das Sendelicht (divergierendes Licht) L1 vom lichtemittierenden Element 5 für optische Information wird durch die Sendelinse 6 konvergiert und in die andere Endfläche der optischen Sendefaser 13 eingeleitet, um in dieser geführt zu werden. Dann wird dieses Licht von der anderen Endfläche derselben, d. h. von der durchsichtigen Platte 11 als Strahlfleck beinahe punktförmig abgestrahlt, woraufhin es zur Linse 14 hin divergiert. Das divergierende Sendelicht L1 von hier wird in die Linse 14 konvergiert, im Brennpunkt P1 der gemeinsamen Sende/Empfangs-Linse 3 fokussiert, woraufhin es divergierend in die gemeinsame Sende/Empfangs-Linse 3 eingeleitet wird, durch die es zu im wesentlichen parallelem Licht gesammelt wird und in die optische, räumliche Übertragungslinie 8 ausgestrahlt wird, um übertragen zu werden. Das so übertragene Licht wird vom Sendeempfänger auf der Empfangsseite empfangen.
Ferner wird das Empfangslicht L2 als im wesentlichen paralleles Licht, wie es vom Sendeempfänger auf der Sendeseite gesendet wurde und durch die optische, räumliche Übertragungslinie 8 lief, in die gemeinsame Sende/Empfangs-Linse 3 eingeleitet, in der es konvergiert wird, es wird auf den Brennpunkt P1 fokussiert, und dann divergierend in die Linse 14 eingeleitet. Das konvergierte Empfangslicht L2 der Linse 14 wird auf den konjugierten Punkt P2, d. h. die durchsichtige Platte 11 fokussiert, um den Strahlfleck des von der optischen Faser 13 emittierten Sendelichts L2 einzuschließen, und dann divergiert es. Es wird dafür gesorgt, daß dieses divergierende Empfangslicht L2 auf die Empfangslinse 4 fällt, durch diese konvergiert wird und dann in das Lichtempfangselement 9 eingeleitet wird, auf dem es fokussiert. Dann wird das in das Lichtempfangselement 9 eingeleitete Empfangslicht L2 von diesem in ein elektrisches Signal umgewandelt.
Beim oben angegebenen Sendeempfänger kann die gemeinsame Sende/Empfangs-Linse 3 für das Sendelicht L1 und das Empfangslicht L2 gemeinsam ausgebildet werden, so daß die Vorrichtung aufbaumäßig vereinfacht werden kann. Darüber hinaus ist, obwohl die Linse 3 gemeinsam für das Senden und Empfangen von Licht verwendet wird, der Lichtverlust, wie er hervorgerufen wird, wenn die optischen Achsen nicht zusammenfallen, sehr klein. Auch kann, da das lichtemittierende Element 5 und das Lichtempfangselement 9 mit großem Freiheitsgrad angeordnet werden können, verhindert werden, daß der gegenseitige Lichtabschirmungseffekt das S/R-Verhältnis für das Sendelicht L1 und das Empfangslicht L2 durch Streulicht verschlechtert.
Ferner kann der Aufbau der Vorrichtung vereinfacht werden, da das Sendelicht und das Empfangslicht durch die durchsichtige Platte 11 aufgeteilt werden, und das Zusammenbauen der Vorrichtung und die Wartung derselben können einfach ausgeführt werden.
Da die Linse 14 vorhanden ist, um den konjugierten Punkt P2 zum Brennpunkt P1 der gemeinsamen Sende/Empfangs-Linse zu bilden, weist die Vorrichtung gemäß diesem Ausführungsbeispiel ferner die folgenden Vorteile auf. Um Sendelicht L1 so weit wie möglich zu senden, muß die Parallelität des von der gemeinsamen Sende/Empfangs-Linse 3 ausgesendeten Lichts hoch ausgebildet werden. Zu diesem Zweck muß die gemeinsame Sende/Empfangs-Linse 3 z. B. als asphärische Linse ausgebildet sein, um ihre sphärische Aberation zu verringern. Wenn dies der Fall ist, wird paralleles Empfangslicht L2, das von der optischen, räumlichen Übertragungslinie 8 in die gemeinsame Sende/Empfangs-Linse 3 eingeleitet wurde, im Brennpunkt P1 fokussiert, um einen sehr kleinen Strahlfleck zu bilden. Ferner liegt, wenn eine Linse mit großer numerischer Apertur als gemeinsame Sende/Empfangs-Linse 3 verwendet wird, der Brennpunkt P1 dicht bei dieser gemeinsamen Sende/Empfangs- Linse 3, so daß die Vorrichtung in der Praxis mit kompakter Größe ausgebildet werden kann. Wenn der Strahlfleck, den das Empfangslicht L1 im Brennpunkt P1 bildet, durch die Linse 14 vergrößert wird und auf der durchsichtigen Platte 11 abgebildet wird, die dazu verwendet wird, das Sendelicht und das Empfangslicht aufzuteilen, kann das Empfangslicht L2 wirkungsvoll durch die durchsichtige Platte 11 in das Lichtempfangselement 9 eingeleitet werden. Ferner kann das Sendelicht L2 durch an der durchsichtigen Platte 11 befestigte optische Sendefaser 13 wirkungsvoll in die optische, räumliche Übertragungslinie 8 gesendet werden.
Ferner kann die Sendelinse 6 weggelassen werden, wenn das Sendelicht L1 vom Lichtempfangselement 5 mit ausreichender Energie in die optische Sendefaser 13 eingeleitet wird.
Darüber hinaus kann auch bei dem Ausführungsbeispiel von Fig. 3 die durchsichtige Platte 11 durch das in Fig. 2 dargestellte Halteteil ersetzt werden.
Wie vorstehend dargelegt, ist es mit der Erfindung möglich, eine optische, räumliche Übertragungsvorrichtung mit einfachem Aufbau zu erhalten, die den Sendewirkungsgrad und das S/R-Verhältnis für das Sendelicht und das Empfangslicht erhöhen kann.

Claims

1. Sendeempfänger mit:

- einem optischen Sendesystem (5, 13, 3);

- einem optischen Empfangssystem (3, 4, 9);

- einer Linse (3), die sowohl dem optischen Sendesystem als auch dem optischen Empfangssystem gemeinsam ist;

- wobei das optische Sendesystem (5, 13, 3) neben der gemeinsamen Linse folgendes aufweist:

- ein lichtemittierendes Element (5) zum Senden von Information und

- eine optische Sendefaser (13), deren eine Endfläche in der Brennebene der gemeinsamen Linse oder nahe bei derselben und in deren optischer Achse oder nahe bei derselben angeordnet ist; und

- wobei das optische Empfangssystem (3, 4, 9) neben der gemeinsamen Linse ein Information empfangendes Lichtempfangselement (9) aufweist;

dadurch gekennzeichnet, daß

- das optische Empfangssystem eine andere Linse (4) zwischen dem Information empfangenden Lichtempfangselement (5) und der gemeinsamen Linse (3) aufweist; und

- eine Einrichtung (11; 21) vorhanden ist, um das Ende der Faser (13) an einer Position zwischen der gemeinsamen Linse (3) und der Linse (4) innerhalb des optischen Empfangssystems zu halten.

2. Sendeempfänger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Halten des Endes der Faser eine durchsichtige Platte (11) ist.

3. Sendeempfänger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Halten des Endes der Faser ein Kreisring (23) mit Halteteilen (22) zum Halten eines Eingriffsteils (23) in seiner Mitte ist, wobei das Eingriffsteil das Ende der Faser (13) hält.

4. Sendeempfänger nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine weitere Linse (14), die zwischen der gemeinsamen Linse (3) und der Einrichtung (11; 21) zum Halten des Endes der Faser angeordnet ist.

5. Sendeempfänger nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine zusätzliche Linse (6), die zwischen dem Information sendenden lichtemittierenden Element (5) und der Faser (13) angeordnet ist, um das Licht dieses Elements in die Faser zu fokussieren.