DE3888544T2

DE3888544T2 - Opto-elektrischer stecker.

Info

Publication number: DE3888544T2
Application number: DE3888544T
Authority: DE
Inventors: Berge Eduardus Ten
Original assignee: Whitaker LLC
Current assignee: Whitaker LLC
Priority date: 1987-06-19
Filing date: 1988-05-23
Publication date: 1994-10-06
Anticipated expiration: 2008-05-24
Also published as: EP0451137B1; EP0451137A1; JP2579208B2; JPH01503813A; WO1988010440A1; GB8714397D0; DE3888544D1

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf einen opto-elektrischen Verbinder.
In US-A-4 568 145 ist ein opto-elektrischer Verbinder beschrieben mit einem ersten und einem zweiten Fügeglied, die jeweils eine optische Faser aufweisen, die eine optische Endfläche hat, und die jeweils einen länglichen elektrischen Leiter aufweisen, der an eine elektrische Leitung angeschlossen und parallel zu der optischen Faser gehaltert ist, wobei die Fügeglieder zusammenfügbar sind, um die optischen Endflächen der optischen Fasern in eine lichtübertragende Beziehung miteinander zu bringen und gleichzeitig die Leiter in elektrisch leitenden Kontakt miteinander zu bringen.
In diesem bekannten Verbinder sind die optische Faser und der elektrische Leiter jedes Fügeglieds getrennt in einem Gehäuse in beabstandeter Beziehung quer zu der Fügerichtung der Fügeglieder gehaltert, und jedes Gehäuse weist eine Vielzahl von Teilen zum Isolieren des Leiters und zum Haltern der optischen Faser in dem Gehäuse auf.
Die vorliegende Erfindung ist dazu bestimmt, einen opto-elektrischer Verbinder von vereinfachter Konstruktion zu schaffen.
Gemäß der Erfindung ist ein opto-elektrischer Verbinder, wie er in dem zweiten Absatz dieser Beschreibung definiert ist, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Leiter jedes Fügeglieds die Form eines starren Metallrohres hat, das konzentrisch zu der optischen Faser des Fügeglieds ist und die optische Faser einhüllt, daß das Metallrohr am Ende eine elektrische Kontaktfläche hat, die benachbart zu der optischen Endfläche der Faser des Fügeglieds ist, und daß ein isolierendes Ausrichtglied vorgesehen ist, das eine begrenzte Bahn definiert, die in sich die beiden Fügeglieder für eine Bewegung relativ aufeinander zu aufnimmt, um die elektrischen Kontaktflächen in anliegende Beziehung in Eingriff miteinander und gleichzeitig die optischen Flächen in lichtübertragende Beziehung zueinander zu bringen.
EP-A-0 164 993 offenbart einen elektrischen und faseroptischen Verbinder mit ersten und zweiten Fügegliedern, die jeweils eine optische Faser aufweisen, die eine optische Endfläche hat, sowie einen elektrischen Leiter, der parallel zu der optischen Faser gehaltert ist, wobei die Fügeglieder zusammenfügbar sind, um die optischen Endflächen der optischen Fasern in eine lichtübertragende Beziehung miteinander zu bringen und gleichzeitig die Leiter in elektrisch leitenden Kontakt miteinander zu bringen. Der elektrische Leiter jedes Fügeglieds hat die Form eines starren Metallrohrs, das konzentrisch zu der optischen Faser des Fügeglieds ist und diese einhüllt.
Das Rohr jedes Fügeglieds eines Verbinders gemäß der vorliegenden Erfindung kann jede geeignete Querschnittsgestalt haben, und die Faser kann in dem Rohr mittels eines Klebers befestigt sein.
Das Rohr hat jedoch vorzugsweise die Form einer Metallbeschichtung auf der optischen Faser. Solche metallbeschichteten optischen Fasern sind als "optische Nadeln-" bekannt. Wie in EP-A 1-96 511 beschrieben, kann die Metallbeschichtung durch Elektroplattieren der Faser mit Metall über einer zuvor angebrachten Metallschicht angebracht werden, worauf die so geschaffene Beschichtung auf die erforderliche Dicke geätzt wird, nachdem die optische Oberfläche geformt wurde. Die Metallbeschichtungen der Fasern und des Ausrichtglieds können auf sehr enge Toleranzen dimensioniert werden, insbesondere wenn das Ausrichtglied aus einem keramischen Material hergestellt wird, um einen sehr engen Reibungsgleitsitz für die beschichteten Fasern zu schaffen.
Das Ausrichtglied kann die Form einer Hülse, beispielsweise aus einem keramischen Material oder aus Glas, haben. Vorzugsweise hat die Bohrung der Hülse eine sich nach außen aufweitende Führungsmündung an jedem Ende zum Führen der entsprechenden Fügeglieder in die Hülsenbohrung. Das Ausrichtglied kann jedoch eine Vielzahl von Teilen aufweisen, die miteinander verbunden sind, um eine begrenzte Bahn für die Fügeglieder zu bilden.
Der Verbinder kann beispielsweise zur Verbindung eines Leiters einer elektro-optischen Vorrichtung, z. B. eines elektro-magnetischen optischen Schalters, mit einem äußeren optischen Schaltkreis verwendet werden, und er kann in bequemer Weise für eine elektrische Komponente, z. B. den Elektromagneten, der genannten Vorrichtung angeordnet werden, um deaktiviert zu werden, wenn die elektrischen Endkontaktflächen der Metallrohre der Fügeglieder nicht in elektrisch leitfähiger Berührung miteinander sind.
Die elektro-optische Vorrichtung kann eine Vielzahl von Leitern aufweisen, die jeweils mit einem äußeren optischen Schaltkreis mittels eines Verbinders gemäß der Erfindung verbunden sind, wobei die elektro-optische Vorrichtung so angeordnet ist, daß sie deaktiviert wird, wenn die Endkontaktflächen eines der Verbinder nicht in elektrischer Berührung sind.
Der Verbinder kann einfach als elektro-optischer Schalter verwendet werden.
Für ein besseres Verständnis der Erfindung und um zu zeigen, wie diese zur Wirkung gebracht werden kann, wird nun beispielsweise auf die beiliegenden Zeichnungen Bezug genommen:
Fig. 1 ist eine axiale Schnittansicht eines opto-elektrischen Verbinders in einem Zustand, in dem ein elektrischer Stromkreis unterbrochen ist;
Fig. 2 ist eine Ansicht ähnlich derjenigen von Fig. 1, zeigt aber den Verbinder in einem Zustand, in dem ein elektrischer Stromkreis geschlossen ist; und
Fig. 3 ist eine schematische Ansicht einer elektro-optischen Vorrichtung, die Verbinder gemäß den Fig. 1 und 2 aufweist.
Wie in den Fig. 1 und 2 gezeigt, weist der Verbinder, der allgemein mit der Bezugsziffer 2 bezeichnet ist, ein Paar von Fügegliedern in der Form eines Paares optischer Nadeln 4 und 6 sowie eine isolierende Hülse 8 auf. Jede optische Nadel 4 und 6 weist eine zentrale optische Faser 10 auf, die eine konzentrische Metallbeschichtung 12 mit kreisförmigem Querschnitt und konstantem Durchmesser hat. Jede Faser 10 hat eine optische Endfläche 14, die sich unter rechten Winkeln zu der Längsachse der Faser 10 erstreckt, wobei jede Metallbeschichtung 12 eine elektrische Endkontaktfläche 16 hat, die sich auch unter rechten Winkeln zu der genannten Achse erstreckt, und wobei die optische Oberfläche 14 jeder Nadel 4 und 6 geringfügig gegenüber ihrer elektrischen Kontaktfläche 16 zurückgesetzt ist. Ein erster elektrischer Leiter 18 ist elektrisch mit der Metallbeschichtung 12 der Nadel 6 verbunden, und ein zweiter elektrischer Leiter 20 ist elektrisch mit der Metallbeschichtung 12 der Nadel 4 verbunden.
Die Hülse 8, die kreisförmigen Querschnitt hat und zylindrisch ist, ist vorzugsweise aus einem keramischen Material hergestellt und hat eine zentrale Bohrung 22 mit kreisförmigem Querschnitt, der ausgenommen an seinen Enden konstanten Querschnitt hat, wo jeweils die Bohrung 22 mit einer vergrößerten, sich axial nach außen aufweitenden Nadelführungsmündung 24 geformt ist. Jede Nadel 4 und 6 ist in bezug auf die Bohrung 22 so dimensioniert, daß sie darin axial und unter Reibung mit einer engen Passung gleitfähig ist, nachdem sie durch die entsprechende Mündung 24 eingesetzt worden ist.
Fig. 1 zeigt den Verbinder 2 im Zustand der Unterbrechung eines Stromkreises, d. h. mit den elektrischen Kontaktoberflächen 16 der Beschichtungen 12 voneinander beabstandet, so daß die Leiter 18 und 20 voneinander elektrisch getrennt sind, und die optischen Flächen 14 sind voneinander beabstandet, so daß sie nicht innerhalb eines wirksamen Übertragungsbereichs zueinander stehen.
Die Nadeln 4 und 6 können relativ zueinander in der Bohrung 22 von ihrer Stellung gemäß Fig. 1 verschoben werden, um den Verbinder 2 in einen Zustand der Herstellung eines Stromkreises zu bringen, in dem, wie in Fig. 2 gezeigt, die elektrischen Kontaktflächen 16 der Beschichtungen 12 der Nadeln 4 und 6 in anliegender Beziehung aneinander angreifen, so daß ein fester elektrischer Kontakt zwischen den Oberflächen 16 hergestellt ist, so daß die Leiter 18 und 20 miteinander elektrisch verbunden sind, wobei die optischen Flächen 14 dann in einer lichtübertragenden Beziehung stehen.
Ein Beispiel einer industriellen Verwendung des Verbinders 2 wird nun beschrieben. Wie in Fig. 3 gezeigt, weist eine opto-elektrischer Schaltvorrichtung einen Rahmen 26 auf, an dem ein Aufnahmekanal 28 für optische Fasern montiert ist, der Seitenwände 30 und 32 und einen Hauptteil 34 aufweist. Metallbeschichtete optische Fasern 36, 38, 40 und 42 haben jeweils an einem Ende an dem Rahmen 26 befestigt einen Leiterabschnitt, der die optische Nadel 4 eines Verbinders 2 darstellt und in der Hülse 8 des Verbinders 2 aufgenommen ist. Die Nadeln 6 des Verbinders 2 sind so angeordnet, daß sie an ihren von den Hülsen 8 entfernten Enden mit (nicht gezeigten) äußeren optischen Schaltkreisen verbunden sind. Die entgegengesetzten Endabschnitte 44 und 46 der Fasern 36 und 38, welche Endabschnitte elektrisch voneinander isoliert sind, sind in dem Kanal 28 so befestigt, daß sie sich längs dessen Hauptteil 34 erstrecken, und sie sind mit optischen Flächen versehen, die in koplanarer Beziehung stehen. Die entgegengesetzten Endabschnitte 48 und 50 der Fasern 40 und 42 sind auch mit optischen Flächen versehen, und sie sind miteinander verbunden und erstrecken sich längs des Hauptteils 34 des Kanals 28 mit ihren optischen Endflächen in koplanarer Beziehung, wobei die Endabschnitte 48 und 50 elektrisch voneinander isoliert sind. Der Kanal 28 ist weit genug, um es den Endabschnitten 48 und 50 zu gestatten, quer dazu verschoben zu werden. Das Solenoid 52 eines Elektromagneten 54 ist auch an dem Rahmen 26 angebracht, wobei der Elektromagnet 54 betätigbar ist, um die optischen Flächen der Endabschnitte 48 und 50 in Ausrichtung mit den optischen Flächen 44 und 46 zu bringen, so daß Licht von der Faser 36 zu der Faser 40 und von der Faser 38 zu der Faser 42 übertragen werden kann. Das Solenoid 52 kann mit Energie versorgt werden, um den Elektromagneten 54 zu betätigen, nachdem ein Trigger-Schaltkreis 56 in einen aktiven Zustand gebracht wurde, nachdem ein Einlaßleiter 57 des Stromkreises 56 mit Energie versorgt wurde. In dem Leiter 57 sind in Reihe spannungsfreie Schalter 58, 60, 62 und 64 angeordnet. Der mit der Faser 42 verbundene Leiter 20 ist der Eingangsleiter des Schalters 58, der mit der Faser 40 verbundene Leiter 20 ist der Eingangsleiter des Schalters 60, der mit der Faser 36 verbundene Leiter 20 ist der Eingangsleiter des Schalters 62 und der mit der Faser 38 verbundene Leiter 20 ist der Eingangsleiter des Schalters 64. Um es dem Schaltkreis 56 zu ermöglichen, durch Versorgung seines Leiters 57 mit Energie in seinen aktiven Zustand gebracht zu werden, muß jeder Schalter 58, 60, 62 und 64 mittels seines Leiters 20 mit Energie versorgt werden. Wenn einer der Leiter 20 ohne Energie bleibt, bleibt der Schaltkreis 56 inaktiv, so daß der Elektromagnet 54 nicht durch Aufbringen eines Signals auf den Leiter 57 betätigt werden kann.
Wie in Fig. 3 gezeigt, ist jeder Leiter 18 mit einer Spannungsquelle verbunden, 50 daß, wenn der entsprechende Verbinder 2 in seiner einen Stromkreis schließenden Bedingung gemäß Fig. 2 ist, der entsprechende Leiter 20 mit Energie versorgt wird. Sollte jedoch einer der Verbinder 2 in einer den Stromkreis unterbrechenden Bedingung stehen, beispielsweise als Ergebnis eines unvollständigen Einsetzens der Nadel 4 oder 6, kann der Elektromagnet 54 nicht mit Energie versorgt werden, da der zugehörige spannungsfreie Schalter offen bleibt.
Die Verbinder 2 dienen in der Tat nicht nur als optische Verbinder, in die die Nadeln 4 und 6 eingesteckt werden können, um die opto-elektrische Vorrichtung mit einem optischen Schaltkreis zu verbinden, sondern sie dienen auch als Sicherheitsvorrichtungen, die den Elektromagneten 54 daran hindern, betätigt zu werden, wenn nicht alle Fasern 36, 38, 40 und 42 richtig mit dem äußeren Schaltkreis über die Verbinder 2 verbunden sind.

Claims

1. Opto-elektrischer Verbinder (2) mit einem ersten und einem zweiten Fügeglied (4 und 6), die jeweils eine optische Faser (10) aufweisen, die eine optische Endfläche (14) hat, und die jeweils einen länglichen elektrischen Leiter (12) aufweisen, der an eine elektrische Leitung (18 oder 20) angeschlossen und parallel zu der optischen Faser (10) gehaltert ist, wobei die Fügeglieder (4 und 6) zusammenfügbar sind, um die optischen Endflächen (14) der optischen Fasern (10) in eine lichtübertragende Beziehung miteinander zu bringen und gleichzeitig die Leiter (12) in elektrisch leitenden Kontakt miteinander zu bringen, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Leiter (12) jedes Fügeglieds (4 und 6) die Form eines starren Metallrohres (12) hat, das konzentrisch zu der optischen Faser (10) des Fügeglieds (4 oder 6) ist und die optische Faser einhüllt, daß das Metallrohr (12) am Ende eine elektrische Kontaktfläche (16) hat, die benachbart zu der optischen Endfläche (14) der Faser (10) des Fügeglieds (4 oder 6) ist, und daß ein isolierendes Ausrichtglied (8) vorgesehen ist, das eine begrenzte Bahn definiert, die in sich die beiden Fügeglieder für eine Bewegung relativ aufeinander zu aufnimmt, um die elektrischen Kontaktflächen (16) in anliegende Beziehung in Eingriff miteinander und gleichzeitig die optischen Flächen (14) in lichtübertragende Beziehung zueinander zu bringen.

2. Verbinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Endfläche (14) jedes Fügeglieds (4 oder 6) sich unter rechten Winkeln zu der Längsachse der Faser (10) und parallel zu der elektrischen Endkontaktfläche (16) des Metallrohres (12) erstreckt, wobei die optische Endfläche (14) gegenüber der Kontaktfläche (16) und relativ zu der Längsachse zurückgesetzt ist.

3. Verbinder nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausrichtglied (8) aus einem keramischen Material hergestellt ist.

4. Verbinder nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Fügeglied (4 oder 6) die Form einer optischen Nadel hat.

5. Verbinder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausrichtglied die Form einer Hülse (8) hat, die eine Bohrung (22) aufweist, die die Fügeglieder (4 und 6) eng und gleitfähig aufnimmt.

6. Elektro-optische Vorrichtung mit einer elektrischen Komponente (52, 54) und optischen Faserleitungen (36; 38, 40, 42), die jeweils an einen äußeren optischen Schaltkreis mittels eines Verbinders angeschlossen sind, wie er in einem der vorhergehenden Ansprüche beansprucht ist, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Leitung (18), die mit dem Rohr (12) eines (6) der Fügeglieder (4 und 6) jedes Verbinders (2) verbunden ist, mit einer elektrischen Spannungsquelle verbunden ist, während die elektrische Leitung (20), die mit dem Rohr (12) des anderen Fügegliedes (4) verbunden ist, an die elektrische Komponente (52, 54) über Mittel (58, 60, 62 oder 64) angeschlossen ist, die einen Betrieb der elektrischen Komponente (52, 54) verhindern, wenn die elektrischen Kontaktflächen (16) der Metallrohre (12) der Fügeglieder (4 und 6) voneinander beabstandet sind.