DE4002620C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zur Fixierung
einer Lichtleitfaser nach der Gattung des Hauptanspruchs.
Beim Übergang von Lichtwellenleitern auf andere optische
Bauelemente, wie beispielsweise Linsen, Laserdioden,
Empfängerdioden, Prismen und Reflektoren, ist eine genaue
Fixierung der Lichtleitfaser erforderlich. Dieses ist wegen
des geringen Durchmessers, insbesondere bei Ein-Mode-
Lichtleitfasern, besonders kritisch.
Bei einem anderen bekannten Verfahren (DE-OS 37 33 987) wird
mit Hilfe eines in der optischen Achse der Linse angebrachten
Lasers eine Bohrung in den Boden eines Halters geschmolzen.
Dieses hat zwar den Vorteil, daß die Bohrung ohne weitere
Maßnahmen im Brennpunkt der Linse entsteht. Maßnahmen zur
Fixierung des Lichtwellenleiters, insbesondere wenn dieser die
üblichen Herstellungstoleranzen aufweist, sind jedoch nicht
vorgesehen.
Aus der US-Patentschrift 42 61 644 ist es bekannt, eine
Lichtleitfaser mit Preßsitz in einer Hülse aus Memory-Metall
zu befestigen, welche Teil eines Spleißes oder einer
Steckverbindung ist.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung
zur Positionierung und Fixierung einer Lichtleitfaser an einem
optischen Bauelement anzugeben, bei welcher eine genaue und
dauerhafte Montage auch im Außenbereich möglich ist.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung mit den kennzeichnenden
Merkmalen des Hauptanspruchs hat den Vorteil, daß keine
komplizierten und empfindlichen Werkzeuge und Vorrichtungen
zur Montage benötigt werden. Ein weiterer Vorteil besteht
darin, daß bei der Montage keine Temperaturen erforderlich
sind, die eine Gefährdung des optischen Bauelements oder
anderer Teile bedeuten.
Daurch, daß bei einem an sich einstückigen Fixierelement ein
innerer Bereich, der sich an die Bohrung anschließt, mit einem
äußeren Bereich des Fixierelements derart verbunden ist, daß
eine Verformung des inneren Bereichs nach außen möglich ist,
wird Veränderungen des Außendurchmessers des Fixierelements
begegnet, obwohl im inneren Bereich neben einer Schrumpfung
des Innendurchmessers auch eine Schrumpfung des die Bohrung
umgebenden Bereichs stattfindet. Es ist möglich, die
Temperaturänderung nur im engeren Bereich um die Bohrung
wirksam werden zu lassen und das Fixierelement im äußeren
Bereich durch einen formstarren Teil festzulegen.
Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung können Werkstoffe mit
Formgedächtnis sowohl mit Einwegeffekt als auch mit
Zweiwegeffekt verwendet werden. Wird beispielsweise bei einem
Werkstoff mit Zweiwegeffekt die Umschalttemperatur durch
geeignete Werkstoffauswahl auf einen Wert gelegt, der
unterhalb der am Einbauort auftretenden Temperaturen liegt, so
kann in einfacher Weise durch Ansprühen des Fixierelements mit
Kältespray die zur Aufnahme der Lichtleitfaser vorgesehene
Bohrung erweitert werden, worauf die Lichtleitfaser eingeführt
wird. Durch eine anschließende Erwärmung des Fixierelements
durch die Umgebungsluft schrumpft die Bohrung und spannt somit
die Lichtleitfaser fest ein.
Bei der Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einem
Werkstoff mit Einwegeffekt wird zweckmäßigerweise die
Umschalttemperatur auf einen Wert gelegt, der bei der
Lagerung, bei der Verarbeitung und beim Transport der
Fixierelemente nicht auftritt - beispielsweise auf einen Wert
zwischen +80°C und
+90°C. Nach dem Einführen der Lichtleitfaser wird das
Fixierelement kurzzeitig erwärmt, worauf die Bohrung schrumpft
und die Lichtleitfaser einspannt.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind
vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im
Hauptanspruch angegebenen Erfindung möglich.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung
anhand mehrerer Figuren dargestellt und in der nachfolgenden
Beschreibung näher erläutert. Es zeigt
Fig. 1 eine Ansicht und einen Längsschnitt eines ersten
Fixierelements,
Fig. 2 eine Ansicht und einen Längsschnitt eines zweiten
Fixierelements,
Fig. 3 eine Ansicht und einen Längsschnit eines dritten
Fixierelements,
Fig. 4 einen Längsschnitt und einen Querschnitt durch einen
Stecker, der mit einem Ausführungsbeispiel der
erfindungsgemäßen Vorrichtung versehen ist und
Fig. 5 eine Variante zu Fig. 4.
Gleiche Teile sind in den Figuren mit gleichen Bezugszeichen
versehen.
Das Fixierelement 1 gemäß Fig. 1 weist die Form eines flachen
Zylinders auf und besteht beispielsweise aus einer Nickel-
Titan-Legierung. Eine axiale Bohrung 2 weist einen Durchmesser
d auf, der unterhalb einer Umschalttemperatur größer ist als
der Durchmesser der Lichtleitfaser. Hierbei sind die
jeweiligen Herstellungstoleranzen zu berücksichtigen. So weist
beispielsweise nach CCITT und anderen Normen eine
Lichtleitfaser mit einem Nenn-Manteldurchmesser von 125 µm
einen tatsächlichen Manteldurchmesser von 122 µm bis 128 µm
auf.
Durch entsprechende Verfahren ist es möglich, eine sehr genaue
Bohrung mit einer geringen Toleranz von beispielsweise ±1 µm
herzustellen. Zur Fixierung einer Lichtleitfaser mit den
obengenannten Toleranzen wird in das Fixierelement 1 eine
Bohrung von beispielsweise d₁=122 ±1 µm eingebracht. Dazu
sind mehrere geeignete Verfahren bekannt, die eine
ausreichende Genauigkeit erlauben, beispielsweise Bohren,
Stechen oder Laserbohren.
Vor der Montage wird im Falle des Zweiwegeffekts der Bereich
des Fixierelements um die Bohrung unter die Umschalttemperatur
gebracht, worauf sich der Durchmesser erweitert. In diesem
Zustand können Lichtleitfasern in die Bohrung 2 eingeführt
werden. Bei der anschließenden Wiedererwärmung zieht sich das
Fixierelement zusammen und fixiert somit die Lichtleitfaser
auf die gewünschte Position zum optischen Bauelement (hier:
Linse).
Zur Erleichterung des Einführens der Lichtleitfaser in die
Bohrung 2 ist die Bohrung 2 mit einer trichterförmigen
Erweiterung 3 versehen.
Zur Fixierung der Lichtleitfaser innerhalb des Fixierelements
1 genügt an sich ein sehr kleiner Bereich um die Bohrung 2.
Das Fixierelement ist jedoch größer ausgelegt, um eine
Handhabung sowie eine Montage mit anderen Teilen zu
ermöglichen. So wird beispielsweise nach einer von der
Anmelderin früher eingereichten Patentanmeldung P 39 24 703
ein Fixierelement auf die plane Stirnfläche eines
Linsenkörpers aufgeklebt oder lasergeschweißt. Für eine
derartige Verbindung sowie andere Befestigungen des
Fixierelements ist es regelmäßig nicht vorteilhaft, wenn zur
Einführung der Lichtleitfaser in das Fixierelement das gesamte
Fixierelement seine Größe, insbesondere seinen Durchmesser und
damit eventuell seine Position verändert.
Um die Größenänderung im wesentlichen auf einen inneren
Bereich zu beschränken, sind bei dem Ausführungsbeispiel nach
Fig. 1 um die Bohrung 2 für die Lichtleitfaser kreisförmig
achsparallele Bohrungen 4 vorgesehen. Durch die zwischen den
Bohrungen 4 liegenden Stege 6 ist einerseits die Wärmeleitung
zwischen dem inneren Bereich 5 und dem äußeren Bereich 7
eingeschränkt. Andererseits ermöglichen die Stege 6 eine
Ausdehnung des inneren Bereichs, ohne daß sich der äußere
Bereich 7 ebenfalls ausdehnt. Dadurch ist eine Abkühlung oder
Erwärmung und damit eine Ausdehnung im wesentlichen auf den
inneren Bereich 5 des Fixierelements 1 beschränkt ist, wobei
die Lage der Bohrung erhalten bleibt.
Das Fixierelement 11 gemäß Fig. 2 entspricht im wesentlichen
dem Fixierelement 1 gemäß Fig. 1 und ist ebenfalls mit einer
Bohrung 12 und einer trichterförmigen Erweiterung 13 versehen.
Lediglich zur Entkopplung zwischen dem inneren Bereich 15 und
dem äußeren Bereich 17 sind andere Öffnungen 14 vorgesehen.
Das Fixierelement 11′ gemäß Fig. 3 entspricht im wesentlichen
dem Fixierelement 11 gemäß Fig. 2. Mindestens eine der drei
Öffnungen 14′ ist jedoch mit der Bohrung 12′ durch je einen
Schlitz 16′ verbunden, wodurch diese in einem noch größeren
Bereich im Durchmesser veränderbar ist.
Der in Fig. 4 dargestellte Linsen-Strecker besteht aus einem
Führungsrohr 21, das im vorderen Teil als optisches Bauelement
eine Kunststofflinse 22 enthält. Die konvexe Stirnfläche der
Linse 22 bildet ein Eintrittsfenster für paralleles Licht, das
beispielsweise von einer Laserdiode erzeugt wird. Das
einfallende Licht wird auf einen Brennpunkt 23 konzentriert,
in welchem sich die Stirnfläche einer Lichtleitfaser 24
befindet.
Die Lichtleitfaser 24 wird dort von einem Fixierelement 25
gehalten, das gemäß der Erfindung aus einem Werkstoff mit
Formgedächtnis besteht. Der von der Kunststofflinse 22
abgewandte Bereich des Führungsrohrs 21 enthält eine Hülse 26,
die einerseits durch eine entsprechend erweiterte Öffnung 27
als Einführhilfe und andererseits zum Abfangen des
Lichtleiterkabels 28 dient.
Das Fixierelement 25 ist gemäß dem Verfahren nach der
Patentanmeldung P 39 24 703 nach einer entsprechenden
Justierung auf die plane Stirnfläche der Kunststofflinse 22
aufgeklebt. Dabei erfolgt eine Verklebung nur in einem äußeren
Bereich 33, der von einem inneren Bereich der Stirnfläche des
Fixierelements durch eine umlaufende Nut 29 getrennt ist. Das
Führungsrohr 21 weist im Bereich des Fixierelements 25 zwei
Öffnungen 30, 31 auf, die eine Manipulation des Fixierelements
25 zum Zwecke des Justierens ermöglichen. Ferner ist in dem
Fixierelement 25 eine radiale Bohrung 32 vorgesehen, welche
ein Vergießen des Primär- und Sekundärschutzes der
Lichtleitfaser ermöglicht. Dazu eignet sich beispielsweise ein
Zweikomponenten-Epoxidharzkleber.
Fig. 5 stellt einen Linsen-Stecker dar, der ähnlich wie der
Linsen-Stecker in Fig. 4 aufgebaut ist. Das Führungsrohr 41
ist jedoch bei 42 nach innen eingezogen, so daß zwischen die
Linse 43 und das Fixierelement 44 ein metallischer Flansch
eintritt. An diesen wird das Fixierelement 44 nach erfolgter
Justage mit Hilfe eines bei 45 angedeuteten Laserstrahls
angeschweißt. Vorzugsweise sind am Umfang des Fixierelements
44 drei Schweißpunkte vorgesehen, wozu entsprechende
Durchbrüche 46 in dem Führungsrohr 41 angeordnet sind.
Das Fixierelement 44 weist außer dem die zentrische Bohrung 47
enthaltenden Teil einen zylindrischen Teil 48 auf. An diesen
können drei Griffstücke eines Manipulators im Winkelabstand
von 120° angreifen. Der Manipulator 49 ist in der Figur
lediglich angedeutet. Aussparungen 50 ermöglichen dem
Manipulator 49 durch das Führungsrohr 41 hindurchzugreifen.
Neben den bereits im Zusammenhang mit Fig. 1 beschriebenen
achsparallelen Bohrungen 51 weist das Fixierelement 44 noch
radiale Bohrungen 52 auf, welche zur Führung des die
Temperaturänderung des Innenteils 53 bewirkenden Mediums
dienen. Außerdem ist ein Ringkanal 54 vorgesehen, der zu einer
Verformbarkeit des inneren Teils 53 ohne Verformung des
äußeren Teils des Fixierelements 44 beiträgt.
Der von der Linse 43 abgewandte Bereich des Führungsrohrs 41
enthält eine Hülse 55, die zum Abfangen des gestrichelt
dargestellten Lichtleiterkabels 56 dient.
Claims (9)
1. Vorrichtung zur Fixierung einer Lichtleitfaser an einem
optischen Bauelement oder an einer anderen Lichtleitfaser,
vorzugsweise an einer Linse, wobei ein Fixierelement an dem
optischen Bauelement fixierbar ist und eine Bohrung für die
Lichtleitfaser enthält, sowie aus einem Werkstoff mit
Formgedächtnis (Memory-Legierung) besteht und derart
ausgebildet ist, daß sich die Bohrung (2, 12, 12′) bei einer
vorgegebenen Temperatur verformt, nämlich von einem
Durchmesser, der größer als der Durchmesser der Lichtleitfaser
ist, auf einen geringeren Durchmesser schrumpft, dadurch
gekennzeichnet, daß bei einem an sich einstückigen
Fixierelement (1, 11, 11′) ein innerer Bereich (5, 15, 15′),
der die Bohrung (2, 12, 12′) umgibt, mit einem äußeren Bereich
(7, 17, 17′) des Fixierelements derart verbunden ist, daß die
Verformung bei der vorgegebenen Temperatur im wesentlichen auf
den inneren Bereich beschränkt ist, wobei die Lage der Bohrung
erhalten bleibt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Bohrung (2, 12, 12′) in einem ersten Temperaturbereich
einen Durchmesser aufweist, der größer als der Durchmesser der
Lichtleitfaser ist, und in einem zweiten Temperaturbereich die
Lichtleitfaser fest umschließt und daß der erste
Temperaturbereich bei Temperaturen unterhalb von üblichen
Umgebungstemperaturen, beispielsweise unterhalb -30°C liegt.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
das Schrumpfen der Bohrung durch ein einmaliges Erwärmen,
beispielsweise auf 90°C, erreichbar ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
das Fixierelement (1, 11, 11′) im wesentlichen die Form eines
Zylinders aufweist, daß die Bohrung (2, 12, 12′) zur Aufnahme
der Lichtleitfaser in der Zylinderachse vorgesehen ist und daß
zwischen dem inneren und dem äußeren Bereich mehrere
gleichmäßig über den Umfang verteilte achsparallele Öffnungen
(4, 14, 14′) vorgesehen sind.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß
mindestens eine der achsparallelen Öffnungen (14′) mit der
Bohrung (12′), vorzugsweise durch einen Schlitz (16′),
verbunden ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
das Fixierelement (25) auf der Stirnfläche eines optischen
Bauelements (22) mit zylinderförmiger Mantelfläche aufgebracht
ist, das in einem Führungsrohr (21) angeordnet (22) ist,
welches im Bereich eines von dem optischen Bauelement
entfernten Bereichs eine Einrichtung (26) zum Einführen eines
noch nicht montierten Lichtleiterkabels (28) und zum Abfangen
des montierten Lichtleiterkabels (28) enthält.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß
das Führungsrohr (21) im Bereich des Fixierelements (25)
seitliche Öffnungen (30, 31) umfaßt.
8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß
das Fixierelement (25) durch Klebung mit dem optischen
Bauelement (22) verbunden ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß
das Fixierelement (44) an einem das optische Bauelement (43)
haltenden Metallteil (41, 42) angeschweißt ist.
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