DE4238188A1 - Linsenstecker mit mehreren Lichtwellenleitern - Google Patents

Description

Die Erfindung befaßt sich mit einem Linsenstecker, in den mehrere Lichtwellenleiter eingeführt sind. Solche Stecker werden in der optischen Nachrichtenübertragungstechnik verwendet.

Zum Stand der Technik werden folgende Schriften genannt:

• (1) Klinger, S.; Zielinski H.G., LWL-Verbindungstechnik und Kabelzubehör, Wissenschaftliche Berichte AEG-Telefunken 1-2/80, S. 34-41.
• (2) Klinger, S.; Realisierungsprinzipien für strapazierfähige mobile Lichtwellenleiter-Kabelsysteme, NTG-Fachberichte 89, VDE-Verlag GmbH, Berlin und Offenbach, 1985, S. 119-123.
• (3) Prospekt der Fa. ANT-Nachrichtentechnik GmbH, Backnang, "LWL-Linsensteckverbinder".
• (4) DE-OS 27 22 367.

Ein Linsenstecker mit zwei Lichtwellenleitern ist aus der Fig. 12 der Schrift (1) bekannt. Die zwei Lichtwellenleiter sind zu einem Lichtwellenleiterkabel vereinigt, und am anderen Ende dieses Kabels befindet sich ein gleicher Linsenstecker. Einzelheiten werden nicht angegeben. Solche Kabel sind für den mobilen Einsatz, also für den Einsatz unter rauhen Umgebungsbedingungen vorgesehen.

Einzelheiten eines Linsensteckers sind im Bild 3 auf der Seite 122 der Schrift (2) angegeben. Ein solcher Linsenstecker ist recht kompliziert aufgebaut und damit in der Herstellung teuer. Er weist für jeden Lichtwellenleiter eine Linse auf. Zur Halterung der Linsen und Lichtwellenleiter sind verschiedene Formstücke und Buchsen vorgesehen.

Einzelheiten eines solchen Linsensteckers sind auch auf der Titelseite der Schrift (3) dargestellt. In dieser Schrift wird auch die Verwendung von Linsenstecker in Eisenbahnfahrzeugen erwähnt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Linsenstecker mit mehreren Lichtwellenleitern anzugeben, der sich kostengünstig herstellen läßt.

Diese Aufgabe wird durch einen Linsenstecker nach dem Patentanspruch 1 gelöst. Die Unteransprüche lehren vorteilhafte Weiterbildungen.

Ein einstückiges Formteil aus einem durchsichtigen Kunststoff mit einer ersten und einer zweiten Stirnfläche, wobei die erste Stirnfläche eine einzige Kuppe und die zweite Stirnfläche ein einziges Sackloch zur Aufnahme eines Lichtwellenleiters aufweist, ist aus der Schrift (4) bekannt. Die Kuppe ist so ausgebildet und in Beziehung zum Grund des Sackloches angeordnet, daß ein parallel zur Achse auf die Kuppe auftreffendes Strahlenbündel in die Endfläche eines in das Sackloch bis auf seinen Grund eingeführten Lichtwellenleiters fokussiert wird. Es ist ferner aus dieser Schrift bekannt, ein optisches Kopplungsmedium in der Form einer Kopplungsflüssigkeit zu verwenden.

Die Erfindung wird anhand von zwei in den Fig. 1 bis 8 dargestellten Ausführungsbeispielen beschrieben. Das erste Ausführungsbeispiel ist in den Fig. 1 bis 5 dargestellt und betrifft einen als Leitungsstecker ausgebildeten Linsenstecker. Das zweite Ausführungsbeispiel ist in den Fig. 6 bis 8 dargestellt und betrifft einen als Gerätestecker ausgebildeten Linsenstecker. Der Unterschied zwischen einem Leitungsstecker und einem Gerätestecker wird anhand der Schrift (3) erläutert. In der Abb. 10 ist ein Leitungsstecker dargestellt. In der Abb. 9 ist ein Gerätestecker dargestellt. Im weiteren Sinne kann man auch noch den in der Abb. 8 dargestellten Flanschstecker und die in der Abb. 12 dargestellte Geräteeinbaubuchse zu den Gerätesteckern rechnen. Ein Gerätestecker ist also fest in der Wand eines Gerätes eingebaut, und das an ihm fest angeschlossene Kabel läuft innerhalb des Gerätes. Außen wird dann ein mit einem Leitungsstecker versehenes Kabel angeschlossen.

In der Fig. 1 ist ein erfindungsgemäßer, als Leitungsstecker LSt ausgebildeter Linsenstecker mit dem darin eingeführten Lichtwellenleitern dargestellt. Von den vier Lichtwellenleitern L₁ bis L₄ sind nur die Lichtwellenleiter L₁ und L₂ sichtbar. Die vier Lichtwellenleiter sind zu einem Lichtwellenleiterkabel Ka zusammengefaßt. Der Leitungsstecker LSt besteht aus einem Gehäuse G mit einer Überwurfmutter Ü und einem im Gehäuse G befestigten Formteil FT. Das Formteil weist eine erste Stirnfläche St₁ und eine zweite Stirnfläche St₂ auf. Die erste Stirnfläche St₁ ist dem offenen Ende des Gehäuses G zugewandt und weist vier Kuppen K₁ bis K₄ auf. Die zweite Stirnfläche St₂ ist dem Ende des Lichtwellenleiterkabels Ka zugewandt und ist zur Aufnahme der Lichtwellenleiter L₁ bis L₄ ausgebildet.

Weitere Einzelheiten werden anhand der Fig. 2 beschrieben. Es ist nur das Formteil FT dargestellt. Zur Aufnahme der Lichtwellenleiter erstrecken sich von der zweiten Stirnfläche St₂ aus vier Sacklöcher SL₁ bis SL₄ in Richtung auf die Kuppen K₁ bis K₄. Zu jeder Kuppe ist ein Sackloch konzentrisch angeordnet, und der Grund eines jeden Sackloches ist der ihm zugeordneten Kuppe zugewandt. Die Sacklöcher sind abgestuft ausgebildet. Sie weisen einen inneren Abschnitt mit einem kleinen Durchmesser und einen äußeren Abschnitt einem größeren Durchmesser auf. Das Formteil ist einstückig und besteht aus einem thermoplastischen Kunststoff hoher Lichtdurchlässigkeit. Besonders geeignet ist Polymethylmethacrylat, abgekürzt PMMA, das auch als "Plexiglas" bekannt ist. Durch die Verwendung eines thermoplastischen Kunststoffes und die einstückige Ausbildung läßt sich das Formteil kostengünstig in einem Spritzgießverfahren herstellen.

In den Fig. 3a und 3b ist das zum Einführen in den Leitungsstecker vorbereitete Ende des Lichtwellenleiterkabels Ka dargestellt. Man lege die Figuren nebeneinander, und zwar die Fig. 3b rechts neben die Fig. 3a. Mit L₁ bis L₄ sind die Lichtwellenleiter selbst bezeichnet und mit SM₁ bis SM₄ ihre jeweiligen Schutzmäntel. Die vier Lichtwellenleiter mit ihren Schutzmänteln sind zu einem Lichtwellenleiterkabel mit einem Kabelmantel KM vereinigt. Die Lichtwellenleiter bestehen auch aus einem Kunststoff hoher Lichtdurchlässigkeit, z. B. auch aus Polymethylmethacrylat. Mit E₁ und E₂ sind in der Fig. 3a die Endflächen der Lichtwellenleiter L₁ und L₂ bezeichnet.

In der Fig. 4 ist der erfindungsgemäße Leitungsstecker mit den in die Sacklöcher des Formteils FT eingeführten Lichtwellenleiter L₁ und L₂ dargestellt. Die einzelnen Abschnitte der Sacklöcher sind mit ihren Durchmessern so auf die Durchmesser der Lichtwellenleiter bzw. ihrer Schutzmäntel abgestimmt, daß die Lichtwellenleiter ausreichend spielfrei in den Sacklöchern gehaltert sind. Bevor die Lichtwellenleiter in die Sacklöcher eingeführt werden, wird in jedes Sackloch ein zunächst flüssiger und brechungsindexangepaßter Kleber eingebracht. Dann werden die Lichtwellenleiter mit ihren Endflächen bis auf den Grund des jeweiligen Sackloches eingeführt. So sind noch verbleibende Spalte zwischen den Endflächen der Lichtwellenleiter und dem jeweiligen Grund des Sackloches mit einem brechungsindexangepaßten Medium ausgefüllt. Der Kleber bewirkt zweierlei: Erstens wirkt er als optisches Kopplungsmedium, d. h., er bewirkt einen reflexionsarmen Übergang der Lichtstrahlung von den Endflächen der Lichtwellenleiter zum Formteil oder umgekehrt. Zweitens bewirkt der Kleber nach seinem Erhärten eine sichere Halterung der Lichtwellenleiter im Formteil.

In der Fig. 4 sind noch die Kuppen K₁ und K₂ dargestellt. Bezüglich der Kuppe K₁ ist noch der Strahlengang angegeben. Jede Kuppe ist so ausgebildet und in Beziehung zum Grund des jeweilig zugeordneten Sackloches so angeordnet, daß ein parallel zur Achse auf die jeweilige Kuppe auftreffendes Strahlenbündel in die Endfläche des jeweiligen Lichtwellenleiters fokussiert wird.

Das Gehäuse G ist nur durch eine strichpunktierte Umrißlinie angedeutet.

In der Fig. 5 ist dargestellt, wie zwei erfindungsgemäße Leitungsstecker miteinander gekuppelt sind. Einer jeden Kuppe eines Leitungssteckers steht eine Kuppe des anderen Leitungssteckers gegenüber, so daß die aus der jeweiligen Kuppe austretende Strahlung in die jeweils andere Kuppe eintritt und dort in den zugehörigen Lichtwellenleiter eingekoppelt wird.

In der Fig. 6 ist ein erfindungsgemäßer Gerätestecker dargestellt. Sein Gehäuse G′ weist einen Flansch F1 zur Montage an eine Gerätewand W auf. Mit Ü ist wieder die Überwurfmutter bezeichnet und mit FT das Formteil. Die Lichtwellenleiter L₁ bis L₄, von denen nur die Lichtwellenleiter L₁ und L₂ dargestellt sind, sind wie beim Leitungsstecker gemäß der Fig. 1 zu einem Lichtwellenleiterkabel Ka vereinigt.

In der Fig. 7 ist auch ein erfindungsgemäßer Gerätestecker dargestellt. Der Unterschied gegenüber der Fig. 6 besteht darin, daß die in den Gerätestecker eingeführten Lichtwellenleiter L₁ bis L₄ nicht zu einem Lichtwellenleiterkabel vereinigt sind sondern einzeln zu nicht dargestellte Baugruppen, z. B. opto-elektrische Wandler geführt sind.

In der Fig. 8 ist dargestellt, wie ein erfindungsgemäßer Leitungsstecker mit einem erfindungsgemäßen Gerätestecker gekuppelt ist.

Bei der erfindungsgemäßen Vereinigung von mehreren Lichtwellenleitern mit ihren zugehörigen Kuppen in einem einzigen Formteil tritt ein Problem auf, das anhand der Fig. 9 erläutert wird. Es sind wieder zwei Lichtwellenleiter L₁ und L₂ mit den zugehörigen Kuppen K₁ und K₂ dargestellt. Es ist ferner die aus dem Lichtwellenleiter L₁ austretende Strahlung dargestellt, welche die zugehörige Kuppe trifft und so zu einem parallelen Strahlenbündel geformt wird. Diese Strahlung wird hier als Nutzstrahlung S_N bezeichnet. Daneben treten aus dem Lichtwellenleiter auch noch Strahlen aus, die nicht die zugehörige Kuppe treffen. Sie werden als "Randmodenstrahlen" bezeichnet und breiten sich in schwer überschaubarer Weise durch Reflexion und diffuser Streuung im Formteil aus, wobei sie zumindest teilweise in den Strahlengang eines anderen Lichtwellenleiters geraten und dort die Signalübertragung stören können. Eine Möglichkeit einer solchen Ausbreitung eines Randmodenstrahls S_R ist angegeben. Er wird an der Stirnfläche St₁ des Formteile reflektiert und gerät in den benachbarten Lichtwellenleiter L₂.

Den Ansprüchen 2 und 3 liegt die Aufgabe zugrunde, die Störung der Signalübertragung in einem anderen Lichtwellenleiter durch die Randmodenstrahlung zu vermeiden.

Die Lösung nach dem Anspruch 2 wird anhand der Fig. 10 und 11 erläutert. Die Kuppen K₁ bis K₄ befinden sich nicht unmittelbar auf der Stirnfläche St₁ des Formteile wie es in der Fig. 2 dargestellt ist. Vielmehr erstrecken sich Fortsätze Fs₁ bis Fs₄ von der Stirnfläche St₁ des Formteile FT′ weg, und die Stirnflächen dieser Fortsätze sind als die die Fokussierung bewirkenden Kuppen ausgebildet. Die Länge l₁ dieser Fortsätze ist so bemessen, daß die störende Randmodenstrahlung ausreichend gedämpft wird. Bei geringer Intensität der Randmodenstrahlung genügt, wie in der Fig. 10 dargestellt ist, eine geringe Länge l₁ des jeweiligen Fortsatzes, so daß die Endfläche des Lichtwellenleiters noch im eigentlichen Formteil liegt. Bei größerer Intensität der Randmodenstrahlung wählt man die Länge l₁, wie in der Fig. 11 dargestellt ist, größer, so daß die Endfläche des Lichtwellenleiters innerhalb des Fortsatzes liegt.

Die Lösung nach dem Anspruch 3 wird anhand der Fig. 12 erläutert. Die Kuppen befinden sich noch, wie schon in der Fig. 2 dargestellt ist, auf der ersten Stirnfläche St₁ des Formteile. Jedoch weist das Formteil FT′′ zwischen den Kuppen Einschnitte ES auf, die sich von seiner ersten Stirnfläche St₁ in sein Inneres erstrecken. Die Länge l₂ und die Tiefe t sind so bemessen, daß die Randmodenstrahlung ausreichend gedämpft wird.

Claims (3)

1. Linsenstecker mit mehreren Lichtwellenleitern mit folgenden Merkmalen:

• a) Er weist ein einstückiges Formteil (FT, Fig. 1) aus einem Kunststoff hoher Lichtdurchlässigkeit auf.
• b) Das Formteil (FT) weist eine erste Stirnfläche (St₁, Fig. 2) und eine zweite Stirnfläche (St₂) auf.
• c) Die erste Stirnfläche (St₁₁, Fig. 2) weist für jeden Lichtwellenleiter (L₁, L₂; Fig. 1) eine Kuppe (K₁ . . . K₄) auf.
• d) Die zweite Stirnfläche (St₂) weist für jeden Lichtwellenleiter ein Sackloch (SL₁, SL₂; Fig. 2) auf.
• e) Jeder Lichtwellenleiter (L₁ . . . L₄; Fig. 3a, 3b) weist einen Schutzmantel (SM₁ . . . SM₄) auf.
• f) Jedes Sackloch weist einen inneren Abschnitt mit einem kleinen Durchmesser und einen äußeren Abschnitt mit einem größeren Durchmesser auf.
• g) Die Abschnitte der Sacklöcher sind mit ihren Durchmessern so auf die Durchmesser der Lichtwellenleiter bzw. ihrer Schutzmäntel abgestimmt, daß die Lichtwellenleiter ausreichend spielfrei in den Sacklöchern gehaltert sind.
• h) Die Lichtwellenleiter sind mit ihren Endflächen (E₁ . . . E₄, Fig. 3a) bis auf den Grund des jeweiligen Sackloches eingeführt.
• i) Noch verbliebene Spalte zwischen den Endflächen der Lichtwellenleiter und dem jeweiligen Grund des Sackloches sind mit einem brechungsindexangepaßten Medium ausgefüllt.
• k) Jede Kuppe ist so ausgebildet und in Beziehung zum Grund des jeweiligen zugeordneten Sackloches so angeordnet, daß ein parallel zur Achse auf die Kuppe auftreffendes Strahlenbündel in die Endfläche des jeweiligen Lichtwellenleiters fokussiert wird (Fig. 4).

2. Linsenstecker nach Anspruch 1 mit folgenden Merkmalen:

• a) Von der Stirnfläche (St₁₁, Fig. 10) des Formteile (FT′) erstrecken sich Fortsätze (Fs₁ . . . Fs₄) weg.
• b) Die Stirnfläche dieser Fortsätze sind als die die Fokussierung bewirkenden Kuppen ausgebildet.

3. Linsenstecker nach Anspruch 1 mit folgenden Merkmalen:

• a) Die erste Stirnfläche (St₁₁, Fig. 13) weist zwischen den Kuppen (K₁ . . . K₄) Einschnitte (ES) auf.
• b) Die Einschnitte (ES) erstrecken sich in das Innere des Formteile (FT′′).