DE4328464A1 - Verfahren und Einrichtung zum Einkoppeln von Licht in mindestens einen zu messenden Lichtwellenleiter - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einkoppeln von Licht eines Sende-Strahlungsfeldes in den Einkoppel-Abschnitt min­ destens eines zu messenden Lichtwellenleiters nach dem Biege­ kopplerprinzip.

Die Erfindung geht vom Patent . . . . . . . . (P 42 35 313.0) aus. Dort kann es in der Praxis gegebenenfalls erschwert sein, Licht eines Sende-Strahlungsfeldes nach dem Biegekopplerprin­ zip in den Kern mindestens eines zu messenden Lichtwellenlei­ ters entlang eines gekrümmt verlaufenden Einkoppel-Abschnitts einzukoppeln.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, einen Weg auf zuzeigen, wie die Einkopplung entlang eines gekrümmt verlaufenden Einkoppel-Abschnitts des zu messenden Lichtwellenleiters besser den praktischen Gegebenheiten ange­ paßt werden kann. Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß die Fokussierungsfläche des Sende-Strahlungsfeldes gegen­ über einer senkrecht zur Strahlungsrichtung gedachten Ebene in Richtung auf die Einkoppelfläche des Einkoppel-Abschnitts geneigt wird.

Indem die Fokussierungsfläche des Sende-Strahlungsfeldes ge­ genüber einer senkrecht zur Strahlungsrichtung gedachten Ebene in Richtung auf die Einkoppelfläche des Einkoppel -Ab­ schnitts schräg gestellt wird, wird das Licht des Sende- Strahlungsfeldes nahezu entlang des gesamten Einkoppel-Ab­ schnitts des zu messenden Lichtwellenleiters im wesentlichen scharf abgebildet. Ein Überstrahlen des Lichtwellenleiter- Kerns ist dort weitgehend vermieden, so daß der Einkoppel- Wirkungsgrad wesentlich verbessert ist.

Die Erfindung betrifft weiterhin eine Einrichtung zum Einkop­ peln von Licht eines Sende-Strahlungsfeldes in den Einkoppel- Abschnitt mindestens eines zu messenden Lichtwellenleiters nach dem Biegekopplerprinzip, welche dadurch gekennzeichnet ist, daß mindestens ein Abbildungsmittel vorgesehen ist, das die Fokussierungsfläche des Sende-Strahlungsfeldes gegenüber einer senkrecht zur Strahlungsrichtung gedachten Ebene in Richtung auf die Einkoppelfläche des Einkoppel-Abschnitts neigt.

Die Erfindung betrifft zudem auch ein Verfahren zum Einkop­ peln von Licht eines Sende-Strahlungsfeldes in den Einkoppel- Abschnitt mindestens eines zu messenden Lichtwellenleiters nach dem Biegekopplerprinzip, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß der Lichtfleck des Sende-Strahlungsfeldes entlang der Längsachse des zu messenden Lichtwellenleiters hin- und herbewegt wird.

In diesem Zusammenhang betrifft die Erfindung auch eine Ein­ richtung, welche dadurch gekennzeichnet ist, daß eine Ablenk­ einrichtung vorgesehen ist, die den Lichtfleck des Sende- Strahlungsfeldes entlang der Längsachse des zu messenden Lichtwellenleiters hin- und herbewegt.

Sonstige Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteran­ sprüchen wiedergegeben.

Die Erfindung und ihre Weiterbildungen werden nachfolgend an­ hand von Zeichnungen näher erläutert. Unverändert übernommene Elemente aus den Fig. 1 mit 10 des Hauptpatents (Aktenzeichen P 42 35 313.0) sind dabei jeweils mit den glei­ chen Bezugszeichen versehen.

Es zeigen:

Fig. 1 schematisch in teilweise perspektivischer Darstel­ lung eine sendeseitige Einkoppeleinrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,

Fig. 2 in schematischer Darstellung eine Einkoppelebene x, z nach Fig. 1, in der der Einkoppel-Abschnitt eines zu messenden Lichtwellenleiters mit einer zu­ geordneten Fokussierungslinie verläuft,

Fig. 3 in vergrößerter Darstellung schematisch einen Lichtwellenleiter-Kern mit optimiert eingestellter Fokussierungsfläche,

Fig. 4 schematisch in perspektivischer Darstellung zwei durch Astigmatismus erzeugte Fokussierungsflächen zur sendeseitigen Lichteinkopplung gemäß Fig. 1,

Fig. 5 eine ortsabhängige Abstrahlcharakteristik des Sende-Strahlungsfeldes am Einkoppelort bei einer sendeseitigen Einkoppeleinrichtung nach Fig. 1, und

Fig. 6 schematisch einen unscharfen Lichtfleck entlang des jeweiligen Einkoppel-Abschnitts bei einer sendesei­ tigen Lichteinkopplung ohne Glaskeil nach Fig. 1,

Fig. 7 schematisch einen scharf auf den jeweiligen Einkop­ pel-Abschnitt abgebildeten Lichtfleck bei einer sendeseitigen Lichteinkopplung mit Glaskeil nach Fig. 1, und

Fig. 8 schematisch in perspektivischer Darstellung eine für zwei unterschiedliche Kernlagen zu messender Lichtwellenleiter eingestellte Fokussierungsfläche nach Fig. 2.

Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Sende-/Koppeleinrichtung SK, die als Hauptkomponenten einen optischen Sender OT1, eine Einkoppeloptik EO sowie eine zugehörige Koppelvorrichtung KV1 aufweist.

Um sendeseitig Licht in einen oder mehrere zu messende Licht­ wellenleiter LW1 bis LWn einkoppeln zu können, werden diese in Fig. 1 mittels der Koppelvorrichtung KV1 entlang eines beliebig vorgebbaren Streckenabschnitts ihrer Längser­ streckung nach dem Biegekopplerprinzip angekoppelt. Bei meh­ reren zu messenden Lichtwellenleitern LW1 bis LWn wie in Fig. 1 können diese zweckmäßigerweise zu einer etwa rechteck­ förmigen Bandleitung BL1 mechanisch zusammengefaßt sein. De­ ren äußere Umhüllung ist im rechten Teil von Fig. 1 strich­ punktiert angedeutet und im übrigen Figurenteil zu Gunsten der Übersichtlichkeit weggelassen worden. Der Einfachheit halber sind auch die Lichtwellenleiter LW1 bis LWn in Fig. 1 nur im Bereich der Koppelvorrichtung KV1 gezeichnet und sonst weggelassen werden. Zur Lichteinkopplung werden die in der Bandleitung BL1 etwa parallel nebeneinander liegenden Licht­ wellenleiter LW1 bis LWn in der Koppelvorrichtung KV1 etwa bogenförmig bzw. gekrümmt geführt. Hierzu ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel ein etwa zylinderförmiger Biegedorn eines Biegekopplers BK1 vorgesehen. Der Biegekoppler BK1 weist zur seitlichen Lagesicherung bzw. zur Führung der Bandleitung BL1 am Umfang seines Zylinders ZT1 eine Führungsnut FN1 auf, de­ ren Führungsbreite etwa der Breite der in sie eingelegten Bandleitung bzw. dem Lichtwellenleiter-Bändchen BL1 ent­ spricht.

Der optische Sender OT1 weist mindestens ein Sendeelement TE1 auf, beispielsweise eine Laserdiode oder einen Laser, das im gezeichneten Ausführungsbeispiel vorzugsweise ein nahezu pa­ ralleles Lichtbündel bzw. einen Parallelstrahl LB in Richtung auf einen als Ablenkvorrichtung vorgesehenen drehbaren bzw. schwenkbaren Spiegel BS mit einer Sendeleistung TP abstrahlt. In Fig. 1 sind der Übersichtlichkeit halber nur drei von k Lichtstrahlen LS1 bis LSk des Lichtbündels LB eingezeichnet.

Das Lichtbündel LB trifft im optischen Sender OT1 auf den zur Hauptabstrahlungsrichtung quergestellten bzw. gekippten, drehbaren Spiegel BS auf. Von dessen verspiegelter Oberfläche VO werden die Lichtstrahlen LS1 bis LSk reflektiert und nahe­ zu parallel nebeneinander auf eine Einkoppeloptik EO, insbe­ sondere ein Linsensystem, zwischen dem optischen Sender OT1 und der Koppelvorrichtung KV1 gelenkt. Die Einkoppeloptik EO bündelt, d. h. fokussiert, die Lichtstrahlen LS1 bis LSk zu einem Sende-Strahlungsfeld SF, das in einen Koppelbereich bzw. Krümmungsbereich KB1 des Biegekopplers BK1 mit einem Lichtfleck LF abgebildet wird. Der Koppelbereich KB1, in dem die Lichtwellenleiter LW1 bis LWn gekrümmt geführt sind, ist in Fig. 1 strichpunktiert eingerahmt angedeutet.

Eine Einkoppelebene ist in diesem Koppelbereich KB1 mit einem y,z-Koordinatensystem definiert. Die von der y- und z-Achse aufgespannte Einkoppel ebene liegt etwa senkrecht zur Zeichen­ ebene und damit senkrecht zur Ausbreitungsrichtung x des Sende-Strahlungsfeldes SF. Die y-Achse kennzeichnet dabei eine Abtastrichtung für den Lichtfleck bzw. Leuchtfleck LF quer zur Längsrichtung (axialen Erstreckung) der Bandleitung BL1. Der Lichtfleck LF zeigt in der Einkoppelebene y, z be­ vorzugt eine nahezu streifenförmige bzw. linienförmige oder schlank ovale Gestalt (vgl. dazu die Fig. 9 und 10 des Hauptpatents (P 42 35 313.0) sowie die zugehörige Beschrei­ bung). Zur Erzeugung des Lichtflecks LF können im Strahlen­ gang des Lichtbündels LB zweckmäßigerweise Spiegel oder ge­ eignete Blenden (z. B. eine Schlitzblende) als Abbildungs-Mit­ tel für das Sende-Strahlungsfeld SF vorgesehen sein. Hier­ durch können in zuverlässiger Weise Toleranzen in der Lage der Lichtwellenleiter, vorzugsweise in z-Richtung, wie sie beispielsweise durch eine variierende Bändchendicke oder Un­ terschiede in den Lichtwellenleiter-Durchmessern- hervorgeru­ fen werden können, ausgeglichen werden. Dazu wird für den Lichtfleck LF in z-Richtung am Einkoppelort bzw. in der Ein­ koppelebene eine räumliche Ausdehnung gewählt, die vorteil­ haft mindestens gleich der halben Dicke des Lichtwellenlei­ ter-Bändchens BL1 ist, insbesondere zwischen 100 µm und 200 µm. Es genügt im allgemeinen eine Ausdehnung des Lichtflecks LF in z-Richtung am Einkoppelort in der Größenordnung der Dicke des jeweiligen Lichtwellenleiters bzw. der Dicke des Lichtwellenleiter-Bändchens BL1. Die Beleuchtungsfeldbreite des Lichtflecks LF in Abtastrichtung y ist vorzugsweise am Einkoppelort gleich oder kleiner gewählt als der Lichtwellen­ leiter-Außendurchmesser (insbesondere unter etwa 250 µm), so daß mit hoher Lichtleistung Licht in den jeweiligen Lichtwel­ lenleiter-Kern eingekoppelt werden kann. Die Strahlbreite des Lichtflecks LF in y-Richtung sollte am Einkoppelort zweckmä­ ßigerweise mindestens gleich dem Kerndurchmesser des jeweili­ gen Lichtwellenleiters gewählt werden, insbesondere falls be­ reits eine Ausrichtung des Sende-Strahlungsfeldes auf den je­ weiligen Lichtwellenleiterkern am Einkoppelort erfolgt ist und das Sende-Strahlungsfeld am jeweiligen Einkoppelort fest­ steht. Für den Fall eines stetig wandernden Sende-Strahlungs­ feldes über den jeweiligen Einkoppelort ist die Strahlbreite des Lichtflecks LF in y-Richtung vorteilhaft gleich oder be­ sonders bevorzugt auch kleiner als der Kerndurchmesser des jeweiligen Lichtwellenleiters gewählt, so daß der vorzugs­ weise linienförmige Lichtfleck LF während der Strahlbewegung über den Einkoppelort den Kern des jeweiligen Lichtwellenlei­ ters kontinuierlich überstreicht und diesen scharffokussiert beleuchtet. Damit können Abstrahlverluste in die Zwischen­ räume von Lichtwellenleiter-Kern zu Lichtwellenleiter-Kern weitgehend vermieden werden. Das Sende-Strahlungsfeld SF weist zweckmäßigerweise am Einkoppelort im Dreidimensionalen ein etwa längliches Beleuchtungsfeld auf, dessen räumliche Ausdehnung in z-Richtung größer als in Abtast-Richtung y ge­ wählt ist. Nähere Einzelheiten zur räumlichen Gestalt einer bevorzugten Ausführungsform des Lichtflecks LF sind zu den Fig. 9 und 10 des Hauptpatents (Aktenzeichen: P 42 35 313.0) beschrieben.

Fig. 1 zeigt eine Schrägstellung des drehbaren Spiegels bzw. Ablenkspiegels BS, bei der das Sende-Strahlungsfeld SF mit seinem Lichtfleck bzw. Leuchtfleck LF beispielsweise einen Einkoppel-Abschnitt TC1 entlang des gekrümmt geführten Licht­ wellenleiter LW1 beleuchtet und nahezu tangential in dessen Kern eingekoppelt wird. Der jeweilige Einkoppelabschnitt z. B. TC1 und damit der tatsächliche Einkoppelort in den Kern des jeweiligen Lichtwellenleiters z. B. LW1 wird dabei zweckmäßi­ gerweise im Endbereich der Krümmung des jeweils bogenförmig geführten Lichtwellenleiters z. B. LW1 am Übergang zu dessen geradlinigen Streckenabschnitt beleuchtet, so daß Abstrahl­ verluste bzw. eine unerwünschte Lichtauskopplung aufgrund des weiteren gekrümmten Verlaufs des Lichtwellenleiters weitge­ hend vermieden sind. Der tatsächliche Einkoppelort für die Lichteinkopplung ist zweckmäßigerweise etwa einem Krümmungs­ winkel zwischen 6° und 12°, vorzugsweise um etwa 8°, abwei­ chend von der derjenigen Stelle entlang des gekrümmt geführ­ ten Lichtwellenleiters z. B. LW1 zugeordnet, an der der Licht­ wellenleiter z. B. LW1 vom zylinderförmigen Biegedorn ZT1 des Biegekopplers BK1 abhebt und diesen geradlinig verläßt. Dabei ist der Krümmungsradius vorzugsweise etwa um 3 mm gewählt. Zweckmäßigerweise erstreckt sich dabei der jeweils vom Licht­ fleck LF getroffene Einkoppel-Abschnitt z. B. TC1 bis zu einer Länge von etwa 1 mm entlang des jeweilig gekrümmt geführten Lichtwellenleiters z. B. LW1. Der beleuchtete Einkoppelab­ schnitt TC1 ist mit einer etwa ovalen, strichpunktiert einge­ zeichneten Umrahmung angedeutet. In dieser Koppelposition des Sende-Strahlungsfeldes SF mit seinem Lichtfleck LF wird nur dem Lichtwellenleiter LW1 in eindeutiger Weise ein Sende- Strahlungsfeld SF1 mit seinem Lichtfleck LF1 individuell zu­ geordnet.

Der schräg gestellte Ablenkspiegel BS wird nun im Strahlen­ gang des Lichtbündels mittels einer Betätigungsvorrichtung BV um seinen Drehpunkt DP verdreht bzw. gekippt, d. h. sein Win­ kel zu dessen Lichtstrahlen LS1 bis LS3 verändert. Die Betä­ tigungsvorrichtung BV wird dabei von einer in Fig. 1 nicht eingezeichneten Ansteuervorrichtung mittels eines Steuersi­ gnals AS2 über eine Steuerleitung AL2 bedient. Die Ansteue­ rung der Betätigungsvorrichtung BV erfolgt beispielhaft in der Weise, daß der Ablenkspiegel BS ausgehend von seiner Kop­ pelposition für den Lichtwellenleiter LW1 kontinuierlich bzw. stetig mindestens bis in eine strichpunktiert dargestellte Einkoppelposition BS* für den Lichtwellenleiter LWn verdreht bzw. gekippt wird. Die Drehbewegung des Spiegels BS um den Drehpunkt DP im Strahlengang des Lichtbündels LB ist durch einen Pfeil v symbolisch angedeutet. Durch die stetige Dreh­ bewegung des Spiegels BS werden die Lichtstrahlen LS1 bis LSk abgelenkt, bzw. geschwenkt und von der Einkoppeloptik EO der­ art abgebildet, daß ihr zugehöriges Sende-Strahlungsfeld SF den Koppel- bzw. Krümmungsbereich KB1 zeitlich nacheinander linear überstreift bzw. beleuchtet. Zweckmäßig kann ebenfalls eine gerasterte, d. h. schrittweise Verdrehung des Ablenkspie­ gels BS sein, so daß das Sende-Strahlungsfeld SF mit seinem Lichtfleck LF schrittweise, d. h. stufenweise, den Koppelbe­ reich KB1 abtastet. Bei einer schrittweisen Abtastung mit dem Lichtfleck LF sind die Abtastschritte zweckmäßigerweise gleich oder kleiner dem Abstand zweier benachbarter Lichtwel­ lenleiter-Kerne gewählt. Das Sende-Strahlungsfeld SF bewegt sich translatorisch parallel zur Ebene, in der die Lichtwel­ lenleiter LW1 bis LWn liegen, d. h. es durchfährt bzw. durch­ scannt mit seinem Lichtfleck LF zeitlich nacheinander den ge­ samten Koppelbereich KB1 in Abtast-Richtung y. Die durch den drehbaren Spiegel BS bewirkte Winkeländerung wird also in eine lineare Verschiebung des Sende-Strahlungsfeldes SF und damit seines Lichtflecks LF in y-Richtung umgesetzt. Das Sende-Strahlungsfeld SF wandert mit seinem Lichtfleck LF bei­ spielsweise beim Lichtwellenleiter LW1 beginnend stetig oder schrittweise über den Koppelbereich KB1 in y-Richtung auf den Lichtwellenleiter LWn zu, d. h. anschaulich in Fig. 1: Das Sende-Strahlungsfeld SF tastet aufgrund der Drehbewegung des Ablenkspiegels BS quer zur axialen Erstreckung der gekrümmt geführten Lichtwellenleiter LW1 bis LWn von unten nach oben über den Koppelbereich KB1. Die obere Koppelposition des Sende-Strahlungsfeldes SF ist der Einfachheit halber mittels dreier strichpunktiert gezeichneter Lichtstrahlen von k Lichtstrahlen LS1* bis LSk* veranschaulicht, die dem verdreh­ ten Ablenkspiegel BS* zugeordnet sind. Deren zugehöriges Sende-Strahlungsfeld ist mit SF* sowie dessen Lichtfleck mit LF* bezeichnet. Das Sende-Strahlungsfeld SF* wird dabei mit seinem Lichtfleck LF* als ein dem Lichtwellenleiter LWn indi­ viduell zugeordnet es Sende-Strahlungsfeld SFn mit zugehörigem Lichtfleck LFn in dessen Kern annähernd tangential eingekop­ pelt.

Um in die zu messenden Lichtwellenleiter LW1 bis LWn unter­ scheidbare Meßsignale möglichst großer Intensität bzw. Licht­ leistung einkoppeln zu können, wird der Lichtfleck LF des Sende-Strahlungsfeldes SF während seiner Bewegung in Abtast- Richtung y sequentiell vorzugsweise nur in einen der Licht­ wellenleiter-Kerne eingekoppelt und nicht in mehrere. Jedem Lichtwellenleiter LW1 bis LWn ist somit in eindeutiger Weise ein Sende-Stahlungsfeld SF1 bis SFn mit jeweils einem indivi­ duellen Lichtfleck LF1 bis LFn zugeordnet, der die gekrümmt geführten Lichtwellenleiter LW1 bis LWn entlang zugehöriger Einkoppel-Abschnitte TC1 bis TCn beleuchtet.

Gegebenenfalls kann die Tastung mit dem Lichtfleck LF auch so durchgeführt werden, daß er jeweils zumindest im Bereich des jeweiligen Einkoppelortes, d. h. bei Überstreichen des jewei­ ligen Lichtwellenleiter-Kerns, in y-Richtung etwas hin- und herbewegt wird, d. h. in der Art einer "Iitter" Bewegung ge­ wobbelt wird. Vorzugsweise bei einer stufenweisen Abtastbewe­ gung in y-Richtung kann dieser eine derartige zusätzliche, ihr gegenüber schnellere Rotationsbewegung während der Be­ leuchtung des jeweiligen Lichtwellenleiters überlagert sein. Zweckmäßigerweise wird der Lichtfleck zwischen 4- und 10mal, bevorzugt 5 mal, hin- und herverfahren, während er auf den Kern des jeweiligen Lichtwellenleiters ausgerichtet ist.

Die Drehachse des Spiegels BS einerseits und die Einkoppelbe­ reiche TC1 bis TCn andererseits sind dabei zweckmäßigerweise jeweils etwa in den Brennpunkten der Einkoppeloptik EO ange­ ordnet, um eine möglichst fokussierte Lichteinkopplung hoher Leistung zu erreichen.

Insgesamt betrachtet wird aufgrund der selektiven Einkopplung durch die Schwenkbewegung des Sende-Strahlungsfeldes SF auf der Sendeseite eine zeitliche Auflösung bzw. selektive Akti­ vierung der einzelnen zu messenden Lichtwellenleiter LW1 bis LWn erreicht. Dabei spielt die tatsächliche räumliche Lage der zu messenden Lichtwellenleiter keine Rolle.

Anstelle des drehbaren Ablenkspiegels BS kann auch ein rotie­ render Spiegel verwendet werden. Weiterhin kommt ein Strahlablenksystem mit einem linear beweglichen Spiegel oder eine Bewegung des Sendeelements selber in Betracht, was eine entsprechend angepaßte Ankoppeloptik EO erfordert. Ebenso könnte anstelle der Strahlablenkvorrichtung eine Strahlaus­ blendvorrichtung, z. B. eine in x-Richtung durchlaufende Schlitzblende, verwendet werden. Als Antriebselemente für die Betätigung der Strahlablenkvorrichtung eignen sich z. B. Ei­ genresonanzscanner (Torsionsstabscanner, Torsionsbandscan­ ner), und Galvanometerscanner, piezoelektrische Scanner, usw . . Während Eigenresonanzscanner eine feste Frequenz auf­ weisen, ist bei Galvanometerscannern und piezoelektrischen Scannern die Frequenz variabel einstellbar. Die Antriebsele­ mente unterscheiden sich weiterhin in den Wellenbildern, mit denen eine Abtastung möglich ist. Vorteilhaft können eventu­ elle Störungen der mechanischen Strahlablenkvorrichtung auch durch Verwendung eines akusto-optischen Ablenkelementes ver­ mieden werden.

Im optischen Sender OT1 können vorteilhaft zur selektiven, unterscheidbaren Einkopplung von Sendesignalen in die zu mes­ senden Lichtwellenleiter LW1 bis LWn auch mehrere Sendeele­ mente vorgesehen sein, die vorzugsweise in Form einer Zeile bzw. eines Arrays (Senderfeld) zusammengefaßt sind. Eine se­ lektive Meßsignal-Einkopplung kann dann vorteilhaft durch eine Ansteuerung dieser Sendeelemente im Multiplexbetrieb er­ reicht werden. In diesem Fall gilt für die Anzahl der Sende­ elemente in Bezug auf die Zahl der zu messenden Lichtwellen­ leiter LW1 bis LWn: je größer die Zahl der Sendeelemente ge­ wählt wird, desto größer ist die erreichbare zeitliche Auflö­ sung, d. h. desto größer ist die Annäherung an die dort be­ schriebenen kontinuierliche bzw. stetige Lichteinkopplung von Fig. 1. Dazu sind zweckmäßigerweise mindestens so viele Sen­ delemente vorgesehen wie Lichtwellenleiter zu messen sind. Im allgemeinen genügen etwa 2 bis 4 mal so viele Sendeelemente.

Gegebenenfalls kann die Leistung des Sendeelements TE über eine Steuerleitung AL1 mittels eines Steuersignals AS1 einer in Fig. 1 nicht gezeichneten Ansteuervorrichtung individuell für jeden zu messenden Lichtwellenleiter LW1 bis LWn einge­ stellt werden.

Geht man bei der sendeseitigen Lichteinkopplung nach Fig. 1 beispielsweise davon aus, daß das Strahlungsfeld SF in einem Brenn- bzw. Fokussierpunkt FP fokussiert, würden die Licht­ strahlen LS1-LSk des Strahlungsfeldes SF bei Abwesenheit der Koppelvorrichtung KV1 in der Spitze eines Strahlenkegels zusammenlaufen und dann nach diesem Brennpunkt wieder sich strahlenförmig verbreiternd auseinander laufen.

In Fig. 1 wird das Strahlungsfeld SF mit seinem Fokussier­ punkt FP jeweils möglichst auf den Krümmungsabschnitt des je­ weiligen Lichtwellenleiters wie z. B. LW1 projiziert. Aufgrund der Krümmung des Lichtwellenleiters LW1 wird dieser jedoch nicht punktuell scharf beleuchtet, sondern es treffen Lichtstrahlen des Strahlenkegels auch an Orten vor und nach dem Fokussierpunkt FP auf den Lichtwellenleiter LW1 entlang dessen Längsachse. An diesen Stellen ist das Strahlungsfeld SF insbesondere gegenüber dem Kerndurchmesser des Lichtwel­ lenleiters LW1 verbreitert, d. h. nicht fokussiert, so daß es dort unscharf abgebildet wird, und Lichtanteile durch "Überstrahlen" des Lichtwellenleiter-Kerns verlorengehen. Verlaufen z. B. die Lichtstrahlen LS1-LSk in Fig. 1 in der x,z-Einkoppelebene, so legt z. B. der Lichtstrahl LSk aufgrund der Lichtwellenleiterkrümmung einen kürzeren Weg von der Ein­ koppeloptik EO bis zu seinem Auftreffpunkt beim Lichtwellen­ leiter LW1 als z. B. der Lichtstrahl LS1 zurück. Dadurch wird der Lichtwellenleiter LW1 auch vor und nach dem eigentlichen Fokussierpunkt FP entlang seiner Krümmung vom Strahlungskegel getroffen und aufgrund der dort vorliegenden Unschärfe mit einer weitaus geringeren Licht- bzw. Leuchtdichte beleuchtet.

Auf diese Weise wird ein sich entlang der Längsachse des Lichtwellenleiters LW1 erstreckender Einkoppel-Abschnitt z. B. mit einem Lichtfleck LFV beleuchtet, wie er in Fig. 6 sche­ matisch schraffiert dargestellt ist. Der Lichtfleck LFV weist dort entlang der Längsachse des strichpunktiert angedeuteten Lichtwellenleiters LW1 etwa die Form einer "Acht" auf. Wäh­ rend er etwa in seiner Mitte weitgehend fokussiert auf den Lichtwellenleiter LW1 abgebildet ist, verbreitert er sich vor und nach dieser Schärfezone entlang der Krümmung des Licht­ wellenleiters LW1 betrachtet keulenartig, d. h. in y-Richtung, so daß dort der Lichtwellenleiter LW1 mit weitaus geringerer Lichtdichte als in der Mitte des Lichtflecks LFV bestrahlt wird. Im Bereich seiner beiden Verbreitungszonen ist der Lichtfleck LFV also unscharf auf den Lichtwellenleiter LW1 abgebildet. Es werden dort weniger Lichtstrahlen auf den Kern des Lichtwellenleiters projiziert und in diesen eingekoppelt. Der größte Teil der Lichtstrahlen trifft nicht auf den Licht­ wellenleiter, sondern daneben. Insgesamt betrachtet ergibt sich entlang der Längsachse des Lichtwellenleiters LW1 also ein ungleichmäßig verbreiteter Lichtfleck LFV.

Dieses Unschärfeproblem kann insbesondere auch bei einem Lichtfleck gemäß den Fig. 9 und 10 des Hauptpatents (Aktenzeichen P 42 35 313.0) auftreten, der eine größere räumliche Ausdehnung in z-Richtung als in Abtastrichtung y aufweist.

Um in den jeweils zu messenden Lichtwellenleiter wie z. B. LW1 von Fig. 1 möglichst viel Lichtanteile des zur Verfügung stehenden Sende-Strahlungsfeldes einkoppeln zu können, d. h. den Koppelwirkungsgrad verbessern zu können, wird für das Sende-Strahlungsfeld SF von Fig. 1 eine Fokussierungsfläche erzeugt, die gegenüber einer senkrecht zur Strahlungsrichtung x gedachten Ebene y, z in Richtung auf die Einkoppelfläche des Einkoppelabschnitts geneigt ist. Fig. 2 zeigt beispielhaft eine derartig geneigte Fokussierungsfläche, die mit dem Be­ zugszeichen FC1 versehen ist.

In Fig. 2 ist ein Ausschnitt der x,z-Einkoppelebene gezeich­ net, in der der Krümmungsabschnitt des Lichtwellenleiters LW1 verläuft. Die x,z-Ebene entspricht somit einer Schnittebene quer zur Längserstreckung des zylinderförmigen Biegedorns ZT1 (vergleiche Fig. 1) beim Lichtwellenleiter LW1, so daß die Fokussierungsfläche FC1 in einer zur Abtatsrichtung y des Sende-Strahlungsfeldes SF senkrechten Ebene betrachtet wird. Der Lichtwellenleiter LW1 liegt in Fig. 2 am Außenumfang des Zylinders ZT1 an. Im linken Teil von Fig. 2 ist er mit sei­ ner Beschichtungshülle (primäres und sekundäres Coating) ge­ zeichnet, die im übrigen Figurenteil der Übersichtlichkeit halber weggelassen worden ist. Die Lage seiner Kernmitte ist strichpunktiert angedeutet und mit dem Bezugszeichen C1 ver­ sehen. Das Strahlungsfeld SF wird nun derart abgebildet, daß seine Fokussierungsfläche FC1 in der x,z-Einkoppelebene als geradlinige Bild- bzw. Fokussierungslinie erscheint. Diese Fokussierungslinie ist gegenüber einer gedachten, strichpunk­ tierten angedeuteten, senkrechten Hilfslinie S, die parallel zur z-Achse verläuft, in Richtung auf die Kernlage C1 des Lichtwellenleiters LW1 schräg gestellt. Die Fokussierungsflä­ che FC1 erstreckt sich in der x,z-Ebene mit ihrer Bildlinie (Fokussierungslinie) etwa parallel zur Sehne SH eines vom Licht getroffenen Einkoppel-Abschnitts, dessen Anfang und En­ de durch zwei Markierungen M1 und M2 gekennzeichnet ist. Vor­ zugsweise etwa in der Mitte dieses Einkoppel-Abschnitts ist die Fokussierungslinie (der Fokussierungsfläche FC1) mög­ lichst tangential an die Kernlage C1 angelegt.

Zweckmäßigerweise entspricht die Längserstreckung der Fokus­ sierungsfläche FC1 etwa der Sehnenlänge von SH. Zweckmäßiger­ weise weist die Fokussierungslinie eine Längserstreckung zwi­ schen 600 und 2000 µm, insbesondere zwischen 800 und 1600 µm, bevorzugt etwa von 800 µm auf. Derjenige Punkt, bei dem die Fokussierungslinie eine Tangente an die Kernlage C1 bildet, ist vorzugsweise einem Krümmungswinkel KW zugeordnet. Der Krümmungswinkel KW ergibt sich zwischen dem Tangentenpunkt und derjenigen Stelle TAS des Lichtwellenleiters LW1, an der dieser vom Zylinderförmigen Biegedorn ZT1 abhebt und diesen geradlinig verläßt. Der Lichtwellenleiter LW1 wird bevorzugt im Endbereich seiner Krümmung am Übergang zu seinem geradli­ nigen Streckenabschnitt beleuchtet, so daß Abstrahlverluste bzw. eine unerwünschte Lichtauskopplung aufgrund des weiteren gekrümmten Verlaufs des Lichtwellenleiters weitgehend vermie­ den sind. Bei einem Krümmungsradius RA von etwa 3 mm ist der Krümmungswinkel KW zweckmäßigerweise zwischen 6 und 12°, vorzugsweise um etwa 8°, gewählt.

Die schräg gestellte Fokussierungsfläche FC1 von Fig. 2 weist vorzugsweise eine größere räumliche Ausdehnung entlang der Längsachse des gekrümmten Lichtwellenleiter-Abschnitts als in Abtastrichtung y des Strahlungsfelds SF auf. Sie bil­ det im Projektionsraum insbesondere eine geneigte Fokussie­ rungs-Ebene mit etwa linien-bzw. streifenförmiger oder schlank ovaler Form bzw. Gestalt.

Insbesondere ist bei einer feststehenden Ausrichtung des Strahlungsfelds SF auf den Kern des jeweils zu messenden Lichtwellenleiters wie z. B. LW1 die Fokussierungs-Feldbreite der geneigten Fokussierungsfläche FC1 in Abtastrichtung y kleiner als der Kernabstand zweier benachbarter Lichtwellen­ leiter wie z. B. LW1, LW2 gewählt, was einer allgemein gülti­ gen Obergrenze für die Feldbreite entspricht. Die Feldbreite wird bevorzugt höchstens gleich dem Lichtwellenleiter-Außen­ durchmesser (insbesondere z. B. unter etwa 250 µm) und minde­ stens gleich dem Kerndurchmesser (z. B. zwischen 10 und 50 µm) gewählt, um den jeweiligen Kern möglichst zuverlässig treffen und in diesen möglichst viel Licht einkoppeln zu können.

Bei einem stetig in Abtastrichtung y wandernden Strahlungs­ feld SF wird der Kern des jeweiligen Lichtwellenleiters wie z. B. LW1 vorzugsweise mit einem möglichst in y-Richtung dün­ nen, linienförmigen Lichtfleck konzentriert beleuchtet. Die Feldbreite der Fokussierungsfläche FC1 in y-Richtung wird da­ bei vorteilhaft gleich dem oder kleiner als der Kerndurchmes­ ser des jeweiligen Lichtwellenleiters wie z. B. LW1 gewählt. Bevorzugt weist die Fokussierungsfläche FC1 bei Monomode- Lichtwellenleitern eine Strahlbreite in y-Richtung zwischen 10 und 80 µm, bevorzugt zwischen 10 und 20 µm auf.

Da in Fig. 2 die Fokussierungsfläche FC1 möglichst tangen­ tial etwa in der Mitte des gekrümmt verlaufenden Einkoppel- Abschnitts dem Kernverlauf C1 angenähert ist, gelangt vor­ teilhaft der größte Teil der Lichtstrahlen des Strahlungs­ felds SF auf die Einkoppelfläche EF des Einkoppel-Abschnitts zwischen den beiden Markierungen M1 und M2. Dabei ist die zur Verfügung stehende Einkoppelfläche EF des Einkoppel-Ab­ schnitts insbesondere durch seine Längserstreckung zwischen den beiden Markierungen M1 und M2 sowie durch den Kerndurch­ messer bestimmt. Es ergibt sich somit als Einkoppelfläche EF eine streifenförmige Krümmungsfläche als Ausschnitt einer ge­ dachten Kugeloberfläche. Dadurch, daß in der y,z-Ebene von Fig. 2 die Fokussierungslinie der Fokussierungsfläche FC1 vorzugsweise im Nahbereich der Kernlage C1 eingestellt ist, wird das Licht des Strahlungsfelds SF weit mehr oder nahezu vollständig auf die Einkoppelfläche EF des Einkoppel-Ab­ schnitts konzentriert abgebildet, d. h. bündelprojiziert. Es ergibt sich somit ein optimierter Einkoppel-Wirkungsgrad und damit eine hohe Lichtausbeute der durch das Sende-Element (TE von Fig. 1) bereit gestellten Lichtmenge. Durch die schräg gestellte Fokussierungsfläche FC1 wird etwa der gesamte Ein­ koppel-Abschnitt mit einem im wesentlichen scharfen Licht­ fleck entlang seiner Krümmung zwischen den beiden Markierun­ gen M1 und M2 beleuchtet, so daß Lichtleistungsverluste durch "Überstrahlen" des Lichtwellenleiter-Kerns weitgehend vermie­ den sind. Es werden also gegenüber den Einkoppelverhältnissen von Fig. 6 weit mehr Lichtstrahlen in den Kern des Lichtwel­ lenleiters LW1 eingekoppelt.

Fig. 7 zeigt entlang der Längsachse des gekrümmt geführten, strichpunktiert angedeuteten Lichtwellenleiters LW1 betrach­ tet einen Lichtfleck LFn, wie er sich im wesentlichen bei einer erfindungsgemäßen, geneigt eingestellten Fokussierungs­ fläche wie z. B. FC1 gemäß Fig. 2 ergibt. Der Lichtfleck FLn weist in Längsrichtung des Lichtwellenleiters LW1 betrachtet eine etwa schlank ovale bzw. streifenförmige Form auf. Seine Beleuchtungsfeldbreite (in y-Richtung) ist entlang der Krüm­ mung des Lichtwellenleiters LW1 bevorzugt etwa konstant. Da­ durch wird die Einkoppelfläche des Einkoppel-Abschnitts in Längsrichtung mit etwa gleicher Beleuchtungsfeldstärke, d. h. mit etwa konstanter Leucht- bzw. Leuchtdichte, ausgeleuchtet. Im Unterschied zum ungleichförmigen, unscharfen Lichtfleck LFV von Fig. 6 ist beim erfindungsgemäßen Lichtfleck LFN von Fig. 7 das Licht des Strahlungsfelds SF entlang der Krümmung des Einkoppel-Abschnitts homogen bzw. gleichmäßig verteilt, so daß sich ein verbesserter Einkoppelfaktor ergibt. Da die Lichtfleckform an die Form des Einkoppel-Abschnitts weitge­ hend angepaßt ist, trifft weit weniger Licht an den Lichtwel­ lenleiter LW1. Der Lichtwellenleiter LW1 wird also mit einem auf einen vorgebbaren Einkoppel-Abschnitt im wesentlichen scharf eingestellten Lichtfleck LFn beleuchtet. In Fig. 1 ist diese gewünschte schlank ovale Form für den Lichtfleck LF1 strichpunktiert angedeutet, der den gekrümmt verlaufenden Einkoppel-Abschnitt TC1 mit hoher Tiefenschärfe beleuchtet.

Eine weitere Verbesserung der sendeseitigen Lichteinkopplung, insbesondere bezüglich des Einkoppelwirkungsgrades, kann da­ durch erreicht erreicht, daß die Fokussierungsfläche hin­ sichtlich ihrer Form im wesentlichen der gekrümmt verlaufen­ den Einkoppelfläche EF des Einkoppel-Abschnitts von Fig. 2 angepaßt wird. Die Fokussierungsfläche wird vorzugsweise als streifenförmige Krümmungsfläche ausgebildet, die in ihrer Di­ mensionierung etwa der Einkoppelfläche EF entspricht. In Fig. 2 ist diese der Krümmung der Kernlage C1 nachfolgende Fo­ kussierungsfläche mit dem Bezugszeichen FC2 versehen und in der x,z-Ebene durch eine ausgezogene Linie zwischen den bei­ den Markierungen M1 und M2 angedeutet. Die Fokussierungsflä­ che FC2 bildet dann in der x,z-Ebene von Fig. 2 betrachtet eine gekrümmt verlaufende Bildlinie, wobei deren Krümmung der Bildlinie der Einkoppelfläche EF nachfolgt. Sie ist besonders bevorzugt möglichst exakt mit der Einkoppelfläche EF des Ein­ koppelabschnitts zur Deckung gebracht, so daß sie möglichst mit der Einkoppelfläche EF zusammenfällt und ihr Abstand zur Kernmitte C1 minimal wird. Gegenüber der tangentialen Annähe­ rung der Fokussierungsfläche FC1 an die Einkoppelfläche EF ist somit eine weiter verbesserte Lichteinkopplung erreicht, da der Lichtfleck entlang dem gekrümmten Verlauf der Kernlage C1 besonders scharf abgebildet wird.

Fig. 3 zeigt eine Fokussierungsfläche FC3 in der x,z-Ebene betrachtet, die möglichst im Kern CO des Lichtwellenleiters LW1 verläuft. Im Unterschied zu Fig. 2, wo die Bildlinie der Fokussierungsfläche FC1 tangential an die gekrümmt verlau­ fende Kernmitte C1 angelegt ist, bildet hier die Bildlinie der Fokussierungsfläche FC3 eine Tangente an den gekrümmt verlaufenden Innendurchmesser ID des Kerns CO. Die beiden Schnittpunkte dieser Bildlinie mit dem Außendurchmesser des Kerns CO definieren vorzugsweise die Grenzen des beleuchteten Einkoppel-Abschnitts. Auf diese Weise werden die Lichtstrah­ len des Strahlungsfelds SF direkt in den Kern CO projiziert, so daß sich vorteilhaft eine fokussierte Lichteinkopplung mit weiter optimierten Einkoppel-Wirkungsgrad entlang der Krüm­ mung des Einkoppel-Abschnitts ergibt.

In Fig. 8 ist zusätzlich zur ersten, inneren Kernlage C1 von Fig. 2 eine zweite, am Außenumfang des zylinderförmigen Bie­ gedorns ZT1 von Fig. 1 radial weiter außen liegende Kernlage C1* strichpunktiert in der x,z-Ebene eingezeichnet. Der Kern­ lage C1 ist also ein kleinerer Krümmungsradius als der Kern­ lage C1* zugeordnet, so daß die beiden Kernlagen C1 und C1* einen Abstand a voneinander aufweisen. Die beiden Kernlagen C1 und C2 können dabei eine innere und eine äußere Grenze für den Bereich möglicher Kernverläufe aufgrund von Lagetoleran­ zen zu messender Lichtwellenleiter am Außenumfang des Biege­ zylinders ZT1 (vgl. Fig. 1) darstellen. Das Licht des Strah­ lungsfeldes SF wird auf eine Fokussierungslinie einer Fokus­ sierungsfläche FC4 konzentriert, die etwa in der Mitte zwi­ schen den beiden Kernlagen C1 und C1* verläuft. Die Fokussie­ rungsfläche FC4 ergibt sich vorzugsweise aus der Fokussie­ rungsfläche FC2 von Fig. 2 dadurch, daß deren Fokuslinie um etwa a/2 radial nach außen auf die Kernlage C1* zu parallel verschoben wird. Dadurch wird eine weitgehend gleichmäßige Fokussierung des Strahlungsfelds FS auf beide möglichen Kern­ lagen C1 und C1* erreicht. Es ergibt sich somit vorzugsweise eine symmetrische Strahlungsfeldverteilung bezüglich der Fo­ kuslinie der Fokussierungsfläche FC4.

Diese Feldverteilung ist in Fig. 8 zusätzlich schematisch in perspektivischer Darstellung bei Blickrichtung senkrecht zur schräg gestellten Fokussierungsfläche FC4 angedeutet. Die Lichtstrahlen des Sende-Strahlungsfelds SF verlaufen V-förmig auf die Fokuslinie der Fokussierungsfläche FC4 zu. Dabei wer­ den sie im Bereich der Kernlage C1 in Form der Fokussierungs­ fläche FC2 von Fig. 2 konzentriert abgebildet, die in Fig. 8 geschnitten dargestellt ist. Entsprechend dazu wird die Einkoppelfläche der Kernlage C1* einer Fokussierungsfläche FC2* zugeordnet, die analog zur Fokussierungsfläche FC2 als streifenförmige, der Krümmung der Kernlage C1* folgende Krüm­ mungsfläche ausgebildet ist. Dabei verläuft die Fokuslinie von FC4 bezüglich der Ausbreitungsrichtung x zweckmäßiger je­ weils "hinter" den Kernlagen C1 und C1*.

Auf diese Weise ist weitgehend sichergestellt, daß für jede Kernlage wie z. B. C1, C1* Licht mit etwa der gleichen Leucht­ stärke fokussiert in den jeweiligen Lichtwellenleiter-Kern eingekoppelt werden kann und trotzdem mindestens zwei mögli­ chen, verschiedenen Kernlage kann der jeweilige Einkoppel-Ab­ schnitt jeweils von einem scharf eingestellten Lichtfleck, vorzugsweise entsprechend LFn von Fig. 7, beleuchtet werden.

Zur Erzeugung der erfindungsgemäß schräg gestellten Fokussie­ rungsfläche wie z. B. FC1 mit FC4 gemäß den Fig. 2, 3 sowie Fig. 8 ist in der Sende-Koppeleinrichtung SK von Fig. 1 mindestens ein Abbildungsmittel, insbesondere ein Glaskeil GKE, vorgesehen. Dieser Glaskeil GKE ist in Fig. 1 vorzugs­ weise zwischen der Einkoppeloptik EO und der Koppelvorrich­ tung KV1 positioniert, wo er strichpunktiert angedeutet ist. Der Glaskeil GKE ist quer zu den Lichtstrahlen LS1 bis LSk des Sende-Strahlungsfelds SF ausgerichtet, wobei sich sein verjüngendes Ende in die negative z-Richtung zeigt. Dadurch durchlaufen die Lichtstrahlen LS1 bis LSK des Strahlungsfelds SF im Glaskeil GKE unterschiedliche optische Wege. In der x,z-Ebene von Fig. 1 betrachtet, werden diejenigen Licht­ strahlen wie z. B. LSk, die einen kürzeren Weg von der Einkop­ peloptik EO zum Einkoppel-Abschnitt TC1 zurücklegen, im Glas­ keil GKE entlang eines optisch kürzeren Wegs wie z. B. KW ge­ führt. Diejenigen Lichtstrahlen hingegen wie z. B. LS1, die einen längeren Weg von der Einkoppeloptik EO bis zum Einkop­ pel-Abschnitt TC1 zurücklegen, werden im Glaskeil GKE auch entlang eines längeren optischen Wegs wie z. B. LW geführt. Durch den Glaskeil GKE läßt sich somit überhaupt erst die Schräglage einer erfindungsgemäßen Fokussierungsfläche wie z. B. FC1 von Fig. 2 auf optischem Wege hervorrufen und ganz gezielt einstellen. Es ergibt sich dann entlang der Krümmung des jeweiligen Einkoppel-Abschnitts ein scharf eingestellter, ovaler Lichtfleck, wie er bereits in Fig. 1 strichpunktiert angedeutet ist.

Gleichzeitig können mit Hilfe des Glaskeils GKE gegebenen­ falls auch zwei sogenannte astigmatische Bildflächen erzeugt werden, die vorteilhaft als Fokussierflächen zur Lichtein­ kopplung herangezogen werden können. Fig. 4 zeigt in per­ spektivischer Darstellung eine durch eine etwaigen Astigma­ tismus des Glaskeils GKE hervorgerufene meridionale Fokus­ sierfläche MBL, die sich etwa parallel zur Abtastrichtung y erstreckt sowie eine sich in z-Richtung ausdehnende saggitale Fokussierungsfläche SBL. Beide astigmatischen Fokussierungs­ flächen MBL und SBL stehen somit aufeinander senkrecht. Die Fokussierungsfläche SBL ist in der y,z-Ebene sowie die Fokus­ sierungsfläche MBL in der z,y-Ebene linien- bzw. streifenför­ mig oder schlank oval ausgebildet. Das Licht des Sende-Strah­ lungsfelds SF konzentriert sich somit entlang seines Ausbrei­ tungswegs in x-Richtung in Form der meridionalen Bildlinie MBL und geht ausgehend von dieser schließlich kontinuierlich in die Form der saggitalen Bildlinie SBL über. Etwa in der Mitte zwischen den beiden Bildlinien MBL und SBL nimmt dabei das Sende-Strahlungsfeld SF von Fig. 1 eine örtliche Feld­ verteilung an, die in der y,z-Ebene etwa kreisflächig ausge­ bildet ist, was in Fig. 4 strichpunktiert angedeutet ist. Da nun den Lichtstrahlen LS1 bis LSk zum Beispiel in der x,z- Ebene von Fig. 1 unterschiedliche optische Wege im Glaskeil GKE zugeordnet sind, wird die saggitale Bildlinie SBL in der x,z-Ebene in Richtung auf die x-Achse zu um den Winkel NW ge­ neigt, d. h. die saggitale Bildlinie SBL wird um die y-Achse um den Winkel NW gedreht, so daß sich besonders einfach die gewünschte Fokussierungsfläche FC1 von Fig. 2 unter gleich­ zeitiger Ausnutzung eines etwaigen Astigmatismuses des Glas­ keils GKE praktisch erzeugen läßt.

Mit Hilfe des Glaskeils GKE kann gegebenenfalls z. B. auch die unabhängig davon erzeugte Fokuslinie einer Fokussierungsflä­ che FC0, die entsprechend den Fig. 9 und 10 des Hauptpa­ tents vorzugsweise eine größere räumliche Ausdehnung in z- Richtung als in Abtastrichtung y aufweist, in der x,z-Ebene um den Neigungswinkel NW in Richtung auf die Einkoppelfläche des Einkoppel-Abschnitts zu geneigt bzw. schräg gestellt wer­ den (vgl. Fig. 2). Es ergibt sich so z. B. die schräg ge­ stellte Fokussierungsfläche FC1 von Fig. 2. Die Fokussie­ rungsfläche FC1 weist dann vorteilhaft eine Steigungshöhe in z-Richtung auf, die etwa der Längserstreckung der Fokuslinie der Fokussierungsfläche FC0 entlang der z-Achse entspricht.

Die Längsausdehnung der Fokuslinie der Fokussierungsfläche FC0 und damit die Steigungshöhe der Fokussierungsfläche FC1 ist dabei zweckmäßigerweise gleich oder größer der maximal möglichen Kernlagetoleranz der jeweils zu messenden Lichtwel­ lenleiter gewählt, um Lagetoleranzen der Lichtwellenleiter- Kerne ausgleichen zu können. Bevorzugt ist die Steigungshöhe von FC1 etwa der zweifachen Kernlagetoleranz gewählt.

Beispielsweise sind folgende Dimensionierungen zweckmäßig, um Licht möglichst fokussiert in den Kern des Lichtwellenleiters mit z. B. 230 µm-Außendurchmesser und zugleich den Kern eines Lichtwellenleiters z. B. 400 µm-Außendurchmesser einkoppeln zu können (vgl. dazu die Bezugsgrößen in Fig. 2):
Krümmungswinkel KW: 6°bis 12°, vorzugsweise etwa 8°
Krümmungsradius RA für die Kernachse der 230 µm-Faser: ca. 2,43 mm
Krümmungsradius RA für die Kernachse der 400 µm-Faser: ca. 2,885 mm
Steigungshöhe der Fokussierungsfläche FC1: 170 bis 200 µm Neigungswinkel NW: ca. 83°
Längserstreckung der Fokussierungsfläche FC1: ca. 1400 µm.

Durch die erfindungsgemäße, geneigte Fokussierungsfläche ist es vorteilhaft ermöglicht, das Licht des Sende-Strahlungs­ felds entlang der Krümmung des Lichtwellenleiter-Kerns auf die Einkoppel-Fläche eines definierten Einkoppel-Abschnitts zu fokussieren bzw. zu bündeln. Die Einkoppelfläche des Ein­ koppelabschnitts ist somit entlang dessen Längsachse betrach­ tet mit einem scharf eingestellten Lichtfleck weitgehend ho­ mogener Lichtfeldstärke, d. h. etwa konstanter Lichtdichte, gleichmäßig beleuchtet. Dadurch können die Abstrahlverluste aufgrund nicht in den Kern eingekoppelter Lichtstrahlen mini­ miert, d. h. der Einkoppelfaktor optimiert werden. Weiterhin ist die sendeseitige Einkopplung durch die Schrägstellung der Fokussierungsfläche relativ unempfindlich gegenüber Schwan­ kungen und Toleranzen, die sich zwischen der Zuordnung des Sende-Strahlungsfelds und dem jeweiligen Einkoppelort beim Lichtwellenleiter-Kern ergeben. Insbesondere wird die Licht­ einkopplung weitgehend unabhängig von Lagetoleranzen der Lichtwellenleiter-Kerne, wie z. B. durch unterschiedliche Bän­ dchendicken oder unterschiedlich große Lichtwellenleiter­ durchmesser vorgegeben sein können. Dies spielt insbesondere bereits auch dann eine Rolle, wenn die Beschichtung des je­ weils in den Biegekoppler eingelegten Lichtwellenleiters auf­ grund eines auf ihn ausgeübten Haltedrucks zu fließen beginnt und sich dadurch die Lage seines Kerns ändert. Durch die Steigungshöhe der schräg gestellten Fokussierungsfläche ist jedoch sichergestellt, daß auch noch Kerne in verschiedenen z-"Höhenlagen" der x,z-Einkoppelebene mit einem scharf einge­ stellten Lichtfleck beleuchtet werden können. Durch die ver­ gleichmäßigte Beleuchtung der Einkoppel-Fläche des Einkoppel- Abschnitts ist zudem eine wesentlich bessere Ausnutzung der durch das Sendeelement des optischen Senders bereit gestell­ ten Lichtmenge ermöglicht. Messungen an Lichtwellenleitern können somit besonders exakt sowie reproduzierbar durchge­ führt werden.

Die erfindungsgemäße, sendeseitige Lichteinkopplung läßt sich zwar besonders bevorzugt zusammen mit den Aussagen zu den Fi­ guren 1 mit 10 des Hauptpatents (P 42 35 313.0) verwerten. Sie kann jedoch auch völlig unabhängig hiervon eingesetzt werden.

Zusätzlich oder unabhängig hiervon kann schließlich auch eine Verbesserung der sendeseitigen Lichteinkopplung dadurch er­ reicht werden, daß in Fig. 1 vorzugsweise ein möglichst punktförmig fokussierter (Fokussierpunkt FP) oder sonstig lo­ kal auf den Kern des Lichtwellenleiters begrenzter Lichtfleck LF des Strahlungsfeld SF entlang der Längsachse des jeweils zu messenden Lichtwellenleiter wie z. B. LW1 hin- und herbe­ wegt wird. Um den Lichtfleck LF des Strahlungsfelds SF ent­ lang der gekrümmten Längsachse des zu messenden Lichtwellen­ leiters LW1 in Fig. 1 hin- und herzuverfahren, ist in Fig. 1 als Ablenkeinrichtung ein kippbarer bzw. drehbarer Spiegel ULS vorgesehen. Er ist um eine Drehachse DL drehbar, die strichpunktiert angedeutet ist und sich vorzugsweise in y- Richtung erstreckt. Dadurch erfahren die Lichtstrahlen LS1 bis LSk des Strahlungsfelds SF zusätzlich zu ihrer Abtastbe­ wegung in y-Richtung durch den Ablenkspiegel BS auch eine Ab­ lenkbewegung vorzugsweise in z-Richtung, d. h. das Strahlungs­ feld SF wird entlang einer Verschiebelinie in z-Richtung senkrecht zur Ausbreitungsrichtung x des Strahlungsfelds SF sowie senkrecht zu dessen Abtastrichtung Y hin und herbewegt. Dabei erfolgt die Hin- und Herbewegung des Strahlungsfelds SF zweckmäßigerweise kontinuierlich sowie stetig, so daß es un­ terschiedliche z-"Höhenlagen" gleichmäßig durchfährt. Durch den Abtasthub des Strahlungsfelds in z-Richtung wandert des­ sen Lichtfleck LF entlang der Krümmung des Lichtwellenleiters LW1 hin und her. Mit Hilfe der Ablenkeinrichtung durchscannt der Lichtfleck LF einen vorgebbaren, gekrümmten Einkoppel -Ab­ schnitt des zu messenden Lichtwellenleiters in der Art einer "Jitterbewegung", d. h. der Lichtfleck LF wird entlang der Krümmung des Einkoppel-Abschnitts gewobbelt. Durch die Hin- und Herbewegung (Oszillationsbewegung) des Strahlungsfelds SF in Fig. 1 im wesentlichen in z-Richtung wird bei einem Durchlauf in der y,z-Ebene betrachtet insgesamt ein Licht­ fleck mit einer größeren räumlichen Ausdehnung in z-Richtung als in Abtastrichtung y erzeugt. Die "Jitter"-Bewegung be­ wirkt eine Vergleichmäßigung bzw. "Verschmierung" des vor­ zugsweise punktförmig fokussierten Lichtflecks in z-Richtung, so daß sich insgesamt betrachtet ein etwa linien- bzw. strei­ fenförmiges oder schlank ovales Beleuchtungsfeld in der y,z- Ebene mit Vorzugsrichtung in z-Richtung ergibt. Durch die Längsbewegung des Strahlungsfelds in z-Richtung wird die von seinem Lichtfleck jeweils beleuchtete Einkoppelfläche entlang deren Krümmung "künstlich" verlängert. Den während eines Durchlaufs entsteht in der y,z-Ebene gesehen ein Beleuch­ tungsfeld mit Vorzugsrichtung in z-Richtung. Dadurch kann die Lichteinkopplung vorteilhaft weitgehend unabhängig von Schwankungen bzw. Toleranzen in z-Richtung in der Einkoppel­ einrichtung gemacht werden. Dies können beispielsweise Lage­ toleranzen der Faserkerne sein, die z. B. auf ungleichmäßig dicke bzw. inhomogene Auftragsstärken der Lichtwellenleiter­ beschichtung, Kernexzentrizitäten, unterschiedliche Lichtwel­ lenleiterdurchmessern, usw. zurückzuführen sind, oder z. B. auch Schwankungen in der Geometrie des Strahlungsfelds sein. Eine eindeutige Zuordnung zwischen dem Strahlungsfeld und dem jeweiligen Einkoppelort beim Lichtwellenleiter-Kern ist somit in z-Richtung nicht mehr erforderlich.

Bei einer Abtastbewegung des Strahlungsfeldes SF in y-Rich­ tung wird sein Lichtfleck LF entlang der Längsachse des je­ weiligen Lichtwellenleiters wie z. B. LW1 zweckmäßigerweise schneller hin und herbewegt als er in Abtastrichtung y ver­ fahren wird. Solange der Lichtfleck LF der beiden Kerne des jeweils zu messenden Lichtwellenleiters wie z. B. LW1 beleuch­ tet, wird er vorzugsweise zwischen 5 und 10 hin- und herbe­ wegt. Vorzugsweise ergibt sich somit ein etwa schlank ovales Beleuchtungsfeld, wie es in Fig. 1 für den Lichtfleck LF1 strichpunktiert angedeutet ist.

Zweckmäßigerweise wird der Lichtfleck entlang einer Scann- Strecke in z-Richtung verfahren, die mindestens der Lagetole­ ranz der Lichtwellenleiter-Kerne entspricht. Insbesondere durchläuft der Lichtfleck einer Scann-Strecke in z-Richtung vom 2-fachen der maximal möglichen Kernelagetoleranz. Durch die Scann-Bewegung des Strahlungsfelds SF in z-Richtung sind somit vorteilhaft Lichtflecke einer vorgebbaren, beliebigen Längserstreckung in z-Richtung (in der z,y-Ebene betrachtet) erzeugbar. Gegenüber der astigmatisch erzeugten Bildlinie SBL von Fig. 4 oder auch FC0 von Fig. 2 sind insbesondere Lichtflecke einer vorgebbaren, beliebigen Längserstreckung in z-Richtung (in der z,y-Ebene betrachtet) erzeugbar. Gegenüber der astigmatisch erzeugten Bildlinie SBL von Fig. 4 oder auch FC0 von Fig. 2 sind insbesondere Lichtflecke ermög­ licht, die ihr gegenüber in der z,y-Ebene betrachtet eine we­ sentlich größere Ausdehnung in z-Richtung aufweisen.

Vorzugsweise mit Hilfe des Glaskeils GKE von Fig. 1 ist dann wiederum auf optischem Wege eine erfindungsgemäße Neigung der so erzeugten in der y,z-Ebene verlaufenden Fokussierungsflä­ che besonders einfach ermöglicht. Die schräg gestellte Fokus­ sierungsfläche (wie z. B. FC1 von Fig. 1) wird dadurch er­ zeugt, daß das Strahlungsfeld SF mit seinem vorzugsweise punktförmig fokussierten Lichtfleck entlang einer Verschiebe­ linie verfahren wird, die durch den Glaskeil GKE gegenüber einer senkrecht zur Strahlungsrichtung x gedachten Ebene y,z in Richtung auf die Einkoppelfläche EF des Einkoppelab­ schnitts TC1 geneigt ist.

Gegebenenfalls kann eine erfindungsgemäß geneigte Fokussie­ rungsfläche wie z. B. FC1 von Fig. 2 auch ohne Glaskeil da­ durch erreicht werden, daß das Strahlungsfeld SF auf mechani­ schem Weg mit einem vorzugsweise punktförmig fokussierten oder sonstig lokal begrenzten Lichtfleck entlang einer schräg gestellten Verschiebelinie bewegt wird, wie sie z. B. für die Fokussierungsfläche FC1 in Fig. 2 gezeichnet ist. Dies kann beispielsweise durch die entsprechend positionierte Ablenk­ spiegel im Strahlungsfeld des Sendeelements erfolgen.

Durch die Scann-Bewegung des Lichtflecks wie z. B. LF entlang der Längserstreckung des jeweils gekrümmt geführten Lichtwel­ lenleiters wie z. B. LW1 kann zudem gegebenenfalls die Licht­ einkopplung auch unabhängig von der Lichtdichte-Verteilung innerhalb des Beleuchtungsfeld des Lichtflecks am Einkoppe­ lort entlang der Längsachse des jeweiligen Lichtwellenleiters gemacht werden.

Fig. 5 zeigt beispielhaft eine ortsabhängige Leistungsver­ teilung P des Lichtflecks LF von Fig. 1 in der y,z-Ebene ge­ messen in z-Richtung. Die z-ortsabhängige Leistungsverteilung P weist in Fig. 5 z. B. etwa Gausform auf. Würde nun bei­ spielsweise der Kern C1 des Lichtwellenleiters LW1 am z-Ort des Leistungsmaximums liegen, so würde dort mehr Licht in ihn eingekoppelt werden wie z. B. bei einer z-Position des Kerns C1, die unterhalb der absteigenden Flanke der Gauskurve liegt. Es würde somit je nach Kernlage unterschiedlich viel Licht in den Lichtwellenleiter-Kern während der Zeitdauer einer Messung eingekoppelt werden. Um nun zu erreichen, daß jeweils in kontrollierbarer Weise eine bestimmte, vorgebbare Lichtmenge in den jeweils zu messenden Lichtwellenleiter ein­ gekoppelt und in dessen Kern somit jeweils ein über eine be­ stimmte Meßdauer etwa konstanter Leistungspegel erzeugt wer­ den kann, wird die erfindungsgemäße "Jitter"-Bewegung des Lichtflecks LF entlang der Krümmung des jeweiligen Einkoppel- Abschnitts durchgeführt. Dazu führt das Strahlungsfeld SF von Fig. 1 vorzugsweise eine Scann-Bewegung in z-Richtung mit mindestens einem Durchlauf aus. Wichtig dabei ist, daß eine Relativbewegung zwischen dem Kern C1 und der Leistungsvertei­ lung P durchgeführt wird. Dadurch kann nahezu der größte Teil der durch das Sendelement des optischen Senders zur Verfügung gestellten Lichtmenge in den Kern wie z. B. C1 des jeweiligen Lichtwellenleiters wie z. B. LW1 eingekoppelt werden. Beim Durchfahren der z. B. gausförmigen Intensitätsverteilung P entlang der Gausbreite GB in z-Richtung wird in den Kern C1 insgesamt eine Lichtmenge eingekoppelt, die etwa dem Integral der Leistungskurve P, d. h. der Fläche IF unter der Gauskurve von Fig. 5, entspricht.

Auf diese Weise kann nahezu die gesamte bereitgestellte Lichtmenge in den jeweils zu messenden Lichtwellenleiter ein­ gekoppelt werden. Die Lichteinkopplung wird dadurch vorteil­ haft unabhängig von der speziellen, ortsabhängigen Ab­ strahlcharakteristik des Sendeelementes bzw. seines zugehöri­ gen Strahlungsfelds. Weiterhin ist die Lichteinkopplung weit weniger empfindlich gegenüber mechanischen und temperaturab­ hängigen Veränderungen in der Einkoppeleinrichtung, insbeson­ dere hinsichtlich der Zuordnung zwischen dem Strahlungsfeld und dem jeweiligen Einkoppelort beim Lichtwellenleiterkern. Besonders geeignet ist die z-Scannbewegung des Lichtflecks in Kombination mit der y-Abtastbewegung nach dem erfindungsgemä­ ßen Meßverfahren entsprechend den Fig. 1 mit 10, da Schwankungen des eingekoppelten Lichtleistungspegels weitge­ hend vermieden sind und somit ein Pulsbetrieb besonders zu­ verlässig ermöglicht ist.

Zusätzlich oder unabhängig hiervon kann die Lichteinkopplung gegebenenfalls von der ortsabhängigen Abstrahlcharakteristik innerhalb einer vorgegebenen Lichtfleckausdehnung auch da­ durch unabhängig gemacht werden, daß im Strahlungsfeld spezi­ elle Filter vorgesehen sind, die die ortsabhängige Intensi­ tätsverteilung wie z. B. die z-abhängige Gauskurve in eine etwa rechteckförmige Intensitätsverteilung transformieren, so daß die Lichtleistung unabhängig vom Ort, insbesondere vom z- Ort, konstant ist. In Fig. 1 ist solch ein Filter strichpun­ ktiert im Strahlengang des Strahlungsfelds SF angedeutet und mit den Bezugszeichen F1 versehen.

Claims (21)

1. Verfahren zum Einkoppeln von Licht (LW) eines Sende-Strah­ lungsfeldes (SF) in den Einkoppel-Abschnitt (TC1) mindestens eines zu messenden Lichtwellenleiters (LW1) nach dem Biege­ kopplerprinzip, nach Patent . . . . . . .(Aktenzeichen: P 42 35 313.0), dadurch gekennzeichnet, daß die Fokussierungsfläche (FC1) des Sende-Strahlungsfeldes (SF) gegenüber einer senkrecht zur Strahlungsrichtung (x) ge­ dachten Ebene (y, z) in Richtung auf die Einkoppelfläche (EF) des Einkoppel-Abschnitts (TC1) geneigt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fokussierungsfläche (FC1) in einer Ebene (x, z) be­ trachtet, in der der Einkoppel-Abschnitt (TC1) des Lichtwel­ lenleiters (LW1) verläuft, als Fokussierungslinie etwa paral­ lel zur Sehne (SH) des Einkoppel-Abschnitts (TC1) geneigt ab­ gebildet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in dieser Ebene (x, z) für die geneigte Fokussierungsflä­ che (FC1) eine Steigungshöhe eingestellt wird, die etwa gleich oder größer der maximal möglichen Kernlagetoleranz des jeweils zu messenden Lichtwellenleiters (LW1) gewählt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß in dieser Ebene (x, z) die Fokussierungslinie im Nahbe­ reich der Kernlage (C1) des jeweils zu messenden Lichtwellen­ leiters (LW1) erzeugt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 mit 4, dadurch gekennzeichnet, daß in dieser Ebene (x, z) die Fokussierungslinie etwa in der Mitte des Einkoppel-Abschnitts (TC1) möglichst tangential an­ gelegt wird.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Fokussierungsfläche (FC2) bezüglich ihrer Form der Einkoppelfläche (EF) des Einkoppel-Abschnitts (TC1) angepaßt wird.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Fokussierungsfläche (FC2) mit der Einkoppelfläche (EF) des Einkoppel-Abschnitts (TC1) zur Deckung gebracht wird.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Sende-Strahlungsfeld (SF) derart räumlich abgebildet wird, daß seine Fokussierungsfläche (FC1) mit einer größeren räumlichen Ausdehnung in Längsrichtung des gekrümmten Licht­ wellenleiter-Abschnitts (TC1) als in seine Abtastrichtung (y) erzeugt wird.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Fokussierungsfläche (FC1) mit einer etwa streifenför­ migen Gestalt abgebildet wird.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Fokussierungsfläche (FC1, FC2) mit einer Längser­ streckung zwischen 600 und 2000 µm, insbesondere zwischen 800 und 1600 µm, bevorzugt mit etwa 800 µm, abgebildet wird.

11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in einer zur Strahlungsrichtung (x) senkrechten Ebene (y, z) betrachtet die Fokussierungsfläche (FC1) mit einer Strahl­ breite in Abtastrichtung (y) abgebildet wird, die kleiner als der Abstand zweier benachbarter Lichtwellenleiterkerne gewählt wird.

12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß für die Fokussierungsfläche (FC1) in eine zur Strahlungs­ richtung (x) senkrechten Ebene (x, z) betrachtet eine Strahl­ breite kleiner 225 µm, insbesondere zwischen 10 und 80 µm, gewählt wird.

13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Licht (LB) des Sende-Strahlungsfeldes (SF) entlang seines Strahlenweges zu zwei astigmatischen Bildflächen (MBL, SBL) konzentriert wird.

14. Einrichtung zum Einkoppeln von Licht (LB) eines Sende­ strahlungsfeldes (SF) in den Einkoppel-Abschnitt (TC1) minde­ stens eines zu messenden Lichtwellenleiters (LW1) nach dem Biegekopplerprinzip, insbesondere nach einem der vorhergehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Abbildungsmittel (z. B. GKE) vorgesehen ist, das die Fokussierungsfläche (FC1) des Sende-Strahlungs­ feldes (SF) gegenüber einer senkrecht zur Strahlungsrichtung (x) gedachten Ebene (y, z) in Richtung auf die Einkoppelflä­ che (EF) des Einkoppel-Abschnitts (TC1) neigt.

15. Einrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß im Sende-Strahlungsfeld (SF) als Abbildungsmittel ein Glaskeil (GKE) vorgesehen ist.

16. Einrichtung nach einem der Anspruche 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Abbildungsmittel (z. B. GKE) derart ausgebildet und im Sende-Strahlungsfeld (SF) positioniert ist, daß diejenigen Lichtstrahlen (z. B. LSk) die einen kürzeren Weg zum Einkop­ pel-Abschnitt (TC1) durchlaufen, durch einen optisch kürzeren Weg (KW) des Abbildungsmittels (z. B. GKE) geführt sind als diejenigen Lichtstrahlen (z. B. LS1), die einen längeren Weg zum Einkoppel-Abschnitt (TC1) durchlaufen.

17. Verfahren zum Einkoppeln von Licht (LB) eines Sende­ strahlungsfeldes (SF) in den Einkoppel-Abschnitt (TC1) minde­ stens eines zu messenden Lichtwellenleiters (LW1) nach dem Biegekopplerprinzip, insbesondere nach einem der vorhergehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtfleck (LF) des Sende-Strahlungsfeldes (SF) ent­ lang der Längsachse des zu messenden Lichtwellenleiters (LW1) hin- und herbewegt wird.

18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Sende-Strahlungsfeldes (SF) entlang einer Verschiebe­ linie (z) senkrecht zur Ausbreitungsrichtung (x) des Sende- Strahlungsfeldes (SF) sowie senkrecht zu dessen Abtastrichtung (y) hin- und herbewegt wird.

19. Verfahren nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtfleck (LF) entlang der Längsachse des Lichtwel­ lenleiters (LW1) schneller hin- und herbewegt wird als er in seine Abtastrichtung (y) verfahren wird.

20. Einrichtung nach einem der Ansprüche 17 mit 19, dadurch gekennzeichnet, daß eine Ablenkeinrichtung (z. B. ULS) vorgesehen ist, die den Lichtfleck (LF) des Sende-Strahlungsfeldes (SF) entlang der Längsachse des zu messenden Lichtwellenleiters (LW1) hin- und herbewegt.

21. Einrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß als Ablenkeinrichtung ein schwenkbarer Spiegel (ULS) vor­ gesehen ist.