DE4402166B4

DE4402166B4 - Endstellenmodul für bidirektionale optische Signalübertragung und Verfahren zu dessen Herstellung

Info

Publication number: DE4402166B4
Application number: DE4402166A
Authority: DE
Inventors: Manfred Rode
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 1993-05-04
Filing date: 1994-01-26
Publication date: 2005-04-21
Anticipated expiration: 2014-01-27
Also published as: DE4402166A1

Abstract

Endstellenmodul für bidirektionale optische Signalübertragung über Lichtwellenleiter mit folgenden Merkmalen
– ein Lichtwellenleiter (LWL), eine erste und eine zweite Elementaufnahme für ein optoelektronisches Sendeelement (LED) und ein optoelektronisches Empfangselement (PD) sind in einem Trägergehäuse (G) zusammengefaßt
– die erste Elementaufnahme (A2) ist an der Endfläche des Lichtwellenleiters und die zweite (A3) seitlich des Lichtwellenleiters angeordnet
– der Lichtwellenleiter weist eine teilweise in den lichtführenden Bereich ragende Ausnehmung (K) auf, die mit einer Gehäuseausnehmung (KG) in dem Gehäuse fluchtend ausgeführt ist,
– an einer gegen die Längsrichtung des Lichtwellenleiters geneigten Fläche der Ausnehmung (K) ist eine reflektierende Fläche als Lichtumlenkfläche zwischen der Längsrichtung des Lichtwellenleiters und dem zweiten Element angeordnet.

Description

Die Erfindung betrifft ein Endstellenmodul für bidirektionale optische Signalübertragung und ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Endstellenmoduls.
Ein wesentlicher Vorteil der optischen Signalübertragung ist die Unempfindlichkeit gegenüber elektromagnetischen Störungen. Diese Übertragungsart gewinnt daher zunehmend an Bedeutung für den Einsatz in Kraftfahrzeugen, bei denen zum einen der Anteil der Elektronik schnell wächst und zum anderen starke elektromagnetische Störungen auftreten. Aus Gründen der Einsparung von Signalleitungen wird bidirektionale Signalübertragung bevorzugt.
An den Endstellen des optischen Netzes sind dann jeweils optoelektronische Sende- und Empfangselemente sowie Vorrichtungen zur optischen Kopplung dieser Elemente an einen Lichtwellenleiter vorzusehen.

Für Endstellenmodule mit Sende- und Empfangselement sind insbesondere Anordnungen bekannt, welche teildurchlässige Spiegelflächen ( DE 33 15 861 A1 ), Prismenanordnungen ( EP 0 178 203 A1 ) oder wellenlängen- oder modenselektive Verzweiger ( DE 39 25 128 A1 ) aufweisen. Ein aus IBM-Technical Disclosure Bulletin, Vol. 22, 16.12, Mai 1980, S. 5288-5290, bekannter Aufbau eines Elements umfaßt ein kombiniertes optisches Element zwischen Lichtwellenleiterende und Sende- bzw. Empfangselement, das je zur Hälfte als schräge Spiegelfläche und als Sammellinse ausgeführt ist.

Zur Lichtauskopplung aus einem durchgehenden Licht-Wellenleiter ist es bekannt, einen Teil des Wellenleiterquerschnitts als reflektierende schräg zur Lichtausbreitungsrichtung verlaufende Spiegelfläche auszubilden und Licht senkrecht zur Wellenleiterlängsachse auszukoppeln. Hierzu kann ein Einschnitt oder eine Einkerbung in den Wellenleiter vorgesehen sein (WO 90/02349).

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein kostengünstig herstellbares und einfach handzuhabendes Modul für Endstellen eines derartigen bidirektionalen optischen Signalübertragungssystems sowie ein kostengünstiges Herstellungsverfahren hierfür anzugeben.

Ein erfindungsgemäßen Endstellenmodul ist im Patentanspruch 1, ein Verfahren zu dessen Herstellung im Pa tentanspruch 5 beschrieben. Die Unteransprüche enthalten vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen.

Als Lichtwellenleiter kommen insbesondere Kunststoff-Lichtwellenleiter in Betracht, die wegen besserer Handhabbarkeit für kurze Übertragungsstrecken wie z.B. im Kraftfahrzeug gegenüber Glasfasern bevorzugt werden.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Abbildungen noch eingehend veranschaulicht. Dabei zeigt
1 ein vollständiges Modul
2 eine Ausführung mit Mikroprisma.
Ein Trägergehäuse G enthält, z.B. in einer ersten Wellenleiteraufnahme A1, die beispielsweise als kreisrunde Bohrung ausgeführt ist, einen Kunststoff-Lichtwellenleiter LWL. In der linken Hälfte der 1 ist der Lichtwellenleiter freiliegend im aufgeschnittenen Gehäuse gezeichnet. In einer ersten Elementaufnahme A2, z.B. ebenfalls einer Bohrung, ist eine Leuchtdiode LED als optoelektronisches Sendeelement an der Endfläche ST des Lichtwellenleiters eingesetzt. Die Bohrungen A1 und A2 können leicht mit ausreichender Genauigkeit koaxial ausgeführt werden, um ohne weitere Justierarbeiten eine zuverlässige Übereinstimmung der Lichtaustrittsfläche der Leuchtdiode mit dem lichtführenden inneren Bereich LF des Lichtwellenleiters zu gewährleisten. Andere mechanische Herstellungsweisen, die zum selben Ziel führen, sind an sich bekannt und daher hier nicht weiter ausgeführt. Der Lichtwellenleiter ist in der Bohrung des Trägergehäuses befestigt, vorzugsweise eingeklebt. Eine alternative vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, das Gehäuse als Kunststoff-Formteil herzustellen um den Lichtwellenleiter bereits beim Formen des Gehäuses einzubetten. Hierbei können auch bereits die Elementaufnahmen A2 und A3 vorgeformt werden.
Eine reflektierende Fläche SP ragt in den lichtführenden Bereich LF des Lichtwellenleiters hinein und durchschneidet diesen teilweise, vorzugsweise etwa zur Hälfte. Die reflektierende Fläche lenkt einen Teil des im Lichtwellenleiter ankommenden Lichts quer zur Längsrichtung des Lichtwellenleiters um, auf eine in einer dritten Aufnahme A3 des Gehäuses seitlich des Lichtwellenleiters angeordnete Photodiode PD als optoelektronisches Empfangselement.
Zur Erzeugung der reflektierenden Fläche SP wird vorteilhafterweise der Lichtwellenleiter mit einer keilförmigen Ausnehmung KL versehen, die z.B. durch Schneiden, Schleifen, Prägen oder vorzugsweise Fräsen herstellbar ist und die mit einer Gehäuseausnehmung KG fluchtend ausgeführt ist. KL und KG erscheinen als eine einheitliche Ausnehmung K und werden nachfolgend als solche behandelt. Vorzugsweise ist die erste Fläche der keilförmigen Ausnehmung annähernd senkrecht zur Längsachse des Lichtwellenleiters und die zweite Fläche unter einem Keilwinkel ≈45° dazu ausgerichtet. Die reflektierende Fläche SP kann beispielsweise durch eine auf die zweite Fläche aufgedampfte Metallschicht oder durch ein an diese Fläche angelegtes dünnes metallbedampftes Glasplättchen oder eine Metallfolie ausgebildet sein. Bei einer Ausführung nach 2 mit einem in die Ausnehmung eingesetzten Mikroprisma P aus Glas oder Kunststoff ist die reflektierende Fläche SP vorzugsweise auf der entsprechenden Fläche des Mikroprismas realisiert. Für Photodioden mit sehr kleiner Empfängerfläche kann das Mikroprisma auf der der Photodiode zugewandten Seite als Sammellinse ausgebildet sein.
Die Ausnehmung K ist vorzugsweise mit festem oder flüssigem transparentem Material ausgefüllt, das eine Verschmutzung der Auskoppelstelle verhindert und einer unerwünschten Divergenz des ausgekoppelten Lichts entgegenwirkt.
Hierfür kann vorteilhafterweise eine transparente UV-härtbare Vergußmaße dienen.
Vorzugsweise sind die optoelektronischen Wandlerelemente LED und PD fest in dem Gehäuse befestigt und deren elektrische Anschlüsse in einer einzigen mehrpoligen elektrischen Steckvorrichtung zusammengefaßt, so daß der Einbau oder Austausch des Moduls einfach und sicher erfolgen kann. Der Lichtwellenleiter ist an das optische Leiternetz vorteilhafterweise über einfach handzuhabende Verbindungen wie eine optische Steckkupplung oder auch nur eine Schrumpfschlauchverbindung anschließbar.
Die Positionen von Sendeelement und Empfangselement können vertauscht sein, ohne das Wesen der Erfindung zu beeinträchtigen.
Zur Herstellung des skizzierten Endstellenmoduls wird erfindungsgemäß der Lichtwellenleiter in dem Gehäuse befestigt, vorzugsweise durch Einkleben in die Wellenleiteraufnahme A1 oder durch Formen des Gehäuses aus Kunststoff um einen Lichtwellenleiter. In diese Gehäuse-Lichtwellen leiter-Kombination wird in einem Arbeitsgang eine senkrecht zur Längsrichtung des Lichtwellenleiters, im skizzierten Beispiel senkrecht zur Bildebene, verlaufende zylindrische vorzugsweise im Querschnitt keilförmige Ausnehmung U eingebracht, die durch das Gehäuse und einen Teil, vorzugsweise die Hälfte des lichtführenden Bereichs LF des Lichtwellenleiters LWL reicht. Die Erzeugung der Ausnehmung erfolgt beispielsweise durch Prägen, Schneiden, Schleifen oder vorzugsweise durch Fräsen mit senkrecht zur Zeichenebene linear geführtem Werkzeug. Hierdurch kann mit guter Präzision eine Koppelstelle mit einer lichtumlenkenden Spiegelfläche SP erzeugt werden, wobei durch die einfache Handhabung des Gehäuses mit dem fest verbundenen Lichtwellenleiter Beschädigungen weitgehend vermieden werden können und eine Nachjustierung entfällt. Die Aufnahme A3 für das Element PD kann im selben Arbeitsgang durch ein entsprechend geformtes Werkzeug erzeugt werden, wodurch eine hohe Präzision hinsichtlich der gegenseitigen Justierung von Element PD und Lichtumlenkfläche SP erzielt wird.
Die vorbeschriebene Herstellungsweise ist insbesondere auch vorteilhaft für die gleichzeitige Bearbeitung mehrerer Gehäuse, die in Richtung der vorgesehenen zylindrischen Ausnehmung hintereinander angeordnet und in einem Arbeitsgang gemeinsam bearbeitet werden, oder zur Herstellung eines linearen Modularrays mit im vorstehenden Sinne hintereinander angeordneten fest verbundenen Teilmodulen in einem gemeinsamen Gehäuse.

Claims

Endstellenmodul für bidirektionale optische Signalübertragung über Lichtwellenleiter mit folgenden Merkmalen – ein Lichtwellenleiter (LWL), eine erste und eine zweite Elementaufnahme für ein optoelektronisches Sendeelement (LED) und ein optoelektronisches Empfangselement (PD) sind in einem Trägergehäuse (G) zusammengefaßt – die erste Elementaufnahme (A2) ist an der Endfläche des Lichtwellenleiters und die zweite (A3) seitlich des Lichtwellenleiters angeordnet – der Lichtwellenleiter weist eine teilweise in den lichtführenden Bereich ragende Ausnehmung (K) auf, die mit einer Gehäuseausnehmung (KG) in dem Gehäuse fluchtend ausgeführt ist, – an einer gegen die Längsrichtung des Lichtwellenleiters geneigten Fläche der Ausnehmung (K) ist eine reflektierende Fläche als Lichtumlenkfläche zwischen der Längsrichtung des Lichtwellenleiters und dem zweiten Element angeordnet.
Modul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmung mit transparentem Material ausgefüllt ist.
Modul nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in die Ausnehmung (K) ein Mikroprisma eingesetzt ist.
Modul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Sendeelement und ein Empfangselement in die erste und zweite Elementaufnahme fest eingebaut sind und ein für beide Elemente gemeinsame elektrische Anschlußvorrichtung vorhanden ist.
Verfahren zur Herstellung eines Endstellenmoduls nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Lichtwellenleiter in einem Gehäuse befestigt wird und danach eine senkrecht zur Längsrichtung des Lichtwellenleiters verlaufende zylindrische Ausnehmung, die teilweise in den lichtführenden Bereich des Lichtwellenleiters hineinreicht, in Gehäuse und Lichtwellenleiter gleichzeitig eingebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtwellenleiter in eine Wellenleiter-Aufnahme des Gehäuses eingeklebt wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse aus Kunststoff um einen Lichtwellenleiter geformt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmung materialabtragend durch Fräsen in Richtung senkrecht zur Längsrichtung des Lichtwellenleiters eingebracht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Gehäuse mit Lichtwellenleitern hintereinander angeordnet und in einem Arbeitsgang die Ausnehmungen für alle Module eingebracht werden.