DE4437976C2 - Kupplungsvorrichtung für Lichtwellenleiter - Google Patents
Kupplungsvorrichtung für LichtwellenleiterInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Kupplungsvorrichtung
für Lichtwellenleiter an eine optische Einrichtung,
insbesondere für die Laserapplikation, wobei der
Lichtwellenleiter in einem mit einem Gegenkupplungsteil der
optischen Einrichtung verbindbaren Faserstecker gehaltert
und an seinem in das Gegenkupplungsteil einzuführenden Ende
abisoliert ist, und mit einer Zentriereinheit für den
Lichtwellenleiter.
Bei der Einkopplung von Laserstrahlen in Lichtwellenleiter
- entsprechendes gilt für die Verbindung zweier Lichtwel
lenleiter - ist es wichtig, die optische Achse von Licht
wellenleiter und Laserstrahl fluchtend in Deckung zu brin
gen. Abweichungen von Mittenlagen führen zu Leistungsverlu
sten und bei höheren Laserleistungen ggf. sogar zur Zer
störung des Lichtwellenleiters. Bei den bekannten Kupplun
gen und Steckverbindungen für Lichtwellenleiter wird die
Abweichung der Ausrichtung des Lichtwellenleiters zur vor
gegebenen optischen Achse des Laserstrahls oder eines ande
ren Lichtwellenleiters durch eine Vielzahl mechanischer To
leranzen an den Steckverbindern beeinflußt, wie z. B. der
Innendurchmesser der Kupplungshülse, Außendurchmesser Stec
ker, Innendurchmesser und Konizität der Steckerbohrung, Au
ßendurchmesser und Konzentrizität der Lichtwellenleiter
u. dgl. Die geringen zulässigen mechanischen Toleranzen für
Lichtwellenleiterstecker sind wesentliche Faktoren für die
Herstellungsmethoden und die relativ hohen Preise der bis
herigen Kupplungsvorrichtungen.
In der DE 42 01 769 C1 ist eine gattungsgemäße
Kupplungsvorrichtung beschrieben. Bei dieser ist die
Zentriereinheit mit der Zentrierhülse am Faserstecker
selbst ausgebildet. Wird nun dieser Faserstecker in die
optische Einrichtung eingeführt und "zentriert", so läßt
sich hierbei nur eine extrem schlechte Zentrierung infolge
der verschiedenen gegebenen Toleranzen erreichen. Diese
Toleranzen können zwischen dem Außendurchmesser des
Steckerstifts und der Steckerbuchse, dem Innendurchmesser
und dem Außendurchmesser des Steckerstifts, zwischen dem
Steckerstift und dem gezeigten Stützkörper zwischen der
Bohrung im Stützkörper und der durchlaufenden Faser sowie
aus Konzentrizitätstoleranzen der Bohrung im Stützkörper
zusammensetzen. Die Toleranzen addieren sich in einem Maß,
das eine exakte Justierung nicht mehr zuläßt, was dazu
führt, daß nur eine mangelhafte Einkupplung erreicht wird,
wobei es im Extremfall sogar passieren kann, daß der
Laserfleck neben der Faser fokussiert ist.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Kupp
lungsvorrichtung für Lichtwellenleiter, insbesondere zum
Ankuppeln an Lasersysteme, so auszubilden, daß sie mit ge
ringem Kostenaufwand und trotzdem sehr hoher Kopplungsgüte
hergestellt werden kann, so daß sie, vorwiegend im medizi
nischen Bereich, als Wegwerfstecker geeignet ist, wie dies
beispielsweise für Körpersonden unabdingbar ist, da diese
nach einmaligem Gebrauch nicht wiederverwendet werden dür
fen.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen,
daß die Zentriereinheit im Gegenkupplungsteil angeordnet
ist und eine bezüglich der optischen Achse der
anschließenden optischen Einrichtung fluchtend justiert
ausgerichtete und fest mit dem Gegenkupplungsteil
verbundene Zentrierhülse umfaßt, in die beim Einstecken des
Fasersteckers in das Gegenkupplungsteil die Faser
eingeführt und zentriert wird.
Die Erfindung geht dabei davon aus, daß es ja lediglich des
Wegwerfens des Steckers mit dem anschließenden Lichtwellen
leiter bedarf, während hinsichtlich des Gegenkupplungs
teils, der die Verbindung entweder zu einem weiteren nicht
wegzuwerfenden Lichtleiter oder aber zum Lasersystem eines
medizinischen Geräts herstellt, keine Rolle spielt, daß man
hier mit hohem Aufwand eine optisch genaue Ausrichtung auf
die Zentriereinheit durchführt. Die mechanischen Toleranzen
sind auf die der Lichtwellenleiterbohrung in der Einsteck
hülse und den Durchmesser sowie die Konzentrizität der Fa
ser reduziert. Sämtliche andere Toleranzen, wie sie weiter
oben genannt worden sind, spielen für die optische Ausrich
tung überhaupt keine Rolle, d. h. die Toleranzen, mit denen
der Stecker im Kupplungsteil gehaltert ist, addieren sich
in keiner Weise zu den mit einfachem Aufwand geringzuhal
tenden Toleranzen, die zwischen dem Durchmesser der Licht
wellenleiterbohrung der Zentrierhülse und dem Durchmesser
sowie der Konzentrizität der Lichtwellenleiter-Faser beste
hen. Diese einzige bestehende und sich als Ausrichtungsfeh
ler bemerkbar machende Toleranz läßt sich im übrigen in
Weiterbildung der Erfindung auch noch dadurch reduzieren,
daß die Zentrierhülse im Durchmesser federnd ausgebildet
ist, indem sie beispielsweise geschlitzt oder aus in sich
federndem Material besteht. Dadurch läßt sich die genannte
Toleranz praktisch noch zu Null reduzieren. Der Ausgleich
zwischen den Toleranzen zwischen dem Faserstecker und dem
Gegenkupplungsteil, auf die bei der erfindungsgemäßen Kon
struktion überhaupt nicht besonders geachtet zu werden
braucht, ergibt sich durch die elastische Verbiegbarkeit
der über den Stecker vorne überstehenden Faser des Licht
wellenleiters, wobei zur Einführung dieser Faser in die
Zentrierhülse diese bevorzugt mit einem Einführkonus verse
hen ist. Das in das Gegenkupplungsteil einzuführende Ende
des Lichtwellenleiters kann dabei bis auf die optische
Faserhülse abisoliert sein.
Die erfindungsgemäße Kupplungsvorrichtung kann ersichtlich
auch zur Verbindung zweier Lichtwellenleiter dienen, wobei
in diesem Fall ein Gegenkupplungsteil mit zwei einander
fluchtend gegenüberliegenden Steckeraufnahmen und einer zur
Aufnahme deren beider Lichtwellenleiter-Fasern dienenden
Zentriereinheit versehen ist.
Die Faserstecker können mittels Schnellsteckverbindungen am
Gegenkupplungsteil befestigbar sein, wobei sich hierfür
alle möglichen Schnellsteckverbindungen eignen, die auch
für elektrische Steckverbindungen bereits entwickelt worden
sind, beispielsweise Steckverbindungen mit einem Kugelrie
gel und einer äußeren federbelasteten Überwurfmutter, wie
sie beispielsweise beim Schnellspannen von Bohrern häufig
eingesetzt werden.
Der Lichtwellenleiter kann durch Aufkrimpen, Spannen, Kle
ben oder Spritzgießen auf der elastischen Faserhülle des
Lichtwellenleiters mit dem Faserstecker unter geringen
Präzisionsanforderungen verbunden werden, wodurch die
Kosten zur Herstellung solcher Lichtwellenleiter mit
Faserstecker als Wegwerfartikel sehr kleingehalten werden
können.
Dabei liegt es selbstverständlich noch im Rahmen der Erfin
dung, die auf der Vorderseite des Fasersteckers herausra
gende Faser in erforderlicher Länge durch optische Bearbei
tung oder Brechen mit der notwendigen Lichteintrittsfläche
zu versehen.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung
ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einiger
Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung. Dabei zei
gen:
Fig. 1 einen vergrößerten Schnitt durch eine Kupplungsvor
richtung zur Verbindung eines Fasersteckers mit der
Ausgangsbuchse eines Lasergeräts in der verriegel
ten Stellung,
Fig. 2 einen der Fig. 1 entsprechenden Schnitt durch die
Kupplungsvorrichtung in der entriegelten Stellung,
Fig. 3 einen Schnitt durch eine Kupplungsvorrichtung zur
Verbindung zweier Lichtwellenleiter mit erfindungs
gemäß ausgebildeten Fasersteckern, und
Fig. 4 eine Seitenansicht der Kupplungsvorrichtung nach
Fig. 3 in Originalgröße.
Die Fig. 1 und 2 zeigen einen Faserstecker 1, der auf
der elastischen Faserhülse 2 eines Lichtwellenleiters 3
durch Aufkrimpen, Spannen, Kleben oder Spritzgießen
befestigt ist, wobei das vordere Ende 4 des
Lichtwellenleiters, welches bis auf die optische Faserhülle
der Lichtleiterfaser 5 abisoliert ist, frei nach vorne
übersteht. Der Faserstecker 1 dient zum Einstecken in ein
Gegenkupplungsteil 6, welches beim Ausführungsbeispiel nach
den Fig. 1 und 2 die Ausgangsbuchse eines Lasergeräts
darstellt, wobei die optische Achse 7 des Laserstrahls
exakt bezüglich einer Zentriereinheit 8 mit einer
Zentrierhülse 9 ausgerichtet ist. Beim Zusammenstecken des
Fasersteckers 1 mit dem Gegenkupplungsteil 6 wird die
abisolierte Faser 5 des Lichtwellenleiters 3 durch den
Einführkonus 10 der Zentrierhülse in diese eingebracht,
wobei die Ausrichtung der Lichtwellenleiter-Faser 5
bezüglich der optischen Achse 7 lediglich durch die einzige
Toleranz zwischen dem Außendurchmesser und der Konzen
trizität der Faser 5 und dem Innendurchmesser der Zentrier
hülse 9 beeinflußt ist. Diese äußerst geringzuhaltende To
leranz läßt sich dabei noch weiter dadurch reduzieren, daß
man, was bereits eingangs im einzelnen beschrieben worden
ist, die Zentrierhülse 9 im Durchmesser federnd ausführt.
Dadurch ergibt sich eine optische Ausrichtung der Lichtwel
lenleiter-Faser 5 bezüglich der optischen Achse 7 des La
sergerätes, die völlig unabhängig von den sonstigen mecha
nischen Toleranzen des Steckerteils und insbesondere der
Toleranz der Verbindung dieses Fasersteckers 1 mit dem Ge
genkupplungsteil 6 ist. Dies bedeutet, daß die Ausbildung
des Fasersteckers 1 selbst und seine Verbindung mit dem
Lichtwellenleiter 3 einfach und ohne große Genauigkeit, und
damit auch für einen Wegwerfartikel geeignet, erfolgen
kann.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Faserstecker 1
am vorderen Ende als eine die freiliegende abisolierte Fa
ser 5 umgebende Hülse 11 ausgebildet, die als Einsteckan
schlag an der Zentriereinheit 8 dient. Die lösbare Verrie
gelung des Fasersteckers 1 am Gegenkupplungsteil 6 erfolgt
durch eine Verriegelungskugel 12, die von einer Überwurf
hülse 13, die unter der Wirkung einer Druckfeder 14 steht,
in eine Ringnut 15 gedrückt wird, wo sie in der in Fig. 1
gezeigten Verriegelungsstellung an der Schrägfläche 16 an
liegt. Durch Verschieben der Überwurfhülse 13 nach rechts
entgegen der Wirkung der Druckfeder 14 gelangt die Verrie
gelungskugel 12 in die Ausdrehung 17 der Überwurfhülse und
gibt damit den Faserstecker frei, so daß er aus dem Gegen
kupplungsteil 6 herausgezogen werden kann.
Die Fig. 3 und 4 zeigen eine Kupplungsvorrichtung zum
Verbinden zweier Lichtwellenleiter, die als einfache Weg
werfartikel ausgebildet sein können. Dabei ist der Aufbau
grundsätzlich der gleiche wie in Fig. 1, wobei aber die
Zentriereinheit 8′ mittig zwischen zwei zueinander
fluchtenden Steckeraufnahmen zur Aufnahme der beiden Faser
stecker 1′ und 1′′ liegt.
Die erfindungsgemäße Ausbildung hat somit ersichtlich den
ganz entscheidenden Vorteil gegenüber allen bisherigen
Kupplungsvorrichtungen, daß die mechanischen Komponenten
des Steckers nur als Befestigungs- und Handlingselemente
dienen, ohne für die Genauigkeit der optischen Kopplung
verantwortlich zu sein.
Claims (8)
1. Kupplungsvorrichtung für Lichtwellenleiter an eine optische Einrichtung,
insbesondere für die Laserapplikation, wobei der Lichtwellenleiter in einem
mit einem Gegenkupplungsteil der optischen Einrichtung verbindbaren Fa
serstecker gehaltert und an seinem in das Gegenkupplungsteil einzufüh
renden Ende abisoliert ist, und mit einer Zentriereinheit für den Lichtwellen
leiter, dadurch gekennzeichnet, daß die Zentriereinheit (8) im Gegenkupp
lungsteil (6) angeordnet ist und eine bezüglich der optischen Achse (7) der
anschließenden optischen Einrichtung fluchtend justiert ausgerichtete und
fest mit dem Gegenkupplungsteil (6) verbundene Zentrierhülse (9) umfaßt,
in die beim Einstecken des Fasersteckers (1) in das Gegenkupplungsteil (6)
die Faser (2) eingeführt und zentriert wird.
2. Kupplungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Zentrierhülse (9, 9′) mit einem Einführkonus (10) versehen ist.
3. Kupplungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die Zentrierhülse (9, 9′) im Durchmesser federnd ausgebildet ist.
4. Kupplungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Faserstecker (1, 1′, 1′′) mittels Schnellsteckverbindungen
am Gegenkupplungsteil (6, 6′) befestigbar sind.
5. Kupplungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Faserstecker (1, 1′) am vorderen Ende die abisolierte
Lichtwellenleiter-Faser (5, 5′, 5′′) in Abstand als Einsteckbegrenzungshülse
(11) umgibt.
6. Kupplungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Lichtwellenleiter (3) in den Faserstecker (1) eingeklebt
oder, vorzugsweise durch Aufkrimpen, eingeklemmt ist.
7. Kupplungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Faserstecker (1, 1′, 1′′) auf der elastischen Faserhülle (2)
des Lichtwellenleiters (3) aufgespritzt ist.
8. Kupplungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß der Lichtwellenleiter (3) an seinem in das Gegenkupp
lungsteil (6) einzuführenden Ende bis auf die optische Faserhülse abisoliert
ist.
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