DE4444569A1 - Elektrooptisches Modul - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein elektrooptisches Modul, insbeson­ dere einen Transceiver, mit mindestens einem Sender, der bei elektrischer Ansteuerung energiereiche Strahlung emittiert, und mit einer Aufnahme, in die ein Verbindungsteil zum Ankop­ peln eines Kopplungselements an den Sender einführbar ist.

Unter einem elektrooptischen Modul sind beispielsweise die aus dem Prospekt "FIBER OPTIC COMPONENTS" der Siemens AG, Ausgabe EC 0291, bekannten Module und insbesondere sogenannte Tran­ sceiver zu verstehen. Die Module haben ein Gehäuse, in dem oder an dem ein oder zwei elektrooptische Bauelemente gehal­ ten sind. Bei einem Transceiver ist eines der Bauelemente ein Sender (z. B. Laserdiode), der bei elektrischer Ansteuerung energiereiche Strahlung emittiert; das andere Bauelement ist ein Empfänger. Mit den optischen Wirkflächen oder Wirkberei­ chen, d. h. dem Austritts- oder Eintrittsbereich des von dem Bauelement gesendeten bzw. zu empfangenden Lichtes, sind Lichtwellenleiterenden optisch koppelbar. Die Lichtwellen­ leiterenden sind dazu im zentralen Axialbohrungen von Kopp­ lungselementen in Form von Lichtwellenleitersteckerstiften aufgenommen. Die Lichtwellenleitersteckerstifte sind in einem Verbindungsteil (Lichtwellenleiterstecker) gelagert, das durch eine Öffnung in eine Aufnahme des Modulgehäuses entlang eines Einführweges zu dem Sender bzw. Empfänger hin einführ­ bar ist.

Eine besondere Gefahr geht von dem Sender aus, wenn dieser energiereiche Strahlung emittiert, solange (noch) kein Ver­ bindungsteil in die Gehäuseöffnung eingeführt und der Wirk­ bereich des Senders daher von außen zugänglich und sichtbar ist. Die Emission energiereicher Strahlung kann in diesem Fall nämlich die Augen, insbesondere die Netzhaut, von Lebe­ wesen dauerhaft schädigen.

Im Hinblick auf diese Problematik sind elektrooptische Module bekannt, deren Sender im ungekoppelten Zustand von einer me­ chanischen Schutzvorrichtung nach außen hin abgedeckt ist. Eine solche aus der US-PS 5,104,242 bekannte Vorrichtung be­ steht aus einer schmalen Blattfeder, die bei gezogenem Licht­ wellenleitersteckerstift in eine Stiftaufnahme hineinragt und den optischen Weg nach außen blockiert. Diese filigrane Kon­ struktion ist nicht nur fertigungstechnisch, sondern auch hinsichtlich ihrer mechanischen Belastbarkeit problematisch. Ein Ermüden und/oder ein Bruch der Blattfeder und der damit einhergehende Verlust der Schutzwirkung kann ungünstigsten­ falls unbemerkt bleiben. Bei einer ähnlichen, mit denselben Sicherheitsbedenken behafteten bekannten (JP-A-57-142607) Vorrichtung taucht eine federbeaufschlagte Schutzkappe bei eingeführtem Steckerstift unter Freigabe des optischen Weges in eine in der Aufnahme ausgebildete Ausnehmung ein.

Aus der EP-A2-0 437 162 ist ein Sicherheitssystem bekannt, bei dem elektronisch durch Überwachung bestimmter Zeitfenster das Eintreffen oder der Verlust erwarteter optischer Signale festgestellt und ggf. die Aussendung weiterer Lichtimpulse unterbunden wird. Das System erfordert eine vergleichsweise aufwendige Initialisierungsprozedur beim Aufbau einer Daten­ verbindung und beidendig der Kommunikationsstrecke entspre­ chend aufwendig ausgestattete Sende/Empfangseinrichtungen.

Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung eines elektrooptischen Moduls, bei dem ein unbeabsichtigter Aus­ tritt energiereicher Strahlung des Senders bei nicht einge­ führtem Verbindungsteil zuverlässig verhindert ist.

Diese Aufgabe wird bei einem elektrooptischen Modul der ein­ gangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein von einem Sendeelement auf ein Empfangselement gerichteter Lichtschrankenstrahl die Aufnahme derart durchdringt, daß der Lichtschrankenstrahl durch das eingeführte Verbindungsteil und/oder Kopplungselement unterbrochen ist, und daß die Ansteuerung des Senders nur bei unterbrochenem Lichtschran­ kenstrahl freigegeben ist.

Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht darin, daß oh­ ne großen schaltungstechnischen Aufwand unter Verwendung ein­ facher handelsüblicher Bauelemente der Austritt vagabundie­ render Strahlung und damit eine Schädigung der Umwelt zuver­ lässig verhindert ist. Als Sendeelement für die Lichtschranke kommt z. B. eine unter der Typenbezeichnung IRL81A der Sie­ mens AG handelsübliche GaAlAs-Infrarot-Sendediode in Frage. Vorzugsweise enthält das Sendeelement eine gehäuseseitig in­ tegrierte Optik. Als Empfangselement eignet sich beispiels­ weise ein unter der Bezeichnung LPT80A der Siemens AG ver­ triebener NPN-Fototransistor. Das Empfangselement weist vor­ teilhafterweise ein Gehäuse mit integrierter halbkugelförmi­ ger Linse auf. Die Lichtschranke arbeitet grundsätzlich in Ruhestellung (ununterbrochener Lichtstrahl), in der eine An­ steuerung des Senders und damit das Austreten vagabundieren­ der Strahlung unterbunden bleibt. Erst wenn das Verbindungs­ teil in die Aufnahme eingeführt und damit ein Austritt vaga­ bundierender Strahlung verhindert ist, gelangt das Modul in einen sendebereiten Zustand, weil aufgrund des von dem Ver­ bindungsteil unterbrochenen Lichtschrankenstrahls die An­ steuerung freigegeben ist.

Im Hinblick auf hohe zulässige Einbautoleranzen und eine möglichst lange freie Lichtschrankenstrahlstrecke sieht eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung vor, daß der Ab­ strahlwinkel des Sendeelements mehr als 20° beträgt.

Um die Sicherheit und Zuverlässigkeit des erfindungsgemäßen Moduls weiter zu erhöhen und um den Austritt vagabundierender Strahlung auch bei einem einzelnen Defekt (single fault) des Sendeelements oder Empfangselements zu gewährleisten, ist nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ein Mo­ nitorempfänger vorgesehen, der von der Einführung des Ver­ bindungsteils unbeeinflußt Streulicht des Sendeelements de­ tektiert. Solange der Monitorempfänger mit Streulicht beauf­ schlagt ist, kann mit hoher Sicherheit von einem funktionie­ renden Sendeelement ausgegangen werden. Ein defektes, trotz Eintreffen von Sendeelementsstrahlung fälschlicherweise kei­ nen Empfang detektierendes Empfangselement führt allenfalls dazu, daß die Ansteuerung des Senders unterbunden ist und sich das Modul somit auf der sicheren Seite befindet.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand einer Zeichnung näher erläutert; es zeigen: die

Fig. 1 und 2 unter Verwendung identischer Bezugszei­ chen für entsprechende Elemente das erfindungsgemäße Modul mit unterschiedlich weit eingeführtem Verbindungsteil

Fig. 3 eine Schaltungsanordnung mit Monitorempfänger und

Fig. 4 eine Logiktabelle.

Das in den Fig. 1 und 2 dargestellte elektrooptische Modul 1 ist ein Transceiver, der eine andeutungsweise gezeigte Emp­ fangsdiode als Empfänger 10 und eine Laserdiode als Sender 12 umfaßt. Der Empfänger 10 ist mit einer elektrischen Auswerte- und Umsetzschaltung verbunden. Der Sender 12 ist gemäß auszugebenden Daten 14 von einer Ansteuerschaltung 16 über Ansteuerleitungen 18, 19 elektrisch ansteuerbar und emittiert bei Ansteuerung energiereiche Strahlung. Empfänger 10 und Sender 12 sind jeweils von einer offenen Hülse 22, 24 um­ geben, in die je ein Kopplungselement in Form eines Lichtwel­ lenleitersteckerstifts 26, 28 mit jeweils in einer zentralen Axialbohrung 29, 30 verlaufendem und stirnseitig abschlie­ ßendem Ende eines Lichtwellenleiters 32, 34 einsteckbar ist. Die Lichtwellenleiterstecker 26, 28 sind rückseitig in einem als sogenannten Duplexstecker ausgeführten, nur schematisch angedeuteten Verbindungsteil 40 axialverschieblich gelagert. Aus dem Verbindungsteil 40 tritt rückwärtig ein Lichtwellen­ leiterkabel 42 aus, in dem sich die Lichtwellenleiter 32, 34 beispielsweise bis zu einem entsprechenden Verbindungsteil fortsetzen. Das Verbindungsteil 40 ist in Pfeilrichtung 42 derart in eine von einem Modulgehäuse 48 gebildete Aufnahme 50 einführbar, daß die Stecker 26, 28 zur Ankopplung an den Empfänger 10 bzw. den Sender 12 in die Hülsen 22, 24 gelangen (Fig. 2).

Eine Lichtschranke 60 enthält ein Sendeelement 62, dessen emittierte Strahlung als Lichtschrankenstrahl 63 auf den Emp­ fangsbereich 64a eines Empfangselements 64 gerichtet ist. Der Lichtschrankenstrahl 63 durchdringt die Aufnahme 50 derart, daß das Verbindungsteil 40 und/oder die Stecker 26, 28 den Lichtschrankenstrahl 63 unterbrechen, wenn das Verbindungs­ teil 40 weit genug eingeführt ist (Fig. 2). Solange das Emp­ fangselement 64 den Lichtschrankenstrahl 63 empfängt, gibt es ausgangsseitig ein Empfangssignal 68 aus, das auf die Ansteu­ erschaltung 16 unterbrechend (durch Schalter 70 angedeutet) einwirkt. Dabei kann z. B. die Energieversorgung des Senders 12 unterbrochen sein, so daß trotz vorhandener Daten 14 und sonst sendebereiter Ansteuerschaltung 16 keine Emission er­ folgt. Der Schalter 70 dient selbstverständlich nur zur sym­ bolischen Darstellung der Wirkung des unterbrochenen Licht­ schrankenstrahls 63; ein Aussenden energiereicher Strahlung durch den Sender 12 kann auch dadurch unterbunden bleiben, daß eine der Ansteuerleitungen 18, 19 unterbrochen ist.

In der in Fig. 2 dargestellten Situation des vollständig eingeführten Verbindungsteils 40 ist der Lichtschrankenstrahl 63 unterbrochen, so daß das Empfangselement 64 von dem Sendeelement nicht mehr lichtbeaufschlagt ist. Demgemäß ist der Schalter 70 geschlossen bzw. in geeigneter Weise für die Ansteuerung des Senders 12 gemäß den Daten 14 - beispielswei­ se durch Anlegen der Versorgungsspannung für die Ansteuer­ schaltung 16 - gesorgt.

Fig. 3 zeigt das im Zusammenhang mit den Fig. 1 und 2 be­ schriebene Sendeelement als Schaltungssymbol. Der Licht­ schrankenstrahl 63 ist durch das nur angedeutete Verbindungs­ teil 40 unterbrechbar. Zusätzlich ist ein Monitorempfänger 80 vorgesehen, der von dem Einführzustand des Verbindungsteils 40 unabhängig und unbeeinflußt Streulicht 82 des Sendeele­ ments 62 detektiert. Das infolge Streulichtdetektion entste­ hende Ausgangssignal A des Monitorempfängers 80 gelangt über eine Leitung 84 zu einem invertierenden Eingang 90 eines UND- Gatters 92. Ein nichtinvertierender Eingang 93 des UND- Gatters 92 ist mit dem Ausgangssignal B (entspricht dem Emp­ fangssignal 68 in Fig. 1, 2) des Empfangselements 64 beauf­ schlagt. Das Ausgangssignal C des UND-Gatters wirkt auf die Ansteuerung des Senders 12 beispielsweise in der im Zusam­ menhang mit dem in den Fig. 1 und 2 symbolisch dargestell­ ten Schalter 70 beschriebenen Weise ein.

Die in Fig. 4 dargestellte Logiktabelle verdeutlicht den zwischen den Signalen A, B und dem Ausgangssignal C des UND- Gliedes 92 bestehenden logischen Zusammenhang. Wenn kein Ver­ bindungsteil 40 in der Aufnahme 50 enthalten ist, empfängt das Empfangselement 64 den Lichtschrankenstrahl 63 und gibt als Signal B ein LOW-Signal (nachfolgend: "L") aus. Das UND- Glied 92 gibt dadurch unabhängig (dargestellt durch "X") von dem Signal A(X) ein den Sender 12 ausschaltendes Signal C ("L") ab. Bei unterbrochenem Lichtschrankenstrahl 63 ist das Signal B ein High-Signal ("H"). In diesem Fall bestimmt das Signal A die Freigabe der Ansteuerung des Senders 12. Wenn nämlich der Monitorempfänger 80 weiterhin Streulicht 82 empfängt, gibt dieser als Signal A "L" aus; dies klas­ sifiziert das Sendeelement 62 als funktionstüchtig. Durch die Invertierung des Signals A vor der UND-Verknüpfung ergibt sich als Ausgangssignal C "H", das die Ansteuerung des Senders freigibt. Ist dagegen das Sendeelement 62 defekt, empfängt der Monitorempfänger 80 kein Streulicht und gibt als Signal A "H" aus. Als logische Konsequenz ist das Aus­ gangssignal C des UND-Gliedes "L", so daß die Ansteuerung des Senders 12 unterbleibt.

Claims (3)

1. Elektrooptisches Modul, insbesondere Transceiver, mit mindestens einem Sender (12), der bei elektrischer Ansteuerung energiereiche Strahlung emittiert, und mit einer Aufnahme (50), in die ein Verbindungsteil (40) zum Ankoppeln eines Kopplungselements (26) an den Sender (12) einführbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß

• - ein von einem Sendeelement (62) auf ein Empfangselement (64) gerichteter Lichtschrankenstrahl (63) die Aufnahme (50) derart durchdringt, daß der Lichtschrankenstrahl (63) durch das eingeführte Verbindungsteil (40) und/oder Kopplungs­ element (52) unterbrochen ist, und
• - daß die Ansteuerung des Senders (12) nur bei unterbrochenem Lichtschrankenstrahl (63) freigegeben ist.

2. Modul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstrahlwinkel des Sendeelements (62) mehr als 20° beträgt.

3. Modul nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen Monitorempfänger (80), der von der Einführung des Verbindungsteils (40) unbeeinflußt Streulicht (82) des Sendeelements (62) detektiert.