DE4446328C2

DE4446328C2 - Sende-/Empfangsmodul zur optischen Kommunikation

Info

Publication number: DE4446328C2
Application number: DE4446328A
Authority: DE
Inventors: Naotaro Nakata; Haruo Tanaka; Naofumi Aoki; Kenji Okada
Original assignee: Rohm Co Ltd; Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Rohm Co Ltd; Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1993-12-27
Filing date: 1994-12-23
Publication date: 1999-02-11
Anticipated expiration: 2014-12-24
Also published as: GB2285320B; GB9425992D0; CA2139032C; US5528407A; GB2285320A; CA2139032A1; DE4446328A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Sende-/Empfangsmodul zur op tischen Kommunikation gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, insbesondere auf ein Sende-/Empfangsmodul zur optischen Kom munikation, bei dem eine Kopplung einer Stablinse an eine Licht leitfaser verbessert ist. Ein derartiges Sende-/Empfangsmodul zur optischen Kommunikation ist beispielsweise bei Fernsprechsy stemen verwendbar, die Lichtleitfasern, Abtastköpfe und derglei chen einsetzen.

Optische Kommunikation mit Lichtleitfasern kam vor kurzem schnell in breite Verwendung und hat begonnen, in persönliche Verwendung wie Telefon und Faksimile und Massenmedien wie Fern sehinformation gebracht zu werden. Zusätzlich kam auch in Unter nehmen ein optisches LAN (lokales Netzwerk)-System so in Verwen dung, daß Anschlußausrüstungen in jeweiligen Fabriken, jeweili gen Abteilungen und dergleichen untergebracht sind und die Aus rüstungen durch optische Fasern verbunden sind, so daß Informa tion in Echtzeit ausgetauscht werden kann. In einem solchen Fall war es für die ausgedehntere Verwendung ein Problem, ein Sen deempfangs-Modul zu realisieren, das aus einem Faserkoppler und dergleichen zum Koppeln einer Lichtleitfaser mit einem Licht emittierenden Element und einem Licht empfangenden Element einer in jedem Heim oder dergleichen installierten Anschlußausrüstung zusammengesetzt ist, wobei das Modul eine hohe Koppeleffizienz hat und in den Kosten reduziert ist.

Als herkömmliche optische Koppelschaltung wurde ein als An schlußfaser-Typ bezeichnetes System, wie in Fig. 9 gezeigt, oder ein System, um eine Linse und einen Mantel aus Zirkonerde in körperlichen Kontakt zu bringen, wie in Fig. 10 gezeigt, be trachtet.

Bei einem Sendeempfangs-Modul vom Anschlußfaser-Typ sind, wie in Fig. 9 gezeigt, ein Lichtemissionselement 1021, ein Lichtemp fangselement 1022 und eine koppelnde Lichtleitfaser 1023 an ei nem Gehäuse 1025 derart angebracht, daß das Lichtemissionsele ment 1021 und das Lichtempfangselement 1022 mit dem oberen Ende der koppelnden Lichtleitfaser 1023 jeweils über einen halbdurch lässigen Spiegel 1024 gekoppelt sind. Diese am Gehäuse 1025 an gebrachte koppelnde Lichtleitfaser 1023 bildet eine Schleife 1026, um zu verhindern, daß die koppelnde Lichtleitfaser 1023 durch Biegen gebrochen wird. Die koppelnde Lichtleitfaser 1023 ist mit einer externen optischen Faserleitung zur Übertragung durch ein Zwischenstück 1027 gekoppelt.

Andererseits sind in einem Sendeempfangs-Modul des Systems, das eine Linse und einen Mantel in körperlichen Kontakt bringt, wie in Fig. 10 gezeigt ist, ein Lichtemissionselement 1021 und ein Lichtempfangselement 1022 derart an einem Gehäuse 1025 ange bracht, daß das Lichtemissionselement 1021 und das Lichtemp fangselement 1022 über einen halbdurchlässigen Spiegel 1024 op tisch mit einer Linse 1028 gekoppelt sind. Ein aus Zirkonerde bestehender Mantel 1029 ist auch mit dem oberen Ende der Linse 1028 in körperlichen Kontakt gebracht. Dementsprechend kann, wenn das obere Ende einer Lichtleitfaser 1030 von außen in den Mantel 1029 eingeführt wird, die Lichtleitfaser angekoppelt wer den. Um körperlichen Kontakt zu erhalten, sind die Anlageober flächen der Linse 1028 und des Zirkonerde-Mantels 1029 jeweils zu konvexen sphärischen Oberflächen geschliffen.

Bei dem vorstehend erwähnten Anschlußfaser-Typ neigt die kop pelnde Lichtleitfaser 1023 zwischen dem Zwischenstück 1027 und dem Gehäuse 1025 dazu, gebrochen zu werden, wenn die koppelnde Lichtleitfaser 1023 in eine S-Form gebogen wird. Es ist daher notwendig, die koppelnde Lichtleitfaser 1023 als Schleife 1026 anzuordnen, um das Gehäuse 1025 und das Zwischenstück 1027 zu koppeln. Dementsprechend ist es dort ein Problem, daß ein Raum für die Schleife erforderlich ist, so daß das Modul groß gemacht wird.

Ferner ist dort ein Problem, daß die Anzahl der Teile wie die koppelnde Lichtleitfaser, das Zwischenstück uns so weiter so groß wird, daß die Kosten steigen.

Demgegenüber kann bei einem Modul, bei dem eine Linse und ein Zirkonerde-Mantel in körperlichen Kontakt gebracht werden, das Modul klein in der Größe und in der Anzahl der Teile gemacht werden. Ein handelsüblicher Mantel hat jedoch eine geschliffene Oberfläche mit einem Kurvenradius R, dessen Mittelpunkt abwei chend ist. Wenn die Mittelpunktsabweichung auf der geschliffenen Oberfläche ungefähr 50 µm beträgt, bildet sich ein Spalt zwi schen der Linse und dem Kern einer Lichtleitfaser, so daß Si gnallicht an der Endoberfläche der Lichtleitfaser reflektiert wird. Dementsprechend ist dort ein Problem, daß die Koppeleffi zienz verschlechtert ist und das reflektierte Licht als zurück kehrendes Licht wirkt und einem Halbleiterlaser Rauschen hinzu fügt.

Zusätzlich bewirkt eine Veränderung der Umgebungstemperatur ein Ausdehnen und Zusammenziehen der Linse und des Mantels, so daß sich der Spalt verändert. Es ist dort deshalb auch ein Problem, daß die Temperatureigenschaften des Sendeempfangs-Moduls ver schlechtert sind.

Ein gattungsgemäßes Sende-/Empfangsmodul zur optischen Kommuni kation ist aus der US 41 02 559 bekannt. Dieses herkömmliche Sende-/Empfangsmodul zur optischen Kommunikation weist eine Stablinse auf, die so angeordnet ist, daß der Bildpunkt der Lichtquelle in einer ihrer Endflächen und damit in der Ein trittsfläche der Lichtleitfaser liegt.

Ein Sendemodul ist aus der US 48 75 752 bekannt, das eine Stablinse verwendet. Die Druckschrift offenbart einen Aufbau von Bauteilen, die optische Elemente halten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes Sende-/Empfangsmodul zur optischen Kommunikation gemäß dem Ober begriff des Patentanspruchs 1 so weiterzubilden, daß eine opti sche Koppelung der Stablinse und der Lichtleitfaser möglichst wirkungsvoll durchführbar ist, selbst wenn der Mittelpunkt eines konvexen Endes eines Mantels der Lichtleitfaser um ein gewisses Maß gegenüber der Stablinse verschoben ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Pa tentanspruchs 1 gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Patentan sprüchen definiert.

Ein Sendeempfangs-Modul zur optischen Kommunikation gemäß der Erfindung umfaßt ein Lichtemissionselement, ein Lichtempfangse lement und eine Stablinse. Licht vom Lichtemissionselement wird auf eine Stirnfläche der Stablinse konzentriert. Ein Mantel ei ner Lichtleitfaser wird mit der oberen Stirnfläche der Stablinse in körperlichen Kontakt gebracht, um das Lichtemissionselement und das Lichtempfangselement mit der Lichtleitfaser zu koppeln. Die Stablinse wird durch eine Halterung gehalten, welche mittels eines Federelements durch eine Deckelelektrode an einem Gehäuse gehalten wird, und der Außendurchmesser der Stablinse ist derart ausgebildet, daß er im wesentlichen gleich dem Außendurchmesser des Mantels ist. Im Gehäuse ist ein Öffnungsabschnitt vorgese hen, so daß das obere Ende des Mantels der Lichtleitfaser ver schiebbar in das eine Ende einer Hülse eingepaßt werden kann, dessen anderes Ende verschiebbar auf den Außenumfang der Stablinse aufgepaßt wird.

Vorzugsweise werden das Lichtemissionselement und das Lichtemp fangselement durch die Halterung so gehalten, daß die Beziehung zwischen dem Lichtemissionselement, dem Lichtempfangselement und der Stablinse stets fixiert gehalten wird.

Vorzugsweise ist ein Teil der Oberfläche des Lichtempfangsele mentes als reflektierende Oberfläche ausgebildet, so daß ein vom Lichtemissionselement emittierter Lichtstrahl darauf reflektiert wird, um auf der oberen Endoberfläche der Stablinse konzentriert zu werden, und gleichzeitig wird Detektionslicht von der opti schen Faser durch den anderen Abschnitt der Oberfläche des Lichtempfangselementes empfangen.

Die Stablinse ist vorzugsweise aus Glasmaterial mit einem Bre chungsindex von nicht größer als 1,49 gebildet.

Die Hülse ist vorzugsweise eine aus Phosphorbronze hergestellte Federhülse.

Die Elektrodenanschlüsse des Lichtemissionselementes und des Lichtempfangselementes sind vorzugsweise durch die Deckelelek trode zur Gehäuseseite herausgeführt.

Eine mit dem Lichtempfangselement montierte Baueinheit und die Halterung sind vorzugsweise luftdicht verschweißt, und die Stablinse und die Halterung sind luftdicht versiegelt.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Stablinse durch eine Halterung, welche mittels eines Federelementes durch eine Decke lelektrode an einem Gehäuse gehalten wird, gehalten und ist über eine verschiebbar auf die äußere Umfangsfläche der Stablinse aufgepaßte Hülse mit der Lichtleitfaser gekoppelt. Dementspre chend kann die Mittelpunktsachse der Stablinse und eines Mantels mittels der Hülse durch Preßkräfte von den entgegengesetzten Seiten selbst dann beibehalten werden, wenn eine Exzentrizität in dem Radius der körperlichen Kontaktoberfläche des Mantels vorliegt, und der körperliche Kontakt kann durch den der Stablinse durch das Federelement gegebenen Grad an Freiheit an der Mittelpunktsachse der Stablinse und des Mantels erhalten werden. Folglich kann eine Koppeleigenschaft erhalten werden, die nicht nur so klein im Reflexionsverlust auf der Kontaktober fläche ist, daß kein Rauschen in einem Halbleiterlaser erzeugt wird, sondern auch stabil gegenüber einer Veränderung der Raum temperatur ist.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausfüh rungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläu tert. Es zeigen:

Fig. 1 eine erläuternde Schnittansicht eines Sendeempfangs- Moduls zur optischen Kommunikation gemäß einem Ausführungsbei spiel der vorliegenden Erfindung,

Fig. 2 ein Diagramm zur Erläuterung des Zustandes, bei dem Licht von einem Lichtemissionselement auf die obere Stirnfläche einer Stablinse konzentriert wird,

Fig. 3 ein erläuterndes Diagramm eines Beispiels einer Hülse,

Fig. 4(a) und 4(b) erläuternde Diagramme der Kontaktoberflächen einer Stablinse und eines Mantels, wobei Fig. 4(a) ein Beispiel zeigt, bei dem die jeweiligen sphärischen Oberflächen der Stablinse und des Mantels in unterschiedliche Richtungen bezüg lich der Mittelpunktsachse exzentrisch sind, und wobei Fig. 4(b) den Fall zeigt, daß die sphärischen Oberflächen nicht exzen trisch sind und die jeweiligen Zentren davon mit der Mittel punktsachse zusammenfallen,

Fig. 5(a) und 5(b) erläuternde Diagramme, die den körperlichen Kontaktzustand zwischen einer Stablinse und einem Mantel in ei ner Hülse darstellen, wobei Fig. 5(a) ein Beispiel zeigt, bei dem die jeweiligen sphärischen Oberflächen der Stablinse und des Mantels bezüglich der Mittelpunktsachse in der selben Richtung exzentrisch sind, und wobei Fig. 5(b) den Zustand zeigt, in wel chem ein körperlicher Kontaktzustand erhalten werden kann, wenn eine Freßkraft auf die Stablinse und den Mantel ausgeübt wird,

Fig. 6 ein die Beziehung zwischen der Exzentrizität der konvexen sphärischen Oberfläche und dem Spalt darstellendes erläuterndes Diagramm,

Fig. 7 eine den Verbindungszustand zwischen der Baueinheit und der Halterung im Sendeempfangs-Modul zur optischen Kommunikation gemäß der vorliegenden Erfindung darstellende erläuternde Schnittansicht,

Fig. 8 eine den Verbindungszustand zwischen der Baueinheit und der Halterung im Sendeempfangs-Modul zur optischen Kommunikation gemäß der vorliegenden Erfindung darstellende erläuternde Schnittansicht,

Fig. 9 ein einen Anschlußfaser-Typ als Beispiel eines herkömmli chen Sendeempfangs-Moduls darstellendes erläuterndes Diagramm, und

Fig. 10 ein ein Beispiel eines herkömmlichen Sendeempfangs- Moduls, in welchem eine Linse und ein Mantel in körperlichen Kontakt gebracht werden, darstellendes erläuterndes Diagramm.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.

Fig. 1 ist eine Schnittansicht des Ausführungsbeispiels des Sen deempfangs-Moduls gemäß der vorliegenden Erfindung.

In Fig. 1 sind ein Lichtemissionselement 102, welches zum Bei spiel durch einen Laserchip gebildet wird, und ein Lichtemp fangselement 103, welches zum Beispiel durch eine Leuchtdiode gebildet wird, auf einer Baueinheit 101 montiert. Das Lichtemp fangselement 103 empfängt über eine asphärische Linse 105 und eine Stablinse 106, die in einer Durchgangsbohrung in einer Hal terung 104 gehalten werden, Detektionssignal-Licht. Gleichzeitig wird Licht vom Lichtemissionselement 102 auf der Oberfläche des Lichtempfangselementes 103 so reflektiert, daß das Sendesignal- Licht in die in der Halterung 104 vorgesehene Durchgangsbohrung eingeführt wird. Die asphärische Linse 105 und die Stablinse 106 werden in der Durchgangsbohrung gehalten, und diese zwei Linsen konzentrieren das Sendesignal-Licht vom Lichtemissionselement 102 auf die obere Stirnfläche der Stablinse 106 an der Seite der Verbindung mit der Lichtleitfaser.

Ein Elektrodenanschluß 1011 zum Eingeben eines Ansteuersignals zum Ansteuern des Lichtemissionselementes 102 und ein Elektro denanschluß 1012 zum Ausgeben eines durch das Lichtempfangsele ment 103 empfangenen Detektionssignals werden jeweils durch eine Deckelelektrode 109 hinaus zu einer Seite eines Gehäuses 1010 geführt. Die Elektrodenanschlüsse für die jeweiligen Elemente werden durch einen Leitungsdraht 1015 zu einem Basisabschnitt 109a der Deckelelektrode 109 verbunden, durch die Deckelelektro de 109 geführt und hinaus auf die Seite des Gehäuses 1010 ge führt, so daß der Halterung 104 ein Ausmaß an Freiheit in der Richtung rechtwinklig zu der Achse einer Hülse 107 gegeben und die Stablinse auf einen Mantel 108 gepreßt werden kann.

In diesem Ausführungsbeispiel wird ein Strahl vom Lichtemis sionselement 102 in die horizontale Richtung emittiert. Der Strahl wird an der Oberfläche des Lichtempfangselementes 103 re flektiert, welches so angeordnet ist, daß es unter einem Winkel von ungefähr 30° bezüglich der horizontalen Richtung geneigt ist. Die Baueinheit 101, die asphärische Linse 105 und die Stablinse 106 sind an der Halterung 104 so befestigt, daß der reflektierte Strahl durch die asphärische Linse 105 auf die obe re Stirnfläche der Stablinse 106 auf der Seite einer Lichtleit faser 1013 konzentriert wird. Da diese Teile unter Bildung einer Einheit befestigt sind, kann, wie später beschrieben werden wird, auf einfache Weise ein körperlicher Kontakt mit einem Kern der Lichtleitfaser erhalten werden.

Fig. 2 zeigt die Beziehung, in der ein vom Lichtemissionselement 102 emittierter Strahl auf das obere Ende der Stablinse 106 kon zentriert wird. Wenn, wie bei diesem Ausführungsbeispiel, ein System verwendet wird, in welchem ungefähr die Hälfte des vom Lichtemissionselement 102 emittierten Sendesignal-Lichts am Lichtempfangselement 103 reflektiert wird, ist es nicht nur mög lich, eine Miniaturisierung des Moduls zu erreichen, sondern es ist auch möglich, optische Systeme axial auszubilden, um dabei die optischen Systeme leicht in körperlichen Kontakt zu bringen. Da sich das Lichtempfangselement 103 auf der optischen Achse des Detektions/Sendesignal-Lichts befindet, ist es ferner nicht not wendig, ein weiteres optisches System wie einen halbdurchlässi gen Spiegel zu verwenden, so daß es möglich ist, die Elemente zu vereinfachen. In diesem Fall wird bei einem bevorzugten Aufbau die als Reflexionsoberfläche verwendete Oberfläche des Lichtemp fangselementes 103 mit einem aus einem Film aus Metall wie Au oder Al gemachten Reflexionsfilm versehen, wird im Reflexions film eine Anzahl kleiner Löcher vorgesehen, um einen Antirefle xionsfilm unter dem Reflexionsfilm zu beleuchten, und ungefähr 50% des Oberflächenbereichs ist vom Reflexionsfilm bedeckt. Da bei der optischen Kommunikation üblicherweise Impulse als Detek tions/Sendesignal-Licht in einem Zeitmulitplexsystem verwendet werden, führt ein solcher Aufbau auf dem Lichtempfangselement alternierend Detektion und Senden durch. Dementsprechend ist es auch möglich, die Stärke des Sendesignal-Lichts durch das Licht empfangselement 102 zu überwachen. Dementsprechend kann das Lichtempfangselement 102 auch als Überwachungs- Lichtempfangselement tätig werden, so daß es möglich ist, die Elemente weiter zu vereinfachen. Im Lichtempfangselement 102 kann ein Lichtempfangselement zur Überwachung eines emittierten Strahls an einer Stelle vorgesehen werden, die unterschiedlich von, aber benachbart zum Lichtempfangselementabschnitt für De tektionssignal-Licht ist.

Die Stablinse 106 ist so ausgebildet, daß ihr äußerer Durchmes ser im wesentlichen gleich groß ist (z. B. 2,5 mm) wie der äußere Durchmesser des Mantels 108 der Lichtleitfaser 1013, und die Stablinse 106 ist an ihrem einen Ende an der Halterung 104 der art fixiert, daß sie koaxial mit einem Strahl vom Lichtemis sionselement 102 ist. Die Worte "im wesentlichen gleich groß" bedeuten eine solche Größe, daß sowohl die Stablinse 106 als auch der Mantel 108 verschiebbar in den Innendurchmesser der Hülse 107 mit einem Schlitz 107a (Fig. 3) eingepaßt werden kön nen. Die Stirnfläche der Stablinse 106 auf der Verbindungsseite mit der Lichtleitfaser 1013 ist zu einer konvexen sphärischen Form geschliffen, deren Kurvenradius ungefähr 20 mm beträgt, da mit sie in körperlichen Kontakt mit der oberen Stirnfläche des Mantels 108 der Lichtleitfaser 1013 gebracht werden kann, der auf die gleiche Art zu einer konvexen sphärischen Form geschlif fen ist. Die Hülse 107, beispielsweise bestehend aus Phosphor bronze und einen Schlitz 7a, wie in Fig. 3 gezeigt, aufweisend, wird auf den äußeren Umfang der Stablinse 106 so aufgepaßt, daß die Hülse 107 die Mittelpunktsachse der Stablinse 106 mit der des Mantels 108 am oberen Ende der Lichtleitfaser 1013 zusammen fallen läßt.

Die Hülse 107 ist z. B. ungefähr 0,25 mm dick und ungefähr 12 mm lang, und ist, wie in Fig. 3 gezeigt, mit einem Schlitz 107a versehen. Die Hülse 107 ist beispielsweise so ausgebildet, daß der Innendurchmesser in einem freien Zustand 2,485 mm beträgt, und die Stablinse 106 und der Mantel 108 sind so ausgebildet, daß sie den selben Außendurchmesser von 2,5 mm aufweisen. Wenn die oberen Enden der Stablinse 106 und der Lichtleitfaser 1013 in die entgegengesetzten Enden der Hülse 107 eingeführt werden, werden die Stablinse 106 und die Lichtleitfaser 1013 so verbun den, daß sie koaxial gehalten werden. Obwohl jedes der jeweili gen oberen Enden der Stablinse 106 und des Mantels 108 zu einer konvexen sphärischen Oberfläche geschliffen ist, deren Kurvenra dius, wie vorstehend erwähnt, ungefähr 20 mm beträgt, können die jeweiligen Zentren der sphärischen Oberflächen voneinander um ungefähr 40 bis 50 µm verschoben sein. D. h., solche Mäntel aus Zirkonerde oder dergleichen können in Massenproduktion herge stellt werden, so daß sie auf dem Markt verfügbar sind. Während sowohl der Mantel als auch der Kern genau bei einem Grad an Ko axialität von nicht mehr als 1,4 µm ausgebildet werden, ist das vordere Ende durch mechanische Bearbeitung zu einer sphärischen Oberfläche geschliffen, so daß die sphärische Oberfläche exzen trisch sein kann. Gemäß dem Sendeempfangs-Modul der vorliegenden Erfindung ist es selbst dann, wenn die sphärische Oberfläche des Mantels exzentrisch ist, möglich, eine Koppeleigenschaft eines guten körperlichen Kontakts zwischen der Stablinse und dem Man tel auf der Mittelpunktsachse zu erhalten. Der Betrieb wird nun unter Bezugnahme auf die Fig. 4 und 5 beschrieben.

Wie in den Fig. 4(a) und 4(b) gezeigt ist, wird in dem Fall, daß die jeweiligen Zentren der geschliffenen Oberflächen des Mantels 108 und der Stablinse 106 bezüglich der Mittelpunktsachse C je weils in entgegengesetzte Richtungen verschoben sind (siehe Fig. 4(a)), körperlicher Kontakt fast auf der Mittelpunktsachse er halten. In dem Fall, daß die Zentren der geschliffenen Oberflä chen mit der Mittelpunktsachse des Mantels zusammenfallen (siehe Fig. 4(b)), wird körperlicher Kontakt auf der Mittelpunktsachse erhalten, so daß die Koppeleigenschaft verbessert ist. Wie je doch in Fig. 5(a) gezeigt ist, werden in dem Fall, daß die je weiligen geschliffenen Oberflächen des Mantels 108 und der Stablinse 106 exzentrisch in der selben Richtung sind, an der Mittelpunktsachse der Stablinse 106 und des Mantels 108, wo Licht übertragen wird, jeweils Spalte h₁ und h₂ gebildet. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Stablinse 106 jedoch durch ein Federelement 1014 gehalten, und gleichzeitig sind die Stablinse 106 und der Mantel 108 verschiebbar in die federnde Hülse 107 eingepaßt und von den entgegengesetzten Seiten durch die Kraft von ungefähr 9,81 N (1 kgf) gepreßt. Wie in Fig. 5(b) gezeigt ist, wird die Hülse 107 derart gepreßt, daß sie leicht gespreizt wird, so daß die Stablinse 106 und der Mantel 108 an ihren jeweiligen Mittelpunktsachsen in körperlichen Kontakt ge bracht werden. Die Koppeleigenschaft zwischen der Lichtleitfaser und dem Lichtempfangselement ist verbessert. Zusätzlich werden die Spalte auf der Mittelpunktsachse selbst dann nicht verän dert, wenn die Raumtemperatur variiert, so daß die Temperaturei genschaft ebenfalls verbessert ist.

Als nächstes wird der Betrieb durch ein spezielles Beispiel im Detail beschreiben. Fig. 6 zeigt die Beziehung zwischen dem Ra dius R einer sphärischen Oberfläche, seiner Exzentrizität L, seinem Spalt h und dem Winkel Θ der Exzentrizität. Verwendet werden die Stablinse 106 und der Mantel 108, wobei der Außen durchmesser sowohl der Stablinse 106 als auch des Mantels 108 2,5 mm ist, die Exzentrizität L₁ der geschliffenen Oberfläche der Stablinse 106 50 µm ist, die Exzentrizität L₂ des Mantels 40 µm ist (bezüglich der Exzentrizität L siehe Fig. 6), und der Kur venradius R jeder geschliffenen Oberfläche 20 mm ist. Verwendet wird die Hülse 107, die 14 mm lang ist, die aus Phosphorbronze hergestellt ist, die im freien Zustand einen Innendurchmesser von 2,485 mm hat, und die 0,25 mm dick ist. Die Preßkraft des Mantels möge 9,81 N (1 kgf) betragen. Der Spalt zwischen der Kontaktebene und der Mittelpunktsachse der Stablinse 106 möge h₁, und der Spalt zwischen der Kontaktebenen und der Mittel punktsachse des Mantels 108 möge h₂ sein (siehe Fig. 5(a)). Dann kann der Spalt h₁ zwischen der Kontaktebene und der Mittel punktsachse der Stablinse 106 folgendermaßen ausgedrückt werden:
h₁ = R - Rcos(sin^-1(L₁/R)) = 20 - 20cos(sin^-1(0,05/20)) = 0,0000625 mm = 0,0625 µm

Der Spalt h₂ zwischen der Kontaktebene und der Mittelpunktsachse des Mantels 108 kann folgendermaßen ausgedrückt werden:
h₂ = R - Rcos(sin^-1(L₂/R)) = 20 - 20cos(sin^-1(0,04/20)) = 0,00004 mm = 0,04 µm

Wenn der Spalt zwischen der Stablinse 106 und dem Mantel 108 auf der Mittelpunktsachse h ist:
h = h₁ + h₂ = 0,1025 µm

Um diesen Spalt h zu Null zu machen, wenn die Neigung der Stablinse Θ₁, und die Neigung des Endringes Θ₂ ist:

Θ₁ = sin^-1(0,05/20) = 0,14°

Θ₂= sin^-1(0,04/20) = 0,11°

Deshalb kann, wenn die Stablinse und der Mantel um 0,14° bzw. 0,11° geneigt werden, der Spalt h eliminiert werden.

In diesem Ausführungsbeispiel war die Hülse 107 aus Phosphor bronze hergestellt, um federnd zu sein. Wenn die Stablinse 106 und der Mantel 108 mit einer Preßkraft von ungefähr 9,81 N (1 kgf) beaufschlagt wurden, neigten sich dementsprechend die Stablinse 106 und der Mantel 108 und vergrößerte sich der Durch messer der Hülse, so daß die Stablinse 106 mit dem Kern der Lichtleitfaser im Mantel 108 in Kontakt gebracht wurde. Als Er gebnis konnte ein körperlicher Kontakt fast ohne jeden Spalt h erhalten werden, so daß die Reflexion auf der Stirnfläche der Stablinse von 3% auf 0,01% reduziert wurde. Da die Länge der Hülse im obigen Beispiel 14 mm beträgt, wird der Innendurchmes ser der Hülse um 17 µm erhöht, wenn die Stablinse um 0,14° ge neigt wird.

Da der Brechungsindex des Kerns der Lichtleitfaser 1,472 be trägt, ist es zu bevorzugen, daß Glasmaterial mit einem Bre chungsindex von nicht mehr als 1,49 für die Stablinse verwendet wird. Dies ist deshalb so, weil Glas mit einem Brechungsindex von kleiner als 1,472 nicht erhältlich ist und die Reflexion zu nimmt, wenn der Brechungsindex zunimmt. Als solches Glas kann z. B. das Glas mit dem Handelsnamen BK10 (Brechungsindex n = 1,485), hergestellt durch Fa. SCHOTT (Deutschland), verwendet werden.

Ferner sind die Baueinheit 101 und die Halterung durch Wider standsschweißen eines geschweißten Abschnittes 1017, wie in Fig. 7 gezeigt, oder durch kontinuierliches YAG-Schweißen eines ge schweißten Abschnittes 1016, wie in Fig. 8 gezeigt, hergestellt, und die Stablinse 106 und die Halterung 104 sind luftdicht ver siegelt (hermetisches Versiegeln) mit einem Dichtabschnitt 104a. Da die Innenseite der Halterung perfekt luftdicht wird, ist es in diesem Fall möglich, die Umgebungszuverlässigkeit der asphä rischen Linse 105, des Lichtemissionselementes 102 und des Lichtempfangselementes 103 zu verbessern.

Das Schweißen ist nicht auf Widerstandsschweißen und YAG- Schweißen beschränkt, sondern es kann irgendein Schweißen einge setzt werden, solange es ein luftdichtes Schweißen ermöglicht.

Da die Stablinse durch eine durch ein Federelement gehaltene Halterung gehalten wird und die Stablinse und ein Mantel einer Lichtleitfaser durch eine federnde Hülse gehalten werden, werden gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung die Stablinse und der Kern der Lichtleitfaser durch eine Kraft, die sie von entgegengesetzten Seiten preßt, in körperlichen Kontakt gebracht, selbst wenn eine Exzentrizität in jeder der sphärisch geschliffenen Oberflächen vorliegt, welche jeweils auf den Kon taktoberflächen der Stablinse und des Mantels ausgebildet sind. Es ist deshalb möglich, ein Sendeempfangs-Modul zur optischen Kommunikation zu erhalten, bei welchem die Koppeleffizienz hö herstehend ist.

Da der körperliche Kontakt im Kernabschnitt erhalten wird, wird obendrein die Koppeleigenschaft selbst dann nicht verändert, wenn die Umgebungstemperatur variiert wird. Es ist deshalb mög lich, ein Sendeempfangs-Modul zur optischen Kommunikation zu er halten, bei dem die Temperatureigenschaft verbessert ist.

Des weiteren wird ein Teil der Oberfläche des Lichtempfangsele mentes als Reflexionsoberfläche zum Reflektieren von Licht von einem Lichtemissionselement verwendet, während das Lichtemp fangselement Detektionslicht von der Lichtleitfaser erhält, so daß es möglich ist, die Anzahl der Teile zu reduzieren. Zusätz lich sind das Lichtemissionselement, das Lichtempfangselement, eine asphärische Linse und die Stablinse derart an der Halterung befestigt, daß Licht vom Lichtemissionselement auf einen festen Bereich konzentriert wird. Dementsprechend ist es ausreichend, nur eine Zentrierung der Lichtleitfaser und der Vorrichtung als Ganzes durchzuführen, und es ist möglich, nur durch Pressen der Lichtleitfaser eine hohe Koppeleffizienz zu erhalten.

Claims

1. Sende-/Empfangsmodul zur optischen Kommunikation mit
einem Lichtemissionselement (102),
einem Lichtempfangselement (103),
einer Stablinse (106), auf deren eine Stirnfläche das von dem Lichtemissionselement (102) emittierte Licht konzentriert wird, und deren andere Stirnfläche in körperlichem Kontakt mit einer Lichtleitfaser (1013) ist, wodurch das Lichtemissionselement (102) und das Lichtempfangselement (109) mit der Lichtleitfaser (1013) gekoppelt sind,
dadurch gekennzeichnet, daß
in einem Gehäuse (1010) des Sende-/Empfangsmoduls ein Öffnungsabschnitt vorgesehen ist, in den eine Halterung (104) eingesetzt ist, die die Stablinse (106) hält und selbst mittels eines Federelements (1014) über eine Deckelelektrode (109) am Gehäuse (1010) gehalten ist, wobei eine Hülse (107) vorgesehen ist, die in ihrer einen Seite einen Außenumfang der Stablinse (106) verschiebbar aufnimmt und in der anderen Seite einen Außenumfang eines Mantels (108) verschiebbar aufnimmt, der die Lichtleitfaser (1013) umgibt und im wesentlichen denselben Außendurchmesser wie den der Stablinse (106) hat.

2. Sende-/Empfangsmodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Lichtemissionselement (102) und das Lichtempfangselement (103) durch die Halterung (104) so gehalten werden, daß die Lagebeziehung zwischen dem Lichtemissionselement (102), dem Lichtempfangselement (103) und der Stablinse (106) stets fixiert gehalten wird.

3. Sende-/Empfangsmodul nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil einer Oberfläche des Lichtempfangselements (103) als reflektierende Oberfläche ausgebildet ist, so daß ein vom Lichtemissionselement (102) emittierter Lichtstrahl darauf reflektiert wird, um auf der Stirnfläche der Stablinse (106) konzentriert zu werden, und daß gleichzeitig Detektionslicht von der Lichtleitfaser (1013) durch den anderen Teil der Oberfläche des Lichtempfangselements (103) empfangen wird.

4. Sende-/Empfangsmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Stablinse (106) aus Glasmaterial mit einem Brechungsindex von nicht mehr als 1,49 gebildet ist.

5. Sende-/Empfangsmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (107) eine aus Phosphorbronze hergestellte Federhülse ist.

6. Sende-/Empfangsmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß Elektrodenanschlüsse (1011, 1012) des Lichtemissionselements (102) und des Lichtempfangselements (103) durch die Deckelelektrode (109) zur Gehäuseseite herausgeführt sind.

7. Sende-/Empfangsmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch eine mit dem Lichtemissionselement (102) und dem Lichtempfangselement (103) versehene Baueinheit (101), wobei die Baueinheit (101) und die Halterung (104) luftdicht verschweißt sind und wobei die Stablinse (106) und die Halterung (104) luftdicht versiegelt sind.