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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Gebiet der Erfindung
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Die
Erfindung betrifft einen Lichtkoppler, wie beispielsweise einen
2-Kanal-Photokoppler mit einer Vielzahl von Lichtkopplungen.
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2. Beschreibung des verwandten
Standes der Technik
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Eine
Signalübertragungsschnittstelle
in Fabrikautomatisierungseinrichtungen oder dergleichen erfordert
eine elektrische Isolation gegenüber externen
Einrichtungen und wird außerdem
in einer von externen Geräuschen
erfüllten
Umgebung verwendet, so dass demgemäß ein Photokoppler als Signalübertragungsschnittstelle
verwendet wird. Der in der Schnittstelle verwendete Photokoppler
muss ein schnelles Leistungsvermögen
(eine schnelle Signalübertragung)
haben, und es ist eine Vielzahl von Photokopplern erforderlich,
da die Schnittstelle eine Vielzahl von Eingängen und Ausgängen aufweist. Vorwiegend
werden mehrkanalige Lichtkoppler verwendet, von welchen jeder eine
Vielzahl von Lichtkopplungen in einem Gehäuse beinhaltet.
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Ein
Beispiel solcher mehrkanaliger Lichtkoppler ist in den 4A bis 4C, 5 und 6 gezeigt.
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Die 4A biss 4C zeigen
eine äußere Erscheinung
eines konventionellen mehrkanaligen Lichtkopplers, in welchen 4A eine
Vorderansicht ist, 4B eine Seitenansicht ist, und 4C eine Aufsicht
ist. 5 ist eine Ansicht, die eine interne Verbindung
in dem in den 4A bis 4C gezeigten
Lichtkoppler zeigt. 6 zeigt ein Layout eines Leiter-
bzw. Führungsrahmens
auf der Licht empfangenden Seite wie in 5 gezeigt.
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Um
ein schnelles Leistungsvermögen
zu realisieren, verwendet der in den 4A bis 4C, 5 und 6 gezeigte
2-kanalige Lichtkoppler Licht empfangende Elemente, von denen jedes
eine Photodiode und eine Lichtsignal-Verarbeitungsschaltung aufweist,
die in einen einzelnen Chip mittels einem bipolaren IC-Prozess integriert
sind. Jedes Licht empfangende Element, das als ein Element auf der Ausgangsseite
(oder der sekundären
Seite) wirkt, hat drei externe Anschlüsse, d. h. einen Quellenspannungsanschluss
Vcc, einen Masse- bzw. GND-Anschluss, und einen Ausgangsanschluss
Vo. In diesem Beispiel sind zwei Licht empfangende Elemente 2A und 2B bereitgestellt.
Da die beiden Licht empfangenden Elemente sich den Quellenspannungsanschluss
Vcc und den Masseanschluss teilen können, kann ein Verbindungsverfahren
hierfür
verwendet werden, wie in 6 gezeigt ist, bei welchem die Licht
empfangenden Elemente 2A und 2B durch eine Metallverdrahtung
mit einem Führungsrahmen 3 verbunden
werden, um den Quellenanschluss Vcc der Licht empfangenden Elemente 2A und 2B mit
dem zu dem Führungsrahmen 3 führenden
externen Anschluss Vcc zu verbinden. Folglich erfordert, während die
beiden Licht empfangenden Elemente 2A und 2B mit
jeweils drei externen Verbindungen eingebaut sind, dieser Aufbau
insgesamt nur vier externe Anschlüsse, welche der gemeinsame
Quellenspannungsanschluss Vcc, ein Ausgangsanschluss Vol (d. h.
der Ausgangsanschluss des Licht empfangenden Elements a2), ein Ausgangsanschluss
Vo2 (d. h. der Ausgangsanschluss des Licht empfangenden Elements 2B)
und der gemeinsame Masseanschluss sind.
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Wenn
jedes der Licht empfangenden Elemente 2A und 2B drei
Anschlüsse
aufweist, um insgesamt sechs Anschlüsse auf der sekundären Seite (der
Ausgangsseite) zu ergeben, wird das Ergebnis ein Gehäuse mit
12 Pins bzw. Anschlüssen
sein. Durch gemeinsames Nutzen gewisser Anschlüsse wie vorstehend angemerkt,
wird die Anzahl von Anschlüssen
auf der sekundären
Seite vier sein, welches ein vereinfachtes Gehäuse mit nur acht Pins bereitstellt,
wie in 4 gezeigt ist. Auf diese Art
und Weise weist ein Lichtkoppler mit einer Vielzahl von Lichtkopplungen
allgemein einige der Anschlüsse durch
die Licht empfangenden Elemente gemeinsam genutzt auf, um Kompaktheit
und geringe Kosten des Produkts zu erzielen.
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Bei
einer weit verbreitet verwendeten Konstruktion eines mehrkanaligen
Lichtkopplers ist zwischen jedem Licht empfangenden Element und
einem zugeordneten Licht empfangenden Element ein transparentes
Silikonharz eingefüllt,
um eine Lichtkopplung zu bilden, welche mit einem Epoxidharz versiegelt
ist. Ein solches Beispiel ist in 7 gezeigt.
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7 ist
eine Schnittansicht, die vereinfacht Lichtkopplungsabschnitte eines
konventionellen mehrkanaligen Lichtkopplers zeigt.
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In 7 sind
benachbarte Lichtkopplungen 24 aus einem transparenten
Silikonharz gebildet. Von jedem Licht emittierenden Element 1 emittiertes Licht
tritt durch eine aus dem transparenten Silikonharz erzeugte Lichtkopplung 24 hindurch
und erreicht direkt das gegenüber liegende
Licht empfangende Element. Ein Teil des Lichts aus dem Licht emittierenden
Element 1 wird von der Grenze zwischen dem Silikonharz
und einem angrenzenden Epoxidharz 25 so reflektiert, dass
es das Licht empfangende Element 2 erreicht. Auf diese
Art und Weise spielt das zwischen den beiden Lichtkopplungen 24,
die aus dem transparenten Silikonharz erzeugt sind, eingefüllte Epoxidharz 25 eine
Rolle des Blockierens einer Lichtübertragung zwischen den Kanälen, so
dass von dem Licht emittierenden Element 1 emittiertes
Licht eines Kanals daran gehindert wird, das Licht empfangende Element 2 des
anderen, benachbarten Kanals zu erreichen, um eine Interferenz von
Lichtsignalen (nachstehend als "Übersprechen" bezeichnet) zwischen den
beiden Lichtkopplungen 24 zu vermeiden.
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Der
in 5 gezeigte zweikanalige Lichtkoppler erfordert
einen Aufbau, in welchem Eingangsanschlüssen T1 und T2 zugeführte Signale
in einem von einem Ausgangsanschluss T7 ausgegebenen Signal resultieren,
während
Eingangsanschlüssen
T3 und T4 zugeführte
Signale in einem von einem Ausgangsanschluss T6 ausgegebenen Signal
resultieren.
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Das
heißt,
es ist notwendig, sicherzustellen, dass die Eingangssignale für die Eingangsanschlüsse T1 und
T2 keinen Einfluss, wie beispielsweise Übersprechen, auf das Ausgangssignal
des Ausgangsanschlusses T6 ausüben,
und dass die Eingangssignale für
die Eingangsanschlüsse
T3 und T4 keinen Einfluss auf das Ausgangssignal des Ausgangsanschlusses
T7 ausüben.
Zu diesem Zweck muss jede in 7 gezeigte
Lichtkopplung 24 aus dem transparenten Silikonharz ausgebildet
sein, und müssen
die beiden benachbarten Lichtkopplungen 24 so voneinander
beabstandet sein, dass sie nicht in Kontakt miteinander stehen.
Dieses Erfordernis war ein begrenzender Faktor bei einer Raum sparenden Auslegung
der Führungsrahmengröße und der
Verkleinerung (Volumeneinsparung) von Gehäusen.
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Darüber hinaus
offenbaren die Patent Abstracts of Japan, Band 1998, Nr. 3, 27.
Februar 1998 (1998-02-27) und die Druckschrift
JP 09 307135 ein zusammengesetztes
optisches Element, bei welchem zwei Photokoppler, einer zur Verwendung
für eine
Steuersignalübertragung
und einer zur Verwendung für
eine Rückkopplungssignalübertragung,
miteinander integriert sind, in der Mitte des zusammengesetzten
optischen Elements angeordnet sind, und durch eine Licht abfangende
Abschirmung getrennt sind, die auf beiden Seiten des zentralen Rahmens benötigt werden,
um zu verhindern, dass Licht aus dem kontaktierenden Teil der beiden
Photokoppler austritt. Die Licht abfangende Abschirmung ist eine die
gesamte Einrichtung oder das gesamte Gehäuse querende Platte, welche
daher dreischichtig ausgebildet ist, und in den Licht übertragenden
Abschnitten der Einrichtung auf beiden Seiten mit Licht abschirmendem
Material beschichtet ist.
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Ferner
offenbart die Druckschrift
US-A-4
291 943 einen Verbindungsstecker für optische Faserkabel zum Verbinden
von Faserkabeln mit mehreren optischen Fasern parallel zueinander.
Der Verbindungsstecker ist ein mechanisches Element, welches auf
zwei Seiten die optischen Fasern der Faserkabel aufnimmt und sie
intern getrennt voneinander durch Verbindungsgehäusematerial wie beispielsweise
spritzgegossenen Kunststoff, jedoch nicht durch Füllen einer
Lücke zwischen
einem Licht emittierenden Element und einem Licht empfangenden Element
mit einem transparenten Silikonharz, verbindet.
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Weiter
betrifft die Druckschrift
US-A-4
712 862 ebenfalls einen Verbindungsstecker für optische Fasern,
bei welchem eine Stützeinrichtung
und eine Hülle
typisch aus Metall, Keramik oder Kunststoff ausgebildet sind.
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Schließlich offenbart
die Druckschrift
GB-A-1 309
938 ein Gehäuse
für opto-elektronische
Halbleitereinrichtungen, welches durch einen Zylinder aus abgedunkeltem
Isolationsmaterial gebildet wird und welches unter Verwendung von
Ausnehmungen an jedem Ende durch eine jeweilige metallische Endplatte
mittels einem Klebermaterial versiegelt ist.
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KURZBESCHREIBUNG
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Die
Erfindung erfolgte mit Bezug auf den Zustand wie vorstehend angemerkt,
und ihr liegt als Aufgabe zugrunde, einen mehrkanaligen Lichtkoppler
mit einem Aufbau zum Ermöglichen
einer Fläche sparenden
Ausgestaltung einer Führungsrahmengröße und einer
Verkleinerung von Gehäusen
bereitzustellen.
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Erfindungsgemäß wird diese
Aufgabe durch einen Lichtkoppler wie in Anspruch 1 definiert gelöst.
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Vorteilhafte
Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der beigefügten abhängigen Ansprüche.
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Der
Lichtkoppler bzw. die Licht koppelnde Einrichtung gemäß der Erfindung
verhindert Übersprechen,
da das isolierende und Licht abschirmende Element eine Lichtübertragung
zwischen den benachbarten Lichtkopplungen verhindert. Dieser Aufbau
realisiert, verglichen mit dem konventionellen Aufbau (7),
einen verringerten Abstand zwischen den benachbarten Lichtkopplungen.
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Das
in dem erfindungsgemäßen Lichtkoppler verwendete
isolierende und Licht abschirmende Element kann einen Polyimid-Film
oder eine Quarzglasplatte mit einer auf diese angewandten, Licht
abschirmenden Farbe umfassen.
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Eine
Lichtabschirmung kann zwischen den benachbarten Lichtkopplungen
dadurch bewirkt werden, dass ein isolierender und Licht abschirmender Polyimid-Film
oder eine isolierende und Licht abschirmende Quarzglasplatte verwendet
wird. Auch obwohl die Lichtkopplungen nahe beieinander angeordnet
sind, wird zwischen diesen kein Übersprechen auftreten.
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Ferner
wird es bei der Erfindung bevorzugt, dass Projektionen oder Ausnehmungen
auf/in einem Führungsrahmen
ausgebildet sind, auf welchem die Lichtkopplungen angebracht sind,
zum Fixieren des isolierenden und Licht abschirmenden Elements an einer
vorbestimmten Position zwischen den Lichtkopplungen.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Lichtkoppler wird
mit den auf/in dem Führungsrahmen
ausgebildeten Projektionen oder Ausnehmungen zum Fixieren des isolierenden
und Licht abschirmenden Elements an einer vorbestimmten Position
zwischen den Lichtkopplungen das Licht abschirmende Element nicht
verschoben, wenn ein transparentes Silikonharz eingespritzt wird,
um die Lichtkopplungen zu erzeugen. Demzufolge kann das Licht abschirmende Element
an einer optimalen Position in der Mitte zwischen den benachbarten
Lichtkopplungen fixiert werden.
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Ferner
wird es bei der Erfindung bevorzugt, dass das isolierende und Licht
abschirmende Element mittels einem Klebstoff an dem Führungsrahmen,
auf welchem die Lichtkopplungen angebracht sind, fixiert ist.
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Das
isolierende und Licht abschirmende Element kann unter Verwendung
eines Klebstoffs, wie beispielsweise einem Epoxidharz, anstelle
der Projektionen oder Ausnehmungen an dem Führungsrahmen fixiert werden.
Mit dieser Maßnahme
kann das isolierende und Licht abschirmende Element ebenfalls an
der optimalen Position in der Mitte zwischen den benachbarten Lichtkopplungen
fixiert werden.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Andere
und weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der Erfindung treten aus
der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit einer
Bezugnahme auf die Zeichnungen deutlicher zutage, wobei
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1 eine
Schnittansicht ist, die vereinfacht Lichtkopplungen in einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung zeigt;
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2 eine
Schnittansicht ist, die vereinfacht Lichtkopplungen in einem anderen
Ausführungsbeispiel
der Erfindung zeigt;
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3 eine
Schnittansicht ist, die vereinfacht Lichtkopplungen in einer verwandten,
nicht Teil der Erfindung bildenden Einrichtung zeigt;
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4A eine
Vorderansicht ist, 4B eine Seitenansicht ist, und 4C eine
Aufsicht ist, die eine äußere Erscheinung
eines konventionellen mehrkanaligen Lichtkopplers zeigen;
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5 eine
Ansicht ist, die eine interne Verbindung in dem konventionellen
mehrkanaligen Lichtkoppler zeigt;
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6 eine
Ansicht ist, die ein Layout eines Führungsrahmens auf der Licht
empfangenden Seite des konventionellen mehrkanaligen Lichtkopplers zeigt;
und
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7 eine
Schnittansicht ist, die vereinfacht Lichtkopplungen eines konventionellen
mehrkanaligen Lichtkopplers zeigt.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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Nunmehr
auf die Zeichnungen Bezug nehmend, werden nachstehend bevorzugte
Ausführungsbeispiele
der Erfindung beschrieben.
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1 ist
eine Schnittansicht, die vereinfacht Lichtkopplungen eines Lichtkopplers
in Ausführungsbeispiel
1 der Erfindung zeigt.
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Der
in 1 gezeigte Lichtkoppler ist ein 2-kanaliger Photokoppler ähnlich zu
dem in 7 gezeigten. Diese Einrichtung beinhaltet zwei
Paare von Licht emittierenden Elementen 1, die aus Licht emittierenden
Dioden bestehen, und Licht empfangenden Elementen 2, die
aus Licht empfangenden Dioden bestehen, welche so auf Führungsrahmen 3 angebracht
sind, dass sie einander gegenüber
liegen.
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Ein
transparentes Silikonharz ist zwischen jedes Paar aus einem Licht
emittierenden Element 1 und einem Licht empfangenden Element 2 eingefüllt, um
als eine Lichtkopplung 4 zu wirken. Der Lichtkoppler in
diesem Beispiel ist gekennzeichnet durch einen isolierenden und Licht
abschirmenden Film 5, der zwischen zwei benachbarten Lichtkopplungen 4, d.
h. in einer Mittenposition der als Ganzes gesehenen Lichtkopplungen 4,
angeordnet ist. Dieser Film 5 wird durch aufbringen einer
Licht abschirmenden Farbe auf einen Polyimid-Film erzeugt. Der isolierende
und Licht abschirmende Film 5 isoliert die beiden Lichtkopplungen 4 voneinander,
so dass kein Licht von einem zum anderen übertragen wird. Folglich wird,
auch obwohl die beiden Lichtkopplungen 4 nahe beieinander
angeordnet sind, kein Übersprechen
zwischen diesen auftreten.
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Das
Ausführungsbeispiel
1 verwendet als ein isolierendes und Licht abschirmendes Film 5 den
isolierenden und Licht abschirmenden Film 5, der durch Aufbringen
einer Licht abschirmenden Farbe auf einen Polyimid-Film erzeugt
wurde. Anstelle des Films 5 kann eine Quarzglasplatte mit
einer darauf angebrachten Licht abschirmenden Farbe zwischen den beiden
Lichtkopplungen 4 angeordnet sein, um eine ähnliche
Wirkung zu erzeugen.
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2 ist
eine Schnittansicht, die vereinfacht Lichtkopplungen eines Lichtkopplers
in einem Ausführungsbeispiel
2 der Erfindung zeigt.
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Das
in 2 gezeigte Ausführungsbeispiel 2 ist durch
einen Zusatz zu dem in 1 gezeigten Aufbau von Projektionen 31 gekennzeichnet,
die auf dem Führungsrahmen 2 den
Licht empfangenden Elementen 2 zugeordnet zum Positionieren
und Fixieren des isolierenden und Licht abschirmenden Films 5 zwischen
den beiden benachbarten Lichtkopplungen 4, d. h. in der
Mittenposition der als Ganzes gesehenen Lichtkopplungen 4,
ausgebildet sind. Diese Projektionen 31 sind wirkungsvoll
zum Verhindern, dass der Licht abschirmende Film 5 verschoben
wird, wenn das transparente Silikonharz eingespritzt wird, um die
Lichtkopplungen 4 zu erzeugen. Demzufolge kann der Licht
abschirmende Film 5 an einer optimalen Position in der
Mitte zwischen den Lichtkopplungen 4 fixiert werden.
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Die
Projektionen 31 können
durch positionierende und fixierende Ausnehmungen, die in dem Führungsrahmen 3 ausgebildet
sind, ersetzt werden. Anstelle des Ausbildens der Projektionen oder
Ausnehmungen kann der Licht abschirmende Film 5 mittels
einem Epoxidharz 3 an dem Führungsrahmen 3 fixiert
werden.
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Der
Aufbau zum Fixieren des isolierenden Films 5 mit den Projektionen,
den Ausnehmungen oder dem Epoxidharz wie vorstehend beschrieben
ist natürlich
anwendbar, wenn eine Quarzglasplatte oder dergleichen mit einer
darauf aufgebrachten Licht abschirmenden Farbe verwendet wird.
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3 ist
eine Schnittansicht, die vereinfacht Lichtkopplungen eines Lichtkopplers
zeigt, der nicht Teil der Erfindung bildet.
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Der
in 3 gezeigte Lichtkoppler ist ein 2-kanaliger Photokoppler
mit zwei Paaren von Licht emittierenden Elementen 1 (Licht
emittierenden Dioden) und Licht empfangenden Elementen 2 (Licht empfangenden
Dioden), die so auf Führungsrahmen 3 angebracht
sind, dass sie einander gegenüber
liegen.
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Ein
primärer
Licht koppelnder Abschnitt 6 und ein sekundärer Licht
koppelnder Abschnitt 7 sind aus einem transparenten Silikonharz
um jedes Licht emittierende Element 1 auf der primären Seite
und jedes Licht empfangende Element 2 auf der sekundären Seite
hergestellt. Der primäre
Licht koppelnde Abschnitt 6 und der sekundäre Licht
koppelnde Abschnitt 7 sind optisch über ein zylindrisches Quarzglaselement 8 (ein
isolierendes und Licht übertragendes
Element) miteinander verbunden. Der primäre Licht koppelnde Abschnitt 6,
der sekundäre
Licht koppelnde Abschnitt 7 und das Quarzglaselement 8 bilden
eine Lichtkopplung 14.
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Wenn
bei dem in 3 gezeigten Aufbau jede Lichtkopplung
nur aus dem Silikonharz ohne die Zwischenanordnung eines isolierenden
und Licht übertragenden
Elements erzeugt wäre,
würden Schwankungen
in der Viskosität
des Silikonharzes die Ausgestaltung destabilisieren. Folglich ist
dann, wenn eine Vielzahl von Lichtkopplungen benachbart zueinander
angeordnet sind, eine relativ große Toleranz in dem Abstand
zwischen den Lichtkopplungen erforderlich, um möglichen dimensionellen Ungenauigkeiten
der aus dem Silikonharz erzeugten Lichtkopplungen Rechnung tragen
zu können.
Demgegenüber
verringert der in 3 gezeigte Lichtkoppler mit
dem in den Mittenpositionen zwischen dem Führungsrahmen 3 auf
der primären
Seite und dem Führungsrahmen 3 auf
der sekundären
Seite angeordneten Quarzglaselement 8 Schwankungen des
die primären
Licht koppelnden Abschnitte 6 und die sekundären Licht
koppelnden Abschnitte 7 bildenden Silikonharzes, wodurch
es den Lichtkopplungen 14 erlaubt wird, eine schlanke Konfiguration
wie in 3 gezeigt aufzuweisen. Dies resultiert in optischen
Pfaden reduzierten Volumens. Somit wird verglichen mit dem in 7 gezeigten
Aufbau ein ausreichender Abstand zum Verhindern von Übersprechen
sichergestellt, auch obwohl die benachbarten Lichtkopplungen mit
einem verringerten Abstand zwischen diesen angeordnet sind und die
Führungsrahmen 3 in
der Größe reduziert
sind.
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Die
in der in 3 gezeigten Einrichtung verwendeten
Quarzglaselemente können
außer
zylindrisch sphärisch,
kubisch oder anderweitig sein.
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Wie
vorstehend beschrieben wurde, weist ein Lichtkoppler bzw. eine Licht
koppelnde Einrichtung gemäß der Erfindung
ein zwischen benachbarten Lichtkopplungen angeordnetes iso lierendes
und Licht abschirmendes Element auf. Das Licht abschirmende Element
erlaubt es, die Lichtkopplungen nahe beieinander anzuordnen, während ein
dazwischen auftretendes Übersprechen
verhindert wird. Dieser Aufbau erzielt eine Reduktion der Gehäusegröße und eine
reduzierte Fläche
für die
Montage.
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Die
Erfindung kann in anderen bestimmten Formen ausgeformt werden, ohne
von ihren wesentlichen Eigenschaften abzuweichen. Die vorliegenden Ausführungsbeispiele
sind daher in jeder Hinsicht als darstellend und nicht beschränkend zu
betrachten, wobei der Schutzumfang der Erfindung durch die beigefügten Ansprüche und
nicht durch die vorangehende Beschreibung angegeben wird, so dass
alle Änderungen,
welche innerhalb der Bedeutung und dem Äquivalenzbereich der Ansprüche liegen,
daher als von diesen umfasst beabsichtigt sind.