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TECHNISCHES
GEBIET DER ERFINDUNG
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Die
Erfindung betrifft ein Linsensystem für monochromatisches oder nahezu
monochromatisches Licht, bei dem der Brennpunktabstand für paralleles
oder im Wesentlichen paralleles einfallendes Licht so eingestellt
werden kann, dass es zu dem einen Fokussierungspunkt gebeugt wird,
der mit beispielsweise der Endfläche
einer optischen Faser koinzidiert. Das Linsensystem kann dabei beispielsweise
bei Kopplungsanordnungen angewendet werden, um die Endabschnitte
von wenigstens einer optischen Faser koaxial zu verbinden, die in
wenigstens einem Stecker fixiert sind, wobei jeder in einem Kupplungsgehäuse angeordnet
ist, um eine optische Verbindung zwischen den Fasern zu erreichen,
oder bei dem paralleles Licht oder im Wesentlichen paralleles Licht
von einer oder mehreren benachbarten monochromatischen Lichtquellen
mit einer optischen Faser gekoppelt wird, und zwar unter Aufrechterhaltung
einer guten Qualität.
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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Die
schnelle Entwicklung auf dem Kommunikationsgebiet hat den Bedarf
nach zuverlässigeren und
schnelleren Übertragungsmedien
drastisch erhöht.
Die optischen Fasern haben die Übertragungsmöglichkeiten
revolutioniert. Diese Fasern erlauben es, dass eine große Zahl
an Signalen in ein und derselben Faser mit Lichtgeschwindigkeit übertragen werden.
Als Konsequenz der Faserlänge,
die begrenzt ist, wenn diese hergestellt wird, müssen die Fasern mit Hilfe von
unterschiedlichen Kopplungsanordnungen aneinander gekoppelt werden.
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Die
Kopplungsanordnungen müssen
Fasern aneinander koppeln, so dass die Faserenden exakt voreinander
jeweils gelegen sind. Ein Problem bei der Verbindung von optischen
Fasern ist der unbedeutende Durchmesser der Fasern, der einige Millimeter
oder einige Zehntel eines Millimeters beträgt, während jedoch der Kern der Fasern
einen Durchmesser von 10 bis 50 μm
haben kann. Daher verursacht eine radiale Abweichung von einigen
Tausendstel eines Millimeters bei der Verbindung eine ausgeprägte Abweichung,
wodurch die Übertragungsverluste
drastisch ansteigen. Demzufolge hat man große Anstrengungen und Anforderungen
hinsichtlich der Toleranzen der Kopplungsvorrichtung gestellt, was
aber komplizierte Konstruktionen und hohe Herstellungskosten bewirkt
hat.
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Eine
große
Anzahl von Kopplungsanordnungen für optische Fasern sind aus
einer großen
Zahl von Patentanmeldungen bekannt. Diese Anordnungen erfordern
speziell gestaltete Einrichtungen zum Zentrieren der optischen Fasern
relativ zueinander.
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Ein
Beispiel einer früher
bekannten Kopplungsanordnung ist in dem UK-Patent GB 2002136 beschrieben,
in welchem eine sphärische
Linse dafür verwendet
wird, um Lichtsignale zu übertragen,
und wobei in der
US 4,451,115 Linsenvorrichtungen
offenbart sind, die radial in einer Kupplungsvorrichtung jeweils
einstellbar sind, um auftretende Defekte zu kompensieren, mit dem
Ziel, die Übertragung
des Lichtes zwischen zwei Faserenden zu optimieren. Auch die
JP 59009615 offenbart eine
Linsensystemanordnung mit einem Glasabstandshalter, der zwischen
einer Linse und einer optischen Faser zwischengefügt ist.
Bei keinem der bekannten Fälle
wird aber eine Linsenvorrichtung beschrieben, die zum Koppeln von
parallelem oder im Wesentlichen parallelem Licht mit einer optischen
Faser verwendet wird, und auch keine Vorrichtung zum Übertragen
von Lichtsignalen zwischen zwei optischen Fasern unter Aufrechterhaltung
einer optimalen Übertragung
des Lichtsignals in mehr als einer Wellenlänge.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Die
der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe besteht darin, eine Kupplungsvorrichtung
für alle dünnen Fasern
zu schaffen, die eine sehr sichere und exakte Zentrierung und Kopplung
der Faserenden ermöglicht,
und auch die Möglichkeit
schafft, Fasern mit unterschiedlichen Größen miteinander zu koppeln,
die einer Verformung der optischen Fasern an der Verbindungsstelle
entgegenwirkt, die auch einstellbar ist, um eine Wellenlänge, die
verwendet wird, zu übertragen,
und bei der Reflexionen an den optischen Endflächen der optischen Fasern minimal gestaltet
werden und auch die Möglichkeit
geboten wird, mehr als einen Faserkanal für die Übertragung über ein und das gleiche Linsensystem
zu verwenden. Ferner soll auch die Herstellung der Kupplungsvorrichtung
einfach und kostengünstig
erfolgen können.
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Die
Erfindung ist in den Ansprüchen
festgehalten.
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Die
genannten Ziele werden mit Hilfe eines jeden Linsensystems erreicht,
welches zum Teil aus einem Linsenkörper gebildet ist, wobei die
Frontendfläche
desselben konvex ausgebildet ist, beispielsweise kugelförmig, teilweise
kugelförmig
oder asphärisch,
und wobei die rückwärtige, gegenüberliegende Endfläche desselben
senkrecht zur longitudinalen Achse des Linsenkörpers angeordnet ist, und zwar teilweise
gemäß einem
Raum mit einem Kunststoff, einem optischen Medium oder sogar Luft,
einem Öl oder
einem im Brechungsindex angepassten Gel, teilweise aus einem rückwärtigen Glaskörper, dessen Funktion
darin besteht, eine rückwärtige Begrenzung für die optische
Einrichtung zu erreichen und teilweise einen guten optischen Kontakt
mit der optischen Faser zu garantieren, die in einem physikalischen Kontakt
mit dem Glaskörper
montiert ist. Die Frontendfläche
des Glaskörpers,
die dem plastischen Medium gegenüber
liegt, kann konvex oder eben ausgebildet sein, während die rückwärtige Endfläche in bevorzugter Weise eben
gestaltet ist.
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Der
Linsenkörper
ist dadurch gekennzeichnet, dass dessen rückwärtiger Fokuspunkt für die in der
optischen Faseranwendung verwendeten Wellenlänge außerhalb von dessen rückwärtiger Endfläche platziert
ist.
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Das
Linsensystem ist dadurch gekennzeichnet, dass es drei optische Elemente
enthält,
dessen Mitte plastisch ist, so dass sich der rückwärtige Glaskörper in der axialen Richtung
mit Hilfe eines Druckes verschieben kann, der durch die Endfläche der
optischen Faserfassung an der Montagestelle des Kontaktes in der
Kupplungsanordnung erreicht wird, und somit als Konsequenz der rückwärtige Fokussierungspunkt
für das
Linsensystem immer in Koinzidenz mit der rückwärtigen Endfläche des
rückwärtigen Glaskörpers gebracht
werden kann.
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Die
Endfläche
der Faserfassung kann aus einer ebenen Fläche bestehen, die geschliffen
ist oder sphärisch
geschliffen ist. In beiden Fällen
wird eine sehr gute optische Berührung
oder Kontakt zwischen der Endfläche
der optischen Faser und der rückwärtigen Endfläche des
Glaskörpers
erhalten, und zwar auf Grund der elastischen Verbindung des rückwärtigen Glaskörpers.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 zeigt
einen Querschnitt des Linsensystems und dessen Funktion gemäß der Erfindung.
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2 zeigt
einen Querschnitt, bei dem der Abstand A von dem Linsenkörper zur
rückwärtigen Oberfläche des
Glaskörpers
sichergestellt ist.
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3 zeigt
einen Querschnitt, bei dem der Abstand B von dem Linsenkörper zu
dem Anschlag der Faserfassung sichergestellt ist.
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4 zeigt
eine Ausführungsform
einer Vorrichtung zum Einstellen des Abstandes C.
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5 zeigt
eine Ausführungsform
der gleichen Vorrichtung wie in 4, bei der
die Vorrichtung zusammengedrückt
ist.
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6 zeigt
eine Kupplungsanordnung, in welcher das Linsensystem eingebaut ist.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Das
Linsensystem 10, welches in 1 gezeigt
ist, besteht aus einem Einschub 11 mit einem Linsenkörper 12,
einem Glaskörper 13 und
einem Raum 14 mit einem plastischen optischen Medium, die
zusammen die Übertragung
von Lichtsignalen von einer Faserfassung 16 ermöglichen,
die als ein Halter für
eine oder mehrere optische Fasern 17 ausgebildet ist und
durch eine äußere Abdeckung 18 umschlossen
ist. Die Faserfassung 16 wird in den Einschub 11 mit
Hilfe einer Nut 20 eingeführt oder geführt, die
entlang einem Loch 19 des Einschubs aufgenommen ist, welche
zwei longitudinale Kanten 21 bildet, die zu der longitudinalen
Achse 22 des Einschubs parallel verlaufen, an den die Fasereinfassung 16 mit
Hilfe einer Schraube 23 angedrückt oder zusammengedrückt wird
und demzufolge immer in exakt der gleichen Position verriegelt wird.
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Die
Faserfassung 16 sollte gegen den Anschlagbolzen 24 mit
Hilfe einer Kraft F gedrückt
werden. Hierbei wird die Frontfläche 25 der
Faserfassung gleichzeitig gegen den Glaskörper 13 gedrückt, so
dass die rückwärtige Oberfläche 26 des
Glaskörpers
in dem Fokussierungspunkt von den einfallenden parallelen Strahlen
platziert wird, die eine feste Wellenlänge aufweisen. Gleichzeitig
erreicht die rückwärtige Oberfläche 26 des
Glaskörpers
einen physikalischen Kontakt mit der optischen Faser 17 und
es werden daher Reflexionen an der Endoberfläche der optischen Faser minimal
gehalten. Der Glaskörper 13 ist
in der axialen Richtung bewegbar, was durch einen O-Ring 15 erreicht
wird, der dann, wenn die Faserfassung 16 abmontiert wird,
den Glaskörper 13 in
seine originale Position 27 zurück bringt. Die Frontfläche 25 der
Faserfassung kann ein ebenes Design oder kugelförmiges Design aufweisen. Auf Grund
der Flexibilität
des O-Rings kann eine gewisse Verzerrung der Frontfläche 25 der
Faserfassung akzeptiert werden. Der Linsenkörper 12 wird gegen
einen Anschlag 28 mit Hilfe eines Klebemittels 29 in Lage
gehalten, um hier ein Beispiel zu nennen.
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Ein
Anschlag 30 ist an der Faserfassung 16 angeordnet,
und zwar mit Hilfe eines Presssitzes bzw. einer Kraftverbindung.
Auf diese Weise kann ein vorgeschriebener Abstand C für eine bestimmte
Wellenlänge
erhalten werden, und zwar von der Frontfläche 31 zu dem Anschlag 30 und
zu der Frontfläche 25 der
Faserfassung (siehe 4 und 5).
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In 2 ist
ein Beispiel dargestellt, auf welche Weise die Abmessung A in einfacher
Weise hergestellt werden kann, welche eine von drei wichtigen Maßen darstellt.
Der Einschub 11, der hier in einer speziellen Ausführungsform
ausgeführt
ist, die an einem sphärischen
Linsenkörper
eingestellt ist, der geschliffen wurde, so dass dieser eine Stablinse
mit sphärischen
Endflächen
formt, ist in einer Vorrichtung 32 platziert. Eine wärmebehandelte
Beilegscheibe 33 ist in dem Einschub 11 entgegen
dem Anschlag 27 platziert, gegen den dann der Glaskörper 13 anliegen
soll, und zwar mit einem festgelegten Maß A. Ein Vorrichtungsdorn 34 ist
mit dem gleichen Radius 35 wie der Linsenkörper 12 ausgebildet
und wird nach unten gegen die wärmebehandelte
Beilegscheibe 33 gepresst. Auf diese Weise kann eine sehr genaue
Abmessung von A erhalten werden. Die Abmessung A sollte geringfügig länger sein
als der Fokuspunkt, der am weitesten von dem Linsenkörper 12 entfernt
gelegen ist. Hierbei bildet der Radius 35 des Dornes 24 den
Anschlag 28 in dem Einschub 11.
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3 zeigt
prinzipmäßig das
gleiche Herstellungsverfahren wie in 2 gezeigt
ist. Hierbei ist der Einschub 11 gedreht und auf die Vorrichtung 36 gelegt,
die einen Dorn 27 mit dem gleichen Radius 35 wie
in 2 aufweist. Hierbei ruht der Anschlag 28 des
Einschubs auf dem Radius 35 und der Abstand B von dem Linsenkörper 12 kann
in einfacher und exakter Weise dadurch hergestellt werden, indem
der Dorn nach unten gegen den Dorn 37 der Vorrichtung gedrückt wird,
hierbei wird der ringförmige,
nach oben ansteigende Rand nach oben gesetzt und es wird dann der
Anschlag 24 erhalten.
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4 zeigt
zwei Halb-Vorrichtungen 39 und 40 und die Faserfassung 16 mit
einem Anschlag 30, die daran lose angebracht ist.
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In 5 sind
die Halb-Vorrichtungen 39 und 40 zusammengedrückt dargestellt,
wobei der Abstand C zwischen der Frontfläche 31 des Anschlags und
der Frontfläche 25 der
Faserfassung erhalten wird. Es müssen
unterschiedliche Vorrichtungen 39 für unterschiedliche Wellenlängen verwendet
werden, es kann jedoch ein und dasselbe Linsensystem verwendet werden,
das heißt
ein und dieselbe Kupplungsvorrichtung, wie z. B. in 6 gezeigt
ist.
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Die
Kupplungsvorrichtung 9, die in 6 gezeigt
ist, umfasst das Linsensystem 10 gemäß 1, welches
in einer herkömmlichen
neutralen Vorrichtung eingebaut ist, wobei mit 41 eine
Feder bezeichnet ist, die der Kraft F in 1 entspricht.
Mit 42 ist ein Schutzglas bezeichnet, welches den Linsenkörper 12 vor
einer Verschmutzung schützt,
mit 43 sind Führungen
bezeichnet, um zwei unterschiedliche Kupplungsvorrichtungen aneinander
zu kuppeln, und mit 44 ist eine Verbindungsmutter bezeichnet,
welche die Kupplungsvorrichtungen in einer festgelegten axialen
Position fixiert.
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Eine
offensichtliche Anwendung für
die Kupplungsvorrichtung bei einer faseroptischen Kommunikation
bildet die Verwendung der Vorrichtung als eine Lichtdämpfervorrichtung.
Ein Dämpfer
reduziert die Lichtintensität
in dem faseroptischen Lichtleiter auf eine gut vorbestimmbare und
wiederholbare Weise.
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Die
Kupplungsvorrichtung wird als ein Dämpfer mit Hilfe von einer oder
beider Faserfassungen verwendet, die axial von ihren jeweiligen
optimalen Positionen verschoben werden, so dass die Fokussierungspunkte
des Linsensystems nicht mehr mit den optischen Fasern koinzidieren.
Wenn kleinere Werte des Dämpfungsfaktors
gewünscht
werden, ist es ausreichend, wenn eine Faserfassung aus ihrer optischen
Position heraus bewegt wird. Dann macht es nichts aus, wenn die
Verschiebung in einer Richtung zu dem Linsenkörper hin oder von diesem weg vorgenommen
wird.
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Wenn
größere Dämpfungsfaktoren
gewünscht
werden, kann es erforderlich sein, dass beide Faserfassungen verschoben
werden müssen. Dies
sollte dann so durchgeführt
werden, dass entweder beide Faserfassungen weiter von ihren jeweiligen
Linsenkörpern
weg bewegt werden oder dass beide Fassungen dichter zueinander hin
bewegt werden.