DE69718707T2

DE69718707T2 - Lichtgesteuerter Thyristor

Info

Publication number: DE69718707T2
Application number: DE69718707T
Authority: DE
Inventors: Takeshi Nakamura; Katsumi Satoh; Kazunori Taguchi; Junichiro Yamashita
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1996-06-14
Filing date: 1997-02-06
Publication date: 2003-10-23
Anticipated expiration: 2017-02-07
Also published as: US5742716A; DE69718707D1; EP0813082B1; EP0813082A1; JP3369404B2; JPH104672A

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft Lichttriggerthyristoren und speziell einen Lichttriggerthyristor mit verbesserter Übertragungsleistung für Lichtsignale, wobei eine Konzentration von Lichtsignalen verhindert wird, um die Zuverlässigkeit zu steigern.

Beschreibung des Stands der Technik

Im Vergleich mit Thyristoren, die mit elektrischen Signalen arbeiten, bietet der mit Lichtsignalen arbeitende Lichttriggerthyristor den Vorteil, daß er frei von Fehlfunktionen infolge von Rauschen ist, das durch elektromagnetische Induktion hervorgerufen wird, weil sein Hauptschaltkreis und Treiberschaltkreis elektrisch getrennt bzw. isoliert sein können.
Dieser Vorteil erzeugt die Nachfrage danach als Leistungsumformer für die Hochspannungs-Gleichstromübertragung. Seit einiger Zeit werden Lichttriggerthyristoren in der 8kV/4000A-Klasse unter Verwendung von 6-Inch-Si-Scheiben versuchsweise gefertigt, um kompakte und zuverlässige Hochleistungs- Thyristormodule zu realisieren.
Fig. 13 ist eine Schnittansicht eines Lichttriggerthyristors 99 als ein Beispiel für die Struktur eines herkömmlichen Lichttriggerthyristors, und Fig. 14 ist ein Schema, das Einzelheiten seines optischen Kopplungsbereichs zeigt.
In Fig. 13 hat ein Halbleiterkörper 1, der hauptsächlich aus einem Halbleitersubstrat mit einem eingebauten Thyristorelement besteht, einen Lichtempfangsbereich 2, der in der Mitte seiner oberen Hauptoberfläche vorgesehen ist. Ein Lichtaustrittsende einer Lichtleitereinrichtung 7 zur Übertragung von Lichtsignalen, die von außen eingeleitet werden, ist diesem Lichtempfangsbereich 2 zugewandt. Das Lichtaustrittsende der Lichtleitereinrichtung 7 ist an dem Lichtempfangsbereich 2 über einen Führungsring GR positioniert.
Ein erster Wärmeausgleicher 3 und ein zweiter Wärmeausgleicher 4, die aus Materialien bestehen, deren Wärmedehnungszahl ungefähr gleich derjenigen des Halbleiterkörpers 1 ist, liegen an der oberen Hauptoberfläche und der unteren Hauptoberfläche des Halbleiterkörpers 1 an. Der erste und der zweite Wärmeausgleicher 3 und 4 sind an beiden Hauptoberflächen des Halbleiterkörpers 1 auf eine sogenannte legierungsfreie Weise mittels Druck angebracht, ohne durch Löten oder dergleichen mit dem Halbleiterkörper 1 verbunden zu sein.
Der erste und der zweite Wärmeausgleicher 3 und 4 werden von einer Kathodenplatte 5 bzw. einer Anodenplatte 6 mit Druck beaufschlagt und gehalten. Die jeweiligen Bodenflächen der Kathodenplatte 5 bzw. der Anodenplatte 6 sind mit einem Gehäuse 10, das aus einem elektrisch isolierenden Material besteht, durch den kreisrunden Kathodenflansch 8 und Anodenflansch 9 verbunden.
Das Gehäuse 10 hat im Inneren einen Hohlzylinder zur Aufnahme des Halbleiterkörpers 1, des ersten und des zweiten Wärmeausgleichers 3 und 4 sowie der Kathodenplatte 5 und der Anodenplatte 6.
In der Seitenwand des Gehäuses 10 ist ein Durchgangsloch gebildet, in das ein metallisches Aufnahmeteil 11 fest eingesetzt ist. An dem Aufnahmeteil 11 ist ein Lichtdurchlaß-/Lichteinführungsfenster LW, durch das Lichtsignale von außen hindurchgehen, luftdicht befestigt. Die Lichtleitereinrichtung 7 ist in das metallische Aufnahmeteil 11 so eingesetzt und gehalten, daß ihr Lichteintrittsende dem Lichteinführungsfenster LW zugewandt ist. Das Gehäuse 10 wird im Inneren mit einem darin hermetisch eingeschlossenen Inertgas luftdicht gehalten, um eine Verschlechterung der Charakteristik des Thyristorelements zu vermeiden.
Bei dieser Konstruktion ist an dem metallischen Aufnahmeteil 11 ein Steckanschlußelement 120 angebracht, mit dem Lichtwellenleiter 231 und 232 gekoppelt sind.
Das Schema von Fig. 14 zeigt die Einzelheiten des Bereichs X von Fig. 13. Wie Fig. 14 zeigt, ist die Lichtleitereinrichtung 7 ein einzelner Lichtwellenleiter mit einem einzelnen Kernbereich 71 und einem diesen umgebenden Mantelbereich 72.
In dem Steckanschlußelement 120 sind zwei Lichtwellenleiter 231 und 232 in der Zwinge 14 gehalten, und die Zwinge 14 ist mit dem Steckanschlußelement 120 verbunden. Die Lichtwellenleiter 231 und 232 sind jeweils mit Laserdioden- bzw. LD-Modulen 20 bzw. 21 verbunden, die Lichtsignale erzeugen.
Bei dem wie oben beschrieben aufgebauten Lichttriggerthyristor 99 werden Lichtsignale, die von den außen angeordneten LD-Modulen 20 und 21 geliefert werden, dem Lichtempfangsbereich 2 des Halbleiterkörpers 1 durch die Lichtleitereinrichtung 7 zugeführt, in dem Lichtempfangsbereich 2 in elektrische Signale umgewandelt und einer Gateelektrode als ein Steuersignal zugeführt, um den Schaltvorgang des Hauptstroms des Thyristorelements zu steuern.
Der herkömmliche Lichttriggerthyristor 99 (Fig. 13) ist wie oben angegeben aufgebaut, wobei Lichtsignale von den LD-Modulen 20 und 21 durch die Lichtwellenleiter 231 und 232 zugeführt werden. Auch wenn bei dieser Konstruktion eine Abnormalität in einer der Lichtquellen auftritt, kann die Steuerung des Hauptstroms des Thyristorelements mit dem Lichtsignal von der anderen Lichtquelle fortgesetzt werden, so daß verhindert wird, daß die Lichtsignale vollständig unterbrochen werden und ein Problem verursachen.
Dabei ist die Lichtleitereinrichtung 7 in bezug auf den Lichtempfangsbereich 2 um nahezu 90º abgewinkelt, wie Fig. 13 zeigt. Der Lichtwellenleiter nutzt eine Differenz des Brechungsindex zwischen dem Kernbereich und dem diesen umgebenden Mantelbereich, um Lichtsignale durch Totalreflexion an der Grenzfläche zwischen den beiden zu übertragen.
Wenn er jedoch wie in Fig. 13 gezeigt umgebogen ist, wird das Licht an der Grenzfläche zwischen dem Kernbereich 71 und dem Mantelbereich 72 an dem umgebogenen Bereich nicht vollständig reflektiert und tritt aus dem Mantelbereich 72 aus. Dann kann das auf die Lichtleitereinrichtung 7 fallende Lichtsignal nicht mit Sicherheit zu dem Lichtempfangsbereich 2 übertragen werden, was zu dem Problem führt, daß die Mindestleistung (PLT) zum Zünden des Thyristorelements nicht in ausreichender Weise erhalten werden kann.
Es ist eine Vielzahl von Lichtsignalquellen in Form der LD-Module 20 und 21 vorgesehen, um Lichtsignale durch die Lichtwellenleiter 231 und 232 zu liefern und den Betrieb mit nur einer der Lichtsignalquellen zu erreichen, selbst wenn die andere ausfällt. Wenn die Lichtsignale jedoch von den LD-Modulen 20 und 21 durch die Lichtwellenleiter 231 und 232 geleitet werden, sind die von den Lichtwellenleitern 231 und 232 abgegebenen Lichtsignale jeweils selbständige Lichtsignale mit individueller Lichtstärkeverteilung.
Fig. 15 zeigt die Lichtstärkeverteilung von auf die Lichtleitereinrichtung 7 treffenden Lichtsignalen. In Fig. 15 zeigt die Horizontalachse die Position in der Durchmesserrichtung des Lichteintrittsendes der Lichtleitereinrichtung 7, und die Vertikalachse zeigt die Lichtstärke.
Wie Fig. 15 zeigt, haben die von den Lichtwellenleitern 231 und 232 in Fig. 14 abgegebenen Lichtsignale jeweils die Lichtstärkeverteilung, bei der die Lichtstärke um die Mitte des Lichtwellenleiters herum am höchsten ist. bzw. einen Peak hat. Da die beiden nahezu unabhängig voneinander sind, sind die beiden Peaks getrennt. Die Differenz zwischen der Lichtstärke in dem Bereich, an dem die beiden Peaks einander schneiden, und der Lichtstärke an der Spitze des Peaks ist als eine Lichtstärkedifferenz D dargestellt.
Im allgemeinen wird in den Lichtwellenleitern ein Lichtsignal, das unter einem Winkel auftrifft, der größer als der durch die Differenz des Brechungsindex zwischen dem Kernbereich und dem Mantelbereich bestimmte kritische Winkel ist, nicht übertragen. Daher wird das Lichtsignal nahe dem Mantelbereich geschwächt, was in einer ungleichmäßigen Lichtstärkeverteilung resultiert, wobei die Lichtstärke um die Mitte des Lichtwellenleiters herum am höchsten ist und mit zunehmender Nähe zum Außenrand geringer wird.
Bei den Lichttriggerthyristoren für die Energieumwandlung, bei denen die Distanz von der Lichtquelle bis zu einigen zehn Metern betragen kann, nimmt der Schwächungsgrad speziell zu, und die Ungleichmäßigkeit der Lichtstärkeverteilung nimmt ebenfalls zu.
Somit führt das Anlegen von Lichtsignalen mit zwei Peaks an den Lichtempfangsbereich 2 des Halbleiterkörpers 1 durch die Lichtleitereinrichtung 7 zu einem ungleichmäßigen Fotostrom. Wenn ferner eines der LD-Module 20 und 21 ausfällt, tritt ein Fotostrom nur in dem Bereich auf, der mit dem Lichtsignal in dem Lichtempfangsbereich 2 bestrahlt wird. Dann konzentriert sich der Hauptstrom nur in dem Bereich, in dem der Fotostrom auftritt, was örtlich Wärme erzeugt, so daß der Lichtempfangsbereich 2 zerstört wird, was schließlich zum Bruch des Thyristorelements führt.
Mögliche Lösungen, die verhindern, daß das Thyristorelement durch eine solche Konzentration von Lichtsignalen zu Bruch geht, umfassen das Herabsetzen der Lichtausgangsleistung der Lichtquelle, wobei die Präzision der Ausfluchtung der optischen Achse des Lichtübertragungssystems maximal erhöht wird, und die Vergrößerung der Abstände zwischen den Strahlungsebenen, d. h. der Distanz zwischen den Lichtaustrittsenden der Lichtwellenleiter 231 und 232 und dem Lichteintrittsende der Lichtleitereinrichtung 7 und der Distanz zwischen dem Lichtaustrittsende der Lichtleitereinrichtung 7 und dem Lichtempfangsbereich 2, um die Form der Lichtstärkeverteilung weniger steil zu machen, indem der Ausbreitungswinkel der Emission der Lichtwellenleiter und der Lichtleitereinrichtung genutzt wird. Beide Lösungen sind jedoch mit dem Problem behaftet, daß die Mindestenergie (PLT) zum Zünden des Thyristorelements nicht in ausreichender Weise erhalten werden kann.
Bei den Lichttriggerthyristoren wird allgemein gefordert, daß das Lichtsignal die maximale Energiedichte nicht überschreitet und die Mindestenergie (PLT) ausreichend zugeführt wird. Wie jedoch vorstehend erläutert wurde, ergibt sich dann, wenn die Lichtsignale Peaks haben und die Lichtstärkeverteilung ungleichmäßig ist, das Problem, daß die maximale Energiedichte hoch ist, aber die Mindestenergie (PLT) nicht ausreichend erhalten werden kann.
Beim Zusammenbau des Lichttriggerthyristors 99 wird die Seite des Lichteintrittsendes der Lichtleitereinrichtung 7 in das metallische Aufnahmeteil 11 eingesetzt, und dann wird das Lichtaustrittsende der Lichtleitereinrichtung 7 in den Führungsring GR eingesetzt. Dabei ist es erforderlich, die Lichtleitereinrichtung 7 in Vertikalrichtung in bezug auf den Halbleiterkörper 1 mindestens um die Dicke des Führungsrings GR anzuheben.
Es ist daher erforderlich, im Innendurchmesser des metallischen Aufnahmeteils 11 und im Außendurchmesser der Lichtleitereinrichtung 7 einen Spielraum vorzugeben, der mindestens der Dicke des Führungsrings GR entspricht.
Dieser Zwischenraum bewirkt jedoch eine Verlagerung der optischen Achse der Lichtleitereinrichtung 7. Fig. 16 zeigt die Einzelheiten des optischen Kopplungsbereichs, wobei die optische Achse der Lichtleitereinrichtung 7 verlagert ist.
Wenn, wie in Fig. 16 zu sehen ist, die Position der Lichtleitereinrichtung 7 verlagert ist, so daß sie beispielsweise mit der Innenwand des metallischen Aufnahmeteils 11 in Berührung gelangt, trifft ein Teil der von den Lichtwellenleitern 231 und 232 ausgesendeten Lichtsignale nicht auf das Lichteintrittsende der Lichtleitereinrichtung 7.
Fig. 17 zeigt die Lichtstärkeverteilung der in diesem Zustand auf die Lichtleitereinrichtung 7 fallenden Lichtsignale. Wie Fig. 17 zeigt, fällt ein Teil der Lichtsignale nicht auf die Lichtleitereinrichtung 7, und die optischen Verluste in der Verbindung zwischen den Lichtwellenleitern und der Lichtleitereinrichtung nehmen zu, was zu dem Problem führt, daß die Mindestenergie (PLT) zum Zünden des Thyristorelements nicht ausreichend erhalten werden kann. Um dies zu verhindern, muß die relative Position der Lichtwellenleiter und der Lichtleitereinrichtung sehr exakt eingestellt werden, was zu dem Problem einer zeitaufwendigen Montage führt.
Beispiele von Lichttriggerthyristoren, die Lichtleitereinrichtungen verwenden, findet man in der EP 0 021 352 A oder in der EP 0 677 879 A.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung weist ein Lichttriggerthyristor folgendes auf: eine Lichtleitereinrichtung, die folgendes aufweist: einen Lichtempfangsbereich, der ein Lichtsignal empfängt, das als Trigger für den Thyristorbetrieb dient, ein Lichteintrittsende für das Lichtsignal und ein Lichtaustrittsende, das dem Lichtempfangsbereich zugewandt ist, um das Lichtsignal an den Lichtempfangsbereich zu übertragen; eine Vielzahl von ersten Lichtleitern, um das Lichtsignal von einer Vielzahl von Lichtsignalerzeugungsquellen zu übertragen, die außerhalb des Lichteintrittsendes der Lichtleitereinrichtung vorgesehen sind; und eine Linse, die vor dem Lichteintrittsende der Lichtleitereinrichtung angeordnet ist, um das Lichtsignal zu formen, das von der Vielzahl von ersten Lichtleitern in einem parallelen Strahl ausgesandt wird; wobei die Lichtleitereinrichtung eine Lichtleitereinrichtung von Arraytyp ist, der eine Vielzahl von zweiten Lichtleitern hat, die zusammen gruppiert sind.
Bevorzugt ist gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung in dem Lichttriggerthyristor die Lichtleitereinrichtung so angeordnet, daß das Lichteintrittsende mit der austrittsseitigen Brennebene der Linse koinzident ist, und die Vielzahl von ersten Lichtleitern ist so angeordnet, daß ihre Lichtaustrittsenden mit der einfallseitigen Brennebene der Linse koinzident sind.
Bevorzugt ist gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung in dem Lichttriggerthyristor die Lichtleitereinrichtung so angeordnet, daß das Lichteintrittsende mit einer austrittsseitigen Brennebene der Linse koinzident ist, und die Vielzahl von ersten Lichtleitern ist so angeordnet, daß ihre Lichtaustrittsenden näher an der Linse als die einfallseitige Brennebene der Linse positioniert sind.
Bevorzugt ist gemäß einem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung in dem Lichttriggerthyristor die Linse eine Plankonvexlinse, die eine konvexe Oberfläche an ihrer einen Seite und eine ebene Oberfläche an ihrer anderen Seite aufweist, wobei die Linse so angeordnet ist, daß die ebene Oberfläche sich an der Lichtleitereinrichtungsseite befindet.
Bevorzugt ist gemäß einem fünften Aspekt der vorliegenden Erfindung in dem Lichttriggerthyristor die Linse eine Gradientenindex-Linse, die eine Brechungsindex-Verteilung in ihrer Durchmesserrichtung, wobei der Brechungsindex im Zentrum an höchsten ist und mit zunehmender Nähe zum Umfang abnimmt, und ebene Oberflächen an ihren beiden Seiten hat.
Bevorzugt ist gemäß einem sechsten Aspekt der vorliegenden Erfindung in dem Lichttriggerthyristor die Linse eine Meniskuslinse, die eine konvexe Oberfläche an ihrer einen Seite und eine konkave Oberfläche an ihrer anderen Seite aufweist, wobei die Linse so angeordnet ist, daß die konkave Oberfläche sich an der Lichtleitereinrichtungsseite befindet.
Gemäß einem siebten Aspekt der vorliegenden Erfindung weist der Lichttriggerthyristor bevorzugt ferner folgendes auf: eine Hülle, in die die Lichtleitereinrichtung und die Linse eingesetzt sind, um die Lichtleitereinrichtung und die Linse optisch zu koppeln, wobei die Hülle folgendes aufweist: einen Lichtleitereinrichtungs-Eingriffsbereich, in den die Lichtleitereinrichtung eingesetzt ist, einen Linseneingriffsbereich, in den die Linse eingesetzt ist, und einen Zwischenraum, der so vorgesehen ist, daß er sich zwischen dem Lichtleitereinrichtungs-Eingriffsbereich und dem Linseneingriffsbereich hindurch erstreckt, um die Lichtleitereinrichtung und die Linse um eine bestimmte Distanz zu trennen, wobei der Lichtleitereinrichtungs-Eingriffsbereich, der Linseneingriffsbereich und der Zwischenraum derart ausgebildet sind, daß ihre jeweiligen Mittelachsen sämtlich in derselben Achse positioniert sind.
Bevorzugt ist gemäß einem achten Aspekt der vorliegenden Erfindung in dem Lichttriggerthyristor der Lichtleitereinrichtungs-Eingriffsbereich ein Loch, das einen Boden mit einem Innendurchmesser hat, der einem Außendurchmesser der Lichtleitereinrichtung entspricht, wobei der Linseneingriffsbereich ein Loch ist, das einen Boden mit einem Innendurchmesser hat, der einem Außendurchmesser der Linse entspricht, und wobei die Lichtleitereinrichtung und die Linse mit einem Klebstoff haftend befestigt sind.
Gemäß einem neunten Aspekt der vorliegenden Erfindung weist bei dem Lichttriggerthyristor der Lichtleitereinrichtungs-Eingriffsbereich bevorzugt folgendes auf: eine ringartige erste Nut entlang seiner inneren Seitenwand und eine ringartige zweite Nut entlang seinem unteren Rand, und der Linseneingriffsbereich weist folgendes auf: eine ringartige dritte Nut entlang seiner inneren Seitenwand und eine ringartige vierte Nut entlang seinem unteren Rand, wobei die erste und die dritte Nut mit einem Klebstoff gefüllt sind.
Gemäß einem zehnten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist bei dem Lichttriggerthyristor der Lichtleitereinrichtungs-Eingriffsbereich bevorzugt ein Loch mit einem Boden, dessen Innendurchmesser einem Außendurchmesser der Lichtleitereinrichtung entspricht, und der Linseneingriffsbereich ist ein Loch mit einem Boden, dessen Innendurchmesser einem Außendurchmesser der Linse entspricht, wobei die Lichtleitereinrichtung und die Linse befestigt sind durch gleichmäßiges Aufbringen von Druck auf die Hülle von der Außenseite her nach innen, um die Hülle nach innen zusammenzudrücken.
Gemäß einem elften Aspekt der vorliegenden Erfindung hat bei dem Lichttriggerthyristor die Hülle bevorzugt mindestens ein Durchgangsloch, das sich von ihrer Umfangsoberfläche so erstreckt, daß es den Spalt erreicht.
Gemäß einem zwölften Aspekt der vorliegenden Erfindung hat bei dem Lichttriggerthyristor die Hülle bevorzugt mindestens ein erstes Durchgangsloch, das sich von ihrer Umfangsoberfläche so erstreckt, daß es den Lichtleitereinrichtungs-Eingriffsbereich erreicht, und mindestens ein zweites Durchgangsloch, das sich so erstreckt, daß es den Linseneingriffsbereich erreicht.
Gemäß einem dreizehnten Aspekt der vorliegenden Erfindung weist der Lichttriggerthyristor bevorzugt ferner eine Antireflexionsschicht an dem Lichteintrittsende der Lichtleitereinrichtung und an beiden Oberflächen der Linse auf.
Bei dem Lichttriggerthyristor gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Lichtleitereinrichtung zum Übertragen von Lichtsignalen zu dem Lichtempfangsbereich eine Lichtleitereinrichtung vom Arraytyp mit einer Vielzahl von zweiten Lichtleitern, die zusammen gruppiert sind. Dies bietet eine Lösung für das Phänomen, daß das Licht an einem Krümmungsbereich der Lichtleitereinrichtung austritt, und erhöht die Übertragungsleistung der Lichtsignale.
Selbst wenn die Stärkenverteilung von Lichtsignalen, die von der Vielzahl von ersten Lichtleitern abgegeben werden, nicht gleichmäßig ist, sondern eine Vielzahl von Peaks hat, bewirkt die Linse, daß die auf die Lichtleitereinrichtung einfallenden Lichtsignale zu parallelen Strahlen werden und daß dem Lichtempfangsbereich Lichtsignale mit einer gleichmäßigen Lichtstärkeverteilung zugeführt werden.
Dadurch wird ein Bruch des Thyristors infolge der Konzentration von Lichtsignalen verhindert, und das zulässige Maß einer Fehlausfluchtung der optischen Achse des optischen Übertragungssystems wird vergrößert, so daß ein Lichttriggerthyristor geschaffen wird, der eine Verringerung optischer Verluste ermöglicht, ohne daß die relative Position der ersten Lichtleiter und der Lichtleitereinrichtung präzise eingestellt wird.
Bei dem Lichttriggerthyristor gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung werden dadurch, daß die Lichtleitereinrichtung so angeordnet ist, daß ihr Lichteintrittsende mit der austrittsseitigen Brennebene der Linse koinzident ist, und die Vielzahl von ersten Lichtleitern so angeordnet ist, daß ihre Lichtaustrittsenden mit der einfallseitigen Brennebene der Linse koinzident sind, die durch die Linse durchgelassenen Lichtsignale zu parallelen Strahlen.
Dadurch, daß bei dem Lichttriggerthyristor gemäß dem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung die Lichtleitereinrichtung so angeordnet ist, daß ihr Lichteintrittsende mit der austrittsseitigen Brennebene der Linse koinzident ist, und die Vielzahl von ersten Lichtleitern so angeordnet ist, daß die Lichtaustrittsenden näher an der Linse als die einfallseitige Brennebene der Linse positioniert sind, können die durch die Linse durchgelassenen Lichtsignale zu parallelen Strahlen gemacht werden, und die Ausbreitung der von der Vielzahl von ersten Lichtleitern abgegebenen Lichtsignale, die die Linse erreichen sollen, kann verringert werden, was es möglich macht, daß selbst eine Linse mit kleinem Durchmesser die Lichtsignale vergleichmäßigen kann. Ferner wird dadurch das zulässige Maß an Dezentrierung der Vielzahl von ersten Lichtleitern erhöht.
Gemäß dem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird bei dem Lichttriggerthyristor eine Plankonvexlinse verwendet und ist so angeordnet, daß ihre ebene Oberfläche sich an der Lichtleitereinrichtungsseite befindet. Sie kann daher unter Nutzung der ebenen Oberfläche positioniert werden, so daß die Einstellung der optischen Achse der Lichtleitereinrichtung und der Plankonvexlinse vereinfacht wird.
Bei dem Lichttriggerthyristor gemäß dem fünften Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Gradientenindex-Linse verwendet, die eine Brechungsindex- Verteilung in der Durchmesserrichtung und ebene Oberflächen an ihren beiden Seiten hat. Somit kann die Positionierung mit jeder der Oberflächen erfolgen, weil kein Richtvermögen des Eintritts und Austritts für Lichtsignale vorhanden ist, was die Einstellung der optischen Achse der Lichtleitereinrichtung und der Gradientenindex-Linse vereinfacht.
Bei dem Lichttriggerthyristor gemäß dem sechsten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Meniskuslinse verwendet und ist so angeordnet, daß die konkave Oberfläche an der Lichtleitereinrichtungsseite ist. Selbst bei gleicher Brennweite an der Lichteintrittsseite und der Lichtaustrittsseite ist somit die Brechkraft an der Seite der Vielzahl von ersten Lichtleitern größer.
Daher kann eine Linse mit einem kleineren Durchmesser die gleichen Funktionen wie andere Linsen, z. B. eine Plankonvexlinse, erzielen. Wenn eine Linse mit dem gleichen Durchmesser verwendet wird, kann das zulässige Maß an Exzentrizität der Vielzahl von ersten Lichtleitern im Vergleich mit der Plankonvexlinse vergrößert werden.
Bei dem Lichttriggerthyristor gemäß dem siebten Aspekt der vorliegenden Erfindung sind die Lichtleitereinrichtung und die Linse durch Einsetzen der Lichtleitereinrichtung und der Linse in eine Hülle optisch gekoppelt. Indem also bereits vorher die Lichtleitereinrichtung und die Linse gemeinsam mit der Hülle als Einheit ausgebildet werden, kann die gesamte Vorrichtung in der gleichen Zeit zusammengebaut werden, die bei der herkömmlichen Montage erforderlich ist.
Ferner kann der Abstand zwischen der Lichtleitereinrichtung und der Linse durch die Länge des Zwischenraums zwischen dem Lichtleitereinrichtungs-Eingriffsbereich und dem Linseneingriffsbereich vorgegeben sein, so daß eine Anordnung vereinfacht und sichergestellt wird, daß das Lichteintrittsende der Lichtleitereinrichtung mit der austrittsseitigen Brennebene der Linse koinzident ist.
Da bei dem Lichttriggerthyristor gemäß dem achten Aspekt der vorliegenden Erfindung der Lichtleitereinrichtungs-Eingriffsbereich und der Linseneingriffsbereich jeweils einen Boden haben, können die Lichtleitereinrichtung und die Linse auf einfache Weise positioniert werden, indem die Lichtleitereinrichtung und die Linse so eingesetzt werden, daß ihre jeweiligen Enden den Boden der Löcher erreichen. Dann werden die Lichtleitereinrichtung und die Linse mit einem Klebstoff haftend befestigt, so daß die Lichtleitereinrichtung und die Linse sicher mit der Hülse vereinigt werden können.
Bei dem Lichttriggerthyristor gemäß dem neunten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Klebstoff in die erste und dritte Nut gefüllt, um die Lichtleitereinrichtung und die Linse haftend zu befestigen. Es genügt somit, den Klebstoff nur in die erste und die dritte Nut zu füllen, so daß es nicht erforderlich ist, einen Zwischenraum zum Aufbringen des Klebstoffs auf die Seiten der Lichtleitereinrichtung und der Linse auszubilden. Dadurch kann die Dimensionstoleranz der Innendurchmesser des Lichtleitereingriffsbereichs und des Linseneingriffsbereich kleiner gemacht werden, und die Mittelachse der Lichtleitereinrichtung und die optische Achse der Linse können sehr präzise koinzident sein.
Wenn die Lichtleitereinrichtung und die Linse in den Lichtleitereinrichtungs- Eingriffsbereich und den Linseneingriffsbereich eingesetzt sind und der in die erste und die dritte Nut gefüllte Klebstoff an den Endoberflächen der Lichtleitereinrichtung und der Linse haftet, wird der Klebstoff in der zweiten und vierten Nut aufgenommen und kann nicht zu den für die Lichtübertragung bestimmten Oberflächen der Lichtleitereinrichtung und der Linse vordringen.
Bei dem Lichttriggerthyristor gemäß dem zehnten Aspekt der vorliegenden Erfindung haben der Lichtleitereinrichtungs-Eingriffsbereich und der Linseneingriffsbereich jeweils einen Boden. Somit können die Lichtleitereinrichtung und die Linse auf einfache Weise positioniert werden, indem die Lichtleitereinrichtung und die Linse so eingeführt werden, daß ihre jeweiligen Enden den Grund der Löcher erreichen.
Die Lichtleitereinrichtung und die Linse werden dann durch gleichmäßiges Aufbringen von Druck von der Außenseite der Hülle her nach innen festgelegt, um die Hülle nach innen zusammenzudrücken, so daß die Lichtleitereinrichtung und die Linse ohne weiteres innerhalb kurzer Zeit mit der Hülle vereinigt werden können und ein Lichttriggerthyristor erhalten wird, der sich sehr gut für die Massenfertigung eignet.
Bei dem Lichttriggerthyristor gemäß dem elften Aspekt der vorliegenden Erfindung verhindert das Durchgangsloch, das sich von der Außenoberfläche der Hülfe aus so erstreckt, daß es den Spalt erreicht, daß Luft in dem Spalt verbleibt und die Lichtleitereinrichtung und die Linse zurückdrückt, wenn die Lichtleitereinrichtung und die Linse eingesetzt werden.
Das erste Durchgangsloch, das sich von der Umfangsoberfläche der Hülle so erstreckt, daß es den Lichtleitereinrichtungs-Eingriffsbereich erreicht, und das zweite Durchgangsloch, das sich so erstreckt, daß es den Linseneingriffsbereich erreicht, lassen bei dem Lichttriggerthyristor gemäß dem zwölften Aspekt der vorliegenden Erfindung in dem Klebstoff enthaltene Luft austreten und ermöglichen eine Bestätigung des Haftzustands, wenn die Lichtleitereinrichtung und die Linse mit einem Klebstoff haftend verbunden sind.
Gemäß dem dreizehnten Aspekt der vorliegenden Erfindung hat der Lichttriggerthyristor Antireflexionsschichten an dem Lichteintrittsende der Lichtleitereinrichtung und an beiden Seiten der Linse, was verhindert, daß Übertragungsverluste durch Reflexion entstehen.
Die vorliegende Erfindung dient dem Zweck, die vorstehend beschriebenen Probleme zu lösen, und es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Lichttriggerthyristor anzugeben, der eine Lösung des Phänomens bietet, daß Licht an einem Krümmungsbereich einer Lichtleitereinrichtung austritt, so daß die Übertragungsleistung für Lichtsignale gesteigert wird, ein Zusammenbrechen des Thyristorelements infolge einer Konzentration von Lichtsignalen selbst dann verhindert wird, wenn Lichtsignale von einer Vielzahl von Lichtquellen eintreten, und optische Verluste infolge einer Fehlausfluchtung der optischen Achse des optischen Übertragungssystems verringert werden, ohne daß die relative Position der Lichtleiter und der Lichtleitereinrichtung präzise eingestellt wird.
Diese und weitere Ziele, Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden genauen Beschreibung der vorliegenden Erfindung im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist eine Schnittansicht der Gesamtstruktur einer ersten bevorzugten Ausführungsform eines Lichttriggerthyristors gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 ist eine Schnittansicht der Struktur eines Teils der ersten bevorzugten Ausführungsform des Lichttriggerthyristors gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 3 ist ein Diagramm, das die Lichtübertragung in einem gekrümmten Lichtleiter zeigt;
Fig. 4 ist ein Diagramm, das die Schnittstruktur der Lichtleitereinrichtung des Lichttriggerthyristors gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 5 zeigt schematisch die Anordnung der optischen Elemente und Bahnen von Lichtsignalen bei der ersten bevorzugten Ausführungsform des Lichttriggerthyristors gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 6 zeigt schematisch die Lichtsignale, die bei der ersten bevorzugten Ausführungsform des Lichttriggerthyristors gemäß der vorliegenden Erfindung zu parallelen Strahlen werden;
Fig. 7 ist ein Diagramm, das die Lichtstärkeverteilung von Lichtsignalen zeigt, die auf die Lichtleitereinrichtung der ersten bevorzugten Ausführungsform des Lichttriggerthyristors gemäß der vorliegenden Erfindung treffen;
Fig. 8 ist ein Schema der Anordnung der optischen Elemente und Lichtsignalwege bei einer Modifikation der ersten bevorzugten Ausführungsform des Lichttriggerthyristors gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 9 ist eine Schnittansicht einer Modifikation der ersten bevorzugten Ausführungsform des Lichttriggerthyristors gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 10 ist eine Schnittansicht der Struktur eines Teils einer zweiten bevorzugten Ausführungsform des Lichttriggerthyristors gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 11 ist eine Schnittansicht der Struktur eines Teils einer dritten bevorzugten Ausführungsform des Lichttriggerthyristors gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 12 ist eine Schnittansicht der Struktur eines Teils einer vierten bevorzugten Ausführungsform des Lichttriggerthyristors gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 13 ist eine Schnittansicht der Gesamtkonstruktion eines herkömmlichen Lichttriggerthyristors;
Fig. 14 ist eine Schnittansicht der Struktur eines Teils des herkömmlichen Lichttriggerthyristors;
Fig. 15 ist ein Diagramm, das die Lichtstärkeverteilung von Lichtsignalen zeigt, die auf die Lichtleitereinrichtung des herkömmlichen Lichttriggerthyristors treffen;
Fig. 16 ist eine Schnittansicht, die ein Problem des herkömmlichen Lichttriggerthyristors verdeutlicht; und
Fig. 17 ist ein Diagramm, das die Lichtstärkeverteilung der Lichtsignale zeigt, die auf die Lichtleitereinrichtung des herkömmlichen Lichttriggerthyristors treffen.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

A. Erste bevorzugte Ausführungsform

A-1. Gesamtkonstruktion der Vorrichtung

Fig. 1 zeigt als erste bevorzugte Ausführungsform eines Lichttriggerthyristors gemäß der vorliegenden Erfindung einen Lichttriggerthyristor 100, und Fig. 2 zeigt die Einzelheiten seines optischen Kopplungsbereichs.
In Fig. 1 hat ein Halbleiterkörper 1, der hauptsächlich aus einem Halbleitersubstrat mit einem eingebauten Thyristor besteht, einen Lichtempfangsbereich 2, der in der Mitte seiner oberen Hauptoberfläche vorgesehen ist. Ein Lichtaustrittsende einer Lichtleitereinrichtung 30 zur Übertragung von Lichtsignalen, die von außen zugeführt werden, ist diesem Lichtempfangsbereich 2 zugewandt. Das Lichtaustrittsende der Lichtleitereinrichtung 30 ist an dem Lichtempfangsbereich 2 durch einen Führungsring GR positioniert.
Ein erster Wärmeausgleicher 3 und ein zweiter Wärmeausgleicher 4 aus Materialien, deren Wärmedehnungszahl ungefähr gleich derjenigen des Halbleiterkörpers 1 ist, liegen an der oberen Hauptoberfläche und der unteren Hauptoberfläche des Halbleiterkörpers 1 an. Dieser erste und zweite Wärmeausgleicher 3 und 4 sind durch Druckverbindung an beiden Hauptoberflächen des Halbleiterkörpers 1 auf eine sogenannte legierungsfreie Weise angebracht, ohne durch Löten oder dergleichen mit dem Halbleitersubstrat 1 verbunden zu sein.
Der erste und der zweite Wärmeausgleicher 3 und 4 werden von einer Kathodenplatte 5 bzw. einer Anodenplatte 6 mit Druck beaufschlagt und gehalten. Die jeweilige Basis der Kathodenplatte 5 und der Anodenplatte 6 ist mit einem Gehäuse 10, das aus einem elektrischen Isolatormaterial gebildet ist, durch den kreisförmigen Kathodenflansch 8 und Anodenflansch 9 verbunden.
Das Gehäuse 10 hat im Inneren einen Hohlzylinder zur Aufnahme des Halbleiterkörpers 1, des ersten und des zweiten Wärmeausgleichers 3 und 4 sowie der Kathodenplatte 5 und der Anodenplatte 6.
In der seitlichen Oberfläche des Gehäuses 10 ist ein Durchgangsloch gebildet, in das ein metallisches Aufnahmeteil 11 fest eingesetzt ist. Ein Lichtübertragungs- /Lichteinleitungs-Fenster LW, durch das Lichtsignale von außen hindurchtreten, ist an dem metallischen Aufnahmeteil 11 luftdicht befestigt. Die Lichtleitereinrichtung 30 wird in dem metallischen Aufnahmeteil 11 so gehalten, daß die Seite ihres Lichteintrittsendes in ein Ende einer zylindrischen Hülle 15 eingesetzt ist.
Eine Plankonvexlinse 17 ist in das andere Ende der zylindrischen Hülle 15 eingesetzt und weist zu dem Lichteinleitungsfenster LW. Bei dieser Konstruktion ist ein Steckanschlußelement 12, mit dem Lichtleiter 131 und 132 mit Brechzahlabstufung (erste Lichtleiter) gekoppelt sind, an dem metallischen Aufnahmeteil 11 angebracht. Die Innenseite des Gehäuses 10 wird mit einem darin eingeschlossenen Inertgas luftdicht gehalten, um eine Verschlechterung der Charakteristik des Thyristorelements zu verhindern.

A-2. Struktur der Lichtleitereinrichtung

Fig. 2 zeigt schematisch die Einzelheiten des Bereichs X (des optischen Kopplungsbereichs) von Fig. 1. Wie Fig. 2 zeigt, sind in dem Steckanschlußelement 12 die Lichtleiter 131 und 132 mit Brechzahlabstufung in der Zwinge 14 gehalten, und die Zwinge 14 ist mit dem Steckanschlußelement 12 gekoppelt. Die Lichtleiter 131 und 132 sind jeweils mit den Laserdioden- bzw. LD-Modulen 20 und 21 verbunden, die Lichtsignale erzeugen. Die Lichtleitereinrichtung 30 besteht aus einer Vielzahl von Lichtleitern OF mit Brechzahlabstufung (zweiten Lichtleitern), die zusammen gruppiert sind.
Die Lichtleiter mit Brechzahlabstufung werden als die Lichtleiter 131 und 132 und die Lichtleiter OF verwendet, weil sie eine kleinere Winkelabhängigkeit des austretenden Lichts zu einfallendem Licht im Vergleich mit den Gradientenindex- Lichtleitern haben, so daß das austretende Licht eine relativ gleichmäßige Lichtstärkeverteilung auch dann hat, wenn das einfallende Licht einen Winkel aufweist.
Der Grund, weshalb die Lichtleitereinrichtung 30 durch gemeinsames Gruppieren der Vielzahl von Lichtleitern OF gebildet ist, wird nachstehend beschrieben.
Fig. 3 zeigt ein geometrisches Analysediagramm in einem Krümmungsbereich eines Lichtleiters. Wenn in Fig. 3 der Kerndurchmesser mit d, die Krümmung der Innenseite des Kernbereichs mit R, der Einfallswinkel des Lichtsignals mit θ, der kritische Winkel mit φ, der Brechungsindex des Kernbereichs mit n0, der Brechungsindex des Mantelbereichs mit n1 und der äußere Brechungsindex mit n angenommen werden, dann wird die numerische Apertur (NA) auf der Basis der Differenz des Brechungsindex zwischen dem Kernbereich und dem Mantelbereich des Lichtleiters bestimmt und ist durch die Gleichung (1) gegeben:
nsin θ = = NA (1)
Der kritische Winkel, wenn der Lichtleiter gekrümmt ist, ist durch die Gleichung (2) gegeben:
Das "h" in Gleichung (2) ist eine Höhe des Ausgangspunkts des einfallenden Lichts von der optischen Achse des Lichtleiters.
Die Bedingung, unter der alles Licht durch den Kernbereich durchgelassen wird, dessen numerische Apertur durch die Gleichung (1) bestimmt ist, ist durch die Gleichung (3) gegeben:
Somit ist ersichtlich, daß dann, wenn der kritische Winkel φ, die numerische Apertur der Lichtleitereinrichtung und die Krümmung R der Innenseite des Kernbereichs der Lichtleitereinrichtung konstant sind, der Übertragungswirkungsgrad um so größer wird, wenn der Kerndurchmesser möglichst klein gemacht wird. Somit ist die Lichtleitereinrichtung 30 durch Zusammengruppieren einer Vielzahl von Lichtleitern OF gebildet, die jeweils einen Kerndurchmesser haben, der kleiner als derjenige der aus einem einzigen Lichtleiter gebildeten Lichtleitereinrichtung 7 ist.
Fig. 4 zeigt schematisch die Struktur des Endes der Lichtleitereinrichtung 30. In Fig. 4 ist eine Vielzahl von Lichtleitern OF, die jeweils Sechseckquerschnitt haben, gebündelt und in dem Glasrohr 31 vereinigt. Die Lichtleitereinrichtung mit dieser Konstruktion wird als Lichtleitereinrichtung vom Arraytyp bezeichnet. Die Querschnittsform des Lichtleiters OF ist sechseckig, um den Ladungswirkungsgrad zu steigern und die Fläche zu minimieren, die nicht zur optischen Übertragung beiträgt.
Beispielsweise können im Fall eines Lichtleiters mit einem Durchmesser von 50 um und einem Glasrohr mit einem Durchmesser von 2 mm ungefähr tausend Lichtleiter zusammen gruppiert werden. Der Lichtleiter OF hat dabei einen einzigen Kernbereich und einen diesen umgebenden Mantelbereich, die nicht gezeigt sind.
Die Verwendung der Lichtleitereinrichtung 30 mit dieser Konstruktion bietet eine Lösung für das Phänomen, daß das Licht an dem Krümmungsbereich der Lichtleitereinrichtung austritt, und verbessert den Übertragungswirkungsgrad von Lichtsignalen.

A-3. Konstruktion der zylindrischen Hülle

Wie Fig. 2 zeigt, ist die Seite des Lichteintrittsendes der Lichtleitereinrichtung 30 in das eine Ende der zylindrischen Hülle 15 eingesetzt, und eine Plankonvexlinse 17 ist in ihr anderes Ende so eingesetzt, daß ihre ebene Oberfläche an der Innenseite positioniert ist.
Die Lichtleitereinrichtung 30 wird nur halb in die zylindrische Hülle 15 eingesetzt, weil ein Lichtleitereinrichtungs-Eingriffsbereich 16, dessen Innendurchmesser dem Außendurchmesser der Lichtleitereinrichtung 30 entspricht, nur über eine bestimmte Länge in der Axialrichtung vorgesehen ist.
Der Linseneingriffsbereich 18, dessen Innendurchmesser dem Außendurchmesser der Plankonvexlinse 17 entspricht, ist ebenfalls nur über eine bestimmte Länge in der Axialrichtung vorgesehen, und somit ist die Plankonvexlinse 17 ebenfalls nur halb in die zylindrische Hülle 15 eingesetzt. Der Zwischenraum zwischen dem Lichteintrittsende der Lichtleitereinrichtung 30 und der ebenen Oberfläche der Plankonvexlinse 17 bildet einen Zwischenraum 19 zur Einhaltung einer bestimmten Brennweite.
Die Länge des Linseneingriffsbereichs 18 in der Axialrichtung ist dabei so vorgegeben, daß die Lichteintrittsseite der Plankonvexlinse 17 in der zylindrischen Hülle 15 vollständig verdeckt ist, wenn die Plankonvexlinse 17 in den Linseneingriffsbereich 18 eingesetzt ist. Diese Einstellung verhindert, daß die Lichteintrittsseite der Plankonvexlinse 17 beim Zusammenbau durch Kontakt mit anderen strukturellen Elementen wie etwa dem metallischen Aufnahmeteil 11 beschädigt wird.
Die zylindrische Hülle 15 ist so ausgebildet, daß die Mittelachsen des Lichtleitereinrichtungs-Eingriffsbereichs 16, des Linseneingriffsbereichs 18 und des Zwischenraums 19 sämtlich auf derselben Achse positioniert sind. Die zylindrische Hülle 15 sowie die Lichtleitereinrichtung 30 und die Plankonvexlinse 17 sind mit einem Klebstoff (nicht gezeigt) aus einem Epoxidsystem befestigt.
Ein Durchgangsloch 29 zum Luftaustritt ist in dem Zwischenraum 19 der zylindrischen Hülle 15 vorgesehen, um zu verhindern, daß der Zwischenraum 19 mit Luft gefüllt wird, wenn die Lichtleitereinrichtung 30 und die Plankonvexlinse 17 eingesetzt werden, so daß die Lichtleitereinrichtung 30 und die Plankonvexlinse 17 zurückgedrückt werden würden. Der Lichtleitereinrichtungs- Eingriffsbereich 16 und der Linseneingriffsbereich 18 haben ebenfalls Durchgangslöcher 28, um in dem Klebstoff vorhandene Luft abzuleiten und den Haftzustand zu bestätigen.
Da also die Plankonvexlinse 17 und die Lichtleitereinrichtung 30 mit der zylindrischen Hülle 15 integriert sind, ermöglicht es das zuerst erfolgende Vereinigen der Plankonvexlinse 17 und der Lichtleitereinrichtung 30 mit der zylindrischen Hülle 15 zu einer Einheit, den Zusammenbau der Gesamtvorrichtung innerhalb der gleichen Zeit durchzuführen, die bei der herkömmlichen Vorrichtung erforderlich ist.

A-4. Funktionen und Wirkungen der Plankonvexlinse

Als nächstes werden die Funktionen und Wirkungen der Plankonvexlinse unter Bezugnahme auf die Fig. 5 bis 8 beschrieben. Fig. 5 zeigt schematisch die Anordnung aus Lichtleiter 131, Plankonvexlinse 17 und Lichtleitereinrichtung 30, wobei die Plankonvexlinse 17 zum Zweck der Vereinfachung als Konvexlinse gezeigt ist.
In Fig. 5 ist der Lichtleiter 131 so angeordnet, daß sein Lichtaustrittsende an der einfallseitigen Brennebene der Plankonvexlinse 17 positioniert ist, und die Lichtleitereinrichtung 30 ist so angeordnet, daß ihr Lichteintrittsende an der austrittsseitigen Brennebene der Plankonvexlinse 17 positioniert ist. Die Distanz zwischen dem Lichtleiter 131 und der Plankonvexlinse 17 ist a1, und die Distanz zwischen der Plankonvexlinse 17 und dem Lichtleiter 30 ist b.
Fig. 5 zeigt schematisch den Weg des Lichts, das von dem Lichtleiter 131 ausgeht und in die Lichtleitereinrichtung 30 eintritt.
Wie oben beschrieben wird, ist die Distanz a1 zwischen dem Lichtleiter 131 und der Plankonvexlinse 17 gleich der Brennweite der Plankonvexlinse 17, und die Distanz b zwischen der Plankonvexlinse 17 und der Lichtleitereinrichtung 30 ist gleich der Brennweite der Plankonvexlinse 17. Wie Fig. 5 zeigt, wird also der optische Weg des Hauptstrahls L1, der aus dem Lichtaustrittsende des Lichtleiters 131 parallel zu der optischen Achse der Plankonvexlinse 17 austritt, an der Plankonvexlinse 17 abgelenkt und geht dann durch die Position P1, an der die optische Achse LA der Plankonvexlinse 17 das Lichteintrittsende der Lichtleitereinrichtung 30 schneidet, um in die Lichtleitereinrichtung 30 einzutreten.
Die optischen Wege der divergenten Strahlen L2 und L3, die von dem Lichtaustrittsende des Lichtleiters 131 unter einem bestimmten Winkel in bezug auf die optische Achse der Plankonvexlinse 17 ausgesendet werden, werden an der Plankonvexlinse 17 abgelenkt, und dann treffen sie nahezu parallel mit dem Hauptstrahl L1 auf die Lichtleitereinrichtung 30. Somit wird das von dem Lichtleiter 131 abgegebene Lichtsignal durch die Plankonvexlinse 17 zu einem parallelen Strahl gemacht und tritt dann in die Lichtleitereinrichtung 30 ein.
Der Radius Rsp des Lichtstroms, der auf die Lichtleitereinrichtung 30 fällt, und der Einfallswinkel θ sind wie nachstehend gezeigt dargestellt unter Verwendung der Brennweite f der Plankonvexlinse 17, des Streuwinkels ω des Lichtsignals von dem Lichtleiter 131 und der Höhe h des Austrittspunkts des Lichtleiters 131 von der optischen Achse LA.
Rsp = f · ω (4)
θ = h/f (5)
Gemäß der Gleichung (4) tritt das von dem Lichtleiter 131 ausgesendete Lichtsignal in die Lichtleitereinrichtung 30 in der Verteilung mit dem Radius Rsp um die Position P1 herum ein, an der die optische Achse LA der Plankonvexlinse 17 das Lichteintrittsende der Lichtleitereinrichtung 30 schneidet, und zwar unabhängig von der Position des Lichtaustrittspunkts des Lichtleiters 131.
Das gleiche gilt für das von dem Lichtleiter 132 abgegebene Lichtsignal, und Fig. 6 zeigt schematisch die Lichtsignale, die von den Lichtleitern 131 und 132 ausgesendet werden und durch die Plankonvexlinse 17 zu parallelen Strahlen gemacht werden.
Wie Fig. 6 zeigt, treffen die von den Lichtleitern 131 und 132 kommenden Lichtsignale auf die Lichtleitereinrichtung 30 als die parallelen Strahlen LF1 und LF2 auf. Da die parallelen Strahlen LF1 und LF2 so abgestrahlt werden, daß sie einander überlappen, ist die Lichtstärkeverteilung an dem Lichteintrittsende der Lichtleitereinrichtung 30 selbst dann gleichmäßig, wenn die von den Lichtleitern 131 und 132 abgegebenen Lichtsignale eine Lichtstärkeverteilung mit Einzelpeaks haben, wie unter Bezugnahme auf Fig. 15 erläutert wurde.
Fig. 7 zeigt die Lichtstärkeverteilung von Lichtsignalen, die auf die Lichtleitereinrichtung 30 fallen. In Fig. 7 zeigt die Horizontalachse die Position des Lichteintrittsendes der Lichtleitereinrichtung 30 in Durchmesserrichtung, und die Vertikalachse zeigt die Lichtstärke.
Wie Fig. 7 zeigt, sind die Peaks der auf die Lichtleitereinrichtung 30 fallenden Lichtsignale abgeflacht, und die Lichtstärke ist in der Mitte und in dem Außenrandteil der Lichtleitereinrichtung 30 nahezu gleich. Wenn also die Differenz zwischen der Lichtstärke an dem Bereich, an dem die beiden Peaks einander schneiden, und die Lichtstärke an dem oberen Ende des Peaks als die Lichtstärkedifferenz D' angenommen wird, ist deutlich zu sehen, daß sie kleiner als die Lichtstärkedifferenz D der Lichtstärkeverteilung bei dem unter Bezugnahme auf Fig. 15 erläuterten Lichttriggerthyristor 99 ist.
Daher sind die zu dem Lichtempfangsbereich 2 des Halbleiterkörpers 1 durch die Lichtleitereinrichtung 30 abgestrahlten Lichtsignale ebenfalls gleichmäßig, so daß verhindert wird, daß der Lichtempfangsbereich 2 durch eine örtliche Konzentration des Hauptstroms aufgrund von ungleichmäßigen Lichtsignalen in dem Lichtempfangsbereich 2 zerstört wird. Dadurch wird die maximale Energiedichte klein, und die Mindestenergie (PLT) wird ausreichend bereitgestellt, was eine Verbesserung des Kompromisses zwischen der maximalen Energiedichte und der Mindestenergie (PLT) bedeutet.
Wie Fig. 6 zeigt, werden die von den Lichtleitern 131 und 132 ausgesendeten Lichtsignale zu parallelen Strahlen und werden unter Überlappung in denselben Bereich der Lichtleitereinrichtung 30 abgestrahlt. Selbst wenn sich also die Einbauposition der Lichtleiter 131 und 132 in Höhenrichtung ändert, d. h. selbst wenn die Lichtleiter etwas dezentriert sind, ändert sich die Lichtstärkeverteilung des auf die Lichtleitereinrichtung 30 einfallenden Lichts nicht. Anders ausgedrückt kann man sagen, daß das zulässige Maß einer Dezentrierung der Lichtleiter größer wird oder daß der zulässige Bereich der Fehlausfluchtung der optischen Achse des optischen Übertragungssystems erweitert wird.
Da ferner die parallelen Strahlen F1 und LF2 auf die Lichtleitereinrichtung 30 abgestrahlt werden, ist eine Änderung der Stärke der Lichtsignale, die auf die Lichtleitereinrichtung 30 abgestrahlt werden, auch dann klein, wenn die Distanz zwischen der Plankonvexlinse 17 und der Lichtleitereinrichtung 30 eine gewisse Änderung erfährt.
Somit kann der Verlust von Lichtsignalen infolge einer Fehlausfluchtung der optischen Achse des optischen Übertragungssystems verringert werden, ohne daß die relative Position der Lichtleiter 131 und 132 und der Lichtleitereinrichtung 30 besonders präzise eingestellt wird.

A-5. Funktionen und Wirkungen der Antireflexionsschicht

Der oben erläuterte Lichttriggerthyristor 100, der zusätzlich ein Linsensystem wie etwa die Plankonvexlinse 17 aufweist, hat den weiteren Aspekt, daß Übertragungsverluste infolge Reflexion an der Linsenoberfläche zunehmen.
Die Übertragungsverluste können vermindert werden, indem eine Reflexion verhindert wird durch Ausbilden einer Antireflexionsschicht, die aus SiO&sub2;, Ta&sub2;O&sub5; oder dergleichen besteht, an dem Lichteintrittsende der Lichtleitereinrichtung 30 und den beiden Oberflächen der Plankonvexlinse 17.
Die durch die Gleichung (6) gegebene Beziehung gilt zwischen der Schichtdicke M der Antireflexionsschicht und der Wellenlänge λ des einfallenden Lichts.
In der Gleichung (6) ist n0 ein Brechungsindex der Antireflexionsschicht, und es ist ersichtlich, daß die Einstellung der Schichtdicke der Antireflexionsschicht auf ein ungerades Vielfaches der Wellenlänge λ des einfallenden Lichts das Verhindern von Reflexion ermöglicht.

A-6. Erste Modifikation

Bei dem Lichttriggerthyristor 100, der oben erläutert wurde, wird zwar ein Beispiel beschrieben, bei dem die Distanz zwischen dem Lichtleiter 131 und der Plankonvexlinse 17 gleich der Brennweite der Plankonvexlinse 17 ist; diese Distanz kann jedoch geändert werden.
Wie Fig. 8 zeigt, kann daher der Lichtleiter 131 näher an der Plankonvexlinse 17 angeordnet sein als die Brennebene an der Einfallseite der Plankonvexlinse 17, wobei die Distanz zwischen dem Lichtleiter 131 und der Plankonvexlinse 17 mit a2 eingestellt ist.
Die Lichtleitereinrichtung 30 ist so angeordnet, daß ihr Lichteintrittsende an der austrittsseitigen Brennebene der Plankonvexlinse 17 liegt. Die Distanz zwischen dem Lichtleiter 131 und der Plankonvexlinse 17 ist a2, und die Distanz zwischen der Plankonvexlinse 17 und der Lichtleitereinrichtung 30 ist b.
Diese Anordnung vermindert die Streuung der von den Lichtleitern 131 und 132 kommenden Lichtsignale zu der Plankonvexlinse 17, und die Lichtsignale können auch mit einer Linse, die einen kleineren Durchmesser hat, gleichmäßig gemacht werden. Das zulässige Maß der Dezentrierung des Lichtleiters wird ebenfalls vergrößert.

A-7. Zweite Modifikation

Die Plankonvexlinse 17 dient dazu, die auf die Lichtleitereinrichtung 30 einfallenden Lichtsignale in dem oben erläuterten Lichttriggerthyristor 100 zu vergleichsmäßigen, weil ihre ebene Oberfläche die Positionierung in der zylindrischen Hülle 15 erleichtert. Es erübrigt sich jedoch zu sagen, daß anstelle der Plankonvexlinse 17 auch eine nur konvexe Linse verwendet werden kann.

A-8. Dritte Modifikation

Bei dem oben erläuterten Lichttriggerthyristor 100 ist die Länge des Linseneingriffsbereichs 18 in Axialrichtung so vorgegeben, daß die Lichteintrittsoberfläche der Plankonvexlinse 17 in der zylindrischen Hülle 15 vollständig verdeckt ist, wenn die Plankonvexlinse 17 darin eingesetzt ist. Wie Fig. 9 zeigt, kann jedoch die Lichteintrittsoberfläche der Plankonvexlinse 17 aus der zylindrischen Hülle 151 vorspringen.
In Fig. 9 ist die Länge des Linseneingriffsbereichs 181 der zylindrischen Hülle 151 in der Axialrichtung so vorgegeben, daß die Lichteintrittsoberfläche der Plankonvexlinse 17 aus dem Ende der zylindrischen Hülle 151 vorspringt, wenn die Plankonvexlinse 17 eingesetzt ist.
Diese Konstruktion löst das Problem, daß das auf die Plankonvexlinse 17 einfallende Lichtsignal von der zylindrischen Hülle 151 abgefangen wird.
In Fig. 9 sind gleiche Komponenten wie in Fig. 2 mit den gleichen Bezugszeichen versehen, und es erfolgt keine erneute Beschreibung.

B. Zweite bevorzugte Ausführungsform

Als zweite bevorzugte Ausführungsform des Lichttriggerthyristors gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt Fig. 10 Einzelheiten des optischen Kopplungsbereichs eines Lichttriggerthyristors 200.

B-1. Ausbildung der zylindrischen Hülle

Wie Fig. 10 zeigt, ist die Lichteintrittsendseite der Lichtleitereinrichtung 30 in das eine Ende der zylindrischen Hülle 15 eingesetzt, und eine Gradientenindex- Linse 27 ist in das andere Ende eingesetzt.
Die Konstruktion unterscheidet sich von der unter Bezugnahme auf die Fig. 1 und 2 beschriebenen des Lichttriggerthyristors 100 nur insofern, als die Plankonvexlinse 17 durch die Gradientenindex-Linse 27 ersetzt ist, und gleiche Strukturelemente sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen und werden nicht mehr beschrieben.

B-2. Funktionen und Wirkungen der Gradientenindex-Linse

Als nächstes werden Funktionen und Wirkungen der Gradientenindex-Linse 27 beschrieben. Die Gradientenindex-Linse 27 hat zylinderförmiges Aussehen, und ihr Brechungsindex ist in der Durchmesserrichtung verteilt. Bei dieser Verteilung ist der Brechungsindex in der Mitte am größten und wird zum Außenrand hin kleiner.
Wenn Licht in eine Oberfläche (die Lichteintrittsoberfläche) der Gradientenindex- Linse 27 eintritt, breitet es sich in einem optischen Weg wie eine Sinuswelle aus und wird von der anderen Oberfläche (der Lichtaustrittsoberfläche) ausgesendet. Diese Funktion ist gleich wie bei der Plankonvexlinse 17. Wenn die Distanz zwischen den Lichtleitern 131 und 132 und der Gradientenindex-Linse 27 gleich der Brennweite der Gradientenindex-Linse 27 und die Distanz zwischen der Gradientenindex-Linse 27 und der Lichtleitereinrichtung 30 gleich der Brennweite der Gradientenindex-Linse 27 vorgegeben ist, dann wird der optische Weg der divergenten Strahlen, die aus den Lichtaustrittsenden der Lichtleiter 131 und 132 unter einem bestimmten Winkel in bezug auf die optische Achse der Gradientenindex-Linse 27 austreten, an der Gradientenindex-Linse 27 abgelenkt, und sie treten in Form von parallelen Strahlen in die Lichtleitereinrichtung 30 ein.
Auch wenn also die von den Lichtleitern 131 und 132 abgegebenen Lichtsignale eine Lichtstärkeverteilung mit Einzelpeaks haben, ist die Lichtstärkeverteilung an dem Lichteintrittsende der Lichtleitereinrichtung 30 gleichmäßig.
Da ferner die Gradientenindex-Linse 27 äußerlich wie ein Zylinder ist und um eine Eintrittsoberfläche und eine Austrittsoberfläche kein Richtvermögen für Lichtsignale hat, ist es einfach, sie in die zylindrische Hülle 15 einzusetzen. Wenn sie in den Linseneingriffsbereich 18 der zylindrischen Hülle 15 eingesetzt ist, kann sie in der zylindrischen Hülle 15 leicht positioniert werden.
Außerdem werden bei der Gradientenindex-Linse ihre optische Achse und ihre zylindrische Umfangsoberfläche im allgemeinen genau koaxial gehalten, und daher können bei der Ausbildung des Lichtleitereinrichtungs-Eingriffsbereichs 16, des Linseneingriffsbereichs 18 und des Zwischenraums 19 der zylindrischen Hülle 15 derart, daß ihre Mitten sämtlich in derselben Achse positioniert sind, mit Sicherheit die optische Achse der Gradientenindex-Linse 27 und die Mittelachse der Lichtleitereinrichtung 30 koinzident sein, so daß die Genauigkeit beim Zusammenbau erhöht wird.

C. Dritte bevorzugte Ausführungsform

Als dritte bevorzugte Ausführungsform des Lichttriggerthyristors gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt Fig. 11 Einzelheiten des optischen Kopplungsbereichs eines Lichttriggerthyristors 300.

C-1. Ausbildung der zylindrischen Hülle

Wie Fig. 11 zeigt, ist die Lichteintrittsendseite der Lichtleitereinrichtung 30 in das eine Ende der zylindrischen Hülle 152 eingesetzt, und eine Meniskuslinse 37, die eine konkave Lichtaustrittsoberfläche und eine konvexe Lichteintrittsoberfläche hat, ist in das andere Ende eingesetzt.
Die Ausbildung unterscheidet sich von derjenigen des Lichttriggerthyristors 100, der unter Bezugnahme auf die Fig. 1 und 2 erläutert wurde, nur dadurch, daß die Plankonvexlinse 17 durch die Meniskuslinse 37 ersetzt ist, und gleiche Strukturelemente sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen und werden nicht erneut beschrieben.

C-2. Funktionen und Wirkungen der Meniskuslinse

Als nächstes werden Funktionen und Wirkungen der Meniskuslinse 37 beschrieben. Wenn die Distanz zwischen den Lichtleitern 131 und 132 und der Meniskuslinse 37 gleich der Brennweite der Meniskuslinse 37 und die Distanz zwischen der Meniskuslinse 37 und der Lichtleitereinrichtung 30 gleich der Brennweite der Meniskuslinse 37 vorgegeben ist, wird der optische Weg der divergenten Strahlen, die von den Lichtaustrittsenden der Lichtleiter 131 und 132 unter einem bestimmten Winkel in bezug auf die optische Achse der Meniskuslinse 37 abgegeben werden, an der Meniskuslinse 37 abgelenkt, und dann treffen sie auf die Lichtleitereinrichtung 30 in Form von parallelen Strahlen auf.
Auch wenn daher die von den Lichtleitern 131 und 132 ausgesendeten Lichtsignale eine Lichtstärkeverteilung mit Einzelpeaks haben, ist die Lichtstärkeverteilung an dem Lichteintrittsende der Lichtleitereinrichtung 30 gleichmäßig.
Da die Meniskuslinse 37 an der Seite der Lichtleitereinrichtung 30 eine negative Brechkraft hat, ist die Brechkraft an der Seite der Lichtleiter 131 und 132 auch dann größer, wenn die Brennweite an der Lichteintrittsseite und der Lichtaustrittsseite gleich ist. Das heißt, das Lichtsignal wird an der Lichteintrittsoberfläche der Meniskuslinse 37 stark abgelenkt, so daß eine Linse mit kleinerem Durchmesser ausreicht, um die gleiche Wirkung wie die Plankonvexlinse 17 zu erzielen, die bei der ersten bevorzugten Ausführungsform erläutert wurde. Das bedeutet, daß das zulässige Maß an Dezentrierung der Lichtleiter im Vergleich mit der Plankonvexlinse 17 größer sein kann, wenn eine Linse mit dem gleichen Durchmesser verwendet wird.

D. Vierte bevorzugte Ausführungsform

Wie unter Bezugnahme auf Fig. 2 beschrieben wurde, ist bei der ersten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Lichteintrittsendseite der Lichtleitereinrichtung 30 in das eine Ende der zylindrischen Hülle 15 eingesetzt, und die Plankonvexlinse 17 ist in das andere Ende so eingesetzt, daß ihre ebene Oberfläche innen positioniert ist. Dabei kann zwar anstelle der Plankonvexlinse 17 die Gradientenindex-Linse 27, die bei der zweiten bevorzugten Ausführungsform erläutert wurde, oder die Meniskuslinse 37, die bei der dritten bevorzugten Ausführungsform erläutert wurde, verwendet werden, es ist aber erforderlich, die Mittelachse der Lichtleitereinrichtung 30 und die optische Achse der Linse koinzident zu machen, um Lichtsignalverluste zu vermindern.
Dazu ist es erwünscht, die dimensionsmäßige Toleranz des Lichtleitereinrichtungs-Eingriffsbereichs 16 und des Linseneingriffsbereichs 18 möglichst klein zu machen. Die zylindrische Hülle 15 von Fig. 2 benötigt jedoch einen Zwischenraum zum Aufbringen des Klebstoffs, was eine größere dimensionsmäßige Toleranz erfordert. Somit wird nachstehend eine Konstruktion einer zylindrischen Hülle beschrieben, die einen kleinen Zwischenraum zum Aufbringen von Klebstoff ermöglicht.
Als vierte bevorzugte Ausführungsform des Lichttriggerthyristors gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt Fig. 12 die Ausbildung einer zylindrischen Hülle 15A eines Lichttriggerthyristors 400.
In Fig. 12 ist die Lichteintrittsendseite der Lichtleitereinrichtung 30 in den Lichtleitereinrichtungs-Eingriffsbereich 16A der zylindrischen Hülle 15A eingesetzt, und die Plankonvexlinse 17 ist in den Linseneingriffsbereich 18A eingesetzt.
Ringähnliche Nuten 41 und 42 sind entlang der inneren Seitenwand des Lichtleitereinrichtungs-Eingriffsbereichs 16A und des Linseneingriffsbereichs 18A gebildet, und ringähnliche Nuten 51 und 52 sind entlang den unteren Randbereichen des Lichtleitereinrichtungs-Eingriffsbereichs 16A und des Linseneingriffsbereichs 18A gebildet.
Die Distanz zwischen dem Lichteintrittsende der Lichtleitereinrichtung 30 und der ebenen Fläche der Plankonvexlinse 17 bildet einen Zwischenraum 19A zur Einhaltung einer bestimmten Brennweite. Der Zwischenraum 19A hat ein Durchgangsloch 27A zum Entlüften.
Aus dem nachstehend angegebenen Grund kann die dimensionsmäßige Toleranz der Innendurchmesser des Lichtleitereinrichtungs-Eingriffsbereichs 16A und des Linseneingriffsbereichs 18A die kleinste dimensionsmäßige Toleranz zum Eingriff mit der Lichtleitereinrichtung 30 bzw. der Plankonvexlinse 17 sein. Somit ermöglicht das Einsetzen der Lichtleitereinrichtung 30 und der Plankonvexlinse 17 eine sehr präzise Koinzidenz der Mittelachse der Lichtleitereinrichtung 30 und der optischen Achse der Plankonvexlinse 17.
Dabei werden die Lichtleitereinrichtung 30 und die Plankonvexlinse 17 durch Ausfüllen der Nuten 41 und 42 mit einem Epoxidsystem-Klebstoff AH befestigt, bevor die Lichtleitereinrichtung 30 und die Plankonvexlinse 17 eingesetzt werden. Es ist somit ausreichend, daß der Klebstoff AH nur in den Nuten 41 und 42 vorhanden ist, so daß kein Zwischenraum zum Aufbringen des Klebstoffs AH an den seitlichen Oberflächen der Lichtleitereinrichtung 30 und der Plankonvexlinse 17 ausgebildet sein muß. Dann kann die dimensionsmäßige Toleranz der Innendurchmesser des Lichtleitereinrichtungs-Eingriffsbereichs 16A und des Linseneingriffsbereichs 18A kleiner gemacht werden.
Wenn die Lichtleitereinrichtung 30 und die Plankonvexlinse 17 in den Lichtleitereinrichtungs-Eingriffsbereich 16A und den Linseneingriffsbereich 18A eingesetzt werden, kann der die Nuten 41 und 42 ausfüllende Klebstoff AH an den Enden der Lichtleitereinrichtung 30 und der Plankonvexlinse 17 haften und die unteren Randbereiche des Lichtleitereinrichtungs-Eingriffsbereichs 16A und des Linseneingriffsbereichs 18A erreichen. In diesem Fall wird dieser Klebstoff AH in den Nuten 51 und 52 aufgenommen, so daß verhindert wird, daß der Klebstoff AH zu den Ebenen vordringt, die für die Lichtübertragung der Lichtleitereinrichtung 30 und der Plankonvexlinse 17 von Bedeutung sind.

E. Fünfte bevorzugte Ausführungsform

Bei der ersten und vierten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wurden zwar Beispiele gezeigt, bei denen die Lichtleitereinrichtung 30 und die Plankonvexlinse 17 mit der zylindrischen Hülle 15 oder 15A mittels eines Epoxidklebstoffs AH verbunden sind, aber die Lichtleitereinrichtung 30 und die Plankonvexlinse 17 können befestigt werden, indem auf die zylindrische Hülle 15 gleichmäßig Druck von der Außenseite her nach innen aufgebracht wird, um die zylindrische Hülle, in die die Lichtleitereinrichtung 30 und die Plankonvexlinse 17 eingesetzt sind, nach innen zusammenzudrücken.
Dadurch können die Lichtleitereinrichtung 30 und die Plankonvexlinse 17 auf einfache Weise mit der zylindrischen Hülle 15 innerhalb kurzer Zeit vereinigt werden, so daß Lichttriggerthyristoren erhalten werden, die zur Massenfertigung sehr gut geeignet sind.

F. Sechste bevorzugte Ausführungsform

Bei den obigen bevorzugten Ausführungsformen 1 bis 5 gemäß der vorliegenden Erfindung wurde die Konstruktion gezeigt, daß eine Linse zur Vergleichmäßigung der Lichtsignale, die von den Lichtleitern 131 und 132 abgegeben werden (Fig. 1) (nachstehend nur als Linse bezeichnet), mit der Lichtleitereinrichtung 30 unter Verwendung der zylindrischen Hülle 15 (Fig. 1, Fig. 10, Fig. 11) oder 15A (Fig. 12) vereinigt und in dem metallischen Aufnahmeteil 11 gehalten wird, d. h. die Konstruktion, bei der die Linse in einem dicht verschlossenen Lichttriggerthyristor vorgesehen ist. Diese Konstruktion bietet den Vorteil, daß eine Beschädigung der Linse vermieden wird, wenn die Lichttriggerthyristorvorrichtung bewegt wird oder in Gebrauch ist, aber die Linse kann vor den Lichtleitern 131 und 132 des Steckanschlußelements 12 angebracht sein.
Anders als bei der ersten bis fünften bevorzugten Ausführungsform sind in diesem Fall die Lichtleiter 131 und 132 und die Linse vereinigt, und die optischen Achsen der Linse und der Lichtleitereinrichtung 30 sind fehlausgefluchtet, aber das Problem der Fehlausfluchtung wird dadurch gelöst, daß die von den Lichtleitern 131 und 132 ausgesendeten Lichtsignale durch die Linse gleichmäßig gemacht werden. Dies ist insofern äquivalent mit der ersten bis fünften bevorzugten Ausführungsform, als die Lichtsignale gleichmäßig gemacht werden, und liefert außerdem Lösungen für die Probleme der herkömmlichen Vorrichtungen.
Da die Lichtleiter 131 und 132 ferner mit der Linse zu einer Einheit vereinigt sind, ist dies insofern vorteilhaft, als die Linse in Abhängigkeit von der Art der Lichtleiter leicht ausgewechselt werden kann, wenn die Lichtleiter durch solche einer anderen Art ersetzt werden.
Die Erfindung wurde zwar im einzelnen beschrieben, die vorstehende Beschreibung ist jedoch in jeder Hinsicht beispielhaft und stellt keine Einschränkung dar. Es versteht sich, daß zahlreiche weitere Modifikationen und Abwandlungen vorgesehen werden können, ohne vom Umfang der Erfindung, wie er in den beigefügten Ansprüchen ausgeführt ist, abzuweichen.

Claims

1. Lichttriggerthyristor, der folgendes aufweist:

- eine Lichtleitereinrichtung (30), die folgendes aufweist: einen Lichtempfangsbereich (2), der ein Lichtsignal empfängt, das als Trigger für den Thyristorbetrieb dient, ein Lichteintrittsende für das Lichtsignal und ein Lichtaustrittsende, das dem Lichtempfangsbereich (2) zugewandt ist, um das Lichtsignal an den Lichtempfangsbereich (2) zu übertragen;

- eine Vielzahl von ersten Lichtleitern (131, 132), um das Lichtsignal von einer Vielzahl von Lichtsignalerzeugungsquellen (20, 21) zu übertragen, die außerhalb des Lichteintrittsendes der Lichtleitereinrichtung (30) vorgesehen sind;

gekennzeichnet durch

- eine Linse (17, 27, 37), die vor dem Lichteintrittsende der Lichtleitereinrichtung (30) angeordnet ist, um das Lichtsignal zu formen, das von der Vielzahl von ersten Lichtleitern (131, 132) in einem parallelen Strahl ausgesandt wird;

- wobei die Lichtleitereinrichtung eine Lichtleitereinrichtung vom Arraytyp ist, der eine Vielzahl von zweiten Lichtleitern (OF) hat, die zusammen gruppiert sind.

2. Thyristor nach Anspruch 1,

wobei die Lichtleitereinrichtung (30) so angeordnet ist, daß das Lichteintrittsende mit der austrittsseitigen Brennebene der Linse (17, 27, 37) koinzident ist,

und wobei die Vielzahl von ersten Lichtleitern (131, 132) so angeordnet ist, daß ihre Lichtaustrittsenden mit der einfallseitigen Brennebene der Linse (17, 27, 37) koinzident sind.

3. Thyristor nach Anspruch 1,

wobei die Lichtleitereinrichtung (30) so angeordnet ist, daß das Lichteintrittsende mit einer austrittsseitigen Brennebene der Linse (17, 27, 37) koinzident ist,

und wobei die Vielzahl von ersten Lichtleitern (131, 132) so angeordnet ist, daß ihre Lichtaustrittsenden näher an der Linse (17, 27, 37) als die einfallseitige Brennebene der Linse (17, 27, 37) positioniert sind.

4. Thyristor nach einem der Ansprüche 1 bis 3,

wobei die Linse (17) eine Plankonvexlinse (17) ist, die eine konvexe Oberfläche an ihrer einen Seite und eine ebene Oberfläche an ihrer anderen Seite aufweist,

wobei die Linse (17) so angeordnet ist, daß die ebene Oberfläche sich an der Lichtleitereinrichtungsseite befindet.

5. Thyristor nach einem der Ansprüche 1 bis 3,

wobei die Linse (27) eine Gradientenindex-Linse (27) ist, die eine Brechungsindex-Verteilung in ihrer Durchmesserrichtung, wobei der Brechungsindex im Zentrum am höchsten ist und mit zunehmender Nähe zum Umfang abnimmt, und ebene Oberflächen an ihren beiden Seiten hat.

6. Thyristor nach einem der Ansprüche 1 bis 3

wobei die Linse (37) eine Meniskuslinse (37) ist, die eine konvexe Oberfläche an ihrer einen Seite und eine konkave Oberfläche an ihrer anderen Seite aufweist,

und wobei die Linse (37) so angeordnet ist, daß die konkave Oberfläche sich an der Lichtleitereinrichtungsseite befindet.

7. Thyristor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, der ferner folgendes aufweist:

- eine Hülle (15), in die die Lichtleitereinrichtung (30) und die Linse (17, 27, 37) eingesetzt sind, um die Lichtleitereinrichtung (30) und die Linse (17, 27, 37) optisch zu koppeln,

- wobei die Hülle (15) folgendes aufweist:

-- einen Lichtleitereinrichtungs-Eingriffsbereich (16), in den die Lichtleitereinrichtung (30) eingesetzt ist,

-- einen Linseneingriffsbereich (18), in den die Linse (17, 27, 37) eingesetzt ist, und

-- einen Zwischenraum (19), der so vorgesehen ist, daß er sich zwischen dem Lichtleitereinrichtungs-Eingriffsbereich (16) und dem Linseneingriffsbereich (18) hindurch erstreckt, um die Lichtleitereinrichtung (30) und die Linse (17, 27, 37) um eine bestimmte Distanz zu trennen,

-- wobei der Lichtleitereinrichtungs-Eingriffsbereich (16), der Linseneingriffsbereich (18) und der Zwischenraum derart ausgebildet sind, daß ihre jeweiligen Mittelachsen sämtlich in derselben Achse positioniert sind.

8. Thyristor nach Anspruch 7,

wobei der Lichtleitereinrichtungs-Eingriffsbereich (16) ein Loch ist, das einen Boden mit einem Innendurchmesser hat, der einem Außendurchmesser der Lichtleitereinrichtung (30) entspricht,

und wobei der Linseneingriffsbereich (18) ein Loch ist, das einen Boden mit einem Innendurchmesser hat, der einem Außendurchmesser der Linse (17, 27, 37) entspricht,

und wobei die Lichtleitereinrichtung (30) und die Linse (17, 27, 37) mit einem Klebstoff (AH) haftend befestigt sind.

9. Thyristor nach Anspruch 7 oder 8,

wobei der Lichtleitereinrichtungs-Eingriffsbereich (16) folgendes aufweist:

- eine ringartige erste Nut (41) entlang seiner inneren Seitenwand und

- eine ringartige zweite Nut (51) entlang seinem unteren Rand, und wobei der Linseneingriffsbereich (18) folgendes aufweist:

- eine ringartige dritte Nut (41) entlang seiner inneren Seitenwand und

- eine ringartige vierte Nut (52) entlang seinem unteren Rand,

- wobei die erste und die dritte Nut (41, 42) mit einem Klebstoff (AH) gefüllt sind.

10. Thyristor nach Anspruch 7,

wobei der Lichtleitereinrichtungs-Eingriffsbereich (16) ein Loch mit einem Boden ist, dessen Innendurchmesser einem Außendurchmesser der Lichtleitereinrichtung (30) entspricht,

wobei der Linseneingriffsbereich (18) ein Loch mit einem Boden ist, dessen Innendurchmesser einem Außendurchmesser der Linse (17, 27, 37) entspricht,

und wobei die Lichtleitereinrichtung (30) und die Linse (17, 27, 37) befestigt sind durch gleichmäßiges Aufbringen von Druck auf die Hülle (15) von der Außenseite her nach innen, um die Hülle nach innen zusammenzudrücken.

11. Thyristor nach einem der Ansprüche 7 bis 10,

wobei die Hülle (15, 15A) mindestens ein Durchgangsloch (29, 27A) hat, das sich von ihrer Umfangsoberfläche so erstreckt, daß es den Spalt (19, 19A) erreicht.

12. Thyristor nach Anspruch 11,

wobei die Hülle (15) mindestens ein erstes Durchgangsloch (28), das sich von ihrer Umfangsoberfläche so erstreckt, daß es den Lichtleitereinrichtungs-Eingriffsbereich (16) erreicht, und mindestens ein zweites Durchgangsloch (28) aufweist, das sich so erstreckt, daß es den Linseneingriffsbereich (18) erreicht.

13. Thyristor nach einem der Ansprüche 1 bis 12, der ferner eine Antireflexionsschicht an dem Lichteintrittsende der Lichtleitereinrichtung (30) und an beiden Oberflächen der Linse (17, 27, 37) aufweist.