DE8804626U1

DE8804626U1 - Elektro-optischer Umsetzer

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Publication number: DE8804626U1
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Priority date: 1988-04-08
Filing date: 1988-04-08
Publication date: 1988-06-01

Description

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Es handelt sich im Folgenden um einen elektro-optischen Umsetzer mit ein&m Gehäuse, mit einer Lumineszenzdiode, mit einem Lichtempfanger und mit einem Lichtwellenleiter.

Der vorgeschlagene elektro-optische Umsetzer findet sowohl Anwendung in Lichtwellenleiter-Netzen mit Simplexbetrieb (mit nur einem Lichtwellenleiter) wie auch solchen, die im Duplex-Betrieb (mit zwei parallelen Lichtwellenleitern) in beiden Richtungen arbeiten.

Bidirektional arbeitende elektro-optische Umsetzer, in welchen elektrische Signale in optische Signale und umgekehrt optische Signale in elektrische Signale umgewandelt werden können, sind bekannt. Sie haben jedoch den Nachteil, daß sie sehr aufwendig konzipiert und daher relativ teuer in der Herstellung sind.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, einen elektro-optischen Umsetzer vorzuschlagen, welcher es gestattet, mit sehr geringem technischen Aufwand und auf einfache Weise elektrische Signale in optische Signale und umgekehrt umzusetzen.

Zur Lösung der gestellten Aufgabe wird von einem elektro-optischen Umsetzer ausgegangen, welcher ein Gehäuse, eine Lumeneszenzdiode, einen Lichtempfänger sowie einen Lichtwellenleiter umfaßt und gelöst wird die Aufgabe dadurch, daß das Gehäuse eine Lichtkammer aufweist _r die Lumineszenzdiode mit ihrer Linse in die Lichtkammer hineinragt, der Lichtwellenleiter die Lichtkammer durchsetzt, der Lichtwellenleiter in der Lichtkammer eine Lücke aufweist, die Schnittflächen des Lichtwellenleiters in der Lücke axial fluchtend in geringem Abstand einander gegenüberliegen, der Lichtempfänger an der Außenwand des Gehäuses angeordnet ist und der LichtweÜenieiter mit seinem Ende

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' ~ 5 der Aufnähme des Lichtempfängers gegenüberliegt.

Zur H.eif,steilung eines solchen elektrö-optischen Umsetzers bedarf es lediglich zweier elektronischer Bauteile, nämlich •iner handelsüblichen Lumineszenzdiode und eines ebensolchen Lichtempfängers; diese beiden sind in ein auf einfachste Weise herstellbares, kleines Gehäuse eingesetzt, wobei Präzision nicht erforderlich ist. Ein der Lumineszenzdiode zugeführtes, elektrisches (digitales oder analoges) Signal wird umgesetzt in ein optisches Signal, was den Umsetzer durch den Lichtwellenleiter verläßt, und ein über diesen Lichtwellenleiter zugeführtes, optisches, digitales oder analoges Signal wird umgekehrt umgewandelt in ein elektrisches Signal und verläßt den Umsetzer an den Klemmen des Lichtempfängers.

Ein wesentliches Anwendungsgebiet des beschriebenen, elektrooptischen Umsetzers ist ein integriertes Lichtwellenleiter-Starkstromverteilungs-Netz mit zweiteiligen, mehrpoligen elektrischen Kupplungsvorrichtungen, bei welchen mittels der gleichen Steckerstifte und Buchsen sowohl die Starkstromverbindung wie die Lichtwellenleiterverbindung hergestellt wird. Der Umsetzer besitzt derart geringe Abmessungen und ist so billig herstellbar, daß er in jeden Stecker bzw. in jede Steckdose eingebaut werden kann, wo aus Gründen der Signalverstärkung mittels Zwischenverstärker eine Umsetzung der optischen Signale in elektrische Signale bzw. umgekehrt erforderlich ist.

Eine erfinderische, zweite Ausführungsform des vorgeschlagenen, elektro-optischen Umsetzers ist dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein weiterer Lichtwellenleiter die Lichtkammer durchsetzt und dort eine Lücke aufweist, daß seine Schnittflächen in der Lücke axial fluchtend in geringem Abstand einander gegenüberliegen, und daß wenigstens ein weiterer Lichtempfänger an der Außenwand des Gehäuses angeordnet ist, wobei dieser zweite Lichtwellenleiter mit seinem Ende der Aufnahme des zweiten Lichtempfängers gegenüberliegt.

Diese Aüsführüngsform des elektrö-öptischen Umsetzers löst gleichzeitig irai -.infa^hate Weise das technische Problem der Verzweigung eines Lichtwellenleiters, welches bisher nu£ mit Hilfe von halbdürchlässigen Spiegeln öder mechanischem Hin- und Herbewegen des Lichtwellerileiters gelost Werden konnte. Ein den Anschlußfahnen der Lumineszenzdiode dieser Aüsführüngö^ form zugeführtes, elektrisches Signal wird umgesetzt und an iwei ausgehende Lichtweilenleiter abgegeben, und umgekehrt wird jedes optische Signal, was durch den einen oder beide Lichcweiienieiter herangeführt wird, in ein elektrisches Signal umgewandelt.

Zweckmäßig besteht das Gehäuse aus Kunststoff und weist die Form eines Quaders auf. Diese Maßnahme reduziert die Herstellkosten.

Vorteilhaft besitzt die Lichtkammer eine zylindrische Innenwand und weist einen kugelig gewölbten Boden auf.

Zur Erhöhung der Lichtreflexionen in der Lichtkammer kann der Kunststoff des Gehäuses weiß eihgefärbt sein,

Eine ausgezeichnete Reflexion des Lichtes in der in der Lichtkammer wird dadurch erzielt, daß deren Innenwand eine versiegelte Oberfläche trägt.

Zweckmäßig werden die Lücken der beiden Lichtwellenleiter so gewählt, daß ihre Weite etwa dem Durchmesser der Lichtwellenleiter entspricht. Diese Dimensionierung hält einerseits die Dämpfung beim Lichtübergang gering und es kann andererseits auch genug Licht in die Schnittflächen der Lichtwellenleiter eintreten.

Als Lichtwellenleiter wird vorteilhaft eine Kunststoffaser mit einem Durchmesser von etwa einem Millimeter gewählt.

Ein gleichmäßiges Eintreten des Lichtes der Lichtkassaser in die

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beiden Lichtwellenleiter wird erreicht, wenn diese in einer gemeinsamen Ebene liegen. Es ist jedoch möglich, die Lichtwellenleiter auch übereinander anzuordnen.

Zweckmäßig kreuzen sich die beiden Lichtwellenleiter rechtwin- ,

kelig, sie können aber auch unter einem anderen Winkel liegen, j_s

wenn es die gegenseitige Lage der beiden ausgehenden Lichtwel- f lenleiter erfordert-

Nach einem weiteren Merkmal steht die Lumineszenzdiode mit ihrer Linse in einem Abstand von der Lücke der Lichtwellenleiter, welcher annähernd mit dem Durchmesser der beiden Lichtwel- ; lenleiter übereinstimmt. Dieser geringe Abstand hat sich für die Lichtübergänge in die Lichtwellenleiter als optimal erwiesen.

Bei den Lichtempfängern handelt es sich um Photodioden, es können aber auch ebensogut Phototransistoren Verwendung finden.

Sofern die beiden Lichtwellenempfänger elektrisch parallel geschaltet werden, erscheint jedes optische Signal, welches von einem der beiden Lichtwellenleiter herangeführt ist/ nach seiner Umsetzung am gleichen, gemeinsamen Ausgang des elektrooptischen Umsetzers.

Der vorgeschlagene, elektro-optische Umsetzer wird nachfolgend an zwei Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiden beigefügten Zeichnungen näher erläutert, in diesen Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 einen elektro-optischen Umsetzer mit einem

Lichtwellenleiter, in einer perspektivischen, durchsichtigen Darstellung/ in etwa fünffach vergrößertem Maßstab. I

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Fig, 2 den Umsetzer nach Figur 1 in einem Horizon

talschnitt, geschnitten in der Ebene des Lichtwellenleiters, mit Blick von unten auf die Linse der Lumineszenzdiode;

Fig. 3 den Umsetzer gemäß Figur 1 in einem Vertikal

schnitt, ebenfalls geschnitten in der Ebene des Lichtwelienleiters;

Fig. 4 einen elektro-optischen Umsetzer mit zwei

sich kreuzenden Lichtwellenleitern und einem Gehäuse, in perspektivischer, durchsichtiger Wiedergabe, in etwa fünffach vergrößertem Maßstab;

Fig. 5 den Umsetzer nach Figur 4 in einem Eorizon-

talschnitt, geschnitten in der gemeinsamen Ebene der beiden Lichtwellenleiter mit Blickrichtung von unten auf die Luminiszendiode;

Fig. 6 den Umsetzer nach Figur 4 in einem Vertikal

schnitt, geschnitten ebenfalls in der Ebene der beiden Lichtwellenleiter. '>

Der in den Figuren 1 bis 3 in seiner ersten Ausführungsform dargestellte, elektro-optische Umsetzer besteht aus einem Gehäuse 1, einer Lumineszenzdiode 2, einem Lichtempfänger 3 und einem Lichtwellenleiter 4.

Das Gehäuse 1 besteht aus einem formgepreßten Kunststoff, welcher weiß eingefärbt ist und es weist die Form eines Quaders auf. Im Innern dieses Gehäuses 1 ist eine Lichtkammer 5 vorgesehen, die eine zylindrische Innenwand 6 sowie einen jj kugelig gewölbten Böden 7 aufweist. Die Innenwand 6 kann eine verspiegelte Oberfläche 8 aufweisen, in diesem Fälle ist die Einfärbung des Kunststoffes beliebig.

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Die Lumineszenzdiode 2, an deren Vorderseite eine Linse 9 angeformt ist, ragt mit dieser Linse 9 in die Lichtkammer 5 hinein; die Lumineszenzdiode 2 ist also in die wie ein Sackloch ausgebildete Lichtkammer 5 eingesteckt und verschließe sie nach außen hin.

Der eine prismatische Gestalt aufweisende Lichtempfänger 3 ist eine handelsübliche Photodiode oder ein Phototransistor und an der einen Außenwand 10 des Gehäuses 1 angeordnet. Dieser Lichtempfänger 3 besitzt in seiner Mitte in einer trichterförmigen Vertiefung 11 eine kugelförmige Aufnahme 12, welche zum Gehäuse 1 gerichtet ist.

Der Lichtwellenleiter 4 in Gestalt einer Kunststoffaser mit einem Durchmesser von etwa einem Millimeter durchdringt die Wandungen des Gehäuses 1 und durchsetzt die Lichtkammer 5, jedoch i.7t dieser Lichtwellenleiter 4 im Zentrum der Lichtkammer 5 unterbrochen und weist somit dort eine kleine Lücke 13 auf. Die beiden eb-\n ausgebildeten Schnittflächen 14 und 15 der Unterbrechung des Lichtwellenleiters 4 liegen sich in dieser Lücke 13 axial fluchtend und in geringem Abstand gegenüber. Die Lücke 13 bzw. der Abstand der beiden Schnittflächen 14 und 15 voneinander entspricht etwa dem Durchmesser des Lichtwellenleiters 4. Der Lichtwellenleiter 4 bzw. dessen zwischen der Lücke 13 und dem Lichtempfänger 3 liegenden, kurzer Leiterabschnitt liegt mit seinem Ende 16 der Aufnahme 1 2 des Lichtempfängers 3 gegenüber und steht in geringem Abstand vor der Aufnahme 12. Das Ende 16 kann etwas in die Aufnahme 11 hineinragen.

Die Linse 9 der Lumineszenzdiode 2 liegt in geringem Abstand 17 von der Lücke 13; dieser Abstand 17 stimmt annähernd mit dem Durchmesser des Lichtwellenleiters 4 überein.

Die Funktion dieses elektro-optischen Umsetzers in seiner ersten Ausführungsförm ist folgende:

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Ein dem elektro-optischen Umsetzer entsprechend dem Doppelpfeil a über den Lichtwellenleiter 4 zugeführtes, optisches Signal tritt aus dessen Schnittfläche 14 aui, durchsetzt wenn auch gedämpft - die Lücke 13 und tritt in die gegenüberliegende Schnittfläche 15 wieder ein, läuft durch den kurzen Leiterabschnitt zum Ende 16 und trifft auf die Aufnahme 12 des Lichtempfängers 3. Der Lichtempfänger 3 wandelt das optische Signal in ein elektrisches Signal um, welches über die beiden elektrischen Leitungen 18 in Richtung des zweiten Doppelpfeiles b den Umsetzer verläßt.

Ein elektrisches Signal, das über die beiden Anschlußfahnen 19 in Richtung des Pfeiles c der Lumineszenzdiode 2 zugeführt wird, bringt diese zum Aufleuchten. Das erzeugte Licht erfüllt die Lichtkammer 5 und ^ird an deren Innenwand 6 vielfach reflektiert. Dabei tritt ein Teil des Lichtes in die Schnittfläche 14 des Lichtwellenleiters 4 ein und wird von diesem nach außen in Richtung des Pfeiles d geleitet. Das unerwünscht durch die gegenüberliegende Schnittfläche 15 einfallende Licht, welches dabei in den Lichtempfänger 3 gelangt, kann durch eine einfache, schaltungstechnische Maßnahme 3 eicht unterdrückt werden.

Der vorgeschlagene Umsetzer nach Figuren 1 bis 3 vermag isomit ein von einer Richtung herkommendes, elektrisches Signal in ein optisches Signal umzuwandeln und in eine andere Richtung weiterzugeben, und umgekehrt ein von der anderen Richtung ankommendes, optisches Signal in ein elektrisches umzuformen und es in die erste Richtung weiterzugeben.

Der elektro-optische Umsetzer, welcher in flan Figuren 4 bis 6 wiedergegeben ist, stimmt hinsichtlich seines Aufbaues mit dem bereits beschriebenen überein, jedoch wei£t der elektro-optische Umsetzer in dieser Ausführungsform einen zweiten Lichtwellenleiter 20 und einen zweiten Lichtempfänger 21 auf«

Ji Der zweite Lichtwellänleiteif 20 durchsetzt genauso wie der"

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erste tichtwellenleiter 4 die Lichtkammer 5 und weist dort ebenfalls eine LÜcike 22 auf, södaß seine beiden ächhittflachen 23 Und 24 in geringem Abstand axial fluchtend einander gegenüberliegen* Der zw#ibe Lichtempf anger 21 ist äri einer zweiten Außenwand 25 des Gehäuses 1 rechtwinkelig zum ersten Lichtempfänger 3 angeordnet» Der Leiterabschnitt des zweiten Lichtwellenleiters 20, welcher zwischen der Lücke 22 und dem zweiten Lichtempfänger 21 liegt, steht mit seinem Ende 26 der kugelförmigen Aufnahme 27 des Liehtempfängers 21 in geringem Abstand gegenüber.

Die beiden Lichtwellenleiter 4 und 20 liegen in einer gemeinsamen Ebene und sie kreuzen sich unter einem rechten Winkel 28. Die beiden Lichtempfänger 3 und 21 sind durch Doppelleitungen 29 elektrisch parallel geschattet»

Die Funktion des elektro-optischen Umsetzers in der zweiten Ausführungsform entspricht weitgehend der bereits beschriebenen Funktion der ersten Ausführungsform gemäß den Figuren 1 bis 3.

Ein optisches Signal, welches dem elektro-optischen Umsetzer über den einen Lichtwellenleiter 4 oder den anderen Lichtwellenleiter 20 in Richtung des Doppelpfeiles e-] bzw. &2 ^zu~ fließt, trifft auf die Aufnahme 12 bzw. die Aufnahme 27 des ersten bzw. des zweiten Lichtaufnehmers 3, 21 und wird dort in ein elektrisches Signal umgesetzt, welches über die eine bzw* die andere der beiden Doppelleitungen 29 durch das Leitungspaar 30 in Richtung des Dopelpfeiles f den Umsetzer verläßt.

Ein über die Anschlußfahnen 18 in Richtung des Pfeiles g der Lumineszenzdiode 2 zugeführtes, elektrisches Signal aktiviert diese. Das in die Lichtkammer 5 ausgesandte Licht tritt gedämpft in die beiden Schnittflächen 14 und 22 der beiden Lichtwellenleiter 4 und 20 ein und wird von den beiden Lichtwellenleitern 4 und 20 in Richtung der Pfeile h-| und h2 weggeleitet.

lri seiner zweiten Ausführungsform ist der elektro-optische Umsetzer somit in der Läge, ein von der einen Richtung zügeführtes, elektrisches Signal umzuwandeln und in zwei Lichtweileftleitern A₁ 20 abgehen zu lassen, Und Umgekehrt ein (oder auch zwei gleichzeitig ankommende), durch die zwei Lichtwellenieiter 4, 20 eingespeistes, optisches Signal in zwei (bzw. bei Parallelschaltung der beiden Lichtempfänger 3 und 21 in ein einziges) elektrisches Signal zu verwandeln und nach außen entsprechend Pfeil f zu leiten* Die zweite Ausführungsform

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dern auch als Verzweiger.

Q 3541/88 Gbm 29.März 1988

Zusammenstellung der verwendeten Bezugs &zgr; i ffern

1	Gehäuse
2	Lumineszenzdiode
3	Lichtempfänger
4	Lichtwellenleiter
5	Lichtkammer
6	Innenwand
7	Boden
8	Oberfläche
9	Linse
10	Außenwand
11	Vertiefung
12	Aufnahme
13	Lücke
14	Schnittfläche
15	Schnittfläche
16	Ende
17	Abstand
a	Doppelpfeil
18	elektrische Leitungen
b	Doppelpfeil
19	Anschlußfahnen
C	Pfeil
d	Pfeil
2C	(zweiter) Lichtweilenleiter
21	(zweiter) Lichtempfänger
22	Lücke
23	Schnittfläche
24	Schnittfläche
25	(zweite) Außenwand
26	Ende (von 20)
27	Aufnahme
28	rechter Winkel
29	Doppelleitungen

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ei Doppelpfeil

&2 Doppelpfeil

30 Leitühgspaar

f Doppelpfeil

g Pfeil

Claims

PATENTANWÄLTE 'LDÜRM &*DURM DR.-ING. KLAUS DURM DIPL-ING. FRANK DURM FELJX-MOTTL-STRASSE1A D-7500 KARLSRUHE 21 TELEFON (0721)3533 55 G 3541/88 Gbm 29.März 1988 Herbert Graf Elektro-optischer umsetzer Ansprüche

1. Elektro-optisoher Umsetzer, mit

a) einem Gehäuse,

b) einer Lumineszenzdiode,

c) einem Lichtempfänger, und

d) einem Lichtwellenleiter,

dadurch gekennzeichnet, daß

e) das Gehäuse (1) eine Lichtkammer (5) aufweist,

f) die Lumineszenzdiode (2) mit ihrer Linse (9) in die Lichtkammer (5) hineinragt,

g) der Lichtwellenleiter (4) die Lichtkammer (5) durchsetzt,
h) der Lichtwellenleiter (4) in der Lichtkammer (5) eine Lücke(13) aufweist,

i) die Schnittflächen (14 und 15) des Lichtwellenleiters (4) in der Lücke (13) axial fluchtend in geringem Abstand einander gegenüberliegen,

j) der Lichtempfänger (3) an der Außenwand (10) des Gehäuses (1 ) angeordnet ist, und

k) der Lichtwellenleiter (4) mit seinem finde (16) der Aufnahme (12) des Lichtempfängers (3) gegenüberliegt.

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2. Elektro-optischer Umsetzer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß

1) wenigstens ein weiterer Lichtwellenleiter (20) die Lichtkammer (5) durchsetzt, in der Lichtkammer (5) eine Lücke (22) aufweist, seine Schnittflächen (23, 24) in der Lücke (22) axial fluchtend in geringem Abstand einander gegenüberliegen, und wenigstens ein weiterer Lichtempfänger (21) an der Außenwand (25) des Gehäuses (1) angeordnet ist, wobei dieser zweite Lichtwellenleiter (20) mit seinem Ende (26) der Aufnahme (27) des zweiten Lichtempfangers (21) gegenüberliegt.

3. Elektro-optischer Umsetzer nach Anspruch 1 oder 2, d a &Kgr; durch gekennzeichnet, daß

m) das Gehäuse (1) aus Kunststoff besteht und die Form eines * Quaders aufweist.

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4. Elektro-optischer Umsetzer nach einem der Ansprüche 1 bis

% 3, dadurch gekennzeichnet, daß

&eegr;) die Lichtkammer (5) eine zylindrische Innenwand (6) und einen kugelig gewölbten Boden (7) aufweist.

5. Elektro-optischer Umsetzer nach einem der Ansprüche 1 bis P 4, dadurch gekennzeichnet, daß

|j &ogr;) der Kunststoff des Gehäuses (1) weiß eingefärbt ist.

6. Elektro-optischer Umsetzer nach einem der Ansprüche 1 bis

5, dadurch gekennzeichnet, daß

&rgr;) die Innenwand (6) der Lichtkammer (5) eine verspiegelte Oberfläche (8) trägt.

7. Elektro-optischer Umsetzer nach einem der Ansprüche 1 bis

6, dadurch gekennzeichnet, daß'

q) die Lücke (13 bzw. 22) des Lichtwellenleiters (4 bzw. 20) etwa dem Durchmesser des Lichtwellenleiters (4 bzw. 2&uacgr;) ,ent" spricht.

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Bt Elektfo-optischer Umsetzer nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet/ daß

r) der Lichtweilenleiter (4 bzw. 20) eine Künststoffäser mit einem Durchmesser Von etwa einem Millimeter ist*

9. Elektro-optischer Umsetzer nach einem der Ansprüche 2 bis 8/ dadurch gekennzeichnet/ daß

s) die beiden Lichtwellenleiter (4 und 20) in einer gemeinsamen Ebene liegen.

10. Elektro-optischer Umsetzer nach einem der Ansprüche 2 bis

9, dadurch gekennzeichnet, daß

t) die beiden Lichtwellenleiter (4 und 20) sich unter einem rechten Winkel (28) kreuzen.

11. Elektro-optischer Umsetzer nach einem der Ansprüche 1 bis |

10, dadurch gekennzeichnet, daß

u) die Lumineszenzdiode (2) mit ihrer Linse (9) in einem Ab- j stand (17) von der Lücke (13 bzw. 22) der Lichtwellenlei-^ ter (4 bzw. 20) steht, welcher annähernd mit dem Durchmesser der Lichtwellenleiter (4 bzw. 20) übereinstimmt.

12. Elektro-optischer Umsetzer nach einem der Ansprüche 1 bis

11, dadurch gekennzeichnet, daß | v) der Lichtempfänger (3 bzw. 21) eine Photodiode ist.

13. Elektro-optischer Umsetzer nach einem der Ansprüche 1 bis | 11, dadurch gekennzeichnet, daß

w) der Lichtempfanger {3 bzw. 20) ein Phototransistor ist.

14. Elektro-optischer Umsetzer nach einem der Ansprüche 2 bis 13_r dadurch gekennzeichnet, daß

x) die beiden Lichtempfanger (3 und 20) elektrisch parallel geschaltet sind.