EP2162772A1 - Optischer drehübertrager mit aktiver bewegungskompensation - Google Patents

Optischer drehübertrager mit aktiver bewegungskompensation

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Publication number
EP2162772A1
EP2162772A1 EP08750137A EP08750137A EP2162772A1 EP 2162772 A1 EP2162772 A1 EP 2162772A1 EP 08750137 A EP08750137 A EP 08750137A EP 08750137 A EP08750137 A EP 08750137A EP 2162772 A1 EP2162772 A1 EP 2162772A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
collimator
optical
arrangement
control unit
actuator
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP08750137A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Gregor Popp
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Schleifring und Apparatebau GmbH
Original Assignee
Schleifring und Apparatebau GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Schleifring und Apparatebau GmbH filed Critical Schleifring und Apparatebau GmbH
Publication of EP2162772A1 publication Critical patent/EP2162772A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/36—Mechanical coupling means
    • G02B6/3604—Rotary joints allowing relative rotational movement between opposing fibre or fibre bundle ends

Definitions

  • the invention relates to a device for transmitting optical signals between mutually rotatable units, also called rotary coupling or rotary transformer.
  • a device for transmitting optical signals between mutually rotatable units also called rotary coupling or rotary transformer.
  • rotary coupling also called rotary transformer.
  • the object of the invention is to improve the known state of the art on rotary transmitters for the transmission of optical signals, and in particular in such a way to design that the complex transmission can be omitted or simplified. Furthermore, the arrangement should preferably be designed so that higher mechanical tolerances can be accepted in the storage.
  • the device according to the invention has two collimator arrangements 10, 14, which are arranged so as to be rotatable relative to one another about an axis of rotation 6.
  • this optical path there is at least one derotating element, for example a dove prism 3, which is for imaging the light emitted by the first collimator arrangement 10 onto the second collimator arrangement 14, as well as in the opposite direction, independently of the rotational movement between the two collimators provides.
  • the dove prism is rotated at half the angular speed of rotation of the first collimator assembly 10 and the second collimator assembly 14.
  • Each of the collimator arrangements 10, 14 comprises at least one collimator and at least one means for
  • collimator is here in the broadest sense for a jet-guiding or beam-shaping element.
  • the object of such a collimator is to convert the light guided in an optical waveguide, for example a singlemode fiber or else a multimode fiber, into a beam path which can be guided through the rotary transformer and in particular through the derotating element. This corresponds to a beam path in the free space or in an optical medium, such as, for example, glass or oil.
  • a collimator a conversion in the opposite direction, ie from the beam path in the rotary transformer in an optical waveguide, take place. Of course, conversions in both directions are also conceivable within a collimator, so that bidirectional signals can be transmitted.
  • the collimators are lenses, preferably gradient index lenses (GRIN lenses), and more preferably lenses of a microlens array.
  • a collimator arrangement may be designed for any number of optical channels. In the simplest case, it is designed for a single channel, but preferably for a number greater than two channels. Accordingly, the term of the first set of optical waveguides 2 and of the second set of optical waveguides 5 refers to at least one, preferably to a plurality of optical waveguides.
  • the invention is fundamentally executable for all derotating optical elements.
  • reference is here made to a Dove prism.
  • a derotierendes element Abbe-King prism or a mirror arrangement can be used.
  • a collimator arrangement comprises at least one collimator with an actuator adjustable in two axes. With the actuator tilting of the beam and / or a displacement of the beam is realized. If, for example, the position of an optical waveguide is displaced in front of a collimator lens, this results in a tilting of the beam behind the collimator lens. By the actuator, the beam can now be adjusted so that the attenuation of the optical path is minimal.
  • the at least one collimator can also be adjustable only in one axis or in a larger number of axes.
  • a control unit 11, 15 is provided for controlling the at least one actuator.
  • the actuator is driven so that it assumes a predetermined position. This predetermined position can be a fixed position. Alternatively, it can be time-dependent, dependent on the angle of rotation or else dependent on other parameters, such as a temperature of the arrangement or a component. Likewise, it can be dependent on optical transmission parameters.
  • each collimator can be assigned its own control unit.
  • the two control units of the two collimator arrangements preferably communicate selectively by means of optical signals, by means of capacitively coupled signals or else by means of electrical signals transmitted via a slip ring.
  • appropriate optical, capacitive or inductive coupler 12 are then provided.
  • one of the existing optical channels can be used for signaling.
  • a common control unit for both Kollimatoran isten be provided.
  • the invention is particularly advantageous in a combination of a fiber array with a microlens array.
  • Fiber arrays are usually very precise, but must be positioned on the microlens array.
  • An offset (without rotation) of the fiber array with respect to the microlens array results in a uniform squint angle which can be compensated by the actuator for the entire collimator unit.
  • the actuator is provided for adjustment during a calibration procedure.
  • a calibration is carried out for the first time before commissioning of the arrangement and later during operation at specific intervals.
  • the attenuation of an optical path is measured and then adjusted according to the actuator.
  • the actuator is not adjusted.
  • the calibration data can be stored in a memory, preferably a microcontroller, and retrieved for operation.
  • the control unit always signals a constant, equal value during operation.
  • the actuators are designed for continuous adjustment of the arrangement during operation.
  • the actuator is continuously adjusted to always achieve minimum attenuation of an optical path.
  • the signal amplitudes of an optical receiver can be evaluated.
  • a reference channel can be provided, which is acted upon by an optical signal of known intensity. From the received signal at the other
  • the attenuation of the transformer can then be determined. But it could also be monitored with a monitor receiver, the signal amplitude of one or more channels. For this purpose, a small proportion, for example, 1% of the signal to be transmitted is coupled out with an optical coupler and fed to the monitor receiver. Better results can be achieved if a first monitor receiver is assigned to the first collimator arrangement and a second monitor receiver is assigned to the second collimator arrangement. It can now in at least one of the control units 11, 13 by Forming the ratio of the measured values to the damping can be concluded.
  • the at least one actuator can then be adjusted again, so that the attenuation becomes minimal or at least falls below a predetermined limit value.
  • the cost-effective arrangement results when only a collimator assembly is equipped with actuators according to the invention. Particularly low transmission loss can be achieved if both collimator arrangements are equipped with actuators according to the invention. It is particularly advantageous to equip the side of a light emitter with an actuator so that the emitted light beam is always focused into the collimator of the correspondingly different collimator arrangement. This results in a substantial improvement in the squint angles, since derotating elements such as a Dove prism or mirror doubles the squint angle at each reflection.
  • control unit has a sensor for determining the angular position between the two Kollimatoran glovesen. Furthermore, the tax unit to a memory containing calibration data, which are fed position-dependent in the at least one actuator, so that the optical transmission loss between the first Kollimatoranord- tion and the second collimator is minimal.
  • At least one actuator is designed as an electrostatic, electromagnetic, piezoelectric or thermal actuator.
  • At least one collimator arrangement comprises a fiber positioning unit, as disclosed, for example, in US 2005/0100268 A1. The contents of this document are incorporated by reference.
  • At least one collimator arrangement comprises a fiber switch unit, as disclosed, for example, in US Pat. No. 7,106,925 B2. The contents of this document are incorporated by reference.
  • a further subject of the invention is a collimator arrangement for use in optical rotary transmitters.
  • Another object according to the invention is an optical rotary transformer with two collimator arrangements 10, 14, which are arranged so as to be rotatable relative to one another about an axis of rotation 6.
  • at least one collimator is provided with an adjustable in two axes actuator for derotation.
  • the at least one collimator with the adjustable actuator is tracked by the control unit corresponding to the rotational movement, so that it is always aligned with the corresponding collimator of the corresponding other collimator.
  • such collimators according to the invention can be provided only in a Kollimatoran instructen, but preferably in both Kollimatoran remedyen.
  • the individual collimators of a collimator unit can not be adjusted in at least two axes. Rather, the entire optical assembly of the collimator unit is positioned in at least two axes.
  • a micro-optical system carrying a plurality of collimators can be adjusted at least two axes.
  • the positioning takes place in more than two axes.
  • an adjustment can be made parallel to the axis of rotation, that is, in the longitudinal axis of the collimator.
  • a micromechanical adjusting device for adjusting at least one collimator.
  • This can be designed, for example, in the form of a microgear. This can be used to occupy the collimators themselves or the fibers in front of the collimator lens.
  • a further embodiment of the invention provides that the individual collimators of the first collimator Arrangement 10 and the second collimator 14 are assigned to each other such that there is a favorable, in particular a short trajectory.
  • the outer collimators of the first collimator arrangement could be imaged onto the inner collimators in the center of rotation of the second collimator arrangement.
  • a symmetrical or congruent arrangement of the individual channels in the Kollimatoran everen is not necessary.
  • At least one of the control units 11, 13 is designed such that it can switch on or switch off individual channels or also change channel assignments.
  • the actuator of the mapping of an optical channel of the first collimator 10 on a predetermined other channel of the second collimator 14 take place. If necessary, it would then be possible to switch to another channel of the second collimator arrangement 14.
  • An inventive rotary transformer is accordingly usable as a switching matrix. Thus, for example, time division multiple channels could be realized.
  • a reconfiguration of the arrangement is possible, for example, if the channels were connected in an incorrect order, or if individual channels have defects in the optical waveguides or in components of the rotary transformer, such as the Kollimatoranordnun- gene.
  • At least one MEMS (Micro-Electro-Mechanical System) mirror array for selective beam deflection is provided.
  • MEMS Micro-Electro-Mechanical System
  • a MEMS mirror array is also a targeted deflection of the individual light beams from the individual optical fibers possible.
  • a derotating optical element such as a Dove prism
  • mechanical tolerances of the device can be compensated.
  • a derotation is possible if the individual mirrors are driven in accordance with the rotational movement.
  • At least one MEMS mirror array 15, 1 is provided between the first set of optical fibers 2 and the second set of optical fibers 5. It is controlled by at least one control unit 11, 13 and deflects light from at least one optical waveguide of a set of optical waveguides 2, 5 into a predetermined optical waveguide of the other set of optical waveguides 5, 2 independently of the rotation.
  • the mirrors are aligned with respect to the light beams from the individual optical waveguides such that a light beam is incident on a mirror.
  • a light beam could also fall on several mirrors, so that a redundant mirror system can be set up, which still works if a mirror fails.
  • a game system could be used to divide a light beam into a plurality of light beams. It is also possible to combine different variants of the embodiments described here.
  • FIG. 1 shows, in a general form, schematically an arrangement according to the invention.
  • Figure 2 shows an exemplary arrangement according to the prior art.
  • FIG. 3 shows a further embodiment of an arrangement according to the invention.
  • Figure 4 shows the embodiment of Figure three with an electric rotary transformer.
  • Figure 5 shows an arrangement with a collimator arrangement with adjustable collimators, a derotating optical element and a fixed collimator arrangement.
  • Figure 6 shows a similar arrangement as the previous figure, but with a collimator arrangement which deflects light by 90 °.
  • FIG. 7 shows an arrangement with a collimator arrangement with adjustable collimators and a fixed collimator arrangement, but without a doping optical element.
  • Figure 8 shows a similar arrangement to the previous figure, but with a collimator arrangement which deflects light by 90 °.
  • FIG. 9 shows an arrangement with two MEMS mirror arrays.
  • FIG. 10 shows an arrangement with a MEMS mirror array and with a collimator arrangement with adjustable collimators.
  • FIG. 11 shows an arrangement with a MEMS mirror array and with a collimator arrangement.
  • Figure 12 shows an arrangement with a fixed collimator, a derotating element and a MEMS mirror array with a collimator arrangement.
  • FIG. 13 shows a matrix-type collimator arrangement in plan view.
  • the optical rotary transformer according to the invention comprises a first collimator 10 for coupling a first set of optical fibers 2, and a second collimator 14 for coupling a second set of optical fibers 5.
  • a derotierendes optical element here a Dove prism arranged between the first Collimator assembly 10 and the second collimator assembly 14 .
  • the beam path of three Light beams I 1 8, 9 clearly shows the operation of the arrangement.
  • light can be coupled in through one of the first optical waveguides 2.
  • the light is collimated in the first collimator assembly 10 in a direction parallel to the axis of rotation.
  • the collimator assembly 10 has collimators with actuators adjustable in two axes.
  • All collimators can be individually adjusted in two axes.
  • the control of the collimators by means of the control unit 11 also has the second collimator 14 collimators with two axes adjustable actuators. Again, all collimators are individually adjustable in two axes.
  • the second control unit 13 is provided.
  • FIG 2 shows in schematic form an arrangement according to the prior art.
  • the optical rotary transformer comprises a first collimator arrangement 1 for coupling first optical waveguides 2, and a second collimator arrangement 4 for coupling second optical waveguides 5.
  • the second collimator arrangement 4 is rotatably mounted relative to the first collimator arrangement 1 about the axis of rotation 6.
  • a derotierendes element in the form of a Dove prism 3.
  • the exemplary beam path of three light beams 7, 8, 9 is starting from a first set of optical fibers 2 on the first collimator assembly 1, through the Dove prism 3, over the second collimator 4 shown in the second optical waveguide 5.
  • FIG. 3 shows a further variant of an arrangement according to the invention. No derotating optical element is needed here. The derotation is realized by the movement of the collimators themselves.
  • a first control unit 11 is provided for controlling the first collimator arrangement 10.
  • the second collimator arrangement 14 is controlled by the second control unit 13.
  • FIG. 4 shows a further example of a rotary transformer according to the invention.
  • an electrical rotary transformer 12 for example, a capacitive coupler is provided for communication between the first control unit 11 and the second control unit 13.
  • FIG. 5 shows a further arrangement with a derating optical element.
  • a first collimator assembly 10 with adjustable collimators, controlled by a first control unit 11 on one side of the derotierenden optical element 3 is provided.
  • a second collimator arrangement 4 with fixed collimators for coupling to the second set of optical waveguides 5 is provided.
  • Figure 6 shows an arrangement according to the preceding figure. Deviating from this is the second Collimator 4 equipped with a deflection, which makes a deflection of the light by 90 °. Of course, other deflection angle can be realized.
  • the arrangement shown here has the advantage that the second set of optical waveguides 5 can be arranged perpendicular to the axis of rotation 6, which reduces the overall length of the arrangement.
  • FIG. 7 shows an arrangement with a first collimator arrangement with adjustable collimators 10, controlled by a first control unit 11 and a second collimator arrangement 4 corresponding to the prior art.
  • the derotation takes place in the first collimator arrangement with adjustable collimators 10.
  • the collimators are correspondingly here the rotational movement adjusted.
  • This arrangement is only suitable for transmitting light from the direction of the first collimator arrangement with adjustable collimators 10, since only the light from this direction can be deflected in accordance with the compensation of the rotational movement.
  • the collimators of the second collimator assembly 4 are not movable. Thus, light from the direction of this collimator arrangement can not be derotated. In the event that an optical channel is provided on the axis of rotation 6, this can be used without derotation and thus in both directions of transmission.
  • FIG. 8 shows an arrangement similar to that described above, but here the second collimator arrangement 4 is designed as a collimator with a 90 ° deflection, so that the second set of optical waveguides 5 can be arranged perpendicular to the axis of rotation 6.
  • FIG. 9 shows an arrangement according to the invention with a first MEMS mirror array 15 driven by a first control unit 11 and a second MEMS mirror array 16 driven by a second control unit 13.
  • the two MEMS mirror arrays 15, 16 provide the corresponding channel assignment or derotation of the channels.
  • FIG. 10 shows an arrangement according to the invention with a first collimator arrangement with adjustable collimators 10, controlled by a first control unit 11 and a second MEMS mirror array 16, controlled by a second control unit 13.
  • FIG. 11 shows a first collimator arrangement 1 with fixed collimators and a second MEMS mirror array 16 driven by a second control unit 13.
  • light coming from the first collimator arrangement 1 can be deflected into corresponding optical waveguides from the second set of optical waveguides 5.
  • light from the second set of optical waveguides 5 can also be deflected into any optical waveguide of the first set of optical waveguides 2 of the first collimator arrangement 1.
  • FIG. 12 shows a further arrangement with a first collimator arrangement 1, a derotating element 3 and a second MEMS mirror array 16 driven by a second control unit 13.
  • FIG. 13 shows a matrix-type collimator arrangement according to the invention in the plan view of the lenses.
  • the matrix is divided into columns 30-34 and rows 35-39.
  • the collimators are shown here as rectangles for better recognition. Since the entire assembly is rotated about its midpoint (the intersection of the two horizontal and vertical axes), the individual collimators move on circular tracks 40-43, numbered from inside to outside according to their radius. It is advantageous to minimize the tilt angles of the individual collimators during the rotational movement. As a result, the variation of the optical path lengths remains lower. This also results in a smaller variation of the transmission loss over the rotation. To achieve this, the lateral distances of the collimators of the first collimator assembly 10 and the second collimator assembly 14 should be minimized.
  • collimators of the first large radius collimator assembly to collimators of the second small radius collimator assembly.
  • the collimator is excluded at the center thereof.
  • the collimators of the first collimator assembly 10 on the radius 43 may be coupled to the collimators of the second collimator assembly 14 on the radius 40 and the radius 41.
  • the collimators of the first collimator assembly 10 on the radius 42 are coupled to the collimators of the second collimator assembly 14 on the radius 42.
  • FIG. 14 shows details of an exemplary collimator arrangement 4.
  • the details presented here also apply mutatis mutandis to the other drawings, even if they relate to other collimator arrangements.
  • the set of optical waveguides 5 consists of individual optical waveguides, which are accommodated in ferrules 20.
  • other types of attachment such as bonding, bonding to a support, such as a glass plate or a prism, can be used.
  • lenses such as gradient index lenses or ball lenses may also be present. For a beam guide or beam shaping is possible.
  • the light emerging from the individual optical waveguides of the set of optical waveguides is converted by the lenses into a parallel light bundle and a parallel light bundle coming from the outside is focused into the optical waveguide.
  • beam guidance or beam shaping or focusing at least one lens 17 is provided.
  • a typical beam path 18 is shown between an optical fiber 5 and a lens. The light beam 18 emerges from an optical waveguide, is reflected at the back of the prism 19 and leaves it through a lens 17.

Landscapes

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  • Mechanical Coupling Of Light Guides (AREA)

Abstract

Beschrieben wird ein Optischer Drehübertrager umfassend eine erste Kollimatoranordnung zur Ankopplung von ersten Lichtwellenleitern sowie eine zweite Kollimatoranordnung zur Ankopplung von zweiten Lichtwellenleitern, wobei diese gegenüber der ersten Kollimatoranordnung um eine Drehachse drehbar gelagert ist. Die Kollimatoranordnungen weisen Kollimatoren mit einem in zwei Achsen verstellbaren Aktuator auf. Eine Steuereinheit steuert die Aktuatoren derart an, dass die mechanischen Toleranzen kompensiert werden und die optische Durchgangsdämpfung zwischen den Kollimatoranordnungen minimal ist.

Description

OPTISCHER DREHUBERTRAGER MIT AKTIVER BEWEGUNGSKOMPENSATION
BESCHREIBUNG
Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Übertragung optischer Signale zwischen gegeneinander drehbaren Einheiten, auch Drehkupplung oder Drehübertrager genannt. Damit können vorzugsweise mehrere optische Signale in mehreren Kanälen gleichzeitig übertragen werden .
Stand der Technik
Zur Übertragung optischer Signale zwischen gegeneinander drehbaren Einheiten sind verschiedene Übertragungssysteme bekannt .
In der US 5,568,578 ist ein optischer Drehübertrager für mehrere Kanäle mit einem Dove-Prisma offenbart. Zur Einkopplung beziehungsweise Auskopplung des Lichtes aus Glasfasern ist eine Anordnung mit mehreren GRIN-Linsen vorgesehen. Das Dove-Prisma muss mit einem präzisen Getriebe exakt mit der halben Winkelgeschwindigkeit zwischen den beiden gegeneinander drehbaren Einheiten verdreht werden.
Darstellung der Erfindung Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den bekannten Stand der Technik an Drehübertragern zur Übertragung optischer Signale zu verbessern und insbesondere derart auszugestalten, dass das aufwändige Getriebe weggelassen beziehungsweise vereinfacht werden kann. Weiterhin sollte vorzugsweise die Anordnung so gestaltet werden, dass höhere mechanische Toleranzen in der Lagerung akzeptiert werden können.
Erfindungsgemäße Lösungen dieser Aufgabe sind in den unabhängigen Patentansprüchen angegeben. Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ans- prüche .
Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist zwei Kollimatoranordnungen 10, 14 auf, welche um eine Drehachse 6 gegeneinander drehbar angeordnet sind. Zwischen der ersten Kollimatoranordnung 10 und der gegenüber dieser drehbar angeordneten zweiten Kollimatoranordnung 14 besteht ein optischer Pfad zur Übertragung von Licht. In diesem optischen Pfad befindet sich wenigstens ein derotierendes Element, beispielsweise ein Dove-Prisma 3, welches für eine Abbildung des von der ersten Kollimatoranordnung 10 ausgesendeten Lichtes auf die zweiten Kollimatoranordnung 14, ebenso auch in umgekehrter Richtung, unabhängig von der Rotationsbewegung zwischen den beiden Kollimatoren sorgt. Das Dove-Prisma wird hierzu mit der halben Winkelgeschwindigkeit der Drehung der ersten Kollimatoranordnung 10 und der zweiten Kollimatoranordnung 14 gedreht.
Jede der Kollimatoranordnungen 10, 14 umfasst wenigs- tens einen Kollimator sowie wenigstens ein Mittel zur
Halterung des wenigstens einen Kollimators. Der Begriff Kollimator steht hier im weitesten Sinne für ein strahlführendes beziehungsweise strahlformendes Element. Die Aufgabe eines solchen Kollimators besteht in der Umsetzung des in einem Lichtwellenleiter, beispielsweise einer Singlemode-Faser oder auch einer Multimode-Faser geführten Lichtes in einen Strahlengang, welcher durch den Drehübertrager und insbesondere durch das derotierende Element geführt werden kann. Dieser entspricht einem Strahlengang im Freiraum beziehungsweise in einem optischen Medium, wie beispielswei- se Glas oder Öl. Ebenso kann durch einen Kollimator auch eine Umsetzung in umgekehrter Richtung, d.h. vom Strahlengang im Drehübertrager in einen Lichtwellenleiter, erfolgen. Selbstverständlich sind innerhalb eines Kollimators auch Umsetzungen in beide Richtungen denk- bar, so dass bidirektionale Signale übertragen werden können. Typischerweise sind die Kollimatoren Linsen, bevorzugt Gradienten-Index-Linsen (GRIN-Linsen) und besonders bevorzugt Linsen eines Mikrolinsen-Arrays . Eine Kollimatoranordnung kann für eine beliebige Anzahl optischer Kanäle ausgelegt sein. Im einfachsten Falle ist sie für einen einzigen Kanal, bevorzugt jedoch für eine Anzahl größer zwei Kanäle ausgelegt. Entsprechend bezieht sich der Begriff des ersten Satzes Lichtwellenleiter 2 und des zweiten Satzes Lichtwellenleiter 5 auf wenigstens einen, bevorzugt auf mehrere Lichtwellenleiter.
Die Erfindung ist grundsätzlich für alle derotierenden optischen Elemente ausführbar. Der Anschaulichkeit halber wird hier auf ein Dove-Prisma Bezug genommen. Ebenso ist aber auch als derotierendes Element ein Abbe-König-Prisma oder eine Spiegelanordnung einsetzbar .
Eine erfindungsgemäße Kollimatoranordnung umfasst wenigstens einen Kollimator mit einem in zwei Achsen verstellbaren Aktuator. Mit dem Aktuator wird eine Verkippung des Strahls und/oder eine Verschiebung des Strahls realisiert. Wird beispielsweise die Position eines Lichtwellenleiters vor einer Kollimatorlinse verschoben, so resultiert dies in einer Verkippung des Strahls hinter der Kollimatorlinse. Durch den Aktuator kann nun der Strahl so eingestellt werden, dass die Dämpfung des optischen Pfades minimal ist. Optional kann der wenigstens eine Kollimator auch nur in einer Achse oder in einer größeren Anzahl von Achsen verstellbar sein. Zur Steuerung des wenigstens einen Aktuators ist eine Steuereinheit 11, 15 vorgesehen. Durch die Steuereinheit wird der Aktuator derart angesteuert, dass er eine vorgegebene Position einnimmt. Diese vorgegebene Position kann eine feste position sein. Alternativ kann sie zeitabhängig, drehwinkelab- hängig oder auch von anderen Parametern, wie einer Temperatur der Anordnung oder eines Bauteils abhängig sein. Ebenso kann sie von optischen Übertragungsparame- tern abhängig sein.
Wahlweise kann jeder Kollimatoranordnung eine eigene Steuereinheit zugeordnet sein. Bevorzugt kommunizieren die beiden Steuereinheiten der beiden Kollimatoranord- nungen wahlweise mittels optischer Signale, mittels kapazitiv gekoppelter Signale oder auch mittels über einen Schleifring übertragener elektrischer Signale. Hierzu sind dann entsprechende optische, kapazitive oder induktive Koppler 12 vorgesehen. Ebenso kann auch einer der vorhandenen optischen Kanäle zur Signalisierung verwendet werden. Alternativ hierzu kann auch eine gemeinsame Steuereinheit für beide Kollimatoranordnungen vorgesehen sein.
Die Erfindung ist besonders vorteilhaft bei einer Kombination eines Faser-Arrays mit einem Mikrolinsen- Array. Faser-Arrays sind normalerweise sehr präzise, müssen aber auf dem Mikrolinsen-Array positioniert werden. Durch einen Versatz (ohne Drehung) des Faser- Arrays gegenüber dem Mikrolinsen-Array ergibt sich ein einheitlicher Schielwinkel, der durch den Aktuator für die gesamte Kollimatoreinheit kompensiert werden kann.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Aktuator zur Justage während einer Kalibrierprozedur vorgesehen. So wird beispielsweise erstmalig vor der Inbetriebnahme der Anordnung sowie später im Betrieb in bestimmten Intervallen eine Kalibrierung durchgeführt. Hierzu wird die Dämpfung eines optischen Pfades vermessen und daraufhin entsprechend der Aktuator eingestellt. Im laufenden Betrieb wird der Aktuator nicht verstellt. So können die Kalibrierdaten in einem Speicher, vorzugsweise einem Microcontroller abgespeichert sein und für den laufenden Betrieb abgerufen werden. Die Steuereinheit signalisiert entsprechend während des Betriebs immer ein konstantem glei- chen Wert. Durch eine solche Ausgestaltung lässt sich die optische Justage der Anordnung wesentlich vereinfachen. Anstatt einer aufwändigen mechanischen Justage, der in mehreren Schritten die Dämpfungswerte ermittelt und die Kollimatoren entsprechend justiert beziehungsweise fixiert werden, kann nun eine vollautomatische oder zumindest teilautomatische Kalibrierung treten. Allerdings sind hier die Anforderungen an die Toleranzen der Lagerung und des Getriebes noch relativ hoch, da Schwankungen im Betrieb nicht kompensiert werden können .
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die Aktuatoren zur kontinuierlichen Justage der Anordnung während des Betriebs ausgebildet. So wird während der Drehung der Anordnung kontinuierlich der Aktuator nachgestellt, um immer eine minimale Dämpfung eines optischen Pfades zu erreichen. Hierbei können beispielsweise die Signalamplituden eines optischen Empfängers ausgewertet werden. Alternativ kann auch ein Referenzkanal vorgesehen sein, welcher mit einem optischem Signal bekannter Intensität beauf- schlagt wird. Aus dem empfangenen Signal am anderen
Ende des optischen Pfades dieses Kanals kann dann die Dämpfung des Übertragers ermittelt werden. Es könnte aber auch mit einem Monitorempfänger die Signalamplitude eines oder mehrerer Kanäle überwacht werden. Hierzu wird ein geringer Anteil, beispielsweise 1% des zu übertragenden Signals mit einem optischen Koppler ausgekoppelt und dem Monitorempfänger zugeführt. Bessere Ergebnisse können erreicht werden, wenn ein erster Monitorempfänger der ersten Kollimatoranordnung zu- geordnet ist und ein zweiter Monitorempfänger der zweiten Kollimatoranordnung zugeordnet ist. Es kann nun in wenigstens einer der Steuereinheiten 11, 13 durch Bildung des Verhältnisses der gemessenen Werte auf die Dämpfung geschlossen werden.
Aufgrund einer Amplituden oder Dämpfungsmessung kann dann wieder der zumindest eine Aktuator nachgestellt werden, so dass die Dämpfung minimal wird oder zumindest einen vorgegebenen Grenzwert unterschreitet. Durch diese dynamische Einstellung beziehungsweise Regelung der Kollimatorpositionen kann auch im Betrieb mit relativ hohen mechanischen Toleranzen der Anordnung eine niedrige Durchgangsdämpfung erreicht werden. So kann auch hier ein größeres Spiel in der Lagerung und/oder im Getriebe toleriert werden.
Die kostengünstige Anordnung ergibt sich, wenn nur eine Kollimatoranordnung mit Aktuatoren entsprechend der Erfindung ausgerüstet ist. Besonders niedrige Durchgangsdämpfung lassen sich erreichen, wenn beide Kollimatoranordnungen mit Aktuatoren entsprechend der Erfin- düng ausgerüstet sind. Besonders günstig ist es, die Seite eines Lichtsenders mit einem Aktuator auszurüsten, so das der ausgesendete Lichtstrahl immer in den Kollimator der entsprechend anderen Kollimatoranordnung fokussiert wird. Dies bringt eine wesentliche Verbesse- rung der Schielwinkel, da derotierende Elemente wie ein Dove-Prisma oder Spiegel den Schielwinkel bei jeder Reflexion verdoppeln.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Steuereinheit einen Sensor zur Ermittlung der Winkelposition zwischen den beiden Kollimatoranordnungen auf. Weiterhin weist die Steuer- einheit einen Speicher auf, welcher Kalibrierdaten enthält, welche positionsabhängig in den mindestens einen Aktuator eingespeist werden, so dass die optische Durchgangsdämpfung zwischen der ersten Kollimatoranord- nung und der zweiten Kollimatoranordnung minimal ist.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist wenigstens ein Aktuator als elektrostatischer, elektromagnetischer, piezoelektrischer oder thermischer Aktua- tor ausgeführt.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfasst wenigstens eine Kollimatoranordnung eine Faser-Positioniereinheit, wie sie beispielsweise in der US 2005/0100268 Al offenbart ist. Der Inhalt dieses Dokuments sei durch Bezugnahme mit aufgenommen.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfasst wenigstens eine Kollimatoranordnung eine Faser-Schaltereinheit, wie sie beispielsweise in der US 7,106,925 B2 offenbart ist. Der Inhalt dieses Dokuments sei durch Bezugnahme mit aufgenommen.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist eine Kollima- toranordnung zum Einsatz in optischen Drehübertragern.
Ein anderer erfindungsgemäßer Gegenstand ist ein optischer Drehübertrager mit zwei Kollimatoranordnungen 10, 14, welche um eine Drehachse 6 gegeneinander drehbar angeordnet sind. Zwischen der ersten Kollimatoranordnung 10 und der gegenüber dieser drehbar angeordneten zweiten Kollimatoranordnung 14 besteht ein optischer Pfad zur Übertragung von Licht. Im Gegensatz zur vorhergehenden Ausführung befindet sich zwischen den beiden Kollimatoranordnungen kein derotierendes optisches Element. Vielmehr ist wenigstens ein Kollimator mit einem in zwei Achsen verstellbaren Aktuator zur Derotation vorgesehen. Somit wird der wenigstens eine Kollimator mit dem verstellbaren Aktuator durch die Steuereinheit entsprechende der Drehbewegung nachgeführt, so das dieser immer auf den entsprechenden Kollimator der entsprechenden anderen Kollimatoreinheit ausgerichtet ist. Auch hier können derartige erfindungsgemäße Kollimatoren nur in einer Kollimatoranordnungen, vorzugsweise aber in beiden Kollimatoranordnungen vorgesehen sein.
Da nun entsprechend der Erfindung kein derotierendes optisches Element, beispielsweise in Form eines Dove- Prismas notwendig ist, ergeben sich eine Reihe von Vorteilen. Es verringert sich der Abstand zwischen den beiden Kollimatoranordnungen. Der notwendige Abstand wird nun durch den maximal möglichen Ablenkwinkel sowie die Größe einer Kollimatoranordnung vorgegeben. Es ergeben sich erhebliche Gewichtseinsparungen durch den Wegfall eines Prismas. Weiterhin sind die Anforderungen an die mechanischen Toleranzen der Anordnung wesentlich geringer. Schließlich können auch einfachere Kollimatoren verwendet werden, da die Abstände zwischen den Kollimatoranordnungen geringer sind und eine entsprechend geringere Bündelung notwendig ist. So könnten beispielsweise linsenförmige ausgeführte Faserenden oder Fasertaper ausreichend sein. Besonders günstig ist hier auch die Kombination eines Faser-Arrays mit einem Mikrolinsen-Array, wie bereits zuvor beschrieben. Es können hier automatisch die Schielwinkel kompensiert werden. Dadurch werden höhere Toleranzen bei der Montage und somit geringere Fertigunskosten ermöglicht.
In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausgestaltung sind nicht die einzelnen Kollimatoren einer Kollimatorein- heit in wenigstens zwei Achsen verstellbar. Vielmehr wird die gesamte optische Baugruppe der Kollimatoreinheit in wenigstens zwei Achsen positioniert. So kann beispielsweise ein Mikrooptisches System, welches eine Vielzahl von Kollimatoren trägt wenigstens zwei Achsen verstellt werden.
In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausgestaltung erfolgt die Positionierung in mehr als zwei Achsen. So kann beispielsweise noch eine Verstellung parallel zur Drehachse, das heißt in Längsachse des Kollimators erfolgen .
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist zur Verstellung wenigstens eines Kollima- tors eine Mikromechanische Verstelleinrichtung vorgesehen. Diese kann beispielsweise in Form eines Mikroge- triebes ausgebildet sein. Hiermit können die Kollimatoren selbst oder die Fasern vor dem Kollimatorlinsen belegt werden.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die einzelnen Kollimatoren der ersten Kollimatora- nordnung 10 und der zweiten Kollimatoranordnung 14 derart einander zugeordnet sind, dass sich eine günstige, insbesondere eine kurze Bewegungsbahn ergibt. Hierzu könnten beispielsweise die äußeren Kollimatoren der ersten Kollimatoranordnung auf die inneren Kollimatoren in der Rotationsmitte der zweiten Kollimatoranordnung abgebildet werden. Eine symmetrische oder deckungsgleiche Anordnung der einzelnen Kanäle in der Kollimatoranordnungen ist nicht notwendig.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist wenigstens eine der Steuereinheiten 11, 13 derart ausgebildet, dass sie einzelne Kanäle einschalten beziehungsweise ausschalten oder auch Kanalzuordnungen ändern kann. So kann beispielsweise durch gezielte Ansteuerung des Aktuators der Abbildung von einem optischen Kanal der ersten Kollimatoranordnung 10 auf einen vorgegebenen anderen Kanal der zweiten Kollimatoranordnung 14 erfolgen. Bei Bedarf könnte dann auf einen anderen Kanal der zweiten Kollimatoranordnung 14 umgeschaltet werden. Ein erfindungsgemäßer Drehübertrager ist dementsprechend als Schaltmatrix verwendbar. Somit könnte beispielsweise ein Zeitmultiplex verschiedene Kanäle realisiert werden. Ebenso ist auch eine Rekonfiguration der Anordnung möglich, falls beispielsweise die Kanäle in einer falschen Reihenfolge angeschlossen wurden, oder falls einzelne Kanäle Defekte in den Lichtwellenleitern oder in Komponenten des Drehübertragers, wie beispielsweise der Kollimatoranordnun- gen aufweisen. Entsprechend einem weiteren Aspekt der Erfindung ist wenigstens ein MEMS (Micro-Electro-Mechanical System) Spiegel Array zur selektiven Strahlablenkung vorgesehen. Mittels eines solchen MEMS Spiegel Array ist ebenfalls eine gezielte Ablenkung der einzelnen Lichtstrahlen aus den einzelnen Lichtwellenleitern möglich. Somit können auch im Falle einer Kombination mit einem derotierenden optischen Element, wie beispielsweise einem Dove-Prisma, mechanische Toleranzen der Anordnung kompensiert werden. Ebenso ist auch eine Derotation möglich, wenn die einzelnen Spiegel entsprechend der Rotationsbewegung angesteuert werden.
Wenigstens ein MEMS Spiegel Array 15, 1 ist zwischen dem ersten Satz Lichtwellenleiter 2 und dem zweiten Satz Lichtwellenleiter 5 vorgesehen. Es wird von wenigstens einer Steuereinheit 11, 13 gesteuert und lenkt Licht aus wenigstens einem Lichtwellenleiter eines Satzes Lichtwellenleiter 2, 5 in einen vorgegebenen Lichtwellenleiter des anderen Satzes Lichtwellenleiter 5, 2 unabhängig von der Drehung.
Bevorzugt werden die Spiegel in Bezug auf die Lichtstrahlen aus den einzelnen Lichtwellenleitern derart ausgerichtet, dass ein Lichtstrahl auf einen Spiegel fällt. Alternativ hierzu könnte aber auch ein Lichtstrahl auf mehrere Spiegel fallen, so dass ein redundantes Spiegelsystem aufgebaut werden kann, welches immer noch funktioniert, falls ein Spiegel ausfällt. Zudem könnte mit einem solchen Spielsystem eine Aufteilung eines Lichtstrahls in mehrere Lichtstrahlen vorgenommen werden. Es können auch verschiedene Varianten der hier beschriebenen Ausgestaltungen miteinander kombiniert werden .
Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens anhand von Ausführungs- beispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen exemplarisch beschrieben.
Figur 1 zeigt in allgemeiner Form schematisch eine erfindungsgemäße Anordnung.
Figur 2 zeigt eine beispielhafte Anordnung entsprechend dem Stand der Technik.
Figur 3 zeigt eine weitere Ausführungsform einer erfin- dungsgemäßen Anordnung.
Figur 4 zeigt die Ausgestaltung aus Figur drei mit einem elektrischen Drehübertrager.
Figur 5 zeigt eine Anordnung mit einer Kollimatoranordnung mit verstellbaren Kollimatoren, einem derotierenden optischen Element und einer feststehenden Kollimatoranordnung .
Figur 6 zeigt eine ähnliche Anordnung wie die vorhergehende Figur, jedoch mit einer Kollimatoranordnung, welche Licht um 90° ablenkt.
Figur 7 zeigt eine Anordnung mit einer Kollimatoranord- nung mit verstellbaren Kollimatoren und einer feststehenden Kollimatoranordnung, jedoch ohne derotierendes optisches Element. Figur 8 zeigt eine ähnliche Anordnung wie die vorhergehende Figur, jedoch mit einer Kollimatoranordnung, welche Licht um 90° ablenkt.
Figur 9 zeigt eine Anordnung mit zwei MEMS Spiegel Arrays .
Figur 10 zeigt eine Anordnung mit einem MEMS Spiegel Array und mit einer Kollimatoranordnung mit verstellba- ren Kollimatoren.
Figur 11 zeigt eine Anordnung mit einem MEMS Spiegel Array und mit einer Kollimatoranordnung.
Figur 12 zeigt eine Anordnung mit einem festen Kollimator eine, einem derotierenden Element und einem MEMS Spiegel Array mit einer Kollimatoranordnung.
Figur 13 zeigt eine matrixförmige Kollimatoranordnung in der Draufsicht.
Figur 1 zeigt in schematischer Form eine erfindungsgemäßen Anordnung im Schnitt längs der Drehachse 6. Der erfindungsgemäße optische Drehübertrager umfasst eine erste Kollimatoranordnung 10 zur Ankopplung von einem ersten Satz Lichtwellenleiter 2, sowie eine zweite Kollimatoranordnung 14 zur Ankopplung eines zweiten Satzes Lichtwellenleiter 5. Zwischen der ersten Kolli- matoranordnung 10 und der zweiten Kollimatoranordnung 14 ist ein derotierendes optisches Element, hier ein Dove-Prisma, angeordnet. Der Strahlengang von drei Lichtstrahlen I1 8, 9 zeigt die Funktionsweise der Anordnung anschaulich auf. So kann Licht beispielsweise durch einen der ersten Lichtwellenleiter 2 eingekoppelt werden. Das Licht wird in der ersten Kollimatoranord- nung 10 in eine Richtung parallel zur Drehachse kolli- miert. Die Kollimatoranordnung 10 weist Kollimatoren mit in zwei Achsen verstellbaren Aktuatoren auf. Es können hier alle Kollimatoren individuell in zwei Achsen verstellt werden. Die Steuerung der Kollimatoren erfolgt mittels der Steuereinheit 11. ebenso weist die zweite Kollimatoranordnung 14 Kollimatoren mit in zwei Achsen verstellbaren Aktuatoren auf. Auch hier sind alle Kollimatoren individuell in zwei Achsen verstellbar. Zur Steuerung ist die zweite Steuereinheit 13 vorgesehen.
Figur 2 zeigt in schematischer Form eine Anordnung entsprechend dem Stand der Technik. Der optische Drehübertrager umfasst eine erste Kollimatoranordnung 1 zur Ankopplung von ersten Lichtwellenleitern 2, sowie eine zweite Kollimatoranordnung 4 zur Ankopplung von zweiten Lichtwellenleitern 5. Die zweite Kollimatoranordnung 4 ist gegenüber der ersten Kollimatoranordnung 1 um die Drehachse 6 drehbar gelagert. Zur Kompensation der Drehbewegung befindet sich im Strahlengang zwischen der ersten Kollimatoranordnung 1 und der zweiten Kollimatoranordnung 4 ein derotierendes Element in Form eines Dove-Prismas 3. Der beispielhafte Strahlengangs von drei Lichtstrahlen 7, 8, 9 ist ausgehend von einem ersten Satz Lichtwellenleiter 2 über die erste Kollimatoranordnung 1, durch das Dove-Prisma 3, über die zweite Kollimatoranordnung 4 bis in die zweiten Lichtwellenleiter 5 dargestellt.
Figur 3 zeigt eine weitere Variante einer erfindungsge- mäßen Anordnung. Hierin wird kein derotierendes optisches Element benötigt. Die Derotation wird durch die Bewegung der Kollimatoren selbst realisiert. Zur Steuerung der ersten Kollimatoranordnung 10 ist eine erste Steuereinheit 11 vorgesehen. Die Steuerung der zweiten Kollimatoranordnung 14 erfolgt durch die zweite Steuereinheit 13.
Figur 4 zeigt ein weiteres Beispiel eines erfindungsgemäßen Drehübertragers. Hierbei ist zur Kommunikation zwischen der ersten Steuereinheit 11 und der zweiten Steuereinheit 13 ein elektrischer Drehübertrager 12, beispielsweise ein kapazitiver Koppler vorgesehen.
In Figur 5 ist eine weitere Anordnung mit einem dero- tierenden optischen Element dargestellt. So ist eine erste Kollimatoranordnung 10 mit verstellbaren Kollimatoren, gesteuert durch eine erste Steuereinheit 11 auf einer Seite des derotierenden optischen Elementes 3 vorgesehen. Durch diese Kollimatoranordnung können Toleranzen des gesamten Drehübertragers kompensiert werden. Auf der anderen Seite des derotierenden optischen Elements 3 ist eine zweite Kollimatoranordnung 4 mit festen Kollimatoren zur Ankopplung an den zweiten Satz Lichtwellenleiter 5 vorgesehen.
Figur 6 zeigt eine Anordnung entsprechend der vorhergehenden Figur. Abweichend hiervon ist auf die zweite Kollimatoranordnung 4 mit einer Umlenkeinheit ausgestattet, welche eine Ablenkung des Lichts um 90° vornimmt. Selbstverständlich sind auch andere Ablenkwinkel realisierbar. Die hier dargestellte Anordnung hat den Vorteil, dass der zweite Satz Lichtwellenleiter 5 senkrecht zur Drehachse 6 angeordnet werden kann, was die Baulänge der Anordnung reduziert.
Figur 7 zeigt eine Anordnung mit einer ersten Kollima- toranordnung mit verstellbaren Kollimatoren 10, gesteuert durch eine erste Steuereinheit 11 und einer dem Stand der Technik entsprechenden zweiten Kollimatoranordnung 4. Die Derotation erfolgt in der ersten Kollimatoranordnung mit verstellbaren Kollimatoren 10. die Kollimatoren werden hier entsprechend der Drehbewegung verstellt. Diese Anordnung ist nur zur Übertragung von Licht aus Richtung der ersten Kollimatoranordnung mit verstellbaren Kollimatoren 10 geeignet, da nur das Licht aus dieser Richtung entsprechend zur Kompensation der Drehbewegung abgelenkt werden kann. Die Kollimatoren der zweiten Kollimatoranordnung 4 sind nicht beweglich. Somit kann Licht aus Richtung dieser Kollimatoranordnung nicht derotiert werden. Für den Fall, dass ein optischer Kanal auf der Drehachse 6 vorgesehen ist, kann dieser ohne Derotation und somit in beiden Übertragungsrichtungen eingesetzt werden.
Figur 8 zeigt eine Anordnung ähnlich der zuvor beschriebenen, jedoch ist hier die zweite Kollimatora- nordnung 4 als Kollimator mit einer 90° Umlenkung ausgebildet, so dass der zweite Satz Lichtwellenleiter 5 senkrecht zur Drehachse 6 angeordnet werden kann. Figur 9 zeigt eine erfindungsgemäße Anordnung mit einem ersten MEMS Spiegel Array 15 angesteuert von einer ersten Steuereinheit 11 und einem zweiten MEMS Spiegel Array 16 angesteuert von einer zweiten Steuereinheit 13. Die beiden MEMS Spiegel Arrays 15, 16 sorgen für die entsprechende Kanalzuordnung beziehungsweise Dero- tation der Kanäle. Mit dieser Anordnung sind besonders kurze optische Weglängen realisierbar, so das auch die Kollimatorlinsen einfach ausgebildet werden können, oder auf diese sogar verzichtet werden kann. Gegebenenfalls können an den ersten Satz Lichtwellenleiter 2 und/oder dem zweiten Satz Lichtwellenleiter 5 noch Kollimatorlinsen vorgesehen werden.
Figur 10 zeigt eine erfindungsgemäße Anordnung mit einer ersten Kollimatoranordnung mit verstellbaren Kollimatoren 10, gesteuert durch eine erste Steuereinheit 11 und einem zweiten MEMS Spiegel Array 16 anges- teuert durch eine zweite Steuereinheit 13.
Figur 11 zeigt eine erste Kollimatoranordnung 1 mit festen Kollimatoren und einem zweiten MEMS Spiegel Array 16 angesteuert durch eine zweite Steuereinheit 13. Durch geeignete Ansteuerung der Spiegel kann Licht kommend von der ersten Kollimatoranordnung 1 in entsprechende Lichtwellenleiter aus dem zweiten Satz Lichtwellenleiter 5 abgelenkt werden. Ebenso kann auch Licht aus dem zweiten Satz Lichtwellenleiter 5 in beliebige Lichtwellenleiter ersten Satzes Lichtwellenleiter 2 der ersten Kollimatoranordnung 1 abgelenkt werden . Figur 12 zeigt eine weitere Anordnung mit einer ersten Kollimatoranordnung 1, einem derotierenden Element 3 und einem zweiten MEMS Spiegel Array 16 angesteuert durch eine zweite Steuereinheit 13. Diese Ausführungsbeispiele zeigen nur einige vorteilhafte Ausführungsform. Selbstverständlich sind alle möglichen Kombinationen aus den hier dargestellten Elementen realisierbar. So kann beispielsweise auch ein MEMS Spiegel Array mit steuerbaren Kollimatoren sowie wahlweise zusätzlich mit einem derotierenden optischen Element kombiniert werden .
Figur 13 zeigt eine matrixförmige Kollimatoranordnung entsprechend der Erfindung in der Draufsicht auf die Linsen. Zur besseren Erläuterung ist die Matrix in Spalten 30 - 34 sowie Reihen 35 - 39 eingeteilt. Die Kollimatoren sind hier zur besseren Erkennbarkeit als Rechtecke dargestellt. Da die gesamte Anordnung um ihren Mittelpunkt (dem Schnittpunkt aus den beiden horizontal und vertikal verlaufenden Achsen) gedreht wird, bewegen sich die einzelnen Kollimatoren auf kreisförmigen Bahnen 40 - 43, die entsprechend ihrem Radius von innen nach außen nummeriert sind. Vorteil- haft ist es, die Verkippungswinkel der einzelnen Kollimatoren während der Drehbewegung zu minimieren. Hierdurch bleibt auch die Variation der optischen Weglängen geringer. Somit ergibt sich auch eine geringere Variation der Durchgangsdämpfung über der Drehung. Um dies zu erreichen, sollten die lateralen Abstände der Kollimatoren der ersten Kollimatoranordnung 10 und der zweiten Kollimatoranordnung 14 minimal gehalten werden. Dies wird realisiert, indem Kollimatoren der ersten Kollimatoranordnung mit großen Radien mit Kollimatoren der zweiten Kollimatoranordnung mit kleinen Radien verkoppelt werden. Vorteilhafterweise wird der Kollima- tor im Mittelpunkt hiervon ausgenommen. So können beispielsweise die Kollimatoren der ersten Kollimatoranordnung 10 auf dem Radius 43 mit den Kollimatoren der zweiten Kollimatoranordnung 14 auf dem Radius 40 und dem Radius 41 verkoppelt werden. Die Kollimatoren der ersten Kollimatoranordnung 10 auf dem Radius 42 werden mit den Kollimatoren der zweiten Kollimatoranordnung 14 auf dem Radius 42 verkoppelt.
Figur 14 zeigt Details einer beispielhaften Kollimato- ranordnung 4. Die hier dargestellten Details gelten sinngemäß auch für die anderen Zeichnungen, auch wenn sie andere Kollimatoranordnungen betreffen. Der Satz Lichtwellenleiter 5 besteht aus einzelnen Lichtwellenleitern, die in Ferrulen 20 aufgenommen sind. Anstelle der Ferrulen können auch andere Befestigungsarten, wie beispielsweise Kleben, Bonden auf einen Träger, wie eine Glasplatte oder ein Prisma, eingesetzt werden. Anstelle der Ferrulen oder auch innerhalb der Ferrulen können auch Linsen, wie beispielsweise Gradientenindex- linsen oder auch Kugellinsen vorhanden sein. Damit ist eine Strahlführung bzw. Strahlformung möglich. Vorzugsweise wird das aus den einzelnen Lichtwellenleiter des Satzes Lichtwellenleiter austretende Licht durch die Linsen in ein paralleles Lichtbündel umgewandelt und ein von außen kommendes paralleles Lichtbündel in den Lichtwellenleiter fokussiert. Weiterhin ist optional zur Strahlführung bzw. Strahlformung bzw. Fokussierung wenigstens eine Linse 17 vorgesehen. Ein typischer Strahlengang 18 ist zwischen einem Lichtwellenleiter 5 und einer Linse dargestellt. Der Lichtstrahl 18 tritt aus einem Lichtwellenleiter aus, wird an der Rückseite des Prismas 19 reflektiert und verläßt dieses durch eine Linse 17.
Bezugszeichenliste
1 Erste Kollimatoranordnung
2 Erster Satz Lichtwellenleiter 3 Derotierendes optisches Element
4 Zweite Kollimatoranordnung
5 Zweiter Satz Lichtwellenleiter
6 Drehachse
7 Erster Lichtstrahl 8 Zweiter Lichtstrahl
9 Dritter Lichtstrahl
10 Erste Kollimatoranordnung mit verstellbaren Kollimatoren
11 Erste Steuereinheit 12 Elektrischer Drehübertrager
13 Zweite Steuereinheit
14 Zweite Kollimatoranordnung mit verstellbaren Kollimatoren
15 Erstes MEMS Spiegel Array 16 Zweites MEMS Spiegel Array
17 Linse
18 Strahlengang
19 Prisma
20 Ferrule 30 Kollimatormatrix Spalte 0
31 Kollimatormatrix Spalte 1
32 Kollimatormatrix Spalte 2
33 Kollimatormatrix Spalte 3
34 Kollimatormatrix Spalte 4 35 Kollimatormatrix Reihe 0
36 Kollimatormatrix Reihe 1
37 Kollimatormatrix Reihe 2 Kollimatormatrix Reihe 3 Kollimatormatrix Reihe 4 Kollimatormatrix Radius 0 Kollimatormatrix Radius 1 Kollimatormatrix Radius 2 Kollimatormatrix Radius 3

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Optischer Drehübertrager umfassend wenigstens eine erste Kollimatoranordnung (10) zur Ankopplung von einem ersten Satz Lichtwellenleiter (2), umfassend wenigstens einen Lichtwellenleiter, sowie eine zweite Kollimatoranordnung (14) zur Ankopplung von einem zweiten Satz Lichtwellenleiter (5), umfas- send wenigstens einen Lichtwellenleiter, welche gegenüber der ersten Kollimatoranordnung (10) um eine Drehachse (6) drehbar gelagert ist, sowie ein derotierendes optisches Element (3), welches sich im Lichtpfad zwischen der ersten Kollimatoranord- nung (10) und der zweiten Kollimatoranordnung (14) befindet, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Kollimatoranordnung (10, 14) wenigstens einen Kollimator mit einem in zwei Achsen verstellbaren Aktuator aufweist und weiterhin wenigstens eine Steuereinheit (11, 13) vorgesehen ist, welche den wenigstens einen Kollimator derart ansteuert, dass dieser eine vorgegebene Position einnimmt .
2. Optischer Drehübertrager umfassend wenigstens eine erste Kollimatoranordnung (10) zur Ankopplung von einem ersten Satz Lichtwellenleiter (2), umfassend wenigstens einen Lichtwellenleiter, sowie eine zweite Kollimatoranordnung (14) zur Ankopplung von einem zweiten Satz Lichtwellenleiter (5), umfassend wenigstens einen Lichtwellenleiter, welche gegenüber der ersten Kollimatoranordnung (10) um eine Drehachse (6) drehbar gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Kollimatoranordnung (10, 14) we- nigstens einen Kollimator mit einem in zwei Achsen verstellbaren Aktuator aufweist und weiterhin wenigstens eine Steuereinheit (11, 13) vorgesehen ist, welche den wenigstens einen Kollimator derart ansteuert, dass dieser unabhängig von der Drehung immer auf den entsprechenden Kollimator der jeweils anderen Kollimatoranordnung ausgerichtet ist.
3. Optischer Drehübertrager umfassend wenigstens eine erste Kollimatoranordnung (10) zur Ankopplung von einem ersten Satz Lichtwellenleiter (2), umfassend wenigstens einen Lichtwellenleiter, sowie eine zweite Kollimatoranordnung (14) zur Ankopplung von einem zweiten Satz Lichtwellenleiter (5), umfas- send wenigstens einen Lichtwellenleiter, welche gegenüber der ersten Kollimatoranordnung (10) um eine Drehachse (6) drehbar gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein MEMS Spiegel Array (15, 16) zwi- sehen dem ersten Satz Lichtwellenleiter (2) und dem zweiten Satz Lichtwellenleiter (5) vorgesehen ist und weiterhin wenigstens eine Steuereinheit (11, 13) vorgesehen ist, wobei das wenigstens eine MEMS Spiegel Array Licht aus wenigstens einem Lichtwellenleiter eines Satzes Lichtwellenleiter
(2, 5) in einen vorgegebenen Lichtwellenleiter des anderen Satzes Lichtwellenleiter (5,2) unabhängig von der Drehung ablenkt .
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Steuereinheit (11,13) den wenigstens einen Aktuator derart ansteuert, dass die optische Durchgangsdämpfung zwischen der ersten Kollimatoranordnung (10) und der zweiten Kollima- toranordnung (14) minimal ist.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Steuereinheit (11, 13) Mittel zur Speicherung von Kalibrierdaten aufweist, die während einer Kalibrierung gemessen wurden, und weiterhin während des Betriebes den wenigstens einen Aktuator mit den gemessenen Werten speist.
6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Steuereinheit (11, 13) Mittel zur Ermittlung der Durchgangsdämpfung aufweist, und während des Betriebes den wenigstens einen Aktuator derart ansteuert, dass die optische Durchgangsdämpfung zwischen der ersten Kollimatoranordnung (10) und der zweiten Kollimatoranordnung (14) minimal ist.
7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Steuereinheit (11, 13) Mittel zur Ermittlung der Winkelposition aufweist, und während des Betriebes den wenigstens einen Aktua- tor in Abhängigkeit von der Winkelposition ansteuert .
8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens einer der Aktuatoren als elektrostatischer, elektromagnetischer, piezoelektrischer oder thermischer Aktuator ausgeführt ist.
9. Kollimatoranordnung für optische Drehübertrager, umfassend wenigstens ein strahlführendes und/oder strahlformendes Element, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Kollimatoranordnung (10, 14) wenigstens einen Kollimator mit einem in zwei Achsen verstellbaren Aktuator aufweist und weiterhin wenigstens eine Steuereinheit (11, 13) vorgesehen ist, welche den wenigstens einen Kollimator derart ansteuert, dass dieser eine vorgegebene Position einnimmt .
10. Kollimatoranordnung für optische Drehübertra- ger, umfassend wenigstens ein strahlführendes und/oder strahlformendes Element, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Kollimatoranordnung (10, 14) wenigstens einen Kollimator mit einem in zwei Achsen verstellbaren Aktuator aufweist und weiterhin wenigstens eine Steuereinheit (11, 13) vorgesehen ist, welche den wenigstens einen Kollimator derart ansteuert, dass dieser unabhängig von der Drehung immer auf den entsprechenden Kollimator der jeweils anderen Kollimatoranordnung ausgerichtet ist.
11. Kollimatoranordnung für optische Drehübertrager, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein MEMS Spiegel Array (15, 16) zwi- sehen dem ersten Satz Lichtwellenleiter (2) und dem zweiten Satz Lichtwellenleiter (5) vorgesehen ist und weiterhin wenigstens eine Steuereinheit (11, 13) vorgesehen ist, wobei das wenigstens eine MEMS Spiegel Array Licht aus wenigstens einem Lichtwellenleiter eines Satzes Lichtwellenleiter
(2, 5) in einen vorgegebenen Lichtwellenleiter des anderen Satzes Lichtwellenleiter (5,2) unabhängig von der Drehung ablenkt .
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