IT8224649A1 - Sistema di rivelazione su segnali ottici - Google Patents

Description

Descrizione a corredo di una domanda di brevetto di invenzione industriale dal titolo "Sistema di rivelazione di segnali ottici".

Riassunto dell'invenzione.

Il sistema di rivelazionedi segnali ottici, ad esempio in uscita da una fibra ottica con deteminato angolo di apertura. numerica, e diretti su diun rivelatore ,elettrico di determi nata superficie fotosensibile, consiste nei disporre l'asse -della fibra ottica in un piano parallelo alla superficie fotosensibile del rivelatore, ma ad una distanza critica da esso, e nel far subire una deviazione, preferibilmente di 90? al fascio otico in un punto che ? ad una distanza anch'essa critica sia dalla testa della fibra che dal piano portante del rivelatore.

Il dispositivo per la realizzazione del sistema comprende un supporto metallico avente su una sua prima fascia superiore parallela al piano contenente l'asse della fibra, una cava per l'alloggiamento ed i bloccaggi della fibra stessa, e, sulla faccia ortogonale alla prima ed all'asse della fibra e contenente la testa della fibra stessa, un micropriaria di deviazione avente una superficie metallizzata, preferibilmente a 45* con dette prima e seconda faccia di supporto

la presente invenzione si riferisce ad un sistema per rivelale con la massima efficienza ottica segnali ottici in uscita da una sorgente (ad es . da una fibra) ottica e diretti su di un rivelatore elettrico.,

Il sistema convenzionale pi? diffuso per l'illuminazione dell'area fotosensibile (AF) di un rivelatore (RE) ad es. un rivelatore a semiconduttore un chip montato su allumina (FL) in uscita dalla testa (T) di una fibra, ottica (0) . ? schematiz. zato nella prospettiva parziale di Fig. 1 dalla quale si pu? vedere che il fotorivelatore (RE) viene generalmente illuminato da un f ascio ottico (FL) a 90? rispetto al piano, del chip Anche se sotto molteplici aspetti questo sistena rappresenta una discreta soluzione al problema della rivelazione ottico-elettrica, essa presenta non inconvenienti fra i qua li ci si limita a citare i seguenti:

x) la fibra 10) che generalmente arriva parallelamente alla faccia (AF) del circuito rivelatore (RE) , deve essere piegata a 90 ma rispettando un raggio di curvatura minimo (R min) , ci? che impone una dimensione minima (d min) all' ingombro verticale del circuito ed induce la possibilit? che:

x1) la fibra (0) sollecitata meccanicamente si spezzi x2) il segnale ottico guidato dalla fibra nel "core" si propaghi anche nel "cladding" dando origine ad una perdita indesiderata.

Un primo scopo del presente trovato ? ora un sistana che non presenti isuddetti inconvenienti e consenta la migliore interfaccia tra segnale ottico (ad es. in fibra) ed il risultante segnale elettrico trasdotto.

Un altro scopo dell'invenzione ? un dispositivo particolarmente efficace per la realizzazione del sistema in questione. Il sistema secondo l'invenzione si caratterizza ora per il fatto che si dispone l'asse della fibra ottica inun piano parallelo,alladetta superficie fotosensibile ma ad una distanza (d2) critica da esso, e si fa subire una deviazione o riflessionepreferibilmente di 90 alfascio ottico in un punto o zona che ? a distanza d1 rispettivamente d2 anch'es se critiche sia dalla testadella fibrache dalla superficie fotosensibile delrivelatore.

Di preferenza si utilizza una superficie riflettente posta a 45 sull'asse della fibra e ad una distanza "d1" dalla testa di detta fibra end2" dalla superficie fotosensibile che dipendono entrambe dall'apertura numericadella fibra e dall'estensione di detta superficie.

Il dispositivo per la realizzazione del sisteria secondo l'invenzione si caratterizza per il fatto di comprendere un supporto metallico avente su una sua prima faccia superiore, parallela al piano contenente l'asse,della fibra, una cava l'alloggiamento nonch? mezzi per il bloccaggio del posizionamento della fibra stessa, e, su una sua secanda faccia ortogonale alla prima e contenente la testa della fibra stessa, unmicropriana di deviazione avente una superficie metallizata preferibilmente a 45" con detta parima faccia. in una forma di esecuzione vantaggiosa il supporto presenta. ortogonalmente all'asselongitudinale della cava un foro ? attraversato su tutto il suo diametro, peraltro grande rispetto alla larghezza della cava stessa, dalla fibra e che ? riampito di resina che per capilarit? scorre nella micro-cava, riempie i giochi tra fibra e supporto e adatta anche ladiscontinuit? dell'indic edi rifrazione nell'interfaccia tra vetro della fibra, l'aria ed il vetrodel prisma.

Secondo un aspetto notevole del trovato la seconda faccia tra sversale del supporto presenta due sporgenze che hanno estensione ed inter-asse sostanzialmente uguali ad un cateto del micro-prisma rispettivamente al latodella superficie fotosen sibile del rivelatore, che risulta sensibilmente compreso fra dette sporgenze.

I diversi aspetti evantaggi del trovato appariranno meglio dalla descrizione seguente delle forme di realizzazione {illustrative e non limitative) rappresentate nei disegni alle gati in cui la Fig. 2 ? un diagramma schematico del sistema secondo l'invenzione, le figure 3 e 4 sono parziali e schematiche in prospettiva di un dispositivo di realizzazione vantaggioso ed ottimizzato, la Fig. 3 essendo una vista esplosa e la Fig. 4 essendo una vista assemblata, la Fig. 5 ? una vista in pianta del solo supporto, e le figure 6. 7 e 8 sono viste parzialmente in sezione di questo stesso supporto con piani aventi per traccia le linee A-A1 (Fig. 6), B-B1 (Fig. 7) rispettivamente C-C1 (Fig. 8) sulla figura 5.

Nel sistema secondo l'invenzione di Fig 3 la fibra ottica (0) ? in un piano (ad es. orizzontale) X ed ilrivelatore (RE) e su un piano Y parallelo a (X) e a distanza critica "d2" da X. Contemporaneamente un riflettore ottico (RIF) viene disposto lungo il fascio-luminoso (FL) col suo centro (11) ad una distanza "di" dalla testa (T) della sorgente luminosa (0) qui rappresentata, per scrupolo di chiarezza illustrativa, da una

fibra, ottica (0) avente una determinata apertura numerica (N.A.) definita dallangolo ?/2 traun raggio esterno (ad es. FL1-o FL2 del fascioFL) e l'asse centrale (X) (sostanzialmente nel piano di O) cos? come la caratteristica essenziale della sorgente ottica (qui-esemplificataiamente-rappresentata dalla fibra O) ? definita dalla sua apertura numerica (N.A.), la caratteristica determinante del rivelatore (R.E ? l'area della superficie (A.F.). Poich? per semplificare le cose, la sorgente ottica ? stata rappresentata dauna fibra (O) con apertura ?, conviene continuare la semplificazione considerando una superficie (AF) quadrata per cui la sua area ? sostanzialmente.

definita dal lato "a" . Si ? trovato che la massima, efficienza nella traduzione ottico-elettrica ? in corrispondenza della

perfetta illuminazione della sola area della superficie fotosensibile (AF) cio? di un fascio ottico riflesso (FL.R) , delimitato da raggi riflessi esterni (FL. Rl.) e (FL. R2) (FL. R3 e FL. R4 non sono rappresentati) coincidenti con i quattro la ti esterni "a" di (RE) questo massimo rendimento ? ottenuto, secondo il trovato, disponend il centro ( 11) del riflettore (RXF) ad una distanza " d1 " dalla testa della fibra (0) e contemporaneamente ad una distanza "d2" da (AF) tali da far cadere il fascio riflesso (FL.R) tutto e solo sull'area "a " di (AF) , o equivalentenente (FL. R1) su "al" e (FL. R2) su 'a2" . Valgono pertanto le relazioni

cio? la massima efficienza ottica ? funzione di "1", "1" ? univocamente determinata dall 'angolo "?" della fibra otticautilizzata dal lato "a" della superficie del rivelatore (RE) , e "d1 " e "d2" dipendevo da "1? e dalla riflessione (preferi-

bilmente 90 che si impartisce al fascio.

Nelle figure da 3 a 8 ? rappresentata una forma di realizzazione particolarmente semplice, vantaggiosa ed affidabile (e perci? preferita) del sistema secondo l'invenzione. Come si vede dalla rappresentazione esplosa di Fig. 3, il dispo-

sitivo consiste essenzialmente di un supporto (SO) , di una

fibra (0) (con testa di fuoriuscita T) , di un riflettore (RIF), e di una piastra. (PA) portante il rivelatore (RE) .

Il Supporto metallico (SO) comprende una cava (CA), ricavata ortogonalmente nella faccia superiore orizzontale (Su) , un foro centrale (FO) / e due espansioni (El) e (E2) spargenti dalla. faccia trasversale St ortogonale a Su.

Il riflettore (RIF) ? di preferenzaun prisma con due lati ( cateti) 20 e 22 ortogonali tra loro e con il terzo lato (ipotenusa 21) a 45" con 20 e 21 I lati 20 e 23 definiscono una superficie sostanzialmente rettangolare (S' ) mentre 1 lati 23 -e 24 definiscono una superficie Si) inclinata a 45 -una porzione (ME) di detta superficie inclinata (Si) ? metallizzata.

Nell'assemblaggio rappresentato in Fig. 4 si vede che:

1) la fibra (O) viene inserita nella cava(CA) coll'asse (X) parallelo. alla superficie (Su) del supporto (SO) :

2 ) la festa (T) della fibra (O) ? portata generalmente all ' estremit? di (Su) , cio? sulla superficie trasversale (St) 3) sulle sporgenze (El) ed (E2) ed in conbac lamento con la supeficie (St) e di(Su) , si fissa. (ad.es. per incollaggio puntiforme con uno degli adesivi convenzianalia base di resina per vetro-metallo) il riflettore a micropriana (RIF) ; 4) le sporgenze (E1). ed (E2) hanno di preferenza una lunghezza corrispondente ai lati 22 rispettivamente 25. del microrisma , detta lunghezza 22 ? 25 come pure la distanza 26 tra gli assi di (E1 ) ed (E2) essendo tali da comprendere sostanzialmente i quattro lati "a" del rivelatore (RE) ; 5) questlultimo ? stato rappresentato come un chip (RE) su film spesso (ad es. in allumina) (PA), ed ? dotato piazzole o isole metallizzate anodica ISa e catodica ISc (quest' ultima collegato al catodo con la connessione a ponticello 40)..

Secondo un aspetto notevole del travato il foro (FO) serve all' inserimento di una resina convenzionale (ad es . con almeno un coprente epossidico) le cui funzioni essenziali sono: I) bloccare la fibra nella cava;

I I) scorrere per capillarit? nella micro-cava (CA) ;

III) riempire i giochi tra fibra e supporto;

IV) adattare, la discontinuit? dell 'indice di refraz ione nell'interfaccia vetro -{fibra+ aria vetro (micro-prisma) , eliminando cos? totalmente la perdita di intensit? luminosa per rif lessione.

Come indicato in Fig. 4 , la f ibra (O) nella cava (CA) subire micro-spostamenti -ortogonalmente al suo asse , cio? in alto (freccia V3) in basso (freccia V4) e assialmente (frecce V1 e V2) .

Questi possibili micro-spostamenti facilitano l'ottimizzazione del sistema; essi possono essere effettuati ad es. con micro-posizionatori non rappresentati nei disegni.

La figura 6 (sezione A-A1) fa vedere che la cava (CA) si estende su circa il 60 - 80% dell'altezza (H) del supporto (SO) ; il foro (PO) si estende per almeno il 70 - 95% della detta, altezza (H) ha un diametro (D) che ? molto grande ad es. almeno 10 volte pi? grande della lunghezza 30 della cava (CA) , e termina in basso con una porzione (PO') avente diametro inf er iore ( ad es la met?) a quello di (FO) .

La larghezza 30 della (CA) ? sostanzialmente uguale al diametro delle fibre ottiche commerciali.

come si ? detto sopra, il supporto (So) ha molteplici funzio? ni fra le quali, quelle pi? essenzial i consistono nel :

1) supportare la superficie riflettente (ME) in posizione fissa nello spazio rispetto al fotorivelatore (RE) ;

2) espansioni, El ed E2/ guidare e posizionare la fibra (0) rispetto alla detta superficie riflettente e, fornire la possibilit? di ospitare una resina per bloccare la fibra dopo l'ottimizzazione del suo posizionamento;

3 ) offrire la sede (nella cava . CA) per alloggiare

nare la fibra

Pertanto l'esecuzione meccanica di (SO) deve essere estremamente accurata anche a seguito delle sue ridotte dimensioni. Si ? trovato che supporti estramamente precisi sono ottenibili lavorando con una fresatrice preferibilmente a controllo numerico almeno centesimale , ad esempio con una macchina Schaublin piccoli blocchi in un metallo, meglio in una le-(preferibilmente ottone) avente contemporaneamente buone caratteristiche di lavorabilit? e di stabilit? dimensionale.

Anche il micro-prisma (RIF) presenta aspetti particolarmente critici.

In una sua forma di realizzazione estremamente vantaggiosa che consentiva un'efficienza decisamente elevata, esso era fatto con vetro da ottica avente indice di rifrazione n= 1 ,35 alla riga gialla del Sodio ed aveva i cateti del profilo trian golare (22,-25) compresi ta1 e 5 mm di preferenza 1 ,5 e 3 ,5 mm e l' ipotenusa ( 21 ) tra 2 e 6 , preferibilmente tra ? 2 e 4 mm.

Anche se il travato ? stato descritto per maggiore chiarezza illustrativa con riferimento alla specifica forma di realizzazione rappresentata nei disegni allegati, v? da sS che esso. ?. suscettibile di tutte quelle varianti, modifiche, sostituzioni e simili che sono a portata di mano del tecnico del ramo e ricadono perci? naturalmente nell'ambito pi? ampio dello spirito, dell' invenzione.

Claims (1)

1. RIVENDICAZIONI

   1) Sistema di rivelazione di segnali ottici inuscita da sorgente luminisa, in particolare da una fibra ottica con determinata apertura numerica, e diretti su un rivelatore ottico lettrico di determinata superficie fotosensibile caratterizzato dal fatto che si dispone l'asse della fibra inun piano parallelo alla detta superficie fotgsensibile ma ad una distanza"d2" critica da esso. e si f? subire una deviazione o riflessione-preferibilmente di 90? al fascio ottioo in un puntoo zona-che ? a distanza"di", rispettivamente '?d2" anch?esse critiche sia dalla testa della fibra che dalla superficie foto sensibile del rivelatore 2) Sistema secondo la rivendicazione 1 caratterizzato dal fatto che utilizza una superficie riflettente posta a 45 sull'asse dellafibra e ad una distanz d1 dalla testa di detta fibra e"d2" dalla superficie fotosensibile che dipendono entrambe dall'apertura numerica della fibra e dall'estensione di detta superficie.

   -3)-Dispositivo per la realizzazione del sistema secondo le rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto di comprendere un supportometallico avente su una suaprima faccia superiore parallela al piano contenete l'asse de la fibra, una cava per l'alloggiamento nonch? mezzi per il bloccaggio del posizionamento della fibra stessa, e su una sua seconda faccia ortogonale alla prima e conter nente la testa della fibra stessa, un microprisma di deviazione avente una superficie metallizzata preferibilmente a 45 con detta prima faccia.

   4) Dispositivo secondo la rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto che il supporto presenta ortogonalmente all' se longitudinale della cava un foro che ? attraversato su tutto il suo diametro, peraltro grande rispetto alla larghezza della cava, stessa, dalla fibra e che ? riempito da resina che per capillarit? scorre nella micro-cava, riempie i giochi tra fibra e supporto e adatta anche ladiscontinuit? dell'indice di rifrazione nell'interfaccia travetro della fibra, l'aria ed il vetro del prisma. 5) Dispositivo secondo la rivendicazione 3 caratterizzato dal fatto che la seconda faccia trasversale del supporto presenta due sporgenze che hanno estensione ed inter-asse sostanzialmente uguali ad un cateto delmicro-prisma rispettivamente al latodella superficie fotosensibile del rivelatore, che risulta sensibilmente compreso tra dette sporgenze.

   6) Dispositivo sostanzialmente secondo quanto descritto ed esemplificato