WO2000046620A1 - Linsenstecker zum aufbau kompakter optischer freistrahlanordnungen für mehrere lichtleitfasern - Google Patents

Linsenstecker zum aufbau kompakter optischer freistrahlanordnungen für mehrere lichtleitfasern Download PDF

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WO2000046620A1
WO2000046620A1 PCT/EP2000/000839 EP0000839W WO0046620A1 WO 2000046620 A1 WO2000046620 A1 WO 2000046620A1 EP 0000839 W EP0000839 W EP 0000839W WO 0046620 A1 WO0046620 A1 WO 0046620A1
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lens
connector
structures
optical
fiber
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Application number
PCT/EP2000/000839
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English (en)
French (fr)
Inventor
Jens Schulze
Antoni Picard
Michael Klaus
Original Assignee
INSTITUT FüR MIKROTECHNIK MAINZ GMBH
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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
    • G02B6/26—Optical coupling means
    • G02B6/32—Optical coupling means having lens focusing means positioned between opposed fibre ends

Definitions

  • Lens connector for the construction of compact optical free-beam arrangements for several optical fibers
  • the invention relates to a connector with optical elements, a so-called lens connector, for building compact optical free-beam arrangements for a plurality of optical fibers.
  • Such lens connectors are used, for example, for coupling between several optical fibers for the transmission of high data rates in different areas of application of optical communications technology, such as on construction sites, in mining, in rail transport, in automobile construction, in mechanical engineering, in medical technology, in computer networks and in telecommunications .
  • the transmission quality of the coupling of two optical fibers is influenced by external influences at the place of use, in particular by dust in the ambient air.
  • the loss of optical signal power that occurs as a result leads to a reduction in the signal transmission quality.
  • These attenuation losses are largely avoided, in particular, if an optical contact is produced by expanding the light beam between two optical fibers by means of optical elements.
  • This method known as optical free-beam coupling, is used in the lens connectors mentioned at the outset, depending on the application profile, different optical elements, such as, for example, spherical lenses, grin lenses, lens fields, are used.
  • a lens connector of the type mentioned is known from the brochure "BOSCH-Lens connectors, Backnang 1995” from BoschTec.
  • This lens connector uses spherical lenses with a diameter of 3 mm to 8 mm as the optical element. These spherical lenses are very much larger than the cross section of the optical fibers, as a result of which a very large expansion of the light beam between the optical fibers is achieved.
  • these lens connectors are particularly suitable for applications in locations with strong dust contamination in the ambient air, such as on construction sites, and with normal dust contamination Suitable for ambient air. It is disadvantageous that this lens connector has a large design and is complicatedly constructed from several parts and is therefore expensive to manufacture.
  • a lens connector of the type mentioned at the outset which has a one-piece molded part made of a plastic with high light transmission with a first and a second end face.
  • the first end face has a dome for each optical fiber, which serves as an optical element.
  • the second end face has a blind hole for receiving and centering the optical fiber.
  • Each dome is designed and arranged so that a parallel bundle of rays is focused into the end faces of the optical fibers.
  • a disadvantage of this lens connector is the large design and the complex assembly of the molded part in a housing for using the lens connector as a line or housing connector. It is not possible to use other optical elements, such as spherical lenses, grin lenses or lens fields, instead of the dome.
  • a lens connector which is created by inserting a lens array, that is to say a microlens array, produced by means of microtechnical methods into four channels of a basic connector body with optical fibers inserted into the channels.
  • the individual optical fibers are coupled to the individual microlenses by means of a free beam.
  • the disadvantage is that with this lens connector the expansion of the light beam is limited to the diameter of the channel and thus to the cross section of the optical fiber. As a result, this lens connector is not suitable for use in a location with heavy dust pollution of the ambient air, such as on construction sites.
  • a lens connector is known from the collection of publications "SPIE Proceedings Series; 3289", 1998, pp. 22-32, which is made by mounting a microlens holder with microlenses on the channels of a connector with optical fibers, here a commercially available MT connector from NTT , arises.
  • the microlens holder has several openings with a diameter of 125 ⁇ m, which are used to hold microlenses.
  • the microlenses are by means of the process for contactless hot stamping of microlenses molded into the openings.
  • the microlens holder has further guide holes arranged axially parallel to the openings, by means of which the microlens holder is pushed onto existing adjustment pins of the MT connector.
  • this lens connector requires assembly of the microlens holder on the optical fibers and separate manufacture of the microlens holder and the guide holes.
  • the object of the invention is to further develop a lens connector of the type mentioned at the outset in such a way that a compact and at the same time inexpensive to manufacture lens connector with a plurality of optical channels and high transmission quality is specified, which enables simple assembly of the optical fibers and the optical elements and self-adjustment different optical elements, such as spherical lenses, grin lenses, lens fields or the like.
  • the lens connector according to the invention for two optical fibers has two connector halves, a lower connector part and an upper connector part. At least one connector half has a plurality of fiber centering structures for the radial and axially parallel centering of the optical fibers. At least one connector half, following the respective connection-side end of a fiber centering structure, has a lens receiving structure which serves to receive and coaxially align an optical element with the optical fiber.
  • the inventive arrangement of the lens receiving structure in direct connection to the connection-side end of the fiber centering structure on the one hand reliably prevents possible angular misalignment between the optical fiber and the optical element.
  • a precise positioning of the optical fiber on an axis with the optical element to be inserted into the lens holder structure is ensured.
  • a tilt angle between two optical fibers is reliably avoided by the fiber centering structures according to the invention, since radial and axially parallel centering of the optical fibers in the lens connector is ensured.
  • the lens connector according to the invention contains all the essential elements of a lens connector, namely structures for centering the optical fibers and structures for accommodating the optical elements, in a compact and integrated construction, so that the lens connector has a smaller design compared to the previously known lens connectors.
  • the respective size of the lens connector according to the innovation depends on the optical element used and its size as well as on the number of optical fibers, the so-called number of channels. Different optical elements, such as spherical lenses, grin lenses, lens fields or microlenses with diameters of preferably 0.5 mm to 5 mm, can be accommodated in the lens receiving structures of the lens connector.
  • This small or miniaturized design of the lens connector also enables the number of channels in the lens connector to be increased and thus the parallel transmission of large amounts of data in the smallest space.
  • the lens connector according to the invention enables simple assembly with self-adjustment of the optical fibers and the optical elements on a common optical axis.
  • the optical fibers are preferably inserted into the fiber centering structures in the lower connector part and the upper connector part is put on.
  • the optical fibers lie centered between the two fiber centering structures.
  • the assembly of the two connector halves at the connection-side end of the lens connector from the lens receiving structures creates cavities with openings on the connection side of the lens connector, which then serve to receive the optical elements, for example by clamping, inserting or the like.
  • the cavities are arranged symmetrically with respect to the optical fiber, so that self-alignment of the optical elements on a common axis with the optical fibers is achieved by the inclusion of the optical elements in the cavities becomes.
  • No additional components or adjustment elements are required for positioning the optical fibers and for adjusting the optical elements in the lens connector. Compared to the prior art, this avoids the need for additional, expensive work steps, such as complex adjustment of the optical elements, and the additional use of adjustment elements.
  • the fiber centering structures and the lens receiving structures are arranged in at least two planes.
  • the fiber centering structures and the lens receiving structures directly connected to them are arranged in such a way that the cavities which arise from the lens receiving structures when the lower connector part and the upper connector part are assembled do not arise in one plane, but in several vertically offset planes on the connection-side front surface of the lens connector .
  • This embodiment enables a particularly simple assembly of the optical fibers for lens connectors with a particularly large number of optical channels, in particular with a number of three or more optical channels, it being possible for all optical fibers to be cut to length before insertion into the lens connector.
  • the fiber centering structures and lens receiving structures are an integral part of the connector halves produced by molding.
  • This enables inexpensive mass production of the lens connector, for example by means of injection molding, it being possible for the shaping injection molding tool to be produced using LIGA technology and / or fine wire erosion.
  • Plastic such as polyetherimide (PEI), polymethyl methacrylate (PMMA), polycarbonate (PC), polymethylene (POM) or the like is preferably used as the material for the lens connector. Glassy, ceramic and metallic materials are used, but also conceivable.
  • the fiber guide structures and the lens receiving structures are an integral part of a connector half, so that LIGA technology is preferably used only for the manufacture of this connector half and less complex precision engineering processes such as milling, polishing are used to manufacture the second connector half , Lapping or the like, are sufficient.
  • the lens connector according to the invention is suitable for the construction of compact optical free-beam arrangements for several optical fibers, for example as a line connector, as a device connector and as a connector for housing bushings. Due to its miniaturized design, the lens connector according to the innovation can also be used as a micro-optical element or compact fiber-optic component, the optical free rays generated by the lens connector being used by other optical components, such as optical switches, optical isolators or 90 ° beam deflectors. This also makes it possible to use the lens connector to set up a backplane connector in optical bus systems.
  • the fiber centering structures and lens receiving structures are arranged in at least two planes in such a way that the optical fibers can be accommodated in the lens connector with essentially the same length.
  • the effort involved in installing the lens connector is again considerably reduced, since the optical fibers can be laid, for example, in S-shaped arches with the same laying length in the lens connector according to the invention between the fiber guide structures and the fiber centering structures.
  • linear lens connectors due to the same laying lengths of the optical fibers, linear lens connectors have so far been used with a large number of channels due to the different lengths of the outer and middle optical fibers, the necessary assignment or sorting of the respective tailored optical fibers to the associated fiber centering structure is avoided.
  • the lens connector has three or more fiber centering structures and lens receiving structures which are arranged on an arc.
  • This arrangement of the fiber centering structures and lens receiving structures on a circular arc, whereby preferably the same arc lengths are provided between each two fiber centering structures and lens receiving structures, enables in a structurally simple manner that the optical fibers of lens connectors with a number of three or more optical channels are essentially of the same length can be included in the lens connector.
  • the lens connector has four or more fiber centering structures and lens receiving structures, which are arranged in a trapezoidal shape.
  • the lens connector has four or more fiber centering structures and lens receiving structures, which are arranged in a sawtooth shape in two planes.
  • this embodiment enables the production of parallelepiped-shaped lens plugs with a low overall height.
  • the lens receiving structures are channel-shaped.
  • different optical elements such as, for example, spherical lenses, grin lenses, lens fields or microlenses
  • the lens connector according to the invention can be used flexibly under various operating conditions which were previously covered by special connectors for grin lenses, spherical lenses, lens fields or microlenses.
  • the channel-shaped design of the lens receiving structures enables the optical elements, which are also different in design, to be centered in the respective focal point.
  • An advantageous embodiment of the invention is that the lens receiving structures have a cross section such that the recording of larger optical elements compared to the optical fibers is made possible.
  • the lens connector Through the use of these large optical elements in the lens connector, a large expansion of the free beam emanating from the lens connector is achieved, so that the lens connector is insensitive to dust contamination in the ambient air. This means that the lens connector with high transmission quality can also be used at locations such as on construction sites, in motor vehicles or in mechanical engineering.
  • the cross section of the lens receiving structures is adapted to the shape of the optical element. Since the lens receiving structures are formed either in one or in both connector halves, the lens connector has cavities that are round, oval, angular or the like, adapted to the shape of the optical element, either immediately or only after the two connector halves have been assembled. This enables two particularly simple types of mounting the optical elements in the lens connector by inserting them before assembling the two connector halves or afterwards by inserting them. Both types of assembly enclose the optical elements in the cavities, so that the self-alignment of the optical elements to the optical fibers remains guaranteed, as has already been described. Both types of assembly require neither additional adjustment elements nor additional adjustment work.
  • the lens receiving structures have a stop for the axial adjustment of the optical elements. Since the stop is preferably designed in the form of a step or a recess, an automatic axial centering of the optical elements in the channel-shaped lens receiving structure is achieved, since the optical elements can only be inserted or inserted into the lens receiving structures up to the stop.
  • Another advantageous embodiment of the invention is that for the positive assembly of the two connector halves, at least in the side walls of the lens connector, interacting connecting means, such as a projection in the lower connector part and a groove in the upper connector part, are arranged. This ensures a high accuracy of fit of the two connector halves and a simple and quick assembly of the two connector halves.
  • connection between two lens plugs is advantageously established in that both the lower part of the plug and the upper part of the plug have guide grooves which run along the side walls and which, after the two plug halves have been joined together, form a hollow cylinder for receiving connecting elements such as guide pins or the like. This ensures a reproducible precise adjustment of the plug connection between two lens plugs as well as a high number of fast and safe plugging operations.
  • Figure 1 is a plan view of in Fig. 1a) the connector base and Fig. 1 b)
  • Plug upper part of a linear lens connector the fiber centering structures and the lens receiving structures being arranged in one plane.
  • FIG. 2 shows a front view of the linear lens connector according to FIG. 1.
  • FIG. 3 shows a sectional view of the linear lens connector, with different optical elements being mounted in the lens connector: a) Ball lens, b) Grin lens, c) molded-in microlens and d) plano-convex microlens field, e) biconvex microlens field.
  • Figure 4 is a schematic representation of an application example of the linear linear equation
  • Figure 5 is a front view of an embodiment of the invention
  • Lens connector wherein the fiber centering structures and the lens receiving structures with ball lenses are arranged trapezoidally in two planes.
  • Figure 6 is a plan view of a connector lower part of the lens connector according to
  • FIG. 7 further embodiments of the lens connector according to the invention, the fiber centering structures and the lens receiving structures being arranged in at least two planes: a) and b) on a circular arc and c) in a sawtooth shape.
  • FIG. 1 shows a plan view of a linear lens connector, with a total of four fiber centering structures 3a, 3b and four lens receiving structures 4a, 4b being arranged in one plane.
  • This lens connector has two connector halves 1, 2, a connector lower part 1 and a connector upper part 2, and is used to construct compact optical free-beam arrangements for a plurality of optical fibers 15a, 15b, as for example in accordance with FIG. 4, two connectors for connecting two ribbons of a plurality of optical fibers 15a, 15b are plugged together as a line connector.
  • Both connector halves 1, 2 have strain reliefs 19 for receiving and relieving strain on a ribbon of a plurality of optical fibers 15a, 15b.
  • the optical fibers 15a, 15b are led out of the ribbon and inserted into the connector lower part 1 in fiber guide structures 6a, 6b arranged parallel to the side walls 8, 9 of the lens connector and axially continued therein.
  • the fiber guide structures 6a, 6b are here selected embodiment designed channel-shaped with a U-shaped cross section. As a result, a rough parallel adjustment of the optical fibers 15a, 15b to one another is achieved.
  • the upper connector part 2 has a cover plate 20, which serves to close off the fiber guide structures 6a, 6b after the two connector halves 1, 2 have been assembled.
  • the cover plate 20 has an adhesive opening 14 into which an adhesive can be filled.
  • the embodiment of the cover plate 20 prevents the adhesive from overflowing.
  • the optical fibers 15a, 15b are connected to the fiber guide structures 6a, 6b via an in the connector lower part 1 and connector upper part
  • the free space 7a in both connector halves 1, 2 is designed as a depression with a U-shaped cross section parallel to the rear surface 24 and the front surface 25 of the lens connector. This embodiment prevents the adhesive from overflowing into the fiber centering structures 3a, 3b.
  • the fiber centering structures 3a, 3b are formed in the lower connector part 1 and upper connector part 2 mirror-symmetrically to one another and parallel to the side walls 8, 9 of the lens connector in the form of V-grooves, as illustrated in FIG. 2.
  • This embodiment ensures a radial and axially parallel centering of the optical fibers 15a, 15b in the lens connector after the two connector halves 1, 2 have been assembled, since the optical fibers 15a, 15b as a result of a Herz pressure, lie centered between the flanks of the two assembled V-grooves.
  • a simple assembly of the optical fibers 15a, 15b in the fiber centering structures 3a, 3b is achieved by a stop in that the V-grooves are closed at their axial ends in the lower region.
  • a passive positioning of the optical fibers 15a, 15b in the lens connector is thus achieved, since no subsequent work steps are necessary for the positioning of the optical fibers.
  • This also includes possible fluctuations in the diameter of the optical fibers 15a, 15b, since these are compensated for by Herz's pressure after the assembly of the lower connector part 1 and upper connector part 2 on the flanks of the V-grooves.
  • the two connector halves 1, 2 have lens receiving structures 4a, 4b which are arranged in mirror symmetry with respect to one another and which are arranged via a through opening 26 in direct connection to the respective axial end of a fiber centering structure 3a, 3b.
  • the lens receiving structures 4a, 4b are formed symmetrically around the through opening 26 in both connector halves 1, 2. This symmetrical arrangement enables the optical elements to be mounted coaxially with the optical fiber 15a, 15b by simply inserting the optical elements into the lens receiving structures 4a, 4b.
  • the lens receiving structures 4a, 4b are channel-shaped. This enables flexible mounting of different optical elements in terms of their design, such as, for example, cylindrical grin lenses, spherical lenses, microlens fields and microlenses, each coaxial with the optical fiber 15a, 15b.
  • the cross section of the lens receiving structures 4a, 4b is made several times larger than the cross sections of the optical fibers 15a, 15b.
  • This embodiment enables the inclusion of larger optical elements compared to the cross sections of the optical fibers 15a, 15b.
  • the lens connector has one high transmission quality and is therefore largely insensitive to dust contamination in the ambient air.
  • the lens connector can also be used at appropriate locations, such as on construction sites, in motor vehicles and in mechanical engineering.
  • the shape and size of the cross section of the lens receiving structures 4a, 4b is adapted to the shape and size of the optical elements to be used, as is particularly shown in FIG. According to FIG. 3, this causes cavities 27a, 27b with lens openings 22a, 22b to emerge at the connection-side end of the lens connector after the two connector halves 1, 2 have been assembled from the lens receiving structures 4a, 4b.
  • the cavities 27a, 27b enclose the optical elements and clamp them in by means of cardiac pressure, so that a secure hold and a secure adjustment of the optical elements in the cavities 27a, 27b is ensured.
  • the lens openings 22a, 22b at the connection-side end of the lens connector are used by the optical elements to establish an optical contact by means of a free beam.
  • This embodiment of the lens openings 22a, 22b also enables easy cleaning of the optical elements, the cleaning being able to be carried out from the outside through the lens openings 22a, 22b.
  • the cavities 27a, 27b enable the optical elements to be mounted, the optical elements being simply pushed into the cavities 27a, 27b from the outside through the lens openings 22a, 22b. This causes the optical elements to be clamped in the cavities 27a, 27b by cardiac pressure and self-adjustment of the optical elements coaxial with the optical fibers 15a, 15b, as shown in FIG. 3.
  • FIG. 2 shows a front view of the assembled lens connector with an octagonal cross section for the lens receiving structures 4a, 4b in the connector lower part 1 and connector upper part 2.
  • This Cross-section is particularly suitable when using spherical lenses in the lens connector, since when the spherical lenses are inserted into the then octagonal cavities 27a, 27b between the side surfaces of the cavities 27a, 27b and the spherical lens, said Herzian pressure occurs, the cavities 27a, 27b adjust the diameters of the spherical lenses or the diameters of the spherical lenses to the cavities 27a, 27b. This has the effect that the ball lenses lie securely and coaxially centered on the optical fiber 15a, 15b in the cavities 27a, 27b.
  • the lens receiving structures 4a, 4b have a stop 5 which, in the exemplary embodiments according to FIG. 3a, is designed for the use of a spherical lens and according to FIG. 3b for the use of a grin lens in the form of a step.
  • the stop 5 can advantageously be designed in such a way that it acts as a seal after the optical element has been inserted, so that penetration of dust contamination through the lens openings 22a, 22b into the intermediate space 30 between the optical fibers 15a, 15b and the optical element is reliably prevented .
  • this is also achieved by mounting a protective disk 31 in front of the lens openings 22a, 22b.
  • a prefabricated plano-convex or biconvex microlens field 18 is inserted through the lens openings 22a, 22b into the lens receptacles 4a, 4b, the connection-side front surface 25 of the lens plug serving as a stop for a holding frame 28 of the microlens field 18 .
  • the assembled lens connector with mounted optical fibers 15a, 15b according to FIG. 2 can also be used for molding or stamping microlenses into the cavities 27a, 27b according to the published patent application EP 0 786 326 A1.
  • the lens connector serves as an embossing stamp, the lens connector for pressing the microlenses 21 being pressed into a transparent molding material, such as polymethyl methacrylate plastic. This results in the microlenses 21 in the cavities 27a, 27b according to FIG. 3c.
  • the shaping and remaining of microlenses 21 in the cavities 27a, 27b has the advantage that the microlenses 21 and the associated tolerances are completely eliminated.
  • the cavities 27a, 27b are preferably made with a round profile.
  • a form-fitting assembly of the two connector halves 1, 2 is ensured in that protrusions 12 are formed in the lower connector part 1, which engage in grooves 13 in the upper connector part 2.
  • the lens connector is hermetically sealed after the assembly of the two connector halves 1, 2, so that no dust contamination of the ambient air can penetrate into the area of the optical fibers 15a, 15b .
  • latching and counter-latching connection means it is also possible to carry out such a closure of the lens connector by using latching and counter-latching connection means.
  • guide grooves 10, 11 are formed in both connector halves 1, 2 parallel to the two side walls 8, 9, as shown in FIG. 1. After assembling the two connector halves 1, 2, these guide troughs 10, 11 form a hollow cylinder 29 for receiving guide pins 23. Using the guide pins 23, an adjusted plug connection between two lens connectors can then be made according to FIG. Due to the mirror-symmetrical construction of the lens connector, the plug-in process between two lens connectors can also be carried out rotated by 180 ° relative to one another, if the application permits this.
  • FIGS. 5 to 7 show different exemplary embodiments of the lens connector according to the invention, the fiber centering structures and the lens receiving structures being arranged in at least two planes.
  • the term plane is understood here such that the fiber centering structures and lens receiving structures are arranged offset in height.
  • the previously used reference symbols are used in their previously explained meaning.
  • FIG. 5 and 6 show an exemplary embodiment of the lens connector according to the invention in which the fiber centering structures 3c, 3d, 3e, 3f and the lens receiving structures 4c, 4d, 4e, 4f directly connected to them are arranged such that the cavities 27c, 27d, 27e, 27f, which arise when the lower connector part 1 and the upper connector part 2 are assembled from the lens receiving structures 4c, 4d, 4e, 4f, not in one plane, but in two planes arranged vertically offset from one another on the connection-side front surface 25 of the lens connector.
  • the fiber centering structures 3c, 3d, 3e, 3f and the lens receiving structures 4c, 4d, 4e, 4f directly connected to them are arranged such that the cavities 27c, 27d, 27e, 27f, which arise when the lower connector part 1 and the upper connector part 2 are assembled from the lens receiving structures 4c, 4d, 4e, 4f, not in one plane, but in two planes arranged vertically offset from one another on the connection-side front surface
  • the fiber centering structures 3c, 3d, 3e, 3f and the lens receiving structures 4c, 4d, 4e, 4f and thus the cavities 27c, 27d, 27e, 27f are arranged in a trapezoidal manner with variable horizontal spacing in two vertical planes.
  • this embodiment of the lens connector according to the invention has a much larger spacing of the arrangement of the lens receiving structures 4c, 4d, 4e, 4f compared to the spacing of the fiber guide structures 6c, 6d, 6e, 6f, preferably of 250 ⁇ m.
  • this enables simple assembly of the lens connector by simply inserting a commercially available fiber ribbon with a pitch of typically 250 ⁇ m of the optical fibers 15c, 15d, 15e, 15f into the fiber guide structures 6c, 6d, 6e, 6f.
  • this embodiment of the lens connector enables a high number of channels of the optical fibers 15c, 15d, 15e, 15f in combination with the use of particularly large optical elements in the lens connector.
  • the optical fibers 15c, 15d, 15e, 15f from the fiber guide structures 6c, 6d, 6e, 6f across the free space 7b in arches to the fiber centering structures 3c, 3d, 3e, 3f and the lens receiving structures 4c , 4d, 4e, 4f.
  • the laying length means the length of the optical fibers 15c, 15d, 15e, 15f from the entry into the lens connector in the strain relief 19 to the through openings 26 in the lens receiving structures 4c, 4d, 4e, 4f.
  • optical fibers 15c, 15d, 15e, 15f Due to the same laying lengths of the optical fibers 15c, 15d, 15e, 15f, one has so far been used in the case of linear lens connectors Large number of channels Avoid customary sorting of the optical fibers cut to a precise length to the associated fiber centering structures.
  • Another advantage of the invention is that the previously customary and complex precise cutting of the lengths of the outer and middle optical fibers can be dispensed with. Rather, by mounting the lens connector in accordance with the invention, all optical fibers 15c, 15d, 15e, 15f with the same length can be cut in one cut to fit into the lens connector, as is the case with a small number of channels of optical fibers 15a, 15b the first embodiment of the lens connector is common.
  • FIGS. 7a to 7c show further embodiments of the lens connector according to the invention, the fiber centering structures and the lens receiving structures being arranged in at least two planes and in each case with the same horizontal distance.
  • FIG. 7a shows an embodiment with three fiber centering structures 3c, 3d, 3e and lens receiving structures 4c, 4d, 4e, which are arranged in two planes on an arc.
  • the fiber centering structures 3c, 3d, 3e and lens receiving structures 4c, 4d, 4e are arranged one above the other in height.
  • FIG. 7b shows another embodiment, wherein a total of seven fiber centering structures 3c, 3d, 3e, 3f, 3g, 3h, 3i and lens receiving structures 4c, 4d, 4e, 4f, 4g, 4h, 4i are arranged on a circular arc.
  • the circular arc is created by the fact that the seven fiber centering structures 3c, 3d, 3e, 3f, 3g, 3h, 3i and lens receiving structures 4c, 4d, 4e, 4f, 4g, 4h, 4i are offset in height and overlapping and thus arranged in four planes are.
  • 7a shows that the height-offset and overlapping arrangement of the fiber centering structures 3c, 3d, 3e, 3f, 3g, 3h, 3i and lens receiving structures 4c, 4d, 4e, 4f, 4g, 4h, 4i a significantly higher number of optical channels on the front surface of the lens connector is made possible.
  • FIG. 7c shows a further embodiment, a total of seven fiber centering structures 3c, 3d, 3e, 3f, 3g, 3h, 3i and lens receiving structures 4c, 4d, 4e, 4f, 4g, 4h, 4i are arranged in two planes in the form of a tooth or a zigzag.
  • three fiber centering structures 3d, 3f, 3h and lens receiving structures 4d, 4f, 4h in the lower, first level and the other four fiber centering structures 3c, 3e, 3g, 3i and lens receiving structures 4c, 4e, 4g, 4i are each in the upper, second level.
  • FIG. 7c shows that the sawtooth-shaped embodiment in particular enables the manufacture of lens connectors according to the invention with a large number of optical channels with a very low overall height.
  • FIGS. 5 to 7c show the lens receiving structures 4c, 4d, 4e, 4f, 4g, 4h, 4i each equipped with ball lenses 16 according to FIG. 3.
  • these lens receiving structures 4c, 4d, 4e, 4f, 4g, 4h, 4i can also be equipped with the optical elements shown in FIGS. 3b to 3e, such as grin lenses 17, microlens 21 or plano-convex or biconvex microlens fields 18.
  • This assembly can be done by inserting these optical elements 17, 18, 21 into the lens receiving structures 4c, 4d, 4e, 4f, 4g, 4h, 4i in one of the two connector halves 1, 2 or after assembling the two connector halves 1, 2 from the outside Pushing the optical elements 17, 18, 21 into the cavities 27c, 27d, 27e, 27f, 27g, 27h, 27i and also by molding or stamping molding material to produce the optical elements into the cavities 27c, 27d, 27e, 27f, 27g, 27h, 27i.
  • a high number of channels of the optical fibers 15c, 15d, 15e, 15f for example the connection of a commercially available optical fiber ribbon
  • several deflecting parts such as deflecting cylinders, arranged axially one behind the other and possibly offset, such as deflecting cylinders, can be arranged in the area of the free space 7a according to FIG. 1, so that the optical fibers 15c, 15d, 15e, 15f in the manner of a snake or Wavy line around these deflection parts can be laid.
  • an injection molding tool is produced as a negative master mold for the lower connector part 1 and the upper connector part 2.
  • the injection molding tool consists of a base plate into which the individual molded parts for the lens connector, in particular fiber centering structures 3a, 3b, 3c, 3d, 3e, 3f, lens receiving structures 4a, 4b, 4c, 4d, 4e, 4f, guide grooves 10 and 11, projections 12 and grooves 13 can be inserted and fixed as modular tool inserts.

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Abstract

Um einen Aufbau kompakter optischer Freistrahlanordnungen für mehrere Lichtleitfasern zu vereinfachen, wobei eine einfache Montage und die Selbstjustage unterschiedlicher optischer Elemente, wie beispielsweise Kugellinsen, Grinlinsen, Linsenfelder oder dgl. auf eine gemeinsame optische Achse mit den Lichtleitfasern und eine hohe Übertragungsqualität ermöglicht ist, wird ein Linsenstecker beschrieben, der zwei Steckerhälften, ein Steckerunterteil und ein Steckeroberteil, aufweist, wobei mindestens eine Steckerhälfte mehrere Faserzentrierstrukturen zur radialen und achsparallelen Zentrierung der Lichtleitfasern aufweist und mindestens eine Steckerhälfte im Anschluss an das jeweilige verbindungsseitige Ende einer Faserzentrierstruktur eine Linsenaufnahmestruktur aufweist, welche zur Aufnahme und koaxialen Ausrichtung eines optischen Elementes an die Lichtleitfaser dient. Die Faserzentrierstrukturen und Linsenaufnahmestrukturen sind in mindestens zwei Ebenen angeordnet, so dass die Lichtleitfasern mit einer Verlegelänge in den Linsenstecker aufgenommen werden können. Die Faserzentrierstrukturen und Linsenaufnahmestrukturen sind einstückiger Bestandteil der abformtechnisch hergestellten Steckerhälften, so dass eine preiswerte Massenfertigung des Linsensteckers möglich ist.

Description

Linsenstecker zum Aufbau kompakter optischer Freistrahlanordnungen für mehrere Lichtleitfasern
Beschreibung
Die Erfindung betrifft einen Steckverbinder mit optischen Elementen, einen sogenannten Linsenstecker, zum Aufbau kompakter optischer Freistrahlanordnungen für mehrere Lichtleitfasern.
Solche Linsenstecker werden beispielsweise zur Kopplung zwischen mehreren Lichtleitfasern für die Übertragung großer Datenraten in unterschiedlichen Anwendungsbereichen der optischen Nachrichtentechnik, wie beispielsweise auf Baustellen, im Bergbau, im Schienenverkehr, im Automobilbau, im Maschinenbau, in der Medizintechnik, in Computernetzen und in der Telekommunikation, eingesetzt.
Generell wird die Übertragungsqualität der Kopplung von zwei Lichtleitfasern durch äußere Einflüsse am Einsatzort, insbesondere durch Staub in der Umgebungsluft beeinflußt. Die hierdurch auftretenden Dämpfungsverluste der optischen Signalleistung führen zu einer Minderung der Signalübertragungsqualität. Diese Dämpfungsverluste werden insbesondere dann weitgehend vermieden, wenn ein optischer Kontakt durch Aufweitung des Lichtstrahls zwischen je zwei Lichtleitfasern mittels optischen Elementen hergestellt wird. Diese als optische Freistrahlkopplung bekannte Methode wird in den eingangs genannten Linsensteckern verwendet, wobei je nach Anwendungsprofil unterschiedliche optische Elemente, wie beispielsweise Kugellinsen, Grinlinsen, Linsenfelder, zum Einsatz kommen.
Ein Linsenstecker der eingangs genannten Art ist aus dem Prospekt "BOSCH-Lens connectors, Backnang 1995" der Fa. Bosch Telekom bekannt. Dieser Linsenstecker verwendet als optisches Element Kugellinsen mit einem Durchmesser von 3 mm bis 8 mm. Diese Kugellinsen sind sehr viel größer als der Querschnitt der Lichtleitfasern, wodurch eine sehr starke Aufweitung des Lichtstrahls zwischen den Lichtleitfasern erreicht wird. Hierdurch sind diese Linsenstecker insbesondere für Anwendungen an Einsatzorten mit starken Staubverunreinigungen der Umgebungsluft, wie beispielsweise auf Baustellen, als auch mit normaler Staubverunreinigungen der Umgebungsluft geeignet. Nachteilig ist, daß dieser Linsenstecker eine große Bauform aufweist und kompliziert aus mehreren Teilen aufgebaut ist und somit teuer in der Herstellung ist.
Aus der Offenlegungsschrift DE 42 38 188 A1 ist ein Linsenstecker der eingangs genannten Art bekannt, der ein einstückiges Formteil aus einem Kunststoff hoher Lichtdurchlässigkeit mit einer ersten und einer zweiten Stirnfläche aufweist. Die erste Stirnfläche weist für jede Lichtleitfaser eine Kuppe auf, die als optisches Element dient. Die zweite Stirnfläche weist für die Aufnahme und Zentrierung der Lichtleitfaser ein Sackloch auf. Jede Kuppe ist so ausgebildet und angeordnet, daß ein paralleles Strahlenbündel in die Endflächen der Lichtleitfasern fokussiert wird. Nachteilig bei diesem Linsenstecker ist die große Bauform und die aufwendige Montage des Formteils in ein Gehäuse zur Anwendung des Linsensteckers als Leitungs- oder Gehäusestecker. Es ist kein wahlweiser Einsatz von anderen optischen Elementen, wie beispielsweise Kugellinsen, Grinlinsen oder Linsenfelder, anstelle der Kuppe möglich.
Ferner ist aus Figur 5 der Offenlegungsschrift EP 0 786 326 A1 ein Linsenstecker bekannt, der durch Einsetzen eines mittels mikrotechnischen Methoden hergestellten Linsenfeldes, also eines Mikrolinsenfeldes, in vier Kanäle eines Steckverbindungsgrundkörpers mit in die Kanäle eingelegten Lichtleitfasern entsteht. Hierdurch sind die einzelnen Lichtleitfasern mittels Freistrahl an die einzelnen Mikrolinsen angekoppelt. Nachteilig ist, daß bei diesem Linsenstecker die Aufweitung des Lichtstrahls auf den Durchmesser des Kanals und somit auf den Querschnitt der Lichtleitfaser begrenzt ist. Damit ist dieser Linsenstecker nicht für die Anwendung an einem Einsatzort mit starker Staubverunreinigung der Umgebungsluft, wie beispielsweise auf Baustellen, geeignet.
Weiterhin ist aus der Sammlung von Veröffentlichungen "SPIE Proceedings Series; 3289", 1998, S. 22 -32 ein Linsenstecker bekannt, der durch Montage eines Mikrolinsenhalters mit Mikrolinsen an die Kanäle eines Steckverbinders mit Lichtleitfasern, hier einem handelsüblichen MT-Stecker der Firma NTT, entsteht. Der Mikrolinsenhalter weist mehrere Öffnungen mit einem Durchmesser von 125 μm auf, welche für die Aufnahme von Mikrolinsen dienen. Die Mikrolinsen werden mittels dem Verfahren für berührungsloses Heißprägen von Mikrolinsen in die Öffnungen eingeformt. Der Mikrolinsenhalter weist weitere achsparallel zu den Öffnungen angeordnete Führungslöcher auf, mittels welchen der Mikrolinsenhalter auf vorhandene Justagestifte des MT-Steckers aufgeschoben wird. Hierdurch werden die Mikrolinsen koaxial zu den Faserenden der Lichtleitfasern positioniert. Nachteilig ist, daß dieser Linsenstecker einer Montage des Mikrolinsenhalters an die Lichtleitfasern und einer separaten Fertigung des Mikrolinsenhalters und der Führungslöcher bedarf.
Davon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Linsenstecker der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, daß ein kompakter und zugleich preisgünstig herstellbarer Linsenstecker mit mehreren optischen Kanälen und hoher Übertragungsqualität angegeben wird, der eine einfache Montage der Lichtleitfasern und der optischen Elemente sowie die Selbstjustage unterschiedlicher optischer Elemente, wie beispielsweise Kugellinsen, Grinlinsen, Linsenfelder oder dgl., ermöglicht.
Zur Lösung dieser Aufgabe weist der erfindungsgemäße Linsenstecker für mehrere Lichtleitfasern zwei Steckerhälften, ein Steckerunterteil und ein Steckeroberteil, auf. Mindestens eine Steckerhälfte weist mehrere Faserzentrierstrukturen zur radialen und achsparallelen Zentrierung der Lichtleitfasern auf. Mindestens eine Steckerhälfte weist im Anschluß an das jeweilige verbindungsseitige Ende einer Faserzentrierstruktur eine Linsenaufnahmestruktur auf, welche zur Aufnahme und koaxialen Ausrichtung eines optischen Elementes an die Lichtleitfaser dient.
Durch die erfindungsgemäße Anordnung der Linsenaufnahmestruktur im direkten Anschluß an das verbindungsseitige Ende der Faserzentrierstruktur wird zum einen ein möglicher Winkelversatz zwischen der Lichtleitfaser und dem optischen Element sicher verhindert. Zum anderen wird eine präzise Positionierung der Lichtleitfaser auf eine Achse mit dem in die Linsenaufnahmestruktur einzusetzenden optischen Element sichergestellt. Ferner wird ein Kippwinkel zwischen jeweils zwei Lichtleitfasern durch die erfindungsgemäßen Faserzentrierstrukturen sicher vermieden, da eine radiale und achsparallele Zentrierung der Lichtleitfasern im Linsenstecker gewährleistet ist. Der neuerungsgemäße Linsenstecker enthält alle wesentlichen Elemente eines Linsensteckers, nämlich Strukturen für die Zentrierung der Lichtleitfasern und Strukturen für die Aufnahme der optischen Elemente, in kompakter und integrierter Bauweise, so daß der Linsenstecker im Vergleich zu den vorbekannten Linsensteckern eine kleinere Bauform aufweist. Hierbei hängt die jeweilige Größe des neuerungsgemäßen Linsensteckers vom verwendeten optischen Element und dessen Größe sowie von der Anzahl der Lichtleitfasern, der sogenannten Kanalzahl, ab. In die Linsenaufnahmestrukturen des Linsensteckers können in der Bauform unterschiedliche optische Elemente, wie beispielsweise Kugellinsen, Grinlinsen, Linsenfelder oder Mikrolinsen mit Durchmessern von vorzugsweise 0,5 mm bis 5 mm aufgenommen werden. Eine bereits realisierte Ausführungsform eines linearen Linsensteckers für zwei Lichtleitfasern und zwei Kugellinsen mit einem Durchmesser von 1 mm, wobei die zugehörigen Faserzentrierstrukturen und Linsenaufnahmestrukturen in einer Ebene angeordnet sind, weist beispielsweise eine Größe von lediglich 3 mm x 5 mm x 8 mm auf. Diese kleine bzw. miniaturisierte Bauform des Linsensteckers ermöglicht auch die Erhöhung der Kanalzahl im Linsenstecker und damit die Parallelübertragung von großen Datenmengen auf kleinstem Raum.
Der erfindungsgemäße Linsenstecker ermöglicht eine einfache Montage mit Selbstjustage der Lichtleitfasern und der optischen Elemente auf eine gemeinsame optische Achse. Bei einer Ausführung des Linsensteckers mit vorzugsweise spiegelsymmetrisch im Steckerunterteil und Steckeroberteil ausgeführten Faserzentrierstrukturen und Linsenaufnahmestrukturen werden die Lichtleitfasern vorzugsweise in die Faserzentrierstrukturen im Steckerunterteil eingelegt und das Steckeroberteil wird aufgesetzt. Hierdurch liegen die Lichtleitfasern zwischen den beiden Faserzentrierstrukturen zentriert ein. Zum anderen entstehen durch das Zusammensetzten der beiden Steckerhälften am verbindungsseitigen Ende des Linsensteckers aus den Linsenaufnahmestrukturen Kavitäten mit Öffnungen auf der Verbindungsseite des Linsensteckers, welche dann zur Aufnahme der optischen Elemente, beispielsweise durch Einklemmen, Einlegen oder dgl., dienen. Erfindungsgemäß sind die Kavitäten symmetrisch zur Lichtleitfaser angeordnet, so daß durch die Aufnahme der optischen Elemente in die Kavitäten eine Selbstjustage der optischen Elemente auf eine gemeinsame Achse mit den Lichtleitfasern erreicht wird. Hierbei werden keine zusätzlichen Bauteile bzw. Justageelemente zur Positionierung der Lichtleitfasern und für die Justage der optischen Elemente im Linsenstecker benötigt. Damit werden im Vergleich zum Stand der Technik notwendige zusätzliche teuere Arbeitsschritte, wie beispielsweise eine aufwendige Justage der optischen Elemente, und der zusätzliche Einsatz von Justageelementen vermieden.
Erfindungsgemäß sind die Faserzentrierstrukturen und die Linsenaufnahmestrukturen in mindestens zwei Ebenen angeordnet. Bei dieser Ausführungsform sind die Faserzentrierstrukturen und die direkt damit verbundenen Linsenaufnahmestrukturen so angeordnet, daß die Kavitäten, welche beim Zusammensetzen von Steckerunterteil und Steckeroberteil aus den Linsenaufnahmestrukturen entstehen, nicht in einer Ebene, sondern in mehreren vertikal zueinander versetzten Ebenen an der verbindungsseitigen Frontfläche des Linsensteckers entstehen. Diese Ausführungsform ermöglicht für Linsenstecker mit einer besonders großen Anzahl von optischen Kanälen, insbesondere mit einer Anzahl von drei und mehr optischen Kanälen, eine besonders einfache Montage der Lichtleitfasern, wobei alle Lichtleitfasern vor dem Einlegen in den Linsenstecker mit einer Länge zugeschnitten werden können. Dies vermeidet einen bisher üblichen erheblichen Aufwand bei linearen Linsensteckern für das Zuschneiden der Verlegelänge der äußeren und mittleren Lichtleitfasern. Dieser Aufwand entsteht bei linearen Linsensteckern dadurch, daß bereits bei einer Kanalzahl von drei und mehr optischen Kanälen die Verlegelängen der äußeren und mittleren Lichtleitfasern im Linsenstecker sich derart unterscheiden, daß die Länge der Lichtleitfasern einzeln unter Verwendung aufwendiger Hilfsvorrichtungen präzise zugeschnitten werden müssen.
Erfindungsgemäß sind die Faserzentrierstrukturen und Linsenaufnahmestrukturen einstückiger Bestandteil der abformtechnisch hergestellten Steckerhälften. Hierdurch ist eine preiswerte Massenfertigung des Linsensteckers beispielsweise mittels Spritzguß ermöglicht, wobei das formgebende Spritzgußwerkzeug mittels LIGA- Technik und/oder Feindrahterosion hergestellt werden kann. Als Material für den Linsenstecker wird vorzugsweise Kunststoff, wie beispielsweise Polyetherimid (PEI), Polymethylmethacrylat (PMMA), Polycarbonat (PC), Polymethylen (POM) oder dgl. verwendet, aber auch denkbar sind glasartige, keramische und metallische Werkstoffe.
Bei einer anderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Linsensteckers sind die Faserführungsstrukturen und die Linsenaufnahmestrukturen einstückiger Bestandteil einer Steckerhälfte, so daß vorzugsweise nur für die Herstellung dieser Steckerhälfte die LIGA-Technik zum Einsatz kommt und zur Herstellung der zweite Steckerhälfte weniger aufwendige feinwerktechnische Verfahren, wie beispielsweise Fräsen, Polieren, Läppen oder dgl., ausreichen.
Damit ist nun ein in der Bauform sehr kleiner bzw. miniaturisierter Linsenstecker verfügbar, der im Vergleich zu den vorbekannten Linsensteckern kompakter, einfacher im Aufbau, billiger in der Herstellung und einfacher in der Handhabung bei der Montage ist, sowie flexibel in schwach und stark staubverschmutzten Anwendungsbereichen einsetzbar ist. Der neuerungsgemäße Linsenstecker eignet sich zum Aufbau kompakter optischer Freistrahlanordnungen für mehrere Lichtleitfasern, wie beispielsweise als Leitungsstecker, als Gerätestecker und als Stecker für Gehäusedurchführungen. Der neuerungsgemäße Linsenstecker ist aufgrund seiner miniaturisierten Bauform auch als mikrooptisches Element bzw. kompakte faseroptische Komponente einsetzbar, wobei die vom Linsenstecker erzeugten optischen Freistrahlen von jeweils anderen optischen Komponenten, wie beispielsweise optischen Schaltern, optischen Isolatoren oder 90° Strahlumlenkern genutzt werden. Hierdurch ist auch der Einsatz des Linsensteckers zum Aufbau eines Rückwandsteckers in optischen Bussystemen denkbar.
Nach einer ersten konstruktiven besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die Faserzentrierstrukturen und Linsenaufnahmestrukturen derart in mindestens zwei Ebenen angeordnet, daß die Lichtleitfasern im wesentlichen mit gleicher Länge im Linsenstecker aufgenommen werden können. Hierdurch wird der Aufwand bei der Montage des Linsensteckers nochmals erheblich reduziert, da die Lichtleitfasern beispielsweise in s-förmigen Bögen mit gleicher Verlegelänge im erfindungsgemäßen Linsenstecker zwischen den Faserführungsstrukturen und den Faserzentrierstrukturen verlegt werden können. Insbesondere werden durch die gleichen Verlegelängen der Lichtleitfasern eine bisher bei linearen Linsensteckern mit großer Kanalzahl aufgrund der unterschiedlichen Längen der äußeren und mittleren Lichtleitfasern notwendige Zuordnung bzw. Sortierung der jeweiligen zugeschnittenen Lichtleitfasern zu der zugehörigen Faserzentrierstruktur vermieden.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist der Linsenstecker drei oder mehr Faserzentrierstrukturen und Linsenaufnahmestrukturen auf, die auf einem Kreisbogen angeordnet sind. Diese Anordnung der Faserzentrierstrukturen und Linsenaufnahmestrukturen auf einem Kreisbogen, wobei zwischen je zwei Faserzentrierstrukturen und Linsenaufnahmestrukturen vorzugsweise gleiche Bogenlängen vorgesehen werden, ermöglicht in konstruktiv einfacher Art und Weise, daß bei Linsensteckern mit einer Anzahl von drei und mehr optischen Kanälen die Lichtleitfasern im wesentlichen mit gleicher Länge im Linsenstecker aufgenommen werden können.
In einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist der Linsenstecker vier oder mehr Faserzentrierstrukturen und Linsenaufnahmestrukturen auf, die trapezförmig angeordnet sind.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist der Linsenstecker vier oder mehr Faserzentrierstrukturen und Linsenaufnahmestrukturen auf, die sägezahnförmig in zwei Ebenen angeordnet sind. Diese Ausführungsform ermöglicht insbeondere die Herstellung von in der Frontansicht quaderförmigen Linsensteckern mit geringer Bauhöhe.
Nach einer anderen konstruktiv besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die Linsenaufnahmestrukturen kanalförmig ausgebildet. Hierdurch sind wahlweise unterschiedliche optische Elemente, wie beispielsweise Kugellinsen, Grinlinsen, Linsenfelder oder Mikrolinsen in die Linsenaufnahmen einsetzbar. Dies ermöglicht den flexiblen Einsatz des erfindungsgemäßen Linsensteckers unter verschiedenen Einsatzbedingungen, die bisher durch SpezialStecker für Grinlinsen, Kugellinsen, Linsenfeldern oder Mikrolinsen abgedeckt wurden. Zum anderen ist durch die kanalförmige Ausbildung der Linsenaufnahmestrukturen eine Zentrierung der auch in der Bauform unterschiedlichen optischen Elemente in den jeweiligen Brennpunkt ermöglicht. Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß die Linsenaufnahmestrukturen einen solchen Querschnitt aufweisen, daß die Aufnahme von im Vergleich zu den Lichtleitfasern größeren optischen Elementen ermöglicht ist. Durch den Einsatz dieser großen optischen Elemente im Linsenstecker wird eine starke Aufweitung des vom Linsenstecker abgängigen Freistrahls erzielt, so daß der Linsenstecker unempfindlich gegen Staubverschmutzungen in der Umgebungsluft ist. Damit ist der Linsenstecker mit hoher Übertragungsqualität auch an Einsatzorten, wie beispielsweise auf Baustellen, im Kraftfahrzeug, oder im Maschinenbau, einsetzbar.
Nach einem weiteren vorteilhaften Merkmal der Erfindung ist der Querschnitt der Linsenaufnahmestrukturen an die Form des optischen Elementes angepaßt. Da die Linsenaufnahmestrukturen entweder in einer oder in beiden Steckerhälften ausgebildet sind, weist der Linsenstecker schon gleich oder erst nach dem Zusammensetzen der beiden Steckerhälften Kavitäten auf, welche angepaßt an die Form des optischen Elementes rund, oval, eckig oder dgl. ausgebildet sind. Hierdurch sind zwei besonders einfache Arten der Montage der optischen Elemente in den Linsenstecker durch Einsetzen vor dem Zusammensetzen der beiden Steckerhälften oder danach durch Einschieben ermöglicht. Durch beide Montagearten werden die optischen Elemente von den Kavitäten umfasst, so daß die Selbstjustage der optischen Elemente zu den Lichtleitfasern gewährleistet bleibt, wie dies bereits beschrieben wurde. Beide Arten der Montage benötigten weder zusätzliche Justageelemente noch zusätzliche Justagearbeiten.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß die Linsenaufnahmestrukturen einen Anschlag für die axiale Justage der optischen Elemente aufweisen. Da der Anschlag vorzugsweise in Form einer Stufe oder einer Ausnehmung ausgebildet ist, wird eine selbsttätige axiale Zentrierung der optischen Elemente in der kanalförmigen Linsenaufnahmestruktur erreicht, da die optischen Elemente jeweils nur bis zum Anschlag in die Linsenaufnahmestrukturen einschiebbar bzw. einsetzbar sind. Eine andere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß zum formschlüssigen Zusammensetzen der beiden Steckerhälften zumindest in den Seitenwänden des Linsensteckers zusammenwirkende Verbindungsmittel, wie beispielsweise ein Vorsprung im Steckerunterteil und eine Nut im Steckeroberteil angeordnet sind. Hierdurch ist eine hohe Paßgenauigkeit der beiden Steckerhälften und eine einfache sowie schnelle Montage der beiden Steckerhälften sichergestellt.
Die Verbindung zwischen zwei Linsensteckern wird von Vorteil dadurch hergestellt, daß sowohl das Steckerunterteil als auch das Steckeroberteil entlang der Seitenwände verlaufende Führungsrinnen aufweisen, welche nach dem Zusammenfügen der beiden Steckerhälften einen Hohlzylinder zur Aufnahme von Verbindungselementen, wie beispielsweise Führungsstiften oder dgl., bilden. Dies gewährleistet sowohl eine reproduzierbare präzise Justierung der Steckverbindung zwischen zwei Linsensteckern als auch eine hohe Anzahl von schnellen und sicheren Steckvorgängen.
Weitere Ziele, Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von mehreren Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnungen. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger sinnvoller Kombination den Gegenstand der Erfindung, auch unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung.
Es zeigen:
Figur 1 eine Draufsicht auf in Fig. 1a) das Steckerunterteil und Fig. 1 b) das
Steckeroberteil eines linearen Linsensteckers, wobei die Faserzentrierstrukturen und die Linsenaufnahmestrukturen in einer Ebene angeordnet sind.
Figur 2 eine Frontansicht des linearen Linsensteckers gemäß Figur 1.
Figur 3 eine Schnittdarstellung des linearen Linsensteckers, wobei unterschiedliche optische Elemente in den Linsenstecker montiert sind: a) Kugellinse, b) Grinlinse, c) eingeformte Mikrolinse und d) Plankonves-Mikrolinsenfeld, e) Bikonvexes-Mikrolinsenfeld.
Figur 4 eine schematische Darstellung eines Anwendungsbeispiel des linearen
Linsensteckers als Leitungsstecker.
Figur 5 eine Frontansicht eines Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen
Linsensteckers, wobei die Faserzentrierstrukturen und die Linsenaufnahmestrukturen mit Kugellinsen in zwei Ebenen trapezförmig angeordnet sind.
Figur 6 eine Draufsicht auf ein Steckerunterteil des Linsensteckers gemäß
Figur 5.
Figur 7 weitere Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Linsensteckers, wobei die Faserzentrierstrukturen und die Linsenaufnahmestrukturen in mindestens zwei Ebenen: a) und b) auf einem Kreisbogen und c) sägezahnförmig angeordnet sind.
Die Figur 1 zeigt eine Draufsicht auf einen linearen Linsenstecker, wobei insgesamt vier Faserzentrierstrukturen 3a, 3b und vier Linsenaufnahmestrukturen 4a, 4b in einer Ebene angeordnet sind. Dieser Linsenstecker weist zwei Steckerhälften 1 , 2, ein Steckerunterteil 1 und ein Steckeroberteil 2, auf und dient zum Aufbau kompakter optischer Freistrahlanordnungen für mehrere Lichtleitfasern 15a, 15b wie beispielsweise gemäß Figur 4, wobei zwei Steckverbinder zum Verbinden von zwei Bändchen von mehreren Lichtleitfasern 15a, 15b als Leitungsstecker zusammengesteckt sind.
Für die Aufnahme und Zugentlastung von einem Bändchen von mehreren Lichtleitfasern 15a, 15b weisen beide Steckerhälften 1 , 2 Zugentlastungen 19 auf. Bei der Montage des Linsensteckers werden die Lichtleitfasern 15a, 15b aus dem Bändchen herausgeführt und im Steckerunterteil 1 in parallel zu den Seitenwänden 8, 9 des Linsensteckers angeordneten Faserführungsstrukturen 6a, 6b eingelegt und hierin axial weitergeführt. Die Faserführungsstrukturen 6a, 6b sind bei dem hier gewählten Ausführungsbeispiel kanalförmig mit U-förmigem Querschnitt ausgestaltet. Hierdurch ist eine grobe parallele Justierung der Lichtleitfasern 15a, 15b zueinander erreicht.
Symmetrisch zur Anordnung der Faserführungsstrukturen 6a, 6b im Steckerunterteil
1 weist das Steckeroberteil 2 eine Abdeckplatte 20 auf, welche zum Abschließen der Faserführungsstrukturen 6a, 6b nach dem Zusammensetzen der beiden Steckerhälften 1 , 2 dient. Hierdurch ist ein sicheres Einliegen der Lichtleitfasern 15a, 15b in den Faserführungsstrukturen 6a, 6b erreicht. Für die Fixierung der Lichtleitfasern 15a, 15b in den Faserführungsstrukturen 6a, 6b weist die Abdeckplatte 20 eine Klebeöffnung 14 auf, in welche ein Kleber einfüllbar ist. Hierbei verhindert die Ausführungsform der Abdeckplatte 20 ein Überquellen des Klebers.
In beiden Steckerhälften 1 , 2 werden die Lichtleitfasern 15a, 15b im Anschluß an die Faserführungsstrukturen 6a, 6b über einen im Steckerunterteil 1 und Steckeroberteil
2 ausgebildeten Freiraum 7a hinweg in axial angeordneten Faserzentrierstrukturen 3a, 3b weitergeführt. Diese Anordnung des Freiraums 7a ermöglicht, daß die beiden Lichtleitfasern 15a, 15b von den Faserführungsstrukturen 6a, 6b hin zu den Faserzentrierstrukturen 3a, 3b parallel versetzt verlegt werden können. Eine solche Parallelversetzung einer Lichtleitfaser 15a, 15b kann im Einzelfall durch auftretende Schwankungen des Durchmessers der Lichtleitfaser 15a, 15b und/oder durch Fertigungstoleranzen der axialen Anordnung der Faserführungsstrukturen 6a, 6b und der Faserzentrierstrukturen 3a, 3b notwendig werden. Bei dem hier gewählten Ausführungsbeispiel ist der Freiraum 7a in beiden Steckerhälften 1 , 2 parallel zu der Rückfläche 24 und der Frontfläche 25 des Linsensteckers als Senke mit U-förmigem Querschnitt ausgeführt. Diese Ausführungsform verhindert ein Überlaufen des Klebers in die Faserzentrierstrukturen 3a, 3b.
Die Faserzentrierstrukturen 3a, 3b sind im Steckerunterteil 1 und Steckeroberteil 2 spiegelsymmetrisch zueinander und parallel zu den Seitenwänden 8, 9 des Linsensteckers in Form von V-Nuten ausgebildet, wie dies die Figur 2 veranschaulicht. Durch diese Ausführungsform ist nach dem Zusammensetzen der beiden Steckerhälften 1 ,2 eine radiale und achsparallele Zentrierung der Lichtleitfasern 15a, 15b im Linsenstecker gewährleistet, da die Lichtleitfasern 15a, 15b in Folge einer Herzschen Pressung zentriert zwischen den Flanken der beiden zusammengesetzten V-Nuten einliegen.
Bei dem hier gewählten Ausführungsbeispiel ist eine vereinfache Montage der Lichtleitfasern 15a, 15b in die Faserzentrierstrukturen 3a, 3b per Anschlag dadurch erreicht, daß die V-Nuten an deren axialen Enden im unteren Bereich verschlossen sind. Somit ist eine passive Positionierung der Lichtleitfasern 15a, 15b im Linsenstecker erreicht, da keine nachträglichen Arbeitsschritte für die Lichtleitfaserpositionierung notwendig sind. Dies schließt auch eventuell auftretende Durchmesserschwankungen der Lichtleitfasern 15a, 15b ein, da diese durch Herzsche Pressung nach dem Zusammensetzen von Steckerunterteil 1 und Steckeroberteil 2 an den Flanken der V-Nuten ausgeglichen werden.
Für die Aufnahme und Positionierung der optischen Elemente weisen beide Steckerhälften 1 , 2 spiegelsymmetrisch zueinander angeordnete Linsenaufnahmestrukturen 4a, 4b auf, welche per Durchgangsöffnung 26 im direkten Anschluß an das jeweilige axiale Ende einer Faserzentrierstruktur 3a, 3b angeordnet sind. Hierdurch ist der direkte optische Anschluß der Lichtleitfasern 15a, 15b an die optischen Elemente erreicht. Wie die Figur 1 zeigt, sind in beiden Steckerhälften 1 , 2 die Linsenaufnahmestrukturen 4a, 4b symmetrisch um die Durchgangsöffnung 26 ausgebildet. Diese symmetrische Anordnung ermöglicht eine koaxiale Montage der optischen Elemente zur Lichtleitfaser 15a, 15b durch einfaches Einlegen der optischen Elemente in die Linsenaufnahmestrukturen 4a, 4b.
Die Linsenaufnahmestrukturen 4a, 4b sind kanalförmig ausgebildet. Hierdurch wird eine flexible Montage von in der Bauform unterschiedlichen optischen Elementen, wie beispielsweise zylinderförmige Grinlinsen, Kugellinsen, Mikrolinsenfeldem und Mikrolinsen jeweils koaxial zur Lichtleitfaser 15a, 15b ermöglicht.
Gemäß den Figuren ist bei dem hier gewählten Ausführungsbeispiel der Querschnitt der Linsenaufnahmestrukturen 4a, 4b im Vergleich zu den Querschnitten der Lichtleitfasern 15a, 15b mehrfach größer ausgebildet. Diese Ausführungsform ermöglicht die Aufnahme von im Vergleich zu den Querschnitten der Lichtleitfasern 15a, 15b größeren optischen Elementen. Hierdurch besitzt der Linsenstecker eine hohe Übertragungsqualität und ist somit weitgehend unempfindlich gegen Staubverschmutzungen in der Umgebungsluft. Damit ist der Linsenstecker auch an entsprechenden Einsatzorten, wie beispielsweise auf Baustellen, im Kraftfahrzeug und im Maschinenbau einsetzbar.
Bei dem hier ausgewählten Ausführungsbeispiel des Linsensteckers besteht ein anderes besonderes Merkmal darin, daß die Form und Größe des Querschnitts der Linsenaufnahmestrukturen 4a, 4b an die Form und Größe der einzusetzenden optischen Elemente angepaßt ausgebildet ist, wie dies insbesonders die Figur 3 zeigt. Gemäß Figur 3 bewirkt dies, daß nach dem Zusammensetzen der beiden Steckerhälften 1 , 2 aus den Linsenaufnahmestrukturen 4a, 4b Kavitäten 27a, 27b mit Linsenöffnungen 22a, 22b am verbindungsseitigen Ende des Linsensteckers entstehen. Hierdurch umfassen die Kavitäten 27a, 27b die optischen Elemente und klemmen diese durch Herzsche Pressung ein, so daß ein sicherer Halt und eine sichere Justage der optischen Elemente in den Kavitäten 27a, 27b gewährleistet ist. Die Linsenöffnungen 22a, 22b am verbindungsseitigen Ende des Linsensteckers dienen den optischen Elementen zum Aufbau eines optischen Kontakts per Freistrahl. Diese Ausführungsform der Linsenöffnungen 22a, 22b ermöglicht auch eine leichte Reinigung der optischen Elemente, wobei die Reinigung von außen durch die Linsenöffnungen 22a, 22b vorgenommen werden kann.
Die Kavitäten 27a, 27b ermöglichen eine Montage der optischen Elemente, wobei die optischen Elemente einfach von außen durch die Linsenöffnungen 22a, 22b in die Kavitäten 27a, 27b eingeschoben werden. Dies bewirkt ein Einklemmen der optischen Elemente in den Kavitäten 27a, 27b durch Herzsche Pressung und eine Selbstjustage der optischen Elemente koaxial zu den Lichtleitfasern 15a, 15b, wie dies die Figur 3 zeigt.
Für eine Verbesserung der Einklemmung der optischen Elemente in den Kavitäten 27a, 27b und damit zur sicheren koaxialen Zentrierung der optischen Elemente werden die Linsenaufnahmestrukturen 4a, 4b auch mit rundem, ovalem, eckigem oder dgl. Querschnitt ausgebildet. Die Figur 2 zeigt eine Frontansicht des zusammengesetzten Linsensteckers mit oktogonalem Querschnitt für die Linsenaufnahmestrukturen 4a, 4b im Steckerunterteil 1 und Steckeroberteil 2. Dieser Querschnitt eignet sich besonders bei der Verwendung von Kugellinsen im Linsenstecker, da es beim Einschieben der Kugellinsen in die dann oktogonalen Kavitäten 27a, 27b zwischen den Seitenflächen der Kavitäten 27a, 27b und der Kugellinse zur besagten Herzschen Pressung kommt, wobei sich die Kavitäten 27a, 27b den Durchmessern der Kugellinsen oder die Durchmesser der Kugellinsen den Kavitäten 27a, 27b anpassen. Dies bewirkt, daß die Kugellinsen sicher und koaxial zentriert zur Lichtleitfaser 15a, 15b in den Kavitäten 27a, 27b einliegen.
Die Linsenaufnahmestrukturen 4a, 4b weisen für eine axiale Selbstjustage der optischen Elemente einen Anschlag 5 auf, welcher bei den Ausführungsbeispielen gemäß Figur 3a für die Verwendung einer Kugellinse und gemäß Figur 3b für die Verwendung einer Grinlinse in Form einer Stufe ausgebildet ist. Von Vorteil kann der Anschlag 5 hierbei so ausgeführt sein, daß er nach dem Einlegen des optischen Elementes als Dichtung wirkt, so daß ein Eindringen von Staubverunreinigungen durch die Linsenöffnungen 22a, 22b in den Zwischenraum 30 zwischen Lichtleitfaser 15a, 15b und optischem Element sicher verhindert wird. Dies wird in einer anderen Ausführungsform des Linsensteckers gemäß Figur 3a auch erreicht, indem eine Schutzscheibe 31 vor die Linsenöffnungen 22a, 22b montiert wird.
Bei dem Ausführungsbeispielen gemäß Figuren 3d und 3e wird ein vorgefertigtes Plankonvexes- bzw. Bikonvexes-Mikrolinsenfeld 18 durch die Linsenöffnungen 22a, 22b in die Linsenaufnahmen 4a, 4b eingeschoben, wobei die verbindungsseitige Frontfläche 25 des Linsensteckers als Anschlag für einen Halterahmen 28 des Mikrolinsenfeldes 18 dient.
Der zusammengesetzte Linsenstecker mit montierten Lichtleitfasern 15a, 15b gemäß Figur 2 kann auch zum Einformen bzw. Einprägen von Mikrolinsen in die Kavitäten 27a, 27b gemäß der Offenlegungsschrift EP 0 786 326 A1 verwendet werden. Hierbei dient der Linsenstecker als Prägestempel, wobei der Linsenstecker zum Fertigen der Mikrolinsen 21 in einen transparenten Formstoff, wie beispielsweise Polymethylmethacrylat-Kunststoff, eingedrückt wird. Hierdurch entstehen in den Kavitäten 27a, 27b gemäß Figur 3c die Mikrolinsen 21. Das Einformen und Verbleiben von Mikrolinsen 21 in den Kavitäten 27a, 27b hat den Vorteil, daß eine Montage der Mikrolinsen 21 und damit verbundene Toleranzen gänzlich entfallen. Für das Einformen der Mikrolinsen 21 werden die Kavitäten 27a, 27b vorzugsweise mit rundem Profil ausgeführt.
Bei dem hier gewählten Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1 wird ein formschlüssiges Zusammensetzen der beiden Steckerhälften 1 , 2 dadurch sichergestellt, daß im Steckerunterteil 1 Vorsprünge 12 ausgebildet sind, welche in Nuten 13 im Steckeroberteil 2 greifen. Durch diese Ausführungsform und das bereits beschriebene Verkleben der Lichtleitfasern 15a, 15b in den Faserführungsstrukturen 6a, 6b ist der Linsenstecker nach dem Zusammensetzen der beiden Steckerhälften 1 , 2 hermetisch verschlossen, so daß keine Staubverschmutzungen der Umgebungsluft in den Bereich der Lichtleitfasern 15a, 15b eindringen können. Selbstverständlich ist es auch möglich einen solchen Verschluß des Linsensteckers durch die Verwendung von Rast- und Gegenrastverbindungsmitteln durchzuführen.
Um den Aufbau kompakter optischer Freistrahlanordnungen, wie beispielsweise den in Figur 4 dargestellten Leitungsstecker zu ermöglichen, sind in beiden Steckerhälften 1 , 2 parallel zu den beiden Seitenwänden 8, 9 verlaufende Führungsrinnen 10, 11 ausgebildet, wie dies Figur 1 zeigt. Diese Führungsrinnen 10, 11 bilden nach dem Zusammensetzen der beiden Steckerhälften 1 , 2 einen Hohlzylinder 29 für die Aufnahme von Führungsstiften 23. Mittels den Führungsstiften 23 kann dann gemäß Figur 4 eine justierte Steckverbindung zwischen zwei Linsensteckern ausgeführt werden. Aufgrund des spiegelsymmetrischen Aufbaus des Linsensteckers kann der Steckvorgang zwischen zwei Linsenstecker auch um 180° gedreht gegeneinander ausgeführt werden, falls dies die Anwendung erlaubt.
Die Figuren 5 bis 7 zeigen verschiedene Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Linsensteckers, wobei die Faserzentrierstrukturen und die Linsenaufnahmestrukturen in mindestens zwei Ebenen angeordnet sind. Der Begriff Ebene wird hierbei so verstanden, daß die Faserzentrierstrukturen und Linsenaufnahmestrukturen in der Höhe versetzt angeordnet sind. In diesen Figuren werden die bisher verwendeten Bezugszeichen in ihrer bisher erläuterte Bedeutung verwendet. Die Figuren 5 und 6 zeigen ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Linsensteckers bei dem die Faserzentrierstrukturen 3c, 3d, 3e, 3f und die direkt damit verbundenen Linsenaufnahmestrukturen 4c, 4d, 4e, 4f so angeordnet sind, daß die Kavitäten 27c, 27d, 27e, 27f, welche beim Zusammensetzen von Steckerunterteil 1 und Steckeroberteil 2 aus den Linsenaufnahmestrukturen 4c, 4d, 4e, 4f entstehen, nicht in einer Ebene, sondern in zwei vertikal zueinander versetzt übereinander angeordneten Ebenen an der verbindungsseitigen Frontfläche 25 des Linsensteckers entstehen. Bei dem hier gewählten Ausführungsbeispiel gemäß Figur 5 sind die Faserzentrierstrukturen 3c, 3d, 3e, 3f und die Linsenaufnahmestrukturen 4c, 4d, 4e, 4f und damit die Kavitäten 27c, 27d, 27e, 27f mit variablem horizontalem Abstand in zwei vertikalen Ebenen trapezförmig angeordnet.
Gemäß Figur 6 weist diese Ausführungsform des neuerungsgemäßen Linsensteckers einen sehr viel größeren Abstand der Anordnung der Linsenaufnahmestrukturen 4c, 4d, 4e, 4f im Vergleich zum Abstand der Faserführungsstrukturen 6c, 6d, 6e, 6f von vorzugsweise 250 μm auf. Zum einen ermöglicht dies eine einfache Konfektionierung des Linsensteckers, indem ein handelübliches Faserbändchen mit einem Rastermaß von typischerweise 250 μm der Lichtleitfasern 15c, 15d, 15e, 15f einfach in die Faserführungsstrukturen 6c, 6d, 6e, 6f einlegbar ist. Zum anderen ermöglicht diese Ausführungsform des Linsensteckers eine hohe Kanalzahl der Lichtleitfasern 15c, 15d, 15e, 15f in Kombination mit dem Einsatz von besonders großen optischen Elementen im Linsenstecker.
Gemäß Figuren 5 und 6 müssen bei dieser Ausführungsform die Lichtleitfasern 15c, 15d, 15e, 15f von den Faserführungsstrukturen 6c, 6d, 6e, 6f über den Freiraum 7b hinweg in Bögen hin zu den Faserzentrierstrukturen 3c, 3d, 3e, 3f und den Linsenaufnahmestrukturen 4c, 4d, 4e, 4f verlegt werden. Hierdurch wird als besonderer Vorteil erreicht, daß alle Lichtleitfasern 15c, 15d, 15e, 15f nahezu die gleiche Verlegelänge im Linsenstecker aufweisen. Mit Verlegelänge ist hier die Länge der Lichtleitfasern 15c, 15d, 15e, 15f ab dem Eintritt in den Linsenstecker bei der Zugentlastung 19 bis zu den Durchgangsöffnungen 26 in den Linsenaufnahmestrukturen 4c, 4d, 4e, 4f gemeint. Durch die gleichen Verlegelängen der Lichtleitfasern 15c, 15d, 15e, 15f wird eine bisher bei linearen Linsensteckern mit großer Kanalzahl übliche Sortierung der mit präziser Länge zugeschnittenen Lichtleitfasern zu den zugehörigen Faserzentrierstrukturen vermieden. Damit wird als weiterer Vorteil durch die Erfindung erreicht, daß das bisher übliche und aufwendige präzise Zuschneiden der Längen der äußeren und mittleren Lichtleitfasern entfallen kann. Vielmehr können durch die Erfindung bei der Montage des Linsensteckers in einfacher Art und Weise alle Lichtleitfasern 15c, 15d, 15e, 15f mit gleicher Länge in einem Schnitt passend zum Einlegen in den Linsenstecker abgeschnitten werden, wie dies bei kleiner Kanalzahl der Lichtleitfasern 15a, 15b gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel des Linsensteckers üblich ist.
Die Figuren 7a bis 7c zeigen weitere Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Linsensteckers, wobei die Faserzentrierstrukturen und die Linsenaufnahmestrukturen in mindestens zwei Ebenen und jeweils mit gleichem horizontalen Abstand angeordnet sind.
Die Figur 7a zeigt eine Ausführungsform mit drei Faserzentrierstrukturen 3c, 3d, 3e und Linsenaufnahmestrukturen 4c, 4d, 4e, die in zwei Ebenen auf einem Kreisbogen angeordnet sind. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die Faserzentrierstrukturen 3c, 3d, 3e und Linsenaufnahmestrukturen 4c, 4d, 4e in der Höhe versetzt übereinander angeordnet.
Die Figur 7b zeigt eine andere Ausführungsform, wobei insgesamt sieben Faserzentrierstrukturen 3c, 3d, 3e, 3f, 3g, 3h, 3i und Linsenaufnahmestrukturen 4c, 4d, 4e, 4f, 4g, 4h, 4i auf einem Kreisbogen angeordnet sind. Hierbei entsteht der Kreisbogen dadurch, daß die sieben Faserzentrierstrukturen 3c, 3d, 3e, 3f, 3g, 3h, 3i und Linsenaufnahmestrukturen 4c, 4d, 4e, 4f, 4g, 4h, 4i in der Höhe versetzt und überlappend und damit in vier Ebenen angeordnet sind. Ein Vergleich von Figur 7b mit Figur 7a zeigt, daß durch die in der Höhe versetzte und überlappende Anordnung der Faserzentrierstrukturen 3c, 3d, 3e, 3f, 3g, 3h, 3i und Linsenaufnahmestrukturen 4c, 4d, 4e, 4f, 4g, 4h, 4i eine deutlich höhere Anzahl von optischen Kanälen auf der Frontfläche des Linsensteckers ermöglicht wird.
Die Figur 7c zeigt eine weitere Ausführungsform, wobei insgesamt sieben Faserzentrierstrukturen 3c, 3d, 3e, 3f, 3g, 3h, 3i und Linsenaufnahmestrukturen 4c, 4d, 4e, 4f, 4g, 4h, 4i in zwei Ebenen in Form eines Zägezahns bzw. zick-zack-förmig angeordnet sind. Bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel sind jeweils drei Faserzentrierstrukturen 3d, 3f, 3h und Linsenaufnahmestrukturen 4d, 4f, 4h in der unteren, ersten Ebene und die anderen vier Faserzentrierstrukturen 3c, 3e, 3g, 3i und Linsenaufnahmestrukturen 4c, 4e, 4g, 4i jeweils in der oberen, zweiten Ebene angeordnet. Ein Vergleich von Figur 7c mit Figur 7b zeigt, daß die sägezahnförmige Ausführungsform insbesondere die Herstellung von erfindungsgemäßen Linsensteckern mit einer großen Anzahl von optischen Kanälen mit sehr geringer Bauhöhe ermöglicht.
In den Figuren 5 bis 7c sind die Linsenaufnahmestrukturen 4c, 4d, 4e, 4f, 4g, 4h, 4i jeweils mit Kugellinsen 16 gemäß der Figur 3 bestückt dargestellt. Selbstverständlich können diese Linsenaufnahmestrukturen 4c, 4d, 4e, 4f, 4g, 4h, 4i aber auch mit den in den Figuren 3b bis 3e dargestellten optischen Elementen, wie Grinlinsen 17, Mikrolinse 21 oder Plankonvexes- oder Bikonvexes-Mikrolinsenfeld 18, bestückt werden. Diese Bestückung kann durch Einlegen dieser optischen Elemente 17, 18, 21 in die Linsenaufnahmestrukturen 4c, 4d, 4e, 4f, 4g, 4h, 4i in eine der beiden Steckerhälften 1 , 2 oder nach dem Zusammensetzen der beiden Steckerhälften 1 , 2 von außen durch Einschieben der optischen Elemente 17, 18, 21 in die Kavitäten 27c, 27d, 27e, 27f, 27g, 27h, 27i als auch durch Einformen bzw. Einprägen von Formstoff zur Herstellung der optischen Elmente in die Kavitäten 27c, 27d, 27e, 27f, 27g, 27h, 27i erfolgen.
Um auch bei einem Linsenstecker gemäß dem linearen Ausführungsbeispiel den direkten Anschluß einer hoher Kanalzahl der Lichtleitfasern 15c, 15d, 15e, 15f, beispielsweise den Anschluß eines handelsübliches Lichtleitfaserbändchen, beim Einsatz von besonders großen optischen Elementen mit dem Vorteil gleicher Verlegelängen aller Lichtleitfasern 15c, 15d, 15e, 15f zu ermöglichen, können im Bereich des Freiraumes 7a gemäß Fig. 1 mehrere axial hintereinander und gegebenenfalls versetzt angeordnete Umlenkteile, wie beispielsweise Umlenkzylinder, angeordnet werden, so daß die Lichtleitfasern 15c, 15d, 15e, 15f in Art einer Schlangen- bzw. Wellenlinie um diese Umlenkteile verlegbar sind. Hierdurch sind die Verlegelängen der äußeren und mittleren Kanäle im Linsenstecker aufeinander abstimmbar. Für die Fertigung des Linsensteckers werden Abformverfahren, wie beispielsweise Spritzgußverfahren und/oder Abprägeverfahren eingesetzt. Hierzu wird jeweils ein Spritzgußwerkzeug als negative Urform für das Steckerunterteil 1 und das Steckeroberteil 2 hergestellt. Das Spritzgußwerkzeug besteht aus einer Grundplatte, in welche die einzelnen Formteile für den Linsenstecker, insbesondere Faserzentrierstrukturen 3a, 3b, 3c, 3d, 3e, 3f Linsenaufnahmestrukturen 4a, 4b, 4c, 4d, 4e, 4f Führungsrinnen 10 und 11 , Vorsprünge 12 und Nuten 13 als Werkzeugeinsätze modular eingelegt und fixiert werden. Diese Werkzeugeinsätze wurden mit hoher Maßgenauigkeit zum Teil mittels Feindrahterosion und zum anderen Teil mittels lithografischen und galvanischen Verfahren gefertigt. Mit diesen Spritzgußwerkzeugen können Steckerunterteil 1 und Steckeroberteil 2 einstückig hergestellt werden, so daß eine preiswerte Fertigung großer Stückzahlen des erfindungsgemäßen Linsensteckers möglich ist.
Bezugszeichenliste:
1 Steckerunterteil
2 Steckeroberteil
3a Faserzentrierstruktur
3b Faserzentrierstruktur
3c Faserzentrierstruktur
3d Faserzentrierstruktur
3e Faserzentrierstruktur
3f Faserzentrierstruktur
3g Faserzentrierstruktur
3h Faserzentrierstruktur
3i Faserzentrierstruktur
4a Linsenaufnahmestruktur
4b Linsenaufnahmestruktur
4c Linsenaufnahmestruktur
4d Linsenaufnahmestruktur
4e Linsenaufnahmestruktur
4f Linsenaufnahmestruktur
4g Linsenaufnahmestruktur
4h Linsenaufnahmestruktur
4i Linsenaufnahmestruktur
5 Anschlag
6a Faserführungsstruktur
6b Faserführungsstruktur
6c Faserführungsstruktur
6d Faserführungsstruktur
6e Faserführungsstruktur
6f Faserführungsstruktur
7a Freiraum
7b Freiraum
8 Seitenwand
9 Seitenwand
10 Führungsrinne
11 Führungsrinne Vorsprung
Nut
Klebeöffnung a Lichtleitfaser b Lichtleitfaser c Lichtleitfaser d Lichtleitfaser e Lichtleitfaser f Lichtleitfaser
Kugellinse
Grinlinse
Mikrolinsenfeld
Zugentlastung
Abdeckplatte
Mikrolinse a Linsenöffnung b Linsenöffnung
Führungsstift
Rückfläche
Frontfläche
Durchgangsöffnung a Kavität b Kavität c Kavität d Kavität e Kavität f Kavität g Kavität h Kavität i Kavität
Halterahmen
Hohlzylinder
Zwischenraum
Schutzscheibe

Claims

Patentansprüche:
1. Steckverbinder mit optischen Elementen zum Aufbau kompakter optischer Freistrahlanordnungen für mehrere Lichtleitfasern mit folgenden Merkmalen:
a) Er weist zwei Steckerhälften (1 , 2), ein Steckerunterteil (1 ) und ein Steckeroberteil (2), auf; b) Mindestens eine Steckerhälfte (1 , 2) weist mehrere Faserzentrierstrukturen (3c, 3d, 3e, 3f) zur radialen und achsparallelen Zentrierung der Lichtleitfasern (15c, 15d, 15e, 15f) auf; c) Mindestens eine Steckerhälfte (1 , 2) weist im Anschluß an das jeweilige verbindungsseitige Ende einer Faserzentrierstruktur (3c, 3d, 3e, 3f) eine Linsenaufnahmestruktur (4c, 4d, 4e, 4f) auf, welche zur Aufnahme und koaxialen Ausrichtung eines optischen Elementes an die Lichtleitfaser (15c, 15d, 15e, 15f) dient; d) Die Faserzentrierstrukturen (3c, 3d, 3e, 3f) und Linsenaufnahmestrukturen (4c, 4d, 4e, 4f) sind in mindestens zwei Ebenen angeordnet; e) Die Faserzentrierstrukturen (3c, 3d, 3e, 3f) und Linsenaufnahmestrukturen (4c, 4d, 4e, 4f) sind einstückiger Bestandteil der abformtechnisch hergestellten Steckerhälften (1 , 2).
2. Linsenstecker nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Faserzentrierstrukturen (3c, 3d, 3e, 3f) und Linsenaufnahmestrukturen (4c, 4d, 4e, 4f) derart in mindestens zwei Ebenen angeordnet sind, daß die Lichtleitfasern (15c, 15d, 15e, 15f) im wesentlichen mit gleicher Länge im Linsenstecker aufgenommen werden können.
3. Linsenstecker nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Linsenstecker drei oder mehr Faserzentrierstrukturen (3c, 3d, 3e, 3f) und Linsenaufnahmestrukturen (4c, 4d, 4e, 4f) aufweist, die auf einem Kreisbogen angeordnet sind.
4. Linsenstecker nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Linsenstecker vier oder mehr Faserzentrierstrukturen (3c, 3d, 3e, 3f) und Linsenaufnahmestrukturen (4c, 4d, 4e, 4f) aufweist, die trapezförmig angeordnet sind.
5. Linsenstecker nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Linsenstecker vier oder mehr Faserzentrierstrukturen (3c, 3d, 3e, 3f) und Linsenaufnahmestrukturen (4c, 4d, 4e, 4f) aufweist, die sägezahnförmig in zwei Ebenen angeordnet sind.
6. Linsenstecker nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Linsenaufnahmestrukturen (4c, 4d, 4e, 4f) kanalförmig ausgebildet sind.
7. Linsenstecker nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Linsenaufnahmestrukturen (4c, 4d, 4e, 4f) einen solchen Querschnitt aufweisen, daß die Aufnahme von im Vergleich zu den Lichtleitfasern (15c, 15d, 15e, 15f) größeren optischen Elementen ermöglicht ist.
8. Linsenstecker nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt der Linsenaufnahmestrukturen (4c, 4d, 4e, 4f) an die Form des optischen Elementes angepaßt ist.
9. Linsenstecker nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Linsenaufnahmestrukturen (4c, 4d, 4e, 4f) einen Anschlag (5) für die axiale Justage der optischen Elemente aufweisen.
10. Linsenstecker nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß zum formschlüssigen Zusammensetzen der beiden Steckerhälften (1 , 2) zumindest in den Seitenwänden (8, 9) des Linsensteckers zusammenwirkende Verbindungsmittel, wie beispielsweise ein Vorsprung (12) im Steckerunterteil (1 ) und eine Nut (13) im Steckeroberteil (2), angeordnet sind.
11. Linsenstecker nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl das Steckerunterteil (1 ) als auch das Steckeroberteil (2) entlang der Seitenwände (8, 9) verlaufende Führungsrinnen (10, 11 ) aufweisen, welche nach dem Zusammenfügen der beiden Steckerhälften (1 , 2) einen Hohlzylinder zur Aufnahme von Verbindungselementen, wie beispielsweise Führungsstiften, bilden.
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