DE10054552A1 - Device for coupling together optical emitting and pick-up elements with optical axes offset against each other maps beams of light for the emitting element's optically active zone onto an optically active zone for a pick-up element. - Google Patents
Device for coupling together optical emitting and pick-up elements with optical axes offset against each other maps beams of light for the emitting element's optically active zone onto an optically active zone for a pick-up element.Info
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Kopplungseinrichtung zur optischen Kopplung mindestens eines optischen Sendeelements mit mindestens einem optischen Empfangselement nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Sie eignet sich zur optischen Kopplung von optischen Sende- und Empfangselementen, die versetzt zueinander angeordnet sind, insbesondere zur optischen Kopplung von versetzt zueinander angeordneten opto elektronischen Wandlern und Lichtwellenleitern.The invention relates to a coupling device for optical coupling of at least one optical transmission element with at least one optical receiving element according to the Preamble of claim 1. It is suitable for optical Coupling of optical transmission and reception elements are arranged offset from one another, in particular for optical coupling of staggered opto electronic converters and optical fibers.
Bei der optischen Signalübertragung besteht häufig das Problem, Lichtwellenleiter optisch mit opto-elektronischen Wandlern wie Photodioden oder strahlungsemittierenden Bauelementen zu koppeln. Die optischen Achsen der Lichtwellenleiter sind dabei teilweise aufgrund baulicher Vorgaben gegenüber den optischen Achsen der opto- elektronischen Wandler versetzt angeordnet. Zur Lichtübertragung ist in solchen Fällen eine Übertragungs optik erforderlich, die die Strahlungsleistung der optisch aktiven Zone des optischen Sendeelements über den Versatz hinweg auf die optisch aktive Zone des optischen Empfangselements abbildet. Als optisch aktive Zone wird dabei derjenige Bereich eines opto-elektronischen Wandlers oder eines Lichtwellenleiters bezeichnet, in dem eine Ein- oder Auskopplung von Lichtenergie in einen optischen Pfad erfolgt.This is often the case with optical signal transmission Problem, optical fiber optically with opto-electronic Transducers such as photodiodes or radiation-emitting To couple components. The optical axes of the Optical fibers are partly due to structural reasons Specifications regarding the optical axes of the opto- electronic converter arranged offset. to In such cases, light transmission is a transmission optics required that reflect the radiant power of the optically active zone of the optical transmission element via the offset away on the optically active zone of the optical Maps reception elements. It is used as an optically active zone that area of an opto-electronic converter or referred to an optical fiber in which an on or Light energy is decoupled into an optical path.
Aus der DE-C2-197 42 895 ist eine Kopplungseinrichtung zur optischen Kopplung versetzt zueinander angeordneter optischer Sende- und Empfangselemente bekannt, bei der der optische Pfad zwischen einem opto-elektronischen Wandler und einem dazu versetzt angeordneten Lichtwellenleiter über eine zentrierte Optik erfolgt, in deren Strahlengang Spiegel angeordnet sind. Des weiteren sind Kopplungseinrichtungen mit einer nichtzentrischen Optik beschrieben, bei denen die Lichtstrahlen über unterschiedlich ausgebildete Grenzflächen eines Kopplungselements miteinander gekoppelt werden. Die genaue Ausgestaltung der Grenzflächen ist dabei nicht näher erläutert.From DE-C2-197 42 895 a coupling device for optical coupling staggered optical Transmitting and receiving elements known, in which the optical Path between an opto-electronic converter and one for this purpose staggered optical fibers via a Centered optics are done, in the beam path mirrors are arranged. Coupling devices are also included described a non-centric optics, in which the Light rays across differently designed interfaces a coupling element are coupled together. The the exact design of the interfaces is not detailed explained.
Aus Hofmann, Ch.: Die optischen Abbildung, Akademische Verlagsgesellschaft Geest & Portig, Leipzig 1980, ist es bekannt, telezentrische Abbildungen unter Verwendung von Gradientenindex-Linsen einzusetzen, um eine optische Kopplung zwischen versetzt angeordneten Sende- und Empfangselementen bereitzustellen. Die Übertragungsgüte ist jedoch nur für achsnahe Strahlen befriedigend.From Hofmann, Ch .: The optical illustration, academic Publishing company Geest & Portig, Leipzig 1980, is known to use telecentric imaging Use gradient index lenses for optical coupling between staggered transmission and reception elements provide. However, the quality of transmission is only for satisfactory rays close to the axis.
Nachteilig an den bekannten Lösungen ist, daß sie relativ schwierig zu fertigen und dementsprechend teuer herzustellen sind. Zusätzlich ist die Lichtübertragung durch Verluste eingeschränkt, die an partiell brechenden oder reflektierenden Flächen entstehen.A disadvantage of the known solutions is that they are relative difficult to manufacture and accordingly expensive to manufacture are. In addition, the light transmission through losses restricted to partially refracting or reflective surfaces arise.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Kopplungseinrichtung zur optischen Kopplung mindestens eines optischen Sendeelements mit mindestens einem versetzt angeordneten optischen Empfangselement zur Verfügung zu stellen, die aus einer einfach zu fertigenden Optik besteht, gute Abbildungseigenschaften besitzt und eine verlustarme Lichtübertragung bereitstellt.The present invention is based on the object Coupling device for optically coupling at least one optical transmission element with at least one offset arranged optical receiving element available places, which consists of an easy to manufacture optics, has good imaging properties and a low loss Provides light transmission.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Kopplungseinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte und vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.This object is achieved by a Coupling device with the features of claim 1 solved. Preferred and advantageous configurations are in specified in the subclaims.
Danach ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß die Kopplungseinrichtung eine Stablinse mit einer ersten und einer zweiten optisch brechenden, konvexen Stirnfläche aufweist, von denen die eine dem Sendeelement und die andere dem Empfangselement zugewandt ist. Die Oberfläche mindestens einer der Stirnflächen ist derart geformt, daß sie eine rotationssymmetrische Fläche ausbildet, die zwischen einer Schale eines zweischaligen Rotationshyperboloids und einem Rotationsellipsoid liegt.According to the invention it is provided that the Coupling device a rod lens with a first and a second optically refractive, convex end face has, one of which the transmitting element and the other faces the receiving element. The surface at least one of the end faces is shaped such that it is a rotationally symmetrical surface that forms between a Shell of a double-shell rotational hyperboloid and one Rotational ellipsoid lies.
Eine solche Oberflächenform stellt den bestmöglichen Kompromiß zwischen einer Stirnfläche her, die sämtliche von der Hauptachse ausgehenden Strahlenbündel ideal parallelisiert und damit einen Punkt ideal abbildet (dies ist bei einer Schale eines zweischaligen Rotationshyperboloids der Fall), und einer Oberfläche, die gleiche Brennweiten für die meridionale Ebene und die Sagittalebene bereitstellt und somit einen Astigmatismus der Abbildung verhindert (dies ist beim Rotationsellipsoid der Fall). Die bestmögliche Oberflächenform liegt zwischen den genannten Grenzflächen.Such a surface shape represents the best possible Compromise between an end face, all of ideally outgoing rays of the main axis parallelized and thus ideally maps a point (this is for a shell of a double-shell rotational hyperboloid the case), and a surface that has the same focal lengths for provides the meridional and sagittal levels and thus preventing astigmatism of the image (this is the case with the ellipsoid of revolution). The best possible Surface shape lies between the interfaces mentioned.
Die erfindungsgemäß Ausbildung der Stirnfläche der Stablinse ermöglicht auch für einen weit geöffneten Strahlenkegel des Sendeelements eine Abbildung, die eine Bündelung der Strahlungsenergie des Sendeelements auf eine minimale aktive Zone des Empfangselements vornimmt. Für den bevorzugten Fall, daß die beiden Stirnflächen zueinander symmetrisch ausgebildet sind, wird ein beidseitiger telezentrischen Strahlengang zwischen dem Sendeelement und dem Empfangselement zur Verfügung gestellt.The inventive design of the end face of the rod lens also allows for a wide open cone of rays Sending element an illustration that bundles the Radiation energy of the transmission element to a minimum active Zone of the receiving element. In the preferred case, that the two end faces are symmetrical to each other are trained to be bilateral telecentric Beam path between the transmitting element and the Receiving element provided.
Ein beidseitig telezentrischer Strahlengang ist ein Strahlengang, bei dem parallel zur optischen Achse des Kopplungselements verlaufende Strahlen das Kopplungselement ebenfalls als parallele Strahlen, jedoch unter einem Querversatz verlassen. Der durch die Erfindung bereitgestellte telezentrische Strahlengang stellt die beste Anpassung zu den parallelen, jedoch zueinander versetzten Strahlungs- und Empfangscharakteristiken des Sendeelements und des Empfangselements zur Verfügung. A beam path that is telecentric on both sides is a Beam path in which parallel to the optical axis of the Coupling element rays extending the coupling element also as parallel rays, but under one Leave cross offset. The one by the invention The telecentric beam path provided represents the best Adaptation to the parallel, but offset to each other Radiation and reception characteristics of the transmission element and the receiving element.
In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist
vorgesehen, daß mindestens eine Stirnfläche der folgenden
Beziehung genügt:
In a preferred development of the invention it is provided that at least one end face satisfies the following relationship:
z = ρ2/R [1 + (1 - (1 + ε)(ρ2/R2))1/2].z = ρ 2 / R [1 + (1 - (1 + ε) (ρ 2 / R 2 )) 1/2 ].
Dabei ist z gleich der axialen Koordinate der Stirnfläche entlang der Längsachse der Stablinse, ρ gleich der radialen Koordinate der Stirnfläche senkrecht zur Längsachse der Stablinse und R (eine Konstante bzw. ein Parameter) gleich dem Krümmungsradius der Stirnfläche an der optischen Achse. ε ist die sogenannte konische Konstante, die das Verhältnis der Hauptachsen des rotationssymmetrischen zweischaligen Hyperboloids bzw. des Rotationsellipsoids angibt. Die obigen Formel ist an sich aus Hofmann, Ch.: Die optischen Abbildung, Akademische Verlagsgesellschaft Geest & Portig, Leipzig 1980, bekannt.Here z is equal to the axial coordinate of the end face along the longitudinal axis of the rod lens, ρ equal to the radial one Coordinate of the face perpendicular to the longitudinal axis of the Rod lens and R (a constant or a parameter) the same the radius of curvature of the end face on the optical axis. ε is the so-called conical constant, which is the ratio of the Main axes of the rotationally symmetrical two-shell Hyperboloids or the rotational ellipsoid indicates. The above Formula itself is from Hofmann, Ch .: The optical image, Academic publishing company Geest & Portig, Leipzig 1980, known.
Es wurde nun empirisch ermittelt, daß der Wert von ε bevorzugt zwischen -1,1 und -1,2 liegt und insbesondere gleich -1,15 ist, und zwar unabhängig von den konstruktiven Vorgaben, die sich etwa durch den durch Abstand zwischen Sende- und Empfangselement ergeben. Es handelt sich vielmehr um einen elementaren Wert, der die ideale Formgebung der Stirnfläche der Stablinse angibt.It has now been empirically determined that the value of ε is preferably between -1.1 and -1.2 and in particular is equal to -1.15, regardless of the constructive Specifications that are roughly defined by the distance between Sending and receiving element result. Rather, it is around an elementary value that defines the ideal shape of the End face of the rod lens indicates.
Das Sendeelement ist bevorzugt eine optische Quelle, insbesondere eine Laserdiode oder eine Lumineszenzdiode und das Empfangselement ein Lichtwellenleiter. Alternativ ist das Sendeelement ein Lichtwellenleiter und das Empfangselement eine optische Senke, insbesondere eine Photodiode.The transmission element is preferably an optical source, in particular a laser diode or a luminescent diode and the receiving element is an optical fiber. Alternatively, that is Transmitting element an optical fiber and the receiving element an optical sink, in particular a photodiode.
Die Erfindung wird nachfolgend unter der Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:The invention is described below with reference to the Figures of the drawing based on an embodiment explained. Show it:
Fig. 1 eine erfindungsgemäß Anordnung mit einer Stablinse, die eine optischen Kopplung zwischen einem Sendeelement und einem versetzt angeordneten Empfangselement bereitstellt; . Figure 1 is an arrangement according to the invention with a rod lens that enables an optical coupling between a transmitting element and a receiving element provides arranged;
Fig. 2 ein zweischaliges Rotationshyberboloid; Fig. 2 is a two-shell Rotationshyberboloid;
Fig. 3 eine schematische Darstellung der Abordnung der Fig. 1 und Fig. 3 is a schematic representation of the delegation of Fig. 1 and
Fig. 4 ein Spotdiagramm, das die Abbildung der Lichtstrahlen mittels der Anordnung der Fig. 3 angibt. Fig. 4 is a spot diagram indicating the imaging of the light beams by means of the arrangement of Fig. 3.
Fig. 1 zeigt ein Sendeelement, etwa eine Lumineszenz-Diode 5 mit einem relativ weiten Strahlungskegel 41, dessen von einer aktiven Zone (nicht gesondert dargestellt) ausgestrahltes Licht eine Stablinse 4 durchläuft und durch die Stablinse 4 auf eine optisch aktive Zone eines Empfangselements, nämlich den Faserkern 51 eines Lichtwellenleiters 5 gebündelt wird. Ebenso kann es sich bei dem Element 4 um eine Empfangselement handelt, das vom Lichtwellenleiter 5 ausgestrahltes Licht empfängt. Fig. 1 shows a transmission element such as a luminescence diode 5 whose (not shown separately) of an active region having a relatively wide cone of rays 41, emitted light passes through a rod lens 4, and through the rod lens 4 onto an optically active zone of a receiving element, namely the fiber core 51 of an optical waveguide 5 is bundled. Likewise, the element 4 can be a receiving element that receives light emitted by the optical waveguide 5 .
Wie in Fig. 1 zu erkennen, sind die optischen Achsen von Lichtwellenleiter 5 und Sendeelement 5 parallel zueinander versetzt.As can be seen in FIG. 1, the optical axes of the optical waveguide 5 and the transmission element 5 are offset parallel to one another.
Die dem Sendeelement 4 zugewandte Stirnseite 2 und die dem Lichtwellenleiter 5 zugewandte Stirnseite 3 der Stablinse 1 sind derart geformt, daß sie eine rotationssymmetrische Fläche ausbilden, die zwischen einer Schale eines zweischaligen Rotationshyperboloids und einem Rotationsellipsoid liegt. Das Licht des Strahlungskegels wird dabei an der Stirnseite 2 parallelisiert und als paralleles Strahlenbündel 11 durch die Stablinse 1 geleitet. An der Stirnseite 3 austretendes Licht wird auf den Faserkern 51 der Faser 5 gebündelt. Der Strahlengang der Fig. 1 ist dabei beidseitig telezentrisch, da zur Hauptachse 12 der Stablinse 1 parallele Eingangsstrahlen 6 als parallele Ausgangsstrahlen abgebildet werden.The end face 2 facing the transmitting element 4 and the end face 3 of the rod lens 1 facing the optical waveguide 5 are shaped in such a way that they form a rotationally symmetrical surface which lies between a shell of a double-shell rotational hyperboloid and a rotational ellipsoid. The light of the radiation cone is parallelized on the front side 2 and passed through the rod lens 1 as a parallel beam 11 . Light emerging at the end face 3 is bundled on the fiber core 51 of the fiber 5 . The beam path of FIG. 1 is telecentric on both sides, since input rays 6 parallel to the main axis 12 of the rod lens 1 are imaged as parallel output rays.
Die Ausbildung der Stirnflächen 2, 3 derart, daß sie eine rotationssymmetrische Fläche ausbilden, die zwischen einer Schale eines zweischaligen Rotationshyperboloids und einem Rotationsellipsoid liegt, beruht auf folgenden Überlegungen bzw. Bedingungen. Dabei ist anzustreben, daß divergentes Licht des Sendeelements 4 in der Stablinse 1 parallelisiert und telezentrisch auf eine minimale Empfangsfläche 51 abgebildet wird.The formation of the end faces 2 , 3 in such a way that they form a rotationally symmetrical surface which lies between a shell of a double-shell rotational hyperboloid and a rotational ellipsoid is based on the following considerations or conditions. The aim here is that divergent light from the transmitting element 4 is parallelized in the rod lens 1 and imaged telecentrically onto a minimal receiving surface 51 .
- 1. Die optisch wirksamen Stirnflächen der Stablinse müssen bezüglich der Achse 12 der Stablinse rotationssymmetrisch sein. Ansonsten ist eine einfache Herstellung nicht möglich.1. The optically effective end faces of the rod lens must be rotationally symmetrical with respect to the axis 12 of the rod lens. Otherwise simple manufacture is not possible.
-
2. Die Schale eines zweischaligen Rotationshyperboloids
parallelisiert in idealer Weise von einem Punkt der
Hauptachse ausgehende Strahlen und stellt für solche Punkte
somit eine ideale Abbildung zur Verfügung. Dieser
Zusammenhang ist in Fig. 2 dargestellt, die ein
Rotationshyperboloid mit zwei Schalen 32, 33 zeigt. Ein vom
Punkt 31 auf der Hauptachse 30 ausgehender Lichtstrahl wird
von der jeweiligen Schale 32, 33 parallelisiert und von einer
weiteren entsprechenden Schale (nicht dargestellt) wieder auf
einen Punkt abgebildet. Ein zweischaliges
Rotationshyperboloid gehorcht dabei der Beziehung
-x2/a2 - y2/b2 + z2/c2 = 1,
wobei die z-Achse in Richtung der ausgezeichneten Hauptachse zeigt. Es gilt dabei für das zweischalige Rotationshyperboloid, daß a = b ist.
Bei dem zu verwirklichenden telezentrischen Strahlengang gehen die Strahlen jedoch nicht von der Hauptachse des Rotationshyperboloids aus. Die führt zu einer unterschiedlichen Brechung der Strahlen, die in der meridionalen Ebene liegen und den Strahlen, die in der Sigittalebene liegen, und damit zu einem Astigmatismus der Abbildung. Die meridionale Ebene ist dabei definiert durch die Rotationsachse 5 der Stablinse und den Hauptstrahl 9 (vgl. Fig. 1). Die Sagittalebene verläuft senkrecht dazu.2. The shell of a double-shell rotational hyperboloid ideally parallelizes rays originating from a point on the main axis and thus provides an ideal image for such points. This relationship is shown in FIG. 2, which shows a rotational hyperboloid with two shells 32 , 33 . A light beam emanating from the point 31 on the main axis 30 is parallelized by the respective shell 32 , 33 and mapped again to a point by a further corresponding shell (not shown). A double-shell rotational hyperboloid obeys the relationship
-x 2 / a 2 - y 2 / b 2 + z 2 / c 2 = 1,
with the z-axis pointing in the direction of the marked main axis. It applies to the double-shell rotational hyperboloid that a = b.
In the case of the telecentric beam path to be implemented, however, the beams do not originate from the main axis of the rotational hyperboloid. This leads to a different refraction of the rays that lie in the meridional plane and the rays that lie in the sigittal plane, and thus to an astigmatism of the image. The meridional plane is defined by the axis of rotation 5 of the rod lens and the main beam 9 (cf. FIG. 1). The sagittal plane is perpendicular to it. -
3. Damit für den gewünschten telezentrischen Strahlengang
kein Astigmatismus auftritt, müssen die Brennweiten der
meridionalen Ebene und der sagittalen Ebene gleich sein.
Diese Bedingung wird durch ein Rotationsellipsoid ideal
erfüllt. Das Rotationsellipsoid gehorcht allgemein der
Beziehung:
x2/a2 + y2/b2 + z2/c2 = 1,
wobei zwei der Größen a, b, c gleich sind.
Aus der Bedingung, daß Brennweiten der meridionalen Ebene und der sagittalen Ebene gleich sind, ergibt sich für das Verhältnis der Halbachsen aE quer zur Rotationsachse und cE in Richtung der Rotationsachse:
(aE/cE)2 = 1,5.3. In order that no astigmatism occurs for the desired telecentric beam path, the focal lengths of the meridional plane and the sagittal plane must be the same. This condition is ideally met by an ellipsoid of revolution. The ellipsoid of revolution generally obeys the relationship:
x 2 / a 2 + y 2 / b 2 + z 2 / c 2 = 1,
where two of the sizes a, b, c are the same.
From the condition that the focal lengths of the meridional plane and the sagittal plane are the same, the ratio of the semiaxes a E to the axis of rotation and c E in the direction of the axis of rotation results in:
(a E / c E ) 2 = 1.5. -
4. Den bestmöglichen Kompromiß zwischen den beiden
Grenzflächen-Funktionen eines Rotationshyperboloids und eines
Rotationsellipsoids stellt die Erfindung zur Verfügung. Dabei
gilt für die Grenzfläche:
z = ρ2/R [1 + (1 - (1 + ε) (ρ2/R2))1/2]
Z ist gleich der axialen Koordinate der Stirnfläche entlang der Längsachse der Stablinse, ρ gleich der radialen Koordinate der Stirnfläche senkrecht zur Längsachse der Stablinse und R (eine Konstante bzw. ein Parameter) gleich dem Krümmungsradius der Stirnfläche an der optischen Achse. ε ist die konische Konstante, die das Verhältnis der Hauptachsen des rotationssymmetrischen zweischaligen Hyperboloids bzw. des Rotationsellipsoids angibt. ε erhält bevorzugt den Wert einen Wert zwischen -1,1 und -1,2, bevorzugt den Wert -1,15. Gerade der Wert von -1,15 hat sich dabei unabhängig von den konkreten verwendeten Größen für die Stablinse als bestmöglich erwiesen.4. The invention provides the best possible compromise between the two interface functions of a rotational hyperboloid and a rotational ellipsoid. The following applies to the interface:
z = ρ 2 / R [1 + (1 - (1 + ε) (ρ 2 / R 2 )) 1/2 ]
Z is the axial coordinate of the end face along the longitudinal axis of the rod lens, ρ is the radial coordinate of the end face perpendicular to the longitudinal axis of the rod lens, and R (a constant or parameter) is the radius of curvature of the end face on the optical axis. ε is the conical constant that specifies the ratio of the main axes of the rotationally symmetrical two-shell hyperboloid or the ellipsoid of revolution. ε preferably receives the value between -1.1 and -1.2, preferably the value -1.15. The value of -1.15 has proven to be the best possible regardless of the concrete sizes used for the rod lens.
Für die konkrete konstruktive Ausgestaltung der Stablinse und
deren Anordnung zwischen einem Sendeelement und einem
Empfangselement sind die folgenden Bedingungen zu beachten:
The following conditions must be observed for the specific structural design of the rod lens and its arrangement between a transmitting element and a receiving element:
- 1. Die Brennweite der Stablinse 1 muß den Konstruktionsvorgaben (Abstand Sendeelement 4 - Empfangselement 5) entsprechen.1. The focal length of the rod lens 1 must correspond to the design specifications (distance from the transmitting element 4 to the receiving element 5 ).
- 2. Die telezentrische Kollimiation und Neigung der Strahlung innerhalb der Stablinse 1 muß dem vorgegebenen konstruktionsbedingten Versatz zwischen Sendeelement 4 und Empfangselement 5 entsprechen.2. The telecentric collimation and inclination of the radiation within the rod lens 1 must correspond to the predetermined design-related offset between the transmitting element 4 and the receiving element 5 .
Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, das die obigen Bedingungen berücksichtigt, unter Nennung der konkreten optischen Größen. Der Abstand 24 zwischen Sendeelement 4 und Empfangselement 5 beträgt 16,93 mm. Der Versatz 25 zwischen den beiden optischen Achsen beträgt 1,1 mm. Bei diesen Vorgaben ergibt sich als beste Lösung für die optische Abbildung eine telezentrische Stablinse der Länge 21 von 10,93 mm. Die optisch brechenden Stirnflächen berechnen sich nach der obigen Formel, wobei ε = -1,15 ist und ρmax = 2 mm. Fig. 3 shows an embodiment of the invention which takes into consideration the above conditions, by referring to the specific optical sizes. The distance 24 between the transmitting element 4 and the receiving element 5 is 16.93 mm. The offset 25 between the two optical axes is 1.1 mm. With these specifications, the best solution for optical imaging is a telecentric rod lens with a length of 21 of 10.93 mm. The optically refractive end faces are calculated using the above formula, where ε = -1.15 and ρ max = 2 mm.
Sendeelement 4 und Empfangselement 5 befinden sich jeweils in einer Ebene, die 3 mm (Abstand 22, 23) vom Scheitelpunkt der Stirnflächen der 2, 3 entfernt sind. Die Brechzahl der Stablinse beträgt 1,62.Transmitting element 4 and receiving element 5 are each in a plane which is 3 mm (distance 22 , 23 ) from the apex of the end faces of FIGS. 2 , 3 . The refractive index of the rod lens is 1.62.
Eine solche Stablinse stellt bei einer sendenden Punktquelle 4 mit einem Öffnungswinkel des Strahlungskegels von 15° sicher, daß die gesamte Strahlungsleistung der Punktquelle in einer kreisförmigen Empfängerfläche (Empfängerfläche 51 des Lichtleiters 5) eines Durchmessers von 20 µm erfaßt wird.Such a rod lens ensures with a transmitting point source 4 with an opening angle of the radiation cone of 15 ° that the total radiation power of the point source is detected in a circular receiver surface (receiver surface 51 of the light guide 5 ) with a diameter of 20 microns.
In Fig. 4 ist ein sogenanntes Spotdiagramm für die Anordnung der Fig. 3 dargestellt, das die Güte der erfindungsgemäßen Abbildung verdeutlicht. Es sind bei einem Öffnungswinkel von 15° des Lichtkegels einer Punktquelle die Auftreffpunkte in der Empfängerebene (Empfängerfläche 51 des Lichtleiters 5) dargestellt. Der eingezeichnete Kreis 26, der im Ausführungsbeispiel der Fig. 3 einen Durchmesser von 9 µm aufweist, bezeichnet dabei die physikalische Grenze der Strahlungsbündelung, die sich durch das Beugungsscheibchen ergibt. Wie in Fig. 4 zu erkennen ist, befinden sich sehr viele Auftreffpunkte bzw. Abbildungspunkte im oder nahe am Kreis 26. FIG. 4 shows a so-called spot diagram for the arrangement of FIG. 3, which clarifies the quality of the image according to the invention. At an opening angle of 15 ° of the light cone of a point source, the impingement points in the receiver plane (receiver surface 51 of the light guide 5 ) are shown. The circle 26 drawn in, which in the exemplary embodiment in FIG. 3 has a diameter of 9 μm, designates the physical limit of the radiation beam which results from the diffraction disk. As can be seen in FIG. 4, there are a large number of impact points or imaging points in or near the circle 26 .
Die Erfindung beschränkt sich nicht auf die vorstehenden Ausführungsbeispiele. Wesentlich für die Erfindung ist allein, daß die Kopplungseinrichtung eine Stablinse mit einer ersten und einer zweiten optisch brechenden, konvexen Stirnfläche aufweist, von denen die eine dem Sendeelement und die andere dem Empfangselement zugewandt ist, und mindestens eine der Stirnflächen derart geformt ist, daß sie eine rotationssymmetrische Fläche ausbildet, die zwischen einer Schale eines zweischaligen Rotationshyperboloids und einem Rotationsellipsoid liegt.The invention is not limited to the foregoing Embodiments. It is essential for the invention alone that the coupling device is a rod lens with a first and a second optically refractive, convex Has end face, one of which is the transmitting element and the other faces the receiving element, and at least one of the end faces is shaped such that it is a rotationally symmetrical surface that forms between a Shell of a double-shell rotational hyperboloid and one Rotational ellipsoid lies.
Claims (6)
z = ρ2/R [1 + (1 - (1 + ε) (ρ2/R2))1/2]
wobei z gleich der axialen Koordinate der Stirnfläche entlang der Längsachse der Stablinse, ρ gleich der radialen Koordinate der Stirnfläche senkrecht zur Längsachse der Stablinse, R gleich dem Krümmungsradius der Stirnfläche an der optischen Achse und ε die konische Konstante ist und einen Wert zwischen -1,1 und -1,2 aufweist, insbesondere gleich -1,15 ist.3. Coupling element according to claim 1 or 2, characterized in that at least one end face ( 2 , 3 ) satisfies the relationship:
z = ρ 2 / R [1 + (1 - (1 + ε) (ρ 2 / R 2 )) 1/2 ]
where z is the axial coordinate of the end face along the longitudinal axis of the rod lens, ρ is the radial coordinate of the end face perpendicular to the longitudinal axis of the rod lens, R is the radius of curvature of the end face on the optical axis and ε is the conical constant and has a value between -1, 1 and -1.2, in particular is equal to -1.15.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE2000154552 DE10054552A1 (en) | 2000-11-01 | 2000-11-01 | Device for coupling together optical emitting and pick-up elements with optical axes offset against each other maps beams of light for the emitting element's optically active zone onto an optically active zone for a pick-up element. |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| DE2000154552 DE10054552A1 (en) | 2000-11-01 | 2000-11-01 | Device for coupling together optical emitting and pick-up elements with optical axes offset against each other maps beams of light for the emitting element's optically active zone onto an optically active zone for a pick-up element. |
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| DE10054552A1 true DE10054552A1 (en) | 2002-05-02 |
Family
ID=7662052
Family Applications (1)
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| DE2000154552 Withdrawn DE10054552A1 (en) | 2000-11-01 | 2000-11-01 | Device for coupling together optical emitting and pick-up elements with optical axes offset against each other maps beams of light for the emitting element's optically active zone onto an optically active zone for a pick-up element. |
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| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE10054552A1 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1406101A3 (en) * | 2002-10-01 | 2004-05-26 | Eastman Kodak Company | Symmetric, bi-aspheric lens for use in transmissive or reflective optical fiber components |
| EP1406100A3 (en) * | 2002-10-01 | 2004-08-25 | Eastman Kodak Company | Symmetric, bi-aspheric lens for use in optical fiber collimator assemblies |
| US7079748B2 (en) | 2003-01-10 | 2006-07-18 | Interuniveristair Microelekktronica Centrum (Imec) | Integrated optical device and method of making the same |
-
2000
- 2000-11-01 DE DE2000154552 patent/DE10054552A1/en not_active Withdrawn
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1406101A3 (en) * | 2002-10-01 | 2004-05-26 | Eastman Kodak Company | Symmetric, bi-aspheric lens for use in transmissive or reflective optical fiber components |
| EP1406100A3 (en) * | 2002-10-01 | 2004-08-25 | Eastman Kodak Company | Symmetric, bi-aspheric lens for use in optical fiber collimator assemblies |
| US7068883B2 (en) | 2002-10-01 | 2006-06-27 | Eastman Kodak Company | Symmetric, bi-aspheric lens for use in optical fiber collimator assemblies |
| US7079748B2 (en) | 2003-01-10 | 2006-07-18 | Interuniveristair Microelekktronica Centrum (Imec) | Integrated optical device and method of making the same |
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