DE102007061799A1

DE102007061799A1 - Linsenanordnung für optische Drehübertrager in beliebigen Umgebungsmedien

Info

Publication number: DE102007061799A1
Application number: DE102007061799A
Authority: DE
Inventors: Gregor Popp
Original assignee: Schleifring und Apparatebau GmbH
Current assignee: Schleifring und Apparatebau GmbH
Priority date: 2007-12-19
Filing date: 2007-12-19
Publication date: 2009-07-02
Also published as: US20090162012A1

Abstract

Offenbart ist ein Drehübertrager für optische Signale sowie ein Linsensystem für optische Drehübertrager. Der Drehübertrager hat Linsensysteme mit einem Mikrolinsen-Array sowie darauf angebrachte Halterungen. Die Lichtwellenleiter zur Zuführung von Licht sind einerseits an dem Mikrolinsen-Array und andererseits an den Halterungen befestigt. Somit können keine Biegebeanspruchungen und die damit verbundenen Verschiebungen des Modenfeldes auftreten.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft einen optischen Drehübertrager und ein Linsensystem insbesondere zur Verwendung in optischen Drehübertragern, sowie ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Linsensystems.
Stand der Technik
Zur Übertragung optischer Signale zwischen gegeneinander drehbaren Einheiten sind verschiedene Übertragungssysteme bekannt.
In der DE 10 2006 022 023 A1 ist ein optischer Drehübertrager für mehrere Kanäle mit einem Dove-Prisma offenbart. Zur Einkopplung beziehungsweise Auskopplung des Lichtes sind Mikrolinsen-Arrays vorgesehen. Die Glasfasern zur Lichtzuführung können beispielsweise unmittelbar an den Mikrolinsen-Arrays befestigt sein. Eine solche Anordnung ist äußerst platzsparend. Allerdings ist die mechanische Fixierung der Fasern nicht sehr stabil. Alternativ sind Ferrulen zur Aufnahme und Befestigung dieser Glasfasern offenbart. Diese bieten einen äußerst stabilen mechanischen Aufbau, benötigen aber relativ viel Platz.
Darstellung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde einen kostengünstigen optischen Drehübertrager sowie ein Linsensystem für einen solchen Drehübertrager bereitzustellen, das mit geringem Platzbedarf herstellbar ist und eine gute mechanische Fixierung der Lichtwellenleiter bietet. Weiterhin soll ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Linsensystems angegeben werden.
Eine erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist in den unabhängigen Patentansprüchen angegeben. Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Der erfindungsgemäße optische Drehübertrager umfasst eine erste Kollimatoranordnung 54 zur Ankopplung von ersten Lichtwellenleitern 52, sowie eine zweite Kollimatoranordnung 55 zur Ankopplung von zweiten Lichtwellenleitern 53. Die zweite Kollimatoranordnung 55 ist gegenüber der ersten Kollimatoranordnung 54 um die Drehachse 56 drehbar gelagert. Zur Kompensation der Drehbewegung befindet sich im Strahlengang zwischen der ersten Kollimatoranordnung 54 und der zweiten Kollimatoranordnung 55 ein derotierendes Element in Form eines Dove-Prismas 51. Erfindungsgemäß ist wenigstens eine der Kollimatoranordnungen 54, 55 als Linsensystem mit einem Mikrolinsen-Array 1 und einer Halterung 4 ausgebildet.
Das erfindungsgemäße Linsensystem umfasst ein Mikrolinsen-Array 1, welches wenigstens eine Linse 3 aufweist. Weiterhin ist wenigstens ein Lichtwellenleiter 2 mit dem Mikrolinsen-Array verbunden. Weiterhin ist eine Halterung 4 vorgesehen, durch welche der wenigstens eine Lichtwellenleiter 2 gehalten wird. Die Halterung ist in einem vorgegebenen, vorzugsweise geringen Abstand von der Rückseite des Mikrolinsen-Arrays entfernt angeordnet. Der Abstand liegt bevorzugt in einem Bereich von 2 bis 5 mm. Die Halterung stützt den wenigstens einen Lichtwellenleiter 2 wahlweise in seiner Längsachse und/oder quer dazu ab. Eine Abstützung entlang der Längsachse des wenigstens einen Lichtwellenleiters führt zu einer verbesserten Zugentlastung und insbesondere zu einer weiteren Entlastung der Verbindungsstelle des wenigstens einen Lichtwellenleiters 2 mit dem Mikrolinsen-Array 1. Eine Abstützung quer zur Längsachse des wenigstens einen Lichtwellenleiters 2 verringert die mechanischen Spannungen durch Verbiegung in dem wenigstens einen Lichtwellenleiter 2. So kann durch Verspannungen der Schielwinkel des Mikrolinsen-Arrays verändert werden. So entsteht bereits durch eine leichte Biegebeanspruchung eine Verschiebung des Modenfeldes (des lichtführenden Bereichs der Faser) durch eine geringfügige Brechzahländerung darin. Geschieht so eine Verschiebung des Modenfeldes nahe der Auskoppelstelle des Lichtwellenleiters 2 vor einer Linse 3, so verändert sich der Schielwinkel des kollimierten Strahls. In einer äquivalenten Ausführungsform ist der wenigstens eine Lichtwellenleiter 2 nur mittelbar mit dem Mikrolinsen-Array 1 verbunden. Dies ist beispielsweise der Fall, wenn ein zusätzlicher Abstandshalter, beispielsweise in Form einer Glasplatte zwischen dem wenigstens einen Lichtwellenleiter 2 und dem Mikrolinsen-Array 1 vorgesehen ist.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der wenigstens eine Lichtwellenleiter 2 mit der Halterung 4 durch Klebstoff 6 verbunden. Geeignete Klebstoffe sind beispielsweise Epoxydharze. Vorzugsweise wird als Klebstoff eine zumindest geringfüg elastische Masse verwendet, so dass keine mechanischen Spannungen auf die Klebestelle wirken. Weiterhin ist insbesondere zum Einsatz bei unterschiedlichen Umgebungsdrücken die Masse blasenfrei. Als Klebstoff kann auch Silikon eingesetzt werden. Der Klebstoff kann ein Füllmaterial, beispielsweise Keramik aufweisen.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der wenigstens eine Lichtwellenleiter 2 mit der Halterung 4 verschweißt.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Halterung 4 Bohrungen zur Aufnahme des wenigstens einen Lichtwellenleiters 2 aufweist.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Halterung 4 an wenigstens einer Seite geöffnet ist, so dass der wenigstens eine Lichtwellenleiter 2 im Bereich seiner Verbindungsstelle zu dem Mikrolinsen-Array 1 für ein Justagewerkzeug zugänglich ist.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der wenigstens eine Lichtwellenleiter 2 seitlich an der Halterung 4 befestigt.
In einer andern vordersten Ausgestaltung der Erfindung ist an der Halterung 4 wenigstens eine seitliche Nut zur Aufnahme des wenigstens einen Lichtwellenleiters 2 vorgesehen.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Halterung 4 Quarzglas.
Ein erfindungsgemäßer optischer Drehübertrager weist anstelle der üblichen Kollimatoranordnungen beziehungsweise Linsensysteme wenigstens ein erfindungsgemäßes Linsensystem auf. Es sind wahlweise Drehübertrager mit oder ohne derotierendes Element, wie beispielsweise Einkanal-Drehübertrager mit erfindungsgemäßen Linsensystemen ausrüstbar. Ebenso sind auch Drehübertrager, welche beispielsweise einen verspiegelten Graben oder Segmente davon als Lichtleiter verwenden, mit erfindungsgemäßen Linsensystemen zu versehen. Der hier verwendete Begriff Mikrolinsen-Array bezieht sich auf alle möglichen Kollimatoranordnungen, bei denen wenigstens eine Linse, vorzugsweise aber eine Vielzahl von Linsen auf einem Glasträger angeordnet sind. Vorzugsweise ist ein Mikrolinsen-Array mit Mikrotechnischen Verfahren hergestellt.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung eines Linsensystems für optische Drehübertrager umfasst die Schritte Herstellen eines Mikrolinsen-Arrays 1, anbringen einer Halterung 4 an das Mikrolinsen-Array 1 und anschließendes Montieren wenigstens eines Lichtwellenleiters 2. Das Montieren kann durch Verkleben und/oder verschweißen des wenigstens einen Lichtwellenleiters 2 mit der Halterung 4 und dem Mikrolinsen-Array 1 erfolgen.
Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen exemplarisch beschrieben.
1 zeigt eine erste erfindungsgemäße Anordnung.
2 zeigt die Verbindung eines Lichtwellenleiters mit einem Mikrolinsen-Array und einer Halterung.
3 zeigt eine erfindungsgemäße Anordnung in der Draufsicht.
4 zeigt eine weitere erfindungsgemäße Anordnung in der Draufsicht.
5 zeigt einen erfindungsgemäßen Drehübertrager.
1 zeigt einen Schnitt einer Linsenanordnung mit dem Mikrolinsen-Array 1 und der Halterung 4. Das Mikrolinsen-Array umfasst auf einer Seite die Linsen 3 und auf der entgegengesetzten Seite die Lichtwellenleiter 2. Die Halterung 4 ist auf der Seite der Lichtwellenleiter 2 des Mikrolinsen-Arrays 1 angeordnet. In diesem Ausführungsbeispiel weist die Halterung 4 eine parallel zu dem Mikrolinsen-Array 1 verlaufende Fläche mit Bohrungen zur Durchführung der Lichtwellenleiter 2 auf. Weiterhin weist die Halterung 4 senkrecht zu dieser Fläche stehende Schenkel zu Abstützung gegenüber dem Mikrolinsen-Array 1 auf. Grundsätzlich kann die Abstützung auch auf andere Arten realisiert sein. Zwischen dem Mikrolinsen-Array 1 und der Halterung 4 befindet sich ein Zwischenraum 5, der typischerweise Luft enthält.
In 2 ist im Ausschnitt die Verbindung eines Lichtwellenleiters 2 mit einem Mikrolinsen-Array 1 und einer Halterung 4 dargestellt. Vereinfachend ist hier nur die Oberfläche des Mikrolinsen-Arrays 1 als Linie dargestellt. An dieser Oberfläche ist der Lichtwellenleiter 2 mittels des Klebstoffes 7 verklebt. Weiterhin ist der Lichtwellenleiter 2 mittels Klebstoff 6 in eine Durchgangsbohrung der Halterung 4 eingeklebt.
3 zeigt eine erfindungsgemäße Anordnung in der Draufsicht. Auf dem Mikrolinsen-Array 1 ist die Halterung 4 angebracht. Durch Bohrungen in der Halterung 4 sind die Lichtwellenleiter 2 geführt. Die Anordnung ist hier vereinfachend als eindimensionale Linienanordnung mehrere Lichtwellenleiter 2 dargestellt. Selbstverständlich kann auch eine zweidimensionale Anordnung der Lichtwellenleiter innerhalb einer Fläche erfolgen.
4 zeigt eine ähnliche Ansicht wie in 3. Hierbei weist allerdings die Halterung 4 keine Bohrungen zur Aufnahme des Lichtwellenleiters auf. Vielmehr sind die Lichtwellenleiter seitlich mittels Klebstoff 6 an die Halterung angeklebt. Alternativ können die Lichtwellenleiter auch durch mechanisches Anpressen an die Halterung geklemmt sein. Eine Verbesserung lässt sich erzielen, wenn in der Halterung 4 seitliche Nuten zur Aufnahme der Lichtwellenleiter 2 vorgesehen sind.
5 zeigt in schematischer Form einen erfindungsgemäßen Drehübertrager mit derotierenden optischen Element. Der optische Drehübertrager umfasst eine erste Kollimatoranordnung 54 zur Ankopplung von ersten Lichtwellenleitern 52, sowie eine zweite Kollimatoranordnung 55 zur Ankopplung von zweiten Lichtwellenleitern 53. Die zweite Kollimatoranordnung 55 ist gegenüber der ersten Kollimatoranordnung 54 um die Drehachse 56 drehbar gelagert. Zur Kompensation der Drehbewegung befindet sich im Strahlengang zwischen der ersten Kollimatoranordnung 54 und der zweiten Kollimatoranordnung 55 ein derotierendes Element in Form eines Dove-Prismas 51. Der beispielhafte Strahlengangs eines Lichtstrahls 59 ist ausgehend von ersten Lichtwellenleitern 52 über die erste Kollimatoranordnung 54, durch das Dove-Prisma 51, über die zweite Kollimatoranordnung 55 bis in die zweiten Lichtwellenleiter 53 dargestellt. Erfindungsgemäß ist wenigstens eine der Kollimatoranordnungen 54, 55 als erfindungsgemäßes Linsensystem mit einem Mikrolinsen-Array 1 und einer Halterung 4 ausgebildet.

1: Mikrolinsen-Array
2: Lichtwellenleiter
3: Linse
4: Halterung
5: Zwischenraum
6: Klebstoff
7: Klebstoff
51: Derotierendes optisches Element
52: Erste Lichtwellenleiter
53: Zweite Lichtwellenleiter
54: Erste Kollimatoranordnung
55: Zweite Kollimatoranordnung
56: Drehachse
57: Lichtstrahl

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 102006022023 A1 [0003]

Claims

Optischer Drehübertrager umfassend wenigstens eine erste Kollimatoranordnung (54) zur Ankopplung von ersten Lichtwellenleitern (52) sowie eine zweite Kollimatoranordnung (55) zur Ankopplung von zweiten Lichtwellenleitern (53), welcher gegenüber der ersten Kollimatoranordnung (54) um eine Drehachse (56) drehbar gelagert ist, sowie ein derotierendes optisches Element (51), welches sich im Lichtpfad zwischen der ersten Kollimatoranordnung (54) und der zweiten Kollimatoranordnung (55) befindet, dadurch gekennzeichnet dass, wahlweise die erste Kollimatoranordnung (54) und/oder die zweite Kollimatoranordnung (55) wenigstens ein Linsensystem umfasst, welches ein Mikrolinsen-Array (1) sowie eine damit verbundene Halterung (4) hat, und wobei wenigstens ein Lichtwellenleiter (2, 52, 53) fest mit dem Mikrolinsen-Array (1) und der Halterung (4) verbunden ist.
Optischer Drehübertrager nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet dass, das derotierende optische Element (51) ein Dove-Prisma ist.
Optischer Drehübertrager nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet dass, das derotierende optische Element (51) ein Abbe-König Prisma ist.
Optischer Drehübertrager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet dass, die Halterung (4) auf dem Mikrolinsen-Array (1) befestigt ist.
Optischer Drehübertrager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet dass, die Halterung (4) aus demselben Material wie das Mikrolinsen-Array (1) besteht.
Optischer Drehübertrager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet dass, die Halterung (4) Bohrungen zur Aufnahme des wenigstens einen Lichtwellenleiters (2, 52, 53) aufweist.
Optischer Drehübertrager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet dass, die Halterung (4) Nuten zur Aufnahme des wenigstens einen Lichtwellenleiters (2, 52, 53) aufweist.
Optischer Drehübertrager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet dass, der wenigstens eine Lichtwellenleiter (2, 52, 53) mit der Halterung (4) und/oder dem Mikrolinsen-Array (1) verklebt ist.
Optischer Drehübertrager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet dass, der wenigstens eine Lichtwellenleiter (2, 52, 53) mit der Halterung (4) und/oder dem Mikrolinsen-Array (1) verschweißt ist.
Linsensystem für optische Drehübertrager entsprechend einem der vorhergehenden Ansprüche.