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Dokumentenidentifikation DE102005009576B4 21.12.2006
Titel Optische Verbinderanordnung
Anmelder Molex Incorporated, Lisle, Ill., US
Erfinder Schempp, Otto, 74906 Bad Rappenau, DE;
Gerner, Mathias, Dr., 63179 Obertshausen, DE
Vertreter Blumbach Zinngrebe, 65187 Wiesbaden
DE-Anmeldedatum 28.02.2005
DE-Aktenzeichen 102005009576
Offenlegungstag 28.09.2006
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 21.12.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 21.12.2006
IPC-Hauptklasse G02B 6/42(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, DE
IPC-Nebenklasse G02B 6/24(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   G02B 6/36(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   

Beschreibung[de]
Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine optische Verbinderanordnung zum Verbinden von Lichtwellenleitern mit elektro-optischen Bauelementen im Allgemeinen und zum Herstellen von Multimedia-Verbindungen in Kraftfahrzeugen, z.B. gemäß dem MOST®-Standard im Speziellen.

Hintergrund der Erfindung

Aufgrund der zunehmenden Komplexität von Anwendungen im Bereich der informativen Kraftfahrzeugelektronik, welche inzwischen als multimedial bezeichnet werden kann, sind neue Konzepte für die Vernetzung verschiedener Geräte notwendig geworden.

Z.B. sollen zumindest Autoradio, Mobiltelefon und Navigationssystem miteinander kommunizieren können, so dass z.B. die Musikwiedergabe des Autoradios stumm geschaltet und die Mobilfunkverbindung über die Radiolautsprecher betrieben werden, wenn der Benutzer telefonieren möchte. Es ist jedoch ersichtlich, dass dies nur ein sehr einfacher Anwendungsfall ist und der multimedialen Vernetzung der Bordelektronik kaum Grenzen gesetzt sind, um die Ansprüche der Kunden zu befriedigen.

Um diesen komplexen Anforderungen gerecht zu werden, hat sich für diese Verbindungen im Automobilbereich inzwischen die optische Datenübertragung durchgesetzt. Diesbezüglich ist eigens ein neuer Standard namens MOST® entwickelt worden. Die Spezifikationen des MOST®-Standards sind unter anderem als "MAMAC Specification" Rev 1.0, 11/2002, Version 1.0-00 unter http://www.mostnet.de/downloads/Specifications/MAMACSpecification 1V0-00.pdf und unter http://www.mostnet.de/downloads/Specifications/MOST %20Physical %20Layer %20Specification/010223 WgPhy Drawings.zip veröffentlicht. Auf die dem MOST®-Standard zugrunde liegenden Spezifikationen wird hiermit Bezug genommen und deren Inhalt durch Referenz vollumfänglich zum Gegenstand dieser Offenbarung gemacht.

Eine kompakte Sorte von optischen MOST®-Verbindern umfasst elektro-optische Wandler, welche rückseitig an dem Verbinder befestigt sind. Diese Verbinder enthalten im Inneren Kopplungsglieder zum Anschluss der Wandler.

Bislang werden häufig Kunststoffasern, z.B. aus Polymethylmethacrylat (PMMA) oder Polycarbonat (PC) in Zusammmenhang mit den MOST®-Verbindern eingesetzt. Diese weisen zwar eine Reihe von Vorteilen auf, jedoch führt die relativ geringe Temperaturbeständigkeit unter Umständen zu Schwierigkeiten. In einem Automobil können unter Extrembedingungen, welche in Betracht gezogen werden müssen, Temperaturen im Bereich bis zu 100 °C auftreten. Bei solchen Temperaturen setzt ein beschleunigter Alterungsprozess, insbesondere des Polycarbonats ein, so dass eine dauerhafte Verschlechterung der Eigenschaften eintritt.

Der Einsatz von anderen Fasern anstelle der Kunststofffasern wird jedoch zumeist abgelehnt, insbesondere weil der Durchmesser solcher Fasern wesentlich geringer ist, als derjenige der üblicherweise verwendeten Kunststoffasern. Aufgrund dieses geringen Faser-Durchmessers ergeben sich nämlich erhebliche Schwierigkeiten bei der Ankopplung an die vorgegebenen FOTs.

Grundsätzlich sind besondere Einrichtungen zur Kopplung von optischen Fasern an Lichtelementmodule bekannt. So ist z.B. in dem Patent DE 100 15 867 C2 eine Kupplung beschrieben, welche die Beeinträchtigung der Übertragung zu vermindern sucht. Es wird vorgeschlagen, eine Kupplung vorzusehen, welche einen optischen Wellenleiter, der sich in einer Kegelform verjüngt und eine Linse aufweist, die an dem Ende des großen Durchmesser ausgebildet ist und ferner eine kreisförmige flanschartige Führung besitzt. Diese Kupplung ist jedoch als speziell gefertigtes Einzelstück extrem aufwändig und daher kostenintensiv in der Herstellung. Weiter kann sich im Bereich der Linse Schmutz festsetzen, der die Übertragungsqualität vermindert. Ferner muss die Kupplung in einer vorgegebenen Orientierung eingesetzt werden, was die Gefahr von Fehlern beim Zusammenbau mit sich bringt. Schließlich ist die Kupplung ohnehin nicht für die Verbindung einer dünnen Faser mit einem relativ großen Lichtelementmodul ausgelegt.

Aus der DE 29 07 401 C2 ist ein Verbindungselement für eine auswechselbare optische Steckverbindung bekannt. Hierbei soll mittels eines dreidimensionalen Verstellmechanismus eine präzise Einstellung der optischen Faser in Bezug auf eine LED erzielt werden, um ein Maximum an Licht in die optische Faser einzubringen. Die Anordnung ist jedoch extrem aufwendig, schwierig zu handhaben und störungsanfällig.

Aus der DE 197 33 174 A1 ist eine Steckverbinderanordnung für Lichtwellenleiter bekannt, bei welcher ein Lichtwellenleiterabschnitt zwischen einen optoelektronischen Wandler und den Lichtwellenleiter zwischengeschaltet ist. Das Problem der Durchmesseranpassung von dünnen Glasfasern auf Empfänger mit großem optisch aktivem Bereich ist jedoch nicht angesprochen.

Aus dem US-Patent 4,386,268 ist eine Umhüllung für eine Fotodiode bekannt, bei welcher ein Glaslichtleiter zwischen eine optische Faser und eine Fotodiode zwischengeschaltet ist. Die Anordnung scheint nicht für die Anforderungen im Kraftfahrzeugbereich geeignet zu sein.

Alles in allem sind die bekannten Lösungen aber verbesserungswürdig. Andererseits genügen in diesem hart umkämpften Markt häufig bereits geringfügig erscheinende qualitative und/oder kostenmäßige Vorteile, um einen entscheidenden Wettbewerbsvorsprung am Markt zu erzielen.

Allgemeine Beschreibung der Erfindung

Die Erfindung hat sich daher die Aufgabe gestellt, eine optische Verbinderanordnung bereit zu stellen, welche zum Einsatz von Lichtwellenleitern mit geringem Durchmesser bei vorgegebenen elektro-optischen Bauelementen geeignet ist.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine optische Verbinderanordnung bereit zu stellen, welche trotz eines Durchmesserunterschieds zwischen dem Lichtwellenleiter und dem optisch aktiven Bereich des elektro-optischen Bauelements und eine relativ geringe Dämpfung aufweist.

Noch eine Aufgabe der Erfindung ist es, eine einfache, kostengünstige optische Verbinderanordnung bereit zu stellen, welche einfach und kostengünstig herstellbar und wenig störungsanfällig ist.

Noch eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, einen optischen Verbinder bereit zu stellen, welcher die Nachteile bekannter Verbinder vermeidet oder zumindest mindert.

Die Aufgabe der Erfindung wird in überraschend einfacher Weise bereits durch den Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen definiert.

Erfindungsgemäß wird eine Verbinderanordnung bereitgestellt, welche zum Verbinden eines Lichtwellenleiters, insbesondere einer optischen Faser, mit einem elektro-optischen Bauelement ausgebildet ist. Die Verbinderanordnung umfasst einen Verbinder mit einem vorzugsweise dielektrischen Verbindergehäuse, welches eine vorderseitige Gegenverbinderaufnahme zum Aufnehmen eines komplementären Gegenverbinders besitzt. Der Gegenverbinder haltert den Lichtwellenleiter an dessen Kontaktende, um beim paarenden Verbinden des Verbinders mit dem Gegenverbinder eine optische Verbindung zur Übertragung optischer Signale zwischen dem Lichtwellenleiter und dem elektro-optischen Bauelement herzustellen.

Das elektro-optische Bauelement ist insbesondere als Sender/Empfänger, sogenannter faseroptischer Transceiver (FOT) zur Wandlung von optischen Signalen in elektrische Signale (Empfänger) oder umgekehrt (Sender) ausgebildet und ist unmittelbar an einer der Vorderseite gegenüberliegenden Rückseite des Verbinders angeordnet und befestigt. Dies sorgt für eine besonders kompakte Bauweise, weshalb diese Art der Verbinder in der Fachwelt als Kompaktverbinder bezeichnet wird. Die FOTs enthalten vorzugsweise einen photoempfindlichen Detektor, z.B. in Form einer Photodiode (Empfänger) bzw. eine Laserdiode (Sender) und weisen demnach an ihrer dem Verbinder zugewandten Seite einen optisch aktiven Bereich zum Ein-/Auskoppeln optischer Signale auf. Der Durchmesser des optisch aktiven Bereiches wird typischerweise von den Herstellern der FOTs vorgegeben und ist unter Umständen nicht oder nur in geringen Grenzen beeinflussbar.

Der Verbinder weist ferner insbesondere innerhalb der Gegenverbinderaufnahme ein Anschlusselement mit einer vorderen zylindrischen Hülse auf. An das Anschlusselement wird der Lichtwellenleiter des Gegenverbinders angeschlossen um die optische Verbindung zwischen dem Lichtwellenleiter und dem zugehörigen FOT herzustellen.

Weiter weist der Verbinder ein separates optisches Kopplungsglied auf, welches in dem gepaarten Zustand axial zwischen dem Lichtwellenleiter und dem FOT, genauer dem optisch aktiven Bereich desselben angeordnet ist, so dass in dem gepaarten Zustand eine Signalübertragung aus dem Lichtwellenleiter in den FOT durch das Kopplungsglied oder umgekehrt ermöglicht ist. Das Kopplungsglied ist in dem gepaarten Zustand insbesondere vorderseitig optisch unmittelbar mit dem zugehörigen Lichtwellenleiter und/oder rückseitig unmittelbar mit dem elektro-optischen Bauelement verbunden. Dies soll jedoch nicht ausschließen, dass ein Luftspalt, z.B. im Bereich von 0 bis 50 &mgr;m zwischen den optischen Grenzflächen vorhanden ist, wie dies z.B. nach dem MOST®-Standard gefordert wird. Demnach ist jedem elektro-optischen Bauelement genau ein Lichtwellenleiter zugeordnet und die Teile sind in der axialen Abfolge Lichtwellenleiter, Kopplungsglied, elektro-optisches Bauelement angeordnet.

Erfindungsgemäß ist das Kopplungsglied als kurzer, d.h. insbesondere etwa 1 mm bis 100 mm, insbesondere 3 mm bis 30 mm vorzugsweise 8 mm ± 50 % kurzer Lichtwellenleiterabschnitt ausgebildet und weist einen, vorzugsweise zumindest 50 % größeren Durchmesser als der Lichtwellenleiter auf, um eine einfache Durchmesseranpassung zwischen dem dünneren Lichtwellenleiter, insbesondere einer Glasfaser und dem optisch aktiven Bereich mit seinem größeren Durchmesser zu bewerkstelligen. Dabei weist das Kopplungsglied vorzugsweise eine zylindrische Form auf und ist aus einem lichtwellenleitenden Material, z.B. transparentem Kunststoff oder Glas hergestellt. Vorzugsweise wird der Lichtwellenleiterabschnitt in sehr einfacher Weise als ein kurzes Teilstück von einer herkömmlichen langen optischen Faser mit einem lichtwellenleitenden Kern und einem Cladding abgetrennt. Demnach erstreckt sich das Cladding über die gesamte Länge des Lichtwellenleiterabschnitts.

Der Lichtwellenleiterabschnitt wird dabei bevorzugt von einer Polymer ummantelten Silika-Faser, besser bekannt als Poly-Clad-Silica-Faser (PCS-Faser), einer Kunststofffaser, z.B. Polymer/Polymer, einer Bündelfaser oder einer Gradientenindexfaser abgeschnitten und weist beidseits planare, ggf. polierte Kontaktflächen auf. Aufgrund der Kürze des Lichtwellenleiterabschnitts können auch teure hochtemperaturbeständige Kunststoffe eingesetzt werden, welche sich für den langen Lichtwellenleiter aus Kostengründen verbieten. Alternativ kann auch ein Glasstab eingesetzt werden.

Durch diese überraschend einfache Lösung werden gleich mehrere Vorteile erzielt. Zunächst ist der Verbinder einfach und kostengünstig herstellbar. Insbesondere kann für das Kopplungsglied auf komplizierte, an der Stirnfläche ausgeformte, refraktive Elemente wie (Sammel-)Linsen verzichtet werden und das Kopplungsglied ist einfach von hinten in das Verbindergehäuse einschiebbar.

Andererseits haben die Erfinder herausgefunden, dass durch die Verbinderanordnung mittels der einfachen Durchmesseranpassung dennoch die Einfügedämpfung beim Einkoppeln der Signale in dem Empfänger so weit reduziert werden kann, dass die Anforderungen, welche z.B. an eine MOST®-Verbindung im Automobilbereich gestellt werden, erfüllt werden können. Unter Umständen kann die Einfügedämpfung sogar noch weiter verringert werden, wenn die Brechungsindizes und Durchmesser des Lichtwellenleiters und des Kopplungsglieds aufeinander abgestimmt sind. Dies kann z.B. durch eine entsprechende Auswahl des Brechungsindex des Kopplungsgliedes erzielt werden, welcher unterschiedlich von demjenigen des Lichtwellenleiters sein kann.

In besonders vorteilhafter Weise liegt der Durchmesser des zylindrischen Lichtwellenleiterabschnitts zwischen dem Durchmesser des Lichtwellenleiters und dem Durchmesser des optisch aktiven Bereichs, welcher wiederum einen größeren Durchmesser als der Lichtwellenleiter aufweist. Hierdurch wird eine zweistufige Durchmesseradaption erreicht. Insbesondere ist der Durchmesser des Lichtwellenleiterabschnitts über seine gesamte Länge größer als derjenige des Lichtwellenleiters und/oder kleiner als derjenige des optisch aktiven Bereichs.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform beträgt der Durchmesser des Lichtwellenleiters, etwa 50 &mgr;m bis 600 &mgr;m, insbesondere 100 &mgr;m bis 400 &mgr;m, bevorzugt 200 &mgr;m ± 50 %. Dem Fachmann ist bekannt, dass eine optische Faser einen Kern und eine Ummantelung aus einem lichtleitenden Material mit niedrigerem Brechungsindex, das sogenannte Cladding umfasst. Die Faser weist ferner bevorzugt einen intransparenten Schutzmantel (sogenanntes jacket) auf, welcher den lichtleitenden Kern einschließlich dem Cladding umschließt.

Vorzugsweise beträgt der Durchmesser des Lichtwellenleiterabschnitts, bzw. seines lichtleitenden Kerns mit Cladding etwa 250 &mgr;m und 550 &mgr;m, insbesondere 300 &mgr;m bis 500 &mgr;m, bevorzugt 400 &mgr;m ± 20 % oder ± 10 %.

Ein großer Vorzug der vorliegenden Erfindung liegt darin begründet, dass in einfacher Weise die Möglichkeit geschaffen wird, eine dünne Glasfaser in Verbindung mit dem MOST®-Verbindungssystem einzusetzen und dennoch die Einfügedämpfung in einem akzeptablen Bereich zu halten. Gerade im Automobilbereich, wo sehr strenge Anforderungen an die Temperaturbeständigkeit zu stellen sind, ist dies, im Gegensatz zu den üblicher Weise verwendeten Kunststofffasern (plastic optical fiber, POF) höchst vorteilhaft. Insbesondere wird dadurch die Lebensdauer der Anordnung vergrößert und die Übertragungsqualität verbessert. Als besonders geeignet haben sich dabei dem Fachmann grundsätzlich bekannte Silika-Fasern, insbesondere Kunststoff-, genauer PCS-Fasern erwiesen.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist das Anschlusselement, welches integral mit oder separat von dem Verbindergehäuse ausgebildet sein kann, einen hinteren Rumpfabschnitt auf, in dem ein zylindrischer Kanal oder eine Bohrung zur Aufnahme des Lichtwellenleiterabschnitts vorgesehen ist. Dieser Aufnahmekanal für den Lichtwellenleiterabschnitt erstreckt sich von einer hinteren optischen Kontaktfläche, welche an das elektro-optische Bauelement angrenzt zu einer vorderen optischen Kontaktfläche und mündet axial an einem rückwärtigen Ende der Hülse des Anschlusselements. Der Lichtwellenleiterabschnitt ist in den Kanal eingesteckt und ggf. befestigt, z.B. geklemmt oder verklebt. In besonders vorteilhafter Weise wird der Lichtwellenleiterabschnitt also unmittelbar in dem Verbindergehäuse, genauer in dem Kanal festgelegt. Er kann jedoch auch unmittelbar mit dem FOT verbunden z.B. in eine Aufnahmehülse des FOT eingeklebt sein. Somit stellt das Kopplungsglied an dem vorderen Ende des Kanals eine im ungepaarten Zustand freie optische Anschlussfläche zum optischen Kontaktieren des Lichtwellenleiters bereit, um seine Koppel- oder Durchleitefunktion zu erfüllen.

Das Kontaktende des Lichtwellenleiters wird durch einen Ringbeschlag, eine sogenannte Ferrule abgeschlossen, welche in den vorderen Hülsenabschnitt des Anschlusselements passgenau axial einsteckbar ist. Der Hülsenabschnitt besitzt eine innere rückwärtige Anschlagsfläche für die Ferrule, um die Maßhaltigkeit im Abstand zwischen der Kontaktfläche des Lichtwellenleiters und der vorderen Kontaktfläche des Kopplungsglieds zu gewährleisten.

Vorzugsweise weist die optische (Glas-)Faser, deren Kern und Cladding den Lichtwellenleiter bilden, an ihrem Kontaktende einen Anschlussbereich auf, in dem der Schutzmantel entfernt wurde, um eine präzise radiale Positionierung zu ermöglichen. Die Führung wird z.B. dadurch bewerkstelligt, dass der Kern einschließlich Cladding in diesem entmantelten Anschlussbereich unmittelbar von einem abschließenden Zentrierabschnitt der Ferrule gefasst ist. Z.B. wird die Ferrule um den Schutzmantel der Faser und im Anschlussbereich direkt auf dem Lichtwellenleiter bzw. genauer dem Cladding befestigt, insbesondere unmittelbar aufgeklebt.

Bevorzugt weist der Kanal für das Kopplungsglied eineinsbesondere axial in den Hülsenabschnitt mündende Zentrierbuchse auf, welcher komplementär zu dem Zentrierabschnitt der Ferrule ausgebildet ist, wobei der Durchmesser der Zentrierabschnitte zwischen den Durchmessern des Lichtwellenleiters und der Ferrule liegt. Der Zentrierabschnitt und die Zentrierbuchse bilden demnach komplementäre Zentriermittel zwischen der Ferrule und dem Anschlusselement. Im gepaarten Zustand kommt eine Stirnfläche des Zentrierabschnitts der Ferrule an einer rückwärtigen Anschlagsfläche der Zentrierbuchse des Kanals zur Anlage, wodurch ein definierter Abstand (bei MOST 0 bis 50 &mgr;m) zwischen dem Lichtwellenleiter und dem Kopplungsglied erzielt wird. Diese Ausführung sorgt für eine einfach herzustellende aber präzise löngitudinale relative Positionierung und gleichzeitig für eine exakte radiale Führung.

Vorzugsweise ist der Kanal zumindest in aneinander angrenzende vordere und hintere Abschnitte unterteilt, wobei der Innendurchmesser des vorderen Abschnitts an den Durchmesser des Lichtwellenleiterabschnitts angepasst ist, um diesen festzulegen.

Vorzugsweise wird die Gegenverbinderaufnahme des weiblichen Verbinders oder Verbindergehäuses durch einen an der Vorderseite offenen Hohlraum gebildet, so dass der männliche Gegenverbinder in die Aufnahme einsteckbar ist. Hierbei ragt das Anschlusselement von einer den Hohlraum rückwärtigen begrenzenden Rückseite in den Hohlraum hinein, um den Lichtwellenleiter mit der zugehörigen Ferrule des Gegenverbinders zu empfangen.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Verbinder als Kompaktverbinder nach dem MOST®-Standard ausgebildet, sodass zwei elektro-optische Bauelemente nebeneinander an der Rückseite des Verbinders befestigt sind. Dabei ist das eine Bauelement als Sender und ein weiteres als Empfänger ausgebildet.

Es ist dem Fachmann ersichtlich, dass die Merkmale des Empfangszweiges, soweit nicht im Folgenden Unterschiede dargestellt sind, entsprechend auch für den Sendezweig gelten. Insbesondere ist diesbezüglich zu beachten, dass der optisch aktive Bereich des Senders, typischer Weise eine Laserdiode, kleiner ist, als der optische aktive Bereich des Empfängers. Daher hat es sich als vorteilhaft erwiesen, die Durchmesser der beiden Kopplungsglieder oder Lichtwellenleiterabschnitte unterschiedlich zu wählen. Insbesondere ist der Durchmesser des Lichtwellenleiterabschnitts im Sendezweig kleiner als im Empfangszweig.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels und unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert, wobei gleiche und ähnliche Elemente teilweise mit gleichen Bezugszeichen versehen sind.

Kurzbeschreibung der Figuren

Es zeigen:

1 eine Vorderansicht der erfindungsmäßen Verbinderanordnung,

2 einen horizontalen Querschnitt durch die Verbinderanordnung aus 1 entlang der Schnittlinie A-A,

3 den Ausschnitt X aus 2,

4 den Ausschnitt Y aus 3,

5 den Querschnitt aus 2, wobei jedoch der Gegenverbinder und die Ferrulen der Lichtwellenleiter ausgeblendet sind,

6 einen Querschnitt durch den erfindungsgemäßen Verbinder entsprechend 2,

7 den Ausschnitt Z aus 6,

8 einen vertikalen Querschnitt durch den Verbinder aus 6 entlang der Schnittlinie B-B,

9 einen vertikalen Querschnitt durch den Verbinder aus 6 entlang der Schnittlinie C-C,

10 einen vertikalen Querschnitt durch den Verbinder aus 6 entlang der Schnittlinie D-D und

11 eine Draufsicht von schräg vorne auf die FOTs, Kopplungsglieder und Lichtwellenleiter.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung

Bezug nehmend auf 1 weist die Verbinderanordnung 10 einen weiblichen MOST®-Verbinder 12 mit einem dielektrischen Verbindergehäuse 14 auf. Das Verbindergehäuse 14 besitzt eine Gegenverbinderaufnahme 16, welche an einer Vorderseite 18 des Verbinders eine Öffnung 20 zum Einführen des Gegenverbinders 112 in die Gegenverbinderaufnahme 16 umfasst. Die Gegenverbinderaufnahme 16, welche demnach als Hohlraum in dem Verbindergehäuse 14 definiert ist, wird an der Rückseite des Hohlraums durch eine einstückig mit dem Verbindergehäuse ausgebildete Rückwand 22 begrenzt.

Bezug nehmend auf 2, besitzt der Gegenverbinder 112 ein dielektrisches Gegenverbindergehäuse 114, welches zum paarenden Verbinden mit dem Verbindergehäuse 14 hergerichtet ist. Das Gegenverbindergehäuse 114 weist zwei Kanäle 116, 118 auf, in welchen sich Lichtwellenleiter in Form von optischen Fasern 126, 128 mit Schutzmänteln 186, 188 erstrecken. Kontaktenden 136, 138 der optischen Fasern 126, 128 sind von Ferrulen 146, 148 umschlossen und gehalten. Genauer sind die optischen Fasern 126, 128 in die Ferrulen 146, 148 eingeklebt. Die Ferrulen 146, 148 sind mittels Federn 156, 158 in ihrer Vorwärtsrichtung gegen das Gegenverbindergehäuse 114 vorgespannt.

Unmittelbar anschließend an die Kontaktenden 136, 138 der optischen Fasern 126, 128 sind Kopplungsglieder 26, 28 angeschlossen.

Bezug nehmend auf 3, sind die Kopplungsglieder 26, 28 mit ihrer jeweiligen vorderen optischen Anschlussfläche 36, 38 an die Kontaktenden 136, 138 und mit ihrer jeweiligen rückwärtigen optischen Anschlussfläche 46, 48 an elektrooptische Bauelemente 56, 58 angeschlossen und zwar zur Herstellung einer Verbindung zur Übertragung von optischen Signalen, derart, dass die Kopplungsglieder 26, 28 optische Signale zwischen den optischen Fasern 126, 128 und den elektro-optischen Bauelementen 56, 58 in Form von faseroptischen Transceivern (FOT) vermitteln.

Der in 3 linke FOT 56 ist mit einer Laserdiode als Sender und der rechte FOT 58 mit einer Fotodiode als Empfänger für Lichtsignale ausgebildet. Die beiden FOTs 56, 58 sind von einer Trennwand 57 voneinander getrennt und werden durch eine nicht dargestellte Metallklammer an der Rückseite des Verbindergehäuses 14 befestigt.

Die Ferrulen 146, 148 sind an ihren Kontaktenden zur leichteren Einführbarkeit mit Fasungen 166, 168 versehen und terminieren in zylindrischen Zentrierabschnitten 176, 178.

Wieder Bezug nehmend auf 2, ragen optische Anschlusselemente 66, 68 von der Rückwand 22 in die Gegenverbinderaufnahme 16 hinein. Die optischen Anschlusselemente 66, 68 besitzen hintere Rumpfabschnitte 76, 78 und vordere Hülsenabschnitte 86, 88, in welche jeweils die Ferrulen 196, 148 eingesteckt sind.

Bezug nehmend auf 3 und 4 zentrieren in gepaartem Zustand die zylindrischen Zentrierabschnitte 176, 178 der Ferrulen die optischen Fasern 126, 128 in Bezug auf die optischen Anschlusselemente 66, 68 durch paarendes Zusammenwirken mit komplementären zylindrischen Zentrierbuchsen 96, 98 und sind mit ihren jeweiligen Stirnflächen gegeneinander vorgespannt, um die relative axiale Positionierung zwischen den Lichtwellenleitern und den Kopplungsgliedern zu gewährleisten. Ferner ragen die optischen Fasern 126, 128 mit ihrem entmantelten Kontaktende 136, 138 in die zylindrischen Zentrierbuchsen 96, 98 hinein, um eine optische Verbindung mit den Kopplungsgliedern 26, 28, welche als Lichtwellenleiterabschnitte 316, 318 ausgebildet sind, herzustellen.

Die Lichtwellenleiterabschnitte 316, 318 sind als kurze Abschnitte von optischen Fasern ausgebildet und sind in einem vorderen Bereich 326, 328 präzise in Zentrierkanälen 336, 338, welche in den Zentrierbuchsen 96, 98 münden, in diesem Beispiel auf einer Länge von etwa 0,5 bis 1 mm festgelegt.

Demnach weisen die Anschlusselemente 66, 68 Kanäle 346, 348 auf, welche sich von den Hülsenabschnitten 86, 88 bis zu den FOTs 56, 58 erstrecken und umfassen jeweils zumindest drei mit unterschiedlichen Durchmessern ausgebildeten Abschnitte, nämlich einen hinteren Abschnitt 356, 358 (den FOTs 56, 58 zugewandt) zur Aufnahme der Kopplungsglieder 26, 28, den mittleren Zentrierkanal 336, 338 zur Führung des vorderen Bereichs 326, 328 der Lichtwellenleiterabschnitte 316, 318 und in einem vorderen Abschnitt (dem Gegenverbinder 112 zugewandt) die zylindrischen Zentrierbuchsen 96, 98 zur Aufnahme der Zentrierabschnitte 176, 178 der Ferrulen 146, 148. Die Lichtwellenleiterabschnitte 316, 318 werden von hinten in den jeweils zugehörigen Kanal 346 bzw. 348 eingesteckt, wobei der mittlere Abschnitt für den jeweiligen Lichtwellenleiterabschnitt 316, 318 als Presspassung ausgebildet ist und mittels diesen Presspassungen die Lichtwellenleiterabschnitte 316, 318 in dem jeweiligen Kanal 346, 398 festgelegt sind.

Bezug nehmend auf 8 bis 10 weisen die hinteren Abschnitte 356, 358 einen etwas größeren Durchmesser als die jeweiligen Lichtwellenleiterabschnitte 316, 318 und einen nicht kreisförmigen, in diesem Beispiel im Wesentlichen dreiecksförmigen Querschnitt auf, um das Einführen der Kopplungsglieder 26, 28 zu erleichtern und Produktionstoleranzen besser zu kompensieren.

Wie am besten in 11 zu erkennen ist, sind die Lichtwellenleiterabschnitte 316, 318 in Form von Kreiszylindern vorgesehen. Für den Fachmann ist ersichtlich, dass die Lichtwellenleiterabschnitte 316, 318 in diesem Beispiel jeweils als kurzes Teilstück mit Kern und Cladding (in den Figuren nicht separat dargestellt) ausgebildet sind, welches von einer herkömmlichen optischen Faser abgeschnitten wurde. Die Lichtwellenleiterabschnitte 316, 318 weisen jeweils eine vordere 36, 38 und hintere 46, 48 ebene Kontaktfläche mit geringer Rauhtiefe auf. Die Kontaktflächen 36, 38, 46, 48 können insbesondere poliert, geläppt oder präzisionsgetrennt sein.

Es hat sich als besonders geeignet erwiesen, für die Lichtwellenleiterabschnitte 316, 318 ebenfalls eine PCS-Faser zu verwenden. Allerdings sind auch Stücke einer Faser mit Glaskern und Glascladding (Silika/Silika), einer Kunststofffaser oder einer Gradientenindexfaser einsetzbar.

Weiter ist der Durchmesser des Lichtwellenleiterabschnitts 318 größer als der Durchmesser des Lichtwellenleiters 128 und größer als der des Lichtwellenleiterabschnitts 316. In diesem Ausführungsbeispiel ist der Lichtwellenleiter 128 als Kern und Cladding mit einem Durchmesser von 200 &mgr;m einer Poly-clad-silica-(PCS)-Faser ausgebildet, wohingegen der Lichtwellenleiterabschnitt 318 einen Durchmesser von etwa 900 &mgr;m aufweist.

Diese Durchmesseranpassung durch den Lichtwellenleiterabschnitt 318 im Empfangszweig 418 ist im Sendezweig 416 nicht zwingend notwendig, aber nicht ausgeschlossen. In dem hier vorliegenden Beispiel weist der Lichtwellenleiterabschnitt 316 einen ähnlichen Durchmesser wie der Lichtwellenleiter 126 oder die PCS-Faser auf. Die unterschiedlichen Durchmesser der Lichtwellenleiterabschnitte 316, 318 im Sende- bzw. Empfangszweig 416, 418 trägt den unterschiedlichen Durchmessern der optisch aktiven Bereiche 426, 428 des Senders 56 bzw, des Empfängers 58 Rechnung.

Bezug nehmend auf 7 und 11 ist dargestellt, dass der optisch aktive Bereich 426 des Senders 56 etwa denselben Durchmesser hat wie die Lichtwellenleiterabschnitt 316 und die Lichtwellenleiter 126, 128, hier jeweils etwa 200 &mgr;m. Dahingegen weist der optisch aktive Bereich 428 des Empfängers 58 einen Durchmesser von etwa 600 &mgr;m auf, so dass der 400 &mgr;m durchmessende Lichtwellenleiterabschnitt 318 mit seinem Durchmesser etwa in der Mitte zwischen dem Durchmesser des Lichtwellenleiters 128 und des optisch aktiven Bereichs 428 liegt.

Die beiden Lichtwellenleiterabschnitte 316, 318 besitzen dieselbe Länge von etwa 7 bis 8 mm, jedoch ist für den Fachmann ersichtlich, dass diese Länge in gewissen Grenzen variiert werden kann, je nachdem, welche FOTs verwendet werden und wie das Verbindergehäuse 14 ausgebildet ist.

Es ist dem Fachmann ersichtlich, dass die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen beispielhaft zu verstehen sind, und die Erfindung nicht auf diese beschränkt ist, sondern in vielfältiger Weise variiert werden kann, ohne den Geist der Erfindung zu verlassen.


Anspruch[de]
Optische Verbinderanordnung (10) zum Verbinden von Lichtwellenleitern (126, 128) mit elektro-optischen Bauelementen (56, 58), umfassend:

einen Verbinder (12) mit einer Gegenverbinderaufnahme (16) zum Aufnehmen eines komplementären Gegenverbinders (112),

den Gegenverbinder (112) zum paarenden Verbinden mit dem Verbinder (12),

einen ersten und zweiten Lichtwellenleiter (126, 128), welche jeweils an einem Kontaktende (136, 138) mittels des Gegenverbinders (112) gehalten sind, um beim paarenden Verbinden des Verbinders (12) mit dem Gegenverbinder (112) eine optische Verbindung zwischen dem ersten Lichtwellenleiter (126) und einem ersten elektro-optischen Bauelement (56) sowie eine optische Verbindung zwischen dem zweiten Lichtwellenleiter (128) und einem zweiten elektro-optischen Bauelement (58) herzustellen und

das erste und zweite elektro-optische Bauelement (56, 58) nebeneinander an einer Rückseite (22) des Verbinders (12) angeordnet sind, wobei das erste elektro-optische Bauelement (56) ein Sender ist und einen optisch aktiven Bereich (426) zum Auskoppeln optischer Signale aufweist und wobei das zweite elektro-optische Bauelement (58) ein Empfänger ist und einen optisch aktiven Bereich (428) zum Einkoppeln optischer Signale aufweist,

wobei der Verbinder (12) ein erstes und zweites Anschlusselement (66, 68) zum Empfangen des ersten bzw. zweiten Lichtwellenleiters (126, 128) aufweist,

wobei in dem Verbinder (12) ein erstes optisches Kopplungsglied (26) zwischen dem ersten Lichtwellenleiter (126) und dem Sender (56) zur Durchleitung von Lichtwellen aus dem Sender (56) in den ersten Lichtwellenleiter (126) angeordnet ist und ein zweites optisches Kopplungsglied (28) zwischen dem zweiten Lichtwellenleiter (128) und dem Empfänger (58) zur Durchleitung von Lichtwellen aus dem zweiten Lichtwellenleiter (128) in den Empfänger (58) angeordnet ist,

wobei das zweite Kopplungsglied (28) einen im Wesentlichen zylindrischen Lichtwellenleiterabschnitt (318) umfasst und

wobei der optisch aktive Bereich (428) des Empfängers (58) einen größeren Durchmesser als der zweite Lichtwellenleiter (128) aufweist und zur Durchmesseranpassung in dem Empfangszweig der zweite Lichtwellenleiterabschnitt (318) einen größeren Durchmesser als der zweite Lichtwellenleiter (128) aufweist.
Verbinderanordnung (10) nach Anspruch 1, wobei der Durchmesser des zweiten Lichtwellenleiterabschnitts (318) zwischen dem Durchmesser des zweiten Lichtwellenleiters (128) und dem Durchmesser des optisch aktiven Bereichs (428) des Empfängers (58) liegt. Verbinderanordnung (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Durchmesser des zweiten Lichtwellenleiterabschnitts (318) zwischen 250 &mgr;m und 550 &mgr;m beträgt. Verbinderanordnung (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Durchmesser des zweiten Lichtwellenleiterabschnitts (318) 400 &mgr;m ± 20 beträgt. Verbinderanordnung (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Lichtwellenleiterabschnitte (316, 318) beidseits im Wesentlichen planare Kontaktflächen (36, 38, 46, 48) zum Anschluß an die Lichtwellenleiter (126, 128) bzw. die elektro-optische Bauelemente (56, 58) aufweist. Verbinderanordnung (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der zweite Lichtwellenleiterabschnitt (318) ein kurzes von einer optischen Faser abgetrenntes Teilstück umfasst. Verbinderanordnung (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der zweite Lichtwellenleiterabschnitt (318) einen Abschnitt einer PCS-Faser umfasst. Verbinderanordnung (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der zweite Lichtwellenleiterabschnitt (318) einen Abschnitt einer Kunststofffaser umfasst. Verbinderanordnung (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der zweite Lichtwellenleiterabschnitt (318) einen Abschnitt einer Bündelfaser umfasst. Verbinderanordnung (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der zweite Lichtwellenleiterabschnitt (318) einen Abschnitt einer Gradientenindexfaser umfasst. Verbinderanordnung (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der zweite Lichtwellenleiterabschnitt (318) einen Glasstab umfasst. Verbinderanordnung (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Durchmesser des zweiten Lichtwellenleiters (128) im Bereich zwischen 50 &mgr;m und 600 &mgr;m beträgt. Verbinderanordnung (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der erste und zweite Lichtwellenleiter (126, 128) jeweils eine Glasfaser umfasst. Verbinderanordnung (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der erste und zweite Lichtwellenleiter (126, 128) jeweils eine PCS-Faser umfasst. Verbinderanordnung (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das erste und zweite Anschlusselement (66, 68) einen ersten bzw. zweiten Rumpfabschnitt (76, 78) und einen ersten bzw. zweiten inneren Kanal (346, 348) aufweist, welcher sich in dem jeweiligen Rumpfabschnitt (76, 78) von einem hinteren dem jeweiligen elektro-optischen Bauelement (56, 58) zugewandten Ende zu einem vorderen dem jeweiligen Lichtwellenleiter (126, 128) zugewandten Ende erstreckt und das erste und zweite Kopplungsglied (26, 28) in dem ersten bzw. zweiten Kanal angeordnet ist, derart dass das erste und zweite Kopplungsglied (26, 28) an dem vorderen Ende des Kanals jeweils eine optische Anschlussfläche (36, 38) zum optischen Kontaktieren des ersten bzw. zweiten Lichtwellenleiters (126, 128) bereitstellt. Verbinderanordnung (10) nach Anspruch 15, wobei das erste Kopplungsglied (26) an dem ersten elektro-optischen Bauelement (56) oder in dem ersten Kanal (346) und das zweite Kopplungsglied (28) an dem zweiten elektro-optischen Bauelement (58) oder in dem zweiten Kanal (348) befestigt sind. Verbinderanordnung (10) nach Anspruch 15 oder 16, wobei an dem Kontaktende (136, 138) des ersten und zweiten Lichtwellenleiters (126, 128) eine erste bzw. zweite Ferrule (146, 148) befestigt ist und das erste und zweite Anschlusselement (66, 68) einen ersten bzw. zweiten Hülsenabschnitt (86, 88) aufweist, derart, dass die erste und zweite Ferrule (146, 148) zum paarenden Verbinden in den ersten bzw. zweiten Hülsenabschnitt (86, 88) einsteckbar ist und der erste und zweite Kanal (346, 348) axial in den ersten bzw. zweiten Hülsenabschnitt mündet. Verbinderanordnung (10) nach Anspruch 17, wobei die erste und zweite Ferrule (146, 148) und das erste bzw. zweite Anschlusselement (66, 68) komplementäre Zentriermittel aufweisen. Verbinderanordnung (10) nach Anspruch 18, wobei der erste und zweite Kanal (346, 348) angrenzend an den Hülsenabschnitt (86, 88) jeweils eine Zentrierbuchse (96, 98) und die erste und zweite Ferrule (146, 148) jeweils einen hiermit komplementär zusammenwirkenden Zentrierabschnitt (176, 178) aufweisen. Verbinderanordnung (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der erste und zweite Lichtwellenleiter (126, 128) eine optische Faser umfasst, welche mit einem Schutzmantel (186, 188) versehen ist und der Schutzmantel im Bereich eines jeweiligen Kontaktendes (136, 138) der Lichtwellenleiter (126, 128) entfernt ist. Verbinderanordnung (10) nach Anspruch 20, wobei der erste und zweite Lichtwellenleiter (126, 128) in dem entmantelten Bereich unmittelbar von dem Zentrierabschnitt (176, 178) der jeweiligen Ferrule (146, 148) gefasst ist. Verbinderanordnung (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der erste und zweite Kanal (346, 348) zumindest in einen vorderen und hinteren Abschnitt (356, 358) unterteilt ist, wobei der Innendurchmesser des vorderen Abschnitts (336, 338) an den Durchmesser des jeweiligen Lichtwellenleiterabschnitts (316, 318) angepasst ist, derart dass der vordere Abschnitt (336, 338) der Kanäle (346, 348) eine Passung für den jeweiligen Lichtwellenleiterabschnitt (316, 318) bildet. Verbinderanordnung (10) nach Anspruch 22, wobei der Innendurchmesser des hinteren Abschnitts (356, 358) der Kanäle (346, 348) größer als derjenige des jeweiligen vorderen Abschnitts (336, 338) ist und die hinteren Abschnitte (356, 358) einen im wesentlichen dreiecksförmigen Querschnitt aufweisen. Verbinderanordnung (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Gegenverbinderaufnahme (16) durch einen an der Vorderseite (20) des Verbinders (12) offenen Hohlraum gebildet wird und die Anschlusselemente (66, 68) von der Rückseite (22) des Verbinders (12) in den Hohlraum hineinragen. Verbinderanordnung (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der erste (316) und der zweite (318) Lichtwellenleiterabschnitt unterschiedliche Durchmesser aufweisen. Verbinder (12) nach einem der vorstehenden Ansprüche mit einer Durchmesseranpassung mittels des Kopplungsglieds (26, 28) an eine dünne Glasfaser (126, 128).






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