DE3627687A1 - Vorrichtung zum justieren eines optischen kollimators - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Justieren eines optischen Kollimators relativ zu einer Bezugsebene.

In der optischen Nachrichtentechnik werden in verschiedenen Komponenten wie z. B. Wellenlängenmultiplexern, -demultiplexern, Schaltern, Steckverbindern und dgl. Kollimatoren eingesetzt. Ein solcher Kollimator z. B. in Gestalt einer Linse hat die Aufgabe, ein von einer eng begrenzten Lichtquelle, wie z. B. einem Lichtleitfaserkern oder einem elektrooptischen Sendeelement, ausgehendes divergentes Lichtbündel in ein aufgeweitetes Lichtbündel mit möglichst parallelem Strahlengang umzuwandeln. In Umkehrung dazu kann ein Kollimator verwendet werden, um ein aufgeweitetes Lichtbündel auf einen engen Fleck zu fokussieren, um das Licht beispielsweise in eine Lichtleitfaser oder eine Empfangsdiode einzukoppeln.

Das durch den Kollimator aufgeweitete Lichtbündel läßt eine recht große Justiertoleranz bzgl. seines lateralen Versatzes gegenüber einem in dem parallelen Strahlengang angeordneten optischen Element zu. Allerdings sind Kollimatoren sehr empfindlich in bezug auf Verkippung gegen die optische Achse.

Der maximal zulässige Kippwinkel ist gegeben durch die Beziehung

wobei f die Brennweite des Kollimators und d der maximal zulässige laterale Versatz eines optischen Elements gegenüber dem Brennfleck des Kollimators ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Justiervorrichtung für einen optischen Kollimator anzugeben, mit der auf einfache Weise eine sehr genaue Ausrichtung des Kollimators auf ein Licht aussendendes oder empfangendes optisches Element möglich ist.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Zweckmäßige Ausführungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.

An Hand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels wird nachfolgend die Erfindung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Justiervorrichtung.

Fig. 2 einen Querschnitt A-A durch die Justiervorrichtung und

Fig. 3 einen Querschnitt B-B durch die Justiervorrichtung.

Wie in der Fig. 1 dargestellt, ist in einer Bohrung 1 einer Gehäusewand 2 ein Kollimator in Form einer Kugellinse 3 angeordnet. Die Vorderseite der Gehäusewand 2 dient als Bezugsebene 4 für ein auf die Kugellinse 3 einfallendes Lichtbündel 5 mit parallelem Strahlengang. Das Lichtbündel 5 fällt aber zu der Flächennormalen 6 der Bezugsebene 4 unter einem Winkel ε geneigt ein. Damit nun die Kugellinse 3 dieses Lichtbündels 5 genau auf die Stirnseite einer Lichtleitfaser 7, welche in der Brennebene der Kugellinse 3 liegt, fokussiert, muß die Kugellinse zum einen bzgl. des Neigungswinkels ihrer optischen Achse 8 so justiert werden, daß die optische Achse 8 um den gleichen Winkel ε gegenüber der Flächennormalen 6 der Bezugsebene 4 geneigt ist wie das einfallende parallele Strahlenbündel 5. Zum anderen muß die Kugellinse 3 lateral zu ihrer optischen Achse, d. h. parallel zur Bezugsebene, so justiert werden, daß möglichst das gesamte einfallende Strahlenbündel 5 auf die Kugellinse 3 trifft.

Die Kugellinse 3 ist in dem Endbereich eines in die Bohrung 1 der Gehäusewand 2 gesteckten Röhrchens 9 untergebracht. Im Abstand f vom Mittelpunkt der Kugellinse 3 entfernt, das entspricht der Linsenbrennweite, endet eine in das Röhrchen 9 eingesetzte, die Lichtleitfaser 7 aufnehmende Kapillare 10.

Die oben erwähnte Winkeljustage und die laterale Justage des Kollimators geschieht mittels eines Rahmens 11, in den das Röhrchen 9 eingeklemmt wird. Der Rahmen 11, welcher mit der Gehäusewand 2 lösbar verbunden ist, besitzt zwei Klemmvorrichtungen 12 und 13. Die erste Klemmvorrichtung 12 umfaßt das Röhrchen 9 an seinem vom Kollimator 3 weiter entfernt liegenden Ende, und die zweite Klemmvorrichtung hält das Röhrchen 9 näher beim Kollimator 3.

Ein in Fig. 2 dargestellter Querschnitt A-A durch die Justiervorrichtung zeigt den Aufbau der ersten Klemmvorrichtung. Sie besteht aus zwei parallel zur Bezugsebene 4 ausgerichteten und rechtwinklig zueinander verlaufenden Schenkeln 14, 15 und vier Hebeln 16, 17, 18, 19, von denen zwei Hebel 16 und 17 an den einen Schenkel 14 und zwei Hebel 18, 19 an dem anderen Schenkel 15 mit einem ihrer Enden drehbar gelagert sind. Zwischen diesen vier Hebeln 16, 17, 18 und 19 wird das Röhrchen 9 eingesetzt, wobei die Hebel an vier über den Röhrchenumfang verteilten Stellen aufliegen.

Die Hebel 16, 17, 18, 19 weisen geschärfte Kanten 160, 170, 180, 190 auf, welche punktuelle Auflagen mit dem Röhrchen 9 bilden. Dadurch besteht zwischen den Hebeln und dem Röhrchen nur eine sehr geringe Haftreibung, so daß das Röhrchenende sehr leichtgängig durch Schwenken der Hebel innerhalb des Rahmens 11 verschoben werden kann. Eine derartige mit Hilfe der ersten Klemmvorrichtung durchgeführte Verschiebung des Röhrchenendes bewirkt ein Verkippen des gesamten Röhrchens 9 um die durch die zweite feststehende Klemmvorrichtung 13 gebildete Auflage. Somit läßt sich der Kollimator 3 mit seiner optischen Achse 8 genau parallel zum einfallenden Strahlenbündel 5 ausrichten. Das für diese Winkeljustage erforderliche Schwenken der Hebel 16, 17, 18 und 19 geschieht mittels in dem Rahmen 11 geführten Verstellschrauben 20, 21, 22 und 23, die auf die freien Hebelenden einwirken. Außerdem sind auf die Schrauben 20, 21, 22 und 23 Federn 24, 25, 26 und 27 gesteckt, welche die Hebel 16, 17, 18 und 19 gegen das Röhrchen 9 drücken.

Beim Justieren wird jeweils eine von zwei einander entgegengesetzt gerichteten Schrauben gelöst, und die andere Schraube wird gegen den zu ihr gehörenden Hebel gedreht, wobei dieser Hebel das Röhrchen gegen den gegenüberliegenden Hebel schiebt, der wiederum gegen die Feder auf der gelösten Schraube drückt. Dadurch ist eine spielfreie Winkeljustierung möglich. Selbst mit Schrauben, die ein relativ grobes Gewinde haben, läßt sich auf Grund der Hebelwirkungen des Röhrchens und der das Röhrchen einklemmenden Hebel eine sehr feine Winkeljustage des Kollimators durchführen. Nach der Winkeljustage werden die bisher zurückgedrehten Verstellschrauben an die Hebel herangeschraubt und dadurch das Röhrchen gegen Verkippen gesichert.

Der in Fig. 3 dargestellte Querschnitt B-B durch die Justiervorrichtung zeigt den Aufbau der zweiten Klemmvorrichtung. Sie besitzt zwei rechtwinklig zueinander angeordnete und parallel zur Bezugsebene 4 ausgerichtete Schenkel 28, 29, an denen je ein Hebel 30, 31 mit einem seiner Enden drehbar gelagert ist. Das Röhrchen wird zwischen den Schenkeln 28, 29 und den Hebeln 30, 31 eingeklemmt. Die Hebel 30 und 31 werden von Blattfedern 32 und 33 gegen das Röhrchen gedrückt. Wegen dieser federnden Lagerung besitzen die Hebel so viel Nachgiebigkeit, daß ein geringes Verkippen des Röhrchens am Ort der zweiten Klemmvorrichtung während der Winkeljustage möglich ist.

Wie schon in der Beschreibung der ersten Klemmvorrichtung ausgeführt, besitzen auch bei der zweiten Klemmvorrichtung die Hebel 30, 31 und die Schenkel 28, 29 an den dem Röhrchen 9 zugewandten Seiten geschärfte Kanten 280, 290, 300 und 310, welche für das Röhrchen 9 Auflagepunkte mit geringer Haftreibung bilden.

Nach der Winkeljustage erfolgt die Justierung des Kollimators 3 lateral zur Flächennormalen 6 der Bezugsebene 4. Dazu wird der gesamte Rahmen 11, in dem das Röhrchen 9 eingeklemmt ist, parallel zur Bezugsebene 4 mittels in der Gehäusewand 2 angeordneter Schrauben 34, 35, 36 und 37, die aus vier verschiedenen Richtungen auf den Rahmen 11 einwirken, verschoben. Auf die Schrauben 34, 35, 36 und 37 aufgesetzte und gegen den Rahmen 11 drückende Federn 38, 39, 40 und 41 ermöglichen eine spielfreie laterale Justage.

Der Rahmen 11 wird gegenüber der Gehäusewand 2 einerseits durch die bereits erwähnten Schrauben 35, 36, 37, 38 und andererseits durch zwei Federn 42, 43 gehalten, die sich an einem zur Gehäusewand 2 ortsfest angeordneten Widerlager 44 abstützen und den Rahmen 11 gegen die parallel zur Bezugsebene 4 verlaufende Innenseite der Gehäusewand 2 drücken. Dabei liegt der Rahmen nur mit drei Auflagepunkten 45, 46 und 47 an der Innenseite der Gehäusewand auf, um die Haftreibung bei der lateralen Justage zu verringern. Die drei Auflagepunkte 45, 46 und 47 liegen so weit auseinander, daß die durch die Federn 42 und 43 ausgeübten Druckkräfte innerhalb der durch die Auflagepunkte aufgespannten Dreiecksfläche angreifen und somit eine Verkippung des Rahmens 11 gegen die Gehäusewand 2 verhindert wird.

Die Bohrung 1 in der Gehäusewand 2 ist so groß bemessen, daß für das dadurch geführte Röhrchen 9 genügend Justierspielraum vorhanden ist. Der nach der Justierung in der Bohrung 1 verbleibende Raum um das Röhrchen wird zu dessen Fixierung mit einem Kleber 48 oder bei Forderung nach hermetischer Dichtheit mit Lot ausgefüllt. Nach der erfolgten Fixierung des Röhrchens 9 kann der Rahmen 11 abgenommen und für eine nächste Kollimatorjustierung verwendet werden.

Claims (3)

1. Vorrichtung zum Justieren eines optischen Kollimators relativ zu einer Bezugsebene, dadurch gekennzeichnet, daß der Kollimator (3) im Endbereich eines Röhrchens (9) angeordnet ist, daß das Röhrchen (9) in einem Rahmen (11) mit zwei Klemmvorrichtungen (12, 13) eingesetzt ist, von denen die erste Klemmvorrichtung (12) das Röhrchen (9) an einer weiter vom Kollimator (3) entfernt liegenden Stelle umgreift als die zweite Klemmvorrichtung (13), daß die erste Klemmvorrichtung (12) innerhalb des Rahmens (11) verschiebbar gelagert ist, so daß das Röhrchen (9) um eine durch die feststehende zweite Klemmvorrichtung (13) gebildeten Auflage gekippt werden kann, um den Kollimator (3) mit seiner optischen Achse (8) gegenüber der Flächennormalen (6) der Bezugsebene (4) zu verwinkeln, und daß der Rahmen (11) in Richtung parallel zur Bezugsebene (4) verschiebbar gelagert ist, so daß der Kollimator (3) lateral zu seiner optischen Achse (8) verschoben werden kann.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Klemmvorrichtung (12) aus vier Hebeln (16, 17, 18, 19) besteht, von denen jeweils zwei mit einem ihrer Enden an einem von zwei parallel zur Bezugsebene ausgerichteten und zueinander winklig verlaufenden Schenkel (14, 15) des Rahmens (11) drehbar gelagert sind, daß das Röhrchen (9) zwischen den vier Hebeln (16, 17, 18, 19), die an vier über den Röhrchenumfang verteilten Punkten aufliegen, eingeklemmt ist und daß an dem anderen freien Ende eines jeden Hebels (16, 17, 18, 19) jeweils eine in dem Rahmen (11) geführte Verstellschraube (20, 21, 22, 23) einwirkt, mit deren Hilfe der Hebel (16, 17, 18, 19) in eine gewünschte Position geschwenkt werden kann.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Klemmvorrichtung (13) zwei Hebel (30, 31) besitzt, von denen jeweils einer mit einem seiner Enden an einem von zwei parallel zur Bezugsebene (4) ausgerichteten und zueinander winklig verlaufenden Schenkeln (28, 29) des Rahmens (11) drehbar gelagert ist und daß das Röhrchen (9) zwischen den beiden Schenkeln (28, 29) und den beiden sich federnd gegen das Röhrchen (9) drückenden Hebeln (30, 31) eingeklemmt ist.