DE19901186A1

DE19901186A1 - Optical fibre multichannel lens plug for optical signal communications

Info

Publication number: DE19901186A1
Application number: DE19901186A
Authority: DE
Inventors: Bernhard Holzmeier
Original assignee: Spinner GmbH
Current assignee: Spinner GmbH
Priority date: 1998-01-16
Filing date: 1999-01-14
Publication date: 1999-07-29

Abstract

The multichannel lens plug has a housing (11) provided with an index (11a) for indicating its angular position relative to a counter-plug (22), each channel provided by an optical fibre (a,b,c) aligned with a common focussing lens (1) with a diameter at least double the spacing of the optical fibre which is furthest from the center axis of the plug from the center axis.

Description

Die Erfindung betrifft einen LWL-Mehrkanallinsenstecker, mit einem Gehäuse, das ein Indexmittel zur Festlegung der Dreh stellung des Steckers in Bezug auf einen Gegenstecker hat, in dem je Kanal eine LWL-Faser gegenüber einer Fokussier einrichtung endet, die den aus jeder der Stirnflächen der LWL-Fasern austretenden Lichtstrahl in vorgegebener Weise bündelt.The invention relates to a fiber optic multichannel lens connector, with a housing that is an index means for determining the rotation position of the connector in relation to a mating connector, in which an optical fiber per channel versus a focussing device that ends from each of the end faces of the Optical fibers emerging light beam in a predetermined manner bundles.

Derartige Linsenstecker sind bekannt. Die Fokussiereinrich tung besteht aus ebenso vielen einzeln gehalterten Linsen wie LWL-Fasern in dem Stecker enden. Der Steckerkörper unterliegt sehr engen Fertigungstoleranzen, weil die op tische Achse jeder Linse sowohl mit der optische Achse der betreffenden LWL-Faser als auch mit der optische Achse der entsprechenden Linse des zu kuppelnden Gegensteckers fluch ten muß. Gewöhnlich befindet sich die Stirnfläche jeder LWL-Faser sowohl des Steckers als auch des Gegensteckers im (hinteren) Brennpunkt der zugeordneten Linse. Die Stirn fläche der betreffenden LWL-Faser wird somit etwa ins Un endliche abgebildet, so daß der Abstand, den korrespondie rende Linsen im gekuppelten Zustand von Stecker und Gegen stecker haben, unkritisch ist.Such lens connectors are known. The focusing device tung consists of as many individually held lenses how fiber optic fibers end in the connector. The connector body is subject to very tight manufacturing tolerances because the op table axis of each lens with both the optical axis of the fiber optic concerned as well as with the optical axis of the corresponding lens of the mating connector to be coupled must. Usually everyone's face is located FO fiber of both the connector and the mating connector in the (rear) focal point of the assigned lens. The forehead surface of the fiber optic concerned is thus approximately in the Un finite mapped so that the distance that correspond rende Lenses in the coupled state of the plug and counter plug, is not critical.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen LWL-Mehr kanallinsenstecker der einleitend angegebenen Gattung fer tigungstechnisch zu vereinfachen.The invention has for its object a fiber optic more channel lens connector of the initially specified type fer to simplify technical approval.

Diese Aufgabe ist bei dem Stecker der vorgeschlagenen Gat tung erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Fokussierein richtung aus einer einzigen kollimierenden Linse besteht, deren Durchmesser mindestens etwa das Doppelte des Abstandes beträgt, den die Stirnfläche der am weitesten von der Mit telachse des Steckers entfernten LWL-Faser von dieser Mit telachse hat, und daß das Indexmittel die Verbindung mit dem Gegenstecker nur in einer Stellung zuläßt, in der der Gegen stecker um 180° gedreht um die Mittelachse des Steckers ist.This task is for the connector of the proposed gat tion according to the invention solved in that the focusing direction consists of a single collimating lens, whose diameter is at least about twice the distance is the face of the furthest from the Mit The optical axis of the connector removed fiber optic from this Mit telachse, and that the index means the connection with the Mating connector only allows in a position in which the mating connector connector is rotated by 180 ° around the central axis of the connector.

Diese Konstruktion führt dazu, daß jede Stirnfläche einer LWL-Faser auf der Stirnfläche derjenigen LWL-Faser des Gegensteckers abgebildet wird, die der betrachteten LWL- Faser, bezogen auf die gemeinsame Mittelachse von Stecker und Gegenstecker, symmetrisch gegenüberliegt. Damit diese Seitenvertauschung nicht zu einer Vertauschung der Kanäle führt, stellt das Indexmittel sicher, daß sich Stecker und Gegenstecker nur in einer relativ zueinander um 180° gedreh ten Stellung kuppeln lassen. Dem Fachmann sind zahlreiche Möglichkeiten zur Verwirklichung einer solchen Indexierung in Form von Nase und Nut, Stift und Bohrung usw. bekannt. Für die Funktion des vorgeschlagenen Steckers kommt es auf die Art des Indexmittels nicht an. Wesentlich ist nur die Einhaltung einer engen Toleranz, denn die Winkeltoleranz des Indexmittels bestimmt die Genauigkeit, mit der die Stirn flächen aller LWL-Fasern auf die konjugierten Stirnflächen der LWL-Fasern im Gegenstecker abgebildet werden.This construction means that each end face one Optical fiber on the end face of that fiber Mating connector is mapped, which corresponds to the considered fiber optic Fiber, based on the common central axis of the connector and mating connector, symmetrically opposite. So that these Swap sides not to swap channels leads, the index means ensures that plug and Mating connector only rotated by 180 ° in relation to each other Have the th position coupled. The skilled person is numerous Possibilities for realizing such an indexing known in the form of nose and groove, pin and hole, etc. It comes down to the function of the proposed connector does not indicate the type of index medium. Only that is essential Adherence to a narrow tolerance, because the angular tolerance of the Index means determines the accuracy with which the forehead surfaces of all fiber optic fibers on the conjugated end faces of the fiber optic fibers are shown in the mating connector.

Bevorzugt ist die Linse eine Gradienten-Index-Stablinse (Anspruch 2), kurz GRIN-Linse (vgl. DE 39 18 975 A1). Dabei handelt es sich im Prinzip um eine Gradienten- Index- Faser, deren Durchmesser wesentlich größer als die Lichtwellenlänge ist. Die optischen Eigenschaften einer GRIN-Linse werden durch Übertragungsmatrizen vollständig charakterisiert. Der wesentliche Vorteil gegenüber klassischen Linsen ist, daß die Stirnfläche der LWL-Fasern an der in der Regel planen (hinteren) Fläche GRIN-Linse anliegen können. Das vermindert die Dämpfung infolge von Oberflächenreflexionen. Außerdem können die LWL-Fasern und deren Stirnflächen auch sehr weit von der in der Regel mit der Mittelachse des Steckers zu sammenfallenden optische Achse der GRIN-Linse entfernt und sogar in deren randnahen Bereich angeordnet sein.The lens is preferably a gradient index rod lens (Claim 2), GRIN lens for short (cf. DE 39 18 975 A1). Here it is basically a gradient index fiber, whose diameter is much larger than the light wavelength is. The optical properties of a GRIN lens are fully characterized by transfer matrices. Of the essential advantage over classic lenses is that usually plan the end face of the fiber optic fibers on the (rear) surface of the GRIN lens. That diminishes the attenuation due to surface reflections. Furthermore the fiber optic fibers and their end faces can also be very wide from the usually to the central axis of the connector coincident optical axis of the GRIN lens removed and even be arranged in the area near the edge.

Alternativ kann die Fokussiereinrichtung des vorgeschlagenen Steckers auch aus einer klassischen Linse bestehen. In diesem Fall beträgt der Durchmesser der Linse mindestens etwa das Vierfache des Abstandes der Stirnfläche der am weitesten von der Mittelachse des Steckers entfernten LWL- Faser von dieser Mittelachse (Anspruch 3), damit die Beu gungseffekte in vertretbaren Grenzen bleiben.Alternatively, the focusing device of the proposed Connector also consist of a classic lens. In in this case the diameter of the lens is at least about four times the distance of the end face of the am farthest from the center axis of the connector Fiber from this central axis (claim 3) so that the Beu effects remain within reasonable limits.

Solange das Prinzip der konjugierten Anordnung der Stirn flächen einander entsprechender LWL-Fasern im Stecker und im Gegenstecker eingehalten ist, ist die Lage der stirnflächen relativ zur Mittelachse des Steckers und zueinander weitge hend wahlfrei. Die stirnflächen können insbesondere in einer Zeile (Anspruch 4), rotationssymmetrisch zur Mittelachse des Steckers (Anspruch 5) oder in einem regelmäßigen Raster (Anspruch 6) angeordnet sein.As long as the principle of the conjugate arrangement of the forehead corresponding fiber optic fibers in the connector and in the Mating connector is observed, is the location of the end faces Weitge relative to the central axis of the plug and each other optional. The end faces can in particular in one Line (claim 4), rotationally symmetrical to the central axis of the Plug (claim 5) or in a regular grid (Claim 6) may be arranged.

Für viele Anwendungen ist es zweckmäßig, wenn die Stirn flächen der LWL-Fasern zumindest annähernd in der hinteren Brennebene der Linse liegen (Anspruch 7). Im Fall einer GRIN-Linse ist dies gleichzeitig die hintere Linsenober fläche, im Fall einer klassischen Linse gilt hingegen die übliche Definition.For many applications, it is useful if the forehead surface of the fiber optic fibers at least approximately in the rear Focal plane of the lens are (claim 7). In the case of one GRIN lens, this is also the back lens top area, in the case of a classic lens, however, the usual definition.

Der Gegenstecker wird in der Regel die gleichen optischen Eigenschaften wie der Stecker haben, so daß im Regelfall der Abbildungsmaßstab gleich eins ist. In Sonderfällen können jedoch auch ein von eins verschiedener Abbildungsmaßstab gewählt werden, usw. für den Stecker und den Gegenstecker, nur für einen der beiden oder für Stecker und Gegenstecker unterschiedlich. Dann sind selbstverständlich Kennzeichnun gen und/oder mechanische Ausbildungen von Stecker und Gegen stecker erforderlich, die Verwechslungen oder das Kuppeln inkompatibler Stecker und Gegenstecker verhindern.The mating connector is usually the same optical Have properties like the connector, so that the Magnification is one. In special cases but also a different imaging scale be selected, etc. for the connector and the mating connector, only for one of the two or for plugs and mating plugs differently. Then of course there are labels gene and / or mechanical training of plug and counter plug required, the mix-ups or the coupling Prevent incompatible connector and mating connector.

In der Zeichnung sind mehrere Ausführungsbeispiele eines LWL-Mehrkanallinsensteckers nach der Erfindung, überwiegend mit einem entsprechenden Gegenstecker, schematisch vereinf acht dargestellt. Es zeigt:In the drawing, several embodiments are one FO multi-channel lens connector according to the invention, predominantly with a corresponding mating connector, simplified schematically eight shown. It shows:

Fig. 1 das Grundprinzip für den Fall einer Zweikanal steckverbindung, Fig. 1 the basic principle of plug-in connection for the case of two-channel,

Fig. 2 ein vereinfachtes Ausführungsbeispiel einer Drei kanalsteckverbindung, Fig. 2 shows a simplified embodiment of a three-channel plug-in connection,

Fig. 3 ein Schema einer Achtkanalsteckverbindung, und Fig. 3 is a diagram of an eight-channel connector, and

Fig. 4 ein Ausführungsbeispiel eines Zweikanalsteckers mit GRIN-Linse. Fig. 4 shows an embodiment of a two-channel connector with a GRIN lens.

Gemäß Fig. 1 enden zwei LWL-Fasern a, b in der Brennebene F einer gemeinsamen, klassischen Linse 1, so daß die Stirn flächen der Fasern a, b sich in dem der Brennweite der Linse 1 entsprechenden Abstand f von deren Hauptebene befinden. Die Fasern a, b liegen symmetrisch zu der strichpunktiert dargestellten Achse, die in der Regel nicht nur die optische Mittelachse der Linse 1 sondern auch die mechanische Mittel achse des Steckers ist. Auf der gleichen Achse liegt in dem Abstand l eine weitere, klassische Linse 2, in deren hinte rer Brennebene F' mit dem der Brennweite der Linse 2 ent sprechenden Abstand f' die Stirnflächen von zwei LWL-Fasern a' und b' liegen. Die Stirnflächen der Fasern a, a' und b, b' sind in Bezug auf die Mittelachse zueinander konjugiert. Der Strahlengang ist in dieser und in weiteren Figuren der Betrachtungsweise der geometrischen Optik durch die jeweili gen Randstrahlen angedeutet. Der Abstand l der Linsen 1, 2 ist unkritisch, weil jede der Linsen von jeder der Faser stirnflächen ein reelles, umgekehrtes Bild im Unendlichen erzeugt. Da der eine Signalweg von der Faser a zur Faser a' und der andere Signalweg von der Faser b zu der Faser b' verläuft, ist die hier getroffene Unterscheidung in a, a' und b, b' für den Benutzer der Steckverbindung unerheblich.According to Fig. 1 forming two optical fibers a, b in the focal plane F of a common, conventional lens 1, so that the end faces of the fibers a, b in the corresponding to the focal length of the lens 1 distance f of the main plane. The fibers a, b lie symmetrically to the axis shown in dash-dotted lines, which is usually not only the optical center axis of the lens 1 but also the mechanical center axis of the connector. On the same axis lies in the distance l a further, classic lens 2 , in the rear focal plane F 'with the distance f' corresponding to the focal length of the lens 2 , the end faces of two optical fibers a 'and b'. The end faces of the fibers a, a 'and b, b' are conjugated to one another with respect to the central axis. The beam path is indicated in this and in other figures the way of looking at the geometric optics by the respective marginal rays. The distance l of the lenses 1 , 2 is not critical, because each of the lenses of each of the fiber end faces creates a real, inverted image in infinity. Since one signal path runs from fiber a to fiber a 'and the other signal path runs from fiber b to fiber b', the distinction made here in a, a 'and b, b' is irrelevant for the user of the plug connection.

Fig. 2 zeigt eine diesem Prinzip folgende, jedoch dreikana lige Steckverbindung, bestehend aus einem Stecker mit der Linse 1 in einem Gehäuse 11 und einem Gegenstecker mit der Linse 2 in einem Gehäuse 22. Stecker und Gegenstecker sind über eine Kupplungshülse 3 verbunden. Ein Indexmittel sorgt dafür, daß Stecker und Gegenstecker nur in der gezeichneten Stellung miteinander kuppelbar sind. Das Indexmittel besteht aus zwei um 180° versetzten und zu der Trennebene 4 der Steckverbindung symmetrischen, axialen Nuten 31 und 32 in der Kupplungshülse 3 sowie zu den Nuten komplementären Nasen 11a, 22a am Umfang der Steckergehäuse 11 bzw. 22. Fig. 2a zeigt einen Schnitt längs der Linie II-II in Fig. 2 und die durch das Zusammenwirken der Nase 22a mit der Nut 32 der Kupplungshülse 3 erzwungene Orientierung des Gegensteckers in Bezug auf die Kupplungshülse 3, dergegenüber der Stecker durch das Zusammenwirken seiner Nase 11a mit der Nut 31 orientiert ist. Die Kupplungshülse 3 könnte mit dem Stecker auch fest verbunden sein, in welchem Fall die Nase 11a und die Nut 31 überflüssig sind. Stecker und Gegenstecker können in der gekuppelten Stellung durch beliebige, an sich be kannte Mittel miteinander verriegelt sein. Fig. 2 shows a following this principle, but three-channel connector, consisting of a connector with the lens 1 in a housing 11 and a mating connector with the lens 2 in a housing 22nd Plug and mating connector are connected via a coupling sleeve 3 . An index means ensures that the connector and mating connector can only be coupled to one another in the position shown. The indexing means consists of two offset by 180 ° and symmetrical to the separating plane 4 of the plug connection, axial grooves 31 and 32 in the coupling sleeve 3 as well as to the grooves complementary tabs 11 a, 22 a at the periphery of the connector housings 11 and 22 respectively. Fig. 2a shows a section along the line II-II in Fig. 2 and the forced by the interaction of the nose 22 a with the groove 32 of the coupling sleeve 3 orientation of the mating connector with respect to the coupling sleeve 3 , the opposite of the connector by the interaction of its Nose 11 a with the groove 31 is oriented. The coupling sleeve 3 could also be firmly connected to the plug, in which case the nose 11 a and the groove 31 are superfluous. Plugs and mating plugs can be locked together in the coupled position by any means known per se.

Fig. 3 zeigt schematisch eine achtkanalige Linsensteckver bindung, bei der die links und rechts außen skizzierten Darstellungen verdeutlichen, daß die LWL-Fasern a bis h bzw a' bis h' raster- oder matrixartig angeordnet sind. Eine rotationssymmetrische Anordnung ist ebenfalls möglich. Auch eine zur Mittelachse unsymmetrische Anordnung im Stecker ist denkbar, sofern die Anordnung im Gegenstecker die Bedingung einhält, daß sich jeweils am Ort des von den Linsen 1 und 2 erzeugten, reellen Bildes der Stirnfläche jeder der Fasern des Steckers die Stirnfläche einer Faser des Gegensteckers befindet. Fig. 3 shows schematically an eight-channel Linsensteckver connection, in which the left and right outer outlines illustrate that the optical fibers a to h or a 'to h' are arranged in a grid or matrix. A rotationally symmetrical arrangement is also possible. An arrangement asymmetrical to the central axis in the plug is also conceivable if the arrangement in the mating connector meets the condition that the end face of a fiber of the mating connector is located at the location of the real image of the end face of each of the fibers of the plug generated by lenses 1 and 2 .

Fig. 4 zeigt einen Schnitt durch einen Zweikanallinsen stecker mit einer zylindrischen GRIN-Linse 5. Die Fasern a und b enden in dem Steckerstift 6 an der hinteren Fläche der GRIN-Linse 5, die von den Stirnflächen der Fasern a, b ein reelles, umgekehrtes Bild im Unendlichen erzeugt. Der Quer schnitt der GRIN-Linse 5 könnte durch weitere LWL-Fasern fast bis zum Umfang ausgenutzt werden. Die Indexmittel sind nicht dargestellt. Fig. 4 shows a section through a two-channel lens connector with a cylindrical GRIN lens 5th The fibers a and b terminate in the connector pin 6 on the rear surface of the GRIN lens 5 , which produces a real, inverted image in infinity of the end faces of the fibers a, b. The cross section of the GRIN lens 5 could be exploited almost to the extent of further optical fibers. The index means are not shown.

Claims

1. FO multi-channel lens connector, with a housing ( 11 ), which has an indexing means ( 11 a, 31 ) for determining the rotational position of the connector with respect to a mating connector and in each channel an optical fiber (a, b, c ) ge compared to a focusing device that bundles the light beam emerging from each of the end faces of the optical fibers in a predetermined manner, characterized in that the focusing device consists of a single collimating lens ( 1 ) whose diameter is at least approximately twice the distance, the end face of the most distant from the center axis of the connector LWL fiber (a or c) of this central axis, and that the index means ( 11 a, 31 ) the connection with the mating connector ( 22 , 2 ) only in one position permits, in which the mating connector is rotated by 180 ° around the central axis of the connector.

2. Plug according to claim 1, characterized in that the lens is a gradient index rod lens ( 5 ).

3. Plug according to claim 1, characterized in that the lens ( 1 ) is made of a transparent material which has an approximately constant refractive index and that the diameter of the lens is at least approximately four times the distance of the end face of the most wide from the central axis the fiber optic fiber removed (a or c) from this central axis.

4. Plug according to one of claims 1 to 3, characterized ge indicates that the end faces of the fiber optic fibers in are arranged in a row.

5. Plug according to one of claims 1 to 4, characterized ge indicates that the end faces of the fiber optic fibers ro tionally symmetrical to the central axis of the connector are arranged.

6. Plug according to one of claims 1 to 5, characterized ge indicates that the end faces of the fiber optic fibers (a to h) are arranged in a regular grid.

7. Plug according to one of claims 1 to 6, characterized in that the end faces of the optical fibers are in the rear focal plane of the lens ( 1 , 5 ).