DE29724685U1 - Coupling device for optical fibers - Google Patents
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Description
Koppelvorrichtung für LichtleitfasernCoupling device for optical fibers
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Koppelvorrichtung für Lichtleitfasern, wobei an den Enden der Lichtleitfasern ein Schutzmantel entfernt wird, ein Bündel von Lichtleitfasern mit ihren Enden in eine Hülse geführt wird und die Hülse in radialer Richtung zusammengedrückt wird zur Klemmung der Lichtleitfasern innerhalb der Hülse.The invention relates to a method for producing a coupling device for optical fibers, wherein a protective sheath is removed at the ends of the optical fibers, a bundle of optical fibers is guided with their ends into a sleeve and the sleeve is compressed in the radial direction to clamp the optical fibers within the sleeve.
Ferner betrifft die Erfindung eine Koppelvorrichtung für Lichtleitfasern mit einer Hülse, die die Enden eines Bündels von Lichtleitfasern klemmend umgibt.Furthermore, the invention relates to a coupling device for optical fibers with a sleeve which clampingly surrounds the ends of a bundle of optical fibers.
Aus der DE 24 4 9 441 Al ist eine Koppelvorrichtung für Lichtleitfasern bekannt, die eine einen Endbereich eines Bündels von Lichtleitfasern umschließende Hülse aufweist. In der Hülse sind die Lichtleitfasern klemmend gehalten. Nachteilig an der bekannten Koppelvorrichtung ist, daß der randseitige Querschnitt der Hülse nicht vollständig durch die Lichtleitfasern ausgefüllt ist.From DE 24 4 9 441 A1 a coupling device for optical fibers is known which has a sleeve that encloses an end region of a bundle of optical fibers. The optical fibers are held in a clamped manner in the sleeve. A disadvantage of the known coupling device is that the edge cross-section of the sleeve is not completely filled by the optical fibers.
Aus der DE 43 09 3 88 C2 ist eine Koppelvorrichtung für Lichtleitfasern mit einer Hülse bekannt, die den Endbereich eines Bündels von Lichtleitfasern pressend umgibt. Zur Herstellung des Preßsitzes besteht die Hülse aus einem wärmeschrumpfbaren Material. Die entmantelten Enden der Lichtleitfasern werden unter Reckung in die Hülse eingeführt. Anschließend erfolgt eine Schrumpfung der Lichtleitfasern in der Länge, so daß ein Preßsitz der Lichtleitfasern in der Hülse gewährleistet ist. Auch diese Koppelvorrichtung ermöglicht kein vollständiges Ausfüllen der randseitigen Querschnittsflächen der Hülse durch die Lichtleitfasern.DE 43 09 3 88 C2 discloses a coupling device for optical fibers with a sleeve that press-fits the end area of a bundle of optical fibers. To create the press fit, the sleeve is made of a heat-shrinkable material. The stripped ends of the optical fibers are inserted into the sleeve while being stretched. The optical fibers are then shrunk lengthwise so that a press fit of the optical fibers in the sleeve is guaranteed. This coupling device also does not allow the optical fibers to completely fill the edge cross-sectional areas of the sleeve.
Aus der EP 0 468 723 Bl ist eine Koppelvorrichtung für Lichtleitfasern mit einer Hülse bekannt, die zum außenliegenden Rand verjüngend ausgebildet ist. Die in die Hülse eingeführtenFrom EP 0 468 723 Bl a coupling device for optical fibers is known with a sleeve which is tapered towards the outer edge. The
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entmantelten Lichtleitfasern werden unter Anwendung einer radialen Kraft zusammengedrückt und derart verformt, daß die randseitige Querschnittsfläche der Hülse vollständig durch die Enden der Lichtleitfasern ausgefüllt ist. Nachteilig an der bekannten Koppelvorrichtung ist, daß das vollständige Ausfüllen der randseitigen Querschnittsfläche der Hülse ausschließlich durch mechanische Verformung der Lichtleitfasern bzw. der Hülse erfolgt. Diese Verpressung erfolgt lediglich in einem Randbereich, wobei randseitig eine die Querschnittsfläche der Enden der Lichtleitfasern abdeckende transparente Abdeckung aufgeklebt ist. Zusätzlich ist es erforderlich, daß außerhalb des Randbereichs ein Klebstoff eingebracht wird zum Verbinden der Lichtleitfasern miteinander.The stripped optical fibers are pressed together using a radial force and deformed in such a way that the edge cross-sectional area of the sleeve is completely filled by the ends of the optical fibers. The disadvantage of the known coupling device is that the complete filling of the edge cross-sectional area of the sleeve is achieved solely by mechanical deformation of the optical fibers or the sleeve. This pressing only takes place in an edge area, with a transparent cover covering the cross-sectional area of the ends of the optical fibers being glued to the edge. In addition, it is necessary to apply an adhesive outside the edge area to connect the optical fibers to one another.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren zum Herstellen einer Koppelvorrichtung für Lichtleitfasern anzugeben, daß auf einfache Weise ein Ein- oder Auskoppeln von Licht um bzw. aus einem Bündel von Lichtleitfasern bei maximaler Lichtausbeute ermöglicht.The object of the present invention is therefore to provide a method for producing a coupling device for optical fibers, which enables light to be coupled in or out of a bundle of optical fibers in a simple manner with maximum light output.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist das erfindungsgemäße Verfahren dadurch gekennzeichnet, daß ein Endbereich des Bündels von Lichtleitfasern derart erwärmt wird, daß der Querschnitt der Hülse vollständig durch die Lichtleitfasern ausgefüllt ist und die Lichtleitfasern in der Hülse durch Preßverbindung gehalten sind.To achieve this object, the method according to the invention is characterized in that an end region of the bundle of optical fibers is heated in such a way that the cross section of the sleeve is completely filled by the optical fibers and the optical fibers are held in the sleeve by a press connection.
Durch die Erwärmung der Enden der Lichtleitfasern nach dem Festklemmen derselben innerhalb der Hülse wird ein vollständiges Ausfüllen der Querschnittsfläche der Hülse durch die Lichtleitfasern ermöglicht. Es wird eine homogene Querschnittsvergrößerung der Lichtleitfaserenden geschaffen, wobei die Lichtleitfasern im wesentlichen den gleichen Querschnitt aufweisen.By heating the ends of the optical fibers after they have been clamped inside the sleeve, the optical fibers can completely fill the cross-sectional area of the sleeve. A homogeneous cross-sectional enlargement of the optical fiber ends is created, whereby the optical fibers have essentially the same cross-section.
Vorzugsweise erfolgt die Erwärmung der Lichtleitfasern in einem Abschnitt, in dem die Lichtleitfasern nicht durch eine Ummantelung umhüllt sind. Hierdurch wird ein definierterPreferably, the heating of the optical fibers takes place in a section in which the optical fibers are not covered by a sheath. This creates a defined
Endbereich der Lichtleitfasern geschaffen, in dem dieselben einen erhöhten Querschnitt aufweisen.End region of the optical fibers is created in which they have an increased cross-section.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung werden die Lichtleitfasern in ihrem Endbereich kurzzeitig auf einen erhöhten Temperaturwert erwärmt. Dieser Temperaturwert liegt oberhalb einer Temperatur von 150° C, die unter anderem abhängig ist von einer vor dem Einführen der Lichtleitfaserenden in die Hülse erfolgten Reckung derselben.According to a further development of the invention, the optical fibers are briefly heated to an increased temperature in their end region. This temperature is above a temperature of 150° C, which depends, among other things, on the stretching of the optical fiber ends that takes place before they are inserted into the sleeve.
Ferner ist es Aufgabe der Erfindung, eine Koppelvorrichtung für Lichtleitfasern auszubilden, die eine zuverlässige Verbindung zwischen den Enden eines Bündels von Lichtleitfasern und einer die Enden umgebenden Hülse gewährleistet.Furthermore, it is an object of the invention to provide a coupling device for optical fibers which ensures a reliable connection between the ends of a bundle of optical fibers and a sleeve surrounding the ends.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist die erfindungsgemäße Koppelvorrichtung dadurch gekennzeichnet, daß das Material der Hülse und der Lichtleitfasern derart gewählt ist, daß infolge einer kurzzeitigen Erwärmung der Enden der Lichtleitfasern ein Preßsitz der Lichtleitfasern innerhalb der Hülse unter vollständiger Ausfüllung des Hülsenquerschnitts gebildet ist.To achieve this object, the coupling device according to the invention is characterized in that the material of the sleeve and the optical fibers is selected such that, as a result of a brief heating of the ends of the optical fibers, a press fit of the optical fibers is formed within the sleeve, completely filling the sleeve cross-section.
Die erfindungsgemäße Koppelvorrichtung ermöglicht auf einfache Weise eine dauerhafte Vergrößerung der Enden von Lichtleitfasern innerhalb einer dieselben umgebenden Hülse, wobei ein Kernbereich der Lichtleitfasern den korrespondierenden Abschnitt der Hülse vollständig ausfüllen. Das Material für die Hülse einerseits und für die Lichtleitfasern andererseits ist so gewählt, daß die Temperaturerhöhung lediglich eine plastische Verformung der Lichtleitfasern und nicht der Hülse bewirkt. Ferner ist die Wärmeeinwirkung auf die Lichtleitfasern nicht so hoch, daß die Lichtleitfasern miteinander verschmolzen würden.The coupling device according to the invention enables a permanent enlargement of the ends of optical fibers within a sleeve surrounding them in a simple manner, with a core area of the optical fibers completely filling the corresponding section of the sleeve. The material for the sleeve on the one hand and for the optical fibers on the other hand is selected such that the increase in temperature only causes a plastic deformation of the optical fibers and not the sleeve. Furthermore, the heat effect on the optical fibers is not so high that the optical fibers would fuse together.
Nach einer besonderen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die Hülse als zweistufige Hülse ausgebildet, wobei das äußere, mit einem geringeren Durchmesser versehene Hülsensegment einen Kernbereich der Lichtleitfasern umgibt.According to a particular embodiment of the device according to the invention, the sleeve is designed as a two-stage sleeve, wherein the outer sleeve segment, which has a smaller diameter, surrounds a core region of the optical fibers.
Über die gesamte Länge dieses äußeren Hülsensegments weist der Kernbereich der Lichtleitfasern einen erhöhten Querschnitt auf. Ein sich an das äußere Hülsensegment anschließendes innere Hülsensegment umschließt die Lichtleitfasern einschließlich einer Ummantelung. In diesem Abschnitt der Hülse weist der Kernbereich der Lichtleitfasern keinen erhöhten Querschnitt auf. Vorteilhaft sind die Lichtleitfasern über die gesamte Länge der Hülse in derselben klemmend gehalten, wobei zusätzlich im Bereich des äußeren Hülsensegments eine Verpressung der Lichtleitfasern infolge kurzzeitigen Aufwärmens gegeben ist.The core area of the optical fibers has an increased cross-section over the entire length of this outer sleeve segment. An inner sleeve segment adjoining the outer sleeve segment encloses the optical fibers including a sheath. In this section of the sleeve, the core area of the optical fibers does not have an increased cross-section. The optical fibers are advantageously held in the sleeve by clamping over the entire length of the sleeve, with the optical fibers additionally being compressed in the area of the outer sleeve segment as a result of brief heating.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert.An embodiment of the invention is explained in more detail below with reference to the drawings.
Es zeigen:Show it:
Figur 1: Eine Seitenansicht eines von einer Hülse umgebenden Endbereiches eines Bündels von Lichtleitfasern,Figure 1: A side view of an end region of a bundle of optical fibers surrounded by a sleeve,
Figur 2: eine Seitensansicht der Hülse und des abstehenden Endes des Bündels nach kurzzeitiger Erhitzung undFigure 2: a side view of the sleeve and the protruding end of the bundle after brief heating and
Figur 3: einen Teilquerschnitt eines äußeren Hülsensegments der Hülse mit den querschnittausfüllenden Lichtleiterfasern.Figure 3: a partial cross-section of an outer sleeve segment of the sleeve with the cross-section-filling optical fibers.
Figur 4: einen schematischen Längsschnitt der Hülse mit LichtleiternFigure 4: a schematic longitudinal section of the sleeve with light guides
Die erfindungsgemäße Kopplungsvorrichtung dient vorzugsweise zum Einkoppeln einer nicht dargestellten Lichtquelle in ein Bündel von Lichtleitfasern. Alternativ kann die Kopplungsvorrichtung auch zum Auskoppeln von durch die einzelnen Lichtleitfasern geführten Lichtstrahlen auf eine zu beleuchtende Fläche angewendet werden.The coupling device according to the invention is preferably used for coupling a light source (not shown) into a bundle of optical fibers. Alternatively, the coupling device can also be used for coupling out light beams guided through the individual optical fibers onto a surface to be illuminated.
Wie aus Figur 1 zu ersehen ist, besteht die Kopplungsvorrichtung aus einer stufenförmigen Hülse 1, die einen Endbereich eines Bündels von Lichtleitfasern 2 umgibt. Die Hülse 1 weist ein inneres Hülsensegment 3 auf, dessen Innendurchmesser zu dem Durchmesser des Bündels der Lichtleitfasern 2 korrespondiert.As can be seen from Figure 1, the coupling device consists of a stepped sleeve 1 which surrounds an end region of a bundle of optical fibers 2. The sleeve 1 has an inner sleeve segment 3 whose inner diameter corresponds to the diameter of the bundle of optical fibers 2.
Die Lichtleitfasern 2 bestehen jeweils aus einem Kernbereich mit einem zylinderförmigen Kern 5 und einem diesen umgebenden ringförmigen Überzug 6. Der Kern 5 besteht aus einem lichtübertragenden Material relativ hoher Brechkraft beispielweise PMMA, und der Überzug 6 besteht aus einem Material geringerer Lichtbrechkraft, beispielweise PTFE. Der Kernbereich 4 ist von einer lichtundurchlässigen Ummantelung umgeben.The optical fibers 2 each consist of a core region with a cylindrical core 5 and an annular coating 6 surrounding it. The core 5 consists of a light-transmitting material with a relatively high refractive power, for example PMMA, and the coating 6 consists of a material with a lower refractive power, for example PTFE. The core region 4 is surrounded by an opaque sheath.
In Richtung der Enden der Lichtleitfasern 2 schließt an dem inneren Hülsensegment 3 ein konusförmiges mittleres Hülsensegment 8 an, das in ein zylinderförmiges äußeres Hülsensegment 9 übergeht. Das äußere Hülsensegment 9 umschließt einen entmantelten Abschnitt des Bündels der Lichtleitfasern 2, wobei der Innendurchmesser des äußeren Hülsensegments 9 im wesentlichen zu dem Durchmesser des aus dem Kernbereich 4 bestehenden Bündels korrespondiert.In the direction of the ends of the optical fibers 2, a conical middle sleeve segment 8 adjoins the inner sleeve segment 3, which merges into a cylindrical outer sleeve segment 9. The outer sleeve segment 9 encloses a stripped section of the bundle of optical fibers 2, the inner diameter of the outer sleeve segment 9 essentially corresponding to the diameter of the bundle consisting of the core region 4.
Nachfolgend wird das Verfahren zum Herstellen der Koppelvorrichtung beschrieben. In einem ersten Schritt wird die Ummantelung 7 auf einer Länge von ca. 10 bis 15 mm von den einzelnen Lichtleitfasern 2 entfernt. Nachfolgend werden die Lichtleitfasern 2 als Bündel in die zweistufige Hülse 1 eingesetzt.The method for producing the coupling device is described below. In a first step, the sheath 7 is removed from the individual optical fibers 2 over a length of approximately 10 to 15 mm. The optical fibers 2 are then inserted as a bundle into the two-stage sleeve 1.
Die Enden der Lichtleitfasern 2 stehen aus der randseitigen Öffnung des äußeren Hülsensegments 9 etwa 0,5 mm heraus. Anschließend werden über die gesamte Länge der Hülse 1 radiale Kräfte auf die Hülse 1 ausgeübt, so daß die Lichtleitfasern 2 innerhalb der Hülse 1 klemmend gehalten sind. Vorzugsweise wird die Hülse mittels Prägewerkzeugen sternförmig gekrimpt. Anschließend wird das äußere Hülsensegment 9 einer kurzzeitigen Erhitzung unterzogen, so daß Lichtleitfasern 2 im gesamten Bereich des äußeren Hülsensegments 9 sich ausdehnen und die gesamte Querschnittssflache des äußeren Hülsensegments 9 vollständig ausfüllen. Dieser Anschwellvorgang erfolgt in einem Zeitintervall von 5 bis 10 Sekunden, wobei eine Anschwelltemperatur von mindestens 150° C auf die Lichtleitfasern 2 einwirkt. Vorzugsweise liegt die Anschwelltemperatur in einem Bereich zwischen 200° und 350° C. Die Anschwelltemperatur wird dabei so gewählt, daß der Kernbereich der Lichtleitfasern 2 plastisch verformbar ist, vorzugsweise der Überzug 6. Das Material für die Hülse 1 ist derart gewählt, daß die Hülse 1 in den Bereich der Anschwelltemperatur keine Formänderung erfährt. Die Hülse 1 kann beispielsweise aus einem Kunststoffmaterial oder aus einem metallischen Werkstoff bestehen.The ends of the optical fibers 2 protrude approximately 0.5 mm from the edge opening of the outer sleeve segment 9. Radial forces are then exerted on the sleeve 1 over the entire length of the sleeve 1 so that the optical fibers 2 are held in a clamped manner within the sleeve 1. The sleeve is preferably crimped in a star shape using embossing tools. The outer sleeve segment 9 is then subjected to brief heating so that the optical fibers 2 expand in the entire area of the outer sleeve segment 9 and completely fill the entire cross-sectional area of the outer sleeve segment 9. This swelling process takes place in a time interval of 5 to 10 seconds, with a swelling temperature of at least 150° C acting on the optical fibers 2. The swelling temperature is preferably in a range between 200° and 350° C. The swelling temperature is chosen so that the core area of the optical fibers 2 is plastically deformable, preferably the coating 6. The material for the sleeve 1 is chosen so that the sleeve 1 does not undergo any change in shape in the swelling temperature range. The sleeve 1 can be made of a plastic material or a metallic material, for example.
Alternativ können die Lichtleitfasern 2 auch vor dem Einsetzen in die Hülse 1 einer Reckung unterzogen worden sein, so daß die Formänderung der Lichtleitfasern 2 bei kurzzeitigen Erhitzen in Richtung einer Querschnittsvergrößerung erleichtert wird.Alternatively, the optical fibers 2 may also have been stretched before being inserted into the sleeve 1, so that the change in shape of the optical fibers 2 during brief heating in the direction of an increase in cross-section is facilitated.
Die kurzzeitige Erhitzung der Lichtleitfasern 2 bewirkt einen Preßsitz der Lichtleitfasern 2 innerhalb des äußeren Hülsensegments 9. Es bildet sich eine vergrößerte Koppeloberfläche aus, wobei die Lichtleitfasern 2 im Kernbereich 4 im wesentlichen wabenförmig ausgeformt sind. Es bildet sich somit automatisch eine optimale Ausnutzung der zylindrischen Querschnittsfläche der Hülse 1. Ferner läßt sich dadurch eine relativ hohe Packungsdichte von Lichtleitfasern 2 innerhalb des zylindrischen Hülsensegments 9 erzielen.The brief heating of the optical fibers 2 causes a press fit of the optical fibers 2 within the outer sleeve segment 9. An enlarged coupling surface is formed, with the optical fibers 2 in the core area 4 being essentially honeycomb-shaped. This automatically results in optimal utilization of the cylindrical cross-sectional area of the sleeve 1. Furthermore, this enables a relatively high packing density of optical fibers 2 within the cylindrical sleeve segment 9 to be achieved.
Abschließend werden die hervorstehenden Enden der Lichtleitfasern 2 bündig zu dem Rand des äußeren Hülsensegments 9 abgeschnitten.Finally, the protruding ends of the optical fibers 2 are cut flush with the edge of the outer sleeve segment 9.
Alternativ kann es vorteilhaft sein, den Rand des äußeren Hülsensegments 9 mit abzuschneiden. Der Schneidvorgang wird dabei durch den Preßsitz der Lichtleitfasern 2 innerhalb des äußeren Hülsensegments 9 erleichert. Der Schneidvorgang kann dabei durch ein Fräsen erfolgen.Alternatively, it may be advantageous to cut off the edge of the outer sleeve segment 9. The cutting process is facilitated by the press fit of the optical fibers 2 within the outer sleeve segment 9. The cutting process can be carried out by milling.
Figur 4 zeigt einen schematischen Längsschnitt durch die Hülse 1 nach abgeschlossener Bearbeitung. Durch die partielle Querschnittsänderung der Hülse 1 im Bereich des äußeren Hülsensegments 9 in Verbindung mit der Querschnittsänderung der Leitleitfasern 2 ergibt sich ein Formschluß zwischen der Hülse 1 und den Lichtleitfasern 2.Figure 4 shows a schematic longitudinal section through the sleeve 1 after processing has been completed. The partial change in the cross-section of the sleeve 1 in the area of the outer sleeve segment 9 in conjunction with the change in the cross-section of the conductive fibers 2 results in a positive connection between the sleeve 1 and the optical fibers 2.
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Legal Events
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