DE3911429A1

DE3911429A1 - DEVICE FOR ALIGNING TWO FIBER END OF LIGHT WAVE GUIDES

Info

Publication number: DE3911429A1
Application number: DE19893911429
Authority: DE
Inventors: Winfried Dr Lieber; Thomas Eder
Original assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Current assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Priority date: 1989-04-07
Filing date: 1989-04-07
Publication date: 1990-10-11

Abstract

At least two fixed, separate photosensitive surfaces (e.g. PD11, PD21) are provided, each of which is assigned to a fibre end (FE1, FE2) in such a manner that its shadow image (SF1, SF2), generated by the illumination, in each case only impinges on one of the photosensitive surfaces. From the separate electrical measurement signals (M11, M12) generated by the two photosensitive surfaces (PD11, PD21) the actuating variable for the positioning device (PE) for flush alignment of the fibre ends (FE1, FE2) is derived by comparison. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur fluchtenden Aus richtung zweier in einer Positioniereinrichtung gehaltener Fa serenden von Lichtwellenleitern, wobei die Faserenden durch eine quer zu ihrer Längsachse gerichtete Lichtstrahlung von außen beleuchtet sind und dadurch ein Abbild der Faserenden er zeugt wird.The invention relates to a device for aligning direction of two companies held in a positioning device serenden of optical fibers, the fiber ends through a radiation of light directed transversely to its longitudinal axis are illuminated on the outside and thereby an image of the fiber ends is fathered.

Eine Vorrichtung dieser Art ist aus der US-PS 45 06 947 bekannt, wobei ultraviolettes Licht auf die Stoßstellen zweier Faseren den von Lichtwellenleitern gerichtet ist. Diese Stoßstelle wird in zwei zueinander senkrecht verlaufenden Richtungen von opti schen Linsen einer Videokamera betrachtet und die so erhaltenen Bilder der Lage der Faserenden werden auf einem Bildschirm dar gestellt. Durch Betätigen entsprechender Manipulatoren kann dann die fluchtende Ausrichtung vorgenommen werden, wobei als Basis für diese Positionierung der infolge des flureszierenden Lich tes sich unterschiedlich abbildende Faserkern auf dem Bildschirm herangezogen wird. Derartige Verfahren für die Positionierung von Faserenden haben vor allem den Nachteil, daß der Aufwand relativ groß ist, so daß derartige Geräte kaum, z. B. für den Feldeinsatz, geeignet sind. Darüber hinaus ist es schwierig, die Faserkerne ausreichend gut darzustellen, weil deren Lichtbre chungsverhalten nicht allzu unterschiedlich von dem des Mantel glases ist. Auch erfordert eine solche Darstellung relativ hoch auflösende und damit teure Kamerasysteme.A device of this type is known from US-PS 45 06 947, with ultraviolet light on the joints of two fibers which is directed by optical fibers. This joint will in two mutually perpendicular directions from opti viewed lenses of a video camera and the thus obtained Images of the location of the fiber ends are shown on a screen posed. By actuating appropriate manipulators, you can then the aligned alignment is made, taking as a basis for this positioning due to the fluorescent light differently imaging fiber core on the screen is used. Such positioning procedures The main disadvantage of fiber ends is that the effort is relatively large, so that such devices hardly, for. B. for the Field use, are suitable. In addition, it is difficult to To display fiber cores sufficiently well because of their light width behavior not too different from that of the coat is glass. Such a representation also requires a relatively high level high resolution and therefore expensive camera systems.

Aus der EP-B1 00 30 108 ist eine Abgleicheinrichtung für die Positionierung zweier Lichtwellenleiterenden bekannt, bei dem in eines der Lichtwellenleiterenden ein Prüf-Licht eingeleitet wird, von dem bei nicht völlig exakter Ausrichtung der beiden Lichtwellenleiterenden nicht alles Licht im Kern weitergeleitet wird, sondern ein Teil außerhalb parallel zur Längsachse des zweiten Lichtwellenleiters an diesem entlang läuft. Zur Erfas sung dieses der Fehlpositionierung proportionalen Anteils des außen verlaufenden Lichtes sind vier sektorförmige fotoempfind liche Elemente in einer Ebene quer zur Längsachse des Lichtwel lenleiters angeordnet, wobei diesen lichtempfindlichen Elemen ten entsprechende Auswerteschaltungen zugeordnet sind, welche aufgrund der von den einzelnen Sektoren herrührenden Meßsignale die Größe und Richtung der Fehlpositionierung bestimmen und eine entsprechende Nachregelung mittels Stellelementen ermöglichen. Der Nachteil einer derartigen Anordnung besteht vor allem darin, daß die lichtempfindlichen sektorförmigen Elemente erst auf den Lichtwellenleiter aufgesteckt werden müssen. Dabei wäre eigent lich zur möglichst genauen Messung ein Schiebesitz der licht empfindlichen Elemente notwendig, weil jedes seitliche Spiel der lichtempfindlichen Elemente sich unmittelbar in einem Meß fehler niederschlägt. Außerdem ist nachteilig, daß, weil nur die Spitzen der Sektoren im Bereich des Mantels des Lichtwellen leiters liegen, dort auch die geringste Lichtmenge aufgenommen wird (wegen der kleinen Flächen der lichtempfindlichen Elemen te). Die Empfindlichkeit der Anordnung nimmt also mit abnehmen der Fehlpositionierung zunehmend ab, so daß der feine Endabgleich nur relativ ungenau durchführbar ist. Außerdem ist bei diesem Meßverfahren vorausgesetzt, daß in einem der Lichtwellenleitern Licht eingekoppelt wird.EP-B1 00 30 108 describes a matching device for the Positioning two fiber optic ends known in the a test light is introduced into one of the fiber optic ends with which the two are not completely exactly aligned Fiber optic ends did not transmit all light in the core is, but a part outside parallel to the longitudinal axis of the second optical fiber runs along this. For registration solution of the proportion of the outside light is four sector-shaped photosensitive liche elements in a plane transverse to the longitudinal axis of the light world lenleiters arranged, these photosensitive elements corresponding evaluation circuits are assigned which due to the measurement signals originating from the individual sectors determine the size and direction of the mispositioning and one enable appropriate readjustment using control elements. The main disadvantage of such an arrangement is that that the light-sensitive sector-shaped elements only on the Optical fibers must be plugged on. It would be For a measurement that is as accurate as possible, a light sliding seat sensitive elements necessary because every side play of the photosensitive elements directly in one measurement error is reflected. Another disadvantage is that because only the tops of the sectors in the area of the cladding of light waves conductor, the smallest amount of light is recorded there (due to the small areas of the photosensitive elements te). The sensitivity of the arrangement decreases with it the incorrect positioning increasingly decreases, so that the fine final adjustment is only relatively imprecise. Besides, this one Measuring method provided that in one of the optical fibers Light is injected.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, in be sonders einfacher und wirkungsvoller Weise eine Bestimmung der Fehlpositionierung zweier Faserenden von Lichtwellenleitern zu erreichen und dabei trotzdem eine hohe Genauigkeit bezüglich der Positionierung auch im Endbereich der Ausrichtung sicherzu stellen. Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe bei einer Vor richtung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß minde stens zwei feststehende, getrennte fotoempfindliche Flächen vor gesehen sind, von denen jede einem Faserende derart zugeordnet ist, daß jedes durch die Beleuchtung erzeugte Schattenbild je weils nur auf eine der fotoempfindlichen Flächen fällt und daß aus den durch die beiden fotoempfindlichen Flächen erzeugten getrennten elektrischen Meßsignalen durch Vergleich die Stell größe für die Positioniereinrichtung zur fluchtenden Ausrichtung der Faserenden abgeleitet ist.The present invention has for its object in be a particularly simple and effective way of determining the Mispositioning of two fiber ends of optical fibers achieve and still high accuracy regarding positioning even in the end area of the alignment put. According to the invention, this object is in front Direction of the type mentioned solved in that mind at least two fixed, separate photosensitive surfaces are seen, each of which is assigned to a fiber end in this way is that every silhouette created by the lighting ever because it only falls on one of the photosensitive surfaces and that from those generated by the two photosensitive surfaces separate electrical measurement signals by comparing the position size for the positioning device for aligned alignment the fiber ends is derived.

Die fotoempfindlichen Flächen nach der Erfindung brauchen nicht auf die Lichtwellenleiter in Längsrichtung aufgeschoben werden, sondern liegen lediglich in einer definierten Position mit Ab stand zu den Faserenden. Die Erfindung ist weiterhin unabhängig von der Größe des Außendurchmessers der Faserenden einsetzbar und die Empfindlichkeit ist weitgehend unabhängig von der Größe der jeweiligen Fehlpositionierung.The photosensitive surfaces according to the invention do not need be pushed onto the optical fibers in the longitudinal direction, but are only in a defined position with Ab stood by the fiber ends. The invention is still independent usable from the size of the outer diameter of the fiber ends and the sensitivity is largely independent of size the respective incorrect positioning.

Weiterbildungen der Erfindung sind in Unteransprüchen wiederge geben.Developments of the invention are in the dependent claims give.

Die Erfindung und ihre Weiterbildungen werden nachfolgend an hand von Zeichnungen näher erläutert, es zeigtThe invention and its developments are described below hand explained in more detail by drawings, it shows

Fig. 1 den Gesamtaufbau einer erfindungsgemäßen Positionier vorrichtung in perspektivischer Darstellung, Fig. 1 shows the overall configuration of a positioning device according to the invention in perspective view;

Fig. 2 in Draufsicht in vergrößerter Darstellung die Lage von vier fotoempfindlichen Flächen bezüglich der Faserenden, Fig. 2 in top view in enlarged representation of the location of four photo-sensitive surfaces with respect to the fiber ends,

Fig. 3 in perspektivischer Darstellung schematisch eine Anord nung, welche die genaue Ausrichtung der Faserenden in zwei zu einander senkrechten Ebenen zuläßt, Fig schematically drying. 3 in a perspective view a Anord which permits the precise alignment of the fiber ends in two mutually perpendicular planes,

Fig. 4 eine Schaltung für die Auswertung der Meßsignale, Fig. 4 shows a circuit for the evaluation of the measurement signals,

Fig. 5 in schematischer Darstellung eine weitere Möglichkeit bezüglich der Ausbildung der fotoempfindlichen Flächen und Fig. 5 is a schematic representation of another way with respect to the formation of the photosensitive surfaces and

Fig. 6 eine Anordnung mit acht fotoempfindlichen Flächen. Fig. 6 shows an arrangement with eight photosensitive surfaces.

In Fig. 1 sind zwei Lichtwellenleiter LW 1, LW 2 dargestellt, die miteinander, beispielsweise durch Schweißen, verbunden werden sollen. Im Endbereich ist die Beschichtung (coating) der Licht wellenleiter entfernt und die blanken Faserenden FE 1, FE 2 sind in den entsprechenden Halteeinrichtungen HR 1, HR 2 bekannter Bauart (z. B. Manipulatoren) gehalten. Diese Halteeinrichtungen HR 1 und HR 2 sind auf einer gemeinsamen Grundplatte GP angeordnet, wobei mindestens eine der Halteeinrichtungen, im vorliegenden Beispiel HR 2, durch ein entsprechendes Stellglied CTU zumindest in einer Richtung quer zur Faserlängsachse verschiebbar ausge bildet ist. Im vorliegenden Beispiel ist angenommen, daß eine Bewegung in allen drei Richtungen, nämlich x (Querrichtung) y (nach oben oder unten) und z (in Faserlängsrichtung) möglich ist. Über eine Lichtquelle LQ (weißes Licht, insbesondere einer Halogenlampe) wird mittels einer Linse LS 1 ein Lichtstrahl LE auf die Faserenden FE 1 und FE 2 gerichtet, wobei durch diese Fa serenden FE 1 und FE 2 eine Abschattung des Lichtstrahls LE ein tritt. Über eine nachfolgende Linse LS 2 werden die Faserenden FE 1 und FE 2 in ihren Schatten auf vier fotoempfindliche Flächen PD 11, PD 12, PD 21 und PD 22 (z. B. Photodioden) abgebildet, die in Fig. 2 in vergrößerter Darstellung gezeichnet sind. In Wirk lichkeit liegen die vier fotoempfindlichen Flächen auf der Grundplatte GP und zwar im Bereich der Öffnung OP. Die ver setzte Darstellung nach Fig. 1 (und Fig. 3) wurde nur gewählt, um die zeichnerische Darstellung zu vereinfachen und übersicht licher zu gestalten.In Fig. 1 two optical waveguide LW 1 represented LW 2 to be connected with each other for example by welding. In the end area, the coating (coating) of the optical waveguide is removed and the bare fiber ends FE 1 , FE 2 are held in the corresponding holding devices HR 1 , HR 2 of a known type (for example manipulators). These holding devices HR 1 and HR 2 are arranged on a common base plate GP , at least one of the holding devices, in the present example HR 2 , being displaceably formed by a corresponding actuator CTU at least in one direction transverse to the longitudinal axis of the fiber. In the present example it is assumed that a movement in all three directions, namely x (transverse direction) y (up or down) and z (in the longitudinal direction of the fiber) is possible. A light source LQ (white light, in particular a halogen lamp) is directed by a lens LS 1, a light beam LE onto the fiber ends FE 1 and FE 2, wherein serenden by this Fa FE 1 and FE 2 enters a shadowing of the light beam LE a. Via a subsequent lens LS 2 , the fiber ends FE 1 and FE 2 are imaged in their shadows on four photosensitive surfaces PD 11 , PD 12 , PD 21 and PD 22 (e.g. photodiodes), which are drawn in an enlarged view in FIG. 2 are. In reality, the four photosensitive surfaces on the base plate GP are in the area of the opening OP . The ver set representation according to Fig. 1 (and Fig. 3) was only chosen to simplify the graphic representation and to make it clearer.

Die Abbildungen der Schatten der Faserenden FE 1 und FE 2 sind schraffiert dargestellt und mit SF 1, SF 2 bezeichnet.The images of the shadows of the fiber ends FE 1 and FE 2 are shown hatched and labeled SF 1 , SF 2 .

Wie aus der Fig. 2 deutlicher hervorgeht, sind die fotoempfind lichen Flächen PD 11-PD 22 jeweils spiegelbildlich, d. h. symme trisch zur idealen Längsachse LAS ausgerichtet, wobei unter idealer Längsachse diese Richtung verstanden wird, bei der die beiden Faserenden genau fluchtend verlaufen. Im vorliegenden Beispiel ist angenommen, daß das Faserende FE 1 bereits genau ausgerichtet ist bzw. seine Längsachse als Bezugsachse verwen det wird, so daß die beiden Schattenanteile SF 11 und SF 12 des Faserendes FE 1 sich gleichmäßig auf die beiden fotoempfindlichen Flächen PD 11 und PD 12 verteilen. Das bedeutet, daß die beiden Meßsignale M 11 und M 12, welche von diesen beiden fotoempfindli chen Flächen PD 11 und PD 12 erzeugt werden, gleich groß sind. Dagegen ist das Faserende FE 2 mit seiner Längsachse LA 2 gegen die ideale Längsachse LAS versetzt und zwar so, daß der größere Teil des Schatten des Faserendes FE 2 auf die fotoempfindliche Fläche PD 21 fällt, während nur ein kleiner Teil des Schattens, nämlich SF 22, auf die fotoempfindliche Fläche PD 22 trifft. Dies hat zur Folge, daß das Meßsignal M 22 der lichtempfindlichen Fläche PD 22 größer ist als das Meßsignal M 21 der lichtempfind lichen Fläche PD 21.As can be seen more clearly from FIG. 2, the photosensitive surfaces PD 11 - PD 22 are each mirror images, ie symmetrical to the ideal longitudinal axis LAS , whereby the ideal longitudinal axis is understood to mean this direction in which the two fiber ends are exactly aligned. In the present example it is assumed that the fiber end FE 1 is already precisely aligned or its longitudinal axis is used as a reference axis, so that the two shadow portions SF 11 and SF 12 of the fiber end FE 1 are uniform on the two photosensitive surfaces PD 11 and PD Distribute 12 . This means that the two measurement signals M 11 and M 12 , which are generated by these two photosensitive surfaces PD 11 and PD 12 , are of the same size. In contrast, the fiber end FE 2 with its longitudinal axis LA 2 is offset from the ideal longitudinal axis LAS in such a way that the greater part of the shadow of the fiber end FE 2 falls on the photosensitive surface PD 21 , while only a small part of the shadow, namely SF 22 , meets the photosensitive surface PD 22 . This has the consequence that the measurement signal M 22 of the photosensitive surface PD 22 is larger than the measurement signal M 21 of the photosensitive surface PD 21st

Wie in Fig. 1 schematisch angedeutet ist, werden die so gewon nenen Meßsignale M 11-M 22 der vier fotoempfindlichen Flächen PD 11-PD 22 zu einem Komparator COM übertragen, wo der Ver gleich jeweils zweier einem Faserende zugeordneter lichtempfind licher Flächen vorgenommen wird, also der Vergleich der Meßsig nale M 11 und M 12 auf der einen Seite sowie M 21 und M 22 auf der anderen Seite. Im vorliegenden Beispiel ist dies für die Schat tenverteilung gemäß Fig. 2 in Fig. 1 mittels einer Anzeige einrichtung (Display) DPL nochmals dargestellt, aus der deut lich ersichtlich ist, daß das Meßsignal M 11 genauso groß ist wie das Meßsignal M 12, während das Meßsignal M 21 kleiner ist als das Meßsignal M 22.As indicated schematically in FIG. 1, the measurement signals M 11 - M 22 of the four photosensitive areas PD 11 - PD 22 thus obtained are transmitted to a comparator COM , where the comparison of two photosensitive areas assigned to one fiber end is carried out, So the comparison of the measurement signals M 11 and M 12 on one side and M 21 and M 22 on the other side. In the present example, this is shown again for the shadow distribution according to FIG. 2 in FIG. 1 by means of a display device (display) DPL , from which it can be clearly seen that the measurement signal M 11 is as large as the measurement signal M 12 , while the measurement signal M 21 is smaller than the measurement signal M 22 .

Es besteht nun die Möglichkeit von Hand durch die der Halteein richtung HR 2 zugeordneten Manipulatoren (z. B. Drehköpfe) das Faserende FE 2 so lange zu verschieben, bis sein Schatten sich symmetrisch auf die beiden fotoempfindlichen Flächen PD 21 und PD 22 verteilt, also eine Lage einnimmt wie es die Schattenfläche SF 1 des Faserendes FE 1 aufweist. In diesem Fall würden die bei den Meßsignale M 21 und M 22 auf der Anzeigeeinrichtung DPL gleich groß werden, was der Bedienungsperson anzeigen würde, daß die beiden Faserenden FE 1 und FE 2 bezüglich der x-Richtung, exakt fluchtend ausgerichtet sind.There is now the possibility to move the fiber end FE 2 by hand through the manipulators assigned to the holding device HR 2 (e.g. rotary heads) until its shadow is distributed symmetrically on the two photosensitive surfaces PD 21 and PD 22 , that is occupies a position as it has the shadow area SF 1 of the fiber end FE 1 . In this case, the measurement signals M 21 and M 22 on the display device DPL would be the same size, which would indicate to the operator that the two fiber ends FE 1 and FE 2 are exactly aligned with respect to the x direction.

Ein automatischer Betrieb ist möglich, wenn die vom Komparator COM gelieferten Differenzsignale der Stellgröße M 22-M 21 über eine Regeleinrichtung CTR dem elektrisch betätigbaren Stell glied CTU zugeleitet wird, welches über Stellelemente die rich tige Positionierung der Halterung HR 2 über die Steuerleitung SMX bewirkt. Automatic operation is possible if the differential signals of the manipulated variable M 22 - M 21 supplied by the comparator COM are fed to the electrically actuated actuator CTU via a control device CTR , which causes the correct positioning of the bracket HR 2 via control elements SMX via control elements.

Zwar erfolgt die Ausrichtung der Faserenden FE 1 und FE 2 bei der Erfindung ohne Beachtung der Lage des Kernmaterials, wobei je doch zu beachten ist, daß die Exentrizität der Kernmaterialien heute bei Monomodefasern innerhalb so enger Toleranzbereiche liegt, daß eine derartige Ausrichtung auf die Außenkontur (Man telmaterial) der Faserenden ausreichend ist. Dafür bietet die erfindungsgemäße Vorrichtung den Vorteil, daß sie sehr einfach aufgebaut ist, schnell und zuverlässig auch von ungeübten Per sonal gehandhabt werden kann und vor allem, auch wegen des ge ringen Bauteileaufwandes und der einfachen Konstruktion mit be sonderem Vorteil für den Feldeinsatz einsetzbar ist.Although the alignment of the fiber ends FE 1 and FE 2 takes place in the invention without taking into account the position of the core material, it should nevertheless be noted that the eccentricity of the core materials in single-mode fibers today is within such narrow tolerance ranges that such an alignment with the outer contour ( Man telmaterial) the fiber ends is sufficient. For this, the device according to the invention has the advantage that it has a very simple structure, can be handled quickly and reliably even by inexperienced personnel and, above all, can also be used with particular advantage for field use because of the low number of components and the simple construction.

Ergänzend ist darauf hinzuweisen, daß nicht notwendigerweise vier fotoempfindliche Flächen vorgesehen werden müssen. Wie sich aus Fig. 2 ergibt, würde bereits z. B. mit zwei foto empfindlichen Flächen PD 11 und PD 21 eine Meßgröße für die Po sitionierung des Faserendes FE 2 zur Verfügung stehen, weil wie aus dem unteren Teil der Anzeigeeinrichtung DPL ersichtlich ist, dort die beiden Meßgrößen M 11 und M 21 durch ihre unter schiedliche Größe bereits die Fehlpositionierung wiedergeben. Jede der beiden fotoempfindlichen Flächen müßte einem Faserende zugeordnet sein, wie dies bei PD 11 und PD 21 der Fall ist.In addition, it should be pointed out that four photosensitive surfaces do not necessarily have to be provided. As can be seen from Fig. 2, z. B. with two photo-sensitive surfaces PD 11 and PD 21, a measured variable for the po sitioning of the fiber end FE 2 are available because, as can be seen from the lower part of the display device DPL , there the two measured variables M 11 and M 21 by their under different sizes already reflect the incorrect positioning. Each of the two photosensitive surfaces would have to be assigned to one fiber end, as is the case with PD 11 and PD 21 .

Der Vorteil von vier fotoempfindlichen Flächen PD 11-PD 22, wie sie in den Fig. 1 und 2 dargestellt sind, besteht jedoch da rin, daß die Ausrichtung auch dann exakt gemessen werden kann, wenn in der z-Richtung (Richtung der Faserlängsachse) eine un terschiedliche Positionierung der Faserenden FE 1 und FE 2 bezüg lich einer idealen Stoßstellenebene (angedeutet durch die Linie SB) nicht vorhanden ist. Beispielsweise liegt der Schatten SF 1 des Faserendes FE 1 weiter von dieser Linie SB entfernt als der Schatten SF 2 des Faserendes FE 2. Wenn nunmehr die Meßsignale M 11 und M 12 des Faserendes FE 1 einerseits und die Meßsignale M 21 und M 22 des Faserendes FE 2 miteinander verglichen werden, dann kann ausreichend genau mit relativen Meßgrößen gemessen werden und es ist nicht notwendig mit absoluten Größen zu arbeiten, d. h. die genaue Ausrichtung in der z-Richtung, z. h. bezüglich der Linie SB zu beachten. Voraussetzung ist allerdings, daß je weils der Schatten der Faserenden FE 1 und FE 2 nur auf jeweils zwei gegenüberliegenden fotoempfindlichen Flächen, also PD 11 und PD 12 einerseits bzw. PD 21 und PD 22 andererseits fällt, d. h. daß die Schattenbilder SF 1 und SF 2 die Linie SB ebenfalls noch er reichen aber nicht überschreiten.However, the advantage of four photosensitive surfaces PD 11 - PD 22 , as shown in FIGS. 1 and 2, is that the alignment can also be measured precisely when in the z direction (direction of the fiber longitudinal axis) there is no different positioning of the fiber ends FE 1 and FE 2 with respect to an ideal joint plane (indicated by the line SB) . For example, the shadow SF 1 of the fiber end FE 1 is further away from this line SB than the shadow SF 2 of the fiber end FE 2 . If the measurement signals M 11 and M 12 of the fiber end FE 1 on the one hand and the measurement signals M 21 and M 22 of the fiber end FE 2 are now compared with one another, then measurements can be carried out with sufficient accuracy and it is not necessary to work with absolute values, ie the exact alignment in the z direction, zh with respect to the line SB must be observed. The prerequisite, however, is that the shadow of the fiber ends FE 1 and FE 2 only falls on two opposite photosensitive surfaces, that is PD 11 and PD 12 on the one hand and PD 21 and PD 22 on the other hand, that is to say that the shadow images SF 1 and SF 2 The line SB can also be reached but not exceeded.

Die Verwendung von vier fotoempfindlichen Flächen PD 11-PD 22 und die doppelte Differenzbildung (Signal von PD 11 - Signal von PD 12) - (Signal von PD 21 - Signal von PD 22) = 0 schafft außer dem den Vorteil, daß die Längsachse des festen Faserendes (hier FE 1) nicht mit der Achse LAS zusammenfallen muß. Dies hat zur Folge, daß auch die beiden Schattenanteile SF 11 und SF 12 sich nicht zwangsweise gleichmäßig auf die beiden fotoempfindlichen Flächen PD 11 und PD 12 verteilen müssen. Es kommt also z. B. auch dann zu einem Null-Abgleich, wenn beide Faserenden fluchtend verlaufen, aber beide um 10% mit ihrer Längsachse gegen LAS versetzt sind, wobei allerdings eine symmetrische Anordnung be züglich der Querachse SB vorausgesetzt wird.The use of four photosensitive surfaces PD 11 - PD 22 and the double difference formation (signal from PD 11 - signal from PD 12 ) - (signal from PD 21 - signal from PD 22 ) = 0 also creates the advantage that the longitudinal axis of the fixed fiber end (here FE 1 ) does not have to coincide with the axis LAS . The result of this is that the two shadow components SF 11 and SF 12 do not necessarily have to be evenly distributed over the two photosensitive surfaces PD 11 and PD 12 . So it comes z. B. also to a zero adjustment if both fiber ends are aligned, but both are offset by 10% with their longitudinal axis against LAS , although a symmetrical arrangement with respect to the transverse axis SB is required.

Die Schlitzbreite, welche zwischen einander gegenüber liegenden fotoempfindlichen Flächen, also z. B. PD 11 und PD 12 auftritt (d. h. längs der idealen Achse LAS) sollte so klein wie möglich und nicht größer gewählt werden als 10 µm. In der gleichen Größenordnung sollte auch die Spaltbreite längs der Achse SB liegen.The slot width, which lies between opposing photosensitive surfaces, e.g. B. PD 11 and PD 12 occurs (ie along the ideal axis LAS) should be chosen as small as possible and not larger than 10 microns. The gap width along the axis SB should also be of the same order of magnitude.

Um eine Ausrichtung auch in Richtung der y-Achse durchzuführen , ist entsprechend Fig. 3 neben der ersten Gruppe GR von licht empfindlichen Flächen PD 11-PD 22 (analog Fig. 1 und Fig. 2) eine zweite Gruppe GR* von vier lichtempfindlichen Elementen PD 11*-PD 22* vorzusehen, welche in einer Ebene senkrecht zur Ebene der Gruppe GR angeordnet werden. Darüberhinaus ist eine zweite Lichtquelle LQ* vorzusehen, deren Strahlverlauf senk recht zu dem der Lichtquelle LQ verläuft und welche ein Schat tenbild auf den Elementen der Gruppe GR* erzeugt. Über jeweils getrennte Komparatoren COMX und COMY werden die vier Meßsignale MR und MR* der Gruppen GR und GR* in der im Zusammenhang mit Fig. 1 und Fig. 2 beschriebenen Weise ausgewertet und so Stellsignale SMX und SMY erzeugt, welche eine Verschiebung und exakte Positionierung sowohl in x-Richtung als auch in y-Rich tung ermöglichen.In order to perform an alignment in the direction of the y axis, corresponding to Fig 3 adjacent to the first group GR of light-sensitive surfaces PD. 11 - PD 22 (analogous to Fig 1 and Fig. 2.) A second group GR * photosensitive four elements PD 11 * - PD 22 * to be provided, which are arranged in a plane perpendicular to the plane of the group GR . In addition, a second light source LQ * is to be provided, the beam path of which is perpendicular to that of the light source LQ and which generates a shadow image on the elements of the group GR *. Via separate comparators COMX and COMY , the four measurement signals MR and MR * of the groups GR and GR * are evaluated in the manner described in connection with FIG. 1 and FIG. 2, and thus actuating signals SMX and SMY are generated, which shift and exactly position Enable both in the x direction and in the y direction.

Die Positionierung der Faserenden kann mit der Erfindung mit einer Genauigkeit durchgeführt werden, bei der der radiale Ver satz unter 1 µm bleibt. Diese Genauigkeit ist in der Schweiß technik bei Ausnutzung des Selbstzentriereffektes aufgrund der Oberflächenspannung ausreichend zur Herstellung dämpfungsarmer Spleiße unter 0,1 dB auch bei Monomodefasern. Es ist deshalb zweckmäßig, die Erfindung direkt mit einem Schweißgerät baulich zu einer Einheit zu verbinden, was wegen des geringen Bauteile aufwandes und der einfachen Bedienung besonders vorteilhaft ist, so daß ein Gerät entsteht, das auch für den Feldeinsatz mit Vorteilen einsetzbar ist.The positioning of the fiber ends can with the invention be carried out with an accuracy at which the radial ver remains below 1 µm. This accuracy is in the sweat technology using the self-centering effect due to the Surface tension sufficient to produce low-damping Splices below 0.1 dB even with single-mode fibers. That is why Appropriately, the invention directly with a welding machine to combine into one unit, which is because of the small number of components effort and simple operation particularly advantageous is, so that a device is created that also for field use Advantages can be used.

Für die Abmessungen einer Vierquadrantendiode zur Bildung der vier lichtempfindlichen Flächen PD 11-PD 22 genügt es, wenn eine einzelne fotoempfindliche Fläche, z. B. PD 11 etwa die Größe 1,5 mm × 1,5 mm aufweist, während die Spaltbreite, d. h. der Ab stand benachbarter fotoempfindlicher Flächen, z. B. PD 11 und PD 12 in der Größenordnung von maximal 0,01 mm liegen kann. Die Winkelabweichungen der Mittelachse entsprechend LAS nach Fig. 2 sollte unter 0,3° liegen, um Positionierfehler unter 1 µm zu erreichen.For the dimensions of a four-quadrant diode to form the four photosensitive surfaces PD 11 - PD 22 , it is sufficient if a single photosensitive surface, e.g. B. PD 11 has approximately the size of 1.5 mm × 1.5 mm, while the gap width, that is, from the stand of adjacent photosensitive surfaces, for. B. PD 11 and PD 12 may be on the order of 0.01 mm. The angular deviations of the central axis in accordance with LAS in FIG. 2 should be less than 0.3 ° in order to achieve positioning of less than 1 .mu.m.

Bei dem erfindungsgemäßen Positionierverfahren sollten die Fa serstirnflächen der Faserenden FE 1 und FE 2 zuerst in axialer Richtung (z-Richtung) so justiert werden, daß der Luftspalt zwi schen den Faserenden zwischen 5 und 20 µm beträgt und die Fa sern in etwa symmetrisch zu vertikalen Symmetrieachse SB der vier fotoempfindlichen Flächen liegen. Dies kann dadurch bestimmt werden, daß die Differenz der Summen der Meßsignale zu Null ge macht wird, also (Signal von PD 11 + Signal von PD 12) - (Signal von PD 21 + Signal von PD 22) = 0. Weiterhin muß durch die Linsen systeme LS 1 und LS 2 sichergestellt werden, daß die Faserenden FE 1 und FE 2 ausreichend scharf auf die lichtempfindlichen Flä chen PD 11-PD 22 abgebildet werden.In the positioning method according to the invention, the water end faces of the fiber ends FE 1 and FE 2 should first be adjusted in the axial direction (z direction) such that the air gap between the fiber ends is between 5 and 20 μm and the fibers are approximately symmetrical to vertical Axis of symmetry SB of the four photosensitive surfaces lie. This can be determined by making the difference of the sums of the measurement signals zero, ie (signal from PD 11 + signal from PD 12 ) - (signal from PD 21 + signal from PD 22 ) = 0. Furthermore, the Lens systems LS 1 and LS 2 are ensured that the fiber ends FE 1 and FE 2 are mapped sufficiently sharply on the light-sensitive surfaces PD 11 - PD 22 .

Die fotoempfindlichen Flächen PD 11-PD 22 sind zweckmäßig recht eckig ausgebildet und zwar untereinander gleich groß, damit bei der Bildung der Meßsignale für jede der Flächen die gleichen Verhältnisse vorliegen. Die Anordnung erfolgt so, daß eine der Flächenkanten jeweils parallel zur idealen Fluchtlinie LAS ver läuft, während die zweite, ihr zu senkrecht verlaufende Kante parallel zu einer Linie SB liegt, welche senkrecht zur idealen Längsachse LAS verläuft und positioniert ist, wo im Idealfall der Stoßpunkt der Stirnflächen der Faserenden FE 1 und FE 2 lie gen würde.The photosensitive surfaces PD 11 - PD 22 are expediently of quite angular design and are of equal size to one another, so that the same conditions are present for the formation of the measurement signals for each of the surfaces. The arrangement is such that one of the surface edges runs parallel to the ideal alignment line LAS , while the second edge, which runs perpendicular to it, lies parallel to a line SB which runs and is positioned perpendicular to the ideal longitudinal axis LAS , where ideally the point of impact the end faces of the fiber ends FE 1 and FE 2 would lie.

In Fig. 4 ist ein Stromlaufplan für die Auswertung der von den lichtempfindlichen Flächen PD 11-PD 22 kommenden Meßsignale dar gestellt, wobei jeder dieser Dioden einem Operationsverstärker IC 11-IC 22 zugeordnet ist. Der Opperationsverstärker IC 12 inver tiert den Fotostrom von der lichtempfindlichen Fläche PD 12. Am Knoten P 1 addieren sich die Fotoströme entsprechend (I 11-I 12). Beim Opperationsverstärker IC 11 handelt es sich um einen Transinpedanzverstärker, während IC 21 den Fotostrom von PD 21 invertiert.In FIG. 4 a circuit diagram for the evaluation of the light-sensitive surfaces of the PD 11 is - coming PD measurement signals 22 provided, where each of these diodes to an operational amplifier IC 11 - IC 22 is associated. The operation amplifier IC 12 inverts the photocurrent from the photosensitive surface PD 12 . At node P 1 , the photo currents add up accordingly (I 11 - I 12 ). The op amp IC 11 is a transpeed amplifier, while IC 21 inverts the photo current from PD 21 .

Am Knoten P 2 addieren sich die Fotoströme entsprechend:
(I 11-I 12) + (I 22-I 21) = (I 11-I 12)-(I 21-I 22).At node P 2 , the photo currents add up accordingly:
(I 11 - I 12 ) + (I 22 - I 21 ) = (I 11 -I 12 ) - (I 21 - I 22 ).

Am Knoten P 3 addieren sich die Fotoströme entsprechend (I 22-I 21). IC 22 ist wiederum ein Transinpedanzverstärker. Aus der Verstärkung v und der Transimpedanz R ergibt sich die Aus gangsspannung Uo zuAt node P 3 , the photo currents add up accordingly (I 22 - I 21 ). IC 22 is again a transpeed amplifier. From the gain v and the transimpedance R , the output voltage Uo results

Uo = v · (I 12-I 11)-(I 22-I 21) · R. Uo = v * (I 12 - I 11) - (I 22 - I 21 ) * R.

Mit der abgeglichenen Elektronik gilt bei optimaler Faserposi tionierung genau Uo = 0, weil die verschiedenen Quadranten von den Faserenden jeweils gleichweit abgedeckt werden. With the matched electronics, with optimal fiber positioning, exactly Uo = 0 applies because the different quadrants are covered equally far by the fiber ends.

Man kann das Erreichen der Endposition dadurch signalisieren, daß über einen weiteren Operationsverstärker IC 6 vier Leucht dioden LED 1 bis LED 4 angesteuert werden, die im Fall des genauen Abgleichs, d. h. Uo = 0 alle gleichzeitig erlöschen. Damit ist in einfacher Weise eine Signalisierung für die Bedienungsperson möglich.One can signal the reaching of the end position by driving four LEDs LED 1 to LED 4 via a further operational amplifier IC 6 , which all go out at the same time in the case of an exact comparison, ie Uo = 0. Signaling for the operator is thus possible in a simple manner.

In Fig. 5 ist angedeutet, wie mit fotoempfindlichen Flächen PDV 1 und PDV 2 gearbeitet werden kann, deren Ausdehnung quer zur Längsachse der Faserenden FE 1 und FE 2 (bzw. deren Schaltenbil dern) unterschiedlich dimensioniert ist. Im vorliegenden Bei spiel ist angenommen, daß die fotoempfindlichen Flächen PDV 1 und PDV 2 etwa keilförmige Gestalt aufweisen, so daß je nach seitlichem Versatz der Faserenden FE 1 und FE 2 eine größere oder kleinere Fläche der fotoempfindlichen Flächen durch deren Schatten belegt ist. Im vorliegenden Beispiel wäre bei der foto empfindlichen Fläche PDV 1 eine größere Abschattung und bei der fotoempfindlichen Fläche PDV 1 eine kleinere Abschattung vorhan den. Auf diese Weise werden ebenfalls unterschiedliche Meßsig nale MV 1 und MV 2 erzeugt, welche in der im Zusammenhang mit Fig. 1 beschriebenen Weise als Stellgrößen für die Stellele mente benutzt werden können.In Fig. 5 it is indicated how to work with photosensitive surfaces PDV 1 and PDV 2 , the dimensions of which are dimensioned differently transversely to the longitudinal axis of the fiber ends FE 1 and FE 2 (or their switching images). In the present example it is assumed that the photosensitive surfaces PDV 1 and PDV 2 have an approximately wedge-shaped shape, so that, depending on the lateral offset of the fiber ends FE 1 and FE 2, a larger or smaller area of the photosensitive surfaces is occupied by their shadows. In this example would be when the photosensitive surface PDV 1 a greater shading and a smaller shadowing at the photosensitive surface PDV 1 EXISTING the. In this way, different signals MV 1 and MV 2 are also generated, which can be used in the manner described in connection with FIG. 1 as manipulated variables for the Stellele elements.

Es ist zweckmäßig, die Anzahl der elektrisch unabhängigen lichtempfindlichen Flächen in Richtung der Faserachsen links und rechts der idealen Mittelachse (SB in Fig. 2) unter Einbe ziehung einer ungeraden Anzahl zu erhöhen, um z. B. Informatio nen über den Abstand zwischen den beiden Faserenden zu gewinnen. Einzelheiten hierzu sind aus Fig. 6 ersichtlich, wo zusätzlich zu den vier lichtempfindlichen Flächen PD 11-PD 22 außen noch jeweils die lichtempfindlichen Flächenpaare PD 11 a, PD 12 a, und PD 21 a, PD 22 a vorgesehen sind. Im dargestellten Beispiel liefern die Flächen PD 11 und PD 12 kein Signal, d. h. die Lichtleitfaser FE 1 mit ihrem Schatten SF 1 ist axial nicht richtig positioniert und muß weiter nach rechts verschoben werden, bis beide symme trisch zur Querachse SB verlaufen. It is useful to increase the number of electrically independent photosensitive surfaces in the direction of the fiber axes left and right of the ideal central axis (SB in Fig. 2) including an odd number in order to z. B. Information about the distance between the two fiber ends. Details of this can be seen from FIG. 6, where in addition to the four light-sensitive surfaces PD 11 - PD 22 , the light-sensitive surface pairs PD 11 a , PD 12 a , and PD 21 a , PD 22 a are also provided on the outside. In the example shown, the surfaces PD 11 and PD 12 provide no signal, ie the optical fiber FE 1 with its shadow SF 1 is not positioned correctly axially and must be shifted further to the right until both are symmetrical to the transverse axis SB .

Für die fotoempfindlichen Flächen PD 11-PD 22 werden zweckmäßig sogenannte Mehrquadrantendedektoren eingesetzt, d. h. Bauteile bei denen mehrere (im vorliegenden Beispiel 4 bzw. 8) Fotode dektoren auf einer gemeinsamen tragenden Unterlage angeordnet sind. Dies hat den Vorteil, daß nur der Mehrquadrantendedektor als Ganzes auf der Grundplatte GP angeordnet werden muß und daß die einzelnen fotoempfindlichen Flächen PD 11-PD 22 eine vorgege bene, genau definierte, unveränderliche Stellung zueinander auf weisen.So-called multi-quadrant detectors are expediently used for the photosensitive surfaces PD 11 - PD 22 , ie components in which several (in the present example 4 or 8) photodetectors are arranged on a common supporting base. This has the advantage that only the multi-quadrant detector as a whole has to be arranged on the base plate GP and that the individual photosensitive surfaces PD 11 - PD 22 have a predetermined, precisely defined, unchangeable position relative to one another.

Vielfach ist es zweckmäßig, ein optisches Filter (gestrichelt als FL in Fig. 1 angedeutet) vor den fotoempfindlichen Flächen PD 11-PD 22 vorzusehen, um dadurch Störungen durch Umgebungslicht zu unterdrücken. Eine Halogenlampe (als Lichtquelle LQ) emit tiert neben dem sichtbaren Bereich auch im längerwelligen Be reich (0,3 . . . 2,0 µm). Es wäre denkbar, ein optisches Filter (Bandpaß) nur für den längerwelligen Bereich einzusetzen (z. B. für 8-12 µm), um so Umgebungslicht zu eliminieren.In many cases, it is expedient to provide an optical filter (dashed line as FL in FIG. 1) in front of the photosensitive surfaces PD 11 - PD 22 in order to suppress interference from ambient light. A halogen lamp (as light source LQ) emits not only in the visible range but also in the longer-wave range (0.3... 2.0 µm). It would be conceivable to use an optical filter (bandpass filter) only for the longer-wave range (e.g. for 8-12 µm) in order to eliminate ambient light.

Vielfach kann es vorteilhaft sein, durch Modulation des opti schen Signals der Lichtquelle LQ (vgl. gestrichelt dargestellten Modulator MD in Fig. 1) auf mechanischem oder elektrischen We ge und gleichzeitiger phasensensitiver Gleichrichtung und/oder elektrischer Filterung der Meßsignale M 11-M 22 Störungen aus der Umgebung zu unterdrücken. Dadurch kann auch eine Verbesserung des Signal-/Störabstandes erreicht werden.In many cases, it can be advantageous to modulate the optical signal of the light source LQ (cf. modulator MD shown in dashed lines in FIG. 1) on mechanical or electrical means and at the same time phase-sensitive rectification and / or electrical filtering of the measurement signals M 11 - M 22 interference suppress from the environment. This can also improve the signal-to-noise ratio.

Claims

1. Device for aligned alignment of two fiber ends (FE 1 , FE 2 ) held in a po sitioning device by optical waveguides (LW 1 , LW 2 ), the fiber ends (FE 1 , FE 2 ) through a transverse to their longitudinal axis (LA 1 , LA 2 ) directed light radiation (LE) are illuminated from the outside and thereby an image of the fiber ends (FE 1 , FE 2 ) is generated, characterized in that at least two fixed, separate photosensitive surfaces (e.g. PD 11 , PD 21 ) are provided, each of which is assigned to a fiber end (FE 1 , FE 2 ) in such a way that each shadow image (SF 1 , SF 2 ) generated by the lighting in each case only on one of the photosensitive surfaces (PD 11 , PD 21 ) falls, and in that from the fotoempfind union by the two surfaces (PD 11, PD 21) separate electrical measuring signals generated (M 11, M 12) serenden by comparing the control variable for the positioning device (PE) for alignment of the Fa (FE 1, FE 2 ) is leading.

2. Device according to claim 1, characterized in that each fiber end (FE 1 , FE 2 ) are assigned a pair of photosensitive surfaces (PD 11 , PD 12 ; PD 21 , PD 22 ), the measurement signals (M 11 , M 12th ; M 21 , M 22 ) are each evaluated separately.

3. Device according to one of the preceding claims, characterized in that each photosensitive surface (z. B. PD 11 ) is hit only by a part (SF 11 ) of the respective silhouette (SF 1 ), while the rest of the part (SF 12 ) of the silhouette (SF 1 ) falls on the neighboring photosensitive surface (PD 12 ).

4. The device according to claim 3, characterized in that in the aligned state of each on a photosensitive surface (z. B. PD 11 ) falling Schattenbe rich (z. B. SF 11 ) slightly less than half of the total shadow area occurring there (SF 1 ).

5. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the photosensitive surfaces (PD 11 - PD 22 ) are mutually identical in shape and size.

6. The device according to claim 5, characterized in that the photosensitive surfaces are symmetrical to the ideal longitudinal axis (LAS) in the aligned state of the Fa serenden (FE 1 , FE 2 ).

7. The device according to claim 6, characterized in that the angular deviation of the photosensitive surfaces (PD 11 - PD 22 ) with respect to the ideal longitudinal axis (LAS) is chosen to be less than 0.3 °.

8. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the photosensitive surfaces (PD 11 , PD 22 ) are arranged symmetrically to a plane (SB) which is perpendicular to the direction of escape to give ideal longitudinal axis (LAS) of the aligned Lichtwel lenleiterenden (LE 1 , LE 2 ) runs and coincides with the area by the two fiber ends (FE 1 , FE 2 ) with their end faces abutting each other in the final state.

9. Device according to one of the preceding claims, characterized in that one of the Fa serenden (z. B. FE 1 ) on the positioning device (PE) is held festge, and that only the holder of the end for the second fiber (FE 2 ) corresponding control devices (CTU) are assigned.

10. Device according to one of the preceding claims, characterized in that two groups (GR, GR *) of light-sensitive elements (z. B. PD 11 , PD 22 ; PD 11 *, PD 22 *) are provided in two to each other vertically running planes lie that two mutually perpendicular light sources (LQ, LQ *) are provided, and that by corresponding comparison of the respective measurement signals (MR, MR *) of the two groups in corresponding comparison devices (COMX, COMY) control signals ( SMY, SMX) are formed for two mutually perpendicular coordinate directions.

11. The device according to any one of the preceding claims, characterized in that the number of electrically independent photosensitive surfaces in the direction of the fiber axes, left and right of the ideal transverse axis (SB) , is increased to more than two, for. B. Obtaining information about the distance between the end faces of the two fiber ends ( Fig. 6).

12. Device according to one of the preceding claims, characterized in that a halogen lamp is provided as the light source (LQ) for lighting.

13. Device according to one of the preceding claims, characterized in that a multi-quadrant detector is used for the photosensitive surfaces (PD 11 - PD 22 ).

14. Device according to one of the preceding claims, characterized in that by an optical filter (FL) in front of the photosensitive surfaces (PD 11 - PD 22 ) interference, z. B. are suppressed by ambient light.

15. Device according to one of the preceding claims, characterized in that by modulation (MD) of the optical signal of the light source (LQ) by mechanical or electrical means and at the same time phase-sensitive rectification and / or electrical filtering of the measurement signal interference are suppressed.

16. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the photosensitive surfaces (PD 11 , PD 12 , PD 21 , PD 22 ) are rectangular out and their side surfaces parallel to the ideal longitudinal axis (LAS) of the aligned fiber ends (FE 1 , FE 2 ) run.

17. Device according to one of claims 1 to 15, characterized in that the photosensitive surfaces (PD 11 - PD 22 ) have a shape which is irregular, in particular wedge-shaped in a direction transverse to the ideal longitudinal axis (LAS) , so that in the case of a radial offset of the fiber ends (FE 1 , FE 2 ), a measurement signal which changes with the size of the offset results ( FIG. 5).

18. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the slot width between the photosensitive surfaces (PD 11 - PD 21 ) is chosen smaller than 10 microns.