專利名稱：與光纖協(xié)同作用的收發(fā)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種根據(jù)權(quán)利要求1的前序的收發(fā)裝置。
背景技術(shù)：
該裝置可從已公開進(jìn)行審查的日本專利申請JP-A-11/023916中得知。在這種已有裝置中，光纖必須通過精確且因此昂貴的機(jī)械裝置與光束發(fā)生器和傳感器對準(zhǔn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種收發(fā)裝置，在該收發(fā)裝置中對準(zhǔn)通過簡單且最好為自動的方式實(shí)現(xiàn)。根據(jù)本發(fā)明，實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的收發(fā)裝置，其特征在于-傳感器為二維位置感測，-可控光束偏移元件設(shè)置在光束發(fā)生器和半透明元件之間，-第一控制裝置與傳感器和可控光束偏移元件相結(jié)合以便為可控光束偏移元件產(chǎn)生控制信號，該控制信號對應(yīng)于由傳感器接收的位置信號，-第二控制裝置用于將第二部分光束傳送到傳感器。
結(jié)果，由光束發(fā)生器產(chǎn)生的光束在光纖輸入面上的位置，通過傳感器經(jīng)由第一控制裝置和可控光束偏移元件檢測傳感器特定位置處的至少一部分光束來進(jìn)行反饋耦合。這使得可以在傳感器上偏移由光束發(fā)生器所產(chǎn)生光束的位置，以使所述位置與光纖輸出的光束擊中傳感器的位置相同。結(jié)果，入射光束在與出射光束離開光纖的位置相同的地方到達(dá)光纖。
在根據(jù)本發(fā)明收發(fā)裝置的一種實(shí)施例中，可控光束偏移元件是電可控的。
在根據(jù)本發(fā)明收發(fā)裝置的另一種實(shí)施例中，第二控制裝置包括鏡面元件，半透明元件包括分光棱鏡，而且鏡面元件包括分光棱鏡的反射側(cè)。
結(jié)果，得到了相對緊湊的裝置。
在根據(jù)本發(fā)明收發(fā)裝置的一種實(shí)施例中，由光束發(fā)生器所產(chǎn)生的光束入射的反射側(cè)和/或輸入側(cè)是彎曲的。
結(jié)果，由光束發(fā)生器產(chǎn)生的光束通過相對緊湊裝置在光纖的輸入側(cè)上和傳感器上經(jīng)分光棱鏡的彎曲表面聚焦，而不需要額外的光學(xué)元件或可使用相對簡單的光學(xué)元件進(jìn)行聚焦。
在根據(jù)本發(fā)明收發(fā)裝置的另一種實(shí)施例中，收發(fā)裝置位置感測傳感器包括多個(gè)分離的傳感器元件，每個(gè)分離的傳感器元件傳送輸出信號，該輸出信號的大小取決于入射到相應(yīng)傳感器元件上的光束強(qiáng)度，任何傳感器元件的最大尺寸至多等于光纖輸出光束在傳感器元件位置上的受衍射限制的光斑直徑的一半，具有傳感器元件的傳感器部分的直徑尺寸比光纖輸出光束的直徑大，該位置感測傳感器進(jìn)一步包括用于檢測每一傳感器元件輸出信號大小的裝置。
這使得可以通過傳感器元件檢測在傳感器上的光束位置，該傳感器元件具有極小的尺寸，這樣就有非常小的電容。


現(xiàn)參照附圖更詳細(xì)地論述本發(fā)明，其中圖1用圖解法顯示了根據(jù)本發(fā)明的光纖和傳感器；圖2用圖解法顯示了根據(jù)本發(fā)明的用于從傳感器向操作電路提供信號的電路；圖3用圖解法顯示了根據(jù)圖2的集成電路；圖4用圖解法顯示了與光纖協(xié)同作用的收發(fā)裝置；和圖5、6、7顯示了分光棱鏡的各種實(shí)施例。
具體實(shí)施例方式
在圖1中，附圖標(biāo)記1表示光纖，它輸出光束2。輸出光束2擊中傳感器3。傳感器3包括傳感器元件4a、4b、4c和4d，它們感測光束2的偏轉(zhuǎn)。在很多情況下，每一傳感器元件4a......4d都是光電二極管，它們傳送穿過電容器元件的對應(yīng)于入射光的電壓電勢差。傳感器元件的表面積越大，相應(yīng)電容則越大。希望使相應(yīng)電容盡可能的小，以便能以最大調(diào)制頻率按照調(diào)制光束2的形式處理信號。已有技術(shù)傳感器試圖在其間找到一種折衷方案，即相對于與之相連的電容，保持傳感器4a，......，4d(下文也指傳感器4)的最小尺寸，另一方面為使光纖1的一端相對于傳感器3能夠容易地機(jī)械定位，又必須具有相對大的外形尺寸。傳感器3越大，光纖1的一端相對于傳感器3定位所需要的機(jī)械精密度就越小。
傳感器3包括大量感測傳感器元件4(參照圖3)。傳感器元件4a象素的直徑尺寸通過箭頭a表示。由光纖1發(fā)出的光束2最好具有與直徑尺寸a同樣小的直徑。然而，不可能產(chǎn)生直徑小于由光纖1的數(shù)值口徑而定的直徑的光斑。根據(jù)通過光纖1傳送并離開所述光纖1的光束(如光束2)的波形特性，可得到的最小光斑尺寸是受衍射限制的光斑尺寸。
傳感器元件的直徑尺寸小于在傳感器3上的光束2受衍射限制的光斑的半徑。這樣，光束2擊中許多傳感器元件4。具有受衍射限制直徑的光斑在圖3中由附圖標(biāo)記5圖解表示。
關(guān)于光纖1相對于傳感器3的精密對準(zhǔn)，該傳感器3將存在于光束2中的光信號轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N信號，如電信號或磁信號或溫度信號等等的主要問題是需要使光纖1的末端相對于傳感器3永久地精密對準(zhǔn)。所述對準(zhǔn)經(jīng)受機(jī)械振實(shí)和振動。這樣的振實(shí)和振動引起光束2和傳感器3彼此相對移動，如圖雙箭頭b所示。在本發(fā)明范圍中，沒有如已有技術(shù)中那樣試圖盡可能地避免發(fā)生振動和振實(shí)，而是將傳感器3設(shè)計(jì)成光束2相對于傳感器3的運(yùn)動不會對傳感器3的傳輸信號產(chǎn)生不利影響。
在圖3中，作為示例，附圖標(biāo)記6和7表示光束2在傳感器3位置上的兩個(gè)地方的尺寸。顯然，光束6、7的直徑尺寸至少與受衍射限制的光斑5的相應(yīng)直徑尺寸一樣大。
圖2顯示了各個(gè)傳感器元件4a...4d的輸出信號經(jīng)供給裝置9傳送到處理裝置8的方式。所述供給裝置9不是將從傳感器3的每個(gè)傳感器元件4輸出的每個(gè)信號傳送給處理裝置8。為達(dá)到此目的，供給裝置9是可調(diào)的。而且，存在用于控制供給裝置9調(diào)節(jié)的調(diào)節(jié)裝置10，該調(diào)節(jié)取決于從傳感器3的傳感器元件4輸出的信號。傳感器3的傳感器元件4的輸出信號經(jīng)線11供應(yīng)到供給裝置9的輸入端。同樣的輸出信號經(jīng)線12供應(yīng)到調(diào)節(jié)裝置10的輸入端。調(diào)節(jié)裝置10用于經(jīng)線13按后面將要描述的方式進(jìn)行信號傳送，對每個(gè)傳感器元件4，該信號決定是否將存在于線11上的所述傳感器元件的輸出信號在此刻通過供給裝置9經(jīng)線11供給或不供給處理裝置8。
調(diào)節(jié)裝置10包括用于確定經(jīng)線12進(jìn)入調(diào)節(jié)裝置10的信號大小的裝置15。為達(dá)到此目的，所述裝置15包括閾電路16。根據(jù)在線12上的輸出信號的大小，從調(diào)節(jié)裝置10中輸出的信號存在于線13上，其中調(diào)節(jié)裝置10調(diào)節(jié)供給裝置8從而經(jīng)線14向處理裝置8傳輸輸出信號，該輸出信號與在線11上輸入供給裝置9的信號相同。
參照圖3，已知的控制裝置17安排用來讀取傳感器元件4。產(chǎn)生的所述讀取速度足夠高以便能夠精確地進(jìn)行隨后的光束2中的調(diào)制。
由于傳感器元件4所覆蓋的區(qū)域比附圖標(biāo)記6、7所示的光束2的直徑大(參見直徑尺寸c)，所以僅存在于圓周6、7所圍區(qū)域中的那些傳感器元件4分別在線11、12上感應(yīng)出不為零的輸出信號。所有其他傳感器元件4感應(yīng)零信號，并且不提供信號給線14。因而每次重新讀取未被光束2擊中的傳感器元件4是沒有太大用處的。調(diào)節(jié)裝置10通過線18與控制裝置17連接。經(jīng)所述的線18，調(diào)節(jié)裝置10告知控制裝置17哪些傳感器元件4感應(yīng)零信號，從而不需要在傳感器元件4的常規(guī)讀數(shù)中包括它們。只有由光束2擊中的傳感器元件4才需要每次重新讀取，最好還包括環(huán)繞所述元件一周的傳感器元件，以便隨后能夠進(jìn)行上述光束2相對于傳感器3的偏移。
每次讀取傳感器元件4時(shí)，要對上述用于僅讀取傳感器3上有限數(shù)量傳感器元件4的控制裝置17進(jìn)行調(diào)節(jié)，但是也可以偶爾進(jìn)行一次，控制裝置17調(diào)節(jié)后對于許多讀數(shù)不會改變。經(jīng)線18對控制裝置17的重調(diào)節(jié)僅需要在這種更新頻率下進(jìn)行即依照Nyquist標(biāo)準(zhǔn)控制裝置可跟隨光束2相對于傳感器3的偏移頻率，即通過調(diào)整裝置重置的控制裝置17的預(yù)置時(shí)間點(diǎn)之間的周期小于光束2相對于傳感器3偏移的最大頻率的半周期。為此目的，調(diào)整裝置10可以具有計(jì)時(shí)裝置20。
圖3圖解顯示了集成電路21，其包括傳感器3以及控制裝置17、調(diào)節(jié)裝置10、供給裝置9?？刂蒲b置17和/或調(diào)節(jié)裝置10和/或供給裝置9不需要與傳感器3一樣設(shè)置在同一集成電路中。
在上述過程中，將調(diào)節(jié)裝置設(shè)置成從傳感器3的傳感器元件4輸出的一些信號和其他信號不會轉(zhuǎn)換為線13上的信號，其結(jié)果是供給裝置9從線11向線14傳輸所述輸出信號。或者，就電信號來說，可以從線11向線14僅提供那些最強(qiáng)的輸出信號，例如，那些有電流最大值或電壓最大值的信號。
在上述方式中，最終放在線14上并在某個(gè)時(shí)間點(diǎn)上代表來自光束2的調(diào)制信號的該信號將不依賴于光束2相對于傳感器3的任何移動而存在。而且，可以設(shè)置只有那些最強(qiáng)的輸出信號才能經(jīng)調(diào)節(jié)裝置10供給線14。
在光束2相對于傳感器3機(jī)械移動導(dǎo)致信號損失之前，按照取得新調(diào)節(jié)的方式，通過經(jīng)線18將調(diào)節(jié)信號供給控制裝置17所得到的效果是光束2相對于讀出的傳感器3的傳感器元件4進(jìn)行動態(tài)連續(xù)的對準(zhǔn)。
供給裝置9可以包括多數(shù)確定裝置22。當(dāng)多個(gè)傳感部件4輸出的信號將傳感器3的每個(gè)讀數(shù)供給線14的情況下，由多個(gè)傳感器元件4讀取所示的傳輸信號可能是有利的?；蛘?，可進(jìn)行多個(gè)輸出信號的加權(quán)?？梢越o鄰近光束直徑7中央位置處的傳感器元件4的輸出信號分配比設(shè)置在光束直徑7邊緣或剛剛超過其邊緣處的傳感器元件4的輸出信號更大的權(quán)數(shù)。
也可以通過光纖1在預(yù)定時(shí)間點(diǎn)處傳輸預(yù)定信號，并檢測哪些傳感器元件4以何種方式響應(yīng)于由其產(chǎn)生的光束2，從而時(shí)不時(shí)地進(jìn)行光束2相對于傳感器3的對準(zhǔn)。
圖4顯示了收發(fā)裝置30。在接收模式下，光束2由光纖1輸出，并擊中傳感器31。在傳送模式下，實(shí)質(zhì)已知的光束發(fā)生器32產(chǎn)生光束33，該光束經(jīng)合適的聚焦裝置和半透明元件35在光纖1的輸入面36上聚焦，這些裝置實(shí)質(zhì)是已知的。
然而，在前所述的僅是光束2相對于傳感器3 1的對準(zhǔn)，本發(fā)明還涉及光束33相對于光纖1的對準(zhǔn)。為達(dá)到此目的，裝置30包括半透明元件35、反射元件37、二維位置感測傳感器31、控制裝置38、和用于偏移光束33的光束偏移元件39。
開始，從光纖1中發(fā)出的光束2直射在傳感器31上。這提供了關(guān)于傳感器31位置的信息，不論在圖4平面上還是垂直于圖4的平面上，光束2在該位置擊中傳感器31。該信息對于傳感器31的線40控制裝置38尤其有用。該控制裝置38包括為進(jìn)一步處理而在其中儲存所述信息的存儲部分，這將在下面作進(jìn)一步更詳細(xì)的論述。然后，光束發(fā)生器32經(jīng)聚焦裝置34朝半透明元件35的方向上傳送光束33。在那里，光束33被分成朝光纖1方向的光束41和朝鏡面37的方向直線傳播的光束42。在該實(shí)施例中，鏡面37是平面鏡，該平面鏡在光束射入的方向上反射光束42，如通過箭頭43所示的那樣。然后將由鏡面37反射的部分光線通過半透明元件35朝傳感器31的方向進(jìn)行反射成為光束44。事實(shí)上，對于光束44，將光束44擊中傳感器的協(xié)同位置經(jīng)線40傳送給控制裝置38。控制裝置38因此“知道”了光束2擊中傳感器31的位置和光束44擊中傳感器的位置。通過光束2和44在傳感器31上的位置之間的差別，可以簡單地利用本領(lǐng)域技術(shù)人員所知的合適軟件計(jì)算出光束偏移元件39將光束33以什么方向何種程度進(jìn)行偏移，從而確保光束44擊中傳感器31的位置恰恰基本與光束2相同。由于事實(shí)上光束44以與光束2相同的方向延伸，所以光束41會同樣以與光束2相同的方向延伸。從而，光束41正在光束2輸出的位置處擊中光纖1的表面36，以確保光束44在恰與光束2相同的位置擊中傳感器31。這樣，光束發(fā)生器32與光纖1的最佳對準(zhǔn)即以簡單、非機(jī)械的方式得以實(shí)現(xiàn)。
優(yōu)選的，光束偏移元件39由兩個(gè)光束偏移元件39a和39b構(gòu)成，它們可通過電驅(qū)動，并能在兩個(gè)不同的方向上偏移光束，最好這兩個(gè)方向彼此垂直延伸。這樣的裝置可通過例如實(shí)質(zhì)已知的各向異性雙折射光學(xué)片形成。這種光學(xué)片將入射光偏移與它自身平行至某種程度，該程度取決于所供電場的值。在本發(fā)明機(jī)制中，不用前面所述的元件也可以使用其他可驅(qū)動光束偏移元件。唯一的條件是出射光束的位置和/或方向不同于入射光束的位置或方向要依賴于所提供的信號，所述信號可以是電、機(jī)械、壓電、熱信號等等。
為提高裝置的機(jī)械精密度，分光棱鏡可作為半透明元件35使用。
而且，為了取得更高的精密度，如圖5所示反射元件37可設(shè)置在分光棱鏡35的側(cè)面。
為得到更高的精密度并降低對聚焦裝置34的光學(xué)要求，例如如果光束44的長度與光束41的長度不同，分光棱鏡35的一個(gè)表面(即在其上設(shè)置反射元件37的表面)可以是彎曲的。如圖6示例顯示了凹形反射元件37。根據(jù)各種情況，也可以提供凸形反射元件37。
為進(jìn)一步提高精密度并降低對聚焦裝置34的質(zhì)量要求，分光棱鏡35在光束33入射的那個(gè)表面可以是彎曲的，這完全由圖7所示。
為加強(qiáng)裝置的牢固性，半透明元件35，例如分光棱鏡35可以設(shè)置在傳感器3上。
注意，反射元件37的曲率和/或光束33在半透明裝置35上的入射表面的曲率可以幫助避免形成某波長的寄生諧振腔，該波長可能由光束發(fā)生器傳送但它并不是所期望的。
雖然不是必需的，卻是優(yōu)選的二維位置感測傳感器31是參照圖1-3所述的傳感器。
現(xiàn)在對于仔細(xì)閱讀上文的本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，會想到有許多實(shí)施例和修改。所有這樣的實(shí)施例和修改都被認(rèn)為落在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種與光纖(1)協(xié)同作用的收發(fā)裝置(30)，該收發(fā)裝置(30)包括用于產(chǎn)生第一光束(33)的光束發(fā)生器(32)，第一光束的第一部分(41)輸入光纖(1)，所述收發(fā)裝置(30)進(jìn)一步包括與傳感器(31)結(jié)合的半透明元件(35)，該傳感器(31)用于檢測離開光纖(1)的第二光束(2)，該收發(fā)裝置(30)的特征在于-傳感器(31)為二維位置感測，-可控光束偏移元件(39)設(shè)置在光束發(fā)生器(32)和半透明元件(35)之間，-第一控制裝置(38)與傳感器(31)和可控光束偏移元件(39)相結(jié)合以便為可控光束偏移元件(39)產(chǎn)生控制信號，該控制信號響應(yīng)于從傳感器(31)接受的位置信號(40)，-第二控制裝置(37)用于將光束(33)的第二部分(44)傳送到傳感器(31)。
2.如權(quán)利要求1所述的收發(fā)裝置(30)，其特征在于，可控光束偏移元件(39)設(shè)置為用于在兩種不同方向上偏轉(zhuǎn)光束(33)。
3.如權(quán)利要求2所述的收發(fā)裝置(30)，其特征在于，這兩個(gè)方向基本彼此垂直。
4.如前述任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的收發(fā)裝置(30)，其特征在于，控制信號為電控制信號。
5.如權(quán)利要求1-4所述的收發(fā)裝置(30)，其特征在于，第二控制裝置(37)包括鏡面元件。
6.如權(quán)利要求1-5任意一項(xiàng)所述的收發(fā)裝置(30)，其特征在于，半透明元件(35)由分光棱鏡構(gòu)成。
7.如權(quán)利要求6所述的收發(fā)裝置(30)，其特征在于，鏡面元件含在分光棱鏡的反射側(cè)中。
8.如權(quán)利要求7所述的收發(fā)裝置(30)，其特征在于，反射面是彎曲的。
9.如權(quán)利要求6-8任意一項(xiàng)所述的收發(fā)裝置(30)，其特征在于，分光棱鏡的入射側(cè)是彎曲的，第一光束(33)入射到該側(cè)上。
10.如前述任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的收發(fā)裝置(30)，其特征在于，位置感測傳感器(3，31)包括多個(gè)分離的傳感器元件(4a，…，4d)，每個(gè)分離的傳感器元件(4a，…，4d)傳送輸出信號，該輸出信號的大小取決于入射到相應(yīng)傳感器元件(4a，…，4d)上的光束強(qiáng)度，任一傳感器元件(4a，…，4d)的最大尺寸(a)最多與光束(2)在傳感器元件(4a，…，4d)位置上的受衍射限制的光斑(5)直徑的一半相等，該光束(2)由光纖(1)輸出，具有傳感器元件(4)的傳感器部分的直徑尺寸(c)大于由光纖(1)輸出的光束(2)的直徑(6，7)，位置感測傳感器進(jìn)一步包括用于確定從每個(gè)傳感器元件(4a，…，4d)輸出的信號大小的裝置(15)。
11.如權(quán)利要求10所述的收發(fā)裝置(30)，其包括用于將由傳感器元件(4a，…，4d)傳送的輸出信號供給處理裝置(8)的可調(diào)節(jié)裝置(9)以及用于調(diào)節(jié)供給裝置(9)以提供輸出信號的調(diào)節(jié)裝置(10)，該輸出信號取決于從傳感器元件(4a，…，4d)輸出的信號大小，所述調(diào)節(jié)裝置(10)包括用于確定從每個(gè)傳感器元件中輸出的信號的大小的裝置(15)。
12.如權(quán)利要求11所述的收發(fā)裝置(30)，其特征在于，調(diào)節(jié)裝置(10)包括閾電路。
13.如權(quán)利要求11或12所述的收發(fā)裝置(30)，其特征在于，調(diào)節(jié)裝置(10)包括用于在預(yù)定時(shí)間點(diǎn)上調(diào)節(jié)供給裝置(9)的計(jì)時(shí)裝置(20)。
14.如權(quán)利要求11-13所述的收發(fā)裝置(30)，其特征在于，調(diào)節(jié)裝置(10)調(diào)節(jié)供給裝置(9)，用于傳送相對最大數(shù)量的輸出信號。
15.如權(quán)利要求13所述的收發(fā)裝置(30)，其特征在于，所述預(yù)定時(shí)間點(diǎn)之間的周期小于光束(2，44)橫過傳感器(3，31)移動的最高頻率的一半周期。
16.如權(quán)利要求11或12所述的收發(fā)裝置(30)，其特征在于，可以調(diào)節(jié)供給裝置(9)來提供從多個(gè)傳感器元件(4a，…，4d)中輸出的信號，并且由此存在裝置(22)用于基于存在的輸出信號來檢測供給處理裝置(8)的信號。
17.如權(quán)利要求11-14中任意一項(xiàng)所述的收發(fā)裝置(30)，其特征在于，傳感器(3)和調(diào)節(jié)裝置(10)構(gòu)成單獨(dú)的集成電路(21)的一部分。
18.如權(quán)利要求17所述的收發(fā)裝置(30)，其特征在于，供給裝置(9)構(gòu)成所述單獨(dú)集成電路的一部分。
19.如權(quán)利要求16和17或18中任意一項(xiàng)所述的收發(fā)裝置(30)，其特征在于，所述確定裝置(15)構(gòu)成所述單獨(dú)集成電路的一部分。
全文摘要
與光纖(1)協(xié)同作用的收發(fā)裝置(30)包括光束發(fā)生器(32)、半透明元件(35)和傳感器(31)。傳感器(31)是二維位置感測。由光束發(fā)生器(32)產(chǎn)生的光束(33)的一部分(44)送入傳感器(31)中。將由光束發(fā)生器(32)產(chǎn)生并由傳感器(31)所檢測到的光束(44)的位置與存在于光纖中的光束(44)的位置作比較。裝置(38)用來控制可控光束偏移元件(39)，該元件設(shè)置在光束發(fā)生器(32)和半透明元件(35)之間，以使由光束發(fā)生器(32)產(chǎn)生的光束(44)在與存在于光纖(1)中的光束(2)相同的位置處擊中傳感器(31)。
文檔編號H04B10/40GK1537244SQ02800847
公開日2004年10月13日 申請日期2002年3月8日 優(yōu)先權(quán)日2001年3月26日
發(fā)明者M·E·科勒, M E 科勒 申請人:皇家菲利浦電子有限公司