專利名稱：與光纖配合起來工作的收發(fā)信機設(shè)備中的傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于與光纖配合起來工作的接收設(shè)備的傳感器，用來把具有從光纖出射的光束的形式的信號變換成不同類型的信號，該傳感器包括兩個或多個互相分開的傳感器單元，這些傳感器單元傳遞具有取決于加到傳感器單元上的光束強度的幅度的輸出信號。
這樣的傳感器是從對公眾公開的日本公開專利申請JP-A-06/059167中已知的。其中揭示的傳感器被使用來把光纖的光軸對準設(shè)備的其他光學(xué)部件的光軸，因此，它在形狀上是圓對稱的，其中心部分是對輻射不敏感的。
光-光通信系統(tǒng)需要光纖的一端與光發(fā)射機和接收機精確對準。由于這個處理過程的機械復(fù)雜性，當把光纖連接到光通信系統(tǒng)時，各個部件互相正確的配置是主要的花費因素。即使在用于相對較小的距離(2到10km的范圍內(nèi))的低花費的應(yīng)用，它使用多模光纖和合成光纖，部件的配置仍舊是主要的花費因素。比起先前的已知的方法(其中必須實行人工對準)，使用機械自對準技術(shù)已導(dǎo)致這些系統(tǒng)的花費減小。
本發(fā)明的一個目的是提供一種傳感器，借助于它可以以自動的和非機械的方式實行對準，這樣可以相當快速地和以較低的成本實行所述對準。
本發(fā)明的另一個目的是增加這樣的收發(fā)信機設(shè)備的機械堅固性。
各種因素(諸如振動、溫度差等等)會導(dǎo)致光纖的入口/出口面相對于收發(fā)信機設(shè)備的機械移動。
本發(fā)明的目的是提供光纖相對于傳感器的動態(tài)對準。
按照本發(fā)明，這個目的是通過以下措施達到的，傳感器單元的最大尺寸至多等于在傳感器單元的位置處從光纖出射的光束的衍射限制的光點的直徑的一半，配備有傳感器單元的傳感器部分的徑向尺寸大于從光纖出射的光束的直徑，以及提供了用于確定來自每個傳感器單元的輸出信號的強度的裝置。
這使得有可能使用具有非常低的電容的傳感器單元，由此，傳感器能夠處理高頻信號。
另一個效果是出射的光束只照射所有可能的傳感器單元中的有限數(shù)目，以及只有最強的被照射的傳感器單元的輸出信號將被使用于進一步處理。由于傳感器單元延伸到大于出射的光束的直徑的區(qū)域，由振動等等造成的機械偏移不影響由傳感器傳遞的信號。
配備有這樣的傳感器的設(shè)備的優(yōu)選實施例的特征在于，該設(shè)備包括一個可調(diào)節(jié)的、用于把由傳感器單元傳遞的輸出信號提供給處理設(shè)備的裝置；以及一個控制裝置，用于調(diào)節(jié)該提供裝置，以便根據(jù)來自傳感器單元的輸出信號強度把來自該傳感器單元的輸出信號提供或不提供給所述處理設(shè)備，以及還提供了一個用于根據(jù)要被提供的輸出信號的大多數(shù)來確定被提供到該處理裝置的信號的裝置。
結(jié)果，只有來自實際上傳遞輸出信號的傳感器的輸出信號被提供，以及多數(shù)判決是對于由傳感器傳遞到另一個處理設(shè)備的、作為整體的輸出信號的數(shù)值作出的。
現(xiàn)在參照附圖更詳細地說明本發(fā)明，其中

圖1示意地顯示光纖和傳感器；圖2示意地顯示用于把信號從傳感器提供到處理電路的電路；圖3示意地顯示按照圖2的集成電路；圖4示意地顯示與光纖配合起來工作的收發(fā)信機設(shè)備；圖5，6和7顯示光束分離棱鏡的各種實施例。
在圖1上，參考數(shù)字1表示光纖，從這個光纖可發(fā)出輻射光束，它在圖上用參考數(shù)字2表示。出射的光束2射到傳感器3上。傳感器3包括一些傳感器單元，它們在圖上分別用參考數(shù)字4a，4b，4c和4d表示，它們對于光束2中的輻射是敏感的。在許多情形下，傳感器單元4a...4d是光電二極管，它們根據(jù)入射的輻照而在電容上感應(yīng)電位差。傳感器單元的表面積越大，與其相關(guān)的電容越大。希望能夠保持相關(guān)的電容盡可能小，以使得能夠處理具有最高的調(diào)制頻率的調(diào)制光束2中的信號?，F(xiàn)有技術(shù)傳感器試圖找到一種折衷，即一方面希望使得具有與其相關(guān)的電容的傳感器4a...4d(以下也稱為傳感器4)的尺寸最小，而另一方面，希望把傳感器設(shè)計成具有最大尺寸以使得光纖1的一端容易相對于傳感器3實現(xiàn)機械定位。傳感器3越大，光纖1的末端相對于傳感器3定位的機械精確度的要求越不嚴格。
傳感器3包括大量的敏感的傳感器單元4(圖3)。一個與傳感器單元4a相對應(yīng)的象素的徑向尺度用箭頭a表示。來自光纖1的光束2優(yōu)選地在從光纖1出射和射到傳感器3時具有盡可能小的直徑。無論如何，考慮到傳送通過光纖1的、以及作為光束2從所述光纖1出射的光束的光波特性，在傳感器3上不可能形成這樣的光點，該光點的直徑小于由光纖1數(shù)值孔徑(numeric aperture)和被安排在光纖1的一端與傳感器3之間的任何光學(xué)單元(未示出)確定的尺寸?？梢缘玫降淖钚」恻c尺寸是衍射限制的光點尺寸。
傳感器3的一個象素的徑向尺寸小于光束2在傳感器3上的衍射限制的光點的直徑的一半。在這種情形下，多個傳感器單元4在所有的時間都被光束2照射到。具有衍射限制的直徑的光點在圖3上用參考數(shù)字5表示。
諸如傳感器3的傳感器把光束2中出現(xiàn)的信號變換成另一種類型的信號，諸如電信號、或磁信號、或溫度信號等等，光纖1精確地對準傳感器的問題是光纖1的末端需要持久地精確的對準傳感器3。所述對準受到機械顛簸和振動的影響。這樣的顛簸和振動使得光束2和傳感器3互相相對移動，正如圖上雙箭頭b表示的。在本發(fā)明的框架內(nèi)不是如在現(xiàn)有技術(shù)中那樣試圖盡可能地阻止振動和顛簸的發(fā)生，而是這樣來設(shè)計傳感器3，以使得光束相對于傳感器3的移動不會對傳感器3傳遞的信號造成有害的影響。
在圖3上，參考數(shù)字6和7作為例子在兩個位置上顯示光束2在傳感器3的位置處的光點。它支持這樣的理由，光束6和7的直徑尺寸至少與衍射限制的光點5的對應(yīng)的直徑尺寸一樣大。
圖2顯示其中來自各個傳感器單元4a...4d的輸出信號被加到處理電路8的情形。信號由提供裝置9來提供。所述提供裝置9被安排成不把來自傳感器3的每個傳感器單元4的每個輸出信號提供到處理設(shè)備8。為了能夠?qū)崿F(xiàn)這一點，提供裝置9是可調(diào)節(jié)的。而且，調(diào)節(jié)裝置10被顯示成可以根據(jù)來自傳感器3的傳感器單元4的輸出信號來控制對提供裝置9的調(diào)節(jié)。來自傳感器3的傳感器單元4的輸出信號通過線路11被提供到提供裝置9的輸入端。相同的輸出信號通過線路12被提供到調(diào)節(jié)裝置10的輸入端。調(diào)節(jié)裝置10被安排成通過線路13以在下面將要被描述的方式傳遞信號，對于每個傳感器單元4，這個信號確定來自所討論的傳感器單元的、在該時刻存在在線路11上的輸出信號是否能夠由提供裝置9通過線路11被提供到處理設(shè)備8。
調(diào)節(jié)裝置10包括用于確定通過線路12輸入到調(diào)節(jié)裝置10的信號強度的裝置15。為此，所述裝置15包括例如門限電路16。來自調(diào)節(jié)裝置10的輸出信號取決于在線路12上的輸出信號的強度而存在于線路13上，該調(diào)節(jié)裝置10可以調(diào)節(jié)該提供裝置，以便把在提供裝置9的輸入端處在線路11上存在的該同一個輸出信號通過線路14中繼到處理設(shè)備8。
將一個其本身是已知的控制設(shè)備(見圖3)安排用于要被讀出的傳感器單元4。進行所述讀出的速度足夠高，以便能精確地跟蹤光束2中的調(diào)制。
由于傳感器單元4覆蓋的面積大于光束2的直徑，如由參考數(shù)字6和7所表示的(見直徑尺寸c)，所以只有在由圓圈6和7包圍的區(qū)域內(nèi)存在的那些傳感器單元4分別在線路11和12上感應(yīng)不同于零的輸出信號。所有其他的傳感器單元4將感應(yīng)零的信號，以及對于線路14上的信號不作出貢獻。所以，每次重新讀出光束2未照射到的傳感器單元4都是沒有太多用處的。調(diào)節(jié)裝置10通過線路18被連接到控制設(shè)備17。通過所述線路18，調(diào)節(jié)裝置10通知控制設(shè)備17哪些傳感器單元4感應(yīng)零信號，因此，在常規(guī)地讀取傳感器單元4的情況下不需要包括它們。只有那些被光束照射到的傳感器單元4才需要每次再讀取(優(yōu)選地，這是包圍所述單元的一組傳感器單元)，以便能夠跟蹤光束2相對于傳感器3的上述的偏移。
可以在傳感器單元4每次被讀出時進行如上所述的對控制控制設(shè)備17的調(diào)節(jié)，以便只讀出傳感器3中的有限數(shù)目的傳感器單元，但是可替換地，該調(diào)節(jié)可以不時地進行一次，然后，在多次讀出時對控制設(shè)備17的調(diào)節(jié)不改變。通過線路18對控制設(shè)備17的調(diào)節(jié)僅僅需要以這樣的更新頻率來進行即，使得控制設(shè)備將能夠按照奈奎斯特準則跟蹤光束2相對于傳感器3偏移的頻率，即，在控制設(shè)備17被調(diào)節(jié)裝置復(fù)位的那些預(yù)定的時間點之間的時間間隔應(yīng)該小于光束2相對于傳感器3偏移的最高頻率的周期的一半。調(diào)節(jié)裝置10可以配備有用于該目的的定時器裝置20。
圖3顯示集成電路21，它包括傳感器3以及控制設(shè)備17，調(diào)節(jié)裝置101和提供裝置9?？刂圃O(shè)備和/或調(diào)節(jié)裝置和/或提供裝置9不一定必須被安排在與傳感器3相同的集成電路內(nèi)。
在上述內(nèi)容中，調(diào)節(jié)裝置10被描述為安排成使得來自傳感器3的傳感器單元4的某些輸出信號被變換成(以及其他信號則不被變換成)在線路13上的信號，結(jié)果，提供裝置9把所討論的輸出信號從線路11中繼到線路14。替換地，這就有可能只把最強的那些輸出信號從線路11提供到線路14，例如，在信號是電信號的情形下，這是其電流或電壓具有最大幅度的那些信號。
在上述的情形下，最終出現(xiàn)在線路14上的以及代表在某個時間點來自光束2的調(diào)制信號的信號，將與光束2相對于傳感器3的任何移動無關(guān)地存在。而且，借助于調(diào)節(jié)裝置10可以使得只有最強的那些輸出信號將被提供到線路14上。
通過線路18把調(diào)節(jié)信號提供到控制設(shè)備17從而使得在光束2相對于傳感器3的機械運動會導(dǎo)致產(chǎn)生信號損耗之前就能獲得新的調(diào)節(jié)，這種調(diào)節(jié)作用達到的效果在于實現(xiàn)了光束2相對于被讀出的傳感器3的傳感器單元的動態(tài)和連續(xù)的對準。
提供裝置9可包括多數(shù)判決設(shè)備22。在每次讀出傳感器3時來自一個以上的傳感器單元4的輸出信號被提供到線路14的情形下，中繼由大多數(shù)讀出的傳感器單元4表示的信號，是很有利的。在可能情況下，可以進行各個輸出信號的加權(quán)。來自靠近光束直徑中心的位置處的傳感器單元4的輸出信號，與被安排在光束直徑7的邊緣附近或剛好在邊緣以外的傳感器單元4相比，可被分配以更大的權(quán)因子。
當預(yù)定的信號在預(yù)定的時間點通過光纖傳輸時，可以不時地進行光束2相對于傳感器3的對準，以及檢測哪些傳感器單元4以什麼方式對光束2產(chǎn)生響應(yīng)。
圖4顯示收發(fā)信機設(shè)備30。在接收模式下，光束從光纖1出射，以及照射到傳感器31。在發(fā)送模式下，光束產(chǎn)生器32(它本身是已知的)產(chǎn)生光束33，它通過本身是已知的適當?shù)木劢寡b置和半透明單元35聚焦到光纖1的入口面36上。
雖然上面只描述了光束2對于傳感器31的對準，但本例也涉及到光束33對于光纖1的對準。為此，設(shè)備30包括半透明單元35，反射單元37，二維的位置敏感的傳感器31，控制裝置38，和光束偏移單元39，用于偏移光束33。
起始，光束2從光纖1射向傳感器31。這提供關(guān)于光束2照射到傳感器31時的傳感器31，在圖4的畫面平面上和垂直于畫面平面的平面上的位置的信息。這個信息可以從傳感器31通過線40提供到控制設(shè)備38?？刂圃O(shè)備38包括一個存儲器部分，在其中可以存儲所需的信息以供進一步處理，正如下面更詳細地描述的那些。隨后，光束產(chǎn)生器32通過聚焦設(shè)備34沿半透明單元35的方向發(fā)送光束33。在所述單元35中，光束33被分裂成沿光纖1的方向的光束41和沿鏡37方向直線運動的光束42。在本實施例中，鏡37是可以把光束42從它來自的方向反射回去的平面鏡，正如通過箭頭43表示的那樣。由鏡37反射的輻射的一部分然后由半透明單元35按傳感器31的方向被反射成為光束44。對于光束44而言，其中光束44照射到傳感器的位置的坐標將通過線40被中繼到控制設(shè)備38，也是正確的?？刂圃O(shè)備38因此知道光束2照射到傳感器31的位置和光束44照射到傳感器的位置。通過本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的軟件，根據(jù)在傳感器31上的光束2和44之間的位置的差別，可以簡單地計算光束33可以由光束偏移裝置39在什麼方向被偏移和偏移多大程度，以便確保光束44將在與光束2完全相同的位置上照射到傳感器31上。由于光束44按照與光束2相同的方向延伸，光束41也將按照與光束2相同的方向延伸。因此，光束41將在光束2出射的那個位置上照射到光纖1的表面36，這樣，確保光束4 4在與光束2完全相同的位置上照射到傳感器31上。因此，可以以簡單的、非機械方式達到光束產(chǎn)生器32與光纖1的完美的對準。
優(yōu)選地，光束偏移裝置39包括兩個可電驅(qū)動的光束偏移單元39a和39b，它們能夠向兩個不同的方向偏移光束，優(yōu)選地二者互相垂直地延伸。這樣的裝置是由其本身是已知的各向異性雙折射光學(xué)片構(gòu)成的。這樣的光學(xué)片使得入射的光束與它本身平行地偏移，其偏移程度取決于施加的電場的大小。在本發(fā)明的框架內(nèi)也可以使用不同于上述的、另外的可驅(qū)動的光束偏移單元。唯一的條件是出射的光束的位置和/或方向根據(jù)所施加的信號而不同于入射的光束的位置或方向，該信號可以是電的，機械的，壓電的，或熱的信號等等。
為了提高設(shè)備的機械精度，可以使用光束分離棱鏡作為半透明單元35。
而且，反射單元37可被部署在光束分離棱鏡35的后表面上，如圖5所示，以便得到更高的精度。
例如，如果光束44的長度不同于光束41的長度，為了得到更高的精度和降低對聚焦設(shè)備34的光學(xué)要求，則其上配置了反射單元37的光束分離棱鏡35的一個表面可以是彎曲的。作為例子，在圖6上顯示了凹形的反射單元37。根據(jù)周圍情形，也可能希望提供凸形的反射單元37。
為了進一步提高精度和降低對聚焦設(shè)備34的質(zhì)量要求，其上有光束33照射的光束分離棱鏡35的一個表面可以是彎曲的，所有這些如圖7所顯示的。
為了增強設(shè)備的堅固性，半透明單元35(例如光束分離棱鏡35)可被配置在傳感器3上。
應(yīng)當指出，在反射單元37上和/或在半透明單元35的光束33進入表面上形成曲面，有助于防止形成可能由光束產(chǎn)生器發(fā)射的不希望的波長的寄生諧振腔。
優(yōu)選地(然而不是必須地)，二維的、位置敏感的傳感器31是參照圖1到3描述的傳感器。
各種實施例和修正方案對于閱讀過以上內(nèi)容的本領(lǐng)域技術(shù)人員將是很明顯的。所有這樣的實施例和修正方案都被認為屬于本發(fā)明的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于與光纖(1)配合起來工作的接收設(shè)備的傳感器，用于把具有從光纖出射的光束的形式的信號變換成不同類型的信號，該傳感器包括兩個或多個互相分開的傳感器單元(4aa，...，4d)，這些傳感器單元(4a，...，4d)傳遞具有取決于加到傳感器單元上的光束強度的輸出信號，其特征在于，傳感器單元(4a，...，4d)的最大尺寸至多等于在傳感器單元(4a，...，4d)的位置處從光纖(1)出射的光束(2)的衍射限制的光點的直徑的一半，配備有傳感器單元(4a，...，4d)的傳感器(3)部分的徑向尺寸(c)大于從光纖(1)出射的光束(2)的直徑，以及提供了用于確定來自每個傳感器單元(4a，...，4d)的輸出信號的強度的裝置(15)。
2.一種包括如權(quán)利要求1中要求的傳感器的設(shè)備，其特征在于，該設(shè)備包括可調(diào)節(jié)的裝置(9)，用于把由傳感器單元(4a，...，4d)傳遞的輸出信號提供給處理設(shè)備(8)，以及調(diào)節(jié)裝置(10)，用于調(diào)節(jié)提供裝置(9)，以便根據(jù)來自傳感器單元(4a，...，4d)的輸出信號的強度把所述來自傳感器單元(4a，...，4d)的輸出信號提供或不提供到處理設(shè)備(8)，該調(diào)節(jié)裝置(10)包括所述用于確定來自傳感器單元的輸出信號的強度的裝置(15)。
3.如權(quán)利要求2中要求的設(shè)備，其特征在于，所述調(diào)節(jié)裝置(10)包括門限電路(16)。
4.如權(quán)利要求2或3中要求的設(shè)備，其特征在于，所述調(diào)節(jié)裝置(10)包括用于把提供裝置(9)設(shè)置在預(yù)定的時間點的定時器裝置(20)。
5.如權(quán)利要求2，3或4中要求的設(shè)備，其特征在于，所述調(diào)節(jié)裝置(10)調(diào)節(jié)所述提供裝置(9)，以便只提供最強的輸出信號。
6.如權(quán)利要求4中要求的設(shè)備，其特征在于，所述預(yù)定的時間點之間的時間間隔小于光束在傳感器上移動的最高頻率的周期的一半。
7.如權(quán)利要求2或3中要求的設(shè)備，其特征在于，所述提供裝置(9)被設(shè)置成可提供來自一個以上的傳感器單元(4a，...，4d)的輸出信號，以及存在著用于根據(jù)可提供的輸出信號的大多數(shù)來確定被提供到處理裝置(8)的信號的裝置(22)。
8.如權(quán)利要求2到5的任一項中要求的設(shè)備，其特征在于，所述傳感器(3)和所述調(diào)節(jié)裝置(10)形成單個集成電路(21)的一部分。
9.如權(quán)利要求8中要求的設(shè)備，其特征在于，所述提供裝置(9)形成所述單個集成電路(21)的一部分。
10.如權(quán)利要求7和權(quán)利要求8或9的任一項中要求的設(shè)備，其特征在于，所述確定裝置(15)形成單個集成電路(21)的一部分。
全文摘要
與光纖(1)配合起來工作的接收設(shè)備配備有傳感器(3)。傳感器(3)包括兩個或多個互相分開的傳感器單元(4a，...，4d)，這些傳感器單元(4a，...，4d)傳遞一個輸出信號，其信號強度取決于加到傳感器單元(4a，...，4d)的強度。傳感器單元(4a，...，4d)的最大尺寸(a)至多等于在傳感器單元(4a，...，4d)的位置處光纖(1)出射的光束(2)的衍射限制的光點的直徑的一半。配備有傳感器單元(4a，...，4d)的傳感器(3)部分的徑向尺寸(c)大于從光纖(1)出射的光束(2)的直徑。存在有用于確定來自每個傳感器單元(4a，...，4d)的輸出信號的強度的裝置(15)。
文檔編號H01L31/0232GK1460173SQ02800820
公開日2003年12月3日 申請日期2002年3月21日 優(yōu)先權(quán)日2001年3月26日
發(fā)明者M·E·科勒 申請人:皇家菲利浦電子有限公司