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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von lichtoptischen Leitungsanordnungen unter Verwendung der Faseroptik oder anderer Lichtsignalüberträger, bei dem ein strangartiger lichtoptischer Leiter von einer Vorratseinrichtung abgezogen und einer Führungsvorrichtung zugeführt wird.
Die Technik der Faseroptik ist erst seit einiger Zeit derart bekanntgeworden, dass sie auch in der industriellen Fertigung eine nicht mehr wegzudenkende Rolle spielt. Die im Zusammenhang mit der Faseroptik bzw. entsprechender lichtoptischer Leiter verwendete Technik beruht auf der Leitung von Lichtstrahlen innerhalb eines langgestreckten Mediums, wobei der auch über Krümmungen geführte Lichtstrahl zufolge der Totalreflexion des Lichtes an der Oberfläche des Leiters in diesem verbleibt.
Die Faseroptik erfreut sich bereits einer Vielzahl verschiedenartigster Anwendungsgebiete ; so ist es in jüngster Zeit bekanntgeworden, unter Zuhilfenahme der Faseroptik Magen- und Nierendiagnosen auszuführen, bei denen eine sehr kleine Lichtquelle zusammen mit einem entsprechenden Lichtleiter in diese Organe eingeführt wird und so das Innere derselben einer Betrachtung unterzogen werden kann. Auch ist es bekannt, Informationen, wie Buchstaben od. dgl. über eine längere Wegstrecke ohne Verzerrung mittels der Faseroptik zu übertragen.
Zu vermuten ist, dass die Faseroptik bzw. eine entsprechende Technik der Lichtübertragung im Zusammenhang mit der Verwendung von Laserstrahlen noch ein sehr grosses technisches Anwendungsgebiet finden wird. Bekanntlich sind eine Vielzahl von Informationsübertragungen zu verwenden, so etwa auch für Fernsehsendungen u. dgl.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Herstellen von lichtoptischen Leiteranordnungen unter Verwendung der genannten Technik zu schaffen, wobei die Lichtleiter oder eine Mehrzahl von Lichtleiterabschnitten derart in beliebiger Kombination angeordnet werden können, dass eine Mischung oder Zusammenführung oder auch eine Trennung der zu übertragenden lichtoptischen Strahlung nach Art einer gedruckten Schaltungsplatte od. dgl. möglich ist.
Die Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch erreicht, dass der optische Leiter in der Führungsvorrichtung in engen Kontakt mit vorbestimmten Bereichen der Oberfläche eines Trägermaterials gebracht wird, und an diesen Oberflächenbereichen dauerhaft befestigt wird, dass nach Aufbringung eines jeden Leiterabschnittes dieser von dem Vorratsstrang abgetrennt wird und dass nach dem Aufbringen und Verankern der Strahlungsleiterabschnitte an vorbestimmten Stellen Verbindungen zwischen einzelnen oder mehreren Leiterabschnitten hergestellt werden.
Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht darin, dass zur Verbindung mehrerer optischer Leiterabschnitte diese, wie an sich bekannt, in sich berührenden oder kreuzenden Bahnen verlegt werden, an den Übergangs- oder Kreuzungsstellen durch Stanzen, Bohren od. dgl. aufgetrennt werden und der gebildete Trennraum mit optisch leitendem Material ausgefüllt wird.
Schliesslich ist für die Erfindung auch von Bedeutung, dass die Oberfläche des Trägermaterials mit einer Belegung versehen wird, die während der Aufbringung des optischen Leiterabschnittes nicht oder noch nicht vollständig ausgehärtet ist, und dass die Strahlungsleiterabschnitte mit der Trägeroberfläche durch weiteres Härten bzw. Aushärten fest verbunden werden.
Das erfindungsgemässe Verfahren bietet den Vorteil, dass beliebige auf lichtoptischem Wege übertragene Informationen innerhalb einer in sich abgeschlossenen Schaltungsanordnung in jeweils gewünschter und mannigfaltiger Weise entsprechend dem vorgegebenen Leitermuster aufgetrennt oder vermischt und gegenseitig verbunden werden können. Gemäss der Erfindung ist es möglich, lichtoptische Informationen in gleicher Weise zu behandeln wie in gedruckten Schaltungen elektrische Informationen. Da die Misch- oder Verbindungsstellen der einzelnen lichtoptischen Leiter innerhalb des vorgegebenen Leitermusters beispielsweise auch aus Prismen bestehen können, ist es darüber hinaus möglich, der Schaltung zugeführte Mischwellenlängen in ihre diskreten Wellenlängen aufzuteilen und-falls erforderlich-in der aufgetrennten Form separiert weiterzuleiten.
Die lichtoptischen Informationen können in beliebiger Folge und über beliebige neben- und übereinander angeordnete Lichtleiter geführt werden, und es können an hiefür vorgesehenen Knoten- und Verbindungsstellen wieder beliebige Lichtleiter lichtoptisch miteinander verbunden werden.
Die Zeichnungen zeigen beispielsweise Ausführungsformen der Erfindung, und es bedeutet : Fig. l eine perspektivische Schnittdarstellung eines nach dem erfindungsgemässen Verfahren hergestellten lichtoptischen Leitermusters, welches in entsprechendes plattenartiges Trägermaterial eingebracht ist, Fig. 2 einen Querschnitt durch einen Abschnitt der Leiteranordnung gemäss Fig. l, Fig. 3 einen Querschnitt durch eine weitere Ausbildungsform eines lichtoptischen Leitermusters, Fig. 4 einen Teilquerschnitt durch ein anderes Ausführungsbeispiel einer nach dem erfindungsgemässen Verfahren hergestellten lichtoptischen Leiterplatte, Fig. 5 eine perspektivische Teilansicht einer weiteren bevorzugten Ausführungsform einer in ein Trägermaterial eingebrachten lichtoptischen Leiteranordnung, Fig. 6 eine Draufsicht auf eine Vorrichtung zur Herstellung eines Leitermusters, Fig.
7 einen Querschnitt entlang der Linie VI/VI von Fig. 6, Fig. 8, 9, 10 eine perspektivische Teilansicht weiterer Verlegungsmöglichkeiten lichtoptischer Leiter innerhalb eines Trägermaterials, Fig. 11 eine neuartige Anordnung von lichtoptischen Leiterabschnitten, Fig. 12 einen Querschnitt entsprechend Fig. ll, Fig. 13 eine Darstellung in Übereinstimmung mit Fig. 12, wobei die lichtoptischen Leiter in ein Trägermaterial eingebettet sind, Fig. 14 ein Anschluss- oder Verteilerstück für eine Mehrzahl von lichtoptischen Leitern, teilweise
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im Schnitt, Fig. 15 einen Querschnitt durch die Darstellung gemäss Fig. 14.
Wie in Pig. l gezeigt, sind eine Mehrzahl von lichtoptischen Leitern--2400--in ein plattenartig ausgebildetes Trägermaterial --2800-- eingebracht. Entlang der Knoten-oder Verbindungsstellen und der Endpunkte der lichtoptischen Leiter--2400--sind durch das Trägermaterial --2800-- und den lichtoptischen Leiter--2400--Ausnehmungen oder Durchbohrungen vorgesehen.
Der Unterschied in den Brechungsindizes für die innerhalb der lichtoptischen Leiter--2400--zu leitende Strahlung für das Trägermaterial einerseits und den lichtoptischen Leiter anderseits ist so zu wählen, dass an der Grenzfläche des lichtoptischen Leiters Totalreflexion der Strahlung auftritt, d. h., dass die Strahlung den lichtoptischen Leiter nicht verlassen kann, sondern vielmehr an dessen Peripherie innerhalb des Leiterzuges verbleibend zurückgeworfen wird.
In die genannten Bohrungen an den Endflächen der Leiterabschnitte werden Verbindungs- oder Verteilerglieder eingefügt, die einen Brechungsindex aufweisen müssen, welcher geeignet ist, das aus der Stirnfläche des lichtoptischen Leiters--2004--austretende Licht aufzunehmen und verlustlos weiterzuleiten.
Die Verbindungs-oder Verteilerglieder--2200--können hiebei auch die Form von Prismen aufweisen, so dass bei dem Eintreten von Mischlicht in ein derartiges Verteilerglied eine Aufspreizung der unterschiedlichen Wellenlängen erfolgen kann und diese getrennt voneinander weitergeleitet werden können.
Es ist vorteilhaft, den Brechungsindex des lichtoptisch lückenlos mit den Lichtleiterabschnitten--2400-- verbundenen Verteilergliedes--2200--so zu wählen, dass er demjenigen des Lichtleiters selbst entspricht oder dass er eine verlustlose übertragung der Strahlung ermöglicht.
In Fig. 2 ist ein Teilstück einer Querschnittsdarstellung von Fig. l wiedergegeben. In dieser Darstellung ist klar erkennbar, dass das Verteilerglied-2200-sowohl das Trägermaterial --2800-- als auch den lichtoptischen Leiter--2400--durchgreift und die Stirn- oder Schnittflächen --2500-- der einzelnen Abschnitte der lichtoptischen Leiter--2400--in lückenlosem lichtoptischem Kontakt mit den Verteilergliedern-2200-stehen. Die Verteilerglieder --2200-- können so ausgebildet sein, dass sie aus mehreren Schichten aus Materialien unterschiedlicher Brechungsindizes bestehen, die so zueinander angeordnet sind, dass bei der Lichtübertragung jegliche Verluste an den vorgewählten Knotenpunkten vermieden werden.
Im hier dargestellten Beispiel zylindrisch ausgeführter Verteilerglieder bestehen die Schichten unterschiedlicher Brechungsindizes aus koaxial ineinandergefügten zylindrischen Körpern.
Fig. 3 zeigt ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer lichtoptischen Leiterplatte, bei welcher die Verbindungs- oder Knotenpunkte der zu kombinierenden einzelnen Leiterabschnitte--2400--in Form von Hohlkörpern --2600-- ausgeführt sind. Die Lichtübertragung erfolgt entlang der zylindrischen Mantelfläche - 2706-der Hohlkörper-2600--. Zur besseren Lichtübertragung ist zwischen die Stirnflächen
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--2700-- eingefügt,Übertragung der Lichtsignale sicherstellt.
Die lichtoptischen Leiter können in ihrer Ausbildungsform verschiedenartig sein. Neben faseroptischem Material kann auch jedes andere zur Übertragung von Strahlungen und Lichtsignalen geeignete Leitermaterial verwendet werden. Die lichtoptischen Leiter können im Querschnitt massiv oder auch hohl ausgebildet sein, und sie können bandförmig oder rund vorliegen.
Die in den Darstellungen wiedergegebenen Anordnungen von lichtoptischen Leitern werden derart hergestellt, dass zunächst die in Form strangartigen bzw. endlosen Materials vorliegenden Faserbündel od. dgl., die etwa auf einer Trommel aufgewickelt sein können, von der Vorratseinrichtung abgezogen werden, um nachfolgend einer Führungsvorrichtung zugeführt zu werden. Diese Führungsvorrichtung kann relativ zu dem Trägermaterial in einer Ebene sowohl in x- als auch in y-Richtung gesteuert werden, wobei diese Steuerung sehr genau einstellbar und insofern beliebig oft exakt reproduzierbar ist.
Soll der auf eine Trägerschicht aufzubringende Lichtleiter darüber hinaus auch in der z-Richtung variierbar verlegt werden können, d. h. innerhalb der Trägerschicht unterschiedliche Höhen einnehmen können, dann kann die Führungsvorrichtung auch so ausgebildet werden, dass eine entsprechende Verschiebung in der dritten Dimension möglich wird. Die variable Einstellung der Führungsvorrichtung in allen drei Ebenen bzw. bei Zugrundelegung eines karthesischen Koordinatensystems in der x-, y- und z-Richtung kann etwa mittels geeigneter Spindelführungen oder pneumatisch oder anderweitig erfolgen.
Die Fig. 6 und 7 zeigen eine Hilfsvorrichtung, die aus einer Platte--70--besteht, auf welche in konstanten Abständen zueinander eine Vielzahl von Führungsstiften--72--aufgebracht ist. Die Führungsstifte --72-- besitzen sowohl in der x- als auch in der y-Richtung schlitzartige Ausnehmungen--74--, in welche die lichtoptischen Leiterzüge --76-- in beliebiger vorgewählter Kurvenführung zum Zwecke einer genauen Verformung eingebracht werden können oder auch um diese herumführbar sind.
Derart vorgeformte lichtoptische Leiterabschnitte können ohne Schwierigkeit auf die Oberfläche des Trägermaterials aufgebracht oder auch in das Trägermaterial eingebracht werden. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemässen Verfahrens wird der von einer Vorratseinrichtung abgezogene lichtoptische Leiterstrang über die Führungsvorrichtung mit der Oberfläche des Trägermaterials in engen Kontakt
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gebracht, wobei die Relativbewegung der Führungseinrichtung zur Trägeroberfläche immer dann, wenn der Strahlungsleiter mit derselben in engem Kontakt steht, dem vorbestimmten geometrischen Verlauf der herzustellenden lichtoptischen Leiterabschnitte auf der Oberfläche entspricht.
Hiebei wird der Leiterabschnitt auf oder in der Oberfläche des Trägers in bezug auf den vorgegebenen Bahnverlauf exakt reproduzierbar und dauerhaft befestigt.
Nach dem Aufbringen eines jeden Leiterabschnittes wird dieser von der kontinuierlichen Zuführung aus der Vorratsvorrichtung abgetrennt, und nach dem Aufbringen und Verankern werden an den vorbestimmten Stellen der Strahlungsabschnitte die Lochungen in das Trägermaterial und durch den lichtoptischen Leiter eingebracht, um nachfolgend durch Einbringen geeigneter Verbindungs- oder Verteilerglieder in die Lochungen eine wirksame lichtoptische Verbindung zwischen einzelnen oder mehreren lichtoptischen Leiterabschnitten herzustellen.
In den Fig. 4 und 5 ist ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer für die Übertragung von Lichtsignalen geeigneten Schaltungsanordnung wiedergegeben. Hiebei ist der lichtoptische Leiterzug --14-- mit
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eine Schutzschicht --22-- trägt.
Das lichtoptische Leitungsmaterial kann auf unterschiedliche Weise auf bzw. in das Trägermaterial eingebracht werden. So können beispiel. weise entsprechende Vertiefungen in die Trägerplatte eingebracht werden, welche die Leiterabschnitte at. nehmen, oder die Leiterabschnitte können auch einfach auf die
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Leiterabschnitte in einem vorgehärteten Zustand vorliegt, um nach dem Anbringen der einzelnen Leitermuster die gesamte Einheit in einem Nachhärteprozess vollständig aushärten zu können. Das Trägermaterial bildet dann zusammen mit dem Leitermuster eine untrennbare stabile Einheit.
Die Wärmeaushärtung des Materials kann gleichzeitig mit einer entsprechenden Druckbeaufschlagung erfolgen. Eine derart hergestellte Einheit kann dann nachfolgend an den hiefür vorgesehenen Stellen durch einen Stanz- oder Bohrvorgang mit einer Mehrzahl von Löchern versehen werden, welche-wie oben ausgeführt-sowohl durch das Trägermaterial als auch durch den oder die betreffenden Leiterzüge hindurchgeführt ist. Eine wesentliche Aufmerksamkeit ist auf die Behandlung der Schnittfläche des Leiterzuges zu richten, da hier nachteilige Lichtstreuungen unbedingt vermieden werden müssen.
In einer weiteren Ausbildungsform des Verfahrens kann der lichtoptische Leiter mit einem Klebharz überzogen werden oder auch das Basismaterial. Nachfolgend wird der lichtoptische Leiter über eine düsenartige Führungseinheit od. dgl. in der gewünschten Musterführung auf der Oberfläche der Platte angeordnet, wobei die Führungsvorrichtung numerisch gesteuert werden kann. Je nach dem verwendeten Überzugsmaterial kann der aus der Führungsvorrichtung austretende lichtoptische Leiter entweder mit einem hiefür geeigneten Lösungsmittel befeuchtet oder auch erwärmt werden.
Das erfindungsgemässe Verfahren ermöglicht die Anordnung von Leiterzügen auf einem Trägermaterial mit sehr geringen Abständen, so dass auf einer verhältnismässig kleinen Trägerplatte eine grosse Zahl von Leiterzügen in Nebeneinander-und/oder Übereinander-Ordnung untergebracht werden kann. Die einzelnen Platten können darüber hinaus nach Art des bekannten Baukastenprinzips Grundelemente für mannigfaltige und umfangreiche Schaltanordnungen darstellen.
In den Fig. 8 bis 13 sind weitere nach dem erfindungsgemässen Verfahren hergestellte Platten mit einer Vielzahl von lichtoptischen Leitern wiedergegeben. So zeigt die Fig. 8 mehrere parallel zueinander verlaufende Leiterabschnitte--402--, die in ein Trägermaterial --400-- eingebettet sind. In Fig. 9 ist ein einzelner lichtoptischer Leiterzug meanderartig geführt, wobei er eine Ausdehnung in allen drei Dimensionen aufweist. Die im Ausschnitt dargestellten lichtoptischen Leiterplatten können in Nebeneinander-Ordnung oder Übereinander-Ordnung beliebig miteinander kombiniert werden und an hiefür vorgesehenen Stellen in der oben beschriebenen Weise mit Lochungen versehen werden, die mit einem geeigneten lichtoptischen, Signale leitenden Material auszufüllen sind.
Wie aus den wiedergegebenen Beispielen bereits erkennbar, lässt sich eine grosse Zahl verschiedenster Schaltungen aufbauen, was bereits allein durch die mannigfaltige Einbringungsmöglichkeit von Lochungen an Kreuzungspunkten od. dgl. möglich wird.
In Fig. 15 ist eine Trägerplatte-420--gezeigt, die Leiterzüge in gitterförmiger Anordnung wiedergibt, welche aus einem kontinuierlich geführten Strang bestehen. Indem man eine entsprechende Lochanordnung wählt, können auch hier eine Vielzahl verschiedener Schaltschemen hergestellt werden.
Das Herstellungsverfahren derartiger Plattenanordnungen geht insbesondere aus den Fig. 11 bis 13 hervor, in denen in Aufsicht und im Querschnitt gezeigt ist, dass ein aus lichtoptischem Leitermaterial bestehendes Gitter in ein geeignetes Trägermaterial eingebracht wird, woraufhin Lochungen an vorgewählten Stellen beliebige Verbindungsmöglichkeiten einzelner Leiterzüge untereinander ermöglichen.
Schliesslich zeigen die Fig. 14 und 15 noch die bündelartige Anordnung von lichtoptischen Leiterzügen
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Kunststoffstäbe, oder auch eine Faseroptik in Form von Faserbündeln od. dgl., verwendet werden. Mittels der lichtoptischen Leiter können Strahlungssignale von beliebiger Art optisch übertragen werden. Als optische Sender oder Vermittler kommen beliebige hiefür geeignete Lichtquellen, wie etwa Halbleiter-Lichtquellen, Laserstrahlen u. dgl., in Frage. Das über die lichtoptischen Leitungen transportierte Licht kann an einem vorgegebenen Zielort aus der Schaltungsanordnung austreten. Es kann aber beispielsweise an einem Knotenpunkt od. dgl. auch in andere Leitungsabschnitte weitergegeben werden oder auch direkt einer Verarbeitungsvorrichtung, wie etwa einer Photozelle, zugeführt werden.
Weiter ist es möglich, die lichtoptischen Signale mit solchen anderer Herkunft zu vermischen oder sie unter Einschaltung von optischen Filtern, die nur definierte Wellenlängen hindurchlassen, in separate Signalkanäle weiterzuleiten, aufzuteilen oder zusammenzuführen.
Die Verbindung zwischen zwei lichtoptischen Leitern, etwa zwischen zwei Glasfaserbündeln, kann durch die Vereinigung der Bündel erfolgen oder durch Zwischenschaltung der genannten Verbindungs- oder Verteilerglieder.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zum Herstellen von lichtoptischen Leitungsanordnungen unter Verwendung der Faseroptik oder anderer Lichtsignalüberträger, bei dem ein strangartiger lichtoptischer Leiter von einer Vorratseinrichtung
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optische Leiter von der Führungsvorrichtung in engen Kontakt mit vorbestimmten Bereichen der Oberfläche eines Trägermaterials gebracht wird und an diesen Oberflächenbereichen dauerhaft befestigt wird, dass nach Aufbringung eines jeden Leiterabschnittes dieser von dem Vorratsstrang abgetrennt wird und dass nach dem Aufbringen und Verankern der Strahlungsleiterabschnitte an vorbestimmten Stellen Verbindungen zwischen einzelnen oder mehreren Leiterabschnitten hergestellt werden.
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