DE3722586C2 - Optische Leitvorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine optische Leitvorrichtung und insbesondere ein System, welches ein programmiertes Um­ schalten von optischen Signalen ermöglicht.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, eine Einrichtung für das Vorwählen optischer Schaltwege zum programmierten Leiten von optischen Signalen zu schaf­ fen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine optische Leitvorrichtung gelöst, die einen Gehäuseblock, der eine Vielzahl von sich schneidenden Lichtführungen enthält, und wenigstens einen Steuerstab aufweist, der selektiv in eine der Lichtführungen so eingeführt werden kann, daß eine von dem Stab getragene Lichtreflexionseinrichtung in eine Position gebracht werden kann, in der sie an der Schnittstelle der zwei Lichtführungen liegt, wodurch ein in einer der sich schneidenden Lichtführungen laufender Lichtstrahl in eine andere Führung der sich schneidenden Lichtführungen neu gerichtet wird.

Die Erfindung wird ferner durch eine optische Leitvor­ richtung gelöst, die einen Gehäuseblock, der lichtundurch­ lässig oder transparent mit einem geregelten Brechungsin­ dex sein kann und eine Vielzahl von sich schneidenden Bohrungen enthält, und wenigstens einen Steuerstab auf­ weist, der selektiv in eine der Bohrungen so eingeführt werden kann, daß ein von dem Stab getragener Spiegel in eine Position an dem Schnittbereich der beiden Bohrungen gebracht wird, wodurch ein in einer der sich schneidenden Bohrungen laufender Lichtstrahl in eine andere der sich schneidenden Bohrungen neu gerichtet wird.

Die sich schneidenden Bohrungen können in einer beliebi­ gen Anzahl von Ebenen in dem Block liegen und in eine beliebige Anzahl von Richtungen weisen. Es kann eine be­ liebige Anzahl von Steuerstäben benutzt werden, was da­ von abhängt, wie komplex der zu erzielende Lichtweg ist.

Die Steuerstäbe können mehrere Spiegel an axial verschie­ denen Positionen längs der Stäbe tragen, um die Licht­ strahlen in unterschiedlichen Paaren von sich schneiden­ den Bohrungen in verschiedenen Ebenen in dem Block zu steuern. Die Steuerstäbe können auch andere Einrichtun­ gen zum Steuern der Lichtstrahlen tragen, beispielsweise Prismen oder teilweise reflektierende Oberflächen, welche mit einer Beschichtung versehen sein können oder auch nicht, die so beschaffen ist, daß bestimmte Frequenzen oder Frequenzbänder im sichtbaren Spektrum vollständig oder teilweise reflektiert werden, wobei die teilreflek­ tierenden Oberflächen es ermöglichen, daß ein zu über­ tragendes Lichtsignal teilweise zu einem weiteren Spie­ gel oder Spiegeln (oder anderen Reflexionseinrichtungen) übertragen werden, wodurch es in wirksamer Weise möglich ist, ein Signal zu teilen und zu mehreren Ausgängen neu zu richten.

Da nichtkohärente oder außer Phase befindliche sich schneidende Lichtstrahlen einander ohne Indifferenz kreuzen können, ist so eine dreidimensionale Schaltan­ ordnung möglich, die eine komplexe Steuerung einer großen Anzahl von Lichtsignalen innerhalb eines relativ kleinen Volumens gewährleistet.

Anhand von Zeichnungen wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 schematisch perspektivisch einen Körperabschnitt einer Ausführungsform einer optischen Leitvor­ richtung,

Fig. 2a schematisch einen möglichen Steuerstab für die Verwendung in der Ausführungsform von Fig. 1,

Fig. 2b den Schnitt A-A von Fig. 2a,

Fig. 3 schematisch im Schnitt die Arbeitsweise der er­ sten Ausführungsform,

Fig. 4a, b und c weitere Beispiele von Steuerstäben,

Fig. 5 schematisch eine Anzahl möglicher Leitwege in einer Ausführungsform mit einer einzigen Ebene und

Fig. 6 schematisch perspektivisch einen Körperabschnitt einer zweiten Ausführungsform einer optischen Leitvorrichtung.

Die in Fig. 1 gezeigte Ausführungsform weist einen massi­ ven Quader 10, in diesem Fall einen Würfel, auf, der an seinen drei benachbarten Flächen 12, 14, 16 von jeweils gleichen Reihen von (in diesem Fall) neun Durchgangsboh­ rungen 18 durchbohrt ist. Infolge der symmetrischen Art und Positionierung dieser Bohrungen 18 schneidet jede Bohrung in einer vorgegebenen Fläche der Flächen 12, 14, 16 drei der Bohrungen in jeder der beiden anderen Flächen 12, 14, 16.

In ausgewählte Bohrungen 20 in dem Block 10 kann eine Vielzahl von massiven oder rohrförmigen Stäben 18 (Fig. 2) eingeführt werden. Jeder Stab 18 hat eine oder mehrere ausgesparte mit Spiegel versehene Abschnitte 22 (in die­ sem Fall hat er nur einen solchen Abschnitt) für das Auf­ fangen eines Lichtstrahls und für das Umlenken des Licht­ strahls um 90°. Dieser Vorgang ist in Fig. 3 dargestellt, wo eine Bohrung 20a gezeigt ist, die von der Fläche 16 ausgeht und die Löcher 20b und 20c schneidet, die von der Fläche 14 bzw. 18 des Würfels 10 ausgehen. Der Stab 18 ist axial in die Bohrung 20c eingeführt und im Winkel zu der Bohrung 20c ausgerichtet, so daß so sein Spiegel unter 45° zu der Längsachse der beiden Bohrungen 20a und 20b liegt. Wenn ein Lichtstrahl X axial in die Bohrung 20a gerichtet wird, wird er somit um 90° umgelenkt, so daß er axial längs der Bohrung 20b abgeht (was durch Y veranschaulicht ist). Der gleiche Vorgang wird umgekehrt erhalten, wenn das Signal in die Bohrung 20b gerichtet wird, wodurch das Lichtsignal dann durch die Bohrung 20a austritt. Durch Drehen des Stabs 18 um 90° (in Fig. 3 im Gegenuhrzeigersinn), könnte der durch die Bohrung 20a eintretende Lichtstrahl alternativ in die entgegengesetzte Richtung nach unten im Loch 20b gerichtet werden, wo er von Spiegeln in Stäben 18 an anderen Positionen auf­ gefangen werden oder einfach den Block am anderen Ende der Bohrung 20b verlassen kann.

Die Stäbe 18 können ihrerseits transparent oder lichtun­ durchlässig bzw. trüb sein oder aus einem Rahmenwerk be­ stehen, um dem Licht einen ungestörten Durchgang zu er­ möglichen. Ferner sind die Stäbe 18 in den Bohrungen in dem Block verschiebbar. An den Stäben und/oder an dem Block können Führungen vorgesehen werden, um eine genaue fluchtende Ausrichtung der Spiegel zu den Bohrungen an ausgewählten Positionen zu gewährleisten.

Jeder Stab 18 kann einen Spiegel 22 oder eine Vielzahl von Spiegeln 22 tragen, die in der gleichen Richtung oder in verschiedene Richtungen orientiert sein können, ein­ schließlich nach oben und nach unten, d.h. einfallendes Licht wird axial längs des Stabs auf wenigstens einem Teil seiner Länge gerichtet. Die Stäbe 18 brauchen keinen kreisförmigen Querschnitt haben. Sie können beispielsweise einen quadratischen oder rechteckigen Querschnitt haben (siehe Fig. 4a). In den letzteren Fällen bilden, wenn der Stab transparent ist und der Spiegel auf 45° liegt, die Seiten des Stabes kein Hindernis für den Lichttransport in Ebenen über und unter dem Spiegel, da sie senkrecht zu den einfallenden Lichtstrahlen liegen.

Fig. 4b zeigt ein Beispiel eines massiven Stabs 18 mit kreisförmigem Querschnitt, der einen einzigen Spiegel 22 aufweist. Fig. 4c zeigt ein Beispiel eines massiven Stabes 18 mit kreisförmigem Querschnitt und zwei Spiegeln 22a, 22b, die in entgegengesetzte Richtungen weisen.

Fig. 5 zeigt Beispiele (wobei gerade eine einzige Schalt­ ebene zur Vereinfachung der Darstellung benutzt wird) für die Schaltfähigkeit unter Verwendung des vorliegen­ den Systems. In die Bohrungen in irgendeiner der Flächen eingeführte Lichtstrahlen können durch die Spiegel an den Stäben 18 so geleitet werden, daß sie entweder an der gleichen Fläche oder an irgendeiner der anderen Flä­ chen austreten. Durch Steigerung der Anzahl von Ebenen können natürlich die möglichen Schaltvariationen enorm gesteigert werden. Dies ergibt einen der Hauptvorteile des vorliegenden Systems, nämlich daß eine beträchtliche Anzahl von potentiellen Leitwegen auf einem relativ kleinen Raum zur Verfügung steht.

Die Form des Blocks 10 ist nicht auf einen Quader begrenzt. Der Block kann irgendeine geeignete Gestalt mit einer beliebigen Anzahl von Öffnungen in irgendeiner von drei Richtungen und einer beliebigen Anzahl von Ebenen auf­ weisen. Beispielsweise kann der Block, wie in Fig. 6 ge­ zeigt ist, die Form einer Scheibe 10a mit einer Vielzahl von radialen Bohrungen 20d haben, die eine zentrale axiale Bohrung 20e schneiden.

In irgendeine der radialen Bohrungen 20d kann ein Stab eingeführt werden, der einen Spiegel 22 aufweist, der so angeordnet ist, daß er am Schnittpunkt der Bohrung 20d mit der zentralen Bohrung 20e so liegt, daß in die zentrale Bohrung 20e gerichtetes Licht durch den Spiegel so neu gerichtet wird, daß es durch eine andere ausge­ wählte radiale Bohrung 20d austritt. Alternativ könnte die Bohrung 20e einen Stab 18 aufnehmen, was nicht ge­ zeigt ist, der transparent ist und einen Spiegel trägt, der Licht, das axial in den Stab gerichtet ist, um 90° reflektiert, wodurch das Licht aus irgendeiner ausge­ wählten Bohrung 20d nach außen neu gerichtet wird, was von der gewählten Winkelausrichtung des Stabs 18 in der Bohrung 20e abhängt. Obwohl es nicht im einzelnen erläu­ tert wird, können Einrichtungen zum Filtern, Parallel­ richten oder für eine andere Behandlung der Lichtstrah­ len erforderlich sein, die in das vorliegende System ein­ treten und es verlassen, um so eine Kompatibilität und Anpassung an externe optische Systeme zu erhalten. Bei­ spielsweise können Lichtsignale, die in das System ein­ treten und/oder das System verlassen, in optischen Fa­ sern geführt und mittels liegender optischer Steckerlei­ tungen in den Block eingeführt und daraus abgeleitet werden.

Claims (17)

1. Optische Leitvorrichtung gekennzeich­ net durch einen Gehäuseblock (10), der eine Viel­ zahl einander schneidender Lichtführungen (20) ent­ hält, und durch wenigstens einen Steuerstab (18), der selektiv in jede der Lichtführungen eingeführt werden kann, so daß eine von dem Stab (18) getragene Licht­ reflexionseinrichtung (22) in eine Position bringbar ist, die an der Kreuzung der zwei Lichtführungen (20) liegt, wodurch ein in einer der sich schneidenden Lichtführungen (20) laufender Lichtstrahl neu in eine andere Führung der sich schneidenden Lichtführungen (20) gerichtet wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Lichtreflexionseinrich­ tung (22) ein Spiegel ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Lichtreflexionseinrich­ tung (22) ein Prisma ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Lichtreflexionseinrich­ tung (22) eine teilweise reflektierende Oberfläche ist, die es ermöglicht, daß ein ihr zugeführtes Licht­ signal geteilt und neu zu mehreren Ausgängen gerich­ tet wird.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Gehäuseblock (10) eine insgesamt quaderförmige Gestalt hat.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Gehäuseblock (10) eine insgesamt scheibenförmige Gestalt hat.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die sich schneidenden Licht­ führungen (20) Löcher aufweisen, die sich zwischen Paaren von gegenüberliegenden Flächen (14) des quader­ förmigen Gehäuseblocks (10) erstrecken.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die sich schneidenden Licht­ führungen (20) eine Vielzahl von diametralen oder radialen Bohrungen (20d) in dem scheibenförmigen Ge­ häuseblock (10) aufweisen.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, gekennzeich­ net durch eine weitere Lichtführung, die eine Boh­ rung (20e) aufweist, welche sich axial zu dem scheiben­ förmigen Gehäuseblock (10) erstreckt und die Vielzahl von diametralen oder radialen Bohrungen (20d) schnei­ det.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Teil des Steuerstabs (18) gegenüber Licht durchlässig ist.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerstab (18) gegenüber Licht undurchlässig ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 10, gekennzeich­ net durch zwei Lichtreflexionseinrichtungen (22), die an axial getrennten Positionen über der Länge des Steuerstabs (18) angeordnet sind.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zwei der Lichtreflexionsein­ richtungen (22) so ausgerichtet sind, daß sie einfal­ lendes Licht, das zu einer der Lichtreflexionseinrich­ tungen gelangt, über eine erste Lichtführung axial längs des Steuerstabs zu der anderen Lichtreflexions­ einrichtung gerichtet wird, wo es neu über eine zwei­ te Lichtführung weitergeleitet wird.

14. Optische Leitvorrichtung, gekennzeich­ net durch einen Gehäuseblock (10), der eine Viel­ zahl von sich schneidenden Bohrungen (20) enthält, und durch wenigstens einen Steuerstab (18), der selek­ tiv in eine der Bohrungen (20) so eingeführt werden kann, daß ein von diesem Stab (18) getragener Spiegel (22) in eine Position bringbar ist, die an der Kreuzung der beiden Bohrungen (20) liegt, wodurch ein in einer der sich schneidenden Bohrungen (20) laufen­ der Lichtstrahl neu in eine weitere der sich schnei­ denden Bohrungen (20) gerichtet wird.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Steuerstab (18) zwei Spie­ gel (22a, 22b) aufweist, die an axial getrennten Po­ sitionen auf seiner Länge angeordnet sind, wodurch in eine erste der Bohrungen einfallendes Licht axial längs des Stabs (18) zwischen den beiden Spiegeln (22a, 22b) übertragen wird, ehe es über eine zweite Bohrung neu weitergeleitet wird, die in einer anderen, jedoch zur ersten Bohrung parallelen Ebene angeordnet ist.

16. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Gehäuseblock lichtundurch­ lässig ist.

17. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Gehäuseblock aus einem Ma­ terial mit einer geregelten Brechzahl gefertigt ist.