DD257342A1 - Optoelektronische anordnung - Google Patents

Abstract

Optoelektronische Anordnung zur optischen Signaluebertragung mit monolithisch integrierten lumineszierenden Halbleiterbauelementen und Speicherzellen. Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur optischen Signaluebertragung. Das Anwendungsgebiet umfasst aktive optische Anzeigebausteine sowie Lichtleiternachrichtensysteme. Die wesentlichen Merkmale der Erfindung sind, dass von beliebig angeordneten lichterzeugenden Elementen eines monolithischen Halbleiterkoerpers, wie beispielsweise Infrarotdioden, lichtemittierenden Dioden oder Laserdioden die Signale ueber ein oder mehrere signaluebertragende Elemente, wie z. B. Lichtleitfasern weitergeleitet werden. Dabei werden die signaluebertragenden Elemente ohne vorherige Ordnung als Gesamtheit ueber den Signalerzeugern angeordnet und direkt zur Signaluebertragung sowie zur Darstellung verwendet. Somit entsteht ein Halbleiterkoerper mit parallel zueinander aktivierbaren Lichtemittern, deren Lichtemissionsflaechennormalen mit Normalen der Lichtaufnahmeflaechen des optischen Faserbuendels einen verschwindenden Raumwinkel bilden.

Description

Hierzu 2 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur optischen Signalübertragung. Das Anwendungsgebiet umfaßt aktive optische Anzeigebausteine sowie Lichtleiternachrichtensysteme.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Die bekannten, bei optoelektronischen Signalübertragungssystemen verwendeten Anordnungen sind nach dem Prinzip des eingeschränkten, fest vorgegebenen Signalverteilungsweges aufgebaut. Das heißt, die Konzeption und Konstruktion des Signalübertragungsweges dieser Systeme oder einzelner Bauelemente ist einem vorgegebenen Verwendungszweck zugeordnet.

Mit der Entwicklung der Lichtleitertechnik wurden die Voraussetzungen geschaffen, neben elektrischen Signalen auch optische Signale günstig für eine Informationsübertragung heranzuziehen.

Allgemein werden hierbei optische Fasern über elektromagnetische Strahlung emittierenden Bauelementen angeordnet.

Bekannterweise bereitet dabei die Ankopplung der optischen Faser über dem Bauelement große Schwierigkeiten.

Das Grundanliegen vielfältiger Lösungsvarianten besteht darin, keinen Versatz zwischen emittierenden Bauelementen und der Faser zuzulassen und ein Koppelmedium zu finden, das die Anordnungen gegenüber starken Temperaturgradienten schützt (OS 3021228).

In den US-Patentschriften 3985975 und 406544 wurde vorgeschlagen, aus richtbare Lichtbündel unter Einsatz von Katodenstrahlröhren anzuwenden. Damit kommt es zu einem beachtlichen geringerem Justieraufwand, die Anordnung wird aber sehr voluminös. Vielkanalige Koppelordnungen, wie z. B. in der DE 3039347 beschrieben, sind so gestaltet, daß die Kanäle in einem ganz bestimmten Raster zueinander liegen. Der o.g. Justieraufwand kann dabei nicht verringert werden.

Signalübertragungssysteme sowie Anzeigesysteme mit hohem Informationsgehalt sollen so beschaffen sein, daß eine variable Informationskopplung ermöglicht wird. Deshalb wird versucht, Grundsysteme, wie z. B. Display's zu schaffen und die Optimierung auf den Anwendungsfall durch variable elektrische Ansteuerung zu erreichen.

Bei Anzeigeanordnungen besteht außerdem die Forderung, daß sich häufig ändernde Informationen mit konstruktiv gleichen Anzeigemitteln dargestellt werden müssen. Daneben sollen Form und Farbe variabel sein. Im allgemeinen genügen diesen Forderungen Display's, die neben Zeichen- oder Grafiken auch bewegte Bilder abstrahlen können. Für symbolhafte Darstellung sind sie jedoch zu aufwendig.

Gegenstand der OS 2548598 der OS 2548589 ist eine Vorrichtung zur Umwandlung der als elektrische Information vorliegenden Bildinhalte in optische Bilder, insbesondere Fernsehbilder, wobei das von den einzelnen Bildelementen ausgehende Licht durch Lichtleiter zugeführt wird, nachdem es vorher auf die Eintrittsenden der Lichtleiter hin abgelenkt wurde.

Die Lichteintrittsenden sollen wendelförmig um eine modulierbare Lichtablenkvorrichtung herum angeordnet sein.

In der DE-PS 3239012 wird ein Bilddarstellungsgerät mit einem Lichtfaserbündel beschrieben, dasein auf seiner vorderen Endfläche durch eine Optik erzeugtes Bild auf seine hintere Endfläche überträgt und einem fotoelektrischen Wandler zuführt, der das Bild auf der Endfläche in Elemente von Lichtinformationen, die den geometrischen Positionen der einzelnen Lichtfasern des Faserbündels auf der hinteren Endfläche zugeordnet sind, unterteilt.

Die Erfindung ist gekennzeichnet durch einen Adreßwandler zum Speichern der Beziehungen zwischen den geometrischen Positionenen der vorderen und hinteren Endflächen des Faserbündels und Abgeben der geordneten elektrischen Signale zur Ansteuerung einer zweidimensionalen Anzeigeeinrichtung.

Das Wesen der Erfindung besteht darin, mittels elektrischer Korrekturen im Adreßwandler eine getreue Darstellung der in das Lichtfaserbündel eingespeisten Informationen an einem weit abgelegenen Display zu realisieren.

Nachteilig ist hierbei die aufwendige Ansteuertechnik, die jedoch notwendig ist, um zu einem eingeschränkten, fest vorgegebenem Signalverteilungsweg zu gelangen.

Für Anzeigemittel verschieden hohen Informationsgehaltes und unterschiedlicher Darstellungsform ist diese Geräteanordnung ungeeignet.

Es ist bisher nicht bekannt, wie eine variable optische Informationskopplung ohne den eingeschränkten, fest vorgebenen Signalverteilungsweg aufgebaut ist.

Es fehlt eine konstuktiv/technologisch einheitliche Basis für eine Massenproduktion.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, eine intelligente optoelektronische Anordnung für Signalübertragungen zu schaffen, mit der es möglich ist, sowohl Zahlen, Buchstaben, Zeichen und Grafiken unterschiedlicher Konfiguration darzustellen, als auch optische Informationskanäle für eine Datenübertragung variabel zu verschalten.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Anordnung zu realisieren, die einen variablen, dem Verwendungszweck vielseitig anpaßbarert Einsatz von monolithisch integrierten Signalübertragungsbauelementen gestattet. .

Konstruktionsmerkmal einer derartigen Anordnung ist die Erweiterung des Prinzips des eingeschränkten, direkten, fest vorgegebenen Weges der Signalübertragung auf eine variable, anwendungsspezifische Signalauskopplung.

Die vorteilhafte technische Wirkung besteht darin, daß ein Bündel von ungeordneten Lichtleitfasern eingangsseitig mit hohem Wirkungsgrad optische Informationen eines monolithischen HL-Körpern einkoppelt und sie nach allen Richtungen des Raumes fortleiten kann.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß von beliebig angeordneten lichterzeugenden Elementen eines monolithischen Halbleiterkörpers, wie beispielsweise Infrarotdioden, lichtemittierenden Dioden oder Laserdioden die Signale über ein oder mehrere signalübertragende Elemente, wie z. B. Lichtleitfasern weitergeleitet werden. Dabei werden die signalübertragenden Elementen ohne vorherige Ordnung als Gesamtheit über den Signalerzeugern angeordnet und direkt zur Signalübertragung sowie zur Darstellung verwendet. Somit entsteht ein Halbleiterkörper mit parallel zueinander aktivierbaren Lichtemittern, deren Lichtemissionsflächennormalen mit den Normalen der Lichtaufnahmeflächen des optischen Faserbündels einen verschwindenden Raumwinkel bilden.

Die lichterzeugenden Elemente sind mit Speicherzellen des gleichen Halbleiterkörpers oder eines darunter befindlichen Halbleiterkörpers verbunden, deren Inhalte durch eine optische Ladungsträgergeneration codiert sind.

Die optische Ladungsträgergeneration wird durch ein rückwärts in die an sich signalübertragenden Elemente eingespeistes Lichtsignal erreicht.

Die lumineszierenden Gebiete werden dazu mit einer negativen Vorspannung von 5 bis 20 V beaufschlagt, so daß bei Lichteinfall ein Fotostrom abgenommen werden kann. Der in einem bestimmten Bildpunkt erzeugte Fotostrom fließt in eine benachbarte oder darunter befindliche Speicherzelle und erzeugt im Zusammenwirken mit einem Freigabeimpuls des zugehörigen Speicherplatzes eine galvanische Verschaltung.

Die Signalein- und -ausgänge sind damit ihrer Position nach eindeutig zugeordnet.

Die Darstellungsform ist sehr variabel, wobei lichterzeugende, leitende und darstellende Elemente zahlenmäßig gleich sein sollen.

Gemäß der Erfindung werden die lichtemittierenden Bauelemente beispielsweise für ein Display einzeln, zeilen- und spaltenweise angesteuert. Das Signal wird in den Lichtwellenleiter eingekoppelt und am anderen Ende des Lichtwellenleiters abgenommen.

Soll ein Buchstabe, Zeichen oder eine Grafik am Ausgang dargestellt werden, so werden auserwählte signalerzeugende Elemente angesteuert, d. h. entsprechend der im Speicher belegten Plätze werden gerade die Signalzweige angesteuert, die am Ausgang das gewünschte Symbol ergeben. Damit ist für jedes einzeigende Element ein Übertragungselement und der dazugehörige Speicherplatz definiert, so daß durch die Systemansteuerung nur entsprechende Codes bereitgestellt werden müssen, um die gewünschten Zeichen und Grafiken zu erzeugen. Die für aktive optische Anzeigebausteine genannten Merkmale sind gleichermaßen für lichtleitergekoppelte Nachrichtensysteme gültig. Mehr signalerzeugende und signalleitende Elemente als anzeigende Elemente werden dann eingesetzt, wenn auf optischem Wege die Siganle verstärkt oder bei defekten an Signalerzeugern und Speicherzellen redundante Elemente herangezogen werden sollen.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll an Hand der nachstehend aufgeführten Anordnungen näher erläutert werden.

Fig. 1 zeigt eine LED-Matrix 1, über die ein ungeordnetes Bündel von Lichtleitfasern 2 angeordnet ist. Die Anordnung des Faserbündels erfolgt so, daß die Strahlung der LED-Gebiete maximal eingekoppelt wird. Das Lichtfaserbündel 2 führt zu einer Anzeigeeinheit 3, die zum Beispiel als transparente steuernde Fläche ausgeführt ist. Davor befindet sich eine Aufspleißung 4, durch die bestimmten Bereichen der Anzeigeeinheit definiert Teilbündel bzw. einzelne Lichtleitfasern zugeordnet werden.

Die definierte Zuordnung wird mittels eines durch die LED-Matrix 1 erzeugten spezfischen Bitmusters 5 vorgenommen. Fig. 2 zeigt eine Zeile vom LED-Chips 6. Entlang dieser sind einzelne Lichtleitfasern bzw. Teilbündel von Lichtleitfasern 2 angeordnet, die in einem ungeordneten Bündel von Lichtleitfasern vereinigt werden. Die Übertragung der Strahlung erfolgt wie in Fig. 1 auf eine Anzeigeeinheit 3. Die definierte Zuordnung wird ebenfalls mittels eines durch die LED-Zeile erzeugten spezifischen Bitmusters 5 vorgenommen.

Fig. 3 stellt das Prinzip der Zuordnung von Elementen einer LED-Matrix 1 auf eine Anzeigeeinheit 3 dar. Über die Systemsteuerung 7 und einen Positionsspeicher 8 werden in den Elementen der LED-Matrix 1 multiplex spezifische Zellen angewählt.

Durch eine negative Verspannung der an sich lumineszierenden Zellen werden sie empfindlich auf Fotosignale eingestellt. Im Regime der Speicherzellenzuweisung wird nun von der Systemsteuerung 7 der Positionsspeicher 8 zellenweise multiplex angesteuert und parallel dazu ein synchrones Fotosignal über einen Lasersender 9 abgegeben. Der Lasersender wird über die an sich lichtauskoppelnde Position des ungeordneten Bündels von Lichtleitfasern bewegt. Mit Überlagerung von Fotosignal und Speichersignal für einen Bildpunkt a, b oder c ist dessen Platz in der LED-Matrix 1 eindeutig fixiert und durch Verbindung zum Positionsspeicher 8 als Informationskanal wirksam.

Die Darstellung eines Zeichens durch die Ansteuerung der LED-Matrix über die im Positionsspeicher belebten Plätze ergibt das gewünschte Symbol.

Claims (3)

1. Optoelektronische Anordnung zur optischen Signalübertragung mit monolithisch integrierten lumineszierendne Halbleiterbauelementen und Speicherzellen, wobei verschiedene optische Sendeelemente Lichtsignale in das Lichtleiterbündel faserbezogen einkoppeln, gekennzeichnet dadurch, daß ein der Lichtleitfaser zugeordnetes Sendeelement im Speicher einen zugeordneten •Speicherplatz belegt und das codierte Ansteuersignal jenes Steuersignal generiert, welches den Speicherplatz und die Lichtleitfaser zueinander verschaltet.

2. Optoelektronische Anordnung nach Anspruch !,gekennzeichnet dadurch, daß die Inhalte der Speicherzellen durch eine optische Ladungsträgergeneration pro Sendeelement mittels synchron eingespeistem Lichtsignal in die an sich signalauskoppelnden Elemente festgeschrieben sind.

3. Optoelektronische Anordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die parallel aktivierbaren Sendeelemente mit ihren Lichtemissionsflächennormalen mit den Normalen der Lichtaufnahmeflächen einer optischen Faser des Lichtfaserbündels einen verschwindenden Raumwinkel bilden, wobei die einzelnen Fasern in alle Richtungen des Raumes fortleitbar sind.