DD257342A1

DD257342A1 - OPTOELECTRONIC ARRANGEMENT

Info

Publication number: DD257342A1
Application number: DD29936487A
Authority: DD
Inventors: Thomas Hoffmann; Juergen Waldmann; Bernd Wishoeth; Hartwin Obernik
Original assignee: Werk Fernsehelektronik Veb
Priority date: 1987-01-20
Filing date: 1987-01-20
Publication date: 1988-06-08

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.Optoelectronic arrangement for optical signal transmission with monolithically integrated luminescent semiconductor components and memory cells. The invention relates to an arrangement for optical signal transmission. The field of application includes active optical display modules as well as fiber optic messaging systems. The essential features of the invention are that of arbitrarily arranged light-generating elements of a monolithic Halbleiterkerperpers, such as infrared diodes, light emitting diodes or laser diodes, the signals via one or more signaluebertragende elements such. B. optical fibers are forwarded. The Signaluebertragenden elements are arranged without prior order as a whole over the signal generators and used directly for signal transmission and presentation. This results in a semiconductor body with light emitters which can be activated parallel to one another and whose light emission surface normals form a vanishing solid angle with normals of the light receiving surfaces of the optical fiber bundle.

Description

Hierzu 2 Seiten ZeichnungenFor this 2 pages drawings

Field of application of the invention

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur optischen Signalübertragung. Das Anwendungsgebiet umfaßt aktive optische Anzeigebausteine sowie Lichtleiternachrichtensysteme.The invention relates to an arrangement for optical signal transmission. The field of application includes active optical display modules as well as fiber optic messaging systems.

Characteristic of the known technical solutions

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.The known arrangements used in optoelectronic signal transmission systems are constructed according to the principle of the restricted, fixed signal distribution path. That is, the design and construction of the signal transmission path of these systems or individual components is assigned to a predetermined purpose.

Mit der Entwicklung der Lichtleitertechnik wurden die Voraussetzungen geschaffen, neben elektrischen Signalen auch optische Signale günstig für eine Informationsübertragung heranzuziehen.With the development of optical fiber technology, the prerequisites have been created to use not only electrical signals but also optical signals favorably for information transmission.

Allgemein werden hierbei optische Fasern über elektromagnetische Strahlung emittierenden Bauelementen angeordnet.In general, optical fibers are arranged via electromagnetic radiation emitting components.

Bekannterweise bereitet dabei die Ankopplung der optischen Faser über dem Bauelement große Schwierigkeiten.As is known, the coupling of the optical fiber over the component causes great difficulties.

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).The basic concern of various solution variants is to allow no offset between the emitting components and the fiber and to find a coupling medium, which protects the arrangements against strong temperature gradients (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.It has been proposed in US Pat. Nos. 3,985,975 and 4,06544 to apply directional light beams using cathode ray tubes. This results in a considerable lower Justieraufwand, but the arrangement is very bulky. Multi-channel coupling arrangements, such. As described in DE 3039347, are designed so that the channels are in a very specific grid to each other. The o.g. Adjustment effort can not be reduced.

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.Signal transmission systems and high information content display systems should be designed to allow variable information coupling. Therefore, an attempt is made to basic systems, such. As display's to create and optimize the application by variable electrical control.

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.In display arrangements there is also the requirement that frequently changing information must be displayed with structurally identical display means. In addition, shape and color should be variable. In general, these requirements satisfy display that can emit moving images in addition to drawing or graphics. For symbolic representation, however, they are too expensive.

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.The subject of OS 2548598 of OS 2548589 is an apparatus for converting the image contents present as electrical information into optical images, in particular television images, wherein the light emanating from the individual pixels is supplied by optical fibers after being previously deflected towards the entrance ends of the optical fibers.

Die Lichteintrittsenden sollen wendelförmig um eine modulierbare Lichtablenkvorrichtung herum angeordnet sein.The light entry ends should be arranged helically around a modulable light deflecting device.

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.In DE-PS 3239012 there is described an image display apparatus with a fiber optic bundle which transmits an image formed on its front end surface by optics to its rear end face and feeds it to a photoelectric converter which converts the image on the end face into elements of light information corresponding to the geometrical positions the individual optical fibers of the fiber bundle are assigned to the rear end surface, divided.

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.The invention is characterized by an address converter for storing the relationships between the geometric positions of the front and rear end surfaces of the fiber bundle and outputting the ordered electrical signals for driving a two-dimensional display device.

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.The essence of the invention is to realize by means of electrical corrections in the address converter a faithful representation of the fed into the optical fiber bundle information on a far-off display.

Nachteilig ist hierbei die aufwendige Ansteuertechnik, die jedoch notwendig ist, um zu einem eingeschränkten, fest vorgegebenem Signalverteilungsweg zu gelangen.The disadvantage here is the complex control technology, which is necessary, however, to arrive at a limited, fixed predetermined signal distribution path.

Für Anzeigemittel verschieden hohen Informationsgehaltes und unterschiedlicher Darstellungsform ist diese Geräteanordnung ungeeignet.For display means different information content and different presentation form this device arrangement is unsuitable.

Es ist bisher nicht bekannt, wie eine variable optische Informationskopplung ohne den eingeschränkten, fest vorgebenen Signalverteilungsweg aufgebaut ist.It is not yet known how a variable optical information coupling is constructed without the limited, fixed vorgebenen signal distribution path.

Es fehlt eine konstuktiv/technologisch einheitliche Basis für eine Massenproduktion.There is a lack of a constructive / technologically uniform basis for mass production.

Object of the invention

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.The object of the invention is to provide an intelligent optoelectronic arrangement for signal transmissions, with which it is possible to display both numbers, letters, characters and graphics of different configurations, as well as variably interconnect optical information channels for data transmission.

Explanation of the essence of the invention

Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Anordnung zu realisieren, die einen variablen, dem Verwendungszweck vielseitig anpaßbarert Einsatz von monolithisch integrierten Signalübertragungsbauelementen gestattet. .It is the object of the invention to realize an arrangement which allows a variable, the purpose of use versatile adaptable use of monolithically integrated signal transmission components. ,

Konstruktionsmerkmal einer derartigen Anordnung ist die Erweiterung des Prinzips des eingeschränkten, direkten, fest vorgegebenen Weges der Signalübertragung auf eine variable, anwendungsspezifische Signalauskopplung.Design feature of such an arrangement is the extension of the principle of limited, direct, fixed path of the signal transmission to a variable, application-specific signal extraction.

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.The advantageous technical effect is that a bundle of disordered optical fibers on the input side coupled with high efficiency optical information of a monolithic HL bodies and can forward them in all directions of the room.

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.According to the invention the object is achieved in that of arbitrarily arranged light-generating elements of a monolithic semiconductor body, such as infrared diodes, light-emitting diodes or laser diodes, the signals via one or more signal-transmitting elements such. B. optical fibers are forwarded. In this case, the signal-transmitting elements are arranged without prior order as a whole on the signal generators and used directly for signal transmission and for display. This results in a semiconductor body with light emitters which can be activated in parallel with one another and whose light emission surface normals form a vanishing solid angle with the normals of the light receiving surfaces of the optical fiber bundle.

Die lichterzeugenden Elemente sind mit Speicherzellen des gleichen Halbleiterkörpers oder eines darunter befindlichen Halbleiterkörpers verbunden, deren Inhalte durch eine optische Ladungsträgergeneration codiert sind.The light-generating elements are connected to memory cells of the same semiconductor body or of a semiconductor body located underneath, the contents of which are coded by an optical charge carrier generation.

Die optische Ladungsträgergeneration wird durch ein rückwärts in die an sich signalübertragenden Elemente eingespeistes Lichtsignal erreicht.The generation of optical carriers is achieved by a light signal fed backwards into the signal-transmitting elements.

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.The luminescent areas are applied to a negative bias of 5 to 20 V, so that a photoelectric current can be removed when the light. The photocurrent generated in a certain pixel flows into an adjacent or underlying memory cell and generates in cooperation with an enable pulse of the associated storage space, a galvanic interconnection.

Die Signalein- und -ausgänge sind damit ihrer Position nach eindeutig zugeordnet.The signal inputs and outputs are thus uniquely assigned to their position.

Die Darstellungsform ist sehr variabel, wobei lichterzeugende, leitende und darstellende Elemente zahlenmäßig gleich sein sollen.The form of representation is very variable, with light-generating, conducting and representing elements should be numerically equal.

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.According to the invention, the light-emitting components, for example, for a display individually, row and column driven. The signal is coupled into the optical waveguide and removed at the other end of the optical waveguide.

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.If a letter, character or a graphic is to be displayed at the output, then selected signal-generating elements are activated, ie. H. according to the spaces occupied in the memory, the signal branches are currently being controlled which produce the desired symbol at the output. Thus, for each indicating element, a transmission element and the associated memory space are defined, so that only appropriate codes must be provided by the system control in order to generate the desired characters and graphics. The features mentioned for active optical display modules are equally valid for fiber optic coupled messaging systems. More signal-generating and signal-conducting elements as indicating elements are used when the signals are amplified optically or redundant elements are to be used in the case of defective signal generators and memory cells.

embodiment

Die Erfindung soll an Hand der nachstehend aufgeführten Anordnungen näher erläutert werden.The invention will be explained in more detail with reference to the arrangements listed below.

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.Fig. 1 shows an LED matrix 1, over which a disordered bundle of optical fibers 2 is arranged. The arrangement of the fiber bundle is such that the radiation of the LED areas is coupled in maximum. The optical fiber bundle 2 leads to a display unit 3, which is designed, for example, as a transparent, controlling surface. Before there is a splice 4, are assigned by the defined areas of the display unit sub-bundle or individual optical fibers.

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.The defined assignment is made by means of a specific bit pattern 5 generated by the LED matrix 1. Fig. 2 shows a row of the LED chip 6. Along this, individual optical fibers or partial bundles of optical fibers 2 are arranged, which are combined in a disordered bundle of optical fibers. As in FIG. 1, the radiation is transmitted to a display unit 3. The defined assignment is likewise made by means of a specific bit pattern 5 generated by the LED row.

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.FIG. 3 illustrates the principle of assigning elements of an LED matrix 1 to a display unit 3. Via the system controller 7 and a position memory 8, multiplex-specific cells are selected in the elements of the LED matrix 1.

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.By a negative strain of the luminescent cells themselves they are sensitive to photosignals. In the memory cell assignment mode, the system memory 7 now controls the position memory 8 multiplex-by-cell in a multiplex-like manner and, in parallel, transmits a synchronous photosignal via a laser transmitter 9. The laser transmitter is moved over the light-coupled in itself position of the disordered bundle of optical fibers. With superimposition of photosignal and memory signal for a pixel a, b or c whose place in the LED matrix 1 is clearly fixed and effective by connecting to the position memory 8 as an information channel.

Die Darstellung eines Zeichens durch die Ansteuerung der LED-Matrix über die im Positionsspeicher belebten Plätze ergibt das gewünschte Symbol.The representation of a character by driving the LED matrix over the places in the position memory animated places results in the desired symbol.

Claims

1. Optoelectronic arrangement for optical signal transmission with monolithically integrated luminescent semiconductor components and memory cells, wherein different optical transmitting elements light signals coupled fiber-related fiber optic bundle, characterized in that one of the optical fiber associated transmitting element in the memory occupies an allocated • memory space and generates the coded control signal that control signal, which interconnects the memory space and the optical fiber to each other.

2. Optoelectronic device according to claim!, Characterized in that the contents of the memory cells are fixed by an optical charge carrier generation per transmitting element by means of synchronously fed light signal in the signal-decoupling itself elements.

3. Optoelectronic device according to claim 1, characterized in that the parallel activatable transmitting elements with their light emission surface normal with the normal of the light receiving surfaces of an optical fiber of the optical fiber bundle form a vanishing solid angle, wherein the individual fibers are divisible in all directions of the room.