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Die Erfindung betrifft ein Sensorsystem zur Erfassung der Bewegung eines Objekts, insbesondere eines Menschen.
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Ein Sensorsystem der oben bezeichneten Art ist beispielsweise als Rückensensor ausgebildet, mit dem die Bewegung eines Menschen, z. B. eines Patienten, sensorisch ermittelt werden soll. Zu diesem Zweck verfügt das Sensorsystem über zwei räumlich getrennt angeordnete Systeme – eine Sendeeinheit und eine Empfangseinheit-, welche über einen optischen und einen elektrischen Übertragungskanal miteinander Daten austauschen können. Über den elektrischen Übertragungskanal werden Steuerdaten zwischen Sendeeinheit und Empfangseinheit ausgetauscht, um in den jeweiligen Systemen enthaltene optoelektronische Systeme steuern zu können. Der optische Übertragungskanal umfasst in der konkreten Ausgestaltung des Rückensensors eine Anzahl an parallel verlaufenden Lichtwellenleitern, welche an unterschiedlichen Stellen Lichtauskopplungsbereiche aufweisen. Anhand der Lichtwellenleiter ist es möglich, über die gesamte Länge des Rückensensors Biegungen aufgrund einer Bewegung des Patienten zu detektieren, um das Bewegungsverhalten und/oder -vermögen des Patienten analysieren zu können.
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Die Sendeeinheit sowie die Empfangseinheit eines solchen Sensorsystems sind auf jeweiligen starren Leiterplatten angeordnet. Die Herstellung der elektrischen Verbindung zwischen Sendeeinheit und Empfangseinheit, die in Entfernungen von mehr als 25 cm voneinander angeordnet sein können, erfolgt durch einzelne Kabel oder ein Flachkabel. Das oder die Kabel werden hierzu mit entsprechenden Kontakten der Leiterplatten von Sendeeinheit und Empfangseinheit elektrisch verbunden. Die Herstellung der elektrischen Verbindung ist mit teilweise hohem Arbeitsaufwand verbunden und muss unter Umständen manuell durchgeführt werden. Der optische Übertragungskanal in Gestalt der Anzahl an parallel verlaufenden Lichtwellenleitern wird üblicherweise über elektro-optische Koppelelemente vorgenommen, die lösbarer oder nichtlösbarer Natur sein können. So ist es beispielsweise aus der
DE 101 96 763 B3 bekannt, in einem Gehäuse angeordnete Transmitter und Receiver an einzelne Lichtwellenleiter mittels Stecker anzukoppeln. Die
WO 98/38539 A2 offenbart die Verwendung von Koppelsystemen, die die Kopplung mehrerer paralleler Lichtwellenleiter erlauben. In beiden Druckschriften werden dabei lösbare Verbindungen beschrieben. Eine nicht lösbare Verbindung zur Ankopplung von Lichtwellenleitern unter Verwendung von Umlenkelementen ist beispielsweise in der
DE 103 14 495 B3 beschrieben.
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Die Herstellung des einleitend beschriebenen Sensorsystems ist mit einem hohen Handlingaufwand verbunden, da eine Vielzahl unterschiedlicher Elemente vorzusehen ist, die in teilweise manuellen Verarbeitungsschritten zusammengefügt werden müssen.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Sensorsystem zur Erfassung der Bewegung eines Objekts, insbesondere eines Lebewesens anzugeben, bei dem eine bewegliche Kopplung zweier optisch und elektrisch miteinander kommunizierender Systeme mit geringerem Herstellungsaufwand bereitstellbar ist.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Sensorsystem gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen.
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Die Erfindung schafft ein Sensorsystem zur Erfassung der Bewegung eines Objekts, insbesondere eines Lebewesens. Das erfindungsgemäße Sensorsystem umfasst eine Sendeeinheit, die ein erstes opto-elektronisches System mit zumindest einem opto-elektronischen Wandler und eine erste Verarbeitungselektronik umfasst. Das Sensorsystem umfasst weiter eine Empfangseinheit, die ein zweites opto-elektronisches Systems mit zumindest einem opto-elektronischen Wandler und eine zweite Verarbeitungselektronik umfasst. Ein optischer Übertragungskanal verbindet das erste opto-elektronische System der Sendeeinheit mit dem zweiten opto-elektronischen System der Empfangseinheit. Ein elektrischer Übertragungskanal verbindet die erste Verarbeitungselektronik der Sendeeinheit mit der zweiten Verarbeitungselektronik der Empfangseinheit zur Energieversorgung und/oder zum Datenaustausch zwecks Steuerung der Sende- und Empfangseinheit. Die Sendeeinheit und die Empfangseinheit sind auf jeweiligen Bestückungsbereichen einer einstückigen Starrflex-Leiterplatte angeordnet, die über einen flexiblen Leiterplatten-Abschnitt der Starrflex-Leiterplatte miteinander gekoppelt sind. Der elektrische Übertragungskanal ist durch eine auf oder in den Bestückungsbereichen und den flexiblen Leiterplatten-Abschnitt aufgebrachte Leiterzugstruktur realisiert. Der optische Übertragungskanal verläuft parallel zu dem elektrischen Übertragungskanal im Bereich des flexiblen Leiterplatten-Abschnitts der Starrflex-Leiterplatte.
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Das erfindungsgemäße Sensorsystem stellt z. B. einen faseroptischen Biegesensor dar, welcher beispielsweise zur Überwachung der Bewegung eines Menschen, insbesondere in dessen Rückenbereich, eingesetzt werden kann. Die Montage, aber auch die Zuverlässigkeit des erfindungsgemäßen Sensorsystems gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Anordnungen, wird dadurch verbessert, dass Sendeeinheit und Empfangseinheit auf jeweiligen Bestückungsbereichen einer einstückigen Starrflex-Leiterplatte angeordnet sind, über deren flexiblen Leiterplatten-Abschnitt die elektrische Verbindung von Sendeeinheit und Empfangseinheit erfolgt. Die optische Datenübertragung zwischen Sendeeinheit und Empfangseinheit erfolgt über einen parallel zum elektrischen Übertragungskanal verlaufenden optischen Übertragungskanal, der durch eine separate Komponente bereitgestellt wird. Das erfindungsgemäße Sensorsystem lässt sich durch nur wenige notwendige Komponenten kostengünstig herstellen. In den einzelnen Systembereichen – Sendeeinheit, Empfangseinheit sowie Übertragungsstrecke – lassen sich sehr kompakte Bauformen des erfindungsgemäßen Sensorsystems realisieren. Darüber hinaus lässt sich das Sensorsystem mit automatisierten Werkzeugen herstellen, wodurch auch die Zuverlässigkeit und Dauerhaltbarkeit erhöht ist.
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Gemäß einer zweckmäßigen Ausgestaltung sind das erste und/oder das zweite opto-elektronische System mittelbar oder unmittelbar an die jeweiligen Bestückungsbereiche der Starrflex-Leiterplatte angebunden. Bei einer unmittelbaren Anbindung ist das opto-elektronische System direkt auf den Bestückungsbereich der Starrflex-Leiterplatte aufgebracht, so dass ohne Zwischenschaltung weiterer Komponenten ein elektrischer Anschluss des opto-elektronischen Systems an die Leiterzugstruktur möglich ist. Bei einer mittelbaren Anbindung des opto-elektronischen Systems an den Bestückungsbereich der Starrflex-Leiterplatte erfolgt die datentechnische Kommunikation zwischen dem opto-elektronischen System und der Leiterzugstruktur unter Zwischenschaltung wenigstens einer Komponente.
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Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausgestaltung sind das erste und/oder das zweite opto-elektronische System auf einer jeweiligen Montagefläche des Bestückungsbereichs angeordnet. Hierdurch ergibt sich eine konstruktiv einfache Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Sensorsystems, da die Montage sämtlicher zur Herstellung des Sensorsystems benötigten Komponenten in einer Ebene erfolgen kann.
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Alternativ sind das erste und/oder das zweite optoelektronische System auf einer jeweiligen stirnseitigen Kantenfläche des Bestückungsbereichs angeordnet. Hierdurch lässt sich ein Sensorsystem mit geometrisch kleinen Abmaßen der Sendeeinheit und/oder der Empfangseinheit realisieren.
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In einer weiteren Ausgestaltung weist ein jeweiliger der Bestückungsbereiche eine Mehrzahl an durch Flexbereiche verbundene Starrbereiche auf, auf denen die betreffenden optoelektronischen Systeme und Verarbeitungselektroniken angeordnet sind. Durch das Vorsehen einer Mehrzahl an Starrbereichen in einem jeweiligen Bestückungsbereich können konstruktiv komplexe Geometrien der Bestückungsbereiche realisiert werden, wodurch räumlich kompakte Sendeeinheiten und/oder Empfangseinheiten bereitstellbar sind. Insbesondere sind die Starrbereiche eines jeweiligen Bestückungsbereichs in nichtparallelen Ebenen zueinander angeordnet. Dies wird durch die Verbindung jeweiliger Starrbereiche durch einen dazwischen liegenden Flexbereich ermöglicht. Die Anordnung der Starrbereiche zueinander kann unter dem Gesichtspunkt der räumlichen Kompaktheit oder einer optimalen Leitungsführung des optischen und/oder elektrischen Übertragungskanals, d. h. des oder der Lichtwellenleiter sowie der Leiterzugstruktur, erfolgen.
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Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausgestaltung ist der optische Übertragungskanal zumindest in dem flexiblen Leiterplatten-Abschnitt der Starrflex-Leiterplatte an dieser fixiert. Der optische Übertragungskanal und der elektrische Übertragungskanal können beispielsweise auf den gegenüberliegenden oder den gleichen Seiten des flexiblen Leiterplatten-Abschnitts vorgesehen sein. Durch diese Ausgestaltung ergibt sich eine erhöhte mechanische Stabilität und eine flache Bauweise im Bereich des flexiblen Leiterplatten-Abschnitts. Darüber hinaus lassen sich der optische und der elektrische Übertragungskanal in einer Ebene führen.
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Eine besonders einfache und kostengünstige Herstellung des erfindungsgemäßen Sensorsystems ergibt sich dadurch, dass das opto-elektronische System eine Verarbeitungseinheit der Sende- und/oder der Empfangseinheit auf einer jeweils gleichen Bestückungsseite ihres jeweiligen Bestückungsbereichs angeordnet ist. Hierdurch kann die Herstellung des Sensorsystems ohne Drehen der Starrflex-Leiterplatte von ausschließlich einer Seite her erfolgen. Unabhängig von der Seite der Bestückung kann die Leiterzugstruktur auch auf der der Bestückungsseite gegenüberliegenden Seite der Starrflex-Leiterplatte vorgesehen sein, da diese in einem vorhergehenden Arbeitsschritt auf die als Halbzeug bereitgestellte Starrflex-Leiterplatte aufgebracht werden.
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Zweckmäßigerweise sind das erste und/oder das zweite optoelektronische System in einer Ausnehmung des jeweiligen Starrbereichs ihres Bestückungsbereichs angeordnet. Hierdurch lässt sich unter Umständen die Bauhöhe der Sendeeinheit und/oder der Empfangseinheit verringern. In diesem Zusammenhang ist es zweckmäßig, wenn das erste und/oder das zweite opto-elektronische System und/oder die optische Verbindung ein optisches Element umfassen. Die Aufgabe des optischen Elements besteht primär darin, eine Strahlumlenkung vorzunehmen, um eine Anordnung des opto-elektronischen Wandlers des jeweiligen opto-elektronischen Systems außerhalb der Lichtleitungsaschse des optischen Übertragungskanals anordnen zu können.
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Die Erfindung wird nachfolgend näher anhand von Ausführungsbeispielen in der Zeichnung erläutert. Es zeigen:
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1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Sensorsystems in einer schematischen Querschnittsdarstellung,
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2 ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Sensorsystems in einer schematischen Querschnittsdarstellung,
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3 ein drittes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Sensorsystems in einer schematischen Querschnittsdarstellung,
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4 ein viertes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Sensorsystems in einer schematischen Querschnittsdarstellung,
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5A ein fünftes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Sensorsystems in einer schematischen Querschnittsdarstellung,
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5B eine Draufsicht auf den in 5A gezeigten Bestückungsbereich des fünften Ausführungsbeispiels,
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6 ein sechstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Sensorsystems in einer schematischen Querschnittsdarstellung,
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7 ein siebtes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Sensorsystems in einer schematischen Querschnittsdarstellung,
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8 ein achtes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Sensorsystems in einer schematischen Querschnittsdarstellung,
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9 ein neuntes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Sensorsystems in einer schematischen Querschnittsdarstellung, und
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10 ein zehntes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Sensorsystems in einer schematischen Querschnittsdarstellung.
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Die 1 bis 10 zeigen Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemäßen Sensorsystems zur Erfassung der Bewegung eines Objekts. Insbesondere stellt das Sensorsystem 1 einen auf einem Rücken eines Menschen zu befestigenden Rückensensor dar, mit dem die Bewegung des Menschen sensorisch ermittelt werden kann.
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Ein solches Sensorsystem 1 umfasst grundsätzlich eine Sendeeinheit 10, die ein erstes opto-elektronisches System 11 mit zumindest einem opto-elektronischen Wandler 13, z. B. einer Leucht- oder Laserdiode, und eine erste Verarbeitungselektronik 12 umfasst. Das opto-elektronische System 11 kann darüber hinaus wenigstens ein optisches Element umfassen, mit dem eine Strahlumlenkung und/oder Kollimation erfolgen kann. Die Sendeeinheit 10 ist auf einem ersten Bestückungsbereich 110 einer Starrflex-Leiterplatte 100 angeordnet.
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In entsprechender Weise umfasst ein erfindungsgemäßes Sensorsystem 1 eine Empfangseinheit 20. Diese weist ein zweites opto-elektronisches System 21 und eine zweite Verarbeitungselektronik 22 auf. Das opto-elektronische System 21 weist wenigstens einen opto-elektronischen Wandler 23, z. B. eine Fotodiode, auf. Optional kann das opto-elektronische System 21 wenigstens ein optisches Element zur Strahlumlenkung und/oder Kollimation umfassen. Die Sendeeinheit 20 ist auf einem zweiten Bestückungsbereich 120 der Starrflex-Leiterplatte 100 angeordnet.
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Die Bestückungsbereiche 110, 120 der Starrflex-Leiterplatte 100 sind über einen flexiblen Leiterplatten-Abschnitt 130 der Starrflex-Leiterplatte 100 miteinander gekoppelt. Die Bestückungsbereiche 110, 120 und der flexible Leiterplatten-Abschnitt 130 der Starrflex-Leiterplatte sind einstückig ausgebildet.
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Eine Starrflex-Leiterplatte besteht allgemein aus einer Kombination von starren und flexiblen Leiterplatten, welche unlösbar miteinander verbunden sind. Starrflex-Leiterplatten werden üblicherweise bei begrenzten Raumverhältnissen eingesetzt. Die Herstellung einer Starrflex-Leiterplatte ist abhängig von der beabsichtigten Anwendung, wobei z. B. ein symmetrischer Aufbau mit innenliegenden Flexlagen oder ein unsymmetrischer Aufbau mit außenliegenden Flexlagen erfolgt. Starrflex-Leiterplatten können als fertiges Halbzeug in der gewünschten Ausbildung bezogen und weiter verarbeitet werden. Dadurch ergibt sich neben der Möglichkeit einer raumökonomischen Anordnung der auf der Starrflex-Leiterplatte anzuordnenden Komponenten auch die Möglichkeit einer kostengünstigen und ökonomischen Fertigung.
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Die Sendeeinheit 10 und die Empfangseinheit 20 sind sowohl über einen optischen Übertragungskanal 30 als auch über einen elektrischen Übertragungskanal 40 miteinander verbunden. Der optische Übertragungskanal 30 umfasst eine Anzahl an parallel verlaufenden Lichtwellenleitern. Im Falle der Anwendung als Rückensensor umfasst der optische Übertragungskanal z. B. acht parallel angeordnete Lichtwellenleiter, welche an unterschiedlichen Stellen mit Lichtauskopplungsbereichen versehen sind, um den Grad und Bereich einer Biegung festzustellen. Der optische Übertragungskanal 30 bzw. dessen Anzahl an Lichtwellenleitern ist zwischen dem ersten optoelektronischen Wandler 13 des ersten opto-elektronischen Systems 11 und dem opto-elektronischen Wandler 23 des zweiten opto-elektronischen Systems 21 angeordnet. Der optoelektronische Wandler 13 des ersten opto-elektronischen Systems 11 ist dabei zum Einspeisen von Licht in das oder die Faserenden der Anzahl an Lichtwellenleiter bzw. des optischen Übertragungskanals 30 ausgebildet. In entsprechender Weise ist der opto-elektronische Wandler 23 des zweiten optoelektronischen Systems 21 dazu ausgebildet, aus den Faserendstücken der Anzahl an Lichtwellenleitern bzw. dem optischen Übertragungskanal 30 ausgekoppeltes Licht zu empfangen und zu verarbeiten.
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Der elektrische Übertragungskanal 40 verbindet die erste Verarbeitungselektronik 12 der Sendeeinheit 10 mit der zweiten Verarbeitungselektronik 22 der Empfangseinheit 20, um die Sende- und Empfangseinheit 10, 20 bzw. deren optoelektronische Systeme 11, 21 zu steuern und/oder mit Energie zu versorgen. Der elektrische Übertragungskanal 40 ist durch eine auf der Starrflex-Leiterplatte 100 aufgebrachte Leiterzugstruktur gebildet.
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Im ersten Ausführungsbeispiel der 1 umfasst der jeweilige Bestückungsbereich 110, 120 für die Sendeeinheit 10 und die Empfangseinheit 20 jeweils einen Starrbereich 113 bzw. 123. Auf dem jeweiligen Starrbereich 113 bzw. 123 sind sämtliche Komponenten der Sendeeinheit 10 bzw. Empfangseinheit 20 angeordnet. Die Bestückung des vollständigen Sensorsystems 1 kann bei dieser Ausgestaltungsvariante von einer Seite her erfolgen. Die Anordnung der Leiterzugstruktur der Starrflex-Leiterplatte 100 kann auf der den elektronischen Komponenten abgewandeten Seite und/oder der den Komponenten zugewandten Seite und/oder im Inneren der Starrflex-Leiterplatte 100 erfolgen. Die opto-elektronischen Systeme 11 bzw. 21 sind unmittelbar auf den Montageflächen 111 bzw. 121 der Starrbereiche 113 bzw. 123 angeordnet. Zwischen dem optischen Übertragungskanal 30, d. h. dessen Anzahl an Lichtwellenleitern, und der Starrflex-Leiterplatte 100 kann entgegen der zeichnerischen Darstellung eine mechanische Fixierung im Bereich des flexiblen Leiterplatten-Abschnitts bestehen.
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2 zeigt eine zweite Ausgestaltungsvariante, bei der das erste opto-elektronische System 11 und das zweite optoelektronische System 21 an einer Stirnseite 112 bzw. 122 des Starrbereichs 113 bzw. 123 der Starrflex-Leiterplatte angeordnet sind. Der flexible Leiterplatten-Abschnitt 130 ist gegenüber dem ersten Ausführungsbeispiel derart verlängert, dass dessen Enden mit den stirnseitig daran angeordneten Starrbereichen 113 bzw. 123 um 180° umgebogen sind, so dass die opto-elektronischen Systeme 11, 21 einander zugewandt sind. Die erste Verarbeitungselektronik 12 sowie die zweite Verarbeitungselektronik 22 kommen dabei beispielhaft jeweils zwischen dem Starrbereich 113 bzw. 123 und dem flexiblen Leiterplattenabschnitt 130 zum Liegen. Prinzipiell könnten die Verarbeitungselektroniken 12, 22 auch auf der anderen Seite der Starrbereiche 113 bzw. 123 angeordnet sein. Auch bei dieser Ausführungsvariante weist der optische Übertragungskanal 30 bzw. dessen Anzahl an Lichtwellenleitern einen mechanischen Kontakt zu der Starrflex-Leiterplatte 100 aufweisen kann. Die jeweiligen Bestückungsbereiche 110, 120 sind in dieser Ausführungsvariante durch die Größe des Starrflex-Bereichs 113 bzw. 123 zuzüglich der Größe des optoelektronischen Systems 11 bzw. 21 gebildet.
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Im dritten Ausführungsbeispiel, das in 3 dargestellt ist, umfasst ein jeweiliger Bestückungsbereich 110, 120 zwei Starrbereiche 113, 114 bzw. 123, 124, die jeweils durch einen Flexbereich 115 bzw. 125 miteinander verbunden sind. Durch die Flexibilität des Flexbereichs 115, 125 können die Starrbereiche 113, 114 bzw. 123, 124 in unterschiedlichen Ebenen zueinander angeordnet werden. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Starrbereiche 113, 114 bzw. 123, 124 in etwa in orthogonalen Ebenen zueinander angeordnet, so dass die auf den Starrbereichen 114, 124 angeordneten opto-elektronischen Systeme 11 bzw. 21 einander zugewandt sind. Die jeweilige Verarbeitungselektronik 12 bzw. 22 ist auf dem Starrbereich 113 bzw. 123 angeordnet. Dabei ist eine Bestückung der Starrbereiche 113, 114 bzw. 123, 124 von der gleichen Seite her möglich.
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Im vierten Ausführungsbeispiel der 4, welche lediglich die Sendeeinheit 10 illustriert, sind Starrbereiche 113, 114 des Bestückungsbereichs 110 aneinander angrenzend, aber rechtwinklig zueinander angeordnet. Dabei ist das optoelektronische System 11 auf dem in der Figur von oben nach unten verlaufenden Starrbereich 114 platziert. Die erste Verarbeitungselektronik 12 ist demgegenüber auf dem in der Ebene der Starrflex-Leiterplatte 100 liegenden Starrbereich 113 angeordnet. Eine elektrische Verbindung zwischen den Starrbereichen 113, 114 ist z. B. durch Löten, Verwendung eines leitfähigen Klebers oder eine Steckmontage sichergestellt.
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In dem fünften, in den 5A und 5B gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Starrbereich 14, auf dem das optoelektronische System 11 angeordnet ist, U-förmig aus dem flexiblen Leiterplatten-Abschnitt 130 ausgeklinkt. Dies ist besser aus der Draufsicht der 5B ersichtlich, in der mit dem Bezugszeichen 116 ein U-förmiger Spalt in dem flexiblen Leiterplatten-Abschnitt 130 dargestellt ist. Hierdurch kann der über den Flexbereich 115 an den Starrbereich 113 gekoppelte Starrbereich 114 in der in der 5A gezeigten Weise nach oben (alternativ auch nach unten) gebogen werden. Bei der in 5A gezeigten Ausführungsvariante ist eine Bestückung der Starrflex-Leiterplatte 100 von zwei Seiten her erforderlich, da die erste Verarbeitungselektronik 12 auf dem Starrbereich 13 in zeichnerischer Darstellung oben und das opto-elektronische System 11 auf dem Starrbereich 114 in der zeichnerischen Darstellung unten angeordnet ist, wenn die Verbiegung des Starrbereichs 114 gegenüber der Ebene der Starrflex-Leiterplatte 100 noch nicht erfolgt ist. Bei einer Verbiegung nach unten kann die Bestückung von einer Seite her erfolgen.
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Die in den 6 und 7 gezeigten sechsten und siebten Ausführungsbeispiele erlauben eine vollständig parallele Führung des optischen Übertragungskanals 30 zu dem elektrischen Übertragungskanal 40. Insbesondere ist dabei eine mechanische Anlage des optischen Übertragungskanals 30 bzw. dessen Anzahl an Lichtwellenleitern an den flexiblen Leiterplatten-Abschnitt 130 sowie den Bestückungsbereich 110 möglich. Ermöglicht wird dies durch eine schlaufenförmige Führung des Flexbereichs 115, so dass das opto-elektronische System 11 mit dem opto-elektronischen Wandler 13 im Schlaufenbereich zum Liegen kommt. Ein Vorteil der in den 6 und 7 gezeigten Ausführungsvarianten besteht in der mechanischen Stabilisierung (Versteifung) des optischen Übertragungskanals 30 bzw. dessen Anzahl an Lichtwellenleitern. Ebenso ist der optische Übertragungskanal 30 eben geführt.
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Bei dem in 7 gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Schlaufenführung des Flexbereichs 115 derart, dass eine einseitige Bestückung der gesamten Starrflex-Leiterplatte möglich ist.
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Durch den Einsatz optischer Elemente 14 bzw. 24 der jeweiligen opto-elektronischen Systeme 11 bzw. 21 kann eine Strahlumlenkung bzw. -formung vorgenommen werden. Hierdurch kann die Koppeleffizienz zwischen opto-elektronischem Wandler 13 bzw. 23 und dem optischen Übertragungskanal 30 erhöht werden. Ebenso kann eine bestimmte Modenverteilung in den Lichtwellenleitern des optischen Übertragungskanals 30 angeregt werden. Hierzu sind, wie in 8 dargestellt, zwischen den opto-elektronischen Wandlern 13, 23 und dem optischen Übertragungskanal 30 die optischen Elemente 14 bzw. 24 zusätzlich im Bereich des Bestückungsbereichs 110 bzw. 120 vorgesehen.
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Der opto-elektronische Wandler 13 kann darüber hinaus in einer Ausnehmung oder Vertiefung 117, z. B. des Starrbereichs 113, des Bestückungsbereichs 110 angeordnet werden. Hierbei wird eine Strahlumlenkung durch das optische Element 14 und Einkopplung in bzw. Auskopplung aus dem optischen Übertragungskanal 30 vorgenommen.
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Prinzipiell können vertikal oder seitlich abstrahlende optoelektronische Wandler eingesetzt werden. Beispielsweise können Kantenstrahler wie Laserdioden oder vertikal abstrahlende VCSEL oder Leuchtdioden (TOPLED) verwendet werden. Dies ist in 9 dargestellt. Ebenso ist die Verwendung seitlich abstrahlender Leuchtdioden (SIDELED) möglich.
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10 zeigt eine Ausführungsvariante, bei der der optoelektronische Wandler 13, beispielsweise in Chipform, in die Vertiefung 117 des Starrbereichs 113 der Starrflex-Leiterplatte 110 eingebracht ist. Der optische Übertragungskanal 30 ist mechanisch mit dem flexiblen Leiterplatten-Abschnitt 130 gekoppelt. Das optische Element 14 ist durch die Anordnung und Gestalt der Koppelflächen des optischen Übertragungskanals 30 ausgebildet.
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Prinzipiell können Starrbereiche und Flexbereiche eines Bestückungsbereichs der Starrflex-Leiterplatte in ihrer Dicke variiert werden, wodurch beispielsweise an vorgegebenen Stellen Versteifungen realisiert werden können oder allgemein die Biegesteifigkeit nach Wunsch eingestellt werden kann.
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Die beschriebenen Ausführungen können beispielsweise für Sendesysteme in beliebiger Kombination der beschriebenen Ausführungsvarianten eingesetzt werden. Im Speziellen stellt ein erfindungsgemäßes Sendesystem einen faseroptischen Biegesensor dar. Diese können in der Humanmedizin eingesetzt werden, beispielsweise zur Analyse von Bewegungsabläufen im Rückenbereich oder anderen Bereichen des Körpers, wie z. B. Gelenken.
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Ein erfindungsgemäßes Sensorsystem nutzt eine Starrflex-Leiterplatte für die Realisierung einer parallelen elektrischen und optischen Verbindung zwischen zwei elektrischen Systemen. Hierdurch lässt sich das erfindungsgemäße Sensorsystem kostengünstig mit wenigen Komponenten herstellen. Darüber hinaus ist eine kompakte Bauform in den einzelnen Systembereichen möglich. Es sind Ausführungsvarianten realisierbar, bei denen Lichtwellenleiter eines optischen Übertragungskanals in Anlage zu einem flexiblen Leiterplatten-Abschnitt, der Sende- und Empfangseinheit miteinander verbindet, verlaufen. Hierdurch wird nicht nur eine kompakte Bauform erreicht. Vor allem kann die Modenverteilung in den Lichtwellenleitern nicht nachteilig beeinflusst werden, was durch sonst erforderliche Biegungen im Ein- oder Auskoppelbereich gegeben wäre. Darüber hinaus lassen sich die Lichtwellenleiter durch eventuell vorgesehene Starrbereiche versteifen und stabilisieren.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10196763 B3 [0003]
- WO 98/38539 A2 [0003]
- DE 10314495 B3 [0003]
