DE19543386C1 - Vorrichtung zur breitbandigen optischen Signalübertragung - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zur breitbandigen optischen Signalübertragung zwischen einer Empfangseinheit und einer relativ dazu beweglichen Sendeeinheit gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, wie sie aus der DE 44 21 616 A1 bekannt ist.

Vielfach werden optische Übertragungsstrecken zur Kommunikation zwischen bewegten Komponenten eingesetzt. Um die Unabhängigkeit von Umgebungseinflüssen oder auch der Streckenführung zu erreichen, können die optischen Signale in einem Lichtleiter geführt werden. Dabei führt die endliche Ausbreitungsgeschwindigkeit des Lichtes zu einer ortsabhängigen Verzögerung des Signals. Meist hat eine solche Verzögerung keinen Einfluß auf die Übertragungsqualität. Bildet die Bahn der Bewegung jedoch eine geschlossene Kurve, so ist eine Überlappung von Anfang und Ende unvermeidbar, sofern kein Ausfall der Übertragung in dieser Position in Kauf genommen werden kann. Damit ergibt sich am Anfang und gleichzeitig am Ende des Lichtleiters im Empfänger eine Überlagerung von zwei Signalen. Das erste Signal erreicht nach kurzer Strecke und damit auch kurzer Zeit den Empfänger. Das zweite Signal erreicht nach dem Durchlaufen einer längeren Strecke und damit mit großer Verzögerung den Empfänger. Beide Signale werden nun überlagert und ergeben ein falsches Summensignal. Damit wird die Übertragung negativ beeinflußt. Insbesondere bei hohen Frequenzen, bei denen die Signallaufzeit gleich der halben Periodendauer ist, ergibt sich eine Auslöschung des Signals. Eine sinnvolle Datenübertragung ist hier nicht mehr möglich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die aus der DE 44 21 616 A1 bekannte Vorrichtung derart weiterzubilden, daß die Datenübertragung mit höherer Bandbreite erfolgen kann.

Die Lösung dieser Aufgabe ist im Anspruch 1 angegeben. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.

Der Erfindung liegt die Idee zugrunde, daß eine gewünschte Unabhängigkeit der Bandbreite von den Signallaufzeiten nur dann erreicht werden kann, wenn verhindert wird, daß Signale auf mehreren Wegen mit unterschiedlichen Laufzeiten den Empfänger erreichen. Dies bedeutet, daß die Unabhängigkeit der Bandbreite von den Signallaufzeiten gewährleistet ist, sofern nur ein einziges Signal den Empfänger erreicht.

Die Trennstelle befindet sich an der Stelle der Kurve, von der aus die Signallaufzeiten in allen Ausbreitungsrichtungen zum Empfänger gleich groß sind. Somit erreicht bei der Position des Senders über der Trennstelle das Licht auf beiden Wegen den Empfänger. Hier sind die Signallaufzeiten exakt gleich groß und es ergibt sich keine Signalverzerrung. Bei allen anderen Positionen des Senders breitet sich das Licht auf einem Weg zum Empfänger und auf dem anderen Weg zur Trennstelle aus, wo es absorbiert wird. Somit gibt es nur einen Lichtweg vom Sender zum Empfänger. Hier ist eine Signalübertragung mit wesentlich höherer Bandbreite möglich.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung (Ansprüche 3 und 4) werden die optischen Signale am Ort des Empfängers mit zwei optoelektrischen Wandlern in elektrische Signale umgesetzt. Dazu wird der Lichtleiter am Ort des Empfängers unterbrochen und in jeden der Zweige ein Wandler eingefügt. Unterbrechung bedeutet hier nicht unbedingt ein mechanisches Auftrennen des Mediums. Vielmehr muß sichergestellt werden, daß eine optische Trennung erfolgt, so daß ein Übertreten des Lichtes von einem Zweig in den anderen Zweig mit einer hohen Dämpfung behaftet ist.

Mittels einer Verknüpfungsschaltung, die aus einem analogen Addierer oder auch aus einer digitalen Verknüpfungsschaltung bestehen kann, werden die beiden Signale der optoelektrischen Wandler überlagert. Sind die Verbindungen der Wandler zur Verknüpfungsschaltung ebenfalls mit Laufzeiten behaftet, oder besitzen diese Wandler unterschiedliche Laufzeiten, so muß dieses bei der Positionierung der Trennstelle im Übertragungsmedium mit berücksichtigt werden, so daß die gesamte Signallaufzeit in beiden Wegen von der Trennstelle bis zur Verknüpfungsschaltung gleich groß ist.

In einer weiteren, vorteilhaften Ausgestaltung (Anspruch 5) ist der Lichtleiter derart ausgebildet, daß sich an der Trennstelle, oder falls vorhanden an beiden Trennstellen eine geringfügige Überlappung der beiden Zweige des Lichtleiters ergibt. Damit ist sichergestellt, daß von jedem Punkt der Kurve Licht von der Sendeeinheit zur Empfangseinheit übertragen werden kann. Auf jeden Fall muß die Stelle der Überlappung derart gestaltet werden, daß sie eine einwandfreie Trennung der Kurvenzweige sicherstellt, so daß kein Licht von einem Zweig der Kurve in den anderen übertreten kann.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung wird der Lichtleiter als lichtleitende Faser ausgeführt. Dies kann z. B. eine Glasfaser oder auch eine Kunststoffaser sein (Anspruch 7).

Eine weitere Ausgestaltung ergibt sich, indem die Faser mit einem fluoreszierenden Farbstoff dotiert ist, so daß die Einkopplung von Licht an jeder Position der Sendeeinheit entlang der Kurve in die Faser besonders einfach wird (Anspruch 8).

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 Lichtleiter mit einer Trennstelle,

Fig. 2 Vorrichtung mit zwei Trennstellen und zwei optoelektrischen Wandlern und

Fig. 3 Signal-Laufzeit-Diagramm.

Fig. 1 zeigt eine Anordnung bestehend aus einer Empfangseinheit 1 sowie einer Sendeeinheit 2, die durch einen zu einer geschlossenen Kurve geformten Lichtleiter 3 verbunden sind. Die Sendeeinheit kann sich entlang dieser Kurve relativ zur Empfangseinheit bewegen. Wichtig ist hier die relative Bewegung zueinander.

Ebenso kann sich die Empfangseinheit 1 zusammen mit dem Lichtleiter 3 gegenüber der Sendeeinheit 2 bewegen. Der Lichtleiter 3 ist an der Stelle 4 unterbrochen, von der aus die Laufzeiten der Signale in beiden Zweigen der Kurve gleich lang sind.

Fig. 2 zeigt beispielhaft eine weitere Anordnung. Hier befinden sich in der Empfangseinheit 1 zwei optoelektrische Wandler 6 und 7, denen jeweils ein Zweig der Kurve zugeordnet ist. Zwischen den beiden Wandlern ist der Lichtleiter 3 unterbrochen, so daß kein Licht von einem in den anderen Kurvenzweig gelangen kann.

Fig. 3 verdeutlicht die Auswirkungen der Addition von Signalen mit unterschiedlicher Laufzeit. Kurve a) zeigt das Originalsignal. Das Signal in Kurve b) ist nur geringfügig gegenüber Signal a) verzögert. Die Addition bzw. Überlagerung der beiden Kurven ergibt ein Signal nach Kurve c). Dieses Signal besitzt nur geringe Verzerrungen und kann in der Empfangseinrichtung einfach ausgewertet werden. Eine völlig andere Situation ergibt sich bei einer stärkeren Verzögerung des zweiten Signals, wie es in der Kurve d) dargestellt ist. Das Ergebnis der Addition ist in Kurve e) aufgetragen. Der Kurvenverlauf ist nicht mehr eindeutig interpretierbar. Besonders kompliziert wird die Auswertung bei der aus der DE 44 21 616 A1 bekannten Vorrichtung, da sich die Signalform in weiten Bereichen, abhängig von der Position des Senders zum Empfänger ändern kann. So kann die Signalform beispielsweise abhängig von der Position alle Formen zwischen den Kurven c) und e) annehmen.

Claims (8)

1. Vorrichtung zur breitbandigen optischen Signalübertragung zwischen einer Empfangseinheit und einer relativ dazu beweglichen Sendeeinheit, die durch einen zu einer Kurve geformten Lichtleiter optisch aneinander gekoppelt sind, entlang dessen die Sendeeinheit bewegt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtleiter wenigstens an der Stelle unterbrochen ist, von der aus die Laufzeiten optischer Signale in beiden Richtungen des Lichtleiters zur Empfangseinheit gleich groß sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtleiter zu einer geschlossenen Kurve geformt ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Empfangseinheit wenigstens zwei optoelektrische Wandler zur Umsetzung der optischen Signale aus den jeweiligen Hälften des Übertragungsmediums in elektrische Signale und eine Verknüpfungsschaltung zur elektrischen Verknüpfung der Signale aufweist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtleiter zwischen den beiden optoelektrischen Wandlern unterbrochen ist, so daß jeder Wandler nur Licht von der ihm zugeordneten Hälfte des Lichtleiters empfängt.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtleiter an mindestens einer der Unterbrechungen eine geringfügige Überlappung der Kurvenzweige aufweist, so daß eine optische Übertragung an jedem Punkt der Kurve sichergestellt ist, aber am Ort der Unterbrechungen kein Licht von einem in den anderen Kurvenzweig übertreten kann.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtleiter an Stellen der Unterbrechung reflexionsfrei abgeschlossen ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtleiter als lichtleitende Faser ausgeführt ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die lichtleitende Faser mit einem Fluoreszenzfarbstoff dotiert ist.