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BESCHREIBUNG
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Kommunikationssystem mit paralleler, optischer Informationsübertragung
Die Erfindung bezieht sich auf ein Kommunikationssystem mit paralleler, optischer
Informationsübertragung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Bei einem optischen Kommunikationssystem wird die Information an einer
Schnittstelle zwischen zwei Systemkomponenten häufig so übertragen, daß sich die
Systemkomponenten im Bereich des Übertragungsweges nicht berühren. Beispielsweise
kann eine Systemkomponente in geschlossener Bauweise ausgebildet und mit einerhöheren
Randordnung ausgestattet sein, um als Informationsgeber zu dienen, wobei diese Systemkomponente
durch eine geeignete elektrische Isolation gegen den Einfluß statischer elektrischer
Felder geschützt ist. Bei Verwendung eir-r derart geschlossenen Systemkomponente
liegt, wie in Figur 4 dargestellt ist, ein einzelnes lichtemittierendes Element
41 einem einzelnen lichtempfangenden Element 42 direkt gegenüber, so daß das vom
lichtemittierenden Element 41 auf der Senderseite abgestrahlte Licht durch das lichtempfangende
Element 42 auf der Empfängerseite detektiert werden kann. Durch das lichtempfangende
Element 42 wird das gesendete optische Signal auf photoelektrischem Wege in ein
elektrisches Signal umgewandelt, so daß eine Informationsübertragung zwischen den
Elementen 41 und 42 möglich ist. Beispielsweise kann auch das Element 41 so ausgebildet
sein, daß es in der Lage ist, elektrische in optische Signale umzuwandeln.
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Nachteilig ist jedoch, daß durch die beiden Elemente 41 und 42 nur
ein einzelner optischer Übertragungsweg erhalten wird.
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Befinden sich, wie in Figur 5 dargestellt ist, eine zentrale Prozessoreinheit
51 (CPU) auf der Senderseite und eine zentrale Prozessoreinheit 52 (CPU) auf der
Empfängerseite, die jeweils 8 Bit-Daten verarbeiten, so müssen auf der enderseite
ein 8 Bit zu 1 Bit Parallel/Serienwandler 53 und auf der Empfängerseite ein 1 Bit
zu 8 Bit Serien/ Parallelwandler 54 vorhanden sein, wenn die optische Information
über den aus dem einzelnen lichtemittierenden Element 41 und dem einzelnen lichtempfangenden
Element 42 gebildeten Übertragungskanal gesendet werden soll. Der Aufbau des Kommunikationssystems
wird daher relativ kompliziert.
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Sollen Multi-Bitdaten parallel übertragen werden, so müssen entsprechend
der Figur 6 mehrere lichtemittierende Elemente 61 und mehrere lichtempfangende Element
62 vorhanden sein, wobei die lichtemittierenden Elemente 61 jeweils einem lichtempfangenden
Element 62 direkt gegenüberliegen.
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Jeweils ein optischer Kanal wird also durch zwei Elemente 61, 62 gebildet.
Zwischen den verschiedenen optischen Kanälen bzw. den Systemkomponenten liegen Trennwände
63, um ein Übersprechen zwischen den einzelnen optischen Kanälen zu verhindern.
Durch die Trennwände 63 wird also vermieden, daß das von einem lichtemittierenden
Element 61 eines Kanals abgestrahlte Licht von einem lichtempfangenden Element 62
eines anderen Kanals empfangen werden kann.
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Wenn die Datenübertragung korrekt ausgeführt wird, wird also das vom
lichtemittierenden Element 61 eines Kanals ausgesendete Licht nur von dem lichtempfangenden
Element 62 desselben Kanals empfangen, und nicht von lichtempfangenden Elementen
62 anderer Kanäle. Andernfalls treten Fehler in der Datenübertragung auf. Die Trennwände
63 müssen jedoch zusätzlich hergestellt und montiert werden, was eine Kostenerhöhung
zur Folge hat. Sollen keine Trennwände 63 verwendet werden, so muß; wie in Figur
7 dargestellt ist, der Abstand zwischen den einzelnen optischen Kanälen vergrößert
werden, die in diesem Fall durch
jeweils ein lichtemittierendes
Element 71 und ein lichtempfangendes Element 72 gebildet sind. Durch den vergrößerten
Abstand zwischen den optischen Kanälen läßt sich ebenfalls ein Übersprechen zwischen
verschiedenen Kanälen vermeiden. Allerdings vergrößern sich dann die Abmessungen
des optischen Kommunikationssystem erheblich.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Kommunikationssystem
mit paralleler, optischer Informationsübertragung zu schaffen, bei dem die einzelnen
optischen Übertragungskanäle zwischen verschiedenen Systemkomponenten- nicht durch
Trennwände voneinander abgegrenzt sind, und das einen kompakten Aufbau aufweist.
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Die Lösung der gestellten Aufgabe ist im kennzeichnenden Teil des
Patentanspruchs 1 angegeben.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen
zu entnehmen.
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Das Kommunikationssystem nach der Erfindung mit paralleler, optischer
Informationsübertragung zeichnet sich aus durch - eine Senderanordnung mit einer
Mehrzahl von entlang einer Zeile angeordneten, getrennt ansteuerbaren lichtemittierenden
Elementen, - eine Empfängeranordnung mit einer Mehrzahl von entlang einer Parallelzeile
angeordneten lichtempfangenden Elementen, die jeweils das von der Senderanordnung
emittierte Licht in ein elektrisches Signal umwandeln, und durch - eine zwischen
der Senderanordnung und der Empfängeranordnung angeordnete Abbildungseinrichtung
zur Abbildung jeweils eines lichtemittierenden Elementes der Senderanordnung auf
ein diesem zugeordnetes lichtempfangendes Element der Empfängeranordnung.
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Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Abbildungseinrichtung
eine einzelne Konvexlinse.
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Nach einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung besteht
die Abbildungseinrichtung aus einem Feld paralleler optischer Fasern oder aus einer
stabförmigen Linse mit geeigneter Brechungsindexverteilung.
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Sowohl die lichtemittierenden Elemente als auch die lichtempfangenden
Elemente sind entlang von parallel zueinander liegenden Zeilen angeordnet. Durch
die zwischen den Zeilen angeordnete Abbildungseinrichtung wird erreicht, daß ein
lichtemittierendes Element auf der Senderseite mit einem bestimmten lichtempfangenden
Element auf der Empfängerseite zur Bildung eines optischen Kanals gekoppelt wird.
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Jedes lichtemittierende Element auf der Senderseite wird also auf
ein bestimmtes lichtempfangendes Element auf der Empfängerseite mit Hilfe der Abbildungseinrichtung
abgebildet.
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Die Abbildung erfolgt vorzugsweise im Maßstab 1:1.
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Die Zeichnung stellt neben dem Stand der Technik ein Ausführungsbeispiel
der Erfindung dar. Es zeigen: Fig. 1 ein Blockdiagramm eines Kommunikationssystems
nach der Erfindung mit paralleler, optischer Informationsübertragung, Fig. 2 die
Anordnung eines Linsensystems zwischen mehreren Lichtsendern und mehreren Lichtempfängern
des Kommunikationssystem nach Fig. 1, Fig. 3 ein Zeitablaufdiagramm von Steuersignalen
zur Steuerung des Kommunikationssystems nach Fig. 1, und Fig. 5 bis 7 konventionelle
optische Kommunikationssysteme.
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Im Nachfolgenden wird ein Kommunikationssystem nach der Erfindung
mit paralleler, optischer Informationsübertragung anhand der Figuren 1 bis 3 näher
beschrieben. Das Kommunikationssystem nach Fig. 1 enthält eine Senderanordnung 2
mit einer Mehrzahl von lichtemittierenden Elementen 2a, 2b, 2c,...,2h und 2i, eine
Lichtempfängeranordnung 4 mit einer Mehrzahl von lichtemfangenden Elementen 4a,4b,4c,
,4h und 4i, eine Abbildungseinrichtrung 5, beispielsweise eine Linse, eine Mehrzahl
von Treibern 6a,6b,6c,...,6h und 6i zur Ansteuerung der lichtemittierenden Elemente
2a,2b,2c, ,2h und 2i, sowie eine Mehrzahl von Verstärkern 7a,7b, 7c,...,7h und 7i
zur Verstärkung der von den lichtempfangenden Elementen 4a,4b,4c,...,4h und 4i gelieferten
elektrischen Signale. Die senderseitige lichtemittierende Anordnung 2 und die empfängerseitige
Lichtdetektoranordnung 4 liegen parallel zueinander, wobei die Abbildungseinrichtung
5, beispielsweise die Linse, zwischen der Senderanordnung 2 und der Empfängeranordnung
4 positioniert ist. Mit Hilfe der Abbildungseinrichtung 5 wird die Senderanordnung
2 auf die Empfängeranordnung 4 abgebildet. Licht von der Senderanordnung 2, die
als lichtemittierende Elemente 2a, 2b,2c,..,2h und 2i beispielsweise lichtemittierende
Dioden enthält, wird über die Abbildungseinrichtung 5 zur Empfängeranordnung 4 übertragen,
die als lichtempfangende Elemente 4a,4b,4c,...,4h und 4i beispielsweise Photodioden
aufweist.
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Die Übertragung der Information auf optischem Wege erfolgt dabei für
jeden Kanal getrennt, so daß eine parallele Datenübertragung zwischen der Senderanordnung
2 und der Empfängeranordnung 4 möglich ist. Ein optischer Kanal wird beispielsweise
durch die lichtemittierende Diode 2a, die Abbildungseinrichtung 5 und die Photodiode
4i gebildet, während ein anderer optischer Kanal durch die lichtemittierende Diode
2i, die Abbildungseinrichtung 5 und die Photodiode 4a gebildet wird, usw.
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Die lichtemitt:erenden Dioden 2a,2b,2c,...,2h und 2i sind entlang
einer Zeile angeordnet. Entsprechendes gilt für die Photodioden 4a,4b,4c,. ..,4h
und 4i. Die Senderanordnung 2 bzw. Senderzeile und die Empfängeranordnung 4 bzw.
Lmpfängerzeile liegen, wie bereits erwähnt, parallel zueinander.
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Entsprechend der Figur 2 wird bei einer als Abbildungseinrichtung
5 dienenden Linse ein Bild B eines Gegenstandes A in einem Abstand b vom Zentrum
der Linse erzeugt, wenn der Gegenstand A sich auf der gegenüberliegenden Seite unter
einem Abstand a vom Linsenzentrum befindet. Mit f ist die Brennweite der Linse angegeben.
Zwischen den Abständen a und b sowie der Brennweite f gilt folgende Beziehung: l/a
+ l/b = l/f (1) Aufgrund dieser Beziehung ergibt sich eine Vergrößerung M zu: M
= b/a (2) Werden der Abstand a zu 2f (a=2f) und der Abstand b zu 2f (b=2f) gewählt,
so ergibt sich eine Vergrößerung M von 1 (M=1).
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Die lichtemittierende bzw. Senderanordnung 2, die Linse 5 und die
lichtdetektierende bzw. Empfängeranordnung 4 in Figur 1 sind so zueinander angeordnet,
daß eine Vergrößerung von M=1 vorhanden ist. Das bedeutet, daß die Senderanordnung
2 über die Linse 5 im Maßstab 1:1 auf die Empfängeranordnung 4 abgebildet wird,
und umgekehrt. Licht, das jeweils von den lichtemittierenden Dioden 2a,2b,2c,...,2h
und 2i abgestrahlt wird, wird auf die jeweils zugeordneten Photodioden 4i,4h,4g,...,4b
und 4a fokussiert. Es ergeben sich somIt optische Kanäle zwischen der Diode 2a und
der Photodiode 4i, der Diode 2b und der Photodiode 4h, der Diod vc und der Photodiode
4g, der Diode 2d und der Photodiode 4f, der Diole 2e und der Photodiode 4e, der
Diode 2f
und der Photodiode 4d, der Diode 2g und der Photodiode
4c, der Diode 2h und der Photodiode 4b sowie zwischen der lichtemittierenden Diode
2i und der Photodiode 4a.
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Jeweils eine der lichtemittierenden Dioden 2a,2b,2c,...,2h und 2i
ist jeweils mit einer Treiber- bzw. Steuerschaltung 6a,6b,6c,...,6h und 6i verbunden.
Zu diesen Treiber- bzw.
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Steuerschaltungen 6a bis 6i ist jeweils eine Signalleitung D0,D1,D2,..,D7
und STB geführt. Die Signalleitung STB liegt dabei an der Treiber- bzw. Steuerschaltung
6i.
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Die Photodioden 4a,4b,4c,...,4h und 4i auf der Empfängerseite sind
mit Verstärkern 7a,7b,7c,...,7h und 7i jeweils verbunden.
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Dagegen sind zu den Verstärkern 7a,7b,7c,...,7h und 7i ausgangsseitig
Signalleitungen STB',D7',D6',...,D1' und D0' geführt. Die Signalleitung STB' liegt
dabei am Verstärker 7h.
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Die lichtemittierenden Dioden 2a,2b,2c,,..,2h und 2i werden durch
die LED-Treiberschaltungen 6a,6b,6c,...,6h und 6i in Abhängigkeit von Daten eingeschaltet
bzw. gesteuert, die diesen über die Signalleitungen D0,D1,D2,...,D7 und STB an der
Senderseite zugeführt werden.
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Das von den lichtemittierenden Dioden abgestrahlte Licht wird über
die Linse 5 auf die jeweils zugeordneten Photodioden übertragen, wobei die Photodioden
für die Umwandlung der optischen Daten in elektrische Signale sorgen.
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Die Ausgangssignale der Photodioden werden mit Hilfe der Verstärker
7a,7b,7c,...,7h und 7i jeweils verstärkt und über die Signalleitungen STB§,D7',D6',...,D1'
und D0' weitergeleitet.
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Wie oben beschrieben, erfolgt die Datenübertragung senderseitig über
die Signalleitungen D0,D1,D2,...,D7 und STB, und empfängerseitig über die Signalleitungen
STB',D7',D6',..., DI' und D0'. Ein Signal STB an der senderseitigen Signalleitung
STB
dient zur Synchronisation bzw. zeitlichen Steuerung der Signalübertragung an der
Senderseite und der Empfängerseite. Wird entsprechend der Figur 3 das Signal STB
von der Senderseite zur Empfängerseite übertrage.. und/oder das Signal STB' von
der Empfängerseite zur Senderseite, so werden die Daten D0,D1,D2,...,D6 und D7 über
die senderseitigen Signalleitungen zur selben Zeit zur Empfangsseite übertragen,
so daß an den empfangsseitigen Signalleitungen die Daten D0',D1',D2',...,D6' und
D7' erscheinen, die den Daten D0,D1,D2,...,D6 und D7 entsprechen.
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Die Übertragung der Daten D0 bis D7 und die Übertragung des Signals
STB, STB' erfolgen zur selben Zeit. Soll das Signal STB' von der Empfängerseite
zur Senderseite übertragen werden, so muß das Element 4a als lichtemittierende Diode
ausgebildet sein, und das Element 2i als Photodiode. 6i ist dann ein Verstärker,
während 7a eine Treiberschaltung ist.
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Die Daten D0',D1',D2',...,D6' und D7' können in einem Speicher, beispielsweise
in einem Speicher mit wahlfreiem Zugriff RAM zwischengespeichert oder direkt einer
Signalverarbeitungseinrichtung (nicht dargestellt) zugeführt werden.
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Die Abbildungseinrichtung 5 kann beispielsweise eine einzelne Konvexlinse
oder ein geeignetes Linsensystem sein. Als Abbildungseinrichtung 5 kann aber auch
ein aus einzelnen Stäben bestehendes Linsenfeld oder dergleichen verwendet werden.
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Das aus einzelnen Stäben bestehende Linsenfeld kann beispielsweise
eine Vielzahl von parallel zueinander verlaufenden optischen Fasern mit einer geeigneten
Brechungsindexverteilung aufweisen. Ferner läßt sich auch eine sogenannte SELFOC-Linse
mit geeigneter Brechungsindexverteilung verwenden.
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Wie oben beschrieben, liegt die Abbildungseinrishtung 5 bzw. Linse
zwischen den lichtemittierenden Elementen und den lichtempfangenden Elementen, so
daß Licht von einem lichtemittierenden Element auf ein diesem zugeordnetes licht-
empfangendes
Element übertragen werden kann.
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Die jeweiligen Paare aus einem lichtemittierenden Element und einem
lichtempfangenden Element können unabhängig voneinander betrieben werden, ohne daß
Übersprecherscheinungen auftreten.
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Entsprechend der Erfindung brauchen zwischen verschiedenen Systemkomponenten,
zwischen denen Daten auf parallelen optischen Kanälen übertragen werden sollen,
keine Trennwände mehr vorhanden zu sein, durch die die optischen Kanäle gegeneinander
abgeschirmt werden, so daß ein sehr kompakter Systemaufbau möglich ist. Auch bei
sehr kleinem Abstand zwischen den jeweiligen optischen Kanälen, die aus je einem
lichtemittierenden und einem lichtempfangenden Element bestehen, läßt sich ein paralleler
Datentransfer einwandfrei durchführen.