DE3889809T2

DE3889809T2 - Optische Schaltungsmatrix, die über eine Maske mit Öffnungen eines bestimmten Musters verfügt und Verschlüsse, die zu diesem Muster passen.

Info

Publication number: DE3889809T2
Application number: DE3889809T
Authority: DE
Inventors: Jun Tokumitsu
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1987-08-19
Filing date: 1988-08-17
Publication date: 1994-10-20
Anticipated expiration: 2008-08-18
Also published as: US4927230A; EP0304043A2; EP0304043B1; JPS6449019A; EP0304043A3; JPH0778590B2; DE3889809D1

Description

Stand der Technik

Erfindungsgebiet

Die Erfindung bezieht sich auf eine optische Schaltmatrix, die das Verbinden von Signalleitungen eines Kommunikationsnetzwerks, Computers oder dergleichen über das Medium Licht ermöglicht.

Verwandter Stand der Technik

Eine Schaltmatrix ist ein unverzichtbares Bauelement im Kommunikations- und Computerbereich und speziell ein Kreuzschienenwähler ist aufgrund seiner Eigenschaften sehr nützlich.
Die Kreuzschienenwählermatrix ist jedoch bei steigender Anzahl von Verbindungsanschlüssen schwierig herzustellen und es ist daher nicht einfach, eine hochintegrierte Schaltmatrix zu fertigen, selbst wenn die derzeitigen Möglichkeiten der Halbleitertechnik ausgeschöpft werden.
Daher wird der Kreuzschienenwähler meistens in Verbindung mit einer geringen Anzahl von Anschlüssen verwendet.
Andererseits wurde neuerdings die optische Technik eingeführt, um anhand dieser relativ hochintegrierte Kreuzschienenwähler herzustellen, wobei Einzelheiten z.B. in der IEEE SPECTRUM, August 1986 und der IEEE COMPUTER, Juni 1987 (P. 50), A.A. Sawchuck et al beschrieben sind.
Fig. 1 der beiliegenden Zeichnung zeigt eine prinzipielle Ansicht eines optischen Kreuzschienenwählers nach dem Stand der Technik. In Fig. 1 kennzeichnen die Bezugszeichen 9-1, 9- 2, 9-3 und 9-4 Lichtquellen, das Bezugszeichen 92 von den Lichtquellen 9-1, 9-2 usw. abgestrahlte Lichtstrahlen, das Bezugszeichen 93 eine Verschlußmatrix, das Bezugszeichen 94 durch die Verschlußmatrix 93 hindurchtretende Lichtstrahlen und die Bezugszeichen 95-1, 95-2, 95-3 und 95-4 Fotodetektoren.
Das vorliegende beispielhafte Aufbau zeigt einen optischen Kreuzschienenwähler, bei dem die Anzahl der Verschlußelemente 4 x 4 beträgt. Die Lichtquellen 9-1, 9-2, 9-3 und 9-4 werden mit Signalen von entsprechenden Anschlüssen gespeist. Die von den Lichtguellen 9-1, 9-2, 9-3 und 9-4 abgestrahlten Lichtstrahlen 92 verbreitern sich in vertikaler Richtung und treffen auf die Verschlußmatrix 93.
Die in Fig. 1 schraffiert gekennzeichneten Bereiche der Verschlußmatrix 93 stellen lichtdurchlässige Bereich dar, wobei die durch diese lichtdurchlässigen Bereich hindurchtretenden Lichtstrahlen 94 in horizontaler Richtung gebündelt werden und auf die Fotodetektoren 95-1, 95-2, 95-3 und 95-4 auftreffen. Die Signale der Fotodetektoren 95-1, 95-2, 95-3 und 95-4 sind an entsprechenden Anschlüssen abgreifbar. Welche Anschlüsse zum aktuellen Zeitpunkt miteinander verbunden werden sollen, wird dadurch bestimmt, welches Verschlußelement der Verschlußmatrix 93 durchlässig geschaltet ist.
Es folgt eine Beschreibung am Beispiel der Verbindung der Lichtquelle 9-1. Das Signal des mit der Lichtquelle 9-1 verbundenen Anschlusses wird mittels dem von der Lichtquelle 9-1 abgestrahlten Lichtstrahl moduliert, in vertikaler Richtung verbreitert und trifft auf die erste Reihe der Verschlußmatrix 93. Wenn beispielsweise wie in Fig. 1 gezeigt das Verschlußelement der dritten Spalte und der ersten Reihe einen durchlässigen Bereich darstellt, so dringt der einfallende Lichtstrahl nur durch dieses Verschlußelement, wird in horizontaler Richtung gebündelt und von dem Fotodetektor 95-3 erfaßt.
Demgemäß ist der Anschluß der Lichtquelle 9-1 mit dem Anschluß des Fotodetektors 95-3 verbunden. In gleicher Weise erfolgt die Verbindung zwischen den anderen Anschlüssen.
In dem oben beschriebenen Beispiel nach dem Stand der Technik führt jedoch eine Erhöhung der Anzahl der miteinander verbindbaren Anschlüsse zu einer Erhöhung der Anzahl von Verschlußelementen der Verschlußmatrix 93 und somit wird die Herstellung der Kreuzschienenwählermatrix erschwert. Werden Computer miteinander verbunden, so kann die Zahl der Signalleitungen eines Computers einige 10 bis ungefähr 100 betragen.
Sollen beispielsweise 10 Computer, von denen jeder 100 Anschlußsignalleitungen besitzt, miteinander verbunden werden, so ist eine Verschlußmatrix mit 100 x 10 = 1000 Lichtquellen und Fotodetektoren sowie mit 1000 x 1000 = 10&sup6; Verschlußelementen nötig, wobei die Herstellung einer Verschlußmatrix mit einer derart hohen Anzahl von Verschlußelementen sehr schwierig wird.

Zusammenfassung der Erfindung

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine optische Schaltmatrix bereitzustellen, bei der die Anzahl der Verschlußelemente selbst dann nicht wesentlich vergrößert wird, wenn die Anzahl der miteinander verbundenen Signalleitungen relativ groß ist, und die leicht herzustellen sowie einfach aufgebaut ist.
Die Aufgabe wird gelöst durch eine optische Schaltmatrix mit N lichtemittierenden Einrichtungen, die in einer vorbestimmten Richtung angeordnet sind, und von denen jede Licht abstrahlt, welches in unabhängiger Weise entsprechend einem Eingangssignal moduliert ist, wobei N eine ganze Zahl ≥ 2 ist, M lichtempfangenden Einrichtungen, die in senkrechter Richtung zu der vorbestimmten Richtung angeordnet sind, die übertragenes oder reflektiertes Licht empfangen und die in unabhängiger Weise Signale abgeben, wobei M eine ganze Zahl ≥ 2 ist, und einer Verschlußeinrichtung, die innerhalb des Lichtwegs von den lichtemittierenden Einrichtungen zu den lichtempfangenden Einrichtungen angeordnete Verschlußelemente aufweist und die an jeder Segmenteinheit beliebig geöffnet oder geschlossen werden kann, gekennzeichnet durch eine Maskiereinrichtung mit N x M Segmenten, die matrixförmig in der vorbestimmten Richtung und der dazu senkrechten Richtung angeordnet sind, und von denen einige das von den lichtemittierenden Einrichtungen abgestrahlte Licht hindurchlassen oder reflektieren, wobei auf der Maskiereinrichtung ein sich wiederholendes vorbestimmtes zwei oder mehr Segmente als Segmenteinheit umfassendes Lichtdurchlaß- oder Reflexionsmuster ausgebildet ist und wobei der Teil des abgestrahlten Lichts, der eine Verbindung zwischen einer der lichtemittierenden Einrichtungen und einer der lichtempfangenden Einrichtungen bildet, eine einem Segment entsprechende Fläche bestrahlt.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Perspektivansicht eines beispielhaften Aufbaus der optischen Schaltmatrix nach dem Stand der Technik,
Fig. 2 eine schematische Perspektivansicht des Aufbaus eines erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels der optischen Schaltmatrix,
Fig. 3A und 3B Vorderansichten von Ausschnitten einer Verschlußmatrix bzw. einer Öffnungsmaske des in Fig. 2 gezeigten Ausführungsbeispiels,
Fig. 4 eine Vorderansicht einer beispielhaften Öffnungsmaske mit einem anderen Muster,
Fig. 5A und 5B schematische Perspektivansichten von Beispielen eines in dem in Fig. 2 gezeigten Ausführungsbeispiel verwendeten optischen Systems,
Fig. 6A und 6B eine schematische Draufsicht bzw. Seitenansicht zur Darstellung der Abbildungseigenschaft bei Verwendung der in den Fig. 5A und 5B gezeigten optischen Systeme in dem in Fig. 2 gezeigten Ausführungsbeispiel,
Fig. 7 und 8 schematische Perspektivansichten weiterer erfindungsgemäßer Ausführungsbeispiele,
Fig. 9 eine schematische Vorderansicht eines Beispiels einer Verschlußmatrix, die auch als Maske wirkt,
Fig. 10 und 11 schematische Perspektivansichten noch weiterer erfindungsgemäßer Ausführungsbeispiele.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele

Fig. 2 zeigt eine schematische Perspektivansicht eines erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels. In Fig. 2 kennzeichnet das Bezugszeichen 10 lichtemittierende Einrichtungen, die Bezugszeichen 11a, 11b, 11c, 11d, 12a, 12b, 12c, 12d, 13a, 13b, 13c, 13d, 14a, 14b, 14c und 14d Lichtquellen, die die lichtemittierenden Einrichtungen 10 bilden. Jede dieser Lichtquellen enthält eine Leuchtdiode (LED) oder Laserdiode (LD). Die lichtemittierenden Einrichtungen 10 sind mit einer ersten Gruppe von nicht gezeigten Signalleitungen verbunden, die 16 Signalleitungen umfaßt. Das Bezugszeichen 15 kennzeichnet von den Lichtquellen 11a, 11b, ... 14d abgestrahlte Lichtstrahlen. Das Bezugszeichen 16 kennzeichnet eine Verschlußmatrix, die ein räumlicher Lichtmodulator sein kann mit einem elektrooptischem Material wie z.B. einem Flüssigkristall, PLZT oder LiNbO&sub3; oder einem magnetooptisches Material, wie z.B. BiYIG oder einer Anzeigetafel, deren Durchlässigkeit durch die Verwendung von Elektrochrom, Flüssigkristall oder dergleichen steuerbar ist. Die Verschlußmatrix 16 kann auch im Falle der Verwendung von an ihr reflektiertem Licht ein reflektierender räumlicher Lichtmodulator sein, dessen Reflexionsvermögen sich ändert. Das Bezugszeichen 17 kennzeichnet eine Öffnungsmaske, die an ihrer gesamten Oberfläche eine Zahl von Öffnungen aufweist. Die Öffnungsmaske 17 kann auf einfache Weise durch mechanisches Einbringen von Löchern in ein Metall oder durch Aufdampfen von Al oder Cr auf ein Glassubstrat und Herstellen eines darauf befindlichen Öffnungsmuster mittels Fotolithographie hergestellt werden.
Die schraffierten Bereiche der Verschlußmatrix 16 und der Öffnungsmaske 17 stellen lichtdurchlässige Bereiche dar. Das Bezugszeichen 18 kennzeichnet Lichtstrahlen, die durch die Verschlußmatrix 16 und die Öffnungsmaske 17 hindurchtreten. Das Bezugszeichen 11 kennzeichnet lichtempfangende Einrichtungen und die Bezugszeichen 19a, 19b, 19c, 19d, 20a, 20b, 20c, 20d, 21a, 21b, 21c, 21d, 22a, 22b, 22c und 22d kennzeichnen Fotodetektoren, die die lichtempfangenden Einrichtungen 11 bilden. Diese Fotodetektoren sind mit einer zweiten Gruppe von nicht gezeigten Signalleitungen verbunden, die 16 Signalleitungen umfaßt.
Bei der in Fig. 2 gezeigten optischen Schaltmatrix ist die Anzahl der Anschlüsse 16. Die Schaltmatrix nach dem Stand der Technik benötigt 16 x 16 = 256 Verschlußelemente während bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Verschlußmatrix wie nachfolgend beschrieben aus 16 Verschlußelementen aufgebaut sein kann.
Im vorliegenden in Fig. 2 gezeigten Ausführungsbeispiel werden 16 Signalleitungen mit den Lichtquellen 11a, 11b, ... 14d verbunden, wobei jeweils vier Signalleitungen von einem Computer abgehen und die Signal leitungen von vier Computern verbunden werden. Beispielsweise stellen 11a, 11b, 11c und 11d Ausgänge eines Computers dar, wobei 11a und 11b Datenausgängen entsprechen und 11c und 11d Adreßausgängen. Tatsächlich ist die Anzahl der Signalleitungen zur Ein- und Ausgabe von Daten, Adressen etc. eines Computers größer. Zur Vereinfachung wird jedoch hier eine Anzahl von vier solcher Signalleitungen beschrieben.
In gleicher Weise werden die Lichtquellen 12a, 12b, 12c und 12d mit den Ausgängen eines zweiten Computers verbunden, wobei in Übereinstimmung mit dem ersten Computer 12a und 12b Datenleitungen und 12c und 12d Adreßleitungen darstellen. In gleicher Weise sind die Lichtquellen 13a, 13b, ... 14c und 14d angeschlossen. In einem solchen Falle wird die Verbindung mittels der vorliegenden optischen Schaltmatrix nicht in der Weise durchgeführt, daß die 16 Anschlüsse mit jedem der anderen 16 Anschluüsse verbunden werden, sondern daß für jeden Computer vier Signal leitungen als eine Einheit verbunden werden. Dementsprechend braucht angesichts der Verbindung von vier Signalleitungen pro Computer nur die Verbindung eines jeden Computers in Betracht gezogen werden, da das Muster wie oben beschrieben festgelegt ist (im vorliegenden Ausführungsbeispiel kennzeichnen die Ergänzungen a und b Daten und die Ergänzungen c und d Adressen). Beispielsweise können nur die Fotodetektoren 19a, 20a, 21a und 22a mit der den Daten des ersten Computers entsprechenden Lichtquelle 11a verbunden werden.
Im folgenden wird die Funktionsweise des ersten Ausführungsbeispiels beschrieben. Die von den Lichtquellen 11a, 11b, ... 14d abgestrahlten Lichtstrahlen 15, die entsprechend den Signalen der 16 Signal leitungen moduliert sind, werden nur in Y-Richtung senkrecht zu der Richtung der Anordnung der Lichtquellen 11a, 11b, ... 14d (X-Richtung) verbreitert und treffen auf die Verschlußmatrix 16. Die Verschlußmatrix 16 weist 4 x 4 Verschlußelemente auf. Die durch die durchlässigen Bereiche der Verschlußmatrix 16 hindurchtretenden Lichtstrahlen treffen auf die Öffnungsmaske 17. Die durch die Öffnungsmaske 17 hindurchtretenden Lichtstrahlen 18 werden in X-Richtung gebündelt und treffen auf die Fotodetektoren 19a, 19b, ... 22d.
Nachfolgend wird der Zusammenhang zwischen der Verschlußmatrix 15 und der Öffnungsmaske 17 beschreiben. Die Fig. 3A und 3B zeigen vergrößerte Ausschnitte der Verschlußmatrix bzw. der Öffnungsmaske zur Darstellung der Beziehung zwischen der Verschlußmatrix und der Öffnungsmaske 17.
In den Fig. 3A und 3B sind einander entsprechende Bereiche dargestellt, wobei die schraffierten Bereiche lichtdurchlässige Bereiche darstellen. In einem Teilbereich 17a der Öffnungsmaske 17, der einem Verschlußelement 16a der Verschlußmatrix 16 entspricht, befinden sich 4 x 4 = 16 Segmente, wobei im vorliegenden Ausführungsbeispiel beispielsweise die vier auf der Diagonalen befindlichen Segmente eines Teilabschnitts als Öffnungsbereiche (durchlässige Bereiche) festgelegt sind.
Das Muster der 4 x 4 = 16 Segmente ist in wiederholter Weise auf der gesamten Öffnungsmaske 17 aufgebracht. Beispielsweise wird der von der in Fig. 2 gezeigten Lichtquelle 11a ausgehende Lichtstrahl in Y-Richtung aufgeweitet, wonach er auf die Verschlußmatrix 16 auftrifft. Die Verschlußmatrix 16 ist derart aufgebaut, daß das in der dritten Spalte und der ersten Reihe befindliche Verschlußelement einen durchlässigen Bereich darstellt, daher tritt das auftreffende Licht durch diesen Bereich hindurch zur Öffnungsmaske 17. Der an der Öffnungsmaske 17 angekommene Lichtstrahl trifft auf den entsprechenden durch den durchlässigen Bereich der Verschlußmatrix 16 begrenzten Teilbereich, d.h. die gesamte erste Reihe der 4 x 4 Segmente. Der Öffnungsbereich ist nur der in der ersten Spalte und der ersten Reihe befindliche Teilbereich, so daß nur der Lichtstrahl, der auf diesen Öffnungsbereich auftrifft hindurchtritt.
Anschließend wird das durch die Öffnungsmaske 17 durchtretende Licht gesammelt und auf den Fotodetektor 21a gerichtet und mit der mit dem Fotodetektor 21a verbundenen Signalleitung verbunden. Jeweils vier der Fotodetektoren 19a, 19b, ... 22c, 22d sind mit einem Computer oder einem Gerät verbunden, wobei in einigen Fällen der Bestimmungsort, mit dem sie verbunden sind, wiederum die zu der lichtemittierenden Einrichtung der optischen Schaltmatrix benachbarte Computerseite, und in einigen Fällen ein anderes Bauteil, beispielsweise ein Speicher oder dergleichen, ist.
Hinsichtlich des Anschlußmusters der Signal leitungen eines Computers, gemäß dem beispielsweise die Lichtquellen 11a und 11b Daten und die Lichtquellen 11c und 11d wie vorstehend erwähnt Adressen repräsentieren, sind die Fotodetektoren 19a, 19b und 19c, 19d in gleicher Weise mit den Signalleitungen der entsprechenden Daten und Adressen des ersten Geräts verbunden. Weiterhin sind die Fotodetektoren 20a, 20b und 20c, 20d mit den Signalleitungen der entsprechenden Daten und Adressen des zweiten Geräts verbunden, und das dritte und vierte Gerät ist auch in gleicher Weise angeschlossen.
Wird wiederum der optische Weg der Lichtquelle 11a beschrieben, so ist das Muster der 4 x 4 Segmente der Öffnungsmaske 17 selbst dann in jedem einem Verschlußelement entsprechenden Teilbereich identisch, wenn unter den Verschlußelementen der ersten Reihe der Verschlußmatrix 16 die Verschlußelemente der von der dritten Spalte verschiedenen Spalten durchlässige Bereiche darstellen, und daher befindet sich der Öffnungsbereich, durch den der Lichtstrahl der Lichtquelle 11a hindurchtreten kann, lediglich in der ersten Spalte und der ersten Reihe der 4 x 4 Segmente.
Dementsprechend kann der von der Lichtquelle 11a kommende Lichtstrahl nach dem Hindurchtreten durch die Öffnungsmaske 17 lediglich auf die Fotodetektoren 19a, 20a, 21a und 22a auftreffen.
In umgekehrter Weise beschrieben heißt das, daß die Lichtstrahlen, die von dem Fotodetektor 19a empfangbar sind, lediglich die von den Lichtquellen 11a, 12a, 13a und 14a abgestrahlten Lichtstrahlen sein können. Entsprechendes gilt für die anderen Lichtguellen und Fotodetektoren.
D.h. im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird die Tatsache, daß das Anschlußmuster der Signal leitungen eines Computers selbst bei einer Verbindung mit einem beliebigen Computer oder Gerät nicht verändert wird, dahingehend ausgenutzt, daß lediglich die Verbindung zwischen Computern oder zwischen einem Computer und einem anderen Gerät durch die Verschlußmatrix 16 gesteuert wird, so daß jede Signalleitung durch die Öffnungsmaske 17 automatisch entsprechend einem vorbestimmten Anschlußmuster verbunden wird.
Gemäß obiger Beschreibung braucht die Zahl der Verschlußelemente der Verschlußmatrix 16 im vorliegenden Ausführungsbeispiel nicht 16 x 16 = 256 betragen, sondern die Verschlußmatrix kann aus 4 x 4 = 16 Verschlußelementen aufgebaut sein, wodurch die Anzahl der Verschlußelemente beträchtlich reduziert werden kann.
Fig. 4 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt eines weiteren Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Öffnungsmaske. In Fig. 4 kennzeichnet das Bezugszeichen 31 die Öffnungsmaske. Das Herstellungsverfahren dieser Öffnungsmaske ist das gleiche wie bei der in Fig. 3B gezeigten Öffnungsmaske, wobei der einzige Unterschied zwischen diesen Öffnungsmasken die Anordnung der Öffnungsbereiche in den 4 x 4 Segmenten ist.
In Fig. 3B sind die diagonalen Bereiche in den 4 x 4 Segmenten Öffnungsbereiche, wohingegen im vorliegenden Ausführungsbeispiel die Öffnungsbereiche in den in Fig. 4 gezeigten Positionen angeordnet sind. Es befindet sich jedoch wie auch in Fig. 3B nur ein Öfffnungsbereich in jeder Spalte und jeder Reihe der 4 x 4 Segmente.
D.h., ein Öffnungsbereich befindet sich in jeder Spalte und jeder Reihe der 4 x 4 Segmente, wodurch eine Signalleitung fehlerfrei mit einer Signalleitung verbunden wird.
Sind im Gegensatz dazu eine Vielzahl von Öffnungsbereichen in jeder Spalte und jeder Reihe der 4 x 4 Segmente vorhanden, beispielsweise, wenn in dem in Fig. 2 gezeigen Ausführungsbeispiel Öffnungsbereiche in der ersten und dritten Spalte der ersten Reihe vorhanden sind, so wird das Signal der Lichtquelle 11a mit den Anschlüssen der beiden Fotodetektoren 21a und 21c verbunden.
Wird die Öffnungsmaske 31 in dem in Fig. 2 gezeigten Ausführungsbeispiel eingesetzt, so tritt beispielsweise der von der Lichtquelle 11a abgestrahlte Lichtstrahl durch die Verschlußmatrix und die zweite Matrix 31 hindurch, worauf er sich entsprechend des Verschlußelements des durchlassenden Bereichs der Verschlußmatrix 16 in Richtung eines der Fotodetektoren 19c, 20c, 21c und 22c ausbreitet. D.h., aufgrund der Tatsache, daß die Öffnungsmaske 31 ein sich auf der gesamten Maske wiederholendes gleiches Muster aufweist, werden diejenigen der Lichtquellen 11a, 11b, ... 14d mit der Kennung a mit denjenigen der Fotodetektoren 19a, 19b, ... 22d mit der Kennung c verbunden. In gleicher Weise kann bei der Verbindung zwischen den Lichtquellen 11a, 11b, ... 14d und den Fotodetektoren 19a, 19b, ... 22d ein vorbestimmtes Verbindungsmuster für eine Verbindung der Kennung c mit der Kennung b, der Kennung d mit der Kennung c und der Kennung a mit der Kennung d festgesetzt werden, wodurch eine Konstruktionsweise ermöglicht wird, bei der selbst bei Wechsel des angeschlossenen Computers oder Geräts keine Änderung des verbundenen Signalleitungstyps erfolgt.
Es folgt eine Beschreibung eines optischen Systems, in dem die verschiedenen Bestandteile des erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels tatsächlichen verbunden sind.
In den Figuren 5A und 5B sind Perspektivansichten des in dem in Fig. 2 gezeigten Ausführungsbeispiel verwendeten optischen Systems dargestellt. Fig. 5A zeigt ein erstes anamorphotisches optisches System, mittels dem der von den lichtemittierenden Einrichtungen 10 stammende Lichtstrahl auf die Verschlußmatrix 16 gerichtet wird, und Fig. 5B zeigt ein zweites anamorphotisches optisches System, mittels dem der durch die Öffnungsmaske 17 hindurchtretende Lichtstrahl auf die lichtempfangende Einrichtung 11 gerichtet wird.
In Fig. 5A bezeichnet das Bezugszeichen 41 eine erste zylindrische Linse und das Bezugszeichen 42 eine erste kugelförmige Linse. Das durch die erste zylindrische Linse 41 und die erste kugelförmige Linse 42 gebildete erste anamorphotische optische System wirkt in der Weise, daß es in X-Richtung abbildet und den Lichtstrahl in Y-Richtung verbreitert.
In Fig. 5B kennzeichnet das Bezugszeichen 43 eine zweite kugelförmige Linse und das Bezugszeichen 44 eine zweite zylindrische Linse. Das durch die zweite kugelförmige Linse 43 und die zweite zylindrische Linse 44 gebildete zweite anamorphotische optische System wirkt in der Weise, daß der Lichtstrahl in x-Richtung aufgeweitet wird und daß in Y-Richtung eine Abbildung stattfindet.
Die Fig. 6A und 6B zeigen eine Draufsicht bzw. eine Seitenansicht des Abbildungsvorgangs wenn die oben beschriebenen optischen Systeme in dem in Fig. 2 gezeigten Ausführungsbeispiel eingesetzt werden. In diesen Figuren werden die mit den in den Fig. 2 bis 5B gezeigten identischen Bestandteile durch gleiche Bezugszeichen bezeichnet. Wie dargestellt, wird das in Fig. 5A gezeigte erste anamorphotische optische System zwischen die lichtemittierenden Einrichtungen 10 und die Verschlußmatrix 16 eingefügt und das in Fig. 5B gezeigte zweite anamorphotische optische System zwischen die Öffnungsmaske 17 und die lichtempfangenden Einrichtungen 11. Die Lichtquellen 11a, 11b, .. 14d der lichtemittierenden Einrichtungen 10 und die Verschlußmatrix 16 sind derart angeordnet, daß sie sich in X-Richtung in konjugierter Beziehung zueinander befinden, wobei die Lichtquellen 11a, 11b, ... 14d in Y-Richtung im wesentlichen in der vorderen Brennpunktebene des ersten anamorphotischen optischen Systems liegen. In entsprechender Weise sind die Öffnungsmaske 17 und die Fotodetektoren 19a, 19b, ... 22d der lichtempfangenden Einrichtungen 11 vorzugsweise derart angeordnet, daß sie sich in Y-Richtung in konjugierter Beziehung zueinander betinden, wobei die Öffnungsmaske 17 in X-Richtung im wesentlichen in der vorderen Brennpunktebene des zweiten anamorphotischen optischen Systems liegt.
Gemäß dem oben beschriebenen Verfahren wird ein invertiertes Abbild gebildet, und daher unterscheiden sich die Positionen, an denen die von den Lichtquellen 11a, 11b, ... 14d abgestrahlten Lichtstrahlen 15 auf der Verschlußmatrix 16 auftreffen, von dem vorangehend beschriebenen, dies stellt jedoch kein wesentliches Problem dar, da die Reihenfolge der Signal leitungen oder die Ansteuersignale der Verschlußmatrix 16 entsprechend geändert werden können. Dies gilt in gleicher Weise für das zweite anamorphotische optische System.
Wie Fig. 7 zeigt, ist es auch möglich, Glasfaserbündel 32 und 33 als optische Einrichtung zu verwenden, um das Licht von den lichtemittierenden Einrichtungen 10 auf die Verschlußmatrix 16 und von der optischen Maske 17 auf die lichtempfangenden Einrichtung 11 zu lenken. In Fig. 7 sind die mit den in Fig. 2 gzeigten identischen Bestandteile durch gleiche Bezugszeichen gekennzeichnet. Das Glasfaserbündel 32 enthält eine mit den Lichtquellen identische Anzahl von Glasfasergruppen, die entsprechend den zugeordneten Lichtguellen in X-Richtung angeordnet sind. Jede diese Glasfasergruppe bildende Glasfaser hat eine konische Form, wobei deren eines Ende gegenüber der entsprechendnen Lichtquelle und deren anderes Ende gegenüber jedem der in Y-Richtung angeordneten Segmente liegt. Dementsprechend bestrahlt beispielsweise das von der Lichtquelle 11a abgestrahlte Licht durch die Glasfasergruppe 32a die gesamte Fläche des linken Endes der Verschlußmatrix 16 in Y- Richtung mit einer Breite von einem Segment.
In gleicher Weise besteht das Glasfaserbündel 33 aus einer den Fotodetektoren entsprechenden Zahl von Glasfasergruppen, die in Y-Richtung gemäß den entsprechenden Fotodetektoren angeordnet sind. Jeder der diese Glasfasergruppe bildenden Glasfasern weist eine umgekehrt konische Form auf, wobei ein Ende gegenüber dem entsprechenden Ende der in X-Richtung angeordneten Segmente und das andere Ende gegenüber jedem der Fotodetektoren angeordnet ist. Durch jede Glasfasergruppe wird das durch die in X-Richtung angeordneten Segmente der Maske 17 auf die in der gleichen Höhe in Y-Richtung befindlichen Fotodetektoren gerichtet. Beispielsweise wird das durch die Segmente in der ersten Spalte der Maske 17 hindurchtretende Licht durch die Glasfasergruppe 33a geleitet und von dem Fotodetektor 19a empfangen.
Fig. 8 zeigt eine schematische Ansicht der wichtigen Bestandteile eines weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels. In Fig. 8 kennzeichnen die Bezugszeichen 51a, 51b, 51c, ... 54c, 54d Oberflächenlichtquellen, die in X-Richtung angeordnet sind und die die lichtemittierenden Einrichtungen 10 bilden, das Bezugszeichen 16 eine Verschlußmatrix, das Bezugszeichen 17 eine Öffnungsmaske und die Bezugszeichen 61a, 61b, ... 64c, 64d Oberflächenfotodetektoren, die in Y-Richtung angeordnet sind, und die die lichtempfangenden Einrichtungen 11 bilden. Die Lichtquellen 51a, 51b, ... 54d weisen in Y-Richtung dieselbe Länge wie die Verschlußmatrix 16 und die Öffnungsmaske 17 auf. In gleicher Weise entspricht die Länge der Fotodetektoren 61, 61b, ... 64d in X-Richtung der Länge der Verschlußmatrix 16 und der Öffnungsmaske 17.
Das Ausführungsbeispiel ist dadurch gekennzeichnet, daß es kein optisches System zur Verbreiterung des von den Lichtguellen 11a, 11b, ... 14d stammenden Lichtstrahls oder zum Bündeln des von der Öffnungsmaske 17 stammenden Lichtstrahls wie in dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 aufweist, jedoch werden Oberflächenlichtquellen und Fotodetektoren eingesetzt, die selbst eine entsprechende Ausdehnung aufweisen. Wie aus Fig. 8 hervorgeht, können die Lichtquellen 51a, 51b, ... 54d, die Verschlußmatrix 16, die Öffnungsmaske 17 und die Fotodetektoren 61a, 61b, ... 64d als Einheit aufgebaut sein, was zu dem Vorteil führt, daß eine extreme Kompaktheit erzielt werden kann.
Die Funktionsweise des Ausführungsbeispiels als optische Schaltmatrix entspricht dem in Fig. 2 gezeigten Ausführungsbeispiel.
Der Gebrauch der in Fig. 7 oder 8 beschriebenen optischen Glasfasern oder der lichtemittierenden Oberflächenelemente ist auch in der (am 11. April 1985 eingereichten) US-Anmeldung mit der Seriennummer 721,949 offenbart.
In der vorstehenden Beschreibung wurden die Lichtquellen wie beispielsweise LED's entsprechend dem Eingangssignal direkt moduliert; es kann jedoch auch ein Matrixlichtmodulator als lichtemittierende Einrichtung verwendet werden, mittels dem die Durchlässigkeit eines jeden Bereichs verändert werden kann und der an der Vorderseite einer ein Licht mit einer vorbestimmten Ausgangsleistung abstrahlenden Lichtquelle angeordnet ist.
Ebenso können die Lichtquellen wie beispielsweise LEDs in der Nähe einer ein Signal erzeugenden Schaltung angeordnet sein, wobei das Licht von dort mittels optischen Glasfasern geführt und der optischen Schaltmatrix zugeführt wird.
Fig. 9 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt einer modifizierten erfindungsgemäßen Verschlußmatrix. In Fig. 9 bezeichnet das Bezugs Zeichen 61 die Verschlußmatrix bei der die Verschlüsse eine bestimmte Form aufweisen.
In diesem Ausführungsbeispiel sind die Verschlußmatrix 16 und die Öffnungsmaske 17, die in dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 8 diskret aufgebaut sind, als Einheit ausgebildet, um dadurch eine Verschlußmatrix 61 bereitzustellen, die eine Vielzahl von Verschlußelementen mit einem vorbestimmten Musterform enthält.
Bei dem in Fig. 9 gezeigten Ausführungsbeispiel sind die in den Fig. 3A und 3B gezeigte Verschlußmatrix 16 und Öffnungsmaske 17 kombiniert. D.h., die in den diagonalen Bereichen der 4 x 4 Segmente der in Fig. 3B gezeigten Öffnungsmaske 17 vorhandenen Öffnungsbereiche sind direkt in den einzelnen Verschlußelementen der in Fig. 3A gezeigten Verschlußmatrix 16 ausgebildet, um dadurch die Verschlußmatrix 61 zu bilden.
Jedes Verschlußelement der Verschlußmatrix 61 weist zwar eine komplexe Form auf, jedoch hat diese Verschlußmatrix den Vorteil, daß die Zahl der Verschlußelemente im Vergleich zu den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen stark verringert werden kann und der Aufbau der gesamten optischen Schaltmatrix vereinfacht wird.
In den oben beschriebenen Ausführunqsbeispielen sind die Anzahl der mit den Lichtquellen 11a, 11b, ... 14d verbundenen ersten Signalleitungen und die Anzahl der mit den Fotodetektoren 19a, 19b, ... 22d verbundenen zweiten Signalleitungen beide gleich 16. Die vorliegende Erfindung kann jedoch auch eingesetzt werden, wenn die Anzahl der ersten Signalleitungen von der Anzahl der zweiten Signalleitungen verschieden ist. Dies wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Fig 10 und 11 beschrieben. In diesen Figuren weisen die mit den in Fig. 2 identischen Bestandteile gleiche Bezugszeichen auf und brauchen nicht im Einzelnen beschrieben zu werden.
Das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 10 zeigt einen Fall, bei dem die Signal leitungen von vier Computern mit den Signalleitungen von fünf Computern oder anderen Geräten verbunden werden. D.h, gemäß diesem Ausführungsbeispiel werden 4 x 4 = 16 erste Signal leitungen mit zweiten Signalleitungen einer unterschiedliche Zahl d.h. 4 x 5 = 20 verbunden.
Dementsprechend ist die Zahl der Verschlußelemente der Verschlußmatrix 16 4 x 5 = 20 und die Öffnungsmaske ist mit den dementsprechenden Formen ausgestattet. Die Öffnungsbereiche der 4 x 4 Segmente der Öffnungsmaske weisen dasselbe Muster wie die in Fig. 2 gezeigten auf. Die Funktionsweise wird nachfolgend anhand der Lichtquelle 14a beispielhaft beschrieben. Der Lichtstrahl dieser Lichtquelle l4a wird in Y- Richtung verbreitert und trifft auf das linke Ende der vierten Reihe der Verschlußmatrix 16, wobei der durchlässige Bereiche allerdings zwei Verschlußelemente umfaßt, nämlich in der zweiten und der vierten Spalte, und der einfallende Lichtstrahl durch beide hindurchtritt.
Der durch die Verschlußmatrix 16 hindruchtretende Lichtstrahl wird durch die in der ersten Spalte und der ersten Reihe der 4 x 4 Segmente der Öffnungsmaske 17 befindlichen Öffnungsbereiche weitergeleitet, in X-Richtung gebündelt und trifft auf die Fotodetektoren 20a und 23a.
D.h., die auf der lichtemittierenden Seite befindlichen, die Signalleitung der Lichtquelle 14a enthaltenden Signalleitungen des vierten Computers werden mit den auf der lichtempfangenden Seite befindlichen Signal leitungen des zweiten und fünften Computers oder Geräts verbunden. Anderenfalls wird einer der fünf Computer oder Geräte auf der lichtempfangenden Seite, bei dem in einer Spalte der Verschlußmatrix 16 kein Verschlußelement geöffnet ist, nicht verbunden.
Weiterhin wird in Fig. 11 ein zweites Ausführungsbeispiel für den Fall gezeigt, daß die Zahl der ersten Signalleitungen von der Zahl der zweiten Signalleitungen verschieden ist. Fig. 11 zeigt eine schematische Ansicht eines Ausführungsbeispiels bei dem die Anzahl der Segmente der Öffnungsmaske 17 4 x 5 beträgt.
Bei diesem Ausführungsbeispiel beträgt die den Verschlußelementen der Verschlußmatrix 16 entsprechende Zahl der Segmente der Öffnungsmaske 17 gleich 4 x 5, wobei ein Computer oder Gerät auf der lichtempfangenden Seite mit fünf verbundenen Signalleitungen ausgestattet ist und daher sind 5 x 4 = 20 zweite Signal leitungen an 16 erste Signalleitungen angeschlossen.
Dementsprechend werden vier Signal leitungen eines Computers mit fünf Signal leitungen des Computers oder Geräts auf der lichtempfangenden Seite verbunden, wodurch eine der vier Signalleitungen mit zwei Signal leitungen auf der lichtempfangenden Seite verbunden wird.
Betrachtet man beispielsweise die Funktionsweise der Lichtquelle 14c, so tritt der Lichtstrahl dieser Lichtquelle 14c durch das Verschlußelement in der zweiten Spalte und der vierten Reihe der Verschlußmatrix 16 und trifft auf die vierte Reihe der 4 x 5 Segmente der Öffnungsmaske 17, da aber gemäß Fig. 11 die dritte und fünfte Spalte Öffnungsbereiche darstellen, tritt der Lichtstrahl nur durch diese hindurch und trifft auf die Fotodetektoren 20c und 20e.
D.h., die Signalleitung der Lichtquelle 14c wird mit den Signalleitungen der Fotodetektoren 20c und 20e verbunden. In der Öffnungsmaske 17 wiederholt sich dasselbe Muster über deren gesamte Fläche, und daher werden die anderen Lichtquellen in der gleichen Weise betrieben.
Wie oben beschrieben, kann entsprechend dem vorliegenden Ausführungsbeispiel auch bei einer Zahl von ersten Signalleitungen, die von der Zahl der zweiten Signalleitungen verschieden ist, dieselbe Wirkung erzielt werden, wie bei gleicher Anzahl.
Neben dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel ermöglicht die vorliegende Erfindung verschiedenste Anwendungen. Beispielsweise ist statt des in den Ausführungsbeispielen durch die lichtempfangenden Elemente fotoelektrisch gewandelten elektrischen Ausgangssignals der optischen Schaltmatrix auch ein als Lichtsignal ohne fotoelektrische Umwandlung übertragenes Ausgangssignal denkbar, wenn in der nachfolgenden Stufe das Signal in Lichtform übertragen oder eine optische Verarbeitung durchgeführt werden soll. Ebenso ist die lichtemittierende Einrichtung nicht auf Lichtquellen beschränkt, sondern kann auch durch die Ausgangsstirnfläche einer optischen Glasfaser zur Übertragung des von einer anderen Vorrichtung stammenden Lichtsignals gebildet sein.
Die vorliegende Erfindung umfaßt alle derartigen Anwendungen ohne dadurch den in den Ansprüchen des Anhangs definierten Schutzumfang zu verlassen.

Claims

1. Optische Schaltmatrix mit:

- N lichtemittierenden Einrichtungen (10), die in einer vorbestimmten Richtung angeordnet sind und von denen jede Licht abstrahlt, welches in unabhängiger Weise entsprechend einem Eingangssignal moduliert ist, wobei N eine ganze Zahl größer oder gleich 2 ist,

- M lichtempfangenden Einrichtungen (11), die in senkrechter Richtung zu der vorbestimmmten Richtung angeordnet sind, die übertragenes oder reflektiertes Licht (18) empfangen und die in unabhängiger Weise Signale abgeben, wobei M eine ganze Zahl größer oder gleich 2 ist, und

- einer Verschlußeinrichtung (16), die innerhalb des Lichtwegs von den lichtemittierenden Einrichtungen (10) zu den lichtempfangenden Einrichtungen (11) angeordnete Verschlußelemente (16a) aufweist und die an jeder Segmenteinheit (17a, b) beliebig geöffnet oder geschlossen werden kann,

gekennzeiclmet durch,

- eine Maskiereinrichtung (17) mit N x M Segmenten, die matrixförmig in der vorbestimmten Richtung und der dazu senkrechten Richtung angeordnet sind und von denen einige das von den lichtemittierenden Einrichtungen (10) abgestrahlte Licht hindurchlassen oder reflektieren, wobei auf der Maskiereinrichtung (17) ein sich wiederholendes, vorbestimmtes, zwei oder mehr Segmente als Segmenteinheit (17a, b) umfassendes Lichtdurchlaß- oder Reflexionsmuster ausgebildet ist und wobei der Teil des abgestrahlten Lichts (15), der eine Verbindung zwischen einer der lichtemittierenden Einrichtungen (10) und einer der lichtempfangenden Einrichtungen (11) bildet, eine einem Segment entsprechende Fläche bestrahlt.

2. Optische Schaltmatrix nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine erste optische Einrichtung zum Richten des von den lichtemittierenden Einrichtungen ausgehenden Lichts auf die Maskiereinrichtung.

3. Optische Schaltmatrix nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste optische Einrichtung ein erstes anamorphotisches System aufweist, um in der vorbestimmten Richtung eine paarweise Beziehung zwischen den lichtemittierenden Einrichtungen und der Maskiereinrichtung beizubehalten und um sicherzustellen, daß sich die lichtemittierenden Einrichtungen in einer Richtung senkrecht zu der vorbestimmten Richtung in dessen vorderem Brennpunkt befinden.

4. Optische Schaltmatrix nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das erste anamorphotische optische System eine kugelförmige Linse und eine zylindrische Linse aufweist.

5. Optische Schaltmatrix nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste optische Einrichtung ein erstes Glasfaserbündel mit einer Vielzahl von optischen Glasfasern ist, von denen ein Ende gegenüber den lichtemittierenden Einrichtungen und das andere Ende gegenüber den einzelnen Segmenten der Maskiereinrichtung angeordnet ist.

6. Optische Schaltmatrix nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine zweite optische Einrichtung zum Richten des von der Maskiereinrichtung ausgehenden Lichts auf die lichtempfangenden Einrichtungen.

7. Optische Schaltmatrix nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite optische Einrichtung ein zweites anamorphotisches optisches System aufweist, um in einer Richtung senkrecht zu der vorbestimmten Richtung eine paarweise Beziehung zwischen den lichtempfangenden Einrichtungen und der Maskiereinrichtung beizubehalten, und um sicherzustellen, daß sich die lichtempfangenden Einrichtungen in der vorbestimmten Richtung in dessen rückwärtigem Brennpunkt befinden.

8. Optische Schaltmatrix nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite anarmophotische optische System eine kugelförmige Linse und eine zylindrische Linse aufweist.

9. Optische Schaltmatrix nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite optische Einrichtung ein zweites Glasfaserbündel mit einer Vielzahl von optischen Glasfasern ist, von denen ein Ende gegenüber den lichtempfangenden Einrichtungen und das andere Ende gegenüber den einzelnen Segmenten der Maskiereinrichtung angeordnet ist.

10. Optische Schaltmatrix nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge der lichtemittierenden Einrichtungen gleich der der Maskiereinrichtung in senkrechter Richtung zu der vorbestimmten Richtung ist und daß die lichtemittierenden Einrichtungen in integraler Weise mit der Maskiereinrichtung aufgebaut sind.

11. Optische Schaltmatrix nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge der lichtempfangenden Einrichtungen gleich der der Maskiereinrichtung in der vorbestimmten Richtung ist, und daß die lichtempfangenden Einrichtungen in integraler Weise mit der Maskiereinrichtung aufgebaut sind.

12. Optische Scha1tmatrix nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschlußelemente der Verschlußeinrichtung ein vorbestimmtes Muster aufweisen und auch als Maskiereinrichtung wirken.

13. Optische Schaltmatrix nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die lichtemittierenden Einrichtungen Lichtquellen aufweisen, die Licht in Abhängigkeit eines elektrischen Eingangssignals abstrahlen.

14. Optische Schaltmatrix nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die lichtempfangenden Einrichtungen Photodetektoren aufweisen zur Umwandlung des empfangenen Lichts in elektrische Signale und zu deren Ausgabe.