DE60217861T2

DE60217861T2 - Optische kommunikationsvorrichtung zwischen elektronischen baugruppen

Info

Publication number: DE60217861T2
Application number: DE60217861T
Authority: DE
Inventors: Jean-Louis Lovato; Eric Bettega; Vincent Minier; Jean-Jacques Favre
Original assignee: Schneider Electric Industries SAS
Current assignee: Schneider Electric Industries SAS
Priority date: 2001-06-11
Filing date: 2002-04-04
Publication date: 2007-06-21
Anticipated expiration: 2022-04-05
Also published as: FR2825858B1; ES2278919T3; DE60217861D1; EP1396100B1; FR2825858A1; US20040175070A1; EP1396100A1; JP2004533645A; WO2002101958A1; US6868202B2

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur optischen Kommunikation zwischen Elektronikmodulen, welche Einrichtung einen Lichtleitstab mit einem ersten und einem zweiten Ende, die dazu dienen, durch seitliche Kopplung mit seitlichen Elektronikmodulen optisch gekoppelt zu werden, die seitlich längs des Stabes angeordnet sind, sowie seitliche Reflexionsmittel umfasst, die auf einem Längsabschnitt der den seitlichen Modulen abgewandten Außenseite des Stabes angeordnet sind.
Es gibt eine große Anzahl von Einrichtungen zur optischen Verbindung von Elektronikmodulen.
Gemäß einem ersten Typ einer solchen Einrichtung, wie er beispielsweise in der Druckschrift EP-A-587066 beschrieben ist, wird ein optischer Kommunikations-"Bus" durch mehrere aneinandergereihte modulare Schaltgeräte gebildet. Jedes Schaltgerät weist an einer Seitenfläche einen optoelektronischen Empfänger und auf der gegenüberliegenden Seitenfläche einen optoelektronischen Sender auf, der elektrisch mit dem Empfänger verbunden ist. Auf diese Weise kann jedes Schaltgerät optisch mit den angrenzenden Schaltgräten kommunizieren. Diese Art von Einrichtung weist einen erheblichen Nachteil auf. Fällt nämlich eines der Schaltgeräte aus, ist die Kommunikationsverbindung unterbrochen.
Darüber hinaus sind Rückwandbusse bekannt, die im Allgemeinen aus einer Glasplatte oder einer durchsichtigen Kunststoffplatte mit optischen Koppeleinrichtungen zur optischen Kopplung mit gedruckten Schaltungen bestehen, wobei jede gedruckte Schaltung mindestens einen optoelektronischen Sender und einen optoelektronischen Empfänger umfasst. Es wurden bereits mehrere Arten von Koppeleinrichtungen beschrieben, die auf der an die gedruckte Schaltung angrenzende Seite des Busses montiert werden, und zwar insbesondere in einem lichtabsorbierenden Material ausgebildete Fenster (WO-A-8503179), Nuten (GB-A2.208.566) und Beugungsgitter (Patentschrift US 5.091.985 ). In der Patentschrift US 4.744.617 wird ein optischer Bus mit kreisrundem, quadratischem oder vieleckigem Querschnitt beschrieben, der geneigte Reflexionsflächen als Koppelelemente verwendet, die auf der den gedruckten Schaltungen gegenüber liegenden Seite des Busses ausgebildet sind. Bei diesen unterschiedlichen Einrichtungen sind die Koppelelemente einzeln ausgeführt und an bestimmten, jeweils einer gedruckten Schaltung zugeordneten Stellen angeordnet. Die Anzahl der gedruckten Schaltungen sowie ihr Einbauplatz sind auf diese Weise festgelegt.
In der Druckschrift EP-A-249 746 wird eine Multimode-Lichtleitfaser mit Streukern beschrieben, die eine optische Kommunikation zwischen seitlich mit der Faser gekoppelten Sende- und Empfangsstationen erlaubt. Die Stationen können dabei an einer beliebigen Stelle längs der Lichtleitfaser angeordnet werden. Bei dieser Einrichtung müssen die zwischen der Faser und jeder der Stationen montierten optischen Linsen in unmittelbarer Nähe der Faser angeordnet werden. Die radiale Positionierung der Linsen und der zugeordneten Stationen ergibt einen verhältnismäßig kritischen Aufbau.
In der Druckschrift WO-A-9839861 wird ein zwischen zwei Elektronikbauteilen montiertes bidirektionales optisches Übertragungssystem beschrieben, das in der Luft, im Inneren eines Kanals gestreutes Licht verwendet, wobei der Kanal durch die optisch reflektierende Innenwand einer U-förmigen Metall- oder Kunststoffhülle begrenzt wird. Die optoelektronischen Sende- und Empfangselemente der Elektronikbauteile können an einer beliebigen Stelle längs des Kanals angeordnet werden, müssen jedoch in den Kanal hineinragen. Dadurch ist der Abstand zwischen diesen Elektronikbauteilen und dem Kanal genau vorgegeben.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine optische Kommunikationseinrichtung zu schaffen, die nicht mit den beschriebenen Nachteilen der Einrichtungen nach dem bisherigen Stand der Technik behaftet ist. Eine solche Einrichtung muss insbesondere eine optische Kopplung von Elektronikmodulen ermöglichen, ohne dass spezielle Verbindungen verwendet oder die Module in eine genaue Einbaulage gebracht werden müssen.
Dieses Ziel wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass die seitlichen Module als Slavemodule ausgebildet sind, die dazu dienen, mit einem Mastermodul zu kommunizieren, das in Axialrichtung optisch mit dem ersten Ende des Stabs gekoppelt ist, wobei der Stab einen Nutzabschnitt mit darin ausgebildeten seitlichen Reflexionsmitteln umfasst, die einen annähernd durchgehenden Reflexionsbereich bilden, der Stab eine Querschnittsfläche von mehr als 15 mm² aufweist und die seitlichen Reflexionsmittel längs des Nutzabschnitts des Stabs einen durchgehenden seitlichen Längs-Koppelbereich bilden, derart dass eine bidirektionale optische Kopplung des Mastermoduls mit einem, an einer beliebigen Stelle längs des Nutzabschnitts des Stabs angeordneten Seitenmodul ermöglicht wird, wobei sich der seitliche Koppelbereich über mindestens einen Zentimeter außerhalb des Stabs erstreckt.
Nach einer ersten Weiterbildung der Erfindung bestehen die seitlichen Reflexionsmittel aus mehreren, aneinandergrenzenden Einkerbungen, die längs des Nutzabschnitts des Stabs einen sägezahnförmigen Reflexionsbereich bilden.
Nach einer zweiten Weiterbildung der Erfindung umfassen die seitliche Reflexionsmittel ein schmales Reflexionsband.
Mehrere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den beigefügten Zeichnungen beispielhaft dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung unter Angabe weiterer Vorteile und Merkmale näher erläutert. Dabei zeigen
1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Einrichtung;
2 eine genauere Darstellung eines Elektronikmoduls einer erfindungsgemäßen Einrichtung;
3 einen Lichtleitstab und den seitlichen Koppelbereich einer erfindungsgemäßen Einrichtung;
4 bis 12 verschiedene Ausführungen eines Seitenreflektors einer erfindungsgemäßen Einrichtung;
13 bis 16 verschiedene Ausführungen des Querschnitts eines Lichtleitstabs einer erfindungsgemäßen Einrichtung;
17 eine detailliertere Darstellung einer besonderen Ausführung der Kopplung des Lichtleitstabs mit einem Mastermodul einer erfindungsgemäßen Einrichtung;
18 die Anordnung einer erfindungsgemäßen Einrichtung in einer Schaltanlage;
19 eine Ausführungsvariante der Einrichtung aus 18;
20 eine besondere Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Einrichtung.
Die in 1 gezeigte optische Kommunikationseinrichtung umfasst einen Lichtleitstab 1, der einen bidirektionalen optischen Kommunikationsbus zwischen einem elektronischen Mastermodul 2 und n elektronischen Slavemodulen 3 (3₁ , 3₂ , ... 3_n ) bildet. Jedes Elektronikmodul umfasst wie das in 2 gezeigte Mastermodul 2 einen optoelektronischen Sender 4 (Laserdiode, Leuchtdiode, ...) und einen optoelektronischen Empfänger 5 (Fotodiode, Fototransistor), die elektrisch mit einer elektronischen Verarbeitungsschaltung 6, vorzugsweise einem Mikroprozessor verbunden sind. Diese Schaltung kann beispielsweise über einen Bus 7 mit externen Modulen, Überwachungseinrichtungen, Messwertgebern oder Stellgliedern elektrisch verbunden werden.
Der Lichtleitstab 1 besteht aus einem elektrisch isolierenden und optisch leitenden Material wie z.B. Glas, Silizumdioxyd oder vorzugsweise Kunststoff, wobei das letztgenannte Material den Vorteil bietet, dass sich Formteile einfach herstellen lassen. Dabei können verschiedene thermoplastische Werkstoffe wie Polykarbonat, PMMA (Polymethylmethacrylat), PVC, Plexiglas usw. verwendet werden.
Die Lichtleitstab 1 weist eine Querschnittsfläche von > 15 mm², vorzugsweise zwischen 25 und 100 mm² auf, die wesentlich größer ist als die Querschnittsfläche herkömmlicher Lichtleitfasern. Nach einer vorzugsweisen Ausgestaltung ist er biegesteif ausgeführt und weist eine Länge von etwa 50 cm bis 1 m auf.
Eine solcher Stab erlaubt die optische Kommunikation zwischen dem Mastermodul 2 und den Slavemodulen 3 über kurze Entfernungen. Das Mastermodul 2 ist in Axialrichtung optisch mit einem ersten Ende (das linke Ende in den 1, 3 bis 12 und 17 bis 19) des Lichtleitstabs gekoppelt. Die seitlichen Module 3 sind längs des Stabs nebeneinander angeordnet und kommunizieren in einem seitlichen Koppelbereich 8 gemäß 3 und 19 optisch mit dem Lichtleitstab 1. Der seitliche Koppelbereich 8 ist auf der Stabseite ausgebildet, die einem Seitenreflektor gegenüber liegt. Er erstreckt sich außerhalb des Stabs über eine Breite von mindestens einem Zentimeter, typischerweise von mehreren Zenti metern, beispielsweise senkrecht zur Längsachse S des Lichtleitstabs 1. Der Seitenreflektor 9 bildet auf der den Seitenmodulen 3 abgewandten Seite des Stabs, in einem Längsabschnitt der Stabaußenseite einen annähernd durchgehenden Reflexionsbereich. Zur Vermeidung von Verlusten ist die Breite des Reflexionsbereichs vorzugsweise auf weniger als 25% der Länge der Umfangslinie des Lichtleitstab-Querschnitts (siehe 10 bis 16 und 20) begrenzt.
Nach einer vorzugsweisen Ausgestaltung weist der Lichtleitstab 1 an seinem ersten Ende einen Endabschnitt 10 ohne Seitenreflektor 9 auf. Die Seitenmodule 3 können nicht in Höhe des Endabschnitts 10, sondern nur längs des Nutzabschnitts des Stabs 1, gegenüber dem Seitenreflektor 9 angeordnet werden. An einem, dem ersten Ende gegenüber liegenden zweiten Ende des Lichtleitstabs ist vorzugsweise ein Endreflektor 11 (siehe 3, 4, 10 bis 12, 18 und 19) ausgebildet.
Nach einer vorzugsweisen Ausgestaltung gemäß der Darstellung in 4 weist der Lichtleitstab 1 eine abgeschrägte Form auf, wobei sein Querschnitt vom ersten Ende zum zweiten Ende annähernd stetig abnimmt, derart dass die Verluste im Lichtleitstab begrenzt und die Wirksamkeit der Einrichtung verbessert werden. Der Querschnitt des Lichtleitstabs kann beispielsweise zwischen von 100 mm² am ersten Ende auf 50 mm² am zweiten Ende abnehmen. Darüber hinaus ist das vorzugsweise reflektierend ausgeführte zweite Ende (11) geneigt, so dass die Lichtwellen in Richtung des Seitenreflektors 9 zurückgeworfen werden. Der Winkel α zwischen der Längsachse S des Lichtleitstabs 1 und dem zweiten Ende kann beispielsweise zwischen 70 und 90° betragen. Nach einer vorzugsweisen Ausgestaltung ist α = 80°.
In den 4 bis 12 sind verschiedene Ausgestaltungen des Seitenreflektors 9 dargestellt. Der Seitenreflektor dient hauptsächlich dazu, möglichst verlustarm einen Teil der von einem Slavemodul 3 ausgesandten und sich annähernd radial ausbreitenden Lichtwellen in eine annähernd axiale Strahlung sowie einen Teil der vom Mastermodul 2 ausgesandten, sich annähernd axial ausbreitenden Lichtwellen in eine annähernd radiale Strahlung umzuwandeln, die dazu dient von den Slavemodulen 3 erfasst zu werden. Die zu diesem Zweck nicht genutzten Bereiche der Oberfläche müssen die Führung der Lichtwellen im Inneren des Lichtleitstabs 1 begünstigen.
Nach einer ersten Ausgestaltung des Seitenreflektors 9 besteht dieser aus mehreren aneinandergrenzenden Einkerbungen 12 mit der Tiefe h, die längs des Nutzabschnitts des Lichtleitstabs einen annähernd durchgehenden Reflexionsbereich in Form einer Sägenzahnfolge mit dem Teilungsmaß p bilden. Jede Einkerbung kann asymmetrisch (4 und 6 bis 8) oder symmetrisch (siehe 5) ausgebildet sein. Nach einer vorzugsweisen Ausgestaltung gemäß der Darstellung in 6 ist zwischen zwei aneinandergrenzende Einkerbungen 12 jeweils eine äußere Abflachung 13 mit der Breite l₁ ausgebildet.
Bei asymmetrischer Ausbildung der Einkerbungen 12 werden diese jeweils durch eine erste Schräge 14, die mit der einer senkrecht zur Längsachse des Lichtleitstabs verlaufenden Achse einen Winkel β₁ bildet, sowie durch eine zweite Schräge 15 begrenzt, die näher am zweiten Ende des Lichtleitstabs liegt und mit der senkrecht zur Längsachse S verlaufenden Achse einen Winkel β₂ bildet, welcher kleiner ist als der Winkel β₁.
Um eine stärkere und homogenere Auskopplung der Lichtstrahlung längs des Lichtleitstabs 1 zu erzielen, kann das Teilungsmaß p verändert werden, so dass es vom ersten zum zweiten Ende des Lichtleitstabs kontinuierlich abnimmt. Nach anderer Ausgestaltung (siehe 7) kann am Grund der Einkerbungen 12, zwischen den Schrägen 14 und 15 eine innere Abflachung 16 variabler Breite l₂ ausgebildet sein, die vom ersten Ende zum zweiten Ende kontinuierlich abnimmt. In 7 ist die innere Abflachung 16 am zweiten Ende des Lichtleitstabs auf null reduziert. Nach einer anderen Ausgestaltung (siehe 8) wird die Anpassung der Teilung p durch Änderung des Winkels β₁ erreicht, der vom ersten zum zweiten Ende des Lichtleitstab kontinuierlich abnimmt. Die beiden Ausgestaltungen können auch miteinander kombiniert werden.
Bei variabler Teilung p gemäß der Ausgestaltung nach 8 kann der Winkel β₁ von 90° in der Nähe des ersten Endes (keine Auskopplung der Lichtwelle) bis zu 45° am zweiten Ende des Lichtleitstabs variieren.
Als Beispiel können die Abmessungen des Seitenreflektors folgende Werte aufweisen:
p = 2 mm,
h = 1 mm,
l₁ = 0,5 mm,
β₁ = 45°,
β₂ = 27°.
Um die Auskopplungsrate um etwa 10 bis 15% zu erhöhen, kann parallel zu dem durch die Einkerbungen gebildeten Reflexionsbereich ein zusätzlicher Seitenreflektor 17 angeordnet werden, so dass die vom Seitenreflektor 9 nach außen entweichenden Lichtstrahlen auf den Lichtleitstab 1 zurückgeworfen werden. Der zusätzliche Seitenreflektor 17 besteht aus einem schmalen reflektierenden Band, das in unmittelbarer Nähe des Reflektors 9, und zwar entweder, wie in 4 dargestellt, in einem geringen Abstand (beispielsweise 1 bis 2 mm) zu diesem oder, wie in 9 zu sehen, direkt auf den äußeren Abflachungen 13 aufliegend angeordnet ist.
Der zusätzliche Seitenreflektor 17 kann mit jedem geeigneten Mittel befestigt werden. Nach einer besonderen Ausgestaltung kann er einstückig mit einem Teil aus weißem, reflektierenden Kunststoff ausgebildet sein, das zusätzlich zur Halterung und zum Schutz des Lichtleitstabs 1 dient. Bei direkter Auflage auf den äußeren Abflachungen 13 (siehe 9) kann er auf dem Lichtleitstab aufgeklebt oder an diesen angeformt werden.
Gemäß den in 10 bis 12 gezeigten Ausgestaltungen kann der Seitenreflektor 9 ausschließlich aus einem, im Nutzabschnitt des Lichtleitstabs ausgebildeten schmalen, Reflexionsband bestehen, wobei jedoch die Wirksamkeit in diesem Fall erheblich geringer ist als bei einer Einrichtung mit Einkerbungen gemäß 4 bis 9. Bei einer solchen Ausbildung sind wie bei Verwendung des zusätzlichen Seitenreflektors 17 (siehe 4 und 9) mehrere Ausgestaltungen möglich. Bei der Ausgestaltung gemäß 10 ist das Reflexionsband als durchgehendes Rechteckband (18) ausgebildet. Bei der in 11 gezeigten Ausführungsvariante ist das Reflexionsband als durchgehendes Band 19 mit veränderlicher Breite ausgebildet, wobei die Breite in der Nähe des ersten Endes des Lichtleitstabs am geringsten ist, dann bis zu einem Höchstwert zunimmt und anschließend erneut abnimmt. Dadurch kann die Nutzfläche des Seitenreflektors an seinen Enden minimiert werden. Gemäß einer in 12 gezeigten, anderen Ausgestaltung ist das Reflexionsband in mehrere reflektierende Teilabschnitte unterteilt, die ein unterbrochenes Band 20 bilden. Die reflektierenden Abschnitte dieses Bandes haben unterschiedliche Längen und/oder Flächen, die in der Nähe des ersten Endes des Lichtleitstabs am kleinsten sind und anschließend in Richtung zum zweiten Ende kontinuierlich zunehmen. Die Merkmale der Reflexionsbänder 19 und 20 können miteinander kombiniert werden.
Das Reflexionsband (18, 19, 20) kann auf jede geeignete Art und Weise, zum Beispiel durch Anformen, Aufbringen eines Farbanstrichs oder Kleben auf den Lichtleitstab aufgebracht werden. Es kann auch aus Mikrospiegeln oder aus einer reflektierenden Folie bestehen, die sich wie eine Mikrospiegelanordnung verhält.
Der Querschnitt des Lichtleitstabs 1 kann rechteckig ausgebildet sein (siehe 13), wobei der Seitenreflektor 9 auf einer ersten Seitenfläche des Stabs und die Slavemodule 3 längs des Stabs, gegenüber einer anderen Seitenfläche des Stabs angeordnet werden, welche die Gegenseite der ersten Seitenfläche bildet. Der Querschnitt ist vorzugsweise kreisförmig (14) oder oval (16 und 20), wobei der Seitenreflektor in diesem Fall auf einer abgeflachten Seite des Lichtleitstabs angeordnet ist.
Der Lichtleitstab 1 wird vorzugsweise zusammen mit den Einkerbungen 12 durch Spritzgießen aus einem Kunststoff hergestellt, der für die Wellenlänge der von den optoelektronischen Sendern 4 der Elektronikmodule 2 und 3 ausgesandten Strahlen transparent ist und eine hohe Temperaturfestigkeit aufweist. Alternativ kann er auch durch Warmformung oder Extrusion hergestellt werden. Die Einkerbungen 12 können auch durch spätere Bearbeitung in den Lichtleitstab eingebracht werden.
Die Wellenlänge kann im sichtbaren Spektrum (beispielsweise grün) oder vorzugsweise im Infrarotbereich liegen, für den derzeit hochintegrierte Sende- und Empfangsbausteine zur Verfügung stehen. Integrierte optoelektronische Sende- und Empfangsbausteine zur Datenübertragung, so genannte "IrDA-Bausteine" sind gut für diesen Zweck geeignet. Das Datenaustauschprotokoll nach jedem beliebigen bekannten Standard wird vom Mastermodul 2 erzeugt. Nach einer vorzugsweisen Ausgestaltung sendet das Mastermodul zyklisch eine Signalfolge aus, die den jeweiligen Datenaustausch initialisiert. Beim Empfang dieser Signalfolge sendet jedes Slavemodul 3 in einem ihm zugeordneten Zeitfenster sein Lichtsignal aus, wobei die Abtastung beendet wird, wenn das letzte Slavemodul 3n sein Signal ausgesandt hat. Das Fehlen oder der Defekt eines Slavemoduls wird durch das Ausbleiben seines Sendesignals im entsprechenden Zeitfenster erkannt.
17 zeigt eine besondere Art der Kopplung zwischen dem Lichtleitstab 1 und dem Mastermodul 2. Der Stab 1 weist an seinem ersten Ende zwei Mulden 21 zur Aufnahme von zwei Dioden auf, die jeweils den optoelektronischen Sender 4 (Leuchtdiode) bzw. den optoelektronischen Empfänger 5 (Fotodiode) des Mastermoduls 2 bilden.
Der Einsatz einer erfindungsgemäßen Einrichtung in einer Schaltanlage 22 ist in 18 dargestellt. Mehrere, die Slavemodule 3₁ , 3₂ ... 3_n bildende modulare Schalt- und Steuergeräte bzw. Schutzgeräte wie beispielsweise Leistungsschalter, Lastschalter und/oder Relais sind in der Schaltanlage nebeneinander, längs eines Lichtleitstabs 1 installiert, der mit Hilfe jedes geeigneten Mittels in der Schaltanlage befestigt ist. Um möglichst viele Slavemodule zur Kommunikation über den Lichtleitstab 1 installieren zu können, wird das durch ein Steuermodul gebildete Mastermodul 2 vorzugsweise in größerem Abstand vom Lichtleitstab in der Schaltanlage angeordnet. Bei der Anordnung gemäß 18 ist der Lichtleitstab 1 waagerecht angeordnet und das Mastermodul 2 senkrecht nach oben verschoben. Seine axiale optische Kopplung mit dem ersten Ende des Stabs 1 erfolgt hier mit Hilfe eines zusätzlichen Lichtleitstabs 23, der senkrecht zum Lichtleitstab 1 (in 18 vertikal) angeordnet ist und an seiner Unterseite wie in 18 dargestellt ein Koppelende zur Kopplung mit dem ersten Ende des Stabs 1 aufweist. Das Koppelende des zusätzlichen Lichtleitstabs 23 umfasst eine Außenseite, die auf dem ersten Ende des Stabs 1 aufliegt, sowie eine reflektierende Endfläche 24, die mit dem ersten Ende des Stabs einen Winkel von 45° bildet.
Nach einer anderen, in 19 gezeigten Ausgestaltung ist der Stab 1 an seinem ersten Ende umbogen, derart dass er einen Endabschnitt aufweist, der rechtwinklig zum Nutz abschnitt des Stabs verläuft, und so das Mastermodul 2 in einem gößeren Abstand vom Stab installiert werden kann.
Nach der besonderen Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Einrichtung gemäß 20 ist der Lichtleitstab 1 mit ovalem Querschnitt auf dem Grund einer, als DIN-Profilschiene ausgebildeten Schiene 25 angeordnet, die als Träger für die Slavemodule 3 dient. Die Slavemodule 3 sind auf herkömmliche Weise nebeneinander auf der Tragschiene montiert. An ihrer der Schieneninnenseite zugewandten Unterseite umfassen die Slavemodule jeweils ein Sendeelement 4 und ein Empfangselement 5. Auf diese Weise können sie über die optische Busleitung, die durch den Stab gebildet wird, mit einem Mastermodul kommunizieren. Eine solche Anordnung kann auch nachträglich in eine Schaltanlage eingebaut werden, die nicht über eine optische Kommunikationseinrichtung verfügt, ohne dass hierzu besondere Anpassungen zur Montage des Lichtleitstabs erforderlich wären.
In einer Einrichtung der beschriebenen Art können beispielsweise 16 Slavemodule von je 35 mm Breite über einen Lichtleitstab 1, der eine Nutzlänge von 56 cm aufweist, mit Signalen einer Leistung von etwa 100 Milliwatt (mW) und einer Übertragungsrate von etwa 1 bis 10 Megabits mit einem Mastermodul kommunizieren.
Mit der erfindungsgemäßen Einrichtung können die Slavemodule 3 längs des Nutzabschnitts des Stabs 1 beliebig positioniert werden, wobei ihre seitliche Anordnung unkritisch ist, da die Sender 4 und die Empfänger 5 lediglich innerhalb des seitlichen Koppelbereichs 8 liegen müssen, der sich rechtwinklig zur Längsachse S des Stabs 1, über mindestens einen Zentimeter außerhalb des Stabs erstreckt.
Die Zahl der über einen Lichtleitstab 1 mit dem gleichen Mastermodul 2 kommunizierenden Slavemodule 3 kann auch verdoppelt werden. Zu diesem Zweck kann ein zweiter Seitenreflektor um 90° zum Seitenreflektor 9 versetzt auf dem Lichtleitstab 1 angeordnet werden. Anschließend können dann Slavemodule 3 gegenüber dem Seitenreflektor 9 und gegenüber dem zweiten Seitenreflektor angeordnet werden.

Claims

Einrichtung zur optischen Kommunikation zwischen Elektronikmodulen, welche Einrichtung einen Lichtleitstab (1) mit einem ersten und einem zweiten Ende, die dazu dienen, durch seitliche Kopplung optisch mit seitlichen Elektronikmodulen (3) gekoppelt zu werden, die seitlich längs des Stabes angeordnet sind, sowie seitliche Reflexionsmittel (9) umfasst, die auf einem Längsabschnitt der den seitlichen Modulen (3) abgewandten Außenseite des Stabes (1) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die seitlichen Module (3) als Slavemodule ausgebildet sind, die dazu dienen, mit einem Mastermodul (2) zu kommunizieren, das in Axialrichtung optisch mit dem ersten Ende des Stabs gekoppelt ist, wobei der Stab (1) einen Nutzabschnitt mit darin ausgebildeten seitlichen Reflexionsmitteln (9) umfasst, die einen annähernd durchgehenden Reflexionsbereich bilden, der Stab eine Querschnittsfläche von mehr als 15 mm² aufweist und die seitlichen Reflexionsmittel längs des Nutzabschnitts des Stabs einen durchgehenden seitlichen Längs-Koppelbereich (8) bilden, derart dass eine bidirektionale optische Kopplung des Mastermoduls (2) mit einem, an einer beliebigen Stelle längs des Nutzabschnitts des Stabs angeordneten Seitenmodul (3) ermöglicht wird, wobei sich der seitliche Koppelbereich (8) über mindestens einen Zentimeter außerhalb des Stabs erstreckt.
Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die seitlichen Reflexionsmittel (9) aus mehreren aneinandergrenzenden Einkerbungen (12) bestehen, die längs des Nutzabschnitts des Stabs (1) einen sägezahnförmigen Reflexionsbereich bilden.
Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass jede Einkerbung (12) symmetrisch geformt ist.
Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass jede Einkerbung (12) asymmetrisch geformt und durch eine erste Schräge (14), die mit einer senkrecht zur Längsachse des Lichtleitstabs (1) verlaufenden Achse einen Winkel (β₁) bildet, sowie durch eine zweite Schräge (15) begrenzt ist, die näher am zweiten Ende des Lichtleitstabs (1) liegt und mit der senkrecht zur Längsachse (S) verlaufenden Achse einen zweiten Winkel (β₂) bildet, der kleiner ist als der erste Winkel (β₁).
Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die aneinandergrenzenden Einkerbungen (12) ein variables Teilungsmaß (p) aufweisen, das vom ersten zum zweiten Ende des Lichtleitstabs (1) kontinuierlich abnimmt.
Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die seitlichen Reflexionsmittel (9) am Grund der Einkerbungen (12) eine innere Abflachung (16) veränderlicher Breite (l₂) aufweisen, die vom ersten zum zweiten Ende des Stabs (1) kontinuierlich abnimmt.
Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Winkel (β₁) vom ersten zum zweiten Ende des Stabs (1) kontinuierlich abnimmt.
Einrichtung nach irgendeinem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen zwei aneinandergrenzenden Einkerbungen (12) jeweils eine äußere Abflachung ausgebildet ist.
Einrichtung nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die seitlichen Reflexionsmittel (9) ein schmales Reflexionsband (17, 18, 19, 20) umfassen.
Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Reflexionsband als durchgehendes Rechteckband (18) ausgebildet ist.
Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Reflexionsband als unterbrochenes Band (20) mit mehreren reflektierenden Teilabschnitten unterschiedlicher Länge ausgebildet ist, die mit einem bestimmten Teilungsabstand in Längsrichtung angeordnet sind, wobei die Länge der reflektierenden Teilabschnitte in der Nähe des ersten Endes des Stabs (1) am geringsten ist, dann bis zu einem bestimmten Höchstwert zunimmt und anschließend bis zum zweiten Ende des Stabs (1) erneut abnimmt.
Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Reflexionsband als Band (19) mit veränderlicher Breite ausgebildet ist, die in der Nähe des ersten Endes des Stabs (1) am geringsten ist, dann bis zu einem bestimmten Höchstwert zunimmt und anschließend bis zum zweiten Ende des Stabs erneut abnimmt.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 11 und 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Höchstwert näher am zweiten Ende des Stabs (1) liegt als am ersten.
Einrichtung nach irgendeinem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Reflexionsband (17, 19, 19, 20) durch Aufbringen eines Materials mit einer an die Oberfläche des Stabs (1) angepassten Brechzahl hergestellt wird.
Einrichtung nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Stab (1) an seinem ersten Ende einen Endabschnitt (10) ohne seitliche Reflexionsmittel aufweist.
Einrichtung nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Stab (1) einen kreisrunden Querschnitt aufweist.
Einrichtung nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Stab (1) einen ovalen Querschnitt aufweist.
Einrichtung nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Stab (1) einen rechteckigen Querschnitt aufweist, wobei die seitlichen Reflexionsmittel (9) auf einer ersten Seitenfläche des Stabs und die Seitenmodule (3) längs des Stabs, gegenüber einer anderen Seitenfläche angeordnet sind, die die Gegenseite der ersten Seitenfläche bildet.
Einrichtung nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt des Stabs (1) vom ersten Ende zum zweiten Ende des Stabs kontinuierlich abnimmt.
Einrichtung nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass am zweiten Ende des Stabs (1) ein Endreflektor (11) ausgebildet ist.
Einrichtung nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Ende des Stabs (1) in Bezug zur Längsachse (S) des Stabs in einem Winkel (α) abgeschrägt ist.
Einrichtung nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass am ersten Ende des Stabs (1) Mittel (21) zur Aufnahme von elektrooptischen Sendeelementen (4) und optoelektronischen Empfangsmitteln (5) des Mastermoduls (2) ausgebildet sind.
Einrichtung nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenmodule (3) durch modulare Schalt- und Steuergeräte bzw. Schutzgeräte gebildet werden, die in einer Schaltanlage (22) installiert ist.
Einrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenmodule (3) längs des Nutzabschnitts des Stabs (1) nebeneinander angeordnet sind.
Einrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass das Mastermodul (2) in einem gößeren Abstand vom Lichtleitstab in der Schaltanlage (22) angeordnet und über einen zusätzlichen Lichtleitstab (23) mit einem zur Kopplung mit dem ersten Ende des Stabs (1) dienenden Koppelende in Axialrichtung optisch mit dem ersten Ende des Stabs (1) gekoppelt ist.
Einrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass der zusätzliche Lichtleitstab (23) senkrecht zum Lichtleitstab (1) angeordnet ist und sein Koppelende eine Außenseite, die auf dem ersten Ende des Stabs (1) aufliegt, sowie eine reflektierende Endfläche (24) umfasst, die mit dem ersten Ende des Stabs einen Winkel von 45° bildet.
Einrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtleitstab (1) an seinem ersten Ende umbogen ist.