DE3103010A1

DE3103010A1 - Einrichtung zum wahlweisen positionieren des endes einer optischen faser

Info

Publication number: DE3103010A1
Application number: DE19813103010
Authority: DE
Inventors: Herzl Rehovot Laor
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1980-02-04
Filing date: 1981-01-29
Publication date: 1981-12-17
Also published as: US4543663A; JPH069396B2; FR2475343B1; NL191156C; DE3103010C2; US4512036A; IT8119479A0; US4651343A; FR2475343A1; GB2071924A; GB2071924B; NL8100501A; CA1192646A; JPS56122586A; GB2139819B; US4580292A; NL191156B; GB2139819A; IT1135274B; GB8324605D0

Description

BESCHREIBUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft den Informationsaustausch mittels optischer Fasern, und zwar insbesondere das Schalten und das Miteinanderverbinden von optischen Fasern.

In den vergangenen Jahren kam es zu einer weitverbreiteten Verwendung von optischen Fasern in einer umfangreichen Vielfalt von Anwendungen, und zwar insbesondere beim Informationsaustausch. Die leistungsfähige Verwendung von optischen Fasern hängt bei vielen Anwendungsfällen von der Fähigkeit der zugehörigen Einrichtungen ab, die Enden optischer Fasern genau und wiederhol- bzw. reproduzierbar zu positionieren. Gegenwärtig werden verschiedene mechanische Einrichtungen, wie beispielsweise x-y-z-Translatoren, konzentrische Rohrleitungen bzw. -anordnungen und V-Nut-Anordnungen, zur Positionierung der Enden von optischen Fasern angewandt.

Es wurde auch vorgeschlagen, ein einzelnes piezoelektrisches Biegeelement als einen Zweipositionsschalter für eine optische Faser zu verwenden. Siehe Y. Ohmori und H. Ogiwara, Applied Optics, Band 14, Nr. 22, Seite 3531. Diese Veröffentlichung enthält keine Anregung, ein solches Biegeelement zum wahlweisen Positionieren längs eines Bereichs von Positionen zu verwenden.

Ein Umschalten unter Verwendung von ausrichtbaren Lichtbündeln ist außerdem in den US-Patentschriften 3 985 975 und 4 065 644 vorgeschlagen worden, wonach Hologramme und Kathodenstrahlröhren zum Ausrichten des Lichtbündels verwendet werden.

Die mechanischen Einrichtungen, die derzeit zum Positionieren von optischen Fasern verwendet werden, haben wesentliche Nachteile im Hinblick auf die Kosten, Aufbau- bzw. Ausführungsbeschränkungen und die Zuverlässigkeit sowie Betriebssicherheit. Es ist anzunehmen, daß die Unangemessenheiten der derzeit bekannten Positionie-

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rungseinrichtungen für optische Fasern die Einführung der Technologie der optischen Fasern auf vielen anderen möglichen Anwendungsgebieten begrenzt.

Kurz zusammengefaßt sollen mit der vorliegenden Erfindung die Nachteile der nach dem Stande der Technik bekannten Einrichtungen zum Positionieren von optischen Fasern überwunden werden, und es soll eine Einrichtung zum Positionieren von optischen Fasern zur Verfügung gestellt werden, die sich durch in hohem Maße verbesserte Leistungsfähigkeitseigenschaften bzw. -kenndaten, Aufbau- und AusführungsflexibiIitat, sowie Wirtschaftlichkeit und wesentlich kleinere Abmessungen auszeichnet.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird infolgedessen eine Einrichtung zum wählbaren Positionieren des Endes einer optischen Faser längs eines Bereichs von Positionen zur Verfügung gestellt, die eine Biegeanordnung umfaßt, welche wenigstens ein piezoelektrisches Biegeelement aufweist und ein erstes Ende hat, das zur Verbindung mit einem oder mehreren Enden von einer oder mehreren optischen Fasern angeordnet bzw. eingerichtet ist, während ein zweites Ende derselben in einer Bezugsposition örtlich festgelegt bzw. angeordnet ist. Eine geeignete Anwendung bzw. Einwirkung von elektrischer Energie auf das piezoelektrische Biegeelement bewirkt, daß dieses eine ausgewählte Position längs des Bereichs von Positionen einnimmt.

Weiter wird gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine Einrichtung zum wählbaren Positionieren des Endes einer optischen Faser zur Verfügung gestellt, die eine Biegeanordnung umfaßt, welche eine Mehrzahl von piezoelektrischen Biegeelementen aufweist, die in Reihe sowie derart angeordnet sind, daß die Bewegung der Biegeelemente zueinander senkrechte Komponenten besitzt.

Mit der vorliegenden Erfindung soll außerdem eine Umschaltvermittlung für Fernsprech- oder andere Fernmeldeverkehr- sowie Informationsaustauscheinrichtungen zur Verfügung gestellt werden, die

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einfach ist und leicht aufgebaut werden kann, die außerdem wirtschaftlich und modular bzw. bausteinmäßig in dem Sinne ist, daß sie veränderbar den wachsenden Bedürfnissen der Abnehmer angepaßt werden kann.

Infolgedessen wird gemäß einer Ausführungsform der Erfindung eine Fernmelde- bzw. Informationsaustauscheinrichtung zur Verfügung gestellt, die eine erste Gruppierung von Sendern, in denen piezoelektrische Biegeelemente verwendet werden, umfaßt, wobei jeder dieser Sender ein Bündel von informationsübertragender elektromagnetischer Strahlung in einer wählbaren Richtung abgibt; sowie eine zweite Gruppierung von Empfängern für elektromagnetische Strahlung, die in strahlungsempfangender Beziehung zu der ersten Gruppierung angeordnet sind, so daß die Ausgangsstrahlung von jedem der Sender zu deren Empfang durch irgendeinen ausgewählten Sender aus der Mehrzahl der Sender ausgerichtet werden kann. Gemäß der Erfindung werden den Sendern Instruktionen zur Herstellung von Verbindungen zwischen Teilnehmern zugeführt, die mit den jeweiligen Sendern verbunden sind, sowie von Teilnehmern, die mit den jeweiligen Empfängern verbunden sind, auf welche Strahlung von den jeweiligen Sendern auftrifft.

Außerdem ist gemäß einer Ausführungsform der Erfindung jeder Teilnehmer bzw. Teilnehmerapparat mit einem Sender und mit einem Empfänger verbunden derart, daß eine Zweiwegverbindung über modulierte Strahlungsbündel hergestellt wird. Vorzugsweise kann jeder Sender mit jedem Empfänger in Verbindung treten.

Darüberhinaus wird gemäß der vorliegenden Erfindung eine Informationsaustauscheinrichtung zur Verfügung gestellt, die eine erste Gruppierung von Sendern umfaßt, von denen jeder ein Bündel von informationsübertragender elektromagnetischer Strahlung liefert, und wenigstens einen ausrichtbaren Sender für elektromagnetische Strahlung, der so angeordnet ist, daß er wahlweise in Strahlungsempfangsbeziehung mit einem oder mehreren Sendern der ersten Gruppierung treten kann.

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Es ist ein spezielles Merkmal der vorliegenden Erfindung, daß im wesentlichen kein über- bzw. Nebensprechen auftritt, da die Schnittstellen der elektromagnetischen Strahlung im wesentlichen keine Interferenz erzeugen.

Die vorliegende Erfindung sei nachstehend ζυ ihrem besseren Verständnis anhand einiger in den Figuren 1 bis 24 der Zeichnung im Prinzip dargestellter, besonders bevorzugter Ausführungsformen in näheren Einzelheiten beschrieben; es zeigen:

Figur 1 eine Positionierungseinrichtung zur eindimensionalen Positionierung des Endes einer optischen Faser, die gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aufgebaut und betreibbar ist;

Figuren 2 und 3 Weiterbildungen der in Figur 1 dargestellten Einrichtung für eine zwei- bzw. dreidimensionale Positionierung;

Figur 4 eine schematische Veranschaulichung eines ausrichtbaren Senders;

Figur 5 eine schematische Darstellung eines Senders, der gemäß einer alternativen Ausführungsform der Erfindung aufgebaut und betreibbar ist;

Figur 6 eine Sichtwiedergabeeinrichtung, in der eine Positionierungseinrichtung nach der vorliegenden Erfindung vorgesehen ist;

Figur 7 eine Detektoreinrichtung, in der Positionierungseinrichtungen nach der vorliegenden Erfindung vorgesehen sind;

Figur 8 eine Positionierungseinrichtung zum eindimensionalen Positionieren der Enden von optischen Fasern mit einer einzigen Reihe optischer Fasern;

Figur 9 eine Positionierungseinrichtung zum eindimensionalen Positionieren der Enden von optischen Fasern, die mit einer Mehrzahl von Reihen optischer Fasern verbunden ist;

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Figur 10 eine Positionierungseinrichtung für optische Fasern, in der Stablinsen vorgesehen sind;

Figur 11A einen Multipositionswähler zum Ankoppeln einer optischen Faser an eine aus einer Mehrzahl von optischen Fasern ausgewählte optische Faser;

Figur 11B eine Schnittansicht gemäß der Linie A-A der Figur 11A;

Figur 12 die Kopplung einer optischen Faser an einen Strahlungssender;

Figur 13A die Kopplung einer optischen Faser an einen aus einer Mehrzahl von Strahlungssendern ausgewählten Strahlungssender;

Figur 13B eine Schnittansicht gemäß der Linie A-A der Figur 13A;

Figur 14 eine schematische Darstellung eines Teils einer Informationsaustauscheinrichtunq, die gemäß einer Ausfüh^ungsform der vorliegenden Erfindung aufgebaut und betreibbar ist;

Figur 15 eine schematische Darstellung von Sender- und Empfängergruppierungen, die in der Informationsaustauscheinrichtung der Figur 14 verwendet werden können;

Figur 16 alternative Anordnungen von Sender- und Empfängergruppierungen, die in der Informationsaustauscheinrichtung der Figur 14 verwendet werden können;

Figur 17 eine schematische Darstellung einer umschaltenden Informations aus tauscheinrichtung, die ein Paar von einander zugewandten Gruppierungen hat, von denen jede zwi schein an der eingefügte Empfänger und Sender besitzt;

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Figur 18 eine schematische Darstellung einer umschaltenden Austauscheinrichtung, die eine Gruppierung von zwischeneinander eingefügten Empfängern und Sendern und ein reflektierendes Element umfaßt;

Figur 19 ein Blockschaltbild einer Sende- und Empfangseinrichtung, die einem einzelnen Teilnehmer der Informationsaustauscheinrichtung der Figur 14 zugeordnet ist;

Figur 20 ein Blockschaltbild einer Einrichtung zum Eichen der in Figur 19 dargestellten Sendeeinrichtung;

Figur 21 eine schematische Darstellung einer umschaltenden Austauscheinrichtung, die für das Kabelfernsehen und ähnliche Übertragungen brauchbar ist;

Figur 22 ein Blockschaltbild einer Einrichtung für eine hochgenaue Rückkopplungssteuerung eines gerichteten Senders; und

Figuren 23 und 24 perspektivische Darstellungen^von Anordnungen von optischen Fasern, die gemäß der vorliegenden Erfindung mit piezoelektrischen Biegeanordnungen verbunden sind.

Es seien nun bevorzugte Ausführungen der Erfindung unter Bezugnahme auf die Figuren 1 bis 24 beschrieben, in denen verschiedenste Bauweisen von Ausführungsweisen der Erfindung veranschaulicht sind, die für unterschiedliche Anwendungen geeignet sind.

Es sei zunächst auf Figur 1 Bezug genommen, aus der eine Einrichtung zum Positionieren des Endes einer optischen Faser ersichtlicht ist, die gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung aufgebaut und betreibbar ist und ein allgemein langgestrecktes piezoelektrisches Biegeelement 20 umfaßt, das an einem ersten Ende desselben auf einer Grundplatte bzw. Basis 22 befestigt ist. Das piezeoelektrische Biegeelement kann konventionell aufgebaut

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und hergestellt sein, wie beispielsweise eine G-1278-Blei-Zinkonat-Titanat-Dünnplatten-Piezokeramik, wie sie von der Firma Gulton Industries von Metuchen, New Jersey, USA hergestellt wird. Leitungen 24, die mit dem piezoelektrischen Biegeelement verbunden sind, können mit jeder geeigneten elektrischen Spannungsquelle zum Steuern der Position des freien Endes 26 des Biegeelements verbunden sein.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist das freie Ende 28 einer optischen Faser 18 durch Kleben, Klemmen oder durch irgendeine andere geeignete Einrichtung oder irgendein anderes geeignetes Mittel oder Verfahren auf bzw. an dem freien Ende 26 des Biegeelements 20 oder benachbart demselben zur Bewegung zusammen mit demselben befestigt. Die Figur 1 zeigt das Biegeelement 20 in einer geraden Ausrichtung in Ruhe, wenn dieses Biegeelement nicht erregt ist, sowie gekrümmt nach einer Seite, wenn eine Spannung einer ersten Polarität mittels einer wählbaren bzw. einstellbaren Spannungsquelle 16 über die Leitungen 24 angelegt ist. Es sei darauf hingewiesen, daß das Biegeelement normalerweise auch in einer entgegengesetzten Richtung gebogen werden kann, indem eine Spannung entgegengesetzter Polarität an die Leitungen 2 4 angelegt wird. Darüberhinaus kann jede gewünschte Position, die sich zwischen den beiden extremen Biegepositionen befindet, durch Anlegen einer geeigneten Spannung an die Leitungen 24 verwirklicht werden.

Es ist ein spezielles Merkmal der vorliegenden Erfindung, daß piezoelektrische Biegeelemente 20 der hier verwendeten Art in Ansprechung auf Eingangsspannungen, die innerhalb eines Teils ihres Betriebsbereichs liegen, eine allgemein lineare und wiederhol- bzw. reproduzierbare Position anzeigen bzw. einnehmen. Die Positions-Spannungs-Kennlinie kann geeicht werden, und es kann infolgedessen eine offenschleifige Steuerung bzw. Regelung angewandt werden. Um das Hysteresisverhalten der Positions-Spannungs-Kurve der Biegeelemente zu berücksichtigen, kann eine relativ komplizierte Steuerschaltung unter Anwendung der Mikroprozessortechnologie verwendet werden.Auch die konventionelle Technologie ist zu diesem Zweck verfüg- bzw. anwendbar.

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Es sei nun auf Figur 2 Bezug genommen, aus der eine Einrichtung zum Positionieren des Endes einer optischen Paser längs zweier Dimensionen ersichtlich ist. Diese Einrichtung umfaßt die Einrichtung der Figur 1, an der am freien Ende des Biegeelements 20 ein zweites Biegeelement 30 befestigt ist, welches so ausgerichtet ist, daß seine Biegeebene senkrecht zur Biegeebene des Biegeelements 20 verläuft. In der Darstellung ist die Einrichtung der- Figur 1 um 90° gedreht gegenüber der Darstellung der Figur 1, und das Biegeelement 30 ist am freien Ende des Biegeelements 20 mittels eines Befestigungselements 32 befestigt, das aus Metall oder irgendeinem anderen geeigneten Material ausgebildet ist. Das Biegeelement 30 ist mit Leitungen 34 versehen, die mit einer Positionssteuerschaltung (nicht gezeigt) verbunden sind. Das freie Ende 28 der optischen Faser ist auf bzw. an dem freien Ende des Biegeelements 30 befestigt.

Die Figur 3 zeigt eine Einrichtung zum Positionieren des Endes einer optischen Faser in drei Dimensionen, und diese Einrichtung umfaßt die Einrichtung der Figur 2, an der mittels eines zweiten Befestigungselements 36 ein drittes Biegeelement 38 angebracht ist, und zwar am freien Ende des zweiten Biegeelements 30. Leitungen 40 sind mit dem dritten Biegeelement 38 verbunden und an eine Positionssteuerschaltung (nicht gezeigt) angekoppelt. In der Praxis ist das dritte Biegeelement 38 so ausgerichtet, daß seine Biegeebene senkrecht zu den Biegeebenen der Biegeelemente 20 und 30 verläuft, und dieses dritte Biegeelement 38 dient dazu, das freie Ende 28 der optischen Faser, die an seinem freien Ende angebracht ist, zu Fokussierungs- bzw. Scharfstellzwecken zu positionieren. Die Biegeelemente 20 und 30 können durch ihre Positionierungsbereiche hindurchbewegt werden, um eine Abtastfunktion zu erzielen.

Es sei darauf hingewiesen, daß die Biegeelemente, die eine Mehrelement-Biegeanordnung bilden, nicht notwendigerweise in zueinander senkrechten Ebenen angeordnet werden müssen.Stattdessen

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kann es ausreichend sein, daß ihre Bewegungsrichtungen jeweilige senkrechte Komponenten bzw. jeweilige zueinander senkrechte Komponenten haben.

Die Figur 4 zeigt eine vereinfachte Ausführungsform eines Übertragers bzw. Senders, der im Rahmen der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann und eine Lichtquelle 42 umfaßt, deren Position wählbar und die modulierbar ist, und diese Lichtquelle 42 ist im wesentlichen gleichartig bzw. ähnlich wie die in den Figuren 1,2 und 3 gezeigten Einrichtung bzw. Lichtquellen. Das freie Ende 28 der optischen Faser gibt ein Bündel elektromagnetischer Strahlung 44 ab, das auf eine Linse 46. auftrifft, die das Bündel auf einen Ort fokussiert, der dazu ausgewählt ist, einem Empfänger 48 zu entsprechen bzw. an dem ein Empfänger 48 angeordnet ist. Die Position des Endes 28 der optischen Faser bestimmt die Stelle des Auftreffens des fokussierten Bündels.

Es sei nun auf Figur 5 Bezug genommen, die einen Sender veranschaulicht, der im wesentlichen einem der in den Figuren 1,2 und 3 dargestellten Sender entspricht, jedoch mit dem Unterschied, daß hier die Linse 50 auf dem freien Ende des Biegeelements 52 vor dem Ende der faseroptischen Leitung 54 angebracht ist, so daß sie sich infolgedessen zusammen mit dem freien Ende des Biegeelements bewegt. Das Ausrichten des Bündels wird durch Ändern der Richtung des freien Endes des Biegeelements erzielt. Anstelle der Linse 50 kann eine Stablinse verwendet werden.

Alternativ können die anhand der Figuren 4 und 5 beschriebenen Elemente als ausrichtbare Strahlungsdetektoren verwendet werden.

Die Figur 6 veranschaulicht eine der Anwendungen der in den Figuren 1,2 und 3 dargestellten Positionierungseinrichtungen. Nach Figur 6 ist eine Einrichtung 56 für eine zweidimensionale Positionierung der Art, wie es die in Figur 2 veranschaulichte Einrichtung ist, mit einer Linse 5 8 verbunden bzw. zu einer Linse 58 hinzugefügt, die ihrerseits Licht, das vom freien Ende 60 der

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optischen Faser austritt, auf einen Schirm 62 abbildet. Eine Lichtquelle 64, die mit dem entgegengesetzten Ende der optischen Faser 68 verbunden ist, führt die gewünschte Strahlung zu, die auf dem Schirm positioniert bzw. auf eine bestimmte Position des Schirmes gelenkt werden kann, oder mit der der Schirm gewünschtenfalls abgetastet werden kann, und zwar entsprechend der Rasterabtastung beim Fernsehen, jedoch langsamer.

Die Einrichtung der Figur 6 ist insbesondere zur Verwendung bei Anwendungen bei langsamer Abtastung geeignet, bei denen derzeit Kathodenstrahlröhren angewandt werden, wie beispielsweise in Elektrokardiographen.

Unter Verwendung der Positionierungseinrichtung nach der vorliegenden Erfindung kann ein Strahlungsdetektor aufgebaut werden, wie in Figur 7 dargestellt. Eine Linse 70 liefert ein Bild 72 eines Objekts 74. Die Positionierungseinrichtung 75, die von der Art sein kann, wie sie in jeder der Figuren 1,2 und 3 dargestellt ist, positioniert das Ende 77 der optischen Faser 78 an der Stelle des Bildes, so daß Licht von dem Bild längs der optischen Faser 78 zu einem Detektor 76 übertragen werden kann.

Gemäß einer bevorugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann eine Mehrzahl von Bildern von Strahlungsquellen mittels der Linse 70 erzeugt werden. Die Positionierungseinrichtung 75 kann dann in der Weise betrieben werden, daß das Ende der optischen Faser wahlweise und veränderbar an einem wählbaren Bild positioniert wird, so daß sich auf diese Weise ein ausrichtbarer Empfänger ergibt.

Eine Abtasteinrichtung für eindimensionale Abtastung mittels einer Mehrzahl von Faserenden ist in Figur 8 veranschaulicht, und diese Abtasteinrichtung umfaß ein relativ breites piezoelektrisches Biegeelement 80, das auf einer Grundplatte bzw. Basis 82 befestigt ist und mit dessen freiem Ende 84 eine eindimensionale Gruppierung von Enden 86 optischer Fasern verbunden ist. Eine

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Schwingung des Biegeelements 80 längs einer Dimension ergibt eine Rasterabtastung einer Szene bzw. eines Abschnitts, die bzw. der mittels einer Linse 88 abgebildet wird. Auf diese Weise kann eine relativ schnelle Abtastung erzielt werden. Die optischen Fasern können an ihren entgegengesetzten Enden 89 mit einer linearen Detektorgruppierung 87 verbunden sein.

Wie man aus Figur 9 ersieht, kann eine Mehrzahl von Gruppierungen bzw. Reihen von Enden von optischen Fasern mit einem einzigen Biegeelement 80 verbunden sein. Auf diese Weise kann eine Farbfernsehkamera durch Verwendung von Detektoren 91, die unterschiedliches spektrales Ansprechvermögen haben, aufgebaut werden. In entsprechender Weise kann eine Farbfernsehkamera auf der Basis der in Figur 8 dargestellten Einrichtung aufgebaut werden, indem Enden optischer Fasern angewandt werden, die spektral unterschiedliches Licht übertragen, oder Detektoren mit unterschiedlichem spektralem Ansprechen in der Gruppierung 87.

Es sei darauf hingewiesen, daß durch Austausch der Detektoren in den Einrichtungen nach den Figuren 8 und 9 gegen Lichtquellen eine Rasterabtast-Wiedergabe bzw. -Sichtanzeige erhalten werden kann.

Es sei nun auf Figur 10 Bezug genommen, in der eine Wählschalt- und -kopplungseinrichtung unter Verwendung von Enden optischer Fasern dargestellt ist; und in dieser Einrichtung sind Stablinsen 90 und 92 mit den freien Enden 9 4 und 96 von jeweiligen optischen Fasern 98 und 100 verbunden. Die Stablinsen 90 und 92 sind auf bzw. an den freien Enden jeweiliger piezoelektrischer Biegeelemente 102 und 104 befestigt, welche so angeordnet sind, daß sie zueinander senkrechte Biegeebenen haben, und die auf einem Rahmen 106 befestigt sind. Es sei darauf hingewiesen, daß die Biegeelemente dazu verwendet werden, die Richtung der Stablinsen wählbar zu verändern. In der dargestellten Ausführungsform wird, wenn die Stablinsen parallel zueinander ausgerichtet sind, eine Strahlungsübertragung zwischen ihnen ermöglicht, und wenn sie in unterschiedlichen Richtungen ausgerichtet sind, findet nur eine geringe oder keine solche Übertragung statt.

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Hinsichtlich der in Figur 10 dargestellten Ausführungsformen ist zu bemerken, daß hier eine Mehrzahl von Biegeelementen vorgesehen sein kann, wobei diese Biegeelemente im Sinne der Figuren 1, 2 und 3 in Reihe bzw. hintereinander angeordnet sein können. Es kann auch eine Mehrzahl von Enden optischer Fasern auf jedem Biegeelement befestigt sein.

Es sei nun auf die Figuren 11A und 11B Bezug genommen, die einen faseroptischen Schalter 110 darstellen, der so betrieben werden kann, daß er das Ende 111 einer optischen Faser in einer gewünschten Übereinstimmung bzw. Fluchtung mit einem wählbaren Ende einer optischen Faser anordnen kann, das zu einer Gruppierung bzw. Reihe 112 von Enden optischer Fasern gehört. In dem dargestellten Aufbau ist eine Positionierungseinrichtung für eine eindimensionale Positionierung zum Positionieren der Enden 111 einer optischen Faser vorgesehen, die gleichartig wie die in Figur 1 veranschaulichte Positionierungseinrichtung ist, und die Enden der optischen Fasern der Gruppierung 112 sind in der Biegeebene des Faserendes 111 in einer Radialausrichtung angeordnet. Es sei darauf hingewiesen, daß eine Steuereinrichtung 114 zum Anlegen einer gewünschten Spannung an das Biegeelement 116 der Positionierungseinrichtung vorgesehen sein kann, so daß auf diese Weise die Fluchtung des Faserendes 111 mit einem gewünschten Faserende in der Gruppierung 112 zum Zwecke der Strahlungsübertragung zwischen diesen Enden bewirkt werden kann.

Alle Enden 111 und 112 der optischen Fasern liegen auf einer flachen bzw. ebenen Oberfläche 126 der Grundplatte bzw. Basis 128, wodurch die notwendige Ausrichtung bzw. Fluchtung der Fasern in der bzw. einer zur Oberfläche 126 parallelen Ebene erzielt wird. Wiederum ist es möglich, zweidimensionale Biegeeinrichtungen zu verwenden, so daß die Notwendigkeit der Oberfläche 126 ausgeschaltet werden kann, und es kann weiterhin ein drittes Biegeelement dazu verwendet werden, die Abstände von Faserende zu Faserende einzustellen. Die Oberfläche 126 kann mit Nuten bzw. Rillen versehen sein, so daß dadurch diskrete Positionen der Faserenden 112 zum Zwecke einer genauen Fluchtung desselben mit dem Faserende 111 definiert werden.

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Einige der Faserenden 112 können zu Eichzwecken verwendet werden. Es sei angenommen, daß die Fasern 118/120, 122 und 124 mit einer Lichtquelle 125 verbunden sind, die unterschiedliche Lichtkenndaten hat, aufgrund dessen ihr Licht von dem Licht unterschieden werden kann, das von den anderen Faserenden 112 austritt, und daß ein Teil des Lichts, welches in das Faserende 111 eintritt, mittels eines Detektors 123 festgestellt werden kann. Durch eine Abtastbewegung des Faserendes 111 aus einer Position, in der es der Faser 118 zugewandt ist, in eine Position, in der es dem Ende der Faser 120 zugewandt ist, können die unterschiedlichen Spannungen, die an dem piezoelektrischen Element 116 anliegen, aufgezeichnet werden, während das Licht der Quelle 125 am Detektor 123 seinen Spitzenwert erreicht. Durch Extrapolation kann die zum Erreichen einer Position gegenüber irgendeinem der Faserenden 112 benötigte Spannung berechnet werden. Die Fasern 122 und 124 können dazu dienen, die Genauigkeit der Extrapolation zu erhöhen.

Das Hysteresisverhalten der Positions-Spannungs-Charakteristika des piezoelektrischen Elements 116 kann dadurch ausgeschaltet werden, daß man das Element eine genügende Entfernung durchlaufen läßt, so daß das Element seine Linearcharakteristika erreicht, bevor das Faserende 111 in eine der Faser 118 zugewandte Position kommt.

Eine entsprechende Eichung kann dadurch erzielt werden, daß man den Detektor 123 durch eine Lichtquelle und die Lichtquelle 125 durch einen Detektor ersetzt.

Die Steuerschaltung 114 kann vorteilhafterweise einen Mikroprozessor konventionellen Aufbaus umfassen, der so programmiert ist, daß er die gewünschten Funktionen ausführt.

Es sei nun auf Figur 12 Bezug genommen, die eine Einrichtung zum wählbaren Ankoppeln des Endes 130 einer optischen Faser an eine Lichtquelle 132, wie beispielsweise eine Laserdiode, zeigt. Das

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Ende 130 der optischen Faser kann in vorteilhafter Weise art freien Ende einer Positionierungseinrichtung 134 befestigt sein, die typischer- bzw. vorzugsweise eine Positionierungseinrichtung für dreidimensionale Positionierung der in Figur 3 gezeigten Art ist und die so positioniert wird, daß sie der Lichtquelle 132 in einer gewünschten Position relativ zu derselben zugewandt ist.

Eine weitere Verfeinerung der Einrichtung nach Figur 12 ist in den Figuren 13A und 13B veranschaulicht, die eine Einrichtung zum wählbaren Ankoppeln des Endes 140 einer optischen Faser an eine ausgewählte Lichtquelle aus einer Mehrzahl von Lichtquellen 144 zeigen. Eine solche Anordnung ist insbesondere in Verbindung mit Laserdioden brauchbar, die bekannterweise beschränkte Lebensdauer haben, welche manchmal kürzer als eine gewünschte Wartungsperiode ist. In solchen Anwendungsfällen kann der Betrieb eines Biegeelements 142 der in jeder der Figuren 1, 2 und 3 gezeigten Art so gesteuert werden, daß das Faserende zu einer neuen Lichtquelle verschoben wird, wenn die Helligkeit der alten Lichtquelle unter einen vorbestimmten Schwellenwert abfällt.

Die Steuerung des Biegeelements 142 kann einfach in der Weise erzielt werden, daß es so eingestellt wird, daß das Maximum an Licht in die Faser eintritt. Eine Plattform 146 dient in Verbindung mit einer gekrümmten Anordnung von Lasern 144 dazu, einen minimalen Abstand zwischen der Ausgangsfläche der Laser und der Mitte des Faserendes herzustellen. Die Notwendigkeit der Plattform 146 und der Anordnung von Lasern 144 kann dadurch ausgeschaltet werden, daß eine Positionierungseinrichtung für eine zwei- oder dreidimensionale Positionierung anstelle der Positionierungseinrichtung 142 für eine eindimensionale Positionierung vorgesehen ist. Die Lasergruppierung 144 und die Plattform 146 kann zur Einsparung von Herstellungskosten als einheitliches Materialteil aufgebaut bzw. hergestellt werden.

Es sei nun auf Figur 14 Bezug genommen, die einen Teil einer Nachrichten- bzw. Informationsaustausch- bzw. -vermittlungsein-

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richtung (hierfür wird im Rahmen der vorliegenden Anmeldung auch abgekürzt die Bezeichnung "Informationsaustauscheinrichtung" bzw. "Austauscheinrichtung" verwendet) veranschaulicht, die gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aufgebaut und betreibbar ist. Die Austauscheinrichtung ist zur verwendung auf dem Fernsprech-, Telegraphen- und Rundfunk- sowie Fernsehgebiet geeignet, sowie für jede andere Art des Informations- bzw. Datenaustausche, in der Information über elektromagnetische Strahlung übertragen werden kann.

Die Einrichtung nach Figur 14 umfaßt eine Gruppierung von Sendern 150, die im Abstand von einer Gruppierung von Empfängern 152 sowie diesen Empfängern 152 zugewandt angeordnet sind. Je ein Teilnehmer, dem das Bezugszeichen 154 zugeordnet ist, ist mit einem einzigen Sender 150 und einem einzigen Empfänger 152 über eine Schaltung 156 verbunden, von der eine exemplarische Ausführungsform weiter unten in näheren Einzelheiten beschrieben ist. In der gezeigten Ausführungsform sind nach der Darstellung drei Teilnehmer U, V und W mit jeweiligen Sendern und Empfängern verbunden. Es ist eine ZWeri^ssyerbindung zwischen den Teilnehmern U und W dargestellt, bei der ein ausgestrahltes Bündel elektromagnetischer Strahlung von dem Sender des Teilnehmers ü mit Richtstrahler bzw. gerichtet so gesendet wird, daß es auf den Empfänger des Teilnehmers W auftrifft, und ein ausgestrahltes Bündel an elektromagnetischer Strahlung wird mit dem Sender des Teilnehmers W so mit Richtstrahler bzw. gerichtet gesendet, daß es auf den Empfänger des Teilnehmers ü auftrifft.

Es sei darauf hingewiesen, daß es viele Fälle gibt, in denen jeder Teilnehmer mit mehr als einem Sender und mit mehr als einem Empfänger verbunden sein kann, wie beispielsweise in Konferenzrufanlagen. '

Es kann jede geeignete Form von elektromagnetischer Strahlung angewandt werden. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird Infrarotstrahlung bevorzugt.

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Es sei nun auf Figur 15 Bezug genommen/ aus der in einer schematischen Darstellung eine Gruppierungsanordnung für einen Informationsaustausch ersichtlich ist, die gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung aufgebaut und betreibbar ist. Es ist eine erste Gruppierungsanordnung bzw. regelmäßige Anordnung 160 von Sendern 162 vorgesehen, die in wählbarer StrahlungsverbindungsbeZiehung mit einer zweiten Gruppierungsanordnung bzw. regelmäßigen Anordnung 164 von Empfängern 166 angeordnet ist. Wie man aus dem dargestellten Beispiel ersieht, sind die Gruppierungen 160 und 164 allgemein flache Gruppierungen, die im Abstand voneinander und in einander zugewandter Ausrichtung vorgesehen sind derart, daß ein Strahlungsbündel, welches von irgendeinem der Sender 162 abgegeben wird, wahlweise auf jeden einzelnen der Empfänger 166 auftreffen kann, so daß auf diese Weise eine Verbindung zwischen beiden hergestellt wird.

Jeder Sender 162 ist mit einem gegebenen Teilnehmer verbunden und an diesen mittels einer Einrichtung angekoppelt, die ein moduliertes Strahlungsbündel liefert, das zu übertragende Information enthält. Diese Modulation kann in Abhängigkeit von den Übertragungserfordernissen des Systems jede geeignete Form haben. Jeder Sender 162 kann gleichartig wie der ausrichtbare Sender, der anhand der Figur 4. beschrieben worden ist, aufgebaut sein, und die optische Faser kann an eine lichtemittierende Diode oder eine Laserdiode angekoppelt sein.

Da die Modulation von Lichtbündeln für Anwendungen innerhalb des Informationsaustauschs in der Fachliteratur in weitem Umfang bekannt ist, sei sie hier nicht näher beschrieben, und es sei hier nur auf die Anwendung solcher Informationsübertragung mittels moduliertem Licht Bezug genommen. Eine allgemeine Beschreibung des Nachrichtenaustauschs mittels Licht ist enthalten in: "Forschung und Technologie der optischen Nachrichtenverbindung" ("Optical Communication Research and Technology"); "Faseroptik" ("Fiber Optics") von T.G. Giallorenzi, Proc. of the IEEE, Band 66, Nr. 7, JuIi 1978, Seiten 744 ff.

Die Empfangselemente können typischerweise Fotodetektoren umfassen oder sein, von denen jeder über eine geeignete Verstärkungseinrichtung mit einem gegebenen Teilnehmer verbunden ist.

Die Figur 16 veranschaulicht eine alternative Ausbildung der Anordnung von Sendern und Empfängern unter Verwendung eines reflektierenden Elements für den Informations- bzw. Nachrichtenaustausch. Hier sind regelmäßige Anordnungen bzw. Gruppierungen 170 und 172, die Sender 174 bzw. Empfänger 176 umfassen, benachbart und in einem vorbestimmten, vorzugsweise stumpfen Winkel angeordnet, und zwar derart, daß sie einem reflektierenden Element 178 zugewandt sind, sowie so, daß Strahlungsbündel von irgendeinem der Sender 174 wahlweise auf irgendeinen der Empfänger 176 auftreffen können.

Gemäß einer alternativen Ausführungsform der Erfindung, die in Figur 17 dargestellt ist, ist eine erste und zweite regelmäßige Anordnung bzw. Gruppierung 180 und 182 in jeweils einander zugewandter Anordnung vorgesehen. Jeder der Gruppierungen umfaßt eine Anordnung von einander durchsetzenden bzw. zwischeneinander eingefügten Sendern und Empfängern 184 und 186. Es sei darauf hingewiesen, daß die Sender und Empfänger 184 und 186 in der gleichen Gruppierung nicht miteinander in Verbindung treten können. Trotzdem ist ein solcher Aufbau für die Benutzung bei einem Unterwasser- bzw. Tiefseekabel geeignet, bei dem eine solche lokale Verbindung nicht erforderlich ist.

Die Figur 18 zeigt eine alternative Ausführungsform der Erfindung, in der eine einzige regelmäßige Anordnung bzw. Gruppierung 192 so angeordnet ist, daß sie einem reflektierenden Element 194 zugewandt ist. Die Gruppierung 192 umfaßt eine Anordnung von einander durchsetzenden bzw. zwischeneinander eingefügten Sendern 196 und Empfängern 19 8. Es sei darauf hingewiesen, daß in dieser Anordnung jeder der Sender 196 mit jedem der Empfänger 198 in Verbindung treten kann.

Es sei nun auf Figur 19 Bezug genommen, die eine Sende- und Empfangseinrichtung zeigt, welche mit einem einzelnen Teilnehmer in

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der Austauscheinrichtung der Figur 14 verbunden ist. Ein Teilnehmer 236, der jede gewünschte Art eines Informations- bzw. Nachrichtenaustauschterminals darstellen kann, ist mit einer Senderschaltung 240 und einer Empfängerschaltung 242 verbunden. Die Senderschaltung 240 umfaßt einen Leitungsemfpänger 244, der die Wählinformation (im Falle einer Fernsprechverbindung) oder alternativ die Adresseninstruktionen von der Stimmen- oder Dateninformation trennt. Die Wählinformation geht zu einem Wählinformationsdekodierer 246, während die Stimmen- oder Dateninformation zu einem Modulator 248 weitergegeben wird.

Die Stimmen- oder Dateninformation bewirkt, daß der Modulator eine Strahlungsquelle, beispielsweise eine lichtemittierende Diode (LED), mit einer wählbaren Modulation betreibt, welche das Stimmen- oder Datensignal repräsentiert, das vom Modulator empfangen worden ist. Diese Strahlung wird längs eines faseroptischen Zwischenglieds 250 übertragen und von einem Ende desselben aus über eine Linse 252 gesendet, welche die Strahlung auf einen gewünschten Empfänger bündelt.

Die Wähl- oder Adresseninstruktionen werden dazu verwendet, die winkelmäßige Ausrichtung des Strahlungsbündels festzulegen, was typischer- bzw. vorzugsweise durch eine geeignete Erregung eines piezoelektrischen Biegeelements, wie es beispielsweise in Figur 2 gezeigt ist, geschieht. Der Wählinformationsdekodierer 246 ist mit einem konventionellen Mikroprozessor 254, wie beispielsweise vom Typ Intel 8080, sowie mit Speichern 256 verbunden, die zum Dekodieren der empfangenen Adressen- oder Wähleingangssignale in X- und Y-Positionskoordinaten dienen.

Der Dekodierer 246 liefert X- und Y-Positionsausgangssignale über einen Datenbus zu einer ersten und zweiten Verriegelungs- bzw. Halteschaltung 257 und 258, von denen jede mit einem jeweiligen Digital-zu-Analog-Wandler 260 bzw. 262 verbunden ist. Der Digital- zu-Analog-Waridler 260 ist mit den Elektroden eines piezoelek-

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trischen Biegeelements 261 verbunden, das so angeordnet ist/ daß es sich längs einer X-Achse biegt, während der Digital-zu-Analog-Wandler 262 mit den Elektroden eines piezoelektrischen Biegeelements 263 verbunden ist, das so angeordnet ist, daß es sich längs einer Y-Achse biegt.

Die Empfängerschaltung 242 umfaßt einen Detektor 264, der ein weites Sichtfeld hat und so angeordnet ist, daß er ein einfallendes Lichtbündel von einem Sender empfangen kann, und dieser Detektor 264 gibt ein Ausgangssignal an einen Verstärker 266 ab. Der Verstärker 266 liefert ein Ausgangssignal an einen Rufdetektor 268, der einen konventionellen Aufbau haben kann und eine Schnittstelle mit dem Wählinformationsdekodierer 246 zum Erzeugen von Wähl- oder Adresseninformation auf der Basis der durch das eintreffende Bündel erhaltenen Information bildet.

Der Verstärker 266 gibt außerdem ein Ausgangssignal an den Demodulator 270 ab, der ein dekodiertes Stimmen- oder Datenausgangssignal an einen Leitungssender 272 gibt, der auch ein Adressenoder Wähleingangssignal vom Rufdetektor 268 empfängt und mit dem Teilnehmer'terminal verbunden ist.

Eine Signalübertragung kann unter Verwendung eines gemeinsamen elektrischen Busses erfolgen, der von allen Teilnehmern gemeinsam benutzt wird, und durch eine zeitlich geordnete Benutzung dieses Busses durch die Teilnehmer.

Es kann auch eine alternative Steueranordnung unter Verwendung einer zentralen Prozessoreinheit, die von mehreren Teilnehmern verwendet wird, benutzt werden.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann eine umschaltende Austauscheinrichtung aufgebaut werden, die eine Kapazität von 10 000 Teilnehmern hat sowie Sender- und Empfängergruppierungen umfaßt, welche in einem 100 χ 100 Gitter angeord-

net sind. In einem solchen Beispiel hat jede Gruppierung eine

Fläche von 1 m , wobei jeder Sender und Empfänger in einem Abstand von 10 mm von jedem benachbarten Sender und Empfänger in seiner jeweiligen Gruppierung angeordnet ist. Nimmt man an, daß die Gruppierungen in einer einander zugewandten Beziehung angeordnet sind, wie schematisch in Figur 15 dargestellt, dann beträgt der Abstand zwischen den Gruppierungen ungefähr 5m.

Wenn ein Sender der allgemeinen, in Figur 2 dargestellten Art verwendet wird, dann ist der Durchmesser des faseroptischen Kerns 5 Mikron und die Brennweite der Linse 5 mm. Der Durchmesser des Strahlungspunkts, der auf die gegenüberliegende Gruppierung auftrifft, ist 8 mm. Die f-Zahl der Linse liegt zwischen 1 und 2. Das Bewegungsfeld des freien Endes der Faseroptik beträgt 1 χ 1 mm.

Ein bevorzugtes piezoelektrisches Biegeelement ist dasjenige der Katalognummer G-1278, das von der Firma Gulton Industries, Inc. von New Jersey, USA hergestellt wird und aus Zinkonat-Titanat besteht. Es hat die folgende piezoelektrische Konstante: d^.. = -270 χ 10 "V. Die Dicke des piezoelektrischen Biegeelements ist so ausgewählt, daß sie 0,125 mm beträgt, und seine Länge ist so ausgewählt, daß sie 25 mm beträgt. Es erfordert eine Spannung von 50 Volt zum Erzeugen einer Bewegung von 1 mm. Die Lichtquelle ist vorzugsweise eine lichtemittierende Diode (LED), und der Detektor ist vorzugsweise ein PIN-Siliziumdetektor.

Die Figur 20 veranschaulicht die Eichung der Einrichtung für ein Bündelrichtsystem der Art, wie es zum Richten der Senderbündel gemäß der Wähl- oder Adresseninformation angewandt wird. Eine Mehrzahl von Detektoren 210 sind so angeordnet, daß sie einem Sender 212 zugewandt sind. Die Detektoren 210 können vorteilhafterweise in einem Gitter 200 angeordnet sein, und sie sind einzeln mit einer Wählschaltung 214 verbunden. Die Wählschaltung ist an einen Digitalwandler 216 angekoppelt, der seinerseits mit einem Mikroprozessor 218 verbunden ist, welcher einen konventionellen Aufbau haben kann und an einen oder mehrere löschbare programmier-

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bare Festwertspeicher 220 angeschlossen ist. Der Mikroprozessor 218 gibt Richtungssignale an den Sender 212 und Wählsignale an den Wähler 214.

Die Eichung wird in folgender Weise ausgeführt: Es wird ein Bündel in Aufeinanderfolge zu den einzelnen Detektoren 210 gesendet, die auf bzw. in dem Gitter 200 angeordnet sind, das die Detektionsoberfläche definiert. Das von jedem Detektor empfangene Signal wird durch Einstellung der Bündelrichtung maximalisiert. Die Instruktionen, aufgrund deren die beste Richtung für jeden Detektor erzeugt bzw. eingestellt wird, werden in den löschbaren programmierbaren Festwertspeicher eingeschrieben, und diese Daten werden dazu benutzt, die Daten für irgendwelche anderen Detektoren, die in einer Zwischenstellung zwischen den Detektoren 210 angeordnet sind, durch Interpolation zu ermitteln. Der Mikroprozessor 218 kann als Mikroprozessor 154 (Figur 19) verwendet werden.

Es sei nun auf Figur 21 Bezug genommen, in der eine andere Art einer umschaltenden Austauscheinrichtung dargestellt ist. Im Gegensatz zu den weiter oben beschriebenen Bauweisen wird hier durch eine Mehrzahl von Sendern 222 ein weites Bündel erzeugt, das auf im wesentlichen alle Empfänger 224 auftrifft, die in einem den Sendern zugewandten Gitter 226 angeordnet sind. Jeder Empfänger 224 ist mit einem Teilnehmer verbunden und wahlweise so ausrichtbar, daß er zu einer gegebenen Zeit nur die Strahlung von einem einzigen Sender 222 empfängt. Es sei darauf hingewiesen, daß diese Art des Austauschs bzw. der Austauscheinrichtung insbesondere in Kabelfernsehsystemen brauchbar ist.

Es sei weiterhin darauf hingewiesen, daß die umschaltende Austauscheinrichtung in der Weise arbeitet, daß sie jedem wählbar ausrichtbaren Emfpänger 224 Steuereingangssignale liefert, die bewirken, daß er mit seinem Detektor auf einen gewünschten einzelnen Sender zielt, so daß auf diese Weise ein mit dem Empfänger verbundener Teilnehmer mit dem Informationskanal verbunden

wird, der diesem Sender zugeordnet ist. In einem Kabelfernsehsystem empfängt jeder Fernsehempfänger einen Rundfunk- bzw. Fernsehkanal durch Steuerung des ausrichtbaren Empfängers 224. Die von dem Empfänger 224 ausgehende optische Faser kann zum Fernsehempfänger hin verlängert werden und die Fernsehkanalinformation direkt zum Empfänger leiten.

Es sei nun auf Figur 22 Bezug genommen, die eine Blockschaltbilddarstellung einer Einrichtung für hochgenaue Rückkopplungssteuerung eines Richtungssenders ist. Der Sender 280, der ein Sender der in irgendeiner der Figuren 1, 2 und 3 dargestellten Art sein kann, erhält einen Signaleingang bzw. Eingangssignale von einer Datenquelle 282 und von einer Steuersignalquelle 284. Ein Detektor 286 empfängt die kombinierten Daten- und Steuersignale, die durch konventionelle Frequenzfilter oder äquivalente Techniken voneinander differenziert bzw. getrennt werden können. Die Datenausgangssignale vom Detektor 286 werden einem Datenziel 288 zugeführt, und die Steuerausgangssxgnale vom Detektor 286 werden einer Steuersignalverwendungsschaltung 290 zugeführt. Eine Mikroprozessorsteuerung 292 fühlt bzw. nimmt das empfangene Steuersignal an der Schaltung 290 ab und richtet den Sender demgemäß aus.

Die Figur 23 zeigt eine Anordnung eines Paares von optischen Fasern 293 und 29 4, die auf dem freien Ende eines Biegeelements 296 angeordnet sind. Vorzugsweise ist eine der optischen Fasern eine datenleitende Faser, während die andere Steuerinformation leitet, die zur genauen Ausrichtung beiträgt.

Die Figur 24 zeigt eine Mehrzahl von optischen Fasern, die auf dem freien Ende eines Biegeelements 298 angeordnet sind. Eine mittige Faser 300 leitet Daten, während die übrigen Fasern 302 Steuersignale leiten, die dazu dienen, ein sehr hohes Niveau an Richtgenauigkeit zu erzielen.

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Biegeanordnungen, die eine Mehrzahl von damit verbundenen optisehen Fasern haben und sowohl Daten- als auch Steuerinformation leitende Fasern umfassen, können in jeder der umschaltenden Austauscheinrichtungen vorgesehen sein, wie sie in den verschiedenen Figuren dargestellt sind.

Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf die speziellen dargestellten und hier erörterten Beispiele und Ausführungsformen beschränkt, sondern sie läßt sich im Rahmen des Gegenstands der Erfindung, wie er sich aus den Ansprüchen ergibt, sowie im Rahmen des allgemeinen Erfindungsgedankens, wie er den gesamten Unterlagen zu entnehmen ist, in vielfältiger Weise mit Erfolg verwirklichen.

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Claims

PATE NTANWÄLTE

UND ZUGELASSENE VERTRETER VOR DEM EUROPÄISCHEN PATENTAMT

DR. WALTER KRAUS DIPLOMCHEMIKER · DR.-ING. ANN EKÄTE WEISERT DIPL.-IN6. FACHRICHTUNG CHEMIE IRMGARDSTRASSE 15 · D-8OOO MÜNCHEN 71 · TELEFON Ο8Θ/7Ο 7Ο77-7Θ 7O78 · TELEX OS-2121S6 kpatd

TELEGRAMM KRAUSPATENT

2796 JS/an

HERZL LAOR
Revohot, Israel

Einrichtung zum wahlweisen Positionieren des Endes einer optischen Faser

PATENTANSPRÜCHE

Einrichtung zum wahlweisen Positionieren des Endes einer optischen Faser in einer wählbaren Position längs eines Bereichs von Positionen, gekennzeichnet durch eine Biegeanordnung (20,22,24,26;20,30,32;20,30,36,38,40;5G;75; 80,82;102,104,1O6;114,116,128;134;142,146;), die wenigstens ein piezoelektrisches Biegeelement (20;30;38;52;80;102,104;116;142; 261,263; 296) aufweist, wobei ein freies Ende (26;84) der Biegeanordnung (20,22,24,26;20,30,32;20,30,36,38,40;56,76;80,82;102, 104,106;114,116,128;134;142,146) zur Verbindung mit wenigstens einem Ende (28;6O;77;86;94,96;;111;130;140) von wenigstens einer optischen Faser (18;54;68; 78;98,100; 25O;293,294; 300,302) zum wahlweisen Positionieren desselben längs des Bereichs von Positionen angeordnet bzw. eingerichtet und ein Befestigungsende desselben in einer Bezugsposition örtlich festgelegt ist.
2. Einrichtung, insbesondere nach Anspruch 1, zum wahlweisen Positionieren des Endes einer optischen Faser, gekennzeichnet durch

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eine Biegeanordnung (20,22,24,26;20,30,32;20,30,36,38,40;56;75; 8Ο,82;1Ο2,1Ο4,1Ο6;114,116,128;134;142_/Ί46), die wenigstens zwei piezoelektrische Biegeelemente (20;30;38;52;80;102,104;116;142; 261,263;296;298) aufweist, welche zur Biegebewegung in unterschiedlichen Richtungen angeordnet sind, wobei ein freies Ende der Biegeanordnung (20,22,24,26;20,30,32;2O,30,36,38,40;56;75; 8O,82;1O2,1O4,1O6;114,116,128;134;142,146) zur Verbindung mit wenigstens einem Ende (28;6O;77;86;94,96;111;130;140) von wenigstens einer optischen Faser (18;54;68;78;98,100;250;293,294;300, 302) angeordnet bzw. eingerichtet und ein Befestigungsende derselben in einer Bezugsposition örtlich festgelegt ist.
3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Biegeanordnung (20,30,32;20,30,36,38, 40;56;75;102,104,106;134) wenigstens zwei piezoelektrische Biegeelemente (20; 30;38;52;102,104;261,263) umfaßt.
4. Einrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Bereich von Positionen wenigstens eine Position aufweist, die zwischen zwei Extrempositionen liegt.
5. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine bündelbildende Einrichtung (46;5O;58; 7O;88;9O,92; 152) zur Verbindung bzw. Zuordnung mit bzw. zudem wenigstens einen Ende (28;60;77;86;94,96) der wenigstens einen optischen Faser (54;68;78;98,100;250).
6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die bündelbildende Einrichtung (46;50;58; 70;88;9O,92;152) eine Linse umfaßt oder ist.
7» Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Linse eine Stablinse (90,92) umfaßt oder ist, die an dem wenigstens einen Ende (94,96) der wenigstens einen optischen Faser (98,100) befestigt ist.

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8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die bündelbildende Einrichtungen) (46;5O;58;152) so angeordnet ist bzw. sind, daß sie Strahlung von dem Ende (28;60) der optischen Faser (54;68;250) erhält bzw. erhalten, so daß sie ein Bündel hiervon bildet bzw. bilden.
9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Position des Endes (28; 60) der optischen Pasern (54;68;250) relativ zu der bündelbildenden Einrichtung (46;50;58;152) die Richtung eines von derselben erzeugten Bündels bestimmt.
10. Einrichtung nach Anspruch 5, 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die bündelbildende Einrichtung (70;88) so angeordnet ist, daß sie Licht empfängt und wenigstens ein reelles Bild (72) von demselben erzeugt.
11. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Biegeanordnung (75) derart betreibbar ist, daß sie das wenigstens eine Ende (77) der wenigstens einen optischen Faser (78) an bzw. in dem reellen Bild (72) positioniert.
12. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die bündelbildende Einrichtung (70) eine Mehrzahl von reellen Bildern (72) erzeugt, die einer Mehrzahl von Lichtquellen (74) entsprechen, und daß die Biegeanordnung (75) derart betreibbar ist, daß sie das wenigstens eine Ende (77) der wenigstens einen optischen Faser (78) wahlweise an bzw. in einem gewünschten reellen Bild (72) aus der Mehrzahl von reellen Bildern (72) positioniert.
13., Einrichtung nach Anspruch 1 oder einem der Ansprüche 5 bis 11 in Verbindung mit Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das wenigstens eine piezoelektrische Biegeelement ein einzelnes bzw. ein einziges Biegeelement (20) umfaßt oder ist, das in einer ersten Biegeebene positionierbar ist.

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14. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Biegeanordnung (20, 30,32) ein erstes und zweites Biegeelement (20,30) aufweist, die jeweils eine erste und zweite Biegeebene haben, welche so angeordnet sind, daß sie senkrecht zueinander verlaufen.
15. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Biegeanordnung (20, 30,36,38,40) ein erstes, zweites und drittes Biegeelement (20,30, 38) aufweist, die jeweils eine erste, zweite und dritte Biegeebene haben, welche zueinander senkrecht sind.
16. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Biegeanordnung (20, 30,32) ein erstes und zweites Biegeelement (20,30) aufweist, die in einer Reihenanordnung angeordnet sind.
17. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das wenigstens eine piezoelektrische Biegeelement bzw. die Biegeanordnung (20,30,36,38, 40) ein erstes, zweites und drittes Biegeelement (20,30,38) aufweist, die in einer Reihenanordnung angeordnet sind.
18. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie wenigstens eine optische Faser (18;54;68;78;98,1OO;25O;293,294;300,302) aufweist, die ein freies Endes (28;60;77;86;94,96;111;130;140) benachbart der Biegeanordnung (20;30;38;52;80;102,104;116;142;261,263;296; 298) und ein befestigtes Ende (89) hat.
19. Einrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die wenigstens eine optische Faser (54;68; 250) so angeordnet ist, daß sie an dem befestigten Ende an eine Strahlungsquelle (64) angekoppelt ist oder angekoppelt werden kann.

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20. Einrichtung nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, daß sie außerdem eine phosphoreszierende bzw. leuchtende Darstellung, Sichtanzeige, Schinnbildeinrichtung o.dgl. (62) aufweist, die in lichtempfangender Beziehung zu dem freien Ende (60) der wenigstens einen optischen Faser (68) vorgesehen ist.
21. Einrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Faser (78) so angeordnet ist, daß sie an dem befestigten Ende an einen Strahlungsdetektor (76;123) angekoppelt ist oder angekoppelt werden kann.
22. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 20 und Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Einrichtung (246,254,257, 258,260,262) zur Steuerung des Betriebs der Biegeanordnung (261, 263) gemäß einem informationstragenden Signal aufweist.
23. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine visuell wahrnehmbare Darstellung bzw. Sichtanzeige (62) erzeugt.
24. Einrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungsquelle eine Datenquelle (248; 282) und eine Quelle (257,258,260,262;284) von Positionssteuersignalen umfaßt.
25. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß die wenigstens eine optische Faser eine Mehrzahl von optischen Fasern (98,100;293,294;300,302) umfaßt.
26. Einrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine aus der Mehrzahl der optischen Fasern (293,294;300,302) eine datenübertragende Faser (293;

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300) und wenigstens eine aus der Mehrzahl der optischen Fasern (293;294;300,302) eine Positionssteuerfaser (294;302) ist.
27. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Einrichtung (248) zum Modulieren der längs der optischen Faser (250) übertragenen Strahlung aufweist.
28. Einrichtung nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß die Modulation eine zeitabhängige Intensitätsmodulation ist.
29. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Biegeanordnungs-Steuereinrichtung (16) für die Spannungsversorgung der Biegeanordnung (20,22,24,26) zur Steuerung der Ausrichtung des freien Endes (26) derselben aufweist.
30. Einrichtung nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (16) derart betreibbar ist, daß sie eine Rasterabtastung durchführt.
31. Einrichtung nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet , daß die Biegeanordnungs-Steuereinrichtung (16) derart betreibbar ist, daß sie die Ausrichtung des freien Endes (26) derselben in einer zeitabhängigen Aufeinanderfolge steuert.
32. Einrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß die freien Enden (86) der Mehrzahl von optischen Fasern in einer linearen Gruppierung angeordnet sind.
33. Einrichtung nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, daß die Biegeanordnung (80,82) derart betreibbar ist, daß sie eine Abtastbewegung der linearen Gruppierung senkrecht zur Achse derselben durchführt.

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34. Einrichtung nach Anspruch 33, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (87,91) zum Erzeugen einer abgetasteten Darstellung eines Raumes, deren Intensität die Strahlungsintensität über diesen Raum als Funktion der Zeit repräsentiert.
35. Einrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 34, dadurch gekennzeichnet, daß die Mehrzahl von optischen Fasern zur Übertragung von Licht unterschiedlicher Farben in einer Mehrzahl von linearen Gruppierungen angeordnet ist (Figur 9).
36. Einrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 35, gekennzeichnet durch wenigstens eine Strahlungsquelle (125;132;144), die zur wählbaren Strahlungsverbindung mit der wenigstens einen optischen Faser angeordnet bzw. eingerichtet ist.
37. Einrichtung nach Anspruch 36, dadurch gekennzeichnet, daß die wenigstens eine Strahlungsquelle eine Mehrzahl von Strahlungsquellen (144) umfaßt.
38. Einrichtung nach Anspruch 37, dadurch gekennzeichnet, daß die mehreren Strahlungsquellen (144) so angeordnet bzw. eingerichtet sind, daß sie mit der wenigstens einen optischen Faser in einer gewünschten Aufeinanderfolge in Strahlungsverbindung treten können.
39. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn ze i chne t , daß sie außerdem wenigstens ein zweites Ende (96; 112) von wenigstens einer zweiten optischen Faser (100;118,120,122,14) aufweist, das zur wahlweisen Strahlungsverbindung mit dem wenigstens einen Ende (94;111) der wenigstens einen optischen Faser (98) mittels geeigneter Positionierung des wenigstens einen Endes (94,96;111) der wenigstens einen optischen Faser (98,100) zur Durchführung eines Schaltens angeordnet ist.

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40. Einrichtung nach Anspruch 39, gekennzeichnet durch eine Strahlungsbegrenzungseinrichtung (90,92), die zwischen den Enden (94,96) der ersten und zweiten optischen Faser (98,100) angeordnet ist.
41. Einrichtung nach Anspruch 40, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungsbegrenzungseinrichtung (90, 92) eine bündelbildende Einrichtung umfaßt oder ist.
42. Einrichtung nach Anspruch 40 oder 41, dadurch gekennzeichnet, daß di'e Strahlungsbegrenzungseinrichtung (90,92) eine Stablinse ist.
43. Einrichtung nach einem der Ansprüche 39 bis 42, dadurch gekennzeichnet, daß das wenigstens eine zweite Ende der wenigstens einen zweiten optischen Faser eine Mehrzahl von zweiten Enden (112) von zweiten optischen Fasern (118,120, 122,124) umfaßt.
44. Einrichtung nach einem der Ansprüche 32 bis 43, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (123,290) zum Messen der entlang den optischen Fasern verlaufenden Strahlung.
45. Einrichtung nach Anspruch 44, gekennzeichnet durch eine auf die Intensität der von der Meßeinrichtung (290) gemessenen Strahlung ansprechende Rückkopplungseinrichtung (292) zur Steuerung der Positionierung des wenigstens einen Endes der wenigstens einen optischen Faser.
46. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Mikroprozessorschaltung (218; 254; 292).zur Steuerung des Betriebs der Biegeanordnung.
47. Einrichtung, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 46, dadurch gekennzeichnet , daß sie eine Informationsaustauscheinrichtung ist, die folgendes umfaßt: eine erste

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Mehrzahl von Sendeeinheiten (150;162;174;184;196;212;222;240;
280) für elektromagnetische Strahlung, von denen jede ein Bündel von informationstragender elektromagnetischer Strahlung abgibt;
eine zweite Mehrzahl von Empfangseinheiten (152;166;176;186;210; 224;242;264;286) für elektromagnetische Strahlung, die in Strahlungsempfangsbeziehung zu der ersten Mehrzahl angeordnet ist;
eine Steuereinrichtung (218;246,254,257,258,260,262;284,290,292), die bewirkt, daß die Strahlung von einer aus den Sendeeinheiten
(L) auswählbaren Sendeeinheit von einer aus den Empfangseinheiten (M) auswählbaren Empfangseinheit zur Herstellung eines Informationsaustauschs zwischen ihnen empfangen wird; wobei die Steuereinrichtung (218;246,254,257,258_/26O,262;284,29O,292) wenigstens eine Einrichtung (261,263) zum wahlweisen Ausrichten eines Endes einer informationsübertragenden optischen Faser (250) umfaßt.
48. Einrichtung nach Anspruch 47, dadurch gekennzeichnet, daß die informationsübertragende optische Faser (250) Fernseh-, Fernsprech- oder Videofernsprechverbindungsbzw, -informätionsaustauschsignale überträgt.
49. Einrichtung aach Anspruch 47 oder 48, dadurch gekennzeichnet, daß die Sendeeinheiten (15O;162;174;184; 196;212;222;24O;28O) und die Ernpfangseinheiten (152;166;176;186;198;21O;224;
242;264;286) eine bzw. je eine Einrichtung nach Anspruch 5 umfassen.
50. Einrichtung, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis
46, dadurch gekenn zei ohne t , daß sie eine Umschalteinrichtung ist, die eine Mehrzahl von optischen Breitbündel-Sendeeinheiten (222) aufweist, welche sich überlappende Sendebündel haben, sowie wenigstens eine ausrichtbare Empfangseinheit (224), die eine Ausrichtungseinrichtung zum wählbaren Ausrichten aufweist.
51. Einrichtung nach einem der Ansprüche 47 bis 50, dadurch
gekennzeichnet, daß die Ausrichtungseinrichtung
(261,263) zum wählbaren Ausrichten gemäß einem der Ansprüche 1

bis 46 aufgebaut ist.

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52. Einrichtung nach Anspruch 47, 48 oder 49, dadurch gekennzeichnet , daß die erste Mehrzahl eine Vielzahl von Sendeeinheiten (150;162;174;184;196;212;222;24O;28O) und die zweite Mehrzahl eine Vielzahl von Empfangseinheiten (152;166;176; 186;198;21O;224;242;264;286) umfaßt, und daß die Steuereinrichtung (218;246,254,257,258,26O,262;284,29O,292) derart betreibbar ist, daß sie gleichzeitig individuelle Verbindungen zwischen einer Mehrzahl der Sendeeinheiten (150;162;174;184;196;212;222;24O; 280) und einer Mehrzahl der Empfangseinheiten (152;166;176;186; 198;21O;224;242;264;286) herstellt.
53. Einrichtung, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 46, dadurch gekennzeichnet , daß sie eine Informationsaustauscheinrichtung ist, die folgendes umfaßt: eine erste Mehrzahl von Sendeeinheiten (150;162;174;184;196;212;222;24O;28O) für elektromagnetische Strahlung, von denen jede ein Bündel von informationstragender elektromagnetischer Strahlung erzeugt; wenigstens eine Empfangseinheit (152;166;176;186;198;21O;224;242; 264;286) für elektromagnetische Strahlung, die in Strahlungsempfangsbeziehung zu der ersten Mehrzahl angeordnet ist; und eine Einrichtung zum wahlweisen Ausrichten der wenigstens einen Empfangseinheit (152;166;176;186;198;21O;224;242;264;286) auf eine gewünschte Sendeeinheit aus der ersten Mehrzahl von Sendeeinheiten (150,-162,-174,-184,-196,-212,-222,-240,-28O).
54. Einrichtung nach Anspruch 53, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum wahlweisen Ausrichten eine Einrichtung zum wahlweisen Ausrichten eines Endes einer informationsübertragenden optischen Faser umfaßt.
55. Einrichtung nach Anspruch 53 oder 54, dadurch gekennzeichnet / daß die wenigstens eine Empfangseinheit für elektromagnetische Strahlung eine Mehrzahl von Empfangseinheiten (152,-166;176;186;198;21O;224;242;264;286) umfaßt.
56. Einrichtung nach Anspruch 53, 54 oder 55, dadurch gekennzeichnet , daß die Einrichtung zum wahlweisen Ausrichten gemäß einem der Ansprüche 1 bis 46 aufgebaut ist.

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5 7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 47 bis 52, dadurch gekennzeichnet, daß die Sendeeinheit (150;162; 174;184;,196;212;240;280) wahlweise auf eine gewünschte Empfangseinheit (152;166;176;186;198;21O;242;264;286) ausrichtbar ist.
58. Einrichtung nach einem der Ansprüche 47 bis 57, dadurch gekennzeichnet, daß die Empfangseinheit (152;166; 176;186;198;224;242;264) wahlweise auf eine gewünschte Sendeeinheit (150;162;174;184;196;222;240) ausrichtbar ist.
59. Einrichtung nach einem der Ansprüche 47 bis 58, dadurch gekennzeichnet , daß ein Informationsaustausch-Teilnehmer (154) mit einer einzelnen Sendeeinheit (150) und einer einzelnen Empfangseinheit (152) verbunden ist derart, daß eine Zweiwegverbindung durch den Durchgang zweier Bündel bewirkt wird.
60. Einrichtung nach einem der Ansprüche 47 bis 59, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Sendeeinheiten (150; 162;174;184;196;212;222;240;280) mittels eines Bündels elektromagnetischer Strahlung mit jeder der Empfangseinheiten in Informationsaustausch treten kann.
61. Einrichtung nach einem der Ansprüche 47 bis 60, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und zweite Mehrzahl flache Gruppierungen (160,164;180,182;196,198;222,226) sind, die allgemein parallel und im Abstand voneinander über einen Zwischenraum aufeinander zu gerichtet und in direkter Sichtlinie von elektromagnetischen Strahlungsbündeln bzw. ihrer elektromagnetischen Strahlungsbündel angeordnet sind.
62. Einrichtung nach Anspruch 61, dadurch gekennzeichnet, ·daß die flachen Gruppierungen Gruppierungen (180,182;192) von einander durchsetzenden bzw. zwischeneinander eingefügten Sendeeinheiten (184;196) und Empfangseinheiten (186; 198) umfassen oder sind.
63. Einrichtung nach einem der Ansprüche 47 bis 62, gekennzeichnet durch eine reflektierende Einrichtung

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(178;194), die zwischen der ersten und zweiten Mehrzahl zur Herstellung einer Strahlungsverbindung zwischen denselben vorgesehen ist.
64. Einrichtung nach Anspruch 63, dadurch g e k e η η -

ze i chne t , daß die erste und zweite Mehrzahl in allgemein koplanarer koextensiver bzw. sich gleich ausdehnender und durchsetzter bzw. zwischeneinander eingefügter Beziehung zueinander in der jeweiligen ersten und zweiten Gruppierung (192) angeordnet sind.
65. Einrichtung nach einem der Ansprüche 47 bis 64, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Sendeeinheiten (222) an einen Fernsehsender angekoppelt ist und ein breites Bündel ausstrahlt, das auf eine Mehrzahl von Empfängereinheiten (224) auftrifft, wobei jede Empfängereinheit (224) mit einem Fernsehempfänger bzw. -teilnehmer verbunden ist.
66. Einrichtung nach einem der Ansprüche 47 bis 65, dadurch gekennzeichnet, daß die elektromagnetische Strahlung Infrarotstrahlung ist.
67. Einrichtung nach einem der Ansprüche 47 bis 66, dadurch gekennzeichnet, daß die elektromagnetische Strahlung Strahlung im sichtbaren Spektrum ist.
68. Einrichtung nach einem der Ansprüche 47 bis 67, gekennzeichnet durch eine BündeIrückkopplungs- und Detektoreinrichtung (210,214,216;286,290,292) zum Überwachen der Genauigkeit der Bündelausrichtung.
69. Einrichtung nach einem der Ansprüche 47 bis 68, gekennzeichnet durch eine Mikroprozessoreinrichtung (218;254;292), die Steuerinstruktionen an die Sendeeinheiten (212; 250,152;280) zur geeigneten Ausrichtung derselben abgibt.

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70. Einrichtung nach einem der Ansprüche 47 bis 69, gekennzeichnet durch eine Speichereinrichtung (256) zum Speichern von Eichdaten, welche eine genaue Strahlungsbündelausrichtung für entsprechende Stellen bzw. Lokalisierungen von Empfangseinheiten (264) ermöglichen.
71. Einrichtung nach einem der Ansprüche 47 bis 70, gekennzeichnet durch eine Mikroprozessoreinrichtung (218) zum Abgeben von Steuerinstruktionen an die Empfangseinheiten (210) für eine geeignete Ausrichtung derselben.
72. Einrichtung nach einem der Ansprüche 47 bis 71, gekennzeichnet durch eine Speichereinrichtung (220) zum Speichern von Eichdaten, welche den Empfang von Strahlung aus einer genauen räumlichen Richtung ermöglichen.

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