(57)【要約】【課題】光ネットワークでの故障に関して、信頼性の向上を達成すること。【解決手段】一方の端部で結合された、複数の、少なくとも３つの光導波路をスター・カプラのアームとして備え、かつ、光導波路の１つを通ってガイドされ、隣接する共通の個々の光導波路セクションを通過する光を、前記光が前記個々の光導波路の間で分割され、かつ個々の光導波路を通って回送されるように、前記共通の個々の光導波路セクション内へ戻るように反射する、光リフレクタを備える共通の個々の光導波路セクションの形態の反射性の光ミキサを、前記結合された端部と隣接して備えるパッシブ・スター・カプラを提供する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方の端部で結合された、複数の、少なくとも３つの光導波路をスター・カプラのアームとして備え、かつ、前記光導波路の１つを通ってガイドされ、隣接する共通の個々の光導波路セクションを通過する光を、前記光が前記個々の光導波路の間で分割され、かつ前記個々の光導波路を通って回送されるように、前記共通の個々の光導波路セクション内へ戻るように反射する、光リフレクタを備える共通の個々の光導波路セクションの形態の反射性の光ミキサを、前記結合された端部と隣接して備える、パッシブ・スター・カプラ。
【請求項２】
前記個々の光導波路セクションが、クラッド・コア・ロッドを備え、前記クラッドが前記コアよりも低い屈折率を有する、請求項１に記載のスター・カプラ。
【請求項３】
反射性の端部を備える個々の光導波路セクションを備える反射性の光ミキサを特徴とする、請求項２に記載のスター・カプラ。
【請求項４】
前記個々の光導波路セクションの前記端部が、反射性であるように被覆されている、請求項３に記載のスター・カプラ。
【請求項５】
前記反射性の端部が、それを通ってガイドされる光を全反射させる表面によって実現される請求項２に記載のスター・カプラ。
【請求項６】
光ループとして形成された光導波路が、光リフレクタとして提供される、請求項１に記載のスター・カプラ。
【請求項７】
マルチ・モード・ファイバの形態である一方の端部に結合された光導波路を特徴とする、請求項１乃至６のいずれか１項に記載のスター・カプラ。
【請求項８】
厚型コア・ファイバの形態である、一方の端部で結合された光導波路を特徴とする、請求項１乃至７のいずれか１項に記載のスター・カプラ。
【請求項９】
前記厚型コア・ファイバが、少なくとも９／１のコアとクラッドの厚さの比を有する、請求項８に記載のスター・カプラ。
【請求項１０】
前記厚型コア・ファイバの光をガイドする領域が、少なくとも０.２ミリメートルのコア直径を有する、請求項８および９のいずれか１項に記載のスター・カプラ。
【請求項１１】
前記個々の光導波路セクションの直径および長さが、前記光導波路の１つから前記個々の光導波路セクションを通って送信される光が、前記光リフレクタでの後方反射を含む光経路に沿ったその壁での前記個々の光導波路セクションで、少なくとも平均で１.５倍、好ましくは少なくとも平均で２.０倍、特に好ましくは少なくとも平均で２.５倍反射されるような寸法にされている、請求項１乃至１０のいずれか１項に記載のスター・カプラ。
【請求項１２】
開口数と前記個々の光導波路セクションの長さＬおよび直径ｄの比との積ＮＡ・ｄ／Ｌが、少なくとも５、好ましくは少なくとも６、特に好ましくは少なくとも８である、請求項１乃至１１のいずれか１項に記載のスター・カプラ。
【請求項１３】
前記光導波路が、それらの結合された端部で互いに接着または融着される、請求項１乃至１２のいずれか１項に記載のスター・カプラ。
【請求項１４】
前記個々の光導波路セクションが、前記光導波路の前記結合された端部上に、特にコア・クラッド・ロッドの形態の別個の部品として配置される、請求項１乃至１３のいずれか１項に記載のスター・カプラ。
【請求項１５】
一方の端部で結合された前記光導波路のうちの少なくとも１つが、光導波路束として形成されている、請求項１乃至１４のいずれか１項に記載のスター・カプラ。
【請求項１６】
前記光導波路の結合されていない端部が、プラグ・コネコタを備える、請求項１乃至１５のいずれか１項に記載のスター・カプラ。
【請求項１７】
剛性の構成要素として形成されている請求項１乃至１６のいずれか１項に記載のスター・カプラ。
【請求項１８】
前記光導波路のうちの少なくとも１つが、少なくとも１メートルの長さを有する、請求項１乃至１６のいずれか１項に記載のスター・カプラ。
【請求項１９】
スター・カプラ内の結合損失が、少なくとも１０＊ｌｏｇ（ｎ）ｄＢであり、ここでｎは、結合された光導波路の数を示す、請求項１乃至１８のいずれか１項に記載のスター・カプラ。
【請求項２０】
せいぜい１３ｄＢの減衰を有する、請求項１乃至１９のいずれか１項に記載のスター・カプラ。
【請求項２１】
せいぜい１５、好ましくはせいぜい１０の、結合された光導波路を特徴とする、請求項１乃至２０のいずれか１項に記載のスター・カプラ。
【請求項２２】
請求項１乃至２１のいずれか１項に記載のスター・カプラを備える、光自動車または航空機バス・システム。
【請求項２３】
請求項１乃至２１のいずれか１項に記載のスター・カプラを備える、パッシブな中央ディストリビュータを備える星型のトポロジを特徴とする、請求項２２に記載の光自動車または航空機バス・システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般に、光ネットワークに関する。特に、本発明は、このようなネットワークのためのパッシブ・スター・カプラに関する。
【背景技術】
【０００２】
光データ伝送は、現代の自動車においてますます重要になっている。したがって、エア・バッグなどの安全に関連するシステムは、いわゆるバイトフライト・バスを介して、多くの場合制御される。バイトフライト・バス・システムは、インテリジェント・スター・カプラを備える星型のトポロジのネットワークに基づいている。これらのネットワークは、１０Ｍｂｉｔ／ｓの伝送速度で現在操作されている。データ伝送プロセスは、ＣＡＮバスと同様に、メッセージ指向である。すべての信号が、すべての接続されたステーションにとって使用可能にされる。また、リアル・タイムでの供給が、ＴＤＭＡ原理に従って達成される。
【０００３】
「自動運転」の適用例では、いわゆるフレックスレイ・バスに対しても、考慮がされる。フレックスレイは、厳しいリアル・タイム要求に対処するために、ＴＤＭＡ原理によるものと同様に、一時的な同調によるＴＴＰ／Ｃのようなプロトコルを使用する、自動車のためのシリアルの耐障害バス・システムである。
【０００４】
他の光ファイバ通信ネットワークと比較した、自動車内の光ネットワークの本質的な差異の１つは、特に、過酷な環境にある。ファイバおよびコネクタが、自動車内の高い温度、激しい温度変動および振動に曝露される。このようにして、１２５℃までの連続的な温度安定性が、自動車セクタ内で使用される電子構成部品で、一般に要求される。
【０００５】
自動車で使用される光ネットワークでは、信号はしばしば、あるラインから複数の別のラインへ通過されなければならない。アクティブ・スター・カプラが、この目的のためにこれまで使用されてきた。前記スター・カプラの場合、Ｅ／Ｏトランスデューサ（電気光学トランスデューサ）が、カプラの各アーム内に設けられる。しかし、トランスデューサの１つのみの不具合があると、このようなスター・カプラは、自動車の様々な機能の予期せぬ不具合に至る故障源をすでに構成する。特に、自動車電子部品でのその故障が、崩壊の最も一般的な原因となることが考慮される場合、このことはただでさえ望ましくない。したがって、まさにこの分野で、可能な限りロバストであり、かつフェイル・セーフの電子部品システムを作製することが必要である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
したがって、本発明は、特に自動車において、特に光ネットワークのために、特に障害のないスター・カプラを提供するという目的に基づいている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この目的は、独立請求項の主題を用いて、驚くほど単純な方式で、すでに達成されている。本発明の有利な構成および開発が、従属請求項で指定される。
【０００８】
したがって、本発明は、一方の端部で結合された、複数の、少なくとも３つの光導波路をスター・カプラのアームとして備え、かつ、光導波路の１つを通ってガイドされ、隣接する共通の個々の光導波路セクションを通過する光を、前記光が前記個々の光導波路の間で分割され、かつ個々の光導波路を通って回送されるように、前記共通の個々の光導波路セクション内へ戻るように反射する、光リフレクタを備える共通の個々の光導波路セクションの形態の反射性の光ミキサを、前記結合された端部と隣接して備える、パッシブ・スター・カプラを提供する。光ミキサを用いて達成されることは、入射する信号パワーが、反射の後、できる限り一様に個々の光導波路の間で分割されることである。好ましくは、光導波路セクションの長さおよび厚さが、個々の光導波路内で後方へ反射される信号の信号パワーがせいぜい１５％変動するように、この目的のための寸法にされている。
【０００９】
本発明は、すべてのアーム内に電気光学トランスデューサを備えて前に使用されていたアクティブ・スター・カプラの電子部品の不具合が、回避され、かつ不具合に関する信頼性の増加がこのようにして得られるように、完全に受動的に動作するスター・カプラを提供する。本発明は、たとえば光自動車バス・システムなどの比較的小さなネットワークに対して、特に有利である。
【００１０】
特に、本発明の利点はまた、本発明によるスター・カプラを備える受動的な中央ディストリビュータを有し、かつ使用する、星型のトポロジを有するバス・システムの場合に認められる。このような星型のトポロジはまた、光自動車バス・システムに対してまさに適切である。星型のトポロジは、接続された構成要素のうちの１つの不具合の際にネットワーク全体、または別の構成要素の通信が影響されないため、不具合に関する高い信頼性によってすでに本質的に際立っている。一方、中央ディストリビュータが故障した場合、全体的な不具合が生じる。しかし、本発明は、中央ディストリビュータの電子部品の不具合が受動的な設計によって除外されるため、不具合に関する増加した信頼性をまさに提供することができる。
【００１１】
本発明によるスター・カプラは、不具合に関する高度の信頼性を与え、このことは、他の安全性が基準となる適用例に対しても規定される。特に、航空機の光バス・システムでの使用に対する考慮も本明細書で行われる。
【００１２】
光ミキサとして働く個々の光導波路セクションが、好ましくは、クラッド・コア・ロッドとして形成され、前記クラッドが前記コアよりも低い屈折率を有する。反射性の端部を備える個々の光導波路セクションを備える反射性の光ミキサを使用することが、さらに好ましい。前記端部は、特に、反射性であるように被覆されてもよい。
【００１３】
代替として、またはそれに加えて、後方反射が、前記光ミキサを通ってガイドされる光の全反射によって行われるように、全反射性の表面が、光導波路セクションの端部に設けられてもよい、一例として、この目的のために、光ミキサの端部に、プリズムまたはコーンを設けることが可能である。
【００１４】
しかし、光ループを形成するような形状にされた光導波路を、光リフレクタとして使用することも考えられる。このようなループが、それ自体に戻るように接合され、かつ個々の光導波路セクションに隣接する、またはその中で、接合が個々の光導波路セクションを形成する光導波路セクションを構成する。この実施形態では、光の混合もまた、光ループに沿って行われる。
【００１５】
本発明は、マルチ・モード・ファイバを信号ラインとして備えるネットワークのために特に適している。したがって、マルチ・モード・ファイバの形態である、一方の端部の結合された光導波路が、好ましくはスター・カプラのために使用される。モノ・モード・ファイバは一般に、比較的かなり厚型のクラッドによって包囲されたファイバ・コアを有する。さらなる手段なしでは、後方に反射される光の大部分が、ファイバ・コア内ではなくクラッド内で結合されることになるため、これは、スター・カプラ内での高い結合損失に至る。
【００１６】
この場合、好ましくは使用されるマルチ・モード・ファイバが、厚型コア・ファイバの形態である、一方の端部で結合された光導波路を備えてもよい。結合損失を最小にするために、少なくとも９／１のコアとクラッドの厚さの比を有する厚型コア・ファイバが、この目的のためにさらに好ましくは使用される。厚型コア・ファイバの光をガイドする領域は、好ましくは少なくとも０.２ミリメートルのコア直径を有する。
【００１７】
光ミキサは、特に、その壁面での個々の光導波路セクションを通ってガイドされた光の反射によって作用する。光の空間的な強度分布および角度分布が、この場合一様化される。この場合での１つの目的は、個々の光導波路を通ってガイドされ、反射され、かつ再び戻るようにガイドされる光に対して、光導波路の結合された端部で、できる限り一様である強度場を達成することである。
【００１８】
考えられる最良の光の混合を得るために、個々の光導波路セクションの直径および長さが、光導波路の１つから個々の光導波路セクションを通って送信された光が、光リフレクタでの後方反射を含む光路に沿ったその壁での個々の光導波路セクションで、少なくとも平均で１.５倍、好ましくは少なくとも平均で２.０倍、特に好ましくは少なくとも平均で２.５倍反射されるような寸法にされる場合が好ましい。光ミキサのこのような特性は、開口数と個々の光導波路セクションの長さＬおよび直径ｄの比との積ＮＡ・ｄ／Ｌが、少なくとも５、好ましくは少なくとも６、特に好ましくは少なくとも８であるとき、特に達成されることができる。
【００１９】
光導波路を一方の端部で結合するために、光導波路は、それらの結合された端部で互いに接着または融着されることができる。
【００２０】
個々の光導波路セクションが、特に光導波路の結合された端部上に、コア・クラッド・ロッドの形態の別個の部品として好ましくは配置されることができる。しかし、光導波路自体の端部の結合されたセクションを光ミキサの部品として使用することも考えられる。この目的のために、たとえば、クラッド材料が取り外されることができ、かつコアが、同一のまたは類似の屈折率を有する接着剤によって互いに融着、または接着されることができる。しかし、別個の光ガイド・ロッド上に配置することは、実現するのが構造的に簡単である。
【００２１】
容易に配置されることができる可撓性の光導波路を実現するために、個々の光導波路の代わりに、光導波路束を光導波路として使用することも可能である。
【００２２】
スター・カプラの光導波路の結合されていない端部は、それらをたとえば、ネットワークの別のファイバと接続するための適切なプラグ・コネコタを備えることができる。小さな剛性の構成要素としての実施形態もまた可能である。このような実施形態はまた、光データ通信の分野で「ピグテール」と称される。「ピグテール」・スター・カプラの光導波路端部が、適切なコネクタ・ストリップ内で直接使用されることができ、ネットワークのファイバが、好ましくは適切なプラグ・コネコタを用いて前記コネクタ・ストリップと結合される。
【００２３】
プラグ・コネコタでのさらなる結合損失を回避することが意図される場合、本発明の一発展形態によると、スター・カプラは、少なくとも１メートルの長さを有する少なくとも１つの光導波路を有してもよい。ここで、ネットワークの構成要素、または少なくともいくつかの構成要素が、スター・カプラまたは光導波路の結合されていない端部と直接接続されることができるように光導波路の長さを寸法調整することが、考慮される。これらの構成要素に対して、スター・カプラの光導波路が次に、ネットワークの各構成要素との光接続を同時に形成することができる。
【００２４】
その受動的な設計の点で、アクティブ・スター・カプラとは逆に、本発明によるスター・カプラは一般に、少なくとも１０＊ｌｏｇ（ｎ）ｄＢの量の結合損失を有し、ここでｎは、結合された光導波路の数を示す。それにもかかわらず、減衰が、多くの場合、特に結合された光導波路の制限された数に関して１３ｄＢの最大値に制限されることができる。結合損失を低く保持するために、せいぜい１５、好ましくはせいぜい１０のスター・カプラのための結合された光導波路を使用することが、特に好ましい。しかし、この数は一般に、特に自動車内の光ネットワークに対して全体として十分である。
【００２５】
本発明が、例示的な実施形態に基づいて、かつ添付の図面を参照にして、以下でより詳細に説明される。この場合、同一の符号は、同一のまたは類似の部品を示す。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
図１は、符号１によって全体として示されているパッシブ・スター・カプラを概略的に示している。スター・カプラは、複数の、少なくとも３本のアームを備え、図１に示されている例は、光導波路２１、２２、２３、２４の形態の４本のアームを有する。光導波路は、部品２を形成するためにセクション２６に沿って一方の端部で結合され、セクション２６は、端部表面２７に至る。この目的のために、光導波路２１〜２４は、一例として、互いに接着または融着されてもよい。光導波路はそれぞれ、その中でクラッドがコアよりも小さい屈折率を有する、コア・クラッド光導波路であり、それによって、光導波路がコアとクラッドの間の接合面での全反射によって光信号をガイドする。
【００２７】
セクション２６の端部表面に隣接して、コア・クラッド・ロッド４の形態の光ミキサがあり、その一方の端部表面４１によって、結合された光導波路２１〜２４を備える部品２のセクション２６の端部表面２７上に配置されている。端部表面４１に対向している端部表面４２は、反射性の被覆の形態のリフレクタ６を備える。
【００２８】
好ましくは、スター・カプラ１の剛性のピグテール実施形態の場合、光導波路および光ミキサのコア・クラッド・ロッド４は、ガラスから作成される。しかし、部品２および／または光ミキサを適切なプラスチックから作成することも同様に可能である。
【００２９】
剛性のピグテール要素として実現されているスター・カプラ１の光導波路２１〜２４の結合されていない端部２０が、光導波路ネットワークと結合するためにコネクタ・ストリップ３０内に挿入される。ソケットが、対応するプラグ・コネコタ１１を備えるネットワークの光データ・ライン１０を挿入するために、およびそれらをそれぞれ光導波路２１〜２４のうちの１つと光学的に結合するために、コネクタ・ストリップの反対側に設けられている。
【００３０】
図２は、図１に示されているスター・カプラ１の例示的な実施形態の変形形態を示している。この変形形態では、部品２の光導波路２１〜２４は、剛性ではなく、むしろ可撓性である。一例として、この目的のために、光導波路２１〜２４は、複数の薄いコア・クラッド・グラス・ファイバを備えるファイバ束として、または可撓性のポリマー光ファイバとして、それぞれ具現化されることができる。ファイバ２１〜２４のファイバ端部２０は、結合される予定の光導波路１０と同じ方式で、光標準プラグ・コネコタ１１を備える。コネクタ・ストリップ３０内で、データ・ライン１０の、およびスター・カプラ１の部品２の端部が、図１に示されている例と同様の方式で光学的に結合されている。
【００３１】
図３は、スター・カプラ１のさらなる変形形態を示している。この変形形態では、光導波路２１〜２４の結合されていない端部２０が、図２に示されている例のような標準プラグ・コネコタ１１を同様に備える。しかし、図２に示されている例とは逆に、このスター・カプラ１は、ピグテール構成要素として具現化されていない。むしろ、光導波路２１〜２４は、かなり長く、好ましくは少なくとも１メートルの長さである。特に、光導波路２１〜２４の長さは、ネットワークの構成要素、またはネットワーク・サブスクライバおよび／または最も近い接続ノードが、これらの光導波路と直接接続されることができるように、自動車内で接続される予定の構成要素の距離に対する好ましい使用に従って適応される。
【００３２】
光リフレクタの代替となる構成が、図４〜６を参照にして以下で説明される。
図４は、反射性の端部の端部表面が円錐状に形成されている、光ミキサとしてのコア・クラッド・ロッド４を示している。このようにして形成されたコーンは、円錐形のプリズムのようにして、コーン表面４３のコア・クラッド・ロッド４を通ってガイドされる光の全反射をもたらす開口角を有し、それによって光がロッド４のこの端部で後方へ反射される。
【００３３】
図５は、コア・クラッド・ロッドの端部がプリズム４５として形成される変形形態を示している。３つのプリズム面が、トリプル・ミラーまたはキャッツ・アイのようにして形成され、それによって、光導波路の結合された端部と結合された端部表面４１に向かう方向への後方反射が、プリズム面での全反射によって同様にして得られる。
【００３４】
図６に示されている例では、光ループ５０が、リフレクタとして設けられている。光ループはその端部がセクション５１で互いに接合されている屈曲した光導波路を表しており、それによって、光導波路から来る、コア・クラッド・ロッド４を通ってガイドされる光が、ロッド４内へ再び戻るように光ループに沿ってガイドされる。図４に示されているようなロッド４およびループ５０を備える光ミキサもまた、ループ５０およびロッド４が、１つの構造ユニットを形成するように、１つの部品で、たとえば、ガラスまたはプラスチックで形成された部品として、たとえば具現化されることができる。
【００３５】
図７は、本発明によるスター・カプラを備える光バス・システムを備える自動車を概略的に示している。光ネットワークは、星型のトポロジを有し、パッシブ・スター・カプラ１が、個々の接続された構成要素のデータのための中央ディストリビュータとして働く。それによって構成要素６０、６１、６２、６３、６４がバス・システムと接続されるすべてのデータ・ライン１００、１０１、１０２、１０３、１０４が、この場合、コネクタ・ストリップ３０を介してスター・カプラ１と接続される。残りの構成要素の制御およびデータ取得が、データ・ライン１００を介してスター・カプラ１と接続された中央処理ユニット６０を用いて実行される。前記ユニットは特に、データ・ライン１００、１０１、１０２、１０３、１０４を介してデータを送信するために一時的な同調を行うこともできる。
【００３６】
特に、中央処理ユニット６０のほかに、データ・ライン１０１を用いてエア・バッグ６１が、データ・ライン１０２を用いてシートベルト・プリテンショナ６２が、データ・ライン１０３を用いてホイール回転速度センサ６３が、データ・ライン１０４を用いてブレーキ力ディストリビュータ６４が、スター・カプラと結合されている。ホイール回転速度センサまたは複数のセンサが、たとえば、処理ユニット６０を用いたブレーキ力ディストリビュータを介して調整され、かつ自動車のブレーキ６５に作用するＡＢＳシステムのためにたとえば使用されることができる。同様に、複数のホイール回転速度センサ６３およびブレーキ力ディストリビュータ６４と組み合わせて、光バス・システムを介して処理ユニット６０によって調整される電子部品安定化プログラムを実現することが可能である。
【００３７】
本発明が上記で説明された例示的な実施形態に限定されず、むしろ、様々な方式で変更されることができることを、当業者ならわかるであろう。特に、例示的な実施形態の個々の特徴もまた、互いに組み合わされることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】ピグテール構成要素の形態でのスター・カプラの第１の例示的な実施形態を示す図である。
【図２】可撓性の光導波路を備える図１に示された例示的な実施形態の変形形態を示す図である。
【図３】ネットワーク構成要素の直接結合のための長い光導波路を備えるさらなる変形形態を示す図である。
【図４】光リフレクタの代替となる構成を示す図である。
【図５】光リフレクタの代替となる構成を示す図である。
【図６】光リフレクタの代替となる構成を示す図である。
【図７】本発明によるスター・カプラを備える光バス・システムを備える自動車を示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【外国語明細書】
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