DE3842480A1

DE3842480A1 - Planare polymere lichtleiter

Info

Publication number: DE3842480A1
Application number: DE3842480A
Authority: DE
Inventors: Michel F Sultan; Mark K Krage
Original assignee: Motors Liquidation Co
Current assignee: Motors Liquidation Co
Priority date: 1987-12-16
Filing date: 1988-12-16
Publication date: 1989-06-29
Also published as: US5195162A; DE3842480C2; JPH02903A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Lichtleiter, bei denen planares Polymer-Material benützt wird, und verschiedene darauf bezügliche Komponenten, Anwendungen, Systeme, Verfah ren und Techniken.

* in eckigen Klammern gesetzte Zahlen beziehen sich auf das Literaturverzeichnis am Ende der Beschreibung

Traditionelle optische Fasertechnologie hat sich seit langem entwickelt, seit die ursprüngliche Idee der Datenübertragung durch optische Verbindung vor einigen Jahrzehnten gefaßt wurde. Der Übertragungsverlust in Quarzfasern ging von 1000 dB/km in den späten sechziger Jahren auf weniger als 1 dB/km in den achtziger Jahren zurück [1]*. Derartige Fasern mit geringem Verlust waren ursprünglich für Großraum-Nach richtenverbindungen bestimmt, jedoch wurden die ihnen inne wohnenden Vorteile sehr bald auch für andere Ziele ausge nützt. Beispielsweise haben sich Fühlerauslegungen, die auf Faseroptik beruhen, seit den späten siebziger Jahren zuneh mend durchgesetzt. Anwendungen von Faseroptik-Fühlern gibt es inzwischen auf dem Gebiete der Chemie [2-11], Biologie [2, 10-14], Lagevermessung [2, 15], Drehzahlmessung [16-18], Beschleunigungsmessung [19-20], Einbruchsverhinderung [21, 11], Druckmessung [23-18], Temperaturmessung [28-30] sowie Messung elektrischer und magnetischer Felder [31-33].

Auslegungen von optischen Fasern für Fühler sind nicht not wendigerweise übereinstimmend mit denen für Nachrichtenver bindungen. Für Nachrichtenanwendungen müssen die elektromag netischen Wellen sich in dem Leitungsmedium der Faser mit ge ringstmöglicher Wechselwirkung mit dem äußeren Medium fort pflanzen. Andererseits machen einige Anwendungen als Fühler (so bei chemischer und biologischer Anwendung) eine starke Wechselwirkung mit dem zu erfassenden Außenmedium mindestens bei einem Teil der Faser notwendig. Zusätzlich unterscheiden sich die Anforderungen bei Kraftfahrzeuganwendungen wesentli ch von denen bei Nachrichtenverbindungs-Anwendung.

Die Verwendung traditioneller Faseroptiktechnologie bei Kraftfahrzeuganwendungen wurde lange außer acht gelassen, obwohl einige wenige Faseroptik-Systeme bereits in Luxusfahr zeugen eingesetzt wurden. Dabei waren die Kosten der größte Hinderungsfaktor. Die wesentlichen Zusatzkosten für derarti ge Dinge werden vom Kraftfahrzeugkunden nicht als Zusatzwert anerkannt.

Die Gründe für die hohen Kosten von Faseroptik-Systemen sind zahlreich. Beispielsweise sei ein einfaches Kraftfahrzeug- Multiplex-System in Betracht gezogen, wie es Fig. 1 zeigt, unter Benutzung von gegenwärtig erhältlichen Faseroptik-Ele menten. Ein solches System besteht aus einem Hauptverbin dungsbus 10, von dem verschiedene Datenleitungen 12, 14 und 16 durch 1 × 2-Koppler 18, 20 bzw. 22 abgezweigt sind. Die Ge samtsystemkosten enthalten die Kosten der mit HiTec herge stellten optischen Fasern und Koppler, wie auch die Hochprä zisions-Montagekosten, um das ganze System zusammenzubauen (Spalten der Fasern, Polieren, Präzisionsausrichtung, Verbin den usw.). Obwohl der Übertragungsverlust durch die opti schen Fasern sehr gering ist, ist der Gesamtsystemverlust nicht notwendigerweise vernachlässigbar infolge der durch die jeweiligen Koppler eingeführten Einsetzverluste. Die große Anzahl von Verbindungen und/oder Abzweigstellen erhöht den Systemverlust (infolge von Fehlausrichtungen und mögli chen Unverträglichkeiten des Brechungsindex und der Geome trie), und verringert auch die Gesamtsystem-Zuverlässigkeit. Der typische Verlust pro Abzweigung kann die Größe von 1 dB erreichen, wenn die Abzweigstellen in einer Arbeitsumgebung ausgeführt werden, die nicht ähnlich wie eine Laborumgebung unter Kontrolle gehalten wird. Zusätzlich ist ein großer Vorrat von Bestandteilen bei solchen Systemen nötig, was da durch begründet werden kann, daß schon unterschiedliche NxM-Koppler mit unterschiedlichen Teilverhältnissen nötig sind, um das Hauptsignal gleich auf die unterschiedlichen Ab zweigungen aufzuteilen. Das Ausbildungsverfahren, das die vorliegende Erfindung erzielt, beseitigt alle diese Nachtei le.

Nachrichtenverbindungsanwendungen erfordern eine Datenüber tragung über große Strecken von mindestens einigen Kilome tern mit einer Schwächung, die so klein wie 1 dB/km sein soll. Im Gegensatz dazu sind bei Kraftfahrzeuganwendungen viel kürzere Datenverbindungen im Gebrauch, so daß sich weni ger strenge Schwächungsanforderungen ergeben; jedoch können sehr viel kompliziertere Netzauslegungen einschließlich Mehr fachkupplern, Verbindern und Abzweigstellen erforderlich sein. Während die Faseroptiktechnologie sehr für Nachrichten verbindungsanwendungen geeignet ist, ist eine kosteneffekti vere Verfahrensweise für Kraftfahrzeuganwendungen nötig. Die vorliegende Erfindung ergibt einen derartigen Weg.

Ein integrales Lichtleiternetz erfindungsgemäßer Art kenn zeichnet sich durch die im kennzeichnenden Abschnitt des An spruches 1 festgehaltenen Merkmale.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung bei spielsweise näher erläutert; in dieser zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Faserop tik-Multiplexsystems,

Fig. 2a einen Polymerfilm, wie er als Ausgangspunkt zur Ausbildung einer Ausführung eines erfin dungsgemäßen integralen planaren Lichtlei ters benutzt wird,

Fig. 2b eine schematische Darstellung der Ausführung der Erfindung, die aus dem Polymerfilm aus Fig. 2a gebildet ist,

Fig. 3 eine isometrische Ansicht des Polymerfilms aus Fig. 2a,

Fig. 4 einen Sandwich-Aufbau mit dem Polymerfilm aus Fig. 2a,

Fig. 5 eine andere Art der Behandlung des Polymer films aus Fig. 2a,

Fig. 6 Abmessungsdaten für die Ausführung der Erfin dung nach Fig. 2b,

Fig. 7a einen geraden planaren Lichtleiter,

Fig. 7b einen sich verjüngenden planaren Lichtlei ter,

Fig. 8a eine Ausführungsform eines Einleitungskop plers für einen planaren Lichtleiter,

Fig. 8b eine andere Form eines Einleitungskopplers für einen planaren Lichtleiter,

Fig. 8c eine dritte Ausführungsform eines Einlei tungskopplers für einen planaren Lichtlei ter,

Fig. 9a einen 1 × 2 Leiter/Leiter-Koppler für einen pla naren Lichtleiter,

Fig. 9b einen 2 × 2 Leiter/Leiter-Koppler für einen pla naren Lichtleiter,

Fig. 9c einen 2 × 3 Leiter/Leiter-Koppler für einen planaren Lichtleiter,

Fig. 9d eine vergrößerte Ansicht des 1 × 2 Leiter/Leiter-Kopplers aus Fig. 9a,

Fig. 10 einen versetzten Koppler für einen planaren Lichtleiter,

Fig. 11a eine Ausführungsform eines Filters für einen planaren Lichtleiter,

Fig. 11b eine andere Ausführungsform eines Filters für einen planaren Lichtleiter,

Fig. 11c eine dritte Form eines Filters für einen pla naren Lichtleiter,

Fig. 11d eine vierte Form eines Filters für einen pla naren Lichtleiter,

Fig. 12a und 12b die Ausbildung eines kreisförmigen Lichtrin ges mit einem planaren Lichtleiter,

Fig. 13a und 13b einen chemischen Fühler für Direktkontakt unter Benutzung eines planaren Lichtleiters,

Fig. 14 einen chemischen Fühler für indirekten Kon takt bei einem planaren Lichtleiter,

Fig. 15a einen chemischen Fühler für den Kontakt über eine freigelegte Querschnittsfläche des Lichtleiters,

Fig. 15b einen chemischen Fühler für indirekten Kon takt über einen freigelegten Querschnitt des Lichtleiters,

Fig. 16a einen Flüssigkeitspegel-Fühler mit Faserop tik nach dem Stand der Technik,

Fig. 16b einen Flüssigkeitspegelfühler mit einem pla naren Lichtleiter,

Fig. 16c einen anderen Flüssigkeitspegelfühler mit einem planaren Lichtleiter,

Fig. 16d einen dritten Flüssigkeitspegelfühler mit planarem Lichtleiter,

Fig. 16e und 16f einen vierten Flüssigkeitspegelfühler mit planarem Lichtleiter,

Fig. 16g eine Einzelheit des Flüssigkeitspegelfühlers nach Fig. 16b,

Fig. 17a einen Lichtintensitäts-Reflektiv-Fühler mit einem planaren Lichtleiter,

Fig. 17b einen anderen Lichtintensitäts-Reflek tiv-Fühler mit einem planaren Lichtleiter,

Fig. 17c einen dritten Lichtintensitäts-Reflek tiv-Fühler mit einem planaren Lichtleiter,

Fig. 17d eine graphische Darstellung des differentiel len Ausgangssignals des Lichtintensitäts-Ref lektiv-Fühlers aus Fig. 17c,

Fig. 18a die Ausbildung eines Lichtintensitäts-Mikro biege-Fühlers mit einem planaren Lichtlei ter,

Fig. 18b einen anderen Lichtintensitäts-Mikrobie ge-Fühler mit einem planaren Lichtleiter,

Fig. 18c einen dritten Lichtintensitäts-Mikrobie ge-Fühler mit planarem Lichtleiter,

Fig. 19a, 19b und 19c alternative Lichtintensitäts-Mikrobiege-Füh ler mit planaren Lichtleitern,

Fig. 20a einen planaren Lichtleiterschalter mit einem planarem Lichtleiter,

Fig. 20b einen anderen planaren Lichtleiterschalter mit einem planaren Lichtleiter,

Fig. 20c einen dritten planaren Lichtleiterschalter mit einem planaren Lichtleiter,

Fig. 20d einen vierten planaren Lichtleiterschalter mit einem planaren Lichtleiter,

Fig. 20e einen fünften planaren Lichtleiterschalter mit einem planaren Lichtleiter,

Fig. 21a ein planares Lichtleiter-Optikschloß,

Fig. 21b einen Schlüssel für das Planarlichtleiter-Op tikschloß aus Fig. 21a,

Fig. 22a eine Draufsicht auf eine optische Anzeige aus einem planaren Lichtleiter,

Fig. 22b einen Schnitt durch die optische Anzeige aus Fig. 22a,

Fig. 22c eine Schnittansicht durch eine andere opti sche Anzeige aus Planarlichtleiter,

Fig. 23 ein Multiplex-Schaltsystem für Wellenlängen teilung unter Benutzung von planaren Licht leitern, und

Fig. 24 ein Fühleranzeigesystem mit planarem Licht leiter.

Das Kozept von integrierten planaren Netzen aus Polymeren ist sehr einfach: Die Grundidee besteht darin, mit einem dünnen klaren planaren Polymerfilm zu beginnen, und buchstäb lich das Lichtführungssystem zur Ausführung der erwünschten Funktionen auszuschneiden. Beispielsweise wird das Faserop tik-Multiplexsystem nach Fig. 1 leicht mit Planartechnolo gie erhalten, wenn man die in Fig. 2a und 2b gezeigten Ver fahrensschritte einhält. Dabei wird eine Schicht eines plana ren Polymerfilmes 24 so geschnitten, daß ein Hauptleitungs streifen 26 (Bus) und mehrfache Zweig-Leitungsstreifen 28, 30, 32 gebildet werden. Ein anderer Weg, planare polymere Lichtleiternetze zu erhalten, ist das Druckformen von opti sch verwendbarem Harz in entsprechend ausgelegten Formen.

Der planare Polymerfilm 24 besitzt vorzugsweise einen Bre chungsindex, der in dem Bereich von etwa 1,4 bis etwa 1,6 liegt, und kann aus einem Polycarbonat (Brechungsindex n = 1,59), Polymethylmethacrylat (PMMA, n = 1,48-1,50) oder Po lystirol (n = 1,60) hergestellt werden. Alle diese Stoffe haben die erforderlichen optischen Eigenschaften der Klar heit und des niedrigen Durchgangsverlustes, und alle werden zur Zeit (als Koppler und Verjüngungsstrukturen) in Faserop tikanwendungen [37-44], Massivoptikgeräten [45-47] und inte grierter Optik [48, 49] verwendet. Während Multimode-Optikfa sern aus Polycarbonat, PMMA und Polystirol Durchgangsverlu ste aufweisen, die wesentlich höher sind als die Faserverlu ste von Quarz (typischerweise mehr als 140 dB/km bei Kunst stoffasern im Vergleich zu < 1 dB/km bei Quarzfasern), sind die Verlustwerte von Kunststoffasern für Kraftfahrzeug- und andere Anwendungen akzeptabel, bei denen die Gesamtlänge nicht mehr als einige Meter ausmacht. Vergleichbare Verlust werte können in Lichtleitungen erhalten werden, die aus dem gleichen Polycarbonat-, PMMA- oder Polystirol-Kunststoffmate rial ausgeschnitten werden. Man kann auch Lichtleiter mit hö heren Verlustwerten zulassen und trotzdem einen Gesamtsy stem-Wirkungsgrad erzielen, der mit dem Wirkungsgrad von Fa seroptiksystemen vergleichbar, falls nicht sogar besser als dieser ist (da sich in dem integrierten Netz keine Verluste an Verbindungsstellen und Kopplern ergeben). Geringere Tole ranzanforderugen während der Herstellung und damit geringe re Kosten werden durch erleichterte Ansprüche gewonnen.

Fig. 3 zeigt, daß der noch nicht geschnittene Polymerfilm 24 eine Stärke "t" von bis zu 500 µm und eine Breite "W" bis zu einigen Zentimetern besitzen sollte, um bei der Ausle gung flexibel sein zu können. Diese Art von Filmgrößen kann mit ausreichender Auflösung erzielt werden, durch gegenwär tig übliche Schlitzform-Kunststoffextrudier-Verfahren [50, 51].

In Fig. 4 ist gezeigt, daß wie bei der Faseroptik Hüll schichten (cladding layers) 34 und 36 und Schutzschichten 38 und 40 an jeder Seite des Films 24 vorgesehen werden können, die jeweils einen kleineren Brechungsindex als die Schicht 24 haben, (z. B. n _g < n _c, wobei n _g der Brechungsindex des Lichtleiters 24 und n _c der Brechungsindex der Hüllschichten 34 und 36 ist). Die Hüllschichten 34 und 36 und die Schutz schichten 38 und 40 stellen sicher, daß die Lichtleitung auf das Leitmedium begrenzt wird bei geringer Wechselwirkung mit dem Außenraum, und schaffen Schutz gegen korrosive oder ver giftend wirkende Umgebungsmaterialien, wobei gleichzeitig noch mechanische Festigkeit und Schutz gegeben wird. Die Hüll- und Schutzschichten 34 bis 40 können gleichzeitig mit dem Lichtleitpolymer durch weithin gebrauchte Ko-Extrudier verfahren [50-53] extrudiert werden. Alternativ können diese Schichten auch nach dem Zurechtschneiden des Netzes mit Ein tauch- oder Umhüllungs-Vorgängen [48, 49, 54] aufgebracht werden. Der Vorteil dieser Verfahren besteht darin, daß eine größere Flexibilität bei Auslegungen und Herstellung be steht. Bei manchen Fühleranwendungen muß das geführte Licht mit dem Außenraum des Lichtleiters in Wechselwirkung treten, und zwar über eine bestimmte Strecke. Bei Anzeigeanwendungen muß Licht aus dem Leitmedium herausgestreut werden. In diesen Fällen kann das Leitmedium bei den Fühl- und Anzei geabschnitten maskiert werden, bevor die Hüll- und Schutz schichten hinzugefügt werden. Ein weiterer Vorteil des Hinzu fügens dieser Schichten nach dem Ausschneiden des Netzwerkes besteht darin, daß auch ausgeschnittene Kanten eingehüllt und geschützt werden, so daß die Strahlungsverluste an den Seitenflächen klein gehalten werden.

Das Zurechtschneiden des gewünschten Netzes kann auf irgend eine bekannte Weise erzielt werden, beispielsweise durch Formschneiden (Stahlleisten-, Metallmesser- oder Rollmesser- Schneiden), Stanzen, Formen, Schneiden mit heißem Messer oder heißem Draht, durch Lithographie oder durch Laser- Schneiden. Es ist auch möglich, das Schneiden insgesamt zu vermeiden, indem die nichtleitenden Teile mit absorbierendem Material 42, z. B. schwarzer Farbe, beschichtet werden (Fig. 5). Das ist jedoch kein sehr wirksames Verfahren, da ein bedeutender Anteil der eingeführten Leistung im nicht als Leiter verwendeten Teil des Mediums verlorengeht. Außer dem ist bei solchen nicht geschnittenen Netzen ein Überspre chen (crosstalk) ein Problem.

Nach Fig. 6 sollte die Dicke t jedes einzelnen Lichtleit streifens 26 bis 32 die gleiche wie bei dem ungeschnittenen Film 24, d. h. bis zu 500 µm sein. Die typische Breite "W _g" der Zweig-Leitungsstreifen 28 bis 32 kann bis zu etwa 3 mm betragen, und die Zweig-Leitungsstreifen können gegebenen falls von unterschiedlicher Breite sein. Primär- und Sekun där-Sammelleitungen, wie auch Sensoren, Anzeigen und andere Spezialelemente können mit größerer Breite ausgeführt werden. Das Ausrichten und das Anpassen der Flächen an den Enden des Netzes geschieht leichter mit dieser Art von recht winkligen Lichtleiter-Querschnitten als bei üblichen Licht leitfasern, insbesondere wegen der größeren Querschnittsflä chen, mit denen gearbeitet werden kann, und wegen des eindi mensionalen Ausrichtvorganges.

Die Querschnittsabmessungen der Lichtleiter 28-32 (einige 100 µm Dicke und wenige mm Breite) werden als ein Kompromiß zwischen den bei Lichtfaseroptik anzutreffenden Abmessungen und den Verfahren integrierter Optik einerseits und Massivop tik und Fühlerverfahren andererseits ausgewählt. Diese Abmes sungen sind für den Umgang viel einfacher, wie auch die rechtwinkligen Querschnittsformen der Lichtleiter, als die wesentlich kleineren Abmessungen und Kreisformen üblicher Op tikfasern. Selbstverständlich gibt man die sehr geringen Ver lustwerte und die Einzelmodus-Eigenschaften mit den damit zu sammenhängenden Vorteilen auf, jedoch sind diese für die mei sten Kraftfahrzeug-Anwendungen nicht unbedingt nötig, wie auch für andere Anwendungen mit relativ kurzen Lichtleiter längen (im Gegensatz zu den Weitentfernungs-Nachrichtensyste men, bei denen Signale mit minimalem Leistungsverlust und kleinster Impulsverzerrung über sehr große Entfernungen zu senden sind).

Druckformen ist ein alternatives Fabrikationsverfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Lichtleitnetze. Es ist hier nicht notwendig, mit einem dünnen Polymerfilm zu begin nen. Dieser Schritt wird durch direktes Komprimieren von Roh material mit Optikqualität, d. h. Polycarbonat-, Polymethyl acrylat- oder Polystirol-Harz in Formen mit der gewünschten Gestalt umgangen. Unterschiedliche Großoptikteile und -kom ponenten werden zur Zeit durch Druckformverfahren herge stellt [45, 47]. Ein Vorteil dieses Herstellverfahrens be steht darin, daß hier dreidimensional gearbeitet werden kann, und deswegen die Auslegung flexibler ist. Unterschied liche Abschnitte des Netzes können mit unterschiedlicher Stärke erzeugt werden, jedoch müssen diese Abschnitte über sich verjüngende Längen aneinander angepaßt werden. Ein mög licher Nachteil des Druckformens im Vergleich zum Filmschnei den besteht darin, daß eine Reihe von eigenen Formen für jede Netzauslegung nötig ist, während die meisten Schneidge räte, beispielsweise Laser-Schneider, zum Ausschneiden unter schiedlicher Formen programmiert werden können.

Es ist möglich, daß unerwünschte Spannungen in dem Lichtlei ternetz bei der Herstellung erzeugt werden. Dadurch können Störungen im Brechungsindex-Profil hervorgerufen werden, welche die Lichtleiteigenschaften des Mediums beeinflussen. Ein Anlassen kann durch Verformen erzeugte Spannungen entfer nen (dabei wird das gesamte Netz auf die Einfriertemperatur des thermoplastischen Materials aufgewärmt und dann abge kühlt).

Es werden nun die Vor- und Nachteile von planaren Lichtleit netzen besprochen, und zwar zunächst die Vorteile.

Der Herstellvorgang für planare optische Netze ist von vorn herein zur automatisierten Großserienherstellung geeignet, so daß beträchtliche Einsparungen beim Herstellen erzielt werden können. Das gesamte Netz wird grundsätzlich als ein Teil erzeugt. Es müssen nicht, wie bei optischen Fasern und Kopplern, zum Integrieren des Netzes aus diskreten Einzeltei len hochspezialisierte Arbeitskräfte eingesetzt werden (mit den zugehörigen hohen Kosten). Es müssen keine professionell durch Spaltung hergestellte und polierte Faserenden erzeugt werden. Es ist nicht nötig, einen großen Vorrat von einzel verpackten, richtig terminierten und erprobten Bestandteilen anzulegen. Es müssen keine speziellen Faser/Faser-Ausricht verfahren entwickelt werden. Es braucht kein besonderes An koppeln ausgeführt zu werden. Die Einsetzverluste durch Fehl ausrichtung oder Fehlanpassung entweder bei den geometri schen Abmessungen oder beim Brechungsindex sind im Netz nicht vorhanden. Eine Flächenanpassung an den Enden des Netzes für Lichtquellen und -detektoren ist nicht schwierig wegen der großen Querschnittsabmessung und numerischen Aper turen, und wegen der planaren Form der Lichtleiter ist nur eine eindimensionale Ausrichtung nötig. Die Zuverlässigkeit des Gesamtsystems wird verbessert (und die Zahl der Änderun gen reduziert) in Vergleich zu Faseroptiksystemen, da keine Verbinder, Abzweiger und sonstige Zusatzteile im Netz vorhan den sind.

Integrierte polymere Lichtleitnetze sind anwendungsspezi fisch. Sie erweitern die eindimensionale Geometrie von Licht leitfasern auf zwei Dimensionen und bieten den Vorteil einer ungeheueren Wendigkeit beim Auslegen von Systemen, die Daten verbindungs-, Überwachungs-, Schalt- und Anzeige-Funktionen integrieren können. Die Zugänglichkeit, die Ebenheit und die vergleichsweise große Breite der Lichtleitflächen sind sehr vorteilhafte Eigenschaften, die es erlauben, Großoptikteile, Fühler und Schalter direkt an der Oberfläche anzubringen oder aufzusetzen. Für Fühler und Anzeigeflächen kann die Flä chengröße so groß wie nötig sein, und die Geometrie ist fle xibel, so daß externe Begrenzungsfaktoren berücksichtigt werden können. Bei einigen Sensoranwendungen, beispielsweise bei der Flüssigkeitspegelerfassung und bei der Lageerfassung ist ein ganzes Faseroptik-Bündel nötig, um die gleiche Funk tion zu erfüllen, die durch einen einzigen entsprechend aus gelegten planaren Lichtleiter erfüllt wird.

Zusätzlich zu den aufgeführten Vorteilen erfreuen sich die vorgeschlagenen planaren Optiknetze der gleichen Vorteile, die übliche Faseroptiknetze attraktiv gemacht haben: Unemp findlichkeit gegenüber elektromagnetischer Interferenz (EMI), geringes Gewicht, ziemlich hohe Datenübertragungs geschwindigkeiten und geringer Leistungsverbrauch.

Als nachteilig ist folgendes aufzuführen: Eine weniger wün schenswerte Eigenschaft planarer Lichtleitnetze besteht darin, daß sie versagen, wenn die Umgebungstemperatur die Einfriertemperatur des Polymers überschreitet. Diese Begren zung ist bei den meisten Kraftfahrzeuganwendungen jedoch nicht sehr bedeutsam. Dann, wenn die Temperatur örtlich sehr hoch werden kann, können planare Polymernetze immer noch in Verbindung mit Quarzfasern verwendet werden. Der Polymerteil wird der Hauptbestandteil in Hybrid-Netzen sein, z. B. bei Kopplern, verjüngten Verbindungsstücken und komplizierteren Bestandteilen, während die Quarzfaser-Verlängerungen nur bei Hochtemperaturumgebung eingesetzt werden müssen. Ein gleich artiges Konzept mit Benutzung von Quarz- und Kunststoffasern wurde beispielsweise für ein Verbrennungsdruck-Fühlersystem bekannt [23], bei dem die Aluminium-beschichteten temperatur beständigen Quarzfasern nur im Fühlerbereich des Netzes Ver wendung finden, d. h. in der Umgebung der Hochtemperatur-Ver brennungsdruckkammer. Diese Art von Anordnungen ist günstig, da sie die Gesamtkosten des Systems herabsetzt.

Ein anderer möglicher Nachteil von planaren Polymernetzen be steht darin, daß ihre Langzeitstabilität durch Umgebungsfak toren wie Feuchtigkeit und Chemikalien beeinflußt werden kann. Jedoch können diese Effekte reduziert oder beseitigt werden, wenn die Lichtleiter mit einer chemisch resistenten Schicht geschützt werden. Die gleiche Schicht kann benutzt werden, um die mechanische Stabilität des Netzes zu verbes sern. Auch bei solchen Fühleranwendungen, bei denen das Licht im Leiter mit der Außenumgebung in Wechselwirkung treten muß, beispielsweise bei Niveaufühlern für Chemikalien und Flüssigkeiten, ist es möglich, indirekt durch eine che misch resistente Zwischenschicht zu beobachten, deren opti sche Eigenschaften (Brechungsindex) selektiv und reversibel an das zu erfassende Medium angepaßt sind.

Es werden nachfolgend einige Ausführungsbeispiele von inte grierbaren Teilen und Komponenten aufgeführt. Eine große Anzahl von bestimmten Teilen und Komponenten können identifi ziert werden, die in planare Lichtleitnetze integrierbar sind. Darunter fallen Allzweck-Komponenten wie die grundsätz lichen Lichtleitstreifen, und das gesamte Sortiment von Füh lern, Schaltern und Anzeigeeinrichtungen.

Allzweck-Komponenten: Die Lichtleitstreifen sind die grund sätzlichsten Lichtleitelemente. Die Wellenleiteigenschaft dieser Streifen wird am besten mit Strahlenoptik und innerer Totalreflexion an der Grenzfläche zwischen zwei Medien darge legt, wobei das Leitmedium einen höheren Brechungsindex be sitzt [1, 48, 55, 56]. Wie Fig. 7a und 7b zeigen, können die Leitstreifen 44 geradlinig verlaufende, d. h. mit paral lelen Kanten versehene Streifen unterschiedlicher Breite W _g sein (Fig. 7a) oder sie können sich erweitern oder verjün gen (Fig. 7b). Geradlinige Leiter werden als Wellenleiter benutzt, um Licht zu verschiedenen Abschnitten des planaren Netzes zu führen. Sie spielen die gleichen Rollen wie die op tischen Fasern bei Faseroptik-Netzen. Sich verjüngende oder erweiternde Lichtleiter sind besonders nützlich an Übergangs stellen zwischen geradlinigen Leitern unterschiedlicher Breite, wie auch bei Kopplungsfällen linear/planar, bei denen der planare Abschnitt ein Teil eines Fühl-, Schalt- oder Anzeige-Elementes ist. Sich verjüngende bzw. erweitern de Lichtleiter sind mit normaler Faseroptik sehr schwierig herzustellen.

Einkoppelgeräte: Die Fig. 8a, 8b und 8c zeigen, daß Licht von einer externen Quelle in das Leitmedium entweder direkt oder indirekt eingeleitet werden kann. Direktes Koppeln wird erzielt, wenn der auffallende Lichtstrahl, wie in Fig. 8a gezeigt, durch eine Linse 46 auf einen freiliegenden Quer schnitt des Lichtleiters 44 fokussiert wird. Eine Fokussie rungslinse 46 braucht nicht unbedingt benutzt werden, da der Querschnitt (im Vergleich zu den Querschnitten von Optikfa sern) des Lichtleiters 44 relativ groß ist. Ein sich verjün gender Abschnitt (Fig. 7b) ist eine andere Art direkter Kop plung zwischen Lichtquelle und Lichtleiter. Wie bei der Fo kussierungslinse 46, ist das Einkoppeln mit sich verjüngen den Abschnitten sehr vorteilhaft bei Anwendungen, wo der Querschnitt des durch die Quelle gelieferten Strahles den des Leiters 44 stark übertrifft. Der rechtwinklige Quer schnitt der Lichtleiter 44 ist für Koppelvorgänge von Quelle zu Leiter nicht ungünstig. Tatsächlich haben sich Optikfa sern mit rechtwinkligen Kernen bei einigen Nachrichtensyste men als vorteilhaft erwiesen, um Kompatibilität mit Termina len zu erreichen [57].

Indirekte Kopplung wird erzielt, wenn das Licht schräg auf eine der ebenen Seitenflächen des Leiters 44 auftrifft, ent weder über ein Prisma 48 (Fig. 8a) oder ein aufgerauhtes Netz 50 (Fig. 8c). Diese indirekten Einkoppelverfahren werden allgemein bei integrierten Optikanwendungen [48] ein gesetzt. Indirekte Kopplung ist bei üblicher Faseroptik sehr schwierig herzustellen, da es nicht leicht ist, den Faser kern zugänglich zu machen.

Koppler von Lichtleiter zu Lichtleiter: Es gibt zwei Arten von Lichtleiterkopplern: koplanare und versetzte. Bei kopla naren Kopplern, wie sie in den Fig. 9a, 9b, 9c und 9d ge zeigt sind, sind alle Lichtleiter, von denen und in die Licht aus- bzw. eingekoppelt wird, aus dem gleichen Planar film 52 geschnitten. Im Vergleich zu Faseroptikkopplern sind bei diesen NxM-Kopplern Einsetz- und Reflexionsverluste mini mal, da sie ja als integrale Teile des gesamten Netzes ge schnitten sind. Es gibt keine Fehlausrichtung oder Fehlanpas sung beim Brechungsindex zwischen den Kopplerteilen und den konvergierenden bzw. divergierenden Lichtleitern. Unter den vielen Möglichkeiten, die zur Auswahl stehen, können 1 × 2- (Fig. 9a), 2 × 2- (Fig. 9b) oder 2 × 3-Koppler (Fig. 9c) genannt werden. Bei jeder besonderen Anwendung können unter schiedliche Koppler-Teilverhältnisse einfach durch entspre chendes Auswählen der relativen Breite jedes Lichtleiters (Fig. 9d) erhalten werden. Nach Fig. 9d wird Licht der In tensität I im eingehenden Lichtleiter 54 der Breite W _g in Licht der Intensität I ₁ = (W _g ₁/W _g)I im Lichtleiter 56 mit Breite W _g ₁ und Licht der Intensität I ₂ = (W _g ₂/W _g)I im Licht leiter 58 der Breite W _g ₂ aufgeteilt. Damit wird das Lichtin tensitäts-Aufteilverhältnis an der Kupplung zwischen irgend einem der N eingehenden Lichtleitstreifen und der M abgehen den Lichtleitstreifen bei einem integralen Lichtleitnetz werk, das in Längsrichtung zur Ausbildung von integraler Kop plung zwischen N Lichtleitstreifen an der einen und M Licht leitstreifen an der anderen Seite der Kupplung geschnitten wurde, durch die Verhältnisse der Breiten der einzelnen Lichtleitstreifen bestimmt. Das ist ein sehr großer Vorteil gegenüber Faseroptikkopplern, bei denen eine große Anzahl von NxM-Kopplern (eine 2D-Anordnung) mit unterschiedlichen Aufteilverhältnissen für die meisten Anwendungen nötig wäre.

Versetzte Koppler nach Fig. 10 werden dadurch erreicht, daß Licht von einer Reihe von Leitern 60 in eine andere Reihe von Leitern 62 durch aneinander anliegende ebene Seitenflä chen der Leiter gekoppelt werden. Das kann entweder dadurch erreicht werden, daß aufgebrachte Unregelmäßigkeiten auf den Leiter-Seitenflächen zur Vorwärtsstreuung führen, oder durch Ausbildung eines Gitters 64. Diese Verfahren stammen von der sich mit integrierter Optik befassenden Technologie [48]. Un regelmäßigkeiten und Gitter können auf die Oberfläche des Po lymerfilms gestanzt oder in diese eingeätzt werden [48].

Filter: Wie die Fig. 11a, 11b, 11c und 11d zeigen, sind Filter wesentliche Elemente, die sich bei Wellenlängen-Auf teilungen für Multiplexanwendungen als besonders nützlich er weisen. Der naheliegendste Weg des Filterns besteht darin, den Lichtleiter 64 aufzuschneiden und ein Filter 66 mit der erwünschten Filtereigenschaft einzusetzen (Fig. 11a), oder die Endfläche eines Lichtleiters mit einer Farbe 68 zu be schichten, die alle Wellenlängen außer der durchzulassenden absorbiert (Fig. 11b). Unglücklicherweise ist keines dieser beiden Verfahren sehr wirksam, da ein Teil des gefilterten Lichtes gestreut wird, ohne wieder in den Weiterlei tungs-Lichtleiter eingeleitet zu werden. Es ist jedoch mög lich, geleitetes Licht ohne Schneiden durch eine neuartige Auslegung zu filtern. Dazu wird die ebene Fläche des Leiters 64 mit einer Filterfarbe oder -tinte 70 beschichtet, die den Lichtleiter 64 berührt oder (Fig. 11c) in ihn eindringt. Es ist wichtig, hier anzumerken, daß Filtern auch dann noch stattfindet, wenn die Farbe oder Tinte 70 nicht in das Leit medium 64 eindringt (Fig. 11d). Das wird erreicht durch ab geschwächte Totalreflektion (ATR), auch interne Refle xions-Spektroskopie (IRS) genannt [58-63], wobei die gedämpf te Welle, die in die Beschichtung eindringt, durch die Farbe 70 absorbiert wird, außer bei den Wellenlängen, die im nicht-absorbierenden Spektrum der Farbe liegen. Das wird noch erhöht durch (nicht gezeigtes) Biegen des Lichtleiters, wodurch die Moden geringerer Ordnung in Moden höherer Ord nung gewandelt werden. Insbesondere ist der Auftreffwinkel an der Trennfläche Lichtleiter/Farbe bei Moden höherer Ord nung kleiner, so daß sich eine größere Eindringtiefe der ge dämpften Welle ergibt, wo sich eine stärkere Wechselwirkung zwischen dem elektromagnetischen Feld der Lichtwelle und der Farbe 70 ergibt. Wie später besprochen wird, kann diese ATR- Filtertechnik als chemischer Fühler benutzt werden. Zusätz lich kann sie für Intensitätsmodulations- und Schaltzwecke entweder durch Biegen oder durch Verändern der Wechelwir kungslänge an der Trennfläche Farbe/Leiter ausgenützt werden.

Übergänge von linear zu kreisförmig: Wie in den Fig. 12a und 12b gezeigt, ist es möglich, einen kreisförmigen Licht ring durch Biegen eines sich erweiternden planaren Lichtlei terabschnittes 72 zu erzeugen. Kreisförmige Lichtquellen sind wichtig bei Anwendungen, bei denen Signale von umlaufen den auf nicht umlaufende Teile übertragen werden müssen, wie z. B. in der Lenksäule eines Kraftfahrzeuges. Ein optischer Ring, der eine gleichartige Funktion ausführt, ist an dem Kraftfahrzeug Nissan Leopard eingebaut worden, um dort von einem Schaltteil an dem sich drehenden Lenkrad zu einem sta tionären Empfänger in der Lenksäule Schaltinformationen für ein Radio und für die Fahrzeugsteuerung zu übertragen [36]. Mit einem gleichartigen Verfahren ist auch eine Umwandlung von einer linearen zu irgendeiner nicht-linearen Geometrie möglich.

Stecker: Nachdem ein Gesamt-System ausgeschnitten wurde, können Kunststoffsteckverbinder mit den erforderlichen Formen direkt auf die Enden des Netzes durch Einspritzfor mung aufgebracht werden. Der gleiche Einspritzformvorgang kann auch benutzt werden, um einige sperrigere Komponenten zu integrieren.

Als nächstes werden die mit dieser Technik möglichen Fühler besprochen.

Chemische Fühler: Chemische Erfassung kann direkt erreicht werden (Fig. 13) oder indirekt (Fig. 14), je nachdem, ob die zu überwachende Chemikalie sich in direkter Berührung mit dem Lichtleitmedium 74 befindet oder nicht. Eine chemi sche Erfassung mit Direktberührung kann erreicht werden durch abgeschwächte Totalreflexion oder interne Reflexions spektroskopie [58-62], durch Dämpfungsfeldspektroskopie [9] oder Photorefraktometrie [14, 64]. Indirekte Erfassung kann erzielt werden durch Auswahl eines Übergangsfilmes 76, dessen optische Eigenschaften (Brechungsindex) selektiv durch die zu überwachende Chemikalie beeinflußt werden. Indi rekte Erfassung kann bei solchen Anwendungen vorteilhaft sein, bei denen der zu überwachende Stoff chemisch mit Poly meren inkompatibel ist. In diesen Fällen kann man eine che misch kompatible Übergangsschicht 76 wählen, die als ein Puffer zwischen dem Stoff und dem Lichtleiter 74 dient. Wie beim Filtern, kann auch hier der Erfassungsmechanismus da durch verbessert werden, daß Moden kleinerer Ordnung in Moden höherer Ordnung z. B. durch Biegen gewandelt werden. Der Erfassungsabschnitt kann an der ebenen Seitenfläche des Leiters liegen (Fig. 13a, 13b und 14) oder an einem frei gelegten Querschnitt des Leiters (Fig. 15a und 15b). Beide Arten von direkten und indirekten Chemie-Fühlern sind zur Zeit Faseroptik in Gebrauch [6-10, 62-64]. Unabhängig vom Er fassungsmechanismus besteht jedoch ein neuartiger Aspekt der Planar-Lichtleitertechnologie darin, daß Fühler für Chemika lien empfindlicher als Faseroptikfühler gemacht werden können, da die Wechselwirkungsfläche beträchtlich größer sein kann, ob sie nun die ebene Seitenfläche oder eine frei gelegte Querschnittsfläche an der Spitze des Lichtleiters ist.

Es sind auch andere Arten von chemischen Fühlern möglich, einschließlich Differential-Absorptionsspektroskopie [3-5], Fluorometrie mit Faser-Fernübertragung (remote fiber fluroro metry) [7] und Fluoreszenz-Löschung (fluorescence quenching) [11].

Flüssigkeitsstandfühler: Die Flüssigkeitsstandfühler können als eine Spezialart eines chemischen Fühlers angesehen werden, und es sind dementsprechend alle vorher besprochenen Konzepte anwendbar. Ein üblicher Weg, den Pegel einer Flüs sigkeit 77 mit Faseroptik-Technologie zu erfassen, ist in Fig. 16a dargestellt, wo der Kern der Faser 78 freigelegt ist, und optische Verluste durch die Wechselwirkung an der Grenzfläche Kern/Flüssigkeit induziert werden [2, 8]. Es ist jedoch außerordentlich schwierig, den Kern einer optischen Faser freizusetzen. Außerdem sind die üblichen Quarzfaserker ne außerordentlich zerbrechlich, wenn sie der Umgebung, ins besondere der Umgebungsfeuchtigkeit ausgesetzt werden. Es ist auch sehr schwierig, den Strahlungsverlust pro Längenein heit einzustellen, um die erforderliche Empfindlichkeit zu erzielen. Ein gleichartiger Flüssigkeitsstandfühler vom Über tragungstyp kann mit Planarlichtleitertechnologie erzielt werden, auf Grundlage der Schwächung des geführten Lichtes infolge von Strahlungsverlusten an der Trennfläche Flüssig keit/Lichtleiter (Fig. 16b). Anders als bei seinem Gegen stück mit Faseroptik besteht eine neue Eigenschaft des Pla narfühlers darin, daß der Strahlungsverlust pro Längenein heit (und damit die Empfindlichkeit) leicht auf die gewünsch ten Größen dadurch eingestellt werden kann, daß die Breite W _g-W _c des mit der Flüssigkeit in Berührung stehenden Licht leitstreifens verändert wird, wobei W _g die Gesamtbreite des Leitstreifens 80 und W _c die Breite der nicht entfernten Hüll schicht 82 (Fig. 16g) ist. Größere Verluste werden mit grö ßeren Trennflächen erreicht. Diese neuartige Eigenschaft ist auch nützlich zur Linearisierung irgendwelcher infolge der geometrischen Form des Flüssigkeitsbehälters 84 auftretenden Nichtlinearitäten. Eine Abänderung des eben besprochenen Pla narleiter-Flüssigkeitsstandfühlers ist in Fig. 16c darge stellt, wo Licht von einer reflektierenden Beschichtung 86 reflektiert wird statt der vorher angewendeten Ausstrahlung durch einen U-förmig gebogenen Leiter. Eine andere Abände rung ist in Fig. 16d gezeigt, wo die Abschwächung pro Län geneinheit des Lichtleiters 80 eine Funktion des Auftreffwin kels des Lichtes ist.

Fig. 16e und 16f zeigen eine andere Art der Erfassung eines Flüssigkeitsstandes, wobei der Kern 80 nicht freige legt ist bis auf die Spitzen von Sägezähnen 88, die längs einer schrägen Kante des Lichtleiters 80 liegen. Licht wird nur an den freigelegten Kernspitzen 88 in die Flüssigkeit eingeleitet, die untergetaucht ist. An den nicht eingetauch ten Zähnen 88 wird Licht entweder total durch Total-Innenref lexion (Fig. 16e) oder teilweise (Fig. 16f) reflektiert.

Ein Faserbündel wäre nötig, um gleichartige Funktionen mit Faseroptik-Technologie auszuführen.

Auf Reflexion basierende intensitäts-modulierte Fühler: Wie in den Fig. 17a, 17b, 17c und 17d dargestellt, kann eine auf Reflektivität basierende Intensitätsmodulation erzielt werden entweder durch Ändern des Abstandes zwischen den Sen de/Empfangs-Enden des Fühlers und der reflektierenden Fläche (Fig. 17a) oder durch seitliches Bewegen reflektierender Streifen im Gesichtsfeld der Sende/Empfangs-Enden des Füh lers (Fig. 17b). Der Fühlertyp nach Fig. 17a ist nützlich für eine Annäherungs-Erfassung wie auch für eine Druckerfas sung, wenn Licht von einer abgebogenen Membran reflektiert wird. Der in Fig. 17b gezeigte Fühlertyp ist nützlich für Lage- und Rotations-Erfassung. Diese Arten von Fühlern sind bei Faseroptiksystemen zur Zeit sehr oft anzutreffen [2, 26].

In Fig. 17a ist ein Lichtintensitäts-Modulator aus zwei Lichtleitern 90 und 92 zusammengesetzt, die aus nebeneinan der angeordneten Streifen von Polymerschichten gebildet sind. Die Fühlerenden der Lichtleiter 90 und 92 besitzen einen Abstand von einem reflektierenden Element 94. Die in dem Endquerschnitt eines Lichtleiters 90 oder 92 infolge Ref lexion durch das bewegliche Glied 94 des aus dem Endquer schnitt des anderen Lichtleiters 92 oder 90 ausgestrahlten Lichtes wird als Funktion des Abstandes zwischen dem bewegli chen Element 94 und den Enden der Lichtleiter 90 und 92 modu liert.

In Fig. 17b umfaßt ein optischer Bewegungsfühler einen Lichtleiter 96, der aus einem Streifen aus planarem Kunst stoff gebildet ist, mit einem Endquerschnitt, der einen Ab stand von einem Gegenstand 98 aufweist, an dem eine Vielzahl von Reflexionsstreifen oder -flächen 100 ausgebildet sind. Aus dem Endquerschnitt des Lichtleiters 96 austretendes Licht wird durch jede Fläche 100 in den selben Querschnitt des Lichtleiters 96 reflektiert, wenn der Gegenstand 98 in Querrichtung zum Lichtleiter 96 bewegt wird.

Ein Ausführungsbeispiel eines neuartigen Differential-Stel lungsfühlers, der mit üblicher Faseroptik schwierig zu erhal ten ist, ist in Fig. 17c dargestellt. Hier ist ein Refle xionsstreifen 102 an einem sich bewegenden Teil 104 ange bracht, dessen Lage zu erfassen ist. Die Breite W _r des Refle xionsstreifens 102 ist so ausgewählt, daß sie den erwarteten maximalen Weg des sich bewegenden Teils 104 etwas über steigt. Ebenfalls ist die Breite W _g jedes Sende/Empfangs- Endes 106 und 108 des Fühlers so beschaffen, daß sie gleich oder geringfügig größer als die Breite W _r ist. Diese Ausge staltung garantiert ein Überdecken der maximalen Bewegungswe ge des sich bewegenden Teils 104 ohne Empfindlichkeitsver lust. Das differentielle Ausgangssignal des Fühlers 110 ist in Fig. 17d dargestellt. Wenn der reflektierende Streifen 102 gleichen Abstand zu den beiden Fühlerenden 106 und 108 aufweist, sind die beiden reflektierten Lichtintensitäten I ₁ und I ₂ einander gleich, und das differentielle Ausgangssig nal 111 ist Null. Wenn der Streifen 102 vollständig mit einem der beiden Fühlerenden 106 oder 108 ausgerichtet ist, bildet die reflektierte Lichtintensität an diesem Ende ein Maximum und am anderen Ende ein Minimum, so daß sich ein ma ximales differentielles Ausgangssignal ergibt. Wegen dieser Differenzermittlung ist diese Fühlerart gegen Intensitätsän derungen der Lichtquelle unempfindlich. Ein kompliziertes Netz von Faseroptikbündeln und Kopplern wäre nötig, um gleichartige Funktionen mit Faseroptiktechnologie zu erhal ten.

Anhand der Fig. 17c ist zu bemerken, daß der Fühler 110 einen aus Kunststoffilm hergestellten M-förmigen Lichtleiter enthält. Die oberen Scheitel des M-förmigen Lichtleiters 110 enden in ebenen Endflächen 106 und 108. Durch das untere Scheitelende 112 in den M-förmigen Lichtleiter 110 eingeführ tes Licht wird aufgeteilt und mit gleicher Intensität aus den oberen Scheitelenden ausgestrahlt. Das Licht wird dann von dem reflektierenden Streifen 102 des sich bewegenden Teiles 104 proportional zu der differenziellen Ausrichtung des reflektierenden Streifens 102 mit den jeweiligen oberen Scheitelenden 106 bzw. 108 in diese reflektiert. Das Licht wird dann von den jeweiligen unteren Außenenden 114 bzw. 116 des M-förmigen Leiters 110 ausgestrahlt. Die Lage des sich bewegenden Teiles 104 kann als eine Funktion der Differenz (I ₁-I ₂) der aus dem Außenende 114 emittierten Lichtintensi tät I ₁ und der aus dem Außenende 116 emittierten Lichtinten sität I ₂ erfaßt werden. Um das Differenz-Ausgangssignal 111 zu normalisieren, wird der Lichtintensitäts-Differenzwert (I ₁-I ₂) durch die Summe der Lichtintensitäten (I ₁+I ₂) geteilt.

Intensitäts-modulierte Fühler auf Grundlage von Mikrobie gung: In Fig. 18 sind durch Mikrobiegungen hervorgerufene Verluste in optischen Wellenleitern dadurch erzielt, daß ge leitete Moden durch Verformen des Wellenleiters 118 mit einer gewellten Mikrobiegungsfassung 120 in Strahlungsmoden gekoppelt werden. Damit eine Kopplung auftritt, muß die räum liche Frequenz der periodischen Verformung gleich der Diffe renz zwischen den Fortpflanzungskonstanten der geführten und der gestrahlten Moden sein [65]. Diese Fühlerart ist nütz lich für Druck- und Beschleunigungserfassung, wie auch für Modulations- und Schaltzwecke, ohne den Wellenleiter aufzu schneiden und Licht durch den freien Raum fortzupflanzen. Fa seroptik-Mikrobiegungsfühler sind bei vielen Fühleranwendun gen populär geworden [2, 23, 27, 28]. Im Vergleich zu Fase roptikfühlern sind planare Mikrobiegungsfühler mit einer Vielzahl zusätzlicher Vorteile versehen, weil sie eine größe re Wechselwirkungsfläche bieten können, und weil der Berüh rungsbereich zwischen der ebenen Seitenfläche des Leiters und der gewellten Fassung über die Breite des Leiters ausge glättet wird, während bei Faseroptik-Fühlern die Berührungs fläche wegen der Krümmung des Lichtleiters sehr gering ist, so daß sich möglicherweise lokalisierte Spannungen ergeben, die die Lebensdauer des Fühlers verringern. Ein anderer Vor teil der Planar-Mikrobiegungsfühler besteht darin, daß der fühlende Abschnitt des Lichtleiters so zugeschnitten werden kann, daß er in Fassungen unterschiedlicher Formen (Fig. 18b und 18c) paßt.

Weiter ist es nach Fig. 19a, 19b und 19c möglich, eine pe riodische Wellenstruktur direkt auf die Fläche des planaren Lichtleiters 122 aufzuätzen. Hier wirken die Wellungen 124 als periodische Verformungsstruktur an einem dünneren Leiter 126, wenn dieser durch eine ebene Fassung 128 (Fig. 9d) ge preßt wird. Der Vorteil einer solchen neuartigen Gestaltung besteht darin, daß keine Ausrichtung zwischen dem Leiter 122 und der Mikrobiegungs-Fassung 128 nötig ist. Fig. 19c zeigt ein Analogon eines üblichen Mikrobiegungs-Fühlers, bei dem die gewellte Struktur 130 einen Teil einer Mikrobiegungs-Fas sung 132 bildet, zum Verformen eines verdünnten Abschnittes 134 des planaren Lichtleiters 136. Allzweck-Polymerfilme, die auf diese Weise für Mikrobiegung empfindlich gemacht sind, können vorgefertigt werden unter Benutzung einer mit geringen Kosten arbeitenden Drehform-Schneidtechnik. Diese Allzweckfilme können auf die erforderliche Größe für jede be sondere Anwendung zugeschnitten werden, wobei die Anwendun gen die Erfassung einer Flüssigkeitsmasse (am Boden eines Tanks), das Erfassen von Eindring- und von Berührungs-Vorgän gen enthalten.

Intensitäts-Modulierter Fühler auf Grundlage von Filtern: Das Filterkonzept auf Grundlage von abgeschwächter Totalref lexion wurde bereits vorher mit Bezug auf Fig. 11d be schrieben. Es kann auch benutzt werden, eine Intensitäts-Mo dulation zu erzeugen. Hier ist die lichtabsorbierende Farbe ein Teil einer Außenfassung, die gegen den Lichtleitkern ge drückt werden kann. Die Berührungsfläche des Filtermediums mit dem Kernbereich wird proportional zur Quer-Berührungs kraft geändert. Eine große Vielzahl von Charakteristiken Kraft/Intensität kann durch Veränderung des Kontaktprofils erreicht werden. Diese Modulation hat Schaltverhalten, wenn sich die Berührungsfläche abrupt ändert. Diese neuartige Ei genschaft ist für Schaltzwecke sehr nützlich, wie im Zusam menhang mit Fig. 20d im folgenden Abschnitt erläutert wird. Ein anderes Modulationsschema geschieht durch Biegen des Lichtleiters, wenn eine lichtabsorbierende Farbe (wie ein schwarzer Schichtauftrag) direkt auf die Oberfläche des Lei ters aufgebracht ist. In Abhängigkeit vom Biegeradius wird die Wandlung von Moden niedriger zur höherer Ordnung wirksa mer, so daß sich eine größere Schwächung ergibt.

Es folgt eine Besprechung der mit dieser Technik möglichen Schalter und Schlösser:

Schalter: Anhand der Fig. 20a, 20b, 20c, 20d, 20e ist zu sehen, daß die einfachsten Ein/Aus-Schaltbetätigungen durch wahlweise Ausrichtung und Fehlausrichtung zweier Planarleite renden 138 und 140 erzielt werden kann, die als Sende/Emp fangs-Paarung (Fig. 20a) wirken, durch selektives Einsetzen und Entfernen eines Abdeckelementes 142 in den optischen Weg zwischen zwei Planarleiterenden 144 und 146 (Fig. 20b) und durch selektives Einsetzen und Entfernen eines reflektieren den Elementes 148 an einem Leiterende 150 (Fig. 20c). Jedes dieser Verfahren macht einen Abschnitt des optischen Weges im freien Raum notwendig. Filterelemente können in den opti schen Weg im freien Raum eingesetzt und für Wellenlängetei lungs-Multiplexzwecke ausgenutzt werden. Andere Schaltverfah ren sind in einem Gesamt-Wellenleitersystem ohne Licht-Fort pflanzung im freien Raum möglich. Dazu gehört ein Schalten durch mikrobiegungs-induzierte Verluste, wie bereits bespro chen, Schalten durch Verluste, die durch abgeschwächte Total reflexion (ATR) induziert sind, wenn ein lichtabsorbieren des Medium 152 die Fläche des Planarleiters 154 berührt (Fig. 20d) und Schalten durch Verluste an einer Kegelstumpf fläche mit innerer Totalreflexion (FTIR), wenn ein berühren des Prisma 156 Licht aus dem Planarleiter 158 auskoppelt (Fig. 20e). FTIR-Spektroskopie bezeichnet die Fälle, bei denen das gedämpfte Feld anders als durch Absorption ge schwächt wird [62], beispielsweise bei Kopplung über einen Spalt zwischen benachbarten optischen Elementen [25], wenn der Spalt vergleichbar der oder kleiner als die Eindringtie fe der gedämpften Welle ist.

Schlösser: Nach Fig. 21a und 21b kann man optische Schlös ser leicht erhalten durch Ausschneiden eines Schlitzes 160 über die Breite eines planaren Lichtleiters 162 und Einset zen eines Schlüssels 164 in diesen. Wenn der Schlüssel 164 in den Schlitz 160 eingesetzt wird, wird aus der Kombination aus Schlüssel und Schlitz austretendes Licht durch transpa rent kodierte Perforationen 166 im Schlüssel 164 moduliert.

Der folgende Abschnitt beschäftigt sich mit Anzeigemöglich keiten durch planare Lichtleiter.

Anzeigen, Warnlichter: Die Fig. 22a, 22b und 22c zeigen einen planaren Lichtleiter 168, der durch einen sich erwei ternden Streifen 170 in eine flache Tafelanzeige 172 über geht. In der Anzeige 172 wird Licht durch Total-Innenrefle xion in ähnlicher Weise wie bei den Lichtleitern 168 und 170 gefangen. Jedoch wird Licht aus der Anzeigefläche 172 an den Stellen 174 ausgestreut, wo die Oberfläche geätzt oder ver tieft ist wie in Fig. 22b dargestellt. Unterschiedliche Muster können in die Oberfläche eingetieft oder eingeätzt werden (z. B. "Öl"). Das Ausstreuen kann durch Ätzen der Rückfläche der Anzeige und Beschichten derselben mit einer Reflexionsschicht 176 verbessert werden, wie in Fig. 22c ge zeigt. Diese Art der Licht-Zulieferung zu Anzeigen besitzt ihre Vorteile. Die Lichtquelle kann irgendwo angeordnet sein, d. h. an irgendeinem Platz, der bei Durchbrennen oder sonstigem Versagen leicht zugänglich ist. Diese Art der Anordnung kann auch Platzprobleme in der Instrumententa fel eines Kraftfahrzeuges reduzieren helfen.

Es werden nachfolgend einige ausgeführte Lichtleitsysteme vorgestellt.

Eine große Anzahl planarer Lichtleitnetze kann mit unter schiedlichen Kombinationen der obigen Aufzählung von inte grierbaren Teilen und Komponenten gebildet werden. Netze mit Wellenlängenteilungs-Multiplexieren wie auch mit Zeittei lungs-Multiplexieren können für Datenverbindung, für Fühler, Schalter und Anzeigezwecke entworfen werden, wie nachfolgend im einzelnen dargestellt.

Zeitteilungs-Multiplexsystem für Datenverbindung: Das in Fig. 2 dargestellte Multiplexnetz kann als ein Übertragungs medium benutzt werden, mit dem periphere Elektronikgeräte unter Benutzung von zeitkodierten Signalen miteinander in Verbindung treten können.

Wellenlängengeteiltes Multiplex-Schaltsystem: Ein typisches wellenlängengeteiltes Multiplex-System ist in Fig. 23 darge stellt, wo Licht von einer Breitband-Quelle 178 zu unter schiedlichen Schaltern 180, 182 und 184 durch 1 × 2-Koppler 186 und 188 verzweigt wird. Filter 190, 192 und 194 mit ein ander nicht überdeckenden Bändern werden benutzt, um die Schalter 180, 182 bzw. 184 unterscheidbar zu machen. Filter mit abgeschwächter Totalreflexion nach Fig. 11d sind für diesen Zweck brauchbar. Die Schalter 180, 182 und 184 können ebenfalls mit abgeschwächter Totalreflexion (Fig. 20d) wirken. Es ist jedoch auch möglich, die Filter- und Schalt vorgänge zu kombinieren, falls der in Fig. 20b dargestellte Abdeckschalter benutzt wird. Die Schalter 180, 182 und 184 werden über 2 × 1-Koppler 198 und 200 mit einem Detektor 196 verbunden.

Fühler/Anzeige-System: Fig. 24 zeigt ein sehr einfaches System, das Fühler- und Anzeige-Funktionen integriert. Es ist ein Treibstoffmangel-Warnsystem. Licht von einer LED (lichtemittierenden Diode) 202 läuft durch einen planaren Wellenleiter 204 und erleuchtet die "Tank-Leer"-Anzeige, die in die flache Tafelanzeige 206 eingeätzt ist, welche über einen Erweiterungsabschnitt 208 mit dem Lichtleiter 204 ver bunden ist. Die Beleuchtungsintensität hängt von dem Treib stoffniveau im Tank 210 ab. Maximale Intensität tritt auf, wenn der Treibstofftank 210 vollständig geleert ist, und das wird durch den planaren Lichtleiter-Treibstoffühler erfaßt, der durch den Schleifenabschnitt des Lichtfühlers 204 gebil det (Fig. 16d). Auch kompliziertere Fühler/Anzeige-Systeme sind möglich.

Der Ausdruck "wenig", wie er in der gesamten Beschreibung und den Ansprüchen benutzt wird, um Meßbereiche zu bestim men, bedeutet, daß nicht mehr als 10 Meßeinheiten gemeint sind.

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Claims

1. Integrales Lichtleiternetz, dadurch gekennzeichnet, daß das Netz eine Polymer-Schicht (24) bis zu einigen Metern Länge und wenigen Zentimetern Breite und bis zu wenigen 100 µm Dicke umfaßt, die zur Bildung eines inte gralen Sammelleitungsstreifens (26) und eines oder mehre ren integralen Zweig-Leiterstreifen (28, 30, 32) ge schnitten wurde, wodurch die Notwendigkeit einzelner Koppler zwischen dem Sammelleitungsstreifen (26) und den Verzweigungstreifen (28, 30, 32) beseitigt und die Ver wendung von kostengünstigen Herstellungsverfahren und Er leichterung bei Ausricht- und Anschlußflächen-Problemen ermöglicht wird, die sonst für Faseroptiknetze typisch sind.

2. Netz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der polymere Film (24) einen in dem Bereich von etwa 1,4 bis 1,6 fallenden Brechungsindex besitzt.

3. Netz nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der polymere Film (24) eine Lichtausstrahlverlust-Cha rakteristik besitzt von mehr als 140 dB/km.

4. Netz nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der polymere Film aus Polycarbonat, Polymethylmethac rylat (PMMA) oder Polystyrol gebildet ist.

5. Netz nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der polymere Film (24) eine Dicke von bis zu 500 µm aufweist.

6. Netz nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzweigungsstreifen (28, 30, 32) typischerweise eine Breite von circa 3 mm besitzen.

7. Netz nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der polymere Film (24) mit einer Hüllschicht (34, 36) bedeckt ist mit einem Brechungsindex, der kleiner als der Brechungsindex des polymeren Films (24) ist.

8. Netz nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß nach Ausbildung des Netzes der polymere Film (28) zur Entfernung von Spannungen und spannungsinduzierten Verformungen, die während der Ausbildung des Netzes er zeugt wurden, angelassen ist.

9. Netzwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Netz durch einen Formvorgang und nicht durch Schneiden gebildet ist.

10. Netz nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Zweigstreifen (28, 30, 32) unter schiedliche Breite besitzen.

11. Netz nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Zweigstreifen (44) in seiner Längs richtung zunehmende bzw. abnehmende Breite aufweist.

12. Netz nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der polymere Film ein dünnes planares Kunststoffmate rial (52) ist, das zur Bildung einer Vielzahl von Licht leitstreifen (56, 58) geschnitten wurde.

13. Netzwerk nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß Licht in das Netz dadurch eingekoppelt wird, daß ein Lichtstrahl auf eine freigelegte Querschnittsfläche des Kunststoffmaterials (52) gerichtet wird.

14. Netz nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Licht auf den freigelegten Querschnitt des Kunst stoffmaterials mit einer Linse (46) fokussiert wird.

15. Netz nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß Licht durch schräges Aufstrahlen auf eine freiliegen de ebene Oberfläche des Kunststoffmaterials in das Netz eingekoppelt wird.

16. Netz nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Licht über ein Prisma (48) schräg auf die freige legte ebene Seitenfläche des Kunststoffmaterials gerich tet wird.

17. Integrales Lichtleiternetz nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Licht durch ein in der Oberfläche ausgebildetes Gitter (50) schräg auf eine freigelegte ebene Fläche des Kunststoffmaterials gerichtet wird.

18. Netzwerk nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß Licht in das Netz von einem anderen ähnlichen Netz über ein Gitter (64) eingekoppelt wird, das ein einander gegenüberliegenden ebenen Flächen eines Lichtleitstrei fens (60) von einem Netz in einen daran angelegten Licht leiterstreifen (62) des anderen Netzes gebildet ist.

19. Netzwerk nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Lichtleitstreifen (64) ein optisches Filter (66; 68, 70) enthält.

20. Netz nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß das Filter (70) durch eine auf einen Oberflächenbe reich des Lichtleitstreifens (64) aufgetragene lichtab sorbierende Farbe geschaffen ist.

21. Netz nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Vielzahl von Lichtleitstreifen jeweils ein opti sches Filter (190; 192; 194) mit unterschiedlichen Wel lenlängen-Durchlaßband enthalten.

22. Netzwerk nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Vielzahl von Lichtleitstreifen jeweils ein opti sches Filter (190; 192; 194) und einen optischen Schal ter (180; 182; 184) enthält, wobei die Filter (190; 192; 194) einander nicht überdeckende Wellenlängen-Durchlaß bänder besitzen, um dadurch ein für Wellenlängentei lungs-Multiplexbetrieb geeignetes Netz zu schaffen.

23. Netz nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die polymere Schicht in Längsrichtung zur Bildung einer integralen Kopplung (52) geschnitten ist zwischen N Lichtleitstreifen (94) an einer Seite der Kopplung und M Lichtleitstreifen (56, 58) an der anderen Seite der Kopplung (52), wobei das Lichtintensitäts-Teilverhältnis an der Kopplung (52) zwischen einem der N Lichtleitstrei fen (54) und irgendeinem der M Lichtleitstreifen (56, 58) durch das Verhältnis der Breiten (W _g, W _g ₁, W _g ₂) der einzelnen Lichtleitstreifen bestimmt ist.

24. Optisches Filter mit einer polymeren Schicht nach An spruch 1, auf einem ebenen Seitenflächenbereich mit einer lichtabsorbierenden Farbe (70) beschichtet, um so optische Filterung durch geschwächte Totalreflexion zu erzeugen, wobei die gedämpfte Lichtwelle in der Beschich tung durch die Farbe absorbiert wird bis auf die Wellen längen im nichtabsorbierenden Spektralbereich der Farbe.

25. Optischer chemischer Fühler mit einer polymeren Schicht (74) nach Anspruch 1 mit einem zur direkten Berührung mit der zu erfassenden Chemikalie freigesetzten Flächen bereich, so daß die Chemikalie erfaßt werden kann durch Abschwächungs-Totalreflexions-Spektroskopie, interne Ab lenkungsspektroskopie, Felddämpfungsspektroskopie oder Photorefraktometrie, um dadurch einen Fühler zu schaf fen, der größere Empfindlichkeit als vergleichbare Faser optikfühler bietet infolge der größeren der Chemikalie ausgesetzten Fläche.

26. Optischer chemischer Fühler mit einer polymeren Schicht (74) nach Anspruch 1, mit einem durch eine Schicht (76) von der zu erfassenden Chemikalie ausgesetztem Zwischen material bedeckten Oberflächenbereich, wobei der Bre chungsindex der Zwischenmaterialschicht (76) selektiv durch die Chemikalie beeinflußt wird, um dadurch einen größere Empfindlichkeit als vergleichbare Faseroptiksen soren infolge des größeren der Chemikalie ausgesetzten Flächenbereichs bietenden Fühler zu schaffen.

27. Optischer Flüssigkeitsstandfühler mit einem dünnen Strei fen eines planaren Kunststoff-Lichtleiters (80), aus einer polymeren Schicht nach Anspruch 1 gebildet, der sich in die Flüssigkeit hinunter erstreckt, deren Stand zu erfassen ist, so daß der Flüssigkeitsstand durch die Schwächung des geleiteten Lichtes infolge Strahlungsver lustes an der Grenzfläche Flüssigkeit/Lichtleiter (80) erfaßt ist.

28. Optischer Flüssigkeitsstandfühler nach Anspruch 27, bei dem der Lichtleiter (80) U-förmig ist und die oberen Enden des U-förmigen Leiters (80) aus der Flüssigkeit herausstehen.

29. Optischer Flüssigkeitsstandfühler nach Anspruch 27, bei dem der Lichtleiter (80) geradlinig ist und einen Reflek tor (86) am unteren, in die Flüssigkeit eingetauchten Ende des Leiters (80) enthält.

30. Optischer Flüssigkeitsstandfühler nach Anspruch 27, bei dem der Strahlungsverlust pro Längeneinheit durch Ändern der Breite (W _g) des Streifens aus planarem Kunststoff lichtleiter (80) in Berührung mit der Flüssigkeit ein stellbar ist, wodurch die Ansprechempfindlichkeit und Li nearität des Fühlers leicht steuerbar ist.

31. Optischer Flüssigkeitsstandfühler nach Anspruch 27, bei dem der Lichtleiter (80) Sägezähne (88) längs einer sich verjüngenden Kante besitzt, wovon Licht intern in den Leiter (80) reflektiert wird, wenn die Zähne (88) sich außerhalb der Flüssigkeit befinden, und wovon das Licht aus dem Leiter (80) ausgestrahlt wird, wenn die Zähne (88) in die Flüssigkeit eingetaucht sind.

32. Lichtintensitäts-Modulator mit zwei Lichtleitern (90, 92), welche aus Polymerschichtstreifen nach Anspruch 1 gebildet sind, welche einander benachbart angeordnet sind und deren fernliegende Enden Abstand von einem re flektierenden Element (94) besitzen, zur Modulierung der Intensität des im Endquerschnitt eines Lichtleiters (92) empfangenen Lichtes infolge von Reflexion von aus dem Endquerschnitt des anderen Lichtleiters (90) ausgesende ten Lichtes an dem reflektierenden Element (94), in Ab hängigkeit vom Abstand zwischen dem reflektierenden Ele ment (94) und den Enden der Lichtleiter (90, 92).

33. Optischer Bewegungsfühler mit einem Lichtleiter (96), der einen Streifen aus planarem Kunststoff enthält, aus einer polymeren Schicht nach Anspruch 1 geformt, mit einem mit Abstand von einem mit einer Vielzahl von ref lektierenden Flächen (100) versehenen Gegenstand (98) be findlichen fernliegenden Ende, so daß aus dem Endquer schnitt des Lichtleiters (96) ausgesendetes Licht in dem Endquerschnitt des Lichtleiters (96) durch Reflexion an jeder reflektierenden Fläche (100) des Gegenstandes (98) empfangen wird, wenn sich die Fläche (100) an dem Ende des Lichtleiters (96) vorbeibewegt.

34. Differenz-Optikfühler, aus einer polymeren Schicht nach Anspruch 1 gebildet, zum Erfassen der Lage eines relativ verschiebbaren Elementes (104), das eine reflektierende Fläche (102) an dem relativ verschiebbaren Element (104) enthält mit einer Breite (W _r) die leicht größer als die durch das Element (104) erfahrene maximale Relativver schiebung ist, wobei der Fühler ein M-förmiger Lichtlei ter (110) ist, in welchem obere Scheitel der M-Form in Ebenen (106, 108) enden mit jeweils einer Breite (W _g), die leicht größer als die Breite (W _r) der reflektiven Fläche (102) ist, und so bezüglich des relativ verschieb baren Elementes (104) angeordnet, daß die reflektierende Fläche (102) von einer vollständig gegenüber einer Schei telebene (106) ausgerichteten Lage zu einer vollständig gegenüber der anderen Scheitelebene (108) ausgerichteten Lage relativ verschiebbar ist, so daß in den M-förmigen Lichtleitern (110) durch einen unteren mittleren Schei tel (112) eingeleitetes Licht geteilt und aus jeder oberen Scheitelebene (106) mit gleicher Intensität ausge sendet wird und dann durch die reflektierende Fläche (102) des relativ verschiebbaren Elementes (104) in die jeweilige obere Scheitelfläche (106, 108) proportional zur differentiellen Ausrichtung der reflektierenden Fläche (102) mit jeder oberen Scheitelfläche (106, 108) zurückreflektiert wird und dann von dem jeweiligen unte ren Außenende (114, 116) des M-förmigen Lichtleiters (110) so ausgestrahlt wird, daß die Lage des relativ ver schiebbaren Elementes (104) als eine Funktion der Inten sitäts-Differenz des von den unteren äußeren Enden (112, 114) des M-förmigen Lichtleiters (110) emittierten Lich tes erfaßt ist.

35. Lichtleiter aus einem Streifen einer polymeren Schicht nach Anspruch 1 gebildet, mit periodischen Querwellun gen, die auf einander gegenüberliegenden ebenen Flächen des Leiters (116) mit komplementärer Phasenbeziehung aus gebildet sind zur Schaffung von Mikroverbiegungs-Wir kung, wenn der Leiter (118) durch eine über die Wellun gen auf jede ebene Fläche des Lichtleiters durch eine ebene Mikrobiegungsfassung (120) aufgebrachte Klemmkraft gedrückt wird, wodurch Ausrichtung des Lichtleiters (118) mit der Fassung (120) im Vergleich zu Faseroptik leitern durch die polymere Leitschicht erleichtert wird.

36. Lichtleiter nach Anspruch 35, bei dem die Querwellungen durch Drehformschneiden des Lichtleiters (118) gebildet sind.

37. Lichtintensitäts-Modulator mit einem aus einem Streifen von polymerer Schicht nach Anpruch 1 ausgebildeten Lichtleiter (136) und einer gewellten Mikrobiegungsfas sung (132), durch welche sich der Lichtleiter (136) so erstreckt, daß die Wellungen (130) der Fassung (132) in Querberührung mit den ebenen Flächen der polymeren Schicht sind, und dadurch größere Kontaktfläche und leichtere Passung und Ausrichtung bieten, als es bei Fa seroptik-Lichtleitern möglich wäre.

38. Lichtintensitäts-Modulator mit einem aus einer polymeren Schicht nach Anspruch 1 gebildeten Lichtleiter (154) und einem lichtabsorbierenden Filtermedium (152) in Berüh rung mit einer ebenen Seitenfläche des Lichtleiters (154), um optische Filterwirkung durch abgeschwächte To talreflexion zu erzeugen zum Modulieren der Intensität von durch den Lichtleiter (154) durchgelassenem Licht als Funktion der Berührungsfläche des Filtermediums (152) mit dem Lichtleiter (154).

39. Lichtleiter aus einem Streifen einer polymeren Schicht nach Anspruch 1, der einen optischen Schalter zum wahl weisen Hindern und Gestatten des Durchtretens von Licht durch den Leiter enthält.

40. Lichtleiter nach Anspruch 39, bei dem das Schalten durch selektive Ausrichtung und Fehlausrichtung zweier Lei terenden (138, 140) bewirkt ist, die als Sende/Empfangs paar wirken.

41. Lichtleiter nach Anspruch 39, bei dem das Schalten durch wahlweises Einsetzen und Entfernen eines Hinderungs-Ele mentes (142) in den bzw. aus dem optischen Weg zwischen den zwei Leiterenden (144, 146) bewirkt ist.

42. Lichtleiter nach Anspruch 39, bei dem das Schalten durch selektives Einsetzen und Entfernen eines reflektiven Ele mentes (148) in den bzw. aus dem optischen Weg eines Lei terendes (150) bewirkt ist.

43. Lichtleiter nach Anspruch 39, bei dem das Schalten durch wahlweises Anwenden und Entfernen von mikrobiegungs-indu zierten Verlusten bewirkt ist.

50. Lichtleiter nach Anspruch 39, bei dem das Schalten durch wahlweises Anwenden und Entfernen von durch abgeschwäch te Totalreflexion induzierten Verlusten bewirkt ist, wenn ein lichtabsorbierendes Medium (152) eine Seitenflä che des Leiters (154) berührt.

45. Lichtleiter nach Anspruch 39, bei dem das Schalten durch selektives Anwenden und Entfernen von durch Totalrefle xion an schrägen Innenflächen induzierten Verlusten (frustated total internal reflection-induced losses) be wirkt wird, wenn ein Prisma (156) mit einer Seitenfläche des Leiters (158) zusammenwirkt.

46. Optisches Schloß mit einem Lichtleitstreifen aus Kunst stoffschicht nach Anspruch 1, der einen durch den Strei fen (162) hindurchgeschnittenen Querschlitz (160) be sitzt zum Einsetzen eines Schlüssels (164) mit einer oder mehreren transparenten Perforationen (166) darin zur Änderung einer Charakteristik von durch den Schlüs sel (164) durchgelassenem Licht.

47. Integrales optisches System mit einer polmyeren Schicht nach Anspruch 1, mit einem relativ engen Lichtleitab schnitt (168) und einem relativ breiten Anzeigeabschnitt (172), der an einem Ende des Lichtleiterabschnittes (168) durch einen sich erweiternden Abschnitt (170) ange schlossen ist, wobei der Anzeigeabschnitt (172) an eine Oberfläche desselben aufgeätzte oder eingetiefte Anzei gen (174) besitzt zum Ausstreuen von Licht zur Schaffung eines sichtlichen Abbildes der Anzeigen (174), wenn Licht dem Anzeigeabschnitt (172) durch den sich erwei ternden Abschnitt (170) von dem Lichtleiterabschnitt (168) zugeführt wird.

48. Integrales optisches System nach Anspruch 47, bei dem das andere Ende des Lichtleiterabschnittes mit einem op tischen Fühler (204) verbunden ist, um so ein integrales Fühler/Anzeige-System zu schaffen.

49. Integrale optische Kopplung mit einer polymeren Schicht nach Anspruch 1, die einen linearen Abschnitt und einen nichtlinearen Abschnitt besitzt, der durch Falten aus einem Übergangsabschnitt (72) von wesentlich größerer Breite als der des linearen Abschnittes gebildet ist.

50. Integrale optische Kopplung nach Anspruch 49, bei der der nichtlineare Abschnitt kreisförmig und durch kreis förmiges Verbiegen eines sich erweiternden Übergangs abschnittes (72) gebildet ist.