Offenlegungsschrift DE A1

DE 10160 233 A1 G 02 F

1/01

DEUTSCHES PATENT- UNO MARKENAMT

® Aktenzeichen:

© Anmeldetag:

® Offenlegungstag:

101

60 233.2

7.12.

2001

26.

6.2003

CO CO CM

s

LU

(g)

Anmelder ® ^Zusatz

^{zu: 101}

^{06 297.4}

Schleifring

und Apparatebau GmbH, 82256

®

^Erfinder:

Furstenfeldbruck,

DE

©

^{Vertreter: Schilling, Harry,}

⁹¹¹⁶⁶ Georgensgmund, DE;

Lohr,

Georg, 82223 Eichenau, DE

Dr.

Munich &

^Kollegen,

⁸⁰⁶⁸⁹ Munchen

Entgegenhaltungen:

DE 43 29 914 A1 DE 43 14 031 A1 DE 41 24 863 A1 DE 39 38 321 A1 US 47 33 929

US 43 71897 US 40 81 672 EP 0819 971 A2

WO ^{9 904 04 309 A1}

Die

f

olgenden Angaben

sind

den vom Anmelder eingereichten Unterlagen entnommen

Pruf

ungsantrag gem.

§

44 PatG

istgestellt

(g)

Vorrichtung

zur

Ubertragung

optischer

Signale

unterseitlicher

Ankopplung an

Lichtwellenleiter

®

Beschrieben wird ein Verfahren bzw. eine Vorrichtung zur Obertragung optischer Signale.Ein Lichtwellenleiter mit

einem

lichtleitenden Kern, der mit Beschichtungen versehen ist, diezu einerReflexion

des im

lichtleitenden Kern gefuhrten Lichtes fuhren, umfasst mindestens ein Mittel zurseitlichen

Ankopplung von Sender

bzw.

Emp-

fangerdurch Streuung.

BU N DE SDRU CKERE

I 05.03 103260/370/1 2

1

DE 101 60 233 A ¹

2

Beschreibung

TechnischesGebiet

[0001]

Die

Erfindung beirifift eine Vorrichtung bezie- hungsweiseeinVerfahren zur optischen Signalubertragung.

Hierzuerfolgtdieein-bzw.

Auskopplung

vonLicht an un- terschiedlichen StelleneinesLichtwellenleiters.

StandderTechnik

[0002] Zur optischen Signaliibertragung, insbesondere zwischengegeneinanderbeweglichenTeilen,sindverschie- deneObertragungstechniken bekannt.

Um

diehohen Anfor- derungen anBandbreite,bis inden

GBaud-

Bereich,wiesie bei

modemen

Kommunikationssystemengefordert sind,ist

daszweckmaBigste

Medium zum

Transportdes Lichtesein Lichtwellenleiter. Oblicherweiseerfolgtdie ein-bzw.Aus- kopplung von Licht beiderartigen Lichtwellenleitern aus- schlieBlichanden Enden.

Um

nuneineObertragung

von

un- terschiedlichen Positionen oder sogar zwischen gegenein- anderbewegtenEinheitenzuermoglichen,istesnotwendig an unterschiedlichen Positionen derLichtwellenleiterLicht ein-bzw. auszukoppeln.

So

kannbeispielsweise Licht langs desLichtwellenleiters an beiiebigen Stellen eingekoppelt

und

an mindestens

einem Ende

desLichtwellenleiterswie- der ausgekoppelt werden.

Ebenso

kanndas Licht an

einem

oder anbeidenendeneingekoppelt

und

aneinerodermehre- ren Positionen langs des lichtwellenleiters ausgekoppelt werden.BesondersvorteilhaftwaredieMoglichkeitderein- bzw.

Auskopplung

an beiiebigen Positionen.

Modeme Da-

tentibertragUTigssysteme basieren meistens auf einer bidi- rektionalenDatenkommunikation.

Daher

solltedas zugrun- delegen die Obertragungssystem auch fur bidirektionalen Obertragunggeeignetsein. Weiterhinwarees wiinschens- wert,

wenn

die

Bewegung

der Einheiten zueinander mitre- lativhoher Geschwindigkeit, beispielsweise

im

Bereich

von

einigenm/s erfolgen konnte.

Damit

waren derartigeOber- tragungssysteme beispielsweisein

modemen

Computerto-

mographen

einsetzbar.

Da

bei diesenhohen mechanischen Geschwindigkeiten eine kontaktierende Obertragung, bei der die optischen

Komponenten von

Rotor

und

Stator

me-

chanischen Kontakt miteinander stehen,

kaum mehr

reali- sierbarist,solltedieObertragungauchberiihrungsloserfol- gen.WeiterhinsollteeinesolcheObertragung auch weitge- hcnd uncmpfindlich gcgcniibcr mechanischen Tolcranzcn sein.

Dadurch

lassen sichbeihoherZuverlassigkeitdieSy- sternkosten niedrig halten.

[0003]

Zu

einersolchenein-bzw.

Auskopplung von

Licht bei Lichtwellenleitern sind verschiedene Vorrichtungen bzw.Verfahren bekannt.

[0004] In der

DE 28 46 526 C2

isteinRontgengeratver- offendichl, das einen ringformigen Lichtwellenleiter auf- weistEntlang derAuBenkonturdesLichtwellenleiterswird eineLichtquellebewegt. Zur

Umlenkung

der senkrecht in den Lichtwellenleitereingekoppelten Strahlung in Langs- richtung desLichtwellenleiters sindauf der Innenseite des Lichtwellenleiters Stufen vorgesehen.Diesesinduberden gesamten

Umfang

desLichtwellenleiters verteiltDie Wir-

kung

derStufenistreziprok,so dass dieseauchwiederLicht aus

dem

Lichtwellenleiterauskoppeln.

Dadurch

ergibtsich furdas Licht,das sichentlang desLichtwellenleiters

zum Empfanger

ausbreiteteine

hohe

Durchgangsdampfung.

Um

indiesemFalleUberhaupt einesinnvolleObertragungzuer- reichen

muss

eine sehrleistungsfahigeLichtquellemitent- sprechendhohenKosteneingesetztwerden.

[0005] Einweiteres Verfahrenistinder

EP 0766890

ver- offentlicht

und

basiertauf der

Anwendung von

fluoreszie-

rendenFarbstoffen, welchein denLichtwellenleitereinge- brachtsind.Bei Bestrahiung

von

auBen werdendiese Farb- stoffe

nun

selbstzueinerLichtemissiondurchRuoreszenz angeregt.

Das

soemittierteLichtkannnunlangs desLicht- 5 wellenleitersgefuhrtwerden

und

an einem

Ende

desLicht-

wellenleitersausgewertetwerden.

[0006] DieseVerfahren hatden Nachteil,dass einerseits dieObertragung nurin einerRichtung moglichist,d. h. es kannLichtausschlieBlich

von

auBenindenLichtwellenlei- 10 tereingekoppeltwerden

und

andererseitseine haufig nicht akzeptable Begrenzung der Bandbreite durch die langen Zeitkonstanten des Fluoreszenzfarbstoffeserfolgt.

[0007] Eine wesentlich wirkungsvolleres

und

breitbandi- geres Verfaliren ist in der intemationale VerofFentlichung 15

WO

99/04309beschrieben.Hierinistauf der Oberflache des Lichtwellenleiterseine photorefraktive Schichtaufgebracht.

Mit Hilfe einer koharenten Lichtquelle wird durch Stahl- uberiagerung

am

Ort der Lichtein

Kopplung

einoptisches Gitter in diese photorefraktive Schichtdynamisch einge- 20 pragtDieses^Gitteristsoausgestaltet,dass esBeugungsei- genschaftenfurdas zur SignaliibertragungverwendeteLicht besitzt. Hiermitistnun eineauBerst breitbandigeEinkopp- lungindenLichtwellenleitermoglich, dar keinedieBand- breitebegrenzenden

Komponenten im

optischen Pfad vor- 25 handensind.

Der

wesentlicheNachteildiesesVerfahrensist,

dassdie derzeitbekanntenphotorefraktiven Schichten sehr groBeZeitkonstantenbesitzen,sodass eineschnelle

Bewe- gung

der Einkoppelstelle entlang des Lichtwellenleiters nichtmdglich ^ist.Ein anderer, haufignoch bedeutsamerer 30 Nachteil istder hohe

Aufwand und

die hohen Kostenzur Fertigungbzw. Auspragungder photorefraktiven Schichten aufdie TJchtwellenleiter.

Zudem

besitzenderartigephotore- fraktiveSchichten eine begrenzte Lebensdauer, so dasssie

kaum

ⁱⁿ anspruchsvollen, professionellen

Anwendungen,

35 bei denen die Geratelebensdauererwartungen tiber zehn Jahreliegen, einsetzbar sind.

DarstellungderErfindung

40 [0008]

Es

stelltsichdaherdieAufgabe,eineVorrichtung beziehungsweiseeinVerfahrenzur breitbandigen Ein- bzw.

Auskopplung vonLichtin Lichtwellenleiteranzugeben,

wo-

beidiePositionder Ein-bzw.

Auskopplung

mithoher

Ge-

schwindigkeit veranderbar ist

und

gleichzeitig mitrelativ 45 geringenSystemkosteneine

hohe

Zuverlassigkeitbzw.

hohe

Lebensdauercrrcichtwerdenkann.

[0009] Die

Aufgabe

wird erflndungsgemaBmitdeninden unabhangigen Anspriichen angegebenen Mitteln gelost.

Vorteilhafte Weiterbildung in der Erfindung sind

Gegen-

50 standderabhangigenweiterenAnspruche.

[0010] ErflndungsgemaB wirdeine Vorrichtung zurOber- tragung optischer Signale, welchemindestens einenLicht- leiter, mindestens eine Quelle zur

Aussendung

vonLicht, mindestens ein

Empfanger zum Empfang von

Licht

und

55 mindestens ein Mittel zur

Ankopplung

von Quelle

und Empfanger

andenLichtleiterderartgestaltet,dass dasbzw.

dieMittelzur

Ankopplung

Streuzentren bzw.zumindestein Streuzentrum zur

Umlenkung

des Lichts mittels Streuung urnfassen.

Zur

Streuung des Lichtes sind verschiedeneAr- 60 tenderStreuzentren,wiebeispielsweisePartikel einesande- ren Materials oder Bereiche eines anderen Zustandes des Kernmaterials, beispielsweise in einer anderen Kristall- struktur oder auch einesanderen Aggregatszustandes, wie beispielsweisekleineGasblasenineinerRiissigkeitgeeig- 65 net.

[0011]

Der

Lichdeiterbestehtausmindestens

einem

licht- leitendenKern, welcher mit mindestenseinerBeschichtung versehenist.

Der Kern

kanneine beliebigeStrukturaufwei-

sen, welche beispielsweise

homogen

1st,ein Stufenindex- profilaufweistbzw.einGradientenindexprofii aufweist

Die

LichtleitungerfolgtdurchReflexionen des

im

lichtleitenden

Kern

gefuhrten Lichtesan denGrenzflachenzwischen

Kern und

Beschichtung bzw. den Beschichtungen selbst.

Der

⁵ Kernselbstistbevorzugtals fester,lichtleitenderKorper wie beispielsweiseGlasoderPlexiglas ausgefiihrt

Ebenso kann

eraberauch auseiner Flussigkeitodereinem gasformigen

Medium

bestehen.

Die

in dieser Schriftverwendeten Be- griffeder Quellebzw.desEmpfangersbeziehensich allge- 10

meiner

Form

auf Lichtquellenbzw.Lichtsenken.Dies kon- nenbeispielsweise

im

Fallevon QuellenverschiedeneSen- derin

Form von LED,

Laserdiodenoder auch

Gluhlampen

sein.

Ebenso

gibtes beztiglichder

Empfanger

keinerleiEin- schrankungen, so dass diese beispielsweiseFotodioden oder ¹⁵ auchdasmenschliche

Auge

seinkonnen.AlsLichtquellein

Bezug

auf dieerfindungsgemaBeVorrichtung

kann

auchje- des Mittel

zum

Transport

von

Lichtbzw.zurLichtstrahlfuh- rung bzw.

-Formung

angesehen werden, wiebeispielsweise lichtleitendeFasem, die Licht

von

einerentfernten Licht- 20 quelle zur erfindungsgemaBen Vorrichtung transportieren.

Wesentlichfur dieErfindungist,dass Lichtvon auBenein- gespeistwird(Quelle)

und

LichtwiedernachauBen abgege- ben

werden

kann(Empfanger).

[0012] Die

Ankopplung

mitStreuzentrenbietet

zwar

ge- 25 geniiber einer

Ankopplung

mit Gittem einen verringerten Wirkungsgrad,dafuristder technische

Aufwand

fiirdas ge- sarnteSystemwesentlichgeringer.BineKompensationdes niedrigerenWirkungsgrades kannbeispielsweisedurchEin- satz

von

leistungsfahigeren Quellen bzw. empfindlicheren 30

Empfangem

erfolgen.DafUrsinddieAnforderungen andie Genauigkeit dermechanischen

und

optischen

Komponenten

wesentlichgeringer.

[0013] In einerbesondersvorteilhaftenAusgestaltungder ErfindungistmindestenseinBereichmitStreuzentreninder 35 Beschichtung vorhanden. Bei einer solchen

Anordnung

wird die FUhrung des Lichtes

im Kem

^selbst durch die Streuzentren nicht beeintrachtigt.

Dennoch

ist eine Ein- kopplunginden

Kern

desLichtleitersdurchStreuung

mog-

lich. Eine

Auskopplung

ist nur

dann

moglich,

wenn

die 40 Streuzentrennahe genug

beim Kern

angeordnetsind.

Durch

das Einbetten

von

StreuzentrenindieBeschichtungkannei- nerseitseinmechanischer Schutz der Streuzentren

und

an- dererseitsaucheinegegenubereiner

Anordnung von

Streu- zentren an der Oberflache der Beschichtung verringerte 45

Dampfung

crrcichtwerden.

Auch

cine solchc

Anordnung

ist vorteilhaftfertigbar,

wenn

der

Kem

in

einem

eigenen unab- hangigenProzesshergestelltwerdenmuss.

Es

wird dannin einemzweiten Prozessschrittdas Streuzentrum

zusammen

mit derBeschichtungaufgebracht 50

[0014] Ineinerweiteren vorteilhaftenAusgestaltung der Erfindung istmindestens einBereich mit Streuzentren an derOberflache derBeschichtung vorgesehen.

Mit

solchen Streuzentren an der Oberflache derBeschichtung ist nur eineEinkopplung

von

Lichtindenlichdeiienden

Kem mog-

⁵⁵

lich.EinsolchesElement kann jedochinVerbindung mitan- deren erfindungsgemaBen zur

Auskopplung von

Licht ge- eignetenElementeneingesetztwerden.

[0015] Eine anderevorteilhafte Weitefbildung derErfin-

dung

besteht darin,dass mindestenseinBereichmitStreu- 60 zentrenin

Kem

selbstvorgesehenist.Streuzentren

im Kem

ermoglichen eine besonders effiziente Einkopplung bzw.

Auskopplung von

Licht.Allerdings beeintrachtigen Sie die Lichtfuhrungin

Kem und

verursachen eine

Dampfung

des Lichts. DieseEinbettung _inden

Kem

ermoglicht dieHer- ⁶⁵ stellung in

einem

Fertigungsschritt

und

bieteteinen optima- lenSchutzvorauBerenEinfltissen.

[0016] In einerweiteren vorteilhaften Ausgestaltung der

ErfindungistmindestenseinBereichmit Streuzentren anei- ner Grenzflache bzw. der Oberflache des lichtleitenden Kerns vorgesehen.

Durch

eine solche

Anordnung

aneiner Grenzflache deslichtleitendenKerasistnebenderLichtein- kopplung in den lichtleitenden

Kem

auch eine Lichtaus- kopplung moglich. InKombination mitderartigen Ausge- staltungenisteinevollstiindigeUbertragungvonLicht zwi- scheneinerQuelle

und

einem

Empfanger

moglich.Eine

An-

ordnung vonStreuzentren aneinerGrenzflache deslichtlei- tenden Kernshatgegenuberder

Anordnung von

Streuzen- tren an derAuBenseite einerBeschichtung

den

Vorteilder groBeren Robustheit

und

Zuverlassigkeit,dadas Streuzen- trum hiernoch durcheine dartiberliegende Beschichtung geschutzi wird. Somit ist eine Beriihrung

von

auBen

und

Verschmutzung ausgeschlossen. Weiterhin besitzt diese AusfuhrungsformeineniedrigereDurchgangsdarnpfungals eine

Anordnung von

Streuzentren anderAuBenseiteeiner Beschichtung.

So

wird senkrecht von auBen einfallendes Licht

im

letzteren Fall, bereits an derAuBenseite derBe- schichtung durch die Streuzentren in einen schragen,

im

Kem

^fuhrbaren

Winkel

abgelenkt.Dabei durchlauftes die BeschichtungineinenrelativflachenWinkel

und

damitauf einerrelativlangenStrecke.

Die

BeschichtunghatinderRe- gel gegenuber den

Kem

eine deutlich hohere

Dampfung.

Trittdas Licht senkrechtdurchdieBeschichtung

und

wird

erstan der Oberflache des

Kems

abgelenkt,sodurchlauft es eine wesentlich kiirzere Wegstrecke in der Beschichtung

und

erfahrtdamiteinegeringere

Dampfung.

Dies wirdsich auf die Leistungsbilanzdesgesamten Obertragungssystems positiv aus.

[0017] Umfasst dieBeschichtung ein Material, welches selbst reflektierendeEigenschaften besitzt, soistentweder mindestensein Streuzentrum selbst indieseBeschichtung einzubringen,

was

beispielsweisein der

Form

von Durch- briichenrealisiertwerdenkann,oderesistanderStelleder Streuzentren eine Aussparung der Beschichtung vorzuse- hen.

[0018] Streuzentren an der Grenzflachendes lichtleiten-

den

Kems konnen

vorzugsweiseineinemeinzigenArbeits- gang

zusammen

mitderOberflache des

Kems

gefertigtwer- den.

So

kannbeispielsweiseeinStreuzentrumbereitsmitei-

nem

Stempel,welchergieichzeitigdieKonturder Oberfla- cheformt,eingepragtwerden.

[0019] EineweiterevorteilhafteAusgestaltung derErfin-

dung

bestehtdarindas mindestenseinStreuzentrumanvor- gcgcbcncnPositioncnfixicrtistDerartigc Streuzentrensind also bereitsmit

dem

Fertigungsprozess anbestimmten vor- gegebenen Positionen gefertigt Sie zeichnen sich durch hohe mechanischeStabilitat

und

Robustheitaus.

[0020] IneinerweiterenvorteilhaftAusgestaltung der Er- findung ist mindestens einStreuzentrumreversibel ausge-

fiihrt.Einderartiges reversiblesStreuzentrum kannjenach Anforderungen an den aktuellen Belriebszusland akdviert oder deaktiviert sein. Ist an einer bestimmten Stelle das Streuzentrum aktiviert, soisteineEin- bzw.

Auskopplung

andieser Stellemoglich,istdas Streuzentrumdeaktiviert,so

isteineEin-bzw. Auskopplungnicht

mehr

moglich.

Damit

kanndieVerteilungdes Lichtes

von

verschiedenen

Sendem

an verschiedene

Empfanger

gesteuertwerden.

Wird

einre- versiblesStreuzentrumzurLichtumienkunginden

Kem

^in-

tegriert,soistauchdieRichtungdes Lichtesbzw.dieStrah- laufteilung durch das Streuzentrum steuerban

Durch

die Ausbildung mit reversiblen Streuzentren kann die Durch- gangsdarnpfungdesgesamten Systemsrelativgeringgehal- tenwerden,

da

tatsachlichnurandenzur

Ankopplung

vor- gesehenenOrteneineStreuungauftritt.SomitistdasSystem auchfurbesonders ausgedientebzw.langelichtwellenleiter geeignet.Eine Steuerung der Su^euung kann insbesondere

5

DE 101 60 233 A ¹

6

durch elektromagnetische Felder bzw. elektromagnetische Wellen oder auch durchTeilchenerfolgen.

[0021] Eine weitcre vorteilhafte Ausgestaltung besteht darin,dass mindestensein reversiblesStreuzentrummittels eines Signals beziehungsweise durch Energiezufuhr aku- ⁵ viert bzw. deaktiviert werden kann.

Dadurch

ergeben^sich steuerbareStreuzentren, mittelsderen eine aktive Steuerung des optischenSignalfiussesmoglichist.

So

kanndie Licht- zufuhrzu beziehungsweise

von

bestimmten

Empfangem

be- ziehungsweiseSenderngezielt gesteuertwerden. 10 [0022] Eine andere Ausgestaltung der Erfindung besteht darin,dass mindestensein reversibles Streuzentrumbezie- hungsweiseeinBereichvonStreuzentrenderartausgebildet

ist, dass

beim

Anlicgen eines Signals beziehungsweisebei einerEnergiezufuhr eine zur

Ankopplung

geeigneteStreu- 15

ungentsteht.IndiesemFallekanndurcheinexternesSignal ein Streuzentrum bzw. ein Bereich

von

Streuzentren akti- viertwerden.

[0023] Eineweitere Ausgestaltung der Erfindung besitzt StreuzentrenbeziehungsweiseeinenBereich aus Streuzen- 20 tren, welche derartausgebildetsind, dass sie

im

Ruhezu- stand eine zur

Auskopplung

geeigneteStreuung aufweisen.

Erst durch Anlegen eines Signals beziehungsweise durch Energiezufuhrkanndie Streuungderart verringertwerden, dass keine

Ankopplung

erfolgt SoilbeieinersolchenAus- ²⁵ gestaltungderErfindung eine

Ankopplung

lediglich in ei-

nem

begrenzteBereichmoglichsein,soist

im

iibrigenTeil desLichtwellenleiterseineEnergiezuruhrung bzw.Signali- sierung notwendig, urn dortdieStreuung zu deakdvieren.

[0024] EineweiterevorteilhafteAusgestaltung derErfin- 30

dung

besteht darin, dass zur reversiblen Ausbildung

von

Streuzentren ein

Medium

vorhanden ist, welches sich bei anlegen eines Signals beziehungsweise bei Energiezufuhr bestimmte physikalische Eigenschaften andert Derartige physikalische Eigenschaften sind beispielsweiseVolumen, ³⁵ derStruktur,Inter-bzw. intramolekulare Krafte bzw.Aggre- gatszustande.

[0025] In einerweiteren Ausgestaltung der Erfindung ist

zur reversiblen Ausbildung von Streuzentren ein

Medium

vorhanden, in

dem

die Streuung insbesondere durch den 40 photorefraktiven Effekt, den photoadressierbaren Effekt, denEffektderthermischennichtlinearitatbzw. denrheolo- gischen Effekt beeinflussbarist.

[0026] In einer weiteren vorteilhaftenAusgestaltung der Erfindung besteht mindestenseinStreuzentrumbzw.einBe- 45 rcich

von

StreuzentrenausFliissigkristallcn.

Mit

Fliissigkri- stallen lassen sichaufbesonders einfacheWeise steuerbare bzw.reversibleStreuzentrenbzw.Gitter realisieren.Hierbe- sonders einfachdurchein Steuersignal die Orientierung der Flussigkristalle

und

damitdie Streuungswirkung gesteuert 50 werden

[0027] In einer weiteren vorteilhaftenAusgestaltung der Erfindung isl der Lichtwellenleiler bevorzugt aus Glas, Kunststoffoder anderenfurdieLichtleitunggeeignete

Ma-

terialiengefertigtHierbeikannerinsbesonderein

Form

ei- 55 nergezogenen Faserbzw. eines gegossenen odergeatzten planaren Wellenleiterelementes ausgefuhrtsein.

[0028] In einerweiteren vorteilhaftenAusgestaltung der Erfindung umfasst derLichtwellenleitereinenmitFliissig- keitgefulltenSchlauch.Dieserkann Vorteilhafterweisemit 60 Riissigkristallen gefulltsein.

[0029] Eine andere Ausfuhrungsform der Erfindung ist derart gestaltetdasdurchdie Energieeines

von

auBeneinge- koppelten Lichtes das

Medium

zurAusbildung

von

Streu- zentrenderartangeregt wird, dassesandenStellenderEin- 65 kopplungStreuzentren ausbildet Hierbei wirdalso gleich- zeitig

im

mit

dem

zur SignalObertragungverwendetenLicht die Ausbildung

von

Streuzentren angeregt.

Dadurch kann

auf eine zusatzliche Lichtquelle beziehungsweise andere Energiequeiie zur

Anregung

von Streuzentren verzichtet werden.

[0030] Ineiner weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden Streuzentren derart angeregt bzw. akti- viert,dassein Gitterausgebildetwird.DiesesGitterverbes- sert durch seine zusatzliche

Beugung

die

Ankopplung

des Lichtes

und

verringertdadurch die Durchgangsdampfung.

[0031] EineweiterevorteilhafteAusgestaltung derErfin- dung siehtmindestes eine Elektrode an der

S

telleder

An-

kopplungvor, welchemit

einem

statischenoderwechseln- denelektrischenSignal beaufschlagtwird.DieseElektrode dientzur Signalisierungbzw.Energiezufuhr, auf

Grund

de- rendieAusbildung

von

Streuzentrenerfolgt. Entsprechend den Anforderungen zur Ausbildung

von

Streuzentren mit dieseElektrodemit

einem

Gleichspannungssignal zurAus- bildung eines statischenFeldes odermiteinemWechselsi- gnal bzw. einemhochfrequenten Signal zurAusbildungei- nesdynamischen oderWechselfeldesbeaufschlagt.

[0032] Ineiner weiteren vorteilhaftenAusgestaltung der Erfindung ist rmndestens eine Elektrode als ebene Platte vorgesehen. Diese

kann

wahlweise auch entsprechendder Kontur des Lichtwellenleiters gewolbt ausgefuhrt sein.

Durch

die

Form

der Elektrode wird Feldverteilung vorgege- ben.

Beim

Einsatz

von

FlUssigkristallen steuert dieFeldver- teilungdieAusrichtungderKristalle.Diesekannalsodurch dieElektrodenformgezielt beeinfiusstwerden.Somit kann beispielsweise durch die Ausrichtung der Elektrode bzw.

Anlegeneines geeigneten Potenzials eine bestimmte

Aus-

richtung derFlUssigkristallenbzw.Streuungeingestelltwer- den.

Im

Falle einerElektrodeware beispielsweiseals

Ge-

genelektrode der

Rahmen

bzw. die Montageflache des Lichtwellenleiters anzusehen. Somit miisste das Potenzial zwischen diesen beiden aufgebaut werden.

Werden

zwei Platten eingesetzt, sokann das Potenzialzwischen diesen beiden angeiegt werden. InsbesonderebeiAusgestaltungen, beidenendass die Streuzentren ausbildende MaterialinVo- lumen des Kerns eingelagert sind, lassen sich auch durch mehrere Platten komplexes Feldverteilungen

und

damit komplexeStreueigenschafteneinstellen.

So ware

beispiels- weisedieAusbildungeinerStreuunginmehrere Richtungen gleichzeitigdenkbar.

[0033] In einer weiteren vorteilhaftenAusgestaltung der Erfindungist

im

Falle von bewegten Systemen mindestens eineElektrodeinBewegungsrichtungvor Quelle bzw.

Emp-

fanger angcordnct.

Durch

dicsc

Anordnung

werden raum-

lich vor Quellebzw.

Empfanger

die zur

Ankopplung

not- wendigenEigenschaftenhergestellt.

So

wird

am

aktuellen Qrt der Elektrodebzw. Elektroden durch deren Feld eine entsprechendeStreuunghergestellt. Diesebleibtdurchdie Tragheit der Riissigkristallen eine gewisse Zeit^erhalten.

Wahrend

dieserZeit

bewegen

^sichQuelle bzw.

Empfanger

Uber diesenOrlundsindinderLage, oplische Signale anzu- koppeln.Bevorzugterweise wirddieIragheit derFiUssigkri- stalle derartdimensioniert, dass bei derniedrigsten gefor- derten Geschwindigkeit

beim

uberfahren von Quellebzw.

Empfanger

eines zuvor auf Streuung eingestellten Ortes noch die Streuung in hinreichendem

MaBe

vorhanden ist.

[0034] Ineiner weiteren vorteilhaftenAusgestaltungder Erfindung weist mindestens eine Elektrode eineAussparung

zum

Durchtrittdes Lichtesauf.

Dadurch

kanninOrten,wel- cheden Ortder Lichteinkopplungumgeben, eine entspre- chendeStreuunghergestelltwerden.IstdieAussparungder Elektrode hinreichendklein,soistauchnochunter

dem

Ort der Aussparung

am

Lichtwellenleiter ein hinreichendes elektrischesFeld zur Signalisierung der Streuung vorhan- den.

Um

ein groBereselektrischesFeld

am

OrtderStreuung zur VerfQgung zu stellen, kann dieLichtankopplung auch

schragdurcheineOffnung bzw.seitlichschragerfolgen.

[0035] In einer weiteren vorteiihaftenAusgestaltung der Erfindungistmindestens eine Elektrode aus

einem

Material ausgebiidet,welchesfurdasanzukoppelndeLicht eine ge- ringe

Durchgangsdampfung

aufweist. Dadurch kann die 5 Lichtankopplungunmittelbardurchdie Elektrode hindurch erfolgen. Dies ermoglicht eine von derLichtankopplung

vollkommen

unabhangige Steuerung deselektrischen Fel- des.

[0036] Ineineranderen Ausgestaltung derErfindung be- 10 sitzt mindestens eine Beschichtung rerlektierende Eigen- schaften.

Damit

windzurFuhrungdes Lichtes

im

Kerneine Reflexionan

dem

Beschichtungsmaterialbenutzt.

[0037] Eine andere Ausgestaltung derErfindung besitzt mindestenseineBeschichtung,welchegegenuber

dem Kern

¹⁵ einen unterschiedJichen Brechungsindex aufweist. Haer- durch wirddieLichtfuhrung

im Kern

durchTotalreflexion des Lichtes an der Grenzflache zwischen Kern

und Be-

schichtung ermoglicht Die Beschichtung kann beispiels- weise

im

Fall eines Kunststoff-Kerns aus

einem

anderen ²⁰ Kunststoffmaterialmit

anderem

Brechungsindex bestehen.

SelbstverstandlichkanndieBeschichtungaucheinGradien- tenprofildesBrechungsindexaufweisen.

[0038] Ein erfindungsgernaBes Verfahren dient zur

An-

kopplung vonmindestens einer Quelle zur

Aussendung von

²⁵ Licht

und

mindestens einen Empfanger

zum Empfang von

Lichtanmindestens einenLichtleiter.Dabeiumfasstdieser Lichtleitereinenlichtleitenden Kern, der mit Beschichtun- genversehenist,diezueinerReflexiondes

im

lichtleitenden

Kern

gefUhrten Lichtes fuhren.

Die Ankopplung

erfolgt 30 durch mindestens ein Mittel zur

Ankopplung

von Quelle bzw.

Empfanger

andenLichtleiterunter

Verwendung

min- destens eines Streuzentrums zur

Umlenkung

des Lichtes durchStreuung.

35 BeschreibungderZeichnungen

[0039] Die Erfindung wird nachstehend

ohne

Beschran-

kung

des allgemeinen Erfindungsgedankens anhand

von

Ausfuhrungsbeispielen unter

Bezugnahme

aufdie Zeich- 40 nungenexemplarisch beschrieben.

Es

zeigen:

[0040] Fig.1Allgemeine Ausfuhrungsformder Erfindung [0041] Fig*

2

Konfiguration

von

Datenubertragungssyste-

men

[0042] Fig. 3 Konfiguration, bei der Streuzentren

ohne

45

Anrcgung

vorhandcnsind

[0043] Fig.

4

Unterschiedliche Artender

Anregung

bzw.

Signaleinkopplung

[0044] Fig.5

Anordnung

miteinerebenenElektrode [0045] Fig.6

Anordnung

miteinergekriimmtenElektrode 50 [0046] Fig.7

Anordnung

mitzweiElektroden

[0047] Fig.8

Dem

Qrt der

Ankopplung

voreilende Elek- irode

[0043] InFig. 1 istinallgemeiner

Form

eine erfindungs-

gemaBe Anordnung

dargestellt Ein Lichtwellenleiter (3) 55 fuhrt Licht (6), welches sich in diesem mit nur geringe

Dampfung

ausbreitenkann.DieserLichtwellenleiter enthalt in

einem

lokalbegrenztenBereich(5)Streuzentren(7).

An

diesen Streuzentren wirdeinerseitsdassich in

dem

Licht- wellenleiter ausbreitende licht ₍₆₎ gestreut, so dass das 60 Streulicht sich inalleRichtungenausbreitet.

Damit

trittein Teil der Streulicht auch aus

dem

lichtwellenleiter aus.

Ebenso

kannLicht (8)

von

einerextemen Lichtquelleauf den Lichtwellenleiter strahlen. Trifft dieses Licht auf die Streuzentren,sowirdesebensoinalleRichtungengestreut. 65 EinTeildes Lichts(4)wirdinLangsrichtung des Lichtwel- lenleitersgestreut

und

kannsoindiesemgefiihrtwerden.

Im

Falle einer AusfUhrung mitsteuerbaren Streuzentren wird

zusatzlicheEnergie _{(1) iiber}eine optionaleBlende(2) zur Steuerung der Streuzentren zugefUhrt Die

Aufgabe

der Blende besteht hier in einer exaktdefiniertenBegrenzung derBestrahlungdes Lichtwellenleiters, so dass die Streu- zentrennurin

einem

exaktdefiniertenGebietentstehen.

[0049] Fig. 2zeigt die typischeKonfiguration eines

Da-

tentibertragungssystems.

Der

obereTeilderAbbildungzeigt dieEinkoppiung

von

LichtindenLichtwellenleiteran einer beliebigenPositiondesLichtwellenleiters

und

dieAuskopp- lung an einem

Ende

desLichtwellenleiters. Hier wird

von

einem Sender(12)licht(8) inRichtungdes Lichtwellenlei- tersemittiert

Durch

zusatzlicheEnergie(1)werdenandie- ser StelleStreuzentrenaktiviertEinTeildes LichtsdesSen- derswirdnundaranderartgestreutdass esin

dem

Lichtwel- lenleiter (3) bis

zum Empfanger

(13) an

einem Ende

des Lichtwellenleiters gefiihrt werden kann. Analog hierzu funktioniertdieLichtubertragungin der entgegengesetzten Richtung, die beispielhaft

im

unteren Teil der Abbildung dargestellt ist. Ein Sender (10) speist Licht ₍₉₎ an

einem Ende

des Lichtwellenleiters (3) ein. Dieses licht wird an Streuzentren,welche durchzusatzlicheEnergie(1)angeregt werdenausgekoppelt

und vom Empfanger

(11)ausgewertet.

[0050] Fig. 3zeigteinealternativeKonfigurationfurden

Fall, dass Streuzentren

ohne Anregung

mit zusatzlicher Energievorhandensind.Hiersindin

dem

durchdieBlende (2)

von

deranregendenEnergie(1)abgeschattetenBereich (5)Streuzentrenvorhanden.

Der

RestdesLichtwellenleiters (3) wird mit der anregenden Energie bestrahlt,

was

dazu

filhrt,dass die Streuzentrenverschwinden

und

er dienorma- lenEigenschaften einesLichtwellenleiters besitzt

[0051] Fig.

4

veranschaulichtunterschiedlicheArten der Energie- bzw. Signaleinkopplung beispielhaft

im

Falleder Signaleinspeisung anbeliebiger Stelle deslichtwellenlei- ters. Selbstverstandlich sind die

Mechanismen

analog auf eine Signalauskopplunganbeliebiger Stelledes Lichtwel- lenleiters anwendbar. In der obersten Abbildung wird das SignalhoherLeistung_{(41) in}

den

Lichtwellenleiter (3) ein- gekoppelt Die Leistung des Signals ist hierso hoch ge- wahlt,dass

am

Ortder Einstrahlungindenlichtwellenleiter Streuzentren entstehen, welche

wiederum

ein Teil des Si- gnalsinAusbreitungsrichtungdesLichtwellenleiters in die- seneinkoppeln.DiemittlereAbbildungzeigtdenbevorzug- ten Anwendungsfali,bei

dem

das Datensignal(1)

und

die anregendebzw.steuerndeEnergie(8)der Streuzentren

von

getrennten Quellen in den Lichtwellenleiter ₍₃₎ eingekop- pcltwerden.

[0052]

Die

unterste Abbildung zeigt den Fall,dass eine andere Energieform als Licht, beispielsweise ionisierende Strahlung (42) zur Erzeugung

von

Streuzentren in den Lichtwellenleitereingekoppelt wird.

Zur

Informationsuber- tragungwirdhierwiedermoduliertes Licht₍₈₎

im

Bereich der Streuzentreneingekoppelt

[0053] In Fig. 5istbeispielhafteine

Anordnung

mil einer ebenen Elektrode dargestellt Ein lichtwellenleiter (3) ist aufeinerHalterung(14) befestigtEinelektrischesFeldzur Steuerung derreversiblenStreuzentrenwirdzwischeneiner Elektrode(15)undder Halterungerzeugt.

[0054] InFig.6istbeispielhafteine

Anordnung

mit einer gewdlbten Elektrodedargestellt Ein lichtwellenleiter (3) istaufeinerHalterung(14) befestigt.EinelektrischesFeld zur Steuerung derreversiblen Streuzentren wirdzwischen einergewolbtenElektrode₍₁₅₎

und

der Halterungerzeugt.

Durch

die

Form

derElektrodekanndieFeldverteilung exakt eingestelltwerden.

[0055] InFig.7istbeispielhaft eine

Anordnung

mitzwei ElektrodendargestelltEinlichtwellenleiter (3)^istaufeiner Halterung (14) ^befestigt. Ein elektrisches Feld zur Steue- rung derreversiblen Streuzentrenwird zwischeneinerer-

DE 101 60 233 A ¹

9 10

stenElektrode (15a)

und

einerzweiten Elektrode (15b) er- zeugt. IndieserAusgestaltung

kann

dieHalterung ausbelie- bigen Material sein, sie istjedoch bevorzugt aus einern nichtleitenden Material, urn die Feldverteilung zwischen denElektrodenraoglichstwenig zubeeinflussen.

Auch

hier ⁵ kanndurch die

Form

der ElektrodekanndieFeldverteilung exakteingestelltwerden.

[0056] In Fig.8beispielhaft Fall einer kontinuierlich ge- geniiber

dem

LichtwellenleiterbewegtenAnkopplungsstelle gezeigt Eine Elektrode ₍₁₅₎ wird

zusammen

mit einer 10 Lichtquelle,welcheeineindenLichtwellenleiter(3)einzu- koppelndeStrahlung(1)erzeugt entlang deslichtwellenlei- tersinRichtungdesPfeils (16)bewegt. Indieserschemati- schen Darstellungistnur eine Elektrodedargestellt.

Auf

die Darstellung eine Gegenelektrode in

Form

einer Halterung 15

oder mindestens einer weiteren Elektrode

wurde

^hier aus Griinden der Anschaulichkeit verzichtet.

Auf Grund

des elektrischenFeldes unterder Elektrode(15)bildensichun- terdieserElektrode Streuzentrenaus.

Durch

die Iragheit der Flussigkristallebleiben diese Streuzentren einegewisseZeit 20 bestehen.

Mit

sich

nun

auf

Grund

der kontinuierlichenBe-

wegung

die Lichtquelle

und

damit auchder Qrt der

Ankopp-

lung fortbewegen, so bleiben diesekontinuierlich ineinem Bereich, in

dem zwar

kein elektrischesFeld

mehr

^besteht, aberauf

Grund

der Tragbeit derFlussigkristallenochStreu- 25 zentrenvorhanden sind. Diese

Anordnung

hatden \fcrteil,

dass dieElektrodebzw. die Elektroden weitestgehend^frei gestaltetwerden konnen, ohneauf dieBelangederLichtein- kopplungRUcksicht

nehmen

zumtissen.

30 Patentanspriiche

1. Vorrichtung zurObertragungoptischerSignale

um-

fassend

mindestens einenLichtwellenleiteraus

einem

lichtlei- 35 tenden Kern, weichermit mindestens einerBeschich- tung versehenist,diezueiner Reflexion des

im

lichtlei- tendenKerngefuhrten Lichtes fuhren

und

mindestens eine Quelle zur

Aussendung von

Licht, mindestens einen

Empfanger zum Empfang von

Licht, 40 mindestens ein Mittel zur

Ankoppiung von

Quellebzw.

Empfanger

andenLichtleiter,

dadurch

gekennzeich- net,dass dasbzw.die Mittel zur

Ankoppiung

Streuzen- trenzur

Umlenkung

des LichtesmittelsStreuungurn-

fassen. 45

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn- zeichnet,dassmindestensein BereichmitStreuzentren inderBeschichtungvorgesehenist.

3. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden

An-

spriiche,dadurch gekennzeichnet, dassmindestensein 50 Bereich mit Streuzentren an der Oberflache derBe- schichtung vorgesehenist.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden

An-

spriiche,dadurchgekennzeichnet, dass mindestensein Bereich mit Streuzentren

im Kern

vorgesehenist 55 5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden

An-

spriiche,dadurchgekennzeichnet, dass mindestensein Bereichmit Streuzentren an der Oberflache desKerns vorgesehenist

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden

An-

⁶⁰

spriiche,dadurchgekennzeichnet, dass mindestensein Streuzentrum an vorgegebenen Positionen fixiert ist.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden

An-

spriiche,dadurchgekennzeichnet, dass mindestensein Streuzentrumreversibelausgefuhrt ist

und

mittels ei- 65 nes Signals bzw. durch Energiezufuhr insbesondere durch elektromagnetische Felder bzw. Wellen oder auchTeilchen aktiviertbzw. deaktiviertwerden kann.

8. Vorrichtung nach

einem

der vorhergehenden

An-

spruche,dadurchgekennzeichnet, dass mindestens ein Bereich zurreversiblen Ausbildung

von

Streuzentren ausgebildetist,wobeidieAusbildung

von

Streuzentren mittels eines Signals bzw. durch Energiezufuhr ^akti- viertbzw.deaktiviertwerdenkann.

9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden

An-

spriiche,dadurchgekennzeichnet, dass mindestensein Bereich zurreversiblen Ausbildung

von

Streuzentren derartausgebildetist,dass

beim

AnlegeneinesSignals bzw. bei Energiezufuhr eine zur

Ankoppiung

geeignete Streuung entsteht

10. Vorrichtung nach

einem

der vorhergehenden

An-

spriiche,dadurchgekennzeichnet, dass mindestens ein Bereich zurreversiblen Ausbildung

von

Streuzentren derart ausgebildet ist, dass

im

Ruhezustand eine zur

Ankoppiung

geeignete Streuung entsteht

und

diese durch Anlegen eines Signals bzw. bei Energiezufuhr derart verringertwird, dass keine

Ankoppiung mehr

^er-

folgt.

11. Vorrichtung nach

einem

dervorhergehenden

An-

spriiche,dadurchgekennzeichnet, dass zurreversiblen Ausbildung

von

Streuzentren ein

Medium

vorhanden

ist,in

dem Anderungen

desVolumens,derStruktur, In- ter- bzw. intramolekulare Krafte bzw. Aggregatszu- stande die Streuzentrenbeeinflussen.

12. Vorrichtungnach

einem

dervorhergehenden

An-

spruche,dadurchgekennzeichnet, dass zurreversiblen Ausbildung

von

Streuzentren ein

Medium

vorhanden

ist,in

dem

dieStreuunginsbesonderedurchdenphoto- refraktiven Effekt,denphotoadressierbarenEffekt,den Effektdertherrnischen nichtlinearitatbzw.denrheolo- gischen Effekt beeinflussbarist

13. Vorrichtung nach

einem

dervorhergehenden

An-

sprtiche,dadurchgekennzeichnet, dass mindestens ein Streuzentrum beziehungsweiseeinBereich derStreu- zentrenFlussigkristalleurnfasst.

14. Vorrichtung nach

einem

der vorhergehenden

An-

spriiche, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtwel- lenleitervorzugsweiseaus Glas, Kunststoffoderande- renfurdie Lichtleitung geeigneten Materialien besteht

und

vorzugsweisealsgezogeneFaser,gegossenesoder geatztes planares Wellenleiterelement ausgefiihrt ist.

15. Vorrichtungnach einemdervorhergehenden

An-

sprtiche, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtwel- lenleitercincn mitFlussigkcitgcfuUtcn Schlauch

um-

fasst

16. Vorrichtung nach

einem

dervorhergehenden

An-

spriiche,dadurchgekennzeichnet, dassdurchdieEner- gie eines von auBen eingekoppelten Lichtes das

Me- dium

zurAusbildung

von

Streuzentrenderartangeregt wird,dass esandenstellenderEinkopplungStreuzen- trenausbildet

17. Vorrichtungnach

einem

der vorhergehenden

An-

sprtiche, dadurchgekennzeichnet, dass zumindestein Teilder Streuzentrenderartausgebildetbzw. aktiviert wird,dass einGitter,welcheseinezusatzliche

Beugung

des anzukoppelnLichtes hervorruftausgebildetwird.

18. Vorrichtung nach einemder vorhergehenden

An-

spriiche

einem

derAnspriiche 1 bis 17, dadurch ge- kennzeichnet, dass mindestens eine Elektrode,welche mit

einem

statischenoder wechselndenelektrischen Si- gnal beaufschlagt wird,aneinerStellezu

Ankoppiung

vorgesehen^ist.

19. Vorrichtung nach

einem

dervorhergehenden

An-

spriiche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Elektrodeals ebenePlatte oderentsprechend der Konturdes lichtwellenleiters gewolbtausgefuhrtist.

20. Vorrichtung nach einem dervorhergehenden

An-

spriiche, dadurch gekennzeichnet, dass bei bewegten Systernen mindestens eine Elektrode in

Bewegungs-

richtungvor Quelle bzw.

Empfanger

angeordnetist,so dassanjeder StelledesLichtwellenleitersdiezu

An-

⁵ kopplung notwendigen Eigenschaftenhergestelltwer- den, vor Quelle bzw.

Empfanger

die entsprechenden Stelle erreichen

und

die Tragheit der Riissigkristalle derartdimensioniertist,dass diese

beim

Erreichen

von

Quelle bzw.

Empfanger

nochdiezur

Ankopplung

not- 10 wendigenEigenschaften aufweisen.

21. Vorrichtung nacheinem dervorhergehenden

An-

spriiche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Elektrode eine Aussparung

zum

Durchtritt des

Lichtesaufweist 15

22. Vorrichtung nacheinem dervorhergehenden

An-

spriiche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Elektrode auseinemMaterial ausgebildetist,wel- ches

beim

DurchtrittvonLichteinerzuiibertragenden Wellenlangeeine geringe

Dampfung

aufweist. 20 23. Vorrichtungnach einem der vorhergehenden

An-

spruche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Beschichtung reflektierende Eigenschaften auf- weist.

24. Vorrichtung nach einemder vorhergehenden

An-

²⁵

spriiche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Beschichtung einen gegenuber

den Kern

unter- schiedlichenBrechungsindexaufweist.

25. Verfahren zur

Ankopplung von

mindestens einer Quelle zur

Aussendung von

Licht

und

mindestensei- 30 nen

Empfanger zum Empfang von

Lichtan mindestens einenLichtwellenleiterauseinemlichtleitenden Kern, derrnitBeschichtungenversehenist,die zueinerRe- flexion des

im

lichtleitenden

Kern

gefuhrten Lichtes fuhren, durch mindestens einMittelzur

Ankopplung

35

von

Quelle bzw.

Empfanger

andenLichtleiter, unter

Verwendung

mindestens eines Streuzentrums zurUrn- lenkungdes Lichtes durch Streuung.

Hierzu 6Seite(n)Zeichnungen 40

65

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ZEICHNUNGEN

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Nummer:

Int.CI.7

:

Offe nIegungstag

DE

101

60 233 A1 G

02

B

6/26 26.Juni2003

103 260/370

ZEICHIMUNGEN

SEITE2

Nummer: DE

101

60 233 A1

Int.CI.7

:

G

02

B

6/26

Offenlegungstag: 26.Juni2003

103260/370

ZEICHNUNGEN

SEITE3

Nu

miner:

Int.CI.7

:

OffenI

egu

ngstag

DE10160 233 A1

G02B

6/26 26.Juni 2003

ZE1CHNUNGEN

SEITE 4

Nummor:

Int.CI.7

:

Offenlegungstag:

DE

101

60 233 A1 G

02

B

6/26 26.Juni2003

103260/370

103260/370

ZEICHNUNGEN

SEITE 6

Nummer:

Int.CI.7

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Offenlegungstag:

DE101 60 233A1 G02B

6/26 26.Juni2003

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