沿圆弧的光路和彼此相对旋转的两个单元之间的信号发送制造技术

提供了一种光学设备以及使用该光学设备在相对于彼此旋转的两个单元之间发送信号的方法。该光学设备具有用于沿着圆弧引导光束的光路。光路具有至少一个光路段，该光路段具有沿光路切向布置的多个光路元件。光路元件中的每一个在径向方向上至少部分地被第一界面限制。相应光路段的第一界面各自被配置成至少将以大于预定角度的入射角从光路入射的光反射到相应的第一界面上，以将沿光路在为相应光路段预定的行进方向上传播的光束保持在光路上。第一界面的第一切向端在径向上与圆弧中心的间距比第二切向端更远。间距比第二切向端更远。间距比第二切向端更远。

【技术实现步骤摘要】
沿圆弧的光路和彼此相对旋转的两个单元之间的信号发送


[0001]本公开的示例涉及具有用于沿着圆弧引导光束的光路的光学设备。本公开的其他示例涉及一种使用光学设备在相对于彼此旋转的两个单元之间发送信号的方法。

技术介绍

[0002]本专利技术解决了通过两个相对于彼此旋转的构件进行数据发送的问题。利用电缆，这是不可能实现的，或者只能在非常有限的程度上实现。另外，由于应用，旋转轴线必须经常保持自由。这是必要的，例如，对于计算机断层摄影或马达而言。这里，特别注意实现最高可能的发送带宽(>＝1Gbps)。
[0003]当前的工业系统是基于通过电缆的数据发送。滑环和接触刷用于旋转点处。由于接触件的磨损，这些系统的寿命有限。此外，使用基于高频的波导系统，其中基于高频的信号在波导中被引导。偶尔也有使用光学数据发送。
[0004]由于电信号/高频无线电信号在滑环上和在波导中的全方位信号传播，会出现多径传播。这导致相当大的运行时间差异和发送带宽的限制。市场上常见的系统允许数据速率在大约100Mbit/s的范围内。专利DE 10 2007 041 927 A1也处理了这个问题，并且旨在通过调适具有10μm芯径的光波导(理想的是单模光纤)来解决这个问题。细光纤以这样的方式调适，即使得除了在正面耦合进入/出来之外，光还可以侧向耦合进入或出来。这种方案基于光的波形特性。另一个专利(DE 28 46 526 A1)描述了一种用于计算机断层摄影中光学数据发送的基本设备。这同样适用于US 4109997，其目标数据速率为1Mbit/s至30Mbit/s。另一个专利US 2004/0062344 A1在球轴承定子
‑
转子系统中形成金属反射波导，用于在其中发送数据。

技术实现思路

[0005]鉴于此，需要一种光学设备，其能够在相对于彼此旋转的两个零件之间以高带宽进行数据发送。
[0006]本公开的一个构思是至少部分地配置描述圆弧的光路的界面，使得沿着圆弧具有切向分量的光束可以耦合到光路中。这可以通过将光路的光路元件的至少第一界面定向成使得它们在相应第一界面上的平均取向与切向取向相比倾斜来获得。这导致切向分量具有预定方向的光束的优选方向。通过沿着光路布置光路元件，可以为光路的相应光路段提供预定的行进方向。由于第一界面的配置，沿着预定行进方向穿过光路的光因此被保持在光路上，而逆着预定行进方向的光传播被抑制。如果光耦合到光路中的切向位置连续变化，则可以基于光路的预定行进方向实现光以与光耦合到光路中相同的时间顺序照射到光路的特定位置，例如末端。这实现了高数据速率。另外，第一界面的配置确保了光束非常高效地耦合到光路中，因为在预定行进方向上穿过光路的光束可以被反射，使得当在第一界面之一处被反射时，由于第一界面的倾斜，相对于切向方向的角度减小。在一些示例中，这实现了全反射。在进一步的示例中，这可以减小径向方向上的光路，使得例如光路内部的自由空
间可以增加。
[0007]本公开的示例提供了一种光学设备，其具有用于沿着圆弧引导光束的光路。光路包括至少一个光路段，该光路段包括沿光路切向布置的多个光路元件。光路元件中的每一个至少部分地在径向方向上被第一界面限制。相应光路段的第一界面各自被配置成至少将以大于预定角度的入射角从光路入射的光反射到相应第一界面上，以保持光束沿着光路在为相应光路段预定的行进方向上传播。第一界面的第一切向端在径向上与圆弧的中心的间距比第二切向端更远。
[0008]通过第一界面的切向端的这种布置，获得了第一界面的取向与平行于切向方向的取向相比是倾斜的。结果，可以相对于切向方向产生光束在第一界面反射的优选方向。通过反射的优选方向，可以获得相应光路段的预定行进方向，从而可以抑制光在不同方向上的多径传播。
[0009]所提出的解决方案可能与专利申请DE102017217110A1显著不同。与DE 10 2007 041 927 A1不同的是，该构思基于射线光学。然而，与DE 28 46 526 A1、US 2004/0062344 A1、US 4109997 A相比，数据速率在>109比特/秒的范围内是可能的。这可以通过光纤结构中的有序光束引导来实现，以有效防止多径传播。本公开的方案基于经典的射线光学。与现有技术中已知的解决方案相反，在现有技术中，必须假设所使用的结构没有特殊的形状，因此光束或多或少无序地通过光纤传播，本公开的示例可以实现沿着光路的有序光束引导。此外，通过根据本公开的示例布置光路的界面，可以抑制光束在光路上的多径传播。结果，可以提高数据速率。
[0010]在示例中，相应光路段的第一界面中的每一个被配置成使得对于第一界面的每个点，表面法线相对于第一界面的相应点与圆弧的圆心之间的连接线在圆弧的圆形平面内在为相应光路段预定的旋转方向上旋转。与表面法线不相对于连接线旋转的表面相比，在预定行进方向的方向上具有切向分量的光束的入射角在第一界面的每个点处减小。因此，第一界面的这种配置允许光路段中光传播的优选方向特别明显。在示例中，耦合效率也提高了。
[0011]在示例中，第一界面在圆弧的圆形平面中的相应相交处相对于圆心是凸起的或平面的。凸起的配置使得在圆弧形光路上特别好地保持光束成为可能。因此，可以减少光路的径向扩展。替代地，可以将光路元件的数量保持较低，使得光学设备更容易实施。界面的平面配置可以以非常低的成本实施，并且可以允许光沿着光路被导向，例如，与大量光路元件和/或光路的更大径向扩展相组合。
[0012]在示例中，第一界面中的每一个在光路的圆弧的圆形平面中的相交处描述了圆弧，该圆弧被称为界面圆弧。第一界面的圆弧形配置允许光束非常精确地保持在圆弧形光路上。
[0013]在示例中，至少一个光路段包括至少第一光路段和第二光路段。为第一光路段和第二光路段预定的相应行进方向是相反的。两个光路段中的每一个可以包括例如光路的一半。通过组合具有相反预定行进方向的两个光路段，可以避免运行时跳变。例如，如果发送将以光束形式耦合进入到光路中的光信号的发送单元旋转经过光路中将检测以耦合进入的光束形式的光信号的位置，则可能发生运行时跳变。有利的是，两个光路段的组合与这样的事实相结合，即布置在与光路同心的圆形路径上并可相对于光路旋转的发送单元组合两
个光束形式的光信号，其具有彼此相反的切向构件。通过组合具有相反的预定行进方向的两个光路段，可以使得运行时间随着发送单元的位置从光束耦合到要检测耦合光的点连续变化。通过避免运行时跳变，可以实现非常高的数据速率。
[0014]在示例中，光学设备还包括相对于光路静止布置的接收装置。接收装置被配置成检测在相应光路段的预定行进方向上穿过或已经穿过至少一个光路段之一的光。因此，可以检测在预定行进方向上耦合到光路中的光。由于至少一个光路段可以允许光沿着其整个圆周耦合，因此可以检测到在不同或任意切向位置发射的光。这能够可靠地实现例如相对于彼此旋转的两个构件之间的信号发送，而不管两个构件之间的相对旋转角度如何。
[001本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种光学设备(10，300，400，500，600，700，800，900，1000)，包括用于沿着圆弧(11)引导光束的光路(20)，其中所述光路(20)包括至少一个光路段(30，30a，30b，334，336，434，436，934，936)，所述光路段包括沿着所述光路切向布置的多个光路元件(40，121)，所述光路元件(40，121)中的每一个在径向方向上至少部分地被第一界面(42，342，442)限制，其中相应光路段(40)的第一界面(42，342，442)各自被配置成至少将以大于预定角度的入射角从所述光路入射的光反射到相应的第一界面(40)上，以将沿着所述光路(20)在为所述相应光路段(30)预定的行进方向(34)上传播的光束保持在所述光路(20)上；和其中所述第一界面(40)的第一切向端(44)在径向上与所述圆弧(11)的圆心(12)的间距比第二切向端(46)更远。2.根据权利要求1所述的光学设备(10，300，400，500，600，700，800，900，1000)，其中相应光路段(30)的第一界面(42，342，442)中的每一个被配置成使得对于所述第一界面(42，342，442)的每个点(43)，表面法线(45)相对于所述第一界面(42，342，442)的所述相应点(43)与所述圆弧(11)的所述圆心(12)之间的连接线(47)在所述圆弧(11)的圆形平面内在为所述相应光路段(30)预定的旋转方向(49)上旋转。3.根据权利要求1所述的光学设备(10，300，400，500，600，700，800，900，1000)，其中所述第一界面(42，342，442)在所述圆弧(11)的所述圆形平面中的相应相交处相对于所述圆心是凸起的或平面的。4.根据权利要求1所述的光学设备(10，300，400，500，600，700，800，900，1000)，其中所述第一界面(42，342，442)中的每一个在所述圆弧(11)的所述圆形平面中的相交处描述了相应的界面圆弧。5.根据权利要求1所述的光学设备(10，300，400，500，600，700，800，900，1000)，其中所述至少一个光路段包括至少第一光路段(30a)和第二光路段(30b)，其中为所述第一光路段(30a)和所述第二光路段(30b)预定的相应行进方向(34a，34b)是相反的。6.根据权利要求1所述的光学设备(10，300，400，500，600，700，800，900，1000)，还包括接收装置(70)，所述接收装置(70)相对于所述光路静止布置，并且被配置为检测在所述相应光路段(30)的所述预定行进方向(34)上穿过所述至少一个光路段(30)之一的光。7.根据权利要求1所述的光学设备(10，900，1000)，其中所述第一界面(42)径向向外限制所述光路(20)，并且其中所述第一界面(42)被配置为用于来自所述光路(20)的光的反射镜，以将从所述光路入射的光反射到所述相应的第一界面(42)上。8.根据权利要求7所述的光学设备(10，900，1000)，其中所述第一界面(42)相对于所述圆弧的所述圆心(12)沿着所述圆弧的轴向方向以凸起的方式配置。9.根据权利要求1所述的光学设备(10，300，400，500，600，700，800)，其中所述光路元件(40，121)由一根或多根光纤形成，其中所述光路元件(40，121)中的每一个至少部分地被所述第一界面(42，342，442)和第二界面(352，452)中相应的不同界面径向向内和向外限制，其中所述光路元件的所述第二界面(342，452)各自被配置成将从所述光路以大于所述相应第二界面的临界角的入射角入射的光反射到所述相应第二界面上，以将沿着所述光路在所述相应光路段的预定行进方向(34，130)上传播的光束保持在所述光路上，以及
其中所述光路元件是楔形的，并且在第一切向端(44，44a，44b)比在第二切向端(46，46a，46b)在径向方向上具有更大扩展。10.根据权利要求9所述的光学设备(10，300，500，600，700，800)，其中所述第一界面(42，342)径向向外限制所述光路段(30，334，336)，其中所述第二界面(352)径向向内限制所述光路段，其中所述第二界面(352，452)根据所述第一界面配置，其中相应光路元件的第一界面(342)的第一切向端(44a)在径向方向上与所述相应光路元件的所述第二界面(352)的所述第二切向端(44b)相对。11.根据权利要求9所述的光学设备(10，300，500，600，700，800)，其中所述第一界面(42，342)径向向外限制所述光路段，其中所述第二界面(352)径向向内限制所述光路段，其中对于相应光路段(334，336)的第一界面(342)，从所述第一切向端(44a)沿着所述相应的第一界面(342)到所述第二切向端(46a)的行进方向与为所述相应光路段(334，336)预定的行进方向(130)相反，并且对于相应光路段(334，336)的第二界面(352)，从所述第一切向端(44b)沿着所述相应的第二界面到所述第二切向端(46b)的行进方向对应于为所述相应光路段(334，336)预定的行进方向。12.根据权利要求11所述的光学设备(10，400)，其中所述第一界面和所述第二界面在与所述光路(20)相切的方向上彼此偏移地布置。13.根据权利要求9所述的光学设备(10，400)，其中相应光路段的第二界面(352，452)一起形成围绕所述光路的所述圆心的圆弧。14.根据权利要求9所述的光学设备(10，300，400，500，600，700，800)，其中径向向外限制所述光路元件(40，121)的所述界面(342，442，452)相对于所述圆弧(11)的所述圆心(12)沿着所述圆弧的所述轴向方向以凸起的方式配置，并且其中径向向内限制所述光路元件的所述界面(352，442，452)相对于所述圆弧的所述圆心(12)沿着所述圆弧的所述轴向方向以凹入的方式配置。15.根据权利要求9所述的光学设备(10，300，400，500，600，700，800)，其中所述第一界面(342，442)中的相应一个界面与所述第二界面(352，452)中的一个界面之间的楔角(...

【专利技术属性】
技术研发人员：托比亚斯，
申请(专利权)人：弗劳恩霍夫应用研究促进协会，
类型：发明
国别省市：