DE3526713A1 - Vorrichtung zur rbertragung von lichtsignalen - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Übertragung
von Lichtsignalen zwischen zwei sich relativ zueinander
um eine Drehachse drehenden Bauteilen, von denen der
eine einen Licht emittierenden Lichtsender und der an
dere dem Lichtsender unter Freilassung eines Spaltes
gegenüberliegend einen lichtelektrischen Wandler trägt,
der aus dem Lichtsender empfangene Lichtsignale in
elektrische Signale verwandelt.
Bei einer bekannten Vorrichtung dieser Art (DE-OS
30 19 132) ist als Lichtsender ein als kreisringförmige
Schleife ausgebildeter Lichtleiter vorgesehen, über
dessen gesamten Kreisumfang hinweg das Licht austritt.
Als lichtelektrischer Wandler ist eine mehr oder weni
ger punktförmige Photozelle vorgesehen, die auf einer
entsprechenden Kreisbahn am kreisringförmig gebogenen
Lichtleiter entlanggeführt wird. Da bei dieser Anord
nung lediglich immer nur ein kleiner Bruchteil der ins
gesamt vom Lichtleiter transportierten Lichtenergie
aufgenommen werden kann, ist die Anordnung verhältnis
mäßig unempfindlich und zur Übertragung schwacher Sig
nale ungeeignet. Außerdem ist das am Kreisumfang aus
tretende Licht in der Praxis inhomogen und führt zu
Störungen oder Signalverfälschungen.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine gattungsgemäße Vor
richtung so zu verbessern, daß der lichtelektrische
Wandler ständig im wesentlichen die gesamte von einem
Lichtsender, insbesondere Lichtleiter transportierte
Signalenergie aufnehmen kann und praktisch störungs
freie Signale liefert.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der
Lichtsender das Licht aus einer Emissionsöffnung emittiert,
die in einem bestimmten Abstand von der Drehachse der Bau
teile vorgesehen ist, und der Emissionsöffnung ein ring
förmiger, zur Drehachse zentrierter lichtelektrischer
Wandler gegenüberliegt, der mit dem aus der Emissions
öffnung austretenden Licht bestrahlt ist.
Der Grundgedanke der Erfindung beruht also darauf, den
lichtelektrischen Wandler als kreisringförmig in sich
geschlossenen Wandlerring auszubilden, dem entlang sich
die Emissionsöffnung eines Lichtsenders auf einer ent
sprechenden Kreisbahn bewegt. Bei Verwendung eines
Lichtwellenleiters als Lichtsender wird erfindungsgemäß
die Emissionsöffnung so ausgebildet, daß im wesentlichen
die gesamte, vom Lichtwellenleiter transportierte Strah
lungsenergie aus ihr austritt. Die Emissionsöffnung liegt
vorzugsweise quer zur Achsrichtung des Lichtleiters und
nicht wie bisher an deren Umfang.
Die nachstehende Beschreibung bevorzugter Ausführungs
formen der Erfindung dient im Zusammenhang mit beilie
gender Zeichnung der weiteren Erläuterung. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Längsschnittansicht
zweier sich relativ zueinander drehenden
Bauteile mit Übertragung von Licht
signalen auf lichtelektrische Wandler;
Fig. 2 eine Querschnittsansicht entlang der
Linie 2-2 in Fig. 1;
Fig. 3 eine abgewandelte Ansicht ähnlich Fig. 1
mit anderer Anordnung der Lichtleiter
und Wandler;
Fig. 4 eine Querschnittsansicht entlang der
Linie 4-4 in Fig. 3;
Fig. 5 eine weiterhin abgewandelte Ausführungs
form einer Vorrichtung zur Übertragung
von Lichtsignalen;
Fig. 6 eine Ansicht entlang der Linie 6-6 in
Fig. 5;
Fig. 7 und 8 ringförmig ausgebildete, lichtelektrische
und 8 Wandler;
Fig. 9 und 10 die Zusammensetzung eines ringförmigen,
lichtelektrischen Wandlers aus Einzel
elementen;
Fig. 11 die geometrische Form eines Lichtflecks
auf mehreren Wandlerelementen und
Fig. 12 eine weiterhin abgewandelte Ausführungs
form einer Vorrichtung zur Übertragung
von Lichtsignalen.
In der schematischen Fig. 1 ist ein erster Bauteil 1 dar
gestellt, der in Form einer Welle um eine Drehachse 2
umläuft. Der Bauteil 1 ist unter Freilassung eines Ring
spaltes von einem hülsenförmigen Bauteil 3 umschlossen,
der ortsfest gehalten ist. Im Inneren des Bauteils 1
sind parallel zur Drehachse Lichtleiter 4, 5, 6 angeord
net, die an ihren Enden so umgebogen sind, daß sie mit
Emissionsöffnungen 7, 8, 9 radial an der Mantelfläche
des Bauteils 1 ausmünden und das von den Lichtleitern
transportierte Licht dort radial austreten kann. Die
Emissionsöffnungen 7, 8, 9 verlaufen senkrecht zur Licht
leiterachse. Die Umbiegung der Lichtleiter kurz vor ihrem
Austritt aus dem Bauteil 1 braucht nicht unbedingt recht
winklig zu sein. In diesem Fall würde das Licht aus einer
schräg zur Lichtleiterachse verlaufenden Emissionsöffnung
austreten.
Auf der Innenseite des hülsenförmigen Bauteils 3 sind
den Emissionsöffnungen 7, 8, 9 unter Freilassung eines
kleinen Spaltes gegenüberliegend kreisringförmig in sich geschlos
sene, lichtelektrische Wandler 11, 12, 13 angeordnet. Diese Wandler
werden mit der aus den jeweiligen Emissionsöffnungen aus
tretenden Lichtenergie bestrahlt, wobei diese Lichtenergie
praktisch die gesamte im jeweiligen Lichtleiter trans
portierte Lichtenergie ausmacht, weil die Emissionsöff
nungen jeweils im wesentlichen senkrecht oder quer zur
Lichtleiterlängsachse verlaufen. Wenn also das Bauteil 1
relativ zum Bauteil 3 rotiert (oder auch umgekehrt das
Bauteil 3 zum ortsfest gehaltenen Bauteil 1 umläuft),
werden die ringförmigen Wandler ständig von dem aus
den Lichtleitern austretenden Licht bestrahlt, so daß
Lichtsignale kontinuierlich in entsprechend elektrische
Signale umgewandelt werden können.
Die Anordnung gemäß Fig. 3 und 4 unterscheidet sich von
der Anordnung gemäß Fig. 1 und 2 lediglich dadurch, daß
die Lichtleiter 4, 5, 6 mit ihren Emissionsöffnungen 7,
8, 9 an dem hülsenförmigen Bauteil 3 und die ringförmigen
Wandler 11, 12, 13 an dem wellenförmigen Bauteil 1 ange
ordnet sind. Einer der Bauteile 1 und 3 rotiert auch bei
der Anordnung gemäß Fig. 3 und 4 relativ zum anderen,
der ortsfest gehalten ist. Auch Mischformen zwischen
den Anordnungen gemäß Fig. 1, 2 und 3, 4 sind möglich,
wobei auf jedem der relativ zueinander rotierenden Bau
teile 1, 3 gleichzeitig sowohl Lichtsender (Lichtleiter
4, 5, 6) als auch Lichtempfänger (Wandler 11, 12, 13)
angeordnet sein können.
Während bei den Anordnungen gemäß Fig. 1 bis 4 die Wand
ler auf dem einen Bauteil 1 axial nebeneinander angeordnet
sind, sind bei der Anordnung gemäß Fig. 5 und 6 konzentrisch
zueinander angeordnete, ringförmige Wandler 21, 22, 23 vor
gesehen. Die Wandler 11, 12, 13 gemäß Fig. 1 bis 4 haben
die Gestalt niedriger, zylindrischer Ringe. Die Wandler
21, 22, 23 gemäß Fig. 5 und 6 sind als flache, kreis
ringförmig geschlossene Bänder oder Streifen ausgebildet.
Die ringförmigen Wandler 21, 22, 23 sind auf einer Stirn
fläche eines Bauteils 24 angeordnet. Ihnen gegenüber liegen
die Emissionsöffnungen 7, 8, 9 der Lichtleiter 4, 5, 6,
die in einem Bauteil 25 verlaufen. Die Bauteile 24 und 25 sind
um die Drehachse 2 relativ zueinander drehbar. Im übrigen
funktioniert die Anordnung gemäß Fig. 5 und 6 ebenso wie
diejenige gemäß Fig. 1 bis 4.
In Fig. 1 ist die Licht empfangende Fläche der Wandler 11,
12, 13 ein Zylinderinnenmantel, in Fig. 2 ein Zylinder
außenmantel und in Fig. 5 und 6 eine ringförmige Plan
fläche. Die Licht empfangende Fläche kann bei anderen
Ausführungsformen der relativ zueinander umlaufenden
Bauteile auch eine beliebige Kegelfläche sein.
Die Lichtleiter 4, 5, 6 können in herkömmlicher Art und
Weise als Einzelfasern oder Faserbündel vorliegen. An
den Emissionsöffnungen können in bekannter Weise optische
Bauteile und Elemente, beispielsweise in Form von Linsen,
Prismen oder dergleichen vorgesehen sein, welche die Ge
stalt des austretenden Lichtbündels und damit den auf
dem zugeordneten Wandler erzeugten Lichtfleck der Größe
und geometrischen Gestalt nach bestimmen.
Die von den Lichtleitern 4, 5 und 6 transportierten Licht
signale können aus entsprechenden elektrischen Signalen
entstanden sein, die in bekannter Weise umgewandelt werden,
beispielsweise mit Hilfe von Glühlampen, Leuchtdioden,
Laserdioden und dergleichen. Das aus diesen Lichtsendern
emittierte Licht kann bei anderen Ausführungsformen der
Erfindung auch unmittelbar, also ohne Zwischenschaltung
eines Lichtleiters, auf einen ringförmigen Wandler auf
treffen. Es ist auch möglich, in bekannter Weise mehrere
Lichtsignale über einen einzigen Lichtleiter heranzu
führen und vor dem Austritt aus einem rotierenden Bau
teil entsprechend aufzuteilen, beispielsweise durch
Verteilen der Signale auf verschiedene Lichtwellen
längen oder verschiedene Zeitphasen.
Die ringförmigen Wandler können als Photoelemente, Photo
widerstand, Phototransistor, Photodiode oder dergleichen
ausgebildet werden. Die ringförmigen Wandlerflächen können
dabei z. B. einstückig aus entsprechend geformten Halb
leiterelementen gebildet werden (Fig. 1-6).
Die Fig. 7 bis 9 zeigen die Zusammensetzung der ring
förmigen Wandler aus photoelektrischen Einzelelementen,
beispielsweise Photoelementen, die elektrisch parallel ge
schaltet werden. In Fig. 7 liegt eine aus den Einzelelemen
ten 31, 32, 33, 34 gebildete Zylinderinnenwandfläche vor,
bei der Ausführungsform gemäß Fig. 8 eine ringförmig ge
schlossene Planfläche aus den Einzelelementen 35, 36, 37,
38. Die Einzelelemente können dabei ohne oder mit kleinem
Abstand nebeneinander liegen (Fig. 7 und 8) oder einander
überlappen, wie in Fig. 9 und 10 dargestellt. Mehrere
Photowiderstände werden vorzugsweise hintereinander ge
schaltet.
Das auftreffende Licht kann bei einem aus Einzelelementen
bestehenden lichtelektrischen Wandler durch Beugung und
Brechung an Spalten und Kanten Teilverluste erleiden und
so verfälschte Signale ergeben. Um solche Teilverluste
weitgehend konstant und proportional zur Signalstärke
zu halten, kann die geometrische Form des auftreffenden
Lichtes, wie bereits erwähnt, durch optische Elemente
entsprechend gestaltet werden. Insbesondere ist eine
Längsdehnung des über den ringförmigen Wandler hinweg
wandernden Lichtflecks in Bewegungsrichtung vorteil
haft, wobei die Längendehnung so groß ist, daß vom Licht
fleck immer gleichzeitig mehrere Einzelelemente erfaßt
werden. In Fig. 11 ist ein solcher Lichtfleck mit dem
Bezugszeichen 60 bezeichnet. Er erstreckt sich gleich
zeitig über drei der dargestellten Einzelelemente 61,
62, 63, 64, 65 des Wandlers hinweg. Die Form des Licht
flecks 60 könnte auch rund oder oval sein. Auch dies
kann durch Verwendung geeigneter optischer Elemente
wie Blenden, Spiegel, Prismen, Linsen und dergleichen
erreicht werden.
Bei den bisher beschriebenen Lichtübertragungs- und
Wandlervorrichtungen bewegt sich jeweils eine Emissions
öffnung (z. B. die Emissionsöffnung 7 in Fig. 1) auf
einer ihr zugeordneten Spur an einem Wandler (Wandler 11)
vorbei. Wenn ein ringförmiger Wandler aus Einzelelementen
besteht, lassen sich in einer einzigen Spur auch mehrere
Lichtsignale aus mehreren Lichtleitern übertragen. Dies
ist in Fig. 12 dargestellt. Ein mittig angeordnetes,
umlaufendes Bauteil 71 ist von einem ringförmigen, orts
festen Bauteil 72 umschlossen. Am umlaufenden Bauteil 71
sind die Emissionsöffnungen 73, 74, 75 und 76 von insge
samt vier Lichtleitern angeordnet. Das ortsfeste Bauteil
72 trägt einen aus den Einzelelementen 77 bis 88 gebil
deten Wandlerring. Die Emissionsöffnungen 73 bis 76
laufen in einer Spur um. Die am ortsfesten Bauteil 72
vorgesehenen, den Emissionsöffnungen jeweils gegenüber
liegenden und von dem austretenden Licht bestrahlten
Einzelelemente werden in diesem Falle synchron zur Drehung
des Bauteils 71 bzw. der Emissionsöffnungen durch an
sich bekannte elektrische Schaltungsmaßnahmen jeweils
auf verschiedene Ausgänge geschaltet, so daß die aus
den einzelnen Lichtleitern austretenden Signale jeweils
entsprechenden elektrischen Meßsignalen zugeordnet werden
können.
In den voranstehenden Ausführungsbeispielen sind im
wesentlichen nur Lichtleiter und an ihnen vorgesehene
Emissionsöffnungen als Lichtsender verwendet. Als
Lichtsender sind aber auch andere Lichtquellen, ins
besondere Leuchtdioden, Laserdioden, Glühlampen,
Glimmlampen oder dergleichen geeignet, wenn sie nur
ebenfalls einem ringförmigen Wandler zugeordnet sind
und zwischen Lichtsender und Wandler eine relative
Drehbewegung vorliegt. Der Abstand des Lichtsenders
von der Drehachse braucht dem Radius der Wandler nicht
gleich zu sein. Auch eine schräg erfolgende Bestrahlung
des Wandlers ist in diesem Falle möglich oder eine Be
strahlung über optische Elemente mit Strahlenumlenkung
oder dergleichen.
Claims (13)
1. Vorrichtung zur Übertragung von Lichtsignalen zwischen
zwei sich relativ zueinander um eine Drehachse drehen
den Bauteilen, von denen der eine einen Licht emittie
renden Lichtsender und der andere dem Lichtsender un
ter Freilassung eines Spaltes gegenüberliegend einen
lichtelektrischen Wandler trägt, der aus dem Licht
sender empfangene Lichtsignale in elektrische Signale
verwandelt,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Lichtsender (4, 5, 6) das Licht aus einer
Emissionsöffnung (7, 8, 9) emittiert, die in einem
bestimmten Abstand von der Drehachse (2) der Bau
teile (1, 3) vorgesehen ist, und der Emissionsöff
nung ein ringförmiger, zur Drehachse zentrierter,
lichtelektrischer Wandler (11, 12, 13) gegenüber
liegt, der mit dem aus der Emissionsöffnung aus
tretenden Licht bestrahlt ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß gleichzeitig mehrere mit Bezug auf die Drehachse
(2) konzentrisch oder axial nebeneinander angeord
nete, ringförmige Wandler (11, 12, 13; 21, 22, 23) von
mehreren Lichtsendern (4, 5, 6) bestrahlt sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß der oder die Lichtsender (4, 5, 6) an
einem sich drehenden, und der oder die Wandler (11,
12, 13) an einem ortsfesten Bauteil (1 bzw. 3) ange
ordnet sind.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der ringförmige Wandler aus mehreren Einzel
elementen (31, 32, 33, 34) zusammengesetzt ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,
daß sich die Einzelelemente (41, 42, 43, 44) gegen
seitig überlappen.
6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,
daß das aus der Emissionsöffnung (7) austretende
Licht gleichzeitig mehrere Einzelelemente (62, 63, 64)
bestrahlt.
7. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,
daß ein aus mehreren Einzelelementen (77 bis 88) zu
sammengesetzter, ringförmiger Wandler gleichzeitig aus
mehreren Emissionsöffnungen (73, 74, 75, 76) bestrahlt
ist, und die Einzelelemente durch Schaltglieder syn
chron zur Drehbewegung der Bauteile (71, 72) an ver
schiedene elektrische Ausgänge anschließbar sind.
8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die aus dem Lichtsender (4, 5, 6) an den ring
förmigen Wandler (11, 12, 13) übertragenen Licht
signale aus Signalen anderer Art, insbesondere elek
trischen Signalen durch entsprechende Umwandlung ge
bildet sind.
9. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der Lichtsender ein Lichtleiter (4, 5, 6) ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,
daß der Lichtleiter (4, 5, 6) als Einzelfaser oder
als Faserbündel ausgebildet ist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch ge
kennzeichnet, daß die geometrische Form des auf den
Wandler auftreffenden Lichtes (60) durch die Ver
teilung der Fasern eines Lichtleitfaserbündels an
der Emissionsöffnung (7) bestimmt ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die geometrische Form des auf den Wandler (11)
auftreffenden Lichtes (60) durch an oder hinter der
Emissionsöffnung (7) angeordnete optische Elemente,
wie Blenden, Linsen, Prismen, Spiegel oder dergleichen
bestimmt ist.
13. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,
daß die Emissionsöffnung (7, 8, 9) des Lichtleiters
(4, 5, 6) im wesentlichen quer zu seiner Längsachse
verläuft.
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