DE3526713A1

DE3526713A1 - Vorrichtung zur rbertragung von lichtsignalen

Info

Publication number: DE3526713A1
Application number: DE19853526713
Authority: DE
Inventors: Des Erfinders Auf Nennung Verzicht
Original assignee: Emil Wohlhaupter GmbH and Co KG
Current assignee: Emil Wohlhaupter GmbH and Co KG
Priority date: 1985-07-26
Filing date: 1985-07-26
Publication date: 1987-02-05
Also published as: IT8621015A0; IT1196443B; US4767175A; JPS6335029A; IT8621015A1

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

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.