NO323710B1 - Anordning for kontaktlos overforing av optiske data - Google Patents

Description

For overføring av data mellom en stående og en dreiende komponent er det kjent å om-forme digitale elektriske signaler til lyssignaler og overføre disse lyssignalene ved hjelp av en projektor (sender) til en mottager, hvoretter de så mottatte lyssignalene igjen om-formes til digitale elektriske signaler. Projektoren, henholdsvis mottageren, kan være tilordnet på så vel den stående som også den dreiende komponenten.

Nærmere bestemt vedrører oppfinnelsen en anordning for kontaktløs overføring av data som angitt i ingressen av vedlagte krav 1.

Den kjente berøringsløse dataoverføring er tilfredsstillende når det bare skal overføres en liten datamengde og hvor den relative hastigheten mellom den stående og den dreiende komponenten ikke er høy. Det oppstår imidlertid problemer når større datamengder skal overføres ved en høyere relativ hastighet. Grunnen til dette består i at en data-overføring bare er mulig når projektoren og mottageren befinner seg på den samme optiske aksen. Dette skjer imidlertid bare én gang under hver omdreining. Dessuten er det i denne sammenhengen vanskeligheter med hensyn til kontinuiteten i den permanente dataoverføringen.

Til belysning av kjent teknikk vises det til US 4.109.997 som beskriver en anordning for kontaktløs overføring av data mellom en dreiende og en faststående komponent ved hjelp av et lyssignal som sendes ut fra en projektor og detekteres av en mottager, og hvor det mellom projektoren og mottageren er anordnet et ringformet lyslederlegeme med et integrert refleksjonsprisme. Lyslederlegemet har et transparent materiale for å slippe lys fra projektoren inni lyslederlegemet. Optiske elementer i anordningen er gitt et antirefleksivt overflatebelegg for å forhindre refleksjonstap.

På bakgrunn av den kjente teknikk ligger det til grunn for oppfinnelsen å foreslå foan-staltninger som gjør det mulig på forbedret måte ved hjelp av lyssignaler, permanent og berøringsløst å overføre data mellom en sender og en mottager, på en slik måte at over-føringen er uavhengig av hvorvidt senderen, henholdsvis mottageren, er tilordnet en faststående eller en dreiende komponent.

Løsningen på denne oppgaven består i henhold til oppfinnelsen i de kjennetegnende trekk ved anordningen som er angitt i krav 1.

Ytterligere utførelsesform av anordningen fremgår av vedlagte, underordnede krav 2.

Oppfinnelsen gjør seg herved nytte av den kjente effekten at lys, som faller på en flate av et glasslegeme eller glasslignende legeme, blir videreledet i dette legemet ved totalrefleksjon. Når det så er anordnet refteksjonsprisme på legemet på en slik måte at grensevinkelen for totalrefleksjon blir overskredet, går hver lysstråle som er ledet gjennom legemet ut fra den frie flaten benevnt som grenseflate glass/luft. Er denne utgangsflaten utført slik at den er matt, går lyset ut på en diffus måte slik at den frie flaten lyser.

Oppfinnelsen anvender nå et ringformet lysledende legeme av et gjennomsiktig materiale slik som glass eller kunststoff. Ved den velegnede anordningen av refleksjonsprismer på lyslederlegemet, blir enhver lysstråle som innføres i lyslederlegemet til den mattgjorte utgangsflaten (friflaten) totalreflektert, slik at lysstrålen er diffus når den går ut. Mottageren som Ugger overfor denne frie flaten kan derved oppfange lyset direkte og målrettet lede dette til den elektroniske evaluering. Uavhengig av hvorvidt lyslederlegemet dreier seg i forhold til mottageren eUer mottageren dreier seg i forhold til lyslederlegemet kan mottageren til enhver tid oppfange og viderelede lyssignalet som utsendes fra projektoren.

Oppfinnelsen muliggjør således at lyssignaler som går ut fra en projektor kan kontinu-erlig ledes til en mottager via lyslederlegemet på en måte som er uavhengig av i hvilken relativ posisjon mottageren og lyslederlegemet befinner seg i, i forhold til hverandre. På denne måten kan det, sammenlignet med den kjente teknikk, overføres kontaktløst en betydelig høyere datamengde ved vesentlig høyere relativ hastighet mellom den faststående og den dreiende komponenten.

Ifølge oppfinnelsen blir det bare overført lyssignaler i én retning, og da enten fra den faststående til den dreiende komponenten eller fra den dreiende til den faststående komponenten. Dersom signalene skal overføres i begge retninger, er det nødvendig med to anordninger som arbeider uavhengig av hverandre.

En ytterligere fordel med oppfinnelsen ligger i at ved den ringformede utførelsen av lyslederlegemet kan dets frie senterområde benyttes til opptak av komponenter slik som for eksempel akser og aksler. Videre er det tenkelig at kabel- eller ledning for transport av ønskede produkter kan legges gjennom dette sentrumsområdet.

Lyslederlegemet i henhold til oppfinnelsen er enkelt å fremstille, eksempelvis ved sprøyting av akrylglass. På denne måten kan lyslederlegemet fremstilles nærmest i enhver ønsket størrelse i et høyt stykkantall, som masseproduksjon og slik at det er nøy-aktig reproduserbart.

Projektoren omfatterminst én laserdiode som i rytme er pulserbar med digitale, elektriske signaler og mottageren omfatter minst én fototransistor som er koblet direkte eller indirekte med en elektronisk bearbeidelsesanordning. På grunn av dette kan nesten vil-kårlig flere laserdioder med forskjellige bølgelengder og hver med innstilt mottager in-tegreres i anordningen. Følgelig er det mulig på kontaktløs måte å overføre gjensidig uavhengige lyssignaler over lyslederlegemet mellom en faststående og en dreiende komponent.

Da det innenfor rammen av oppfinnelsen ligger at en lysstråle som innmates i lyslederlegemet blir delt på grunn av den ringformede utførelsen av lyslederlegemet og gjen-nomløper to retninger i dette, må de to lysstrålene på grunn av den ideelle 180° posisjo-nen til projektoren og mottageren i stedet tilbakelegge to forskjellige veilengder. Mottageren må derfor behandle to tidsmessig forskjøvne lyssignaler. Dette kan ved svært store datamengder og høye relative hastigheter føre til at nøyaktigheten til dataoverfø-ringen kan ønskes å være bedre. For også i disse tilfellene å sikre en kvalitetsmessig ab-solutt tilfredsstillende dataoverføring omfatter projektoren en kollimator, slik som en lyslederekke med flere lysledere av lik lengde, idet lyslederen er lysledende tilsluttet i like avstander langs omkretsen til lyslederlegemet. Antallet lysledere avhenger herved i vesentlig grad av datamengden, den relative hastigheten mellom den faststående og dreiende komponenten, den ønskede overføringskvaliteten, så vel som størrelsen på de til enhver tid anvendte lyslederlegemene. Like lange lysledere så vel som den jevne for-delingen langs omkretsen av tilkoplingen til lyslederen på lyslederlegemet sikrer at hver lysstråle bare må tilbakelegge kort vei i lyslederlegemet. Resultatet er en svært liten lø-petidsforsinkelse i de aktuelle lyssignalene sammen med en betydelig større mottaks-nøyaktighet. Datamengden kan være svært høy samtidig som det er en stor relativ hastighet mellom den dreiende og den faststående komponenten.

Lyslederne som er tilkoblet laserdioden via en lystederrekke er tilsluttet skåler, hvikle er enhetlig forbundet med det ringformede lyslederlegemet. Dessuten er det på lyslederlegemet til den enkelte skålen tilveiebragt tilordnede tilsvarende segmenterte skålformet konfigurerte refleksjonsprismer. Denne utførelsen sørger for at lyssignalet som ledes via en lysleder inn i hver skål bare trer inn i denne skålens tilordnede segment av lyslederlegemet. En sirkulær utbredelse av lyset i lyslederlegemet blir på sikker måte forhindret. Ved segmenteringen av refleksjonsprismene kan det oppstå gap mellom nabosegmenter, noe som fører til avbrudd. Disse gapene blir unngått ved at det på smttstedene i skålene med lyslederlegemet trenger seg igjennom refleksjonsprismer som i forhold til lyslederlegemet oppviser en avvikende krumning. Derved dannes en overlapping av lysflekkene på snittstedet slik at det ved den gjensidige faselike innføringen av lyset i disse skålene ikke oppstår noen tidsforskyvning eller noen løpetidsforsinkelse for lyssignalet.

I denne sammenheng er det ifølge krav 2 fordelaktig at hver fototransistor er tilordnet et på en bestemt bølgelengde avstemt filter, særlig i båndbreddeområdet av ca. 2 nanome-ter (nm).

Oppfinnelsen er i det etterfølgende beskrevet nærmere under henvisning til tegningene som viser et utførelseseksempel. Fig. 1 viser skjematisk snittfremstilling en anordning for kontaktløs overføring av data ved hjelp av lyssignaler; Fig. 2 viser skjematisk frontriss av et lyslederlegeme ifølge en ytterligere utførelse; Fig. 3 en forstørret fremstilling av et tverrsnitt tatt gjennom fig. 2 langs linjen m-III;

Fig. 4 skjematisk fremstilling av en projektor med lysledere, og

Fig. 5 en skjematisk fremstilling av tre projektorer som har forskjellig bølgelengde med lysledere.

På fig. 1 er en anordning for kontaktløs overføring av data mellom en dreiende og en

faststående komponent angitt med henvisningstallet 1. De to komponentene er ikke nærmere vist eller beskrevet. Den faststående komponenten er tilordnet en projektor 2, som omfatter en pulserbar laserdiode som kan pulses i rytmer til digitale elektriske signaler. Den dreiende komponenten er en mottager 4 i form av en ikke nærmere vist elektronisk bearbeidelsesanordning som er koplet til en tilordnet fototransistor 23. Mottageren 4 ro-terer på en delsirkel TK med diameter D.

Mellom projektoren 2 og mottageren 4 er det stedfast anordnet et ringformet lyslederlegeme 5 av sprøytet akrylglass. Midtaksen 6 av lyslederlegemet 5 strekker seg koaksialt med mottagerens 4 dreieakse 7.

Blir det sendt en lysstråle 8 fra projektoren 2 over en frontside 9 i lyslederlegemet 5, blir denne lysstrålen 8 videreledet i lyslederlegemet 5 ved totalrefleksjon. Ved hjelp av på

fig. 1 ikke nærmere viste refleksjonsprismer blir lysstrålen 8 sluttelig omledet slik i lyslederlegemet 5 at grensevinkelen for totalrefleksjonen blir overskredet. Lysstrålen 8 trer da diffus ut på den matte sirkelringformede friflaten 10 på lyslederlegemet 5. Denne friflaten 10 lyser eller skinner, slik at mottageren 4 mottar dette lyset i enhver relativstil-ling i forhold til lyslederlegemet 5 og kan føre dette til den elektroniske bearbeidelses-anordningen.

Kopler man så lyset på projektoren 2 inn og ut i en rytme fra digitale, elektriske signaler, blir disse elektriske signalene omformet til lyssignaler. Mottageren 4 kan oppta disse lyssignalene på enhver stilling av friflaten 10 og ved hjelp av egnede elektroniske foranstaltninger blir disse igjen omformet tilbake til et digitalt elektrisk signal. Kontinuiteten i overføringen er sikret.

På fig. 2 og 3 er det vist en utførelse av et lyslederlegeme 5a hvor det på periferien av lyslederlegemet 5a er enhetlig tilformet skåler 11. Skålene 11 har et tilnærmet L-formet tverrsnitt. Ved utførelseseksempelet er fire skåler 11 anordnet 90° fra hverandre langs periferien til lyslederlegemet 5a.

I området for hver skål 11 er innsiden av lyslederlegemet 5a utstyrt med segmenterte, skålaktig konfigurerte refleksjonsprismer 12 (fig. 3). Segmenteringen skyldes at krumningen av refleksjonsprismene 12 er mindre enn krumningen av lyslederlegemet 5a. På skjæringspunktene 13 mellom skålene 11 og lyslederlegemet 5a trenger refleksjonsprismene 12 seg gjennom hverandre ved nabosegmenter 14.

Den sirkelformede friflaten 10a av lyslederlegemet 5a er matt.

Sentrumsområdet 15 av lyslederlegemet 5a er åpent og egnet for gjennomføring av aksler, valser, kabler eller ledninger.

I det sentrale området 16 av skålen 11 er det tilsluttet lysledere 17,17a-c. Disse har en

overensstemmende og er med sine andre ender ifølge fig. 4 sammenføyd til en lyslederrekke 18. Denne lyslederrekken 18 blir belyst av en pulset laserdiode 3a ved hjelp av en egnet kollimator 19. Lyslederrekken 18, kollimatoren 19 og laserdioden 3a er sammen-føyd til en projektor 2a.

Blir ifølge fig. 5 flere slike projektorer 2a, 2b, 2c, ved et utførelseseksempel tre projektorer 2a, 2b, 2c, utstyrt med laserdioder 3a, 3b, 3c, sendes lyset ut med forskjellige bøl-gelengder, og dersom deres lysledere 17,17a-c; 20,20a-c; 21, 21 a-c likeledes hver føres til en skål 11 (strekpunktert fremstilling på fig. 2), så kan flere uavhengige lyssignaler overføres parallelt.

Ved utførelseseksempelet på fig. 2,3 og 5 er det for hver laserdiode 3a, 3b, 3c også nødvendig med en egen mottager 4a, 4b, 4c med en fototransistor 23a, 23b, 23c. Denne mottageren 4a, 4b, 4c er tilordnet filtere 22,22a, 22b, som er avstemt på de forskjellige bølgelengdene. Mottagerne 4a, 4b, 4c ligger frontalt motstående til friflaten 10a.

Claims (2)

1. Anordning for kontaktløs overføring av data mellom en dreiende og en stasjonær komponent ved hjelp av lyssignaler som utsendes fra en projektor (2,2a - c) og detekteres ved hjelp av en mottager (4,4a - c), der et ringformet lyslederlegeme (5, Sa) laget av et transparent materiale med integrert refleksjonsprisme er inkorporert mellom projektoren (2,2a - c) og mottageren (4,4a - c), og der projektoren (2a - c) omfatter en kollimator (19) samt en lyslederrekke (18) som er forsynt med et antall av lysledere (17,17a - c; 20,20a - c; 21,21a - c) med samme lengde, idet lyslederne (17,17a - c, 20,20a - c; 21,21a - c) er forbundet på en lysledende måte med like avstander på omkretsen av lyslederlegemet (Sa), karakterisert ved at refleksjonsprismer (12), og utgangsflaten (10,10a), motsatt mottageren (4,4a - c) i lyslederlegemet (S, Sa) er mattet, idet projektoren (2,2a - c) omfatter minst én laserdiode (3,3a - c) som kan pulses i en rytme av digitale, elektriske signaler, og der mottageren (4,4a - c) omfatter minst én fototransistor (23,23a - c) koblet til et elektronisk evalueringsmiddel, idet skåler (11) som er tilpasset antallet av lysledere (17, 17a - c; 20,20a - c; 21,21a - c) og er forbundet på en lysledende måte til lysleder (17, 17a - c; 20,20a - c; 21,21a - c) er enhetlig dannet i ett stykk på omkretsen av lyslederlegemet (Sa), og der et antall av refleksjonsprismer (12) som er segmenter i henhold til skålene (11), er anordnet på lyslederlegemet (Sa), og der refleksjonsprismene (12) som har forskjellige krumninger, sammenlignet med lyslederlegemet (Sa), trenger igjennom hverandre ved skjærings-punkter (13) mellom skålene (11) og lyslederlegemet (Sa).

2. Anordning som angitt i krav 1, karakterisert ved at hver fototransistor (23,23a - c) er tilordnet et filter (22,22a, 22b) som er avstemt til en bestemt bølgelengde.