Technisches GebietTechnical area
Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Übertragung optischer Signale
zwischen gegeneinander drehbaren Einheiten. Derartige Vorrichtungen werden
vorzugsweise in Computertomografen eingesetzt.The
The invention relates to a device for transmitting optical signals
between mutually rotatable units. Such devices are
preferably used in computed tomography.
Stand der TechnikState of the art
Zur Übertragung
optischer Signale zwischen gegeneinander drehbaren Einheiten, insbesondere mit
einem freien Innendurchmesser sind verschiedene Vorrichtungen bekannt.
Grundsätzlich
besteht hierin das Problem, ein Mittel zum Transport von Licht entlang
des Umfangs der Vorrichtung sowie geeignete Mittel zur Ein- und
Auskopplung von Licht zu gestalten. Zum Einsatz in Computertomografen
müssen
derartige Vorrichtungen große
freie Innendurchmesser in einer Größenordnung von einem Meter aufweisen.
Die Umfangsgeschwindigkeit bei der Rotation kann in einer Größenordnung
von 20 m/s liegen. Gleichzeitig sollten Datenraten mit über 1 Gigabit
pro Sekunde (GBaud) möglich
sein.For transmission
optical signals between mutually rotatable units, in particular with
a free inner diameter, various devices are known.
in principle
There is the problem herein, a means for transporting light along
the scope of the device as well as suitable means for on and
Decoupling of light. For use in computer tomographs
have to
such devices large
have free inner diameter of the order of one meter.
The peripheral speed of rotation can be on an order of magnitude
of 20 m / s. At the same time, data rates should exceed 1 gigabit
per second (GBaud) possible
be.
So
offenbart die US 4,109,997 einen
optischen Drehübertrager
(5), bei dem der Transport von Licht entlang des
Umfangs durch Reflexion an zwei gegenüberliegenden Flächen 101, 1 erfolgt.
Zur Ein- bzw. Auskopplung von Licht sind Lichtleiter bzw. Glasfasern vorgesehen,
wobei die Bündelung
bzw. Fokussierung des Lichtstrahls mittels Linsen erfolgt. Nachteilig
an dieser Vorrichtung ist die eingeschränkte Bandbreite. Bewegt sich
beispielsweise das Auskoppelprisma entgegen dem Uhrzeigersinn vom
Einkoppelelement weg, so vergrößert sich
die Laufzeit des optischen Signals zwischen Einkoppelelement und
Auskoppelprisma. Erreicht nun in der Bewegung das Auskoppelprisma
das Einkoppelelement, so gibt es einen Punkt, an dem noch das optische
Signal empfangen wird, welches sich entlang des Umfangs des ganzen
Drehübertragers
ausgebreitet hat, und an dem gleichzeitig das Signal des Einkoppelelements
auf direktem Wege empfangen wird. Somit ergibt sich eine Überlagerung
zweier Signale mit einem Laufzeitunterschied entsprechend den optischen Weg
entlang des Umfangs des Drehübertragers.
Dieser Laufzeitunterschied muss nun klein gegenüber der Bitdauer des zu übertragenden
Signals sein, um dies nicht unzulässig zu beeinträchtigen.
Somit ergibt sich bei einem Innendurchmesser von ca. 1 Meter eine
Gesamtlaufzeit um den Umfang von ca. 10 Nanosekunden. Dadurch sind
beispielsweise bei der Übertragung
von digitalen Signalen Bitdauern von maximal 50 Nanosekunden, entsprechend
einer maximalen Übertragungsrate
von 20 MBaud realisierbar.So revealed the US 4,109,997 an optical rotary transformer ( 5 ), in which the transport of light along the circumference by reflection on two opposite surfaces 101 . 1 he follows. For coupling or decoupling of light optical fibers or glass fibers are provided, wherein the focusing or focusing of the light beam is effected by means of lenses. A disadvantage of this device is the limited bandwidth. If, for example, the decoupling prism moves away from the coupling element in the counterclockwise direction, the propagation time of the optical signal between the coupling element and the decoupling prism increases. If, in the movement, the decoupling prism reaches the coupling-in element, there is a point at which the optical signal is still received, which has propagated along the circumference of the entire rotary transformer, and at which the signal of the coupling-in element is simultaneously received in a direct manner. This results in a superposition of two signals with a transit time difference corresponding to the optical path along the circumference of the rotary transformer. This difference in transit time must now be small compared to the bit duration of the signal to be transmitted so as not to impair this inadmissibly. This results in an internal diameter of about 1 meter, a total runtime around the circumference of about 10 nanoseconds. As a result, for example, in the transmission of digital signals, maximum durations of 50 nanoseconds, corresponding to a maximum transmission rate of 20 MBaud, can be realized.
Eine
Verbesserung des optischen Systems ist in der DE 102 56 634 A1 sowie
in der ähnlichen, gattungsbildenden DE 103 36 925 A1 offenbart.
Auch hier wird ein innen verspiegelter Graben zur optischen Signalübertragung
eingesetzt. Das Licht wird hier in zwei entgegengesetzten Richtungen
eingekoppelt und von einem Absorber, der genau gegenüber der
Einkoppelstelle angeordnet ist, absorbiert.An improvement of the optical system is in the DE 102 56 634 A1 as well as in the similar, generic DE 103 36 925 A1 disclosed. Again, an inside mirrored trench for optical signal transmission is used. The light is coupled in here in two opposite directions and absorbed by an absorber, which is located exactly opposite the coupling-in point.
Somit
treten an der Einkoppelstelle durch die phasengleiche Einkopplung
keinerlei Laufzeitunterschiede auf. Weiterhin sind auch die Signallaufzeiten in
beiden Richtungen durch den exakt gegenüber der Einkoppelstelle angeordneten
Absorber gleich groß. Nachteilig
an dieser Anordnung ist die schwierige technische Realisierung des
Absorbers. Da tatsächlich
die gleiche Laufzeit der Signale aus beiden Richtungen nur an einem
Punkt besteht, müsste
der Absorber auch punktförmig
sein. Gleichzeitig sollte der Absorber ein sehr hohes Absorptionsvermögen aufweisen,
da die Signale aus der jeweils anderen Richtung möglichst
gut unterdrückt
werden sollten. Gleichzeitig darf der Absorber nicht in die Bahn
des optischen Empfängers
hinein ragen, da es sonst zu einer Kollision kommen könnte. Er
kann somit praktisch nur auf der Außenseite des verspiegelten
Lichtleiters angebracht sein. Die hier aufgezeigten Randbedingungen
widersprechen sich größtenteils,
so dass ein zufriedenstellender Absorber kaum realisierbar ist.Consequently
occur at the coupling point by the in-phase coupling
no runtime differences. Furthermore, the signal transit times in
both directions through the arranged exactly opposite the Einkoppelstelle
Absorber same size. adversely
This arrangement is the difficult technical realization of the
Absorber. Because actually
the same term of the signals from both directions only at one
Point exists, would have
the absorber also punctiform
be. At the same time, the absorber should have a very high absorption capacity,
because the signals from the other direction possible
well suppressed
should be. At the same time, the absorber must not be in the train
of the optical receiver
protrude into it, otherwise it could lead to a collision. He
can thus be practically only on the outside of the mirrored
Be mounted light guide. The boundary conditions shown here
contradict each other for the most part,
so that a satisfactory absorber is hardly feasible.
Die DE 103 02 435 B3 offenbart
eine weitere Ausgestaltung eines optischen Drehübertragers, mit der nahezu
beliebig hohe Datenraten übertragen werden
können.
Hierbei werden mehrere Sender beziehungsweise Empfänger derart
gesteuert, dass die aufgrund der Laufzeitdifferenz zu viel übertragenen Bits
empfängerseitig
gelöscht
werden, beziehungsweise die Aussendung von nicht übertragenen
Bits wiederholt wird. Nachteilig an dieser Anordnung ist die hohe
Anzahl von Sendern bzw. Empfängern.The DE 103 02 435 B3 discloses a further embodiment of a rotary optical transmitter, with which almost any high data rates can be transmitted. In this case, a plurality of transmitters or receivers are controlled in such a way that the bits transmitted too much on the basis of the transit time difference are erased on the receiver side, or the transmission of non-transmitted bits is repeated. A disadvantage of this arrangement is the high number of transmitters or receivers.
Darstellung der ErfindungPresentation of the invention
Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine relativ kostengünstige Vorrichtung
zur Übertragung
optischer Signale zwischen zwei gegeneinander drehbaren Einheiten
derart zu gestalten, dass eine breitbandige Übertragung bei großen Durchmessern
ermöglicht
wird. Insbesondere ist die Aufgabe der Erfindung, die Vorrichtung
derart zu gestalten, dass auch Signale zu übertragen sind, deren Periodendauern
wesentlich kleiner als die Ausbreitungsdauer des Lichtes um den
Umfang der Vorrichtung sind.Of the
Invention is based on the object, a relatively inexpensive device
for transmission
optical signals between two mutually rotatable units
to make such that a broadband transmission at large diameters
allows
becomes. In particular, the object of the invention, the device
be designed so that signals are to be transmitted, their periods
much smaller than the propagation time of the light around the
Scope of the device are.
Die
erfindungsgemäße Lösung dieser
Aufgabe ist im Anspruch 1 angegeben. Weiterbildungen der Erfindung
sind Gegenstand der abhängigen
Ansprüche.The
inventive solution this
Task is specified in claim 1. Further developments of the invention
are the subject of the dependent
Claims.
Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
umfasst einen Lichtleiter 3, welcher entlang einer Kreisbahn an
einer ersten Einheit 1 angeordnet ist. Der Einfachheit
halber wird hier nur ein Lichtleiter beschrieben. Selbstverständlich können auch
mehrere erfindungsgemäße Anordnungen
mit jeweils einem Lichtleiter parallel geschaltet werden. Mit dem
Lichtleiter verbunden ist wenigstens ein erster Lichtkoppler 4a, 4b zu
Einkopplung bzw. Auskopplung von Licht in den Lichtleiter. Mit wenigstens
einem dieser ersten Lichtkoppler verbunden ist wenigstens ein optischer
Sender oder Empfänger.
Ob ein Sender oder Empfänger mit
dem Lichtleiter verbunden werden soll, wird durch die gewünschte Übertragungsrichtung
bestimmt. Soll Licht vom Lichtleiter weg übertragen werden, so ist ein
Sender, im anderen Falle ein Empfänger vorzusehen. Für eine bidirektionale Übertragung
und/oder auch eine mehrkanalige Übertragung
können
mehrere Sender beziehungsweise Empfänger miteinander kombiniert
werden. Die Kanaltrennung kann entsprechend dem Stand der Technik
beispielsweise durch Polarisationsselektion oder Wellenlängenselektion erfolgen.
Zur Informationsübertragung
sind die optischen Sender selbstverständlich mit einem Modulationssignal
modulierbar. Eine erfindungsgemäße Vorrichtung
ist vorzugsweise in einem Computertomografen oder auch in einer
Radaranlage einsetzbar.The device according to the invention comprises a light guide 3 passing along a circular path on a first unit 1 is arranged. For the sake of simplicity, only one light guide will be described here. Of course, several arrangements according to the invention can also be connected in parallel with one light guide in each case. Connected to the light guide is at least a first light coupler 4a . 4b for coupling or decoupling of light into the light guide. Connected to at least one of these first light couplers is at least one optical transmitter or receiver. Whether a transmitter or receiver is to be connected to the light guide is determined by the desired transmission direction. If light is to be transmitted away from the light guide, a transmitter is to be provided, in the other case a receiver. For a bidirectional transmission and / or a multi-channel transmission multiple transmitters or receivers can be combined. The channel separation can be done according to the prior art, for example by polarization selection or wavelength selection. For transmission of information, the optical transmitter can of course be modulated with a modulation signal. A device according to the invention can preferably be used in a computer tomograph or in a radar system.
Weiterhin
ist eine zweite Einheit 2 vorgesehen, welche gegenüber der
ersten Einheit 1 drehbar gelagert ist. Es wird hier von
einer relativen Bewegung der beiden Einheiten gegeneinander ausgegangen
und nicht auf drehende bzw. feststehende Einheiten Bezug genommen,
da dies ausschließlich eine
Frage des Ortsbezugs ist. Dieser zweiten Einheit ist wenigstens
ein zweiter Lichtkoppler 5 zugeordnet, der sich mit der
Drehung der zweiten Einheit gegenüber der ersten Einheit in einer
vorgegebenen Bahn bezüglich
des Lichtleiters bewegt. Wenigstens einer dieser zweiten Lichtkoppler
ist komplementär zum
ersten Lichtkoppler wahlweise mit einem optischen Sender oder Empfänger ausgerüstet.Furthermore, a second unit 2 provided, which compared to the first unit 1 is rotatably mounted. It is assumed here by a relative movement of the two units against each other and not referred to rotating or fixed units, since this is exclusively a matter of location reference. This second unit is at least a second light coupler 5 associated with the rotation of the second unit relative to the first unit in a predetermined path with respect to the light guide moves. At least one of these second light couplers is complementary to the first light coupler optionally equipped with an optical transmitter or receiver.
Erfindungsgemäß ist ein
erster Lichtkoppler 4a, 4b derart ausgestaltet
und mit dem Lichtleiter 3 verbunden, so dass dieser jeweils
in eine erste Richtung und in eine dazu entgegengesetzte zweite
Richtung des Lichtleiters Licht einkoppelt beziehungsweise auskoppelt.According to the invention, a first light coupler 4a . 4b designed in such a way and with the light guide 3 connected, so that this in each case in a first direction and in a second direction opposite thereto of the light guide coupled or decoupled light.
Weiterhin
ist erfindungsgemäß eine Steuereinheit 10 vorgesehen,
welche eine zeitliche Verschiebung der Signale zwischen der ersten
Richtung und der zweiten Richtung bewirkt. Diese Verschiebung ist
jeweils so groß,
dass die Laufzeitunterschiede der Signale zwischen der ersten Richtung
und der zweiten Richtung kompensiert werden. Dies bedeutet beispielsweise
für den
Fall, dass der Lichtkoppler 4a, 4b mit einem Sender
verbunden ist, die Signale beider Richtungen phasengleich (bezogen
auf das Modulationssignal) beim Lichtkoppler 5 eintreffen.Furthermore, according to the invention a control unit 10 provided, which causes a time shift of the signals between the first direction and the second direction. This shift is in each case so great that the propagation time differences of the signals between the first direction and the second direction are compensated. This means, for example, in the event that the light coupler 4a . 4b is connected to a transmitter, the signals of both directions in phase (relative to the modulation signal) at the light coupler 5 arrive.
Die
Grundsätze
der hier beschriebenen Vorrichtung beziehungsweise des hier beschriebenen Verfahrens
zum Betrieb einer Vorrichtung sind analog auf kontaktierende beziehungsweise
kontaktlose elektrische Übertragungssysteme
anwendbar. So wird in einem solchen elektrischen Übertragungssystem
an Stelle eines Lichtleiters 3 eine elektrische Leitung,
wie beispielsweise eine Streifenleitung oder auch eine mechanische
Schleifbahn verwendet. Die ersten Koppler beziehungsweise zweiten
Koppler können
galvanische oder aber auch kontaktlose, beispielsweise kapazitive
oder induktive Verbindungen mit der elektrischen Leitung sein. An
Stelle der optischen Signale werden elektrische Signale übertragen.The principles of the device described here or of the method described here for operating a device can be applied analogously to contacting or contactless electrical transmission systems. Thus, in such an electrical transmission system in place of a light guide 3 an electrical line, such as a stripline or a mechanical sliding track used. The first coupler or second coupler can be galvanic or contactless, for example, capacitive or inductive connections to the electrical line. In place of the optical signals electrical signals are transmitted.
In
einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist
die Steuereinheit 10 wenigstens ein optisches Verzögerungselement
auf. Ein solches optisches Verzögerungselement
kann beispielsweise ein thermooptischer Phasenschieber, ein Piezo-Phasenschieber, ein
Flüssigkristallphasenschieber,
eine Laufzeitleitung, einen Slow-light-Element, Photonenkristalle
oder ein Verzögerungselement
mit Modenselektiver Ein- bzw. Auskopplung sein.In a particularly advantageous embodiment of the invention, the control unit 10 at least one optical delay element. Such an optical delay element can be, for example, a thermo-optical phase shifter, a piezo phase shifter, a liquid crystal phase shifter, a delay line, a slow light element, photonic crystals or a delay element with mode-selective input or output coupling.
In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfasst
die Steuereinheit 10 wenigstens ein elektrisches bzw. elektronisches
Verzögerungselement.
Ein solches Verzögerungselement kann
beispielsweise eine Laufzeitleitung, ein Phasenschieber oder ein
Speicher, bevorzugt ein digitaler Speicher sein.In a further advantageous embodiment of the invention, the control unit comprises 10 at least one electrical or electronic delay element. Such a delay element can be, for example, a delay line, a phase shifter or a memory, preferably a digital memory.
In
einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die
Steuereinheit 10 getrennte elektrische Schaltungen zur
Erzeugung eines seriellen Datenstromes (Serializer) und/oder zur
Dekodierung beziehungsweise Umsetzung eines seriellen Datenstromes
(Deserializer) jeweils für
die erste Richtung und die zweite Richtung auf. Damit können die
Datenströme
der ersten Richtung und die der zweiten Richtung unabhängiger voneinander
erzeugt beziehungsweise dekodiert werden. Die getrennten Serializer
bzw. Deserializer werden nun vorteilhafterweise mit Takten, die
in der Phase beziehungsweise Frequenz gegeneinander verschoben sind,
gespeist. Die Frequenz beziehungsweise Phasenverschiebung ist hier
so dimensioniert, dass die Laufzeiten der Signale im Lichtleiter
ausgeglichen werden. Der Laufzeitausgleich erfolgt also ortsabhängig, entsprechend
der relativen Position der zweiten Einheit zur ersten Einheit.In another advantageous embodiment of the invention, the control unit 10 separate electrical circuits for generating a serial data stream (serializer) and / or for decoding or conversion of a serial data stream (deserializer) in each case for the first direction and the second direction. Thus, the data streams of the first direction and the second direction can be independently generated or decoded from each other. The separate serializers or deserializers are now advantageously fed with clocks which are shifted in phase or frequency from one another. The frequency or phase shift is dimensioned here so that the transit times of the signals in the light guide are compensated. The runtime compensation is thus location-dependent, according to the relative position of the second unit to the first unit.
Wird
eine solche erfindungsgemäße Vorrichtung
beispielsweise in einem Computertomographen eingesetzt, der sich
mit konstanter Geschwindigkeit dreht, ergibt sich aufgrund des Dopplereffekts
entsprechend der Drehbewegung eine Frequenzverschiebung. Zur Kompensation
wird nun der Serializer bzw. Deserializer für die Richtung, in der sich
die beiden Einheiten voneinander weg bewegen mit einer höheren Frequenz
betrieben, während
Serializer bzw. Deserializer der entgegengesetzten Richtung mit
einer entsprechend niedrigeren Frequenz betrieben werden.If such a device according to the invention is used, for example, in a computer tomograph which is moving at a constant speed rotates, results due to the Doppler effect corresponding to the rotational movement, a frequency shift. For compensation, the serializer or deserializer for the direction in which the two units move away from each other is now operated at a higher frequency, while serializers or deserializers of the opposite direction are operated at a correspondingly lower frequency.
Aufgrund
der unterschiedlichen Betriebsfrequenzen werden nun im Laufe einer
Umdrehung unterschiedliche Anzahlen von Bits übertragen. Diese Differenz
ist nur gering und kann auf einer Seite durch wiederholte Aussendung
und auf der anderen Seite durch Löschen mehrfach übertragener
Bits eliminiert werden. Diese Differenz beträgt beispielsweise bei einem
Drehübertrager
mit einem Umfang von 3 m circa 10 Bit.by virtue of
the different operating frequencies are now over a
Rotation transmitted different numbers of bits. This difference
is low and can be repeated on one side
and on the other hand, by deleting multiple times
Bits are eliminated. This difference is for example at one
Rotary joint
with a circumference of 3 m about 10 bits.
Eine
weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht wenigstens einen Absorber 13 vor.
Ein solcher Absorber ist vorzugsweise an einer bezogen auf die Drehachse 6 dem
ersten Lichtkoppler 4a, 4b gegenüberliegenden
Position angeordnet. Dadurch wird der Lichtleiter 3 in
vorzugsweise zwei bevorzugt gleich große Segmente unterteilt. Durch
die erfindungsgemäße Phasenverschiebung
muss ein Absorber nun nicht mehr punktförmig sein. Vielmehr kann er
in seiner Länge
ausgedehnt, über
einen Teil des Lichtleiters 3 angeordnet sein. Die wesentliche
Aufgabe des Absorbers ist hier nun, dafür zu sorgen, dass ein optisches
Signal, das bereits einmal um den Umfang des Lichtleiters 3 umgelaufen
ist, nicht zu einer Beeinträchtigung
eines gerade eingespeisten Signals führt.Another embodiment of the invention provides at least one absorber 13 in front. Such an absorber is preferably at one with respect to the axis of rotation 6 the first light coupler 4a . 4b arranged opposite position. This will make the light guide 3 divided into preferably two preferably equal segments. Due to the phase shift according to the invention, an absorber no longer has to be punctiform. Rather, it can be extended in its length, over part of the light guide 3 be arranged. The essential task of the absorber is here now to ensure that an optical signal, once already around the perimeter of the light guide 3 has circulated, does not lead to an impairment of a signal just fed.
Eine
andere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass
der Lichtleiter 3 selbst eine Dämpfung aufweist. Diese Dämpfung der
Intensität der
Strahlung sollte in einem Bereich größer 6 dB über die Länge des gesamten Lichtleiters
liegen. Vorteilhafterweise ist die Dämpfung größer als 12 dB und besonders
vorteilhaft ist eine Dämpfung
größer als 20
dB vorgesehen. Durch die Dämpfung
des Lichtleiters selbst erfolgt beispielsweise im Bereich der ersten
Richtung eine besonders starke Dämpfung
des Signals aus der zweiten Richtung. Ebenso ist im Bereich der
zweiten Richtung das Signal aus der ersten Richtung besonders stark
gedämpft.
Dadurch ist eine besonders einfache Art der Verzögerung möglich. Diese soll an einem
Beispiel eines Umlaufs des zweiten Lichtkopplers 5 beginnend
vom Bereich der ersten Richtung in den Bereich der zweiten Richtung
erläutert
werden. Es befinde sich nun der zweite Lichtkoppler fünf im Bereich
der ersten Richtung kurz hinter dem ersten Lichtkoppler 4a, 4b.
Es kann beispielsweise das Signal der ersten Richtung ohne Verzögerung ausgesendet
werden, während
das Signal der zweiten Richtung mit hoher Verzögerung ausgesendet wird. Mit
zunehmender Bewegung des zweiten Lichtkopplers 5 fort vom
ersten Lichtkoppler 4a, 4b wird nun die Verzögerung des
Signals der zweiten Richtung verringert. Tatsächlich wird in der Nähe des ersten
Lichtkopplers 4a, 4b ausschließlich das Signal der ersten
Richtung empfangen werden, während
die Amplitude des Signals aus der zweiten Richtung noch zu gering
ist. Erst in einem weiter entfernten Bereich wird eine Überlagerung
der beiden Signale zu empfangen sein. In einer dem ersten Lichtkoppler 4a, 4b gegenüberliegenden
Position sind die Intensitäten beider
Richtungen gleich. Nach Überschreitung
dieses Punktes ist die Intensität
des Signals der zweiten Richtung größer als die aus der ersten
Richtung. Schließlich
nimmt nun bei weiterer Bewegung des zweiten Lichtkopplers 5 die
Intensität
des Lichts aus der ersten Richtung so weit ab, bis das Signal aus
der zweiten Richtung nicht mehr beeinflusst wird. Nun kann problemlos
und ohne Rücksicht
auf das Signal aus der ersten Richtung die Verzögerung des Signals aus der
zweiten Richtung wieder auf den Maximalwert zurückgestellt werden, der nach
dem Passieren des ersten Lichtkopplers 4a, 4b durch
den zweiten Lichtkoppler 5 benötigt wird.Another advantageous embodiment of the invention provides that the light guide 3 itself has a damping. This attenuation of the intensity of the radiation should be in a range greater than 6 dB over the length of the entire light guide. Advantageously, the attenuation is greater than 12 dB, and particularly advantageously an attenuation greater than 20 dB is provided. Due to the attenuation of the light guide itself, for example, in the region of the first direction, a particularly strong attenuation of the signal from the second direction takes place. Likewise, in the region of the second direction, the signal from the first direction is particularly strongly damped. As a result, a particularly simple type of delay is possible. This will be an example of a circulation of the second light coupler 5 starting from the area of the first direction to the area of the second direction. Now it is the second light coupler five in the first direction shortly after the first light coupler 4a . 4b , For example, the signal of the first direction may be sent out without delay while the signal of the second direction is emitted with high delay. With increasing movement of the second light coupler 5 away from the first light coupler 4a . 4b Now the delay of the signal of the second direction is reduced. Actually, near the first light coupler 4a . 4b only the signal of the first direction are received, while the amplitude of the signal from the second direction is still too low. Only in a more distant area will be a superposition of the two signals to be received. In a first light coupler 4a . 4b opposite position, the intensities of both directions are the same. After exceeding this point, the intensity of the signal of the second direction is greater than that of the first direction. Finally, take on further movement of the second light coupler 5 the intensity of the light from the first direction until the signal from the second direction is no longer affected. Now, without delay and without regard to the signal from the first direction, the delay of the signal from the second direction can be reset to the maximum value which has passed after passing through the first light coupler 4a . 4b through the second light coupler 5 is needed.
Es
ist besonders vorteilhaft, wenn die Dämpfung des Lichtleiters 3 mit
zunehmendem Abstand von dem ersten Lichtkoppler 4a, 4b ansteigt.
Das Maximum der Dämpfung
liegt vorteilhafterweise an der dem ersten Lichtkoppler 4a, 4b gegenüberliegenden Position.
Durch diese Ausgestaltung ist nun in der Nähe des ersten Lichtkopplers 4a, 4b aufgrund
der niedrigen Dämpfung
eine besonders gute Übertragung
möglich.
Dies kann beispielsweise durch die eigene Kodierung oder Modulation
zur Übertragung
mit einer höheren
Datenrate verwendet werden. wandert nun der zweite Lichtkoppler 5 in
den vom ersten Lichtkoppler 4a, 4b entfernten
Bereich, so nimmt die Dämpfung
stark zu. In diesem Bereich nimmt damit auch die Übertragungsqualität beziehungsweise
die maximal erzielbare Übertragungsrate
ab. Wird nun die Zunahme der Dämpfung
auf einen engen Bereich beschränkt,
so ist auch der in der Übertragung
beeinträchtigte
Bereich in engen Grenzen gehalten.It is particularly advantageous when the attenuation of the light guide 3 with increasing distance from the first light coupler 4a . 4b increases. The maximum of the attenuation is advantageously at the first light coupler 4a . 4b opposite position. By this configuration is now in the vicinity of the first light coupler 4a . 4b due to the low attenuation a particularly good transmission possible. This can be used for example by its own coding or modulation for transmission at a higher data rate. Now moves the second light coupler 5 in the first light coupler 4a . 4b removed range, so the attenuation increases sharply. In this area, the transmission quality or the maximum achievable transmission rate also decreases. If the increase in attenuation is limited to a narrow range, the transmission-impaired range is kept within narrow limits.
Eine
gleichmäßigere Übertragungseigenschaft
lässt sich
erzielen, indem zunächst
im Bereich um einen ersten Lichtkoppler 4a, 4b der
Lichtleiter 3 mit einer hohen Dämpfung ausgestattet ist und
in dem vom Lichtkoppler 4a, 4b entfernten Bereichen eine
niedrige Dämpfung
aufweist. Hierdurch ergibt sich eine weitgehend konstante Signalamplitude
mit demzufolge auch weitgehend konstanten Übertragungseigenschaften über den
ganzen Weg entlang des Lichtleiters 3.A more uniform transmission characteristic can be achieved by first in the area around a first light coupler 4a . 4b the light guide 3 is equipped with a high attenuation and in the light coupler 4a . 4b distant areas has a low attenuation. This results in a largely constant signal amplitude with consequently largely constant transmission properties over the entire path along the light guide 3 ,
In
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist ein Absorber, wie
zuvor beschrieben, als steuerbarer Absorber ausgeführt. Mittels
eines solchen steuerbaren Absorbers kann beispielsweise die Dämpfung,
der Dämpfungsverlauf,
oder die Position der maximalen Dämpfung eingestellt werden,
um diese optimal anzupassen.In a further embodiment of the invention, an absorber, as described above, is designed as a controllable absorber. By means of such a controllable absorber, for example, the Damping, the damping curve, or the position of the maximum damping are adjusted to optimally adapt.
Besonders
günstig
ist es, wenn ein steuerbarer Absorber zwei wechselweise aktivierbare
Segmente aufweist. Durch diese beiden Absorber Segmente kann nun
der Verlauf des Lichtleiters 3 in insgesamt drei Teile
unterteilt werden. Beim Durchlaufen des Lichtleiters ausgehend von
einer Position des zweiten Lichtkopplers 5 an dem ersten
Lichtkoppler 4a, 4b ist nun das in Bewegungsrichtung
näher liegende
Absorbersegment auf minimale Absorption und das entferntere Absorbersegment
auf maximale Absorption eingestellt. Somit wird ausschließ lich Licht
in der ersten Richtung zwischen dem ersten Lichtkoppler 4a, 4b und
dem zweiten Lichtkoppler 5 übertragen. Da das Signal der
zweiten Richtung von dem zweiten Lichtkoppler 5 nicht empfangbar
ist, ist auch kein Phasenausgleich notwendig. Sobald nun der zweite
Lichtkoppler 5 das auf minimale Absorption eingestellte
erste Absorbersegment passiert hat, werden nun die Absorbersegmente
umgeschaltet. Dies bedeutet, dass nun das erste Absorbersegment auf
maximale Absorption und das zweite Absorbersegment auf minimale
Absorption geschaltet wird. Somit empfängt der zweite Lichtkoppler 5 nun
das optische Signal aus der zweiten Richtung. Um hier einen störungsfreien Überganges
zwischen dem Empfang der ersten Richtung und der zweiten Richtung zu
erreichen, werden die Signale aus den beiden Richtungen durch eine
erfindungsgemäße Verzögerung aneinander
angepasst. Hat der zweite Lichtkoppler 5 das zweite Absorbersegment
passiert, so kann er auch ohne Laufzeitausgleich über den
Rest der Strecke bewegt werden. Besonders günstig ist es, auf dem Rest
der Strecke die zuvor eingeführte Verzögerung allmählich wieder
auf null zurückzustellen.It is particularly favorable if a controllable absorber has two mutually activatable segments. Through these two absorber segments can now the course of the light guide 3 be divided into a total of three parts. When passing through the light guide, starting from a position of the second light coupler 5 at the first light coupler 4a . 4b Now, the closer in the direction of movement absorber segment is set to minimum absorption and the more distant Absorbersegment to maximum absorption. Thus, only light in the first direction between the first light coupler 4a . 4b and the second light coupler 5 transfer. Since the signal of the second direction from the second light coupler 5 is not receivable, no phase compensation is necessary. Now, as soon as the second light coupler 5 has passed the set to minimum absorption first absorber segment, the absorber segments are now switched. This means that now the first absorber segment is switched to maximum absorption and the second absorber segment to minimum absorption. Thus, the second light coupler receives 5 now the optical signal from the second direction. In order to achieve a smooth transition between the reception of the first direction and the second direction here, the signals from the two directions are adapted to each other by a delay according to the invention. Has the second light coupler 5 the second absorber segment passes, so it can be moved over the remainder of the route even without runtime compensation. It is particularly favorable to gradually restore the previously introduced delay to zero over the remainder of the route.
Besonders
günstig
ist es, wenn der Abstand zwischen den beiden Absorbersegmenten möglichst klein
gehalten wird. Weiterhin ist es vorteilhaft, in diesem Falle die
Mitte zwischen den Absorbersegmenten gegenüberliegend der Position des
ersten Lichtkopplers 4a, 4b anzuordnen.It is particularly favorable if the distance between the two absorber segments is kept as small as possible. Furthermore, it is advantageous, in this case, the center between the absorber segments opposite the position of the first light coupler 4a . 4b to arrange.
In
einer weiteren Ausgestaltung ist wenigstens ein steuerbarer Absorber 13 mit
einem zweiten Lichtkoppler 5 synchron beweglich, vorzugsweise
an einer diesem gegenüberliegenden
Position vorgesehen.In a further embodiment, at least one controllable absorber 13 with a second light coupler 5 synchronously movable, preferably provided at a position opposite this.
Eine
weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass wenigstens ein
Positionssensor 31 vorgesehen ist. Dieser Positionssensor
ermittelt die Position des zweiten Lichtkopplers 5 gegenüber dem ersten
Lichtkoppler 4a, 4b und signalisiert diesen Wert
an die Steuereinheit 10. Aufgrund der Positionsinformation
kann die Steuereinheit 10 nun den exakten Laufzeitunterschied
zwischen den beiden Richtungen der Signale ermitteln.A further embodiment of the invention provides that at least one position sensor 31 is provided. This position sensor detects the position of the second light coupler 5 opposite the first light coupler 4a . 4b and signals this value to the control unit 10 , Due to the position information, the control unit 10 now determine the exact transit time difference between the two directions of the signals.
Ein
Verfahren umfasst die Schritte Aussenden von Licht in einen auf
einer Kreisbahn angebrachten Lichtleiter in zwei entgegengesetzten
Richtungen und Empfangen des im Lichtleiter übertragenen Lichtes. Weiterhin
wird das Licht der beiden entgegengesetzten Richtungen in seiner
Phase (bezogen auf das Modulationssignal) derart gesteuert, beziehungsweise
in der Zeit derart verschoben, dass das Licht aus beiden Richtungen
gleichzeitig beziehungsweise gleichphasig bezogen auf das Modulationssignal
am Ort des Empfangs eintrifft.One
Method includes the steps of emitting light into one
a circular path attached light guide in two opposite
Directions and receiving the light transmitted in the light guide. Farther
the light of the two opposite directions is in his
Phase controlled (based on the modulation signal), or
shifted in time so that the light from both directions
simultaneously or in phase with respect to the modulation signal
arrives at the place of reception.
Beschreibung der ZeichnungenDescription of the drawings
Die
Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens anhand
von Ausführungsbeispielen
unter Bezugnahme auf die Zeichnungen exemplarisch beschrieben.The
Invention will be described below without limiting the general inventive concept
of exemplary embodiments
described by way of example with reference to the drawings.
1 zeigt
in allgemeiner Form schematisch eine erfindungsgemäße Vorrichtung. 1 shows in a general form schematically a device according to the invention.
2 zeigt
schematisch eine erfindungsgemäße Vorrichtung
in der Draufsicht. 2 schematically shows a device according to the invention in plan view.
3 veranschaulicht
den Verlauf der Verzögerung
des Lichts. 3 illustrates the course of the delay of the light.
4 veranschaulicht
den Verlauf der Verzögerung
des Lichts mit einem bedämpften
Lichtleiter. 4 illustrates the course of the delay of the light with a damped light guide.
5 veranschaulicht
den Verlauf der Verzögerung
des Lichts mit einem bedämpften
Lichtleiter und einer besonders vorteilhaften Form der Rückstellung
der Verzögerungszeiten. 5 illustrates the course of the delay of the light with a damped light guide and a particularly advantageous form of the provision of the delay times.
6 zeigt
einen Verlauf mit optimierten Verzögerungszeiten. 6 shows a course with optimized delay times.
1 zeigt
in schematischer Form eine erfindungsgemäße Vorrichtung im Schnitt.
Darin sind sowohl die erste Einheit 1 als auch die zweite
Einheit 2 als Scheiben mit zentrischer Bohrung, welche
um die Drehachse 6 drehbar gelagert sind, dargestellt. Der
Lichtleiter 3 ist hier beispielhaft als auf der Innenseite
verspiegelter Graben dargestellt. Er erstreckt sich um den gesamten
Umfang der ersten Einheit. Im Eingriff mit diesem Graben ist ein
zweiter Lichtkoppler 5, welcher an der zweiten Einheit 2 angeordnet
ist. Dieser Lichtkoppler greift das in dem Lichtleiter geführte Licht
ab und leitet es mit einer lichtleitenden Faser 7 weiter.
Zur exakten Ausrichtung von Lichtleiter und zweitem Lichtkoppler
in einer Achse sind eine hydrodynamische Lagerung sowie eine elektrodynamische
Lageregelung vorgesehen. Die hydrodynamische Lagerung basiert auf
einem dünnen
Luftfilm, welcher durch die Bewegung der beiden Einheiten gegeneinander
zwischen der ersten Lagerfläche 21 und
der zweiten Lagerfläche 20 ausgebildet
wird. Zur Unterstützung
sind beispielsweise zusätzliche
Mittel zur Luftführung
vorgesehen. Weiterhin hat die Vorrichtung vorteilhafterweise Notlaufeigenschaften,
die auch noch eine gewisse Führung
bei niedrigen Geschwindigkeiten ohne ausreichenden Luftfilm gewährleisten,
wie sie beispielsweise in einer Beschleunigungs- oder Bremsphase
auftreten. Weiterhin ist zur exakten Positionierung ein Sensor 9 zur
Ermittlung des Abstandes zwischen den beiden Einheiten vorgesehen.
Dieser Sensor tastet hier den Abstand zu einer Referenzspur 11 ab,
welche im vorliegenden Beispiel identisch mit der ersten Lagerfläche 21 ist.
Die Ausgangssignale des Sensors werden mittels einer Steuereinheit 10 weiterbearbeitet
und dem Aktuator 8 zur exakten Regelung der Lage des zweiten
Lichtkopplers zugeführt. 1 shows in schematic form a device according to the invention in section. In it are both the first unit 1 as well as the second unit 2 as discs with centric bore, which around the axis of rotation 6 are rotatably mounted, shown. The light guide 3 is exemplified here as on the inside mirrored trench. It extends around the entire circumference of the first unit. Engaged with this trench is a second light coupler 5 which is at the second unit 2 is arranged. This light coupler picks up the guided in the light guide light and conducts it with a light-conducting fiber 7 further. For the exact alignment of the light guide and the second light coupler in one axis, a hydrodynamic bearing and an electrodynamic position control are provided. The hydrodynamic bearing is based on a thin film of air, which by the movement of the two units against each other between the first bearing surface 21 and the second storage area 20 is trained. To support, for example, additional means for air guidance are provided. Furthermore, the device advantageously has runflat, which also ensure some guidance at low speeds without sufficient air film, as they occur for example in an acceleration or braking phase. Furthermore, a sensor is for exact positioning 9 intended to determine the distance between the two units. This sensor scans the distance to a reference track 11 which in the present example is identical to the first bearing surface 21 is. The output signals of the sensor are by means of a control unit 10 further processed and the actuator 8th for exact control of the position of the second light coupler supplied.
2 zeigt
in schematischer Form eine erfindungsgemäße Vorrichtung in der Draufsicht.
Eine erste Einheit 1 dient zur Aufnahme eines ringförmigen Lichtleiters 3.
Dieser Lichtleiter ist beispielsweise ein auf der Innenseite verspiegelter
Graben. Eine zweite Einheit 2 dreht sich gegenüber der
ersten Einheit um die Drehachse 6. Die zweite Einheit enthält einen
zweiten Lichtkoppler 5. 2 shows in schematic form a device according to the invention in plan view. A first unit 1 serves to receive an annular light guide 3 , This light guide is, for example, a mirrored trench on the inside. A second unit 2 turns with respect to the first unit around the axis of rotation 6 , The second unit contains a second light coupler 5 ,
Licht
aus einem nicht dargestellten Sender wird bezogen auf das Modulationssignal
gleichphasig mittels der beiden ersten Lichtkoppler 4a, 4b in den
Lichtleiter 3 eingespeist. Das Licht vom ersten Lichtkoppler 4a läuft auf
der rechten Seite der Abbildung (erste Richtung) bis zum Absorber 13.
Gleichzeitig läuft
das Licht des ersten Lichtkopplers 4b auf der linken Seite
(entgegengesetzte Richtung). Die durch den ersten Lichtkoppler 4a in
der ersten Richtung abgegebenen optische Signale beziehungsweise
durch den ersten Lichtkoppler 4b in der entgegengesetzten
Richtung abgegebenen optische Signale sind nun gegeneinander zeitlich
so verschoben, dass sie unter Berücksichtigung ihrer unterschiedlichen Wege
phasengleich bezogen auf das Modulationssignal am zweiten Lichtkoppler 5 Eintreffen.
Der Absorber 13 ist hier beispielhaft symmetrisch in Bezug
auf die Einkoppelstelle der ersten Lichtkoppler angeordnet, so dass
am Punkt des Absorbers die Lichtwege 32 auf beiden Seiten
gleich lang sind. Der Abgriff des Lichts erfolgt mittels eines zweiten
Lichtkopplers 5, welcher um die Drehachse 6 entlang
der Bahn des Lichtleiters 3 drehbar gelagert ist und das
abgegriffene Licht einem optischen Empfänger zuführt. Zur Vereinfachung ist
der optische Empfänger
ebenfalls nicht abgebildet. Selbstverständlich ist auch eine Übertragung
in umgekehrter Richtung möglich.
Die Erfindung ist aber auch ohne den hier dargestellten Absorber 13 funktionsfähig. Wesentlich
ist dann, dass der Lichtleiter 3 entlang des Umfangs eine
signifikante Dämpfung
aufweist, so dass ein Licht, welches beispielsweise durch den ersten
Lichtkoppler 4a in der ersten Richtung ausgesendet wird
nach einem vollständigen
Durchlauf des Lichtleiters 3 entlang seines Umfangs derart
abgeschwächt
ist, dass es mit dem ausgesendeten Lichts des ersten Lichtkopplers,
welches noch nicht um den Lichtleiter gelaufen ist, zu keinen störenden Überlagerung
ankommt. Vorteilhaft ist eine Dämpfung
von wenigstens 10 dB. Eine solche verteilte Dämpfung kann beispielsweise
durch die Ausgestaltung des Lichtleiters 3 selbst erfolgen.
Ebenso kann aber auch ein Absorber an diskreten Stellen oder verteilt über die
ganze Länge
des Lichtleiters 3 angeordnet sein. Besonders günstig ist
es, diesen Absorber steuerbar auszubilden, beispielsweise um die
Absorption an die Systemdämpfung
anzupassen. Hierbei können
dann altersbedingte Schwankungen der Absorption ausgeglichen werden.Light from a transmitter, not shown, is in phase with respect to the modulation signal by means of the two first light coupler 4a . 4b in the light guide 3 fed. The light from the first light coupler 4a runs on the right side of the figure (first direction) to the absorber 13 , At the same time the light of the first light coupler is running 4b on the left side (opposite direction). The through the first light coupler 4a in the first direction emitted optical signals or by the first light coupler 4b in the opposite direction emitted optical signals are now temporally shifted from each other so that they are in phase with respect to their different ways with respect to the modulation signal at the second light coupler 5 Arrive. The absorber 13 Here, for example, is arranged symmetrically with respect to the coupling point of the first light coupler, so that at the point of the absorber, the light paths 32 are the same length on both sides. The tapping of the light takes place by means of a second light coupler 5 which is about the axis of rotation 6 along the path of the light guide 3 is rotatably mounted and supplies the tapped light to an optical receiver. For simplicity, the optical receiver is also not shown. Of course, a transmission in the opposite direction is possible. However, the invention is also without the absorber shown here 13 functioning. It is essential then that the light guide 3 along the circumference has a significant attenuation, so that a light which, for example, by the first light coupler 4a is emitted in the first direction after a complete passage of the light guide 3 is attenuated along its circumference so that it arrives with the emitted light of the first light coupler, which has not yet run around the light guide to no disturbing interference. An attenuation of at least 10 dB is advantageous. Such a distributed attenuation can be achieved, for example, by the design of the light guide 3 yourself. Likewise, however, it is also possible to use an absorber at discrete locations or distributed over the entire length of the light guide 3 be arranged. It is particularly advantageous to make this absorber controllable, for example to adapt the absorption to the system damping. In this case, age-related fluctuations of the absorption can be compensated.
3 veranschaulicht
den Verlauf der Verzögerung
des Lichts in Abhängigkeit
von der Position des zweiten Lichtkopplers 5 bezogen auf
den ersten Lichtkoppler 4a, 4b. Die Achse 60 zeigt
die Entfernung bezogen auf einen Umlauf entsprechend der Länge des
Lichtleiters 3. Das linke Ende der Achse entspricht demjenigen
Punkt, an dem der zweite Lichtkoppler 5 an der Position
des ersten Lichtkopplers 4a, 4b steht. Mit fortschreitender Bewegung
des zweiten Lichtkopplers 5, beispielsweise entgegen dem
Uhrzeigersinn, bewegt sich dieser entsprechend auf der Achse 60 nach
rechts bis er schließlich
wieder an der Position des ersten Lichtkopplers 4a, 4b ankommt.
Dieser Punkt entspricht dem rechten Ende der Achse 60.
Dies bedeutet, dass das linke Ende der Achse 60 und das
rechte Ende der Achse 60 die gleiche Position angeben.
Die Achse 61 zeigt in relativer Skalierung die Verzögerung der
optischen Signale. Die Kurve 50 zeigt die Verzögerung des
Signals entgegen dem Uhrzeigersinn (erste Richtung), das heißt in Bewegungsrichtung
des Lichtkopplers 5 abgegebenen Lichts am Ort des ersten
Lichtkopplers 4a, 4b. Da das Licht in dieser Richtung
nur einen sehr kurzen Weg zurückzulegen
hat, um von dem ersten Lichtkoppler 4a, 4b zum
zweiten Lichtkoppler 5 zu gelangen, wird es maximal verzögert. Mit
zunehmender Entfernung des zweiten Lichtkopplers 5 vom
ersten Lichtkoppler 4a, 4b wird das Signal zunehmend
weniger verzögert,
da die Laufzeit im Lichtleiter 3 entsprechend größer ist.
Das Signal in der entgegengesetzten Richtung (zweite Richtung),
dessen Verzögerung
durch die Kurve 51 dargestellt ist, wird zunächst vor
der Aussendung durch den ersten Lichtkoppler 4a, 4b nur
minimal verzögert,
da es bereits den maximalen Weg im Lichtleiter 3 durchlaufen
muss. Mit zunehmender Entfernung des zweiten Lichtkopplers 5 vom
ersten Lichtkoppler 4a, 4b wird die Verzögerung dieses
Lichtes vergrößert, da
sich die Weglänge im
Lichtleiter 3 und damit die Verzögerung verringert. Wie nun
aus dem Diagramm zu erkennen ist, ergibt sich nach einmaligem Durchlauf
des Lichtleiters 3 die Situation, dass ein am Ausgangspunkt
zuerst maximal verzögertes
Signal, wel ches entgegen dem Uhrzeigersinn abgegeben wurde (Kurve 50),
nun minimal verzögert
ist. Entsprechend wird nun das in entgegengesetzter Richtung abgegebenes
Signal, welches zuerst minimal verzögert wurde, maximal verzögert. Es
ergibt sich an diesem Ort somit eine Unstetigkeit. Diese Unstetigkeit
kann nun beispielsweise durch ein wiederholtes Übertragen nicht übertragener
Bits beziehungsweise ein Löschen
zu viel übertragener
Bits ausgeglichen werden. Dieser Ausgleich kann für ein einzelnes
Bit oder auch Vorteilhafterweise für ganze Frames erfolgen. In
diesem Beispiel wurde eine Realisierung dargestellt, bei der sowohl das
Signal in der erste Richtung als auch das Signal in der zweiten
Richtung verzögert
wird. Zum Laufzeit- bzw. Phasenausgleich wird dabei beispielsweise
die Verzögerung
des Signals in der ersten Richtung verringert, während die Verzögerung des
Signals in der zweiten Richtung vergrößert wird. Bei umgekehrter Bewegungsrichtung
ist selbstverständlich
der Wirkungssinn ebenfalls umgekehrt. Alternativ hierzu kann aber
auch nur eines der beiden Signale verzögert werden, während das
andere Signal konstant bleibt. Dabei ist selbstverständlich der
Verzögerungsfaktor
des zu verzögernden
Signals doppelt so groß, wie
im vorhergehenden Beispiel. Dies würde in einer Darstellung entsprechend
der 3 bedeuten, dass beispielsweise die Kurve 50 mit
doppelter Steigung verläuft,
während
die Kurve 51 waagerecht liegt. Alternativ hierzu könnte auch
die Kurve 51 mit doppelter Steigung verlaufen, während die
Kurve 50 waagerecht verläuft. Selbstverständlich sind
auch beliebige Kombinationen beziehungsweise Zwischenlösungen möglich. So
kann beispielsweise 1/3 der Verzögerung in
der ersten Richtung (Kurve 50) realisiert werden, während 2/3
der notwendigen Verzögerung über die
zweite Richtung (Kurve 51) realisiert sind. 3 illustrates the course of the delay of the light as a function of the position of the second light coupler 5 relative to the first light coupler 4a . 4b , The axis 60 shows the distance relative to one revolution corresponding to the length of the light guide 3 , The left end of the axis corresponds to the point at which the second light coupler 5 at the position of the first light coupler 4a . 4b stands. With progressive movement of the second light coupler 5 , For example, counterclockwise, this moves accordingly on the axis 60 until he finally returns to the position of the first light coupler 4a . 4b arrives. This point corresponds to the right end of the axis 60 , This means that the left end of the axle 60 and the right end of the axle 60 specify the same position. The axis 61 shows in relative scaling the delay of the optical signals. The curve 50 shows the delay of the signal in the counterclockwise direction (first direction), that is in the direction of movement of the light coupler 5 emitted light at the location of the first light coupler 4a . 4b , Because the light in this direction has only a very short distance to travel from the first light coupler 4a . 4b to the second light coupler 5 it is delayed to a maximum. With increasing distance of the second light coupler 5 from the first light coupler 4a . 4b the signal is increasingly delayed less, since the transit time in the light guide 3 is correspondingly larger. The signal in the opposite direction (second direction), its delay through the curve 51 is first shown before the transmission by the first light coupler 4a . 4b only minimally delayed, since it already has the maximum path in the light guide 3 has to go through. With increasing distance of the second light coupler 5 from the first light coupler 4a . 4b the delay of this light is increased, since the path length in the light guide 3 and thus reduce the delay. As can be seen from the diagram, results after a single pass of the light guide 3 the Situation that a maximum delayed at the starting point signal, which was issued counterclockwise wel (curve 50 ), is now minimally delayed. Accordingly, the signal emitted in the opposite direction, which was first minimally delayed, is now delayed to the maximum. It follows at this place thus a discontinuity. This discontinuity can now be compensated, for example, by repeatedly transmitting non-transmitted bits or erasing too many transmitted bits. This compensation can be done for a single bit or, advantageously, for whole frames. In this example, an implementation has been shown in which both the signal in the first direction and the signal in the second direction is delayed. In the case of propagation or phase compensation, for example, the delay of the signal in the first direction is reduced while the delay of the signal in the second direction is increased. In the reverse direction of movement, of course, the sense of action is also reversed. Alternatively, however, only one of the two signals can be delayed while the other signal remains constant. Of course, the delay factor of the signal to be delayed is twice as large as in the previous example. This would be done in a representation corresponding to 3 mean that, for example, the curve 50 with double slope runs while the curve 51 horizontally. Alternatively, the curve could be 51 with double slope, while the curve 50 horizontally. Of course, any combinations or interim solutions are possible. For example, 1/3 of the delay in the first direction (curve 50 ) are realized while 2/3 of the necessary delay over the second direction (curve 51 ) are realized.
Nachfolgend
wird eine besonders einfache Realisierung dargestellt. Die zu übertragende
Datenrate sei 10 Gb pro Sekunde bei einem Umfang entsprechend einer
Länge des
Lichtleiters von 3 m. Die Ausbreitungsgeschwindigkeit des Lichtes
wird als 3e8 m/s angenommen. Damit beträgt die Ausbreitungslänge beziehungsweise „Wellenlänge” eines Bits
30 mm. Der Laufzeitausgleich erfolgt durch einen in Stufen einstellbaren
Phasenschieber. Dieser kann beispielsweise acht Stufen umfassen.
Damit ist eine Verzögerung
in Schritten von 1/10 Bit, entsprechend 10 ps möglich. Zu Beginn der Bewegung
sei die Verzögerung
für die
erste Richtung auf ein Maximum, das heißt 8/10 Bit eingestellt. Mit
zunehmender Fortbewegung vergrößert sich
die Laufzeit des Lichtes durch den Lichtleiter 3. Hat sich
nun die Laufzeit jeweils um die Ausbreitungslänge von 1/10 Bit, entsprechend
3 mm geändert,
so wird die Verzögerung entsprechend
um 1/10 Bit, also 10 ps reduziert. Wesentlich ist hierbei eine genaue
Information über
die Position des zweiten Lichtkopplers 5. Diese kann beispielsweise
durch einen Positionsencoder gewonnen werden. Alternativ beziehungsweise
zusätzlich
kann auch eine Zeitmessung erfolgen. So erfolgt die Drehung bei
Computertomographen schon aufgrund der hohen Masse des rotierenden
Teils mit sehr konstanter Geschwindigkeit. So kann mit hoher Genauigkeit durch
Zeitmessung der Drehbewegung auch die Position bestimmt werden.
Nachdem die Verzögerung in
10 Schritten, entsprechend der Länge
eines einzelnen Bits reduziert wurde, wird nun der Phasenschieber
wieder auf das Maximum, 10/10 Bit vorgestellt. Während dieses Stellvorganges
wird ein redundantes Bit übertragen.
Dies bedeutet, dass beispielsweise ein bereits übertragenes Bit nochmals übertragen wird,
oder einfach ein auf null oder auf eins gesetztes Bit ausgesendet
wird. Der Empfänger
ist nun vorteilhafterweise so ausgebildet, dass er dieses zusätzlich ausgesendete
Bit erkennt und beispielsweise das Bit, das entsprechende Wort oder
den entsprechenden Rahmen verwirft. Besonders vorteilhaft ist es,
wenn die Umschaltung synchron zur Aussendung von Rahmen erfolgt
und hierbei insbesondere das optionale Bit an einer vorgegebenen
Position übertragen
wird, so dass es auf einfache Weise vom Empfänger identifiziert werden kann.A particularly simple realization is presented below. The data rate to be transmitted is 10 Gb per second for a circumference corresponding to a length of the optical fiber of 3 m. The propagation speed of the light is assumed to be 3e8 m / s. Thus, the propagation length or "wavelength" of a bit is 30 mm. The runtime compensation is performed by a phase shifter adjustable in steps. This can for example comprise eight stages. This allows a delay in increments of 1/10 bit, corresponding to 10 ps. At the beginning of the movement, the delay for the first direction is set to a maximum, ie 8/10 bits. With increasing locomotion, the duration of the light increases through the light guide 3 , If the runtime has changed by the propagation length of 1/10 bits, corresponding to 3 mm, the delay is reduced accordingly by 1/10 bit, ie 10 ps. Essential here is precise information about the position of the second light coupler 5 , This can be obtained for example by a position encoder. Alternatively or additionally, a time measurement can also take place. Thus, the rotation in computer tomographs is already due to the high mass of the rotating part with a very constant speed. Thus, the position can be determined with high accuracy by timing the rotational movement. After the delay has been reduced in 10 steps, corresponding to the length of a single bit, the phase shifter is now reintroduced to the maximum, 10/10 bit. During this positioning process, a redundant bit is transmitted. This means that, for example, an already transmitted bit is transmitted again, or simply a bit set to zero or one is sent out. The receiver is now advantageously designed so that it recognizes this additionally transmitted bit and, for example, discards the bit, the corresponding word or the corresponding frame. It is particularly advantageous if the switching takes place synchronously with the transmission of frames and in this case, in particular, the optional bit is transmitted at a predetermined position, so that it can be easily identified by the receiver.
In 4 ist
der Verlauf der Verzögerung
des Lichtes in einer anderen Ausgestaltung der Erfindung dargestellt.
Der hier zugrunde gelegte ringförmige Lichtleiter 3 weist
eine signifikante Dämpfung
auf. Diese Dämpfung
ist so groß,
dass das Licht einer Richtung nicht über den vollständigen Weg
des Lichtleiters bis zurück
zur Position des ersten Lichtkopplers übertragen werden kann. Dies
bedeutet, dass die Dämpfung
entlang der Wegstrecke des Lichtleiters so groß ist, dass ein störungsfreier
Empfangs nicht mehr möglich
ist. Damit sollte die Dämpfung
in einem Bereich größer 6 dB,
vorteilhafterweise 12 dB und besonders vorteilhaft größer 20 dB
sein. Bewegt sich nun der zweite Lichtkoppler 5 in einer
ersten Richtung, beispielsweise entgegen dem Uhrzeigersinn von dem
ersten Lichtkoppler 4a, 4b weg, so wird die Verzögerung des
Signals der ersten Richtung entsprechend der Kurve 50 ausgehend
von einem Anfangswert zunehmend verringert. Entsprechend wird die
Verzögerung
des Signals der zweiten Richtung vergrößert (Kurve 51). Somit
besteht zunächst
während
eines bestimmten Zeitraums Phasengleichheit an der Position des
zweiten Lichtkopplers 5. Hat sich nun der zweite Lichtkoppler 5 bis
zu dem Wendepunkt 63 bewegt, so empfängt er aufgrund der Dämpfung des
Lichtleiters 3 nur noch Signale aus der zweiten Richtung,
während
das Signal aus der ersten Richtung auf vernachlässigbar kleine Pegel abgeschwächt ist.
Nun ist es möglich,
die Verzögerungen der
erste und der zweiten Richtung auf ihre Ausgangswerte zurückzustellen,
da für
die Übertragung eine
Phasengleichheit der beiden Signale am Orte des zweiten Lichtkopplers 5 nicht
mehr notwendig ist.In 4 the course of the delay of the light is shown in another embodiment of the invention. The underlying here annular light guide 3 has a significant attenuation. This attenuation is so great that the light of one direction can not be transmitted over the complete path of the light guide back to the position of the first light coupler. This means that the attenuation along the path of the light guide is so great that a trouble-free reception is no longer possible. Thus, the attenuation in an area should be greater than 6 dB, advantageously 12 dB and particularly advantageously greater than 20 dB. Now moves the second light coupler 5 in a first direction, for example counterclockwise from the first light coupler 4a . 4b away, so the delay of the signal of the first direction corresponding to the curve 50 decreasing progressively from an initial value. Accordingly, the delay of the signal of the second direction is increased (curve 51 ). Thus, initially during a certain period of time, there is phase coincidence at the position of the second light coupler 5 , Has now the second light coupler 5 until the turning point 63 moved, it receives due to the attenuation of the light guide 3 only signals from the second direction, while the signal from the first direction is attenuated to negligible levels. Now it is possible to reset the delays of the first and the second direction to their initial values, as for the transmission phase equality of the two signals at the location of the second light coupler 5 is no longer necessary.
5 zeigt
eine ähnliche
Ausgestaltung wie in 4. Hierbei gibt es jedoch einen
ersten Wendepunkt 63a und einen zweiten Wendepunkt 63b.
Zwischen den beiden Wendepunkten wird aufgrund der gesteuerten Verzögerung zwischen
den Signalen der ersten und der zweiten Richtung Phasengleichheit hergestellt.
Hinter dem zweiten Wendepunkt und vor dem ersten Wendepunkt ist
jeweils nur ein Empfang der Signale aus der zweiten Richtung und
nach Passieren des ersten Lichtkopplers ein Empfang der Signale
aus der ersten Richtung möglich.
Daher muss hier keine Phasengleichheit am Ort des zweiten Lichtkopplers 5 bestehen.
Somit wird dieser Bereich zur Rückstellung
der Verzögerung
verwendet. 5 shows a similar embodiment as in 4 , Here, however, there is a first turning point 63a and a second turning point 63b , Between the two inflection points, phase equality is established due to the controlled delay between the first and second direction signals. After the second turning point and before the first turning point, in each case only a reception of the signals from the second direction and, after passing through the first light coupler, a reception of the signals from the first direction is possible. Therefore, there must be no phase match at the location of the second light coupler 5 consist. Thus, this area is used to reset the delay.
6 zeigt
eine ähnliche
Ausgestaltung wie in 5. Hierbei sind jedoch die Verzögerungen
minimiert. 6 shows a similar embodiment as in 5 , However, the delays are minimized.
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11
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Erste
EinheitFirst
unit
-
22
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Zweite
EinheitSecond
unit
-
33
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Lichtleiteroptical fiber
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4a,
4b4a,
4b
-
Erster
Lichtkopplerfirst
light coupler
-
55
-
Zweiter
Lichtkopplersecond
light coupler
-
66
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Drehachse
der Drehung zwischen erster und zweiter Einheitaxis of rotation
the rotation between the first and second units
-
77
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Lichtleitende
FaserPhotoconductive
fiber
-
88th
-
Aktuatoractuator
-
99
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Sensorsensor
-
1010
-
Steuereinheitcontrol unit
-
1111
-
Referenzspurreference track
-
1212
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Mittel
zur hydrostatischen oder hydrodynamischen Lagerungmedium
for hydrostatic or hydrodynamic storage
-
1313
-
Absorberabsorber
-
2020
-
zweite
Lagerflächesecond
storage area
-
2121
-
erste
Lagerflächefirst
storage area
-
3232
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Lichtstrahlbeam of light
-
5050
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Verzögerung des
entgegen dem Uhrzeigersinn abgestrahlten LichtesDelay of the
counterclockwise emitted light
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5151
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Verzögerung des
im Uhrzeigersinns abgestrahlten LichtesDelay of the
Clockwise emitted light
-
6060
-
Ortsachsespatial axis
-
6161
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Intensitätsachseintensity axis
-
6262
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Schnittpunktintersection
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6363
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Wendepunktturning point