[发明专利]沿圆弧的光路和彼此相对旋转的两个单元之间的信号发送

说明书

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

技术领域

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

背景技术

本发明解决了通过两个相对于彼此旋转的构件进行数据发送的问题。利用电缆，这是不可能实现的，或者只能在非常有限的程度上实现。另外，由于应用，旋转轴线必须经常保持自由。这是必要的，例如，对于计算机断层摄影或马达而言。这里，特别注意实现最高可能的发送带宽(＝1Gbps)。

当前的工业系统是基于通过电缆的数据发送。滑环和接触刷用于旋转点处。由于接触件的磨损，这些系统的寿命有限。此外，使用基于高频的波导系统，其中基于高频的信号在波导中被引导。偶尔也有使用光学数据发送。

由于电信号/高频无线电信号在滑环上和在波导中的全方位信号传播，会出现多径传播。这导致相当大的运行时间差异和发送带宽的限制。市场上常见的系统允许数据速率在大约100Mbit/s的范围内。专利DE 10 2007 041 927 A1也处理了这个问题，并且旨在通过调适具有10μm芯径的光波导(理想的是单模光纤)来解决这个问题。细光纤以这样的方式调适，即使得除了在正面耦合进入/出来之外，光还可以侧向耦合进入或出来。这种方案基于光的波形特性。另一个专利(DE 28 46 526 A1)描述了一种用于计算机断层摄影中光学数据发送的基本设备。这同样适用于US 4109997，其目标数据速率为1Mbit/s至30Mbit/s。另一个专利US 2004/0062344 A1在球轴承定子-转子系统中形成金属反射波导，用于在其中发送数据。

发明内容

鉴于此，需要一种光学设备，其能够在相对于彼此旋转的两个零件之间以高带宽进行数据发送。

本公开的一个构思是至少部分地配置描述圆弧的光路的界面，使得沿着圆弧具有切向分量的光束可以耦合到光路中。这可以通过将光路的光路元件的至少第一界面定向成使得它们在相应第一界面上的平均取向与切向取向相比倾斜来获得。这导致切向分量具有预定方向的光束的优选方向。通过沿着光路布置光路元件，可以为光路的相应光路段提供预定的行进方向。由于第一界面的配置，沿着预定行进方向穿过光路的光因此被保持在光路上，而逆着预定行进方向的光传播被抑制。如果光耦合到光路中的切向位置连续变化，则可以基于光路的预定行进方向实现光以与光耦合到光路中相同的时间顺序照射到光路的特定位置，例如末端。这实现了高数据速率。另外，第一界面的配置确保了光束非常高效地耦合到光路中，因为在预定行进方向上穿过光路的光束可以被反射，使得当在第一界面之一处被反射时，由于第一界面的倾斜，相对于切向方向的角度减小。在一些示例中，这实现了全反射。在进一步的示例中，这可以减小径向方向上的光路，使得例如光路内部的自由空间可以增加。

本公开的示例提供了一种光学设备，其具有用于沿着圆弧引导光束的光路。光路包括至少一个光路段，该光路段包括沿光路切向布置的多个光路元件。光路元件中的每一个至少部分地在径向方向上被第一界面限制。相应光路段的第一界面各自被配置成至少将以大于预定角度的入射角从光路入射的光反射到相应第一界面上，以保持光束沿着光路在为相应光路段预定的行进方向上传播。第一界面的第一切向端在径向上与圆弧的中心的间距比第二切向端更远。

通过第一界面的切向端的这种布置，获得了第一界面的取向与平行于切向方向的取向相比是倾斜的。结果，可以相对于切向方向产生光束在第一界面反射的优选方向。通过反射的优选方向，可以获得相应光路段的预定行进方向，从而可以抑制光在不同方向上的多径传播。