CN112236957B - 用于信号传输的光学收发器单元和设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种光学收发器单元(200)，包括：载体(210)，可以绕旋转轴(206)旋转；光学接收器(204)，布置在旋转轴(206)上载体(210)上，以便从第一方向接收光学接收信号；光学发送器(202)，与光学接收器(204)相邻地被布置在载体上，以便在第二方向上发射光学发送信号(208)；以及光学收发器系统(214)，被布置在光学接收器(204)上方旋转轴(206)上载体(210)上，并延伸超过光学接收器(204)和光学发送器(202)，光学收发器(214)包括光学接收系统(218)和布置在光学接收系统(218)中的光学发送系统(220)。光学接收系统(218)被设计为将入射在光学收发器系统(214)上的光学接收信号引向旋转轴(206)上的光学接收器(204)，并且光学发送系统(220)布置在光学发送器(202)上方并被设计为将由光学发送器(202)发送的光学发送信号(208)整形为输出光束。

Description

用于信号传输的光学收发器单元和设备
技术领域
本发明涉及信号传输领域，具体地，涉及通过两个组件的光学数据传输，这两个组件被布置为相对于彼此可旋转。实施例涉及光学发送/接收单元，具体地，涉及使用特殊的光学设计进行光学无线数据传输的可旋转光学短程发送/接收单元。
背景技术
在现有技术中，已知使得能够进行信号传输的不同方法，例如在被布置为相对于彼此可旋转的两个组件之间的数据传输。两个组件都被支撑为可旋转，或者组件之一被布置为相对于另一个可旋转。常规方法通过使用缆线经由相对于彼此旋转的两个组件来解决数据传输的问题，其中在旋转位置处使用滑动环(slip ring)或接触刷来传输电信号。这种基于接触的信号传输方法是不利的，这是由于基于接触的传输技术，特别是由于接触的磨损，而降低或限制了旋转位置的使用寿命，并因此也降低了整个系统的使用寿命。另外，电信号在滑动环上的全向信号传播会引起多路径传播，这会导致各个电信号的运行时间差异，从而可能会限制传输带宽。
用于避免基于接触的传输技术在信号传输中通过旋转位置的缺点的其他现有技术方法采用光学无线数据传输，该光学无线数据传输使用设置在被布置为相对于彼此可旋转的组件中的光学发送/接收单元或收发器。这种光学方法的优点在于它们在没有磨损的情况下运行，并因此不会限制整个系统的使用寿命。还避免了信号的上述多路径传播，从而利用这样的光学无线数据传输系统避免了对传输带宽的限制，使得可以实现高数据速率，例如100Mbit/s及更高。
图1示出了包括两个光学无线发送/接收单元的常规信号传输装置的示意图，其中图1(a)示出了具有完整的数据连接或完整的数据链路的两个光学发送/接收单元的定向，并且图1(b)示出了相对于彼此旋转使得数据连接中断的两个发送/接收单元。
图1(a)示出了包括光学发送器102a和光学接收器104a的第一发送/接收装置100a。另外，图1(a)示出了第一发送/接收单元100a可绕其旋转的旋转轴106。在发送/接收单元100a中，光学发送器102a和光学接收器104a被布置为与旋转轴106间隔开。为了进行光学数据传输，光学发送器102a产生指向第二发送/接收单元100b的第一发送光束108a。接着，第二发送/接收单元包括布置在旋转轴106的两侧上的光学发送器102b和光学接收器104b。如箭头106b所示，第二发送/接收单元被布置为可绕旋转轴106旋转。在图1(a)中所示的示例中，两个发送/接收单元100a、100b相对于彼此以这样的方式进行定向：使得第一发送/接收单元100a中的光学发送器102a与第二发送/接收单元102b中的光学接收器104b相对，并且使得第二发送/接收单元100b的光学发送器102b与第一发送/接收单元100a的光学接收器104a相对。分别由光学发送器102a和102b发送的发送光束108a和108b分别被导向相对的光学接收器104b和104a。当根据图1(a)中的图示对两个发送/接收单元100a、100b进行定向时，可以进行双向数据传输，或者如果仅使用光学发送器中的一个，则可以进行单向数据传输。换言之，两个发送/接收单元100a、100b之间的数据连接是完整的。
基于图1(a)的用于通过旋转位置的光学无线数据传输的常规装置的缺点在于：两个可旋转或相对可旋转的发送/接收单元中对应的发送器/接收器必须相对于彼此进行定位，使得，换言之，发送器和接收器彼此视觉接触。然而，如果发送/接收单元100a、100b旋转脱离了图1(a)中所示的位置，例如当第一发送/接收单元100a相对于第二发送/接收单元100b旋转约180°时，例如如图1(b)中所示，发送器和接收器不再彼此相对。而是，可以看出，在两个发送/接收单元100a、100b中，对应的发送器与对应的接收器彼此相对。换言之，在两个相对的发送/接收单元中发送器与接收器之间不再有视觉接触，或者失去了视觉接触，使得数据连接中断。
发明内容
鉴于上述现有技术，本发明的目的是提供一种改进的发送/接收单元以及包括该发送/接收单元的改进的装置，其中无论相对于另外的发送/接收单元的相对旋转位置如何，都可以确保可靠的数据传输。
该目的通过独立的专利权利要求的主题来解决，并且在从属权利要求中限定了有利的进一步改进。
根据本发明，已认识到，在包括两个光学无线发送/接收单元的常规信号传输装置中，会出现数据中断的问题，特别是如果两个发送/接收单元或收发器之间的距离d在收发器尺寸的范围内(例如，如果该距离小于发送/接收单元的半径)。例如，距离d的这种短尺寸用在要在印刷电路板(PCB)之间提供数据连接的应用中，或者用于将图1的装置作为旋转机械部件上的光学滑动环的替代。换言之，发送/接收单元的短距离导致在发送/接收单元相对旋转的情况下，由对应的光学发送器发射的发送光束不会充分扩展以到达相对的发送/接收单元的对应接收器，形成图1(b)中所示的情形，在该情形下，在其上布置有对应的发送/接收单元100a、100b的组件的相对旋转可能会导致数据传输中断，即通过图1中所示的常规装置的手段不能确保两个组件之间的连续的数据连接。
本发明基于这样的发现：用于光学无线数据传输的常规可旋转光学短程收发器中的上述问题在于光学发送器和/或光学接收器的布置。在基于图1进行说明的的发送/接收单元中，光学发送器包括光源，并且发送光束的辐射轮廓通过发送光学器件被整形。例如，光学接收器包括与其相关联的其自身的接收光学器件的光电二极管，以便收集接收到的发送光束，即接收到的光信号。可旋转的光学短程收发器的这两个基本部件并排布置，如基于图1所说明的，使得旋转轴在两个单元之间(即，在发送器与接收器之间)延伸。如上面所说明的，这种设计导致这样的事实，在两个收发器之间的距离在与收发器的尺寸相比时较短的情况下，根本不可能或仅在很小的程度上实现元件的相对旋转，因为两个收发器的较大相对旋转会导致传输中断(因为对应的收发器中的发送器和接收器不再相互看到)。
为了解决该问题，本发明提出了一种光学发送/接收单元的设计，该设计避免了发送器和接收器的常规布置以及单独的接收和发送光学器件的常规设置，而是提供了将接收光学器件和发送光学器件彼此连接的光学器件的特殊设计，这使得这样的光学发送器和光学接收器的布置成为可能：使得无论两个发送/接收单元如何相对于彼此旋转都允许在它们之间进行可靠的数据传输。
本发明提供了一种光学发送/接收单元，包括：载体，能够绕旋转轴旋转；光学接收器，被布置在载体处旋转轴上，以便接收第一方向的光学接收信号；光学发送器，被布置为在载体处与光学接收器相邻，以便在第二方向上发射光学发送信号；以及发送/接收光学器件，被布置在载体处旋转轴上光学接收器上方，并且延伸跨过光学接收器和光学发送器，其中，发送/接收光学器件包括接收光学器件和布置在接收光学器件中的发送光学器件，其中，接收光学器件被配置为将入射在发送/接收光学器件上的光学接收信号引向旋转轴上的光学接收器，以及其中，发送光学器件被布置在光学发送器上方，并且被配置为将由光学发送器发射的光学发送信号整形为输出光束。
本发明还提供了一种用于信号传输的装置，包括：根据本发明的至少一个第一光学发送/接收单元和根据本发明的至少一个第二光学发送/接收单元，其中，第一光学发送/接收单元和第二光学发送/接收单元相对于彼此以以下方式进行布置：使得发送/接收单元的发送光束照射相对的发送/接收单元的接收光学器件。
本发明的发送/接收单元的一个优点在于，无论两个发送/接收单元如何绕光轴相对旋转，都确保了两个这样的发送/接收单元之间的连续或不中断的数据连接，从而避免了数据传输中断的问题，如结合图1所说明的。换言之，本发明的发送/接收单元确保了当在可相对于彼此旋转的两个组件之间的光学数据传输的装置中使用时，无论各个组件的相对旋转如何，都确保了组件中的一个中的光学发送器与组件中的另一个中的光学接收器之间的视觉接触。这避免了数据传输的不期望的中断，甚至避免了安全至关重要的中断。另外，可以通过光接口提高数据传输速率。
根据实施例，发送光学器件集成到接收光学器件中。
根据实施例，发送光学器件的形状可以被配置为球形、非球形，或者甚至为自由形式的表面。根据实施例，发送光学器件也可以由设置在接收光学器件的一个或两个表面处的表面结构形成，在透镜的球面曲率的情况下，该表面结构不包含在透镜中，而是可以附加地沉积。在非球面或自由形式的透镜的情况下，表面结构可以包含在曲率的数学描述中，或者可以稍后通过表面层来应用。
根据实施例，其中，发送光学器件至少部分地布置在接收光学器件中，其中，发送光学器件的面向光学发送器的部分形成用于对光学发送信号进行整形的第一光束整形表面，其中，第一光束整形表面
至少部分地形成在接收光学器件的面向光学接收器的表面中，或者
至少部分地突出超过接收光学器件的面向光学接收器的表面或相对于接收光学器件的面向光学接收器的表面凹进。
根据实施例，其中，发送光学器件至少部分地布置在接收光学器件中，其中，发送光学器件的背离光学发送器的部分形成用于对光学发送信号进行整形的第一光束整形表面，其中，第一光束整形表面
至少部分地形成在接收光学器件的背离光学接收器的表面中，或者
至少部分地突出超过接收光学器件的背离光学接收器的表面或相对于接收光学器件的背离光学接收器的表面凹进。
根据实施例，发送光学器件至少部分地布置在接收光学器件中，
其中，发送光学器件的面向光学发送器的部分形成用于对光学发送信号进行整形的第一光束整形表面，其中，第一光束整形表面
至少部分地形成在接收光学器件的面向光学接收器的表面中，或者
至少部分地突出超过接收光学器件的面向光学接收器的表面或相对于接收光学器件的面向光学接收器的表面凹进，以及
其中，发送光学器件的背离光学发送器的部分形成用于对光学发送信号进行整形的第二光束整形表面，其中，第二光束整形表面
至少部分地形成在接收光学器件的背离光学接收器的表面中，或者
至少部分地突出超过接收光学器件的背离光学接收器的表面或相对于接收光学器件的背离光学接收器的表面凹进。
根据实施例，接收光学器件的面向光学接收器的表面被发送光学器件的面向光学发送器的部分分成两个部分，使得接收光学器件的背离光学接收器的表面和接收光学器件的面向光学接收器的表面的两个部分将入射在接收光学器件上的光学接收信号导向旋转轴上的光学接收器。
根据实施例，均为接收光学器件的表面的面向光学接收器的表面和/或背离光学接收器的表面包括指定的表面结构，使得由于布置在接收光学器件中的发送光学器件，接收光学器件与载体之间的非照射区域被照射。
根据实施例，均为接收光学器件的表面的面向光学接收器的表面和背离光学接收器的表面被设置有具有指定的表面结构的层，使得由于布置在接收光学器件中的发送光学器件，接收光学器件与载体之间的非照射区域被照射。
根据实施例，指定的表面结构包括预定表面粗糙度或预定重复结构。
根据实施例，其中接收光学器件的布置有光束整形表面的部分被形成为没有表面结构。
根据实施例，载体包括载体表面，旋转轴从该载体表面垂直地延伸。
根据实施例，光学接收器和光学发送器布置在载体表面上，或者其中，光学接收器和光学发送器以距载体表面相同或不同的距离布置在载体表面处。
根据实施例，光学发送/接收单元包括至少一个另外的光学发送器，该至少一个另外的光学发送器被布置为在载体处与光学接收器相邻，其中，发送/接收光学器件包括布置在接收光学器件中或集成到接收光学器件的至少一个另外的发送光学器件，其中，另外的发送光学器件覆盖接收光学器件的部分。
根据实施例，光学接收器包括光电二极管PD，并且光学发送器包括诸如激光二极管LD的激光源或诸如发光二极管LED的非相干光源。
根据实施例，光学接收信号和光学发送信号的波长在紫外范围内、在可见光范围内或在红外范围内。
根据实施例，装置被配置用于在两个方向上的双向传输或仅在一个方向上的单向传输。
根据实施例，第一光学发送/接收单元和第二光学发送/接收单元的旋转轴形成共同的轴，或者其中，第一光学发送/接收单元和第二光学发送/接收单元的旋转轴包括指定的偏移。
根据实施例，指定的偏移在0与大于发送/接收光学器件的半径之间。
根据实施例，第一光学发送/接收单元和第二光学发送/接收单元彼此以一定距离进行布置，该距离与发送/接收单元的尺寸相比较小。
根据实施例，该距离小于发送/接收单元的直径。实施例使得能够以非常小的距离布置发送/接收单元。在其他实施例中，发送/接收单元可以以更大的距离进行布置，例如以对应于发送/接收单元直径的一倍至十倍的距离。
附图说明
随后参考附图更详细地说明本申请的优选实施方式，在附图中：
图1示出了包括两个光学无线发送/接收单元的常规信号传输装置的示意图，其中图1(a)示出了具有完整的数据连接或完整的数据链路的两个光学发送/接收单元的定向，并且图1(b)示出了相对于彼此旋转使得数据连接中断的两个发送/接收单元；
图2示出了根据本发明实施例的发送/接收单元的结构；
图3示出了基于图3中的(a)至(g)的发送/接收光学器件的不同实施方式；
图4以顶视图示出了发送/接收单元设计的实施例，其中图4中的(a)示出了发送/接收单元200的环形或圆形设计，并且图4中的(b)示出了发送/接收单元200的矩形或方形设计；
图5示出了基于图5中的(a)和(b)的光学发送器/接收器在发送/接收光学器件的载体上的布置的不同实施方式；
图6示出了信号传输装置的实施例，该信号传输装置包括被布置为相对于彼此可旋转的两个组件，这两个组件均设置有根据本发明而实现的发送/接收单元；
图7示出了与图6相似的实施例，其中发送/接收单元相对于彼此偏移和倾斜地进行布置；以及
图8示出了根据本发明的发送/接收单元的实施例，其中发送/接收光学器件在表面处包括表面结构。
在本发明实施例的后续描述中，相同的元件或具有相同效果的元件在附图中设置有相同的附图标记。
具体实施方式
图2示出了根据本发明实施例的发送/接收单元的结构。发送/接收单元200包括光学发送器202和光学接收器204。如箭头207所指示的，发送/接收单元200被布置为可绕旋转轴206旋转。另外，图2示出了由光学发送器202提供的发送光束208。光学接收器204被布置为使得其位置与旋转轴206的位置重合。光学接收器204接收第一方向的光学接收信号，并且光学发送器202向与第一方向基本相反的第二方向发送光学发送信号。在所示的实施例中，可以示例性地由光电二极管PD形成的光学接收器204包括有源表面209，以便接收入射光。接收器204布置在旋转轴206的区域中，使得旋转轴206居中地位于有源表面209上且垂直于该有源表面209。在图示的实施例中，发送/接收单元或收发器200还包括载体210，并且在所示的实施例中，光学发送器202和光学接收器204布置在载体的表面212上。光学发送器202被布置为相对于旋转轴206偏移且与光学接收器204间隔开。换言之，光学接收器204被布置为相对于旋转轴206在载体210的中心，并且光学发送器206被布置为相对于载体210上的旋转轴206偏离中心或偏心。根据实施例，光学接收器204与光学发送器202之间的距离a可以取决于系统设计。
发送/接收单元200还包括发送/接收光学器件214，该发送/接收光学器件214被布置为与载体表面212间隔开并因此与光学发送器202和光学接收器204间隔开。发送/接收单元200包括用于固定/安装发送/接收光学器件214的载体结构216。载体结构216布置在载体210的载体表面212上，并且如图2中所示向上延伸，使得发送/接收光学器件被布置为与载体表面212间隔开。根据实施例，发送/接收光学器件以相距载体210的表面212距离d进行布置，该距离可以在光学器件214的半径到光学器件214的直径的范围内。如图2中所示，距离d是沿旋转轴208从载体表面212到光学器件214测量到的距离。
根据本发明，如图2中所示，发送/接收光学器件214包括接收光学器件218和发送光学器件220，其中发送光学器件220布置在接收光学器件218中。换言之，发送/接收光学器件主要由布置在旋转轴206上且延伸跨过光学接收器204和光学发送器202的接收光学器件218形成，其中发送光学器件220布置在光学发送器202上方的区域中。例如，发送光学器件220可以集成到接收光学器件218中。在图2中所示的实施例中，发送光学器件220被集成到接收光学器件218中，使得面向光学发送器202的发送光束整形表面220a延伸超过面向光学接收器204的接收光学器件218的第一表面218a。发送光学器件220被集成到接收光学器件218中，使得除了光束整形表面220a之外，发送光学器件220的其余部分布置在接收光学器件218内，即不延伸超过面向光学接收器204的接收光学器件218的第二表面218b。
因此，根据本发明，接收光学器件218和发送光学器件220将相对于彼此以这样的方式进行集成：使得创造共同的或单个的发送/接收光学器件或收发器光学器件214，其中接收光学器件218形成发送/接收光学器件214的最大部分。如随后将更详细地进行说明的，发送/接收单元的本发明设计使得能够即使在非常短距离的情况下，也通过具有360°旋转能力的相对可旋转的组件提供用于数据传输的数据传输装置。如上面进行说明的，这确保了可靠和连续的数据传输，避免了发送/接收单元的常规设计所引起的问题。根据本发明，如图2中所示，例如包括光电二极管的电接收器元件或光学接收器204位于旋转轴206上，并且接收光学器件218在光电二极管204上方也位于旋转轴206上。光源或光学发送器202偏离中心，即与旋转轴206间隔开，与光电二极管204相邻，即与光电二极管204紧邻。光学发送器202可以包括诸如激光二极管LD的激光源或诸如发光二极管LED的非相干光源。
由发送/接收单元处理的光信号可以具有紫外范围、可见光范围或红外范围内的波长。
如图2中所示，发送光学器件220位于光源202上方，并且对发送光束208进行整形，以便获得或对指向预定方向(例如，指向信号传输装置中的相对收发器)的输出光束222进行整形，如以下将要进行说明的。发送光学器件220被布置为使得其在布置有发送光学器件220的位置处覆盖接收光学器件218，其中在图2中所示的实施例中，只有发送光学器件220的延伸超过接收光学器件218的电路218a的部分220a用于光束整形。
然而，本发明不限于根据图2中所示的实施例的发送/接收光学器件214的设计，而是，发送/接收光学器件也可以被不同地设计。图3中的(a)至(g)示出了发送/接收光学器件214的不同实施方式。
图3中的(a)示出了基于图2进行说明的发送/接收光学器件214的设计，根据该设计，发送光学器件220以这样的方式集成到接收光学器件218中：使得只有接收光学器件220的光束整形表面220a延伸超过接收光学器件218的下表面，并且可用于对发送光束208进行光束整形，以产生输出光束222。
根据图3中的(b)，在其他实施例中，发送光学器件220可以以这样的方式集成到接收光学器件218中：使得发送光学器件220的光束整形表面220b延伸超过接收光学器件的第二表面218b，并且可用于对发送光束208进行光束整形，以产生输出光束222。在图3中的(a)和(b)中所示的实施例中，接收光学器件218的第一表面218a和第二表面218b分别被发送光学器件220的突出光束整形表面220a、220b分开。
根据基于图3中的(c)示出的另外的实施例，接收光学器件218的两个表面218a、218b可以被发送光学器件220分开，在所示实施例中，该发送光学器件220以这样的方式集成到接收光学器件218中：使得面向光学发送器202的第一光束整形表面220a突出超过接收光学器件218的第一表面218a，并且背离光学发送器202的第二光束整形表面220b延伸超过接收光学器件218的第二表面218b。
根据图3中的(a)至(c)中所示的实施例，发送光学器件的一个或若干个光束整形表面延伸超过接收光学器件的表面。在其他实施例中，发送光学器件的一个或若干个光束整形表面相对于接收光学器件的表面凹进或减去。
在图3中的(e)中所示的实施例中，发送光学器件220的光束整形表面220a相对于表面218a凹进。在图3中的(f)中所示的实施例中，发送光学器件220的光束整形表面220b相对于表面218b凹进。在图3中的(g)中所示的实施例中，发送光学器件220的光束整形表面220a相对于表面218a凹进，并且发送光学器件220的光束整形表面220b相对于表面218b凹进。
再根据另外的实施例，发送光学器件220的光束整形表面220a、220b不必延伸超过接收光学器件218的对应表面218a、218b或相对于接收光学器件218的对应表面218a、218b凹进，而是如基于图3中的(d)所示的，也可以分别被称为下和上有源发送表面的光束整形表面220a、220b可以包含在表面218a、218b中。
根据本发明，发送光学器件220的根据实施例的光束整形表面中的至少一个或两个光束整形表面都在那里对发送光束进行光束整形，其中鉴于图3中的(d)，应当注意的是，光束整形表面220b也可以包含在接收光学器件218的表面218b中。
在顶视图中，图2中所示的发送/接收单元200可以具有不同的形状。图4以顶视图示出了发送/接收单元设计的两个实施例，其中图4中的(a)示出了发送/接收单元200的环形或圆形设计，并且图4中的(b)示出了发送/接收单元200的矩形或方形设计。对于本领域技术人员来说，很明显发送/接收单元200可以具有任何形状，例如多边形形状。
图4中的(a)示出了圆形发送/接收单元200，该圆形发送/接收单元200具有从旋转轴206到圆形设计的保持器216测量到的半径r，该圆形设计的保持器216用于未示出的发送/接收光学器件214。图4中的(a)还指示了另一实施例，根据该实施例，可以以距光学接收装置204相同或不同的距离来设置一个或若干个附加光学发送器202′、202″。在图4中的(a)中所示的实施例中，保持器216被示出为是圆周的，然而，它也可以由用于保持发送/接收光学器件214的单个支撑件等配置。
根据实施例，如果设置一个或若干个附加光学发送器202′、202″，则如图3中的(a)中示例性所示，根据本发明设计的发送/接收光学器件214包括集成到接收光学器件218中的附加发送光学器件220，该附加发送光学器件220具有附加光束整形表面220a′。附加发送光学器件220’布置在光学发送器220’上方，并且设置用于对附加光学发送单元202’所提供的发送光束进行光束整形的光束整形表面220a’。根据其他实施例，可以类似于发送光学器件220来设计附加发送光学器件220’，即以图3中的(b)至(d)中所示的实施例的形式。
图4中的(b)示出了发送/接收单元200的矩形设计，其中从旋转轴206到单元200的边缘的距离被称为半径r。在该实施例中，用于承载发送/接收光学器件214的保持器216包括布置在角部的四个支撑件216a至216d，这四个支撑件216a至216d显然在其他实施例中可以被不同地布置。
在基于图2的示出的实施例中，光学发送器202和光学接收器204均布置在载体210的表面212上。然而，本申请不限于这种布置，而是，元件202、204可以以距表面212相同或不同的距离进行布置。图5示出了这种设计的可能实施方式，其中图5中的(a)示出了通过适当的间隔元件224将光学发送器202布置为与载体表面212间隔开而光学接收器204位于载体表面212上的设计。图5中的(b)示出了另一实施例，其中使用适当的间隔件224将光学接收器204布置为与载体210的表面212间隔开，而将光学发送器202布置在表面212上。在又一不同的实施例中，如所提及的，光学发送器202和光学接收器204两者都可以被布置为通过适当的间隔件224与载体的表面间隔开，其中针对光学发送器和针对光学接收器的距离可以相同或不同。
随后更详细地描述了使用本发明的发送/接收单元的信号传输装置的实施例，如基于图2至图5示例性地进行说明的。图6示出了根据本发明的信号传输装置300的实施例，该信号传输装置300包括被布置为相对于彼此可旋转的两个组件302、304，这两个组件302、304均设置有发送/接收单元200a和200b，以便使得能够在被布置为相对于彼此可旋转的两个组件302、304之间进行无线光学数据传输。图6示出了基于图2所描述的发送/接收单元200a的元件，并且附图标记设置有附加的“a”，并且不再赘述。另外，示出了与第二组件304相关联的发送/接收单元200b，并且基于图2所描述的对应组件设置有具有额外的“b”的相同附图标记，并且也不再赘述。
图6示例性地示出了从第一组件302到第二组件304的数据传输，即单向连接或单向链路，其中根据其他实施例，在两个方向上的同时传输也是可能的。如图6中所示，发送的发送/接收单元200a的发送光学器件220a被配置为将发送光束208整形为输出光束222，使得输出光束222被引导到接收的发送/接收单元200b的发送/接收光学器件214b上，或者照射该发送/接收光学器件。根据实施例，也可以被称为接收收发器的接收的发送/接收单元200b可以在X方向和/或Y方向上从与旋转轴206重合的光轴Z移位，其中移位的程度取决于发送/接收光学器件的确切设计。根据实施例，偏移可以在0与大于发送/接收光学器件的半径之间。
发送收发器或发送/接收单元200a所提供并被引导到接收光学器件218b的发送光束222被接收收发器200b的收发器光学器件214b收集，并且被第一接收表面和第二接收表面向光电二极管204b引导。图6示出了由发送/接收光学器件214b产生的接收光束226，并且在图6中所示的实施例中，包括由于发送光学器件220b在接收光学器件218b内的布置而至少部分地入射到光电二极管204b的有源表面209b上的第一部分226a，并且还包括通过发送光学器件220在接收光学器件内的布置/集成而产生的遗漏的或未照射的区域226b。换言之，由接收光学器件218成像到光电二极管平面上的光斑包括在发送光学器件或发送透镜的位置处的间隙226b，在该间隙226b在光电二极管204的有源表面209的区域之外使得该间隙不会影响数据传输的情形下，这是不重要的。
图6示出了两个发送/接收单元200a和200b的布置，该布置使得两个单元位于相同的光轴上，即图6中所示的共同的光轴或共同的旋转轴206。然而，本发明不限于这样的设计。每个收发器都具有其自己的旋转轴。这些旋转轴(参见图6)可以相同，然而，它们通常不相同。两个旋转轴可以在一定程度上相对于彼此移位或倾斜，使得根据另外的实施例，发送/接收单元200a、200b相对于彼此偏移，使得它们不包括共同的光轴或共同的旋转轴。图7示出了与图6的设计相似的设计，其中相同的元件设置有相同的附图标记，并且不再赘述。在图7中所示的实施例中，发送/接收单元200a、200b被布置为具有相对偏移，如附图标记350所指示的，例如第二发送/接收单元200b被布置为在X和Y方向上倾斜，使得两个单元的光轴或旋转轴206、206’不再重合，并且包括对应的偏移。如图7中可见，第一发送/接收单元200a的光轴或旋转轴206相对于第二发送/接收单元200b的光轴或旋转轴206’偏移。
取决于元件的相对布置，例如取决于倾斜或偏移，可能存在未照射部分226b移入光电二极管的有源表面区域的情形，这将导致数据连接中断。为了避免这种情形，根据实施例，可以设置附加表面结构，如随后基于图8进行说明的。
根据实施例，可以避免或缩小上述间隙226b，以便因此避免在由于组件302、304的旋转或偏移(图7)而导致该间隙位于光电二极管的有源表面的区域中的情形下数据传输的中断。根据实施例，为了避免或缩小所述间隙，发送/接收光学器件可以设置有预定表面结构，例如以选择性地改变理想的光束成像，使得聚焦光束也可以被选择性地引导到间隙中的位置。这使通过接收光束的照射变得平滑，并且缩小了可能的传输间隙。同时，可以通过表面结构的手段来提供任何其他有利的照射。图8示出了根据本发明的发送/接收单元200的实施例，其中发送/接收光学器件214在第二表面(即，背离接收器的表面218b)处包括上述表面结构，该表面结构在图8中用附图标记228示意性地指示。根据另外的实施例，结构228可以布置在面向接收器的表面218a上，并且根据另外的实施例，结构228被设置在两个表面218a、218b处。应当注意的是，结构228以形成了发送光学器件220的区域或发送光学器件220的光束整形表面220a、220b的区域未设置有表面结构228的方式被布置在表面218a、218b上。根据实施例，通过处理对应的表面218a和218b或者在表面218a、218b上为发送/接收光学器件设置有或涂覆有附加层(以提供对应的表面结构)来设置结构228，其中涂覆是这样的，如所提及的，使得省略了发送光学器件的限定光束整形表面220a、220b的区域。
在图8中，附图标记230用于示意性地说明理想的光束成像，如在没有表面结构228的情况下所实现的。表面结构考虑了附图标记232所指示的不同的光束，使得减小了接收光束226的非照射区域226b，并且尤其是使得在光学接收器214的区域中或在其有效表面209的区域中该间隙226b被缩小。
根据实施例，表面结构228包括具有预定表面粗糙度的光学器件214的表面的设计，或者应用到光学器件214上的层被设置为具有这种表面粗糙度。根据其他实施例，代替指定的表面粗糙度，可以构造所应用的层或光学器件214的表面，得到导致光束以上述方式变化的预定重复结构。
与现有技术不同，布置在根据图6和图7的装置中的发送/接收单元200a、200b的距离可以保持很小，例如小于发送/接收单元的直径，这是因为由于发送/接收单元的创造性设计，即使在发送/接收单元200a、200b的较小的距离和相对旋转的情况下，发送单元所提供的发送光束222也总是入射在将入射光引导到光电二极管上的接收单元的接收光学器件上，使得即使在距离和旋转很小的情况下，也可以确保可靠的数据传输或数据连接。
上述实施例仅表示对本发明的原理的说明。应理解的是，本领域其他技术人员将意识到对本文中所描述的布置和细节的修改和变化。因此，本发明旨在仅由所附权利要求的范围限定，而不由本文中通过对实施例的描述和讨论提出的具体细节限定。

Claims (19)

1.一种光学发送/接收单元(200)，包括：
载体(210)，能够绕旋转轴(206)旋转；
光学接收器(204)，被布置在所述载体(210)处所述旋转轴(206)上，以便接收第一方向的光学接收信号(226)；
光学发送器(202)，被布置为在所述载体(210)处与所述光学接收器(204)相邻，以便在第二方向上发射光学发送信号；以及
发送/接收光学器件(214)，被布置在所述载体(210)处所述旋转轴(206)上所述光学接收器(204)上方，并且延伸跨过所述光学接收器(204)和所述光学发送器(202)，其中，所述发送/接收光学器件(214)包括接收光学器件(218)和布置在所述接收光学器件(218)中的发送光学器件(220)，
其中，所述接收光学器件(218)被配置为将入射在所述发送/接收光学器件(214)上的光学接收信号(226)引向所述旋转轴(206)上的所述光学接收器(204)，
其中，所述发送光学器件(220)被布置在所述光学发送器(202)上方，并且被配置为将由所述光学发送器(202)发射的光学发送信号(208)整形为输出光束，
其中，所述发送光学器件(220)至少部分地布置在所述接收光学器件(218)中，其中，所述发送光学器件(220)的背离所述光学发送器(202)的部分形成用于对所述光学发送信号(208)进行整形的第一光束整形表面(220b)，
其中，所述接收光学器件(218)是延伸在所述光学接收器(204)和所述光学发送器(202)上的接收透镜，并且
其中，所述第一光束整形表面(220b)
至少部分地形成在所述接收光学器件(218)的背离所述光学接收器(204)的表面(218b)中，或者
至少部分地突出超过所述接收光学器件(218)的背离所述光学接收器(204)的表面(218b)或相对于所述接收光学器件(218)的背离所述光学接收器(204)的表面(218b)凹进。
2.根据权利要求1所述的光学发送/接收单元(200)，其中，所述发送光学器件(220)被集成到所述接收光学器件(218)中。
3.根据权利要求1所述的光学发送/接收单元(200)，其中，所述发送光学器件(220)的面向所述光学发送器(202)的部分形成用于对所述光学发送信号(208)进行整形的另一光束整形表面(220a)，其中，所述另一光束整形表面(220a)
至少部分地形成在所述接收光学器件(218)的面向所述光学接收器(204)的表面(218a)中，或者
至少部分地突出超过所述接收光学器件(218)的面向所述光学接收器(204)的表面(218a)或相对于所述接收光学器件(218)的面向所述光学接收器(204)的表面(218a)凹进。
4.根据权利要求3所述的光学发送/接收单元(200)，其中，所述接收光学器件(218)的面向所述光学接收器(204)的表面(218a)被所述发送光学器件(220)的面向所述光学发送器(202)的部分分成两个部分，使得所述接收光学器件(218)的背离所述光学接收器(204)的表面(218b)和所述接收光学器件(218)的面向所述光学接收器(204)的表面(218a)的两个部分将入射在所述接收光学器件(218)上的光学接收信号(226)导向所述旋转轴(206)上的所述光学接收器(204)。
5.根据权利要求1所述的光学发送/接收单元(200)，其中，均为所述接收光学器件(218)的表面的面向所述光学接收器(204)的表面(218a)和/或背离所述光学接收器(204)的表面(218b)包括指定的表面结构(228)，使得由于布置在所述接收光学器件(218)中的发送光学器件(220)，所述接收光学器件(218)与所述载体(210)之间的非照射区域被照射。
6.根据权利要求1所述的光学发送/接收单元(200)，其中，均为所述接收光学器件(218)的表面的面向所述光学接收器(204)的表面(218a)和背离所述光学接收器(204)的表面(218b)被设置有具有指定的表面结构(228)的层，使得由于布置在所述接收光学器件(218)中的发送光学器件(220)，所述接收光学器件(218)与所述载体(210)之间的非照射区域被照射。
7.根据权利要求5所述的光学发送/接收单元(200)，其中，所述指定的表面结构(228)包括预定表面粗糙度或预定重复结构。
8.根据权利要求5所述的光学发送/接收单元(200)，其中，所述接收光学器件(218)的布置有所述光束整形表面(220a，220b)的部分被形成为没有表面结构(228)。
9.根据权利要求1所述的光学发送/接收单元(200)，其中，所述载体(210)包括载体表面(212)，所述旋转轴(206)从所述载体表面(212)垂直地延伸。
10.根据权利要求9所述的光学发送/接收单元(200)，其中，所述光学接收器(204)和所述光学发送器(202)布置在所述载体表面(212)上，或者其中，所述光学接收器(204)和所述光学发送器(202)以距所述载体表面(212)相同或不同的距离布置在所述载体表面(212)处。
11.根据权利要求1所述的光学发送/接收单元(200)，具有被布置为在所述载体(210)处与所述光学接收器(204)相邻的至少一个另外的光学发送器(202′，202")，其中，所述发送/接收光学器件(214)包括布置在所述接收光学器件(218)中或集成到所述接收光学器件(218)的至少一个另外的发送光学器件(220)，其中，所述另外的发送光学器件(220)覆盖所述接收光学器件(218)的部分。
12.根据权利要求1所述的光学发送/接收单元(200)，其中，所述光学接收器(204)包括光电二极管PD，并且其中，所述光学发送器(202)包括激光二极管LD或发光二极管LED。
13.根据权利要求1所述的光学发送/接收单元(200)，其中，所述光学接收信号(226)和所述光学发送信号(208)的波长在紫外范围内、在可见光范围内或在红外范围内。
14.一种用于信号传输的装置(300)，包括：
根据权利要求1所述的至少一个第一光学发送/接收单元(200a)；以及
根据权利要求1所述的至少一个第二光学发送/接收单元(200b)；
其中，所述第一光学发送/接收单元和所述第二光学发送/接收单元(200a，200b)相对于彼此以以下方式进行布置：使得发送/接收单元(200a)的发送光束(222)照射相对的发送/接收单元(200b)的接收光学器件(218)。
15.根据权利要求14所述的装置(300)，被配置用于在两个方向上的双向传输或仅在一个方向上的单向传输。
16.根据权利要求14所述的装置(300)，其中，所述第一光学发送/接收单元和所述第二光学发送/接收单元(200a，200b)的旋转轴(206)形成共同的轴，或者其中，所述第一光学发送/接收单元和所述第二光学发送/接收单元(200a，200b)的旋转轴(206，206’)包括指定的偏移。
17.根据权利要求16所述的装置(300)，其中，所述指定的偏移在0与大于所述发送/接收光学器件(214)的半径之间。
18.根据权利要求14所述的装置(300)，其中，所述第一光学发送/接收单元和所述第二光学发送/接收单元(200a，200b)彼此以一定距离进行布置，所述距离与所述发送/接收单元的尺寸相比较小。
19.根据权利要求18所述的装置(300)，其中，所述距离小于所述发送/接收单元的直径。
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