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Die Erfindung betrifft eine Uhr, insbesondere eine Armbanduhr.
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Aus dem Stand der Technik sind Quarzuhren und mechanische Uhren mit Selbstaufzug oder Handaufzug bekannt. Quarzuhren werden durch die Frequenz eines Schwingquarzes getaktet. Andererseits werden mechanische Uhren mit Selbstaufzug, auch als Automatikuhren bekannt, und mechanische Uhren mit Handaufzug im Allgemeinen durch das Schwingen einer Unruh gesteuert, welche die sogenannte Hemmung kontrolliert. Die
EP 3 070 874 A1 offenbart ein System zum Synchronisieren von oszillierenden Signalen und ein Verfahren zum Betrieb des Systems.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, eine möglichst präzise und kompakte Uhr anzugeben.
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Es wird im Folgenden eine Uhr, insbesondere eine Armbanduhr, beschrieben, die zumindest folgendes umfasst: einen elektrooptischen Wandler, einen optoelektrischen Wandler, einen Lichtwellenleiter, eine Nutzsignalerzeugungsvorrichtung und eine Uhranzeigevorrichtung.
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Der elektrooptische Wandler ist zum Erzeugen eines getakteten Lichtsignals und zum Einspeisen des getakteten Lichtsignals in den Lichtwellenleiter ausgebildet. Das Einspeisen des durch den elektrooptischen Wandler erzeugten getakteten Lichtsignals in den Lichtwellenleiter erfolgt vorzugsweise indirekt. „Indirekt“ bedeutet insbesondere, dass sich zwischen dem elektrooptischen Wandler und dem Lichtwellenleiter mindestens ein weiteres Bauelement befindet.
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An einem Reflektorende des Lichtwellenleiters ist ein Reflektor angeordnet, durch welchen das getaktete Lichtsignal in den Lichtwellenleiter zurück reflektierbar ist.
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An einem Einspeiseende des Lichtwellenleiters ist eine Auskopplungsvorrichtung angeordnet, die zum Auskoppeln des reflektierten getakteten Lichtsignals in den optoelektrischen Wandler ausgebildet ist. Insbesondere erfolgt das Einspeisen des getakteten Lichtsignals in den Lichtwellenleiter über die Auskopplungsvorrichtung. In Richtung vom elektrooptischen Wandler zum Lichtwellenleiter, insbesondere zum Einspeiseende des Lichtwellenleiters, ist die Auskopplungsvorrichtung derart ausgebildet, das Lichtsignal durchzulassen, wobei in Richtung
vom Lichtwellenleiter, insbesondere vom Reflektorende des Lichtwellenleiters, zum elektrooptischen Wandler die Auskopplungsvorrichtung eingerichtet ist, das reflektierte Lichtsignal auskoppeln.
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Das Einspeiseende des Lichtwellenleiters kann im Rahmen der Erfindung auch als ein erstes Ende und das Reflektorende als ein zweites Ende bezeichnet werden. Es ist zu verstehen, dass das Einspeiseende und das Reflektorende unterschiedliche, insbesondere gegenüberliegende, Enden des Lichtwellenleiters sind.
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Der optoelektrische Wandler ist zum Erzeugen eines elektrischen Signals basierend auf dem reflektierten getakteten Lichtsignal ausgebildet.
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Die Uhr umfasst ferner eine elektrische Signalstrecke zwischen dem optoelektrischen Wandler und dem elektrooptischen Wandler. Das heißt insbesondere, dass das durch den optoelektrischen Wandler erzeugte elektrische Signal die elektrische Signalstrecke in Richtung vom optoelektrischen Wandler zum elektrooptischen Wandler durchläuft. Dabei ist der elektrooptische Wandler zum Erzeugen des getakteten Lichtsignals basierend auf dem elektrischen Signal des optoelektrischen Wandlers ansteuerbar.
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Die Nutzsignalerzeugungsvorrichtung ist zum Erzeugen eines Nutzsignals basierend auf einer Frequenz des elektrischen Signals ausgebildet.
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Die Uhranzeigevorrichtung ist zum Anzeigen der Uhrzeit basierend auf dem Nutzsignal ausgebildet.
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Die Uhr gemäß der vorliegenden Erfindung hat den Vorteil, dass der Lichtwellenleiter das frequenzbestimmende Element ist. Mit anderen Worten basiert die Frequenz, die als Referenz für die Taktung der Uhr benutzt wird, auf der Dauer der Reise des Lichts durch den Lichtwellenleiter. Insbesondere durch das Anordnen des Reflektors am Reflektorende des Lichtwellenleiters kann bei gleichbleibender Länge des Lichtwellenleiters ein Weg, den das Licht im Lichtwellenleiter zurücklegen muss, verdoppelt werden. Dies führt zu einer höheren Genauigkeit der Taktung der Uhr. Alternativ kann sich die Länge des Lichtwellenleiters bei gleichbleibendem Lichtweg des Lichtsignals halbieren, was Platz in der Uhr spart und die Investition in den Lichtwellenleiter halbiert, also einen geringeren Aufwand bedingt. Somit kann eine gewünschte Referenzfrequenz für die Taktung der Uhr bei einem kompakteren Aufbau der Uhr erreicht werden. Dabei können insbesondere die Kosten für den Lichtwellenleiter und somit auch der Uhr reduziert werden. Dies ist besonders vorteilhaft, wenn der Lichtwellenleiter hinsichtlich des Aspekts der Präzision der Uhr als Hohlkernfaser ausgebildet ist, da eine Hohlkernfaser in Herstellung bzw. Beschaffung sehr aufwendig ist. Beispielsweise würde eine Hohlkernfaser mit einer Länge von 20 m über 95% der Gesamtkosten der Uhr ausmachen.
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Durch das Vorsehen des Reflektors am Reflektorende des Lichtwellenleiters kann somit der Kostpreis der Uhr um beinahe 50% gesenkt werden.
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Ein weiterer Vorteil der vorgeschlagenen lichtgesteuerten Uhr ist, dass die Takterzeugung unabhängig von Einflüssen wie etwa einer Bewegung oder einer Lage (horizontal oder vertikal) der Uhr ist. Somit ist insbesondere eine lichtgesteuerte Armbanduhr gemäß der vorliegenden Erfindung deutlich präziser als eine Armbanduhr mit einer mechanischen Schwingvorrichtung, die durch jede Bewegung des Handgelenks des Trägers der Uhr gebremst oder beschleunigt wird, bei der der Grad der Spannung der Antriebsfeder des Uhrwerkes einen Einfluss auf die Hemmung und darüber auch auf die Frequenz des Tandems Unruh/Hemmung hat und deren Lage das Schwingverhalten der Unruh beeinflusst. Ferner treten Probleme, die bei einer Uhr mit einem frequenzbestimmenden Schwingkristall auftreten, wie zum Beispiel die sogenannte Alterung des Schwingkristalls, d.h. eine Schwingfrequenzabweichung, die im Laufe der Zeit durch Eindringen von Fremdatomen in den Schwingkristall oder durch andere zeitbedingte Umstände stattfindet, bei der vorgeschlagenen lichtgesteuerten Uhr nicht auf. Außerdem beruht eine Takterzeugung mittels eines piezoelektrischen Schwingkristalls wie auch eine Takterzeugung mittels einer Unruh auch auf einer mechanischen Schwingung, nämlich der piezoelektrisch angeregten mechanischen Schwingung des Schwingkristalls. Eine solche mechanische Schwingung ist anfälliger für eine Dämpfung als das getaktete Lichtsignal bei der vorgeschlagenen Uhr. Somit ist die lichtgesteuerte Uhr der vorliegenden Erfindung genauer als eine Uhr, bei der der Takt durch die Schwingung eines piezoelektrischen Schwingkristalls erzeugt wird.
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Zudem bietet die lichtgesteuerte Uhr gemäß der vorliegenden Erfindung eine große Flexibilität hinsichtlich der Auswahl der Taktfrequenz der Uhr, die, wie schon beschrieben, auf der Lichtlaufzeit im Lichtwellenleiter basiert. Die Taktfrequenz kann einfach gemäß den jeweiligen Anforderungen der Uhr und/oder Ausgestaltungswünschen des Besitzers oder - im Falle einer Armbanduhr - des Trägers der Uhr ausgewählt werden. So besteht zum Beispiel die Möglichkeit den Lichtwellenleiter in einfacher Weise derart auszubilden, dass die Taktfrequenz einen bestimmten Wert aufweist.
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Es ist zu verstehen, dass zum Einspeisen des getakteten Lichtsignals in den Lichtwellenleiter der elektrooptische Wandler eingerichtet ist, ein elektrisches Eingangssignal in das Lichtsignal umzuwandeln.
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Es ist ferner zu verstehen, dass das elektrische Signal in vorteilhafter Weise auch getaktet ist, da das Lichtsignal getaktet ist.
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In vorteilhafter Weise bilden der elektrooptische Wandler, der Lichtwellenleiter, der Reflektor, der optoelektrische Wandler, die Auskopplungsvorrichtung und die elektrische Signalstrecke im Rahmen der Erfindung ein Schwingsystem. Das Schwingsystem bildet wiederum zusammen mit der Nutzsignalerzeugungsvorrichtung im Rahmen der Erfindung in vorteilhafter Weise eine Taktgeberanordnung.
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Das getaktete Lichtsignal kann vorzugsweise ein analoges getaktetes Lichtsignal, insbesondere ein sinusförmiges Lichtsignal, sein. Das analoge Lichtsignal kann aber auch eine andere Form als die Sinusform haben. Entsprechend kann das durch den optoelektrischen Wandler erzeugte elektrische Signal vorzugsweise ein analoges elektrisches Signal, insbesondere ein sinusförmiges elektrisches Signal, sein. Das analoge elektrische Signal kann entsprechend zum Lichtsignal aber auch eine andere Form als die Sinusform aufweisen.
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Vorzugsweise umfasst der optoelektrische Wandler eine Fotodiode. Die Fotodiode ist eingerichtet, das getaktete Lichtsignal in das elektrische Signal umzuwandeln.
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Nach einer alternativen vorteilhaften Ausgestaltung der Uhr kann das getaktete Lichtsignal ein digitales (impulsartiges) Lichtsignal sein. Entsprechend kann das durch den optoelektrischen Wandler erzeugte elektrische Signal insbesondere ein digitales elektrisches Signal sein.
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Vorzugsweise ist der Reflektor als Hohlspiegel ausgebildet. Der Hohlspiegel ist dabei in vorteilhafter Weise eingerichtet, aus dem Lichtwellenleiter austretendes, divergierendes Licht wieder zu bündeln. Insbesondere kann der Hohlspiegel ein sphärischer Hohlspiegel sein. Es ist allerdings auch möglich, dass der Reflektor eine andere Art von Spiegel ist, der sich insbesondere zur Rückreflexion des am Reflektorende ankommenden Lichtsignals eignet. Der Reflektor kann nach einer alternativen vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung als Planspiegel ausgebildet sein, der direkt am Reflektorende, also direkt an dem entsprechenden Ausgang, des Lichtwellenleiters angeordnet ist. Dazu kann direkt am Reflektorende des Lichtwellenleiters in vorteilhafter Weise eine Endkappe angeordnet sein, deren Innenfläche, d.h. die dem Reflektorende des Lichtwellenleiters zugewandte Fläche der Endkappe, verspiegelt ist. Mit anderen Worten kann der Planspiegel durch eine verspiegelte Endkappe geformt sein. Somit kann ermöglicht werden, dass nach der Reflektion kein oder wenig Licht verloren geht. Die Ausgestaltung der Erfindung mit der verspiegelten Endkappe weist den weiteren Vorteil auf, dass, wenn am Reflektorende beispielsweise zusätzlich zu einem Hohlspiegel eine separate Endkappe vorgesehen ist, ein separates Bauteil und die damit verbundene Justierung gespart werden kann.
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Vorzugsweise umfasst die Auskopplungsvorrichtung einen Faserteiler oder einen teiltransparenten Spiegel. Der teiltransparente Spiegel kann insbesondere als teiltransparenter Planspiegel oder als teiltransparenter Hohlspiegel ausgebildet sein.
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Vorzugseise kann der elektrooptische Wandler eine Leuchtdiode, insbesondere eine Pigtail-Leuchtdiode, umfassen. Alternativ kann der elektrooptische Wandler in vorteilhafter Weise einen Halbleiterlaser, insbesondere einen ein Pigtail-Halbleiterlaser, umfassen.
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Bevorzugt kann eine Linse zwischen der Auskopplungsvorrichtung und dem elektrooptischen Wandler angeordnet sein. Bei dieser Konfiguration der Uhr findet das Einspeisen des durch den elektrooptischen Wandler erzeugten getakteten Lichtsignals in den Lichtwellenleiter indirekt über die Linse und die Auskopplungsvorrichtung statt.
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Die Linse kann in vorteilhafte Weise ausgebildet sein, vom elektrooptischen Wandler emittiertes Licht derart zu brechen, dass sich das Licht in paralleler Richtung ausbreitet. Dazu kann in vorteilhafter Weise eine Sammellinse verwendet werden. Dabei liegt ein Brennpunkt der Sammellinse in vorteilhafter Weise auf dem Punkt, aus dem das durch den elektrooptischen Wandler erzeugtes Licht emittiert wird. Die Linse kann aber auch darauf ausgelegt sein, divergierendes Licht, welches vom elektrooptischen Wandler emittiert wird, zu sammeln und auf einen Punkt, insbesondere auf das Zentrum des Lichtwellenleiters zu fokussieren. Mit anderen Worten kann die Linse ausgebildet sein, divergierendes Licht des elektrooptischen Wandlers zu bündeln.
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Im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann die Linse in vorteilhafter Weise ein einziges Linsenelement oder ein optisches System mit mindestens zwei Linsenelementen umfassen.
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Vorzugsweise ist zwischen dem Lichtwellenleiter und der Auskopplungsvorrichtung eine Einspeiselinse angeordnet. Besonders bevorzugt ist die Einspeiselinse direkt am Einspeiseende des Lichtwellenleiters angeordnet. „Direkt“ bedeutet hier, dass kein weiteres Bauelement zwischen dem Lichtwellenleiter und der Einspeiselinse vorgesehen ist. Die Einspeiselinse ist in vorteilhafter Weise ausgebildet, in den Lichtwellenleiter eingehendes Licht zu bündeln. Das heißt, dass Licht in gebündelter Weise in den Lichtwellenleiter eingespeist werden kann.
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Vorzugsweise umfasst die elektrische Signalstrecke einen Verstärker (elektrischer Verstärker) zum Verstärken des elektrischen Signals. Das heißt, dass der Verstärker eingerichtet ist, das elektrische Signal zwischen dem optoelektrischen Wandler und dem elektrooptischen Wandler zu verstärken.
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Der elektrische Verstärker kann vorzugsweise ferner eingerichtet sein, das elektrische Signal umzuwandeln. D.h., dass ein am Eingang des elektrischen Verstärkers anliegende Spannungssignal in ein am Ausgang des elektrischen Verstärkers ausgehende Stromsignal oder ein in den Eingang des elektrischen Verstärkers eingehende Stromsignal in ein am Ausgang des elektrischen Verstärkers anliegende Spannungssignal umgewandelt wird. Das jeweilige Ausgangssignal des elektrischen Verstärkers ist dabei im Vergleich zu dem jeweiligen Eingangssignal des elektrischen Verstärkers verstärkt.
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Der Verstärker ist in vorteilhafter Weise signaltechnisch nach dem optoelektrischen Wandler angeordnet. D.h. insbesondere, dass das Eingangssignal des elektrischen Verstärkers einem Ausgangssignal des optoelektrischen Wandlers entspricht oder auf einem Ausgangssignal des optoelektrischen Wandlers basiert.
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Insbesondere kann der elektrische Verstärker ausgebildet sein, einen Eingangsstrom in eine Ausgangsspannung umzuwandeln. Besonders bevorzugt ist der Verstärker als Transimpedanzverstärker ausgebildet. Der Transimpedanzverstärker kann dabei in vorteilhafter Weise einen Eingangsstrom in eine proportionale Ausgangsspannung umwandeln. Bei einer solchen Ausgestaltung des elektrischen Verstärkers ist der optoelektrische Wandler vorteilhafterweise dazu ausgebildet, das empfangene Lichtsignal in ein Stromsignal umzuwandeln.
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Vorzugsweise umfasst die elektrische Signalstrecke einen Impulsgenerator zum Generieren eines elektrischen Impulses basierend auf dem elektrischen Signal zum Ansteuern des elektrooptischen Wandlers. Das heißt, dass der elektrooptische Wandler durch den elektrischen Impuls ansteuerbar ist. Besonders bevorzugt kann der Impulsgenerator ein Monoflop umfassen. Es ist allerdings auch möglich, dass der Impulsgenerator anders ausgebildet ist.
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Vorzugsweise ist die elektrische Signalstrecke eingerichtet, das elektrische Signal zu invertieren und mittels des invertierten elektrischen Signals den elektrooptischen Wandler abwechselnd einzuschalten und auszuschalten.
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Dazu kann die elektrische Signalstrecke nach einer vorteilhaften Variante einen Inverter (Inverterschaltung) umfassen. Der Inverter ist dabei in vorteilhafter Weise ausgebildet, den elektrooptischen Wandler abwechselnd einzuschalten und auszuschalten. Der Inverter kann dabei als separates elektronisches Bauelement oder Teil des elektrooptischen Wandlers sein. Nach einer alternativen vorteilhaften Variante kann ein Ausgang des zuvor beschriebenen elektrischen Verstärkers ein invertierender Ausgang sein. Durch den invertierenden Ausgang erfolgt die Invertierung des elektrischen Signals. Im Falle eines invertierenden Ausgangs des elektrischen Verstärkers ist in vorteilhafter Weise in der elektrischen Signalstrecke kein separater Inverter vorgesehen. Nach einer weiteren alternativen vorteilhaften Variante kann das Invertieren des elektrischen Signals mittels einer Software einer integrierten Schaltung realisiert werden.
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Die Nutzsignalerzeugungsvorrichtung kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung auch als elektronische Nutzsignalerzeugungsvorrichtung bezeichnet werden.
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Zum Erzeugen des oben genannten Nutzsignals kann die Nutzsignalerzeugungsvorrichtung vorzugsweise einen Impulszähler (Binärzähler) umfassen. Dabei ist der Impulszähler in vorteilhafter Weise eingerichtet, das Steuersignal zu zählen. Die Nutzsignalerzeugungsvorrichtung ist dabei vorteilhafterweise eingerichtet, das Nutzsignal zu erzeugen, wenn ein Zählwert des Steuersignals gleich mit einem vorbestimmten Zählwert ist. Der vorbestimmte Zählwert ist vorteilhafterweise auf eine Frequenz, die auf einer Lichtlaufzeit im Lichtwellenleiter der ersten Signalstrecke basiert, eingestellt.
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Alternativ kann die Nutzsignalerzeugungsvorrichtung zum Erzeugen des oben genannten Nutzsignals in vorteilhafter Weise einen Frequenzteiler umfassen. Der Frequenzteiler ist eingerichtet, die Frequenz des Steuersignals zu teilen. Hierbei entspricht das Nutzsignal vorteilhafterweise dem Ausgangssignal des Frequenzteilers. Dabei kann die Frequenz des Steuersignals insbesondere einem Vielfachen von zwei, insbesondere einer Zweierpotenz, wie etwa 524288 Hz oder 1048576 Hz, entsprechen. Die Frequenz des Steuersignals kann dabei mittels des Frequenzteilers in vorteilhafter Weise auf 1 Hz oder eine andere Frequenz wie z.B. 8 Hz heruntergebrochen werden. Die heruntergebrochene Frequenz entspricht dem Nutzsignal, basierend auf dem die Uhranzeigevorrichtung eingerichtet ist, die Uhrzeit anzuzeigen. Es sei angemerkt, dass bei einem Nutzsignal mit einer Frequenz von z.B. 8 Hz der Sprung eines Sekundenzeigers einer mechanischen Uhranzeigevorrichtung, welcher dann 8 Mal pro Sekunde stattfindet, vom Betrachter nicht mehr als „Sprung“ wahrgenommen wird.
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Zum Erzeugen des Nutzsignals ist auch eine Kombination eines Frequenzteilers mit einem Impulszähler möglich. Dabei ist der Frequenzteiler vorteilhafterweise signaltechnisch vor dem Impulszähler angeordnet. In vorteilhafter Weise ist die Frequenz des Steuersignals in einem ersten Schritt zum Erreichen einer Zwischenfrequenz durch den Frequenzteiler halbierbar, insbesondere mehrfach halbierbar. In einem zweiten Schritt ist die Zwischenfrequenz mittels des Impulszählers auf eine gewünschte Frequenz bzw. eine Nutzfrequenz bringbar. Hierbei ist die Nutzsignalerzeugungsvorrichtung vorteilhafterweise eingerichtet, das Nutzsignal zu erzeugen, wenn ein Zählwert eines Ausgangssignals des Frequenzteilers gleich mit einem vorbestimmten Zählwert ist. Hierbei ist der vorbestimmte Zählwert vorteilhafterweise basierend auf der durch den Frequenzteiler erreichten Zwischenfrequenz eingestellt. Die Vorgehensweise einer Halbierung, insbesondere einer mehrfachen Halbierung, der Frequenz des Schwingkristalls in einem ersten Schritt zum Erreichen einer Zwischenfrequenz und einer Herunterzählung der Zwischenfrequenz auf eine gewünschte Frequenz in einem zweiten Schritt ist besonders vorteilhaft bei einer Uhr, bei der das Steuersignal eine hohe Frequenz, wie z.B. 8,88 MHz oder 10 MHz, aufweist. Somit kann Strom gegenüber einem einfachen Herunterzählen der Frequenz des Steuersignals gespart werden.
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Im Falle, dass das Steuersignal analog ist, umfasst die Nutzsignalerzeugungsvorrichtung in vorteilhafter Weise eine Vorrichtung zum Umwandeln des analogen Steuersignals in ein digitales Signal.
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Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Uhranzeigevorrichtung eine mechanische Uhranzeigevorrichtung. Die Uhr umfasst dabei vorzugsweise eine Antriebsvorrichtung, durch die die mechanische Uhranzeigevorrichtung bewegbar ist. Hierbei ist die Antriebsvorrichtung in vorteilhafter Weise mittels des Nutzsignals ansteuerbar. Insbesondere kann die Uhranzeigevorrichtung einen Stundenzeiger und/oder einen Minutenzeiger und/oder einen Sekundenzeiger umfassen.
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Vorzugsweise kann die Uhr ferner ein Zahnradwerk umfassen. Dabei ist die Antriebsvorrichtung zum Antreiben des Zahnradwerks eingerichtet. Die Uhranzeigevorrichtung ist mit dem Zahnradwerk verbunden und durch das Zahnradwerk bewegbar. Das Zahnradwerk umfasst vorzugsweise zumindest ein Stundenrad und/oder ein Minutenrad und/oder ein Sekundenrad und/oder ein Kleinbodenrad.
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Die Antriebsvorrichtung ist vorzugsweise als Schrittmotor ausgebildet.
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Nach einer alternativen vorteilhaften Ausgestaltung der Uhr ist die Uhranzeigevorrichtung eine elektronische Uhranzeigevorrichtung, die zum Anzeigen der Uhrzeit basierend auf dem Nutzsignal ausgebildet ist.
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Des Weiteren umfasst die Uhr vorzugsweise eine Stromversorgungsvorrichtung, welche eingerichtet ist, den elektrooptischen Wandler und/oder die Nutzsignalerzeugungsvorrichtung und/oder die Antriebsvorrichtung und/oder - im Falle einer Uhr mit elektronischer Uhranzeigevorrichtung - die elektronische Uhranzeigevorrichtung mit Strom zu versorgen.
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Die Stromversorgungsvorrichtung kann vorzugsweise mindestens einen Akku umfassen. Der mindestens eine Akku kann vorzugsweise durch eine Energy-Harvesting-Vorrichtung aufgeladen werden. Die Energy-Harvesting-Vorrichtung kann vorzugsweise mindestens einen Thermogenerator und/oder mindestens eine Solarzelle umfassen. Der Thermogenerator kann insbesondere ein oder mehrere Thermoelemente aufweisen.
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Es sei angemerkt, dass die Uhr neben dem zuvor beschriebenen elektrooptischen Wandler in vorteilhafter Weise einen weiteren elektrooptischen Wandler aufweisen kann. Es ist auch möglich, dass die Uhr in vorteilhafterweise neben dem zuvor beschriebenen optoelektrischen Wandler einen weiteren optoelektrischen Wandler aufweist. Analog kann die Uhr in vorteilhafter Weise ferner einen weiteren Lichtwellenleiter aufweisen, in den ein Lichtsignal durch den zuvor beschriebenen elektrooptischen Wandler oder den einen weiteren elektrooptischen Wandler eingespeist werden kann. Dabei ist der zuvor beschriebene Lichtwellenleiter als ein erster Lichtwellenleiter und der zuvor beschriebene elektrooptische Wandler als ein erster elektrooptischer Wandler zu verstehen. Entsprechend ist der weitere Lichtwellenleiter als ein zweiter Lichtwellenleiter und der weitere elektrooptische Wandler als ein zweiter elektrooptischer Wandler zu verstehen.
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Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus nachfolgender Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung, wobei gleiche bzw. funktional gleiche Bauelemente jeweils mit dem gleichen Bezugszeichen bezeichnet werden. Es zeigt:
- 1 eine vereinfachte schematische Ansicht einer Uhr gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
- 2 eine vereinfachte schematische Ansicht eines Bereichs der Uhr gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel,
- 3 eine vereinfachte schematische Ansicht eines Bereichs der Uhr gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel,
- 4 eine vereinfachte schematische Ansicht eines Bereichs einer Uhr gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel,
- 5 eine vereinfachte schematische Ansicht eines Bereichs einer Uhr gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel, und
- 6 eine vereinfachte schematische Ansicht eines Bereichs einer Uhr gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel.
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Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die 1 bis 3 eine Uhr 100 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung im Detail beschrieben.
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Wie aus 1 ersichtlich ist, ist die Uhr 100 als Armbanduhr ausgebildet und weist somit zwei Anschlüsse 140 für ein Armband 160 auf. Es ist allerdings auch möglich, dass die Uhr 100 eine Wanduhr, eine Standuhr, eine Tischuhr oder eine Uhr von einem anderen Typ ist.
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Die Uhr 100 umfasst ein Uhrgehäuse 110 und ein daran angeordnetes Uhrglas 150 auf. Die Uhr 100 weist ferner ein Zifferblatt 120, ein Stellrad 170 sowie drei Zeiger 130 für die Anzeige der Stunden, Minuten und Sekunden auf. Die Zeiger 130 sind Teile einer mechanischen Uhranzeigevorrichtung 106 zum Anzeigen der Uhrzeit.
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Weiterhin umfasst die Uhr 100 eine Taktgeberanordnung 101, ein Zahnradwerk 105 und eine Antriebsvorrichtung 104 zum Antreiben des Zahnradwerks 105. Die Antriebsvorrichtung 104 ist insbesondere ein Schrittmotor. Das Zahnradwerk 105 ist mit der Uhranzeigevorrichtung 106 verbunden, so dass die Zeiger 130 der Uhranzeigevorrichtung 106 bewegt werden. Insbesondere umfasst das Zahnradwerk 105 zumindest ein Stundenrad, ein Minutenrad und ein Sekundenrad, die jeweils mit einem der Zeiger 130 verbunden sind.
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Die Taktgeberanordnung 101 ist eingerichtet, eine für die Taktung der Uhr 100 relevante Frequenz zu bestimmen. Teil der Taktgeberanordnung 101 ist eine Nutzsignalerzeugungsvorrichtung 103, die zum Erzeugen eines Nutzsignals ausgebildet ist. Dazu kann die Nutzsignalerzeugungsvorrichtung 103 einen Impulszähler aufweisen. Basierend auf dem Nutzsignal wird die Antriebsvorrichtung 104 angesteuert, das Zahnradwerk 105 zu bewegen.
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Aus 2 erkennt man, dass die Uhr 100 einen elektrooptischen Wandler 1, einen optoelektrischen Wandler 2, einen Lichtwellenleiter 3, einen Reflektor 4 und eine Auskopplungsvorrichtung 5 umfasst. Zwischen dem optoelektrischen Wandler 2 und dem elektrooptischen Wandler 1 ist eine elektrische Signalstrecke 6 vorgesehen, die den optoelektrischen Wandler 2 und den elektrooptischen Wandler 1 miteinander signaltechnisch verbindet. Der elektrooptische Wandler 1, der optoelektrische Wandler 2, der Lichtwellenleiter 3, der Reflektor 4, die Auskopplungsvorrichtung 5 und die elektrische Signalstrecke 6 bilden ein Schwingsystem 102. Das Schwingsystem 102 zusammen mit der Nutzsignalerzeugungsvorrichtung 103 bildet die Taktgeberanordnung 101.
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Der elektrooptische Wandler 1 ist zum Erzeugen eines getakteten Lichtsignals ausgebildet. Ferner ist der elektrooptische Wandler 1 zum Einspeisen des getakteten Lichtsignals in den Lichtwellenleiter 3 ausgebildet. Insbesondere ist das Lichtsignal digital (impulsartig).
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Hierbei umfasst der elektrooptische Wandler 1 einen Halbleiterlaser, insbesondere einen Pigtail-Halbleiterlaser, oder eine Leuchtdiode, insbesondere eine Pigtail-Leuchtdiode, wie sich aus 3 ergibt.
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Der Reflektor 4 ist an einem Reflektorende 32 des Lichtwellenleiters 3 angeordnet. Durch den Reflektor 4 ist Licht, welches an einem Einspeiseende 31 in den Lichtwellenleiter 3 eingespeist wird und am Reflektorende 32 aus dem Lichtwellenleiter 3 austritt, in den Lichtwellenleiter 3 zurück reflektierbar.
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Hierfür kann, wie 2 zu entnehmen ist, als der Reflektor 4 insbesondere ein Hohlspiegel verwendet werden. Der Hohlspiegel ist dabei eingerichtet, aus dem Lichtwellenleiter 3 austretendes, divergierendes Licht wieder zu bündeln. Es ist allerdings auch möglich, dass der Reflektor 4 eine andere Art vom Spiegel ist, der sich insbesondere zur Rückreflexion des am Reflektorende 32 ankommenden Lichtsignals eignet. In 3 ist der Reflektor 4 nur schematisch dargestellt.
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Die Auskopplungsvorrichtung 5 ist am Einspeiseende 31 des Lichtwellenleiters 3 angeordnet und zum Auskoppeln des reflektierten getakteten Lichtsignals in den optoelektrischen Wandler 2 ausgebildet. Insbesondere ist die Auskopplungsvorrichtung 5 zwischen dem Lichtwellenleiter 3 und dem elektrooptischen Wandler 1 positioniert. Die Auskopplungsvorrichtung 5 ist hier als ein Faserteiler 51 ausgebildet. Das Einspeisen des getakteten Lichtsignals erfolgt in den Lichtwellenleiter 1 über die Auskopplungsvorrichtung 5, die eingerichtet ist, in Richtung vom elektrooptischen Wandler 1 zum Lichtwellenleiter 3 Licht durchzulassen.
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Der optoelektrische Wandler 2, der eine Fotodiode umfasst, ist zum Erzeugen eines elektrischen Signals basierend auf dem reflektierten getakteten Lichtsignal ausgebildet. Das elektrische Signal ist dabei auch digital (impulsartig). Basierend auf dem elektrischen Signal des optoelektrischen Wandlers 2 ist der elektrooptische Wandler 1 zum Erzeugen des getakteten Lichtsignals ansteuerbar. Die Nutzsignalerzeugungsvorrichtung 103 ist dabei eingerichtet, das Nutzsignal basierend auf dem elektrischen Signal zu erzeugen.
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1 kann ferner entnommen werden, dass die elektrische Signalstrecke 6 einen Verstärker 61 zum Verstärken des elektrischen Signals und einen Impulsgenerator 62 zum Generieren eines elektrischen Impulses basierend auf dem elektrischen Signal, insbesondere des verstärkten elektrischen Signals, umfasst. Durch den elektrischen Impuls kann der elektrooptische Wandler 1 angesteuert werden. Hierzu kann der Impulsgenerator 62 ein Monoflop aufweisen.
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Während des Betriebs der Uhr 100 speist der elektrooptische Wandler 1 über die Auskopplungsvorrichtung 5, in diesem Ausführungsbeispiel den Faserteiler 51, das getaktete Lichtsignal in den Lichtwellenleiter 3 ein. Das Lichtsignal wird durch den Reflektor 4 am Reflektorende 32 in den Lichtwellenleiter 3 zurück reflektiert und mittels der Auskopplungsvorrichtung 5 in den optoelektrischen Wandler 2 ausgekoppelt.
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Der optoelektrische Wandler 2 wandelt das Lichtsignal in das elektrische Signal um, welches dann, über den Verstärker 61 verstärkt wird und als Eingangssignal des Impulsgenerators 62 dient.
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Es ist bei einer ersten Abänderung des ersten Ausführungsbeispiels auch möglich, dass die elektrische Signalstrecke 6 eingerichtet ist, das elektrische Signal zu invertieren und mittels des invertierten elektrischen Signals den elektrooptischen Wandler 1 abwechselnd einzuschalten und auszuschalten.
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Dazu kann die elektrische Signalstrecke 6 einen Inverter 63 umfassen. Der Inverter 63, der als separates elektronisches Bauelement ausgebildet ist, ist in vorteilhafter Weise zwischen dem Impulsgenerator 62 und dem elektrooptischen Wandler 1 angeordnet. Alternativ kann der Inverter 63 Teil des elektrooptischen Wandlers 1 sein. Nach einer weiteren Alternative kann ein Ausgang des Verstärkers 61 ein invertierender Ausgang sein, durch den die Invertierung des elektrischen Signals stattfindet. Nach einer noch weiteren Alternative kann das Invertieren des elektrischen Signals mittels einer Software einer integrierten Schaltung realisiert werden.
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Es ist gemäß einer zweiten Abänderung auch vorstellbar, dass die elektrische Signalstrecke 6 keinen Impulsgenerator umfasst. Dabei ist das getaktete Lichtsignal im Gegensatz zum ersten Ausführungsbeispiel oder dessen Abänderung kein digitales (impulsartiges) Signal, sondern ein kontinuierliches Signal. Das kontinuierliche Lichtsignal erreicht nach einer gewissen Zeit das Reflektorende 32 des Lichtwellenleiters 3 und wird vom Reflektor 4 in den Lichtwellenleiter 3 zurückreflektiert.
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Das Lichtsignal macht sich daraufhin auf den Weg zurück zum Einspeiseende 31 des Lichtwellenleiters 3, wo es sowohl auf den elektrooptischen Wandler 1 als auch auf den optoelektrischen Wandler 2 trifft. Der optoelektrische Wandler 2 meldet dem elektrooptischen Wandler 1 die Ankunft des Lichtsignals über die elektrische Signalstrecke 6, doch im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel oder dessen erster Abänderung, speist der elektrooptische Wandler 1 kein neues Lichtsignal in den Lichtwellenleiter 3 ein, da hier das Lichtsignal kontinuierlich ist und zum Zeitpunkt der Meldung vom optoelektrischen Wandler 2 immer noch eingespeist wird. Durch das Invertieren des elektrischen Signals, insbesondere durch den Inverter 63, wird jetzt der elektrooptische Wandler 1 ausgeschaltet. Sobald das Ende des Lichtsignals durch den Lichtwellenleiter 3 hin und zurückgelaufen ist und bei dem optoelektrischen Wandler 2 ankommt, erfasst der optoelektrische Wandler 2 den Lichtabfall, und meldet dies wieder dem elektrooptischen Wandler 1. Dadurch schaltet sich dieser aufgrund des erneut invertierten elektrischen Signals wieder an. Dieser „an-aus-an“-Vorgang wiederholt sich in der vorbestimmten Dauer, die das Lichtsignal durch den Lichtwellenleiter 3 hin und zurück benötigt.
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Die Uhr 100 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel und/oder der beschriebenen Abänderungen birgt den Vorteil, dass hier der Lichtweg, d.h. der Weg, den das getaktete Lichtsignal im Lichtwellenleiter 3 zurücklegt, doppelt so lang ist wie der Lichtwellenleiter 3. Somit kann sich der Lichtweg des Lichtsignals bei gleichbleibender Länge des Lichtwellenleiters 3 verdoppeln, was eine höhere Genauigkeit der Taktung der Uhr 100 ermöglicht. Alternativ kann sich die Länge des Lichtwellenleiters 3 bei gleichbleibendem Lichtweg des Lichtsignals halbieren, was Platz in der Uhr 100 spart und die Investition in den ersten Lichtwellenleiter 3 halbiert, also einen geringeren Aufwand bedingt.
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4 bezieht sich auf eine Uhr 100 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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Die Uhr 100 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von derjenigen gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel oder dessen Abänderungen dadurch, dass zwischen der Auskopplungsvorrichtung 5 und dem elektrooptischen Wandler 1 eine Linse 11 angeordnet ist. Ferner umfasst der elektrooptische Wandler 1 einen Halbleiterlaser, der nicht als Pigtail-Halbleiterlaser ausgebildet ist. Alternativ kann der elektrooptische Wandler 1 eine Leuchtdiode umfassen, die nicht als Pigtail-Leuchtdiode ausgebildet ist.
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Wie sich aus 4 ergibt, ist die Linse 11 insbesondere als Konvexlinse ausgebildet und dient dazu, das Licht, welches vom elektrooptischen Wandler 1 in verschiedenen Richtungen emittiert wird, derart zu brechen, dass die Lichtstrahlen nach der Linse 11 gebündelt werden. Mit anderen Worten ist die Linse 11 ausgebildet, divergierendes Licht des elektrooptischen Wandlers 1 zu bündeln.
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Hier erfolgt das Einspeisen des getakteten Lichtsignals in den Lichtwellenleiter 3 über die Linse 11 und die Auskopplungsvorrichtung 5.
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5 bezieht sich auf eine Uhr 100 gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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Die Uhr 100 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von derjenigen gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel dadurch, dass die Auskopplungsvorrichtung 5 statt des Faserteilers 51 einen teiltransparenten Spiegel 52 in der Form eines teiltransparenten Planspiegels, umfasst und dass zwischen der Auskopplungsvorrichtung 5 und dem Lichtwellenleiter 3 eine Einspeiselinse 7 angeordnet ist. Insbesondere ist die Einspeiselinse 7 direkt am Einspeiseende 31 des Lichtwellenleiters 3 angebracht. Die Einspeiselinse 7 ist ausgebildet, in den Lichtwellenleiter 3 eingehendes Licht zu bündeln.
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Ferner ist die Linse 11 ausgebildet, vom elektrooptischen Wandler 1 emittiertes Licht derart zu brechen, dass sich das Licht in paralleler Richtung ausbreitet.
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Wie auch der Faserteiler 51 bei der Uhr 100 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel dient der teiltransparente Spiegel 52 zum Auskoppeln des reflektierten getakteten Lichtsignals in den optoelektrischen Wandler 2.
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6 bezieht sich auf eine Uhr 100 gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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Die Uhr 100 gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von derjenigen gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel dadurch, dass die Auskopplungsvorrichtung 5 einen teiltransparenten Spiegel 52 in der Form eines teiltransparenten Hohlspiegels umfasst. Der teiltransparente Hohlspiegel kann auch als halbdurchlässiger Fokussierspiegel bezeichnet werden. Wie sich aus 6 ergibt, ist eine konkave Fläche des teiltransparenten Hohlspiegels dem elektrooptischen Wandler 1 zugewandt.
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Der teiltransparente Hohlspiegel ist derart eingerichtet und/oder relativ zum Lichtwellenleiter 3 derart angeordnet, dass das vom elektrooptischen Wandler 1 erzeugte getaktete Lichtsignal zunächst vom teiltransparenten Hohlspiegel in den Lichtwellenleiter 3 reflektiert wird und nach seiner Reflexion am Reflektor 4 durch den teiltransparenten Hohlspiegel durchgeht, so dass das vom Reflektor 4 reflektierte getaktete Lichtsignal in den optoelektrischen Wandler 2 ausgekoppelt wird.
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Ferner ist bei der Uhr 100 gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel der Reflektor 4 direkt am Reflektorende 32 des Lichtwellenleiters 3 angeordnet und in vorteilhafter Weise als Planspiegel ausgebildet. Dazu kann direkt am Reflektorende 32 des Lichtwellenleiters 3 in vorteilhafter Weise eine Endkappe angeordnet sein, deren Innenfläche, d.h. die dem Reflektorende 32 des Lichtwellenleiters 3 zugewandte Fläche der Endkappe, verspiegelt ist. Somit kann ermöglicht werden, dass nach der Reflektion kein oder wenig Licht verloren geht.
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Weiterhin umfasst die Uhr 100 gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel ein Einspeisefenster 8, welches direkt an einem Einspeiseende 31 des Lichtwellenleiters 3 angeordnet ist. Als das Einspeisefenster 8 kann eine Endkappe benutzt werden, die derart ausgebildet ist, Licht reinzulassen.
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Neben der vorstehenden schriftlichen Beschreibung der Erfindung wird zu deren ergänzender Offenbarung hiermit explizit auf die zeichnerische Darstellung der Erfindung in den 1 bis 6 Bezug genommen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- elektrooptischer Wandler
- 2
- optoelektrischer Wandler
- 3
- Lichtwellenleiter
- 4
- Reflektor
- 5
- Auskopplungsvorrichtung
- 6
- elektrische Signalstrecke
- 7
- Einspeiselinse
- 8
- Einspeisefenster
- 11
- Linse
- 31
- Einspeiseende
- 32
- Reflektorende
- 51
- Faserteiler
- 52
- teiltransparenter Spiegel
- 61
- Verstärker
- 62
- Impulsgenerator
- 63
- Inverter
- 100
- Uhr
- 101
- Taktgeberanordnung
- 102
- Schwingsystem
- 103
- Nutzsignalerzeugungsvorrichtung
- 104
- Antriebsvorrichtung
- 105
- Zahnradwerk
- 106
- Uhranzeigevorrichtung
- 110
- Uhrgehäuse
- 120
- Zifferblatt
- 130
- Zeiger
- 140
- Anschluss
- 150
- Uhrglas
- 160
- Armband
- 170
- Stellrad
