DE3205065C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung nach dem
Oberbegriff des Anspruchs 1.
Eine solche Vorrichtung ist aus der
DE-OS 28 19 125 bekannt. Der Spiegel besteht dabei aus
einem hohlen Außenzylinder und einem Innenzylinder, die
konzentrisch zueinander angeordnet und auf den einander
zugewandten Seiten verspiegelt sind. Das Strahlenbündel
wird dabei auf seinem Weg von Lichtsender zum Lichtempfänger
zwischen den beiden mit jeweils einem der relativ
zueinander drehbaren Teile verbundenen Zylinder hin und
her reflektiert. Dabei können auch zwei in entgegengesetztem
Sinn umlaufende Strahlenbündel zur Signalübertragung
dienen.
Die beiden Strahlenbündel werden dabei unter relativ
großen Glanzwinkeln (der Glanzwinkel ist der Winkel, den
ein Lichtstrahl mit der Tangente an die Spiegeloberfläche
einschließt) reflektiert. Da bei einem realen Spiegel die
Reflektivität mit zunehmendem Glanzwinkel abnimmt, erfahren
die Strahlenbündel eine relativ starke Dämpfung. Bei
der bekannten Vorrichtung haben die Strahlenbündel einen
relativ großen Öffnungswinkel. Der Weg, den einer der
beiden äußeren Begrenzungsstrahlen des Strahlenbündels von
der Lichtsenderanordnung bis zur Lichtempfängeranordnung
zurücklegt, unterscheidet sich dabei von dem Weg des
Zentralstrahls des Strahlenbündels erheblich, so daß ein
von der Lichtsenderanordnung emittierter Impuls am Ausgang
der Lichtempfängeranordnung erheblich verbreitert
erscheint.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine
Vorrichtung der eingangs genannten Art so weiterzubilden,
daß Strahlenbündel nur relativ schwach gedämpft werden und
die Pulsverbreiterung verringert wird. Diese Aufgabe wird
erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des
Anspruchs 1 angegebenen Maßnahmen gelöst.
Unter "Hohlzylinder" wird hier und im folgenden ein hohler
Körper verstanden, dessen Innenfläche so geformt ist, daß
sich mit zur Rotationsachse senkrechten Ebenen nur Kreise
als Schnittfiguren ergeben. Die Strahlenbündel werden
im Gegensatz zu der bekannten Anordnung stets nur an
der Innenfläche des Hohlzylinders reflektiert. Die
Dämpfung ist relativ gering, weil die einzelnen Strahlen
des bzw. der Strahlenbündel(s) streifend, d. h. unter einem
kleinen Glanzwinkel auftreffen (in einer zur Rotationsachse
senkrechten Ebene), und weil die Reflektivität steigt, je
kleiner der Glanzwinkel ist. Die Laufzeitdifferenz zwischen
den Randstrahlen eines Strahlenbündels ist dabei sehr gering,
so daß die aus den emittierten Lichtimpulsen im Lichtempfänger
abgeleiteten elektrischen Impulse kaum verbreitert
sind. Die Übertragungskapazität kann dabei ggf. noch dadurch
erhöht werden, daß auf mehreren Datenkanälen mit verschiedenfarbigem
Licht übertragen wird. Wenn in Verbindung
mit der Erfindung von Licht die Rede ist, dann ist hier und
im folgenden nicht nur sichtbares Licht gemeint, sondern
auch insbesondere infrarotes Licht oder ultraviolettes Licht.
Wenn nur ein einziges Strahlenbündel zur Informationsübertragung
von der Lichtsender- zur Lichtempfängeranordnung
benutzt wird, können sich - ebenso wie bei der bekannten
Vorrichtung - Laufzeitsprünge ergeben, die der Laufzeit
des Strahlenbündels über nahezu den gesamten Umfang des
Hohlzylinders entsprechen. Diese Laufzeitsprünge lassen
sich nach einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung
dadurch vermeiden, daß zwei Strahlenbündel mit entgegengesetztem
Umlaufsinn um die Rotationsachse reflektiert
werden und daß stets mindestens ein Strahlenbündel oder
ein Teil eines Strahlenbündels auf den Koppelausschnitt
trifft. Wenn sich der Lichtempfänger bzw. der Lichtsender
auf dem rotierenden Teil auf den Koppelausschnitt zu bewegt,
nimmt die Laufzeit des Lichts bis zum Empfänger ständig ab,
bis der Lichtsender bzw. -empfänger unmittelbar vor dem
Koppelausschnitt steht, um danach wieder zuzunehmen. Die
Laufzeit ändert sich also kontinuierlich und es gibt keine
Laufzeitsprünge.
Grundsätzlich können im Bereich des Koppelausschnitts zwei
Lichtsende- bzw. zwei Lichtempfangselemente angeordnet sein.
Die beiden Elemente können einander parallelgeschaltet sein;
es kann jedoch auch immer das Element eingeschaltet sein,
das dem Strahlenbündel mit der kürzeren Laufzeit zugeordnet
ist. Eine Weiterbildung der Erfindung kommt jedoch mit nur
einem einzigen solchen Element im Bereich des Koppelausschnitts
aus, indem im Bereich des Koppelausschnitts zwei
Strahlenumlenksysteme angeordnet sind, die die beiden gegenläufigen
Strahlenbündel von oder zu einem einzigen außerhalb
des Hohlzylinders befindlichen Lichtsende- oder Lichtempfangselement
in den oder aus dem Hohlzylinder führen.
Wenn die auf dem relativ zum Hohlzylinder drehbaren Teil
befindliche Einheit (Lichtsendeanordnung oder Lichtempfängeranordnung)
sich genau vor dem Koppelausschnitt befindet
oder in einer demgegenüber um 180° versetzten Position,
sind die Laufzeiten der beiden Strahlenbündel gleich lang.
In jeder anderen Stellung ergeben sich jedoch unterschiedliche
Laufzeiten, so daß bei einem Lichtimpuls in der Lichtempfängeranordnung
zwei elektrische, zeitlich gegeneinander
versetzte Signale erzeugt werden, wobei das zuletzt ankommende
Signal aufgrund der häufigeren Reflexion im allgemeinen
eine niedrigere Amplitude hat. Eine weitere Herabsetzung
der Amplitude des erwähnten Signals läßt sich nach
einer Weiterbildung der Erfindung dadurch erreichen, daß
sich in dem Hohlzylinder gegenüber dem Koppelausschnitt
ein nicht reflektierender Ausschnitt befindet, der kleiner
als der Koppelausschnitt ist. Wird der nicht reflektierende
Sektor gerade so groß gemacht, daß von beiden Strahlenbündeln
je die Hälfte auf diesem Sektor fällt, wenn die beiden
Strahlenbündel symmetrisch zu ihm verlaufen, dann wird das
zweite Signal um mindestens drei dB zusätzlich gedämpft.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß die beiden
Strahlenbündel in Richtung parallel zur Rotationsachse
gegeneinander versetzt sind. Diese Ausgestaltung erlaubt
es, die beiden Strahlenbündel getrennt voneinander zu ver
arbeiten.
Nach einer Weiterbildung dieser Ausführungsform ist vorgesehen,
daß im Strahlengang vor der Lichtempfängeranordnung
zwei sich kreuzende, in Richtung parallel zur Rotationsachse
gegeneinander versetzte Spiegel oder Prismen angeordnet
sind, die die von zwei Seiten auftreffende Strahlung
vereinigen und - gegebenenfalls über eine Lichtleiteranordnung -
zur Lichtempfängeranordnung leiten. Insbesondere
wenn die Lichtsenderanordnung auf dem in bezug auf den Hohlzylinder
drehbaren Teil angeordnet ist, kann im Bereich des
offenen Endes dieser beiden gekrümmten Spiegel die weitere
Verarbeitung der Strahlenbündel mit relativ einfach aufgebauten
optischen Elementen erfolgen.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher
erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrich
tung,
Fig. 2 eine perspektivische Ansicht der gekrümmten Spiegel,
Fig. 3 eine seitliche Ansicht (von der Rotationsachse aus)
eines Teils des Hohlzylinders,
Fig. 4 eine bevorzugte Ausführungsform der hinter dem
Koppelausschnitt befindlichen Einheit in der Drauf
sicht,
Fig. 5a, b, c eine seitliche Ansicht eines Elements zur
Dämpfung der Primärintensität im Bereich
des Koppelausschnitts.
Fig. 1 zeigt einen Hohlzylinder mit kreisförmigem Querschnitt,
dessen Zylinderachse senkrecht zur Zeichenebene
verläuft. Der Hohlzylinder 1 kann z. B. aus Glas bestehen.
Auf seiner Innenseite ist er im wesentlichen über seinen
gesamten Umfang mit einer reflektierenden Schicht 2 versehen.
Der Hohlzylinder ist nicht drehbar.
Der Hohlzylinder umschließt einen drehbaren Teil 3, z. B.
in Form einer parallel zur Zeichenebene angeordneten
Scheibe, deren Rotationsachse 4 mit der Zylinderachse
des Hohlzylinders 1 identisch ist. Auf der Scheibe 3 befindet
sich eine Lichtsenderanordnung 5, die ein lichtemittierendes
Element 6 umfaßt, z. B. einen Laser oder
eine lichtemittierende Diode, sowie eine geeignete Optik 7,
die aus dem emittierten Licht ein Bündel 8 von parallel zur
Zeichenebene verlaufenden Strahlen erzeugt, das einen endlichen
Querschnitt hat (z. B. 5 mm in Richtung senkrecht
zur Zeichenebene und 5 mm in Richtung parallel dazu). Das
Strahlenbündel 8 trifft auf zwei zueinander gekreuzte,
ebene und zur Zeichenebene senkrechte Spiegel 9 a und 9 b, die
ebenfalls mit der Scheibe 3 verbunden sind, die jedoch in
Richtung der Achse 4 gegeneinander versetzt sind, so daß das
Strahlenbündel 8 in zwei gegenläufige Strahlenbündel 10 a
bzw. 10 b zerlegt wird, die ebenfalls in Richtung 4 gegeneinander
versetzt sind und parallel zur Zeichenebene verlaufen.
Anstelle der Spiegel können auch Prismen benutzt
werden.
Die beiden Strahlenbündel 10 a und 10 b werden an der verspiegelten
Innenfläche 2 des Hohlzylinders 1 mehrfach
reflektiert und dadurch in radialer Richtung zu einem
Lichtband oder Lichtkanal aufgefächert. Dessen Breite (Abmessung
in radialer Richtung) D ist um so größer, je
größer der maximale Glanzwinkel β der Reflexionen und
je größer der Radius r des Hohlzylinders ist. Es gilt die
Beziehung
Die Spiegel 9 a und 9 b müssen so ausgerichtet und so dicht
vor der reflektierenden Schicht 2 montiert sein, daß die
Strahlenbündel 10 a und 10 b möglichst streifend auf die
verspiegelte Innenfläche des Hohlzylinders auftreffen.
Dann ist β möglichst klein und damit auch die radiale
Breite des Lichtkanals. Die Reflektivität ist vom Radius
der Hohlzylinders unabhängig, wenn die Bedingung sinβ=β
wenigstens näherungsweise erfüllt ist. Ist β wesentlich
größer, steigen die Reflexionsverluste mit dem Radius
des Hohlzylinders erheblich. Der maximale Glanzwinkel β
sollte daher 12° nicht übersteigen. Die Breite D des Lichtkanals
ist in der Größenordnung von 1 mm.
Das Strahlenbündel 10 a trifft nach mehrfacher Reflexion auf
einen Bogen 11 - im nachfolgenden als Koppelauschnitt bezeichnet -,
in dem die reflektierende Schicht 2 unterbrochen
ist. Die Bogenlänge g dieses Koppelausschnitts
genügt der Beziehung
Die Kanalbreite D in dieser Beziehung kann mit Hilfe der
oben angegebenen Formel für β eliminiert werden, so daß
sich weiterhin ergibt:
oder mit anderen Worten: der Zentriwinkel des Koppelausschnitts
ist doppelt so groß wie der maximale Glanzwinkel.
Wählt man die Bogenlänge g kleiner, wird ein Teil des
Lichts der Lichtstrahlenbündel 10 a und 10 b über den
Koppelausschnitt hinweg auf die reflektierende Fläche 2
reflektiert, so daß dieser Anteil nicht ausgewertet werden
kann. Wählt man g wesentlich größer, wird die Erfassung
der ausgeblendeten Lichtstrahlen wesentlich erschwert.
Das auf den Koppelausschnitt 11 auftreffende Lichtstrahlenbündel
wird auf dessen gläsernen Innenfläche gebrochen
und tritt - annähernd parallel versetzt - auf der Außenseite
des Hohlzylinders 1 wieder aus. Es trifft dort auf
einen Auskoppelspiegel 12, der in Fig. 2 näher dargestellt
ist. Der Spiegel 12 besitzt eine gekrümmte spiegelnde
Fläche 12 a, die oberhalb einer gekrümmten spiegelnden
Fläche 12 b angeordnet ist (die also in Fig. 1 dichter beim
Betrachter liegt als die Fläche 12 b) und die die Fläche 12 b
ungefähr in der Mitte schneidet. Der Krümmungsradius beider
Flächen beträgt ungefähr 4/3 r, wobei r der Radius des Hohlzylinders
ist. Der Auskoppelspiegel 12 ist derart zur
reflektierenden Schicht 2 ausgerichtet, daß die Tangente an
das linke Ende der Fläche mit der Tangente an die reflektierende
Schicht 2 übereinstimmt. Das gleiche gilt für das
rechte Ende der spiegelnden Fläche 12 b.
Durch diese Anordnung wird erreicht, daß die durch den
gläsernen Abschnitt im Koppelauschnitt hindurchtretenden
Strahlenbündel vollständig bis zur Austrittsöffnung 22 a
bzw. 22 b ohne zusätzliche Vergrößerung der Kanalbreite D und
der Strahlendivergenz nach außen geführt werden - und zwar
wird das Lichtbündel 10 a nach außen über den Spiegel 12 a und
das Lichtbündel 10 b nach außen über den Spiegel 12 b geführt.
Das setzt voraus, daß die Spiegel 9 a und 12 a durch die
gleiche, zur Zeichenebene der Fig. 1 parallele Ebene
von den Spiegeln 9 b und 12 b getrennt werden. Diese Ebene
trennt auch die Strahlenbündel 10 a und 10 b voneinander.
Bei Wahl des Krümmungsradius zu 4/3 r ist die Breite der
Austrittsöffnungen 22 a und 22 b, durch die die Strahlen
aus dem Hohlzylinder austreten, gerade gleich der Lichtkanalbreite
D. Die Strahlenbündel können daher die Austrittsöffnungen
ungehindert verlassen. Wenn der Krümmungsradius
der Spiegelflächen 12 a und 12 b kleiner ist als 4/3 r,
wird ein Teil des in den Koppelausschnitt gelangenden
Lichtes wieder in den Hohlzylinder zurückgespiegelt. Wird
der Krümmungsradius der beiden spiegelnden Flächen größer
gemacht als 4/3 r, dann werden die nach außen gelangenden
Bündel zusätzlich aufgeweitet proportional mit dem Krümmungsradius
der Auskoppelspiegel - was die dann folgende Kollimierung
der Strahlenbündel erschwert.
Ein Vorteil der dargestellten Ausführungsform ist, daß
durch den Koppelausschnitt keine Verunreinigungen auf den
Zylinderspiegel gelangen können. Ein weiterer Vorteil besteht
darin, daß der Auskoppelspiegel 12 sehr einfach in
radialer Richtung zu justieren ist, weil er lediglich an
die Außenwand des Hohlzylinders gedrückt werden muß. Nachteilig
sind aber die im Glasbogen des Koppelausschnitts
auftretenden Reflexionen und Mehrfachreflexionen, die zu
einer Dämpfung der Lichtintensität und einer Verbreiterung
der Lichtimpulse führen.
Dieser Nachteil läßt sich vermeiden, wenn der Wandteil des
Hohlzylinders im Bereich des Koppelausschnitts weggelassen
wird und der Auskoppelspiegel in radialer Richtung derart
nach innen versetzt wird, daß am linken Ende der Spiegelfläche
12 a und am rechten Ende der Spiegelfläche 12 b
die Tangente an die Spiegelflächen mit den Tangenten an
die Innenfläche des Hohlzylinders übereinstimmen.
Die mit Hilfe der Spiegelflächen 12 a und 12 b ausgekoppelte
Strahlung wird über je eine Zylinderlinse 13 a bzw. 13 b
mit kurzer Brennweite geführt, die das in der Zeichenebene
divergierende Licht auf je ein Prisma 14 a bzw. 14 b
kollimiert. Mit je einer Sammellinse 15 a bzw. 15 b und
über je einen Spiegel oder Prisma 16 a bzw. 16 b erfolgt eine
Abbildung auf die Eingangsfläche einer beiden Strahlenwegen
gemeinsamen Lichtempfängeranordnung 17, die eine ähnliche
Optik - nicht näher dargestellt - enthält wie die Lichtsenderanordnung
5, die die Lichtimpulse auf einen geeigneten
Wandler, der das Licht in ein elektrisches Signal
umsetzt, fokussiert, oder auf eine Lichtleiterfaser bzw.
Faserbündel, die mit einem Wandler gekoppelt ist.
Anstelle der Prismen 14 a, 14 b können auch je zwei ebene
Spiegel verwendet werden. - In vorteilhafter Weise kann
das Licht von der Grundfläche der Prismen 14 a bzw. 14 b
zum Eingang der Lichtempfängeranordnung 17 auch über zwei
prismatische Stäbe 18 a und 18 b geführt werden - vgl. Fig. 4 -
die im Bereich des Eingangs der Lichtempfängeranordnung abgeschrägt
sind und stumpf auf der Grundfläche der Prismen
14 a, 14 b aufsitzen. In diesem Fall können nicht nur die
Linsen 15 a, 15 b und die Spiegel 16 a und 16 b entfallen,
sondern auch die Zylinderlinsen 13 a und 13 b.
Die einzelnen Lichtstrahlen eines Strahlenbündels 10 a bzw.
10 b durchlaufen während eines halben Umlaufs auf der
Spiegelfläche des Hohlzylinders unterschiedliche Wegstrecken,
jedoch sind die Differenzen sehr gering; sie können maximal
gleich der Breite D eines Lichtkanals bzw. Strahlenbündels
sein. Die sich daraus ergebenden Laufzeitdifferenzen sind
daher in der Regel vernachlässigbar klein (und zudem vom
Radius unabhängig). - Jedoch legen die Strahlenbündel 10 a
und 10 b je nach Stellung der Lichtsenderanordnung zum Hohlzylinder
1 unterschiedliche Strecken zurück - im Extrem
fall entspricht dieser Unterschied dem inneren Umfang des
Hohlzylinders 1, woraus relativ große Laufzeitunterschiede
resultieren. Bei hohen Impulsfrequenzen könnte es dabei
vorkommen, daß ein Lichtimpuls auf dem kürzeren Wege schon
den Koppelausschnitt erreicht hat, bevor der vorhergehende
Lichtimpuls auf dem längeren Weg dort angekommen ist. Die
könnte die Auswertung erheblich erschweren.
Um die Auswertung zu erleichtern, ist auf dem Hohlspiegel
gegenüber dem Koppelausschnitt 11 ein durch unterbrochene
Linien angedeuteter, nicht reflektierender Sektor 19 vorgesehen.
Ein Teil des Strahlenbündels, das den längeren
Weg zurücklegen muß - bei der Stellung der Lichtsenderanordnung
gemäß Fig. 1 ist dies das Strahlenbündel 10 b - wird
von diesem nicht reflektierenden Sektor 19 absorbiert. Wenn
die Bogenlänge des nicht reflektierenden Sektors 19 so gewählt
ist, daß sie der Auskoppellänge eines Lichtkanals
der Breite D/2 entspricht
(L = 2) = g/),
dann wird das Strahlenbündel, das über diesen Sektor hinweg
den Koppelausschnitt erreicht, um mindestens 3 dB gedämpft.
Der dadurch hervorgerufene Amplitudenunterschied der auf
den beiden unterschiedlichen Wegen die Lichtempfängeranordnung
17 erreichenden Lichtimpulse kann mit Hilfe einer
geeigneten Auswerteelektronik zur Unterdrückung des Impulses
mit der längeren Laufzeit benutzt werden.
Das Strahlenbündel, das die längere Laufzeit hat, läßt sich
bei der Ausführungsform nach Fig. 3, die eine Ansicht des
Hohlzylinders 2 von der Achse 4 aus darstellt, sogar vollständig
unterdrücken. Die Mittellinie 20 liegt dem Zentrum
des Koppelausschnitts genau gegenüber. Die Linie 21 bzw.
die sie enthaltende Ebene teilt den Hohlzylinder 2 in zwei
Hälften, wobei der oberen Hälfte alle mit dem Index a
versehenen Elemente zugeordnet sind und der unteren Hälfte
alle mit dem Index b versehenen Elemente. Die Linie 21
trennt außerdem zwei sich überlappende (der Überlappungsbereich
ist mit B bezeichnet und sein Zentrum fällt mit
der Linie 20 zusammen), nicht reflektierende Abschnitte 19 a
und 19 b auf der Innenfläche des Hohlzylinders. Wenn die
Länge jedes dieser Abschnitte mindestens gleich der Auskoppellänge
g ist und wenn der Überlappungsbereich B
wenigstens annähernd dem Wert g/ entspricht, ergibt
sich daraus folgende Wirkungsweise:
Wenn - wie in Fig. 1 dargestellt - die Lichtsenderanordnung
eine Position einnimmt, bei der die Mittelachse des Strahlenbündels
8 rechts von der Linie 20 auftrifft, gelangt das
Strahlenbündel 10 a ausschließlich über reflektierende Flächen
zum Koppelausschnitt 11, während das Strahlenbündel 10 b
durch den nicht reflektierenden Abschnitt 19 b vollständig
absorbiert wird. Wenn die Lichtsenderanordnung 5 eine
Position einnimmt, bei der die Mittelachse des Strahlenbündels
8 die Linie 20 schneidet, dann absorbieren die
Abschnitte 19 a und 19 b jeweils die Hälfte der Strahlenbündel
10 a bzw. 10 b. Die anderen Hälften laufen oben rechts
bzw. unten links um und erreichen nach Durchlaufen jeweils
derselben Wegstrecke den Koppelausschnitt. Wird die Lichtsenderanordnung
noch weiter im Gegenuhrzeigersinn gedreht
(die Mittelachse des Lichtstrahlenbündels durchstößt den
Hohlzylinder dann weiter links von der Achse 20), wird ein
immer größerer Anteil des Strahlenbündels 10 a durch den
Abschnitt 19 a absorbiert, während der durch den Abschnitt
19 b absorbierte Anteil des Strahlenbündels 10 b immer weiter
abnimmt, bis schließlich das Strahlenbündel 10 a vollständig
absorbiert und das Strahlenbündel 10 b durch den Abschnitt
19 b nicht mehr beeinflußt wird. Der Abschnitt 19 bewirkt
also einen Spurwechsel, d. h. den Übergang der Informationsübertragung
vom Strahlenbündel 10 a auf das Strahlenbündel
10 b oder umgekehrt - je nach Drehrichtung.
Die Auswerteelektronik kann hierdurch erheblich vereinfacht
werden. Auf der anderen Seite ist ein höherer Aufwand für
die Justierung der Lichtsenderanordnung erforderlich, damit
das Strahlenbündel 10 a stets oberhalb der Linie 21 und
das Strahlenbündel 10 b stets unterhalb dieser Linie verläuft.
Die Lichtintensität, die auf den Koppelausschnitt trifft
und damit zum Lichtempfangselement 17 gelangt, entspricht
in fast allen Positionen des Rotors der halben Lichtintensität
der Lichtsenderanordnung bzw. der ganzen Lichtintensität
nur eines Strahlenbündels 10 a bzw. 10 b - wenn man
einmal von Reflexionsverlusten am Hohlspiegel 2 absieht.
Steht der Rotor jedoch direkt vor dem Koppelausschnitt, so
gelangen beide Strahlenbündel über den Auskoppelspiegel und
die nachgeschaltete Optik auf das Empfangselement 17 und
belasten es mit doppelter Intensität. Diese Intensitätssprünge
können, insbesondere bei hohen Datenraten, in der
Auswerteelektronik zu Schwierigkeiten führen, die nur
mit hohem elektronischen Aufwand zu vermeiden sind. Diese
Schwierigkeiten lassen sich aber dadurch umgehen, daß vor
dem Koppelausschnitt ein mit dem Hohlzylinder 1 fest verbundenes
Element 23 angeordnet ist, dessen Querschnitt
einen Bogen eines Kreisringes darstellt. Der radiale Abstand
dieses Elements vom Koppelausschnitt ist so bemessen,
daß bei Drehung des Rotors die gekreuzten Spiegel 9 a, 9 b
zwischen dem Koppelausschnitt und diesem Element hindurchgeführt
werden und die Lichtsendeeinheit 5 auf der der Drehachse
4 zugewandten Seite dieses Elements vorbeigeführt
wird. Das Element 23 beeinflußt also bei Drehung des Rotors
das primäre Lichtstrahlenbündel 8, und zwar nur im Bereich
des Koppelausschnitts.
Fig. 5a zeigt eine Ansicht einer ersten als Graukeil ausgeführten
Ausführungsform von der Achse 4 aus. Die Transmission
des Graukeils beträgt am linken und rechten Ende
100% und fällt zur Mittel hin linear auf 50% ab. Beide
Lichtstrahlenbündel 10 a und 10 b werden gleichzeitig auf
diese Weise im Bereich des Koppelausschnitts gedämpft.
Eine andere Ausführungsform ist in Fig. 5b dargestellt.
Hier wird der Querschnitt des primären Strahlungsbündels 8
durch zwei keilförmige Blenden 23 a und 23 b auf die Hälfte
des ursprünglichen Querschnitts eingeengt. Die obere Blende
23 a ist so angeordnet, daß das obere Lichtbündel am linken
Rand des Elementes 23 bzw. des Koppelausschnitts gar nicht
und am rechten Rand dieses Elements bzw. des Koppelausschnitts
vollständig absorbiert wird. Die keilförmige
Blende 23 b ist so angeordnet, daß das Lichtbündel 10 b am
linken Rand vollständig und am rechten Rand gar nicht absorbiert
wird. Das gleich gilt auch für die in Fig. 5c
dargestellte Ausführungsform.
Bei Fig. 5b sind die Blenden jedoch so angeordnet, daß sie
einen in bezug auf die Ebene 21 schräg liegenden Spalt
bilden, dessen Höhe der Hälfte des vertikalen Durchmessers
des Strahlenbündels 8 beträgt. Dadurch wird im Bereich
des Koppelausschnitts ein kontinuierlicher Spurwechsel
erzwungen, bei dem die Informationsübertragung zwischen
Lichtsender und Lichtempfänger kontinuierlich vom
Strahlenbündel 10 a auf das Strahlenbündel 10 b übergeht
oder umgekehrt - je nach Drehrichtung des Rotors. Die
in Fig. 5c dargestellte Ausführungsform unterscheidet sich
dadurch, daß die von der keilförmigen Blende 23 a freigelassene
Fläche oberhalb der Ebene 21 symmetrisch zur
Ebene 21 in bezug auf die untere keilförmige Blende 23 b
liegt, während die obere Blende 23 a symmetrisch in bezug
auf die von der Blende 23 b freigelassene Fläche liegt. Diese
Ausführungsform trägt der besonderen Form des Querschnitts
des Strahlenbündels 8 Rechnung und eignet sich für Strahlenquerschnitte
mit einer zur Ebene 21 spiegelbildlichen
Symmetrie - z. B. für kreis- oder ellipsenförmige Querschnitte.
Je öfter ein Strahlenbündel auf der reflektierenden
Fläche 2 bis zum Erreichen des Koppelausschnitts reflektiert
wird; desto stärker wird es gedämpft. Es kommt daher am Ausgang
der Lichtempfängeranordnung zu kontinuierlichen, periodischen
Amplitudenschwankungen, die um so ausgeprägter sind,
je geringer die Reflektivität der reflektierenden Fläche 2.
Diese Amplitudenschwankungen lassen sich - zugleich mit
den schon erwähnten Amplitudensprüngen - beseitigen durch
ein bezüglich des Hohlzylinders ortsfestes Dämpfungselement,
das konzentrisch zur Achse 4 und diese vollständig umschließend
so angeordnet ist und dessen Dämpfung auf seinem
Umfang so verteilt ist, daß die Intensität des Strahles 8
so gedämpft wird, daß sich am Eingang der Lichtempfängeranordnung
eine von der relativen Lage von Hohlzylinder 1 und
Rotor 3 unabhängige Intensität ergibt.
Im vorstehenden wurde davon ausgegangen, daß der Hohlzylinder
1 feststeht und die Scheibe 3 mitsamt der Lichtsenderanordnung
5 und den Spiegeln 9 a, 9 b drehbar ist. Es
ist aber auch möglich, daß die Scheibe 3 feststeht und der
Hohlzylinder 1 (mitsamt den Elementen 12 a . . . 17) um die
Achse 4 gedreht wird. Wesentlich ist lediglich, daß die
beiden Teile mitsamt den damit verbundenen Komponenten
relativ zueinander drehbar sind.
Die Lichtsenderanordnung und die Lichtempfängeranordnung
können auch miteinander vertauscht werden. In diesem Fall
können die Sammellinsen 15 a und 15 b sowie die Zylinderlinsen
13 a und 13 b entfallen; dafür muß vor die Lichtempfängeranordnung
eine Zylinderlinse mit kurzer Brennweite
gesetzt werden. Bei Verwendung der in Fig. 4 dargestellten
Anordnung ist eine Vertauschung sogar ohne weitere
Maßnahmen möglich.
Die Erfindung kann insbesondere bei Computertomographiegeräten
zur Übertragung der Daten von dem rotierenden Teil
auf den feststehenden Teil benutzt werden - wie an sich
aus der DE-OS 28 46 526 bekannt. Dabei muß der Bereich
der Rotationsachse von Bauteilen frei sein (in diesem
Fall ist anstelle der Scheibe 3 ein ringförmiger Träger
zu verwenden) und der Hohlzylinder kann einen erheblichen
Durchmesser haben (1 m). Trotzdem lassen sich damit Impulse
um einige ns Dauer einem zeitlichen Abstand in dieser Größe
übertragen.
Claims (15)
1. Vorrichtung zum Übertragen von Signalen zwischen zwei,
relativ zueinander um eine Rotationsachse drehbaren
Teilen mit einer Lichtsenderanordnung und einer
Lichtempfängeranordnung, die fest gegenüber je einem
der beiden Teile angeordnet sind, wobei eines der
Teile einen konzentrisch zur Rotationsachse angeordneten
mit einer verspiegelten Innenfläche versehenen Hohlzylinder
zum Reflektieren von wenigstens einem Strahlenbündel
um die Rotationsachse herum aufweist, der Hohlzylinder
das sich relativ zu ihm drehende Teil umschließt und
einen Koppelausschnitt enthält, durch den hindurch die
relativ zum Hohlzylinder ortsfeste Lichtempfänger - oder
Lichtsenderanordnung mit der Lichtsender- bzw. Lichtempfängeranordnung
auf dem anderen Teil in optischer Verbindung
steht, wobei in jeder Stellung des drehbaren Teils wenigstens
ein Teil des Strahlenbündels auf den Koppelausschnitt
auftrifft, dadurch gekennzeichnet,
daß die verspiegelte Innenfläche des Hohlzylinders (1) die
einzige reflektierende Fläche bildet, daß das Strahlenbündel
(10 a bzw. 10 b) streifend auf die Innenfläche des Hohlzylinders (1)
so gerichtet ist, daß der maximale Glanzwinkel (β) höchstens
12° beträgt, und daß die Bogenlänge g des Koppelausschnitts (11)
auf der Innenfläche des Hohlzylinders zumindest annähernd
der Gleichung g=2 r β genügt, wobei r der Radius des Hohlzylinders
und β der maximale Glanzwinkel im Bogenmaß ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß zwei Strahlenbündel (10 a, 10 b)
mit entgegengesetztem Umlaufsinn um die Rotationsachse (4)
reflektiert werden und daß stets mindestens ein Strahlenbündel
oder ein Teil eines Strahlenbündels auf den Koppelausschnitt
(11) trifft.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich des Koppelausschnitts
(11) zwei Strahlenumlenksysteme (14 a, 14 b) angeordnet sind,
die die beiden gegenläufigen Strahlenbündel (10 a, 10 b) von
oder zu einem einzigen außerhalb des Hohlzylinders (1) befindlichen
Lichtsende- oder Lichtempfangselement in den oder
aus dem Hohlzylinder führen.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß das durch den Koppelausschnitt
(11) hindurchtretende Licht teilweise oder vollständig über
mindestens eine Lichtleitfaser oder über mindestens ein
System von Lichtleitfaserbündeln zur Lichtempfängeranordnung (17)
geführt oder von der Lichtsenderanordnung (5) herangeführt wird.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß sich in dem Hohlzylinder (1)
gegenüber dem Koppelausschnitt (11) ein nicht reflektierender
Ausschnitt (19) befindet, der kleiner als der Koppelausschnitt
ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Strahlenbündel (10 a,
10 b) in Richtung parallel zur Rotationsachse (4) gegeneinander
versetzt sind.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, daß im Strahlengang (8) der Lichtsenderanordnung
(5) zwei sich kreuzende, in Richtung der
Rotationsachse (4) gegeneinander versetzte Spiegel (9 a, 9 b)
oder Prismen angeordnet sind, die zwei ungefähr gleich helle
Strahlenbündel (10 a, 10 b) in entgegengesetzte Richtungen
ablenken.
8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7,
dadurch gekennzeichnet, daß im Strahlengang vor der Licht
empfängeranordnung (17) zwei sich kreuzende, in Richtung
parallel zur Rotationsachse (4) gegeneinander versetzte
Spiegel (16 a, 16 b) oder Prismen angeordnet sind, die die
von zwei Seiten auftreffende Strahlung vereinigen und -
gegebenenfalls über eine Lichtleiteranordnung - zur Lichtempfängeranordnung
leiten.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, daß im Koppelausschnitt (11) zwei
in Richtung zur Rotationsachse (4) gegeneinander versetzte,
sich kreuzende gekrümmte Spiegel (12 a, 12 b), deren Länge
ungefähr der des Koppelausschnitts (11) entspricht und
deren Krümmungsradius größer ist als der Innenradius (r)
des Hohlzylinders (1), so angeordnet sind, daß die Tangente
an ihr eines Endes die gleiche Richtung hat wie die Tangente
an den Hohlzylinder in diesem Bereich.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9,
dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Hohlzylinder (1) gegenüber
dem Koppelausschnitt (11) zwei in Richtung der Rotationsachse
(4) nebeneinander befindliche, auf dem Umfang des
Hohlzylinders (1) gegeneinander versetzte, nicht reflektierende
Abschnitte (19 a, 19 b) vorgesehen sind, die so
bemessen sind, daß keines der beiden Strahlenbündel (10 a,
10 b) über einen dieser Abschnitte hinweg den Koppelausschnitt
(11) erreichen kann (Fig. 3).
11. Vorrichtung nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, daß sich innerhalb des Hohlzylinders
(1) vor dem Koppelausschnitt ein mit dem Hohlzylinder fest
verbundenes Element (23) befindet, dessen radialer Abstand
vom Koppelausschnitt so bemessen ist, daß es bei einer
Drehung zwischen der auf dem drehbaren Teil (3) befindlichen
Lichtsender- bzw. Lichtempfängeranordnung (5 bzw. 17) und den
Spiegeln (9 a, 9 b) zur Strahlenaufteilung bzw. Strahlenvereini
gung hindurchläuft und daß dieses Element die Gesamtintensität
des sie durchsetzenden Strahlenbündels (8) dämpft.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungsdämpfung durch
einen Graukeil oder eine Anordnung von Graukeilen bewirkt
wird (Fig. 5a).
13. Vorrichtung nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungsdämpfung durch
eine Blende oder ein Blendensystem (23 a, 23 b) hervorgerufen
wird (Fig. 5b, c).
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13,
dadurch gekennzeichnet, daß das Dämpfungselement (23)
konzentrisch über einen vollen Kreisumfang bezüglich der
Symmetrieachse (4) des Hohlzylinders angeordnet ist und
eine über den gesamten Kreisumfang derart wirkende Dämpfung
der Lichtintensität hervorruft, daß die Lichtempfängeranordnung
(17) eine konstante, von der relativen Lage der zueinander
drehbaren Teile unabhängige Strahlungsintensität
erhält.
15. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
gekennzeichnet durch ihre Verwendung bei einem Computertomographiegerät
zur Übertragung von Signalen zwischen
dessen rotierendem Teil und seinem feststehenden Teil.
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