ES2254148T3 - Dispositivo para la transmision sin contacto de datos opticos. - Google Patents
Dispositivo para la transmision sin contacto de datos opticos.Info
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Abstract
Disposición para la transmisión sin contacto de datos entre un componente constructivo giratorio y otro estacionario, mediante señales luminosas emitidas por un proyector (2, 2a-c), y detectadas por un receptor (4, 4a- c), en la que entre el proyector (2, 2a-c) y el receptor (4, 4a-c) está intercalado un cuerpo (5, 5a) conductor de la luz, de forma anular, de un material transparente, con prisma integrado de reflexión, y el proyector (2a-c) comprende un colimador (19), así como un haz (18) de fibras ópticas, provisto con varias fibras (17, 17a-c; 20, 20a-c; 21, 21a-c) ópticas de igual longitud, estando conectadas las fibras (17, 17a-c; 20, 20a-c; 21, 21a-c) ópticas, conduciendo, a distancias iguales por la parte de la periferia del cuerpo (5a) conductor de la luz, caracterizada porque el prisma de reflexión está compuesto de varios prismas (12) de reflexión, y la superficie (10, 10a) de emergencia del cuerpo (5, 5a) conductor de la luz, opuesta al receptor (4, 4a-c), está esmerilada, comprendiendo el proyector (2, 2a-c) al menos un diodo (3, 3a-c) láser que puede pulsar al ritmo de señales eléctricas digitales, y el receptor (4, 4a-c), al menos un fototransistor (23, 23a-c) acoplado con una evaluación electrónica, estando conformadas de una sola pieza en la periferia del cuerpo (5a) conductor de la luz, casquetes (11) adaptados al número de las fibras (17, 17a-c; 20, 20a- c; 21, 21a-c) ópticas, así como unidos conduciendo la luz con las fibras (17, 17a-c; 20, 20a-c; 21, 21a-c) ópticas, y estando previstos en el cuerpo (5a) conductor de la luz, varios prismas (12) de reflexión, segmentados en correspondencia con los casquetes (11), y atravesando en los puntos (13) de intersección de los casquetes (11) con el cuerpo (5a) conductor de la luz, los prismas (12) de reflexión que presentan curvaturas discrepantes en comparación con el cuerpo (5a) conductor de la luz.
Description
Disposición para la transmisión sin contacto de
datos ópticos.
Para la transmisión de datos entre un componente
constructivo estacionario y otro giratorio, se conoce transformar
señales eléctricas digitales en señales luminosas, a continuación
transmitir estas señales luminosas con un proyector (emisor) a un
receptor en donde las señales luminosas recibidas se transforman de
nuevo en señales eléctricas digitales. El proyector o el receptor
pueden estar asignados aquí, tanto al componente constructivo
estacionario, como también al giratorio.
La conocida transmisión de datos sin contacto se
confirma pues como satisfactoria todavía, cuando solamente deba de
transmitirse una velocidad pequeña de transmisión de datos, y
también cuando la velocidad relativa entre el componente
constructivo estacionario y el giratorio, no sea alta. Pero se
producen problemas cuando deban de transmitirse mayores velocidades
de transmisión de datos, para una mayor velocidad relativa.
Fundamento para esto lo constituye la circunstancia de que una
transmisión de datos siempre es solamente posible, cuando el
proyector y el receptor se encuentran en el mismo eje óptico. Pero
este es el caso sólo una vez en cada revolución. Además, a este
respecto se producen dificultades con vistas a la continuidad de la
transmisión permanente de datos.
Por el documento US 4,109,997, al estado actual
de la técnica pertenece un anillo colector óptico que permite una
transmisión de señales desde un cuerpo rotativo a otro cuerpo no
rotativo, sin contacto físico. Gracias al empleo de un prisma, casi
se neutralizan los efectos de la rotación. En el proyector están
previstos, además, un colimador, así como un haz de fibras ópticas,
provisto con varias fibras ópticas de igual longitud.
Partiendo del estado actual de la técnica, la
misión de la invención se basa en proponer medidas mediante las
cuales se mejore la transmisión permanente de datos, sin contacto,
con ayuda de señales luminosas entre un emisor y un receptor, y
desde luego, con independencia de si el emisor o el receptor estén
asignados a un componente constructivo estacionario o a uno
giratorio.
Según la invención, la solución de esta misión,
consiste en las notas características de la reivindicación 1.
La invención aprovecha aquí el conocido efecto de
que la luz que incide sobre una superficie de un cuerpo de vidrio o
de un cuerpo similar al vidrio, se continúa transmitiendo en este
cuerpo por reflexión total. Si entonces se prevén todavía en el
cuerpo, prismas de reflexión, de manera que se sobrepase el ángulo
límite de la reflexión total, todo rayo de luz dirigido a través
del cuerpo, emerge refractado en la superficie límite vidrio/aire,
designada como superficie libre. Si además, se lleva a cabo un
esmerilado de la superficie de emergencia, la luz emerge difusa, de
manera que la superficie libre se ilumina.
La invención utiliza ahora un cuerpo conductor de
la luz, de forma anular, de un material transparente como vidrio o
plástico. Gracias a la acertada disposición de prismas de reflexión
en el cuerpo conductor de la luz, todo rayo luminoso introducido en
el cuerpo conductor de la luz sufre reflexión total hasta la
superficie emergente (superficie libre) esmerilada en donde el rayo
luminoso sale difuso. El receptor opuesto a esta superficie libre,
puede recibir así la luz directamente y conducirla acertadamente a
la evaluación electrónica. Con independencia de si ahora el cuerpo
conductor de la luz gira con relación al receptor, o el receptor con
relación al cuerpo conductor de la luz, el receptor puede recibir y
hacer seguir en todo momento, la señal luminosa emitida por el
proyector.
En consecuencia la invención permite conducir las
señales luminosas que parten de un proyector, a través del cuerpo
conductor de la luz, a un receptor, y desde luego con independencia
de en qué posición relativa estén el receptor y el cuerpo conductor
de la luz, uno respecto al otro. De esta manera, en comparación con
el estado actual de la técnica, puede transmitirse sin contacto una
velocidad claramente superior de transmisión de datos, para una
velocidad relativa esencialmente mayor entre el componente
constructivo estacionario y el giratorio.
En el marco de la invención se transmiten señales
luminosas sólo en una dirección, y desde luego o bien del
componente constructivo estacionario al giratorio, o bien del
componente constructivo giratorio al estacionario. Cuando deban de
transmitirse señales en forma bidireccional, son necesarias dos
disposiciones independientes una de otra.
Otra ventaja de la invención se ve en que,
gracias a la estructura de forma anular del cuerpo conductor de la
luz, su zona libre central puede utilizarse para el alojamiento de
componentes constructivos, como por ejemplo, ejes y árboles.
Además, cabe imaginar que por esta zona central pueden tenderse
cables o conductores para el transporte de cualesquiera
productos.
productos.
El cuerpo conductor de la luz según la invención,
es sencillo de fabricar, a saber, por ejemplo, por moldeo por
inyección de plexiglás. De esta manera pueden fabricarse cuerpos
conductores de la luz, económicamente en casi cualquier orden
deseado de magnitud para altos números de piezas, y exactamente
reproducibles.
El proyector comprende al menos un diodo láser
que puede pulsar al ritmo de señales eléctricas digitales, y el
receptor, al menos un fototransistor acoplado directa o
indirectamente con una evaluación electrónica. A causa de este, en
la disposición pueden integrarse casi cualquiera de muchos diodos
láser con diferentes longitudes de onda y con receptores destinados
a cada uno de ellos. Con ello es posible transmitir sin contacto,
al mismo tiempo señales luminosas independientes unas de otras a
través del cuerpo conductor de la luz, entre un componente
constructivo estacionario y otro giratorio.
Puesto que en el marco de la invención un rayo
luminoso alimentado al cuerpo conductor de la luz, se divide a
causa de la conformación anular del cuerpo conductor de la luz, y
recorre este en dos direcciones, los dos rayos luminosos tienen que
recorrer hasta la posición ideal de 180º de proyector y receptor,
por lo demás siempre dos recorridos de diferente longitud. Por lo
tanto el receptor tiene que evaluar dos señales luminosas
desplazadas en el tiempo, una con relación a la otra. Esto puede
conducir en caso de velocidades muy grandes de transmisión de datos
y altas velocidades relativas, a que la exactitud de la transmisión
de datos, deje de desear. Para asegurar también en estos casos una
transmisión satisfactoria de datos de alta calidad absoluta, está
previsto que el proyector comprenda un colimador, así como un haz de
fibras ópticas provisto con varias fibras ópticas de igual
longitud, estando conectadas las fibras ópticas, conduciendo luz, a
distancias iguales en la parte de la periferia del cuerpo conductor
de la luz. El número de las fibras ópticas depende aquí, en lo
esencial, de la velocidad de transmisión de datos, de la velocidad
relativa del componente constructivo estacionario respecto al
giratorio, de la calidad deseada de transmisión, así como del tamaño
del respectivo cuerpo empleado conductor de la luz. Fibras ópticas
de igual longitud, así como el desplazamiento uniforme en el lado
de la periferia de las conexiones de las fibras ópticas al cuerpo
conductor de la luz, garantizan que cada rayo luminoso sólo tenga
que hacer recorridos cortos en el cuerpo conductor de la luz. El
resultado es un retardo muy pequeño del tiempo de ejecución de cada
una de las señales luminosas, ligado con una exactitud claramente
mayor de recepción. La velocidad de transmisión de datos puede ser
extraordinariamente alta, para una velocidad relativamente grande
del componente giratorio respecto al estacionario.
Las fibras ópticas coordinadas a un diodo láser
mediante un haz de fibras ópticas, están conectadas en casquetes
que están unidos de una sola pieza, con el cuerpo anular conductor
de la luz. Además, en el cuerpo conductor de la luz están previstos
prismas de reflexión coordinados a los casquetes individuales, y
configurados segmentados correspondiendo a la forma de los
casquetes. Esta estructuración se cuida de que la señal luminosa
introducida en cada casquete mediante una fibra óptica, penetre
solamente en el segmento del cuerpo conductor de la luz, coordinado
a este casquete. Se impide con seguridad una propagación circular de
la luz en el cuerpo conductor de la luz.
Por la segmentación de los prismas de reflexión,
podrían generarse huecos entre segmentos contiguos que conducirían
a interrupciones. Estos huecos se impiden haciendo que en los puntos
de intersección de los casquetes con el cuerpo conductor de la luz,
penetren los prismas de reflexión, que presentan curvaturas que se
diferencian en comparación con el cuerpo conductor de la luz. De
este modo, en los puntos de intersección hay solapamientos de los
puntos luminosos, de manera que mediante la introducción simultánea
en fase, de la luz en los casquetes, no se generen desplazamientos
temporales ningunos, y tampoco retardos temporales ningunos del
tiempo de ejecución de las señales luminosas.
A este respecto es pues ventajoso según la
reivindicación 2, que a cada fototransistor esté coordinado un
filtro adaptado a una determinada longitud de onda, en especial en
la gama de ancho de banda de unos 2 nanometros (nm).
A continuación se explica en detalle la
invención, de la mano de ejemplos de realización, representados en
los dibujos. Se muestran:
Figura 1 En representación esquemática en corte,
una disposición para la transmisión sin contacto de datos mediante
señales luminosas.
Figura 2 En vista frontal esquemática, un cuerpo
conductor de la luz según otra forma de realización.
Figura 3 En representación aumentada, un corte
transversal de la figura 2 a lo largo de la línea III - III.
Figura 4 En representación esquemática, un
proyector con fibras ópticas, y
Figura 5 En representación esquemática, tres
proyectores de diferente longitud de onda, con fibras ópticas.
En la figura 1 está designada con 1 una
disposición para la transmisión sin contacto, de datos entre un
componente constructivo giratorio y otro estacionario. Los dos
componentes constructivos no están representados en detalle. Al
componente constructivo estacionario está coordinado un proyector 2
que comprende un diodo 3 láser que puede pulsar al ritmo de señales
eléctricas digitales. Al componente constructivo giratorio está
coordinado un receptor 4 en forma de un fototransistor 23 acoplado
con una evaluación electrónica no representada en detalle. El
receptor 4 gira en un círculo TK de referencia con el diámetro
D.
Entre el proyector 2 y el receptor 4 está
dispuesto estacionario, un cuerpo 5 conductor de la luz, de forma
anular, de plexiglás moldeado por inyección. El eje 6 central del
cuerpo 5 conductor de la luz, se extiende coaxial al eje 7 de
rotación del receptor 4.
Si el proyector 2 envía un rayo 8 luminoso por
una cara 9 frontal, al cuerpo 5 conductor de la luz, este rayo 8
luminoso se sigue transmitiendo en el cuerpo 5 conductor de la luz,
por reflexión total. Mediante prismas de reflexión no ilustrados en
detalle en la figura 1, el rayo 8 luminoso se desvía finalmente en
el cuerpo 5 conductor de la luz, de manera que se sobrepase el
ángulo límite de la reflexión total. El rayo 8 luminoso emerge
entonces en forma difusa en la superficie 10 libre esmerilada de
forma anular circular, del cuerpo 5 conductor de la luz. Esta
superficie 10 libre se ilumina, de manera que el receptor 4 puede
recibir esta luz en todas las posiciones relativas con respecto al
cuerpo 5 conductor de la luz, y puede conducirla a la evaluación
electrónica.
Si ahora se conecta y desconecta la luz en el
proyector 2 al ritmo de señales eléctricas digitales, estas señales
eléctricas se transforman en señales luminosas. El receptor 4 puede
captar estas señales luminosas en todas las posiciones de la
superficie 10 libre y, mediante medidas electrónicas apropiadas, se
vuelven a transformar de nuevo en una señal eléctrica digital. Está
garantizada la continuidad de la transmisión.
En las figuras 2 y 3 está representada una forma
de realización de un cuerpo 5a conductor de la luz, en la que en la
periferia del cuerpo 5a conductor de la luz, están conformados
casquetes 11, de una sola pieza. Los casquetes 11 tienen una
sección transversal aproximadamente de forma de L. En el ejemplo de
realización están previstos cuatro casquetes 11 desplazados 90º uno
respecto al otro, en la periferia del cuerpo 5a conductor de la
luz.
En la zona de cada casquete 11, la cara interior
del cuerpo 5a conductor de la luz, está provista con prismas 12
segmentados de reflexión, configurados en forma laminar (figura 3).
La segmentación se deduce de que las curvaturas de los prismas 12
de reflexión, están dimensionadas menores que la curvatura del
cuerpo 5a conductor de la luz. En los puntos 13 de intersección de
los casquetes 11 con el cuerpo 5a conductor de la luz, los prismas
12 de reflexión atraviesan segmentos 14 contiguos unos a otros.
La superficie 10a libre de forma anular circular,
del cuerpo 5a conductor de la luz, está esmerilada.
La zona 15 central del cuerpo 5a conductor de la
luz, está abierta y, por tanto, es apropiada para el paso de ejes,
árboles, cables o conductores.
En las zonas 16 centrales de los casquetes 11
están conectadas fibras 17, 17a-c ópticas que tienen
una longitud idéntica, y están reunidas con sus otros extremos,
según la figura 4, para formar un haz 18 de fibras ópticas. Este
haz 18 de fibras ópticas se ilumina mediante un colimador 19
apropiado, por un diodo 3a láser pulsante. El haz 18 de fibras
ópticas, el colimador 19 y el diodo 3a láser, están agrupadas para
formar un proyector 2a.
Si según la figura 5 se proveen con diodos 3a,
3b, 3c láser, varios de tales proyectores 2a, 2b, 2c, en el ejemplo
de realización tres proyectores 2a, 2b, 2c, que emiten luz de
diferentes longitudes de onda, y se conduce cada una de sus fibras
17, 17a-c; 20, 20a-c; 21,
21a-c ópticas, a un casquete 11 (representación de
trazos y puntos en la figura 2), podrán transmitirse en paralelo
varias señales luminosas independientes.
En el ejemplo de realización de las figuras 2, 3
y 5, para cada diodo 3a, 3b, 3c láser es necesario pues también un
receptor 4a, 4b, 4c propio con un fototransistor 23a, 23b, 23c. A
estos receptores 4a, 4b, 4c están coordinados filtros 22, 22a, 22b
que están adaptados a las distintas longitudes de onda. Los
receptores 4a, 4b, 4c están situados frontalmente opuestos a la
superficie 10a libre.
- 1
\;
- - Disposición
- 2
\;
- - Proyector
- 2a - Proyector
- 2b - Proyector
- 2c - Proyector
- 3
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- - Diodo láser
- 3a - Diodo láser
- 3b - Diodo láser
- 3c - Diodo láser
- 4
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- - Receptor
- 4a - Receptor
- 4b - Receptor
- 4c - Receptor
- 5
\;
- - Cuerpo conductor de la luz
- 5a - Cuerpo conductor de la luz
- 6
\;
- - Eje central de 5
- 7
\;
- - Eje de rotación de 4
- 8
\;
- - Rayo luminoso
- 9
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- - Cara frontal de 5
- 10
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- - Superficie libre de 5
- 10a - Superficie libre de 5a
- 11
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- - Casquetes
- 12
\;
- - Prismas de reflexión
- 13
\;
- - Puntos de intersección de 11 y 5a
- 14
\;
- - Segmentos de 5a
- 15
\;
- - Zona central de 5a
- 16
\;
- - Zona central de 11
- 17
\;
- - Fibra óptica
- 17a - Fibra óptica
- 17b - Fibra óptica
- 17c - Fibra óptica
- 18
\;
- - Haz de fibras ópticas
- 19
\;
- - Colimador
- 20
\;
- - Fibra óptica
- 20a - Fibra óptica
- 20b - Fibra óptica
- 20c - Fibra óptica
- 21
\;
- - Fibra óptica
- 21a - Fibra óptica
- 21b - Fibra óptica
- 21c - Fibra óptica
- 22
\;
- - Filtro
- 22a - Filtro
- 22b - Filtro
- 23
\;
- - Fototransistor
- 23a - Fototransistor
- 23b - Fototransistor
- 23c - Fototransistor
- D
\;
- - Diámetro de TK
- TK
\;
- - Círculo de referencia
Claims (2)
1. Disposición para la transmisión sin contacto
de datos entre un componente constructivo giratorio y otro
estacionario, mediante señales luminosas emitidas por un proyector
(2, 2a-c), y detectadas por un receptor (4,
4a-c), en la que entre el proyector (2,
2a-c) y el receptor (4, 4a-c) está
intercalado un cuerpo (5, 5a) conductor de la luz, de forma anular,
de un material transparente, con prisma integrado de reflexión, y el
proyector (2a-c) comprende un colimador (19), así
como un haz (18) de fibras ópticas, provisto con varias fibras (17,
17a-c; 20, 20a-c; 21,
21a-c) ópticas de igual longitud, estando conectadas
las fibras (17, 17a-c; 20, 20a-c;
21, 21a-c) ópticas, conduciendo, a distancias
iguales por la parte de la periferia del cuerpo (5a) conductor de
la luz, caracterizada porque el prisma de reflexión está
compuesto de varios prismas (12) de reflexión, y la superficie (10,
10a) de emergencia del cuerpo (5, 5a) conductor de la luz, opuesta
al receptor (4, 4a-c), está esmerilada,
comprendiendo el proyector (2, 2a-c) al menos un
diodo (3, 3a-c) láser que puede pulsar al ritmo de
señales eléctricas digitales, y el receptor (4,
4a-c), al menos un fototransistor (23,
23a-c) acoplado con una evaluación electrónica,
estando conformadas de una sola pieza en la periferia del cuerpo
(5a) conductor de la luz, casquetes (11) adaptados al número de las
fibras (17, 17a-c; 20, 20a-c; 21,
21a-c) ópticas, así como unidos conduciendo la luz
con las fibras (17, 17a-c; 20,
20a-c; 21, 21a-c) ópticas, y
estando previstos en el cuerpo (5a) conductor de la luz, varios
prismas (12) de reflexión, segmentados en correspondencia con los
casquetes (11), y atravesando en los puntos (13) de intersección de
los casquetes (11) con el cuerpo (5a) conductor de la luz, los
prismas (12) de reflexión que presentan curvaturas discrepantes en
comparación con el cuerpo (5a) conductor de la luz.
2. Disposición según la reivindicación 1, en la
que a cada fototransistor (23, 23a-c) está
coordinado un filtro (22, 22a, 22b) adaptado a una determinada
longitud de onda.
Applications Claiming Priority (2)
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