WO2022268463A1 - Uhr - Google Patents
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Classifications
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- G04G—ELECTRONIC TIME-PIECES
- G04G5/00—Setting, i.e. correcting or changing, the time-indication
- G04G5/02—Setting, i.e. correcting or changing, the time-indication by temporarily changing the number of pulses per unit time, e.g. quick-feed method
-
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- G04—HOROLOGY
- G04D—APPARATUS OR TOOLS SPECIALLY DESIGNED FOR MAKING OR MAINTAINING CLOCKS OR WATCHES
- G04D7/00—Measuring, counting, calibrating, testing or regulating apparatus
- G04D7/12—Timing devices for clocks or watches for comparing the rate of the oscillating member with a standard
Definitions
- the invention relates to a watch, in particular a wristwatch.
- Quartz watches and mechanical watches with self-winding or manual winding are known from the prior art. Quartz watches are clocked by the frequency of a quartz oscillator. On the other hand, self-winding mechanical watches, also known as automatic watches, and manual-winding mechanical watches are generally controlled by the oscillation of a balance wheel, which controls the so-called escapement.
- a clock in particular a wristwatch, is described below, which includes a clock generator arrangement with an oscillating system.
- the clock generator arrangement includes an electronic useful signal generating device which is set up to generate a useful signal.
- the clock also includes a clock display device, which is designed to display the time based on the useful signal.
- the oscillating system preferably comprises an optical waveguide arrangement, an electro-optical converter and an opto-electrical converter.
- the optical waveguide arrangement has an optical waveguide.
- the electro-optical converter also known as an electrical-optical converter, is designed to feed a clocked light signal (optical signal) into the optical waveguide arrangement.
- the opto-electrical converter also known as an opto-electrical converter or photoelectric converter, is designed to receive the light signal from the optical waveguide arrangement and to generate an electrical signal based on the received light signal.
- the electronic useful signal generation device is set up to generate the useful signal based on a frequency of the electrical signal.
- a clock is thus provided whose clock generation is based on the propagation speed of light (speed of light) in the optical fiber arrangement.
- the time difference between the light entering the optical fiber arrangement and the light exiting on the other side of the Optical fiber arrangement depends only on the distance traveled by the light in the optical fiber arrangement and on the propagation speed of the light (speed of light) in the optical fiber arrangement.
- a clock signal with a fixed frequency or period can be generated in this way. This means that the optical fiber arrangement is the frequency-determining element of the oscillating system.
- the optical waveguide is the frequency-determining element, since it has the greatest length in the optical waveguide arrangement.
- the oscillating frequency of the oscillating system to be achieved also depends on a delay in the signal caused by the electro-optical converter and the opto-electrical converter and possibly other electrical/electronic components of the oscillating system.
- a working time of the electronics of the optical waveguide arrangement must also be taken into account when calculating the frequency of the oscillating system.
- the duration of the light's journey is directly proportional to the length of the optical fiber, the service life of the electronic components in the optical fiber assembly is always the same, no matter how long or short the optical fiber between the electro-optical converter and the opto-electrical converter is.
- the service life of the electronic components of the optical fiber arrangement i.e. the time delay between the arrival of the light signal at the opto-electrical converter and the emission of a new light signal by the electro-optical converter, can be measured very easily by measuring the frequency of the optical fiber arrangement in the operating state, from this knows the total duration of an amplitude of the oscillating system and subtracts the theoretical (determined by calculation) duration of the light signal through the optical waveguide (from the electro-optical converter to the opto-electrical converter) from this duration.
- a practical measurement of the duration of the light signal during the journey through the optical fiber can also be done like this:
- Two oscillating systems that have the same electrical signal path with the same components but differ in the length of their optical fiber arrangement, in particular the optical fiber of their optical fiber arrangement, are measured with regard to their oscillation frequency.
- the optical waveguide in the first oscillating system can have a length of 10 m, with the optical waveguide in the second oscillating system having a length of 20 m. From the resulting data it is then very easy to determine how long the optical path, in particular the optical fiber arrangement, and how long the electrical path causes, since the electrical path in has the same duration in both cases, while the optical link in one case must have twice the duration of the other case.
- a clear determination of the duration of the electrical signal through the electrical path is then also the prerequisite for creating a suitable table for compensating for the frequency deviation in the event of a temperature change.
- Clock generation in such a clock is independent of influences such as movement or position (horizontal or vertical) of the clock.
- a light-controlled wristwatch is significantly more precise than a wristwatch with a mechanical oscillating device that is slowed down or accelerated by any movement of the wrist of the wearer of the watch, where the degree of tension of the mainspring of the movement has an influence on the escapement and beyond on the frequency of the tandem balance wheel/escapement and whose position influences the oscillation behavior of the balance wheel.
- the light-controlled clock offers great flexibility with regard to the selection of the oscillation frequency of the oscillating system, which is based on the clocked light signal. This can easily be selected according to the respective requirements of the watch and/or design wishes of the owner or - in the case of a wristwatch - the wearer of the watch.
- the optical waveguide arrangement in particular the optical waveguide, in a simple manner in such a way that the oscillating system has a specific oscillating frequency depending on the customer's requirements.
- the electro-optical converter is set up to convert an electrical input signal into the light signal in order to feed the clocked light signal into the light waveguide arrangement.
- the electrical signal is preferably also clocked since the light signal is clocked.
- the oscillating system can be designed as an oscillating circuit. This means in particular that the components of the oscillating system are arranged in a circuit, i.e. in an endless loop.
- the clocked light signal can preferably be an analog clocked light signal, in particular a sinusoidal light signal.
- the analog light signal can also have a form other than the sinusoidal form.
- the electrical signal generated by the optoelectrical converter can preferably be an analog electrical signal, in particular a sinusoidal electrical signal.
- the analog electrical signal can also have a different form than the sinusoidal form, corresponding to the light signal.
- the clocked light signal can be a digital light signal in particular.
- the electrical signal generated by the opto-electrical converter can be, in particular, a digital electrical signal.
- the electro-optical converter preferably comprises a semiconductor laser or a light-emitting diode.
- the electro-optical converter can be set up to feed the clocked light signal directly into the optical waveguide.
- the optical waveguide can preferably comprise a monomode fiber.
- a monomode fiber does not have any runtime or mode dispersion.
- the optical waveguide it is also possible for the optical waveguide to comprise a multimode fiber.
- a multimode fiber has the advantage that the light can be more easily coupled into the optical waveguide and decoupled from the optical waveguide.
- a desired frequency for the clocked light signal or the electrical signal can advantageously be selected first and then the oscillating system, in particular the optical fiber arrangement or the optical fiber in terms of their length(s), can be designed in such a way that the corresponding desired frequency is reached.
- the oscillating system after the oscillating system has been formed, it can be measured to determine the actual frequency of the clocked light signal or the electrical signal. In the event of a discrepancy between the actual Frequency from the desired frequency, the oscillating system can be modified accordingly until the desired frequency is achieved.
- an oscillating system in particular an optical waveguide arrangement or an optical waveguide, is/are formed arbitrarily with regard to its/its length.
- the oscillating system that is formed can then be measured to determine the frequency of the clocked light signal or the electrical signal.
- the useful signal generating device can thus be set up, taking into account the determined frequency, to generate the useful signal based on the determined frequency. For example, in the case of a useful signal generating device comprising a pulse counter, a predetermined count value with which an electrical signal counted by the pulse counter is compared can be set based on the determined frequency of the electrical signal.
- the opto-electrical converter preferably comprises a photodiode.
- the photodiode is set up to convert the clocked light signal into the electrical signal.
- the electrical signal is advantageously a current signal.
- the oscillating system preferably also comprises a driver which is set up to control the electro-optical converter based on the electrical signal.
- the driver can also be referred to as a semiconductor laser driver.
- the driver can also be referred to as a light-emitting diode driver.
- the oscillating system can include an optical signal path in the optical fiber arrangement, in particular in the optical fiber, from the electro-optical converter to the opto-electrical converter and an electrical signal path from the opto-electrical converter to the electro-optical converter.
- the electro-optical converter can advantageously be controlled based on the electrical signal of the opto-electrical converter. This means in particular that the electrical signal from the opto-electrical converter triggers the electro-optical converter to feed the light signal into the optical waveguide arrangement, in particular the optical waveguide.
- the oscillating system can be designed as an oscillating circuit with optical feedback.
- the optical feedback occurs in that the light signal (optical output signal) of the electro-optical converter can be coupled to an input of the opto-electrical converter via the optical waveguide arrangement, in particular the optical waveguide.
- the opto-electrical converter, the electrical signal path from the opto-electrical converter to the electro-optical converter and the electro-optical converter can be referred to in particular as transceivers in this embodiment of the clock within the scope of the invention.
- the light signal of the electro-optical converter can be fed back to an input of the transceiver by means of the optical waveguide arrangement, in particular the optical waveguide.
- the watch preferably the oscillating system, preferably includes an electrical amplifier for amplifying the electrical signal between the opto-electrical converter and the electro-optical converter.
- the electrical amplifier can preferably also be set up to convert the electrical signal. This means that a voltage signal present at the input of the electrical amplifier is converted into a current signal emanating from the output of the electrical amplifier or a current signal arriving at the input of the electrical amplifier is converted into a voltage signal present at the output of the electrical amplifier.
- the respective output signal of the electrical amplifier is amplified in comparison to the respective input signal of the electrical amplifier.
- the amplifier is advantageously arranged downstream of the opto-electrical converter in terms of signals. This means in particular that the input signal of the electrical amplifier corresponds to an output signal of the opto-electrical converter or is based on an output signal of the opto-electrical converter.
- the electrical amplifier can be designed to convert an input current into an output voltage.
- the amplifier is particularly preferably designed as a transimpedance amplifier.
- the transimpedance amplifier can advantageously convert an input current into a proportional output voltage.
- the optoelectrical converter is advantageously designed to convert the received light signal into a current signal.
- the electrical amplifier is part of the electrical signal path from the opto-electrical converter to the electro-optical converter.
- the clock preferably the oscillating system, preferably includes a trigger and a monoflop.
- the trigger is set up to control the monoflop using the electrical signal from the optoelectrical converter.
- the monoflop is advantageously set up to generate an output pulse for driving the electro-optical converter.
- the output pulse is generated in response to the triggering of the monoflop by the trigger.
- the monoflop is advantageously a digital circuit that has only one stable state. Triggered by a trigger signal arriving from the trigger, the monoflop changes its switching state for a predefined time (approx. 1 ns or less). The monoflop then returns to the rest position.
- the Trigger and the monoflop Parts of the electrical signal path from the opto-electrical converter to the electro-optical converter.
- the electrical signal path from the opto-electrical converter to the electro-optical converter is preferably set up to invert the electrical signal.
- the electrical signal path is advantageously set up to switch the electro-optical converter on and off alternately by means of the inverted electrical signal.
- the electrical signal path can comprise a (separate) inverter (inverter circuit).
- the inverter is advantageously designed to switch the electro-optical converter on and off alternately.
- an output of the electrical amplifier described above, in particular of the transimpedance amplifier described above can be an inverting output.
- the electrical signal is inverted by the inverting output.
- an input of the driver described above can be an inverting input. In this case, the electrical signal is inverted by the inverting input of the driver.
- no separate inverter is advantageously provided in the electrical signal path.
- the oscillating system preferably also has a frequency filter for filtering the electrical signal.
- the frequency filter is arranged between the opto-electrical converter and the electro-optical converter.
- the frequency filter can be used to force the system to oscillate at its oscillation frequency, in particular by filtering out undesired harmonics from the electrical signal.
- a harmonic can also be specifically selected with the frequency filter.
- the frequency filter is arranged between the electrical amplifier and the driver.
- the clock in particular the clock generator arrangement, preferably also has a Schmitt trigger which is set up to convert the electrical signal into a square-wave signal (output signal of the Schmitt trigger).
- a Schmitt trigger is an analog to digital converter. This means that in this design of the watch, the electrical signal that serves as the input signal for the Schmitt trigger is an analog electrical signal, with the square wave signal is a digital electrical signal.
- an analog voltage an analog voltage signal
- a digital voltage digital voltage
- the Schmitt trigger is advantageously connected to the useful signal generation device. This means that the output signal of the Schmitt trigger, namely the square-wave signal, is used as the input signal for the useful signal generation device.
- the electrical signal in the electrical signal path can be a current signal or a voltage signal.
- the electrical signal can be converted from one type (current signal/voltage signal) to the other type (voltage signal/current signal) in the electrical signal path.
- the optical waveguide arrangement is designed as an endless loop.
- the clock arrangement comprises an optical splitter for decoupling the light signal from the endless loop into the opto-electrical converter and an optical coupler for coupling the light signal from the electro-optical converter into the endless loop.
- endless loop means in particular that the optical waveguide arrangement is designed as a closed optical loop in which a light signal that is generated once and introduced into the optical waveguide arrangement is circulated indefinitely.
- an output of the optical waveguide is fed back to its input in an advantageous manner.
- an optical splitter within the scope of the invention is in particular a device that is set up to split an incoming light signal into two or more light signals.
- an optical coupler is, in particular, a device that is set up to couple one or more light signals into an optical waveguide.
- the clock can preferably include an optical amplifier in the optical waveguide arrangement designed as an endless loop.
- the optical waveguide arrangement includes the optical waveguide and an optical amplifier.
- the optical amplifier is advantageously set up to amplify the incoming light signal as it passes through, without having to convert it into an electrical signal in the meantime.
- the manner of connecting the optical waveguide, the optical amplifier, the electro-optical converter and the opto-electrical converter to each other can be as follows.
- An output of the optical fiber is connected to a first input of the optical coupler.
- An output of the optical coupler is connected to an input of the optical amplifier.
- An output of the optical amplifier is connected to the input of the optical splitter, the first output of which is connected to an input of the optical waveguide.
- An output (optical output) of the electro-optical converter is connected to a second input of the optical coupler.
- a second output of the optical splitter is connected to an input (optical input) of the opto-electrical converter.
- the electrical signal (output signal of the opto-electrical converter) is then available at an output of the opto-electrical converter.
- the useful signal can advantageously be generated from this electrical signal by means of the useful signal generating device.
- the electro-optical converter can preferably be controlled by an electrical signal from the opto-electrical converter. This creates an electrical signal path between the opto-electrical converter and the electro-optical converter.
- the clock can include an electrical amplifier.
- the electrical amplifier is arranged between the opto-electrical converter and the electro-optical converter for amplifying the electrical signal. This means in particular that the electrical amplifier is arranged in the electrical signal path between the opto-electrical converter and the electro-optical converter.
- the optical fiber arrangement is preferably divided into a first section between the optical coupler and the optical splitter and into a second section between the optical splitter and the optical coupler.
- a delay in the light signal in the second section corresponds to a delay in a parallel signal from the optical splitter to the optical coupler.
- the second section can comprise a delay line or another optical waveguide.
- the additional optical waveguide can also be referred to as a second optical waveguide, with the optical waveguide in the first section between the optical coupler and the optical splitter being referred to as a first optical waveguide.
- the opto-electrical converter and the electro-optical converter are arranged between the optical splitter and the optical coupler and connected with each other.
- a delay in the light signal in the delay line or the further optical waveguide corresponds to a delay in the parallel signal from the optical splitter via the opto-electrical converter and the electro-optical converter to the optical coupler.
- An electrical amplifier can preferably be arranged between the opto-electrical converter and the electro-optical converter.
- a one-off electrical signal can preferably be fed in here between the opto-electrical converter and the electrical amplifier EV.
- An electrical signal can preferably be picked up between the electrical amplifier and the electro-optical converter.
- the useful signal can advantageously be generated from this electrical signal by means of the useful signal generating device.
- a first output of the optical splitter is connected to a first input of the optical coupler via the delay line or the second optical fiber.
- An output of the optical coupler is connected to an input of the optical fiber.
- a second output of the optical splitter is connected to an input of the opto-electrical converter.
- An input of the electro-optical converter is connected to an output of the opto-electrical converter.
- a first input of the optical coupler is connected to an output of the delay line or the second optical waveguide.
- a second input of the optical coupler is connected to an output of the electro-optical converter. If an electrical amplifier is arranged between the opto-electrical converter and the electro-optical converter, an output of the opto-electrical converter is connected to an input of the electrical amplifier and an output of the electrical amplifier is connected to an input of the electro-optical converter.
- the optical splitter is a first optical splitter and the optical coupler is a first optical coupler.
- the second section comprises a delay line, a second optical coupler and a second optical splitter.
- an optical amplifier for amplifying the light signal between the first optical splitter and the second optical splitter is preferably arranged between the first optical splitter and the first optical coupler.
- a first output of the first optical splitter is connected to an input of the optical amplifier.
- An output of the optical amplifier is connected to a first input of the first optical coupler.
- An output of the first optical coupler is connected to an input of the optical waveguide.
- a second output of the first optical splitter is connected to a first input of the second optical coupler. Its output is connected to an input of the delay line.
- An output of the delay line is connected to an input of the second optical splitter.
- a first output of the second optical splitter is connected to a second input of the first optical coupler.
- An output (optical output) of the electro-optical converter is connected to a second input of the second optical coupler.
- a second output of the second optical splitter is connected to an input of the opto-electrical converter.
- the electrical signal (output signal of the opto-electrical converter) is available at an output of the opto-electrical converter.
- the useful signal can advantageously be generated from this electrical signal by means of the useful signal generating device.
- the two parallel optical signal paths enable a continuous signal flow in of the optical waveguide arrangement formed as an endless loop via the optical waveguide even if the optical amplifier is deactivated for a short time. This results in the possibility of activating the optical amplifier only when the optical signal power falls below a definable minimum value due to the attenuation in the endless loop.
- the power consumption of clock generation can be optimized as required.
- the clock preferably includes a data unit.
- the data unit preferably includes a modulator for modulating the input signal of the electro-optical converter based on a data set.
- the data set may advantageously include a personal resolution such as quitting smoking or a loved one's name, personal goal or ideal, but also a religious message such as a mantra.
- the data set can be encoded in terms of light and circulate in the oscillating system at the speed of light. Coding is possible, for example, by modulating the amplitude of the electrical signal. With a suitable setting of the amplifier, this has no influence on the setting Oscillating frequency of the oscillating system or the frequency of the electrical signal. This does not affect the accuracy of the time base.
- This different amplitude can be displayed, for example, by a light-emitting diode, which then lights up with different brightness.
- a Morse code with signal pulses of different lengths can be used as coding.
- the clock can include a storage unit for storing the data set and/or an input unit for entering the data set and/or a readout unit for reading out the data set from the modulated output signal of the optoelectrical converter. Furthermore, the clock can preferably include an output unit for outputting information based on the data set that has been read out.
- the information can include, for example, a light and/or a sound and/or an electrical data signal, which can preferably be output via WLAN or Bluetooth.
- the watch includes a crystal oscillator having a predetermined crystal oscillator oscillation frequency.
- the useful signal generating device is designed to compare the frequency of the electrical signal with the crystal oscillator oscillation frequency in order to generate an actual comparison value.
- the useful signal generating device is designed to generate the useful signal based on the frequency of the electrical signal and the actual comparison value.
- the useful signal can be generated considering a difference between the frequency of the electric signal and the crystal oscillator oscillation frequency serving as a reference frequency.
- the difference between the frequency of the electrical signal and the crystal oscillator oscillation frequency is represented by the actual comparison value.
- a deviation in the frequency of the electrical signal from an expected frequency of the electrical signal can also be taken into account when generating the useful signal.
- Such a deviation can be caused, for example, by a temperature deviation from a predetermined temperature to which the oscillating system is set.
- a temperature deviation can have an effect on the optical waveguide arrangement, in particular the optical waveguide, since an optical waveguide in particular expands as a function of temperature.
- a number of temperature-dependent storage comparison values and associated correction values are particularly preferably stored in the useful signal generation device.
- the useful signal generating device is also designed to assign the actual comparison value to a memory comparison value and to generate the useful signal based on the frequency of the electrical signal and the correction value.
- the electronic useful signal generating device can advantageously have (only) a pulse counter (binary counter) include.
- the pulse counter is set up to count a clock signal from the oscillating system, ie the electrical signal.
- the pulse counter is programmed to the frequency of the electrical signal.
- the electronic useful signal generating device can advantageously (only) comprise a frequency divider.
- the frequency divider is set up to divide or halve the frequency of the clock signal, i.e. the electrical signal.
- the frequency of the electrical signal can correspond in particular to a multiple of two, in particular to a power of two, such as 524288 Hz or 1048576 Hz.
- the frequency of the electrical signal can advantageously be broken down to 1 Hz or another frequency such as 8 Hz by means of the frequency divider.
- the broken down frequency corresponds to the useful signal based on which the clock display device is set up to display the time. It should be noted that in the case of a useful signal with a frequency of e.g. 8 Hz, the jump of a second hand of a mechanical watch display device, which then takes place 8 times per second, is no longer perceived as a "jump" by the viewer.
- only when used with the terms of the pulse counter or the frequency divider means in the context of the invention in particular that only one of the two types of electronic components, i.e. either only a pulse counter or only a frequency divider, is provided in the useful signal generating device in order to to generate useful signal.
- the clock generator arrangement for generating the useful signal can include both a frequency divider and a pulse counter.
- the frequency divider is advantageously arranged in front of the pulse counter in terms of signaling.
- the frequency of the electrical signal can be halved, in particular halved several times, by the frequency divider in a first step in order to reach an intermediate frequency.
- the intermediate frequency can be brought to a desired frequency or a useful frequency by means of the pulse counter.
- the procedure of halving, in particular multiple halving, the predetermined oscillation frequency in a first step to reach an intermediate frequency and counting down the intermediate frequency to a desired frequency in a second step is particularly advantageous for a watch in which the electrical signal has a high frequency, such as 8.88 MHz or 10 MHz.
- the useful signal generation device is advantageously set up to generate the useful signal when a count value of the electrical current signal is equal to a predetermined count value.
- the predetermined count is advantageously set to the frequency of the electrical signal.
- the useful signal advantageously corresponds to the output signal of the frequency divider.
- this is advantageously set up to generate the useful signal when a count of an output signal of the frequency divider is equal to a predetermined count.
- the predetermined count value is advantageously set based on the intermediate frequency achieved by the frequency divider.
- the clock arrangement can preferably comprise an output device.
- the electronic output device is set up to output the useful signal generated by the useful signal generating device.
- pulse counter and the output device or the frequency divider and the output device can each be formed as one unit.
- the electronic useful signal generating device can advantageously be set up to generate the useful signal corresponding predetermined correction factor or a predetermined correction formula to be taken into account.
- a corresponding predetermined correction factor is advantageously assigned to a respective temperature deviation.
- the electronic useful signal generating device has a pulse counter, as described above, in the event of such a temperature deviation the electronic useful signal generating device can advantageously be set up to correct the predetermined count of the pulse counter using the predetermined correction factor or the predetermined correction formula.
- the useful signal generation device can be set up to correct the predetermined counter value as a function of a temperature of the oscillating system and/or a temperature of the watch, in particular in the vicinity of the oscillating system.
- a table with temperature-dependent predetermined values can preferably be used for this purpose
- Counter values (predetermined counter values that are associated with temperatures) and/or a function of the predetermined counter value as a function of the temperature can be stored in a memory unit, in particular the useful signal generating device.
- the watch can preferably include a temperature sensor.
- the clock can have the following advantageous configurations.
- the clock arrangement has an electromechanical device.
- the watch also has a gear train, a drive device for driving the gear train and a watch display device.
- the clock display device is connected to the gear train and is movable by the gear train.
- the electromechanical device can be moved by means of the useful signal generated by the electronic useful signal generating device, as a result of which the electromechanical device engages directly or indirectly in a clocked manner in the gear train.
- the electromechanical device engages directly or indirectly in a locking manner with the gear train to alternately stop and unlock the gear train.
- the rate of the watch is not clocked by an oscillating balance wheel, but by a frequency-controlled device (the electromechanical device), with the drive energy for the gear train being provided by a mechanical drive device.
- the imprecise mechanical balance wheel is replaced by the clock arrangement described above.
- the advantages of a hand-wound or self-winding mechanical watch and a quartz watch are realized in one watch by driving an automatic movement or a hand-wound mechanical movement through the oscillating frequency of a light-powered oscillating system. Since no balance wheel is provided in the proposed watch, all mechanical influences that influence the beat of the balance wheel and thus the accuracy of the flow of time in the watch are eliminated.
- the reference frequency used to clock the watch which is based on the frequency of the electrical signal, is not affected by movement of the wearer of the watch.
- a mechanical watch is made possible in terms of driving the gear train, which is much more precise than a conventional mechanical watch with a balance wheel.
- the electromechanical device can be moved by means of the useful signal generated by the electronic useful signal generating device and the useful signal can be generated based on the frequency of the electrical signal, it should be understood that the electromechanical device is frequency controllable.
- the electromechanical device engages indirectly in the gear train.
- “indirectly” means in particular that there is at least one further component between the electromechanical device and the gear train. This means that in this embodiment of the watch, the electromechanical device can be moved by means of the above-mentioned useful signal, as a result of which the electromechanical device engages indirectly in the gear train for the escapement.
- the watch preferably comprises an escapement.
- the escapement is engaged with the gear train.
- the electromechanical device drives the escapement.
- the electromechanical device can be moved by means of the useful signal generated by the electronic useful signal generating device, as a result of which the electromechanical device engages in the gear train via the escapement.
- the escapement corresponds to the at least one further component mentioned above, which is located between the electromechanical device and the gear train.
- the escapement comprises an escapement wheel and a escapement piece.
- the escapement serves to arrest the escapement wheel.
- the electromechanical device for driving the escapement is arranged, with the escapement wheel being in engagement with the gear train.
- the escapement is designed as an anchor escapement, with the escapement piece being designed as an anchor.
- the escape wheel can also be referred to as an escape wheel.
- the electromechanical device can engage directly in the gear train.
- “directly” or “immediately” means in particular that there is no other component between the electromechanical device and the gear train. This means that in this embodiment of the watch, the electromechanical device can be moved by means of the above-mentioned useful signal, as a result of which the electromechanical device engages directly in the gear train in a clocked manner.
- the electromechanical device can be designed as an actuator.
- an actor is within the scope of the present Invention refers in particular to a drive-related device or assembly that converts an electrical signal into a mechanical movement.
- the actuator can particularly preferably have a magnet armature and a magnet coil.
- the magnet coil is set up to move the magnet armature by means of the useful signal.
- the electromechanical device can preferably be designed as a stepping motor. In this configuration of the electromechanical device, it is particularly advantageous if the electromechanical device engages directly in the gear train in a clocked manner.
- the clock also includes a gear train, a drive device for driving the gear train and a clock display device.
- the clock display device is connected to the gear train and is movable by the gear train.
- the drive device can be controlled by means of the useful signal.
- the drive device is preferably designed as a stepping motor.
- this clock corresponds to a conventional quartz clock with a stepping motor for driving a mechanical clock display device, in which a clock generator arrangement with a clock generator designed as a quartz oscillating crystal has been replaced by the clock generator arrangement described above with the light-operated oscillating system.
- the watch display device mentioned above is a mechanical watch display device.
- the clock display device preferably comprises an hour hand and/or a minute hand and/or a second hand.
- the gear train preferably comprises at least one hour wheel and/or a minute wheel and/or a fourth wheel and/or a third wheel.
- the clock also includes an electronic clock display device.
- This clock corresponds, in particular, to a conventional electronic quartz clock in which the clock generator arrangement with the clock generator designed as a quartz oscillating crystal has been replaced by the previously described clock generator arrangement with the light-operated oscillating system.
- 1 is a simplified schematic view of a watch according to a first embodiment of the present invention
- 2 is a simplified schematic view of a portion of the watch according to the first embodiment of the invention
- FIG. 3 is a simplified schematic view of a portion of the timepiece according to the first embodiment of the invention.
- FIG. 4 is a simplified schematic view of a portion of the timepiece according to the first embodiment of the invention.
- FIG. 5 shows a simplified schematic view of a portion of the watch according to a second embodiment of the invention
- FIG. 6 is a simplified schematic view of a portion of the timepiece according to the second embodiment of the invention.
- FIG. 7 shows a simplified schematic view of a portion of the watch according to a third embodiment of the invention.
- FIG. 8 shows a simplified schematic view of a portion of the watch according to a fourth embodiment of the invention.
- FIG. 9 shows a simplified schematic view of a portion of the watch according to a fifth embodiment of the invention.
- FIG. 10 is a simplified schematic view of a portion of the watch according to a sixth embodiment of the invention.
- FIG. 11 shows a simplified schematic view of a portion of the watch according to a seventh embodiment of the invention.
- FIG. 13 shows a simplified schematic view of a portion of the watch according to an eighth embodiment of the invention.
- FIG. 14 shows a simplified schematic view of a portion of the watch according to a ninth embodiment of the invention.
- 15 is a simplified schematic view of a portion of the timepiece according to a tenth embodiment of the invention
- 16 is a simplified schematic view of a portion of the timepiece according to an eleventh embodiment of the invention.
- a timepiece 100 according to a first exemplary embodiment of the present invention is described in detail below with reference to FIGS.
- the clock 100 is designed as a wristwatch and thus has two connections 14 for a bracelet 16.
- the clock 100 it is also possible for the clock 100 to be a wall clock, a grandfather clock, a desk clock or a clock of another type.
- the watch 100 comprises a watch case 11 and a watch glass 15 arranged thereon.
- the clock 100 also has a dial 12 and three hands 13 for displaying the hours, minutes and seconds.
- the hands 13 are parts of a mechanical clock display device 102 for displaying the time.
- the timepiece 100 further includes a clock assembly 10, a gear train 104 and a driving device 101 for driving the gear train 104.
- the gear train 104 is connected to the timepiece display device 102 so that the hands 13 of the timepiece display device 102 are moved.
- the gear train 104 comprises at least one hour wheel, one minute wheel and one fourth wheel, each of which is connected to one of the hands 13 .
- the useful signal generating device 116 is set up to generate a useful signal.
- the useful signal can be used by the clock display device 102 to show the time based thereon.
- the oscillating system 1 comprises an optical waveguide arrangement 2 with an optical waveguide 20, an electro-optical converter 3 and an opto-electrical converter 4.
- the oscillating system 1 also comprises an electrical amplifier 60, a frequency filter 63 and a driver 65.
- the frequency filter 63 is between the electrical amplifier 60 and the driver 65 arranged.
- the electro-optical converter 3 which comprises a semiconductor laser or a light-emitting diode, is designed to feed a clocked light signal into the optical waveguide arrangement 1, in particular directly into the optical waveguide 20.
- the clocked light signal is advantageously an analog clocked light signal, in particular a sinusoidal light signal.
- the optical waveguide 20 can preferably comprise a single-mode fiber.
- a monomode fiber does not have any runtime or mode dispersion on.
- the optical waveguide it is also possible for the optical waveguide to comprise a multimode fiber.
- a multimode fiber has the advantage that light can be coupled into the optical waveguide 20 and out of the optical waveguide 20 more easily.
- the optical waveguide 20 can be 20 m long, for example. With such a length, the propagation time of the light signal is approximately 100 ns. This corresponds to an oscillation frequency of 10 MHz for the oscillating system 1. However, other frequencies can also be selected for the oscillating system 1, such as 8.88 MHz. Then the optical waveguide 20 would have to be chosen correspondingly longer for the oscillation frequency of 8.88 MHz.
- the opto-electrical converter 4 is designed to receive the light signal from the optical waveguide arrangement 2 or the optical waveguide 20 and to generate an electrical signal based on the received light signal.
- the opto-electrical converter 4 includes a photodiode.
- the photodiode is set up to convert the clocked light signal into a current signal.
- the current signal is analogous to the light signal, an analog current signal, in particular a sinusoidal current signal.
- the electrical amplifier 60 which is designed as a transimpedance amplifier, is set up to amplify the current signal generated by the optoelectrical converter 4 and to convert it into a proportional voltage signal.
- the frequency filter 63 is set up to filter the voltage signal.
- the frequency filter 63 can be used to force the oscillating system to oscillate at its oscillating frequency by, in particular, filtering out undesired harmonics from the voltage signal.
- the driver 65 is set up to drive the electro-optical converter 3 based on the filtered voltage signal.
- the electro-optical converter 3 can thus be controlled based on the converted and filtered electrical signal from the opto-electrical converter 4 .
- a modulation input of driver 65 is non-inverting. This means that an increase in the input voltage results in an increase in the light output.
- the modulation input of the driver 65 can also be inverting. In this case, the oscillation frequency of 10 MHz can already be achieved with a length of 10 m for the optical waveguide 20.
- the described arrangement of the electrical amplifier 60, the frequency filter 63 and the driver 65 forms an electrical signal path 6 from the opto-electrical converter 4 to the electro-optical converter 3.
- the electrical amplifier 60, the frequency filter 63 and the driver 65 are arranged in the electrical signal path 6.
- an optical signal path 5 is formed in the optical waveguide arrangement 2, in particular in the optical waveguide 20, from the electro-optical converter 3 to the opto-electrical converter 4.
- the oscillating system 1 is designed as an oscillating circuit with optical feedback.
- the optical feedback occurs in that the light signal (optical output signal) of the electro-optical converter 3 can be coupled to an input of the opto-electrical converter 4 via the optical waveguide arrangement 2 , in particular the optical waveguide 20 .
- the clock generator assembly 10 also includes a Schmitt trigger 64 which is an analog to digital converter.
- the Schmitt trigger 64 is set up to convert the analog voltage signal between the frequency filter 63 and the driver 65 into a square-wave signal (output signal of the Schmitt trigger 64).
- the square-wave signal is a digital voltage signal.
- another analog-to-digital converter can also be used.
- the Schmitt trigger 64 is connected to the useful signal generation device 116 .
- the electronic useful signal generation device 116 is set up to generate the useful signal based on a frequency of the square-wave signal, which corresponds to a frequency of the electrical signal between the frequency filter 63 and the driver 65 .
- the frequency divider 117 is connected to the pulse counter 119 .
- the pulse counter 119 is arranged downstream of the frequency divider 117 in terms of signals. That is, an output of the frequency divider 117 serves as an input of the pulse counter 119 .
- the frequency of the square-wave signal can be halved, in particular halved several times, by the frequency divider 117 in order to reach an intermediate frequency.
- the intermediate frequency can be brought to a desired frequency or a useful frequency by means of the pulse counter 119 .
- the useful frequency can be 1 Hz or 8 Hz, for example.
- the square-wave signal described above can be halved seven times by the frequency divider 117 until the intermediate frequency of 78125 Hz is reached. Then, with the help of the pulse counter 119, the intermediate frequency can be counted down to the useful frequency of 1 Hz or to 8 Hz. Halving the oscillation frequency 7 times from 10 MHz first to 78125 Hz, with subsequent pulse counting saves power compared to direct pulse counting from 10 MHz to 1 Hz or 8 Hz.
- the useful signal generating device 116 is set up to generate the useful signal when a count of an output signal of the frequency divider 117 is equal to a predetermined count.
- the predetermined count is advantageously stored in comparator 124 and is adjusted based on the intermediate frequency achieved by frequency divider 117 .
- the comparison between the count value of the output signal of the frequency divider 117 and the predetermined count value is carried out via the comparator 124.
- Watch 100 also includes a temperature sensor 126. Temperature sensor 126 can be used to detect a temperature of oscillating system 1 and/or watch 100, in particular in the vicinity of oscillating system 1.
- the electronic useful signal generating device 116 is advantageously set up to generate the useful signal, taking into account a corresponding predetermined correction factor.
- a corresponding predetermined correction factor is advantageously assigned to a respective temperature deviation.
- a predetermined correction formula can be used instead of correction factors.
- the correction factors or the correction formula are stored in a memory 125 .
- the electronic useful signal generation device 116 is set up to correct the predetermined counter value by means of the corresponding predetermined correction factor or the predetermined correction formula.
- pulse counter 119 the comparator 124 and the memory 125 are advantageously parts of a programmable microcontroller 130.
- the clock generator arrangement 10 also has an output device 118 which is connected to the useful signal generating device 116 and set up to output the useful signal generated by the useful signal generating device 116 .
- the useful signal is used by the clock display device 102 to display the time.
- clock 100 clock generation is based on the propagation speed of light (speed of light) in optical fiber 20 .
- the clock 100 is thus as precise as possible.
- the drive device 101 advantageously comprises a drive spring.
- a winding device 121 is provided in watch 100 for winding or tensioning the drive spring.
- the watch 100 is designed in particular as a self-winding watch.
- the winding device is an automatic winding device, which is designed in particular as a flyweight, so that the drive spring is automatically wound up by the flyweight due to the movement of the hand of the wearer of the watch 100 .
- the drive spring When the drive spring is tensioned, it supplies the energy required to drive the gear train 104 .
- the watch 100 it is also possible for the watch 100 to be designed as a hand-wound watch.
- the elevator device 121 can be actuated manually or by hand.
- Clock generator assembly 10 also includes an electromechanical device 106 .
- the electromechanical device 106 is designed in particular as an actuator which, according to FIG.
- the magnetic coil 108 interacts with the magnetic core 107 .
- the magnet coil 108 is set up to move the magnet core 107 when it is energized.
- the electromechanical device 106 can be moved by means of the useful signal generated by the electronic useful signal generating device 116 or the useful signal output by the output device 118 . As a result, the electromechanical device 106, in particular the magnetic core 107, engages in the gear train 104 in a clocked manner.
- the timepiece 100 also has an escapement 105 which is arranged between the clock generator arrangement 10, in particular the electromechanical device 106, and the gear train 104.
- the electromechanical device 106 in particular the magnetic core 107, engages in the gear train 104 indirectly via the escapement 105.
- the escapement 105 can be driven by the electromechanical device 106 .
- the electromechanical device 106 indirectly ratchetly engages the gear train 104 to alternately stall and release the gear train 104 .
- the escapement 105 comprises an escapement wheel 109 and an escapement piece 110 and is designed in particular as an anchor escapement.
- the escapement wheel 109 is in engagement with the gear train 104, with the magnetic core 107 through its movement can be brought into engagement with the check piece 110.
- the arresting piece 110 can be driven by means of the magnet core 107 .
- the magnetic coil 108 builds up and releases a magnetic field in the rhythm of the useful signal, as a result of which the magnetic core 107 is also moved back and forth in the rhythm of the useful signal.
- the moving magnetic core 107 then engages the check piece 110 .
- the clock assembly 10 replaces a conventional balance wheel of a mechanical watch.
- the clock 100 is equipped with a power supply device 103, which is designed as a rechargeable battery.
- the battery can be charged by an energy harvesting device 120 .
- the energy harvesting device 120 can preferably comprise at least one thermal generator and/or at least one solar cell.
- the thermal generator can in particular have a Peltier element.
- the dial 12 of the clock 100 can be configured as a solar cell. It is also possible that a solar cell is arranged under the dial 12 . In this case, the dial 12 must either be semi-transparent at the point where the solar cell is arranged or have a recess. If the watch 100 is provided with a thermal generator, this can preferably be attached to the case back of the watch 100. This means that the latter can generate electricity from a difference between the skin temperature of the wearer of the watch 100 and the temperature of the watch's surroundings (and thus the temperature of the rest of the watch). It is also possible that the at least one solar cell and/or the at least one thermal generator is/are built into the bracelet 16 of the watch 100 .
- the oscillating system 1 is first made to oscillate.
- the useful signal generating device 116 uses the frequency divider 117 and the pulse counter to generate a useful signal with a useful frequency.
- the useful signal in the desired rhythm is then output to the electromechanical device 106 .
- the electromechanical device 106 can control the escapement 105 by the electromechanical device 106 moving the escapement piece 110 at the time when the useful signal is output.
- the gear train 104 can be clocked.
- a state of charge measuring device 122 is also provided in watch 100 and is set up to measure a state of charge of the rechargeable battery.
- the clock 100 also has a control unit 123 which is preferably set up to control the electronic clock arrangement 10 .
- the electromechanical device 106 can be set up to move in such a way that the electromechanical device 106, in particular the magnetic core 107, drives the gear train 104. It can thus be ensured that the watch 100 continues to run even if the mainspring can no longer supply the required mechanical energy. This may be the case, for example, if the watch 100 is not used for some time, e.g., during the night, whereby the mainspring cannot be wound by the automatic winding device 121.
- a device for decoupling the drive device 101, i.e. the drive spring, from the gear train 104 and the escapement 109 can preferably be provided in the watch 100.
- decoupling the drive spring may prevent the electromechanical device 106 from also moving the drive spring when the escapement 109 is operated by the electromechanical device 106 .
- control device 123 is set up to interrupt the power supply to electromechanical device 106 .
- the power supply to the electromechanical device 106 is interrupted from a certain minimum energy level in the battery until the mainspring is tensioned again by the movement of the watch 100 . Otherwise the rechargeable battery would be completely empty and could therefore no longer operate the electromechanical device 106 immediately or start the oscillating process in the oscillating system 1 when the clock 100 was put into operation again.
- the present invention provides a timepiece 100 that is more precise than a mechanical timepiece while being driven like an automatic timepiece.
- watch 100 is a hybrid watch in which timing is controlled by a light-powered oscillating system and the gear train is driven by a mainspring. Due to the rechargeable battery, which accordingly supplies the components of the clock 100 that function with electricity and can be charged by the energy harvesting device 120, the clock 100 also has a high power reserve.
- FIGS 5 and 6 relate to a clock 100 according to a second embodiment of the invention.
- the clock 100 according to the second exemplary embodiment differs from the clock 100 according to the first exemplary embodiment in that the electromechanical device 106 in the clock 100 according to the second exemplary embodiment engages directly in the gear train 104 in a clocked manner. In other words, no escapement is provided in the timepiece 100 according to the second embodiment.
- the clock arrangement 10 here replaces the combination of a conventional balance wheel and a conventional escapement of a conventional mechanical watch.
- the electromechanical device 106 directly engages the gear train 104 in a restraining manner to alternately stall and release the gear train 104 .
- the electromechanical device 106 is also designed as an actuator in the clock 100 according to the third exemplary embodiment, which comprises a magnet core 107 and a magnet coil 108 .
- the magnetic core 107 thus engages in the gear train 104 directly in a clocked manner.
- the electromechanical device 106 may be in the form of a stepping motor which engages in the gear train 104 in a directly clocked manner.
- the clock 100 Except for the described special features of the clock 100 according to this exemplary embodiment, its functioning basically corresponds to that of the clock 100 according to the first exemplary embodiment. In this case, however, the electromechanical device 106 does not control an escapement, but directly the gear train 104, which is thus clocked.
- FIG. 7 relates to a watch 100 according to a third exemplary embodiment of the invention.
- the watch 100 according to the third exemplary embodiment differs from that according to the first or the second exemplary embodiment in the structure of the oscillating system 1.
- the oscillating system 1 here includes no frequency filter and no Schmitt trigger, but rather a trigger 61 and a monoflop 62.
- the trigger 61 is in the direction of the electrical signal in the electrical signal path 6 after the electrical amplifier 60 arranged.
- the trigger 61 is set up to control the monoflop 62 by means of the electrical signal from the optoelectrical converter 4, in particular by means of the amplified electrical signal after the electrical amplifier 60.
- the monoflop 62 is thus set up to generate an output pulse for driving the electro-optical converter 3 .
- the electro-optical converter 3 is designed to feed a light pulse into the optical waveguide arrangement 2 , in particular directly into the optical waveguide 20 .
- the opto-electrical converter 4 is designed to receive the light pulse and convert it into a current pulse.
- a light pulse is first sent through the optical waveguide 20 by the electro-optical converter 3.
- FIG. Due to the length of the optical waveguide 20, the light pulse traveling in the direction from the electro-optical converter 3 to the opto-electrical converter 4 requires a certain period of time before it arrives at the opto-electrical converter 4. In other words, this period of time is predetermined by the length of the optical waveguide 20 .
- the light pulse is converted into a current pulse by the opto-electrical converter 4 and sent on to the electrical amplifier 60 .
- the electrical amplifier 60 amplifies the current pulse and converts it into a voltage pulse.
- This voltage pulse controls the monoflop 62 via the trigger 61, which generates a short pulse with a precisely defined duration (approx. 1 ns or less).
- the driver 65 of the electro-optical converter 3 is controlled with this pulse, so that the electro-optical converter 3 again emits a light pulse. So the cycle is closed.
- the electro-optical converter 3 has a “duty cycle” of 1% or less and therefore requires very little energy.
- This process is repeated a certain number of times per second.
- the number of repetitions per second is determined by the length of the optical fiber 20. With a length of approx. 20 m, the process is repeated 10 million times per second. This results in an oscillating frequency of 10 MHz for the oscillating system 1, which is tapped off as the frequency of the electrical signal (pulse sequence) between the monoflop 62 and the driver 65.
- the useful signal generating device 116 Based on the frequency of the electrical signal between the monoflop 62 and the driver 65, the useful signal generating device 116 generates the useful signal, by which the clock 100 is clocked in the same way as the clock 100 according to the first or second embodiment.
- FIG. 8 relates to a watch 100 according to a fourth exemplary embodiment of the invention.
- the construction of the oscillating system 1 of the watch 100 according to the fourth exemplary embodiment of the invention corresponds to the construction of the oscillating system 1 of the watch 100 according to the first exemplary embodiment (see FIG. 2).
- a different method for temperature compensation is used with regard to generating the useful signal.
- a crystal oscillator 127 is set up in the clock generator arrangement 10 with a predetermined crystal oscillator oscillation frequency.
- the crystal oscillator can advantageously have a quartz crystal or a tourmaline crystal.
- a corresponding cut shape and dimensions of the crystal are selected in such a way that the predetermined crystal oscillator frequency, e.g. B. 10 MHz, is obtained.
- a mixer 128 is also provided in the clock generator arrangement 10 .
- the mixer 128 is connected to the crystal oscillator 127 and the electrical signal path 6 and set up to combine an electrical signal from the crystal oscillator 127 with an electrical signal tapped from the oscillating system 1 between the opto-electrical converter 4 and the electro-optical converter 3, in particular between the frequency filter 63 and the driver 65 to overlay.
- the superimposition of the two electrical signals results in an electrical sinusoidal signal, the frequency of which corresponds to a difference between the frequency of the electrical signal picked up from the oscillating system 1 and the electrical signal of the crystal oscillator 127 .
- a beat signal with the frequency 0 is produced, i.e. a DC voltage signal.
- an AC voltage signal with the difference frequency is produced.
- the length of the optical waveguide 20 and the speed of light and, on the other hand, the crystal oscillator frequency of the crystal oscillator changes with the temperature, if this is temperature-sensitive, a beat frequency results that depends on the temperature.
- This beat frequency can be measured.
- the dependencies of the vibration frequency of the vibration system 1 and the beat frequency on the temperature are measured once.
- the useful signal generating device 116 is designed to compare the frequency of the electrical signal tapped from the oscillating system with the crystal oscillator oscillating frequency in order to generate an actual comparison value.
- the useful signal generating device 116 can generate the useful signal based on the frequency of the electrical signal and the actual comparison value.
- a number of temperature-dependent memory comparison values and associated correction values can be stored in memory 125 .
- the useful signal generating device 116 can be designed to assign the actual comparison value to a memory comparison value and to generate the useful signal based on the frequency of the electrical signal and the correction value.
- FIG. 9 relates to a watch 100 according to a fifth exemplary embodiment of the invention.
- the clock 100 according to the fifth embodiment differs from that according to the third embodiment in that in the clock according to the fifth embodiment, an inverter (inverter circuit) 66 is arranged between the electric amplifier and the driver 65 instead of the trigger 61 and the monoflop 62.
- the electrical signal path 6 is thus designed to invert the electrical signal between the opto-electrical converter 4 and the electro-optical converter 3 .
- the inverter 66 is advantageously designed to switch the electro-optical converter 3 on and off alternately via the driver 65 .
- an output of the electrical amplifier 60 which, as already mentioned, is designed in particular as a transimpedance amplifier, can be an inverting output.
- the inverting output results in the inversion of the electrical signal between the opto-electrical converter 4 and the electro-optical converter 3 and thus also the alternating switching on and off of the electro-optical converter 3.
- an input of the driver 65 it is also possible for an input of the driver 65 to be in the form of an inverting input is.
- the inverter 66 can be omitted both in the case of an inverting output of the electrical amplifier 60 and an inverting input of the driver 65 .
- electro-optical converter 3 feeds a light signal into optical waveguide 20 .
- the light signal passes through the optical waveguide 20 and needs a certain duration for this. At a distance of about 10 m, for example, the light needs about 20 millionths of a second.
- the light signal arrives at the end of the optical fiber, it hits the opto-electrical converter 4. This notes the arrival of the light signal and converts it into a current signal.
- the Electrical amplifier 60 amplifies the current signal and converts it into a voltage signal which is sent to inverter 66.
- the inverter 66 sets its output signal to zero and thus switches the electro-optical converter 3 off via the driver 65 .
- the transit time typical for the optical waveguide 20 e.g. 10 m in approximately one 20-millionth of a second, as already mentioned
- the light signal still in the optical waveguide 20 has completely arrived at the optoelectrical converter 4 . Then this no longer receives a light signal, whereupon the input signal and thus also the output signal of the electrical amplifier drop to zero.
- the inverter 66 sets its output signal high again and thus switches the electro-optical converter 3 on via the driver 65 .
- This sends a new light signal into the optical waveguide 20.
- the light signal arrives at the opto-electrical converter 4 after the transit time typical for the optical waveguide 20 and generates an output signal in the form of a voltage signal at the electrical amplifier 60.
- the inverter 66 puts on its output signal again Zero and turns the electro-optical converter 3 off.
- This cycle is repeated regularly, with a square-wave signal being produced at the output of the electrical amplifier 60, the period of which corresponds to twice the transit time typical for the optical waveguide 20. With a length of the optical waveguide 20 of approximately 10 m, this results in a square-wave signal frequency of 10 MHz. This square wave is the time base for clock 100.
- This square-wave signal enters the useful signal generating device 116 for generating the useful signal.
- the watch 100 has the advantage that the oscillating system 1 is a digital oscillator which generates a square-wave signal.
- the signal processing is digital and the resulting square-wave signal can be processed directly without further conditioning.
- the length of the optical waveguide can be reduced 20 are halved at the same frequency of the oscillating system 1.
- the watch 100 is designed as a wristwatch, since this saves space in the watch case 11 or the watch case and thus the watch 100 can be made smaller.
- the oscillation frequency of the oscillation system 1 can be halved in the clock 100 according to the fifth embodiment.
- the oscillation frequency of the oscillating system 1 corresponds to half the oscillation frequency with the same length of the optical waveguide 20 of the clock 100 according to one of the previous exemplary embodiments. Since the power consumption for some electronic functions does not increase linearly with increasing frequency, but rather in the square, the power consumption for the electronics of the clock 100 according to the fifth exemplary embodiment can be very much lower as a result.
- FIG. 10 relates to a watch 100 according to a sixth exemplary embodiment of the invention.
- the oscillating system 1 of the watch 100 according to the sixth embodiment basically corresponds to the oscillating system 1 of the watch 100 according to the fifth embodiment.
- the only difference is that between the inverter 66 and the driver 65 there is a data unit 67 which includes a modulator 67 for modulating the input signal of the electro-optical converter 3 based on a data set.
- Watch 100 advantageously includes a memory unit 133 for storing a data set, an input unit 134 for entering a data set, a readout unit 131 for reading out the data set from the modulated output signal of the optoelectrical converter 4, and an output unit 132 for outputting information based on what has been read out Record.
- memory unit 133 and input unit 134 are parts of microcontroller 130.
- the information can include, for example, a light and/or a sound and/or an electrical data signal, which can preferably be output via WLAN or Bluetooth.
- the output unit 132 is then appropriately set up or designed to output such information. In FIG. 10, the output unit 132 is drawn as a light-emitting diode.
- the data set may advantageously include a personal resolution such as quitting smoking or a loved one's name, personal goal or ideal, but also a religious message such as a mantra.
- the data set can advantageously be encoded in terms of light and circulate in the oscillating system 1 at the speed of light. Coding is possible by modulating the amplitude (voltage) of the square wave. This modulation can take place using the modulator 68 via the driver 65 of the electro-optical converter 3 .
- the driver 65 can set the electro-optical converter 3 to full or half intensity, for example.
- the amplitude of the light signal passing through the optical fiber is modulated. If the electrical amplifier 60 is set appropriately, this has no influence on the oscillation frequency of the oscillating system 1 that is set. The accuracy of the time base is not influenced by this.
- This different amplitude can, for. B. be indicated by a light-emitting diode on the driver 65, which then lights up with different brightness.
- a clock 100 with a rectangular signal is provided by turning the electro-optical converter 3 on and off alternately.
- each oscillation period has the same duration, but the amplitude of the oscillation itself, i.e. the intensity of the light signal, varies.
- a Morse code with signal pulses of different lengths can be used as coding.
- the code for "S” is a short signal repeated three times and the code for "O” is a long signal repeated three times.
- “SOS” would then be: short - short - short - long - long - long - long - short - short - short.
- the intensity of the individual light pulses can be designed in such a way that two million light pulses (corresponding to a period of 200 ms) with full intensity correspond to one dit and that two million light pulses (corresponding to a duration of 200 ms) with half the intensity correspond to a pause (Morse time base).
- the Morse time base can be taken from a suitable binary digit of the pulse counter 119 or frequency divider 117 or can be specified by the microcontroller 130 .
- the Morse code is stored in the memory unit 133 and is applied to a digital output of the microcontroller 130 at a suitable readout speed.
- the pause corresponds to a zero, the dit to the full output voltage of the microcontroller 130.
- This output signal is superimposed on the modulation input of the driver 65 with the signal coming from the inverter 66.
- the superimposition takes place in such a way that, without a microcontroller signal (pause), the electro-optical converter 3 is set to half the intensity when there is a voltage signal coming from the inverter 66 . If a microcontroller signal (Dit) comes, then the signal at the modulation input of the driver 65 increases with a voltage signal coming from the inverter 66 such that the electro-optical converter 3 is set to full intensity. A corresponding logical interconnection can ensure that the signal at the modulation input of the driver 65 is zero when a voltage signal comes from the microcontroller 130 but not from the inverter 66 .
- the modulation of the light wave can be read out at the output of the electrical amplifier 60 with the readout unit 131, which is designed in particular as a peak value detector.
- a threshold value of the peak value detector is set in such a way that the peak value detector only supplies an output signal during an optical dit pulse train, with which the output unit 132 is then driven.
- FIG. 11 relates to a watch 100 according to a seventh embodiment of the invention.
- the oscillating system 1 and the useful signal generating device 116 of the clock generator arrangement 10 are shown in FIG.
- the useful signal generation device 116 can advantageously be designed like one of the useful signal generation devices 116 of the exemplary embodiments described above.
- the oscillating system 1 can be connected directly or indirectly to the useful signal generation device.
- the oscillating system 1 comprises an optical waveguide arrangement 2, which has an optical waveguide 20, an electro-optical converter 3, which is designed to feed a clocked light signal into the optical waveguide arrangement 2, and a optoelectrical converter 4 receiving the light signal from the optical waveguide 20, designed to generate an electrical signal based on the received light signal.
- the electro-optical converter 3 is for feeding in an input signal 300, which is present at its electrical input, once or repeatedly in certain time intervals.
- optical waveguide arrangement 2 is designed as an endless loop (closed optical loop).
- the clock arrangement 10 further comprises an optical splitter 51 for decoupling the light signal from the endless loop into the opto-electrical converter 4 and an optical coupler 53 for coupling the light signal from the electro-optical converter into the endless loop.
- an optical amplifier 55 is arranged in the optical waveguide arrangement 2 designed as an endless loop.
- the optical amplifier 55 is arranged between the optical coupler 53 and the optical splitter 51 .
- the output of the optical waveguide 20 is connected to a first input of the optical coupler 51 .
- the output of the optical coupler 53 is connected to the input of the amplifier 55.
- the output of the optical amplifier 55 is connected to the input of the optical splitter 51, whose first output is connected to the input of the optical waveguide 20.
- the optical output of the electro-optical converter 3 is connected to a second input of the optical coupler 53 .
- a second output of the optical splitter 51 is connected to an input of the opto-electrical converter.
- the electrical signal is available as an output signal 400 at the output of the opto-electrical converter 4 .
- a useful signal can be generated from this electrical signal by means of the useful signal generating device 116 in the manner already described with reference to the clocks 100 according to the previous exemplary embodiments.
- the transit time t d, L W L through the optical fiber 20 depends on its length Z LW L and the speed of light C
- FIG. 12 demonstrates the clock signal generation function using a signal-time diagram 600.
- Diagram 600 shows the course of input signal 300, output signal 400 and useful signal 500 as a function of time 700.
- the input signal in Figure 12 is a bit string. Any information can be stored in the bit sequence, which can be personalized for each clock signal generation at the customer's request. In which form and according to which method the signal is encoded and/or modulated is irrelevant for the clock generation function.
- the illustrated clock signal 500 can be generated from the output signal 400 in a simple manner.
- FIG. 13 relates to a watch 100 according to an eighth exemplary embodiment of the invention.
- the vibration system 1 in the watch 100 according to the eighth embodiment differs from that of the watch 100 according to the seventh embodiment in the following structure.
- the optical fiber arrangement 2 here is divided into a first section 21 between the optical coupler 53 and the optical splitter 51 and into a second section 22 between the optical splitter 51 and the optical coupler 53, with a delay in the light signal in the second section 22 being a Delay of the parallel signal from the optical splitter 51 to the optical coupler 53 corresponds.
- the output signal of the optical waveguide 20 is split by means of the splitter 51, which is referred to below as the first splitter 51.
- the first output of the first splitter 51 is connected to the input of the optical amplifier 55 .
- the output of the optical amplifier 55 is connected to a first input of the coupler 53, which is referred to as the first optical coupler 53 in the following.
- the output of the first optical coupler 53 is connected to the input of the optical fiber 20 .
- the second output of the first splitter 51 is connected to a first input of a second optical coupler 54 . Its output is connected to the input of a delay line 56 .
- the signal reaches the input of a second optical splitter 52 via the output of the delay line 56 .
- the first output of the second optical splitter 52 is connected to a second input of the first optical coupler 53 .
- the optical output of the electro-optical converter 3 is connected to a second input of the second optical coupler 54 .
- a second output of the second optical splitter 54 is connected to an input of the opto-electrical converter 4 .
- the electrical signal is available as an output signal 400 at the output of the opto-electrical converter 4 .
- any desired clock signal can be generated from this output signal in a known manner by means of an electronic circuit.
- the optical signal delay through the second optical coupler K2, the delay line VL and the second optical splitter S2 must correspond to the signal delay of the optical amplifier OV.
- the two parallel optical signal paths 51-54-56-52-53 and 51-55-53 make it possible to maintain a continuous signal flow in the endless loop via the optical waveguide 20 even when the optical amplifier 55 is switched off for a short time is disabled. This results in the possibility of activating the optical amplifier 55 only when the optical signal power falls below a definable minimum value due to the attenuation in the endless loop.
- the power consumption of the clock generation can be optimized as required.
- FIG. 14 relates to a watch 100 according to a ninth exemplary embodiment of the invention.
- an electrical amplifier 60 is used instead of an optical amplifier 55.
- the optical output signal of the optical waveguide 20 is split into two optical signal components by means of the optical splitter 51 .
- the first optical signal component is routed to a first input of an optical coupler 53 via a first output of the optical splitter 51 and via a delay line 56 .
- the output of the optical coupler 53 is connected to the input of the optical fiber 20 .
- the second optical signal component is converted into an electrical signal by means of the opto-electrical converter 4 via a second output of the optical splitter 51 .
- This signal is amplified with an electrical amplifier 60 and, after being converted into an optical signal by means of the electro-optical converter 3, is fed to a second input of the optical coupler 53.
- the electro-optical converter 3 can be controlled by the amplified and converted electrical signal from the opto-electrical converter 4 .
- the input signal 300 is fed in between the optoelectrical converter 4 and the electrical amplifier 60 .
- the output signal 400 is tapped off between the electrical amplifier 60 and the electro-optical converter 3 .
- the total electrical and optical signal delay through the opto-electrical converter 4, the electrical amplifier 60 and the electro-optical converter 3 corresponds to the optical signal delay via the optical delay line 56.
- FIG. 15 relates to a watch 100 according to a tenth embodiment of the invention.
- a second optical waveguide 57 is used here.
- the optical signal delay of the second optical fiber 57 corresponds to the total electrical and optical signal delay through the opto-electrical converter 4, the electrical amplifier 60 and the electro-optical converter 3.
- FIG. 16 relates to a watch 100 according to an eleventh exemplary embodiment of the invention.
- a circuit 58 for data and clock recovery is used here between the output of the electrical amplifier 60 and the input of the electro-optical converter 3 .
- Circuits of this type which are also referred to as retimers, are used to regenerate the form of the electrical or optical signal that has changed as a result of dispersion and attenuation.
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Uhr (100), insbesondere Armbanduhr, die eine Taktgeberanordnung (10) mit einem Schwingsystem (1) umfasst. Das Schwingsystem (1) umfasst eine Lichtwellenleiter-Anordnung (2) mit einem Lichtwellenleiter (20), einen elektrooptischen Wandler (3), ausgebildet zum Einspeisen eines getakteten Lichtsignals in die Lichtwellenleiter- Anordnung, und einen das Lichtsignal aus dem Lichtwellenleiter empfangenden optoelektrischen Wandler (4), ausgebildet zum Erzeugen eines elektrischen Signals basierend auf dem empfangenen Lichtsignal. Die Taktgeberanordnung (10) umfasst ferner eine elektronische Nutzsignalerzeugungsvorrichtung (116), die eingerichtet ist, ein Nutzsignal basierend auf einer Frequenz des elektrischen Signals zu erzeugen. Die Uhr (100) umfasst ferner eine Uhranzeigevorrichtung (102), ausgebildet zum Anzeigen der Uhrzeit basierend auf dem Nutzsignal.
Description
Anmelder:
Realization Desal AG Steinibachstr. 3 6317 Oberwil
Uhr
Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine Uhr, insbesondere eine Armbanduhr.
Aus dem Stand der Technik sind Quarzuhren und mechanische Uhren mit Selbstaufzug oder Handaufzug bekannt. Quarzuhren werden durch die Frequenz eines Schwingquarzes getaktet. Auf der anderen Seite 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.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine möglichst präzise Uhr anzugeben.
Es wird im Folgenden eine Uhr, insbesondere eine Armbanduhr, beschrieben, die eine Taktgeberanordnung mit einem Schwingsystem umfasst. Die Taktgeberanordnung umfasst eine elektronische Nutzsignalerzeugungsvorrichtung, die eingerichtet ist, ein Nutzsignal zu erzeugen. Ferner umfasst die Uhr eine Uhranzeigevorrichtung, die zum Anzeigen der Uhrzeit basierend auf dem Nutzsignal ausgebildet ist.
Vorzugsweise umfasst das Schwingsystem eine Lichtwellenleiter-Anordnung, einen elektrooptischen Wandler und einen optoelektrischen Wandler. Die Lichtwellenleiter- Anordnung weist einen Lichtwellenleiter auf. Der elektrooptische Wandler, auch elektrisch optischer Wandler genannt, ist zum Einspeisen eines getakteten Lichtsignals (optisches Signal) in die Lichtwellenleiter-Anordnung ausgebildet. Der optoelektrische Wandler, auch optisch-elektrischer Wandler oder fotoelektrischer Wandler genannt, ist zum Empfangen des Lichtsignals aus der Lichtwellenleiter-Anordnung und zum Erzeugen eines elektrischen Signals basierend auf dem empfangenen Lichtsignal ausgebildet.
Die elektronische Nutzsignalerzeugungsvorrichtung ist eingerichtet, das Nutzsignal basierend auf einer Frequenz des elektrischen Signals zu erzeugen. Somit wird eine Uhr bereitgestellt, deren Takterzeugung auf der Ausbreitungsgeschwindigkeit von Licht (Lichtgeschwindigkeit) in der Lichtwellenleiter-Anordnung beruht. Die Zeitdifferenz zwischen dem Eintritt des Lichts in die Lichtwellenleiter-Anordnung und dem Lichtaustritt auf der anderen Seite der
Lichtwellenleiter-Anordnung hängt lediglich von der Strecke, die das Licht in der Lichtwellenleiter-Anordnung zurücklegt, und von der Ausbreitungsgeschwindigkeit des Lichts (Lichtgeschwindigkeit) in der Lichtwellenleiter-Anordnung ab. Bei bekannter Länge und bekannten physikalischen Eigenschaften der Lichtwellenleiter-Anordnung lässt sich auf diese Weise ein Taktsignal mit einer festen Frequenz bzw. Periodendauer erzeugen. D.h., dass die Lichtwellenleiter-Anordnung das frequenzbestimmende Element des Schwingsystems ist.
Insbesondere ist der Lichtwellenleiter das frequenzbestimmende Element, da dieser die größte Länge in der Lichtwellenleiter-Anordnung aufweist.
Es ist zu verstehen, dass die zu erreichende Schwingfrequenz des Schwingsystems auch von einer durch den elektrooptischen Wandler und den optoelektrischen Wandler und ggfs weitere elektrische/elektronische Komponenten des Schwingsystems verursachte Verzögerung des Signals abhängt. Zusätzlich zu der Dauer der Reise des Lichtsignals durch den Lichtwellenleiter muss zur Berechnung der Frequenz des Schwingsystems auch eine Arbeitsdauer der Elektronik der Lichtwellenleiter-Anordnung mitberücksichtigt werden. Während jedoch die Dauer der Reise des Lichts direkt proportional zu der Länge des Lichtwellenleiters ist, ist die Betriebsdauer der Elektronikbauteile in der Lichtwellenleiter- Anordnung immer dieselbe, egal wie lang oder kurz der Lichtwellenleiter zwischen dem elektrooptischen Wandler und dem optoelektrischen Wandler ist. Die Betriebsdauer der Elektronikbauteile der Lichtwellenleiter-Anordnung, also die Zeitverzögerung zwischen dem Eintreffen des Lichtsignals am optoelektrischen Wandler und dem Aussenden eines neuen Lichtsignals durch den elektrooptischen Wandler kann sehr einfach gemessen werden, indem man die Frequenz der Lichtwellenleiter-Anordnung im funktionierenden Zustand misst, daraus die Gesamtdauer einer Amplitude des Schwingsystems kennt und von dieser Dauer die theoretische (durch Berechnung bestimmend) Dauer des Lichtsignals durch den Lichtwellenleiter (vom elektrooptischen Wandler zum optoelektrischen Wandler abzieht.
Eine praktische Messung der Dauer des Lichtsignals während der Reise durch den Lichtwellenleiter kann auch dergestalt erfolgen:
Dabei werden zwei Schwingsysteme, die dieselbe elektrische Signalstrecke mit gleichen Komponenten aufweisen, die sich aber durch die Länge ihrer Lichtwellenleiter-Anordnung, insbesondere des Lichtwellenleiters ihrer Lichtwellenleiter-Anordnung, unterscheiden, hinsichtlich ihrer Schwingfrequenz vermessen. Beispielsweise kann der Lichtwellenleiter im ersten Schwingsystem eine Länge von 10 m aufweisen, wobei der Lichtwellenleiter im zweiten Schwingsystem eine Länge von 20 m aufweisen. Aus den resultieren Daten lässt sich dann sehr einfach ermitteln, welche Dauer die optische Strecke, insbesondere die Lichtwellenleiter- Anordnung, und welche Dauer die elektrische Strecke verursacht, da die elektrische Strecke in
beiden Fällen die gleiche Dauer hat, während die optische Strecke in einem Fall die doppelte Dauer von dem anderen Fall haben muss.
Eine klare Bestimmung der Dauer des elektrischen Signals durch die elektrische Strecke ist dann auch die Voraussetzung der Erstellung einer geeigneten Tabelle zur Kompensation der Frequenzabweichung bei einer Temperaturveränderung.
Daher kann es von Vorteil sein, auch ein schon zusammengebildetes Schwingsystem zum Bestimmen seiner Schwingfrequenz zu vermessen. Dies wird auch später näher erläutert.
Die Takterzeugung bei einer solchen Uhr ist unabhängig von Einflüssen wie etwa einer Bewegung oder einer Lage (horizontal oder vertikal) der Uhr. Somit ist insbesondere eine lichtgesteuerte Armbanduhr deutlich präziser als eine Armbanduhr mit einer mechanischen Schwingvorrichtung, die durch jede Bewegung des Handgelenks des T rägers 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.
Probleme, die bei Schwingkristallen auftreten, wie zum Beispiel die sogenannte Alterung, d.h. eine Schwingfrequenzabweichung, die im Laufe der Zeit durch Eindringen von Fremdatomen in die Schwingkristalle oder durch andere zeitbedingte Umstände stattfindet, treten bei einer 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 genauer als eine Uhr, bei der der Takt durch die Schwingung eines piezoelektrischen Schwingkristalls erzeugt wird.
Zudem bietet die lichtgesteuerte Uhr eine große Flexibilität hinsichtlich der Auswahl der Schwingfrequenz des Schwingsystems, die auf dem getakteten Lichtsignal basiert. Diese 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, die Lichtwellenleiter-Anordnung, insbesondere den Lichtwellenleiter, in einfacher Weise derart auszubilden, dass das Schwingsystem je nach Kundenwunsch eine bestimmte Schwingfrequenz aufweist. Es ist auch möglich, eine Amplitude des elektrischen Signals und somit auch eine Amplitude des Lichtsignals zu modulieren und somit die Uhr individualisiert zu gestalten.
Es ist zu verstehen, dass zum Einspeisen des getakteten Lichtsignals in die Lichtwellenleiter- Anordnung der elektrooptische Wandler eingerichtet ist, ein elektrisches Eingangssignal in das Lichtsignal umzuwandeln.
Es ist ferner zu verstehen, dass das elektrische Signal vorzugsweise auch getaktet ist, da das Lichtsignal getaktet ist.
Das Schwingsystem kann nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung als Schwingkreis ausgebildet sein. Das heißt insbesondere, dass die Komponenten des Schwingsystems in einem Kreislauf, d.h. in einer endlosen Schleife, angeordnet sind.
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.
Es ist allerdings auch möglich, dass das getaktete Lichtsignal insbesondere ein digitales Lichtsignal ist. Entsprechend kann das durch den optoelektrischen Wandler erzeugte elektrische Signal insbesondere ein digitales elektrisches Signal sein.
Vorzugsweise umfasst der elektrooptische Wandler einen Halbleiterlaser oder eine Leuchtdiode.
Insbesondere kann der elektrooptische Wandler eingerichtet sein, das getaktete Lichtsignal direkt in den Lichtwellenleiter einzuspeisen.
Der Lichtwellenleiter kann vorzugsweise eine Monomodefaser umfassen. Bei einer Monomodefaser tritt im Gegensatz zu Multimodefasern keine Laufzeit- bzw. Modendispersion auf. Es ist allerdings auch möglich, dass der Lichtwellenleiter eine Multimodefaser umfasst. Eine Multimodefaser hat den Vorteil, dass sich das Licht leichter in den Lichtwellenleiter einkoppeln und aus dem Lichtwellenleiter auskoppeln lässt.
Zum Bereitstellen des Schwingsystems kann vorteilhafterweise zunächst eine gewünschte Frequenz für das getaktete Lichtsignal bzw. das elektrische Signal ausgewählt und dann das Schwingsystem, insbesondere die Lichtwellenleiter-Anordnung bzw. der Lichtwellenleiter hinsichtlich deren/dessen Länge/n, derart ausgebildet werden, dass die entsprechende gewünschte Frequenz erreicht wird. Hierzu kann nach dem Ausbilden des Schwingsystems dieses zum Bestimmen der tatsächlichen Frequenz des getakteten Lichtsignals bzw. des elektrischen Signals vermessen werden. Im Falle einer Abweichung der tatsächlichen
Frequenz von der gewünschten Frequenz kann das Schwingsystem entsprechend modifiziert werden, bis die gewünschte Frequenz erreicht wird. Es ist allerdings auch möglich, dass zunächst ein Schwingsystem, insbesondere eine Lichtwellenleiter-Anordnung bzw. ein Lichtwellenleiter hinsichtlich deren/dessen Länge, beliebig ausgebildet wird/werden. Darauffolgend kann zum Bestimmen der Frequenz des getakteten Lichtsignals bzw. des elektrischen Signals das ausgebildete Schwingsystem vermessen werden. Die Nutzsignalerzeugungsvorrichtung kann somit unter Berücksichtigung der bestimmten Frequenz eingerichtet werden, das Nutzsignal basierend auf der bestimmten Frequenz zu erzeugen. So kann zum Beispiel im Falle einer einen Impulszähler umfassenden Nutzsignalerzeugungsvorrichtung ein vorbestimmter Zählwert, mit dem ein durch den Impulszähler gezähltes elektrisches Signal verglichen wird, basierend auf der bestimmten Frequenz des elektrischen Signals eingestellt werden.
Vorzugsweise umfasst der optoelektrische Wandler eine Fotodiode. Die Fotodiode ist eingerichtet, das getaktete Lichtsignal in das elektrische Signal umzuwandeln. Dabei ist das elektrische Signal in vorteilhafter weise ein Stromsignal.
Vorzugsweise umfasst das Schwingsystem fernereinen Treiber, der eingerichtet ist, basierend auf dem elektrischen Signal den elektrooptischen Wandler anzusteuern. Wenn der elektrooptische Wandler einen Halbleiterlaser umfasst, kann der Treiber auch als Halbleiterlaser-Treiber bezeichnet werden. Entsprechend kann der Treiber im Falle eines eine Leuchtdiode umfassenden elektrooptischen Wandlers auch als Leuchtdiode-Treiber bezeichnet werden.
Nach einer ersten vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann das Schwingsystem eine optische Signalstrecke in der Lichtwellenleiter-Anordnung, insbesondere im Lichtwellenleiter, vom elektrooptischen Wandler zum optoelektrischen Wandler und eine elektrische Signalstrecke vom optoelektrischen Wandler zum elektrooptischen Wandler umfassen. Dabei ist der elektrooptische Wandler in vorteilhafter Weise basierend auf dem elektrischen Signal des optoelektrischen Wandlers ansteuerbar. D.h. insbesondere, dass das elektrische Signal des optoelektrischen Wandlers den elektrooptischen Wandler triggert, das Lichtsignal in die Lichtwellenleiter-Anordnung, insbesondere den Lichtwellenleiter, einzuspeisen.
Insbesondere kann das Schwingsystem als Schwingkreis mit optischer Rückkopplung ausgestaltet sein. Die optische Rückkopplung geschieht dabei dadurch, dass das Lichtsignal (optisches Ausgangssignal) des elektrooptischen Wandlers über die Lichtwellenleiter- Anordnung, insbesondere den Lichtwellenleiter, auf einen Eingang des optoelektrischen Wandlers koppelbar ist. Der optoelektrische Wandler, die elektrische Signalstrecke vom optoelektrischen Wandler zum elektrooptischen Wandler und der elektrooptische Wandler
können bei dieser Ausgestaltung der Uhr im Rahmen der Erfindung insbesondere als Transceiver bezeichnet werden. Auf einen Eingang des Tranceivers ist das Lichtsignal des elektrooptischen Wandlers mittels der Lichtwellenleiter-Anordnung, insbesondere des Lichtwellenleiters, rückkoppelbar.
Vorzugsweise umfasst die Uhr, bevorzugt das Schwingsystem, einen elektrischen Verstärker zum Verstärken des elektrischen Signals zwischen dem optoelektrischen Wandler und dem elektrooptischen Wandler.
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.
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.
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. Insbesondere ist der elektrische Verstärker Teil der elektrischen Signalstrecke vom optoelektrischen Wandler zum elektrooptischen Wandler.
Vorzugsweise umfasst die Uhr, bevorzugt das Schwingsystem, einen T rigger und ein Monoflop. Der Trigger ist eingerichtet, mittels des elektrischen Signals vom optoelektrischen Wandler das Monoflop anzusteuern. Das Monoflop ist in vorteilhafter Weise eingerichtet, einen Ausgangspuls zum Ansteuern des elektrooptischen Wandlers zu erzeugen. Insbesondere erfolgt das Erzeugen des Ausgangspulses in Ansprechen auf das Ansteuern des Monoflops durch den T rigger. Das Monoflop ist in vorteilhafter Weise eine digitale Schaltung, die nur einen stabilen Zustand hat. Von einem vom Trigger eintreffenden Trigger-Signal angestoßen, ändert das Monoflop für eine vordefinierte Zeit (ca. 1 ns oder weniger) ihren Schaltzustand. Anschließend kehrt das Monoflop wieder in die Ruhelage zurück. Insbesondere sind der
Trigger und das Monoflop Teile der elektrischen Signalstrecke vom optoelektrischen Wandler zum elektrooptischen Wandler. Durch das Vorsehen des Monoflops wird auf einfache Weise ein getaktetes elektrisches Signal erzeugt, welches durch den elektrooptischen Wandler in das getaktete Lichtsignal umgewandelt wird.
Die elektrische Signalstrecke vom optoelektrischen Wandler zum elektrooptischen Wandler ist vorzugsweise eingerichtet, das elektrische Signal zu invertieren.
In vorteilhafter Weise ist die elektrische Signalstrecke eingerichtet, mittels des invertierten elektrischen Signals den elektrooptischen Wandler abwechselnd einzuschalten und auszuschalten.
Dazu kann die elektrische Signalstrecke nach einer vorteilhaften Variante einen (separaten) Inverter (Inverterschaltung) umfassen. Der Inverter ist dabei in vorteilhafter weise ausgebildet, den elektrooptischen Wandler abwechselnd einzuschalten und auszuschalten. Nach einer alternativen vorteilhaften Variante kann ein Ausgang des zuvor beschriebenen elektrischen Verstärkers, insbesondere des zuvor beschriebenen Transimpedanzverstärkers, ein invertierender Ausgang sein. Durch den invertierenden Ausgang erfolgt die Invertierung des elektrischen Signals. Nach einer weiteren alternativen vorteilhaften Variante kann ein Eingang des zuvor beschriebenen Treibers ein invertierender Eingang sein. Hierbei erfolgt die Invertierung des elektrischen Signals durch den invertierenden Eingang des Treibers. Im Falle eines invertierenden Ausgangs des elektrischen Verstärkers oder eines invertierenden Eingangs des Treibers ist in vorteilhafter weise in der elektrischen Signalstrecke kein separater Inverter vorgesehen.
Das Schwingsystem weist bevorzugt ferner einen Frequenzfilter zum Filtern des elektrischen Signals auf. Der Frequenzfilter ist zwischen dem optoelektrischen Wandler und dem elektrooptischen Wandler angeordnet. Mit dem Frequenzfilter kann insbesondere erzwungen werden, dass das System auf seiner Schwingfrequenz schwingt, indem insbesondere unerwünschte Oberwellen aus dem elektrischen Signal herausgefiltert werden. Es kann aber auch eine Oberwelle mit dem Frequenzfilter gezielt selektiert werden.
Der Frequenzfilter ist bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung zwischen dem elektrischen Verstärker und dem Treiber angeordnet.
Die Uhr, insbesondere die Taktgeberanordnung, weist vorzugsweise ferner einen Schmitt- Trigger auf, der eingerichtet ist, das elektrische Signal in ein Rechtecksignal (Ausgangssignal des Schmitt-Triggers) umzuwandeln. Ein Schmitt-Trigger ist ein Analog-Digital-Wandler. Das heißt, dass bei dieser Ausgestaltung der Uhr das elektrische Signal, welches als Eingangssignal des Schmitt-Triggers dient, ein analoges elektrisches Signal ist, wobei das
Rechtecksignal ein digitales elektrisches Signal ist. Insbesondere liegt während des Betriebs der Uhr am Eingang des Schmitt-Triggers eine analoge Spannung (analoges Spannungssignal), wobei an seinem Ausgang eine digitale Spannung (digitales Spannungssignal) anliegt.
Weiterhin ist der Schmitt-Trigger in vorteilhafter Weise mit der Nutzsignalerzeugungsvorrichtung verbunden. Das heißt, dass das Ausgangssignal des Schmitt-Triggers, nämlich das Rechtecksignal, als Eingangssignal für die Nutzsignalerzeugungsvorrichtung dient.
Statt eines Schmitt-Triggers kann alternativ auch ein anderer Analog-Digital-Wandler benutzt werden. Es ist aber auch möglich, keinen Analog-Digital-Wandler vorzusehen.
Es sei angemerkt, dass das elektrische Signal in der elektrischen Signalstrecke ein Stromsignal oder ein Spannungssignal sein kann. Das elektrische Signal kann in der elektrischen Signalstrecke von der einen Art (Stromsignal/Spannungssignal) in die andere Art (Spannungssignal/Stromsignal) umgewandelt werden.
Nach einer zweiten vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Lichtwellenleiter- Anordnung als endlose Schleife ausgebildet. Hierbei umfasst die Taktgeberanordnung einen optischen Splitter zum Auskoppeln des Lichtsignals aus der endlosen Schleife in den optoelektrischen Wandler und einen optischen Koppler zum Einkoppeln des Lichtsignals aus dem elektrooptischen Wandler in die endlose Schleife. Der Begriff „endlose Schleife“ bedeutet insbesondere, dass die Lichtwellenleiter-Anordnung als eine geschlossene optische Schleife ausgebildet ist, in der ein einmalig erzeugtes und in die Lichtwellenleiter-Anordnung eingebrachtes Lichtsignal unendlich lange im Kreis geleitet wird. Bei der endlosen Schleife wird in vorteilhafter Weise ein Ausgang des Lichtwellenleiters auf seinen Eingang zurückgeführt. Somit kann sich ein über den optischen Koppler zum Beginn des Betriebs der Takterzeugung eingespeiste Lichtsignal endlos in der endlosen Schleife ausbreiten, wobei die Entnahme des getakteten Lichtsignals dabei über einen optischen Splitter erfolgt.
Es sei angemerkt, dass ein optischer Splitter im Rahmen der Erfindung insbesondere eine Vorrichtung ist, die eingerichtet ist, ein eingehendes Lichtsignal in zwei oder mehrere Lichtsignale aufzuteilen. Auf der anderen Seite ist im Rahmen der Erfindung ein optischer Koppler insbesondere eine Vorrichtung, die eingerichtet ist, ein oder mehrere Lichtsignale in einen Lichtwellenleiter einzukoppeln.
Bevorzugt kann die Uhr einen optischen Verstärker in der als endlose Schleife ausgebildeten Lichtwellenleiter-Anordnung umfassen. Das heißt, dass die Lichtwellenleiter-Anordnung den Lichtwellenleiter und einen optischen Verstärker umfasst. Der optische Verstärker ist
vorteilhafterweise eingerichtet, das eingehende Lichtsignal beim Durchgang zu verstärken, ohne es zwischendurch in ein elektrisches Signal umgewandelt zu haben.
Insbesondere kann die Verbindungsweise des Lichtwellenleiters, des optischen Verstärkers, des elektrooptischen Wandlers und des optoelektrischen Wandlers miteinander wie folgt sein. Ein Ausgang des Lichtwellenleiters ist mit einem ersten Eingang des optischen Kopplers verbunden. Ein Ausgang des optischen Kopplers ist mit einem Eingang des optischen Verstärkers verbunden. Ein Ausgang des optischen Verstärkers ist mit dem Eingang des optischen Splitters verbunden, dessen erster Ausgang mit einem Eingang des Lichtwellenleiters verbunden ist. Ein Ausgang (optischer Ausgang) des elektrooptischen Wandlers ist mit einem zweiten Eingang des optischen Kopplers verbunden. Ein zweiter Ausgang des optischen Splitters ist mit einem Eingang (optischer Eingang) des optoelektrischen Wandlers verbunden. An einem Ausgang des optoelektrischen Wandlers steht dann das elektrische Signal (Ausgangssignal des optoelektrischen Wandlers) zur Verfügung. Aus diesem elektrischen Signal lässt sich in vorteilhafter Weise mittels der Nutzsignalerzeugungsvorrichtung das Nutzsignal erzeugen.
Vorzugsweise kann der elektrooptische Wandler durch ein elektrisches Signal des optoelektrischen Wandlers ansteuerbar sein. Somit entsteht eine elektrische Signalstrecke zwischen dem optoelektrischen Wandler und dem elektrooptischen Wandler.
Besonders bevorzugt kann die Uhr einen elektrischen Verstärker umfassen. Der elektrische Verstärker ist zum Verstärken des elektrischen Signals zwischen dem optoelektrischen Wandler und dem elektrooptischen Wandler angeordnet. Das heißt insbesondere, dass der elektrische Verstärker in der elektrischen Signalstrecke zwischen dem optoelektrischen Wandler und dem elektrooptischen Wandler angeordnet ist.
Vorzugsweise ist die Lichtwellenleiter-Anordnung in einen ersten Abschnitt zwischen dem optischen Koppler und dem optischen Splitter und in einen zweiten Abschnitt zwischen den optischen Splitter und dem optischen Koppler unterteilt. Dabei entspricht eine Verzögerung des Lichtsignals im zweiten Abschnitt einer Verzögerung eines parallelen Signals vom optischen Splitter zum optischen Koppler.
Nach einer ersten vorteilhaften Variante kann der zweite Abschnitt eine Verzögerungsleitung oder einen weiteren Lichtwellenleiter umfassen. Der weitere Lichtwellenleiter kann auch als zweiter Lichtwellenleiter bezeichnet werden, wobei der Lichtwellenleiter im ersten Abschnitt zwischen dem optischen Koppler und dem optischen Splitter als ein erster Lichtwellenleiter bezeichnet werden kann. Dabei sind der optoelektrische Wandler und der elektrooptische Wandler zwischen dem optischen Splitter und dem optischen Koppler angeordnet und
miteinander verbunden. Somit entspricht eine Verzögerung des Lichtsignals in der Verzögerungsleitung oder dem weiteren Lichtwellenleiter einer Verzögerung des parallelen Signals vom optischen Splitter über den optoelektrischen Wandler und den elektrooptischen Wandler zum optischen Koppler. Zwischen dem optoelektrischen Wandler und dem elektrooptischen Wandler kann vorzugsweise ein elektrischer Verstärker angeordnet sein. Hierbei kann vorzugsweise ein einmaliges elektrisches Signal zwischen dem optoelektrischen Wandler und dem elektrischen Verstärker EV eingespeist werden. Zwischen dem elektrischen Verstärker und dem elektrooptischen Wandler kann vorzugsweise ein elektrisches Signal abgegriffen werden. Aus diesem elektrischen Signal lässt sich in vorteilhafter weise mittels der Nutzsignalerzeugungsvorrichtung das Nutzsignal erzeugen.
Insbesondere kann die Verbindungsweise der Komponenten der Lichtwellenleiter-Anordnung miteinander sowie mit dem elektrooptischen Wandler und dem optoelektrischen Wandler bei der zuvor beschriebenen ersten vorteilhaften Variante wie folgt sein. Ein erster Ausgang des optischen Splitters ist über die Verzögerungsleitung oder den zweiten Lichtwellenleiter mit einem ersten Eingang des optischen Kopplers verbunden. Ein Ausgang des optischen Kopplers ist mit einem Eingang des Lichtwellenleiters verbunden. Ein zweiter Ausgang des optischen Splitters ist mit einem Eingang des optoelektrischen Wandlers verbunden. Ein Eingang des elektrooptischen Wandlers ist mit einem Ausgang des optoelektrischen Wandlers verbunden. Ein erster Eingang des optischen Kopplers ist mit einem Ausgang der Verzögerungsleitung oder des zweiten Lichtwellenleiters verbunden. Ein zweiter Eingang des optischen Kopplers ist mit einem Ausgang des elektrooptischen Wandlers verbunden. Wenn ein elektrischer Verstärker zwischen dem optoelektrischen Wandler und dem elektrooptischen Wandler angeordnet ist, ist ein Ausgang des optoelektrischen Wandlers mit einem Eingang des elektrischen Verstärkers und ein Ausgang des elektrischen Verstärkers mit einem Eingang des elektrooptischen Wandlers verbunden.
Nach einer zweiten vorteilhaften Variante ist der optische Splitter ein erster optischer Splitter und der optische Koppler ein erster optischer Koppler. Dabei umfasst der zweite Abschnitt eine Verzögerungsleitung, einen zweiten optischen Koppler und einen zweiten optischen Splitter. Ferner ist zwischen dem ersten optischen Splitter und dem ersten optischen Koppler vorzugsweise ein optischer Verstärker zum Verstärken des Lichtsignals zwischen dem ersten optischen Splitter und dem zweiten optischen Splitter angeordnet. Somit entspricht eine Verzögerung des Lichtsignals vom ersten optischen Splitter durch den zweiten optischen Koppler, die Verzögerungsleitung und den zweiten optischen Splitter zum ersten optischen Koppler einer Verzögerung eines parallelen Signals vom ersten optischen Splitter über den optischen Verstärker zum ersten optischen Koppler.
Insbesondere kann die Verbindungsweise der Komponenten der Lichtwellenleiter-Anordnung miteinander sowie mit dem elektrooptischen Wandler und dem optoelektrischen Wandler bei der zuvor beschriebenen alternativen vorteilhaften Variante wie folgt sein. Ein erster Ausgang des ersten optischen Splitters ist mit einem Eingang des optischen Verstärkers verbunden. Ein Ausgang des optischen Verstärkers ist mit einem ersten Eingang des ersten optischen Kopplers verbunden. Ein Ausgang des ersten optischen Kopplers ist mit einem Eingang des Lichtwellenleiters verbunden. Ein zweiter Ausgang des ersten optischen Splitters ist mit einem ersten Eingang des zweiten optischen Kopplers verbunden. Dessen Ausgang ist an einen Eingang der Verzögerungsleitung angeschlossen. Ein Ausgang der Verzögerungsleitung ist mit einem Eingang des zweiten optischen Splitters verbunden. Ein erster Ausgang des zweiten optischen Splitters ist mit einem zweiten Eingang des ersten optischen Kopplers verbunden. Ein Ausgang (optischer Ausgang) des elektrooptischen Wandlers ist mit einem zweiten Eingang des zweiten optischen Kopplers verbunden. Ein zweiter Ausgang des zweiten optischen Splitters ist mit einem Eingang des optoelektrischen Wandlers verbunden. An einem Ausgang des optoelektrischen Wandlers steht das elektrische Signal (Ausgangssignal des optoelektrischen Wandlers) zur Verfügung. Aus diesem elektrischen Signal lässt sich in vorteilhafter Weise mittels der Nutzsignalerzeugungsvorrichtung das Nutzsignal erzeugen. Durch die beiden parallelen optischen Signalwege (erster Signalweg: erster optischer Splitter - zweiter optischer Koppler - Verzögerungsleitung - zweiter optischer Splitter - erster optischer Koppler; zweiter Signalweg: erster optischer Splitter - optischer Verstärker - erster optischer Koppler) ist es möglich, einen kontinuierlichen Signalfluss in der als endlose Schleife ausgebildeten Lichtwellenleiter-Anordnung über den Lichtwellenleiter auch dann aufrecht zu erhalten, wenn der optische Verstärker für eine kurze Zeit deaktiviert wird. Damit ergibt sich die Möglichkeit, den optischen Verstärker nur dann zu aktivieren, wenn die optische Signalleistung aufgrund der Dämpfung in der endlosen Schleife unter einen definierbaren Minimalwert abfällt. Durch das zyklische Ein- und Ausschalten des optischen Verstärkers lässt sich der Leistungsverbrauch der Takterzeugung bedarfsgerecht optimieren.
Bevorzugt umfasst die Uhr eine Daten-Einheit. Die Daten-Einheit umfasst vorzugsweise einen Modulator zum Modulieren des Eingangssignals des elektrooptischen Wandlers basierend auf einem Datensatz.
Der Datensatz kann in vorteilhafter Weise einen persönlichen Vorsatz, wie der Vorsatz das Rauchen aufzugeben, oder einen Namen einer geliebten Person, ein persönliches Ziel oder Ideal, aber auch eine religiöse Botschaft wie ein Mantra, umfassen. Der Datensatz kann lichtmäßig kodiert werden und mit der Lichtgeschwindigkeit im Schwingsystem kreisen. Eine Codierung ist z.B. durch eine Modulation der Amplitude des elektrischen Signals möglich. Bei passender Einstellung des Verstärkers hat dies keinen Einfluss auf die sich einstellende
Schwingfrequenz des Schwingsystems bzw. die Frequenz des elektrischen Signals. Die Genauigkeit der Zeitbasis wird dadurch nicht beeinflusst. Diese unterschiedliche Amplitude kann z.B. durch eine Leuchtdiode angezeigt werden, die dann unterschiedlich hell leuchtet. Beispielsweise kann ein Morsealphabet mit unterschiedlich langen Signalpulsen als Codierung benutzt werden.
Besonders bevorzugt kann die Uhr eine Speichereinheit zum Speichern des Datensatzes und/oder eine Eingabeeinheit zum Eingeben des Datensatzes und/oder eine Ausleseeinheit zum Auslesen des Datensatzes aus dem modulierten Ausgangssignal des optoelektrischen Wandlers umfassen. Ferner bevorzugt kann die Uhr eine Ausgabeeinheit zum Ausgeben einer Information basierend auf dem ausgelesenen Datensatz umfassen. Die Information kann beispielsweise ein Licht und/oder einen Ton und/oder ein elektrisches Datensignal umfassen, welches vorzugweise über WLAN oder Bluetooth ausgegeben werden kann.
Bevorzugt umfasst die Uhr einen Kristalloszillator mit einer vorbestimmten Kristalloszillator- Schwingfrequenz. Die Nutzsignalerzeugungsvorrichtung ist dazu ausgebildet, die Frequenz des elektrischen Signals mit der Kristalloszillator-Schwingfrequenz zu vergleichen, um einen Ist-Vergleichswert zu erzeugen. Ferner ist die Nutzsignalerzeugungsvorrichtung dazu ausgebildet, basierend auf der Frequenz des elektrischen Signals und dem Ist-Vergleichswert das Nutzsignal zu erzeugen. Somit kann das Nutzsignal unter Berücksichtigung eines Unterschieds zwischen der Frequenz des elektrischen Signals und der Kristalloszillator- Schwingfrequenz, die als Referenzfrequenz dient, erzeugt werden. Der Unterschied zwischen der Frequenz des elektrischen Signals und der Kristalloszillator-Schwingfrequenz ist durch den Ist-Vergleichswert repräsentiert. Dadurch kann eine Abweichung der Frequenz des elektrischen Signals von einer erwarteten Frequenz des elektrischen Signals bei der Erzeugung des Nutzsignals mitberücksichtigt werden. Eine solche Abweichung kann beispielweise durch eine Temperaturabweichung von einer vorbestimmten Temperatur, auf die das Schwingsystem eingestellt ist, verursacht werden. Eine derartige Temperaturabweichung kann einen Einfluss auf die Lichtwellenleiter-Anordnung, insbesondere den Lichtwellenleiter, haben, da sich insbesondere ein Lichtwellenleiter temperaturabhängig ausdehnt.
Besonders bevorzugt sind mehrere temperaturabhängige Speicher-Vergleichswerte und zugehörige Korrekturwerte in der Nutzsignalerzeugungsvorrichtung gespeichert. Die Nutzsignalerzeugungsvorrichtung ist ferner dazu ausgebildet, den Ist-Vergleichswert einem Speicher-Vergleichswert zuzuordnen und basierend auf der Frequenz des elektrischen Signals und dem Korrekturwert das Nutzsignal zu erzeugen.
Zum Erzeugen des oben genannten Nutzsignals kann die elektronische Nutzsignalerzeugungsvorrichtung in vorteilhafter weise (nur) einen Impulszähler (Binärzähler)
umfassen. Dabei ist der Impulszähler eingerichtet, ein Taktsignal des Schwingsystems, d.h. das elektrische Signal, zu zählen. Der Impulszähler ist auf die Frequenz des elektrischen Signals programmiert.
Ferner kann zum Erzeugen des oben genannten Nutzsignals die elektronische Nutzsignalerzeugungsvorrichtung in vorteilhafter weise (nur) einen Frequenzteiler umfassen. Der Frequenzteiler ist eingerichtet, die Frequenz des Taktsignals, d.h. des elektrischen Signals, zu teilen bzw. halbieren. Dabei kann die Frequenz des elektrischen Signals insbesondere einem Vielfachen von zwei, insbesondere einer Zweierpotenz, wie etwa 524288 Hz oder 1048576 Hz, entsprechen. Die Frequenz des elektrischen Signals 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.
Der Begriff „nur“ in Verwendung mit den Begriffen des Impulszählers oder des Frequenzteilers bedeutet im Rahmen der Erfindung insbesondere, dass nur eine von beiden Arten von elektronischen Komponenten, d.h. entweder nur ein Impulszähler oder nur ein Frequenzteiler, bei der Nutzsignalerzeugungsvorrichtung vorgesehen ist, um das Nutzsignal zu erzeugen.
Zum Erzeugen des Nutzsignals ist allerdings auch eine Kombination eines Frequenzteilers mit einem Impulszähler möglich. Das heißt mit anderen Worten, dass die Taktgeberanordnung zum Erzeugen des Nutzsignals sowohl einen Frequenzteiler als auch einen Impulszähler umfassen kann. Dabei ist der Frequenzteiler vorteilhafterweise signaltechnisch vor dem Impulszähler angeordnet. In vorteilhafter weise ist die Frequenz des elektrischen Signals 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. Die Vorgehensweise einer Halbierung, insbesondere einer mehrfachen Halbierung, der vorbestimmten Schwingfrequenz 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 elektrische Signal eine hohe Frequenz, wie z.B. 8,88 MHz oder 10 MHz, aufweist. Somit kann Strom gegenüber einem einfachen Herunterzählen der Frequenz des elektrischen Signals gespart werden.
Im Falle einer elektronischen Nutzsignalerzeugungsvorrichtung, die nur einen Impulszähler umfasst, ist die Nutzsignalerzeugungsvorrichtung vorteilhafterweise eingerichtet, das Nutzsignal zu erzeugen, wenn ein Zählwert des elektrischen Stromsignals gleich mit einem vorbestimmten Zählwert ist. Der vorbestimmte Zählwert ist vorteilhafterwiese auf die Frequenz des elektrischen Signals eingestellt.
Im Falle einer elektronischen Nutzsignalerzeugungsvorrichtung, die nur einen Frequenzteiler umfasst, entspricht das Nutzsignal vorteilhafterweise dem Ausgangssignal des Frequenzteilers.
Im Falle einer elektronischen Nutzsignalerzeugungsvorrichtung, die einen Impulszähler sowie einen Frequenzteiler umfasst, ist diese 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.
Ferner kann die Taktgeberanordnung bevorzugt eine Ausgabevorrichtung umfassen. Die elektronische Ausgabevorrichtung ist eingerichtet, das durch die Nutzsignalerzeugungsvorrichtung erzeugte Nutzsignal auszugeben.
Es sei angemerkt, dass der Impulszähler und die Ausgabevorrichtung oder der Frequenzteiler und die Ausgabevorrichtung jeweils als eine Einheit ausgebildet sein können.
Bei einer Abweichung einer Temperatur des Schwingsystems und/oder einer Temperatur der Uhr, insbesondere in der Umgebung des Schwingsystems, von einer vorbestimmten Temperatur, die größer als eine vorbestimmte Abweichung ist, kann die elektronische Nutzsignalerzeugungsvorrichtung in vorteilhafter Weise zum Erzeugen des Nutzsignals eingerichtet sein, einen entsprechenden vorbestimmten Korrekturfaktor oder eine vorbestimmte Korrekturformel zu berücksichtigen. Zu einer jeweiligen Temperaturabweichung ist in vorteilhafter Weise ein entsprechender vorbestimmter Korrekturfaktor zugeordnet.
Insbesondere wenn die elektronische Nutzsignalerzeugungsvorrichtung einen Impulszähler aufweist, wie oben beschrieben, kann im Falle einer solchen Temperaturabweichung die elektronische Nutzsignalerzeugungsvorrichtung in vorteilhafter Weise eingerichtet sein, den vorbestimmten Zählwert des Impulszählers mittels des vorbestimmten Korrekturfaktors oder der vorbestimmten Korrekturformel zu korrigieren.
Es ist auch möglich, dass die Nutzsignalerzeugungsvorrichtung eingerichtet ist, den vorbestimmten Zählwert in Abhängigkeit von einer Temperatur des Schwingsystems und/oder einer Temperatur der Uhr, insbesondere in der Umgebung des Schwingsystems, zu korrigieren. Dazu kann vorzugsweise eine Tabelle mit temperaturabhängigen vorbestimmten
Zählwerten (vorbestimmte Zählwerte, die Temperaturen zugeordnet sind) und/oder eine Funktion des vorbestimmten Zählwertes in Abhängigkeit von der Temperatur in einer Speichereinheit, insbesondere der Nutzsignalerzeugungsvorrichtung, gespeichert sein.
Zum Erfassen der Temperatur des Schwingsystems und/oder der Uhr in der Umgebung des Schwingsystems und somit einer Temperaturabweichung kann die Uhr vorzugsweise einen Temperatursensor umfassen.
Unabhängig vom Aufbau des Schwingsystems und/oder der Taktgeberanordnung mit Hinblick auf das Vorliegen eines Impulszählers und/oder eines Frequenzteilers kann die Uhr folgende vorteilhafte Ausgestaltungen aufweisen.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Uhr weist die Taktgeberanordnung eine elektromechanische Vorrichtung auf. Die Uhr weist dabei ferner ein Zahnradwerk, eine Antriebsvorrichtung zum Antreiben des Zahnradwerks und eine Uhranzeigevorrichtung auf. Die Uhranzeigevorrichtung ist mit dem Zahnradwerk verbunden und durch das Zahnradwerk bewegbar. Hierbei ist die elektromechanische Vorrichtung mittels des durch die elektronische Nutzsignalerzeugungsvorrichtung erzeugten Nutzsignals bewegbar, wodurch die elektromechanische Vorrichtung direkt oder mittelbar getaktet in das Zahnradwerk eingreift. Insbesondere greift die elektromechanische Vorrichtung direkt oder mittelbar in hemmender Weise in das Zahnradwerk ein, um das Zahnradwerk abwechselnd zum Stillstand zu bringen und wieder freizugeben. Somit wird die Uhr in ihrer Ganggeschwindigkeit nicht durch eine schwingende Unruh getaktet, sondern über eine frequenzgesteuerte Vorrichtung (die elektromechanische Vorrichtung), wobei die Antriebsenergie für das Zahnradwerk durch eine mechanische Antriebsvorrichtung bereitgestellt wird. Mit anderen Worten wird die ungenaue, mechanische Unruh durch die zuvor beschriebene Taktgeberanordnung ersetzt.
Somit werden die Vorteile einer mechanischen Uhr mit Handaufzug oder Selbstaufzug und einer Quarzuhr in einer Uhr realisiert, indem sie ein Automatikwerk oder ein mechanisches Werk mit Handaufzug durch die Schwingfrequenz eines lichtbetriebenen Schwingsystems steuert. Da bei der vorgeschlagenen Uhr keine Unruh vorgesehen ist, werden hier sämtliche mechanischen Einflüsse, die den Takt der Unruh und damit die Genauigkeit des Zeitflusses der Uhr beeinflussen, ausgeschaltet. Die Referenzfrequenz, die zum Takten der Uhr benutzt wird und auf der Frequenz des elektrischen Signals basiert, wird nicht durch eine Bewegung des Trägers der Uhr beeinflusst. Somit wird eine mechanische Uhr hinsichtlich des Antreibens des Zahnradwerks ermöglicht, die viel präziser als eine übliche mechanische Uhr mit Unruh ist.
Da die elektromechanische Vorrichtung mittels des durch die elektronische Nutzsignalerzeugungsvorrichtung erzeugten Nutzsignals bewegbar ist und das Nutzsignal
basierend auf der Frequenz des elektrischen Signals erzeugbar ist, ist zu verstehen, dass die elektromechanische Vorrichtung frequenzsteuerbar bzw. frequenzgesteuert ist.
Nach einer vorteilhaften Variante greift die elektromechanische Vorrichtung mittelbar in das Zahnradwerk ein. „Mittelbar“ bedeutet im Rahmen der vorliegenden Erfindung insbesondere, dass sich zumindest ein weiteres Bauelement zwischen der elektromechanischen Vorrichtung und dem Zahnradwerk befindet. Das heißt, dass bei dieser Ausgestaltung der Uhr die elektromechanische Vorrichtung mittels des oben genannten Nutzsignals bewegbar ist, wodurch die elektromechanische Vorrichtung mittelbar in das Zahnradwerk zur Hemmung eingreift.
Bevorzugt umfasst die Uhr hierzu eine Hemmung. Dabei steht die Hemmung im Eingriff mit dem Zahnradwerk. Die elektromechanische Vorrichtung treibt dabei die Hemmung an. Das heißt, dass bei dieser Ausgestaltung der Uhr die elektromechanische Vorrichtung mittels des durch die elektronische Nutzsignalerzeugungsvorrichtung erzeugten Nutzsignals bewegbar ist, wodurch die elektromechanische Vorrichtung über die Hemmung in das Zahnradwerk eingreift. Dabei entspricht mit anderen Worten die Hemmung dem oben genannten zumindest einen weiteren Bauelement, welches sich zwischen der elektromechanischen Vorrichtung und dem Zahnradwerk befindet.
Vorzugsweise umfasst die Hemmung ein Hemmungsrad und ein Hemmstück. Das Hemmstück dient zur Hemmung des Hemmungsrades. Hierbei ist die elektromechanische Vorrichtung zum Antrieb des Hemmstücks angeordnet, wobei das Hemmungsrad im Eingriff mit dem Zahnradwerk steht.
Insbesondere ist die Hemmung als Ankerhemmung ausgebildet, wobei das Hemmstück als Anker ausgebildet ist. Das Hemmungsrad kann hierbei auch als Ankerrad bezeichnet werden.
Nach einer alternativen vorteilhaften Variante der Erfindung kann die elektromechanische Vorrichtung direkt/unmittelbar in das Zahnradwerk eingreifen. „Direkt“ oder „unmittelbar“ bedeutet im Rahmen der vorliegenden Erfindung insbesondere, dass sich kein anderes Bauelement zwischen der elektromechanischen Vorrichtung und dem Zahnradwerk befindet. Das heißt, dass bei dieser Ausgestaltung der Uhr die elektromechanische Vorrichtung mittels des oben genannten Nutzsignals bewegbar ist, wodurch die elektromechanische Vorrichtung getaktet direkt in das Zahnradwerk eingreift.
Unabhängig davon, ob die elektromechanische Vorrichtung direkt oder indirekt in das Zahnradwerk eingreift, kann die elektromechanische Vorrichtung gemäß einer vorteilhaften Ausbildung der Erfindung als Aktor ausgebildet sein. Als Aktor ist im Rahmen der vorliegenden
Erfindung insbesondere eine antriebstechnische Vorrichtung oder Baueinheit bezeichnet, die ein elektrisches Signal in eine mechanische Bewegung umsetzt.
Besonders bevorzugt kann der Aktor einen Magnetanker und eine Magnetspule aufweisen. Hierbei ist die Magnetspule eingerichtet, den Magnetanker mittels des Nutzsignals zu bewegen.
Alternativ kann die elektromechanische Vorrichtung vorzugsweise als Schrittmotor ausgebildet sein. Bei dieser Ausgestaltung der elektromechanischen Vorrichtung ist es besonders vorteilhaft, wenn die elektromechanische Vorrichtung direkt getaktet in das Zahnradwerk eingreift.
Nach einer alternativen vorteilhaften Ausgestaltung der Uhr umfasst die Uhr ferner ein Zahnradwerk, eine Antriebsvorrichtung zum Antreiben des Zahnradwerks und eine Uhranzeigevorrichtung auf. Die Uhranzeigevorrichtung ist mit dem Zahnradwerk verbunden und durch das Zahnradwerk bewegbar. Hierbei ist die Antriebsvorrichtung mittels des Nutzsignals steuerbar. Die Antriebsvorrichtung ist vorzugsweise als Schrittmotor ausgebildet. Diese Uhr entspricht insbesondere einer üblichen Quarzuhr mit einem Schrittmotor zum Antreiben einer mechanischen Uhranzeigevorrichtung, bei der eine Taktgeberanordnung mit einem als Quarzschwingkristall ausgebildeten Taktgeber durch die zuvor beschriebene Taktgeberanordnung mit dem lichtbetriebenen Schwingsystem ersetzt wurde.
Es ist zu verstehen, dass bei den beiden zuvor beschriebenen vorteilhaften Ausgestaltungen der Erfindung die oben erwähnte Uhranzeigevorrichtung eine mechanische Uhranzeigevorrichtung ist. Die Uhranzeigevorrichtung umfasst vorzugsweise einen Stundenzeiger und/oder einen Minutenzeiger und/oder einen Sekundenzeiger.
Das Zahnradwerk umfasst vorzugsweise zumindest ein Stundenrad und/oder ein Minutenrad und/oder ein Sekundenrad und/oder ein Kleinbodenrad.
Nach einer alternativen vorteilhaften Ausgestaltung der Uhr umfasst die Uhr ferner eine elektronische Uhranzeigevorrichtung. Diese Uhr entspricht insbesondere einer üblichen elektronischen Quarzuhr, bei der die Taktgeberanordnung mit dem als Quarzschwingkristall ausgebildeten Taktgeber durch die zuvor beschriebene Taktgeberanordnung mit dem lichtbetriebenen Schwingsystem ersetzt wurde.
Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus nachfolgender Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung. Es zeigt:
Fig. 1 eine vereinfachte schematische Ansicht einer Uhr gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
Fig. 2 eine vereinfachte schematische Ansicht eines Bereichs der Uhr gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
Fig. 3 eine vereinfachte schematische Ansicht eines Bereichs der Uhr gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
Fig. 4 eine vereinfachte schematische Ansicht eines Bereichs der Uhr gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
Fig. 5 eine vereinfachte schematische Ansicht eines Bereichs der Uhr gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
Fig. 6 eine vereinfachte schematische Ansicht eines Bereichs der Uhr gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
Fig. 7 eine vereinfachte schematische Ansicht eines Bereichs der Uhr gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
Fig. 8 eine vereinfachte schematische Ansicht eines Bereichs der Uhr gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
Fig. 9 eine vereinfachte schematische Ansicht eines Bereichs der Uhr gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der Erfindung,
Fig. 10 eine vereinfachte schematische Ansicht eines Bereichs der Uhr gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
Fig. 11 eine vereinfachte schematische Ansicht eines Bereichs der Uhr gemäß einem siebten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
Fig. 12 beispielhafte Zeitverläufe eines Eingangssignals, eines Ausgangssignals und eines Taktsignals zur Erläuterung des Funktionsprinzips der Uhr gemäß dem siebten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
Fig. 13 eine vereinfachte schematische Ansicht eines Bereichs der Uhr gemäß einem achten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
Fig. 14 eine vereinfachte schematische Ansicht eines Bereichs der Uhr gemäß einem neunten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
Fig. 15 eine vereinfachte schematische Ansicht eines Bereichs der Uhr gemäß einem zehnten Ausführungsbeispiel der Erfindung, und
Fig. 16 eine vereinfachte schematische Ansicht eines Bereichs der Uhr gemäß einem elften Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die Figuren 1 bis 4 eine Uhr 100 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung im Detail beschrieben.
Wie aus Figur 1 ersichtlich ist, ist die Uhr 100 als Armbanduhr ausgebildet und weist somit zwei Anschlüsse 14 für ein Armband 16 auf. Es ist allerdings auch möglich, dass die Uhr 100 eine Wanduhr, eine Standuhr, eine Tischuhr oder eine Uhr von einem anderen Typ ist.
Die Uhr 100 umfasst ein Uhrgehäuse 11 und ein daran angeordnetes Uhrglas 15 auf. Die Uhr 100 weist ferner ein Zifferblatt 12 sowie drei Zeiger 13 für die Anzeige der Stunden, Minuten und Sekunden auf. Die Zeiger 13 sind Teile einer mechanischen Uhranzeigevorrichtung 102 zum Anzeigen der Uhrzeit.
Weiterhin umfasst die Uhr 100 eine Taktgeberanordnung 10, ein Zahnradwerk 104 und eine Antriebsvorrichtung 101 zum Antreiben des Zahnradwerks 104. Das Zahnradwerk 104 ist mit der Uhranzeigevorrichtung 102 verbunden, so dass die Zeiger 13 der Uhranzeigevorrichtung 102 bewegt werden. Insbesondere umfasst das Zahnradwerk 104 zumindest ein Stundenrad, ein Minutenrad und ein Sekundenrad, die jeweils mit einem der Zeiger 13 verbunden sind.
Aus Figur 2 wird ersichtlich, dass die Taktgeberanordnung 10 ein Schwingsystem 1 und eine elektronische Nutzsignalerzeugungsvorrichtung 116 umfasst.
Die Nutzsignalerzeugungsvorrichtung 116 ist eingerichtet, ein Nutzsignal zu erzeugen. Das Nutzsignal kann von der Uhranzeigevorrichtung 102 benutzt werden, um darauf basierend die Uhrzeit zu zeigen.
Das Schwingsystem 1 umfasst eine Lichtwellenleiter-Anordnung 2 mit einem Lichtwellenleiter 20, einen elektrooptischen Wandler 3 und einen optoelektrischen Wandler 4. Weiterhin umfasst das Schwingsystem 1 einen elektrischen Verstärker 60, einen Frequenzfilter 63 und einen Treiber 65. Der Frequenzfilter 63 ist zwischen dem elektrischen Verstärker 60 und dem Treiber 65 angeordnet.
Der elektrooptische Wandler 3, der einen Halbleiterlaser oder eine Leuchtdiode umfasst, ist zum Einspeisen eines getakteten Lichtsignals in die Lichtwellenleiter-Anordnung 1, insbesondere direkt in den Lichtwellenleiter 20, ausgebildet. Das getaktete Lichtsignal ist in vorteilhafter Weise ein analoges getaktetes Lichtsignal, insbesondere ein sinusförmiges Lichtsignal.
Der Lichtwellenleiter 20 kann vorzugsweise eine Monomodefaser umfassen. Bei einer Monomodefaser tritt im Gegensatz zu Multimodefasern keine Laufzeit- bzw. Modendispersion
auf. Es ist allerdings auch möglich, dass der Lichtwellenleiter eine Multimodefaser umfasst. Eine Multimodefaser hat den Vorteil, dass sich Licht leichter in den Lichtwellenleiter 20 einkoppeln und aus dem Lichtwellenleiter 20 auskoppeln lässt.
Der Lichtwellenleiter 20 kann beispielsweise 20 m lang sein. Bei einer solchen Länge beträgt die Laufzeit des Lichtsignals also ungefähr 100 ns. Dies entspricht einer Schwingfrequenz von 10 MHz für das Schwingsystem 1. Es können aber auch andere Frequenzen für das Schwingsystem 1 ausgewählt werden, wie z.B. 8,88 MHz. Dann wäre der Lichtwellenleiter 20 für die Schwingfrequenz von 8,88 MHz entsprechend länger zu wählen.
Der optoelektrische Wandler 4 ist zum Empfangen des Lichtsignals aus der Lichtwellenleiter- Anordnung 2 bzw. dem Lichtwellenleiter 20 und zum Erzeugen eines elektrischen Signals basierend auf dem empfangenen Lichtsignal ausgebildet. Insbesondere umfasst der optoelektrische Wandler 4 eine Fotodiode. Die Fotodiode ist eingerichtet, das getaktete Lichtsignal in ein Stromsignal umzuwandeln. Das Stromsignal ist analog zum Lichtsignal ein analoges Stromsignal, insbesondere ein sinusförmiges Stromsignal.
Der elektrische Verstärker 60, der als T ransimpedanzverstärker ausgebildet ist, ist eingerichtet, das durch den optoelektrischen Wandler 4 erzeugte Stromsignal zu verstärken und in ein proportionales Spannungssignal umzuwandeln.
Der Frequenzfilter 63 ist eingerichtet, das Spannungssignal zu filtern. Mit dem Frequenzfilter 63 kann insbesondere erzwungen werden, dass das Schwingsystem auf seiner Schwingfrequenz schwingt, indem insbesondere unerwünschte Oberwellen aus dem Spannungssignal herausgefiltert werden.
Der Treiber 65 ist eingerichtet, basierend auf dem gefilterten Spannungssignal den elektrooptischen Wandler 3 anzusteuern. Somit ist der elektrooptische Wandler 3 basierend auf dem umgewandelten und gefilterten elektrischen Signal des optoelektrischen Wandlers 4 ansteuerbar.
Insbesondere ist ein Modulationseingang des Treibers 65 nicht invertierend. Das heißt, dass eine Erhöhung der Eingangsspannung eine Erhöhung der Lichtleistung zur Folge hat. Der Modulationseingang des Treibers 65 kann aber auch invertierend sein. In diesem Fall kann die Schwingfrequenz von 10 MHz schon mit einer Länge von 10 m für den Lichtwellenleiter 20 erreicht werden.
Durch die beschriebene Anordnung des elektrischen Verstärkers 60, des Frequenzfilters 63 und des Treibers 65 ist eine elektrische Signalstrecke 6 vom optoelektrischen Wandler 4 zum elektrooptischen Wandler 3 gebildet. Mit anderen Worten sind der elektrische Verstärker 60, der Frequenzfilter 63 und der Treiber 65 in der elektrischen Signalstrecke 6 angeordnet.
Ferner ist eine optische Signalstrecke 5 in der Lichtwellenleiter-Anordnung 2, insbesondere im Lichtwellenleiter 20, vom elektrooptischen Wandler 3 zum optoelektrischen Wandler 4 gebildet.
Wenn man Figur 2 betrachtet, stellt man fest, dass das Schwingsystem 1 als Schwingkreis mit optischer Rückkopplung ausgestaltet ist. Die optische Rückkopplung geschieht dabei dadurch, dass das Lichtsignal (optisches Ausgangssignal) des elektrooptischen Wandlers 3 über die Lichtwellenleiter-Anordnung 2, insbesondere den Lichtwellenleiter 20, auf einen Eingang des optoelektrischen Wandlers 4 koppelbar ist.
Die Taktgeberanordnung 10 weist ferner einen Schmitt-Trigger 64 auf, der ein Analog-Digital- Wandler ist. Der Schmitt-Trigger 64 ist eingerichtet, das analoge Spannungssignal zwischen dem Frequenzfilter 63 und dem Treiber 65 in ein Rechtecksignal (Ausgangssignal des Schmitt- Triggers 64) umzuwandeln. Dabei ist das Rechtecksignal ein digitales Spannungssignal. Statt des Schmitt-Triggers 64 kann alternativ auch ein anderer Analog-Digital-Wandler benutzt werden.
Der Schmitt-Trigger 64 ist mit der Nutzsignalerzeugungsvorrichtung 116 verbunden. Das heißt, dass das Ausgangssignal des Schmitt-Triggers 64, nämlich das Rechtecksignal, als Eingangssignal für die Nutzsignalerzeugungsvorrichtung 116 dient. Es ist aber auch möglich, dass kein Analog-Digital-Wandler vorgesehen ist, so dass das elektrische Signal zwischen Frequenzfilter 63 und dem Treiber 65 als Eingangssignal für die elektronische Nutzsignalerzeugungsvorrichtung 116 dient.
Die elektronische Nutzsignalerzeugungsvorrichtung 116 ist eingerichtet, das Nutzsignal basierend auf einer Frequenz des Rechtecksignals, die einer Frequenz des elektrischen Signals zwischen dem Frequenzfilter 63 und der Treiber 65 entspricht, zu erzeugen.
Zum Erzeugen des Nutzsignals weist gemäß Figur 2 die Nutzsignalerzeugungsvorrichtung 116 einen Frequenzteiler 117, einen Impulszähler 119 und einen Komparator 124 auf.
Der Frequenzteiler 117 ist mit dem Impulszähler 119 verbunden. Dabei ist der Impulszähler 119 signaltechnisch nach dem Frequenzteiler 117 angeordnet. Das heißt, dass ein Ausgangssignal des Frequenzteilers 117 als Eingangssignal des Impulszählers 119 dient. In einem ersten Schritt ist die Frequenz des Rechtecksignals zum Erreichen einer Zwischenfrequenz durch den Frequenzteiler 117 halbierbar, insbesondere mehrfach halbierbar. In einem zweiten Schritt ist die Zwischenfrequenz mittels des Impulszählers 119 auf eine gewünschte Frequenz bzw. eine Nutzfrequenz bringbar. Die Nutzfrequenz kann beispielsweise 1 Hz oder 8 Hz betragen.
Bei der Schwingfrequenz des Schwingsystems 1 von 10 MHz kann das oben beschriebene Rechtecksignal vom Frequenzteiler 117 sieben Mal halbiert werden, bis die Zwischenfrequenz
von 78125 Hz erreicht wird. Danach kann man mit Hilfe des Impulszählers 119 die Zwischenfrequenz auf die Nutzfrequenz von 1 Hz oder auf 8 Hz heruntergezählt werden. Die 7-malige Halbierung der Schwingfrequenz von 10 MHz zuerst auf 78125 Hz, mit anschließender Impulszählung spart Strom, gegenüber einer direkten Impulszählung von 10 MHz auf 1 Hz oder 8 Hz.
Insbesondere ist die Nutzsignalerzeugungsvorrichtung 116 eingerichtet, das Nutzsignal zu erzeugen, wenn ein Zählwert eines Ausgangssignals des Frequenzteilers 117 gleich mit einem vorbestimmten Zählwert ist. Der vorbestimmte Zählwert ist in vorteilhafter weise im Komparator 124 gespeichert und ist basierend auf der durch den Frequenzteiler 117 erreichten Zwischenfrequenz eingestellt. Der Vergleich zwischen dem Zählwert des Ausgangssignals des Frequenzteilers 117 mit dem vorbestimmten Zählwert erfolgt über den Komparator 124.
Die Uhr 100 umfasst ferner einen Temperatursensor 126. Mittels des Temperatursensors 126 kann eine Temperatur des Schwingsystems 1 und/oder der Uhr 100, insbesondere in der Umgebung des Schwingsystems 1 , erfasst werden.
Bei einer Abweichung der erfassten Temperatur von einer vorbestimmten Temperatur, die größer als eine vorbestimmte Abweichung ist, ist die elektronische Nutzsignalerzeugungsvorrichtung 116 in vorteilhafter weise zum Erzeugen des Nutzsignals eingerichtet, einen entsprechenden vorbestimmten Korrekturfaktor zu berücksichtigen. Zu einer jeweiligen Temperaturabweichung ist in vorteilhafter Weise ein entsprechender vorbestimmter Korrekturfaktor zugeordnet. Alternativ kann statt Korrekturfaktoren eine vorbestimmte Korrekturformel benutzt werden. Die Korrekturfaktoren oder die Korrekturformel sind in einem Speicher 125 gespeichert.
Insbesondere ist dabei die elektronische Nutzsignalerzeugungsvorrichtung 116 eingerichtet, den vorbestimmten Zählwert mittels des entsprechenden vorbestimmten Korrekturfaktors oder der vorbestimmten Korrekturformel zu korrigieren.
Es sei angemerkt, dass der Impulszähler 119, der Komparator 124 und der Speicher 125 in vorteilhafter Weise Teile eines programmierbaren Mikrocontrollers 130 sind.
Die Taktgeberanordnung 10 weist weiterhin eine Ausgabevorrichtung 118 auf, die mit der Nutzsignalerzeugungsvorrichtung 116 verbunden und eingerichtet ist, das durch die Nutzsignalerzeugungsvorrichtung 116 erzeugte Nutzsignal auszugeben.
Wie schon oben beschrieben, wird das Nutzsignal von der Uhranzeigevorrichtung 102 benutzt, um die Uhrzeit anzuzeigen. Somit wird ersichtlich, dass bei der Uhr 100 die Takterzeugung auf der Ausbreitungsgeschwindigkeit von Licht (Lichtgeschwindigkeit) im Lichtwellenleiter 20 beruht. Somit ist die Uhr 100 möglichst präzise.
Zum Antreiben des Zahnradwerks 104 umfasst die Antriebsvorrichtung 101 in vorteilhafter Weise eine Antriebsfeder.
Figur 3 ist zu entnehmen, dass zum Aufziehen bzw. Spannen der Antriebsfeder in der Uhr 100 eine Aufzugvorrichtung 121 vorgesehen ist. Die Uhr 100 ist insbesondere als Uhr mit Selbstaufzug ausgebildet. Dabei ist die Aufzugvorrichtung eine automatische Aufzugvorrichtung, die insbesondere als Schwunggewicht ausgebildet ist, so dass die Antriebsfeder durch das Schwunggewicht aufgrund der Bewegung der Hand des Trägers der Uhr 100 automatisch aufgezogen wird. Bei gespannter Antriebsfeder liefert diese die benötigte Energie, um das Zahnradwerk 104 anzutreiben. Es ist allerdings auch möglich, dass die Uhr 100 als Uhr mit Handaufzug ausgebildet sein. Dabei ist die Aufzugvorrichtung 121 manuell bzw. mit der Hand betätigbar.
Ferner weist die Taktgeberanordnung 10 eine elektromechanische Vorrichtung 106 auf. Die elektromechanische Vorrichtung 106 ist insbesondere als Aktor ausgebildet, der gemäß Figur 4 einen Magnetkern (Magnetanker) 107 und eine Magnetspule 108 umfasst. Hierbei wirkt die Magnetspule 108 mit dem Magnetkern 107 zusammen. Insbesondere ist die Magnetspule 108 eingerichtet, den Magnetkern 107 zu bewegen, wenn diese bestromt wird.
Die elektromechanische Vorrichtung 106 ist mittels des durch die elektronische Nutzsignalerzeugungsvorrichtung 116 erzeugten Nutzsignals bzw. des durch die Ausgabevorrichtung 118 ausgegebenen Nutzsignals bewegbar. Dadurch greift die elektromechanische Vorrichtung 106, insbesondere der Magnetkern 107, getaktet in das Zahnradwerk 104 ein.
Wie aus Figur 3 ferner ersichtlich ist, weist die Uhr 100 außerdem eine Hemmung 105 auf, die zwischen der Taktgeberanordnung 10, insbesondere der elektromechanischen Vorrichtung 106, und dem Zahnradwerk 104 angeordnet ist. Somit greift die elektromechanische Vorrichtung 106, insbesondere der Magnetkern 107, mittelbar über die Hemmung 105 in das Zahnradwerk 104 ein. Die Hemmung 105 ist mittels der elektromechanischen Vorrichtung 106 antreibbar.
Insbesondere greift die elektromechanische Vorrichtung 106 indirekt in hemmender Weise in das Zahnradwerk 104 ein, um das Zahnradwerk 104 abwechselnd zum Stillstand zu bringen und wieder freizugeben.
Figuren 3 und 4 ist zu entnehmen, dass die Hemmung 105 ein Hemmungsrad 109 und ein Hemmstück 110 umfasst und insbesondere als Ankerhemmung ausgebildet ist. Dabei steht das Hemmungsrad 109 im Eingriff mit dem Zahnradwerk 104, wobei der Magnetkern 107 durch
seine Bewegung in Eingriff mit dem Hemmstück 110 bringbar ist. Insbesondere ist das Hemmstück 110 mittels des Magnetkerns 107 antreibbar.
Insbesondere baut die Magnetspule 108 im Rhythmus des Nutzsignals ein Magnetfeld auf und ab, wodurch der Magnetkern 107 auch im Rhythmus des Nutzsignals hin und her bewegt wird. Der sich bewegende Magnetkern 107 greift dann in das Hemmstück 110 ein.
Somit ersetzt die Taktgeberanordnung 10 eine übliche Unruh einer mechanischen Uhr.
Zur Stromversorgung des Schwingsystems 1, der elektronischen Nutzsignalerzeugungsvorrichtung 116 und der elektromechanischen Vorrichtung 106 ist die Uhr 100 mit einer Stromversorgungsvorrichtung 103 ausgestattet, die als Akku ausgebildet ist. Der Akku kann durch eine Energy-Harvesting-Vorrichtung 120 aufgeladen werden.
Die Energy-Harvesting-Vorrichtung 120 kann vorzugsweise mindestens einen Thermogenerator und/oder mindestens eine Solarzelle umfassen. Der Thermogenerator kann insbesondere ein Peltier-Element aufweisen.
Zum Beispiel kann das Zifferblatt 12 der Uhr 100 als Solarzelle ausgebildet sein. Es ist auch möglich, dass eine Solarzelle unter dem Zifferblatt 12 angeordnet ist. Dabei muss das Zifferblatt 12 an der Stelle der Anordnung der Solarzelle entweder semi-transparent ausgebildet sein oder eine Ausnehmung aufweisen. Wenn bei der Uhr 100 ein Thermogenerator vorgesehen ist, kann dieser vorzugsweise am Gehäuseboden der Uhr 100 angebracht sein. Somit kann dieser aus einer Differenz der Hauttemperatur des Trägers der Uhr 100 zur Temperatur der Umgebung der Uhr (und damit zur Temperatur der restlichen Uhr) Strom gewinnen. Es ist auch möglich, dass die mindestens eine Solarzelle und/oder der mindestens eine Thermogenerator im Armband 16 der Uhr 100 eingebaut ist/sind.
Im normalen Betrieb der Uhr 100, bei dem die Antriebsfeder die benötigte Energie zum Antreiben des Zahnradwerks 104 liefert, wird zunächst das Schwingsystem 1 zum Schwingen gebracht.
Basierend auf der Frequenz des elektrischen Signals zwischen dem optoelektrischen Wandler 4 und dem elektrooptischen Wandler 3 erzeugt die Nutzsignalerzeugungsvorrichtung 116 mittels des Frequenzteilers 117 und des Impulszählers ein Nutzsignal mit einer Nutzfrequenz.
Das Nutzsignal in dem gewünschten Rhythmus wird dann an die elektromechanische Vorrichtung 106 ausgegeben. Dadurch kann die elektromechanische Vorrichtung 106 die Hemmung 105 kontrollieren, indem die elektromechanische Vorrichtung 106 zum Zeitpunkt der Nutzsignalausgabe das Hemmstück 110 bewegt. Durch die frequenzgesteuerte Kontrolle der
Hemmung (basierend auf der Frequenz des elektrischen Signals) kann das Zahnradwerk 104 getaktet werden.
In der Uhr 100 ist weiterhin eine Ladezustandmessvorrichtung 122 vorgesehen, die eingerichtet ist, einen Ladezustand des Akkus zu messen. Ferner weist die Uhr 100 eine Steuereinheit 123 auf, die vorzugsweise eingerichtet ist, die elektronische Taktgeberanordnung 10 zu steuern.
Bei abgelaufener Spannung der Antriebsfeder (Antriebsvorrichtung 101) kann die elektromechanische Vorrichtung 106 eingerichtet sein, sich derart zu bewegen, dass die elektromechanische Vorrichtung 106, insbesondere der Magnetkern 107, das Zahnradwerk 104 antreibt. Somit kann sichergestellt werden, dass die Uhr 100 weiterläuft, auch wenn die Antriebsfeder die benötigte mechanische Energie nicht mehr liefern kann. Das kann beispielsweise der Fall sein, wenn die Uhr 100 für einige Zeit, z.B. während der Nacht, nicht benutzt wird, wodurch die Antriebsfeder nicht durch die automatische Aufzugvorrichtung 121 gespannt werden kann. Dazu kann bei der Uhr 100 vorzugsweise eine Vorrichtung zum Entkoppeln der Antriebsvorrichtung 101 , d.h. der Antriebsfeder, vom Zahnradwerk 104 und der Hemmung 109 vorgesehen sein. Somit kann durch die Abkopplung der Antriebsfeder verhindert werden, dass die elektromechanische Vorrichtung 106 auch die Antriebsfeder bewegt, wenn die Hemmung 109 von der elektromechanischen Vorrichtung 106 betrieben wird.
Wenn der durch die Ladezustandmessvorrichtung 122 gemessene Ladezustand des Akkus kleiner als ein vorbestimmter Ladezustandswert ist, ist die Steuervorrichtung 123 eingerichtet, die Stromversorgung der elektromechanischen Vorrichtung 106 zu unterbrechen. Somit kann eine komplette Entladung des Akkus vermieden werden. Mit anderen Worten wird die Stromversorgung der elektromechanischen Vorrichtung 106 ab einem bestimmten mindest- Energieniveau im Akku unterbrochen, bis die Antriebsfeder wieder durch die Bewegung der Uhr 100 gespannt wird. Ansonsten würde sich der Akku vollständig leeren und könnte somit bei Wieder-Inbetriebnahme der Uhr 100 die elektromechanische Vorrichtung 106 nicht mehr sofort betreiben bzw. den Schwingvorgang im Schwingsystem 1 nicht in Gang setzen.
Durch die vorliegende Erfindung wird eine Uhr 100 bereitgestellt, die präziser als eine mechanische Uhr ist und gleichzeitig wie eine Automatikuhr angetrieben wird. Mit anderen Worten ist die Uhr 100 eine Hybriduhr, bei der die Steuerung der Taktung mittels eines lichtbetriebenen Schwingsystems und das Antreiben des Zahnradwerks durch eine Antriebsfeder stattfindet. Aufgrund des Akkus, der die mit Strom funktionierenden Komponenten der Uhr 100 entsprechend versorgt und durch die Energy-Harvesting- Vorrichtung 120 aufladbar ist, weist die Uhr 100 ferner eine hohe Gangreserve auf.
Figuren 5 und 6 beziehen sich auf eine Uhr 100 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Die Uhr 100 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von der Uhr 100 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel dadurch, dass die elektromechanische Vorrichtung 106 bei der Uhr 100 gemäß dem zweiten Ausführungsbespiel direkt getaktet in das Zahnradwerk 104 eingreift. Mit anderen Worten ist bei der Uhr 100 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel keine Hemmung vorgesehen. Das heißt, dass die Taktgeberanordnung 10 hier die Kombination aus einer üblichen Unruh und einer üblichen Hemmung einer üblichen mechanischen Uhr ersetzt.
Insbesondere greift die elektromechanische Vorrichtung 106 direkt in hemmender Weise in das Zahnradwerk 104 ein, um das Zahnradwerk 104 abwechselnd zum Stillstand zu bringen und wieder freizugeben.
Die elektromechanische Vorrichtung 106 ist auch bei der Uhr 100 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel als Aktor ausgebildet, der einen Magnetkern 107 und eine Magnetspule 108 umfasst.
Somit greift dabei der Magnetkern 107 direkt getaktet in das Zahnradwerk 104 ein.
Es ist allerdings auch möglich, dass die elektromechanische Vorrichtung 106 als Schrittmotor ausgebildet ist, der direkt getaktet in das Zahnradwerk 104 eingreift.
Bis auf die beschriebenen Besonderheiten der Uhr 100 gemäß diesem Ausführungsbeispiel entspricht deren Funktionsweise grundsätzlich derjenigen der Uhr 100 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel. Dabei kontrolliert die elektromechanische Vorrichtung 106 allerdings keine Hemmung, sondern direkt das Zahnradwerk 104, welches somit getaktet wird.
Figur 7 bezieht sich auf eine Uhr 100 gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Die Uhr 100 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von derjenigen gemäß dem ersten oder dem zweiten Ausführungsbeispiel durch den Aufbau des Schwingsystems 1.
Das Schwingsystem 1 umfasst hier im Gegensatz zum Schwingsystem 1 der Uhr 100 gemäß den vorherigen Ausführungsbeispielen keinen Frequenzfilter und keinen Schmitt-Trigger, sondern einen Trigger 61 und ein Monoflop 62. Der Trigger 61 ist in Richtung des elektrischen Signals in der elektrischen Signalstrecke 6 nach dem elektrischen Verstärker 60 angeordnet.
Der Trigger 61 ist dabei eingerichtet, das Monoflop 62 mittels des elektrischen Signals vom optoelektrischen Wandler 4, insbesondere mittels des verstärkten elektrischen Signals nach dem elektrischen Verstärker 60, anzusteuern. Das Monoflop 62 ist dadurch eingerichtet, einen Ausgangspuls zum Ansteuern des elektrooptischen Wandlers 3 zu erzeugen.
Der elektrooptische Wandler 3 ist ausgebildet, einen Lichtpuls in die Lichtwellenleiter- Anordnung 2, insbesondere direkt in den Lichtwellenleiter 20, einzuspeisen. Der optoelektrische Wandler 4, ist ausgebildet, den Lichtimpuls zu empfangen und diesen in einen Stromimpuls umzuwandeln.
Zum Betreiben der Uhr 100 wird zunächst vom elektrooptischen Wandler 3 ein Lichtimpuls durch den Lichtwellenleiter 20 geschickt. Aufgrund der Länge des Lichtwellenleiters 20 benötigt der Lichtimpuls, der in Richtung vom elektrooptischen Wandler 3 zum optoelektrischen Wandler 4 reist, eine bestimmte Zeitdauer, bis er am optoelektrischen Wandler 4 ankommt. Mit anderen Worten ist diese Zeitdauer durch die Länge des Lichtwellenleiters 20 vorgegeben. Vom optoelektrischen Wandler 4 wird der Lichtimpuls in einen Stromimpuls umgewandelt und an den elektrischen Verstärker 60 weitergeschickt. Der elektrische Verstärker 60 verstärkt den Stromimpuls und wandelt ihn in einen Spannungsimpuls um. Über den T rigger 61 steuert dieser Spannungsimpuls das Monoflop 62 an, das einen kurzen Impuls mit genau definierter Dauer erzeugt (ca. 1 ns oder weniger). Mit diesem Impuls wird der Treiber 65 des elektrooptischen Wandlers 3 angesteuert, sodass der elektrooptische Wandler 3 wieder einen Lichtpuls aussendet. Somit ist der Kreislauf geschlossen.
Dabei hat der elektrooptische Wandler 3 einen „Duty-cycle“ von 1% oder weniger und braucht dadurch sehr wenig Energie.
Dieser Vorgang wiederholt sich pro Sekunde eine gewisse Anzahl von Malen. Die Anzahl der Wiederholungen pro Sekunde wird durch die Länge des Lichtwellenleiters 20 bestimmt. Bei einer Länge von ca. 20 m wiederholt sich der Vorgang pro Sekunde 10 Millionen Mal. Somit entsteht eine Schwingfrequenz des Schwingsystems 1 von 10 MHz, welche als Frequenz des elektrischen Signals (Pulsfolge) zwischen dem Monoflop 62 und dem Treiber 65 abgegriffen wird.
Basierend auf der Frequenz des elektrischen Signals zwischen dem Monoflop 62 und dem Treiber 65 erzeugt die Nutzsignalerzeugungsvorrichtung 116 das Nutzsignal, durch welches die Uhr 100 auf dieselbe Weise wie die Uhr 100 gemäß dem ersten oder zweiten Ausführungsbeispiel getaktet wird.
Figur 8 bezieht sich auf eine Uhr 100 gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Der Aufbau des Schwingsystems 1 der Uhr 100 gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung entspricht dem Aufbau des Schwingsystem 1 der Uhr 100 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel (s. Figur 2).
Jedoch wird bei der Uhr 100 gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel ein anderes Verfahren zur Temperaturkompensation mit Hinblick auf das Erzeugen des Nutzsignals verwendet.
Parallel zu dem Schwingsystem 1 wird in der Taktgeberanordnung 10 ein Kristalloszillator 127 mit einer vorbestimmten Kristalloszillator-Schwingfrequenz aufgebaut. Der Kristalloszillator kann in vorteilhafter Weise einen Quarzkristall oder einen Turmalinkristall aufweisen.
Zum Erreichen der vorbestimmten Kristalloszillator-Frequenz wird eine entsprechende Schliffform und Abmessung des Kristalls derart gewählt, dass die vorbestimmte Kristalloszillator-Frequenz, z. B. 10 MHz, erhalten wird.
Ferner ist in der Taktgeberanordnung 10 ein Mischer 128 vorgesehen. Der Mischer 128 ist mit dem Kristalloszillator 127 und der elektrischen Signalstrecke 6 verbunden und eingerichtet, ein elektrisches Signal des Kristalloszillators 127 mit einem aus dem Schwingsystem 1 abgegriffenen elektrischen Signal zwischen dem optoelektrischen Wandler 4 und dem elektrooptischen Wandler 3, insbesondere zwischen dem Frequenzfilter 63 und dem Treiber 65, zu überlagern.
Durch die Überlagerung der beiden elektrischen Signale entsteht ein elektrisches Sinussignal, dessen Frequenz einer Differenz zwischen der Frequenz des aus dem Schwingsystem 1 abgegriffenen elektrischen Signals und dem elektrischen Signal des Kristalloszillators 127 entspricht.
Sind die beiden Frequenzen exakt gleich, dann entsteht ein Schwebungssignal mit der Frequenz 0, also ein Gleichspannungssignal. Im Fall ungleicher Frequenzen entsteht ein Wechselspannungssignal mit der Differenzfrequenz.
Verändert sich mit der Temperatur einerseits die Länge des Lichtwellenleiters 20 sowie die Lichtgeschwindigkeit und andererseits ggfs auch die Kristalloszillator-Frequenz des Kristalloszillators, falls diese temperatursensitiv ist, ergibt sich eine Schwebungsfrequenz, die von der Temperatur anhängig ist.
Durch eine geeignete Wahl der beiden Ausgangsfrequenzen lässt sich erreichen, dass diese Schwebungsfrequenz im zu erwartenden Betriebstemperatur-Bereich der Uhr nie ganz Null wird und in eindeutiger Weise von der Temperatur abhängt.
Diese Schwebungsfrequenz kann gemessen werden. Insbesondere werden die Abhängigkeiten der Schwingfrequenz des Schwingsystems 1 und der Schwebungsfrequenz von der Temperatur einmal gemessen. Damit kann berechnet und in einer Korrekturtabelle oder Korrekturfunktion hinterlegt werden, wie der vorbestimmte Zählwert, mit dem ein Zählwert des Impulszählers 119 im Komparator 124 verglichen wird, korrigiert werden muss, damit die Nutzsignalerzeugungsvorrichtung 116 unabhängig von der Temperatur des Schwingsystems 1 und/oder der Uhr 100 in der Umgebung des Schwingsystems 1 ein Nutzsignal mit der richtigen Dauer liefert.
Mit anderen Worten ist die Nutzsignalerzeugungsvorrichtung 116 dazu ausgebildet, die Frequenz des aus dem Schwingsystem abgegriffenen elektrischen Signals mit der Kristalloszillator-Schwingfrequenz zu vergleichen, um einen Ist-Vergleichswert zu erzeugen. Basierend auf der Frequenz des elektrischen Signals und dem Ist-Vergleichswert kann die Nutzsignalerzeugungsvorrichtung 116 das Nutzsignal erzeugen.
Insbesondere können mehrere temperaturabhängige Speicher-Vergleichswerte und zugehörige Korrekturwerte im Speicher 125 gespeichert sein. Die Nutzsignalerzeugungsvorrichtung 116 kann dazu ausgebildet sein, den Ist-Vergleichswert einem Speicher-Vergleichswert zuzuordnen und basierend auf der Frequenz des elektrischen Signals und dem Korrekturwert das Nutzsignal zu erzeugen.
Figur 9 bezieht sich auf eine Uhr 100 gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Die Uhr 100 gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von derjenigen gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel dadurch, dass bei der Uhr gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel zwischen dem elektrischen Verstärker und dem Treiber 65 anstelle des Triggers 61 und des Monoflops 62 ein Inverter (Inverterschaltung) 66 angeordnet ist. Somit ist die elektrische Signalstrecke 6 ausgebildet, das elektrische Signal zwischen dem optoelektrischen Wandler 4 und dem elektrooptischen Wandler 3 zu invertieren.
Der Inverter 66 ist dabei in vorteilhafter Weise ausgebildet, den elektrooptischen Wandler 3 über den Treiber 65 abwechselnd einzuschalten und auszuschalten.
Um denselben Effekt zu erzielen, kann ein Ausgang des elektrischen Verstärkers 60, der wie schon erwähnt insbesondere als ein Transimpedanzverstärker ausgebildet ist, ein invertierender Ausgang sein. Durch den invertierenden Ausgang erfolgt die Invertierung des elektrischen Signals zwischen dem optoelektrischen Wandler 4 und dem elektrooptischen Wandler 3 und somit auch das abwechselnde Ein- und Ausschalten des elektrooptischen Wandlers 3. Es ist alternativ auch möglich, dass ein Eingang des Treibers 65 als invertierender Eingang ausgebildet ist. Sowohl im Falle eines invertierenden Ausgangs des elektrischen Verstärkers 60 als auch eines invertierenden Eingangs des Treibers 65 kann der Inverter 66 entfallen.
Während des Betriebs der Uhr 100 gemäß diesem Ausführungsbeispiel speist der elektrooptische Wandler 3 ein Lichtsignal in den Lichtwellenleiter 20 ein. Das Lichtsignal durchläuft den Lichtwellenleiter 20 und braucht dafür eine gewisse Dauer. Bei einer Strecke von beispielsweise ca. 10 m benötigt das Licht z.B. ca. eine 20-Millionstel Sekunde. Wenn das Lichtsignal am Ende des Lichtwellenleiters ankommt, trifft es auf den optoelektrischen Wandler 4. Dieser notiert die Ankunft des Lichtsignals und wandelt dieses in ein Stromsignal. Der
elektrische Verstärker 60 verstärkt das Stromsignal und wandelt dieses in ein Spannungssignal um, welches an den Inverter 66 geschickt wird.
Bei Ankunft dieses Spannungssignals setzt der Inverter 66 sein Ausgangssignal auf Null und schaltet damit über den Treiber 65 den elektrooptischen Wandler 3 aus. Nach der für den Lichtwellenleiter 20 typischen Laufzeit (bei z.B. 10 m in etwa eine 20-Millionstel Sekunde, wie schon erwähnt) ist das noch im Lichtwellenleiter 20 befindliche Lichtsignal komplett bei dem optoelektrischen Wandler 4 angekommen. Dann erhält dieser kein Lichtsignal mehr, worauf das Eingangssignal und somit auch das Ausgangssignal des elektrischen Verstärkers auf Null abfällt.
Dadurch setzt der Inverter 66 sein Ausgangssignal wieder hoch und schaltet damit über den Treiber 65 den elektrooptischen Wandler 3 ein. Dieser sendet ein erneutes Lichtsignal in den Lichtwellenleiter 20. Das Lichtsignal kommt nach der für den Lichtwellenleiter 20 typischen Laufzeit am optoelektrischen Wandler 4 an und erzeugt ein als Spannungssignal ausgebildetes Ausgangssignal am elektrischen Verstärker 60. Beim Einsetzen dieses Spannungssignals setzt der Inverter 66 wieder sein Ausgangssignal auf Null und schaltet den elektrooptischen Wandler 3 aus.
Dieser Zyklus wiederholt sich regelmäßig, wobei am Ausgang des elektrischen Verstärkers 60 ein Rechtecksignal entsteht, dessen Periodendauer der doppelten für den Lichtwellenleiter 20 typischen Laufzeit entspricht. Bei einer Länge des Lichtwellenleiters 20 von ca. 10 m ergibt sich dadurch eine Frequenz des Rechtecksignals von 10 MHz. Dieses Rechtecksignal ist die Zeitbasis für die Uhr 100.
Dieses Rechtecksignal geht in die Nutzsignalerzeugungsvorrichtung 116 zum Erzeugen des Nutzsignals ein.
Die Uhr 100 gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel weist den Vorteil auf, dass das Schwingsystem 1 ein digitaler Oszillator ist, der ein Rechtecksignal erzeugt. Die Signalverarbeitung ist digital und das entstehende Rechtecksignal kann ohne weitere Konditionierung direkt verarbeitet werden.
Dadurch, dass pro Schwingungszyklus nicht mehr nur ein Signal vom optoelektrischen Wandler 4 zum elektrooptischen Wandler 3, sondern zwei Signale (ein Signal für das Einschalten des elektrooptischen Wandlers 3 und ein Signal zum Ausschalten des elektrooptischen Wandlers 3) geschickt werden, kann die Länge des Lichtwellenleiters 20 bei derselben Frequenz des Schwingsystems 1 halbiert werden. Dies ist von besonderem Vorteil, wenn die Uhr 100 als Armbanduhr ausgebildet ist, da somit Platz im Uhrgehäuse 11 gespart oder das Uhrgehäuse und somit auch die Uhr 100 kleiner gebaut werden kann.
Umgekehrt kann bei Beibehaltung einer gewünschten Länge des Lichtwellenleiters 20 die Schwingfrequenz des Schwingsystems 1 bei der Uhr 100 gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel halbiert werden. Wenn beispielsweise der Lichtwellenleiter 20 20 m lang ist, entspricht hier die Schwingfrequenz des Schwingsystems 1 der Hälfte der Schwingfrequenz bei selber Länge des Lichtwellenleiters 20 der Uhr 100 gemäß einem der vorherigen Ausführungsbeispiele. Da mit steigender Frequenz für einige elektronische Funktionen der Stromverbrauch nicht linear ansteigt, sondern im Quadrat, kann aufgrund dessen der Stromverbrauch für die Elektronik der Uhr 100 gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel sehr viel geringer sein.
Figur 10 bezieht sich auf eine Uhr 100 gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Das Schwingsystem 1 der Uhr 100 gemäß dem sechsten Ausführungsbeispiel entspricht grundsätzlich dem Schwingsystem 1 der Uhr 100 gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel. Der einzige Unterschied besteht darin, dass die zwischen dem Inverter 66 und dem Treiber 65 eine Daten-Einheit 67 angeordnet ist, die einen Modulator 67 zum Modulieren des Eingangssignals des elektrooptischen Wandlers 3 basierend auf einem Datensatz umfasst.
Die Uhr 100 umfasst in vorteilhafter Weise eine Speichereinheit 133 zum Speichern eines Datensatzes, eine Eingabeeinheit 134 zum Eingeben eines Datensatzes, eine Ausleseeinheit 131 zum Auslesen des Datensatzes aus dem modulierten Ausgangssignal des optoelektrischen Wandlers 4 und eine Ausgabeeinheit 132 zum Ausgeben einer Information basierend auf dem ausgelesenen Datensatz. Insbesondere sind die Speichereinheit 133 und die Eingabeeinheit 134 Teile des Mikrocontrollers 130.
Die Information kann beispielsweise ein Licht und/oder einen Ton und/oder ein elektrisches Datensignal umfassen, welches vorzugweise über WLAN oder Bluetooth ausgegeben werden kann. Die Ausgabeeinheit 132 ist dann entsprechend eingerichtet bzw. ausgebildet, eine solche Information auszugeben. In Figur 10 ist die Ausgabeeinheit 132 als Leuchtdiode gezeichnet.
Der Datensatz kann in vorteilhafter Weise einen persönlichen Vorsatz, wie der Vorsatz das Rauchen aufzugeben, oder einen Namen einer geliebten Person, ein persönliches Ziel oder Ideal, aber auch eine religiöse Botschaft wie ein Mantra, umfassen.
Der Datensatz kann vorteilhafterweise lichtmäßig kodiert werden und mit der Lichtgeschwindigkeit im Schwingsystem 1 kreisen.
Eine Codierung ist durch eine Modulation der Amplitude (Spannung) der Rechteckschwingung möglich. Diese Modulation kann mittels des Modulators 68 über den Treiber 65 des elektrooptischen Wandlers 3 erfolgen. Der Treiber 65 kann den elektrooptischen Wandler 3 beispielsweise auf volle oder auf halbe Intensität stellen.
Auf diese Weise wird die Amplitude des durch den Lichtwellenleiter durchlaufenden Lichtsignals moduliert. Bei passender Einstellung des elektrischen Verstärkers 60 hat dies keinen Einfluss auf die sich einstellende Schwingfrequenz des Schwingsystems 1. Die Genauigkeit der Zeitbasis wird dadurch nicht beeinflusst. Diese unterschiedliche Amplitude kann z. B. durch eine Leuchtdiode am Treiber 65 angezeigt werden, die dann unterschiedlich hell leuchtet.
Mit anderen Worten ist eine Uhr 100 mit einem Rechtecksignal durch abwechselndes An- und Ausschalten des elektrooptischen Wandlers 3 bereitgestellt. Beim Rechtecksignal weist jede Schwingungsperiode die gleiche Dauer auf, bei der aber die Amplitude der Schwingung selbst, also die Intensität des Lichtsignals, variiert.
So kann z.B. ein Morsealphabet mit unterschiedlich langen Signalpulsen als Codierung benutzt werden. Hier ist der Code für „S“ ein dreimal wiederholtes kurzes Signal und der Code für „O“ ein dreimal wiederholtes langes Signal. „SOS“ wäre dann also: kurz - kurz - kurz - lang - lang - lang - kurz - kurz - kurz. Um diesen Code dem Schwingsystem 1 mit einer Zeitbasis von beispielsweise 10 MHz, entsprechend einer Periodendauer vom 100 ns, aufzupfropfen, kann die Intensität der einzelnen Lichtimpulse so gestaltet werden, dass zwei Millionen Lichtpulse (entsprechend 200 ms Zeitdauer) mit voller Intensität einem Dit entsprechen und dass zwei Millionen Lichtpulse (entsprechend 200 ms Zeitdauer) mit halber Intensität einer Pause entsprechen (Morse-Zeitbasis). Dies entspricht einem Morsecode mit sechs Worten pro Minute gemäß PARIS-Standard. Morse-Lichtpulse mit dieser Geschwindigkeit sind auch für Ungeübte leicht zu erkennen und zu identifizieren.
Wird ein Dit mit einer „1“ und eine Pause mit einer „0“ bezeichnet, so entspricht dem Wort „SOS“ diese Morse-Pulsfolge entsprechen:
1010100011101110111000101010000000
Die Länge dieses Worts (einschließlich Pausen) ist 34 Dits, die gesamte Zeitdauer 34 Dits * 0,2 s = 6,8 s.
Die Morse-Zeitbasis kann einer geeigneten Binärstelle des Impulszählers 119 oder Frequenzteilers 117 entnommen oder vom Mikrocontroller 130 vorgegeben werden. Die zu übermittelnde Botschaft (Datensatz) in der Speichereinheit 133 des Mikrocontrollers 130 als
Morse-Pulsfolge hinterlegt. Alternativ kann diese in einem binären Schieberegister des Mikrocontrollers 130 hinterlegt sein.
Der Morsecode ist in der Speichereinheit 133 hinterlegt und wird mit einer geeigneten Auslesegeschwindigkeit an einen Digitalausgang des Mikrocontrollers 130 gelegt. Die Pause entspricht einer Null, das Dit der vollen Ausgangsspannung der Mikrocontrollers 130. Dieses Ausgangssignal wird am Modulationseingang des Treibers 65 mit dem vom Inverter 66 kommenden Signal überlagert.
Die Überlagerung erfolgt dergestalt, dass ohne Mikrocontroller-Signal (Pause) bei einem vom Inverter 66 kommenden Spannungssignal der elektrooptische Wandler 3 auf halbe Intensität gestellt wird. Kommt ein Mikrocontroller-Signal (Dit), dann erhöht sich bei einem vom Inverter 66 kommenden Spannungssignal das Signal am Modulationseingang des Treibers 65 so, dass der elektrooptische Wandler 3 auf volle Intensität gestellt wird. Durch eine entsprechende logische Verschaltung kann erreicht werden, dass das Signal am Modulationseingang des Treibers 65 dann Null ist, wenn zwar vom Mikrocontroller 130, aber nicht vom Inverter 66 ein Spannungssignal kommt.
Die Modulation der Lichtwelle kann am Ausgang des elektrischen Verstärkers 60 mit der Ausleseeinheit 131, die insbesondere als Spitzenwertdetektor ausgebildet ist, ausgelesen werden. Ein Schwellwert des Spitzenwertdetektors wird so gesetzt, dass der Spitzenwertdetektor nur während eines optischen Dit-Pulszuges ein Ausgangssignal liefert, mit dem dann die Ausgabeeinheit 132 angesteuert wird.
Figur 11 bezieht sich auf eine Uhr 100 gemäß einem siebten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
In Figur 11 sind das Schwingsystem 1 und die Nutzsignalerzeugungsvorrichtung 116 der Taktgeberanordnung 10 gezeigt. Die Nutzsignalerzeugungsvorrichtung 116 kann in vorteilhafter Weise wie eine der Nutzsignalerzeugungsvorrichtungen 116 der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele ausgebildet sein. Das Schwingsystem 1 kann dabei direkt oder indirekt mit der Nutzsignalerzeugungsvorrichtung verbunden sein.
Das Schwingsystem 1 umfasst analog zu den Schwingsystemen 1 der Uhren 100 gemäß den vorherigen Ausführungsbeispielen eine Lichtwellenleiter-Anordnung 2, die einen Lichtwellenleiter 20 aufweist, einen elektrooptischen Wandler 3, der ausgebildet zum Einspeisen eines getakteten Lichtsignals in die Lichtwellenleiter-Anordnung 2 ist, und einen das Lichtsignal aus dem Lichtwellenleiter 20 empfangenden optoelektrischen Wandler 4, ausgebildet zum Erzeugen eines elektrischen Signals basierend auf dem empfangenen Lichtsignal.
Insbesondere ist der elektrooptische Wandler 3 zur einmaligen oder in bestimmten Zeitabschnitten wiederholten Einspeisung eines Eingangssignals 300, das an dessen elektrischem Eingang anliegt.
Hier ist die Lichtwellenleiter-Anordnung 2 als endlose Schleife (geschlossene optische Schleife) ausgebildet. Die Taktgeberanordnung 10 umfasst ferner einen optischen Splitter 51 zum Auskoppeln des Lichtsignals aus der endlosen Schleife in den optoelektrischen Wandler 4 und einen optischen Koppler 53 zum Einkoppeln des Lichtsignals aus dem elektrooptischen Wandler in die endlose Schleife.
Ferner ist ein optischer Verstärker 55 in der als endlose Schleife ausgebildeten Lichtwellenleiter-Anordnung 2 angeordnet. Insbesondere ist der optische Verstärker 55 zwischen dem optischen Koppler 53 und dem optischen Splitter 51 angeordnet.
Der Ausgang des Lichtwellenleiters 20 ist mit einem ersten Eingang des optischen Kopplers 51 verbunden. Der Ausgang des optischen Kopplers 53 ist mit dem Eingang des Verstärkers 55 verbunden. Der Ausgang des optischen Verstärkers 55 ist mit dem Eingang des optischen Splitters 51 verbunden, dessen erster Ausgang mit dem Eingang des Lichtwellenleiters 20 verbunden ist. Der optische Ausgang des elektrooptischen Wandlers 3 ist mit einem zweiten Eingang des optischen Kopplers 53 verbunden. Ein zweiter Ausgang des optischen Splitters 51 ist mit einem Eingang des optoelektrischen Wandlers verbunden. Am Ausgang des optoelektrischen Wandlers 4 steht das elektrische Signal als Ausgangssignal 400 zur Verfügung. Aus diesem elektrischen Signal lässt sich mittels der Nutzsignalerzeugungsvorrichtung 116 auf die schon mit Bezug auf die Uhren 100 gemäß den vorherigen Ausführungsbeispielen beschriebene Weise ein Nutzsignal erzeugen.
Nach der Laufzeit des Lichtsignals durch den Lichtwellenleiter 20 erreicht das Lichtsignal dessen Ausgang und damit auch wieder den Eingang des Lichtwellenleiters 20. Die Laufzeit td,LWLdurch den Lichtwellenleiter 20 hängt von dessen Länge ZLWLund der Lichtgeschwindigkeit C|_WL im Lichtwellenleiter 20 wie folgt ab:
Bei einer Länge ZLW = 20m des Lichtwellenleiters 20 und einer ungefähren Lichtgeschwindigkeit im Lichtwellenleiter von 200 000 000 m / s beträgt die ungefähre Laufzeit td LWL ~ 100ns. Das Lichtsignal erscheint somit alle 100 ns am Ausgang und kann dort mit dem optischen Splitter 51 abgegriffen und zum Erzeugen des Nutzsignals benutzt werden.
Figur 12 demonstriert die Funktion der Taktsignalerzeugung anhand eines Signal-Zeit- Diagramms 600. Das Diagramm 600 zeigt den Verlauf des Eingangssignals 300, des Ausgangssignals 400 und des Nutzsignals 500 in Abhängigkeit von der Zeit 700.
Das Eingangssignal 300 wird zum Zeitpunkt t = 0 eingespeist. Das Eingangssignal in Figur 12 ist eine Bitfolge. In der Bitfolge lässt sich eine beliebige Information speichern, die für jede Taktsignalerzeugung auf Kundenwunsch personalisierbar ist. In welcher Form und nach welchem Verfahren das Signal codiert und / oder moduliert wird ist für die Funktion der Takterzeugung irrelevant.
Nach Durchlaufen des Lichtwellenleiters 20 erscheint das Ausgangssignal 400 nach der Zeit t = td.LWL am Ausgang des Lichtwellenleiters 20 und somit auch wieder an dessen Eingang. Dadurch erscheint die Bitfolge zu jedem Zeitpunkt t = n - td LWL mit n e N wieder am Ausgang des Lichtwellenleiters 20. Aus dem Ausgangssignal 400 lässt sich in einfacher Weise das dargestellte Taktsignal 500 erzeugen.
Figur 13 bezieht sich auf eine Uhr 100 gemäß einem achten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Das Schwingsystem 1 bei der Uhr 100 gemäß dem achten Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von demjenigen der Uhr 100 gemäß dem siebten Ausführungsbeispiel durch folgenden Aufbau.
Die Lichtwellenleiter-Anordnung 2 hier ist in einen ersten Abschnitt 21 zwischen dem optischen Koppler 53 und dem optischen Splitter 51 und in einen zweiten Abschnitt 22 zwischen dem optischen Splitter 51 und dem optischen Koppler 53 unterteilt, wobei eine Verzögerung des Lichtsignals im zweiten Abschnitt 22 einer Verzögerung des parallelen Signals vom optischen Splitter 51 zum optischen Koppler 53 entspricht.
Dabei wird das Ausgangssignal des Lichtwellenleiters 20 mittels des Splitters 51, der im Weiteren als erster Splitter 51 bezeichnet wird, aufgeteilt. Der erste Ausgang des ersten Splitters 51 ist mit dem Eingang des optischen Verstärkers 55 verbunden. Der Ausgang des optischen Verstärkers 55 ist mit einem ersten Eingang des Kopplers 53, der im Folgenden als erster optischer Koppler 53 bezeichnet wird, verbunden. Der Ausgang des ersten optischen Kopplers 53 ist mit dem Eingang des Lichtwellenleiters 20 verbunden. Der zweite Ausgang des ersten Splitters 51 ist mit einem ersten Eingang eines zweiten optischen Kopplers 54 verbunden. Dessen Ausgang ist an den Eingang einer Verzögerungsleitung 56 angeschlossen. Über den Ausgang der Verzögerungsleitung 56 gelangt das Signal auf den Eingang eines zweiten optischen Splitters 52. Der erste Ausgang des zweiten optischen Splitters 52 ist mit einem zweiten Eingang des ersten optischen Kopplers 53 verbunden.
Der optische Ausgang des elektrooptischen Wandlers 3 ist mit einem zweiten Eingang des zweiten optischen Kopplers 54 verbunden. Ein zweiter Ausgang des zweiten optischen Splitters 54 ist mit einem Eingang des optoelektrischen Wandlers 4 verbunden. Am Ausgang des optoelektrischen Wandlers 4 steht das elektrische Signals als Ausgangssignal 400 zur Verfügung.
Aus diesem Ausgangssignal lässt sich mittels einer elektronischen Schaltung auf bekannte Weise ein beliebiges Taktsignal erzeugen. Die optische Signalverzögerung durch den zweiten optischen Koppler K2, die Verzögerungsleitung VL und den zweiten optischen Splitter S2 muss der Signalverzögerung des optischen Verstärkers OV entsprechen.
Durch die beiden parallelen optischen Signalwege 51-54-56-52-53 und 51-55-53 ist es möglich, einen kontinuierlichen Signalfluss in der endlosen Schleife über den Lichtwellenleiter 20 auch dann aufrecht zu erhalten, wenn der optische Verstärker 55 für eine kurze Zeit deaktiviert wird. Damit ergibt sich die Möglichkeit, den optischen Verstärker 55 nur dann zu aktivieren, wenn die optische Signalleistung aufgrund der Dämpfung in der endlosen Schleife unter einen definierbaren Minimalwert abfällt. Durch das zyklische Ein- und Ausschalten des optischen Verstärkers 55 lässt sich der Leistungsverbrauch der Takterzeugung bedarfsgerecht optimieren.
Figur 14 bezieht sich auf eine Uhr 100 gemäß einem neunten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Bei dieser Ausführungsform der Uhr 100 wird anstelle eines optischen Verstärkers 55 ein elektrischer Verstärker 60 eingesetzt. Das optische Ausgangssignal des Lichtwellenleiters 20 wird mittels des optischen Splitters 51 in zwei optische Signalanteile aufgespalten.
Über einen ersten Ausgang des optischen Splitters 51 sowie über eine Verzögerungsleitung 56 wird der erste optische Signalanteil zu einem ersten Eingang eines optischen Kopplers 53 geleitet. Der Ausgang des optischen Kopplers 53 ist mit dem Eingang des Lichtwellenleiters 20 verbunden. Über einen zweiten Ausgang des optischen Splitters 51 wird der zweite optische Signalanteil mittels des optoelektrischen Wandlers 4 in ein elektrisches Signal umgewandelt. Dieses Signal wird mit einem elektrischen Verstärker 60 verstärkt und nach Wandlung in ein optisches Signal mittels des elektrooptischen Wandlers 3 an einen zweiten Eingang des optischen Kopplers 53 geleitet. Hierbei ist der elektrooptische Wandler 3 durch das verstärkte und umgewandelte elektrische Signal des optoelektrischen Wandlers 4 ansteuerbar.
Bei dieser Nutzsignalerzeugung wird das Eingangssignal 300 zwischen dem optoelektrischen Wandler 4 und dem elektrischen Verstärker 60 eingespeist. Das Ausgangssignal 400 wird zwischen dem elektrischen Verstärker 60 und dem elektrooptischen Wandler 3 abgegriffen.
Die gesamte elektrische und optische Signalverzögerung durch den optoelektrischen Wandler 4, den elektrischen Verstärker 60 und den elektrooptischen Wandler 3 entspricht dabei der optischen Signalverzögerung über die optische Verzögerungsleitung 56.
Figur 15 bezieht sich auf eine Uhr 100 gemäß einem zehnten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Anstelle der optischen Verzögerungsleitung 56 in der Uhr 100 von Figur 14 kommt hier ein zweiter Lichtwellenleiter 57 zum Einsatz. Die optische Signalverzögerung des zweiten Lichtwellenleiters 57 entspricht der gesamten elektrischen und optischen Signalverzögerung durch den optoelektrischen Wandler 4, den elektrischen Verstärker 60 und den elektrooptischen Wandler 3.
Figur 16 bezieht sich auf eine Uhr 100 gemäß einem elften Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Als Unterschied zum in Fig. 15 dargestellten Schwingsystem 1 kommt hier zwischen dem Ausgang des elektrischen Verstärkers 60 und dem Eingang des elektrooptischen Wandlers 3 eine Schaltung 58 zur Daten- und Taktrückgewinnung zum Einsatz. Derartige Schaltungen, die auch als Retimer bezeichnet werden, dienen der Regeneration der durch Dispersion und Dämpfung veränderten Form des elektrischen bzw. des optischen Signals.
Neben der vorstehenden schriftlichen Beschreibung der Erfindung wird zu deren ergänzender Offenbarung hiermit explizit auf die zeichnerische Darstellung der Erfindung in den Fig. 1 bis 16 Bezug genommen.
Bezugszeichenliste
1 Schwingsystem
2 Lichtwellenleiter-Anordnung
3 elektrooptischer Wandler
4 optoelektrischer Wandler
5 optische Signalstrecke
6 elektrische Signalstrecke
10 Taktgeberanordnung
11 Uhrgehäuse
12 Zifferblatt
13 Zeiger
14 Anschluss
15 Uhrglas
16 Armband
20 Lichtwellenleiter
21 erster Abschnitt
22 zweiter Abschnitt
51 optischer Splitter (erster optischer Splitter)
52 optischer Splitter (zweiter optischer Splitter)
53 optischer Koppler (erster optischer Koppler)
54 optischer Koppler (zweiter optischer Koppler)
55 optischer Verstärker
56 Verzögerungsleitung
57 zweiter Lichtwellenleiter
58 Schaltung
60 elektrischer Verstärker
61 Trigger
62 Monoflop
63 Frequenzfilter
64 Schmitt-Trigger
65 Treiber
66 Inverter
67 Daten-Einheit
Modulator
100 Uhr
101 Antriebsvorrichtung
102 Uhranzeigevorrichtung
103 Stromversorgungsvorrichtung
104 Zahnrad werk
105 Hemmung
106 elektromechanische Vorrichtung
107 Magnetkern
108 Magnetspule
109 Hemmungsrad
110 Hemmstück
115 Oszillatorschaltung
116 elektronische Nutzsignalerzeugungsvorrichtung
117 Frequenzteiler
118 Ausgabevorrichtung
119 Impulszähler
120 Energy-Harvesting-Vorrichtung
121 Aufzugvorrichtung
122 Ladezustandmessvorrichtung
123 Steuereinheit
124 Komparator
125 Speicher
126 Temperatursensor
127 Kristalloszillattor
128 Mischer
130 Mikrocontroller
131 Ausleseeinheit
132 Ausgabeeinheit
133 Speichereinheit
134 Eingabeeinheit
300 Eingangssignal
400 Ausgangssignal
500 Nutzsignal
600 Signal-Zeit-Diagramm 500
700 Zeit
Claims
1. Uhr (100), insbesondere Armbanduhr, umfassend: eine Taktgeberanordnung (10) mit einem Schwingsystem (1),
• wobei das Schwingsystem (1) umfasst: o eine Lichtwellenleiter-Anordnung (2) mit einem Lichtwellenleiter (20), o einen elektrooptischen Wandler (3), ausgebildet zum Einspeisen eines getakteten Lichtsignals in die Lichtwellenleiter-Anordnung, o und einen das Lichtsignal aus dem Lichtwellenleiter empfangenden optoelektrischen Wandler (4), ausgebildet zum Erzeugen eines elektrischen Signals basierend auf dem empfangenen Lichtsignal,
• wobei die Taktgeberanordnung (10) eine elektronische Nutzsignalerzeugungsvorrichtung (116) umfasst, die eingerichtet ist, ein Nutzsignal basierend auf einer Frequenz des elektrischen Signals zu erzeugen, und eine Uhranzeigevorrichtung (102), ausgebildet zum Anzeigen der Uhrzeit basierend auf dem Nutzsignal.
2. Uhr (100) nach Anspruch 1, wobei das Schwingsystem (1) eine optische Signalstrecke (5) in der Lichtwellenleiter-Anordnung (2) vom elektrooptischen Wandler (3) zum optoelektrischen Wandler (4) und eine elektrische Signalstrecke (6) vom optoelektrischen Wandler (4) zum elektrooptischen Wandler (3) umfasst, wobei der elektrooptische Wandler (3) basierend auf dem elektrischen Signal des optoelektrischen Wandlers (4) ansteuerbar ist.
3. Uhr (100) nach Anspruch 2, umfassend einen elektrischen Verstärker (60), insbesondere einen Transimpedanzverstärker, zum Verstärken des elektrischen Signals zwischen dem optoelektrischen Wandler (4) und dem elektrooptischen Wandler (3).
4. Uhr (100) nach einem der Ansprüche 2 bis 3, umfassend einen Trigger (61) und ein Monoflop (62), wobei der Trigger (61) eingerichtet ist, mittels des elektrischen Signals vom optoelektrischen Wandler (4) das Monoflop (62) anzusteuern, und das Monoflop (62) eingerichtet ist, einen Ausgangspuls zum Ansteuern des elektrooptischen Wandlers (3) zu erzeugen.
5. Uhr (100) nach Anspruch 2 bis 4, wobei die elektrische Signalstrecke (6) eingerichtet ist, das elektrische Signal zu invertieren.
6. Uhr (100) nach einem der Ansprüche 2 bis 5, umfassend einen Frequenzfilter (63) zum Filtern des elektrischen Signals, welcher zwischen dem optoelektrischen Wandler (4) und dem elektrooptischen Wandler (3) angeordnet ist.
7. Uhr (100) nach einem der Ansprüche 2 bis 6, umfassend einen Schmitt-Trigger (64), der eingerichtet ist, das elektrische Signal in ein Rechtecksignal umzuwandeln.
8. Uhr (100) nach Anspruch 1, wobei die Lichtwellenleiter-Anordnung (2) als endlose Schleife ausgebildet ist, wobei die Taktgeberanordnung (10)
• einen optischen Splitter (51) zum Auskoppeln des Lichtsignals aus der endlosen Schleife in den optoelektrischen Wandler (4), und
• einen optischen Koppler (53) zum Einkoppeln des Lichtsignals aus dem elektrooptischen Wandler (3) in die endlose Schleife umfasst.
9. Uhr (100) nach Anspruch 8, umfassend einen optischen Verstärker (55) in der als endlose Schleife ausgebildeten Lichtwellenleiter-Anordnung (2).
10. Uhr (100) nach Anspruch 8 oder 9, wobei der elektrooptische Wandler (3) durch ein elektrisches Signal des optoelektrischen Wandlers (4) ansteuerbar ist.
11. Uhr (100) nach Anspruch 10, umfassend einen elektrischen Verstärker (60), angeordnet zum Verstärken des elektrischen Signals zwischen dem optoelektrischen Wandler (4) und dem elektrooptischen Wandler (3).
12. Uhr (100) nach einem der Ansprüche 8 bis 11 , wobei die Lichtwellenleiter-Anordnung (2) in einen ersten Abschnitt (21) zwischen dem optischen Koppler (53) und dem optischen Splitter (51) und in einen zweiten Abschnitt (22) zwischen dem optischen Splitter (51) und dem optischen Koppler (53) unterteilt ist, wobei eine Verzögerung des Lichtsignals im zweiten Abschnitt (22) einer Verzögerung des parallelen Signals vom optischen Splitter (51) zum optischen Koppler (53) entspricht.
13. Uhr (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend eine Daten-Einheit (67), die einen Modulator (68) zum Modulieren des Eingangssignals des elektrooptischen Wandlers (3) basierend auf einem Datensatz umfasst.
14. Uhr (100) nach Anspruch 13, umfassend:
• eine Speichereinheit (133) zum Speichern eines Datensatzes, und/oder
• eine Eingabeeinheit (134) zum Eingeben eines Datensatzes, und/oder
• eine Ausleseeinheit (131) zum Auslesen des Datensatzes aus dem modulierten Ausgangssignal des optoelektrischen Wandlers (4), und insbesondere eine
Ausgabeeinheit (132) zum Ausgeben einer Information basierend auf dem ausgelesenen Datensatz.
15. Uhr (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend einen Kristalloszillator (127) mit einer vorbestimmten Kristalloszillator-Schwingfrequenz, wobei die Nutzsignalerzeugungsvorrichtung (116) dazu ausgebildet ist, die Frequenz des elektrischen Signals mit der Kristalloszillator-Schwingfrequenz zu vergleichen, um einen Ist-Vergleichswertzu erzeugen, und basierend auf der Frequenz des elektrischen Signals und dem Ist-Vergleichswert das Nutzsignal zu erzeugen.
16. Uhr (100) nach Anspruch 15, wobei mehrere temperaturabhängige Speicher- Vergleichswerte und zugehörige Korrekturwerte in der Nutzsignalerzeugungsvorrichtung (116) gespeichert sind, und die Nutzsignalerzeugungsvorrichtung (116) dazu ausgebildet ist, den Ist-Vergleichswert einem Speicher-Vergleichswert zuzuordnen und basierend auf der Frequenz des elektrischen Signals und dem Korrekturwert das Nutzsignal zu erzeugen.
17. Uhr (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei: die T aktgeberanordnung (10) ferner eine elektromechanische Vorrichtung (106) aufweist, und die Uhr (100) ferner ein Zahnradwerk (104), eine Antriebsvorrichtung (101) zum Antreiben des Zahnradwerks (104), und eine Uhranzeigevorrichtung (102), die mit dem Zahnradwerk (104) verbunden ist und durch das Zahnradwerk (104) bewegbar ist, umfasst, wobei die elektromechanische Vorrichtung (106) mittels des durch die elektronische Nutzsignalerzeugungsvorrichtung (116) erzeugten Nutzsignals bewegbar ist, wodurch die elektromechanische Vorrichtung (106) direkt oder mittelbar getaktet in das Zahnradwerk (104) eingreift.
18. Uhr nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 16, ferner umfassend:
. ein Zahnradwerk (104),
. eine Antriebsvorrichtung (101) zum Antreiben des Zahnradwerks (104), und . eine Uhranzeigevorrichtung (102), die mit dem Zahnradwerk (104) verbunden und durch das Zahnradwerk (104) bewegbar ist, wobei die Antriebsvorrichtung (101) mittels des Nutzsignals steuerbar ist.
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