WO2023088837A1 - Uhr - Google Patents

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WO2023088837A1
WO2023088837A1 PCT/EP2022/081777 EP2022081777W WO2023088837A1 WO 2023088837 A1 WO2023088837 A1 WO 2023088837A1 EP 2022081777 W EP2022081777 W EP 2022081777W WO 2023088837 A1 WO2023088837 A1 WO 2023088837A1
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WO
WIPO (PCT)
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converter
signal
electro
optical
electrical
Prior art date
Application number
PCT/EP2022/081777
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Michael Bonke
Original Assignee
Realization Desal Ag
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Realization Desal Ag filed Critical Realization Desal Ag
Priority to CN202280066324.8A priority Critical patent/CN118043744A/zh
Publication of WO2023088837A1 publication Critical patent/WO2023088837A1/de

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G04—HOROLOGY
    • G04G—ELECTRONIC TIME-PIECES
    • G04G3/00—Producing timing pulses
    • G—PHYSICS
    • G04—HOROLOGY
    • G04F—TIME-INTERVAL MEASURING
    • G04F5/00—Apparatus for producing preselected time intervals for use as timing standards

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 watch in particular a wristwatch, is described below, which comprises at least the following: an electro-optical converter, an opto-electrical converter, an optical waveguide, a useful signal generation device and a watch display device.
  • the electro-optical converter is designed to generate a clocked light signal and to feed the clocked light signal into the optical waveguide.
  • the clocked light signal generated by the electro-optical converter is preferably fed into the optical waveguide indirectly. “Indirect” means in particular that there is at least one further component between the electro-optical converter and the optical waveguide.
  • a reflector is arranged at a reflector end of the optical waveguide, through which the clocked light signal can be reflected back into the optical waveguide.
  • a decoupling device is arranged at a feed end of the optical waveguide, which device is designed to decouple the reflected clocked light signal into the optoelectrical converter.
  • the clocked light signal is fed into the optical waveguide via the decoupling device.
  • the decoupling device In the direction from the electro-optical converter to the optical waveguide, in particular to the feed end of the optical waveguide, the decoupling device is designed in such a way that the light signal can pass through, in the direction from the optical waveguide, in particular from the reflector end of the optical waveguide, to the electro-optical converter, the decoupling device is set up to decouple the reflected light signal.
  • the feed end of the optical waveguide can also be referred to as a first end and the reflector end as a second end. It is to be understood that the feed end and the reflector end are different, in particular opposite, ends of the optical waveguide.
  • the opto-electrical converter is designed to generate an electrical signal based on the reflected clocked light signal.
  • the watch also includes an electrical signal path between the opto-electrical converter and the electro-optical converter. This means in particular that the electrical signal generated by the opto-electrical converter runs through the electrical signal path in the direction from the opto-electrical converter to the electro-optical converter.
  • the electro-optical converter for generating the clocked light signal can be controlled based on the electrical signal of the opto-electrical converter.
  • the useful signal generating device is designed to generate a useful signal based on a frequency of the electrical signal.
  • the clock display device is designed to display the time based on the useful signal.
  • the clock according to the present invention has the advantage that the optical fiber is the frequency-determining element.
  • the frequency used as a reference for timing the clock is based on the duration of the light's journey through the fiber optic cable.
  • the reflector at the reflector end of the optical waveguide, a path that the light has to cover in the optical waveguide can be doubled while the length of the optical waveguide remains the same. This leads to a higher accuracy of the timing of the clock.
  • the length of the optical waveguide can be halved while the light path of the light signal remains the same, which saves space in the clock and halves the investment in the optical waveguide, ie requires less effort.
  • a desired reference frequency for clocking the clock can thus be achieved with a more compact structure of the clock.
  • the costs for the optical waveguide and thus also for the clock can be reduced.
  • the optical waveguide is designed as a hollow-core fiber with regard to the aspect of the precision of the watch, since a hollow-core fiber is very expensive to manufacture or to procure. For example, a 20m long hollow core fiber would account for over 95% of the total cost of the watch.
  • the cost of the watch can be reduced by almost 50%.
  • a further advantage of the proposed light-controlled clock is that the clock generation is independent of influences such as a movement or a position (horizontal or vertical) of the clock.
  • a light-controlled wristwatch according to the present invention is significantly more precise than a wristwatch with a mechanical oscillating device that is braked or accelerated by any movement of the wrist of the wearer of the watch, in which the degree of tension of the mainspring of the movement has an influence on the escapement and also on the frequency of the tandem balance wheel/escapement and their position influences the vibration behavior of the balance wheel.
  • problems that occur in a watch with a frequency-determining oscillating crystal such as the so-called aging of the oscillating crystal, i.e.
  • clock generation by means of a piezoelectric oscillating crystal and clock generation by means of a balance wheel are also based on mechanical oscillation, namely the piezoelectrically excited mechanical oscillation of the oscillating crystal.
  • mechanical oscillation is more susceptible to damping than the clocked light signal in the proposed watch.
  • the light-controlled clock of the present invention is more accurate than a clock in which the clock is generated by the vibration of a piezoelectric vibrating crystal.
  • the light-controlled clock according to the present invention offers great flexibility with regard to the selection of the clock frequency of the clock, which, as already described, is based on the light propagation time in the optical waveguide.
  • the clock frequency can easily be selected according to the particular requirements of the watch and/or the design wishes of the owner or - in the case of a wristwatch - the wearer of the watch.
  • the electro-optical converter is set up to convert an electrical input signal into the light signal.
  • the electrical signal is advantageously also clocked since the light signal is clocked.
  • the electro-optical converter, the optical waveguide, the reflector, the opto-electrical converter, the decoupling device and the electrical signal path form in the context of the invention, an oscillating system.
  • the oscillating system, together with the useful signal generating device advantageously forms a clock generator arrangement within the scope of the invention.
  • 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 opto-electrical converter preferably comprises a photodiode.
  • the photodiode is set up to convert the clocked light signal into the electrical signal.
  • the clocked light signal can be a digital (pulse-like) light signal.
  • the electrical signal generated by the opto-electrical converter can be, in particular, a digital electrical signal.
  • the reflector is preferably designed as a concave mirror.
  • the concave mirror is advantageously set up to focus again diverging light emerging from the optical waveguide.
  • the concave mirror can be a spherical concave mirror.
  • the reflector it is also possible for the reflector to be another type of mirror, which is particularly suitable for back-reflecting the light signal arriving at the end of the reflector.
  • the reflector can be designed as a plane mirror which is arranged directly at the reflector end, ie directly at the corresponding output of the optical waveguide.
  • an end cap can advantageously be arranged directly at the reflector end of the optical waveguide, the inner surface of which, i.e.
  • the surface of the end cap facing the reflector end of the optical waveguide is mirrored.
  • the plane mirror can be formed by a mirrored end cap. It can thus be made possible that little or no light is lost after the reflection.
  • the configuration of the invention with the mirrored end cap has the further advantage that if a separate end cap is provided at the reflector end, for example in addition to a concave mirror, a separate component and the associated adjustment can be saved.
  • the outcoupling device preferably comprises a fiber splitter or a partially transparent mirror.
  • the partially transparent mirror can in particular be designed as a partially transparent plane mirror or as a partially transparent concave mirror.
  • the electro-optical converter can preferably comprise a light-emitting diode, in particular a pigtail light-emitting diode.
  • the electro-optical converter can advantageously comprise a semiconductor laser, in particular a pigtail semiconductor laser.
  • a lens can preferably be arranged between the decoupling device and the electro-optical converter.
  • the lens can advantageously be designed to refract light emitted by the electro-optical converter in such a way that the light propagates in a parallel direction.
  • a converging lens can advantageously be used for this purpose.
  • a focal point of the converging lens is advantageously on the point from which the light generated by the electro-optical converter is emitted.
  • the lens can also be designed to collect diverging light, which is emitted by the electro-optical converter, and to focus it on a point, in particular on the center of the optical waveguide. In other words, the lens can be designed to focus diverging light from the electro-optical converter.
  • the lens can advantageously comprise a single lens element or an optical system with at least two lens elements.
  • a feed lens is preferably arranged between the optical waveguide and the outcoupling device.
  • the feed lens is particularly preferably arranged directly at the feed end of the optical waveguide. “Direct” here means that no further component is provided between the optical waveguide and the feed lens.
  • the feed lens is advantageously designed to bundle light entering the optical waveguide. This means that light can be fed into the optical waveguide in a focused manner.
  • the electrical signal path includes an amplifier (electrical amplifier) for amplifying the electrical signal.
  • the amplifier is set up to amplify 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 at the input of the electrical amplifier is converted into a current signal at the output of the electrical amplifier or a current signal at the input of the electrical amplifier is converted into a voltage signal 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 signal path preferably includes a pulse generator for generating an electrical pulse based on the electrical signal for driving the electro-optical converter. This means that the electro-optical converter can be controlled by the electrical pulse.
  • the pulse generator can particularly preferably comprise a monoflop. However, it is also possible for the pulse generator to be designed differently.
  • the electrical signal path is preferably set up to invert the electrical signal and to switch the electro-optical converter on and off alternately by means of the inverted electrical signal.
  • the electrical signal path can comprise an inverter (inverter circuit).
  • the inverter is advantageously designed to switch the electro-optical converter on and off alternately.
  • the inverter can be a separate electronic component or part of the electro-optical converter.
  • an output of the electrical amplifier described above can be an inverting output.
  • the electrical signal is inverted by the inverting output.
  • no separate inverter is advantageously provided in the electrical signal path.
  • the inversion of the electrical signal can be implemented using software on an integrated circuit.
  • the useful signal generation device can also be referred to as an electronic useful signal generation device.
  • the useful signal generating device can preferably include a pulse counter (binary counter).
  • the pulse counter is advantageously set up to count the control signal.
  • the useful signal generating device is advantageously set up to generate the useful signal when a count of the control signal is equal to a predetermined count.
  • the predetermined count is advantageously set to a frequency based on a light propagation time in the optical fiber of the first signal path.
  • the useful signal generating device for generating the above-mentioned useful signal can advantageously include a frequency divider.
  • the frequency divider is set up to divide the frequency of the control signal.
  • the useful signal advantageously corresponds to the output signal of the frequency divider.
  • the frequency of the control 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 control 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.
  • a frequency divider can also be combined with a pulse counter to generate the useful signal.
  • the frequency divider is advantageously arranged in front of the pulse counter in terms of signaling.
  • the frequency of the control 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 useful signal generating device is advantageously set up to generate the useful signal when a count of an output signal from 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 procedure of halving, in particular multiple halving, the frequency of the oscillating crystal 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 in a clock in which the control signal has a high frequency, such as 8.88 MHz or 10 MHz.
  • the control signal has a high frequency, such as 8.88 MHz or 10 MHz.
  • the useful signal generation device advantageously includes a device for converting the analog control signal into a digital signal.
  • the clock display device is a mechanical clock display device.
  • the watch preferably includes a drive device, by which the mechanical watch display device can be moved.
  • the drive device can be controlled in an advantageous manner by means of the useful signal.
  • the clock display device can comprise an hour hand and/or a minute hand and/or a second hand.
  • the timepiece may further include a gear train.
  • the drive device is set up to drive the gear train.
  • the clock display device is connected to the gear train and is movable by the gear train.
  • 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 drive device is preferably designed as a stepper motor.
  • the clock display device is an electronic clock display device that is designed to display the time based on the useful signal.
  • the watch preferably comprises a power supply device which is set up to supply power to the electro-optical converter and/or the useful signal generation device and/or the drive device and/or—in the case of a watch with an electronic clock display device—the electronic clock display device.
  • the power supply device can preferably include at least one rechargeable battery.
  • the at least one rechargeable battery can preferably be charged by an energy harvesting device.
  • the energy harvesting device can preferably include at least one thermal generator and/or at least one solar cell.
  • the thermogenerator can have one or more thermocouples.
  • the watch can advantageously have a further electro-optical converter in addition to the electro-optical converter described above. It is also possible for the watch to advantageously have a further opto-electrical converter in addition to the opto-electrical converter described above.
  • the watch can be more advantageous Way further have a further optical waveguide, in which a light signal can be fed through the previously described electro-optical converter or the one further electro-optical converter.
  • the previously described optical waveguide is to be understood as a first optical waveguide and the previously described electro-optical converter as a first electro-optical converter.
  • the further optical waveguide is to be understood as a second optical waveguide and the further electro-optical converter as a second electro-optical converter.
  • FIG. 1 is a simplified schematic view of a watch according to a first embodiment of the present invention
  • FIG. 3 shows a simplified schematic view of a portion of the clock according to the first exemplary embodiment
  • FIG. 4 shows a simplified schematic view of an area of a watch according to a second exemplary embodiment
  • FIG. 5 shows a simplified schematic view of a portion of a watch according to a third embodiment
  • FIG. 6 is a simplified schematic view of a portion of a timepiece according to a fourth embodiment.
  • 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 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 110 and a watch glass 150 arranged thereon.
  • the watch 100 also has a dial 120, a setting wheel 170 and three hands 130 for displaying the hours, minutes and seconds.
  • the hands 130 are parts of a mechanical clock display device 106 for displaying the time.
  • the clock 100 comprises a clock arrangement 101, a gear train 105 and a drive device 104 for driving the gear train 105.
  • the drive device 104 is in particular a stepper motor.
  • the gear train 105 is connected to the watch display device 106 so that the hands 130 of the watch display device 106 are moved.
  • the gear train 105 comprises at least one hour wheel, one minute wheel and one fourth wheel, each of which is connected to one of the hands 130 .
  • Clock generator arrangement 101 is set up to determine a frequency that is relevant for clock 100 clocking.
  • a useful signal generating device 103 which is designed to generate a useful signal.
  • the useful signal generating device 103 can have a pulse counter.
  • the drive device 104 is controlled to move the gear train 105 .
  • An electrical signal path 6 is provided between the opto-electrical converter 2 and the electro-optical converter 1 and connects the opto-electrical converter 2 and the electro-optical converter 1 to one another in terms of signals.
  • the electro-optical converter 1, the opto-electrical converter 2, the optical waveguide 3, the reflector 4, the decoupling device 5 and the electrical signal path 6 form an oscillating system 102.
  • the oscillating system 102 together with the useful signal generating device 103 forms the clock generator arrangement 101.
  • the electro-optical converter 1 is designed to generate a clocked light signal. Furthermore, the electro-optical converter 1 is designed to feed the clocked light signal into the optical waveguide 3 . In particular, the light signal is digital (pulsed).
  • the electro-optical converter 1 comprises a semiconductor laser, in particular a pigtail semiconductor laser, or a light-emitting diode, in particular a pigtail light-emitting diode, as can be seen from FIG.
  • the reflector 4 is arranged at a reflector end 32 of the optical waveguide 3 .
  • Light which is fed into the optical waveguide 3 at a feed end 31 and emerges from the optical waveguide 3 at the reflector end 32 can be reflected back into the optical waveguide 3 by the reflector 4 .
  • a concave mirror in particular can be used as the reflector 4 .
  • the concave mirror is set up to focus diverging light emerging from the optical waveguide 3 again.
  • the Reflector 4 is another type of mirror particularly useful for back-reflecting the light signal arriving at reflector end 32.
  • the reflector 4 is shown only schematically.
  • the decoupling device 5 is arranged at the feed end 31 of the optical waveguide 3 and for decoupling the reflected clocked light signal into the optoelectrical converter
  • the decoupling device 5 is between the optical waveguide
  • the decoupling device 5 is designed here as a fiber splitter 51 .
  • the clocked light signal is fed into the optical waveguide 1 via the decoupling device 5 which is set up to let light through in the direction from the electro-optical converter 1 to the optical waveguide 3 .
  • the opto-electrical converter 2 which includes a photodiode, is designed to generate an electrical signal based on the reflected clocked light signal.
  • the electrical signal is also digital (pulse-like).
  • the electro-optical converter 1 can be controlled to generate the clocked light signal.
  • the useful signal generating device 103 is set up to generate the useful signal based on the electrical signal.
  • the electrical signal path 6 includes an amplifier 61 for amplifying the electrical signal and a pulse generator 62 for generating an electrical pulse based on the electrical signal, in particular the amplified electrical signal.
  • the electro-optical converter 1 can be controlled by the electrical pulse.
  • the pulse generator 62 can have a monoflop.
  • the electro-optical converter 1 feeds the clocked light signal into the optical waveguide 3 via the decoupling device 5, in this exemplary embodiment the fiber splitter 51.
  • FIG. The light signal is reflected back into the optical waveguide 3 by the reflector 4 at the reflector end 32 and is coupled out into the opto-electrical converter 2 by means of the coupling-out device 5 .
  • the opto-electrical converter 2 converts the light signal into the electrical signal, which is then amplified via the amplifier 61 and serves as the input signal of the pulse generator 62 .
  • the electrical signal path 6 can be set up to invert the electrical signal and to switch the electrooptical converter 1 on and off alternately by means of the inverted electrical signal.
  • the electrical signal path 6 can include an inverter 63 .
  • the inverter 63 which is designed as a separate electronic component, is advantageously arranged between the pulse generator 62 and the electro-optical converter 1.
  • the inverter 63 can be part of the electro-optical converter 1.
  • an output of the amplifier 61 can be an inverting output, through which the inversion of the electrical signal takes place.
  • the inversion of the electrical signal can be implemented by means of integrated circuit software.
  • the electrical signal path 6 does not include a pulse generator.
  • the clocked light signal is not a digital (pulse-like) signal but a continuous signal. After a certain time, the continuous light signal reaches the reflector end 32 of the optical waveguide 3 and is reflected back into the optical waveguide 3 by the reflector 4 .
  • the light signal then makes its way back to the feed end 31 of the optical waveguide 3, where it strikes both the electro-optical converter 1 and the opto-electrical converter 2.
  • the opto-electrical converter 2 notifies the electro-optical converter 1 of the arrival of the light signal via the electrical signal path 6, but in contrast to the first exemplary embodiment or its first modification, the electro-optical converter 1 does not feed a new light signal into the optical waveguide 3, since the light signal here is continuous and is still being fed in by the opto-electrical converter 2 at the time of the notification.
  • the electro-optical converter 1 is now switched off.
  • the opto-electrical converter 2 detects the light decay and reports this back to the electro-optical converter 1. This switches it on again due to the electrical signal which has been inverted again . This “on-off-on” process is repeated in the predetermined period that the light signal needs to travel back and forth through the optical waveguide 3 .
  • the clock 100 according to the first exemplary embodiment and/or the modifications described has the advantage that the light path, ie the path covered by the clocked light signal in the optical fiber 3, is twice as long as the optical fiber 3.
  • the length of the optical waveguide 3 can be halved with the light path of the light signal remaining the same, which saves space in the clock 100 and halves the investment in the first optical waveguide 3, ie requires less effort.
  • Figure 4 relates to a clock 100 according to a second embodiment of the invention.
  • the watch 100 according to the second exemplary embodiment differs from that according to the first exemplary embodiment or its modifications in that a lens 11 is arranged between the decoupling device 5 and the electro-optical converter 1 .
  • the electro-optical converter 1 comprises a semiconductor laser which is not designed as a pigtail semiconductor laser.
  • the electro-optical converter 1 can comprise a light-emitting diode that is not designed as a pigtail light-emitting diode.
  • the lens 11 is designed in particular as a convex lens and is used to break the light emitted by the electro-optical converter 1 in different directions in such a way that the light beams are bundled after the lens 11 .
  • the lens 11 is designed to focus diverging light from the electro-optical converter 1 .
  • the clocked light signal is fed into the optical waveguide 3 via the lens 11 and the decoupling device 5.
  • FIG. 5 relates to a watch 100 according to a third exemplary embodiment of the invention.
  • the clock 100 according to the third exemplary embodiment differs from that according to the second exemplary embodiment in that the decoupling device 5 comprises a partially transparent mirror 52 in the form of a partly transparent plane mirror instead of the fiber splitter 51, and that between the decoupling device 5 and the optical waveguide 3 there is a feed lens 7 is arranged.
  • the feed lens 7 is attached directly to the feed end 31 of the optical waveguide 3 .
  • the feed lens 7 is designed to bundle light entering the optical waveguide 3 .
  • the lens 11 is designed to refract light emitted by the electro-optical converter 1 in such a way that the light propagates in a parallel direction.
  • the partially transparent mirror 52 is used to decouple the reflected clocked light signal into the opto-electrical converter 2.
  • FIG. 6 relates to a watch 100 according to a fourth exemplary embodiment of the invention.
  • the clock 100 according to the fourth exemplary embodiment differs from that according to the third exemplary embodiment in that the decoupling device 5 includes a partially transparent mirror 52 in the form of a partially transparent concave mirror.
  • the partially transparent concave mirror can also be referred to as a semi-transparent focusing mirror become.
  • a concave surface of the partially transparent concave mirror faces the electro-optical converter 1 .
  • the partially transparent concave mirror is set up and/or arranged relative to the optical waveguide 3 in such a way that the clocked light signal generated by the electro-optical converter 1 is first reflected by the partially transparent concave mirror into the optical waveguide 3 and, after being reflected at the reflector 4, passes through the partially transparent concave mirror, so that the clocked light signal reflected by the reflector 4 is coupled out into the opto-electrical converter 2 .
  • the reflector 4 is arranged directly at the reflector end 32 of the optical waveguide 3 and is advantageously designed as a plane mirror.
  • an end cap can advantageously be arranged directly on the reflector end 32 of the optical waveguide 3, the inner surface of which, i.e. the surface of the end cap facing the reflector end 32 of the optical waveguide 3, is mirrored. It can thus be made possible that little or no light is lost after the reflection.
  • the clock 100 includes a feed window 8 which is arranged directly at a feed end 31 of the optical waveguide 3 .
  • a feed window 8 As the feed window 8, an end cap designed to let in light can be used.

Landscapes

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Uhr (100), insbesondere Armbanduhr, umfassend einen elektrooptischen Wandler (1), einen optoelektrischen Wandler (2), einen Lichtwellenleiter (3), eine Nutzsignalerzeugungsvorrichtung (103) und eine Uhranzeigevorrichtung (106). Der elektrooptische Wandler (1) ist zum Erzeugen und Einspeisen eines getakteten Lichtsignals in den Lichtwellenleiter (3) ausgebildet. An einem Reflektorende (32) des Lichtwellenleiters (3) ist ein Reflektor (4) angeordnet, durch welchen das getaktete Lichtsignal in den Lichtwellenleiter (3) zurück reflektierbar ist. Eine Auskopplungsvorrichtung (5) ist an einem Einspeiseende (31) des Lichtwellenleiters (3) angeordnet und zum Auskoppeln des reflektierten getakteten Lichtsignals in den optoelektrischen Wandler (2) ausgebildet. Der optoelektrische Wandler (2) ist zum Erzeugen eines elektrischen Signals basierend auf dem reflektierten getakteten Lichtsignal ausgebildet. Die Uhr (100) umfasst eine elektrische Signalstrecke (6) zwischen dem optoelektrischen Wandler (2) und dem elektrooptischen Wandler (1), wobei der elektrooptische Wandler (1) zum Erzeugen des getakteten Lichtsignals basierend auf dem elektrischen Signal des optoelektrischen Wandlers (2) ansteuerbar ist. Die Nutzsignalerzeugungsvorrichtung ist zum Erzeugen eines Nutzsignals basierend auf einer Frequenz des elektrischen Signals ausgebildet, wobei die Uhranzeigevorrichtung zum Anzeigen der Uhrzeit basierend auf dem Nutzsignal ausgebildet ist.

Description

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

Claims

Ansprüche
1. Uhr (100), insbesondere Armbanduhr, umfassend:
. einen elektrooptischen Wandler (1),
. einen optoelektrischen Wandler (2),
. einen Lichtwellenleiter (3),
. eine Nutzsignalerzeugungsvorrichtung (103), und
. eine Uhranzeigevorrichtung (106), wobei:
. der elektrooptische Wandler (1) zum Erzeugen und Einspeisen eines getakteten Lichtsignals in den Lichtwellenleiter (3) ausgebildet ist,
. ein Reflektor (4) an einem Reflektorende (32) des Lichtwellenleiters (3) angeordnet ist, durch welchen das getaktete Lichtsignal in den Lichtwellenleiter (3) zurück reflektierbar ist,
. eine Auskopplungsvorrichtung (5) an einem Einspeiseende (31) des Lichtwellenleiters (3) angeordnet ist, die zum Auskoppeln des reflektierten getakteten Lichtsignals in den optoelektrischen Wandler (2) ausgebildet ist,
. der optoelektrische Wandler (2) zum Erzeugen eines elektrischen Signals basierend auf dem reflektierten getakteten Lichtsignal ausgebildet ist,
. die Uhr (100) eine elektrische Signalstrecke (6) zwischen dem optoelektrischen Wandler (2) und dem elektrooptischen Wandler (1) umfasst, wobei der elektrooptische Wandler (1) zum Erzeugen des getakteten Lichtsignals basierend auf dem elektrischen Signal des optoelektrischen Wandlers (2) ansteuerbar ist,
. die Nutzsignalerzeugungsvorrichtung (103) zum Erzeugen eines Nutzsignals basierend auf einer Frequenz des elektrischen Signals ausgebildet ist, und
. die Uhranzeigevorrichtung (106) zum Anzeigen der Uhrzeit basierend auf dem Nutzsignal ausgebildet ist.
2. Uhr (100) nach Anspruch 1 , wobei der Reflektor (4) als Hohlspiegel oder als Planspiegel, der direkt am Reflektorende (32) des Lichtwellenleiters (3) angeordnet ist, ausgebildet ist.
3. Uhr (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Auskopplungsvorrichtung (5) einen Faserteiler (51) oder einen teiltransparenten Spiegel (52), insbesondere einen teiltransparenten Planspiegel oder einen teiltransparenten Hohlspiegel, umfasst.
4. Uhr (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der elektrooptische Wandler (1) eine Leuchtdiode oder einen Halbleiterlaser umfasst.
5. Uhr (100) nach Anspruch 4, wobei die Leuchtdiode eine Pigtail-Leuchtdiode oder wobei der der Halbleiterlaser ein Pigtail-Halbleiterlaser ist.
6. Uhr (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei zwischen der Auskopplungsvorrichtung (5) und dem elektrooptischen Wandler (1) eine Linse (11) angeordnet ist.
7. Uhr (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei, insbesondere direkt am Einspeiseende (31) des Lichtwellenleiters (3), zwischen dem Lichtwellenleiter (3) und der Auskopplungsvorrichtung (5) eine Einspeiselinse (7) oder ein Einspeisefenster (8) angeordnet ist.
8. Uhr (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die elektrische Signalstrecke (6) einen Verstärker (61) zum Verstärken des elektrischen Signals umfasst.
9. Uhr (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die elektrische Signalstrecke (6) einen Impulsgenerator (62) zum Generieren eines elektrischen Impulses basierend auf dem elektrischen Signal zum Ansteuern des elektrooptischen Wandlers umfasst.
10. Uhr (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die elektrische Signalstrecke (6) eingerichtet ist, das elektrische Signal zu invertieren und mittels des invertierten elektrischen Signals den elektrooptischen Wandler (1) abwechselnd einzuschalten und auszuschalten.
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