專利名稱：用于在兩個相互運動的系統(tǒng)之間傳輸數(shù)據(jù)的設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于在兩個相互運動的系統(tǒng)之間傳輸數(shù)據(jù)的設(shè)備。
背景技術(shù)：
在多個應用中，必須在兩個相互運動的系統(tǒng)之間傳輸大量數(shù)據(jù)。此系統(tǒng)能夠是相 互旋轉(zhuǎn)的系統(tǒng)，例如發(fā)電廠、大型馬達、雷達設(shè)備或計算機斷層成像系統(tǒng)中的旋轉(zhuǎn)機器，或 能夠是相互平動運動的系統(tǒng)，例如臺車、軌道系統(tǒng)和裝配機器人，或這樣的系統(tǒng)的組合。
為進行數(shù)據(jù)傳輸，優(yōu)選的是使用例如光學或電容傳輸?shù)臒o線傳輸方法。如果在旋 轉(zhuǎn)系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)軸線附近的區(qū)域內(nèi)不能進行數(shù)據(jù)傳輸，因為如在計算機斷層成像系統(tǒng)中那樣 必須保留此區(qū)域，則數(shù)據(jù)傳輸在轉(zhuǎn)子的徑向外部區(qū)域內(nèi)進行，這對于發(fā)送器和接收器之間 的通信連接提出了高要求。另外，目前對于這種設(shè)備的傳輸數(shù)據(jù)率的要求不斷提高，因為特 別地，圖像處理系統(tǒng)以直至io11比特/秒的數(shù)據(jù)流工作。 從DE 32 05 065 Al中已知，形成具有環(huán)形反射溝的接收元件。能夠以任意角度 位置將光以近似切線方向耦合到此溝，所述光通過多次反射被引導向接收單元。然而，這樣 的反射溝的實施是費時且昂貴的。此外，在這樣的系統(tǒng)中由于反射溝內(nèi)的吸收也導致?lián)p失。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，給出用于在兩個相互運動的系統(tǒng)之間傳輸數(shù)據(jù)的設(shè)
備，所述設(shè)備能夠以例如超過109比特/秒的高數(shù)據(jù)率可靠地傳輸數(shù)據(jù)。 該技術(shù)問題是通過本文開始部分提到類型的設(shè)備解決的，所述設(shè)備根據(jù)本發(fā)明具
有光導體和軸向模塊，用于優(yōu)選地與布置在系統(tǒng)的一個上的光導體進行軸向數(shù)據(jù)耦合，且
具有側(cè)向模塊，用于與布置在另一個系統(tǒng)上的光導體進行側(cè)向數(shù)據(jù)耦合。通過光導體能夠
進行高比特率的數(shù)據(jù)通訊，其中相互運動的系統(tǒng)之間的間隙通過側(cè)向模塊和光導體之間的
光束克服。 光在下文中被理解為頻譜范圍在從紅外光到紫外光之間的電磁輻射。模塊可以包 括發(fā)送器、接收器或兩者，且提供為用于將信號耦合入光導體或從光導體耦合出或者用于 兩者。在側(cè)向數(shù)據(jù)耦合中，攜帶數(shù)據(jù)的光束通過圓周面耦合到光導體內(nèi)，特別是在側(cè)向模塊 沿著光導體的運動期間；耦合能夠是耦合接入或耦合接出。本發(fā)明可使用于以上所述的所 有系統(tǒng)。 在使用通常的突變折射率光纖作為光導體時出現(xiàn)如下問題，S卩，光脈沖在其通過 光導體的運動期間由于所發(fā)生的模式色散而被展寬。因此，傳輸率被該模式色散減小并且 最大的傳輸率取決于光導體的長度。如果光導體具有抑制模式色散的特征，則能夠應對此 缺點，其中，模式色散、即光脈沖的展寬由于該特征而被有利地降低了 50%。
此特征優(yōu)選地通過使光導體在徑向方向上具有折射率梯度實現(xiàn)。這樣的光導體或 這樣的光纖也稱為梯度折射率光纖(GI-光纖)。在光纖軸線內(nèi)，折射率最大且向外至少局 部地連續(xù)降低。在理想情況下，折射率隨半徑的平方降低。通過梯度使光束向光纖中部偏轉(zhuǎn)且因此必要時無折射地在光纖核心內(nèi)的外周上引導。光向外行進略微更快，其結(jié)果是核 心內(nèi)的所有光程的平均傳播速度大致相同，且不發(fā)生模式色散。以此，能夠?qū)崿F(xiàn)通過光導體 的高數(shù)據(jù)傳輸率。 特別地，能夠使用由塑料制成的梯度折射率光纖(GI-POF:梯度折射率塑料光 纖)。 進一步有利的是所謂的半梯度折射率光纖，該半梯度折射率光纖具有帶有折射率 梯度的區(qū)域以及反射層，在所述反射層上發(fā)生全反射，以此能夠?qū)⒌湍Ｊ缴⑴c高數(shù)值孔 徑相結(jié)合。 如果光導體是單模光纖，則該特征也得以實現(xiàn)。通過限制為單模而防止了模式色 散。如果光導體是偏振保持光纖，則也能夠?qū)崿F(xiàn)高帶寬。 在本發(fā)明的進一步有利的實施形式中，光導體具有聚合物覆層且有利地形成為所 謂的PCS(聚合物覆層硅)光纖。該光纖也能在很低的模式色散下實現(xiàn)高的數(shù)據(jù)率。在PCS 光纖中，核心由以薄的聚合物覆層包圍的純石英玻璃制成。如果PCS光纖提供有局部的梯 度折射率形式，則能夠?qū)崿F(xiàn)高的帶寬。 如果光導體制造為帶有氟化聚合物成分的光纖，則能夠?qū)崿F(xiàn)以光纖的高數(shù)據(jù)率和 低衰減率在近紅外區(qū)的使用。氟化聚合物能夠包括Polyperfluoro-Butenylvinylether。
在側(cè)向模塊在光導體旁移動時，側(cè)向模塊到軸向模塊的光學距離改變并且因此在 模塊之間的光脈沖的傳播時間改變?，F(xiàn)在，另外的側(cè)向模塊與光導體耦合且接管數(shù)據(jù)傳輸， 因此從軸向模塊到此側(cè)向模塊的傳播時間也許與軸向模塊到另外的側(cè)向模塊的傳播時間 不同。因此，在傳輸移交時產(chǎn)生數(shù)據(jù)傳輸中的相位跳躍，這能夠?qū)е洛e誤的數(shù)據(jù)傳輸。
此缺點能夠通過用于延遲軸向模塊和側(cè)向模塊之間的數(shù)據(jù)傳輸?shù)难舆t裝置應對， 該延遲裝置被構(gòu)造為調(diào)節(jié)與軸向模塊和側(cè)向模塊之間的光傳播持續(xù)時間相對的延遲。特別 地，通過可變延遲的調(diào)整使延遲總量與模塊間的光傳播時間保持恒定，而與側(cè)向模塊相對 于光導體和軸向模塊的位置無關(guān)，使得到每個時間點的切換能夠無相位跳躍地實現(xiàn)。
優(yōu)選地，第二軸向模塊布置在光導體的與第一軸向模塊的相對端上，且具有延遲 裝置，所述延遲裝置被構(gòu)造為根據(jù)從側(cè)向模塊到軸向模塊的光傳播時間和從側(cè)向模塊到另 一個軸向模塊的光傳播時間之間的差異將數(shù)據(jù)傳輸延遲。軸向模塊之間的切換能夠在任何 時間點無相位跳躍地實現(xiàn)。 數(shù)據(jù)傳輸?shù)呐c取決于位置的延遲能夠特別可靠和簡單地借助于用于確定側(cè)向模
塊相對于軸向模塊位置的位置系統(tǒng)實現(xiàn)，并且借助于用于根據(jù)位置調(diào)節(jié)和控制延遲大小的
控制單元實現(xiàn)。位置能夠相對于軸向模塊，或在具有多個軸向模塊時相對于多個軸向模塊
之一，特別是相對于正在傳輸數(shù)據(jù)的軸向模塊，或相對于系統(tǒng)上另外的固定點。 通過高光強和簡單的數(shù)據(jù)傳輸?shù)牧己民詈夏軌蛲ㄟ^兩個相反定向的光導體實現(xiàn)，
所述光導體被提供為用于軸向數(shù)據(jù)耦合。兩個光導體也能夠連接為一個光導體，其中，軸向
模塊耦合入光導體實現(xiàn)為使得耦合接入的輻射在連接的光導體的兩個部分內(nèi)在相反的方
向上進行。相反定向的光導體或帶有相反運行的輻射的光導體能夠耦合在唯一的軸向模塊
上。然而，也可能是提供兩個軸向模塊，其上分別耦合兩個相反定向的光導體中的一個。如
果存在多于兩個光導體，則能夠使用另外的軸向模塊。 如果相反定向的光導體對于側(cè)向模塊定位為使得在運行中總是嚴格地使側(cè)向模塊與光導體的一個側(cè)向耦合，必要時除了在數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊平黄陂g的小的交疊，則能夠?qū)崿F(xiàn) 數(shù)據(jù)傳輸在兩個模塊之間的帶有數(shù)據(jù)信號的低強度波動的無相位跳躍的移交。這能夠在 如下情況下實現(xiàn)，即如果兩個側(cè)向模塊之間的距離的大小至少正好大致等于兩個光導體的 端部的距離，使得如果先前的側(cè)向模塊結(jié)束耦合則下一個側(cè)向模塊能夠開始耦合。即使對 于布置為環(huán)形的光導體，使用僅一個側(cè)向模塊也是可能的，所述側(cè)向模塊至少基本上同時 地結(jié)束與一個光導體的耦合且開始與另一個光導體的耦合，如果所述光導體的端部直接相 鄰。 有利的是，各軸向模塊距兩個相反定向的光導體的端部的距離相等，使得在無相 位跳躍的條件下能夠簡單地實現(xiàn)移交。 如果至少一個第二側(cè)向模塊與第一側(cè)向模塊的距離小于光導體的相對端部相互 間的距離，并且如果現(xiàn)有的控制單元用于控制從一個側(cè)向模塊到下一個側(cè)向模塊的數(shù)據(jù)傳 輸?shù)囊平欢沟靡平粺o相位跳躍地發(fā)生，則即使在不等長的輻射導體或相應的分開的側(cè)向 模塊時也可實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽康囊平?。在此，下一個側(cè)向模塊的激活有利地在兩個側(cè)向 模塊到軸向模塊以及光導體的中心耦合點的光程等長時發(fā)生。同時，先前的側(cè)向模塊能夠 切換為非激活。在觀察距離時，可以觀察模塊在光導體上的耦合位置而不是觀察模塊。
有利地，設(shè)備包括連接到光導體上的帶有相反地布置的另外的軸向模塊的另外的 光導體，特別地另外的光導體直接連接。在此布置中，簡單地可實現(xiàn)將相對于光導體運動的 側(cè)向模塊布置為使得，總是耦合僅一個側(cè)向模塊。在此，可以排除一個其中側(cè)向模塊位于光 導體上的最后耦合位置上的短的時間范圍。在此，另外的側(cè)向模塊能夠進行耦合，使得短的 耦合重疊是可以的，在所述耦合重疊中發(fā)生模塊之間的轉(zhuǎn)換，例如電轉(zhuǎn)換、機械轉(zhuǎn)換或光學 轉(zhuǎn)換。有利地，在轉(zhuǎn)換時刻側(cè)向模塊和軸向模塊之間的光程等長，或轉(zhuǎn)換時刻通過控制單元 相應地選擇使得可以避免相位跳躍。 為將輻射側(cè)向耦合入光導體或耦合出光導體，在此光導體中有利地引入具有不連 續(xù)形式的耦合結(jié)構(gòu)。此耦合結(jié)構(gòu)可以是折射型或反射型，衍射型或散射型的結(jié)構(gòu)。由于光 導體通常很小的直徑，所述耦合結(jié)構(gòu)有利地是微結(jié)構(gòu)。
耦合結(jié)構(gòu)也能夠特別地覆蓋光導體的整個外周。 耦合結(jié)構(gòu)有利地實施為使得其在向著耦合的模塊的方向上造成定向耦合。因此， 對于側(cè)向耦合接入，耦合結(jié)構(gòu)有利地是使它將盡可能多的輻射偏轉(zhuǎn)到耦合的軸向模塊的方 向上，也就是說使輻射在光導體內(nèi)可傳播。在側(cè)向耦合時，有利地將盡可能多的來自光導體 的輻射在側(cè)向模塊的方向上偏轉(zhuǎn)。 在本發(fā)明的另外的有利的實施形式中，光導體因此具有耦合結(jié)構(gòu)，通過該耦合結(jié) 構(gòu)的布置，實現(xiàn)將耦合接出的輻射通過干涉在側(cè)向模塊上定向。這樣的方向特征能夠通過 炫耀光柵類型的耦合結(jié)構(gòu)放大，其中衍射階是優(yōu)選的。 如果耦合結(jié)構(gòu)實施為具有斜面溝槽形式，則可通過溝槽的傾斜的耦合面的角度實 現(xiàn)輻射在側(cè)向模塊上有效的定向。在制造中，鋸齒形溝槽是簡單的。作為溝槽的帶有平行 切口面的傾斜的切口的優(yōu)點是使通過其運行的非耦合接出的輻射更少偏轉(zhuǎn)，且例如更有效 地供隨后的耦合接出使用。 如果耦合結(jié)構(gòu)是錐形或金字塔形，則耦合接入的輻射能夠從通過耦合接入的輻射 的方向和光導體的軸線所形成的平面有目的地偏轉(zhuǎn)出，使得耦合接入的輻射在進一步傳播中很少與另外的耦合結(jié)構(gòu)接觸，且因此在其進一步傳播中很少受到干擾。 耦合結(jié)構(gòu)有利地引入到光導體的外覆層內(nèi)，且能夠布置在側(cè)向耦合的進入面上。
如果光導體具有相對于側(cè)向模塊布置在光導體的徑向方向上的耦合結(jié)構(gòu)，則能夠?qū)崿F(xiàn)特別
地有效的耦合。 在輻射在光導體內(nèi)傳播時發(fā)生衰減，該衰減主要由于耦合結(jié)構(gòu)導致。輻射在導體 內(nèi)經(jīng)過的路徑越長，則衰減越強。如果光導體具有其耦合密度隨距軸向模塊的距離增加的 耦合結(jié)構(gòu)，則能夠?qū)崿F(xiàn)耦合的輻射的均勻的強度。因此，距軸向模塊較遠的耦合位置比較近 的耦合位置發(fā)生更強的側(cè)向耦合，使得能夠應對由于衰減造成的強度損失，特別是能夠補 償該強度損失。耦合密度可以是耦合結(jié)構(gòu)的空間密度，或通過更強地耦合的造型或耦合結(jié) 構(gòu)的尺寸受到影響。 如果光導體具有用于相對于徑向方向傾斜地耦合接入/耦合接出輻射的耦合結(jié) 構(gòu)，則該耦合結(jié)構(gòu)可以保持為平的，使得其很少干擾在導體內(nèi)的輻射。在此，耦合接入和耦 合接出的輻射的平均定向可以與光導體的徑向方向傾斜。 為應對光脈沖在耦合時由于相移的擴寬，側(cè)向模塊實施為用于同時耦合來自多個 耦合結(jié)構(gòu)的輻射，其中，該設(shè)備有利地包括用于校正同時在不同位置上耦合接出的輻射的 傳播時間的裝置。 如果側(cè)向模塊帶有與光導體傾斜地布置的發(fā)送或接收面，則能夠簡單地實現(xiàn)用于 補償同時在不同位置耦合的輻射的傳播時間差異的裝置。 光導體可能對于環(huán)境影響敏感，例如對于灰塵或環(huán)境輻射敏感，特別地對于離子 輻射敏感。為保護光導體，光導體有利地通過輻射可通過的元件以縫隙相對于其它系統(tǒng)屏 蔽。用于離子輻射保護的局部覆層也是有利的。 如果屏蔽元件實施為折射且特別地用于聚焦耦合輻射，則能夠?qū)崿F(xiàn)該屏蔽元件的 雙重利用。聚焦能夠定向在光導體或側(cè)向模塊上。 為補償傳輸數(shù)據(jù)的耦合光的強度波動，有利的是屏蔽元件實施為用于衰減耦合輻 射的衰減元件，其中衰減隨距軸向模塊的距離增加而降低。


根據(jù)附圖中圖示的實施例詳細解釋本發(fā)明。各圖為 圖1示出了用于傳輸數(shù)據(jù)的設(shè)備，其帶有光導體、軸向模塊和兩個側(cè)向模塊， 圖2示出了帶有光導體的設(shè)備，在光導體內(nèi)耦合接入兩個軸向模塊， 圖3示出了帶有兩個相反定向的光導體的設(shè)備， 圖4示出了帶有兩個相反定向的光導體的另一個設(shè)備， 圖5示出了帶有兩個相向定向的光導體的設(shè)備， 圖6示出了通過帶有耦合結(jié)構(gòu)的光導體的截面， 圖7示出了通過帶有其它耦合結(jié)構(gòu)的光導體的截面， 圖8示出了帶有耦合結(jié)構(gòu)的光導體，所述耦合結(jié)構(gòu)帶有耦合密度中的梯度， 圖9示出了帶有耦合結(jié)構(gòu)的光導體，所述耦合結(jié)構(gòu)帶有在另一個類型的耦合密度 中的梯度， 圖10示出了用于校正同時在不同位置耦合接出的光束的傳播時間的裝置，
圖ll示出了用于校正同時在不同位置耦合接出的光束的傳播時間的另一個裝 置， 圖12示出了用于將輻射從光導體傾斜地耦合接出的耦合結(jié)構(gòu)， 圖13示出了帶有聚焦的屏蔽元件的光導體， 圖14示出了沿光導體的衰減的屏蔽元件， 圖15示出了用于同時在多個通道上的數(shù)據(jù)傳輸?shù)亩鄠€模塊，禾口 圖16示出了在旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)上的多個模塊。
具體實施例方式
圖l按照示意圖示出了在兩個相互運動的系統(tǒng)4、6上的設(shè)備2，兩個系統(tǒng)中的系 統(tǒng)4例如是固結(jié)在地面上的帶有軌道的系統(tǒng)，而系統(tǒng)6是在該軌道上運動的軌道車輛。靜 止的系統(tǒng)4包括光導體8，所述光導體8實施為直徑為10ii的所謂的單模光纖，所述單模光 纖由于其結(jié)構(gòu)實施，例如由于其小的直徑，僅形成為用于以一個模式傳導光。因此，該光纖 很好地不具有模式色散，且適合于以109比特/秒的數(shù)據(jù)率傳輸數(shù)據(jù)。另外，光導體8是偏 振保持光纖，使得偏振方向保持且在此程度上信號不因雙折射導致的兩個偏振方向的展寬 而擴寬。 在光導體8的端部上布置了軸向模塊10，提供該軸向模塊10用于將一個或多個傳 輸數(shù)據(jù)的光束在軸向方向上，即通過光導體8內(nèi)的端面耦合接入或耦合接出。在軸向模塊 IO上連接了數(shù)據(jù)裝置12，該數(shù)據(jù)裝置12可以是用于產(chǎn)生數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)源或用于接收數(shù)據(jù)的 數(shù)據(jù)接收器。在數(shù)據(jù)裝置12和軸向模塊IO之間布置了延遲裝置14，該延遲裝置14提供為 用于將通過它的數(shù)據(jù)延時。 軸向模塊10與光導體8的耦合能夠由光導體8內(nèi)的軸向模塊10上或內(nèi)的發(fā)送器 或接收器直接完成。根據(jù)使用的位置不同，也可以的是軸向模塊10具有在發(fā)送器或接收器 和光導體8之間的光波導體。同樣可構(gòu)思的是通過用于將發(fā)送器或接收器的光束特征與光 導體8匹配的至少一個透鏡的耦合。透鏡可以直接固定在光導體8上，例如焊接。
光導體8的不耦合軸向元件10的端部能夠有利地形成為光阱，所述光阱例如通過 涂敷輻射吸收物實施，例如涂敷不透明的黑色顏色。在軸向模塊io上不產(chǎn)生反射和不希望 的信號疊加。 作為軸向模塊10的軸向耦合的替代，與光導體8連接的軸向模塊10也能夠替代 地實施為將傳輸數(shù)據(jù)的光束側(cè)向地即通過光導體8的徑向外表面耦合接入和接出光導體 8。在這樣的實施方式中，為簡化術(shù)語，模塊也稱為軸向模塊。 運動的系統(tǒng)6包括兩個結(jié)構(gòu)相同的單元，每個具有用于將一個或多個傳輸數(shù)據(jù)的 光束耦合接入和/或接出光導體8的側(cè)向模塊16。在側(cè)向模塊上，每個數(shù)據(jù)裝置通過延遲 裝置連接。運動的系統(tǒng)6和靜止系統(tǒng)4都攜帶用于分別控制數(shù)據(jù)裝置12和延遲裝置14的 控制單元18。 同樣很好地可以實現(xiàn)，將軸向單元10連同光導體8布置在運動系統(tǒng)6上，而將側(cè) 向模塊16布置在靜止系統(tǒng)上。 模塊可以包括發(fā)送器和/或接收器，或與其連接。LED(發(fā)光二極管)適合于作為 發(fā)送器。有利的是激光二極管，其中特別地有利的是VCSEL(垂直腔表面發(fā)射激光器)，該
8VCSEL是半導體激光器，其中光垂直于半導體芯片的平面射出，這與常規(guī)的邊緣發(fā)射器相
反，在該邊緣發(fā)射器中光在芯片的一個或兩個邊緣上射出。為了以高數(shù)據(jù)率傳輸，可以另外
集成外部調(diào)制器。帶有或不帶有另外的光學元件的半導體有利地作為接收器。 光導體8在與側(cè)向模塊16對置的側(cè)上在外表面上提供有耦合結(jié)構(gòu)20，如從圖8中
可見。由于耦合結(jié)構(gòu)20，通過光導體運行的光被分別略微地從光纖耦合接出，這通過使光向
另一側(cè)偏轉(zhuǎn)且在此傾斜地射向反射表面而使得光大體上無反射地通過且能夠到達側(cè)向模
塊16來實現(xiàn)。 反過來，從側(cè)向模塊16射入光導體8內(nèi)的光被耦合結(jié)構(gòu)20偏轉(zhuǎn)，使得光在向著軸 向模塊10的方向上軸向通過光纖。 耦合結(jié)構(gòu)20能夠折射、反射、衍射或散射地起作用。有利的是耦合結(jié)構(gòu)20在光導 體8的縱向方向上是均勻的，并且沿光導體的外周布置為使得從光導體8出來的光在此處 衍射地匯集，即通過在向著布置在主反射方向上的側(cè)向模塊16的方向上的折射匯集。為進 一步抑制更高階的次反射，耦合結(jié)構(gòu)20根據(jù)炫耀光柵類型布置。 在設(shè)備2運行期間，系統(tǒng)6沿系統(tǒng)4在系統(tǒng)4上平移或旋轉(zhuǎn)運動，如通過箭頭22所 指示。首先，右側(cè)向模塊16與軸向模塊10共同承擔相關(guān)的數(shù)據(jù)裝置12之間的數(shù)據(jù)傳輸， 所述數(shù)據(jù)裝置12的數(shù)據(jù)生成和數(shù)據(jù)接收分別由相關(guān)的控制單元18控制。運動系統(tǒng)6相對 于靜止系統(tǒng)4的位置在此由位置系統(tǒng)24確定，并且由靜止系統(tǒng)的控制單元18監(jiān)測。
以此方式可知，運動系統(tǒng)6何時到達了預定的位置，在該預定的位置上右側(cè)向模 塊16到達了光導體8的右端。在此時刻，系統(tǒng)6的控制單元18通過將仍激活的數(shù)據(jù)模塊 16切換為非激活并且將下一個側(cè)向模塊16切換為激活來控制側(cè)向模塊16從仍激活的側(cè) 向模塊16到下一個側(cè)向模塊16的數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊平?，使得進行在此側(cè)向模塊16的數(shù)據(jù)裝置 12和軸向模塊10的數(shù)據(jù)裝置12之間現(xiàn)在的數(shù)據(jù)傳輸。作為替代，移交也能夠純機械地進 行，例如通過側(cè)向模塊16的合適的距離或通過光導體或光纖8的長度。
在左側(cè)向模塊16上的數(shù)據(jù)傳輸開始時，相關(guān)的延遲裝置14也被激活且將數(shù)據(jù)流 延遲對應于光導體8內(nèi)的側(cè)向模塊16的耦合位置之間的光程的時長。以此方式，通過延遲 補償了現(xiàn)在激活的側(cè)向模塊16到軸向模塊的較小的光學距離，使得從一個側(cè)向模塊16到 下一個側(cè)向模塊16的數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊平粺o相位跳躍地進行。在左側(cè)向模塊16向右的運動過 程中，左側(cè)向模塊16和軸向模塊10之間的光程增加。以相同的方式，通過延遲裝置12導 致的延遲被降低，使得在相應的數(shù)據(jù)裝置12之間的信號傳播時間總是能夠保持恒定。
如果左側(cè)向模塊16到達光導體8的右端，則如上所描述的，數(shù)據(jù)傳輸移交到下一 個側(cè)向模塊16。 在圖2中圖示了用于兩個相互運動的系統(tǒng)4、6之間的數(shù)據(jù)傳輸?shù)牧硪粋€設(shè)備26。 如下描述局限于涉及基本上與圖1的實施例的差異，參考相同的特征和功能?；旧舷嗤?的部件原則上以相同的附圖標號指示。
設(shè)備26包括實施為梯度折射率光纖的光導體8。 在光導體8的兩端分別布置了軸向模塊10，使得光在光導體8的兩側(cè)耦合接入和 耦合接出。此外，側(cè)向模塊16與光導體8耦合處的耦合位置30之間的距離28設(shè)定為大約 與光導體8的長度相等。兩個側(cè)向模塊16能夠在小的重疊區(qū)域內(nèi)同時耦合，也就是使得在 同時同樣激活的側(cè)向模塊16中，一個側(cè)向模塊16通過光導體8的一端的耦合降低，而另一個側(cè)向模塊16通過光導體8的另一端的耦合增加。 此外，可舍棄延遲裝置14，因為在移交時刻(或更嚴格地講在小移交重疊區(qū)域的 中間處)，兩個側(cè)向模塊16分別到軸向模塊10的光學距離相等。然而，為保持信號傳播時 間在數(shù)據(jù)裝置12之間恒定，可保留延遲裝置14。距離28比光導體8的長度明顯更小并且 在相同的光學距離時不發(fā)生切換，同樣是有意義的。 為接收數(shù)據(jù)，有利地僅考慮激活的側(cè)向模塊16的下一個軸向模塊10，以避免兩個 數(shù)據(jù)流之間的重疊。然而，為控制軸向模塊10之間的切換，控制單元18能夠?qū)蓚€數(shù)據(jù)流 求值并且如果數(shù)據(jù)流相位相同則切換。作為替代，位置確定通過位置系統(tǒng)24實現(xiàn)，其中，在 系統(tǒng)4、6的其處激活的側(cè)向模塊16到兩個軸向模塊的光學距離相等的預定相對位置上進 行切換。也可以通過使延遲時間將信號相位控制為使信號在側(cè)向耦合位置相位相等，并且 就此而言構(gòu)造上重疊，來考慮兩個軸向模塊10。 在圖3中示意性地圖示的設(shè)備32中，數(shù)據(jù)傳導通過兩個相反定向的作為PCS光纖 的光導體8實現(xiàn)，并且所述光導體8各自的中心端布置了軸向模塊10。在此實施例中，如果 距離28等于或最少短于光導體8的相對端部34之間的距離使得耦合通過端部34結(jié)束或 開始，則也可以舍棄對移交的控制。此外，如果在側(cè)向模塊16到各相關(guān)的軸向模塊10的光 程相等時控制移交，則也能夠舍棄延遲。 在圖4中示出了圖3的實施例的變化。在連續(xù)的光導體8中，通過軸向模塊10側(cè) 向地耦合接入或耦合接出，其中通過相應的耦合結(jié)構(gòu)36實現(xiàn)輻射在相反方向的展寬，使得 光導體8的兩個半體能夠視作兩個相反地布置的光導體8。如對于圖2和圖3所解釋的，在 此也能夠舍棄延遲或者甚至對切換或移交的控制。 圖5示出了帶有兩個相互相向的光導體8的設(shè)備38，在所述光導體8上分別單側(cè) 地耦合軸向模塊IO，其中軸向模塊10對置。側(cè)向模塊16及其在光導體8內(nèi)的耦合位置之 間的距離28等于或略微小于光導體8的相互背離的端部34之間的距離，使得(必要時除 了用于移交的很小的重疊之外)總是僅一個側(cè)向模塊16與光導體8耦合。在此布置中不 發(fā)生相位跳躍，因為側(cè)向模塊在數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊平粫r與"其"軸線模塊的距離相等。
圖6和圖7示出了兩個類型的耦合結(jié)構(gòu)40、42，所述耦合結(jié)構(gòu)作為斜面溝槽分別形 成在梯度折射率光纖的外表面上，而梯度折射率光纖總是將光束44彎曲地偏轉(zhuǎn)到光纖軸 線。在兩個類型的耦合結(jié)構(gòu)40、42中，耦合能夠直接從耦合結(jié)構(gòu)40、42接出或首先橫向于 光導體8進行，如在圖9中所圖示。耦合結(jié)構(gòu)42具有兩個平行的斜面44，其中通過斜面44 不耦合接出的光束48基本上保持其方向，且比在耦合結(jié)構(gòu)40中散射更少。
耦合結(jié)構(gòu)40、42能夠通過輻射方法形成，如通過電子輻射或離子輻射形成，或通 過來自受激準分子激光器、超短脈沖激光器、頻率轉(zhuǎn)換激光器或(A激光器的激光輻射形 成。另外，它們能夠通過激光或回火被平滑。如反應性離子束蝕刻的化學方法、切削方法或 沖壓特別是熱沖壓方法提供了另外的制造可能性。 在圖8和圖9中圖示了關(guān)于耦合結(jié)構(gòu)40的位置的對置耦合(圖8)和相鄰耦合 (圖9)的可能性。此外，在兩個實施例中，耦合密度具有梯度，也就是使得耦合密度隨距軸 向模塊10的距離的增加而增加。為此，在圖8中耦合結(jié)構(gòu)40之間的距離相應地變化，并且 隨距軸向模塊10的距離的增加而降低。在圖9中，耦合結(jié)構(gòu)40的大小相應地變化并且隨 距軸向模塊10的距離的增加而增加。為能夠利用變化的耦合密度的效果，側(cè)向模塊16實施為與來自多個耦合結(jié)構(gòu)40的光束同時耦合，且為耦合通過耦合位置50準備，所述耦合位 置50在多個耦合結(jié)構(gòu)40上延伸，如通過雙箭頭圖示。 在圖IO和圖11中分別圖示了用于校正同時在不同位置耦合接出的光束的傳播時 間的裝置52、54。此外，側(cè)向模塊16實施為同時與來自多個耦合結(jié)構(gòu)40的光束耦合。在 圖10中，裝置52置于側(cè)向模塊16和光導體8之間且包括透光的楔形物，所述楔形物通過 其高折射率將通過的光束減速。因此，較早(更右側(cè))耦合接出的具有傳播時間提前的光 束相應地被減速，并且與較晚(更左側(cè))耦合接出的光束同時到達側(cè)向模塊16。
在圖10中，裝置54通過側(cè)向模塊的耦合面56的傾斜位置實現(xiàn)，較早和較晚離開 光導體8的光束同時出現(xiàn)在其中。 圖12示出了耦合結(jié)構(gòu)58，該耦合結(jié)構(gòu)58被構(gòu)造用于與光導體8的徑向方向傾斜 地將光束耦合接出。當在略微不同的方向上耦合接出更多的模式時，耦合接出的輻射的平 均定向與徑向方向傾斜。由此，耦合結(jié)構(gòu)57能夠保持平的形狀。 在圖13中圖示的光導體8在向著系統(tǒng)6的方向上提供有防離子輻射的屏蔽58。 此外，光導體8通過可透輻射的元件62以縫隙60與另外的系統(tǒng)4屏蔽，其中屏蔽僅部分地 進行且不必密封。屏蔽元件62實施為在光導體8的軸線上延伸的透鏡，且用于將耦合輻射 聚焦在光導體8或側(cè)向模塊16上?？蓪崿F(xiàn)高耦合效率以及對于相對運動的系統(tǒng)4、6之間 的公差的補償。 通過金字塔形的耦合結(jié)構(gòu)64，能夠?qū)⒐鈱w8內(nèi)的光程內(nèi)對耦合結(jié)構(gòu)64的干擾保 持為很小。 在圖14中圖示另一個在光導體8的軸線上延伸的屏蔽元件66。該屏蔽元件66實 施為用于衰減耦合輻射的衰減元件，其中衰減隨距軸向模塊10的距離增加而降低，以便將 耦合信號的強度在光導體8的長度上盡可能保持恒定。作為替代，可以通過調(diào)節(jié)功率實現(xiàn) 電子衰減元件，該電子衰減元件通過位置測量被控制。 為利用多個數(shù)據(jù)通道，可以使用分別帶有一個或兩個光導體8的分開的耦合系統(tǒng) 68、70，如在圖15中圖示。兩個耦合系統(tǒng)68、70同時激活且傳輸不同的數(shù)據(jù)通道。耦合系 統(tǒng)68、70能夠如前述圖中所解釋地實施。 數(shù)據(jù)傳輸能夠?qū)崿F(xiàn)為使得兩個耦合系統(tǒng)68、70在不同的方向上傳輸數(shù)據(jù)，或替代 地使得所有耦合系統(tǒng)68、70在兩個方向上傳輸數(shù)據(jù)，因此，軸向模塊10同時地或相繼地用 作接收器和發(fā)送器。 數(shù)據(jù)通道能夠固定地與接收器相對應，其中發(fā)送器與數(shù)據(jù)通道的對應根據(jù)位置實 現(xiàn)或以其它方式實現(xiàn)。 當在光導體8上傳輸多個通道時，波長復用技術(shù)是有利的，其中多個發(fā)送器以不 同的波長發(fā)送，使得例如軸向模塊IO傳輸多個頻率。為將通道組合或分開，可使用相應的 多路器。 圖16示出了設(shè)備72作為耦合系統(tǒng)在旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)6上的應用，特別是在計算機斷層 成像儀中的應用，其中布置在靜止系統(tǒng)4或旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)6上的光導體8圍繞整個圓周運行，例 如根據(jù)圖4中設(shè)備的類型。作為替代，多個光導體8能夠覆蓋一個角度區(qū)域，且一起圍繞圓 周延伸。在此，有利的是總是存在比輻射導體8多至少一個的側(cè)向模塊16，因此能夠?qū)崿F(xiàn)用 于移交的重疊，并且無中斷地進行數(shù)據(jù)傳輸。作為替代，側(cè)向模塊16能夠具有寬的耦合區(qū)域，使得光導體8之間的間隙可被覆蓋。相同數(shù)量的發(fā)送器和接收器也是可能的并帶有數(shù) 據(jù)流的中斷。 附圖和描述包含了大量組合的特征，本領(lǐng)域一般技術(shù)人員也將有利地單獨考慮所 述特征，以形成有用的其它組合。特別地，附圖中圖示的實施例的不同的特征可以組合為新
的實施例。附圖標號列表
2設(shè)備
4系統(tǒng)
6系統(tǒng)
8光導體
10軸向模塊12數(shù)據(jù)裝置14延遲裝置16側(cè)向模塊18控制單元20耦合結(jié)構(gòu)22敏々i 目u大24位置系統(tǒng)26設(shè)備28距離30耦合位置32設(shè)備34端部36耦合結(jié)構(gòu)38設(shè)備40耦合結(jié)構(gòu)42耦合結(jié)構(gòu)44光束46斜面48光束50耦合位置52裝置54裝置56耦合面57耦合結(jié)構(gòu)58屏蔽60縫隙62元件64耦合結(jié)構(gòu)
66 元件 68耦合系統(tǒng) 70耦合系統(tǒng) 72 設(shè)備
權(quán)利要求
一種用于在兩個相互運動的系統(tǒng)(4，6)之間傳輸數(shù)據(jù)的設(shè)備(2，26，32，38，72)，所述設(shè)備包括處于系統(tǒng)(4，6)的一個上的光導體(8)和用于與該光導體(8)優(yōu)選地進行軸向數(shù)據(jù)耦合的軸向模塊(10)，以及處于另一個系統(tǒng)上的用于與該光導體(8)進行側(cè)向數(shù)據(jù)耦合的側(cè)向模塊(16)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的設(shè)備(26，32，38，72)，其特征在于，所述光導體(8)在徑向方 向上具有折射率梯度。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的設(shè)備(2)，其特征在于，所述光導體(8)是單模光纖。
4. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的設(shè)備(26，32，38，72)，其特征在于，所述光導體(8)具有聚合物覆層。
5. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的設(shè)備(26，32，38，72)，其特征在于，所述光導體 (8)是帶有由氟化聚合物制成的部分的光纖。
6. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的設(shè)備(26，32，38，72)，其特征在于，所述光導體 (8)是偏振保持光纖。
7. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的設(shè)備(26，32，38，72)，其特征在于，用于延遲所 述軸向模塊(10)和所述側(cè)向模塊(16)之間的數(shù)據(jù)傳輸?shù)难舆t裝置(14)，所述延遲裝置 (14)實施為用于將延遲與所述軸向模塊(10)和所述側(cè)向模塊(16)之間光傳播時間相反地 調(diào)節(jié)。
8. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的設(shè)備(26)，其特征在于，在所述光導體(8)的與 第一軸向模塊(10)相反的端部上的第二軸向模塊(10)和延遲裝置(14)，所述延遲裝置 (14)實施為用于根據(jù)從所述側(cè)向模塊(16)到軸向模塊(10)的光傳播時間和從所述側(cè)向模 塊(16)到另一個軸向模塊(10)之間的光傳播時間的差異延遲數(shù)據(jù)傳輸。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的設(shè)備(2，26，32，38，72)，其特征在于，用于確定所述側(cè)向 模塊(16)相對于軸向模塊(10)位置的位置系統(tǒng)(24)，和用于根據(jù)位置控制延遲量的控制 單元(18)。
10. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的設(shè)備(32)，其特征在于，提供了用于數(shù)據(jù)耦合 的兩個相反定向的光導體(8)，特別地與軸向模塊(10)連接。
11. 根據(jù)權(quán)利要求IO所述的設(shè)備(32)，其特征在于，所述相反定向的光導體(8)相對 于側(cè)向模塊(16)定位為使得在運行中總是嚴格地將一個側(cè)向模塊(16)與一個光導體(8) 側(cè)向耦合。
12. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的設(shè)備(32)，其特征在于至少一個第二側(cè)向模塊(16)，所述 第二側(cè)向模塊(16)距第一側(cè)向模塊(16)的距離等于或小于光導體(8)的相對的端部(34) 之間的距離(28)，并且在于控制單元(18)，所述控制單元用于控制數(shù)據(jù)傳輸從一個側(cè)向模 塊(16)到下一個側(cè)向模塊(16)的移交，使得進行無相位跳躍的移交。
13. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的設(shè)備(38)，其特征在于，連接在所述光導體(8) 上的帶有相反布置的另外的軸向模塊(10)的另外的光導體(8)。
14. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的設(shè)備(2，26，32，38，72)，其特征在于，所述光導 體(8)具有耦合結(jié)構(gòu)(20，40，42，57，64)，通過所述耦合結(jié)構(gòu)的布置通過干涉實現(xiàn)了將耦合 接出的輻射定向到所述側(cè)向模塊(16)上。
15. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的設(shè)備(2，26，32，38)，其特征在于，所述光導體(8)帶有具有斜面溝槽形式的耦合結(jié)構(gòu)(20，40，42)。
16. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的設(shè)備(72)，其特征在于，所述光導體(8)具有錐 形或金字塔形的耦合結(jié)構(gòu)(64)。
17. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的設(shè)備(2，26，32，38，72)，其特征在于，所述光導 體(8)具有耦合結(jié)構(gòu)(20，40，42，64)，所述耦合結(jié)構(gòu)的耦合密度隨著離軸向模塊(10)的距 離增加而增加。
18. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的設(shè)備(2，26，32，38，72)，其特征在于，所述光導 體(8)具有耦合結(jié)構(gòu)(20，40，42，57，64)，所述耦合結(jié)構(gòu)在該光導體(8)的徑向方向上與所 述側(cè)向模塊(16)相對地布置。
19. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的設(shè)備(2，26，32，38，72)，其特征在于，所述光導 體(8)具有用于與徑向方向傾斜地耦合接入/耦合接出光束的耦合結(jié)構(gòu)(57)。
20. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的設(shè)備(2，26，32，38，72)，其特征在于，所述光導 體(8)具有耦合結(jié)構(gòu)(20，40，42，57，64)，并且所述側(cè)向模塊(16)實施為用于將來自多個耦 合結(jié)構(gòu)(20，40，42， 57，64)的光束同時耦合，以及在于用于校正在不同的位置同時耦合接 出的光束的傳播時間的裝置(52,54)。
21. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的設(shè)備(2，26，32，38，72)，其特征在于，所述側(cè)向 模塊(16)被布置為帶有與所述光導體(8)傾斜的接收面(56)。
22. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的設(shè)備(72)，其特征在于，所述光導體(8)通過可 透輻射的元件(62,66)以縫隙(60)與另外的系統(tǒng)(4，6)屏蔽。
23. 根據(jù)權(quán)利要求22所述的設(shè)備(72)，其特征在于，屏蔽元件(62)被實施為用于折射 耦合輻射，特別地用于聚焦耦合輻射。
24. 根據(jù)權(quán)利要求22或23所述的設(shè)備，其特征在于，屏蔽元件(66)實施為用于衰減耦 合輻射的衰減元件，其中，衰減隨著距軸向模塊(10)的距離的增加而降低。
25. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的設(shè)備(2，26，32，38，72)，其特征在于，所述設(shè)備 用作計算機斷層成像儀中的旋轉(zhuǎn)的和靜止的部分區(qū)域之間的耦合系統(tǒng)。
全文摘要
一種用于在兩個相互運動的系統(tǒng)(4，6)之間傳輸數(shù)據(jù)的設(shè)備(2，26，32，38，72)，利用所述設(shè)備能夠以例如109比特/秒的高數(shù)據(jù)率可靠地傳輸數(shù)據(jù)。為此，設(shè)備(2，26，32，38，72)包括處于系統(tǒng)(4，6)的一個上的光導體(8)和用于與該光導體(8)優(yōu)選地進行軸向數(shù)據(jù)耦合的軸向模塊(10)，并且包括處于另一個系統(tǒng)上的用于與該光導體(8)進行側(cè)向數(shù)據(jù)耦合的側(cè)向模塊(16)。
文檔編號H04B10/00GK101796751SQ200880105609
公開日2010年8月4日 申請日期2008年8月1日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月4日
發(fā)明者馬庫斯·斯塔克 申請人:西門子公司