本发明专利技术一般涉及光旋转接头（３５），能够在转子与定子之间实现光通信，在支架上安装这种光旋转接头的改进方法，它使转子和定子保持正确的对准，以及用于这种光旋转接头的改进光反射器装置。改进的光旋转接头能够在转子与定子之间实现光通信，所述转子有纵轴，并包括：安装在所述转子和定子中的一个上面的至少一个光源（３６），用于沿相对于纵轴的径向发射光信号；安装在所述转子和定子中的另一个上面的至少一个第一反射器（３８），用于反射从光源发射的光信号；所述第一反射器包括：凹的第一反射面，取自通过所述第一反射面的平面上的线（Ｌ）配置成有第一焦点（Ｆ↓［１］）和第二焦点（Ｆ↓［２］）的部分椭圆，第一焦点的位置是与所述转子的轴基本重合；有第二反射面（４５）的第二反射器（３９），它配置成部分的圆锥形和放置在椭圆面的第二焦点上，用于接收从所述第一反射面反射的光和沿不同的方向反射光，它作为第二反射面顶角的函数；和接收器（４０），它安排成接收被第二反射面反射的光。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】光旋转接头，按照正确对准方式安装光旋转接头的方法， 和其中所用的光反射器装置
oooii本专利技术一般涉及能够在转子与定子之间实现光通信的光旋转接头，在支架结构上安装这种光旋转接头的改进方法，该方法可以 使转子和定子保持正确地对准，以及用于这种光旋转接头的改进光反 射器装置。技术背景改进的光旋转接头还可以包括棱镜，用于进一步改变被 第二反射面反射的光线方向。接收器可以是有激活区的光电二极管(49)，而光可以从 光纤的输出端被引导到激活区。透镜(48)可以放置在输出端与光电 二极管之间，用于引导光到光电二极管。用于聚焦来自圆锥面的光到接收器的光学子装置可以包括 一串透镜，或透镜与全息元件的组合。在图5中，两个平凸透镜用于 会聚来自圆锥面的光束进入光纤。这个光学子装置也可以由透镜和体 全息图构成，用于衍射光进入接收光纤。或者，光学子装置可以是围 绕圆锥轴安排的球面透镜阵列。若接收器需要沿水平方向安装，则可 以在两个透镜之间安装直角棱镜，从而使来自圆锥的反射光束再旋转 90°。若需要以某个其他的角度引导光，则可以使用反射镜， 一些其他 合适形状的棱镜，等等。00781图6是另一种形式的改进光旋转接头。在这种形式中，从 椭圃形笫 一反射面44反射的光被聚焦，会聚到与扇形光纤阵列的发散22端通信的弧形条状波导。进入这些光纤的光被引导，并在其会聚端射出通过准直透镜48到达光电检测器49。0079〗这些改进的光旋转接头有许多优点。这种装置从光源到接 收器有基本恒定的光程长，它与转子和定子的相对位置无关。这个恒 定的光程长能够使多个光信号在接收器中叠加而没有相位失真。在需 要较高的数据传输速率和支持这种较高数据速率的激光器没有足够大 的功率时，可以叠加几个光源以增大到达光电检测器的光功率。0080此外，改进的光旋转接头与信号的波长和数据传输速率无 关。选择用于这种装置的波长取决于现有的激光源，光电检测器，和 传送光信号的光纤。然而，改进的光旋转接头本身是与数据传输速率 无关，可以利用从DC到高Gbit/sec的数据传输速率。最后，在需要 更高的数据速率时，在光旋转接头上可以利用波分复用技术以发射多 个光信道。[0081与，714专利中公开的装置比较，此处公开的改进光旋转接 头还有其他的优点。改进的光旋转接头(a)减小入射到接收器表面 上光强度变化造成的变化，(b)减小椭圆形反射器的受光角效应， (c)允许在光电检测器之前使用光纤，和(d)减小光程长。0082在图7和图8中说明这些优点。在图7中，所示的光反射 器装置46包含椭圆形第一反射面44和圆锥形笫二反射面45，如以上 所描迷的。光信号是从光源42中产生的。在图8中，这些不同的信号 发射光源分别是用TX1， TX2， ...TX18表示，而不同的光反射器装 置分别是用CH1， CH2， ...CH16表示，其中每个信道有一个反射器。0083在简单的椭圆形反射器配置中，如在，714专利的附图说明图1中所 公开的，光源相对于椭圆形反射器的位置在接收器上产生有不同入射 角的反射光束。与在中心附近的那些椭圆形反射器比较，在其边缘附 近入射到椭圆形反射器的光束相对于接收器表面的法线可以以较大的 入射角下会聚。由于接收器灵敏度的下降是作为入射角(即，入射光 束与该光束入射到表面的法线之间的角度)的函数，有较大入射角的 光束使接收器产生较小的输出信号。00841在本专利技术中，椭圃形第一反射面最好是部分的椭圆面。因 此，这个椭圆面的复合性质把光入射到其表面上的面积聚焦成在圆锥 形第二反射面上的一个光斑，如图5所示。会聚到这个光斑上的光再 次被向上反射到接收器。因此，再次反射的信号对于光源相对于定子 有不同位置的接收器的入射角没有展示很大的变化。所以，接收器检 测到的信号基本上是与光入射到椭圆形第一反射面44上的入射角无 关，并且，它基本上与转子相对于定子的位置无关。所以，可以减少 围绕转子所用的光源数目。在椭圆形反射器边缘附近减小的灵敏度是 重要的，因为这有助于改进光电检测器产生的最小信号。当一个光源 的光束正要离开反射器时和 一 个相邻光源的光束正要进入反射器时， 光电检测器产生最小的信号。增大在反射器边缘附近的重叠可以增大 叠加光信号的幅度和由检测器产生的信号，从而减小在改进光旋转接 头中所需的光源数目。0085本专利技术的另一个优点是允许使用接收器之前的光纤。 在，714专利中，在接收器之前使用的光纤是受到光纤有限NA的阻碍。 如此处所描述的，改进的复合椭圆形反射面可以把反射光聚焦成第二 反射面上的光斑。圓锥形反射器的表面可以把来自椭圆形反射器的反 射光束转到接收器。通过使用圆锥形反射器，相对于接收器表面法线 的入射角在椭圆形反射器所对整个角度范围内是基本恒定的。在圆锥 之上的附加光学子装置可用于聚焦会聚的反射光束进入接收光纤的输 入端。在旋转界面上出现严重电噪声的区域上，或在需要远程检测信 号时，使用这种光纤是特别有用的。使用圆锥形反射器可以扩大光旋 转接头的有效受光角。如图7所示，光旋转接头的受光角可以增大到 约21.4°。有了这个较大的受光角，在旋转界面上用于连续传输信号所 需的最小光源数目是17个(即，360。/21.4。=16.82 17个光源)。0086H吏用圆锥形反射器的第三个优点是可以减小光程长。利用 几何分析，图7所示配置中的光程长约为120 mm,它远远小于图1 和图4所示配置中的光程长(即，约为248 mm)减小的光程长可以 降寸氐改进光旋转接头对失准的灵敏度。[00871通过确保光程长在椭圆形反射器占用的整个角度范围内的 基本恒定的，以及确保足够大的光功率是从圆锥面上的反射被引导进 入光纤，本专利技术的光旋转接头可以支持每个信道有5.0 Gbit/sec数据速 率的数据传输。 一个数据信道是由一个椭圆形反射器，圆锥形反射器， 接收光学子装置，接收光纤，和高速光电检测器构成。利用数据信道 阵列和围绕转子的光源传送交换数据的技术，可以实现非常高的数据 传输速率。图8中给出一个例子，其中在围绕旋转界面的圆周上安排 16个数据信道。每个数据信道可以传送数据速率5.0 Gbit/sec的光学 数据。通过对16个数据信道求和，利用本专利技术的结构，可以容易地实 现能够传输80 Gbit/sec (即，16个信道x5.0 Gbit/sec/信道)的光旋转 接头。0088例如，如图8所示，光纤旋转接头包含18个光源TX1至 TX18,它们分别等间隔地分布在围绕转子的圃周上，每个光源的标称 角间隔是20。。根据需要，光源可以发射相同的光信号，或不同的光 信号。为了在旋转界面上可以发射最大量的数据，大多数光源传送不 同的信号流。在改进光旋转接头中的定子被分成16个扇区。 一个扇区 包含一个数据信道，而扇区边界是用图8所示的放射状斜条标记。在 光源的光进入波导之前，有选择地进行切换以提供光信号给特定的数 据信道。例如，光源TX1传送光数据给信道CH1，光源TX2传送不 同组的数据给信道CH2，等等。当两个光源是在一个扇区内时，这两 个光源被切换到传送相同的数据信号。例如，在图8中，光源TX5和 TX6传送相同的信号给信道CH5。由于旋转界面的恒定光程长性质， 来自光源本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种光旋转接头，能够在转子与定子之间实现光通信，所述转子有纵轴，包括：在所述转子和定子中的一个上面安装的至少一个光源，它可以沿相对于所述纵轴的径向发射光信号；在所述转子和定子中的另一个上面安装的至少一个第一反射器，用于反射从所述光源发射的光信号，所述第一反射器包括：凹的第一反射面，取自通过所述第一反射面的平面上的线配置成有第一焦点和第二焦点的部分椭圆，所述第一焦点的位置基本与所述转子的轴重合；有第二反射面的第二反射器，它配置成部分的圆锥，并放置在所述椭圆面的第二焦点，用于接收从所述第一反射面反射的光并沿不同的方向反射光，作为所述第二反射面顶角的函数；和接收器，它安排成接收被所述第二反射面反射的光。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
【专利技术属性】
技术研发人员：K彼得楼，诺瑞斯E利维斯，黑斯E库恩斯，马丁J奥斯特晖斯，
申请(专利权)人：莫戈公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]
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