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CN107924028B - 光学旋转电气连接器 - Google Patents

光学旋转电气连接器 Download PDF

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CN107924028B
CN107924028B CN201680031622.8A CN201680031622A CN107924028B CN 107924028 B CN107924028 B CN 107924028B CN 201680031622 A CN201680031622 A CN 201680031622A CN 107924028 B CN107924028 B CN 107924028B
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rotary
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Abstract

一种电气旋转连接器(15)，其包括：第一元件(18)，所述第一元件由壳体(16)支撑；第二元件(19)，所述第二元件由壳体支撑，所述第一元件和所述第二元件构造成围绕中央轴线(X)在旋转接口(20)处相对于彼此旋转，所述第一元件(18)包括：输入电引脚(21)；电光E/O转换器(22)，其具有光源(23)；和发射透镜(28)，所述第二元件(19)包括：接收透镜(30)，其隔着旋转接口与第一元件相对；光电O/E转换器(32)，其具有光接收器(33)；和输出电引脚(35)，由此，由第一元件接收的电输入可以转换成光，光可以在轴线上横跨旋转接口传输到第二元件，并且光可以由第二元件转换成电输出，以便经由第二元件的输出电引脚传输。

Description

光学旋转电气连接器
技术领域
本发明总体涉及连接器领域并且更加特别地涉及一种光学旋转电气连接器。
背景技术
在某些应用中，光纤旋转接头用于使得两个不同束的光纤互连，而与此同时允许束中的至少一束相对于另一束旋转。例如，美国专利No.7,142,747涉及一种光纤旋转接头(FORJ)，所述光纤旋转接头具有壳体，所述壳体限定了内腔。壳体适于接合两束光纤的端部部分，其中，所述两束布置在内腔的相对两侧上。通过使得第一束光纤和第二束光纤适当地对准，第一束和第二束中的光纤的相应的对可以横跨内腔进行通讯。第一束光纤和第二束光纤通常终止于光学准直阵列。准直透镜(诸如，球透镜)可以与每根光纤相联，使得在发射通过内腔之前通过球透镜校准由其相应的光纤发射的信号。光学准直阵列中的至少一个(如果不是两个)适于相对于壳体围绕纵向轴线旋转。在2006年11月28日授权的美国专利No.7,142,747的全部内容在此以引用的方式并入本申请。
美国专利No.6,301,405涉及一种多通道光纤旋转接头，所述多通道光纤旋转接头具有调节机构，所述调节机构用于优化从束中的一组纤维束通过旋转接头传输到分离的束中的另一组纤维束的信号强度，所述分离的束布置成与第一束轴向偏移。
在某些应用中，光缆用于提供用于机载电子系统的高速数据通讯。在这种应用中，光纤连接器可以用于将光缆连接到电子系统。例如，美国专利No.7,690,849涉及一种光纤连接器插入件，所述光纤连接器插入件具有光电(O/E)转换器，所述光电转换器将电信号转换成光信号以及将光信号转换成电信号。这种O/E转换器可以包括：光发射器子组件，用于将电信号转换成光信号；以及光接收器子组件，用于将光信号转换成电信号。在2010年4月6日授权的美国专利No.7,690,849的全部内容在此以引用的方式并入本申请。
美国专利No.6,925,256涉及一种双向光发射和接收组件。该组件包括光发射器和光鉴别器，所述光鉴别器具有光检测器和干涉滤光器。在2005年8月2日授权的美国专利No.6,925,256的全部内容在此以引用的方式并入本申请。
发明内容
仅仅为解释而非限制附加参考公开的实施例的相应的部件、部分或者表面，提供了一种电气旋转连接器(15)，其包括：壳体(16)；第一元件(18)，所述第一元件由壳体支撑；第二元件(19)，所述第二元件由壳体支撑；第一元件和第二元件构造并且布置成使得第一元件或者第二元件中的一个相对于第一元件或者第二元件中的另一个围绕中央轴线(x-x)旋转；旋转接口(20)，所述旋转接口位于第一元件和第二元件之间；所述第一元件包括：输入电引脚(21)；电光E/O转换器(22)，所述电光E/O转换器耦接到输入电引脚并且具有光源(23)；和发射透镜(28)，所述发射透镜耦接到光源并且构造成引导光信号横跨旋转接口；所述第二元件包括：接收透镜(30)，所述接收透镜隔着旋转接口与第一元件相对并且构造成接收来自发射透镜的光信号；光电O/E转换器(32)，所述光电O/E转换器耦接到接收透镜并且具有光接收器(33)；和输出电引脚(35)，所述输出电引脚耦接到O/E转换器；由此，由第一元件接收的电输入可以转换成光，光可以横跨旋转接口传输到第二元件，并且光可以由第二元件转换成电输出，以便经由第二元件的输出电引脚传输。
第一元件可以是静止的，而第二元件可以由壳体旋转地支撑，以便相对于第一元件可操作地旋转。第一元件可以围绕中央轴线旋转，而第二元件可以围绕中央轴线以与第一元件不同的速度旋转。第二元件可以是静止的，而第一元件可以由壳体旋转地支撑，以便相对于第二元件可操作地旋转。旋转接口可以在发射透镜和接收透镜之间包括间隙。发射透镜可以包括扩束透镜。第一元件还可以包括发射光纤(26)，所述发射光纤耦接在光源和发射透镜之间。第一元件还可以包括聚焦透镜(25)，所述聚焦透镜耦接在光源和发射光纤之间。第二元件还可以包括接收光纤(31)，所述接收光纤耦接在接收透镜和光接收器之间。发射透镜可以包括准直透镜并且接收透镜可以包括准直透镜。输入电引脚可以包括多根导电销并且输出电引脚可以包括多根导电销。光源和光接收器可以围绕中央轴线定向。第一元件还可以包括发射光纤，所述发射光纤耦接在光源和发射透镜之间，第二元件还可以包括接收光纤，所述接收光纤耦接在接收透镜和光接收器之间，并且发射光纤和接收光纤可以各自均围绕中央轴线定向。
E/O转换器可以包括收发器(122)，所述收发器具有光接收器(124)，并且O/E转换器可以包括收发器(132)，所述收发器具有光源(134)，由此，由第二元件(119)的输出电引脚(35)接收的电输入可以转换成光，光可以横跨旋转接口(20)传输到第一元件(118)，并且光可以由第一元件转换成电输出，以便经由第一元件的输入电引脚(21)传输。横跨旋转接口从第一元件到第二元件的传输可以具有第一波长，而横跨旋转接口从第二元件到第一元件的传输可以具有第二波长，所述第二波长与第一波长不同。第一元件和第二元件各自均还可以包括分色滤光器(140，141)。从第一元件到第二元件的传输和从第二元件到第一元件的传输可以在轴线上并且是同时的。第一元件可以构造并且布置成发射多个不同波长的多个光信号并且第二元件可以构造成接收来自第一元件所发射的多个光信号。第一元件可以包括多个光源，所述多个光源构造成发射不同波长的光信号并且第二元件可以包括多个光接收器，所述多个光接收器构造成分别接收不同波长的光信号。
在另一个方面中，提供了一种电气旋转连接器(215)，其包括：壳体；第一元件(218)，所述第一元件由壳体支撑；第二元件(219)，所述第二元件由壳体支撑；第一元件和第二元件构造并且布置成使得第一元件或者第二元件中的一个相对于第一元件或者第二元件中的另一个围绕中央轴线旋转；旋转接口，所述旋转接口位于第一元件和第二元件之间；所述第一元件包括：输入光纤(221)；和发射透镜(228)，所述发射透镜耦接到输入光纤并且构造成引导光信号横跨旋转接口；所述第二元件包括：接收透镜，所述接收透镜隔着旋转接口与第一元件相对并且构造成接收来自发射透镜的光信号；光电O/E转换器，所述光电O/E转换器耦接到接收透镜并且具有光接收器；和电引脚(31)，所述电引脚耦接到E/O转换器；由此，由第一元件的输入光纤接收的光输入可以横跨旋转接口传输到第二元件，并且光可以由第二元件转换成电输出，以便经由第二元件的电引脚传输。
第二元件还可以包括接收光纤，所述接收光纤耦接在接收透镜和光接收器之间并且接收透镜可以包括准直透镜。电引脚可以包括多根导电销。O/E转换器可以包括收发器，所述收发器具有光源，由此，由第二元件的电引脚接收的电输入可以转换成光，光可以横跨旋转接口传输到第一元件，并且光可以由第一元件经由输入光纤传输。
在另一个方面中，提供了一种电气旋转连接器(315)，其包括：壳体；第一元件(318)，所述第一元件由壳体支撑；第二元件(319)，所述第二元件由壳体支撑；第一元件和第二元件构造并且布置成使得第一元件或者第二元件中的一个相对于第一元件或者第二元件中的另一个围绕中央轴线旋转；旋转接口，所述旋转接口位于第一元件和第二元件之间；所述第一元件包括：电引脚；电光E/O转换器，所述电光E/O转换器耦接到电引脚并且具有光源；和发射透镜，所述发射透镜耦接到光源并且构造成引导光信号横跨旋转接口；所述第二元件包括：接收透镜，所述接收透镜隔着旋转接口与第一元件相对并且构造成接收来自发射透镜的光信号；和接收光纤(335)，所述接收光纤耦接到接收透镜；由此，由第一元件接收的电输入可以转换成光，光可以横跨旋转接口传输到第二元件，并且光可以由第二元件经由接收光纤传输。
第一元件还可以包括：发射光纤，所述发射光纤耦接在光源和发射透镜之间；和聚焦透镜，所述聚焦透镜耦接在光源和发射光纤之间。接收透镜可以包括准直透镜。电引脚可以包括多根导电销。E/O转换器可以包括收发器，所述收发器具有光接收器，由此，由第二元件的光纤和接收透镜接收的光输入可以横跨旋转接口传输到第一元件，并且光可以由第一元件转换成电输出，以便经由第一元件的电引脚传输。第一元件和第二元件还可以各自均包括分色滤光器。
附图说明
图1是改进的电气旋转连接器的第一实施例的局部剖视并且局部等距的视图。
图2是图1中示出的电气旋转连接器的纵向竖直剖视图。
图3是改进的电气旋转连接器的第二实施例的纵向竖直剖视图。
图4是改进的电气旋转连接器的第三实施例的局部剖视并且局部等距的视图。
图5是改进的电气旋转连接器的第四实施例的局部剖视并且局部等距的视图。
具体实施方式
在开始，应当明确理解的是当通过整个撰写的说明书可以进一步描述或者解释元件、部分或者表面时，相同的附图标记用于表示各个附图中相同的结构元件、部分或者表面，在整个撰写的说明书中，具体实施方式是成一体的一部分。除非另外说明，否则与说明书一起解读附图(例如，双向影线、部件的布置方案、比例、度等)并且附图被认为是本发明的整个撰写的说明书的一部分。当在以下描述中使用时，术语“水平”、“竖直”、“左”、“右”、“上”和“下”以及其形容词和副词派生词(例如，“水平地、“向右地”、“向上地”等)仅仅指的是当特定附图面向阅读者时示出的结构的取向。类似地，术语“向内地”和“向外地”通常指的是表面相对于其伸长轴线或者在适当情况下相对于其旋转轴线的取向。
现在参照附图，并且更加特别地参照附图中的图1，提供了一种改进的电气旋转连接器，所述电气旋转连接器的第一实施例总体用附图标记15表示。连接器15示出为宽泛地包括壳体16，所述壳体大体上支撑静止连接器元件18和旋转连接器元件19。元件18和19大体上定位在旋转接口或者接头20的相对两侧上并且构造成在轴线上传输光信号横跨旋转接头20。
如图所示，壳体16包括第一壳体部分或者子组件38以及第二壳体部分或者子组件39。壳体部分38支撑连接器元件18并且壳体部分39相对于壳体部分38旋转地支撑连接器元件19。壳体16构造成在连接器元件18和19之间提供旋转接头，所述旋转接头允许连接器元件18或者19中的至少一个相对于另一个旋转。尽管在本实施例中元件18大体上保持静止而元件19大体上允许围绕其纵向轴线x-x旋转，但是替代地，两个元件18和19可以构造成以不同的速度和/或沿着不同的方向围绕轴线x-x旋转。作为另一个替代方案，连接器元件19可以构造成保持静止，而元件18大体上上允许围绕其纵向轴线x-x旋转。因此，连接器元件18和19中的一个或两个被可旋转地安装，使得一个元件可以围绕其相应的纵向轴线相对于另一个元件旋转。
如图所示，壳体16是大体圆筒的构件，所述构件具有伸长内圆筒腔42，其中，壳体部分38重叠在壳体部分39上。为了促进连接器元件19相对于连接器元件18旋转，壳体部分39包括中间环形凸缘43，所述凸缘从轴线x-x径向向外延伸。壳体部分38继而包括环形的槽44，所述槽构造成以旋转滑动接合的方式接收壳体部分39的环形凸缘43。部分39因此可以相对于部分38围绕轴线x-x旋转，但是没有相对于部分38沿着轴线x-x发生显著移动。因此，中间凸缘43接合槽44，以便促进壳体部分39相对于壳体部分38旋转，并且因此允许连接器元件19相对于连接器元件18在旋转接口20处旋转。在这个实施例中，不需要衬套或者其它轴承结构。然而，如果需要可以采用衬套或者滚动元件。
为了将连接器元件18保持在由壳体部分38形成的圆筒通道42中，环形凸缘或者环45从连接器元件18的套筒50径向向外延伸并且抵靠壳体部分38的特别构造的环形肩部48支承，以将连接器元件18轴向保持在通道42中。类似地，环形凸缘或者环46从连接器元件19的套筒51径向向外延伸并且抵靠壳体部分39的特别构造的环形肩部49支承，以将连接器元件19轴向保持在通道42中。元件18和19定位在通道42中，使得它们相应地相对的右端和左端之间的间隙设置在旋转接口20处。然而，元件18和19可以根据需要以其它方式相对于彼此保持并且可旋转地安装。
如图2所示，光连接器元件18大体上包括电引脚21、印刷电路板54、E/O转换器22、聚焦透镜25、光纤套箍插芯27和扩大准直透镜28，所有这些部件均保持在大体圆筒的套筒50中。在这个实施例中，电引脚21包括多根导电销，所述多根导电销由套筒50的端部部分52承载并且延伸通过所述端部部分。导电销延伸通过端部部分52，以便限定多个外部电连接销。这允许连接器元件18易于连接到电路。导电销21毗邻电路板左端在内部耦接到电路板54。在这个实施例中，设置六个导电销，其中，三个导电销位于电路板54的上方，而三个导电销位于电路板54的下方。然而，引脚21可以包括仅仅一个或者多于所示的六个的销。
如图所示，壳体套筒50具有圆筒形状，所述圆筒形状沿着纵向轴线x-x伸长并且电路板54示出安装成在套筒50内沿着纵向轴线x-x延伸。第二多个导电销从E/O转换器22延伸，所述E/O转换器还毗邻电路板右端耦接到电路板54。因此，电路板54在其左端处机械地并且电气地耦接到第一多个导电销21并且电路板54在其右端处通过第二多个导电销机械地并且电气地耦接到E/O转换器22。
E/O转换器22包括光源23和由电路板54承载并且耦接到光源23的电路。如本领域中的技术人员将理解的那样，光源23可以包括激光、发光二极管或任何其它适当的光源。如图所示，E/O转换器21具有与TO-can光封装相兼容的形状。在这个实施例中，E/O转换器21包括光发射子组件(TOSA)。
光纤终端组件耦接到E/O转换器22。光纤终端组件包括聚焦透镜25、光纤套箍插芯27和光纤26。聚焦透镜25耦接在E/O转换器22和光纤26之间并且准确地聚焦来自光源23的光信号或者光并且将其引导到由光纤套箍插芯27承载的光纤26。如本领域中的技术人员可以理解的那样，透镜25可以包括任何形式的聚焦透镜。此外，可以使用能够将来自光源23的光信号引导到由光学套箍插芯27承载的光纤26的任何装置。
如图所示，透镜28可选地通过光纤26耦接到光源23。透镜28扩大来自由光纤套箍插芯27承载的光纤26的光信号并且在轴x-x上引导它横跨旋转接头20的间隙而到达连接器元件19的接收透镜30。在这个实施例中，透镜28是扩束准直透镜，诸如球透镜。然而，可以使用其它扩束透镜。如图所示，透镜28被保持在套筒50内的框架中并且居中位于来自光源23的通过光纤26的光束上。在这个实施例中，光纤26、光纤插芯27和透镜28定向在轴线x-x上。
光连接器元件19的左端隔着旋转接口20处的间隙面向光连接器元件18的右端。如图2所示，光连接器元件19大体上包括准直透镜30、光纤套箍插芯37、聚焦透镜25、O/E转换器32、印刷电路板55和电引脚35，所有这些部件均保持在大体圆筒的套筒51中。
如图所示，透镜30定位在轴线x-x上，以便接收被引导成从相对的透镜28横跨旋转接头20的间隙的光信号并且将其聚焦到由光纤套箍插芯37承载的光纤31中。在这个实施例中，透镜30的透镜尺寸和类型与准直透镜28(诸如，球透镜)的尺寸和类型相同。然而，还可以使用其它聚束透镜。如图所示，透镜30被保持在套筒51内的框架中并且相对于光纤31和光纤插芯36居中位于轴线x-x上。
光纤组件耦接在透镜30和O/E转换器32之间。光纤终端组件包括光纤套箍插芯37、光纤31和聚焦透镜36。聚焦透镜36耦接在O/E转换器32和光纤31之间并且准确地聚焦来自由光纤套箍插芯37承载的光纤31的光信号或者光并且将其引导到O/E转换器32的光接收器或者二极管33。如本领域中的技术人员可以理解的那样，透镜36可以包括任何形式的聚焦透镜。此外，可以使用能够将来自由光纤套箍插芯37承载的光纤31的光信号引导到光接收器33的任何装置。
O/E转换器32包括光检测器或者接收器33以及由电路板56承载并且耦接到光检测器33的电路和放大器。如本领域中的技术人员将理解的那样，光检测器33可以包括PIN型光电二极管、感光耦合装置或者任何其它适当的光敏装置。如图所示，O/E转换器32具有与TO-can光封装相兼容的形状。
如图所示，壳体套筒51具有圆筒形状，所述圆筒形状沿着纵向轴线x-x伸长并且电路板55示出安装成在套筒51内沿着纵向轴线x-x延伸。第一多个导电销从O/E转换器32延伸，所述第一多个导电销还毗邻电路板左端耦接到电路板55。因此，电路板55在其左端处通过第一多个导电销机械地并且电气地耦接O/E转换器32。
在这个实施例中，电引脚35包括多个导电销，所述多个导电销由套筒51的端部部分53承载并且延伸通过所述端部部分。导电销35毗邻电路板右端在内部耦接到电路板55。导电销延伸通过端部部分53，以便限定多个外部电连接销35。这允许连接器元件19易于连接到电路。在这个实施例中，设置六个导电销，其中，三个销位于电路板55的上方，而三个销位于电路板55的下方。然而，引脚35可以包括仅仅一个销或者多于所示的六个销。因此，电路板55在其右端处机械地并且电气地耦接到第二多个导电销35。
因此，设置电气接口或者接头，所述电气接口或者接头具有安置在旋转部件的中央轴线上的光发射器和光接收器。位于套箍插芯27右端处的透镜28将光束扩大到现实可接受的直径和角度。连接器元件18和19的光学面对准，以便允许光在轴线上横跨间隙20传输。电信号通过销21输入到E/O转换器22和激光器23，以便转换成光，这种光继而被PIN型二极管33接收并且由O/E转换器32转换回电信号，以便通过引脚35输出。因为光链路15仅仅需要成功地使得信号横跨旋转接口20是可接受的而不必需要最小化光损耗，较之典型的FORJ而言导致产生光损耗的问题不是很重要。即，光学接口的质量仅仅需要好到不发生故障即可。如果存在非常高的损耗，则这与系统的性能无关，原因在于连接器15的两个端部是电气的而非光学的。因此，旋转连接器15的性能要求已经从最小化光损耗改变为最大化针对横跨旋转接头20的未对准的系统容差。因此，连接器15不是常规的FORJ，也不是常规的滑环，而是完全新的。可以封装不同波长和/或数据速率的光发射器、接收器或者收发器，以便产生各种不同的解决方案。另外，可以将多个发射器和/或接收器与分光器和/或滤光器(即，光波分割多路复用器)一起封装在系统15中，以实现另外的通道/数据吞吐量。
利用连接器15，电信号的电子被从源传送到第一连接器元件的端部处的电引脚。这些电子通过电引脚行进并且进入到电光转换器中，在所述电光转换器中，电子被转换成激光。这种光随后穿过透镜，并且透镜辅助光准直地进入到光纤插芯中。因此光从激光器通过透镜进入到光纤插芯中。光纤插芯平行于连接器的中央轴线并且球透镜或者其它扩束透镜位于光纤插芯的端部处，以便扩大光束。扩大的光束随后通过空气间隙横跨旋转接口并且被第二连接器元件的相应的透镜接收。该透镜使得光返回到第二光纤插芯。光电二极管接收器位于光纤插芯的另一个端部处，所述光电二级管接收器将光子转换回电子，以便通过第二连接器元件的另一个端部处的电引脚输出。因此这种输入到旋转连接器的一侧中的电子与从旋转连接器的另一侧输出的电子完全相同。
因此，在旋转连接器15内部完成信号的电光转换。对于用户而言，信号体现为连接器15的两端上的电信号，但是光学技术用于在连接器15内部的旋转接口20上进行轴线上信号传输。这允许在显著低于其它方法或者装置的成本的成本下在旋转接口上实现高数据速率。这还导致显著更小的解决方案。这种连接器将在不必对基础设计进行任何改变的情况下适应随着时间推移的更高的数据速率。
图3示出了连接器的双向第二实施例115。这个实施例关于连接器元件18和19的壳体和旋转对准与图1和2示出的实施例类似。然而，在这个实施例中，E/O转换器22和O/E转换器32已经分别由光/电收发器122和132替代。
收发器122包括光源123、光鉴别器100、监测二极管101和由电路板154承载的电路。在这个实施例中，光源123包括激光二极管。如本领域中的技术人员将理解的那样，光源123可以包括激光器、发光二极管或者任何其它适当的光源或者发射器。在这个实施例中，光鉴别器100包括PIN型光电二级管的光检测器124，所述光检测器具有二向色薄膜涂层140。如本领域中的技术人员将理解的那样，光检测器124可以包括光电二极管、感光耦合装置或者任何其它适当的光敏装置。因此，鉴别器100由光检测器和布置在光检测器上的干涉滤光器形成。透镜125的端面面向具有滤光器140的光鉴别器100。鉴别器100还相对于光发射器123布置。发射器123、鉴别器100和透镜125形成了有时称作BOSA的双向光学子组件的主要部件。
光信号λ1被从光发射器123向下传输到滤光器140的表面上，由此，由滤光器140将辐射信号λ1朝向透镜125反射。辐射信号λ1然后被传输通过透镜125并且由透镜125聚焦到几乎与光纤26的端部重合的空间点上，以便传输通过光纤26和透镜28横跨旋转间隙20抵达连接器元件119的透镜30和光纤31。双向光路径不仅仅包括辐射信号λ1而且还包括来自连接器元件119的返回辐射信号λ2。辐射信号λ2从光纤26朝向透镜125传输。透镜125随后将辐射信号λ2聚焦到鉴别器100和二极管124的吸收区域上。
图3还示出了监测二极管101，所述监测二极管监测激光二极管123。监测二极管101包括吸收区域，所述吸收区域从激光二级管123接收具有第一波长λ1的辐射。该辐射来自激光二极管123的条状波导的背朝发射器出射光瞳的端面。如图所示，发射器123、鉴别器100和监测二极管101由基架支撑，所述基架布置成相互间隔开。
收发器132包括光源134、光鉴别器102、监测二极管103和由电路板155承载的电路。在这个实施例中，光源134包括激光二极管。如本领域中的技术人员将理解的那样，光源134可以包括激光器、发光二极管或者任何其它适当的光源或者发射器。在这个实施例中，光鉴别器102包括PIN型光电二级管的光检测器133，所述光检测器具有二向色薄膜涂层141。如本领域中的技术人员将理解的那样，光检测器133可以包括光电二极管、感光耦合装置或者任何其它适当的光敏装置。因此，鉴别器102由光电检测器和布置在光电检测器上的干涉滤光器形成。透镜136的端面面向具有滤光器141的光鉴别器102。鉴别器102还相对于光发射器134布置。发射器134、鉴别器102和透镜136还形成了双向光学子组件的主要部件。
光信号λ2被从光发射器134向下传输到滤光器141的表面上，由此，由滤光器140将辐射信号λ2朝向透镜136反射。辐射信号λ2然后被传输通过透镜136并且由透镜136聚焦到几乎与光纤31的端部重合的空间点上，以便传输通过光纤31和透镜30横跨旋转间隙20抵达连接器元件118的透镜28和光纤26。双向光路径不仅仅包括辐射信号λ2而且还包括来自连接器元件118的返回辐射信号λ1。辐射信号λ1从光纤31朝向透镜136传输。透镜136随后将辐射信号λ1聚焦到鉴别器102和二极管133的吸收区域上。
图3还示出了监测二极管103，所述监测二极管监测激光二极管134。监测二极管103包括吸收区域，所述吸收区域从激光二级管134接收具有第一波长λ2的辐射。该辐射来自激光二极管134的条状波导的背朝发射器出射光瞳的端面。如图所示，发射器134、鉴别器102和监测二极管103由基架支撑，所述基架布置成相互间隔开。
因此，连接器115允许第一连接器元件118在第一波长条件下沿着一个方向传输并且允许第二元件119在第二波长条件下沿着另一个方面传输。根据需要，波长可以基于激光传输进行混合和匹配。因此每个激光器均可以以特定的波长发射并且滤光器可以针对该波长具体调谐。例如并且不受限制的，连接器元件118可以具有1310纳米的发射器并且第二连接器元件119可以具有反射1310纳米的分色滤光器，并且第二连接器元件119可以在850纳米的条件下发射并且第一连接器元件可以具有反射850纳米的分色滤光器。因此，由连接器元件118的电引脚21接收的电输入可以转换成光，光可以横跨旋转接口20在轴线上传输至连接器元件119，并且光可以由连接器元件119转换成电输出，以便经由连接器元件119的电引脚35传输，并且同时由连接器元件119的电引脚35接收的电输入可以转换成光，光可以横跨旋转接口20在轴线上传输至连接器元件118，并且光可以由连接器元件118转换成电输出，以便经由连接器元件118的电引脚21传输。
可以添加另外的激光器、接收器和光纤，以提供多个双向传输。因此，连接器元件118可以构造并且布置成传输多个不同波长的多个光信号并且连接器元件119可以构造成从连接器元件118接收传输的多个光信号。类似地，连接器元件119可以包括多个光源，所述多个光源构造成发射多个不同波长的多个光信号并且连接器元件118可以包括多个光接收器，所述多个光接收器构造成从连接器元件119接收不同波长的光信号。
图4示出了第三实施例连接器215。这个实施例关于连接器元件218和219的壳体和旋转对准与图1和2示出的实施例类似。与连接器15类似，连接器215的左连接器元件218大体上保持静止而右连接器元件219大体上允许围绕其纵向轴线x-x相对于连接器元件218旋转。此外，连接器元件219的构造与图2中的连接器元件19的构造相同，大体上具有准直透镜、光纤套箍插芯、聚焦透镜、O/E转换器、印刷电路板和电引脚35，所有这些部件均保持在大体圆筒的套筒51中。这允许连接器元件219易于连接到电路。
然而，与图2中的连接器元件18不同，在这个实施例中，连接器元件218不包括电引脚、印刷电路板、E/O转换器和聚焦透镜。替代地，连接器元件218仅仅包括与光纤插芯221和其中的光纤光通讯的透镜228。光纤221在套筒250内从透镜228延伸通过套筒250的左端部分。这允许连接器元件218易于连接到光纤系统。
在这个实施例中，旋转连接器215的一侧218仅仅包括光纤221而另一侧319包括接收器和O/E转换器。因此，在这个实施例中，旋转连接器215允许在旋转接口20的一侧上光经由光纤221输入到连接器元件218并且在旋转接口20的另一侧219上电经由引脚35输出。光信号在旋转接口20的一侧218上接收并且在轴线上传输到旋转接口20的另一侧219，在所述另一侧，光信号转换成电信号，以便作为电信号输出。因此，在旋转接口的一侧上接收光子而从旋转接口的另一侧传输电子。
图5示出了第四实施例连接器315。这个实施例也关于连接器元件318和319的壳体和旋转对准与图1和2示出的实施例类似。与连接器15类似，连接器315的左连接器元件318大体上保持静止而右连接器元件319大体上允许围绕其纵向轴线x-x相对于连接器元件318旋转。此外，连接器元件318的构造与图2中的连接器元件18的构造相同，大体上具有电引脚、印刷电路板、E/O转换器、聚焦透镜、光纤套箍插芯和扩张准直透镜28，所有这些部件均保持在大体圆筒的套筒50中。这允许连接器元件18易于连接到电路。
然而，与图2中的连接器元件19不同，在这个实施例中，连接器元件319不包括聚焦透镜、O/E转换器、印刷电路板和电引脚。替代地，连接器元件319仅仅包括与光纤插芯335和光纤331光通讯的透镜。光纤331在套筒351内从旋转接头20处的接收透镜延伸通过套筒351的右端部分。这允许连接器元件319易于连接到光纤系统。
在这个实施例中，旋转连接器315的一侧318包括E/O转换器和发射器但是另一侧仅仅包括光纤331。因此，在这个实施例中，旋转连接器315允许在旋转接口20的一侧上电经由引脚21输入到连接器元件318并且在旋转接口20的另一侧上光经由光纤331输出。电信号由旋转接口20的一侧上的引脚21接收，在所述一侧，电信号转换成光信号并且在轴线上传输到旋转接口20的另一侧，以便经由光纤331作为光信号输出。因此，在旋转接口的一侧上接收电子而从旋转接口的另一侧传输光子。
本发明设想可以实施多种变形方案和修改方案。因此，尽管已经示出和描述了改进的旋转连接器的形式并且讨论了多个替代方案，但是本领域中的技术人员将易于理解的是在不背离由附属权利要求限定和区分的本发明的范围的前提下可以实施多种另外的变形方案和修改方案。

Claims (26)

1.一种非接触旋转连接器，其用于横跨由两个可相对移动的构件限定的接口传输信号，所述非接触旋转连接器包括：
壳体；
由所述壳体支撑的第一元件；
由所述壳体支撑的第二元件；
所述第一元件和所述第二元件构造并且布置成使得所述第一元件或者所述第二元件中的一个相对于所述第一元件或者所述第二元件中的另一个围绕中央轴线旋转；
所述第一元件和所述第二元件之间的旋转接口；
所述第一元件包括：
输入电引脚；
电光E/O转换器，其耦接到所述输入电引脚并且具有光源；和
发射透镜，其耦接到所述光源并且构造成引导光信号横跨所述旋转接口；
发射光纤，其耦接在所述光源和所述发射透镜之间；
聚焦透镜，其耦接在所述光源和所述发射光纤之间；
所述第二元件包括：
接收透镜，其隔着所述旋转接口与所述第一元件相对并且构造成接收来自所述发射透镜的所述光信号；
光电O/E转换器，其耦接到所述接收透镜并且具有光接收器；和
输出电引脚，其耦接到所述O/E转换器；
由此，由所述第一元件接收的电输入转换成光，所述光横跨所述旋转接口传输到所述第二元件，并且所述光由所述第二元件转换成电输出，以便经由所述第二元件的所述输出电引脚传输。
2.根据权利要求1所述的非接触旋转连接器，其中，所述第一元件是静止的而所述第二元件由所述壳体旋转地支撑并且相对于所述第一元件旋转。
3.根据权利要求1所述的非接触旋转连接器，其中，所述第一元件围绕所述中央轴线旋转而所述第二元件围绕所述中央轴线以与所述第一元件不同的速度旋转。
4.根据权利要求1所述的非接触旋转连接器，其中，所述第二元件是静止的而所述第一元件由所述壳体旋转地支撑并且相对于所述第二元件旋转。
5.根据权利要求1所述的非接触旋转连接器，其中，所述旋转接口在所述发射透镜和所述接收透镜之间包括间隙。
6.根据权利要求1所述的非接触旋转连接器，其中，所述发射透镜包括扩束透镜。
7.根据权利要求1所述的非接触旋转连接器，其中，所述第二元件还包括接收光纤，所述接收光纤耦接在所述接收透镜和所述光接收器之间。
8.根据权利要求7所述的非接触旋转连接器，其中，所述发射透镜包括扩大准直透镜并且所述接收透镜包括准直透镜。
9.根据权利要求1所述的非接触旋转连接器，其中，所述输入电引脚包括多根导电销并且所述输出电引脚包括多根导电销。
10.根据权利要求1所述的非接触旋转连接器，其中，所述光源和所述光接收器各自均围绕所述中央轴线定向。
11.根据权利要求1所述的非接触旋转连接器，其中，所述第二元件还包括接收光纤，所述接收光纤耦接在所述接收透镜和所述光接收器之间，并且所述发射光纤和所述接收光纤各自均围绕所述中央轴线定向。
12.根据权利要求1所述的非接触旋转连接器，其中，
所述E/O转换器包括收发器，所述收发器具有光接收器；并且
所述O/E转换器包括收发器，所述收发器具有光源；
由此，由所述第二元件的所述输出电引脚接收的电输入转换成光，所述光横跨所述旋转接口传输到所述第一元件，并且所述光由所述第一元件转换成电输出，以便经由所述第一元件的所述输入电引脚传输。
13.根据权利要求12所述的非接触旋转连接器，其中，从所述第一元件横跨旋转接口的所述传输具有第一波长并且从所述第二元件横跨所述旋转接口的所述传输具有第二波长，所述第二波长与所述第一波长不同。
14.根据权利要求13所述的非接触旋转连接器，其中，所述第一元件和所述第二元件各自均还包括分色滤光器。
15.根据权利要求12所述的非接触旋转连接器，其中，从所述第一元件传输到所述第二元件的所述传输和从所述第二元件到所述第一元件的所述传输是同时的。
16.根据权利要求1所述的非接触旋转连接器，其中，所述第一元件构造并且布置成发射多个不同波长的多个光信号并且所述第二元件构造成接收来自所述第一元件所发射的所述多个光信号。
17.根据权利要求16所述的非接触旋转连接器，其中，所述第一元件包括多个光源，所述多个光源构造成发射所述多个不同波长的所述光信号并且所述第二元件包括多个光接收器，所述多个光接收器构造成分别接收所述不同波长的所述光信号。
18.一种非接触旋转连接器，其用于横跨由两个可相对移动的构件限定的接口传输信号，所述非接触旋转连接器包括：
壳体；
由所述壳体支撑的第一元件；
由所述壳体支撑的第二元件；
所述第一元件和所述第二元件构造并且布置成使得所述第一元件或者所述第二元件中的一个相对于所述第一元件或者所述第二元件中的另一个围绕中央轴线旋转；
所述第一元件和所述第二元件之间的旋转接口；
所述第一元件包括：
输入光纤；和
发射透镜，其耦接到所述输入光纤并且构造成引导光信号横跨所述旋转接口；
所述第二元件包括：
接收透镜，其隔着所述旋转接口与所述第一元件相对并且构造成接收来自所述发射透镜的所述光信号；
光电O/E转换器，其耦接到所述接收透镜并且具有光接收器；
接收光纤，其耦接在所述接收透镜和所述光接收器之间；
聚焦透镜，其耦接在所述接收光纤和所述O/E转换器之间；和
电引脚，其耦接到所述O/E转换器；
由此，由所述第一元件的所述输入光纤接收的光输入横跨所述旋转接口传输到所述第二元件，并且所述光由所述第二元件转换成电输出，以便经由所述第二元件的所述电引脚传输。
19.根据权利要求18所述的非接触旋转连接器，其中，所述接收透镜包括准直透镜。
20.根据权利要求18所述的非接触旋转连接器，其中，所述电引脚包括多根导电销。
21.根据权利要求18所述的非接触旋转连接器，其中，所述O/E转换器包括收发器，所述收发器具有光源，由此，由所述第二元件的所述电引脚接收的电输入转换成光，所述光横跨所述旋转接口传输到所述第一元件，并且所述光由所述第一元件经由所述输入光纤传输。
22.一种非接触旋转连接器，其用于横跨由两个可相对移动的构件限定的接口传输信号，所述非接触旋转连接器包括：
壳体；
由所述壳体支撑的第一元件；
由所述壳体支撑的第二元件；
所述第一元件和所述第二元件构造并且布置成使得所述第一元件或者所述第二元件中的一个相对于所述第一元件或者所述第二元件中的另一个围绕中央轴线旋转；
所述第一元件和所述第二元件之间的旋转接口；
所述第一元件包括：
电引脚；
电光E/O转换器，其耦接到所述电引脚并且具有光源；和
发射透镜，其耦接到所述光源并且构造成引导光信号横跨所述旋转接口；
发射光纤，其耦接在所述光源和所述发射透镜之间；
聚焦透镜，其耦接在所述光源和所述发射光纤之间；所述第二元件包括：
接收透镜，其隔着所述旋转接口与所述第一元件相对并且构造成接收来自所述发射透镜的所述光信号；和
接收光纤，其耦接到所述接收透镜：
由此，由所述第一元件接收的电输入转换成光，所述光横跨所述旋转接口传输到所述第二元件，并且所述光由所述第二元件经由所述接收光纤传输。
23.根据权利要求22所述的非接触旋转连接器，其中，所述接收透镜包括准直透镜。
24.根据权利要求22所述的非接触旋转连接器，其中，所述电引脚包括多根导电销。
25.根据权利要求22所述的非接触旋转连接器，其中，所述E/O转换器包括收发器，所述收发器具有光接收器，由此，由所述第二元件的所述光纤和所述接收透镜接收的光输入横跨所述旋转接口传输到所述第一元件，并且所述光由所述第一元件转换成电输出，以便经由所述第一元件的所述电引脚传输。
26.根据权利要求25所述的非接触旋转连接器，其中，所述第一元件和所述第二元件各自均还包括分色滤光器。
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