Многоканальный оптический вращающийся соединитель Советский патент 1992 года по МПК G02B6/26 

Изобретение относится к оптическим системам передачи информации, в частности к многоканальным оптическим вращающимся соединителям.

Известны многоканальные оптические вращающиеся соединители, содержащие два шарнирно соединенных крепежных узла, несущих соединяемые части оптических каналов передачи. Крепежные узлы содержат соосно установленные пары оптических контактных колец, с каждой парой которых связаны соединяемые части одного ка-, нала передачи.

Недостатком известных устройств является ограниченное число соединяемых оптических каналов передачи.

Известен многоканальный вращающийся соединитель, содержащий два шарнирно соединенных крепежных узла, несущих соединяемые части оптических каналов передачи, которые попарно оптически связаны

через компенсатор вращения световых пучков, причем компенсатор вращения установлен с возможностью вращения вокруг оси вращения крепежных узлов и связан с ним дифференциальным передаточным механизмом. Компенсатор вращения выполнен в виде призмы Дове. установленнсй между коллимирующей и фокусирующей линзами.

Недостатки устройства вытекают из недостатков оптической схемы компенсации вращения светового пучка с использованием призмы Дове. К ним относятся: повышенная чувствительность к децентрировкам, а отсюда высокие требования к точности юстировки и сложность аппаратной (конструктивной) реализации оптической схемы, большие удельные массогабаритные показатели (объем и масса соединителя, приходящиеся на один канал передачи), которые растут с числом каналов передачи и практиXJСА О СО W СА

чески ограничивают это число, так как с увеличением линейного поля оптической систе- мы и объем и масса призмы и линз увеличиваются в кубической зависимости,

Наиболее близким к предлагаемому по . технической сущности является устройство, в котором компенсатор вращения световых пучков выполнен в виде волоконно-оптического жгута с расположенными по окружно- стям торцами световодов, причем на одном из.торцов жгута торцы световодов расположены в обратной последовательности относительно расположения торцов соответствующих световодов на втором торце жгута. Благодаря такой инверсной структуре расположения одних торцов световодов по отношению к другим достигается эффект инверсии направления вращения светового пучка на выходе волоконно-оптического компенсатора по отношению к входу, как и в придменных компенсаторах.

В отличие от устройств с призменным компенсатором вращения световых пучков, это устройство лишено указанных недостатков. Вместе с тем, ему присущи такие существенные недостатки, как крайне низкая технологичность из-за низкой технологичности компенсатора вращения световых пучков и значительные амплитудные искажения сигналов. Последние обусловлены изменениями Диаграмм направленности световых лучей на выходе компенсатора, составляющими для различных участков кольцевого выхода компенсатора от нескольких градусов до нескольких десятков градусов, вследствие наличия изгибов световодов, причем с различными радиусами кривизны для различных световодов компенсатора, а также осевого скручивания световодов.

Кроме того, заметные амплитудные искажения сигналов вызываются дополнительно нарушениями в геометрии расположения световодов по торцам компенсатора, имеющими место в компенсаторе вследствие его низкой технологичности и сложной структуры.

Целью изобретения является уменьшение величины амплитудных искажений оптического сигнала и повышения технологичности устройства за счет повышения технологичности крмпенсатора вращения световых пучков.

На фиг. 1 изображен многоканальный оптический вращающийся соединитель, общий вид; на фиг. 2 - вариант размещения волоконно-оптических жгутов компенсатора вращения светового пучка; на фиг. 3 и 4 - варианты исполнения средств сопряжения соосно расположенных кольцевых торцов жгутов.

Соединитель содержит два крепежных узла 1 и 2, несущих соединяемые части 3 и 4 оптических каналов передачи, в качестве которых могут быть волоконные световоды,

фотоприемники, излучатели и так далее, в

зависимости от вида линий связи в. каналах

передачи и места установки соединителя в

линиях. На фиг. 1 соединяемые части 3 и 4 светодиоды и фотоприемники соответственно.

Крепежные узлы 1 и 2 шарнирно соединены между собой (установлены с возможностью вращения одного относительно другого). Компенсатор 5 вращения светового пучка связан с узлами 1 и 2 дифференциальным передаточным механизмом 6 на цилиндрических зубчатых колесах 7 - 10 с передаточным отношением

20

1:2

2.2 Z3

Компенсатор 5 состоит из двух жгутов 11 и 12 с регулярно уложенными волоконными световодами 13 и 14 и кольцевыми торцами 15, 16 и 17, 18. Одними концами 19 и 20 жгуты 11 и 12 установлены по оси 21 вращения крепежных узлов 1 и 2 и ориентированы в противеположные стороны, Другими концами жгуты 11 и 12 объединены,

причем жгут 12 соосно вложен в жгут 11, и оптически связаны средством сопряжения кольцевого торца 16с кольцевым торцом 17.

В качестве средства сопряжения использована вогнутая кольцевая зеркальная поверхность 22, образованная двумя соос- ными коническими поверхностями 23 и 24. Диаметр вершинного кольца 25 поверхности 22 равен полусумме средних диаметров

кольцевых торцов 16 и 17. Последние установлены вплотную к поверхностям 23 и 24 соответственно.

На фиг. 3 представлен вариант средства сопряжения в виде вогнутой кольцевой зеркальной поверхности 26, образованной вращением эллипса с фокусами 27 и 28 на средних диаметрах кольцевых торцов 16 и 17.

На фиг. 4 представлен вариант средства

сопряжения в виде тороидальной волоконно-оптической детали 29 из полукольцевых отрезков световодов 30.

Оба варианта обеспечивают меньшие

оптические потери и лучшую развязку меж- ду каналами, но в сравнении с бионическим зеркалом более сложны в изготовлении.

Соединяемые части оптических каналов передачи - светодиоды 3 и фотоприемники

4 - размещены напротив кольцевых торцов 15 и 18 и попарно оптически связаны евЦе- товодами 13 и 14,

Соединитель работает следующим образом. .

При вращении узла 1 относительно узла 2 зубчатая передача 6 приводит в движение компенсатор 5, который вращается в ту же сторону, что и узел 1, с вдвое меньшей скоростью (К 1:2). При этом скорость враще- ния узла 1 относительно компенсатора 5 оказывается равной скорости вращения компенсатора 5 относительно узла 2.

Светодиоды 3. перемещаясь относительно кольцевого торца 15, последователь- но вводят свет в световоды 13 жгута 11. Излучаясь с торцов 16 и переотражаясь от поверхности 22, свет поступает в световоды 14 и последовательно излучается с них на торце 18 жгута 12, При этом направление перемещения светового пятна по кольцу 18 оказывается противоположным направлению его перемещения по кольцу 15 (фиг. 2), а его угловая скорость равна по модулю угловой скорости вращения узла 1 относи- тельно компенсатора 5. Так как компенсатор 5 сам вращается с той же угловой скоростью, до достигается полная компенсация вращения светового пучка на входе фотоприемника 4. В результате оптическая связь между светодиодами 3 и фотоприемниками 4 не нарушается при вращении узлов 1 и 2.

Формула изобретения

1. Многоканальный оптический враща- ющийся соединитель, содержащий два шар- нирно соединенных крепежных узла,

несущих соединяемые части оптических каналов передачи, которые попарно оптически связаны через компенсатор вращения световых пучков, установленный с возможностью вращения вокруг оси вращения крепежных узлов и связанный с ними дифференциальным передаточным механизмом, причем компенсатор вращения световых пучков содержит первый волоконно-оптический жгут с кольцевыми торцами, один из концов которого соосно установлен по оси вращения крепежных узлов, отличающийся тем, что, с целью уменьшения величины амплитудных искажений оптического сигнала и повышения технологичности соединителя за счет повышения технологичности компенсатора, вращения световых пучков, световоды в волоконно-оптическом жгуте уложены регулярно, при этом в соединитель введен второй волокон- на-оптический жгут с регулярной укладкой световодов и кольцевыми торцами, один из концов которого соосно установлен по оси вращения крепежных узлов и ориентирован в противоположную сторону по отношению к ориентации установленного по оси вращения конца первого жгута, а другой конец второго жгута объединен с другим концом первого жгута, причем один из жгутов соосно вложен в другой и оптически связан с ним средством сопряжения кольцевых торцов

2. Соединитель по п. 1, отличающийся тем, что средство сопряжения выполнено в виде вогнутой кольцевой зеркальной поверхности, образованной двумя соосны- ми коническими поверхностями с ортогональными образующими.

г-гпф

Li

tt

/

Применение: оптические системы передачи информации, многоканальные оптические вращающиеся соединители. Сущность изобретения: в устройство введен второй кольцевой волоконно-оптический жгут, который соосно вложен в первый жгут, и сопрягаются эти жгуты по сигналу с помощью кольцевой зеркальной поверхности. Так как угловые скорости вращения компенсатора и светового пучка относительно компенсатора равны по модулю, то достигается полная компенсация вращения светового пучка и оптическая связь между светодиодом и фотоприемником не нарушается. 1 з. п, ф-лы, 4 ил. Ј

ссееш

Фиг.З

ФигМ