專利名稱：光纖旋轉(zhuǎn)接頭、其應(yīng)用方法和光纖裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及光纖旋轉(zhuǎn)接頭，而尤其涉及改進的小型低成本光纖旋轉(zhuǎn)接頭(“F0RJ”)，它使高數(shù)據(jù)速率(如，2. 5Gbps或更高)數(shù)字光信號的傳輸能越過轉(zhuǎn)子和定子的面對面外圍表面之間的界面，涉及其應(yīng)用方法，以及涉及改進的光纖裝置。
背景技術(shù)：
光纖旋轉(zhuǎn)接頭存在數(shù)不清的不同形式和結(jié)構(gòu)。在許多情形中，這樣的接頭有轉(zhuǎn)子，被安裝成相對于定子作旋轉(zhuǎn)運動。ー個或多個光信號能夠越過轉(zhuǎn)子和定子之間的界面被發(fā)送(即，從轉(zhuǎn)子到定子和/或反過來)。無接觸離軸光纖旋轉(zhuǎn)接頭已經(jīng)被研發(fā)，諸如被公開在美國專利U.S. Pat.No. 4，525，025A中，該專利被轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的受讓人。該‘025專利公開ー種發(fā)送脈沖光信 號越過旋轉(zhuǎn)界面的光纖旋轉(zhuǎn)接頭。該裝置包含形成在定子上的環(huán)形反射壁，以及同樣被安裝在定子上并有一端被布置成沿切向貼近該環(huán)形反射壁的光纖。由多個安裝在轉(zhuǎn)子上的光纖之ー發(fā)射的信號，將越過轉(zhuǎn)子和定子之間的環(huán)形界面被發(fā)送，將沿環(huán)形反射壁被反射，以及將被安裝在定子上的光纖相應(yīng)的之一接收。按一般類似于‘025專利中公開的方式構(gòu)造的實際接頭，由于引起比特脈沖寬度畸變的各種不同的傳播延吋，被限制于約10到12英寸的轉(zhuǎn)子直徑和50兆比特/秒(“Mbps”)的數(shù)據(jù)傳輸速率。存在需求的接頭是，有101. 6-127. O厘米(B卩，40-50英寸)的轉(zhuǎn)子直徑、使用有1-3吉比特/秒(“Gbps”)或更高數(shù)據(jù)傳遞速率的脈沖光信號。要滿足這些要求，兩個準(zhǔn)則必須被滿足。第一，隨旋轉(zhuǎn)的光學(xué)變化必須最小。第二，傳播延時必須受控制，以使它們對比特脈沖寬度畸變的作用降至最少。美國專利U. S. Pat. No. 5，336，897A公開ー種光學(xué)數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備，用于在X射線CT掃描儀的旋轉(zhuǎn)和固定部分之間發(fā)送信號。該設(shè)備包含發(fā)光元件，被布置在該旋轉(zhuǎn)部分的側(cè)平面，該側(cè)平面垂直于該部分的旋轉(zhuǎn)軸。該發(fā)光元件按照傳輸數(shù)據(jù)被均勻地驅(qū)動，以便沿平行于旋轉(zhuǎn)軸的方向發(fā)射光。光接收元件被排列在固定部分的側(cè)平面上，面對該發(fā)光元件。發(fā)光元件之間的間隔被設(shè)定，使各個不同發(fā)光元件形成的照射區(qū)域，在光接收元件上部分地相互重疊。由此，光接收元件總是從發(fā)光元件的一個或兩個接收光。在旋轉(zhuǎn)部分的旋轉(zhuǎn)期間，數(shù)據(jù)能夠從所有發(fā)光元件連續(xù)地被發(fā)送到各個不同光接收元件。美國專利U. S. Pat. No. 5，991，478A 和美國專利 U. S. Pat. No. 6，104，849A 公開在定子上有波導(dǎo)的F0RJ。單向的和雙向的FORJ被公開，用于發(fā)送至少ー個光信號越過旋轉(zhuǎn)界面。該FORJ包含有波導(dǎo)的定子。該轉(zhuǎn)子可360°旋轉(zhuǎn)，且與定子同心。光發(fā)送器被定位在定子和轉(zhuǎn)子中的之一的第一圓周上。每ー發(fā)送器發(fā)射光信號。光接收器被定位在定子和轉(zhuǎn)子中的另ー個的第二圓周上。每ー被發(fā)送的光信號沿切向被發(fā)射，進入該波導(dǎo)，并在其所沿的短弦長度中被反射。每一光信號至少被第二多個光接收器之一在轉(zhuǎn)子和定子之間的任一相對角度位置處被接收。光接收器的數(shù)量大于光發(fā)送器的數(shù)量。某些接收器在轉(zhuǎn)子360°旋轉(zhuǎn)的部分期間，不接收光信號。
美國專利U. S. Pat. No. 6，385，367B1公開的F0RJ，包括被定位在定子上的多個分段的沿圓周間隔開的波導(dǎo)。波導(dǎo)之間的空間是不反射的。每一波導(dǎo)有光學(xué)拾取器。多個光發(fā)送器被定位在轉(zhuǎn)子上。在該優(yōu)選實施例中，有16個發(fā)送器,8個發(fā)送器在任ー給定時間發(fā)送，另8個發(fā)送器在該相同時間被斷開。該參考文獻還教導(dǎo)使用開關(guān)路由每ー輸入數(shù)據(jù)流到合適的發(fā)送器，該發(fā)送器向用于該轉(zhuǎn)子相對于定子的特定角度位置的預(yù)定波導(dǎo)段，發(fā)送對應(yīng)的光信號，以便每一發(fā)送器將在該特定角度位置上，發(fā)送單獨光信號到它的關(guān)聯(lián)的波導(dǎo)。美國專利U. S. Pat. No. 6，453，088B1公開用于大直徑FORJ的分段的波導(dǎo)。波導(dǎo)被安裝于現(xiàn)有定子表面。每一波導(dǎo)能從轉(zhuǎn)子接 收信號。該FORJ包含轉(zhuǎn)子和現(xiàn)有定子表面。轉(zhuǎn)子可360°旋轉(zhuǎn)，并與現(xiàn)有定子表面同心。轉(zhuǎn)子有被連接到轉(zhuǎn)子的第一圓周的多個光發(fā)送器和接收器之一。波導(dǎo)包含反射波導(dǎo)表面，被做成與現(xiàn)有定子表面一部分匹配的形狀。至少一個波導(dǎo)支架夾持該反射波導(dǎo)表面并被連接到現(xiàn)有定子。至少ー個光發(fā)送器或光接收器在光學(xué)上被耦合到反射波導(dǎo)表面。美國專利U. S. Pat. No. 6，907, 161 B2公開的FORJ消除了透鏡/棱鏡組件和多個拾取器光纖，這些拾取器光纖必須對檢測器是像透鏡那樣放大的，以獲得供系統(tǒng)工作的足夠的信號強度。該FORJ還補償某些系統(tǒng)部件的ー些快速上升和下降時間。單個拾取器，無論是光纖的還是光電ニ極管的，被放置在波導(dǎo)的一端。透鏡或透鏡系統(tǒng)被用于聚焦單個光信號到光纖面或光電ニ極管有效區(qū)域上。各種不同的光注入技術(shù)，諸如光纖、光纖/透鏡組件、有透鏡的VCEL，激光器、LED如此等等，能夠根據(jù)在系統(tǒng)中的位置而被利用。美國專利U. S. Pat. No. 6，980, 714 B2公開FORJ和關(guān)聯(lián)的反射器組件，用于支持轉(zhuǎn)子和定子之間的光通信。該FORJ包含至少ー個由轉(zhuǎn)子或定子承載的光源，用于發(fā)送光信號。該FORJ還包含反射器，被安裝在轉(zhuǎn)子和定子的另ー個上，用于反射光信號，以及接收器，用于在光信號反射以后接收它們。該反射器一般被成形和定位，以便使各光信號從光源到接收器傳播所沿的路徑的長度相等，與轉(zhuǎn)子相對于定子的旋轉(zhuǎn)位置無關(guān)。該反射器可以有被做成定義一部分橢圓的形狀反射表面，和/或被做成定義一部分雙曲線的形狀的反射表面。國際公布Pub.No.W0 2007/130016 Al公開用于使轉(zhuǎn)子和定子之間能光通信的光學(xué)旋轉(zhuǎn)接頭；安裝這樣的光學(xué)旋轉(zhuǎn)接頭在支承結(jié)構(gòu)上，使轉(zhuǎn)子和定子保持適當(dāng)對準(zhǔn)的改進的方法；以及改進的光反射器組件，供這樣的光學(xué)旋轉(zhuǎn)接頭使用。該改進的光學(xué)旋轉(zhuǎn)接頭使轉(zhuǎn)子和定子之間能光通信。轉(zhuǎn)子有縱軸，并包含至少ー個光源，被安裝在所述轉(zhuǎn)子和定子之一上，用于沿相對于該縱軸的徑向方向發(fā)送光信號，以及至少ー個第一反射器，被安裝在轉(zhuǎn)子和定子的另ー個上，用于反射從該源發(fā)送的光信號。該第一反射器包含凹形的第一反射表面。通過第一反射表面取的平面中的線，被配置為有第一和第二焦點的橢圓線的一部分。該第一焦點被定位成大體上與轉(zhuǎn)子軸重合。有被配置成錐體的一部分的第二反射表面的第二反射器，被定位在該橢圓表面的第二焦點上，以便接收從第一反射表面反射的光，以及沿作為第二反射表面的頂角的函數(shù)的不同方向的反射光。接收器被布置成接收由第二反射表面反射的光。最后是美國專利U.S. Pat. No. 7，158,700 B2公開的光纖收發(fā)器，其中的光源和光電ニ極管按對準(zhǔn)的間隔開關(guān)系被布置于光纖的近端。該光源被布置成發(fā)射光進入該光纖，而該光電ニ極管被布置成從該光纖接收光。在CT掃描儀應(yīng)用中，其中轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)軸有時在物理上被病人占據(jù)，離軸旋轉(zhuǎn)接頭一般被采用以在轉(zhuǎn)子和定子之間發(fā)送信號。這樣的離軸旋轉(zhuǎn)接頭一般包含一個或多個發(fā)射光信號的光源和有信道形狀橫截面的弓形反射器，該弓形反射器接收這種被發(fā)送信號并引導(dǎo)這種被接收信號到相應(yīng)的光接收器。該光源在轉(zhuǎn)子和定子之一的周圍沿圓周被間隔開，同時該反射器和接收器則在轉(zhuǎn)子和定子的另ー個的周圍沿圓周被間隔開。該光源可以包含ー個或多個公共光源。來自這些光源的光信號，可以被例如光纖引導(dǎo)到關(guān)聯(lián)的轉(zhuǎn)子和定子之一的周邊。另外，光源可以是分開的發(fā)射元件，被安裝在這樣的周邊周圍。例如，光源可以在轉(zhuǎn)子周圍沿圓周排列，同時多個反射器和接收器可以在定子周圍沿圓周排列，從而支持從轉(zhuǎn)子到定子的光通信。在大多數(shù)情形中，越過旋轉(zhuǎn)接頭(即，在轉(zhuǎn)子和定子之間)的光學(xué)數(shù)據(jù)傳輸?shù)穆窂剑茄叵鄬τ谵D(zhuǎn)子軸的徑向方向的。換句話說，如果光從轉(zhuǎn)子發(fā)送到定子，該光看似來自轉(zhuǎn)子軸，與光源的物理位置無關(guān)。 在操作中，每ー光源可能發(fā)送相同光信號。這些信號可以越過旋轉(zhuǎn)界面被發(fā)送，并可以被ー個或多個反射器接收和被引向關(guān)聯(lián)的接收器，取決于轉(zhuǎn)子相對于定子的角度位置。在其他實施例中，不同光信號可以從不同光源發(fā)送，或者，如果來自同一光源，則可以被復(fù)用。雖然對容許轉(zhuǎn)子和定子之間的光通信一般是有效的，但ー些常用的采用有信道形狀截面的這種弓形反射器的離軸旋轉(zhuǎn)接頭，存在一定的缺點，特別是在更高數(shù)據(jù)傳輸速率吋。這些問題可以包含(a)疊加的脈沖寬度因不同長度的光傳輸路徑而增寬，和(b)如在下面的討論，當(dāng)發(fā)送信號進入光纖的入口端時，要比當(dāng)這種信號直接入射到光電ニ極管吋，必須使用更大數(shù)量的光源。此外，ー些信號收集布置，可以有可變的光學(xué)路徑長度，這實際上是對約2. 5Gbps的數(shù)據(jù)傳輸速率的設(shè)計的限制。例如，在常用的離軸旋轉(zhuǎn)接頭中，光信號可以在各種不同光源和相應(yīng)的接收器之間，沿不同長度路徑傳播，從而當(dāng)被疊加時，在各個不同的被接收光信號中引進時間延時。某個特定接收器可以從兩個在圓周上鄰接的光源接收光信號。如果同一光信號被這兩個鄰接光源同時發(fā)射，但這樣的信號傳播不同距離到達該接收器，這些信號將在不同時間被接收。所以，該兩信號將是不同相的，而被疊加信號的脈沖寬度，如接收器所看到的，將被有效地增寬。要在需要的高數(shù)據(jù)速率上支持通信，常用的離軸旋轉(zhuǎn)接頭，必須被專門設(shè)計成光源和接收器之間有較小的間距，以便使信號傳播的路徑長度降至最小。即便如此，要在信號沿不同長度的路徑傳播的地方，支持數(shù)據(jù)速率約在I. 25Gbps以上的無差錯數(shù)據(jù)傳輸，是困難的。前述每ー專利的總公開內(nèi)容通過弓I用被合并入本文。因此，提供改進的低成本的、能有高數(shù)據(jù)速率傳輸?shù)腇0RJ，應(yīng)當(dāng)是普遍需要的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明一般地提供改進的、低成本的、有降低路徑長度變化的F0RJ，用于使ー個或多個數(shù)字光信號的傳輸能越過轉(zhuǎn)子和定子的面對面周邊表面之間的界面，其改進的應(yīng)用方法，以及改進的光纖裝置。本發(fā)明在ー個方面中，提供ー種光纖旋轉(zhuǎn)接頭(20)，用于使數(shù)字光信號的傳輸能越過轉(zhuǎn)子(21)和定子(22)的外表表面(26、29)之間的界面，該光纖旋轉(zhuǎn)接頭一般地包含安裝在轉(zhuǎn)子和定子之一上的多個光源(42A、42B、42C、…)，每ー光源包含第一光源(43C)和第二光源(43C'),該第一光源被布置成有選擇地產(chǎn)生光信號,該第二光源被布置成有選擇地產(chǎn)生該光信號；第一多個光發(fā)射器(25A、25B、25C、…),沿轉(zhuǎn)子和定子之一的表面被間隔開，用于向轉(zhuǎn)子和定子的另ー個的外表表面(facing surface)發(fā)送從光源接收的光信號；第一多個第一光纖(24A、24B、24C、…)，分別地使相應(yīng)的各個光源與相應(yīng)的各個光發(fā)射器通信，以便從每ー相應(yīng)的光源傳送光信號到關(guān)聯(lián)的發(fā)射器；第二多個光感受器(31)，沿轉(zhuǎn)子和定子的所述另ー個的表面上的第二弧線距離被間隔開 ；至少ー個光檢測器(36、40)，被安裝在轉(zhuǎn)子和定子的所述另ー個上；以及第ニ多個第二光纖(32)，分別地使相應(yīng)的各個光感受器與光檢測器通信。該光源、第一光纖、光發(fā)射器、光感受器、第二光纖和檢測器，被這樣配置和布置，以致從光源發(fā)送到檢測器的光信號的合計傳播延時，小于光信號比特寬度的約四分之一。由此，該改進的光纖旋轉(zhuǎn)接頭能以降低的抖動發(fā)送光信號越過界面。第一光源(43C)被布置成正常地產(chǎn)生光信號。第二光源(43C')被布置成當(dāng)?shù)谝还庠次茨墚a(chǎn)生光信號時產(chǎn)生光信號。該光纖旋轉(zhuǎn)接頭還可以包含用于感測第一光源是否正在產(chǎn)生光信號的傳感器；以及被布置成當(dāng)?shù)谝还庠次茨墚a(chǎn)生光信號時使第二光源產(chǎn)生該光信號的開關(guān)。該開關(guān)可以在感測到第一光源產(chǎn)生的光信號不存在吋，或者感測到第一光源吸取的功率不存在吋，自動地操作。但是，光信號到關(guān)聯(lián)的第一光纖的耦合基本上保持不間斷。越過界面發(fā)送的光信號可以有至少約2. 5Gbps的數(shù)據(jù)傳輸速率。第一和第二弧線距離可以被不同角度對著。在ー種形式中，光發(fā)射器被約30°的間隔分開，而第二弧線距離約36°。第一光纖可以是基本上相等長度的。第二光纖(32)可以是基本上相等長度的。每一第一光纖的纖芯和/或每ー第二光纖纖芯可以有至少約200微米的直徑。每一光纖的纖芯可以是玻璃的。第一多個第一光纖可以不同于第二多個第二光纖。第一和第二光纖可以是不同長度的。每ー第一光纖在遠離它的關(guān)聯(lián)的光源的邊界端部，可以有準(zhǔn)直透鏡組件(28A、28B、28C、…)。每ー第二光纖在遠離光檢測器的邊界端部，有準(zhǔn)直透鏡組件。待發(fā)送信號在越過界面?zhèn)鬏斨?，可以被耦合進各個第一光纖，這樣的被耦合信號可以由多個光發(fā)射器越過界面發(fā)送，這樣的被發(fā)送信號可以由第二光纖接收，以及這樣的被接收信號在光學(xué)上被解復(fù)用，以再形成該待發(fā)送信號。許多第二多個光感受器，可以在轉(zhuǎn)子和定子的另ー個的表面周圍被間隔開。本發(fā)明在另一方面中，提供一種改進的光纖旋轉(zhuǎn)接頭(20)，用于使數(shù)字光信號的傳輸能越過轉(zhuǎn)子(21)和定子(22)的外表表面(26、29)之間的界面。該改進的光纖旋轉(zhuǎn)接頭一般地包含多個光源(42A、42B、42C、…)，被安裝在轉(zhuǎn)子和定子之一上，每ー光源包含第一光源(43C)和第二光源(43C'),該第一光源被布置成有選擇地在第一波長(λ j)上產(chǎn)生第一光信號，該第二光源被布置成有選擇地在第二波長(λ 2)上產(chǎn)生第二光信號；第ー多個光發(fā)射器，沿轉(zhuǎn)子和定子之一的表面被間隔開，用于向轉(zhuǎn)子和定子的另ー個的外表表面發(fā)送從光源接收的光信號；第一多個第一光纖(24A、24B、24C、…)，分別地使相應(yīng)的各個光源與相應(yīng)的各個光發(fā)射器通信，以便從每ー相應(yīng)的光源傳送光信號到關(guān)聯(lián)的發(fā)射器；第二多個光感受器(31)，沿轉(zhuǎn)子和定子的所述另ー個的表面上的第二弧線距離被間隔開；至少ー個光檢測器(36、40)，被安裝在轉(zhuǎn)子和定子的所述另ー個上；以及第ニ多個第二光纖(32)，分別地使相應(yīng)的各個光感受器與光檢測器通信。該光源、第一光纖、光發(fā)射器、光感受器、第ニ光纖和檢測器，被這樣配置和布置，以致從光源發(fā)送到檢測器的光信號的合計傳播延時，小于光信號比特寬度的約四分之一。由此，該改進的光纖旋轉(zhuǎn)接頭能以降低的抖動發(fā)送光信號越過界面。每一光源可以包含兩個第一光源(43C、43C')，分別地被布置成有選擇地產(chǎn)生第一光信號，以及兩個第二光源(45C、45C'),分別地被布置成有選擇地產(chǎn)生第二光信號。第一光源之一(43C)被布置成正常地產(chǎn)生第一光信號，而第一光源的另一個(43C,)被布置成當(dāng)該ー個第一光源不產(chǎn)生第一光信號時，產(chǎn)生第一光信號。第二光源之一(45C,)可以被布置成當(dāng)該第二光源不產(chǎn)生該第二光信號時，正常地產(chǎn)生該第二光信號。該光纖旋轉(zhuǎn)接頭還可以包含位置確定裝置，用于確定轉(zhuǎn)子和定子之間的相對角度位置；用于向該接頭輸送多個單獨輸入數(shù)據(jù)流的裝置；以及開關(guān)(23)，用于路由每ー單獨輸入數(shù)據(jù)流到光源相應(yīng)的之一，該光源與適當(dāng)?shù)陌l(fā)射器通信，該發(fā)射器被布置成向用于轉(zhuǎn)子和定子之間的特定相對角度位置的預(yù)定光感受器，發(fā)送對應(yīng)的光信號，以便使每一光發(fā)射器將在這種相對角度位置上，發(fā)送單獨光數(shù)據(jù)信號到這樣的關(guān)聯(lián)光感受器，因此，単獨輸入數(shù)據(jù)流將在轉(zhuǎn)子和定子之間的任何相對角度位置上，連續(xù)地被發(fā)送到相應(yīng)的各個光感受器。本發(fā)明在另一方面中，提供一種改進的方法，使數(shù)字光信號的傳輸能越過轉(zhuǎn)子
(21)和定子(22)的外表表面(26、29)之間的界面，該方法包含步驟提供在轉(zhuǎn)子和定子之一上的多個光源(42A、42B、42C、…)，每ー光源包含第一光源(43C)和第二光源(43C')，該第一光源被布置成有選擇地產(chǎn)生光信號，該第二光源被布置成有選擇地產(chǎn)生該光信號；提供沿轉(zhuǎn)子和定子之一的表面的第一多個被間隔開的光發(fā)射器；提供在相應(yīng)的各個光源和相應(yīng)的各個光發(fā)射器之間的第一多個第一光纖；使光源發(fā)射光信號；從光源沿第一光纖傳送光信號到光發(fā)射器；使第一光發(fā)射器向轉(zhuǎn)子和定子的另ー個的外表表面發(fā)送光信號越過該界面；提供沿轉(zhuǎn)子和定子另ー個的表面的第二弧線距離的第二多個被間隔開的光感受器
(31)，以便接收由光發(fā)射器發(fā)送的光信號；提供在轉(zhuǎn)子和定子的所述另ー個上的至少ー個檢測器(36、40);引導(dǎo)由光感受器接收的光信號到該光檢測器；以及定位光發(fā)射器和光感受器，以便使在該源和檢測器之間發(fā)送的光信號的合計傳播延時，小于光信號比特寬度的約四分之一；從而使數(shù)字光信號的傳輸能以降低的抖動越過界面。該第一光源可以被正常地布置以產(chǎn)生光信號。該改進的方法還可以包含附加的步驟感測第一光源(43C)是否產(chǎn)生該光信號；以及當(dāng)?shù)谝还庠次茨墚a(chǎn)生光信號吋，使第二光源(43C')產(chǎn)生該光信號。該改進的方法還可以包含附加的步驟把該待發(fā)送信號在越過界面?zhèn)鬏斨?，耦合進每ー第一光纖；由該多個光發(fā)射器發(fā)送該信號越過界面；由第二光纖、接收這樣被發(fā)送的信號；以及使被發(fā)送的信號解復(fù)用，以再形成該待發(fā)送信號。本發(fā)明在另一方面中，提供一種改進的方法，使數(shù)字光信號的傳輸能越過轉(zhuǎn)子和定子的外表表面(26、29)之間的界面，該方法包含步驟提供在所述轉(zhuǎn)子(21)和定子(22)之一上的多個光源，姆ー光源包含第一光源和第二光源，該第一光源被布置成有選擇地在第一波長上產(chǎn)生第一光信號，該第二光源被布置成有選擇地在第二波長上產(chǎn)生第二光信號；提供沿轉(zhuǎn)子和定子之一的表面的第一多個被間隔開的光發(fā)射器(42A、42B、42C、…)；提供在相應(yīng)的各個光源和相應(yīng)的各個光發(fā)射器之間的第一多個第一光纖；使光源發(fā)射光信號；從光源沿第一光纖傳送光信號到光發(fā)射器；使第一光發(fā)射器向轉(zhuǎn)子和定子另一個的外表表面發(fā)送光信號越過界面；提供沿轉(zhuǎn)子和定子的所述另ー個的表面的第二弧線距離的第ニ多個被間隔開的光感受器(31)，以便接收由光發(fā)射器發(fā)送的光信號；提供在轉(zhuǎn)子和定子的所述另ー個上的至少ー個光檢測器(36、40);引導(dǎo)由光感受器接收的光信號到光檢測器；以及定位光發(fā)射器和光感受器，以便使在該源和檢測器之間發(fā)送的光信號的合計傳播延時，小于光信號比特寬度的約四分之一；由此使數(shù)字光信號的傳輸能以降低的抖動越過界面。上述方法可以包含附加的步驟輸送多個單獨輸入數(shù)據(jù)流到該接頭；確定轉(zhuǎn)子和定子之間的相對角度位置；路由每ー輸入數(shù)據(jù)流到適當(dāng)?shù)陌l(fā)射器，該發(fā)射器向用于該被確定的相對角度位置的預(yù)定光感受器，發(fā)送對應(yīng)的光信號，以便使每一光發(fā)射器將在這樣的相對角度位置上，發(fā)送單獨光數(shù)據(jù)信號到這樣的關(guān)聯(lián)光感受器；以及在轉(zhuǎn)子和定子的任一相對角度位置上，連續(xù)地發(fā)送每一単獨光數(shù)據(jù)信號到相應(yīng)的各個光感受器。本發(fā)明在另一方面中，提供一種光纖發(fā)送器(42A)，適合發(fā)送光信號進入光纖網(wǎng)絡(luò)，該光纖發(fā)送器包含有近端的光纖(24C);以及多個光源(43A)，在操作上被布置成有選擇地發(fā)射光能，通過該近端進入光纖。每ー光源可以是VCSEL發(fā)送器。該光纖可以是多模光纖，并可以有至少約200微米的纖芯直徑。該光纖網(wǎng)絡(luò)可以是光纖旋轉(zhuǎn)接頭(20)。該光纖發(fā)送器可以是光纖收發(fā)器的一部分。該多個可以是兩個。姆ー光源可以被布置成有選擇地產(chǎn)生相同光信號，光源之一被布置成正常地產(chǎn)生該光信號，而光源的另ー個被布置成當(dāng)?shù)谝辉次茨墚a(chǎn)生該光信號時產(chǎn)生該光信號。該改進的發(fā)送器還可以包含傳感器，用于感測第一光源是否正在產(chǎn)生光信號；以及開關(guān)，被布置成當(dāng)?shù)谝还庠次茨墚a(chǎn)生光信號時，使第二光源產(chǎn)生該光信號。該光源可以在操作上被布置成有選擇地在不同波長(λいλ2)上，發(fā)射光能，通過該近端進入光纖。該多個可以是四個。該光源的第一對的姆一光源，可以被布置成有選擇地在第一波長(λ j)上發(fā)射光能，而該光源的第二對的每一光源，可以被布置成有選擇地在第二波長(λ2)上發(fā)射光能。這些對的一個對中的光源之一(43C)，可以被布置成正常地發(fā)射光能，而該ー個對中的光源的另ー個(43C'),可以被布置成當(dāng)該ー個對中的ー個光源未能發(fā)射光能時發(fā)射光能。每ー光源可以是VCSEL發(fā)送器。該VCSEL發(fā)送器可以被布置在假想矩形的拐角上，且其中相鄰發(fā)送器之間的中心線間距約為68-72微米。因此，本發(fā)明的一般目的，是提供改進的F0RJ，用于使數(shù)字光信號的傳輸能越過轉(zhuǎn)子和定子的面對面外圍表面之間的界面。另ー個目的是提供有低成本轉(zhuǎn)子和定子布局的改進的F0RJ，該布局有在相同波長上的冗余光源，以便如果ー個失效，另ー個將接續(xù)。另ー個目的是提供有低成本轉(zhuǎn)子和定子布局的改進的F0RJ，該布局，有在兩個分開的波長的每一個上的冗余光源。另ー個目的是提供改進的方法，用于使數(shù)字光信號的傳輸能越過轉(zhuǎn)子和定子的外表表面之間的界面。再另ー個目的是提供改進的光纖裝置。這些和其他目的和優(yōu)點，將從前面和當(dāng)前書面說明書、附圖和所附權(quán)利要求書，變得顯而易見。

圖I是改進的光纖旋轉(zhuǎn)接頭的示意圖，該光纖旋轉(zhuǎn)接頭有十二個安裝在轉(zhuǎn)子上的光發(fā)射器，這些光發(fā)射器在操作上被布置成發(fā)送光信號越過轉(zhuǎn)子界面，到達定子的每一象限中的十個感受器，然后通過成束的光纖到達系統(tǒng)接收器，這ー布置適合用波分復(fù)用發(fā)送20Gbps的信號。圖IA是接收器之一的放大示意圖，表明使用分色濾波器分離兩個被接收的光信號。圖2是第一 VCSEL發(fā)送器的頂視平面圖，該發(fā)送器有各種不同光源和十二根被連接的光纖。圖2A是兩個相同波長光源(X1-X1)的放大局部透視示意圖，該光源在操作上被布置成輸送光信號進入光纖的入口端。圖3是第二 VCSEL發(fā)送器的頂視平面圖，該發(fā)送器有各種不同光源和十二根被連接的光纖。圖3A是兩個不同波長光源(A1-A2)的放大透視示意圖，該光源在操作上被布置成使兩個不同光信號耦合進光纖的入口端。圖4是第三VCSEL發(fā)送器的頂視平面圖，該發(fā)送器有各種不同光源和十二根被連接的光纖。圖4A是兩個相同波長第一光源(λ Γ λ P和兩個不同波長第二光源(λ 2- λ 2)的放大頂視平面圖，這些光源在操作上被布置成使兩個不同冗余光信號耦合進光纖的入口端。圖4Β是放大示意圖，表明圖4Α所示VCSEL發(fā)送器的間距，以及200微米直徑的玻璃光纖纖芯。圖5是改進的FORJ的示意圖，該FORJ被輸送四個2. 5Gbps電信號，該FORJ有選擇地產(chǎn)生單波長的単獨光數(shù)據(jù)信號，且該FORJ在各個不同的安裝在轉(zhuǎn)子上的發(fā)射器中間，有選擇地開關(guān)這樣的單獨光數(shù)據(jù)信號，以便使単獨光數(shù)據(jù)信號將在轉(zhuǎn)子和定子之間任ー相對角度位置上，向相應(yīng)的各個光感受器連續(xù)地發(fā)送。圖6是改進的FORJ的示意圖，該FORJ被輸送八個2. 5Gbps電信號，該FORJ有選擇地產(chǎn)生多波長的單獨光數(shù)據(jù)信號，該FORJ在各個不同的安裝在轉(zhuǎn)子上的發(fā)射器中間，有選擇地開關(guān)這樣的單獨光數(shù)據(jù)信號，以便使単獨光數(shù)據(jù)信號將在轉(zhuǎn)子和定子之間任ー相對角度位置上，向相應(yīng)的各個光感受器連續(xù)地發(fā)送，且該FORJ隨后分離被接收的信號。
具體實施例方式ー開始，應(yīng)當(dāng)明確理解，相同的參考數(shù)字專用于識別相同的結(jié)構(gòu)元件、部分或表面，始終如一地貫穿若干附圖，像這樣的元件、部分或表面可以被整個書面說明書進ー步描述或解釋，其中這ー詳細描述是該說明書完整的部分。除非另行指明，這些附圖專供與說明書一起閱讀(如，交叉陰影線、各部分的布置、比例、度數(shù)等等)，并被認為是本發(fā)明整個書面說明書的一部分。如在下面描述中所使用，用語“水平”、“豎直”、“左方”、“右方”、“向上”、“向下”、及其形容詞和副詞派生詞(如 ，“水平地”、“向右地”、“向上地”等等)，簡單地指被示出結(jié)構(gòu)在該具體附圖面對讀者的取向。類似地，用語“向內(nèi)地”和“向外地” 一般適當(dāng)?shù)刂副砻嫦鄬τ谒难娱L軸或旋轉(zhuǎn)軸的取向?，F(xiàn)在參考附圖，本發(fā)明一般地提供改進的光纖旋轉(zhuǎn)接頭，用于使數(shù)字光信號的傳輸能越過轉(zhuǎn)子和定子的外表表面之間的界面，改進的使數(shù)字光信號的傳輸能越過該界面的方法，以及改進的光纖裝置。如在圖I最佳地示出，改進的光纖旋轉(zhuǎn)接頭的第一形式一般以20表示。該裝置有轉(zhuǎn)子21，被安裝用于在定子22內(nèi)作旋轉(zhuǎn)運動。VCSEL光發(fā)送器23被示出為，被安裝在轉(zhuǎn)子的中央。第一多個第一光纖，以24分別地表示，如在下面的討論，使該發(fā)送器上的各個不同光源，與沿轉(zhuǎn)子表面上的第一弧線距離的被間隔開的相應(yīng)的各個第一多個光發(fā)射器25通信。有十二個光發(fā)射器在轉(zhuǎn)子的面向外的表面26周圍被等距地間隔開，如圖2-4所示。各個不同光發(fā)射器以25分別地表示，并以字母A、B、C、…、L単獨地標(biāo)識。這些各個不同的發(fā)射器25A、25B、25C、...、25L，操作上被布置成通過準(zhǔn)直器28A、28B、28C、…、28L分別發(fā)射光越過轉(zhuǎn)子表面26和定子的面向內(nèi)的表面29之間的旋轉(zhuǎn)界面。各個不同的第一光纖是相等長度的，并按成束示出，如在VCSEL發(fā)送器鄰域中以30表示。該定子被示出為，有多個光感受器，被布置在定子的四個象限的每ー個中。在每ー象限中有十個光感受器，以31分別地表示，而這些光感受器通過以32分別地表示的第二光纖，被連接到分別地以33表示的四個光接收器。在被示出的形式中，每ー象限中的十個光感受器占據(jù)約36 °的弧線距離。第二光纖被示出為，被做成束，再次以30表示，在接收器鄰域中。在被示出的形式中，轉(zhuǎn)子和定子的外表表面如圖所示，是環(huán)形的。然而，這種形式不一定是不可改變的。現(xiàn)在參考圖1A，每ー接收器33被示出為，被連接到一象限中的每一光纖32。這些光纖可以包含單一光信號(即，入ェ)，或可以適當(dāng)包含多于一個光信號(即，X1-X2X在兩種情形的任ー種中，出射光纖32的信號被輸送到使信號分開的分色濾波器34。第一信號(入P被該濾波器反射并通過光纖35被輸送到光電ニ極管36，該光電ニ極管又被連接到預(yù)放大器/后放大器38。另ー個信號(λ 2)通過該分色濾波器34并通過光纖39被傳送到光電ニ極管40，該光電ニ極管又被連接到預(yù)放大器/后放大器41。當(dāng)然，如果只有一種波長(BP, A1)的ー個信號，則不需要分色濾波器。在被示出的形式中，該信號從轉(zhuǎn)子被發(fā)送到定子。然而，這種布置不一定是不可變的。在另外的布置中，信號可以在定子上被產(chǎn)生并被發(fā)送到轉(zhuǎn)子。
因此，該改進的光纖旋轉(zhuǎn)接頭20 —般地包含VCSEL發(fā)送器23，VCSEL發(fā)送器含有多個光源，如在下面的討論。姆ー光源包含第一光源和第二光源，該第一光源被布置成有選擇地在第一波長(λ j)上產(chǎn)生第一光信號,該第二光源被布置成有選擇地在第二波長(入2)上產(chǎn)生第二光信號。第一多個光發(fā)射器25,沿轉(zhuǎn)子的外表表面26被間隔開,用于向定子的外表表面29,發(fā)送從光源接收的光信號。第一多個第一光纖(24A、24B、24C、…、24L),分別地使相應(yīng)的各個光源，與相應(yīng)的各個光發(fā)射器通信，以便從姆ー相應(yīng)的光源傳送光信號到關(guān)聯(lián)的發(fā)射器。第二多個光感受器，以31分別地表示，沿定子的外表表面29上的弧線距離被間隔開。至少ー個光檢測器(36、40)，被安裝在轉(zhuǎn)子和定子的另ー個上。該改進的FORJ還包含第二多個第二光纖，以32分別地表示，分別地使相應(yīng)的各個光感受器與該光檢測器通信。該光源、第一光纖、光發(fā)射器、光感受器、第二光纖和檢測器，被這樣配置和布置，以致從光源發(fā)送到檢測器的光信號的合計傳播延時，小于光信號比特寬度的約四分之一。該改進的FORJ能按高數(shù)據(jù)速率(如，在約2. 5Gbps或更高的量級)以降低的抖動發(fā)送光信號越過界面。
VCSEL發(fā)送器的第一形式，在圖2中畫出。在該形式中，VCSEL發(fā)送器以23A表示。VCSEL發(fā)送器被不出為，有圍繞它的外圍間隔開的十二個不同光源。該第一光纖，以24A、24B、24C、…分別地表示，與VCSEL發(fā)送器上十二個光源中的相應(yīng)的各個光源關(guān)聯(lián)。這些各個不同的光源以42表不,并以字母A、B、C、…分別地標(biāo)識。該各個不同的光纖24A、24B、24C、.··、可以有約200微米的纖芯直徑。圖2A是光源42C的放大透視圖。該光源被不出為，有第一光源43C和第二光源43C',該第一光源被布置成有選擇地在第一波長(λ j)上產(chǎn)生第一光信號,該第二光源被布置成有選擇地在第二波長上產(chǎn)生第二光信號。在該第一布置中，該兩個光源被布置成在相同波長(A1)上產(chǎn)生相同光信號。因此，圖表符號λいA1-在該兩個光源被畫出。該兩個光源被安裝在支架的上部平面形水平表面上，鄰近兩個收窄的表面的頂點。該兩個光源被安裝塊44C、44C'支承。該兩個光源43C、43C'被示出為，被布置在極接近光纖24C的入ロ端。這些光源的每ー個被布置成有選擇地產(chǎn)生光信號。然而，在正常情況下，只有光源之一(即，43C)被正常地布置成產(chǎn)生該光信號。另ー個光源被布置成僅在該第一光源未能產(chǎn)生光信號時產(chǎn)生相同光信號。本發(fā)明還可以包含傳感器和開關(guān)，該傳感器用于確定該第一光源是否正在產(chǎn)生光信號，該開關(guān)被布置成當(dāng)該第一光源未能產(chǎn)生該光信號時，使第二光源產(chǎn)生該光信號。最好是，該開關(guān)在感測到第一光源產(chǎn)生的光信號失效時自動地操作，以此向關(guān)聯(lián)的第一光纖輸送光信號將不間斷。換句話說，第二光源在第一光源失效時變成可操作的。這不是說，在從ー個光源過渡到另一光源期間的比特誤差率中，不可以存在ー些誤差。然而，第二光源作為備用，處于準(zhǔn)備在第一光源產(chǎn)生的光信號不存在時產(chǎn)生該信號的狀態(tài)。這些光源之一的結(jié)構(gòu)和操作，更充分地在美國專利US 7，158，700 B2中示出和描述，該總的公開內(nèi)容通過引用合并入本本文?，F(xiàn)在參考圖3和3A，改進的VCSEL發(fā)送器的第二形式一般以23B表示。該發(fā)送器功能上與圖2所示類似的是，它包含ー些十二個光源，以42分別地表示，并以后綴A、B、C、…、L單獨地標(biāo)識。每一光源與光纖的入口端關(guān)聯(lián),該光纖再次以24A、24B、24C、…、24L表不。圖3A示出光源之一的結(jié)構(gòu)。在該情形中，光源42C被示出為，有單獨光源43C、43C/，被安裝在安裝塊44C、44C'的上部平面形水平表面上，鄰近兩個收窄的表面之間的頂點。然而。雖然光源在物理上看似相同，但它們是不同的。第一光源43C被布置成在第一波長λ i上產(chǎn)生第一光信號，而第二光源43C'被布置成在第二波長λ 2上產(chǎn)生第二光信號。兩個光源相對于光纖24C的入口端的位置是相同的，如圖2Α所示。因此，盡管圖2Α公開兩個貼近的光源可在操作上被布置成在相同波長(即，A1-A1)上產(chǎn)生相同光信號，但圖3Α所示的布置被布置成在兩種不同波長(B卩，X1-X2)上產(chǎn)生兩個不同光信號。因此，盡管圖2Α所示布置給出冗余的特性，但圖3Α所示布置給出光源數(shù)量倍增的優(yōu)點?，F(xiàn)在參考圖4和4Α，VCSEL發(fā)送器的又另ー個實施例以23C表示。該發(fā)送器被示出為，有多個光源42A、42B、42C、…、42L分別與第一光纖24A、24B、24C、…、24L關(guān)聯(lián)。然而，如在圖4A中最佳地示出，四個光源43C、43C'、45C、45C'，被安裝在再次以44分別地表示的安裝塊的平面形上部水平表面上，鄰近由收窄的表面形成的頂點。第一和第二光源43C、43C'被布置成有選擇地產(chǎn)生第一波長λ丨的光信號。另外兩個光源45C、45C'被布置成在第二波長λ 2上產(chǎn)生不同的光信號。該布置給出冗余和兩個不同光信號的稱合的組合特性。換句話說，光源43C可以正常地在波長X1上產(chǎn)生第一光信號。光源43C'正常地處于備用模式，并只在感測到光源43C失效時被導(dǎo)致產(chǎn)生第一光信號。類似地，第二光信號正 常地是由光源45C產(chǎn)生。第四光源45C'正常地是處于備用模式，并只在感測到光源45C失效時被導(dǎo)致產(chǎn)生第二光信號。因此，該布置是由圖2Α和2Β所示第一布置給出的冗余特性，與諸如圖3和3Α所示兩個不同信號的耦合的結(jié)合。如圖4Β所示，四個VCSEL發(fā)送器被布置在想象的正方形的頂點，該正方形沿它的邊之一有約70±2微米的中心線間距。所以，沿對角線相対的VCSEL發(fā)送器由約100±2微米的中心線距離相互間隔開。在圖4Β中，這樣的沿對角線相對的發(fā)送器被示出為，被100微米的中心線距離間隔開。圖4Β還表明有直徑約200微米的直徑的圓。該圓代表光纖的纖芯，并示出四個VCSEL光源能夠多么好地裝配在纖芯的計劃區(qū)域內(nèi)?，F(xiàn)在參考圖5, —種改進的F0RJ,—般以50表不,被不出為包含有信道選擇器的VCSEL發(fā)送器，再次一般地以23表示；以及被安裝在定子52內(nèi)用于旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子51。多個感受器，再次以31分別地表示，使這些感受器通過光纖32和成束的光纖30，與再次以33表示的接收器通信。在圖5中，四個2. 5Gbps的電信號從外部數(shù)據(jù)捕獲系統(tǒng)(“DAS”)輸送到VCSEL發(fā)送器。該VCSEL發(fā)送器同樣配有，諸如來自CPU、分解器、編碼器如此等等的轉(zhuǎn)子位置輸入。該四個輸入信號是電學(xué)的。該四個輸入信號使各個不同光源42A、42B、42C、…在第一波長X1上產(chǎn)生光。然后，該光被輸送到在轉(zhuǎn)子周圍相等地被間隔開的十二個發(fā)射器。這些發(fā)射器在此再次以25A、25B、25C、…表不。從VCSEL發(fā)送器輸送到轉(zhuǎn)子的光信號被不出為，存在于光纖束54中。在該布置中，有光學(xué)拾取器，被布置在定子的四個象限每ー個中。每ー拾取器被示出，包含十個感受器，以31分別地表示，這些感受器通過光纖32和30與接收器33通信。VCSEL發(fā)送器23包含開關(guān)，用于路由每ー單獨輸入數(shù)據(jù)流到光源的相應(yīng)之一，該光源與適當(dāng)?shù)陌l(fā)射器25通信，該發(fā)射器被布置成向用于該轉(zhuǎn)子和定子之間的特定相對角度位置的預(yù)定光感受器，發(fā)送對應(yīng)的光信號。由此，每一光發(fā)射器將在轉(zhuǎn)子和定子之間的相對角度位置上，發(fā)送單獨光數(shù)據(jù)信號到關(guān)聯(lián)的光感受器，因此，単獨光數(shù)據(jù)信號將被連續(xù)地發(fā)送到相應(yīng)的各個光感受器。仍然在波長X1上接收的光信號，被輸送到與每一象限關(guān)聯(lián)的四個接收器，以便把接收的光信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字電信號。因而，該第一布置有感受器在四個象限的每ー個中，感受器有各按2. 5Gbps輸送四個電輸入數(shù)據(jù)流的DAS。該裝置通過有選擇地切換數(shù)字信號到與特定象限中的感受器通信的那些發(fā)射器按單一波長(λ P操作，，以便單獨光數(shù)據(jù)信號將被連續(xù)地發(fā)送至相應(yīng)的各個光感受器。其后，接收的信號被轉(zhuǎn)換回電信號。因為該布置按單一波長操作，所以不需要分色濾波器。該系統(tǒng)的最大輸出是約lOGbps。現(xiàn)在參考圖6，再一種改進的光纖旋轉(zhuǎn)接頭，一般以60表示。該接頭再次被示出為，有帶信道選擇器的VCSEL發(fā)送器。該VCSEL發(fā)送器包含單獨光源42A、42B、42C、…。該VCSEL發(fā)送器被輸送八個單獨電數(shù)據(jù)流，各有2. 5Gbps的數(shù)據(jù)傳輸速率。該VCSEL發(fā)送器還被提供轉(zhuǎn)子位置輸入信號，該輸入信號來自分解器、編碼器、CTO如此等等。然而，在該布置中，輸送的電數(shù)據(jù)信號被轉(zhuǎn)換成兩種不同波長X1和λ2的數(shù)字光信號。該VCSEL發(fā)送器被布置成輸送該組合光信號到設(shè)在轉(zhuǎn)子61的外周邊表面上的各個發(fā)射器25Α、25Β、…。這些發(fā)射器被布置成沿切線向各個拾取器發(fā)射光，這些拾取器被布置在定子上設(shè)置的四個象限的每ー個中。每ー拾取器被示出為，包含感受器，以31分別地表示，這些感受器通過光纖32和成束的光纖30,與一系列接收器33通信。該VCSEL發(fā)送器包含開關(guān)，用于路由姆一單獨輸入數(shù)據(jù)流到與適當(dāng)?shù)陌l(fā)射器通信的光源的相應(yīng)之一，該發(fā)射器被布置成向用于該 轉(zhuǎn)子和定子之間的特定相對角度位置的預(yù)定光感受器，發(fā)送對應(yīng)的光信號，以便使每一光發(fā)射器將在這樣的相對角度位置上，發(fā)送單獨光數(shù)據(jù)信號到這樣的關(guān)聯(lián)的光感受器，由此，単獨光數(shù)據(jù)信號將被連續(xù)地發(fā)送到相應(yīng)的各個光感受器。線64被示出為，含有兩個光信號(λ 1+ λ 2)，并使VCSEL發(fā)送器中的各個光源與被安裝在轉(zhuǎn)子上的發(fā)射器通信。類似地，在向感受器傳輸之后，該成束的光纖還被不出為，含有兩種波長X1+'的組合信號。在該布置中，分色濾波器被用于使兩個信號分離。因此，每ー接收器33包含X1接收器和λ2接收器。這些接收器每一個的輸出，各按原來輸送的2. 5Gbps數(shù)據(jù)速率，再次被轉(zhuǎn)換為模擬電信號。由此，圖6所示的布置，在四個象限的每ー個中有感受器。該布置還有開關(guān)和波分復(fù)用二者。因此，該系統(tǒng)的最大輸出是在20Gbps的量級。改型本發(fā)明預(yù)料到許多變化和改型可以被作出。如在圖5和6中比較性地示出，該改進的FORJ可以簡單地包含開關(guān)，也可以包含開關(guān)和波分復(fù)用。輸送到VCSEL發(fā)送器的単獨電輸入數(shù)據(jù)流，可以是單一波長或多波長的。該VCSEL發(fā)送器有選擇地路由每一単獨數(shù)據(jù)流到與適當(dāng)?shù)陌l(fā)射器通信的光源中的相應(yīng)之一，該發(fā)射器被布置成向用于該轉(zhuǎn)子和定子之間的特定相對角度位置的預(yù)定光感受器，發(fā)送對應(yīng)的光信號，以便使每ー發(fā)射器將在這樣的相對角度位置上，發(fā)送單獨光數(shù)據(jù)信號到關(guān)聯(lián)的光感受器，由此，単獨光數(shù)據(jù)信號將被連續(xù)地發(fā)送到相應(yīng)的各個光感受器。該VCSEL發(fā)送器可以有十二個光源。然而，這ー數(shù)量不是關(guān)鍵的，而該發(fā)送器可以有更多或更少數(shù)量的光源。光源可以是冗余的，以便如果ー個光源失效，另ー個將加入以代替它繼續(xù)發(fā)送。另外，該VCSEL發(fā)送器可以被布置成提供兩個或更多波長的光信號。雖然圖5和6示出定子的四個象限的每ー個中的光接收模塊，但是這樣的光接收模塊的數(shù)量可以改變?？梢杂猩儆谒膫€或多于四個的這樣的光接收模塊。發(fā)送的光信號被分解成它的分量，并被轉(zhuǎn)換回它的電模擬。因此，雖然創(chuàng)造性的FORJ的若干優(yōu)選實施例已經(jīng)被示出和描述，且其若干改型已經(jīng)被討論，但本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員將立刻明白，不偏離本發(fā)明精神的各種不同的另外的變化和改型可以被做出，本發(fā)明的精神由下面的權(quán)利要求書定義和區(qū)別。·
權(quán)利要求
1.一種光纖旋轉(zhuǎn)接頭，用于使數(shù)字光信號的傳輸能越過轉(zhuǎn)子和定子的外表表面之間的 界面，該光纖旋轉(zhuǎn)接頭包括多個光源，被安裝在所述轉(zhuǎn)子和定子之一上，每一光源包含第一光源和第二光源，該第 一光源被布置成有選擇地產(chǎn)生光信號，該第二光源被布置成有選擇地產(chǎn)生所述光信號； 第一多個光發(fā)射器，沿所述轉(zhuǎn)子和定子的所述之一的表面被間隔開，用于向所述轉(zhuǎn)子 和定子的另一個的外表表面，發(fā)送從所述光源接收的所述光信號；第一多個第一光纖，分別地使相應(yīng)的各個所述光源與相應(yīng)的各個所述光發(fā)射器通信， 以便從每一相應(yīng)的光源傳送所述光信號到關(guān)聯(lián)的發(fā)射器；第二多個光感受器，沿所述轉(zhuǎn)子和定子的所述另一個的表面上的第二弧線距離被間隔開；至少一個光檢測器，被安裝在所述轉(zhuǎn)子和定子的所述另一個上；和 第二多個第二光纖，分別地使相應(yīng)的各個所述光感受器與所述光檢測器通信；所述光源、第一光纖、光發(fā)射器、光感受器、第二光纖和檢測器，被這樣配置和布置，以 致從所述光源發(fā)送到所述檢測器的光信號的合計傳播延時，小于所述光信號比特寬度的約 四分之一；由此，所述光纖旋轉(zhuǎn)接頭能以降低的抖動發(fā)送所述光信號越過所述界面。
2.按權(quán)利要求1中陳述的光纖旋轉(zhuǎn)接頭，其中所述第一光源被布置成正常地產(chǎn)生所述 光信號。
3.按權(quán)利要求2中陳述的光纖旋轉(zhuǎn)接頭，其中所述第二光源被布置成當(dāng)所述第一光源 未能產(chǎn)生所述光信號時產(chǎn)生所述光信號。
4.按權(quán)利要求3中陳述的光纖旋轉(zhuǎn)接頭，還包括傳感器，用于感測所述第一光源是否正在產(chǎn)生所述光信號；和 開關(guān)，被布置成當(dāng)所述第一光源未能產(chǎn)生所述光信號時，使所述第二光源產(chǎn)生所述光 信號。
5.按權(quán)利要求4中陳述的光纖旋轉(zhuǎn)接頭，其中所述開關(guān)，在感測到所述第一光源產(chǎn)生 的所述光信號不存在時自動地操作。
6.按權(quán)利要求5中陳述的光纖旋轉(zhuǎn)接頭，其中所述光信號到關(guān)聯(lián)的第一光纖的耦合， 基本上保持不間斷。
7.按權(quán)利要求1中陳述的光纖旋轉(zhuǎn)接頭，其中所述光信號以至少約2.5Gbps的數(shù)據(jù)傳 輸速率越過所述界面被發(fā)送。
8.按權(quán)利要求1中陳述的光纖旋轉(zhuǎn)接頭，其中所述第一和第二弧線距離被不同角度對著。
9.按權(quán)利要求8中陳述的光纖旋轉(zhuǎn)接頭，其中所述光發(fā)射器被約30°的間隔分開，而 所述第二弧線距離約36°。
10.按權(quán)利要求1中陳述的光纖旋轉(zhuǎn)接頭，其中所述第一光纖基本上是相等長度的。
11.按權(quán)利要求1中陳述的光纖旋轉(zhuǎn)接頭，其中所述第二光纖基本上是相等長度的。
12.按權(quán)利要求1中陳述的光纖旋轉(zhuǎn)接頭，其中每一第一光纖的纖芯有至少約200微米 的直徑。
13.按權(quán)利要求1中陳述的光纖旋轉(zhuǎn)接頭，其中每一第二光纖的纖芯有至少約200微米的直徑。
14.按權(quán)利要求1中陳述的光纖旋轉(zhuǎn)接頭，其中所述第一多個第一光纖不同于所述第二多個第二光纖。
15.按權(quán)利要求1中陳述的光纖旋轉(zhuǎn)接頭，其中所述第一和第二光纖是不同長度的。
16.按權(quán)利要求1中陳述的光纖旋轉(zhuǎn)接頭，其中每一所述第一光纖在遠離它的關(guān)聯(lián)的 光源的邊界端部有準(zhǔn)直透鏡組件。
17.按權(quán)利要求1中陳述的光纖旋轉(zhuǎn)接頭，其中每一所述第二光纖在遠離所述光檢測 器的邊界端部有準(zhǔn)直透鏡組件。
18.按權(quán)利要求1中陳述的光纖旋轉(zhuǎn)接頭，其中每一所述光纖的纖芯是玻璃。
19.按權(quán)利要求1中陳述的光纖旋轉(zhuǎn)接頭，其中待發(fā)送信號在越過所述界面?zhèn)鬏斨埃?被耦合進各個所述第一光纖，其中這樣的被耦合信號由所述多個光發(fā)射器越過所述界面發(fā) 送，其中這樣的被發(fā)送信號由所述第二光纖接收，以及其中這樣的被接收信號在光學(xué)上被 解復(fù)用，以再形成所述待發(fā)送信號。
20.按權(quán)利要求1中陳述的光纖旋轉(zhuǎn)接頭，其中許多所述第二多個光感受器，在所述轉(zhuǎn) 子和定子的所述另一個的所述表面周圍被間隔開。
21.一種光纖旋轉(zhuǎn)接頭，用于使數(shù)字光信號的傳輸能越過轉(zhuǎn)子和定子的外表表面之間 的界面，該光纖旋轉(zhuǎn)接頭包括多個光源，被安裝在所述轉(zhuǎn)子和定子之一上，每一光源包含第一光源和第二光源，該第 一光源被布置成有選擇地在第一波長上產(chǎn)生第一光信號，該第二光源被布置成有選擇地在 第二波長上產(chǎn)生第二光信號；第一多個光發(fā)射器，沿所述轉(zhuǎn)子和定子的所述之一的表面被間隔開，用于向所述轉(zhuǎn)子 和定子的另一個的外表表面，發(fā)送從所述光源接收的所述光信號；第一多個第一光纖，分別地使相應(yīng)的各個所述光源與相應(yīng)的各個所述光發(fā)射器通信， 以便從每一相應(yīng)的光源傳送所述光信號到關(guān)聯(lián)的發(fā)射器；第二多個光感受器，沿所述轉(zhuǎn)子和定子的所述另一個的表面上的第二弧線距離被間隔開；至少一個光檢測器，被安裝在所述轉(zhuǎn)子和定子的所述另一個上；和 第二多個第二光纖，分別地使相應(yīng)的各個所述光感受器與所述光檢測器通信；所述光源、第一光纖、光發(fā)射器、光感受器、第二光纖和檢測器，被這樣配置和布置，以 致從所述光源發(fā)送到所述檢測器的光信號的合計傳播延時，小于所述光信號比特寬度的約 四分之一；由此，所述光纖旋轉(zhuǎn)接頭能以降低的抖動發(fā)送所述光信號越過所述界面。
22.按權(quán)利要求21中陳述的光纖旋轉(zhuǎn)接頭，其中每一光源包含兩個所述第一光源，分 別地被布置成有選擇地產(chǎn)生所述第一光信號，以及兩個所述第二光源，分別地被布置成有 選擇地產(chǎn)生所述第二光信號。
23.按權(quán)利要求22中陳述的光纖旋轉(zhuǎn)接頭，其中所述第一光源之一被布置成正常地產(chǎn) 生所述第一光信號，且其中所述第一光源的另一個被布置成當(dāng)所述一個第一光源不產(chǎn)生所 述第一光信號時，產(chǎn)生所述第一光信號。
24.按權(quán)利要求22中陳述的光纖旋轉(zhuǎn)接頭，其中所述第二光源之一被布置成正常地產(chǎn)生所述第二光信號，且其中所述第二光源的另ー個被布置成當(dāng)所述ー個第二光源不產(chǎn)生所 述第二光信號時，產(chǎn)生所述第二光信號。
25.按權(quán)利要求21中陳述的光纖旋轉(zhuǎn)接頭，其中所述光纖旋轉(zhuǎn)接頭還包括位置確定裝置，用于確定所述轉(zhuǎn)子和定子之間的相對角度位置；用于向所述接頭輸送多個單獨輸入數(shù)據(jù)流的裝置；和開關(guān)，用于路由每ー單獨輸入數(shù)據(jù)流到所述光源的相應(yīng)之一，所述光源與適當(dāng)?shù)陌l(fā)射 器通信，該發(fā)射器被布置成向用于該轉(zhuǎn)子和定子之間的特定相對角度位置的預(yù)定光感受 器，發(fā)送對應(yīng)的光信號，以便每一光發(fā)射器將在這樣的相對角度位置上，發(fā)送單獨光數(shù)據(jù)信 號到這樣的關(guān)聯(lián)光感受器，因此，所述單獨輸入數(shù)據(jù)流將在所述轉(zhuǎn)子和所述定子之間的任 ー相對角度位置上，連續(xù)地被發(fā)送到相應(yīng)的各個所述光感受器。
26.使數(shù)字光信號的傳輸能越過轉(zhuǎn)子和定子的外表表面之間的界面的方法，包括步驟提供在所述轉(zhuǎn)子和定子之一上的多個光源，姆ー光源包含第一光源和第二光源，該第 一光源被布置成有選擇地產(chǎn)生光信號，該第二光源被布置成有選擇地產(chǎn)生所述光信號； 提供沿所述轉(zhuǎn)子和定子的所述之ー的表面的第一多個被間隔開的光發(fā)射器；提供在相應(yīng)的各個所述光源和相應(yīng)的各個所述光發(fā)射器之間的第一多個第一光纖； 使所述光源發(fā)射所述光信號；從所述光源沿所述第一光纖傳送所述光信號到所述光發(fā)射器；使所述第一光發(fā)射器，向轉(zhuǎn)子和定子的另ー個的外表表面發(fā)送所述光信號越過所述界面；提供沿所述轉(zhuǎn)子和定子的所述另ー個的表面的第二弧線距離的第二多個被間隔開的 光感受器，以便接收由所述光發(fā)射器發(fā)送的光信號；提供在所述轉(zhuǎn)子和定子的所述另ー個上的至少ー個光檢測器；引導(dǎo)由所述光感受器接收的光信號到所述光檢測器；和定位所述光發(fā)射器和光感受器，以便在所述源和檢測器之間發(fā)送的光信號的合計傳播 延時，小于所述光信號比特寬度的約四分之一；由此使所述數(shù)字光信號的傳輸能以降低的抖動越過所述界面。
27.按權(quán)利要求26中陳述的方法,其中所述第一光源被正常地布置以產(chǎn)生所述光信號。
28.按權(quán)利要求26中陳述的方法，還包括附加的步驟感測所述第一光源是否產(chǎn)生所述光信號；和當(dāng)所述第一光源未能產(chǎn)生所述光信號時，使所述第二光源產(chǎn)生所述光信號。
29.按權(quán)利要求26中陳述的方法，還包括附加的步驟把待發(fā)送信號在越過所述界面?zhèn)鬏斨?，耦合進每一所述第一光纖；由所述多個光發(fā)射器發(fā)送所述信號越過所述界面；由所述第二光纖接收這樣被發(fā)送的信號；和 使被發(fā)送信號解復(fù)用，以再形成所述待發(fā)送信號。
30.使數(shù)字光信號的傳輸能越過轉(zhuǎn)子和定子的外表表面之間的界面的方法，包括步驟提供在所述轉(zhuǎn)子和定子之一上的多個光源，姆ー光源包含第一光源和第二光源，該第 一光源被布置成有選擇地在第一波長上產(chǎn)生第一光信號，該第二光源被布置成有選擇地在 第二波長上產(chǎn)生第二光信號；提供沿所述轉(zhuǎn)子和定子的所述之ー的表面的第一多個被間隔開的光發(fā)射器；提供在相應(yīng)的各個所述光源和相應(yīng)的各個所述光發(fā)射器之間的第一多個第一光纖； 使所述光源發(fā)射所述光信號；從所述光源沿所述第一光纖傳送所述光信號到所述光發(fā)射器；使所述第一光發(fā)射器，向轉(zhuǎn)子和定子的另ー個的外表表面發(fā)送所述光信號越過所述界面；提供沿所述轉(zhuǎn)子和定子的所述另ー個的表面的第二弧線距離的第二多個被間隔開的 光感受器，以便接收由所述光發(fā)射器發(fā)送的光信號；提供在所述轉(zhuǎn)子和定子的所述另ー個上的至少ー個光檢測器；引導(dǎo)由所述光感受器接收的光信號到所述光檢測器；和定位所述光發(fā)射器和光感受器，以便在所述源和檢測器之間發(fā)送的光信號的合計傳播 延時，小于所述光信號比特寬度的約四分之一；由此使所述數(shù)字光信號的傳輸能以降低的抖動越過所述界面。
31.按權(quán)利要求30中陳述的方法，還包括附加的步驟輸送多個單獨輸入數(shù)據(jù)流到所述接頭；確定所述轉(zhuǎn)子和定子之間的相對角度位置；路由每ー輸入數(shù)據(jù)流到適當(dāng)?shù)陌l(fā)射器，該發(fā)射器向用于該被確定的相對角度位置的預(yù) 定光感受器，發(fā)送對應(yīng)的光信號，以便每一光發(fā)射器將在這樣的相對角度位置上，發(fā)送單獨 光數(shù)據(jù)信號到這樣的關(guān)聯(lián)光感受器；和在所述轉(zhuǎn)子和定子的任ー相對角度位置上，連續(xù)地發(fā)送每一所述單獨光數(shù)據(jù)信號到相 應(yīng)的各個所述光感受器。
32.ー種適合發(fā)送光信號進入光纖網(wǎng)絡(luò)的光纖發(fā)送器，包括有近端的光纖；和多個光源，在操作上被布置成有選擇地發(fā)射光能，通過所述近端進入所述光纖。
33.按權(quán)利要求32中陳述的光纖發(fā)送器，其中每一所述光源是VCSEL發(fā)送器。
34.按權(quán)利要求32中陳述的光纖發(fā)送器，其中所述光纖是多模光纖。
35.按權(quán)利要求34中陳述的光纖發(fā)送器，其中所述多模光纖有至少約200微米的纖芯直徑。
36.按權(quán)利要求32中陳述的光纖發(fā)送器，其中所述光纖網(wǎng)絡(luò)是光纖旋轉(zhuǎn)接頭。
37.按權(quán)利要求32中陳述的光纖發(fā)送器，其中所述光纖發(fā)送器是光纖收發(fā)器的一部分。
38.按權(quán)利要求32中陳述的光纖發(fā)送器，其中所述多個是兩個。
39.按權(quán)利要求38中陳述的光纖發(fā)送器,其中姆一所述光源被布置成有選擇地產(chǎn)生相 同光信號，其中所述光源之一被布置成正常地產(chǎn)生所述光信號，以及其中所述光源的另ー 個被布置成當(dāng)所述第一源未能產(chǎn)生所述光信號時產(chǎn)生所述光信號。
40.按權(quán)利要求39中陳述的光纖發(fā)送器，還包括傳感器，用于感測所述第一光源是否正在產(chǎn)生所述光信號；和 開關(guān)，被布置成當(dāng)所述第一光源未能產(chǎn)生所述光信號時，使所述第二光源產(chǎn)生所述光信號。
41.按權(quán)利要求32中陳述的光纖發(fā)送器，其中所述光源在操作上被布置成有選擇地在不同波長上發(fā)射光能，通過所述近端進入所述光纖。
42.按權(quán)利要求41中陳述的光纖發(fā)送器，其中所述多個是四個。
43.按權(quán)利要求42中陳述的光纖發(fā)送器,其中所述光源的第一對的每一光源,被布置成有選擇地在第一波長上發(fā)射光能，而所述光源的第二對的每一光源，被布置成有選擇地在第二波長上發(fā)射光能。
44.按權(quán)利要求43中陳述的光纖發(fā)送器,其中所述兩對之一中的所述光源之一,被布置成正常地發(fā)射所述光能，而這樣一對的所述光源的另一個，被布置成當(dāng)所述這樣一對的所述一個光源未能發(fā)射所述光能時發(fā)射光能。
45.按權(quán)利要求44中陳述的光纖發(fā)送器，其中每一所述光源是VCSEL發(fā)送器。
46.按權(quán)利要求45中陳述的光纖發(fā)送器，其中所述VCSEL發(fā)送器被布置在假想矩形的拐角上，且其中相鄰發(fā)送器之間的中心線間距約為68-72微米。
全文摘要
光纖旋轉(zhuǎn)接頭、其應(yīng)用方法和光纖裝置。本發(fā)明提供一種光纖旋轉(zhuǎn)接頭(20)，用于使數(shù)字光信號的傳輸能越過轉(zhuǎn)子和定子(21、22)的外表表面(26、29)之間的界面，該光纖旋轉(zhuǎn)接頭包括多個光源(42A、42B、42C、…)，被安裝在轉(zhuǎn)子和定子之一上，每一光源包含第一光源(43C)和第二光源(43C′)，該第一光源被布置成有選擇地在第一波長上產(chǎn)生第一光信號，該第二光源被布置成有選擇地在第二波長上產(chǎn)生第二光信號；第一多個光發(fā)射器(25)，沿轉(zhuǎn)子和定子之一的表面的第一弧線距離被間隔開，用于向轉(zhuǎn)子和定子的另一個的外表表面，發(fā)送從該光源接收的光信號；第一多個第一光纖，分別地使相應(yīng)的各個光源與相應(yīng)的各個光發(fā)射器通信，以便從每一相應(yīng)的光源傳送光信號到關(guān)聯(lián)的發(fā)射器；第二多個光感受器(31)，沿轉(zhuǎn)子和定子的所述另一個的表面上的第二弧線距離被間隔開；以及至少一個光檢測器(36、40)，被安裝在轉(zhuǎn)子和定子的所述另一個上；以及第二多個第二光纖，分別地使相應(yīng)的各個光感受器與該光檢測器通信。
文檔編號A61B6/00GK102667560SQ200980162688
公開日2012年9月12日 申請日期2009年12月3日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月3日
發(fā)明者A·L·鮑曼 申請人:莫戈公司