專利名稱：具有成像功能的多通道光纖旋轉(zhuǎn)連接器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬光學(xué)光通信領(lǐng)域，涉及一種光纖旋轉(zhuǎn)連接器，尤其包含一種具有成像功能的多通道光纖旋轉(zhuǎn)連接器。
背景技術(shù)：
光纖旋轉(zhuǎn)連接器(Fiber Optical Rotary Joints—FORJs，又稱“光滑環(huán)”)在許多軍用、民用光纖系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用，如雷達(dá)系統(tǒng)、艦艇系統(tǒng)、火控系統(tǒng)、光電經(jīng)緯儀、無人機(jī)、飛船、潛艇、無人潛水器、石油平臺、聲納探測設(shè)備、工業(yè)機(jī)器人、高空氣球、周視平臺等許多領(lǐng)域。在軍事方面主要有雷達(dá)天線旋轉(zhuǎn)、海底聲納測試、導(dǎo)彈制導(dǎo)等。性能良好的 FORJ具備旋轉(zhuǎn)速度快、插入損耗低、光譜范圍寬、尺寸小、重量輕、工作溫度范圍寬、抗電磁干擾、防水、防塵等特性。一般的光學(xué)旋轉(zhuǎn)連接器是利用附屬于轉(zhuǎn)子器件的多路光纖耦合的微透鏡與定子器件端相應(yīng)的帶尾纖微透鏡并經(jīng)一梯形棱鏡(trapezoid prism)或道威棱鏡 (Dove prism)以轉(zhuǎn)子的1/2角速度(ω/2)同步旋轉(zhuǎn)，僅實(shí)現(xiàn)光通信的多路連接，其轉(zhuǎn)子和定子器件之間的道威棱鏡處于平行光程區(qū)。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決背景技術(shù)中存在的上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種具有光電成像能力、不會增加光路的復(fù)雜性以及具有較強(qiáng)抗電磁干擾能力的具有成像功能的多通道光纖旋轉(zhuǎn)連接器。本發(fā)明的技術(shù)解決方案是本發(fā)明提供了一種具有成像功能的多通道光纖旋轉(zhuǎn)連接器，包括依次設(shè)置于同一光路上的轉(zhuǎn)子端的自聚焦準(zhǔn)直微透鏡(Selfoc Microlens)、道威棱鏡以及定子端的自聚焦會聚微透鏡，其特殊之處在于所述具有成像功能的多通道光纖旋轉(zhuǎn)連接器還包括用于對物體成像的前置成像系統(tǒng)以及成像探測系統(tǒng)；所述前置成像系統(tǒng)和成像探測系統(tǒng)分別設(shè)置于轉(zhuǎn)子端的自聚焦準(zhǔn)直微透鏡和定子端的自聚焦會聚微透鏡兩側(cè)。上述前置成像系統(tǒng)先使物體成像于轉(zhuǎn)子端中心處的自聚焦準(zhǔn)直微透鏡的前焦面上；經(jīng)消旋道威棱鏡后再經(jīng)替續(xù)中央自聚焦微透鏡成像于其后焦面上，最后經(jīng)傳像光束和耦合透鏡聚焦于成像探測器CXD或CMOS靶面上。上述成像系統(tǒng)包括物鏡以及與物鏡處于同一光軸上的光錐(tapered fiber)(光錐能使前置物鏡所成較大尺寸的初次像可傳遞到小口徑的自聚焦微透鏡前焦面上)；所述光錐出射端設(shè)置于轉(zhuǎn)子端面上的自聚焦會聚微透鏡的焦點(diǎn)上。上述光錐的入射端與出射端的直徑比設(shè)定為3 1、4 1或其它的適當(dāng)比例。上述光錐是平面光纖光錐、但入射端為了校正某些像差(例如場曲)也可是球面光錐或出射端非球面光錐。上述成像探測系統(tǒng)包括成像透鏡以及C⑶或CMOS圖像傳感器；所述成像透鏡設(shè)置于定子端面上的自聚焦會聚微透鏡的焦點(diǎn)上；所述成像透鏡和CCD或CMOS圖像傳感器設(shè)置于同一光路上。上述成像探測系統(tǒng)還包括設(shè)置于定子端的自聚焦會聚微透鏡和成像透鏡直接耦合的傳像光纖束。上述C⑶或CMOS圖像傳感器的靶面可以采用不同規(guī)格的小型尺寸，例如1/3英寸、1/4英寸、1/6英寸或1/9英寸。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是本發(fā)明是在一個光學(xué)小器和光學(xué)固定器之間安置多通道光纖通信和成像器件以實(shí)現(xiàn)光通信和成像的綜合系統(tǒng)，以適用于導(dǎo)彈、飛行器、坦克等要求目標(biāo)識別的動態(tài)跟蹤系統(tǒng)。其目的是增加多路光纖旋轉(zhuǎn)連接器的功能，具有光電成像跟蹤系統(tǒng)，適用于近紅外成像探測并不增加光路的損耗和復(fù)雜性，且有較強(qiáng)的抗電磁干擾能力。在處于光路中央的定子端面接收自聚焦微透鏡焦平面亦可耦合適當(dāng)長度的傳像束，并再經(jīng)轉(zhuǎn)像系統(tǒng)成像在CCD或 CMOS的靶面上。


圖1是本發(fā)明所提供的光纖旋轉(zhuǎn)連接器的結(jié)構(gòu)示意圖；其中1-物鏡；2-光錐；3-轉(zhuǎn)子端面上的多路自聚焦微透鏡；4-道威棱鏡；5-定子端面上的多路對應(yīng)自聚焦微透鏡；6-成像光束；7-成像透鏡；8-CXD或CMOS圖像傳感器。
具體實(shí)施例方式參見圖1，本發(fā)明提供了一種具有成像功能的多通道光纖旋轉(zhuǎn)連接器，該光纖旋轉(zhuǎn)連接器不僅包括了依次設(shè)置于同一光路上的轉(zhuǎn)子端上的攝影物鏡1、光纖光錐2、自聚焦會聚微透鏡3、道威棱鏡4以及定子端的對應(yīng)多路自聚焦微透鏡5、傳像束6、轉(zhuǎn)向透鏡7和探測器CCD或CM0S8上。系統(tǒng)中轉(zhuǎn)子端以角速度ω轉(zhuǎn)動，而道威棱鏡以ω/2同方向旋轉(zhuǎn)而起成像消旋作用。成像系統(tǒng)包括光錐2的入射端與出射端的直徑比可以采用3 1或4 1，光錐 2可以采用平面光纖光錐或其他類似的光錐，例如可以包括圓形、方形或矩形以及前表面為平面、球面或非球面等。成像探測系統(tǒng)設(shè)置于定子端的自聚焦會聚微透鏡5的焦點(diǎn)上。成像探測系統(tǒng)包括成像透鏡7以及CXD圖像傳感器8 ；成像透鏡7和CXD圖像傳感器8設(shè)置于同一光路上。 CCD圖像傳感器8的CCD的靶面可以采用1/3英寸、1/4英寸、1/6英寸或1/9英寸(視其靶面成像尺寸而定)。在處于光路中央的定子端的接收自聚焦微透鏡亦可在端面加一適當(dāng)長度的傳像束6，并再經(jīng)成像系統(tǒng)成像在CXD或CMOS的靶面上。在多路(例如4路或6路)光纖中央設(shè)置梯度折射透鏡(GRIN lens)亦稱自聚焦透鏡(selfoc lens)，其長度為1/4周期(P = L/4)或1/4周期的奇數(shù)倍(直徑Φ可在 2-3mm之間)，其轉(zhuǎn)子方自聚焦透鏡焦點(diǎn)處可接一平面光纖光錐。其入/出端直徑比可取 3 1或4 1。這樣可使物方探測目標(biāo)具有大視場，例如Οω = ° )短焦距或適用于小視場長焦距的探測。由于光學(xué)投影儀最小化程度受其基本光學(xué)參數(shù)或是光學(xué)系統(tǒng)的惠更斯-亥姆霍茲不變量(Huygens-Helmholtz invariant)的限制。即是說光束的立體角及其成像面積的乘積是一常數(shù)。在此系統(tǒng)中引入光錐，就是為了增大這一光學(xué)常數(shù)(加長系統(tǒng)焦距或擴(kuò)大視場角并縮小后端光學(xué)垂軸尺寸)。最后由C⑶或CMOS圖像實(shí)時觀察或記錄，也可數(shù)字化傳輸至地面。輸出探測的另一方案可在輸出端由電尋址的空間光調(diào)制器 (E-SLMs)進(jìn)行與存儲目標(biāo)的相關(guān)識別(如用于與存儲目標(biāo)相關(guān)的導(dǎo)彈自動尋的識別)。
權(quán)利要求
1.一種具有成像功能的多通道光纖旋轉(zhuǎn)連接器，包括依次設(shè)置于同一光路上的轉(zhuǎn)子端的自聚焦準(zhǔn)直微透鏡、道威棱鏡以及定子端的自聚焦會聚微透鏡，其特征在于所述具有成像功能的多通道光纖旋轉(zhuǎn)連接器還包括用于對物體成像的前置成像系統(tǒng)以及成像探測系統(tǒng)；所述前置成像系統(tǒng)和成像探測系統(tǒng)分別設(shè)置于轉(zhuǎn)子端的自聚焦準(zhǔn)直微透鏡和定子端的自聚焦會聚微透鏡兩側(cè)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有成像功能的多通道光纖旋轉(zhuǎn)連接器，其特征在于所述前置成像系統(tǒng)設(shè)置于轉(zhuǎn)子端中心處的自聚焦準(zhǔn)直微透鏡的前焦面上；所述成像探測系統(tǒng)的靶面置于定子端面上的自聚焦會聚微透鏡的焦點(diǎn)上。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的具有成像功能的多通道光纖旋轉(zhuǎn)連接器，其特征在于所述成像系統(tǒng)包括物鏡以及與物鏡處于同一光路上的光錐；所述光錐出射端設(shè)置于轉(zhuǎn)子端上的自聚焦會聚微透鏡的焦點(diǎn)上。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的具有成像功能的多通道光纖旋轉(zhuǎn)連接器，其特征在于所述光錐的入射端與出射端的直徑比是3 1或4 1。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的具有成像功能的多通道光纖旋轉(zhuǎn)連接器，其特征在于所述光錐是平面光纖光錐、入射端是球面光錐或非球面光錐。
6.根據(jù)權(quán)利要求2-5任一權(quán)利要求所述的具有成像功能的多通道光纖旋轉(zhuǎn)連接器，其特征在于所述成像探測系統(tǒng)包括成像透鏡以及CXD或CMOS圖像傳感器；所述成像透鏡設(shè)置于定子端面上的自聚焦會聚微透鏡的焦點(diǎn)上；所述成像透鏡和CCD或CMOS圖像傳感器設(shè)置于同一光路上。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的具有成像功能的多通道光纖旋轉(zhuǎn)連接器，其特征在于所述成像探測系統(tǒng)還包括設(shè)置于定子端的自聚焦會聚微透鏡和成像透鏡直接耦合的傳像光纖束ο
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的具有成像功能的多通道光纖旋轉(zhuǎn)連接器，其特征在于所述 CXD或CMOS圖像傳感器的靶面是1/3英寸、1/4英寸、1/6英寸或1/9英寸。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種具有成像功能的多通道光纖旋轉(zhuǎn)連接器，包括依次設(shè)置于同一光路上的轉(zhuǎn)子端的自聚焦準(zhǔn)直微透鏡、道威棱鏡以及定子端的自聚焦會聚微透鏡，該具有成像功能的多通道光纖旋轉(zhuǎn)連接器還包括用于對物體成像的前置成像系統(tǒng)以及成像探測系統(tǒng)；前置成像系統(tǒng)和成像探測系統(tǒng)分別設(shè)置于轉(zhuǎn)子端的自聚焦準(zhǔn)直微透鏡和定子端的自聚焦會聚微透鏡兩側(cè)。本發(fā)明提供了一種具有光電成像能力、不會增加光路的復(fù)雜性以及具有較強(qiáng)抗電磁干擾能力的具有成像功能的多通道光纖旋轉(zhuǎn)連接器。
文檔編號G02B6/32GK102436037SQ201110340470
公開日2012年5月2日 申請日期2011年11月2日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月2日
發(fā)明者李育林, 王麗莉, 胡寶文, 賀正權(quán) 申請人:中國科學(xué)院西安光學(xué)精密機(jī)械研究所