CN101535855B - 光连接器 - Google Patents

Abstract

一种可旋转连接器(200，300，400)，包括：适于安装到第一可旋转组件上的多个导光光环(210，310，410)；用于照明所述光环的多个光发射器(212，312，412)；适于安装到第二可旋转组件上的多个光探测器(214，314，414)，用于在预定旋转范围上探测所述第一可旋转组件上的导光光环(210，310，410)的照明。

Description

光连接器 

技术领域

本发明总体上涉及用于诸如移动电话和个人数字助理的电子装置的连接器，更具体而言涉及一种旋转光连接器。 

背景技术

具有绕轴旋转的外壳组件的移动电话和个人数字助理是公知的。旋转外壳部分中的组件之间的电连接传统上是由通过旋转连接器的电缆或电线制成的。这种连接方式限制了转动量，因为在旋转外壳部分时电缆或电线会扭曲。因此，大部分传统的旋转连接器设计将旋转限制在大约180°。因此，需要新的容许沿任一方向旋转整个360°的旋转连接器。 

发明内容

本发明提供了一种沿任一方向旋转360°的旋转连接器。可以将该旋转连接器用于连接旋转外壳部分中所含的电路。该旋转连接器包括第一和第二光耦合器。第一光耦合器包括多个可被光发射器有选择地照明的光环。第二光耦合器包括多个用于探测光环的照明的光探测器。光环由导光聚合物制成，在被光发射器照明时，该聚合物沿整个光环传播光。 

附图说明

图1为根据本发明构造的移动电话的前视图，外壳的顶部处于闭合位置。 

图2为根据本发明构造的移动电话的前视图，外壳的顶部处于打开位置。 

图3为示出了移动通信装置的主要组件的功能方框图。 

图4示出了用于电连接第一和第二外壳部分的示范性旋转连接器。 

图5为用于双向通信的旋转连接器中使用的光耦合器的平面视图。 

图6为旋转连接器的截面图。 

图7为光耦合器的平面视图。 

图8为示出了用于单向通信的旋转连接器中使用的光耦合器的平面 视图。 

图9为旋转连接器的第二实施例的截面图。 

图10为旋转连接器的第三实施例的截面图。 

图11示出了通过旋转连接器传输电力的示范性方法。 

具体实施方式

现在参考附图，图中示出了根据本发明的示范性移动电子装置。更具体而言，图1和图2示出了根据本发明构造的由数字100总体表示的移动通信装置。不过，本领域的技术人员将理解，本发明决不限于移动通信装置，在宽范围的移动电子装置，包括个人数字助理、视频和/或音频播放器、数字相机和视频摄像机中具有广泛的应用。 

移动通信装置100包括分别包括第一和第二外壳部分102和104，它们相对于垂直轴彼此相对地旋转。在优选实施例中，容许沿任一方向旋转整个360度。图1示出了在第一和第二外壳部分102和104被旋转到闭合位置(0°旋转)时的移动电话100。图2示出了在第一和第二外壳部分102和104被旋转到打开位置(180°旋转)时的移动通信装置。 

图3示出了移动通信装置100的功能元件。第一电路110设置在第一外壳部分102中。第二电路130设置在第二外壳部分104中。利用可旋转连接器200可操作地连接电路110和130。可以通过电池为电路110供电。电路130可以具有独立的电池。或者，可以如下文所述在电路110和130之间传输电力。 

外壳部分102中的电路110包括控制电路112、存储器114、小键盘116、收发器118、音频电路120和接口电路128。控制电路112可以包括微处理器，根据存储在存储器114中的程序指令控制着移动通信装置100的总体运行。存储器114存储运行所需的程序指令和数据。小键盘116是用户接口的一部分。在示范性实施例中，小键盘116是标准电话键盘116，由用户操作来控制移动通信装置100的功能。在外壳部分104处于打开位置时使用小键盘116。收发器118实现了与远程装置之间的通信。例如，收发器118可以包括标准蜂窝收发器和/或短距离无线接口，例如蓝牙收发器。音频电路120处理经由麦克风122输入的音频信号和经由扬声器124输出的音频信号。麦克风122将声音信号转换成音频电信号。扬声器124将音频电信号转换成声音信号。接口电路128 将电路110与旋转连接器200连接起来以实现电路110和130之间的通信。外壳部分104中的电路130包括控制电路132、存储器134、显示器136、游戏杆控制138、一个或多个功能键140和接口电路142。控制电路132可以包括微处理器，其控制显示器136并从游戏杆138和功能键140接收输入。存储器134存储控制电路132所用的程序代码和数据。接口电路142将电路130与旋转连接器200连接起来，以实现电路110和130之间的通信。 

显示器136、游戏杆138和功能键140形成用户接口的部分。显示器136显示信息，例如菜单、地址、电话号码和其他应用数据。显示器136可以包括液晶显示器或触摸屏显示器。可以用游戏杆控制138和功能键140来控制移动通信装置100的运行。游戏杆控制138使用户能够在显示器136上提供的菜单之间导航，在显示器136上移动指针，并选择显示器136上提供的菜单项和其他项目。功能键140可以具有分配给它们的功能，通过压下对应的功能键140激活或开启该功能。例如，在默认模式下，可以用功能键140发起和/或结束呼叫。分配给功能键140的特定功能可以根据操作模式而变化。 

图4示出了一个示范性旋转连接器200。旋转连接器200包括第一和第二光耦合器202。在该特定实施例中，光耦合器202设置成面对面相对的关系，并以外壳部分102和104的旋转轴为中心。光耦合器202可以被光屏蔽206包围。 

图5和图6更详细地示出了示范性光耦合器202。图5以平面视图示出了光耦合器202。图6示出了光耦合器202的截面图。光耦合器202包括基板204，基板204具有多个形成于其中、关于旋转轴同心设置的光通道208。基板204优选不导电。用反射材料涂布光通道208的底表面和侧壁。用导光聚合物填充光通道208以形成同心光环210。在图5所示的示范性实施例中，每个光环210具有相关的光发射器212和光探测器214。在该示范性实施例中，虽然不必须嵌入，光发射器212和光探测器214是嵌入在光环210中的。光发射器212和光探测器214的电引线通过基板204。诸如发光二极管(LED)的光发射器212照射相应的光环210。也可以将光纤用作光发射体212，其中光纤的一端连接到外部光源，相对端将光发射到相应的光环210中。光由光环210引导，从而照明整个光环。在相对的光耦合器202中的诸如光电二极管的光探测器214探测光环210的照明情况。或者，可以用光纤将光传输到外部光探测器214。这样一来，通过根据数字序列照射一个光耦合器202中的光环210，并利用相对光耦合器202中的光探测器214探测所得的照明图案，可以在外壳部分102和104之间以光学方式传递数字信号。 

当对应的光发射器212被照射时，导光聚合物绕着导光环210传播光。因为整个光环210都发光，光探测器214可以在整个360度旋转的任何角位置探测照明情况。可以在光环210上设置棱柱膜215，例如由3M制造的Vikuiti亮度增强膜(BEF)，以提高光环210被照明时的亮度并帮助沿光环210分配光。棱柱膜215包括一系列在特定视角范围内聚焦光的棱镜。棱镜可以绕光环210同心地延伸。或者，棱镜可以沿径向延伸。棱镜透射垂直于膜215的光线，但对倾斜光线进行内反射。将倾斜光线向棱柱膜215往回内反射使其更接近垂直，从而使光线通过棱柱膜215，由此可以“重复利用”倾斜光线。内反射和重复利用过程在特定视角范围内聚焦光。可以使用超过一层具有沿不同方向取向的棱镜的棱柱膜215。 

图7示出了当光耦合器202彼此相对旋转45度时光发射器和探测器212和214的相对位置。以白色示出了用于第一光耦合器202的光发射器212和214。用于第二光耦合器202的光发射器212和光探测器214叠加其上并标为黑色。由于光耦合器202是几何环形结构的，在整个360度旋转范围内用于顶部导光体202的光探测器214都保持与相应光环210对准。因此，光探测器214能够在任何角位置探测它们对应的光环210的照明。 

例如，可以利用球栅阵列在含有电路110和130的印刷电路板上表面安装光耦合器202。或者，可以将光耦合器202安装到外壳部分102和104上并利用电缆连接至印刷电路板。也可以使用其他安装技术。 

由于每个光环210对应于一个通信信道，因此光耦合器202可以在外壳部分102和104之间半双工双向传输数字信息。可以用任何给定通信信道208在给定时间发送或接收。不过，不能将单个信道208同时用于发射和接收。在一些实施例中，可以将选定的信道208仅用于发射，而可以将其他选定的信道208仅用于接收。仅用于发射的信道208的光环210可以省略光探测器214。类似地，仅用于接收的信道208可以省略光环210和发射器212。 

也可能有一些不需要双向通信的应用。图8示出了单向通信的示范性实施例。如图8所示，通过取消光探测器214简化了发送端的光耦合器202。用于发送端的光耦合器202包括如前所述的光环210和光发射器212。在接收端，光耦合器202可以包括没有光环210或光发射器212的光探测器阵列218。 

为避免必须要为电源电路130提供独立的电池，可以用一对导电环替代一对光环210，以便能在电路110和130之间传输电力。在这种情况下，可以通过电刷或电辊接触电连接导电环在旋转的所有角度上来保持光耦合器202之间的电连接。 

图9示出了由数字300总体表示的可旋转连接器的第二实施例，该第二实施例使得能够传输电力。该实施例类似于图1-8中所示的实施例。旋转连接器300包括两个光耦合器302。光耦合器302均包括基板304，基板304具有如上所述的多个光通道308和光环310。每个光环310都包括关联的带引线316的光发射器312和光探测器314。光耦合器302可以如前所述以光学方式发送和/或接收数字信息。 

在图9中所示的实施例中，用于形成光环310的聚合物不仅导光而且也导电。另一电引线317连接到光环。光发射器312和光探测器314与导光环310电绝缘。在光环310之间设置导电球320以电连接光耦合器302中相对的光环310。光环310的相对表面可以具有轻微内凹形状，以将导电球320保持在适当的位置。 

在该实施例中，可以以电学方式以及光学方式发送数据。为了传输信息，向发送端上的光环310施加电信号，例如电压或电流。从发送端的光环310，经过导电球320向接收端的光环310传导电信号。可以用施密特触发器来检测接收端的电信号。于是，每个光环310提供了两种通信信道：光信道和电信道。在一个示范性实施例中，可以将光信道用于高度数字数据。可以用电信道传输电力、接地或模拟信号。本领域的技术人员将认识到，还可以将电信道用于传输数字数据。 

图10示出了由数字400总体表示的旋转连接器的另一实施例。在该实施例中，旋转连接器400包括两个光耦合器402：内部连接器和外部连接器。每个光耦合器402包括多个垂直堆叠的光环410。如在第一实施例中那样，每个导光环包括带引线416的光发射器412和光探测器414。光耦合器402的基本操作与前述相同。当照射一个光耦合器402 中的导光环410时，由相对耦合器402中的对应光探测器414探测光。如在前一实施例中那样，这种设计容许在360度的范围内任何角位置处探测光。 

在一些应用中，可能希望知道外壳部分102和104相互之间的相对的角位置。例如，可能希望知道何时外壳部分102位于闭合位置、打开位置或某些中间位置。以下描述依据图4-8的实施例探测旋转程度的各种方式。不过，要理解的是，这些角度探测方法也适用于本文所述的其他实施例。 

如果旋转方向不重要，可以基于光探测器的输出电平判断从闭合位置起的旋转程度。绕光环210传输的光必然会衰减。衰减量是光绕光环210传播的距离的函数。于是，控制电路112和132可以通过监测光探测器214的输出电平确定相对旋转量。例如，基于光探测器214的输出电平，控制电路112和/或132可以判断外壳部分104已经从闭合位置旋转了30°。不过，在这种情况下，不知道外壳部分是沿什么方向旋转的。如果旋转方向是重要的，可以将光环210制造成具有光梯度，使得衰减会根据旋转方向而变化。 

在另一个实施例中，光耦合器202之一可以包括可以被充当位置传感器126的独立光探测器探测的光学标记。可以将光学标记施加到光环210之一。在该实施例中，控制电路112可以通过在外壳部分102和104被旋转时探测和统计光学标记来确定外壳部分102和104的角位置。或者，可以将位置信息编码到光学标记中。例如，光学标记可以在宽度和/或间距上变化，从而可以从光学标记的图案确定角位置。作为另一个例子，可以绕光耦合器的一周在固定位置施加类似于条形码的独特光学标记。 

如果光环210之一是导电的，位置传感器126可以探测由于外壳部分102和104的相对旋转导致的输出电压变化。可以在一个光环210上的固定位置施加输入电压Vin，并可以测量在相对光环210上的固定位置处的输出电压Vout。光环210像可变电阻器一样工作，因此输出电压Vout将根据相对旋转而变化。如果区分旋转方向是重要的，那么光环210也可以具有电阻梯度。 

图11示出了利用电路110中的电源和连接器200为电路130供电的替代方法。如果电路130仅需要少量电力，可以用高功率LED 160和 光生伏打电池162从电路110向电路130无线传输电力。可以通过光纤164传输来自高功率LED 160的光，该光纤164经过旋转连接器200的中央并被引导到光生伏打电池152上，该光生伏打电池152将光能转换成电能，为电路130供电。 

当然，可以以不同于本文所述的其他特定方式实施本发明而不脱离本发明的范围和实质特征。因此，无论从哪一点来看都应将这些实施例看成示例性的而非限制性的，并且所有在所附权利要求的含义和等价范围内的变化都应定为涵盖在其中。 

Claims (23)

1.一种可旋转连接器，包括：

适于安装到第一可旋转组件的第一光耦合器，所述第一光耦合器包括第一导光光环和用于照射所述光环的第一光发射器；

适于安装到第二可旋转组件的第二光耦合器，所述第二光耦合器包括光探测器，用于在预定的旋转范围中探测所述第一光耦合器上的光环的照明；以及

控制电路，用于根据由所述光探测器探测的光衰减确定所述第一和第二光耦合器的相对角位置。

2.根据权利要求1所述的可旋转连接器，包括多个绕轴或旋转同心地设置的光环，多个用于照明所述光环的相应光环的光发射器以及多个光探测器。

3.根据权利要求1所述的可旋转连接器，其中所述第一光耦合器包括多个垂直堆叠的光环。

4.根据权利要求1所述的可旋转连接器，其中所述第二光耦合器包括第二导光光环以及对所述第二导光光环照明的第二光发射器，且其中所述第一光耦合器包括用于探测所述第二导光光环的照明的第二组光探测器。

5.根据权利要求4所述的可旋转连接器，其中所述第一和第二导光光环是导电的。

6.根据权利要求5所述的可旋转连接器，其中所述第一和第二导光光环是电连接的。

7.根据权利要求6所述的可旋转连接器，还包括插置于所述第一和第二导光光环之间以电连接所述第一和第二导光光环的导电球。

8.根据权利要求1所述的可旋转连接器，其中所述光环具有光学梯度。

9.根据权利要求1所述的可旋转连接器，还包括连接到所述第一光耦合器的第一电路和连接到所述第二光耦合器的第二电路，其中由光生伏打电池为所述第一和第二电路之一供电。

10.一种利用包括第一和第二光耦合器的可旋转连接器连接电路的方法，所述方法包括：

对所述第一光耦合器中的一个或多个光环照明；以及

利用所述第二光耦合器中的一个或多个探测器在预定旋转范围上探测所述一个或多个光环的照明；以及

基于由至少一个所述探测器探测到的光强探测所述第一和第二光耦合器的相对角位置。

11.根据权利要求10所述的方法，还包括：

对所述第二光耦合器中的一个或多个光环照明；以及

利用所述第一光耦合器中的一个或多个探测器在预定旋转范围上探测所述第二光耦合器中的所述一个或多个光环的照明。

12.根据权利要求11所述的方法，还包括电连接所述第一和第二光耦合器的所述光环。

13.一种可旋转连接器，包括：

适于安装到第一可旋转组件的第一光耦合器，所述第一光耦合器包括第一导电导光光环和用于照射所述第一导电导光光环的光发射器；

适于安装到第二可旋转组件的第二光耦合器，所述第二光耦合器包括第二导电导光光环以及用于照明所述第二导电导光光环的第二组光发射器；

第一光探测器，用于在预定旋转范围上探测所述第一光耦合器上的所述第一导电导光光环的照明；

第二光探测器，用于在预定旋转范围上探测所述第二光耦合器上的所述第二导电导光光环的照明；以及

电连接所述第一和第二导电导光光环的导电球。

14.根据权利要求13所述的可旋转连接器，其中所述第一和第二导电导光光环的相对表面具有内凹表面以保持所述导电球。

15.根据权利要求13所述的可旋转连接器，还包括用于探测所述第一和第二光耦合器的相对角位置的位置传感器。

16.根据权利要求15所述的可旋转连接器，其中所述位置传感器为光学传感器。

17.根据权利要求16所述的可旋转连接器，其中所述位置传感器探测由于所述第一和第二光耦合器的相对旋转导致的经一个或多个选定光环透射的光强变化。

18.根据权利要求17所述的可旋转连接器，其中所述选定光环具有光学梯度。

19.根据权利要求15所述的可旋转连接器，其中在旋转所述第一和第二光耦合器时，所述位置传感器探测所述第一和第二光耦合器之一上的光学标记。

20.根据权利要求15所述的可旋转连接器，其中所述位置传感器包括电阻传感器，用于探测由于所述第一和第二光耦合器的相对旋转导致的电阻变化。

21.根据权利要求20所述的可旋转连接器，其中所述位置传感器探测一个或多个选定光环上两个点之间的电位差。

22.根据权利要求21所述的可旋转连接器，其中所述选定光环具有电阻梯度。

23.根据权利要求22所述的可旋转连接器，其中所述位置传感器能够探测所述连接器的旋转量。

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