CN107483115B - 光束调节装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种光束调节装置，其包括光源；准直器，其通过光纤连接到光源的出光端，用于输出准直的光；光束调节组件，其包括用于调节光束位置的光束位置调节装置，其包括依次位于准直器出光端的二维调节组件、凸镜以及光接收装置；控制器，其电连接到二维调节组件以及光接收装置；其中，准直器的出光依次经二维调节组件的反射、凸镜的聚焦到达光接收装置上；光接收装置识别光束的实时位置并反馈给控制器；控制器根据光束实时位置，发出第一驱动信息给二维调节组件，在二维方向微调准直器的出光以修正光束实时位置至预设光斑位置。本发明实现多通道同步光通讯中快捷自动调节通讯光的光程和光束位置，以保证各通道光信号的一致性和准确性。

Description

光束调节装置及方法

技术领域

本发明涉及光通信技术领域，更具体地说，本发明涉及一种光束调节装置及方法。

背景技术

光纤传输具有频带宽、损耗低、重量轻、抗干扰能力强、保真度高、工作性能可靠等优点，广泛地应用于通信、医疗、工业、国防、航空、航天、船舶等领域。

在相对旋转部件之间的高通量、高速率信号传输系统中需要一个固定环上的多路光束同步进行信号传输，即要求多路光束的等光程传输，且所有光束需交汇于该固定环的圆心处(光信号接收处)，以保证传递的信号的连续性和准确性，因此保证光束的位置和光程极为关键。同时，由于整个部件的高速旋转，为保证整个机构的动平衡和低功耗，所以要求光束调节装置质量小。另外，该相对旋转部件之间的非接触高速数据传输系统需要封装在其它装置中，封装中光束调节装置的预留装载空间较小，因此需保证光束调节装置的体积小。

目前，在高速数据同步传输中，通常采用2个单一的机械装置分别调节通讯光束的位置和光程，实现光束的接收和等光程传输。由于是2个装置的叠加使用，受限于机械加工精度和装调技术，使得该种调节方式无法适用对光束位置精度和光程精度要求较高的仪器中，同时，这种机械调节方式的结构复杂、体积大、质量重，在装载空间较小的仪器中无法使用。

发明内容

针对上述技术中存在的不足之处，本发明提供一种光束调节装置及方法，实现全自动光束位置及光程调节，调节精度高、结构简单、体积小。

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，本发明通过以下技术方案实现：

本发明提供一种光束调节装置，其包括：

光源，其用于发光；

准直器，其通过光纤连接到所述光源的出光端，用于输出准直的光；

光束调节组件，其包括用于调节光束位置的光束位置调节装置，所述光束位置调节装置包括依次位于所述准直器出光端的二维调节组件、凸镜以及光接收装置；

控制器，其电连接到所述二维调节组件以及所述光接收装置；

其中，所述准直器的出光依次经所述二维调节组件的反射、所述凸镜的聚焦到达所述光接收装置上；

所述光接收装置识别光束的实时位置并反馈给所述控制器；

所述控制器根据所述光束实时位置，发出第一驱动信息给所述二维调节组件，在二维方向微调所述准直器的出光以修正所述光束实时位置至预设光斑位置。

优选的是，所述光束调节组件还包括用于调节光程的光程调节装置，其包括：

一维调节组件，其设置于所述准直器与所述二维调节组件之间，用于在一维方向上调整光程。

优选的是，还包括：

固定座，其安装于数据传输滑环旋转端固定环上，所述旋转端固定环上连接有所述准直器，所述旋转端固定环圆心位置设有所述光接收装置。

优选的是，所述二维调节组件包括：

平面镜片，其用于反射所述准直器的出光；

弹性件，其包括对称设于所述平面镜片四周与所述固定座之间的若干个；

二维旋转伺服机构，其固定到所述平面镜片的非反射面；

其中，所述二维旋转伺服机构电连接所述控制器；所述二维旋转伺服机构带动所述弹性件以及所述平面镜片在所述第一驱动信息的驱动下沿二维方向转动。

优选的是，所述二维调节组件还包括：

装载板，其固定安装到所述平面镜片的周围，每个所述弹性件的一端固定连接到所述装载板的边角、另一端固定连接到所述固定座上；

优选的是，所述一维调节组件包括：

一维位移伺服机构，其上固定有呈夹角的第一调节镜和第二调节镜；

第三调节镜，其固定设置；

其中，所述准直器的出光依次经所述第一调节镜、所述第二调节镜以及所述第三调节镜的反射到达所述二维调节组件上；

所述一维位移伺服机构电连接所述控制器；所述控制器发出第二驱动信息，驱动所述一维位移伺服机构带动所述第一调节镜和所述第二调节镜在一维方向移动。

优选的是，所述一维位移伺服机构上固定有镜片固定座，所述镜片固定座上固定有呈夹角的第一调节镜和第二调节镜；所述第三调节镜固定到所述固定座上。

优选的是，所述第一调节镜、所述第二调节镜以及所述第三调节镜与水平方向均呈90度倾斜；所述第一调节镜与所述第二调节镜之间的夹角为90度。

一种光束调节方法，其包括以下步骤：

启动光源，所述光源的光依次经准直器的准直、二维调节组件的反射、凸镜的聚焦到达光接收装置；

所述光接收装置识别光束实时位置并发送给控制器进行光斑位置是否正确的判断；

若正确，固定各调节模块和固定座、撤去二维调节组件和控制器，输出光束；若不正确，所述控制器发出第一驱动信息给所述二维调节组件，驱动所述二维调节组件在二维方向上旋转至所述光接收装置获得预设的光斑位置。

优选的是，所述控制器发出第一驱动信息给所述二维调节组件后，还包括以下步骤：

所述控制器发出第一驱动信息给所述二维调节组件驱动其在二维方向转动，所述控制器发出第二驱动信息给一维调节组件驱动其在一维方向上移动，直至所述光接收装置获得预设的光斑位置。

本发明至少包括以下有益效果：

1)本发明提供的光束调节装置，通过控制器根据到达光接收装置的光束实时位置，发出第一驱动信息给二维调节组件，在二维方向微调准直器的出光以修正光束实时位置，获得正确的光斑位置，整个光束通信与调节过程全自动化，无需工人参与，二维调节组件增加了光斑位置调节的精确性；

2)二维旋转伺服机构中弹性件具有弹性，在二维旋转伺服机构的带动下，能细微、精确地带动平面镜片沿二维方向转动；

3)在二维调节组件的二维转动调节基础上，一维调节组件在一维方向上的移动进一步增加了光程调节的精度，以获得高精度的光斑位置。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1为本发明所述的光束调节装置的通信示意图；

图2为本发明所述二维调节组件的结构示意图；

图3为本发明所述的二维调节组件的旋转示意图；

图4为本发明所述的一维调节组件的光程调节效果示意图；

图5为本发明所述的固定座与数据传输滑环旋转端固定环的位置关系；

图6为本发明所述的光束调节的方法示意图；

图中：

10-数据传输滑环旋转端固定环；11-固定座；

20-光源；21-光纤；

30-准直器；

411-平面镜片；412-装载板；413-弹性件；414-二维旋转伺服机构；

42-凸镜；43-光接收装置；441-镜片固定座；442-一维位移伺服机构；443-第一调节镜；444-第二调节镜；445-第三调节镜；

50-控制器。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不排除一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。

<实施例1>

如图1至图5所示，本发明实施例提供一种光束调节装置，其包括光源20、准直器30、光束调节组件以及控制器50。光源20用于发光。准直器30通过光纤21连接到光源20的出光端，用于输出准直的光。光束调节组件包括用于调节光束位置的光束位置调节装置，优选地，光束位置调节装置包括依次位于准直器30出光端的二维调节组件、凸镜42以及光接收装置43。控制器50电连接到二维调节组件以及光接收装置43，具体地，控制器50可以通过电缆连接到二维调节组件以及光接收装置43。

上述实施方式中，光的通信过程是，光源20发出的光依次经光纤21传输、准直器30的准直、二维调节组件的反射、凸镜42的聚焦到达光接收装置43上。光接收装置43识别光束的实时位置(光斑位置)并反馈给控制器50。控制器50根据光束实时位置判断与预设的光斑位置是否一致。若不一致，则控制器50发出第一驱动信息给二维调节组件，在二维方向微调准直器30的出光以修正光束实时位置至控制器50预设的光斑位置。整个光束通信与调节过程全自动化，无需工人参与，二维调节组件实现光斑位置的二维方向旋转调节，该大位移的调节，经凸镜42的折射后，在光接收装置43上实现微小的位移调节，即凸镜42相当于一个放大调整位移的装置，有利于精确调节以获得预设的光斑位置。因此，本发明可以实现多通道同步光通讯中快捷自动调节通讯光的光程和光束位置，以保证各通道光信号的一致性和准确性。

作为上述实施方式的优选，光束调节组件还包括用于调节光程的光程调节装置，优选地，光程调节装置包括一维调节组件。一维调解组件设置于准直器30与二维调节组件之间，用于在一维方向上调整光程。

作为上述实施方式的优选，如图5所示，光束调节装置还包括固定座11。固定座11安装于数据传输滑环旋转端固定环10上。数据传输滑环旋转端固定环上10上连接有准直器30，数据传输滑环旋转端固定环上10圆心位置设有光接收装置43。

作为上述实施方式的优选，如图1至3所示，二维调节组件包括平面镜片411、对称设于平面镜片411四周与固定座11之间的若干个弹性件413以及固定到平面镜片411非反射面的二维旋转伺服机构414。该实施方式中，平面镜片411用于反射准直器30的出光。二维旋转伺服机构414电连接控制器50。在控制器50的第一驱动信息驱动下，二维旋转伺服机构414旋转，带动弹性件413以及平面镜片411沿二维方向转动，图3给出了二维方向的示例，分别为X方向和Y方向所示。对称设于平面镜片411四周与固定座11之间的若干个弹性件413，用于保证旋转时平面镜片411整体旋转的稳定性。

作为上述实施方式的进一步优选，如图2所示，二维调节组件还包括固定安装于平面镜片411周围的装载板412。每个弹性件413的一端固定连接到装载板412的边角、另一端固定连接到固定座11上。作为最佳优选，弹性件413是弹簧，弹簧的弹性在旋转过程中产生缓冲，有利于控制平面镜片411整体位移调整的平稳性和精度。

作为上述实施方式的进一步优选，如图1所示，一维调节组件包括固定有呈夹角的第一调节镜443和第二调节镜444的一维位移伺服机构442、固定设置的第三调节镜445。该实施方式中，准直器30的出光依次经第一调节镜443、第二调节镜444以及第三调节镜445的反射到达二维调节组件上。一维位移伺服机构442电连接控制器50，控制器50发出第二驱动信息，驱动一维位移伺服机构442沿一维方向移动(如图4中箭头指示的M方向)，带动第一调节镜443和第二调节镜444在一维方向移动，则移动后光程沿图4中A、B方向前进。一维调节组件对准直光进行一维方向调节后，再通过二维调解组件进行维方向的旋转调节，有利于后续输出精确的光斑位置。作为进一步优选，一维位移伺服机构442上固定有镜片固定座441，镜片固定座441上固定有呈夹角的第一调节镜443和第二调节镜444，第三调节镜445固定到固定座11上。

作为上述实施方式的进一步优选，第一调节镜443、第二调节镜444以及第三调节镜445与水平方向均呈90度倾斜，并且，第一调节镜443与第二调节镜444之间的夹角为90度。该实施方式中提供了第一调节镜443、第二调节镜444以及第三调节镜445的角度设置，在满足一维调节组件的一维方向移动调节的基础上，有利于获得结构简单、体积小的光束调节装置。

需要补充说明的是，一维调节组件和二维调节组件之间的调节作用互不干涉，并且，本发明可以单独采用二维调节组件进行光束位置调节，也可以同时采用一维调节组件和二维调节组件进行光程调节，但是，同时调节时，一维调节组件和二维调节组件的先后调节顺序以及调节次数不做具体限定，视具体调节需求而定，达到预设光斑位置和光程大小即可。

<实施例2>

在实施例1提供的光束调节装置的基础上，本发明实施例提供一种光束调节方法，如图6所示，其包括以下步骤：

S10，启动光源，光源的光依次经准直器的准直、二维调节组件的反射、凸镜的聚焦到达光接收装置；

S20，光接收装置识别光束实时位置并发送给控制器进行光斑位置是否正确的判断；

S30，若正确，固定各调节模块和固定座、撤去二维调节组件和控制器，输出光束；若不正确，控制器发出第一驱动信息给二维调节组件，驱动二维调节组件在二维方向上旋转至所述光接收装置获得预设的光斑位置。

上述实施方式中，整个光束通信与调节过程全自动化，无需工人参与，二维调节组件实现光斑位置的二维方向调节，有利于获得更精确的光斑位置。

作为上述实施方式的进一步优选，控制器发出第一驱动信息给二维调节组件后，还包括以下步骤：

S31，控制器发出第一驱动信息给二维调节组件驱动其在二维方向转动，控制器发出第二驱动信息给一维调节组件驱动其在一维方向上移动，直至控制器获得预设的光斑位置。

该实施方式中，步骤S31为光束调节提供了一维方向移动与二维方向旋转共同调节的方法，有利于获得更精确的光斑位置，以达到预设光斑位置的精确调整。

需要补充说明的是，一维调节组件和二维调节组件之间的调节作用互不干涉，并且，本发明可以单独采用二维调节组件进行光束位置调节，也可以同时采用一维调节组件和二维调节组件进行光程调节，但是，同时调节时，一维调节组件和二维调节组件的先后调节顺序以及调节次数不做具体限定，视具体调节需求而定，达到预设光斑位置和光程大小即可。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用。它完全可以被适用于各种适合本发明的领域。对于熟悉本领域的人员而言可容易地实现另外的修改。因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (8)

1.一种光束调节装置，其特征在于，其包括：

光源，其用于发光；

准直器，其通过光纤连接到所述光源的出光端，用于输出准直的光；

光束调节组件，其包括用于调节光束位置的光束位置调节装置，所述光束位置调节装置包括依次位于所述准直器出光端的二维调节组件、凸镜以及光接收装置；

控制器，其电连接到所述二维调节组件以及所述光接收装置；

其中，所述准直器的出光依次经所述二维调节组件的反射、所述凸镜的聚焦到达所述光接收装置上；

所述光接收装置识别光束的实时位置并反馈给所述控制器；

所述控制器根据所述光束实时位置，发出第一驱动信息给所述二维调节组件，在二维方向微调所述准直器的出光以修正所述光束实时位置至预设光斑位置；

所述光束调节组件还包括用于调节光程的光程调节装置，其包括：一维调节组件，其设置于所述准直器与所述二维调节组件之间，用于在一维方向上调整光程。

2.如权利要求1所述的光束调节装置，其特征在于，还包括：固定座，其安装于数据传输滑环旋转端固定环上，所述旋转端固定环上连接有所述准直器，所述旋转端固定环圆心位置设有所述光接收装置。

3.如权利要求2所述的光束调节装置，其特征在于，所述二维调节组件包括：平面镜片，其用于反射所述准直器的出光；弹性件，其包括对称设于所述平面镜片四周与所述固定座之间的若干个；二维旋转伺服机构，其固定到所述平面镜片的非反射面；其中，所述二维旋转伺服机构电连接所述控制器；所述二维旋转伺服机构带动所述弹性件以及所述平面镜片在所述第一驱动信息的驱动下沿二维方向转动。

4.如权利要求3所述的光束调节装置，其特征在于，所述二维调节组件还包括：装载板，其固定安装到所述平面镜片的周围，每个所述弹性件的一端固定连接到所述装载板的边角、另一端固定连接到所述固定座上。

5.如权利要求1所述的光束调节装置，其特征在于，所述一维调节组件包括：一维位移伺服机构，其上固定有呈夹角的第一调节镜和第二调节镜；第三调节镜，其固定设置；其中，所述准直器的出光依次经所述第一调节镜、所述第二调节镜以及所述第三调节镜的反射到达所述二维调节组件上；所述一维位移伺服机构电连接所述控制器；所述控制器发出第二驱动信息，驱动所述一维位移伺服机构带动所述第一调节镜和所述第二调节镜在一维方向移动。

6.如权利要求5所述的光束调节装置，其特征在于，所述一维位移伺服机构上固定有镜片固定座，所述镜片固定座上固定有呈夹角的第一调节镜和第二调节镜；所述第三调节镜固定到所述固定座上。

7.权利要求6所述的光束调节装置，其特征在于，所述第一调节镜、所述第二调节镜以及所述第三调节镜与水平方向均呈90度倾斜；所述第一调节镜与所述第二调节镜之间的夹角为90度。

8.一种光束调节方法，其特征在于，其包括以下步骤：启动光源，所述光源的光依次经准直器的准直、二维调节组件的反射、凸镜的聚焦到达光接收装置；所述光接收装置识别光束实时位置并发送给控制器进行光斑位置是否正确的判断；若正确，固定各调节模块和固定座、撤去二维调节组件和控制器，输出光束；若不正确，所述控制器发出第一驱动信息给所述二维调节组件，驱动所述二维调节组件在二维方向上旋转，以使得所述光接收装置获得预设的光斑位置；

所述控制器发出第一驱动信息给所述二维调节组件后，还包括以下步骤：所述控制器发出第一驱动信息给所述二维调节组件驱动其在二维方向转动，所述控制器发出第二驱动信息给一维调节组件驱动其在一维方向上移动，直至所述光接收装置获得预设的光斑位置。

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