CN112334805A - 多通光纤旋转接头 - Google Patents

Abstract

一种光纤旋转连接器，其具有可相对于彼此旋转的第一和第二元件，第二元件具有可围绕第一轴线旋转的第一子组件、可围绕不平行于第一轴线的第二轴线旋转的第二子组件以及第一和第二准直器，第一元件具有第三和第四准直器，第二和第四准直器中的一个取向成与第一旋转轴线重合，第二和第四准直器中的另一个取向成与第一旋转轴线平行，第一和第三准直器中的一个取向成与第二旋转轴线重合，第一和第三准直器中的另一个取向成与第二旋转轴线平行或重合，由此光信号可以在第一光路中穿过第一和第二元件之间的旋转界面传输，并且光信号可以在第二光路中穿过该旋转界面传输。

Description

多通光纤旋转接头

技术领域

本发明总体上涉及光纤旋转接头，并且更特别地涉及一种用于在两个联接部件之间沿着至少两个分开的光传输路径传输光信号的旋转联接器，所述两个联接部件围绕公共旋转轴线相对于彼此可旋转地安装。

背景技术

光纤旋转接头是众所周知的，其允许在分别位于相对于彼此旋转的构件上的光纤之间传递光信号。当通信光纤沿着旋转轴线定位时，这种类型的单通道装置可以归类为同轴旋转接头，而当通信光纤不在旋转轴线或中线上时，则可以将其归类为离轴旋转接头。另外，这种类型的装置可以归类为单通道旋转接头或多通道旋转接头。

例如，美国专利号7,142,747涉及具有限定内腔的壳体的光纤旋转接头(FORJ)。壳体适于接合两束光纤的端部部分，其中，这两束光纤布置在内腔的相对侧上。通过适当地对准第一和第二束光纤，第一和第二束光纤中的各对光纤可以穿过内腔通信。第一和第二束光纤通常终止于光学准直阵列。准直透镜，例如球形透镜，可以与每个光纤相关联，使得由它们各自的光纤所发射的信号在通过内腔发射之前被球形透镜准直。光学准直阵列中的至少一个(如果不是两个)则适于相对于壳体围绕纵向轴线旋转。光纤旋转接头填充有用于在高环境压力下的光学透明的流体，并使用以旋转的准直器阵列的速度的一半旋转的反向棱柱。

在许多光纤系统中，出于冗余、带宽或系统成本的考虑，需要多于一个的光纤和通道。双通道通常是光纤的最佳数量，例如在双工网络中或需要备用通道的设施中。例如，美国专利号5,588,077涉及一种直列式双通光纤旋转接头，其能够传输两个数据流，每个数据流被承载在单独的光纤上。1996年12月24日颁布的美国专利号5,588,077的全部内容在此整体引入作为参考。美国专利申请公开号2015/0030284涉及一种具有两个光路的光纤双通道旋转接头，这两个光路都不是直接的。在两个光学通道中设置有光学反射器，并且两个光路都不使所透射的光偏转。

发明内容

借助对所公开实施例的对应部件、部分或表面的括号参引(仅用于说明而非限制性目的)，提供了一种用于穿过由两个可相对移动的构件限定的界面传输光信号的非接触式旋转连接器(15，115)，所述非接触式旋转连接器包括：第一旋转连接元件(18，118)；第二旋转连接元件(19，119)，所述第二旋转连接元件构造成相对于第一旋转连接元件围绕主轴线(x-x)旋转；该第二旋转连接元件具有第一子组件(33，134A)，所述第一子组件构造成随着第二旋转连接元件相对于第一旋转连接元件围绕主轴线(x-x)旋转而围绕第一旋转轴线(31，131)旋转；该第二旋转连接元件具有第二子组件(34，134B)，所述第二子组件构造成随着第二旋转连接元件相对于第一旋转连接元件围绕主轴线(x-x)旋转而围绕不平行于第一旋转轴线(31，131)的第二旋转轴线(30，132)旋转；位于第一旋转连接元件和第二旋转连接元件之间的旋转界面(20，120)；该第二旋转连接元件包括第一准直透镜(21，124)和第二准直透镜(22，125)；该第一旋转连接元件包括第三准直透镜(23，121)和第四准直透镜(24，122)；该第一和第三准直透镜构造成穿过旋转界面在第一光路(P1，P10)中在所述第一和第三准直透镜之间引导光信号；第二和第四准直透镜构造成穿过旋转界面在第二光路(P2，P20)中在所述第二和第四准直透镜之间引导光信号；第一准直透镜和第三准直透镜(23，121)中的一个取向成与第一旋转轴线(31，131)重合，第一准直透镜和第三准直透镜(124，21)中的另一个取向成与第一旋转轴线(31，131)平行或重合；第二准直透镜和第四准直透镜(24，122)中的一个取向成与第二旋转轴线(30，132)重合，第二准直透镜和第四准直透镜(22，125)中的另一个取向成与第二旋转轴线(30，132)平行；由此，可以在第一光路(P1，P10)中直接在第一旋转连接元件和第二旋转连接元件之间穿过旋转界面传输光信号，并且可以在第二光路(P2，P20)中在第一旋转连接元件和第二旋转连接元件之间穿过旋转界面传输光信号。

第一旋转连接元件(18，118)可以相对于壳体(16)是固定的，第二旋转连接元件(19，119)可以相对于第一旋转连接元件围绕主轴线(x-x)旋转。第一旋转连接元件可以围绕主轴线(x-x)旋转，并且第二旋转连接元件可以围绕主轴线(x-x)以不同于第一旋转连接元件的速度旋转。第二旋转连接元件可以相对于壳体是固定的，第一旋转连接元件可以相对于第二旋转连接元件围绕主轴线(x-x)旋转。

旋转界面可以包括第一和第二旋转连接元件之间的间隙。第一旋转连接元件可以包括联接至第四准直透镜(24，122)并且取向成与第二旋转轴线(30，132)重合的光纤(54，152B)，第一旋转连接元件可以包括联接至第三准直透镜(23，121)并且取向成与第一旋转轴线(31，131)重合的光纤(53，152A)，第二旋转连接元件可以包括联接至第一准直透镜(21，124)并且取向成与第一旋转轴线(31，131)平行或重合的光纤(51，151A)，第二旋转连接元件可以包括联接至第二准直透镜(22，125)并且取向成与第二旋转轴线(30，132)平行的光纤(52，151B)。

第二旋转连接元件的第一子组件可以包括第一圆柱形构件(33，134A)，所述第一圆柱形构件具有围绕第一旋转轴线(31，131)取向的外轴承表面(43，142A)；第二旋转连接元件的第二子组件可以包括第二圆柱形构件(34、134B)，所述第二圆柱形构件具有围绕第二旋转轴线(30，132)取向的外轴承表面(44，142B)；第二旋转连接元件可以包括第三子组件，所述第三子组件包括从动圆柱形构件(32，130)，所述从动圆柱形构件具有围绕主轴线(x-x)取向的外轴承表面(42，142D)。第二旋转连接元件可以包括轴向延伸的联动装置(56，156)，该联动装置连接第一圆柱形构件、第二圆柱形构件和从动圆柱形构件，使得第一圆柱形构件、第二圆柱形构件和从动圆柱形构件一起相对于第一旋转连接元件旋转。第二圆柱形构件可以包括垂直于第二旋转轴线取向的中心窗口(28，168)、第一反射器(25，166B)和由中心窗口支撑的第二反射器(26，165B)；其中，第一光路(P1，P10)从第一准直透镜通过中心窗口延伸到第三准直透镜；并且其中，第二光路(P2，P20)从第二准直透镜延伸到第一反射器、从第一反射器延伸到第二反射器、以及从第二反射器延伸到第四准直透镜。

穿过旋转界面在第一光路中传输的光信号可以具有第一波长，并且穿过旋转界面在第二光路中传输的光信号可以具有与第一波长不同或相同的第二波长。穿过第一旋转连接元件和第二旋转连接元件之间的旋转界面在第一光路中的光信号的传输以及穿过第一旋转连接元件和第二旋转连接元件的旋转界面在第二光路中的光信号的传输可以是同时的和/或均可以是双向的。

第二旋转轴线(30)可以与主轴线(x-x)重合。第二旋转轴线可以从第一旋转轴线偏离小于约45度的角度(38)。第二旋转轴线可以从第一旋转轴线偏离约1度到约30度之间的角度(38)。第一准直透镜(21)可以取向成与第一旋转轴线(31)重合，第三准直透镜(23)可以取向成与第一旋转轴线重合，由此，可以在第一光路中直接在第一旋转连接元件和第二旋转连接元件之间穿过旋转界面传输光信号。

第一旋转轴线(134A)可以不平行于主旋转轴线(x-x)或不与其重合，第二旋转轴线(134B)可以不平行于主旋转轴线(x-x)或不与其重合。

第二旋转连接元件可以包括第三子组件(134C)，该第三子组件构造成随着第二旋转连接元件相对于第一旋转连接元件围绕主轴线(x-x)旋转而围绕第三旋转轴线(133)旋转，该第三旋转轴线不平行于第一旋转轴线(131)或第二旋转轴线(132)；第二旋转连接元件可以包括第五准直透镜(126)；第一旋转连接元件可以包括第六准直透镜(123)；第五和第六准直透镜可以构造成穿过旋转界面在第三光路(P30)中在所述第五和第六准直透镜之间引导光信号；第五准直透镜和第六准直透镜中的一个(123)可以取向成与第三旋转轴线重合，第五准直透镜和第六准直透镜中的另一个(126)可以取向成与第三旋转轴线平行或重合；由此，可以在第三光路(P30)中在第一旋转连接元件和第二旋转连接元件之间穿过旋转界面传输光信号。第二旋转连接元件的第一子组件可以包括第一圆柱形构件(134A)，所述第一圆柱形构件具有围绕第一旋转轴线(131)取向的外轴承表面(142A)；第二旋转连接元件的第二子组件可以包括第二圆柱形构件(134B)，所述第二圆柱形构件具有围绕第二旋转轴线(132)取向的外轴承表面(142B)；第二旋转连接元件的第二子组件可以包括第三圆柱形构件(134C)，所述第三圆柱形构件具有围绕第三旋转轴线(133)取向的外轴承表面(142C)；第二旋转连接元件可以包括从动子组件，所述从动子组件包括从动圆柱形构件(130)，所述从动圆柱形构件具有围绕主轴线(x-x)取向的外轴承表面(142D)。第二旋转连接元件可以包括轴向延伸的联动装置(156)，该联动装置连接第一圆柱形构件、第二圆柱形构件、第三圆柱形构件和从动圆柱形构件，使得第一圆柱形构件、第二圆柱形构件、第二圆柱形构件和从动圆柱形构件相对于第一旋转连接元件一起旋转。

第一圆柱形构件可以包括垂直于第一旋转轴线取向的第一中心窗口(167)、第一反射器(166A)和由第一中心窗口支撑的第二反射器(165A)，并且第一光路(P10)可以从第一准直透镜延伸到第一反射器、从第一反射器延伸到第二反射器、以及从第二反射器延伸到第三准直透镜；第二圆柱形构件可以包括垂直于第二旋转轴线(132)取向的第二中心窗口(168)、第三反射器(166B)和由第二中心窗口支撑的第四反射器(165B)，并且第二光路(P20)可以从第二准直透镜延伸到第三反射器、从第三反射器延伸到第四反射器、以及从第四反射器延伸到第四准直透镜；第三圆柱形构件可以包括垂直于第三旋转轴线(133)取向的第三中心窗口(169)、第五反射器(166C)和由所述第三中心窗口支撑的第六反射器(165C)，并且第三光路(P30)可以从第五准直透镜延伸到第五反射器、从第五反射器延伸到第六反射器、以及从第六反射器延伸到第六准直透镜。第一光路可以从第一准直透镜通过第二中心窗口和第三中心窗口延伸到第三准直透镜；第二光路可以从第二准直透镜延伸通过第三中心窗口延伸到第四准直透镜。

在另一方面中，提供了一种非接触式旋转连接器(15)，该非接触式旋转连接器用于穿过由两个可相对移动的构件限定的界面传输光信号，该非接触式旋转连接器包括：第一旋转连接元件(18)；第二旋转连接元件(19)，所述第二旋转连接元件构造成相对于第一旋转连接元件旋转；第二旋转连接元件具有第一子组件(34)，所述第一子组件构造成随着第二旋转连接元件相对于第一旋转连接元件旋转而围绕第一旋转轴线(30)旋转；第二旋转连接元件具有第二子组件(33)，所述第二子组件构造成随着第二旋转连接元件相对于第一旋转连接元件旋转而围绕不平行于第一旋转轴线的第二旋转轴线(31)旋转；位于第一旋转连接元件和第二旋转连接元件之间的旋转界面(20)；第二旋转连接元件包括第一准直透镜(21)和第二准直透镜(22)；第一旋转连接元件包括第三准直透镜(23)和第四准直透镜(24)；第一和第三准直透镜构造成在第一光路(P1)中穿过旋转界面在所述第一和第三准直透镜之间引导光信号；第二和第四准直透镜被构造成在第二光路(P2)中穿过旋转界面在所述第二和第四准直透镜之间引导光信号；第二准直透镜和第四准直透镜中的一个(24)取向成与第一旋转轴线(30)重合，第二准直透镜和第四准直透镜中的另一个(22)取向成平行于第一旋转轴线(30)；第一准直透镜和第三准直透镜中的一个(21)取向成与第二旋转轴线(31)重合，并且第一准直透镜和第三准直透镜中的另一个(23)取向成与第二旋转轴线重合；由此，可以在第一光路(P1)中直接在第一旋转连接元件和第二旋转连接元件之间穿过旋转界面传输光信号，并且可以在第二光路(P2)中直接在第一旋转连接元件和第二旋转连接元件之间穿过旋转界面传输光信号。

第一旋转连接元件可以相对于壳体(16)是固定的，并且第二旋转连接元件可以相对于第一旋转连接元件旋转。第一旋转连接元件可以围绕第一旋转轴线旋转，第二旋转连接元件可以围绕第一旋转轴线以不同于第一旋转连接元件的速度旋转。第二旋转连接元件可以相对于壳体是固定的，并且第一旋转连接元件可以相对于第二旋转连接元件旋转。

旋转界面可以包括在第一和第二旋转连接元件之间的间隙。第一旋转连接元件可以包括联接至第四准直透镜(24)并且取向成与第一旋转轴线(30)重合的光纤(54)，第一旋转连接元件可以包括联接至第三准直透镜(23)并且取向成与第二旋转轴线(31)重合的光纤(53)，第二旋转连接元件可以包括联接至第一准直透镜(21)并且取向成与第二旋转轴线(31)重合的光纤(51)，并且第二旋转连接元件可以包括联接至第二准直透镜(22)并且取向成与第一旋转轴线(30)平行的光纤(52)。

第二旋转连接元件的第一子组件可以包括第一圆柱形构件(34)，该第一圆柱形构件具有围绕第一旋转轴线(30)取向的外轴承表面(44)；第二旋转连接元件的第二子组件可以包括第二圆柱形构件(33)，该第二圆柱形构件具有围绕第二旋转轴线(31)取向的外轴承表面(43)；第二旋转连接元件可以包括第三子组件，所述第三子组件包括从动圆柱形构件(32)，所述从动圆柱形构件具有围绕所述第一旋转轴线(30)取向的外轴承表面(42)。第二旋转连接元件可以包括轴向延伸的联动装置(56)，所述联动装置连接第一圆柱形构件、第二圆柱形构件和从动圆柱形构件，使得第一圆柱形构件、第二圆柱形构件和从动圆柱形构件相对于第一旋转连接元件一起旋转。第一圆柱形构件可以包括垂直于第一旋转轴线取向的中心窗口(28)、第一反射器(25)和由中心窗口支撑的第二反射器(26)；其中，第一光路从第一准直透镜通过中心窗口延伸到第三准直透镜；并且其中，第二光路从第二准直透镜延伸到第一反射器、从第一反射器延伸到第二反射器、以及从第二反射器延伸到第四准直透镜。

穿过旋转界面在第一光路中传输的光信号可以具有第一波长，穿过旋转界面在第二光路中传输的光信号可以具有与第一波长不同或相同的第二波长。在第一光路中在第一旋转连接元件和第二旋转连接元件之间穿过旋转界面的光信号的传输以及在第二光路中在第一旋转连接元件和第二旋转连接元件之间穿过旋转界面的光信号的传输可以是同时的和/或双向的。第二旋转轴线可以从第一旋转轴线偏离小于约45度的角度(38)。第二旋转轴线可以从第一旋转轴线偏离约1度到约30度之间的角度(38)。

附图说明

图1是改进的光纤旋转连接器的第一实施例的等距视图；

图2是大体在穿过中心轴线x-x的平面上截取的图1所示的光纤旋转连接器的纵向截面图；

图3是大体在以从图2所示的截面图偏离的角度穿过中心轴线x-x的平面上截取的图1所示的光纤旋转连接器的纵向截面图；

图4是图1所示的光纤旋转连接器的示意性纵向截面图，示出了在同一截面中的光学元件和联动装置；

图5是改进的光纤旋转连接器的第二实施例的端视图；

图6是大体沿图5的线A-A截取的图5所示的光纤旋转连接器的竖直纵向截面图；

图7是大体沿图5的线B-B截取的图5所示的光纤旋转连接器的水平纵向截面图。

具体实施方式

首先，应该清楚地理解，相似的附图标记意图是贯穿这几个附图一致地标识相同的结构元件、部分或表面，因为这样的元件、部分或表面可以由所撰写的完整说明书进一步描述或解释，该详细描述是完整说明书的一整体部分。除非另有说明，附图意图是与说明书一起阅读(例如，阴影线、部件的布置、比例、程度等等)，并且应视为本发明的所撰写的完整说明书的一部分。如以下描述中所使用的，术语“水平”、“竖直”、“左”、“右”、“上”和“下”以及它们的形容词和状语衍生词(例如，“水平地”、“向右”、“向上”等等)仅仅是指特定绘图面对读者时所示结构的取向。类似地，术语“向内”和“向外”通常是指表面相对于其伸长轴线或旋转轴线(视情况而定)的取向。

现在参照附图，更尤其是参照其图1至图3，提供了一种改进的光学旋转连接器，其第一实施例总体上用15表示。在该实施例中，提供了双通旋转连接器。光纤旋转接头15被示为大致包括壳体16，在该实施例中，该壳体大体支撑固定的连接元件18和旋转的连接元件19。如图所示，壳体16构造成在连接元件18和19之间提供旋转接头，从而允许连接元件18或19中的至少一个相对于另一个旋转。如图所示，壳体16是大体圆柱形构件，其具有容纳旋转元件19的细长的圆柱形内腔17。虽然在该实施例中，元件18大体保持固定不动，而元件19大体被允许围绕其纵向轴线x-x旋转，但是可替代地，两个元件18和19可以构造成以不同的速度和/或沿着不同的方向围绕轴线x-x旋转。作为另一替代方案并且如下文进一步所述，连接元件19可以构造成保持固定不动，而元件18大体被允许围绕其纵向轴线x-x旋转。因此，连接元件18和19中的一个或两个被可旋转地安装，使得一个元件可绕其各自的纵向轴线相对于另一元件旋转。因此，尽管在该实施例中连接器15被描述为具有旋转侧或转子19以及固定侧、定子或主体18，但是这两个元件是可互换的，并且任一侧可以充当另一侧。

连接元件18和19大体位于旋转界面或接头20的相对侧上并且包括特定定位和取向的准直器21、22、23和24以及构造成穿过旋转界面20传输光信号的光波导51、52、53和54。连接元件18和19提供了具有至少两个路径P1和P2的多通光学接头，其中路径P1是离轴型的和直接型的。在至少离轴路径P1中，光在对置的波导之间穿过界面20行进，没有偏转并且没有中间的光学反射器。因此，提供了一种双向两通道或双通光纤旋转接头，其中一通路是涉及一对光学准直器的光纤连接器，其中光信号从一个光学准直器传送到另一光学准直器。通道P1和P2两者也是双向的，使得每个通道都可以在任一方向上携带信号。在本实施例中，两个通路都使用标准GRIN透镜作为准直器。GRIN透镜或梯度折射率透镜与光纤联接以产生准直光束。然而，可以使用其他光束引导透镜或装置作为替代方案。

如图2-4所示，第二光通路通道P2被布置成使得固定侧18上的同轴准直器24与旋转侧19上的离轴准直器22对准。在本实施例中，通路P2使用两个标准GRIN透镜22和24以及两个反射器25和26，其中一个反射器26安装在窗口28上，以穿过旋转界面20引导光束并使两个对置的准直器22和24对准。

第一光通路P1是直接型的，没有反射器。对于第一光通路通道P1，固定侧18上的离轴准直器23与旋转侧19上的准直器21对准，该准直器21从第一旋转轴线30倾斜偏离以与第二旋转轴线31对准。在本实施例中，通道P1使用两个标准GRIN透镜21和23，其中一个透镜或准直器坐落于盘33的中心，所述盘坐落于环形轴承36中，所述环形轴承在转子侧19上以角度38从旋转轴线30倾斜偏离。用于第一通路P1的配对准直器23挨着定子18中的第二通路P2准直器24轴偏离地(off axis)坐落，并且倾斜以与第一通路盘33上的准直器21对准。第一通路P1的准直光束被引导通过第二通路窗口28直接至定子18中的配对准直器23。因此，这两个准直器的机械布置允许它们在旋转期间能够跟踪和保持对准并且为光传输提供了直接路径。通过使用这种倾斜机构，这两个准直器21和23在360度旋转上保持直接对准，不会干扰第二通路P2并且不需要中间反射器或类似物。

参照图4，示意性地示出了双通光学旋转接头15的纵向截面。如图所示，旋转接头15包括固定主体18和转子19，该转子包括三个旋转元件，即主旋转器盘32、倾斜的第一通路盘33和窗口保持第二通路盘34。示出了进入光学旋转接头15的旋转侧19的输入波导51和52以及示出了离开固定侧18的输出波导53和54。

主体18包含安装在一个端部上的两个光学准直器23和24，其中，准直器23偏离旋转轴线30定位在定子18上并且成角度38以与旋转轴线31对准，使得其与位于旋转侧19上的准直器21光学对准。光分别从准直器21和22发射到准直器23和24，或者分别从准直器23和24发射到准直器21和22。因此，存在两个双向光通路P1和P2。

间接通路P2包括光学准直器22和24，其中光纤光学对准每个GRIN透镜并通过环氧树脂或其他手段附接到每个GRIN透镜。准直器24定位在旋转轴线30上并且使用第一反射器25和安装在盘34的窗口28上的第二反射器26与准直器22对准。

直接通路P1包括GRIN准直器21和GRIN准直器23的光学对准，其中光纤光学对准每个GRIN透镜并通过环氧树脂或其他手段附接到每个GRIN透镜。

光学转子连接元件19大体包括主旋转器盘32、倾斜的第一通路盘33和第二通路盘34。主旋转器盘32、倾斜的第一通路盘33和第二通路盘34都通过联动销56相对于固定元件18一起旋转。

在壳体16的圆柱形内表面41和第二通路盘34的圆柱形外表面44之间的一组环形轴承37可旋转地支撑第二通路盘34，使得当主旋转器盘32相对于壳体16和定子18旋转时第二通路盘34围绕第一旋转轴线30旋转。如图所示，壳体16的圆柱形内表面41和第二通路盘34的圆柱形外表面44二者都围绕旋转轴线30取向。如图所示，第二通路盘34是由圆柱形外表面44和圆柱形内表面45限定的大体圆柱形环状构件，所述圆柱形外表面和圆柱形内表面二者都围绕旋转轴线30取向。圆柱形内表面45在围绕旋转轴线30取向的第二通路盘34中限定了中心环形开口或通孔50。

第二通路盘34支撑窗口28，所述窗口28则支撑反射器26。如图所示，窗口28延伸跨过第二通路盘34中的中心开口50的右端。反射器26居中位于轴线30上和窗口28的表面上并且与反射器25对准，所述反射器25被支撑在盘34上的开口50和窗口28的外部。反射器25平行于旋转轴线30与准直器22光学对准并且垂直于旋转轴线30与反射器26光学对准。准直器24在旋转轴线30上与反射器26光学对准。开口50和窗口28允许直接光路P1从准直器21穿过准直器23并与准直器23对接，同时将反射器26与准直器24和反射器25一起保持在适当的位置，并因此保持准直器22和准直器24之间的对准。盘34包括安装凹部59，所述安装凹部接纳驱动销56的一端。

壳体16的圆柱形内表面40和第一通路盘33的圆柱形外表面43之间的环形轴承36可旋转地支撑第一通路盘33，使得当主旋转器盘32相对于壳体16和定子18围绕第一旋转轴线31旋转时第一通路盘33围绕第二旋转轴线31旋转。如图所示，壳体16的圆柱形内表面40和第二通路盘34的圆柱形外表面43二者都围绕第二旋转轴线31取向。主通路盘33支撑准直器21，所述准直器21居中位于盘33上并沿着旋转轴线31对准。如图所示，轴承36坐落于壳体16的成角度的圆柱形钻孔40中。钻孔40与平行于轴线30取向的壳体16的内表面41成角度38，使得准直器21与准直器23对准并且准直器23与准直器21之间的光路P1穿过开口50和窗口28，但不受反射器26或第二通路盘34遮挡。盘33的倾斜旋转轴线31使得其以角度38从旋转轴线30轴偏离。不受限制地，取决于所需的单元尺寸，角度38可以在约0.5度到45度之间，优选地可以在约1度到约30度之间。附接至准直器22的波导52穿过在盘33中偏心定位的开口或通孔46。

壳体16的圆柱形内表面39与主旋转器盘32的圆柱形外表面42之间的环形轴承35可旋转地支撑主旋转器盘32，使得主旋转器盘32相对于壳体16和定子18围绕旋转轴线30旋转。如图所示，壳体16的圆柱形内表面39和主旋转器盘32的圆柱形外表面42二者都围绕旋转轴线30取向。轴承35居中位于壳体16中并围绕旋转轴线30取向。主旋转器盘32包括安装凹部58，所述安装凹部58接纳驱动销56的一端。附接至准直器22的波导52穿过在旋转器盘32中偏心定位的开口或通孔47。附接至准直器21的波导51穿过在旋转器盘32中居中定位的开口或通孔48。

驱动销56将主旋转器盘32的旋转运动传递到盘33和盘34，使得主旋转器盘32、盘33和盘34可旋转地联接。驱动销56的一端坐落于旋转器32的凹部58中。驱动销56延伸穿过第一通路盘33中的开口49，驱动销56的另一端坐落于第二通路盘34的凹部59中。当旋转器32经由扭矩销旋转时，该旋转器转而使驱动销56围绕旋转轴线30旋转，所述驱动销56在通孔49处与第一通路盘33接触并在凹部59中与第二通路盘34接触，从而驱动第一通路盘33和第二通路盘34二者，其方向和速度与旋转器32相对于壳体16和主体18的方向和速度相同。当主体18旋转而旋转器32保持固定时，驱动销56阻止第一通路盘33和第二通路盘34旋转。

随着旋转器32旋转，驱动销56驱动第一通路盘33，第一通路盘33绕其自身的第二旋转轴线31旋转，并且由于壳体16中的成角度钻孔40而在其整个旋转中在相同的取向上保持以角度38倾斜。准直器21和第一光路P1围绕第二旋转轴线31旋转，但仍保持朝向准直器23倾斜角度38，并且因此在旋转器32围绕中心旋转轴线30的全360度角旋转中保持与准直器23对准。

另一方面，主体18可以旋转并且旋转器32可以保持固定。在该操作中，随着主体18旋转，盘钻孔40的角度38将保持轴承36和第一通路盘33成正确的角度38，以保持位于第一通路盘33中的准直器21和位于主体18中的准直器23之间的对准。驱动销56阻止第一通路盘33围绕其自身的旋转轴线31旋转，并且因此旋转轴线31围绕旋转轴线30伸展(process)，并且其光路P1跟踪准直器23随着主体18旋转而跟踪的圆。因此，在该替代旋转构造中也提供了直接光路P1。

因此，在与旋转界面20的一侧18上的外部可接近的旋转轴线30重合的准直器24和平行于旋转界面20的另一侧19上的旋转轴线30的准直器22之间引导两个光纤信号P2中的第二光纤信号，通过使用两个反射镜25和26将准直的光束从轴30上引导成平行于轴线30来实现光学联接。两个光纤信号P1中的第一光纤信号通过开口50和窗口28从准直器21引导到准直器23，所述准直器21从第二光纤信号P2的旋转轴线30倾斜但与旋转界面20的一侧19上的第二内部旋转轴线31重合，所述准直器23与旋转界面20的另一侧18上的第二旋转轴线31重合，所述窗口28支撑用于第二光纤信号P2的反射镜26。光纤旋转接头15的机械结构允许在任一光路P1和P2上沿任一方向发送信号，不会由于支撑另一个的光学器件的机械结构遮挡一个光束而带来明显损失。

在旋转界面20的侧18围绕外部可接近的旋转轴线x-x旋转而旋转界面的侧19保持固定的过程中，旋转界面20的侧18上的第二光纤信号P2的准直器24以所有旋转角度围绕与外部旋转轴线x-x重合的轴线30旋转，而旋转界面20的侧19上的第二光纤信号P2的准直器22保持固定不动并平行于外部旋转轴线30且围绕旋转轴线30在所有旋转角度上保持光学对准，旋转界面20的侧18上的第一光纤信号P1的准直器23与第二内部旋转轴线31重合地旋转并围绕外部可接近的旋转轴线30伸展，而旋转界面20的侧19上的第一光纤信号P1的准直器21保持固定不动并与第二内部旋转轴线31重合，所述准直器21也围绕外部可接近的旋转轴线30伸展并保持在所有旋转角度上光学对准。相反，在旋转界面20的侧19围绕外部可接近的旋转轴线30旋转且旋转界面20的侧18保持固定不动的过程中，旋转界面20的侧19上的第二光纤信号P2的准直器22围绕外部可接近的旋转轴线30旋转，而旋转界面20的侧18上的第二光纤信号P2的准直器24保持固定不动并与外部可接近的旋转轴线30重合且在所有旋转角度上保持光学对准，旋转界面20的侧19上的第一光纤信号P1的准直器21与内部旋转轴线31重合并且以所有旋转角度围绕内部旋转轴线31旋转，而旋转界面20的侧18上的第一光纤信号P1的准直器23保持与内部旋转轴线31重合并固定不动且在所有旋转角度上保持光学对准。因此，当侧19相对于侧18旋转时，准直器21和22围绕不同的非平行轴线旋转，并且光纤旋转接头15允许在旋转接头内部的两个光路上事先完全双向传输。

光纤旋转接头15提供了无齿轮紧凑型双通道光纤旋转非接触式连接器。它是一种无源双向装置，可以用作独立装置，也可以容易地集成到旋转组件中，使得能够穿过旋转界面传递高数据速率的光信号。尽管已经示出并描述了双通道实施例，但是可以采用具有多于两个的通道的光纤旋转连接器作为替代方案。

现在参照图5-7，提供了光学旋转连接器的第二实施例115。该实施例类似于光学旋转连接器15，但是代替双通连接器，实施例115提供三通连接器。光纤旋转接头115包括壳体，所述壳体支撑固定的连接元件118和旋转的连接元件119并且构造成在连接元件118和119之间提供旋转接头，所述旋转接头允许连接元件118或119中的至少一个相对于另一个旋转。虽然在该实施例中，元件118大体保持固定不动，而元件119大体被允许围绕其纵向轴线x-x旋转，但是可替代地，元件118和119二者可以构造成围绕轴线x-x以不同的速度和/或沿不同的方向旋转。作为另一替代方案并且如下文进一步所述，连接元件119可以构造成保持固定不动，而元件118大体被允许围绕其纵向轴线x-x旋转。因此，连接元件118和119中的一个或两个可旋转地安装，使得一个元件可绕其各自的纵向轴线相对于另一元件旋转。因此，尽管在该实施例中连接器115被描述为具有旋转侧或转子119以及固定侧、定子或主体118，但是这两个元件是可互换的并且任一侧可以充当另一侧。

连接元件118和119大体位于旋转界面120的相对侧上并且包括特定定位和取向的旋转倾斜盘134A、134B和134C、由盘134A、134B和134C支撑的准直器121、122、123、124、125和126以及光波导151A、151B、151C、152A、152B和152C，所述光波导151A、151B、151C、152A、152B和152C构造成分别向准直器121、122、123、124、125和126传输光信号以及从所述准直器121、122、123、124、125和126传输光信号。连接元件118和119提供了具有至少三个路径P10、P20和P30的多通光学接头，其中路径P10、P20和P30都横向于纵向轴线x-x并且是间接型的。

如图6所示，通路P10使用两个标准GRIN透镜121和124以及两个反射器165A和166A，其中一个反射器165A安装在窗口167上，以穿过旋转界面120在两个对置的准直器121和124之间引导光束。第一光通路通道P10布置成使得准直器121取向成与固定侧118上的盘134A的旋转轴线131重合。固定侧118上的准直器121与旋转侧119上的准直器124配对。准直器124被安装在旋转侧119上的盘134A上。盘134A从纵向轴线x-x倾斜偏离，使得盘134A围绕旋转轴线131旋转并与旋转轴线131对准。因此，准直器124坐落于盘134A中，该盘134A又被支撑在环形轴承136A中，所述环形轴承136A在转子侧119上以角度138A从纵向旋转轴线x-x倾斜偏离。第一通路P10的配对准直器121坐落于定子118中并且倾斜与旋转轴线131对准。第一通路P10的准直光束沿着一个方向被从定子118上的准直器121引导穿过旋转界面120，通过第三通路窗口169和第二通路窗口168二者，从安装在窗口167上的反射器165A引导到反射器166A，到达转子119的盘134A中的配对准直器124。第一通路P10的准直光束沿着另一个方向被从转子119的盘134A中的准直器124引导，从反射器166A引导到安装在窗口167上的反射器165A，通过第二通路窗口168和第三通路窗口169二者，穿过旋转界面120到达定子118中的配对准直器121。因此，两个准直器的机械布置允许它们在旋转期间跟踪并保持对准以及提供用于光传输的路径。通过使用该倾斜机构，这两个准直器121和124在360度旋转上保持对准，不会干扰第二通路P20或第三通路P30并且不需要额外的中间反射器或类似物。

如图6所示，通路P20使用两个标准GRIN透镜122和125以及两个反射器165B和166B，其中一个反射器165B安装在窗口168上以穿过旋转界面120在这两个对置的准直器122和125之间引导光束。第二光通路通道P20布置成使得准直器122取向成与固定侧118上的盘134B的旋转轴线132重合。固定侧118上的准直器122与旋转侧119上的准直器125配对。准直器125安装在旋转侧119上的盘134B上。盘134B从纵向轴线x-x倾斜偏离，使得盘134B围绕旋转轴线132旋转并与旋转轴线132对准。因此，准直器125坐落于盘134B中，所述盘134B又被支撑在环形轴承136B中，所述环形轴承136B在转子侧119上以角度138B从旋转纵向轴线x-x倾斜偏离。第二通路P20的配对准直器122坐落于定子118中并倾斜以与旋转轴线132对准。第二通路P20的准直光束沿着一个方向从定子118上的准直器122引导穿过旋转界面120，通过第三通路窗口169，从安装在窗口168上的反射器165B引导到反射器166B，到达转子119的盘134B中的配对准直器125。第二通路P20的准直光束沿着另一个方向从转子119的盘134B中的准直器125引导，从反射器166B引导到安装在窗口168上的反射器165B，通过第三通路窗口169，穿过旋转界面120到达定子118中的配对准直器122。因此，这两个准直器的机械布置允许它们在旋转过程中跟踪并保持对准以及提供用于光传输的路径。通过使用这种倾斜机构，这两个准直器122和125在360度旋转上保持对准，不会干扰第一通路P10或第三通路P30并且不需要额外的中间反射器或类似物。

如图7所示，通路P30使用两个标准GRIN透镜123和126以及两个反射器165C和166C，其中一个反射器165C安装在窗口169上，以穿过旋转界面120在两个对置的准直器123和126之间引导光束。第三光通路通道P30布置成使得准直器123取向成与固定侧118上的盘133的旋转轴线133重合。固定侧118上的准直器123与旋转侧119上的准直器126配对。准直器126安装在旋转侧119上的盘134C上。盘134C从纵向轴线x-x倾斜偏离，使得盘134C围绕旋转轴线133旋转并与旋转轴线133对准。因此，准直器126坐落于盘134C中，所述盘134C又被支撑在环形轴承136C中，所述环形轴承136C在转子侧119上以角度138C从纵向旋转轴线x-x倾斜偏离。用于第三通路P30的配对准直器123坐落于定子118中并倾斜以与旋转轴线132对准。第三通路P30的准直光束沿着一个方向从定子118上的准直器123引导穿过旋转界面120，从安装在窗口168上的反射器165C引导到反射器166C，到达转子119的盘134B中的配对准直器125。第三通路P30的准直光束沿着另一个方向从转子119的盘134B中的准直器125引导，从反射器166C引导到安装在窗口169上的反射器165C，穿过旋转界面120到达定子118中的配对准直器123。因此，这两个准直器的机械布置允许它们在旋转过程中跟踪并保持对准以及提供用于光传输的路径。通过使用这种倾斜机构，这两个准直器122和125在360度旋转上保持对准，不会干扰第二通路P20或第三通路P30并且不需要额外的中间反射器或类似物。

因此，提供了双向三通道或三通路光纤旋转接头。在本实施例中，所有三个通路都使用标准GRIN透镜作为准直器。GRIN透镜或梯度折射率透镜与光纤联接以产生准直光束。然而，在通道中的一个或多个通道中，可以使用其他光束引导透镜或装置作为替代方案。

因此，在图6和图7中以纵向截面示出了三通光学旋转接头115。如图所示，转子119包括四个旋转元件，即主旋转器盘130、倾斜的窗口保持第一通路盘134A、倾斜的窗口保持第二通路盘134B以及倾斜的窗口保持第三通路盘134C。示出了进入光旋转接头115的旋转侧119的波导151A、151B和151C，以及示出了进入固定侧118的波导152A、152B和152C。

主体118包含三个光学准直器121、122和123，所述三个光学准直器安装在一端上并分别与轴线131、132和133对准。轴线131、132和133都不平行于中心纵向轴线x-x或不与其重合。转子侧119包含安装在倾斜盘134A、134B和134C上的三个光学准直器124、125和126，所述倾斜盘134A、134B和134C随着主旋转器盘130围绕轴线x-x旋转而相对于定子侧118分别围绕轴线131、132和133旋转。光分别从准直器121、122和123发射并被引导到准直器124、125和126，或者分别从准直器124、125和126发射到准直器121、122和123。这提供了三个双向光通路P10、P20和P30。

间接通路P10包括光学准直器121和124，其中光纤152A和151A分别光学对准每个GRIN透镜并通过环氧树脂或其他手段附接至每个GRIN透镜。准直器121定位在旋转轴线131上并使用第一反射器165A和第二反射器166A与准直器124对准，所述第一反射器165A安装在盘134A的窗口167上。

间接通路P20包括光学准直器122和125，光纤152B和151B分别光学对准每个GRIN透镜并通过环氧树脂或其他手段附接至每个GRIN透镜。准直器122定位在旋转轴线132上并使用第一反射器165B和第二反射器166B与准直器125对准，所述第一反射器165B安装在盘134B的窗口168上。

间接通路P30包括光学准直器123和126，光纤152C和151C分别光学对准每个GRIN透镜并通过环氧树脂或其他手段附接至每个GRIN透镜。准直器123位于旋转轴线133上并使用第一反射器165C和第二反射器166C与准直器126对准，所述第一反射器165C安装在盘134C的窗口169上。

光学转子连接元件119大体包括主旋转器盘130、倾斜的第一通路盘134A、倾斜的第二通路盘134B和倾斜的第三通路盘134C。主旋转器盘130、倾斜的第一通路盘134A、倾斜的第二通路盘134B和倾斜的第三通路盘134C都经由联动销156相对于固定元件118一起旋转。

主旋转器盘130是由围绕纵向轴线x-x取向的圆柱形外表面142D限定的大体圆柱形环状构件。定子118的圆柱形内表面145A与主旋转器盘130的圆柱形外表面142D之间的环形轴承136D旋转地支撑主旋转器盘130，使得主旋转器盘130围绕纵向轴线x-x相对于壳体定子118旋转。如图所示，主旋转器盘130的圆柱形内表面145A和圆柱形外表面142D二者都围绕纵向轴线x-x取向。轴承136D居中位于定子118中并且围绕纵向轴线x-x取向。主旋转器盘130包括安装凹部158，所述安装凹部158接纳驱动销156的一端。波导151A、151B和151C穿过居中位于旋转器盘130中的开口或通孔147。

倾斜的第一通路盘134A是由圆柱形外表面142A和圆柱形内表面143A限定的大体圆柱形环状构件，圆柱形外表面142A和圆柱形内表面143A二者都围绕旋转轴线131取向。圆柱形内表面143A限定了围绕旋转轴线131取向的第一通路盘134A中的中心环形开口或通孔150A。在壳体定子118的圆柱形内表面141A和第一通路盘134A的圆柱形外表面142A之间的环形轴承136A旋转地支撑第一通路盘134A，使得当主旋转器盘130相对于定子118围绕轴线x-x旋转时第一通路盘134A围绕第一旋转轴线131旋转。如图所示，壳体116的圆柱形内表面141A和第一通路盘134A的圆柱形外表面142A二者都围绕旋转轴线131取向。如图所示，轴承136A坐落于定子118的成角度的圆柱形钻孔141A中。钻孔141A与定子118的圆柱形内表面145成角度138A，其中表面145取向成与纵向轴线x-x同心。盘134A的倾斜的旋转轴线131使得它以角度138A从纵向旋转轴x-x轴偏离。不受限制地，取决于所需的单元尺寸，角度138A可以在约0.5度到45度之间，并且可以优选地在约1度到约30度之间。附接至准直器124的波导151A穿过旋转器盘130中的开口或通孔147。

第一通路盘134A支撑窗口167，所述窗口167则支撑反射器165A。如图所示，窗口167延伸跨过第一通路盘134A中的中心开口150A的左端。反射器165A在窗口167的表面上居中位于轴线131上并与反射器166A对准，所述反射器166A被支撑在盘134A上的开口150A和窗口167的外部。反射器166A平行于旋转轴线131与准直器124光学对准并且垂直于旋转轴线131与反射器165A光学对准。准直器124平行于旋转轴线131与反射器166A光学对准。开口150A和窗口167将反射器165A与准直器121和反射器166A保持在适当的位置，并因此保持准直器121和准直器124之间的对准。盘134A包括开口149A，驱动销156延伸穿过所述开口149A。

倾斜的第二通路盘134B是由圆柱形外表面142B和圆柱形内表面143B限定的大体圆柱形环状构件，所述圆柱形外表面142B和圆柱形内表面143B二者都围绕旋转轴线132取向。圆柱形内表面143B限定了围绕旋转轴线132取向的第二通路盘134B中的中心环形开口或通孔150B。壳体定子118的圆柱形内表面141B和第二通路盘134B的圆柱形外表面142B之间的环形轴承136B旋转地支撑第二通路盘134B，使得在主旋转器盘130相对于定子118围绕轴线x-x旋转时第二通路盘134B围绕第二旋转轴线132旋转。如图所示，壳体116的圆柱形内表面141B和第二通路盘134B的圆柱形外表面142B二者都围绕旋转轴线132取向。如图所示，轴承136B坐落于定子118的成角度的圆柱形钻孔141B中。钻孔141B与定子118的圆柱形内表面145成角度138B。盘134B的倾斜的旋转轴线132使得它以角度138B从纵向旋转轴线x-x轴偏离。不受限制地，取决于所需的单元尺寸，角度138B可以在约0.5度到45度之间，并且可以优选地在约1度到约30度之间。附接至准直器125的波导151B穿过第一盘134A中的开口或通孔147A以及旋转器盘130中的开口或通孔147。

第二通路盘134B支撑窗口168，所述窗口168则支撑反射器165B。如图所示，窗口168延伸跨过第二通路盘134B中的中心开口150B的左端。反射器165B在窗口168的表面上居中位于轴线132上并与反射器166B对准，所述反射器166B被支撑在盘134B上的开口150B和窗口168的外部。反射器166B平行于旋转轴线132与准直器125光学对准，并且垂直于旋转轴线132与反射器165B光学对准。准直器125平行于旋转轴线132与反射器166B光学对准。开口150B和窗口168将反射器165B与准直器122和反射器166B保持在适当的位置，并且因此保持准直器122和准直器125之间的对准。开口150B和窗口168还允许第一光路P10从准直器121穿过盘134A上的反射器165A和准直器124并与反射器165A和准直器124对接。盘134B包括开口149B，驱动销156延伸穿过所述开口149B。

倾斜的第三通路盘134C是由圆柱形外表面142C和圆柱形内表面143C限定的大体圆柱形环状构件，圆柱形外表面142C和圆柱形内表面143C二者都围绕旋转轴线133取向。圆柱形内表面143C限定了围绕旋转轴线133取向的第三通路盘134C中的中心环形开口或通孔150C。壳体定子118的圆柱形内表面141C和第三通路盘134C的圆柱形外表面142C之间的环形轴承136C旋转地支撑第三通路盘134C，使得当主旋转器盘130相对于定子118绕轴线x-x旋转时第三通路盘134C围绕第三旋转轴线133旋转。如图所示，壳体116的圆柱形内表面141C和第三通路盘134C的圆柱形外表面142C二者都围绕旋转轴线133取向。如图所示，轴承136C坐落于定子118的成角度的圆柱形钻孔141C中。钻孔141C与定子118的圆柱形内表面145成角度138C。盘134C的倾斜旋转轴线133使得它以角度138C从旋转纵向轴线x-x轴偏离。不受限制地，取决于所需的单元尺寸，角度138C可以在约0.5度到45度之间，并且可以优选地在约1度到约30度之间。附接至准直器126的波导151C穿过第二盘134B中的开口或通孔、第一盘134A中的开口147A以及旋转器盘130中的开口或通孔147。

第三通路盘134C支撑窗口169，所述窗口169则支撑反射器165C。如图所示，窗口169延伸跨过第三通路盘134C中的中心开口150C的左端。反射器165C在窗口169的表面上居中位于轴线133上并与反射器166C对准，所述反射器166C被支撑在盘134C上的开口150C和窗口169的外部。反射器166C平行于旋转轴线133与准直器126光学对准，并且垂直于旋转轴线133与反射器165C光学对准。准直器126平行于旋转轴线133与反射器166C光学对准。开口150C和窗口169将反射器165C与准直器123和反射器166C保持在适当的位置，并且因此保持准直器123和准直器126之间的对准。开口150C和窗口169还允许第一光路P10从准直器121以及允许第二光路P20从准直器122分别穿过盘134A上的反射器165A和准直器124以及盘134B上的反射器165B和准直器125并且与所述盘134A上的反射器165A和准直器124以及所述盘134B上的反射器165B和准直器125对接。盘134包括开口149C，驱动销156延伸穿过所述开口149C。

驱动销156将主旋转器盘130的旋转运动传递给盘134A、134B和134C，使得主旋转器盘130与盘134A、134B和134C旋转地联接。驱动销156的一端位于旋转器130的凹部158中。驱动销156延伸穿过盘134A、134B和134C中的开口。当旋转器130通过扭矩销旋转时，该旋转器则使驱动销156围绕轴线x-x旋转，所述驱动销156接触盘134A、134B和134C，从而沿与旋转器130相对于主体118相同的方向和相同的速度驱动盘134A、134B和134C中的每个。当主体118旋转并且旋转器130保持固定时，驱动销156防止盘134A、134B和134C旋转。

随着旋转器130旋转，驱动销156驱动第一通路盘134A，并且第一通路盘134A围绕其自身的第二旋转轴线131旋转，并由于定子118中的成角度钻孔141A而在其整个旋转中以相同的取向保持倾斜角度138A。准直器124和第一光路P10围绕第二旋转轴线131旋转，但保持朝向准直器121倾斜角度138A，并因此在旋转器130围绕中心旋转轴线x-x的整个360度角旋转中保持与准直器121对准。随着旋转器130旋转，驱动销156驱动第二通路盘134B，第二通路盘134B围绕其自身的第二旋转轴线132旋转，并由于定子118中的成角度钻孔141B而在其整个旋转中以相同的取向保持倾斜角度138B。准直器125和第二光路P20围绕第二旋转轴线132旋转，但保持朝向准直器122倾斜角度138B，并因此在旋转器130围绕中心旋转轴线x-x的整个360度角旋转中保持与准直器122对准。随着旋转器130旋转，驱动销156驱动第三通路盘134C，第三通路盘134C围绕其自身的第二旋转轴线133旋转，并由于定子118中的成角度钻孔141C而在其整个旋转中以相同的取向保持倾斜角度138C。准直器126和第三光路P30围绕第二旋转轴线133旋转，但保持朝向准直器123倾斜角度138C，并因此在旋转器130围绕中心旋转轴x-x的整个360度角旋转中保持与准直器123对准。

因此，在旋转界面120的一侧118上与旋转轴线131重合的准直器121和在旋转界面119的另一侧119上与旋转轴线131平行的准直器124之间引导三个光纤信号中的第一个P10，通过使用两个反射镜165A和166A将准直光束从同轴131引导成平行于轴线131而实现光学联接。轴线131不平行于纵向轴线x-x。在旋转界面120的一侧118上与旋转轴线132重合的准直器122和在旋转界面120的另一侧119上与旋转轴线132平行的准直器125之间引导三个光纤信号中的第二个P20，通过使用两个反射镜165B和166B将准直光束从同轴132引导成平行于轴线132而实现光学联接。轴线132不平行于纵向轴线x-x或旋转轴线131中的任意一个。在旋转界面120的一侧118上与旋转轴线133重合的准直器123和在旋转界面120的另一侧119上与旋转轴线133平行的准直器126之间引导三个光纤信号中的第三个P30，通过使用两个反射镜165C和166C将准直光束从同轴133引导成平行于轴线133而实现光学联接。轴线133不平行于纵向轴线x-x、旋转轴线131或旋转轴线132中的任意一个。因此，当侧119相对于侧118围绕轴线x-x旋转时，准直器124、125和126围绕不同的非平行轴线旋转。光纤旋转接头115的该机械结构允许信号沿任一方向在光路P10、P20和P30中的任何一个上发送，不会由于支撑另一个的光学器件的机械结构遮挡一个光束而造成明显损失。

另一方面，主体18可以旋转并且旋转器130可以保持固定。在该操作中，随着主体118旋转，盘钻孔141A的角度138A保持轴承136A和第一通路盘134A成正确的角度138A，以保持位于第一通路盘134A中的准直器124和位于主体118中的准直器121之间的对准，盘钻孔141B的角度138B保持轴承136B和第二通路盘134B成正确的角度138B，以保持位于第二通路盘134B中的准直器125与位于主体118中的准直器122之间的对准，盘钻孔141C的角度138C保持轴承136C和第三通路盘134C成正确的角度138C，以保持位于第三通路盘134C中的准直器126和位于主体118中的准直器123之间的对准。驱动销156阻止第一通路盘134A绕其自身的旋转轴线131旋转，并且因此旋转轴线131围绕纵向轴线x-x伸展，其光路P10跟踪准直器121随着主体118旋转而跟踪的圆。驱动销156阻止第二通路盘134B围绕其自身的旋转轴线132旋转，并且因此旋转轴线132围绕纵向轴线x-x伸展，其光路P20跟踪准直器122随着主体118旋转而跟踪的圆。驱动销156阻止第三通路盘134C围绕其自身的旋转轴线133旋转，并且因此旋转轴线133围绕纵向轴线x-x伸展，其光路P30跟踪准直器123随着主体118旋转而跟踪的圆。因此，在该替代旋转构造中还提供了光路P10、P20和P30。因此，光纤旋转接头115允许在旋转接头内部的三个光路上的完全双向传输。

光纤旋转接头115提供了无齿轮紧凑型3通道光纤旋转非接触式连接器。它是一种无源双向装置，可以用作独立装置，或者容易地集成到旋转组件中，能够使得穿过旋转界面传输高数据速率的光信号。尽管已经示出和描述了三通道实施例，但是可以采用具有多于三个通道的光纤旋转连接器作为替代方案。

本发明预期可以进行许多改变和修改。因此，尽管已经示出和描述了改进的旋转连接器的形式，并且讨论了许多替代方案，但是本领域技术人员将容易认识到，在不脱离如通过以下权利要求所限定和区分的本发明的范围的情况下，可以做出各种附加的改变和修改。

Claims (33)

1.一种非接触式旋转连接器，其用于穿过由两个能够相对移动的构件所限定的界面传输光信号，所述非接触式旋转连接器包括：

第一旋转连接元件；

第二旋转连接元件，所述第二旋转连接元件构造成相对于所述第一旋转连接元件围绕主轴线旋转；

所述第二旋转连接元件具有第一子组件，所述第一子组件构造成随着所述第二旋转连接元件相对于所述第一旋转连接元件围绕所述主轴线旋转而围绕第一旋转轴线旋转；

所述第二旋转连接元件具有第二子组件，所述第二子组件构造成随着所述第二旋转连接元件相对于所述第一旋转连接元件围绕所述主轴线旋转而围绕不平行于所述第一旋转轴线的第二旋转轴线旋转；

位于所述第一旋转连接元件和所述第二旋转连接元件之间的旋转界面；

所述第二旋转连接元件包括第一准直透镜和第二准直透镜；

所述第一旋转连接元件包括第三准直透镜和第四准直透镜；

所述第一准直透镜和所述第三准直透镜构造成穿过所述旋转界面在第一光路中在彼此之间引导光信号；

所述第二准直透镜和所述第四准直透镜构造成穿过所述旋转界面在第二光路中在彼此之间引导光信号；

所述第一准直透镜和所述第三准直透镜中的一个取向成与所述第一旋转轴线重合，并且所述第一准直透镜和所述第三准直透镜中的另一个取向成与所述第一旋转轴线平行或重合；

所述第二准直透镜和所述第四准直透镜中的一个取向成与所述第二旋转轴线重合，并且所述第二准直透镜和所述第四准直透镜中的另一个取向成与所述第二旋转轴线平行；

由此，能够在所述第一光路中在所述第一旋转连接元件和所述第二旋转连接元件之间穿过所述旋转界面传输光信号，并且能够在所述第二光路中在所述第一旋转连接元件和所述第二旋转连接元件之间穿过所述旋转界面传输光信号。

2.根据权利要求1所述的非接触式旋转连接器，其中，所述第一旋转连接元件相对于壳体是固定的，并且所述第二旋转连接元件相对于所述第一旋转连接元件围绕所述主轴线旋转。

3.根据权利要求1所述的非接触式旋转连接器，其中，所述第一旋转连接元件围绕所述主轴线旋转，并且所述第二旋转连接元件围绕所述主轴线以不同于所述第一旋转连接元件的速度旋转。

4.根据权利要求1所述的非接触式旋转连接器，其中，所述第二旋转连接元件相对于壳体是固定的，并且所述第一旋转连接元件相对于所述第二旋转连接元件围绕所述主轴线旋转。

5.根据权利要求1所述的非接触式旋转连接器，其中，所述旋转界面包括位于所述第一旋转连接元件和所述第二旋转连接元件之间的间隙。

6.根据权利要求1所述的非接触式旋转连接器，其中，所述第一旋转连接元件包括联接至所述第四准直透镜并且取向成与所述第二旋转轴线重合的光纤，所述第一旋转连接元件包括联接至所述第三准直透镜并且取向成与所述第一旋转轴线重合的光纤，所述第二旋转连接元件包括联接至所述第一准直透镜并且取向成与所述第一旋转轴线平行或重合的光纤，并且所述第二旋转连接元件包括联接至所述第二准直透镜并且取向成与所述第二旋转轴线平行的光纤。

7.根据权利要求1所述的非接触式旋转连接器，其中：

所述第二旋转连接元件的所述第一子组件包括第一圆柱形构件，所述第一圆柱形构件具有围绕所述第一旋转轴线取向的外轴承表面；

所述第二旋转连接元件的所述第二子组件包括第二圆柱形构件，所述第二圆柱形构件具有围绕所述第二旋转轴线取向的外轴承表面；并且

所述第二旋转连接元件包括第三子组件，所述第三子组件包括从动圆柱形构件，所述从动圆柱形构件具有围绕所述主轴线取向的外轴承表面。

8.根据权利要求7所述的非接触式旋转连接器，其中，所述第二旋转连接元件包括轴向延伸的联动装置，所述联动装置将所述第一圆柱形构件、所述第二圆柱形构件和所述从动圆柱形构件连接成使得所述第一圆柱形构件、所述第二圆柱形构件和所述从动圆柱形构件相对于所述第一旋转连接元件一起旋转。

9.根据权利要求7所述的非接触式旋转连接器，其中：

所述第二圆柱形构件包括垂直于所述第二旋转轴线取向的中心窗口、第一反射器和由所述中心窗口支撑的第二反射器；

其中，所述第一光路从所述第一准直透镜通过所述中心窗口延伸到所述第三准直透镜；并且

其中，所述第二光路从所述第二准直透镜延伸到所述第一反射器、从所述第一反射器延伸到所述第二反射器以及从所述第二反射器延伸到所述第四准直透镜。

10.根据权利要求1所述的非接触式旋转连接器，其中，在所述第一光路中穿过所述旋转界面传输的所述光信号具有第一波长，在所述第二光路中穿过所述旋转界面传输的所述光信号具有第二波长，所述第二波长与所述第一波长不同或相同。

11.根据权利要求1所述的非接触式旋转连接器，其中，在所述第一光路中在所述第一旋转连接元件和所述第二旋转连接元件之间穿过所述旋转界面的光信号的传输和在所述第二光路中在所述第一旋转连接元件和所述第二旋转连接元件之间穿过所述旋转界面的光信号的传输是同时的。

12.根据权利要求1所述的非接触式旋转连接器，其中，在所述第一光路中在所述第一旋转连接元件和所述第二旋转连接元件之间穿过所述旋转界面的光信号的传输和在所述第二光路中在所述第一旋转连接元件和所述第二旋转连接元件之间穿过所述旋转界面的光信号的传输均是双向的。

13.根据权利要求1所述的非接触式旋转连接器，其中，所述第二旋转轴线与所述主轴线重合。

14.根据权利要求13所述的非接触式旋转连接器，其中，所述第二旋转轴线与所述第一旋转轴线偏离小于约45度的角度。

15.根据权利要求14所述的非接触式旋转连接器，其中，所述第二旋转轴线与所述第一旋转轴线偏离约1度至约30度之间的角度。

16.根据权利要求1所述的非接触式旋转连接器，其中，所述第一准直透镜被取向成与所述第一旋转轴线重合，并且所述第三准直透镜被取向成与所述第一旋转轴线重合，由此能够在所述第一光路中直接在所述第一旋转连接元件和所述第二旋转连接元件之间穿过所述旋转界面传输光信号。

17.根据权利要求1所述的非接触式旋转连接器，其中，所述第一旋转轴线与所述主轴线不平行或不重合，并且所述第二旋转轴线与所述主轴线不平行或不重合。

18.根据权利要求1所述的非接触式旋转连接器，其中：

所述第二旋转连接元件包括第三子组件，所述第三子组件构造成随着所述第二旋转连接元件相对于所述第一旋转连接器围绕所述主轴线旋转而围绕不平行于所述第一旋转轴线或所述第二旋转轴线的第三旋转轴线旋转；

所述第二旋转连接元件包括第五准直透镜；

所述第一旋转连接元件包括第六准直透镜；

所述第五准直透镜和所述第六准直透镜构造成穿过所述旋转界面在第三光路中在彼此之间引导光信号；

所述第五准直透镜和所述第六准直透镜中的一个取向成与所述第三旋转轴线重合，所述第五准直透镜和所述第六准直透镜中的另一个取向成与所述第三旋转轴线平行或重合；

由此，能够在所述第三光路中在所述第一旋转连接元件和所述第二旋转连接元件之间穿过所述旋转界面传输光信号。

19.根据权利要求18所述的非接触式旋转连接器，其中：

所述第二旋转连接元件的所述第一子组件包括第一圆柱形构件，所述第一圆柱形构件具有围绕所述第一旋转轴线取向的外轴承表面；

所述第二旋转连接元件的所述第二子组件包括第二圆柱形构件，所述第二圆柱形构件具有围绕所述第二旋转轴线取向的外轴承表面；

所述第二旋转连接元件的所述第二子组件包括第三圆柱形构件，所述第三圆柱形构件具有围绕所述第三旋转轴线取向的外轴承表面；并且

所述第二旋转连接元件包括从动子组件，所述从动子组件包括从动圆柱形构件，所述从动圆柱形构件具有围绕所述主轴线取向的外轴承表面。

20.根据权利要求19所述的非接触式旋转连接器，其中，所述第二旋转连接元件包括轴向延伸的联动装置，所述联动装置将所述第一圆柱形构件、所述第二圆柱形构件、所述第三圆柱形构件和所述从动圆柱形构件连接成使得所述第一圆柱形构件、所述第二圆柱形构件、所述第三圆柱形构件和所述从动圆柱形构件相对于所述第一旋转连接元件一起旋转。

21.根据权利要求19所述的非接触式旋转连接器，其中：

所述第一圆柱形构件包括垂直于所述第一旋转轴线取向的第一中心窗口、第一反射器和由所述第一中心窗口支撑的第二反射器，并且所述第一光路从所述第一准直透镜延伸到所述第一反射器、从所述第一反射器延伸到所述第二反射器、以及从所述第二反射器延伸到所述第三准直透镜；

所述第二圆柱形构件包括垂直于所述第二旋转轴线取向的第二中心窗口、第三反射器和由所述第二中心窗口支撑的第四反射器，并且所述第二光路从所述第二准直透镜延伸到所述第三反射器、从所述第三反射器延伸到所述第四反射器、以及从所述第四反射器延伸到所述第四准直透镜；并且

所述第三圆柱形构件包括垂直于所述第三旋转轴线取向的第三中心窗口、第五反射器和由所述第三中心窗口支撑的第六反射器，并且所述第三光路从所述第五准直透镜延伸到所述第五反射器、从所述第五反射器延伸到所述第六反射器、以及从所述第六反射器延伸到所述第六准直透镜。

22.根据权利要求21所述的非接触式旋转连接器，其中：

所述第一光路从所述第一准直透镜通过所述第二中心窗口和所述第三中心窗口延伸到所述第三准直透镜；并且

所述第二光路从所述第二准直透镜通过所述第三中心窗口延伸到所述第四准直透镜。

23.一种非接触式旋转连接器，用于穿过由两个能够相对移动的构件所限定的界面传输光信号，所述非接触式旋转连接器包括：

第一旋转连接元件；

第二旋转连接元件，所述第二旋转连接元件构造成相对于所述第一旋转连接元件旋转；

所述第二旋转连接元件具有第一子组件，所述第一子组件构造成随着所述第二旋转连接元件相对于所述第一旋转连接元件旋转而围绕第一旋转轴线旋转；

所述第二旋转连接元件具有第二子组件，所述第二子组件构造成随着所述第二旋转连接元件相对于所述第一旋转连接元件旋转而围绕不平行于所述第一旋转轴线的第二旋转轴线旋转；

位于所述第一旋转连接元件和所述第二旋转连接元件之间的旋转界面；

所述第二旋转连接元件包括第一准直透镜和第二准直透镜；

所述第一旋转连接元件包括第三准直透镜和第四准直透镜；

所述第一准直透镜和所述第三准直透镜构造成穿过所述旋转界面在第一光路中在彼此之间引导光信号；

所述第二准直透镜和所述第四准直透镜构造成穿过所述旋转界面在第二光路中在彼此之间引导光信号；

所述第二准直透镜和所述第四准直透镜中的一个取向成与所述第一旋转轴线重合，并且所述第二准直透镜和所述第四准直透镜中的另一个取向成与所述第一旋转轴线平行；

所述第一准直透镜和所述第三准直透镜中的一个取向成与所述第二旋转轴线重合，并且所述第一准直透镜和所述第三准直透镜中的另一个取向成与所述第二旋转轴线重合；

由此，能够在所述第一光路中直接在所述第一旋转连接元件和所述第二旋转连接元件之间穿过所述旋转界面传输光信号，并且能够在所述第二光路中直接在所述第一旋转连接元件和所述第二旋转连接元件之间穿过所述旋转界面传输光信号。

24.根据权利要求23所述的非接触式旋转连接器，其中，所述第一旋转连接元件相对于壳体是固定的，并且所述第二旋转连接元件相对于所述第一旋转连接元件旋转，或者其中，所述第二旋转连接元件相对于壳体是固定的，并且所述第一旋转连接元件相对于所述第二旋转连接元件旋转。

25.根据权利要求23所述的非接触式旋转连接器，其中，所述第一旋转连接元件围绕所述第一旋转轴线旋转，并且所述第二旋转连接元件围绕所述第一旋转轴线以不同于所述第一旋转连接元件的速度旋转。

26.根据权利要求23所述的非接触式旋转连接器，其中，所述旋转界面包括位于所述第一旋转连接元件和第二旋转连接元件之间的间隙。

27.根据权利要求23所述的非接触式旋转连接器，其中，所述第一旋转连接元件包括联接至所述第四准直透镜并且取向成与所述第一旋转轴线重合的光纤，所述第一旋转连接元件包括联接至所述第三准直透镜并且取向成与所述第二旋转轴线重合的光纤，所述第二旋转连接元件包括联接至所述第一准直透镜并且取向成与所述第二旋转轴线重合的光纤，并且所述第二旋转连接元件包括联接至所述第二准直透镜并且取向成与所述第一旋转轴线平行的光纤。

28.根据权利要求23所述的非接触式旋转连接器，其中：

所述第二旋转连接元件的所述第一子组件包括第一圆柱形构件，所述第一圆柱形构件具有围绕所述第一旋转轴线取向的外轴承表面；

所述第二旋转连接元件的所述第二子组件包括第二圆柱形构件，所述第二圆柱形构件具有围绕所述第二旋转轴线取向的外轴承表面；并且

所述第二旋转连接元件包括第三子组件，所述第三子组件包括从动圆柱形构件，所述从动圆柱形构件具有围绕所述第一旋转轴线取向的外轴承表面。

29.根据权利要求28所述的非接触式旋转连接器，其中，所述第二旋转连接元件包括轴向延伸的联动装置，所述联动装置将所述第一圆柱形构件、所述第二圆柱形构件和所述从动圆柱形构件连接成使得所述第一圆柱形构件、所述第二圆柱形构件和所述从动圆柱形构件相对于所述第一旋转连接元件一起旋转。

30.根据权利要求28所述的非接触式旋转连接器，其中：

所述第一圆柱形构件包括垂直于所述第一旋转轴线取向的中心窗口、第一反射器和由所述中心窗口支撑的第二反射器；

其中，所述第一光路从所述第一准直透镜穿过所述中心窗口延伸到所述第三准直透镜；并且

其中，所述第二光路从所述第二准直透镜延伸到所述第一反射器、从所述第一反射器延伸到所述第二反射器、以及从所述第二反射器延伸到所述第四准直透镜。

31.根据权利要求23所述的非接触式旋转连接器，其中，在所述第一光路中穿过所述旋转界面传输的所述光信号具有第一波长，在所述第二光路中穿过所述旋转界面传输的所述光信号具有第二波长，所述第二波长与所述第一波长不同或相同。

32.根据权利要求23所述的非接触式旋转连接器，其中，在所述第一光路中在所述第一旋转连接元件与所述第二旋转连接元件之间穿过所述旋转界面的光信号的传输和在所述第二光路中在所述第一旋转连接元件和所述第二旋转连接元件之间穿过所述旋转界面的光信号的传输是同时的。

33.根据权利要求23所述的非接触式旋转连接器，其中，在所述第一光路中在所述第一旋转连接元件与所述第二旋转连接元件之间穿过所述旋转界面的光信号的传输和在所述第二光路中在所述第一旋转连接元件和所述第二旋转连接元件之间穿过所述旋转界面的光信号的传输均是双向的。

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