CN202330773U - 具有成像功能的多通道光纤旋转连接器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种具有成像功能的多通道光纤旋转连接器，包括依次设置于同一光路上的转子端的自聚焦准直微透镜、道威棱镜以及定子端的自聚焦会聚微透镜，该具有成像功能的多通道光纤旋转连接器还包括用于对物体成像的前置成像系统以及成像探测系统；前置成像系统和成像探测系统分别设置于转子端的自聚焦准直微透镜和定子端的自聚焦会聚微透镜两侧。本实用新型提供了一种具有光电成像能力、不会增加光路的复杂性以及具有较强抗电磁干扰能力的具有成像功能的多通道光纤旋转连接器。

Description

具有成像功能的多通道光纤旋转连接器

技术领域

本实用新型属光学光通信领域，涉及一种光纤旋转连接器，尤其包含一种具有成像功能的多通道光纤旋转连接器。

背景技术

光纤旋转连接器(Fiber Optical Rotary Joints--FORJs，又称“光滑环”)在许多军用、民用光纤系统中得到广泛应用，如雷达系统、舰艇系统、火控系统、光电经纬仪、无人机、飞船、潜艇、无人潜水器、石油平台、声纳探测设备、工业机器人、高空气球、周视平台等许多领域。在军事方面主要有：雷达天线旋转、海底声纳测试、导弹制导等。性能良好的FORJ具备旋转速度快、插入损耗低、光谱范围宽、尺寸小、重量轻、工作温度范围宽、抗电磁干扰、防水、防尘等特性。一般的光学旋转连接器是利用附属于转子器件的多路光纤耦合的微透镜与定子器件端相应的带尾纤微透镜并经一梯形棱镜(trapezoid prism)或道威棱镜(Dove prism)以转子的1/2角速度(ω/2)同步旋转，仅实现光通信的多路连接，其转子和定子器件之间的道威棱镜处于平行光程区。

实用新型内容

为了解决背景技术中存在的上述技术问题，本实用新型提供了一种具有光电成像能力、不会增加光路的复杂性以及具有较强抗电磁干扰能力的具有成像功能的多通道光纤旋转连接器。

本实用新型的技术解决方案是：本实用新型提供了一种具有成像功能的多通道光纤旋转连接器，包括依次设置于同一光路上的转子端的自聚焦准直微透镜(Selfoc Microlens)、道威棱镜以及定子端的自聚焦会聚微透镜，其特殊之处在于：所述具有成像功能的多通道光纤旋转连接器还包括用于对物体成像的前置成像系统以及成像探测系统；所述前置成像系统和成像探测系统分别设置于转子端的自聚焦准直微透镜和定子端的自聚焦会聚微透镜两侧。

上述前置成像系统先使物体成像于转子端中心处的自聚焦准直微透镜的前焦面上；经消旋道威棱镜后再经替续中央自聚焦微透镜成像于其后焦面上，最后经传像光束和耦合透镜聚焦于成像探测器CCD或CMOS靶面上。

上述成像系统包括物镜以及与物镜处于同一光轴上的光锥(tapered fiber)(光锥能使前置物镜所成较大尺寸的初次像可传递到小口径的自聚焦微透镜前焦面上)；所述光锥出射端设置于转子端面上的自聚焦会聚微透镜的焦点上。

上述光锥的入射端与出射端的直径比设定为3∶1、4∶1或其它的适当比例。

上述光锥是平面光纤光锥、但入射端为了校正某些像差(例如场曲)也可是球面光锥或出射端非球面光锥。

上述成像探测系统包括成像透镜以及CCD或CMOS图像传感器；所述成像透镜设置于定子端面上的自聚焦会聚微透镜的焦点上；所述成像透镜和CCD或CMOS图像传感器设置于同一光路上。

上述成像探测系统还包括设置于定子端的自聚焦会聚微透镜和成像透镜直接耦合的传像光纤束。

上述CCD或CMOS图像传感器的靶面可以采用不同规格的小型尺寸，例如1/3英寸、1/4英寸、1/6英寸或1/9英寸。

本实用新型的优点是：

本实用新型是在一个光学小器和光学固定器之间安置多通道光纤通信和成像器件以实现光通信和成像的综合系统，以适用于导弹、飞行器、坦克等要求目标识别的动态跟踪系统。其目的是增加多路光纤旋转连接器的功能，具有光电成像跟踪系统，适用于近红外成像探测并不增加光路的损耗和复杂性，且有较强的抗电磁干扰能力。在处于光路中央的定子端面接收自聚焦微透镜焦平面亦可耦合适当长度的传像束，并再经转像系统成像在CCD或CMOS的靶面上。

附图说明

图1是本实用新型所提供的光纤旋转连接器的结构示意图；

其中：

1-物镜；2-光锥；3-转子端面上的多路自聚焦微透镜；4-道威棱镜；5-定子端面上的多路对应自聚焦微透镜；6-成像光束；7-成像透镜；8-CCD或CMOS图像传感器。

具体实施方式

参见图1，本实用新型提供了一种具有成像功能的多通道光纤旋转连接器，该光纤旋转连接器不仅包括了依次设置于同一光路上的转子端上的摄影物镜1、光纤光锥2、自聚焦会聚微透镜3、道威棱镜4以及定子端的对应多路自聚焦微透镜5、传像束6、转向透镜7和探测器CCD或CMOS8上。系统中转子端以角速度ω转动，而道威棱镜以ω/2同方向旋转而起成像消旋作用。

成像系统包括光锥2的入射端与出射端的直径比可以采用3∶1或4∶1，光锥2可以采用平面光纤光锥或其他类似的光锥，例如可以包括圆形、方形或矩形以及前表面为平面、球面或非球面等。

成像探测系统设置于定子端的自聚焦会聚微透镜5的焦点上。成像探测系统包括成像透镜7以及CCD图像传感器8；成像透镜7和CCD图像传感器8设置于同一光路上。CCD图像传感器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(视其靶面成像尺寸而定)。

在处于光路中央的定子端的接收自聚焦微透镜亦可在端面加一适当长度的传像束6，并再经成像系统成像在CCD或CMOS的靶面上。

在多路(例如4路或6路)光纤中央设置梯度折射透镜(GRIN lens)亦称自聚焦透镜(selfoc lens)，其长度为1/4周期(P＝L/4)或1/4周期的奇数倍(直径φ可在2-3mm之间)，其转子方自聚焦透镜焦点处可接一平面光纤光锥。其入/出端直径比可取3∶1或4∶1。这样可使物方探测目标具有大视场，例如(2ω＝26°)短焦距或适用于小视场长焦距的探测。由于光学投影仪最小化程度受其基本光学参数或是光学系统的惠更斯-亥姆霍兹不变量(Huygens-Helmholtz invariant)的限制。即是说：光束的立体角及其成像面积的乘积是一常数。在此系统中引入光锥，就是为了增大这一光学常数(加长系统焦距或扩大视场角并缩小后端光学垂轴尺寸)。最后由CCD或CMOS图像实时观察或记录，也可数字化传输至地面。输出探测的另一方案：可在输出端由电寻址的空间光调制器(E-SLMs)进行与存储目标的相关识别(如用于与存储目标相关的导弹自动寻的识别)。

Claims (8)

1.一种具有成像功能的多通道光纤旋转连接器，包括依次设置于同一光路上的转子端的自聚焦准直微透镜、道威棱镜以及定子端的自聚焦会聚微透镜，其特征在于：所述具有成像功能的多通道光纤旋转连接器还包括用于对物体成像的前置成像系统以及成像探测系统；所述前置成像系统和成像探测系统分别设置于转子端的自聚焦准直微透镜和定子端的自聚焦会聚微透镜两侧。

2.根据权利要求1所述的具有成像功能的多通道光纤旋转连接器，其特征在于：所述前置成像系统设置于转子端中心处的自聚焦准直微透镜的前焦面上；所述成像探测系统的靶面置于定子端面上的自聚焦会聚微透镜的焦点上。

3.根据权利要求2所述的具有成像功能的多通道光纤旋转连接器，其特征在于：所述成像系统包括物镜以及与物镜处于同一光路上的光锥；所述光锥出射端设置于转子端上的自聚焦会聚微透镜的焦点上。

4.根据权利要求3所述的具有成像功能的多通道光纤旋转连接器，其特征在于：所述光锥的入射端与出射端的直径比是3∶1或4∶1。

5.根据权利要求4所述的具有成像功能的多通道光纤旋转连接器，其特征在于：所述光锥是平面光纤光锥、入射端是球面光锥或非球面光锥。

6.根据权利要求2-5任一权利要求所述的具有成像功能的多通道光纤旋转连接器，其特征在于：所述成像探测系统包括成像透镜以及CCD或CMOS图像传感器；所述成像透镜设置于定子端面上的自聚焦会聚微透镜的焦点上；所述成像透镜和CCD或CMOS图像传感器设置于同一光路上。

7.根据权利要求6所述的具有成像功能的多通道光纤旋转连接器，其特征在于：所述成像探测系统还包括设置于定子端的自聚焦会聚微透镜和成像透镜直接耦合的传像光纤束。

8.根据权利要求7所述的具有成像功能的多通道光纤旋转连接器，其特征在于：所述CCD或CMOS图像传感器的靶面是1/3英寸、1/4英寸、1/6英寸或1/9英寸。

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