JP2018516389A - 光学回転電気接続 - Google Patents

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Abstract

電気回転接続（１５）は、ハウジング（１６）によって支持される第１の要素（１８）と、ハウジングによって支持される第２の要素（１９）を備え、第１の要素及び第２の要素は、回転インターフェース（２０）で中心軸（Ｘ）を中心として互いに対して回転するように構成され、第１の要素（１８）は、入力電気導線（２１）と、光源（２３）を有する電気から光へのＥ／Ｏ変換器（２２）と、送信レンズ（２８）を備え、第２の要素（１９）は、回転インターフェースをはさんで第１の要素と対向する受信レンズ（３０）と、光受信器（３３）を有する光から電気へのＯ／Ｅ変換器（３２）と、出力電気導線（３５）を備え、これにより、第１の要素によって受信された電気入力を光に変換することができ、光を軸上で回転インターフェースを越えて第２の要素に伝送することができ、光を第２の要素の出力電気導線を介する伝送のために第２の要素によって電気出力に変換することができる。【選択図】図２

Description

本発明は、一般に、コネクタの分野に関し、より具体的には、光学回転電気コネクタに関する。
特定の用途では、バンドルのうちの少なくとも一方が他方に対して回転できるようにしながら２つの異なるバンドルの光ファイバーを相互接続するために光ファイバーロータリージョイントが使用される。例えば、米国特許第７，１４２，７４７号は、内部キャビティを画定するハウジングを有する光ファイバーロータリージョイント（ＦＯＲＪ）に向けられている。ハウジングは、光ファイバーの２つのバンドルがその内部キャビティの両側に配置された状態で、２つのバンドルの端部と係合するように適合されている。光ファイバーの第１のバンドルと第２のバンドルを適切に整列させることによって、第１のバンドル及び第２のバンドルの光ファイバーのそれぞれの対は、内部キャビティをはさんで通信することができる。光ファイバーの第１のバンドル及び第２のバンドルは、概して光コリメーションアレイで終端する。ボールレンズなどのコリメーティングレンズが、それらのそれぞれの光ファイバーによって放射された信号が内部キャビティを通して出ていく前に該ボールレンズによって平行化されるように、各光ファイバーと関連付けられる場合がある。光コリメーションアレイのうちの、両方でない場合は、少なくとも一方は、ハウジングに対して縦軸を中心として回転するように適合される。２００６年１１月２８日に発行された米国特許第７，１４２，７４７号の内容全体が参照により本明細書に組み込まれる。
米国特許第６，３０１，４０５号は、ロータリージョイントを通じて或るバンドルのファイバーストランドの１つの組から該バンドルの軸方向に配置された別のバンドルのファイバーストランドの別の組に送信される信号強度を最適化するために設けられる調整機構を有するマルチチャンネル光ファイバーロータリージョイントに向けられている。
特定の用途では、搭載電子システムの高速データ通信を提供するのに光ファイバーケーブルが用いられる。このような用途では、光ファイバーケーブルを電子システムに接続するのに光ファイバーコネクタが用いられる場合がある。例えば、米国特許第７，６９０，８４９号は、電気信号を光信号に変換し、光信号を電気信号に変換する、光−電子（Ｏ／Ｅ）変換器を有する光ファイバーコネクタインサートに向けられている。このようなＯ／Ｅ変換器は、電気信号を光信号に変換するための光送信器サブアセンブリと、光信号を電気信号に変換するための光受信器サブアセンブリとを含むことができる。２０１０年４月６日に発行された米国特許第７，６９０，８４９号の内容全体が参照により本明細書に組み込まれる。
米国特許第６，９２５，２５６号は、双方向光送受信アセンブリに向けられている。アセンブリは、光送信器と、光検出器及び干渉フィルタを有する光弁別器とを含む。２００５年８月２日に発行された米国特許第６，９２５，２５６号の内容全体が参照により本明細書に組み込まれる。
単に例示するためであって限定するためではない開示される実施形態の対応する部品、部分、又は表面を括弧付きで参照すると、電気回転接続（１５）であって、ハウジング（１６）と；ハウジングによって支持される第１の要素（１８）と；ハウジングによって支持される第２の要素（１９）と；第１の要素及び第２の要素は、第１の要素又は第２の要素のうちの一方が第１の要素又は第２の要素のうちの他方に対して中心軸（ｘ−ｘ）を中心として回転するように構成及び配置され；第１の要素と第２の要素との間の回転インターフェース（２０）と、を備え；第１の要素は、入力電気導線（２１）と、入力電気導線に結合され、光源（２３）を有する、電気から光へのＥ／Ｏ変換器（２２）と、光源に結合され、光信号を、回転インターフェースを越えるように誘導するように構成された、送信レンズ（２８）と、を備え；第２の要素は、回転インターフェースをはさんで第１の要素と対向し、送信レンズからの光信号を受信するように構成された、受信レンズ（３０）と、受信レンズに結合され、光受信器（３３）を有する、光から電気へのＯ／Ｅ変換器（３２）と、Ｏ／Ｅ変換器に結合された出力電気導線（３５）と、を備え；これにより、第１の要素によって受信された電気入力を光に変換することができ、光を、回転インターフェースを越えて第２の要素に伝送することができ、光を、第２の要素の出力電気導線を介する伝送のために第２の要素によって電気出力に変換することができる、電気回転接続（１５）が提供される。
第１の要素は静止していてよく、第２の要素は、第１の要素に対して作動的に回転するようにハウジングによって回転可能に支持されてよい。第１の要素は、中心軸を中心として回転してよく、第２の要素は、第１の要素とは異なる速度で中心軸を中心として回転してよい。第２の要素は静止していてよく、第１の要素は、第２の要素に対して作動的に回転するようにハウジングによって回転可能に支持されてよい。回転インターフェースは、送信レンズと受信レンズとの間の隙間を含んでよい。送信レンズはビーム拡大レンズを含んでよい。第１の要素は、光源と送信レンズとの間に結合される送信光ファイバー（２６）をさらに備えてよい。第１の要素は、光源と送信光ファイバーとの間に結合される集束レンズ（２５）をさらに備えてよい。第２の要素は、受信レンズと光受信器との間に結合される受信光ファイバー（３１）をさらに備えてよい。送信レンズはコリメーティングレンズを含んでよく、受信レンズはコリメーティングレンズを含んでよい。入力電気導線は複数の導電ピンを含んでよく、出力電気導線は複数の導電ピンを含んでよい。光源及び光受信器は、中心軸を中心として配向されてよい。第１の要素は、光源と送信レンズとの間に結合される送信光ファイバーをさらに備えてよく、第２の要素は、受信レンズと光受信器との間に結合される受信光ファイバーをさらに備えてよく、送信光ファイバー及び受信光ファイバーは、それぞれ、中心軸を中心として配向されてよい。
Ｅ／Ｏ変換器は、光受信器（１２４）を有するトランシーバ（１２２）を備えてよく、Ｏ／Ｅ変換器は、光源（１３４）を有するトランシーバ（１３２）を備えてよく、これにより、第２の要素（１１９）の出力電気導線（３５）によって受信された電気入力を光に変換することができ、光を、回転インターフェース（２０）を越えて第１の要素（１１８）に伝送することができ、光を、第１の要素の入力電気導線（２１）を介する伝送のために第１の要素によって電気出力に変換することができる。第１の要素から回転インターフェースを越えて第２の要素への伝送は、第１の波長を有してよく、第２の要素から回転インターフェースを越えて第１の要素への伝送は、第１の波長とは異なる第２の波長を有してよい。第１の要素及び第２の要素は、それぞれ、ダイクロイックフィルタ（１４０、１４１）をさらに備えてよい。第１の要素から第２の要素への伝送及び第２の要素から第１の要素への伝送は、軸上で同時であってよい。第１の要素は、複数の異なる波長の複数の光信号を送信するように構成及び配置されてよく、第２の要素は、第１の要素からの複数の送信された光信号を受信するように構成されてよい。第１の要素は、それぞれ異なる波長の光信号を送信するように構成された複数の光源を備えてよく、第２の要素は、それぞれ異なる波長の光信号を受信するように構成された複数の光受信器を備えてよい。
別の態様では、電気回転接続（２１５）であって、ハウジングと；ハウジングによって支持される第１の要素（２１８）と；ハウジングによって支持される第２の要素（２１９）と；第１の要素及び第２の要素は、第１の要素又は第２の要素のうちの一方が第１の要素又は第２の要素のうちの他方に対して中心軸を中心として回転するように構成及び配置され；第１の要素と第２の要素との間の回転インターフェースと、を備え；第１の要素は、入力光ファイバー（２２１）と、入力光ファイバーに結合され、光信号を、回転インターフェースを越えるように誘導するように構成された、送信レンズ（２２８）と、を備え；第２の要素は、回転インターフェースをはさんで第１の要素と対向し、送信レンズからの光信号を受信するように構成された、受信レンズと、受信レンズに結合され、光受信器を有する、光から電気へのＯ／Ｅ変換器と、Ｅ／Ｏ変換器に結合された電気導線（３１）と、を備え；これにより、第１の要素の入力光ファイバーによって受信された光学入力を、回転インターフェースを越えて第２の要素に伝送することができ、光を、第２の要素の電気導線を介する伝送のために第２の要素によって電気出力に変換することができる、電気回転接続（２１５）が提供される。
第２の要素は、受信レンズと光受信器との間に結合される受信光ファイバーをさらに備えてよく、受信レンズは、コリメーティングレンズを含んでよい。電気導線は、複数の導電ピンを含んでよい。Ｏ／Ｅ変換器は、光源を有するトランシーバを備えてよく、これにより、第２の要素の電気導線によって受信された電気入力を光に変換することができ、光を、回転インターフェースを越えて第１の要素に伝送することができ、光を、第１の要素によって入力光ファイバーを介して伝送することができる。
別の態様では、電気回転接続（３１５）であって、ハウジングと；ハウジングによって支持される第１の要素（３１８）と；ハウジングによって支持される第２の要素（３１９）と；第１の要素及び第２の要素は、第１の要素又は第２の要素のうちの一方が第１の要素又は第２の要素のうちの他方に対して中心軸を中心として回転するように構成及び配置され；第１の要素と第２の要素との間の回転インターフェースと,を備え；第１の要素は、電気導線と、電気導線に結合され、光源を有する、電気から光へのＥ／Ｏ変換器と、光源に結合され、光信号を、回転インターフェースを越えるように誘導するように構成された、送信レンズと、を備え；第２の要素は、回転インターフェースをはさんで第１の要素と対向し、送信レンズからの光信号を受信するように構成された、受信レンズと、受信レンズに結合された受信光ファイバー（３３５）と、を備え；これにより、第１の要素によって受信された電気入力を光に変換することができ、光を、回転インターフェースを越えて第２の要素に伝送することができ、光を、第２の要素によって受信光ファイバーを介して伝送することができる、電気回転接続（３１５）が提供される。
第１の要素は、光源と送信レンズとの間に結合される送信光ファイバーと、光源と送信光ファイバーとの間に結合される集束レンズをさらに備えてよい。受信レンズは、コリメーティングレンズを含んでよい。電気導線は、複数の導電ピンを含んでよい。Ｅ／Ｏ変換器は、光受信器を有するトランシーバを備えてよく、これにより、第２の要素の光ファイバー及び受信レンズによって受信された光学入力を、回転インターフェースを越えて第１の要素に伝送することができ、光を、第１の要素の電気導線を介する伝送のために第１の要素によって電気出力に変換することができる。第１の要素及び第２の要素は、それぞれ、ダイクロイックフィルタをさらに備えてよい。
改良された電気回転接続の第１の実施形態の部分断面及び部分等角図である。 図１に示された電気回転接続の縦方向の垂直断面図である。 改良された電気回転接続の第２の実施形態の縦方向の垂直断面図である。 改良された電気回転接続の第３の実施形態の部分断面及び部分等角図である。 改良された電気回転接続の第４の実施形態の部分断面及び部分等角図である。
初めに、同様の参照番号は、いくつかの図面の全体を通して一貫して同じ構造要素、部分、又は表面を識別することを意図されており、したがって、要素、部分、又は表面は、この詳細な説明がその一体部分である本明細書の全体によってさらに説明又は解説される場合があることがはっきりと理解されるべきである。他に指定のない限り、図面（例えば、クロスハッチング、部品の配置、割合、度合いなど）は、本明細書と一緒に読まれることを意図されており、本発明の記載説明の全体の一部と考えられるべきである。以下の説明で用いられる場合の「水平」、「垂直」、「左」、「右」、「上」、及び「下」、並びにそれらの形容詞的派生語及び副詞的派生語（例えば、「水平方向に」、「右方向に」、「上方に」など）という用語は、特定の図面が読者に面する場合の例示された構造体の向きを単純に指す。同様に、「内向きに」及び「外向きに」という用語は、一般に、適宜、その長軸又は回転軸に対する表面の向きを指す。
ここで図面、より具体的にはその図１を参照すると、改良された電気回転接続が提供され、その第１の実施形態が概して１５で示される。接続１５は、静止した接続要素１８と回転する接続要素１９とを概して支持するハウジング１６を広義に含むものとして示される。要素１８及び１９は、回転インターフェース又はジョイント２０の反対の側部に概して配置され、光信号を軸上でロータリージョイント２０を越えて伝送するように構成される。
図示されるように、ハウジング１６は、第１のハウジング部分又はサブアセンブリ３８と、第２のハウジング部分又はサブアセンブリ３９を含む。ハウジング部分３８は接続要素１８を支持し、ハウジング部分３９は、接続要素１９をハウジング部分３８に対して回転可能に支持する。ハウジング１６は、接続要素１８又は１９のうちの少なくとも一方が他方に対して回転することを可能にする、接続要素１８及び１９間のロータリージョイントを提供するように構成される。この実施形態では、要素１８は、概して静止した状態に保たれ、要素１９は、その縦軸ｘ−ｘを中心として概して回転することができるが、代替的に、要素１８及び１９の両方を、軸ｘ−ｘを中心として異なる速度で及び／又は異なる方向に回転するように構成することもできる。別の代替として、接続要素１９が静止した状態に保たれ、要素１８が概してその縦軸ｘ−ｘを中心として回転することができるように構成してもよい。したがって、接続要素１８及び１９のうちの一方又は両方は、一方の要素が他方の要素に対してそのそれぞれの縦軸を中心として回転し得るように回転可能にマウントされる。
図示されるように、ハウジング１６は、細長い内側円筒形キャビティ４２を有する概して円筒形の部材であり、ハウジング部分３８は、ハウジング部分３９の上に重なる。接続要素１８に対する接続要素１９の回転を容易にするために、ハウジング部分３９は、軸ｘ−ｘから半径方向外向きに延びる中間環状フランジ４３を含む。ハウジング部分３８は、次に、ハウジング部分３９の環状フランジ４３を回転滑動係合する状態で受け入れるように構成された環状溝４４を含む。これにより、部分３９は、部分３８に対して軸ｘ−ｘを中心として回転し得るが、部分３８に対して軸ｘ−ｘに沿って軸方向に顕著に動かない。したがって、中間フランジ４３は、ハウジング部分３８に対するハウジング部分３９の回転を容易にするために溝４４と係合し、これにより、回転インターフェース２０での接続要素１８に対する接続要素１９の回転を可能にする。この実施形態では、ブッシング又は他のベアリング構成は必要とされない。しかしながら、ブッシング又は転動要素ベアリングは、所望される場合には使用されてよい。
ハウジング部分３８によって形成された円筒形通路４２内に接続要素１８を保持するために、環状フランジ又はリング４５が、接続要素１８のスリーブ５０から半径方向外向きに延び、接続要素１８を通路４２内に軸方向に保持するように特別に構成されたハウジング部分３８の環状ショルダ４８に当接する。同様に、環状フランジ又はリング４６が、接続要素１９のスリーブ５１から半径方向外向きに延び、接続要素１９を通路４２内に軸方向に保持するように特別に構成されたハウジング部分３９の環状ショルダ４９に当接する。要素１８及び１９は、対向する要素１８の右端と要素１９の左端との間の隙間が回転インターフェース２０で提供されるように通路４２内で位置決めされる。しかしながら、要素１８及び１９は、そのように所望される場合には他の様態で保持及び互いに対して回転可能にマウントされてよい。
図２に示すように、光学接続要素１８は、電気導線２１、プリント回路基板５４、Ｅ／Ｏ変換器２２、集束レンズ２５、光ファイバーフェルールスタブ２７、及び拡大コリメーティングレンズ２８を概して含み、これらのすべては概して円筒形のスリーブ５０内に保持される。この実施形態では、電気導線２１は、スリーブ５０の端部５２によって支えられ、これを通して延びる、複数の導電ピンを含む。導電ピンは、複数の外部電気接続ピンを画定するべく端部５２を通して延びる。これは、接続要素１８が電気回路に容易に接続されることを可能にする。導電ピン２１は、隣接する回路基板５４の左端に内部で結合される。この実施形態では、回路基板５４の上に３つのピン及び回路基板５４の下に３つのピンの、６つの導電ピンが設けられる。しかしながら、導線２１は、図示された６つのピンよりも１つ以上少ないピンを含んでもよい。
図示されるように、ハウジングスリーブ５０は、縦軸ｘ−ｘに沿って細長い円筒形の形状を有し、回路基板５４は、例示的には、スリーブ５０内で縦軸ｘ−ｘに沿って延びるようにマウントされる。第２の複数の導電ピンが、Ｅ／Ｏ変換器２２から延び、隣接する回路基板５４の右端にさらに結合される。したがって、回路基板５４は、その左端で第１の複数の導電ピン２１に機械的に且つ電気的に結合され、回路基板５４は、その右端で第２の複数の導電ピンによってＥ／Ｏ変換器２２に機械的に且つ電気的に結合される。
Ｅ／Ｏ変換器２２は、光源２３と、回路基板５４によって支えられ、光源２３に結合される、回路とを備える。当業者には分かるように、光源２３は、レーザ、発光ダイオード、又は任意の他の適切な光源を含む場合がある。図示されるように、Ｅ／Ｏ変換器２１は、ＴＯ−ｃａｎ光学パッケージと適合する形状を有する。この実施形態では、Ｅ／Ｏ変換器２１は、光送信サブアセンブリ（ＴＯＳＡ）を含む。
Ｅ／Ｏ変換器２２に光ファイバー末端アセンブリが結合される。光ファイバー末端アセンブリは、集束レンズ２５、光ファイバーフェルールスタブ２７、及び光ファイバー２６を備える。集束レンズ２５は、Ｅ／Ｏ変換器２２とファイバー２６との間に結合され、光源２３からの光信号又は光を光ファイバーフェルールスタブ２７によって支えられる光ファイバー２６に正確に集束及び誘導する。当業者には多分分かるように、レンズ２５は、任意の形態の集束レンズを含んでよい。さらに、光源２３からの光信号を光学フェルールスタブ２７によって支えられる光ファイバー２６に誘導することができる任意のデバイスが用いられてよい。
図示されるように、レンズ２８は、光ファイバー２６によって光源２３に光学的に結合される。レンズ２８は、光ファイバーフェルールスタブ２７によって支えられる光ファイバー２６からの光信号を拡大し、これを軸ｘ−ｘ上で回転ジャンクション２０の隙間を越えて接続要素１９の受信レンズ３０へ誘導する。この実施形態では、レンズ２８は、ボールレンズなどのビームを拡大するコリメーティングレンズである。しかしながら、他のビーム拡大レンズが用いられてもよい。図示されるように、レンズ２８は、スリーブ５０内のフレームに保持され、光源２３からのファイバー２６を通る光ビームが中心にくるようにされる。この実施形態では、ファイバー２６、ファイバースタブ２７、及びレンズ２８は、軸ｘ−ｘ上に配向される。
光学接続要素１９の左端は、回転インターフェース２０にある隙間をはさんで光学接続要素１８の右端に対面する。図２に示すように、光学接続要素１９は、コリメーティングレンズ３０、光ファイバーフェルールスタブ３７、集束レンズ２５、Ｏ／Ｅ変換器３２、プリント回路基板５５、及び電気導線３５を概して含み、これらのすべては概して円筒形のスリーブ５１内に保持される。
図示されるように、レンズ３０は、対向するレンズ２８からの回転ジャンクション２０の隙間を越えるように誘導された光信号を受信し、これを光ファイバーフェルールスタブ３７によって支えられる光ファイバー３１に集束するように軸ｘ−ｘ上に位置決めされる。この実施形態では、レンズ３０は、ボールレンズなどのコリメーティングレンズ２８と同じサイズ及びタイプのレンズである。しかしながら、他のビーム集束レンズが用いられてもよい。図示されるように、レンズ３０はスリーブ５１内のフレームに保持され、ファイバー３１及びファイバースタブ３６と共に軸ｘ−ｘが中心となるようにされる。
レンズ３０とＯ／Ｅ変換器３２との間に光ファイバーアセンブリが結合される。光ファイバー末端アセンブリは、光ファイバーフェルールスタブ３７、光ファイバー３１、及び集束レンズ３６を備える。集束レンズ３６は、Ｏ／Ｅ変換器３２とファイバー３１との間に結合され、光ファイバーフェルールスタブ３７によって支えられる光ファイバー３１からの光信号又は光をＯ／Ｅ変換器３２の光受信器又はダイオード３３に正確に集束及び誘導する。当業者には多分分かるように、レンズ３６は、任意の形態の集束レンズを含んでよい。さらに、光学フェルールスタブ３７によって支えられる光ファイバー３１からの光信号を光受信器３３に誘導することができる任意のデバイスが用いられてよい。
Ｏ／Ｅ変換器３２は、光検出器又は光受信器３３と、回路基板５６によって支えられ、光検出器３３に結合される、回路及び増幅器とを備える。当業者には分かるように、光検出器３３は、フォトｐｉｎダイオード、電荷結合素子、又は任意の他の適切な感光性デバイスを含む場合がある。図示されるように、Ｏ／Ｅ変換器３２は、ＴＯ−ｃａｎ光学パッケージと適合する形状を有する。
図示されるように、ハウジングスリーブ５１は、縦軸ｘ−ｘに沿って細長い円筒形の形状を有し、回路基板５５は、例示的には、スリーブ５１内で縦軸ｘ−ｘに沿って延びるようにマウントされる。第１の複数の導電ピンが、Ｏ／Ｅ変換器３２から延び、隣接する回路基板５５の左端にさらに結合される。したがって、回路基板５５は、その左端で第１の複数の導電ピンによってＯ／Ｅ変換器３２に機械的に且つ電気的に結合される。
この実施形態では、電気導線３５は、スリーブ５１の端部５３によって支えられ、これを通して延びる、複数の導電ピンを含む。導電ピン３５は、隣接する回路基板５５の右端に内部で結合される。導電ピンは、複数の外部電気接続ピン３５を画定するべく端部５３を通して延びる。これは、接続要素１９が電気回路に容易に接続されることを可能にする。この実施形態では、回路基板５５の上に３つのピン及び回路基板５５の下に３つのピンの、６つの導電ピンが設けられる。しかしながら、導線３５は、図示された６つのピンよりも１つ以上少ないピンを含んでもよい。したがって、回路基板５５は、その右端で第２の複数の導電ピン３５に機械的に且つ電気的に結合される。
したがって、回転コンポーネントの中心軸上に配置される光送信器及び受信器を有する電気インターフェース又はジョイントが提供される。フェルールスタブ２７の右端に配置されるレンズ２８は、光ビームを実用上できるだけ大きい直径及び受光角に拡大する。接続要素１８及び１９の光学面は、軸上の隙間２０を越える光伝送を可能にするように位置合わせされる。電気信号が、光への変換のためにピン２１を通してＥ／Ｏ変換器２２及びレーザ２３に入力され、このような光が、次に、ピンダイオード３３によって受信され、導線３５を通して出力するためにＯ／Ｅ変換器３２によって電気信号に逆変換される。光学リンク１５は、信号が回転インターフェース２０を越えて正常に受け渡されて受信可能となることだけを必要とし、必ずしも光学的損失を最小にすることを必要としないので、光学的損失を生じる問題は、典型的なＦＯＲＪよりもあまり重要ではなくなる。すなわち、光学インターフェースの品質は、障害を生じないのに十分であることだけを必要とする。非常に高い損失が存在する場合、接続１５の両端は電気的であり光学的ではないので、システムの性能には関係しない。したがって、回転接続１５の性能要件は、光学的損失の最小化から、ロータリージョイント２０の端間の位置ずれに対するシステムの許容度の最大化へ変化している。したがって、接続１５は、従来のＦＯＲＪではなく、従来のスリップリングでもなく、全く新しい。異なる波長及び／又はデータ転送速度の光送信器、光受信器、又はトランシーバが、様々な異なるソリューションを生み出すべくパッケージされてよい。加えて、複数の送信器及び／又は受信器を、さらなるチャンネル／データスループットを達成するべく光学スプリッタ及び／又は光学フィルタ（すなわち光波長分割マルチプレクサ）と共にシステム１５にパッケージすることができる。
接続１５では、電気信号の電子が、ソースから第１の接続要素の端にある電気導線に与えられる。これらの電子が電気導線を通して電気−光変換器へ移動し、そこで電子がレーザ光に変換される。次いで、該光がレンズを通して進み、レンズは光をファイバースタブへ平行化するのを助ける。ゆえに、光がレーザからレンズを通してファイバースタブへ進む。ファイバースタブは接続の中心軸と平行であり、ボールレンズ又は他のビーム拡大レンズが、光ビームを拡大するためにファイバースタブの端に配置される。次いで、拡大された光が、回転インターフェースを越え、空隙を通過し、第２の接続要素の対応するレンズによって受信される。該レンズは、光を後方の第２のファイバースタブに渡す。ファイバースタブの他方の端にあるのは、第２の接続要素の他方の端にある電気導線を通して出力するためにフォトンを電子に逆変換する、フォトダイオード受信器である。ゆえに、回転接続の一方の側に入力される電子は、回転接続の他方の側で出力される電子とまったく同じである。
したがって、信号の電気から光への変換が回転接続１５の内部で達成される。ユーザには、信号は、接続１５の両端で電気信号として提示されるが、接続１５の内部の回転インターフェース２０を渡る軸上の信号伝送のために光学技術が使用される。これは、他の方法又はデバイスよりも著しく低いコストで、回転インターフェースを渡る高いデータ転送速度の伝送を可能にする。これはまた、結果的に、著しくより小型となるソリューションをもたらす。この接続は、基本設計へのどのような変更もなしに、時間と共により高いデータ転送速度に適応するであろう。
図３は、接続の双方向の第２の実施形態１１５を示す。この実施形態は、ハウジング並びに接続要素１８及び１９の回転アラインメントに関して図１及び図２に示された実施形態と類似している。しかしながら、この実施形態では、Ｅ／Ｏ変換器２２及びＯ／Ｅ変換器３２は、それぞれ、光／電気トランシーバ１２２及び１３２に置き換えられている。
トランシーバ１２２は、光源１２３、光弁別器１００、モニタダイオード１０１、及び回路基板１５４によって支えられる回路を備える。この実施形態では、光源１２３は、レーザダイオードを含む。当業者には分かるように、光源１２３は、レーザ、発光ダイオード、又は任意の他の適切な光源又は送信器を含む場合がある。この実施形態では、光弁別器１００は、ダイクロイック薄膜コーティング１４０を有するＰＩＮフォトダイオード光検出器１２４を備える。当業者には分かるように、光検出器１２４は、フォトダイオード、電荷結合素子、又は任意の他の適切な感光性デバイスを含む場合がある。したがって、弁別器１００は、光検出器と、光検出器上に配置された干渉フィルタから形成される。レンズ１２５の端面は、フィルタ１４０を有する光弁別器１００の方に面する。弁別器１００は、光送信器１２３に対しても構成される。送信器１２３、弁別器１００、及びレンズ１２５は、ＢＯＳＡと呼ばれる場合もある双方向光サブアセンブリの主要な構成要素をなす。
光信号λ１が、光送信器１２３から下方のフィルタ１４０の表面上に送信され、そこで放射信号λ１は、フィルタ１４０によってレンズ１２５の方に反射される。放射信号λ１は、次いで、レンズ１２５を通して伝送され、ファイバー２６及びレンズ２８を通して回転隙間２０を越えて接続要素１１９のレンズ３０及びファイバー３１に伝送するために、レンズ１２５によってファイバー２６の端とほぼ一致する空間点上に集束される。双方向光路は、放射信号λ１だけでなく、接続要素１１９からの戻り放射信号λ２も含む。放射信号λ２は、光ファイバー２６からレンズ１２５の方に伝送される。レンズ１２５は、次いで、放射信号λ２を、弁別器１００及びダイオード１２４の吸収領域上に集束する。
図３はまた、レーザダイオード１２３を監視するモニタダイオード１０１を示す。モニタダイオード１０１は、レーザダイオード１２３から第１の波長λ１を有する放射を受ける吸収領域を備える。この放射は、送信器の射出瞳から離れる方に面するレーザダイオード１２３のストリップ形の導波管の端面から出てくる。図示されるように、送信器１２３、弁別器１００、及びモニタダイオード１０１は、互いから或る距離に配置される架台によって支持される。
トランシーバ１３２は、光源１３４、光弁別器１０２、モニタダイオード１０３、及び回路基板１５５によって支えられる回路を備える。この実施形態では、光源１３４は、レーザダイオードを含む。当業者には分かるように、光源１３４は、レーザ、発光ダイオード、又は任意の他の適切な光源又は送信器を含む場合がある。この実施形態では、光弁別器１０２は、ダイクロイック薄膜コーティング１４１を有するＰＩＮフォトダイオード光検出器１３３を備える。当業者には分かるように、光検出器１３３は、フォトダイオード、電荷結合素子、又は任意の他の適切な感光性デバイスを含む場合がある。したがって、弁別器１０２は、光検出器と、光検出器上に配置された干渉フィルタから形成される。レンズ１３６の端面は、フィルタ１４１を有する光弁別器１０２の方に面する。弁別器１０２は、光送信器１３４に対しても構成される。送信器１３４、弁別器１０２、及びレンズ１３６も、双方向光サブアセンブリの主要な構成要素をなす。
光信号λ２が、光送信器１３４から下方のフィルタ１４１の表面上に送信され、そこで放射信号λ２は、フィルタ１４０によってレンズ１３６の方に反射される。放射信号λ２は、次いで、レンズ１３６を通して伝送され、ファイバー３１及びレンズ３０を通して回転隙間２０を越えて接続要素１１８のレンズ２８及びファイバー２６に伝送するために、レンズ１３６によってファイバー３１の端とほぼ一致する空間点上に集束される。双方向光路は、放射信号λ２だけでなく、接続要素１１８からの戻り放射信号λ１も備える。放射信号λ１は、光ファイバー３１からレンズ１３６の方に伝送される。レンズ１３６は、次いで、放射信号λ１を、弁別器１０２及びダイオード１３３の吸収領域上に集束する。
図３はまた、レーザダイオード１３４を監視するモニタダイオード１０３を示す。モニタダイオード１０３は、レーザダイオード１３４から第１の波長λ２を有する放射を受ける吸収領域を備える。この放射は、送信器の射出瞳から離れる方に面するレーザダイオード１３４のストリップ形の導波管の端面から出てくる。図示されるように、送信器１３４、弁別器１０２、及びモニタダイオード１０３は、互いから或る距離に配置される架台によって支持される。
したがって、接続１１５は、第１の接続要素１１８が第１の波長で一方向に伝送し、第２の要素１１９が第２の波長で他の方向に伝送することを可能にする。波長は、伝送するレーザに基づいて所望に応じて混合する及び整合させることができる。ゆえに、各レーザは、特定の波長で伝送することができ、フィルタは、該波長に特定的に調整することができる。例えば、限定ではなしに、接続要素１１８は、１３１０ナノメートルでの送信器を有することもでき、第２の接続要素１１９は、１３１０を反射するダイクロイックフィルタを有することもでき、第２の接続要素１１９は、８５０で伝送することもでき、第１の接続要素は、８５０を反射するダイクロイックフィルタを有することもできる。したがって、接続要素１１８の電気導線２１によって受信された電気入力を光に変換することができ、光を、軸上で回転インターフェース２０を越えて接続要素１１９に伝送することができ、光を、接続要素１１９の電気導線３５を介する伝送のために接続要素１１９によって電気出力に変換することができ、同時に、接続要素１１９の電気導線３５によって受信された電気入力を光に変換することができ、光を、軸上で回転インターフェース２０を越えて接続要素１１８に伝送することができ、光を、接続要素１１８の電気導線２１を介する伝送のために接続要素１１８によって電気出力に変換することができる。
複数の双方向伝送を提供するために、さらなるレーザ、受信器、及びファイバーが追加されてよい。したがって、接続要素１１８は、複数の異なる波長の複数の光信号を送信するように構成及び配置されてよく、接続要素１１９は、接続要素１１８からの複数の送信された光信号を受信するように構成されてよい。同様に、接続要素１１９は、複数の異なる波長の複数の光信号を送信するように構成された複数の光源を備えてよく、接続要素１１８は、接続要素１１９から異なる波長の光信号を受信するように構成された複数の光受信器を備えてよい。
図４は、第３の実施形態の接続２１５を示す。この実施形態は、ハウジング並びに接続要素２１８及び２１９の回転アラインメントに関して図１及び図２に示された実施形態と類似している。接続１５と同様に、接続２１５の左接続要素２１８は、概して静止した状態に保たれ、右接続要素２１９は、接続要素２１８に対してその縦軸ｘ−ｘを中心として概して回転することができる。また、接続要素２１９は図２の接続要素１９と同じ構成であり、コリメーティングレンズ、光ファイバーフェルールスタブ、集束レンズ、Ｏ／Ｅ変換器、プリント回路基板、及び電気導線３５を概して有し、これらのすべては概して円筒形のスリーブ５１内に保持される。これは、接続要素２１９が電気回路に容易に接続されることを可能にする。
しかしながら、図２の接続要素１８とは異なり、この実施形態では、接続要素２１８は、電気導線も、プリント回路基板も、Ｅ／Ｏ変換器も、集束レンズも含まない。代わりに、接続要素２１８は、光ファイバースタブ２２１及びその中にあるファイバーと光学的に連通する、レンズ２２８のみを含む。光ファイバー２２１は、スリーブ２５０内でレンズ２２８からスリーブ２５０の左端部を通して延びる。これは、接続要素２１８が光ファイバーシステムに容易に接続されることを可能にする。
この実施形態では、回転接続２１５の一方の側２１８は光ファイバー２２１のみを含み、他方の側３１９は受信器及びＯ／Ｅ変換器を含む。したがって、この実施形態では、回転接続２１５は、回転インターフェース２０の一方の側の接続要素２１８へのファイバー２２１を介する光学入力と、回転インターフェース２０の他方の側２１９の導線３５を介する電気出力を可能にする。光信号が、回転インターフェース２０の一方の側２１８で受信され、回転インターフェース２０の他方の側２１９へ軸上で伝送され、そこでそれらは電気信号として出力するために電気信号に変換される。したがって、フォトンが回転インターフェースの一方の側で受信され、電子が回転インターフェースの他方の側から伝送される。
図５は、第４の実施形態の接続３１５を示す。この実施形態はまた、ハウジング並びに接続要素３１８及び３１９の回転アラインメントに関して図１及び図２に示された実施形態と類似している。接続１５と同様に、接続３１５の左接続要素３１８は、概して静止した状態に保たれ、右接続要素３１９は、接続要素３１８に対してその縦軸ｘ−ｘを中心として概して回転することができる。また、接続要素３１８は、電気導線、プリント回路基板、Ｅ／Ｏ変換器、集束レンズ、光ファイバーフェルールスタブ、及び拡大コリメーティングレンズ２８を概して有し、これらのすべてが概して円筒形のスリーブ５０内に保持される、図２の接続要素１８と同じ構成である。これは、接続要素１８が電気回路に容易に接続されることを可能にする。
しかしながら、図２の接続要素１９とは異なり、この実施形態では、接続要素３１９は、集束レンズも、Ｏ／Ｅ変換器も、プリント回路基板も、電気導線も含まない。代わりに、接続要素３１９は、光ファイバースタブ３３５及びファイバー３３１と光学的に連通する、レンズのみを含む。光ファイバー３３１は、スリーブ３５１内で回転ジャンクション２０にある受信レンズからスリーブ３５１の右端部を通して延びる。これは、接続要素３１９が光ファイバーシステムに容易に接続されることを可能にする。
この実施形態では、回転接続３１５の一方の側３１８はＥ／Ｏ変換器及び送信器を含むが、他方の側は光ファイバー３３１のみを含む。したがって、この実施形態では、回転接続３１５は、回転インターフェース２０の一方の側の接続要素３１８への導線２１を介する電気入力と、回転インターフェース２０の他方の側３１９のファイバー３３１を介する光出力を可能にする。電気信号が、回転インターフェース２０の一方の側で導線２１によって受信され、そこでそれらは光信号に変換され、ファイバー３３１を介して光信号として出力するために回転インターフェース２０の他方の側へ軸上で伝送される。したがって、電子が回転インターフェースの一方の側で受信され、フォトンが回転インターフェースの他方の側から伝送される。
本発明は、多くの変更及び修正がなされ得ることを考慮している。したがって、改良された回転接続のいくつかの形態が図示及び説明され、いくつかの代替が説明されているが、以下の請求項によって定義され区別される本発明の範囲から逸脱することなく種々のさらなる変更及び修正がなされ得ることが当業者にはすぐに分かるであろう。

Claims (29)

  1. ２つの相対的に運動可能な部材によって画定されるインターフェースを越えて信号を伝送するための非接触の回転接続であって、
    ハウジングと、
    前記ハウジングによって支持される第１の要素と、
    前記ハウジングによって支持される第２の要素と、
    前記第１の要素及び前記第２の要素は、前記第１の要素又は前記第２の要素のうちの一方が前記第１の要素又は前記第２の要素のうちの他方に対して中心軸を中心として回転するように構成及び配置され、
    前記第１の要素と前記第２の要素との間の回転インターフェースと、
    を備え、
    前記第１の要素は、
    入力電気導線と、
    前記入力電気導線に結合され、光源を有する、電気から光へのＥ／Ｏ変換器と、
    前記光源に結合され、光信号を、前記回転インターフェースを越えるように誘導するように構成された、送信レンズと、
    を備え、
    前記第２の要素は、
    前記回転インターフェースをはさんで前記第１の要素と対向し、前記送信レンズからの前記光信号を受信するように構成された、受信レンズと、
    前記受信レンズに結合され、光受信器を有する、光から電気へのＯ／Ｅ変換器と、
    前記Ｏ／Ｅ変換器に結合された出力電気導線と、
    を備え、
    これにより、前記第１の要素によって受信された電気入力を光に変換することができ、前記光を、前記回転インターフェースを越えて前記第２の要素に伝送することができ、前記光を、前記第２の要素の前記出力電気導線を介する伝送のために前記第２の要素によって電気出力に変換することができる、非接触の回転接続。
  2. 前記第１の要素が静止しており、前記第２の要素が、前記ハウジングによって回転可能に支持され、前記第１の要素に対して回転する、請求項１に記載のデバイス。
  3. 前記第１の要素が前記中心軸を中心として回転し、前記第２の要素が、前記第１の要素とは異なる速度で前記中心軸を中心として回転する、請求項１に記載のデバイス。
  4. 前記第２の要素が静止しており、前記第１の要素が、前記ハウジングによって回転可能に支持され、前記第２の要素に対して回転する、請求項１に記載のデバイス。
  5. 前記回転インターフェースが、前記送信レンズと前記受信レンズとの間の隙間を含む、請求項１に記載のデバイス。
  6. 前記送信レンズがビーム拡大レンズを含む、請求項１に記載のデバイス。
  7. 前記第１の要素が、前記光源と前記送信レンズとの間に結合される送信光ファイバーをさらに備える、請求項１に記載のデバイス。
  8. 前記第１の要素が、前記光源と前記送信光ファイバーとの間に結合される集束レンズをさらに備える、請求項７に記載のデバイス。
  9. 前記第２の要素が、前記受信レンズと前記光受信器との間に結合される受信光ファイバーをさらに備える、請求項１に記載のデバイス。
  10. 前記送信レンズが拡大コリメーティングレンズを含み、前記受信レンズがコリメーティングレンズを含む、請求項９に記載のデバイス。
  11. 前記入力電気導線が複数の導電ピンを含み、前記出力電気導線が複数の導電ピンを含む、請求項１に記載のデバイス。
  12. 前記光源及び前記光受信器が、それぞれ、前記中心軸を中心として配向される、請求項１に記載のデバイス。
  13. 前記第１の要素が、前記光源と前記送信レンズとの間に結合される送信光ファイバーをさらに備え、前記第２の要素が、前記受信レンズと前記光受信器との間に結合される受信光ファイバーをさらに備え、前記送信光ファイバー及び前記受信光ファイバーが、それぞれ、前記中心軸を中心として配向される、請求項１に記載のデバイス。
  14. 前記Ｅ／Ｏ変換器が、光受信器を有するトランシーバを備え、
    前記Ｏ／Ｅ変換器が、光源を有するトランシーバを備え、
    これにより、前記第２の要素の前記出力電気導線によって受信された電気入力を光に変換することができ、前記光を、前記回転インターフェースを越えて前記第１の要素に伝送することができ、前記光を、前記第１の要素の前記入力電気導線を介する伝送のために前記第１の要素によって電気出力に変換することができる、請求項１に記載のデバイス。
  15. 前記第１の要素からの前記回転インターフェースを越える前記伝送が第１の波長を有し、前記第２の要素からの前記回転インターフェースを越える前記伝送が前記第１の波長とは異なる第２の波長を有する、請求項１４に記載のデバイス。
  16. 前記第１の要素及び前記第２の要素が、それぞれ、ダイクロイックフィルタをさらに備える、請求項１５に記載のデバイス。
  17. 前記第１の要素から前記第２の要素への前記伝送と前記第２の要素から前記第１の要素への前記伝送が同時である、請求項１４に記載のデバイス。
  18. 前記第１の要素が、複数の異なる波長の複数の光信号を送信するように構成及び配置され、前記第２の要素が、前記第１の要素からの前記複数の送信された光信号を受信するように構成される、請求項１に記載のデバイス。
  19. 前記第１の要素が、それぞれ異なる波長の前記光信号を送信するように構成された複数の光源を備え、前記第２の要素が、それぞれ異なる波長の前記光信号を受信するように構成された複数の光受信器を備える、請求項１８に記載のデバイス。
  20. ２つの相対的に運動可能な部材によって画定されるインターフェースを越えて信号を伝送するための非接触の回転接続であって、
    ハウジングと、
    前記ハウジングによって支持される第１の要素と、
    前記ハウジングによって支持される第２の要素と、
    前記第１の要素及び前記第２の要素は、前記第１の要素又は前記第２の要素のうちの一方が前記第１の要素又は前記第２の要素のうちの他方に対して中心軸を中心として回転するように構成及び配置され、
    前記第１の要素と前記第２の要素との間の回転インターフェースと、
    を備え、
    前記第１の要素は、
    入力光ファイバーと、
    前記入力光ファイバーに結合され、光信号を、前記回転インターフェースを越えるように誘導するように構成された、送信レンズと、
    を備え、
    前記第２の要素は、
    前記回転インターフェースをはさんで前記第１の要素と対向し、前記送信レンズからの前記光信号を受信するように構成された、受信レンズと、
    前記受信レンズに結合され、光受信器を有する、光から電気へのＯ／Ｅ変換器と、
    前記Ｏ／Ｅ変換器に結合された電気導線と、
    を備え、
    これにより、前記第１の要素の前記入力光ファイバーによって受信された光学入力を、前記回転インターフェースを越えて前記第２の要素に伝送することができ、前記光を、前記第２の要素の前記電気導線を介する伝送のために前記第２の要素によって電気出力に変換することができる、非接触の回転接続。
  21. 前記第２の要素が、前記受信レンズと前記光受信器との間に結合される受信光ファイバーをさらに備え、前記受信レンズがコリメーティングレンズを含む、請求項２０に記載のデバイス。
  22. 前記電気導線が複数の導電ピンを含む、請求項２０に記載のデバイス。
  23. 前記Ｏ／Ｅ変換器が、光源を有するトランシーバを備え、これにより、前記第２の要素の前記電気導線によって受信された電気入力を光に変換することができ、前記光を、前記回転インターフェースを越えて前記第１の要素に伝送することができ、前記光を、前記第１の要素によって前記入力光ファイバーを介して伝送することができる、請求項２０に記載のデバイス。
  24. ２つの相対的に運動可能な部材によって画定されるインターフェースを越えて信号を伝送するための非接触の回転接続であって、
    ハウジングと、
    前記ハウジングによって支持される第１の要素と、
    前記ハウジングによって支持される第２の要素と、
    前記第１の要素及び前記第２の要素は、前記第１の要素又は前記第２の要素のうちの一方が前記第１の要素又は前記第２の要素のうちの他方に対して中心軸を中心として回転するように構成及び配置され、
    前記第１の要素と前記第２の要素との間の回転インターフェースと、
    を備え、
    前記第１の要素は、
    電気導線と、
    前記電気導線に結合され、光源を有する、電気から光へのＥ／Ｏ変換器と、
    前記光源に結合され、光信号を、前記回転インターフェースを越えるように誘導するように構成された、送信レンズと、
    を備え、
    前記第２の要素は、
    前記回転インターフェースをはさんで前記第１の要素と対向し、前記送信レンズからの前記光信号を受信するように構成された、受信レンズと、
    前記受信レンズに結合された受信光ファイバーと、
    を備え、
    これにより、前記第１の要素によって受信された電気入力を光に変換することができ、前記光を、前記回転インターフェースを越えて前記第２の要素に伝送することができ、前記光を、前記第２の要素によって前記受信光ファイバーを介して伝送することができる、非接触の回転接続。
  25. 前記第１の要素が、前記光源と前記送信レンズとの間に結合される送信光ファイバーと、前記光源と前記送信光ファイバーとの間に結合される集束レンズをさらに備える、請求項２４に記載のデバイス。
  26. 前記受信レンズがコリメーティングレンズを含む、請求項２４に記載のデバイス。
  27. 前記電気導線が複数の導電ピンを含む、請求項２４に記載のデバイス。
  28. 前記Ｅ／Ｏ変換器が光受信器を有するトランシーバを備え、これにより、前記第２の要素の前記光ファイバー及び前記受信レンズによって受信された光学入力を、前記回転インターフェースを越えて前記第１の要素に伝送することができ、前記光を、前記第１の要素の前記電気導線を介する伝送のために前記第１の要素によって電気出力に変換することができる、請求項２４に記載のデバイス。
  29. 前記第１の要素及び前記第２の要素が、それぞれ、ダイクロイックフィルタをさらに備える、請求項２８に記載のデバイス。
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