KR20120093414A - 광섬유 로터리 조인트, 이에 의해 수행되는 방법 및 광섬유 장치 - Google Patents

광섬유 로터리 조인트, 이에 의해 수행되는 방법 및 광섬유 장치 Download PDF

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KR20120093414A
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앤소니 엘. 보우먼
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Abstract

본 발명은, 회전자(21)와 고정자(22)의 대향 면들(26, 29) 간의 계면을 가로질러 디지털 광신호의 전송을 가능하게 하기 위한 광섬유 로터리 조인트(20)로서, 회전자와 고정자 중 하나에 장착되고, 각각이 제1 파장의 제1 광신호를 선택적으로 발생시키도록 구성된 제1 광원(43C)과 제2 파장의 제2 광신호를 선택적으로 발생시키도록 구성된 제2 광원(43C')을 포함하는 다수의 광원(42A, 42B, 42C, ...); 회전자와 고정자 중 하나의 표면의 제1 원호부(arc distance)를 따라 이격된, 광원으로부터 수신한 광신호들을 회전자와 고정자 중 나머지 하나의 대향면을 향해 전송하기 위한 제1 복수 개의 발광기(25); 각각의 광원으로부터 관련된 발광기로 광신호를 전달하기 위해 광원들 각각을 발광기들 각각과 개별적으로 통신시키는 제1 복수 개의 제1 광섬유; 회전자와 고정자 중 나머지 하나의 제2 원호부를 따라 이격된 제2 복수 개의 수광체(31)들; 회전자와 고정자 중 나머지 하나에 장착된 적어도 하나의 광 검출기(36, 40); 및 수광체 각각을 광 검출기(들)와 개별적으로 통신시키는 제2 복수개의 제2 광섬유를 포함하는 광섬유 로터리 조인트를 제공한다. 광원들, 제1 광섬유들, 발광기들, 수광체들, 제2 광섬유들 및 광 검출기(들)는 광원들로부터 광 검출기(들)로 전송되는 광신호의 총 전파 지연이 광신호의 비트 폭(bit width)의 1/4 미만이 되도록 설정되고 구성된다.

Description

광섬유 로터리 조인트, 이에 의해 수행되는 방법 및 광섬유 장치{FIBER OPTIC ROTARY JOINTS, METHODS PRACTICED THEREBY, AND FIBER OPTIC DEVICES}
본 발명은 일반적으로 광섬유 로터리 조인트, 특히 회전자와 고정자의 대향하는 원주면들 간의 계면을 가로질러 높은 데이터 전송률(data rate)(예컨대, 2.5Gbps 이상)의 디지털 광 신호 전송을 가능하게 하는 개선되고 저렴한 소형 광섬유 로터리 조인트(FORJ: fiber optic rotary joint), 이에 의해 수행되는 방법 및 개선된 광섬유 장치에 관한 것이다.
광섬유 로터리 조인트는 무수히 많은 여러 가지 형태와 구조가 있다. 많은 경우에, 그러한 조인트들은 고정자에 대해 회전 운동하도록 장착된 회전자를 구비한다. 하나 이상의 광신호가 회전자와 고정자 간의 계면을 가로질러 (즉, 회전자에서 고정자로 그리고/또는 고정자에서 회전자로) 전송될 수 있다.
본 발명의 양수인에게 양도된 미국 특허 제4,525,025A호에 개시된 것과 같은 무접촉 비축 광섬유 로터리 조인트(contactless off-axis fiber optic rotary joint)가 개발되었다. 상기 '025 특허에는 펄스화 광신호를 회전 계면을 가로질러 전송하는 광섬유 로터리 조인트가 개시되어 있다. 이 장치는 고정자에 형성된 환형 반사벽과, 역시 고정자에 장착되고 환형 반사벽 근처에 접선 방향으로 배치된 일 단부를 구비하는 광섬유를 포함한다. 회전자에 장착된 다수의 광섬유들 중 하나에 의해 방출된 신호는 회전자와 고정자 간의 환형 계면을 가로질러 전송되어 환형 반사벽을 따라 반사되고 고정자에 장착된 광섬유들 각각에 의해 수신될 것이다.
'025 특허에 개시된 것과 대체로 유사한 방식으로 구성된 실제 조인트들은, 비트 펄스 폭 왜곡을 일으키는 여러 가지 전파 지연들로 인해, 회전자 직경은 약 10 내지 12인치로 그리고 데이터 전송률은 초당 50메가비트(Mbps: megabit/sec)로 제한되었다. 데이터 전송률이 초당 1 내지 3기가비트(Gbps: gigabit/sec) 이상인 펄스 광신호를 이용한 회전자 직경이 101.6 내지 127.0센티미터(즉, 40 내지 50인치)인 조인트에 대한 요구가 있다. 이 요구를 충족시키기 위해서는, 두 개의 기준이 반드시 충족되어야 한다. 우선, 회전에 따른 광 변동이 최소화되어야 한다. 두 번째로, 전파 지연은 비트 펄스 폭 왜곡에 대한 영향을 최소화하도록 조절되어야 한다.
미국 특허 제5,336,897A호는 엑스레이 시티 스캐너(X-ray CT scanner)의 회전부와 고정부 간에 신호를 전송하는 데 사용되는 광 데이터 전송 장치를 개시하고 있다. 상기 장치는 회전부의 측부 평면에 배치된 발광 요소들을 포함하며, 상기 측부 평면은 회전부의 회전 축선과 직교한다. 발광 요소들은 전송 데이터에 따라 일정하게 구동되어 회전 축선과 평행한 방향으로 광을 방출한다. 수광 요소들은 발광 요소들과 대향하는 고정부의 측부 평면에 배치된다. 발광 요소들 간의 간격은 여러 가지 발광 요소들에 의해 형성된 조사 영역들이 수광 요소 상에서 서로 부분적으로 겹치도록 설정된다. 이에 따라, 수광 요소는 항상 하나 또는 두 개의 발광 요소로부터 나오는 광을 수광하게 된다. 회전부의 회전 도중에 데이터는 발광 요소들 전부로부터 각기 다른 수광 요소들로 연속적으로 전송될 수 있다.
미국 특허 제5,991,478A호와 미국 특허 제6,104,849A호는 고정자 상에 도파로를 구비한 광섬유 로터리 조인트를 개시하고 있다. 적어도 하나의 광신호를 회전 계면을 가로질러서 전송하기 위한 일방향 및 양방향 광섬유 로터리 조인트가 개시되어 있다. 광섬유 로터리 조인트는 도파로를 구비한 고정자를 포함한다. 회전자는 360°로 회전할 수 있고, 고정자와 동심이다. 광 전송기들은 고정자와 회전자 중 하나의 제1 원주부에 배치된다. 전송기들 각각은 광신호를 방출한다. 수광기들은 회전자와 고정자 중 다른 하나의 제2 원주부에 배치된다. 전송된 광신호들 각각은 도파로에 접선 방향으로 방출되고, 도파로를 따라 짧은 코드 길이(chordal length)로 반사된다. 각 광신호는 회전자와 고정자 사이의 임의의 상대 각 위치에서 제2 복수 개의 수광기들 중 적어도 하나에 의해 수신된다. 수광기의 수는 발광기의 수보다 많다. 어떤 수광기는 회전자의 360° 회전의 일부분 동안 광신호를 수신하지 않는다.
미국 특허 제6,385,367B1호에는 고정자에 위치된 다수의 세그먼트화되고 원주 방향으로 이격된 도파로들을 구비한 광섬유 로터리 조인트가 개시되어 있다. 도파로들 간의 공간은 비반사성이다. 각 도파로는 광 픽업을 구비한다. 다수의 광 전송기들이 회전자에 위치된다. 바람직한 실시예에서는, 16개의 전송기들이 있고, 8개의 전송기들은 임의의 정해진 시간에 전송하고 8개의 전송기들은 그 시간에 꺼져 있다. 또한, 이 문헌은 각 입력 데이터 스트림을, 각 전송기가 특정 각 위치에서 개별 광신호를 관련 도파로로 전송하도록 고정자에 대한 회전자의 그 특정 각 위치용의, 상응하는 광 신호를 미리 정해진 도파로 세그먼트에 전송하는 적절한 전송기로 전송하기 위해 스위치를 사용하는 것에 대해 교시하고 있다.
미국 특허 제6,453,088B1호는 대직경 광섬유 로터리 조인트들 용의 세그먼트화된 도파로들을 개시하고 있다. 도파로들은 기존의 고정자 면에 장착된다. 각 도파로는 회전자로부터 오는 신호들을 수신할 수 있다. 광섬유 로터리 조인트는 회전자와 기존의 고정자 면을 포함한다. 회전자는 360°로 회전 가능하고, 기존의 고정자 면과 동심이다. 회전자는 회전자의 제1 원주부에 연결된 다수의 광 전송기들과 수광기들 중 하나를 포함한다. 도파로들은 기존의 고정자 면의 일부분에 부합하도록 형상이 형성된 반사 도파로 면을 포함한다. 적어도 하나의 도파로 지지부가 반사 도파로 면을 유지하고, 기존의 고정자에 연결된다. 광 전송기 또는 수광기 중 적어도 하나는 반사 도파로 면에 광 결합된다.
미국 특허 제6,907,161B2호는, 렌즈/프리즘 조립체와 시스템이 작동하기에 충분한 신호 강도를 얻도록 검출기에 다중 집속되어야만 하는 다중 픽업 광 섬유들을 제거한 광섬유 로터리 조인트를 개시한다. 또한, 광섬유 로터리 조인트는 어떤 시스템 부품들의 신속한 상승 및 하강 시간 중 일부를 보상한다. 단일 픽업, 즉 광섬유 또는 광다이오드 중 하나가 도파로의 단부에 배치된다. 단일 광신호를 섬유면 또는 광다이오드 활성 영역에 집속시키도록 렌즈 또는 렌즈 시스템이 사용된다. 시스템 내에서의 위치 때문에 광섬유, 광섬유/렌즈 조립체, 렌즈와 VCEL, 레이저, LED 등과 같은 여러 가지 광 주입 기법들이 활용될 수 있다.
미국 특허 제6,980,714B2호는 광섬유 로터리 조인트 및 회전자와 고정자 사이의 광 통신을 뒷받침하기 위한 관련 반사기 조립체를 개시한다. 광섬유 로터리 회전자는 광신호를 전송하기 위해 회전자 또는 고정자에 의해 유지되는 적어도 하나의 광원을 포함하다. 또한 광섬유 로터리 회전자는 광신호들을 반시시키기 위해 회전자와 고정자 중 다른 하나에 장착되는 반사기와, 광신호들이 반사된 후에 광신호들을 수신하기 위한 수광기를 포함한다. 반사기는 일반적으로, 고정자에 대한 회전자의 회전 위치에 관계없이 광신호들이 광원(들)으로부터 수광기까지 전파되는 경로의 길이들이 동일하도록 그 형상이 형성되고 배치된다. 반사기는 타원의 일부를 한정하는 형상으로 형성된 반사면 및/또는 쌍곡선의 일부를 형성하는 형상으로 형성된 반사면을 구비할 수 있다.
국제 특허 공개 공보 제WO2007/130016A1호에는 회전자와 고정자 간의 광 통신을 가능하게 하는 광 로터리 조인트와, 그러한 광 로터리 조인트들을 회전자와 고정자가 적절하게 정렬된 상태로 유지되게 지지 구조체 상에 장착하는 개선된 방법, 및 그러한 광 로터리 조인트에 사용되는 개선된 광 반사기 조립체가 개시되어 있다. 개선된 광 로터리 조인트는 회전자와 고정자 간의 광통신을 가능하게 한다. 회전자는 종 축선을 구비하며, 광신호를 종 축선에 대해 반경 방향으로 전송하기 위해 상기 회전자와 고정자 중 하나에 장착되는 적어도 하나의 광원과, 광원으로부터 전송되는 광신호를 반사시키기 위해 회전자와 고정자 중 다른 하나에 장착되는 반사기를 포함한다. 제1 반사기는 오목한 제1 반사면을 포함한다. 제1 반사면을 통해 취해지는 평면 내의 선은 제1 및 제2 초점을 구비하는 타원의 일부분으로서 구성된다. 제1 초점은 회전자 축선과 실질적으로 동축으로 배치된다. 원뿔의 일부로서 구성되는 제2 반사면을 포함하는 제2 반사기는 제1 반사면으로부터 반사되는 광을 수광하기 위해 타원형 구조체의 제2 초점에 배치되어, 광을 제2 반사면의 정각(apex angle)의 함수로서 각기 다른 방향으로 반사시킨다. 수광기는 제2 반사면에 의해 반사된 광을 수광하도록 구성된다.
마지막으로, 미국 특허 제7,158,700B2호는 광원과 광다이오드가 광섬유의 말단부에 대해 정렬되고 이격된 관계로 배치된 광섬유 송수신기를 개시한다. 광원은 광을 광섬유로 방출하도록 구성되고, 광다이오드는 광섬유로부터 광을 수광하도록 구성된다.
회전자의 회전 축선이 어떤 경우에 환자에 의해 물리적으로 점유되는 CT 스캐너 용도로는, 회전자와 로터 간에 신호를 전송하는 데에 비축 로터리 조인트가 일반적으로 사용된다. 그러한 비축 로터리 조인트는 일반적으로, 광신호를 방출하기 위한 하나 이상의 광원과, 전송된 신호를 수신하고 수신된 신호를 각 수광기로 안내하며 채널 형상의 횡방향 단면을 갖는 호형 반사기를 포함한다. 광원들은 회전자와 고정자 중 하나의 둘레에 원주 방향으로 이격되고, 반사기들과 수광기들은 회전자와 고정자 중 다른 하나의 둘레에 원주 방향으로 이격된다. 광원들은 하나 이상의 공통 광원을 포함할 수 있다. 이들 광원들로부터 나온 광신호들은 광섬유들에 의해 회전자와 고정자 중 관련된 하나의 원주(periphery)로 안내될 수 있다. 대안적으로, 광원들은 그 원주 둘레에 장착되는 별도의 방출 요소들일 수 있다. 예를 들어, 광원들은 회전자 둘레에 원주 방향으로 배치될 수 있고 다수의 반사기와 수광기는 고정자 둘레에 원주 방향으로 배치될 수 있으며, 이에 의해 회전자와 고정자 간의 광통신을 뒷받침한다. 대부분의 경우, 로터리 조인트를 가로지르는 (즉, 회전자와 고정자 간의) 광 데이터 전송 경로는 로터 축선에 대해 반경 방향이다. 즉, 광이 회전자로부터 고정자로 전송되면, 광은 광원(들)의 물리적인 위치와 관계없이 회전자 축선으로부터 오는 것처럼 보인다.
작동 시에는, 광원들 각각은 동일한 광신호를 전송할 수 있다. 이들 신호는 회전 계면을 가로질러 전송될 수 있고, 고정자에 대한 회전자의 각 위치에 따라 반사기들 중 하나 이상에 의해 수신되어 관련 수광기로 안내될 수 있다. 다른 실시예들에서는, 각기 다른 광신호들이 각기 다른 광원들로부터 전송될 수 있거나 혹은, 이들이 동일한 광원에서 나온다면, 다중화될 수 있다.
회전자와 고정자 간의 광통신을 가능하게 하는 데에는 일반적으로 효과적이지만, 채널 형상의 횡단면을 갖는 호형 반사기를 사용하는 어떤 통상의 비축 로터리 조인트는, 특히 높은 데이터 전송률에서 어느 정도의 단점들이 있다. 이들 문제점들은 (a) 각기 다른 길이의 광 전송 경로들로 인해 중첩 펄스폭이 확장되는 것과, (b) 하기에서 설명하는 바와 같이, 신호들을 광섬유의 입구 단부로 전송할 때 그러한 신호들을 광검출기로 직접 입사시킬 때보다 더 많은 수의 광원들이 사용되어야 하는 것이다. 또한, 어떤 신호 수집 장치는 사실상 장치의 데이터 전송률을 약 2.5Gbps로 사실상 제한하는 가변 광 경로 길이를 가질 수도 있다.
예를 들어, 통상의 비축 로터리 조인트들에서는, 광신호들은 여러 개의 광원과 각각의 수광기들 사이에서 길이가 각기 다른 경로들을 따라 이동할 수 있고, 이에 의해 중첩시 수신된 여러 개의 광신호들에 시간 지연이 도입된다. 특정 수광기는 두 개의 원주 방향으로 인접한 광원들로부터 신호들을 수신할 수 있다. 인접한 두 광원들에서 동일한 광신호가 동시에 방출되지만, 이 신호들이 서로 다른 거리를 이동하여 수광기에 도달하면, 신호들은 서로 다른 시간에 수신될 것이다. 이에 따라, 두 신호들은 위상이 달라지고, 중첩된 신호들의 펄스폭은 수광기측에서 볼 때, 실질적으로 확장될 것이다. 희망하는 높은 데이터 전송률에서의 통신을 뒷받침하도록, 통상의 비축 로터리 조인트는 신호가 이동하는 경로의 길이를 최소화할 수 있게 광원들과 수광기들이 덜 이격되도록 특별히 구성되어 왔다. 그렇게 해도, 신호들이 각기 다른 길이의 경로들을 이동하는 1.25Gbps 이상의 데이터 전송률에서는 오류가 없는 데이터 전송을 뒷받침하기 어렵다.
앞에서 설명한 특허들 각각에서 개시된 모든 내용들을 원용하여 본 명세서 내에 포함시킨다.
따라서, 높은 데이터 전송률로 전송할 수 있는 개선되고 저렴한 광섬유 로터리 조인트를 제공하는 것이 일반적으로 바람직할 것이다.
본 발명은 포괄적으로, 하나 이상의 디지털 광신호를 회전자와 고정자의 대향하는 원주면들 간의 계면을 가로질러 전송하기 위한, 경로 길이 변화가 감소된, 개선되고 저렴한 광섬유 로터리 조인트를 제공한다.
일 태양에서는, 본 발명은 회전자(21)와 고정자(22)의 대향 면(26, 39)들 간의 계면을 가로질러 디지털 광신호를 전송할 수 있게 하는 광섬유 로터리 조인트(20)로서, 포괄적으로, 상기 회전자와 고정자 중 하나에 장착되는 복수 개의 광원으로서, 광원들 각각은 광신호를 선택적으로 발생시키도록 구성된 제1 광원(43C)과 상기 광신호를 선택적으로 발생시키도록 구성된 제2 광원(43C')을 포함하는, 복수 개의 광원(42A, 42B, 42C, ...); 상기 광원들로부터 수신한 상기 광신호를 상기 회전자와 고정자 중 다른 하나의 대향 면을 향해 전송하기 위하여 상기 회전자와 고정자 중 상기 하나의 면을 따라 이격되는 제1 복수 개의 발광기(25A, 25B, 25C, ...); 제1 복수 개의 제1 광섬유(24A, 24B, 24C, ...)로서, 그 각각이 상기 광신호를 각 광원으로부터 관련 발광기로 전달하기 위하여 상기 광원들 각각을 상기 발광기들 각각과 통신시키는, 제1 복수 개의 제1 광섬유; 상기 회전자와 고정자 중 다른 하나의 표면에 제2 원호부를 따라 이격된 제2 복수 개의 수광체(31); 상기 회전자와 고정자 중 다른 하나에 장착된 적어도 하나의 광 검출기(36, 40); 및 제2 복수개의 제2 광섬유(32)로서, 그 각각이 상기 수광체들 각각을 상기 광 검출기(들)와 통신시키는 제2 복수개의 제2 광섬유를 포함한다. 상기 광원들, 제1 광섬유들, 발광기들, 수광체들, 제2 광섬유들 및 광 검출기(들)는 상기 광원들로부터 상기 광 검출기(들)로 전송되는 광신호의 총 전파 지연이 상기 광신호의 비트 폭의 약 1/4 미만이 되도록 설정되고 구성된다. 이에 의해, 상기 광섬유 로터리 조인트는 상기 광신호를 순간 흐트러짐을 감소시키면서 상기 계면을 가로질러 전송할 수 있다.
상기 제1 광원(43C)은 상기 광신호를 상시적으로 발생시키도록 구성된다. 상기 제2 광원(43C')은 상기 제1 광원이 상기 광신호를 발생시키지 못하는 경우에 상기 광신호를 발생시키도록 구성된다.
본 발명의 광섬유 로터리 조인트는 상기 제1 광원이 상기 광신호를 발생시키는지 여부를 감지하기 위한 센서와; 상기 제1 광원이 상기 광신호를 발생시키지 못하는 경우에 상기 제2 광원이 상기 광신호를 발생시키게 하도록 구성된 스위치를 추가로 포함한다. 상기 스위치는 상기 제1 광원에 의해 발생되는 상기 광신호가 감지되지 않는 경우 또는 제1 광원에 의해 인출되는 동력이 감지되지 않는 경우에 자동으로 작동한다. 그러나, 상기 광신호의 관련 제1 광섬유에의 결합은 실질적으로 중단 없이 유지된다.
상기 광신호는 적어도 약 2.5Gbps의 데이터 전송률로 상기 계면을 가로질러 전송된다.
상기 제1 및 제2 원호부는 서로 다른 각도를 대한다. 한 형태에서는 상기 발광기는 약 30°의 간격으로 분리되고 상기 제2 원호부는 약 30°이다.
상기 제1 광섬유들은 그 길이가 실질적으로 동일할 수 있다. 상기 제2 광섬유(32)들은 그 길이가 실질적으로 동일할 수 있다. 제1 광섬유들 각각의 코어 및/또는 제2 광섬유들 각각의 코어는 그 직경이 적어도 약 200마이크론일 수 있다. 광섬유들 각각의 코어는 유리일 수 있다.
상기 제1 복수 개의 제1 광섬유는 상기 제2 복수 개의 제2 광섬유와 다를 수 있다. 상기 제1 및 제2 광섬유들은 길이가 서로 다를 수 있다.
상기 제1 광섬유들 각각은 관련 광원들로부터 멀리 있는 단부에 시준 렌즈 조립체(28A, 28B, 28C, ...)를 구비할 수 있다. 상기 제2 광섬유들 각각은 상기 광 검출기(들)로부터 멀리 있는 단부에 시준 렌즈 조립체를 구비할 수 있다.
피전송 신호는 상기 계면을 가로질러 전송되기 전에 상기 제1 광섬유들 중 몇 개에 결합될 수 있고, 결합된 신호들은 상기 다수의 발광기에 의해 상기 계면을 가로질러 전송될 수 있고, 전송된 신호들은 상기 제2 광섬유들에 의해 수신될 수 있고, 수신된 신호들은 광학적으로 역다중화되어 상기 피전송 신호를 재형성시킬 수 있다.
다수의 상기 제2 복수 개의 수광체가 상기 회전자와 고정자 중 다른 하나의 상기 표면 둘레에서 이격되어 있을 수 있다.
다른 태양에서는, 본 발명은 회전자(21)와 고정자(22)의 대향 면(26, 29)들 간의 계면을 가로질러 디지털 광신호를 전송할 수 있게 하는 개선된 광섬유 로터리 조인트(20)를 제공한다. 개선된 광섬유 로터리 조인트는 포괄적으로, 상기 회전자와 고정자 중 하나에 장착되는 복수 개의 광원(42A, 42B, 42C, ...)으로서, 광원들 각각은 제1 파장(λ1)의 제1 광신호를 선택적으로 발생시키도록 구성된 제1 광원(43C)과 제2 파장(λ2)의 제2 광신호를 선택적으로 발생시키도록 구성된 제2 광원(43C')을 포함하는, 복수 개의 광원; 상기 광원들로부터 수신한 상기 광신호들을 상기 회전자와 고정자 중 다른 하나의 대향 면을 향해 전송하기 위하여 상기 회전자와 고정자 중 상기 하나의 면을 따라 이격되는 제1 복수 개의 발광기; 제1 복수 개의 제1 광섬유(24A, 24B, 24C, ...)로서, 그 각각이 상기 광신호들을 각 광원으로부터 관련 발광기로 전달하기 위하여 상기 광원들 각각을 상기 발광기들 각각과 통신시키는, 제1 복수 개의 제1 광섬유; 상기 회전자와 고정자 중 다른 하나의 표면에 제2 원호부를 따라 이격된 제2 복수 개의 수광체(31); 상기 회전자와 고정자 중 다른 하나에 장착된 적어도 하나의 광 검출기(36, 40); 및 제2 복수개의 제2 광섬유로서, 그 각각이 상기 수광체들 각각을 상기 광 검출기(들)와 통신시키는 제2 복수개의 제2 광섬유(32)를 포함한다. 상기 광원들, 제1 광섬유들, 발광기들, 수광체들, 제2 광섬유들 및 광 검출기(들)는 상기 광원들로부터 상기 광 검출기(들)로 전송되는 광신호들의 총 전파 지연이 상기 광신호들의 비트 폭의 약 1/4 미만이 되도록 설정되고 구성된다. 이에 의해 상기 광섬유 로터리 조인트는 상기 광신호들을 순간 흐트러짐을 감소시키면서 상기 계면을 가로질러 전송할 수 있다.
각 광원은 각각이 상기 제1 광신호를 선택적으로 발생시키도록 구성된 상기 제1 광원들 중 두 개(43C, 43C')와, 각각이 상기 제2 광신호를 선택적으로 발생시키도록 구성된 상기 제2 광원들 중 두 개(45C, 45C')를 포함할 수 있다.
상기 제1 광원들 중 하나(43C)는 상기 제1 광신호를 상시적으로 발생시키도록 구성되고, 상기 제1 광원들 중 다른 하나(43C')는 상기 한 제1 광원이 상기 제1 광신호를 발생시키지 않는 경우에 상기 제1 광신호를 발생시키도록 구성된다. 상기 제2 광원들 중 하나(45C')는 제2 광원(43C)이 상기 제2 광신호를 발생시키지 않는 경우에 상기 제2 광신호를 상시적으로 발생시키도록 구성될 수 있다.
본 발명의 광섬유 로터리 조인트는, 상기 회전자와 고정자 간의 상대 각 위치를 결정하기 위한 위치 결정 장치와; 복수의 개별 입력 데이터 스트림을 상기 광섬유 로터리 조인트로 공급하기 위한 수단과; 각각의 개별 입력 데이터 스트림을, 회전자와 고정자 사이의 특정한 상대 각 위치용으로 미리 정해진 수광체로 상응하는 광신호를 전송하도록 구성되어 그와 같은 상대 각 위치에서 개별 광 데이터 신호를 관련 수광체로 전송함으로써 상기 개별 입력 데이터 스트림들이 상기 회전자와 고정자 사이의 임의의 상대 각 위치에서 상기 수광체들 각각으로 연속적으로 전송될 수 있게 하는 적절한 발광기와 통신하는 광원들 중 각각의 광원으로 전송하기 위한 스위치(23)를 추가로 포함할 수 있다.
또 다른 태양에서는, 본 발명은 회전자(21)와 고정자(22)의 대향 면(26, 29)들 간의 계면을 가로질러 디지털 광신호를 전송할 수 있게 하는 개선된 디지털 광신호 전송 방법으로서, 복수 개의 광원(42A, 42B, 42C, ...)으로서, 광원들 각각은 광신호를 선택적으로 발생시키도록 구성된 제1 광원(43C)과 상기 광신호를 선택적으로 발생시키도록 구성된 제2 광원(43C')을 포함하는, 복수 개의 광원을 상기 회전자와 고정자 중 하나에 마련하는 단계; 상기 회전자와 고정자 중 하나의 면을 따라 이격되는 제1 복수 개의 발광기를 마련하는 단계; 상기 광원들 각각과 상기 발광기들 각각의 사이에 제1 복수 개의 제1 광섬유를 마련하는 단계; 상기 광원이 상기 광신호를 방출하게 하는 단계; 상기 광신호를 상기 광원들로부터 상기 제1 광섬유들을 따라 상기 발광기들로 전달하는 단계; 상기 제1 발광기들이 상기 광신호를 회전자와 고정자 중 다른 하나의 대향면을 향해 상기 계면을 가로질러 전송하게 하는 단계; 상기 발광기들에 의해 전송된 광신호들을 수신하기 위해 상기 회전자와 고정자 중 다른 하나의 면의 제2 원호부를 따라 이격되는 제2 복수 개의 수광체(31)를 마련하는 단계; 적어도 하나의 광 검출기(36, 40)를 상기 회전자와 고정자 중 다른 하나에 마련하는 단계; 상기 수광체들에 의해 수신된 광신호를 상기 광 검출기(들)로 안내하는 단계; 및 상기 발광기들과 수광체들을 상기 광원들과 광 검출기(들) 사이에서 전송되는 광신호의 총 전파 시간 지연이 상기 광신호의 비트 폭의 1/4 미만이 되도록 배치하는 단계를 포함하고, 이에 의해 상기 광신호들을 순간 흐트러짐을 감소시키면서 상기 계면을 가로질러 전송할 수 있는, 개선된 디지털 광신호 전송 방법을 제공한다.
상기 제1 광원은 상기 광신호를 상시적으로 발생시키도록 구성된다.
본 발명의 개선된 디지털 광신호 전송 방법은, 상기 제1 광원(43C)이 상기 광신호를 발생시키는지 감지하는 단계와; 상기 제1 광원이 상기 광신호를 발생시키지 못하는 경우에 상기 제2 광원(43C')이 상기 광신호를 발생시키게 하는 단계를 추가로 포함한다.
본 발명의 개선된 디지털 광신호 전송 방법은, 피전송 신호를 상기 계면을 가로질러 전송하기 전에 상기 제1 광섬유들 각각에 결합시키는 단계; 상기 신호를 상기 복수 개의 발광기들에 의해 상기 계면을 가로질러 전송하는 단계; 전송된 신호를 상기 제2 광섬유들에 의해 수신하는 단계; 및 전송된 신호를 역다중화하여 피전송 신호를 재형성하는 단계를 추가로 포함한다.
또 다른 태양에서는, 본 발명은 회전자(21)와 고정자(22)의 대향 면(26, 29)들 간의 계면을 가로질러 디지털 광신호를 전송할 수 있게 하는 개선된 디지털 광신호 전송 방법으로서, 복수 개의 광원으로서, 광원들 각각은 제1 파장의 제1 광신호를 선택적으로 발생시키도록 구성된 제1 광원과 제2 파장의 제2 광신호를 선택적으로 발생시키도록 구성된 제2 광원을 포함하는, 복수 개의 광원을 상기 회전자와 고정자 중 하나에 마련하는 단계; 상기 회전자와 고정자 중 하나의 면을 따라 이격되는 제1 복수 개의 발광기(42A, 42B, 42C, ...)를 마련하는 단계; 상기 광원들 각각과 상기 발광기들 각각의 사이에 제1 복수 개의 제1 광섬유를 마련하는 단계; 상기 광원들이 상기 광신호들을 방출하게 하는 단계; 상기 광신호들을 상기 광원들로부터 상기 제1 광섬유들을 따라 상기 발광기들로 전달하는 단계; 상기 제1 발광기들이 상기 광신호를 회전자와 고정자 중 다른 하나의 대향면을 향해 상기 계면을 가로질러 전송하게 하는 단계; 상기 발광기들에 의해 전송된 광신호들을 수신하기 위해 상기 회전자와 고정자 중 다른 하나의 면의 제2 원호부를 따라 이격되는 제2 복수 개의 수광체(31)를 마련하는 단계; 적어도 하나의 광 검출기(36, 40)를 상기 회전자와 고정자 중 다른 하나에 마련하는 단계; 상기 수광체들에 의해 수신된 광신호들을 상기 광 검출기(들)로 안내하는 단계; 및 상기 발광기들과 수광체들을 상기 광원들과 광 검출기(들) 사이에서 전송되는 광신호의 총 전파 시간 지연이 상기 광신호의 비트 폭의 1/4 미만이 되도록 배치하는 단계를 포함하고, 이에 의해 상기 광신호들을 순간 흐트러짐을 감소시키면서 상기 계면을 가로질러 전송할 수 있는, 개선된 디지털 광신호 전송 방법을 제공한다.
본 발명의 개선된 디지털 광신호 전송 방법은 복수 개의 개별 입력 데이터 스트림을 상기 광섬유 로터리 조인트로 공급하는 단계; 상기 회전자와 고정자 간의 상대 각 위치를 결정하는 단계; 각각의 입력 데이터 스트림을, 회전자와 고정자 사이의 정해진 상대 각 위치용으로 미리 정해진 수광체로 상응하는 광신호를 전송함으로써 그와 같은 상대 각 위치에서 개별 광 데이터 신호를 관련 수광체로 전송하는 적절한 발광기로 전송하는 단계; 및 상기 개별 입력 데이터 스트림들 각각을 상기 회전자와 고정자 사이의 임의의 상대 각 위치에서 상기 수광체들 각각으로 연속적으로 전송하는 단계를 추가로 포함한다.
또 다른 태양에서는, 본 발명은 광신호를 광섬유 망으로 전송하도록 구성된 광섬유 전송기(42A)로서, 말단부를 구비한 광섬유(24C)와; 광 에너지를 상기 말단부를 통해 상기 광섬유로 방출하도록 작동하게 구성된 복수의 광원(43A)을 포함하는 광섬유 전송기를 제공한다.
상기 광원들 각각은 수직 캐비티 표면 광방출 레이저(VCSEL: Vertical-cavity surface-emitting laser) 전송기일 수 있다.
상기 광섬유는 다중 모드 광섬유일 수 있고, 코어 직경이 적어도 약 200마이크론일 수 있다.
상기 광섬유 망은 광섬유 로터리 조인트(20)일 수 있다.
상기 광섬유 전송기는 광섬유 송수신기의 일부분일 수 있다.
상기 복수 개는 두 개일 수 있다.
상기 광원들 각각은 동일한 광신호를 선택적으로 발생시키도록 구성되며, 상기 광원들 중 하나는 상기 광신호를 상시적으로 발생시키도록 구성되고, 상기 광원들 중 다른 하나는 상기 제1 광원이 상기 광신호를 발생시키지 못하는 경우에 상기 광신호를 발생시키도록 구성될 수 있다.
개선된 광섬유 전송기는, 상기 제1 광원이 상기 광신호를 발생시키는지 여부를 감지하기 위한 센서와; 상기 제1 광원이 상기 광신호를 발생시키지 못하는 경우에 상기 제2 광원이 상기 광신호를 발생시키게 하도록 구성된 스위치를 추가로 포함할 수 있다.
상기 광원들은 각기 다른 파장(λ1, λ2)의 광 에너지를 상기 말단부를 통해 광섬유로 선택적으로 방출하게 작동하도록 구성될 수 있다.
상기 복수 개는 네 개일 수 있다.
제1 쌍의 상기 광원의 각 광원은 제1 파장(λ1)의 광 에너지를 선택적으로 방출하도록 구성되고, 제2 쌍의 상기 광원의 각 광원은 제2 파장(λ2)의 광 에너지를 선택적으로 방출하도록 구성될 수 있다.
상기 쌍들 중 한 쌍의 광원들 중 하나(43C)는 상기 광 에너지를 상시적으로 방출하도록 구성되고, 그 쌍의 상기 광원들 중 다른 하나(43C')는 그 쌍의 상기 한 광원이 상기 광 에너지를 발생시키지 못하는 경우에 광 에너지를 발생시키도록 구성될 수 있다.
상기 광원들 각각은 VCSEL 전송기일 수 있다. 상기 VCSEL 전송기들은 가상의 사각형의 모서리에 배치되고, 인접한 전송기들 간의 중심선 간격은 약 68 내지 72마이크론일 수 있다.
이에 따라, 본 발명의 일반적인 목적은 회전자와 고정자의 대향하는 원주면들 사이의 계면을 가로질러 디지털 광신호를 전송할 수 있는 개선된 광섬유 로터리 조인트를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 하나가 고장나면 다른 하나가 계속 작동하도록 파장이 동일한 중복된 광원들을 갖는 저렴한 회전자 및 고정자 토폴로지(topology)를 구비한 개선된 광섬유 로터리 조인트를 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 각각이 두 개의 별도의 파장을 갖는 중복된 광원들을 갖는 저렴한 회전자 및 고정자 토폴로지를 구비한 개선된 광섬유 로터리 조인트를 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 회전자와 고정자의 대향하는 원주면들 사이의 계면을 가로질러 디지털 광신호를 전송할 수 있는 개선된 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 개선된 광섬유 장치를 제공하는 데 있다.
도 1은 광신호들을 회전 계면을 가로질러서 고정자의 각 사분원에 있는 10개의 수광체로 그리고 광섬유 다발을 거쳐서 시스템 수광기들로 전송하도록 작동하게 구성된 12개의 로터 장착 발광기를 구비하며, 파장 분할 다중화로 20Gbps 신호를 전송하기에 적합한, 개선된 광섬유 로터리 조인트를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1a는 수신된 두 개의 광신호를 분리하도록 이색성 필터를 사용하는 수광체들 중 하나를 확대하여 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 여러 개의 광원들과 이들에 연결된 12개의 광섬유들을 구비한 제1 VCSEL 전송기를 도시한 평면도이다.
도 2의 (a)는 광섬유의 입구 단부에 광신호를 공급하도록 작동하게 구성된 파장(λ1-λ1)이 동일한 두 개의 광원들을 확대하여 부분적으로 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 여러 개의 광원들과 이들에 연결된 12개의 광섬유들을 구비한 제2 VCSEL 전송기를 도시한 평면도이다.
도 3의 (a)는 두 개의 서로 다른 광신호를 광섬유의 입구 단부에 결합시키도록 작동하게 구성된 파장(λ1-λ2)이 서로 다른 두 개의 광원들을 확대하여 부분적으로 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4는 여러 개의 광원들과 이들에 연결된 12개의 광섬유들을 구비한 제3 VCSEL 전송기를 도시한 평면도이다.
도 4의 (a)는 두 개의 서로 다른 중복성 광신호들을 광섬유의 입구 단부에 결합시키도록 작동하게 구성된 파장(λ1-λ1)이 동일한 두 개의 제1 광원과 파장(λ2-λ2)이 다른 두 개의 제2 광원을 확대하여 도시한 도면이다.
도 4의 (b)는 도 4의 (a)에 도시된 VCSEL 전송기의 배치 및 직경이 200마이크론인 유리 섬유 코어를 확대하여 개략적으로 도시한 도면이다.
도 5는 단일 파장의 개별 광 데이터 신호들을 선택적으로 발생시키고, 개별 광 데이터 신호들이 회전자와 고정자 사이의 임의의 상대 각 위치에서 수광체들 각각으로 계속 전송되도록 그러한 개별 광 데이터 신호들을 여러 개의 회전자 장착 발광기들 사이에서 스위칭시키는, 네 개의 2.5Gbps 전기 신호를 공급받는 개선된 광섬유 로터리 조인트를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 6은 다중 파장의 개별 광 데이터 신호들을 선택적으로 발생시키고, 개별 광 데이터 신호들이 회전자와 고정자 사이의 임의의 상대 각 위치에서 수광체들 각각으로 계속 전송되도록 그러한 개별 광 데이터 신호들을 여러 개의 회전자 장착 발광기들 사이에서 스위칭시키고 나서, 후속해서 수신된 신호들을 분리하는, 여덟 개의 2.5Gbps 전기 신호를 공급받는 개선된 광섬유 로터리 조인트를 개략적으로 도시한 도면이다.
먼저, 본 명세서에서 사용된 동일한 참조 번호들은 여러 도면들에 걸쳐 동일한 구조적 요소, 부분 또는 표면을 일관되게 지칭하도록 사용되었으며, 그러한 요소, 부분 또는 표면들은 하기 구체적 내용과 이를 통합된 일부분으로 하는 전체 명세서를 통해서도 추가로 더 묘사되고 설명되고 있음을 주지할 필요가 있다. 달리 명시하지 않는 한, 도면들은 명세서와 함께 파악할 수 있도록 했는데(예, 단면표시, 부품의 배열, 비율, 각도 등), 이 도면들은 본 발명의 전체 문서의 일부로서 고려되어야 한다. 후술하는 설명에서 사용되듯이, "수평", "수직", "좌", "우", "상향", "하향"과 같은 형용사들과 부사형 파생어들(예, "수평으로", "우향으로", "상향으로" 등)은 해당 도면이 독자를 마주하는 상태에서의 묘사되는 구조물의 방향을 지칭할 뿐이다. 마찬가지로, '안쪽으로' 그리고 '바깥쪽으로'와 같은 용어는, 필요에 따라 연장 축선 또는 회전 축선에 대한 표면의 방향을 일반적으로 지칭한다.
이제 도면을 참조하면, 본 발명은 포괄적으로, 회전자와 고정자의 대향면들 사이의 계면을 가로질러 디지털 광신호를 전송할 수 있게 하도록 개선된 광섬유 로터리 조인트, 그러한 계면을 가로질러 디지털 광신호를 전송할 수 있게 하도록 개선된 방법 및 개선된 광섬유 장치를 제공한다.
도 1에 가장 잘 도시된 바와 같이 제1 형태의 개선된 광섬유 로터리 조인트는 대체로 도면 부호 20으로 지시된다. 이 장치는 고정자(22) 내에 회전 운동하도록 장착된 회전자(21)를 구비한다. 수직 캐비티 표면 광방출 레이저(VCSEL: Vertical-cavity surface-emitting laser) 광 전송기(23)는 회전자의 중앙에 장착된 것으로 도시된다. 각각 도면 부호 24로 지시되는 제1 복수 개의 제1 광섬유는, 후술하는 바와 같이, 전송기 상의 여러 개의 광원을 회전자 표면 상의 제1 원호부를 따라 이격된 제1 복수 개의 발광기(25)들 각각과 통신시킨다. 도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 12개의 발광기가 회전자의 외향면(26) 주위에 균등한 간격으로 이격되어 있다. 여러 개의 발광기는 각각 도면 부호 25로 지시되고, 문자(A, B, C, ..., L)로 구분된다. 이들 여러 개의 발광기(25A, 25B, 25C, ..., 25L)는 각각 시준기(28A, 28B, 28C, ..., 28L)를 통해서 회전자의 표면(26)과 고정자의 내향면(29) 사이의 회전 계면을 가로질러 광을 방출하도록 작동 가능하게 구성된다. 여러 개의 제1 광섬유는 길이가 동일하며, 도면 부호 30으로 지시된 바와 같이 VCSEL 전송기 부근에 다발로 도시되어 있다.
고정자는 그의 네 개의 사분원(quadrant) 각각에 배치된 다수의 수광체(light receptor)를 구비하는 것으로 도시되어 있다. 각각 도면 부호 31로 지시되는 10개의 수광체가 사분원 각각에 있고, 이들은 제2 광섬유를 거쳐서 각각 도면 부호 33으로 지시되는 네 개의 수광기(light receiver)에 연결된다. 도시된 형태에서는, 각 사분원에 있는 10개의 수광체는 약 36°의 원호부를 차지한다. 제2 광섬유들은 수광기 근처에 도면 부호 30으로 지시되는 다발로 도시되어 있다.
도시된 형태에서는, 회전자와 고정자의 대향면들은 환형인 것으로 도시되어 있다. 그러나 이는 반드시 그러할 필요는 없다.
이제 도 1의 (a)를 참조하면, 각 수광기(33)는 사분원에 있는 광섬유(32)들 각각에 연결된 것으로 도시되어 있다. 이들 광섬유는, 적절하게는, 하나의 광신호(즉, λ1)를 포함할 수 있거나 혹은 하나보다 많은 수의 광신호(즉, λ1 + λ2)를 포함할 수 있다. 둘 중 어떤 경우에도, 광섬유(32)들로부터 빠져나온 신호들은 이색성 필터(dichroic filter)에 공급되고, 이색성 필터는 신호들을 분리한다. 제1 신호(λ1)는 이 이색성 필터에 의해 반사되어, 프리-앰프/포스트-앰프(38)에 연결된 광다이오드(36)로 광섬유(35)를 거쳐서 공급된다. 다른 신호(λ2)는 이색성 필터(34)를 통과하여, 프리-앰프/포스트-앰프(38)에 연결된 광 다이오드(40)로 광섬유(39)를 거쳐 공급된다. 물론, 한 가지 파장(즉, λ1)으로 된 하나의 신호만 있는 경우에는, 이색성 필터가 필요 없다.
도시된 형태에서는, 신호들은 회전자로부터 고정자로 전송된다. 그러나, 이 장치는 반드시 그러할 필요는 없다. 대안적인 장치에서는 신호가 고정자에서 발생되어 회전자로 전송될 수도 있을 것이다.
따라서, 개선된 광섬유 로터리 조인트(20)는 포괄적으로, 후술하는 바와 같은 다수의 광원을 포함하는 VCSEL 전송기(23)를 포함한다. 각 광원은 제1 파장(λ1)의 제1 광신호를 선택적으로 발생시키도록 구성된 제1 광원과 제2 파장(λ2)의 제2 광신호를 선택적으로 발생시키도록 구성된 제2 광원을 포함한다. 제1 복수 개의 발광기(25)는 광원들로부터 수신된 광신호들을 고정자의 대향면(29)으로 전송하기 위해 회전자의 대향면(26)을 따라 이격된다. 제1 복수 개의 제1 광섬유(24A, 24B, 24C, ..., 24L)는 각각이 각각의 광원으로부터 이와 연관된 발광기로 광신호를 전달하기 위해 광원들 각각을 발광기 각각과 통신시킨다. 각각 도면 부호 31로 지시되는 제2 복수 개의 수광체는 고정자의 대향면(29) 상의 원호부를 따라 이격된다. 적어도 하나의 광 검출기(36, 40)는 회전자와 고정자 중 다른 하나에 장착된다. 개선된 광섬유 로터리 조인트는 각각 도면 부호 32로 지시되고 각각이 각각의 수광체를 광 검출기(들)와 통신시키는 제2 복수 개의 제2 광섬유를 포함한다. 광원들, 제1 광섬유들, 발광기들, 수광체들, 제2 광섬유들 및 광 검출기(들)는, 광원들로부터 광 검출기들로 전송되는 광신호의 총 전파 지연이 광신호의 비트 폭(bit width)의 약 1/4 미만이 되도록 설정되고 구성된다. 개선된 광섬유 로터리 조인트는 광신호를 순간 흐트러짐(jitter)을 감소시키면서 고속 데이터 전송률(예컨대, 2.5Gbps 또는 그 이상의 차수)로 계면을 가로질러 전송할 수 있다.
VCSEL 전송기의 첫 번째 형태가 도 2에 도시되어 있다. 이 형태에서, VCSEL 전송기는 도면 부호 32A로 지시된다. VCSEL 전송기는 그 주변부 둘레에 이격되어 있는 12개의 각기 다른 광원을 구비하는 것으로 도시되어 있다. 도면 부호 24A, 24B, 24C, ...로 지시되는 제1 광섬유들은 VCSEL 전송기 상의 12개의 광원들 각각과 결합된다. 이들 여러 개의 광원은 도면 부호 42로 지시되며, 그 각각은 문자(A, B, C, ...)로 구분된다. 여러 개의 광섬유(24A, 24B, 24C, ...)는 코어 직경이 약 200마이크론일 수 있다.
도 2의 (a)는 광원(42C)을 확대하여 도시한 사시도이다. 이 광원은 제1 파장(λ1)의 제1 광신호를 선택적으로 발생시키도록 구성된 제1 광원(43C)과 제2 파장의 제2 광신호를 선택적으로 발생시키도록 구성된 제2 광원(43C')을 구비하는 것으로 도시되어 있다. 이와 같은 제1 장치에서는, 두 개의 광원은 동일한 파장(λ1)의 동일한 광신호를 발생시키도록 구성된다. 이에 따라, 두 개의 광원들 옆에 설명 부호 λ1, λ1을 표시하였다. 두 개의 광원은 두 개의 수렴면의 첨두부에 인접한 지지부의 평평한 상부 수평면에 장착된다. 두 개의 광원은 장착 블록(44C, 44C')에 의해 지지된다. 두 개의 광원(43C, 43C')은 광섬유(24C)의 입구 단부에 아주 가깝게 배치된 것으로 도시되어 있다. 광원들 각각은 광신호를 선택적으로 발생시키도록 구성된다. 그러나, 정상적인 환경에서는, 일반적으로 광원들 중 단 하나(즉, 43C)만이 광신호를 발생시키도록 구성된다. 다른 광원은 첫 번째 광원이 광신호를 발생시키지 못하는 경우에만 동일한 광신호를 발생시키도록 구성된다. 본 발명은 제1 광원이 광신호를 발생시키는지 검출하기 위한 센서와, 첫 번째 광원이 광신호를 발생시키지 못하는 경우에 제2 광원이 광신호를 발생시키게 하도록 구성된 스위치를 추가로 포함할 수 있다. 바람직하게는, 이 스위치는 관련된 제1 광섬유로의 광신호의 공급이 중단되지 않도록 제1 광원에 의해 발생되는 광신호가 감지되지 않을 경우에 자동으로 작동된다. 다시 설명하면, 제2 광원은 제1 광원이 고장나면 작동될 수 있다. 이는 한 광원으로부터 다른 광원으로의 전환 도중에 비트 오류율(bit error rate)에 어떤 오류가 있을 수 없다는 것을 의미하는 것은 아니다. 그러나, 제2 광원은 제1 광원에 의해 발생되는 광신호가 없는 경우에 바로 신호를 발생시키는 예비품이다. 이들 광원 중 하나의 구조와 작동은 미국 특허 US7,158,700 B2호에 충분히 도시되고 설명되어 있으며, 그 전체 내용을 원용하여 본 발명의 명세서 내에 포함시킨다.
이제 도 3과 도 3의 (a)를 참조하면, 개선된 VCSEL 전송기의 제2 형태는 일반적으로 도면 부호 23B로 지시된다. 이 전송기는, 각각이 도면 부호 42로 지시되고 첨자 A, B, C, ..., L로 구분되는 12개 정도의 광원을 포함한다는 점에서, 도 2에 도시된 전송기와 기능적으로 유사하다. 각 광원은 또한 부호 24A, 24B, 24C, ..., 24L로 지시되는 광섬유의 입구 단부와 결합된다.
도 3의 (a)는 광원들 중 하나의 구조를 도시한다. 이 경우에서는, 광원(42C)은 두 개의 수렴면들 사이에 있는 첨두부들에 인접한 장착 블록(44C, 44C')들의 평평한 상부 수평면에 장착된 각기 다른 광원(43C, 43C')들을 구비하는 것으로 도시되어 있다. 그러나, 광원들이 물리적으로는 동일하게 보이지만, 이들은 다르다. 제1 광원(43C)은 제1 파장(λ1)의 제1 광신호를 발생시키도록 구성되고, 제2 광원(43C')은 제2 파장(λ2)의 제2 광신호를 선택적으로 발생시키도록 구성된다. 두 개의 광원들의 광섬유(24C)의 입구 단부에 대한 위치는 도 2의 (a)에서와 동일하다. 도 2의 (a)가 동일한 파장의 동일한 광신호(즉, λ1 - λ1)를 발생시키도록 작동 가능하게 구성된 두 개의 인접한 광원들을 개시하는 반면, 도 3의 (a)에 도시된 장치는 두 개의 서로 다른 파장(즉, λ1 - λ2)의 두 개의 서로 다른 광신호를 발생시키도록 구성된다. 이에 따라, 도 2의 (a)에 도시된 장치는 중복성의 특징을 제공하지만, 도 3의(a)에 도시된 장치는 광원 수를 배가시키는 장점을 제공한다.
도 4와 도 4의 (a)를 참조하면, VCSEL 전송기의 또 다른 실시예는 도면 부호 23C로 지시된다. 이 전송기는 각각이 제1 광섬유(24A, 24B, 24C, ..., 24L)와 결합되는 다수의 광원(42A, 42B, 42C, ..., 42L)을 구비하는 것으로 도시된다. 그러나, 도 4의 (a)에 가장 잘 도시된 바와 같이, 네 개의 광원(43C, 43C', 45C, 45C')은 각각이 도면 부호 44로 지시되고 수렴면들에 의해 형성되는 첨두부들에 인접한 장착 블록의 평평한 상부 수평면들에 장착된다. 제1 및 제2 광원(43C, 43C')은 제1 파장(λ1)의 광신호를 선택적으로 발생시키도록 구성된다. 다른 두 개의 광원은 (45C, 45C')은 제2 파장(λ2)의 다른 광신호를 발생시키도록 구성된다. 이 장치는 중복성의 특징과 두 개의 서로 다른 광신호의 결합을 조합한 것이다. 다시 설명하면, 광원(43C)은 일반적으로 제1 파장(λ1)의 광신호를 발생시킬 수 있다. 광원(43C')은 일반적으로 대기 모드로 있고, 광원(43C)의 고장이 감지될 때에만 제1 광신호를 발생시키게 된다. 유사하게, 제2 광신호는 일반적으로 광원(45C)에 의해 발생된다. 제4 광원(45C')은 일반적으로 대기 모드로 있고, 광원(45C)의 고장이 감지될 때에만 제2 광신호를 발생시키게 된다. 따라서, 이 장치는 도 2의 (a)와 도 2의 (b)에 도시된 제1 장치에 의해 주어지는 중복성 특징과 도 3 및 도 3의 (a)에 도시된 바와 같은 두 개의 서로 다른 신호들의 결합의 조합이다.
도 4의 (b)에 도시된 바와 같이, 네 개의 VCSEL 전송기는 약 70ㅁ2마이크론인 변들 중 한 변을 따라 중앙선이 이격된 가상의 사각형의 첨두부들에 배치된다. 이에 따라, 대각선상으로 대향하는 VCSEL 전송기들은 약 100ㅁ2마이크론의 중앙선 거리만큼 서로 이격된다. 도 4의 (b)에서, 이와 같이 대각선상으로 대향하는 전송기들은 100마이크론의 중앙선 거리만큼 이격되는 것으로 도시된다. 또한 도 4의 (b)에서는 직경이 약 200마이크론인 원이 도시되어 있다. 이는 광섬유의 코어를 나타내며, 네 개의 VCSEL 광원을 코어의 돌출된 영역 내에 잘 끼워 맞추는 방법을 도시하고 있다.
도 5를 참조하면, 일반적으로 도면 부호 50으로 지시되는 개선된 광섬유 로터리 조인트는, 일반적으로 도면 부호 23으로 지시되는 채널 선택기를 구비한 VCSEL 전송기와 고정자(52) 내에 회전 가능하게 장착된 회전자(51)를 포함하는 것으로 도시되어 있다. 각각이 도면 부호 31로 지시되는 다수의 수광체는 수광체들을 광섬유(32)와 광섬유 다발(30)을 거쳐서 도면 부호 33으로 지시되는 수광기들과 통신시킨다. 도 5에서, 네 개의 2.5Gbps 전기 신호가 외부 데이터 획득 시스템(DAS: data acquisition system)으로부터 VCSEL 전송기로 공급된다. 또한, VCSEL 전송기는 CPU, 리졸버(resolver), 인코더(encoder) 또는 이와 유사한 것으로부터 회전자 위치를 입력받는다. 네 개의 입력 신호는 전기 신호들이다. 네 개의 입력 신호들에 의해 여러 개의 광원(42A, 42B, 42C, ..., 42L)들이 제1 파장(λ1)의 광을 발생시키게 된다. 그러면, 이 광은 회전자 둘레에 균등하게 이격되어 있는 12개의 발광기들로 공급된다. 여기에서 다시 한번 설명하지만, 발광기들은 42A, 42B, 42C 등으로 지시된다. VCSEL 전송기로부터 회전자로 공급되는 광신호는 광섬유 다발(54)에 존재하는 것으로 지시되어 있다.
이러한 장치에서는, 고정자의 네 개의 사분원들 각각에 광픽업(optical pick-up)이 배치되어 있다. 각 픽업은 각각이 도면 부호 31로 지시된 10개의 수광체를 포함하는 것으로 도시되어 있고, 이 수광체들은 광섬유(32, 30)들을 거쳐서 수광기(33)들과 통신한다. VCSEL 전송기(23)는, 각각의 개별 입력 데이터 스트림을, 회전자와 고정자 사이의 특정한 상대 각 위치용으로 미리 정해진 수광체로 상응하는 광신호를 전송하도록 구성된 적절한 발광기(25)와 통신하는 광원들 중 각각의 광원으로 전송하기 위한 스위치를 포함한다. 이에 따라, 각 발광기는 각각의 광 데이터 신호가 수광체들 중 각각의 수광체에 연속적으로 전송되도록 각각의 광 데이터 신호를 회전자와 고정자 사이의 상기 상대 각 위치에 있는 관련 수광체로 전송할 것이다. 역시 파장이 λ1인 수신된 광신호들은, 각 사분원에 하나씩 결합되고 수신된 광신호들을 디지털 전기 신호들로 변환시키는 네 개의 수광기에 공급된다. 따라서, 이 제1 장치는 네 개의 사분원 각각에 수광체들을 구비하며, DAS는 각각이 2.5Gbps인 네 개의 전기 입력 데이터 스트림들을 공급한다. 이 장치는 디지털 신호를 각각의 광 데이터 신호들이 수광체들 각각에 연속적으로 전송되도록 특정 사분원 내의 수광체들과 통신하는 발광기들로 선택적으로 전환시키는 것에 의해 단일 파장에서 동작한다. 수신된 신호들은 다시 전기 신호로 변환된다. 이 장치는 단일 파장에서 동작하기 때문에 이색성 필터가 필요 없다. 이 시스템의 최대 출력은 약 10Gbps이다.
이제 도 6을 참조하면, 또 다른 개선된 광섬유 로터리 조인트는 일반적으로 도면 부호 60으로 지시된다. 이 조인트 역시 채널 선택기를 구비한 VSCEL 전송기를 구비하는 것으로 도시되어 있다. VSCEL 전송기는 각기 다른 광원(42A, 42B, 42C, ...)을 포함한다. VSCEL 전송기는 데이터 전송률이 각각 2.5Gbps인 여덟 개의 각기 다른 전기 데이터 스트림을 공급받는다. VSCEL 전송기는 또한 리졸버, 인코더, CPU 또는 이와 유사한 것으로부터 회전자 위치 입력 신호를 공급받는다. 그러나, 이 장치에서는, 공급된 전기 데이터 신호들은 두 개의 서로 다른 파장(λ1, λ2)의 디지털 광신호로 변환된다. VSCEL 전송기는 복합 광신호를 회전자의 외주면에 마련된 발광기(25A, 25B, ...)들 중 몇 개로 공급하도록 구성된다. 이들 발광기들은 고정자에 마련된 네 개의 사분원들 각각에 배치된 여러 개의 픽업들을 향해 접선 방향으로 광을 방출시키도록 구성된다. 각 픽업은, 몇 개가 도면 부호 31로 지시되고 광섬유(32)들과 광섬유 다발(30)을 거쳐서 일련의 수광기(33)들과 통신하는 수광체들을 포함하는 것으로 도시되어 있다. VSCEL 전송기는 각각의 개별 입력 데이터 스트림을, 회전자와 고정자 사이의 특정한 상대 각 위치용으로 미리 정해진 수광체로 상응하는 광신호를 전송하도록 구성된 적절한 발광기와 통신하는 광원들 중 각각의 광원으로 전송하기 위한 스위치를 포함하고, 이에 따라, 각 발광기는 각각의 광 데이터 신호가 수광체들 중 각각의 수광체에 연속적으로 전송되도록 각각의 광 데이터 신호를 회전자와 고정자 사이의 상기 상대 각 위치에 있는 관련 수광체로 전송할 것이다. 선(64)은 두 개의 광신호(λ1+λ2)를 포함하고 회전자에 장착된 발광기들을 구비한 VSCEL 전송기의 각기 다른 광원과 통신하는 것으로 도시되어 있다. 유사하게, 수광체로 전송된 후에는, 섬유 다발 역시 두 개의 파장(λ1+λ2)으로 된 복합 신호들을 포함하는 것으로 도시된다. 이 장치에서는, 두 개의 신호를 분리하도록 이색성 필터가 사용된다. 따라서, 각 수광기(33)는 λ1 수광기와 λ2 수광기를 포함한다. 이들 각각의 출력들은 다시 각각 원래 공급되는 2.5Gbps 데이터 전송률의 아날로그 전기 신호들로 변환된다. 따라서, 도 6에 도시된 장치는 네 개의 사분원 각각에 수광체들을 구비한다. 이 장치는 또한 스위칭(switching)과 파장 분할 다중화(wave division multiplexing) 둘 다를 구비한다. 그러므로, 이 시스템의 최대 출력은 20Gbps 차수이다.
변형례들
본 발명은 많은 개조와 변형이 이루어질 수 있음을 예상할 수 있다. 도 5와 도 6에 비교하여 도시된 바와 같이, 개선된 광섬유 로터리 조인트는 단순히 스위칭을 포함할 수 있거나 혹은 스위칭과 파장 분할 다중화를 포함할 수 있다. VSCEL 전송기로 공급되는 개별 전기 입력 데이터 스트림은 단일 파장이거나 혹은 다중 파장일 수 있다. VSCEL 전송기는 각각의 개별 데이터 스트림을, 회전자와 고정자 사이의 특정한 상대 각 위치용으로 미리 정해진 수광체로 상응하는 광신호를 전송하도록 구성된 적절한 발광기와 통신하는 광원들 각각에 선택적으로 전송한다. VSCEL 전송기는 12개의 광원을 구비할 수 있다. 그러나, 이 수는 중요하지 않으며, 전송기는 더 많거나 혹은 더 적은 수의 광원을 구비할 수 있다. 광원들은 한 광원이 고장나면 다른 광원이 고장난 광원을 대신해서 계속 전송하도록 대기하도록 중복 구성될 수 있다. 대안적으로, VSCEL 전송기는 파장이 둘 이상인 광신호들을 제공하도록 구성될 수 있다.
도 5와 도 6에서는 광 수신 모듈들이 고정자의 네 개의 사분원들 각각에 있는 것으로 도시하였지만, 이러한 광 수신 모듈들의 수는 변경될 수 있다. 그러한 광 수신 모듈들은 네 개 이하 혹은 네 개 이상일 수 있다. 전송된 광신호는 성분 별로 나누어지고 다시 아날로그 전기 신호로 변환된다.
따라서, 본 발명의 광섬유 로터리 조인트의 바람직한 실시예들 몇 개를 도시하고 설명하였으며, 그 변형례 몇 개도 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허청구범위에서 한정되고 차별화된 본 발명의 기술적 사상의 범위를 벗어나지 않으면서 여러 가지 추가적인 개조와 변형을 할 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.

Claims (46)

  1. 회전자와 고정자의 대향 면들 간의 계면을 가로질러 디지털 광신호를 전송할 수 있게 하는 광섬유 로터리 조인트로서,
    상기 회전자와 고정자 중 하나에 장착되는 복수 개의 광원으로서, 광원들 각각은 광신호를 선택적으로 발생시키도록 구성된 제1 광원과 상기 광신호를 선택적으로 발생시키도록 구성된 제2 광원을 포함하는, 복수 개의 광원;
    상기 광원들로부터 수신한 상기 광신호를 상기 회전자와 고정자 중 다른 하나의 대향 면을 향해 전송하기 위하여 상기 회전자와 고정자 중 상기 하나의 면을 따라 이격되는 제1 복수 개의 발광기;
    제1 복수 개의 제1 광섬유로서, 그 각각이 상기 광신호를 각 광원으로부터 관련 발광기로 전달하기 위하여 상기 광원들 각각을 상기 발광기들 각각과 통신시키는, 제1 복수 개의 제1 광섬유;
    상기 회전자와 고정자 중 다른 하나의 표면에 제2 원호부를 따라 이격된 제2 복수 개의 수광체;
    상기 회전자와 고정자 중 다른 하나에 장착된 적어도 하나의 광 검출기; 및
    제2 복수개의 제2 광섬유로서, 그 각각이 상기 수광체들 각각을 상기 광 검출기(들)와 통신시키는 제2 복수개의 제2 광섬유를 포함하며,
    상기 광원들, 제1 광섬유들, 발광기들, 수광체들, 제2 광섬유들 및 광 검출기(들)는 상기 광원들로부터 상기 광 검출기(들)로 전송되는 광신호의 총 전파 지연이 상기 광신호의 비트 폭의 약 1/4 미만이 되도록 설정되고 구성되며,
    이에 의해 상기 광섬유 로터리 조인트는 상기 광신호를 순간 흐트러짐을 감소시키면서 상기 계면을 가로질러 전송할 수 있는 것을 특징으로 하는 광섬유 로터리 조인트.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 광원은 상기 광신호를 상시적으로 발생시키도록 구성된 것을 특징으로 하는 광섬유 로터리 조인트.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제2 광원은 상기 제1 광원이 상기 광신호를 발생시키지 못하는 경우에 상기 광신호를 발생시키도록 구성된 것을 특징으로 하는 광섬유 로터리 조인트.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1 광원이 상기 광신호를 발생시키는지 여부를 감지하기 위한 센서와;
    상기 제1 광원이 상기 광신호를 발생시키지 못하는 경우에 상기 제2 광원이 상기 광신호를 발생시키게 하도록 구성된 스위치를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 광섬유 로터리 조인트.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 스위치는 상기 제1 광원에 의해 발생되는 상기 광신호가 감지되지 않는 경우에 자동으로 작동하는 것을 특징으로 하는 광섬유 로터리 조인트.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 광신호의 관련 제1 광섬유에의 결합은 실질적으로 중단없이 유지되는 것을 특징으로 하는 광섬유 로터리 조인트.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 광신호는 적어도 약 2.5Gbps의 데이터 전송률로 상기 계면을 가로질러 전송되는 것을 특징으로 하는 광섬유 로터리 조인트.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 원호부는 서로 다른 각도를 대하는 것을 특징으로 하는 광섬유 로터리 조인트.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 발광기는 약 30°의 간격으로 분리되고 상기 제2 원호부는 약 30°인 것을 특징으로 하는 광섬유 로터리 조인트.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제1 광섬유들은 그 길이가 실질적으로 동일한 것을 특징으로 하는 광섬유 로터리 조인트.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 제2 광섬유들은 그 길이가 실질적으로 동일한 것을 특징으로 하는 광섬유 로터리 조인트.
  12. 제1항에 있어서,
    제1 광섬유들 각각의 코어는 그 직경이 적어도 약 200마이크론인 것을 특징으로 하는 광섬유 로터리 조인트.
  13. 제1항에 있어서,
    제2 광섬유들 각각의 코어는 그 직경이 적어도 약 200마이크론인 것을 특징으로 하는 광섬유 로터리 조인트.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 제1 복수 개의 제1 광섬유는 상기 제2 복수 개의 제2 광섬유와 다른 것을 특징으로 하는 광섬유 로터리 조인트.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 광섬유들은 길이가 서로 다른 것을 특징으로 하는 광섬유 로터리 조인트.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 제1 광섬유들 각각은 관련 광원들로부터 멀리 있는 단부(marginal end portion)에 시준 렌즈 조립체를 구비한 것을 특징으로 하는 광섬유 로터리 조인트.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 제2 광섬유들 각각은 상기 광 검출기(들)로부터 멀리 있는 단부에 시준 렌즈 조립체를 구비한 것을 특징으로 하는 광섬유 로터리 조인트.
  18. 상기 광섬유들 각각의 코어는 유리인 것을 특징으로 하는 광섬유 로터리 조인트.
  19. 제1항에 있어서,
    피전송 신호는 상기 계면을 가로질러 전송되기 전에 상기 제1 광섬유들 중 몇 개에 결합되고, 결합된 신호들은 상기 다수의 발광기에 의해 상기 계면을 가로질러 전송되고, 전송된 신호들은 상기 제2 광섬유들에 의해 수신되고, 수신된 신호들은 광학적으로 역다중화되어 상기 피전송 신호를 재형성시키는 것을 특징으로 하는 광섬유 로터리 조인트.
  20. 제1항에 있어서,
    다수의 상기 제2 복수 개의 수광체가 상기 회전자와 고정자 중 다른 하나의 상기 표면 둘레에서 이격되어 있는 것을 특징으로 하는 광섬유 로터리 조인트.
  21. 회전자와 고정자의 대향 면들 간의 계면을 가로질러 디지털 광신호를 전송할 수 있게 하는 광섬유 로터리 조인트로서,
    상기 회전자와 고정자 중 하나에 장착되는 복수 개의 광원으로서, 광원들 각각은 제1 파장의 제1 광신호를 선택적으로 발생시키도록 구성된 제1 광원과 제2 파장의 제2 광신호를 선택적으로 발생시키도록 구성된 제2 광원을 포함하는, 복수 개의 광원;
    상기 광원들로부터 수신한 상기 광신호들을 상기 회전자와 고정자 중 다른 하나의 대향 면을 향해 전송하기 위하여 상기 회전자와 고정자 중 상기 하나의 면을 따라 이격되는 제1 복수 개의 발광기;
    제1 복수 개의 제1 광섬유로서, 그 각각이 상기 광신호들을 각 광원으로부터 관련 발광기로 전달하기 위하여 상기 광원들 각각을 상기 발광기들 각각과 통신시키는, 제1 복수 개의 제1 광섬유;
    상기 회전자와 고정자 중 다른 하나의 표면에 제2 원호부를 따라 이격된 제2 복수 개의 수광체;
    상기 회전자와 고정자 중 다른 하나에 장착된 적어도 하나의 광 검출기; 및
    제2 복수개의 제2 광섬유로서, 그 각각이 상기 수광체들 각각을 상기 광 검출기(들)와 통신시키는 제2 복수개의 제2 광섬유를 포함하며,
    상기 광원들, 제1 광섬유들, 발광기들, 수광체들, 제2 광섬유들 및 광 검출기(들)는 상기 광원들로부터 상기 광 검출기(들)로 전송되는 광신호들의 총 전파 지연이 상기 광신호들의 비트 폭의 약 1/4 미만이 되도록 설정되고 구성되며,
    이에 의해 상기 광섬유 로터리 조인트는 상기 광신호들을 순간 흐트러짐을 감소시키면서 상기 계면을 가로질러 전송할 수 있는 것을 특징으로 하는 광섬유 로터리 조인트.
  22. 제21항에 있어서,
    각 광원은 각각이 상기 제1 광신호를 선택적으로 발생시키도록 구성된 상기 제1 광원들 중 두 개와, 각각이 상기 제2 광신호를 선택적으로 발생시키도록 구성된 상기 제2 광원들 중 두 개를 포함하는 것을 특징으로 하는 광섬유 로터리 조인트.
  23. 제22항에 있어서,
    상기 제1 광원들 중 하나는 상기 제1 광신호를 상시적으로 발생시키도록 구성되고, 상기 제1 광원들 중 다른 하나는 상기 한 제1 광원이 상기 제1 광신호를 발생시키지 않는 경우에 상기 제1 광신호를 발생시키도록 구성된 것을 특징으로 하는 광섬유 로터리 조인트.
  24. 제22항에 있어서,
    상기 제2 광원들 중 하나는 상기 제2 광신호를 상시적으로 발생시키도록 구성되고, 상기 제2 광원들 중 다른 하나는 상기 한 제2 광원이 상기 제2 광신호를 발생시키지 않는 경우에 상기 제2 광신호를 발생시키도록 구성된 것을 특징으로 하는 광섬유 로터리 조인트.
  25. 제21항에 있어서,
    상기 회전자와 고정자 간의 상대 각 위치를 결정하기 위한 위치 결정 장치와;
    복수의 개별 입력 데이터 스트림을 상기 광섬유 로터리 조인트로 공급하기 위한 수단과;
    각각의 개별 입력 데이터 스트림을, 회전자와 고정자 사이의 특정한 상대 각 위치용으로 미리 정해진 수광체로 상응하는 광신호를 전송하도록 구성되어 그와 같은 상대 각 위치에서 개별 광 데이터 신호를 관련 수광체로 전송함으로써 상기 개별 입력 데이터 스트림들이 상기 회전자와 고정자 사이의 임의의 상대 각 위치에서 상기 수광체들 각각으로 연속적으로 전송될 수 있게 하는 적절한 발광기와 통신하는 광원들 중 각각의 광원으로 전송하기 위한 스위치를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 광섬유 로터리 조인트.
  26. 회전자와 고정자의 대향 면들 간의 계면을 가로질러 디지털 광신호를 전송할 수 있게 하는 디지털 광신호 전송 방법으로서,
    복수 개의 광원으로서, 광원들 각각은 광신호를 선택적으로 발생시키도록 구성된 제1 광원과 상기 광신호를 선택적으로 발생시키도록 구성된 제2 광원을 포함하는, 복수 개의 광원을 상기 회전자와 고정자 중 하나에 마련하는 단계;
    상기 회전자와 고정자 중 하나의 면을 따라 이격되는 제1 복수 개의 발광기를 마련하는 단계;
    상기 광원들 각각과 상기 발광기들 각각의 사이에 제1 복수 개의 제1 광섬유를 마련하는 단계;
    상기 광원이 상기 광신호를 방출하게 하는 단계;
    상기 광신호를 상기 광원들로부터 상기 제1 광섬유들을 따라 상기 발광기들로 전달하는 단계;
    상기 제1 발광기들이 상기 광신호를 회전자와 고정자 중 다른 하나의 대향면을 향해 상기 계면을 가로질러 전송하게 하는 단계;
    상기 발광기들에 의해 전송된 광신호들을 수신하기 위해 상기 회전자와 고정자 중 다른 하나의 면의 제2 원호부를 따라 이격되는 제2 복수 개의 수광체를 마련하는 단계;
    적어도 하나의 광 검출기를 상기 회전자와 고정자 중 다른 하나에 마련하는 단계;
    상기 수광체들에 의해 수신된 광신호를 상기 광 검출기(들)로 안내하는 단계; 및
    상기 발광기들과 수광체들을 상기 광원들과 광 검출기(들) 사이에서 전송되는 광신호의 총 전파 시간 지연이 상기 광신호의 비트 폭의 1/4 미만이 되도록 배치하는 단계를 포함하고,
    이에 의해 상기 광신호들을 순간 흐트러짐을 감소시키면서 상기 계면을 가로질러 전송할 수 있는 것을 특징으로 하는 디지털 광신호 전송 방법.
  27. 제26항에 있어서,
    상기 제1 광원은 상기 광신호를 상시적으로 발생시키도록 구성된 것을 특징으로 하는 디지털 광신호 전송 방법.
  28. 제26항에 있어서,
    상기 제1 광원이 상기 광신호를 발생시키는지 감지하는 단계와;
    상기 제1 광원이 상기 광신호를 발생시키지 못하는 경우에 상기 제2 광원이 상기 광신호를 발생시키게 하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 디지털 광신호 전송 방법.
  29. 제26항에 있어서,
    피전송 신호를 상기 계면을 가로질러 전송하기 전에 상기 제1 광섬유들 각각에 결합시키는 단계;
    상기 신호를 상기 복수 개의 발광기들에 의해 상기 계면을 가로질러 전송하는 단계;
    전송된 신호를 상기 제2 광섬유들에 의해 수신하는 단계; 및
    전송된 신호를 역다중화하여 피전송 신호를 재형성하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 디지털 광신호 전송 방법.
  30. 회전자와 고정자의 대향 면들 간의 계면을 가로질러 디지털 광신호를 전송할 수 있게 하는 디지털 광신호 전송 방법으로서,
    복수 개의 광원으로서, 광원들 각각은 제1 파장의 제1 광신호를 선택적으로 발생시키도록 구성된 제1 광원과 제2 파장의 제2 광신호를 선택적으로 발생시키도록 구성된 제2 광원을 포함하는, 복수 개의 광원을 상기 회전자와 고정자 중 하나에 마련하는 단계;
    상기 회전자와 고정자 중 하나의 면을 따라 이격되는 제1 복수 개의 발광기를 마련하는 단계;
    상기 광원들 각각과 상기 발광기들 각각의 사이에 제1 복수 개의 제1 광섬유를 마련하는 단계;
    상기 광원들이 상기 광신호들을 방출하게 하는 단계;
    상기 광신호들을 상기 광원들로부터 상기 제1 광섬유들을 따라 상기 발광기들로 전달하는 단계;
    상기 제1 발광기들이 상기 광신호를 회전자와 고정자 중 다른 하나의 대향면을 향해 상기 계면을 가로질러 전송하게 하는 단계;
    상기 발광기들에 의해 전송된 광신호들을 수신하기 위해 상기 회전자와 고정자 중 다른 하나의 면의 제2 원호부를 따라 이격되는 제2 복수 개의 수광체를 마련하는 단계;
    적어도 하나의 광 검출기를 상기 회전자와 고정자 중 다른 하나에 마련하는 단계;
    상기 수광체들에 의해 수신된 광신호들을 상기 광 검출기(들)로 안내하는 단계; 및
    상기 발광기들과 수광체들을 상기 광원들과 광 검출기(들) 사이에서 전송되는 광신호의 총 전파 시간 지연이 상기 광신호의 비트 폭의 1/4 미만이 되도록 배치하는 단계를 포함하고,
    이에 의해 상기 광신호들을 순간 흐트러짐을 감소시키면서 상기 계면을 가로질러 전송할 수 있는 것을 특징으로 하는 디지털 광신호 전송 방법.
  31. 제30항에 있어서,
    복수 개의 개별 입력 데이터 스트림을 상기 광섬유 로터리 조인트로 공급하는 단계;
    상기 회전자와 고정자 간의 상대 각 위치를 결정하는 단계;
    각각의 입력 데이터 스트림을, 회전자와 고정자 사이의 정해진 상대 각 위치용으로 미리 정해진 수광체로 상응하는 광신호를 전송함으로써 그와 같은 상대 각 위치에서 개별 광 데이터 신호를 관련 수광체로 전송하는 적절한 발광기로 전송하는 단계; 및
    상기 개별 입력 데이터 스트림들 각각을 상기 회전자와 고정자 사이의 임의의 상대 각 위치에서 상기 수광체들 각각으로 연속적으로 전송하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 디지털 광신호 전송 방법.
  32. 광신호를 광섬유 망으로 전송하도록 구성된 광섬유 전송기로서,
    말단부를 구비한 광섬유와;
    광 에너지를 상기 말단부를 통해 상기 광섬유로 방출하도록 작동하게 구성된 복수의 광원을 포함하는 것을 특징으로 하는 광섬유 전송기.
  33. 제32항에 있어서,
    상기 광원들 각각은 VCSEL 전송기인 것을 특징으로 하는 광섬유 전송기.
  34. 제32항에 있어서,
    상기 광섬유는 다중 모드 광섬유인 것을 특징으로 하는 광섬유 전송기.
  35. 제34항에 있어서,
    상기 다중 모드 광섬유는 코어 직경이 적어도 약 200마이크론인 것을 특징으로 하는 광섬유 전송기.
  36. 제32항에 있어서,
    상기 광섬유 망은 광섬유 로터리 조인트인 것을 특징으로 하는 광섬유 전송기.
  37. 제32항에 있어서,
    상기 광섬유 전송기는 광섬유 송수신기의 일부분인 것을 특징으로 하는 광섬유 전송기.
  38. 제32항에 있어서,
    상기 복수 개는 두 개인 것을 특징으로 하는 광섬유 전송기.
  39. 제38항에 있어서,
    상기 광원들 각각은 동일한 광신호를 선택적으로 발생시키도록 구성되며, 상기 광원들 중 하나는 상기 광신호를 상시적으로 발생시키도록 구성되고, 상기 광원들 중 다른 하나는 상기 제1 광원이 상기 광신호를 발생시키지 못하는 경우에 상기 광신호를 발생시키도록 구성된 것을 특징으로 하는 광섬유 전송기.
  40. 제39항에 있어서,
    상기 제1 광원이 상기 광신호를 발생시키는지 여부를 감지하기 위한 센서와;
    상기 제1 광원이 상기 광신호를 발생시키지 못하는 경우에 상기 제2 광원이 상기 광신호를 발생시키게 하도록 구성된 스위치를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 광섬유 전송기.
  41. 제32항에 있어서,
    상기 광원들은 각기 다른 파장의 광 에너지를 상기 말단부를 통해 광섬유로 선택적으로 방출하게 작동하도록 구성된 것을 특징으로 하는 광섬유 전송기.
  42. 제41항에 있어서,
    상기 복수 개는 네 개인 것을 특징으로 하는 광섬유 전송기.
  43. 제42항에 있어서,
    제1 쌍의 상기 광원의 각 광원은 제1 파장의 광 에너지를 선택적으로 방출하도록 구성되고, 제2 쌍의 상기 광원의 각 광원은 제2 파장의 광 에너지를 선택적으로 방출하도록 구성된 것을 특징으로 하는 광섬유 전송기.
  44. 제43항에 있어서,
    상기 쌍들 중 한 쌍의 광원들 중 하나는 상기 광 에너지를 상시적으로 방출하도록 구성되고, 그 쌍의 상기 광원들 중 다른 하나는 그 쌍의 상기 한 광원이 상기 광 에너지를 발생시키지 못하는 경우에 광 에너지를 발생시키도록 구성된 것을 특징으로 하는 광섬유 전송기.
  45. 제44항에 있어서,
    상기 광원들 각각은 VCSEL 전송기인 것을 특징으로 하는 광섬유 전송기.
  46. 제45항에 있어서,
    상기 VCSEL 전송기들은 가상의 사각형의 모서리에 배치되고, 인접한 전송기들 간의 중심선 간격은 약 68 내지 72마이크론인 것을 특징으로 하는 광섬유 전송기.
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