含有渐开面型转向器件的双向离轴光纤旋转连接器

1.本发明涉及光纤旋转连接器领域，特别涉及一种双向离轴光纤旋转连接器。

背景技术：

2.光纤旋转连接器是一种以光纤作为媒介，以光信号作为载体，在相对旋转的两个部件之间传输光信号的光通信器件。光纤旋转连接器件的应用十分广泛，如军用装甲车上的周视仪、医用ct扫描仪、工业机器人、光电经纬仪、深水声学拖曳系统、深海光纤勘探系统等。
3.光纤旋转连接器有同轴和离轴之分，同轴光纤旋转连接器的光轴和旋转轴重合，这种器件光路结构简单、易于制作，所以应用较为广泛。但当旋转连接器中心轴位置被其他介质或器件占用时，同轴光纤旋转连接器就不再适用。在这种应用场合下，需要旋转连接器的光轴和旋转轴相分离，即光束以离轴的方式进行传输，以这种方式传输光信号的器件称为离轴光纤旋转连接器。
4.目前，国内外专利文献中公开了不同结构的离轴光纤旋转连接器，它们各有优缺点。
5.专利号为us4934783，公开日为1990年6月19日的专利文献中公开了一种内壁反射式中空离轴光纤旋转连接器，旋转轴外的光信号以一定的角度入射到内壁反射镜上并经过多次反射，最终通过定子上的透镜会聚后由光探测器接收。在该结构中，光束以一定的角度经过内壁的多次后，光束发散角变大，不利于传输光束的汇聚，造成插入损耗增大，也未能实现信号双向传输，影响器件的使用范围。
6.专利号为us5297225，公开日为1994年3月22日的专利文献中公开了一种波导耦合式中空离轴光纤旋转连接器，使用刻有v形槽的环形波导作为传输通道完成光信号的双向旋转传输，入射端光信号被约束在刻有v形槽的环形波导中传播，当遇到设置在波导中的反射镜时被反射进入出射端。由于采用在波导器件加装反射镜，对集成技术和信号耦合技术要求较高，同时，信号光空间耦和进入波导，其耦和损耗也较大，从而影响整个器件的性能，，此外制作v形槽的精细程度要求高，装配难度也大，器件成品率较低。
7.专利公开号为cn114740573a，公开日为2022年7月12日的专利文献中公开了一种准直器耦合式中空离轴光纤旋转连接器，该发明通过对称排列分布的光输入端准直器和光输出端准直器在同一中空旋转轴相对旋转以实现光信号的双向传输。由于该旋转连接器工作时需要进行多次耦合，所以使得光信号的损耗大，同时随着转子旋转，耦合效率变化大，信号不稳定，无法实现信号连续传输。
8.专利公开号为cn103033886a，公开日为2013年4月10日的专利文献中公开了一种基于光子晶体的中空离轴光纤旋转连接器，包括入射端、带复合缺陷的光子晶体和接收端，入射端包括旁轴旋转入射光，入射端构成了光纤旋转连接器的动子；通过在光子晶体的周期性介质结构中引入缺陷来控制光信号的传输方向，从而实现离轴旋转的光入射端和静止的光接收端之间的光传输。但这种在三维光子晶体内引入环型和直线型缺陷的加工制作方
法较难实现，同时也未能实现信号双向传输，难以进一步投入使用。
9.专利公开号为cn108710177a，公开日为2018年10月26日的专利文献中公开了一种锥面反射式中空离轴光纤旋转连接器，光信号以一定的角度进入连接器内部并在锥面和平面之间多次反射后出射，出射光束经环形光栅和透镜组后被耦合进光纤中，由于其用到环形光栅所以加工难度大，同时该连接器未能实现光信号的双向传输，限制其应用范围。
10.专利公开号为cn108680997a，公开日为2018年10月19日的专利文献中公开了一种多路中空光纤旋转连接器，离轴光信号进入机构内部进行多次反射传输，该连接器同样无法实现信号的双向传输，器件的使用受到限制。
11.上述专利文献中所提出的中空离轴光纤旋转连接器虽然可以实现光信号的旋转传输，但都有各自的缺点，如传输效率低、结构复杂、信号不稳定、无法双向传输等问题，这些问题的存在限制了其应用和推广。

技术实现要素：

12.针对上述现有技术，本发明提供为了克服现有技术问题，本发明公开了一种含有渐开面型转向器件的双向离轴光纤旋转连接器，可实现信号光束离轴、双向传输。
13.为了解决上述技术问题，本发明提出的一种含有渐开面型转向器件的双向离轴光纤旋转连接器，包括外套筒和遮光筒，在所述外套筒的内侧面、位于轴向的中间位置处设有一圈径向凹槽，所述的遮光筒上套装有与所述径向凹槽轴向位置对正的垫圈；所述外套筒与所述遮光筒之间，在所述垫圈的两侧分别设有用于光信号正向传输的第一旋转连接器和用于光信号反向传输的第二旋转连接器；
14.所述第一旋转连接器包括设置在所述外套筒与遮光筒之间、且沿轴向自光信号的输入端至所述垫圈的侧面为止依次布置有内套筒和接收端板，所述内套筒和接收端板与所述外套筒之间均为紧密连接；所述内套筒内、且沿轴向自光信号的输入端至所述接收端板依次设有输入端板和中空环形椎体；所述输入端板包括通过卡槽连接的输入外板和输入内板；所述输入外板和输入内板分别通过滚动轴承与所述内套筒转动连接；所述输入外板上设有n个分别布置在不同圆周上的第一输入通道，n≥1，所述输入内板上设有n个与所述输入外板上的n个第一输入通道一一对应贯通的第二输入通道；所述第二输入通道内均设有1个光纤准直器a，所述光纤准直器a的入射方向与所述第一输入通道的走向呈一定角度；所述中空环形锥体的内表面设有反射膜，所述中空环形锥体的锥面板上设有m个出射窗口，所述接收端板设有m个与所述m个出射窗口位置一一对应的接收通道，每个接收通道内均设有光纤准直器b；每个出射窗口的出射端至与其相对应的接收通道内的光纤准直器b之间依次设有与所述内套筒紧密连接的渐开面型的转向器件和耦合透镜组；所述外套筒上，沿轴向自信号的输出端至所述径向凹槽的台阶端面设有1个输出通道；
15.所述第二旋转连接器的结构与所述第一旋转连接器的结构相同。
16.进一步讲，本发明所述的含有渐开面型转向器件的双向离轴光纤旋转连接器，其中：
17.所述渐开面型的转向器件是工作面为渐开面的棱镜或是反射镜。
18.所述工作面为渐开面的棱镜或是反射镜对光束有转向和收束作用，所述渐开面的形成是：以直线为基线，以渐开线为路径，所述基线在所述路径上连续扫描所产生的曲面；
所述渐开线的方程为：
19.x＝rb×
cosθk+θk×
rb×
sinθk20.y＝rb×
sinθ
k-θk×
rb×
cosθk21.其中，rb为基圆半径，θk为渐开线上k点的展角，单位是弧度。
22.所述输入通道的数量与中空环形锥体的锥面板上出射窗口的数量相同，数量相同的第二输入通道、出射窗口、耦合透镜组和接收通道的分布位置一一对应。
23.所述输入通道的数量是中空环形锥体的锥面板上出射窗口数量的两倍，每个第二输入通道的分布圆周上分布有2个出射窗口，数量相同的出射窗口、耦合透镜组和接收通道的分布位置一一对应。
24.所述光纤准直器a和所述的光纤准直器b的结构相同，均由光纤和准直透镜组成，所述准直透镜为c-lens透镜或是自聚焦透镜或是球透镜系统。
25.所述光纤准直器a的光纤通过贯通的第一输入通道和第二输入通道引出，所述光纤准直器b的光纤通过输出通道引出。
26.引出至旋转连接器外部的光纤进行铠封装，保护光纤不易折断。
27.所述耦合透镜组至少由透镜a、透镜b和透镜套筒组成。
28.所述的渐开面型的转向器件和耦合透镜组通过固定端板与所述的内套筒紧密连接。
29.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
30.本发明中，中心通道可以用来传输油、气体等重要资源，也可作为实心杆的连接通道。渐开面型棱镜对光束有转向和收束作用，经渐开面型棱镜的光束能被高效地耦合进光纤中，提高整个系统的传输效率。本发明的含有渐开面棱镜的双向离轴光纤旋转连接器有效地解决了中心轴被占用时离轴光信号的双向传输问题，整个系统传输效率高，结构简单，信号稳定。
附图说明
31.图1为含有渐开面棱镜的双向离轴光纤旋转连接器实施例1的结构示意图；
32.图2(a)为图1中所示输入内板a的端向视图；
33.图2(b)为图1中所示输入内板b的端向视图；
34.图3(a)为图1中所示中空环形锥体a的端向视图；
35.图3(b)为图1中所示中空环形锥体b的端向视图；
36.图4为图1中所示耦合透镜组的侧向视图；
37.图5(a)为图1中所示接收端板a端向视图。
38.图5(b)为图1中所示接收端板b端向视图。
39.图6为渐开面对入射光束的转向和收束作用的示意图；
40.图7是图1中所示渐开面型棱镜的三视图，(a)是侧视图，(b)是主视图，(c)是仰视图；
41.图8为含有渐开面反射镜的双向离轴光纤旋转连接器实施例2的结构示意图；
42.图9是图8中所示渐开面型反射镜的三视图，(a)是侧视图，(b)是主视图，(c)是仰视图。
43.图中：
44.1-输入外板a
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2-输入内板a
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3-轴承垫圈a
45.4-滚动轴承a
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5-内套筒a
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6-套筒盖
46.7-外套筒
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8-中空环形椎体a
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9-反射膜a
47.10-出射窗口a
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11-渐开面型棱镜a
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12-耦合透镜组a
48.13-接收端板a
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14-接收通道a
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15-输出光纤a
49.16-接收端板b
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17-内套筒b
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18-正向输出通道
50.19-输入通道d
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20-传输光纤a
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21-输入通道e
51.22-输入通道f
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23-遮光筒
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24-螺栓
52.25-输入外板b
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26-输入内板b
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27-轴承垫圈b
53.28-滚动轴承b
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29-反射膜b
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30-中空环形椎体b
54.31-出射窗口d
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32-渐开面型棱镜b
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33-固定端板b
55.34-耦合透镜组b
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35-收端通道d
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36-输出光纤b
56.37-垫圈
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38-固定端板a
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39-固定螺钉
57.40-反向输出通道
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41-输入通道a
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42-传输光纤b
58.43-输入通道b
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44-输入通道c
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45-中心通孔
59.46-出射窗口b
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47-出射窗口c
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48-透镜a
60.49-透镜b
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50-透镜套筒
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51-接收通道b
61.52-接收通道c
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53-出射窗口e
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54-出射窗口f
62.55-接收通道e
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56-接收通道f
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57-渐开面型反射镜a
63.58-固定架a
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59-渐开面型反射镜b
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60-固定架b
64.61-入射圆
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62-入射光束
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63-出射光束
65.64-渐开面
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65-基线
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66-渐开线
具体实施方式
66.下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步的说明，但下述实施例绝非对本发明有任何限制。
67.本发明提出的一种含有渐开面棱镜的双向离轴光纤旋转连接器，如图1所示，其结构是：包括外套筒7，所述外套筒7的一端设有内套筒a5，所述外套筒7和内套筒a5之间紧密连接。
68.所述内套筒a5的一端设有输入端板(包括输入外板a 1和输入内板a2)，所述输入外板a 1与所述输入内板a 2有卡槽进行连接，所述输入外板a 1和所述输入内板a 2与所述内套筒a5的之间设有滚动轴承a 4进行连接，所述两个滚动轴承a 4之间采用轴承垫圈a3相隔，所述内套筒a5的另一端设有接收端板a 13，所述接收端板a13与所述外套筒7之间为紧密连接；所述输入外板a 1、所述输入内板a 2、所述内套筒a5、所述外套筒7和所述接收端板a 13均同轴设置，所述输入外板a 1、所述输入内板a 2、所述内套筒a5、所述外套筒7和所述接收端板a 13设有贯通的中心通孔45，所述中心通孔45内嵌装有遮光筒23，所述遮光筒23的一端设有螺纹24，并与螺栓24进行固定连接。
69.所述输入内板a 2的n个不同圆周上分别设有一个输入通道，n≥1，每个所述输入
内板a 2的输入通道内设有光纤准直器a，为了让光线进入连接器内部按照设计好的路径传输，本发明中，所述光纤准直器a的入射方向与所述输入通道的走向呈一定角度，该角度的计算可以通过分析平面-锥面反射路径方程得到。图2(a)示出了在所述输入内板a2的三个圆周上的输入通道(即输入通道a 41、输入通道b 43、输入通道c44)的布局，所述输入外板a1的n个不同圆周上分别设有一个输入通道与所述输入内板a2的输入通道一一对应，
70.如图1所示，所述内套筒a5内部固定有一所述遮光筒23同轴的中空环形锥体a 8，所述输入内板a2的内端面和所述中空环形锥体a8的内表面均设有反射膜a9；在所述中空环形锥体8的锥面上设有m个出射窗口，图3(a)示出了所述中空环形椎体a8的3个圆周上分别具有一个出射窗口的情形(即出射窗口a10、出射窗口b46，出射窗口c47)。
71.如图1所示，所述中空环形锥体8的出射端口处设有渐开面型棱镜a11，m个所述渐开面型棱镜a11的一端分别与所述中空环形锥体9的m个出射窗口的位置一一对应，所述渐开面型棱镜a11和所述中空环形椎体a8之间设有卡槽进行配合连接；所述渐开面型棱镜a11的另一端设有耦合透镜组a12，所述m个耦合透镜组a12分别与所述m个渐开面型棱镜a11的位置一一对应；所述渐开面型棱镜a11和耦合透镜组a12由固定端板a38与所述内套筒a5紧密连接。图4示出所述耦合透镜组a12、34由透镜a48、透镜b49、透镜套筒50组成。
72.如图1所示，所述接收端板13设有m个接收通道，m个接收通道分别与所述m个耦合透镜组a12的中心位置一一对应，每个接收通道内设有光纤准直器。图5(a)示出了与所述耦合透镜组a12中心位置一一对应的接收通道(即接收通道a14，接收通道b51，接收通道c52)。
73.所述外套筒7的另一端设有内套筒b17，所述外套筒7和内套筒b17之间紧密连接。所述内套筒b17的一端同样设有输入端板(包括输入外板b25和输入内板b26)，所述输入外板b25与所述输入内板b26有卡槽进行连接，所述输入外板b25和所述输入内板b26与所述内套筒b17之间设有滚动轴承b28进行连接，所述两个滚动轴承b28之间采用轴承垫圈b27相隔，所述内套筒b17的另一端设有接收端板b16，所述接收端板b16与所述外套筒7之间为紧密连接；所述输入外板b25、所述输入内板b26、所述内套筒b17、所述外套筒7和所述接收端板b16同轴设置，所述输入外板b25、所述输入内板b26、所述内套筒b17、所述外套筒7和所述接收端板b16同样设有贯通的中心通孔45。
74.所述输入内板b26的n个不同圆周上分别设有一个输入通道，每个所述输入内板b26的输入通道内均设有光纤准直器b，同样的，为了让光线进入连接器内部按照设计好的路径传输，本发明中，所述光纤准直器b的入射方向与所述输入通道的走向呈一定角度，该角度的计算如前所述。
75.图2(b)示出了在所述输入内板b26的三个圆周上的输入通道(即输入通道a19、输入通道e21、输入通道c22)的布局，所述输入外板b25的n个不同圆周上分别设有一个输入通道与所述输入内板b26的输入通道一一对应。
76.如图1所示，所述内套筒b17内部固定有一所述遮光筒23同轴的中空环形锥体b30，所述输入内板b26的内端面和所述中空环形锥体b30的内表面均设有反射膜b29；在所述中空环形锥体b30的锥面上设有m个出射窗口，图3(b)示出了所述中空环形椎体b30的3个圆周上分别具有一个出射窗口的情形(即出射窗口d31、出射窗口e53，出射窗口f54)。
77.如图1所示，所述中空环形锥体b30的出射端口处设有渐开面型棱镜b32，m个所述渐开面型棱镜b32的一端分别与所述中空环形锥体b30的m个出射窗口的位置一一对应，所
述渐开面型棱镜b32和所述中空环形椎体b30之间设有卡槽进行配合连接；所述渐开面型棱镜b32的另一端设有耦合透镜组b34，所述m个耦合透镜组b34分别与所述m个渐开面型棱镜b32的位置一一对应；所述渐开面型棱镜b32和耦合透镜组b34由固定端板b33与所述内套筒b17紧密连接。
78.如图1所示，所述接收端板b16设有m个接收通道，m个接收通道分别与所述m个耦合透镜组的中心位置一一对应，每个接收通道内设有光纤准直器，图5(b)示出了与所述耦合透镜组b34中心位置一一对应的接收通道(即接收通道d35,接收通道e55，接收通道f56)。
79.接收端板a13与接收端板b16之间采用垫圈37相隔。所述外套筒7的两端分别设有1个输出通道，包括正向输出通道18和反向输出通道40，所述外套筒7的一端设有套筒盖6，所述套筒盖6设有1个输出通道与所述外套筒7一端输出通道对应，所述外套筒7与所述套筒盖6之间为用固定螺钉39进行连接。
80.实施例1
81.含有渐开面棱镜的双向离轴光纤旋转连接器，本实施例中m＝n＝3。
82.图1-图5示出了本发明含有渐开面棱镜的双向离轴光纤旋转连接器的基本结构，该实施例的工作过程如下：
83.在旋转连接器的一端，三组待传输的光信号通过传输光纤b42分别从输入通道a41、输入通道b43、输入通道c44传输到三组光纤准直器中，三组光纤准直器将三组光信号变为平行光束后，分别以一定角度进入旋转连接器内部传输。由于输入内板a2内表面和中空环形锥体8内锥面分别镀有反射膜a9，所以输入信号光束传输到中空环形锥体8内锥面时发生反射，三组信号光束被返回到旋转连接器内部，向输入内板a2内表面传输，三组信号光束传输到转子内表面时再次发生反射，三组信号光束被反射回到旋转连接器内部继续传输，之后经过反射一定次数后，三组信号光束分别从位于中空环形锥体8锥面上的出射窗口a10、出射窗口b46、出射窗口c47出射。出射的三组信号光束分别通过与出射窗口对应的渐开面型棱镜a11，三组信号光束经渐开面型棱镜a11的转向和收束作用后平行与主轴传播，三组平行于主轴的信号光束再经耦合透镜组a12后光斑尺寸会缩小并在焦点处小于光纤的芯径尺寸，并分别被耦合到位于接收通道a14、接收通道b51、接收通道c52的三组光纤准直器中，由三组输出光纤a15通过外套筒7的正向输出通道18将三组信号输出，完成信号的正向传输。
84.在旋转连接器的另一端，三组待传输的光信号通过传输光纤a20分别从输入通道d19、输入通道e21、输入通道f22传输到三组光纤准直器中，三组光纤准直器将三组光信号变为平行光束后，分别以一定角度进入旋转连接器内部传输。由于输入内板b26内表面和中空环形锥体b30内锥面分别镀有反射膜b29，所以输入信号光束传输到中空环形锥体b30内锥面时发生反射，三组信号光束被返回到旋转连接器内部，向输入内板b26内表面传输，三组信号光束传输到转子内表面时再次发生反射，三组信号光束被反射回到旋转连接器内部继续传输，之后经过反射一定次数后，三组信号光束分别从位于中空环形锥体b30锥面上的出射窗口d31、出射窗口e53、出射窗口f54出射。出射的三组信号光束分别通过与出射窗口对应的渐开面型棱镜b32，三组信号光束经渐开面型棱镜b32的转向和收束作用后平行与主轴传播，三组平行于主轴的信号光束再经耦合透镜组b34后光斑尺寸会缩小并在焦点处小于光纤的芯径尺寸，并分别被耦合到位于接收通道d35、接收通道e55、接收通道f56的三组
光纤准直器中，由三组输出光纤b36通过外套筒7的反向输出通道40将三组信号输出，完成信号的反向传输，最终实现了旋转连接器对光信号的双向传输。
85.在信号传输过程中，由于输入端板与内套筒a5、内套筒b17之间通过滚动轴承a4连接，由此输入端板可以围绕中心轴相对于内套筒a5、内套筒b17和外套筒7的自由转动，从而实现信号的动态输入。
86.本发明中所述的渐开面型棱镜a11、渐开面型棱镜b32对光束有转向和收束作用，经渐开面型棱镜的光束能被高效地耦合进光纤中，提高整个系统的传输效率。渐开面型棱镜是指该棱镜的工作面为渐开面，如图6和图7(a)、图7(b)和图7(c)所示，渐开面64是以直线为基线65，以渐开线66为路径，基线65在路径上连续扫描所产生的曲面。
87.渐开线方程为：
88.x＝rb×
cosθk+θk×
rb×
sinθk89.y＝rb×
sinθ
k-θk×
rb×
cosθk90.其中，rb为基圆半径，θk为渐开线上k点的展角，单位是弧度。
91.图6为渐开面对入射光束的转向和收束作用的示意图。入射光束62由入射圆61发出并与入射圆61的径向垂直，渐开面64镀有反射膜为反射面，入射光束62以一定的角度传输至渐开面64的b点时，将入射光束62分解成垂直于mn的分量bu和平行于mn的分量bv。入射光束分量bu传输至渐开面时沿原路径反向传输，由bu变成bu
′
。将分量bu
′
和分量bv合成变为出射光束63，由此完成了对入射光束62的转向和收束。图7中的(a)、(b)和(c)分别为图1中所示渐开面型棱镜的侧视图、主视图和仰视图。
92.实施例2
93.如图8所示，本发明中所述渐开面型转向器件也可以为渐开面型反射镜，渐开面型反射镜a 57由固定架a58和固定端板a38与所述内套筒a5紧密连接，图9中的(a)、(b)和(c)分别为该渐开面型反射镜的侧视图、主视图和仰视图。渐开面型反射镜b 59由固定架b60和固定端板b33与所述内套筒b17紧密连接,其余结构与实施例1中所述的基本一致。
94.本发明中所述的遮光筒23可以减小外界环境对旋转连接器信号传输的影响，同时可以在遮光筒23位置处可以增设传输油、气体等资源的通道，也可作为实心杆的连接通道。本发明的含有渐开面棱镜的双向离轴光纤旋转连接器有效地解决了旋转连接器中心轴被占用时离轴光信号的双向传输问题。
95.本发明中所述的光纤准直器由光纤和准直透镜组成，所述准直透镜可为c-lens透镜、自聚焦透镜或球透镜系统。
96.本发明中所述耦合系统至少由透镜a48、透镜b49和透镜套筒50组成。
97.本发明中所述离轴光纤旋转连接器对暴露于旋转连接器外部的光纤进行铠封装，保护光纤不易折断。
98.本发明所发明的含有渐开面棱镜的双向离轴光纤旋转连接器核心在于中空环形锥体的精确加工、中空环形锥体内表面、输入端板内端面和渐开面型光学器件表面的光学镀膜、渐开面型光学器件的加工和整体光学器件的精确装配。中空环形锥体可选用铝合金、不锈钢或者黄铜材质进行加工制作。渐开面型光学器件表面、中空环形锥体内表面和输入端板内端面所镀的光学反射膜可选用金、银、铝材质进行镀制。渐开面型光学器件和透镜可选用光学玻璃、光学塑料进行加工制作。
99.尽管上面结合附图对本发明进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨的情况下，还可以做出很多变形，这些均属于本发明的保护之内。

技术特征：

1.一种含有渐开面型转向器件的双向离轴光纤旋转连接器，包括外套筒(7)和遮光筒(23)，其特征在于，在所述外套筒(7)的内侧面、位于轴向的中间位置处设有一圈径向凹槽，所述的遮光筒(23)上套装有与所述径向凹槽轴向位置对正的垫圈(37)；所述外套筒(7)与所述遮光筒(23)之间，在所述垫圈(37)的两侧分别设有用于光信号正向传输的第一旋转连接器和用于光信号反向传输的第二旋转连接器；所述第一旋转连接器包括设置在所述外套筒(7)与遮光筒(23)之间、且沿轴向自光信号的输入端至所述垫圈(37)的侧面为止依次布置有内套筒和接收端板，所述内套筒和接收端板与所述外套筒(7)之间均为紧密连接；所述内套筒内、且沿轴向自光信号的输入端至所述接收端板依次设有输入端板和中空环形椎体；所述输入端板包括通过卡槽连接的输入外板和输入内板；所述输入外板和输入内板分别通过滚动轴承与所述内套筒转动连接；所述输入外板上设有n个分别布置在不同圆周上的第一输入通道，n≥1，所述输入内板上设有n个与所述输入外板上的n个第一输入通道一一对应贯通的第二输入通道；所述第二输入通道内均设有1个光纤准直器a，所述光纤准直器a的入射方向与所述第一输入通道的走向呈一定角度；所述中空环形锥体的内表面设有反射膜，所述中空环形锥体的锥面板上设有m个出射窗口，所述接收端板设有m个与所述m个出射窗口位置一一对应的接收通道，每个接收通道内均设有光纤准直器b；每个出射窗口的出射端至与其相对应的接收通道内的光纤准直器b之间依次设有与所述内套筒紧密连接的渐开面型的转向器件和耦合透镜组；所述外套筒(7)上，沿轴向自信号的输出端至所述径向凹槽的台阶端面设有1个输出通道；所述第二旋转连接器的结构与所述第一旋转连接器的结构相同。2.根据权利要求1所述的含有渐开面型转向器件的双向离轴光纤旋转连接器，其特征在于，所述渐开面型的转向器件是工作面为渐开面的棱镜或是反射镜。3.根据权利要求2所述的含有渐开面型转向器件的双向离轴光纤旋转连接器，其特征在于，所述工作面为渐开面的棱镜或是反射镜对光束有转向和收束作用，所述渐开面(64)的形成是：以直线为基线，以渐开线为路径，所述基线在所述路径上连续扫描所产生的曲面；所述渐开线的方程为：x＝r
b
×
cosθ
k
+θ
k
×
r
b
×
sinθ
k
y＝r
b
×
sinθ
k-θ
k
×
r
b
×
cosθ
k
其中，r
b
为基圆半径，θ
k
为渐开线上k点的展角，单位是弧度。4.根据权利要求1所述的含有渐开面型转向器件的双向离轴光纤旋转连接器，其特征在于，m＝n，数量相同的第二输入通道、出射窗口、耦合透镜组和接收通道的分布位置一一对应。5.根据权利要求1所述的含有渐开面型转向器件的双向离轴光纤旋转连接器，其特征在于，m＝2n，每个第二输入通道的分布圆周上分布有2个出射窗口，m个出射窗口、m个耦合透镜组和m个接收通道的分布位置一一对应。6.根据权利要求1所述的含有渐开面型转向器件的双向离轴光纤旋转连接器，其特征在于，所述光纤准直器a和所述的光纤准直器b的结构相同，均由光纤和准直透镜组成，所述准直透镜为c-lens透镜或是自聚焦透镜或是球透镜系统。
7.根据权利要求6所述的含有渐开面型转向器件的双向离轴光纤旋转连接器，其特征在于，所述光纤准直器a的光纤通过贯通的第一输入通道和第二输入通道引出，所述光纤准直器b的光纤通过输出通道引出。8.根据权利要求7所述的含有渐开面型转向器件的双向离轴光纤旋转连接器，其特征在于，引出至旋转连接器外部的光纤进行铠封装，保护光纤不易折断。9.根据权利要求1所述的含有渐开面型转向器件的双向离轴光纤旋转连接器，其特征在于，所述耦合透镜组至少由透镜a、透镜b和透镜套筒组成。10.根据权利要求1所述的含有渐开面型转向器件的双向离轴光纤旋转连接器，其特征在于，所述的渐开面型的转向器件和耦合透镜组通过固定端板与所述的内套筒紧密连接。

技术总结

本发明公开了一种含有渐开面型转向器件的双向离轴光纤旋转连接器，该旋转连接器主要由外套筒、渐开面型棱镜、耦合透镜组和中空环形基体组成。在外套筒的一端，信号光束以一定角度进入旋转连接器内部，并在旋转连接器内部以反射的方式传输，当反射一定次数后从中空环形基体上的出射窗口出射，出射光束经渐开面型棱镜被转向和收束，再经耦合透镜组被耦合到光纤准直器中，完成正向传输。在外套筒的另一端，信号光束经过另一组相同结构后被耦合进另一光纤准直器中，完成反向传输，最终实现双向传输。与现有技术相比，本发明所公开的双向离轴光纤旋转连接器可实现光信号的离轴、双向传输，有效的解决了中心通道被占用时，旋转光信号的双向传输问题。号的双向传输问题。号的双向传输问题。