[发明专利]一种适用于旋转关节的新型光学通信系统及方法

说明书

本发明公开了一种适用于旋转关节的新型光学通信系统及方法。其中，该系统包括：光源、光学扩束透镜组、波长分光镜、聚焦透镜组、接收探测器、接收单元、发射单元和圆锥腔；其中，光源发射的光源经过光学扩束透镜组准直光束，准直后的光束经过收发分离的波长分光镜透射出去；透射光束经过圆锥腔表面反射成圆环光束，接收单元接收圆环光束；发射单元发出的准直光照射到圆锥腔表面，经圆锥腔表面反射到波长分光镜，再经波长分光镜反射到聚焦透镜组上，经聚焦透镜组汇聚的光束传输到接收探测器。本发明实现发射光环与光学接收的双向通信，而不受转动机构的影响，对于内定子和外定子的两种伺服机构形式或者旋转关节都可以实现信息的交互。

技术领域

本发明属于通信领域，尤其涉及一种适用于旋转关节的新型光学通信系统及方法。

背景技术

旋转关节之间的通信往往是利用滑环来实现。旋转端和固定端的电气连接如供电、信号均是通过导电滑环来传输的，但导电滑环触点与环体长期摩擦，会导致性能下降、可靠性低、抗电磁干扰能力差，对于高速的数字信号，传输衰减大，通信不可靠。

光纤滑环是在传统的机械式功率环中，加装光纤旋转连接器，通过机械拔插机构进行柔性连接，光纤旋转连接器选用单模光纤准直器、微型精密轴系、机械连接及调整机构组成。光纤滑环具有独特的优点。(1)用光纤传递信号，无泄密，无电磁干扰，可以远距离传输；(2)产生的灰尘少，寿命长，可达1亿转以上；(3)体积小、重量轻，不锈钢材料；(4)损耗小(1.0dB)、旋转速率高(1000rpm)。这种光纤滑环只能是一维的光学通信，二维光学通信需要两个这样的光纤滑环，并且在旋转部件的具体使用受约束。

在自由空间光通信或者激光测距中，常常使用库德光学实现光信息从伺服机构中传输出来。库德光路结构如图1所示，接收天线输出光束，经库德镜100后沿垂直轴回转轴线射向库德镜200，再经库德镜300后沿俯仰轴回转轴线射向库德镜400，再经库德镜400反射，最终由扩束系统射出。这种库德光路实际上是利用两组潜望镜匹配组合而成，同样在安装上比较复杂。

现有技术中，没有关于普适性很强的旋转关节的光学双向通信的方法。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种适用于旋转关节的新型光学通信系统及方法，采用光学圆环波束的方式，实现发射光环与光学接收的双向通信，而不受转动机构的影响，对于内定子和外定子的两种伺服机构形式或者旋转关节都可以实现信息的交互，相比现有光学通信滑环可以实现内定子的信息的交互的补偿。

本发明目的通过以下技术方案予以实现：根据本发明的一个方面，提供了一种适用于旋转关节的新型光学通信系统，包括：光源、光学扩束透镜组、波长分光镜、聚焦透镜组、接收探测器、接收单元、发射单元和圆锥腔；其中，光源发射的光源经过光学扩束透镜组准直光束，准直后的光束经过收发分离的波长分光镜透射出去；透射光束经过圆锥腔表面反射成圆环光束，圆环光束与入射到圆锥腔表面的光束成90度，接收单元接收圆环光束；发射单元发出的准直光照射到圆锥腔表面，经圆锥腔表面反射到波长分光镜，再经波长分光镜反射到聚焦透镜组上，经聚焦透镜组汇聚的光束传输到接收探测器。

上述适用于旋转关节的新型光学通信系统中，所述光源为可见光二极管，用于发射点光源，光源光束发散角120度，波长为430nm±20nm。

上述适用于旋转关节的新型光学通信系统中，所述发射单元包括发射光源和准直系统；其中，发射光源发射的光源经准直系统变为准直光。

上述适用于旋转关节的新型光学通信系统中，所述发射光源为可见光二极管，用于发射点光源，光源光束发散角120度，波长为630nm±20nm。

上述适用于旋转关节的新型光学通信系统中，还包括：旋转关节；其中，光源、光学扩束透镜组、圆锥腔、波长分光镜以及聚焦透镜组均设置于旋转关节内部；发射单元设置于旋转关节的一侧内壁，接收单元和接收探测器均设置于旋转关节的另一侧内壁。