一種無線光滑環(huán)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明為一種無線光滑環(huán)，有兩個(gè)相同的光模塊，光模塊的發(fā)射和接收光學(xué)天線垂直安裝在轉(zhuǎn)換電路板上，轉(zhuǎn)換電路板包括激光器驅(qū)動(dòng)電路、探測電路和數(shù)據(jù)接口電路。二天線和轉(zhuǎn)換電路板封裝在模塊封裝結(jié)構(gòu)內(nèi)，電路接口凸出在模塊封裝結(jié)構(gòu)外。二天線的光軸旋轉(zhuǎn)軸的平行度小于0.5°。二天線封裝筒的筒壁相切，旋轉(zhuǎn)軸與切線的距離為0～2mm。發(fā)射光學(xué)天線包括勻光器件、激光器等。接收光學(xué)天線包括濾光片、光電探測器等。連接于固定端和旋轉(zhuǎn)端業(yè)務(wù)電路板的2個(gè)光模塊間距可達(dá)100mm。業(yè)務(wù)電路板的電信號(hào)通過2個(gè)光模塊的光信號(hào)發(fā)射接收和光電轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)互連。本發(fā)明旋轉(zhuǎn)互連為非接觸式連接，壽命大大提高；通信速率高，安裝要求精度低、性價(jià)比高。
【專利說明】一種無線光滑環(huán)【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于激光通信【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中的相對旋轉(zhuǎn)的連接器件，具體為一種無線光滑環(huán)。
【背景技術(shù)】
[0002]在數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中，有時(shí)信號(hào)要在相對旋轉(zhuǎn)的部件之間高速傳輸，需要旋轉(zhuǎn)連接結(jié)構(gòu)以確保通信順暢，也相應(yīng)地需要各種各樣的旋轉(zhuǎn)連接器件。用來傳輸電信號(hào)的接觸式旋轉(zhuǎn)連接器件稱為電滑環(huán)，用來傳輸高速光信號(hào)的旋轉(zhuǎn)器件稱為光纖滑環(huán)。但是電滑環(huán)通常通信速率較低，而且在高速條件下壽命較短，滿足不了系統(tǒng)長期使用的要求；而光纖滑環(huán)雖然通信速率較高，但對安裝精度和安裝條件的要求很高，因而成本較高，性價(jià)比高，難以普及使用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是為了克服上述技術(shù)和方法的不足和缺點(diǎn)，提出了在旋轉(zhuǎn)端與固定端之間采用激光進(jìn)行無線互連的一種無線光滑環(huán)，包括2個(gè)相同的光模塊，每個(gè)光模塊中封裝了光發(fā)射天線、光接收天線和轉(zhuǎn)換電路板，并有電路接口。電路接口可直接與業(yè)務(wù)電路板連接，插接有本無線光滑環(huán)的光模塊的固定端電路板和旋轉(zhuǎn)端電路板可通過激光無線旋轉(zhuǎn)互連。
[0004]本發(fā)明設(shè)計(jì) 的一種無線光滑環(huán)包括兩個(gè)相同的光模塊，一個(gè)連接固定端的業(yè)務(wù)電路板，另一個(gè)連接旋轉(zhuǎn)端的業(yè)務(wù)電路板。
[0005]所述光模塊包括一塊安裝有一個(gè)發(fā)射光學(xué)天線和一個(gè)接收光學(xué)天線的轉(zhuǎn)換電路板，所述轉(zhuǎn)換電路板包括激光器驅(qū)動(dòng)電路、探測電路和數(shù)據(jù)接口電路。發(fā)射光學(xué)天線和接收光學(xué)天線垂直安裝在轉(zhuǎn)換電路板上，二個(gè)天線通過管腳與轉(zhuǎn)換電路板相連。發(fā)射光學(xué)天線、接收光學(xué)天線和轉(zhuǎn)換電路板封裝在模塊封裝結(jié)構(gòu)內(nèi)，轉(zhuǎn)換電路板的電路接口凸出在模塊封裝結(jié)構(gòu)外。
[0006]所述發(fā)射光學(xué)天線和接收光學(xué)天線的光軸位于旋轉(zhuǎn)端旋轉(zhuǎn)軸兩側(cè)，發(fā)射光學(xué)天線的光軸和接收光學(xué)天線的光軸與該旋轉(zhuǎn)軸平行，平行度小于0.5°。
[0007]所述發(fā)射光學(xué)天線包括勻光器件、激光器、發(fā)射光學(xué)天線封裝筒以及發(fā)射天線管腳。激光器封裝于發(fā)射光學(xué)天線封裝筒內(nèi)，勻光器件嵌于發(fā)射光學(xué)天線封裝筒的頂端，勻光器件為毛玻璃或者微透鏡陣列，對出射光束擴(kuò)束及勻束作用，勻光器件的中心線與激光器發(fā)光面的中心線重合。激光器下接的發(fā)射天線管腳從發(fā)射光學(xué)天線封裝筒底端伸出，與轉(zhuǎn)換電路板相連接。
[0008]所述激光器是發(fā)射1550nm、或者1310nm、或者850nm波長的激光器，發(fā)射功率為I ~100mW。
[0009]所述勻光器件直徑為I~10mm，所述勻光器件和激光器發(fā)光面之間的距離為固定值，使光束發(fā)散并勻束發(fā)射出去，而且損失的光功率最小。發(fā)射光學(xué)天線發(fā)射的光束發(fā)散角為 25° ?45°。
[0010]所述接收光學(xué)天線包括濾光片、光電探測器、接收光學(xué)天線封裝筒和接收天線管腳。光電探測器封裝于接收光學(xué)天線封裝筒內(nèi)，濾光片嵌于接收光學(xué)天線封裝筒的頂端，濾光片的中心線與光電探測器探測面的中心線重合。光電探測器下接的接收天線管腳從接收光學(xué)天線封裝筒底端伸出，與轉(zhuǎn)換電路板相連接。
[0011]所述發(fā)射光學(xué)天線封裝筒和接收光學(xué)天線封裝筒為圓筒，同一光模塊上的兩個(gè)天線封裝筒的筒壁相切，旋轉(zhuǎn)端的旋轉(zhuǎn)軸與二天線封裝筒筒壁相切的切線的距離為O?2_。
[0012]所述光電探測器是接收1550nm、或者1310nm、或者850nm波長激光波段的光電探測器。
[0013]所述濾光片直徑為4.5?5.5mm，主要濾除本端發(fā)射光束的返回光束以及背景光。
[0014]所述接收光學(xué)天線接收光束的視場角為28°?32°。
[0015]發(fā)射光學(xué)天線封裝筒和接收光學(xué)天線封裝筒為金屬殼體，不但起著結(jié)構(gòu)上的支撐作用，同時(shí)為其內(nèi)的激光器或光電探測器散熱。
[0016]模塊封裝結(jié)構(gòu)上有3?8個(gè)安裝孔，以將本無線光滑環(huán)的光模塊固定連接于固定端的業(yè)務(wù)電路板或旋轉(zhuǎn)端的業(yè)務(wù)電路板。
[0017]2塊本無線光滑環(huán)的光模塊分別經(jīng)電路接口連接于旋轉(zhuǎn)端的業(yè)務(wù)電路板和固定端的業(yè)務(wù)電路板，2個(gè)光模塊之間的最小距離為IOmm?100mm。
[0018]業(yè)務(wù)電路板所接光模塊的接收光學(xué)天線與對端的業(yè)務(wù)電路板所接光模塊的發(fā)射光學(xué)天線光軸的平行度不超過10°。其中一個(gè)光模塊的發(fā)射光學(xué)天線封裝筒和對端光模塊的接收光學(xué)天線封裝筒筒壁相切的切線之間的距離為O?4_。
[0019]固定端和旋轉(zhuǎn)端的業(yè)務(wù)電路板各連接一個(gè)本無線光滑環(huán)的光模塊。旋轉(zhuǎn)端的業(yè)務(wù)電路板通過電路接口將電信號(hào)送入光模塊的轉(zhuǎn)換電路板，轉(zhuǎn)換電路板的激光器驅(qū)動(dòng)電路按電信號(hào)驅(qū)動(dòng)激光器發(fā)光，獲得相應(yīng)電信號(hào)的光信號(hào)。該光信號(hào)通過發(fā)射光學(xué)天線，以合適的功率以及發(fā)散角發(fā)射出去。固定端的業(yè)務(wù)電路板所連接的光模塊接收光學(xué)天線接收到該光信號(hào)，通過光電探測器將光信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)槲⑷蹼娦盘?hào)，探測電路將此微弱電信號(hào)進(jìn)行放大和整形處理,通過接口電路輸出到固定端的業(yè)務(wù)電路板。固定端的業(yè)務(wù)電路板連接本無線光滑環(huán)光模塊，其與旋轉(zhuǎn)端的業(yè)務(wù)電路板的通信過程與上述相同。本無線光滑環(huán)了實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)端的業(yè)務(wù)電路板與固定端的業(yè)務(wù)電路板之間的旋轉(zhuǎn)互連。
[0020]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明無線光滑環(huán)的優(yōu)點(diǎn)為:1、兩個(gè)光模塊的旋轉(zhuǎn)互連為非接觸式連接，使用壽命與轉(zhuǎn)速及使用次數(shù)無關(guān)，與其它接觸式的旋轉(zhuǎn)連接相比，壽命大大提聞；2、與電滑環(huán)相比，本無線光滑環(huán)通彳目速率聞，最聞可達(dá)1.25Gbps,而且基本不存在串?dāng)_、匹配和電磁兼容等問題，與光纖滑環(huán)相比，本無線光滑環(huán)加工及安裝要求精度低、性價(jià)比高；3、光模塊較大的發(fā)射光束發(fā)散角以及較寬的光束接收視場角解決了由于旋轉(zhuǎn)、加工及安裝精度導(dǎo)致的光模塊發(fā)射端與對端接收位置偏移以及存在視場等問題，因此本無線光滑環(huán)具有很好的環(huán)境適應(yīng)能力，旋轉(zhuǎn)端與固定端之間的距離，即通信距離，可達(dá)IOOmm ;4、發(fā)射光學(xué)天線配置的勻光器件，對發(fā)射光束起著擴(kuò)束和勻束作用，使得對端的接收天線在相對旋轉(zhuǎn)過程中，接收的信號(hào)光功率不存在盲區(qū)，提高了無線光滑環(huán)旋轉(zhuǎn)互連過程中通信的穩(wěn)定性和可靠性?！緦＠綀D】

【附圖說明】
[0021]圖1是本無線光滑環(huán)實(shí)施例的一個(gè)光模塊結(jié)構(gòu)側(cè)視示意圖；
[0022]圖2是本無線光滑環(huán)實(shí)施例的一個(gè)光模塊結(jié)構(gòu)俯視示意圖；
[0023]圖3是圖1中的發(fā)射光學(xué)天線結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖4是圖1中的接收光學(xué)天線結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖5是本無線光滑環(huán)實(shí)施例的2個(gè)光模塊在2塊業(yè)務(wù)電路板間實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)互連的示意圖。
[0026]圖中標(biāo)號(hào)為:
[0027]1、發(fā)射光學(xué)天線，11、毛玻璃，12、激光器，13、發(fā)射光學(xué)天線封裝筒，14、發(fā)射天線管腳，2、接收光學(xué)天線，21、濾光片，22、光電探測器，23、接收光學(xué)天線封裝筒，24、接收天線管腳，3、轉(zhuǎn)換電路板，4、電路接口，5、模塊封裝結(jié)構(gòu)，51、安裝孔。
【具體實(shí)施方式】
[0028]為了使本發(fā)明技術(shù)方案更加清晰，下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0029]本無線光滑環(huán)實(shí)施例的I個(gè)光模塊結(jié)構(gòu)參照圖1和圖2，即本實(shí)施例光模塊的結(jié)構(gòu)側(cè)視圖和俯視圖。發(fā)射光學(xué)天線I和接收光學(xué)天線2垂直安裝在轉(zhuǎn)換電路板3上，發(fā)射光學(xué)天線I和接收光學(xué)天線2的光軸與旋轉(zhuǎn)軸平行，平行度小于0.5°，本例發(fā)射光學(xué)天線I的光軸、接收光學(xué)天線2的光軸以及旋轉(zhuǎn)軸在同一平面上。發(fā)射光學(xué)天線I和接收光學(xué)天線2的光軸位于旋轉(zhuǎn)端的旋轉(zhuǎn)軸兩側(cè)。所述轉(zhuǎn)換電路板3包括激光器驅(qū)動(dòng)電路、探測電路和數(shù)據(jù)接口電路。發(fā)射光學(xué)天線1、接收光學(xué)天線2和轉(zhuǎn)換電路板3封裝在模塊封裝結(jié)構(gòu)5內(nèi)，轉(zhuǎn)換電路板3的電路接口 4凸出在模塊封裝結(jié)構(gòu)5外。本例矩形的模塊封裝結(jié)構(gòu)5的四角各有一安裝孔51。
[0030]本例發(fā)射光學(xué)天線I的結(jié)構(gòu)如圖3所示，激光器12封裝于發(fā)射光學(xué)天線封裝筒13內(nèi)，本例的勻光器件為毛玻璃11，毛玻璃11嵌于發(fā)射光學(xué)天線封裝筒13的頂端，毛玻璃11的中心線與激光器12發(fā)光面的中心線重合。本例毛玻璃11直徑5.0mm,為K9玻璃材料。激光器12下接的發(fā)射天線管腳14從發(fā)射光學(xué)天線封裝筒13底端伸出，與轉(zhuǎn)換電路板3相連接。毛玻璃11和激光器發(fā)光面之間的距離固定，使發(fā)射光學(xué)天線發(fā)射的光束的發(fā)散角為30°。本例激光器12發(fā)射1550nm通信波段的激光，發(fā)射功率為20mW。發(fā)射光學(xué)天線封裝結(jié)構(gòu)13是一個(gè)金屬殼體。
[0031]本例接收光學(xué)天線2的結(jié)構(gòu)如圖4所示。光電探測器22封裝于接收光學(xué)天線封裝筒23內(nèi)，濾光片21嵌于接收光學(xué)天線封裝筒23的頂端，濾光片21的中心線與光電探測器22探測面的中心線重合。本例濾光片21直徑5.0_，為K9玻璃材料。本例光電探測器22為累崩光電二極管(簡寫APD,英文為Avalanche Photo Diode),接收1550nm通信波段的激光，光電探測器22下接的接收天線管腳24從接收光學(xué)天線封裝筒23底端伸出，與轉(zhuǎn)換電路板3相連接。濾光片21和光電探測器22探測面之間的距離固定，本例接收光學(xué)天線2接收光束的視場角為30°。在通信速率1.25Gbps時(shí)，探測器的靈敏度達(dá)-30dBm。本例接收光學(xué)天線封裝筒23為金屬殼體。
[0032]本例發(fā)射光學(xué)天線封裝筒13和接收光學(xué)天線封裝筒23為圓筒，同一光模塊上兩個(gè)天線封裝筒13、23的筒壁相切，本例旋轉(zhuǎn)端的旋轉(zhuǎn)軸與所接光模塊的天線封裝筒13、23的筒壁相切的切線重合。
[0033]圖5是2個(gè)上述本無線光滑環(huán)實(shí)施例的光模塊在2塊業(yè)務(wù)電路板間實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)互連的示意圖的。2塊本無線光滑環(huán)的光模塊分別經(jīng)電路接口連接于旋轉(zhuǎn)端的業(yè)務(wù)電路板和固定端的業(yè)務(wù)電路板，螺釘經(jīng)模塊封裝結(jié)構(gòu)5的安裝孔51固定連接光模塊和業(yè)務(wù)電路板。本例2個(gè)光模塊之間的距離為50mm。業(yè)務(wù)電路板所接光模塊的接收光學(xué)天線2與對端的業(yè)務(wù)電路板所接光模塊的發(fā)射光學(xué)天線I光軸的平行度不超過10°，且兩個(gè)光模塊的發(fā)射光學(xué)天線封裝筒13和接收光學(xué)天線封裝筒23筒壁相切的切線重合。
[0034]旋轉(zhuǎn)端的業(yè)務(wù)電路板通過電路接口 4將電信號(hào)送入光模塊的轉(zhuǎn)換電路板3，電信號(hào)通過轉(zhuǎn)換電路板的激光器驅(qū)動(dòng)電路來驅(qū)動(dòng)激光器12發(fā)光，光信號(hào)通過發(fā)射光學(xué)天線1，以合適的功率以及發(fā)射角發(fā)射出去。固定端的業(yè)務(wù)電路板所接光模塊的接收光學(xué)天線2接收到合適光功率，通過光電探測器將光信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)槲⑷蹼娦盘?hào)，再通過轉(zhuǎn)換電路板3的探測電路，對此電信號(hào)進(jìn)行放大和整形處理，由電路接口 4輸出到固定端的業(yè)務(wù)電路板。固定端的業(yè)務(wù)電路板經(jīng)本無線光滑環(huán)的光模塊將數(shù)據(jù)傳輸?shù)叫D(zhuǎn)端的業(yè)務(wù)電路板的過程與上述相同。
[0035]上述實(shí)施例，僅為對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)一步詳細(xì)說明的具體個(gè)例，本發(fā)明并非限定于此。凡在本發(fā)明的公開的范圍之內(nèi)所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種無線光滑環(huán)，其特征在于: 包括兩個(gè)相同的光模塊，一個(gè)連接固定端的業(yè)務(wù)電路板，另一個(gè)連接旋轉(zhuǎn)端的業(yè)務(wù)電路板； 所述光模塊包括一塊安裝有一個(gè)發(fā)射光學(xué)天線(I)和一個(gè)接收光學(xué)天線(2)的轉(zhuǎn)換電路板(3)，所述轉(zhuǎn)換電路板(3)包括激光器驅(qū)動(dòng)電路、探測電路和數(shù)據(jù)接口電路；發(fā)射光學(xué)天線(I)和接收光學(xué)天線(2 )垂直安裝在轉(zhuǎn)換電路板(3 )上，二個(gè)天線通過管腳與轉(zhuǎn)換電路板(3)相連；發(fā)射光學(xué)天線(I)、接收光學(xué)天線(2)和轉(zhuǎn)換電路板(3)封裝在模塊封裝結(jié)構(gòu)(5)內(nèi)，轉(zhuǎn)換電路板(3)的電路接口(4)凸出在模塊封裝結(jié)構(gòu)(5)外； 所述發(fā)射光學(xué)天線(I)和接收光學(xué)天線(2 )位于旋轉(zhuǎn)端旋轉(zhuǎn)軸兩側(cè)，發(fā)射光學(xué)天線(I)和接收光學(xué)天線(2)的光軸與旋轉(zhuǎn)軸平行； 所述發(fā)射光學(xué)天線(I)包括勻光器件、激光器(12)、發(fā)射光學(xué)天線封裝筒(13)以及發(fā)射天線管腳(14);激光器(12)封裝于發(fā)射光學(xué)天線封裝筒(13)內(nèi)，所述勻光器件為毛玻璃(11)或者或者微透鏡陣列，勻光器件嵌于發(fā)射光學(xué)天線封裝筒(13)的頂端，勻光器件的中心線與激光器(12)發(fā)光面的中心線重合；激光器(12)下接的發(fā)射天線管腳(14)從發(fā)射光學(xué)天線封裝筒(13)底端伸出，與轉(zhuǎn)換電路板(3 )相連接； 所述接收光學(xué)天線(2)包括濾光片(21)、光電探測器(22)、接收光學(xué)天線封裝筒(23)和接收天線管腳(24);光電探測器(22)封裝于接收光學(xué)天線封裝筒(23)內(nèi)，濾光片(21)嵌于接收光學(xué)天線封裝筒(23)的頂端，濾光片(21)的中心線與光電探測器(22)探測面的中心線重合；光電探測器(22)下接的接收天線管腳(24)從接收光學(xué)天線封裝筒(23)底端伸出，與轉(zhuǎn)換電路板(3 )相連接； 所述發(fā)射光學(xué)天線封裝筒(13)和接收光學(xué)天線封裝筒(23)為圓筒，同一光模塊上兩個(gè)天線封裝筒(13、23)的筒壁相切； 所述激光器(12)發(fā)射的激光波段與光電探測器(22)接收的的激光波段相配合。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線光滑環(huán)，其特征在于: 所述發(fā)射光學(xué)天線(I)的光軸和接收光學(xué)天線(2)的光軸與旋轉(zhuǎn)端的旋轉(zhuǎn)軸的平行度小于0.5° ο
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線光滑環(huán)，其特征在于: 所述激光器(12)是發(fā)射1550nm、或者1310nm、或者850nm波長的激光器，發(fā)射功率為I~IOOmW ;所述光電探測器(22)是接收1550nm、或者1310nm、或者850nm波長激光波段的光電探測器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線光滑環(huán)，其特征在于: 所述勻光器件直徑為I~10mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線光滑環(huán)，其特征在于: 所述勻光器件和激光器(12)發(fā)光面之間的距離為固定值，發(fā)射光學(xué)天線(I)發(fā)射的光束發(fā)散角為25°~45°。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線光滑環(huán)，其特征在于: 所述濾光片(21)直徑為4.5~5.5mm，所述接收光學(xué)天線(2)接收光束的視場角為28。~32°。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線光滑環(huán)，其特征在于:所述發(fā)射光學(xué)天線封裝筒(13)和接收光學(xué)天線封裝筒(23)為金屬殼體。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線光滑環(huán)，其特征在于: 所述模塊封裝結(jié)構(gòu)(5)上有3~8個(gè)安裝孔。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的無線光滑環(huán)，其特征在于: 分別經(jīng)電路接口(4)連接于旋轉(zhuǎn)端的業(yè)務(wù)電路板和固定端的業(yè)務(wù)電路板的2塊無線光滑環(huán)的光模塊之間的最小距離為IOmm~100mm。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的無線光滑環(huán)，其特征在于: 所述固定端的業(yè)務(wù)電路板所接無線光滑環(huán)光模塊的接收光學(xué)天線(2)與旋轉(zhuǎn)端的業(yè)務(wù)電路板所接無線光滑環(huán)光模塊的發(fā)射光學(xué)天線(I)光軸的平行度不超過10°，兩個(gè)光模塊的發(fā)射光學(xué)天線封裝筒(13)和接收光學(xué)天線封裝筒(23)筒壁相切的切線之間的距離為O ~4mm η`
【文檔編號(hào)】G02B6/42GK103777284SQ201410026825
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2014年1月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月21日
【發(fā)明者】馬建軍, 衛(wèi)斌, 劉學(xué), 及永會(huì), 龍?jiān)茲? 申請人:中國電子科技集團(tuán)公司第三十四研究所