Brevet FR2526174A1 — publié le 19831104

Perfectionnements aux dispositifs de liaison optique. La présente invention concerne les liaisons optiques et en particulier, un dispositif destiné à établir une communi- cation ou liaison optique entre des éléments mobiles l'un par rapport à l'autre. On utilise aujourd'hui de nombreux systèmes de liaison optique au lieu des systèmes de liaison électrique classiques afin de disposer de systèmes insensibles aux interférences électromagnétiques et simultanément de profiter des caractéristiques de bande passante élevée des transmis- sions optiques De nombreuses applications nécessitent le transfert de données d'un élément tournant vers un élément fixe, ou inversement et, alors que cela s'effectue dans les systèmes électriques classiques au moyen de montages avec bague collectrice dont la construction est relativement simple, les formes connues de montages optiques équivalents sont sont beaucoup plus complexes Ces montages optiques connus sont décrits par exemple dans les brevets GB no 1 528 251 et 2 037 979 A ainsi que dans les revues britanniques "Eureka" (Juin 1981, page 47) et "Photonics Spectra" (février 1982, page 41). L'invention a pour but de fournir un dispositif amélioré pour maintenir une liaison optique entre des éléments mobiles l'un par rapport à l'autre. Selon l'invention, le dispositif pour maintenir une liaison optique entre des éléments mobiles l'un par rapport à l'autre comprend une enveloppe ou gaine constituée en un matériau à faible indice de réfraction et formant un toroïde creux ainsi qu'un premier et qu'un second passages ou raccords partant dudit toroide creux, tels qu'il existe une transition pratiquement continue dans le sens des aiguilles d'une montre entre le toroide et le premier passage, et en sens inverse des aiguilles d'une montre entre le toroïde et le second passage, ces passages et le toroide étant remplis d'un fluide d'indice de réfraction élevé de sorte que ce dispositif constitue un guide de lumière, et l'enveloppe est formée de deux parties montées de façon à tourner l'une par rapport à l'autre autour d'un axe perpendiculaire au plan équatorial toroldal et passant par le centre du toroide, ces parties comportant une interface s'étendant selon une surface de révolution autour dudit axe, une partie étant raccordée au premier passage et l'autre partie étant raccordée au second passage. Par "toroide"l on désigne dans le présent mémoire le volume engendré par une courbe fermée plane de préférence un cercle, mais non nécessairement autour d'une droite située dans le plan de cette courbe, mais ne coupant pas celle-ci. on notera que chaque passage ou raccord joue le rôle d'un connecteur propre à recevoir un guide de lumière en fibre optique et que lors du fonctionnement, l'une des parties de l'enveloppe est reliée de faççn rigide à un élément mobile au moyen d'un guide de lumière en fibre optique situé entre ceux-ci, alors que l'autre partie de l'enveloppe est reliée de façon rigide à l'autre élément mobile au moyen d'un guide de lumière en fibre optique situé entre ceux-ci, de sorte que la rotation relative desdits éléments engendre une rotation relative desdites parties d'enveloppe, les axes de rotation étant agencés de manière appropriée. Avantageusement la section intérieure des passages est la même que celle du toroïde et l'angle d'inclinaison entre l'axe longitudinal toroldal et les axes longitudinaux desdits passages, du moins dans leurs parties contiguës au toroide, est aussi faible que possible Cet agencement permet de minimiser les pertes de couplage entre le toroide et les passages et, lorsque le diamètre hors tout du toroide est sensiblement plus important que le diamètre des guides de lumière en fibre optique reliés aux passages, la perte entre la lumière introduite dans le dispositif par l'un des passages et celle qui en sort par l'autre passage peut descendre jusqu'à 3 d B. Il est recommandé que le matérieu de l'enveloppe soit moulable et que les deux parties de celle-ci, ainsi que les passages associés, soient géométriquement identiques de façon qu'un seul moule soit nécessaire pour produire les deux * parties de l'enveloppe servant à former le dispositif Il est à noter qu'avec cette disposition la surface de révolution coïncide avec le plan équatorial toroldal. Il est recommandé que les passages aient une section transversale circulaire Cette section transversale peut être constante sur toute la longueur du passage, mais elle peut en variante être conique de façon que la section transversale circulaire diminue ou augmente dans la direction du toroide. Il est préférable que l'extrémité du passage éloignée du tore présente un épaulement interne formant siège pour recevoir la fibre optique qui doit y être emboîtée, ce qui permet de minimiser les pertes de couplage entre le passage et la fibre. Afin de créer un joint étanche au fluide à l'inter- face entre les parties de l'enveloppe, un joint à lèvres peut être monté sur une des parties ou chaque partie peut être munie de brides sur la surface de révolution, ces brides comportant des rainures et gorges circulaires servant à maintenir le fluide à l'intérieur de l'enveloppe Mais, comme un ensemble de ce type est très difficile à fabriquer avec le haut degré de précision exigé pour éviter toute dégradation optique du dispositif, on préfère, afin d'obtenir le même résultat, loger l'ensemble du dispositif dans un carter contenant le même fluide que celui qui se trouve dans le toroide, ou un fluide compatible avec celui-ci Le fluide situé à l'extérieur du dispositif peut être mis sous pression, par exemple, par gravité. A titre d'exemple, l'enveloppe peut être constituée en une matière plastique acrylique et le fluide peut être du Santovac 5 (produit par la Société Monsanto Chemicals,Inc). On décrit ci-après à titre d'exemple non limitatif un mode de réalisation de l'invention en se référant aux dessins annexés dans lesquels la figure 1 est une représentation de l'extrémité du dispositif, la figure 2 est une coupe transversale d'un détail; la figure 3 est une vue en perspective du disposi- tif; et la figure 5 est une représentation d'un autre détail. Dans ces dessins, qui se présentent sous une forme puremant schématique, le dispositif est représenté sur la figure 1 comme comprenantun tor ide 10 qui, comme le montre la figure 2, est creux et présente une section transversale circulaire Le toroide 10 est formé de deux moitiés l A et 11 B qui ont une interface 9 située sur le plan équatorial 12 du toroide de telle manière que les deux moitiés puissent tourner l'une par rapport à l'autre autour d'un axe 13 perpendiculaire au plan 12 et passant par le centre 14 du tore 10. La moitié 11 A du toroide est reliée à un passage ou raccord 15 A alors que la moitié 11 B du toroide est reliée à un passage ou raccord 15 B, ces deux passages s'étendant selon des directions opposées à partir du toroide 10 en s'éloignant du plan équatorial 12 L'axe longitudinal 16 A du passage 15 A forme un petit angle aigu avec l'axe longitudinal 18 du toroide 10 et, de la même manière, l'axe longitudinal 16 B du passage 15 B forme le même petit angle aigu avec l'axe longitudinal 18 du toroide 10 On remarquera sur la figure 3 qu'à l'intérieur du toroide creux 10, le passage 15 B sort du toroide 10 en formant un circuit tournant dans le sens des aiguilles d'une montre, alors que le passage 15 A sort du toroide 10 en formant un circuit tournant en sens inverse des aiguilles d'une montre, mais dans chaque cas la transition entre le torolde et le passage s'effectue de façon régulière et pratiquement sans discontinuité, c'est-à-dire que les passages 15 A et 15 B viennent se confondre avec le torolde 10. L'extrémité libre du passage 15 A est représentée sur la figure 4 et, comme indiqué sur cette figure, est munie intérieurement d'un épaulement 19 A servant de butée pour le guide de lumière en fibre optique que l'on doit y raccorder, la section intérieure de l'épaulement 19 A étant de préférence identique au diamètre'de l'âme de la fibre pour éviter les pertes de couplage. L'intérieur creux du torolde 10 et les passages 15 A et 15 B sont entièrement remplis d'un fluide, de préférence un liquide, d'indice de réfraction élevé et le toroide et les passages sont délimités par une enveloppe constituée en un matériau de faible indice de réfraction de façon que le dispositif complet joue le rôle d'un guide de lumière, la lumière introduite dans celui-ci par l'un des passages étant émise par l'autre passage après avoir parcouru un ou plusieurs circuits ou parties de circuits dans le toroide. On notera que le dispositif selon l'invention permet une liaison à un seul canal mais que l'on peut monter coaxia- lement plusieurs dispositifs de ce type sur un même arbre centré sur l'axe 13 si l'on doit effectuer une liaison à plusieurs canaux, chaque canal pouvant bien sûr être duplexé et/ou multiplexé. On notera également que du fait que l'élément 10 est un "torolde" distinct de toute autre forme géométrique, l'axe longitudinal 18 est circulaire, mais qu'il n'est pas indispensable que la forme de la section transversale du torolde 10 soit circulaire, bien que l'on préfère qu'elle le soit, le toroide étant alors un tore De plus, il n'est pas nécessaire que l'interface entre les deux parties de l'enveloppe ou entre les deux parties toroldales, se situe sur le plan équatorial 12 puisqu'elles ne constituent que l'une des surfaces de révolution possibles par rapport à l'axe 13 La surface de révolution pourrait en fait former un cône ayant son sommet sur l'axe 13 et on remarquera que dans ce cas plus général il est nécessaire que les passages A et 15 B soient reliés chacun à une partie toroldale correspondante et qu'ils s'écartent dans des sens opposés lo de la surface de révolution. REVENDICATIONS 1 Dispositif destiné à établir une liaison optique entre des éléments mobiles l'un par rapport à l'autre, caractérisé par la combinaison d'une enveloppe ( 11 A, 11 B) constituée en un matériau de faible indice de réfraction et formant un torolde creux ( 10) et d'un premier ( 15 A) et d'un second ( 15 B) passages ou raccords partant de ce torolde creux ( 10) de façon telle qu'il existe une transition pratiquement sans discontinuité dans le sens des aiguilles d'une montre entre le toroide ( 10) et le premier passage ( 15 A) et en sens inverse des aiguilles d'une montre entre le torolde ( 10) et le second passage ( 15 B), ces passages ( 15 A et 15 B) et le torolde ( 10) étant remplis d'un fluide d'indice de réfraction élevé de sorte que le dispositif constitue un guide de lumière, l'enveloppe étant formée de deux parties ( 11 A, 1 B) montées de façon à pouvoir tourner l'une par rapport à l'autre autour d'un axe ( 13) perpendiculaire au plan équatorial toroldal ( 12) et passant par le centre ( 14) du torolde ( 10), lesdites parties (Il An 11 B) ayant une interface qui s'étend selon une surface de révolution ( 12) autour dudit axe ( 13), une partie ( 11 A) étant raccordée au premier passage ( 15 A) et l'autre partie ( 11 B) étant raccordée au second passage ( 15 B). 2 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la surface de révolution ( 12) s'étend dans le plan équatorial toroldal ( 12). 3 Dispositif selon l'une quelconque des revendica- tions précédentes, caractérisé en ce que l'angle d'inclinaison de l'axe longitudinal toroldal ( 18) par rapport aux axes longitudinaux respectifs ( 16 A, 16 B) des passages ( 15 A, 15 B) dans leur partie contiguë au toroide ( 10) est très faible. 4 Dispositif selon l'une quelconque des revendica- tions précédentes, caractérisé en ce que la section intérieure des passages ( 15 A, 15 B) est identique à celle du toroîde ( 10). Dispositif selon l'une quelconque des revendica- tions précédentes, caractérisé en ce que le diamètre hors tout du toroide ( 10) est sensiblement plus grand que la section intérieure des passages ( 15 A, 15 B). 6 Dispositif selon l'une quelconque des revendi- cations précédentes, caractérisé en ce que les passages ( 15 A, 15 B) et le toroide ( 10) présentent chacun une section transversale circulaire. 7 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'à l'interface chaque partie de l'enveloppe ( 1 i A, i B) présente une bride, ces brides formant un joint à frottement qui s'étend le long de la surface de révolution ( 12) et sert à retenir le fluide à l'intérieur de l'enveloppe. 8 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'enveloppe (l IA, ll B) est placée dans un carter contenant un volume du fluide sous pression à l'extérieur de l'enveloppe ( 11 A, 11 B) de façon à maintenir le fluide à l'intérieur de l'enveloppe ( 11 A, 11 B). 9 Dispositif selon l'une quelconque des revendi- cations précédentes, caractérisé en ce que l'enveloppe est constituée en une matière plastique acrylique. 10 Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le fluide est celui connu sous l'appellation Santovac 5.