CN117980791A - 旋转接头和使用该旋转接头的光学测定装置 - Google Patents

Abstract

提供一种旋转接头(40)，包括：主体侧光纤保持部(25)，在第一圆形区域配置受光光纤的各一端面，在其外侧的第一圆环区域配置投光光纤的各一端面；探头侧光纤保持部(33)，在第二圆形区域配置受光光纤的各一端面，在其外侧的第二圆环区域配置投光光纤；旋转支承部(41)，将主体侧光纤保持部(25)和探头侧光纤保持部(33)支承为能相对旋转；以及光分离筒(42)，设于主体侧光纤保持部(25)与探头侧光纤保持部(33)之间。

Description

旋转接头和使用该旋转接头的光学测定装置

技术领域

本发明涉及旋转接头和使用该旋转接头的光学测定装置，特别涉及连接多通道构成的光缆的旋转接头。

背景技术

在利用光缆连接探头和主体的光学测定装置中，有时在缆线的中途具备被称为旋转接头的旋转机构。旋转接头保持主体侧的光缆的顶端部，并且以主体侧的光缆的顶端部和探头侧的光缆的基端部相互对置且能同轴旋转的方式保持探头侧的光缆的基端部。

在使用相同的光纤作为投光用的光通道和受光用的光通道的情况下，如果在光纤的中途设置旋转接头，则由于旋转接头中的内部反射，可能会产生从主体的投光部射出的光不会到达试样而返回到主体的受光装置的光学串扰(crosstalk)。这样的串扰导致光学测定的精度降低。

发明内容

发明所要解决的问题

为了防止这样的串扰，可以考虑在投光用的光通道和受光用的光通道中使用不同的光纤束的多通道构成。例如，可以考虑如下构成：将投光用的光纤组和受光用的光纤组配置为同轴且在径向上分离而构成光缆，在其中途设置旋转接头。然而，如果采用这样的构成，则随着通过旋转接头使光纤束彼此绕轴相对旋转，可能产生所谓的脉动现象。这是因为，设于旋转接头的一侧的各光纤的端面之中，与设于另一侧的各光纤的端面重叠的区域的面积会随着旋转接头的旋转而变化。

本发明是鉴于上述问题而完成的，其目的在于，提供一种能抑制投光通道与受光通道之间的光学串扰，并且能抑制旋转动作时的光的脉动的光纤用旋转接头和使用该光纤用旋转接头的光学测定装置。

用于解决问题的方案

为了解决上述问题，本发明的旋转接头的特征在于，包括：第一光纤保持部，以在第一圆形区域配置第一光缆中所包括的第一内侧光纤的一端面，在与所述第一圆形区域同心并且具有比所述第一圆形区域的直径大的内径的第一圆环区域配置所述第一光缆中所包括的第一外侧光纤组的各一端面的方式，保持所述一光缆中所包括的多个光纤；第二光纤保持部，以在第二圆形区域配置第二光缆中所包括的第二内侧光纤的一端面，在与所述第二圆形区域同心并且具有比所述第二圆形区域的直径大的内径的第二圆环区域配置所述第二光缆中所包括的第二外侧光纤组的各一端面的方式，保持所述第二光缆中所包括的多个光纤；旋转支承部，以所述第一圆形区域和所述第二圆形区域分离且对置，所述第一圆环区域和所述第二圆环区域分离且对置的方式，将所述第一光纤保持部和所述第二光纤保持部支承为能相对旋转；以及光分离部，设于所述第一光纤保持部与所述第二光纤保持部之间，抑制由所述第一圆形区域和所述第二圆形区域夹着的圆柱状空间与由所述第一圆环区域和所述第二圆环区域夹着的圆筒状空间之间的光的穿过。

在此，可以是，所述第一圆形区域和所述第二圆形区域、所述第一圆环区域和所述第二圆环区域分别同轴配置。

此外，可以是，所述光分离部包括第一筒状体，所述第一筒状体配置于所述圆柱状空间与所述圆筒状空间之间。

此外，可以是，所述第一筒状体的内侧面形成为镜面。此外，也可以是，所述第一筒状体的外侧面形成为镜面。

此外，可以是，所述光分离部包括第二筒状体，所述第二筒状体包围所述圆筒状空间，且其内侧面形成为镜面。

或者，可以是，所述光分离部包括：透光性的圆柱构件，配置于所述圆柱状空间；以及透光性的圆筒构件，配置于所述圆筒状空间，并且供所述该圆柱构件插入。

此外，本发明的光学测定装置具备上述旋转接头。

附图说明

图1是本发明的实施方式的光学测定装置的构成图。

图2是表示本发明的实施方式的主体侧光纤保持部的立体图。

图3是表示本发明的实施方式的探头侧光纤保持部的立体图。

图4是表示本发明的实施方式的探头的立体图。

图5是表示本发明的实施方式的光分离筒的立体图。

图6是对主体侧光纤保持部和探头侧光纤保持部以及光分离筒的配置进行说明的图。

图7是表示使旋转接头旋转的情况下的来自试样的反射光的光强度变化的图。

图8是表示变形例的光分离筒的立体图。

图9是对主体侧光纤保持部和探头侧光纤保持部以及变形例的光分离筒的配置进行说明的图。

具体实施方式

以下，基于附图对本发明的实施方式进行详细说明。

图1是本发明的实施方式的光学测定装置的构成图。在该图所示的光学测定装置10中，从探头32向试样70照射从光源50辐射的光，由探头32接收其反射光并引导至测定器60。由此，由测定器60运算试样70的各种信息。例如，光学测定装置10可以是将从光源50辐射的白色光照射到试样70，并根据其反射光的光谱测定试样70表面的膜厚的装置。在该情况下，测定器60包括获取反射光的光谱数据的分光器和根据光谱数据运算膜厚的计算机。

光学测定装置10包括具备投受光缆31的探头侧光缆30。投受光缆31是投光用和受光用的2通道的光纤束，在其顶端设有将光照射到试样70并接收反射光的探头32。此外，在投受光缆31的基端设有构成旋转接头40的探头侧光纤保持部33。

光学测定装置10还包括作为双分支光纤束的主体侧光缆20。即，主体侧光缆20具备作为投光用的光纤束的投光光缆21以及作为受光用的光纤束的受光光缆22。在投光光缆21的基端设有连接器23，该连接器23连接于光源50。在受光光缆22的基端设有连接器24，该连接器24连接于测定器60。投光光缆21和受光光缆22的各顶端由构成旋转接头40的主体侧光纤保持部25一体保持。

旋转接头40具备：主体侧光纤保持部25、探头侧光纤保持部33、作为光分离部(光学构件)的光分离筒42以及旋转支承部41。旋转支承部41是大致圆筒形状的构件，在其主体侧开口插入有大致圆筒形状的主体侧光纤保持部25的顶端部。主体侧光纤保持部25的顶端部由未图示的螺栓等固定于旋转支承部41，旋转支承部31以旋转停止的状态支承主体侧光纤保持部25的顶端部。另一方面，在旋转支承部41的探头侧开口插入有大致圆筒形状的探头侧光纤保持部33的基端部。探头侧光纤保持部33的基端部经由未图示的轴承由旋转支承部41支承为能旋转。

在旋转支承部41的内部，探头侧光纤保持部33和主体侧光纤保持部25同轴配置，探头侧光纤保持部33的基端面与主体侧光纤保持部25的顶端面分离且对置。在探头侧光纤保持部33的基端面与主体侧光纤保持部25的顶端面之间配置有大致圆筒状的光分离筒42。光分离筒42的详细情况将在后文进行说明，其具有容许探头侧光纤保持部33与主体侧光纤保持部25之间的光的穿过，并且防止反射光与投射光之间的串扰的功能。光分离筒42可以固定于旋转支承部41，也可以由旋转支承部41支承为能旋转。此外，为了防止在光分离筒42的端面的反射、由这种反射引起的串扰，优选光分离筒42的主体侧端面抵接于主体侧光纤保持部25的顶端面。此外，只要不阻碍探头侧光纤保持部33的旋转，光分离筒42的探头侧端面优选接近探头侧光纤保持部33的基端面。

图2表示主体侧光纤保持部25的立体图。主体侧光纤保持部25具有大致圆筒的外筒，在内部容纳有许多投光光纤27、许多受光光纤28以及分离带25c。具体而言，在主体侧光纤保持部25的内部同轴配置有遮光性且圆筒形状的分离带25c，在分离带25c的内部配置有受光光纤28。此外，在分离带25c的外侧面与主体侧光纤保持部25的内侧面之间配置有投光光纤27。即，从正面观察主体侧光纤保持部25时，在分离带25c的开口即圆形区域25d配置有许多受光光纤28的各端面。需要说明的是，受光光纤28的端面可以在圆形区域25d内随机配置。此外，分离带25c的端面与为筒状的主体侧光纤保持部25的主体端面25a之间成为圆环区域25b，在该圆环区域25b配置有许多投光光纤27的各端面。需要说明的是，投光光纤27的端面可以在圆环区域25b内随机配置。圆环区域25b与圆形区域25d同心并且具有比该圆形区域25d的直径大的内径。此外，圆环区域25b具有比主体侧光纤保持部25的内径小的外径。投光光纤27的端面、受光光纤28的端面、分离带25c的端面以及主体端面25a配置为齐平。端面配置于圆形区域25d的受光光纤28被捆束成受光光缆22。此外，端面配置于圆环区域25b的投光光纤27被捆束成投光光缆21。

图3是表示探头侧光纤保持部33的立体图。探头侧光纤保持部33也具有大致圆筒的外筒，在内部容纳有许多投光光纤34、许多受光光纤35以及分离带33c。具体而言，在探头侧光纤保持部33的内部同轴配置有遮光性且圆筒形状的分离带33c，在分离带33c的内部配置有受光光纤35。此外，在分离带33c的外侧面与主体侧光纤保持部33的内侧面之间配置有投光光纤34。即，从正面观察探头侧光纤保持部33时，在分离带33c的开口即圆形区域33d配置有许多受光光纤34的各端面。此外，分离带33c的端面与为筒状的探头侧光纤保持部33的主体端面33a之间成为圆环区域33b，在该圆环区域33b配置有许多投光光纤34的各端面。圆环区域33b与圆形区域33d同心并且具有比该圆形区域33d的直径大的内径。此外，圆环区域33b具有比探头侧光纤保持部33的内径小的外径。投光光纤34的端面、受光光纤35的端面、分离带33c的端面以及主体端面33a配置为齐平。端面配置于圆形区域33d的受光光纤35和端面配置于圆环区域33b的投光光纤34被捆束成投受光缆31。

图4是表示探头32的立体图。探头32具有大致圆筒的外筒，在内部容纳有投光光纤34和受光光纤35的端部。即，从正面观察探头32时，在位于中心的圆形区域32b配置有受光光纤35的端面，在其外侧的圆环区域32a配置有投光光纤34的端面。受光光纤35可以在圆形区域32b内随机配置。此外，投光光纤34可以在圆环区域32a内随机配置。

图5是表示光分离筒42的立体图。光分离筒42具备例如金属制、树脂制且圆筒形状的外筒43和同样例如金属制、树脂制且具有比外筒的内径小的外径的圆筒形状的内筒44。在外筒43的内部同轴配置有内筒44。外筒43和内筒44固定于主体侧光纤保持部25或探头侧光纤保持部33，维持同轴配置的状态。例如，外筒43可以固定于主体侧光纤保持部25的主体端面25a。或者，外筒43可以与主体侧光纤保持部25的外筒一体形成。此外，内筒44可以固定于主体侧光纤保持部25的分离体25c。或者，内筒44可以与分离带25c一体形成。由此，投射光在外筒43的内侧面与内筒44的外侧面之间的空间42b传播，反射光在内筒44的内部空间42d传播。

在外筒43为金属制的情况下，其内侧面可以加工成镜面。这样能抑制光分离筒42中的光损耗。在外筒43为树脂制的情况下，也可以实施镀覆以使其内表面成为镜面。同样地，在内筒44为金属制的情况下，其内侧面或外侧面中的一方或双方可以加工成镜面。此外，在内筒44为树脂制的情况下，也可以对其内侧面或外侧面中的一方或双方实施镀覆，使其成为镜面。

需要说明的是，可以在外筒43的内侧面与内筒44的外侧面之间的空间42b配置由玻璃、树脂形成的具有透光性、优选为透明的圆筒构件(透光性圆筒构件)。而且，可以在内筒44的内部也配置由玻璃、树脂形成的具有透光性、优选为透明的圆柱构件(透光性圆柱构件)。在该情况下，内筒44和外筒43由比外筒43、内筒44低折射率的材料形成。由此，上述透光性圆筒构件和上述透光性圆柱构件分别如光纤那样发挥作用。即，从投光光纤27射出的光在透光性圆筒构件的内部反复进行全反射而传播，因此能适当地引导至投光光纤34。此外，从受光光纤35射出的光在透光性圆柱构件的内部反复进行全反射而传播，因此能适当地引导至受光光纤28。然后，在投射光与反射光之间不会产生串扰。

从正面观察光分离筒42时，内筒44的开口即圆柱状空间的端面42d位于中心，内筒44的端面42c位于其外侧。此外，填充有玻璃等的圆筒状空间的端面42b位于端面42c的外侧。外筒43的端面42a位于端面42b的外侧。端面42a～42d配置为齐平。在此仅对光分离筒42的一个端部进行了说明，但另一个端部也是相同的构成/相同的配置。

在此，对主体侧光纤保持部25、探头侧光纤保持部33以及光分离筒42的配置进行说明。如图6所示，主体侧光纤保持部25的圆形区域25d、探头侧光纤保持部33的圆形区域33d以及内筒44的开口即圆柱状空间的端面42d为相同的直径R1，主体侧光纤保持部25的圆形区域25d与内筒44的一侧的端面42d邻接配置。此外，探头侧光纤保持部33的圆形区域33d与另一侧的端面42d邻接配置。需要说明的是，端面42d的直径可以比圆形区域25d和圆形区域33d的直径略大或略小。

此外，主体侧光纤保持部25的圆环区域25b、探头侧光纤保持部33的圆环区域33b以及内筒44与外筒43之间的圆筒状空间的端面42b具有相同的内径R2和相同的外径R3。并且，主体侧光纤保持部25的圆环区域25b与内筒44的一侧的端面42b邻接配置。此外，探头侧光纤保持部33的圆环区域33b与另一侧的端面42b邻接配置。需要说明的是，端面42b的内径可以比圆环区域25b和圆环区域33b的内径略大或略小。此外，端面42b的外径可以比圆环区域25b和圆环区域33b的外径略大或略小。

根据本实施方式，光分离筒42的内筒44的内部空间位于由主体侧光纤保持部25的端面的圆形区域25d和探头侧光纤保持部33的端面的圆形区域33d夹着的圆柱状的空间，该圆柱状的空间被内筒44覆盖。因此，投光光纤27与投光光纤34之间的光不会与受光光纤28与受光光纤35之间的光混合。因此，能防止投光通道与受光通道之间的串扰。此外，由于内筒44的内侧面成为镜面，因此在受光通道中，能防止在光分离筒42的光损耗。

此外，光分离筒42的内筒44与外筒43之间的空间位于由主体侧光纤保持部25的端面的圆环区域25b和探头侧光纤保持部33的端面的圆环区域33b夹着的圆筒状的空间，该圆筒状的空间的内侧被内筒44遮蔽，外侧的空间被外筒43遮蔽。此时，由于内筒44的外侧面和外筒43的内侧面成为镜面，因此在投光通道中，能防止在光分离筒42的光损耗。

而且，根据本实施方式，由于主体侧光纤保持部25的端面的圆形区域25d和探头侧光纤保持部33的端面的圆形区域33d分离，因此受光光纤35的射出端和受光光纤28的射入端分离。而且，由于主体侧光纤保持部25的端面的圆环区域25b和探头侧光纤保持部33的端面的圆环区域33b分离，因此投光光纤27的射出端和投光光纤34的射入端分离。因此，即使使探头侧光纤保持部33相对于主体侧光纤保持部25旋转，在反射光中也不易产生脉动现象。图7是表示使旋转接头旋转的情况下的来自试样70(反射镜)的反射光的光强度变化的图。在该图中，横轴表示探头侧光纤保持部33的旋转中的经过时间。纵轴表示测定器60中的光强度。此外，实线表示没有光分离筒42，将主体侧光纤保持部25与探头侧光纤保持部33邻接配置的情况下的光强度的变化。虚线表示使用了长度10mm的光分离筒42的情况下的光强度的变化。单点划线表示使用了长度20mm的光分离筒42的情况下的光强度的变化。如该图所示，当使用10mm或20mm的光分离筒42时，能适当地抑制光强度的脉动现象。

需要说明的是，本发明并不限于上述实施方式，可以进行各种变形实施。

图8是表示变形例的光分离筒47的立体图。该图所示的光分离筒47是代替图5所示的光分离筒42而设于旋转接头40的光分离筒47，是本发明的光分离部的另一例子。光分离筒47具有透光性，优选具备由透明的玻璃或树脂材料形成的圆柱构件47A。此外，在圆柱构件47A的内部插入有圆筒构件47B。圆柱构件47B也具有透光性，优选由透明的玻璃或树脂材料形成。

图9是对主体侧光纤保持部25、探头侧光纤保持部33以及光分离筒47的配置进行说明的图。圆筒构件47B的内径等于或大于主体侧光纤保持部25的圆形区域25d和探头侧光纤保持部33的圆形区域33d的直径R1。主体侧光纤保持部25的圆形区域25d与圆柱构件47B的一侧的端面邻接配置，探头侧光纤保持部33的圆形区域33d与另一侧的端面邻接配置。由此，圆柱构件47B配置在由圆形区域25d和圆形区域33d夹着的圆柱状空间。

此外，圆筒构件47A的内径等于或小于主体侧光纤保持部25的圆环区域25b和探头侧光纤保持部33的圆环区域33b的内径R2。而且，圆筒构件47B的外径等于或大于主体侧光纤保持部25的圆环区域25b和探头侧光纤保持部33的圆环区域33b的外径R3。主体侧光纤保持部25的圆环区域25b与圆筒构件47A的一侧的端面邻接配置，探头侧光纤保持部33的圆环区域33b与另一侧的端面邻接配置。由此，圆筒构件47A配置在由圆环区域25b和圆环区域33b夹着的圆筒状空间。

圆筒构件47A的内径与圆柱构件47B的直径大致相等，但由于两者是不同的构件，因此不可避免地在它们之间夹存间隙，即夹存相对折射低的空气层。因此，即使在光分离筒47中，从投光光纤27射出的光也在圆筒构件47A的内侧面、外侧面反复进行全反射而传播，能适当地引导至投光光纤34。此外，从受光光纤35射出的光在圆柱构件47B的外侧面反复进行全反射而传播，能适当地引导至受光光纤28。即，通过光分离筒47能抑制由圆形区域25d和圆形区域33d夹着的圆柱状空间与由圆环区域25b和圆环区域35b夹着的圆筒状空间之间的光的穿过。

而且，例如，在上述实施方式中，在主体侧光纤保持部25配置了许多受光光纤28，在探头侧光纤保持部33也配置了许多受光光纤35，但也可以分别配置一根受光光纤。此外，在上述实施方式中，在旋转接头40的内侧设置了受光通道，在外侧设置了投光通道，但也可以采用相反的构成。此外，光分离筒42也可以与主体侧光纤保持部25或探头侧光纤保持部33一体设置。

Claims (8)

1.一种旋转接头，其特征在于，包括：

第一光纤保持部，以在第一圆形区域配置第一光缆中所包括的第一内侧光纤的一端面，在与所述第一圆形区域同心并且具有比所述第一圆形区域的直径大的内径的第一圆环区域配置所述第一光缆中所包括的第一外侧光纤组的各一端面的方式，保持所述一光缆中所包括的多个光纤；

第二光纤保持部，以在第二圆形区域配置第二光缆中所包括的第二内侧光纤的一端面，在与所述第二圆形区域同心并且具有比所述第二圆形区域的直径大的内径的第二圆环区域配置所述第二光缆中所包括的第二外侧光纤组的各一端面的方式，保持所述第二光缆中所包括的多个光纤；

旋转支承部，以所述第一圆形区域和所述第二圆形区域分离且对置，所述第一圆环区域和所述第二圆环区域分离且对置的方式，将所述第一光纤保持部和所述第二光纤保持部支承为能相对旋转；以及

光分离部，设于所述第一光纤保持部与所述第二光纤保持部之间，抑制由所述第一圆形区域和所述第二圆形区域夹着的圆柱状空间与由所述第一圆环区域和所述第二圆环区域夹着的圆筒状空间之间的光的穿过。

2.根据权利要求1所述的旋转接头，其特征在于，

所述第一圆形区域和所述第二圆形区域、所述第一圆环区域和所述第二圆环区域分别同轴配置。

3.根据权利要求1或2所述的旋转接头，其特征在于，

所述光分离部包括第一筒状体，所述第一筒状体配置于所述圆柱状空间与所述圆筒状空间之间。

4.根据权利要求3所述的旋转接头，其特征在于，

所述第一筒状体的内侧面形成为镜面。

5.根据权利要求3或4所述的旋转接头，其特征在于，

所述第一筒状体的外侧面形成为镜面。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的旋转接头，其特征在于，

所述光分离部包括第二筒状体，所述第二筒状体包围所述圆筒状空间，且其内侧面形成为镜面。

7.根据权利要求1或2所述的旋转接头，其特征在于，

所述光分离部包括：透光性的圆柱构件，配置于所述圆柱状空间；以及透光性的圆筒构件，配置于所述圆筒状空间，并且供所述该圆柱构件插入。

8.一种光学测定装置，具备如权利要求1至7中任一项所述的旋转接头。