JP2001044940A - 回転光結合装置 - Google Patents

回転光結合装置

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JP2001044940A
JP2001044940A JP11212034A JP21203499A JP2001044940A JP 2001044940 A JP2001044940 A JP 2001044940A JP 11212034 A JP11212034 A JP 11212034A JP 21203499 A JP21203499 A JP 21203499A JP 2001044940 A JP2001044940 A JP 2001044940A
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light
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rotary
light receiving
optical coupling
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JP11212034A
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Kenichiro Iketa
健一郎 井桁
Koji Hagino
弘司 萩野
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Nidec Advanced Motor Corp
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Nidec Servo Corp
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    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/42—Coupling light guides with opto-electronic elements
    • G02B6/4201—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details
    • G02B6/4246—Bidirectionally operating package structures
    • G—PHYSICS
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    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/36—Mechanical coupling means
    • G02B6/3604—Rotary joints allowing relative rotational movement between opposing fibre or fibre bundle ends

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Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 複雑高価な光学系を一切用いることなく、非
常に構造の簡単な光学系を使用して、双方向の無接触情
報伝達の実現する。 【解決手段】 発光素子と受光素子の組合せを２組使用
し、固定側の受光素子と回転側の受光素子を、回転軸の
ほぼ中心部に互いに対向して配置し、各々の受光素子の
外側に、受光素子と重ならないように発光素子を配置
し、その発光素子からそれぞれの相手側受光素子の中心
部に向かって斜め方向から発光素子の光ビームを投射す
るように光軸を配置し、かつ光ビームの投射角度は、受
光素子に投射された光ビームの反射経路に反対側の受光
素子ができるだけ入らないように設定し、また固定側と
回転側の組合せが互いに回転したとき、機械的に干渉し
ないで回転可能に配置する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、回転機構を介して
電気信号を送受信する装置に関するものであり、特に光
通信を用いて信号を無接触で伝達して、信頼性を向上す
るためのものである。
【０００２】
【従来の技術】ロボットの関節部やロータリ式の電子部
品装着装置のロータリヘッド部、あるいはゲーム機等で
は、回転する機構部分にアクチュエータ（主として電動
機）や、その制御装置を搭載した構造がよく用いられ
る。この場合装置本体である固定側から、回転する機構
部側へエネルギーすなわち電源を供給したり、制御信号
を送ったり、場合によっては回転側から信号を送り返し
たりする必要がある。これらの電源の供給や信号の授受
すなわち情報伝達は、回転機構を介して行う必要があ
り、従来はブラシとスリップリングを用いた接触方式に
よるものが最も一般的である。
【０００３】一方、この接触方式を非接触化したものと
して、例えば特開平８−９７５９７「電子部品装着装
置」がある。ここでは電源の供給は、回転トランスを用
いたＤＣ−ＤＣコンバータ方式で無接触給電装置を構成
し、情報伝達装置は同じく回転トランスと高周波変調方
式で、無接触情報伝達装置を実現しようとしている。ま
たこの無接触情報伝達装置は光通信に変えることができ
るとのみ言及しているが、具体的な実現方法は明示して
いない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上述の如き従来の回転
機構を介した電源供給および情報伝達装置にスリップリ
ングを用いた方式では、特に情報伝達側の特性や耐久性
に問題がある。回転側に多数のアクチュエータや制御機
器を搭載した場合、それぞれの機器への制御信号の伝達
を、並列に処理する方式ではスリップリングの極数が増
えるので、構造的に複雑かつ形状も大きくなり、当然コ
ストアップにもなる。そこで１極あるいは信頼性を上げ
るために２極を並列にしたスリップリングを用いて、信
号はシリアル信号に変換して、シリアル通信で情報伝達
を行う方式が採用されてきているが、高速のシリアル通
信が必要になるにつれ、スリップリングで発生するノイ
ズによる通信障害の影響が大きくなるので、スリップリ
ングの耐摩耗性の寿命以外に、ノイズ変化に対する寿命
が難しい問題となる。情報伝達側に比較して、電源供給
側はまだスリップリングのままでも、実用上差し支えな
い応用分野も多い。したがってまず情報伝達を回転機構
内で無接触行う方法の実現が望まれる。当然高速動作へ
の対応から、回転機構部の速度も高速化の方向にあり、
回転寿命を延ばすことが必要となるので、接触式ではい
ずれ限界となり、電源供給側の非接触化も必要になる。
【０００５】特開平８−９７５９７の実施例にある回転
トランス式の無接触情報伝達方式は、一般にＶＴＲの回
転ヘッド部に用いられている方法と同類であり、トラン
スのギャップがトランスの特性すなわち情報伝達性能に
大きく影響する。したがって、非常に狭いギャップのト
ランスが必要であり、アキシャルギャップ型のトランス
ではトランスのコアの面振れを、ラジアルギャップ型の
トランスではコアの外径の振れを小さな値としなければ
ならず、高精度の部品加工や組み立て技術を必要とし、
非常に高価なものとなる。
【０００６】電源供給側のスリップリングを無接触化す
るために、回転トランス方式を採用すると、供給電力が
大きいときにはトランスの漏れ磁束も大きくなる。した
がってトランスの近傍に情報伝達用の回転トランスを配
置すると、情報伝達に障害を与えることになるので、遮
蔽対策等が必要になりコストアップになる。この場合情
報伝達側は、光通信方式の方が直接電源側からの磁界の
影響を受けにくいので望ましい。
【０００７】本発明は上述の従来問題に留意し、光通信
方式を用いて回転機構部に組み込むことのできる、情報
伝達装置すなわち回転光結合装置を提供することが目的
である。一般に回転機構内に送受信双方向の光通信を組
み込むには、レンズやミラーあるいはプリズム等の複雑
な光学系を必要とする。本発明はそのような複雑高価な
光学系を一切用いることなく、非常に構造の簡単な光学
系で双方向の無接触情報伝達を実現することが課題であ
る。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
め、第一発明の回転光結合装置は，簡単な構造で双方向
光通信装置を回転機構内に構成するため、発光素子と受
光素子の組合せを２組使用し、固定側の受光素子と回転
側の受光素子を、回転軸のほぼ中心部に互いに対向して
配置し、各々の受光素子の外側に、受光素子と重ならな
いように発光素子を配置し、その発光素子から相手側の
それぞれの受光素子の中心部に向かって斜め方向から発
光素子の光ビームを投射するように光軸を配置し、かつ
光ビームの投射角度は、受光素子に投射された光ビーム
の反射経路に反対側の受光素子ができるだけ入らないよ
うに設定する。また固定側と回転側の組合せが互いに回
転したとき、機械的に干渉しないで回転可能に配置す
る。固定側の発光素子の光ビームが固定側の受光素子に
できるだけ入射しないように、逆に回転側の光ビームが
回転側の受光素子にできるだけ入射しないように、ビー
ムの広がり角度の小さい発光素子を使用する。また必要
に応じて発光素子の外側を蔽い、対称の受光素子の方向
にのみ光ビームを絞って投射する。発光素子と受光素子
の光軸合わせを容易にするため，両者の位置関係を規定
したケース内に発光素子と受光素子を組み込んだものを
互いに対向して配置する。このケースは前述の発光素子
の蔽いの役目を兼ねることもできる。また受光素子に対
して不要な光が入射しないように蔽いの役目をケースに
付加することも可能である。
【０００９】スリップリングの回転軸の軸端部に，第一
の発明の回転光結合装置を配置して、接触式のスリップ
ングと無接触式の回転光結合装置を組み合わせた構造と
する。
【００１０】回転トランス式の無接触式電源供給装置
の、回転軸の端部に第一の発明の回転光結合装置を配置
して、回転トランス方式と回転光結合方式を組合せて、
全無接触方式とした構造とする。
【００１１】
【作用】第一の発明に係る回転光結合装置においては、
回転軸のほぼ中心に対向して配置された受光素子と、各
々の受光素子の外側に、受光素子と重ならないように配
置された発光素子から、各々相手側の受光素子の中心部
に向かって斜め方向から発光素子の光ビームを投射する
ように光軸を配置し、かつ光ビームの投射角度は、受光
素子に投射された光ビームの反射経路に反対側の受光素
子ができるだけ入らないように設定され、かつそれぞれ
が互いに機械的に回転したとき、干渉しないように配置
された光学系は、回転軸に対してぶつかることなく自由
に機械的に回転することができ、かつ光軸を傾斜させて
配置された発光素子の照射光は、互いに交差してもそれ
ぞれの受光素子に到達するので、レンズやミラーあるい
はプリズム等の複雑な光学系を一切用いることなく、非
常に構造の簡単な光学系で双方向の無接触情報伝達を実
現することができる。発光素子の外側の蔽いは不要な光
の照射を制限して、固定側から固定側受光素子への、あ
るいは回転側から回転側受光素子への光の入射を制限し
てＳ／Ｎ比を向上させる。発光素子と受光素子の光軸に
対して、所定の位置に取り付け部を設けたケースを用い
て発光素子と受光素子を組み込む方法は、素子の組み付
けと位置決めを容易にする。またこのケースに前述の発
光素子の蔽いの役目と、また受光素子に対して不要な光
が入射しないように蔽いの役目をケースに付加すれば、
Ｓ／Ｎ比の向上を計ることができる。
【００１２】スリップリングの回転軸の軸端部に，第一
の発明の回転光結合装置を配置して、接触式のスリップ
ングと無接触式の光結合装置を組み合わせた構造は、ス
リップリング部で電源を供給し、光結合部で制御信号等
の情報伝達を行うことで、信頼性を高めた給電ならびに
情報の伝達を、回転機構を介して行う。
【００１３】回転トランス式の無接触式電源供給装置
の、回転軸の端部に第一の発明の回転光結合装置を配置
して、回転トランス方式と光結合方式を組合せて、全無
接触方式とした構造は、全て非接触の構造で、電源の供
給と制御信号等の情報伝達を行うことで、さらに信頼性
を高めた給電ならびに情報の伝達を、回転機構を介して
行う。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下図面によって本発明の実施例
を説明する。図１は本発明になる回転光結合装置の光学
系の一実施例を示す。固定側の受光素子１と発光素子２
がプリント基板３に実装されている。回転側の受光素子
１１と発光素子１２は、プリント基板１３に実装されて
いる。プリント基板１３は回転軸中心２０の周りを、図
示されていない軸受け等を介して回転するようになって
いる。受光素子１と１１は回転軸中心２０の中心部に対
向して配置されている。受光素子１と１１の外側に、受
光素子と重ならないように、発光素子２と１２をそれぞ
れ配置する。発光素子の光軸は、それぞれの相手側受光
素子の中心部に向かって、斜め方向から光ビームを投射
するように配置し、かつ光ビームの投射角度は、受光素
子に投射された光ビームの反射経路に、反対側の受光素
子の受光面ができるだけ入らないように設定する。すな
わち図１に示すように、回転側受光素子１１の受光面
の、最遠部と中央部と並びに最短部に投射された光ビー
ムを考えると、それぞれａ、ｂ、ｃのような経路で反射
する。このときｃの経路内に固定側受光素子の受光面が
入らないように光軸を設定する。また固定側と回転側の
組合せが互いに回転したとき、機械的に干渉しないで回
転可能に配置する。実際には受光素子以外の部材からの
反射光も無視できないので、固定側の発光素子２の光ビ
ームが固定側の受光素子１にできるだけ入射しないよう
に、逆に回転側の発光素子１２の光ビームが回転側の受
光素子１１にできるだけ入射しないように、ビームの広
がり角度の小さい発光素子を使用する。現実には発光素
子の光ビーム投射角はある程度広がりを持つため、完全
に絞ることは難しい。漏れた光が受光面に入るとノイズ
となるためＳ／Ｎ比を悪化させるので、十分なＳ／Ｎ比
が取れないときは、別の手段で光ビームを絞ると効果が
ある。図２は発光素子の光ビームを狭めるため、発光素
子の外側を遮光部材４で蔽い、対称の受光素子の方向に
のみ光ビームを絞って投射する実施例を示す。受光素子
と発光素子の光軸関係を保って部品実装を行うことは、
それなりの困難を伴う。組立を容易にするため、図３は
発光素子と受光素子の所定の位置関係を規定したケース
５内に、発光素子と受光素子を組み込んだものを互いに
対向して配置した実施例を断面図で示す。このケース５
は遮光材で製作し、前述の発光素子の蔽い４の役目を兼
ねて不要な光が散乱しない役目を果たしている。またさ
らに受光素子に対して不要な光が入射しないように、受
光面側にも蔽いの役目をケースに付加している。
【００１５】図４は回転光結合装置３０としてまとめた
実施例を示す。回転側のプリント基板１３は、ベアリン
グ３１で支持された回転軸３２に固定されて回転する。
固定側の発光素子２から回転側受光素子１１へ、逆に
回転側発光素子１２から固定側受光素子１へ、光ビーム
を介して無接触で情報伝達を行うことができる。固定側
と回転側の組み合わせは、互いに回転しても機械的に接
触することなく配置されている。光ビームはいつも受光
素子の中心部に投射されているので、回転に無関係に情
報伝達が行われる。固定側と回転側のプリント基板上に
は送受信信号処理回路６が実装されており、入出力ケー
ブル７を介して双方向通信が行われる。
【００１６】図５は、従来のスリップリング４０の、回
転軸の軸端部に前述の回転光結合装置３０を組み込み、
電源供給は接触式で情報伝達は無接触で行う、回転部の
給電並びに情報伝達装置としてまとめた実施例を示す。
【００１７】図６は、回転トランスを用いた無接触式電
源供給装置５０の、回転軸の軸端部に前述の回転光結合
装置３０を組み込み、電源供給と情報伝達の両者を無接
触で行う、回転部の無接触給電並びに情報伝達装置とし
てまとめた実施例を示す。
【００１８】
【発明の効果】本発明に成る回転光結合装置は、レンズ
やミラーあるいはプリズム等の複雑な光学系を一切用い
ることなく、非常に構造の簡単な光学系で双方向の無接
触情報伝達を実現することができる。また必要に応じ
て、発光素子の外側の蔽いは不要な光の照射を制限し
て、固定側から固定側受光素子への、あるいは回転側か
ら回転側受光素子への光の入射を制限してＳ／Ｎ比を向
上させる効果がある。発光素子と受光素子の光軸に対し
て、所定の位置に取り付け部を設けたケースを用いて発
光素子と受光素子を組み込む方法は、素子の組み付けと
位置決めを容易にする効果がある。またこのケースに前
述の発光素子の蔽いの役目と、また受光素子に対して不
要な光が入射しないように蔽いの役目をケースに付加す
れば、Ｓ／Ｎ比の向上を計ることができる。スリップリ
ングの回転軸の軸端部に，回転光結合装置を配置して、
接触式のスリップングと無接触式の光結合装置を組み合
わせた構造は、スリップリング部で電源を供給し、光結
合部で制御信号等の情報伝達を行うことで、情報伝達の
信頼性を高める効果があり、回転機構を介しての給電並
びに情報伝達を必要とする装置の、信頼性を向上し長寿
命化を行う効果がある。回転トランス式の無接触式電源
供給装置の、回転軸の端部に回転光結合装置を配置し
て、回転トランス方式と光結合方式を組合せて、全無接
触方式とした構造は、全て非接触の構造で、電源の供給
と制御信号等の情報伝達を行うことで、さらに信頼性を
高めた給電ならびに情報の伝達を、回転機構を介して行
う装置の、信頼性を向上し長寿命化を行う効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に成る例の光結合装置の光学系の側面図
と光軸の説明図
【図２】発光素子の不要光ビーム投射を制限する覆いの
断面図
【図３】発光素子と受光素子の光軸を定める役目と、発
光素子の不要光ビーム投射を制限する役目と受光素子へ
の不要入射光を制限する役目を備えたケースの側面図
【図４】本発明に成る例の回転光結合装置の断面図
【図５】スリップリング式電源供給装置の軸端部に、回
転光結合装置を組み付けた回転式電源供給装置付回転光
結合装置の断面図。
【図６】回転トランス式の軸端部に、回転光結合装置を
組み付けた回転式電源供給装置付回転光結合装置の断面
図。
【符号の説明】
１ 固定側受光素子 ２ 固定側発光素子 ３ 固定側プリント基板 ４ 発光素子の覆い ５ 発光受光素子組み込みケース ６ 送受信信号処理回路 ７ 入出力ケーブル １１ 回転側受光素子 １２ 回転側発光素子 １３ 回転側プリント基板 ２０ 回転軸中心 ３０ 回転光結合装置 ３１ 軸受 ３２ 回転軸 ４０ スリップリング式電源供給装置 ５０ 回転トランス式電源供給装置
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成１２年５月３０日（２０００．５．３
０）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正内容】
【書類名】 明細書
【発明の名称】 回転光結合装置
【特許請求の範囲】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、回転機構を介して
電気信号を送受信する装置に関するものであり、特に光
通信を用いて信号を無接触で伝達して、信頼性を向上す
るためのものである。
【０００２】
【従来の技術】ロボットの関節部やロータリ式の電子部
品装着装置のロータリヘッド部、あるいはゲーム機等で
は、回転する機構部分にアクチュエータ（主として電動
機）や、その制御装置を搭載した構造がよく用いられ
る。この場合装置本体である固定側から、回転する機構
部側へエネルギーすなわち電源を供給したり、制御信号
を送ったり、場合によっては回転側から信号を送り返し
たりする必要がある。これらの電源の供給や信号の授受
すなわち情報伝達は、回転機構を介して行う必要があ
り、従来はブラシとスリップリングを用いた接触方式に
よるものが最も一般的である。
【０００３】一方、この接触方式を非接触化したものと
して、例えば特開平８−９７５９７「電子部品装着装
置」がある。ここでは電源の供給は、回転トランスを用
いたＤＣ−ＤＣコンバータ方式で無接触給電装置を構成
し、情報伝達装置は同じく回転トランスと高周波変調方
式で、無接触情報伝達装置を実現しようとしている。ま
たこの無接触情報伝達装置は光通信に変えることができ
るとのみ言及しているが、具体的な実現方法は明示して
いない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上述の如き従来の回転
機構を介した電源供給および情報伝達装置にスリップリ
ングを用いた方式では、特に情報伝達側の特性や耐久性
に問題がある。回転側に多数のアクチュエータや制御機
器を搭載した場合、それぞれの機器への制御信号の伝達
を、並列に処理する方式ではスリップリングの極数が増
えるので、構造的に複雑かつ形状も大きくなり、当然コ
ストアップにもなる。そこで１極あるいは信頼性を上げ
るために２極を並列にしたスリップリングを用いて、信
号はシリアル信号に変換して、シリアル通信で情報伝達
を行う方式が採用されてきているが、高速のシリアル通
信が必要になるにつれ、スリップリングで発生するノイ
ズによる通信障害の影響が大きくなるので、スリップリ
ングの耐摩耗性の寿命以外に、ノイズ変化に対する寿命
が難しい問題となる。情報伝達側に比較して、電源供給
側はまだスリップリングのままでも、実用上差し支えな
い応用分野も多い。したがってまず情報伝達を回転機構
内で無接触で行う方法の実現が望まれる。当然高速動作
への対応から、回転機構部の速度も高速化の方向にあ
り、回転寿命を延ばすことが必要となるので、接触式で
はいずれ限界となり、電源供給側の非接触化も必要にな
る。
【０００５】特開平８−９７５９７の実施例にある回転
トランス式の無接触情報伝達方式は、一般にＶＴＲの回
転ヘッド部に用いられている方法と同類であり、トラン
スのギャップがトランスの特性すなわち情報伝達性能に
大きく影響する。したがって、非常に狭いギャップのト
ランスが必要であり、軸方向に空隙を有するアキシャル
ギャップ型のトランスではトランスのコアの面振れを、
径方向に空隙を有するラジアルギャップ型のトランスで
はコアの外径の振れを小さな値としなければならず、高
精度の部品加工や組み立て技術を必要とし、非常に高価
なものとなる。
【０００６】電源供給側のスリップリングを無接触化す
るために、回転トランス方式を採用すると、供給電力が
大きいときにはトランスの漏れ磁束も大きくなる。した
がってトランスの近傍に情報伝達用の回転トランスを配
置すると、情報伝達に障害を与えることになるので、遮
蔽対策等が必要になりコストアップになる。この場合情
報伝達側は、光通信方式の方が直接電源側からの磁界の
影響を受けにくいので望ましい。
【０００７】本発明は上述の従来問題に留意し、光通信
方式を用いて回転機構部に組み込むことのできる、情報
伝達装置すなわち回転光結合装置を提供することが目的
である。一般に回転機構内に送受信双方向の光通信を組
み込むには、レンズやミラーあるいはプリズム等の複雑
な光学系を必要とする。本発明はそのような複雑高価な
光学系を一切用いることなく、非常に構造の簡単な光学
系で双方向の無接触情報伝達を実現することが課題であ
る。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
め、第一発明の回転光結合装置は，簡単な構造で双方向
光通信装置を回転機構内に構成するため、発光素子と受
光素子の組合せを２組使用し、固定側の受光素子と回転
側の受光素子を、回転軸のほぼ中心部に互いに対向して
配置し、各々の受光素子の外側に、受光素子と重ならな
いように発光素子を配置し、その発光素子から相手側の
それぞれの受光素子の中心部に向かって斜め方向から発
光素子の光ビームを投射するように光軸を配置し、かつ
光ビームの投射角度は、受光素子に投射された光ビーム
の反射経路に反対側の受光素子ができるだけ入らないよ
うに設定する。また固定側と回転側の組合せが互いに回
転したとき、機械的に干渉しないで回転可能に配置す
る。固定側の発光素子の光ビームが固定側の受光素子に
できるだけ入射しないように、逆に回転側の光ビームが
回転側の受光素子にできるだけ入射しないように、ビー
ムの広がり角度の小さい発光素子を使用する。また必要
に応じて発光素子の外側を蔽い、対称の受光素子の方向
にのみ光ビームを絞って投射する。発光素子と受光素子
の光軸合わせを容易にするため，両者の位置関係を規定
したケース内に発光素子と受光素子を組み込んだものを
互いに対向して配置する。このケースは前述の発光素子
の蔽いの役目を兼ねることもできる。また受光素子に対
して不要な光が入射しないように蔽いの役目をケースに
付加することも可能である。
【０００９】スリップリングの回転軸の軸端部に，第一
の発明の回転光結合装置を配置して、接触式のスリップ
ングと無接触式の回転光結合装置を組み合わせた構造と
する。
【００１０】回転トランス式の無接触式電源供給装置
の、回転軸の端部に第一の発明の回転光結合装置を配置
して、回転トランス方式と回転光結合方式を組合せて、
全無接触方式とした構造とする。
【００１１】
【作用】第一の発明に係る回転光結合装置においては、
回転軸のほぼ中心に対向して配置された受光素子と、各
々の受光素子の外側に、受光素子と重ならないように配
置された発光素子から、各々相手側の受光素子の中心部
に向かって斜め方向から発光素子の光ビームを投射する
ように光軸を配置し、かつ光ビームの投射角度は、受光
素子に投射された光ビームの反射経路に反対側の受光素
子ができるだけ入らないように設定され、かつそれぞれ
が互いに機械的に回転したとき、干渉しないように配置
された光学系は、回転軸に対してぶつかることなく自由
に機械的に回転することができ、かつ光軸を傾斜させて
配置された発光素子の照射光は、互いに交差してもそれ
ぞれの受光素子に到達するので、レンズやミラーあるい
はプリズム等の複雑な光学系を一切用いることなく、非
常に構造の簡単な光学系で双方向の無接触情報伝達を実
現することができる。発光素子の外側の蔽いは不要な光
の照射を制限して、固定側から固定側受光素子への、あ
るいは回転側から回転側受光素子への光の入射を制限し
てＳ／Ｎ比を向上させる。発光素子と受光素子の光軸に
対して、所定の位置に取り付け部を設けたケースを用い
て発光素子と受光素子を組み込む方法は、素子の組み付
けと位置決めを容易にする。またこのケースに前述の発
光素子の蔽いの役目と、また受光素子に対して不要な光
が入射しないように蔽いの役目をケースに付加すれば、
Ｓ／Ｎ比の向上を計ることができる。
【００１２】スリップリングの回転軸の軸端部に，第一
の発明の回転光結合装置を配置して、接触式のスリップ
ングと無接触式の光結合装置を組み合わせた構造は、ス
リップリング部で電源を供給し、光結合部で制御信号等
の情報伝達を行うことで、信頼性を高めた給電ならびに
情報の伝達を、回転機構を介して行う。
【００１３】回転トランス式の無接触式電源供給装置
の、回転軸の端部に第一の発明の回転光結合装置を配置
して、回転トランス方式と光結合方式を組合せて、全無
接触方式とした構造は、全て非接触の構造で、電源の供
給と制御信号等の情報伝達を行うことで、さらに信頼性
を高めた給電ならびに情報の伝達を、回転機構を介して
行う。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下図面によって本発明の実施例
を説明する。図１は本発明になる回転光結合装置の光学
系の一実施例を示す。固定側の受光素子１と発光素子２
がプリント基板３に実装されている。回転側の受光素子
１１と発光素子１２は、プリント基板１３に実装されて
いる。プリント基板１３は回転軸中心２０の周りを、図
示されていない軸受け等を介して回転するようになって
いる。受光素子１と１１は回転軸中心２０の中心部に対
向して配置されている。受光素子１と１１の外側に、受
光素子と重ならないように、発光素子２と１２をそれぞ
れ配置する。発光素子の光軸は、それぞれの相手側受光
素子の中心部に向かって、斜め方向から光ビームを投射
するように配置し、かつ光ビームの投射角度は、受光素
子に投射された光ビームの反射経路に、反対側の受光素
子の受光面ができるだけ入らないように設定する。すな
わち図１に示すように、回転側受光素子１１の受光面
の、最遠部と中央部と並びに最短部に投射された光ビー
ムを考えると、それぞれａ、ｂ、ｃのような経路で反射
する。このときｃの経路内に固定側受光素子の受光面が
入らないように光軸を設定する。また固定側と回転側の
組合せが互いに回転したとき、機械的に干渉しないで回
転可能に配置する。実際には受光素子以外の部材からの
反射光も無視できないので、固定側の発光素子２の光ビ
ームが固定側の受光素子１にできるだけ入射しないよう
に、逆に回転側の発光素子１２の光ビームが回転側の受
光素子１１にできるだけ入射しないように、ビームの広
がり角度の小さい発光素子を使用する。現実には発光素
子の光ビーム投射角はある程度広がりを持つため、完全
に絞ることは難しい。漏れた光が受光面に入るとノイズ
となるためＳ／Ｎ比を悪化させるので、十分なＳ／Ｎ比
が取れないときは、別の手段で光ビームを絞ると効果が
ある。図２は発光素子の光ビームを狭めるため、発光素
子の外側を遮光部材４で蔽い、対称の受光素子の方向に
のみ光ビームを絞って投射する実施例を示す。受光素子
と発光素子の光軸関係を保って部品実装を行うことは、
それなりの困難を伴う。組立を容易にするため、図３は
発光素子と受光素子の所定の位置関係を規定したケース
５内に、発光素子と受光素子を組み込んだものを互いに
対向して配置した実施例を断面図で示す。このケース５
は遮光材で製作し、前述の発光素子の蔽い４の役目を兼
ねて不要な光が散乱しない役目を果たしている。またさ
らに受光素子に対して不要な光が入射しないように、受
光面側にも蔽いの役目をケースに付加している。
【００１５】図４は回転光結合装置３０としてまとめた
実施例を示す。回転側のプリント基板１３は、ベアリン
グ３１で支持された回転軸３２に固定されて回転する。
固定側の発光素子２から回転側受光素子１１へ、逆に
回転側発光素子１２から固定側受光素子１へ、光ビーム
を介して無接触で情報伝達を行うことができる。固定側
と回転側の組み合わせは、互いに回転しても機械的に接
触することなく配置されている。光ビームはいつも受光
素子の中心部に投射されているので、回転に無関係に情
報伝達が行われる。固定側と回転側のプリント基板上に
は送受信信号処理回路６が実装されており、入出力ケー
ブル７を介して双方向通信が行われる。
【００１６】図５は、従来のスリップリング４０の、回
転軸の軸端部に前述の回転光結合装置３０を組み込み、
電源供給は接触式で情報伝達は無接触で行う、回転部の
給電並びに情報伝達装置としてまとめた実施例を示す。
【００１７】図６は、回転トランスを用いた無接触式電
源供給装置５０の、回転軸の軸端部に前述の回転光結合
装置３０を組み込み、電源供給と情報伝達の両者を無接
触で行う、回転部の無接触給電並びに情報伝達装置とし
てまとめた実施例を示す。
【００１８】
【発明の効果】本発明に成る回転光結合装置は、レンズ
やミラーあるいはプリズム等の複雑な光学系を一切用い
ることなく、非常に構造の簡単な光学系で双方向の無接
触情報伝達を実現することができる。また必要に応じ
て、発光素子の外側の蔽いは不要な光の照射を制限し
て、固定側から固定側受光素子への、あるいは回転側か
ら回転側受光素子への光の入射を制限してＳ／Ｎ比を向
上させる効果がある。発光素子と受光素子の光軸に対し
て、所定の位置に取り付け部を設けたケースを用いて発
光素子と受光素子を組み込む方法は、素子の組み付けと
位置決めを容易にする効果がある。またこのケースに前
述の発光素子の蔽いの役目と、また受光素子に対して不
要な光が入射しないように蔽いの役目をケースに付加す
れば、Ｓ／Ｎ比の向上を計ることができる。スリップリ
ングの回転軸の軸端部に，回転光結合装置を配置して、
接触式のスリップングと無接触式の光結合装置を組み合
わせた構造は、スリップリング部で電源を供給し、光結
合部で制御信号等の情報伝達を行うことで、情報伝達の
信頼性を高める効果があり、回転機構を介しての給電並
びに情報伝達を必要とする装置の、信頼性を向上し長寿
命化を行う効果がある。回転トランス式の無接触式電源
供給装置の、回転軸の端部に回転光結合装置を配置し
て、回転トランス方式と光結合方式を組合せて、全無接
触方式とした構造は、全て非接触の構造で、電源の供給
と制御信号等の情報伝達を行うことで、さらに信頼性を
高めた給電ならびに情報の伝達を、回転機構を介して行
う装置の、信頼性を向上し長寿命化を行う効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に成る例の光結合装置の光学系の側面図
と光軸の説明図
【図２】発光素子の不要光ビーム投射を制限する覆いの
断面図
【図３】発光素子と受光素子の光軸を定める役目と、発
光素子の不要光ビーム投射を制限する役目と受光素子へ
の不要入射光を制限する役目を備えたケースの側面図
【図４】本発明に成る例の回転光結合装置の断面図
【図５】スリップリング式電源供給装置の軸端部に、回
転光結合装置を組み付けた回転式電源供給装置付回転光
結合装置の断面図。
【図６】回転トランス式の軸端部に、回転光結合装置を
組み付けた回転式電源供給装置付回転光結合装置の断面
図。
【符号の説明】 １ 固定側受光素子 ２ 固定側発光素子 ３ 固定側プリント基板 ４ 発光素子の覆い ５ 発光受光素子組み込みケース ６ 送受信信号処理回路 ７ 入出力ケーブル １１ 回転側受光素子 １２ 回転側発光素子 １３ 回転側プリント基板 ２０ 回転軸中心 ３０ 回転光結合装置 ３１ 軸受 ３２ 回転軸 ４０ スリップリング式電源供給装置 ５０ 回転トランス式電源供給装置
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０４Ｂ 10/135 10/13 10/12 // Ｈ０４Ｌ 25/02 ３０３

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】発光素子と受光素子の組合せを２組使用
    し、固定側の受光素子と回転側の受光素子を、回転軸の
    ほぼ中心部に互いに対向して配置し、各々の受光素子の
    外側に、受光素子と重ならないように発光素子を配置
    し、その発光素子からそれぞれの相手側受光素子の中心
    部に向かって斜め方向から発光素子の光ビームを投射す
    るように光軸を配置し、かつ光ビームの投射角度は、受
    光素子に投射された光ビームの反射経路に反対側の受光
    素子ができるだけ入らないように設定し、また固定側と
    回転側の組合せが互いに回転したとき、機械的に干渉し
    ないで回転可能に配置したことを特徴とする回転光結合
    装置。
  2. 【請求項２】発光素子の外側に遮光材の蔽いをかぶせ、
    対称の受光素子の方向にのみ光ビームを絞って投射する
    ようにした、請求項１記載の回転光結合装置。
  3. 【請求項３】発光素子と受光素子の，両者の位置関係を
    規定したケース内に発光素子と受光素子を組み込んだも
    のを互いに対向して配置して、かつこのケースは発光素
    子の不要投射光の蔽いの役目を兼ね、また受光素子に対
    して不要な光が入射しないように蔽いの役目をケースに
    付加した、請求項１記載の回転光結合装置。
  4. 【請求項４】スリップリングの回転軸の軸端部に，第一
    の発明の回転光結合装置を配置して、接触式のスリップ
    ングと無接触式の光結合装置を組み合わせた回転式電源
    供給装置付回転光結合装置。
  5. 【請求項５】回転トランス式の無接触式電源供給装置
    の、回転軸の端部に第一の発明の回転光結合装置を配置
    して、回転トランス方式と光結合方式を組合せて、回転
    式電源供給装置付回転光結合装置。
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