JP2009130773A - 非接触コネクタ - Google Patents

Abstract

【課題】回転側と固定側とで双方向の通信を行い得る非接触コネクタを提供すること。また、通信の連続性を確保した非接触コネクタ通信の連続性を確保した非接触コネクタを提供すること。
【解決手段】回転軸のまわりを回転する回転体に配置された回転側光素子と、固定体に配置された固定側光素子と、から構成され、前記回転側光素子と前記固定側光素子との間で非接触によりデータの送受信を行う非接触コネクタにおいて、前記回転軸上に前記回転側光素子又は前記固定側光素子から発光された光を反射する反射体を備え、前記反射体は、可視光波長から近赤外線波長域に対して透明な２つの直方体形状素材のうち、一方の素材の一面には薄い金属膜が蒸着され、他の素材と蒸着膜面を介して接着成形して構成する、外形形状が直方体形状のキュービックミラーで構成される。
【選択図】図３

Description

本発明は、データの送受信を非接触で行う非接触コネクタに関する。

昨今、無線技術の進展により、コネクタとしての機能を有しつつ、非接触でデータの送受信を行う非接触コネクタが登場し始めている。

例えば、回転可能なカメラと信号処理部とを非接触コネクタで接続することにより、カメラで撮像した映像信号を非接触で信号処理部に送信することができる。

非接触コネクタの従来技術としては、回転体と固定体とで構成された非接触コネクタにおいて、固定体から回転体の各部に非接触で給電を行うものがある（例えば、以下の特許文献１）。

また、ギアに接続された反射鏡を回転体に設け、この反射鏡を介して、回転体と固定体との間の非接触によるデータ送受信を行うことで、高速通信の連続性を確保した非接触コネクタもある（例えば、以下の特許文献２，３）。

一方、金属を表面に蒸着させた金属蒸着鏡面は、ガラスなどの透明素材の外表面に金属を蒸着させて鏡面とし、光を透明素材内に入射させて用いる平面反射鏡として利用されている。
特開２００２−７５７６０号公報 特開２００５−２７７５６５号公報 特開２００５−２９０４７２号公報

しかしながら、特開２００２−７５７６０号公報に開示された発明では、受光素子の切り替えを行う必要があり、高速でデータが伝送されたときにその切り替えが追いつかず、高速通信の連続性を確保できない、という問題があった。

また、特開２００５−２７７５６５号公報や、特開２００５−２９０４７２号公報に開示された発明では、高速通信の連続性を確保することができても、反射鏡が発光素子と受光素子との直線上に配置されたとき、反射鏡が発光素子からの光を遮断する場合がある、という問題もあった。

さらに、非接触コネクタにおいて、回転側と固定側との間で双方向に、多チャンネルで送受信できるようにする要請もある。

そこで、本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものでその目的は、回転側と固定側とで双方向の通信を行い得る非接触コネクタを提供することにある。

また、本発明の他の目的は、通信の連続性を確保した非接触コネクタを提供することにある。

上記目的を達成するために本発明は、回転軸のまわりを回転する回転体に配置された回転側光素子と、固定体に配置された固定側光素子と、から構成され、前記回転側光素子と前記固定側光素子との間で非接触によりデータの送受信を行う非接触コネクタにおいて、前記回転軸上に前記回転側光素子又は前記固定側光素子から発光された光を反射する反射体を備え、前記反射体は、可視光波長から近赤外線波長域に対して透明な２つの直方体形状素材のうち、一方の素材の一面には薄い金属膜が蒸着され、他の素材と蒸着膜面を介して接着成形して構成する、外形形状が直方体形状のキュービックミラーで構成される。

本発明による非接触コネクタは、回転側と固定側とで双方向の通信を行い得る非接触コネクタを提供できる。また、本発明による非接触コネクタは、通信の連続性を確保した非接触コネクタを提供できる。

以下、図面を参照しながら本発明を実施するための最良の形態について説明する。

図１は、本発明が適用される非接触コネクタ１０の一例である。回転体１は回転軸４を中心に回転可能に構成される。また、固定体２は回転体１の周囲に固定して配置される。

回転体１は、回転側電気回路部１１と、回転側保持部１２と、回転側光素子１３と、回転側トランス巻線１４と、回転側トランスコア１５、及び反射体７を備える。

回転側電気回路部１１は、回転体１の上部に設けられ、各種データ処理を行う。例えば、回転体１に撮像用のカメラが取り付けられているとき、回転側電気回路部１１には、カメラからの映像信号等が入力され、回転側光素子１３を発光させるための電気信号を出力する。

回転側保持部１２は、回転側電気回路部１１の下部に位置し、回転側電気回路部１１を保持する。

回転側光素子１３は、回転軸４に直交する回転体１の円盤面上に位置する。この回転側光素子１３は、回転側電気回路部１１からの電気信号に基づいて発光して、反射体７を介し非接触で固定側光素子２３にデータを送信する。また、回転側光素子１３は、固定側光素子２３からのデータを、反射体７を介して受光し回転側電気回路部１１に出力する。

回転側トランス巻線１４は、回転側保持部１２の下部にあって、回転体１の外周の凹部に位置する。電磁誘導作用により固定体２からの電力が供給され、この回転側トランス巻線１４により回転体１の各部への電力を供給することができる。

回転側トランスコア１５は、回転側トランス巻線１４を取り囲むようにその断面がコ字状に形成される。回転側トランスコア１５は、その凹部に回転側トランス巻線１４を収納し固定体２との間で回転トランスを形成する。なお、上述した回転側保持部１２はこの回転側トランスコア１５の一部である。

反射体７は、回転体１の回転軸４上に位置し、回転軸４を中心に回転可能に構成される。この反射体７は、各光素子１３、２３から発光された光を反射する。反射体７の詳細は後述する。

次に固定体２について説明する。固定体２は、図１に示すように、固定側電気回路部２１と、固定側保持部２２と、固定側光素子２３と、固定側トランス巻線２４、及び固定側トランスコア２５を備える。

固定側電気回路部２１は、固定体２の円盤上部に設けられている。固定側電気回路部２１は、固定側光素子２３と接続され、固定側光素子２３によって受光したデータを処理して固定体２に接続された外部装置に出力する。また、固定側電気回路部２１は、外部装置から入力されたデータを固定側光素子２３に出力する。

固定側保持部２２は、固定側電気回路部２１の下部に位置し、固定側電気回路部２１を保持する。

固定側光素子２３は、回転側光素子１３が配置された回転体１の円盤面と略平行な固定体２の平面盤上に位置する。固定側光素子２３は、回転側光素子１３から発光された光を、反射体７を介して非接触で受光し、受光したデータを固定側電気回路部２１に出力する。また、固定側光素子２３は固定側電気回路部２１からのデータに基づいて発光し、反射体７を介して回転側光素子１３にデータを送信する。図１に示すように固定側光素子２３は回転側光素子１３との間で回転軸４に対して略直交する方向に光路が形成される。

固定側トランス巻線２４は、回転側トランス巻線１４と対向する位置にあって、固定体２の内周側に位置する。固定側トランス巻線２４は、固定体２に接続された外部装置から電力が供給される。

固定側トランスコア２５は、固定側トランス巻線２４を取り囲むようにその断面がコ字状に形成される。固定側トランスコア２５はその凹部に固定側トランス巻線２４を収納し、回転体１との間で回転トランスを形成する。なお、固定側保持部２２はこの固定側トランスコア２５の一部である。

更に、本非接触コネクタ１０は、回転体１の回転動作を滑らかにしたり、回転体１と固定体２との位置決め等のために転動体３１を備える。転動体３１は、回転体１と固定体２との間隙に位置する。回転体１及び固定体２はこの転動体３１の回転動作を滑らかにするためにそれぞれ内輪及び外輪とを備える。この転動体３１と内輪、及び外輪により軸受け５が構成される。

なお、回転体１の回転動作の円滑化や位置決め等が不要の場合には、転動体３１は省略が可能である。

次に、回転側光素子１３と固定側光素子２３との間で形成される光路について説明する。図２はその一例で、本非接触コネクタ１０の上面図である。回転側光素子１３を発光素子、固定側光素子２３を受光素子とし、反射体７は回転軸４と回転体１との交点である回転中心Ｏを中心にして回転する。

図に示すように、回転側発光素子１３と固定側受光素子２３とが回転中心Ｏに向けて一直線上に位置し、反射体７の平面部分が線分ＣＥ上にある場合を考える。この場合に、回転側発光素子１３は反射体７に向けて光を発光すると、その光は反射体７において反射され、固定側受光素子２３に向かう。この場合に、発光素子１３は反射体７からの光を遮断して受光素子２３で受光できないことも考えられるが、例えば、受光素子２３を発光素子１３より高い位置に設けることで、これを回避できる。

次に、図３に示すように、回転体１が所定角θだけ回転した場合を考える。この場合、回転側発光素子１３は位置Ａ’から位置Ａ’’に移動する。

一般に、入射光が鏡などの反射面で反射するとき、反射面に直交する反射中心線と入射光とでなす角と、反射中心線と反射光とでなす角は等しくなる。図３の例では、発光素子１３からの入射光と反射中心線とのなす角（θ／２）は、反射中心線と反射光とでなす角（θ／２）とは等しい。

一方、反射中心線は回転側光素子１３の移動に伴い回転中心Ｏを中心にして回転移動する。この移動する回転中心線に沿って反射体７の反射面を回転させれば、入射光及び反射光と反射中心線とのなす角はともにθ／２となるため、回転側光素子１３から発光された光は反射体７で反射され特定の固定側光素子２３に常に向かう。

従って、反射体７の回転速度を回転体１の回転速度の半分にすれば、回転側発光素子１３から発光された光は常に特定の固定側受光素子２３に向かう。

つまり、回転側光素子１３から発光された光が反射体７で反射し、その光路線分上に固定側光素子２３が位置したときに、反射体７を介して発光素子１３と受光素子２３との間で光路が形成されるよう回転側光素子１３と固定側光素子２３とを設ける。そして、以後、反射体７の回転速度を回転体１の回転速度の半分にすれば、回転軸４を中心に反射体７の反射面が回転するため、回転側発光素子１３が回転体１の回転に伴いどの位置に位置するときでも、常に特定位置にある固定側受光素子２３との間で光路が形成される。

図３に示すように、回転体１の回転で位置Ａ’’に回転側光素子１３が位置しているとき、反射中心線はθ／２に位置し、従って、回転側発光素子１３から発光された光は反射体７で反射され固定側受光素子２３で受光することができる。

図４（Ａ）から同図（Ｄ）は、反射体７の詳細な構成例を示す図である。本実施例による反射体７は、２つの透明素材からなる直方体７１，７２のうち、一方の直方体７１の外表明７３を金属蒸着鏡面に成形した後、その蒸着鏡面を他の直方体７２でサンドイッチ状に接着接合して、反射面の厚さが極めて薄くかつその両面が反射面となるように構成した平面鏡である。

図４（Ａ）及び同図（Ｂ）は、２つの透明素材から成る直方体形状の透明素材７１，７２を示す。前者の直方体aFGbdBCcのうちabcd面７３は金属蒸着加工を行った平面鏡面となっており、後者の直方体EefHAhgDのうちのefgh面７４とサンドイッチ状に接着接合し、反射体７である、直方体EFGHABCD形状のキュービックミラー７を構成する。

図４（Ｃ）は、キュービックミラー７の形状（直方体EFGHABCD）とキュービックミラー７の平面鏡としての光学的機能を示す図である。キュービックミラー７に対してABCD面から入射し、abcd面で反射した後、EFGH面から出射する光束の光路を示している。因みに、キュービックミラー７の中心軸は回転軸４上に配置され、キュービックミラー７の辺abの中点P、辺cdの中点Qとを通る直線で、本キュービックミラー７の反射点である。また、キュービックミラー７への入射時及び出射時の透明素材の屈折率による光路の屈折効果を複雑さを考慮して描いていない。

図４（Ｄ）に光路の細部を示すが、同図（Ｄ）の左図が同図（Ｃ）の上面図を、右図が側面図を示している。

まず、光路１は（ABCD面の中の）AdcD面から中心軸（回転軸）４に入射され、（EFGH面の中の）EabH面から出射する光路を示している。次に光路２は（ABCD面の中の）cd線上から中心軸４に向けて入射され、ab線上から出射する光路を示している。なお、dBCc面から出射し、aFGb面から出射する光路も当然存在するが、光路２と全く同様に扱えるのでここでは説明と省略する。また、本図でも、キュービックミラー７への入射時及び出射時の透明素材７１，７２の屈折率差による光路の屈折効果は複雑さを考慮して描いていない。

なお、キュービックミラー７を構成する透明素材７１，７２は、可視光波長から近赤外線波長域に対して透明であり、蒸着膜面７３において可視光波長及び近赤外線波長波を反射する。よって、本キュービックミラー７により反射体７を構成することで可視光のみならず赤外線も反射でき、回転体１と固定体２との間で赤外線通信も行い得る。

このようなキュービックミラー７により、回転体１が１８０°（θ＝１８０°）回転したとき、反射体（キュービックミラー）７から受光素子２３に向かう光路が遮断されることなく、蒸着膜面７３で透過する。反射体７を反射鏡で構成する場合と比較し、その厚さを薄くする等の工夫をすることなく、容易に全ての角度に対して受光素子２３への光路を確保できる。

なお、回転体１が９０°回転したとき（θ＝９０°）、キュービックミラー７は４５°回転し、反射中心線は４５°に位置する。このとき、回転側発光素子１３は線分ＣＯ上に位置し、発光素子１３から反射体７で反射された光は位置Ｂにある受光素子２３に向かう。

また、回転体１が２７０°回転したときは（θ＝２７０°）、キュービックミラー７は１３５°回転し（θ／２）、反射中心線が１３５°に位置する。回転側光素子１３は、線分ＥＯ上に位置し、回転側発光素子１３から発光された光は位置Ｂの固定側受光素子２３に向かうことになる。

したがって、回転側光素子１３が回転体１の回転に伴いどの位置に移動しても、特定位置にある固定側受光素子２３との間で常に光路が形成される。よって、回転側光素子１３と固定側光素子２３との間で切断のない光路が形成され、通信の連続性が確保される。なお、光の可逆性から回転側光素子１３を受光素子、固定側光素子２３を発光素子としても全く同様である。

次に図５を参照して、回転体１に複数の発光素子１３を設けて、それに対応するように固定体２に複数の受光素子２３を設けた場合について説明する。図５では、回転側発光素子１３と固定側受光素子２３とが正六角形の各頂点位置に位置する例である。

この例でも、回転側光素子１３から発光された光がキュービックミラー７で反射する、その光路線分上に固定側光素子２３が位置するときに、回転側光素子１３と固定側光素子２３との間で反射体７を介して光路が形成されるよう各回転側光素子１３と各固定側光素子２３とが設けられている。

図５（Ａ）の位置での光路を考える。キュービックミラー７の反射面はＢ３とＢ６とを結ぶ線分と平行に位置する。この場合、反射中心線は図のように位置する。従って、回転側発光素子Ａ１から発光された光は反射体７で反射され、固定側受光素子Ｂ１に向かう。また、回転側発光素子Ａ２も対応する固定側受光素子Ｂ２との間で光路が形成される。更に、回転側発光素子Ａ３からの光路についても、上述したように、固定側受光素子Ｂ３に向けてその光路が形成される。キュービックミラー７は蒸着膜面７３の両面が反射面のため、それ以外の各発光素子Ａ４〜Ａ６も全く同様である。

ここで、図５（Ｂ）に示すように回転体１が反時計回りに６０°回転した場合を考える。各発光素子Ａ１〜Ａ６も６０°移動する。このとき、キュービックミラー７は回転体１の半分の回転速度なので、３０°だけ回転する。従って、反射中心線は図に示すように位置する。回転側発光素子Ａ１は、固定側受光素子Ｂ１に向けて光路が形成され、回転側発光素子Ａ２は固定側受光素子Ｂ２に向けて光路が形成される。それ以外の発光素子Ａ３〜Ａ６も、キュービックミラー７の蒸着膜面７３の両面が反射面であるため、全く同様である。

このように回転側発光素子１３と固定側受光素子２３とを複数配置させた場合でも、各回転側光素子１３と対応する各固定側受光素子２３との間で常に光路を形成させることができる。従って、回転側光素子１３と固定側光素子２３とが複数存在したときでも、各素子１３、２３間で切断のない光路が形成され、通信の連続性を確保することができる。なお、複数の光素子１３、２３による通信により、本非接触コネクタ１０において多チャンネルのデータの送受信を行うことができる。

この図５に示す例では説明を容易にするため６０°間隔に各素子１３、２３を配置させたが、６０°間隔に限らず任意の位置にあってもよい。反射体（キュービックミラー）７の回転速度を回転体１の回転速度の半分にすれば、常に回転側光素子１３と対応する固定側受光素子２３との間で光路が形成されるからである。このとき、反射体７の初期角度位置は、例えば、回転側発光素子１３と固定側受光素子２３との間で光路が形成されるように反射体７の向きを設定しておけば良い。

また、図５に示す例では各回転側光素子１３は回転中心Ｏからの距離が一定の位置に設けられているが、その距離は任意の位置にあってもよい。この場合に各回転側光素子１３は、対応する固定側光素子２３にその光路が形成されるように、夫々その取り付け角度αを設定して回転体１に設けるようにすればよい。

更に、図５に示す例では、回転側光素子１３を発光素子、固定側光素子２３を受光素子として説明したが、光の可逆性から回転側光素子１３を受光素子、固定側光素子２３を発光素子としても全く同様に光路が形成される。これにより、本非接触コネクタ１０において同時双方向性のデータ送受信を行うことができる。

更に、複数ある回転側光素子１３の一部を発光素子、残りを受光素子となるよう混合配置しても同様である。例えば、回転側光素子Ａ１を発光素子、光素子Ａ２を受光素子とすると、固定側光素子Ｂ１は受光素子、光素子Ｂ２は発光素子となるように混合配置する。

次に、反射体７の回転速度を回転体１の回転速度の半分にさせる回転制御について説明する。図６は、その一例である遊星歯車変速装置４０を示す。この遊星歯車変速装置４０は、例えば回転体１内部に設けられている。

遊星歯車変速装置４０は、太陽歯車４１と、遊星歯車４２と、内歯車４３、及び腕４４とから構成される。太陽歯車４１は、回転体１の中心に設置される。この太陽歯車４１の回転軸と回転体１を回転させる本体装置側の回転軸とは一致するため、太陽歯車４１は回転体１とともに回転軸４を中心に回転する。

一方、遊星歯車４２は、太陽歯車４２の外側に配置され、太陽歯車４１の回転に伴い回転するとともに、太陽歯車４２と内歯車４３との間を移動するように構成される。遊星歯車４２は、内歯車４３に噛み合わせる歯車上に、太陽歯車４１と噛み合わせる歯車（固着歯車）を備えた２段構造である。また、腕４４は、遊星歯車４２の中心と反射体７の中心（回転軸４上の位置）とを結ぶ線分上に配置される。

ここで、本体装置側の回転により太陽歯車４１がＧ方向に回転すると、遊星歯車４２はＨ方向に移動する。そして、この移動に伴い反射体７もＨ方向に回転する。ここで、太陽歯車４１の歯数と遊星歯車４２の歯数との比を所定の値にすることで、遊星歯車４２の移動速度は太陽歯車４１の回転速度の半分となる。これにより、反射体７は回転体１の回転速度の半分で回転軸４を中心に回転する。

次に、反射体７の回転速度又は回転角度を半分にさせる回転制御の他の例について説明する。

図７（Ａ）は本非接触コネクタ１０の上面図であり、図７（Ｂ）は本非接触コネクタ１０の断面図である。図に示すように、回転体１には、回転軸４側から順に、内輪５３２と、転動体５３３と、外輪５３１と、回転側マグネット５４１とを備える。この内輪５３２と、転動体５３３、及び外輪５３１とで上述した軸受け５が構成される。また、固定体２には、回転側マグネット５４１と対向する位置に固定側マグネット５４２を備える。

そして、回転体１には、更に２つの弾性体５１、５２を備える。この２つの弾性体５１、５２は共に略同じ弾性特性を有する。図７（Ａ）等に示すように、２つの弾性体５１、５２は直列に接続される。また、弾性体５１の一端は内輪５３２に接続され、弾性体５２の一端は外輪５３１に接続される。

一方、回転側マグネット５４１と固定側マグネット５４２とは互いに対向して配置されているため、磁力により両マグネット５４１、５４２は空間的に結合する。従って、回転体１が回転しても、回転側マグネット５４１は固定側マグネット５４２との磁力により回転することはない。また、外輪５３１も回転側マグネット５４１と一体的に結合されているため、外輪５３１も回転することはない。この回転側マグネット５４１と外輪５３１とで空間固定体が構成される。

つまり、弾性体５２の一端は回転体１の空間固定体と接続しているため、回転体１が回転しても回転しない。一方、弾性体５１の一端は内輪５３２と接続しているため回転体１の回転と共に回転する。尚、この２つの弾性体５１、５２により弾性体駆動装置５０が構成される。

次に、弾性駆動装置５０の動作について説明する。図８は、その動作を説明するための図である。２つの弾性体５１、５２が線分ＰＱ上に位置するときから、回転体１が回転角度θだけ回転したときを考える。つまり、弾性体５１の一端が点Ｑから点Ｑ’に移動したときを考える。

回転体１の回転により、２つの弾性体５１、５２は全体として「ｘ」だけ伸びたとき、２つの弾性体５１、５２の弾性特性は略同じのため、弾性体５１は「ｘ／２」だけ、弾性体５２も「ｘ／２」だけ伸びる。

ここで、２つの三角形ＯＰＳとＯＱ’Ｓとを考えると、この２つの三角形は同一形状である。線分ＰＳは「ｘ／２」だけ延び、線分ＳＱ’も「ｘ／２」だけ伸びるからである。

そして、回転体１がθだけ回転したとき、線分ＰＳが「ｘ／２」だけ伸びたため、反射体７は線分ＯＲ上の位置から「θ／２」だけ回転することになる。従って、回転体１の回転角度の半分で反射体７を回転させることができる。

このように、弾性体５１の一端は回転体１の回転と共に回転する回転体１上の位置（点Ｑや点Ｑ’）で接続され、弾性体５２の他端は固定体２と磁力により空間的に結合されて回転体１の回転に伴い回転しない回転体１上の位置（点Ｐ）で接続される。反射体７は、線分ＰＱ（線分ＰＱ’）の略中央と回転軸４と、を結ぶ線分ＯＲ（線分ＯＳ）上に反射体７の反射面が位置するように設けられている。

図７（Ａ）等で示したように、この弾性体駆動装置５０の例においても、回転体１と固定体２とを分離して構成できる。よって、回転体１と固定体２とを、例えば、嵌合操作など、簡易な操作により光路が構成でき、非接触による光コネクタや光コンセントを容易に作成できる。

尚、弾性体５１、５２は、実際にはバネやゴムなどから構成される。また、弾性体５１、５２も二つではなく一つでもよいし、三個以上の複数個から構成されてもよい。更に、弾性体５１の一端は回転体１とともに回転する位置であればどこに接続されてもよく、弾性体５２の一端も回転体１上であって空間固定体上であればどこの位置で接続されてもよい。

反射体７の回転速度又は回転角度を半分にするには、この遊星歯車変速装置４０以外にも、例えば、反射体７を回転させるモータ等の反射体駆動装置と、回転体１の回転速度や回転角度を検出する検出装置とを設け、検出装置の検出結果に基づいて反射体７の回転速度又は回転角度を半分にするよう反射体駆動装置にフィードバック制御をかけることで実現することも可能である。

次に、反射体駆動装置を適用する場合の反射体７の初期角度位置について説明する。

上述の遊星歯車変速装置４０を適用する場合には、反射体７は回転体１と歯車によって連結されているため、反射体７の回転体１に対する位置関係は変動しない。即ち、反射体７の初期位置をあえて設定する必要する必要はない。しかし、反射体駆動装置を適用する場合、ブレーキ機構などを設置しない場合には、反射体７の初期位置の設定が必要になる場合がある。この場合、例えば、回転体発光素子１３と固定側受光素子２３とが反射体７の回転中心Ｏに向けて一直線上に位置するときを回転体１の回転角度を検出する検出装置の初期角度位置とすれば、このときの回転角度の半分を反射体７の初期化幾度位置とするよう入力して反射体駆動装置にフィードバック制御をかけることで設定すればよい。

上述の反射体駆動機構や回転角度検出装置を設置せず、反射体７のみを回転軸４上に設置して、回転体１と固定体２とを嵌合することで回転体１と固定体２間の光路を構成する構造とすれば、非接触の光コネクタを構成できる。

また、反射体駆動機構のない構成は、反射体駆動機構の入力をゼロ（駆動停止）とした状態と略同じなので、反射体駆動方式の一つの使用形態である。

更に、この反射体駆動機構のない構成は、弾性体駆動装置５０の弾性常数を非常に大きくした（殆んど反射体７が動かない）状態と略同じなので、弾性体駆動装置５０の一つの使用形態である。

これらの構成により、現状のフェルールによる接触方式とは異なった非接触の光コネクタを構成することができる。

このコネクタ機能の構成は、光路を切り換えるスイッチ機能に転用が可能である。図９は、Ａ’’位置にある発光素子１３から、Ｆの位置（位置Ｂから角度γだけ離れた位置）にある受光素子２３に切換える（スイッチ）例を示す。

同図に示すように、受光素子２３が位置Ｂからγだけ回転したとき、反射体７をγ／２だけ更に回転させれば（合計で、θ／２＋γ／２）、位置Ｂの受光素子２３から位置Ｆの受光素子２３にスイッチできる。

また、反射中心線を考えれば、図３の位置で反射中心線＝θ／２であったものが、図９の位置では反射中心線＝θ／２＋γ／２となるので、反射体７をθ／２＋γ／２だけ回転させることで位置Ｂの受光素子２３から位置Ｆの受光素子２３にスイッチできる。

図１０は、多段構成の非接触コネクタ１の構成例である。上述した１段構成の非接触コネクタ１のみならず、図１０に示すように多段構成にすることで多チャンネルのデータ送受信を行い得る。この場合に、固定体２の側面に固定側光素子２３を設け、各段において固定側光素子２３と回転側光素子１３との間で上述した切断のない光路が構成される。また、各段において上述したように回転側光素子１３と固定側光素子２３とが複数配置されてもよいし、発光素子と受光素子とが混合して配置されてもよい。なお、回転体側の各段はシャフト３３により接続され、回転体１の回転に伴い回転可能に取り付けられる。

次に、図１１を用いて固定体２から回転体１への非接触による電力供給について説明する。上述したように、回転体１の回転側トランスコア１５の胴体部分には回転側トランス巻線１４が、固定体２の固定側トランスコア２５の胴体部分には固定側トランス巻線２４が巻きつけられている。かかる状態で、固定側トランス巻線２４に本体装置からの電源電流を流すことで、固定側トランスコア２５の周囲に磁界が発生する。回転体１の回転動作により、磁界が発生した固定側トランスコア２５と対向する位置に回転側トランスコア１５が位置すると磁気回路が構成され、その胴体部分に巻き付けられた回転側トランス巻線１４に電流が発生する（いわゆる、電磁誘導の法則）。これにより、回転体１の各部に電力が供給され、例えば回転側電気回路部１１が駆動されて回転側光素子１３が発光することになる。

次に、図１２を用いて回転側電気回路部１１と固定側電気回路部２１の詳細について説明する。この例では４つのチャンネルのデータ（それぞれ、ＣＨ．１〜ＣＨ．４）の送受信を行う場合の例で、各回転側光素子１３３〜１３６と対応する各固定側光素子２３３〜２３６とで１チャンネル分のデータの送受信を行う。

回転側電気回路部１１は、各チャンネルのデータを処理するためのインターフェース（Ｉ／Ｆ）回路１１１〜１１４と駆動回路１１５〜１１８とを備える。本体装置側からのデータは、Ｉ／Ｆ回路１１１〜１１４に入力されて電気回路部１１内で処理できるデータに変換される。そして、駆動回路１１５〜１１８でそのデータが駆動データに変換され、この駆動データに基づいて各回転側光素子１３３〜１３６から光が発光される。

固定側電気回路部２１は、受信回路２１１１〜２１１４とスイッチング回路２１２０、及びＩ／Ｆ回路２１２１〜２１２４から構成される。所定の固定側光素子２３３〜２３６で受光したデータは、受信回路２１１１〜２１１４において電気回路部２１内で処理できるデータに変換され、スイッチング回路２１２０に出力される。スイッチング回路２１２０では、受信した各チャンネルのデータを所定の出力段に出力させるための切り換えが行われる。これにより、１チャンネル目のデータをＩ／Ｆ回路２１２２から出力させ、２チャンネル目のデータをＩ／Ｆ２１２３から出力される等、ユーザ所望の出力段からデータを出力させることができる。また、スイッチング回路２１２０に外部からの切り換え制御信号を入力させて所望の出力段に切り換えることもできる（いわゆる、マルチプレクサ機能）。

更に、図１３に示すように、本体装置側の処理により各チャンネルのデータに対して識別符号を付加させ、この識別符号をスイッチング回路２１２０で判別して切り換えるようにしてもよい。例えば、「００」を判別したときに「１」チャンネル目のデータとして、Ｉ／Ｆ２１２４から出力させる等である。

このようなチャンネルの識別符号化は、固定体２に接続された本体装置の図示しないデータ処理回路で行われてもよいし、回転側電気回路１１の駆動回路１１５〜１１８で行われてもよい。また、すべてのチャンネルの全データにチャンネルの識別符号を付加するのではなく、複数のチャンネルのうちいずれかに付加させ、各チャンネルの識別を行うようにしてもよい（専用ライン化）。

このように、各データに識別符号を付加することで、多チャンネルのデータを固定体２で受信したとき、どのチャンネルのデータであるかを認識して所定の出力段に出力することができ、非接触コネクタ１０において自動チャンネル切換機能が実現できる。

図１２に示す例では、回転側光素子１３３〜１３６を発光素子、固定側光素子２３３〜２３６を受光素子としたときの各電器回路部１１、２１の構成を示した。これ以外にも、回転側光素子１３３〜１３６を受光素子、固定側光素子２３３〜２３６を発光素子としてもよい。この場合、回転側電気回路部１１には受信回路２１１１〜２１１４、スイッチング回路２１２０、及びＩ／Ｆ回路２１２１〜２１２４を備え、固定側電気回路部２１にはＩ／Ｆ回路１１１〜１１４及び駆動回路１１５〜１１８を備える。

また、回転側光素子１３と固定側光素子２３とを光ファイバーに置き換えて、固定側光ファイバーと回転側光ファイバーにより切断のない光路を形成することもできる。

図１は、非接触コネクタの断面図である。 図２は、反射体により形成される光路を説明するための図である。 図３は、反射体により形成される光路を説明するための図である。 図４（Ａ）から同図（Ｄ）は、キュービックミラーの構成例等を示す図である。 図５は、反射体により形成される光路を説明するための図である。 図６は、遊星歯車変速装置の構成例を示す図である。 図７（Ａ）及び同図（Ｂ）は遊星歯車変速装置の他の構成例を示す図である。 図８は、反射体により形成れる光路を説明するための図である。 図９は、反射体により形成される光路を説明するための図である。 図１０は、非接触コネクタの他の構成例を示す図である。 図１１は、非接触による給電を説明するための図である。 図１２は、回転側電気回路部と固定側電気回路部の構成例を示す図である。 図１３は、チャンネル識別符号が付加されたデータの例を示す図である。

符号の説明

１ 回転体、 ２ 固定体、 ４ 回転軸、 ５ 軸受け、 ７ 反射体、 １０ 非接触コネクタ、 １１ 回転側電気回路部、 １２ 回転側保持部、 １３ 回転側光素子、 １４ 回転側トランス巻線、 １５ 回転側トランスコア、 ２１ 固定側電気回路部、 ２２ 固定側保持部、 ２３ 固定側光素子、 ２４ 固定側トランス巻線、 ２５ 固定側トランスコア、 ４０ 遊星歯車変速装置、 ５０ 弾性体駆動装置、 ５１ 弾性体、 ５２ 弾性体、 ７１，７２ 透明素材、 ７４ 蒸着膜面、 ５３１ 軸受けの外輪、 ５３２ 軸受けの内輪、 ５４１ 回転体側マグネット、 ５４２ 固定体側マグネット、 ２１２０ スイッチング回路

Claims (14)

1. 回転軸のまわりを回転する回転体に配置された回転側光素子と、
   固定体に配置された固定側光素子と、から構成され、前記回転側光素子と前記固定側光素子との間で非接触によりデータの送受信を行う非接触コネクタにおいて、
   前記回転軸上に前記回転側光素子又は前記固定側光素子から発光された光を反射する反射体を備え、
   前記反射体は、可視光波長から近赤外線波長域に対して透明な２つの直方体形状素材のうち、一方の素材の一面には薄い金属膜が蒸着され、他の素材と蒸着膜面を介して接着成形して構成する、外形形状が直方体形状のキュービックミラーで構成されることを特徴とする非接触コネクタ。
2. 請求項１記載の非接触コネクタにおいて、
   前記キュービックミラーは、前記蒸着膜面に垂直な一面に可視光波及び近赤外線波が入射され、前記蒸着膜面で反射させ、前記蒸着膜面に垂直な一面から出射させる反射平面鏡の機能を持つことを特徴とする請求項１記載の非接触コネクタ。
3. 請求項１記載の非接触コネクタにおいて、
   前記回転側光素子と前記固定側光素子との間で前記反射体を介して形成される光路は前記回転軸と略直交し、
   前記回転側光素子又は前記固定側光素子が前記反射体からの反射光を受光するよう、前記回転側光素子と前記固定側光素子との間で前記反射体を介した光路が形成される、ことを特徴とする非接触コネクタ。
4. 請求項１記載の非接触コネクタにおいて、
   前記回転側光素子は前記回転軸と直交する前記回転体の円盤面上に配置され、前記固定側光素子は前記回転体の円盤面と略平行な前記固定体の平面上に配置される、ことを特徴とする非接触コネクタ。
5. 請求項１記載の非接触コネクタにおいて、
   前記反射体は前記回転軸のまわりを回転し、前記反射体はその回転速度又は回転角が前記回転体の回転速度又は回転角の半分となるように構成される、ことを特徴とする非接触コネクタ。
6. 請求項５記載の非接触コネクタにおいて、
   更に、前記回転軸のまわりを前記回転体とともに回転する第１の歯車と、前記第１の歯車のまわりを回転して移動する第２の歯車と、前記第２の歯車と前記反射体とを接続する接続部とを備え、
   前記第１の歯車と前記第２の歯車の歯数比は、前記第２の歯車の移動速度が前記第１の歯車の回転速度の半分となるように設定される、ことを特徴とする非接触コネクタ。
7. 請求項５記載の非接触コネクタにおいて、
   更に、前記回転体上に弾性体を備え、
   前記弾性体の一端は前記回転体の回転と共に回転する回転体上の第１の位置で接続され、前記弾性体の他端は前記固定体と磁力により空間的に結合されて前記回転体の回転に伴い回転しない前記回転体上の第２の位置で接続され、
   前記反射体は、前記第１の位置と前記第２の位置とを結ぶ線上の略中央と、前記回転軸と、を結ぶ線上に前記反射体の反射面が位置するように設けられる、ことを特徴とする非接触コネクタ。
8. 請求項５記載の非接触コネクタにおいて、
   更に、前記回転体の回転速度又は回転角を検出する検出部と前記検出部で検出された回転速度又は回転角の半分で前記反射体を回転させる反射体駆動部と、を備えることを特徴とする非接触コネクタ。
9. 請求項１記載の非接触コネクタにおいて、
   前記回転側光素子は前記回転体の円盤面上の任意の位置に複数配置され、前記固定側光素子は前記固定体に複数配置され、
   前記固定側光素子が前記回転側光素子と前記反射体で入反射する光路線分上に位置したとき前記反射体を介して前記各回転側光素子との間で光路が形成されるように前記各固定側光素子は前記固定体に複数配置される、ことを特徴とする非接触コネクタ。
10. 請求項１記載の非接触コネクタにおいて、
    前記回転体の円盤面上の任意の位置に回転側発光素子と回転側受光素子とが混合して配置され、前記回転側発光素子から発光された光を受光する固定側受光素子と前記回転側受光素子へ向けて光を発光する固定側発光素子とが前記固定体に混合して配置され、
    前記固定側発光素子又は前記固定側受光素子が前記回転側受光素子又は前記回転側発光素子と前記反射体で入反射する光路線分上に位置したときに前記反射体を介して前記回転側発光素子又は前記回転側受光素子との間で光路が形成されるよう前記固定側受光素子と前記固定側発光素子とが混合して配置される、ことを特徴とする非接触コネクタ。
11. 請求項１記載の非接触コネクタにおいて、
    前記回転軸と略垂直な面内にある前記回転側光素子と前記固定側光素子とが前記回転軸と略平行にそれぞれ前記回転体と前記固定体に複数段配置され、各段において前記回転側光素子と前記固定側光素子との間で光路が形成される、ことを特徴とする非接触コネクタ。
12. 請求項１記載の非接触コネクタにおいて、
    更に、前記回転側光素子又は前記固定側光素子で受光したデータが入力され、複数の出力段のうち要求された出力段に前記データを出力する切り換え手段を備える、ことを特徴とする非接触コネクタ。
13. 請求項１記載の非接触コネクタにおいて、
    更に、前記回転体及び前記固定体のそれぞれにトランスコアとトランス巻線とから構成された回転トランスを備える、ことを特徴とする非接触コネクタ。
14. 請求項１記載の非接触コネクタにおいて、
    前記回転側光素子と前記固定側光素子とを光ファイバーで構成し、前記光ファイバー間で光路が形成される、ことを特徴とする非接触コネクタ。

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