JP2012069773A - ロータリージョイント - Google Patents

Abstract

【課題】 低回転抵抗で、低コストで、組み立てが容易で、構成自由度が高く、高感度かつ高安定性のロータリージョイントを提供すること。
【解決手段】 ロータリージョイント５は、固定ユニット２と、回転中心軸ＣＬ１周りに回転する回転ユニット３と、前記回転ユニット３から前記固定ユニット２に信号光を伝送する第１信号伝送部５３と、前記固定ユニット２から前記回転ユニット３に信号光を伝送する第２信号伝送部５５とを備えている。前記第１信号伝送部５３が、第１回転側発光部３４と、第１回転側反射部３６と、第１固定側受光部３２と、第１遮光部材２９とを有している。前記第２信号伝送部５５が、第２固定側発光部３１と、第２固定側反射部３３と、前記第２回転側受光部３５と、第２遮光部材２８とを有している。
【選択図】図４

Description

本発明は、ロータリージョイントに関し、特に、一軸を中心にして相対的に回転する二部位間で光信号によるデータ伝送をするロータリージョイントに関する。

大きな角度で回転する回転部を有する装置（例えば、電動監視カメラや、独立したカメラ又は独立した表示装置が備え付けられた電動回転雲台など）がある。カメラが備え付けられた電動回転雲台では、カメラが備えられた回転部が固定部に対して回転しつつ映像系及び制御系の信号伝送と、固定部から回転部に電力伝送とを行う構造が採用されている。また、表示装置（ディスプレイなど）が備え付けられた電動回転雲台では、表示装置が備えられた回転部が固定部に対して回転しつつ、固定部から回転部に映像系及び制御系の信号伝送と電力転送とを行う構造が採用されている。カメラの全周撮影や表示装置の全周視聴を実現するために重要な機能（何回転でも同一方向に連続回転可能な機能）は有線接続では実現できない。このため、スリップリングと呼ばれるブラシなどの接点と導電リングとの摺動接触機構が用いられる。

また、固定部と回転部との間で信号及び電力の伝送機構に加えて、歯車やベルトのような動力伝達機構を利用してステッピングモータによって回転部を回転駆動させる駆動機構も採用される。また、高精度な停止精度や滑らかな回転を必要とする場合には、動力伝達機構を必要としない直接駆動モータを用いる駆動機構もある。これらの摺動接触機構及び駆動機構によって、信号伝送の中断のない、回転軸を中心として３６０°以上の連続回転が提供される（下記特許文献１）。

しかし、上述した摺動接触機構による信号・電力の伝送機構では、回転駆動時の摺動接触抵抗が回転負荷として常に負荷される。また、回転部がカメラや表示装置を備える場合、電源供給に加えて、映像信号や制御信号も伝送する必要があり、５ｃｈ（チャンネル）〜９ｃｈ分のスリップリングが必要になる。さらに、カメラのチルト駆動用モータも用いる場合、スリップリング（チャンネル）はさらに必要になる。

このように摺動接触部が多いと、ブラシの取り付け状態や導電リング表面状態によって摺動接触状態に大きなばらつきが生じる。このばらつきが回転抵抗の大きなばらつきに繋がり、モータ制御が難しくなる。また、摺動接触抵抗が常に作用するので、モータの必要トルク（起動トルクを含む）が増加してコストの上昇を招いたり、消費電力の増加を招く。さらに、摺動接触部が多いと、複数セット（チャンネル）のブラシ及びリングを同時に扱う必要があるので、組み立て性やメンテナンス性が良好とは言えず、これらの作業時の脱着でブラシが変形して接触不良を起こすおそれもある。

これらを解決する従来技術として、摺動接触による信号伝送に代えて、回転部（又は固定部）に設けられた発光素子（ＬＥＤ：発光ダイオードなど）から出射した光を、透明プラスチックなどの導光管内を伝搬させて、固定部（又は回転部）に設けられた受光素子（ＰＤ：フォトダイオードなど）に入射させることで、回転部から固定部（又は固定部から回転部）への信号伝送を、非接触光伝送によるロータリージョイントもある（下記特許文献２）。

このようなロータリージョイントでは、信号伝送の中断のない、３６０°以上の連続回転に加えて、低回転負荷・低トルク・低消費電力が提供され、かつ、モータ制御が容易となる。また、このようなロータリージョイントは、組立性やメンテナンス性が比較的良好である。

特許第３８２００３５号公報 特開２００９−２０５１１８号公報

しかしながら、特許文献１に記載の摺動接触機構の課題を解消する特許文献２に記載のロータリージョイントでは、発光素子から出射された光の放射強度分布が、導光管の存在によって偏る場合があった。また、導光管の存在によって、ロータリージョイントの回転位置に応じて信号伝送に変動が生じる場合もあった。そこで、更なる改良が望まれていた。

従って、本発明の目的は、ロータリージョイントを搭載する機器の構成・形状が異なる場合でも、光伝送部の送受光部を任意の距離で自由に配置・構成でき、かつ、低回転抵抗で、低コストで、組み立てが容易で、構成自由度が高く、高感度かつ高安定性のロータリージョイントを提供することを目的とする。

本発明のロータリージョイント（５）は、固定ユニット（２）と、回転中心軸（ＣＬ１）を中心として前記固定ユニット（２）に対し回転可能に設けられた回転ユニット（３）と、前記回転中心軸（ＣＬ１）に沿って、前記回転ユニット（３）から前記固定ユニット（２）に信号光を伝送する第１信号伝送部（５３）と、前記回転中心軸（ＣＬ１）に沿って、前記固定ユニット（２）から前記回転ユニット（３）に信号光を伝送する第２信号伝送部（５５）とを備えている。前記第１信号伝送部（５３）は、前記回転ユニット（３）に設けられた第１回転側発光部（３４）と、前記第１回転側発光部（３４）からの出射光を前記回転中心軸（ＣＬ１）に沿って反射させる第１回転側反射部（３６）と、前記固定ユニット（２）に設けられた第１固定側受光部（３２，３２０）と、前記第１回転側発光部（３４）からの前記出射光の前記回転ユニット（３）に設けられた第２回転側受光部（３５）への入射を防止する第１遮光部材（２９）とを有している。前記第２信号伝送部（５５）は、前記固定ユニット（２）に設けられた第２固定側発光部（３１）と、前記第２固定側発光部（３１）からの出射光を前記回転中心軸（ＣＬ１）に沿って反射させる第２固定側反射部（３３）と、前記回転ユニット（３）に設けられた前記第２回転側受光部（３５，３５０）と、前記第２固定側発光部（３１）からの前記出射光の前記第１固定側受光部（３２）への入射を防止する第２遮光部材（２８）とを有している。

ここで、前記第１信号伝送部（５３）が、前記第１回転側反射部（３６）からの反射光を前記回転中心軸（ＣＬ１）から外方に向けてさらに反射させる、前記固定ユニット（２）に設けられた第１固定側反射部（３７）をさらに有し、前記第２信号伝送部（５５）が、前記第２固定側反射部（３３）からの反射光を前記回転中心軸（ＣＬ１）から外方に向けてさらに反射させる、前記回転ユニット（３）に設けられた第２回転側反射部（３８）をさらに有している、ことが好ましい。

また、前記第１回転側反射部（３６）が、前記第１遮光部材（２９，３６）としても機能し、前記第２固定側反射部（３３）が、前記第２遮光部材（２８，３３）としても機能することが好ましい。

さらに、前記第２回転側反射部（３８）が、前記第１遮光部材（２９，３８）としても機能し、前記第１固定側反射部（３７）が、前記第２遮光部材（２８，３７）としても機能することが好ましい。

また、前記第１回転側反射部（３６）、前記第１固定側反射部（３７）、前記第２固定側反射部（３３）、及び、前記第２回転側反射部（３８）が、それぞれ個別に取り替え可能に設けられていることが好ましい。

あるいは、前記第１回転側反射部（３６）と前記第２回転側反射部（３８）とが一体的に設けられ、かつ、前記第１固定側反射部（３７）と前記第２固定側反射部（３３）とが一体的に設けられていることが好ましい。

また、前記固定ユニット（２）に設けられた、前記第１固定側受光部（３２）、前記第２固定側発光部（３１）、及び、前記第２固定側反射部（３３）を含む厚みが、前記第２遮光部材（２８）の厚みと等しく、前記回転ユニット（３）に設けられた、前記第１回転側発光部（３４）、前記第２回転側受光部（３５）、及び、前記第１回転側反射部（３６）を含む厚みが、前記第１遮光部材（２９）の厚みに等しいことが好ましい。

また、前記固定ユニット（２）に設けられた中空状の固定子（６３）、及び、前記回転ユニット（３）に設けられた中空状の回転子（６５）を備えた、前記回転ユニット（３）を回転駆動するモータ（２０）と、電磁誘導によって前記固定ユニット（２）と前記回転ユニット（３）との間で電力を伝送する中空状の電力伝送ユニット（５７）とのうちの少なくとも一つを有していることが好ましい。

さらに、前記モータ（２０）が、直接駆動モータであることがさらに好ましい。

本発明によれば、固定ユニットとこの固定ユニットに対して回転する回転ユニットとを備えて構成されているロータリージョイントにおいて、導光管などの光学部材を介することなく、空間伝搬で信号伝送を行う。このため、回転駆動時も含め、高感度かつ安定的な信号受信を行うことができる。また、ロータリージョイントを搭載する機器の構成や形状が異なる場合でも、光伝送部の送受光部を任意の距離で自由に配置でき、また、回転ユニットの回転抵抗を小さくすることができる。さらに、組み立てが容易になる。

実施形態の直接駆動ロータリージョイントを備える回転カメラの構成例を表す断面図である。 他の構成例を表す断面図である。 実施形態の直接駆動ロータリージョイントを備える表示装置の構成例を表す断面図である。 第１実施形態の直接駆動ロータリージョイントの構造を表す断面図である。 直接駆動ロータリージョイントの電力伝送部の構造を示す斜視図である。 第２実施形態の直接駆動ロータリージョイント（薄型化）の構造を表す断面図である。 第３実施形態の直接駆動ロータリージョイント（緩衝機構：皿バネ）の構造を表す断面図である。 緩衝機構の要部断面図及び平面図である。 （ａ）は緩衝機構の第１変形例の要部平面図であり、（ｂ）は緩衝機構の第２変形例の要部平面図である。 緩衝機構（クッション材）の第３変形例の要部平面図である。 第４実施形態の直接駆動ロータリージョイント（緩衝機構：フェライト形状）の構造を表す断面図である。 第５実施形態の直接駆動ロータリージョイント（緩衝機構：コイルスプリング）の構造を表す断面図である。 上記実施形態の直接駆動ロータリージョイントのＤＤモータの回転子及び固定子の断面図である。 ＤＤモータの回転子及び固定子の変形例の断面図である。 直接駆動ロータリージョイントの具体的構造を表す断面図である。 ＬＥＤミラー角度と光束重心位置のずれとの関係を示すグラフである。 第６実施形態の直接駆動ロータリージョイント（ＰＤ直接受光）の構造を表す断面図である。

図１は、直接駆動ロータリージョイント５を備えた回転カメラ１の概略構成を示す断面図である。回転カメラ１は、部屋の天井５１などの静止した物体に一体的に取り付けられる固定部（固定ユニット）２と、この固定ユニット２に対し所定の軸（例えば鉛直方向に延びている軸）ＣＬ１を回転中心にして回転する回転部（回転ユニット）３とを備えて構成されている。

回転カメラ１のカメラヘッド４は、回転ユニット３の筐体の一部である透明ドーム６の内部で、パン回転（軸ＣＬ１を中心とする回転）とチルト回転（軸ＣＬ１に直交する軸ＣＬ２を中心とする回転）とを行えるよう構成されている。パン回転については、カメラヘッド４は、ロータリージョイント５によって一方向に連続回転可能である。また、ロータリージョイント５では、固定ユニット２に対する回転ユニット３の回転中心軸ＣＬ１と、カメラヘッド４の回転中心軸とは一致している。さらに、ロータリージョイント５では、固定ユニット２からの回転ユニット３への電力供給と、双方向信号伝送とが行われる。

図２は、ロータリージョイント５を備えた回転雲台７１と、回転雲台７１に取り付けられたカメラ７２の概略構成（他の構成例）を示す断面図である。回転雲台７１は、固定部（固定ユニット）２と、この固定ユニット２に対して所定軸（例えば鉛直軸）を回転中心として回転する回転部（回転ユニット）３とを備えて構成されている。固定部２は、三脚、部屋の床、あるいは、天井５１などの静止体に取り付けられる。

カメラ７２は、回転ユニット３の筐体の一部に取り付けられており、パン回転（軸ＣＬ１を中心とする回転）のみを行える。カメラ７２のパン回転については、ロータリージョイント５によって一方向に連続回転可能である。また、ロータリージョイント５では、固定ユニット２に対する回転ユニット３の回転中心軸ＣＬ１と、カメラ７２の回転中心軸とは一致している。さらに、ロータリージョイント５では、固定ユニット２からの回転ユニット３への電力供給と、双方向信号伝送とが行われる。

図３は、ロータリージョイント５を備えた回転雲台７１と、回転雲台７１に取り付けられた表示装置（ディスプレイなど）７３の概略構成を示す断面図である。回転雲台７１は、固定部（固定ユニット）２と、この固定ユニット２に対して所定軸（例えば鉛直軸）を回転中心として回転する回転部（回転ユニット）３とを備えて構成されている。固定部２は、三脚、部屋の床、あるいは、天井５１などの静止体に取り付けられる。

表示装置７３は、回転ユニット３の筐体の一部に取り付けられており、パン回転（軸ＣＬ１を中心とする回転）のみを行える。表示装置７３のパン回転については、ロータリージョイント５によって一方向に連続回転可能である。また、ロータリージョイント５では、固定ユニット２に対する回転ユニット３の回転中心軸ＣＬ１と、表示装置７３の回転中心軸とは一致している。さらに、ロータリージョイント５では、固定ユニット２からの回転ユニット３への電力供給と、双方向信号伝送とが行われる。

図４は、ロータリージョイント５の概略構成（第１実施形態）を示す断面図である。ロータリージョイント５では、第１信号伝送部５３によって、カメラヘッド４からの映像信号などが回転ユニット３から固定ユニット２に伝送される。また、第２信号伝送部５５によって、パン駆動部８ａ、チルト駆動部８ｂ、及び、カメラヘッド４の制御信号などが固定ユニット２から回転ユニット３に伝送される。

図３に示される表示装置７３を搭載した場合では、第１信号伝送部５３によって、制御信号などが回転ユニット３から固定ユニット２に伝送される。また、第２信号伝送部５５によって、表示装置７３への映像信号などが固定ユニット２から回転ユニット３に伝送される。これらの信号伝送には、光信号が使用される。

また、ロータリージョイント５では、電磁誘導を利用する電力伝送ユニット５７によって、固定ユニット２から回転ユニット３に電力が供給（伝送）される。電力伝送ユニット５７では、巻き線１１ａ、１１ｂを備える２つのフェライトコア１０（１０ａ、１０ｂ）が対向し配置されている。２つのフェライトコア１０ａ、１０ｂの間には、わずかなギャップ（隙間）Ｇ１が形成されている。

回転ユニット３側に固定された回転ユニット側フェライトコア１０ａと固定ユニット２側に固定された固定ユニット側フェライトコア１０ｂとは、数十ミクロンから数百ミクロンのギャップＧ１を維持しつつ、回転軸ＣＬ１を回転中心として相対的に回転する。固定ユニット側フェライトコア１０ｂに設けられた巻き線１１ｂは、固定ユニット側回路と接続されている。同様に、回転ユニット側フェライトコア１０ａに設けられた巻き線１１ａは、回転ユニット側回路に接続されている。

フェライトコア１０は、肉厚の円筒形状に形成されており、中心に貫通孔（その中心軸が軸ＣＬ１と一致する円柱状の貫通孔）が形成されている。ＤＤモータ（ダイレクト駆動モータ）２０の中央シャフト（回転シャフト）２１も、円筒形状に形成されており、中空構造を有している。各信号伝送部５３、５５は、フェライトコア１０の貫通孔と、中央シャフト２１の回転中心軸（軸ＣＬ１と一致する回転中心軸）周りの空間とを利用して、光伝送を行う。

回転カメラ１やカメラ７２が搭載される場合、カメラヘッド４（カメラ７２）を備える回転ユニット３側から固定ユニット２側ヘ送られる信号、例えば、カメラヘッド４（カメラ７２の映像信号は、パラレル→シリアル変換部７（図１〜図３参照）で、シリアルデータに変換される。変換されたシリアルデータは、回転ユニット３側の発光部としての回転側ＬＥＤ３４から、光信号として出射される。

回転側ＬＥＤ３４から出射された光は、出射光軸前方に配置された回転側ＬＥＤミラー３６で反射され、中央シャフト２１の内部に入射される。中央シャフト２１に入射された光の一部は、固定側ＰＤミラー３７で反射され、反射光軸前方に配置された受光部としての固定側ＰＤ３２に入射される。この後、固定側ＰＤ３２に入射されたシリアルデータの光信号は、シリアル→パラレル変換部９（図１〜図３参照）で、パラレルデータに変換される。

一方、固定ユニット２側から回転ユニット３側へ送られる信号（例えば、制御信号）は、パラレル→シリアル変換部７（図１〜図３を参照）で、シリアルデータに変換される。変換されたシリアルデータは、固定ユニット２側の発光部としての固定側ＬＥＤ３１から、光信号として出射される。

固定側ＬＥＤ３１から出射された光は、出射光軸前方に配置された固定側ＬＥＤミラー３３で反射され、中央シャフト２１の内部に入射される。中央シャフト２１に入射された光の一部は、回転側ＰＤミラー３８で反射され、反射光軸前方に配置された受光部としての回転側ＰＤ３５に入射される。この後、回転側ＰＤ３５に入射されたシリアルデータの光信号は、シリアル→パラレル変換部９（図１〜図３参照）で、パラレルデータに変換される。

回転ユニット３から固定ユニット２への光伝送、及び、固定ユニット２から回転ユニット３への光伝送は、空間伝送であり、本実施形態では、伝送速度１２５Ｍｂｐｓで伝送する。なお、本実施形態では、発光部にＬＥＤを用いて伝送速度１２５Ｍｂｐｓで伝送したが、発光部にレーザを用いてさらに高速な伝送を行うこともできる。

具体的には、レーザとして、端面発光型の半導体レーザや面発光型の半導体レーザ（ＶＣＳＥＬ：Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ｃａｖｉｔｙ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｌａｓｅｒ）を用いる。これらの半導体レーザは、１／ｅ^２の拡がり角として全角１０~３５度の制限された放射角度を有しており、特別な光学系（レンズなど）を設けてレーザ光を絞ることなく、高い放射強度分布によって高効率な伝送を行うことができる。レンズなどの光学系でさらに放射角度を狭めることによって、さらに高い放射強度分布を得ることもできる。

また、半導体レーザは、ＬＥＤと比較して高速応答性に優れ、１２５Ｍｂｐｓを超える数Ｇｂｐｓから数十Ｇｂｐｓの伝送速度を得ることができる。これにより、１２５Ｍｂｐｓオーダーの伝送（１００Ｍイーサネット（登録商標）など）から、ギガビット級の映像データの伝送（フルハイビジョン映像の非圧縮伝送など）や、ギガビット級のデータ伝送（ギガイーサネット（登録商標）など）を実現できる。

図５は、フェライトコア１０（１０ａ、１０ｂ）の実装構造を示す断面図である。図５に示されるように、導電巻き線１１ａ、１１ｂが、フェライトコア１０（１０ａ、１０ｂ）の円環状凹部にそれぞれ内蔵されている。中心に貫通孔が形成されたフェライトコア１０（１０ａ、１０ｂ）が、回転ユニット３及び固定ユニット２にそれぞれ設けられて、互いに対向している。本実施形態では、約５００μｍのギャップＧ１（図４参照）が、フェライトコア１０（１０ａ、１０ｂ）の間に形成されている。フェライトコア１０（１０ａ、１０ｂ）の中心軸は、回転軸ＣＬ１と一致している。

図６は、薄型化されたロータリージョイント５ａの概略構成構造（第２実施形態）を示す断面図である。ロータリージョイント５ａでは、ＤＤモータ２０の中央シャフト２１が太くされ、非接触電力伝送部（電力伝送ユニット５７や各信号伝送部５３、５５）が中央シャフト２１の内部に配設されている。

図４に示されるロータリージョイント５では、フェライトコア１０の下方に中央シャフト２１が配置されたが、図６に示されるロータリージョイント５ａは、中央シャフト２１の中空部分に電力伝送部（フェライトコア１０）が収納されている。このため、ロータリージョイント５ａ全体を薄型化できる（図６中の上下寸法を小さくできる）。また、特別な光学部材を介することなく非接触の空間伝送で信号伝送を行うので、薄型化に際して、新たな構成変更や、部品の追加・変更を行うことなく、光伝送部の柔軟な配置が可能である。

また、薄型化によって、ＬＥＤミラー及びＰＤミラーの反射面の角度や、ＬＥＤ及びＰＤの配置角度をわずかに変更するだけで、大幅なＰＤ受光感度の増加が期待できる。また、受信回路の簡略化、低消費電力化、ＬＥＤの出力低減に伴う低消費電力化、低消費電力化に伴う発熱量低減、信頼性向上（長寿命化など）が、安価に、容易に実現され得る。

上述した実施形態のフェライトコア１０は、図５に示されるように、固定ユニット２及び回転ユニット３で同形状のものが用いられている。しかし、フェライトコア１０は、異なる形状のものであってもよい。また、導電巻き線１１の材質・直径・巻き数などを、伝送する電力仕様に応じて異なるものにしてもよい。

また、上述した実施形態では、フェライトコア１０の中心軸と回転軸ＣＬ１とが一致しているので、回転側フェライトコア１０ａが固定側フェライトコア１０ｂに対して回転しても位置関係は変わらず、非接触で電力を伝送できる。しかし、上述したようにフェライトコア１０ａ、１０ｂ間のギャップＧ１は５００μｍであり、かつ、フェライトコア１０は酸化鉄を主原料とする磁器であり、割れ易い。このため、回転ユニット３から伝わる衝撃や振動によってフェライトコア１０が割れないようにする必要がある。

図７は、図４に示されるロータリージョイント５において、固定ユニット２の上部セクション６９と下部セクション６７との間に緩衝機能部材４０を設けたものである（第３実施形態）。回転ユニット３と固定ユニット２とはロータリージョイント５ｂのみで繋がっているので、回転ユニット３の振動や衝撃などは、ロータリージョイント５ｂを介して固定ユニット２に伝わる。振動や衝突によるエネルギーを逃がす緩衝機構がない場合、回転ユニット３の振動や衝撃によって回転側フェライトコア１０ａと固定側フェライトコア１０ｂとが互いに衝突して、フェライトコア１０に割れや欠けが生ずる恐れがある。そこで本実施形態では、固定ユニット２の取り付け部に緩衝機能部材４０を設けて、フェライトコア１０同士の衝突による破損を防止する。緩衝機能部材４０としては皿ばねが用いてられている。なお、皿バネを何枚か重ねて所望の緩衝性能を引き出してもよい。緩衝機能部材４０は、他に、硬質ゴムのように弾性のあるクッション材で作ったワッシャー形状のものでもよい。

図８は、緩衝機能部材４０の配置例を示している。図８の上部はロータリージョイント５ｂの筐体取付部の断面を示しており、下部は取付部のフランジ形状を下方から見た平面図である。回転軸ＣＬ１を中心に様々な方向に振動や衝撃が加わっても回転ユニット３の動きを均一に受けられるように、緩衝機能部材４０が中心軸ＣＬ１に対して均等な角度で配置されている。図８では、緩衝機能部材４０が四つ設けられているが、図９（ａ）のように二つ設けられたり（第１変形例）、図９（ｂ）のように三つ設けられてもよい（第２変形例）。

図１０は、図８や図９とは異なる緩衝機能部材４０の配置例を示している（第３変形例）。板状で円環状の緩衝機能部材（クッション材）４０を下部セクション６７と同心円状に配置した図である。このようにすれば、回転軸ＣＬ１に対してどの方向に振動や衝撃が作用しても均一に緩衝できる。

図１１は、保護部材４１を設けてフェライトコア１０ａ、１０ｂの衝突を防止する構造例（第４実施形態）を示している。保護部材４１は、フェライトコア１０の外周に設けられている。保護部材４１は、フェライトコア１０の端面（ギャップＧ１の対向面）よりわずかに突出されている（図１１中のΔｔ１）。このため、フェライトコア１０よりも先に保護部材４１同士が衝突する。本実施形態では、突出量Δｔ１は１００μｍである。また、保護部材４１は、耐衝撃性などの機械的性質に優れる樹脂部品で形成されており、具体的には、ＰＯＭ（ポリアセタール）により形成されている。ただし、ＰＯＭ以外に、ＡＢＳ（アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン）やＨＩＰＳ（ハイインパクトポリスチレン）、ＰＰ（ポリプロピレン）などの機械的な強度に優れる材料（樹脂）で形成されてもよい。

図１２は、コイルスプリング（圧縮コイルスプリング）４２を設けて衝撃を吸収する構造例（第５実施形態）を示している。コイルスプリング４２は、固定側フェライトコア１０ｂを保持しており、フェライトコア１０ｂが力を受けた時に衝撃を吸収する。本実施形態では固定ユニット２に衝撃吸収機構を設けて緩衝したが、回転ユニット３に衝撃吸収機構が設けられてもよいし、両方のユニット２，３に衝撃吸収機構が設けられてもよい。

コイルスプリング４２の内部空間を光伝送に利用できるので、伝送路を阻害することなく、フェライトコア１０の中心軸に沿って緩衝機能が付加され得る。本実施形態では、コイルスプリング４２は、フェライト固定部４３を介して固定側フェライトコア１０ｂを下方向に付勢している。しかし、通常時には、ストッパー４４によって、フェライトコア１０ａ、１０ｂは適正なギャップＧ１（５００μｍ）を維持する。

以下、図４を参照しつつロータリージョイント５をさらに説明する。ロータリージョイント５は、上述したように、固定ユニット２、回転ユニット３、ＤＤモータ２０、電力伝送ユニット５７、第１信号伝送部５３、及び、第２信号伝送部５５を備えている。固定ユニット２を構成する部材５９が、部屋の天井などに締結部材（ボルトなど）で一体的に固定されることで、固定ユニット２が天井に固定される。

回転ユニット３は、ベアリング６１を介して固定ユニット２に支持されており、軸ＣＬ１を中心にして固定ユニット２に対して回転可能である。ＤＤモータ２０は、固定ユニット２の下部に配設されている。ＤＤモータ２０の固定子６３は、固定ユニット２に一体的に設けられており、その回転子６５は、回転ユニット３に一体的に設けられている。ＤＤモータ２０が、回転ユニット３を回転駆動する。

ＤＤモータ２０は、減速機を用いて最終的な回転出力を得るのではなく、減速機を用いることなく最終的な回転駆動力を直接出力する。ＤＤモータ２０は、減速機を用いたモータに比べて、低回転で高トルクを発生する。また、減速機によるバックラッシュがないので、回転精度や停止精度を高精度にできる。

なお、回転子６５の回転中心軸と回転ユニット３の回転中心軸ＣＬ１とは一致している。また、電力伝送ユニット５７による回転子６５への電力供給によって回転子６５が回転駆動されるが、回転子６５への電力供給に代えて（又は、加えて）、固定子６３への電力供給によって回転子６５が回転駆動されてもよい。なお、図４ではリング状の回転子６５の外側にリング状の固定子６３が離して設けられたが（図１３）、リング状の回転子６５とリング状の固定子６３とが回転軸ＣＬ１の延伸方向（例えば上下方向）に対向されてもよい（図１４）。

電力伝送ユニット５７は、電磁誘導によって固定ユニット２と回転ユニット３との間で電力を伝送する（例えば、固定ユニット２から回転ユニット３へ電力を供給する）。電力伝送ユニット５７は、フェライトコア１０ｂ（固定ユニット側構成部品）及びフェライトコア１０ａ（回転ユニット側構成部品）を備えている。フェライトコア１０ｂは、固定ユニット２の内部で、かつ、固定ユニット２の高さ方向の中間で、固定ユニット２に一体的に設けられている。一方、フェライトコア１０ａは、固定ユニット２の内部で、かつ、フェライトコア１０ｂの下方（回転ユニット３の上方）で、回転ユニット３に一体的に設けられている。そして、上述したように、フェライトコア１０ａとフェライトコア１０ｂとは、互いにわずかなギャップＧ１を隔てて非接触で対向されている。

次に、本発明の特徴部分である光伝送部について図４を参照しつつ詳しく説明する（ず６、図７、図１１、及び、図１２でも同様）。

［光伝送部の基本構成］
第１信号伝送部５３は、固定ユニット２に設けられた固定ユニット側構成部品（固定側ＰＤ３２、固定側ＰＤミラー３７、固定側ホルダ２８など）と、回転ユニット３に設けられた回転ユニット側構成部品（回転側ＬＥＤ３４、回転側ＬＥＤミラー３６、回転側ホルダ２９など）とを備えて構成されている。これらの固定ユニット側構成部品と回転ユニット側構成部品とは互いに非接触である（離れている）。回転中心軸ＣＬ１及びそのごく近傍で光（例えば、近赤外線；遠赤外線よりも波長の短い赤外線、可視光線、紫外線など）を通過させることで、回転ユニット３から固定ユニット２に信号（例えば、カメラヘッド４の映像信号など）を伝達する。

第２信号伝送部５５は、固定ユニット２に設けられた固定ユニット側構成部品（固定側ＬＥＤ３１、固定側ＬＥＤミラー３３、固定側ホルダ２８など）と、回転ユニット３に設けられた回転ユニット側構成部品（回転側ＰＤ３５、回転側ＰＤミラー３８、回転側ホルダ２９など）とを備えて構成されている。これらの固定ユニット側構成部品と前記回転ユニット側構成部品とは互いに非接触である（離れている）。回転中心軸ＣＬ１及びそのごく近傍で光を通過させることで、固定ユニット２から回転ユニット３に信号（例えば、カメラヘッド４の制御信号など）を伝達する。

［光伝送部の詳細構成］
第１信号伝送部５３の回転側ＬＥＤ３４は、回転中心軸ＣＬ１からオフセットされた位置に、その出射光軸を回転中心軸ＣＬ１に向けて、回転側ホルダ２９に固定されている。回転側ＬＥＤミラー３６は、回転側ＬＥＤ３４と回転中心軸ＣＬ１との間に位置し、回転側ＬＥＤ３４からの出射光を回転中心軸ＣＬ１に沿って反射する反射角度で、回転側ホルダ２９に固定されている。

第１信号伝送部５３の固定側ＰＤ３２は、回転中心軸ＣＬ１からオフセットされた位置に、その入射光軸を回転中心軸ＣＬ１に向けて、固定側ホルダ２８に固定されている。固定側ＰＤミラー３７は、固定側ＰＤ３２と回転中心軸ＣＬ１との間に位置し、回転側ＬＥＤ３４から出射されて回転側ＬＥＤミラー３６で反射された回転中心軸ＣＬ１に沿う光を固定側ＰＤ３２の入射光軸の方向に反射する反射角度で、固定側ホルダ２８に固定されている。

同様に、第２信号伝送部５５の固定側ＬＥＤ３１は、回転中心軸ＣＬ１からオフセットした位置に、その出射光軸を回転中心軸ＣＬ１に向けて、固定側ホルダ２８に固定されている。固定側ＬＥＤミラー３３は、固定側ＬＥＤ３１と回転中心軸ＣＬ１との間に位置し、固定側ＬＥＤ３１からの出射光を回転中心軸ＣＬ１に沿って反射する反射角度で、固定側ホルダ２８に固定されている。

第２信号伝送部５５の回転側ＰＤ３５は、回転中心軸ＣＬ１からはずれたところで、その入射光軸が回転中心軸ＣＬ１の方向となるように、回転側ホルダ２９に固定されている。回転側ＰＤミラー３８は、回転側ＰＤ３５と回転中心軸ＣＬ１との間に位置し、固定側ＬＥＤ３１から出射されて固定側ＬＥＤミラー３３で反射された回転中心軸ＣＬ１に沿う光を回転側ＰＤ３５の入射光軸の方向に反射する反射角度で、回転側ホルダ２９に固定されている。

［ＬＥＤ、ＰＤに関して］
回転側ＬＥＤ３４及び固定側ＬＥＤ３１では、紫外線、可視光、又は、近赤外光を発光する発光素子が、プラスチックパッケージやメタルパッケージ（レンズ付き、又は、やレンズなし）に実装されている。回転側ＬＥＤ３４及び固定側ＬＥＤ３１の放射角は、半値全角で数度から８０度である。

回転側ＬＥＤ３４及び固定側ＬＥＤ３１の放射角をより狭くして出射光の放射強度分布を上げることで、回転側ＬＥＤ３４及び固定側ＬＥＤ３１ペアとなる固定側ＰＤ３２又は回転側ＰＤ３５への到達光を高めることができる。また、回転側ＬＥＤ３４及び固定側ＬＥＤ３１のペアとなる固定側ＰＤ３２又は回転側ＰＤ３５以外への不要光を低減して前方に位置するペアではないＰＤへの妨害信号を低減することで、信号対ノイズ比を改善して性能向上を図ることができる。これらの結果、ＬＥＤ光出力が抑えられ、低消費電力化と機器の長寿命化が可能となる。

［ミラーの大きさ］
回転側ＬＥＤミラー３６の大きさは、以下の条件（１）及び（２）を成立させ得る必要最小限の大きさとされる。（１）回転側ＬＥＤ３４からの出射光が、必要十分に固定側ＰＤミラー３７に到達して、固定側ＰＤ３２に入射される。（２）回転側ＬＥＤ３４からの出射光のうち固定側ＰＤミラー３７に到達しない不要光が、背後に位置する回転側ＰＤ３５に妨害光として入射するのを防ぐ。

回転側ＰＤミラー３８の大きさは、以下の条件（３）及び（４）を成立させ得る十分な大きさとされる。（３）回転側ＬＥＤミラー３６による反射光を遮らない範囲で、ペアとなる固定側ＬＥＤ３１の出射光をできるだけ多く回転側ＰＤ３５に入射させる。（４）回転側ＬＥＤ３４からの出射光のうち回転側ＬＥＤミラー３６で反射されずに回転側ＬＥＤミラー３６の周囲を通過した不要光が、背後に位置する回転側ＰＤ３５に妨害光として入射するのを防ぐ。

特に、回転中心軸ＣＬ１の周囲に中央シャフト２１などの構造物を有する場合は、回転側ＬＥＤ３４の出射光のうち回転側ＬＥＤミラー３６の周囲を通過して中央シャフト２１に直接照射された光が、妨害光として前方に位置する回転側ＰＤ３５に入射するのを防ぐように、回転側ＬＥＤミラー３６又は回転側ＰＤミラー３８は、十分な大きさとして設定される。

固定側ＬＥＤミラー３３及び固定側ＰＤミラー３７の大きさについても同様である。

［ミラーの位置］
回転側ＬＥＤミラー３６の位置は、以下の条件（５）及び（６）を成立させ得るように、回転中心軸ＣＬ１にできるだけ近く配置される。（５）回転側ＬＥＤ３４からの出射光が、必要十分に固定側ＰＤミラー３７に到達して、固定側ＰＤ３２に入射される。（６）背後に位置する回転側ＰＤミラー３８を回転中心軸ＣＬ１にできるだけ近く位置させて、回転ユニット３の回転に起因する回転側ＰＤ３５の受光量変動をできるだけ低減させる。

回転側ＰＤミラー３８の位置は、以下の条件（７）及び（８）を成立させ得るように、回転中心軸ＣＬ１にできるだけ近づけて配置される。（７）回転側ＬＥＤ３４の出射光が、必要十分に固定側ＰＤミラー３７に到達して、固定側ＰＤ３２に入射される。（８）回転側ＬＥＤミラー３６による反射光を遮らない範囲で、回転ユニット３の回転に起因する回転側ＰＤ３５の受光量変動をできるだけ低減させる。

固定側ＬＥＤミラー３３及び固定側ＰＤミラー３７の位置についても同様である。

［ミラーの角度］
第１信号伝送部５３において、回転ユニット３が回転すると回転側ＬＥＤ３４及び回転側ＬＥＤミラー３６に対する固定側ＰＤミラー３７及び固定側ＰＤ３２との位置関係が変わるが、回転ユニット３の回転に伴う固定側ＰＤ３２の受光量変動が低減されるように、回転側ＬＥＤミラー３６の反射面の角度が保持される。

なお、回転側ＬＥＤ３４の出射光束又は回転側ＬＥＤミラー３６の反射光束が光束中心軸に対して偏りをもつ場合、それらの偏りに起因する固定側ＰＤ３２の受光量変動が低減されるように回転側ＬＥＤミラー３６の角度が保持される。

固定側ＰＤミラー３７の角度も同様に、回転ユニット３の回転に伴う固定側ＰＤ３２の受光量変動が低減されるような角度に保持される。

第２信号伝送部５５における固定側ＬＥＤミラー３３及び回転側ＰＤミラー３８の反射面の角度についても同様である。

［ミラーの構成（別体型）］
本実施形態では、回転側ＬＥＤミラー３６、回転側ＰＤミラー３８、固定側ＬＥＤミラー３３、及び、固定側ＰＤミラー３７は、それぞれが異なる部材、異なる形状で構成されており、取り替え可能となっている。ＬＥＤ及びＰＤの光学特性・配置、ＬＥＤ及びＰＤを含む固定ユニット２又は回転ユニット３の構成・配置、信号伝送要求性能、信号光（映像信号・制御信号）と不要光（妨害信号）との分離性能、コストなどの諸条件に適合させて、任意の材質・形状・サイズ・角度・反射性能のミラーが選択され得る。

これにより、使用される受発光デバイス（ＬＥＤ・ＰＤ）が変更されて光学特性や配置が変わった場合や、固定ユニット２と回転ユニット３との配置や距離が変更されて受発光部の配置関係が変わった場合などでも、容易に信号伝達経路を確立して効率的かつ安価にロータリージョイントを再構成することができる。

［ミラーの構成（一体型）］
また、図５に示されるように、一対のＬＥＤミラー及びＰＤミラーを一体的に形成してもよい（回転側ＬＥＤミラー３６及び回転側ＰＤミラー３８の一体化：固定側ＬＥＤミラー３３及び固定側ＰＤミラー３７の一体化）。このようにすれば、部品点数削減、組立性向上、及び、生産性向上が可能となる。

この場合も、各反射面については、上述した諸条件に適合させて、材質・形状・サイズ・角度・反射性能が選択される。なお、一体化されたＬＥＤミラー及びＰＤミラーでは、材質は同一となるが、反射面コーティングなどで特性を変化させることが可能である。このような選択によって、効率的かつ安価にロータリージョイントを構成することができる。

［ミラーの材質（反射面）］
ＬＥＤミラー及びＰＤミラーは、鋼板、アルミ、プラスチック、ガラスなどの表面に反射面が設けられて構成されている。反射率が低く、若干の散乱性を有しているが安価な亜鉛メッキが反射面に施される。又は、比較的反射率の高いクロムメッキや金メッキが反射面に施される。又は、上述したメッキ処理より製作費用が高くなるが、高い反射率を有する蒸着やスパッタリングによる金・銀・アルミニウムなどのコーティング処理が施される。又は、誘電薄膜を組み合わせて特定波長帯の反射率を増加させた増反射膜、薄膜ミラー、あるいは、透明部材内面の全反射を利用した全反射ミラーも、反射面として利用され得る。透明部材による全反射ミラーは、反射膜を成膜することなく全反射を得ることのできる唯一の方法であり、全反射面への入射角が臨界角以上であれば、容易に高い反射率を得ることができる。

［ホルダ］
ホルダ（固定側ホルダ２８及び回転側ホルダ２９）は、ＬＥＤ及びＰＤを適切な搭載位置・傾きに規制あるいは保持すると共に、ＬＥＤミラー及びＰＤミラーを適切な位置・角度で固定・保持する。ＬＥＤ、ＰＤ、ＬＥＤミラー、及び、ＰＤミラーがホルダに組み付けられることで、ＬＥＤからの出射光は、ＬＥＤミラーを介して適切な放射特性で回転中心軸ＣＬ１に沿って反射され、この反射光はＰＤミラーを介して適切な放射特性でＰＤに入射される。

ホルダを構成する各面は、ＬＥＤからの出射光が前方のＰＤに直接的に入射又は周辺部材で反射されて二次的に入射されることを防ぐ遮光機能を有している。又は、ホルダを構成する各面は、ＬＥＤミラー及びＰＤミラーの反射面と合わせて遮光機能を有する。

ホルダ、ＬＥＤミラー、及び、ＰＤミラーは、それぞれが別部材で構成されてもよいし、いずれか２点あるいはすべてが一部材で構成されてもよい。また、各ミラーの反射面が、部材を構成する面の一部として設けられてもよい。

また、回転側ホルダ２９及び固定側ホルダ２８、回転側ＬＥＤミラー３６及び固定側ＬＥＤミラー３３、回転側ＰＤミラー３８及び固定側ＰＤミラー３７、並びに、ＬＥＤ・ＰＤを含む回転側部材及び固定側部材が、同一品とされてもよい。回転側と固定側とでできるだけ多くの部材を同一とすることで、組立性・生産性・信頼性を向上できると共に、効率的で安価なロータリージョイントを構成することができる。

［光伝送部の厚さ］
固定ユニット２に設けられた固定ユニット側構成部品（固定側ＬＥＤ３１、固定側ＬＥＤミラー３３、固定側ＰＤ３２、固定側ＰＤミラー３７、固定側ホルダ２８など）が形成する固定側光伝送部の厚さは、光伝送の必須部品である固定側ＬＥＤ３１及び固定側ＰＤ３２の実装高さと同程度とされる。すなわち、固定側ＰＤ３２、固定側ＬＥＤ３１、及び、固定側ＬＥＤミラー３３を含む厚みが、固定側ホルダ２８の厚みに等しい。同様に、回転ユニット３に設けられた回転ユニット側構成部品（回転側ＬＥＤ３４、回転側ＬＥＤミラー３６、回転側ＰＤ３５、回転側ＰＤミラー３８、回転側ホルダ２９など）が形成する回転側光伝送部の厚さも、光伝送の必須部品である回転側ＬＥＤ３４及び回転側ＰＤ３５の実装高さと同程度とされる。すなわち、回転側ＬＥＤ３４、回転側ＰＤ３５、及び、回転側ＬＥＤミラー３６を含む厚みが、回転側ホルダ２９の厚みに等しい。これらの各厚さの中に、光路変換のためのＬＥＤミラー・ＰＤミラー、及び、遮光機能を備えるホルダが配置される。このため、光伝送のための構成部材、該構成部材を含むロータリージョイント、及び、該ロータリージョイントを含む機器、それぞれの小型・薄型化が実現される。

また、固定ユニット側構成部品と回転ユニット側構成部品との間の光伝送は、特定の光伝搬部材（例えば、導光管など）を介することなく、空間伝搬のみによって行われる。このため、光伝送部の厚みは、固定ユニット２と回転ユニット３のそれぞれで光デバイス（ＬＥＤやＰＤなど）と同程度の厚さのみとなり、固定ユニット２と回転ユニット３とが近接配置されれば、最も薄いロータリージョイントが構成され得る。

［その他］
なお、信号伝送部５３及び５５で使用される光は、互いに遮光されている。例えば、第１信号伝送部５３で使用される光が第２信号伝送部５５に悪影響を与えることはなく、第２信号伝送部で５５で使用される光が第１信号伝送部５３に悪影響を与えることはない。これらの遮光は、例えば、ＬＥＤミラー、ＰＤミラー、ＬＥＤ、及び、ＰＤを保持するホルダによって、相互干渉防止されている。また、信号伝送部５３及び５５では、同波長光が使用されているが、異なる波長光が使用されてもよい。

ロータリージョイント５（５ａ〜５ｄを含む：以下同じ）では、上述したように、固定ユニット２、回転ユニット３、ＤＤモータ２０、及び、電力伝送ユニット５７の構成部品（フェライトコア１０）は、中空状（筒状）に形成されており、回転中心軸ＣＬ１及びその周りに中空部が位置されている。

ロータリージョイント５によれば、光を用いて固定ユニット２と回転ユニット３との間で信号が伝送されるので、スリップリングなどの接触部を用いることがなく、信号伝送に伴う接触部分を必要としない。従って、回転ユニット３の回転抵抗を小さくでき、ＤＤモータ２０の必要トルク（起動トルクを含む）の増大を防止でき、ＤＤモータ２０の大型化を防止できる。その結果、ロータリージョイント５のコストの上昇を防止できる。また、ＤＤモータ２０の消費電力を少なくできる。さらに、回転ユニット３の回転抵抗が小さくかつその変動が小さいのでＤＤモータ２０の制御が容易になり、回転ユニット３を高精度（繰り返し精度など）に位置決めして停止させることができる。光信号による伝送を用いるので、摺動接触方式では困難なＧｂｐｓ級の信号伝送にも対応できる。加えて、信号伝送に伴う接触部分がないので、磨耗などの劣化がなく、信頼性も優れる。

また、ロータリージョイント５によれば、複数のブラシを同時に扱う必要がないので、組み立て作業やメンテナンスの作業が容易になる。さらに、固定ユニット２と回転ユニット３との間の信号伝送では回転中心軸ＣＬ１近傍に信号光を通すので、光信号の受発光部を回転中心軸ＣＬ１近傍に固定すればよく、装置（ロータリージョイント）の構成を簡素化でき、装置を小型化できる。

また、ロータリージョイント５によれば、第１信号伝送部５３で使用する光と第２信号伝送部５５で使用する光とがお互いに干渉することがないので、回転ユニット３から固定ユニット２に、また、固定ユニット２から回転ユニット３に信号を確実に送ることができる。
また、ロータリージョイント５によれば、回転中心軸ＣＬ１のまわりの中空部（中空構造）が形成されており、この中空部を用いて固定ユニット２と回転ユニット３との間での信号の伝達がなされ、中空部のまわりで電力伝送ユニット５７による電力の伝送がなされるので、ＤＤモータ２０やカメラヘッド４への電力の供給を簡素な構成で行うことができる。なお、電力の供給も信号の伝達と同様にお互いが非接触の構成部品を用いてなされるので、回転ユニット３の回転抵抗を小さく変動の小さいものにすることができる。
さらに、ロータリージョイント５によれば、第１信号伝送部５３を構成する発光部と、第２信号伝送部５５を構成する受光部とが、回転中心ＣＬ１に対してほぼ対称な位置に設けられているので、回転ユニット３における第１信号伝送部５３を構成する発光部と、第２信号伝送部５５を構成する受光部との設置スペースを小さくすることができ、装置の小型化をはかることができる。

（具体的設計例）
以下に、光伝送部の具体的設計例について図１５を参照しつつ説明する。

図１５に示されるように、回転ユニット側構成部品（回転側ＬＥＤ３４、回転側ＰＤ３５、回転側ＬＥＤミラー３６、回転側ＰＤミラー３８、回転側ホルダ２９）と、固定ユニット側構成部品（固定側ＬＥＤ３１、固定側ＰＤ３２、固定側ＬＥＤミラー３３、固定側ＰＤミラー３７、固定側ホルダ２８）とは同じ部品で構成される（部品共通化）。以降の説明では、回転ユニット側構成部品についてのみ説明するが、固定ユニット側構成部品についても同様である。

（ＬＥＤ及びＰＤ）
回転側ＬＥＤ３４として、φ５ｍｍのプラスチックパッケージの砲弾型ＬＥＤが用いられた。ＬＥＤの中心波長は８７０ｎｍ、放射角は半値全角２０度である。砲弾型のレンズ効果によって放射角を狭めることで出射光束の放射強度を高めて、ＰＤへの入射光量を増加させると共に、出射光束の散乱に起因する妨害光を抑制する。

回転側ＰＤ３５として、φ３．１ｍｍのプラスチックパッケージの砲弾型ＰＤが用いられた。ＰＤの受光サイズは０．６×０．６ｍｍであり、受光指向角は半値全角３４度である。受光サイズを０．６×０．６ｍｍの小型サイズとすることで、１００ＭＨｚ以上の高速応答が実現される。砲弾型のレンズ効果によって０．６×０．６ｍｍの受光サイズがφ３．１ｍｍに拡大されることで感度を拡大すると共に受光指向角を狭めて、所望のＬＥＤ出射光以外の、構造部材などでの散乱に起因する妨害光を抑制する。

回転側ＬＥＤ３４及び回転側ＰＤ３５は、上述したように、対向して回転ユニット３に実装される。対向して実装されることで、回転側ＬＥＤミラー３６及び回転側ＰＤミラー３８の反射面を、回転中心軸ＣＬ１近傍で大きく確保することができる。なお、反射面を必要十分な大きさ確保できるのであれば、回転側ＬＥＤ３４と回転側ＰＤ３５とを対向させず（すなわち、回転側ＬＥＤ３４の出射光軸と回転側ＰＤ３５の入射光軸とを一致させず：両光軸が１８０度をなす）に、回転側ＬＥＤ３４の出射光軸と回転側ＰＤ３５の入射光軸とが狭角０度以上１８０度未満の角度をなすように配置してもよい。このようにすると、回転側ＬＥＤ３４の出射光束の範囲外に回転側ＰＤ３５が配置され、不要光が回転側ＰＤ３５に入射することが低減される。また、遮光機能を備える回転側ホルダ２９の遮光性能を下げることができるので、回転側ホルダ２９を簡易で安価な大きさとすることができる。さらに、回転側ＬＥＤ３４及び回転側ＰＤ３５の回転ユニット３を含む実装部品の配置自由度が増す。

回転側ＬＥＤ３４の位置は、出射光及び回転側ＬＥＤミラー３６による反射光をそれ自身の砲弾型パッケージで遮らない範囲内で、回転中心軸ＣＬ１にできるだけ近いことが望ましい。回転側ＬＥＤ３４が回転中心軸ＣＬ１に近いほど、固定側ＰＤ３２への入射光の放射照度密度を高めて受光量を増加させることができる。回転側ＬＥＤ３４のＬＥＤパッケージと周辺構造物との干渉回避を考慮して、回転側ＬＥＤ３４は、回転中心軸ＣＬ１から１２ｍｍの距離に配設された。

回転側ＰＤ３５の位置は、回転側ＰＤミラー３８への入射光及び回転側ＰＤミラー３８による反射光をそれ自身の砲弾型パッケージで遮らない範囲内で、回転中心軸ＣＬ１にできるだけ近いことが望ましい。回転側ＰＤ３５が回転中心軸ＣＬ１に近いほど、回転側ＰＤ３５への入射光の放射照度密度を高めて受光量を増加させることができる。光伝搬路である回転中心軸ＣＬ１周辺の空間直径φ８．１ｍｍを考慮して、回転側ＰＤ３５は、回転中心軸ＣＬ１からの４．１ｍｍの距離に配設された。

ここでは、砲弾型パッケージの回転側ＬＥＤ３４が用いられた。しかし、平面パッケージ型やパッケージを持たないＬＥＤ（例えば、半値全角６０度以上のＬＥＤ）を用いると共に、固定側ＰＤ３２の入射光軸上に収束機能を有する光学部材（例えばレンズ）を配置してもよい。光学部材によってＬＥＤ出射光の狭指向化が行われる。あるいは、固定側ＰＤ３２の受光量が十分であれば、平面パッケージ型やパッケージを持たないＬＥＤのみを用いられても良い。

ここでは、砲弾型パッケージの回転側ＰＤ３５が用いられた。しかし、平面パッケージ型やパッケージを持たないＰＤ（例えば、半値全角６０度以上のＰＤ）を用いると共に、回転側ＰＤ３５の入射光軸上に収束機能を有する光学部材（例えばレンズ）を配置してもよい。パッケージによってＰＤ受光面積が拡大され、光学部材によってＰＤ入射光の狭指向化が行われる。この結果、回転側ＰＤ３５への妨害光の入射が低減される。あるいは、回転側ＰＤ３５の受光量が十分で、かつ、妨害光の影響も回避できるのであれば、平面パッケージ型やパッケージを持たないＰＤのみが用いられても良い。

固定側ＬＥＤ３１及び固定側ＰＤ３２に関しても、回転側ＬＥＤ３４及び回転側ＰＤ３５と同様である。

（ミラーの位置）
回転側ＰＤミラー３８の位置は、上述したように回転中心軸ＣＬ１に近い方が好ましい。回転側ＬＥＤミラー３６の位置も、上述したように回転中心軸ＣＬ１に近い方が好ましいが、伝送に有効な光束（すなわち、固定側ＰＤ３２に入射される光束）をφ８．１ｍｍの光伝搬路に入射させることができる範囲内で、回転中心軸ＣＬ１から外側に配置することができる。上記の点を考慮して、回転側ＬＥＤミラー３６は回転中心軸ＣＬ１から２．４５ｍｍ外側に配置され、回転側ＰＤミラー３８は回転中心軸ＣＬ１から１．５ｍｍ外側に配置された。

なお、回転側ＬＥＤミラー３６を回転中心軸ＣＬ１から２．４５ｍｍの位置に配設した場合の固定側ＰＤ３２に到達する光量は、さらに外側の２．９６ｍｍに配設した場合の光量より約１０％増加する。

なお、回転側ＬＥＤ３４からの出射光の光束径を、回転側ＬＥＤ３４と回転側ＬＥＤミラー３６の間に配置した光学部材（例えばレンズ）によって小さくして回転側ＬＥＤミラー３６の反射面サイズを小さくすることで、回転側ＬＥＤミラー３６の位置を回転中心軸ＣＬ１からさらに外側に設けることができる。これによって、回転側ＰＤミラー３８の位置を回転中心軸ＣＬ１により近づける（回転中心軸ＣＬ１と一致させる）ことができ、回転時の回転側ＰＤ３５の感度変動を低減することができる。

固定側ＬＥＤミラー３３及び固定側ＰＤミラー３７に関しても、回転側ＬＥＤミラー３６及び回転側ＰＤミラー３８と同様である。

（ＬＥＤミラーの角度）
回転側ＬＥＤミラー３６の角度は、回転側ＬＥＤミラー３６による反射光の光束重心が、固定側ＰＤミラー３７及び固定側ＰＤ３２の実装平面近傍で回転中心軸ＣＬ１と交差するように、回転側ＬＥＤ３４の放射分布特性を考慮した光線追跡による光学シミュレーションによって設定される。回転中心軸ＣＬ１と光束重心とを合致させることで、回転動作時でも安定的に信号光を固定側ＰＤ３２で受光できる。

図１６に、回転側ＬＥＤミラー３６の角度に対する光束重心の回転中心軸ＣＬ１からのずれ量を示す。図１６の光学シミュレーション結果に示されたように、回転側ＬＥＤミラー３６の角度が回転側ＬＥＤ３４からの出射光軸に対して４５度より小さいと、回転中心軸ＣＬ１と光束重心とが合致する。

これは、回転側ＰＤミラー３８をできるだけ回転中心軸ＣＬ１に近づけるために、回転側ＬＥＤミラー３６が反射光の光束に影響がない範囲内で回転中心軸ＣＬ１から外側に配置されるためである。図１６に示されたように、回転側ＬＥＤミラー３６の角度は４３．７度に設定された。

固定側ＬＥＤミラー３３の角度についても同様である。

（ＰＤミラーの角度）
回転側ＰＤミラー３８の角度は、回転側ＰＤ３５への入射光が回転動作時に安定するように、固定側ＬＥＤ３１の放射分布特性、固定側ＬＥＤミラー３３の反射特性、回転側ＰＤミラー３８の反射特性、及び、回転側ＰＤ３５の受光指向特性を考慮した光線追跡による光学シミュレーションによって設定される。［表１］に、回転側ＰＤミラー３８の回転位置０度及び１８０度の場合の角度に対する回転側ＰＤ３５入射光量を示す。

［表１］の光学シミュレーション結果に示すとおり、回転側ＰＤミラー３８の角度が回転側ＰＤ３５への入射光軸に対して４５度より小さいと、回転動作時にも安定した入射光量が得られる。

これは、固定側ＬＥＤ３１及び回転側ＰＤ３５が同じ側に位置している場合（図４の場合）は、固定側ＬＥＤミラー３３及び回転側ＰＤミラー３８も回転中心軸ＣＬ１と平行に同じ軸上に位置するが、１８０度の回転動作によって固定側ＬＥＤ３１及び回転側ＰＤ３５が反対側に位置している場合は、固定側ＬＥＤミラー３３と回転側ＰＤミラー３８との間に傾き（ねじり）が生じるからである。［表１］に示されたように、回転側ＰＤミラー３８の角度は４４度に設定された。

固定側ＰＤミラー３７の角度についても同様である。

（ＰＤミラーの長さ）
回転側ＰＤミラー３８の長さ（回転側ＰＤ３５への入射光軸から回転側ＬＥＤミラー３６の反射面に向けて延びる長さ）は、下記条件（９）及び（１０）を成立させ得るように、回転側ＬＥＤ３４の放射分布特性、回転側ＬＥＤミラー３６の形状・配置、回転側ＰＤミラー３８の形状・配置、周辺構造部材の形状・配置・反射特性を考慮した光線追跡による光学シミュレーションによって設定される。（９）固定側ＬＥＤミラー３３からの反射光に関して、できるだけ多くの光量を回転側ＰＤ３５に受光させる。（１０）回転側ＰＤ３５に対して妨害光となる回転側ＬＥＤ３４からの出射光の回転側ＰＤ３５への入射を防止する。

［表２］に、回転側ＰＤミラー３８長さに対する、回転側ＰＤ３５への信号光入射光量、妨害光入射光量、及び、信号対ノイズ比（信号光入射光量と妨害光入射光量の比率）を示す。

［表２］の光学シミュレーション結果に示すとおり、回転側ＬＥＤ３４からの妨害光は、上述した回転側ＰＤミラー３８の長さが２．７５ｍｍ以上で０．２μＷ以下に大幅に低減され、信号対ノイズ比も−２０ｄＢ以上となる。従って、回転側ＰＤミラー３８の形状や実装のばらつきを考慮して、回転側ＰＤミラー３８の長さは２．９ｍｍに設定された。

固定側ＰＤミラー３７の長さについても同様である。

（ＬＥＤミラーの長さ）
回転側ＬＥＤミラー３６の長さ（回転側ＬＥＤ３４からの出射光軸から回転側ＰＤミラー３８の反射面に向けて延びる長さ）は、下記条件（１１）及び（１２）を成立させ得るように、回転側ＬＥＤ３４の放射分布特性、回転側ＬＥＤミラー３６の形状・配置、回転側ＰＤミラー３８の形状・配置、周辺構造部材の形状・配置・反射特性を考慮した光線追跡による光学シミュレーションによって設定される。（１１）回転側ＰＤミラー３８に干渉せず、かつ、回転側ＰＤ３５への入射光を遮らない。（１２）回転側ＬＥＤ３４からの出射光に関して、できるだけ多くの光量を回転中心軸ＣＬ１に沿って反射させる。上述した回転側ＬＥＤミラー３６の長さは、光学シミュレーションの結果、２．３ｍｍに設定された。

固定側ＬＥＤミラー３３の長さについても同様である。

（ＬＥＤミラー及びＰＤミラーの形状）
回転側ＬＥＤミラー３６の反射面の形状は、平面形状とされたが、複数平面で構成された多面体形状、球面形状、非球面係数にもとづく非球面形状、又は、自由曲面形状などとされてもよい。反射面を多面体形状や曲面形状とすることで、回転側ＬＥＤ３４からの出射光の光束を収束して放射強度密度を高めて、固定側ＰＤ３２への入射光量を増加させることができる。また、回転側ＬＥＤ３４を、砲弾型でなく、平面パッケージ型やパッケージを持たないチップ型としてもよい。このように、ＬＥＤの選択自由度を高めることで、機器の更なる小型化（薄型化）や低コスト化を実現できる。

同様に、回転側ＰＤミラー３８の反射面の形状は、平面形状とされたが、複数平面で構成された多面体形状、球面形状、非球面係数にもとづく非球面形状、又は、自由曲面形状などとされてもよい。反射面を多面体形状や曲面形状とすることで、回転側ＰＤミラー３８への入射光の光束を収束して放射照度密度を高めて、固定側ＰＤ３２への入射光量を増加させることが。また、回転側ＰＤ３５を、砲弾型でなく、平面パッケージ型やパッケージを持たないチップ型とししてもよい。このように、ＰＤの選択自由度を高めることで、機器の更なる小型化（薄型化）や低コスト化を実現できる。

また、上記実施形態では、回転側ＬＥＤミラー３６の横幅と回転側ＰＤミラー３８の横幅とが同一とされている。しかし、これらの横幅を異ならせてもよく、例えば、回転側ＰＤミラー３８の大きさを、回転側ＬＥＤミラー３６よりも大きくしてもよい。このようにすれば、回転側ＬＥＤ３４からの出射光のうち回転側ＬＥＤミラー３６から外れる妨害光が低減され、妨害光の回転側ＰＤ３５への入射を防止できる。あるいは、回転側ＰＤミラー３８から回転側ＰＤ３５までの光路の幅を回転側ＰＤミラー３８の横幅より小さくしてもよい。このようにすれば、回転側ＬＥＤミラー３６から外れる妨害光の回転側ＰＤ３５への入射を防止できる。

固定側ＬＥＤミラー３３及び固定側ＰＤミラー３７についても同様である。

（光伝送部の厚さ）
回転ユニット側構成部品（回転側ＬＥＤ３４、回転側ＬＥＤミラー３６、回転側ＰＤ、回転側ＰＤミラー３８、回転側ホルダ２９）の最大厚は、光伝送の必須部品である回転側ＬＥＤ３４の最大直径φ５．６ｍｍ（砲弾直径φ５ｍｍ）及び回転側ＰＤ３５の最大直径φ４ｍｍ（砲弾直径φ３．１ｍｍ）と同程度の６ｍｍとされた。この厚さの中に、回転側ＬＥＤミラー３６、回転側ＰＤミラー３８、及び、回転側ホルダ２９を構成することで、光伝送のための構成部材、該構成部材を含むロータリージョイント、及び、該ロータリージョイントを含む機器、それぞれの小型・薄型化が実現される。

固定ユニット側構成部品（固定側ＬＥＤ３１、固定側ＬＥＤミラー３３、固定側ＰＤ３２、固定側ＰＤミラー３７、固定側ホルダ２８）の厚さについても同様である。

本発明は、上述した実施形態に限定されない。例えば、上述した実施形態では、ＬＥＤからの出射光及びＰＤへの入射光の両方がミラーによって方向が変えられた。しかし、図１７に示されるロータリージョイント５ｅのように、固定側ＬＥＤ３１からの出射光が固定側ＬＥＤミラー３３によって反射された後、この反射光が回転側ＰＤ３５０に直接入射されると共に、回転側ＬＥＤ３４からの出射光が回転側ＬＥＤミラー３６によって反射された後、この反射光が固定側ＰＤ３２０に入射される構成であってもよい（第６実施形態）。

１ 回転カメラ
７１ 回転雲台
７２ 力メラ
７３ 表示装置
２ 固定ユニット
３ 回転ユニット
４ カメラヘッド
５、５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ ロータリージョイント
６ 透明ドーム
７ パラレル→シリアル変換部
８ａ パン駆動部
８ｂ チルト駆動部
９ シリアル→パラレル変換部
１０フェライトコア
１０ａ 回転ユニット側フェライトコア
１０ｂ 固定ユニット側フェライトコア
１１巻き線
２０ ＤＤモータ
２１ 中央シャフト
３１ 固定側ＬＥＤ
３２ 固定側ＰＤ
３３ 固定側ＬＥＤミラー
３７ 固定側ＰＤミラー
２８ 固定側ホルダ
３４ 回転側ＬＥＤ
３５ 回転側ＰＤ
３６ 回転側ＬＥＤミラー
３８ 回転側ＰＤミラー
２９ 回転側ホルダ
４０ 緩衝機能部材
４１ フェライト保持部材
４２ コイルスプリング
５１ 天井
５３ 第１信号伝送部
５５ 第２信号伝送部
５７ 電力伝送ユニット
５９ 天井部材
６３ 固定子
６５ 回転子
ＣＬ１ 回転中心軸

Claims (9)

1. 固定ユニットと、
   回転中心軸を中心として前記固定ユニットに対し回転可能に設けられた回転ユニットと、
   前記回転中心軸に沿って、前記回転ユニットから前記固定ユニットに信号光を伝送する第１信号伝送部と、
   前記回転中心軸に沿って、前記固定ユニットから前記回転ユニットに信号光を伝送する第２信号伝送部とを備えており、
   前記第１信号伝送部が、前記回転ユニットに設けられた第１回転側発光部と、前記第１回転側発光部からの出射光を前記回転中心軸に沿って反射させる第１回転側反射部と、前記固定ユニットに設けられた第１固定側受光部と、前記第１回転側発光部からの前記出射光の前記回転ユニットに設けられた第２回転側受光部への入射を防止する第１遮光部材とを有し、
   前記第２信号伝送部が、前記固定ユニットに設けられた第２固定側発光部と、前記第２固定側発光部からの出射光を前記回転中心軸に沿って反射させる第２固定側反射部と、前記回転ユニットに設けられた前記第２回転側受光部と、前記第２固定側発光部からの前記出射光の前記第１固定側受光部への入射を防止する第２遮光部材とを有している
   ことを特徴とするロータリージョイント。
2. 前記第１信号伝送部が、前記第１回転側反射部からの反射光を前記回転中心軸から外方に向けてさらに反射させる、前記固定ユニットに設けられた第１固定側反射部をさらに有し、
   前記第２信号伝送部が、前記第２固定側反射部からの反射光を前記回転中心軸から外方に向けてさらに反射させる、前記回転ユニットに設けられた第２回転側反射部をさらに有している
   ことを特徴とする請求項１に記載のロータリージョイント。
3. 前記第１回転側反射部が、前記第１遮光部材としても機能し、
   前記第２固定側反射部が、前記第２遮光部材としても機能する
   ことを特徴とする請求項１に記載のロータリージョイント。
4. 前記第２回転側反射部が、前記第１遮光部材としても機能し、
   前記第１固定側反射部が、前記第２遮光部材としても機能する
   ことを特徴とする請求項２又は３に記載のロータリージョイント。
5. 前記第１回転側反射部、前記第１固定側反射部、前記第２固定側反射部、及び、前記第２回転側反射部が、それぞれ個別に取り替え可能に設けられている
   ことを特徴とする請求項２に記載のロータリージョイント。
6. 前記第１回転側反射部と前記第２回転側反射部とが一体的に設けられ、かつ、前記第１固定側反射部と前記第２固定側反射部とが一体的に設けられている
   ことを特徴とする請求項２又は４に記載のロータリージョイント。
7. 前記固定ユニットに設けられた、前記第１固定側受光部、前記第２固定側発光部、及び、前記第２固定側反射部を含む厚みが、前記第２遮光部材の厚みと等しく、
   前記回転ユニットに設けられた、前記第１回転側発光部、前記第２回転側受光部、及び、前記第１回転側反射部を含む厚みが、前記第１遮光部材の厚みに等しい
   ことを特徴とする請求項１に記載のロータリージョイント。
8. 前記固定ユニットに設けられた中空状の固定子、及び、前記回転ユニットに設けられた中空状の回転子を備えた、前記回転ユニットを回転駆動するモータと、
   電磁誘導によって前記固定ユニットと前記回転ユニットとの間で電力を伝送する中空状の電力伝送ユニットと
   のうちの少なくとも一つを有している
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載のロータリージョイント。
9. 前記モータが、直接駆動モータである
   ことを特徴とする請求項８に記載のロータリージョイント。

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