JP2780487B2 - 多心光ロータリージョイント - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は多心光ロータリージョイントに関し、特に回
転体と静止体の光通信に用いる多心光ロータリージョイ
ントに関する。

〔従来の技術〕

回転体と静止体の間で光通信を行う際に、回転体側の
複数の光ファイバーからそれぞれ入力された像を、静止
体側の対応する光ファイバーへ静止した像として伝達す
るため、光多心ロータリージョイントが用いられる。

多心光ロータリージョイントとして、従来は、第６図
に示すような装置が用いられている。第６図は回転側光
ファイバー1a,1bと静止（出力）側光ファイバ6a,6bの間
に設けられた光多心ロータリージョントを示す。回転体
（図示せず）の回転軸Ｘに平行に設けられた回転側光フ
ァイバ1a,1bに回転側コリメータ3a,3bがそれぞれ接続さ
れ、静止側光ファイバ6a,6bには静止側コリメータ5a,5b
がそれぞれ接続され、回転側コリメータ3a,3bと静止側
コリメータ5a,5bの間に、ダブプリズム４が設けられて
いる。ダブプリズム４は、底面が回転体の回転軸Ｘに平
行になるように配置され、遊星歯車機構等により回転体
の回転速度の1/2の速度で回転される。第１図で2a,2bは
光束を示す。

このような構成により、回転側光ファイバ1a,1bから
回転側コリメータ3a,3bを経てダブプリズム４に入力さ
れた像は、反転されて静止側コリメータ5a,5bに達す
る。回転側コリメータ3a,3bからダブプリズム４に入射
する光束2a,2bが回転しても、静止側コリメータ5a,5bに
入射する光束は静止している。静止とは、光束が任意の
軸の回りの回転すなわち公転もせず、光束自体を回転軸
とする自転もしないことを意味する。

光ファイバーとコリメータの接続は、一般に、第７図
に示すような、光ファイバー１の先端にフェルール71を
備えたプラグ72と、コリメータ３を固定したレセプタク
ル73から成るコネクタにより、行われる。第６図では２
心光ロータリージョイントを示したが、同じ原理で３心
以上の光ロータリージョイントを構成することができ
る。この場合、光ロータリージョイントに接続される光
ファイバーの間隔は、光ファイバーとコリメータの接続
に用いられるコネクタの大きさに隣接のコネクタとの間
の接続作業に必要な空間を加えた、ある限度以下には、
小さくできない。コネクタの直径は通常６ないし10mmで
あり、従って光ファイバーの最小間隔は10ないし15mmで
ある。この最小間隔をｄとすると、２心の場合の光ファ
イバーの最小間隔はｄであるが、例えば４心にする場
合、第８図に示すように、同一円周上に最も接近して並
べても、回転半径方向での光ファイバーの間隔は となる。このように、光ファイバーの間隔が12mm、つま
り12mm以上のアパーチャが必要な場合、ダブプリズムの
長さＬは少なくとも約50mmであるが、４心にした場合に
は、上述の通り12×（２）1/2＝17mmのアパーチャが必
要となるから、タブプリズムの長さＬは少なくとも約70
mmとなる。

ところがタブプリズムにより隔てられたコリメータレ
ンズの間隔を50mm以上にすると、第９図に示すように、
光ロータリージョイントの接続損失は急に増大する。そ
こで、米国特許4,872,737号に記載された発明では、ダ
ブプリズムのアパチャ、従って長さを大きくせずに、多
心光ロータリージョイントの心数を増すため、コリメー
タとダブプリズムのアパーチャの間に、平行四辺形の断
面をもつプリズム（長斜方形プリズム）を設けてその両
端部で光路を直角に曲げ、これにより回転軸と光束の距
離を縮小してダブプリズムのアパーチャ内に入射させる
ようにしており、低損失の４心ロータリージョイントを
具体化している。すなわち、第10図に示すように、コリ
メータ３とダブプリズム４のアパーチャの間に長斜方形
プリズム101を、長さ方向がダブプリズム４の底面4aと
垂直になるように設け、一端は回転側コリメータ3a,3b
の光軸の延長上に位置するように、他の一端はダブプリ
ズム４の斜面4bに対向するように配置している。同様
に、コリメータ5a等とダブプリズム４の間に長斜方形プ
リズム102a等が設けられ、一端はダブプリズム４の斜面
4cに対向するように、他端は静止側コリメータ5a,5bの
光軸の延長上に位置している。入射側長斜方形プリズム
101a等は回転軸のまわりに、同一円周上に４個設けられ
ており、それらの回転軸Ｘからの距離は等しい。回転側
コリメータ3a,3bと長斜方形プリズム101a,101bは回転部
103に対し固定され、ダブプリズム４は減速回転部105に
固定されている。減速回転部105は、回転部103と同軸上
で、回転部の1/2の角速度で回転する。

上記米国特許の多心光ロータリージョイントでは、ダ
ブプリズムを固定した減速回転部を回転部の1/2の角速
度で回転させるために、１組の同径の歯車と１組の減速
歯車との組合せを用いている。すなわち、第10図に示す
ように、減速歯車機構104は、回転部103の外周に取り付
けられた歯車103aと、これに噛み合う遊星歯車104aと、
それと同軸104cに固定されて一体に回転する直径の小さ
い遊星歯車104bと、さらにこれに噛み合う直径の大きい
歯車105aで構成されている。106,107は軸受を示す。こ
のような構成により、減速回転部105は回転部103と同軸
上で、回転部103の1/2の角速度で回転する。その結果、
減速回転部105に固定されたタブプリズム４は、回転部1
03に固定されたコリメータ3a,3bの1/2の角速度で回転
し、コリメータ3a,3bから入射する光束が回転しても、
ダブプリズム４から静止側のコリメータ5a,5bに入射す
る光束は回転しない。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、米国特許4,872,737号に記載された前述の構
成では、長斜方形プリズムの長さを増しても、低損失の
伝送が可能なのはせいぜい８心までである。事実、具体
的に記載されているのは４心までの光ロータリージョイ
ントである。

また、上記米国特許に記載された多心光ロータリージ
ョイントの回転機構では、１組の同径の歯車と１組の減
速歯車との組合せを用いてダブプリズムの回転を回転部
の1/2に減速させているため、光学系と歯車系を含めた
装置全体の寸法が大きくなっている。特に心数を増した
場合に、ダブプリズムを大きくすると、それに伴ってそ
の外側の同径の歯車も大きくなるため、装置全体は一層
大型になる。

それ故、本発明の目的は、伝送路の本数を、例えば８
本以上に増しても、低損失の伝送が可能な多心光ロータ
リージョイントを、実現することである。

また、本発明の他の目的は、心数を増しても大型化し
ない多心光ロータリージョイントを実現することであ
る。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の多心光ロータリージョイントは、伝送路の本
数を例えば８本以上に増しても低損失の伝送を可能にす
るため、所定の角速度で回転する複数の回転光像を、前
記複数の回転光像の1/2の角速度で回転するダブプリズ
ムに入射させ、複数の静止光像として出射させる、多心
光ロータリージョイントにおいて、前記所定の角速度で
回転する複数の光ファイバーから前記ダブプリズムのア
パーチャ外の位置において入射する前記複数の回転光像
を、その進行方向を屈曲させて前記ダブプリズムの入射
面に案内する、前記所定の角速度で回転する複数の回転
光像案内手段と、前記ダブプリズムの出射面から入射す
る前記複数の静止光像を、その進行方向を屈曲させて、
前記ダブプリズムのアパーチャ外の位置に静止して配置
された複数の光ファイバーに案内する、静止した複数の
静止光像案内手段を備え、前記複数の回転光像案内手段
および前記複数の静止光像案内手段は、前記入射した回
転光像の進行方向を屈曲させる長斜方形プリズムから成
り、前記ダブプリズムの光軸を中心とした複数の異径同
軸円周上に配置され、前記ダブプリズムは色消しプリズ
ムによって構成されることを特徴とする。

色消しプリズムは、通常、二等辺三角形の断面を有す
るプリズムと、その斜面に各々接する不等辺四辺形の断
面をもつプリズムで構成される。色消しダブプリズムの
詳細については、実施例で説明する。色消しダブプリズ
ムを用いないと、硼珪酸塩クラウンガラスBK−７で構成
された高さ（アパーチャ）20mm、長さ85mmのダブプリズ
ムの場合、波長1.3μｍと波長0.85μｍの光の出射位置
の擦れ（オフセット）は約4mmとなり、これより口径の
大きいコリメータレンズを必要とするだけでなく、結合
損失および回転変動が大きくなり、ロータリージョイン
トとして実用性がない。前記長斜方形プリズムは、第一
の波長の光を透過し第二の波長の光を反射する干渉フィ
ルターを介して区分された第一および第二の領域を有
し、前記第一および第二の領域は前記異径同軸円周上に
それぞれ位置させてもよい。

入射光束として、第一の波長に近い第三の波長の光お
よび第二の波長に近い第四の波長の光をも含む光束を用
い、第三の波長の光束を第一の波長の光束とともに、第
四の波長の光束を第二の波長の光束とともに、それぞれ
ロータリージョイントを通過させ、ロータリージョイン
トの出口で、あるいは伝送後に、高分解能のフィルター
等で、第一と第三の波長、第二と第四の波長の光束を分
離してもよい。このようにすれば、光束および長斜方形
プリズムの数を増さずに、伝送チャンネル数をさらに二
倍にすることができる。

また、本発明では、心数を増しても大型化しない多心
光ロータリージョイントを実現するため、ダブプリズム
を平行入射光束の回転の1/2の角速度で回転させるため
に、複数の回転光像案内手段を第一の回転体により、ダ
ブプリズムを第二の回転体により、それぞれ支持し、こ
れらの回転体を1/2変速歯車機構を介して結合し、この1
/2変速歯車機構を、第一および第二の中間歯車が同軸上
に配置された第一および第二の歯車機構で構成して、第
一の歯車機構の、第一の回転体に固定された歯車と第一
の中間歯車の歯数比を（n/2）対１、例えば２対１また
は1.5対１（３対２）にし、第一の歯車機構の第二の中
間歯車と第二の回転体に固定された歯車が１対ｎ、例え
ば１対４または１対３の、歯数比を有するように構成し
た（ｎは正の整数である）。

〔作用〕

本発明では、ダブプリズムの回転側に設けて光ファイ
バーからの入射光をダブプリズムの入射面に案内する回
転光像案内手段と、静止側に設けてダブプリズムの出射
面からの光を光ファイバーに案内する静止光像案内手段
を、それぞれ、ダブプリズムの光軸を中心とした複数の
異径同軸円周上に配置したので、ダブプリズムの回転側
および静止側のアパーチャー外に、多数の光ファイバー
を配置することができる。特に、複数の回転光像案内手
段および静止光像案内手段を、光軸方向に偏位して、す
なわちダブプリズムの光軸に垂直な複数の平面内に、配
置することにより、同一平面内に配置した場合より多数
の案内手段を設けることができ、その結果、入射側、出
射側とも、光束の間隔を光ファイバーの接続等に十分な
距離とすることが容易になり、回転側から静止側または
静止側から回転側に伝達できる光束の数を増すことがで
きる。すなわち、入射部および出射部の外径を拡大させ
ずに、連結する光ファイバーの本数を増すことができ
る。あるいは、同じ光ファイバーの本数に対し、入射部
および出射部の外形寸法を縮小させることができる。

また、本発明では、回転光像案内手段および複数の静
止光像案内手段を、ともに長斜方形プリズムで構成し、
長斜方形プリズムを第一および第二の領域に区分し、そ
れらの間に、第一の波長の光を透過し、第二の波長の光
を反射する干渉フィルターを設け、第一および第二の領
域をそれぞれ、同軸で半径の異なる円周上に位置させる
ようにしたので、長斜方形プリズム１個を２本の光ファ
イバーに対応させることができるから、ダブプリズムの
アパーチャ内に配置できる長斜方形プリズムの数が同じ
とすると、伝達できる光束の数は２倍となる。それ故、
光ロータリージョイントに連結できる光ファイバーの本
数をさらに増加させることが可能になる。

本明細書では、回転光像を入射させて静止光像を出射
させる実施態様で説明しているが、静止光像を入射させ
て回転光像を出射させる実施態様でも使用可能であり、
また、特許請求の範囲もそのように解釈されるものとす
る。

以下に実施例を示し、本発明のさらに詳細な説明とす
る。

〔実施例１〕 本発明による多心光ロータリージョイントの一例を第
１図（Ａ）に示す。第１図（Ａ）において、回転部11に
回転側コリメータ3a,3b,3c,3d（回転側コリメータ群３
と称する）が固定され、回転側光ファイバー1a,1b,1c,1
dがそれぞれコネクタ12を介して接続されている。一
方、静止部13に静止側コリメータ5a,5b,5c,5d（静止側
コリメータ群５と称する）が固定され、静止側光ファイ
バー6a,6b,6c,6dがそれぞれコネクタ14を介して接続さ
れている。回転側光ファイバー1b,静止側光ファイバー6
bのみについては、それぞれ、コネクタ12およびコネク
タ14を接続前の状態で示した。コネクタ12についてはプ
ラグ12Pとレセプタクル12R、コネクタ14についてはプラ
グ14Pとレセプタクル14Rを、それぞれ示した。各コリメ
ータの光軸は回転部11の回転軸Ｘと平行である。回転側
のコリメータ群３と静止側のコリメータ群５の間に、回
転部11の回転軸Ｘに平行な底面をもつダブプリズム４が
配され、ダブプリズム４は減速回転部15に固定されてい
る。さらに、回転側のコリメータ群とダブプリズム４の
斜面の間に長斜方形プリズム16a,16b,16c,16dを、また
静止側のコリメータ群とダブプリズム４の斜面の間に、
長斜方形プリズム17a,17b,17c,17dを設けてある。長斜
方形プリズム16a,16b,16c,16dはすべて、底面が回転軸
Ｘに垂直（従ってダブプリズム４の底面4aに垂直）にな
るような方向に回転部11に固定され、一方の端付近で回
転側コリメータ3a,3b,3c,3dの各光軸の延長が底面を垂
直に貫いて一方の斜面のほぼ中央を通るように、そして
他方の斜面はダブプリズム４の底面および頂面の延長の
間（つまりダブプリズム４のアパーチャ）に入り、頂面
の他端付近がダブプリズム４の斜面4bに対向するように
位置している。同様に、長斜方形プリズム17a,17b,17c,
17dは、底面が回転軸Ｘに垂直（従ってダブプリズム４
の底面4aに垂直）になるような方向に静止部13に固定さ
れ、一方の端付近で静止側コリメータ5a,5b,5c,5dの各
光軸の延長が底面を垂直に貫いて一方の斜面のほぼ中央
を通り、そして他方の斜面はダブプリズム４のアパーチ
ャに入り、頂面の一端付近がダブプリズム４の斜面4cに
対向するように位置している。長斜方形プリズム16a、
ダブプリズム４および長斜方形プリズム17aの部分拡大
図を第２図に、また多心光ロータリージョイントの静止
側の側面を第３図に示す。第３図に示すように、回転側
および静止側長斜方形プリズムは第１図に示された以外
に、長斜方形プリズム16a,16b,17a,17bに対応するもの
が回転軸を中心とする同一円周上に45°毎に、長斜方形
プリズム16c,16d,17c,17dに対応するものが同一円周上
に90°毎に設けられ、回転側および静止側それぞれに全
部で12個設けられている。

回転部11は静止部13に対し軸受18で回転可能に支持さ
れ、回転部11に固定された回転側コリメータ群３および
長斜方形プリズム16a等は、回転部11とともに所定の速
度で回転する。この回転は、図示しない回転駆動軸に連
結されて回転部11と同軸に回転する伝動部材19により生
ずる。回転部11の小径部の外周には歯車20が設けられ、
これと噛み合う歯車21が、静止部13に軸受22により回転
可能に支持された回転軸23に、固定されている。回転軸
23には、直径の小さい別の歯車24が固定されており、歯
車24は減速回転部15のフランジ部15aの外周に取付られ
た歯車25と噛み合っている。減速回転部15は静止部13に
対し軸受26で回転可能に支持され、また回転部11に対し
軸受27および28で互いに回転可能に支持されている。伝
動部材19は、回転部材11の外周に設けられた溝11aに嵌
め込まれている。第１図（Ａ）の切断線Ｂ−Ｂに沿った
断面を第１図（Ｂ）に、第１図（Ｂ）の切断線Ｃ−Ｃに
沿った断面を第１図（Ｃ）に示す。第１図（Ｂ）に示し
たように、伝動部材19は横断面が円で、伝動部材19とス
リット溝11aとの間には遊びがあり、第１図（Ｃ）に示
したように、スリット溝11aの内面は円弧状に加工され
ている。このような構成により、伝動部材19とスリット
溝11aとはフレキシブルカップリングを形成する。

以下に、第１図（Ａ）および第２図を参照しつつ、装
置の動作を説明する。光ファイバー1aからの光束は、入
射側コリメータ3aを経て、長斜方形プリズム16aの回転
軸Ｘから遠い端部の底面161に入射し、斜面162で全反射
され、回転軸Ｘに近い斜面163に達する。斜面163に達し
た光束は、全反射されて、回転軸Ｘに近い端部の底面16
4から出射され、ダブプリズム４へ入射する。ダブプリ
ズム４の斜面4bへ入射した光束は、底面4aで反射され、
反対側の斜面4cから再び底面4aに平行な光束となって出
射される。ダブプリズム４から出射された底面4aに平行
な光束は、長斜方形プリズム17aの回転軸Ｘに近い端部
の底面171に入射し、斜面172で全反射され、回転軸Ｘか
ら遠い斜面173に達し、全反射されて、回転軸Ｘから遠
い端部の底面174から出射され、静止側コリメータ5aを
経て、光ファイバー6aに伝達される。光ファイバー1bか
らの光束も同様にして、入射側コリメータ3aを経て、長
斜方形プリズム16aの回転軸Ｘから遠い端部の底面に入
射し、静止側コリメータ5bを経て、光ファイバー6bに伝
達される。ダブプリズム４は、後に詳しく説明するよう
に、歯車20,21,24,25から成る減速歯車機構により、回
転側コリメータ3a,3b等および長斜方形プリズム16a,16b
等の1/2の角速度で回転するので、回転側コリメータ3a,
3bから長斜方形プリズム16a,16b等を経てダブプリズム
４へ入射する光束が回転軸Ｘのまわりに回転していて
も、対応する長斜方形プリズム17a,17b等および静止側
コリメータ5a,5b等を経て、それぞれ対応する光ファイ
バー6a,6b等に伝達される光束は静止した光束となる。

溝11aに嵌め込まれている伝動部材19が、図示されな
い回転駆動源により回転されると、回転部11が回転す
る。伝動部材19と溝11aとはフレキシブルカップリング
を形成しており、第１図（Ｂ）および（Ｃ）に示すよう
に、溝11aと伝動部材19との間には遊びがあり、溝11aの
内面は円弧状に加工されているので、伝動部材19の方向
が、例えば破線で示すように変動しても、回転部11の方
向が強制的に変えられることはない。回転部11の回転に
伴い、小径部の外周に取り付けられた歯車20が回転し、
これと噛み合う歯車22は歯車20、すなわち回転部11の回
転の角速度の２倍の角速度で回転する。歯車22と同軸に
固定されて一体に回転する直径の小さい歯車24が、この
速度で回転すると、歯車24と噛み合う歯車25は、歯車24
の４倍の直径、従って歯数をもつので、歯車24の1/4の
角速度で回転する。。結局、歯車25は歯車20の２×1/4
＝1/2の角速度で回転するので、歯車25が固定された減
速回転部15は、回転部11の1/2の角速度で回転すること
になる。その結果、減速回転部15に固定されたダブプリ
ズム４は、回転部11に固定された、回転側コリメータ3
a,3b等および長斜方形プリズム16a,16b等の1/2の角速度
で回転する。

歯車20の直径を35mmとしたので、歯車21の直径は35/2
＝17.5mmである。第11図（Ｂ）に示すように、減速歯車
機構全体の直径は歯車20の半径と歯車21の直径の和で決
まり、結局35mmとなる。第11図（Ｂ）については、後に
比較例で詳しく説明する。

本実施例では、光束が回転側の光ファイバー1a等から
入射し、静止側の光ファイバー6a等へ伝達される例を示
したが、光束が静止側の光ファイバー6a等から入射し、
回転側の光ファイバー1a等へ伝送されるようにしてもよ
い。この場合、回転側の光ファイバー1a等が接続される
回転部11は、減速回転部15に固定されたダブプリズム４
の２倍の角速度で回転されるので、光束が回転側から入
射する場合とちょうど反対の経路で、静止側の光ファイ
バー6a等から入射した光束は、回転する光束として光フ
ァイバー1a等に伝達される。

〔実施例２〕 本発明による多心光ロータリージョイントの別の例を
第４図（Ａ）に示す。第４図（Ａ）において、回転側光
ファイバー1a,1b,1c,1d、コネクタ12、回転側コリメー
タ3a,3b、回転部11、静止部13、静止側コリメータ5a,5
b、コネクタ14、静止側光ファイバー6a,6b、回転部11の
回転軸Ｘ、減速回転部15は、コリメータ等の位置の違い
を除き第１図（Ａ）と同じである。コネクタ12および14
は、プラグ部の図示を省略した。

第１図（Ａ）の装置におけるダブプリズム４の代りに
色消しダブプリズム41が回転部11に固定されている。第
１図と異なり、回転側コリメータ3c,3dは回転側コリメ
ータ3a,3bと同一平面上に、また静止側コリメータ5c,5d
は静止側コリメータ5a,5bと同一平面上に取り付けられ
ている。回転側のコリメータ3a,3cと色消しダブプリズ
ム41の間には、長斜方形プリズム42aが、コリメータ3b,
3dと色消しダブプリズム41の間には長斜方形プリズム42
bが設けられ、それらの底面は回転軸Ｘに垂直である。
同様に、色消しダブプリズム41と静止側のコリメータ5
a,5cの間には長斜方形プリズム43aが、色消しダブプリ
ズム41とコリメータ5b,5dの間には長斜方形プリズム43b
が設けられ、それらの底面は回転軸Ｘに垂直である。長
斜方形プリズム42aは中間部に、両端の斜面に平行な界
面を有し、これに沿って干渉フィルター44aが設けられ
ている。干渉フィルター44aは波長λ₁の光を透過し、波
長λ₂の光を反射する。長斜方形プリズム42aは、底面の
回転軸Ｘから遠い端部が回転側コリメータ3aと、底面の
回転軸Ｘに近い端部が色消しダブプリズム41と、それぞ
れ向い合い、そして干渉フィルター44aの投影される部
分で回転側コリメータ3cと向い合っている。長斜方形プ
リズム42bも同様に、中間部の斜面に沿って干渉フィル
ター44bを有し、底面の回転軸Ｘから遠い端部が回転側
コリメータ3bと、回転軸Ｘに近い端部が色消しダブプリ
ズム41と、それぞれ向い合い、干渉フィルター44bの投
影される部分で回転側コリメータ3dと向い合っている。
長斜方形プリズム43aおよび43bも同様に、中間部の斜面
に沿って干渉フィルター45aおよび45bをそれぞれ有し、
回転軸Ｘに近い端部が色消しダブプリズム41と向い合
い、回転軸Ｘから遠い端部でそれぞれ静止側コリメータ
5a,5bと、干渉フィルターの設けられた中間部でそれぞ
れ静止側コリメータ5c,5dと、向い合っている。回転側
および静止側長斜方形プリズムは第４図に示された以外
に、回転軸を中心とする同一円周上に60°毎に設けら
れ、全部で６個設けられている。第４図（Ｂ）に長斜方
形プリズム42aおよび長斜方形プリズム43aを、色消しダ
ブプリズム41とともに拡大して示す。この図は第４図
（Ａ）の装置の動作の説明に用いる。また、第５図
（Ａ）に、第４図（Ａ）の装置の静止側から見た、回転
軸に垂直な面内での色消しダブプリズム41、各長斜方形
プリズム43および各静止側コリメータ５の関係を示す。
長斜方形プリズム43の各々に２個の静止側コリメータ５
が対応するので、この装置で回転側から静止側へ、また
はその逆に、12個の光束の接続を行うことができる。

色消しダブプリズム41は平行入射光束の回転に応じ
て、その角速度の1/2の角速度で回転される。その機構
は第１図（Ａ）と同じであり、説明は省略する。

以下に、この装置の動作を説明する。光ファイバー1a
からの光束は、入射側コリーメタ3aを経て、長斜方形プ
リズム42aの回転軸Ｘから遠い端部の底面421に入射し、
斜面422で全反射され、干渉フィルター45aに達する。光
ファイバー1aからの光束は干渉フィルター44aを透過す
る波長λ₁であるため、回転軸Ｘに近い斜面424に達す
る。光ファイバー1cからの波長λ₂の光束は、入射側コ
リメータ3cを経て、長斜方形プリズム42aの中間部の、
干渉フィルターの設けられた位置423に入射して、干渉
フィルター44aに達し、ここで反射されて、斜面424に達
する。斜面424に達した２つの光束は、全反射されて、
回転軸Ｘに近い端部の底面425から出射され、色消しダ
ブプリズム41へ入射する。色消しダブプリズム41の斜面
411へ入射した光束は、界面412を経て底面413で反射さ
れ、界面414を経て反対側の斜面415から再び底面に平行
な光束となって出射される。光ファイバー1aからの波長
λ₁の光束と光ファイバー1cからの波長λ₂の光束は、界
面412、界面414を異なる点で通過するが、底面413の入
射点、斜面415の通過点は一致する。色消しダブプリズ
ム41から出射された底面に平行な光束は、長斜方形プリ
ズム43aの回転軸Ｘに近い端部の底面431に入射し、斜面
432で全反射され、干渉フィルター45aに達する。光ファ
イバー1aからの光束は干渉フィルター45aを透過する波
長λ₁であるため、反射されずに、回転軸Ｘから遠い斜
面434に達し、全反射されて、回転軸Ｘから遠い端部の
底面435から出射され、静止側コリメータ5aを経て、光
ファイバー6aに伝達される。光ファイバー1cからの光束
は干渉フィルター45aを透過せずに反射される波長λ₂で
あるため、反射され、中間部の底面433から出射され、
静止側コリメータ5cを経て、光ファイバー6cに伝達され
る。色消しダブプリズム41は、第１図の場合と同様に、
歯車20,21,24,25から成る減速歯車機構により、回転側
コリメータ3a,3cおよび長斜方形プリズム42aの1/2の角
速度で回転するので、回転側コリメータ3a,3cから長斜
方形プリズム42aを経て色消しダブプリズム41へ入射す
る光束が回転軸Ｘのまわりに回転していても、長斜方形
プリズム43a,43cと静止側コリメータ5a,5cを経てそれぞ
れ光ファイバー6a,6cに伝達される光束は静止した光束
となる。

上述の多心光ロータリージョイントの回転側コリメー
タ3aから静止側コリメータ5aまでの光路の距離は118mm
であるが、その大部分は屈折率の高い光学ガラス（硼珪
酸塩クラウンガラスでn₁＝1.508）を通るため、その部
分については、空気中の距離に換算して約40mm差し引く
ことができ（拡散光の経路に高屈折率の媒体があると、
受光側から見た拡散光源からの距離は１−1/n₁だけ短縮
される）、媒体が空気の場合の接続損失を示した第９図
から、接続損失は約6dBである。光ファイバー伝達損失
を3dB/kmとすると、システムマージン1dBを加えても、
距離1kmの伝送路の損失は約10dBとなる。通常の光伝送
における送受信端末間の損失は10dB程度あり、また回転
体等の移動体を含む光伝送システムの光伝送距離は1km
程度であることを考慮すると、この損失は実用上許容さ
れるレベルである。

本実施例では、光束が回転側の光ファイバー1a,1c等
から入射し、静止側の光ファイバー6a等へ伝達される例
を示したが、光束が静止側の光ファイバー6a,6c等から
入射し、回転側の光ファイバー1a,1c等へ伝送されるよ
うにしてもよい。この場合、回転側の光ファイバー1a,1
c等が接続される回転部11は、減速回転部15に固定され
たダブプリズム４の２倍の角速度で回転されるので、光
束が回転側から入射する場合とちょうど反対の経路で、
静止側の光ファイバー6a,6c等から入射した光束は、回
転する光束として光ファイバー1a,1c等に伝達される。

〔実施例３〕 実施例２の多心光ロータリージョイントの回転側およ
び静止側に、60°間隔に設けられた各コリメータ3a,5a
等および長斜方形プリズム42a,43a等の間に、第５図
（Ｂ）に示すように（静止側の側面のみ）、30°宛の間
隔をおいて、実施例１で用いたのと同じ長斜方形プリズ
ム16とコリメータ３の組合せ、および長斜方形プリズム
17とコリメータ５の組合せを、各６組設けた。この配置
により、18心光ロータリージョイントを構成できる。

〔比較例〕

実施例１における減速歯車機構の歯車21を歯車20と同
径、すなわち35mmとし、歯車24の直径（従って歯数）を
歯車25の1/2とした。これは従来の減速歯車機構であ
る。この場合の各歯車の回転軸に垂直な断面を第11図
（Ａ）に示す。歯車20の内側にはアパーチャＳを有する
ダブプリズム４が収容されるので、その直径は少なくと
もZ₁である。歯車21の直径Z₂はZ₁に等しい。従って、歯
車21と歯車20の軸間距離K₁はZ₁である。歯車21と同軸の
歯車24の直径Z₃と、歯車20と同軸の歯車25の直径Z₄との
比は１対２であるから、歯車24の半径Z₃/2と歯車25の半
径Z₄/2の和、すなわちZ₃/2＋Z₃＝（3/2）Z₃がZ₁と等し
くなければならず、これはZ₃がZ₁より小、つまり歯車23
は同軸上にある歯車21より小さいことを意味する。それ
故、減速歯車機構全体の直径D₁は歯車20の直径と歯車21
の直径の２倍との和で決まり、Z₁＋2Z₂＝3Z₁となること
が、第11図（Ａ）から容易に理解される。Z₁が35mmであ
るから、減速歯車機構全体の直径は105mmとなる。

これに対し、実施例１における減速歯車機構の場合
は、第11図（Ｂ）に示すように、歯車20と歯車21の直径
の比は２対１であるから、歯車21の直径Z₅はZ₁/2であ
り、歯車21と歯車20の軸間距離K₂は、 1/2（Z₁＋Z₁/2）＝（3/4）Z₁ である。歯車21と同軸の歯車24の直径Z₆と、歯車20と同
軸の歯車25の直径Z₇との比は１対４であるから、歯車24
の半径Z₆/2と歯車25の半径Z₇/2の和は Z₆/2＋4Z₆/2＝（5/2）Z₆ となり、これがK₂すなわち（3/4）Z₁と等しくなければ
ならない。つまり、 （10/4）Z₆＝（3/4）Z₁ が成立ち、Z₆＝（3/10）Z₁となる。歯車21の直径Z₅はZ₁
/2であるから、歯車24の半径Z₆はやはり同軸の歯車21の
直径Z₅より小さい。従って、減速歯車機構全体の直径D₂
は歯車20の直径と歯車21の直径の２倍との和で決まり、
Z₁＋2Z₅＝2Z₁となる。これは第11図（Ａ）の場合のD₁よ
り小さい。実施例１ではZ₁を35mmとしたので、減速歯車
機構の外径は70mmであり、比較例の減速歯車機構より小
さい。

〔発明の効果〕

本発明によると、ダブプリズムのアパーチャを大きく
しなくても、入射側および出射側のコリメータの中心間
隔を、光ファイバーの接続等に十分な距離とすることが
容易となり、光ロータリージョイント内での接続損失を
増大せずに、回転側から静止側、または静止側から回転
側に伝達できる光束の数を増加することができる。アパ
ーチャ内の部分にも入射側および出射側コリメータを配
置するか、長斜方形プリズムを二つ以上の平面内に分け
て配置すれば、接続損失を増大せずに、光束の数をさら
に増加することができる。

また本発明によると、コリメータとダブプリズムとの
間に設ける、複数の長斜方形プリズムの少なくとも一つ
を、長さ方向の中間付近で斜面に平行な界面で分割し、
この平面に沿って、第一の波長の光を透過し、第二の波
長の光を反射する光学フィルターを設け、入射側長斜方
形プリズムについては、異なる位置から入射した異なる
波長の光束を混合して出射させ、出射側長斜方形プリズ
ムについては、内側端部から入射した異なる波長の光を
分割して、異なる位置から出射させるようにすることに
より、長斜方形プリズム１個に対してコリメータを２個
ずつ配置することができ、ダブプリズムを大きくするこ
とによる接続損失の増大なしに、回転側から静止側また
は静止側から回転側に伝達できる光束の数を増加するこ
とがさらに容易となる。

さらに本発明では、ダブプリズムを平行入射光束の回
転の1/2の角速度で回転させるための減速歯車機構とし
て１組の増速歯車と１組の減速歯車との組合せを用い、
２個の中間歯車を介して増速と減速を行うるようにした
ことにより、等速歯車と減速歯車を用いる場合に比べて
中間歯車を小さくすることができ、ダブプリズムの寸法
を小さくしないでも多心光ロータリージョイントを小型
化することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ）は本発明による多心光ロータリージョイン
トの一実施例の断面図、第１図（Ｂ）および（Ｃ）は同
実施例の伝動部材と回転部の溝の部分を示す断面図、第
２図は同実施例の光学系の説明図、第３図は同実施例の
静止側コリメータ等を示す説明図、第４図（Ａ）は本発
明による多心光ロータリージョイントの別の実施例を示
す断面図、第４図（Ｂ）は同実施例の光学系の説明図、
第５図（Ａ）は同実施例の静止側コリメータ等を示す説
明図、第５図（Ｂ）は本発明の第三の実施例の静止側コ
リメータ等を示す説明図、第６図は従来の光ロータリー
ジョイントの光学系の説明図、第７図は光ファイバーと
コリメータを接続するコネクタの断面図、第８図は従来
の多心光ロータリージョイントのコネクタの配置を示す
説明図、第９図はコリメータの間隔と接続損失の関係を
示すグラフ、第10図は従来の多心光ロータリージョイン
トの一例を示す断面図、第11図（Ａ）は比較例の減速歯
車機構の説明図、第11図（Ｂ）は本発明の多心光ロータ
リージョイントの減速歯車機構の説明図である。 符号の説明 １……光ファイバー 1a,1b,1c,1d……回転側光ファイバー 2a,2b……光束、３……コリメータ 3a,3b,3c,3d……回転側コリメータ ４……ダブプリズム 4a……ダブプリズムの底面 4b……ダブプリズムの斜面 4c……ダブプリズムの斜面 ５……コリメータ 5a,5b,5c,5d……静止側コリメータ 6a,6b,6c,6d……静止側光ファイバ 11……回転部、11a……溝 12……コネクタ、12P……プラグ 12R……レセプタクル、13……静止部 14……コネクタ、14P……プラグ 14R……レセプタクル、15……減速回転部 15a……減速回転部のフランジ部 16……長斜方形プリズム 16a,16b……長斜方形プリズム 16c,16d……長斜方形プリズム 17……長斜方形プリズム 17a,17b……長斜方形プリズム 17c,17d……長斜方形プリズム 18……軸受、19……伝動部材 20,21……歯車、22……軸受 23……回転軸、24……歯車 25……歯車、26……軸受 27,28……軸受 41……色消しダブプリズム 42a,42b……長斜方形プリズム 43a,43b……長斜方形プリズム 44a,44b……干渉フィルター 45a,45b……干渉フィルター 71……フェルール、72……プラグ 73……レセプタクル 101……長斜方形プリズム 101a,101b……入射側長斜方形プリズム 102a……長斜方形プリズム 103……回転部、103a……歯車 104……減速歯車機構、104a……遊星歯車 104c……軸、104b……遊星歯車 105……減速回転部、105a……歯車 106,107……軸受 161……長斜方形プリズムの端部の底面 162,163……長斜方形プリズムの斜面 164……長斜方形プリズムの端部の底面 171……ダブプリズムの端部の底面 172,173……ダブプリズムの斜面 174……ダブプリズムの端部の底面 423……長斜方形プリズムの干渉フィルターの設けられ
た位置の底面 424……長斜方形プリズムの斜面 425……長斜方形プリズムの端部の底面 411……色消しダブプリズムの斜面 412……色消しダブプリズムの界面 413……色消しダブプリズムの底面 414……色消しダブプリズムの界面 415……色消しダブプリズムの斜面 431……長斜方形プリズムの端部の底面 432……長斜方形プリズムの斜面 433……長斜方形プリズムの中間部の底面 434……長斜方形プリズムの斜面 435……長斜方形プリズムの端部の底面

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 須藤 哲夫 茨城県日立市日高町５丁目１番１号 日 立電線株式会社日高工場内 (72)発明者 武藤 康晴 東京都千代田区丸の内２丁目１番２号 日立電線株式会社内 (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G02B 6/36

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】所定の角速度で回転する複数の回転光像
   を、前記複数の回転光像の1/2の角速度で回転するダブ
   プリズムに入射させ、複数の静止光像として出射させ
   る、多心光ロータリージョイントにおいて、 前記所定の角速度で回転する複数の光ファイバーから前
   記ダブプリズムのアパーチャ外の位置において入射する
   前記複数の回転光像を、その進行方向を屈曲させて前記
   ダブプリズムの入射面に案内する、前記所定の角速度で
   回転する複数の回転光像案内手段と、 前記ダブプリズムの出射面から入射する前記複数の静止
   光像を、その進行方向を屈曲させて、前記ダブプリズム
   のアパーチャ外の位置に静止して配置された複数の光フ
   ァイバーに案内する、静止した複数の静止光像案内手段
   を備え、 前記複数の回転光像案内手段および前記複数の静止光像
   案内手段は、、前記入射した回転光像の進行方向を屈曲
   させる長斜方形プリズムから成り、前記ダブプリズムの
   光軸を中心とした複数の異径同軸円周上に配置され、 前記ダブプリズムは色消しプリズムによって構成される
   ことを特徴とする多心光ロータリージョイント。
2. 【請求項２】前記長斜方形プリズムは、第一の波長の光
   を透過し第二の波長の光を反射する干渉フィルターを介
   して区分された第一および第二の領域を有し、 前記第一および第二の領域は前記異径同軸円周上にそれ
   ぞれ位置することを特徴とする請求項第１項の多心光ロ
   ータリージョイント。
3. 【請求項３】前記複数の回転光像案内手段は第一の回転
   体に、前記ダブプリズムは第二の回転体に、それぞれ支
   持され、前記第一の回転体と前記第二の回転体とは1/2
   変速歯車機構を介して一体に結合され、 前記1/2変速歯車機構は同軸上に配置された第一および
   第二の中間歯車機構から成り、前記第一の回転体に結合
   された前記第一の歯車機構は２対１または３対２の歯数
   比を有し、 前記第二の回転体に結合された前記第二の歯車機構は１
   対４または１対３の歯数比を有することを特徴とする請
   求項第１項の多心光ロータリージョイント。