JP5424630B2 - 相対回転可能な第１機械部品から第２機械部品への光通信手段を備えた機械 - Google Patents

Description

本発明は特許請求の範囲の請求項１の前文に記載の機械に関する。

従って、その機械は、第１機械部品と、この第１機械部品に対して回転軸線を中心として回転できる第２機械部品とを有している。データ信号は光学式に伝送され、詳しくは、一方の機械部品に光信号・送信装置が配置され、他方の機械部品に光信号の受信装置が配置されている。光送信器と光受信器を精確に回転軸線に配列することは滅多にできない。いま光信号が回転軸の外側で光送信器から光受信器に達するようにしようとするとき、光信号が第２機械部品の任意の角度位置において伝送されねばならないという問題がある。この問題は従来、複数の光源が配置され、構造的処置によって、光源から放射された光線が機械における所定箇所で発光リングを形成するように広がることが保証される、ことによって解決される。その光受信器は点状に形成される。その場合、回転可能な機械部品の回転時、光が光送信器から光受信器に達することが常に保証される。

発光リングを形成するために光源の光線が広げられねばならないことによって、光線経路に対して所定の距離が用意されねばならない。これは、所定長の筒に対する場所が機械に用意されねばならないことを意味し、光がリングとしてのその筒の周縁で放射されるまでその筒内を案内される。

本発明の課題は、冒頭に述べた形式の機械を、（回転軸線に関して）比較的短く構成され、これにより、コンパクトとなるように改良することにある。特にその機械が中空軸を有することができるようにし、即ち、回転軸線から離れた場所でデータ信号の伝送が行われるようにしようとしている。

この課題は、特許請求の範囲の請求項１に記載の機械によって解決される。従って、本発明に基づいて、一方の機械部品に、回転軸線に対して同心的に配置された環状光波導体が設けられ、この光波導体は、入射された光の一部を射出できるか、その逆に外側から光を入射できる特性を有している。その環状光波導体は、光波導体から射出された光が他方の機械部品に達するように、即ち、光波導体が配置されていない機械部品に達するように、ないしは、他方の機械部品から放射された光が入射するように、形成および配置されねばならない。

光波導体が光信号の送信装置の一部である形態は明らかに本発明に属する。もっとも、光波導体が光信号・送信装置の一部である形態が特に単純であり、その光信号・送信装置は、入射箇所で光を入射する光源を有している。

その光波導体の用意により、必ずしも複数の光源を利用する必要はない。光源で発せられる光線の拡大のための構造空間は不要である。むしろ、光波導体は光源と共に、光信号の受信装置に対して軸方向にかなり接近して配置できる。

光が光波導体から射出する方式は種々考えられる。それ自体公知の様式で、芯とクラッディング（外被）から形成され、その芯を形成する材料がクラッディングを形成する材料より小さな屈折率を有する光波導体の場合、光の射出場所は、クラッディングが環状光波導体の全周にわたって（即ち、光波導体の横断面にわたってではなく、回転軸線に対して同心的に規定された円周の周りに）スリットが設けられる、ことによって規定して決定される。これは特にクラッディングにおける通しスリットとして特に簡単に形成できる。

他の実施態様において、光波導体内に多数の散乱点が形成されている。これらの散乱点は、光を光波導体から任意の方向にではなく、所定の方向に転向しなければならず、従って、光波導体内において所定の様式で方向づけられている。かかる散乱点は、例えばレーザによって光波導体芯に刻み込める。

また、光波導体の片側に波形成形部を設けることもできる。その波形成形部は、この側で通常反射された光が斜めに送信され、詳しくは、光波導体の波形成形部とは反対の側に向けて送信されるように作用する。その側に、光波導体が配置されていない機械部品、即ち、一般に受信装置付きの機械部品が配置される。

通常の様式で、光信号が光信号・送信装置から、（第２機械部品の回転軸線に関して）軸方向に受信装置に送信できる。しかも光波導体の利用は、光波導体のクラッディングにおけるスリットの適当な位置付けによって光を半径方向に送信することもでき、詳しくは、環状光波導体の全周にわたって光が放射されるようにできる。その場合、非回転機械部品は、半径方向において回転機械部品の周りに配置され、これによって、その機械は軸方向に特に短く構成できる。

既に述べたように、本発明は、第２機械部品の回転が中空軸を介して行われ、光波導体が中空軸を取り囲むだけで済んでいる場合に特に適用される。

以下図を参照して本発明の特別な実施例を詳細に説明する。

図１と図２に部分的に示された機械は、固定機械部品からこの固定機械部品に対して回転軸線を中心として相対回転する部品にデータを伝送するための機械である。その回転は特に中空軸１０を介して行われ、この中空軸１０は軸受１２を介してハウジング１４に支持されている。電子式データ処理に用いられる構成要素に対する支持体１６が、ハウジング１４に固く結合されている。その支持体１６は導体プレートとして形成されるか、あるいは電子部品がセラミック基板上に設置される。ハウジング１４に固定された支持体１６に対応して、中空軸１０に他の支持体１８が結合され、この支持体１８は中空軸１０と共に回転する。その一方の支持体１６上に光信号・送信装置が配置され、他方の支持体１８上に光信号の受信装置が配置されている。

光信号・送信装置および受信装置は、中空軸１０の任意の回転角度においてデータ信号が受信器に達するように、互いに合わせて形成されねばならない。これは、図１と図２に示された実施例において、光信号・送信装置が全周にわたって光を放射し、これに対して、点状光受信器が利用されるようにして実施される。しかし本発明は、類似して、点状光源および環状受信器に転用することもできる。ここでは、図１と図２に示されていない光源から光が入射される光波導体２０から、光の放射が行われる。通常の光波導体の特色はそこから光が射出しないことにある。ここでは本発明に基づいて、通常の光波導体が光源から入射された光線の一部が射出するように変更され、その場合、全周にわたって光が射出する処置が講じられている。即ち、光波導体２０から光が射出しない角度は存在しない。

光波導体において光の放射を実現する方式は種々考えられる。図３は光波導体を横断面図で示し、図４は光波導体を真っ直ぐに展開した形で縦断面図で示し、その水平軸は角度を表している。図３ないし図４における光波導体２０ａは光波導体芯２２を有し、この光波導体芯２２は例えばポリマー繊維で形成され、クラッディング２４で取り囲まれている。このクラッディング２４はポリマー繊維より大きな屈折率を有している。クラッディングの大きな屈折率のために、光線２６はクラッディング２４で反射される。光波導体２０ａは通常の光波導体とは、クラッディング２４がスリット２８を有する点で相違している。このスリット２８は、図４から理解できるように、全角度範囲にわたって延びている。クラッディング２４にスリットが設けられているので、そのスリット２８を通して光線３０が射出する。いまやそのスリット２８は、光線３０が（中空軸の回転軸線３３に関して）軸方向に射出し、従って、光が支持体１８上における受信器３２に達する、ように形成されている。

図５に示された光波導体２０ｂの場合、クラッディング２４にスリットは設けられていない。その光波導体芯２２内に多数の散乱点３４が配置され、これらの散乱点３４で光線３６が散乱される。散乱点３４はここでは方向づけられ、詳しくは、光線３６がビーム３８としてクラッディング２４に対してほぼ垂直に転向され、これによって、光線がそのクラッディング２４では反射されず、そこから射出するように方向づけられている。

散乱点３４は、レーザによる光波導体芯２２への入熱によって形成される。

また図６と図７に示された光波導体２０ｃの場合、クラッディング２４から光線４０を垂直方向に射出するために利用される。そのため光波導体２０ｃに、多数の波形成形部４２が設けられ、詳しくは、光線４０の設定射出側に対向して位置する側に設けられている。その波形成形部４２は光波導体２０ｃ内を伝搬する光線４４を、その光線４４が正にクラッディング２４に垂直に衝突するように転向し、その光線はクラッディング２４を透過し、光線４０として射出する。その射出円錐角を小さくするために、光波導体２０ｃは射出側が平らにされている（表面４６参照）。

本発明に利用される光波導体の３つの異なった実施例２０ａ、２０ｂ、２０ｃが図３〜図７をもとに既に説明したので、ここで、光波導体への光線の入射について説明する。ここでは光線の入射は、光波導体２０に角度的にスリットを切られた箇所が存在せず、これにより、光が放射される角度が存在しないようにされている。光波導体が全周にわたって光を放射することが保証されねばならない。

図８は、光源４８が光波導体２０の半径方向外側に配置された実施例を概略的に示している。ここでは光波導体２０は、無端リングを形成しておらず、第１傾斜端５０と第２傾斜端５２を有し（割りリングの形をし）、その両傾斜端５０、５２が互いに結合されている。光源４８は光を垂直に送信し、即ち、中空軸１０の回転軸線３３に対して半径方向に傾斜端５０に向けて送信し、そのようにして送信された光線５４は傾斜端５０で光線５６の形に転向され、光波導体２０内を継続伝搬する。

図９の実施例において、光波導体２０は一端に、光波導体２０の総横断面積よりかなり小さな横断面積を有する入射岐路５８を有している。光波導体２０の他端は入射岐路５８の上側で光波導体２０の第１端に当接している。いまや光源４８が光を、光が移行部位６０の透過後に光波導体２０全体において伝搬するように入射岐路５８に入射する。光波導体２０の他端において突出し箇所でしか光が射出せず、光の大部分が、光波導体２０の一端から他端まで伝搬され、これによって、光は幾度も光波導体を走りすぎる。

図１０の実施例において、光波導体２０は円周に数回にわたり巻回されている。これによって、光波導体２０は、図８と図９における光波導体と異なった横断面積を有し、特に小さな横断面積を有する。これにより、図９におけるような特別な入射岐路５８は不要であり、光源４８によって光波導体２０の全横断面積にわたり光が入射される。

本発明は、従来技術と異なって、唯一の光源で済み、それは、光を円周にわたって一様に分配する光波導体２０である。しかし本発明において、円周にわたって分布された複数の光源４８を採用することもできる。これは図１１に例示されている。

図１２は本発明の異なった実施例を示している。この実施例は、図２における実施例とは、固定支持体１６が、中空軸１０と共に回転する支持体１８を半径方向に取り囲んでいる点で相違している。その光波導体２０は光を軸方向に放射せず、中空軸の回転軸線３３に対して半径方向に支持体１８上の受信器３２に向けて放射する。図１２における実施例は特に短い構造を有する。

本発明に基づく機械の両機械部品の一方の横断面図。 本発明に基づく機械の縦断面図。 本発明において利用される光波導体の第１実施例の横断面図。 図３の光波導体の縦断面図。 本発明において利用される光波導体の第２実施例の縦断面図。 本発明において利用される光波導体の第３実施例の横断面図。 図６の実施例の縦断面図。 本発明において利用される光波導体に光信号を入射する方式の概略図。 図８と異なった方式の概略図。 図９と異なった方式の概略図。 図１に示された実施例の変形例の横断面図。 図１１の実施例の縦断面図。

符号の説明

１０ 中空軸
１６ 第１機械部品（支持体）
１８ 第２機械部品（支持体）
２０ 光波導体
２２ 光波導体芯
２４ クラッディング
３２ 受信装置
３３ 回転軸線
３４ 散乱点
４２ 波形成形部
４８ 光源

Claims (7)

1. 第１機械部品（１６）とこの第１機械部品（１６）に対して回転軸線（３３）を中心として回転できる第２機械部品（１８）とを備え、データ信号を伝送するために一方の機械部品（１６）に光信号・送信装置（２０）が配置され、他方の機械部品に光信号の受信装置（３２）が配置されている機械であって、
   この機械が、一方の機械部品に回転軸線（３３）に対して同心的に配置された環状光波導体（２０）を有し、該環状光波導体（２０）が、光源（４８）からその光波導体（２０）に入射された光の一部が環状光波導体（２０）の円周の任意箇所で、光波導体が配置されていない機械部品（１８）の方向に射出するか、あるいは光波導体（２０）の円周の任意箇所で、光波導体が配置されていない機械部品（１８）の方向から光波導体（２０）に光が入射するように、形成され配置されており、
   光波導体（２０）が芯（２２）とクラッディング（２４）から形成され、
   光波導体（２０）内に、光をクラッディング（２４）に対して垂直方向に転向する多数の散乱点（３４）が形成されており、
   散乱点（３４）は、レーザによる光波導体の芯（２２）への入熱により形成されている、ことを特徴とする機械。
2. 第１機械部品（１６）とこの第１機械部品（１６）に対して回転軸線（３３）を中心として回転できる第２機械部品（１８）とを備え、データ信号を伝送するために一方の機械部品（１６）に光信号・送信装置（２０）が配置され、他方の機械部品に光信号の受信装置（３２）が配置されている機械であって、
   この機械が、一方の機械部品に回転軸線（３３）に対して同心的に配置された環状光波導体（２０）を有し、該環状光波導体（２０）が、光源（４８）からその光波導体（２０）に入射された光の一部が環状光波導体（２０）の円周の任意箇所で、光波導体が配置されていない機械部品（１８）の方向に射出するか、あるいは光波導体（２０）の円周の任意箇所で、光波導体が配置されていない機械部品（１８）の方向から光波導体（２０）に光が入射するように、形成され配置されており、
   光波導体（２０）が芯（２２）とクラッディング（２４）から形成され、
   光波導体（２０）が、該光波導体（２０）が配置されていない機械部品（１８）とは反対の側に、光をクラッディング（２４）に垂直に衝突するように転向する波形成形部（４２）を有し、
   光波導体（２０）は、射出側が平らにされている、ことを特徴とする機械。
3. 光波導体（２０）が光信号・送信装置の一部であり、光源（４８）が入射箇所で光を入射する、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の機械。
4. 光波導体（２０）の芯（２２）を形成する材料が、クラッディング（２４）を形成する材料より小さな屈折率を有し、そのクラッディング（２４）に環状光波導体の全周にわたってスリットが設けられている、ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の機械。
5. 光信号が光信号・送信装置から、第２機械部品（１８）の回転軸線（３３）に関して軸方向に受信装置（３２）に送信される、ことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の機械。
6. 光信号が光信号・送信装置から、第２機械部品（１８）の回転軸線（３３）に関して半径方向に受信装置（３２）に送信される、ことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の機械。
7. 第２機械部品（１８）の回転が中空軸（１０）を介して行われ、光波導体（２０）が中空軸（１０）を取り囲んでいる、ことを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１つに記載の機械。
   
   

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