JP6977967B2 - 中空管光学系 - Google Patents
中空管光学系 Download PDFInfo
- Publication number
- JP6977967B2 JP6977967B2 JP2018080652A JP2018080652A JP6977967B2 JP 6977967 B2 JP6977967 B2 JP 6977967B2 JP 2018080652 A JP2018080652 A JP 2018080652A JP 2018080652 A JP2018080652 A JP 2018080652A JP 6977967 B2 JP6977967 B2 JP 6977967B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- hollow tube
- optical
- bearing
- central axis
- abutting
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Landscapes
- Mechanical Coupling Of Light Guides (AREA)
- Optical Couplings Of Light Guides (AREA)
Description
本発明は、中空管光学系に関し、特に、光ファイバ通信系の中の二つの光学部材、例えば、ボールレンズとフェルール中の光ファイバとの間の空間光路をスリーブの中に構成することによって光信号伝送を行う空間赤外線通信技術に関する。
光ファイバ通信系には、例えば、塵埃の多い環境下での光通信系の接続器材として、光ファイバ端面をボールレンズの焦点に設置して、ボールレンズから出射される平行光のビーム径を光ファイバコア径よりも拡大させ、レセプタクル側とプラグ側間で、空間接続を図る「挿抜型光コネクタ」（或いは「拡大ビームコネクタ」）が知られている。
この「挿抜型光コネクタ」のように、光ファイバ同士を接続する、サブミクロンオーダの精度を持つボールレンズ、フェルールやそれらを位置決めし、保持する光学スリーブ等を用いた光路接続技術が、現在の高速光通信を背後で支えているが、先行技術調査の結果、公開された特許文献は存在しない。
この「挿抜型光コネクタ」のように、光ファイバ同士を接続する、サブミクロンオーダの精度を持つボールレンズ、フェルールやそれらを位置決めし、保持する光学スリーブ等を用いた光路接続技術が、現在の高速光通信を背後で支えているが、先行技術調査の結果、公開された特許文献は存在しない。
光ファイバ通信系において、上記の挿抜型光コネクタや回転側と静止側間に適用される回転型回線器（例えば、FORJ(Fiber Optical Rotary Joint)）等において、コア径が50μmのMMF（Multi Mode Fiber）の光ファイバ間で、光結合系を上記した「ビーム拡大方式」で構成するとしても、光信号の空間伝送機構を構成する光学部材であるボールレンズ、フェルールやスリーブの各寸法には数μm程度の構造精度が要求され、高い絶対値が確保される構造系が構成されている（以下では、絶対値方式と呼ぶ）。
そのため、上記挿抜型光コネクタや回転型回線器等が高価格化するという課題があった。
そのため、上記挿抜型光コネクタや回転型回線器等が高価格化するという課題があった。
本発明はこのような課題に対して成されたもので、挿抜型光コネクタや回転型回線器等の光学系を構成する光学部材が、上記した「絶対値方式」であるために、これらの機器の構成部材には数μm程度の精度が要求されることになるから、構成部材の高精度化のみの方策ではなく、構成部材を機能構造化することによって解決しようとする提案である。
上記課題を解決するため本発明が提案する手段を以下に述べる。
前記した課題を解決するため、本発明の請求項１は、光ファイバ通信系の中に設置され、光信号を送受する第1部材と第２部材から成る二つの光学部材と二つの前記光学部材を保持し位置決めする中空管とから構成される光学系において、前記中空管を、前記中空管の中心軸に垂直な平面での内壁断面が、円環形状、或いはスリットを持つ円環形状の中空円管とし、二つの前記光学部材のうち少なくとも一つを、前記中空管に突き当てる状態で前記中空管端外部に設置して、二つの前記光学部材の各中心軸を前記中空管の中心軸を介して一致させ光路を構成し、前記中空管は、前記光ファイバ通信系の中にある回転装置の回転部位に設置される筐体の内壁に、外輪を取付けた軸受の内輪として適用され、前記内輪に外表面を突き当てたテーパ形状の薄肉中空構造体の内表面には第１部材を突き当てて構成する回転体と、前記筐体の内壁に外輪を取付けた別軸受の内輪に、突き当てて構成する前記回転体と同一構成の静止体を対向配置した回転型光結合器において前記回転体と前記静止体との間で光伝送系を構成し光通信を行うことを特徴とする中空管光学系であり、本発明の請求項２は、前記中空管は、脆性材、樹脂材或いは金属材で作製され、前記中空管の中心軸を含む平面での前記中空管の断面内壁が、前記テーパ形状の前記薄肉中空構造体であることを特徴とする請求項１記載の中空管光学系であり、本発明の請求項３は、前記光学部材は、単体形態、或いは前記薄肉中空構造体と組合せた形態で適用され、該二つの形態の前記光学部材と前記中空管が突き合わせられて生成される突き合わせ位置において共有する断面が略真円となるように適用されることを特徴とする請求項１又は２記載の中空管光学系である。
前記した課題を解決するため、本発明の請求項１は、光ファイバ通信系の中に設置され、光信号を送受する第1部材と第２部材から成る二つの光学部材と二つの前記光学部材を保持し位置決めする中空管とから構成される光学系において、前記中空管を、前記中空管の中心軸に垂直な平面での内壁断面が、円環形状、或いはスリットを持つ円環形状の中空円管とし、二つの前記光学部材のうち少なくとも一つを、前記中空管に突き当てる状態で前記中空管端外部に設置して、二つの前記光学部材の各中心軸を前記中空管の中心軸を介して一致させ光路を構成し、前記中空管は、前記光ファイバ通信系の中にある回転装置の回転部位に設置される筐体の内壁に、外輪を取付けた軸受の内輪として適用され、前記内輪に外表面を突き当てたテーパ形状の薄肉中空構造体の内表面には第１部材を突き当てて構成する回転体と、前記筐体の内壁に外輪を取付けた別軸受の内輪に、突き当てて構成する前記回転体と同一構成の静止体を対向配置した回転型光結合器において前記回転体と前記静止体との間で光伝送系を構成し光通信を行うことを特徴とする中空管光学系であり、本発明の請求項２は、前記中空管は、脆性材、樹脂材或いは金属材で作製され、前記中空管の中心軸を含む平面での前記中空管の断面内壁が、前記テーパ形状の前記薄肉中空構造体であることを特徴とする請求項１記載の中空管光学系であり、本発明の請求項３は、前記光学部材は、単体形態、或いは前記薄肉中空構造体と組合せた形態で適用され、該二つの形態の前記光学部材と前記中空管が突き合わせられて生成される突き合わせ位置において共有する断面が略真円となるように適用されることを特徴とする請求項１又は２記載の中空管光学系である。
本発明による中空管光学系は、以上のように構成されているため、次のような効果を得ることができる。
すなわち、本発明の請求項１においては、光ファイバ通信系の中に設置され、光信号を送受する第１部材と第２部材から成る二つの光学部材と二つの前記光学部材を保持し位置決めする中空管とから構成される光学系において、前記中空管を、前記中空管の中心軸に垂直な平面での内壁断面が、円環（annulus）形状、或いはスリットを持つ円環形状の中空円管とし、二つの前記光学部材のうち少なくとも一つを、前記中空管に突き当てる状態で前記中空管端外部に設置して、二つの前記光学部材の各中心軸を前記中空管の中心軸を介して一致させ光路を構成し、前記中空管は、前記光ファイバ通信系の中にある回転装置の回転部位に設置される筐体の内壁に、外輪を取付けた軸受の内輪として適用され、前記内輪に外表面を突き当てたテーパ形状の薄肉中空構造体の内表面には第１部材を突き当てて構成する回転体と、前記筐体の内壁に外輪を取付けた別軸受の内輪に、突き当てて構成する前記回転体と同一構成の静止体を対向配置した回転型光結合器において前記回転体と前記静止体との間で光伝送系を構成し光通信を行うことを特徴とする中空管光学系であることにより、例えば、中空管を光学スリーブ、第１部材をボールレンズそして第２部材をフェルールとし、これらを整列させ各中心軸を一致させる、［突当構造を用いて中心軸を一致させる手法］によれば、市販のボールレンズ、光学スリーブ及びフェルールを用いても多形態の光伝送系を構成することができる。
また、これにより、例えば、光ファイバ通信系の中の回転装置の回転部位に、本提案の中空管光学系を適用した回転型光結合器を搭載し回転型回線器として運用することが可能になる。
すなわち、本発明の請求項１においては、光ファイバ通信系の中に設置され、光信号を送受する第１部材と第２部材から成る二つの光学部材と二つの前記光学部材を保持し位置決めする中空管とから構成される光学系において、前記中空管を、前記中空管の中心軸に垂直な平面での内壁断面が、円環（annulus）形状、或いはスリットを持つ円環形状の中空円管とし、二つの前記光学部材のうち少なくとも一つを、前記中空管に突き当てる状態で前記中空管端外部に設置して、二つの前記光学部材の各中心軸を前記中空管の中心軸を介して一致させ光路を構成し、前記中空管は、前記光ファイバ通信系の中にある回転装置の回転部位に設置される筐体の内壁に、外輪を取付けた軸受の内輪として適用され、前記内輪に外表面を突き当てたテーパ形状の薄肉中空構造体の内表面には第１部材を突き当てて構成する回転体と、前記筐体の内壁に外輪を取付けた別軸受の内輪に、突き当てて構成する前記回転体と同一構成の静止体を対向配置した回転型光結合器において前記回転体と前記静止体との間で光伝送系を構成し光通信を行うことを特徴とする中空管光学系であることにより、例えば、中空管を光学スリーブ、第１部材をボールレンズそして第２部材をフェルールとし、これらを整列させ各中心軸を一致させる、［突当構造を用いて中心軸を一致させる手法］によれば、市販のボールレンズ、光学スリーブ及びフェルールを用いても多形態の光伝送系を構成することができる。
また、これにより、例えば、光ファイバ通信系の中の回転装置の回転部位に、本提案の中空管光学系を適用した回転型光結合器を搭載し回転型回線器として運用することが可能になる。
また、本発明の請求項２においては、前記中空管は、脆性材、樹脂材或いは金属材で作製され、前記中空管の中心軸を含む平面での前記中空管の断面内壁が、前記テーパ形状の前記薄肉中空構造体であることにより、例えば、中空管に市販のジルコニアセラミクスやリン青銅材のスリーブだけでなく、機械部品で廉価なステンレス材の薄肉パイプや鉄材のカラーも適用可能になると共にテーパ形状或いはフレア形状部を持つ中空管も適用可能となり用途が拡大する。
また、本発明の請求項３においては、前記光学部材は、単体形態、或いは前記薄肉中空構造体と組合せた形態で適用され、該二つの形態の前記光学部材と前記中空管が突き合わせられて生成される突き合わせ位置において共有する断面が略真円となるように適用されることを特徴としている。
これにより、例えば、テーパ形状部を持つステンレス製のパイプと各種レンズとを組合せた形態の光学部材を得ることができ、中空管光学系の適用範囲を拡大できる。
これにより、例えば、テーパ形状部を持つステンレス製のパイプと各種レンズとを組合せた形態の光学部材を得ることができ、中空管光学系の適用範囲を拡大できる。
本発明による中空管光学系は、以上のように構成されているため、さらに、次のような効果を得ることができる。光ファイバ通信系に本中空管光学系を適用することの最大の効果は、挿抜型光コネクタや回転型回線器等の低価格化である。
従来のこれら機器の構成手法は、所謂「絶対値方式」であったから、構成部材に数μm程度の精度を要求し各種寸法に高精度の絶対値を保証する構造体系になり高価格化が避けられなかったが、これを、提案の構成部材を自動調心機構化する構造とすれば、要求仕様を緩和しても構成部材の各中心軸を一致させることが可能となり、高価格化が回避できる。
従来のこれら機器の構成手法は、所謂「絶対値方式」であったから、構成部材に数μm程度の精度を要求し各種寸法に高精度の絶対値を保証する構造体系になり高価格化が避けられなかったが、これを、提案の構成部材を自動調心機構化する構造とすれば、要求仕様を緩和しても構成部材の各中心軸を一致させることが可能となり、高価格化が回避できる。
以下、本発明による二つの光学部材の各中心軸を一致させて光学系を構成し光通信を行う機能を持つ中空管光学系の最良の形態について図面と共に説明する。
本発明による中空管光学系（１００）は、光ファイバ通信系の中に設置され、光信号を送受する二つの光学部材（２）とそれらの保持と位置決めの機能を持つ中空管（１）から成り、二つの光学部材（２）の内、光路の上流側に設置される第1部材（３）、下流側の第２部材（４）との間の光軸（５５）を中空管（１）の中空部内に構成する機能を持った、光路の接続、構成部材である。
前記中空管光学系（１００）の中空管（１）を直円管として描くと図１の下記の４種類に分類できる。
・L1、L2；中空管（１）に第1部材（３）を突き当てる構造
・R1、R2；中空管（１）を第２部材（４）に突き当てる構造
明確化のために第２部材（４）に砂模様を付すが、各部材の箱の大きさには意味はない。
図１の（L1とR1）は、片一方が中空管（１）の内部に設置される構造で、（L2とR2）は光学部材（２）の双方が中空管（１）の外部に設置される構造である。
ここで、「突き当てる」とは、L1、L2の場合、第1部材（３）に外部から右方向の押力を入力して中空管（１）の中心軸（５）に平行に第1部材（３）を移動させ、中空管（１）に密着させ力を伝達する操作を言う（R1、R2の場合は、中空管（１）を第２部材（４）に密着させ力を伝達する操作）。
さて、「中空管（１）の中心軸（５）を介し、中空管光学系（１００）全体に一本の光軸（５５）を構築する」には、大別、二法がある。
一つが双方を管内に設置する形態で、他が本提案の片一方は管外に設置する形態である。
これを図１の中のL1の形態を例にとり説明する。
本発明による中空管光学系（１００）は、光ファイバ通信系の中に設置され、光信号を送受する二つの光学部材（２）とそれらの保持と位置決めの機能を持つ中空管（１）から成り、二つの光学部材（２）の内、光路の上流側に設置される第1部材（３）、下流側の第２部材（４）との間の光軸（５５）を中空管（１）の中空部内に構成する機能を持った、光路の接続、構成部材である。
前記中空管光学系（１００）の中空管（１）を直円管として描くと図１の下記の４種類に分類できる。
・L1、L2；中空管（１）に第1部材（３）を突き当てる構造
・R1、R2；中空管（１）を第２部材（４）に突き当てる構造
明確化のために第２部材（４）に砂模様を付すが、各部材の箱の大きさには意味はない。
図１の（L1とR1）は、片一方が中空管（１）の内部に設置される構造で、（L2とR2）は光学部材（２）の双方が中空管（１）の外部に設置される構造である。
ここで、「突き当てる」とは、L1、L2の場合、第1部材（３）に外部から右方向の押力を入力して中空管（１）の中心軸（５）に平行に第1部材（３）を移動させ、中空管（１）に密着させ力を伝達する操作を言う（R1、R2の場合は、中空管（１）を第２部材（４）に密着させ力を伝達する操作）。
さて、「中空管（１）の中心軸（５）を介し、中空管光学系（１００）全体に一本の光軸（５５）を構築する」には、大別、二法がある。
一つが双方を管内に設置する形態で、他が本提案の片一方は管外に設置する形態である。
これを図１の中のL1の形態を例にとり説明する。
前者の方式は、第1部材（３）も中空管（１）内部に設置する構造になって、第1部材（３）、第２部材（４）及び中空管（１）の各直径の絶対値を、数μm程度の超高精度に製作することで各中心軸（５）の一致を図る構造方式である（前記した絶対値法）。
一方、後者の本提案は、中空管（１）に第1部材（３）を突き当てる構造とすることによって、中空管（１）に調心動作を惹起させて、第1部材（３）の中心軸（５）に中空管（１）の中心軸（５）を一致させる機能を持つ構造方式である。
即ち、第1部材（３）と中空管（１）の各中心軸（５）を一致させる手段を、前者が構成部材の寸法の高精度化とするに対し、後者は構造自体の機能化（構成部材に仕事をさせる構造化）する、との違いである。
ここで、上記した「光軸（５５）」という語句は、本来は、レンズ光学系における光軸（回転対称軸）を意味するが、以下では、光学部材（２）や中空管（１）等の構成部材の幾何学的形状の中心線を中心軸（５）と呼ぶが、勿論、光軸（５５）とすることもできる。
例えば、中空管（１）の中心軸（５）は、図１の中空管（１）の中空部の幾何学的形状の、紙面内にある左右方向の中心軸（５）を意味し、これを光軸（５５）とすることもできる。
さて、本提案は、突き当て構造を用いた光軸構成法が主題になるが、その説明は図１の４種の形態の内のどの形態でも可能であるから、以下ではL1の形態を基に説明を行う。
一方、後者の本提案は、中空管（１）に第1部材（３）を突き当てる構造とすることによって、中空管（１）に調心動作を惹起させて、第1部材（３）の中心軸（５）に中空管（１）の中心軸（５）を一致させる機能を持つ構造方式である。
即ち、第1部材（３）と中空管（１）の各中心軸（５）を一致させる手段を、前者が構成部材の寸法の高精度化とするに対し、後者は構造自体の機能化（構成部材に仕事をさせる構造化）する、との違いである。
ここで、上記した「光軸（５５）」という語句は、本来は、レンズ光学系における光軸（回転対称軸）を意味するが、以下では、光学部材（２）や中空管（１）等の構成部材の幾何学的形状の中心線を中心軸（５）と呼ぶが、勿論、光軸（５５）とすることもできる。
例えば、中空管（１）の中心軸（５）は、図１の中空管（１）の中空部の幾何学的形状の、紙面内にある左右方向の中心軸（５）を意味し、これを光軸（５５）とすることもできる。
さて、本提案は、突き当て構造を用いた光軸構成法が主題になるが、その説明は図１の４種の形態の内のどの形態でも可能であるから、以下ではL1の形態を基に説明を行う。
中空管（１）は、その材質が、脆性材のジルコニアセラミクス、樹脂材或いはリン青銅、ステンレス、ジュラルミン及び鉄材等の金属材のように多岐にわたり、中空管（１）の中心軸（５）を含む平面での断面内壁が、直線状、テーパ形状或いはフレア形状の薄肉中空構造体である。
次に、光学部材（２）は、ボールレンズ（２１）、円筒状レンズ、フェルール（２２）及び光ファイバ（９）等の単体形態に加え、光学部材（２）と中空管（１）を組合せた新たな組合部材（３１）から成る。
そして、光学部材（２）は第1部材（３）及び第２部材（４）から成る。
次に、光学部材（２）は、ボールレンズ（２１）、円筒状レンズ、フェルール（２２）及び光ファイバ（９）等の単体形態に加え、光学部材（２）と中空管（１）を組合せた新たな組合部材（３１）から成る。
そして、光学部材（２）は第1部材（３）及び第２部材（４）から成る。
図２を用いて、突き当て構造（以下、突当構造と略記）の構造と機能を説明する。
図は、図１のL1形態の第1部材（３）を、中空管（１）の一形態であるテーパ部材（１５）に第1部材（３）を突き当てて構成した組合部材（３１）に置換えた中空管光学系（１００）を表している。
このとき、テーパ部材（１５）は薄肉中空の円錐台形状体と看做せるから、内面と外面を持ち、そのうちの内面には左から第1部材（３）が、そして、その外面が右から中空管（１）に突き当たる構造になっている（突き当たる点を●で示す）。
さて、この図２の、テーパ部材（１５）が左から突き当たられ、右から突き当たる部材の各中心軸（５）を一致させる機能を持つ構造を静止突当構造（７）と呼ぶことにする。
ここで、図２にも記載したが、部材構成を整理すると、組合部材（３１）＝第1部材（３）＋テーパ部材（１５）、静止突当構造（７）＝組合部材（３１）＋中空管（１）、中空管光学系（１００）＝突当構造（７）＋第２部材（４）＋左右の光ファイバ（９）である。
これ等の中で、静止突当構造（７）を、これのみ破線矩形で囲って示してある。
最初に、図２の円錐台の頂点を原点Ｏ、テーパ部材（１５）の中心軸（５）をＸ軸、紙面内でＸ軸に垂直方向をＹ軸とし、紙面に垂直方向をＺ軸とする。
さて、図２は、第1部材（３）に左方からＸ軸に平行な押力が入力されている状態を想定しているから、外直径ＤＥの第1部材（３）がテーパ部材（１５）の内面に、テーパ部材（１５）の外面上のＡ、Ｂ点が、内直径ＧＨの中空管（１）にＸ軸に平行に突き当たっている構造を示している。
図は、図１のL1形態の第1部材（３）を、中空管（１）の一形態であるテーパ部材（１５）に第1部材（３）を突き当てて構成した組合部材（３１）に置換えた中空管光学系（１００）を表している。
このとき、テーパ部材（１５）は薄肉中空の円錐台形状体と看做せるから、内面と外面を持ち、そのうちの内面には左から第1部材（３）が、そして、その外面が右から中空管（１）に突き当たる構造になっている（突き当たる点を●で示す）。
さて、この図２の、テーパ部材（１５）が左から突き当たられ、右から突き当たる部材の各中心軸（５）を一致させる機能を持つ構造を静止突当構造（７）と呼ぶことにする。
ここで、図２にも記載したが、部材構成を整理すると、組合部材（３１）＝第1部材（３）＋テーパ部材（１５）、静止突当構造（７）＝組合部材（３１）＋中空管（１）、中空管光学系（１００）＝突当構造（７）＋第２部材（４）＋左右の光ファイバ（９）である。
これ等の中で、静止突当構造（７）を、これのみ破線矩形で囲って示してある。
最初に、図２の円錐台の頂点を原点Ｏ、テーパ部材（１５）の中心軸（５）をＸ軸、紙面内でＸ軸に垂直方向をＹ軸とし、紙面に垂直方向をＺ軸とする。
さて、図２は、第1部材（３）に左方からＸ軸に平行な押力が入力されている状態を想定しているから、外直径ＤＥの第1部材（３）がテーパ部材（１５）の内面に、テーパ部材（１５）の外面上のＡ、Ｂ点が、内直径ＧＨの中空管（１）にＸ軸に平行に突き当たっている構造を示している。
図２のテーパ部材（１５）外面が中空管（１）に突き当たる構造から説明する。
まず、図２の、Ｇ、Ｈを中空管（１）内面端上の点、また線分ＧＨの中点をＭとし、テーパ部材（１５）外面上の点をＡ、Ｂ、また線分ＡＢの中点をＣとすると、図２は、ＧがＡに、ＨがＢに、更にＭがＣに一致し、釣合って静止している状態である。
最初に、図３（１）に示すテーパ部材（１５）が、中空管（１）内面のＧ点とＨ点で突き当たる状態で、中空管（１）のＧ点に作用する力（大きさＰの押力）を分解する。
線分ＧＰが中空管（１）への入力Ｐであり、それをテーパ面に対し、垂直方向にＧＱ、平行方向にＧＲとし、更に、そのＧＱとＧＲの力を、中空管（１）上の線分ＧＰに垂直な方向に分解すると、上方に線分ＧＳＧ（大きさＳＧ）の力、下方にＧＴＧの力に分解できる。
この内、ＧＴＧの力はテーパ部材（１５）の抗力と釣合い吸収される。
このとき、Ｈ点においてもＧＳＧと同じ線分ＨＳＨ（大きさＳＨ）の力が作用するので、大きさがＳＧ或いはＳＨで、方向が反対の二つの力が中空管（１）のＹ軸方向の調心力になる。
この大きさＳＧとＳＨの調心力は（対称なら）等しく、ＳＧ＝ＳＨ＝(Ｐsin2θ)／2となって、釣合う状態になる（ここで、θ；テーパ角である）。
さて、図２の釣合状態から、テーパ部材（１５）に印加されている押力が緩むと共に、テーパ部材（１５）の中心軸（５）が、中空管（１）の中心軸（５）から上方にｙ０だけ上方に移動した状態になった後、直ちに押力が復活した状況を基に調心機能を説明する。
この状況では、図３（１）のテーパ部材（１５）上のＡ点は中空管（１）に接触しているが、Ｂ点は接触していないから、中空管（１）のＧ点にはＳＧという上方への押上力が作用するもののＨ点における押下力ＳＨは、ＳＨ＝０であるから作用しないという状況である。
すると、テーパ部材（１５）は復活したＸ軸右方向の押力によって中空管（１）をＹ軸上方向に押上げる運動を、Ｂ点がＨ点に一致するまで続けることになり、中空管（１）は初期位置からｙ０だけ上方に移動し停止する状態になる。
結果的に、テーパ部材（１５）は、その中心軸（５）に中空管（１）の中心軸（５）を一致させることになって、図２のような各中心軸（５）が一致した状態に戻ることになるから、テーパ部材（１５）は調心作用を持つ、と言えることになる。
まず、図２の、Ｇ、Ｈを中空管（１）内面端上の点、また線分ＧＨの中点をＭとし、テーパ部材（１５）外面上の点をＡ、Ｂ、また線分ＡＢの中点をＣとすると、図２は、ＧがＡに、ＨがＢに、更にＭがＣに一致し、釣合って静止している状態である。
最初に、図３（１）に示すテーパ部材（１５）が、中空管（１）内面のＧ点とＨ点で突き当たる状態で、中空管（１）のＧ点に作用する力（大きさＰの押力）を分解する。
線分ＧＰが中空管（１）への入力Ｐであり、それをテーパ面に対し、垂直方向にＧＱ、平行方向にＧＲとし、更に、そのＧＱとＧＲの力を、中空管（１）上の線分ＧＰに垂直な方向に分解すると、上方に線分ＧＳＧ（大きさＳＧ）の力、下方にＧＴＧの力に分解できる。
この内、ＧＴＧの力はテーパ部材（１５）の抗力と釣合い吸収される。
このとき、Ｈ点においてもＧＳＧと同じ線分ＨＳＨ（大きさＳＨ）の力が作用するので、大きさがＳＧ或いはＳＨで、方向が反対の二つの力が中空管（１）のＹ軸方向の調心力になる。
この大きさＳＧとＳＨの調心力は（対称なら）等しく、ＳＧ＝ＳＨ＝(Ｐsin2θ)／2となって、釣合う状態になる（ここで、θ；テーパ角である）。
さて、図２の釣合状態から、テーパ部材（１５）に印加されている押力が緩むと共に、テーパ部材（１５）の中心軸（５）が、中空管（１）の中心軸（５）から上方にｙ０だけ上方に移動した状態になった後、直ちに押力が復活した状況を基に調心機能を説明する。
この状況では、図３（１）のテーパ部材（１５）上のＡ点は中空管（１）に接触しているが、Ｂ点は接触していないから、中空管（１）のＧ点にはＳＧという上方への押上力が作用するもののＨ点における押下力ＳＨは、ＳＨ＝０であるから作用しないという状況である。
すると、テーパ部材（１５）は復活したＸ軸右方向の押力によって中空管（１）をＹ軸上方向に押上げる運動を、Ｂ点がＨ点に一致するまで続けることになり、中空管（１）は初期位置からｙ０だけ上方に移動し停止する状態になる。
結果的に、テーパ部材（１５）は、その中心軸（５）に中空管（１）の中心軸（５）を一致させることになって、図２のような各中心軸（５）が一致した状態に戻ることになるから、テーパ部材（１５）は調心作用を持つ、と言えることになる。
上記と同じ、図２の釣合状態に外乱が入力される状況で調心作用を定量的に説明する。
今、中空管（１）を、直径に比し幅が小さい、質量Mの質点系と看做せる形状として、Ｇ点での釣合を考察する（質点系とするのは、剛体系を簡略化するため）。
中空管（１）のＧ点に作用する調心力差ｆ（＝ＳＧ−ＳＨ）を入力とし、Ｇ点のＹ軸方向の変位ｙを出力すると、中空管（１）のＧ点の運動は下式になる。
Mｄ２ｙ/ｄｔ２＋Vｄｙ/ｄｔ＋Kｙ＝ｆ＝ＳＧ−ＳＨ ・・・（１）
ここで、Vはテーパ部材（１５）と中空管（１）間の摩擦力等の速度依存抗力係数、Kは中空管（１）の材質、形状由来のバネ力等の変位依存抗力係数。
さて、（１）式を、feedback 制御系として表示すると図３（２）のＡ、Ｂになる。
ここで、制御系は、ｙの目標値をｙＴとすると、ｙＴを制御系への入力とするよう構成すべきであるから、入力をｙＴ、出力をｙそして外乱入力をｆ（＝ＳＧ−ＳＨ）とし、τ＝M／V、k＝K／VそしてｙＴ＝０（ゼロ）とすれば構成できる（但し、sはラプラス演算子）。
さて、図３（２）Ａ図は、（１）式を省略せずそのまま制御系表示としたものである。
一方、下図は高周波数域の動的項を表すEL2の1/(τs+1)に対し、τ≒０として省略し、本調心力の検討に必要な低周波数域の、EL3の変位運動に着目した表現である（（１）式の中のｄ２ｙ/ｄｔ２とｄｙ/ｄｔ項を省略することに対応）。
これから、図３（２）Ｂ図の自動制御系は下記（２）式のように制御されることになる。
ｙ＝(1／k)・ｆ＝(1／k)・(ＳＧ−ＳＨ) ・・・（２）
従って、ＳＧ＝ＳＨであれば、ｙ＝ｙＴ＝０となり各中心軸（５）が一致することになる。
さて、図３（２）の制御系では、一般に、EL1が「制御要素」、EL2とEL3が「制御対象」と呼ばれるから、テーパ形状のバネ力を表すEL1の「ｋ・ｙ」が、本調心機構の制御装置となって、中空管（１）の変位運動を表すEL3の「1／ｓ」を制御することになる。
即ち、テーパ部材（１５）の調心機構（作用）とは、「テーパ形状のバネ力による中空管（１）の変位ｙの自動制御機構（サーボ機構）」と言えることになる。
今、中空管（１）を、直径に比し幅が小さい、質量Mの質点系と看做せる形状として、Ｇ点での釣合を考察する（質点系とするのは、剛体系を簡略化するため）。
中空管（１）のＧ点に作用する調心力差ｆ（＝ＳＧ−ＳＨ）を入力とし、Ｇ点のＹ軸方向の変位ｙを出力すると、中空管（１）のＧ点の運動は下式になる。
Mｄ２ｙ/ｄｔ２＋Vｄｙ/ｄｔ＋Kｙ＝ｆ＝ＳＧ−ＳＨ ・・・（１）
ここで、Vはテーパ部材（１５）と中空管（１）間の摩擦力等の速度依存抗力係数、Kは中空管（１）の材質、形状由来のバネ力等の変位依存抗力係数。
さて、（１）式を、feedback 制御系として表示すると図３（２）のＡ、Ｂになる。
ここで、制御系は、ｙの目標値をｙＴとすると、ｙＴを制御系への入力とするよう構成すべきであるから、入力をｙＴ、出力をｙそして外乱入力をｆ（＝ＳＧ−ＳＨ）とし、τ＝M／V、k＝K／VそしてｙＴ＝０（ゼロ）とすれば構成できる（但し、sはラプラス演算子）。
さて、図３（２）Ａ図は、（１）式を省略せずそのまま制御系表示としたものである。
一方、下図は高周波数域の動的項を表すEL2の1/(τs+1)に対し、τ≒０として省略し、本調心力の検討に必要な低周波数域の、EL3の変位運動に着目した表現である（（１）式の中のｄ２ｙ/ｄｔ２とｄｙ/ｄｔ項を省略することに対応）。
これから、図３（２）Ｂ図の自動制御系は下記（２）式のように制御されることになる。
ｙ＝(1／k)・ｆ＝(1／k)・(ＳＧ−ＳＨ) ・・・（２）
従って、ＳＧ＝ＳＨであれば、ｙ＝ｙＴ＝０となり各中心軸（５）が一致することになる。
さて、図３（２）の制御系では、一般に、EL1が「制御要素」、EL2とEL3が「制御対象」と呼ばれるから、テーパ形状のバネ力を表すEL1の「ｋ・ｙ」が、本調心機構の制御装置となって、中空管（１）の変位運動を表すEL3の「1／ｓ」を制御することになる。
即ち、テーパ部材（１５）の調心機構（作用）とは、「テーパ形状のバネ力による中空管（１）の変位ｙの自動制御機構（サーボ機構）」と言えることになる。
さて、図２の釣合位置ではテーパ部材（１５）と中空管（１）が密着し、線分ＧＨを直径とし中心をＭとする断面円を共有する状態になる。
この共有する断面円を共有円（７１）と呼ぶことにすると、共有円（７１）が構成できれば、テーパ部材（１５）と中空管（１）の各中心軸（５）が一致していることを意味する（合同条件）から、中心軸（５）を一致させるには必須の構造条件になる。
このとき、共有円（７１）を略真円とする構造が普通であろうが、共有断面形状を円外接多角形或いは円内接多角形としてもよい、各中心軸（５）を一致できるからである。
この共有する断面円を共有円（７１）と呼ぶことにすると、共有円（７１）が構成できれば、テーパ部材（１５）と中空管（１）の各中心軸（５）が一致していることを意味する（合同条件）から、中心軸（５）を一致させるには必須の構造条件になる。
このとき、共有円（７１）を略真円とする構造が普通であろうが、共有断面形状を円外接多角形或いは円内接多角形としてもよい、各中心軸（５）を一致できるからである。
次に、外直径ＤＥの第1部材（３）がテーパ部材（１５）の内表面に突き当たっている静止突当構造（７）を考察する。
この構造の場合には、ＤとＥの突当点において、テーパ部材（１５）が第1部材（３）に惹起するＹ軸方向の内側に向かう力と、第1部材（３）に印加されているＸ軸方向の押力が第1部材（３）を、釣合う位置まで移動させて各中心軸（５）を一致させることになる。
この状況は、前記した、テーパ部材（１５）が中空管（１）に与えた調心作用と同じで、共有円（７１）は、直径；ＤＥ、中心Ｆとなり、共有する光軸（５５）を構築できる。
これから、静止突当構造（７）のテーパ部材（１５）は「調心機能（aligning;一直線に合わせるの意）」を持つと言える。
この構造の場合には、ＤとＥの突当点において、テーパ部材（１５）が第1部材（３）に惹起するＹ軸方向の内側に向かう力と、第1部材（３）に印加されているＸ軸方向の押力が第1部材（３）を、釣合う位置まで移動させて各中心軸（５）を一致させることになる。
この状況は、前記した、テーパ部材（１５）が中空管（１）に与えた調心作用と同じで、共有円（７１）は、直径；ＤＥ、中心Ｆとなり、共有する光軸（５５）を構築できる。
これから、静止突当構造（７）のテーパ部材（１５）は「調心機能（aligning;一直線に合わせるの意）」を持つと言える。
次に、テーパ部材（１５）の持つ調心機能から派生する「中心軸の誤差は（半径誤差の差分）の半分になる」特性を述べる。
この特性は、静止突当構造（７）を構成するテーパ部材（１５）と第1部材（３）或いは第２部材（４）の「各中心軸（５）間の距離誤差」を小さくさせる効果がある。
さて、図３（３）は、そのＹＺ断面形がＹ軸方向に長い楕円状に製作された中空管（１）で、その中心軸（５）が、テーパ部材（１５）の中心軸（５）に対し、ΔだけＹ軸方向のみにズレている静止突当構造（７）の断面を示している。
このとき、図はＸＹ面とＹＺ面による断面を表しているが、ＹＺ断面形は、図の明瞭化のために、故意に離心率の大きな楕円に描出してある。
左図は、テーパ部材（１５）が左方から中空管（１）の中空部に平行に挿入され、点Ｋと点Ｌでテーパ部材（１５）に接触し停止している構造を示している。
図３（３）の状況では、テーパ部材（１５）の断面の直径ＡＢ（中心；Ｃ）と中空管（１）の断面の楕円状面の直径相当ＧＨ（中心；Ｍ）は同一平面上にある（この同一面をＧＨＣ面（７２）と呼ぶ）。
図において、ＧＡ＝ΔＥＧ、ＡＣ＝ＣＢ＝Ｒ０、ＢＨ＝ΔＥＨと符号化し説明する。
この特性は、静止突当構造（７）を構成するテーパ部材（１５）と第1部材（３）或いは第２部材（４）の「各中心軸（５）間の距離誤差」を小さくさせる効果がある。
さて、図３（３）は、そのＹＺ断面形がＹ軸方向に長い楕円状に製作された中空管（１）で、その中心軸（５）が、テーパ部材（１５）の中心軸（５）に対し、ΔだけＹ軸方向のみにズレている静止突当構造（７）の断面を示している。
このとき、図はＸＹ面とＹＺ面による断面を表しているが、ＹＺ断面形は、図の明瞭化のために、故意に離心率の大きな楕円に描出してある。
左図は、テーパ部材（１５）が左方から中空管（１）の中空部に平行に挿入され、点Ｋと点Ｌでテーパ部材（１５）に接触し停止している構造を示している。
図３（３）の状況では、テーパ部材（１５）の断面の直径ＡＢ（中心；Ｃ）と中空管（１）の断面の楕円状面の直径相当ＧＨ（中心；Ｍ）は同一平面上にある（この同一面をＧＨＣ面（７２）と呼ぶ）。
図において、ＧＡ＝ΔＥＧ、ＡＣ＝ＣＢ＝Ｒ０、ＢＨ＝ΔＥＨと符号化し説明する。
さて、図３（３）において、ＧＣ≧ＣＨと設定し、Δをテーパ部材（１５）の中心軸（５）Ｃと中空管（１）の中心軸（５）Ｍの間の距離とすると、点Ｇと点Ｈから等距離にあるのが中点Ｍであるのだから、下記の（４）式が得られる（ＧＣ≦ＣＨとする場合も同じ）。
ＧＣ＝Ｒ０＋ΔＥＧ、ＣＨ＝Ｒ０＋ΔＥＨ ・・・（３）
ＧＣ−Δ＝ＣＨ＋Δ ・・・（４）
今、ΔＥＧ＝ΔＲＧ＋ΔＳＧ、ΔＥＨ＝ΔＲＨ＋ΔＳＨとおくと、Δは（４）式を解いて下式のようになる。
Δ＝(ＧＣ−ＣＨ)／2＝(ΔＥＧ−ΔＥＨ)／2
＝((ΔＲＧ−ΔＲＨ)＋(ΔＳＧ−ΔＳＨ)) ／2
＝(ΔＲ＋ΔＳ) ／2 ・・・（５）
但し、ΔＲ＝(ΔＲＧ−ΔＲＨ)、ΔＳ＝(ΔＳＧ−ΔＳＨ)
ここで、
・Δ；テーパ部材（１５）中心軸（５）Ｃと中空管（１）中心軸（５）Ｍの間の距離
・ＧＣ及びＣＨ；中空管（１）のＧＨＣ面（７２）内のＹ軸方向の半径相当の線分長
・Ｒ０；テーパ部材（１５）外表面上のＡとＢ点を通る円の半径で、ＡＣ＝ＣＢ＝Ｒ０で
ある
・ΔＲＧ／ΔＲＨ；製造誤差或いは非真円等により発生するＧ点側／Ｈ点側の半径誤差
・ΔＳＧ／ΔＳＨ；密着面形状差等により、ＧＨＣ面（７２）外位置からＧＨＣ面（７２）位置に付加されるＧ点側／Ｈ点側の半径誤差
・ΔＥＧ／ΔＥＨ；Ｇ点側／Ｈ点側の半径誤差
・ΔＲ；製造誤差等によりＧＨＣ面（７２）位置に存在する半径誤差差分
・ΔＳ；密着面形状違い等によりＧＨＣ面（７２）位置に付加される半径誤差差分
ＧＣ＝Ｒ０＋ΔＥＧ、ＣＨ＝Ｒ０＋ΔＥＨ ・・・（３）
ＧＣ−Δ＝ＣＨ＋Δ ・・・（４）
今、ΔＥＧ＝ΔＲＧ＋ΔＳＧ、ΔＥＨ＝ΔＲＨ＋ΔＳＨとおくと、Δは（４）式を解いて下式のようになる。
Δ＝(ＧＣ−ＣＨ)／2＝(ΔＥＧ−ΔＥＨ)／2
＝((ΔＲＧ−ΔＲＨ)＋(ΔＳＧ−ΔＳＨ)) ／2
＝(ΔＲ＋ΔＳ) ／2 ・・・（５）
但し、ΔＲ＝(ΔＲＧ−ΔＲＨ)、ΔＳ＝(ΔＳＧ−ΔＳＨ)
ここで、
・Δ；テーパ部材（１５）中心軸（５）Ｃと中空管（１）中心軸（５）Ｍの間の距離
・ＧＣ及びＣＨ；中空管（１）のＧＨＣ面（７２）内のＹ軸方向の半径相当の線分長
・Ｒ０；テーパ部材（１５）外表面上のＡとＢ点を通る円の半径で、ＡＣ＝ＣＢ＝Ｒ０で
ある
・ΔＲＧ／ΔＲＨ；製造誤差或いは非真円等により発生するＧ点側／Ｈ点側の半径誤差
・ΔＳＧ／ΔＳＨ；密着面形状差等により、ＧＨＣ面（７２）外位置からＧＨＣ面（７２）位置に付加されるＧ点側／Ｈ点側の半径誤差
・ΔＥＧ／ΔＥＨ；Ｇ点側／Ｈ点側の半径誤差
・ΔＲ；製造誤差等によりＧＨＣ面（７２）位置に存在する半径誤差差分
・ΔＳ；密着面形状違い等によりＧＨＣ面（７２）位置に付加される半径誤差差分
以下で、（５）式を求めることになるが、下記（６）式の条件を満たせない時には、テーパ部材（１５）の中心軸（５）に対し、中空管（１）の中心軸（５）に（５）式の誤差Δが残り、満たせる時には各中心軸（５）は一致する、ことになる。
・中心軸一致条件；Δ＝０ ∵ ＧＣ＝ＣＨ ・・・（６）
さて、（５）式に対し、（６）式を満たすには以下の二つの構造状態がある。
一つが、ΔＥＧ＝ΔＥＨであり、他が、((ΔＲＧ−ΔＲＨ)＋(ΔＳＧ−ΔＳＨ))＝０、即ち、ΔＲＧ＝ΔＲＨ且つΔＳＧ＝ΔＳＨとする状態である。
さて、前者には、更に、ΔＥＧ＝ΔＥＨとして（５）式を満たす以外に、(ΔＥＧ−ΔＥＨ)／2＝(ΔＥＧ−ΔＥＨ)／2のように、(ΔＥＧ−ΔＥＨ)という誤差を、Ｇ点側とＨ点側に等分化して満たすように構造化する場合もあり得る。
しかし、ΔＥＧとΔＥＨの誤差は独立事象であるから、ΔＥＧでΔＥＨを、例えば、ΔＥＧ＝ΔＥＨとするように制御することはできない。
従って、静止突当構造（７）で（６）式を満たすには、後者の手段しかないことになる。
そこで、後者の可能性を考察すると、ΔＲＧとΔＲＨは、シームレスパイプ等の製造法に由来する回転状部材を用いることによって、ΔＲＧ≒ΔＲＨ状態とすることができる。
次に、ΔＳＧとΔＳＨは、点Ｇと点Ｈにおける密着面中の調心力作用位置が同じではないことから発生するから、密着位置のsharp edge化や密着面同士を「擦り合わせる馴染み操作」等の工作的手段で、ΔＳＧ≒ΔＳＨの状態とすることで達成可能になる。
また、sharp edge化は、密着位置の形状が厳密に規定されている、例えば、光学部材の割スリーブ、精密スリーブ或いはボールレンズ等を適用することも有効な手段になる。
これらから後者の実現性は高いと言える。
従って、(ΔＲＧ≒ΔＲＨ)且つ(ΔＳＧ≒ΔＳＨ)の対称構造（真円）化することで、((ΔＲＧ−ΔＲＨ)＋(ΔＳＧ−ΔＳＨ))＝０が成立させられるので、図３（３）のテーパ部材（１５）と中空管（１）の各中心軸（５）を一致させることができる。
これから、静止突当構造（７）は自動調心機能を持つ、と言える。
・中心軸一致条件；Δ＝０ ∵ ＧＣ＝ＣＨ ・・・（６）
さて、（５）式に対し、（６）式を満たすには以下の二つの構造状態がある。
一つが、ΔＥＧ＝ΔＥＨであり、他が、((ΔＲＧ−ΔＲＨ)＋(ΔＳＧ−ΔＳＨ))＝０、即ち、ΔＲＧ＝ΔＲＨ且つΔＳＧ＝ΔＳＨとする状態である。
さて、前者には、更に、ΔＥＧ＝ΔＥＨとして（５）式を満たす以外に、(ΔＥＧ−ΔＥＨ)／2＝(ΔＥＧ−ΔＥＨ)／2のように、(ΔＥＧ−ΔＥＨ)という誤差を、Ｇ点側とＨ点側に等分化して満たすように構造化する場合もあり得る。
しかし、ΔＥＧとΔＥＨの誤差は独立事象であるから、ΔＥＧでΔＥＨを、例えば、ΔＥＧ＝ΔＥＨとするように制御することはできない。
従って、静止突当構造（７）で（６）式を満たすには、後者の手段しかないことになる。
そこで、後者の可能性を考察すると、ΔＲＧとΔＲＨは、シームレスパイプ等の製造法に由来する回転状部材を用いることによって、ΔＲＧ≒ΔＲＨ状態とすることができる。
次に、ΔＳＧとΔＳＨは、点Ｇと点Ｈにおける密着面中の調心力作用位置が同じではないことから発生するから、密着位置のsharp edge化や密着面同士を「擦り合わせる馴染み操作」等の工作的手段で、ΔＳＧ≒ΔＳＨの状態とすることで達成可能になる。
また、sharp edge化は、密着位置の形状が厳密に規定されている、例えば、光学部材の割スリーブ、精密スリーブ或いはボールレンズ等を適用することも有効な手段になる。
これらから後者の実現性は高いと言える。
従って、(ΔＲＧ≒ΔＲＨ)且つ(ΔＳＧ≒ΔＳＨ)の対称構造（真円）化することで、((ΔＲＧ−ΔＲＨ)＋(ΔＳＧ−ΔＳＨ))＝０が成立させられるので、図３（３）のテーパ部材（１５）と中空管（１）の各中心軸（５）を一致させることができる。
これから、静止突当構造（７）は自動調心機能を持つ、と言える。
以上では、静止突当構造（７）の持つ自動調心機能を述べたが、最後に静止突当構造（７）の「中心軸の同芯化機能」を述べる。
ここで、この「中心軸の同芯化機能」は、上記テーパ部材（１５）の自動調心機能から得られるから、調心機能の構造的効果として特記する、という位置付けである。
さて、テーパ部材（１５）は、薄肉中空の円錐台形状体と扱えるから、図２のように、その外表面は頂点を原点Ｏとする、直線Y＝-a・X、直線Y＝a・X、（a＝tanθ）と表せる。
今、中空管（１）内径がＧＣ＝ＣＨの条件を満たしていれば、Ｇ点は前者の、Ｈ点は後者の直線上にあるから、中空管（１）の内径ＧＨの中点であるＣ点は、X軸上に存在することになり、テーパ部材（１５）の中心軸（５）と一致する、ことになる。
また、テーパ部材（１５）の内表面は頂点をX軸上に置いた、直線Y＝-a・X‐b、直線Y＝a・X＋b、（b＝t／cosθ、但し、ｔはテーパ部材（１５）の板厚）と表せる。
すると、第1部材（３）が、ＤＦ＝ＦＥの条件を満たしていれば、Ｄ点は前者の、Ｅ点は後者の直線上にあるから、第1部材（３）の直径ＤＥの中点ＦはX軸上にあることになり、テーパ部材（１５）の中心軸（５）と一致する、ことになる。
これらから、静止突当構造（７）の下にある第1部材（３）の中心軸（５）と中空管（１）の中心軸（５）はテーパ部材（１５）を介して一致することになる。
即ち、静止突当構造（７）は、テーパ部材（１５）を挟んだ第1部材（３）と中空管（１）の各中心軸（５）を一致させる機能・・・「中心軸の同芯化機能」を持つと言える。
ここで、この「中心軸の同芯化機能」は、上記テーパ部材（１５）の自動調心機能から得られるから、調心機能の構造的効果として特記する、という位置付けである。
さて、テーパ部材（１５）は、薄肉中空の円錐台形状体と扱えるから、図２のように、その外表面は頂点を原点Ｏとする、直線Y＝-a・X、直線Y＝a・X、（a＝tanθ）と表せる。
今、中空管（１）内径がＧＣ＝ＣＨの条件を満たしていれば、Ｇ点は前者の、Ｈ点は後者の直線上にあるから、中空管（１）の内径ＧＨの中点であるＣ点は、X軸上に存在することになり、テーパ部材（１５）の中心軸（５）と一致する、ことになる。
また、テーパ部材（１５）の内表面は頂点をX軸上に置いた、直線Y＝-a・X‐b、直線Y＝a・X＋b、（b＝t／cosθ、但し、ｔはテーパ部材（１５）の板厚）と表せる。
すると、第1部材（３）が、ＤＦ＝ＦＥの条件を満たしていれば、Ｄ点は前者の、Ｅ点は後者の直線上にあるから、第1部材（３）の直径ＤＥの中点ＦはX軸上にあることになり、テーパ部材（１５）の中心軸（５）と一致する、ことになる。
これらから、静止突当構造（７）の下にある第1部材（３）の中心軸（５）と中空管（１）の中心軸（５）はテーパ部材（１５）を介して一致することになる。
即ち、静止突当構造（７）は、テーパ部材（１５）を挟んだ第1部材（３）と中空管（１）の各中心軸（５）を一致させる機能・・・「中心軸の同芯化機能」を持つと言える。
図４に、テーパ部材（１５）を適用した静止突当構造（７）の一例を示す。
図は、図２の組合部材（３１）の中の第1部材（３）をボールレンズ（２１）に換え、厚さがｔのテーパ部材（１５）を厚さがゼロのテーパ部材（１５）に置換したと看做せば良い。
図４では、中空管（１）内径を2.5（mm）、ボールレンズ（２１）外径を3.0（mm）として描いてあるから、テーパ角θが33.6（°）の破線で示すテーパ部材（１５）である。
図は、図２の組合部材（３１）の中の第1部材（３）をボールレンズ（２１）に換え、厚さがｔのテーパ部材（１５）を厚さがゼロのテーパ部材（１５）に置換したと看做せば良い。
図４では、中空管（１）内径を2.5（mm）、ボールレンズ（２１）外径を3.0（mm）として描いてあるから、テーパ角θが33.6（°）の破線で示すテーパ部材（１５）である。
ここで、図２の静止突当構造（７）の機能（効果）をまとめる。
・自動調心機能；
静止突当構造（７）のテーパ形状部材は、テーパ形状部材に突き当てる或いは突き当てられる部材の中心軸をテーパ形状部材の中心軸に一致させる自動調心機能を持つ
・差分化機能；
上記調心効果により、突き当てる或いは突き当てられる部材の中心軸の位置誤差は半径誤差の差分（の半分）になる
・同芯化機能
静止突当構造（７）は、テーパ形状部材の内面に突き当てる部材とテーパ形状部材の外面が突き当てる部材の各中心軸を一致させる機能を持つ
・自動調心機能；
静止突当構造（７）のテーパ形状部材は、テーパ形状部材に突き当てる或いは突き当てられる部材の中心軸をテーパ形状部材の中心軸に一致させる自動調心機能を持つ
・差分化機能；
上記調心効果により、突き当てる或いは突き当てられる部材の中心軸の位置誤差は半径誤差の差分（の半分）になる
・同芯化機能
静止突当構造（７）は、テーパ形状部材の内面に突き当てる部材とテーパ形状部材の外面が突き当てる部材の各中心軸を一致させる機能を持つ
以上から、中空管（１）と第２部材（４）の各中心軸（５）を一致させる構造設計が別途あれば、最終的に第1部材（３）と第２部材（４）の各中心軸（５）が一致し、第１部材（３）の中心軸（５）上にある光ファイバ（９）から第２部材（４）の中心軸（５）上にある光ファイバ（９）への光結合が可能になる。
これから、図２の中空管光学系（１００）は挿抜型光コネクタ等への適用が考えられる。
これから、図２の中空管光学系（１００）は挿抜型光コネクタ等への適用が考えられる。
図５に静止突当構造（７）を回転光学系に拡張した「回転形態の突当構造」を示す。
ここで、「回転形態の突当構造」とは、図２の中の破線で囲った組合部材（３１）が、軸受（６０）に突き当てられて回転する構造を言うが、これは鉛筆用キャップのテーパ部に軸受を指輪のように嵌め、回転させる構造に似ている。
特に、組合部材（３１）が突き当てられている軸受（６０）を突当軸受（６１）と呼ぶ。
さて、図２が、テーパ部材（１５）の中心軸（５）に静止した中空管（１）の中心軸（５）を一致させる「静止突当構造（７）」で、図５が、テーパ部材（１５）の中心軸（５）に軸受の回転軸（６）を一致させる「回転形態の突当構造」である。
以下では、「回転形態の突当構造」を、回転突当構造（８）と略記する（上記の静止突当構造（７）が「静止形態の突当構造」）。
さて、回転突当構造（８）は「突当軸受（６１）の回転軸をテーパ部材の中心軸に自動調心させる機構」と要約できるが、これを軸受の視点から見ると「ガタの無い軸受」になる。
以下でこれを図５を基に、図２と比較しつつ細部を述べる。
図５は、図２の中空管（１）を軸受内輪（６２）に置換えた静止突当構造（７）が、筐体（５１）に対して回転する構造と看做すことができる。
何故なら、図５の、テーパ部材（１５）と軸受内輪（６２）とが構成する構造は、図２の、テーパ部材（１５）と中空管（１）とが構成する静止突当構造（７）に相当するから。
また、軸受（６０）の外輪は、図５のように中空直円筒形状の筐体（５１）に固定されている構造とする。
ここで、「回転形態の突当構造」とは、図２の中の破線で囲った組合部材（３１）が、軸受（６０）に突き当てられて回転する構造を言うが、これは鉛筆用キャップのテーパ部に軸受を指輪のように嵌め、回転させる構造に似ている。
特に、組合部材（３１）が突き当てられている軸受（６０）を突当軸受（６１）と呼ぶ。
さて、図２が、テーパ部材（１５）の中心軸（５）に静止した中空管（１）の中心軸（５）を一致させる「静止突当構造（７）」で、図５が、テーパ部材（１５）の中心軸（５）に軸受の回転軸（６）を一致させる「回転形態の突当構造」である。
以下では、「回転形態の突当構造」を、回転突当構造（８）と略記する（上記の静止突当構造（７）が「静止形態の突当構造」）。
さて、回転突当構造（８）は「突当軸受（６１）の回転軸をテーパ部材の中心軸に自動調心させる機構」と要約できるが、これを軸受の視点から見ると「ガタの無い軸受」になる。
以下でこれを図５を基に、図２と比較しつつ細部を述べる。
図５は、図２の中空管（１）を軸受内輪（６２）に置換えた静止突当構造（７）が、筐体（５１）に対して回転する構造と看做すことができる。
何故なら、図５の、テーパ部材（１５）と軸受内輪（６２）とが構成する構造は、図２の、テーパ部材（１５）と中空管（１）とが構成する静止突当構造（７）に相当するから。
また、軸受（６０）の外輪は、図５のように中空直円筒形状の筐体（５１）に固定されている構造とする。
さて、テーパ部材（１５）の中心軸（５）に一致させるべき対象は、図２の場合であれば軸受内輪（６２）の中心軸（１）であったが、回転突当構造（８）では、軸受内輪（６２）の中心軸（５）ではなく、軸受内輪（６２）の回転軸（６）としなくてはならない。
対象を前者の軸受内輪（６２）の中心軸（５）とする場合、共有円（７１）はテーパ部材（１５）と軸受内輪（６２）の突当位置の各断面円とすることになった。
一方、後者の回転軸（６）とする場合は、テーパ部材（１５）は軸受内輪（６２）と一体化し回転する構造体となるから、共有円は軸受（６０）の回転面になる。
その共有回転面は、軸受（６０）の内輪と外輪の間に直径端を置く円になる筈で、玉軸受では、例えば、転動体と内輪との間の油膜を介した点接触位置を直径端とする円になる。
従って、テーパ部材（１５）の中心軸（５）と軸受（６０）の回転軸（６）が一致した状態で回転するときに共有する円は、玉軸受の場合、図中に●で示す、直径；αβ、中心；γの円になる（以下では、回転共有円（８１）と略記）。
●の位置は、軸受（６０）にガタや油膜等の可動空間がある場合、回転共有円（８１）は、その直径内にこの可動空間を含むことになるから、X軸方向が内輪幅の略中央で、Ｙ軸方向は、外輪と内輪の間の点接触位置になる（玉軸受の場合）。
以上から、回転突当構造（８）の共有円位置は、図５中の、テーパ部材（１５）の突当位置ＡＢではなく突当軸受（６２）の回転面位置αβになる、と言える。
一方、静止突当構造（７）の場合は、テーパ部材（１５）の突当位置ＡＢであったから、回転突当構造（８）は共有円位置の変換機構ということにもなる。
すると、突当軸受（６２）の回転面に共有円を変換することに利点が無ければならない。
対象を前者の軸受内輪（６２）の中心軸（５）とする場合、共有円（７１）はテーパ部材（１５）と軸受内輪（６２）の突当位置の各断面円とすることになった。
一方、後者の回転軸（６）とする場合は、テーパ部材（１５）は軸受内輪（６２）と一体化し回転する構造体となるから、共有円は軸受（６０）の回転面になる。
その共有回転面は、軸受（６０）の内輪と外輪の間に直径端を置く円になる筈で、玉軸受では、例えば、転動体と内輪との間の油膜を介した点接触位置を直径端とする円になる。
従って、テーパ部材（１５）の中心軸（５）と軸受（６０）の回転軸（６）が一致した状態で回転するときに共有する円は、玉軸受の場合、図中に●で示す、直径；αβ、中心；γの円になる（以下では、回転共有円（８１）と略記）。
●の位置は、軸受（６０）にガタや油膜等の可動空間がある場合、回転共有円（８１）は、その直径内にこの可動空間を含むことになるから、X軸方向が内輪幅の略中央で、Ｙ軸方向は、外輪と内輪の間の点接触位置になる（玉軸受の場合）。
以上から、回転突当構造（８）の共有円位置は、図５中の、テーパ部材（１５）の突当位置ＡＢではなく突当軸受（６２）の回転面位置αβになる、と言える。
一方、静止突当構造（７）の場合は、テーパ部材（１５）の突当位置ＡＢであったから、回転突当構造（８）は共有円位置の変換機構ということにもなる。
すると、突当軸受（６２）の回転面に共有円を変換することに利点が無ければならない。
上記のテーパ部材（１５）の中心軸（１）と軸受（６０）の回転軸（６）の二軸の一致精度を、図３（３）と図５の対応関係を示す図６を基に説明する。
図６左図が、再掲する図３（３）のＹＺ断面図、右図が図５のＹＺ断面図である。
まず、左右両図の、Ａ、Ｂ及びＣはテーパ部材（１５）上の点であるから同一であるが、図３（３）のＧを図５のα、そして、Ｈをβに置換すれば、静止突当構造（７）を回転突当構造（８）に変換できるからそれぞれの特性の比較が容易になる。
これを、図６の左図 → 右図の順に記すと、以下になる。
・最も内側の白色円（直径ＡＢ、中心Ｃ）；
突当位置のテーパ部材（１５）上の円 → 同じ
・テーパ部材の外側の縞模様付き円環（中心Ｃ）；
存在なし → 軸受内輪（６２）
・中間の太実線円（点αと点βはこの太実線円上にある）；
中空管内面円（１２）で直径ＧＨ、中心Ｍ → 回転共有円（８１）で直径αβ、中心γ
・最外周の細実線円；
本検討に無関係なので記載せず → 軸受外輪外周（６３）で直径κλ
さて、回転突当構造（８）の、二軸を一致させる機構（図６右図）を、上記の対応を基に、静止突当構造（７）の機構（図６左図）と対比して述べる。
図６の左図と右図の構造差は、テーパ部材（１５）の「最も内側の白色円」は共通であるから、「中間の太実線円」の形状差、即ち、静止系の共有円（７１）と回転共有円（８１）の差になる。
左図は、中空管（１）がテーパ部材（１５）からの形状変更バネ力に対応できる構造ではないから、製作工程でＧＣ≒ＣＨとなるよう高精度に製造できていない中空管（１）では共有円（７１）を構成できないから共有円（７１）が存在しない状況を表している。
一方、右図は、回転共有円（８１）は「テーパ部材（１５）自体が転動体と油膜を駆動して生成する共有円」と言えるから、「最も内側の白色円」と「中間の太実線円」とが同心円になる状況（即ち、テーパ部材（１５）の中心軸（５）に軸受（６０）の回転軸（６）が一致する状況）を表している。
図６左図が、再掲する図３（３）のＹＺ断面図、右図が図５のＹＺ断面図である。
まず、左右両図の、Ａ、Ｂ及びＣはテーパ部材（１５）上の点であるから同一であるが、図３（３）のＧを図５のα、そして、Ｈをβに置換すれば、静止突当構造（７）を回転突当構造（８）に変換できるからそれぞれの特性の比較が容易になる。
これを、図６の左図 → 右図の順に記すと、以下になる。
・最も内側の白色円（直径ＡＢ、中心Ｃ）；
突当位置のテーパ部材（１５）上の円 → 同じ
・テーパ部材の外側の縞模様付き円環（中心Ｃ）；
存在なし → 軸受内輪（６２）
・中間の太実線円（点αと点βはこの太実線円上にある）；
中空管内面円（１２）で直径ＧＨ、中心Ｍ → 回転共有円（８１）で直径αβ、中心γ
・最外周の細実線円；
本検討に無関係なので記載せず → 軸受外輪外周（６３）で直径κλ
さて、回転突当構造（８）の、二軸を一致させる機構（図６右図）を、上記の対応を基に、静止突当構造（７）の機構（図６左図）と対比して述べる。
図６の左図と右図の構造差は、テーパ部材（１５）の「最も内側の白色円」は共通であるから、「中間の太実線円」の形状差、即ち、静止系の共有円（７１）と回転共有円（８１）の差になる。
左図は、中空管（１）がテーパ部材（１５）からの形状変更バネ力に対応できる構造ではないから、製作工程でＧＣ≒ＣＨとなるよう高精度に製造できていない中空管（１）では共有円（７１）を構成できないから共有円（７１）が存在しない状況を表している。
一方、右図は、回転共有円（８１）は「テーパ部材（１５）自体が転動体と油膜を駆動して生成する共有円」と言えるから、「最も内側の白色円」と「中間の太実線円」とが同心円になる状況（即ち、テーパ部材（１５）の中心軸（５）に軸受（６０）の回転軸（６）が一致する状況）を表している。
さて、回転共有円（８１）は突当軸受（６１）の回転面に構成されるから、その構造体は、外周部に転動体と油膜を付帯させた軸受内輪（６２）と言えることになる。
この転動体と油膜は、静止突当構造（７）の中空管（１）のような、前記したバネ特性を持たないから、回転共有円（８１）が安定して存在するための条件は、テーパ部材（１５）から誘起される調心力ＳＧとＳＨが、 ＳＧ＝ＳＨとなる場合のみとなる。
これから、前出の（２）式が常にｙ＝ｙＴ＝０となり、前記の二軸が一致することになるから、回転突当構造（８）は、軸受（６０）の持つ各種誤差を、テーパ部材（１５）自体がα側とβ側に等分することで回転軸（６）を中心軸（５）に一致させる機構と言える（等分する機能を持つ軸受が突当軸受（６１））。
さて、テーパ部材（１５）の中心軸（５）と突当軸受（６１）の回転軸（６）の二軸の一致精度解析を行う。
今、ΔＥαとΔＥβを、（４）式のΔＥＧとΔＥＨに対応する誤差、軸受内輪（６２）の厚さを、ＴαとＴαとすると、回転共有円（８１）の直径・αβは以下のように表記できる。
αβ＝αγ＋γβ＝2Ｒ０＋Ｔα＋Ｔα＋ΔＥα＋ΔＥβ ・・・（７）
但し、ΔＥα＝ΔＲα＋ΔＳα、ΔＥβ＝ΔＲβ＋ΔＳβ
回転突当構造（８）は、（７）式の表す回転共有円（８１）の直径は半径の2倍になっている筈だから
αγ＝γβ＝Ｒ０＋(Ｔα＋Ｔα＋ΔＥα＋ΔＥβ)／2 ・・・（８）
のように、Ｒ０以外の直径構成要素・(Ｔα＋Ｔα＋ΔＥα＋ΔＥβ)をα側とβ側に、テーパ部材（１５）自体が等分割して、二軸間距離・Δ＝０とする機構ということになる。
この転動体と油膜は、静止突当構造（７）の中空管（１）のような、前記したバネ特性を持たないから、回転共有円（８１）が安定して存在するための条件は、テーパ部材（１５）から誘起される調心力ＳＧとＳＨが、 ＳＧ＝ＳＨとなる場合のみとなる。
これから、前出の（２）式が常にｙ＝ｙＴ＝０となり、前記の二軸が一致することになるから、回転突当構造（８）は、軸受（６０）の持つ各種誤差を、テーパ部材（１５）自体がα側とβ側に等分することで回転軸（６）を中心軸（５）に一致させる機構と言える（等分する機能を持つ軸受が突当軸受（６１））。
さて、テーパ部材（１５）の中心軸（５）と突当軸受（６１）の回転軸（６）の二軸の一致精度解析を行う。
今、ΔＥαとΔＥβを、（４）式のΔＥＧとΔＥＨに対応する誤差、軸受内輪（６２）の厚さを、ＴαとＴαとすると、回転共有円（８１）の直径・αβは以下のように表記できる。
αβ＝αγ＋γβ＝2Ｒ０＋Ｔα＋Ｔα＋ΔＥα＋ΔＥβ ・・・（７）
但し、ΔＥα＝ΔＲα＋ΔＳα、ΔＥβ＝ΔＲβ＋ΔＳβ
回転突当構造（８）は、（７）式の表す回転共有円（８１）の直径は半径の2倍になっている筈だから
αγ＝γβ＝Ｒ０＋(Ｔα＋Ｔα＋ΔＥα＋ΔＥβ)／2 ・・・（８）
のように、Ｒ０以外の直径構成要素・(Ｔα＋Ｔα＋ΔＥα＋ΔＥβ)をα側とβ側に、テーパ部材（１５）自体が等分割して、二軸間距離・Δ＝０とする機構ということになる。
これらの結果、回転突当構造（８）は、軸受内輪（６２）が転動体や油膜をその可動範囲内に駆動して、テーパ部材（１５）の調心力通りに自由に移動できるから、自動調心機構が構成され、回転共有円（１７）の回転軸（６）がテーパ部材（１５）の中心軸（５）に一致する、という状況になる。
これは、軸受（６０）の固有の各種誤差が二分されて解消される突当軸受（６１）の回転軸（６）は、テーパ部材（１５）の中心軸（５）に一致することを意味する。
一方、突当軸受（６１）ではない、単体の軸受の内輪に第1部材（３）を篏合させて回転側構造を構成する場合には、軸受固有の各種誤差は解消されないから、軸受の回転軸（６）は、テーパ部材（１５）の中心軸（５）に対し、軸受に固有の誤差が残る状態になる。
また、移動可能な転動体や油膜のない、図２の静止突当構造（７）の場合、中空管（１）の中心軸（５）にはテーパ部材（１５）の中心軸（５）に対し差分誤差が残ることになる。
これは、軸受（６０）の固有の各種誤差が二分されて解消される突当軸受（６１）の回転軸（６）は、テーパ部材（１５）の中心軸（５）に一致することを意味する。
一方、突当軸受（６１）ではない、単体の軸受の内輪に第1部材（３）を篏合させて回転側構造を構成する場合には、軸受固有の各種誤差は解消されないから、軸受の回転軸（６）は、テーパ部材（１５）の中心軸（５）に対し、軸受に固有の誤差が残る状態になる。
また、移動可能な転動体や油膜のない、図２の静止突当構造（７）の場合、中空管（１）の中心軸（５）にはテーパ部材（１５）の中心軸（５）に対し差分誤差が残ることになる。
最後に、突当軸受（６１）が持つ「ガタ消し」機能を説明する。
回転突当構造（８）のα点とβ点を通る回転共有円（８１）は軸受内輪（６２）への転動体の接触点位置に構成されるから、静止突当構造（７）の突当点ΑとＢにおいては考慮が必要であった密着面形状差による半径誤差は無視できる事象になる（点接触だから）。
従って、（７）式と（８）式で、ΔＳα＝０、ΔＳβ＝０とおけることになる。
更に、通常は内輪厚さをＴα＝Ｔα＝Ｔと設定可能だから、シンプルな次式が得られる。
αγ＝γβ＝Ｒ０＋Ｔ＋(ΔＲα＋ΔＲβ)／2、 ・・・（９）
今、（９）式において軸受（６０）の全ガタ量・ｄを、ｄ＝ΔＲα＋ΔＲβ とすると、半径誤差は等分されるからΔＲα＝ΔＲβ となり、下記（１０）式になる。
αγ＝γβ＝Ｒ０＋Ｔ＋ｄ/2 ・・・（１０）
（１０）式は、軸受（６０）の全ガタ量・ｄがα側とβ側に等分に振り分けられて、「軸受のガタ消し」が行われたことを意味する。
この時、軸受（６０）のガタは機械的操作で除去されるのではなく、ガタを回転軸（６）回りにテーパ部材（１５）が等分化することで「ガタ消し」を行っていることになる。
これから、突当軸受（６１）は、軸受（６０）単体にガタがあっても、突当軸受（６１）の回転軸（６）を第1部材（３）の中心軸（５）にガタ無く一致させ得ることになる。
これから、（１０）式が突当軸受（６１）の機能の表現式になる。
回転突当構造（８）のα点とβ点を通る回転共有円（８１）は軸受内輪（６２）への転動体の接触点位置に構成されるから、静止突当構造（７）の突当点ΑとＢにおいては考慮が必要であった密着面形状差による半径誤差は無視できる事象になる（点接触だから）。
従って、（７）式と（８）式で、ΔＳα＝０、ΔＳβ＝０とおけることになる。
更に、通常は内輪厚さをＴα＝Ｔα＝Ｔと設定可能だから、シンプルな次式が得られる。
αγ＝γβ＝Ｒ０＋Ｔ＋(ΔＲα＋ΔＲβ)／2、 ・・・（９）
今、（９）式において軸受（６０）の全ガタ量・ｄを、ｄ＝ΔＲα＋ΔＲβ とすると、半径誤差は等分されるからΔＲα＝ΔＲβ となり、下記（１０）式になる。
αγ＝γβ＝Ｒ０＋Ｔ＋ｄ/2 ・・・（１０）
（１０）式は、軸受（６０）の全ガタ量・ｄがα側とβ側に等分に振り分けられて、「軸受のガタ消し」が行われたことを意味する。
この時、軸受（６０）のガタは機械的操作で除去されるのではなく、ガタを回転軸（６）回りにテーパ部材（１５）が等分化することで「ガタ消し」を行っていることになる。
これから、突当軸受（６１）は、軸受（６０）単体にガタがあっても、突当軸受（６１）の回転軸（６）を第1部材（３）の中心軸（５）にガタ無く一致させ得ることになる。
これから、（１０）式が突当軸受（６１）の機能の表現式になる。
ここまでで、図５の回転突当構造（８）による、テーパ部材（１５）中心軸（５）への突当軸受（６１）回転軸（６）の一致精度を、図２の静止突当構造（７）の二つの中心軸（５）の一致精度と同等精度とすることは、より容易であると言えることになる。
その理由は、突当軸受（６１）とすることによって、回転共有円（８１）を市販の標準性の高い軸受の回転面に構成できるからである。
これは、回転突当構造（８）が静止突当構造（７）の機能、性能を包含することになるから、静止光学系の静止突当構造（７）に回転突当構造（８）が適用できることを意味する。
その理由は、突当軸受（６１）とすることによって、回転共有円（８１）を市販の標準性の高い軸受の回転面に構成できるからである。
これは、回転突当構造（８）が静止突当構造（７）の機能、性能を包含することになるから、静止光学系の静止突当構造（７）に回転突当構造（８）が適用できることを意味する。
ここで、図５の回転突当構造（８）の機能（効果）をまとめる。
回転突当構造（８）は、静止突当構造（７）の機能の拡張構造になるから、「調心機能」、「誤差の差分化機能」及び「同芯化機能」を持つのは当然である。
従って、ここでは回転突当構造（８）のみが持つ機能をまとめる。
・回転軸の高精度自動調心性能
突当軸受（６１）の自動調心機能によって、突当軸受（６１）の回転軸（６）を、第1部材（３）の中心軸（５）に誤差略ゼロで一致させることが可能である。
・中空管光学系（１００）の低価格化（密着面形状差による半径誤差の回避）
静止突当構造（７）を回転突当構造（８）に代替することで、密着面形状差による半径誤差対策を省くことができ、中空管光学系（１００）を低価格化することが可能になる。
・中空管光学系（１００）の低価格化（軸受）
通常の軸受（６０）を突当軸受（６１）とすることによって、単体の軸受が持つガタ誤差を略ゼロにすることができるので、突当軸受（６１）は新規自動調心軸受と言える。
これにより、「軸受の回転精度」の精度等級を高くした時と同等の性能を得ることができるので、低価格化が可能になる（例えば、JIS０級を６級、４級・・・等に）。
・中空管光学系（１００）の設計の効率化
突当軸受（６１）は中空管光学系（１００）の最大の構成要素であり、その突当軸受（６１）がJIS規格等で保証された「軸受の回転精度」を基準にして設計できるので、中空管光学系（１００）の設計の効率向上を図ることができる。
回転突当構造（８）は、静止突当構造（７）の機能の拡張構造になるから、「調心機能」、「誤差の差分化機能」及び「同芯化機能」を持つのは当然である。
従って、ここでは回転突当構造（８）のみが持つ機能をまとめる。
・回転軸の高精度自動調心性能
突当軸受（６１）の自動調心機能によって、突当軸受（６１）の回転軸（６）を、第1部材（３）の中心軸（５）に誤差略ゼロで一致させることが可能である。
・中空管光学系（１００）の低価格化（密着面形状差による半径誤差の回避）
静止突当構造（７）を回転突当構造（８）に代替することで、密着面形状差による半径誤差対策を省くことができ、中空管光学系（１００）を低価格化することが可能になる。
・中空管光学系（１００）の低価格化（軸受）
通常の軸受（６０）を突当軸受（６１）とすることによって、単体の軸受が持つガタ誤差を略ゼロにすることができるので、突当軸受（６１）は新規自動調心軸受と言える。
これにより、「軸受の回転精度」の精度等級を高くした時と同等の性能を得ることができるので、低価格化が可能になる（例えば、JIS０級を６級、４級・・・等に）。
・中空管光学系（１００）の設計の効率化
突当軸受（６１）は中空管光学系（１００）の最大の構成要素であり、その突当軸受（６１）がJIS規格等で保証された「軸受の回転精度」を基準にして設計できるので、中空管光学系（１００）の設計の効率向上を図ることができる。
図７に、図５の回転突当構造（８）の実施例である回転型光結合器（５０）を示す。
最初に、その機能を説明する。
回転型光結合器（５０）は光ファイバ光通信系の回転環境下での光信号接続器で、既存品としては前記したFORJが知られている。
図７は、回転側光ファイバ（９１）端をボールレンズ（２１）の焦点に設置し、ボールレンズ（２１）から出射される平行光のビーム径を光ファイバコア径よりも拡大させて、回転側と静止側の空間で光伝送させ静止側光ファイバ（９２）への光結合を図る中空管光学系（１００）の実施例を示している（静止側の図示なし）。
従って、この回転型光結合器（５０）の構造的課題は、回転側の回転軸（６）と静止側の中心軸（５）を一致させる手段ということになる。
その手段には大略二つある。
一つが既存FORJの、前記した絶対値法であるが、この構造は高価格化が避けられない。
他が、以下で述べる、図５の回転突当構造（８）を適用する構成法である。
最初に、その機能を説明する。
回転型光結合器（５０）は光ファイバ光通信系の回転環境下での光信号接続器で、既存品としては前記したFORJが知られている。
図７は、回転側光ファイバ（９１）端をボールレンズ（２１）の焦点に設置し、ボールレンズ（２１）から出射される平行光のビーム径を光ファイバコア径よりも拡大させて、回転側と静止側の空間で光伝送させ静止側光ファイバ（９２）への光結合を図る中空管光学系（１００）の実施例を示している（静止側の図示なし）。
従って、この回転型光結合器（５０）の構造的課題は、回転側の回転軸（６）と静止側の中心軸（５）を一致させる手段ということになる。
その手段には大略二つある。
一つが既存FORJの、前記した絶対値法であるが、この構造は高価格化が避けられない。
他が、以下で述べる、図５の回転突当構造（８）を適用する構成法である。
まず、全体構造に関する提案を説明する。
前記のように、静止突当構造（７）は回転突当構造（８）に包含され得るから、回転型光結合器（５０）の回転側と静止側を共に回転突当構造（８）で構成するとの提案である。
これは全体構造を対称構造とするとの設計方針に加え下記の意図からである。
意図は、静止側も回転突当構造（８）とする構成の低価格化と高性能化の両立である。
静止突当構造（７）に要求される、テーパ部材（１５）の中心軸（５）への調心精度を回転突当構造（８）によって得る方が容易であるから上記の両立が可能になる。
また、静止側を回転側と対称構造とする時にも、静止側の軸受内輪（６２）の直径寸法を同一とする必要はないから、軸受の選択肢が増え設計負荷が軽減される。
何故なら、突当軸受（６１）であれば、その内輪の半径Ｒ（中心；γ）が、「半径＝Ｒ＋δＲ」と変化しても、そのときの「回転共有円（８１）の中心・γ」は、δＲ分が相殺されて（中心；γ）という特性は変わらないからである（ここで、δＲは半径の変化量）。
即ち、静止側に回転突当構造（８）を適用しても、筐体（５１）の内壁が直円筒であれば回転型光結合器（５０）の回転側と静止側の各光軸（５５）は完全に一致することになる。
前記のように、静止突当構造（７）は回転突当構造（８）に包含され得るから、回転型光結合器（５０）の回転側と静止側を共に回転突当構造（８）で構成するとの提案である。
これは全体構造を対称構造とするとの設計方針に加え下記の意図からである。
意図は、静止側も回転突当構造（８）とする構成の低価格化と高性能化の両立である。
静止突当構造（７）に要求される、テーパ部材（１５）の中心軸（５）への調心精度を回転突当構造（８）によって得る方が容易であるから上記の両立が可能になる。
また、静止側を回転側と対称構造とする時にも、静止側の軸受内輪（６２）の直径寸法を同一とする必要はないから、軸受の選択肢が増え設計負荷が軽減される。
何故なら、突当軸受（６１）であれば、その内輪の半径Ｒ（中心；γ）が、「半径＝Ｒ＋δＲ」と変化しても、そのときの「回転共有円（８１）の中心・γ」は、δＲ分が相殺されて（中心；γ）という特性は変わらないからである（ここで、δＲは半径の変化量）。
即ち、静止側に回転突当構造（８）を適用しても、筐体（５１）の内壁が直円筒であれば回転型光結合器（５０）の回転側と静止側の各光軸（５５）は完全に一致することになる。
図７の回転型光結合器（５０）は、図５の回転突当構造（８）の実施例であるから、その構造の対応を、図５を基準とし→の左側に、図７を右側に記述して、まず、述べる。
組合部材（３１）→回転体（５２）、テーパ部材（１５）→同じ、突当軸受（６１）→同じ、第1部材（３）→標準の光学系（２３）、第２部材（４）としての静止側光ファイバ（９２）→第２部材（４）の記載なし
次に、図７の回転型光結合器（５０）の構造設計を説明するが回転側のみとなる。
筐体（５１）内壁に軸受外輪外周（６３）を取り付け、軸受内輪（６２）にテーパ部材（１５）の外側表面を突き当てて組合部材（３１）（以下では回転体（５２）と呼ぶ）を固定する、すると、回転突当構造（８）が構成されることになる（細部は図５の説明）。
次に、回転体（５２）内部では、テーパ部材（１５）の内側表面に第1部材（３）を突き当てて固定する構造になるが、図７では、第1部材（３）を、ボールレンズ（２１）とフェルール（２２）を光学スリーブ（１１）の内部に整列設置する標準の光学系（２３）として描いてある。
図７の本提案では、Ｄ点とＥ点における「密着面形状の同一化」を図るために、この標準の光学系（２３）にはsharp edge特性を持つ市販の光学スリーブ（１１）を適用している。
即ち、この標準の光学系（２３）には、前記した絶対値法で構成される市販の光学部材（２３）を適用し設計負荷を軽減させている。
また、図７中のテーパ部材（１５）に、別途の取付材を加えて回転体とする構造（図示なし）もあり得ることを付言する。
組合部材（３１）→回転体（５２）、テーパ部材（１５）→同じ、突当軸受（６１）→同じ、第1部材（３）→標準の光学系（２３）、第２部材（４）としての静止側光ファイバ（９２）→第２部材（４）の記載なし
次に、図７の回転型光結合器（５０）の構造設計を説明するが回転側のみとなる。
筐体（５１）内壁に軸受外輪外周（６３）を取り付け、軸受内輪（６２）にテーパ部材（１５）の外側表面を突き当てて組合部材（３１）（以下では回転体（５２）と呼ぶ）を固定する、すると、回転突当構造（８）が構成されることになる（細部は図５の説明）。
次に、回転体（５２）内部では、テーパ部材（１５）の内側表面に第1部材（３）を突き当てて固定する構造になるが、図７では、第1部材（３）を、ボールレンズ（２１）とフェルール（２２）を光学スリーブ（１１）の内部に整列設置する標準の光学系（２３）として描いてある。
図７の本提案では、Ｄ点とＥ点における「密着面形状の同一化」を図るために、この標準の光学系（２３）にはsharp edge特性を持つ市販の光学スリーブ（１１）を適用している。
即ち、この標準の光学系（２３）には、前記した絶対値法で構成される市販の光学部材（２３）を適用し設計負荷を軽減させている。
また、図７中のテーパ部材（１５）に、別途の取付材を加えて回転体とする構造（図示なし）もあり得ることを付言する。
最後に、静止側の軸受（６０）部位には回転機能は不要であるから、静止側の突当軸受（６１）を「形状が同一で回転しない軸受状の固定具、例えば、汎用機械部材のカラー（図示なし）」等を用いて、静止側構造を回転側構造と同一性能化しても良い。
図７には、静止側構造は回転側構造と同一構造と捉えるから、静止側構造を描いてなく、図５では記述していた静止側光ファイバ（９２）を第２部材（４）の構成要素として描出していないのも静止側構造は回転側構造と同一の構造と捉えるからである。
図７には、静止側構造は回転側構造と同一構造と捉えるから、静止側構造を描いてなく、図５では記述していた静止側光ファイバ（９２）を第２部材（４）の構成要素として描出していないのも静止側構造は回転側構造と同一の構造と捉えるからである。
本発明の回転型光結合器（５０）の特徴を要約してみると、
本回転型光結合器（５０）は、回転体（５２）の構成部材である、テーパ部材（１５）の外表面を軸受内輪（６２）に突き当てる構造によって回転突当構造（８）を構成すると共に、レンズ光学系の標準の光学系（２３）を同じテーパ部材（１５）の内表面に突き当てる構造によって、「自動調心機構を持つ回転型光学系を差分法により構築する」ものと言える。
即ち、本回転型光結合器（５０）の特徴は「自動調心機構を適用し差分法で構築するFORJ」と言える（既存品は、絶対値法によるFORJ）。
本回転型光結合器（５０）は、回転体（５２）の構成部材である、テーパ部材（１５）の外表面を軸受内輪（６２）に突き当てる構造によって回転突当構造（８）を構成すると共に、レンズ光学系の標準の光学系（２３）を同じテーパ部材（１５）の内表面に突き当てる構造によって、「自動調心機構を持つ回転型光学系を差分法により構築する」ものと言える。
即ち、本回転型光結合器（５０）の特徴は「自動調心機構を適用し差分法で構築するFORJ」と言える（既存品は、絶対値法によるFORJ）。
以上から、中空管光学系（１００）とは、「テーパ形状等の中空管の持つ自動調心作用を用いて、構成部材の各中心軸の同芯化を差分法により構築する光学系」と言えるから、図１はその実施形態一覧といえる。
従って、前記した挿抜型光コネクタや回転型回線器は一覧の具体例と言うことになる。
従って、前記した挿抜型光コネクタや回転型回線器は一覧の具体例と言うことになる。
最後に、上記では、
・光学部材（２）のレンズをボールレンズ（２１）として説明してきたが、鏡筒一体型非球面レンズやGRINレンズ等の円筒状レンズ等としても適用可能である
・回転型光結合器（５０）の光学系を標準の光学系（２３）としたが、標準の光学系（２３）を、最もシンプルな光学系であるPOF（Plastic Optical Fiber）としても適用可能である
・軸受（６０）を転動体のある玉軸受として説明したが、回転共有円（８１）が構成できれば良いから、例えば、ころ軸受等を用いて構成することも可能である
・中空管（１）をテーパ部材（１５）としてきたが、断面がフレア形状である中空管（１）も適用可能である、
ことは言うまでもない。
・光学部材（２）のレンズをボールレンズ（２１）として説明してきたが、鏡筒一体型非球面レンズやGRINレンズ等の円筒状レンズ等としても適用可能である
・回転型光結合器（５０）の光学系を標準の光学系（２３）としたが、標準の光学系（２３）を、最もシンプルな光学系であるPOF（Plastic Optical Fiber）としても適用可能である
・軸受（６０）を転動体のある玉軸受として説明したが、回転共有円（８１）が構成できれば良いから、例えば、ころ軸受等を用いて構成することも可能である
・中空管（１）をテーパ部材（１５）としてきたが、断面がフレア形状である中空管（１）も適用可能である、
ことは言うまでもない。
本発明に係る光ファイバ通信系の中で光信号の接続、光結合機能を持つ中空管光学系は、上記の如く優れた効果を奏するものであるので、各種の光ファイバ通信、光学機器等の製造に、好適に用いることができる。
１・・中空管
１０・・スリーブ
１１・・光学スリーブ
１２・・中空管内面円
１５・・テーパ部材
２・・光学部材
２１・・ボールレンズ
２２・・フェルール
２３・・標準の光学系
３・・第１部材
３１・・組合部材
４・・第２部材
５・・中心軸
５５・・光軸
６・・回転軸
７・・静止突当構造
７１・・共有円
７２・・ＧＨＣ面
８・・回転突当構造
８１・・回転共有円
９・・光ファイバ
９１・・回転側光ファイバ
９２・・静止側光ファイバ
５０・・回転型光結合器
５１・・筐体
５２・・回転体
６０・・軸受
６１・・突当軸受
６２・・軸受内輪
６３・・軸受外輪外周
９９・・回転部位
１００・・中空管光学系
１０・・スリーブ
１１・・光学スリーブ
１２・・中空管内面円
１５・・テーパ部材
２・・光学部材
２１・・ボールレンズ
２２・・フェルール
２３・・標準の光学系
３・・第１部材
３１・・組合部材
４・・第２部材
５・・中心軸
５５・・光軸
６・・回転軸
７・・静止突当構造
７１・・共有円
７２・・ＧＨＣ面
８・・回転突当構造
８１・・回転共有円
９・・光ファイバ
９１・・回転側光ファイバ
９２・・静止側光ファイバ
５０・・回転型光結合器
５１・・筐体
５２・・回転体
６０・・軸受
６１・・突当軸受
６２・・軸受内輪
６３・・軸受外輪外周
９９・・回転部位
１００・・中空管光学系
Claims (3)
- 光ファイバ通信系の中に設置され、光信号を送受する第1部材と第２部材から成る二つの光学部材と二つの前記光学部材を保持し位置決めする中空管とから構成される光学系において、
前記中空管を、前記中空管の中心軸に垂直な平面での内壁断面が、円環形状、或いはスリットを持つ円環形状の中空円管とし、二つの前記光学部材のうち少なくとも一つを、前記中空管に突き当てる状態で前記中空管端外部に設置して、
二つの前記光学部材の各中心軸を前記中空管の中心軸を介して一致させ光路を構成し、
前記中空管は、前記光ファイバ通信系の中にある回転装置の回転部位に設置される筐体の内壁に、外輪を取付けた軸受の内輪として適用され、前記内輪に外表面を突き当てたテーパ形状の薄肉中空構造体の内表面には第１部材を突き当てて構成する回転体と、前記筐体の内壁に外輪を取付けた別軸受の内輪に、突き当てて構成する前記回転体と同一構成の静止体を対向配置した回転型光結合器において前記回転体と前記静止体との間で光伝送系を構成し光通信を行うことを特徴とする中空管光学系。 - 前記中空管は、脆性材、樹脂材或いは金属材で作製され、前記中空管の中心軸を含む平面での前記中空管の断面内壁が、前記テーパ形状の前記薄肉中空構造体であることを特徴とする請求項１記載の中空管光学系。
- 前記光学部材は、単体形態、或いは前記薄肉中空構造体と組合せた形態で適用され、該二つの形態の前記光学部材と前記中空管が突き合わせられて生成される突き合わせ位置において共有する断面が略真円となるように適用されることを特徴とする請求項１又は２記載の中空管光学系。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2018080652A JP6977967B2 (ja) | 2018-04-19 | 2018-04-19 | 中空管光学系 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2018080652A JP6977967B2 (ja) | 2018-04-19 | 2018-04-19 | 中空管光学系 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2019191253A JP2019191253A (ja) | 2019-10-31 |
| JP6977967B2 true JP6977967B2 (ja) | 2021-12-08 |
Family
ID=68390090
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2018080652A Active JP6977967B2 (ja) | 2018-04-19 | 2018-04-19 | 中空管光学系 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP6977967B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2022034196A (ja) * | 2020-08-18 | 2022-03-03 | 多摩川精機株式会社 | 多チャンネル（ｃｈ）双方向光ファイバロータリージョイント（ＦＯＲＪ） |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0538606U (ja) * | 1991-10-23 | 1993-05-25 | 日新電機株式会社 | ボールレンズコリメータ |
| EP0565999A2 (de) * | 1992-04-16 | 1993-10-20 | Siemens Aktiengesellschaft | Anordnung zur optischen Kopplung von zwei Gruppen von Wellenleitern |
| JP2000304979A (ja) * | 1999-04-22 | 2000-11-02 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 回転結合器 |
| EP1134600A1 (en) * | 2000-03-14 | 2001-09-19 | Morgan-Rekofa GmbH & Co. KG | Multiple path rotary optical connector |
| JP2004004431A (ja) * | 2002-01-10 | 2004-01-08 | Furukawa Electric Co Ltd:The | 光モジュール及びその製造方法 |
| JP2017016058A (ja) * | 2015-07-06 | 2017-01-19 | タッセイ合同会社 | 光ロータリージョイント |
-
2018
- 2018-04-19 JP JP2018080652A patent/JP6977967B2/ja active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2019191253A (ja) | 2019-10-31 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7515782B2 (en) | Two-channel, dual-mode, fiber optic rotary joint | |
| JP5867767B2 (ja) | 光レセプタクル | |
| US4531810A (en) | Optical fiber holders | |
| US7881569B2 (en) | Two-channel plastic optical fiber (POF) rotary joint | |
| US20120014645A1 (en) | Single lens, multi-fiber optical connection method and apparatus | |
| KR890000297B1 (ko) | 광섬유 코넥터 및 그 제조방법 | |
| EP0032722A1 (en) | Optical fiber connectors | |
| JP6977967B2 (ja) | 中空管光学系 | |
| US20210063648A1 (en) | Compact multichannel optical rotary joint | |
| US11320623B2 (en) | Centering of an optical element using edge contact mounting | |
| JP2004512576A (ja) | 光導波路結合器 | |
| WO2003075059A1 (fr) | Element de lentille utilise avec un collimateur optique, collimateur optique, et leur procede d'assemblage | |
| CN110440698B (zh) | 一种测量任意表面形位误差的激光测量测头装置 | |
| GB2030314A (en) | Connector for optical fibres | |
| JPS6358406A (ja) | 光フアイバ付光ビ−ムコリメ−タ | |
| CN105068191B (zh) | 光纤旋转连接器及其制作工艺 | |
| US9772456B2 (en) | Receiving device and method for manufacturing such a receiving device | |
| US9594214B1 (en) | Optical fiber devices | |
| WO2014112285A1 (ja) | 光コネクタ装置 | |
| CN108994454B (zh) | 导光臂 | |
| CN219978561U (zh) | 一种多芯光纤阵列扩束接触件及光纤连接器 | |
| CN111007596B (zh) | 用于在两个可转动的结构单元之间传递光信号的设备 | |
| JPH0566562B2 (ja) | ||
| JPH02235007A (ja) | 光ファイバ・レンズアセンブリの組立方法 | |
| JPH0473921B2 (ja) |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20201203 |
|
| A871 | Explanation of circumstances concerning accelerated examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A871 Effective date: 20210604 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20210706 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20210816 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20211026 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20211101 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6977967 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |