JP7054923B2 - 回転情報伝達機器 - Google Patents

Description

本発明は、回転情報伝達機器に関するものであり、例えば、ブラシをリングに押し当てる接触式の従来コネクタを用いずに、電磁界結合を利用して非接触で回転する基板間、モジュール間或いは端末間で高速にデータ通信する構成に関するものである。

プリント基板（Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｂｏａｒｄ；ＰＣＢ）やモジュールや端末（以下、総称して基板と略称する）の相対位置が回転しながら、両基板を高速なデジタル信号で接続することが求められる場合がある。例えば、監視カメラや車の周辺を写す映像システムやロボットの関節などである。

このような場合、相対位置が回転している両基板を配線で接続すると、回転と共に配線がねじれるという問題がある。そこで従来では、一方の基板にある電極（リング）に他方の基板にある電極（ブラシ）を押し当てることで信号接続している。しかし、その場合、電極が磨耗したり、電極の表面がさびたりほこりが付くなどして、接触不良を起こす。そのため保守点検が必要になりコストが高くなる。

また、電極接点で特性インピーダンスが不連続になると、信号の一部は反射して、通過した信号に歪が生じる。これはシンボル間干渉の原因となり、通信の高速化を妨げるという問題を生ずる。また、コネクタの端子間隔を狭くすると回転時に隣接ブラシ間が接触するので、機器の小型化が妨げられることになる。

この様なコネクタに関する課題を解決するために、本発明者は、基板に形成される伝送線路を近接させて、容量結合及び誘導結合（合わせて電磁界結合と称する）を利用してデジタルデータを無線通信することを提案している（例えば、特許文献１乃至特許文献３参照）。

特許文献１では、平行に配置して整合終端した二本の伝送線路からなる差動伝送線路を互いに同一方向に平行に配置して、２つの基板間で無線通信することを提案している。この場合、伝送線路の長さを短くするほど、結合器は広帯域になり、高速にデータ転送できる。或いは、シングルエンド（片差動）の伝送線路の一対を用いて同様に無線通信することもできる。

また、特許文献２では、一本の伝送線路の両端から差動信号を与えた一対の伝送線路を近接配置して、２つの基板間で無線通信することを提案している。また、伝送線路を円弧状にして中心軸を一致させると、２つの基板を回転できることも示されている。さらに、円弧状の伝送線路の一方を他方より短くする例も提案している。

また、特許文献３では、平行に配置して整合終端した二本の伝送線路と対向して配置された二本の伝送線路を直結して、２つの基板間で無線通信することを提案している。

特許第５２１３０８７号公報 特開２０１４－０３３４３２号公報 特開２０１４－２２５７６８号公報

信号転送速度を高速にするためには、伝送線路を短くして広帯域にする。高速な信号は差動で扱うことが多いので、以下の説明では差動を前提とするが、シングルエンドに適用することは容易である。特許文献１の提案の場合には、結合器の長さと結合器の帯域とデータ転送速度の間には、おおよそ以下の関係がある。
結合器の長さ＝４ｍｍの時、結合器の帯域＝１２ＧＨｚ、データ転送速度＝１６Ｇｂｐｓ
結合器の長さ＝６ｍｍの時、結合器の帯域＝８ＧＨｚ、データ転送速度＝１１Ｇｂｐｓ
結合器の長さ＝１０ｍｍの時、結合器の帯域＝４．５ＧＨ、データ転送速度＝６Ｇｂｐｓ
となる。

例えば、ＭＩＰＩ（Ｍｏｂｉｌｅ Ｉｎｄｕｓｔｒｙ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）の数Ｇｂｐｓのデータ転送に対応できる規格であるM－ＰＨＹ規格では、最大毎秒６Ｇｂｐｓの転送速度が求められる。そのためには、結合器に４．５ＧＨｚ程度の帯域が少なくとも必要になり、結合器の長さは１０ｍｍよりも短くする。円弧状にするなら、直径は３．２ｍｍ程度より小さくなる。これを回転する基板の回転中心に設置する。

しかし、回転中心に回転軸が設置されその直径が大きいと、小さな結合器を回転軸の周りに設置することは困難になる。一方、結合器を小型化できないと、信号転送の高速化が困難になるという問題がある。

また、特許文献２の記載を鋭意検討した結果、円弧状の伝送線路の一方を回転軸の周りに設置できる程度に十分に大きくして、他方を必要な帯域が得られる程度に十分に短くすることが考えられる。例えば、一方の円弧の直径を１００ｍｍ、つまり結合器の長さを３１４ｍｍにして、他方の円弧の長さを１０ｍｍにすることが考えられる。

しかし、その場合は、新たに以下の課題を生じる。６Ｇｂｐｓのデジタル信号はシンボルの単位間隔（ＵＩ）が３３３ｐｓであり、周波数で３ＧＨｚに相当する。３ＧＨｚの信号がＦＲ４（Ｆｌａｍｅ Ｒｅｔａｒｄａｎｔ Ｔｙｐｅ ４）基板上の伝送線路に印加された時、誘電体による波長短縮効果で、波長は約５６ｍｍになる。したがって、３１４ｍｍの円周上には信号が５ビット並ぶことになる。

この場合、１０ｍｍ長の短い方の円弧の位置によって、両端子に入力する信号は最大４ビット分タイミングがずれることになる。即ち、異なる信号が結合器の両端に入力するため、シンボル間干渉が起こり正しく転送できない。言い換えれば、この場合は大きな円弧の円周を５６ｍｍよりも十分に短くしなければならず、あまり大きくできないという問題がある。

したがって、本発明は、結合器を設置が困難になる程度に小型化することなく、回転情報伝達機器において数Ｇｂｐｓのデータを無線通信することを目的とする。

一つの態様では、回転情報伝達機器は、上底部或いは下底部に第１の円弧状結合器を設けた第１の基板と、前記第１の円弧状結合器と結合可能な位置に配置された第２の円弧状結合器を備えた第２の基板とを有し、前記第２の円弧状結合器の弧長が前記第１の円弧状結合器の弧長より短く、前記第１の基板及び第２の基板の一方が非可動部に固定されており、前記第１の基板及び第２の基板の他方が回転部材に固定されて回転する。

一つの側面として、結合器を設置が困難になる程度に小型化することなく、回転情報伝達機器において数Ｇｂｐｓのデータを無線通信することが可能になる。

本発明の実施の形態の回転情報伝達機器の概念的構成図である。 本発明の実施の形態の回転情報伝達機器における結合器の結合状態を示す概念的平面図である。 本発明の実施の形態の回転情報伝達機器の他の態様を表す概念的構成図である。 本発明の実施の形態の回転情報伝達機器における新たな課題の説明図である。 本発明の実施例１の回転情報機器の概念的構成図である。 本発明の実施例１の回転情報機器における結合器の結合状態を示す概念的平面図である。 本発明の実施例２の回転情報機器の説明図である。 本発明の実施例２の回転情報機器における出力信号の途中までの説明図である。 本発明の実施例２の回転情報機器における出力信号の図８以降の途中までの説明図である。 本発明の実施例２の回転情報機器における出力信号の図９以降の説明図である。 本発明の実施例３の回転情報機器の説明図である。 本発明の実施例４の回転情報機器の説明図である。 本発明の実施例５の回転情報機器の説明図である。 本発明の実施例５の回転情報機器における出力信号切り替えの説明図である。 本発明の実施例６の回転情報機器の説明図である。 本発明の実施例７の回転情報機器の説明図である。 本発明の実施例７の回転情報機器における状態１及び出力信号の説明図である。 本発明の実施例７の回転情報機器における状態２及び出力信号の説明図である。 本発明の実施例７の回転情報機器における状態３及び出力信号の説明図である。 本発明の実施例７の回転情報機器における状態４及び出力信号の説明図である。 本発明の実施例７の回転情報機器における状態５及び出力信号の説明図である。 本発明の実施例８の回転情報機器の説明図である。 本発明の実施例９の回転情報機器の具体的構成の説明図である。 本発明の実施例９の回転情報機器の結合度－周波数特性の受信器位置依存性の説明図である。 本発明の実施例９の回転情報機器のアイパターンの受信器位置依存性（１）の説明図である。 本発明の実施例９の回転情報機器のアイパターンの受信器位置依存性（２）の説明図である。

ここで、図１乃至図３を参照して、本発明の実施の形態の回転情報伝達機器を説明する。本発明者が特許文献１の記載を鋭意検討した結果、特許文献１の結合器を円弧状の結合器に変形して用いることにより、結合器のサイズを大きくしてもタイミングの問題を発生することなく数Ｇｂｐｓの高速信号による無線通信が可能であるとの結論に至った。

図１は、本発明の実施の形態の回転情報伝達機器の概念的構成図であり、図２は本発明の実施の形態の回転情報伝達機器における結合器の結合状態を示す概念的平面図である。図１及び図２に示すように、本発明の実施の形態の回転情報伝達機器は、上底部或いは下底部に第１の円弧状結合器４を設けた第１の基板３と、第１の円弧状結合器４と結合可能な位置に配置された第２の円弧状結合器６を備えた第２の基板５とを有する。第２の円弧状結合器６の弧長が第１の円弧状結合器４の弧長より短く、第１の基板３及び第２の基板５の一方が非可動部に固定されており第１の基板３及び第２の基板４の他方が回転部材に２に固定されて回転する。ここでは、第１の基板３が回転するものとして図示している。即ち、回転軸１を有する回転部材２を備えており、回転部材２の上底部或いは下底部に第１の円弧状結合器４を備えた第１の基板３が設けられている。また、固定部７に固定された第２の基板５には第１の円弧状結合器４と結合可能な位置に第２の円弧状結合器６が設けられており、この第２の円弧状結合器６の弧長を第１の円弧状結合器４の弧長より短くしている。なお、図１においては、回転軸１が天井側の固定部７の側に設けられているので、第１の円弧状結合器４を回転部材２の上底面に設けているが、回転軸１を下側の固定部に取り付けた場合には、第１の円弧状結合器４は回転部材２の下底面に設ける。

このような構成にすることによって、第１の円弧状結合器４を伝搬する差動信号が同じ経路で第２の円弧状結合器６に到着するので、上述のタイミングのズレの問題は生じない。なお、第１の円弧状結合器４及び第２の円弧状結合器６の形状は真円でも楕円でも良い。

図３は、本発明の実施の形態の回転情報伝達機器の他の態様を表す概念的構成図であり、第１の円弧状結合器４は第１の基板３の外周面に設けられ、第２の円弧状結合器６が、第２の基板５に設けられた円筒状中空部の内周面に沿って設けられている。このような構成でも図１の場合と同様に、結合器を設置が困難になる程度に小型化することなく、回転情報伝達機器における数Ｇｂｐｓのデータを無線通信することが可能になる。

但し、いずれの場合も別の新たな課題を生じるので、この事情を図４を参照して説明する。図４は、本発明の実施の形態の回転情報伝達機器における新たな課題の説明図であり、図４（ａ）は結合器の結合状態を示す概念的平面図であり、図４（ｂ）は結合部の拡大図である。図４に示すように、第１の円弧状結合器４の信号線路４_１及び帰還経路４_２の信号Ｄ_１ｎ、Ｄ_１ｐの入力点と接続部材８_１で結合されている終点をまたがって第２の円弧状結合器６の信号線路６_１及び帰還経路６_２が結合した場合、シンボル間干渉を起こすことになる。或いは、第１の円弧状結合器４の信号線路４_１及び帰還経路４_２の信号Ｄ_１ｎ、Ｄ_１ｐの入力点と終点を第２の円弧状結合器６の信号線路６_１及び帰還経路６_２の長さよりも十分に大きく離せば、シンボル間干渉が起こらない。しかし、その場合には、第２の円弧状結合器６の信号線路６_１及び帰還経路６_２が第１の円弧状結合器４の信号線路４_１及び帰還経路４_２と結合しない位置、即ち、通信できない角度が存在する。

このような点を問題にしない場合には、図２に示す結合状態でも使用可能である。しかし、シンボル間干渉を起こすことなく、３６０°全ての角度において信号接続ができる方が望ましい。そこで、第２の基板５に、さらに第３の円弧状結合器を設け、第２の円弧状結合器６と第３の円弧状結合器の少なくとも一方が常に第１の円弧状結合器４と結合しているようにすることが望ましい。

この場合、第２の円弧状結合器６と第３の円弧状結合器を、第１の円弧状結合器４からの同じデジタル信号を受信できる距離に近接配置し、第２の円弧状結合器６の出力と第３の円弧状結合器の出力を切替えて信号処理をするようにしても良い。

或いは、第２の円弧状結合器６と第３の円弧状結合器を、第１の円弧状結合器４からの異なるデジタル信号を受信できる距離に配置し、第２の円弧状結合器６の出力と第３の円弧状結合器の出力を切替えて信号処理をするようにしても良い。

第２の円弧状結合器６の出力と第３の円弧状結合器の出力を切替えて信号処理するために、第１の基板３に第１の制御信号用結合器を設け、第２の基板５に第１の基板３が回転中に第１の制御信号用結合器と結合可能な位置に第２の制御信号用結合器を設けても良い。この場合、第２の制御信号用結合器からの出力により第２の円弧状結合器６の出力と第３の円弧状結合器７の出力を切替える。

また、第２の円弧状結合器６と第３の円弧状結合器からの出力におけるデータ抜けを防止するために、第２の円弧状結合器６の出力と第３の円弧状結合器の出力を格納するレジスタをさらに設けても良い。

第１の円弧状結合器４、第２の円弧状結合器６及び第３の円弧状結合器は、それぞれ円弧状の信号線路と円弧状の帰還経路を備え、信号線路の一端と帰還経路の一端とを終端抵抗からなる接続部材８_１，８_２により整合終端しても良い。

或いは、第１の円弧状結合器４、第２の円弧状結合器６及び第３の円弧状結合器は、それぞれ円弧状の信号線路と円弧状の帰還経路を備え、信号線路の一端と帰還経路の一端とを導電体からなる接続部材８_１，８_２により短絡させても良い。

第１の円弧状結合器４の中心角は３５０°以上とすることが望ましく、且つ、第２の円弧状結合器６の弧長及び第３の円弧状結合器の弧長は、使用するデジタル信号の帯域を確保する長さ以下とすることが望ましい。

例えば、弧長が６ｍｍの第２の円弧状結合器６或いは第３の円弧状結合器が毎秒１ｍの速度で第１の円弧状結合器４に対して相対的に回転移動している場合、第２の円弧状結合器６或いは第３の円弧状結合器の弧長の半分である３ｍｍ移動するのに要する時間は３ｍｓである。一方、６Ｇｂｐｓのデジタル信号のシンボル単位間隔（ＵＩ）は３３３ｐｓであり、第２の円弧状結合器６或いは第３の円弧状結合器の弧長の半分の３ｍｍに比べて７桁小さい。したがって、前後のビットを転送している間に第２の円弧状結合器６或いは第３の円弧状結合器が移動した距離は結合器の長さの１，０００万分の１程度となり、止まっているのに等しいので、移動している間データ通信は正常に行われることになる。

本発明の実施の形態においては、弧長の大きな第１の円弧状結合器に対して、弧長が短い第２の円弧状結合器を結合させているので、結合器を回転軸の周りに設置できる程度に大きくすることができる。また、第３の円弧状結合器を設けることによって、３６０°全ての角度において信号接続ができ、転送速度を向上することが可能になる。なお、回転情報伝達機器の適用対象としては、監視カメラや車の周辺を写す映像システム等の回転情報機器やロボットの関節などが挙げられる。

次に、図５及び図６を参照して、本発明の実施例１の回転情報機器を説明する。図５は、本発明の実施例１の回転情報機器の概念的構成図であり、回転軸１１を有する回転部材１２を備えており、回転部材１２の上底部に円弧状結合器１４を備えた基板１３が設けられている。また、天井部１７に固定された基板１５には円弧状結合器１４と結合可能な位置に弧長の短い円弧状結合器１６が設けられている。或いは、逆に、円弧状結合器１４が固定され、弧長の短い円弧状結合器１６が回転していても良い。

図６は本発明の実施例１の回転情報機器における結合器の結合状態を示す概念的平面図である。中心角が３５５°の円弧状結合器１４と結合可能な位置に同じ曲率半径を有する円弧状結合器１６を設ける。ここでは、典型例として円弧状結合器１４は線幅が２ｍｍの信号線路１４_１及び帰還経路１４_２を平均半径が５０ｍｍになるように設け、終端抵抗１８_１により整合終端する。一方、円弧状結合１６は、平均弧長が４ｍｍ～１０ｍｍ、例えば、１０ｍｍの信号線路１６_１及び帰還経路１６_２からなり終端抵抗１８_２により整合終端されている。

回転機器（１２）により発生した差動信号Ｄ_１ｐ，Ｄ_１ｎは、円弧状結合１４に出力され、円弧状結合器１６からＤ_２ｐ，Ｄ_２ｎとして出力される。この場合、円弧状結合器１４の信号Ｄ_１ｐ、Ｄ_１ｎの入力点と終端抵抗１８_１で結合されている終点をまたがって円弧状結合器１６が結合した場合、シンボル間干渉を起こすことになる。しかし、このような点を問題にしない場合には、実デバイスとして使用することができる。

次に、図７乃至図１０を参照して、本発明の実施例２の回転情報機器を説明する。図７は、本発明の実施例２の回転情報機器の説明図であり、図７（ａ）は概念的構成図であり、図７（ｂ）は、出力信号の切り替えを行う切り替え回路の構成図である。なお、この回転情報機器の取り付け状態は上記の実施例１と同様である。図７（ａ）に示すように、本発明の実施例２においては、実施例１と同様に基板１３に中心角が３５５°の円弧状結合器１４と結合可能な位置に同じ曲率半径を有する円弧状結合１６を設ける。一方、基板（１５）には、実施例１と同様に円弧状結合器１４と結合可能な位置に円弧状結合器１６を設けられているとともに、円弧状結合器１６と同様な円弧状結合器１９とが設けられている。この場合、円弧状結合器１６と円弧状結合器１９が円弧状結合器１４からの同じデジタル信号を受信できる距離に近接配置する。

図７（ｂ）は、出力信号の切り替えを行う切り替え回路の構成図である。１対のカウンタ２０_１，２０_２と、一対の判定回路２１_１，２１_２と、一対のシフトレジスタ２２_１，２２_２と選択回路２３を備えている。

次に、図８乃至図１０を参照して出力信号の切り替えを説明するが、ここでは各結合器をシンボル化して示しており、各図における上図は概念的平面図であり、下図は円弧状結合器１４を直線状に伸ばした展開図である。なお、ここでは、便宜的に円弧状結合器１６,１９を回転させているが、実際には円弧状結合器１４が回転している。なお、図面に示した通りに、円弧状結合器１４を固定し、円弧状結合器１６,１９を回転させても良い。

図８（ａ）から図８（ｂ）に示す結合位置においては、信号Ｄ_１ｐ，Ｄ_１ｎが円弧状結合器１６の出力Ｄ_２ｐ，Ｄ_２ｎとして現れ、結合しなかった信号成分がその先の円弧状結合器１９の出力Ｄ_３ｐ，Ｄ_３ｎとして現れる。この場合、円弧状結合器１６の出力Ｄ_２ｐ，Ｄ_２ｎと円弧状結合器１９の出力Ｄ_３ｐ，Ｄ_３ｎのデジタル信号パターンは一致するが、最初に受信する円弧状結合器１６の出力Ｄ_２ｐ，Ｄ_２ｎの方が強いので基板（１５）への転送信号として選択する。

さらに回転して、図９（ａ）から図９（ｂ）の位置にくると、円弧状結合器１６が円弧状結合器１４と正しく結合できなくなり、信号は円弧状結合器１６の出力Ｄ_２ｐ，Ｄ_２ｎにだけ正しく現れる。この状態では依然として、円弧状結合器１６の出力Ｄ_２ｐ，Ｄ_２ｎを基板（１５）への転送信号として選択する。

さらに回転して、図１０（ａ）から図１０（ｂ）に示す位置になると、円弧状結合器１９が円弧状結合器１４と正しく結合する。円弧状結合器１６は円弧状結合器１４としばらくの間は正しく結合するが、やがて正しく結合できなくなり円弧状結合器１６からは誤った信号が出力されるようになる。そうなる前に、円弧状結合器１９の出力Ｄ_３ｐ，Ｄ_３ｎを基板（１５）への転送信号として選択切り替えする。

但し、切り替えの際に注意を要する。円弧状結合器１９と円弧状結合器１６との間には、いくつかのデジタル信号が並んでいる。先の仮定では、３１４ｍｍの円周上に５ビットの信号が並んでいた。この場合、図１０（ａ）に示すように円弧状結合器１９と円弧結合器１６との間には４つのデジタル信号が並んでいる。

即ち、円弧状結合器１６が信号Ｄ_ｎを出力しているとき、円弧状結合器１６にこの先４番目に出力される信号Ｄ_ｎ＋４が、円弧状結合器１９に現在出力されている。したがって、円弧状結合器１９の出力Ｄ_３ｐ，Ｄ_３ｎを基板（１５）への転送信号として選択切り替えすると、両結合器間に存在する３つの信号（Ｄ_ｎ＋１、Ｄ_ｎ＋２、Ｄ_ｎ＋３）を転送し損なうことになる。応用によってはそれが許される場合もある。

それが許されない場合には、円弧状結合器１９の出力を複数ビット保管しておき、信号の抜けがなく連続して出力されるように切り替えれば良い。具体的には、Ｄ_２ｐ，Ｄ_２ｎから信号Ｄ_ｎを出力した後にＤ_３ｐ，Ｄ_３ｎに切り替える際に、Ｄ_３ｐ，Ｄ_３ｎの出力の先につけられた４ビットのシフトレジスタ２２_２を用いて信号Ｄ_ｎを継続して出力し、その後、信号Ｄ_ｎ＋１、信号_Ｄｎ＋２、信号Ｄ_ｎ＋３、信号Ｄ_ｎ＋４と順次出力していく。

出力信号の切り替えるタイミングを決めるためには、円弧状結合器１９の出力Ｄ_３ｐ，Ｄ_３ｎをシフトレジスタ２２_２でＮビット遅らせた信号Ｄ_ｎと円弧状結合器１６の出力Ｄ_２ｐ，Ｄ_２ｎの信号Ｄ_ｎが十分に（予め定められたｐビット以上にわたって）一致しているか否かを判定回路２１_２で判定して切り替えれば良い。３１４ｍｍの円周上に５ビットの信号が並んでいる場合には、Ｎ＝４になる。このＮを見つける方法は、設計における計算であったり、動作環境でのデジタルキャリブレーションなどがある。切り替えるタイミングを別の結合器を用いて求めても良い。

さらに回転して、再び図８（ａ）に示すように円弧状結合器１６も円弧状結合器１４と十分に結合して正しく転送するようになり、円弧状結合器１６の出力と円弧状結合器１９の出力が十分に（予め定められたｑビット以上にわたって）一致しているか否かを判定回路２１_１で判定して、再び円弧状結合器１６の出力を基板（１５）への転送信号として選択切り替えする。切り替えの際に数ビットのデータが失われる可能性があるのは、先ほどの説明と同様である。

この様に、本発明の実施例２においては、基板１５側に２つの弧長の短い円弧状結合器１６，１９を設けているので、出力信号を切替えることによって、３６０°全ての角度において信号接続ができる。また、シフトレジスタを用いることによって、切り替えの際のデータ抜けを防止しているのでシンボル間干渉を起こすことがない。

次に、図１１を参照して、本発明の実施例３の回転情報機器を説明するが、上記の実施例２における円弧状結合器１６，１９における終端抵抗を短絡導体に置き換えた以外は実施例２と同様である。図１１は、本発明の実施例３の回転情報機器の説明図であり、図１１（ａ）は概念的構成図であり、図１１（ｂ）は、出力信号の切り替えを行う切り替え回路の構成図である。なお、この回転情報機器の取り付け状態は上記の実施例２と同様である。図１１（ａ）に示すように、本発明の実施例３においては、実施例２と同様に基板（１３）に円弧状結合器１４を設けるとともに、基板（１５）には円弧状結合器１４と結合可能な位置に同じ曲率半径を有する円弧状結合１６，１９を設ける。円弧状結合器１４は終端抵抗１８_１により整合終端されているが、円弧状結合器１６と円弧状結合器１９は短絡導体１８_５，１８_６により短絡されている。この場合、円弧状結合器１６と円弧状結合器１９が円弧状結合器１４からの同じデジタル信号を受信できる距離に近接配置する。

図１１（ｂ）は、出力信号の切り替えを行う切り替え回路の構成図である。１対のカウンタ２０_１，２０_２と、一対の判定回路２１_１，２１_２と、一対のシフトレジスタ２２_１，２２_２と選択回路２３を備えている。

本発明の実施例３においては、円弧状結合器１６と円弧状結合器１９において、終端抵抗の代わりに短絡導体１８_５，１８_６を用いている。このように、円弧状結合器１６及び円弧状結合器１９の一対の結合電極の端部を連結させることによって、遠端結合部において終端抵抗により捨てていた信号を、近端結合部の１／２の強度で且つ極性が反転した信号ではあるが有効利用することが可能になる。

次に、図１２を参照して、本発明の実施例４の回転情報機器を説明するが、円弧状結合器１６と円弧状結合器１９の位置を変えたものである。図１２は、本発明の実施例４の回転情報機器の説明図であり、図１２（ａ）は概念的構成図であり、図１２（ｂ）は、出力信号の切り替えを行う切り替え回路の構成図である。なお、この回転情報機器の取り付け状態は上記の実施例１と同様である。図１２（ａ）に示すように、本発明の実施例４においては、実施例２と同様に基板（１３）に円弧状結合器１４を設けるとともに、基板（１５）には円弧状結合器１４と結合可能な位置に円弧状結合１６，１９を設ける。但し、この場合は、円弧状結合器１６と円弧状結合器１９が円弧状結合器１４からの異なったデジタル信号を受信できる距離に配置する。

図１２（ｂ）は、出力信号の切り替えを行う切り替え回路の構成図である。１対のカウンタ２０_１，２０_２と、一対の判定回路２１_１，２１_２と、一対のシフトレジスタ２２_１，２２_２と選択回路２３を備えている。

このように、切り替えのタイミングを調整すれば、円弧状結合器１６と円弧状結合器１９の位置関係は任意になる。

次に、図１３及び図１４を参照して、本発明の実施例５の回転情報機器を説明するが、切り替えタイミングを決定するために実施例２の構成に制御信号用円弧状結合器を加えたものである。図１３は、本発明の実施例５の回転情報機器の説明図であり、図１３（ａ）は概念的構成図であり、図１３（ｂ）は、出力信号の切り替えを行う切り替え回路の構成図である。なお、この回転情報機器の取り付け状態は上記の実施例１と同様である。図１３（ａ）に示すように、本発明の実施例５においては、実施例２と同様に基板（１３）に円弧状結合器１４を設けるとともに、制御信号用円弧状結合器２４を設ける。一方、基板（１５）には円弧状結合器１４と結合可能な位置に同じ曲率半径を有する円弧状結合１６，１９を設けるとともに、制御信号用円弧状結合器２４と結合可能な制御信号用円弧状結合器２５を設ける。なお、ここでは、制御信号用円弧状結合器２４，２５を円弧状結合器１４の内側に設けているが、外側に設けても良い。

図１３（ｂ）は、出力信号の切り替えを行う切り替え回路の構成図である。１対のカウンタ２０_１，２０_２と、一対の判定回路２１_１，２１_２と、一対のシフトレジスタ２２_１，２２_２と選択回路２３を備えている。

次に、図１４を参照して出力信号の切り替えを説明するが、ここでは各結語器をシンボル化して示しており、上図は概念的平面図であり、下図は円弧状結合器１４を直線状に伸ばした展開図である。なお、ここでは、説明の都合上、制御信号用円弧状結合器２４，２５の設置位置を図１３（ａ）と異なるように図示している。

回転部材（１２）の回転に伴って制御信号用円弧状結合器２４は制御信号用円弧状結合器２５と結合して制御信号を検出してから、所定のビット数の間は、円弧状結合器１６の出力Ｄ_２ｐ，Ｄ_２ｎを基板（１５）への出力に選択し、上記ビット数をカウントした後に、円弧状結合器１９の出力Ｄ_３ｐ，Ｄ_３ｎを基板（１５）への出力に切り替える。その後、再び制御信号用円弧状結合器２４が制御信号用円弧状結合器２５と結合して制御信号を検出した時点で再び円弧状結合器１６の出力Ｄ_２ｐ，Ｄ_２ｎを基板（１５）への出力に切り替えることを繰り返す。その結果、図１４の上半分において円弧状結合器１６もしくは円弧状結合器１９が円弧状結合器１４と結合する。この場合も、出力切り替えの際にビット飛びが起こる可能性と対処は、実施例２と同様である。

次に、図１５を参照して、本発明の実施例６の回転情報機器を説明するが、円弧状結合器１４と円弧状結合器１６とが結合できない角度を認識するために実施例１の構成に制御信号用円弧状結合器を加えたものである。図１５は、本発明の実施例６の回転情報機器の説明図であり、図１５（ａ）は概念的構成図であり、図１５（ｂ）は、出力信号の切り替えを行う切り替え回路の構成図である。なお、この回転情報機器の取り付け状態は上記の実施例１と同様である。図１５（ａ）に示すように、本発明の実施例６においては、実施例１と同様に基板（１３）に円弧状結合器１４を設けるとともに、制御信号用円弧状結合器２４を設ける。一方、基板（１５）には円弧状結合器１４と結合可能な位置に同じ曲率半径を有する円弧状結合１６を設けるとともに、制御信号用円弧状結合器２４と結合可能な制御信号用円弧状結合器２５を設ける。なお、ここでは、制御信号用円弧状結合器２４，２５を円弧状結合器１４の内側に設けているが、外側に設けても良い。

図１５（ｂ）は、出力信号の切り替えを行う切り替え回路の構成図である。１対のカウンタ２０_３，２０_４とを備えている。回転部材（１２）の回転に伴って制御信号用円弧状結合器２４は制御信号用円弧状結合器２５と結合してＣ_２から出力された制御信号のパルス数をカウンタ２０_４を用いて計測しｐ回以上検出すると、接続無効と判断し、カウンタ２０_３をリセットする。それからカウンタ２０_３を用いて制御信号をｑ回以上検出すると、接続有効と判断し、カウンタ２０_４をリセットする。このようにすることで、円弧状結合器１４と円弧状結合器１６とが結合できない角度を認識することができる。

このように、本発明の実施例６においては、制御信号用円弧状結合器を設けて円弧状結合器１４と円弧状結合器１６とが結合できない角度を認識して、シンボル干渉が起こる角度における信号を廃棄しているので、シンボル干渉の無い信号のみを利用することができる。

次に、図１６乃至図２４を参照して、本発明の実施例７の回転情報機器を説明するが、出力制御方法を変えた以外は上記の実施例４と同様である。図１６は、本発明の実施例４の回転情報機器の説明図であり、図１６（ａ）は概念的構成図であり、図１６（ｂ）は、出力信号の切り替えを行う切り替え回路の構成図である。なお、この回転情報機器の取り付け状態は上記の実施例１と同様である。図１６（ａ）に示すように、本発明の実施例４と同様に、基板（１３）に円弧状結合器１４を設けるとともに、基板（１５）には円弧状結合器１４と結合可能な位置に円弧状結合１６，１９を設ける。この場合、円弧状結合器１６と円弧状結合器１９が円弧状結合器１４からの異なったデジタル信号を受信できる距離に配置する。

図１６（ｂ）は、出力信号の切り替えを行う切り替え回路の構成図である。１対のカウンタ２０_１，２０_２と、一対の判定回路２１_１，２１_２と、一対のシフトレジスタ２２_１，２２_２と選択回路２３を備えている。但し、この場合には、回転部材（１２）が１周するごとに、ビット_ｎのデータをビット_{ｎ＋ｍ＋ｋ}に置き換える。

図１７（ａ）に示すように、円弧状結合器１６と円弧状結合器１９とが円弧状結合器１４と正常に通信可能な位置ある場合には、図１７（ｂ）に示すように、シフトレジスタ２２_１の出力Ｄ_２（ｎ＋ｍ）とシフトレジスタ２２_２の出力Ｄ_２（ｎ）とが一致する。ここでは、実装時に円弧状結合器１６と円弧状結合器１９からの出力が２ビットずれにように調整しているので、ｍ＝２，ｎ＝０としている。なお、偶然の一致を避けるために、予め定めたｑ回以上一致することを判定回路２１_２で判定したのち、基板（１５）への出力をＤ２（ｎ＋ｍ）に切り替え、カウンタ２０_２をリセットする。

次いで、図１８（ａ）に示すように、半回転した場合には円弧状結合器１６は正しく通信できるが円弧状結合器１９は正しく通信できなくなる。この場合は、図１８（ｂ）に示すように、Ｄ_２（ｎ＋ｍ＝２）とＤ_３（ｎ＝０）は不一致になるので、Ｄ_２（ｎ＋ｍ＝２）をそのまま基板（１５）への出力とする。

次いで、図１９（ａ）に示すように、さらに回転して円弧状結合器１６及び円弧状結合器１９が共に正しく通信できるようなると、図１９（ｂ）に示すように、Ｄ_３（ｎ＋ｋ＝３）とＤ_２（ｎ＝0）が一致する（図の場合には、ｋ＝３，ｎ＝０）。この場合も、偶然の一致を避けるために、予め定めたｑ回以上一致することを判定回路２１_１で判定したのち、基板（１５）への出力をＤ_３（ｋ＋ｍ＋ｎ＝５）に切り替え、カウンタ２０_１をリセットする。

次いで、図２０（ａ）に示すように、さらに略半回転した場合には円弧状結合器１９は正しく通信できるが円弧状結合器１６は正しく通信できなくなる。この場合は、図２０（ｂ）に示すように、Ｄ_３（ｎ＋ｋ＝３）とＤ_２（ｎ＝０）は不一致になるので、Ｄ_３（ｋ＋ｍ＋ｎ＝５）をそのまま基板（１５）への出力とする。

次いで、図２１（ａ）に示すように、さらに回転して円弧状結合器１６及び円弧状結合器１９が共に正しく通信できるようなると、図２１（ｂ）に示すように、Ｄ_２（ｎ＋ｍ＝７）とＤ_３（ｎ＝５）とが一致する（図の場合には、ｍ＝２，ｋ＝３，ｎ＝５）。この場合も、偶然の一致を避けるために、予め定めたｑ回以上一致することを判定回路２１_２で判定したのち、基板（１５）への出力をＤ_２（ｎ＋ｍ＝７）に切り替え、カウンタ２０_２をリセットする。

この様に、本発明の実施例７においては、回転部材が１周する毎に、ビット_ｎをビット_{ｎ＋ｍ＋ｋ}に更新しているので、シフトレジスタ２２_１，２２_２がオーバーフローする前にｎ＋ｍビットを廃棄してシステムをリセットしている。それにより、結合器を設置が困難になる程度に小型化することなく、回転情報機器において数Ｇｂｐｓのデータをシンボル干渉することなく無線通信することが可能になる。

次に、図２２を参照して、本発明の実施例８の回転情報機器を説明するが、回転部材の回転方向を反転した以外は、上記の実施例７と同様である。図２２は、本発明の実施例８の回転情報機器の説明図であり、図２２（ａ）は図１９（ａ）から図２０（ａ）に遷移する場合と同様である。また。図２２（ｂ）は、図１７（ａ）から図１８（ａ）に遷移する場合と同様である。

このように、実施例７における回転方向を逆転してもデータ通信できることが分かる。したがって、監視カメラの回転方向を時計回り・反時計回りに自由に変更することができ、実施例７と全く同様に、結合器を設置が困難になる程度に小型化することなく、回転情報機器において数Ｇｂｐｓのデータをシンボル干渉することなく無線通信することが可能になる。

次に、図２３乃至図２６を参照して、本発明の実施例９の回転情報機器を説明するが、これは、上記実施例１の一実施形態につきその特性をシミュレーションしたものである。図２３は、本発明の実施例９の回転情報機器の一実施形態の具体的構成図であり、外径を４０ｍｍに設定してシミュレーションを行った。ここでは、円弧状結合器１４の一方の端部ＴＸから信号を送り、弧長の短い円弧状結合器１６の一方の端部ＲＸで受信している。また、円弧状結合器１４の他端は５０Ωの抵抗を介して接地し、円弧状結合器１６の他方の端部も５０Ωの抵抗を介して接地する。

図２４は、本発明の実施例９の回転情報機器の結合度－周波数特性の受信器設置位置依存性の説明図であり、ここでは、円弧状結合器１４の信号を送る一方の端部から１８０°の位置を起点として、円弧状結合器１６の中央の位置までの角度をθとしている。図２４から明らかなように、θ＝１８０°では帯域が狭いが、それ以外の角度では広帯域な特性が得られることが確認された。なお、通信距離、即ち、円弧状結合器１４と円弧状結合器１６との間隔は１ｍｍとしている。

図２５は、本発明の実施例９の回転情報機器のアイパターン（１）の受信器位置依存性の説明図であり、ここでは、通信速度を４Ｇｂｐｓ、入力振幅を１．２Ｖ_ｄｉｆｆに設定している。図２５（ａ）に示すθ＝－９０°の場合、及び、図２５（ｂ）に示すθ＝０°の場合には、複数の波形が重なり合ってアイパターンが開口した良好な特性を示している。

図２６は、本発明の実施例９の回転情報機器のアイパターン（２）の受信器位置依存性の説明図であり、図２６（ａ）に示すθ＝９０°の場合には、アイパターンが開口した良好な特性を示している。しかし、図２６（ｂ）に示すθ＝１８０°の場合には、複数の波形が良好に重ならず、アイパターンが開口した状態にはなっていない。

以上のことから、円弧状結合器１６が、円弧状結合器１４の他端の接近した場合以外には良好な通信特性が得られることが明らかになった。

１ 回転軸
２ 回転部材
３ 第１の基板
４ 第１の円弧状結合器
４_１ 信号線路
４_２ 帰還経路
５ 第２の基板
６ 第２の円弧状結合器
６_１ 信号線路
６_２ 帰還経路
７ 固定部
８_１，８_２ 接続部
１１ 回転軸
１２ 回転部材
１３ 基板
１４ 円弧状結合器
１４_１ 信号線路
１４_２ 帰還経路
１５ 基板
１６ 円弧状結合器
１６_１ 信号線路
１６_２ 帰還経路
１７ 天井部
１８_１，１８_２，１８_３ 終端抵抗
１８_５，１８_６ 短絡導体
１９ 円弧状結合器
１９_１ 信号線路
１９_２ 帰還経路
２０_１，２０_２，２０_３，２０_４ カウンタ
２１_１，２１_２ 判定回路
２２_１，２２_２ シフトレジスタ
２３ 選択回路
２４，２５ 制御信号用円弧状結合器

Claims (10)

1. 上底部或いは下底部に第１の円弧状結合器を設けた第１の基板と、
   前記第１の円弧状結合器と結合可能な位置に配置された第２の円弧状結合器及び第３の円弧状結合器を備えた第２の基板とを有し、
   前記第１の円弧状結合器は、それぞれの一端が終端抵抗或いは短絡導体により接続された円弧状の信号線路と円弧状の帰還経路を備えた単一の円弧状結合器であり、
   前記第２の円弧状結合器の弧長及び第３の円弧状結合器の弧長が前記第１の円弧状結合器の弧長より短く、
   前記第２の円弧状結合器と前記第３の円弧状結合器の少なくとも一方が常に前記第１の円弧状結合器と結合しており、
   前記第１の基板及び第２の基板の一方が非可動部に固定されており、
   前記第１の基板及び第２の基板の他方が回転部材に固定されて回転する回転情報伝達機器。
2. 前記第１の円弧状結合器が前記第１の基板の底面に設けられている請求項１に記載の回転情報伝達機器。
3. 前記第１の円弧状結合器が前記第１の基板の外周面に設けられ、
   前記第２の円弧状結合器及び第３の円弧状結合器が、前記第２の基板に設けられた円筒状中空部の内周面に沿って設けられている請求項１に記載の回転情報伝達機器。
4. 前記第２の円弧状結合器と前記第３の円弧状結合器が、前記第１の円弧状結合器からの同じデジタル信号を受信できる距離に配置されており、
   前記第２の円弧状結合器の出力と前記第３の円弧状結合器の出力を切替える手段を有する請求項１に記載の回転情報伝達機器。
5. 前記第２の円弧状結合器と前記第３の円弧状結合器が、前記第１の円弧状結合器からの異なるデジタル信号を受信できる距離に配置されており、
   前記第２の円弧状結合器の出力と前記第３の円弧状結合器の出力を切替える手段を有する請求項１に記載の回転情報伝達機器。
6. 前記第１の基板が、さらに、第１の制御信号用結合器を備えており、
   前記第２の基板が前記第１の基板が回転中に前記第１の制御信号用結合器と結合可能な位置に第２の制御信号用結合器を備えており、
   前記第２の制御信号用結合器からの出力により前記第２の円弧状結合器の出力と前記第３の円弧状結合器の出力を切替える請求項４または請求項５に記載の回転情報伝達機器。
7. 前記第２の円弧状結合器の出力と前記第３の円弧状結合器の出力を格納するレジスタをさらに備えている請求項４乃至請求項６のいずれか１項に記載の回転情報伝達機器。
8. 前記第１の円弧状結合器、前記第２の円弧状結合器及び前記第３の円弧状結合器は、それぞれ円弧状の信号線路と円弧状の帰還経路を備え、
   前記信号線路の一端と前記帰還経路の一端とが終端抵抗により整合終端している請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の回転情報伝達機器。
9. 前記第１の円弧状結合器、前記第２の円弧状結合器及び前記第３の円弧状結合器は、それぞれ円弧状の信号線路と円弧状の帰還経路を備え、
   前記信号線路の一端と前記帰還経路の一端とが短絡している請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の回転情報伝達機器。
10. 前記第１の円弧状結合器の中心角が、３５０°以上であり、
    前記第２の円弧状結合器の弧長及び前記第３の円弧状結合器の弧長が使用するデジタル信号の帯域を確保する長さ以下である請求項１乃至請求項９のいずれか１項に記載の回転情報伝達機器。

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