JPH03100503A - 光学的信号伝達装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野〕 本発明は、光学的な信号伝達装置に係わり、特に回転体
から静止側へ光学的に非接触で信号を伝達する伝達装置
に関するものである。

【従来の技術〕

従来、回転体側で得られた情報を、静止側へ伝達する手
段として、スリップリングによる接触方式、もしくは電
波あるいは音波による非接触方式などが用いられている
。前者は長時間使用時の寿命の点および雑音の発生など
の問題があり、後者は装置が複雑となり大型となってし
まう事やモーターなどから発生するノイズ音やノイズ電
波に因る誤動作を起こしやすいなどの問題がある。

また１回転体側に発光ダイオードを取り付け、空洞状の
オプティカルガイドを介して静止側の受光ダイオードへ
信号を伝達する装置もすでに提案されている。（Ｍ、Ｕ
ｈｃｌｅ　：　Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ａｎｚｅｉｇｅｒ、　
２９Ｊａｈｒｇａｎｇ、Ｒｒ、３．１９７６、ｐｐ３７
〜３９）然るに、この種の装置ではオプティカルガイド
の作成、取付精度などに極めて難しい工作上の問題があ
り、更に多数個の信号を同時に伝送するには構造が非常
に複雑になり、真に実用的な装置とは言いがたい。

これに対して１回転体もしくは静止側の何れか一方には
、複数の信号の各々によりそれぞれ発光する信号の数だ
けの発光手段を間隔をおいて配置し、他の一方の側の対
向面上には信号の数のＮ個の数の受光素子を間隔をおい
て配置し、更に隣接するＮ個の受光素子ごとにこれらの
受光素子の出力から回転体の回転角に応じて発光手段の
発光を受光しえる位置の受光素子の出力を選択する選択
手段を備えた信号伝達装置も開示されている。

（特開昭５５−９０１４５号）。

（発明が解決しようとする課題〕 上記の最後に示した従来例では、精度向上のためには受
光素子の数が多くなるとともに９回転体の回転角に対応
した受光素子を選択するためのタイミングの同期が難し
くなる。また、このように同期を取りながら信号の授受
をするため通信速度が制限され、かつ離散的な信号にな
るなどの問題がある。

本発明は、従来装置の上記のような問題点を除去するた
め、構成が簡単で、多数個の信号を高速に伝達する光学
的な信号伝達装置を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明では、回転体側と静止側で光伝達により信号の伝
達を行い、前記回転体側もしくは静止側の対向面上のい
ずれか一方には信号を発光する発光手段を配置し、他の
一方の側の対向面上にはライトガイドを同心円上に対向
配置させ、前記発光手段の発光を前記ライトガイドで受
光したのち前記ライトガイドの受光面で透過または屈折
して入射し、前記ライトガイドの内部を反射した光を前
記受光面とは異なる位置で受光素子へ入射させる手段を
それぞれ備えた光学的信号伝達装置において、前記ライ
トガイドを円筒状もしくは楕円筒状の中空構造のものと
し、内面に鏡面加工を施すことにしたものである。

また、本発明では、受光効率を上げるために前記ライト
ガイドの信号入射面にスリットを設けたものである。

さらに、本発明では受光素子の集光効率を上げるために
前記楕円筒状の断面を有するライトガイドにおいて、入
射光信号の軌跡を、楕円面に固有の第一焦点と第二焦点
のうちの一方の焦点と一致させ、前記受光素子を前記楕
円の長軸方向の内面に設けたものである。

〔作用〕

本発明では、受光素子“点″ではなく“″面″で構成す
る０面型（二次元型）受光素子としてはアレー型検出器
やＣＯＤ等があるが、これらの素子は複雑でかつ高価な
ので、これらを用いることは上記目的に反する。しかし
、一般に常用されている安価で超小型の受光素子だけを
単独で用いたのでは上記の問題点は解決されない。これ
を解決するための手段として受光素子の受光面を実質的
に広げる、即ち受光素子を適宜結合されたライトガイド
を配置して、これに発光手段からの入射光をとりこみ、
損失をなるべく少なくする方法で受光素子まで導入して
やればよい。損失をなるべく少なくするにはライトガイ
ド内の光の伝達する媒体における光の反射を利用し、散
乱を最小にすればよい、これは、鏡面における光の全反
射を利用すれば達成される。また、入射した光の経路が
長いときには光の進行する伝搬遅延時間が信号の伝達レ
ートを制限するが、この伝搬遅延時間はライトガイド内
部の光の媒体の屈折率に比例する。

このように、光の全反射を起こすことができ屈折率の最
小となるライトガイドは内部を鏡面仕上げした中空状の
円筒である。−度この円筒に入射した光信号は鏡面で全
反射しながら円筒内の空気中を受光素子まで進むため、
伝搬時間の遅延も最小となる。以上のように実用的な範
囲における受光面を実質的に広げることにより解決する
。

〔実施例〕

以下１本発明の実施例を第１図〜第５図を用し１て説明
する。

第１図は本発明の一実施例の発光素子と受光素子の位置
関係を説明した図である０図において、１は時計方向ま
たは、反時計方向に回転することのできる回転体（その
回転中心をＯで示す、）、６は回転体１内に設けられた
信号源、２は発光素子（ＬＥＤ、或いは半導体レーザー
等）であり、必要個数（本実施例では１個）が回転体１
に配置され、信号源６からのパルス信号により発光する
。

一方、静止側には３のライトガイド（中空のステンレス
パイプ等）が回転体１と同心円状に配置される。発光素
子２からの光線７は、この光線のビーム幅と同等か、や
や大きく開けられたスリット５を持つライトガイド３に
入射する。第２図は、光線が入射したあとの光線の軌跡
を示すため、第１図のａ−ａ’断面を示したものである
。ライトガイド３のスリット５を通過した光線７は、ラ
イトガイド３内面の鏡面で全反射を起こす。但し、内面
を完全な鏡面仕上げにすることは難しいため多少の凹凸
ができることはやむを得ない、もし、完全な鏡面であれ
ば入射光線７は１００％全反射するが、前述のように多
少でも凹凸があれば光線の散乱はやむを得ない。それで
も、仕上げ面における一般的な散乱量は数パーセント以
下であり。

屈折率の異なる物質の境界面で光線を全反射させるべく
光線を臨界角以上に入射させたときの散乱量が十数パー
セントであることに比べると、光量の有効利用率に顕著
な差が認められ、これは即ち検出信号のＳ／Ｎ比の向上
にそのまま寄与する。

この第２図では１発光素子２に角度を持たせライトガイ
ド３の断面の円周における法線と一致しないようにしで
ある。この角度により、ライトガイド内に入射した光線
が１回目の反射で、入射軌跡を再び戻りスリット５から
そのまま射出してしまうことを防いでいる。

第１図を真上から見た図を第３図に示す、この図はライ
トガイド３に入射する光線７の方位方向の入射角を示す
。発光素子２から射出される光線７はこの図に示される
ように、ライトガイド３における断面である円形の法線
とは一致しないように角度がつけである。つまり、第３
図に破線で示した発光素子２１から射出され、ライトガ
イド３の法線と一致する角度をもつ光線７１は、ライト
ガイド３の円周方向を進行しない、−度ライトガイド３
に入射した光線７１は第３図のｂ−ｂ’の間を反射する
のみとなるためである。

他の実施例を第４図に示す。本実施例ではライトガイド
３１のスリットに内面をハーフミラ−処理した光線入射
フィルター８を持つことを特徴とする。第２図では第１
回目の反射光がスリットから射出してしまうのを防ぐた
め発光素子２に角度を付け、ライトガイド３の断面の円
周における法線と光線７とを一致させないようにした。

第１図に示したような距離の長いライトガイド内を進行
しているうちスリットから射出してしまうのを防ぐのは
、製造工程上大変に難しい。内面の鏡面仕上げを正確に
凹凸なく仕上げる必要があるためである。そこで、第４
図に示したように、ライトガイド３１の外側からの光線
に対しては反射することが少なくそのまま透過し、−旦
内部に入射した光線に対しては全反射するべく鏡面加工
されたいわゆるハーフミラ−構造を持つ光線入射フィル
ター８を設置することにより、光線が受光素子に向って
進行している途中でスリットから射出することを完全に
防出することができる。

本発明の他の実施例を第５図に示す。この図は第１図に
おけるａ−ａ’断面を示し、ライトガイド３２の断面が
楕円面であることを示している。。

回転体１上にある信号源６により発光素子２から光線７
が射出される。光線７は内側が鏡面加工されたハーフミ
ラ−フィルター８１を素通りしてライトガイド３２の内
部に入射する。この入射した光線は、ライトガイド３２
の内部鏡面３２１で反射するが、このハーフミラ−フィ
ルター８１を通過してから、反射点に到達するまでの光
線の軌跡が楕円面３２１の第１焦点Ａを通過するように
配置されている。この光線は内部鏡面３２１の０点で全
反射した後、楕円面３２１の第２焦点Ｂを通過し、次に
Ｄ点で全反射を行う。更にこの全反射を繰返すことにな
るが、この光は全反射を繰返すにつれて楕円面３２１の
長軸方向に寄って来る。

本実施例では、この楕円面３２１の長軸方向に受光素子
４１を配置させて、前記の楕円面３２１の長軸方向に寄
って来た反射光を効率良く集光するものである。受光素
）４Ｊ−の位には第５図ではド側の設けであるが、この
位置は楕円面の長軸方向であれば良いので、上側に設け
ても良いことは言うまでもない。

〔発明の効果〕

本発明は、以上説明したごとく、回転体側または静止側
の対向面上の何れか一方には信号を発光する発光手段を
配置し、他の一方の側の対向面上には入射スリットを設
けた中空状のライトガイドを円弧状に対向配置させ、発
光手段の発光をライトガイドで受光したのち、ライトガ
イドの内部で反射した光線を受光面とは異なる位置で受
光素子に入射させる手段をそれぞれ備えたことにより、
受光素子の数を最小限に押さえることができ、送受タイ
ミングの同期が不要となり、また連続かつ高速度での通
信が可能な光学的信号伝達装置を構成することができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の発光素子と受光素子の位置
関係を示した図、第２図は第１図のａ　−ａ′断面図、
第３図は第１図の上面図、第４図。 第５図は他の実施例である。 １・・・回転体、２，２１・・・発光素子、３，３１゜
３２・・・ライトガイド、４．４１・・・受光素子、５
・・・スリット、６・・・信号源、７・・・光線、８，
８１・・・ハ茶　１目 第３回 ！ 第２　目 ′＄４回

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、回転体側と、静止側で光伝送により信号の伝送を行
   い、前記回転体側もしくは静止側の対向面上のいずれか
   一方には信号を発光する発光手段を配置し、他の一方の
   側の対向面上にはライトガイドを同心円上に対向配置さ
   せ、前記発光手段の発光を前記ライトガイドで受信した
   のち前記ライトガイドの受光面で透過または屈折して入
   射し、前記ライトガイドの内部を反射した光を前記受光
   面とは異なる位置で受光素子へ入射させる手段をそれぞ
   れ備えた光学的信号伝達装置において、前記ライトガイ
   ドが円筒状もしくは楕円筒状の中空構造のものとし、内
   面に鏡面加工を施してあることを特徴とする光学的信号
   伝達装置。 ２、前記ライトガイドの信号入射面にスリットを設けて
   あることを特徴とする請求項１記載の光学的信号伝達装
   置。 ３、前記楕円筒状の断面を有するライトガイドにおいて
   、入射光信号の軌跡を、楕円面に固有の第一焦点と第二
   焦点のうちの一方の焦点と一致させ、前記受光素子を前
   記楕円の長軸方向の内面に設けたことを特徴とする請求
   項１または２記載の光学的信号伝達装置。