JPH04204608A - 多心光ロータリージョイント - 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〕 本発明は多心光ロータリージヨイントに関し、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ヨイン
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ヨイントが用いられる。

多心光ロータリージヨイントとして、従来は、第６図に
示すような装置か用いられている。第６図は回転側光フ
ァイバー１ａ、ｌｂ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ヨイントを示
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ｌａ、Ｉｂに回転側コリメータ３ａ、
３ｂかそれぞれ接続され、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図て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ｌａ。

Ｉｂ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５
ａ、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か回転しても、
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心光ロータリージヨイントを示したが、同じ原理で
３ｂ以上の光ロータリージヨイントを構成することかで
きる。

この場合、光ロータリージヨ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
くてきない。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１５
ｒｎｍ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であるか、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
ｆπｄとなる。このように、光ファイバーの間隔か１２
ｍｍ、つまり１２ｍｍ以上のアパーチャか必要な場合、
ダブプリズムの長さしは少なくとも約５０ｍｍであるか
、４心にした場合には、上述の通り１２Ｘ　（２）　１
／２　＝１７ｍｍのアパーチャが必要となるから、ダブ
プリズムの長さＬ７は少なくとも約７０ｍｍとなる。

ところがダ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
、光ロータリージヨ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ーチャ、従って長さを大き
くせずに、多心光ロータリージヨ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
ジヨ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３
ａ、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１７２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ヨイントでは、ダブ
プリズムを固定した減速回転部を回転部の１７２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１
０４Ｃ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に固定されたダブ
プリズム４は、回転部１０３に固定されたコリメータ３
ａ、３ｂの１７２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。

〔発明か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心まてである。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
ジヨイントである。

また、上記米国特許に記載された多心光ロータリ−ジョ
イン）・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
た装置全体の寸法か大きくなっている。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、低損失の伝送か可能な多心光ロータリ
ージヨイントを、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ヨ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〕

本発明では、伝送路の本数を、例えば８本以上に増して
も低損失の伝送か可能な多心光ロータリージヨイントを
実現するため、所定の角速度で回転する複数の回転光像
を、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
ータリージヨイントを、所定の角速度で回転する複数の
光ファイバーからダブプリズムのアパーチャ外の位置に
おいて入射する複数の回転光像の、進行方向を屈曲させ
て、ダブプリズムの入射面に案内する、複数の、光ファ
イバーと同じ角速度で回転する回転光像案内手段と、ダ
ブプリズムの出射面から入射する複数の静止光像の、進
行方向を屈曲させて、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
、複数の静止した静止光像案内手段とで構成し、これら
の複数の回転光像案内手段および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。回転光像案内手段および静止光
像案内手段は、入射した回転光像の進行方向を２度屈曲
させる長斜方形プリズム、１対または２対以上のミラー
の組合せ等で構成することができる。

また、本発明では、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か可能な多心光ロータリージヨイ
ントを実現するため、上記の複数の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により
、第一および第二の領域に区分し、それぞれの領域を同
軸で半径の異なる円周上に位置させた。

上記構成を用いる場合、ダブプリズムに一体に入射する
第一の波長の光束と第二の波長の光束か、同一経路で出
射側長斜方形プリズムに入射する必要があるから、ダブ
プリズムとして、色収差のない、いわゆる色消しダブプ
リズムを用いることが望ましい。色消しダブプリズムは
、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、ロータリージヨイン
トとして実用性かない。

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
ータリージヨイントを通過させ、ロータリージヨイント
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イ多心光
ロータリージヨ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１７２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ｌ、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ｌ
対ｎ１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
径間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
離とすることか容易になり、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かでき
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かできるから、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か同じと
すると、伝達できる光束の数は２倍となる。それ故、光
ロータリージヨ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か可能になる。

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か、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ヨイントの一例を第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、ｌｂ、ｌｃ、ｌｄ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）か固定さ
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６ｂのみ
については、それぞれ、コネクタ１２およびコネクタ１
４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１
２Ｒ、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、１７
ｂ、１７ｃ、１７ｄを設けである。

長斜方形プリズム１６ａ、１６ｂ、１６ｅ、１６ｄはす
べて、底面か回転軸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、３
ｃ、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、底面か回転軸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１
７ａの部分拡大図を第２図に、また多心光ロータリージ
ヨ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１６
ｃ、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か設けられ、これと
噛み合う歯車２１か、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か固定されてお
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て互いに回
転可能に支持されている。伝動部材１９は、回転部材１
１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１６
２て全反射され、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１６４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１７
３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／＜−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か、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との間には遊びかあ
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の方向か、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か回転し、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か、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２Ｘ１／４＝１
／２の角速度で回転するのて、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。

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、光束か回転側の光フアイバー１ａ等から
入射し、静止側の光フアイバー６ａ等へ伝達される例を
示したか、光束か静止側の光フアイバー６ａ等から入射
し、回転側の光フアイバー１ａ等へ伝送されるようにし
てもよい。この場合、回転側の光フアイバー１ａ等か接
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、光束か
回転側から入射する場合とちょうど反対の経路で、静止
側の光フアイバー６ａ等から入射した光束は、回転する
光束として光フアイバー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ヨ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、ｌｂ、ｌｃ、ｌｄ、コネクタ１２、回転
側コリメータ３ａ、３ｂ、回転部ｌｌ、静止部１３、静
止側コリメータ５ａ。

５ｂ、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）と同しである
。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か回転部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４２ｂか設けられ
、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５ａ、５ｃの
間には長斜方形プリズム４３ａか、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か設けられ、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か設
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４
２ａ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４Ｉ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
とかできる。

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１７２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、入射側コリメータ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て全反射され、干渉フィルター４５
ａ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λ、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ＩＣ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４
１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４】５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λ、の光束と光ファイバー１０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への入射点、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４
３５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１０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６
０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ヨ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１１
８ｍｍ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ｎｌ　＝ｌ、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。光フアイバー伝送損失を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ｌｋｍ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ｌａ、ｌｃ
等から入射し、静止側の光ファイバー〇ａ等へ伝達され
る例を示したか、光束が静止側の光ファイバー６ａ、６
ｃ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、１ｃ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、光束か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、ｌｃ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ヨ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）、３
０°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心光ロータリージヨイント
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か収容
されるので、その直径は少なくともＺ、である。歯車２
１の直径Ｚ、はＺｌに等しい。従って、歯車２１と歯車
２０の軸間距離に１はＺＩ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
＋Ｚ、＝　（３／２）ＺｓがＺｌと等しくなければなら
ず、これはＺ、かＺＩ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、Ｚｌ　＋　２２２　””
　３　Ｚｌ　となることが、第１１図（Ａ）から容易に
理解される。

Ｚ、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ｌであるから、歯車２１の直径Ｚ５はＺ、
／２であり、歯車２１と歯車２０の軸間距離に２は、 １／２　（Ｚ、＋Ｚ＋　／２）＝　（３／４）Ｚ。

である。歯車２１と同軸の歯車２４の直径Ｚ、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Ｚ、／２と歯車２５の半径Ｚ７／
２の和は Ｚｓ　／２＋４ＺＩ　／２＝　（５／２）Ｚ６となり、
これかに２すなわち（３／４）Ｚ、と等しくなければな
らない。つまり、 （１０／４）Ｚｇ　＝　（３／４）ｚ。

が成立ち、Ｚａ　＝　（３／１０）Ｚ、となる。歯車２
１の直径２．はＺ、／２であるから、歯車２４の半径Ｚ
、はやはり同軸の歯車２１の直径Ｚ、より小さい。従っ
て、減速歯車機構全体の直径り。

は歯車２０の直径と歯車２１の直径の２倍との和で決ま
り、Ｚ＋　＋２２６　＝２Ｚｌ　　となる。これは第１
１図（Ａ）の場合のＤｌより小さい。実施例１ではＺ、
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、光ロータリージヨ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
に伝達て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
つ配置することかでき、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
かさらに容易となる。

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１７２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ヨイントを小型
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ヨイン
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ヨ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
ージヨ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ヨ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ヨ
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
光ロータリージヨイントの減速歯車機構の説明図である
。 符号の説明 ｌ・−・・・・光ファイバー ｌａ、ｌｂ、ｌｃ、ｌｄ・・−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、６
ｂ、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１
２Ｒ・−・・・レセプタクル　　１３−・・・静止部１
４−・・−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、１６
ｄ・−・・・長斜方形プリズム１７−・　長斜方形プリ
ズム １７　ａ、　　１７　ｂ−−一長斜方形プリズム１７ｃ
、１７ｄ・−・・−・長斜方形プリズム１８　・軸受　
　　　　　１９　・・・伝動部材２０．２１・・−一歯
車　　　２２・−−−一軸受２３−一・回転軸　　　　
　２４−一歯車２５・−−一歯車　　　　　　２６−軸
受２７．２８−・−−−一軸受 ４１−・・・色消しダブプリズム ４２ａ、４２ｂ−・・−・長斜方形プリズム４３ａ、４
３ｂ・・・−・・長斜方形プリズム４４ａ、４４ｂ−一
・−・干渉フィルター４５ａ、４５ｂ・−・・・干渉フ
ィルター７１・・・−・−フェルール　　　７２−ｍ−
・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１
０２ａ・・・・−長斜方形プリズム １０３　・・・回転部　　　　１０３　ａ−・歯車１０
４−・−・・減速歯車機構　１０４ａ−・−遊星歯車１
０４　ｃ　−−−一軸　　　　　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１６２．１
６３・−−一長斜方形プリズムの斜面１６４−４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１７２．２７３・・・−・−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・−一一
色消しダブプリズムの底面４１４−一・・・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

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （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ていることを特徴とする、
   多心光ロータリージョイント。
2. （２）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る、請求項第１項の
   多心光ロータリージョイント。
3. （３）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
   ぞれ位置し、 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
   、請求項第２項の多心光ロータリージョイント。
4. （４）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、前記ダブプリズムの光軸方向に偏位
   して配置されることにより、入射部および出射部の外径
   を縮小するように構成された、請求項第１項の多心光ロ
   ータリージョイント。
5. （５）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の歯数比を有する構成の、請求項第１
   項の多心光ロータリージョイント。
6. （６）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結合されており、前記第一
   の回転体は、所定の外径を有した円形の外部駆動部材と
   フレキシブルカップリングを介して結合され、 前記フレキシブルカップリングは、前記第一の回転体に
   形成された前記外径より大なる幅のスリット溝を有し、 前記スリット溝は曲面加工を施された接触面を有する構
   成の、請求項第１項の多心光ロータリージョイント。