JPH0443845Y2 - - Google Patents

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JPH0443845Y2
JPH0443845Y2 JP18800187U JP18800187U JPH0443845Y2 JP H0443845 Y2 JPH0443845 Y2 JP H0443845Y2 JP 18800187 U JP18800187 U JP 18800187U JP 18800187 U JP18800187 U JP 18800187U JP H0443845 Y2 JPH0443845 Y2 JP H0443845Y2
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optical
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fixed
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Description

【考案の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本考案は回転体と固定体との間で、光の送受を
行うための光ロータリジヨイントに関するもので
ある。
[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] The present invention relates to an optical rotary joint for transmitting and receiving light between a rotating body and a fixed body.

[従来の技術] 従来から固定体の光フアイバから回転体の光フ
アイバへ光信号を送る手段として、光ロータリジ
ヨイントが種々提案されているが、 (1) 各々の光フアイバを同軸に配置し、かつ、わ
ずかの間隙を設け回転側の光フアイバをベアリ
ング等の回転系で保持するもの。(例えば実開
昭58−13509号) (2) 或いは、対向する光フアイバの端部にレンズ
を設け、光ビーム径を拡大させ、互の光軸ずれ
を緩和させ、ベアリングを介し、回転させるも
のや(例えば、特開昭57−100407号)、或いは
一体化した光フアイバとコリメートレンズをネ
ジにより、調芯させ、加工精度組立精度を緩和
させるもの(例えば特開昭59−94726号)等が
ある。
[Prior Art] Various optical rotary joints have been proposed as means for transmitting optical signals from optical fibers in a fixed body to optical fibers in a rotating body. , and the optical fiber on the rotating side is held by a rotating system such as a bearing with a slight gap. (For example, Utility Model Application Publication No. 58-13509) (2) Alternatively, lenses are provided at the ends of opposing optical fibers to expand the diameter of the light beam, alleviate mutual optical axis misalignment, and rotate the fibers via bearings. (for example, Japanese Patent Application Laid-open No. 57-100407), or one that aligns the integrated optical fiber and collimating lens with screws to reduce processing accuracy and assembly accuracy (for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 59-94726). be.

しかし、コア径8〜10μmのシングルモードフ
アイバ(以下SMフアイバ)をロータリジヨイン
トに使用する場合、前項(1)のフアイバに対向タイ
プでは、回転駆動させるボールベアリングの芯ず
れは、最上級のものでも3.5〜4μmあり、かつフ
アイバ保持フエルールの偏心も1〜2μmあり、計
5μmの偏心で、これらを対向させ、回転するとコ
ア面積で50%の変動があるため最低3dBの回転変
動を含め5〜6dBの挿入損失となる。
However, when using a single mode fiber (hereinafter referred to as SM fiber) with a core diameter of 8 to 10 μm in a rotary joint, the fiber facing type described in (1) above, the misalignment of the ball bearing that drives the rotation is at the highest level. However, it is 3.5 to 4 μm, and the eccentricity of the fiber holding ferrule is 1 to 2 μm.
With an eccentricity of 5 μm, when these are placed facing each other and rotated, there is a 50% variation in core area, resulting in an insertion loss of 5 to 6 dB, including a rotational variation of at least 3 dB.

又、前項(2)のコリメートレンズを使用した場合
には、光軸ずれは大幅に緩和されるが、コリメー
トレンズとSMフアイバの光軸ずれは前項(1)の場
合と同様の特性である。又コリメートレンズ同志
の角度ずれは第3図で示すように、損失増加を
1dB以内におさめる場合、軸ずれは40μmとゆる
いが角度ずれは0.07度以下にする必要があり、高
精度の角度調整機構と同時にコリメートレンズと
SMフアイバの調整機構も必要となりコスアツプ
になる。
Furthermore, when the collimating lens described in the previous item (2) is used, the optical axis deviation is significantly alleviated, but the optical axis deviation between the collimating lens and the SM fiber has the same characteristics as in the previous item (1). Also, as shown in Figure 3, angular misalignment between collimating lenses increases loss.
To keep it within 1 dB, the axis misalignment is as gentle as 40 μm, but the angular misalignment needs to be less than 0.07 degrees.
An adjustment mechanism for the SM fiber is also required, which increases cost.

本考案の目的は前記した従来技術の問題点を解
消し、光フアイバ間の損失及び回転時の損失を大
幅に減少させることができる単心光ロータリジヨ
イントを提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a single-core optical rotary joint that solves the problems of the prior art described above and can significantly reduce loss between optical fibers and loss during rotation.

[問題点を解決するための手段] 本考案の要旨は、コリメートレンズとSMフア
イバを調芯させ、かつ、回転側、静止側の光フア
イバコリメータ同志の角度ずれ、軸ずれを同時に
調芯可能な、凸球面を持つた光フアイバコリメー
タと、凸球面と線接触するリングを設け、YAG
レーザ等のレーザ溶接或いは半田固定を行い対向
するSMフアイバ間の軸ずれ、角度ずれ等の挿入
損失を大幅に低減させたものである。
[Means for solving the problem] The gist of the present invention is to align the collimating lens and the SM fiber, and to simultaneously adjust the angular misalignment and axial misalignment between the rotating and stationary optical fiber collimators. , an optical fiber collimator with a convex spherical surface and a ring in line contact with the convex spherical surface are installed, and YAG
Laser welding or solder fixation is used to significantly reduce insertion loss such as axial misalignment and angular misalignment between opposing SM fibers.

[実施例] 第1図において、凸球面座付ホルダ4aの左端
には光フアイバ6と対向させコリメートレンズ8
を配し、右端はフエルール21に成端されている
ピグテイルタイプの固定側光フアイバコリメータ
4を形成し、フエルール側は止メネジ23によ
り、レセプタクル保持体17に設置されたレセプ
タクル19に取付けられる。凸球面座付ホルダ4
aと固定体2の間には円錐リング10が挿入され
ている。固定体2と回転体3の間にはボールベア
リング13及びVリング12が、回転体3の外周
と固定フランジ1の間にもボールベアリング14
が介在している。固定フランジ1には固定体2の
回転を止めるための回転止め板11がネジ止めさ
れている。回転体3には円錐リング10を介して
コリメートレンズ9と光フアイバ7と凸球面座付
ホルダ5aとフエルール22で形成されるピグテ
イルタイプ回転側光フアイバコリメータ5が設置
され、フエルール22はレセプタクル保持体18
に取付けられたレセプタクル20に止めネジ24
で固定される。
[Example] In FIG. 1, the left end of the holder 4a with a convex spherical seat has a collimating lens 8 facing the optical fiber 6.
The right end forms a pigtail type fixed side optical fiber collimator 4 which is terminated to a ferrule 21, and the ferrule side is attached to a receptacle 19 installed in a receptacle holder 17 with a set screw 23. Holder 4 with convex spherical seat
A conical ring 10 is inserted between a and the fixed body 2. A ball bearing 13 and a V ring 12 are provided between the fixed body 2 and the rotating body 3, and a ball bearing 14 is also provided between the outer periphery of the rotating body 3 and the fixed flange 1.
is intervening. A rotation stopping plate 11 for stopping the rotation of the fixed body 2 is screwed to the fixed flange 1. A pigtail type rotary-side optical fiber collimator 5 formed by a collimating lens 9, an optical fiber 7, a holder with a convex spherical seat 5a, and a ferrule 22 is installed on the rotating body 3 via a conical ring 10, and the ferrule 22 holds a receptacle. body 18
A set screw 24 is attached to the receptacle 20 attached to the
It is fixed at

第3図にSMファイバコリメ−タ間の軸ずれ、
角度ずれ特性を示す。回転時の損失変動を1dB
以下と考えると、軸ずれ40μmとすると角度ずれ
は0.07度以下にする必要がある。第1図におい
て、予め調芯固定したコリメートレンズ9とフア
イバ7を組込んだ凸面座付ホルダ5aを円錐リン
グ10を介し、回転体3に押付け固定体2の周り
に回転させ、角度ずれ0.07度以内となるように調
芯し第2図に示すように、ホルダ5と円錐リング
及び、回転体3と円錐リング10の突合せ部を例
えばYAGレーザ光で溶接する、この時θbは90°以
上であると線接触となり、溶接時の位置ずれは小
さくなり、θcが90℃以下であると、レーザ光は位
置ずれの少ない方向から照射できる。この場合、
回転側コリメータ5から出射した光ビームは回転
体3の回転軸と平行であるとは限らないので、コ
リメートレンズ8と光フアイバ6凸球面座ホルダ
4で構成した固定側コリメータ4も円錐リング1
0を介して、回転側コリメータ4の出射ビームに
合わせて、角度、軸の調芯を行い、前記同様、凸
球面座ホルダ4aと円錐リング10の突合せ面、
円錐リング10と固定体2の突合面を例えば
YAGレーザ光で照射し溶接固着する。固定体2
の外周面と回転体3の内周面の間にゴム等の弾性
体のVリングを挿入すると両コリメータ間への、
ベアリングの油脂、塵芥、水分、等の混入を防ぐ
ことができる。
Figure 3 shows the axis misalignment between SM fiber collimators.
Shows angular deviation characteristics. 1dB loss fluctuation during rotation
Considering the following, if the axis misalignment is 40 μm, the angular misalignment needs to be 0.07 degrees or less. In FIG. 1, a holder 5a with a convex seat incorporating a collimating lens 9 and a fiber 7, which have been aligned and fixed in advance, is pressed against the rotating body 3 through a conical ring 10 and rotated around the fixed body 2, resulting in an angular deviation of 0.07 degrees. As shown in Fig. 2, the abutting parts of the holder 5 and the conical ring and the rotating body 3 and the conical ring 10 are welded using, for example, a YAG laser beam. At this time, θb must be 90° or more. If there is a line contact, the positional deviation during welding will be small, and if θc is 90°C or less, the laser beam can be irradiated from a direction with little positional deviation. in this case,
Since the light beam emitted from the rotating collimator 5 is not necessarily parallel to the rotation axis of the rotating body 3, the fixed collimator 4, which is composed of a collimating lens 8, an optical fiber 6, and a convex spherical seat holder 4, also has a conical ring 1.
0, the angle and axis are aligned in accordance with the output beam of the rotating side collimator 4, and as before, the abutment surface of the convex spherical seat holder 4a and the conical ring 10,
For example, the abutting surface of the conical ring 10 and the fixed body 2 is
Irradiate it with YAG laser light and weld it in place. Fixed body 2
When a V-ring made of an elastic material such as rubber is inserted between the outer circumferential surface of the rotating body 3 and the inner circumferential surface of the rotating body 3, the
This prevents oil, dirt, moisture, etc. from getting into the bearing.

回転体3の外側はベアリング14を介して、本
ロータリジヨイントを固定するための固定フラン
ジ1に保持する。固定フランジ1に固定してある
回転止め板で固定体2をゆるめに保持(わずかの
ガタを有す)し、回転体3への回転トルクが光軸
をずらす方向の力を与えても、このガタが光軸を
ずらす力を吸収する効果を持つ。又光ロータリジ
ヨイントを、該当設備に取付ける時に固定フラン
ジ11を湾曲させるような異常な力が作用しても
ベアリング14をルーズに固定しておけば、前記
のガタによりこの力はコリメータの光軸をずらす
までにはならない。又レセプタクル19,20を
本ロータリジヨイントに組込むことにより、固定
体2及び回転体3と光コネクタで容易光信号を接
続させることができる。
The outer side of the rotating body 3 is held via a bearing 14 to a fixing flange 1 for fixing the present rotary joint. The fixed body 2 is held loosely (with a slight play) by the rotation stop plate fixed to the fixed flange 1, and even if the rotational torque to the rotating body 3 applies a force in the direction of shifting the optical axis, this The backlash has the effect of absorbing the force that shifts the optical axis. Furthermore, even if an abnormal force that bends the fixed flange 11 is applied when installing the optical rotary joint to the relevant equipment, if the bearing 14 is fixed loosely, the above-mentioned backlash will prevent this force from being applied to the optical axis of the collimator. Don't go so far as to shift it. Furthermore, by incorporating the receptacles 19 and 20 into this rotary joint, optical signals can be easily connected to the fixed body 2 and the rotary body 3 using optical connectors.

尚、円錐リング10の内側、固定体2の内側に
座屈率が1.0より大きい油(マツチングオイル)
25を充填し、Vリング12でシールすれば完全
密閉タイプとなり、例えば深海座等の超高水圧下
でも外からの水の侵入がない、光ロータリジヨイ
ントが構成できる。
Note that oil with a buckling rate greater than 1.0 (matching oil) is placed inside the conical ring 10 and the fixed body 2.
25 and sealed with the V ring 12, it becomes a completely sealed type, and an optical rotary joint can be constructed that prevents water from entering from the outside even under ultra-high water pressure such as in a deep sea basin.

[考案の効果] 以上説明したように、本考案の光ロータリジヨ
イントは回転体と固定体のコリメータ同志の角度
ずれ、軸ずれを高精度に調整かつ、固定できるた
め次のような顕著な効果を奏する。
[Effects of the invention] As explained above, the optical rotary joint of the invention can adjust and fix the angular misalignment and axial misalignment between the collimators of the rotating body and the fixed body with high precision, so it has the following remarkable effects: play.

(1) コア径10μm程度のSMフアイバの単芯光
ロータリジヨイントを抵損失かつ抵回転変動で
構成することができる。
(1) A single-core optical rotary joint of an SM fiber with a core diameter of about 10 μm can be constructed with low resistance loss and low rotational fluctuation.

(2) 角度ずれ、軸ずれが調整可能なため、低い加
工精度の部品が使用でき経済的である。
(2) Since angular and axial misalignment can be adjusted, parts with low machining accuracy can be used, making it economical.

(3) 固定体2と固定フランジ1は、ラジアル方向
スラス方向にも間〓を設けて固定(ガタ有)し
ているため、回転体3にねじれ力、等の光軸を
ずらす力が働いても、ベアリング14がゆるむ
ために設備されているため、回転体3と固定体
2が同軸で傾くため、回転時の損失変動が少な
い。
(3) Since the fixed body 2 and the fixed flange 1 are fixed with a gap in the radial direction as well (with play), torsional force or other force that shifts the optical axis acts on the rotating body 3. Also, since the bearing 14 is provided to loosen, the rotary body 3 and the fixed body 2 are tilted coaxially, so there is little loss fluctuation during rotation.

(4) 回転体コリメータ、と固定体コリメータは
夫々レーザ溶接或いは半田で回転体3、固定体
2に固着しているため、温度変化が著しい場所
或は強振動下の場所に設備しても安定した動作
を得ることができる。
(4) The rotating body collimator and the fixed body collimator are fixed to the rotating body 3 and the fixed body 2 by laser welding or soldering, respectively, so they are stable even when installed in places with significant temperature changes or strong vibrations. You can get the following behavior.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図及び第2図は本考案光ロータリジヨイン
トの一実施例を示す縦断面図であり、第3図は
SMフアイバコリメータの軸ずれ、角度ずれによ
る特性の変化を示す説明図である。 1……固定フランジ、2……固定体、3……回
転体、4,5……凸球面座付ホルダ、6,7……
フアイバ、8,9……ロツドレンズ、10……円
錐リング、11……回転止め板、12……Vリン
グ、13,14……ボールベアリング、15,1
6……ベアリングおさえ、17,18……レセプ
タクル保持体、19,20……レセプタクル、2
1,22……フアイバ用フエルール、23,24
……止メネジ。
FIGS. 1 and 2 are longitudinal sectional views showing an embodiment of the optical rotary joint of the present invention, and FIG.
FIG. 3 is an explanatory diagram showing changes in characteristics due to axial deviation and angular deviation of an SM fiber collimator. 1... Fixed flange, 2... Fixed body, 3... Rotating body, 4, 5... Holder with convex spherical seat, 6, 7...
Fiber, 8, 9... Rod lens, 10... Conical ring, 11... Rotation stop plate, 12... V ring, 13, 14... Ball bearing, 15, 1
6... Bearing presser, 17, 18... Receptacle holder, 19, 20... Receptacle, 2
1, 22...Ferrule for fiber, 23, 24
...Set screw.

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】[Scope of utility model registration request] 回転体の回転中心軸上に設けられた光フアイバ
と、固定体に設けた光フアイバとの端面を対向さ
せて両光フアイバ間で光伝送を行うよう構成され
た光ロータリジヨイントにおいて、前記両光フア
イバの端部には夫々コリメートレンズを有する凸
球面座付ホルダが装着されて光フアイバコリメー
タが形成されており、前記回転体と該回転体側の
前記光フアイバコリメータの凸球面座との間及び
前記固定体と該固定体側の前記光フアイバコリメ
ータの凸球面座との間には該凸球面座と円環状に
線接触するリングが夫々設けられており、該リン
グとこれに接する前記各部品との接触部が溶接或
いは半田付されていることを特徴とする光ロータ
リジヨイント。
In an optical rotary joint configured to perform optical transmission between an optical fiber provided on the rotation center axis of a rotating body and an optical fiber provided on a fixed body with their end faces facing each other, A holder with a convex spherical seat having a collimating lens is attached to each end of the optical fiber to form an optical fiber collimator. Between the fixed body and the convex spherical seat of the optical fiber collimator on the fixed body side, a ring is provided which makes an annular line contact with the convex spherical seat, and the rings and each of the parts in contact with the convex spherical seat are provided. An optical rotary joint characterized in that the contact part is welded or soldered.
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JPH0192607U JPH0192607U (en) 1989-06-16
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