JPH0462042B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は回転体と固定体とにそれぞれ設置さ
れる複数本の光フアイバ間を台形プリズムを用い
て光学的に接続する多芯光ロータリジヨイントに
関するものである。

［従来の技術］ 従来、多芯光ロータリジヨイントとして第６図
（実開昭61−6818号公報）に示すものが知られて
いる。図示するように、固定体１内には、回転体
２と台形プリズム３を支持するプリズムホルダ４
とが同軸上に回転自在に設けられている。出射側
光フアイバ５ａ，５ｂは固定体１に取り付けられ
たフエルール６ａ，６ｂおよびコリメート用のロ
ツド状の集束性レンズ９ａ，９ｂにより台形プリ
ズム３の入射面３ａに結合され、また入射側光フ
アイバ１４ａ，１４ｂは回転体２に取り付けられ
たフエルール１３ａ，１３ｂおよびコリメート用
の集束性レンズ１０ａ，１０ｂにより台形プリズ
ム３の出射面３ｃに結合されている。回転体２と
プリズムホルダ４および固定体１との間には、回
転体２の回転を1/2の角速度に減速してプリズム
ホルダ４に伝達するための変速歯車機構としての
変速歯車４０，４１，４２と変速歯車軸４３が設
けられている。

出射側光フアイバ５ａから出射した光は、集束
性レンズ９ａで平行光とされて台形プリズム３の
入射面３ａに入射し、そこで屈折し底面３ｂで全
反射し、更に、出射面３ｃで屈折して出射し、集
束性レンズ１０ｂにより集束されて入射側光フア
イバ１４ｂに入射する。また出射側光フアイバ５
ｂと入射側光フアイバ１４ａとの間も同様に接続
される。この光ロータリジヨイントでは、回転体
２が回転しても、その1/2の角速度で同方向に台
形プリズムが回転して、回転体２の回転を光学的
に打消すように作用するので、出射側光フアイバ
５ａと入射側光フアイバ１４ｂとの間、および出
射側光フアイバ５ｂと入射側光フアイバ１４ａと
の間の接続関係は保証される。

また、第７図（実願昭60−157843号（実開昭62
−68106号））に示す多芯光ロータリジヨイントも
提案されている。第７図の多芯光ロータリジヨイ
ント１は第６図の多芯光ロータリジヨイントを改
良したもので、出射側光フアイバ５と台形プリズ
ム３の間に接続用の中間光フアイバ８と集束性レ
ンズ９を配し、同様に回転体２に入射側光フアイ
バ１４と台形プリズム３の間に中間光フアイバ１
１と集束性レンズ１０を設置している。回転体２
とプリズムホルダ４および固定体１との間には第
６図と同様に回転体２の回転を1/2の角速度に減
速してプリズムホルダ４に伝達するための変速歯
車機構としての変速歯車２３，２４，２５，２６
と変速歯車軸７が設けられている。また出射側の
光フアイバ５と光フアイバ８を嵌合接続するため
のコネクタ機構（レセプタクル１８とプラク１
５）および入射側の光フアイバ１４と光フアイバ
１０を嵌合接続するためのコネクタ機構（レセプ
タクル１９とプラグ４６）により出射側から入射
側へ光が接続されるようになつている。

［発明が解決しようとする課題］ 台形プリズム３が第６図に示すように、光軸に
対して入射像と出射像との間に倒立鏡像の関係が
生ずるのは台形プリズム３の口径をＳとすると、
長さｌは（プリズム材質BK−７の場合）ｌ＝
4.23×Ｓである。

また光コネクタ（レセプタクル１５，１６等）
の外径は通常６〜10mmであり、例えば４芯の光ロ
ータリジヨイントではS₁＝15〜20mm、l₁＝63.5〜
84.6mmとなる。

しかし、第５図に示すように光フアイバ間の結
合損失は集束性レンズ間隔が50mmを過ぎると急激
に大きくなる。l₁＝63.5〜84.6mmの場合、結合損
失は３〜7dBと著しく増大する。またプラグ２０
ａ，２０ｂをレセプタクル１５ａ，１５ｂに装着
した時に微小な角度折れがあると、光束は台形プ
リズム３の入射面３ａ、底面３ｂ、出射面３ｃに
より拡大され、多芯光ロータリジヨイントの回転
特性を悪化させる。特に台形プリズム３の長さｌ
が長くなる程、この角度折れによる光束の拡大が
著しくなり、プリズム長さｌは極力短い方が良
い。

これらを改善するため、第７図に示すようにレ
セプタクル１８，１９と台形プリズム３の間に中
間光フアイバ８および１１を介在させ、実装密度
の向上を図つたが、中間光フアイバ８，１１を極
端に曲げると損失が大きく、しかも折れる恐れが
あるため、ある程度の長さが必要となる。このた
め、台形プリズム３の長さl₂短くなつたにもかか
わらず、ロータリジヨイント全体の長さL₁は非
常に大きくなり、回転部分への設定が難しくな
る。また中間光フアイバ８，１０は端部をコネク
タ用フエルールに成端して研磨する必要があるの
で、製造コストが増大し、かつ接続箇所が２ケ所
増えるので、接続損失も増大する。

［問題点を解決するための手段］ 本発明は、回転体と固定体との間に回転体と同
軸に回転自在に設けられた台形プリズムと、回転
体の回転を台形プリズムに伝達し台形プリズムを
回転体の1/2の角速度で回転駆動させるための変
速歯車機構と、台形プリズムの入・出射面側にそ
れぞれ設けられ台形プリズムの口径外の領域の光
を反射して台形プリズムの軸方向に沿う口径内の
光として台形プリズムに案内する反射体と、反射
体を介して台形プリズムの入・出射面にそれぞれ
光学的に臨ませ且つ互いに光学的に対向させて回
転体と固定体とに設置された複数対の集束性レン
ズと、これら入・出射面側の集束性レンズにそれ
ぞれ結合された入・出射側光フアイバとを備えた
ものである。

［作用］ 出射側光フアイバの出射光は、台形プリズムの
口径外の領域に位置する集束性レンズで平行光と
され、反射体で反射されて台形プリズムの軸方向
に沿う光とされて台形プリズムの入射面に入射す
る。台形プリズムにその入射面より入射した光
は、光軸に対して入射像と出射像との間に倒立鏡
像の関係を生じさせる台形プリズムによりその進
路が変更され、台形プリズムの軸方向に沿う光と
されて出射面より出射する。台形プリズムの出射
面からの出射光は反射体により反射された台形プ
リズムの口径外の領域に位置する集束性レンズへ
と導かれ、集束性レンズにより入射側光フアイバ
に結合される。

台形プリズムは回転体の1/2の角速度で回転さ
れるので、回転体側の回転像は台形プリズムによ
り静止像とされて固定体側に伝送される。あるい
は固定体側の静止像は台形プリズムにより回転体
と同一角速度の回転像とされて回転体側に伝送さ
れる。このため、回転体が回転しても、台形プリ
ズムを介して対向する回転体側と固定体側の対応
する入・出射側光フアイバの接続は維持される。

［実施例］ 以下に本発明の実施例を図面に基づいて説明す
る。

第１図において、１は固定体であり、固定体１
には回転体２の一部が挿入され回転自在に支持さ
れている。また、固定体１には台形プリズム３を
支持するプリズムホルダ４が回転体２の回転軸上
に設けられている。プリズムホルダ４の端部は固
定体１と回転体２とにそれぞれ軸受を介して支持
されている。台形プリズム３の入射面３ａ側には
プリズム光軸と平行軸上にレセプタクル１５ａ，
１５ｂ，１５ｃ…に収納された集束性レンズ９
ａ，９ｂ，９ｃ…があり、台形プリズム３と集束
性レンズ９の間には反射体として長斜方形プリズ
ム３０ａ，３０ｂ，３０ｃ…が固定体１に設置さ
れている。長斜方形プリズム３０は両端面がそれ
ぞれ90°の偏角を与える全反射面となるように設
けられている。また同様にして、台形プリズム３
の出射面３側には、プリズム光軸と平行軸上にレ
セプタクル１６ａ，１６ｂ，１６ｃ…に収納され
た集束性レンズ１０ａ，１０ｂ，１０ｃ…があ
り、プリズム３と集束性レンズ１０の間には長斜
方形プリズム３１ａ，３１ｂ，３１ｃが回転体２
に設置されている。レセプタクル１５，１６に収
納された集束性レンズ９，１０と、プラグ２０，
２１に収納されたフエルール６，１３に保持され
た出射側光フアイバ５、入射側光フアイバ１４と
はレセプタクル１５，１６にプラグ２０，２１を
ネジ締結することにより光学的に結合される。

プリズムホルダ４の外側の固定体１内には回転
体２の回転を1/2の角速度（同方向回転）に減速
してプリズムホルダ４に伝達する変速歯車機構２
２が設けられている。変速歯車機構２２は回転体
２の外周に取り付けられた歯車２３と、固定体１
内に回転自在に支持された軸２７上に取り付けら
れ歯車２３と噛合する歯車２４と、軸２７上に設
けられたプリズムホルダ４の中央外周部の歯車２
６に噛合する歯車２５とから主に構成されてい
る。中間歯車の歯車２４，２５は、その回転方向
に相対的に回転ずれができるように２４ａ，２４
ｂおよび２５ａ，２５ｂに２分割され、両分割歯
車間には、これらに回転ずれを起こさせる方向に
弾発するばね等の弾発部材が設けられている。な
お、２８は光伝送すべく回転部の回転を回転体２
に伝達する回転ケレである。

出射側光フアイバ５ａから出た光は集束性レン
ズ９ａにより平行ビームとされて、長斜方形プリ
ズム３０ａにその側面により入射する。長斜方形
プリズム３０ａに入射した光は、その台形プリズ
ム３の口径外方に位置する端面で全反射されて直
角に進路を変え、長斜方形プリズム３０ａの軸
（台形プリズム３の径方向）に沿つて進み、更に
台形プリズム３の口径内方に位置する端面で垂直
に全反射されて長斜方形プリズム３０ａの側面よ
り出射し、台形プリズム３の入射面３ａに台形プ
リズム３の軸に平行に入射する。入射面３ａから
の光は底面３ｂに全反射し、出射面３ｃで屈折
し、光軸に沿う平行光となつて、長斜方形プリズ
ム３１ｂに入射し、前記同様、同プリズム内で２
回全反射し、集束性レンズ１０ｂから入射側光フ
アイバ１４ｂに伝搬される。その他の入・出射側
光フアイバについてもう同様である。回転体２角
速度ωで回転すると、プリズムホルダ４及び台形
プリズム３は変速歯車機構２２によつて、1/2ω
の角速度で同方向に回転駆動されるようになつて
おり、実公昭61−24961号公報に詳述されている
ように、回転体２側の像は固定体１側から見ると
静止状態となるので、回転体２の回転に拘わら
ず、複数対の出・入射側光フアイバ５，１４間の
接続が可能となる。

第１図において、光フアイバが４芯の場合、プ
ラグ２０を挿抜するベース等を考慮するとプラグ
２０の取付けピツチは16mmとなり、５mm角の長斜
方形プリズム３０を挿入すると台形プリズム３の
口径S₃は12mmとなり、長さl₃（ｌ＝4.23×Ｓ）は
50.8mmとなる。これに長斜方形プリズム３０，３
１内の光路長を加えると、集束性レンズ９，１０
間の間隔は68mmとなる。従つて、結合損失は第５
図より3.3dBとなり、第６図のように入・出射側
光フアイバを光コネクタにより台形プリズムに直
接接続する場合（４芯の場合ｌ＝84mmで結合損失
は６〜7dB）に対し、結合損失を約1/2に低減で
きる。

次に光フアイバが６芯の場合、光コネクタの間
隔は22mmとなり、台形プリズムの口径S₃は13mmで
あり、長斜方形プリズムの光路長を加えると、第
５図の集束性レンズ間隔Ｌは70mmとなり、結合損
失は4.0dBとなる。第７図に中間光フアイバ８，
１１で多芯化を図つた場合、フアイバ６芯では同
様にして台形プリズム口径Ｓは13mmとなり、その
時の結合損失は2.0dBと小さいが、中間光フアイ
バ８，１１の入・出射端で光コネクタ接続が２ケ
所で接続損失が2dBあり（通常、光コネクタ接続
は1dB／１ケ所である）、合計すると挿入損失は
4dBとなり、第１図の長斜方形プリズムを用いた
ものと同様であるが、第７図のロータリジヨイン
ト全体の長さL₁は、中間光フアイバ長（製作時
の作業性を考慮し最適オフセツトをもたせると）
60〜80mmを加えると、台形プリズム３の長l₂の３
倍になり、取扱性、価格共に中間光フアイバ方式
のものは本発明の反射方式に比較して不利であ
る。

また、変速歯車機構２２の中間歯車２４，２５
はそれぞれ重ね合わされた状態に２分割されると
共に、ばね等により両分割歯車が相対的に回転ず
れを生ずるようになつているため、歯車２３，２
６の歯面に対して歯車２４，２５のかみ合いが常
に当たり、バツクラツシユが生じない。このた
め、回転体２が正逆回転しても入・出射側光フア
イバ間の光軸ずれは防止され、光伝送性能を向上
できる。なお、上記実施例では、変速歯車機構２
２は平歯車を組合わせたものであるが、第６図の
ような遊星歯車機構を用いて更にコンパクト化を
図るようにしてもよい。

次に本発明の他の実施例を簡単に説明する。

第２図は台形プリズム３と出射側光フアイバ５
の間に反射体としてミラー３２を設置したもの
で、台形プリズム３の平行光軸に対し角度θ（０
〜90°の間）で光フアイバ５と集束性レンズ９を
配し、集束性レンズ９からの光束を台形プリズム
３の平行軸上に反射させる。台形プリズム３の出
射面３ｃ側にも同様にしてミラーが設けられる。
ミラー３２を設けると、台形プリズム３の口径Ｓ
が小さくても多数の光フアイバ５を設置でき、か
つ集束性レンズ９，１０間の間隔を短縮でき、結
合損失を小さくできる。

第３図は、第１図で述べた長斜方形プリズムを
円錐状に一体化したプリズム３３を台形プリズム
３と入・出射側光フアイバ５，１４との間に設置
したもので、第１図の長斜方形プリズム３０，３
１では光フアイバ１芯に対し１個設置するが、プ
リズム３３を用いれば、光フアイバが幾芯であつ
てもプリズム３３を１個設置すればよく、光軸調
整が容易になり、かつ部品点数が減るので、コス
トの低減が可能となる。

第４図は光フアイバ５と台形プリズム３の間に
円錐面状の反射面を有するミラー３４，３５を段
違い配置したもので、光フアイバ５からの光は集
束性レンズ９で平行光となり、１段目のミラー３
４で内側に光束を反射させ次に２段目のミラー３
４で内側に光束を反射させ次に２段目のミラー３
５で台形プリズム３の平行光軸に対し光束を平行
とする。この場合、集束性レンズ９を台形プリズ
ム側に近づけるのが可能となり、ロータリジヨイ
ント全体の長さL₂を短くできる。

［発明の効果］ 本発明によれば、次の効果がある。

(1) 反射体を設けて台形プリズムの入・出射部の
光路を台形プリズムの口径の外側に拡大させて
いるため、小さくかつ短い台形プリズムでも従
来の光コネクタを用いて多芯の光フアイバを接
続できると共に、短尺な台形プリズムにより光
フアイバ間の距離を短縮でき、光の伝送損失を
低減することができる。

(2) 台形プリズムが小さく、かつ短いため、光フ
アイバ芯数が増大しても、多芯光ロータリジヨ
イントの外径及び長さが大きくならず、軽量か
つコンパクトなものとすることができ、価格の
低減、取扱性の向上ならびに変速歯車機構の歯
車径の減少による高速化などが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る多芯光ロータリジヨイン
トの一実施例を示す縦断面図、第２図〜第４図は
本発明の多芯光ロータリジヨイントの反射体の他
の実施例をそれぞれ示す断面図、第５図は集束性
レンズ間の間隔と結合損失との関係を示す図、第
６図、第７図は従来の多芯光ロータリジヨイント
をそれぞれ示す縦断面図である。 図中、１は固定体、２は回転体、３は台形プリ
ズム、１４はプリズムホルダ、５は出射側光フア
イバ、６，１３はフエルール、９，１０は集束性
レンズ、１４は入射側光フアイバ、１５，１６は
レセプタクル、２０，２１はプラグ、２２は変速
歯車機構、２８は回転ケレ、３０，３１は長斜方
形プリズム、３２はミラー、３３はプリズム、３
４，３５はミラーである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 回転体と固定体との間に回転体と同軸に回転
   自在に設けられた台形プリズムと、回転体の回転
   を台形プリズムに伝達し台形プリズムを回転体の
   １／２の角速度で回転駆動させるための変速歯車機
   構と、台形プリズムの入・出射面側にそれぞれ設
   けられ台形プリズムの口径外の領域の光を反射し
   て台形プリズムの軸方向に沿う口径内の光として
   台形プリズムに案内する反射体と、反射体を介し
   て台形プリズムの入・出射面にそれぞれ光学的に
   臨ませ且つ互いに光学的に対向させて回転体と固
   定体とに設置された複数対の集束性レンズと、こ
   れら入・出射面側の集束性レンズにそれぞれ結合
   された入・出射側光フアイバとを備えた多芯光ロ
   ータリジヨイント。