JPS59195608A - 光ロ−タリ−ジヨイント - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明は回転体と固定体相互間の無接触信号伝送方式に
用いる光ロータリ−ジヨイントに関する。

〔発明の背景〕

回転体と固定体相互間の信号伝送には、従来、スリップ
リングが用いられていたが、スリップリング部分は電気
的に接続されておシ、雑音障害を受は易く、良好な信号
伝送ができないという欠点があった。これが解決する方
式として、細径、軽量、可撓性、広帯域、低損失、無誘
導という特長を有する光フアイバ信号伝送方式が注目さ
れ、光ロータリ−ジヨイントの開発が急速な勢いで進め
られている。従来の光ロータリ−ジヨイントにはレンズ
により光ビームの径を拡げて結合する方式（第１図）と
、２つの光ファイバを直接突き合わせる方式が報告され
ているが、いずれも１チヤンネルの光信号しか伝送でき
ない。しかし光ロータリ−ジヨイントはクレーンを始め
とする産業用荷投機械の遠隔操縦、制御装置、海底ケー
ブルの布設状況の調査、海底ケーブル布設ルートおよび
障害地点の検出、海底調査用装置などのように危険作業
をともなうところに用いられるので、１チャンネルでは
万一光ファイバが折れたりした場合、信号伝送が不能に
なるという問題がある。そのため２チャンネル以上の信
号伝送の可能な光ロータリ−ジヨイントが強く望まれて
いるが、いまだに実現されていない。その理由は第１図
かられかるように、光ファイバ１、ロッドレンズ（長さ
１／４ピツチ）２は固定されているのに対して、光ファ
イバ１′、ロッドレンズ（長さ１／４　ヒツチ）２′は
矢印５あるいは５′方向にまったく任意に回転したシ、
任意の回転角度で停止したシするため、光ファイバが固
定部、回転部共に２本以上（すなわち２チャンネル以上
）になると光学的に対応する光フアイバ同志を結合させ
ることが困難になる、ためである。なお３は回転を促進
させるためのベアリング、４はロッドレンズ固定用の支
持基体である。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、回転体と固定体相互間の無接触信号伝
送方式において、回転体側および固定体側にそれぞれ信
号伝送用の光ファイバを２本以上設けて２チャンネル以
上の光信号伝送を行わせることのできる光ロータリ−ジ
ヨイントを提供することにある。

〔発明の概要〕

本発明は上記目的を達成させるために、固定体側および
回転体側にそれぞれ、ｎチャンネル（ｎ〉２）の光ファ
イバと、１対Ｘ（Ｘ：２以上の正の整数）の光スターカ
プラを（ｎ−１）個と、長さがｍ／４（ｍＨ正の奇数）
ピッチのロッドレンズを１個設けた構成を基本にしたも
ので、従来にない新規な光ロータリ−ジヨイントである
。

〔発明の実施例〕

第２図に本発明の光ロータリ−ジヨイントの実施例を示
す。これは２チヤンネルの光信号を伝送する光ロータリ
−ジヨイントである。第２図において、第１図と同じ番
号のものは同じ作用をするものである。１，７は固定体
側の光信号伝送用の光ファイバであり、１／　、７／は
１，７にそれぞれ光学的に結合した回転体側の光信号伝
送用の光ファイバである。６，６′は１対Ｘ（Ｘはこの
場合８とした。）の光スターカプラであシ、それぞれ固
定体側、回転体側のものである。ロッドレンズ（長さ１
／４ピツチ）２と光スターカプラ６、光ファイバ１の結
合は第２図（ｂ）に示した端面図（図は拡大しである。

）のように行う。すなわち、光ファイバ１はロッドレン
ズ２の中心軸に結合させ、光スターカプラ６の出力ポー
ドロー１．６−２、・・・・・・、６−８はロッドレン
ズ２の周辺部に円筒状にすき間なく配置させる。ロッド
レンズ（長さ１／４ピツチ）２′と光スターカプラ６′
、光ファイバ１′の結合も第２図（ｂ）と全く同一配置
にしである。次に動作について説明する。光フアイバ１
内を矢印８のごとく伝搬する光信号はロッドレンズ２で
拡げられ、軸中心が一致しているロッドレンズ２′内を
伝搬し、ロッドレンズ２′の出射端面Ｂ−Ｂ’の光ファ
イバ１′が配置されている部分に焦点を結び、光フアイ
バ１′内を矢印８′のどとく伝搬する。もう一方の光フ
アイバ７内を矢印９のごとく伝搬する光信号は光スター
カプラ６内に入射し、その各出力ポードロー１．６−２
゜・・・・・・、６−８へ等分配される。各ボー−）　
６−１　。

６−２．・・・・・・、６−８の出力信号はロッドレン
ズ２に入射し、ロッドレンズ２内を各々伝搬し、ロッド
レンズ２の出射端に拡げられた光信号が出力する。そし
てそれらの出力信号はロッドレンズ２′内に入射し、ロ
ッドレンズ２′の出射端面Ｂ−Ｂ’に各々焦点を結ぶ。

ここで、ロッドレンズの％ｅｌＥによシ、光スターカプ
ラ６の各出力ポードロー１゜６−２．・・・・・・、６
−８からの出力信号は光スターカプラ６′の各ボート６
’−１，６’−２，・・・・・・。

６′−８が配置されている部分に焦点を結ぶ。すなわち
、光スターカブ２６で分配された光信号はふたたび光ス
ターカプラ６′に結合される。そして光スターカプラ６
′内を伝搬した光はほとんど損失なく結合され、光フア
イバ７′内を矢印９′のどとく伝搬し、光信号が伝送さ
れる。この構成は対称構造であるので、光の伝搬方向を
示す矢印８．９．８’　、９’は逆の方向でもよい。す
なわち、第２図（ａ）のごとく図の左から右への片方向
通信、その逆の右から左への片方向通信、さらには一方
は左から右へ、もう一方は右から左への双方向通信に適
用できる。ここで、光スターカプラ６゜６′の各ボート
６−１．６−２．・・・・・・、６−８゜６’−１，６
’−２，・・・・・・、６’　−８の光ファイバのクラ
ッド厚さを十分に薄く（たとえば、コア径５０μｍに対
し、クラッド厚さ数μｍ）し、円筒状に光ファイバを密
に配置させるようにすれば、矢印５，５′のように回転
体側が任意に回転しても、あるいは任意の回転角で停止
しても極めて低損失で光信号を矢印９〃・ら９′のよう
に伝送できる。また光スターカプラ６．６′の各ボート
の光ファイバを楕円形状にして、光ファイバと光ファイ
バのすき間をできる限シ少なくするようにすればよシ低
損失で光信号を伝送できる。

第３図は光スターカプラの概略図であＶ、＜ａ＞は従来
よく用いられる構成のものである。（ｂ）は本発明の光
ロータリ−ジヨイントに用いる光スターカプラであシ、
これは（ａ）のものを円筒状に変形配置したものである
。上記光スターカプラの動作について述べる。光フアイ
バ１０内を矢印１３方向に伝搬した光は出力ファイバ１
２の各ボートへ１１−１．１１−２．・・・・・・、１
１−８のように等分配された光信号が出力される。

以上のように、本発明の光ロータリ−ジヨイントは回転
軸を中心としてロッドレンズ２．２′、光スターカプラ
６．５／、光ファイバ１，１′を配置させであるので、
回転による固定体側と回転体側の光軸のずれが極めて少
ない。すなわち、低挿入損失の光ロータリ−ジヨイント
を実現できる。

また固定体側と回転体側の光学部品はまったく同じもの
をつかって対称に配置できるので、光学設計、機械的設
計および製作が極めて容易であり、かつ高精度にできる
。しかも構造が簡単であるので、安価にかつ量産が容易
である。

上記実施例は２チヤンネルについてであったが、本発明
は３チヤンネル以上についても実現可能である。すなわ
ち、チャンネル数が一つ増えるごとに、固定体側および
回転体側の光スターカプラを一つ増やし、光スターカプ
ラの各出力ポートの光ファイバで構成した円筒をもう一
つ増やして二重円筒状になるように配置すればよい。な
おロッドレンズの口径はチーヤンネル数の増加と共に大
きく≠ればよい。

また上記実施例は固定体と回転体相互間の無接触信号伝
送方式であったが、回転体と回転体相互間の無接触信号
方式にも使える。すなわち、ロッドレンズ２と支持基体
４との間にベアリングを挿入すればよい。

第４図は、第２図（ａ）に２いて、矢印８．８’　。

９．９′のように片方向光信号伝送の場合のロッドレン
ズ２のＡ−Ａ’端面（第４図（ａ））とロッドレンズ２
′のＢ−Ｂ’端面（第４図（ｂ））の光フアイバ配置の
一例を示したものである。片方向光信号伝送であるので
、（ａ）の光源に近い方は光ファイバ１と７だけでよい
。そして（ｂ）の受信側に近い方はロッドレンズ２′の
断面の円周上に光スターカプラ６′の各ボートの光ファ
イバ６’−１，６’−２，・・・・・・、６’　−８を
円筒状に配置させである。

このように円筒状に密に配置することによって回転体側
が矢印５あるいは５′方向に任意に回転している場合で
も、また任意の回転角で停止した場合でも低損失で光フ
アイバ７内を伝搬する光信号を光フアイバ７′内に伝送
させることができる。

ここで、光ファイバ６’−１，６’−２，・・・・・・
。

６′−８のコア径を光ファイバ７のコア径よシも十分に
大きく、かつクラッド厚さを数μｍにしておけば、たと
えば、光ファイバ６′−１と６′＝２の間に光ファイバ
７からの光が焦点を結ぶように回転体が停止するような
最悪状態を考えた場合、光ファイバ６’−１，６’　−
２のコア径が大きい程、光挿入損失を小さくできる。

第５図も第４図と同様に片方向光信号伝送の場合のロッ
ドレンズ２のＡ−Ａ’端面（第５図（ａ）　）とロッド
レンズ２′のＢ−Ｂ’端面（第５図（ｂ））の光フアイ
バ配置の一例を示したものである。これも２チヤンネル
の光ロータリ−ジヨイントの場合である。この実施例は
回転体側の回転角度に対する光挿入損失がほぼ一定にな
るように構成したものである。すなわち、（ａ）および
（ｂ）において、光スターカプラの各ボートの光ファイ
バを６−１゜６−２．・・・・・・、６−１２と６’−
１，６’　−２゜・・・・・・、６’−１２のようにま
ったく対称配置構造とすると、６−１の光信号が６′−
１に焦点を結んでいる状態から回転によって６′−２に
焦点を移向する間で光挿入損失が変化する。すなわち６
−１の光信号が６′−１と６′−２のちょうど中間に焦
点を結んだ場合に最悪の挿入損失となる。

そこで回転角度に対する光挿入損失の変動をなくすため
に、（ａ）において、光スターカプラの各ポートの光フ
ァイバを６−１．１４−１．６−４゜１４−２．６−７
．１４−３．６−１０．１４−４のように配置させる（
実線で示した部分。）。

１４−１は６−２と６−３の代わシに、かつその中間に
配置させ、１４＝２は６−５と６−６の代わりに、かつ
その中間に、１４−３は６−８と６−−９の代わりに、
かつその中間に、１４−４は６−１１と６−１２の代わ
りに、かつその中間に配置させるようにしだものである
。このように、あらかじめ１４・−−１，１４−２，１
４−３，１４−４を６′−２と６’−３，６’　−５と
６’　−６゜６′−８と６’−９，６’−１１と６’　
−１２の中間に配置させであるので、回転角度による光
の挿入損失は一定になる（これは（ａ）の光ファイノく
の各々のコア面積と（ｂ）の光ファイバの各々のコア面
積の一致率が矢印５′方向ヘロツドレンズ２′が回転し
ても変わらないからである。）なお第５図の場合も（ｂ
）の光ファイバのコア径を（ａ）の光ファイバのコア径
よシも大きくすればより光挿入損失を小さくでき、また
回転ぶれによる光挿入損失も小さくできる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、２チャンネル以上の光信号伝送を行え
る光ロータリ−ジヨイントをはじめて実現させることが
できた。しかも、 （１）回転軸を中心としてロッドレンズ２，２′、光ス
ターカプラ６．６’　、光ファイバ１．１′を配置させ
であるので、回転による固定体側と回転体側の光軸ずれ
かないため、低挿入損失を実現できる。

（２）固定体側と回転体側の光学部品はまったく同一の
ものをつかって対称に配置できるので、光学設計、機械
的設計および製作が極めて容易であり、かつ高精度にで
きる。

（３）構造が簡単であるので、安価にかつ量産が容易で
ある。

といつだ効果がめる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の光ロータリ−ジヨイントの概略図、第２
図は本発明の光ロータリ−ジヨイントの実施例、・・・
第３図は不発明に用いる光スターカプラの概略図、第４
図および第５図は本発明のロッドレンズ両端面の光フア
イバ配置方法の実施例を示したものである。 １．１’　　、７．７’・・・光ファイバ、２．２′・
・・ロッドレンズ、３・・・ベアリング、４・・・支持
基体１，５゜５′・・・回転方向を示す矢印、６，６′
・・・光スターカプラ、８．８’、９．９’・・・光の
伝搬方向を示す矢印、１０．１２・・・光ファイバ、１
１−１〜１１−８．１３・・・光の伝搬方向を示す矢印
、１４−１〜１４−４・・・光ファイバ。 γ　　１　　図 第２図 （久） 　　　３１ （ｂ） 第３図 （０−） （ｂ） ＼　　　　　　　　　　　　　　　。 （０−） ■ （化〕 ４　　　図 （ｂ） ５　　図 （ｂ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、固定体と回転体相互間、あるいは回転体と回転体相
   互間の無接触光信号伝送用に用いる光ロータリ−ジヨイ
   ントにおいて、固定体（回転体）側および回転体側にそ
   れぞれ、ｎ（ｎ≧２）チャンネルの光ファイバと、１対
   ｘ（ｘ：２以上の正の整数）の光スターカブラを（ｎ−
   り個と、長さがｍ／４（ｍＨ正の奇数）ピッチのロッド
   レンズを１個設けた構成の戻与呻転番−嬶一　　　　　
   　　゛　光ロータリ−ジヨイント。 ２、第１項記載の光ロータリ−ジヨイントにおいて、光
   送信機に近い方の固定体側あるいは回転体側の光スター
   カブラをと９のぞいた構成の忰チ≠≠駒汗琳光ロータリ
   ージヨイント。