JPS60218609A - ２つのメンバ間の光信号伝送装置 - 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】 本発明は、２つのメンバのうち少なくとも一方がそれら
メンバに共通の軸線まわりに回動できる該２つのメンバ
間に光信号を伝送するための装置にして、ステータ及び
ロータを有する円筒状ハウジングを備え、該ロータが前
記ハウジング中に配置された前記回動メンバに連結され
ているとともに、前記ステータ及び０−夕がファイバー
オプティック　ウェーブ　ガイド用連結部を欝えている
ものに関する。

単一の又は束にしたオプティカル　ファイバの形態の信
号伝送用ファイバーオプティック　ウェーブガイド（光
導波路）は、電気導線に比し種々の利点を有するので次
第にその重要性を増している。高データ密度が得られる
ことに加え、光伝送システムの実用上必須であるべき利
点の１つは、近くに設けられた電気導線によって生じる
干渉型ｉｉｓの影響を受けないことである。特に、干渉
電磁場の影響を除去することは軍事技術上重要な部分を
占める。というのは、純粋に電磁的に作動する信号伝送
システムは、高価な保護手段によってそのような影響か
ら守られなければ、妨害ステーション及゛び大気圏外核
爆発により生じるＥＭＰ（電磁パルス）によって悪影響
を受け、多分作動しなくなる。

また、工業装置のための複雑なコントロールシステムに
おける電気信号のデジタル又はアナログ伝送にも難点が
ある。

工業装置においては、一方で比較的長い伝送路がカバー
されねばならず、他方では、相当の密度の干渉フィール
ドを生じさせる多数の高性能電気機器が作動することに
なる。

ロータリ　オプティカル　ｈプラとして既に知られてい
る装置は、シェフター　ラント　キルヒホッフ（Ｓ　ｃ
ｈｉｆｔｅｒ　ｕ、Ｋ　１ｒｃｈｈｏｆｆ）社により製
造され、その装置では、円筒状ハウジング中に、ステー
タとロータが軸線を同じくして配設され、ロータが回動
部に連結されている。ファイバ　グラスロッドの形態の
ファイバーオプティック　ウェーブガイド　バンドルは
、該ロータ及びステータ双方に対し中実軸において連結
されている。シングル−オプティック　ウェーブガイド
（グラスファイバ）は、リングを形成するようにステー
タ及びロータ中で広げられ、リング状に分配されたオプ
ティカル　ファイバ端が、一定の間隔を於て対向せしめ
られ、夫々がプラスチック材料製の透明リング中に埋設
される。

この公知の装置における欠点は、１つには、光が相当分
散し、ステータリングから〇−タリングへの光信号伝送
時に該光信号の強度が実質上減じ、他方、広げられ゛た
シングル　オプティカル　ファイバの興なる長さに起因
して伝送が不正確になることである。この公知の装置は
、マルチチャンネル伝送に適さず、限られた範囲にのみ
適用□されるにすぎない。というのは、オプティカル　
ファイバのバンドルは、分離した同心円状リングを形成
するよう広げられねばならず、該個々のリング闇のかな
りの半径方向スペースと付加的シールド手段が、異なる
チャンネルリング間のいかなる相互作用をも防止するた
めに設けられねばならないがらである。

これら公知の装置は、シングルバンドルのファイバーオ
プティック　ウェーブガイドの均一な拡開及びグラスフ
ァイバエンドのプラスチックリングの中への埋設が六層
精密に実行されねばならないので、嵩高く、！量があり
、高価となる。

本発明の目的は、静止メンバから回動メンバへ、或いは
その逆方向に、光信号を正確に、正しく伝送するコンパ
クトな装置を提供することにある。

本発明の上記目的は、ファイバーオプティックウェーブ
ガイド端間のハウジングに光学系を配置し、その光学系
の入出カサイドの焦点面が、該ファイバーオプティック
　ウェーブガイドの入出力面に略々存するようにするこ
とによって解決される。

本発明によれば、回転機パーツからのほとんどあらゆる
信号、例えば特に、濃度又は圧力センサからの直流電圧
信号、交流発電機からの交流電圧信号、カウンタ及びエ
ンコーダからのパルス、或いはテレビキャメラとがＣＯ
Ｄラインセンサがらのビデオ信号を、光信号に変換した
後伝送することが可能である。

電磁信号入力の光信号への変換は、ハウジング中に備え
られた増幅器を伴う発光ダイオード又はフォトダイオー
ドによっても行なわれ得る。

例えば、高速赤外線−ＬＥＤ／ＰＩＮフォトダイオード
がトランスミッタ／レシーバとして使用されることがで
き、増幅器を組合せた前記ダイオードが簡単にファイバ
　カプリング通路に設けられる。高周波の要求に対して
は、レーザダイオード及びアバランチ　フォト−ダイオ
ードを備えることができる。光学軸における光学系の配
置のお・かげで′、オプティカル　ファイバ配置の欠陥
により、前記リングの偏心取り付けにより、そして半導
、体トランスミッタ及びレシーバの不均質によって起こ
り得る回動の間の光流の動揺が最小にされる。あらゆる
残留振幅動揺を補償する目的で、振幅動揺をその初期値
の約５％まで減じるために光学系を２度通過したのちの
自由な開始信号を利用する自動増幅制御手段が使用され
得る。

シングル−チャンネル伝送のための簡単な構造の装置で
は、該光学系は、０−夕及びステータ双方におけるマル
チエレメントレンズを備え、該レンズ７の焦点は回動輪
線上で連結されたファイバーオプティック　ウェーブガ
イドにそれぞれ組合わされた入力面に存する。即ち、ス
テータレンズの讐点がステータに接続された静止ファイ
バーオプティック　ウェーブガイドの入力面に存し、ロ
ータに設けられたレンズの焦点がロータに接続されたフ
ァイバーオプティック　ウェーブガイドの入力面に存す
る。

シングル、チャンネル伝送のための特に簡単な構造の類
似の、効果的な装置は、前記２つのレンズに代え、２つ
の凹面反射部又は平凸レンズを備えており、それ、βは
それらの＊＊＊を外側に向は光路に配置される。

小さい中央貫通孔を除いて、該湾曲面はメタライズされ
ており、それらの曲率は、それらの焦点距離が織り交ざ
り、焦点がそれぞれ一方又は他方のファイバーオプティ
ック　ウェーブガイドの入力面に存するように選択され
る。

２つのレンズを用いるのと比較して、この場合は、レン
ズ費用の減少及び短い装置長さという利点が得られる。

凹面反射部の短い焦点距離のため、最小の球面収差が発
生するだけである。斯くして、直径０．８５ｍ−のファ
イバーオプティック　ウェーブガイド（グラディエンド
　ファイバ）に対し、球面収差によって生じる乱れ円は
約０．０８１１にすぎない。

本発明の他の実施態様であるマルチチャンネル伝送のた
めの装置は特に重要である。その光学系は、ロータ及び
ステータ間の光学軸に配置され、ロータの半分のスピー
ド（角速度）で回動する光転向エレメントを備えている
。複数のファイババンドルがロータ及びステータの外端
面に、好ましくは特別のコネクタを用いて接続され、予
め決めたオーダにアレンジされたファイバ　バンドルに
供給される光信号が、出力サイドの同じ関係位置に配置
されたファイバーオプティック　ウェーブガイド　バン
ドルに、光転向エレメントの作用及び該エレメントのロ
ータの半分のスピードの回動によって伝送される。この
実施態様は、異なるタイプの複数の信号を、光信号に変
換したのち同時に送ることができるロータリ　オプティ
カルマルチ　チャンネル　カプラを備えている。各シン
グル　チャンネルは、ビデオ信号伝送に適している。

周波数分割多重化なしで複数のビデオ　チャンネル、測
定電圧及び／又はディジタル信号を単一のロータリ　カ
プリングを介して伝送することが可能である。装置それ
自身の中、で信号変換するにはファスト　インフラレッ
ド−ＬＥＤ（ｆａｓｔｌｎｆｒｒａｒｅｄ　ＬＥＤ’Ｓ
）／ＰＩＮ型フォトダイオードが使用され、それは増幅
器とともにロータリカプラの端面に差し込まれる。

光転向エレメントとしていわゆるシュミットーペーハン
（３ｃｈｇ＋Ｉｄｔ　−Ｐ　ｅｃｈａｎ　）プリズム（
ナウマン：シュラーダ著“バラニレメンテ　デル　オプ
ティック（Ｂａｕｅｌｅｍｅｎｔｅ　ｄｅｒ　ｏｐｔｌ
ｋ）”第４版、１７１頁参照）を用いると特に都合がよ
い。それは、メタライズされた２つの傾斜１１面を有す
ると共にそれらの間隙にインサート、例えばアルミニュ
ーム　フォイルが設けられ、或いはプリズム面の１つの
開口を備えたメタライズ化が行なわれている。

しかしながら、単一側面像転向効果のある他の適当なプ
リズム又はレンズ装置を光転向エレメントとして使用す
ることができる。

以下、本発明の実施例を図面を参照しつつ説明する。

第１図に示されたシングル−チャンネル　ロータリ　カ
プラは、円筒状ハウジング（１）を備えており、該ハウ
ジング中にはサポートチューブ（２）が取付けられてお
り、該チューブ（２）にはステータ（３）が取付けられ
ている。ステータ（３）は寸法的に安定なフェースプレ
ート（４）からなり、該プレート（４）からはチューブ
状の結合ピース（５）がハウジング内へ向は延びている
。マルチエレメントレンズ（６）が該チューブ状の結合
ピース（５）の中に取付けられており、エンドプレート
（４）の円筒状凹所（７）にはファイバーオプティック
　ウェーブガイド（９）を受入れるためのコネクター８
がロックネジ（１０）によって固定されている。

２つの精密ボールベアリング（１１）、（１２）がサポ
ートチューブ（２）の内面に当接されており、該ベアリ
ングはスペーサ　、メンバ（１３）によって互いに軸線
方向に間隔を開けられている。

ロータ（１５）は回転可能に該ベアリング（１１）、（
１２）中に支持されており、寸法的に安定なエンドプレ
ート（１６）と段付き円筒状部（１７）とからなり、該
円筒状部（１７）には第２のレンズ（１８）がレンズ（
６）と同軸的関係を保って配置されている。エンドフェ
ースにおける中央の凹所（１９）は第２のファイバーオ
プティックウェーブガイド（２１）用のコネクタ（２０
’）を収容する。。２つのコネクタ（８）、（２０＞は
ステータ　エンドプレート（４）及び０−タ　エンドプ
レート（２０）の凹所（７）、（１９）にそれでれロッ
クネジ（１０）によって取外し可能に固定されている。

ファイバーオプティック　ウェーブガイド（９）、（２
１）は、ロックネジ（１０）によって前記ロータの回動
輪線又はそれと実質的に同じ軸線に揃えられている。　
第２図に示したロータリ　オプティカル　カプラの構造
は、第１図に示したものと良く似ている。第２図のカプ
ラ中の部品の内筒１図のカプラの部品と同じものについ
ては同じ参照符号が付されている。

もつともステータ　エンドプレート（４）は円筒状部分
を備えておらず、平坦な内側端面を備えて゛いる。従っ
て、ロータの円筒状部（１７’）は段付き部を備えてい
ない。第１図の実施例において使、用：されている２つ
のレンズ（６）及び（１８）の代りに第２図に示された
０−タリ　カプラはロータ（１５）の円筒状部（１７’
）中に設けられた２つの平凸レンズ（２３）、（２４）
を備えている。第３図にはこれらのレンズ（２３）、（
２４）が離して示されており、該レンズの外側の凸面（
２５）、（２６）は中央の小さな貫通孔（２７）、（２
８）を除いてメタライズされている。第３図はロータ側
にあるファイバーオプティック　ウェーブガイド（２１
）からステータ側にあるファイバーオプティック２ウエ
ーブガイド（９）へ至る２本のリミットライトビーム（
２９）、（３０）の通路を示している。図面から分るよ
うに、２つのメタライズ処理された凸面の曲率及び２つ
のレンズ（２３＞、（２４）ＩＩの相対距離は、！！ｌ
ｌＩ反射部（２５）、（２６）又はレンズ（２３）、（
２４）の２つの焦点距離の夫々が織り合わされ、それに
よって１２図及びｔｌ／Ｉ３図に示すロータリ　カプラ
の長手方向の寸法が第１図に示すカプラと比較して極度
に短くなるように選択亭れる。

”　第４図に示すマルチチャンネル　ロータリ　カプラ
は円筒状ハウジング（１）及びロータ（１５）゛　を備
えている。ハウリング（１）の中にはステー）　□３）
□Ｎ　ｉｆ　６　ｔｉｔ、ユ。ステー□３．。

味的に安定なエンドプレート４及びチューブ状部く５）
を有する。チューブ状部（５）にはレンズ（、６）が配
置されている。ロータ（１５）はハウ、、　リングに回
転自在に支持されており、ステータ（３）に同軸的に揃
えられて、いる。ロータ（１５）、　は連続するチュー
ブ状メンバ（３５）により形成されており、該メンバ（
３５）は２つの精密ボールベアリング（３６）、（３７
）によってハウジ、、ング（１）中に自動自在に支承さ
れており、前記回動メンバと同スピードで１．転する。

該チューブの内側にはレンズ（１８）が収容され、外側
のチューブ端に形成された大きな凹所には多数のファ、
イバーオブティック　バンドル（４０）のためのコネク
タ（３９）が０ツクネジ（１ｏ）によって固定されてい
る。内側のチューブ端は、ハウジングに同定されたシャ
フト上に遊転可能に設けられた二段型とニオン（４２）
に噛合するギアリング（４１）′を備えている。０−タ
（１５）のチューブ（３５）と同軸的にハウジング（１
）中にスリーブ（４３）が設けられ、該スリーブ（４３
）はスペーサ　メンバ（４６ａ）によって隔てられた２
つの精密ポールベアリング（４４）及び（４５）によっ
て支持されている゛。二段型ピニオ’（（４２）の他の
部分に噛合するギアリング（４６）は、前記スリーブの
右側端部に内方に向は段付された部分に・設］すられて
いる。２つのギアリング（４１）、（４６）゛及び二段
型ピニオン（４２）は、スリーブ（４３）′が０−タ（
１５）の正確に半分の角速度で回動するように形成され
ている。２つのレンズ（６）及び（１８）閣の光通路中
には光転向エレメント（４７）が設けら′れており、該
エレメント４７はシュミットーベーハンプリズムであっ
て、スリーブ（４３）中に設けられ゛〔おり、その詳細
は第６図に示されている。

第７図に示すコネクタは、ステータ　プレート（４）の
環状ショルダ（４８）における凹所にロックネジ（１０
）によって取外し可能に配置され揃えられている。

第５図は第４図に示されたマルチチャンネルロータリ　
カプラを通る光ビームの通路を示しており、ｆｌ及びｆ
２はレンズ（６）、（１８）の等しい焦点距離を示し、
Ｌ＋　、Ｌ２は夫々オプティカル　ファイバ　バンドル
の入口と出口を示しており、Ｈ＊　、Ｈ２はレンズ（６
）、（１８）のメイジャー面を示しており、Ｐは転向プ
リズム（４７）の開孔乃至瞳孔を示している。図示の通
゛　リ２つのレンズ（６）及び（１８）の外側の焦点位
置し看及びＬ２は夫々入力側のオプティカルファイバ＜
４ｏ＞ｍび出力側のオプティカル　ファイバ（４９）の
夫々の垂直面に配置されている。

そしてそれらの内側の焦点位置は転向エレメント（４７
）の結合面に配置されている。第６図に示されたシュミ
ットーベーハンプリズム（４７）は２つの部分（５０）
、（５１）を備えており、図示の如く一定の台形横断面
形状を全長に亘って有している。台形横断面における２
つの傾斜した面（５２）、（５３）はメタライズされて
いる。結合面の空気寵からなる間隙（↓アギャップ）（
５６）中に、必要に応じてメタライズされたインサート
フォイル（５４）が配設されており、該フォイルは開口
（５５）、（Ｐ）を有し、エアギャップ（５６）中に緩
く入れられている。

第４図から第６図に示した装置は次のように作用する。

回転する部分から静止した部分に複数のチャンネルを通
して光信号を送る場合は種々の光信号は個々のファイバ
ーオプティック　バンドル（４０）を通してロータ（１
５）に導かれレンズ（１８）で焦点に集められる。光は
光転向エレメント（４７）を第６図に示すように通過す
る。転向エレメント（４７）が静止している場合は、第
５図に示す光路が図に示すような装置及び概略的に示す
レンズ（６）、（１８）において形成される。

レンズ（６）、（１８）は、内側の焦点が転向プリズム
（エレメント＞（４７）の結合面すなわち開口（Ｐ）に
位置するように形成され配置されている。従って、この
状態により光学的単一イメージの転向が行なわれる。

本発明によれば、転向エレメント（４７）は中実軸線ま
わりにロータ（１５）の半分の角速度で回転するので、
転向エレメント（４７）における単一の光学的イメージ
の転向及び前記回転速度の機械的な半減により、ステー
タ（３）のファイバーオプティック　バンドル（４９）
中の光信号の静止したイメージが得られる。例えば（ａ
）で示されたファイババンドルは０−夕のスピード如何
に拘らず常にステータのファイバーオプティックバンド
ル（４９）のファイババンドル（ｂ）に光信号を伝送す
る（第４図参照）。

第７図に示すコネクタ（６ｏ）は複数のオプティカル　
ファイバ　バンドルを第４図に示したマルチ−チャンネ
ル　ロータリ　カプラにまとめて接続する簡単な例を示
している。コネクタ（６ｏ）はこのようにしてステータ
（３）及び０−タ（１５）（図示されている）に接続し
うる。コネクタ（６０）は前端壁（６６）及び後壁（６
２）を備えている。後壁（６２）には円錐状に開いたタ
ーミナルポーション（６３）又は（３９）が一体的（形
成されている。コネクタ（６ｏ）の内側には、個々に所
定長さを有した複数のファイバーオプティックバンドル
（６４）が、外部のプラグタイプの連結部（６５）から
内部の入口又は出口（６７）まで延びている。各オブテ
ィックバンドルは、一端部を外側の前端壁（６６）に、
他端部を円錐状ターミナルポーション（６３）に固定さ
れている。このように構成されたコネクタは、複数の外
部のファイバーオプティック　バンドルを何ら困難をと
もなうことなくロータリカプラに接゛　続することを可
能にする。

本発明はｉ上の例に限定されるものではない。

また図示した光学エレメントに代えて他の光学的パーツ
を使用することも可能である。第２図に示した平凸レン
ズは、中央に開口を備えた単純な凸状反射鏡とすること
もできる。さらに、第１図及び第２図に示した例におい
て、レンズは共通するようにロータ又はステータのいず
れかに配置されてもよく、ステータ及びロータの各々に
分離して配置されてもよい。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示すもので、第１図は単一チャ
ンネル伝送用のロータリ　オプティカルカプラの一例の
軸線に沿う断面図、第２図は同ロータリ　オプティカル
　カプラの他の例の軸線に沿う断面図、第３図は第２図
に示したカプラにおける光路を概略的に示す説明図、第
４図はマルのマルチチャンネルコネクタの＠線に沿う断
面図である。 （１）・・・ハウジング、 （３）・・・ステータ、 （１５）・・・ロータ、 （Ｌｉ　）　（１２）”・焦点面、 （９）、（２１）、（４０）、（４９）、（６４）・・
・ファイバーオプティック　ウェーブガイド、（６，１
８）、（２５，２６）、（４７）・・・光学系、 （２７）、（２８）・・・貫通孔、 （５４）・・・インサート、 （５６）・・・コネクテイング　ギャップ、（５５）・
・・開口、 （４１，４２，４６）・・・減速ギヤ装隨、（４３）・
・・スリーブ、 （６０）・・・コネクタ、 （３９，６３）・・・プラグコネクタ、（６５）、−・
・ターミナル、 （６９）・・・外側端壁。　。 □　、（以　上） ｉｊ　Ｚ４

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ■　２つのメンバのうち少なくとも一方が該２つのメン
   バに共通の軸線まわりに回動できる該２つのメンバーに
   光信号を伝送するための装置にして、ステータ及びロー
   タを有する円筒状ハウ・配置された６記回動メンバに連
   結されているとレンズを備え、該ロータが前記ハウジン
   グ中にともに、前記ステータ及びロータがファイバーオ
   プティック　ウェーブ　ガイド用連結部を備えており、
   前記ハウジングには、入出カサイドの焦点面が略々ファ
   イバーオ、プ、ティック　ウェーブガイドの入出力面に
   存する光学系が設けられている装置。　、　・ ■　前記光学系が、前記ロータ及び／又はステータ内の
   ２つのマルチ　エレメント　レンズを備えている特許請
   求の範囲第１項記載の装置。 ■　前記光学系が、光学軸に沿って互いに向い合った２
   つの凹面反射部にして中央部に貫通孔を有するも、のを
   備えている特許請求の範囲第１項記載の６置。 ■　前記光学系が、前記ロータと前記ステータの中間で
   前記光学軸に配置され、前記ロータスピードの半分速度
   で回る光転向エレメントを備えている特許請求の範囲第
   １項１．から第３項のいずれかに記載の装置。 ■　前記光転向エレメントが転向プリズムである特許請
   求の範囲第４項記載の装置。 ■　前記転向プリズムが、コネクテインクギャップ中（
   開口を有するインサートを備えたシュミットーベーハン
   　プリズムである特許請求の範囲第５項記載の装置。 ■　前記転向エレメントが、転向シリンダレンズシステ
   ムを備え°（いる特許請求の範囲第５項記載の装置。 ■　前記転向エレメントが、前記ハウジング中に実質上
   クリアランス無しで支承され、減速ギア装置を介して前
   記ロータに連結されたスリーブの中央部に設けられてい
   る特許請求の範囲第４項から第７項のいずれかに記載の
   装置。 ■　複数のファイバーオプティック　ウェーブガイドが
   、プラグ　コンタクトを介してステータ及びロータにそ
   れぞれ連結されるようになっているコネクタにつながっ
   ている特許請求の範囲第４項から第８項のいずれかに記
   載の装置。 ■　前記外側端壁が、ファイバーオプティックウェーブ
   ガイドを取外し可能に連結するためのターミナルを備え
   ている特許請求の範囲第９項の記載の装置。 ■　等しい長さの複数の短いファイバーオプティック　
   ウェーブガイドが前記ターミナルとプラグコネクタとの
   間のコネクタ内に配置されている特許請求の範囲第９項
   又はＪｌｉｌＯ項に記載の装置。