JPS61241709A - 多チヤンネル光ロ−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、相対的に回転運動可能な物体相互間の無接触
信号伝送方式に用いる光ロータリジヨイントに関し、特
に多チャンネル光ファイバを光学的に結合する多チャン
ネル光ロータリジヨイントに関するものである。

〔発明の背景〕

相対的に回転する物体間の信号伝達には、従来スリップ
リングが用いられていた。しかし、スリップリングでは
、接触抵抗の変動や外部電磁場の影響を受は易く、良好
な信号伝送ができないという欠点を有していた。これに
代わるものとして、細径、軽量、可とう性、広帯域、低
損失、無誘導、低コストという特徴をもつ光フアイバ信
号伝送方式が近年注目され始め、相対的に回転する装置
間の光ファイバを結合する光ロータリジヨイントの開発
が進められている。

光ロータリジヨイントは一般には単チャンネルであるた
め多数の信号伝送を行なうためには、電気信号レベルで
多重化し、かつ光波長の多重化を行なうケースが多い。

そのため、光合波器が必要となりシステムコストの増加
、伝送損失の増加の原因となっている。また、単チャン
ネルでは万一光ファイバが折れたりした場合は、信号伝
送が不能になるという問題があり、このような状況の下
で、多チャンネルに対応した光ロータリジヨイントの開
発が進められている。

多チャンネル光ロータリジヨイントは、クレーン等産業
用機械の遠隔操縦・制御装置、海底ケーブルの敷設状況
の調査装置等のように危険作業を伴うところに用いられ
たり、人工衛星等の保守の困難なところに用いられるの
で、高度の信頼性と軽量・高性能であることが要求され
ている。

従来の多チャンネル光ロータリジヨイントとしては、多
芯光ファイバーをコイル状に巻き、相対的に回転する装
置間の光ファイバーを結合する光ファイバーアキュムレ
ータ第１の方式や、光スターカップラとロッドレンズを
組み合わせる第２の方式（特開昭５９−１９５６０８号
）や、相対的に回転しても受光側の像位置を静止させる
ため１回転可能なプリズムを光ビームの経路に設ける第
３の方式（特開昭５９−１０５６０８号）や、複数の光
ファイバーからの光ビームを対応するレンズにより回転
軸上の異なる点に焦点を結ばせ、かつその焦点位置に各
々の受光側光ファイバーを配置する第４の方式（特開昭
５８−１０５２０４号）等が報告されている。

上記に掲げるような従来の多チャンネル光ロータリジヨ
イントには次に示すとおりの問題点が存在する。

例えば、第１の方式では回転回数に制限があるという問
題がある。第２の方式ではロッドレンズから光スターカ
ップラへの入射光強度が回転と共に変動し、かつ伝送損
失が大きいという不安定な問題がある。さらに、第３の
方式では回転する装置相互の回転関数として与えられる
回転制御をプリズム自体に与えるため、精密機構が必要
であり。

構造が複雑になると共に小型・軽量化には適さない構造
となっている。第４の方式では、回転軸上に配置された
受光側光ファイバの導線が他のチャンネルの光ビームを
横切り、信号伝送が不可能若しくは信号強度が低下する
回転位置が生じるため、伝送効率の低下や安定した信号
の伝送ができない。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、光フアイバ信号伝送方式において、回
転数に制限なく安定した多チャンネルの信号伝送を行な
わせることのできる多チャンネル光ロータリジョインを
簡単な構成にて提供することにある。

〔発明の概要〕

以上の目的を達成するため、本発明は、相対的に回転運
動可能な入射光側及び受光側光ファイバを光学的に結合
させる手段として以下に示す構成をとるものである。

入射光側部分と受光側部分の相対回転運動の回転中心軸
を考える。本発明では、複数の入射光側光ファイバを、
この回転中心軸からの距離を異なって配置する。従って
複数の入射光側光ファイバのうち少なくとも１つは回転
中心軸から離れたところに位置する。入射光側光ファイ
バからの光ビームを受光側光ファイバに導く光学的手段
は、以下の構成を含んでいる。

即ち。

１、第１の光学的手段；上述した回転中心軸から離れた
ところに位置する少なくとも１つの入射光側光ファイバ
からの光ビームを回転中心軸上に向かいあわせるための
構成。

■、第２の光学的手段；回転中心軸上に導かれた光ビー
ムの少なくとも１つを回転中心軸から距離の離れた、か
つ受光側部分を基準として静止した位置に導くための構
成。

更に本発明は、上記光学的手段によって導かれた入射光
側光ファイバからの光ビームを受光する受光側光ファイ
バの受光部を、前述の静止した点に配置する構成をとる
ものである。

〔発明の実施例〕

第８図は２本発明の原理図である。第８図を用いて原理
を説明する。

入射光側光ファイバ８０からの光ビーム８６は第１の光
学的手段によって回転中心軸上に向かわせている。この
ときにより、光ビーム８６と回転中心軸４との交点９０
は、入射側部分に設けられた入射光側光ファイバ８０が
受光側光ファイバに対して、矢印８５のように回転中心
軸４のまわりに相対的回転をした場合でも、その位置変
化は無く受光側光ファイバに対して静止している。故に
。

光ビーム８６の進路上に上述した第２の光学的手段８１
を配置し、この第２の光学的手段８１によって光ビーム
８６の方向を変えれば、第８図に示すように入射光側光
ファイバ８０が相対的回転をしても受光側部分に対して
その位置が変化することかない光ビーム８６の通過点（
静止点）３２を回転中心軸４から離れた位置にもうける
ことができる。このとき、第２の光学的手段８１は入射
光側光ファイバ８０の相対的回転の関数として、受光側
部分に対する何らかの回転若しくはその他の運動をさせ
る必要はない。

したがって、回転中心軸４からの距離を異なって配置さ
せた複数の入射光側光ファイバのそれぞれに対応して第
２の光学的手段を配置することにより、それぞれの入射
光側光ファイバに対応した静止点を回転中心軸４から離
れた位置にもうけることができる。これらの静止点に、
それぞれ対応する受光側光ファイバの受光部を配置する
ことにより、複数の入射光側光ファイバが相対的回転を
していても光ビームの進路を光フアイバケーブルやその
支持構造物等で遮ることなく、それぞれの静止点に光ビ
ームを集光することが可能となり、安定した信号伝送の
可能な多チャンネル光ロータリジヨイントを実現するこ
とができる。

以下、本発明の具体的な実施例を図面を用いて詳細に説
明する。なお、入射光側と受光側の回転運動はどちらか
一方が静止している必要はなく。

相対的な回転であればたりるのであるが、簡単のため受
光側の回転運動が静止している座標系で説明することと
する。

第１図は光ファイバが３本の場合の本発明の一実施例を
示す多チャンネル光ロータリジヨイントの断面図である
。第１図において１回転面２２の左側が回転側２３であ
り、右側が静止側２４である。第１図において、３本の
入射光側光ファイバのうち１本の入射光側光ファイバ１
は回転中心軸４の上に設けられ、他の入射光側光ファイ
バ２゜３は回転中心軸４からの距離がそれぞれ異なって
設けられている。また、回転中心軸４上にはそ、れぞれ
の入射光側光ファイバに対応して直角プリズム５，６．
７が入射光側光ファイバ１からの距離を異にして設けら
れている。これらの直角プリズム５，６．７は回転軸４
上に設けられたプリズム支持棒８，９．１０によってそ
の直角をなす１つの面が回転軸４と直角になるように支
持され、静止側ケース１１に固定されている。入射光側
光ファイバ１，２．３と直角プリズム５，６．７の間に
は入射光側光ファイバからの光ビームを回転中心軸４上
に向かわせるための集光レンズ１６が。

その光軸を回転中心軸４に一致させて静止側ケース１１
に固定されており、回転中心軸４上に集光レンズ１６の
焦点３４がある。受光側光ファイバ１２．１３．１４は
、直角プリズムの斜面と回転中心軸４との交点を通りか
つ、直角プリズムの斜面と４５度をなす軸上でかっ、入
射側と受光側とが相対的に回転しても入射光側光ファイ
バからの光ビームが常に通過する静止点にそれぞれ設け
られている。入射光側光ファイバ１，２．３の出口には
、それぞれ小集光レンズ１７，１８，１９が設けられて
いる。また、受光側光ファイバ１２゜１３の入口には小
集光レンズ２０．２１が設けられている。

集光レンズ１６、直角プリズム５，６，７、小集光レン
ズ２０．２１は静止側ケース１１内に設けられ、小集光
レンズ１７，１８，１９は回転側ケース２５内に設けら
れている。静止側ケー７１１と回転側ケース２５はベア
リング２６をかいしそ、脱着金具２７により連結される
。なお、破線で示した入射光側光ファイバ２ａ、３ａお
よび小集光レンズ１８ａ、１９ａは回転側２３が１８０
度回転したときのそれぞれの位置を示している。

以下、第１の光ファイバが３本の場合の本発明の一実施
例を示す多チャンネル光ロータリジヨイントの動作につ
いて説明する。

入射光側光ファイバ１からの光ビームは小集光レンズ１
７、集光レンズ１６により絞られて直角プリズム６に入
射し、この直角プリズム５で反射され、小集光レンズ２
ｏを経て受光側光ファイバ１２の受光部へ集光される。

この入射光側光ファイバ１が回転中心軸４のまわりで回
転しても光ビームの通路２８は変化せず、受光側光ファ
イバ１２の受光部（静止点３１）へ常に入射する。

入射光側光ファイバ２からの光ビームは同様にして、小
集光レンズ１８．大集光レンズ１６により絞られ１通路
２９を通って直角プリズム６に入射し、この直角プリズ
ム６で反射され、小集光レンズ２１を経て受光側光ファ
イバ１３の入口へ集光される。この入射光側光ファイバ
２が回転中心軸４のまわりで回転し、たとえば１８０度
回転したときには、破線で示した光ビームの通路２９ａ
を通って受光側光ファイバ１３の入口へ集光される。い
ずれにしても受光側光ファイバ１３の受光部は静止点３
２に設けられているので、入射光側光ファイバ２が回転
中心軸４のまわりで回転してもつねに受光側光ファイバ
１３の入口へ集光される。

入射光側光ファイバ３からの光ビームは、入射光側光フ
ァイバ２からの光ビームと同様にして、光ビームの通路
３０または通路３０ａを通って静止点３３に設けられた
受光側光ファイバ１４の受光部へ常に集光される。

したがって入射光側光ファイバと受光側光ファイバが光
学的に結合されているため回転回数に制限がなく、入射
光側光ファイバからの光ビームが基本的には全て受光側
光ファイバに入射するため安定した伝送が可能でありか
つ、伝送損失も小さくなる。さらに、プリズムを回転さ
せる必要がないため構造が簡単になるという効果がある
。

第２図は、本発明の他の実施例を示す概略断面図である
。なお、同図において説明上不必要な部分においては１
図示するのを省略した。第２図において、中空円筒状の
支持棒１０ａは集光レンズ１６の中心軸上に設けられ、
この支持棒１０ａに直角プリズム５、プリズム支持棒８
および直角プリズム６が連結されている。このように配
置することにより、第１図の実施例で必要とした直角プ
リズム７を省略することができる。なお、中空円筒状の
支持棒１０ａのかわりに、中身の透明な支持棒としても
よい。

第３図は１本発明のさらに他の実施例を示す概略断面図
である。第３図において、集光レンズ１６のほかに、集
光レンズ１６の径よりは小さい中東光レンズ１６ａがそ
の光軸を回転軸４に一致させて、中空円筒状の支持棒８
ａを介して直角プリズム５に連結されている。このよう
に構成することにより、入射光側光ファイバ２と３から
の光ビームが平行に集光レンズ１６に入射しても回転中
心軸４上の異なる位置へ光ビームを向けることができる
。このことにより、たとえば光ビームの通路３０と直角
プリズム６との隙間を大きくすることが可能となり、設
計が容易となる。この効果と同様の効果は、集光レンズ
１６をその径方向に曲率半径の異なる凸レンズとするこ
とによっても達成できる。

第４図は１本発明のさらに他の実施例を示す概略断面図
である。第４図において、凹面鏡４１はその光軸を回転
中心軸４に一致させて、静止側ケース１１に固定されて
いる。凹面鏡４１は第１図の実施例における集光レンズ
１６と同様に光ビームを回転中心軸４上へ向けることが
できる。また、この凹面鏡４１をその径方向に曲率半径
の異なる凹面鏡とすることによって、第３図と同様の効
果を達成できる。

第５図は、本発明のさらに他の実施例を示す概略断面図
である。第５図において、第１の光学的手段として、入
射光側光ファイバ１の中心軸を回転中心軸４に一致させ
、入射光側光ファイバ２および３の中心軸は回転中心軸
４に対して傾けて配置しかつ、これら入射光側光ファイ
バ１，２．３の中心軸に光軸を一致させて小集光レンズ
１７゜１８．１９を配置した。これらの小集光レンズ１
７．１８．１９は、それぞれ受光側光ファイバ１２．１
３．１４の受光部に入射光側光ファイバからの光ビーム
を集光するように、直角プリズム５．６．７および小集
光レンズ２０．２１とそれぞれ組み合わせて調整されて
いる。このように構成することにより、第１図の実施例
における集光レンズ１６を不用とすることができる。

第６図は、本発明のさらに他の実施例を示す概略断面図
である。第６図において、平面鏡５ａ。

６ａ、７ａは回転中心軸４上に４５度の角度で配置され
、平面鏡５ａ、６ａはそれぞれ支持棒６２゜６３を介し
、さらに回転中心軸４に直角に配置された透明板６０．
６１をそれぞれ介して、静止側ケース１１に固定されて
いる。平面ＭＬ　７　ａは支持棒１０ａを介して静止側
ケース１１に固定されている。透明板６０．６１は回転
中心軸４に直角に配置されているので、光ビーム通路３
０，３０ａ。

２９．２９ａが乱されることはない。したがって、第１
図の直角プリズム５，６．７のかわりに低コストの平面
鏡５ａ、６ａｗ　７ａを用いることができる。

第７図は、本発明のさらに他の実施例を示す概略断面図
である。第７図において、入射光側光ファイバ１，２．
３からの光ビームを回転中心軸４上のそれぞれ異なった
位置に向かわせるため、その径方向に曲率半径の異なる
フレネルレンズ７８を用いると共に、入射光側光ファイ
／（１，２，３からのそれぞれの光ビームの方向を変え
るためのプリズム７５，７６．７７の大きさをフレネル
レンズ７８の近くに配置したものほど小さくした。

このように構成することによりプリズム７５゜７６．７
７の間隔をより狭く配置できるので、さらに小型、軽量
化できる効果がある６ 〔発明の効果〕 以上説明してきたように、本発明に係る多チャンネル光
ロータリジヨイントにおいては、回転中心軸から距離を
有する位置に受光側光ファイバ受光部を設けることがで
きるために、入射光側光ファイバからの光シームが受光
側光ファイバの導線等によって遮られたりすることがな
く、従って基本的には全ての入射光側光ファイバからの
光ビームが安定して受光側光ファイバに損失なく伝送さ
れるとともに、回転数にも制限されないという効果が得
られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は光ファイバが３本の場合の本発明の一実施例を
示す多チャンネル光ロータリジヨイントの断面図、第２
図は、本発明の他の実施例を示す概略断面図、第３図、
第４図、第５図、第６図および第７図は、本発明のさら
に他の実施例を示す概略断面図である。第８図は本発明
の基本原理を示す概略説明図である。 １．２．３・・・入射光側光ファイバ、２ａ、３ａ・・
・回転側２３が１８０度回転したときの入射光側光ファ
イバ２，３の位置、４・・・回転中心軸、５，６゜７・
・・直角プリズム、５ａ、６ａ、７ａ・・・平面鏡、８
．９．１０・・・プリズム支持棒、１１・・・静止側ケ
ース、１２，１３．１４・・・受光側光ファイバ。 １６・・・集光レンズ、１７，１８，１９，２０゜２１
・・・小集光レンズ、２２・・・回転面、ン３・・・回
転側、２４・・・静止側、２５・・・回転側ケース、２
６・・・ベアリング、２７・・・脱着金具、２８，２９
．３０・・・光ビームの通路、３１，３２．３３・・・
光ビームの通路の静止点、４１・・・凹面鏡、１０ａ、
６２゜６３・・・支持棒、６０，６１・・・透明板、７
８・・・径方向に曲率半径の異なるフレネルレンズ、８
０・・・入射光側光ファイバ、８１・・・反射鏡、８６
・・・光ビーム、９０・・・反射鏡がないときの光ビー
ム８６と回転中心軸４との交点。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、複数の入射光側光ファイバと、前記入射光側光ファ
   イバを有する入射側部分と、前記入射光側光ファイバと
   対応する複数の受光側光ファイバと、前記受光側光ファ
   イバを有する受光側部分と、前記入射側部分と前期受光
   側部分との相対的回転を可能にする回転機構と、前記相
   対的回転に対し前記入射光側光ファイバからの光ビーム
   を対応する前記受光側光ファイバに入射するための光学
   的手段とからなる多チャンネル光タービンジョイントに
   おいて、前記複数の入射光側光ファイバは前記回転運動
   の回転中心軸から距離をおいて配置し、前記光学的手段
   は、前記入射光側光ファイバからの前記光ビームを前記
   回転中心軸上に向かわせるための第１の光学的手段と、
   前記第１の光学的手段によつて前記回転中心軸上に向か
   う前記光ビームの進路を変えて前記光ビームを前記相対
   的回転の際にも前記受光側部分に対して常に静止しかつ
   前記回転中心軸から距離を有する静止点に導くための少
   なくとも１つの第２の光学的手段を有し、前記第２の光
   学的手段によつて進路を変えられた前記光ビームを受光
   するための少なくとも１つの前記受光側光ファイバの受
   光部を前記静止点に配置したことを特徴とする多チャン
   ネル光ロータリジョイント。 ２、特許請求の範囲第１項記載の多チャンネル光ロータ
   リジョイントにおいて、複数の前記入射光側光ファイバ
   は各々前記回転中心軸からの距離を異なつて配置したこ
   とを特徴とする多チャンネル光ロータリジョイント。 ３、特許請求の範囲第１項記載の多チャンネル光ロータ
   リジョイントにおいて、前記光学的手段は、前記光ビー
   ムを集光するための集光レンズを有することを特徴とす
   る多チャンネル光ロータリジョイント。 ４、特許請求の範囲第１項記載の多チャンネル光ロータ
   リジョイントにおいて、前記第１の光学的手段として前
   記光ビームの進路上に配置された凸レンズを用い、前記
   凸レンズの光軸は前記回転中心軸に一致させたことを特
   徴とする多チャンネル光ロータリジョイント。 ５、特許請求の範囲第４項記載の多チャンネル光ロータ
   リジョイントにおいて、前記凸レンズとして径の異なる
   複数の凸レンズを用いることを特徴とする多チャンネル
   光ロータリジョイント。 ６、特許請求の範囲第４項記載の多チャンネル光ロータ
   リジョイントにおいて、前記凸レンズは径方向に曲率半
   径の異なる凸レンズを用いることを特徴とする多チャン
   ネル光ロータリジョイント。 ７、特許請求の範囲第１項記載の多チャンネル光ロータ
   リジョイントにおいて、前記第１の光学的手段として少
   なくとも１つの前記入射光側光ファイバの中心軸を前記
   回転中心軸と交わるように前記入射光側光ファイバを配
   置したことを特徴とする多チャンネル光ロータリジョイ
   ント。 ８、特許請求の範囲第１項記載の多チャンネル光ロータ
   リジョイントにおいて、前記第１の光学的手段として前
   記光ビームの進路上に配置された反射鏡を用い、前記反
   射鏡の光軸は前記回転中心軸に一致させたことを特徴と
   する多チャンネル光ロータリジョイント。 ９、特許請求の範囲第１項記載の多チャンネル光ロータ
   リジョイントにおいて、前記第２の光学的手段としてプ
   リズムを用いたことを特徴とする多チャンネル光ロータ
   リジョイント。 １０、特許請求の範囲第１項記載の多チャンネル光ロー
   タリジョイントにおいて、前記第２の光学的手段として
   反射鏡を用いたことを特徴とする多チャンネル光ロータ
   リジョイント。 １１、特許請求の範囲第８項記載の多チャンネル光ロー
   タリジョイントにおいて、前記反射鏡として径の異なる
   複数の反射鏡を用いることを特徴とする多チャンネル光
   ロータリジョイント。 １２、特許請求の範囲第３項記載の多チャンネル光ロー
   タリジョイントにおいて、少なくとも１つの前記集光レ
   ンズの光軸を前記光ビームの進路に一致させ、かつ前記
   ポイントに前記入射光側光ファイバの像を結ばせるよう
   に前記集光レンズを配置したことを特徴とする多チャン
   ネル光ロータリジョイント。 １３、特許請求の範囲第１項記載の多チャンネル光ロー
   タリジョイントにおいて、前記第２の光学的手段として
   複数個用いて、その大きさを前記第１の光学的手段の近
   くに配置したものほど小さくしたことを特徴とする多チ
   ャンネル光ロータリジョイント。