JPS61502638A - 複数チャネル光学回転ジョイント - 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】 複数チャネル光学回転ジヨイント 発明の分野 本発明は光学回転ジヨイント、よシ詳細には光波信号の之めの複数の離散経路を コネクタの相対的に回転可能な部分の間で結合する几めのデバイスに関今日に至 るまで、離散光経路内の信号を比較的に高い信号積を被ることなく相対的に回転 可能な要素間のインタフェースを横断して結合することは困兼てあっに０通常、 この損失が大きすぎる几めジヨイント’に通じて結合した後に適当な信号レベル 全回復するために能動電子回路が必要とされた。Ｍ、　Ｌ、イバーソン（Ｍ、　 Ｌ、　Ｉｖｅｒｓｏｎ　）に公布され次合衆国特許第４．■２７．９４５号にお いては、いわゆる光スリップ　リングは相対的に回転可能なボディ間のインタフ ェース全横断して結合を行なうための同心円筒形状に同軸に配置された複数の束 の光ファイバを含む。

Ａ、　Ｈ，ツイツチ（Ａ、　Ｈ，Ｐｉｔｃｈ　）は、合衆国特許第４．１６５． ９１３号において、一定の間隔に置かれた回転可能なシャフトのまわりに巻かれ 之複数の光ファイバの各々に注入される信号がファイバのラフの外側軸面全通じ て対応する固定の信号検出ヘッドに単方向に結合される多重チャネル結合器を示 す。

Ｇ、　Ｌ、ストレツクマン（Ｇ、　Ｌ、　Ｓｔｒｅｃｋｍａｎ　）らに公布され た合衆国特許第４，４０１，３６０号は複数の単方向電子−光学信号移行が相対 的に回転可能な要素間のインタフェース全横断して対応する光ガイド経路全結合 するのに使用される光スリップ　１ノング構成全開示する。こうして結合された 個々の経路はインタフェースの片側の回転軸から離れた位置とインタフェースの 他方の側の回転軸上の位置の間で延複数光ガイド信号経路に対して相対的に回転 可能な要素間のインタフェース全横断して結合全達成するという難題は、離散光 ファイバからの信号経路をそれぞれ対応する数値の実質的に異なる経路直径を持 つように拡大することによって解決される。最も大きな直径を持つ経路以外の個 々の経路がその大きな直径のファイバの縦軸と同軸にインタフェースに向ケられ る。ここで、この大きな直径のファイノての軸もこのインタフェース内の相対回 転軸と同軸とされる。

本発明及び本発明の各種の特徴、目的、及び長所は附属の請求の範囲及び添付の 図面と関連して以下の詳細な説明音読むことによって一層明白となるも第１図は 本発明に従かう光ガイド信号経路用の複数チャネル回転結合器の略図全示し； 第２図は第１図のレンズ　アセンブリの端面図を示し； 第３図は第１図に従がう回転結合器の物理設計の側面図を示し； 第４図は第３図の設計の修正された形式の部分図全示し；そして 第５図、第６図、及び第７図は第４図の修正装置との関連で使用されるビーム整 合手順を示す。

詳細な説明 第１図は場合によっては光ガイド　ファイバとも呼ばれる光フアイバ用の２−フ ァイバ回転結合器金示す。第１の光ガイド信号経路は異なる端の所でそれぞれ２ つの定格屈折率（ＧＲＩＮ）全持つ棒型レンズ１２及び１３の各々の端に結合さ れ之２つのファイバ１０及び１１全含む。これらレンズは光ガイド経路の直径全 結合されたファイバの直径よりも実質的に拡大する。これらレンズの向い合う端 はインタフェース領域、あるいは１６のスペース１６の向い合う側面と対面する 。レンズ１２及び１３は互いにレンズの各々の縦対称軸と一致して延びこのイン タフェース全横断する回転軸１７のまわりで相対的に回転できる。第２の光ガイ ド信号経路は異なる端の所でそれぞれさらに２つのＧＲＩＮレンズ２０及び２１ の個々の端に結合された２つのファイバ１８及び１９を含む。レンズ２０及び２ １はレンズ１２及びレンズ１３上にレンズ２０及びレンズ２１の向い合う端がイ ンタフェース領域１６の向い合う側面に対面するように固定して搭載される。こ のようにしてインタフェース１６に対面されるレンズの端面は互いに平行であり 、それぞれ対応するレンズ１２及び１３の端面と同一平面に置かれる。

第１図に示されるように、レンズ１２及び１３はレンズを通じて光信号が伝搬す る方向と垂直の交軸方向の直径を持つが、これはレンズ２０及び２１の同じ直径 よりもかなり大きく、場合によっては５倍とされる。従って、ある用途において は、レンズ１２及び１３は約５ミリメートル（ＩＩｌｌ）の直径を持ち、一方、 レンズ２０及び２１は約１ＩＩＩＩＩの直径金持つ。

４つの全てのレンズは放物定格屈折率金持つ４分の１ピツチＧＲＩＮレンズであ る。このレンズは個々の直径のものが標準の長さで市販されているが、この長さ は光ガイド経路の必要な拡大及び／あるいは集束が可能であるかぎり特に重要で ない。

ペアの偏菱形プリズム２２及び２３が対応するレンズ　セット１２．２０及び１ ３．２１の対面する端面に固定され、光信号がオフーアツクス　レンズ２０．２ １と光ガイド経路のオンーアツクス部分の間でインタフェース１６を横断しプ回 転軸１７に対して同軸に結合される。個々のプリズムは、好ましくは、反射面間 にプリズムの長さ方向に垂直方向に延びる本質的に正方形の断面金持ち、従って 、これはレンズ２０あるいは２１の対応する１つの端にそのレンズの最大断面を カバーする反射面プロジェクション全与える。約Ｑ、　７１１Ｂ平方の断面積金 持つプリズムの場合、このプリズムによってカバーされる断面領域はレンズ２０ あるいは２１の主中央有効伝送断面に一致する。これは第２図によって示される が、第２図はレンズ１３を左端からみたレンズ１３のアセンブリの端面図を示す 。このプリズムは角度金持つ反射面の所を除いては光に対してトランスバレント であるため、第２図に平行線の陰影にて示されるごとく、下側の面がレンズ１３ ｉ通じての伝送に・重大な影を与える唯一の部分となる。この影はレンズ１３の 最も強い伝送領域にも影響を与えるが、レンズ１２と１３との間の経路内の挿入 損はこの実施態様においてはたった約１ｄＢである。。

前述のことから第１図に示される回転光結合技術は重要な特徴を持つことが理解 できる。これら特徴の１つは、複数の離散ファイバ　チャネルが回転インタフェ ース全横断して結合できることである。もう１つの特徴は、この結合は電子的な 意味において完全に受動であり、従って、電源を必要としないことである。さら にもう１つの特徴は、この結合は個々のファイバ　チャネルについて双方向であ り、ユーザは導入時及びその後において、個々のファイバ　チャネルの信号伝送 能力全いかに利用するかについての完全な融通性全保持する。もう１つの特徴は 、単一の向い合うファイバ束の伝送経路を使用できることから全体としての回転 ジヨイント全簡単に小型化でき、従って、製造も楽にすることができることであ る。勿論、これら単一ファイバ経路はこれらに多重化された複数信号チャネルを 持つことができる。

第３図は相対的に回転が可能な要素１例えば、スチール　ハウジング２６内に位 置された第１図の回転結合装置及びこのハウジング内のシャフト受は間隙２８に 回転可能に受けられ几スチール　シャフト２７の終端部を示す。レンズ１２．１ ３及びそれらの対応するピギーバック　レンズ２０．２１は、例えば、ハウジン グ２６及びシャフト２７内の精密加工された中央同軸間隙内に粘着接合によって 固定される。この部分のアセンブリケ行なう前に、ファイバが当技術において周 知の方法によって対応するレンズに固定され、適当な材質、例えば、ガラス製の シリンダがこの間の接着全強化する目的で個々のファイバーレンズ接合の所に接 着される。軸１７に沿うインタフェース空間のサイズは異なる直径金持ち、光ガ イド信号伝送経路に垂直の方向の横方向角移動全最小限にするために高精度に製 造され几ダブノシーレース　ポール　ベアリング２９及び３０の位置決めによっ て決定される。この回転結合のための十分に精密なハウジング、シャフト、及び ベアリングの製造は当技術において達成できる範囲のものである。

ハウジング２６とシャフト２７の間のシール３１は、インタフェース液、例えば 、屈折率調節成金レンズの互いに向い合う端の間のインタフェース領域１６内に 保持する。ポート３２がこの成金注入するために提供される。

市販のＧＲＩＮレンズが必ずしも完全に正しくないような場合がしばしばある。

例えば、このレンズの端面が正確に中心縦軸に垂直でなかったり、あるいは直径 公差が大きすぎる場合がある。

このようなときは、個々のファイバのそれと関連するＧＲＩＮレンズの端面に対 する結合の角度及び位置が規準された光線がレンズの他の面からレンズの縦軸に 平行の方向に出るようになるように制御するための特別の手順が実行される。個 々のペアのレンズが第４図においてレンズ１２及び１３について部分図にて示さ れているようにハウジング２６に取り付けられる前に円筒スリーブ３３内に搭載 される。

この特別な手順全遂行するための１つの手順が第５図から第７図と関連して示さ れる。

第５図にはスリーブ３３の端面が示される。これは、好ましくは、ハウジング２ ６と同一の材質、つまり、スチールあるいは類似の材質とされる。スリーブ３３ は精密に加工されｔ円筒状の外側面を持つ。

これはまたレンズ１２’に収容するための精密にドリルされた同軸間隙３６及び レンズ２０を収容するための滑らかの平面のキー溝３７を持つ。レンズ１２はス リーブ３３の穴３６内にこれが直ぐ反対のキー嘴・３７　に支えられるように取 り付けられ、例えば、エポキシ材質によって定位置に接着される。レンズの右端 は、この位置において、スリーブ３３の右端と水平になるようにされる。

レンズ１２が取り付けられたスリーブ３３がＶ　−溝整合ジグ３９の左端に置か れる。隠れ几溝が点線４０によって示されるが、これは溝の底の頂点を表わす。

左端に反射面金持つ円筒状の鏡４１が同一の溝の右端に置かれる。この溝はスリ ーブ３３の縦軸と鏡４１と全整合させるのに十分な任意の深さ及び最低の幅を持 つ。ファイバ１０の端が締め金として機能する毛細管４２に結合される。ファイ バ１０の端が管４２の右端と水平にされる。光源４３が光ガイド　ファイバのセ グメント及びビーム　スプリッタ４６全通じてファイバ１０の他端に光音供給す る。

すると、光はファイバ１０及びスリーブ３３内のレンズ１２を通じて鏡４１に入 射し、これによって同一の経路全通ってスプリッタ４６に反射される。ここで、 反射された光は検出器４７に向けられるが、検出器は受信された光エネルギーの 強度を示す。

微動位置決め装置（図示なし）全使用して、毛細管４２及びこれに含まれ几ファ イバ１０が、全てが少なくともスリーブ３３（及びこれに含まれるレンズ１２） の中心縦軸全交差する直交直線ｘ、ｙ及び２経路に沿って、検出器４７によって 示される反射エネルギーが最大となる位置に移動される。２軸は、勿論、縦軸と 同軸である。管４２が次に同様に検出器による読みが最大となるようにＹ軸のま わり（角度θｙ）及びＸ軸のまわり（角度θｘ）　ｋ回転される・。

全ての最大読み値が得られ、再チェックされたら、次に管４２が適当なエポキシ 物質にてこれら要素全互いＫこの方位に保持するためにレンズ１２に接着され。

これは、これがレンズ１２から発せられる光線がスリーブ３３の外側面と平行と なり、同様に、反対方向からレンズに入る規準された光がファイバ１０の端に正 しく集中される位置であるためである。

次に、プリズム２２が、（図示されるごとく）プリズムの下側反射面の中心がス リーブ３３の縦軸上にき、他方の反射面がキー溝３７の端洗面するようにレンズ １２の端面上に搭載される。ファイバ１８が次に、スリーブがないことを除いて ファイバ１０及びレンズ１２について概説したのと同様の方法にて、小さいレン ズ２０に整合及び固定される。次に、レンズ１２及びプリズム２２を含むスリー ブ３３がジグ３９内に戻される。

レンズ２０及びこれに結合されたファイバ１８が次にスリーブ３３の溝３７にレ ンズの端面が第７図に示されるようにプリズム２２の端面に接触するように置か れる。スリーブ３３と同一の外径を持つシリンダ４８がジグ３９の溝上のスリー ブ３３と鏡４１の間に置かれる。シリンダ４８は縦軸と同軸でレンズ１２の直径 よりも小さな直径七持つ中心縦穴を持つ。１つの実施態様においては、この穴の 直径はレンズの直径の約０．２倍とされる。レンズ２０が次にレンズ１２につい て実行されたのと同様ＫＸ、Ｙ。

及び２直交直線軸及び角度θＸ及びθｙに関して縦軸について調節される。この 調節はスリーブ３３の上の穴（図示なし）からアクセスして行なわれる。

される反射強度が最大となったときに完了するが。

検出器は第６図に示されるように光源４３にてファイバ１８ａ−駆動するような 構成に結合される。次にレンズ２０がこの位置に接着される。これによって、レ ンズ２０及びプリズム２２と関連する光線がスリーブ３３の外側面あるいは縦軸 と平行になり、そして、インタフェース　スペース１６内においてレンズ１２と 関連する光線と同軸となる。

もう１つのシリンダ（図示なし）について、ファイバ１１とレンズ１３．ファイ バ１９とレンズ２１の整合、プリズムの取り付け、及びこれらアセンブリのシャ フト２７の中心間隙内への取り付けの之めの整合手順が実行される。

本発明は本発明の特定の実施態様と関連して説明されたが、当業者にとって明白 であるこれ以外の実施態様、用途、及び修正も本発明の精神及び範囲に含まれる ものである。

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Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. １．光ガイド用の回転結合器において、該結合器が第１の所定の直径を持ち回転 軸のまわりを相対的に回転可能な第１及び第２の光ガイドデバイスを含み、該デ バイスがこれらの間で回転インタフエースを規定するような間隔で位置され、該 インタフエースを通つて該回転軸と同軸に延びる第１の光ガイド経路、 第２の小さな所定の直径を持ち該回転軸から横の方に外れた第２及び第３の光ガ イドデバイスを含む第２の光ガイド経路、及び 該第２の経路の所定の部分を該インタフエース内の該第１の経路と同軸に向ける ための装置を含むことを特徴とする回転結合器。
2. ２．請求の範囲第１項に記載の回転結合器において、該方向を指定するための装 置がプリズム光反射装置から構成されることを特徴とする回転結合器。
3. ３．請求の範囲第１項に記載の回転結合器において、該結合器がさらに、 該第１及び第２のデバイスを個々の光ガイドデバイスの少なくとも１つの終端部 が該回転軸と同軸となり、そして１つの端面が該インタフエースを横断して他方 の端面と向い合うように該第１及び第２のデバイスを搭載するための装置、及び 該第３及び第４の光ガイドデバイスを該光ガイドデバイスの終端部がそれぞれ少 なくとも該第１及び第２の光ガイドデバイスの末梢領域において該回転軸から径 方向に離れているが平行となり、該インタフエースの所に端面がくるように搭載 するための装置を含み、 該方向を指定するための装置が該第２の経路内の光を該インタフエース内の該軸 と同軸となるように向けるために搭載された光線反射装置から構成されることを 特徴とする結合器。
4. ４．請求の範囲第１項に記載の結合器において、該第１及び第２の直径のサイズ が、該方向指定装置が該第１の経路の断面にそれを通じての伝送が不当に妨げら れないような十分に小さな影のみを与えるような関係であることを特徴とする結 合器。
5. ５．請求の範囲第１項に記載の結合器において、該第１及び第２のデバイスが各 々の一端が該軸と同軸に該インタフエースと向い合うように位置された定格屈折 率（ＧＲＩＮ）レンズであり、該第１の経路が個々が一端を該第１及び第２のレ ンズの異なる１つの他端に結合された第１及び第２の光ガイドフアイバから構成 され、該第２の経路が個々が一端を該第３及び第４のレンズの異なる１つの反対 側の端に結合された第３及び第４の光ガイドフアイバから構成され、そして 該方向指定装置が該第１及び第２のレンズの該一端を横断する光を該第３及び第 ４のレンズと該インタフエース内の該第１の経路と同軸の経路の間で結合するた めの装置から構成されることを特徴とする回転結合器。
6. ６．請求の範囲第５項に記載の回転結合器において、該結合装置がそれぞれ該第 １及び第２のレンズの該一端を横断して該軸と該第３及び第４のレンズの間に径 方向に延びる第１及び第２のプリズムから構成されることを特徴とする回転結合 器。
7. ７．所定の回転軸のまわりを相対的に回転可能なペアの要素間のインタフエース を横断して延びる複数の光ガイド経路を含む光ガイド用の回転結合器において、 該経路が 光ガイドケーブル、 該インタフエースに隣接する該個々の経路を該経路の他の経路の個々の拡大され た直径と実質的に異なる直径に拡大するための装置、及び全ての経路を該インタ フエースを横断する該軸に対して同軸となるように向けるための装置を含み、個 々の経路の該方向を指定する装置がより大きな直径の個々の経路に部分的にのみ 影を与えることを特徴とする回転結合器。
8. ８．請求の範囲第７項に記載の回転結合器において、該要素がハウジング及び該 ハウジングに該軸に沿つて挿入可能なシヤフトであり、そして回転されたとき小 さな横方向の角移動のみを受けるように該要素が相対的に回転できるようにする ために該ハウジング内の該シヤフトの軸頭部に提供される異なる直径の第１及び 第２のダブルーレースベアリング装置が含まれることを特徴とする回転結合器。
9. ９．請求の範囲第８項に記載の回転結合器において、該ハウジング及び該シヤフ トが該回転軸と同軸的に整合する縦穴を含み、 該拡大装置が少なくとも該インタフエースの片側に位置する該経路の個々に対す る異なる定格屈折率のレンズから構成され、そして 該少なくとも片側に位置する該レンズを該ハウジングの該縦穴及び該シヤフトに 搭載するための装置が提供されることを特徴とする回転結合器。
10. １０．請求の範囲第９項に記載の回転結合器において、該搭載装置が 該少なくとも片側に位置する該レンズを包囲するための円筒状スリーブ、及び 該個々の経路の該フアイバを該レンズの対応する１つに該レンズから出る光線が 該円筒状スリーブの外側の縦長の面要素と平行となるように結合するための装置 が提供されることを特徴とする回転結合器。
11. １１．光線拡大装置内の光線の伝搬を整合するための方法において、該方法が 該拡大装置と光反射装置の軸整合を確立するステツプ、 光線を光ガイドフアイバ及び該拡大装置を通じて該拡大装置の中心縦軸と同一直 線の経路を概むね沿う反射装置に向けるステツプ、 該拡大装置及び該フアイバから反射された光の強度を検出するステツプ、 該フアイバと該拡大装置の相対位置を反射光の強度が最大となる相対位置に調節 するステツプ、及び 該フアイバと該拡大装置を反射光の強度が最大となる該相対位置に固定するステ ツプからなることを特徴とする方法。