JPH0328807A - 多芯光ロータリジョイント - 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】 ［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
本の光ファ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ョインｌ・に関するものである． ［従来の技術］ 従来、多芯光ロータリジョイントとして第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＃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．出射側光ファイバ５ａ，５ｂは固
定体１に取り付けられたフェルール６ａ，６ｂおよびコ
リメート用のロッ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
ファイバ１４ａ．１４ｂは回転体２に取り付けられたフ
ェルール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１７２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４
３が設けられている．出射測光ファイバ５ａから出射し
た光は、集束性レンズ９ａで千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ァイバ１４ｂに
入射する．また出射側光ファイバ５ｂと入射側光ファイ
バ１４ａとの間も同様に接続される．この光ロータリジ
ョイントでは、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３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
ァイバ５ａと入射側光ファイバ１４ｂとの間、および出
射側光ファイバ５ｂと入射側光ファイバ１４ａとの間の
接続関係は保証される．また、第７図（実願昭６０−１
５７８４３号）に示す多芯光ロークリジョイントも提案
されている．第７図の多芯光ロータリジョイント１は第
６図の多芯光ロータリジョイントを改良したもので、出
射側光ファイバ５と台形プリズム３の間に接続用の中間
光ファイバ８と集束性レンズ９を配し、同様に回転体２
に入射側光ファイバ１４と台形プリズム３の間に中間光
ファイバ１１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１７２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ｍ梢として
の変速歯車２３．２４，２５．２６と変速歯車軸７が設
けられている．また出射側の光ファイバ５と光ファイバ
８を嵌合接続するためのコネクタｆｉｌ！（レセブタク
ル１８とプラク１５）および入射開の光ファイバ１４と
光ファイバ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）により出射開から入射開
へ光が接続されるようになっている． ［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ｆｉ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』は（プリズム
材質ＢＫ−７の場合）Ｊ＝４．２３ｘ　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６〜１０１Ｉｌであり、例えば４芯の光ロータリジ
ョイントではＳ．＝１５〜２０ｆｌｆｌ，　Ｊ　＋　＝
６３．５〜８４．６１となる． しかし、第５図に示すように光ファ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，　Ｊ　，　＝６３．５〜８４．６ｎｍの場合、結合
損失は３〜７　ｄＢ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
光ロータリジョ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１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』は極力短い
方が良い． これらを改善するため、第７図に示すようなレセプタク
ル１８．１９と台形プリズム３の間に中間光ファイバ８
および１１を介在させ、実装密度の向上を図ったが、中
間光ファイバ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ｊ２が短くなっ
たにもかかわらず、ロータリジョイント全体の長さし＋
は非常に大きくなり、回転部分への接続が難しくなる．
また中間光ファイバ８．１０は端部をコネクタ用フェル
ールに成端して研磨する必要がみるので、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１７２の角速
度で回転駆動させるための変速歯車ｔ！１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
人・出射面開の集束性レンズにそれぞれ結合された入・
出射側光ファイバとを備えたものである． ［作　用］ 出射曲光ファイバの出射光は、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
により入射曲光ファイバに結合される． 台形プリズムは回転体の１７２の角速度で回転されるの
で、回ｋＡ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・出射側光ファイバの接続は維持さ
れる．［実施例コ 以下に本発明の実姥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粕上にレセプタクル１５ａ．
１５ｂ，１５ｃ・・・に収納された集束性レンズ９ａ，
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，３
０ｂ，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（社）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測には、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，１０
ｃ・・・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，３ｌｂ，３１ｃが回転木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
れフエルール６．１３に保持された出射測光ファイバ５
，入射側光ファイバ１４とはレセプタクル１５．１６に
プラグ２０．２１をネジ締結ずることにより光学的に結
合される．プリズムホルダ４の外開の固定体１内には回
転体２の回転を１７２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２２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と噛合ずる歯ＩＩ
２４と、軸２７上に設けられプリズムホルダ４の中央外
周部の歯車２６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，２４ｂ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． 出射側光ファイバ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
の測面より入射する．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３
０ａの軸（台形プリズム３の径方向）に沿って進み、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の印面より出射し、
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で全反射
し、出射面３Ｃで屈折し、光軸に沿う千行光となって、
長斜方形プリズム３ｌｂ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
ファイバ１４ｂに伝搬される．その他の入・出射側光フ
ァイバについても同様である，回転体２が角速度ωで回
転ずると、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によって１／２ωの角速度で同方向に回転
駆動されるようになっており、実公昭６１−２４９６１
号公報に詳述されているように、回転体２測の像は固定
体１測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・入射側光ファイバ５，１４間
の接続が可能となる． 第１図において、光ファイバが４芯の場合、プラグ２０
を挿抜するスペース等を考慮するとプラグ２０の取付け
ピッチは１６ｎｎとなり、５ｌｌ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１２１１
′ｌとなり、長さＩＩ　ｓ　　Ｃｊ　＝４．２３ｘＳ）
は５０．８Ｉｎとなる．これに長斜方形プリズム３０．
３１内の光路長を加えると、集束性レンズ９　１０間の
間隔は６８ｎ＋ｎとなる。従って、結合損失は第５図よ
り３．３ｄＢとなり、第６図のように入・出射側光ファ
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ｊ＝８Ａｌｌで結合損失は６〜７　ｄＢ
）に対し、結合損失を約１７２に低減できる。

次に光ファイバが６芯の場合、光コネクタの間隔は２２
１ｉ１となり、台形プリズムの口径Ｓ，は１３ｎｎ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
束性レンズ間隔しは７０ｎｉとなり、結合損失は４．０
ｄＢとなる．第７図の中間光ファイバ８１１で多芯化を
図った場合、ファイバ６芯では同様にして台形プリズム
ロ径Ｓは１３ｌとなり、その時の結合損失は２．０ｄＢ
と小さいが、中間光ファイバ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１　ｄＢ／　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図のロータリジョ
イント全体の長さＬ１は、中間光ファイバ長（製作時の
作業性を考慮し最適オフセットをもたせると）６０〜８
０ｎｎを加えると、台形プリズム３の長ｊ２の３倍にな
り、取扱性、価格共に中間光ファ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っ
ているため、歯車２３，２６の歯面に対して歯車２４．
２５のかみ合いが常に当たり、パックラッシュが生じな
い．このため、回転体２が正逆回転しても入・出射光フ
ァ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、変速歯車機楕２２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と出射側光ファイバ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〉で光ファ
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の千行光軸上に反射させる．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ァイバ５を設置でき、かつ集
束正レンズ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・出射測
光ファイバ５，ｌ４との間に設置したもので、第１図の
長斜方形プリズム３０　　３１では光ファイバ１芯に対
し１個設置するが、プリズム３３を用いれば、光ファイ
バが幾芯であってもプリズム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図は光ファイバ５と台形プリズム３の間に円錐面状
の反射面を有ずるミラー３−４．３５を段違いに配置し
たもので、光ファイバ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３４で内開に光束を反射さ
せ次に２段目のミラー３４で内側に光束を反射させ次に
２段目のミラー３５で台形プリズム３の千行光軸に対・
し光束を平行とする．この場合、集束性レンズ９を台形
プリズム開に近づけるのが可能となり、ロータリジョイ
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
て多芯の光ファイバを接続できると共に、短尺な台形プ
リズムにより光ファ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、光ファイ
バ芯数が増大しても、多芯光ロータリジョイントの外径
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ョイントの一実
施例を示す縦断面図、第２図〜第４図は本発明の多芯光
ロータリジョ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
リジョイントをそれぞれ示す！！１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は出射側光ファイバ、６、１３はフ
ェルール、９，１０は集束性レンズ、１４は入射曲光フ
ァイバ、１５．１６はレセプタクル、２０．２１はプラ
グ、２２は変速歯車機構、２８は回転ゲレ、３０．３１
は長斜方形プリズム、３２はミラー、３３はプリズム、
３４．３５はミラーである． ７・・・固定体 ９，７０　・・舅５Ｅλ生し〉ズ−

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
   ァイバとを備えた多芯光ロータリジョイント。