JPH0331807A - 中空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
本の光フアイバ間を直角プリズムなどを用いて接続する
中空光ロータリジヨイントに関するものである。

［従来の技術］ 第７図に光学部品を用いた多芯光ロータリジヨイントの
一例（実開昭６１−６８１８号公報）を示す。

固定体２６側の光ファイバ２０ａ、２０ｂがら：１リメ
ータ２７ａ、２７ｂを介して出射した光はタブプリズム
２２内で屈折・反射し、回転体２３１！Ｐ！のコリメー
タ２８ａ、２８ｂを経て光ファイバ２１ａ、２１ｂに入
射する。この時、プリズノＮホルダ２５は変速歯車装置
２４により、回転体２３の１７２の角速度で回転（同方
向）するようになっており、ダブ１リズム２２の機能か
ら、回転側の像は常に静止し、光ファイバ２０ａと２１
．　ａ、光ファイバ２０ｂと２１ｂが常に結合状態とな
る。

このように光学プリズムを使用した多芯光ロータリジヨ
イント、あるいは光フアイバ同士をベアリングで保持し
、光フアイバ間にギャップを空けて結合回転させる単芯
光ロータリジヨイントは、回転中心軸に光ファイバある
いは光学部品が存在する。

第８図には回転軸芯が中空タイプの光ロータリジヨイン
トの例（特公昭６１−４２４６２号公報）を示す。

固定体側送信器３８から光ファイバ３７を伝搬しコリメ
ータ３６、プリズム３５を経て出射した光ビームは円環
体３４の内面（反射面）を反射しながら、プリズム３３
ａ、３３ｂ、３３ｃ、コリメータ３２ａ、３２ｂ、３２
ｃを経て光ファイバ３１ａ　　３１ｂ、３１ｃに導かれ
受信器３０に入射する。この時回転体と同一回転で受信
器３０、光ファイバ３１ａ〜ｂ、円環体３４が回転して
も、光の結合状態は一定である。

し発明が解決しようとする課題１ しかしながら、第７図のような光学部品に使用した光ロ
ータリジヨイントは、回転軸芯にプリズムやロッドレン
ズ等の光学部品が存在するため、回転体へ油圧制御用油
、冷却水あるいは高圧電源を供給するための空孔を回転
軸芯に設けることができず、これら先具外の液体、電気
、気体等を供給するには別系統の供給装置を設ける必要
があつた。

一方、第８図の中空タイプの円環状反射体と光ファイバ
を回転させる方法では、回転軸を通して種々の供給系を
配置できるが、光ビームは円環体内で拡げられて円環体
内鏡面を数回反射して伝送されるため、反射ロスが大き
くなり、２０〜３０ｄＢの結合損失になるとの報告例も
ある。

本発明の目的は、前記した従来技術の欠点を解消し、低
損失で且つ回転軸芯が中空である新規な中空光ロータリ
ジヨイントを提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 本発明の要旨は、回転体と固定体とにそれぞれ設けられ
た光ファイバの間を、光学的に結合する光ロータリジヨ
イントにおいて、回転体及び固定体の光ファイバの入出
射端と対向するよう配置され、回転体の軸心に対してそ
れぞれｔＪ１斜した反射面を有すると共にその軸心と同
軸で回転自在に設けられた直角プリズム等の反射体と、
該反射体の軸芯部に設けられケーブル等を挿通するため
の貫通孔と、該反射体を回転体の１７２の角速度で回転
する変速歯車Ｒ祖とを篩えたものである。

［作用］ 上記の構成によれば、例えば、固定体側の光ファイバか
ら出射された光は直角プリズムなどの反射体の一方の反
射面から他方の反射面に反射されて回転側光ファイバに
入射する。この際回転体に対し、反射体が１７２の角速
度で回転するため固定側と回転Ｍ１との光フアイバ間に
反射ロスの少ない光学的な結合関係が保たれ、かつ反射
体の軸芯に貫通孔が形成されるためケーブル等を挿通で
きる。

［実施例」 以下本発明の好適実施例を添付図面に基づいて説明する
。

先ず、本発明の光ロータリジヨイントの動作・作用の原
理について第２〜６図により説明する。

第２図において、１１．１３は光ファイバ、１゜３は集
束性レンズ、５はミラー、９は反射体である直角プリズ
ムである。ここで光ファイバ１１、集束性レンズｌ、ミ
ラー５は固定体に取り付けられており、光ファイバ１３
、集束性レンズ３は回転体に取り付けられているものと
する。また回転体の回転軸をＺ軸とし、これに直交する
ようにＸ軸、ｙ軸をとる。直角プリズム９の中央部には
第２図に示したように貫通孔９ａが設けられている。

同図の光学系において、光ファイバ１１から出射した光
は、集束性レンズ１で平行ビームとなり、−転調線で示
す経路を伝搬し、ミラー５で反射して直角プリズム９に
入射する。そして直角プリズム９の反射面９ｂ、９ｃで
全反射して逆方向に戻り、集束性レンズ３で絞り込まれ
て回転側の光ファイバ１３に入射する。

ここで、直角プリズム９の反射面９ｂ、９ｃの交線をオ
、固定側の光ビームが直角プリズム９に入射する点をＦ
、回転側の光ビームが直角プリズムから出射する点をＭ
とする。そして、１．Ｆ。

Ｍをｘｙ平面に投影した様子を第３図に示す。

今、原点を０とし、線分オ、ＯＦ、ＯＭがＸ軸となす角
をθ、θ１．θ、とすると、点Ｆ、Ｍは線分Ｊに関して
対称であるから、 θ、−θ＝θ−θｌｌＩ（１） ＯＦ　＝　ＯＭ　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　ｃ＋なる関係が成立する０式（１）を変形してθ
、＝２θ−θｌ１ｌ（１）　’ ここで点Ｍが角速度ωで回転し、直角プリズムが角速度
ω／２で回転するとすると、 θ、＝θ、。七ωｔ θ＝θｏ＋−ｔｆ３＋ ここでｔは時間、θ１ｌｉｏ＋θ。は１＝０のときのθ
、、θの値である０式（３）を式（１）′　に代入する
と、θＦ＝２（θＯ＋−ｔ）（θ□。±ωＬ）＝２θ０
−θ、０ ＝　ｃｏｎｓｔ。

となり、点Ｉ？とＭは線分ｊに関して常に線対称であり
、従って、第２図の光ファイバ１１と１３は光学的接続
状態が維持される。ただし、光ビームが直角プリズム９
の貫通孔９ａを通る場合や点ＦとＭとが重なる場合は光
ビームがクラしてしまい光学的接続状態が維持できなく
なる。

そこで、光ビームを２つの分岐し、２つのうちの少なく
とも１つは光学的に接続しているようにする必要がある
。

この方法による２芯の光ロータリジヨイントの動作・作
用の原理について第４図について説明する。

同図において、ｌａ、ｌｂ、２ａ、２ｂは固定側の集束
性レンズ、３ａ、３ｂ、４ａ、４ｂは回転側の集束性レ
ンズである。また５ａ、５ｂ６ａ、６ｂはミラー、９は
反射体たる直角プリズムである６図には示していないが
２芯の光ファイバは台分岐器によって２対（４本）の光
ファイバに分けられている。まず、ｌ芯目の光フｒイバ
から分岐した１対の光ファイバは集束性レンズｌ　ａｌ
ｂに結合し、ミラー５ａ、５ｂ、直角プリズム９、集束
性レンズ３ａ、３ｂと結合している。また２芯目の光フ
ァイバから分岐した１対の光ファイバも集束性レンズ２
ａ、２ｂに結合し、ミラー６ａ、６ｂ、直角プリズム９
、集束性レンズ４ａ４ｂと結合している。さらに、集束
性レンズ３２ｉ３ｂ、４ａ、４ｂは図示せぬ２対の光フ
ァイバと結合し、再び台分岐器によって２芯の光ファイ
バと接続しているものとする。このときの各点ｘｙ平面
上に投影した様子を第５図に示す。

同図は、回転体が、Ｏ”（ａ）図、９０°（ｂ）図、１
８０°（Ｃ）図、２７０　’　（ｄ）図と回転したとき
の入出射端の光ビームの位置関係を示し、固定側の集束
性レンズｌａ、ｌｂ、２ａ、２ｂを口で、回転側の集束
性レンズ３ａ、３ｂ、４ａ、４ｂをＯで囲んで示したも
のである。固定側の４個の集束性レンズｌａ、ｌｂ、２
ａ、２ｂの位置関係は、１芯目から分岐した集束性レン
ズｌａ、ｌｂからの光が任意の回転位置に対応する回転
Ｉｌ］Ｉ４Ａ束性レンズ３ａ、３ｂのいずれか一方に必
ず光学的に接続するよう、同様２芯目の集束性ンレズ２
ａ、２ｂも任意の回転位置で対応する回転１ｌＩＩ集束
性レンズ４ａ、４ｂのいずれか一方に必ず光学的に接続
するようにされる。

第５図の例では、分岐された集束性レンズ１　ａ　＋２
ａとｌｂ、２ｂとは角度１３５゛離れた位置に設けられ
、まな１芯目の集束性レンズ１ａは回転体がＯ゛の位置
で線オ上にあるよう、また２芯目の集束レンズ２ａは、
１芯目の集束性レンズ２ａに対して３０°離れた位置に
あるよう設けられる。また回転側集束性レンズ３ａ、３
ｂ、４ａ、４ｂの回転径は、各芯の一方のレンズ３ａ、
４ａの径Ｄａが３０ｎＩｍ、他方のレンズ３ｂ、４ｂの
径Ｄｂか３５　ｉ　１１にされ、また対応する固定側集
束性レンズｌａ、２ａが径り９．レンズｊ、ｂ、２ｂが
径Ｄｂの円周上にあるよう設けられる。また直角プリズ
ム９の貫通孔９ａの径Ｄａは１１０ｎ１としである。

このときの光学的接続関係を第５図を基に説明すると、 （ａ）　Ｏ＠：　１　ａと３ａは重なってしまい断線状
態、他の３組は接続。

（ｂ）　９０°　：ｌｔ）と３ｂは貫通孔９ａにゲラし
て断線状態、他の３＃ｆｌは接続。

（ｃ）　１８０°　：１ａと３ａ、２ｂと４ｂは貫通孔
９ａにゲラして断線状ｉ、ｆＩ！！の２組は接続。

（ｄ）　２７０°　：１ｂと３ｂは重なってしない断線
状態、２ａと４ａは貫通孔９ａにゲラ して断線状態、ｆｌ！！の２組は接続。

さらに、回転体一回転における接続状態を第６図（ａ）
、　（１１）に示す、第６図（ａ）の上段は、１ａと３
ａで伝達される光レベル、２段目は１ｂと３ｂで伝達さ
れる光レベルである０分岐前の光レベルを１とすると、
上記２つの光レベルは最大で１７２、ビームの重なりや
、貫通孔でのクラレが生じると０になるが両者の和は３
段目に示したように常に１７２以上となり、接続状態が
保持されている。また、第６図（ｂ）の１段目と２段目
は２ａと４ａ、２ｂと４ｂに関する光レベルを示し、そ
の両者の和は３段目に同様に示した。

以上第２図〜第６図で本発明の原理について説明したが
、次に第１図により本発明の具体的な実施例を説明する
。

第１図は本発明の一実施例を示す断面図を示し、同図に
おいて１４は固定体であり、集束性レンズｌａ、ｌｂ、
ミラー５ａ、５ｂが固定されており、ベアリング１９ｂ
、１９Ｃを介してシャフト１７が取り付けられている。

また１５は回転体であり、集束性レンズ３ａ、３ｂ及び
平歯車１８ａが固定されている。さらに１６は直角プリ
ズムホルダであり、ホルダ１６に、反射体たる直角プリ
ズム９が取り付けられ、また外周に、平歯車１８ｄが取
り付けられている。

回転体１５は、ベアリング１９ａを介して固定体に取り
付けられており、自由に回転することができる。また、
直角プリズムホルダ１６はベアリング１９ｄ、１９ｅを
介して固定体１４に回転自在に保持されている。シャフ
ト１７には中間平歯車１８ｂ、１８ｃが固定されており
、両歯車１８ｂ、１８ｃはそれぞれ平歯車１８ａ、１８
ｄとかみ合っている。ここで、回転体１５が回転すると
回転力は平歯車１８ａ、中間平歯車１８ｂ、シャフト１
７、中間平歯車１８Ｃ１平歯車１８ｄ、直角プリズムホ
ルダ１６、という経路で伝達されると共に、変速歯車機
構としての４枚の平歯車１８ａ〜１８ｄの歯数を適当に
選ぶことによって直角プリズムホルダ１６が回転体１５
の１７２の角速度で回転するように構成されている。

光ファイバ１１を伝搬してきた光信号は台分岐器７で１
対の光ファイバｌｌａ、ｆｌｂに分けられる０両ファイ
バｌｌａ、ｌｌｂは固定体１４に取り付けられた集束性
レンズｌａ、ｌｂと結合し、平行ビームとされて同図に
破線で示した経路を伝搬する。すなわち、まずミラー５
ａ、５ｂで直角に光路を曲げられて直角プリズム９に入
射する。

入射したビームは直角プリズム９の反射面９ｂ。

９ｃで全反射して直角プリズム９から出射し、固定体１
４に取り付けられた集束性レンズ３ａ。

３ｂで絞り込まれ、固定体１４に取り付けられている光
ファイバ１３ａ、１３ｂに入射する。光ファイバ１３ａ
、１３ｂは台分岐器９で光ファイバ１３に接続されてい
る。このような構造とすることによって光ファイバ１１
と光ファイバ１３を光学的に接続することができる。

また、回転体１５、直角プリズムホルダ１６、直角プリ
ズム９にはそれぞれ貫通孔１５ａ。

１６ａ、９ａが形成されており、回転軸芯に中空部が設
けられ、これにより電気などのケーブルが挿通できるよ
うになっている。

第１図の実施例は１芯の光ロータリジヨイントであるが
、第４図、第５図に示したような位置関係とすることに
より２芯以上の多芯光ロータリジヨイントも実現できる
。

また、直角プリズム９のかわりにコーナリフレクタを用
いて反射体を構成しても同様の機能が得られる。

［発明の効果］ 以上本発明によれば、回転軸芯を中空にした１芯以上の
光ロータリ−ジヨイントを構築することができ、回転軸
上に液体、電気、気体等の供給系を配設できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す断面図、第２図および
第３図は本発明の光ロータリジヨイントの動作・原理の
説明図、第４図および第５図は本発明の２芯光ロータリ
ジヨイントの動作説明図、第６図は第４図の２芯光ロー
タリジヨイントの回転体の回転角度と伝達される光レベ
ルの関係を説明する図、第７図は従来の多芯光ロータリ
ジヨイントを示す断面図、第８図は従来の中空多芯光ロ
ータリジヨイントを示す斜視図である。 図中、ｌａ、ｌｂ、２ａ、２ｂは固定体側集束性レンズ
、３ａ、３ｂ、４ａ、４ｂは回転体ｐＪ集束性レンズ、
９は反射体としての直角グリズム、１１は固定側の光フ
ァイバ、１３は回転側の光ファイバ、１４は固定体、１
５は回転体、１８ａ〜１８ｄは変速歯車機構としての平
歯車である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、回転体と固定体とにそれぞれ設けられた光ファイバ
   の間を、光学的に結合する光ロータリジョイントにおい
   て、回転体及び固定体の光ファイバの入出射端と対向す
   るよう配置され、回転体の軸心に対してそれぞれ傾斜し
   た反射面を有すると共にその軸心と同軸で回転自在に設
   けられた直角プリズム等の反射体と、該反射体の軸芯部
   に設けられケーブル等を挿通するための貫通孔と、該反
   射体を回転体の１／２の角速度で回転する変速歯車機構
   とを備えたことを特徴とする中空光ロータリジョイント
   。