JPS63250871A - 波長多重形ロ−タリフオトカプラ - 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） 本発明は、回転自在に結合され、多チャネルの双方向伝
送もしくは単方向伝送か可能な波長多重形ロータリフォ
トカプラに関するものである。

（従来の技術〉 一般に、クレーン等における回転装置とその制御装置等
の固定装置との間の信号の伝送を行なう場合、信号の受
渡しを行なうための回転可能なカップリング装置が必要
となる。

従来、この種のカップリング装置としては、例えば第２
図に示すようなものがあった。以下、その構成を説明す
る。

第２図は従来のカップリング装置の一構成例を示す斜視
図である。

このカンプリング装置は、回転装置と固定装置とを電気
的【こ接続するもので、回転装置側に設けられ回転装置
と共に回転する円筒状の回転体１を有している。回転体
１の円周表面には絶縁体を介して導電性のリング状のス
リップリング２が設けられており、このスリップリング
２は回転装置側の電気機器等にケーブルを介して接続さ
れている。

スリップリング２には、固定装置側に設けられた導電性
のブラシ３が接触しており、このブラシ３はケーブルを
介して固定装置側の制御装置等に接続されている。

以上の構成において、回転装置が回転するとそれに応じ
て回転体１が回転するが、その円周表面に設けられたス
リップリング２は、固定装置側のブラシ３に接触してお
り、これらは摺動しながらその電気的接続を保っている
。したがって、固定装置側と回転装置側の間の電気信号
の受渡しは、ブラシ３とスリップリング２を介して行な
われ、両者円滑な信号伝送が可能となる。

このようなカップリング装置は、例えばｍＭかつ精細な
動作が要求される装置において、多チＶネルの電気信号
を固定装置側と回転装置側の双方向に伝送するために、
多数のスリップリング２及びブラシ３の組み合わせが必
要となる。

（発明が解決しようとする問題点） しかしなから、上記構成のカップリング装置、特に多チ
ヤネル伝送を行なう装置においては、次のような問題点
がおった。

（１）機械的な摺動接触により電気的な接続がなされて
いるので、摺動接触部の摩耗や疲労による劣化等のため
に接触不良を生じ易い。特に、多数のスリップリング２
とブラシ３を有する装置においては、その発生頻度が非
常に高くなる。

（２）摺動接触部に火花が発生し易く、しかも摺動接触
部を気密に保持することか難しいため、防：曝を必要と
する場所では使用できない。

（３）機械的な摺動接触であるため、多数の接触部から
伝送信号に対する雑音を発生し易い。

（４）摺動接触部の摩耗、劣化及び火花による溶融等を
生じ易く、短周期の保守・点検及び部品の換装が必要で
ある。特に、多数のスリップリング２とブラシ３を有す
る場合には、これに要する工数は多大なものとなる。

本発明は、前記従来技術がもっていた問題点として、接
触不良を生じ易い点、防爆区域では使用不可能な点、雑
音の発生原因となる点及び短周期の保守・点検と部品換
装が必要な点について解決した波長多重形ロータリフォ
トカプラを提供するものである。

（問題点を解決するための手段） 本発明は前記問題点を解決するために、発光素子と受光
素子の少なくともいずれか一方を複数個有すると共に該
発光素子及び受光素子と光学的に結合された第１の共通
ポートを有する第１の光合分波器と、前記発光素子に対
応した他の受光素子及び前記受光素子に対応した他の発
光素子を有すると共に該他の受光素子及び他の発光素子
と光学的に結合された第２の共通ポートを有する第２の
光合分波器とを備え、前記第１及び第２の共通ポートの
光軸を一致させ該光軸を中心として回転自在に前記第１
及び第２の光合分波器を連結することにより、波長多重
形ロータリフォトカプラを構成したものでおる。

（作　中） 本発明によれば、以上のように波長多重形ロータリフォ
トカプラを構成したので、共通ポートの光軸を中心とし
て回転自在に連結された第１及び第２の光合分波器は、
従来の回転部における機械的手段による電気信号の伝送
を、光信号の伝送に代えることを可能とする働きをする
。また、前記第１及び第２の光合分波器に、それぞれ対
応して設けられた複数の発光素子と受光素子は、１個の
ロータリフォトカプラによる多チャネルの双方向伝送も
しくは単方向伝送を可能にする動きをする。

これらの働きは、機械的な摺動接触部を不要とし、これ
に起因する接触不良、火花及び雑音の発生を防止する作
用をもたらすと共に、摺動接触部の煩わしい保守・点検
及び部品換装作業を不要にする。したがって、前記問題
点を除去することができる。

（実施例） 第１図は本発明の実施例を示す波長多重形ロークリフォ
トカプラの基本的な構成図であり、第３図は第１図の波
長多重形ロータリファｔトカプラの一構成例を示すもの
である。

第１図において、この波長多重形ロータリフォトカプラ
は、一対をなしてカプラ本体を構成する第１のケース１
１と第２のケース１２を有しており、これらは回転自在
に連結されている。第１．第２のケース１１．１２には
、それぞれ第１の光合分波器１３と第２の光合分波器１
４が対向して収容されている。第１の光合分波器１３は
、ｎ個の発受光部１５−１〜１５−ｎとこれに接続され
たｎ個の電気信号用の入出力端子１６−１〜１６−〇を
有しており、第２の光合分波器１４も同様に、ｎ個の発
受光部１７−１〜１７−０とｎ個の入出力端子１８−１
〜１８−〇を有している。

前記第１．第２の光合分波器１３．１４は互いに対向す
る中心部にそれぞれ第１及び第２の共通ボーＨ９，２０
を有しており、これらの光軸は同軸上に一致すると共に
、前記第１．第２のケース１１．１２の回転軸に一致す
るように設定されている。

このように構成される波長多重形ロータリフォトカプラ
において、第１のケース１１の入出力端子１６−１〜１
６−〇と第２のケース１２の入出力端子１８−１〜１８
−〇は、発受光部１５−１〜１５−ｎ、　１７−１〜１
７−ｎの電気・光変換或は光・電気変換により、それぞ
れ波長２１〜λｎの光信号を介して接続されている。

上記の基本的な波長多重形ロータリフォトカプラの一構
成例として第３図のようなものが挙げられる。

この波長多重形ロータリフォトカプラは４チヤネル双方
向伝送が可能なものであり、回転自在に連結された第１
のケース１１と第２のケース１２には、それぞれ第１の
光合分波器１３と第２の光合分波器１４が収容されてい
る。第１．第２の光合分波器１３゜１４は、それぞれ発
光素子２１−１．２１−２と発光素子２１−３．２１−
４を有しており、これらはそれぞれの入力端子２２−１
．２２−２と入力端子２２−３．２２−４に接続されて
いる。

前記第１の光合分波器１３の発光素子２１−１．２１−
２に対応して、第２の光合分波器１４には受光素子２３
−１．２３−２が設けられており、これらはそれぞれ出
力端子２４−１．２４−２に接続されている。また、第
２の光合分波器１４の発光素子２１−３．２１−４に対
応して、第１の光合分波器１３には受光素子２３−３．
２３−４が設けられており、これらはそれぞれ出力端子
２４−３．２４−４に接続されている。

上記構成の波長多重形ロータリフォトカプラにおいて、
第２のケース１２が例えば矢印Ａの如く回転しているも
のとする。この場合において、第１のケース１１の入力
端子２２−１．２２−２からそれぞれ入力された電気信
号は、発光素子２１−１．２１−２により波長λ１．λ
２の光信号に変換され、第１の光合分波器１３を経て第
１の共通ポート１９に達する。この際、第２の光合分波
器１４は第２のケース１２と共に回転しているが、その
回転軸は共通ポート１９゜２０の光軸に一致しているの
で、前記共通ポート１９に達した光信号は、回転に妨げ
られることなく共通ポート２０に入射する。共通ポート
２０に入射した光信号は、第２の光合分波器１４内のそ
れぞれの経路を経て受光素子２３−１．２３−３に達し
、そこで電気信号に変換されて出力端子２４−１．２４
−２から出力される。

同様に、第２のケース１２の入力端子２２−３．２２−
４から入力された電気信号は、発光素子２１−３．２１
−４により波長λ３．λ４の光信号に変換された後、第
１のケース１１の受光素子２３−３．２３−４に達する
。

そこで再び電気信号に変換され、出力端子２４−３゜２
４−４から出力される。

以上の波長多重形ロータリフォトカプラの具体的な構成
は第４図及び第５図に示される。第４図は第３図の波長
多重形ロータリフォトカプラの具体例を断面図で示した
ものであり、さらに第５図は第４図の波長多重形ロータ
リフォトカプラを１８０°回転した図でおる。

第４図において、この波長多重形ロータリフォトカプラ
の第１．第２のケース１１．１２はボールベアリング３
０により回転自在に連結されている。各ケース１１．１
２に収容された第１．第２．の光合分波器１３．１４の
発光素子２１−１〜２１−４及び受光素子２３−１〜２
３−４には、光結合効率を高めるためにそれぞれロッド
レンズ３１−１〜３１−４．３３−１〜３３−４が８堪
ブられている。

前記第１の光合分波器１３の発光素子２１−１．２１−
２及び受光素子２３−３．２３−４と、第２の光合分波
器１４の受光素子２３−１．２３−２及び発光素子２１
−３．２１−４とは、それぞれ対向する位置に互いの光
軸が一致するように配置され、さらに発光素子２１−１
と受光素子２３−１の光軸が、共通ポート１９．２０の
光軸に一致するように設定されている。

第１．第２の光合分波器１３．１４のそれぞれには、各
発光素子２１−１〜２１−４及び各受光素子２３−１〜
２３−４の光軸上に、誘電体多層膜等を使用した干渉膜
形フィルタ３４−１〜３４−４．３５−１〜３５−４が
設けられている。また、発光素子２１−２、受光索子２
３−３．２３−４及び発光素子２１−３．２１−４、受
光素子２３−２の光軸上には、全反射用の反射部材、例
えばミラー３６．３７が傾斜して配置されている。前記
干渉膜形フィルタ３４−１〜３４−４．３５−１〜３５
−４は、それぞれに対応する固有の波長λ１〜λ４の光
信号のみを透過させ、それ以外の光信号を全反射させる
機能を有している。

次に動作について説明する。

第４図の状態において、例えば第２の光合分波器１４の
入力端子２２−３から入力した電気信号は、発光素子２
１−３により波長λ３の光信号に変換され、ロッドレン
ズ３１−３で平行ビームにされて出射される。この光信
号はフィルタ３４−３を通過してミラー３７で全反射し
た後、順次フィルタ３５−２、ミラー３７及びフィルタ
３５−１で全反射し、共通ポート２０から第１の光合分
波器１３の共通ポート１９に入射する。。

第１の光合分波器１３に入射した波長λ３の光信号は、
順次フィルタ３４−１、ミラー３６、フィルタ３４−２
及びミラー３６で全反射した後、フィルタ３５−３を通
過し、ロッドレンズ３３−３により収束されて受光素子
２３−３に入射する。受光素子２３−３に入射した光信
号は、そこで電気信号に変換され、出力端子２４−３か
ら出力される。

ここで、第５図のように第２のケース１２が、ボールベ
アリング３０を介して例えば１８０°回転した場合にお
いても、共通ポート１９．２０の光軸は回転軸に一致し
ているので連結は維持され、第４図と同様な光結合が可
能となる。また、前記関係は如何なる回転角においても
維持される。

このように、第１のケース１１の光合分波器１３と第２
のケース１２の光合分波器１４とは、共通ポート１９、
２０の同一光軸を中心にして回転するため、両者間の光
伝送は回転状態においても可能である。

それ故、１個の波長多重形ロータリフォトカプラにより
、回転状態の複数チャネルの電気信号を光信号の伝送に
代えることができる。したがって、本実施例では次のよ
うな利点を有する。

■　回転する第１．第２のケース１１．１２間の複数チ
ャネルの信号伝送は、光学的手段により達成される。そ
れ故、電気信号の伝送に必要な機械的１習動接触が不要
となり、これに起因する接触不良は生じないので、信頼
性の高い多チャネルの双方向伝送が可能となる。

■　機械的摺動接触部がないので、火花は発生せず、防
爆区域においても安全に使用することができる。

■　摺動接触に起因する雑音が伝送信号に生じることは
ない。

■　従来のスリップリング機構において必要な保守・点
検及び部品の換装が不要になると共に、信頼性も著しく
向上する。

なお、本発明は図示の実施例に限定されず、種々の変形
が可能であり、例えば次のような変形例が挙げられる。

（イ）　第１．第２のケース１１．１２に設けられた第
１．第２の光合分波器１３．１４を構成するロッドレン
ズ３１−１〜３１−４．３３−１〜３３−４、フィルタ
３４−１〜３４−４．３５−１〜３５−４及びミラー３
６．３７は、球レンズ及びプリズム等を用いた他の光学
系で構成してもよい。

（ロ）　第１．第２のケース１１．１２の間隙部に遮蔽
部材を設けることにより、水分や外部の光の侵入を防止
する構造にすることも可能である。

（ハ）　第１．第２のケース１１．１２の回転殿構及び
その構造は、図示のものに限定されず、例えばローラベ
アリングや、すべり軸受等による回転機構とすることも
できる。

（ニ）　第１．第２のケース１１．１２は、発光素子２
１−１〜２１−１４に接続された発光素子駆動回路と、
受光素子２３−１〜２３−４に接続された電気信号増幅
用の受光増幅回路とを有する構成とすることも可能でお
る。

（ホ）　本実施例では、多チヤネル双方向伝送の場合に
ついて示したが、多チヤネル単方向伝送に適用すること
も勿論可能である。

（発明の効果） 以上詳細に説明したように本発明によれば、第１及び第
２の光合分波器を共通ポートの光軸を中心として回転自
在に連結し、これらの光合分波器にそれぞれ対応した複
数の発光素子と受光素子を設けたので、従来の機械的な
１ｍ動接触による多チヤネル電気信号の伝送を光信号の
伝送に代えることができる。

これにより、機械的な摺動接触に起因する接触不良や雑
音を防止でき、信頼性の高い多チヤネル伝送が可能にな
る。また、火花を発生しないので、防爆区域においても
爆発の危険はなく、安全性か高い。さらに、従来の摺動
接触部の多大な手間を必要とする保守・点検及び部品換
装作業が不要となり、これに要する工数等を大幅に削減
できるという効果も期待できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す波長多重形ロータリフォ
トカプラの基本構成図、第２図は従来のカップリング装
置の斜視図、第３図は第１図の波長多重形ロータリフォ
トカプラの一構成例を示す構成図、第４図は第３図の波
長多重形ロータリフォトカプラの具体例を示す断面図、
第５図は第４図の波長多重形ロータリフ第１〜カプラが
１８０°回転したときの断面図である。 １１・・・・・・第１のケース、１２・・・・・・第２
のケース、１３・・・・・・第１の光合分波器、１４・
・・・・・第２の光合分波器、１５−１〜１５−ｎ、　
１７−１〜１７−ｎ・・・・・・発受光部、１６−１〜
１６−ｎ、　１８−１〜１８−ｎ・・・・・・入出力端
子、１９・・・・・・第１の共通ポート、２０・・・・
・・第２の共通ポート、２１−１〜２１−４・・・・・
・発光素子、２２−１〜２２−４・・・・・・入力端子
、２３−１〜２３−４・・・・・・受光素子、２４−１
〜２４−４・・・・・・出力端子、３０・・・・・・ボ
ールベアリング、３１−１〜３１−４゜３３−１〜３３
−４・・・・・・ロッドレンズ、３４−１〜３４−４゜
３５−１〜３５−４・・・・・・干渉膜形フィルタ、３
６．３７・・・・・・ミラー。 出願人代理人　　柿　　本　　恭　　成１１：第１のケ
ース 第１図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、発光素子と受光素子の少なくともいずれか一方を複
   数個有すると共に該発光素子及び受光素子と光学的に結
   合された第１の共通ポートを有する第１の光合分波器と
   、 前記発光素子に対応した他の受光素子及び前記受光素子
   に対応した他の発光素子を有すると共に該他の受光素子
   及び他の発光素子と光学的に結合された第２の共通ポー
   トを有する第２の光合分波器とを備え、 前記第１及び第２の共通ポートの光軸を一致させ該光軸
   を中心として回転自在に前記第１及び第２の光合分波器
   を連結したことを特徴とする波長多重形ロータリフォト
   カプラ。 ２、前記第１及び第２の光合分波器は、光の波長に応じ
   てその光を通過または反射させる干渉膜形フィルタと、
   前記光を全反射する反射部材とを、それぞれ有する特許
   請求の範囲第１項記載の波長多重形ロータリフォトカプ
   ラ。