JP3145752U - Optical fiber left / right switching shutter - Google Patents

Abstract

【課題】２系統の光を交互に切替えるシャッタにおいて、切替え時以外は電力を消費せず、振動や姿勢変化に対し安定なモータ機構を提供する。
【解決手段】モータ１よりウォーム２を経由しギヤ３を減速駆動することにより、それ以降の外乱によりモータ軸が回ることを防止する。ギヤ３に敷設されたピン４がシャッタ板のカム溝６に沿って回転しシャッタ板をガイド８ａに沿って左右の直線往復運動に変換する。左右両端に敷設されたセンサによって安定な位置検出を実現する。
【選択図】図１To provide a motor mechanism that is stable against vibration and posture change in a shutter that alternately switches light of two systems without consuming electric power except during switching.
A motor 3 is driven at a reduced speed from a motor 1 via a worm 2 to prevent the motor shaft from rotating due to a subsequent disturbance. The pin 4 laid on the gear 3 rotates along the cam groove 6 of the shutter plate to convert the shutter plate into a left and right linear reciprocating motion along the guide 8a. Stable position detection is realized by sensors installed at both left and right ends.
[Selection] Figure 1

Description

本考案は、２系統のファイバ光を交互開閉する機械式シャッタの機構に関するものである。  The present invention relates to a mechanical shutter mechanism that alternately opens and closes two systems of fiber light.

光ファイバの重要な役割としては光通信用ケーブルの他に、柔軟性を有する取り扱いの楽な光伝送路として様々な用途に使われており、例えば分光計に入力するための光導波路としてその取り扱いが容易なことで普及し始めている。その分光計測の手順として、基準光と計測光を交互に切替えることが必要な場合がある。いわゆるシャッタ機構が要求されるが、その実現手段としては従来例えば図２に示されるように単にシャッタ板２４をモータに直結して回転往復により光束２０を断続するか、或いは電子的に液晶等を用いて光の透過を断続するのみで十分であった。  As an important role of optical fiber, in addition to optical communication cables, it is used in various applications as a flexible and easy-to-handle optical transmission line. For example, it can be used as an optical waveguide for input to a spectrometer. Is beginning to become popular. As a procedure for the spectroscopic measurement, it may be necessary to alternately switch the reference light and the measurement light. A so-called shutter mechanism is required, but as a means for realizing it, conventionally, for example, as shown in FIG. 2, a shutter plate 24 is simply connected directly to a motor and the light beam 20 is intermittently connected by reciprocating rotation, or a liquid crystal or the like is electronically used. It was sufficient to use and intermittently transmit light.

しかし、これらの方法では消費電力の点で常時電流を流すことにより開閉状態を維持する必要があり、長時間の屋外に置ける計測には適しないという欠点があった。  However, these methods have a drawback that it is necessary to maintain an open / closed state by always passing a current in terms of power consumption, which is not suitable for long-term outdoor measurement.

また更には、電源が緊急時或いは劣化によって十分な電流が供給出来ない場合には２系統の光が同時に遮断されるか、動作が不安定になるという信頼性の問題もある。このため電力が遮断されても現状態を維持できる機構が必要であり、その為には結局機械的にシャッタ機構を構成するのが最善であることが判明した。  Furthermore, there is a problem of reliability in that the two systems of light are cut off at the same time or the operation becomes unstable when the power supply is in an emergency or when a sufficient current cannot be supplied due to deterioration. For this reason, it is necessary to provide a mechanism that can maintain the current state even when power is cut off. For this purpose, it has been found that it is best to mechanically configure the shutter mechanism.

機械的にシャッタ板を移動させる方策として、図３に示されるようにねじ２２とナット２３を使用しシャッタ板２１をねじの軸方向にスライドさせる方法がある。しかしながらこの方法では、高速で確実に所定位置にシャッタ板を移動させるためには何らかのストッパ機構が必要であり、位置決めの際シャッタ板がストッパに衝突することによりモータ軸に直結されたねじとナットに大きな力が発生し、喰いつきを生じやすい欠点がある。従って逆方向へのシャッタ切替えが不可能となるか、逆方向へのモータ電流を大きく流さなければならない。  As a measure for mechanically moving the shutter plate, there is a method of sliding the shutter plate 21 in the axial direction of the screw using screws 22 and nuts 23 as shown in FIG. However, this method requires some kind of stopper mechanism to move the shutter plate to a predetermined position reliably at high speed. When positioning, the shutter plate collides with the stopper so that the screw and nut directly connected to the motor shaft are connected. There is a drawback that a large force is generated and biting is likely to occur. Therefore, it is impossible to switch the shutter in the reverse direction, or a large motor current in the reverse direction must be passed.

解決しようとする問題点は、左右光切替えのためのシャッタ板をモータで高速駆動する操作において停止位置の精度確保と、動作時以外には殆ど電力を消費しないことである。  The problem to be solved is to ensure the accuracy of the stop position in the operation of driving the shutter plate for switching between left and right light at high speed with a motor and to consume little power except during the operation.

本考案は、モータの回転運動をシャッタの直線運動に変換する際に、先ずウォームギヤの採用により停止時に従動側よりモータに力が加わることを防ぐとともに、従動ギヤホイールにピンを敷設してシャッタ板のカム溝により回転運動をシャッタ往復直線運動に変換することを最も主要な特徴とする。またシャッタ位置検出の為のセンサをシャッタ板の運動範囲の両端付近に置くことにより、シャッタ板の最も速度の遅くなった位置で速度の方向が変わる瞬間を安定に検知することが出来、センサの誤動作が防止できることとなる。  In the present invention, when the rotational motion of the motor is converted into the linear motion of the shutter, first, a worm gear is used to prevent a force from being applied to the motor from the driven side when stopped, and a shutter plate is provided by laying a pin on the driven gear wheel. The main feature is that the rotational movement is converted into the shutter reciprocating linear movement by the cam groove. In addition, by placing a sensor for detecting the shutter position near both ends of the movement range of the shutter plate, it is possible to stably detect the moment when the speed direction changes at the position where the speed of the shutter plate is the slowest. Malfunctions can be prevented.

本考案のシャッタ切替え機構は、電力を切った状態で常にそのままの状態を維持でき、シャッタの動作に特にブレーキ機構やストッパ等が必要なくの無駄な外力や電力を使わず、殆ど摩擦抵抗も無いことからエネルギー効率が非常に良く、屋外でのバッテリー使用に適しているという利点がある。ウォームギヤ機構の組込により、装置全体が傾いたり振動する場合でも動作には殆ど影響がない。  The shutter switching mechanism of the present invention can always maintain the same state when the power is cut off, and does not use a wasteful external force or electric power that does not require a brake mechanism or a stopper in particular for the operation of the shutter, and has almost no frictional resistance. Therefore, there is an advantage that the energy efficiency is very good and the battery is suitable for outdoor use. By incorporating the worm gear mechanism, even if the entire apparatus is tilted or vibrates, the operation is hardly affected.

シャッタ板に長方形状の薄い板金を用い、その両端付近で左右のファイバ光を遮断する方式とし、シャッタ板の裏側には回転駆動ピンとギヤホイールを配置し、ウォーム軸をシャッタ板と平行にしてベース板７上にモータ１を取り付ける構造とすることにより、光軸方向に関し最小の厚みでシャッタ機構を実現することが出来、装置の小型化が実現した。  A rectangular thin sheet metal is used for the shutter plate and the right and left fiber light is blocked near both ends. A rotation drive pin and gear wheel are arranged on the back side of the shutter plate, and the worm shaft is parallel to the shutter plate. With the structure in which the motor 1 is mounted on the plate 7, the shutter mechanism can be realized with a minimum thickness in the optical axis direction, and the apparatus can be downsized.

図１は、本考案装置の１実施例の斜め透視図であって主要構成部品の配置を示している。駆動源であるモータはシャッタ板６に平行に背後に設置されたベース板７（図６）に取り付けられ、その回転軸先端にウォーム２が固定されている。ウォームにより駆動されるギヤホイール３は同じくベース板７に垂直に回転自在に支持され、所定の減速比で回転運動を行う。ギヤホイールと一体に中継用円板４ａ（図６）が固定され、その外周付近にはピン４が敷設されており、ピンの回転によりシャッタ板は縦方向に空けられたカム溝に沿って駆動力が与えられる。図４、５に示されるように、シャッタ板は４本のガイド軸８のガイド部８ａにより縦方向の運動を規制されて案内支持される結果、横方向に限定された往復運動をすることになる。これにより、図５に示すように２系統のファイバ光２０が交互に遮断されることが分かる。なお上記中継用円板４ａは試作上の高さ調整用の部品であり、本来ギヤホイール３とピン４が一体となった構成でも全く支障は無い。図７（ａ），（ｂ），（ｃ）はシャッタ板の主要な位置におけるギヤホイール、ピンの位置関係を示したものである。  FIG. 1 is an oblique perspective view of one embodiment of the device of the present invention, showing the arrangement of main components. A motor as a driving source is attached to a base plate 7 (FIG. 6) installed behind the shutter plate 6 in parallel, and the worm 2 is fixed to the tip of the rotating shaft. Similarly, the gear wheel 3 driven by the worm is supported by the base plate 7 so as to be freely rotatable in a vertical direction, and rotates at a predetermined reduction ratio. A relay disc 4a (FIG. 6) is fixed integrally with the gear wheel, and a pin 4 is laid near the outer periphery thereof. The shutter plate is driven along a cam groove that is vertically spaced by the rotation of the pin. Power is given. As shown in FIGS. 4 and 5, the shutter plate is guided and supported by the guide portions 8 a of the four guide shafts 8 in the vertical direction, so that the shutter plate performs a reciprocating motion limited in the horizontal direction. Become. Thereby, as shown in FIG. 5, it turns out that the two systems of fiber light 20 are interrupted | blocked alternately. The relay disk 4a is a prototype height adjustment component, and there is no problem even if the gear wheel 3 and the pin 4 are integrated integrally. 7A, 7B and 7C show the positional relationship between the gear wheel and the pin at the main positions of the shutter plate.

図６、７の位置センサ９については、直接シャッタ板の両端部を検知する方式とし、ベース板７上に左右両端を検出するよう位置決めした。（９ａ，９ｂ）この位置は丁度シャッタ板の運動方向が反転する場所であるので、センサを横切る速度はゼロに近く誤動作が最も少なくなる場所である。従ってセンサ検出による正確な位置決めが可能となっている。  The position sensor 9 shown in FIGS. 6 and 7 is a system that directly detects both ends of the shutter plate, and is positioned on the base plate 7 so as to detect both left and right ends. (9a, 9b) Since this position is a place where the moving direction of the shutter plate is just reversed, the speed across the sensor is close to zero and the place where the malfunction is minimized. Therefore, accurate positioning by sensor detection is possible.

図８にはセンサ９ａ，９ｂによるモータ１の駆動制御回路について最も簡単な事例を示した。センサの形式は今回は機械的なマイクロスイッチを省電力・安定性から選択したが、これはホトセンサ等の非接触式のものでも勿論差し支えない。モータドライバの形式は正逆反転機能を備えた通常のＩＣで十分である。  FIG. 8 shows the simplest case of the drive control circuit for the motor 1 using the sensors 9a and 9b. As a sensor type, a mechanical micro switch is selected from the viewpoint of power saving and stability this time, but it may of course be a non-contact type such as a photo sensor. As a motor driver, a normal IC having a forward / reverse inversion function is sufficient.

光ファイバからの光を太い平行光にコリメートし、更に再び集光してファイバ入口に案内するための凸レンズ群１０はこのシャッタ機構全体を収納する外箱に直接固定する構造となっている。（図６右側面図）  The convex lens group 10 for collimating the light from the optical fiber into a thick parallel light, condensing it again, and guiding it to the fiber entrance is directly fixed to the outer box housing the entire shutter mechanism. (Figure 6 right side view)

省電力化を達成した小型光ファイバ切替えスイッチの実現により、安価で信頼性の高い長時間の光計測が可能となった。  The realization of a compact optical fiber changeover switch that has achieved power savings has enabled low-cost and highly reliable long-term optical measurement.

本考案シャッタ機構の全体図（斜影図）である。It is a general view (shaded view) of the shutter mechanism of the present invention. 従来型モータ直結シャッタ例である。It is an example of a conventional motor direct-coupled shutter. ねじ駆動型シャッタ機構の例を示す図である。It is a figure which shows the example of a screw drive type shutter mechanism. ウォーム軸の回転とシャッタ板の連動を示す図である。It is a figure which shows the rotation of a worm shaft, and the interlocking | linkage of a shutter board. シャッタ板運動方向と光の進行方向を示す図である。It is a figure which shows a shutter board movement direction and the advancing direction of light. シャッタ機構の正面図、及び側面図はレンズ取付け状況を示す。The front view and side view of the shutter mechanism show the lens mounting situation. シャッタ位置決め状態における主要部品の配置を示す図である。It is a figure which shows arrangement | positioning of the main components in a shutter positioning state. シャッタ駆動回路例である。It is an example of a shutter drive circuit.

符号の説明Explanation of symbols

１ モータ
２ ウォーム
３ ギヤホイール
４ ピン ４ａ 中継用円板
５ カム溝
６ シャッタ板
７ ベース板
８ シャッタ板ガイド軸 ８ａ ガイド部
９ 位置センサ ９ａ右センサ ９ｂ 左センサ
１０ コリメータレンズ
１１ 外箱ケース
２０ ビーム光
２１ シャッタ板（従来例）
２２ ねじ
２３ ナットDESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Motor 2 Worm 3 Gear wheel 4 Pin 4a Relay disc 5 Cam groove 6 Shutter plate 7 Base plate 8 Shutter plate guide shaft 8a Guide part 9 Position sensor 9a Right sensor 9b Left sensor 10 Collimator lens 11 Outer box case 20 Beam light 21 Shutter plate (conventional example)
22 Screw 23 Nut

Claims (2)

シャッタの切替え時以外は一切モータ電流を消費せずに開閉状態を保持することが可能な機械式シャッタ機構を組み込んだことを特徴とする２系統のファイバ光切替えシャッタ。  A two-system fiber-optic switching shutter characterized by incorporating a mechanical shutter mechanism capable of maintaining an open / closed state without consuming any motor current except when the shutter is switched. モータの回転運動をウォーム及びギヤホイールに伝達し、ホイール側面に設置したピンの回転運動を一定の直線運動に変換するためにその直線と直角方向にピン摺動用の溝部を有するシャッタ板とその直角方向の動きを押さえる為に設置された規制部材とにより、ホイールと共に回転するピンの直線方向の運動成分のみに追随するカム機構を構成するシャッタを特徴とする請求項１に記載のファイバ光左右切替えシャッタ。  In order to transmit the rotational motion of the motor to the worm and the gear wheel, and to convert the rotational motion of the pin installed on the side of the wheel into a constant linear motion, a shutter plate having a groove for sliding the pin in a direction perpendicular to the straight line and its right angle 2. A fiber light left / right switch according to claim 1, wherein a shutter that constitutes a cam mechanism that follows only a linear motion component of a pin that rotates together with a wheel by a regulating member that is installed to suppress movement in a direction. Shutter.

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