JP4080503B2 - 非接触コネクタ - Google Patents

Description

本発明は，データの送受信を非接触で行う非接触コネクタに関する。詳しくは，回転体の回転軸位置に設けられた反射体を介して回転体の発光体或いは受光体とこれに対向する固定体の受光体或いは発光体とで非接触によるデータの送受信を行う非接触コネクタに関する。

従来から，種々のシステムにおいて回転側と固定側との間でデータの送受信が行われていた。例えば，回転可能な台上にカメラが設けられ，カメラからの映像信号等を固定側の信号処理部に送信する，などである。この場合に，カメラと信号処理部との間に直接配線を接続することで，カメラからの映像信号を固定側の信号処理部に送信するようにしていた。ところが昨今，配線の無線化技術の進展により，直接配線を接続しなくても回転側と固定側の間でデータの送受信を行うことができるようになった。

しかし，回転側で撮像等の動作を行わせるためには回転側に電力を供給しなければならないが，固定側から回転側への非接触による電力供給が困難であるという問題点があった。

このため，従来では，円盤状の回転体上部に発光素子と，この発光素子と対向する固定体側の位置に受光素子とを複数設け，データの送受信を非接触で行うとともに，回転側と固定側との間で回転トランスを構成して，固定側から回転側に非接触による給電を実現させていた（例えば，以下の特許文献１）。
特開２００２−７５７６０号公報

しかしながら，特開２００２−７５７６０号では，データの通信速度が高速化すると必ずしも回転体の発光素子から固定体の受光素子にすべてのデータを送信できるとは限らなかった。すなわち，特開２００２−７５７６０号では，回転体の回転に伴い光素子間の非接触による光接続が途切れないように，発光素子からの光路を順次他の受光素子に切り換えるようにしている。このような切り換え方式では，光路を切り換えるための処理時間よりも速いデータ伝送が必要となる場合には高速通信の連続性を確保することができない，という課題があった。

そこで，本発明は上記問題点に鑑みてなされたものでその目的は，高速通信の連続性を確保した非接触コネクタを提供することにある。

上記目的を達成するために本発明は，回転軸を中心に回転する回転体に配置された回転側光素子と，固定体に配置された固定側光素子を有して構成され，前記回転側光素子と対応する前記固定側光素子との間で，非接触状態でデータの送受信を行う非接触コネクタにおいて，前記回転体には，前記回転軸位置に前記回転側光素子又は前記固定側光素子から発光された光を反射する反射体を備え，前記回転側光素子と前記固定側光素子との間で前記反射体を介して形成される光路は前記回転軸と略直交し，前記回転側光素子又は前記固定側光素子が前記反射体からの反射光を受光するよう，前記回転側光素子と前記固定側光素子との間で前記反射体を介した光路を形成する，ことを特徴とする。
これにより，例えば，回転体の回転に伴いどの位置に位置したときでも発光体として機能する回転側光素子から発光された光は，反射体で反射され，特定の受光体として機能する固定側光素子に向かうため常に切断のない光路が実現でき，通信の連続性が確保される。

また，本発明の上記非接触コネクタにおいて，
前記回転側光素子は前記回転軸と直交する前記回転体の円盤面上に配置され，前記固定側光素子は前記回転体の円盤面と略平行な前記固定体の平面上に配置されることを特徴とする。これにより，例えば，回転側光素子と固定側光素子との間で反射体を介して形成される光路は回転軸と垂直な平面内に形成され，かかる平面内で通信の連続性が確保される。

更に，本発明は上記非接触コネクタにおいて，
前記回転体の回転速度又は回転角を検出する検出部と前記検出部で検出されたデータを用いて前記反射体の回転速度又は回転角を駆動制御する反射体駆動部とを備えることを特徴としている。これにより，例えば，前記回転体を希望の回転速度又は回転角に駆動し制御することができる。

更に，本発明は上記非接触コネクタにおいて，
前記検出部で検出されたデータを用いて，任意の前記回転側光素子から任意の前記固定側光素子への光路を構成するよう前記反射体の回転速度又は回転角を演算する演算手段を備えることを特徴とする。これにより，例えば，回転体が回転時にも，任意の回転速度又は回転角に前記回転体を駆動し制御する入力値を計算し，入力することができる。

更に，本発明は上記非接触コネクタにおいて，
前記回転体の回転及び静止時に，前記回転体の回転速度又は回転角の半分の値を前記反射体駆動部に入力制御し，特定の光素子からの光の光路を特定の光素子に常に接続するコネクタ機能と，所定の回転速度又は回転角を前記反射体駆動部に入力制御し，所定の光素子からの光の光路を所定の光素子に切換えるスイッチ機能を同一装置構成で有することを特徴とする。これにより，例えば，回転体の回転時にも，反射体を回転体の半分の回転角度又は回転角で駆動することによって，回転体の回転により前記回転側発光体の位置が変化しても特定の固定側受光体に必ず光が向かうコネクタ機能を持ったデバイス，また外部からの設定角に反射体を駆動することによってスイッチ機能を持ったデバイスができる。また当然，静止時にもコネクタ機能を持ったデバイス及びスイッチ機能を持ったデバイスを得ることができる。

更に，本発明は上記非接触コネクタにおいて，
前記回転側光素子は前記回転体の円盤面上の任意の位置に複数配置され，前記固定側光素子は前記固定体に複数配置され，更に， 前記固定側光素子が前記回転側光素子と前記反射体で入反射する光路線分上に位置したとき，前記反射体を介して前記各回転側光素子との間で光路が形成されるように前記各固定側光素子が前記固定体に複数配置されることを特徴とする。これにより，例えば，複数の回転側光素子及び固定側光素子を用いて，切断のない光路が形成されるとともに多チャンネルデータの送受信を非接触で行うことができる。

更に，本発明は上記非接触コネクタにおいて，
前記回転体の円盤面上の任意の位置に，発光機能を有する回転側光素子と，受光機能を有する回転側光素子とが混合して配置され，前記発光機能を有する回転側光素子から発光された光の受光機能を有する固定側光素子と，前記受光機能を有する回転側光素子に向けて光を発光する発光機能を有する固定側光素子とが前記固定体に混合して配置され，前記発光機能を有する固定側光素子又は前記受光機能を有する固定側光素子が，前記受光機能を有する回転側光素子又は前記発光機能を有する回転側光素子と前記反射体で入反射する光路線分上に位置したときに，前記反射体を介して前記発光機能を有する回転側光素子と前記受光機能を有する回転側光素子との間でそれぞれ光路が形成されるよう前記受光機能を有する固定側光素子と前記発光機能を有する固定側光素子とが混合して配置されることを特徴とする。これにより，例えば，発光機能を有する光素子と受光機能を有する光素子とが回転体と固定体に混合して配置されているため，多チャンネルでしかも同時双方向性のあるデータの送受信を非接触で行うことができる。

更に，本発明は上記非接触コネクタにおいて，
前記回転軸と略垂直な面内にある前記回転側光素子と前記固定側光素子とが前記回転軸と略平行にそれぞれ前記回転体と前記固定体に複数段配置され，各段において前記回転側光素子と前記固定側光素子との間で光路が形成されることを特徴とする。これにより，例えば，多チャンネルのデータの送受信を非接触で行うことができる。

更に，本発明は上記非接触コネクタにおいて，
前記回転側光素子又は前記固定側光素子で受光したデータが入力され，複数の出力段のうち要求された出力段に前記データを出力する切り換え手段を備えることを特徴とする。これにより，例えば，ユーザの所望する出力ポートに入力データを出力させることができる。

更に，本発明は上記非接触コネクタにおいて，
前記回転体及び前記固定体のそれぞれにトランスコアとトランス巻線とから構成された回転トランスを備えることを特徴としている。これにより，例えば，回転体と固定体との間で非接触による給電を行わせることができる。

更に，本発明は上記非接触コネクタにおいて，
前記回転体と前記固定体は互いに嵌合可能な構造で，前記回転体の回転する方向に向けて前記回転体がどの位置に嵌合されても前記回転側光素子と前記固定側光素子との間で前記反射体の初期角度を演算し，所定の光路を形成させるブラインドメーティング機能を備えることを特徴とする。これにより，回転体と固定体との間でブラインドメーティング機能を備えた非接触コネクタを提供することができる。

更に，本発明は上記非接触コネクタにおいて，
前記固定側光素子は前記回転軸方向に，前記回転側光素子と異なる高さに配置され，前記回転側光素子は前記回転軸と直交する前記回転体の平面盤に対して前記固定側光素子との間で光路が形成されるような角度で配置されることを特徴とする。これにより，例えば，発光体として機能する回転側光素子自身によって光路が阻害されることなく回転側光素子から発光された光は反射体を介して受光機能を有する固定側光素子で受光することができる。

更に，本発明は上記非接触コネクタにおいて，
前記反射体は，前記回転体の回転に伴い前記回転側光素子と前記固定側光素子との間に前記反射体が位置したときに，前記回転軸から光路の光束径の距離に反射面を有し，前記回転側光素子と前記固定側光素子との間で光路が阻害されない構造であって，かつ，両面が鏡面であることを特徴とする。これにより，発光体として機能する回転側光素子から発光された光は反射体によって阻害されることなく受光体として機能する固定側光素子で受光することができる。

更に，本発明は上記非接触コネクタにおいて，
前記回転側光素子及び前記固定側光素子が，発光素子として機能するとき光ファイバー出光端で形成し，受光素子として機能するとき光ファイバー入光端で構成され，前記反射体を介して，光ファイバー出光端と光ファイバー入光端間で光路が形成されることを特徴とする。これにより，例えば，多チャンネルの高速データの送受信を非接触で行うことができる。

本発明による非接触コネクタは，回転体の回転軸位置に反射体を備え，この反射体を介して，回転体の回転側光素子としての発光体或いは受光体と，これに対向する固定体の固定側光素子としての受光体或いは発光体との間で常に光路が形成されるよう構成したので，高速通信の連続性を確保した非接触コネクタを提供することができる。

以下に，図面を参照しながら本発明を実施するための最良の形態について説明する。説明の手順について述べると，まず，発光体を発光素子，受光体を受光素子として説明する。そして最後にこれらの発光体と受光体が光ファイバの出光端と入力端に拡張できることを述べる。

図１は，本発明が適用される非接触コネクタ１０の一例である。回転軸４を含む平面での断面図を示す。この図１に示すように本発明に従う非接触コネクタ１０は，大きくは，回転体１と固定体２とから構成される。回転体１は回転軸４を中心に回転可能に構成される。また，固定体２は回転体１の周囲に固定して配置される。

回転体１は，回転側電気回路部１１と，回転側保持部１２と，回転側光素子１３と，回転側トランス巻線１４と，回転側トランスコア１５，及び反射体７とから構成される。

回転側電気回路部１１は，回転体１の上部に設けられ，各種データ処理を行う。例えば，回転体１に撮像用のカメラが取り付けられているとき，回転側電気回路部１１には，外部装置であるカメラからの映像信号等が入力され，回転側光素子１３を発光させるための電気信号を出力する。回転側電気回路部１１は，回転側光素子１３と電気的に接続され，回転側光素子１３によって受光したデータを処理して回転体１に接続された外部装置に出力する。また，回転体１の回転速度又は回転角を検出する検出部が回転体１側にある場合には，当該検出部は検出されたデータを用いて，回転側光素子１３の中の任意の素子から，固定側光素子２３の中の任意の素子への光路を構成するよう反射体７を駆動する回転速度又は回転角を算定する演算部を包含している。

回転側保持部１２は，回転側電気回路部１１の下部に位置し，回転側電気回路部１１を保持する。

回転側光素子１３は，回転軸４に直交する回転体１の円盤面上に位置する。この回転側光素子１３は，回転側電気回路部１１からの電気信号に基づいて発光することで，反射体７を介して非接触で固定側光素子２３にデータを送信する。また，反対に回転側光素子１３は，固定側光素子２３からのデータを，反射体７を介して受光し回転側電気回路部１１に出力する。

回転側トランス巻線１４は，回転側保持部１２の下部にあって，回転体１の外周の凹部に位置する。電磁誘導作用により固定体２からの電力が供給され，この回転側トランス巻線１４により回転体１の各部への電力を供給することができる。

回転側トランスコア１５は，回転側トランス巻線１４を取り囲むようにその断面がコ字状に形成される。すなわち回転側トランスコア１５は，そのコ字状の凹部に回転側トランス巻線１４を収納し固定体２との間で回転トランスを形成する。なお，上述した回転側保持部１２はこの回転側トランスコア１５の一部である。

反射体７は，回転軸４に直角に取り付けた所定長さｄの腕の先端に平面鏡を垂直に設置した構造で，回転軸４を中心に回転可能に構成される。この反射体７は，回転側光素子１３及び固定側光素子２３から発光された光を反射する。そのため，反射体７はその表面及び裏面の反射面が反射率の高い素材で構成される。
また反射体７を駆動する反射体駆動部は，図１では反射体７に包含され，回転体１側に設置された状態として示されているが，固定体２側にも設置することが可能である。

次に固定体２について説明する。固定体２は，図１に示すように，固定側電気回路部２１と，固定側保持部２２と，固定側光素子２３と，固定側トランス巻線２４，及び固定側トランスコア２５とから構成される。

固定側電気回路部２１は，固定体２の円盤上部に設けられている。固定側電気回路部２１は，固定側光素子２３と電気的に接続され，固定側光素子２３によって受光したデータを処理して固定体２に接続された外部装置に出力する。また回転側光素子１３と固定側光素子２３との間での双方向通信時に，固定側電気回路部２１は，外部装置から入力されたデータを固定側光素子２３に出力する。また，回転体１の回転速度又は回転角を検出する検出する検出部が固定体２側にある場合には，その検出部で検出されたデータを用いて，回転側光素子１３の中の任意の素子から，固定側光素子２３の中の任意の素子への光路を構成するよう反射体７を駆動する回転速度又は回転角を算定する演算部を包含している。

固定側保持部２２は，固定側電気回路部２１の下部に位置し，固定側電気回路部２１を保持する。

固定側光素子２３は，回転側光素子１３が配置された回転体１の円盤面と略平行な固定体２の平面盤上に位置する。固定側光素子２３は，回転側光素子１３から発光された光を，反射体７を介して非接触で受光し，受光したデータを固定側電気回路部２１に出力する。また，固定側光素子２３は固定側電気回路部２１からのデータに基づいて発光し，反射体７を介して回転側光素子１３にデータを送信する。図１に示すように固定側光素子２３は回転側光素子１３との間で回転軸４に対して略直交する方向に光路が形成される。

固定側トランス巻線２４は，回転側トランス巻線１４と対向する位置にあって，固定体２の内周側に位置する。固定側トランス巻線２４は，固定体２に接続された外部装置から電力が供給される。

固定側トランスコア２５は，固定側トランス巻線２４を取り囲むようにその断面がコ字状に形成される。固定側トランスコア２５はその凹部に固定側トランス巻線２４を収納し，回転体１との間で回転トランスを形成する。なお，固定側保持部２２はこの固定側トランスコア２５の一部である。

更に，本非接触コネクタ１０は，回転体１の回転動作を滑らかにしたり，回転体１と固定体２との位置決め等のために転動体３１を備える。転動体３１は，回転体１と固定体２との間隙に位置する。回転体１及び固定体２はこの転動体３１の回転動作を滑らかにするためにそれぞれ内輪及び外輪とを備える。この転動体３１と内輪，及び外輪により軸受け５が構成される。

なお，回転体１の回転動作の円滑化や位置決め等が不要の場合には，転動体３１は省略が可能である。

次に，回転側光素子１３と固定側光素子２３との間で形成される光路について説明する。図２はその一例を示し又本非接触コネクタ１０の上面図である。
以下の説明においては，回転側光素子１３を発光素子，固定側光素子２３を受光素子と設定する。後述するが，逆に回転側光素子１３を受光素子，固定側光素子２３を発光素子とする構成であっても良い。
反射体７は，既述したように回転軸４に直角に取り付けた所定長さｄの腕の先端に平面鏡を垂直に設置した構造であるが，反射体７の基本的な機能を示すためｄ＝０，即ち反射鏡を取り付けている腕が無い場合，としてまず記述する。
次にｄ≠０，即ち反射鏡を取り付けている腕が有る場合を，無い場合と比較して記述する。

最初に，図２に示すように，回転側発光素子１３と固定側受光素子２３とが回転中心Ｏに向けて一直線上に位置し，反射体７の平面部分が線分ＣＥ上にある場合を考え，この図の位置を回転体１と反射体７の初期位置とする。
この位置において，回転側発光素子１３が反射体７に向け発光すると，その光は反射体７において反射され，固定側受光素子２３に向かうが，反射光は回転側発光素子１３によって，その光路が阻害される。入射光と反射光が同一経路となるからである。
そこで，図３（Ａ）に示すように，固定側受光素子２３を回転側発光素子１３よりも高い位置に設置する。なお，図３は図１と同様に非接触コネクタ１０の側面図である。そして，回転側発光素子１３は配置される高さの異なる固定側受光素子２３で受光できるように，回転体１の底面に対して取り付け角αで設ける。これにより，光路は阻害されず，反射体７で反射された光は回転側発光素子１３の頭上を通過して固定側受光素子２３で受光可能となる。
即ち，初期位置Ａ’にある発光素子１３から固定位置Ｂにある受光素子２３に光路が構成される。

次に，図４に示すように，回転体１が初期位置から回転角θだけ回転した場合を考える。この場合，回転側発光素子１３は位置Ａ’から位置Ａ”に移動する。

一般に，入射光が鏡などの反射面で反射するとき，反射面に直交する反射中心線と入射光とでなす角（入射角と呼ばれる）と，反射中心線と反射光とでなす角（反射角と呼ばれる）は等しい。図４に示す例では，発光素子１３からの入射光と反射中心線とのなす角（入射角，θ／２）は，反射中心線と反射光とでなす角（反射角，θ／２）が等しくなる。

一方，反射中心線は回転側光素子１３の移動に伴い回転中心Ｏを中心にして回転移動する。この移動する回転中心線に沿って反射体７の反射面を回転させれば，入射角及び反射角はともにθ／２となるため，回転側光素子１３から発光された光は反射体７で反射され特定の固定側光素子２３に常に向かう。

従って，反射体７の回転速度（又は回転角）を回転体１の回転速度（又は回転角）の半分にすれば，回転側発光素子１３から発光された光は常に特定の固定側受光素子２３に向かうことが出来る。

つまり，回転側光素子１３から発光された光が反射体７で反射し，その光路線分上に固定側光素子２３が位置したときに，反射体７を介して発光素子１３と受光素子２３との間で光路が形成されるよう回転側光素子１３と固定側光素子２３とを設ける。そして，以後，反射体７の回転速度を回転体１の回転速度の半分にすれば，回転軸４を中心に反射体７の反射面が回転するため，回転側発光素子１３が回転体１の回転に伴いどの位置に位置するときでも，常に特定位置にある固定側受光素子２３との間で光路が形成される。

図４の場合で説明すると，回転体１の回転で位置Ａ”に回転側光素子１３が位置しているとき，反射中心線はθ／２に位置し，従って，回転側発光素子１３から発光された光は反射体７で反射され固定側受光素子２３で受光することができる，こととなる。即ち，回転体１がθだけ回転したときの発光素子Ａ”からも固定位置Ｂにある受光素子２３に光路が構成される。

また，回転体１が９０°回転したとき（θ＝９０°），回転側発光素子１３は線分ＣＯ上に位置している。このとき反射体７を４５°回転すれば，反射中心線は４５°に位置するので，発光素子１３から反射体７で反射された光も固定位置Ｂにある受光素子２３に光路が構成される。

次に，図５に示すように回転体１が１８０°回転したとき（θ＝１８０°）を考える。反射中心線は線分ＣＯ上に位置し（θ／２＝９０°），回転側発光素子１３からの光路は反射体７を通過して位置Ｂの固定側受光素子２３に向かう。
この場合，反射体７の反射面と発光素子１３からの光路とは平行である。そのため，反射体７で光が反射せず，図３（Ｂ）に示すように，発光素子１３からの発光光束は受光素子２３に直接向かう。しかし，反射体７に厚さがあると光路が阻害される恐れがある。その場合は，光路を阻害しないように，発光素子１３から発光される光束が反射体７に接触しないようにすればよい。

即ち，図６に示すように，発光素子１３から発光される光束が半径ｄの円柱形状と仮定した場合，この径幅ｄだけ回転軸４の中心Ｏから離して反射体７を設置すれば，θ＝180°のときでも反射体７によって光路は阻害されず，発光素子１３からの光は受光素子２３で受光できることとなる。

さて以上によって，反射体７は，回転軸４の中心Ｏから径幅ｄだけシフトして設置する構造となる。そこで以下で，ｄ≠０，即ち反射体７を取り付けている反射体支持腕７１（腕長＝ｄ）が有る場合の光路について考察する。
図７に細部を示すが，反射体７が回転軸４の中心Ｏから距離ｄだけ偏心しているため，回転方向により状況が異なる。
まず，図７（Ａ）〜（Ｄ）に，θ＝０°位置からCCW(反時計回り)方向に回転体１が回転した場合を示す。
(i) 回転側発光体１３がθ=０°,反射体支持腕回転角度＝０°に位置する場合（図７（Ａ））は，図２及び図３(Ａ)におけると全く同じ考え方で良い。
(ii) 回転側発光体１３がθ=９０°,反射体支持腕回転角度＝４５°に位置する場合（図７（Ｂ））は，図４におけると全く同じ考え方であるが，反射体７での反射光が固定側受光素子位置Ｂより d＋β だけ上方に移動する。ここに，βは略d／２である。
(iii)回転側発光体１３がθ=１８０°,反射体支持腕回転角度＝９０°に位置する場合（図７（Ｃ））は，図３（Ｂ）及び図５に示した態様となり，更に当然に図６に説明した態様も成り立つ。即ち反射体７は回転軸４の中心Ｏより距離ｄだけ偏心しているので発射光束は反射体７に妨げられることなく，固定側受光素子２３に直接入力する。
(iv)回転側発光体１３がθ=２７０°,反射体支持腕回転角度＝１３５°に位置する場合（図７（Ｄ））は，図４におけると全く同じ考え方であるが，反射体７での反射光が固定側受光素子２３の位置Ｂよりｄ＋βだけ上方に移動する。ここに，βは略d／２である。

次に，図７の（Ｅ）〜（Ｇ）に，θ＝０°位置からCW(時計回り)方向に回転体１が回転した場合を示す。
(ｖ) 回転側発光体１３がθ=−９０°,反射体支持腕回転角度＝−４５°に位置する場合（図７（Ｅ））は，上記CCW方向における，図７（Ｂ）と全く同じ考え方である。
(vi) 回転側発光体１３がθ=−１８０°,反射体支持腕回転角度＝−９０°に位置する場合（図７（Ｅ））は，CCW方向と全く同じ考え方であり，反射体７は回転軸４の中心Ｏより距離ｄだけ偏心しているので発射光束は反射体７に妨げられることなく，固定側受光素子２３に直接入力する。
(vii) 回転側発光体１３がθ=−２７０°,反射体支持腕回転角度＝−１３５°に位置する場合（図７（Ｅ））は，CCW方向と全く同じ考え方であるが，反射鏡での反射光が固定側受光素子位置より ｄ＋β だけ下方に移動する。ここに，βは略d／２である。
(viii)回転側発光体１３がθ=−２７０°,反射体支持腕回転角度＝−１３５°に位置する場合（図７（Ｅ））は，CCW方向と全く同じ考え方であるが，反射鏡での反射光が固定側受光素子位置よりｄ＋β だけ下方に移動する。ここに，βは略d／２である。
(ix)回転側発光体１３がθ=−２７０°,反射体支持腕回転角度＝−１３５°に位置する場合（図７（Ｅ））は，CCW方向と全く同じ考え方であるが，反射鏡での反射光が固定側受光素子位置よりｄ＋β だけ下方に移動する。ここに，βは略d／２である。

上記のように，回転軸４の中心Ｏから距離ｄだけ離して反射体７を設置した構成とすれば，発光素子１３及び受光素子光学２３に，若干口径の大きい光学系を設けるなどの措置を必要とする可能性はあるが，回転側光素子１３が回転体１の回転に伴いどの位置に移動しても，特定位置にある固定側受光素子２３との間で常に光路が形成される。よって，回転側光素子１３と固定側光素子２３との間で途切れのない光路が形成され，通信の連続性が確保される。
また，光の可逆性から回転側光素子１３を受光素子，固定側光素子２３を発光素子としても全く同様である。

次に図８を参照して，回転体１に複数の発光素子１３を設けて，それらに対応するように固定体２に複数の受光素子２３を設けた場合について説明する。図８に示す例では回転側発光素子１３と固定側受光素子２３とが正六角形の各頂点位置に位置する例であるが，図面の簡略化のためにｄ＝０，即ち反射体７を取り付けている腕が無い場合，として記述する。

この複数個の例でも，回転側光素子１３から発光された光が反射体７で反射する，その光路線分上に固定側光素子２３が位置するときに，回転側光素子１３と固定側光素子２３との間で反射体７を介して光路が形成されるよう各回転側光素子１３と各固定側光素子２３とが設けられている。

図８（Ａ）の位置での光路を考える。反射体７の反射面は位置Ｂ３とＢ６とを結ぶ線分と平行に位置する。この場合，反射中心線は図のように上下方向に位置する。従って，回転側発光素子１３の位置Ａ１から発光された光は，反射体７で反射され，固定側受光素子２３のＢ１の位置に向かう。
なお，以下の図８における説明に限り，簡単化のために，位置Ａ１〜Ａ６に配置される回転側発光素子１３のそれぞれを位置の参照番号で示す。同様に，位置Ｂ１〜Ｂ６に配置される固定側発光素子２３のそれぞれを固定側の位置Ｂ１〜Ｂ６の参照番号で示す。
上記位置Ｂ１にある固定側受光素子２３（従って，固定側受光素子Ｂ１と示す）への光路は，位置Ａ２にある回転側発光素子１３（従って，回転側発光素子Ａ２と示す）によって阻害されることになるが，図３（Ａ）に示すように回転側発光素子Ａ２は回転体１の底面に対して取り付け角αで設定されるので，その光路は回転側発光素子Ａ２の頭上を通過して固定側受光素子Ｂ１向かう。
また，回転側発光素子Ａ２も対応する固定側受光素子Ｂ２との間で光路が形成される。
更に，回転側発光素子Ａ３からの光路についても，図６により説明したように，反射体７が，その光路を阻害しない距離ｄだけ回転軸４の中心Ｏから離れて設置されているので，固定側受光素子Ｂ３に向けてその光路が形成される。反射体７はその両面に反射面が形成されているため，それ以外の各発光素子Ａ４〜Ａ６についても全く同様である。

ここで，図８（Ｂ）に示すように回転体１が反時計回りに６０°回転した場合を考える。各発光素子Ａ１〜Ａ６も６０°移動する。このとき，反射体７は回転体１の半分の回転角度なので，３０°だけ回転する。従って，反射中心線は図８（Ｂ）に示すように位置する。回転側発光素子Ａ１は，固定側受光素子Ｂ１に向けて光路が形成され，回転側発光素子Ａ２は固定側受光素子Ｂ２に向けて光路が形成される。それ以外の発光素子Ａ３〜Ａ６も，反射体７の両面が反射面であるため，全く同様である。

このように回転側発光素子１３と固定側受光素子２３とを複数配置させた場合でも，各回転側光素子１３と対応する各固定側受光素子２３との間で常に光路を形成させることができる。従って，回転側光素子１３と固定側光素子２３とが複数存在したときでも，各素子１３，２３間で切断のない光路が形成され，通信の連続性を確保することができる。なお，複数の光素子１３，２３による通信により，本発明の非接触コネクタ１０において多チャンネルのデータの送受信を行うことができる。

なお，上記図８に示す例では説明を容易にするため６０°間隔に各素子１３，２３を配置させたが，６０°間隔に限らず任意の位置にあってもよい。反射体７の回転速度を回転体１の回転速度の半分にすれば，常に回転側光素子１３と対応する固定側光素子２３との間で光路が形成されるからである。

また，図８に示す例では各回転側光素子１３は回転中心Ｏからの距離が一定の位置に設けられているが，その距離は任意の位置にあってもよい。この場合に各回転側光素子１３は，対応する固定側光素子２３にその光路が形成されるように，夫々その取り付け角度αを設定して回転体１に設けるようにすればよい。

更に，図８に示す例では，回転側光素子１３を発光素子，固定側光素子２３を受光素子として説明したが，光の可逆性から回転側光素子１３を受光素子，固定側光素子２３を発光素子としても全く同様に光路が形成される。これにより，本発明の非接触コネクタ１０において同時双方向性のデータ送受信を行うことができる。

更に，複数ある回転側光素子１３の一部を発光素子，残りを受光素子となるよう混合配置しても同様である。例えば，回転側光素子Ａ１を発光素子，光素子Ａ２を受光素子とすると，固定側光素子Ｂ１は受光素子，光素子Ｂ２は発光素子となるように混合配置すればよい。

反射体７の回転速度又は回転角度を回転体１の半分にするには，例えば，遊星歯車変速装置等が挙げられるがそれ以外にも，反射体７を回転させるモーター等の反射体駆動装置と，回転体１の回転速度や回転角度を検出する検出装置とを設け，検出装置の検出結果に基づいて反射体７の回転速度又は回転角度を半分にするよう反射体駆動装置にフィードバック制御をかけることで実現することが可能である。

モーター等の反射体駆動装置を適用する場合の反射体７の初期角度位置について説明する。反射体駆動装置を適用する場合，ブレーキ機構などを設置しない場合には，反射体７の初期位置の設定が必要になる場合がある。この場合例えば，回転体発光素子１３と固定側受光素子２３とが反射体７の回転中心Ｏに向けて一直線上に位置するときを回転体１の回転角度を検出する検出装置の初期角度位置とする場合には，このときの回転角度の半分を反射体７の初期角度位置とするよう入力して反射体駆動装置にフィードバック制御をかけることで設定すればよい。

以上のように反射体７を設けることにより，回転体１上の光素子と固定体２上の光素子を常に光接続する非接触コネクタを構成することができる。
一方，このコネクタ機能の構成は，回転体１上の光素子から固定体２上の光素子に光路を切換えるスイッチ機能に転用が可能である。
これを図９に基づいて説明するが，基になる状態は図４の状態である。
即ち，図４は，基準位置から回転体１がθだけ回転したので反射体７をθ/２だけ回転させて，Ａ’’位置にある発光素子とＢ位置にある受光素子と，を接続(コネクト)している状態である。

これに対し，図９に示す例では，このＡ’’位置にある発光素子１３から，Ｆの位置(位置Ｂから角γだけ離れた位置) にある受光素子２３に切換える(スイッチ)する場合を考える。
明らかにこの場合には，受光素子２３がＢ位置からγだけ回転したことになるので，反射体７をγ/２だけ更に回転(合計ではθ/２＋γ/２となる)させれば，位置Ｂの受光素子２３から位置Ｆの受光素子２３に切換えられる（スイッチ）こととなる。
また，反射中心線を基準に考えれば，図４の位置では反射中心線＝θ/２であったものが，図９の位置では反射中心線＝θ/２＋γ/２となる，ので反射体７を，θ/２＋γ/２だけ回転させることによって，位置Ｂの受光素子２３から位置Ｆの受光素子２３に切換える（スイッチ）という別の考え方もできる。

次に上記では図４の状態を基に考えたが，この状態の妥当性について考察する。
回転側光素子１３と回転中心Ｏを結ぶ線分と固定側光素子２３と回転中心Ｏとを結ぶ線分とが角度θで位置するとき，反射体７からの反射光が固定側光素子２３に向かうように反射体７の初期位置を決めておき，回転側電気回路部１１或いは固定側電気回路部２１に包含された演算部から出力し，反射体駆動装置で回転させれば，初期光路が接続された状態となる。従って，図４の位置を基準位置とすることができる。

さて，上記では回転体１が回転する場合を考えたが，ここでは回転体１も静止している場合を考察する。
しかしこの場合には，前記の関係式におけるθを回転体１の回転角ではなく回転体１上の回転側光素子１３の設置角と考えればよく，上記の関係式はそのまま適用可能である。即ち，回転体１が静止している場合も全く同様に扱うことができる。

ここで，上記のコネクタ機能とスイッチ機能を考察する。
ここでも基になる状態は図４の状態であるが，単にスイッチ機能は，受光素子Ｂから受光素子Ｆに切換える及び，コネクタ機能は，受光素子Ｂから受光素子Ｂに切換えるという違いにすぎない。
そして，受光素子２３をＦの位置とするか位置Ｂとするかは，回転側電気回路部１１或いは固定側電気回路部２１に包含された演算部で決定することになる。

即ち，反射体７を用いた回転型非接触コネクタにおいては，コネクタ機能とスイッチ機能の差異は，単に接続先の受光素子の同異のみである。よって，同一の非接触コネクタにこの２つの機能を同時に持たせること（共有）ができる。
従って，反射体７を用いたスイッチ機能は反射体７を用いたコネクタ機能の延長線上にあるとも言える。

次に，図１０を用いて固定体２から回転体１への非接触による電力供給について説明する。上述したように，回転体１の回転側トランスコア１５の胴体部分には回転側トランス巻線１４が，固定体２の固定側トランスコア２５の胴体部分には固定側トランス巻線２４が巻きつけられている。かかる状態で，固定側トランス巻線２４に本体装置からの電源電流を流すことで，固定側トランスコア２５の周囲に磁界が発生する。回転体１の回転動作により，磁界が発生した固定側トランスコア２５と対向する位置に回転側トランスコア１５が位置すると磁気回路が構成される。これによりの胴体部分に巻き付けられた回転側トランス巻線１４に電流が発生する（いわゆる，電磁誘導の法則）。従って，回転体１の各部に電力が供給され，例えば回転側電気回路部１１が駆動されて回転側光素子１３が発光することになる。

次に，本発明に従う非接触コネクタ１０のブラインドメーティング機能について説明する。ブラインドメーティング機能とは，本発明の非接触コネクタ１０を組み立てる際に，回転体１を固定体２に挿入して嵌合できれば，回転体１の回転方向の位置に関係なく，非接触コネクタ１０を使用することができる機能である。
なお，このブラインドメーティング機能を有する非接触コネクタ１０の場合，回転体１の位置決めの必要がないため，転動体３１を含む軸受け５を省略することができる。

例えば，回転体１を固定体２に嵌合後，図４に示す位置に回転体１が嵌合されたとする。設計時などで回転側光素子１３と固定側光素子２３とが回転中心Ｏに向けて一直線上に位置するとき反射体７からの反射光が固定側光素子２３に向かうように反射体７の位置を決めておけば，嵌合後の位置は，回転体１の回転後の位置と同様に考えることができる。
つまり，嵌合後に図４に示す位置に回転体１が位置することと，回転体１が回転して図４に示す位置に位置することとは同じことである。よって，回転体１の回転方向に向けてどの位置に嵌合されても，常に固定側受光素子２３との間で光路が形成されるため，本発明の非接触コネクタ１０を使用することができ，ブラインドメーティング機能を実現できる。

次に，図１１を用いて回転側電気回路部１１と固定側電気回路部２１のデータ処理機能の詳細について説明する。この例では４つのチャンネルのデータ（それぞれＣＨ．１〜ＣＨ．４）の送受信を行う場合の例で，各回転側光素子１３３〜１３６と対応する各固定側光素子２３３〜２３６とで１チャンネル分のデータの送受信を行う。

回転側電気回路部１１は，各チャンネルのデータを処理するためのインターフェース（Ｉ／Ｆ）回路１１１〜１１４と駆動回路１１５〜１１８とを備える。本体装置側からのデータは，Ｉ／Ｆ回路１１１〜１１４に入力されて回転側電気回路部１１内で処理できるデータに変換される。そして，駆動回路１１５〜１１８でそのデータが駆動データに変換され，この駆動データに基づいて各回転側光素子１３３〜１３６から光が発光される。

固定側電気回路部２１は，受信回路２１１１〜２１１４とスイッチング回路２１２０，及びＩ／Ｆ回路２１２１〜２１２４から構成される。所定の固定側光素子２３３〜２３６で受光したデータは，受信回路２１１１〜２１１４において電気回路部２１内で処理できるデータに変換され，スイッチング回路２１２０に出力される。スイッチング回路２１２０では，受信した各チャンネルのデータを所定の出力段に出力させるための切り換えが行われる。これにより，例えば，１チャンネル目のデータをＩ／Ｆ回路２１２２から出力させ，２チャンネル目のデータをＩ／Ｆ回路２１２３から出力される等，ユーザ所望の出力段からデータを出力させることができる。また，スイッチング回路２１２０に外部からの切り換え制御信号ＳＷＳを入力させて所望の出力段に切り換えることもできる（いわゆる，マルチプレクサ機能である）。

更に，図１２に示すように，本体装置側の処理により各チャンネルのデータに対して識別符号を付加させ，この識別符号をスイッチング回路２１２０で判別して切り換えるようにしてもよい。例えば，識別符号「００」を判別したときに「１」チャンネル目のデータとして，Ｉ／Ｆ回路２１２４から出力させる等である。

このようなチャンネルの識別符号化は，固定体２に接続された本体装置の図示しないデータ処理回路で行われてもよいし，回転側電気回路部１１の駆動回路１１５〜１１８で行われてもよい。また，すべてのチャンネルの全データにチャンネルの識別符号を付加するのではなく，複数のチャンネルのうちいずれかに付加させ，各チャンネルの識別を行うようにしてもよい（専用ライン化である）。

このように，各データに識別符号を付加することで，多チャンネルのデータを固定体２で受信したとき，いずれのチャンネルのデータであるかを認識して所定の出力段に出力することができ，非接触コネクタ１０において自動チャンネル切換機能が実現できる。

図１１に示す例では，回転側光素子１３３〜１３６を発光素子，固定側光素子２３３〜２３６を受光素子としたときの各電器回路部１１，２１の構成を示した。これ以外にも，回転側光素子１３３〜１３６を受光素子，固定側光素子２３３〜２３６を発光素子としてもよい。この場合，回転側電気回路部１１には受信回路２１１１〜２１１４，スイッチング回路２１２０，及びＩ／Ｆ回路２１２１〜２１２４を備え，固定側電気回路部２１にはＩ／Ｆ回路１１１〜１１４及び駆動回路１１５〜１１８を備える。

上述した例では，回転側光素子１３と固定側光素子２３，及び反射体７とで光路を形成する例について説明した。それ以外にも，図１３に示すように，回転側光素子１３と固定側光素子２３とが回転軸４と略平行に複数段配置されてもよい。複数段配置により，さらに多チャンネルのデータ送受信を行うことができる。この場合に，固定体２の側面に固定側光素子２３を設け，各段において固定側光素子２３と回転側光素子１３との間で上述した切断のない光路が構成される。また，各段において上述したように回転側光素子１３と固定側光素子２３とが複数配置されてもよいし，発光素子と受光素子とが混合して配置されてもよい。なお，回転体側の各段はシャフト３３により接続され，回転体１の回転に伴い回転可能に取り付けられる。

また，回転側光素子１３と固定側光素子２３とを光ファイバーに置き換えて，固定側光ファイバーと回転側光ファイバーにより切断のない光路を形成することもできる。

本発明が適用される非接触コネクタの断面図である。 回転側光素子と固定側光素子との間で形成される光路について説明する図である。 反射体により形成される光路を説明するための図である。 反射体により形成される光路を説明するための図である。 反射体により形成される光路を説明するための図である。 反射体に厚さがある場合の光路阻害を回避するための説明図である 図６に関連して反射体が回転軸の中心から偏心している場合の回転方向による状態を説明する図である。 回転体に複数の発光素子を設けて，それらに対応するように固定体に複数の受光素子設けた場合について説明する図である。 コネクタ機能の構成をスイッチ機能に転用する例を説明するための図である。 非接触による給電を説明するための図である。 回転側電気回路部と固定側電気回路部の構成を示す図である。 チャンネル識別符号が付加されたデータの例を示す図である。 複数段に配置された非接触コネクタの例を示す図である。

符号の説明

１ 回転体
２ 固定体
４ 回転軸
５ 軸受け
７ 反射体
７１ 反射体支持腕
１０ 非接触コネクタ
１１ 回転側電気回路部
１２ 回転側保持部
１３ 回転側光素子
１４ 回転側トランス巻線
１５ 回転側トランスコア
２１ 固定側電気回路部
２２ 固定側保持部
２３ 固定側光素子
２４ 固定側トランス巻線
２５ 固定側トランスコア
２１２０ スイッチング回路

Claims (13)

1. 回転軸を中心に回転する回転体に配置された回転側光素子と，
   固定体に配置された固定側光素子を有して構成され，前記回転側光素子と対応する前記固定側光素子との間で，非接触状態でデータの送受信を行う非接触コネクタにおいて，
   前記回転体には，前記回転軸位置に前記回転側光素子又は前記固定側光素子から発光された光を反射する反射体を備え，
   前記回転側光素子と前記固定側光素子との間で前記反射体を介して形成される光路は前記回転軸と略直交し，
   前記回転側光素子又は前記固定側光素子が前記反射体からの反射光を受光するよう，前記回転側光素子と前記固定側光素子との間で前記反射体を介した光路を形成し，
   更に、前記回転軸上から所定長延伸して前記反射体を支持する反射体支持腕を備え，
   前記反射体支持腕の前記所定長は，前記回転側光素子と前記固定側光素子とを結ぶ直線上に前記反射体が位置するとき前記回転側光素子又は前記固定側光素子から発光される光の光束径に略等しい，
   ことを特徴とする非接触コネクタ。
2. 請求項１記載の非接触コネクタにおいて，
   前記回転側光素子は前記回転軸と直交する前記回転体の円盤面上に配置され，前記固定側光素子は前記回転体の円盤面と略平行な前記固定体の平面上に配置される，
   ことを特徴とする非接触コネクタ。
3. 請求項１記載の非接触コネクタにおいて，更に，
   前記回転体の回転速度又は回転角を検出する検出部と，
   前記検出部で検出されたデータを用いて前記反射体の回転速度又は回転角を駆動制御する反射体駆動部を
   備えることを特徴とする非接触コネクタ。
4. 請求項３記載の非接触コネクタにおいて，更に，
   前記検出部で検出されたデータを用いて，任意の前記回転側光素子から任意の前記固定側光素子への光路を構成するよう前記反射体の回転速度又は回転角を演算する演算手段を，
   備えることを特徴とする非接触コネクタ。
5. 請求項３記載の非接触コネクタにおいて，
   前記回転体の回転及び静止時に，前記回転体の回転速度又は回転角の半分の値を前記反射体駆動部に入力制御し，
   前記反射体を介して前記回転側光素子と前記固定側光素子との間で形成された光路を，前記反射体駆動部により前記反射体を回転駆動させることで変更し，前記固定側光素子を他の固定側光素子に代えて当該他の固定側光素子と前記反射体を介して前記回転側光素子との間で新たな光路が形成される，
   ことを特徴とする非接触コネクタ。
6. 請求項１記載の非接触コネクタにおいて，
   前記回転側光素子は前記回転体の円盤面上の任意の位置に複数配置され，
   前記固定側光素子は前記固定体に複数配置され，更に，
   前記固定側光素子が前記回転側光素子と前記反射体で入反射する光路線分上に位置したとき，前記反射体を介して前記各回転側光素子との間で光路が形成されるように前記各固定側光素子が前記固定体に複数配置される，
   ことを特徴とする非接触コネクタ。
7. 請求項１記載の非接触コネクタにおいて，
   前記回転体の円盤面上の任意の位置に，発光機能を有する回転側光素子と，受光機能を有する回転側光素子とが混合して配置され，
   前記発光機能を有する回転側光素子から発光された光の受光機能を有する固定側光素子と，前記受光機能を有する回転側光素子に向けて光を発光する発光機能を有する固定側光素子とが前記固定体に混合して配置され，
   前記発光機能を有する固定側光素子又は前記受光機能を有する固定側光素子が，前記受光機能を有する回転側光素子又は前記発光機能を有する回転側光素子と前記反射体で入反射する光路線分上に位置したときに，前記反射体を介して前記発光機能を有する回転側光素子と前記受光機能を有する回転側光素子との間でそれぞれ光路が形成されるよう前記受光機能を有する固定側光素子と前記発光機能を有する固定側光素子とが混合して配置される，
   ことを特徴とする非接触コネクタ。
8. 請求項１記載の非接触コネクタにおいて，
   前記回転軸と略垂直な面内にある前記回転側光素子と前記固定側光素子とが前記回転軸と略平行にそれぞれ前記回転体と前記固定体に複数段配置され，各段において前記回転側光素子と前記固定側光素子との間で光路が形成される，
   ことを特徴とする非接触コネクタ。
9. 請求項１記載の非接触コネクタにおいて，
   前記回転側光素子又は前記固定側光素子で受光したデータが入力され，複数の出力段のうち要求された出力段に前記データを出力する切り換え手段を備える，
   ことを特徴とする非接触コネクタ。
10. 請求項１記載の非接触コネクタにおいて，
    前記回転体及び前記固定体のそれぞれにトランスコアとトランス巻線とから構成された回転トランスを備える，
    ことを特徴とする非接触コネクタ。
11. 請求項１記載の非接触コネクタにおいて，
    前記固定側光素子は前記回転軸方向に，前記回転側光素子と異なる高さに配置され，前記回転側光素子は前記回転軸と直交する前記回転体の平面盤に対して前記固定側光素子との間で光路が形成されるような角度で配置される，
    ことを特徴とする非接触コネクタ。
12. 請求項１記載の非接触コネクタにおいて，
    前記反射体は，前記回転側光素子と前記固定側光素子との間で光路が阻害されない構造であって，かつ，両面が鏡面である，
    ことを特徴とする非接触コネクタ。
13. 請求項１記載の非接触コネクタにおいて，
    前記回転側光素子と前記固定側光素子とを光ファイバで構成し，前記光ファイバ間で光路が形成される，
    ことを特徴とする非接触コネクタ。

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