JPS61502638A - 複数チャネル光学回転ジョイント - Google Patents
複数チャネル光学回転ジョイントInfo
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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】
複数チャネル光学回転ジヨイント
発明の分野
本発明は光学回転ジヨイント、よシ詳細には光波信号の之めの複数の離散経路を
コネクタの相対的に回転可能な部分の間で結合する几めのデバイスに関今日に至
るまで、離散光経路内の信号を比較的に高い信号積を被ることなく相対的に回転
可能な要素間のインタフェースを横断して結合することは困兼てあっに0通常、
この損失が大きすぎる几めジヨイント’に通じて結合した後に適当な信号レベル
全回復するために能動電子回路が必要とされた。M、 L、イバーソン(M、
L、 Iverson )に公布され次合衆国特許第4.■27.945号にお
いては、いわゆる光スリップ リングは相対的に回転可能なボディ間のインタフ
ェース全横断して結合を行なうための同心円筒形状に同軸に配置された複数の束
の光ファイバを含む。
A、 H,ツイツチ(A、 H,Pitch )は、合衆国特許第4.165.
913号において、一定の間隔に置かれた回転可能なシャフトのまわりに巻かれ
之複数の光ファイバの各々に注入される信号がファイバのラフの外側軸面全通じ
て対応する固定の信号検出ヘッドに単方向に結合される多重チャネル結合器を示
す。
G、 L、ストレツクマン(G、 L、 Streckman )らに公布され
た合衆国特許第4,401,360号は複数の単方向電子−光学信号移行が相対
的に回転可能な要素間のインタフェース全横断して対応する光ガイド経路全結合
するのに使用される光スリップ 1ノング構成全開示する。こうして結合された
個々の経路はインタフェースの片側の回転軸から離れた位置とインタフェースの
他方の側の回転軸上の位置の間で延複数光ガイド信号経路に対して相対的に回転
可能な要素間のインタフェース全横断して結合全達成するという難題は、離散光
ファイバからの信号経路をそれぞれ対応する数値の実質的に異なる経路直径を持
つように拡大することによって解決される。最も大きな直径を持つ経路以外の個
々の経路がその大きな直径のファイバの縦軸と同軸にインタフェースに向ケられ
る。ここで、この大きな直径のファイノての軸もこのインタフェース内の相対回
転軸と同軸とされる。
本発明及び本発明の各種の特徴、目的、及び長所は附属の請求の範囲及び添付の
図面と関連して以下の詳細な説明音読むことによって一層明白となるも第1図は
本発明に従かう光ガイド信号経路用の複数チャネル回転結合器の略図全示し;
第2図は第1図のレンズ アセンブリの端面図を示し;
第3図は第1図に従がう回転結合器の物理設計の側面図を示し;
第4図は第3図の設計の修正された形式の部分図全示し;そして
第5図、第6図、及び第7図は第4図の修正装置との関連で使用されるビーム整
合手順を示す。
詳細な説明
第1図は場合によっては光ガイド ファイバとも呼ばれる光フアイバ用の2−フ
ァイバ回転結合器金示す。第1の光ガイド信号経路は異なる端の所でそれぞれ2
つの定格屈折率(GRIN)全持つ棒型レンズ12及び13の各々の端に結合さ
れ之2つのファイバ10及び11全含む。これらレンズは光ガイド経路の直径全
結合されたファイバの直径よりも実質的に拡大する。これらレンズの向い合う端
はインタフェース領域、あるいは16のスペース16の向い合う側面と対面する
。レンズ12及び13は互いにレンズの各々の縦対称軸と一致して延びこのイン
タフェース全横断する回転軸17のまわりで相対的に回転できる。第2の光ガイ
ド信号経路は異なる端の所でそれぞれさらに2つのGRINレンズ20及び21
の個々の端に結合された2つのファイバ18及び19を含む。レンズ20及び2
1はレンズ12及びレンズ13上にレンズ20及びレンズ21の向い合う端がイ
ンタフェース領域16の向い合う側面に対面するように固定して搭載される。こ
のようにしてインタフェース16に対面されるレンズの端面は互いに平行であり
、それぞれ対応するレンズ12及び13の端面と同一平面に置かれる。
第1図に示されるように、レンズ12及び13はレンズを通じて光信号が伝搬す
る方向と垂直の交軸方向の直径を持つが、これはレンズ20及び21の同じ直径
よりもかなり大きく、場合によっては5倍とされる。従って、ある用途において
は、レンズ12及び13は約5ミリメートル(IIll)の直径を持ち、一方、
レンズ20及び21は約1IIIIIの直径金持つ。
4つの全てのレンズは放物定格屈折率金持つ4分の1ピツチGRINレンズであ
る。このレンズは個々の直径のものが標準の長さで市販されているが、この長さ
は光ガイド経路の必要な拡大及び/あるいは集束が可能であるかぎり特に重要で
ない。
ペアの偏菱形プリズム22及び23が対応するレンズ セット12.20及び1
3.21の対面する端面に固定され、光信号がオフーアツクス レンズ20.2
1と光ガイド経路のオンーアツクス部分の間でインタフェース16を横断しプ回
転軸17に対して同軸に結合される。個々のプリズムは、好ましくは、反射面間
にプリズムの長さ方向に垂直方向に延びる本質的に正方形の断面金持ち、従って
、これはレンズ20あるいは21の対応する1つの端にそのレンズの最大断面を
カバーする反射面プロジェクション全与える。約Q、 711B平方の断面積金
持つプリズムの場合、このプリズムによってカバーされる断面領域はレンズ20
あるいは21の主中央有効伝送断面に一致する。これは第2図によって示される
が、第2図はレンズ13を左端からみたレンズ13のアセンブリの端面図を示す
。このプリズムは角度金持つ反射面の所を除いては光に対してトランスバレント
であるため、第2図に平行線の陰影にて示されるごとく、下側の面がレンズ13
i通じての伝送に・重大な影を与える唯一の部分となる。この影はレンズ13の
最も強い伝送領域にも影響を与えるが、レンズ12と13との間の経路内の挿入
損はこの実施態様においてはたった約1dBである。。
前述のことから第1図に示される回転光結合技術は重要な特徴を持つことが理解
できる。これら特徴の1つは、複数の離散ファイバ チャネルが回転インタフェ
ース全横断して結合できることである。もう1つの特徴は、この結合は電子的な
意味において完全に受動であり、従って、電源を必要としないことである。さら
にもう1つの特徴は、この結合は個々のファイバ チャネルについて双方向であ
り、ユーザは導入時及びその後において、個々のファイバ チャネルの信号伝送
能力全いかに利用するかについての完全な融通性全保持する。もう1つの特徴は
、単一の向い合うファイバ束の伝送経路を使用できることから全体としての回転
ジヨイント全簡単に小型化でき、従って、製造も楽にすることができることであ
る。勿論、これら単一ファイバ経路はこれらに多重化された複数信号チャネルを
持つことができる。
第3図は相対的に回転が可能な要素1例えば、スチール ハウジング26内に位
置された第1図の回転結合装置及びこのハウジング内のシャフト受は間隙28に
回転可能に受けられ几スチール シャフト27の終端部を示す。レンズ12.1
3及びそれらの対応するピギーバック レンズ20.21は、例えば、ハウジン
グ26及びシャフト27内の精密加工された中央同軸間隙内に粘着接合によって
固定される。この部分のアセンブリケ行なう前に、ファイバが当技術において周
知の方法によって対応するレンズに固定され、適当な材質、例えば、ガラス製の
シリンダがこの間の接着全強化する目的で個々のファイバーレンズ接合の所に接
着される。軸17に沿うインタフェース空間のサイズは異なる直径金持ち、光ガ
イド信号伝送経路に垂直の方向の横方向角移動全最小限にするために高精度に製
造され几ダブノシーレース ポール ベアリング29及び30の位置決めによっ
て決定される。この回転結合のための十分に精密なハウジング、シャフト、及び
ベアリングの製造は当技術において達成できる範囲のものである。
ハウジング26とシャフト27の間のシール31は、インタフェース液、例えば
、屈折率調節成金レンズの互いに向い合う端の間のインタフェース領域16内に
保持する。ポート32がこの成金注入するために提供される。
市販のGRINレンズが必ずしも完全に正しくないような場合がしばしばある。
例えば、このレンズの端面が正確に中心縦軸に垂直でなかったり、あるいは直径
公差が大きすぎる場合がある。
このようなときは、個々のファイバのそれと関連するGRINレンズの端面に対
する結合の角度及び位置が規準された光線がレンズの他の面からレンズの縦軸に
平行の方向に出るようになるように制御するための特別の手順が実行される。個
々のペアのレンズが第4図においてレンズ12及び13について部分図にて示さ
れているようにハウジング26に取り付けられる前に円筒スリーブ33内に搭載
される。
この特別な手順全遂行するための1つの手順が第5図から第7図と関連して示さ
れる。
第5図にはスリーブ33の端面が示される。これは、好ましくは、ハウジング2
6と同一の材質、つまり、スチールあるいは類似の材質とされる。スリーブ33
は精密に加工されt円筒状の外側面を持つ。
これはまたレンズ12’に収容するための精密にドリルされた同軸間隙36及び
レンズ20を収容するための滑らかの平面のキー溝37を持つ。レンズ12はス
リーブ33の穴36内にこれが直ぐ反対のキー嘴・37 に支えられるように取
り付けられ、例えば、エポキシ材質によって定位置に接着される。レンズの右端
は、この位置において、スリーブ33の右端と水平になるようにされる。
レンズ12が取り付けられたスリーブ33がV −溝整合ジグ39の左端に置か
れる。隠れ几溝が点線40によって示されるが、これは溝の底の頂点を表わす。
左端に反射面金持つ円筒状の鏡41が同一の溝の右端に置かれる。この溝はスリ
ーブ33の縦軸と鏡41と全整合させるのに十分な任意の深さ及び最低の幅を持
つ。ファイバ10の端が締め金として機能する毛細管42に結合される。ファイ
バ10の端が管42の右端と水平にされる。光源43が光ガイド ファイバのセ
グメント及びビーム スプリッタ46全通じてファイバ10の他端に光音供給す
る。
すると、光はファイバ10及びスリーブ33内のレンズ12を通じて鏡41に入
射し、これによって同一の経路全通ってスプリッタ46に反射される。ここで、
反射された光は検出器47に向けられるが、検出器は受信された光エネルギーの
強度を示す。
微動位置決め装置(図示なし)全使用して、毛細管42及びこれに含まれ几ファ
イバ10が、全てが少なくともスリーブ33(及びこれに含まれるレンズ12)
の中心縦軸全交差する直交直線x、y及び2経路に沿って、検出器47によって
示される反射エネルギーが最大となる位置に移動される。2軸は、勿論、縦軸と
同軸である。管42が次に同様に検出器による読みが最大となるようにY軸のま
わり(角度θy)及びX軸のまわり(角度θx) k回転される・。
全ての最大読み値が得られ、再チェックされたら、次に管42が適当なエポキシ
物質にてこれら要素全互いKこの方位に保持するためにレンズ12に接着され。
これは、これがレンズ12から発せられる光線がスリーブ33の外側面と平行と
なり、同様に、反対方向からレンズに入る規準された光がファイバ10の端に正
しく集中される位置であるためである。
次に、プリズム22が、(図示されるごとく)プリズムの下側反射面の中心がス
リーブ33の縦軸上にき、他方の反射面がキー溝37の端洗面するようにレンズ
12の端面上に搭載される。ファイバ18が次に、スリーブがないことを除いて
ファイバ10及びレンズ12について概説したのと同様の方法にて、小さいレン
ズ20に整合及び固定される。次に、レンズ12及びプリズム22を含むスリー
ブ33がジグ39内に戻される。
レンズ20及びこれに結合されたファイバ18が次にスリーブ33の溝37にレ
ンズの端面が第7図に示されるようにプリズム22の端面に接触するように置か
れる。スリーブ33と同一の外径を持つシリンダ48がジグ39の溝上のスリー
ブ33と鏡41の間に置かれる。シリンダ48は縦軸と同軸でレンズ12の直径
よりも小さな直径七持つ中心縦穴を持つ。1つの実施態様においては、この穴の
直径はレンズの直径の約0.2倍とされる。レンズ20が次にレンズ12につい
て実行されたのと同様KX、Y。
及び2直交直線軸及び角度θX及びθyに関して縦軸について調節される。この
調節はスリーブ33の上の穴(図示なし)からアクセスして行なわれる。
される反射強度が最大となったときに完了するが。
検出器は第6図に示されるように光源43にてファイバ18a−駆動するような
構成に結合される。次にレンズ20がこの位置に接着される。これによって、レ
ンズ20及びプリズム22と関連する光線がスリーブ33の外側面あるいは縦軸
と平行になり、そして、インタフェース スペース16内においてレンズ12と
関連する光線と同軸となる。
もう1つのシリンダ(図示なし)について、ファイバ11とレンズ13.ファイ
バ19とレンズ21の整合、プリズムの取り付け、及びこれらアセンブリのシャ
フト27の中心間隙内への取り付けの之めの整合手順が実行される。
本発明は本発明の特定の実施態様と関連して説明されたが、当業者にとって明白
であるこれ以外の実施態様、用途、及び修正も本発明の精神及び範囲に含まれる
ものである。
Flに、 /−−−−−一−−−−−−−−−−す蜆4
FIo、5
1mfim@aal a*eae、N@、PCT/口s 85100555AN
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τUNG O2826108審査請7036−2Hリカ合衆国07054 ニュ
ージャーシイ、パーシバニー、ホーストリート 6
Claims (11)
- 1.光ガイド用の回転結合器において、該結合器が第1の所定の直径を持ち回転 軸のまわりを相対的に回転可能な第1及び第2の光ガイドデバイスを含み、該デ バイスがこれらの間で回転インタフエースを規定するような間隔で位置され、該 インタフエースを通つて該回転軸と同軸に延びる第1の光ガイド経路、 第2の小さな所定の直径を持ち該回転軸から横の方に外れた第2及び第3の光ガ イドデバイスを含む第2の光ガイド経路、及び 該第2の経路の所定の部分を該インタフエース内の該第1の経路と同軸に向ける ための装置を含むことを特徴とする回転結合器。
- 2.請求の範囲第1項に記載の回転結合器において、該方向を指定するための装 置がプリズム光反射装置から構成されることを特徴とする回転結合器。
- 3.請求の範囲第1項に記載の回転結合器において、該結合器がさらに、 該第1及び第2のデバイスを個々の光ガイドデバイスの少なくとも1つの終端部 が該回転軸と同軸となり、そして1つの端面が該インタフエースを横断して他方 の端面と向い合うように該第1及び第2のデバイスを搭載するための装置、及び 該第3及び第4の光ガイドデバイスを該光ガイドデバイスの終端部がそれぞれ少 なくとも該第1及び第2の光ガイドデバイスの末梢領域において該回転軸から径 方向に離れているが平行となり、該インタフエースの所に端面がくるように搭載 するための装置を含み、 該方向を指定するための装置が該第2の経路内の光を該インタフエース内の該軸 と同軸となるように向けるために搭載された光線反射装置から構成されることを 特徴とする結合器。
- 4.請求の範囲第1項に記載の結合器において、該第1及び第2の直径のサイズ が、該方向指定装置が該第1の経路の断面にそれを通じての伝送が不当に妨げら れないような十分に小さな影のみを与えるような関係であることを特徴とする結 合器。
- 5.請求の範囲第1項に記載の結合器において、該第1及び第2のデバイスが各 々の一端が該軸と同軸に該インタフエースと向い合うように位置された定格屈折 率(GRIN)レンズであり、該第1の経路が個々が一端を該第1及び第2のレ ンズの異なる1つの他端に結合された第1及び第2の光ガイドフアイバから構成 され、該第2の経路が個々が一端を該第3及び第4のレンズの異なる1つの反対 側の端に結合された第3及び第4の光ガイドフアイバから構成され、そして 該方向指定装置が該第1及び第2のレンズの該一端を横断する光を該第3及び第 4のレンズと該インタフエース内の該第1の経路と同軸の経路の間で結合するた めの装置から構成されることを特徴とする回転結合器。
- 6.請求の範囲第5項に記載の回転結合器において、該結合装置がそれぞれ該第 1及び第2のレンズの該一端を横断して該軸と該第3及び第4のレンズの間に径 方向に延びる第1及び第2のプリズムから構成されることを特徴とする回転結合 器。
- 7.所定の回転軸のまわりを相対的に回転可能なペアの要素間のインタフエース を横断して延びる複数の光ガイド経路を含む光ガイド用の回転結合器において、 該経路が 光ガイドケーブル、 該インタフエースに隣接する該個々の経路を該経路の他の経路の個々の拡大され た直径と実質的に異なる直径に拡大するための装置、及び全ての経路を該インタ フエースを横断する該軸に対して同軸となるように向けるための装置を含み、個 々の経路の該方向を指定する装置がより大きな直径の個々の経路に部分的にのみ 影を与えることを特徴とする回転結合器。
- 8.請求の範囲第7項に記載の回転結合器において、該要素がハウジング及び該 ハウジングに該軸に沿つて挿入可能なシヤフトであり、そして回転されたとき小 さな横方向の角移動のみを受けるように該要素が相対的に回転できるようにする ために該ハウジング内の該シヤフトの軸頭部に提供される異なる直径の第1及び 第2のダブルーレースベアリング装置が含まれることを特徴とする回転結合器。
- 9.請求の範囲第8項に記載の回転結合器において、該ハウジング及び該シヤフ トが該回転軸と同軸的に整合する縦穴を含み、 該拡大装置が少なくとも該インタフエースの片側に位置する該経路の個々に対す る異なる定格屈折率のレンズから構成され、そして 該少なくとも片側に位置する該レンズを該ハウジングの該縦穴及び該シヤフトに 搭載するための装置が提供されることを特徴とする回転結合器。
- 10.請求の範囲第9項に記載の回転結合器において、該搭載装置が 該少なくとも片側に位置する該レンズを包囲するための円筒状スリーブ、及び 該個々の経路の該フアイバを該レンズの対応する1つに該レンズから出る光線が 該円筒状スリーブの外側の縦長の面要素と平行となるように結合するための装置 が提供されることを特徴とする回転結合器。
- 11.光線拡大装置内の光線の伝搬を整合するための方法において、該方法が 該拡大装置と光反射装置の軸整合を確立するステツプ、 光線を光ガイドフアイバ及び該拡大装置を通じて該拡大装置の中心縦軸と同一直 線の経路を概むね沿う反射装置に向けるステツプ、 該拡大装置及び該フアイバから反射された光の強度を検出するステツプ、 該フアイバと該拡大装置の相対位置を反射光の強度が最大となる相対位置に調節 するステツプ、及び 該フアイバと該拡大装置を反射光の強度が最大となる該相対位置に固定するステ ツプからなることを特徴とする方法。
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