(57)【要約】  回転体と固定体の間の光通信を支えるための光ファイバ・ロータリ・ジョイント１０と関連する反射体組立体１６が提供される。光ファイバ・ロータリ・ジョイント１０は、光信号を送信するための、回転体又は固定体によって支持される少なくとも１つの光源１５を含む。光ファイバ・ロータリ・ジョイント１０はまた、光信号を反射するための、光源とは逆の回転体又は固定体に取り付けられた反射体１６も含む。さらに、光ファイバ・ロータリ・ジョイント１０は、反射後の光信号を受信するための受信器１９を含む。反射体１６は一般に、回転体の固定体に対する回転位置に関わらず、光信号が光源１５から受信器まで伝播する経路の長さが等しくなるように形作られ、位置づけられる。反射体１６は、楕円の一部を定めるように形作られた反射面、及び／又は双曲線の一部を形成するように形作られた反射面を有することができる。【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転体と固定体との間の光通信を提供するための光ファイバ・ロータリ・ジョイントにおいて、
光信号を送信するための、前記回転体及び前記固定体のうちの一方によって支持される光源と、
前記光信号を反射するための、前記回転体及び前記固定体のうちの他方に取り付けられた楕円反射体であって、楕円形の一部を形成するように形作られた反射面を含み、楕円形状の反射面は、第１及び第２の焦点を有し、前記第１の焦点が前記回転体の中心軸線に沿って存在するように位置づけられる楕円反射体と、
反射光信号を受信するように配置された受信器とを含む光ファイバ・ロータリ・ジョイント。
【請求項２】
前記楕円反射体から受信した信号を反射するための双曲線反射体をさらに含み、該双曲線反射体は、双曲線の一部を形成するように形作られた反射面を含み、双曲線形状の反射面は、後方焦点及び共役焦点を有する、請求項１に記載された光ファイバ・ロータリ・ジョイント。
【請求項３】
前記楕円反射体の前記第２の焦点と前記双曲線反射体の前記後方焦点とが一致する、請求項２に記載された光ファイバ・ロータリ・ジョイント。
【請求項４】
前記受信器が、前記双曲線反射体の前記共役焦点に配置されている、請求項２に記載された光ファイバ・ロータリ・ジョイント。
【請求項５】
前記受信器が、前記楕円反射体の前記第２の焦点に配置されている、請求項１に記載された光ファイバ・ロータリ・ジョイント。
【請求項６】
回転体と共に回転するように適合されたスリップ・リングをさらに含み、該スリップ・リングが基準面を規定し、前記楕円反射体は、前記第１の焦点が前記基準面内の前記スリップ・リングの中心にあり、前記第２の焦点が前記基準面の外にあるように位置づけられている、請求項１に記載された光ファイバ・ロータリ・ジョイント。
【請求項７】
前記楕円反射体が、複数の異なる入射角を有する光信号を受信し、前記楕円反射体は、前記光源から前記受信器までの経路の長さが、前記入射角に関わらず、前記楕円反射体によって反射されるすべての光信号について同じになるように位置づけられている、請求項１に記載された光ファイバ・ロータリ・ジョイント。
【請求項８】
前記回転体によって支持される複数の円周状に配置された光源をさらに含み、前記楕円反射体が、前記複数の光源から光信号を受信するために、前記固定体に取り付けられている、請求項１に記載された光ファイバ・ロータリ・ジョイント。
【請求項９】
波長がそれぞれ異なる光信号を送信するための複数の光源をさらに含む、請求項１に記載された光ファイバ・ロータリ・ジョイント。
【請求項１０】
波長がそれぞれ異なる光信号を合成するための光結合器をさらに含む、請求項９に記載された光ファイバ・ロータリ・ジョイント。
【請求項１１】
前記受信器が、それぞれの波長を有する光信号を受信するための複数の検出器を含む、請求項９に記載された光ファイバ・ロータリ・ジョイント。
【請求項１２】
前記受信器が、前記検出器による受信の前に波長がそれぞれ異なる光信号を分離するための分割器をさらに含む、請求項１１に記載された光ファイバ・ロータリ・ジョイント。
【請求項１３】
前記光源が、垂直共振器面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）の配列を含む、請求項１に記載された光ファイバ・ロータリ・ジョイント。
【請求項１４】
前記回転体及び前記固定体のうちの前記他方に取り付けられ、その周囲に間隔をあけて配置された、入射する光信号を反射するための複数の楕円反射体をさらに含む、請求項１に記載された光ファイバ・ロータリ・ジョイント。
【請求項１５】
前記受信器による受信の前に前記複数の楕円反射体によって反射された光信号を合成するための結合器をさらに含む、請求項１４に記載された光ファイバ・ロータリ・ジョイント。
【請求項１６】
前記複数の楕円反射体が、それぞれ異なる光信号を受信するための４個の円周状に配置された楕円反射体を含む、請求項１４に記載された光ファイバ・ロータリ・ジョイント。
【請求項１７】
回転体と固定体との間の光通信を提供するための光ファイバ・ロータリ・ジョイントにおいて、
光信号を送信するための、前記回転体及び前記固定体のうちの一方によって支持される光源と、
前記光信号を反射するための、前記回転体及び前記固定体のうちの他方に取り付けられた双曲線反射体であって、双曲線の一部を形成するように形作られた反射面を含み、双曲線形状の反射面は、後方焦点及び共役焦点を有する双曲線反射体と、
前記双曲線反射体からの反射光信号を受信するように配置された受信器とを含む光ファイバ・ロータリ・ジョイント。
【請求項１８】
前記双曲線反射体の前記後方焦点が、前記回転体の中心軸線に沿って存在する、請求項１７に記載された光ファイバ・ロータリ・ジョイント。
【請求項１９】
前記光源が、前記固定体によって支持され、前記双曲線反射体が、前記回転体に取り付けられている、請求項１８に記載された光ファイバ・ロータリ・ジョイント。
【請求項２０】
前記光源から光信号を受信し、前記光信号を前記双曲線反射体に反射するための楕円反射体をさらに含み、前記楕円反射体は、楕円形の一部を形成するように形作られた反射面を含み、楕円形状の反射面は、第１及び第２の焦点を有し、前記第１の焦点が前記回転体の中心軸線に沿って存在するように位置づけられている、請求項１７に記載された光ファイバ・ロータリ・ジョイント。
【請求項２１】
前記楕円反射体の前記第２の焦点と前記双曲線反射体の前記後方焦点とが一致する、請求項２０に記載された光ファイバ・ロータリ・ジョイント。
【請求項２２】
前記受信器が、前記双曲線反射体の前記共役焦点に配置されている、請求項１７に記載された光ファイバ・ロータリ・ジョイント。
【請求項２３】
前記双曲線反射体が、複数の異なる入射角を有する光信号を受信し、前記双曲線反射体は、前記光源から前記受信器までの経路の長さが、前記入射角に関わらず、前記双曲線反射体によって反射されるすべての光信号について同じになるように位置づけられている、請求項１７に記載された光ファイバ・ロータリ・ジョイント。
【請求項２４】
波長がそれぞれ異なる光信号を送信するための複数の光源をさらに含む、請求項１７に記載された光ファイバ・ロータリ・ジョイント。
【請求項２５】
波長がそれぞれ異なる光信号を合成するための光結合器をさらに含む、請求項２４に記載された光ファイバ・ロータリ・ジョイント。
【請求項２６】
前記受信器が、それぞれの波長を有する光信号を受信するための複数の検出器を含む、請求項２４に記載された光ファイバ・ロータリ・ジョイント。
【請求項２７】
前記受信器が、前記検出器による受信の前に、波長がそれぞれ異なる光信号を分離するための分割器をさらに含む、請求項２６に記載された光ファイバ・ロータリ・ジョイント。
【請求項２８】
前記光源が、垂直共振器面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）の配列を含む、請求項１７に記載された光ファイバ・ロータリ・ジョイント。
【請求項２９】
入射する光信号を反射するための、前記回転体及び前記固定体のうちの前記他方に取り付けられ、その周囲に間隔をあけて配置された複数の双曲線反射体をさらに含む、請求項１７に記載された光ファイバ・ロータリ・ジョイント。
【請求項３０】
前記受信器による受信の前に、前記複数の楕円反射体によって反射された光信号を合成するための結合器をさらに含む、請求項２９に記載された光ファイバ・ロータリ・ジョイント。
【請求項３１】
前記複数の双曲線反射体が、それぞれ異なる光信号を受信するための４個の円周状に配置された双曲線反射体を含む、請求項２９に記載された光ファイバ・ロータリ・ジョイント。
【請求項３２】
回転体と固定体との間の光通信を提供するための光ファイバ・ロータリ・ジョイントにおいて、
光信号を送信するための、前記回転体及び前記固定体のうちの一方によって支持される光源と、
複数の異なる入射角を有する光信号を受信し、前記光信号を反射するための、前記回転体及び前記固定体のうちの他方に取り付けられた反射体であって、前記回転体の外部に放射状に配置された反射体と、
反射光信号を受信するように配置された受信器とを含み、
前記反射体が、前記光源から前記受信器までの経路の長さが、前記入射角に関わらず、前記反射体によって反射されるすべての光信号について同じになるように形作られ、位置づけられた反射面を含む光ファイバ・ロータリ・ジョイント。
【請求項３３】
前記反射体が、楕円形の一部を形成するように形作られた反射面を有する楕円反射体を含み、楕円形状の反射面は、第１及び第２の焦点を有し、前記第１の焦点が前記回転体の中心軸線に沿って存在するように位置づけられている、請求項３２に記載された光ファイバ・ロータリ・ジョイント。
【請求項３４】
前記反射体が、前記楕円反射体の前記第２の焦点に配置されている、請求項３３に記載された光ファイバ・ロータリ・ジョイント。
【請求項３５】
前記反射体が、前記楕円反射体から受信した信号を反射するための双曲線反射体をさらに含み、前記双曲線反射体は、双曲線の一部を形成するように形作られた反射面を含み、双曲線形状の反射面は、後方焦点及び共役焦点を有し、前記楕円反射体の前記第２の焦点と前記双曲線反射体の前記後方焦点とが一致する、請求項３３に記載された光ファイバ・ロータリ・ジョイント。
【請求項３６】
前記反射体が、前記双曲線反射体の前記共役焦点に配置されている、請求項３５に記載された光ファイバ・ロータリ・ジョイント。
【請求項３７】
前記光源が、前記固定体によって支持され、前記反射体が、前記回転体に取り付けられ、双曲線の一部を形成するように形作られた反射面を有する双曲線反射体を含み、双曲線形状の反射面は、後方焦点及び共役焦点を有し、前記後方焦点が前記回転体の中心軸線に沿って存在するように位置づけられている、請求項３２に記載された光ファイバ・ロータリ・ジョイント。
【請求項３８】
前記固定体の周囲に配置された複数の光源と、前記回転体の周囲に配置された複数の双曲線反射体とをさらに含み、前記光源の１つによって発信された光信号が常に前記双曲線反射体の１つに入射するようになっている、請求項３７に記載された光ファイバ・ロータリ・ジョイント。
【請求項３９】
波長がそれぞれ異なる光信号を送信するための複数の光源をさらに含む、請求項３２に記載された光ファイバ・ロータリ・ジョイント。
【請求項４０】
波長がそれぞれ異なる光信号を合成するための光結合器をさらに含む、請求項３９に記載された光ファイバ・ロータリ・ジョイント。
【請求項４１】
前記受信器が、それぞれの波長を有する光信号を受信するための複数の検出器を含む、請求項３９に記載された光ファイバ・ロータリ・ジョイント。
【請求項４２】
前記受信器が、前記検出器による受信の前に、波長がそれぞれ異なる光信号を分離するための分割器をさらに含む、請求項４１に記載された光ファイバ・ロータリ・ジョイント。
【請求項４３】
前記光源が、垂直共振器面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）の配列を含む、請求項３２に記載された光ファイバ・ロータリ・ジョイント。
【請求項４４】
入射する光信号を反射するための、前記回転体及び前記固定体のうちの前記他方に取り付けられ、その周囲に間隔をあけて配置された複数の反射体をさらに含む、請求項３２に記載された光ファイバ・ロータリ・ジョイント。
【請求項４５】
前記受信器による受信の前に、前記複数の反射体によって反射された光信号を合成するための結合器をさらに含む、請求項４４に記載された光ファイバ・ロータリ・ジョイント。
【請求項４６】
前記複数の反射体が、それぞれ異なる光信号を受信するための４個の円周状に配置された反射体を含む、請求項４４に記載された光ファイバ・ロータリ・ジョイント。
【請求項４７】
楕円形の一部を形成するように形作られた反射面を含み、楕円形状の反射面が第１及び第２の焦点を有する楕円反射体と、
双曲線の一部を形成するように形作られた反射面を含み、双曲線形状の反射面が後方焦点及び共役焦点を有する双曲線反射体とを含み、
前記楕円反射体の前記第２の焦点と前記双曲線反射体の前記後方焦点とが一致する反射体組立体。
【請求項４８】
前記双曲線反射体の前記共役焦点に少なくとも１つの集光部材をさらに含む、請求項４７に記載された反射体組立体。
【請求項４９】
前記楕円反射体及び前記双曲線反射体が、反射被覆が部分的に施されたプラスチックから構成されている、請求項４７に記載された反射体組立体。
【請求項５０】
前記楕円反射体及び前記双曲線反射体が一体である、請求項４７に記載された反射体組立体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般に、回転体と固定体との間の光通信を提供するための光ファイバ・ロータリ・ジョイント、及びそのような光通信を容易にするための関連する反射体組立体に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
回転体などの回転部材と固定体などの静止部材との間のインタフェースのようなロータリ・インタフェースを介してデータ及び／又は電力を送信することがしばしば必要になる。例えば、コンピュータ断層撮影（ＣＴ）スキャナ及びその他の適用例は、ロータリ・インタフェースを介したデータ送信を必要とする。ロータリ・インタフェースを介したデータ送信を容易にするため、回転体と一緒に回転する回転部材と固定体に固定された静止部材とを有するスリップ・リング（ｓｌｉｐ  ｒｉｎｇ）が一般に利用される。
【０００３】
最初、回転体と固定体との間の電気通信を支えるためにスリップ・リングが開発された。しかし、データ速度が高まるにつれて、データの電気的送信は非実用的になった。そのため、次に、回転体と固定体との間などのロータリ・インタフェースを介した光通信に対応するためのスリップ・リングが開発された。光通信は、従来の電気通信技術よりもはるかに大きい速度でデータを送信できる。
【０００４】
光ファイバ・ロータリ・ジョイントは一般に、通信用の光ファイバが回転軸線に沿って延びている軸上（ｏｎ−ａｘｉｓ）ロータリ・ジョイント、又は通常は回転軸線に接近不可能という理由で光ファイバが回転軸線に沿って延びていない軸外（ｏｆｆ−ａｘｉｓ）ロータリ・ジョイントのどちらかに分類される。例えば、ＣＴスキャナの回転体と固定体との間の光通信を支える光ファイバ・ロータリ・ジョイントに関して言えば、回転軸線は、患者が入れられる穴部又は円筒部の中心を通って延びている。したがって、回転体と固定体との間の光通信を支える光ファイバ及びその他の光学部材を実際に回転軸線に沿って配置するためには、患者が横たわるすでに限定された空間をより窮屈にせざるをえないという不都合が存在する。
【０００５】
軸外ロータリ・ジョイントは一般に、光信号を導くチャネル導波路を含む。このことに関連して、軸外ロータリ・ジョイントは一般に、１つ又は複数のレーザによって駆動される複数の光源、およびそれぞれのチャネル導波路と通信を行う複数の受信器とを含む。複数の光源は、回転体及び固定体のうちの一方の周囲に配置されることができ、受信器は、回転体及び固定体のうちの他方の周囲に配置される。例えば、複数の光源は回転体の周囲に配置することができ、一方、複数の受信器は固定体の周囲に配置され、それによって回転体から固定体への光通信に対応する。
【０００６】
動作中は、各光源は同一の光信号を送信する。これらの光信号は、固定体に対する回転体の角度位置に応じて、１つ又は複数の受信器によって受信される。一般には回転体と固定体との間の光通信を可能にするのに有効ではあるが、チャネル導波路を利用する従来の軸外ロータリ・ジョイントは、とりわけデータ速度が相対的に大きい場合には、複数の短所が存在する。
【０００７】
従来の軸外ロータリ・ジョイントの構成の結果として、光信号は一般に、それぞれの光源とそれぞれの受信器との間の、長さの異なる経路に沿って伝播し、それによって光信号の伝播に様々な時間遅延を生じさせる。例えば、従来の軸外ロータリ・ジョイントの受信器は普通、２つの隣り合った光源の各々から同じデータを受信する。しかし、２つの光源から発信された光信号は、異なる距離を伝わって受信器に到達し、そのため、いくらか異なる時間に受信される。したがって、光信号のパルス幅が事実上広げられる。従来の軸外ロータリ・ジョイントは、希望の高データ速度での通信を支えるために、光源と受信器との間の間隔をより小さくするように再設計を行う必要があり、より大きいデータ速度に対応するために、さらに再設計を行うことは事実上できないかもしれない。
【０００８】
例えば、従来の光ファイバ・ロータリ・ジョイントの１つは、直径１．１６８ｍ（４６インチ）のスリップ・リングの周囲に均等な間隔で配置された１６個の光源を有する。したがって、隣り合った光源間の間隔ΔＬは、ΔＬ＝π×ｄ／１６＝０．２２９ｍ（９インチ）である。したがって、隣り合った光源の離間距離によって導入される時間遅延は、Δｔ＝ΔＬ／ｃ＝０．７６ナノ秒である。１．２５Ｇビット／秒で送信されるデータを支えるために設計された光ファイバ・ロータリ・ジョイントの場合、データの各ビットのパルス幅は、Δｗ＝１／１．２５ＧＨｚ＝０．８ナノ秒である。そのため、隣り合った２つの光源から同一の光信号を受信する受信器の場合、隣り合った光源間の間隔によって導入される時間遅延は、実質的にパルス幅を０．８ナノ秒から１．５６ナノ秒、すなわち０．８ナノ秒＋０．７６ナノ秒に引き伸ばす。そのため、この例の光ファイバ・ロータリ・ジョイントが、１．２５Ｇビット／秒のエラーのないデータ送信に対応することは難しく、希望されるはるかにデータ速度の大きい通信への対応はなおさら難しい。
【０００９】
より大きなデータ速度に対応するため、従来の光ファイバ・ロータリ・ジョイントを再設計して、隣り合った光源間の間隔を例えば１０．１ｃｍ（４インチ）以内まで実質的に短縮することができる。この間隔では、隣り合った光源によって送信される光信号の間に０．３４ナノ秒の時間遅延が導入される。光ファイバ・ロータリ・ジョイントの再設計、検出電子回路の最適化、及びチャネル導波路の慎重な位置合わせを行ったとしても、従来の光ファイバ・ロータリ・ジョイントが１．２５Ｇビット／秒より大きなデータ速度に対応することは難しい。
【００１０】
従来の軸外光ファイバ・ロータリ・ジョイントは、更なる短所を有する。このことに関連して、従来の軸外ロータリ・ジョイントは、相対的に大きな損失を有する。そのため、従来の軸外ロータリ・ジョイントは、より大きなパワーを有する光信号を生成するためにより高い電力レベルで動作する光源を必要とし、それによって熱の発生及び処分に関する問題を生じさせ、より複雑な電子駆動回路を必要とする。さらに、複数のチャネル導波路を有する従来の軸外ロータリ・ジョイントは一般に、チャネル導波路から光ダイオードに光信号を導くための複数の光ファイバも有する。複数の光ファイバは一緒に束ねられ、レンズ組立体を介して光ダイオードに結合される。しかし、データ速度が高まるにつれて、作用面積のより小さい光ダイオードが必要とされる。ファイバ直径の光ダイオード面積に対する比が大きくなると、相対的に狭い作用面積上に複数の光信号の焦点を合わせることはより難しくなる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
従来の軸外ロータリ・ジョイントは回転体と固定体との間の光通信を支える（サポートする）が、改良された軸外ロータリ・ジョイントを提供できれば望ましいであろう。特に、１．２５Ｇビット／秒以上などの相対的に大きいデータ速度での回転体と固定体との間の光通信に対応できる軸外ロータリ・ジョイントを提供できれば有利であろう。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
したがって、改良された光ファイバ・ロータリ・ジョイント及び関連する反射体組立体が、回転体と固定体との間の光通信を支えるために提供される。受信器に入射する光信号の経路長が等しくなるように、少なくともいくつかの具体例の光ファイバ・ロータリ・ジョイントを設計することによって、光信号のパルス幅は、従来の軸外ロータリ・ジョイントのようには大きくならない。したがって、本発明の光ファイバ・ロータリ・ジョイントは、超高速のデータ送信速度での回転体と固定体の間との光通信に対応することができる。したがって、本発明の少なくともいくつかの具体例の光ファイバ・ロータリ・ジョイントは、データ送信速度及び送信光波長の両方から独立しており、光ファイバ及び光電子部品が動作できる最大データ速度によってのみ制限されるデータ送信に対応する。
【００１３】
本発明の光ファイバ・ロータリ・ジョイントは、光信号を送信するための、回転体又は固定体の一方によって支持される光源、より一般には複数の光源を含む。光ファイバ・ロータリ・ジョイントは、光信号を反射するための、回転体及び固定体のうちの他方に取り付けられた反射体も含む。さらに、光ファイバ・ロータリ・ジョイントは、反射後の光信号を受信するための受信器を含む。有利には、反射体は、固定体に対する回転体の相対回転位置に関わらず、光信号が光源から受信器までそれに沿って伝播する経路の長さが等しくなるように形作られ、位置づけられ、それによって、従来の軸外ロータリ・ジョイントが容認していたようなパルス幅の望ましくない延長又は引伸ばしを回避する。
【００１４】
一具体例では、反射体は、反射面が楕円形の一部を形成するように形作られた楕円反射体である。一般に、楕円反射体は、回転体から固定体への光通信に対応するため、回転体によって支持された光源から光信号を受信するように固定体に取り付けられる。しかし、本発明の光ファイバ・ロータリ・ジョイントの他の具体例は、反対方向、すなわち固定体から回転体への通信に対応する。
【００１５】
楕円形状の反射面は、第１及び第２の焦点を有する。有利には、楕円反射体は、第１の焦点が回転体の中心軸線に沿うように位置づけられる。光ファイバ・ロータリ・ジョイントは一般に、回転体と共に回転するように適合された基準面を規定するスリップ・リングも含む。したがって、楕円反射体は、第１の焦点が回転体の中心軸線に沿うように位置づけられることができるばかりでなく、有利には、第１の焦点がスリップ・リングによって規定される基準面内のスリップ・リングの中心に存在するように位置づけられることもできる。受信器は、楕円反射体で反射された光信号を受信するように、楕円反射体の第２の焦点に配置されることができる。代替として、反射体は、光信号を受信器に適切に導くため、楕円反射体に加えて、追加の反射部材を含むことができる。
【００１６】
本発明の別の観点によれば、反射体は、反射面が双曲線の一部を形成するように形作られた双曲線反射体を含む。双曲線形状の反射面は、後方焦点及び共役焦点を定める。そのため、受信器は、双曲線反射体で反射された光信号を受信するように、双曲線反射体の共役焦点に配置されることができる。
【００１７】
一具体例では、反射体は、楕円反射体及び双曲線反射体の両方を含む反射体組立体を含む。この具体例では、楕円反射体及び双曲線反射体は、楕円反射体の第２の焦点と双曲線反射体の後方焦点とが一致するように互いに対して位置づけられる。これにより、光源から受信された光信号は、楕円反射体によって双曲線反射体へと反射され、さらに双曲線反射体の共役焦点へと反射される。そのため、受信器は、反射光信号を受信するため、双曲線反射体の共役焦点に配置されることができる。このことに関連して、反射体組立体は、反射光信号を受信するために双曲線反射体の共役焦点に配置される少なくとも１つの集光部材を含むことができる。この具体例の反射体組立体は様々な方法で形成されることができるが、楕円反射体及び双曲線反射体は、その一部に反射被覆が施されたプラスチックから一体形成されることができる。
【００１８】
楕円反射体及び双曲線反射体の両方を含む反射体組立体は、回転体によって支持された光源によって送信された光信号を適切に反射するため、固定体に取り付けられることができるが、別の具体例の光ファイバ・ロータリ・ジョイントは、固定体に取り付けられた光源によって送信された光信号を適切に反射するため、回転体によって支持された双曲線反射体を含む。このことに関連して、双曲線反射体は、双曲線反射体の後方焦点が回転体の中心軸線に沿うように、回転体によって支持される。双曲線反射体の共役焦点に受信器を位置づけることによって、反射光信号を集めることができる。
【００１９】
反射体のタイプに関わらず、反射体は、複数の異なる入射角を有する光信号を受信するように適合される。さらに、各光源から受信器までの経路の長さが入射角とは無関係に反射体によって受信されるすべての光信号について同じになるように、反射体の反射面が形作られ、位置づけられる。したがって、従来の軸外ロータリ・ジョイントで不都合にも生じたように、光源から受信器に送信される光信号のパルス幅が延長され、又は引き伸ばされることはない。代わりに、２以上の光源によって送信される同じ光信号は、光信号が反射体によって受信される入射角とは無関係に、受信器によって同じ時間に受信される。したがって、本発明の様々な具体例による光ファイバ・ロータリ・ジョイント及び関連する反射体組立体は、１．２５Ｇビット／秒以上の超高速のデータ速度による、回転体から固定体又は固定体から回転体などの、ロータリ・インタフェースを介したいずれかの方向の光通信に対応することができる。本発明の光ファイバ・ロータリ・ジョイントは、異なる波長を有する光信号がロータリ・インタフェースを介して同時に送信されることを可能にすることによって波長多重化に対応することもでき、それによってロータリ・インタフェースを介してデータを送信することのできる速度を潜在的にさらに高めることができる。
【００２０】
一具体例の光ファイバ・ロータリ・ジョイントは、入射する光信号を反射するために、他の回転体又は固定体の１つに取り付けられ、その周囲に間隔を空けて配置される複数の楕円反射体を含む。回転体と固定体との間で通信を確立し続け得ることを保証しながら、必要とされる光源の数を減らすため、光ファイバ・ロータリ・ジョイントは、複数の楕円反射体によって反射された光信号を、前記受信器による受信前に合成するための結合器（カプラ）も含むことができる。別の具体例では、光ファイバ・ロータリ・ジョイントは、それぞれ異なる光信号を受信するための円周状に配置された４個の楕円反射体を含むことができ、その後、光信号は再合成され、それによってさらに高速度の光ファイバ・ロータリ・ジョイントを介したデータ送信を容易にすることができる。
【実施例】
【００２１】
ここまでは一般的な観点から本発明を説明してきたが、ここからは必ずしも原寸に比例していない添付の図面を参照する。
【００２２】
これ以後、すべてではないが本発明のいくつかの実施例が示された添付の図面を参照しながら、本発明をより十分に説明する。実際、これらの発明は、多くの異なる形態で実施することができ、本明細書で説明する実施例に限定されると解釈するべきではない。これらの実施例はむしろ、この開示が適当な法的要件を満たすように提供されている。図面全体で同じ符号は同じ部材を指示する。
【００２３】
ここで図１を参照すると、本発明の一実施例による光ファイバ・ロータリ・ジョイント１０が示されている。光ファイバ・ロータリ・ジョイントは、回転体などの回転要素と固定体などの静止要素との間の光通信に対応できる。以下の説明のとおり、光通信は、適用例に応じて、回転体から固定体に、又は固定体から回転体に送信されることができる。そのため、光ファイバ・ロータリ・ジョイントは、例えば、ＣＴスキャナに関連する利用を含む様々な適用例に利用できる。図１に示されるように、光ファイバ・ロータリ・ジョイントは一般に、当業者に知られるように、回転体によって支持され、回転体と共に回転するように適合された環状スリップ・リング１２を含む。スリップ・リングは、適用例に応じて様々なサイズを有するが、一実施例では、直径１．１６８ｍ（４６インチ）である。回転体及び固定体は図示されていないが、スリップ・リングは、図のようにスリップ・リングに取り付けられ、回転体と共に回転するように適合された光ファイバ・ロータリ・ジョイントの部品、及び図のようにスリップ・リングの外側に放射状に存在する、固定体に取り付けられた光ファイバ・ロータリ・ジョイントの部品と共に示されている。
【００２４】
光ファイバ・ロータリ・ジョイント１０は、少なくとも１つの光源１４を、より一般的には、例示的な実施例における１６個の光源などの複数の光源１４を含む。図１の実施例に示されるように、複数の光源は、回転体によって、具体的にはスリップ・リング１２によって支持されることができる。光源は、スリップ・リングの周囲に配置され、スリップ・リングから外側方向に放射状に光信号を送信するように向けられる。複数の光源を含む実施例では、光源は一般に、図１に示されるようにスリップ・リングの周囲に均等な間隔で配置されるが、光源は必要に応じて、別の方式で位置づけられることもできる。図１の実施例ではスリップ・リングによって支持された光源が示されているが、光源は代わりに、図５の実施例に関連して説明されるように、固定体に取り付けられ、内側の方向に放射状に伝播する光信号を発信するように、回転体の周囲に位置づけられることもできる。
【００２５】
光ファイバ・ロータリ・ジョイント１０は、様々なタイプの光源１４を含むことができる。図１に示された一実施例では、光源は、外側方向に放射状に信号を発信するための、スリップ・リング１２の周囲に配置されるレーザ又はその他の光信号源を含む。しかし、別の実施例では、光源は、光信号がそこから発信される１つ又は複数の光ファイバ１３を含み、光信号がそこから発信される光ファイバの遠心端も一般に、図１に示された方式でスリップ・リングなどの周囲に配置される。この実施例の光源も、レーザ又はその他の光信号源１５を含むことができる。レーザ又はその他の光源は、レーザ又はその他の光源によって供給される光信号が光ファイバを通って伝播し、そこから発信されるように、光ファイバを用いて光通信を行う。このことに関連して、光信号がそこから発信される光ファイバの遠心端も一般に、図１に示されたものと同様の方式で、光信号が外側の方向に放射状に発信されるように、スリップ・リングなどの周囲に配置される。レーザ又はその他の光源から、光信号が発信される点まで、光信号を送信する光ファイバを利用することによって、レーザ又はその他の光源は、離れた場所に配置されることができ、それによってレーザ又はその他の源を、ロータリ・インタフェースに存在することのある電磁干渉（ＥＭＩ）などの干渉から、少なくとも部分的に隔離又はその他の方法で保護することができる。
【００２６】
一実施例では、普通のレーザ又はその他の光源１５は、各光ファイバが同じ光信号を発信するように、複数の光ファイバ１３の各々に同じ光信号を供給する。別の実施例では、少なくともいくつかの光ファイバは、異なるレーザなどの異なる源によって駆動されることができる。したがって、異なる光ファイバは、異なる信号を発信することができる。これらの実施例の更なる説明は、図６及び図７に関連して以下で提供される。
【００２７】
光ファイバ・ロータリ・ジョイント１０は、光源１４から光信号を受信し、光信号を受信器１８に反射するための反射体１６も含む。受信器は一般に、光ダイオード１９を含むが、必要に応じて、その他のタイプの検出器を含むこともできる。光ダイオードを反射体から離れた場所に配置することができ、それによって光ダイオード又はその他の検出器を、ロータリ・インタフェースの近くで発生することのある干渉から、少なくとも部分的に保護できるように、受信器は通常、反射信号を受信し、光信号を光ダイオードに送信するための光ファイバ２１も含む。さらに、受信器は、最初に反射光信号を受信し、光信号を光ダイオードへの送信用の光ファイバに集めるための集光レンズを含むことができる。しかし、受信器は、必要に応じて、その他の方式で構成されることもできる。
【００２８】
光源１４は、回転体及び固定体のうちの一方によって支持されるが、反射体１６は、他方の回転体又は固定体に取り付けられる。図１に示された実施例では、光源が回転体によって、具体的にはスリップ・リング１２によって支持され、反射体は、固定体に取り付けられる。反射体は、複数の異なる入射角で到着する光信号を受信するように設計される。さらに、反射体は、入射角に関わらず、各光源から受信器１８までの経路の長さがすべての反射光信号について同じになるように形作られ、位置づけられた反射面を有することが有利である。そのため、光源から発信される光信号は、受信器によって一斉に受信され、それによってジッタを除去し、従来の軸外ロータリ・ジョイントで不都合にも生じたような、パルス幅の延長又は引き伸ばしがないことを保証する。したがって、本発明の光ファイバ・ロータリ・ジョイント１０は、１．２５Ｇビット／秒を超えるデータ速度などの、より高いデータ速度での光通信に対応できる。その唯一の制限によれば、データ速度は一般に、光ファイバ、並びに光源及び光ダイオードを含む光電子部品が動作できる最大データ速度である。
【００２９】
図１に示され、図２により詳細に示される実施例の反射体１６は、楕円形の一部を形成するように形作られた反射面を有する楕円反射体２０を含む反射体組立体によって実現される。楕円形状の反射面は、第１及び第２の焦点Ｆ１及びＦ２を有する。さらに、楕円反射体は、第１の焦点が回転体の中心軸線に沿って存在するように位置づけられる。より詳細には、光源１４がスリップ・リング１２に支持される実施例では、楕円形状の反射面は、第１の焦点がスリップ・リングによって規定される基準面内にあり、スリップ・リングの中心と一致するように位置づけられる。楕円形状の反射面を、第１の焦点が回転体の中心軸線に沿って、特にスリップ・リングの中心にあるように位置づけることによって、光源によって外側方向に放射状に発信された光信号は、楕円形状の反射面によって反射され、第２の焦点の方に方向を変えられる。
【００３０】
当業者に知られているように、光ファイバ・ロータリ・ジョイント１０は、面内振れ（ｒｕｎｏｕｔ）及び／又は面外振れを有することがあるが、その両方は、本質的に本発明の反射体１６によって修正される。この点に関して、面内振れは一般に、回転時のスリップ・リング１２の膨張、及び完全な円形にスリップ・リングを製造できないことに起因する。面外振れは通常、ボール・ベアリング、取り付けブラケット、及びスリップ・リングを含む部品のすべてに関する公差によって引き起こされる。これらの公差の累積の結果として、光ファイバ・ロータリ・ジョイントの物理的軸は、その回転軸線からわずかに斜めになることがある。しかし、本発明の反射体組立体の設計の結果として、両方のタイプの振れが修正される。
【００３１】
図１及び図２に示された実施例の反射体組立体は、楕円反射体２０から受信した信号を受信器１８に反射する双曲線反射体２２も含む。双曲線反射体は、双曲線の一部を形成するように形作られた反射面を含む。双曲線形状の反射面は、後方焦点Ｂ及び共役焦点Ｃを有する。この実施例では、反射体組立体は、楕円反射体の第２の焦点Ｆ２と双曲線反射体の後方焦点とが一致するように設計される。したがって、楕円反射体によって第２の焦点へと反射された光信号は、光信号が共役焦点に焦点を結ぶ助けをする双曲線反射体によって遮断される。例えば、双曲線反射体が存在しない場合に第２の焦点に向う反射光信号の経路を示す図２の破線を見られたい。受信器を双曲線反射体の共役焦点に配置することによって、最初に楕円反射体によって受信されたすべての光信号は、入射角に関わらず、受信器上に焦点が結ばれる。このことに関連して、受信器の集光レンズは、光信号を受信し、光信号に光ダイオード又はその他の検出器に光信号を送る光ファイバ上に焦点を結ばせるため、双曲線反射体の共役焦点に配置されることができる。
【００３２】
この実施例の反射体組立体の楕円反射体２０及び双曲線反射体２２は、互いに対して、並びに光源１４及び受信器１８に対して適切に位置づけられた別個の反射体とすることができる。しかし、一実施例では、楕円反射体と双曲線反射体とは一体をなし、それによって、従来の技術によって必要とされるような、複数の反射体を光学的に位置調整すること、及び複数の光信号に単一の光ダイオード上に焦点を結ばせることに関する複雑さを軽減し、したがって、製造コストを低減する。例えば、楕円反射体と双曲線反射体とが一体をなす反射体組立体は、楕円形状の反射面及び双曲線形状の反射面を定める所望の形状を得るために、射出成形プラスチックなどによって、プラスチックから形成されることができる。光学級ＡＢＳ又はその他の光学級成形用プラスチックを利用することもできる。好ましくは、楕円形状の反射面及び双曲線形状の反射面を定める金型の表面は磨かれる。その結果得られる楕円形状の反射面及び双曲線形状の反射面は、その後直ちに、さらに磨きをかけることなく、金、アルミニウム、又はその他の反射金属により被覆を施すことができる。しかし、プラスチック部品は、射出成形の後、必要ならば、反射被覆で被覆する前に、磨かれることもできる。
【００３３】
反射体組立体は、楕円形状の反射面及び双曲線形状の反射面が互いに対して適切に配置されるように、すなわち、（ｉ）楕円形状の反射面の第１の焦点Ｆ１が回転体の回転軸線に沿って存在し、（ｉｉ）楕円形状の反射面の第２の焦点Ｆ２と双曲線形状の反射面の後方焦点とが一致し、（ｉｉｉ）双曲線形状の反射面の共役焦点が受信器１８と一致するように形成される。受信器の適切な位置づけを保証するため、反射体組立体は、少なくとも１つの集光レンズなどの集光部材が双曲線形状の反射面の共役焦点と一致する位置に配置される鏡筒２４を設けることができる。例えば、図３を見られたい。
【００３４】
楕円反射体２０及び双曲線反射体２２を含む反射体組立体全体は、回転体の外側に放射状に存在することが有利である。例えば、図１及び図２に示されるように、楕円反射体は、回転体又は回転体によって支持されるスリップ・リング１２の外周から外側に放射状に配置されることができ、一方、双曲線反射体は、スリップ・リングの上に重なるが、回転体又は回転体によって支持されるスリップ・リングの内側には突き出ない。そのため、回転体によって規定される穴部全体は、空いたまま残り、反射体組立体が障害となることはない。図１及び図２では双曲線反射体はスリップ・リングの上に重なるように示されているが、いくつかの実施例では、反射体組立体は、双曲線反射体も回転体又は回転体によって支持されるスリップ・リング１２の外側に放射状に存在するようなサイズをとることができる。
【００３５】
図２及び図３により詳しく示された反射体組立体の実施例では、反射体組立体は、双曲線反射体２２を支持するための、楕円反射体２０から内側に放射状に延びた棚部（ｓｈｅｌｆ）２６を含む。この棚部はスリップ・リング１２の外側部分の上に張り出しており、楕円反射体に対して双曲線反射体を適切に位置づけることができる。棚部によって開口２８を定めることができ、光信号の伝播をチェックすることができる。光源によって発信された光信号が（図３に示された向きに双曲線反射体の上方を通過することなどによって）双曲線反射体のそばを通過して楕円形状の反射面に入射し、次に双曲線反射体へと、さらには鏡筒へと反射されるように、スリップ・リングと詳細にはスリップ・リングに支持された光源１４とが配置されるように、反射体組立体は固定体に取り付けられることができる。
【００３６】
上記で説明され、図２及び図３に示された反射体などの反射体１６は、楕円反射体２０及び双曲線反射体２２の両方を含む必要はない。例えば、図５の実施例に示されるように、反射体は、楕円反射体だけを含むことができる。双曲線反射体は、有利な点として、光信号の焦点を光ファイバ・ロータリ・ジョイント１０の固定体側に動かし、焦点での光信号の入射角の広がりを小さくするが、不利な点として、伝播経路長を長くし、設計を複雑にする。そのため、双曲線反射体を含むか、含まないかの設計上の選択は、兼ね合いが必要である。双曲線反射体を含まない実施例でも、楕円反射体はやはり、回転体によって、詳細には回転体に取り付けられたスリップ・リング１２によって支持された１つ又は複数の光源１４から外側に放射状に送信される光信号を受信するために固定体に取り付けられる。これらの実施例の楕円反射体もやはり、楕円形状の反射面の第１の焦点Ｆ１が回転体の中心軸線に沿って存在し、詳細にはスリップ・リングの中心と一致し、スリップ・リングによって規定される基準面内に存在するように位置づけられる。上記で説明された楕円反射体とは対照的に、これらの実施例の楕円反射体は、第２の焦点Ｆ２が回転体の外側に放射状に存在するように位置づけられる。そのため、光信号はやはり、回転体から外側に放射状に配置された受信器１８によって検出されるために、双曲線反射体によって反射される必要はない。代わりに、楕円形状の反射面の第２の焦点に一致させて、回転体の外側の放射状の位置に、受信器を配置することができる。例示された実施例では、受信器は、反射光信号を受信し、光信号を光ダイオード又はその他の検出器１９まで送信するための光ファイバ２１を含む。図示されていないが、受信器は、光信号が光ファイバ内に焦点を結ぶように楕円反射体の第２の焦点に配置された、１つ又は複数の集光レンズなどの集光光学部材も含むことができる。
【００３７】
反射体１６は、どの楕円反射体とも独立に、双曲線反射体２２を含むこともできる。さらに、反射体は、固定体から回転体に送信される光通信に対応するため、回転体によって、詳しくは回転体によって支持されたスリップ・リング１２によって支持されることができる。この実施例では、１つ又は複数の双曲線反射体が、スリップ・リングに取り付けられることができる。図５に示されるように、これらの双曲線反射体は、固定体に取り付けられた１つ又は複数の光源１４によって発信され、回転体の中心に向う内側の方向に放射状に伝播する光信号を受信するように適合される。したがって、各双曲線反射体の双曲線形状の反射面は、後方焦点Ｂが回転体の中心軸線に沿って存在し、詳しくは、スリップ・リングの中心と一致し、スリップ・リングによって規定される基準面内に存在するように形作られ、位置づけられる。そのため、双曲線反射体に入射する光信号は、双曲線反射体の共役焦点Ｃに焦点を結ぶ。有利には、各双曲線反射体の双曲線形状の反射面はまた、共役焦点が回転体上に、詳しくはスリップ・リング上に位置づけられるように形作られ、位置づけられる。そのため、受信器１８は、反射光信号を受信するため、双曲線反射体の共役焦点に配置されることができる。
【００３８】
図５に示されるように、光ファイバ２１は、それぞれの反射体２２から光信号を受信し、光信号を光ダイオード又はその他の検出器１９に送信するため、共役焦点Ｃに配置されることができる。加えて、１つ又は複数の集光レンズなどの集光要素は、反射光信号を受信し、光信号に光ファイバ内に焦点を結ばせるため、共役焦点に配置されることができる。固定体に対する回転体の角度位置が多少異なっているとしても、同じ光信号を受信するように適合された２以上の反射体を有する例示された実施例では、それぞれの光ファイバは、各反射体から光信号を受信し、その後、各光ファイバによって送られる光信号は、光ダイオード又はその他の検出器によって検出される前に、光合成器又は光結合器２５などによって合成される。上記で説明されたように、双曲線反射体２２は、回転体の固定体に対する相対回転関係に応じて、様々な入射角を有する光信号を受信する。しかし、双曲線反射体によって反射される光源から受信器への各光信号の経路長は同じであり、それによって、パルス幅が不都合にも広げられ、又は引き伸ばされることがないことを保証する。
【００３９】
回転体の固定体に対する相対角位置に関わらず、回転体と固定体との間で光通信を継続的に実行できることを保証することが望ましい。光通信の継続性を保証するため、光ファイバ・ロータリ・ジョイント１０は、図１に示されたように、１６個の光源などの、かなりの数の光源１４と、単一の反射体組立体を含むことができる。光源の数を減らすため、光ファイバ・ロータリ・ジョイントは、２個以上の反射体組立体を含むことができる。例えば、図５に示される実施例では、２個の双曲線反射体２２が、スリップ・リング１２に取り付けられている。しかし、光ファイバ・ロータリ・ジョイントは、必要ならば、スリップ・リング１２の周囲に配置された３個以上の反射体１６を含むことができる。同様に、図１に示された光ファイバ・ロータリ・ジョイントは、追加の反射体組立体が固定体に取り付けられ、回転体の周囲に円周状に配置された場合、又は反射体組立体がより大きな反射体、すなわち円周の長さがより長い反射体を含む場合、より少数の光源を含むことができる。光源及び反射体は好ましくは、１つの光源によって発信された光信号が１つの反射体から出て行く時に、別の光源によって発信された光信号が第２の反射体によって反射され始め、それによって回転体と固定体との間の光通信の継続性が保証されるように位置づけられる。
【００４０】
光源１４及び反射体１６の数は一般に、視準要件も決定する。このことに関連して、より少数の光源及び反射体を有する光ファイバ・ロータリ・ジョイント１０は一般に、より多数の光源及び反射体を有する光ファイバ・ロータリ・ジョイントと比較して、それらの間に、より長い自由空間伝播距離を有する。自由空間伝播距離が長くなるにつれて、視準要件は、光信号が、より長い距離を伝わる間の光信号の発散を最小化するために、よりきつく又はより厳格になる。したがって、少なくともそのような相対的に少数の光源及び反射体を有する光ファイバ・ロータリ・ジョイントは、ロータリ・インタフェースを介した送信の前に、光源によって供給される光信号の視準合わせを行うため、視準レンズなどの視準光学部材を必要とすることがある。
【００４１】
しかし、すべての経路長が同じになることを保証することによって、光信号のパルス幅は、通信する個々の光源１４及び受信器１８に関わりなく、また回転体の固定体に対する相対回転位置に関わりなく、一定に保たれる。したがって、本発明の光ファイバ・ロータリ・ジョイント１０は、データ送信速度とは独立した方式で、ロータリ・インタフェースを介した光通信に対応することができ、それによって１．２５Ｇビット／秒以上のデータ速度でのデータ送信を可能にする。
【００４２】
普通のレーザ又はその他の光源１５は、上記で説明されたように、各光ファイバが同じ光信号を発信するように各光ファイバ１３に同じ光信号を供給することができるが、少なくともいくつかの光ファイバは、異なる信号を発信するように異なる光源によって駆動されることもできる。各光ファイバは異なる光信号を発信するように構成されることができるが、一実施例の光ファイバ・ロータリ・ジョイント１０は、固定体上の反射体位置によって定められる四分円に光ファイバを配分する。各四分円内では、光ファイバは同じ光信号を発信する。しかし、１つの四分円の光ファイバによって発信される光信号は、他の四分円の光ファイバによって発信される光信号とは異なっている。これに対応して、この実施例の光ファイバ・ロータリ・ジョイントは、反射体１６と受信器１８の組を４組含むことができ、各組は、それぞれの四分円の光ファイバによって発信された光信号を受信するように適合される。
【００４３】
例えば、図６に示されるように、光ファイバ・ロータリ・ジョイント１０は、回転体の周囲に円周状に均等な間隔で配置された１６個の光源１５（ＴＸ０〜ＴＸ１５で表される）を含む。例示された実施例の光ファイバ・ロータリ・ジョイントは、入射した光信号がそれぞれの光ファイバ内に焦点を結ぶようにする、４個の楕円反射体２０などの４個の反射体１６も含み、その後、それぞれの光ファイバがそれぞれの検出器１９に光信号を送る。したがって、この実施例の光ファイバ・ロータリ・ジョイントは、各々が各反射体に関連づけられた４個の検出器も含む。反射体は、固定体の周囲に円周状に配置される。図示されたように、反射体はまた、光ファイバ・ロータリ・ジョイントのそれぞれの四分円内に配置された光源によって発信される光信号を１つの反射体が受信するよう適合されるように、互いに離れて配置される。図６で示されるように、４つの四分円は、四分円０、四分円１、四分円２、及び四分円３で表される。
【００４４】
図示されるように、反射体１６は、２個又は３個の光源１５から光信号を同時に受信するようにサイズが定められ、位置づけられる。同じ反射体に入射する光信号を発信する２個又は３個の光源が、同じ光信号を発信するように駆動されることが有利である。しかし、光ファイバ・ロータリ・ジョイント１０を介して送信されるデータの量を増やすため、１個の反射体に入射する光信号は一般に、他の反射体に入射する光信号とは異なっている。言い換えると、ＲＸ０に入射する光信号を発信する光源は一般に、ＲＸ１、ＲＸ２、及びＲＸ３に入射する光源によって発信される光信号とは異なる光信号を発信するように駆動される。図６にも示されるように、回転体が回転するにつれて、光源は一般に、光源がある四分円に入る前の短い間に、その四分円内の他の光源によって発信される光信号と同じ光信号を発信するように切り替えられる。光源を切り替えることのできる例示的な位置は、図６ではハッシュ（袖章）マーク３０で示されている。
【００４５】
ここで図７を参照して、データ送信速度を高めるために、図６に示されたタイプの光ファイバ・ロータリ・ジョイント１０を利用できる方法を説明する。光ファイバ・ロータリ・スイッチの上流で、従来のデジタル電子工学を利用して、５Ｇｂｐｓの信号が、４つの１．２５Ｇｂｐｓの信号流に分割される。チャネル選択器３２を介して、４つの１．２５Ｇｂｐｓの信号流は、ロータリ・ジョイントを介してそれぞれの受信器１８に送信されるために、それぞれ異なる光源１５のグループに転送される。例えば、図６に示された実施例に関して、第１の信号流は、ＲＸ０に送信されるために、ＴＸ０〜ＴＸ３に転送されることができ、第２の信号流は、ＲＸ１に送信されるために、ＴＸ４〜ＴＸ７に転送されることができ、以下も同様である。その後、４つの１．２５Ｇｂｐｓの信号流は、元の５Ｇｂｐｓの信号を形成するために再構成されることができる。この実施例の光ファイバ・ロータリ・ジョイントは、チャネル選択器が１．２５Ｇｂｐｓの信号流をそれぞれの光源のグループに適切に切り替えることができるように、スリップ・リング１２の位置を追跡するための角度位置エンコーダ３４を含むことができる。例えば、ＴＸ３、ＴＸ７、ＴＸ１１、及びＴＸ１５が図７のハッシュマーク３０を通過するように回転体が回転する際に、これらの光源は回転して異なる四分円に入るので、チャネル選択器は、ＴＸ４〜ＴＸ６と同じ光信号を出力するようにＴＸ３を切り替えることができ、ＴＸ８〜ＴＸ１０と同じ光信号を出力するようにＴＸ７を切り替えることができ、以下も同様である。したがって、本発明の光ファイバ・ロータリ・スイッチは、きわめて高いデータ速度で容易に光信号を送信することができる。
【００４６】
本発明の光ファイバ・ロータリ・ジョイント１０は、波長の異なる光信号の通信にも対応する。図８に示されたこの実施例では、光ファイバ・ロータリ・ジョイントは、波長がそれぞれ異なる光信号を供給するための２個以上のレーザ又はその他の源１５を含む。この実施例の光ファイバ・ロータリ・ジョイントは、波長の異なる光信号をそれぞれ各レーザ又はその他の源からロータリ・インタフェースに送信するための別々の光ファイバ１３も含むことができる。代替として、光源１４は、合成光信号を共通の光ファイバによってロータリ・インタフェースに送信できるように、波長の異なる光信号を合成するための図８に示されたようなファイバ結合器（カプラ）１７を含むことができる。
【００４７】
波長の異なる光信号が合成されるこの実施例では、受信器１８は、波長の異なる光信号を分離するための２色（ダイクロイック）フィルタなどの分割器（スプリッタ）２３と、それぞれの波長をもつ光信号を受信するための複数の光ダイオード又はその他の検出器１９とを含むように構成されることができる。受信器がロータリ・インタフェースから離れた場所にある実施例では、波長の異なる光信号は通常、共通の光ファイバ２１に沿って伝播した後、視準レンズ２５などによって視準が合わされ、次に光信号の波長に基づいて分離される。
【００４８】
波長多重化を利用することによって、光源１５の変調速度を高めることなく、帯域を増加させることができる。光源の変調速度を高めることに関連するコストは、１Ｇビット／秒を超えるデータ速度などのより高いデータ速度では相当なものになり得るので、波長の異なる光信号を供給する２以上のレーザ又はその他の源を含む方が、時にはより経済的になることもある。本発明の光ファイバ・ロータリ・ジョイント１０は一般に、ロータリ・インタフェースを介した光信号の送信に関して、相対的に高い効率を有する。そのため、より電力の小さい光信号を発信するが、有利なことに、従来の光ファイバ・ロータリ・ジョイントによって利用されたデータ速度よりも高いデータ速度で動作することのできる光源１４を選択することができる。例えば、本発明の光ファイバ・ロータリ・ジョイントの光源は、垂直共振器面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）又は分布帰還型（ＤＦＢ）レーザにすることができる。代替として、本発明の光ファイバ・ロータリ・ジョイントは、波長が６６０ｎｍで、電力レベルが５０ｍＷを超える光信号を発信する、従来の光ファイバ・ロータリ・ジョイントによって利用されたようなレーザ・ダイオードを利用することができる。これらのレーザ・ダイオードは、変調帯域がより限定されており、より多くのコストがかかり、より大きな注入電流を必要とし、一般に低電力光源よりも変調が難しい。
【００４９】
一実施例では、回転体によって支持される光源１４は、複数の個別ＶＣＳＥＬに含まれる光源又はその他の個別レーザ源に関して、全体サイズ、部品数、及び組み立てコストを減らすため、２×１２のＶＣＳＥＬ配列などのＶＣＳＥＬ配列を有する。ファイバ管理を改善するため、ファイバ・リボンを利用して、それぞれのＶＣＳＥＬによって発信された光信号を受信し、通常はシリコン・マイクロマシン・ブレークアウト・アダプタによって光学的にファイバ・リボンに結合される個々の光ファイバまで光信号を伝播することができる。その後、図８の実施例に関連して上記で説明されたように、光信号を、ロータリ・インタフェースを介して送信するため、光ファイバは、回転体外縁の周囲の異なる、一般に等間隔の場所まで延ばされる。等しい経路長を提供するため、各光ファイバの長さは同じであることが好ましい。
【００５０】
本明細書で説明された本発明の多くの修正及びその他の実施例は、上記の説明及び関連する図面で提示された教示から利益を得る、本発明が関係する分野の当業者であれば想到するであろう。したがって、本発明は開示された具体的な実施例に限定されるべきものではなく、修正及びその他の実施例も添付の特許請求の範囲の範囲内に含まれるものとされることを理解されたい。本明細書では具体的な用語が利用されたが、それらは一般的かつ説明的な意味でのみ使用され、限定の目的では使用されていない。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】楕円反射体及び双曲線反射体の両方を有する反射体組立体を含む、本発明の一実施例による光ファイバ・ロータリ・ジョイントの概略図。
【図２】図１の２−２線に沿った光ファイバ・ロータリ・ジョイントの横断面図。
【図３】図１及び図２に示された実施例の反射体組立体の斜視図。
【図４】楕円反射体を含む、本発明の別の実施例の光ファイバ・ロータリ・ジョイントの概略図。
【図５】スリップ・リングによって支持された双曲線反射体を含む、本発明のさらに別の実施例の光ファイバ・ロータリ・ジョイントの図。
【図６】光源の異なるグループが異なる光信号をそれぞれの受信器に送信する、別の実施例の光ファイバ・ロータリ・ジョイントの概略図。
【図７】図６の光ファイバ・ロータリ・ジョイントを含む通信システムの概略図。
【図８】波長多重化に対応する、本発明の別の実施例による光ファイバ・ロータリ・ジョイントの概略図。
【図１】
2007507168.tif 000002
【図２】
2007507168.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【手続補正書】
【提出日】平成18年5月25日(2006.5.25)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転体と固定体との間の光通信を提供するための光ファイバ・ロータリ・ジョイントにおいて、
光信号を送信するための、前記回転体及び前記固定体のうちの一方によって支持される光源と、
前記光信号を反射するための、前記回転体及び前記固定体のうちの他方に取り付けられた楕円反射体であって、楕円形の一部として構成された反射面を含み、楕円形状の反射面は、第１及び第２の焦点を有し、前記第１の焦点が前記回転体の中心軸線に沿って存在するように位置づけられる楕円反射体と、
反射光信号を受信するように配置された受信器とを含む光ファイバ・ロータリ・ジョイント。
【請求項２】
前記楕円反射体から受信した信号を反射するための双曲線反射体をさらに含み、該双曲線反射体は、双曲線の一部を形成するように形作られた反射面を含み、双曲線形状の反射面は、後方焦点及び共役焦点を有する、請求項１に記載された光ファイバ・ロータリ・ジョイント。
【請求項３】
前記楕円反射体の前記第２の焦点と前記双曲線反射体の前記後方焦点とが一致する、請求項２に記載された光ファイバ・ロータリ・ジョイント。
【請求項４】
前記受信器が、前記双曲線反射体の前記共役焦点に配置されている、請求項２に記載された光ファイバ・ロータリ・ジョイント。
【請求項５】
前記受信器が、前記楕円反射体の前記第２の焦点に配置されている、請求項１に記載された光ファイバ・ロータリ・ジョイント。
【請求項６】
回転体と共に回転するように適合されたスリップ・リングをさらに含み、該スリップ・リングが基準面を規定し、前記楕円反射体は、前記第１の焦点が前記基準面内の前記スリップ・リングの中心にあり、前記第２の焦点が前記基準面の外にあるように位置づけられている、請求項１に記載された光ファイバ・ロータリ・ジョイント。
【請求項７】
前記楕円反射体が、複数の異なる入射角を有する光信号を受信し、前記楕円反射体は、前記光源から前記受信器までの経路の長さが、前記入射角に関わらず、前記楕円反射体によって反射されるすべての光信号について同じになるように位置づけられている、請求項１に記載された光ファイバ・ロータリ・ジョイント。
【請求項８】
前記回転体によって支持される複数の円周状に配置された光源をさらに含み、前記楕円反射体が、前記複数の光源から光信号を受信するために、前記固定体に取り付けられている、請求項１に記載された光ファイバ・ロータリ・ジョイント。
【請求項９】
波長がそれぞれ異なる光信号を送信するための複数の光源をさらに含む、請求項１に記載された光ファイバ・ロータリ・ジョイント。
【請求項１０】
波長がそれぞれ異なる光信号を合成するための光結合器をさらに含む、請求項９に記載された光ファイバ・ロータリ・ジョイント。
【請求項１１】
前記受信器が、それぞれの波長を有する光信号を受信するための複数の検出器を含む、請求項９に記載された光ファイバ・ロータリ・ジョイント。
【請求項１２】
前記受信器が、前記検出器による受信の前に波長がそれぞれ異なる光信号を分離するための分割器をさらに含む、請求項１１に記載された光ファイバ・ロータリ・ジョイント。
【請求項１３】
前記光源が、垂直共振器面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）の配列を含む、請求項１に記載された光ファイバ・ロータリ・ジョイント。
【請求項１４】
前記回転体及び前記固定体のうちの前記他方に取り付けられ、その周囲に間隔をあけて配置された、入射する光信号を反射するための複数の楕円反射体をさらに含む、請求項１に記載された光ファイバ・ロータリ・ジョイント。
【請求項１５】
前記受信器による受信の前に前記複数の楕円反射体によって反射された光信号を合成するための結合器をさらに含む、請求項１４に記載された光ファイバ・ロータリ・ジョイント。
【請求項１６】
前記複数の楕円反射体が、それぞれ異なる光信号を受信するための４個の円周状に配置された楕円反射体を含む、請求項１４に記載された光ファイバ・ロータリ・ジョイント。
【請求項１７】
回転体と固定体との間の光通信を提供するための光ファイバ・ロータリ・ジョイントにおいて、
光信号を送信するための、前記回転体及び前記固定体のうちの一方によって支持される光源と、
前記光信号を反射するための、前記回転体及び前記固定体のうちの他方に取り付けられた双曲線反射体であって、双曲線の一部として構成された反射面を含み、双曲線形状の反射面は、後方焦点及び共役焦点を有する双曲線反射体と、
前記双曲線反射体からの反射光信号を受信するように配置された受信器とを含む光ファイバ・ロータリ・ジョイント。
【請求項１８】
前記双曲線反射体の前記後方焦点が、前記回転体の中心軸線に沿って存在する、請求項１７に記載された光ファイバ・ロータリ・ジョイント。
【請求項１９】
前記光源が、前記固定体によって支持され、前記双曲線反射体が、前記回転体に取り付けられている、請求項１８に記載された光ファイバ・ロータリ・ジョイント。
【請求項２０】
前記光源から光信号を受信し、前記光信号を前記双曲線反射体に反射するための楕円反射体をさらに含み、前記楕円反射体は、楕円形の一部として構成された反射面を含み、楕円形状の反射面は、第１及び第２の焦点を有し、前記第１の焦点が前記回転体の中心軸線に沿って存在するように位置づけられている、請求項１７に記載された光ファイバ・ロータリ・ジョイント。
【請求項２１】
前記楕円反射体の前記第２の焦点と前記双曲線反射体の前記後方焦点とが一致する、請求項２０に記載された光ファイバ・ロータリ・ジョイント。
【請求項２２】
前記受信器が、前記双曲線反射体の前記共役焦点に配置されている、請求項１７に記載された光ファイバ・ロータリ・ジョイント。
【請求項２３】
前記双曲線反射体が、複数の異なる入射角を有する光信号を受信し、前記双曲線反射体は、前記光源から前記受信器までの経路の長さが、前記入射角に関わらず、前記双曲線反射体によって反射されるすべての光信号について同じになるように位置づけられている、請求項１７に記載された光ファイバ・ロータリ・ジョイント。
【請求項２４】
波長がそれぞれ異なる光信号を送信するための複数の光源をさらに含む、請求項１７に記載された光ファイバ・ロータリ・ジョイント。
【請求項２５】
波長がそれぞれ異なる光信号を合成するための光結合器をさらに含む、請求項２４に記載された光ファイバ・ロータリ・ジョイント。
【請求項２６】
前記受信器が、それぞれの波長を有する光信号を受信するための複数の検出器を含む、請求項２４に記載された光ファイバ・ロータリ・ジョイント。
【請求項２７】
前記受信器が、前記検出器による受信の前に、波長がそれぞれ異なる光信号を分離するための分割器をさらに含む、請求項２６に記載された光ファイバ・ロータリ・ジョイント。
【請求項２８】
前記光源が、垂直共振器面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）の配列を含む、請求項１７に記載された光ファイバ・ロータリ・ジョイント。
【請求項２９】
入射する光信号を反射するための、前記回転体及び前記固定体のうちの前記他方に取り付けられ、その周囲に間隔をあけて配置された複数の双曲線反射体をさらに含む、請求項１７に記載された光ファイバ・ロータリ・ジョイント。
【請求項３０】
前記受信器による受信の前に、前記複数の楕円反射体によって反射された光信号を合成するための結合器をさらに含む、請求項２９に記載された光ファイバ・ロータリ・ジョイント。
【請求項３１】
前記複数の双曲線反射体が、それぞれ異なる光信号を受信するための４個の円周状に配置された双曲線反射体を含む、請求項２９に記載された光ファイバ・ロータリ・ジョイント。
【請求項３２】
回転体と固定体との間の光通信を提供するための光ファイバ・ロータリ・ジョイントにおいて、
光信号を送信するための、前記回転体及び前記固定体のうちの一方によって支持される光源と、
複数の異なる入射角を有する光信号を受信し、前記光信号を反射するための、前記回転体及び前記固定体のうちの他方に取り付けられた反射体であって、前記回転体の外部に放射状に配置された反射体と、
反射光信号を受信するように配置された受信器とを含み、
前記反射体が、前記光源から前記受信器までの経路の長さが、前記入射角に関わらず、前記反射体によって反射されるすべての光信号について同じになるように形作られ、位置づけられた反射面を含む光ファイバ・ロータリ・ジョイント。
【請求項３３】
前記反射体が、楕円形の一部として構成された反射面を有する楕円反射体を含み、楕円形状の反射面は、第１及び第２の焦点を有し、前記第１の焦点が前記回転体の中心軸線に沿って存在するように位置づけられている、請求項３２に記載された光ファイバ・ロータリ・ジョイント。
【請求項３４】
前記反射体が、前記楕円反射体の前記第２の焦点に配置されている、請求項３３に記載された光ファイバ・ロータリ・ジョイント。
【請求項３５】
前記反射体が、前記楕円反射体から受信した信号を反射するための双曲線反射体をさらに含み、前記双曲線反射体は、双曲線の一部として構成された反射面を含み、双曲線形状の反射面は、後方焦点及び共役焦点を有し、前記楕円反射体の前記第２の焦点と前記双曲線反射体の前記後方焦点とが一致する、請求項３３に記載された光ファイバ・ロータリ・ジョイント。
【請求項３６】
前記反射体が、前記双曲線反射体の前記共役焦点に配置されている、請求項３５に記載された光ファイバ・ロータリ・ジョイント。
【請求項３７】
前記光源が、前記固定体によって支持され、前記反射体が、前記回転体に取り付けられ、双曲線の一部として構成された反射面を有する双曲線反射体を含み、双曲線形状の反射面は、後方焦点及び共役焦点を有し、前記後方焦点が前記回転体の中心軸線に沿って存在するように位置づけられている、請求項３２に記載された光ファイバ・ロータリ・ジョイント。
【請求項３８】
前記固定体の周囲に配置された複数の光源と、前記回転体の周囲に配置された複数の双曲線反射体とをさらに含み、前記光源の１つによって発信された光信号が常に前記双曲線反射体の１つに入射するようになっている、請求項３７に記載された光ファイバ・ロータリ・ジョイント。
【請求項３９】
波長がそれぞれ異なる光信号を送信するための複数の光源をさらに含む、請求項３２に記載された光ファイバ・ロータリ・ジョイント。
【請求項４０】
波長がそれぞれ異なる光信号を合成するための光結合器をさらに含む、請求項３９に記載された光ファイバ・ロータリ・ジョイント。
【請求項４１】
前記受信器が、それぞれの波長を有する光信号を受信するための複数の検出器を含む、請求項３９に記載された光ファイバ・ロータリ・ジョイント。
【請求項４２】
前記受信器が、前記検出器による受信の前に、波長がそれぞれ異なる光信号を分離するための分割器をさらに含む、請求項４１に記載された光ファイバ・ロータリ・ジョイント。
【請求項４３】
前記光源が、垂直共振器面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）の配列を含む、請求項３２に記載された光ファイバ・ロータリ・ジョイント。
【請求項４４】
入射する光信号を反射するための、前記回転体及び前記固定体のうちの前記他方に取り付けられ、その周囲に間隔をあけて配置された複数の反射体をさらに含む、請求項３２に記載された光ファイバ・ロータリ・ジョイント。
【請求項４５】
前記受信器による受信の前に、前記複数の反射体によって反射された光信号を合成するための結合器をさらに含む、請求項４４に記載された光ファイバ・ロータリ・ジョイント。
【請求項４６】
前記複数の反射体が、それぞれ異なる光信号を受信するための４個の円周状に配置された反射体を含む、請求項４４に記載された光ファイバ・ロータリ・ジョイント。
【請求項４７】
回転体と固定体との間の光通信を提供するための光ファイバ・ロータリ・ジョイントに使用するための反射体組立体であって、該光ファイバ・ロータリ・ジョイントが、前記回転体及び前記固定体のうちの一方によって支持された、前記回転体及び前記固定体のうちの他方に光信号を送信するための光源を含む、反射体組立体において、前記反射体組立体が、
楕円形の一部として構成された反射面を含み、楕円形状の反射面が第１及び第２の焦点を有する楕円反射体と、
双曲線の一部として構成された反射面を含み、双曲線形状の反射面が後方焦点及び共役焦点を有する双曲線反射体とを含み、
前記楕円反射体の前記第２の焦点と前記双曲線反射体の前記後方焦点とが一致する反射体組立体。
【請求項４８】
前記双曲線反射体の前記共役焦点に少なくとも１つの集光部材をさらに含む、請求項４７に記載された反射体組立体。
【請求項４９】
前記楕円反射体及び前記双曲線反射体が、反射被覆が部分的に施されたプラスチックから構成されている、請求項４７に記載された反射体組立体。
【請求項５０】
前記楕円反射体及び前記双曲線反射体が一体である、請求項４７に記載された反射体組立体。
【国際調査報告】
2007507168.tif 000010
2007507168.tif 000011