(57)【要約】  本発明は、回転子と固定子２１、２２の対向表面２６、２９間のインターフェースを介するデジタル光信号の伝送を可能にするための光ファイバ・ロータリージョイント２０に関する。ロータリージョイント２０は、回転子と固定子の一方に取り付けられた複数の光源４２Ａ、４２Ｂ、４２Ｃ、・・・であって、それぞれが、第１の波長での第１の光信号を選択的に生成するように構成された第１の光源４３Ｃと、第２の波長での第２の光信号を選択的に生成するように構成された第２の光源４３Ｃ’とを含む複数の光源と、光源から受けた光信号を回転子と固定子の他方の対向表面に向けて送信するために、回転子と固定子の一方の表面に沿って離隔配置された第１の複数の光放出器２５と、各光源それぞれから関連する放出器に光信号を搬送するために、光源それぞれを光放出器それぞれと各々通信させる第１の複数の第１の光ファイバと、回転子と固定子の他方の表面上に、第２の円弧距離に沿って離隔配置された第２の複数の光レセプタ３１と、回転子と固定子の他方に取り付けられた少なくとも１つの光検出器３６、４０と、光レセプタそれぞれを光検出器と各々通信させる第２の複数の第２の光ファイバとを有する。
2013513130.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転子と固定子の対向表面間のインターフェースを介するデジタル光信号の伝送を可能にするための光ファイバ・ロータリージョイントにおいて、
前記回転子及び前記固定子の一方に取り付けられた複数の光源であって、それぞれが、光信号を選択的に生成するように構成された第１の光源と、光信号を選択的に生成するように構成された第２の光源とを含む複数の光源と、
前記光源から受けた前記光信号を前記回転子及び前記固定子の他方の対向表面に向けて送信するために、前記回転子及び前記固定子の前記一方の表面に沿って離隔配置された第１の複数の光放出器と、
前記各光源それぞれから、関連する放出器に前記光信号を搬送するために、前記光源それぞれを前記光放出器それぞれと各々通信させる第１の複数の第１の光ファイバと、
前記回転子及び前記固定子の前記他方の表面上に、第２の円弧距離に沿って離隔配置された第２の複数の光レセプタと、
前記回転子及び前記固定子の前記他方に取り付けられた少なくとも１つの光検出器と、
前記光レセプタそれぞれを、前記光検出器と各々通信させる第２の複数の第２の光ファイバと
を有し、
前記光源、前記第１の光ファイバ、前記光放出器、前記光レセプタ、前記第２の光ファイバ、及び前記検出器は、前記光源から前記検出器に伝送される光信号の総伝搬遅延が、前記光信号のビット幅の約４分の１未満になるように構成及び配置されており、それによって前記光ファイバ・ロータリージョイントは、低減されたジッタで、前記インターフェースを介して前記光信号を伝送することができる
光ファイバ・ロータリージョイント。
【請求項２】
前記第１の光源は、通常時に前記光信号を生成するように構成される請求項１に記載の光ファイバ・ロータリージョイント。
【請求項３】
前記第２の光源は、前記第１の光源が前記光信号の生成に失敗している場合に前記光信号を生成するように構成される請求項２に記載の光ファイバ・ロータリージョイント。
【請求項４】
前記第１の光源が前記光信号を生成しているかどうかを感知するためのセンサと、
前記第１の光源が前記光信号の生成に失敗している場合に前記第２の光源に前記光信号を生成させるように構成されたスイッチと
をさらに有する請求項３に記載の光ファイバ・ロータリージョイント。
【請求項５】
前記スイッチは、前記第１の光源によって生成された前記光信号がないことが感知されると自動的に作動する請求項４に記載の光ファイバ・ロータリージョイント。
【請求項６】
関連する第１の光ファイバへの前記光信号の結合が実質的に途切れない請求項５に記載の光ファイバ・ロータリージョイント。
【請求項７】
前記光信号が、少なくとも約２．５Ｇｂｐｓのデータ伝送速度で前記インターフェースを介して送信される請求項１に記載の光ファイバ・ロータリージョイント。
【請求項８】
前記第１の円弧距離と前記第２の円弧距離とが、異なる角度によって定められる請求項１に記載の光ファイバ・ロータリージョイント。
【請求項９】
前記光放出器が約３０°の間隔で離隔配置され、前記第２の円弧距離が約３６°である請求項８に記載の光ファイバ・ロータリージョイント。
【請求項１０】
前記第１の光ファイバの長さが実質的に等しい請求項１に記載の光ファイバ・ロータリージョイント。
【請求項１１】
前記第２の光ファイバの長さが実質的に等しい請求項１に記載の光ファイバ・ロータリージョイント。
【請求項１２】
各第１の光ファイバのコアが、少なくとも約２００ミクロンの直径を有する請求項１に記載の光ファイバ・ロータリージョイント。
【請求項１３】
各第２の光ファイバのコアが、少なくとも約２００ミクロンの直径を有する請求項１に記載の光ファイバ・ロータリージョイント。
【請求項１４】
前記第１の複数の第１の光ファイバが、前記第２の複数の第２の光ファイバとは異なる請求項１に記載の光ファイバ・ロータリージョイント。
【請求項１５】
前記第１の光ファイバと第２の光ファイバの長さが異なる請求項１に記載の光ファイバ・ロータリージョイント。
【請求項１６】
前記第１の光ファイバがそれぞれ、その関連する光源から離れた周端部にコリメートレンズアセンブリを有する請求項１に記載の光ファイバ・ロータリージョイント。
【請求項１７】
前記第２の光ファイバがそれぞれ、前記光検出器から離れた周端部にコリメートレンズアセンブリを有する請求項１に記載の光ファイバ・ロータリージョイント。
【請求項１８】
前記ファイバそれぞれのコアがガラスである請求項１に記載の光ファイバ・ロータリージョイント。
【請求項１９】
前記伝送すべき信号が、前記インターフェースを介する伝送に先立って様々な前記第１の光ファイバに結合され、それにより、そのような結合された信号が、前記複数の光放出器によって前記インターフェースを介して送信され、そのような送信された信号が、前記第２の光ファイバによって受信され、そのような受信された信号が、前記伝送すべき信号を再び生成するように光学的に多重分離される請求項１に記載の光ファイバ・ロータリージョイント。
【請求項２０】
いくつかの前記第２の複数の光レセプタが、前記回転子及び前記固定子の前記他方の前記表面の周りに離隔配置される請求項１に記載の光ファイバ・ロータリージョイント。
【請求項２１】
回転子と固定子の対向表面間のインターフェースを介するデジタル光信号の伝送を可能にするための光ファイバ・ロータリージョイントにおいて、
前記回転子及び前記固定子の一方に取り付けられた複数の光源であって、それぞれが、第１の波長で第１の光信号を選択的に生成するように構成された第１の光源と、第２の波長で第２の光信号を選択的に生成するように構成された第２の光源とを含む複数の光源と、
前記光源から受けた前記光信号を前記回転子及び前記固定子の他方の対向表面に向けて送信するために、前記回転子及び前記固定子の前記一方の表面に沿って離隔配置された第１の複数の光放出器と、
各光源それぞれから、関連する放出器に前記光信号を搬送するために、前記光源それぞれを前記光放出器それぞれと各々通信させる第１の複数の第１の光ファイバと、
前記回転子及び前記固定子の前記他方の表面上に、第２の円弧距離に沿って離隔配置された第２の複数の光レセプタと、
前記回転子及び前記固定子の前記他方に取り付けられた少なくとも１つの光検出器と、
前記光レセプタそれぞれを前記光検出器と各々通信させる第２の複数の第２の光ファイバとを
有し、
前記光源、前記第１の光ファイバ、前記光放出器、前記光レセプタ、前記第２の光ファイバ、及び前記検出器は、前記光源から前記検出器に伝送される光信号の総伝搬遅延が、前記光信号のビット幅の約４分の１未満になるように構成および配置されており、それによって前記光ファイバ・ロータリージョイントは、低減されたジッタで、前記インターフェースを介して前記光信号を伝送することができる
光ファイバ・ロータリージョイント。
【請求項２２】
前記各光源が、前記第１の光信号を選択的に生成するように各々構成された２つ前記第１の光源と、前記第２の光信号を選択的に生成するように各々構成された２つの前記第２の光源とを含む請求項２１に記載の光ファイバ・ロータリージョイント。
【請求項２３】
前記第１の光源の一方は、通常時に前記第１の光信号を生成するように構成され、前記第１の光源の他方は、前記一方の第１の光源が前記第１の光信号を生成していない場合に前記第１の光信号を生成するように構成される請求項２２に記載の光ファイバ・ロータリージョイント。
【請求項２４】
前記第２の光源の一方は、通常時に前記第２の光信号を生成するように構成され、前記第２の光源の他方は、前記一方の第２の光源が前記第２の光信号を生成していない場合に前記第２の光信号を生成するように構成される請求項２２に記載の光ファイバ・ロータリージョイント。
【請求項２５】
前記回転子及び前記固定子の間の相対角度位置を決定するための位置決定デバイスと、
前記ジョイントに複数の個別の入力データストリームを供給するための手段と、
各個別の入力データストリームをそれぞれの前記光源に経路指定するためのスイッチであって、前記それぞれの光源が適切な前記放出器と通信し、前記放出器が、前記回転子及び前記固定子の間のその特定の相対角度位置において、対応する光信号を所定の光レセプタに送信するように構成され、それによって、前記各光放出器が、個別の光データ信号を、そのような相対角度位置でそのような関連する光レセプタに送信し、それによって、前記個別の入力データストリームが、前記回転子及び前記固定子の間の任意の角度位置で、それぞれの前記光レセプタに継続的に送信されるスイッチと
をさらに含む請求項２１に記載の光ファイバ・ロータリージョイント。
【請求項２６】
回転子と固定子の対向表面間のインターフェースを介したデジタル光信号の伝送を可能にするための方法において、
前記回転子及び前記固定子の一方に複数の光源を提供するステップであって、前記各光源が、光信号を選択的に生成するように構成された第１の光源と、光信号を選択的に生成するように構成された第２の光源とを含むステップと、
前記回転子及び前記固定子の前記一方の表面に沿って第１の複数の離隔配置された光放出器を提供するステップと、
それぞれの前記光源とそれぞれの前記光放出器との間に第１の複数の第１の光ファイバを提供するステップと、
前記光源に前記光信号を放出させるステップと、
前記第１の光ファイバに沿って前記光源から前記光放出器に前記光信号を搬送するステップと、
前記第１の光放出器に、前記回転子及び前記固定子の前記他方の対向表面に向けて前記インターフェースを介して前記光信号を送信させるステップと、
前記光放出器によって送られた前記光信号を受信するために、前記回転子及び前記固定子の前記他方の表面の第２の円弧距離に沿って第２の複数の離隔配置された光レセプタを提供するステップと、
前記回転子及び前記固定子の前記他方に少なくとも１つの光検出器を提供するステップと、
前記光レセプタによって受信された前記光信号を前記光検出器に伝送するステップと、
前記光源と前記検出器の間で伝送される前記光信号の総伝播遅延が前記光信号のビット幅の約４分の１未満になるように、前記光放出器及び前記光レセプタを位置決めするステップと
を含み、
それによって、低減されたジッタで、前記インターフェースを介した前記デジタル光信号の伝送を可能にする方法。
【請求項２７】
前記第１の光源は、通常時に前記光信号を生成するように構成される請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
追加のステップとして、
前記第１の光源が前記光信号を生成しているかどうかを感知するステップと、
前記第１の光源が前記光信号の生成に失敗している場合に、前記第２の光源に前記光信号を生成させるステップと
をさらに含む請求項２６に記載の方法。
【請求項２９】
追加のステップとして、
前記送信すべき信号を、前記インターフェースを介した送信に先立って前記第１の光ファイバそれぞれに結合するステップと、
前記複数の光放出器によって前記インターフェースを介して前記信号を送信するステップと、
そのような送信された信号を前記第２の光ファイバによって受信するステップと、
前記送信された信号を、前記送信すべき信号を再び生成するために多重分離するステップと
をさらに含む請求項２６に記載の方法。
【請求項３０】
回転子と固定子の対向表面間のインターフェースを介したデジタル光信号の伝送を可能にするための方法において、
前記回転子及び前記固定子の一方に複数の光源を提供するステップであって、前記各光源が、第１の波長で第１の光信号を選択的に生成するように構成された第１の光源と、第２の波長で第２の光信号を選択的に生成するように構成された第２の光源とを含むステップと、
前記回転子及び前記固定子の前記一方の表面に沿って第１の複数の離隔配置された光放出器を提供するステップと、
それぞれの前記光源とそれぞれの前記光放出器との間に第１の複数の第１の光ファイバを提供するステップと、
前記光源に前記光信号を放出させるステップと、
前記第１の光ファイバに沿って前記光源から前記光放出器に前記光信号を搬送するステップと、
前記第１の光放出器に、前記回転子及び前記固定子の前記他方の対向表面に向けて前記インターフェースを介して前記光信号を送信させるステップと、
前記光放出器によって送信された前記光信号を受信するために、前記回転子及び前記固定子の前記他方の表面の第２の円弧距離に沿って第２の複数の離隔配置された光レセプタを提供するステップと、
前記回転子及び前記固定子の前記他方に少なくとも１つの光検出器を提供するステップと、
前記光レセプタによって受信された前記光信号を前記光検出器に伝達するステップと、
前記光源と前記検出器の間で伝送される前記光信号の総伝播遅延が前記光信号のビット幅の約４分の１未満になるように、前記光放出器及び光レセプタを位置決めするステップと
を含み、
それによって、低減されたジッタで、前記インターフェースを介した前記デジタル光信号の伝送を可能にする方法。
【請求項３１】
追加のステップとして、
前記ジョイントに複数の個別の入力データストリームを供給するステップと、
前記回転子及び前記固定子の間の相対角度位置を決定するステップと、
適切な前記放出器に各入力データストリームを経路指定するステップであって、前記適切な放出器は、前記決定された相対角度位置において、対応する光信号を所定の光レセプタに送信し、それによって、そのような相対角度位置で、各光放出器が、そのような関連する光レセプタに個別の光データ信号を送信するステップと、
前記回転子及び前記固定子の任意の相対角度位置で、前記個別の光データ信号それぞれを前記光レセプタそれぞれに継続的に送信するステップと
をさらに含む請求項３０に記載の方法。
【請求項３２】
光ファイバネットワークに光信号を送信するように適合された光ファイバ送信機であって、
近位端を有する光ファイバと、
前記近位端を介して前記ファイバに光エネルギーを選択的に放出するように動作可能に構成された複数の光源と
を含む光ファイバ送信機。
【請求項３３】
前記光源がそれぞれＶＣＳＥＬ送信機である請求項３２に記載の光ファイバ送信機。
【請求項３４】
前記ファイバがマルチモードファイバである請求項３２に記載の光ファイバ送信機。
【請求項３５】
前記マルチモードファイバが、少なくとも約２００ミクロンのコア直径を有する請求項３４に記載の光ファイバ送信機。
【請求項３６】
前記光ファイバネットワークが光ファイバ・ロータリージョイントである請求項３２に記載の光ファイバ送信機。
【請求項３７】
前記光ファイバ送信機が、光ファイバ送受信機の一部である請求項３２に記載の光ファイバ送信機。
【請求項３８】
前記複数が２である請求項３２に記載の光ファイバ送信機。
【請求項３９】
前記光源はそれぞれ、同じ光信号を選択的に生成するように構成され、前記光源の一方は、通常時に光信号を生成するように構成され、前記光源の他方は、前記第１の光源が前記光信号を生成するのに失敗している場合に前記光信号を生成するように構成される請求項３８に記載の光ファイバ送信機。
【請求項４０】
前記第１の光源が前記光信号を生成しているかどうかを感知するためのセンサと、
前記第１の光源が前記光信号の生成に失敗している場合に前記第２の光源に前記光信号を生成させるように構成されたスイッチと
をさらに有する請求項３９に記載の光ファイバ送信機。
【請求項４１】
前記光源が、前記近位端を介して前記ファイバに異なる波長で光エネルギーを選択的に放出するように動作可能に構成される請求項３２に記載の光ファイバ送信機。
【請求項４２】
前記複数が４である請求項４１に記載の光ファイバ送信機。
【請求項４３】
前記第１の光源対の各光源が、第１の波長での光エネルギーを選択的に放出するように構成され、前記第２の光源対の各光源が、第２の波長での光エネルギーを選択的に放出するように構成される請求項４２に記載の光ファイバ送信機。
【請求項４４】
前記１対のうちの前記一方の光源は、通常時に前記光エネルギーを放出するように構成され、前記１対のうちの他方の光源は、前記１対の前記一方の光源が前記光エネルギーの放出に失敗している場合に光エネルギーを放出するように構成される請求項４３に記載の光ファイバ送信機。
【請求項４５】
前記光源がそれぞれＶＣＳＥＬ送信機である請求項４４に記載の光ファイバ送信機。
【請求項４６】
前記ＶＣＳＥＬ送信機が、仮想長方形の頂点に配置され、隣接する送信機間の中心線間隔が約６８〜７２ミクロンである請求項４５に記載の光ファイバ送信機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、光ファイバ・ロータリージョイントに関し、より詳細には、回転子と固定子の対面する周面間のインターフェースを介して高いデータレート（例えば２．５Ｇｂｐｓ以上）でのデジタル光信号の伝送を可能にする、改良されたコンパクトで低コストの光ファイバ・ロータリージョイント（「ＦＯＲＪ」）、それにより実施される方法、及び改良された光ファイバデバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
光ファイバ・ロータリージョイントは、多数の異なる形状及び構造で存在する。多くの場合、そのようなジョイントは、固定子に対して回転運動するように取り付けられた回転子を有する。１つ又は複数の光信号を、回転子と固定子の間のインターフェースを介して（すなわち回転子から固定子へ、及び／又はその逆で）伝送することができる。
【０００３】
本発明の譲受人に譲渡されている米国特許第４，５２５，０２５Ａ号に開示されているものなど、いくつかの無接触オフアクシス・光ファイバ・ロータリージョイントが開発されている。’０２５号特許は、ロータリー・インターフェースを介してパルス光信号を伝送する光ファイバ・ロータリージョイントを開示する。このデバイスは、固定子に形成された環状反射壁と、やはり固定子に取り付けられ、環状反射壁の近位に接線方向で配置された一端を有する光ファイバとを含む。回転子に取り付けられた複数の光ファイバの１つによって放出された信号は、回転子と固定子の間の環状インターフェースを介して伝送され、環状反射壁に沿って反射され、固定子に取り付けられた光ファイバそれぞれによって受信される。
【０００４】
’０２５号特許で開示されたものと概して同様に構成された実際のジョイントは、約１０〜１２インチの回転子直径、及び５０メガビット／秒（「Ｍｂｐｓ」）のデータ伝送速度に制限される。これは、ビットパルス幅の歪みを引き起こす様々な伝播遅延に起因する。１０１．６〜１２７．０センチメートル（すなわち４０〜５０インチ）の回転子直径を有し、パルス光信号を使用し、１〜３ギガビット／秒（「Ｇｂｐｓ」）以上のデータ伝送速度を有するジョイントが求められている。これらの要件を満たすためには、２つの基準を満たさなければならない。第１に、回転による光学的なばらつきを最小限に抑えなければならない。第２に、ビットパルス幅の歪みに対する影響を最小限に抑えるように伝播遅延を制御しなければならない。
【０００５】
米国特許第５，３３６，８９７Ａ号は、Ｘ線ＣＴスキャナの回転部分と固定部分の間で信号を伝送するために使用される光データ伝送装置を開示する。この装置は、回転部分の回転軸線に垂直な回転部分の側面に配置された発光素子を含む。発光素子は、回転軸線に平行な方向で光を放出するために伝送データに従って均一に駆動される。受光素子が、発光素子に面する固定部分の側面に配設される。発光素子間の間隔は、様々な発光素子によって形成される照明領域が受光素子上で互いに部分的に重なり合うように設定される。したがって、受光素子は、常に、発光素子の１つ又は２つから光を受信する。回転部分の回転中、データは、発光素子すべてから様々な受光素子に継続的に送信することができる。
【０００６】
米国特許第５，９９１，４７８Ａ号及び米国特許第６，１０４，８４９Ａ号は、固定子に導波路を有するＦＯＲＪを開示する。ロータリー・インターフェースを介して少なくとも１つの光信号を伝送するための一方向及び両方向ＦＯＲＪが開示されている。このＦＯＲＪは、導波路を有する固定子を含む。回転子は、３６０°にわたって回転可能であり、固定子と同心である。光送信機が、固定子と回転子の一方の第１の円周上に位置決めされる。各送信機が光信号を放出する。光受信機が、回転子と固定子の他方の第２の円周上に位置決めされる。送信される光信号はそれぞれ、導波路内に接線方向で放出され、導波路に沿った短い弦の長さで反射される。各光信号は、回転子と固定子の間の任意の相対角度位置で、第２の複数の光受信機の少なくとも１つによって受信される。光受信機の数は、光送信機の数よりも多い。いくつかの受信機は、回転子の３６０°回転の一部において光信号を受信しない。
【０００７】
米国特許第６，３８５，３６７Ｂ１号は、固定子に位置された、円周方向で離隔配置された複数の区分化された導波路を備えるＦＯＲＪを開示する。導波路間の空間は非反射性である。各導波路は、光ピックアップ機構を有する。複数の光送信機が回転子に位置される。好ましい実施例では、１６個の送信機があり、任意の所与の時間に、８個の送信機が送信を行い、それと同時に８個の送信機がオフに切り替えられる。この文献はまた、固定子に対する回転子のその特定の角度位置に関して、対応する光信号を所定の導波路区域に送信する適切な送信機に各入力データストリームを経路指定するためのスイッチの使用を教示しており、それにより、その特定の角度位置で、各送信機が個別の光信号をその関連の導波路に送信する。
【０００８】
米国特許第６，４５３，０８８Ｂ１号は、直径の大きいＦＯＲＪに関する区分化された導波路を開示する。導波路は、既存の固定子表面に取り付けられる。各導波路は、回転子からの信号を受信することができる。このＦＯＲＪは、回転子と、既存の固定子表面とを含む。回転子は、３６０°にわたって回転可能であり、既存の固定子表面と同心である。回転子は、回転子の第１の円周に接続された複数の光送信機及び光受信機の１つを有する。導波路は、既存の固定子表面の一部に合致するように形作られた反射導波路表面を含む。少なくとも１つの導波路支持体が、反射導波路表面を保持し、既存の固定子に接続される。光送信機又は光受信機の少なくとも１つが、反射導波路表面に光学的に結合される。
【０００９】
米国特許第６，９０７，１６１Ｂ２号は、レンズ／プリズムアセンブリと、システムが動作するのに十分な信号を得るために検出器に対して複数のレンズとさなければならない複数のピックアップファイバとをなくしたＦＯＲＪを開示する。また、このＦＯＲＪは、特定のシステム構成要素の急な立ち上がり時間及び立ち下がり時間をいくらか補償する。単一のピックアップ機構、すなわちファイバ又はフォトダイオードが、導波路の端部に配置される。レンズ又はレンズシステムを使用して、ファイバ面又はフォトダイオード活性領域上に単一の光信号を合焦させる。システム内での位置により、ファイバ、ファイバ／レンズアセンブリ、レンズ付きＶＣＥＬ、レーザ、ＬＥＤなど様々な光注入技法を利用することができる。
【００１０】
米国特許第６，９８０，７１４Ｂ２号は、回転子と固定子の間の光通信をサポートするためのＦＯＲＪ及び関連の反射器アセンブリを開示する。ＦＯＲＪは、光信号を送信するための回転子又は固定子によって搬送される少なくとも１つの光源を含む。また、ＦＯＲＪは、光信号を反射するための回転子と固定子の他方に取り付けられた反射器と、反射後に光信号を受信するための受信機とを含む。反射器は、一般に、固定子に対する回転子の回転位置に関係なく、（１つ又は複数の）光源から受信機に光信号が伝播する経路長が等しくなるように形作られて位置決めされる。反射器は、楕円の一部を画定するように形作られた反射表面、及び／又は双曲面の一部を画定するように形作られた反射表面を有することができる。
【００１１】
国際公開第２００７／１３００１６Ａ１号は、回転子と固定子の間の光通信を可能にするための光学ロータリージョイント、回転子と固定子が適切に位置合わせされたままであるようにそのような光学ロータリージョイントを支持構造に取り付ける改良された方法、及びそのような光学ロータリージョイントで使用するための改良された光反射器アセンブリを開示する。改良された光学ロータリージョイントは、回転子と固定子の間の光通信を可能にする。回転子は、長手軸線を有し、長手軸線に対して半径方向で光信号を送信するために回転子と固定子の一方に取り付けられた少なくとも１つの光源と、光源から送信される光信号を反射するために回転子と固定子の他方に取り付けられた少なくとも１つの第１の反射器とを含む。第１の反射器は、凹形の第１の反射面を含む。第１の反射面を通して取られる平面内の線は、第１及び第２の焦点を有する楕円の一部として構成される。第１の焦点は、回転子軸線と実質的に一致するように位置決めされる。円錐の一部として構成された第２の反射面を有する第２の反射器は、第１の反射面から反射された光を受信するために楕円表面の第２の焦点に位置決めされ、第２の反射面の頂角に応じて異なる方向に光を反射する。受信機は、第２の反射面によって反射された光を受信するように構成される。
【００１２】
最後に、米国特許第７，１５８，７００Ｂ２号は、光ファイバの近位端に対して位置合わせして離隔した関係で光源とフォトダイオードが配置された光ファイバ送受信機を開示する。光源は、ファイバに光を放出するように構成され、フォトダイオードは、ファイバから光を受信するように構成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】米国特許第４，５２５，０２５Ａ号
【特許文献２】米国特許第５，３３６，８９７Ａ号
【特許文献３】米国特許第５，９９１，４７８Ａ号
【特許文献４】米国特許第６，１０４，８４９Ａ号
【特許文献５】米国特許第６，３８５，３６７Ｂ１号
【特許文献６】米国特許第６，４５３，０８８Ｂ１号
【特許文献７】米国特許第６，９０７，１６１Ｂ２号
【特許文献８】米国特許第６，９８０，７１４Ｂ２号
【特許文献９】国際公開第２００７／１３００１６Ａ１号
【特許文献１０】米国特許第７，１５８，７００Ｂ２号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
回転子の回転軸線が時として患者によって物理的に占められているＣＴスキャン装置の用途では、回転子と固定子の間で信号を伝送するためにオフアクシス・ロータリージョイントが一般に採用される。そのようなオフアクシス・ロータリージョイントは、一般に、光信号を放出するための１つ又は複数の光源と、チャネル形状の横方向断面を有する弓形の反射器とを含み、反射器は、そのような送信された信号を受信し、そのような受信された信号をそれぞれの光受信機に向ける。光源は、回転子と固定子の一方の周りに円周方向で離隔配置され、反射器と受信機は、回転子と固定子の他方の周りに円周方向で離隔配置される。光源は、１つ又は複数の共通の光源を含むことがある。これらの光源からの光信号は、それに関連する回転子と固定子の一方の周縁に、例えば光ファイバによって向けられることがある。或いは、光源は、そのような周縁の周りに取り付けられた個別の発光素子でもよい。例えば、光源は、回転子の周りに円周方向に配設することができ、一方、複数の反射器及び受信機は、固定子の周りに円周方向に配設することができ、それにより回転子から固定子への光通信をサポートする。ほとんどの場合、ロータリージョイントにわたる（すなわち回転子と固定子の間での）光データ伝送の経路は、回転子軸線に対して半径方向である。すなわち、光が回転子から固定子に送信される場合、光は、（１つ又は複数の）光源の物理的な位置とは無関係に、回転子軸線から来たものと見られる。
【００１５】
動作時、各光源は、場合によっては同じ光信号を送信することがある。これらの信号は、ロータリー・インターフェースを介して送信することができ、１つ又は複数の反射器によって受信することができ、固定子に対する回転子の角度位置に応じて、関連の受信機に向けることができる。他の実施例では、異なる光信号を異なる光源から送信することができ、又は同じ光源から来る場合には多重送信することができる。
【００１６】
チャネル形状の断面を有するそのような弓形の反射器を採用するいくつかの従来のオフアクシス・ロータリージョイントは、回転子と固定子の間の光通信を可能にするために概して有効であるが、特により高いデータ伝送速度ではいくつかの欠点を有する。これらの問題として、以下のことを挙げることができる。（ａ）異なる長さの光伝送経路に起因する、重畳されたパルス幅の広がり、及び（ｂ）光ファイバの出力端に信号を伝送するときに、そのような信号を光検出器に直接入射するよりも多数の光源を使用しなければならないこと（下記参照）。さらに、いくつかの信号収集構成は不定の光路長を有することがあり、これは実用上、設計を約２．５Ｇｂｐｓのデータ伝送速度に制限する。
【００１７】
例えば、従来のオフアクシス・ロータリージョイントでは、光信号は、様々な光源とそれぞれの受信機の間で異なる長さの経路に沿って進むことがあり、それにより、重畳されたときに、様々な受信された光信号の時間遅延をもたらす。特定の受信機は、２つの円周方向で隣接する光源から信号を受信することができる。同じ光信号が２つの隣接する光源によって同時に放出され、しかしそのような信号が受信機に達するまでに異なる距離を進む場合、信号は、異なる時間に受信される。したがって、２つの信号は位相がずれ、受信機で見たときに、重畳された信号のパルス幅は実質的に広がっている。所望の高いデータレートでの通信をサポートするために、従来のオフアクシス・ロータリージョイントは、光源と受信機の離間距離をより小さくして、信号が進む経路長を最短にするように特に設計されている。そのように設計したとしても、信号が異なる長さの経路に沿って進む場合、１．２５Ｇｂｐｓを超えるデータレートでエラーのないデータ伝送をサポートすることは難しい。
【００１８】
前述した各特許の開示全体を参照により本明細書に組み込む。
【００１９】
したがって、高いデータレートの伝送を可能にする改良された低コストのＦＯＲＪを提供することが一般に望まれる。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本発明は、広範には、回転子と固定子の対面する周面間のインターフェースを介する１つ又は複数のデジタル光信号の伝送を可能にするための、経路長のばらつきが小さい改良された低コストのＦＯＲＪ、それによって実施される改良された方法、及び改良された光ファイバデバイスを提供する。
【００２１】
一つの観点では、本発明は、回転子（２１）と固定子（２２）の対面する表面（２６、２９）間のインターフェースを介するデジタル光信号の伝送を可能にするための光ファイバ・ロータリージョイント（２０）であって、広範には、回転子と固定子の一方に取り付けられた複数の光源（４２Ａ、４２Ｂ、４２Ｃ、・・・）を含み、各光源が、光信号を選択的に生成するように構成された第１の光源（４３Ｃ）と、光信号を選択的に生成するように構成された第２の光源（４３Ｃ’）とを含み、光ファイバ・ロータリージョイントがさらに、光源から受信された光信号を回転子と固定子の他方の対面する表面に向けて送信するために、回転子と固定子の一方の表面に沿って離隔配置された第１の複数の光放出器（２５Ａ、２５Ｂ、２５Ｃ、・・・）と、各光源それぞれから関連の放出器に光信号を搬送するために、光源それぞれを光放出器それぞれと各々通信させる第１の複数の第１の光ファイバ（２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃ、・・・）と、回転子と固定子の他方の表面上に、第２の円弧距離に沿って離隔配置された第２の複数の光レセプタ（３１）と、回転子と固定子の他方に取り付けられた少なくとも１つの光検出器（３６、４０）と、光レセプタそれぞれを（１つ又は複数の）光検出器と各々通信させる第２の複数の第２の光ファイバ（３２）とを含む光ファイバ・ロータリージョイントを提供する。光源、第１の光ファイバ、光放出器、光レセプタ、第２の光ファイバ、及び（１つ又は複数の）検出器は、光源から（１つ又は複数の）検出器に送信される光信号の全体の伝搬遅延が光信号のビット幅の約４分の１未満になるように構成されて配置される。したがって、改良された光ファイバ・ロータリージョイントは、ジッタを低減して、インターフェースを介して光信号を伝送することができる。
【００２２】
第１の光源（４３Ｃ）は、通常時に光信号を生成するように構成される。第２の光源（４３Ｃ’）は、第１の光源が光信号の生成に失敗している場合に光信号を生成するように構成される。
【００２３】
光ファイバ・ロータリージョイントは、さらに、第１の光源が光信号を生成しているか感知するためのセンサと、第１の光源が光信号の生成に失敗している場合に第２の光源に光信号を生成させるように構成されたスイッチとを含むことがある。スイッチは、第１の光源によって生成されている光信号がないことが感知されると、又は第１の光源によって引き出されているパワーがないことが感知されると自動的に作動することがある。しかし、関連の第１の光ファイバへの光信号の結合は、実質的に途切れない。
【００２４】
インターフェースを介して伝送される光信号は、少なくとも約２．５Ｇｂｐｓのデータ伝送速度を有することがある。
【００２５】
第１の円弧距離と第２の円弧距離は、異なる角度によって定められることがある。一形態では、光放出器は、約３０°の間隔で離隔配置され、第２の円弧距離は約３６°である。
【００２６】
第１の光ファイバは、長さが実質的に等しいことがある。第２の光ファイバ（３２）は、長さが実質的に等しいことがある。各第１の光ファイバのコア及び／又は各第２の光ファイバのコアは、少なくとも約２００ミクロンの直径を有することがある。各ファイバのコアはガラスでよい。
【００２７】
第１の複数の第１の光ファイバは、第２の複数の第２の光ファイバとは異なっていてもよい。第１の光ファイバと第２の光ファイバは、異なる長さでもよい。
【００２８】
第１の光ファイバはそれぞれ、その関連の光源から離れた縁端部にコリメートレンズアセンブリ（２８Ａ、２８Ｂ、２８Ｃ）を有することがある。第２の光ファイバはそれぞれ、（１つ又は複数の）光検出器から離れた縁端部にコリメートレンズアセンブリを有することがある。
【００２９】
送信すべき信号は、インターフェースを介する送信の前に様々な第１の光ファイバに結合されることがあり、そのような結合された信号は、複数の光放出器によってインターフェースを介して送信されることがあり、そのような送信された信号は、第２の光ファイバによって受信されることがあり、そのような受信された信号は、送信すべき信号を再び生成するように光学的に多重分離されることがある。
【００３０】
いくつかの第２の複数の光レセプタは、回転子と固定子の他方の表面の周りに離隔配置することができる。
【００３１】
別の観点では、本発明は、回転子（２１）と固定子（２２）の対面する表面（２６、２９）間のインターフェースを介するデジタル光信号の伝送を可能にするための改良された光ファイバ・ロータリージョイント（２０）を提供する。改良された光ファイバ・ロータリージョイントは、広範には、回転子と固定子の一方に取り付けられた複数の光源（４２Ａ、４２Ｂ、４２Ｃ、・・・）を含み、各光源が、第１の波長（λ１）での第１の光信号を選択的に生成するように構成された第１の光源（４３Ｃ）と、第２の波長（λ２）での第２の光信号を選択的に生成するように構成された第２の光源（４３Ｃ’）とを含み、光ファイバ・ロータリージョイントがさらに、光源から受信された光信号を回転子と固定子の他方の対面する表面に向けて送信するために、回転子と固定子の一方の表面に沿って離隔配置された第１の複数の光放出器と、各光源それぞれから関連の放出器に光信号を搬送するために、光源それぞれを光放出器それぞれと各々通信させる第１の複数の第１の光ファイバ（２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃ）と、回転子と固定子の他方の表面上に、第２の円弧距離に沿って離隔配置された第２の複数の光レセプタ（３１）と、回転子と固定子の他方に取り付けられた少なくとも１つの光検出器（３６、４０）と、光レセプタそれぞれを（１つ又は複数の）光検出器と各々通信させる第２の複数の第２の光ファイバ（３２）とを含む。光源、第１の光ファイバ、光放出器、光レセプタ、第２の光ファイバ、及び（１つ又は複数の）検出器は、光源から（１つ又は複数の）検出器に送信される光信号の全体の伝搬遅延が光信号のビット幅の約４分の１未満になるように構成されて配置される。したがって、改良された光ファイバ・ロータリージョイントは、ジッタを低減して、インターフェースを介して光信号を伝送することができる。
【００３２】
各光源は、第１の光信号を選択的に生成するように各々構成された２つの第１の光源（４３Ｃ、４３Ｃ’）と、第２の光信号を選択的に生成するように各々構成された２つの第２の光源（４５Ｃ、４５Ｃ’）とを含むことができる。
【００３３】
第１の光源の一方（４３Ｃ）が、通常時に第１の光信号を生成するように構成され、第１の光源の他方（４３Ｃ’）が、上記一方の第１の光源が第１の光信号を生成していない場合に第１の光信号を生成するように構成される。第２の光源の一方（４５Ｃ’）は、通常時に、第２の光源（４５Ｃ）が光信号を生成していない場合に第２の光信号を生成するように構成される。
【００３４】
光ファイバ・ロータリージョイントはさらに、回転子と固定子の間の相対角度位置を決定するための位置決定デバイスと、ジョイントに複数の個別の入力データストリームを供給するための手段と、各個の入力データストリームをそれぞれの光源に経路指定するためのスイッチ（２３）とを含み、光源が、適切な放出器と通信し、放出器が、回転子と固定子の間のその特定の相対角度位置に関して、対応する光信号を所定の光レセプタに送信するように構成され、それにより、各光放出器が、個別の光データ信号を、そのような相対角度位置でそのような関連の光レセプタに送信し、それにより、個別の入力データストリームが、回転子と固定子の間の任意の角度位置で、それぞれの光レセプタに継続的に送信される。
【００３５】
別の観点では、本発明は、回転子（２１）と固定子（２２）の対面する表面（２６、２９）間のインターフェースを介するデジタル光信号の伝送を可能にするための改良された方法であって、回転子と固定子の一方に複数の光源（４２Ａ、４２Ｂ、４２Ｃ、・・・）を提供するステップを含み、各光源が、光信号を選択的に生成するように構成された第１の光源（４３Ｃ）と、光信号を選択的に生成するように構成された第２の光源（４３Ｃ’）とを含み、この方法はさらに、回転子と固定子の一方の表面に沿って第１の複数の離隔配置された光放出器を提供するステップと、それぞれの光源とそれぞれの光放出器との間に第１の複数の第１の光ファイバを提供するステップと、光源に光信号を放出させるステップと、第１の光ファイバに沿って光源から光放出器に光信号を搬送するステップと、第１の光放出器に、回転子と固定子の他方の対面する表面に向けてインターフェースを介して光信号を送信させるステップと、光放出器によって送信された光信号を受信するために、回転子と固定子の他方の表面の第２の円弧距離に沿って第２の複数の離隔配置された光レセプタ（３１）を提供するステップと、回転子と固定子の他方に少なくとも１つの光検出器（３６、４０）を提供するステップと、光レセプタによって受信された光信号を（１つ又は複数の）光検出器に伝達するステップと、光源と（１つ又は複数の）検出器の間で伝送される光信号の全体の伝播遅延が光信号のビット幅の約４分の１未満になるように、光放出器及び光レセプタを位置決めするステップとを含み、それにより、ジッタを低減して、インターフェースを介するデジタル光信号の伝送を可能にする方法を提供する。
【００３６】
第１の光源は、通常時に光信号を生成するように構成されることがある。
【００３７】
改良された方法は、さらに、追加のステップとして、第１の光源（４３Ｃ）が光信号を生成しているか感知するステップと、第１の光源が光信号の生成に失敗している場合に第２の光源（４３Ｃ’）に光信号を生成させるステップとを含むことがある。
【００３８】
改良された方法はさらに、追加のステップとして、送信すべき信号を、インターフェースを介する送信の前に第１の光ファイバそれぞれに結合させるステップと、信号を複数の光放出器によってインターフェースを介して送信するステップと、そのような送信された信号を第２の光ファイバによって受信するステップと、送信された信号を、送信すべき信号を再び生成するように多重分離するステップとを含むことがある。
【００３９】
別の観点では、本発明は、回転子と固定子の対面する表面（２６、２９）間のインターフェースを介するデジタル光信号の伝送を可能にするための改良された方法であって、回転子（２１）と固定子（２２）の一方に複数の光源を提供するステップを含み、各光源が、第１の波長での第１の光信号を選択的に生成するように構成された第１の光源と、第２の波長での第２の光信号を選択的に生成するように構成された第２の光源とを含み、この方法はさらに、回転子と固定子の一方の表面に沿って第１の複数の離隔配置された光放出器（４２Ａ、４２Ｂ、４２Ｃ、・・・）を提供するステップと、それぞれの光源とそれぞれの光放出器との間に第１の複数の第１の光ファイバを提供するステップと、光源に光信号を放出させるステップと、第１の光ファイバに沿って光源から光放出器に光信号を搬送するステップと、第１の光放出器に、回転子と固定子の他方の対面する表面に向けてインターフェースを介して光信号を送信させるステップと、光放出器によって送信された光信号を受信するために、回転子と固定子の他方の表面の第２の円弧距離に沿って第２の複数の離隔配置された光レセプタ（３１）を提供するステップと、回転子と固定子の他方に少なくとも１つの光検出器（３６、４０）を提供するステップと、光レセプタによって受信された光信号を（１つ又は複数の）光検出器に伝達するステップと、光源と（１つ又は複数の）検出器の間で伝送される光信号の全体の伝播遅延が光信号のビット幅の約４分の１未満になるように、光放出器及び光レセプタを位置決めするステップとを含み、それにより、ジッタを低減して、インターフェースを介するデジタル光信号の伝送を可能にする方法を提供する。
【００４０】
この方法は、追加のステップとして、複数の個別の入力データストリームをジョイントに供給するステップと、決定された相対角度位置に関して、対応する光信号を所定の光レセプタに送信する適切な放出器に各入力データストリームを経路指定するステップであって、それにより、そのような相対角度位置で、各光放出器が、そのような関連の光レセプタに個別の光データ信号を送信するステップと、回転子と固定子の任意の相対角度位置で、個別の光データ信号それぞれを光レセプタそれぞれに継続的に送信するステップとを含むことがある。
【００４１】
別の観点では、本発明は、光ファイバネットワークに光信号を送信するように適合された光ファイバ送信機（４２Ａ）であって、近位端を有する光ファイバ（２４Ｃ）と、近位端を介してファイバに光エネルギーを選択的に放出するように動作可能に構成された複数の光源（４３Ａ）とを含む光ファイバ送信機（４２Ａ）を提供する。
【００４２】
各光源は、ＶＣＳＥＬ送信機でよい。
【００４３】
ファイバは、マルチモードファイバでよく、少なくとも約２００ミクロンのコア直径を有することがある。
【００４４】
光ファイバネットワークは、光ファイバ・ロータリージョイント（２０）でよい。
【００４５】
光ファイバ送信機は、光ファイバ送受信機の一部でよい。
【００４６】
複数は、２つであってもよい。
【００４７】
光源はそれぞれ、同じ光信号を選択的に生成するように構成されることがあり、光源の一方が、通常時に光信号を生成するように構成され、光源の他方が、第１の光源が光信号を生成するのに失敗している場合に光信号を生成するように構成される。
【００４８】
改良された送信機は、さらに、第１の光源が光信号を生成しているか感知するためのセンサと、第１の光源が光信号の生成に失敗している場合に第２の光源に光信号を生成させるように構成されたスイッチとを含むことがある。
【００４９】
光源は、近位端を介してファイバに異なる波長（λ１、λ２）で光エネルギーを選択的に放出するように動作可能に構成することができる。
【００５０】
複数は４つであってもよい。
【００５１】
第１の光源対の各光源は、第１の波長（λ１）での光エネルギーを選択的に放出するように構成することができ、第２の光源対の各光源は、第２の波長（λ２）での光エネルギーを選択的に放出するように構成することができる。
【００５２】
１対のうちの一方の光源（４３Ｃ）は、通常時に光エネルギーを放出するように構成することができ、そのような１対のうちの他方の光源（４３Ｃ’）は、そのような１対の一方の光源が光エネルギーの放出に失敗している場合に光エネルギーを放出するように構成することができる。
【００５３】
各光源は、ＶＣＳＥＬ送信機でよい。ＶＣＳＥＬ送信機は、仮想長方形の頂点に配置されることがあり、隣接する送信機間の中心線間隔が約６８〜７２ミクロンである。
【００５４】
したがって、本発明の全般的な目的は、回転子と固定子の対面する表面間のインターフェースを介するデジタル光信号の伝送を可能にするための改良された方法を提供することである。
【００５５】
別の目的は、一方が故障した場合に他方が信号送信を続けるように同じ波長での冗長光源を備える、低コストの回転子と固定子のトポロジーを有する改良されたＦＯＲＪを提供することである。
【００５６】
別の目的は、２つの別個の波長それぞれでの冗長光源を備える、低コストの回転子と固定子のトポロジーを有する改良されたＦＯＲＪを提供することである。
【００５７】
別の目的は、回転子と固定子の対面する表面間のインターフェースを介するデジタル光信号の伝送を可能にするための改良された方法を提供することである。
【００５８】
さらに別の目的は、改良された光ファイバデバイスを提供することである。
【００５９】
これら及び他の目的及び利点は、前述及び後述の明細書、図面、及び添付の特許請求の範囲から明らかになろう。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】回転子に取り付けられた１２個の光放出器を有する改良された光ファイバ・ロータリージョイントであって、ロータリー・インターフェースを介して固定子の各象限にある１０個のレセプタに光信号を送信し、次いでファイバ束を介してシステム受信機に光信号を送信するように動作可能に構成され、また波長分割多重化によって２０Ｇｂｐｓの信号を送信するのに適した光ファイバ・ロータリージョイントの概略図であり、（ａ）は、２つの受信された光信号を分離するためのダイクロイックフィルタの使用を示す受信機の１つの拡大概略図である。
【図２】様々な光源及び１２個の接続された光ファイバを有する第１のＶＣＳＥＬ送信機の上面図であり、（ａ）は、光ファイバの入力端に光信号を供給するように動作可能に構成された２つの同じ波長の光源（λ１、λ１）の拡大部分斜視概略図である。
【図３】様々な光源及び１２個の接続された光ファイバを有する第２のＶＣＳＥＬ送信機の上面図であり、（ａ）は、光ファイバの出力端に２つの異なる光信号を結合するように動作可能に構成された２つの異なる波長の光源（λ１、λ２）の拡大斜視概略図である。
【図４】様々な光源及び１２個の接続された光ファイバを有する第３のＶＣＳＥＬ送信機の上面図であり、（ａ）は、光ファイバの出力端に２つの異なる冗長光ファイバを結合するように動作可能に構成された、２つの同じ波長（λ１、λ１）の第１の光源及び２つの異なる波長（λ２、λ２）の第２の光源の拡大上面図であり、また（ｂ）は、（ａ）に示すＶＣＳＥＬ送信機の間隔と、２００ミクロンガラスファイバコアの直径とを示す拡大概略図である。
【図５】４つの２．５Ｇｂｐｓ電気信号を供給される改良されたＦＯＲＪの概略図である。このＦＯＲＪは、単一波長の個別の光データ信号を選択的に生成し、そのような個別の光データ信号を、回転子に取り付けられた様々な放出器間で選択的に切り替え、それによって個別の光データ信号が、回転子と固定子の間の任意の相対角度位置で光レセプタそれぞれに継続的に送信される。
【図６】８つの２．５Ｇｂｐｓ電気信号を供給される改良されたＦＯＲＪの概略図である。このＦＯＲＪは、複数波長の光データ信号を選択的に生成し、そのような個別の光データ信号を、回転子に取り付けられた様々な放出器間で選択的に切り替え、それによって個別の光データ信号が、回転子と固定子の間の任意の相対角度位置で光レセプタそれぞれに継続的に送信され、ＦＯＲＪはその後、受信された信号を分離する。
【発明を実施するための形態】
【００６１】
始めに、図面における複数の図を通して、同様の参照番号は、一貫して同じ構造要素、部分、又は表面を識別するように意図されていることを明確に理解すべきである。これは、この詳細な説明が一部を成す記載の本明細書全体によって、そのような要素、部分、又は表面をさらに記述又は説明することができるからである。特に断りのない限り、図面は、（例えば、クロスハッチング、部分の配置、割合、度合いなどを）本明細書と共に見られるものと意図され、本発明の記載の説明全体の一部とみなすべきである。以下の説明で使用するとき、用語「水平」、「垂直」、「左」、「右」、「上」、及び「下」、並びにそれらの形容詞形及び副詞形（例えば「水平に」、「右へ」、「上へ」など）は、特定の図面の紙面上での構造の向きを単に表すにすぎない。同様に、用語「内側へ」及び「外側へ」は、一般に、その長手軸線、又は適切な場合には回転軸線に対する表面の向きを表す。
【００６２】
ここで図面を参照すると、本発明は、広範には、回転子と固定子の対面する表面間のインターフェースを介するデジタル光信号の伝送を可能にするための改良された光ファイバ・ロータリージョイント、そのようなインターフェースを介するデジタル光信号の伝送を可能にする改良された方法、及び改良された光ファイバデバイスを提供する。
【００６３】
図１に最も良く示されるように、改良された光ファイバ・ロータリージョイントの第１の形態が、全体を参照番号２０で示されている。このデバイスは、固定子２２内部で回転運動するように取り付けられた回転子２１を有する。ＶＣＳＥＬ光送信機２３が、回転子の中央に取り付けられているものとして図示されている。参照番号２４で各々示されている第１の複数の第１の光ファイバが、様々な光源を送信機と連通させ、後述するように、第１の複数の光放出器２５はそれぞれ、回転子の表面上で第１の円弧距離に沿って離隔配置されている。図２〜図４に示されるように、回転子の外側に面する表面２６の周りに等距離に離隔配置された１２個の光放出器がある。様々な光放出器は、参照番号２５で各々示されており、文字Ａ、Ｂ、Ｃ、・・・、Ｌによって個々に識別される。これらの様々な放出器２５Ａ、２５Ｂ、２５Ｃ、・・・、２５Ｌは、回転子表面２６と内側に面する固定子表面２９の間のロータリー・インターフェースを介して、それぞれコリメータ２８Ａ、２８Ｂ、２８Ｃ、・・・、２８Ｌを通して光を放出するように動作可能に構成される。様々な第１の光ファイバは長さが等しく、参照番号３０で示されるように、ＶＣＳＥＬ送信機の近くで束ねられているものとして図示されている。
【００６４】
固定子は、その４つの象限それぞれに配置された複数の光レセプタを有するものとして図示されている。各象限に、参照番号３１で各々示されている１０個の光レセプタがあり、これらは、参照番号３２で各々示されている第２の光ファイバを介して、参照番号３３で各々示されている４個の光受信機に接続されている。例示した形態では、各象限での１０個の光レセプタが、約３６°の円弧距離を占める。第２のファイバは、ここでも参照番号３０で示されているように、受信機の近くで束ねられているものとして図示されている。
【００６５】
図示した形態では、回転子と固定子の対面する表面は環状であるものとして図示されている。しかし、必ずしもそうでなくてもよい。
【００６６】
ここで図１の（ａ）を参照すると、各受信機３３は、象限内で各ファイバ３２に接続されているものとして図示されている。これらのファイバは、ただ１つの光信号（すなわちλ１）を含むことがあり、又は適切であれば複数の信号（すなわちλ１＋λ２）を含むことがある。各場合に、ファイバ３２を出た信号はダイクロイックフィルタ３４に供給され、ダイクロイックフィルタ３４が信号を分離する。第１の信号（λ１）は、フィルタによって反射されて、ファイバ３５を介してフォトダイオード３６に供給され、フォトダイオード３６はさらに前置増幅器／後置増幅器３８に接続されている。他の信号（λ２）は、ダイクロイックフィルタ３４を通過し、ファイバ３９を介してフォトダイオード４０に搬送され、フォトダイオード４０はさらに前置増幅器／後置増幅器４１によって接続されている。当然、１つの波長（すなわちλ１）の１つの信号しかない場合には、ダイクロイックフィルタは必要ない。
【００６７】
図示した形態では、信号は、回転子から固定子に送信される。しかし、必ずしもそのような構成でなくてもよい。代替構成では、信号を固定子で生成して、回転子に送信することができる。
【００６８】
したがって、改良された光ファイバ・ロータリージョイント２０は、広範には、後述するように、複数の光源を含むＶＣＳＥＬ送信機２３を含む。各光は、第１の波長（λ１）での第１の光信号を選択的に生成するように構成された第１の光源と、第２の波長（λ２）での第２の光信号を選択的に生成するように構成された第２の光源とを含む。第１の複数の光放出器２５は、光源から受信された光信号を固定子の対面する表面２９に向けて送信するために、回転子の対面する表面２９に沿って離隔配置される。第１の複数の第１の光ファイバ（２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃ、・・・、２４Ｌ）は、それぞれ、各光源それぞれから関連の放出器に光信号を搬送するために、光源それぞれを光放出器と各々通信させる。参照番号３１で各々示される第２の複数の光レセプタは、固定子の対面する表面２９上で円弧表面に沿って離隔配置される。少なくとも１つの光検出器（３６、４０）が、回転子と固定子の他方に取り付けられる。改良されたＦＯＲＪは、さらに、参照番号３２で各々示される第２の複数の第２の光ファイバを含み、それぞれの光レセプタを（１つ又は複数の）光検出器と各々通信させる。光源、第１の光ファイバ、光放出器、光レセプタ、第２の光ファイバ、及び（１つ又は複数の）検出器は、光源から検出器に送信される光信号の全体の伝搬遅延が光信号のビット幅の約４分の１未満になるように構成されて配置される。改良されたＦＯＲＪは、ジッタを低減して、インターフェースを介して高いデータレートで（例えば、約２．５Ｇｂｐｓ以上のオーダーで）光信号を送信することができる。
【００６９】
ＶＣＳＥＬ送信機の第１の形態が図２に示されている。この形態では、ＶＣＳＥＬ送信機は、参照番号２３Ａで示されている。ＶＣＳＥＬ送信機は、その周縁部の周りに離隔配置された１２個の異なる光源を有するものとして図示されている。参照番号２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃ、・・・で各々示される第１の光ファイバは、ＶＣＳＥＬ送信機上の１２個の光源それぞれと関連付けられる。これらの様々な光源は、参照番号４２で示されており、文字Ａ、Ｂ、Ｃ、・・・によって各々識別される。様々なファイバ２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃ、・・・は、約２００ミクロンのコア直径を有することがある。
【００７０】
図２の（ａ）は、光源４２Ｃの拡大斜視図である。この光源は、第１の波長（λ１）での第１の光信号を選択的に生成するように構成された第１の光源４３Ｃと、第２の波長での第２の光信号を選択的に生成するように構成された第２の光源４３Ｃ’とを有するものとして図示されている。この第１の構成では、２つの光源は、同じ波長（λ１）で同じ光信号を生成するように構成されている。したがって、２つの光源の傍に符号λ１、λ１が示されている。２つの光源は、２つの収束面の頂点に隣接する支持体の上側平坦水平面に取り付けられる。２つの光源は、取付けブロック４４Ｃ、４４Ｃ’によって支持される。２つの光源４３Ｃ、４３Ｃ’は、光ファイバ２４Ｃの入力端に近接して配置されているものとして図示されている。これらの光源はそれぞれ、光信号を選択的に生成するように構成される。しかし、通常の状況下では、光源の１つのみ（すなわち４３Ｃ）が、通常時に光信号を生成するように構成される。他の光源は、第１の光源が光信号の生成に失敗している場合にのみ、同じ光信号を生成するように構成される。本発明は、さらに、第１の光源が光信号を生成しているか判断するためのセンサと、第１の光源が光信号の生成に失敗している場合に第２の光源に光信号を生成させるように構成されたスイッチとを含むことがある。好ましくは、このスイッチは、第１の光源による光信号生成の失敗が感知されると自動的に作動し、それにより、関連の第１の光ファイバへの光信号の供給は途切れない。すなわち、第２の光源は、第１の光源が故障すると動作可能になる。１つの光源から他の光源への移行中にビットエラーレートの誤差が全くないというわけではない。しかし、第２の光源は、第１の光源によって生成されている信号がないときに信号を生成する準備が整っているスタンバイ光源として存在する。これらの光源の１つの構造及び動作は、米国特許第７，１５８，７００Ｂ２号においてより完全に図示されて記載されており、その開示全体を参照により本明細書に組み込む。
【００７１】
ここで図３及び図３の（ａ）を参照すると、改良されたＶＣＳＥＬ送信機の第２の形態が、全体を参照番号２３Ｂで示されている。この送信機は、機能的には図２に示されるものと同様であり、参照番号４２で各々示され、添え字Ａ、Ｂ、Ｃ、・・・、Ｌによって個々に識別される約１２個の光源を含む。各光源は、ここでも参照番号２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃ、・・・、２４Ｌで示されるファイバの入力端に関連付けられる。
【００７２】
図３の（ａ）は、光源の１つの構造を示す。この場合、光源４２Ｃは、２つの収束面の間の頂点に隣接する取付けブロック４４Ｃ、４４Ｃ’の上側平坦水平面に取り付けられた個別の光源４３Ｃ、４３Ｃ’を有するものとして図示されている。しかし、光源は、物理的には同じように見えるが、異なるものである。第１の光源４３Ｃは、第１の波長λ１での第１の光信号を生成するように構成され、第２の光源４３Ｃ’は、第２の波長λ２での第２の光信号を選択的に生成するように構成される。ファイバ２４Ｃの入力端に対する２つの光源の位置は、図２の（ａ）と同じである。すなわち、図２の（ａ）は、同じ波長（すなわちλ１、λ１）での同じ光信号を生成するように動作可能に構成された２つの近接光源を開示するが、図３の（ａ）に示される構成は、２つの異なる波長（すなわちλ１、λ２）での２つの異なる光信号を生成するように構成される。したがって、図２の（ａ）に示される構成は、冗長機能を提供するが、図３の（ａ）に示される構成は、光源の数の倍増という利点を提供する。
【００７３】
ここで図４及び図４の（ａ）を参照すると、ＶＣＳＥＬ送信機のさらに別の実施例が参照番号２３Ｃで示されている。この送信機は、それぞれ第１の光ファイバ２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃ、・・・、２４Ｌに関連付けられた複数の光源４２Ａ、４２Ｂ、４２Ｃ、・・・、４２Ｌを有するものとして図示されている。しかし、図４の（ａ）に最も良く示されているように、４つの光源４３Ｃ、４３Ｃ’、４５Ｃ、４５Ｃ’は、収束面によって成される頂点に隣接する、ここでも参照番号４４で各々示される取付けブロックの平坦な上側水平面に取り付けられる。第１及び第２の光源４３Ｃ、４３Ｃ’は、第１の波長λ１の光信号を選択的に生成するように構成される。他の２つの光源４５Ｃ、４５Ｃ’は、第２の波長λ２での異なる光信号を生成するように構成される。この構成は、冗長性と、２つの異なる光信号の結合との複合機能を提供する。すなわち、光源４３Ｃは、通常時に波長λ１での第１の光信号を生成することができる。光源４３Ｃ’は、通常時にはスタンバイモードであり、光源４３Ｃの故障が感知されたときにのみ第１の光源を生成するようにされる。同様に、第２の光信号は、通常時は光源４５Ｃによって生成される。第４の光源４５Ｃ’は、通常時はスタンバイモードであり、光源４５Ｃの故障が感知されたときにのみ第２の光信号を生成するようにされる。したがって、この構成は、図２の（ａ）及び図２の（ｂ）に示される第１の構成によって提供される冗長機能の結合であり、図３及び図３の（ａ）に示されるような２つの異なる信号を連結する。
【００７４】
図４の（ｂ）に示されるように、４つのＶＣＳＥＬ送信機は仮想正方形の頂点に配置され、約７０±２ミクロンの正方形の一辺に沿った中心線間隔を有する。したがって、対角で向かい合うＶＣＳＥＬ送信機は、約１００±２ミクロンの中心線距離だけ互いから離隔されている。図４の（ｂ）に、そのような対角で向かい合う送信機が、１００ミクロンの中心線距離だけ離隔されているものとして図示されている。また、図４の（ｂ）は、約２００ミクロンの直径を有する円も示す。これはファイバのコアを表し、４つのＶＣＳＥＬ光源がコアの投影領域内部によく適合している様子を示している。
【００７５】
ここで図５を参照すると、参照番号５０で全体を示される改良されたＦＯＲＪが、ここでも参照番号２３で全体を示されるチャネル選択器と、固定子５２内部で回転するように取り付けられた回転子５１とを備えるＶＳＣＥＬ送信機を含むものとして図示されている。ここでも参照番号３１で各々示されている複数のレセプタは、レセプタを、光ファイバ３２及びファイバ束３０を介して、ここでも参照番号３３で示されている受信機と通信させる。図５では、４つの２．５Ｇｂｐｓ電気信号が、外部データ獲得システム（「ＤＡＳ」）からＶＳＣＥＬ送信機に供給される。また、ＶＳＣＥＬ送信機は、ＣＰＵ、レゾルバ、エンコーダなどから回転子位置入力を提供される。４つの入力信号は電気信号である。４つの入力信号は、様々な光源４２Ａ、４２Ｂ、４２Ｃ、・・・に、第１の波長λ１での光を生成させる。次いで、この光が、回転子の周りに均等に離隔配置された１２個の放出器に供給される。ここでもまた、放出器は、参照番号２５Ａ、２５Ｂ、２５Ｃ、・・・で示されている。ＶＳＣＥＬ送信機から回転子に供給される光信号は、光ファイバ束５４内に存在するものとして図示されている。
【００７６】
この構成では、固定子の４つの象限それぞれに配置された光ピックアップ機構が存在する。各ピックアップは、参照番号３１で各々示されている１０個のレセプタを含むものとして図示されており、レセプタ３１は、ファイバ３２及び３０を介して受信機３３と通信する。ＶＳＣＥＬ送信機２３は、各個の入力データストリームをそれぞれの光源に経路指定するためのスイッチを含み、光源は、適切な放出器２５と通信し、放出器２５は、回転子と固定子の間のその特定の相対角度位置に関して、対応する光信号を所定の光レセプタに送信するように構成される。したがって、各光放出器は、回転子と固定子の間の相対角度位置で、個別の光データ信号を関連の光レセプタに送信し、それにより、個別の光データ信号がそれぞれの光レセプタに継続的に送信される。ここでも波長λ１での受信された光信号が４つの受信機に供給され、各象限に１つの受信機が関連付けられており、受信された光信号をデジタル電気信号に変換する。したがって、この第１の構成は、４つの象限それぞれにレセプタを有し、ＤＡＳが、それぞれ２．５Ｇｂｐｓで、４つの電気入力データストリームを供給する。デバイスは、特定の象限でのレセプタと通信する放出器にデジタル信号を選択的に切り替えることによって単一波長（λ１）で動作し、それにより個別の光データ信号がそれぞれの光レセプタに継続的に送信される。次いで、受信された信号は、電気信号に変換されて戻される。この構成は単一波長で動作するので、ダイクロイックフィルタは必要ない。このシステムの最大出力は約１０Ｇｂｐｓである。
【００７７】
ここで図６を参照すると、さらなる改良された光ファイバ・ロータリージョイントが、全体を参照番号６０で示されている。このジョイントは、ここでも、チャネル選択器を備えるＶＳＣＥＬ送信機を有するものとして図示されている。ＶＳＣＥＬ送信機は、個別の光源４２Ａ、４２Ｂ、４２Ｃ、・・・を含む。ＶＳＣＥＬ送信機は、８個の個別の電気データストリームを供給され、各電気データストリームが２．５Ｇｂｐｓのデータ伝送速度を有する。また、ＶＳＣＥＬ送信機は、レゾルバ、エンコーダ、ＣＰＵなどから回転子位置入力信号を提供される。しかし、この構成では、供給される電気データ信号は、２つの異なる波長λ１及びλ２のデジタル光信号に変換される。ＶＳＣＥＬ送信機は、回転子６１の外周面に提供された様々な放出器２５Ａ、２５Ｂ、・・・に、合成の光信号を供給するように構成される。これらの放出器は、固定子に提供される４つの象限それぞれに配置された様々なピックアップに向かって光を接線方向で放出するように構成される。各ピックアップ機構は、参照番号３１で各々示されるレセプタを含むものとして図示されており、レセプタは、ファイバ３２及びファイバ束３０を介して一連の受信機３３と通信させる。ＶＳＣＥＬ送信機は、各個の入力データストリームをそれぞれの光源に経路指定するためのスイッチを含み、光源は、適切な放出器と通信し、放出器は、回転子と固定子の間のその特定の相対角度位置に関して、対応する光信号を所定の光レセプタに送信するように構成され、それにより、各光放出器は、個別の光データ信号を、そのような相対角度位置でそのような関連の光レセプタに送信し、それにより、個別の光データ信号がそれぞれの光レセプタに継続的に送信される。ライン６４が、２つの光信号（λ１＋λ２）を含むものとして図示されており、ＶＳＣＥＬ送信機にある様々な光源を、回転子に取り付けられた放出器と通信させる。同様に、レセプタへの送信後、ファイバ束も、両方の波長λ１＋λ２の合成信号を含むものとして図示されている。この構成では、ダイクロイックフィルタを使用して２つの信号を分離する。したがって、各受信機３３は、λ１受信機とλ２受信機を含む。ここでも、これらそれぞれの出力が、それぞれ元々供給されている２．５Ｇｂｐｓのデータレートで、アナログ電気信号に変換される。したがって、図６に示される構成は、４つの象限それぞれにレセプタを有する。この構成はまた、スイッチングと波長分割多重との両方を備える。したがって、このシステムの最大出力は２０Ｇｂｐｓ程度である。
【００７８】
（修正形態）
本発明は、多くの変更及び修正を施すことができることを企図している。比較として図５と図６に示されるように、改良されたＦＯＲＪは、スイッチングのみを含むことができ、又はスイッチングと波長分割多重とを含むこともできる。ＶＣＳＥＬ送信機に供給される個別の電気入力データストリームは、単一波長でも複数波長でもよい。ＶＳＣＥＬ送信機は、各個の入力データストリームをそれぞれの光源に選択的に経路指定し、光源は、適切な放出器と通信し、放出器は、回転子と固定子の間のその特定の相対角度位置に関して、対応する光信号を所定の光レセプタに送信するように構成され、それにより、各放出器は、個別の光データ信号を、そのような相対角度位置でそのような関連の光レセプタに送信し、それにより、個別の光データ信号がそれぞれの光レセプタに継続的に送信される。ＶＳＣＥＬ送信機は１２個の光源を有することができる。しかし、この数は絶対的なものではなく、送信機は、より多数又は少数の光源を有することもできる。光源は、１つの光源が故障した場合に別の光源が代わりに送信を継続するように、冗長性を有することがある。或いは、ＶＳＣＥＬ送信機は、２つ以上の波長の光信号を提供するように構成することができる。
【００７９】
図５及び図６は、固定子の４つの象限それぞれに光受信モジュールを図示しているが、そのような光受信モジュールの数は変更することができる。そのような光受信モジュールは、４つ未満でも、４つよりも多くてもよい。送信される光信号は、その成分に分解され、その電気的アナログ信号に変換されて戻される。
【００８０】
以上、本発明によるＦＯＲＪの複数の好ましい実施例を図示して説明し、それらの複数の修正形態を論じてきたが、当業者は、添付の特許請求の範囲によって定義されて差別化される本発明の精神から逸脱することなく様々な追加の変更及び修正を施すことができることを容易に理解されよう。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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