(57)【要約】【課題】高精細な映像や高速なデータを安定して送受信する。【解決手段】固定部３に対して回転部２が軸を中心に回転可能に保持され、固定部と回転部間で光信号伝送を行うロータリジョイント１であって、回転部２は、同軸に配置された１又は２以上の光透過性の中空円筒状部材１０１と、この中空円筒状部材の一方の端部に発光素子１１及び／又は受光素子１４を備え、固定部３は、回転部の中空円筒状部材の一方の端部に配置された発光素子１１に対向して受光素子１２を、回転部の中空円筒状部材の一方の端部に配置された受光素子１４に対向して発光素子１３を配置する。【選択図】      図１
2008154207.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定部に対して回転部が軸を中心に回転自在に保持され、前記固定部と前記回転部との間で光信号伝送を行うロータリジョイントであって、
前記回転部は、
光透過性を有する中空円筒状部材を前記軸と同軸に配置して当該回転部に固定し、
前記中空円筒状部材の一方の端部に発光素子及び／又は受光素子を設けて当該回転部に固定し、
前記固定部は、
前記回転部に固定された中空円筒状部材の他方の端部側において、前記一方の端部に設けられた前記発光素子及び／又は前記受光素子と対になるように、受光素子及び／又は発光素子を前記他方の端部に近接させて当該固定部に固定した
ことを特徴とするロータリジョイント。
【請求項２】
固定部に対して回転部が軸を中心に回転自在に保持され、前記固定部と前記回転部との間で光信号伝送を行うロータリジョイントであって、
前記回転部は、
光透過性を有する中空円筒状部材とその外周方向に更に設けた１つ以上の中空円筒状部材とを前記軸と同軸にそれぞれ配置して当該回転部に固定し、
中空円筒状部材毎に、該中空円筒状部材の一方の端部に発光素子及び／又は受光素子を設けて当該回転部に固定し、
前記固定部は、
前記回転部に固定された複数の中空円筒状部材の他方の端部側において、中空円筒状部材毎に、前記一方の端部に設けられた前記発光素子及び／又は前記受光素子と対になるよう受光素子及び／又は発光素子を前記他方の端部に近接させて当該固定部に固定した
ことを特徴とするロータリジョイント。
【請求項３】
前記中空円筒状部材は、
少なくとも片方の端部が、前記軸に直交する面を当該中空円筒状部材の外周側から前記軸方向へ当該中空円筒状部材の中心部に向かってすり鉢状の傾斜面を形成するように成型され、
前記回転部に固定される前記中空円筒状部材の端部が前記すり鉢状に成型された場合は、前記回転部における発光素子及び／又は受光素子を、該素子と前記固定部側における前記中空円筒状部材の端部との間の光信号伝送が、前記すり鉢状の傾斜面の光反射により光路が設けられる位置に設けて前記回転部に固定し、
前記固定部に固定される前記中空円筒状部材の端部が前記すり鉢状に成型された場合は、前記固定部における受光素子及び／又は発光素子を、該素子と前記回転部側における前記中空円筒状部材の端部との間の光信号伝送が、前記すり鉢状の傾斜面の光反射により光路が設けられる位置であって前記固定部側の端部に近接した位置に前記固定部に固定した
ことを特徴とする請求項１に記載のロータリジョイント。
【請求項４】
前記中空円筒状部材は、
少なくとも片方の端部が、前記軸に直交する面を一方向へ傾斜させて傾斜面を有して成型され、
前記回転部に固定される前記中空円筒状部材の端部が前記傾斜面を有して成型された場合は、前記回転部における発光素子及び／又は受光素子を、該素子と前記固定部側における前記中空円筒状部材の端部との間の光信号伝送が、前記傾斜面の光反射により光路が設けられる位置に設けて前記回転部に固定し、
前記固定部に固定される前記中空円筒状部材の端部が前記傾斜面を有して成型された場合は、前記固定部における受光素子及び／又は発光素子を、該素子と前記回転部側における前記中空円筒状部材の端部との間の光信号伝送が、前記傾斜面の光反射により光路が設けられる位置であって前記固定部側の端部に近接した位置に前記固定部に固定した
ことを特徴とする請求項１に記載のロータリジョイント。
【請求項５】
前記軸に最も近く設けられた前記中空円筒状部材は、その内壁が光反射性膜により被覆され、
前記回転部は、
前記中空円筒状部材の一方の端部に発光素子又は受光素子のいずれかを更に設けて当該回転部に固定し、
前記固定部は、
前記回転部に固定された中空円筒状部材の他方の端部側において、前記一方の端部に設けられた前記発光素子又は前記受光素子のいずれかと対になるように、受光素子又は発光素子のいずれかを更に前記他方の端部に近接させて当該固定部に固定した
ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のロータリジョイント。
【請求項６】
前記回転部は、
前記軸に最も近く設けられた前記中空円筒状部材の内側に、光透過性を有する円筒状部材を前記軸と同軸に更に配置して当該回転部に固定し、
前記円筒状部材の一方の端部に発光素子又は受光素子のいずれかを更に設けて当該回転部に固定し、
前記固定部は、
前記回転部に固定された円筒状部材の他方の端部側において、前記一方の端部に設けられた前記発光素子又は前記受光素子のいずれかと対になるように、受光素子又は発光素子のいずれかを更に前記他方の端部に近接させて当該固定部に固定した
ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のロータリジョイント。
【請求項７】
前記中空円筒状部材は、前記回転部側の前記軸方向に沿ってスリット部を設けると共に外周側に導電リングを固定して備え、
前記固定部は、前記導電リングに摺動接触するように導電ブラシを備え、
前記回転部は、前記導電リングからの引き出し線を前記中空円筒状部材の中空部分を通して前記スリット部から外周側に引き出すように構成した
ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載のロータリジョイント。
【請求項８】
前記回転部又は前記固定部は、更に、
環状に形成された光透過性部材の外周表面のうち前記発光素子側の所定範囲を除く部分を、前記光透過性部材側に光反射性を有した光反射性膜で被覆すると共に、前記光透過性部材の内周表面を、前記光透過性部材側に光反射性を有した光反射性膜で所定の間隔をもって被覆した第１の光分散部材を、
前記軸と同軸であって、前記発光素子と前記中空円筒状部材の端部との間の光路上に、前記中空円筒状部材の外周部に近接して設けた
ことを特徴とする請求項３、又は５乃至７のいずれか１項に記載のロータリジョイント。
【請求項９】
前記回転部又は前記固定部は、更に、
前記発光素子又は前記中空円筒状部材により入射された入射光が全反射する角度になるように、外周部と内周部側の切り込み部とを形成した光透過性を有する第２の光分散部材を、
前記軸と同軸であって、前記発光素子と前記中空円筒状部材の端部との間の光路上に、前記中空円筒状部材の外周部に近接して設けた
ことを特徴とする請求項３、又は５乃至８のいずれか１項に記載のロータリジョイント。
【請求項１０】
前記中空円筒状部材は、
少なくとも一方の端部を、前記軸に直交する面を当該中空円筒状部材の外周側から前記軸方向へ当該中空円筒状部材の一方の端部に向かって突起状の傾斜面を形成するように成型し、
前記発光素子及び／又は前記受光素子を、該素子と前記中空円筒状部材の一方の端部との間の光信号伝送が、前記突起状の傾斜面の光反射により光路が設けられる位置に設けて前記回転部又は前記固定部に固定した
ことを特徴とする請求項１、又は５乃至７のいずれか１項に記載のロータリジョイント。
【請求項１１】
前記中空円筒状部材は、
少なくとも一方の端部を、前記軸に直交する面を当該中空円筒状部材の外周側から前記軸方向へ当該中空円筒状部材の一方の端部に向かって突起状の傾斜面を形成すると共に、前記軸に直交する面を当該中空円筒状部材の外周側から前記軸方向へ当該中空円筒状部材の中心部に向かってすり鉢状の傾斜面とを形成するように成型し、
前記発光素子及び／又は前記受光素子を、該素子と前記中空円筒状部材の端部との間の光信号伝送が、前記突起状の傾斜面及び前記すり鉢状の傾斜面の光反射により光路が設けられる位置に設けて前記回転部又は前記固定部に固定した
ことを特徴とする請求項１、又は５乃至７のいずれか１項に記載のロータリジョイント。
【請求項１２】
前記回転部又は前記固定部は、更に、
前記発光素子と前記中空円筒状部材の端部との間の光信号伝送が光反射により光路が設けられるように、光反射性処理を施すか、又は光反射性膜により被覆した傾斜面を有する光反射部材を備える
ことを特徴とする請求項３乃至７、１０、又は１１のいずれか１項に記載のロータリジョイント。
【請求項１３】
前記中空円筒状部材は、
前記回転部側の前記軸方向に沿ってスリット部と、円周方向における前記スリット部の位置と一致しない位置であり且つ前記軸方向における前記スリット部の位置より前記固定部側に貫通孔とを設けると共に、前記貫通孔の外周側に導電リングを固定して備え、
前記固定部は、
前記導電リングに摺動接触するように導電ブラシを備え、
前記回転部は、
前記導電リングからの引き出し線を前記貫通孔から前記中空円筒状部材の中空部分を通して前記スリット部から外周側に引き出すように構成した
ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載のロータリジョイント。
【請求項１４】
前記中空円筒状部材は、
前記回転部側の前記軸方向に沿ってスリット部と、円周方向における前記スリット部の位置に対して略直角の位置であり且つ前記軸方向における前記スリット部の位置より前記固定部側に貫通孔とを設けると共に、前記貫通孔の外周側に導電リングを固定して備え、
前記固定部は、
前記導電リングに摺動接触するように導電ブラシを備え、
前記回転部は、
前記導電リングからの引き出し線を前記貫通孔から前記中空円筒状部材の中空部分を通して前記スリット部から外周側に引き出すように構成した
ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載のロータリジョイント。
【請求項１５】
前記中空円筒部材は、
前記軸方向における前記スリット部と前記貫通孔との間に、前記発光素子により発光された信号光を拡散させる光拡散部材を備えた
ことを特徴とする請求項１３又は１４記載のロータリジョイント。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固定部とこれに回転自在に組み合わされた回転部とにわたる信号伝送を、光伝送により行うロータリジョイントに関する。
【背景技術】
【０００２】
屋内の天井等に固定設置される監視カメラ装置として、カメラのパン角度やチルト角度を制御して撮像方向を変えながら監視を行うものが多数普及している。このような角度制御が可能な監視カメラ装置においては、天井等に固定設置される固定部とパン方向に回動可能な可動部とが電動雲台を介して接続された構成を有しているものが多い。すなわち、監視カメラ装置は、チルト方向に回転駆動するチルト駆動機構を備えたカメラが搭載された可動部が、パン方向に回動可能な電動雲台の一方（可動部分）に取り付けられると共に電動雲台の他方（固定部分）が固定部の一方に取り付けられ、そして固定部の他方が天井等に固定設置された構成を有したものが多い。このような構成の監視カメラ装置においては、可動部に搭載されたカメラから出力された映像信号が電動雲台を介して固定部に伝送され、この固定部で画像処理や出力インターフェース変換がされたのち、外部のモニタや映像信号記録装置に出力されるようになっている。
【０００３】
このような監視カメラ装置で用いられる電子雲台には幾つかの方式が知られているが、特に可動部をパン方向に連続して旋回させることが可能な電子雲台としては、スリップリングとブラシとの摺動接点によって旋回部と固定部とにわたる信号接続路を構築するものが知られている。しかし、この摺動接点方式は、旋回するスリップリングと固定されたブラシとの接点部分に油膜や塵埃が付着して電気的接触が不安定になったり、機械的接触に伴うノイズが発生したり、長期間の連続摺動により電気的接触性能が劣化する等の問題があった。特に映像信号においては回転に伴うノイズ発生、パン、チルトコントロール等の制御信号においては、誤動作の発生が問題となっている。さらにこのような機械接触による方法では伝送可能な周波数帯域が限られているので、高精細映像信号や高速データの伝送は困難であった。そのため、長期の使用に渡って伝送性能が劣化せず、高品位、高速な伝送が可能な接続手段が切望されていた。
【０００４】
そこで、発光素子と受光素子の組合せを２組使用し、固定側の受光素子と回転側の受光素子を、回転軸のほぼ中心部に互いに対向して配置し、各々の受光素子の外側に、受光素子と重ならないように発光素子を配置し、その発光素子からそれぞれの相手側受光素子の中心部に向かって斜め方向から発光素子の光ビームを投射するように光軸を配置することで、非接触で電気信号を送受信する回転光結合装置が提案されている（特許文献１）。
【特許文献１】特開２００１−４４９４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１に記載の回転光結合装置では、発光素子と受光素子間の伝送は自由空間を媒体として行われるため、送信光は受光素子に到達するまでに拡散され、受光素子に入射する受光レベルは低下する。一方、受光レベルの低下を避けるためには、発光素子から送信する光をビーム状にすることが効果的であるが、受光素子に向けて正確に光軸を合わせる必要がありコストアップにつながるため極端に送信光の指向性を絞ることは出来ない。従って、特許文献１の回転光結合装置では、伝送品質を行うために十分なＳ／Ｎを確保する必要のある高精細な映像や高速なデータを扱うことが困難であった。
【０００６】
また、特許文献１に記載の回転光結合装置では、スリップリングからの配線を導く中央部分の中空筒に、発光素子への送信信号、受光素子からの受信信号、及び基板への供給電源を伝送するための配線を収める必要がある。そのため、扱う信号が高精細映像や高速データである場合は、配線に同軸ケーブルを用いたり、さらには差動伝送が必要となれば２本の同軸ケーブルを１系統の信号伝送に用いたりすることになるため、中空筒の内径を拡大する必要があり、その結果、装置の大型化、コストアップにつながるという課題があった。
【０００７】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、固定部とこれに回転自在に組み合わされた回転部とにわたる光伝送により、小型化が可能であり、かつ高精細な映像や高速なデータであっても安定して送受信することが可能なロータリジョイントを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明に係るロータリジョイントの第１の特徴は、固定部に対して回転部が軸を中心に回転自在に保持され、固定部と回転部との間で光信号伝送を行うロータリジョイントであって、回転部は、光透過性を有する中空円筒状部材を軸と同軸に配置して当該回転部に固定し、中空円筒状部材の一方の端部に発光素子及び／又は受光素子を設けて当該回転部に固定し、固定部は、回転部に固定された中空円筒状部材の他方の端部側において、前記一方の端部に設けられた発光素子及び／又は受光素子と対になるように、受光素子及び／又は発光素子を前記他方の端部に近接させて当該固定部に固定したことにある。
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明に係るロータリジョイントの第２の特徴は、固定部に対して回転部が軸を中心に回転自在に保持され、固定部と前記回転部との間で光信号伝送を行うロータリジョイントであって、回転部は、光透過性を有する中空円筒状部材とその外周方向に更に設けた１つ以上の中空円筒状部材とを軸と同軸にそれぞれ配置して当該回転部に固定し、中空円筒状部材毎に、該中空円筒状部材の一方の端部に発光素子及び／又は受光素子を設けて当該回転部に固定し、固定部は、回転部に固定された複数の中空円筒状部材の他方の端部側において、中空円筒状部材毎に、一方の端部に設けられた発光素子及び／又は受光素子と対になるよう受光素子及び／又は発光素子を他方の端部に近接させて当該固定部に固定したことにある。
【００１０】
上記目的を達成するため、本発明に係るロータリジョイントの第３の特徴は、中空円筒状部材は、少なくとも片方の端部が、軸に直交する面を当該中空円筒状部材の外周側から軸方向へ当該中空円筒状部材の中心部に向かってすり鉢状の傾斜面を形成するように成型され、回転部に固定される前記中空円筒状部材の端部が前記すり鉢状に成型された場合は、回転部における発光素子及び／又は受光素子を、該素子と固定部側における中空円筒状部材の端部との間の光信号伝送が、すり鉢状の傾斜面の光反射により光路が設けられる位置に設けて回転部に固定し、固定部に固定される中空円筒状部材の端部がすり鉢状に成型された場合は、固定部における受光素子及び／又は発光素子を、該素子と回転部側における中空円筒状部材の端部との間の光信号伝送が、すり鉢状の傾斜面の光反射により光路が設けられる位置であって固定部側の端部に近接した位置に固定部に固定したことにある。
【００１１】
上記目的を達成するため、本発明に係るロータリジョイントの第４の特徴は、中空円筒状部材は、少なくとも片方の端部が、軸に直交する面を一方向へ傾斜させて傾斜面を有して成型され、回転部に固定される中空円筒状部材の端部が傾斜面を有して成型された場合は、回転部における発光素子及び／又は受光素子を、該素子と固定部側における中空円筒状部材の端部との間の光信号伝送が、傾斜面の光反射により光路が設けられる位置に設けて回転部に固定し、固定部に固定される中空円筒状部材の端部が傾斜面を有して成型された場合は、固定部における受光素子及び／又は発光素子を、該素子と回転部側における中空円筒状部材の端部との間の光信号伝送が、傾斜面の光反射により光路が設けられる位置であって固定部側の端部に近接した位置に固定部に固定したことにある。
【００１２】
上記目的を達成するため、本発明に係るロータリジョイントの第５の特徴は、軸に最も近く設けられた中空円筒状部材は、その内壁が光反射性膜により被覆され、回転部は、中空円筒状部材の一方の端部に発光素子又は受光素子のいずれかを更に設けて当該回転部に固定し、固定部は、回転部に固定された中空円筒状部材の他方の端部側において、一方の端部に設けられた発光素子又は受光素子のいずれかと対になるように、受光素子又は発光素子のいずれかを更に他方の端部に近接させて当該固定部に固定したことにある。
【００１３】
上記目的を達成するため、本発明に係るロータリジョイントの第６の特徴は、回転部は、軸に最も近く設けられた中空円筒状部材の内側に、光透過性を有する円筒状部材を前記軸と同軸に更に配置して当該回転部に固定し、円筒状部材の一方の端部に発光素子又は受光素子のいずれかを更に設けて当該回転部に固定し、固定部は、回転部に固定された円筒状部材の他方の端部側において、一方の端部に設けられた発光素子又は受光素子のいずれかと対になるように、受光素子又は発光素子のいずれかを更に他方の端部に近接させて当該固定部に固定したことにある。
【００１４】
上記目的を達成するため、本発明に係るロータリジョイントの第７の特徴は、中空円筒状部材は、回転部側の前記軸方向に沿ってスリット部を設けると共に外周側に導電リングを固定して備え、固定部は、導電リングに摺動接触するように導電ブラシを備え、回転部は、導電リングからの引き出し線を中空円筒状部材の中空部分を通してスリット部から外周側に引き出すように構成したことにある。
【００１５】
上記目的を達成するため、本発明に係るロータリジョイントの第８の特徴は、回転部又は前記固定部が、更に、環状に形成された光透過性部材の外周表面のうち発光素子側の所定範囲を除く部分を、光透過性部材側に光反射性を有した光反射性膜で被覆すると共に、光透過性部材の内周表面を、光透過性部材側に光反射性を有した光反射性膜で所定の間隔をもって被覆した第１の光分散部材を、軸と同軸であって、発光素子と中空円筒状部材の端部との間の光路上に、中空円筒状部材の外周部に近接して設けたことにある。
【００１６】
上記目的を達成するため、本発明に係るロータリジョイントの第９の特徴は、回転部又は固定部が、更に、発光素子又は中空円筒状部材により入射された入射光が全反射する角度になるように、外周部と内周部側の切り込み部とを形成した光透過性を有する第２の光分散部材を、軸と同軸であって、発光素子と前記中空円筒状部材の端部との間の光路上に、中空円筒状部材の外周部に近接して設けたことにある。
【００１７】
上記目的を達成するため、本発明に係るロータリジョイントの第１０の特徴は、中空円筒状部材が、少なくとも一方の端部を、軸に直交する面を当該中空円筒状部材の外周側から軸方向へ当該中空円筒状部材の一方の端部に向かって突起状の傾斜面を形成するように成型し、発光素子及び／又は受光素子を、該素子と中空円筒状部材の一方の端部との間の光信号伝送が、突起状の傾斜面の光反射により光路が設けられる位置に設けて回転部又は固定部に固定したことにある。
【００１８】
上記目的を達成するため、本発明に係るロータリジョイントの第１１の特徴は、中空円筒状部材は、少なくとも一方の端部を、軸に直交する面を当該中空円筒状部材の外周側から軸方向へ当該中空円筒状部材の一方の端部に向かって突起状の傾斜面を形成すると共に、軸に直交する面を当該中空円筒状部材の外周側から軸方向へ当該中空円筒状部材の中心部に向かってすり鉢状の傾斜面とを形成するように成型し、発光素子及び／又は受光素子を、該素子と中空円筒状部材の端部との間の光信号伝送が、突起状の傾斜面及びすり鉢状の傾斜面の光反射により光路が設けられる位置に設けて回転部又は固定部に固定したことにある。
【００１９】
上記目的を達成するため、本発明に係るロータリジョイントの第１２の特徴は、回転部又は固定部が、更に、発光素子と中空円筒状部材の端部との間の光信号伝送が光反射により光路が設けられるように、光反射性処理を施すか、又は光反射性膜により被覆した傾斜面を有する光反射部材を備えることにある。
【００２０】
上記目的を達成するため、本発明に係るロータリジョイントの第１３の特徴は、中空円筒状部材が、回転部側の軸方向に沿ってスリット部と、円周方向におけるスリット部の位置と一致しない位置であり且つ軸方向におけるスリット部の位置より固定部側に貫通孔とを設けると共に、貫通孔の外周側に導電リングを固定して備え、固定部は、導電リングに摺動接触するように導電ブラシを備え、回転部は、導電リングからの引き出し線を貫通孔から中空円筒状部材の中空部分を通してスリット部から外周側に引き出すように構成したことにある。
【００２１】
上記目的を達成するため、本発明に係るロータリジョイントの第１４の特徴は、中空円筒状部材が、回転部側の軸方向に沿ってスリット部と、円周方向におけるスリット部の位置に対して略直角の位置であり且つ軸方向におけるスリット部の位置より固定部側に貫通孔とを設けると共に、貫通孔の外周側に導電リングを固定して備え、固定部は、導電リングに摺動接触するように導電ブラシを備え、回転部は、導電リングからの引き出し線を貫通孔から中空円筒状部材の中空部分を通してスリット部から外周側に引き出すように構成したことにある。
【００２２】
上記目的を達成するため、本発明に係るロータリジョイントの第１５の特徴は、中空円筒部材が、軸方向におけるスリット部と貫通孔との間に、発光素子により発光された信号光を拡散させる光拡散部材を備えたことにある。
【発明の効果】
【００２３】
本発明のロータリジョイントによれば、固定部とこれに回転自在に組み合わされた回転部とにわたる光伝送を小型且つローコストに実現でき、しかも高精細な映像や高速なデータであっても安定して送受信することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００２５】
本実施形態では、発光素子と受光素子の間に光透過性を有する樹脂で成型した２本の中空円筒状部材を光伝送媒体として用い、双方向の光伝送を行うロータリジョイントを例に挙げて説明する。
【００２６】
図１は、本発明に係るロータリジョイントの一実施形態を示した構成図である。
【００２７】
図１（ａ）に、本実施形態におけるロータリジョイント１の立体構造図、図１（ｂ）に、本実施形態におけるロータリジョイント１の断面図を示す。
【００２８】
図１（ｂ）に示すように、ロータリジョイント１は、回転部２と固定部３とを備え、固定部３に対して回転部２が軸を中心に回転可能に保持されている。
【００２９】
回転部２は、光透過性を有する第１の中空円筒状部材１０１と、更にその外側に第１の中空円筒状部材１０１と同軸に配置された、やはり光透過性を有する第２の中空円筒状部材１０２とを備え、この第１の中空円筒状部材１０１の端面に発光素子１１と、第２の中空円筒状部材１０２の端面に受光素子１４とが回転部基板２１上に配置されている。
【００３０】
そして、第１及び第２の中空円筒状部材１０１，１０２は、基板固定部材２２によって回転部基板２１に固定されている。
【００３１】
一方、固定部３は、回転部２の第１の中空円筒状部材１０１の端面に受光素子１２と、第２の中空円筒状部材１０２の端面に発光素子１３とが固定部基板２３上に配置されている。
【００３２】
発光素子１１より送信される送信光は、第１の中空円筒状部材１０１にほぼ１００％入射し、第１の中空円筒状部材１０１内を他方の端に向かって進行する。発光素子１１から出射する光に所定の広がり角を設けることにより、第１の中空円筒状部材１０１内に入射した光は第１の中空円筒状部材１０１の円周方向にも広がりながら進行し、中空円筒状部材１０１の反対側端面の円周のどの位置でもほぼ均一なレベルとなって受光素子１２へ到達する。
【００３３】
これにより、第１の中空円筒状部材１０１の端面は受光素子１２に対して回転移動しても、第１の中空円筒状部材１０１の端面より出射する光レベルはほぼ均一であるため、受光素子１２では安定して受信することができる。
【００３４】
図２（ａ）に、発光素子１１から発した光が空間伝送された場合の伝送レベルの説明図を、図２（ｂ）に、ロータリジョイント１により発光素子１１から発した光が伝送された場合の伝送レベルの説明図を示す。
【００３５】
ここでは、図２（ａ）に示すように、空間伝送での発光素子１１の指向性を２０度、伝送距離を３ｃｍとし、図２（ｂ）に示すように、第１の中空円筒状部材１０１は内径３ｍｍ、外形６ｍｍのものを用いるものとする。
【００３６】
図２（ａ）に示す空間伝送の場合においては、発光素子１１から出射した光は遠方になるほど広がり、３ｃｍ離れた受光素子１２の位置ではスポットの面積は３２×π×ｔａｎ２（１０）＝約0.88（ｃｍ２）になる。
【００３７】
一方、図２（ｂ）に示すように、ロータリジョイント１により光伝送を行う場合は、第１の中空円筒状部材１０１により伝播される光は第１の中空円筒状部材１０１の内壁、外壁により全反射されて他端に達するので、光の損失はほとんど無く効率的な伝送が行われる。
【００３８】
具体的には、第１の中空円筒状部材１０１に入射した光は、第１の中空円筒状部材１０１の断面積に等しい面積すなわち0.3２π-0.15２π＝0.21ｃｍ２  に均一分布し、受光素子１２に受信される。
【００３９】
即ち、図２（ｂ）に示すロータリジョイント１による光伝送は、図２（ａ）に示す光空間伝送と比較して、0.88÷0.21＝約４（倍）効率的に伝送することができる。また、伝送距離がさらに長い場合は、この比がさらに大きくなるためより効率的な伝送が行われる。
【００４０】
以上により、本実施形態におけるロータリジョイント１によれば、発光素子１１から送信される送信光の光損失が少なく受光素子１２で安定して受信することができるので、高精細な映像や高速なデータであっても安定して送受信することができる。
【００４１】
また、ロータリジョイント１は、図１（ａ）、（ｂ）に示すように、第１の中空円筒状部材１０１の外側に第２の中空円筒状部材１０２を備え、この第２の中空円筒状部材１０２を用いて、第１の中空円筒状部材１０１による光伝送方向とは逆方向の光伝送を行う構成としている。
【００４２】
第２の中空円筒状部材１０２を用いた光伝送の原理については、上述の第１の中空円筒状部材１０１と同様である。このように、第１の中空円筒状部材１０１と第２の中空円筒状部材１０２とを組み合わせることにより、回転部２から固定部３への光伝送、及び固定部３から回転部２への光伝送の双方向についての光伝送が可能となる。
【００４３】
また、双方向の光伝送を行う際の両伝送信号間の干渉問題を排除する方法が特許文献１で述べられている。同一空間を媒体とした空間伝送ではこの干渉問題を軽減することが課題となるが、本実施形態におけるロータリジョイント１においては、光透過性を有する第１，第２の中空円筒状部材１０１，１０２に入射した光は全反射により他端まで伝播されるので、遮蔽するなどの特別な手段を講じなくとも干渉の発生が少なく安定した双方向伝送を行うことが可能となる。
【００４４】
なお、図１に示したロータリジョイント１は、２本の中空円筒状部材を用いて双方向伝送を行う例であるが、更に多くの中空円筒状部材を用いることもできる。
【００４５】
図３（ａ）に、４本の中空円筒状部材を用いたロータリジョイント１の立体構造図を示し、図３（ｂ）に、４本の中空円筒状部材を用いたロータリジョイント１の断面図を示す。
【００４６】
図３（ａ）に示すように、発光素子１１、１３、１５、１７から出射された光を４本の第１，第２，第３，第４の中空円筒状部材１０１，１０２，１０３，１０４で伝送させることにより、４チャンネルの単方向伝送を実現している。また、例えば回転部２から固定部３へ２チャンネルの伝送を行い、固定部３から回転部２へ２チャンネルの伝送を行うなど、双方向及び多重伝送を組み合わせたさまざまな伝送を行うことが可能である。
【００４７】
さらに、本実施形態におけるロータリジョイント１では、１本の中空円筒状部材を用いて光伝送を行うことも可能である。
【００４８】
図４（ａ）に、１本の中空円筒状部材を用いたロータリジョイント１の立体構造図を示し、図４（ｂ）に、１本の中空円筒状部材を用いたロータリジョイント１の断面図を示す。
【００４９】
図４（ａ）に示すように、第１の中空円筒状部材１０１の一方の端面に接近させて発光素子１１、受光素子１４を設け、発光素子１１と受光素子１４はできるだけ距離が離れるよう（例えば、ドーナツ状端面の１８０度異なる円周上に）に配置する。
【００５０】
第１の中空円筒状部材１０１の反対側端面には近接させて受光素子１２と発光素子１３を設け、受光素子１２と発光素子１３は出来るだけ距離が離れるよう（例えば、ドーナツ状端面の１８０度異なる円周上に）に配置する。
【００５１】
発光素子１１からの信号光は第１の中空円筒状部材１０１の一方の端面に入射し第１の中空円筒状部材１０１の他端へ向かって進行し、受光素子１２に受信される。発光素子１３からの信号光は第１の中空円筒状部材１０１の他方の端面から入射し、第１の中空円筒状部材１０１の一方の端面に向かって進行し、受光素子１４に受信される。
【００５２】
ここで、受光素子１２は発光素子１１からの信号光を受けると共に同一端面側に配された発光素子１３からの信号光も妨害光として受信する。しかしながら、発光素子１３の光信号はほとんどが他端に向って進行するため、妨害光として受光素子に到達する光のレベルは十分低く、信号光のＵ／Ｄ比は十分確保される。発光素子１３と受光素子１４間の伝送においても、同様に発光素子１１による妨害光は問題とならない。
【００５３】
以上により１本の中空円筒状部材を介して、同時双方向の光伝送を行うことができる。
【００５４】
以下、本実施形態におけるロータリジョイント１の、主に光伝送媒体である中空円筒状部材のいくつかのバリエーションについて説明する。
【００５５】
＜変形例１＞
図５(ａ)に、本実施形態の変形例１であるロータリジョイント１の立体構造図、図５（ｂ），（ｃ）に、変形例１であるロータリジョイント１の断面図を示す。
【００５６】
本実施形態におけるロータリジョイント１は、中空円筒状部材の両端面にそれぞれ対する位置に発光素子と受光素子とを備える構成とした。一方、変形例１であるロータリジョイント１は、中空円筒状部材の片方又は両方の端面を中空円筒状部材の外周側から軸方向に向かって中空円筒状部材の中心部へ傾斜させてすり鉢状の傾斜面を形成し、中空円筒状部材の側面に配置された発光素子又は受光素子との光送受信を可能にする構成とする。
【００５７】
図５（ａ）に示すように、回転部２は、第５の中空円筒状部材１０５の一方の端面が回転軸方向と垂直な面で形成されて回転部２に固定設置されている。そして、受光素子１２を、第５の中空円筒状部材１０５の一方の端面から出射する光が入射するように回転部２に固定する。固定部３は、発光素子１１を、第５の中空円筒状部材１０５の外周部から入射した光が第５の中空円筒状部材１０５の傾斜した端面に全反射するように第５の中空円筒状部材１０５の側面側に近接させて固定部３に固定配置する。
【００５８】
次に、図５を参照して、変形例１であるロータリジョイント１の機能について説明する。
【００５９】
図５（ｂ）に示すように、第５の中空円筒状部材１０５の下端の端面は内側に向かってすり鉢状に処理される。即ち、第５の中空円筒状部材１０５の外周側から軸方向に向かって第５の中空円筒状部材１０５の中心部へ、例えば４５度の角度で傾斜している。発光素子１１は第５の中空円筒状部材１０５の外周に接近して光軸が第５の中空円筒状部材１０５の軸と直角方向となるように配置されている。
【００６０】
そのため、発光素子１１から出力される信号光は、第５の中空円筒状部材１０５の外周から入射し、第５の中空円筒状部材１０５の軸方向に対し４５度傾斜した端面に達する。第５の中空円筒状部材１０５は光透過性を有したアクリル等のプラスティック部材で形成されており、例えば１．５の屈折率をもつため、４５度で入射する光に対しては全反射条件が整う。これにより、入射した信号光は端面で全反射し、第５の中空円筒状部材１０５の軸方向に向かって伝送される。第５の中空円筒状部材１０５の他端には近接して受光素子１２が光軸を第５の中空円筒状部材１０５の軸方向に向くよう配置され、発光素子１１からの信号光を受信する。
【００６１】
ここで、固定部３に固定されている発光素子１１に対し、第５の中空円筒状部材１０５は回転移動する。しかし第５の中空円筒状部材１０５は、常に発光素子１１からの信号光入射の光学的構造が維持されるので、発光素子１１の発する信号光は第５の中空円筒状部材１０５の他端に向けて安定して伝送される。また、信号光は第５の中空円筒状部材１０５の軸方向に進行するにしたがって第５の中空円筒状部材１０５の円周上に広がり他端に到達すると端面の位置によらず均一なレベルあるいは変動はあるものの問題とならない変動レベルに収まった状態で受光素子１２に受信される。
【００６２】
このように、変形例１であるロータリジョイント１では、発光素子１１又は受光素子１２のいずれかの素子が比較的大型である場合に、この大型の素子を外周部に配置するようにすれば、第５の中空円筒状部材１０５の径を小さくすることが可能となるので、更に小型化でき、製造コストの低減を図ることができる。
【００６３】
なお、固定部３に受光素子１２を配置し、回転部２に発光素子１１を配置する構成としてもよい。この場合、発光素子１１が第５の中空円筒状部材１０５と共に回転し、受光素子１２に対し第５の中空円筒状部材１０５が回転移動するが、同様な光伝送が可能である。
【００６４】
また、回転軸方向と垂直な面で形成される端面を固定部３側に位置させ、中空円筒状部材の外周側から軸方向に向かって中空円筒状部材の中心部へ傾斜した面を持つ端面を回転部２側に位置させる構造であっても同様な光伝送が可能である。
【００６５】
さらに、図５(ａ),（ｂ），（ｃ）では、第５の中空円筒状部材１０５の固定部側の端面が、第５の中空円筒状部材１０５の外周側から軸方向に向かって第５の中空円筒状部材１０５の中心部へ４５度の角度で傾斜する構造としているが、中空円筒状部材の固定部側及び回転部側の両方の端面を中空円筒状部材の外周側から軸方向に向かって中空円筒状部材の中心部へ４５度の角度で傾斜する構造としてもよい。
【００６６】
図６(ａ)に、両方の端面をすり鉢状に傾斜する構造とした第６の中空円筒状部材１０６を備えたロータリジョイント１の立体構造図、図６（ｂ），（ｃ）に、両方の端面を傾斜する構造とした第６の中空円筒状部材１０６を備えたロータリジョイント１の断面図を示す。
【００６７】
図６(ａ),（ｂ），（ｃ）に示すように、第６の中空円筒状部材１０６の両方の端面を傾斜する構造としたロータリジョイント１では、発光素子１１及び受光素子１２を第６の中空円筒状部材１０６の外周部に設置することができる。
【００６８】
＜変形例２＞
変形例２であるロータリジョイント１は、本実施形態及び変形例１における中空円筒状部材の片方又は両方の端面を、一方向へ向かって傾斜させ、中空円筒状部材の側面に配置した発光素子又は受光素子との光送受信を可能とさせる構成とする。
【００６９】
図７（ａ）に、変形例２であるロータリジョイント１の立体構造図、図７（ｂ），（ｃ）に、変形例２であるロータリジョイント１の断面図を示す。
【００７０】
図７（ａ）に示すように、回転部２は、第７の中空円筒状部材１０７の回転部２側の端面が、例えば、門松切り形状（第７の中空円筒状部材１０７の軸方向に対し約４５度の面で切断された形状）を有し、受光素子１２を、第７の中空円筒状部材１０７の傾斜した端面に反射した光が入射するように第７の中空円筒状部材１０７の側面側に近接させて回転部２に固定し、固定部３は、発光素子１１を、入射した光が第７の中空円筒状部材１０７の傾斜した端面に全反射するように第７の中空円筒状部材１０７の側面側に近接させて固定部３に配置する。
【００７１】
次に、図７を参照して、変形例２であるロータリジョイント１の機能について説明する。
【００７２】
図７（ｂ）に示すように、発光素子１１から出力される信号光は、第７の中空円筒状部材１０７の外周から入射し、第７の中空円筒状部材１０７の軸方向に対し約４５度傾斜した端面に達する。第７の中空円筒状部材１０７はアクリル等のプラスティック部材で生成されており、例えば１．５の屈折率をもつため、４５度で入射する光に対しては全反射条件が整う。そのため、入射した信号光は端面で全反射し、第７の中空円筒状部材１０７の軸方向に伝送される。
【００７３】
そして、伝送された信号光は、門松切り形状に加工された端面で全反射し、第７の中空円筒状部材１０７に近接して配置されている受光素子１２へ入射する。
【００７４】
なお、固定部３に受光素子１２を配置し、回転部２に発光素子１１を配置する構成としてもよい。この場合、発光素子１１が第７の中空円筒状部材１０７と共に回転し、受光素子１２に対し第７の中空円筒状部材１０７が回転移動するが、同様な光伝送が可能である。
【００７５】
このように、第７の中空円筒状部材１０７の回転部２側の端面が、門松切り形状を有し、第７の中空円筒状部材１０７の側面に配置された発光素子１１又は受光素子１２と光送受信を行う構成とすることによって、端面での反射面積が大きく取れるので、変形例１であるロータリジョイント１の第６の中空円筒状部材１０６の端面に比較して、光伝送効率を向上させることができる。
【００７６】
具体的には、第７の中空円筒状部材１０７の端面での反射面積が大きく取れるので、第７の中空円筒状部材１０７の回転部２側に受光素子１２を配置した場合には、受光素子１２の受光量が多くなり光伝送効率が向上し、第７の中空円筒状部材１０７の回転部２側に発光素子１１を配置した場合には、発光素子１１からの入射光の端面での反射光量が多くなり光伝送効率が向上する。
【００７７】
＜変形例３＞
変形例３であるロータリジョイント１は、本実施形態及び変形例１，２における中空円筒状部材の内壁を光反射性物質（光反射性膜）で被覆し、この光反射性物質による光の反射により中空円筒状部材の端部に配置した発光素子又は受光素子との光送受信を可能とする構成である。
【００７８】
図８（ａ）に、変形例３であるロータリジョイント１の立体構造図、図８（ｂ），（ｃ）に、変形例３であるロータリジョイント１の断面図を示す。
【００７９】
図８（ａ）に示すように、回転部２は、第８の中空円筒状部材１０８の内壁に、例えば蒸着やメッキ等により光反射性物質が被覆され、発光した光が光反射性物質に反射するように発光素子１３を配置し、固定部３は、光反射性物質に反射した光が入射するように受光素子１４を配置する構成とする。
【００８０】
次に、図８を参照して、変形例３であるロータリジョイント１の機能について説明する。
【００８１】
図８（ｂ）に示すように、発光素子１３から出力される信号光は、第８の中空円筒状部材１０８の内壁に被覆された光反射性物質による反射を繰り返し、第８の中空円筒状部材１０８の内側空洞部を軸方向に進行する。
【００８２】
そして、進行した信号光は、固定部３に固定されている受光素子１４へ入射する。
【００８３】
このように、単に第８の中空円筒状部材１０８の端面に発光素子１１と受光素子１２とを備える構成に加えて、第８の中空円筒状部材１０８の内壁が光反射性物質で被覆された構成を備え、この光反射性物質による光の反射により第８の中空円筒状部材１０８の端部に配置された発光素子１３又は受光素子１４と光送受信を行うことによって、第８の中空円筒状部材１０８の内部を介した光伝送と第８の中空円筒状部材１０８内壁の光反射性物質を介した光伝送とを互いに干渉することなく実現することができる。
【００８４】
なお、図８（ａ），（ｂ），（ｃ）に示すロータリジョイント１では、回転部２に発光素子１３を配置し、固定部３に受光素子１４を配置したが、回転部２に受光素子１４を配置し、固定部３に発光素子１３を配置する構成としてもよい。この場合、受光素子１４が第８の中空円筒状部材１０８と共に回転し、発光素子１３に対し第８の中空円筒状部材１０８が回転移動するが、同様な光伝送が可能である。
【００８５】
＜変形例４＞
変形例４であるロータリジョイント１は、本実施形態及び変形例１〜２における中空円筒状部材の内部に別部材である円筒状部材を更に備え、この円筒状部材による光の伝送により円筒状部材の両端部に配置した発光素子又は受光素子との光送受信を可能とする構成である。
【００８６】
図９（ａ）に、変形例４であるロータリジョイントの立体構造図、図９（ｂ），（ｃ）に、変形例４であるロータリジョイントの断面図を示す。
【００８７】
具体的には、回転部２は、更に、中空円筒状部材１０９と同軸に配置された光透過性を有する円筒状部材１１０と、この円筒状部材１１０の上端部の端面に発光素子１３を備え、固定部３は、更に、発光素子１３に対向させてこの円筒状部材１１０の下端部の端面に受光素子１４を配置する。
【００８８】
次に、図９を参照して、変形例４であるロータリジョイント１の機能について説明する。
【００８９】
図９（ｂ）に示すように、発光素子１３からの信号光は円筒状部材１１０の一方の端面に入射し円筒状部材１１０の他端へ向かって伝送され、受光素子１４に入射する。発光素子１１からの信号光は第９の中空円筒状部材１０９の他方の端面から入射し、第９の中空円筒状部材１０９の一方の端面に向かって進行し、受光素子１２に入射する。
【００９０】
このように、第９の中空円筒状部材１０９の端部に発光素子１１と受光素子１２とを備える構成に加えて、第９の中空円筒状部材１０９の内部に円筒状部材１１０を備え、この円筒状部材１１０による光の伝送により円筒状部材１１０の端部に配置された発光素子１３及び受光素子１４間で光送受信を行うことによって、第９の中空円筒状部材１０９を介した光伝送と円筒状部材１１０を介した光伝送を互いに干渉することなく、実現することができる。
【００９１】
なお、図９（ａ），（ｂ），（ｃ）に示すロータリジョイント１では、回転部２に発光素子１３を配置し、固定部３に受光素子１４を配置したが、回転部２に受光素子１４を配置し、固定部３に発光素子１３を配置する構成としてもよい。この場合、受光素子１４が第９の中空円筒状部材１０９と共に回転し、発光素子１３に対し第９の中空円筒状部材１０９が回転移動するが、同様な光伝送が可能である。
【００９２】
＜変形例５＞
変形例５であるロータリジョイント１は、本実施形態及び変形例１〜４における中空円筒状部材の外壁に導電リングを更に備え、この導電リングと導電ブラシを接触させて信号を伝送する構成である。
【００９３】
図１０（ａ）に、変形例５であるロータリジョイント１の立体構造図、図１０（ｂ）に、変形例５であるロータリジョイント１の断面図を示す。
【００９４】
図１０（ａ）に示すように、回転部２は、第９の中空円筒状部材１０９の回転部２側に軸方向に沿ってスリット部３０が設けられ、更に、第９の中空円筒状部材１０９の外周に導電リング２５を備え、固定部３は、導電リング２５に接触するように導電ブラシ２４が配置される。
【００９５】
次に、図１０を参照して、変形例５であるロータリジョイント１の機能について説明する。
【００９６】
図１０（ｂ）に示すように、変形例５であるロータリジョイント１の第９の中空円筒状部材１０９の外周には、導電リング２５が配置されている。そして、ロータリジョイント１の固定部３には導電ブラシ２４が配置され、この導電リング２５と導電ブラシ２４が接触することにより、導電リング２５と導電ブラシ２４間に電気信号が流れる。
【００９７】
ここで、導電リング２５は回転部２に配置されているので、導電リング２５自体も回転部２と同じく回転する。そのため、導電リング２５からの配線（引き出し線）が導電ブラシ２４に接触しないように、導電リング２５からの配線を第９の中空円筒状部材１０９の内部に敷設する必要がある。
【００９８】
そこで、変形例５であるロータリジョイント１では、図１０（ａ）に示すように、導電リング２５からの配線が導電ブラシ２４に接触しないように、導電リング２５からの配線を第９の中空円筒状部材１０９の内部に敷設し、第９の中空円筒状部材１０９の回転部側に軸方向に沿ってスリット部３０を設け、このスリット部３０から再度配線を引き出す構成としている。
【００９９】
このように、変形例５であるロータリジョイント１では、高精細な映像や高速なデータを伝送するために光伝送を行う第９の中空円筒状部材１０９と、電源などを導電リング２５と導電ブラシ２４で接続する従来技術のスリップリング構造を組み合わせることによって、双方向の光伝送を行える光スリップリングを実現することができる。
【０１００】
また、前述した特許文献１に開示された技術では、スリップリングからの配線を導く中央部分の中空筒に映像伝送のために同軸ケーブルを用いたり、さらには差動伝送が必要となれば２本の同軸ケーブルを収める必要があり、中空筒の内径の拡大に繋がり、その結果、装置の大型化、コストアップが発生するという問題があったのに対し、本実施形態における変形例によるロータリジョイントでは中央部分の中空筒に映像信号を伝送するための配線が不要でるため、装置の小型化やローコスト化が可能となる。
【０１０１】
＜変形例６＞
変形例５であるロータリジョイント１は、第９の中空円筒状部材１０９の外壁に沿って軸方向に１又は２以上の同心円の導電リング２５を備え、この導電リング２５と導電ブラシ２４を接触させて信号を伝送する。一方、変形例６であるロータリジョイント１は、第９の中空円筒状部材１０９の外壁から軸に対して垂直方向に１又は２以上の同心円の導電リング２５を備え、この導電リング２５と導電ブラシ２４を接触させて信号を伝送する構成である。
【０１０２】
図１１（ａ）に、変形例６であるロータリジョイント１の立体構造図、図１１（ｂ）に、変形例６であるロータリジョイント１の断面図を示す。
【０１０３】
図１１（ａ）に示すように、回転部２は、第９の中空円筒状部材１０９の外周に導電リング２５を備え、固定部３には、導電リング２５に接触するように導電ブラシ２４が配置される。
【０１０４】
次に、図１１を参照して、変形例６であるロータリジョイント１の機能について説明する。
【０１０５】
図１１（ｂ）に示すように、変形例６であるロータリジョイント１の第９の中空円筒状部材１０９の外周には、導電リング２５が第９の中空円筒状部材１０９の軸に対して垂直方向に配置されている。そして、ロータリジョイント１の固定部３には導電ブラシ２４が配置され、この導電リング２５と導電ブラシ２４が接触することにより、導電リング２５と導電ブラシ２４間に電気信号が流れる。
【０１０６】
ここで、変形例５であるロータリジョイント１では、導電リング２５が回転部２に配置されているので、導電リング２５自体も回転部２と同じく回転し、そのため、導電リング２５からの配線が導電ブラシ２４に接触しないように、配線を第９の中空円筒状部材１０９の内部に敷設する必要があった。
【０１０７】
しかし、変形例６であるロータリジョイント１では、中空円筒状部材の外壁から軸に対して垂直方向に１又は２以上の同心円の導電リング２５を備えるので、導電リング２５からの配線が導電ブラシ２４に接触しないように、配線を第９の中空円筒状部材１０９の内部に敷設する必要がない。
【０１０８】
そのため、変形例６であるロータリジョイント１では、変形例５であるロータリジョイント１に比較して、再度配線を引き出すための第９の中空円筒状部材１０９のスリット部３０を設ける必要がないという利点を有する。
【０１０９】
＜変形例７＞
本実施形態の変形例５であるロータリジョイント１では、図１０（ａ）に示すように、導電リング２５からの配線が導電ブラシ２４に接触しないように、導電リング２５からの配線を第９の中空円筒状部材１０９の内部に敷設した。そしてこの配線を再度引き出すために、図１２（ａ）に示すような第９の中空円筒状部材１０９の回転部側に軸方向に沿ってスリット部３０を設ける構成とした。
【０１１０】
しかしながら、装置の軽量化や小型化等のためには、スリットを設けない部分の軸方向の長さをなるべく短くするのが望ましいが、短くすることにより光伝送に支障をきたす場合がある。
【０１１１】
例えば、図１２（ｂ）に示すように、スリット部３０が設けられていない第６の中空円筒状部材１０６であれば、発光素子１１より送信される送信光は、第６の中空円筒状部材１０６に入射し、第６の中空円筒状部材１０６内を他方の端に向かって進行する。ここで、発光素子１１から出射する光に所定の広がり角を設けることにより、第６の中空円筒状部材１０６内に入射した光は第６の中空円筒状部材１０６の円周上にも広がりながら進行する。そして、第６の中空円筒状部材１０６の他方の端面の円周上どの位置でもほぼ均一なレベルとなって受光素子１２へ到達する。
【０１１２】
これにより、第６の中空円筒状部材１０６の端面は発光素子１１に対して回転移動しても、第６の中空円筒状部材１０６の端面より出射する光レベルはほぼ均一であるため、受光素子１２は一定した光信号を安定して受信することができる。
【０１１３】
しかしながら、図１２（ａ）に示すように、第９の中空円筒状部材１０９のスリットを設けない部分の軸方向の長さＬ１を短くすると、このＬ１は、発光素子１１から入射した信号光が円周方向に回り込むための距離が短くなることとなる。そのため、発光素子１１の円周上の対面側に受光素子１２が位置している場合、回り込む信号光が減少するので、受光素子１２が受光する受光量が低下する。そのため、第９の中空円筒状部材１０９のスリットを設けない部分の軸方向の長さＬ１を短くすると、受光素子１２が電気信号を生成するのに十分な受光量の信号光を得ることができなくなる可能性がある。
【０１１４】
そこで、本実施形態の変形例７であるロータリジョイント１は、第９の中空円筒状部材１０９のように、スリット部３０が設けられている場合にも、簡易な装置構成により、全内周の光放射分布を均一にすることで、発光素子１１及び受光素子１２の位置関係に関わらず安定して光伝送を行うことを目的とする。
【０１１５】
図１３（ａ）に、本実施形態の変形例７であるロータリジョイント１の構造図、図１３（ｂ）に、本実施形態の変形例７であるロータリジョイント１の断面図を示す。
【０１１６】
図１３（ａ）に示すように、変形例７であるロータリジョイント１は、例えば、変形例５であるロータリジョイント１の構成に加え、固定部３に、第１の光分散部材２６を備える構成とする。
【０１１７】
第１の光分散部材２６は、例えば、環状に形成されており、外周部の内壁のうち、発光素子１１から発光する信号光を入射する所定範囲を除いた内壁が光反射性膜により被覆され、内周部の外周側の内壁が円周方向に沿って所定間隔で光反射性膜により被覆されている。
【０１１８】
また、第１の光分散部材２６は、図１３（ａ）に示すように、第９の中空円筒状部材１０９の回転軸と同軸であって、発光素子１１と第９の中空円筒状部材１０９の端部との間の光路上に、第９の中空円筒状部材１０９の外周に近接して設けられている。
【０１１９】
次に、図１３（ａ），（ｂ）を用いて、変形例７であるロータリジョイント１の作用について説明する。
【０１２０】
図１３（ａ）に示すように、発光素子１１から発光した信号光は、まず第１の光分散部材２６へ入射される。そして、入射した信号光は第１の光分散部材２６でほぼ均一に分散されて第９の中空円筒状部材１０９へ入射する。
【０１２１】
第１の光分散部材２６は、図１３（ｂ）に示すように、光透過性部材で環状に形成されている。そして、この第１の光分散部材２６の外周表面及び内周表面は高い平滑性を有するように形成され、外周表面のうち、発光素子１１から発光された信号光を入射させるための所定範囲を除いた外周表面が光反射性膜により被覆されている。この外周表面の光反射性膜は、光分散部材２６側に反射面を有するものである。また、第１の光分散部材２６の内周表面が所定間隔で光反射性膜により被覆されている。この内周表面の光反射性膜は、光分散部材２６側に反射面を有するものである。
【０１２２】
これにより、発光素子１１から発光され第１の光分散部材２６の光反射膜が被覆されていない外周部を透過した信号光は、第１の光分散部材２６の内周表面に被覆された光反射性膜と外周表面に被覆された光反射性膜との間で、反射を繰り返し、第９の中空円筒状部材１０９へ入射する。
【０１２３】
例えば、図１３（ｂ）に示す信号光１３１は、第１の光分散部材２６の光反射膜が被覆されていない外周部を透過し、さらに、第１の光分散部材２６の内周部の光反射性膜が被覆されていない部分を通過し、第９の中空円筒状部材１０９へ入射する。
【０１２４】
一方、図１３（ｂ）に示す信号光１３２は、第１の光分散部材２６の光反射膜が被覆されていない外周部を透過し、第１の光分散部材２６の内周表面に被覆された光反射性膜と外周表面に被覆された光反射性膜との間で、反射を繰り返した後、第９の中空円筒状部材１０９へ入射する。
【０１２５】
そして、第９の中空円筒状部材１０９へ入射した信号光は、第９の中空円筒状部材１０９の回転軸方向へ伝送され、第９の中空円筒状部材１０９の端面で全反射されて第９の中空円筒状部材１０９の側面に配置された受光素子１２により受光される。
【０１２６】
このように、信号光が反射を繰り返すことによって、信号光は、第９の中空円筒状部材１０９の発光素子１１側からのみではなく、外周側全体から第９の中空円筒状部材１０９へ入射することになる。
【０１２７】
そこで、第１の光分散部材２６の内周表面に被覆した光反射性膜の間隔及び形状を変更することにより、入射した信号光が第１の光分散部材２６でほぼ均一に分散されることができ、これにより第９の中空円筒状部材１０９へ入射する光量をほぼ均一に制御することができる。
【０１２８】
これにより、第９の中空円筒状部材１０９のように、スリット部３０が設けられている場合にも、受光素子１２において、全内周の光放射分布を均一にすることができ、発光素子１１及び受光素子１２の位置関係に関わらず安定して光伝送を行うことができる。
【０１２９】
以上のように変形例７であるロータリジョイント１によれば、固定部とこれに回転自在に組み合わされた回転部とにわたる光伝送を小型且つローコストに実現でき、しかも高精細な映像や高速なデータであっても安定して送受信することができる。
【０１３０】
なお、第１の光分散部材２６の光軸方向の両端面についても、同様に光反射性膜を被覆することが望ましいが、第９の中空円筒状部材１０９へ入射する信号光は、両端面で全反射の条件が整うので、必ずしも第１の光分散部材２６の光軸方向の両端面に光反射性膜を被覆する必要はない。
【０１３１】
＜変形例８＞
図１４（ａ）に、本実施形態の変形例８であるロータリジョイント１の構造図、図１４（ｂ）に、変形例８であるロータリジョイント１の断面図を示す。
【０１３２】
変形例７であるロータリジョイント１では、環状に形成された光透過性部材の外周表面のうち、発光素子１１側の所定範囲を除く部分を光反射性膜により被覆すると共に、光透過性部材の内周表面を所定間隔で光反射性膜により被覆した第１の光分散部材２６を備える構成とした。
【０１３３】
変形例８であるロータリジョイント１では、図１４（ａ）に示すように、発光素子１１から入射する入射光が、全反射する角度になるような形状で外周部及び切り込み部が形成された光透過性を有する第２の光分散部材２７を備える構成とする。
【０１３４】
第２の光分散部材２７には、具体的には、図１４（ｂ）に示すように、例えば、第１の切欠き部１４１、及び第２の切欠き部１４２が設けられている。
【０１３５】
次に、図１４（ａ），（ｂ）を用いて、変形例８であるロータリジョイント１の作用について説明する。
【０１３６】
図１４（ａ）に示すように、発光素子１１から出力した信号光は、第２の光分散部材２７へ入射される。そして、入射した信号光は第２の光分散部材２７でほぼ均一に分散されて第９の中空円筒状部材１０９へ入射する。
【０１３７】
第２の光分散部材２７は、図１４（ｂ）に示すように、光透過性部材の材質で形成されており、内周部には、光軸と同心円の面で形成されるＡ面と、発光素子１１からの信号光が全反射するような角度で形成されたＢ面及びＣ面とを有する第１の切欠き部１４１が設けられている。そして、第１の切欠き部１４１と第９の中空円筒状部材１０９の中心軸を介して対称に位置する外周部分には、発光素子１１からの信号光が全反射するような角度で形成されたＤ面、Ｅ面を有する第２の切欠き部１４２が設けられている。
【０１３８】
これにより、発光素子１１から発光された信号光のうち、Ａ面に達した信号はＡ面を透過し、第９の中空円筒状部材１０９へ入射する。
【０１３９】
例えば、図１４（ｂ）に示す信号光１４３は、第２の光分散部材２７のＡ面を透過し、そのまま直進して第９の中空円筒状部材１０９へ入射する。
【０１４０】
一方、Ｂ面、又はＣ面に達した信号光は、Ｂ面、又はＣ面で全反射される。そして第２の光分散部材２７の外周部の内壁、Ｄ面又はＥ面でさらに全反射されて第９の中空円筒状部材１０９へ入射する。
【０１４１】
例えば、図１４（ｂ）に示す信号光１４４は、Ｂ面に達し、Ｂ面において全反射される。そして全反射された信号光は、第２の光分散部材２７の外周部の内壁にて全反射される。さらに、外周部の内壁で全反射された信号光は、Ｄ面に到達しＤ面で全反射された後、第９の中空円筒状部材１０９へ入射する。
【０１４２】
このように、信号光が反射を繰り返すことによって、信号光は、第９の中空円筒状部材１０９の発光素子１１側からのみではなく、外周側全体から第９の中空円筒状部材１０９へ入射することになる。
【０１４３】
そこで、第２の光分散部材２７の内周部や外周部の形状を変更することにより、全内周の光放射分布を制御することができる。具体的には、全内周の光放射分布が均一になるように、Ｂ面、Ｃ面、Ｄ面、及びＥ面の角度設定を最適化したり、さらに多数の反射面を形成してもよい。また反射面は平面である必要がなく、曲面を用いても良い。
【０１４４】
これによって、図１２（ａ）に示すように、第９の中空円筒状部材１０９にスリット部３０が設けられている場合にも、全内周の光放射分布を均一にすることができ、発光素子１１及び受光素子１２の位置関係に関わらず安定して光伝送を行うことができる。また、変形例８であるロータリジョイント１の第２の光分散部材２７は、光反射性膜を用いず形状のみにより全反射を利用して全内周の光放射分布を均一にするので、変形例７であるロータリジョイント１の第１の光分散部材２６と比較して、光反射性膜の材料費や膜被覆の工数が発生せず、さらに安価に製造することができる。
【０１４５】
また、変形例７であるロータリジョイント１の第１の光分散部材２６と変形例８であるロータリジョイント１の第２の光分散部材２７とを組み合わせることもできる。即ち、光反射性膜による信号光の反射と光分散部材の全反射形状による信号光の反射との組み合わせによって全内周の光放射分布を均一にすることもできる。
【０１４６】
また、第１の光分散部材２６と同様に、第２の光分散部材２７は、光軸方向の両端面については、光反射性膜を被覆することが望ましいが、第９の中空円筒状部材１０９へ入射する信号光は、両端面で全反射の条件が整うので、必ずしも第２の光分散部材２７の光軸方向の両端面に光反射性膜を被覆する必要はない。
【０１４７】
＜変形例９＞
図１５は、本実施形態の変形例９であるロータリジョイント１の構成を示す構成図である。
【０１４８】
変形例９であるロータリジョイント１は、例えば、変形例５であるロータリジョイント１の構成に加え、発光素子１１が設けられている固定部３に、更に、発光素子１１と第９の中空円筒状部材１０９の端部との間の光信号伝送が光反射により光路が設けられるように、光反射性処理を施すか又は光反射性膜により被覆された傾斜面を有する第１の光反射部材２８を備える。
【０１４９】
具体的には、図１５に示すように、第１の光反射部材２８は、発光素子１１から発光された信号光が、第９の中空円筒状部材１０９に入射するように第９の中空円筒状部材１０９の回転軸方向に反射させる反射面Ｆ及び反射面Ｇを有する。
【０１５０】
図１５では、発光素子１１から発光された信号光のうち、第９の中空円筒状部材１０９との距離が比較的近い信号光１５１が、反射面Ｆに到達し反射面Ｆにて第９の中空円筒状部材１０９の軸方向に反射され、第９の中空円筒状部材１０９に入射する。
【０１５１】
また、発光素子１１から発光された信号光のうち、第９の中空円筒状部材１０９との距離が比較的遠い信号光１５２が、反射面Ｇに到達し反射面Ｇにて第９の中空円筒状部材１０９の軸方向に反射され、第９の中空円筒状部材１０９に入射する。
【０１５２】
この反射面Ｆと反射面Ｇの面積比は、５対５となるようにしても良いし、信号光の空間伝達の距離の比、即ち発光素子１１から反射面Ｆを経由して第９の中空円筒状部材１０９へ入射するまでの距離と発光素子１１から反射面Ｇを経由して第９の中空円筒状部材１０９へ入射するまでの距離との比に応じて、反射面Ｆと反射面Ｇの面積比を決定しても良い。
【０１５３】
そして、第９の中空円筒状部材１０９へ入射した信号光は、第９の中空円筒状部材１０９の回転軸方向を伝送し、第９の中空円筒状部材１０９の端面で全反射されて第９の中空円筒状部材１０９の側面に配置された受光素子１２により受光される。
【０１５４】
これによって、第９の中空円筒状部材１０９のようにスリット部３０が設けられている場合にも、第９の中空円筒状部材１０９の全内周の光放射分布を均一にすることができ、発光素子１１及び受光素子１２の位置関係に関わらず安定して光伝送を行うことができる。
【０１５５】
なお、反射面Ｆと反射面Ｇとを合わせて１面として構成してもよいが、反射面Ｆと反射面Ｇとの２面構成にすることにより、第１の光反射部材２８自体の第９の中空円筒状部材１０９の回転軸方向における高さを低くすることができる。これにより装置をより小型化することができる。
【０１５６】
＜変形例１０＞
図１６に、本実施形態の変形例１０であるロータリジョイント１の構成図を示す。
【０１５７】
図１６に示すように、変形例１０であるロータリジョイント１は、発光素子１１と、受光素子１２と、第２の光反射部材２９と、第１０の中空円筒状部材１１１とを備えている。
【０１５８】
第１０の中空円筒状部材１１１は、第１０の中空円筒状部材１１１の発光素子１１側の端面を第１０の中空円筒状部材１１１の外周側から軸方向に向かって第１０の中空円筒状部材１１１の端部へ傾斜させて突起状の傾斜面Ｉを形成しており、更に、第１０の中空円筒状部材１１１の受光素子１２側の端面を第１０の中空円筒状部材１１１の外周側から軸方向に向かって第１０の中空円筒状部材１１１の中心部へ傾斜させてすり鉢状の傾斜面Ｊを形成している。
【０１５９】
第２の光反射部材２９は、光反射性処理を施すか又は光反射性膜により被覆された傾斜面Ｈを有しており、発光素子１１を備える固定部３に、発光素子１１と第１０の中空円筒状部材１１１の端部との間の光信号伝送が光反射により光路が設けられるように固定されている。
【０１６０】
発光素子１１は、第１０の中空円筒状部材１１１の側面側に近接させて固定部３に固定配置されている。
【０１６１】
受光素子１２は、第１０の中空円筒状部材１１１の端面から出射する光が入射するように回転部２に固定されている。
【０１６２】
次に、図１６を参照して、変形例１０であるロータリジョイント１の作用について説明する。
【０１６３】
図１６に示すように、第１０の中空円筒状部材１１１の下端の端面は突起形状となるように成形されている。即ち、第１０の中空円筒状部材１１１の外周側から回転軸方向に向かって第１０の中空円筒状部材１１１の端部へ所定の角度で傾斜している。また、図示しないが、第１０の中空円筒状部材１１１は、図１２（ａ）に示したようなスリット部３０が設けられている。
【０１６４】
発光素子１１は第１０の中空円筒状部材１１１の外周に接近して光軸が第１０の中空円筒状部材１１１の軸と直角方向となるように配置されている。
【０１６５】
第２の光反射部材２９は、発光素子１１から出射された信号光のうち第９の中空円筒状部材１０９との距離が比較的遠い信号光の光軸を第１０の中空円筒状部材１１１の軸方向に反射させる。
【０１６６】
そのため、図１６に示すように、第９の中空円筒状部材１０９との距離が比較的遠い信号光１６１は、発光素子１１から出射され、第２の光反射部材２９で第１０の中空円筒状部材１１１の回転軸方向に反射されて、第１０の中空円筒状部材１１１へ入射する。
【０１６７】
一方、第１０の中空円筒状部材１１１との距離が比較的近い信号光１６２は、まず、第１０の中空円筒状部材１１１の端面Ｉから第１０の中空円筒状部材１１１へ入射する。このとき、第１０の中空円筒状部材１１１は光透過性を有したアクリル等のプラスティック部材で形成されており、例えば１．５の屈折率をもつため、第１０の中空円筒状部材１１１の端面Ｉで反射することなく透過する。
【０１６８】
そして、透過した信号光１６２は、再度、第１０の中空円筒状部材１１１へ入射し、反対側の端面Ｉに達する。そこで、第１０の中空円筒状部材１１１は例えば１．５の屈折率をもつため、端面Ｉに達した光に対して全反射条件が整う。
【０１６９】
これにより、入射した信号光１６２は端面Ｉで全反射し、第１０の中空円筒状部材１１１の回転軸方向に向かって伝送される。
【０１７０】
ここで、信号光１６２は、第１０の中空円筒状部材１１１の端面Ｉから第１０の中空円筒状部材１１１へ入射する際、第１０の中空円筒状部材１１１の傾斜した端面Ｉにおいて屈折して透過する。そのため、第１０の中空円筒状部材１１１の端面Ｉの傾斜角度は、この屈折角を考慮した上で、信号光が第１０の中空円筒状部材１１１の回転軸方向に反射するような角度に設定する必要がある。
【０１７１】
図１７は、第１０の中空円筒状部材１１１の端面Ｉの傾斜角度を説明する説明図である。図１７（ａ）は、第１０の中空円筒状部材１１１の端面Ｉの傾斜角度を４５度とした場合の説明図、第１０の中空円筒状部材１１１の端面Ｉの傾斜角度を３８度とした場合の説明図である。なお、第１０の中空円筒状部材１１１はアクリル材で形成され、発光素子１１は発光ダイオード（以下、ＬＥＤという）を用い、このＬＥＤからの信号光の波長は８５０ｎｍとする。
【０１７２】
図１７（ａ）に示すように、信号光１７１は、第１０の中空円筒状部材１１１の端面Ｉから第１０の中空円筒状部材１１１へ入射する。このとき、第１０の中空円筒状部材１１１は、例えば１．５の屈折率をもつため、第１０の中空円筒状部材１１１の端面Ｉで屈折される。
【０１７３】
そして、端面Ｉで屈折された信号光１７１は、再度、第１０の中空円筒状部材１１１へ入射し、第１０の中空円筒状部材１１１の回転軸方向に対し４５度傾斜した端面Ｉで全反射される。
【０１７４】
しかし、図１７（ａ）に示すように、端面Ｉの傾斜角が４５度である場合、第１０の中空円筒状部材１１１の端面Ｉから入射する際の屈折の影響により、信号光１７１は、回転軸方向よりやや外周側の方向へ反射される。
【０１７５】
そこで、図１７（ｂ）に示すように、第１０の中空円筒状部材１１１の回転軸方向に対して傾斜がなだらかになるように、即ち突起形状が鋭くなるように第１０の中空円筒状部材１１１の端面の傾斜角度を、例えば３５度から４５度までの角度、最も好ましい傾斜角度として３８度になるように形成する。
【０１７６】
これにより、端面Ｉで反射された信号光１７２は、第１０の中空円筒状部材１１１の回転軸方向へ反射される。
【０１７７】
なお、図１７では、中空円筒状部材１１１の材料がアクリルで、信号光の波長は８５０ｎｍである場合の例を示したが、信号光の波長や材料の材質により信号光の屈折角が異なるので、この屈折角に応じて端面Ｉの傾斜角を設定する必要がある。
【０１７８】
そして、図１６に示すように、第１０の中空円筒状部材１１１の端面Ｉで回転軸方向へ反射された信号光１６１，１６２は、第１０の中空円筒状部材１１１内を伝送され、第１０の中空円筒状部材１１１の側面に配置された受光素子１２により受光される。
【０１７９】
ここで、固定部３に固定されている発光素子１１に対し、第１０の中空円筒状部材１１１は回転移動する。しかし第１０の中空円筒状部材１１１は、常に発光素子１１からの信号光入射の光学的構造が維持されるので、発光素子１１の発する信号光は第１０の中空円筒状部材１１１の他端に向けて安定して伝送される。
【０１８０】
また、発光素子１１より発光された信号光は、第２の光反射部材２９及び第１０の中空円筒状部材１１１の端面により反射されるので、第１０の中空円筒状部材１１１の全内周の光放射分布がほぼ均一になった状態で受光素子１２に受信される。
【０１８１】
これによって、第１０の中空円筒状部材１１１にスリット部３０が設けられている場合においても、第１０の中空円筒状部材１１１の全内周の光放射分布を均一にすることができ、発光素子１１及び受光素子１２の位置関係に関わらず安定して光伝送を行うことができる。
【０１８２】
なお、固定部３に受光素子１２を配置し、回転部２に発光素子１１及び第２の光反射部材２９を配置する構成としてもよい。この場合、発光素子１１が第１０の中空円筒状部材１１１と共に回転し、受光素子１２に対し第１０の中空円筒状部材１１１が回転移動するが、同様な光伝送が可能である。
【０１８３】
＜変形例１１＞
図１８に、本実施形態の変形例１１であるロータリジョイント１の構成図を示す。
【０１８４】
図１８に示すように、変形例１１であるロータリジョイント１は、発光素子１１と、受光素子１２と、第１１の中空円筒状部材１１２とを備えている。
【０１８５】
第１１の中空円筒状部材１１２は、第１１の中空円筒状部材１１２の発光素子１１側の端面において、第１１の中空円筒状部材１１２の外周側から軸方向に向かって第１１の中空円筒状部材１１２の中心部へ傾斜させたすり鉢状の傾斜面Ｍと、その外周側に第１１の中空円筒状部材１１２の外周側から軸方向に向かって第１１の中空円筒状部材１１２の端部へ傾斜させた突起状の傾斜面Ｋとを有している。
【０１８６】
更に、第１１の中空円筒状部材１１２の受光素子１２側の端面において、第１１の中空円筒状部材１１２の外周側から軸方向に向かって第１１の中空円筒状部材１１２の中心部へ傾斜させたすり鉢状の傾斜面Ｎを有している。
【０１８７】
また、図示しないが、第１１の中空円筒状部材１１２は、図１２（ａ）に示したようなスリット部３０が設けられている。
【０１８８】
発光素子１１は、第１１の中空円筒状部材１１２の側面側に近接させて固定部３に固定配置されている。
【０１８９】
受光素子１２は、第１１の中空円筒状部材１１２の端面から出射する光が入射するように回転部２に固定されている。
【０１９０】
次に、図１８を参照して、変形例１１であるロータリジョイント１の作用について説明する。
【０１９１】
図１８に示すように、第１１の中空円筒状部材１１２の下端の端面Ｍはすり鉢状となるように成形されている。即ち、第１１の中空円筒状部材１１２の外周側から回転軸方向に向かって第１１の中空円筒状部材１１２の中心部へ所定の角度で傾斜している。
【０１９２】
発光素子１１は第１１の中空円筒状部材１１２の外周に接近して光軸が第１１の中空円筒状部材１１２の軸と直角方向となるように配置されている。
【０１９３】
そのため、図１８に示すように、発光素子１１から出射された第１１の中空円筒状部材１１２の中心部との距離が比較的近い信号光１８１は、第１１の中空円筒状部材１１２に入射し、第１１の中空円筒状部材１１２の下端の端面Ｍに達する。
【０１９４】
ここで、第１１の中空円筒状部材１１２は光透過性を有したアクリル等のプラスティック部材で形成されており、第１１の中空円筒状部材１１２は例えば１．５の屈折率をもつため、端面に達した光に対して全反射条件が整う。
【０１９５】
そのため、入射した信号光１８１は端面Ｍで全反射し、第１１の中空円筒状部材１１２の回転軸方向に向かって伝送される。
【０１９６】
一方、図１８に示すように、第１１の中空円筒状部材１１２の下端の端面Ｋは、突起形状となるように成形されている。即ち、第１１の中空円筒状部材１１２の外周側から回転軸方向に向かって第１１の中空円筒状部材１１２の端部へ所定の角度で傾斜している。
【０１９７】
そのため、第１１の中空円筒状部材１１２の中心部との距離が比較的遠い信号光１８２は、まず、第１１の中空円筒状部材１１２の端面Ｋから第１１の中空円筒状部材１１２内部へ入射する。このとき、第１１の中空円筒状部材１１２は、例えば１．５の屈折率をもつが、入射角度が小さいため、第１１の中空円筒状部材１１２の入射した端面Ｋで反射することなく透過する。
【０１９８】
そして、透過した信号光１８２は、再度、第１１の中空円筒状部材１１２へ入射し、反対側の端面Ｋに達する。そこで、第１１の中空円筒状部材１１２は例えば１．５の屈折率をもつため、端面に達した光に対して全反射条件が整う。
【０１９９】
これにより、入射した信号光１８２は端面Ｋで全反射し、第１１の中空円筒状部材１１２の回転軸方向に向かって伝送される。
【０２００】
ここで、信号光１８２は、第１１の中空円筒状部材１１２の端面Ｋへ入射する際、端面Ｋで屈折して透過する。そのため、変形例１０であるロータリジョイント１の第１０の中空円筒状部材１１１と同様に、第１１の中空円筒状部材１１２の端面Ｋの傾斜角度は、その屈折角を考慮した上で、信号光が第１１の中空円筒状部材１１２の回転軸方向に反射するような角度に設定する必要がある。
【０２０１】
そして、第１１の中空円筒状部材１１２を伝送された信号光１８１，１８２は、端面Ｎで全反射されて、第１１の中空円筒状部材１１２の側面に配置された受光素子１２により受光される。
【０２０２】
ここで、固定部３に固定されている発光素子１１に対し、第１１の中空円筒状部材１１２は回転移動する。しかし第１１の中空円筒状部材１１２は、常に発光素子１１からの信号光入射の光学的構造が維持されるので、発光素子１１の発する信号光は第１１の中空円筒状部材１１２の他端に向けて安定して伝送される。
【０２０３】
また、発光素子１１より発光された信号光は、第１１の中空円筒状部材１１２の端面Ｋ及び端面Ｍにより反射されるので、第１１の中空円筒状部材１１２の全内周の光放射分布がほぼ均一となった状態で受光素子１２に受信される。
【０２０４】
これによって、第１１の中空円筒状部材１１２にスリット部３０が設けられている場合においても、第１１の中空円筒状部材１１２の全内周の光放射分布を均一にすることができ、発光素子１１及び受光素子１２の位置関係に関わらず安定して光伝送を行うことができる。
【０２０５】
なお、固定部３に受光素子１２を配置し、回転部２に発光素子１１を配置する構成としてもよい。この場合、発光素子１１が第１１の中空円筒状部材１１２と共に回転し、受光素子１２に対し第１１の中空円筒状部材１１２が回転移動するが、同様な光伝送が可能である。
【０２０６】
＜変形例１２＞
図１９に、本実施形態の変形例１２であるロータリジョイント１の構成図を示す。
【０２０７】
図１９に示すように、変形例１２であるロータリジョイント１は、第１２の中空円筒状部材１１３と、発光素子１１と、受光素子１２とを備えている。
【０２０８】
第１２の中空円筒状部材１１３は、第１２の中空円筒状部材１１３の発光素子１１側の端面において、第１２の中空円筒状部材１１３の外周側から軸方向に向かって第１２の中空円筒状部材１１３の中心部へ傾斜させたすり鉢状の傾斜面Ｏと、その外周側に第１２の中空円筒状部材１１３の外周側から軸方向に向かって第１２の中空円筒状部材１１３の中心部へ傾斜させた突起状の傾斜面Ｐとを有している。
【０２０９】
更に、第１２の中空円筒状部材１１３の受光素子１２側の端面において、第１２の中空円筒状部材１１３の外周側から軸方向に向かって第１２の中空円筒状部材１１３の端部へ傾斜させたすり鉢状の傾斜面Ｑを有している。
【０２１０】
また、図示しないが、第１２の中空円筒状部材１１３は、図１２（ａ）に示したようなスリット部３０が設けられている。
【０２１１】
発光素子１１は、第１１の中空円筒状部材１１２の側面側に近接させて固定部３に固定配置されている。
【０２１２】
受光素子１２は、第１１の中空円筒状部材１１２の端面から出射する光が入射するように回転部２に固定されている。
【０２１３】
次に、図１９を参照して、変形例１１であるロータリジョイント１の作用について説明する。
【０２１４】
図１９に示すように、第１２の中空円筒状部材１１３の下端の端面Ｏはすり鉢状となるように成形されている。即ち、第１２の中空円筒状部材１１３の外周側から回転軸方向に向かって第１２の中空円筒状部材１１３の中心部へ所定の角度で傾斜している。
【０２１５】
発光素子１１は第１２の中空円筒状部材１１３の外周に接近して光軸が第１２の中空円筒状部材１１３の軸と直角方向となるように配置されている。
【０２１６】
そのため、図１９に示すように、発光素子１１から出射された第１２の中空円筒状部材１１３の中心部との距離が比較的遠い信号光１９１は、第１２の中空円筒状部材１１３に入射し、第１２の中空円筒状部材１１３の下端の端面Ｏに達する。
【０２１７】
ここで、第１２の中空円筒状部材１１３は光透過性を有したアクリル等のプラスティック部材で形成されており、例えば１．５の屈折率をもつため、端面Ｏに達した光に対して全反射条件が整う。
【０２１８】
そのため、入射した信号光１９１は端面Ｏで全反射し、第１２の中空円筒状部材１１３の回転軸方向に向かって伝送される。
【０２１９】
一方、図１９に示すように、第１２の中空円筒状部材１１３の下端の端面Ｐは、突起形状となるように成形されている。即ち、第１２の中空円筒状部材１１３の外周側から軸方向に向かって第１２の中空円筒状部材１１３の端部へ所定の角度で傾斜している。
【０２２０】
そこで、第１２の中空円筒状部材１１３の中心部との距離が比較的遠い信号光１９２は、まず、第１２の中空円筒状部材１１３の傾斜面Ｐから第１２の中空円筒状部材１１３内部へ入射する。ここで、第１２の中空円筒状部材１１３は、例えば１．５の屈折率をもつが、入射角度が小さいため、第１２の中空円筒状部材１１３の入射した端面Ｐで反射することなく透過する。
【０２２１】
そして、透過した信号光１９２は、再度、第１２の中空円筒状部材１１３へ入射し、反対側の端面Ｐに達する。このとき、第１２の中空円筒状部材１１３は例えば１．５の屈折率をもつため、端面Ｐに達した光に対して全反射条件が整う。
【０２２２】
これにより、入射した信号光１９２は端面Ｐで全反射し、第１２の中空円筒状部材１１３の回転軸方向に向かって伝送される。
【０２２３】
ここで、信号光１９２は、第１２の中空円筒状部材１１３の端面Ｐへ入射する際、端面Ｐにおいて屈折して透過する。そのため、変形例１０であるロータリジョイント１の第１０の中空円筒状部材１１１と同様に、第１２の中空円筒状部材１１３の端面Ｐの傾斜角度は、この屈折角を考慮した上で、信号光が第１２の中空円筒状部材１１３の軸方向に反射するような角度に設定する必要がある。
【０２２４】
そして、第１２の中空円筒状部材１１３を伝送された信号光１８１，１８２は、第１２の中空円筒状部材１１３の側面側に配置された受光素子１２により受光される。
【０２２５】
ここで、固定部３に固定されている発光素子１１に対し、第１２の中空円筒状部材１１３は回転移動する。しかし第１２の中空円筒状部材１１３は、常に発光素子１１からの信号光入射の光学的構造が維持されるので、発光素子１１の発する信号光は第１２の中空円筒状部材１１３の他端に向けて安定して伝送される。
【０２２６】
また、発光素子１１より発光された信号光は、第１２の中空円筒状部材１１３の端面Ｐ及び端面Ｏにより反射されるので、第１２の中空円筒状部材１１３の円周方向にほぼ均一なレベルの光量となった状態で受光素子１２に受信される。
【０２２７】
これによって、第１２の中空円筒状部材１１３にスリット部３０が設けられている場合においても、第１２の中空円筒状部材１１３の全内周の光放射分布を均一にすることができ、発光素子１１及び受光素子１２の位置関係に関わらず安定して光伝送を行うことができる。
【０２２８】
なお、固定部３に受光素子１２を配置し、回転部２に発光素子１１を配置する構成としてもよい。この場合、発光素子１１が第１２の中空円筒状部材１１３と共に回転し、受光素子１２に対し第１２の中空円筒状部材１１３が回転移動するが、同様な光伝送が可能である。
【０２２９】
以上、本実施形態におけるロータリジョイントの、主に光伝送媒体である中空円筒状部材のいくつかのバリエーションについて説明したが、各変形例の中空円筒部材または光反射部材において、光が透過または反射する各端面、反射面は、平面である必要はなく、曲面を用いても良い。
【０２３０】
特に、発光素子１１が広がりのある放射特性をもっている場合や、受光素子１２への中空円筒状部材の出射光が広がりをもっている場合においては、各反射面、端面を、必要に応じて最適な平面や曲面などの面形状とし、より多くの光を受光素子１２により受光することが可能となる。
【０２３１】
＜変形例１３＞
本実施形態の変形例５であるロータリジョイント１では、図１０（ａ）に示すように、導電リング２５からの配線が導電ブラシ２４に接触しないように、導電リング２５からの配線を第９の中空円筒状部材１０９の内部に敷設した。そしてこの配線を再度引き出すために、図１２（ａ）に示すような第９の中空円筒状部材１０９の回転部側に軸方向に沿ってスリット部３０を設ける構成とした。
【０２３２】
しかしながら、上述したように、装置の軽量化や小型化等のためには、スリットを設けない部分の軸方向の長さをなるべく短くするのが望ましいが、短くすることにより光伝送に支障をきたす場合がある。
【０２３３】
例えば、図１２（ａ）に示したように、第９の中空円筒状部材１０９のスリットを設けない部分の軸方向の長さＬ１を短くすると、円周上に回り込む信号光が少なくなり、受光素子１２が信号を生成するのに十分な受光量の信号光を得ることができなくなる可能性がある。
【０２３４】
そこで、本実施形態の変形例１３であるロータリジョイント１は、第９の中空円筒状部材１０９に代えて、第１３の中空円筒部材を備える構成とする。
【０２３５】
図２０（ａ）は、本実施形態の変形例１３であるロータリジョイント１に備えられた第１３の中空円筒部材１１４を示した正面図であり、図２０（ｂ）は、本実施形態の変形例１３であるロータリジョイント１に備えられた第１３の中空円筒部材１１４を示した側面図である。
【０２３６】
図２０（ａ）に示すように、第１３の中空円筒部材１１４は、回転部２側の軸方向に沿ってスリット部３０を備えており、図２０（ｂ）に示すように、第１３の中空円筒部材１１４は、回転軸方向におけるスリット部３０の位置より固定部３側の位置に貫通孔３１を備えている。そして、スリット部３０と管通孔３１とは、第１３の中空円筒状部材１１４の円周方向における直角の位置に設けられている。
【０２３７】
また、第１３の中空円筒部材１１４の両端面は、内側に向かってすり鉢状に処理されており、発光素子１３及び受光素子１４は、第１３の中空円筒部材１１４の外周側に配置されている。
【０２３８】
これにより、発光素子１３から発光された信号光は、第１３の中空円筒部材１１４のすり鉢状に処理された端面で全反射され、第１３の中空円筒部材１１４の内部を伝播する。そして、伝播された信号光は第１３の中空円筒部材１１４のすり鉢状に処理された端面で全反射され、受光素子１４により受光される。
【０２３９】
図２１（ａ）は、本実施形態の変形例１３であるロータリジョイント１の立体構造図であり、図２１（ｂ）は、本実施形態の変形例１３であるロータリジョイント１の断面図を示す。
【０２４０】
図２１（ａ）に示すように、本実施形態の変形例１３であるロータリジョイント１は、回転部２に、上述したスリット部３０と貫通孔３１が設けられた第１３の中空円筒状部材１１４を備え、さらに、貫通孔３１の外周側に導電リング２５を備えている。そして、図２１（ｂ）に示すように、ロータリジョイント１の固定部３には導電リング２５に接触するように導電ブラシ２４が配置されている。
【０２４１】
次に、図２１を参照して、変形例１３であるロータリジョイント１の機能について説明する。
【０２４２】
図２１（ｂ）に示すように、変形例１３であるロータリジョイント１の第１３の中空円筒状部材１１４の外周には、導電リング２５が配置され、固定部３には導電リング２５に接触するように導電ブラシ２４が配置されているので、この導電リング２５と導電ブラシ２４が接触することにより、導電リング２５と導電ブラシ２４間に電気信号流れ、また電源の供給が可能である。
【０２４３】
ここで、導電リング２５は回転部２に配置されているので、導電リング２５自体も回転部２と同じく回転する。そのため、導電リング２５からの配線（引き出し線）が導電ブラシ２４に接触しないように、導電リング２５からの配線を第９の中空円筒状部材１０９の内部に敷設する必要がある。
【０２４４】
そこで、変形例１３であるロータリジョイント１では、図２１（ｂ）に示すように、導電リング２５からの配線が導電ブラシ２４に接触しないように、導電リング２５からの配線を貫通孔３１から第１３の中空円筒状部材１１４の内部に敷設し、第１３の中空円筒状部材１１４の回転部２側に軸方向に沿って設けられたスリット部３０から再度配線を引き出す構成としている。
【０２４５】
このように、変形例１３であるロータリジョイント１では、高精細な映像や高速なデータを伝送するために光伝送を行う円筒部材１１０と、第１３の中空円筒状部材１１４と、電源などを導電リング２５と導電ブラシ２４で接続する従来技術のスリップリング構造を組み合わせることによって、双方向の光伝送と共にコントロール信号や電源供給を行える光スリップリングを実現することができる。
【０２４６】
さらに、第１３の中空円筒状部材１１４の円周方向におけるスリット部３０の位置に対して直角の位置に管通孔３１が設けられているので、受光素子１４は、発光素子１３と受光素子１４の位置に関わりなく、比較的安定した光量で受光することができる。
【０２４７】
図２２は、スリット部３０及び管通孔３１の位置関係と受光量とを比較するための図である。図２２（ａ）は、スリット部３０及び管通孔３１が円周方向における同位置に設けられている場合の受光量を示した図であり、図２２（ｂ）は、スリット部３０及び管通孔３１が円周方向における直角の位置に設けられている場合の受光量を示した図である。
【０２４８】
図２２（ａ）に示すように、スリット部３０及び管通孔３１が円周方向における同位置に設けられている場合、発光素子１３から出射された信号光は、中空円筒状部材内を軸方向に伝播する際、スリット部３０及び管通孔３１により光路が切断される。そのため、発光素子１３と受光素子１４とが円周方向における同一位置にある場合には、受光量が多くなり、発光素子１３がスリット部３０及び管通孔３１とが対向した位置にある場合には受光量が小さくなる。これにより、受光素子１４における受光量が、発光素子１３と受光素子１４との位置関係によって変動する場合があった。
【０２４９】
このようなスリット部３０及び管通孔３１が円周方向における同位置に設けられた中空円筒部材は、金型の構成により一体成形にて容易に製造可能であるため、受光素子１４における受光量の変動が問題とならない場合には、このような中空円筒部材を採用することも有効な手段といえる。
【０２５０】
しかしながら、受光素子１４の受光量の変動が問題となる場合には、図２２（ｂ）に示したスリット部３０及び管通孔３１が円周方向における直角の位置に設けられた第１３の中空円筒状部材１１４を用いることによって、より安定した光伝送を確立することができる。
【０２５１】
図２２（ｂ）に示すように、スリット部３０及び管通孔３１が円周方向における直角の位置に設けられている場合、発光素子１３から出射された信号光は、第１３の中空円筒状部材１１４内を軸方向に伝播する際、スリット部３０及び管通孔３１による光路切断の影響が少なく、第１３の中空円筒状部材１１４の軸方向に進行するにしたがって第１３の中空円筒状部材１１４の円周上に広がり他端に到達する。そのため、受光素子１４は、発光素子１３と受光素子１４の位置にかかわらず、比較的安定した光量で信号光を受光することができる。
【０２５２】
なお、本実施形態の変形例１３であるロータリジョイント１の第１３の中空円筒状部材１１４は、スリット部３０及び管通孔３１が円周方向における直角の位置に設けられているが、直角に限らず、ずらした位置、即ち、少なくとも第１３の中空円筒状部材１１４の円周方向におけるスリット部３０の位置と一致しない位置に管通孔３１が設けられるようにしてもよい。この場合においても、スリット部３０及び管通孔３１の位置がずれているので、その分安定した光量で信号光を受光することができる。
【０２５３】
＜変形例１４＞
本実施形態の変形例１３であるロータリジョイント１では、回転部２側の軸方向に沿ってスリット部３０、及び円周方向におけるスリット部３０の位置に直角の位置でありかつ軸方向におけるスリット部３０の位置より固定部３側に貫通孔３１を設けられた第１３の中空円筒状部材１１４を備える構成とした。
【０２５４】
本実施形態の変形例１４であるロータリジョイント１では、軸方向におけるスリット部３０と貫通孔３１との間に、発光素子１３により発光された信号光を拡散させる光拡散部材を有する第１４の中空円筒状部材を備える構成とする。
【０２５５】
図２３（ａ）は、本実施形態の変形例１４であるロータリジョイント１に備えられた第１４の中空円筒部材１１５を示した正面図であり、図２３（ｂ）は、本実施形態の変形例１４であるロータリジョイント１に備えられた第１４の中空円筒部材１１５を示した側面図である。
【０２５６】
図２３（ａ）に示すように、第１４の中空円筒部材１１５は、軸方向におけるスリット部３０と貫通孔３１との間に光拡散部材３２が設けられている。この光拡散部材３２は、例えば、発光素子１３により発光された信号光を拡散させるために片側又は両側の表面が凹凸形状を有するように成形された光透過性部材が用いられる。
【０２５７】
次に、図２３（ａ），（ｂ）を用いて、変形例１４であるロータリジョイント１の作用について説明する。
【０２５８】
まず、発光素子１３により発光された信号光は第１４の中空円筒部材１１５のすり鉢状に処理された端面で全反射され、第１４の中空円筒部材１１５の内部を伝播し、光拡散部材３２に到達する。そして、伝播された信号光は光拡散部材３２により拡散された後、第１４の中空円筒状部材１１５の内部を軸方向に伝播する。さらに、伝播された信号光は第１４の中空円筒部材１１５のすり鉢状に処理された端面で全反射され、受光素子１４により受光される。
【０２５９】
このように、本実施形態の変形例１４であるロータリジョイント１では、第１４の中空円筒部材１１５が、軸方向におけるスリット部３０と貫通孔３１との間に、発光素子１３により発光された信号光を拡散させる光拡散部材３２を備えているので、第１４の中空円筒部材１１５の内部を伝播する信号光はより円周上に拡散される。これにより、受光素子１４は、発光素子１３と受光素子１４の位置にかかわらず、より安定した光量で信号光を受光することができる。
【図面の簡単な説明】
【０２６０】
【図１】（ａ）は、本実施形態におけるロータリジョイントの立体構造図、（ｂ）は、本実施形態におけるロータリジョイントの断面図である。
【図２】（ａ）は、発光素子から発した光が空間伝送された場合の伝送レベルの説明図を、（ｂ）は、本実施形態におけるロータリジョイントにより発光素子から発した光が伝送された場合の伝送レベルの説明図である。
【図３】（ａ）は、４本の中空円筒状部材を用いたロータリジョイントの立体構造図、（ｂ）は、４本の中空円筒状部材を用いたロータリジョイントの断面図である。
【図４】（ａ）は、１本の中空円筒状部材を用いたロータリジョイントの立体構造図、（ｂ）は、１本の中空円筒状部材を用いたロータリジョイントの断面図である。
【図５】（ａ）は、変形例１であるロータリジョイントの立体構造図、（ｂ），（ｃ）は、変形例１であるロータリジョイントの断面図をある。
【図６】（ａ）は、両方の端面を傾斜する構造とした変形例１であるロータリジョイントの立体構造図、（ｂ），（ｃ）は、両方の端面を傾斜する構造とした変形例１であるロータリジョイントの断面図である。
【図７】（ａ）は、変形例２であるロータリジョイントの立体構造図、（ｂ），（ｃ）は、変形例２であるロータリジョイントの断面図である。
【図８】（ａ）は、変形例３であるロータリジョイントの立体構造図、（ｂ），（ｃ）は、変形例３であるロータリジョイントの断面図である。
【図９】（ａ）は、変形例４であるロータリジョイントの立体構造図、（ｂ），（ｃ）は、変形例４であるロータリジョイントの断面図である。
【図１０】（ａ）は、変形例５であるロータリジョイントの立体構造図、（ｂ）は、変形例５であるロータリジョイントの断面図である。
【図１１】（ａ）に、変形例６であるロータリジョイントの立体構造図、（ｂ）は、変形例６であるロータリジョイントの断面図である。
【図１２】（ａ）はスリット部を備えた中空円筒状部材の斜視図、（ｂ）はスリット部を備えていない中空円筒状部材の斜視図である。
【図１３】（ａ）は本実施形態の変形例７であるロータリジョイントの構造図、（ｂ）は本実施形態の変形例７であるロータリジョイントの断面図である。
【図１４】（ａ）は本実施形態の変形例８であるロータリジョイントの構造図、（ｂ）は本実施形態の変形例８であるロータリジョイントの断面図である。
【図１５】本実施形態の変形例９であるロータリジョイントの構成を示す構成図である。
【図１６】本実施形態の変形例１０であるロータリジョイントの構成を示す構成図である。
【図１７】第１０の中空円筒状部材の端面の傾斜角度を説明する説明図である。
【図１８】本実施形態の変形例１１であるロータリジョイントの構成を示す構成図である。
【図１９】本実施形態の変形例１２であるロータリジョイントの構成を示す構成図である。
【図２０】（ａ）は、本実施形態の変形例１３であるロータリジョイントに備えられた第１３の中空円筒部材を示した正面図であり、（ｂ）は、本実施形態の変形例１３であるロータリジョイントに備えられた第１３の中空円筒部材を示した側面図である。
【図２１】（ａ）は、本実施形態の変形例１３であるロータリジョイントの立体構造図であり、（ｂ）は、本実施形態の変形例１３であるロータリジョイントの断面図を示す。
【図２２】（ａ）は、スリット部及び管通孔が円周方向における同位置に設けられている場合の受光量を示した図であり、（ｂ）は、スリット部及び管通孔が円周方向における直角の位置に設けられている場合の受光量を示した図である。
【図２３】（ａ）は、本実施形態の変形例１４であるロータリジョイントに備えられた第１４の中空円筒部材を示した正面図であり、（ｂ）は、本実施形態の変形例１４であるロータリジョイントに備えられた第１４の中空円筒部材を示した側面図である。
【符号の説明】
【０２６１】
１…ロータリジョイント
２…回転部
３…固定部
１１…発光素子
１２…受光素子
２１…回転部基板
２２…基板固定部材
２３…固定部基板
２４…導電ブラシ
２５…導電リング
２６…第１の光分散部材
２７…第２の光分散部材
２８…第１の光反射部材
２９…第２の光反射部材
１０１…第１の中空円筒状部材
１０２…第２の中空円筒状部材
１０５…第５の中空円筒状部材
１０６…第６の中空円筒状部材
１０７…第７の中空円筒状部材
１０８…第８の中空円筒状部材
１０９…第９の中空円筒状部材
１１０…円筒状部材
１１１…第１０の中空円筒状部材
１１２…第１１の中空円筒状部材
１１３…第１２の中空円筒状部材
１１４…第１３の中空円筒状部材
１１５…第１４の中空円筒状部材
【図１】
2008154207.tif 000003
【図２】
2008154207.tif 000004
【図３】
2008154207.tif 000005
【図４】
2008154207.tif 000006
【図５】
2008154207.tif 000007
【図６】
2008154207.tif 000008
【図７】
2008154207.tif 000009
【図８】
2008154207.tif 000010
【図９】
2008154207.tif 000011
【図１０】
2008154207.tif 000012
【図１１】
2008154207.tif 000013
【図１２】
2008154207.tif 000014
【図１３】
2008154207.tif 000015
【図１４】
2008154207.tif 000016
【図１５】
2008154207.tif 000017
【図１６】
2008154207.tif 000018
【図１７】
2008154207.tif 000019
【図１８】
2008154207.tif 000020
【図１９】
2008154207.tif 000021
【図２０】
2008154207.tif 000022
【図２１】
2008154207.tif 000023
【図２２】
2008154207.tif 000024
【図２３】
2008154207.tif 000025