(57)【要約】【課題】光データ伝送路を設けたロータリジョイントにおいて、光軸のずれに伴って信号光の伝送品質が悪化することが課題であった。【解決手段】回転シリンダ部３が固定シリンダ部２に中空ベアリング４ａ，４ｂを介して回転自在に保持されて、回転シリンダ部３側から固定シリンダ部２側に光伝送を行うロータリジョイント１の構成であり、回転シリンダ部３は、光導波管１９を回転シリンダ部３の端面Ｄ側から端面Ｃ側を貫いて設けると共に、レーザダイオード１３を、端面Ｃ側であって端面Ｄ側と対向させて配置し、固定シリンダ部２は、光導波管１９の端面Ｂの面積よりも大きな面積の受光面を有するフォトダイオード１６を、端面Ｄ側に貫かれた光導波管１９の端面Ｂに対向させて配置するように構成した。【選択図】図１
2007120742.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒形の回転部の一方側の端面が所定の間隔を有して固定部に軸受を介して回転自在に保持されると共に、前記回転部側から前記固定部側に光伝送を行うロータリジョイントであって、
前記回転部は、
円筒形の光導波管を、この管を貫く中心軸と当該回転部の回転軸とを一致させて前記一方側から当該回転部の他方側の端面を貫いて設けると共に、
発光素子を、前記他方側の端面であって該発光素子の光軸と前記回転軸とを一致させる位置に前記一方側の端面と対向させて配置し、
前記固定部は、
前記光導波管の端面の面積よりも大きな面積の受光面を有する受光素子を、該受光素子の光軸と前記回転軸とを一致させて、且つ前記一方側に貫かれた前記光導波管の端面に対向させて配置した構成のロータリジョイント。
【請求項２】
前記固定部は、
前記回転部の前記一方側に貫かれた前記光導波管の端面から射出される光束を、集光レンズを通して前記光導波管の端面の面積よりも小さな面積の受光面を有する受光素子における該受光面に集光させるように構成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３】
円筒形の回転部の一方側の端面が所定の間隔を有して固定部に軸受を介して回転自在に保持されると共に、前記固定部側から前記回転部側に光伝送を行うロータリジョイントであって、
前記回転部は、
円筒形の光導波管を、この管を貫く中心軸と当該回転部の回転軸とを一致させて前記一方側から当該回転部の他方側の端面を貫いて設けると共に、
前記光導波管の端面の面積よりも大きな面積の受光面を有する受光素子を、前記他方側の端面であって該受光素子の光軸と前記回転軸とを一致させる位置に前記一方側の端面と対向させて配置し、
前記固定部は、
発光素子を、該発光素子の光軸と前記回転軸とを一致させて、且つ前記一方側に貫かれた前記光導波管の端面に対向させて配置した構成のロータリジョイント。
【請求項４】
前記回転部は、
当該回転部の前記他方側に貫かれた前記光導波管の端面から射出される光束を、集光レンズを通して前記光導波管の端面の面積よりも小さな面積の受光面を有する受光素子における該受光面に集光させるように構成したことを特徴とする請求項３に記載のロータリジョイント。
【請求項５】
前記円筒形の光導波管を屈曲自在な光ファイバケーブルとして構成したことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに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データ伝送を光データ伝送により行うロータリジョイントの構造に関する。
【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】
上述した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、旋回部から固定部へ映像信号を伝送する場合においては、摺動接点方式では広い周波数帯域の確保が困難なことから、伝送可能な映像信号が周波数帯域の狭い低解像度の映像信号に限られてしまい、高解像度を有するＨＤ映像信号のデータ伝送が困難であるという問題があった。
【０００４】
そこで、旋回部と固定部とを有する電子雲台において、旋回部に取り付けられたカメラから出力される映像信号と、固定部から旋回部に伝送される制御信号とを、発光ダイオード及びフォトダイオードから構成される光信号伝送路により伝送させるようにして、前述の摺動接点方式に伴う信号品質劣化の問題を改善する技術が知られている（例えば、特許文献１を参照）。具体的には、特許文献１には、旋回部内の回転軸線の近傍に光送信ユニットを設けると共に固定部内の回転軸線の近傍に光受信ユニットを設けておき、旋回部に載置されたカメラから出力された映像信号を光送信ユニットで信号光に変換して発光させ、旋回部と固定部との間の開口部を通して固定部内の光受信ユニットで受光させる技術が開示されている。
【０００５】
また、特許文献１に記載の発明を更に改良した技術として、スリップリング伝達部と映像信号を伝達する光信号伝達部とをパン回転体、軸受けハウジング、カバー等から構成される閉空間内に設けて、発光素子及び受光素子への油膜や塵埃の付着を防止して信号伝達の信頼性を向上させた電動雲台についても知られている（例えば、特許文献２を参照）。この特許文献２には、回転体の回転軸に一致する光軸をなすように回転体の一端に固定された発光素子と、この発光素子からの光を受光する受光素子とによって信号を伝達する光信号伝達手段が開示されている。
【特許文献１】特開平９−２８４６１２号公報
【特許文献２】特開２００１−１８３７３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１によれば、光送信ユニット及び光受信ユニットは旋回部の回転軸線の近傍にそれぞれ配置されることから、旋回動作中は発光ダイオード及びフォトダイオードの各光軸が一致しないため、発光ダイオードから射出される信号光の射出角度は光軸のずれを考慮した広いものでなければならない。すなわち、特許文献１に開示された技術では、レーザダイオードのような射出角度の狭い発光ダイオードを用いることは極めて困難であり、そのため受信パワーを十分得られないため高いＳ／Ｎ比を要求される高精細映像の伝送は不可能であり、データ伝送レートの低い低精細度の映像信号しか伝送できない。
【０００７】
また、特許文献２に開示された方式によれば、信号光の伝達は回転体の回転軸上に配置された発光素子と受光素子との間の自由空間を介して行われるが、長期間にわたる回転体の回転動作によって回転機構が磨耗する等の経時変化が生じた場合に、回転体の回転軸と光信号伝達手段の光軸とにずれが生じる恐れがある。このような光軸ずれが発生すると、回転に伴って受信素子で受信される光信号が変動することが問題となる。また、一定の受信Ｓ／Ｎ比を得るためには、信号光として相当な受信強度を得る必要があることから、送信素子と受信素子とはできる限り近接して配置する必要があり、ロータリジョイントを構成する上での大きな制約となる。
【０００８】
そこで、本発明は、上述した問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、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光データ伝送を、発光素子及び受光素子の各光軸にずれが発生した場合でも、信号光の信号品質を損なうことなく安定して行うことが可能であり、そして、発光素子と受光素子とを近接配置しなくても安定した光データ伝送が可能なロータリジョイントを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、
円筒形の回転部（３）の一方側の端面（Ｄ）が所定の間隔を有して固定部（２）に軸受（４ａ，４ｂ）を介して回転自在に保持されると共に、前記回転部側から前記固定部側に光伝送を行うロータリジョイント（１）であって、
前記回転部は、
円筒形の光導波管（１９）を、この管を貫く中心軸と当該回転部の回転軸（Ｐ）とを一致させて前記一方側から当該回転部の他方側の端面（Ｃ）を貫いて設けると共に、
発光素子（１３）を、前記他方側の端面であって該発光素子の光軸と前記回転軸とを一致させる位置に前記一方側の端面と対向させて配置し、
前記固定部は、
前記光導波管の端面（Ａ，Ｂ）の面積よりも大きな面積の受光面を有する受光素子（１６）を、該受光素子の光軸と前記回転軸とを一致させて、且つ前記一方側に貫かれた前記光導波管の端面（Ｂ）に対向させて配置した構成のロータリジョイント（１）
を提供するものである。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、
前記固定部は、
前記回転部の前記一方側に貫かれた前記光導波管の端面から射出される光束を、集光レンズ（２０）を通して前記光導波管の端面の面積よりも小さな面積の受光面を有する受光素子（２６）における該受光面に集光させるように構成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（２１）
を提供するものである。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、
円筒形の回転部（３）の一方側の端面（Ｄ）が所定の間隔を有して固定部（２）に軸受（４ａ，４ｂ）を介して回転自在に保持されると共に、前記固定部側から前記回転部側に光伝送を行うロータリジョイント（１）であって、
前記回転部は、
円筒形の光導波管（１９）を、この管を貫く中心軸と当該回転部の回転軸（Ｐ）とを一致させて前記一方側から当該回転部の他方側の端面（Ｃ）を貫いて設けると共に、
前記光導波管の端面（Ａ，Ｂ）の面積よりも大きな面積の受光面を有する受光素子（１６）を、前記他方側の端面であって該受光素子の光軸と前記回転軸とを一致させる位置に前記一方側の端面と対向させて配置し、
前記固定部は、
発光素子（１３）を、該発光素子の光軸と前記回転軸とを一致させて、且つ前記一方側に貫かれた前記光導波管の端面に対向させて配置した構成のロータリジョイント（１）
を提供するものである。
【００１２】
請求項４に記載の発明は、
前記回転部は、
当該回転部の前記他方側に貫かれた前記光導波管の端面から射出される光束を、集光レンズ（２０）を通して前記光導波管の端面の面積よりも小さな面積の受光面を有する受光素子（２６）における該受光面に集光させるように構成したことを特徴とする請求項３に記載のロータリジョイント（２１）
を提供するものである。
【００１３】
請求項５に記載の発明は、
前記円筒形の光導波管を屈曲自在な光ファイバケーブル（１９ａ）として構成したことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のロータリジョイント（９１）
を提供するものである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、発光素子の送信面に光導波管の一方の端面を近接配置することにより、発光素子と光導波管との光結合が低損失で、且つ光軸ずれの影響を受け難くすることができる。光導波管に入射された信号光は、周波数応答性能の劣化及び光信号レベルの低下を抑えて伝送され、他方の端面から射出される。そして、他方の端面から射出された信号光は、光導波管の他方の端面に近接して設けられた受光素子により受信されるが、受光素子の受光面の面積を光導波管の端面の面積よりも大きくすることにより、光導波管と受光素子の光結合を低損失で且つ光軸ずれの影響を受け難くすることができ、これにより、１００ＭＨｚ程度の伝送帯域を有する光信号伝送を安定して行うことができる。
【００１５】
また、本発明によれば、受光素子の受光面の面積を光導波管の端面の面積よりも小さくすると共に、この受光素子と光導波管との間に集光レンズを設けることによって、光導波管と受光素子との光結合を低損失で且つ光軸ずれの影響を受け難くすることができ、これにより、１ＧＨｚ以上の伝送帯域を有する光信号伝送を安定して行うことができる。
【００１６】
また、本発明によれば、光導波管を介して信号光の伝送を行うため、従来技術のように発光素子と受光素子とを近接配置しなくても安定した伝送を行うことが可能であり、発光素子側の基板や受光素子側の基板の配置の自由度が高まる。特に伝送信号としてギガビット級の高い伝送速度を有するデータ信号を扱う場合は、発光素子においてはその駆動回路をなるべく近くに配置する必要があり、受光素子においてはその光電変換回路をできるだけ近くに配置する必要があるため、送受光素子は基板に直接取り付けられることが望ましい。本発明によりこのような配置が可能となるため、高速なデータ伝送用途への適用が容易に達成できる。また、ロータリジョイントを構成する上の制約を少なくすることができ、簡易な構成によってローコストであり、そして安定した性能を長期間維持することが可能なロータリジョイントを提供することができる。
【００１７】
さらに、本発明によれば、発光素子と受光素子との間の光伝送路として屈曲自在な光ファイバケーブルを用いることにより、回転部内部の回転軸上に機構部品等を設けることが可能となり機構設計上の自由度が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照して詳細に説明する。
＜第１の実施形態＞
図１は、本発明の第１の実施形態であるロータリジョイントの概略断面図である。同図に示すロータリジョイント１において、固定シリンダ部２は、回転シリンダ部３を軸Ｐを中心として回転自在に保持する軸受としての中空ベアリング４ａ及び４ｂを収納して固定することにより、回転シリンダ部３に保持されている回転部としての各部材を回転自在に保持している。
【００１９】
回転シリンダ部３の外周上であって且つ中空ベアリング４ａ及び４ｂの内側にはスリップリング伝達部５が形成されている。具体的には、スリップリング伝達部５は、複数（本実施形態においては４つとする。）の導電リング６が回転シリンダ部３の外周上であって且つ中空ベアリング４ａ及び４ｂの内側に、絶縁リング７を介して固定されたものである。
【００２０】
そして、複数（本実施形態においては４つとする。）のブラシ８は、４つの導電リング６にそれぞれ対応して摺動接触を維持するように絶縁台９を介して固定シリンダ部２の内側に固定されている。そして、４つのブラシ８の各先端部は、各ブラシ８自身の弾性力によって導電リング６に押圧されて接触の安定性を確保している。
【００２１】
４つの導電リング６には、回転部側リード線１０の一端がそれぞれ接続されており、回転部側リード線１０の他端は、回転シリンダ部３の内部を通って回転部側に引き出される。また、４つのブラシ８には、固定部側リード線１１の一端がそれぞれ接続されており、固定部側リード線１１の他端は、固定シリンダ部２の通線穴を通って固定部側へ引き出される。このようにして、導電リング６に摺動接触したブラシ８を介してそれぞれ接続された回転部側リード線１０と固定部側リード線１１との間に電気的接続が確立される。
【００２２】
回転シリンダ部３の内部及び固定シリンダ部２の底部には光信号伝達部１２が形成される。具体的には、回転シリンダ部３の回転部側の端面Ｃには、発光素子であるレーザダイオード１３の外形に一致させた勘合形状が、レーザダイオード１３の光軸が軸Ｐと一致するようにして形成されている。そして、レーザダイオード１３は、ドライバ回路（不図示）を搭載したレーザダイオード基板１４に取り付けられており、レーザダイオード基板１４は、複数の基板取付ねじ１５によって回転シリンダ部３の回転部側の端面Ｃに固定されている。これにより、レーザダイオード１３は光軸を軸Ｐに一致させて固定設置される。
【００２３】
回転シリンダ部３の固定部側の端面Ｄと固定シリンダ部２の底面内壁Ｅとは、数１００μｍ〜数ｍｍの間隔を保っている。そして、固定シリンダ部２の底部外壁側からは、受光素子であるフォトダイオード１６の外形に一致させた勘合形状が、フォトダイオード１６の光軸が軸Ｐと一致するようにして形成されている。そして、フォトダイオード１６は、受光した信号光の光電変換回路（不図示）を搭載したフォトダイオード基板１７に取り付けられており、フォトダイオード基板１７は、複数の基板取付ねじ１８によって固定シリンダ部２の底部に固定される。これにより、フォトダイオード１６は光軸を軸Ｐに一致させて固定設置される。
【００２４】
回転シリンダ部３の内部は空洞であり、レーザダイオード１３とフォトダイオード１６との間に、数１００μｍ〜数ｍｍ程度の内径を有して内側の高反射率仕上げにした円筒形状であって円筒の中心軸と直交した端面Ａ及びＢを有する光導波管１９を、この円筒の中心軸と軸Ｐとを一致させて設けている。
【００２５】
そして、光導波管１９の一方（端面Ａ側）は、レーザダイオード１３からの射出光に最適な光結合が得られるよう、すなわち端面Ａに入射されるレーザダイオード１３の射出光が光導波管１９の外部に漏れないようにして固定される。これにより、レーザダイオード１３と光導波管１９との光結合は、経時的に発生する中空ベアリング４ａ及び４ｂの中心ずれ等の影響を受けずに安定して確保される。そして、光導波管１９の他方（端面Ｂ側）は、回転シリンダ部３の固定部側の端面Ｄに露出させてフォトダイオード１６の受光部分と非接触に固定されている。
【００２６】
光導波管１９の端面Ｂとフォトダイオード１６の受光部分との間隔は、数ｍｍ以下であって物理的に接触しない程度になるように設定され、端面Ｂから射出される信号光はこの近距離の自由空間を介してフォトダイオード１６に入射される。
【００２７】
以上、上述したような構成を備えることによって、レーザダイオード１３の光軸、光導波管１９の円筒中心軸、及びフォトダイオード１６の光軸は一致した位置に保持されるので、高効率かつ安定な受信が達成される。
【００２８】
次に、光導波管１９とレーザダイオード１３とフォトダイオード１６との組み合わせの具体例を示して、光データ伝送の効率及び中心ずれによる影響度の計算例を示す。図４は、光導波管１９とレーザダイオード１３とフォトダイオード１６とを組み合わせた光信号伝達部１２の断面図である。同図において、光導波管１９は、内径１ｍｍ、内面反射率８０％、端面Ａ及びＢ間の寸法５０ｍｍのステンレス素材の円筒である。そして、レーザダイオード１３は、直径１０μｍ、広がり角３０度（全光束の９９％を含む全角度）のＶＣＳＥＬ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ  Ｃａｖｉｔｙ  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｌａｓｅｒ：面発光型半導体レーザ）である。そして、フォトダイオード１６は、光導波管１９の内径より大きな面積を有する直径３ｍｍのフォトダイオードである。
【００２９】
なお、レーザダイオード１３の発光点は、同図のごとく光導波管１９の端面Ａ側から１ｍｍの位置にパッケージを介して固定され、フォトダイオード１６の受光面は、光導波管１９の端面Ｂ側から１ｍｍの位置に配置されている。
【００３０】
以上の構成における各部の光伝送効率について説明する。レーザダイオード１３と光導波管１９との伝送効率は、光導波管１９の内径と光導波管１９の端面Ａにおけるレーザダイオード１３の発光ビーム径で決まり、本構成例においては、光導波管１９の内径１ｍｍに対して光導波路の端面Ａにおけるビーム直径を約０．６８６ｍｍとすれば、１００％の伝送効率が得られる。
【００３１】
また、この場合、レーザダイオード１３と光導波管１９との中心ずれの許容値としては±０．１５ｍｍを有しており、この許容値においては、簡易な組立・固定によっても１００％の伝送効率を確保できると共に、温度変化や経年変化に対しても１００％の効率を維持することができる。
【００３２】
一方、光導波管１９の伝送効率は、光導波管１９の内面反射率と端面Ａ及びＢ間の寸法で決まる。ここで、図５に、光導波管１９の端面Ａ及びＢ間の寸法を５０ｍｍとした場合の内面反射率に対する伝送効率を示す。同図によれば、本構成例の内面反射率８０％において、端面Ａ及びＢでの光量比で約１７．８％の伝送効率を得ることができる。
【００３３】
また図６に、光導波管１９の内面反射率を８０％とした場合の光導波管１９の端面Ａ及びＢ間の寸法に対する伝送効率を示す。同図には、光導波管１９の伝送効率を実線の折れ線グラフで示すと共に、光導波管１９を用いない従来の方式として、広がりのあるＬＥＤ光を直接フォトダイオードに照射した場合の、送受光素子間距離における伝送効率を点線の折れ線グラフで示す。なお、従来方式におけるＬＥＤの広がり角は、レーザダイオード１３と同一の３０度、フォトダイオードの直径も同一の３ｍｍとした場合である。
【００３４】
同図に示すように、従来方式によれば、伝送効率は距離の二乗で減衰するのに対し、本実施形態における光導波管１９の内面反射を用いた方式では、大幅な伝送効率の改善が得られることがわかる。なお、本計算では、内面反射率を安価に得られる値として８０％の場合を示したが、内面反射率を高くすることで更に感度の増加や距離の延長が可能である。感度の増加は、伝送速度の高速化や取り付け余裕度を向上することができ、そして距離の延長は、機器の構成や配置に余裕をもたせることができる。
【００３５】
光導波管１９とフォトダイオード１６との伝送効率は、光導波管１９の内径と光導波管１９から射出される光の広がり角とフォトダイオード１６の直径と位置とで決まり、本構成例においては、光導波管１９の端面Ｂからフォトダイオード１６に照射される射出光の直径が約１．５３６ｍｍであり、フォトダイオード１６の直径が３ｍｍであることから、射出光の１００％を受光することができる。
【００３６】
また、その際の中心ずれの許容値としては±０．７１６ｍｍを有しており、この許容値においては、簡易な組立・配置によっても１００％の伝送効率を確保できると共に、温度変化や経年変化、更にはシリンダ回転に対しても損失なく光データ伝送を行うことができる。
【００３７】
ところで、本構成例のように、受光素子として比較的面積の大きなフォトダイオードを用いると、フォトダイオードの逆バイアス動作により発生する接合容量が増加し、周波数帯域が狭くなるという問題が発生する。しかしながら、上述の例のように直径３ｍｍ程度であれば、光受信の高域カットオフ周波数Ｆｃ（受信レベルが半分になる周波数）として１００ＭＨｚ程度を得られるフォトダイオードがあり、そのようなフォトダイオードを用いることにより、伝送レートが数１０Ｍｂｐｓ程度であるＨＤ圧縮映像信号を安定して光伝送することが可能である。
【００３８】
＜第２の実施形態＞
図２は、本発明の第２の実施形態であるロータリジョイントの概略断面図である。同図に示すロータリジョイント２１は、第１の実施形態におけるロータリジョイント１と同様の構成であるが、光信号伝達部２２の部分、特に光導波管１９を介して受光される受光部分の構成がロータリジョイント１と異なる。よって、本実施形態の説明においては、第１の実施形態と同一の構成については同一の符号を用いてその説明を省略し、異なる部分のみ異なる符合を付してその機能等について説明する。
【００３９】
図２のロータリジョイント２１において、フォトダイオード２６は、光導波管１９の内径よりも大きな面積を有する受光素子である。そして、光導波管１９の端面Ｂとフォトダイオード２６との間に集光レンズ２０を光軸を一致させると共に、光導波管１９の端面Ｂから射出される光信号を集光レンズ２０によってフォトダイオード２６に集光させて受信させるように配置する。このように構成することにより、光導波管１９とフォトダイオード２６との光結合を低損失で光軸ずれの影響を受け難くすることができ、且つ第１の実施形態におけるロータリジョイント１と比較して更に広帯域の光データ伝送が可能となる。
【００４０】
次に、光導波管１９とレーザダイオード１３とフォトダイオード２６と集光レンズ２０との組み合わせの具体例を示して、光データ伝送の効率及び中心ずれによる影響度の計算例を示す。図７は、光導波管１９とレーザダイオード１３とフォトダイオード２６と集光レンズ２０とを組み合わせた光信号伝達部２２の断面図である。同図において、光導波管１９は、内径１ｍｍ、内面反射率８０％、端面Ａ及びＢ間の寸法５０ｍｍのステンレス素材の円筒である。そして、レーザダイオード１３は、直径１０μｍ、広がり角３０度（全光束の９９％を含む全角度）、光出力０．５ｍＷのＶＣＳＥＬである。そして、フォトダイオード２６は、直径０．６ｍｍのフォトダイオードである。そして、集光レンズ２０は、直径１．８ｍｍ、厚さ０．９ｍｍの凸レンズである。
【００４１】
なお、レーザダイオード１３の発光点は、同図のごとく光導波管１９の端面Ａ側から１ｍｍの位置にパッケージを介して固定され、集光レンズ２０は、光導波管１９の端面Ｂ側から０．５ｍｍの位置に配置され、そしてフォトダイオード２６は集光レンズ２０から０．９ｍｍの位置に配置されている。
【００４２】
以上の構成における各部の光伝送効率について説明する。なお、レーザダイオード１３と光導波管１９との伝送効率、及び光導波管１９の伝送効率は第１の実施形態における説明と同一のためここでは省略する。光導波管１９とフォトダイオード２６との伝送効率は、光導波管１９の内径と光導波管１９から射出される光の広がり角と集光レンズ２０の直径と曲率半径とフォトダイオード１６の位置とで決まり、本構成例においては、光導波管１９の端面Ｂからの射出光の７１％を集光レンズ２０で受光することができる。
【００４３】
図８に、光導波管１９の端面Ｂから集光レンズ２０の入射面までの距離０．５ｍｍを標準位置とし、集光レンズ２０を中心ずれさせた場合（Ｙ軸変位）と、集光レンズ２０を射出光の光軸方向に変位させた場合（Ｚ軸変位）との光伝送効率の変化をそれぞれ示す。同図によれば、Ｙ軸変位においては、受光量の半値レベルで±０．４ｍｍの余裕度を有し、またＺ軸変位においては、受光量の半値レベルで±１ｍｍ以上の余裕度を有しているため、簡易な組立・配置や、温度変化、経年変化、更にはシリンダ回転に対しても低損失で光データ伝送を行うことができる。
【００４４】
本実施の形態例のように、受光素子として光導波管１９の内径よりも小さな面積のフォトダイオード２６を用いると、フォトダイオードの逆バイアス動作により発生する接合容量を少なく抑えることができ広帯域受信が可能となる。本実施の形態例においては、光受信の高域カットオフ周波数Ｆｃとして１ＧＨｚ以上を確保できる。高精細映像ＳＸＧＡ（Ｓｕｐｅｒ  Ｅｘｔｅｎｄｅｄ  Ｇｒａｐｈｉｃｓ  Ａｒｒａｙ）を例とすれば、一画面は１２８０×１０２４ピクセルで、フレームレートを６０ｆｐｓとし、パラレル・シリアル処理によりシリアル信号に変換後８Ｂ−１０Ｂ変換を行う場合、１２８０×１０２４×６０×１．２５＝１．３１５８４（Ｇｂｐｓ）となる。同ビットレートを有するシリアルデータを伝送するために要する伝送系の高域カットオフ周波数はビットレートの約半分、すなわち約０．６６ＧＨｚであり、１ＧＨｚより低い周波数であることから、ロータリジョイント２１を用いることにより、６０ｆｐｓのＳＸＧＡデータを非圧縮信号として光伝送することが可能である。
【００４５】
なお、フォトダイオード２６が、金属等のケースに覆われて信号光の入射面がガラス等の光透過性を有する部材で保護された構成を有する場合、この保護部材を集光レンズの形状に形成して、光導波管１９の端面Ｂより射出される信号光をこの保護部材によってフォトダイオード１６に集光させるようにしても、本実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【００４６】
＜第３の実施形態＞
前述した第１の各実施形態では、光信号伝達部１２におけるレーザダイオード１３とフォトダイオード１６との間に配置される光伝送路の部材として、光導波管１９を用いた例を説明したが、本実施形態では光導波管１９を屈曲自在な光ファイバケーブルに置換えた場合の例について説明する。
【００４７】
図９は、本発明の第３の実施形態であるロータリジョイントの概略断面図である。同図に示すロータリジョイント９１は、第１の実施形態におけるロータリジョイント１と同様の構成であるが、光信号伝達部９２の部分の構成がロータリジョイント１と異なる。よって、本実施形態の説明においては、第１の実施形態と同一の構成については同一の符号を用いてその説明を省略し、異なる部分のみ異なる符合を付してその機能等について説明する。
【００４８】
図９のロータリジョイント９２において、レーザダイオード１３とフォトダイオード１６との間には、数１００μｍ〜数ｍｍのコア径を有する屈曲自在な光ファイバ部材であってファイバの中心軸と直交した端面Ａａ及びＢａを有する光ファイバケーブル１９ａを、レーザダイオード１３の発光部分におけるファイバの中心軸と光軸とを一致させると共に、フォトダイオード１６の受光部分におけるファイバの中心軸と光軸とを一致させて設けている。
【００４９】
そして、光ファイバケーブル１９ａの一方（端面Ａａ側）は、レーザダイオード１３からの射出光に最適な光結合が得られるよう、すなわち端面Ａａに入射されるレーザダイオード１３の射出光が光ファイバケーブル１９ａの外部に漏れないようにして固定されている。そして、光ファイバケーブル１９ａの他方（端面Ｂａ側）は、回転シリンダ部３の固定部側の端部Ｄの外側に露出させてフォトダイオード１６の受光部分と非接触に固定されている。
【００５０】
光ファイバケーブル１９ａの端面Ｂａとフォトダイオード１６の受光部分との間隔は、物理的に接触しない程度になるように設定され、端面Ｂａから射出される信号光はこの近距離の自由空間を介してフォトダイオード１６に入射される。
【００５１】
一般的なデータ通信用光ファイバケーブルにおいては、信号光をファイバ内部の複数の経路で通過させることにより生ずる遅延広がりによって伝送周波数帯域に制限が出ることを防止するため、数１０μｍ〜数１００μｍのコア径が必要とされている。しかし、本実施形態においては、光ファイバケーブル１９ａの端面Ａａ及び端面Ｂａ間の長さは数ｃｍ程度であるため、上記の遅延広がりは問題とならず例えば１０Ｇｂｐｓの高速光データ伝送であっても帯域制限による問題は発生しない。
【００５２】
以上、詳述したように、本実施形態のロータリジョイント９１においては、レーザダイオード１３とフォトダイオード１６との間の光伝送路として屈曲自在な光ファイバケーブル１９ａを用いるため、回転シリンダ部３の内部の軸Ｐ上に機構部品等を設けることを可能とする等の設計の自由度を向上することができる。また、光ファイバケーブル１９ａを用いた場合、光ファイバに取り込まれた送信光はファイバの内壁で反射を繰り返し反対側の端へ伝送されるが、光導波管１９の場合の反射形態と異なり反射は全反射により行われるため、略１００％の反射率を得ることができる。図５より、内面反射率１００％では伝送効率は１００％となることから、光導波管１９では受信レベルに不足をきたす場合には光ファイバケーブル１９ａを用いることが有効である。
【００５３】
なお、光ファイバケーブル１９ａを前述した第２の実施形態における光導波管１９に置き換えて光信号伝達部を構成するようにしてもよい。
【００５４】
また、第１〜第３の各実施の形態においては、回転シリンダ部３にレーザダイオード１３を配置し、固定シリンダ部３にフォトダイオード１６（集光レンズ２０を含む場合あり。）を配置した例について示したが、これとは逆に回転シリンダ部３にフォトダイオード１６（集光レンズ２０を含む場合あり。）を配置し、固定シリンダ部３にレーザダイオード１３を配置する構成とした場合でも、各実施の形態例と同様な効果を得ることができるのはもちろんである。
【００５５】
さらにまた、第１〜第３の各実施形態において、回転シリンダ部３の固定部側の端面Ｄから露出している端面Ｂ及び端面Ｂａの周囲であって固定シリンダ部２と回転シリンダ部３との間に、フェルト等の緩衝部材による防塵シールドを設けるようにしてもよい。この防塵シールドは、固定シリンダ部２の底面内壁Ｅ又は回転シリンダ部３の固定部側の端面Ｄのいずれかであって、軸Ｐの円周上に隙間なく固定される。このように固定された防塵シールドは、回転シリンダ部３の回転の際に、回転シリンダ部３の固定部側の端面Ｄ又は固定シリンダ部２の底面内壁Ｅのいずれかに対して摺動接触するため、端面Ｂ及びＢａへの塵埃や潤滑油等の侵入を遮断して、更に長期的に安定した光伝送を確保することができる。
【００５６】
またさらに、第１〜第３の各実施形態において、軸受としての中空ベアリング４ｂにオイルシールタイブを用いることにより、固定シリンダ部２、中空ベアリング４ｂ、及び回転シリンダ部３で閉空間を形成して、この閉空間に光透過性を有する潤滑油を満たすようにしても良い。潤滑油を満たすことにより特に防塵効果を高めることができる。そして、潤滑油の効果によって端面Ｂ及びＢａとフォトダイオード１６の受光部分との間を更に近接させることが可能となる。さらに、上記閉空間において、端面Ｂ及びＢａとフォトダイオード１６の受光部分との間を、空気の屈折率よりも高屈折率の潤滑油で満たすようにすれば、信号光の結合効率を更に向上させることができる。よって、このような構成をとることにより、信号光の伝送ロスを更に抑えて信号品質を高く保つことができる。
【実施例】
【００５７】
以上、説明した本発明の第１〜第２の各実施形態を監視カメラ装置に適用した実施例について説明する。図３は、前述したロータリジョイント１，２１，又は９１のいずれかを適用した監視カメラ装置の構成例である。なお、本実施例の説明においては、第１の実施形態のロータリジョイント１を適用した場合について説明し、第２及び第３の実施形態のロータリジョイント２１及び９１を適用した場合の実施例については、その実施内容が略同一であるためその説明を省略する。
【００５８】
図３において、監視カメラ装置３０は、天井に固定設置される固定部３１に、可動部３２がパン回転機構としてのロータリジョイント１を介して取り付けられた構造となっている。可動部３２には、各ピクセルデータがＲ，Ｇ，Ｂ各８ビットのＳＸＧＡ（１２８０×１０２４ピクセル）やＱｕａｄ−ＶＧＡ（１２８０×９６０ピクセル）であって、３０ｆｐｓの映像データ（パラレル映像データ）を出力するカメラ３０１と、カメラ３０１から出力されるパラレル映像データをシリアルデータに変換したのち８Ｂ−１０Ｂ変換してロータリジョイント１のレーザダイオード基板１４に供給するパラレル・シリアル（Ｐ−Ｓ）変換部３０２と、カメラ３０１をチルト方向に回動させるためのチルト駆動部３０３とを備えている。
【００５９】
固定部３１は、監視カメラ装置３０全体に駆動電圧を供給するための電源部３０４と、監視カメラ装置３０全体を制御するための制御部３０５と、可動部３２のパン回転機構であるロータリジョイント１を駆動して可動部３２をパン方向に回動させるためのパン駆動部３０６と、可動部３２からロータリジョイント１を介して供給される８Ｂ−１０Ｂ変換されたシリアルデータを１０Ｂ−８Ｂ変換したのち、シリアル・パラレル（Ｓ−Ｐ）変換してＲ，Ｇ，Ｂ各８ビットのパラレル映像データを出力するためのＳ−Ｐ変換部３０７と、Ｓ−Ｐ変換部３０７から得られるパラレル映像データを外部に出力するための映像出力コネクタ３０８とを備えている。
【００６０】
電源部３０４から可動部３２へ供給される電源と、制御部３０５から可動部３２へ供給される制御信号とは、ロータリジョイント１のスリップリング伝達部５を介して伝達される。そして、可動部３２のＰ−Ｓ変換部３０２からロータリジョイント１を通して固定部３１のＳ−Ｐ変換部３０７へ供給される８Ｂ−１０Ｂ変換後のシリアルデータはロータリジョイント１の光信号伝達部１２を通して伝送される。
【００６１】
監視カメラ装置３０の外部に設けた制御装置３３は、監視カメラ装置３０に対してカメラ３０１のチルト動作と可動部３２のパン動作とをそれぞれ制御する。すなわち、制御装置３３は、チルト角度情報及びチルト駆動開始要求情報を固定部３１の制御部３０５に送信し、制御部３０５はこれらの情報をロータリジョイント１のスリップリング伝達部５を通してチルト駆動部３０３に供給する。これによって、チルト駆動部３０３は、供給されたチルト角度情報及びチルト駆動開始要求情報に応じてカメラ３０１をチルト方向に回動させる。
【００６２】
また、このチルト制御と同時に又は別時刻に、制御装置３３は、パン角度情報及びパン駆動開始要求情報を制御部３０５に送信し、これらの情報を受信した制御部３０５はパン駆動部３０６を制御する。これによって、パン駆動部３０６は、パン角度情報及びパン駆動開始要求情報に応じて可動部３２をパン方向に回動させる。
【００６３】
次に、カメラ３０１から出力されるパラレル映像データの固定部３１へのデータ伝送について更に詳細に説明する。カメラ３０１からは、Ｒ，Ｇ，Ｂそれぞれ８ビットのパラレル映像データが出力されてＰ−Ｓ変換部３０２に供給される。Ｐ−Ｓ変換部３０２は、入来したパラレル映像データを１つのシリアルデータに変換し、そしてこのシリアルデータを８Ｂ−１０Ｂ変換してロータリジョイント１のレーザダイオード基板１４に供給する。
【００６４】
ここで、Ｐ−Ｓ変換部３０２で８Ｂ−１０Ｂ変換されたシリアルデータの伝送レートは、ＳＸＧＡ（１２８０×１０２４ピクセル）の映像の場合は１２８０×１０２４×３０×８×３×１０／８＝１．１８Ｇｂｐｓであり、Ｑｕａｄ−ＶＧＡ（１２８０×９６０ピクセル）の映像の場合は１２８０×９６０×３０×８×３×１０／８＝１．１０６Ｇｂｐｓである。レーザダイオード基板１４に搭載されたレーザダイオード１３は、Ｐ−Ｓ変換部３０２から供給される８Ｂ−１０Ｂ変換後のシリアルデータによって強度変調された信号光を射出するが、レーザダイオード１３の周波数応答は数ＧＨｚ程度の性能が一般的であるため、伝送レートが１．１０６Ｇｂｐｓ〜１．１８Ｇｂｐｓの光データ伝送は余裕をもって行うことができる。
【００６５】
レーザダイオード１３から射出された伝送レートが１．１０６Ｇｂｐｓ〜１．１８Ｇｂｐｓの信号光は光導波管１９の端面Ａに入射され、光導波管１９内を伝達した信号光は端面Ｂから固定シリンダ部２の底部に取り付けられているフォトダイオード基板１７のフォトダイオード１６に入射される。フォトダイオード１７で受光された信号光は、光電変換処理されたのち８Ｂ−１０Ｂ変換された状態のシリアルデータがＳ−Ｐ変換部３０７に供給される。
【００６６】
Ｓ−Ｐ変換部３０７では、供給されたシリアルデータを１０Ｂ−８Ｂ変換したのち、Ｒ，Ｇ，Ｂ各８ビットのパラレル映像データにＳ−Ｐ変換して映像出力コネクタ３０８から出力する。そして、不図示ではあるが、出力されたパラレル映像データは、映像表示モニタに供給されてカメラ３０１の撮像映像を表示したり、映像データ記録装置に供給されて記録部に記録したりする。
【００６７】
以上、詳述したように、ロータリジョイント１を適用した監視カメラ装置によれば、カメラ３０１で撮像された映像データの可動部３２から固定部３１への伝送は、ロータリジョイント１の光信号伝達手段１２を介して行われるため、従来のスリップリングとブラシとの摺動接点方式によって発生していたノイズの影響を受けることなく高品質な大容量データ伝送を行うことができる。
【００６８】
また、大容量シリアルデータのデータ伝送経路として、ロータリジョイント１の光信号伝達部１２における光導波管１９を介してフォトダイオード１６に誘導するため、可動部３２の長期的な回転動作によって生ずる偏心に伴った光軸のずれによる信号光の品質劣化を防ぐことができ、監視カメラ装置３０全体としての製品寿命を長く保つことができる。
【００６９】
特に、１２８０×１０２４ピクセルの画像サイズであって、各ピクセルがＲ，Ｇ，Ｂ各８ビットのデータからなり、この画像データを３０ｆｐｓでカメラ３０１から出力させる場合であっても、本実施例の監視カメラ装置３０は、ロータリジョイント１を介したデータ伝送を十分な信号品質を確保して行うことができる。
【産業上の利用可能性】
【００７０】
本発明は、長期にわたる連続的な旋回動作が必要な電動雲台に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】本発明の第１の実施形態としてのロータリジョイントの概略断面図である。
【図２】本発明の第２の実施形態としてのロータリジョイントの概略断面図である。
【図３】本発明の第１〜第３の各実施形態としてのロータリジョイントのいずれかを適用した監視カメラ装置の構成を示した図である。
【図４】本発明の第１の実施形態における、光導波管とレーザダイオードとフォトダイオードとを組み合わせた光信号伝達部の断面図である。
【図５】本発明の第１の実施形態における、光導波管の両端面間の寸法を５０ｍｍとした場合の内面反射率に対する伝送効率を示したグラフ図である。
【図６】本発明の第１の実施形態における、光導波管の内面反射率を８０％とした場合の光導波管の両端面間の寸法に対する伝送効率を示したグラフ図である。
【図７】本発明の第２の実施形態における、光導波管とレーザダイオードとフォトダイオードと集光レンズとを組み合わせた光信号伝達部の断面図である。
【図８】本発明の第２の実施形態における、光導波管１９の一方の端面から集光レンズの入射面までの距離０．５ｍｍを標準位置とし、集光レンズを中心ずれさせた場合と、集光レンズを射出光の光軸方向に変位させた場合との光伝送効率の変化をそれぞれ示したグラフ図である。
【図９】本発明の第３の実施形態としてのロータリジョイントの概略断面図である。
【符号の説明】
【００７２】
１，２１，９１  ロータリジョイント
２  固定シリンダ部
３  回転シリンダ部
４ａ，４ｂ  中空ベアリング
５  スリップリング伝達部
６  導電リング
７  絶縁リング
８  ブラシ
９  絶縁台
１０  回転部側リード線
１１  固定部側リード線
１２，２２，９２  光信号伝達部
１３  レーザダイオード
１４  レーザダイオード基板
１５，１８  基板取付ねじ
１６  フォトダイオード
１７  フォトダイオード基板
１９  光導波管
１９ａ  光ファイバケーブル
Ａ，Ｂ  光導波管の端面
Ａａ，Ｂａ  光ファイバケーブルの端面
Ｃ  回転シリンダ部の回転部側の端面
Ｄ  回転シリンダ部の固定部側の端面
Ｅ  固定シリンダ部の底面内壁
Ｐ  軸
【図１】
2007120742.tif 000003
【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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【図７】
2007120742.tif 000009
【図８】
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【図９】
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