(57)【要約】【課題】  固定体と回転体とが相対的に回転しても、発光素子と受光素子との光学的な伝送距離が実質的に一定となるような光結合を実現する空間伝送用光結合システムを提供する。【解決手段】  回転体に設けられた発光光学系と固定体に設けられた受光光学系とによって、光結合を構成する空間伝送用光結合システムであって、発光光学系は、発光素子からの光信号を分波し、前記回転体に等間隔に設けた出射用平行ビームコリメータから出射し、受光光学系は、前記光信号を、Ｍ個のプリズムと、Ｍ個の受光用平行ビームコリメータと、光合波器と、受光素子とによって受光し、電気信号に変換し、前記受光光学系では、前記プリズムを階段状でその反射面が連続するように配置することによって、前記光信号を連続的に入射しうるように構成されていることを特徴とする空間伝送用光結合システムである。【選択図】  図１
2017221293.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定体と、該固定体と近接して設けられ相対的に回転する回転体とを備え、
前記回転体に設けられた発光光学系と、前記固定体に設けられた受光光学系とにより、光結合を成立させている空間伝送用光結合システムであって、
前記発光光学系は、発光素子と、該発光素子からの光信号を１：Ｎに分波する光分波器と、Ｎ個の出射用平行ビームコリメータとによって構成され、
前記出射用平行ビームコリメータが、前記回転体の周上に実質的に等間隔に、かつ前記ビームの出射方向が前記回転体の回転軸と同じ方向となるように設けられており、
前記受光光学系は、Ｍ個のプリズムと、Ｍ個の受光用平行ビームコリメータと、該Ｍ個の受光用平行ビームコリメータからの光信号をＭ：１に合波する光合波器と、受光素子とによって構成され、
前記発光素子からの光信号が前記Ｎ個の出射用平行ビームコリメータから出射され、前記Ｍ個のプリズムを介して、前記Ｍ個の受光用平行ビームコリメータの少なくとも１つに受光された光信号が、前記光合波器を介して、前記受光素子に受光されて電気信号に変換されるように構成されており、
前記Ｍ個のプリズムは、前記固定体と前記回転体との相対的な回転により、前記出射用平行ビームコリメータから出射される前記光信号が走査される方向に、前記Ｍ個のプリズムの反射面が連続するように配置され、前記光信号が連続的に入射しうるように構成されていることによって、前記光結合を成立させていることを特徴とする空間伝送用光結合システム。
【請求項２】
請求項１に記載の空間伝送用光結合システムにおいて、
さらに、前記発光素子と前記光分波器との間に、光ファイバ増幅器を備えている空間伝送用光結合システム。
【請求項３】
請求項１または２に記載の空間伝送用光結合システムにおいて、
さらに、前記光合波器と前記受光素子との間に、光ファイバ増幅器を備えている空間伝送用光結合システム。
【請求項４】
請求項１〜３いずれか１項に記載の空間伝送用光結合システムにおいて、
前記発光素子と前記光分波器との接続、及び前記光合波器と前記受光素子との接続が、シングルモードファイバによっている空間伝送用光結合システム。
【請求項５】
請求項１に記載の空間伝送用光結合システムにおいて、
前記Ｍ個のプリズムが、前記光信号が走査される方向に、等間隔に配置されている空間伝送用光結合システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空間伝送用光結合システムに関する。特に、共通する空洞を有する回転体と固定体との間の空間にて、光信号を空間伝送するための光結合システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、特開２００２−０２８１５６号公報には、「回転体・固定体間光伝送装置及びこれを用いたＸ線ＣＴ装置」が開示されている。
この公報の特許請求の範囲には、互いに対向する回転体と固定体間でデータを光ビームとして伝送する回転体・固定体間光伝送装置において、前記回転体上の第１の半径位置に配置され、伝送すべきデータにしたがった光ビームを出射する少なくとも１つの発光素子と、前記第１の半径位置と異なる前記固定体上の第２の半径位置に配置され、前記発光素子からの光ビームを受光する少なくとも１つの受光素子と、前記固定体と前記回転体との間に位置して該回転体及び固定体のいずれか一方に固定され、前記発光素子からの光ビームを前記受光素子に導く透明材料からなる光ガイド部材とを有することを特徴とする回転体・固定体間光伝送装置が開示されている。
【０００３】
また、図２に示された回転体・固定体間光伝送装置では、発光素子１３が多数設けられている。
【０００４】
さらに、この回転体・固定体間光伝送装置を用いて、Ｘ線検出器からの出力信号を処理したディジタルデータを前記光ビームとして伝送することを特徴とするＸ線ＣＴ装置が開示されている。
【特許文献１】特開２００２−０２８１５６号公報
【０００５】
また、米国特許出願公開第２００４／００８６２２２号公報により、高速ビット光信号を正確に送信できる、非接触の光ファイバロータリジョイントが提供される。
この光ファイバロータリジョイントは、固定子と回転子とを含み、回転子は円形の外周部を含んでいる。固定子には光導波管が設けられており、光導波管は上面と側壁とにそれぞれ反射面をもったコの字状断面で、かつ円環状なる形状を有している。
【０００６】
そして、光送信器から送信された光は、固定子と回転子との間のエアーギャップを介して、フォトダイオード検出器で受信されている。
【特許文献２】米国特許出願公開第２００４／００８６２２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
まず、特許文献１に開示されたＸ線ＣＴ装置では、発光素子からの光ビームは、透明材料からなる光ガイド部材を介して、その出射光が受光素子へと結合される。
ここで、ＣＴ装置において高精細な画像を得るためには、光ビームの伝送速度を可能な限り大きくする必要がある。そこで、発光素子からの光ビームの信号出力を受光素子に有効に入射させなければならない。つまり、発光素子と受光素子との間の光結合損失を極力抑える必要がある。
【０００８】
また、受光素子側においては、高速応答しうる受光素子を必要とする。周知のように、受光素子の高速応答性は、受光素子の受光面積に大きく依存しており、受光面積が大であれば高速応答性は劣化してしまう。これは、受光素子自体がもつ寄生キャパシタンスに起因するもので、避けられない問題である。したがって、伝送速度を増大するためには、可能の限り受光面積の小さな受光素子を使う必要がある。
【０００９】
そうすると、発光素子と受光面積が小さな受光素子との間において、低損失な光結合を得ることが困難になってしまう。
【００１０】
特許文献１に開示されたＸ線ＣＴ装置では、発光素子からの光ビームを受光素子に導くために、透明材料からなる光ガイド部材を多数個設けている。この光ガイド部材は、目的の光学的特性を得るために、特殊な形状で精密な仕上げと、正確な位置に実装する必要がある。また、発光素子や受光素子も同様に、正確な位置に実装する必要がある。
【００１１】
しかし、多数の光ガイド部材や、発光素子、受光素子を正確な位置に実装することは、実際上はなかなか困難なことであり、さらに回転体に実装される発光素子では回転に伴う位置的変動の問題もある。
【００１２】
こういった原因により、回転体と固定体との光結合において、光結合損失が発生してしまう。例えば、光伝送系伝送媒体がシングルモードファイバにて構築されていれば、光ファイバ増幅器を適用することにより、この損失を補償することができる。しかし、特許文献１に開示された伝送系では、シングルモードファイバを用いることができないので、損失を補償することができない。
【００１３】
さらに、特許文献１に開示されたＸ線ＣＴ装置では、多数の発光素子を必要としている。ここで、このようなＸ線ＣＴ装置において、高解像度の画像情報を高速に伝送するためには、信号源と各発光素子とのそれぞれの伝送線路長によって決定される電気的な伝送時間が一致するようにしなければならない。これを実現するのは、煩雑な調整作業が必要であり、コスト増を招いてしまう。
【００１４】
これに加えて、Ｘ線ＣＴ装置において、信号源と多数の発光素子とを結合する多数の電気信号線は、並列に実装されることになるので、電磁波干渉ノイズによって信号の干渉が発生するおそれもある。
【００１５】
つぎに、特許文献２に開示された光ファイバロータリジョイントでは、光送信器からの光はフォトダイオード検出器で受信されるが、固定子と回転子との相対的な回転により、光送信器と検出器との距離は逐次変化することになるので、光信号の伝送時間に変動を生じることとなる。
このことは、高解像度の画像情報の伝送において、ディジタル伝送におけるジッタによる符合間干渉が発生するため、その伝送速度の高速化を制限することになる。
【００１６】
また、固定子に設けられている光導波管は、目的の光学的特性を得るために、正確で精密な仕上げと、正確な位置に実装する必要がある。さらに、多数のファイバを必要とし、これらも正確な位置に実装する必要がある。
【００１７】
しかし、光導波管や多数のファイバを正確な位置に実装することは、実際上はなかなか困難なことであり、さらに回転子に実装される多数のファイバでは回転に伴う位置的変動の問題もある。
【００１８】
そこで本発明は、上述したような問題点を解決するものであって、例えばＸ線ＣＴ装置に適用可能な空間伝送用光結合システムにおいて、固定体と回転体とが相対的に回転しても、発光素子と受光素子との間の、光学的な伝送距離が実質的に一定となるような光結合を実現する空間伝送用光結合システムを提供することを目的とする。
【００１９】
また、空間伝送用光結合システムにおいて、固定体と回転体とが相対的に回転しても、発光素子と受光素子との間での、光結合損失の増大を防ぐことのできる空間伝送用光結合システム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】
【００２０】
上述した課題を解決するために本発明は、
回転体に設けられた発光光学系と固定体に設けられた受光光学系とによって、光結合を構成する空間伝送用光結合システムであって、
発光光学系は、発光素子からの光信号を分波し、前記回転体に等間隔に設けた出射用平行ビームコリメータから出射し、
受光光学系は、前記光信号を、Ｍ個のプリズムと、Ｍ個の受光用平行ビームコリメータと、光合波器と、受光素子とによって受光し、電気信号に変換し、
前記受光光学系では、前記プリズムを階段状でその反射面が連続するように配置することによって、前記光信号を連続的に入射しうるように構成されていることを特徴とする空間伝送用光結合システムである。
【００２１】
すなわち、請求項１に記載の発明は、
固定体と、該固定体と近接して設けられ相対的に回転する回転体とを備え、
前記回転体に設けられた発光光学系と、前記固定体に設けられた受光光学系とにより、光結合を成立させている空間伝送用光結合システムであって、
前記発光光学系は、発光素子と、該発光素子からの光信号を１：Ｎに分波する光分波器と、Ｎ個の出射用平行ビームコリメータとによって構成され、
前記出射用平行ビームコリメータが、前記回転体の周上に実質的に等間隔に、かつ前記ビームの出射方向が前記回転体の回転軸と同じ方向となるように設けられており、
前記受光光学系は、Ｍ個のプリズムと、Ｍ個の受光用平行ビームコリメータと、該Ｍ個の受光用平行ビームコリメータからの光信号をＭ：１に合波する光合波器と、受光素子とによって構成され、
前記発光素子からの光信号が前記Ｎ個の出射用平行ビームコリメータから出射され、前記Ｍ個のプリズムを介して、前記Ｍ個の受光用平行ビームコリメータの少なくとも１つに受光された光信号が、前記光合波器を介して、前記受光素子に受光されて電気信号に変換されるように構成されており、
前記Ｍ個のプリズムは、前記固定体と前記回転体との相対的な回転により、前記出射用平行ビームコリメータから出射される前記光信号が走査される方向に、前記Ｍ個のプリズムの反射面が連続するように配置され、前記光信号が連続的に入射しうるように構成されていることによって、前記光結合を成立させていることを特徴とする空間伝送用光結合システムである。
【００２２】
上述した空間伝送用光結合システムにおいて、
さらに、前記発光素子と前記光分波器との間と、前記光合波器と前記受光素子との間とのうち、少なくとも一方に光ファイバ増幅器を備えていることが好ましい。
【００２３】
また、上述した空間伝送用光結合システムにおいて、
前記発光素子と前記光分波器との間や、前記光合波器と前記受光素子の間の接続が、シングルモードファイバによっていることが好ましい。
【発明の効果】
【００２４】
本発明による空間伝送用光結合システムは、高速伝送を可能とするシングルモードファイバを使って上述のような構成により、固定体と回転体とが相対的に回転しても、発光素子と受光素子との光学的な伝送距離を実質的に一定とすることができる。
したがって、高解像度の画像情報を伝送する際に、発光素子と受光素子との光学的な伝送距離が変化することによる伝送速度の制限を受けることがない。
【００２５】
さらに上述のような構成により、光結合の損失変動が少ないので、安定した空間伝送用光結合システムが提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】図１は、本発明による空間伝送用光結合システムにおける、信号伝送系の概略構成を示す図である。
【図２】図２は、平行ビームコリメータの基本構成を説明する図である。
【図３】図３は、空間伝送用光結合システムにおける回転体を、回転軸方向から見た図である。
【図４】図４は、空間伝送用光結合システムにおいて、回転体と固定体との空間で光結合されている様子を示した図であり、出射用平行ビームコリメータから出射された光信号が、Ｍ組の受光用平行ビームコリメータに順次入射する様子を説明する図である。
【図５】図５は出射用平行ビームコリメータと受光用ム平行ビームコリメータとにおいて、光軸の変位量の定義を説明する図である。
【図６】図６は、光軸変位量と光結合損失との関係を表すグラフである。
【図７】図７は、出射用平行ビームコリメータから出射された光信号が受光用平行ビームコリメータ光学系を走査する様子を説明する図である。
【図８】図８は、回転体に設けられるＮ個の出射用平行ビームコリメータと、受光光学系の配置例を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
図１は、本発明による空間伝送用光結合システム１００を使ったの信号伝送系概略構成を示す図である。
まず、送信されるデータ８１、例えばＸ線ＣＴ装置において、Ｘ線管から発生させたＸ線が被検体に照射されると、Ｘ線は被検体に吸収されながら透過し、Ｘ線検出管に到達することによって得られる画像情報であるとよい。この画像情報は、ディジタル処理されて送信データ８１である電気信号として、発光素子４２を駆動する駆動回路４１に送られる。
【００２８】
駆動回路４１に送られた送信データ８１は、発光素子４２を駆動できるように変調され、発光素子４２（図１の例では、レーザダイオードＬＤ）に、電気信号線を介して送られる。これにより送信データは、光信号に変換されて出射され、光ファイバにて１：Ｎの光分波器４４に送られる。
【００２９】
発光素子モジュールとしては、ＬＤの出力端にシングルモードファイバが実装され、高速な変調が可能な光信号変換モジュールが挙げられ、市場ではすでに、変調速度として２５Ｇｂ／ｓの変調が可能で、１ｍＷの光出力をもつＬＤモジュールが市販されている。
【００３０】
このとき、必要に応じて光ファイバ増幅器４３を介して送られるとよい。光ファイバ増幅器４３の増幅度としては、１００〜５００倍程度のものが、市場にて実用化されているので、これを利用するとよい。
【００３１】
１：Ｎの光分波器４４に送られた送信データ光信号は、分波数であるＮに応じて、均等にＮ等分されて、それぞれ分波ポート、例えばシングルモードファイバに出力される。このとき、各分波ポートにおける光信号の出力は、元の光信号の出力の１／Ｎになる。
ここで述べた光分波器４４とは、実質的には１本の光ファイバの光をＮ本の光ファイバの光に均等に分けるための光分波器を示す。
【００３２】
光分波器４４のＮ個の分波ポートには、回転体３０の周上に設けられたＮ個の出射用平行ビームコリメータ６５・・・がそれぞれ接続されている。これらの出射用平行ビームコリメータ６５は、図２に示すように、コリメータ本体６１と、光ファイバ６２と、集光用の凸レンズ６３とを含んでなり、光ファイバから出射する光を平行ビームに変換する筒状のモジュールである。この光ファイバとしては、シングルモードファイバが好ましく用いられる。
【００３３】
これらＮ個の出射用平行ビームコリメータ６５・・・は、図３に示すように、回転体の周上に実質的に等間隔で、各出射用平行ビームコリメータから出射する光ビームが、回転体の回転軸に平行になるように設けられている。図３は、空間伝送用光結合システムにおける回転体３０を、側面図と正面図を用いて示している。図３に示すように、回転体の中心部分は、空洞３１となっている。
【００３４】
また、光分波器４４と各出射用平行ビームコリメータ６５・・・との接続において、光分波器４４における光学的分波点から、各出射用平行ビームコリメータ６５・・・の分波ポートまでの光学的距離がすべて等しくなるように、光分波器４４と各出射用平行ビームコリメータ６５・・・の接続する各光ファイバの長さが調整されているとよい。光ファイバとしては、シングルモードファイバが好ましく用いられる。
【００３５】
そして、出射用平行ビームコリメータ６５・・・から出射された光信号は、固定体２０に設けられたＭ個のプリズム７１，７２・・・を介して、それぞれＭ個の受光用平行ビームコリメータ６８・・・に入射し、Ｍ：１の光合波器５１にて合波されて光ファイバにて受光素子５３（図１の例では、フォトダイオードＰＤ）に送られる。ここで述べた光合波器５１の構成は、上述した光分波器４４と全く同一であり、単に光の進行方向が逆であるだけである。この場合も光出力は入力に対して１／Ｍに低減する。
【００３６】
このとき、必要に応じて光ファイバ増幅器５２を介して送られるとよい。また、光ファイバとしては、シングルモードファイバが好ましく用いられる。
【００３７】
受光素子５３に受光された光信号は、受光素子５３で電気信号に変換されて受信回路５４に入力され、電気信号線を介して受信データ８２として、出力される。
【００３８】
図４は、空間伝送用光結合システムにおいて、回転体と固定体との空間で光結合されている様子を示した図である。回転体の外周に設けられた出射用平行ビームコリメータ６５・・・のうちの１つから出射された光信号は、固定体に設けられた受光光学系に入射している。受光光学系では、例えば５組の受光用平行ビームコリメータ６８・・・とプリズム７１，７２，７３・・とが設けられている。
【００３９】
図４において、受光光学系の５個のプリズム７１，７２，７３・・の斜面は、反射面として機能する。ここで、回転体と固定体とが相対的に回転し、出射用平行ビームコリメータ６５・・・から受光光学系を見たとき、各プリズム７１，７２，７３・・はその斜面（反射面）が連続するように配置されている、好ましくは等間隔に配置されるとよい。また、５個のプリズムは、階段状に配置されている。
【００４０】
ここで、出射用平行ビームコリメータから出射された光信号が、回転体３０の回転運動に伴って、図中上側から下側へ移動する場合を考える。光信号は、まず１番目のプリズム７１の斜面に入射し、回転体の回転に伴って順次、２番目のプリズム７２の斜面、３番目のプリズム７３の斜面・・・へと、移動していく。
【００４１】
このとき、上述のように各プリズムはその斜面（反射面）が連続するように配置されているので、出射用平行ビームコリメータ６５・・・から出射された光信号は、途切れることなく各受光用平行ビームコリメータ６８・・・に、順次入射する。したがって、出射用平行ビームコリメータの１つあるいは２つには、常に光信号を受けていることになる。
【００４２】
このとき、出射用平行ビームコリメータ６５・・・は、その移動に伴って、すべての受光用平行ビームコリメータ６８・・・と結合されるわけではなく、このうち１つまたは２つのみの受光用平行ビームコリメータと結合されることになる。
【００４３】
光合波器５１のＭ個の入力ポートのうち、いずれかに光信号が入力されれば、光合波器５１の出力ポートには光信号が到来する。その結果、出射用平行ビームコリメータ６５・・・が移動しても、常に光信号を受光することができ、光合波器５１には光信号が出力される。この受光光学系における構成が、本発明の特徴の１つである。
【００４４】
ここで、受光用平行ビームコリメータ６８は、図２に示した平行ビームコリメータ６０と同じ構造である。周知のように、２つの平行ビームコリメータを対向させて光結合を形成させるとき、光軸方向の対向距離を変えても、その距離が適度な範囲であれば、光結合損失は殆ど変化しない。これは、上述した特開２００２−０２８１５６号公報等で用いられている集束型光結合系や発散型光結合系とは、大いに異なる特徴である。
【００４５】
例えば、焦点距離１１ｍｍのレンズを用いた平行ビームコリメータを対向させて、シングルモードファイバ結合系を構成した場合、対向距離１０ｍｍ〜３００ｍｍにおいて、その結合損失は１ｄＢ以下であり、光結合損失は殆ど変化しないことが分かる。
ただし、ここで、ファイバコア径：１０μｍ，ファイバ開口数：０．１，測定波長：１．５５μｍである。
【００４６】
さらに、平行ビームコリメータは以下のような特徴をもっており、以下に平行ビームコリメータ光学系における光結合について、説明する。
まず図５は、出射用平行ビームコリメータと受光用平行ビームコリメータとにおいて、光軸の変位量Ｄの定義を説明する図である。この図のように、出射用平行ビームコリメータと受光用平行ビームコリメータとにおいて、それぞれの光軸が垂直方向にずれた状態になると、その光軸変位量Ｄに応じて光結合損失が増大する。その結果を図６に示す。
【００４７】
図６は、焦点距離１１ｍｍの凸レンズを用いた対向する平行ビームコリメータにおける、光軸変位量と光結合損失量との関係を表すグラフであり、対向距離は１００ｍｍで、使用した波長は１．５５μｍである。このグラフからは、光軸変位量が±０．８ｍｍまでの範囲にあると、光結合損失量の増大は１０ｄＢ以下に留まっていることが分かる。
このように、平行ビームコリメータ系では、集束型光結合系や発散型光結合系と違って、光軸変位量に対する結合損失量の増大が比較的緩慢である特徴がある。
【００４８】
この理由は、対向する平行ビームコリメータにおいて機械的に光軸が変位しても、凸レンズの焦点に位置する光ファイバ端面上に、集束する光の位置がほとんど変化しないことによるものである。
本発明の空間伝送用光結合システムでは、発光光学系と受光光学系とによる光結合において、平行ビームコリメータ結合のもつ、上述した２つの特性を巧みに利用しているのである。
【００４９】
さらに、図１と図４を参照しながら、受光用平行ビームコリメータ６８・・・における各プリズム７１，７２，７３・・の配置位置について説明する。なお、各受光用平行ビームコリメータと光合波器との接続においては、各出射用平行ビームコリメータの出射端から、光合波器における光学的合流点までの光学的距離がすべて等しくなるようにするとよい。
【００５０】
すなわち、各受光用平行ビームコリメータと光合波器とを接続する各光ファイバの長さは、受光用平行ビームコリメータ光学系における各プリズムの配置位置の違いによる光学的距離の差を考慮して、調整されているとよい。この光ファイバとしては、シングルモードファイバが好ましく用いられる。
【００５１】
簡単のために、２組のプリズムと受光用平行ビームコリメータとにおいて、出射用平行ビームコリメータから出射された光信号が、回転運動に伴う移動によって、受光光学系を走査する様子を図７に示す。
【００５２】
図７（ａ）〜（ｄ）において、回転体上にある出射用平行ビームコリメータは、図の下方向に平行移動するものとし、固定体上にあるプリズム７１，７２，７３・・と受光用平行ビームコリメータ６８・・・の位置は変動しないものとする。
【００５３】
まず、図７（ａ）の出射平行ビームコリメータが出発点（ＳＰ）にあり、この出発点を基準とする変位量としては０（ゼロ）の状態にある。ここで出射用平行ビームコリメータ６５から出射された平行ビームは、図の右方向に進み、第１のプリズム７１に入射する。ここで、平行ビームの断面は円状である。
【００５４】
この場合、平行ビームの全体が、第１のプリズム７１の斜面に入射し、全反射してその光路が直角方向に変更されて、そのまま第１の受光用平行ビームコリメータ６８に入射される。図７（ａ）に示された、出射用平行ビームコリメータ６５と第１のプリズム７１の位置関係では、平行ビームは第１の受光用平行ビームコリメータ６８に入射し、光ファイバの端面に結合する。
【００５５】
つぎに、図７（ｂ）に示すように、出射用平行ビームコリメータ６５の移動により、出発点からの変位量が第１の状態になった場合は、平行ビームの位置が少しずれてその断面の端部が、第１のプリズム７１の斜面の端部に位置し、第１の受光用平行ビームコリメータ６８に入射する光ビームは軸ずれを生じて、すなわち光軸変位量が大きくなって、上述したように光結合損失量はやや増大することになる。
【００５６】
ここで、第１のプリズム７１と第２のプリズム７２との図示した間隔Ａが大きくなれば、それに伴って光結合損失量も増大することになる。したがって間隔Ａは、許容される光結合損失によって決定される。
つまり、間隔Ａを１．６ｍｍとすると、出射用平行ビームコリメータ６５が０．８ｍｍ移動したとしても、光結合損失量の増大は１０ｄＢを超えることはない。
【００５７】
つづいて、図７（ｃ）に示すように、出射用平行ビームコリメータ６５がさらに移動することにより、出発点からの変位量が第２の状態になった場合は、平行ビームは第１のプリズム７１の端部で分割され、その一部が第２のプリズム７２に入射するようになる。第１のプリズム７１と第２のプリズム７２とに入射した平行ビームはそれぞれ、第１の受光用平行ビームコリメータ６８と第２の受光用平行ビームコリメータ６８に入射して結合し、これらの２つの光信号は光合波器５１において合波される。この合波された光信号の出力は、上述した２つの受光用平行ビームコリメータの信号出力の和として現れ、図７（ｂ）に示した光結合状態と同程度か、あるいはそれをやや下回る程度である。
【００５８】
さらに、図７（ｄ）に示すように、出射用平行ビームコリメータ６５がさらに移動することにより、出発点からの変位量が第３の状態になった場合は、平行ビームは第２のプリズム７２に入射するようになる。この場合は、図７（ａ）に示したように、変位量が０（ゼロ）に近い光結合状態に近くなる。
以上、２組のプリズムと受光用平行ビームコリメータを例に説明したが、プリズムと受光用平行ビームコリメータの組数が増えても、同様の光結合状態が維持されることとなる。
【００５９】
本発明による空間伝送用光結合システムでは、例えばＭ個のプリズムは、光信号が走査される方向に、前記Ｍ個のプリズムの反射面が連続するように配置されることによって、受光光学系は、前記光信号を連続的に入射しうるように構成されていることを特徴とする。さらに、光信号が走査される方向における、Ｍ個のプリズムの配置される間隔Ａは、許容される光結合損失によって決定される。したがって、光結合損失の観点からは、間隔Ａは狭い方が好ましい。
【００６０】
一方、間隔Ａを狭くしすぎると、必要となるプリズムと受光用平行ビームコリメータの組数が多くなりすぎ、その結果、受光光学系が大きくなりすぎるので、システムとして自ら限度がある。
【００６１】
また図７において、回転体の回転軸方向の各プリズム同士における間隔Ｂは、隣接する受光用平行ビームコリメータ同士が機械的に干渉せずに、実装配置できる間隔であればよい。これは先に説明したように、平行ビームコリメータの対向距離にかかわらず、その結合損失が殆ど変化しないことを利用したものである
【００６２】
さらにここで、回転体に設けられるＮ個の出射用平行ビームコリメータ同士の間隔Ｓは、上述したＭ個のプリズムと、その間隔Ａとによって決定される。すなわち、間隔Ａ×Ｍで表される距離以下であれば、実用的に許容できる光結合損失を維持しつつ、光結合を実現させることができる。すなわち、Ｓ≦Ａ×Ｍ  であればよい。
【００６３】
以上の説明から明らかなように、本発明による空間伝送用光結合システムにおける受光光学系では、Ｍ組の受光用平行ビームコリメータを有している。そこで、回転体が回転しても、受光光学系の少なくとも１つの受光用平行ビームコリメータには、常に光信号が入射しており、途切れることがない。
【００６４】
さらに、同時に２つの受光用平行ビームコリメータに入射した光信号は、光合波器によって合波された後、受光素子に入射して電気信号に変換される。したがって、空間伝送用光結合システムにおいて、回転体が回転しても、安定した光結合が実現・維持できる。
なお、空間伝送用光結合にて生じる光結合損失は、光ファイバ増幅器を用いることで、容易に補償することができる。
【００６５】
図８は、回転体に設けられるＮ個の出射用平行ビームコリメータ６５・・・と、受光用平行ビームコリメータ６８・・・の配置例を示す斜視図である。
【００６６】
以上説明してきたように、本発明による空間伝送用光結合システムでは、回転体が回転しても、空間伝送用の光結合器を構成する、発光光学系と受光光学系との間における光結合距離が実質的に変化しない、という利点を有している。このため、光信号の遅延時間が実質的に変動しないことになるので、信号ジッタ等の発生を極力抑制することができる。さらに、回転体が回転しても、光結合システムにおける光結合損失の変動を極力小さくすることができるので、システムとしての信頼性を向上させることができる。
【００６７】
さらに、本発明による空間伝送用光結合システムでは、例えば１つの発光光学系として、発光素子が１つあればよく、上述した特開２００２−０２８１５６号公報のように複数の発光素子を必要としない。このため、複数の信号伝送系における伝送遅延差の問題を考慮する必要がない。また、複数の発光素子の電気信号線を隣接して実装する必要もないので、電磁波干渉ノイズによって信号の干渉が発生することもない。さらに、発光素子が１つあればよいので、コスト的にも有利であり、加えて、システムの信頼性も高くなる。
【００６８】
これに対して、従来技術で述べた特開２００２−０２８１５６号公報による「回転体・固定体間光伝送装置及びこれを用いたＸ線ＣＴ装置」の実施例では、複数の発光素子を必要としている。この場合、伝送する信号系が複数あるので、信号の伝送時間に遅延差の問題が発生してしまう。
【００６９】
さらに、発光素子や駆動回路、信号線等を複数必要とするので、コスト高になる。加えて、複数の発光素子間では、それらの特性が互いにそろっていることが好ましいが、これを実現するのはなかなか困難である。またさらに、複数の発光素子や駆動回路等を用いたシステムでは、たった１つの発光素子や駆動回路が故障しても、システム全体が稼働できなくなってしまう。
【００７０】
さらにまた、本発明による空間伝送用光結合システムでは、シングルモードファイバを用いてシステムを構成することができる。この場合、光ファイバ増幅器を適用することができるので、光信号の損失を容易に補償することができる。また、マルチモードファイバを用いる場合に比べて、遙かに高速な伝送が可能となる。シングルモードファイバの利用は、高解像度の画像情報の伝送において大変有利である。
【００７１】
加えて、本発明による空間伝送用光結合システムでは、シングルモードファイバを用いてシステムを構成することで、すでに市場において広く利用されており、高速伝送用の発光素子や受光素子を採用することができる。このことで、コスト面や信頼性の点でも有利である。
【産業上の利用可能性】
【００７２】
以上の説明から明らかなように、本発明による空間伝送用光結合システムは、例えばＸ線ＣＴ装置に好ましく適用することができる。
【符号の説明】
【００７３】
１００：空間伝送用光結合システム
２０：固定体
３０：回転体
３１：空洞
４０：発光光学系
４１：発光素子の駆動回路
４２：発光素子（例えば、レーザダイオードＬＤ）
４３：光ファイバ増幅器
４４：光分波器
５０：受光光学系
５１：光合波器
５２：光ファイバ増幅器
５３：受光素子
５４：受信回路
６０：コリメータ
６１：コリメータ本体
６２：シングルモードファイバ
６３：凸レンズ
６５：出射用平行ビームコリメータ
６８：受光用平行ビームコリメータ
７，７１，７２・・・：プリズム
８１：送信データ
８２：受信データ
【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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【図７】
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【図８】
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