(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定部に対して回転軸を介して回転自在に支持され、目標方向に指向されて目標との間で光の伝送を可能とする回転部と、
前記固定部と前記回転部との間に架設されて配置され、前記回転軸上の第１の光路、前記回転軸に対して平行に位置する２本の第２の光路、及び一端が前記第１の光路の両端にそれぞれ結合され、他端が前記２本の第２の光路の端部に結合されて前記第１の光路と前記２本の第２の光路とを線状に結合する２本の第３の光路を有した光受信部あるいは光送信部に光連結される複数の光学系と、
この複数の光学系の前記第１の光路の一方の端部に結合される前記第２及び第３の光路を、前記回転軸回りに回転させて前記光受信部あるいは光送信部への光の伝送を行う光学系駆動部と、
を具備することを特徴とする光ロータリジョイント。
【請求項２】
複数の光学系は、少なくともパラレル配置される前記回転部に支持された第１の４５°反射ミラーと、前記固定部に支持された前記光学系駆動部により回転駆動される第２の４５°反射ミラーとを備えていることを特徴とする請求項１記載の光ロータリジョイント。
【請求項３】
前記複数の光学系には、さらに前記固定部に光透過性支持部材を用いてパラレル配置される一対の第３及び第４の４５°反射ミラーが設けられることを特徴とする請求項２記載の光ロータリジョイント。
【請求項４】
前記光学系駆動部は、外輪歯車が前記回転部に設けられ、太陽歯車が前記固定部に設けられ、前記太陽歯車の歯数をＺ１とし、遊星歯車の太陽歯車側の歯車の歯数をＺ２とし、該遊星歯車の外輪歯車側の歯車の歯数をＺ３とし、前記外輪歯車の歯数をＺ４とすると、（Ｚ４×Ｚ２）/（Ｚ３×Ｚ１）＝１の減速比の歯車列を有する遊星歯車機構で構成したことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか記載の光ロータリジョイント。
【請求項５】
前記遊星歯車は、回転軸が遊星キャリアに支持されることを特徴とする請求項４記載の光ロータリジョイント。
【請求項６】
前記遊星歯車機構の遊星キャリアには、前記複数の光学系の光路を構成する光挿通孔が設けられることを特徴とする請求項４又は５記載の光ロータリジョイント。
【請求項７】
前記複数の光学系には、前記固定部側において、光軸を前記回転軸に対して平行に調整するための光軸調整部が設けられることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか記載の光ロータリジョイント。
【請求項８】
前記固定部は、飛翔体に搭載されることを特徴する請求項１乃至７のいずれか記載の光ロータリジョイント。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、例えば航空機等の飛翔体を含む移動体に搭載されて光を目標物体に照射して、外部からの光を受光して分析する赤外線撮像装置等のレーザレーダシステムや光通信システムにおける外部に光を送信あるいは外部からの光を受信する光照準装置等に用いられる光ロータリジョイントに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、この種の光ロータリジョイントとしては、固定部に可動部である回転部を回転軸を介して回転自在に設けて、この回転部から光を目標方向に送信し、目標方向からの光を受信して目標を定めるために、少なくとも送信光と受信光の２種類の光を照準させるように構成されている。このような送信光及び受信光の２種類の光を、目標方向に送信して、目標からの光を受信する照準構成としては、小形化を確保するために、対物レンズの中心部に貫通孔を設けて、例えば送信光を、対物レンズの貫通孔を通して目標方向に送信し、目標からの光を、対物レンズの周囲部位を利用して受信する構成のものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００４−１７０３５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記光ロータリジョイントでは、その構成上、送信光の一部が迷光となり、受信光に入り込んで、受信光の明るさが変化されるために、信号処理系が複雑となるという問題を有する。
【０００４】
この発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、構成簡易にして、小形化の促進を図り得、且つ、複数の光の高品質な伝送を実現して高精度な照準を実現し得るようにした光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】
【０００５】
この発明は、固定部に対して回転軸を介して回転自在に支持され、目標方向に指向されて目標との間で光の伝送を可能とする回転部と、前記固定部と前記回転部との間に架設されて配置され、前記回転軸上の第１の光路、前記回転軸に対して平行に位置する２本の第２の光路、及び一端が前記第１の光路の両端にそれぞれ結合され、他端が前記２本の第２の光路の端部に結合されて前記第１の光路と前記２本の第２の光路とを線状に結合する２本の第３の光路を有した光受信部あるいは光送信部に光連結される複数の光学系と、この複数の光学系の前記第１の光路の一方の端部に結合される前記第２及び第３の光路を、前記回転軸回りに回転させて前記光受信部あるいは光送信部への光の伝送を行う光学系駆動部とを備えて光ロータリジョイントを構成した。
【０００６】
上記構成によれば、複数の光学系は、それぞれ回転部の回転に同期して回転軸に直交する光路が、光学系駆動部により回転駆動されることにより、各光が回転部の回転軸の軸上の異なる位置にある光路を通って回転部と固体部との間の光伝送が独立して行われる。
【０００７】
これにより、複数の光学系により、相互間に迷光が混入したりすることなく、複数の高品質な光の同時伝送を、回転部の回転軸に対して平行な複数本の光通過路を備えることなく、実現することが可能となり、小形化の促進を図ることが可能となる。また、複数の高品質な光の同時伝送を行うことが可能となることにより、簡便にして容易な信号処理を実現したうえで、高精度な照準を実現することが可能となる。
【発明の効果】
【０００８】
以上述べたように、この発明によれば、構成簡易にして、小形化の促進を図り得、且つ、複数の光の高品質な伝送を実現して高精度な照準を実現し得るようにした光ロータリジョイントを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、この発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１０】
図１は、この発明の一実施の形態に係る光ロータリジョイントを示すもので、固定部を構成するベース部１０は、例えば航空機等の飛翔体に搭載され、回転部を構成する回転体１１が駆動部１２を介して回転軸回りに回転自在に組付けられている。そして、この回転体１１の内壁には、例えば第１及び第２の光学系を構成する、光学素子、例えば第１の４５°反射ミラー１３が、２個回転軸の軸方向に所定の間隔を有して取付け配置されている（図２及び図３参照）。
【００１１】
上記ベース部１０には、光学系駆動部を構成する第１及び第２の遊星歯車機構１４，１５が上記第１の４５°反射ミラー１３に対応して回転軸と同軸的に所定の間隔を有して配置されている。この第１の遊星歯車機構１４は、例えば同様に図４及び図５に示すように太陽歯車１４１が上記ベース部１０に設けられた貫通孔１０１の周囲に回転自在に配置され、その外輪歯車１４２が回転体１１に設けられている。ここで、ベース部１０の貫通孔１０１は、上記回転体１１の回転軸と同軸上に配置されている。
【００１２】
他方の第２の遊星歯車機構１５は、太陽歯車１５１が後述する光透過性支持部材１６の先端部に回転自在に設けられ、その外輪歯車１５２が上記回転体１１に上記第１の遊星歯車機構１４の外輪歯車１５２に対して軸方向に所定の間隔を有して設けられている。上記光透過性支持部材１６は、光透過性材料で例えば筒状に形成され、上記回転体１１内に内挿された状態で、その基端部が上記ベース部１０に支持されており、その内部から外部（外部から内部）に光を透過させる。
【００１３】
上記第１の遊星歯車機構１４の遊星キャリア１４３は、ベース部１０に支持され、その一部が上記光透過性支持部材１６の基端部に取付けられている。そして、この遊星キャリア１４３には、遊星歯車１４４の回転軸が取付けられる。この遊星歯車１４４は、太陽側歯車１４４ａが方向変換用歯車１４４ｃを介して上記太陽歯車１４１に噛合され、その外輪側歯車１４４ｂが上記外輪歯車１４２に噛合されている。この第１の遊星歯車機構１４の所定の遊星キャリア１４３には、第２の光学系の光路を構成する貫通孔１４３ａが設けられ、この貫通孔１４３ａに対応して上記光透過性支持部材１６の基端部には、光路を構成する貫通孔１６１がそれぞれ形成されている。
【００１４】
また、上記光透過性支持部材１６には、その先端部に取付部１６２が設けられ、この取付部１６２には、上記第２の遊星歯車機構１５の遊星キャリア１５３が取付けられている。この遊星キャリア１５３には、遊星歯車１５４が取付けられている。この遊星歯車１５４は、太陽側歯車１５４ａが方向変換用歯車１５４ｃを介して上記太陽歯車１５１に噛合され、その外輪側歯車１５４ｂが上記外輪歯車１５２に噛合されている。この第２の遊星歯車機構１５の太陽歯車１５１は、光透過性支持部材１６の取付部１６２に回転自在に支持された状態で、上記回転体１１の回転軸と同軸上に配置される。
【００１５】
上記第１の遊星歯車機構１４の太陽歯車１４１には、第１の光学系を構成する第２の４５°反射ミラー１７が上記第１の４５°反射ミラー１３に対向して回転体１１の回転軸上のベース部１０に回転自在に支持されて、回転軸と直交する軸方向にパラレル配置される。そして、この第２の４５°反射ミラー１３は、その回転軸上の光路に光送信部１８が、例えばウエッジ板等で構成される光調整部１９を介して光結合されている。この光軸調整部１９は、ベース部１０に配置され、その調整操作により、光軸を回転軸に対して平行に可変調整して光受信部１８に対する光軸調整を実行する。
【００１６】
また、上記光透過性支持部材１６には、その中間部にミラー配置部１６３が設けられ、このミラー配置部１６３には、第２の光学系を構成する第３及び第４の４５°反射ミラー２０，２１が上記回転軸に対して直交する軸上にパラレル配置される。このうち第４の４５°反射ミラー２１の反射光路は、例えば光受信部２２が、ウエッジ板等で構成される光軸調整部２３を介して光結合される。光軸調整部２３は、ベース部１０に配置され、その調整操作により、光軸を回転軸に対して平行に可変調整して光受信部２２に対する光軸調整を実行する。
【００１７】
さらに、上記光透過性支持部材１６内には、第２の光学系を構成する第２の４５°反射ミラー１７が、上記第３の４５°反射ミラー１３の回転軸方向の光路上に上記第２の遊星歯車機構１５の太陽歯車１５１に支持されて配置されている。この第２の４５°反射ミラー１７は、その回転軸と直交する光路上には、上記回転体１１内に配置された第１の４５°反射ミラー１３が光透過性支持部材１６を挟んで対向配置されており、上記第２の遊星歯車機構１５の太陽歯車１５１に同期して回転軸回りに回転駆動されて上記回転体１１に配した第１の４５°反射ミラー１３に対向されて光路を形成する。
【００１８】
上記第１及び第２の遊星歯車機構１４，１５は、各太陽歯車１４１，１５１の歯数をＺ１とし、遊星歯車１４４，１５４の太陽歯車側歯車１４４ａ，１５４ａの歯数をＺ２とし、該遊星歯車１４４，１５４の外輪歯車側歯車１４４ｂ、１５４ｂの歯数をＺ３とし、前記外輪歯車１４２，１５２の歯数をＺ４とすると、例えば（Ｚ４×Ｚ２）/（Ｚ３×Ｚ１）＝１の減速比の歯車列に設定される。これにより、第１及び第２の遊星歯車機構１４，１５は、駆動部１２による回転体１１の回転に応動して太陽歯車１４１，１５１が等速で回転駆動することが可能となる。この結果、第１及び第２の遊星歯車機構１４，１５は、回転体１１が回転駆動されると、第２の４５°反射ミラー１７をそれぞれ等速で回転駆動して、光透過性支持部材１６を通して上記回転体１１と一体的に回転する第１の４５°反射ミラー１３との光の導光を可能とする。
【００１９】
上記構成において、駆動部１２が図示しない回転制御部を介して駆動されて回転体１１が回転駆動されて目標方向に指向される。この回転体１１の回転駆動に連動して第１及び第２の遊星歯車機構１４，１５は、その各外輪歯車１４２，１５２が同方向に回転され、遊星歯車１４４，１５４を介して太陽歯車１４１，１５１に回転力が伝達されて同方向に回転駆動される。
【００２０】
これにより、第１の遊星歯車機構１４は、第１の光学系を構成する第１の４５°反射ミラー１３が回転体１１と共に回転されると、その回転力により太陽歯車１４１が外輪歯車１４２、遊星歯車１４４を介して回転されて、第２の４５°反射ミラー１７を同期して回転駆動させて光路を構成する。これにより、光送信部１８から送信された光は、光調整部１９を通った後、太陽歯車１４１と同期して回転体１１と等速で回転する第２の４５°反射ミラー１７に導光され、先ず、回転軸と直交する方向に反射される。
【００２１】
この第２の４５°反射ミラー１７で反射された光は、光透過性支持部材１６を透過し、第１の４５°反射ミラー１３に導光されて回転軸と平行な軸に反射される。この第１の４５°反射ミラー１３で反射された光は、第２の遊星歯車機構１５の外輪歯車１５２に設けた貫通孔１５２ａを通して目標方向に送信される。
【００２２】
一方、第２の遊星歯車機構１５は、第２の光学系を構成する第１の４５°反射ミラー１３が回転体１１と共に回転されると、その回転力により太陽歯車１５１が、外輪歯車１５２、遊星歯車１５４を介して回転されて、第２の４５°反射ミラー１７を同期して回転駆動させ、第２の光路を構成する。これにより、目標からの光は、外輪歯車１５２に設けた貫通孔１５２ｂを通り、回転体１１と同期して回転する第１の４５°反射ミラー１３に導光されて、先ず、回転軸と直交する方向に反射される。
【００２３】
この第１の４５°反射ミラー１３で反射された光は、次に、光透過性支持部材１６を透過して太陽歯車１５１と同期して回転する第２の４５°反射ミラー１７に導光されて回転軸上に反射される。この第２の４５°反射ミラー１７で反射された光は、第３の４５°反射ミラー２０で回転軸と直交する方向に反射された後、第４の４５°反射ミラー２１で回転軸と平行な軸方向に反射され、第１の遊星歯車機構１４の遊星キャリア１４３の貫通孔１４３ａを通り、光調整部２３を介して光受信部２２に導光される。
【００２４】
このように、上記光ロータリジョイントは、回転自在に組合わせたベース部１０及び回転体１１間に回転軸上の異なる位置を通過する光路を有した第１及び第２の光学系を配して、この第１及び第２の光学系の回転軸と直交する光路を、それぞれ回転体１０の回転に同期させて独立に回転させることで、ベース部１０と回転体１１との間において、異なる光の光路を形成するように構成した。
【００２５】
これによれば、第１及び第２の光学系により、伝送される光は、回転体１１の回転に同期して回転軸上の異なる位置にある光路を通って回転体１１とベース部１０との間の光伝送を、独立して行うことが可能となり、相互間に迷光が混入したりすることなく、高品質な光の同時伝送を、ベース部１０と回転体１１との間の光通過路を回転軸に対して平行な複数を備えることなく、実現することが可能となる。この結果、装置の小形化の促進を図ることが可能となり、しかも、複数の高品質な光の同時伝送を行うことが可能となることにより、簡便にして容易な信号処理を実現したうえで、高精度な照準を実現することができる。
【００２６】
なお、上記実施の形態では、回転体１１の回転に同期して回転軸と直交する光路を回転させる光学系駆動部を第１及び第２の遊星歯車機構１４，１５を用いた機械的同期方式を用いた場合について説明したが、これに限ることなく、その他、例えば図６及び図７に示すように図駆動モータ等を用いた電気的同期方式を用いて構成することも可能である。但し、図６及び図７の説明においては、上記図１乃至図３と同一部分について、同一符号を付してその詳細な説明を省略する。
【００２７】
この実施の形態では、図６に示すように上記ベース部１０に設けた回転軸と同軸的に形成した貫通孔１０１の周囲に光学系駆動部として駆動モータを含むミラー駆動部３０が、上記第１の遊星歯車機構１４に代えて回転自在に配されている。そして、このミラー駆動部３０の回転軸上には、上記第１の光学系を構成する第２の４５°反射ミラー１７が、上記回転体１１に配した第１の４５°反射ミラー１３と回転軸と直交する光路を形成するように取付けられる。
【００２８】
また、上記光透過性支持部材１６の先端部の取付部１６２には、同様に駆動モータを含むミラー駆動部３１が、上記第２の遊星歯車機構１５に代えて回転軸上に回転自在に配されている。そして、このミラー駆動部３１には、上記第２の光学系を構成する第２の４５°反射ミラー１７が、上記回転体１１に配した第１の４５°反射ミラー１３に対して回転軸と直交する光路を形成するように取付けられる。この第２の光学系においては、さらに上記光透過支持部材１６のミラー配置部１６３に同様に上記第３及び第４の４５°反射ミラー２０，２１が上記ミラー駆動部３１に支持された第２の４５°反射ミラー１７の他方の光路に対向されて順に配置される。
【００２９】
上記ミラー駆動部３０（３１）は、同様に図７に示すようにミラー駆動制御部３２を介して指向制御用の回転駆動制御部３３に接続されている。この回転駆動制御部３３は、指令情報に基づいて上記駆動部１２を駆動して回転体１１を目標方向に指向すると共に、上記ミラー駆動制御部３２に同期信号を出力する。ミラー駆動制御部３２は、同期信号に基づいて上記ミラー駆動部３０（３１）を回転体１１と等速で駆動制御し、回転軸上の異なる位置に配した第１及び第２の４５°反射ミラーをそれぞれ回転軸回りに回転させて、独立に回転軸と直交する光路を形成して光伝送を実行する。
【００３０】
また、上記各実施の形態では、第１及び第２の光学系の２系統の光路を回転体１１の回転軸上の異なる２位置を通過させて２系統の光伝送を行うようにした、いわゆる２チャンネルの光伝送構成に適用した場合について説明したが、これに限ることなく、その他、例えば図８及び図９に示すように４系統の光伝送を行うように構成することも可能である。但し、図８及び図９の実施の形態においては、上記図１乃至図５と同一部分については、同一符号を付して、その説明を省略する。
【００３１】
即ち、４系統の光学系を構成する実施の形態では、例えば上述したように第１乃至第４の４５°反射ミラー１３，１７，２０，２１を光路上に配して構成した第２の光学系上に、さらに、同様に上記第１乃至第４の４５°反射ミラー１３，１７，２０，２１を用いて回転軸上の異なる位置を通過する光路を有する第３及び第４の光学系を、積重状に配置することで構成される。
【００３２】
この実施の形態においても、同様に第３及び第４の光学系を構成する第２の４５°反射ミラー１７は、それぞれ光学系駆動部として、例えば第３及び第４の遊星歯車機構３４，３５を用いて上記回転体１１と同期して等速で回転して回転軸と直交する光路を形成するように構成される（図８参照）。
【００３３】
ここで、この第１乃至第４の光学系は、例えば、その第１及び第２の光学系が光送信系として使用に供され、他の第３及び第４の光学系が光受信系として使用に供される。
【００３４】
上記構成により、４系統の光学系は、回転体１１が駆動部１２を介してベース部１０に対して回転軸回りに回転駆動されると、その回転に同期して４個の第１の４５°反射ミラー１３が回転される。同時に、４個の第２の４５°反射ミラー１７が第１乃至第４の遊星歯車機構１４，１５，３４，３５により、等速で回転駆動される。これにより、４系統の光は、それぞれ第１乃至第４の４５°反射ミラー１３，１７，２０，２１を経由して独立に光の伝送が行われる。
【００３５】
また、図８及び図９の実施の形態においても、光学系駆動部として第１乃至第４の遊星歯車機構１４，１５，３４，３５を用いて機械的に制御するように構成した場合について説明したが、これに限ることなく、その他、上記図６及び図７の実施の形態で説明した駆動モータを備えたミラー駆動部３０，３１を用いた光学系駆動部を備えて第２の４５°反射ミラー１７を回転体１１の回転に同期して回転駆動するように構成することも可能である。
【００３６】
さらに、上記各実施の形態では、光学素子として、４５°反射ミラーを組合わせて光学系を構成した場合について説明したが、この組合わせ構成に限ることなく、構成可能である。
【００３７】
また、上記実施の形態では、２系統及び４系統の光伝送を行うように構成した場合について説明したが、これに限ることなく、３系統以上の光伝送を同期して伝送し得るように構成することが可能である。
【００３８】
よって、この発明は、上記実施の形態に限ることなく、その他、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々の変形を実施し得ることが可能である。さらに、上記実施の形態には、種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組合せにより種々の発明が抽出され得る。
【００３９】
例えば実施の形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題が解決でき、発明の効果で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】この発明の一実施の形態に係る光ロータリジョイントの要部を破断して示した斜視図である。
【図２】図１の配置構成を説明するために示した構成図である。
【図３】図１の光学系を示した光路図である。
【図４】図１の遊星歯車機構の噛合構成を示した配置図である。
【図５】図１の遊星歯車機構の外観構成を示した斜視図である。
【図６】この発明の一実施の形態に係る光ロータリジョイントの要部を破断して示した斜視図である。
【図７】図６のミラー駆動系の構成を示したブロック図である。
【図８】この発明の他の実施の形態に係る光ロータリジョイントの構成を説明するために示した構成図である。
【図９】図８の光学系を示した光路図である。
【符号の説明】
【００４１】
１０…ベース部、１０１…貫通孔、１１…回転体、１２…駆動部、１３…第１の４５°反射ミラー、１４、１５…第１及び第２の遊星歯車機構、１４１，１５１…太陽歯車、１４２，１５２…外輪歯車、１５２ａ…貫通孔、１４３，１５３…遊星キャリア、１４３ａ…貫通孔、１４４，１５４…遊星歯車、１４４ａ，１５４ａ…太陽側歯車、１４４ｂ，１５４ｂ…外輪側歯車、１６…光透過性支持部材、１６１…貫通孔、１６２…取付部、１６３…ミラー配置部、１７…第２の４５°反射ミラー、１８…光送信部、１９…光調整部、２０…第３の４５°反射ミラー、２１…第４の４５°反射ミラー、２２…光受信部、２３…光調整部、３０，３１…ミラー駆動部、３２…ミラー駆動制御部、３３…回転駆動制御部、３４，３５…第３及び第４の遊星歯車機構。
【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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【図９】
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