(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を案内する弓形の複数の第１の管部分（３）を有し、この複数の第１の管部分（３）が第１の管状装置（１８）を構成するように配置され、更に第１の光信号の発生のための少なくとも１つの第１の送信器（５）と第１の光信号の受信のための少なくとも１つの第１の受信器（１１）とを有し、第１の光信号が第１の送信器（５）から複数の第１の管部分（３）を介して第１の受信器（１１）に伝送可能であり、
少なくとも複数の第１の管部分（３）の一部において、第１の送信器（５）が、第１の光信号の伝送のための複数の第１の光ガイド（２６）を介して、複数の第１の管部分（３）の端面のうち第１の送信器（５）に向けられた側の端面に接続され、
複数の第１の光ガイドがそれぞれの端面（１４）の中央部において複数の第１の管部分（３）に接続されていることを特徴とする回転伝送装置。
【請求項２】
光を案内する弓形の複数の第２の管部分（４）を有し、この複数の第２の管部分（４）が第２の管状装置を構成するように配置され、複数の第１の管部分（３）および複数の第２の管部分（４）が互いに相対的に回転可能にかつ同軸状に配置され、第１の光信号が第１の送信器（５）から複数の第１および第２の管部分を介して第１の受信器（１１）に伝送可能である構成を有し、第２の光信号の発生のための少なくとも１つの第２の送信器（１６）と第２の光信号の受信のための少なくとも１つの第２の受信器（１３）とを有し、第２の光信号が第２の送信器（１６）から複数の第２および第１の管部分を介して第２の受信器（１３）に伝送可能である構成を有することを特徴とする請求項１記載の回転伝送装置。
【請求項３】
少なくとも複数の第２の管部分の一部において、第２の送信器が、第２の光信号の伝送のための複数の第２の光ガイドを介して、複数の第２の管部分の端面のうち第２の送信器に向けられた側の端面に接続されていることを特徴とする請求項２記載の回転伝送装置。
【請求項４】
複数の第２の光ガイドがそれぞれの端面の中央部において複数の第２の管部分に接続されていることを特徴とする請求項３記載の回転伝送装置。
【請求項５】
第１の光信号の発生のための複数の第１の送信器（５）を有し、複数の第１の管部分（３）の端面のうち複数の第１の送信器（５）に向けられた側の端面（１４）への第１の光信号の供給が行なわれるように、これらの第１の送信器（５）が配置されていることを特徴とする請求項１又は２記載の回転伝送装置。
【請求項６】
複数の第１の管部分（３）の端面のうち第１の送信器（５）に向けられた側の端面（１４）の中央部において第１の光信号の供給が行なわれることを特徴とする請求項５記載の回転伝送装置。
【請求項７】
第２の光信号の発生のための複数の第２の送信器（１６）を有し、複数の第２の管部分（４）の端面のうち第２の送信器（１６）に向けられた側の端面への第２の光信号の供給が行なわれるように、これらの第２の送信器（１６）が配置されていることを特徴とする請求項２又は５又は６記載の回転伝送装置。
【請求項８】
複数の第２の管部分の端面のうち複数の第２の送信器（１６）に向けられた側の端面の中央部において第２の光信号の供給が行なわれることを特徴とする請求項７記載の回転伝送装置。
【請求項９】
第１の受信器が、スプリッタ（１０）を介して、少なくとも２つの隣接配置された第１の管部分（３）に接続されていることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１つに記載の回転伝送装置。
【請求項１０】
第２の受信器が、光ガイドスプリッタを介して、少なくとも２つの隣接配置された第２の管部分（４）の端面のうちこの受信器に向けられた側の端面に接続されていることを特徴とする請求項２乃至９のいずれか１つに記載の回転伝送装置。
【請求項１１】
第１の受信器（１１）が第１の管部分（３）の１つにおける端面（１４）のほぼ中央部に配置されていることおよび／または第２の受信器（１３）が第２の管部分（４）の１つにおける端面のほぼ中央部に配置されていることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１つに記載の回転伝送装置。
【請求項１２】
複数の第１および／または第２の管部分が薄い壁厚を有することを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１つに記載の回転伝送装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は回転伝送装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
回転伝送装置は、例えば回転軸のような回転体から、例えば制御盤内にある制御要素のような静止体へのデータ伝送のために使用される。
【０００３】
通例の回転伝送装置の場合には、例えばスリップリングによりデータ伝送が行なわれる。
【０００４】
更に、回転部分から静止部分へのデータ伝送が光学的な信号伝送により行なわれる回転伝送装置も公知である。この場合には、回転軸の軸方向の回転中心に配置された送信器が、同様に軸方向中心に向かって配置された静止している受信器に光信号を送出する。しかしながら、このような通常のように構成されている光学式回転伝送装置は、回転軸が中空軸として構成されている場合は、信号伝送に適していない。なぜならば、送信器を回転軸の軸方向の回転中心に取り付けることができずないで回転中心の外側において中空軸に取り付けることになるので、回転軸が、したがって送信器が特定の回転角度位置を有するときにしか、すなわち同様に回転中心の外側に配置された受信器への伝送が可能になる特定の回転角度位置を有するときにしか、データ伝送が可能とならないからである。単一の送信器および単一の受信器を使用する場合には、一般に、回転軸の１回転当たりに、回転軸の特定の回転角度位置において１回のみデータ伝送が可能であり、すなわち、送信器から出射された光線が受信器によって受信可能であるように送信器と受信器とが軸方向において対向するときにのみ、データ伝送が可能である。
【０００５】
整理番号ＰＣＴ／ＥＰ２００７／０６１１８３による国際特許出願には、電気信号が光信号に変換されて、管の形で存在する中空の光ガイドを介して伝送される回転伝送装置が開示されている。これによって回転に伴うデータ伝送の間隙を光学的に克服することができる。光案内管の使用によって回転伝送装置の中心軸線と回転軸の通過が一致し、したがって回転伝送装置が回転軸上においてどの位置にも位置決め可能である。なぜならば、回転軸が回転伝送装置によって貫通され得るからである。受信器が光案内管の管端部においてあらゆる回転角において光信号を確実に受信することができるためには、光が管端面にわたって一様に分布しなければならない。したがって、管は定められた最小長を有しなければならない。なぜならば管の光入射点の放射角に依存して広がる光円錐が全てのすき間をできるだけふさぐべきことによる。光入射点から出発する光円錐ができるだけ触れ合うかもしくは部分的に重なり合うためには、管の直径が大きいほど、それだけ一層放射角が大きくなければならない。したがって、管の大きな直径（約４００ｍｍを上回る直径）の場合に、なおも管の容認できる長さを保証するためには、非常に多くの光入射点が必要とされる。
【０００６】
更に、大きな直径を有する光案内管の製造は非常に高価である。管は、一般に光透過性プラスチックまたはガラスからなる。大きな直径（約４００ｍｍを上回る）を有する光案内管を製造するためには、高価な射出成形材料が調製されなければならない。更に、それに相応して必要な大きな直径を有する薄い管を作製することは製造技術的に極めて困難である。入射および出射損失を小さく保つために、管の壁厚が送信もしくは受信結合点の直径に適合させられなければならない。しかし、これは一般に僅かのミリメートルである。大きな直径を有する管の場合に、これは技術的に実現することができず、相応に高い入射および出射損失が発生する。したがって、回転軸における光学的な信号伝送のために４００ｍｍの直径を上回る光案内管の使用は、非常に高い製造費用でもってしか可能でなく、高い入射および出射損失につながる。この場合に大きな直径を有する回転軸とは、４００ｍｍを上回る直径を有する回転軸であると理解される。
【０００７】
光ファイバが中空体として構成される回転伝送装置は公知である（例えば、特許文献１参照）。しかしながら、このような方法は、大きな直径を有する回転軸の場合に、例えば必要とされる非常に多数のファイバおよびそのために必要な光学的な接続技術のゆえに、実際において技術的に殆ど実現可能でない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】英国特許第１５８７５３１号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の課題は、大きな直径を有する回転軸において光学的な信号伝送を可能にしかつ回転軸に沿ったどの位置にも位置設定が可能である回転伝送装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この課題は、本発明によれば、回転伝送装置が光を案内する弓形の複数の第１の管部分を有し、この第１の管部分が第１の管状装置を成すように周方向に配置されていて、回転伝送装置が第１の光信号の発生のための少なくとも１つの第１の送信器と第１の光信号の受信のための少なくとも１つの第１の受信器とを有し、第１の光信号が第１の送信器から第１の管部分を介して第１の受信器に伝送可能である回転伝送装置によって解決される。
【００１１】
本発明の有利な実施形態は従属請求項からもたらされる。
【００１２】
この回転伝送装置が光を案内する弓形の複数の第２の管部分を有し、この第２の管部分が第２の管状装置を成すように周方向に配置されていて、第１の管部分および第２の管部分が互いに相対的に回転可能にかつ同軸に配置されていて、第１の光信号が第１の送信器から第１および第２の管部分を介して第１の受信器に伝送可能であり、回転伝送装置が第２の光信号の発生のための少なくとも１つの第２の送信器と第２の光信号の受信のための少なくとも１つの第２の受信器とを有し、第２の光信号が第２の送信器から第２および第１の管部分を介して第２の受信器に伝送可能であるならば有利であることが分かった。これによって第１及び第２の管状装置相互の双方向伝送が可能にされる。
【００１３】
更に、少なくとも第１の管部分の一部において、第１の送信器が、第１の光信号の伝送のための複数の第１の光ガイドを介して、第１の管部分の端面のうち第１の送信器に向けられた側の端面に接続されているならば有利であることが分かった。これによって、数個の管部分または全ての管部分において共通な１つの送信器を介して光信号を供給することが可能となる。
【００１４】
更に、複数の第１の光ガイドがそれぞれの端面の中央において第１の管部分に接続されているならば有利であることが分かった。これによって、管部分における光信号の最適で一様な広がりが保証される。
【００１５】
更に、少なくとも第２の管部分の一部において、第２の送信器が、第２の光信号の伝送のための複数の第２の光ガイドを介して、第２の管部分の端面のうち第２の送信器に向けられた側の端面に接続されているならば有利であることが分かった。これによって、回転伝送装置の一方の側の数個の管部分または全ての管部分において共通な１つの送信器を介して光信号を供給することが可能にとなる。
【００１６】
更に、複数の第２の光ガイドがそれぞれの端面の中央において第２の管部分に接続されているならば有利であることが分かった。これによって、管部分における光信号の最適で一様な広がりが保証される。
【００１７】
更に、回転伝送装置が第１の光信号の発生のための複数の第１の送信器を有し、第１の管部分の端面のうち第１の送信器に向けられた側の端面への第１の光信号の供給が行なわれるように、第１の送信器が配置されているならば有利であることが分かった。複数の送信器の使用によって、特に強い光信号が発生させられ、それによって伝送信頼性が高められる。
【００１８】
更に、第１の管部分の端面のうち第１の送信器に向けられた側の端面の中央において第１の光信号の供給が行なわれるならば有利であることが分かった。これによって、管部分における光信号の最適で一様な広がりが保証される。
【００１９】
更に、回転伝送装置が第２の光信号の発生のための複数の第２の送信器を有し、第２の管部分の端面のうち第２の送信器に向けられた側の端面への第２の光信号の供給が行なわれるように、第２の送信器が配置されているならば有利であることが分かった。多数の送信器の使用によって、特に強い光信号が発生させられ、それによって伝送信頼性が高められる。
【００２０】
更に、第２の管部分の端面のうち第２の送信器に向けられた側の端面の中央において第２の光信号の供給が行なわれるならば有利であることが分かった。これによって、管部分における光信号の最適な一様な広がりが保証される。
【００２１】
更に、第１の受信器が、ファイバスプリッタを介して、少なくとも２つの隣接配置された第１の管部分に接続されているならば有利であることが分かった。光信号が管部分の受信器側端面にわたって一様に分布していなくて、したがって端面に沿った光信号の信号強度が不均一である場合にも、受信器側のスプリッタの使用によって、あらゆる回転位置において確実な受信を保証することができる。
【００２２】
更に、第２の受信器が、光案内スプリッタを介して、少なくとも２つの隣接配置された第２の管部分の端面のうち受信器に向けられた側の端面に接続されているならば有利であることが分かった。光信号が管部分の受信器側端面にわたって一様に分布していなくて、したがって端面に沿った光信号の信号強度が不均一である場合にも、受信器側のスプリッタの使用によって、あらゆる回転位置において確実な受信を保証することができる。
【００２３】
更に、第１の受信器が複数の第１の管部分の１つにおける端面の周りの範囲内の中央に配置されていることおよび／または第２の受信器が複数の第２の管部分の１つにおける端面の周りの範囲内の中央に配置されているならば有利であることが分かった。双方向の実施形態の場合には、それぞれの管部分の受信器側端面の不均一な照射の場合にも確実な受信を保証するために、各側においてそれぞれの管部分端面のできるだけ中央に受信器を配置することが有利である。
【００２４】
更に、複数の第１および／または第２の管部分が薄い壁厚を有するならば有利であることが分かった。なぜならば、その場合には良好な光伝導性が与えられ、光信号の入射および出射が僅かのみの損失にて行なわれるからである。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】図１は本発明による光を案内する弓形の管部分の管状装置の概略図である。
【図２】図２は単方向伝送のための本発明の第１の実施例を示す概略図である。
【図３】図３は単方向伝送のための本発明による回転伝送装置の断面図である。
【図４】図４は双方向伝送のための本発明による回転伝送装置の実施例を示す概略図である。
【図５】図５は双方向伝送のための本発明による回転伝送装置の断面図である。
【図６】図６は光導波路を介する複数の管要素への送信器の結合例の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
本発明の２つの実施例を図面に示し、以下において詳細に説明する。
【００２７】
本発明よれば複数の管部分による光伝送が行なわれる。これらの管部分は簡単に低コストで製造可能であり、これらの管部分の光学的な特性は空間的なジオメトリによって条件付けられて良好に制御可能である。
【００２８】
図１には、複数の第１の管部分により構成された管状装置１８が示されている。図の見易さのために、１つの第１の管部分３にのみ符号が付されている。管部分は弓形の空間ジオメトリを有する。これら複数の管部分から、間隙を考慮して周方向に並べ、近似的に１つの管を組み立てることができる。これらの管部分は空間的に湾曲させられた矩形の要素として構成されているのが好ましい。これによって、僅かの管部分（例えば３〜３０個の管部分）のみにより、大きな直径を有する回転軸の場合にも管状装置を実現し、そのようなやり方で大きな直径を有する回転軸の場合にも光伝送を可能にすることができる。これらの管部分はこの実施例では薄く、すなわち、管部分の壁厚は高さＨおよび幅Ｗに比べて小さい。壁厚は一般に僅かのミリメートル（例えば１０ミリメートル）より小さいので、光信号を高効率にて入射および出射させ、光を良好に導くことができる。個々の管部分は、間隙１５、特に空隙によって互いに分離されている。図の見易さのために図１には１つの間隙１５にのみ符号が付されている。複数の第１の管部分は支持要素によって相互に、かつ第１のプリント回路基板７に接続されている。図の見易さのために１つの支持要素９にのみ符号が付されている。複数の第１の管部分は、そのようなやり方で複数の支持要素により光案内をする管状装置１８として構成されている。第１のプリント回路基板７上には光信号発生のために複数の第１の送信器が配置されている。第１の送信器は、第１の管部分の端面のうち第１の送信器に向けられた側の端面への光信号の供給が行なわれるように配置されている。図１には、図の見易さのために、１つの第１の送信器５および複数の第１の管部分の端面のうちその第１の送信器５に向けられた側の端面１４にのみ符号が付されている。双方向伝送の場合には、第１のプリント回路基板７上に付加的に第２の受信器１３が複数の第１の管部分内の一つの端面の中央部に配置されている。単方向伝送の場合、第２の受信器１３は存在しない。
【００２９】
図２には、概略図の形で単方向伝送の場合における伝送原理が示されている。この場合に同じ要素には図１におけると同じ符号が付されている。図２には、図１による管状装置の一部分が１つの平面に投影されて示されている。
【００３０】
複数の第１の管部分のそれぞれには第１の送信器が付設されているが、図の見易さのために１つの第１の送信器５および１つの第１の管部分３のみに符号が付されている。この場合に、個々の第１の管部分への光供給は、各第１の管部分に付設された第１の送信器を介して行なわれる。第１の送信器は、図２に示されているように、それぞれの第１の管部分の送信器側端面の中央に配置されているのが好ましい（距離ａ参照）。これによって、第１の管部分の受信器側端面への一様な照射が保証される。
【００３１】
破線にて図２に模範的に光信号が伝送される照射範囲１２が示されている。回転伝送装置の他方の側では第１の受信器１１が第２のプリント回路基板８上に配置されている。受信器１１は、第１の送信器によって発生させられた光信号の受信のために用いられる。この場合に理想的には、受信器側において管部分の端面が完全に照射されるように、管部分の空間的な大きさが選ばれる。しかし実際にはこれはしばしば、例えば構造的条件により可能でない。照射範囲１２は、図２に示されているように実際には第１の管部分の端面の長さよりも若干小さくすることができる。そうでなければ第１の管部分の相応して選ばれた幅の広い照射の場合には、第１の管部分の横の縁部２１において反射が生じる。その結果、照射による光信号が管部分の受信器側端面においてもはや均質でなく、特に縁部においてしばしば光信号が少ない。それにもかかわらず良好な確実な伝送を保証するためには、第１の受信器が同時に２つの隣接する管部分の照射範囲を包含するように第１の受信器を相応に大きくすることができる。そうでなければ、図２に示されているように、通常の市販の受信器１１を使用し、この実施例ではファイバスプリッタとして構成されているスプリッタ１０を介して、第１の受信器１１が同時に２つの隣接する第１の管部分から信号を受信するとよい。この場合に、ファイバスプリッタの両開放端部は、２つの隣接する管部分において確実な照射が保証されている範囲内に両開放端部が存在するように配置される。場合によっては、２つよりも多い隣接管部分からの光信号を、例えば３つの部分に分かれているスプリッタを介して取り出して第１の受信器１１に導くこともできる。注目すべきは、この実施例では、第２のプリント回路基板８、第１の受信器１１ならびにファイバスプリッタ１０が位置が固定された固定子を構成し、第１の送信器、第のプリント回路基板７、支持要素ならびに複数の管部分が回転軸と共に回転する回転子を構成していることである。しかしながら、これは必ずしもそうである必要はなく、まさにその逆であってもよい。
【００３２】
図３には、単方向伝送の場合における本発明による回転伝送装置の概略的な断面図が示されている。図３は図１および図２におけると同じ符号を用いている。この回転伝送装置は回転対称の内側ハウジング１を有し、この内側ハウジング１に第１のプリント回路基板７が配置されている。更に、この回転伝送装置は静止している外側ハウジング２を有し、外側ハウジング２には第２のプリント回路基板８が配置されている。この回転伝送装置の回転軸線には符号２０が付されている。内側ハウジング１は動作時に軸２４に対して回転しないように強固に固定されている。この軸は回転伝送装置を貫通し、直径Ｄを有する。したがって、この回転伝送装置は回転軸に沿ったあらゆる任意の位置に位置決め可能である。図の見易さのために図には本発明の理解のために重要な構成要素しか示されていない。
【００３３】
図４には双方向伝送のための回転伝送装置の実施形態が示されている。
【００３４】
双方向伝送の実現のために、送信器および受信器と共に管部分からなる図１に示された第１の管状装置が２倍に必要となる。したがって回転伝送装置は複数の弓形の第２の光案内管部分を有する。図の見易さのために、１つの第２の管部分４にのみ符号が付されている。複数の第２の管部分は図１におけると同様に配列されて第２の管状装置を成し、図１におけると同一に構成されている。複数の第１の管部分および複数の第２の管部分は互いに相対的に回転可能にかつ同軸に配置されている。第１の光信号は第１の送信器（１つの第１の送信器５にのみ符号が付されている。）から第１および第２の管部分を介して第１の受信器１１に伝送される。反対方向への伝送のためにこの回転伝送装置は第２の送信器を有し、図の見易さのために、図４においては１つの第２の送信器１６にのみ符号が付されている。この第２の送信器は、第２の光信号を発生する。更に、この回転伝送装置は第２の光信号の受信のために第２の受信器１３を有する。第２の光信号は第２の送信器から第２および第１の管部分を介して第２の受信器１３に伝送される。
【００３５】
第１の送信器から第１の受信器１１への光信号伝送の場合における管部分の照射範囲が図４に示されている。既に図２において説明したのと同様のことが双方向の実施形態の場合にも起こり、これは管部分における側面部２３において反射を発生し、この反射が縁部において管部分の受信器側端面の不完全な照射をもたらす。したがって、非常に高い伝送確実性を保証するためには、第１の受信器１１を第１の管部分の端面中央の周りの範囲に配置し、第２の受信器１３を第２の管部分の端面のほぼ中央部に配置することが有利である。これらの受信器は、このようなやり方で送信器の近くに配置される。
【００３６】
図５には概略的な断面図の形で双方向の信号伝送用の場合の回転伝送装置が示されている。図４および図３におけると同じ要素には同じ符号が付されている。図５による実施例において、第１の管部分は内側ハウジング１および回転軸２４と共に回転するのに対して、第２の管部分は外側ハウジング２および第２の送信器１６と共に固定子を成し、位置固定されて配置されている。
【００３７】
図１乃至図５による本発明の構成において、各管部分は付設の送信器によって照射され、そのようなやり方で光信号が管部分に供給される。これはかなり多くの送信器が必要となるという欠点を有する。送信器を節減するためには、図６に概略的に示されている実施形態にしたがって、極端な場合には唯一の第１の送信器５しか存在しなくてもよく、第１の送信器５によって発生させられた光信号が複数の第１の光ガイド２６を介して複数の第１の管部分に供給される。第１の送信器５は、このために、第１の光信号の伝送のための複数の第１の光ガイド２６を介して、複数の第１の管部分の端面のうち第１の送信器に向けられた側の端面に接続されている。管部分の均質で対称な照射を保証するためには、図６に示されているように、第１の光ガイドをそれぞれの端面の中央において第１の管部分に接続することが有利である。１つのみの送信器を使用する場合に送信強度が十分でないならば、２つ以上の第１の送信器を使用し、これらを複数の第１の光導波路を介して複数の第１の管部分に接続してもよい。このようなやり方で、少なくとも第１の管部分の一部において（必ずしも全ての第１の管部分においてではなくて）、第１の送信器が、第１の光信号の伝送のための複数の第１の光ガイドを介して、複数の第１の管部分の端面のうち第１の送信器に向けられた側の端面に接続されている。
【００３８】
複数の第１の管部分に関して複数の第１の光ガイド２６を有する本発明の図６に示された構成と同様に、複数の第２の管部分に関しても、１つまたは複数の第２の送信器を介する多数の第２の光ガイドによる供給を行なうこともできる。
【００３９】
本発明は４００ｍｍ以下の直径を有する回転軸の場合にも使用可能である。
【符号の説明】
【００４０】
１          内側ハウジング
２          外側ハウジング
３          第１の管部分
４          第２の管部分
５          第１の送信器
７          第１のプリント回路基板
８          第２のプリント回路基板
９          支持要素
１０        スプリッタ
１１        第１の受信器
１２        照射範囲
１３        第２の受信器
１４        第１の管部分の端面
１５        間隙
１６        第２の送信器
１８        管状装置
２０        回転軸線
２１        横の縁部
２３        側面部
２４        回転軸
２６        光ガイド
【図１】
0004901902.tif 000002
【図２】
0004901902.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
0004901902.tif 000007