(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定部材と；
所定の軸を回転中心軸にして前記固定部材に対し回転自在に設けられている回転部材と；
固定子が前記固定部材に設けられ、回転子が前記回転部材に設けられ、前記回転部材を回転駆動するダイレクト駆動モータと；
電磁誘導によって前記固定部材と前記回転部材との間で電力を伝送する電力伝送手段と；
前記固定部材に設けられている固定部材側構成部品と、前記回転部材に設けられている回転部材側構成部品とを備えて構成されており、前記固定部材側構成部品と前記回転部材側構成部品とが相互に非接触であり、前記回転中心軸およびこのごく近傍で光を通過させることにより、前記回転部材から前記固定部材に信号を伝達する第１の信号伝達手段と；
前記固定部材に設けられている固定部材側構成部品と、前記回転部材に設けられている回転部材側構成部品とを備えて構成されており、前記固定部材側構成部品と前記回転部材側構成部品とが相互に非接触であり、前記回転中心軸近傍であって前記第１の信号伝達手段で光が通過する部位の外側で光を通過させることにより、前記固定部材から前記回転部材に信号を伝達する第２の信号伝達手段と；
を有し、
前記固定部材と前記回転部材と前記ダイレクト駆動モータと前記電力伝送手段を構成する構成部品とは、中空状に形成されており、前記回転中心軸およびこの回転中心軸のまわりに前記中空部が位置しており、
前記第１の信号伝達手段は、前記回転部材に設けられた発光部と、前記固定部材に設けられた受光部と、一端部が前記発光部側に設けられ他端部が前記受光部側に設けられ前記回転中心軸に沿って中空部を通り細長く延びている導光管とを備え、
前記第２の信号伝達手段は、前記固定部材に設けられた発光部と、前記回転部材に設けられた受光部とを備えており、前記発光部が発した光が前記導光管のまわりに存在する前記中空部を通って前記受光部まで到達する構成であり、
前記第１の信号伝達手段を構成する発光部は、前記回転中心軸から僅かにはずれたところで前記回転部材に設けられており、前記第１の信号伝達手段を構成する受光部は、前記回転中心軸の延長上で前記固定部材に設けられており、前記第２の信号伝達手段を構成する受光部は、前記回転中心軸に対して前記第１の信号伝達手段を構成する発光部とほぼ対称な位置で、前記回転部材に設けられており、前記導光管は、前記固定部材側では前記回転中心軸とほぼ一致して延びており前記回転部材側では前記回転中心軸から前記第１の信号伝達手段を構成する発光部側に僅かにずれて延びている構成であることを特徴とするロータリジョイント。
【請求項２】
請求項１に記載のロータリジョイントにおいて、
前記第２の信号伝達手段を構成する発光部が発光する光が透過する材料で構成され、前記電力伝送手段を構成する構成部品のうちで前記回転部材に設けられた構成部品に設けられ、前記回転中心軸に沿って前記導光管を貫通させて前記導光管を保持している導光管保持部材を有することを特徴とするロータリジョイント。
【請求項３】
固定部材と；
所定の軸を回転中心軸にして前記固定部材に対し回転自在に設けられている回転部材と；
固定子が前記固定部材に設けられ、回転子が前記回転部材に設けられ、前記回転部材を回転駆動するダイレクト駆動モータと；
電磁誘導によって前記固定部材と前記回転部材との間で電力を伝送する電力伝送手段と；
前記固定部材に設けられている固定部材側構成部品と、前記回転部材に設けられている回転部材側構成部品とを備えて構成されており、前記固定部材側構成部品と前記回転部材側構成部品とが相互に非接触であり、前記回転中心軸およびこのごく近傍で光を通過させることにより、前記回転部材から前記固定部材に信号を伝達する第１の信号伝達手段と；
前記固定部材に設けられている固定部材側構成部品と、前記回転部材に設けられている回転部材側構成部品とを備えて構成されており、前記固定部材側構成部品と前記回転部材側構成部品とが相互に非接触であり、前記回転中心軸近傍であって前記第１の信号伝達手段で光が通過する部位の外側で光を通過させることにより、前記固定部材から前記回転部材に信号を伝達する第２の信号伝達手段と；
を有し、
前記固定部材と前記回転部材と前記ダイレクト駆動モータと前記電力伝送手段を構成する構成部品とは、中空状に形成されており、前記回転中心軸およびこの回転中心軸のまわりに前記中空部が位置しており、
前記第１の信号伝達手段は、前記回転部材に設けられた発光部と、前記固定部材に設けられた受光部と、一端部が前記発光部側に設けられ他端部が前記受光部側に設けられ前記回転中心軸に沿って中空部を通り細長く延びている導光管とを備え、
前記第２の信号伝達手段を構成する発光部が発光する光が透過する材料で構成され、前記電力伝送手段を構成する構成部品のうちで前記回転部材に設けられた構成部品に設けられ、前記回転中心軸に沿って前記導光管を貫通させて前記導光管を保持している導光管保持部材を有することを特徴とする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、ロータリジョイントに係り、特に、一軸を中心に相互に転回する２部位間で電気的な摺動接触を利用せずに、光信号によるデータ伝送をするものに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、大きな角度で回転する回転部を有する装置、例えば電動監視カメラ等の装置においては、カメラを備えた回転部が固定部に対して回転しながら映像系と制御系の信号伝送と固定部から回転部への電力伝送を行う構造を採っている。カメラの全周を制限無く撮影するために重要である機能（何回転でも同一方向にカメラを連続回転可能な機能）は、有線接続では実現できないので、スリップリングと呼ばれるブラシと導電リングとの摺動接触によって実現されている。
【０００３】
また、固定部と回転部との間で信号と電力を伝送するだけでなく、回転部を回転させる手段として、歯車やベルトのような動力伝達機構を利用しステッピングモータによって駆動する手段がある。動力伝達機構を利用すると、モータの回転を減速するためのギアの配置に多くの占有空間が必要であり、バックラッシュが生ずるという欠点もある。
【０００４】
そこで、高精度な停止精度や滑らかな回転を必要とする場合には、動力伝達機構を必要としない直接駆動電動機による駆動を利用するが、スリップリングによる摺動接触構造が回転軸まわりの空間を占有するため、直接駆動電動機が使いにくいという問題がある。
【０００５】
これを解決する従来技術として、直接駆動電動機が、回転部材（回転部）を直接駆動するために該回転部材に接続されている中央シャフトを有し、この中央シャフトが、回転接点あるいはスリップリング組立体を有するものがある。この回転接点あるいはスリップリング組立体は、テレビカメラやロボットアーム及び／又は直結駆動電動機を制御回路および他の周辺・補助装置に接続するためのものである。
【０００６】
これによって、中空部分を貫通する屈曲ケーブルの使用に伴う諸問題を排除し、回転軸を中心として３６０°以上の連続し中断されない回転が提供されるという形態がたとえば特許文献１で提案されている。
【特許文献１】特許第３８２００３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、高精度な停止精度や滑らかな回転を実現出来る直接駆動電動機の中央シャフトにスリップリングの摺動接触部を設ける従来技術は、ＤＤモータ（直接駆動電動機）の回転駆動に対して、摺動接触抵抗が回転負荷として常に掛かり続ける事になる。さらに、回転部にカメラを備える場合、カメラヘの電源供給、映像信号、制御信号をそれぞれ伝送する必要があり、５ｃｈ（チャンネル）〜９ｃｈ分のスリップリングが必要になる。加えて、カメラを垂直方向に動かすチルト駆動用モータを用いる場合は、さらに多くのスリップリングが必要になる。
【０００８】
このように摺動接触部が多い上に、ブラシの取り付けや導電リング表面の状態による摺動接触によるバラツキが大きく、これが摺動接触部全体の回転抵抗の大きなバラツキに繋がり、ＤＤモータの制御が難しくなる。
【０００９】
また、常に摺動接触抵抗が作用するので、ＤＤモータの起動トルクを含め必要トルクが増すことになりコストアップに繋がるか、もしくはＤＤモータの消費電力が大きくなってしまう問題がある。
【００１０】
さらに、摺動接触部のブラシとリングは、複数のブラシを同時に扱うので、組み立てやメンテナンスの作業が難しく、サービス時の付け外しでブラシが変形し接触不良を起こすおそれがあるという問題がある。
【００１１】
本発明は、固定部材とこの固定部材に対して回転する回転部材とを備えて構成されているロータリジョイントにおいて、固定部材と回転部材との間で信号を伝達可能であると共に、回転部材の回転抵抗を小さくすることができると共に、組み立て作業等が簡単である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】
【００１３】
第１の発明は、固定部材と、所定の軸を回転中心軸にして前記固定部材に対し回転自在に設けられている回転部材と、固定子が前記固定部材に設けられ、回転子が前記回転部材に設けられ、前記回転部材を回転駆動するダイレクト駆動モータと、電磁誘導によって前記固定部材と前記回転部材との間で電力を伝送する電力伝送手段と、前記固定部材に設けられている固定部材側構成部品と、前記回転部材に設けられている回転部材側構成部品とを備えて構成されており、前記固定部材側構成部品と前記回転部材側構成部品とが相互に非接触であり、前記回転中心軸およびこのごく近傍で光を通過させることにより、前記回転部材から前記固定部材に信号を伝達する第１の信号伝達手段と、前記固定部材に設けられている固定部材側構成部品と、前記回転部材に設けられている回転部材側構成部品とを備えて構成されており、前記固定部材側構成部品と前記回転部材側構成部品とが相互に非接触であり、前記回転中心軸近傍であって前記第１の信号伝達手段で光が通過する部位の外側で光を通過させることにより、前記固定部材から前記回転部材に信号を伝達する第２の信号伝達手段とを有し、前記固定部材と前記回転部材と前記ダイレクト駆動モータと前記電力伝送手段を構成する構成部品とは、中空状に形成されており、前記回転中心軸およびこの回転中心軸のまわりに前記中空部が位置しており、前記第１の信号伝達手段は、前記回転部材に設けられた発光部と、前記固定部材に設けられた受光部と、一端部が前記発光部側に設けられ他端部が前記受光部側に設けられ前記回転中心軸に沿って中空部を通り細長く延びている導光管とを備え、前記第２の信号伝達手段は、前記固定部材に設けられた発光部と、前記回転部材に設けられた受光部とを備えており、前記発光部が発した光が前記導光管のまわりに存在する前記中空部を通って前記受光部まで到達する構成であり、前記第１の信号伝達手段を構成する発光部は、前記回転中心軸から僅かにはずれたところで前記回転部材に設けられており、前記第１の信号伝達手段を構成する受光部は、前記回転中心軸の延長上で前記固定部材に設けられており、前記第２の信号伝達手段を構成する受光部は、前記回転中心軸に対して前記第１の信号伝達手段を構成する発光部とほぼ対称な位置で、前記回転部材に設けられており、前記導光管は、前記固定部材側では前記回転中心軸とほぼ一致して延びており前記回転部材側では前記回転中心軸から前記第１の信号伝達手段を構成する発光部側に僅かにずれて延びている構成であるロータリジョイントである。
【００１５】
第２の発明は、第１の発明のロータリジョイントにおいて、前記第２の信号伝達手段を構成する発光部が発光する光が透過する材料で構成され、前記電力伝送手段を構成する構成部品のうちで前記回転部材に設けられた構成部品に設けられ、前記回転中心軸に沿って前記導光管を貫通させて前記導光管を保持している導光管保持部材を有するロータリジョイントである。
【００１６】
第３の発明は、固定部材と、所定の軸を回転中心軸にして前記固定部材に対し回転自在に設けられている回転部材と、固定子が前記固定部材に設けられ、回転子が前記回転部材に設けられ、前記回転部材を回転駆動するダイレクト駆動モータと、電磁誘導によって前記固定部材と前記回転部材との間で電力を伝送する電力伝送手段と、前記固定部材に設けられている固定部材側構成部品と、前記回転部材に設けられている回転部材側構成部品とを備えて構成されており、前記固定部材側構成部品と前記回転部材側構成部品とが相互に非接触であり、前記回転中心軸およびこのごく近傍で光を通過させることにより、前記回転部材から前記固定部材に信号を伝達する第１の信号伝達手段と、前記固定部材に設けられている固定部材側構成部品と、前記回転部材に設けられている回転部材側構成部品とを備えて構成されており、前記固定部材側構成部品と前記回転部材側構成部品とが相互に非接触であり、前記回転中心軸近傍であって前記第１の信号伝達手段で光が通過する部位の外側で光を通過させることにより、前記固定部材から前記回転部材に信号を伝達する第２の信号伝達手段と、を有し、前記固定部材と前記回転部材と前記ダイレクト駆動モータと前記電力伝送手段を構成する構成部品とは、中空状に形成されており、前記回転中心軸およびこの回転中心軸のまわりに前記中空部が位置しており、前記第１の信号伝達手段は、前記回転部材に設けられた発光部と、前記固定部材に設けられた受光部と、一端部が前記発光部側に設けられ他端部が前記受光部側に設けられ前記回転中心軸に沿って中空部を通り細長く延びている導光管とを備え、前記第２の信号伝達手段を構成する発光部が発光する光が透過する材料で構成され、前記電力伝送手段を構成する構成部品のうちで前記回転部材に設けられた構成部品に設けられ、前記回転中心軸に沿って前記導光管を貫通させて前記導光管を保持している導光管保持部材を有するロータリジョイントである。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、固定部材とこの固定部材に対して回転する回転部材とを備えて構成されているロータリジョイントにおいて、固定部材と回転部材との間で信号を伝達可能であると共に、回転部材の回転抵抗を小さくすることができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
図１は、本発明の実施形態に係るロータリジョイント（直接駆動ロータリジョイント）５を備えた回転カメラ１の概略構成を示す図である。
【００１９】
回転カメラ１は、部屋の天井５１等の静止した物体に一体的に取り付けられる固定部（固定部材）２と、この固定部材２に対し所定の軸（たとえば鉛直方向に延びている軸）ＣＬ１を回転中心にして回転する回転部（回転部材）３とを備えて構成されている。
【００２０】
回転カメラ１のカメラヘッド部４は、回転部材３の箇体の一部を成す透明ドーム６の内部で、パン回転（軸ＣＬ１を中心とした回転）とチルト回転（軸ＣＬ１に対して直交している軸ＣＬ２を中心とした回転）とを行えるようになっている。
【００２１】
パン回転についてカメラヘッド部４は、ロータリジョイント５により一方向に連続回転可能である。また、ロータリジョイント５では、固定部材２に対する回転部材３の回転中心軸ＣＬ１と、カメラヘッド部４の回転中心軸とは一致している。さらに、ロータリジョイント５では、固定部材２からの回転部材３への電力供給と、双方向信号伝送を行うようになっている。
【００２２】
図２は、ロータリジョイント５の概略構成を示す図である。
【００２３】
ロータリジョイント５では、従来導電リングとブラシによる摺動接触によって伝送していた映像信号（カメラヘッド部４からの映像信号）を、第１の信号伝達手段５３によって回転部材３から固定部材２に伝送し、制御信号（パン＆チルト駆動部８やカメラヘッド部４の制御信号等）を、第２の信号伝達手段５５によって固定部材２から回転部材３に伝送するようになっている。なお、これらの信号の伝送には、光が使用されるようになっている。
【００２４】
また、ロータリジョイント５では、電磁誘導を利用した電力伝送手段５７によって、たとえば固定部材２から回転部材３に電力を供給（伝送）するようになっている。
【００２５】
電力伝送手段５７では、巻き線１１ａ、１１ｂを備えた２つのフェライトコア１０（１０ａ、１０ｂ）が対向しわずかなギャップ（隙間）Ｇ１をもって配置されており、回転部材３側に固定された回転部材側フェライトコア１０ａと固定部材２側に固定された固定部材側フェライトコア１０ｂとは、数十ミクロンから数百ミクロンのギャップＧ１を維持しながら回転軸ＣＬ１を回転中心にして回転するようになっている。固定部材側フェライトコア１０ｂに備わる巻き線１１ｂは固定部材側回路に繋がっており、回転部材側フェライトコア１０ａに備わる巻き線１１ａは回転部側回路に繋がっている。
【００２６】
フェライトコア１０は、たとえば肉厚の円筒状に形成されており、中心部に貫通穴（中心軸が軸ＣＬ１と一致する円柱状の貫通孔）が開いている。ＤＤモータ（ダイレクト駆動モータ）２０の中央シャフト（回転シャフト）２１も、たとえば、円筒状に形成されている中空構造である。そして、各信号伝達手段５３、５５は、フェライトコア１０の前記貫通孔と、ＤＤモータ２０の中央シャフト２１の回転中心軸（軸ＣＬ１と一致している回転中心軸）まわりの空間とを利用して光伝送を行ようになっている。
【００２７】
カメラヘッド部４を備えた回転部材３側から固定部材２側へ送られる信号（たとえば、カメラヘッド部４の映像信号）は、パラレル→シリアル変換部７（図１参照）で、シリアルデータに変換され、回転部材３側に設けられている発光部の例である回転側ＬＥＤ３４にて光信号となり、導光管３０の端面３８より入射し、導光管３０内を伝播して他方の端面３７より出射し、受光部の例である固定側ＰＤ（フォトダイオード）３２に入射するようになっている。この後、シリアル→パラレル変換部９（図１参照）で、パラレルデータに変換されるようになっている。
【００２８】
なお、本実施形態においては、導光管３０として、ＰＣ（ポリカーボネイト）製の直径１．５ｍｍ、長さ４４ｍｍの射出成形品を用いたが、導光管３０の材質は、ＰＭＭＡ（アクリル）のように信号光（回転側ＬＥＤ３４が発する光）を透過する材質であればよい。
【００２９】
また、導光管３０は、固定側ＰＤ３２から導光管保持部材３６で保持する部分までは、回転中心軸ＣＬ１に一致して配置されており（延伸しており）、回転部材３の回転につれて回転しても、固定側ＰＤ３２に対向して配置されて導光管３０の端面３７の位置は変わらないようになっている。そして、導光管保持部材３６よりも回転部材３側では、中心軸ＣＬ１からオフセットして配置されている。
【００３０】
本実施形態における前記オフセット量は１．２５ｍｍであるが、これは、内径８ｍｍの直接駆動電動機（ＤＤモータ）２０の中空回転軸（中央シャフト）２１内で、光の送受信のためのスペース効率良く行うために、回転側ＬＥＤ（回転部材側）３４を回転中心ＣＬ１からオフセットして配置しているためである。
【００３１】
これにより、中空空間（中空部）を通過して到来する光信号を受信可能なように回転側ＰＤ（回転部材３に一体的に設けられたフォトダイオード）３５を配置することができる。射出成形により導光管３０を製造すれば、オフセットした形状を保つため保持が容易である。
【００３２】
ＬＥＤ保持部材３９によりオフセットした導光管３０の回転側端面３８を保持しているＬＥＤ保持部材３９は、回転側ＬＥＤ３４が発した光が回転側ＰＤ３５に入射しないようにすべく信号光を透過しにくい有色の樹脂にて作られており、ＬＥＤ保持部材３９内の中空部で回転側ＬＥＤ３４が発した光が導光管３０の端面３８に入射するように構成されている。信号光を通さなければ金属構成されていてもよい。
【００３３】
このように中空回転軸２１内で回転側ＬＥＤ３４をオフセット配置することにより（回転側ＰＤ３５もオフセットすることにより）、配置自由度が大きくなり、デバイス（ロータリジョイント５を構成する回転側ＬＥＤ３４や回転側ＰＤ３５等の部品）のサイズより起因する制約条件が緩和され、デバイス選択の自由度が増す。そして、ＶＣＳＥＬやＡＰＤのような高速伝送対応のデバイスを選択すれば、Ｇｂｐｓ（Ｇｉｇａ  ｂｉｔ  ｐｅｒ  ｓｅｃｏｎｄ）級の高速伝送が可能である。
【００３４】
一方、固定部材２側から回転部材３側への信号伝送は、導光管３０の周囲空間（中空部の空間）を利用して行われる。固定側ＬＥＤ３１より出射した信号光は、反射面を備えたシールドケース３３にて反射して、導光管３０の周囲空間方向に向かう（図２の下方に向かう）ようになっている。図２の下方に向った光（信号光）は導光管保持部材３６に当たるが、この部品（導光管保持部材３６）は光透通性樹脂で作られているので、信号光は導光管保持部材３６に入射し（導光管保持部材３６の図２における上端から入射し）、導光管保持部材３６の他端（図２における下端）より出射し、ＤＤモータ２０の中央シャフト２１内に出射するようになっている。
【００３５】
中央シャフト２１内に出射された光の一部が回転側ＰＤ３５に入射する事により信号が伝わるようになっている。固定部材２側から回転部材３側への光伝送は、導光管３０と前記中空部の隙間を利用した空間伝送となり、本実施形態では１２５Ｍｂｐｓで伝送するようになっている。
【００３６】
なお、導光管３０の上端側とフォトダイオード３２は、シールドケース３３内のほぼ閉じた空間内に設けられており、固定側ＬＥＤ３１が発した光が、フォトダイオード３２には到達しないようになっている。また、シールドケース３３の上記反射面は、たとえば水平方向に対して４５°傾いている斜めの平面で構成されている。
【００３７】
回転部材３側の回転側ＬＥＤ３４と回転側ＰＤ３５は、中央シャフト２１と一体となり、回転する構造となっており、さらに、導光管３０および導光管保持部材３６は、回転側フェライトコア（回転部材側フェライトコア）１０ａと一体となっていて回転するようになっている。
【００３８】
ここで導光管保持部材３６は、導光管３０を回転軸ＣＬ１に沿って保持する機能がある。したがって、導光管３０は固定部材２（固定側ＰＤ３２）には接触せずに回転軸ＣＬ１まわりを回転し、一端より固定側ＰＤ３２に光信号を伝えるようになっている。なお、導光管保持部材３６が存在しないかまたは導光管保持部材３６による導光管３０の保持が不十分であると、回転部材３の回転によって、導光管３０の上方部位（固定側ＰＤ３２と対向している端面３７等）において振れが生じ、導光管３０の一端３７から出射した光信号が固定側ＰＤ３２に伝わらなくなってしまう。
【００３９】
図４に、導光管保持部材３６の保持が十分でない場合の例を示す。図４では、導光管３０を保持する回転軸ＣＬ１に沿った方向の長さが短いため、振れを抑えきれず、導光管３０の固定部材２側の一端３７が固定側ＰＤ３２の正面から外れてしまう。
【００４０】
図３では、導光管３０の保持部位を図２の場合よりも長くとってある。導光管保持部材３６が固定側フェライトコア（固定部材側フェライトコア）１０ｂの中空部にまで入り込んだ構造である。このように導光管３０を保持する長さを大きく取ることによって、回転部材３の回転による導光管３０の振れを抑えることができる。本実施形態においては、回転部材３側から固定部材２側への信号伝送を１２５Ｍｂｐｓとした場合、固定側ＰＤ３２の受光素子面の大きさは一辺が２ｍｍの正方形となり、導光管３０の直径が１．５ｍｍである事から、導光管３０の回転による振れ量を０．２ｍｍから０．３ｍｍ程度以下に抑えるように保持部の長さを決定した。
【００４１】
図５は、回転側と固定側のフェライトコア１０（１０ａ、１０ｂ）を実装している構造を示す断面図である。図５に示すように、導電巻き線１１ａ、１１ｂをフェライトコア１０（１０ａ、１０ｂ）の円環状の凹部に内蔵してある。中心部に貫通穴が設けてあるフェライトコア１０（１０ａ、１０ｂ）が回転部材３側と固定部材２側に備えられてお互いが対向しているが、本実施形態では、約５００μｍのギャップＧ１（図２参照）をもって配置してある。フェライトコア１０（１０ａ、１０ｂ）の外周と貫通穴の中心軸は回転軸ＣＬ１と一致させてある。導光管保持部材３６は、導光管３０を保持すると同時に、中央シャフト２１とフェライト（フェライトコア）１０ａとに一体的に設けられておりフェライト１０ａを保持する機能を備えている。また、近赤外線の信号光（固定側ＬＥＤ３１が発した光）を透過するように、導光管保持部材３６は、ＰＭＭＡ製であるが、フェライトコア１０ａと接着により一体化する場合は光透過率において若干劣るが耐薬品性に勝るＰＣを用いても良く、光透過性に関する性能を確保できれば他の材料でもよい。
【００４２】
図６は、ＤＤモータ２０の中央シャフト２１および中央シャフト２１の中空部をより太くし、回転軸ＣＬ１まわりの空間を拡張して非接触電力伝送部（電力伝送手段５７や各信号伝達手段５３、５５）を搭載した、ロータリジョイント５ａの概略構成構造を示す図である。
【００４３】
図２に示すロータリジョイント５は、フェライトコア１０の下側に中央シャフト２１が配置されているが、図６に示す直接駆動ロータリジョイント５ａは、中央シャフト２１の中空部分に電力伝送部（フェライトコア１０）を収納したので、ロータリジョイント全体の薄型化（図６における上下方向の寸法を小さくすること）に寄与する構造である。また、導光管３０は、光透通性樹脂による成形品で、図６に示すように一端を曲げる使い方も曲げＲを十分に確保すれば可能であり、回転側ＬＥＤ３４等の柔軟な配置が可能になっている。
【００４４】
図５に示すように、本実施形態で用いるフェライトコア１０は、中空部と、導電巻き線１１の収納部を備えた形状であり、固定部材２側と回転部材３側に同じ形状のものを用いているが、異なる形状のものであってもよい。また、導電巻き線１１の材質、直径、巻き数等を、伝送する電力の仕様により異なるものにしてもよい。本実施形態では、フェライトコア１０の外形の中心軸と中空穴の中心軸と回転軸ＣＬ１とがお互いにが一致するように構成してあるので、回転側フェライトコア１０ａが固定側フェライトコア１０ｂに対して回転しても位置関係は変わらず、非接触で電力を伝送できる。しかし、前述したようにフェライトコア１０ａ、１０ｂ間のギャップＧ１は５００ミクロンと僅かであり、フェライトコア１０の本体（巻き線１１を除く部分）は酸化鉄を主原料にして焼き固めた一種の磁器であり、割れ易い性質があるため、回転部材３側から伝わる衝撃や振動によりフェライトコア１０が割れないようにする必要がある。
【００４５】
図７は、上述したロータリジョイント５において、カメラ固定部との取り付け面に（固定部材２の上部側部位６９と下部側部位６７との間に）緩衝機能部材４０を設けたものである。回転カメラの回転部と固定部はロータリジョイント部のみで繋がっているため、回転部材３の振動や衝撃等は、前記ロータリジョイン卜部を介して固定部材２側に伝わる。しかし、回転部材３側の振動や衝撃により回転側フェライト１０ａと固定側フェライト１０ｂとお互いにが衝突し、衝突によるエネルギーを逃がす緩衝機構がない場合、フェライト１０に割れや欠けが生ずる恐れがある。そこで本実施形態では、回転カメラ固定部の取り付け部に緩衝機能部材４０を設けて、フェライト１０同士の衝突による破損を防止するようになっている。緩衝機能部品としては皿ばねを用いている。なお、皿バネを何枚か重ねて所望の緩衝性能を引き出してもよい。緩衝機能部材４０は、他に、硬質ゴムのように弾性のあるクッション材で作ったワッシャー形状のものでもよい。
【００４６】
図８と図９とは、緩衝機能部材４０の配置の例である。図８はロータリジョイント断面のうち、箇体部取り付け部を示し、取り付け部フランジ形状をカメラヘッド側から見た図である。回転軸ＣＬ１を中心に様々な方向に振動や衝撃が加わっても均一に近い形でロータリジョイント５の回転部材３側の動きを受けられるように緩衝機能部材４０が中心軸ＣＬ１について均等な角度で配置されている。
【００４７】
図１０は、図８や図９とは異なる緩衝機能部材４０の配置の例である。板状で円環状の緩衝機能部材（クッション材）４０を同心円状に配置した図である。回転カメラ固定部と接していれば、回転軸ＣＬ１に対してどの方向に倒れる振動や衝撃に対しても均一に緩衝できる。
【００４８】
図１１は、フェライト１０の外周部にフェライト保持部材４１を設けて、回転部材３からの振動や衝撃によりフェライト１０ａ、１０ｂ同士が衝突することを防止する構造とした例である。フェライト１０のギャップ面より保持部材４１が僅かに凸になっており（図１１に示すΔｔ１だけ凸になっており）、先に保持部材同士４１が衝突するようになっている。本実施形態では突出量（凸量）Δｔ１は１００μｍである。また、保持部材４１は、耐衝撃性等の機械的性質に優れるＰＯＭ（ポリアセタール）の樹脂部品で構成されているが、ＡＢＳ（アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン）やＨＩＰＳ（ハイインパクトポリスチレン）、ＰＰ（ポリプロピレン）等の機械的な強度に優れる材料（樹脂）で構成されていればよい。回転部材３側の保持部材４１であるが、光透過性材料（固定側ＬＥＤ３１が発生する光を透過する材料）を用いれば導光管保持部材３６と一体構造でもよい。
【００４９】
図１２は、固定側フェライト１０ｂを保持する部材にコイルスプリング（コイルバネ；圧縮コイルバネ）４２を設けて、フェライト１０ｂが力を受けた時に動いて衝撃を吸収する機構の例である。本実施形態のように固定部材２側に可動機構を入れて緩衝してもよいし、機構を配置できれば回転部材３側のフェライト１０ａが可動になっている機構であってもよいし、両方のフェライト１０ａ、１０ｂが可動になっている機構であってもよい。
【００５０】
コイルスプリング４２の中心部の空いた空間を光伝送に利用できるので、伝送路を阻害せずにフェライト１０の中心軸に部に沿って緩衝機能を付加できる。図１２に示す実施形態では、コイルスプリング４２がフェライト固定部材４３を介して固定側フェライト１０ｂを下方向に付勢しているが、通常ではストッパー４４により、各フェライト１０ａ、１０ｂは正しいギャップＧ１（５００μｍ）を保つようになっている。
【００５１】
ここで、図２を参照して、ロータリジョイント５についてさらに説明する。
【００５２】
ロータリジョイント５は、前述したように、固定部材２と回転部材３とダイレクト駆動モータ２０と電力伝送手段５７と第１の信号伝達手段５３と第２の信号伝達手段５５とを備えて構成されている。
【００５３】
固定部材２を構成している天井部材５９が、たとえば部屋の天井等にボルト等の締結部材で一体的に固定されることにより、固定部材２が、前記天井に一体的に固定されるようになっている。
【００５４】
回転部材３は、ベアリング６１を介して固定部材２の下側で固定部材２に支持されており、軸ＣＬ１を中心にして固定部材２に対して回転自在になっている。
【００５５】
ダイレクト駆動モータ（ＤＤモータ）２０は、固定部材２の下側に設けられている。ダイレクト駆動モータ２０の固定子６３は、固定部材２に一体的に設けられており、ダイレクト駆動モータ２０の回転子６５は回転部材３に一体的に設けられている。そして、ダイレクト駆動モータ２０で回転部材３を回転駆動するようになっている。
【００５６】
ＤＤモータ２０は、減速機を用いて最終的な回転出力を得るのではなく、減速機を用いることなく直接負荷につないで最終的な回転出力を得るタイプのモータであり、減速機を用いて最終的な回転出力を得るモータに比べて、低回転で高トルクを発生するようになっている。減速機によるバックラッシュがないので、回転部材（負荷）３の回転精度や回転停止精度を高精度にすることができるのである。
【００５７】
なお、回転子６５の回転中心軸と回転部材３の回転中心軸ＣＬ１とはお互いが一致している。また、電力伝送手段５７で回転子６５に電力を供給することによって回転子６５が回転駆動するようになっているが、回転子６５に電力を供給することに代えてまたは加えて、固定子６３に電力を供給することによって回転子６５が回転駆動するようになっていてもよい。
【００５８】
なお、図２では、リング状の回転子６５の外側にリング状の固定子６３を離して設けた構成であるが（図１３も併せて参照）、リング状の回転子６５とリング状の固定子６３とを、回転軸ＣＬ１の延伸方向（たとえば上下方向）で対向させた構成であってもよい（図１４参照）。
【００５９】
電力伝送手段５７は、電磁誘導によって固定部材２と回転部材３との間で電力を伝送する（たとえば、固定部材２から回転部材３へ電力を供給する）ものである。電力伝送手段５７を構成しているフェライト１０ｂ（固定部材側構成部品）は、固定部材２の内部でまた高さ方向では固定部材２の中間部で、固定部材２に一体的に設けられている。電力伝送手段５７を構成しているフェライト１０ａ（回転部材側構成部品）は、固定部材２の内部でまた高さ方向ではフェライト１０ｂの下側（回転部材３の上側）で、回転部材３に一体的に設けられている。そして、前述したように、フェライト１０ａとフェライト１０ｂとは、お互いがごく僅かな隙間Ｇ１を隔てて非接触で対向している。
【００６０】
第１の信号伝達手段５３は、固定部材２に一体的に設けられている固定部材側構成部品（フォトダイオード３２等）と、回転部材３に一体的に設けられている回転部材側構成部品（回転側ＬＥＤ３４、導光管３０等）とを備えて構成されている。前記固定部材側構成部品と前記回転部材側構成部品とがお互いに非接触であり（離れており）、回転中心軸ＣＬ１およびこのごく近傍で光（たとえば、近赤外線；遠赤外線よりも波長の短い赤外線、可視光線または紫外線でもよい。）を通過させることにより、回転部材３から固定部材２に信号（たとえば、カメラヘッド部４の映像信号等）を伝達するようになっている。
【００６１】
第２の信号伝達手段５５は、固定部材２に一体的に設けられている固定部材側構成部品（固定側ＬＥＤ３１、シールドケース３３等）と、回転部材３に一体的に設けられている回転部材側構成部品（フォトダイオード３５、導光管保持部材３６）とを備えて構成されている。前記固定部材側構成部品と前記回転部材側構成部品とがお互いに非接触であり（離れており）、回転中心軸ＣＬ１近傍であって第１の信号伝達手段５３で光が通過する部位の外側（導光管３０な外周部に存在している中空部）で光を通過させることにより、固定部材２から回転部材３に信号（カメラヘッド部４の制御信号等）を伝達するようになっている。
【００６２】
なお、各信号伝達手段５３、５５に使用する各光は、お互いに遮光されており、たとえば、第１の信号伝達手段５３で使用する光が、第２の信号伝達手段５５に悪影響を与えることは無く、第２の信号伝達手段で５５使用する光が、第１の信号伝達手段５３に悪影響を与えることは無い。前記遮光は、たとえば、導光管３０の円筒状外周を鏡面並の平滑面で構成しているので、導光管端面より入射した光は外周面で内部反射を繰り返しながら他端に進行する他に、コーティングすることやシールドケース３３によって相互干渉防止がなされている。このように、導光管３０の両端面３７、３８以外から導光管３０の内部に光の出入りが無いようになっており、固定側ＬＥＤ３１が発した光がシールドケース３３の内部には入り込まないようになっている。また、各信号伝達手段５３、５５では、同じ波長の光を使用しているが、異なった波長の光を使用してもよい。
【００６３】
ところで、上記説明とは逆に、回転中心軸ＣＬ１およびこのごく近傍で光を通過させることによって第２の信号伝達手段５５で信号を伝達し、回転中心軸ＣＬ１近傍であって第２の信号伝達手段５５で光が通過する部位の外側で光を通過させることによって第１の信号伝達手段５３で信号を伝達する構成であってもよい。
【００６４】
また、ロータリジョイント５では、前述したように、固定部材２と回転部材３とダイレクト駆動モータ２０と電力伝送手段５７を構成する構成部品（フェライト１０）とは、中空状（筒状）に形成されており、回転中心軸ＣＬ１およびこの回転中心軸ＣＬ１のまわりに中空部が位置している。
【００６５】
第１の信号伝達手段５３は、回転部材３の下側で回転部材３に一体的に設けられた発光部（回転側ＬＥＤ３４）と、固定部材２の上側で固定部材２に一体的に設けられた受光部（フォトダイオード３２）と、導光管３０とを備えて構成されている。導光管と３０は、回転側ＬＥＤ３４が発した光をフォトダイオード３２まで伝達するために、一端部（端面）３８が回転側ＬＥＤ３４側（回転側ＬＥＤ３４のごく近傍）に設けられ他端部（端面）３７がフォトダイオード３２側（フォトダイオード３２のごく近傍）に設けられ、導光管保持部材３６に保持されて回転中心軸ＣＬ１に沿って前記各中空部を通り、図２の上下方向に細長く延びている。
【００６６】
第２の信号伝達手段５５は、固定部材２の上側で固定部材２に一体的に設けられた発光部（固定側ＬＥＤ３１）と、回転部材３に一体的に設けられた受光部（フォトダイオード３５）とを備えており、固定側ＬＥＤ３１が発した光が導光管３０のまわりに存在する前記中空部を通ってフォトダイオード３５まで到達するように構成されている。
【００６７】
第１の信号伝達手段５３を構成する回転側ＬＥＤ３４は、回転中心軸ＣＬ１から僅かにはずれたところ（オフセット）で回転部材３に一体的に設けられている。第１の信号伝達手段５３を構成するフォトダイオード３２は、回転中心軸ＣＬ１の延長上で固定部材２に一体的に設けられている。第２の信号伝達手段５５を構成する固定側ＬＥＤ３１は、回転中心軸ＣＬ１からはずれたところで固定部材２に一体的に設けられている。第２の信号伝達手段５５を構成するフォトダイオード３５は、回転中心軸ＣＬ１に対して第１の信号伝達手段５３を構成する回転側ＬＥＤ３４とほぼ対称な位置で、回転部材３に一体的に設けられている。
【００６８】
導光管３０は、前述したように、固定部材２側（図２の上側）では回転中心軸ＣＬ１とほぼ一致して延びており、回転部材３側（図２の下側）では回転中心軸ＣＬ１から第１の信号伝達手段５３を構成する回転側ＬＥＤ３４側に僅かにずれて延びている。
【００６９】
また、鍔部を備えて円筒状に構成された導光管保持部材３６は、回転部材３といっしょに回転するフェライト１０ａの下側で一部がフェライト１０ａの中空部に入り込んで嵌合しフェライト１０ａに一体的に設けられていると共に、中央シャフト２１の上部側で中央シャフト２１に一体的に設けられている。導光管保持部材３６は、第２の信号伝達手段５５を構成する固定側ＬＥＤ３１が発光する光が透過する材料で構成されている。また、導光管保持部材３６は、回転中心軸ＣＬ１に沿って導光管３０を貫通させて導光管３０を一体的に保持している。
【００７０】
ロータリジョイント５、５ａによれば、光を用いて固定部材２と回転部材３との間で信号の伝達をする構成なので、スリップリング等の接触部を用いることなく信号伝達に伴う接触を無くす事ができ、回転部材３の回転抵抗を小さくすることができ、ＤＤモータ２０の起動トルクを含め必要トルクが大きくなることを防止することができ、ＤＤモータ２０の大型化を防ぐことができる等、ロータリジョイント５のコストアップを防ぐことができる。また、ＤＤモータ２０の消費電力を少なくすることができる。さらに、回転部材３の回転抵抗が小さく変動が小さいので、ＤＤモータ２０の制御が容易になり、回転部材３を高精度（繰り返し精度精度等）で回転位置決め停止させることができる。光信号による伝送を用いるので摺動接触では困難なＧｂｐｓ級の信号伝送にも対応可能である。加えて、信号伝送に伴う接触が無いので磨耗による接触部劣化が無く信頼性の面でも優れる。
【００７１】
また、ロータリジョイント５、５ａによれば、複数のブラシを同時に扱う必要がないので、組み立て作業やメンテナンスの作業が容易になり、さらに、固定部材２と回転部材３との間で信号の伝達をするのに、回転中心軸ＣＬ１およびこの近傍に光を通す構成なので、光信号の発光部や受光部を回転中心軸ＣＬ１の箇所やこの近傍に固定すればよく、装置（ロータリジョイント）の構成が簡素になり、装置の小型化をはかることができる。
【００７２】
また、ロータリジョイント５、５ａによれば、第１の信号伝達手段５３で使用する光と第２の信号伝達手段５５で使用する光とがお互いに干渉することがないので、回転部材３から固定部材２に、また、固定部材２から回転部材３に信号を確実に送ることができる。
【００７３】
また、ロータリジョイント５、５ａによれば、回転中心軸ＣＬ１のまわりの中空部（中空構造）が形成されており、この中空部を用いて固定部材２と回転部材３との間での信号の伝達がなされ、中空部のまわりで電力伝送手段５７による電力の伝送がなされるので、ＤＤモータ２０やカメラヘッド部４への電力の供給を簡素な構成で行うことができる。なお、電力の供給も信号の伝達と同様にお互いが非接触の構成部品を用いてなされるので、回転部材３の回転抵抗を小さく変動の小さいものにすることができる。
【００７４】
さらに、ロータリジョイント５、５ａによれば、第１の信号伝達手段５３を構成する発光部と、第２の信号伝達手段５５を構成する受光部とが、回転中心ＣＬ１に対してほぼ対称な位置に設けられているので、回転部材３における第１の信号伝達手段５３を構成する発光部と、第２の信号伝達手段５５を構成する受光部との設置スペースを小さくすることができ、装置の小型化をはかることができる。
【００７５】
また、ロータリジョイント５、５ａによれば、導光管保持部材３６が、導光管３０を保持すると共に、第２の信号伝達手段５５を構成する発光部が発光する光を透過するという２つの機能を兼ねているので、装置の構成が簡素化されている。
【００７６】
次に、緩衝機構を備えたロータリジョイント５について、図７〜図１０を用いて、さらに説明する。
【００７７】
固定部材２は、回転部材３側に位置しベアリング６１を介して回転部材３を支持している回転部材側部位６７と、部屋の天井５１等の静止した物体に一体的に取り付けられる反回転部材側部位（固定部材側部位；電力伝送手段５７の構成部品のうちで固定部材２に一体的に設けられているフェライト１０ｂが一体的に取り付けられる部位）６９とで構成されている。回転部材側部位６７と反回転部財側部位６９とは別体であり、ロータリジョイント５を分解すると、お互いは別部品になる。回転部材側部位６７と固定部材側部位６９との間には、緩衝機構が設けられている。すなわち、回転部材側部位６７と反回転部財側部位６９との間に緩衝機能部材４０が挟まれて設けられている。
【００７８】
このように、緩衝機構を設けることによって、回転部材３で発生した振動や衝撃で電力伝送手段５７の各構成部品（フェライト１０）がお互いに衝突した場合であって、この衝突エネルギーを吸収することができ、電力伝送手段５７の各構成部品の破損を防止することができる。
【００７９】
なお、前述したように、上記緩衝機構は、回転部材側部位６７と固定部材側部位６９との間に複数の弾性体（緩衝機能部材）４０を挟み込んだ構成であり、各弾性体４０は、回転中心軸ＣＬ１と直交する１平面上で、回転中心軸ＣＬ１を中心にして前記１つの平面上に描いた所定の半径の円の円周を等分割する位置に配置されている（図８、図９参照）。
【００８０】
また、弾性体４０を、厚さの薄いリング状に形成し、回転中心軸ＣＬ１と直交する１平面上で、中心が回転中心軸ＣＬ１と一致するように設けられていてもよい（図１０参照）。
【００８１】
さらに、図１２に示すように、電力伝送手段５７を構成する各構成部品（フェライト１０）のうちで回転部材３に一体的に設けられている構成部品（フェライト１０ａ）と、電力伝送手段５７を構成する各構成部品のうちで固定部材２に一体的に設けられている構成部品（フェライト１０ｂ）とは、お互いが近接した状態で対向している。これを、図１２に示すように、回転部材側構成部品（フェライト１０ａ）、固定部材側構成部品（フェライト１０ｂ）のうちの少なくとも一方が、コイルバネ４２等の弾性体によって、回転部材側構成部品と固定部材側構成部品とお互いに接近する方向に付勢されており、コイルバネ４２は回転中心軸ＣＬ１の方向の縮むことによって前記付勢をしており、コイルバネ４２の内側を各信号伝達手段５３、５５による光の伝達がなされるような構成であってもよい。これにより、フェライト１０同士の衝突による破損を防止することができる。
【００８２】
また、電力伝送手段５７を構成する構成部品のうちで回転部材３に一体的に設けられている構成部品（フェライト１０ａ）と、電力伝送手段５７を構成する構成部品のうちで固定部材２に一体的に設けられている構成部品（フェライト１０ｂ）とは、お互いが近接した状態で対向しており、回転部材側構成部品（フェライト１０ａ）の固定部材側構成部品（フェライト１０ｂ）に対向している平面（フェライト１０ａの上側の面）と、固定部材側構成部品（フェライト１０ｂ）の回転部材側構成部品（フェライト１０ａ）に対向している平面（フェライト１０ｂの下側の面）とは、回転中心軸ＣＬ１に対して直交している。これを、図１１に示すように、フェライト１０ａ外側に筒状の保持部材（回転部材側保持部材）４１を一体的に設け、回転部材側保持部材４１の端面（上面）をリング状の平面に形成し、この平面が、フェライト１０ａの上面よりもごく僅かに上方に突出（Δｔ１だけ突出）するように構成してもよい。
【００８３】
同様にして、フェライト１０ｂ外側に筒状の保持部材（回転部材側保持部材）４１を一体的に設け、回転部材側保持部材４１の端面（下面）をリング状の平面に形成し、この平面が、フェライト１０ｂの下面よりもごく僅かに下方に突出するように構成してもよい。これにより、フェライト１０同士の衝突による破損を防止することができる。
【００８４】
ところで、ロータリジョイント５,５ａのたとえば第２の信号伝達手段５５において、発光部３１と受光部３５との光路の間に、発光部３１が発光し受光部３５で受光する光の放射強度分布を高めるための光学手段を設けた構成であってもよい。この光学手段は、たとえば、発光部３１から発した光をほぼ平行光線にして受光部３５に送る機能を備えたものであり、次に説明するように、凹面状の反射面や凸レンズを用いて構成されている。
【００８５】
図１５は、凹面状の反射面３３ａを用いて光学手段を構成したロータリジョイント５ｂの概略構成を示す図である。
【００８６】
ロータリジョイント５ｂは、シールドケース３３の反射面を凹面状の反射面３３ａで構成した点が、図２等に示すロータリジョイント５や図６に示すロータリジョイント５ａと異なり、その他の点は、ロータリジョイント５，５ａとほぼ同様に構成されている。
【００８７】
すなわち、図１５に示すロータリジョイント５ｂでは、シールドケース３３に凹面状の反射面３３ａが設けられている。反射面３３ａの中心部には、導光管３０の外径よりも僅かに大きな貫通孔が設けられており、この貫通孔を導光管３０が通過している。導光管３０とシールドケース３３（凹面３３ａを構成している凹面鏡）とは非接触になっている。
【００８８】
さらに説明すると、固定側ＬＥＤ３１より出射した広がりのある信号光が、凹面形状を有する反射面３３ａを備えたシールドケース３３で収束および反射され、導光管３０の周囲空間方向に向かう。やがて信号光は導光管保持部材３６の一端に当たるが、導光管保持部材３６は光透過性樹脂で作られているので、信号光は導光管保持部材３６に入射し、導光管保持部材３６の他端より出射し、図１５では示していないが図２に示す場合と同様にして、ＤＤモータ２０の中央シャフ２１内に出射されるようになっている。この中央シャフト２１内に出射された光の一部がフォトダイオード３５に入射する事により信号が伝わるようになっている。
【００８９】
なお、シールドケース３３の反射面３３ａの形状は、図１５に示す通りの凹面形状でもよいが、鋸歯状のフレネル反射面でもよい。すなわち、フレネルの凹面鏡を用いて、シールドケース３３の反射面を構成してもよい。あるいは、回折効果を用いた鋸歯状または階段状の回折反射面を採用してもよい。
【００９０】
図１６は、シールドケース３３の反射面を、図１５に示す凹面形状の反射面３３ａとした場合における信号伝送手段の構成例と光線追跡図である。
【００９１】
ＬＥＤ３１として、たとえば、直径φ５ｍｍの樹脂製ランプを採用している。そして、半値全角で約２０度の角度で信号光が放射されるようになっている。反射面３３ａは、ＬＥＤ３１の樹脂製ランプの頂点から約３ｍｍの位置に反射中心が配置されており、反射面３３ａは半径で約３０ｍｍの凹面形状を有している。
【００９２】
図１５で示すように、反射面３３ａを凹面形状とすることで、ＬＥＤ３１より出射した広がりのある信号光が、凹面形状の反射面３３ａで平行に近い光束に収束され、高い放射強度分布で導光管３０の周辺空間方向に反射される。これによりフォトダイオード３５に入射される光束が増加し、フォトダイオード３５での感度の向上がなされる。具体的には、図１５に示した構成においては、反射面を図２に示すように平面とした場合に比べて約２倍に感度が上昇する。
【００９３】
なお、反射面３３ａの凹面形状は、図１５では、球面形状であるが、１軸方向のみ曲面としたシリンドリカル面とすることで、生産性を向上し安価にすることが可能である。また、曲面形状を非球面多項式に基づく非球面形状や自由曲面とすることで、球面形状よりも更に感度を向上させることが可能である。
【００９４】
図１７は、シールドケース３３の反射面３３ａを、鋸歯状のフレネル反射面（フレネルの凹面鏡の反射面）とした場合の信号伝送手段の構成例と光線追跡図である。
【００９５】
ＬＥＤ３１は、図１５に示したＬＥＤと同じ特性を有する。フレネルの凹面鏡の反射面は、ＬＥＤ３１の樹脂製ランプの頂点から約２ｍｍの位置に反射中心が配置され、半径で約３０ｍｍの球面を基本とした鋸歯状のフレネル反射面である。
【００９６】
図１７で示すように、反射面を鋸歯状のフレネル反射面とすることで、ＬＥＤ３１より出射した広がりのある信号光が、鋸歯状のフレネル反射面で平行に近い光束に収束され、高い放射強度分布で導光管３０の周辺空間方向に反射される。これによりフォトダイオード３５に入射される光束が増加し、フォトダイオード３５での感度の向上がなされる。具体的には、図１７に示した構成において、反射面を図２に示すように平面とした場合に比べて約２倍に感度が向上する。
【００９７】
なお、鋸歯状のフレネル反射面は、図１７では、球面を基本としているが、１軸方向のみ曲面としたシリンドリカル面を基本とすることで、生産性を向上し安価にすることが可能である。また非球面多項式に基づく非球面形状や自由曲面を基本とすることで、球面の場合と比較し、更に感度を向上させることが可能である。
【００９８】
また、反射面を鋸歯状のフレネル面とすることで、反射面を凹面状とした場合と比較し、反射面の厚みを薄くすることができ、生産性の向上や、材料費用の低減、製作のための金型費用の低減、環境温度による形状変化の低減をはかることができるとともに、反射面が薄くなった分、反射面にＬＥＤ３１を近づけることが可能となり、ＬＥＤ３１の広がりのある信号光の反射面での取り込み角を拡大し、より多くの信号光を反射し、フォトダイオード３５に伝送することが可能となる。また、ＬＥＤ３１と反射面を近づけることで、信号伝送手段の小型化、更には、装置の小型化を実現することができる。
【００９９】
なお、鋸歯状のフレネル反射面は、鋸歯の間隔を、波長以下、或いは波長の数倍程度とし、回折効果により入射光を収束および反射する回折効果による反射面としてもよい。反射面を回折反射面とすることで、鋸歯形状を複数の階段状のバイナリー形状とし、半導体製造装置などを用いて安価で高精度に反射面を製作することができる。
【０１００】
図１８は、凸レンズ４５を用いて光学手段を構成したロータリジョイント５ｃの概略構成を示す図である。
【０１０１】
ロータリジョイント５ｃは、シールドケース３３の平面状の反射面とＬＥＤ３１との間に凸レンズ４５を設けた点が、図２等に示すロータリジョイント５や図６に示すロータリジョイント５ａと異なり、その他の点は、ロータリジョイント５，５ａとほぼ同様に構成されている。
【０１０２】
すなわち、図１８に示すロータリジョイント５ｃでは、シールドケース３３とＬＥＤ３１との間に凸レンズ４５が設けられている。ＬＥＤ３１の中心と凸レンズ４５の中心とシールドケース３３の反射面の中心とは、ほぼ一直線上に存在している。
【０１０３】
さらに説明すると、固定側ＬＥＤ３１より出射した広がりのある信号光が、凸面形状を有する光学面を備えた凸レンズ４５で収束した後、平面状の反射面を備えたシールドケース３３で反射し、導光管３０の周囲空間方向に向かう。以下図２や図１５に示す場合と同様にして進み、フォトダイオード３５に到達する。
【０１０４】
凸レンズ４５の凸面形状であるが、図１８に示す通り凸面形状でもよいし、鋸歯状のフレネルレンズを採用してもよい。あるいは、回折効果を用いた鋸歯状または階段状の回折光学面でもよい。
【０１０５】
図１９は、凸レンズ４５の凸面形状を、片面非球面とした場合の信号伝送手段の構成例と光線追跡図である。
【０１０６】
ＬＥＤ３１として、たとえば、直径がφ５ｍｍの樹脂製ランプを採用している。そして、ＬＥＤ３１から半値全角で約２０度の角度で信号光が放射されるようになっている。凸レンズ４５は、ＬＥＤ３１の樹脂製ランプの頂点から約４ｍｍの位置に光束入射面が配置され、半径で約６．８ｍｍ、コニック定数で０．１９の非球面形状を有している。
【０１０７】
図１９で示すように、ＬＥＤ３１と反射面を備えたシールドケース３３の間に、たとえば非球面形状を有する凸レンズ４５を配置することで、ＬＥＤ３１より出射した広がりのある信号光が、非球面形状の凸レンズ４５で平行に近い光束に収束されるとともに、高い放射強度分布で、導光管３０の周辺空間方向に反射される。これによりフォトダイオード３５に入射される光束が増加し、フォトダイオード３５での感度の向上がなされる。具体的には、図１９に示した構成において、凸レンズ４５を用いず、ＬＥＤ３１の信号光を図２に示すように直接的に反射面に入射した場合に比べて約４倍の感度の向上がなされる。
【０１０８】
なお、凸レンズ４５の凸面形状は、図１９では、片面非球面の凸形状であるが、球面の凸形状や、一軸のシリンドリカル面とすることで、生産性を向上し安価にすることが可能である。また、両面を非球面とした凸形状や自由曲面とすることで、片面非球面形状よりも更に感度を向上させることが可能である。
【０１０９】
図２０は、凸レンズ４５ａの光学面を、鋸歯状のフレネル光学面とした場合（凸レンズ４５ａをフレネルレンズにした場合）の信号伝送手段の構成例と光線追跡図である。
【０１１０】
ＬＥＤ３１は、図１９で示したＬＥＤ３１と同じ特性を有する。凸レンズ４５ａは、ＬＥＤ３１の樹脂製ランプの頂点から約ｌｍｍの位置に光束入射面が配置され、半径で約６．６ｍｍ、コニック定数で約−０．６８の非球面を基本とした鋸歯状のフレネル光学面を有する。
【０１１１】
図２０で示すように、光学面を鋸歯状のフレネル光学面とすることで、ＬＥＤ３１より出射した広がりのある信号光が、鋸歯状のフレネル光学面で平行に近い光来に収束され、高い放射強度分布で導光管３０周辺空間方向に反射される。これによりフォトダイオード３５に入射される光束が増加し、フォトダイオード３５での感度の向上がなされる。具体的には、図２０に示した構成において、凸レンズ４５ａを用いず、ＬＥＤ３１の信号光を図２に示すように直接的に反射面に入射した合に比べて、約３倍の感度の向上がなされる。
【０１１２】
鋸歯状のフレネル光学面は、図２０では、非球面を基本としているが、球面や一軸のシリンドリカル面を基本とすることで、生産性を向上し安価にすることが可能である。また両面を非球面とした場合や、自由曲面を基本とすることで、更に感度を上昇することが可能である。
【０１１３】
また、凸レンズ４５ａを鋸歯状のフレネル面とすることで、凸レンズを凸面形状とした場合と比較し、光学面の厚みを薄くすることができ、生産性の向上や、材料費用の低減、製作のための金型費用の低減、環境温度による形状変化の低減を行うことができると共に、光学面が薄くなった分、凸レンズ４５ａにＬＥＤ３１を近づけることが可能となり、ＬＥＤ３１の広がりのある信号光の凸レンズ４５ａでの取り込み角を拡大し、より多くの信号光を透過および反射し、フォトダイオード３５に伝送することが可能となる。
【０１１４】
また、ＬＥＤ３１と凸レンズ４５ａとをお互いに近づけることで、信号伝送手段の小型化、更には、装置の小型化を実現することができる。
【０１１５】
なお、鋸歯状のフレネル光学面は、鋸歯の間隔を、波長以下、或いは波長の数倍程度とし、回折効果により入射光を収束および反射する回折光学面としてもよい。光学面を回折光学面とすることで、鋸歯形状を複数の階段状のバイナリー形状とし、半導体製造装置などを用いて安価で高精度に凸レンズ４５ａを製作することができる。
【０１１６】
図２１は、導光管保持部材３６の一端部（たとえば、フォトダイオード３５側ではなくＬＥＤ３１側の端部）の形状を工夫して光学手段を構成したロータリジョイント５ｄの概略構成を示す図である。
【０１１７】
ロータリジョイント５ｄは、導光管保持部材３６の一端部の光（ＬＥＤ３１が発した光）の入射面３６ａを凸状に形成した点が、図２等に示すロータリジョイント５や図６に示すロータリジョイント５ａと異なり、その他の点は、ロータリジョイント５等とほぼ同様に構成されている。
【０１１８】
すなわち、図２１に示すロータリジョイント５ｄでは、導光管保持部材３６の上端に凸状の面３６ａが形成されている。凸状の面３６ａの中心と、回転中心軸ＣＬ１とはお互いがほぼ一致している。
【０１１９】
さらに説明すると、固定側ＬＥＤ３１より出射した広がりのある信号光が、平面状の反射面を備えたシールドケース３３で反射され、導光管３０の周囲空間方向に向かう。やがて信号光は導光管保持部材３６の入射面３６ａに当たるが、導光管保持部材３６は光透過性樹脂で作られていると共に、入射面３６ａによって光を収束或いは発散する光学機能を有している。そして、導光管保持部材３６に入射された信号光が平行に近い光束に変換され、導光管保持部材３６の他端部から出射し、図１５等で示す場合と同様にして、フォトダイオード３５に到達するようになっている。なお、導光管保持部材３６の上端に凸状の入射面３６ａを設けることに代えてもしくは加えて、導光管保持部材３６の下端に凸状の出射面（ＬＥＤ３１で出射され導光管保持部材３６の内部を通ってきた光が出射する面）を設けてもよい。
【０１２０】
導光管保持部材３６の入射面（光学面）３６ａの形状は、図２１に示す通り凸面形状でもよいし、鋸歯状のフレネル光学面でも良い。或いは、回折効果を用いた鋸歯状または階段状の回折光学面でもよい。
【０１２１】
図２２は、導光管３０の保持部材３６の入射面３６ａを凸形状とした場合の信号伝送手段の構成例と光線追跡図である。
【０１２２】
ＬＥＤ３１は直径φ５ｍｍの樹脂製ランプになっており、半値全角で約２０度の角度で信号光が放射されるようになっている。反射面を有するシールドケース３３の反射中心は、ＬＥＤ３１の樹脂製ランプの頂点から約２ｍｍの位置に光束入射面が配置され、反射面は平面を有している。
【０１２３】
導光管３０の保持部材３６の入射面３６ａは、半径約２８ｍｍの凸面形状を有し、ＬＥＤ３１から出射され反射面で反射された広がりのある光束が、入射面３６ａの凸面形状で平行に近い光来に収束されるとともに、高い放射強度分布で、フォトダイオード３５の周辺方向に放射されるようになっている。これによりフォトダイオード３５に入射される光束が増加し、フォトダイオード３５での感度の向上がなされる。具体的には、図２２に示した構成においては、図２に示す場合と比較し、約１．１倍の感度の向上がなされる。
【０１２４】
なお、導光管保持部材３６の入射面３６ａは、図２２では、球面の凸形状であるが、非球面の凸形状や、一軸のシリンドリカル面とすることで、生産性を向上し安価にすることが可能である。また、両面を球面や非球面とした凸形状や自由曲面とすることで、球面形状よりも更に感度を上昇することが可能である。
【０１２５】
また、上記各ロータリジョイントにおいて、凹面状の反射面３３ａ、凸レンズ４５、凸状の入射面３６ａを適宜組み合わせた構成であってもよい。さらに、フォトダイオード３５での感度が向上するのであれば、凹面状の反射面３３ａ、凸レンズ４５、凸状の入射面３６ａのうちのいずれかを、凹面面状の反射面３３ａの代わりに凸状の反射面にし、凸レンズ４５の代わりに凹レンズにし、凸状の入射面３６ａの代わりに凹状の入射面にしてもよい。
【０１２６】
なお、上述した各ロータリジョイント５,５ａ,５ｂ,５ｃ,５ｄは、固定部材と、所定の軸を回転中心にして前記固定部材に対し回転自在に設けられている回転部材と、前記固定部材に一体的に設けられている固定部材側構成部品と、前記回転部材に一体的に設けられている回転部材側構成部品とを備えて構成されており、前記固定部材側構成部品と前記回転部材側構成部品とがお互いに非接触であり、前記回転中心軸およびこの近傍で前記回転中心軸に沿って光を通過させることにより、前記固定部材と前記回転部材との間で信号の伝達をする信号伝達手段とを有するロータリジョイントの例である。
【図面の簡単な説明】
【０１２７】
【図１】本発明の実施形態に係る直接駆動ロータリジョイントを備える回転カメラの構成例を表す図である。
【図２】直接駆動ロータリジョイントの構造を表す図である。
【図３】直接駆動ロータリジョイントの構造の一例であり、導光管保持部材による導光管の保持を長くとり、回転部材の回転による導光管の振れを抑えた構造の例である。
【図４】直接駆動ロータリジョイントにおいて、導光管保持部材の保持が十分でない場合の例である。
【図５】直接駆動ロータリジョイントの電力伝送部の構造と、フェライトコアの一例を示す図である。
【図６】直接駆動ロータリジョイントの一例であり、直接駆動電動機（ＤＤモータ）の中央シャフトの中空分に電力伝送部を収納し、ロータリジョイント全体を薄型化した構造の例である。
【図７】直接駆動ロータリジョイントが回転側からの振動や衝撃を緩衝する機能を備えた例である。
【図８】直接駆動ロータリジョイントが回転側からの振動や衝撃を緩衝する機能を備えた例である。
【図９】直接駆動ロータリジョイントが回転側からの振動や衝撃を緩衝する機能を備えた例である。
【図１０】直接駆動ロータリジョイントが回転側からの振動や衝撃を緩衝する機能を備えた例である。
【図１１】直接駆動ロータリジョイントが回転側からの振動や衝撃を緩衝する機能を備えた例である。
【図１２】直接駆動ロータリジョイントが回転側からの振動や衝撃を緩衝する機能を備えた例である。
【図１３】ＤＤモータの回転子と固定子の配置を示す図である。
【図１４】ＤＤモータの回転子と固定子の配置の変形例を示す図である。
【図１５】凹面状の反射面を用いて光学手段を構成したロータリジョイントの概略構成を示す図である。
【図１６】シールドケースの反射面を、凹面形状の反射面とした場合における信号伝送手段の構成例と光線追跡図である。
【図１７】シールドケースの反射面を、鋸歯状のフレネル反射面とした場合の信号伝送手段の構成例と光線追跡図である。
【図１８】凸レンズを用いて光学手段を構成したロータリジョイントの概略構成を示す図である。
【図１９】凸レンズの凸面形状を、片面非球面とした場合の信号伝送手段の構成例と光線追跡図である。
【図２０】凸レンズの光学面を、鋸歯状のフレネル光学面とした場合の信号伝送手段の構成例と光線追跡図である。
【図２１】導光管保持部材の一端部の形状を工夫して光学手段を構成したロータリジョイントの概略構成を示す図である。
【図２２】導光管の保持部材の光学面を凸形状とした場合の信号伝送手段の構成例と光線追跡図である。
【符号の説明】
【０１２８】
１  回転カメラ
２  固定部材
３  回転部材
４  カメラヘッド部
５、５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ  ロータリジョイント
６  透明ドーム
７  パラレル→シリアル変換部
８  パン＆チルト駆動部
９  シリアル→パラレル変換部
１０  フェライトコア
１０ａ  回転部材側フェライトコア
１０ｂ  固定部材側フェライトコア
１１  巻き線
２０  ＤＤモータ
２１  中央シャフト
３０  導光管
３１  固定側ＬＥＤ
３４  回転側ＬＥＤ
３２、３５  フォトダイオード
３３  シールドケース
３６  導光管保持部材
３７、３８  導光管３０の端面
３９  ＬＥＤ保持部材
４０  緩衝機能部材
４１  フェライト保持部材
４２  コイルスプリング
５３  第１の信号伝達手段
５５  第２の信号伝達手段
５７  電力伝送手段
６３  固定子
６５  回転子
ＣＬ１  回転中心軸
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１８】
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【図２１】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２２】
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