光ロータリージョイント及び回転体の歪み計測装置
【課題】特に高速回転する回転側と固定側との間で非接触で光信号の授受を好適に行えるようにする。
【解決手段】光ロータリージョイント１７の静圧軸受で構成される軸受ユニット１７ａは、固定側の光ファイバ１５の端部１５ｂを保持するハウジング１７ｂと、回転側の光ファイバ１９の一方の端部１９ａを中心に埋設した回転体５の回転軸５ｂを軸受する空気軸受部１７ｃとを有する。空気軸受部１７ｃは、両端部１９ａ，１５ｂの中心軸（コア１９ｃ，１５ｃの中心軸）が一致するように、回転側の光ファイバ１９の端部１９ａを軸受、調芯する。回転側と固定側の両光ファイバ１９、１５の端部１９ａ，１５ｂには、ＴＥＣファイバ化によりコリメート部１５ｆ，１９ｆが形成されている。コリメート部１５ｆ，１９ｆは各光ファイバ１９、１５の端部１９ａ，１５ｂからの出射光を拡散光からコリメート光（ほぼ平行光）に変換する。
【解決手段】光ロータリージョイント１７の静圧軸受で構成される軸受ユニット１７ａは、固定側の光ファイバ１５の端部１５ｂを保持するハウジング１７ｂと、回転側の光ファイバ１９の一方の端部１９ａを中心に埋設した回転体５の回転軸５ｂを軸受する空気軸受部１７ｃとを有する。空気軸受部１７ｃは、両端部１９ａ，１５ｂの中心軸（コア１９ｃ，１５ｃの中心軸）が一致するように、回転側の光ファイバ１９の端部１９ａを軸受、調芯する。回転側と固定側の両光ファイバ１９、１５の端部１９ａ，１５ｂには、ＴＥＣファイバ化によりコリメート部１５ｆ，１９ｆが形成されている。コリメート部１５ｆ，１９ｆは各光ファイバ１９、１５の端部１９ａ，１５ｂからの出射光を拡散光からコリメート光（ほぼ平行光）に変換する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転側と固定側との間で非接触で光信号を授受する光ロータリージョイントとこれを用いた回転体の歪み計測装置とに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、回転体の表面に生じた歪みを計測するには、回転体の表面に歪み検出用のセンサを配置し、そのセンサ出力を計測ユニット側に取り込む必要がある。その場合、回転体を含む回転側と計測ユニットを含む固定側との間で信号の授受を行う構成が欠かせない。
【０００３】
回転側と固定側との間で信号の授受を行うものとしては、双方の接点どうしが機械的に接触するスリップリングが知られている。しかし、スリップリングは、両接点どうしの摺動により発生するノイズ等の影響があるので、高速通信には不向きである。その点、光ロータリージョイントは、機械的な接点どうしの接触を伴わないので、有効な信号伝送手段であると言える。
【０００４】
光ロータリージョイントでは、回転側の光ファイバと固定側の光ファイバとの間で光信号を授受するので、両光ファイバの端面どうしを接触させて伝送損失を極力減らすことが考えられる。しかし、そうすると、接触面（端面）の摩耗により通信不能となり装置の寿命が短くなってしまう。そこで、両光ファイバの端面を間隔をおいて配置し、その間隔を光学オイルで満たすことが提案された（例えば、特許文献１）。
【０００５】
しかし、回転側の回転により光学オイルが温度膨張を起こしたり、光学オイル中に気泡が発生したりして、伝送損失が増加するという問題がある。そこで、両光ファイバの端部に、コア径よりも内径が大きく内面が鏡面加工された管状光伝送路をそれぞれ光接続することで、光信号の授受を行う光伝送面を光ファイバの端面よりも実質的に拡大することが提案された（例えば、特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開昭６３−２６７９０２号公報
【特許文献２】特開２００９−１６９０５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述したように、管状光伝送路を光ファイバの端部に光接続する従来技術は、光伝送面を光ファイバの端面よりも実質的に拡大するもので、回転側と固定側との光ファイバの軸ずれ（光ファイバの径方向への光軸ずれ）やずれ角（光ファイバの光軸どうしが交差する角度）を抑制するものではない。しかも、管状光伝送路の開口から外部に出射する光は、光ファイバの端面から出射する光と同じく拡散光であり、光ファイバの軸ずれやずれ角が増えれば、伝送損失が増大することは避けられない。
【０００８】
現在商品化されている光ロータリージョイントの最高対応回転数は１００００回転（ｒｐｍ）と言われているが、さらに高速回転の環境下で光ロータリージョイントを用いることが想定される場合は、伝送損失を抑制するための新たな工夫が欠かせない。
【０００９】
本発明は前記事情に鑑みなされたもので、本発明の目的は、特に高速回転する回転側と固定側との間で非接触で光信号の授受を好適に行うことができる光ロータリージョイントと回転体の歪み計測装置とを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するため、請求項１に記載した本発明の光ロータリージョイントは、
コアの中心軸の周りに回転する回転側の光ファイバと固定側の光ファイバとの間で非接触で光信号を授受する光ロータリージョイントにおいて、
前記回転側及び前記固定側の各光ファイバの端部にそれぞれ設けられ、相手側の光ファイバに向けた出射光をコリメート光に変換するコリメート部と、
前記回転側の光ファイバを軸受する軸受ユニットと、
を備えることを特徴とする。
【００１１】
請求項１に記載した本発明の光ロータリージョイントによれば、回転側と固定側の各光ファイバから相手側の光ファイバに向けて出射される光が、それぞれの光ファイバの端部に設けられたコリメート部によりコリメート光（平行光）に変換される。したがって、各光ファイバから相手側の光ファイバに出射される光が拡散光である場合に比べて、両光ファイバの中心軸の軸ずれ（光ファイバの径方向への光軸ずれ）の増加による伝送損失の拡大を抑制することができる。
【００１２】
また、回転側の光ファイバを軸受ユニットにより軸受することで、回転側の回転に伴う固定側の光ファイバの軸に対する回転側の光ファイバの中心軸の軸ずれやずれ角（光ファイバの中心軸どうしが交差する角度）の度合いが抑制される。
【００１３】
これらが相乗的に働くことによって、回転側の回転に伴う軸ずれやずれ角に起因する、回転側と固定側との両光ファイバ間における光信号の伝送損失を、低く抑えることができる。これにより、特に高速回転する回転側と固定側との間で、双方の光ファイバ間における光信号の授受を非接触かつ低損失で行うことができる。
【００１４】
また、請求項２に記載した本発明の光ロータリージョイントは、請求項１に記載した本発明の光ロータリージョイントにおいて、前記各光ファイバがそれぞれ、モードフィールド径を端部において局所的に拡大したＴＥＣ（Ｔｈｅｒｍａｌ Ｅｘｐａｎｄｅｄ Ｃｏｒｅ）ファイバであることを特徴とする。
【００１５】
請求項２に記載した本発明の光ロータリージョイントによれば、請求項１に記載した本発明の光ロータリージョイントにおいて、各光ファイバとして用いるＴＥＣ（Ｔｈｅｒｍａｌ Ｅｘｐａｎｄｅｄ Ｃｏｒｅ）ファイバでは、端部のモードフィールド径が局所的に拡大されてコリメート部を構成することになる。そして、ＴＥＣファイバのモードフィールド径が拡大された端部を導光されることで、回転側と固定側の各光ファイバから相手側の光ファイバに出射される光はコリメート光となる。
【００１６】
したがって、光ファイバとは別の光デバイス（例えばコリメータレンズ）を用いてコリメート部を構成するのに比べて、単一の光デバイス（光ファイバ）により、直進性が高いコリメート光に少ない伝送損失で変換することができる。
【００１７】
さらに、請求項３に記載した本発明の光ロータリージョイントは、請求項１又は２に記載した本発明の光ロータリージョイントにおいて、前記軸受ユニットが静圧軸受であることを特徴とする。
【００１８】
請求項３に記載した本発明の光ロータリージョイントによれば、請求項１又は２に記載した本発明の光ロータリージョイントにおいて、静圧軸受を軸受ユニットに用いることで、回転側が高速回転する場合の固定側の光ファイバの中心軸に対する回転側の光ファイバの中心軸の軸ずれやずれ角が、他の方式の軸受を軸受ユニットに用いるよりも抑制される。
【００１９】
したがって、回転側及び固定側の各光ファイバのコリメート部によるコリメート光への変換精度の許容範囲を拡げても、回転側及び固定側の各光ファイバ間における光信号の伝送損失を、必要な程度に抑えることができる。これにより、コリメート部を構成するデバイスの選択幅を拡げることができる。
【００２０】
また、上記目的を達成するため、請求項４に記載した本発明の回転体の歪み計測装置は、
請求項１、２又は３記載の光ロータリージョイントを備え、
前記光ロータリージョイントの回転側の光ファイバの特定箇所には、特定波長の光の一部を反射するファイバブラッググレーティングが形成されており、
前記回転側の光ファイバの特定箇所の周面が、該回転側の光ファイバのコアの中心軸の周りに回転する歪み計測対象の回転体に取り付けられており、
前記光ロータリージョイントを介して前記回転側の光ファイバの端部から前記固定側の光ファイバの端部に伝送される光信号の波長と前記特定波長とに基づいて、前記回転体における歪みを計測する、
ことを特徴とする。
【００２１】
請求項４に記載した本発明の回転体の歪み計測装置によれば、回転側の光ファイバの特定箇所に形成したファイバブラッググレーティングにおいて一部反射する光の波長は、特定箇所を取り付けた歪み計測対象の回転体の表面が歪むと特定波長からシフトする。したがって、ファイバブラッググレーティングからの反射光の波長を、光ロータリージョイントを介して回転側の光ファイバの端部から固定側の光ファイバの端部に伝送される光信号の波長から特定し、これを特定波長と比較照合することで、計測対象の回転体の表面に生じた歪みを計測できる。
【００２２】
また、請求項１、２又は３記載の光ロータリージョイントを用いることで、回転側の回転で生じた回転側と固定側との光ファイバどうしの軸ずれやずれ角に起因する光信号の伝送損失を、低く抑えることができる。
【００２３】
したがって、高速回転する回転体が歪み計測対象である歪み計測装置であっても、回転側と固定側との間で、双方の光ファイバ間における光信号の授受を非接触かつ低損失で行い、歪み計測を正確に行うことができる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、高速回転する回転側と固定側との間で、双方の光ファイバ間における光信号の授受を非接触かつ低損失で行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の一実施形態に係る回転体の歪み計測装置の概略構成を示す説明図である。
【図２】（ａ）は図１の回転体の周面に取り付けられる回転側の光ファイバに形成されるファイバブラッググレーティングを模式的に示す説明図、（ｂ）は（ａ）のファイバブラッググレーティングに対する入射光及び透過光の波長と強度との関係を示すグラフ、（ｃ）は（ａ）のファイバブラッググレーティングからの反射光の波長（ブラッグ波長）と強度との関係を示すグラフである。
【図３】本発明の一実施形態に係る図１の光ロータリージョイントの概略構成を示す説明図である。
【図４】図３の回転側と固定側とに一般的な光ファイバを用いた場合を示し、（ａ）はコア径（モードフィールド径）の説明図、（ｂ）は光ファイバから出射される光の光束の説明図である。
【図５】図３の回転側と固定側とにＴＥＣ（Ｔｈｅｒｍａｌ Ｅｘｐａｎｄｅｄ Ｃｏｒｅ）ファイバを用いた場合を示し、（ａ）はコア径（モードフィールド径）の説明図、（ｂ）は光ファイバから出射される光の光束の説明図である。
【図６】（ａ）〜（ｄ）は図３の回転側と固定側との光ファイバどうしによる光信号の伝送損失に影響する因子を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００２７】
図１は本発明の一実施形態に係る回転体の歪み計測装置の概略構成を示す説明図である。図１に示す本実施形態の回転体の歪み計測装置（以下、「歪み計測装置」と略記する。）１は、駆動用モータ３により回転駆動される回転体５の周面５ａの歪みを非接触で光により計測するものである。
【００２８】
そして、歪み計測装置１は、光源１１、光サーキュレータ１３、固定側の光ファイバ１５、光ロータリージョイント１７、回転側の光ファイバ１９、計測器２１、及び、解析装置２３を有している。
【００２９】
このうち、回転側の光ファイバ１９を除く光源１１、光サーキュレータ１３、固定側の光ファイバ１５、計測器２１、及び、解析装置２３は、回転体５から分離して固定配置されている。一方、回転側の光ファイバ１９は、回転体５に配置されて回転するように構成されている。
【００３０】
詳しくは、回転側の光ファイバ１９のうち一方の端部１９ａは、回転体５の回転軸５ｂに埋設されている。一方の端部１９ａ側の中心軸、即ち、図２（ａ）に示す回転側の光ファイバ１９のコア１９ｃの中心軸は、図１に示す回転体５の回転軸５ｂの回転中心軸上に位置している。一方の端部１９ａの端面は回転軸５ｂの端面から外側に露出している。また、回転側の光ファイバ１９はその途中から回転体５の外部に延出し、回転側の光ファイバ１９のうち他方の端部１９ｂの周面は、回転体５の周面５ａに取付固定されている。
【００３１】
図２（ａ）の説明図に示すように、他方の端部１９ｂのコア１９ｃには、特定波長の光の一部を反射するファイバブラッググレーティング（ＦＢＧ：Ｆｉｂｅｒ Ｂｒａｇｇ Ｇｒａｔｉｎｇ）１９ｄが形成されている。図２（ａ）中１９ｅは回転側の光ファイバ１９のクラッドを示す。
【００３２】
ＦＢＧ１９ｄは、コア１９ｃに格子間隔Λで形成した屈折率ｎｅの複数の格子部を有している。ＦＢＧ１９ｄは、一方の端部１９ａから他方の端部１９ｂに向けてコア１９ｃを透過する光のうち、ブラッグ波長λＢ（＝２ｎｅΛ）の光を一方の端部１９ａ側に反射させ、それ以外の波長の光を透過させる。本実施形態のＦＢＧ１９ｄのブラッグ波長λＢは、他方の端部１９ｂに曲げ、撓みの変形がない状態で、図２（ｂ），（ｃ）のグラフに示すように、１５５０ｎｍである。なお、実際の計測では１５５０ｎｍの他にも数種の波長帯を使用した。即ち、１５５０ｎｍは一例であり、計測波長は１５５０ｎｍに限定されない。
【００３３】
図１に示す光源１１は、回転体５の周面５ａの歪みを計測するための光を出力する。この光は光ファイバ１２により光サーキュレータ１３の第１のポートに入力され、第２のポートから固定側の光ファイバ１５の一方の端部１５ａの端面に向けて出力される。
【００３４】
固定側の光ファイバ１５の他方の端部１５ｂは、回転側の光ファイバ１９の一方の端部１９ａと共に、光ロータリージョイント１７の一部を構成している。この光ロータリージョイント１７は、図３の説明図に示すように、軸受ユニット１７ａを有している。本実施形態では、この軸受ユニット１７ａを静圧軸受（空気軸受）によって構成している。
【００３５】
軸受ユニット１７ａは、固定側の光ファイバ１５の他方の端部１５ｂを保持するハウジング１７ｂと、このハウジング１７ｂの内部に形成された空気軸受部１７ｃとを有している。空気軸受部１７ｃは、回転体５の回転軸５ｂを高圧空気によって非接触で軸受する。この軸受により、回転側の光ファイバ１９の一方の端部１９ａの端面と、固定側の光ファイバ１５の他方の端部１５ｂの端面とが、向かい合わせに対向配置される。そして、空気軸受部１７ｃの軸受により、回転側の光ファイバ１９の一方の端部１９ａの中心軸（コア１９ｃの中心軸）が、固定側の光ファイバ１５の他方の端部１５ｂの中心軸（図５（ａ）に示すコア１５ｃの中心軸）と一致するように、回転側の光ファイバ１９の一方の端部１９ａが調芯される。
【００３６】
固定側の光ファイバ１５の他方の端部１５ｂと回転側の光ファイバ１９の一方の端部１９ａとは、熱拡散技術を用いてモードフィールド径（コア１５ｃ，１９ｃの径）を局所的に拡大させたＴＥＣ（Ｔｈｅｒｍａｌ Ｅｘｐａｎｄｅｄ Ｃｏｒｅ）ファイバで構成している。固定側の光ファイバ１５の他方の端部１５ｂと回転側の光ファイバ１９の一方の端部１９ａとをＴＥＣファイバ化することで、図４（ａ）の説明図に示す一般的なシングルモード（ＳＭ）ファイバの１０μｍから、図５（ａ）の説明図に示す３０μｍ（最大）まで、各端部１５ｂ，１９ａのコア１５ｃ，１９ｃの径を拡大させることができる。なお、図４（ａ）及び図５（ａ）中１５ｅは固定側の光ファイバ１５のクラッドを示す。
【００３７】
このＴＥＣファイバ化により各端部１５ｂ，１９ａは、拡散光をコリメート光に変換するコリメート部１５ｆ，１９ｆを一体に有することになる。したがって、各端部１５ｂ，１９ａをＴＥＣファイバ化すると、相手側の端部１９ａ，１５ｂに向けて出射される光は、図４（ｂ）の説明図に示す一般的なシングルモードファイバ（ＳＭＦ）のような拡散光から、図５（ｂ）の説明図に示すほぼ平行光（コリメート光）に、コリメート部１５ｆ，１９ｆによって変換される。
【００３８】
光ロータリージョイント１７中の、固定側の光ファイバ１５の他方の端部１５ｂと回転側の光ファイバ１９の一方の端部１９ａとの間における光信号の伝送損失には、図６（ａ）〜（ｄ）の各説明図に示すように、両端部１５ｂ，１９ａ間のギャップ（間隔）Ｓ、中心軸（コア軸）の軸ずれＬの大きさ、中心軸（コア軸）どうしのずれ角θの大きさ、及び、ＴＥＣファイバ化した各端部１５ｂ，１９ａのコア１５ｃ，１９ｃの径Ｄが、影響を及ぼすことになる。
【００３９】
このうち、図６（ａ）に示す両端部１５ｂ，１９ａ間のギャップ（間隔）Ｓは、相対的に短い方が伝送損失を抑えることができる。このギャップＳに関しては、各端部１５ｂ，１９ａの出射光をコリメート部１５ｆ，１９ｆがコリメート光に変換して相手側の端部１９ａ，１５ｂに届く光の強度を高めるので、許容範囲をある程度拡げることができる。
【００４０】
また、図６（ｄ）に示すＴＥＣファイバ化した各端部１５ｂ，１９ａのコア１５ｃ，１９ｃの径Ｄは、各端部１５ｂ，１９ａのコリメート部１５ｆ，１９ｆによるコリメート変換の特性を変化させる。コリメート部１５ｆ，１９ｆのコリメート変換特性が変わると、両端部１５ｂ，１９ａ間における光信号の伝送損失を目標値以内に抑えるための、図６（ｂ），（ｃ）に示す両端部１５ｂ，１９ａの中心軸（コア軸）の軸ずれＬの大きさ、及び、中心軸（コア軸）どうしのずれ角θの大きさに関する各許容範囲が変わる。
【００４１】
そこで、ＴＥＣファイバ化した各端部１５ｂ，１９ａのコア１５ｃ，１９ｃの径Ｄに応じて定まる中心軸（コア軸）の軸ずれＬや中心軸（コア軸）どうしのずれ角θの許容範囲が、それぞれ適切な範囲となるように、ＴＥＣファイバ化した各端部１５ｂ，１９ａのコア１５ｃ，１９ｃの径Ｄを、適切な大きさに設定することが肝要である。
【００４２】
具体的には、所望の回転数（例えば、２００００〜３００００ｒｐｍ）で回転している回転体５の回転軸５ｂを軸受ユニット１７ａの空気軸受部１７ｃで軸受したときの、中心軸（コア軸）の軸ずれＬの大きさや、中心軸（コア軸）どうしのずれ角θの大きさを、それぞれ含むような許容範囲に設定されるように、ＴＥＣファイバ化した各端部１５ｂ，１９ａのコア１５ｃ，１９ｃの径Ｄを設定することが肝要である。
【００４３】
これと共に、あるいは、これに代えて、所望の回転数（例えば、２００００〜３００００ｒｐｍ）で回転している回転体５の回転軸５ｂを軸受ユニット１７ａの空気軸受部１７ｃで軸受したときの、中心軸（コア軸）の軸ずれＬの大きさや、中心軸（コア軸）どうしのずれ角θの大きさが、それぞれ適切な値となるように、適切な調芯性能の軸受ユニット１７ａを選択して使用することが肝要である。
【００４４】
具体的には、所望の回転数（例えば、２００００〜３００００ｒｐｍ）で回転している回転体５の回転軸５ｂを軸受ユニット１７ａの空気軸受部１７ｃで軸受したときの、中心軸（コア軸）の軸ずれＬの大きさや、中心軸（コア軸）どうしのずれ角θの大きさが、ＴＥＣファイバ化した各端部１５ｂ，１９ａのコア１５ｃ，１９ｃの径Ｄに応じて定まるそれぞれの許容範囲内の値となるように、軸受ユニット１７ａの調芯性能を選択することが肝要である。
【００４５】
このように構成された光ロータリージョイント１７では、光サーキュレータ１３の第２のポートから固定側の光ファイバ１５の一方の端部１５ａの端面に入射された光が、固定側の光ファイバ１５の他方の端部１５ｂから回転側の光ファイバ１９の一方の他方の端部１９ａに伝送される。また、回転側の光ファイバ１９の他方の端部１９ｂに形成されたＦＢＧ１９ｄからの反射光が、回転側の光ファイバ１９の一方の他方の端部１９ａから固定側の光ファイバ１５の他方の端部１５ｂに伝送される。
【００４６】
固定側の光ファイバ１５の他方の端部１５ｂに入射された反射光は、固定側の光ファイバ１５の一方の端部１５ａの端面から図１に示す光サーキュレータ１３の第２のポートに入力される。入力された反射光は、光サーキュレータ１３の第３のポートから出力され、光ファイバ２０により計測器２１に入力される。
【００４７】
計測器２１は、入力されたＦＢＧ１９ｄからの反射光の波長を検出し、検出した反射光の波長と、回転側の光ファイバ１９の他方の端部１９ｂに曲げ、撓みの変形がない状態におけるＦＢＧ１９ｄのブラッグ波長λＢとの波長差から、解析装置２３が回転体の周面５ａの歪みを計測する。
【００４８】
以上に説明した構成の本実施形態の歪み計測装置１によれば、光ロータリージョイント１７において、回転側と固定側の各光ファイバ１９，１５から相手側の光ファイバ１５，１９に向けて出射される光が、それぞれの光ファイバ１９，１５の端部１９ａ，１５ｂに設けられたコリメート部１９ｆ，１５ｆにより、図５（ｂ）に示すようなコリメート光（ほぼ平行光）に変換される。
【００４９】
したがって、各光ファイバ１９，１５から相手側の光ファイバ１５，１９に出射される光が拡散光である場合に比べて、両光ファイバ１９，１５のコア１９ｃ，１５ｃの軸ずれ（光ファイバ１９，１５の径方向への光軸ずれ）の増加による伝送損失の拡大を抑制することができる。
【００５０】
また、回転側の光ファイバ１９を軸受ユニット１７ａの空気軸受部１７ｃにより軸受することで、回転側（回転体５）の回転に伴う固定側の光ファイバ１５のコア１５ｃの中心軸に対する回転側の光ファイバ１９のコア１９ｃの中心軸の軸ずれやずれ角（光ファイバの光軸どうしが交差する角度）の度合いが抑制される。
【００５１】
これらが相乗的に働くことによって、回転側（回転体５）の回転に伴う回転側と固定側の両光ファイバ１９，１５のコア１９ｃ，１５ｃの軸ずれやずれ角に起因する、回転側と固定側との両光ファイバ１９，１５間における光信号の伝送損失を、低く抑えることができる。これにより、特に高速回転する回転側（回転体５）と固定側との間で、双方の光ファイバ１９，１５間における光信号の授受を非接触かつ低損失で行うことができる。
【００５２】
また、各光ファイバ１９，１５の特に端部１９ａ，１５ｂの部分は、ＴＥＣファイバ化されることにより、モードフィールド径（コア１９ｃ，１５ｃの径）が局所的に拡大されてコリメート部１９ｆ，１５ｆを構成することになる。したがって、光ファイバ１９，１５とは別の光デバイス（例えばコリメータレンズ）を用いてコリメート部１９ｆ，１５ｆを構成するのに比べて、単一の光デバイス（光ファイバ１９，１５）により直進性が高いコリメート光に少ない伝送損失で変換することができる。
【００５３】
なお、本実施形態では静圧軸受を用いて構成した軸受ユニット１７ａを、他の方式の軸受を用いて構成してもよい。但し、静圧軸受の方が他の方式の軸受よりも、回転側（回転体５）が高速回転する場合の固定側の光ファイバ１５のコア１５ｃの中心軸に対する回転側の光ファイバ１９のコア１９ｃの中心軸の軸ずれやずれ角を、他の方式の軸受を軸受ユニットに用いるより抑制することができる。
【００５４】
したがって、回転側及び固定側の各光ファイバ１９，１５のコリメート部１９ｆ，１５ｆによるコリメート光への変換精度の許容範囲を拡げても、回転側及び固定側の各光ファイバ１９，１５間における光信号の伝送損失を、必要な程度に抑えることができる。これにより、コリメート部１９ｆ，１５ｆを構成するデバイスの選択幅を拡げることができる。
【００５５】
また、本実施形態では、光ロータリージョイント１７を回転体５の周面５ａの歪みを計測する歪み計測装置１に適用した場合を例に取って説明した。しかし、本発明の光ロータリージョイントは、回転体の歪みを計測する歪み計測装置に限らず、高速回転（例えば２００００ｒｐｍ以上）する回転側の光ファイバと固定側の光ファイバとの間で非接触で光信号の授受を行う場合に、広く適用可能である。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
本発明は、高速回転（例えば２００００ｒｐｍ以上）する回転側の光ファイバと固定側の光ファイバとの間で非接触で光信号の授受を行う場合に用いて好適である。
【符号の説明】
【００５７】
１ 計測装置
３ 駆動用モータ
５ 回転体
５ａ 周面
５ｂ 回転軸
１１ 光源
１２ 光ファイバ
１３ 光サーキュレータ
１５ 固定側の光ファイバ
１５ａ 一方の端部
１５ｂ 他方の端部
１５ｃ コア
１５ｆ コリメート部
１７ 光ロータリージョイント
１７ａ 軸受ユニット
１７ｂ ハウジング
１７ｃ 空気軸受部
１９ 回転側の光ファイバ
１９ａ 一方の端部
１９ｂ 他方の端部
１９ｃ コア
１９ｄ ファイバブラッググレーティング
１９ｅ クラッド
１９ｆ コリメート部
２０ 光ファイバ
２１ 計測器
２３ 解析装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転側と固定側との間で非接触で光信号を授受する光ロータリージョイントとこれを用いた回転体の歪み計測装置とに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、回転体の表面に生じた歪みを計測するには、回転体の表面に歪み検出用のセンサを配置し、そのセンサ出力を計測ユニット側に取り込む必要がある。その場合、回転体を含む回転側と計測ユニットを含む固定側との間で信号の授受を行う構成が欠かせない。
【０００３】
回転側と固定側との間で信号の授受を行うものとしては、双方の接点どうしが機械的に接触するスリップリングが知られている。しかし、スリップリングは、両接点どうしの摺動により発生するノイズ等の影響があるので、高速通信には不向きである。その点、光ロータリージョイントは、機械的な接点どうしの接触を伴わないので、有効な信号伝送手段であると言える。
【０００４】
光ロータリージョイントでは、回転側の光ファイバと固定側の光ファイバとの間で光信号を授受するので、両光ファイバの端面どうしを接触させて伝送損失を極力減らすことが考えられる。しかし、そうすると、接触面（端面）の摩耗により通信不能となり装置の寿命が短くなってしまう。そこで、両光ファイバの端面を間隔をおいて配置し、その間隔を光学オイルで満たすことが提案された（例えば、特許文献１）。
【０００５】
しかし、回転側の回転により光学オイルが温度膨張を起こしたり、光学オイル中に気泡が発生したりして、伝送損失が増加するという問題がある。そこで、両光ファイバの端部に、コア径よりも内径が大きく内面が鏡面加工された管状光伝送路をそれぞれ光接続することで、光信号の授受を行う光伝送面を光ファイバの端面よりも実質的に拡大することが提案された（例えば、特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開昭６３−２６７９０２号公報
【特許文献２】特開２００９−１６９０５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述したように、管状光伝送路を光ファイバの端部に光接続する従来技術は、光伝送面を光ファイバの端面よりも実質的に拡大するもので、回転側と固定側との光ファイバの軸ずれ（光ファイバの径方向への光軸ずれ）やずれ角（光ファイバの光軸どうしが交差する角度）を抑制するものではない。しかも、管状光伝送路の開口から外部に出射する光は、光ファイバの端面から出射する光と同じく拡散光であり、光ファイバの軸ずれやずれ角が増えれば、伝送損失が増大することは避けられない。
【０００８】
現在商品化されている光ロータリージョイントの最高対応回転数は１００００回転（ｒｐｍ）と言われているが、さらに高速回転の環境下で光ロータリージョイントを用いることが想定される場合は、伝送損失を抑制するための新たな工夫が欠かせない。
【０００９】
本発明は前記事情に鑑みなされたもので、本発明の目的は、特に高速回転する回転側と固定側との間で非接触で光信号の授受を好適に行うことができる光ロータリージョイントと回転体の歪み計測装置とを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するため、請求項１に記載した本発明の光ロータリージョイントは、
コアの中心軸の周りに回転する回転側の光ファイバと固定側の光ファイバとの間で非接触で光信号を授受する光ロータリージョイントにおいて、
前記回転側及び前記固定側の各光ファイバの端部にそれぞれ設けられ、相手側の光ファイバに向けた出射光をコリメート光に変換するコリメート部と、
前記回転側の光ファイバを軸受する軸受ユニットと、
を備えることを特徴とする。
【００１１】
請求項１に記載した本発明の光ロータリージョイントによれば、回転側と固定側の各光ファイバから相手側の光ファイバに向けて出射される光が、それぞれの光ファイバの端部に設けられたコリメート部によりコリメート光（平行光）に変換される。したがって、各光ファイバから相手側の光ファイバに出射される光が拡散光である場合に比べて、両光ファイバの中心軸の軸ずれ（光ファイバの径方向への光軸ずれ）の増加による伝送損失の拡大を抑制することができる。
【００１２】
また、回転側の光ファイバを軸受ユニットにより軸受することで、回転側の回転に伴う固定側の光ファイバの軸に対する回転側の光ファイバの中心軸の軸ずれやずれ角（光ファイバの中心軸どうしが交差する角度）の度合いが抑制される。
【００１３】
これらが相乗的に働くことによって、回転側の回転に伴う軸ずれやずれ角に起因する、回転側と固定側との両光ファイバ間における光信号の伝送損失を、低く抑えることができる。これにより、特に高速回転する回転側と固定側との間で、双方の光ファイバ間における光信号の授受を非接触かつ低損失で行うことができる。
【００１４】
また、請求項２に記載した本発明の光ロータリージョイントは、請求項１に記載した本発明の光ロータリージョイントにおいて、前記各光ファイバがそれぞれ、モードフィールド径を端部において局所的に拡大したＴＥＣ（Ｔｈｅｒｍａｌ Ｅｘｐａｎｄｅｄ Ｃｏｒｅ）ファイバであることを特徴とする。
【００１５】
請求項２に記載した本発明の光ロータリージョイントによれば、請求項１に記載した本発明の光ロータリージョイントにおいて、各光ファイバとして用いるＴＥＣ（Ｔｈｅｒｍａｌ Ｅｘｐａｎｄｅｄ Ｃｏｒｅ）ファイバでは、端部のモードフィールド径が局所的に拡大されてコリメート部を構成することになる。そして、ＴＥＣファイバのモードフィールド径が拡大された端部を導光されることで、回転側と固定側の各光ファイバから相手側の光ファイバに出射される光はコリメート光となる。
【００１６】
したがって、光ファイバとは別の光デバイス（例えばコリメータレンズ）を用いてコリメート部を構成するのに比べて、単一の光デバイス（光ファイバ）により、直進性が高いコリメート光に少ない伝送損失で変換することができる。
【００１７】
さらに、請求項３に記載した本発明の光ロータリージョイントは、請求項１又は２に記載した本発明の光ロータリージョイントにおいて、前記軸受ユニットが静圧軸受であることを特徴とする。
【００１８】
請求項３に記載した本発明の光ロータリージョイントによれば、請求項１又は２に記載した本発明の光ロータリージョイントにおいて、静圧軸受を軸受ユニットに用いることで、回転側が高速回転する場合の固定側の光ファイバの中心軸に対する回転側の光ファイバの中心軸の軸ずれやずれ角が、他の方式の軸受を軸受ユニットに用いるよりも抑制される。
【００１９】
したがって、回転側及び固定側の各光ファイバのコリメート部によるコリメート光への変換精度の許容範囲を拡げても、回転側及び固定側の各光ファイバ間における光信号の伝送損失を、必要な程度に抑えることができる。これにより、コリメート部を構成するデバイスの選択幅を拡げることができる。
【００２０】
また、上記目的を達成するため、請求項４に記載した本発明の回転体の歪み計測装置は、
請求項１、２又は３記載の光ロータリージョイントを備え、
前記光ロータリージョイントの回転側の光ファイバの特定箇所には、特定波長の光の一部を反射するファイバブラッググレーティングが形成されており、
前記回転側の光ファイバの特定箇所の周面が、該回転側の光ファイバのコアの中心軸の周りに回転する歪み計測対象の回転体に取り付けられており、
前記光ロータリージョイントを介して前記回転側の光ファイバの端部から前記固定側の光ファイバの端部に伝送される光信号の波長と前記特定波長とに基づいて、前記回転体における歪みを計測する、
ことを特徴とする。
【００２１】
請求項４に記載した本発明の回転体の歪み計測装置によれば、回転側の光ファイバの特定箇所に形成したファイバブラッググレーティングにおいて一部反射する光の波長は、特定箇所を取り付けた歪み計測対象の回転体の表面が歪むと特定波長からシフトする。したがって、ファイバブラッググレーティングからの反射光の波長を、光ロータリージョイントを介して回転側の光ファイバの端部から固定側の光ファイバの端部に伝送される光信号の波長から特定し、これを特定波長と比較照合することで、計測対象の回転体の表面に生じた歪みを計測できる。
【００２２】
また、請求項１、２又は３記載の光ロータリージョイントを用いることで、回転側の回転で生じた回転側と固定側との光ファイバどうしの軸ずれやずれ角に起因する光信号の伝送損失を、低く抑えることができる。
【００２３】
したがって、高速回転する回転体が歪み計測対象である歪み計測装置であっても、回転側と固定側との間で、双方の光ファイバ間における光信号の授受を非接触かつ低損失で行い、歪み計測を正確に行うことができる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、高速回転する回転側と固定側との間で、双方の光ファイバ間における光信号の授受を非接触かつ低損失で行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の一実施形態に係る回転体の歪み計測装置の概略構成を示す説明図である。
【図２】（ａ）は図１の回転体の周面に取り付けられる回転側の光ファイバに形成されるファイバブラッググレーティングを模式的に示す説明図、（ｂ）は（ａ）のファイバブラッググレーティングに対する入射光及び透過光の波長と強度との関係を示すグラフ、（ｃ）は（ａ）のファイバブラッググレーティングからの反射光の波長（ブラッグ波長）と強度との関係を示すグラフである。
【図３】本発明の一実施形態に係る図１の光ロータリージョイントの概略構成を示す説明図である。
【図４】図３の回転側と固定側とに一般的な光ファイバを用いた場合を示し、（ａ）はコア径（モードフィールド径）の説明図、（ｂ）は光ファイバから出射される光の光束の説明図である。
【図５】図３の回転側と固定側とにＴＥＣ（Ｔｈｅｒｍａｌ Ｅｘｐａｎｄｅｄ Ｃｏｒｅ）ファイバを用いた場合を示し、（ａ）はコア径（モードフィールド径）の説明図、（ｂ）は光ファイバから出射される光の光束の説明図である。
【図６】（ａ）〜（ｄ）は図３の回転側と固定側との光ファイバどうしによる光信号の伝送損失に影響する因子を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００２７】
図１は本発明の一実施形態に係る回転体の歪み計測装置の概略構成を示す説明図である。図１に示す本実施形態の回転体の歪み計測装置（以下、「歪み計測装置」と略記する。）１は、駆動用モータ３により回転駆動される回転体５の周面５ａの歪みを非接触で光により計測するものである。
【００２８】
そして、歪み計測装置１は、光源１１、光サーキュレータ１３、固定側の光ファイバ１５、光ロータリージョイント１７、回転側の光ファイバ１９、計測器２１、及び、解析装置２３を有している。
【００２９】
このうち、回転側の光ファイバ１９を除く光源１１、光サーキュレータ１３、固定側の光ファイバ１５、計測器２１、及び、解析装置２３は、回転体５から分離して固定配置されている。一方、回転側の光ファイバ１９は、回転体５に配置されて回転するように構成されている。
【００３０】
詳しくは、回転側の光ファイバ１９のうち一方の端部１９ａは、回転体５の回転軸５ｂに埋設されている。一方の端部１９ａ側の中心軸、即ち、図２（ａ）に示す回転側の光ファイバ１９のコア１９ｃの中心軸は、図１に示す回転体５の回転軸５ｂの回転中心軸上に位置している。一方の端部１９ａの端面は回転軸５ｂの端面から外側に露出している。また、回転側の光ファイバ１９はその途中から回転体５の外部に延出し、回転側の光ファイバ１９のうち他方の端部１９ｂの周面は、回転体５の周面５ａに取付固定されている。
【００３１】
図２（ａ）の説明図に示すように、他方の端部１９ｂのコア１９ｃには、特定波長の光の一部を反射するファイバブラッググレーティング（ＦＢＧ：Ｆｉｂｅｒ Ｂｒａｇｇ Ｇｒａｔｉｎｇ）１９ｄが形成されている。図２（ａ）中１９ｅは回転側の光ファイバ１９のクラッドを示す。
【００３２】
ＦＢＧ１９ｄは、コア１９ｃに格子間隔Λで形成した屈折率ｎｅの複数の格子部を有している。ＦＢＧ１９ｄは、一方の端部１９ａから他方の端部１９ｂに向けてコア１９ｃを透過する光のうち、ブラッグ波長λＢ（＝２ｎｅΛ）の光を一方の端部１９ａ側に反射させ、それ以外の波長の光を透過させる。本実施形態のＦＢＧ１９ｄのブラッグ波長λＢは、他方の端部１９ｂに曲げ、撓みの変形がない状態で、図２（ｂ），（ｃ）のグラフに示すように、１５５０ｎｍである。なお、実際の計測では１５５０ｎｍの他にも数種の波長帯を使用した。即ち、１５５０ｎｍは一例であり、計測波長は１５５０ｎｍに限定されない。
【００３３】
図１に示す光源１１は、回転体５の周面５ａの歪みを計測するための光を出力する。この光は光ファイバ１２により光サーキュレータ１３の第１のポートに入力され、第２のポートから固定側の光ファイバ１５の一方の端部１５ａの端面に向けて出力される。
【００３４】
固定側の光ファイバ１５の他方の端部１５ｂは、回転側の光ファイバ１９の一方の端部１９ａと共に、光ロータリージョイント１７の一部を構成している。この光ロータリージョイント１７は、図３の説明図に示すように、軸受ユニット１７ａを有している。本実施形態では、この軸受ユニット１７ａを静圧軸受（空気軸受）によって構成している。
【００３５】
軸受ユニット１７ａは、固定側の光ファイバ１５の他方の端部１５ｂを保持するハウジング１７ｂと、このハウジング１７ｂの内部に形成された空気軸受部１７ｃとを有している。空気軸受部１７ｃは、回転体５の回転軸５ｂを高圧空気によって非接触で軸受する。この軸受により、回転側の光ファイバ１９の一方の端部１９ａの端面と、固定側の光ファイバ１５の他方の端部１５ｂの端面とが、向かい合わせに対向配置される。そして、空気軸受部１７ｃの軸受により、回転側の光ファイバ１９の一方の端部１９ａの中心軸（コア１９ｃの中心軸）が、固定側の光ファイバ１５の他方の端部１５ｂの中心軸（図５（ａ）に示すコア１５ｃの中心軸）と一致するように、回転側の光ファイバ１９の一方の端部１９ａが調芯される。
【００３６】
固定側の光ファイバ１５の他方の端部１５ｂと回転側の光ファイバ１９の一方の端部１９ａとは、熱拡散技術を用いてモードフィールド径（コア１５ｃ，１９ｃの径）を局所的に拡大させたＴＥＣ（Ｔｈｅｒｍａｌ Ｅｘｐａｎｄｅｄ Ｃｏｒｅ）ファイバで構成している。固定側の光ファイバ１５の他方の端部１５ｂと回転側の光ファイバ１９の一方の端部１９ａとをＴＥＣファイバ化することで、図４（ａ）の説明図に示す一般的なシングルモード（ＳＭ）ファイバの１０μｍから、図５（ａ）の説明図に示す３０μｍ（最大）まで、各端部１５ｂ，１９ａのコア１５ｃ，１９ｃの径を拡大させることができる。なお、図４（ａ）及び図５（ａ）中１５ｅは固定側の光ファイバ１５のクラッドを示す。
【００３７】
このＴＥＣファイバ化により各端部１５ｂ，１９ａは、拡散光をコリメート光に変換するコリメート部１５ｆ，１９ｆを一体に有することになる。したがって、各端部１５ｂ，１９ａをＴＥＣファイバ化すると、相手側の端部１９ａ，１５ｂに向けて出射される光は、図４（ｂ）の説明図に示す一般的なシングルモードファイバ（ＳＭＦ）のような拡散光から、図５（ｂ）の説明図に示すほぼ平行光（コリメート光）に、コリメート部１５ｆ，１９ｆによって変換される。
【００３８】
光ロータリージョイント１７中の、固定側の光ファイバ１５の他方の端部１５ｂと回転側の光ファイバ１９の一方の端部１９ａとの間における光信号の伝送損失には、図６（ａ）〜（ｄ）の各説明図に示すように、両端部１５ｂ，１９ａ間のギャップ（間隔）Ｓ、中心軸（コア軸）の軸ずれＬの大きさ、中心軸（コア軸）どうしのずれ角θの大きさ、及び、ＴＥＣファイバ化した各端部１５ｂ，１９ａのコア１５ｃ，１９ｃの径Ｄが、影響を及ぼすことになる。
【００３９】
このうち、図６（ａ）に示す両端部１５ｂ，１９ａ間のギャップ（間隔）Ｓは、相対的に短い方が伝送損失を抑えることができる。このギャップＳに関しては、各端部１５ｂ，１９ａの出射光をコリメート部１５ｆ，１９ｆがコリメート光に変換して相手側の端部１９ａ，１５ｂに届く光の強度を高めるので、許容範囲をある程度拡げることができる。
【００４０】
また、図６（ｄ）に示すＴＥＣファイバ化した各端部１５ｂ，１９ａのコア１５ｃ，１９ｃの径Ｄは、各端部１５ｂ，１９ａのコリメート部１５ｆ，１９ｆによるコリメート変換の特性を変化させる。コリメート部１５ｆ，１９ｆのコリメート変換特性が変わると、両端部１５ｂ，１９ａ間における光信号の伝送損失を目標値以内に抑えるための、図６（ｂ），（ｃ）に示す両端部１５ｂ，１９ａの中心軸（コア軸）の軸ずれＬの大きさ、及び、中心軸（コア軸）どうしのずれ角θの大きさに関する各許容範囲が変わる。
【００４１】
そこで、ＴＥＣファイバ化した各端部１５ｂ，１９ａのコア１５ｃ，１９ｃの径Ｄに応じて定まる中心軸（コア軸）の軸ずれＬや中心軸（コア軸）どうしのずれ角θの許容範囲が、それぞれ適切な範囲となるように、ＴＥＣファイバ化した各端部１５ｂ，１９ａのコア１５ｃ，１９ｃの径Ｄを、適切な大きさに設定することが肝要である。
【００４２】
具体的には、所望の回転数（例えば、２００００〜３００００ｒｐｍ）で回転している回転体５の回転軸５ｂを軸受ユニット１７ａの空気軸受部１７ｃで軸受したときの、中心軸（コア軸）の軸ずれＬの大きさや、中心軸（コア軸）どうしのずれ角θの大きさを、それぞれ含むような許容範囲に設定されるように、ＴＥＣファイバ化した各端部１５ｂ，１９ａのコア１５ｃ，１９ｃの径Ｄを設定することが肝要である。
【００４３】
これと共に、あるいは、これに代えて、所望の回転数（例えば、２００００〜３００００ｒｐｍ）で回転している回転体５の回転軸５ｂを軸受ユニット１７ａの空気軸受部１７ｃで軸受したときの、中心軸（コア軸）の軸ずれＬの大きさや、中心軸（コア軸）どうしのずれ角θの大きさが、それぞれ適切な値となるように、適切な調芯性能の軸受ユニット１７ａを選択して使用することが肝要である。
【００４４】
具体的には、所望の回転数（例えば、２００００〜３００００ｒｐｍ）で回転している回転体５の回転軸５ｂを軸受ユニット１７ａの空気軸受部１７ｃで軸受したときの、中心軸（コア軸）の軸ずれＬの大きさや、中心軸（コア軸）どうしのずれ角θの大きさが、ＴＥＣファイバ化した各端部１５ｂ，１９ａのコア１５ｃ，１９ｃの径Ｄに応じて定まるそれぞれの許容範囲内の値となるように、軸受ユニット１７ａの調芯性能を選択することが肝要である。
【００４５】
このように構成された光ロータリージョイント１７では、光サーキュレータ１３の第２のポートから固定側の光ファイバ１５の一方の端部１５ａの端面に入射された光が、固定側の光ファイバ１５の他方の端部１５ｂから回転側の光ファイバ１９の一方の他方の端部１９ａに伝送される。また、回転側の光ファイバ１９の他方の端部１９ｂに形成されたＦＢＧ１９ｄからの反射光が、回転側の光ファイバ１９の一方の他方の端部１９ａから固定側の光ファイバ１５の他方の端部１５ｂに伝送される。
【００４６】
固定側の光ファイバ１５の他方の端部１５ｂに入射された反射光は、固定側の光ファイバ１５の一方の端部１５ａの端面から図１に示す光サーキュレータ１３の第２のポートに入力される。入力された反射光は、光サーキュレータ１３の第３のポートから出力され、光ファイバ２０により計測器２１に入力される。
【００４７】
計測器２１は、入力されたＦＢＧ１９ｄからの反射光の波長を検出し、検出した反射光の波長と、回転側の光ファイバ１９の他方の端部１９ｂに曲げ、撓みの変形がない状態におけるＦＢＧ１９ｄのブラッグ波長λＢとの波長差から、解析装置２３が回転体の周面５ａの歪みを計測する。
【００４８】
以上に説明した構成の本実施形態の歪み計測装置１によれば、光ロータリージョイント１７において、回転側と固定側の各光ファイバ１９，１５から相手側の光ファイバ１５，１９に向けて出射される光が、それぞれの光ファイバ１９，１５の端部１９ａ，１５ｂに設けられたコリメート部１９ｆ，１５ｆにより、図５（ｂ）に示すようなコリメート光（ほぼ平行光）に変換される。
【００４９】
したがって、各光ファイバ１９，１５から相手側の光ファイバ１５，１９に出射される光が拡散光である場合に比べて、両光ファイバ１９，１５のコア１９ｃ，１５ｃの軸ずれ（光ファイバ１９，１５の径方向への光軸ずれ）の増加による伝送損失の拡大を抑制することができる。
【００５０】
また、回転側の光ファイバ１９を軸受ユニット１７ａの空気軸受部１７ｃにより軸受することで、回転側（回転体５）の回転に伴う固定側の光ファイバ１５のコア１５ｃの中心軸に対する回転側の光ファイバ１９のコア１９ｃの中心軸の軸ずれやずれ角（光ファイバの光軸どうしが交差する角度）の度合いが抑制される。
【００５１】
これらが相乗的に働くことによって、回転側（回転体５）の回転に伴う回転側と固定側の両光ファイバ１９，１５のコア１９ｃ，１５ｃの軸ずれやずれ角に起因する、回転側と固定側との両光ファイバ１９，１５間における光信号の伝送損失を、低く抑えることができる。これにより、特に高速回転する回転側（回転体５）と固定側との間で、双方の光ファイバ１９，１５間における光信号の授受を非接触かつ低損失で行うことができる。
【００５２】
また、各光ファイバ１９，１５の特に端部１９ａ，１５ｂの部分は、ＴＥＣファイバ化されることにより、モードフィールド径（コア１９ｃ，１５ｃの径）が局所的に拡大されてコリメート部１９ｆ，１５ｆを構成することになる。したがって、光ファイバ１９，１５とは別の光デバイス（例えばコリメータレンズ）を用いてコリメート部１９ｆ，１５ｆを構成するのに比べて、単一の光デバイス（光ファイバ１９，１５）により直進性が高いコリメート光に少ない伝送損失で変換することができる。
【００５３】
なお、本実施形態では静圧軸受を用いて構成した軸受ユニット１７ａを、他の方式の軸受を用いて構成してもよい。但し、静圧軸受の方が他の方式の軸受よりも、回転側（回転体５）が高速回転する場合の固定側の光ファイバ１５のコア１５ｃの中心軸に対する回転側の光ファイバ１９のコア１９ｃの中心軸の軸ずれやずれ角を、他の方式の軸受を軸受ユニットに用いるより抑制することができる。
【００５４】
したがって、回転側及び固定側の各光ファイバ１９，１５のコリメート部１９ｆ，１５ｆによるコリメート光への変換精度の許容範囲を拡げても、回転側及び固定側の各光ファイバ１９，１５間における光信号の伝送損失を、必要な程度に抑えることができる。これにより、コリメート部１９ｆ，１５ｆを構成するデバイスの選択幅を拡げることができる。
【００５５】
また、本実施形態では、光ロータリージョイント１７を回転体５の周面５ａの歪みを計測する歪み計測装置１に適用した場合を例に取って説明した。しかし、本発明の光ロータリージョイントは、回転体の歪みを計測する歪み計測装置に限らず、高速回転（例えば２００００ｒｐｍ以上）する回転側の光ファイバと固定側の光ファイバとの間で非接触で光信号の授受を行う場合に、広く適用可能である。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
本発明は、高速回転（例えば２００００ｒｐｍ以上）する回転側の光ファイバと固定側の光ファイバとの間で非接触で光信号の授受を行う場合に用いて好適である。
【符号の説明】
【００５７】
１ 計測装置
３ 駆動用モータ
５ 回転体
５ａ 周面
５ｂ 回転軸
１１ 光源
１２ 光ファイバ
１３ 光サーキュレータ
１５ 固定側の光ファイバ
１５ａ 一方の端部
１５ｂ 他方の端部
１５ｃ コア
１５ｆ コリメート部
１７ 光ロータリージョイント
１７ａ 軸受ユニット
１７ｂ ハウジング
１７ｃ 空気軸受部
１９ 回転側の光ファイバ
１９ａ 一方の端部
１９ｂ 他方の端部
１９ｃ コア
１９ｄ ファイバブラッググレーティング
１９ｅ クラッド
１９ｆ コリメート部
２０ 光ファイバ
２１ 計測器
２３ 解析装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コアの中心軸の周りに回転する回転側の光ファイバと固定側の光ファイバとの間で非接触で光信号を授受する光ロータリージョイントにおいて、
前記回転側及び前記固定側の各光ファイバの端部にそれぞれ設けられ、相手側の光ファイバに向けた出射光をコリメート光に変換するコリメート部と、
前記回転側の光ファイバを軸受する軸受ユニットと、
を備えることを特徴とする光ロータリージョイント。
【請求項２】
前記各光ファイバはそれぞれ、モードフィールド径を端部において局所的に拡大したＴＥＣ（Ｔｈｅｒｍａｌ Ｅｘｐａｎｄｅｄ Ｃｏｒｅ）ファイバであることを特徴とする請求項１記載の光ロータリージョイント。
【請求項３】
前記軸受ユニットは静圧軸受であることを特徴とする請求項１又は２記載の光ロータリージョイント。
【請求項４】
請求項１、２又は３記載の光ロータリージョイントを備え、
前記光ロータリージョイントの回転側の光ファイバの特定箇所には、特定波長の光の一部を反射するファイバブラッググレーティングが形成されており、
前記回転側の光ファイバの特定箇所の周面が、該回転側の光ファイバのコアの中心軸の周りに回転する歪み計測対象の回転体に取り付けられており、
前記光ロータリージョイントを介して前記回転側の光ファイバの端部から前記固定側の光ファイバの端部に伝送される光信号の波長と前記特定波長とに基づいて、前記回転体における歪みを計測する、
ことを特徴とする回転体の歪み計測装置。
【請求項１】
コアの中心軸の周りに回転する回転側の光ファイバと固定側の光ファイバとの間で非接触で光信号を授受する光ロータリージョイントにおいて、
前記回転側及び前記固定側の各光ファイバの端部にそれぞれ設けられ、相手側の光ファイバに向けた出射光をコリメート光に変換するコリメート部と、
前記回転側の光ファイバを軸受する軸受ユニットと、
を備えることを特徴とする光ロータリージョイント。
【請求項２】
前記各光ファイバはそれぞれ、モードフィールド径を端部において局所的に拡大したＴＥＣ（Ｔｈｅｒｍａｌ Ｅｘｐａｎｄｅｄ Ｃｏｒｅ）ファイバであることを特徴とする請求項１記載の光ロータリージョイント。
【請求項３】
前記軸受ユニットは静圧軸受であることを特徴とする請求項１又は２記載の光ロータリージョイント。
【請求項４】
請求項１、２又は３記載の光ロータリージョイントを備え、
前記光ロータリージョイントの回転側の光ファイバの特定箇所には、特定波長の光の一部を反射するファイバブラッググレーティングが形成されており、
前記回転側の光ファイバの特定箇所の周面が、該回転側の光ファイバのコアの中心軸の周りに回転する歪み計測対象の回転体に取り付けられており、
前記光ロータリージョイントを介して前記回転側の光ファイバの端部から前記固定側の光ファイバの端部に伝送される光信号の波長と前記特定波長とに基づいて、前記回転体における歪みを計測する、
ことを特徴とする回転体の歪み計測装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１２−２３０１９３（Ｐ２０１２−２３０１９３Ａ）
【公開日】平成２４年１１月２２日（２０１２．１１．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−９７５２５（Ｐ２０１１−９７５２５）
【出願日】平成２３年４月２５日（２０１１．４．２５）
【出願人】（３９１００６２３４）一般社団法人日本航空宇宙工業会 (45)
【出願人】（０００００００９９）株式会社ＩＨＩ (5,014)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月２２日（２０１２．１１．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年４月２５日（２０１１．４．２５）
【出願人】（３９１００６２３４）一般社団法人日本航空宇宙工業会 (45)
【出願人】（０００００００９９）株式会社ＩＨＩ (5,014)
【Ｆターム（参考）】
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