運動の能動補正を備えた光学回転継手
本発明は、第１光ファイバーを接続する第１コリメーター装置及び第２光ファイバーを接続する第２コリメーター装置を有する光学回転継手に関する。この場合、この第２コリメーター装置は、第１コリメーター装置に対して回転軸線の周りに回転可能に軸支されている。これらのアクチュエーター装置は、２つの軸線に沿って調整可能な１つのアクチュエーターを有するコリメーターを備える。機械公差が補正され、これらのコリメーター装置間の光学減衰量が最少であるように、制御ユニットがこれらのアクチュエーターを制御する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、対向している回転可能なユニット間の光信号を伝達する、ロータリージョイント又は回転継手とも呼ばれる装置に関する。特に複数の光信号が、当該装置によって複数のチャネル内に同時に伝達され得る。
【背景技術】
【０００２】
相対回転可能なユニット間の光信号を伝達するため、様々な伝達システムが公知である。
【０００３】
米国特許第５，５６８，５７８号明細書では、ドーブプリズムを有する複数のチャネル用の光学回転継手が開示されている。複数の光ファイバーからの光を入射又は出射させるため、複数のＧＲＩＮレンズが設けられている。このドーブプリズムは、精確な歯車装置によって対向している回転可能な２つのユニット間の半分の角速度で正確に回転される必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第５，５６８，５７８号明細書
【特許文献２】米国特許出願公開第２００５／０１００２６８号明細書
【特許文献３】米国特許第７，１０６，９２５号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の課題は、光信号を伝達する公知の従来の技術の回転継手を改良すること及び特に経費のかかる歯車装置が省略又は簡略化され得るように公知の従来の技術を構成することにある。さらに、軸受のより大きい機械公差が許容され得るように、当該装置が特に構成されなければならない。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この課題の解決手段は、独立請求項に記載されている。本発明のその他の構成は、従属請求項に記載されている。
【０００７】
本発明の装置は、２つのコリメーター装置１０，１４を有する。このコリメーター装置１０，１４は、回転軸線の周りに相対回転可能に配置されている。光を伝達する光路が、第１コリメーター装置１０とこの第１コリメーター装置１０に対向して配置された第２コリメーター装置１４との間に存在する。少なくとも１つの非回転式光学素子、例えばドーブプリズム３が、この光路内に存在する。このドーブプリズムは、当該２つのコリーメーター装置１０，１４間の回転運動に左右されずに第１コリメーター装置１０から出射された光を第２コリメーター装置１４に投影させ、同様に第２コリメーター装置１４から出射された光を第１コリメーター装置１０に投影させる。これに対して、ドーブプリズムは、第１コリメーター装置１０及び第２コリメーター装置１４の回転の半分の角速度で回転される。
【０００８】
各コリメーター装置１０，１４は、少なくとも１つのコリメーター及びこの少なくとも１つのコリメーターを保持する少なくとも１つの手段を有する。ここでのコリメーターの概念は、最も広い意味でビームガイド素子又はビーム生成素子を示す。このようなコリメーターの目的は、光ファイバー、例えばシングルモード光ファイバー又はマルチモード光ファイバー中に送られた光を、回転継手、特に非回転素子を透過され得るビーム路に変換することにある。このビーム路は、自由空間内のビーム路又は例えばガラス若しくはオイルのような光学媒体内のビーム路に相当する。同様に、逆方向の変換、すなわち回転継手内のビーム路から光ファイバー内への変換も、コリメーターによって実施され得る。明らかに、コリメーターの内部では、双方向の同時の変換も考えられる。その結果、双方向の信号が伝達され得る。当該コリメーターレンズは、一般にはマイクロレンズアレイの好適な屈折率分布レンズ（ＧＲＩＮレンズ）や特に好適なレンズである。コリメーター装置は、任意の数の光学チャネルに対して仕様設計され得る。最も簡単な場合では、このコリメーター装置は、ただ１つのチャネルに対して、しかしながら好ましくは２つ以上のチャネルに対して仕様設計されている。したがって、第１光ファイバー群２及び第２光ファイバー群５の概念は、少なくとも１つの光ファイバー、好ましくは複数の光ファイバーに相当する。
【０００９】
本発明は、基本的には全ての非回転式光学素子に対して構成可能である。分かりやすさのため、ここでは、ドーブプリズムが示されている。しかし同様に、アッベケーニッヒプリズム又はミラー装置も、非回転式光学素子として使用可能である。
【００１０】
本発明のコリメーター装置は、２つの軸線に沿って調整可能な１つのアクチュエーターを有する少なくとも１つのコリメーターを含む。ビームの傾け及び／又はビームのシフトが、このアクチュエーターによって実現される。例えば、光ファイバーの位置が、コリメーターレンズの前方でシフトすると、コリメーターレンズの後方のビームが傾く。光路の減衰量（伝達損失）が最少であるように、当該ビームが、このアクチュエーターによって調整され得る。オプションでは、この少なくとも１つのコリメーターは、１つの軸線内だけで使用されてもよく又はより多くの数の軸線内で調整可能である。この少なくとも１つのアクチュエーターを制御するため、制御ユニット１１，１３が設けられている。このアクチュエーターが、プリセットされている位置を占めるように、このアクチュエーターは、この制御ユニットによって制御される。このプリセットされている位置は、一定の位置でもよい。この代わりに、この位置は、時間に依存若しくは回転角度に依存又はコリメーター装置若しくは構造部品の温度のようなその他のパラメーターに依存してもよい。この位置は、光学伝達パラメーターに依存してもよい。
【００１１】
単一の制御ユニットが、各コリメーター装置に選択的に割り当てられ得る。２つのコリメーター装置の２つの制御ユニットは、好ましくは、選択的に光信号を用いて、容量式に結合された信号を用いて又はスリップリングを通じて伝達される電気信号を用いて交信する。このため、対応する光学式、容量式又は誘導式のカプラ１２が設けられている。存在する光学チャネルのうちの１つの光学チャネルも、信号を送るために使用されてもよい。この代わりに、１つの共通の制御ユニットが、当該交信のために２つのコリメーター装置に対して設けられてもよい。
【００１２】
本発明は、光ファイバーアレイとマイクロレンズアレイとを組み合わせた場合に特に有益である。光ファイバーアレイは、通常は非常に精確であるものの、マイクロレンズアレイに位置決めされる必要がある。一様な斜視角度が、マイクロレンズアレイに対する光ファイバーアレイの（回転なしの）シフトによって生じる。この斜視角度は、アクチュエーターによってコリメーターユニット全体に対して補正され得る。
【００１３】
本発明の特に好適な構成では、アクチュエーターが、補正処理中の調整のために設けられている。すなわち、補正が、例えば、コリメーター装置の始動前に最初に実施され、その後の動作中に所定の間隔で実施される。さらに、光路の減衰量が測定され、アクチュエーターが当該測定に応じて調整される。このアクチュエーターは、進行する動作中は調整されない。すなわち、補正データが、記憶器、特にマイクロコントローラー内に記憶され、進行する動作に対して呼び出され得る。したがって、制御ユニットは、動作中に一定で同じ値を送信する。コリメーター装置の光学式の調整が、このような構成によって著しく簡略化され得る。複数のステップで減衰値を算出し、これに応じてコリメーターが調整つまり固定される経費のかかる機械式の調整の代わりに、全自動式又は少なくとも部分自動式の補正が実施され得る。動作中の変動が補正され得ないので、確かにここでも、軸受及び歯車装置の交差に対する要求は依然として比較的高い。
【００１４】
本発明の別の好適な構成では、アクチュエーターが、動作中にコリメーター装置を連続して調整するために構成されている。すなわち、光路の最少減衰量を達成するため、アクチュエーターが、コリメーター装置の回転中に連続して再調整される。この場合、例えば、光学受信器の信号振幅が評価され得る。この代わりに、１つの基準チャネルが設けられてもよい。既知の強度の光信号が、この基準チャネル内に入射される。次いで、回転継手の減衰量が、この基準チャネルの光路の別の端部に対する受信信号から算出され得る。しかし、１つ又は複数のチャネルの信号振幅は、モニター受信器によって監視されてもよい。このため、第１モニター受信器が、第１コリメーター装置に割り当てられていて、第２モニター受信器が、第２コリメーター装置に割り当てられている場合、僅かな割合、伝達すべき信号の例えば１％が、光学カプラによって出射され、モニター受信器に供給される。制御ユニット１１，１３のうちの少なくとも１つの制御ユニット内では、当該測定されている値の比を計算することによって、減衰量が推測され得る。
【００１５】
このとき、少なくとも１つのアクチュエーターが、振幅及び減衰量の測定に基づいて再調整され得る。その結果、減衰量が、最少になるか又はプリセットされている限界値を少なくとも下回る。コリメーターの位置のこの動勢的な調整又は制御によって、コリメーター装置の比較的大きい機械公差を伴う動作中でも、低い伝達減衰量が達成され得る。すなわち、ここでも、軸受内及び／又は歯車装置内のより大きいクリアランスが許容され得る。
【００１６】
ただ１つのコリメーター装置が、アクチュエーターを本発明に応じて備える場合、安価な装置が構成される。２つのコリメーター装置が、アクチュエーターを本発明に応じて備える場合、特に低い伝達減衰量を達成することができる。光送信機の側面がアクチュエーターを備えることが特に好ましい。その結果、出射された光ビームが、常にコリメーター内に別のコリメーター装置に応じて焦点合わせされる。ドーブプリズム又はミラーのような非回転素子が、各反射時の斜視角度を二倍にするので、このことは、斜視角度の著しい改良をもたらす。
【００１７】
本発明の別の好適な構成では、制御ユニットが、２つのコリメーター装置間の角度位置を算出するセンサを有する。さらにこの制御ユニットは、記憶器を有する。この記憶器は、補正データを有する。これらの補正データは、位置に依存して少なくとも１つのアクチュエーター内に記憶される。その結果、第１コリメーター装置と第２コリメーター装置との間の光学伝達減衰量が最初である。
【００１８】
本発明の好適な構成では、少なくとも１つのアクチュエーターが、静電アクチュエーター、電磁アクチュエーター、圧電アクチュエーター又は熱アクチュエーターとして構成されている。
【００１９】
本発明の別の好適な構成では、少なくとも１つのコリメーター装置が、例えば米国特許出願公開第２００５／０１００２６８号明細書中で開示されているように光ファイバー位置決めユニットを有する。この明細書の内容は、関連技術によって一緒に記載されている。
【００２０】
本発明の別の好適な構成では、少なくとも１つのコリメーター装置が、例えば米国特許第７，１０６，９２５号明細書中に記載されているように光ファイバーユニットを有する。この明細書の内容は、関連技術によって一緒に記載されている。
【００２１】
本発明の別の対象は、光学回転継手で使用されるコリメーター装置である。
【００２２】
別の本発明の対象は、軸線６の周りを相対回転可能に配置されている２つのコリメーター装置１０，１４を有する光学回転継手である。光を伝達する光路が、この第１コリメーター装置１０とこの第１コリメーター装置１０に対向して回転可能に配置された第２コリメーター装置１４との間に存在する。前述した構成とは違って、非回転光学素子が、当該両コリメーター装置間に存在しない。むしろ、少なくとも１つのコリメーターが、２つの軸線に沿って調整可能なアクチュエーターを非回転のために有する。したがって、この調整可能なアクチュエーターを有する少なくとも１つのコリメーターが、制御ユニットによって回転運動に応じて作動される。その結果、このコリメーターは、対応する別のコリメーターユニットの対応するコリメーターに常に整合されている。ここでも、このような本発明のコリメーターは、１つのコリメーター装置内だけに、特に２つのコリメーター装置内だけに設けられ得る。
【００２３】
例えばドーブプリズムとしての非回転光学素子が、この発明の応じて不要であるので、多くの利点が得られる。２つのコリメーター装置間の距離が減少する。この必要な距離は、最大可能偏向角度及びコリメーター装置の大きさによってプリセットされる。著しい重量の削減が、プリズムを省略することによって生じる。さらに、コリメーター装置の機械公差に対する要求が著しく少ない。また、当該コリメーター装置間の距離が僅かであり且つこれに対応するより僅かな収束で済むので、より簡単なコリメーターも使用され得る。すなわち、例えばレンズ形に構成された光ファイバー端部又は光ファイバーテーパーで十分である。
【００２４】
上述したように、ここでは、光ファイバーアレイとマイクロレンズアレイとの組み合わせも特に良好である。ここでは、斜視角度が自動的に補正され得る。これによって、取り付け時のより大きい公差が可能になり、したがってより僅かな製造コストが可能になる。
【００２５】
別の本発明の構成では、１つのコリメーターユニットの個々のコリメーターが、少なくとも２つの軸線に沿って調整不可能である。むしろ、このコリメーターユニットの当該光学構成群の全体が、少なくとも２つの軸線に沿って位置決めされる。すなわち、例えば、多数のコリメーターを支持する１つのマイクロ光学系が、少なくとも２つの軸線に沿って調整され得る。
【００２６】
別の本発明の構成では、当該位置決めが、２つ以上の軸線に沿って実施される。すなわち、例えばもう１つの調整が、回転軸線に対して平行に、すなわちコリメーターの長軸に沿って実施され得る。
【００２７】
本発明の別の好適な構成では、少なくとも１つのコリメーターを調整するため、微視力学的な調整装置が設けられている。この調整装置は、例えばマイクロ歯車装置として構成され得る。これによって、コリメーター自体又は光ファイバーが、コリメーターレンズの前方に配置され得る。
【００２８】
本発明の別の構成は、良好な運動トラック、特に短い運動トラックが得られるように、個々のコリメーターが、第１コリメーター装置１０及び第２コリメーター装置１４に相互に配置されていることを提唱する。例えば、第１コリメーター装置の外側のコリメーターが、第２コリメーター装置の回転中心に沿った内側のコリメーター上に結像され得る。これらのコリメーター装置の個々のチャネルの対称な配置又は完全に等しい配置は必要でない。
【００２９】
本発明の別の構成では、制御ユニット１１，１３のうちの少なくとも１つの制御ユニットが、個々のチャネルをオン又はオフにできるか又はチャネルの割り当てを変更できるように、当該制御ユニットは構成されている。すなわち、例えばアクチュエーターを適切に制御することによって、第１コリメーター装置１０の１つの光学チャネルが、第２コリメーター装置１４のプリセットされているもう１つのチャネル上に結像される。必要な場合は、第２コリメーター装置１４のもう１つのチャネルに切り替えられ得る。本発明の回転継手は、これに応じて、本発明の回転継手は、切替マトリックスとして使用可能である。したがって、例えば時分割多重式の様々なチャネルが実現され得る。例えば、チャネルが、間違った順序で結線された場合に、又は、個々のチャネルが、光ファイバー内に若しくは例えばコリメーター装置のような回転継手の構成要素内に欠陥を有する場合に、当該装置の再構成も可能である。
【００３０】
本発明の別の観点に応じて、少なくとも１つのＭＥＭＳ（微小電子機械システム）ミラーアレイが、選択的にビーム偏向するために設けられている。個々の光ファイバーからの個々の光ビームの適切な偏向も、このようなＭＥＭＳミラーアレイを用いて可能である。したがって、例えばドーブプリズムのような非回転光学素子と組み合わせた場合にも、コリメーター装置の機械公差が補正され得る。同様に、個々のミラーが、回転運動に応じて制御される時に、非回転も可能である。
【００３１】
少なくとも１つのＭＥＭＳミラーアレイ１５，１が、第１光ファイバー群２と第２光ファイバー群５との間に設けられている。このＭＥＭＳミラーアレイ１５，１は、少なくとも１つの制御ユニット１１，１３によって制御され、一方の光ファイバー群２，５のうちの少なくとも１つの光ファイバーからの光を他方の光ファイバー群５，２のうちの１つの所定の光ファイバーの方向に回転に関係なく偏向させる。
【００３２】
好ましくは、１つの光ビームが、１つのミラー上に入射するように、複数のミラーが、個々の光ファイバーからの光ビームに対して整向される。しかし、この代わりに、１つの光ビームが、複数のミラー上に入射してもよい。その結果、冗長なミラー系が構成され得る。このミラー系は、１つのミラーが故障した場合でも常に機能する。しかも、１つの光ビームが、このようなミラー系によって複数の光ビームに分割され得る。
【００３３】
ここで説明した構成の様々なバリエーションが互いに組み合わされてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の装置の概略を図示する。
【図２】従来の技術の代表的な装置を示す。
【図３】本発明の装置の別の実施の形態を示す。
【図４】電気式回転継手を有する図３の構成を示す。
【図５】調整可能なコリメーター、非回転式光学素子及び固定式コリメーター装置を有する装置の配置を示す。
【図６】光を９０°だけ偏向させるコリメーター装置を有する図５に類似の装置を示す。
【図７】調整可能なコリメーター及び固定式のコリメーター装置を有するものの非回転式の光学素子を有しない装置を示す。
【図８】光を９０°だけ偏向させるコリメーター装置を有する図７に類似の装置を示す。
【図９】２つのＭＥＭＳミラーアレイを有する装置を示す。
【図１０】ＭＥＭＳミラーアレイと調整可能なコリメーターを有するコリメーター装置を備えた装置を示す。
【図１１】ＭＥＭＳミラーアレイとコリメーター配置とを有する装置を示す。
【図１２】固定式コリメーターと非回転式光学素子とコリメーター装置を有するＭＥＭＳミラーアレイとを備えた装置を示す。
【図１３】マトリックス式のコリメーター装置の正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
図１は、本発明の装置の回転軸線６に沿った断面を概略的に示す。本発明の光学回転継手は、第１光ファイバー群２を接続する第１コリメーター装置１０及び第２光ファイバー群５を接続する第２コリメーター装置１４を有する。非回転光学素子、ここではドーブプリズムが、第１コリメーター装置１０と第２コリメーター装置１４との間に配置されている。３つの光ビーム７，８，９のビーム路が、本発明の装置の機能を具体的に示す。すなわち、光が、例えば第１光ファイバー群２のうちの１つの光ファイバーを通じて入射され得る。この光は、第１コリメーター装置１０内で回転軸線に対して平行な方向にコリメートされる。このコリメーター装置１０は、２つの軸線に沿って調整可能なアクチュエーターを有するコリメーターを備える。ここでは、全てのコリメーターが、２つの軸線に沿って別々に調整され得る。これらのコリメーターは、制御ユニット１１によって制御される。同様に、第２コリメーター装置１４は、２つの軸線に沿って調整可能なアクチュエーターを有するコリメーターを備える。ここでも、全てのコリメーターが、２つの軸線に沿って別々に調整可能である。当該制御のため、第２制御ユニット１３が設けられている。
【００３６】
図２は、従来の技術の装置を概略的に示す。この光学回転継手は、第１光ファイバー２を接続する第１コリメーター装置１及び第２光ファイバー５を接続する第２コリメーター装置４を有する。この第２コリメーター装置４は、第１コリメーター装置１に対して軸線６の周りに回転可能に軸支されている。回転運動を補正するため、ドーブプリズム３としての非回転光学素子が、第１コリメーター装置１と第２コリメーター装置との間のビーム路内に存在する。３つの光ビーム７，８，９の代表的なビーム路が、第１光ファイバー群２から出発して第１コリメーター装置１を通じて、ドーブプリズム３を透過して、第２コリメーター装置４を通じて、第２光ファイバー５まで示されている。
【００３７】
図３は、本発明の装置の別のバリエーションを示す。ここでは、非回転光学素子は不要になる。当該非回転は、コリメーター自体の運動によって実現される。第１コリメーター装置１０を制御するため、第１制御ユニット１１が設けられている。第２コリメーター装置１４は、第２制御ユニット１３によって制御される。
【００３８】
図４は、本発明の回転継手の別の例を示す。この場合、第１制御ユニット１１と第２制御ユニット１３との間の交信のため、電気式回転継手１２、例えば容量性カプラが設けられている。
【００３９】
図５中には、非回転光学素子を有する別の装置が示されている。すなわち、第１制御ユニット１１によって制御される調整可能なコリメーターを有する第１コリメーター装置１０が、非回転光学素子３の一方の横に設けられている。回転継手の全体の公差が、このコリメーター装置によって補正され得る。第２光ファイバー群５に接続する固定したコリメーターを有する第２コリメーター装置４が、非回転光学素子３の他方の横に設けられている。図６は、図５に対応する装置を示す。図５と違って、偏向ユニットが、第２コリメーター装置４に装着されている。この偏向ユニットは、光を９０°だけ偏向させる。明らかに、その他の偏向角度も実現可能である。ここで示された装置は、第２光ファイバー群５が軸線６に対して垂直に配置され得る利点を有する。当該配置は、この装置の構造長さを低減する。
【００４０】
図７は、第１制御ユニット１１によって制御される調整可能なコリメーター１０を有する第１コリメーター装置と従来の技術に相当する第２コリメーター装置４とを有する装置を示す。非回転は、第１コリメーター装置内で調整可能なコリメーター１０によって実施される。これらのコリメーターは、ここでは回転運動に応じて調整される。調整可能なコリメーター１０を有する第１コリメーター装置の方向からの光だけが、回転運動を補正するために適切に偏向され得るので、この装置は、当該方向からの光を伝達するためだけに適している。第２コリメーター装置４のコリメーターは運動しない。したがって、このコリメーター装置の方向からの光は非回転にされ得ない。１つの光学チャネルが、回転軸線６上に設けられている場合に対しては、この光学チャネルは、非回転なしに、したがって両伝達方向で使用され得る。
【００４１】
図８は、上述した装置と類似の装置を示す。しかしここでは、第２コリメーター装置４が、９０°偏向しているコリメーターとして構成されている。その結果、第２光ファイバー群５が、回転軸線６に対して垂直に配置され得る。
【００４２】
図９は、第１制御ユニット１１によって制御される第１ＭＥＭＳミラーアレイ１５と第２制御ユニット１３によって制御される第２ＭＥＭＳミラーアレイ１６とを有する本発明の装置を示す。これらの両ＭＥＭＳミラーアレイ１５，１６は、対応するチャネルを割り当て又はチャネルを非回転にする。特に短い光路の長さが、この装置によって実現可能である。その結果、コリメーターレンズも、簡単に構成され得るか又は完全に省略され得る。場合によっては、コリメーターレンズが、第１光ファイバー群２及び／又は第２光ファイバー群５に対してさらに設けられ得る。
【００４３】
図１０は、第１制御ユニット１１によって制御される調整可能なコリメーター１０を有する第１コリメーター装置と第２制御ユニット１３によって制御される第２ＭＥＭＳミラーアレイ１６とを備えた本発明の装置を示す。
【００４４】
図１１は、固定したコリメーターと第２制御ユニット１３によって制御される第２ＭＥＭＳミラーアレイ１６とを有する第１コリメーター装置１を示す。このミラーを適切に方向制御することによって、第１コリメーター装置１から来る光が、第２光ファイバー群５から成る対応する光ファイバーの方向に偏向され得る。同様に、第２光ファイバー群５からの光も、第１コリメーター装置１の第１光ファイバー群２の任意の光ファイバーの方向に偏向され得る。
【００４５】
図１２は、第１コリメーター装置１、非回転光学素子３及び第２制御ユニット１３によって制御される第２ＭＥＭＳミラーアレイ１６を有する別の装置を示す。この実施の形態は、唯一の好適な実施の形態を示す。明らかに、可能なあらゆる組み合わせが、ここで示された要素から実現可能である。すなわち、例えば、ＭＥＭＳミラーアレイも、制御可能なコリメーターと組み合わせでき、選択的にさらに非回転光学素子と組み合わせできる。
【００４６】
図１３は、本発明のマトリックス式のコリメーター装置のレンズの正面を示す。より良好に説明するため、当該マトリックスは、縦列３０〜３４及び横列３５〜３９に区分されている。これらのコリメーターは、ここではより良好に認識できるように四角として示されている。装置の全体が、その中心点（水平に延在する軸線と水平に延在する軸線とから成る交点）の周りで回転されるので、個々のコリメーターは、円形のトラック４０〜４３上を運動する。これらのトラック４０〜４３は、その半径に応じて内側から外側に向かって番号付けされている。回転運動中の個々のコリメーターの斜視角度を最小にすることが特に好ましい。これによって、光路の長さの変化も僅かなままである。したがって、回転時の伝達損失の変化がより僅かである。当該僅かな伝達損失の変化を達成するためには、第１コリメーター装置１０のコリメーター及び第２コリメーター装置１４のコリメーターの横方向の距離が最小に保持されなければならない。大きい半径を有する第１コリメーター装置のコリメーターが、小さい半径を有する第２コリメーター装置のコリメーターに結合されることによって、当該最小の距離の保持が実現される。好ましくは、中心点にあるコリメーターは、このことから除外される。すなわち、例えば、半径４３上の第１コリメーター装置１０のコリメーターが、半径４０上の第２コリメーター装置１４のコリメーターに結合され得る。半径４２上の第１コリメーター装置１０のコリメーターが、半径４２上の第２コリメーター装置１４のコリメーターに結合される。
【００４７】
図１４は、代表的なコリメーター装置４の詳細を示す。ここで示されたこの詳細が、別のコリメーター装置に関連する場合でも、当該詳細は、その別の図面に対しても意味どおりに成立する。光ファイバー群５は、フェルール２０内に収容されている個々の光ファイバーから成る。フェルールの代わりに、ガラス板又はプリズムのような支持体上への例えば接着、接合のようなその他の固定方式も使用され得る。フェルールの代わりに、又は、フェルールの内部にも、例えば屈折率分布レンズ又は球レンズのようなレンズも存在し得る。したがって、ビームガイド又はビーム生成が可能である。特に、光ファイバー群の個々の光ファイバーから出射する光が、当該レンズによって平行な光束に変換され、外部から来る平行な光束が、光ファイバー内に焦点合わせされる。さらに、オプションでビームをガイドし又はビームを生成し又は焦点合わせするため、少なくとも１つのレンズ１７が設けられている。典型的なビーム路１８が、光ファイバー５とレンズとの間に示されている。当該光ビーム１８は、光ファイバーから出射し、プリズム１９の背面で反射し、レンズ１７を透過してこのプリズム１９を離れる。
【符号の説明】
【００４８】
１ 第１コリメーター装置
２ 第１光ファイバー群
３ 非回転式光学素子
４ 第２コリメーター装置
５ 第２光ファイバー群
６ 回転軸線
７ 第１光ビーム
８ 第２光ビーム
９ 第３光ビーム
１０ 調整可能なコリメーターを有する第１コリメーター装置
１１ 第１制御ユニット
１２ 電気式回転継手、カプラ
１３ 第２制御ユニット
１４ 調整可能なコリメーターを有する第１コリメーター装置
１５ 第１ＭＥＭＳミラーアレイ
１６ 第２ＭＥＭＳミラーアレイ
１７ レンズ
１８ ビーム路、光ビーム
１９ プリズム
２０ フェルール
３０ コリメーターマトリックス縦列０
３１ コリメーターマトリックス縦列１
３２ コリメーターマトリックス縦列２
３３ コリメーターマトリックス縦列３
３４ コリメーターマトリックス縦列４
３５ コリメーターマトリックス横列０
３６ コリメーターマトリックス横列１
３７ コリメーターマトリックス横列２
３８ コリメーターマトリックス横列３
３９ コリメーターマトリックス横列４
４０ コリメーターマトリックス半径０
４１ コリメーターマトリックス半径１
４２ コリメーターマトリックス半径２
４３ コリメーターマトリックス半径３
【技術分野】
【０００１】
本発明は、対向している回転可能なユニット間の光信号を伝達する、ロータリージョイント又は回転継手とも呼ばれる装置に関する。特に複数の光信号が、当該装置によって複数のチャネル内に同時に伝達され得る。
【背景技術】
【０００２】
相対回転可能なユニット間の光信号を伝達するため、様々な伝達システムが公知である。
【０００３】
米国特許第５，５６８，５７８号明細書では、ドーブプリズムを有する複数のチャネル用の光学回転継手が開示されている。複数の光ファイバーからの光を入射又は出射させるため、複数のＧＲＩＮレンズが設けられている。このドーブプリズムは、精確な歯車装置によって対向している回転可能な２つのユニット間の半分の角速度で正確に回転される必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第５，５６８，５７８号明細書
【特許文献２】米国特許出願公開第２００５／０１００２６８号明細書
【特許文献３】米国特許第７，１０６，９２５号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の課題は、光信号を伝達する公知の従来の技術の回転継手を改良すること及び特に経費のかかる歯車装置が省略又は簡略化され得るように公知の従来の技術を構成することにある。さらに、軸受のより大きい機械公差が許容され得るように、当該装置が特に構成されなければならない。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この課題の解決手段は、独立請求項に記載されている。本発明のその他の構成は、従属請求項に記載されている。
【０００７】
本発明の装置は、２つのコリメーター装置１０，１４を有する。このコリメーター装置１０，１４は、回転軸線の周りに相対回転可能に配置されている。光を伝達する光路が、第１コリメーター装置１０とこの第１コリメーター装置１０に対向して配置された第２コリメーター装置１４との間に存在する。少なくとも１つの非回転式光学素子、例えばドーブプリズム３が、この光路内に存在する。このドーブプリズムは、当該２つのコリーメーター装置１０，１４間の回転運動に左右されずに第１コリメーター装置１０から出射された光を第２コリメーター装置１４に投影させ、同様に第２コリメーター装置１４から出射された光を第１コリメーター装置１０に投影させる。これに対して、ドーブプリズムは、第１コリメーター装置１０及び第２コリメーター装置１４の回転の半分の角速度で回転される。
【０００８】
各コリメーター装置１０，１４は、少なくとも１つのコリメーター及びこの少なくとも１つのコリメーターを保持する少なくとも１つの手段を有する。ここでのコリメーターの概念は、最も広い意味でビームガイド素子又はビーム生成素子を示す。このようなコリメーターの目的は、光ファイバー、例えばシングルモード光ファイバー又はマルチモード光ファイバー中に送られた光を、回転継手、特に非回転素子を透過され得るビーム路に変換することにある。このビーム路は、自由空間内のビーム路又は例えばガラス若しくはオイルのような光学媒体内のビーム路に相当する。同様に、逆方向の変換、すなわち回転継手内のビーム路から光ファイバー内への変換も、コリメーターによって実施され得る。明らかに、コリメーターの内部では、双方向の同時の変換も考えられる。その結果、双方向の信号が伝達され得る。当該コリメーターレンズは、一般にはマイクロレンズアレイの好適な屈折率分布レンズ（ＧＲＩＮレンズ）や特に好適なレンズである。コリメーター装置は、任意の数の光学チャネルに対して仕様設計され得る。最も簡単な場合では、このコリメーター装置は、ただ１つのチャネルに対して、しかしながら好ましくは２つ以上のチャネルに対して仕様設計されている。したがって、第１光ファイバー群２及び第２光ファイバー群５の概念は、少なくとも１つの光ファイバー、好ましくは複数の光ファイバーに相当する。
【０００９】
本発明は、基本的には全ての非回転式光学素子に対して構成可能である。分かりやすさのため、ここでは、ドーブプリズムが示されている。しかし同様に、アッベケーニッヒプリズム又はミラー装置も、非回転式光学素子として使用可能である。
【００１０】
本発明のコリメーター装置は、２つの軸線に沿って調整可能な１つのアクチュエーターを有する少なくとも１つのコリメーターを含む。ビームの傾け及び／又はビームのシフトが、このアクチュエーターによって実現される。例えば、光ファイバーの位置が、コリメーターレンズの前方でシフトすると、コリメーターレンズの後方のビームが傾く。光路の減衰量（伝達損失）が最少であるように、当該ビームが、このアクチュエーターによって調整され得る。オプションでは、この少なくとも１つのコリメーターは、１つの軸線内だけで使用されてもよく又はより多くの数の軸線内で調整可能である。この少なくとも１つのアクチュエーターを制御するため、制御ユニット１１，１３が設けられている。このアクチュエーターが、プリセットされている位置を占めるように、このアクチュエーターは、この制御ユニットによって制御される。このプリセットされている位置は、一定の位置でもよい。この代わりに、この位置は、時間に依存若しくは回転角度に依存又はコリメーター装置若しくは構造部品の温度のようなその他のパラメーターに依存してもよい。この位置は、光学伝達パラメーターに依存してもよい。
【００１１】
単一の制御ユニットが、各コリメーター装置に選択的に割り当てられ得る。２つのコリメーター装置の２つの制御ユニットは、好ましくは、選択的に光信号を用いて、容量式に結合された信号を用いて又はスリップリングを通じて伝達される電気信号を用いて交信する。このため、対応する光学式、容量式又は誘導式のカプラ１２が設けられている。存在する光学チャネルのうちの１つの光学チャネルも、信号を送るために使用されてもよい。この代わりに、１つの共通の制御ユニットが、当該交信のために２つのコリメーター装置に対して設けられてもよい。
【００１２】
本発明は、光ファイバーアレイとマイクロレンズアレイとを組み合わせた場合に特に有益である。光ファイバーアレイは、通常は非常に精確であるものの、マイクロレンズアレイに位置決めされる必要がある。一様な斜視角度が、マイクロレンズアレイに対する光ファイバーアレイの（回転なしの）シフトによって生じる。この斜視角度は、アクチュエーターによってコリメーターユニット全体に対して補正され得る。
【００１３】
本発明の特に好適な構成では、アクチュエーターが、補正処理中の調整のために設けられている。すなわち、補正が、例えば、コリメーター装置の始動前に最初に実施され、その後の動作中に所定の間隔で実施される。さらに、光路の減衰量が測定され、アクチュエーターが当該測定に応じて調整される。このアクチュエーターは、進行する動作中は調整されない。すなわち、補正データが、記憶器、特にマイクロコントローラー内に記憶され、進行する動作に対して呼び出され得る。したがって、制御ユニットは、動作中に一定で同じ値を送信する。コリメーター装置の光学式の調整が、このような構成によって著しく簡略化され得る。複数のステップで減衰値を算出し、これに応じてコリメーターが調整つまり固定される経費のかかる機械式の調整の代わりに、全自動式又は少なくとも部分自動式の補正が実施され得る。動作中の変動が補正され得ないので、確かにここでも、軸受及び歯車装置の交差に対する要求は依然として比較的高い。
【００１４】
本発明の別の好適な構成では、アクチュエーターが、動作中にコリメーター装置を連続して調整するために構成されている。すなわち、光路の最少減衰量を達成するため、アクチュエーターが、コリメーター装置の回転中に連続して再調整される。この場合、例えば、光学受信器の信号振幅が評価され得る。この代わりに、１つの基準チャネルが設けられてもよい。既知の強度の光信号が、この基準チャネル内に入射される。次いで、回転継手の減衰量が、この基準チャネルの光路の別の端部に対する受信信号から算出され得る。しかし、１つ又は複数のチャネルの信号振幅は、モニター受信器によって監視されてもよい。このため、第１モニター受信器が、第１コリメーター装置に割り当てられていて、第２モニター受信器が、第２コリメーター装置に割り当てられている場合、僅かな割合、伝達すべき信号の例えば１％が、光学カプラによって出射され、モニター受信器に供給される。制御ユニット１１，１３のうちの少なくとも１つの制御ユニット内では、当該測定されている値の比を計算することによって、減衰量が推測され得る。
【００１５】
このとき、少なくとも１つのアクチュエーターが、振幅及び減衰量の測定に基づいて再調整され得る。その結果、減衰量が、最少になるか又はプリセットされている限界値を少なくとも下回る。コリメーターの位置のこの動勢的な調整又は制御によって、コリメーター装置の比較的大きい機械公差を伴う動作中でも、低い伝達減衰量が達成され得る。すなわち、ここでも、軸受内及び／又は歯車装置内のより大きいクリアランスが許容され得る。
【００１６】
ただ１つのコリメーター装置が、アクチュエーターを本発明に応じて備える場合、安価な装置が構成される。２つのコリメーター装置が、アクチュエーターを本発明に応じて備える場合、特に低い伝達減衰量を達成することができる。光送信機の側面がアクチュエーターを備えることが特に好ましい。その結果、出射された光ビームが、常にコリメーター内に別のコリメーター装置に応じて焦点合わせされる。ドーブプリズム又はミラーのような非回転素子が、各反射時の斜視角度を二倍にするので、このことは、斜視角度の著しい改良をもたらす。
【００１７】
本発明の別の好適な構成では、制御ユニットが、２つのコリメーター装置間の角度位置を算出するセンサを有する。さらにこの制御ユニットは、記憶器を有する。この記憶器は、補正データを有する。これらの補正データは、位置に依存して少なくとも１つのアクチュエーター内に記憶される。その結果、第１コリメーター装置と第２コリメーター装置との間の光学伝達減衰量が最初である。
【００１８】
本発明の好適な構成では、少なくとも１つのアクチュエーターが、静電アクチュエーター、電磁アクチュエーター、圧電アクチュエーター又は熱アクチュエーターとして構成されている。
【００１９】
本発明の別の好適な構成では、少なくとも１つのコリメーター装置が、例えば米国特許出願公開第２００５／０１００２６８号明細書中で開示されているように光ファイバー位置決めユニットを有する。この明細書の内容は、関連技術によって一緒に記載されている。
【００２０】
本発明の別の好適な構成では、少なくとも１つのコリメーター装置が、例えば米国特許第７，１０６，９２５号明細書中に記載されているように光ファイバーユニットを有する。この明細書の内容は、関連技術によって一緒に記載されている。
【００２１】
本発明の別の対象は、光学回転継手で使用されるコリメーター装置である。
【００２２】
別の本発明の対象は、軸線６の周りを相対回転可能に配置されている２つのコリメーター装置１０，１４を有する光学回転継手である。光を伝達する光路が、この第１コリメーター装置１０とこの第１コリメーター装置１０に対向して回転可能に配置された第２コリメーター装置１４との間に存在する。前述した構成とは違って、非回転光学素子が、当該両コリメーター装置間に存在しない。むしろ、少なくとも１つのコリメーターが、２つの軸線に沿って調整可能なアクチュエーターを非回転のために有する。したがって、この調整可能なアクチュエーターを有する少なくとも１つのコリメーターが、制御ユニットによって回転運動に応じて作動される。その結果、このコリメーターは、対応する別のコリメーターユニットの対応するコリメーターに常に整合されている。ここでも、このような本発明のコリメーターは、１つのコリメーター装置内だけに、特に２つのコリメーター装置内だけに設けられ得る。
【００２３】
例えばドーブプリズムとしての非回転光学素子が、この発明の応じて不要であるので、多くの利点が得られる。２つのコリメーター装置間の距離が減少する。この必要な距離は、最大可能偏向角度及びコリメーター装置の大きさによってプリセットされる。著しい重量の削減が、プリズムを省略することによって生じる。さらに、コリメーター装置の機械公差に対する要求が著しく少ない。また、当該コリメーター装置間の距離が僅かであり且つこれに対応するより僅かな収束で済むので、より簡単なコリメーターも使用され得る。すなわち、例えばレンズ形に構成された光ファイバー端部又は光ファイバーテーパーで十分である。
【００２４】
上述したように、ここでは、光ファイバーアレイとマイクロレンズアレイとの組み合わせも特に良好である。ここでは、斜視角度が自動的に補正され得る。これによって、取り付け時のより大きい公差が可能になり、したがってより僅かな製造コストが可能になる。
【００２５】
別の本発明の構成では、１つのコリメーターユニットの個々のコリメーターが、少なくとも２つの軸線に沿って調整不可能である。むしろ、このコリメーターユニットの当該光学構成群の全体が、少なくとも２つの軸線に沿って位置決めされる。すなわち、例えば、多数のコリメーターを支持する１つのマイクロ光学系が、少なくとも２つの軸線に沿って調整され得る。
【００２６】
別の本発明の構成では、当該位置決めが、２つ以上の軸線に沿って実施される。すなわち、例えばもう１つの調整が、回転軸線に対して平行に、すなわちコリメーターの長軸に沿って実施され得る。
【００２７】
本発明の別の好適な構成では、少なくとも１つのコリメーターを調整するため、微視力学的な調整装置が設けられている。この調整装置は、例えばマイクロ歯車装置として構成され得る。これによって、コリメーター自体又は光ファイバーが、コリメーターレンズの前方に配置され得る。
【００２８】
本発明の別の構成は、良好な運動トラック、特に短い運動トラックが得られるように、個々のコリメーターが、第１コリメーター装置１０及び第２コリメーター装置１４に相互に配置されていることを提唱する。例えば、第１コリメーター装置の外側のコリメーターが、第２コリメーター装置の回転中心に沿った内側のコリメーター上に結像され得る。これらのコリメーター装置の個々のチャネルの対称な配置又は完全に等しい配置は必要でない。
【００２９】
本発明の別の構成では、制御ユニット１１，１３のうちの少なくとも１つの制御ユニットが、個々のチャネルをオン又はオフにできるか又はチャネルの割り当てを変更できるように、当該制御ユニットは構成されている。すなわち、例えばアクチュエーターを適切に制御することによって、第１コリメーター装置１０の１つの光学チャネルが、第２コリメーター装置１４のプリセットされているもう１つのチャネル上に結像される。必要な場合は、第２コリメーター装置１４のもう１つのチャネルに切り替えられ得る。本発明の回転継手は、これに応じて、本発明の回転継手は、切替マトリックスとして使用可能である。したがって、例えば時分割多重式の様々なチャネルが実現され得る。例えば、チャネルが、間違った順序で結線された場合に、又は、個々のチャネルが、光ファイバー内に若しくは例えばコリメーター装置のような回転継手の構成要素内に欠陥を有する場合に、当該装置の再構成も可能である。
【００３０】
本発明の別の観点に応じて、少なくとも１つのＭＥＭＳ（微小電子機械システム）ミラーアレイが、選択的にビーム偏向するために設けられている。個々の光ファイバーからの個々の光ビームの適切な偏向も、このようなＭＥＭＳミラーアレイを用いて可能である。したがって、例えばドーブプリズムのような非回転光学素子と組み合わせた場合にも、コリメーター装置の機械公差が補正され得る。同様に、個々のミラーが、回転運動に応じて制御される時に、非回転も可能である。
【００３１】
少なくとも１つのＭＥＭＳミラーアレイ１５，１が、第１光ファイバー群２と第２光ファイバー群５との間に設けられている。このＭＥＭＳミラーアレイ１５，１は、少なくとも１つの制御ユニット１１，１３によって制御され、一方の光ファイバー群２，５のうちの少なくとも１つの光ファイバーからの光を他方の光ファイバー群５，２のうちの１つの所定の光ファイバーの方向に回転に関係なく偏向させる。
【００３２】
好ましくは、１つの光ビームが、１つのミラー上に入射するように、複数のミラーが、個々の光ファイバーからの光ビームに対して整向される。しかし、この代わりに、１つの光ビームが、複数のミラー上に入射してもよい。その結果、冗長なミラー系が構成され得る。このミラー系は、１つのミラーが故障した場合でも常に機能する。しかも、１つの光ビームが、このようなミラー系によって複数の光ビームに分割され得る。
【００３３】
ここで説明した構成の様々なバリエーションが互いに組み合わされてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の装置の概略を図示する。
【図２】従来の技術の代表的な装置を示す。
【図３】本発明の装置の別の実施の形態を示す。
【図４】電気式回転継手を有する図３の構成を示す。
【図５】調整可能なコリメーター、非回転式光学素子及び固定式コリメーター装置を有する装置の配置を示す。
【図６】光を９０°だけ偏向させるコリメーター装置を有する図５に類似の装置を示す。
【図７】調整可能なコリメーター及び固定式のコリメーター装置を有するものの非回転式の光学素子を有しない装置を示す。
【図８】光を９０°だけ偏向させるコリメーター装置を有する図７に類似の装置を示す。
【図９】２つのＭＥＭＳミラーアレイを有する装置を示す。
【図１０】ＭＥＭＳミラーアレイと調整可能なコリメーターを有するコリメーター装置を備えた装置を示す。
【図１１】ＭＥＭＳミラーアレイとコリメーター配置とを有する装置を示す。
【図１２】固定式コリメーターと非回転式光学素子とコリメーター装置を有するＭＥＭＳミラーアレイとを備えた装置を示す。
【図１３】マトリックス式のコリメーター装置の正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
図１は、本発明の装置の回転軸線６に沿った断面を概略的に示す。本発明の光学回転継手は、第１光ファイバー群２を接続する第１コリメーター装置１０及び第２光ファイバー群５を接続する第２コリメーター装置１４を有する。非回転光学素子、ここではドーブプリズムが、第１コリメーター装置１０と第２コリメーター装置１４との間に配置されている。３つの光ビーム７，８，９のビーム路が、本発明の装置の機能を具体的に示す。すなわち、光が、例えば第１光ファイバー群２のうちの１つの光ファイバーを通じて入射され得る。この光は、第１コリメーター装置１０内で回転軸線に対して平行な方向にコリメートされる。このコリメーター装置１０は、２つの軸線に沿って調整可能なアクチュエーターを有するコリメーターを備える。ここでは、全てのコリメーターが、２つの軸線に沿って別々に調整され得る。これらのコリメーターは、制御ユニット１１によって制御される。同様に、第２コリメーター装置１４は、２つの軸線に沿って調整可能なアクチュエーターを有するコリメーターを備える。ここでも、全てのコリメーターが、２つの軸線に沿って別々に調整可能である。当該制御のため、第２制御ユニット１３が設けられている。
【００３６】
図２は、従来の技術の装置を概略的に示す。この光学回転継手は、第１光ファイバー２を接続する第１コリメーター装置１及び第２光ファイバー５を接続する第２コリメーター装置４を有する。この第２コリメーター装置４は、第１コリメーター装置１に対して軸線６の周りに回転可能に軸支されている。回転運動を補正するため、ドーブプリズム３としての非回転光学素子が、第１コリメーター装置１と第２コリメーター装置との間のビーム路内に存在する。３つの光ビーム７，８，９の代表的なビーム路が、第１光ファイバー群２から出発して第１コリメーター装置１を通じて、ドーブプリズム３を透過して、第２コリメーター装置４を通じて、第２光ファイバー５まで示されている。
【００３７】
図３は、本発明の装置の別のバリエーションを示す。ここでは、非回転光学素子は不要になる。当該非回転は、コリメーター自体の運動によって実現される。第１コリメーター装置１０を制御するため、第１制御ユニット１１が設けられている。第２コリメーター装置１４は、第２制御ユニット１３によって制御される。
【００３８】
図４は、本発明の回転継手の別の例を示す。この場合、第１制御ユニット１１と第２制御ユニット１３との間の交信のため、電気式回転継手１２、例えば容量性カプラが設けられている。
【００３９】
図５中には、非回転光学素子を有する別の装置が示されている。すなわち、第１制御ユニット１１によって制御される調整可能なコリメーターを有する第１コリメーター装置１０が、非回転光学素子３の一方の横に設けられている。回転継手の全体の公差が、このコリメーター装置によって補正され得る。第２光ファイバー群５に接続する固定したコリメーターを有する第２コリメーター装置４が、非回転光学素子３の他方の横に設けられている。図６は、図５に対応する装置を示す。図５と違って、偏向ユニットが、第２コリメーター装置４に装着されている。この偏向ユニットは、光を９０°だけ偏向させる。明らかに、その他の偏向角度も実現可能である。ここで示された装置は、第２光ファイバー群５が軸線６に対して垂直に配置され得る利点を有する。当該配置は、この装置の構造長さを低減する。
【００４０】
図７は、第１制御ユニット１１によって制御される調整可能なコリメーター１０を有する第１コリメーター装置と従来の技術に相当する第２コリメーター装置４とを有する装置を示す。非回転は、第１コリメーター装置内で調整可能なコリメーター１０によって実施される。これらのコリメーターは、ここでは回転運動に応じて調整される。調整可能なコリメーター１０を有する第１コリメーター装置の方向からの光だけが、回転運動を補正するために適切に偏向され得るので、この装置は、当該方向からの光を伝達するためだけに適している。第２コリメーター装置４のコリメーターは運動しない。したがって、このコリメーター装置の方向からの光は非回転にされ得ない。１つの光学チャネルが、回転軸線６上に設けられている場合に対しては、この光学チャネルは、非回転なしに、したがって両伝達方向で使用され得る。
【００４１】
図８は、上述した装置と類似の装置を示す。しかしここでは、第２コリメーター装置４が、９０°偏向しているコリメーターとして構成されている。その結果、第２光ファイバー群５が、回転軸線６に対して垂直に配置され得る。
【００４２】
図９は、第１制御ユニット１１によって制御される第１ＭＥＭＳミラーアレイ１５と第２制御ユニット１３によって制御される第２ＭＥＭＳミラーアレイ１６とを有する本発明の装置を示す。これらの両ＭＥＭＳミラーアレイ１５，１６は、対応するチャネルを割り当て又はチャネルを非回転にする。特に短い光路の長さが、この装置によって実現可能である。その結果、コリメーターレンズも、簡単に構成され得るか又は完全に省略され得る。場合によっては、コリメーターレンズが、第１光ファイバー群２及び／又は第２光ファイバー群５に対してさらに設けられ得る。
【００４３】
図１０は、第１制御ユニット１１によって制御される調整可能なコリメーター１０を有する第１コリメーター装置と第２制御ユニット１３によって制御される第２ＭＥＭＳミラーアレイ１６とを備えた本発明の装置を示す。
【００４４】
図１１は、固定したコリメーターと第２制御ユニット１３によって制御される第２ＭＥＭＳミラーアレイ１６とを有する第１コリメーター装置１を示す。このミラーを適切に方向制御することによって、第１コリメーター装置１から来る光が、第２光ファイバー群５から成る対応する光ファイバーの方向に偏向され得る。同様に、第２光ファイバー群５からの光も、第１コリメーター装置１の第１光ファイバー群２の任意の光ファイバーの方向に偏向され得る。
【００４５】
図１２は、第１コリメーター装置１、非回転光学素子３及び第２制御ユニット１３によって制御される第２ＭＥＭＳミラーアレイ１６を有する別の装置を示す。この実施の形態は、唯一の好適な実施の形態を示す。明らかに、可能なあらゆる組み合わせが、ここで示された要素から実現可能である。すなわち、例えば、ＭＥＭＳミラーアレイも、制御可能なコリメーターと組み合わせでき、選択的にさらに非回転光学素子と組み合わせできる。
【００４６】
図１３は、本発明のマトリックス式のコリメーター装置のレンズの正面を示す。より良好に説明するため、当該マトリックスは、縦列３０〜３４及び横列３５〜３９に区分されている。これらのコリメーターは、ここではより良好に認識できるように四角として示されている。装置の全体が、その中心点（水平に延在する軸線と水平に延在する軸線とから成る交点）の周りで回転されるので、個々のコリメーターは、円形のトラック４０〜４３上を運動する。これらのトラック４０〜４３は、その半径に応じて内側から外側に向かって番号付けされている。回転運動中の個々のコリメーターの斜視角度を最小にすることが特に好ましい。これによって、光路の長さの変化も僅かなままである。したがって、回転時の伝達損失の変化がより僅かである。当該僅かな伝達損失の変化を達成するためには、第１コリメーター装置１０のコリメーター及び第２コリメーター装置１４のコリメーターの横方向の距離が最小に保持されなければならない。大きい半径を有する第１コリメーター装置のコリメーターが、小さい半径を有する第２コリメーター装置のコリメーターに結合されることによって、当該最小の距離の保持が実現される。好ましくは、中心点にあるコリメーターは、このことから除外される。すなわち、例えば、半径４３上の第１コリメーター装置１０のコリメーターが、半径４０上の第２コリメーター装置１４のコリメーターに結合され得る。半径４２上の第１コリメーター装置１０のコリメーターが、半径４２上の第２コリメーター装置１４のコリメーターに結合される。
【００４７】
図１４は、代表的なコリメーター装置４の詳細を示す。ここで示されたこの詳細が、別のコリメーター装置に関連する場合でも、当該詳細は、その別の図面に対しても意味どおりに成立する。光ファイバー群５は、フェルール２０内に収容されている個々の光ファイバーから成る。フェルールの代わりに、ガラス板又はプリズムのような支持体上への例えば接着、接合のようなその他の固定方式も使用され得る。フェルールの代わりに、又は、フェルールの内部にも、例えば屈折率分布レンズ又は球レンズのようなレンズも存在し得る。したがって、ビームガイド又はビーム生成が可能である。特に、光ファイバー群の個々の光ファイバーから出射する光が、当該レンズによって平行な光束に変換され、外部から来る平行な光束が、光ファイバー内に焦点合わせされる。さらに、オプションでビームをガイドし又はビームを生成し又は焦点合わせするため、少なくとも１つのレンズ１７が設けられている。典型的なビーム路１８が、光ファイバー５とレンズとの間に示されている。当該光ビーム１８は、光ファイバーから出射し、プリズム１９の背面で反射し、レンズ１７を透過してこのプリズム１９を離れる。
【符号の説明】
【００４８】
１ 第１コリメーター装置
２ 第１光ファイバー群
３ 非回転式光学素子
４ 第２コリメーター装置
５ 第２光ファイバー群
６ 回転軸線
７ 第１光ビーム
８ 第２光ビーム
９ 第３光ビーム
１０ 調整可能なコリメーターを有する第１コリメーター装置
１１ 第１制御ユニット
１２ 電気式回転継手、カプラ
１３ 第２制御ユニット
１４ 調整可能なコリメーターを有する第１コリメーター装置
１５ 第１ＭＥＭＳミラーアレイ
１６ 第２ＭＥＭＳミラーアレイ
１７ レンズ
１８ ビーム路、光ビーム
１９ プリズム
２０ フェルール
３０ コリメーターマトリックス縦列０
３１ コリメーターマトリックス縦列１
３２ コリメーターマトリックス縦列２
３３ コリメーターマトリックス縦列３
３４ コリメーターマトリックス縦列４
３５ コリメーターマトリックス横列０
３６ コリメーターマトリックス横列１
３７ コリメーターマトリックス横列２
３８ コリメーターマトリックス横列３
３９ コリメーターマトリックス横列４
４０ コリメーターマトリックス半径０
４１ コリメーターマトリックス半径１
４２ コリメーターマトリックス半径２
４３ コリメーターマトリックス半径３
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの光ファイバーを有する第１光ファイバー群（２）を接続する少なくとも１つの第１コリメーター装置（１０）を備え、及び少なくとも１つの光ファイバーを有する第２光ファイバー群（５）を接続する１つの第２コリメーター装置（１４）を備え、及び前記第１コリメーター装置（１０）と前記第２コリメーター装置（１４）との間の光路内に存在する１つの非回転光学素子（３）を備え、前記第２コリメーター装置（１４）は、前記第１コリメーター装置（１０）に対して回転軸線（６）の周りに回転可能に軸支されている光学回転継手において、
少なくとも１つのコリメーター装置（１０，１４）が、２つの軸線に沿って調整可能な１つのアクチュエーターを有する少なくとも１つのコリメーターを備え、さらに少なくとも１つの制御ユニット（１１，１３）が設けられていて、この制御ユニット（１１，１３）は、前記少なくとも１つのコリメーターがプリセットされている位置を占めるようにこのコリメーターを制御することを特徴とする光学回転継手。
【請求項２】
少なくとも１つの光ファイバーを有する第１光ファイバー群（２）を接続する少なくとも１つの第１コリメーター装置（１０）を備え、及び少なくとも１つの光ファイバーを有する第２光ファイバー群（５）を接続する１つの第２コリメーター装置（１４）を備え、前記第２コリメーター装置（１４）は、前記第１コリメーター装置（１０）に対して回転軸線（６）の周りに回転可能に軸支されている光学回転継手において、
少なくとも１つのコリメーター装置（１０，１４）が、２つの軸線に沿って調整可能な１つのアクチュエーターを有する少なくとも１つのコリメーターを備え、さらに少なくとも１つの制御ユニット（１１，１３）が設けられていて、この制御ユニット（１１，１３）は、前記少なくとも１つのコリメーターが回転に関係なくそれぞれの別のコリメーター装置の対応するコリメーターに向かって常に整向されているようにこのコリメーターを制御することを特徴とする光学回転継手。
【請求項３】
少なくとも１つの光ファイバーを有する第１光ファイバー群（２）を接続する少なくとも１つの第１コリメーター装置（１０）を備え、及び少なくとも１つの光ファイバーを有する第２光ファイバー群（５）を接続する１つの第２コリメーター装置（１４）を備え、前記第２コリメーター装置（１４）は、前記第１コリメーター装置（１０）に対して回転軸線（６）の周りに回転可能に軸支されている光学回転継手において、
少なくとも１つのＭＥＭＳミラーアレイ（１５，１６）が、第１光ファイバー群（２）と第２光ファイバー群（５）との間に設けられていて、さらに少なくとも１つの制御ユニット（１１，１３）が設けられていて、前記少なくとも１つのＭＥＭＳミラーアレイは、一方の光ファイバー群（２，５）のうちの少なくとも１つの光ファイバーからの光を他方の光ファイバー群（５，２）のうちの１つの所定の光ファイバー内に回転に関係なく偏向させることを特徴とする光学回転継手。
【請求項４】
前記第１コリメーター装置（１０）と前記第２コリメーター装置（１４）との間の光学伝達減衰量が最少であるように、前記少なくとも１つの制御ユニット（１１，１３）は、前記少なくとも１つのアクチュエーターを制御することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の装置。
【請求項５】
前記少なくとも１つの制御ユニット（１１，１３）は、補正中に測定された補正データを記憶する手段を有し、さらに動作中に当該測定値を前記少なくとも１つのアクチュエーターに供給することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の装置。
【請求項６】
前記少なくとも１つの制御ユニット（１１，１３）は、前記伝達減衰量を算出する手段を有し、前記第１コリメーター装置（１０）と前記第２コリメーター装置（１４）との間の前記伝達減衰量が最少であるように、さらに動作中に前記少なくとも１つのアクチュエーターを制御することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の装置。
【請求項７】
前記少なくとも１つの制御ユニット（１１，１３）は、角度位置を算出する手段を有し、動作中にこの角度位置に応じて前記少なくとも１つのアクチュエーターを制御することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の装置。
【請求項８】
前記アクチュエーターのうちの少なくとも１つのアクチュエーターが、静電アクチュエーター、電磁アクチュエーター、圧電アクチュエーター又は熱アクチュエーターとして構成されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の装置。
【請求項９】
少なくとも１つのビームガイド素子及び／又はビーム生成素子を有する光学回転継手用のコリメーター装置において、
少なくとも１つのコリメーター装置（１０，１４）が、２つの軸線に沿って調整可能な１つのアクチュエーターを有する少なくとも１つのコリメーターを備え、さらに少なくとも１つの制御ユニット（１１，１３）が設けられていて、この制御ユニット（１１，１３）は、前記少なくとも１つのコリメーターがプリセットされている位置を占めるようにこのコリメーターを制御することを特徴とするコリメーター装置。
【請求項１０】
少なくとも１つのビームガイド素子及び／又はビーム生成素子を有する光学回転継手用のコリメーター装置において、
少なくとも１つのコリメーター装置（１０，１４）が、２つの軸線に沿って調整可能な１つのアクチュエーターを有する少なくとも１つのコリメーターを備え、さらに少なくとも１つの制御ユニット（１１，１３）が設けられていて、この制御ユニット（１１，１３）は、前記少なくとも１つのコリメーターが回転に関係なくそれぞれの別のコリメーター装置の対応するコリメーターに向かって常に整向されているようにこのコリメーターを制御することを特徴とするコリメーター装置。
【請求項１１】
光学回転継手用のコリメーター装置において、
少なくとも１つのＭＥＭＳミラーアレイ（１５，１６）が、第１光ファイバー群（２）と第２光ファイバー群（５）との間に設けられていて、さらに少なくとも１つの制御ユニット（１１，１３）が設けられていて、前記少なくとも１つのＭＥＭＳミラーアレイは、一方の光ファイバー群（２，５）のうちの少なくとも１つの光ファイバーからの光を他方の光ファイバー群（５，２）のうちの１つの所定の光ファイバー内に回転に関係なく偏向させることを特徴とする光学回転継手用のコリメーター装置。
【請求項１】
少なくとも１つの光ファイバーを有する第１光ファイバー群（２）を接続する少なくとも１つの第１コリメーター装置（１０）を備え、及び少なくとも１つの光ファイバーを有する第２光ファイバー群（５）を接続する１つの第２コリメーター装置（１４）を備え、及び前記第１コリメーター装置（１０）と前記第２コリメーター装置（１４）との間の光路内に存在する１つの非回転光学素子（３）を備え、前記第２コリメーター装置（１４）は、前記第１コリメーター装置（１０）に対して回転軸線（６）の周りに回転可能に軸支されている光学回転継手において、
少なくとも１つのコリメーター装置（１０，１４）が、２つの軸線に沿って調整可能な１つのアクチュエーターを有する少なくとも１つのコリメーターを備え、さらに少なくとも１つの制御ユニット（１１，１３）が設けられていて、この制御ユニット（１１，１３）は、前記少なくとも１つのコリメーターがプリセットされている位置を占めるようにこのコリメーターを制御することを特徴とする光学回転継手。
【請求項２】
少なくとも１つの光ファイバーを有する第１光ファイバー群（２）を接続する少なくとも１つの第１コリメーター装置（１０）を備え、及び少なくとも１つの光ファイバーを有する第２光ファイバー群（５）を接続する１つの第２コリメーター装置（１４）を備え、前記第２コリメーター装置（１４）は、前記第１コリメーター装置（１０）に対して回転軸線（６）の周りに回転可能に軸支されている光学回転継手において、
少なくとも１つのコリメーター装置（１０，１４）が、２つの軸線に沿って調整可能な１つのアクチュエーターを有する少なくとも１つのコリメーターを備え、さらに少なくとも１つの制御ユニット（１１，１３）が設けられていて、この制御ユニット（１１，１３）は、前記少なくとも１つのコリメーターが回転に関係なくそれぞれの別のコリメーター装置の対応するコリメーターに向かって常に整向されているようにこのコリメーターを制御することを特徴とする光学回転継手。
【請求項３】
少なくとも１つの光ファイバーを有する第１光ファイバー群（２）を接続する少なくとも１つの第１コリメーター装置（１０）を備え、及び少なくとも１つの光ファイバーを有する第２光ファイバー群（５）を接続する１つの第２コリメーター装置（１４）を備え、前記第２コリメーター装置（１４）は、前記第１コリメーター装置（１０）に対して回転軸線（６）の周りに回転可能に軸支されている光学回転継手において、
少なくとも１つのＭＥＭＳミラーアレイ（１５，１６）が、第１光ファイバー群（２）と第２光ファイバー群（５）との間に設けられていて、さらに少なくとも１つの制御ユニット（１１，１３）が設けられていて、前記少なくとも１つのＭＥＭＳミラーアレイは、一方の光ファイバー群（２，５）のうちの少なくとも１つの光ファイバーからの光を他方の光ファイバー群（５，２）のうちの１つの所定の光ファイバー内に回転に関係なく偏向させることを特徴とする光学回転継手。
【請求項４】
前記第１コリメーター装置（１０）と前記第２コリメーター装置（１４）との間の光学伝達減衰量が最少であるように、前記少なくとも１つの制御ユニット（１１，１３）は、前記少なくとも１つのアクチュエーターを制御することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の装置。
【請求項５】
前記少なくとも１つの制御ユニット（１１，１３）は、補正中に測定された補正データを記憶する手段を有し、さらに動作中に当該測定値を前記少なくとも１つのアクチュエーターに供給することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の装置。
【請求項６】
前記少なくとも１つの制御ユニット（１１，１３）は、前記伝達減衰量を算出する手段を有し、前記第１コリメーター装置（１０）と前記第２コリメーター装置（１４）との間の前記伝達減衰量が最少であるように、さらに動作中に前記少なくとも１つのアクチュエーターを制御することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の装置。
【請求項７】
前記少なくとも１つの制御ユニット（１１，１３）は、角度位置を算出する手段を有し、動作中にこの角度位置に応じて前記少なくとも１つのアクチュエーターを制御することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の装置。
【請求項８】
前記アクチュエーターのうちの少なくとも１つのアクチュエーターが、静電アクチュエーター、電磁アクチュエーター、圧電アクチュエーター又は熱アクチュエーターとして構成されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の装置。
【請求項９】
少なくとも１つのビームガイド素子及び／又はビーム生成素子を有する光学回転継手用のコリメーター装置において、
少なくとも１つのコリメーター装置（１０，１４）が、２つの軸線に沿って調整可能な１つのアクチュエーターを有する少なくとも１つのコリメーターを備え、さらに少なくとも１つの制御ユニット（１１，１３）が設けられていて、この制御ユニット（１１，１３）は、前記少なくとも１つのコリメーターがプリセットされている位置を占めるようにこのコリメーターを制御することを特徴とするコリメーター装置。
【請求項１０】
少なくとも１つのビームガイド素子及び／又はビーム生成素子を有する光学回転継手用のコリメーター装置において、
少なくとも１つのコリメーター装置（１０，１４）が、２つの軸線に沿って調整可能な１つのアクチュエーターを有する少なくとも１つのコリメーターを備え、さらに少なくとも１つの制御ユニット（１１，１３）が設けられていて、この制御ユニット（１１，１３）は、前記少なくとも１つのコリメーターが回転に関係なくそれぞれの別のコリメーター装置の対応するコリメーターに向かって常に整向されているようにこのコリメーターを制御することを特徴とするコリメーター装置。
【請求項１１】
光学回転継手用のコリメーター装置において、
少なくとも１つのＭＥＭＳミラーアレイ（１５，１６）が、第１光ファイバー群（２）と第２光ファイバー群（５）との間に設けられていて、さらに少なくとも１つの制御ユニット（１１，１３）が設けられていて、前記少なくとも１つのＭＥＭＳミラーアレイは、一方の光ファイバー群（２，５）のうちの少なくとも１つの光ファイバーからの光を他方の光ファイバー群（５，２）のうちの１つの所定の光ファイバー内に回転に関係なく偏向させることを特徴とする光学回転継手用のコリメーター装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公表番号】特表２０１０−５３１４６９（Ｐ２０１０−５３１４６９Ａ）
【公表日】平成２２年９月２４日（２０１０．９．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−５１３８０５（Ｐ２０１０−５１３８０５）
【出願日】平成２０年５月７日（２００８．５．７）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＥＰ２００８／０５５６１６
【国際公開番号】ＷＯ２００９／０００５９０
【国際公開日】平成２０年１２月３１日（２００８．１２．３１）
【出願人】（５０２３７９３０９）シュライフリング ウント アパラーテバウ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング (7)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２２年９月２４日（２０１０．９．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年５月７日（２００８．５．７）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＥＰ２００８／０５５６１６
【国際公開番号】ＷＯ２００９／０００５９０
【国際公開日】平成２０年１２月３１日（２００８．１２．３１）
【出願人】（５０２３７９３０９）シュライフリング ウント アパラーテバウ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング (7)
【Ｆターム（参考）】
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