非接觸式連接器的製作方法
2023-05-18 21:08:21
專利名稱：非接觸式連接器的製作方法
技術領域：
本發明涉及無接觸地發送和接收數據的非接觸式連接器。更具體地，本發明涉及如下的非接觸式連接器其經由設置在轉動體的轉動軸位置中的反射體，在轉動體的發光體或受光體和與該轉動體的發光體或受光體相對設置的固定體的受光體或發光體之間無接觸地發送和接收數據。
背景技術：
常規地，在多種系統中，在轉動側與固定側之間發送並接收數據。例如，在能夠轉動的臺座上設置攝像機，將來自攝像機的視頻信號等發送到固定側上的信號處理部等。在這種情況下，通過在攝像機與信號處理部之間直接連接布線來將來自攝像機的視頻信號發送到固定側的信號處理部。此外，由於近來從有線到無線的技術的進步，目前即使在不能直接連接布線時，也可以在轉動側與固定側之間發送並接收數據。
然而，儘管為了使得在轉動側可以進行圖像拾取操作等而向轉動側供電，但是存在以下問題難以無接觸地從固定側向轉動側供電。
結果，常規地，在盤形轉動體的頂部設置多個發光元件，並在固定體側上與發光元件相對的位置設置多個受光元件以無接觸地發送和接收數據，並且在轉動側與固定側之間構成轉動變壓器以實現從固定側向轉動側無接觸地供電(例如，日本特開2002-75760號公報)。
然而，日本特開2002-75760號公報未必限於如下可能在數據通信速度增加時，將來自轉動體的發光元件的全部數據發送到固定體的受光元件。即，在日本特開2002-75760號公報的情況下，順序地將源自發光元件的光路切換到另一發光元件，從而使得光元件之間的非接觸式光連接不會隨著轉動體的轉動而斷開。對於這種切換方法，存在如下問題當需要比用於切換光路的處理時間更快的數據傳送時，不能保證高速通信的連續性。
發明內容
進而，鑑於上述問題構想了本發明，本發明的目的是提供一種保證高速通信的連續性的非接觸式連接器。
為了實現上述目的，本發明是一種非接觸式連接器，其包括設置在繞轉動軸轉動的轉動體上的轉動側光元件、以及設置在固定體上的固定側光元件，在轉動側光元件與對應的固定側光元件之間無接觸地發送並接收數據，其中，所述轉動體包括位於轉動軸位置並且反射從轉動側光元件或固定側光元件發射的光的反射體；所述非接觸式連接器還包括經由所述反射體形成在轉動側光元件與固定側光元件之間的光路，其基本正交於轉動軸；其中，所述光路經由所述反射體形成在轉動側光元件與固定側光元件之間，以使得轉動側光元件或固定側光元件接收到來自反射體的反射光。結果，例如，反射體反射從無論隨著轉動體的轉動其位置如何都用作發光體的轉動側光元件發射的光，並且可以實現始終不中斷的光路以向著用作指定受光體的固定側光元件傳播，從而保證通信連續性。
此外，本發明是上述非接觸式連接器，其中，所述轉動側光元件設置在轉動體的與轉動軸正交的盤面上，所述固定側光元件設置在固定體的與轉動體的盤面基本平行的平面上。於是，例如，經由反射體形成在轉動側光元件與固定側光元件之間的所述光路形成在與轉動軸垂直的平面內，由此在該平面內保證通信連續性。
此外，本發明是上述非接觸式連接器，還包括檢測部，其檢測轉動體的轉動速度或轉動角；和反射體驅動部，其通過使用檢測部檢測到的數據來對反射體的轉動速度或轉動角進行驅動控制。於是，例如可以將轉動體驅動並控制在期望的轉動速度或轉動角。
此外，本發明是上述非接觸式連接器，還包括計算部，該計算部通過使用檢測部檢測到的數據來計算反射體的轉動速度或轉動角，以構建從任一轉動側光元件到任一固定側光元件的光路。結果，例如，即使當轉動體轉動時，也可以計算並輸入用於將轉動體驅動控制在可選的轉動速度或轉動角的輸入值。
此外，本發明是上述非接觸式連接器，其中，當轉動體轉動或靜止時，向所述反射體驅動部輸入轉動體的轉動速度或轉動角的一半的值；還包括連接器部，始終將來自指定光元件的光的光路連接到指定光元件；和切換器部，將來自指定光元件的光的光路切換到指定光元件，其中連接器部和切換器部具有相同的結構。結果，例如，可以實現如下的裝置其具有連接器功能，從而即使當轉動體轉動時，也可以通過將反射體驅動在等於轉動體的轉動速度或轉動角一半的轉動速度或轉動角，使得即使轉動側發光體的位置由於轉動體的轉動而改變時也強制性地使光朝著指定的固定側受光體傳播，並且可以實現通過從外部將反射體驅動在設置角度而具有切換器功能的裝置。此外，自然，可以獲得在靜止時也具有連接器功能的裝置和具有切換器功能的裝置。
此外，本發明是上述非接觸式連接器，其中在轉動體盤面上的任意位置處設置有多個轉動側光元件，在固定體上按如下方式設置有多個固定側光元件當固定側光元件位於反射體與轉動側光元件的入射和反射的光路線段上時，在各固定側光元件與各轉動側光元件之間經由反射體形成光路。結果，例如，通過使用多個轉動側光元件和固定側光元件，形成了連續光路，可以無接觸地發送和接收多信道數據。
此外，本發明是上述非接觸式連接器，其中，在轉動體的盤面的任意位置混和地設置有具有發光功能的轉動側光元件和具有受光功能的轉動側光元件，在固定體上混和地設置有具有接收從有發光功能的轉動側光元件發射的光的受光功能的固定側光元件、以及具有向有受光功能的轉動側光元件發光的發光功能的固定側光元件，並且，具有受光功能的固定側光元件和具有發光功能的固定側光元件被混和設置為當具有發光功能的固定側光元件或具有受光功能的固定側光元件位於反射體與具有受光功能的轉動側光元件或具有發光功能的轉動側光元件的入射和反射的光路線段上時，分別在具有發光功能的轉動側光元件與具有受光功能的轉動側光元件之間經由反射體形成光路。結果，因為具有發光功能的光元件與具有受光功能的光元件例如混和設置在轉動體和固定體上，因此可以無接觸地發送並接收多信道的同時雙向的數據。
此外，本發明是上述非接觸式連接器，其中，位於與轉動軸基本垂直的面內的轉動側光元件和固定側光元件按分別與轉動軸基本平行的多段設置在轉動體和固定體上，並且在各段中在轉動側光元件與固定側光元件之間形成光路。結果，例如可以無接觸地發送並接收多信道數據。
此外，本發明是上述非接觸式連接器，還包括切換部，該切換部用於輸入轉動側光元件或固定側光元件接收到的數據，並將數據輸出到多個輸出端子中的期望輸出端子。於是，例如，可以將輸入數據輸入到用戶期望的輸出埠。
此外，本發明是上述非接觸式連接器，還針對轉動體和固定體中的每一個包括由變壓器芯和變壓器繞組構成的轉動變壓器。於是，例如，可以在轉動體與固定體之間無接觸地進行供電。
此外，本發明是上述非接觸式連接器，還包括盲配部，其結構使得可以在轉動體與固定體之間相互配合，其使得可以通過計算反射體的初始角而與轉動體在其轉動方向的配合位置無關地在轉動側光元件與固定側光元件之間形成預定光路。結果，可以提供在轉動體與固定體之間具有盲配功能的非接觸式連接器。
此外，本發明是上述非接觸式連接器，其中，固定側光元件被設置為沿轉動軸的方向高度與轉動側光元件的高度不同，並且，轉動側光元件被設置為相對於轉動體的正交於轉動軸的平面盤成使得在轉動側光元件與固定側光元件之間形成光路的角度。於是，例如，從轉動側光元件發射的光可以經由反射體由具有受光功能的固定側光元件來接收，而光路不會被用作發光體的轉動側光元件本身所遮擋。
此外，本發明是上述非接觸式連接器，其中，當反射體隨轉動體的轉動而位於轉動側光元件與固定側光元件之間時，反射體包括距離轉動軸為光路的光束徑(pencil of light)的反射面，反射體是防止遮擋轉動側光元件與固定側光元件之間的光路的結構，且反射體兩面都是鏡面。於是，從用作發光體的轉動側光元件發射的光可以由用作受光體的固定側光元件來接收，而不會被反射體遮擋。
此外，本發明是上述非接觸式連接器，其中，轉動側光元件和固定側光元件當用作發光元件時形成在光纖光輸出端，轉動側光元件和固定側光元件當用作受光元件時形成在光纖光輸入端，並且在光纖光輸出端與光纖光輸入端之間經由反射體形成有光路。於是，例如，可以無接觸地發送和接收多信道高速數據。
本發明的非接觸式連接器被構造為在轉動體的轉動軸位置包括反射體，其中，在構成轉動體的轉動側光元件的發光體或受光體與構成與轉動體相對的固定體的固定側光元件的受光體或發光體之間始終經由反射體形成光路。因此，可以提供保證高速通信連續性的非接觸式連接器。
圖1示出了應用本發明的非接觸式連接器的剖面圖；圖2示出了形成在轉動側光元件與固定側光元件之間的光路；圖3A和3B用於示出通過反射體形成的光路；圖4用於示出通過反射體形成的光路；圖5用於示出通過反射體形成的光路；圖6示出了當反射體較厚時為了避免遮擋光路的說明圖；圖7A到圖7G用於示出與圖6相關的當反射體與轉動軸的中心偏心時的轉動方向的狀態；圖8A和8B用於示出如下情況轉動體設置有多個發光元件，固定體與所述多個發光元件對應地設置有多個受光元件；圖9用於示出其中將連接器功能的結構用作切換器功能的示例；圖10用於示出無接觸供電；圖11示出了轉動側電路部和固定側電路部的結構；圖12A到12D示出了加入了信道標識碼的數據的示例；以及圖13示出了按多段設置的非接觸式連接器的示例。
具體實施例方式
下面將參照附圖來說明實現本發明的優選實施例。至於說明的過程，首先將發光體描述為發光元件，而將受光體描述為受光元件。進一步，最後，發光元件和受光元件可以擴展為光纖的光輸出端和光輸入端。
圖1示出了應用了本發明的非接觸式連接器10的示例。示出了在包括轉動軸4的平面的剖面圖。如圖1所示，根據本發明的非接觸式連接器10主要由轉動體1和固定體2構成。轉動體1被構造為能夠繞轉動軸4轉動。此外，固定體2設置並固定在轉動體1的周圍。
轉動體1由轉動側電路部11、轉動側支持部12、轉動側光元件13、轉動側變壓器繞組14、轉動側變壓器芯15、以及反射體7構成。
轉動側電路部11設置在轉動體1的頂部並執行各種數據處理。例如，當將成像攝像機附接於轉動體1時，來自作為外部裝置的攝像機的視頻信號等輸入到轉動側電路部11，並輸出使得轉動側光元件13發光的電信號。轉動側電路部11與轉動側光元件13電連接，對由於轉動側光元件13接收的光而產生的數據進行處理並將其輸出到與轉動體1相連接的外部裝置。此外，當檢測轉動體1的轉動速度或轉動角的檢測部位於轉動體1側時，該檢測部包含計算部，所述計算部通過使用檢測到的數據來計算轉動速度或轉動角以用於驅動反射體7從而形成從轉動側光元件13中的任一元件到固定側光元件23中的任一元件的光路。
轉動側支持部12位於轉動側電路部11的下部，並支持轉動側電路部11。
轉動側光元件13位於轉動體1的與轉動軸4垂直的盤形面上。轉動側光元件13通過基於來自轉動側電路部11的電信號而發光，從而經由反射體7無接觸地將數據發送到固定側光元件23。此外，反之，轉動側光元件13經由反射體7接收來自固定側光元件23的數據，並將該數據輸出到轉動側電路部11。
轉動側變壓器繞組14位於轉動側支持部12的下部、轉動體1的外周的凹部內。由於磁感應的作用，從固定體2供電，並可以通過轉動側變壓器繞組14向轉動體1的各部分供電。
轉動側變壓器芯15被形成為C形剖面，包圍轉動側變壓器繞組14。即，轉動側變壓器芯15將轉動側變壓器繞組14容納在其C形凹部內，在轉動側變壓器芯15與固定體2之間形成轉動變壓器。此外，前述轉動側支持部12是轉動側變壓器芯15的一部分。
反射體7被構造為能夠繞轉動軸4轉動，並具有如下結構在按直角接合於轉動軸4的預定長度d的臂的端部垂直安裝有平面鏡。反射體7反射從轉動側光元件13和固定側光元件23發射的光。因此，反射體7由在其正面和背面具有高反射率的反射面的部件構成。
此外，驅動反射體7的反射體驅動部包括在圖1中的反射體7內，儘管反射體驅動部被示出為安裝在轉動體1側的狀態，但該反射體驅動部還可以安裝於固定體2側。
接著將描述固定體2。如圖1所示，固定體2由固定側電路部21、固定側支持部22、固定側光元件23、固定側變壓器繞組24、以及固定側變壓器芯25構成。
固定側電路部21設置在固定體2的盤的頂部。固定側電路部21與固定側光元件23電連接，並且對由於固定側光元件23接收的光而產生的數據進行處理並將其輸出到與固定體2相連接的外部裝置。此外，在轉動側光元件13與固定側光元件23之間的雙向通信期間，固定側電路部21將從外部裝置輸入的數據輸出到固定側光元件23。此外，當檢測轉動體1的轉動速度或轉動角的檢測部位於固定體2側時，該檢測部包含計算部，所述計算部通過使用檢測部檢測到的數據來計算轉動速度或轉動角以用於驅動反射體7從而形成從轉動側光元件13中的任一元件到固定側光元件23中的任一元件的光路。
固定側支持部22位於固定側電路部21的下方，並支持固定側電路部21。
固定側光元件23位於固定體2的平面盤上，該平面盤與轉動體1的設置有轉動側光元件13的盤面基本平行。固定側光元件23經由反射體7無接觸地接收從轉動側光元件13發射的光，並將由於接收光而產生的數據輸出到固定側電路部21。此外，固定側光元件23基於來自固定側電路部21的數據而發光，並經由反射體7將數據發送到轉動側光元件13。如圖1所示，在固定側光元件23與轉動側光元件13之間沿與轉動軸4基本正交的方向形成光路。
固定側變壓器繞組24位於固定體2內的與轉動側變壓器繞組14相對的位置處。固定側變壓器繞組24從與固定體2相連接的外部裝置供電。
固定側變壓器芯25具有形成為C形以包圍固定側變壓器繞組24的剖面。固定側變壓器芯25將固定側變壓器繞組24容納在其凹部內，在固定側變壓器芯25與轉動體1之間形成轉動變壓器。此外，固定側支持部22是固定側變壓器芯25的一部分。
此外，非接觸式連接器10包括滾動元件31，該滾動元件31用於使得轉動體1的轉動動作平滑、並將轉動體1與固定體2對準等。滾動元件31位於轉動體1與固定體2之間的間隙中。轉動體1和固定體2分別包括用於使得滾動元件31的轉動動作平滑的內輪和外輪。滾動元件31以及內輪和外輪構成軸承5。
當不必使得轉動體1的轉動動作平滑並執行對準等時，可以省略滾動元件31。
接下來將描述在轉動側光元件13與固定側光元件23之間形成的光路。圖2示出了該光路的示例，圖2是該非接觸式連接器10的頂視圖。
在以下說明中，設定轉動側光元件13為發光元件，而固定側光元件23為受光元件。如隨後所述的，其中相反地轉動側光元件13為受光元件、而固定側光元件23為發光元件的結構也是可行的。
如前所述，反射體7為如下的結構在按直角接合於轉動軸4的預定長度d的臂的端部垂直安裝有平面鏡。然而，為了表示反射體7的基本功能，首先來描述d＝0的情況，即不存在反射鏡附接於其上的臂的情況。
接著將通過與無臂情況進行比較來說明d≠0的情況，即存在反射鏡附接於其上的臂的情況。
首先，如圖2所示，考慮如下情況轉動側光元件13與固定側光元件23位於朝向轉動中心O的直線上，並且反射體7的平面部分位於線段CE上，圖2中的位置是轉動體1和反射體7的初始位置。
在該位置處，當轉動側發光元件13向反射體7發光時，該光被反射體7發射，並向固定側光元件23傳播。然而，轉動側光元件13遮擋了反射光的光路。這是因為入射光和反射光具有相同的路徑。
因此，如圖3A所示，將固定側光元件23安裝在比轉動側光元件13高的位置處。此外，圖3是按照圖1的非接觸式連接器10的側面圖。此外，將轉動側光元件13設置為與轉動體1的底面成接合角α，以使得位於不同設置高度的固定側光元件23可以接收到光。於是，光路沒有受到遮擋，反射體7反射的光傳過轉動側光元件13的頂上，從而固定側光元件23可以接收到該光。
即，構成了從初始位置A』處的發光元件13到固定位置B處的受光元件23的光路。
接著，如圖4所示，考慮轉動體1從初始位置轉過轉動角θ的情況。在這種情況下，轉動側光元件13從位置A』移動到位置A」。
通常，當入射光被諸如鏡的反射面反射時，由正交於反射面的反射中心線與入射光形成的角度(稱為入射角)和由反射中心線和反射光形成的角度(稱為反射角)相等。在圖4所示的示例中，由來自發光元件13的入射光與反射中心線形成的角度(入射角，θ/2)等於由反射中心線與反射光形成的角度(反射角，θ/2)。
同時，反射中心線隨著轉動側光元件13的運動而繞轉動中心O轉動。如果反射體7的反射面沿著轉動反射中心線轉動，則入射角和反射角都為θ/2。因此，從轉動側光元件13發射的光被反射體7反射，並且始終朝著指定的固定側光元件23傳播。
因此，如果反射體7的轉動速度(或轉動角)為轉動體1的轉動速度(或轉動角)的一半，則從轉動側光元件13發射的光始終能朝著指定的固定側光元件23傳播。
即，轉動側光元件13和固定側光元件23被設置為使得當從轉動側光元件13發射的光被反射體7反射並且固定側光元件23位於光路線段上時在發光元件13與受光元件23之間經由反射體7形成光路。此外，隨後，如果反射體7的轉動速度為轉動體1的轉動速度的一半，那麼，由於反射體7的反射面繞轉動軸4轉動，因此無論轉動側光元件13隨著轉動體1的轉動而位於什麼位置，總是在轉動側光元件13與指定位置的固定側光元件23之間形成光路。
為了在圖4的情況下對此進行描述，當轉動側光元件13由於轉動體1的轉動而位於位置A」時，反射中心線位於θ/2處，因此，從轉動側光元件13發射的光被反射體7反射，並且可以由固定側光元件23接收。即，構成了從當轉動體1轉過了θ時的發光元件A」到固定位置B的受光元件23的光路。
此外，當轉動體1轉過90°(θ＝90°)時，轉動側光元件13位於線段CO上。這裡，如果反射體7轉過了45°，則反射中心線位於45°處，因此反射體7反射的來自發光元件13的光也構成到固定位置B處的受光元件23的光路。
接下來，考慮如圖5所示的轉動體1轉動了180°(θ＝180°)的情況。反射中心線位於線段CO上(θ/2＝90°)，源自轉動側光元件13的光路穿過反射體7並朝著位置B處的固定側受光元件23傳播。
在這種情況下，反射體7的反射面與源自發光元件13的光路平行。因此，反射體7並不反射光，並且，如圖3B所示，來自發光元件13的發射光束直接朝著受光元件23傳播。然而，當反射體7較厚時存在遮擋光路的風險。在這種情況下，為了光路不被遮擋，從發光元件13發射的光束不能接觸反射體7。
也就是說，如圖6所示，當假設從發光元件13發射的光束是半徑為d的圓柱形時，如果反射體7被安裝為與轉動軸4的中心O間隔開直徑寬度d，則即使θ＝180°時光路也不會被反射體7遮擋，並且受光元件23可以接收來自發光元件13的光。
此外，如上所詳述，反射體7被安裝為與轉動軸4的中心O偏離開直徑寬度d。因此，下面將考慮在d≠0(即，存在反射體7附接於其上的反射體支承臂71(臂長度＝d))的情況下的光路。
儘管在圖7中示出了詳細說明，但是由於反射體7位於距轉動軸4的中心O距離為d處，因此情況會由於轉動方向而有所不同。
首先，圖7A到7D示出了轉動體1從位置θ＝0°沿CCW(逆時針)方向轉動的情況。
(i)轉動側發光體13被設置為θ＝0°並且反射體支承臂轉動角＝0°的情況(圖7A)可以是與圖2和3A的途徑完全相同的途徑。
(ii)轉動側發光體13被設置為θ＝90°並且反射體支承臂轉動角＝45°的情況(圖7B)可以是與圖4的途徑完全相同的途徑，只是反射體7反射的反射光從固定側受光元件的位置B向上移動d+β。這裡，β約為d/2。
(iii)轉動側發光體13被設置為θ＝180°並且反射體支承臂轉動角＝90°的情況(圖7C)是圖3B和5示出的方式，圖6所示的方式自然也成立。即，反射體7位於距轉動軸4的中心O距離d處，由此發射的光束直接進入固定側光元件23，而不會被反射體7所遮擋。
(iv)轉動側發光體13被設置為θ＝270°並且反射體支承臂轉動角＝135°的情況(圖7D)是與圖4的途徑完全相同的途徑。然而，反射體7反射的反射光從固定側受光元件23的位置B向上移動d+β。這裡，β約為d/2。
圖7E到7G示出了轉動體1從θ＝0°位置沿CW(順時針)方向轉動的情況。
(v)轉動側發光體13被設置為θ＝-90°並且反射體支承臂轉動角＝-45°的情況(圖7E)是與沿CCW方向的圖7B的途徑完全相同的途徑。
(vi)轉動側發光體13被設置為θ＝-180°並且反射體支承臂轉動角＝-90°的情況(圖7F)是與CCW方向的途徑完全相同的途徑，並且，由於反射體7位於距轉動軸4的中心O距離d處，因此光束直接進入固定側光元件23，而不會被反射體7所遮擋。
(vii)轉動側發光體13被設置為θ＝-270°並且反射體支承臂轉動角＝-135°的情況(圖7G)是與CCW方向的途徑完全相同的途徑，只是反射鏡反射的反射光從固定側受光元件的位置向下移動d+β。這裡，β約為d/2。
(viii)轉動側發光體13被設置為θ＝-270°並且反射體支承臂轉動角＝-135°的情況(圖7G)是與CCW方向的途徑完全相同的途徑，只是反射鏡反射的反射光從固定側受光元件的位置向下移動d+β。這裡，β約為d/2。
(ix)轉動側發光體13被設置為θ＝-270°並且反射體支承臂轉動角＝-135°的情況(圖7G)是與CCW方向的途徑完全相同的途徑，只是反射鏡反射的反射光從固定側受光元件的位置向下移動d+β。這裡，β約為d/2。
如前所述，假設該結構為將反射體7安裝為與轉動軸4的中心O間隔開距離d，則可能需要如下的措施，例如為發光元件13和受光元件23提供具有很大孔徑的光學系統等。然而，無論轉動側發光元件13隨著轉動體1的轉動而移動到什麼位置，在轉動側發光元件13與指定位置的固定側光元件23之間始終形成有光路。因此，在轉動側發光元件13與固定側光元件23之間形成有連續光路，保證了通信的連續性。
此外，由於光的可逆性，所以當轉動側光元件13為受光元件而固定側光元件23為發光元件時也是完全相同的。
接下來，將參照圖8A和8B來描述如下情況轉動體1設置有多個發光元件13，固定體2按與發光元件13對應的方式設置有多個受光元件23。圖8A和8B所示的示例是轉動側發光元件13和固定側受光元件23位於正六邊形頂點位置處的示例。然而，為了簡化附圖，示出了d＝0的情況，即不存在反射體7附接於其的臂的情況。
即使在具有多個發光元件和受光元件的該示例中，當反射體7反射轉動側發光元件13發射的光並且固定側光元件23位於光路線段上時，各轉動側發光元件13和各固定側光元件23也被設置為在轉動側發光元件13與固定側光元件23之間經由反射體7形成光路。
考慮圖8A的位置的光路。反射體7的反射面被設置為平行於連接位置B3和B6的線段。在這種情況下，如圖8A所示，反射中心線處於垂直狀態。因此，從轉動側發光元件13的位置A1發射的光被反射體7反射，並朝著固定側光元件23的位置B1傳播。
此外，為了儘可能簡化下面對圖8A和8B的說明，用位置A1到A6的標號來表示設置在這些位置的各個轉動側發光元件13。類似地，用固定側位置B1到B6的標號來表示設置在這些位置B1到B6的各個固定側光元件23。
位置A2處的轉動側發光元件13(因此示為「轉動側發光元件A2」)遮擋了到位置B1處的固定側光元件23(因此示為「固定側受光元件B1」)的光路。然而，由於如圖3A所示，轉動側發光元件A2被設立為與轉動體1的底面成接合角α，因此光路穿過轉動側發光元件A2的上方並朝著固定側受光元件B1傳播。
此外，在轉動側發光元件A2與相應的固定側受光元件B2之間形成有光路。
此外，如圖6所示，由於反射體7還設置在距轉動軸中心O距離d處(在此處不遮擋光路)，因此光路被形成為朝著固定側受光元件B3傳播。反射體7在其兩側都形成有反射面，因此，其他各個發光元件A4到A6都是相同的。
這裡，考慮如圖8B所示的轉動體1逆時針轉動60°的情況。發光元件A1到A6中的每一個也轉動60°。於是，由於反射體7的轉動角是轉動體1的轉動角的一半，所以反射體7轉動30°。因此，反射中心線的位置如圖8B所示。轉動側發光元件A1形成朝著固定側受光元件B1傳播的光路，而轉動側發光元件A2形成朝著固定側受光元件B2傳播的光路。由於反射體7的兩側都是反射面，因此其他的發光元件A3到A6都完全相同。
即使在如此設置有多個轉動側發光元件13和固定側光元件23的情況下，在各轉動側發光元件13與各相應固定側受光元件23之間也始終可以形成光路。因此，即使存在多個轉動側光元件13和固定側光元件23，也可以在各元件13和23之間形成連續的光路，並且可以保證通信的連續性。此外，由於使用了多個光元件13、23進行通信，因此可以在本發明的非接觸式連接器10的多個信道上發送並接收數據。
此外，儘管為了簡化對圖8A和8B示出的示例的描述而按60°的間隔來設置各個元件13、23，但是間隔並不限於60°的間隔，任何位置都是可以的。這是因為，只要反射體7的轉動速度為轉動體1的轉動速度的一半，就始終可以在轉動側發光元件13與相應的固定側光元件23之間形成光路。
此外，儘管在圖8A和8B示出的示例中，各轉動側光元件13設置在距轉動中心O的距離固定的位置處，但距離可以是任何位置的距離。在這種情況下，可以通過在各情況中設立附接角α以使得形成到對應固定側光元件23的光路，將各轉動側發光元件13設置在轉動體1上。
此外，儘管在圖8A和8B所示的示例中轉動側光元件13為發光元件而固定側光元件23為受光元件，但是由於光的可逆性，即使轉動側光元件13為受光元件而固定側光元件23為發光元件，也可以按完全相同的方式形成光路。於是，本發明的非接觸式連接器10能夠同時發送並接收雙向數據。
此外，這對於其中多個轉動側光元件13中的一些為發光元件而剩餘的為受光元件的混和設置也是正確的。例如，混和設置可以如下如果轉動側光元件A1為發光元件且光元件A2為受光元件，則固定側光元件B1為受光元件且光元件B2為發光元件。
為了使反射體7的轉動速度或轉動角為轉動體1的轉動速度或轉動角的一半，除了行星齒輪系等之外，這例如可以如下實現提供驅動反射體7的諸如電機的反射體驅動器裝置以及檢測轉動體1的轉動速度或轉動角的檢測裝置，然後基於檢測裝置的檢測結果來實現對反射體驅動器裝置的反饋控制以使反射體7的轉動速度或轉動角減半。
現在將描述在應用諸如電機的反射體驅動器裝置的情況下反射體7的初始角度位置。當應用反射體驅動器裝置時，有時在沒有設置制動機構等的時候必須設置反射體7的初始位置。在這種情況下，例如，當用於檢測轉動體1的轉動角的檢測裝置的初始角度位置是當轉動體發光元件13和固定側受光元件23位於面對反射體7的轉動中心O的直線上時的時候，可以通過輸入此時轉動角的一半以設立反射體7的初始角度位置來對反射體驅動器裝置應用反饋控制，從而進行設置。
通過如上所詳述地設置反射體7，可以將非接觸式連接器構成為始終光學連接轉動體1上的光元件和固定體2上的光元件。
另一方面，可以該連接器功能的結構應用到另一用途作為對從轉動體1上的光元件到固定體2上的光元件的光路進行切換的切換器功能。
儘管基於圖9對此進行描述，但基本狀態為圖4中的狀態。
即，圖4示出了以下狀態由於轉動體1從基準位置轉過了θ，因此通過使得反射體7轉過θ/2來連接位置A」處的發光元件和位置B處的受光元件。
同時，在圖9所示的示例中，考慮從位置「A」處的發光元件13到位置F(與位置B間隔角度γ的位置)處的受光元件23的切換的情況。
顯然，在這種情況下，由於受光元件23從位置B轉過γ，因此如果反射體7也轉過γ/2(θ/2+γ/2的總和)，則實現從位置B處的受光元件23到位置F處的受光元件23的切換。
此外，如果將反射中心線作為基準，則儘管在圖4的位置中反射中心線＝θ/2，但是由於通過使反射體7轉過θ/2+γ/2而使得在圖9的位置中反射中心線＝θ/2+γ/2，所以從位置B處的受光元件23切換到位置F處的受光元件23的其他途徑也是可行的。
上面以圖4中的狀態為基礎，但接下來將考慮該狀態的有效性。
當連接轉動側光元件13與轉動中心O的線段和連接固定側光元件23與轉動中心O的線段處於角度θ時，將反射體7的初始位置確定為使得來自反射體7的反射光朝著固定側光元件23傳播，並且，如果從包含在轉動側電路部11或固定側電路部21中的計算部輸出了初始位置且由反射體驅動器裝置來使反射體7轉動，則導致初始光路連接的狀態。因此，可以將圖4中的位置設立為基準位置。
此外，儘管上面考慮了轉動體1轉動的情況，但是此處將考慮轉動體1也靜止的情況。
然而，在這種情況下，可以將前面關係式中的θ看作是轉動體1上的轉動側光元件13的安裝角而不是轉動體1的轉動角，可以原樣地應用關係式。即，可以按完全相同的方式來處理轉動體1靜止的情況。
這裡，考慮連接器功能和切換器功能。
此處，儘管基本功能是圖4中的狀態，但是唯一的區別在於切換器功能從受光元件B切換到受光元件F，而連接器功能從受光元件F切換到受光元件B。
此外，由轉動側電路部11或固定側電路部21中包含的計算部來確定受光元件23位於位置F還是位於位置B。
即，在使用反射體7的轉動型非接觸式連接器的情況下，連接器功能和切換器功能之間的差別僅在於連接目的地受光元件的相似和不同。因此，同一非接觸式連接器能夠同時處理(共享)這兩個功能。
因此，也可以說使用反射體7的切換器功能是使用反射體7的連接器功能的擴展。
下面將使用圖10來描述從固定體2到轉動體1的非接觸式供電。如前所述，轉動側變壓器繞組14卷繞在轉動體1的轉動側變壓器芯15的本體部分的周圍，固定側變壓器繞組24卷繞在固定體2的固定側變壓器芯25的本體部分的周圍。在這種狀態下，由於從主體裝置流向固定側變壓器繞組24的電源電流，因此在固定側變壓器芯25的周圍產生磁場。由於轉動體1的轉動動作，當轉動側變壓器芯15位於與固定側變壓器芯25相對的位置(其中產生磁場)時構成磁路。在卷繞在本體部分上的轉動側變壓器繞組14中產生電流(所謂的磁感應定律)。因此，向轉動體1的各部分供電，例如驅動轉動側電路部11，並且轉動側光元件13發光。
接下來將說明根據本發明的非接觸式連接器10的盲配功能。盲配功能是如下的功能其使得只要在組裝本發明的非接觸式連接器10時將轉動體1插入固定體2並將其與固定體2相配，就無論轉動體1的轉動方向上的位置如何都可以使用非接觸式連接器10。
此外，在具有盲配功能的非接觸式連接器10的情況下，由於不需要對準轉動體1，因此可以略去包括滾動元件31的軸承5。
例如，假設在轉動體1與固定體2相配之後轉動體1嵌合於圖4所示的位置。如果在設計階段等將反射體7的位置確定為使得當轉動側光元件13和固定側光元件23位於朝向轉動中心O的直線上時來自反射體7的反射光朝著固定側光元件23傳播，則可以認為相配後的位置與轉動體1的轉動之後的位置相同。
即，在相配後圖4所示位置中轉動體1的位置和由於轉動而導致的圖4所示位置中轉動體1的位置相同。因此，由於無論轉動體1的轉動方向上的相配位置如何都始終形成與固定側光元件23的光路，因此可以使用本發明的非接觸式連接器10，並可以實現盲配功能。
接下來，將使用圖11來說明轉動側電路部11和固定側電路部21的數據處理功能的詳細情況。在該示例中，在發送並接收四信道數據(分別為CH.1到CH.4)的情況的示例中，在轉動側光元件133到136中的每一個與對應的固定側光元件233到236中的每一個之間發送並接收一個信道具有的數據。
轉動側電路部11包括用於處理各個信道的數據的接口(I/F)電路111到114以及驅動器電路115到118。來自主體裝置的數據輸入到I/F電路111到114，並將其轉換為可以在轉動側電路部11中進行處理的數據。然後由驅動器電路115到118將該數據轉換為驅動數據，基於該驅動數據從各個轉動側光元件133到136發光。
固定側電路部21由接收器電路2111到2114、切換電路2120、以及I/F電路2121到2124構成。接收器電路2111到2114將由於預定的固定側光元件233到236接收的光而產生的數據轉換為可以在固定側電路部21中進行處理的數據，之後將其輸出到切換電路2120。切換電路2120執行切換以將接收到的各信道的數據輸出到預定的輸出段。於是，例如，從I/F電路2122輸出第一信道的數據，從I/F電路2123輸出第二信道的數據，等等，由此可以從用戶期望的輸出段輸出數據。此外，還可以通過從外部輸入切換控制信號SWS來使得切換電路2120切換到期望的輸出段(所謂的「復用器功能」)。
此外，如圖12A到12D所示，通過主體裝置側的處理向各信道的數據加入標識碼，切換電路2120通過使用標識碼來識別信道並對各信道的數據進行切換。例如，當判斷出標識號碼「00」時，從I/F電路2124輸出信道「1」的數據，等等。
可以通過與固定體2相連接的主體裝置的數據處理電路、或者可以通過轉動側電路部11的驅動器電路115到118來執行這種信道標識編碼。此外，可以通過向多個信道中的任一信道加入信道標識碼、而不是向全部信道的全部數據加入信道標識碼來執行對各信道的標識(以建立專用線)。
由此，通過向各數據添加標識碼，可以由固定體2接收多信道的數據，可以識別任一信道的數據並將其輸出到預定輸出段，並且，可以由非接觸式連接器10來實現自動信道切換功能。
圖11中所示的示例示出了當轉動側光元件133到136為發光元件而固定側光元件233到236為受光元件時電路部11、21各自的結構。此外，轉動側發光元件133到136也可以是受光元件，固定側光元件233到236可以是發光元件。在這種情況下，轉動側電路部11包括接收器電路2111到2114、切換電路2120以及I/F電路2121到2124，而固定側電路部21包括I/F電路111到114以及驅動器電路115到118。
在以上示例中，描述了通過轉動側光元件13、固定側光元件23、以及反射體7來形成光路的示例。此外，如圖13所示，可以將轉動側光元件13和固定側光元件23設置為與轉動軸4基本平行的多個段。由於多段設置，還可以發送並接收多信道的數據。在這種情況下，固定側光元件23設置在固定體2的側面，在各段中在固定側光元件23與轉動側光元件13之間構成上述連續光路。此外，在各段中，可以如上所述地設置多個轉動側光元件13和固定側光元件23，並且發光元件和受光元件可以具有混和設置。轉動體1上的各段通過軸33而連接，並且被接合為可以隨著轉動體1的轉動而轉動。
此外，通過以光纖來代替轉動側光元件13和固定側光元件23，還可以由固定側光纖和轉動側光纖來形成連續光路。
權利要求
1.一種非接觸式連接器，包括設置在繞轉動軸轉動的轉動體上的轉動側光元件、以及設置在固定體上的固定側光元件，在轉動側光元件與對應的固定側光元件之間無接觸地發送並接收數據，其中，所述轉動體包括位於轉動軸位置並且反射從轉動側光元件或固定側光元件發射的光的反射體；所述非接觸式連接器還包括經由所述反射體形成在轉動側光元件與固定側光元件之間的光路，其與轉動軸基本正交；其中，所述光路按如下方式經由所述反射體形成在轉動側光元件與固定側光元件之間使得轉動側光元件或固定側光元件接收到來自反射體的反射光。
2.根據權利要求1所述的非接觸式連接器，其中，轉動側光元件設置在轉動體的與轉動軸正交的盤面上，固定側光元件設置在固定體的與轉動體的盤面基本平行的平面上。
3.根據權利要求1所述的非接觸式連接器，還包括檢測部，檢測轉動體的轉動速度或轉動角；以及反射體驅動部，通過使用檢測部檢測到的數據來對反射體的轉動速度或轉動角進行驅動控制。
4.根據權利要求3所述的非接觸式連接器，還包括計算部，通過使用檢測部檢測到的數據來計算反射體的轉動速度或轉動角，以構成從任一轉動側光元件到任一固定側光元件的光路。
5.根據權利要求3所述的非接觸式連接器，其中，當轉動體轉動或靜止時，向反射體驅動部輸入轉動體的轉動速度或轉動角的一半的值；還包括連接器部，始終將來自指定光元件的光的光路連接到指定光元件；以及切換器部，將來自指定光元件的光的光路切換到指定光元件，其中，連接器部和切換器部的結構相同。
6.根據權利要求1所述的非接觸式連接器，其中，轉動側光元件多個地設置在轉動體的盤面上的任意位置；相應的固定側光元件多個地按如下方式設置在固定體上當固定側光元件位於反射體與轉動側光元件的入射和反射的光路線段上時，在相應固定側光元件與相應轉動側光元件之間經由反射體形成光路。
7.根據權利要求1所述的非接觸式連接器，其中，具有發光功能的轉動側光元件和具有受光功能的轉動側光元件混和地設置在轉動體的盤面的任意位置；具有受光功能的固定側光元件和具有發光功能的固定側光元件混和地設置在固定體上，所述受光功能用於接收從具有發光功能的轉動側光元件發射的光，所述發光功能用於向具有受光功能的轉動側光元件發光；並且，具有受光功能的固定側光元件和具有發光功能的固定側光元件是按如下方式混和設置的當具有發光功能的固定側光元件或具有受光功能的固定側光元件位於反射體與具有受光功能的轉動側光元件或具有發光功能的轉動側光元件的入射和反射的光路線段上時，分別在具有發光功能的轉動側光元件與具有受光功能的轉動側光元件之間經由反射體形成光路。
8.根據權利要求1所述的非接觸式連接器，其中，位於與轉動軸基本垂直的面內的轉動側光元件和固定側光元件按分別與轉動軸基本平行的多段設置在轉動體和固定體上，並且在各段中在轉動側光元件與固定側光元件之間形成光路。
9.根據權利要求1所述的非接觸式連接器，還包括切換部，用於輸入轉動側光元件或固定側光元件接收到的數據，並將該數據輸出到多個輸出端子中的期望輸出端子。
10.根據權利要求1所述的非接觸式連接器，還包括轉動體和固定體各自的由變壓器芯和變壓器繞組構成的轉動變壓器。
11.根據權利要求1所述的非接觸式連接器，還包括盲配部，其結構使得在轉動體與固定體之間可以相互配合，其使得可以通過計算反射體的初始角而與轉動體在其轉動方向的配合位置無關地在轉動側光元件與固定側光元件之間形成預定光路。
12.根據權利要求1所述的非接觸式連接器，其中，固定側光元件被設置為在轉動軸方向上具有與轉動側光元件的高度不同的高度，轉動側光元件被設置為相對於轉動體的正交於轉動軸的平面盤成使得在轉動側光元件與固定側光元件之間形成光路的角度。
13.根據權利要求1所述的非接觸式連接器，其中，當反射體隨著轉動體的轉動而位於轉動側光元件與固定側光元件之間時，反射體包括距轉動軸的距離為光路的光束徑的反射面，反射體是防止遮擋轉動側光元件與固定側光元件之間的光路的結構，且反射體的兩面都是鏡面。
14.根據權利要求1所述的非接觸式連接器，其中，轉動側光元件和固定側光元件當用作發光元件時形成在光纖光輸出端，轉動側光元件和固定側光元件當用作受光元件時形成在光纖光輸入端，並且，在光纖光輸出端與光纖光輸入端之間經由反射體形成光路。
全文摘要
一種非接觸式連接器，包括在繞轉動軸轉動的轉動體上的轉動側光元件、以及位於固定的固定體上的固定側光元件，所述轉動體還包括繞轉動軸轉動的反射體。這兩個光元件被構成為使得當指定的固定側光元件位於反射體反射從指定的轉動側光元件發射的光的光路線段上時在所述兩個光元件之間形成光路。反射體以轉動體的轉動速度的一半來轉動。
文檔編號H04B10/11GK1945971SQ20061010137
公開日2007年4月11日 申請日期2006年7月18日 優先權日2005年10月3日
發明者小板橋博行 申請人:中部日本丸子株式會社