JPH0618751A - 高輝度光源用の光結合装置 - Google Patents
高輝度光源用の光結合装置Info
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- JPH0618751A JPH0618751A JP5064908A JP6490893A JPH0618751A JP H0618751 A JPH0618751 A JP H0618751A JP 5064908 A JP5064908 A JP 5064908A JP 6490893 A JP6490893 A JP 6490893A JP H0618751 A JPH0618751 A JP H0618751A
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- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/24—Coupling light guides
- G02B6/36—Mechanical coupling means
- G02B6/40—Mechanical coupling means having fibre bundle mating means
- G02B6/403—Mechanical coupling means having fibre bundle mating means of the ferrule type, connecting a pair of ferrules
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- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/24—Coupling light guides
- G02B6/42—Coupling light guides with opto-electronic elements
- G02B6/4298—Coupling light guides with opto-electronic elements coupling with non-coherent light sources and/or radiation detectors, e.g. lamps, incandescent bulbs, scintillation chambers
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- Optics & Photonics (AREA)
- Optical Couplings Of Light Guides (AREA)
- Light Guides In General And Applications Therefor (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 高輝度光源と複数の光学ファイバとの間に使
用されて、該光源によるファイバの損傷を防止し、かつ
個々のファイバに均一に色および輝度を分布させる光結
合装置を提供する。 【構成】 複数の光学ファイバ３２のクラッド４０を除
去した部分を第１のスリーブ部材４２内に配置して互い
に締め付けて、個々の光学ファイバ間の境界２８を実質
的に一体化する。この光学ファイバの集合体の端面を光
透過性の棒部材３４と接触して配設し、棒部材と第１の
スリーブ部材のまわりに外側スリーブ部材２４を配置す
る。
用されて、該光源によるファイバの損傷を防止し、かつ
個々のファイバに均一に色および輝度を分布させる光結
合装置を提供する。 【構成】 複数の光学ファイバ３２のクラッド４０を除
去した部分を第１のスリーブ部材４２内に配置して互い
に締め付けて、個々の光学ファイバ間の境界２８を実質
的に一体化する。この光学ファイバの集合体の端面を光
透過性の棒部材３４と接触して配設し、棒部材と第１の
スリーブ部材のまわりに外側スリーブ部材２４を配置す
る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、高輝度光源と複数の光
学ファイバとの間に使用される光学結合装置に関する。
更に詳しくは、本発明は、高輝度光源によって引き起こ
される光学ファイバに対する損傷を防止するように作用
し、更に個々のファイバの各々に対して均一な色混合お
よび輝度を達成する光学結合装置に関する。
学ファイバとの間に使用される光学結合装置に関する。
更に詳しくは、本発明は、高輝度光源によって引き起こ
される光学ファイバに対する損傷を防止するように作用
し、更に個々のファイバの各々に対して均一な色混合お
よび輝度を達成する光学結合装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】単一の光源を使用して、複数の光学ファ
イバを使用した多くの離れた位置に光出力を供給するセ
ントラル照明システムが自動車、ディスプレイおよび家
庭の照明を含む多くの種々の用途のために提案されてい
る。例えば、１９９０年９月１８日発行の米国特許第
４，９５８，２６３号は自動車用にセントラル照明シス
テムを使用することを開示している。このようなセント
ラル照明システムの光源は離れた位置において充分な光
出力を確保するために高輝度特性を有する光出力を発生
できなければならない。１９９２年３月２７日出願の米
国特許出願第８５８，９０６号は、１平方センチメート
ル当り５０，０００ルーメン以上の測定された輝度特性
を有する光源を開示している。このレベルの輝度出力を
有し、光学ファイバが配設されている光学焦点に光出力
を集束する反射装置と使用される光源は光学焦点におか
れた光学ファイバの端部に物理的な損傷を発生する。こ
のような損傷を起こす１つの理由は放電光源のアノード
の像が実際のアーク放電よりも多くの赤外線成分を含
み、このような赤外線が光学ファイバの端部に損傷を与
えるということである。従って、高輝度光源を有するセ
ントラル照明システムにおいては、赤外線または他の熱
あるいは放射源によって生ずる光学ファイバの端部に対
する損傷を防止する手段を設けることが有益である。
イバを使用した多くの離れた位置に光出力を供給するセ
ントラル照明システムが自動車、ディスプレイおよび家
庭の照明を含む多くの種々の用途のために提案されてい
る。例えば、１９９０年９月１８日発行の米国特許第
４，９５８，２６３号は自動車用にセントラル照明シス
テムを使用することを開示している。このようなセント
ラル照明システムの光源は離れた位置において充分な光
出力を確保するために高輝度特性を有する光出力を発生
できなければならない。１９９２年３月２７日出願の米
国特許出願第８５８，９０６号は、１平方センチメート
ル当り５０，０００ルーメン以上の測定された輝度特性
を有する光源を開示している。このレベルの輝度出力を
有し、光学ファイバが配設されている光学焦点に光出力
を集束する反射装置と使用される光源は光学焦点におか
れた光学ファイバの端部に物理的な損傷を発生する。こ
のような損傷を起こす１つの理由は放電光源のアノード
の像が実際のアーク放電よりも多くの赤外線成分を含
み、このような赤外線が光学ファイバの端部に損傷を与
えるということである。従って、高輝度光源を有するセ
ントラル照明システムにおいては、赤外線または他の熱
あるいは放射源によって生ずる光学ファイバの端部に対
する損傷を防止する手段を設けることが有益である。
【０００３】セントラル照明システムは、光出力を比較
的多数の異なる位置に分配することが必要であり、これ
により多くの個々の光学ファイバを使用することを必要
とする用途に利用される。光出力を受け入れる光学ファ
イバの端部を配設するのに限られたスペースしかない場
合には、できるだけ多くの小さな直径のファイバを収容
したり、または逆により大きな直径の光学ファイバを使
用して、光源の光出力を受け入れるように設けられたス
ペース内にできるだけ多くをパックすることが有益であ
る。この考えは一般に光学結合装置のパッキングフラク
ション（packing fraction）と称される。高パッキング
フラクションを達成する１つの装置は１９９１年１０月
２２日発行の米国特許第５，０５８，９８５号に開示さ
れている。この特許においては、圧縮性のファイバと非
圧縮性のファイバの組合せがスリーブ部材内に配設さ
れ、このスリーブ部材は圧縮性のファイバを非圧縮性の
ファイバの回りに順応した形状に締め付けて、これによ
り光学結合装置の入力に比較的均一な横断表面領域を達
成している。この装置は光学ファイバの集合化に対する
パッキングフラクションを増大する効果があることはわ
かっているが、この装置は熱または赤外線によって損傷
を受け易い。
的多数の異なる位置に分配することが必要であり、これ
により多くの個々の光学ファイバを使用することを必要
とする用途に利用される。光出力を受け入れる光学ファ
イバの端部を配設するのに限られたスペースしかない場
合には、できるだけ多くの小さな直径のファイバを収容
したり、または逆により大きな直径の光学ファイバを使
用して、光源の光出力を受け入れるように設けられたス
ペース内にできるだけ多くをパックすることが有益であ
る。この考えは一般に光学結合装置のパッキングフラク
ション（packing fraction）と称される。高パッキング
フラクションを達成する１つの装置は１９９１年１０月
２２日発行の米国特許第５，０５８，９８５号に開示さ
れている。この特許においては、圧縮性のファイバと非
圧縮性のファイバの組合せがスリーブ部材内に配設さ
れ、このスリーブ部材は圧縮性のファイバを非圧縮性の
ファイバの回りに順応した形状に締め付けて、これによ
り光学結合装置の入力に比較的均一な横断表面領域を達
成している。この装置は光学ファイバの集合化に対する
パッキングフラクションを増大する効果があることはわ
かっているが、この装置は熱または赤外線によって損傷
を受け易い。
【０００４】また、各個々の光学ファイバの回りに設け
られたクラッド（cladding）によって生ずるようなファ
イバ間に存在するスペースが結合用の有益なスペースを
減らし、更に光学結合装置の面において各ファイバ毎に
別々の位置を確立していることがわかった。この別々に
位置決めするということは、各ファイバ毎に別個の屈折
率があり、この結果各ファイバの壁に光の反射が生ずる
という固有の欠点がある。各個々のファイバによって受
け入れられた光像が光学結合装置の面の特定の位置にお
ける光源からの光出力の色および輝度を見るだけである
と考えた場合、光学ファイバの出力における色および輝
度の特性に変動が存在する。光学結合装置の中央におけ
る光学ファイバの場合には、受け入れた光の色特性およ
び輝度は光学結合装置の外周部に位置する光学ファイバ
のものと異なる。１９８７年５月５日発行の米国特許第
４，６６２，７１４号は光学ファイバの一部からクラッ
ドを除去することについて開示している。しかしなが
ら、この開示は各個々の光学ファイバにわたって均一な
色および輝度特性を達成するように光の混合を行う要望
については言及していない。従って、複数の個々の光学
ファイバを収容する光学結合装置は、各ファイバが色お
よび輝度について均一な特性を有する光出力を目的の端
部まで伝送するように色および輝度特性を混合する手段
を備えることが有益である。
られたクラッド（cladding）によって生ずるようなファ
イバ間に存在するスペースが結合用の有益なスペースを
減らし、更に光学結合装置の面において各ファイバ毎に
別々の位置を確立していることがわかった。この別々に
位置決めするということは、各ファイバ毎に別個の屈折
率があり、この結果各ファイバの壁に光の反射が生ずる
という固有の欠点がある。各個々のファイバによって受
け入れられた光像が光学結合装置の面の特定の位置にお
ける光源からの光出力の色および輝度を見るだけである
と考えた場合、光学ファイバの出力における色および輝
度の特性に変動が存在する。光学結合装置の中央におけ
る光学ファイバの場合には、受け入れた光の色特性およ
び輝度は光学結合装置の外周部に位置する光学ファイバ
のものと異なる。１９８７年５月５日発行の米国特許第
４，６６２，７１４号は光学ファイバの一部からクラッ
ドを除去することについて開示している。しかしなが
ら、この開示は各個々の光学ファイバにわたって均一な
色および輝度特性を達成するように光の混合を行う要望
については言及していない。従って、複数の個々の光学
ファイバを収容する光学結合装置は、各ファイバが色お
よび輝度について均一な特性を有する光出力を目的の端
部まで伝送するように色および輝度特性を混合する手段
を備えることが有益である。
【０００５】
【発明の概要】本発明は、高輝度光源および複数の光学
ファイバに対して使用され、高輝度光源によって生ずる
赤外線または熱による損傷から光学ファイバを保護する
ような結合装置を提供する。また、本発明により、光源
に結合される各個々の光学ファイバによって伝達される
光は色および輝度が実質的に均一にされる。
ファイバに対して使用され、高輝度光源によって生ずる
赤外線または熱による損傷から光学ファイバを保護する
ような結合装置を提供する。また、本発明により、光源
に結合される各個々の光学ファイバによって伝達される
光は色および輝度が実質的に均一にされる。
【０００６】本発明の原理によれば、少なくともいくつ
かのものが圧縮性である複数の光学ファイバを使用して
高輝度光源からの光出力を複数の離れた出力位置に結合
する光結合装置が提供される。光学ファイバの各々は光
源に最も近い端部からほぼ等しい長さだけクラッドが除
去されている。クラッドが除去された複数の光学ファイ
バの部分を取り囲むように第１のスリーブ部材が配設さ
れる。第１のスリーブ部材により、光学ファイバのクラ
ッドを取り除かれた端部が締め付けられて、ほぼ均一な
横断表面を有し、個々の光学ファイバの間の仕切りが実
質的に除去されるようにされる。光透過性の中間の棒部
材が光源と光学ファイバのほぼ均一な横断表面との間に
配設され、この棒部材は光学ファイバよりも高い熱係数
を有する材料で構成されている。外側スリーブ部材が第
１のスリーブ部材および前記中間の棒部材を少なくとも
部分的に取り囲むように配設されている。外側スリーブ
部材は光源の光学焦点に配設するための固定の入力位置
を設定するように棒部材を囲む丸まった開口端部を有し
ている。
かのものが圧縮性である複数の光学ファイバを使用して
高輝度光源からの光出力を複数の離れた出力位置に結合
する光結合装置が提供される。光学ファイバの各々は光
源に最も近い端部からほぼ等しい長さだけクラッドが除
去されている。クラッドが除去された複数の光学ファイ
バの部分を取り囲むように第１のスリーブ部材が配設さ
れる。第１のスリーブ部材により、光学ファイバのクラ
ッドを取り除かれた端部が締め付けられて、ほぼ均一な
横断表面を有し、個々の光学ファイバの間の仕切りが実
質的に除去されるようにされる。光透過性の中間の棒部
材が光源と光学ファイバのほぼ均一な横断表面との間に
配設され、この棒部材は光学ファイバよりも高い熱係数
を有する材料で構成されている。外側スリーブ部材が第
１のスリーブ部材および前記中間の棒部材を少なくとも
部分的に取り囲むように配設されている。外側スリーブ
部材は光源の光学焦点に配設するための固定の入力位置
を設定するように棒部材を囲む丸まった開口端部を有し
ている。
【０００７】
【詳しい説明】図１に示すように、本発明の結合装置１
０は、高輝度電球１４、反射部材１６および鏡要素１８
を有し、光源の像を結合装置１０の入力面領域に供給す
るように構成された高輝度光源１２用に特に適してい
る。ここで用語「高輝度」とは、１平方センチメートル
当り約４０，０００ルーメンの有効輝度の出力を持つ光
源が本発明の要求条件を満足するものであることを意味
しているが、しかしながら光源１２は１平方センチメー
トル当り約５０，０００ルーメンの有効輝度を有してい
るものが好ましい。光源１２はまたハウジング２０を有
し、このハウジング内には電球１４、反射器１６および
鏡要素１８が配設されている。ハウジング２０は電球１
８を物理的損傷から保護したり、光源１２に近接してい
る人を電球１４の光出力からの熱または放射から遮蔽す
るものである。
０は、高輝度電球１４、反射部材１６および鏡要素１８
を有し、光源の像を結合装置１０の入力面領域に供給す
るように構成された高輝度光源１２用に特に適してい
る。ここで用語「高輝度」とは、１平方センチメートル
当り約４０，０００ルーメンの有効輝度の出力を持つ光
源が本発明の要求条件を満足するものであることを意味
しているが、しかしながら光源１２は１平方センチメー
トル当り約５０，０００ルーメンの有効輝度を有してい
るものが好ましい。光源１２はまたハウジング２０を有
し、このハウジング内には電球１４、反射器１６および
鏡要素１８が配設されている。ハウジング２０は電球１
８を物理的損傷から保護したり、光源１２に近接してい
る人を電球１４の光出力からの熱または放射から遮蔽す
るものである。
【０００８】開口部２２が光源のハウジング２０に形成
され、本発明の結合装置１０がハウジング２０内の所定
位置に挿入され、結合装置１０への入力が光源１２の光
学焦点と一致し得るようになっている。結合装置２０は
外側スリーブ部材２４を有し、また結合装置１０の前側
横断表面２８が微調整または他の非経済的な調整を必要
とすることなく光学焦点に自動的に位置決めされるよう
な位置に外側スリーブ部材２４の外周に沿って配設され
た環状リップ部材２６を有している。勿論、リップ部材
２６はリップ部材２６と同じ位置の外側スリーブ２４上
に配設された他のストッパ装置に替えてもよく、このよ
うなストッパ装置は環状である必要はないということを
理解されたい。
され、本発明の結合装置１０がハウジング２０内の所定
位置に挿入され、結合装置１０への入力が光源１２の光
学焦点と一致し得るようになっている。結合装置２０は
外側スリーブ部材２４を有し、また結合装置１０の前側
横断表面２８が微調整または他の非経済的な調整を必要
とすることなく光学焦点に自動的に位置決めされるよう
な位置に外側スリーブ部材２４の外周に沿って配設され
た環状リップ部材２６を有している。勿論、リップ部材
２６はリップ部材２６と同じ位置の外側スリーブ２４上
に配設された他のストッパ装置に替えてもよく、このよ
うなストッパ装置は環状である必要はないということを
理解されたい。
【０００９】第３のスリーブ部材３０が外側スリーブ２
４の端部の回りに設けられている。光出力を利用する種
々の離れた位置に分配するために複数の光学ファイバ３
２が外側スリーブ２４の端部を通って延在している。第
３のスリーブ部材３０は結合装置１０および光源１２を
含む照明システムの設置または保守点検の際に光学ファ
イバ３２に対する不注意な引っ張りを防止するように光
学ファイバ３２の回りをしっかりと囲んでいるテーパの
ついた後側部分３４を有している。第３のスリーブ部材
３０の機能は、加熱された場合にこの第３のスリーブ部
材３０の必要に応じてきつく適合した状態に縮む収縮型
のスリーブ部材を使用することによって満たされる。
４の端部の回りに設けられている。光出力を利用する種
々の離れた位置に分配するために複数の光学ファイバ３
２が外側スリーブ２４の端部を通って延在している。第
３のスリーブ部材３０は結合装置１０および光源１２を
含む照明システムの設置または保守点検の際に光学ファ
イバ３２に対する不注意な引っ張りを防止するように光
学ファイバ３２の回りをしっかりと囲んでいるテーパの
ついた後側部分３４を有している。第３のスリーブ部材
３０の機能は、加熱された場合にこの第３のスリーブ部
材３０の必要に応じてきつく適合した状態に縮む収縮型
のスリーブ部材を使用することによって満たされる。
【００１０】横断表面２８が電球１４／反射器１６の構
造の光学焦点に位置するように本発明の結合装置１０を
ハウジング２０内に配置することによって、光学ファイ
バ３２が本例におけるように高輝度電球１４と使用され
た場合に光学ファイバ３２に対する物理的一体性の問題
がある。電球１４が反射器１６内の特定の位置に設けら
れた場合、反射器１６の焦点近くの光学ファイバ３２の
端部が損傷する可能性がある。このような損傷の原因の
１つの理論は電球１４の実際のアーク放電よりも多くの
赤外線を含んでいる電球１４のアノード（図示せず）の
像が光学ファイバ３２を構成しているプラスティック材
料を融解できることである。更に、結合装置１０の横断
表面２８が焦点面に位置するように光学ファイバの端部
をまとめた場合には本来光出力の色および強度特性が横
断表面２８にわたって不均一な分布になるので、個々の
光学ファイバ３２の各々に入る光が色および強度の両方
において本質的に同じになるように焦点面における光を
広げることが望ましい。このような光混合特性を達成
し、かつ光学ファイバ３２の入力端部への損傷を防止す
るために、図２に示すように、棒部材３４が焦点面と光
学ファイバ３２の入力端部との中間の位置の外側スリー
ブ部材２４内に設けられる。この棒部材３４は光透過性
材料で形成され、光学ファイバ３２よりも高い熱係数を
有する。棒部材３４は長さの短い石英またはガラスで構
成され、円筒形の形状であり、その光学軸は反射器１６
／鏡１８の構造から反射された光出力の中心軸に一致す
るように設けられている。また、電球１４から発生する
ＵＶ放射線を吸収するように棒部材３４の石英またはガ
ラス材料にチタニア・セリエイト（titania ceriate ）
を添加することもできる。光源１２の焦点面に配設され
た棒部材３４の端面には、図２に示されているように、
外側スリーブ部材２４の丸まった開口端部４４が形成さ
れ、これにより光学ファイバ３２に対する最大光結合効
率を確保するように棒部材３４を特定の位置に維持でき
る。
造の光学焦点に位置するように本発明の結合装置１０を
ハウジング２０内に配置することによって、光学ファイ
バ３２が本例におけるように高輝度電球１４と使用され
た場合に光学ファイバ３２に対する物理的一体性の問題
がある。電球１４が反射器１６内の特定の位置に設けら
れた場合、反射器１６の焦点近くの光学ファイバ３２の
端部が損傷する可能性がある。このような損傷の原因の
１つの理論は電球１４の実際のアーク放電よりも多くの
赤外線を含んでいる電球１４のアノード（図示せず）の
像が光学ファイバ３２を構成しているプラスティック材
料を融解できることである。更に、結合装置１０の横断
表面２８が焦点面に位置するように光学ファイバの端部
をまとめた場合には本来光出力の色および強度特性が横
断表面２８にわたって不均一な分布になるので、個々の
光学ファイバ３２の各々に入る光が色および強度の両方
において本質的に同じになるように焦点面における光を
広げることが望ましい。このような光混合特性を達成
し、かつ光学ファイバ３２の入力端部への損傷を防止す
るために、図２に示すように、棒部材３４が焦点面と光
学ファイバ３２の入力端部との中間の位置の外側スリー
ブ部材２４内に設けられる。この棒部材３４は光透過性
材料で形成され、光学ファイバ３２よりも高い熱係数を
有する。棒部材３４は長さの短い石英またはガラスで構
成され、円筒形の形状であり、その光学軸は反射器１６
／鏡１８の構造から反射された光出力の中心軸に一致す
るように設けられている。また、電球１４から発生する
ＵＶ放射線を吸収するように棒部材３４の石英またはガ
ラス材料にチタニア・セリエイト（titania ceriate ）
を添加することもできる。光源１２の焦点面に配設され
た棒部材３４の端面には、図２に示されているように、
外側スリーブ部材２４の丸まった開口端部４４が形成さ
れ、これにより光学ファイバ３２に対する最大光結合効
率を確保するように棒部材３４を特定の位置に維持でき
る。
【００１１】棒部材３４と光学ファイバ３２の隣接端部
との間に最高の結合効率を確保するために、光学ファイ
バ３２の入力端部に形成された均一な面を棒部材３４に
押し付けることができるように棒部材３４の端部は磨か
れている。図２中の横断線３によって示されるように、
集合した光学ファイバの入力面は棒部材３４の磨かれた
平らな面に合うようにほぼ平らな面を形成し、棒部材３
４から複数の光学ファイバへの効率的な結合を達成す
る。図３に示すように、複数の光学ファイバ３２は中心
の光学ファイバを第１の層の光学ファイバによって取り
囲んだ集合体を構成する。勿論、棒部材３４に形成され
た均一な面を維持しながら、単なる図示の丸い形状ばか
りでなく他の形状の光学ファイバおよび他の配列の光学
ファイバを設けることもでき、このような別の構成のも
のも本発明の範囲内にあるものと考えられることを理解
されたい。光学ファイバの入力端部に均一な面を達成す
るために、まずファイバを一緒にまとめ、すなわち集合
し、それからこのファイバの集合体をスライスすること
により、光学ファイバ３２の入力端部に汚れのない滑ら
かな面を形成することができ、それからこの面は棒部材
３４の磨かれた面に接触させて押し付けられる。
との間に最高の結合効率を確保するために、光学ファイ
バ３２の入力端部に形成された均一な面を棒部材３４に
押し付けることができるように棒部材３４の端部は磨か
れている。図２中の横断線３によって示されるように、
集合した光学ファイバの入力面は棒部材３４の磨かれた
平らな面に合うようにほぼ平らな面を形成し、棒部材３
４から複数の光学ファイバへの効率的な結合を達成す
る。図３に示すように、複数の光学ファイバ３２は中心
の光学ファイバを第１の層の光学ファイバによって取り
囲んだ集合体を構成する。勿論、棒部材３４に形成され
た均一な面を維持しながら、単なる図示の丸い形状ばか
りでなく他の形状の光学ファイバおよび他の配列の光学
ファイバを設けることもでき、このような別の構成のも
のも本発明の範囲内にあるものと考えられることを理解
されたい。光学ファイバの入力端部に均一な面を達成す
るために、まずファイバを一緒にまとめ、すなわち集合
し、それからこのファイバの集合体をスライスすること
により、光学ファイバ３２の入力端部に汚れのない滑ら
かな面を形成することができ、それからこの面は棒部材
３４の磨かれた面に接触させて押し付けられる。
【００１２】図３に示す光学ファイバ３２の集合体はフ
ァイバの間に図示の陰影をつけた部分３８を有してい
る。これらの影のついた部分３８は光学ファイバの集合
体を構成している個々の光学ファイバ３２の間の無定形
な（すなわちアモルファスの）境界のない関係を示して
いる。この無定形な関係を達成するために、各ファイバ
の回りに設けられているクラッドの一部がファイバの各
々について本質的に等しい所定の長さ取り除かれる。図
２に示すように、Ｌで示すこの長さは、個々のクラッド
を取り除かれた光学ファイバ部分がこの長さＬの間互い
に更にきつくしっかりと押し付けられることを可能にし
ている。この長さＬは必要な光混合を達成する充分なス
ペースが得られるように選択される。この長さＬはある
範囲の値から選択されるが、このような長さは光学ファ
イバの入力端部の断面積に関連し、この断面積の約３な
いし８倍の範囲にあるものと考えられる。
ァイバの間に図示の陰影をつけた部分３８を有してい
る。これらの影のついた部分３８は光学ファイバの集合
体を構成している個々の光学ファイバ３２の間の無定形
な（すなわちアモルファスの）境界のない関係を示して
いる。この無定形な関係を達成するために、各ファイバ
の回りに設けられているクラッドの一部がファイバの各
々について本質的に等しい所定の長さ取り除かれる。図
２に示すように、Ｌで示すこの長さは、個々のクラッド
を取り除かれた光学ファイバ部分がこの長さＬの間互い
に更にきつくしっかりと押し付けられることを可能にし
ている。この長さＬは必要な光混合を達成する充分なス
ペースが得られるように選択される。この長さＬはある
範囲の値から選択されるが、このような長さは光学ファ
イバの入力端部の断面積に関連し、この断面積の約３な
いし８倍の範囲にあるものと考えられる。
【００１３】クラッド４０が残されている光学ファイバ
３２の部分は、光学ファイバのグループがクラッド４０
の除去された部分よりも大きな断面積を占めていること
がわかる。実際、断面積の差のために、外側スリーブ部
材２４は光学ファイバ３２が出る端部において内側にテ
ーパが形成されていることがわかる。被覆されていない
部分および特定の長さの被覆された部分を含む光学ファ
イバ３２の端部は内側スリーブ４２内にはめ込まれてい
る。この内側スリーブ４２は光学ファイバの被覆されて
いない部分がこの内側スリーブ４２によって互いに緊密
に押し付けられ得るような大きさに形成されている。光
学ファイバ３２の被覆されていない部分の密接な押し付
けは内側スリーブ部材４２用に熱的に収縮可能なテフロ
ンのスリーブを使用することによって達成される。この
テフロンのスリーブは低い屈折率を有し、これにより全
反射が発生するように光学ファイバ３２の束の回りのク
ラッドとして作用する。また、この機能はテフロンスリ
ーブの開口部の面積が個々の光学ファイバ３２の断面積
の和よりもわずかに小さくなるように選択された大きさ
のテフロンスリーブを使用することによって達成され
る。光学ファイバ３２は引き延ばすことができ、スリー
ブ４２はこの引き延ばされた光学ファイバ３２上をスリ
ップすることができる。内側スリーブ４２が所定位置に
なったとき、引き延ばし動作は停止し、光学ファイバ３
２は長さが縮み、面積が膨張して、内側スリーブ４２の
わずかに小さな断面積が完全に占有される。内側スリー
ブ４２の端面から突出している光学ファイバ３２の端部
は切断されて、滑らかで均一な面を形成し、この面は棒
部材３４に密接に押し付けられ、ファイバ面の光学的濡
れ（optical wetting ）を達成するとともに、両者間に
有効な光学的結合を達成する。光学ファイバ３２の被覆
されていない部分の密接な押し付けによって、個々の光
学ファイバ３２の面は光学的に濡れた状態になって、本
質的に消滅する。すなわち、光学ファイバの壁に関連す
る屈折率の変化から生じる典型的な光の反射が生じなく
なる。この結果、電球１４によって発生する放電の全て
の部分からの光は棒部材３４内および光学ファイバ３２
内において互いに混合され、これらの光学ファイバは本
質的に直径の大きな１本の光学ファイバのように作用す
る。更に、小さな断面積の内側スリーブ４２から生ずる
締め付け動作のために、個々の光学ファイバ３２の被覆
されていない部分は本質的に一緒に流動して、光学ファ
イバの間のデッドスペースがほとんどなくなり、このよ
うにして本発明の結合装置１０のパッキングフラクショ
ンが改良されて、最大の光が光学ファイバ３２に入り、
更に遠く離れた位置に通じ得る多くの光学ファイバ３２
を使用することができる。
３２の部分は、光学ファイバのグループがクラッド４０
の除去された部分よりも大きな断面積を占めていること
がわかる。実際、断面積の差のために、外側スリーブ部
材２４は光学ファイバ３２が出る端部において内側にテ
ーパが形成されていることがわかる。被覆されていない
部分および特定の長さの被覆された部分を含む光学ファ
イバ３２の端部は内側スリーブ４２内にはめ込まれてい
る。この内側スリーブ４２は光学ファイバの被覆されて
いない部分がこの内側スリーブ４２によって互いに緊密
に押し付けられ得るような大きさに形成されている。光
学ファイバ３２の被覆されていない部分の密接な押し付
けは内側スリーブ部材４２用に熱的に収縮可能なテフロ
ンのスリーブを使用することによって達成される。この
テフロンのスリーブは低い屈折率を有し、これにより全
反射が発生するように光学ファイバ３２の束の回りのク
ラッドとして作用する。また、この機能はテフロンスリ
ーブの開口部の面積が個々の光学ファイバ３２の断面積
の和よりもわずかに小さくなるように選択された大きさ
のテフロンスリーブを使用することによって達成され
る。光学ファイバ３２は引き延ばすことができ、スリー
ブ４２はこの引き延ばされた光学ファイバ３２上をスリ
ップすることができる。内側スリーブ４２が所定位置に
なったとき、引き延ばし動作は停止し、光学ファイバ３
２は長さが縮み、面積が膨張して、内側スリーブ４２の
わずかに小さな断面積が完全に占有される。内側スリー
ブ４２の端面から突出している光学ファイバ３２の端部
は切断されて、滑らかで均一な面を形成し、この面は棒
部材３４に密接に押し付けられ、ファイバ面の光学的濡
れ（optical wetting ）を達成するとともに、両者間に
有効な光学的結合を達成する。光学ファイバ３２の被覆
されていない部分の密接な押し付けによって、個々の光
学ファイバ３２の面は光学的に濡れた状態になって、本
質的に消滅する。すなわち、光学ファイバの壁に関連す
る屈折率の変化から生じる典型的な光の反射が生じなく
なる。この結果、電球１４によって発生する放電の全て
の部分からの光は棒部材３４内および光学ファイバ３２
内において互いに混合され、これらの光学ファイバは本
質的に直径の大きな１本の光学ファイバのように作用す
る。更に、小さな断面積の内側スリーブ４２から生ずる
締め付け動作のために、個々の光学ファイバ３２の被覆
されていない部分は本質的に一緒に流動して、光学ファ
イバの間のデッドスペースがほとんどなくなり、このよ
うにして本発明の結合装置１０のパッキングフラクショ
ンが改良されて、最大の光が光学ファイバ３２に入り、
更に遠く離れた位置に通じ得る多くの光学ファイバ３２
を使用することができる。
【００１４】内側スリーブ４２によって互いに押し付け
られ、かつ棒部材３４に結合された後、内側スリーブ４
２によって覆われた光学ファイバ３２の部分および棒部
材３４は外側スリーブ部材２４内に挿入される棒−ファ
イバ構造を形成する。外側スリーブ部材２４はアルミニ
ウムで構成され、図２に示すように、テーパのついた内
側部分を有し、棒およびファイバ構造が外側スリーブ２
４内にはめ込まれる場合、滑り込むようにはめ込まれ、
光学ファイバの被覆されていない部分を更に締め付け、
内側スリーブ４２の使用によって生ずるきついしっかり
したはめ込みを維持するように作用する。
られ、かつ棒部材３４に結合された後、内側スリーブ４
２によって覆われた光学ファイバ３２の部分および棒部
材３４は外側スリーブ部材２４内に挿入される棒−ファ
イバ構造を形成する。外側スリーブ部材２４はアルミニ
ウムで構成され、図２に示すように、テーパのついた内
側部分を有し、棒およびファイバ構造が外側スリーブ２
４内にはめ込まれる場合、滑り込むようにはめ込まれ、
光学ファイバの被覆されていない部分を更に締め付け、
内側スリーブ４２の使用によって生ずるきついしっかり
したはめ込みを維持するように作用する。
【００１５】光学ファイバ３２が外側スリーブ２４の端
部から出るように外側スリーブ部材２４の端部および光
学ファイバ３２の一部の回りに第３のスリーブ３０が設
けられている。図４は本発明の結合装置１０の斜視図を
示しており、第３のスリーブ部材３０は光学ファイバ３
２が外側スリーブ部材２４から出る場合に集合した光学
ファイバ３２の形状に合った形で示されており、このよ
うに形状が適合するということは第３のスリーブ３０と
して熱的に収縮可能な材料を利用した結果生ずるもので
ある。
部から出るように外側スリーブ部材２４の端部および光
学ファイバ３２の一部の回りに第３のスリーブ３０が設
けられている。図４は本発明の結合装置１０の斜視図を
示しており、第３のスリーブ部材３０は光学ファイバ３
２が外側スリーブ部材２４から出る場合に集合した光学
ファイバ３２の形状に合った形で示されており、このよ
うに形状が適合するということは第３のスリーブ３０と
して熱的に収縮可能な材料を利用した結果生ずるもので
ある。
【００１６】本発明の上述した説明は本発明の好適実施
例について行っているものであるが、特許請求の範囲に
記載された本発明の範囲から逸脱することなく変更を行
うことができるものである。例えば、外側スリーブ部材
２４はクラッドが取り除かれている光学ファイバ３２の
部分のみを取り囲むように示されているが、光学ファイ
バ３２のある長さのクラッドも挿入する更に明白な内側
テーパを形成することもできる。
例について行っているものであるが、特許請求の範囲に
記載された本発明の範囲から逸脱することなく変更を行
うことができるものである。例えば、外側スリーブ部材
２４はクラッドが取り除かれている光学ファイバ３２の
部分のみを取り囲むように示されているが、光学ファイ
バ３２のある長さのクラッドも挿入する更に明白な内側
テーパを形成することもできる。
【図１】本発明によって構成された光源および光結合装
置の部分断面正面図である。
置の部分断面正面図である。
【図２】本発明によって構成された光結合装置の部分断
面正面図である。
面正面図である。
【図３】図２の線３−３に沿って見た光学結合装置の横
断面図である。
断面図である。
【図４】本発明の他の実施例によって構成された光結合
装置の斜視図である。
装置の斜視図である。
１０ 結合装置 １２ 光源 １４ 電球 １６ 反射部材 １８ 鏡要素 ２４ 外側スリーブ部材 ３０ 第３のスリーブ部材 ３２ 光学ファイバ ３４ 棒部材 ４２ 内側スリーブ部材
Claims (14)
- 【請求項１】 高輝度光源からの光出力を複数の離れた
出力位置に結合する光結合装置において、 少なくともいくつかが圧縮性である複数の光学ファイバ
であって、該光学ファイバの少なくともいくつかは被覆
が設けられていて、該複数の光学ファイバの各々は前記
被覆が一端から本質的に同じ長さだけ除去されている該
複数の光学ファイバと、 前記被覆が除去された前記複数の光学ファイバの前記長
さの少なくとも一部を取り囲むように配設された第１の
スリーブ部材であって、前記複数の光学ファイバの終端
の本質的に平らな横断表面が配置されている前側端部を
有する第１のスリーブ部材と、 前記光源と前記複数の光学ファイバの前記横断表面との
間に配設され、前記光源からの光出力を受ける入力端部
および前記複数の光学ファイバに光学的に結合された出
力端部を有し、前記複数の光学ファイバよりも高い熱係
数を有している光透過性棒部材と、 前記第１のスリーブ部材および前記棒部材を少なくとも
部分的に取り囲むように配設されている外側スリーブ部
材と、 を有する光結合装置。 - 【請求項２】 前記光源は、ハウジング、該ハウジング
内に配設された電球および反射手段を有し、前記反射手
段は前記電球からの光出力を光学焦点に集束するように
作用し、前記外側スリーブ部材は外側に形成されたスト
ッパを有し、該ストッパが前記ハウジングに接触してい
るとき、前記棒部材の前記入力端部が前記反射手段の前
記光学焦点に位置付けられるようになっている請求項１
記載の光結合装置。 - 【請求項３】 前記光学ファイバの前記外側スリーブ部
材から出ている部分および前記外側スリーブ部材の一部
の回りに第３のスリーブ部材が配置され、該第３のスリ
ーブ部材は熱収縮性スリーブ部材であって、熱的に収縮
したとき、前記複数の光学ファイバの回りにきつくしっ
かりと締め付けられた状態になる請求項１記載の光結合
装置。 - 【請求項４】 前記被覆が除去された前記光学部材の部
分を互いにきつくしっかりと押し付けるような大きさに
前記第１のスリーブ部材が形成され、これにより前記第
１のスリーブ部材内の光学ファイバの前記部分の相互間
は本質的に境界のない関係に形成される請求項１記載の
光結合装置。 - 【請求項５】 前記第１のスリーブ部材は前記複数の光
学ファイバに関連する屈折率よりも実質的に低い屈折率
を有する透明な材料で構成されている請求項４記載の光
結合装置。 - 【請求項６】 前記外側スリーブ部材は非透過性材料で
構成され、その内面の一部には、前記複数の光学ファイ
バの被覆のある部分を囲むテーパのついた領域が形成さ
れている請求項１記載の光結合装置。 - 【請求項７】 前記外側スリーブ部材は前記棒部材の前
記入力端部の面に隣接して形成された丸まった端部を有
し、該丸まった端部は前記棒部材が前記光学焦点から移
動して離れることを防止するように作用する請求項１記
載の光結合装置。 - 【請求項８】 前記棒部材は石英で構成されて、前記反
射手段の光出力の光学軸に一致する光学軸を有するよう
に円筒形の形状である請求項２記載の光結合装置。 - 【請求項９】 前記外側スリーブ部材は前記丸まった端
部とは反対側の端部に内側テーパ部が形成されており、
前記内側テーパ部が形成されている前記端部は前記棒部
材および前記内側スリーブ部材が前記外側スリーブ部材
内にすべりばめされるように作用する請求項７記載の光
結合装置。 - 【請求項１０】 セントラル照明システムに使用され
て、光出力を予め選択した離れた位置に分配することが
できる光結合装置であって、 各々が入力端部および出力端部を有する複数の圧縮性の
光学ファイバであって、該複数の光学ファイバには被覆
が設けられていて、該被覆の一部は該光学ファイバの前
記入力端部に沿って所定の長さ除去されている前記複数
の光学ファイバと、 前記光学ファイバの入力端部が位置付けられる前側開口
部を有し、前記前側開口部が前記光学ファイバの入力端
部の断面積の和よりも小さな断面積を有し、この小さな
前側開口部により前記光学ファイバの入力端部を一緒に
圧縮して、前記光学ファイバの前記入力端部の個々相互
間の仕切りを実質的になくすよう作用する第１のスリー
ブ部材であって、更に前記前側開口部よりも大きな断面
積の第２の開口部を有し、前記光学ファイバの被覆のあ
る部分がしまりばめの状態で前記第２の開口部を通過し
得るような大きさに前記第２の開口部が形成されている
前記第１のスリーブ部材と、 前記第１のスリーブ部材の少なくとも一部を取り囲むよ
うに配設された非透過性材料からなる外側スリーブ部材
であって、前記光学ファイバの入力端部を圧縮されて仕
切りのない状態に維持するために前記第１のスリーブ部
材を補助するように内側にテーパが形成されている外側
スリーブ部材と、 を有する光結合装置。 - 【請求項１１】 前記外側スリーブ部材は堅固な材料で
構成され、更に前記予め選択された離れた位置に分配す
るために前記光学ファイバの前記出力端部が通過する開
口端部の回りに、柔軟で収縮可能な材料からなる第２の
外側スリーブ部材が配設され、該第２の外側スリーブ部
材は前記外側スリーブ部材から出た前記光学ファイバの
部分に対する歪みを防止するように作用する請求項１０
記載の光結合装置。 - 【請求項１２】 前記セントラル照明システムはハウジ
ング内に配設された光源を有し、前記外側スリーブ部材
に関連する入力端部が前記光源の光学焦点に位置するよ
うに、前記外側スリーブ部材は前記ハウジング内に形成
された開口部内にはめ込まれている請求項１０記載の光
結合装置。 - 【請求項１３】 前記第１のスリーブ部材は前記複数の
光学ファイバに関連する屈折率よりも実質的に低い屈折
率を有する透明材料で構成されている請求項１０記載の
光結合装置。 - 【請求項１４】 前記複数の光学ファイバの入力端部か
ら取り除かれた前記被覆の前記所定の長さは、前記複数
の光学ファイバの入力端部の断面積の和に関連する最も
長い直線寸法よりも３ないし８倍長いものである請求項
１０記載の光結合装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US07/859,186 US5259056A (en) | 1992-03-27 | 1992-03-27 | Coupler apparatus for use with a high brightness light source |
| US859186 | 1992-03-27 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0618751A true JPH0618751A (ja) | 1994-01-28 |
| JP2672760B2 JP2672760B2 (ja) | 1997-11-05 |
Family
ID=25330293
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5064908A Expired - Fee Related JP2672760B2 (ja) | 1992-03-27 | 1993-03-24 | 高輝度光源用の光結合装置 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5259056A (ja) |
| JP (1) | JP2672760B2 (ja) |
| DE (1) | DE4309388C2 (ja) |
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1993
- 1993-03-23 DE DE4309388A patent/DE4309388C2/de not_active Expired - Fee Related
- 1993-03-24 JP JP5064908A patent/JP2672760B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (3)
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Also Published As
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