JPS61501228A - 過半球放射装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ■Ｗ 及１ソＩＬ 本発明については、米国海軍省の援助による契約Ｎｏ。

Ｎ００１２３−８１−Ｃ−０９８９に基ｊ＜Ｉ利ヲ米国政府が保有する。

本発明は、小さな入力開口および出力開口をそなえた光学繊維等の導波管の光学 放射コンジットに関する。ざらに特定すれば、本発明は光学繊維の開口に取付け られ、立体角度で半球を超えるような大きな立体角度をカバーできる入力または 出力ポートを構成する放射源または検出装置に関する。

光学ａｌｌ等の光学放射コンジットは通信装！またはその他の光学伝送装置に広 く使用されている。この光学８１維の特徴はその直径が小さく、また放射を受け 、伝送できる視野の角度が明確に、かつ限定されていることである。この入力お よび出力の視野となる円錐の角度は、この光学繊維の直径やこの光学ｒａ維をｍ 　ｅ、しているガラス材料の屈折率によって決定される。

従来のこの種の光学装置では、開口数を大きくするためにレンズや境が使用され ていた。しかし、幾何光学の法則や光の強さの保存の法則によれば、このような レンズや反射体によって達成される視野の拡大には限界がある。よって、この光 学繊維の直径やガラス材料が特定されている場合にはその特性が決定されてしま う。したがって、視野を拡大するにはこの先学１維の開口の直径を小さくするし かない。しかし、光学繊維のコアの直径は小さい（５０マイクロメータ）であり 、上記のような方法は実用的ではない。

このような光伝送および受光装置として、例えば以下のような米国特許がある。

Ｍｉ　Ｉ　Ｉｅｒの米国特許Ｎｏ、２．９２１．５５２　（第２図）には内面に 複数の凹部を備えたドームが開示されている。また、Ｈａｒ’１ｉｎＱの米国特 許Ｎｏ。

３．２７４．３９２　（第２図）には部分的に反射被膜が被覆されたドームが開 示されている。また、Ｓｃｏ　ｔ　ｔの米国特許Ｎｏ、３．５７６．５６３には フレネルレンズが開示されている。また、Ｃａｎｔｙの米国特許Ｎｏ、３．８１ ３．５１４（第１図）には一端部にディフューザを備えた光パイプが開示されて いる。また、Ｋｕｒｅｙａｍａ他の米国特許３．８１９．９２８　（第１図）に は一端部にレンズを備えた透明なロッドが開示されている。また、Ｂｏｗｅｒｍ ａｎの米国特許Ｎｏ、３．９２３．３７５　（第１図）には光学繊維用のウェッ ジリフレクタが開示されている。また、Ａｍｅｎｄｏｒｉａの米国特許Ｎｏ、４ ，１５７．２０９　（第３図）には内面および外面に反射面を有する光コンジッ トが開示されている。さらに、Ｅ　ｉ　ｃｈｗｅｂｅｒの米国特許Ｎｏ。

４．２２２．６３６　（第３図）には筑部がプリズムに接続された光学導体が開 示されている。

１１へ１１ 上述したような問題の解消およびその他の長所は、光学園帷に入力または出力ポ ートのＨＨを接続することによって達成され、これらの装置は半球を超える視野 の角度で空間へ光を放射したり、また空間から光を集めたりすることができるも のである。本発明の原理は２つのモードで光を拡散するもので、そのひとつは前 方からの光（こ対するものであり、また別のひとつは後方からの光に対するもの である。これらの拡散は、前方の拡散と後方の拡散との境界が円滑となるように 構成されている。この本発明の装置によれば、この装置の軸近傍の入射または放 射される光の強度は低下し、また他の方向から入射または放射される光の強度は 増大する。本発明は光学繊維の入口端部で像を結ぶイメージ光学装置ではない。

本発明の装置は光の伝送または集光装置で、この光を空間の半球を超える￥囲か ら光を検出し、またこのような範囲に光導入され、このベースには内面が反射面 に形成された円筒状の空洞部が形成され、この空洞部内に光学繊維の端部が配置 されている。この空洞部の一端部には、中空の円筒状をなす透明なボディが設け られ、このボディの端部は閉塞され、半球面または長楕円面に形成されている。

また、このボディの内面は、サンドブラスト、エツチング、研磨、または小さな 粒子の接着等によって粗面に形成されている。また、このボディの外面は平滑に 形成されている。そして、半球を超える範囲の任意の方向から入射した光は、こ のボディの外面を透過し、内面の粗面の微少な凹凸によって拡散され、上記の空 洞部の壁に照射され、この空洞部の壁で反射されたのら、または上記の透明なボ ディの粗面から直接上記の光学繊維の端部内に入射され、伝送される。放射の場 合には、光学繊維から照射された光が上記とは逆の経路で拡散される。

−里だ号日 本発明の上述した特徴およびその他の特徴は下記の図面を参照して以下に説明さ れる。

第１図は本発明による光学装置の＠断面図；第２図は第１図に示す装置の正面図 ： 第３図は本発明による実際の装置のに散の特性を極座標上にデシベル（ｄＢ＞で 示す図である。

１１１Σ虱 第１図および第２図には不発明による光学装ｆｆ１２０を示す。

この装置２０は支持ボディ２１を備え、この支持ボディの中央には孔２２Ａが形 成され、この孔内に光学繊維２２が保持されている。上記の支持ボディ２１には 先端部の柔吠なセットスクリュー２３が螺装され、このセットスクリューによっ て上記の光学繊維２２はこの孔２２Ａ内の任意の位置に固定されるように構成さ れている。

そして、本発明は、半球を超える範囲からの各方向２７からの光は中空のボディ ２４から構成される拡散要素に入射される。上記のボディ２４は透明な材料で形 成され、光またはその他の放射が透過できるように構成されているゆたとえば、 この透明なボディ２４はガラス材料または硬質の合成樹脂材料で形成され、これ らのガラスおよび合成樹脂材料は透過させるべき放射の波長およびこの装置が作 動する場合の環境に基づいて選定される。上記の透明なボディ２４は上記の支持 ボディ２１の端縁部に形成された凹部２５内に表合し、この支持ボディ２１に取 付けられている。この透明なボディ２４はこの凹部２５に接着されていることが 好ましい。

さらに、本発明によれば、上記の支持ボディ２１内には空洞部２６が形成され、 この空洞部は円筒形をなし、この支持ボディ２１の軸方向に沿って配置されてい る。この空洞部２６は壁２６Ａによって囲まれ、この型は高度に研磨され、光エ ネルギを反射するように構成されている。入射する光は矢印２７で示すように種 々の方向から上記の透明なボディ２４に入射する。この実施例では、この透明な ボディ２４の外面は平滑に形成され、またその内面２８は粗面に形成され、光を 前方および後方の両方向に拡散するように構成されている。外面が粗面であると 、光学的には中実でかつ不透明なものと同等になる。入射した光の大部分は上記 の空洞部２６内に反射される。上記の光学繊維２２の端部２９はこの空洞部２６ の中央部に配置されており、この端部の位置はこの光学繊維２２へまたはこの光 学繊維からの光の伝送が最大になるように調整される。この支持ボディ２１は、 アルミニウム等、壁２６Ａを鏡面に形成できるような研磨できる金属材料で形成 されている。

そして、作動の際には、広い範囲から入射した光２７は上記の中空の透明なボデ ィ２４の粗面の内面２８で拡散される。

上記の透明なボディ２４にはこれを支持する円筒状の首部３０が形成され、また このボディの先端部には閉Ｍ端部３１が形成されている。この閉塞端部３１はま るみを帯びた形状に形成され、その形状はこの装置２０の所定の検出角度範囲に 対応して、回転放物面または回転長楕円面に形成されている。また、上記の首部 はその直径が軸方向に変化してもよく、また非対称な感度が必要な場合には新面 が非円形でも良いが、この実施例ではこの首部３０は正円形の円筒状をなしてい る。

また、この透明なボディ２４の閉塞端部３１は、特にその形状が回転長楕円面の 場合には尖頭アーチ形をなしている。また、上述したように、上記の光学繊維の 端部２９の軸方向位置を変化させることによって、この装置２０の検出角度範囲 を調整できる。

また、上記の光学繊維２２の端部２９の位置は、上記の支持ボディ２１の縦軸に 対する平行光の入射角度が種々変化した場合に最大の出力が得られるような位置 に経験的に調整される。また、この装置の上記の内面２８の粗面の粗さ、この内 面２８に粗面を形成する部分の範囲等に対応した集光特性または放射特性の全体 の効率が経験的にめられている。光は上記の内面２８の粗面の粗さに対応して設 定され、この使用する光の波長に対応して効率が決定される。ヘリウム−ネオン レーザ光を使用する場合には、この内面２８は粒度９６０のシリコンカーバイド 粒子で粗面に形成するのが最適である。

第３図において、零デシベルは本発明の装置２０を取付けていない裸の光学繊維 ２２の場合の感度を示す。この値は上記の透明なボディ２４に入射した光の減衰 を測定する基準点となる。この第３図のグラフから明らかなように、この装置２ ０によれば半球を超える範囲で光を検出（または放射）でき、この装置を２個使 用すれば全球３６０°の範囲で光を検出できる。また、反対に光を放射する場合 、この装置を複数使用すれば、全球の範囲に光な放射できる。

この中空の尖頂アーチ形の拡散ボディの実際の寸法は重要ではなく、本発明の作 用は視野の角度が影響する。したがって、本発明の装置の形状の寸法を変えても その性能にはほとんどまたは全く影響がない。好ましい実施例では、光学繊維は マルチモードの光学罐雑であり、上記の中空の透明な拡散ボディの直径はこの先 学ｆＩ帷の１５０ないし５０Ｃ）＠である。

また、上記の拡散面の泪ざは入射またはｔｉ！１射される光の波長に対応して設 定され、この粗面の拡散要素は上記の光の波長の少なくとも整数倍に設定される 。

以上の如く、本発明な図示する実施例についてのみ説明したが、当業者であれば 容易に変形することができる。したがって、本発明は上述の実施例には限定され るものではなく、本発明は以下に記載する請求の範囲によって明確になる。

国際ｖ４交報告 、Ａ、’Ｊ’）ｒｉ二ＸτＯ”’−ｉ：ＩＮτ！：’１ＢＩＡ”ｒＯＮＡＬＳＥ ＡＲＣ：（ＲＥＰＯＲＴＯＮ工ＮＴＥＲＮＡＴ工０ＮＡＬ　Ａ？ＰＬＺＣＡＴ！ ＯＮ　Ｎｏ、　？Ｃτ／ＵＳ　＋３５００１７６　（ＳＡ　８８５８１τｈａ　 Ｅｕｒｏｐｅａｎ　ｐａｔａａセ　０ｆｆｉｃｅ　ｉｓ　ｉｎ　ｎｏ　ｗａｙ　 Ｌｉ１ｂＬｊ　ｆｏｒ　ｔｈｅｓｅｐａｒｔｉｃｕｌａｒｓ　ｗｈｉｃｈ　ａｒ ：ｅ　ｍａ：ａｌｙ　ｇｚｖ＠ｎ　ｆｏｒ　ｔｈａ　ｐｕｒｐｏｓｓ　ｏ！工ｎ Ｅｏｍａセｉｏｎ。

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. １．光学的なコンジットに取付けられ、このコンジットに向かってまたはこのコ ンジットから半球を超える範囲の球の角度に放射エネルギを伝送する光学カップ リング装置であって： 内面に反射面を備えた空洞部と： 上記のコンジットの端部を上記の空洞部内の所定位置に保持する手段と： 上記の空洞部の端部を閉塞するドームとを備え、このドームは円筒状の側壁を備 え、この側壁は上記の空洞部から離れた側に形成された端部に連続し、このドー ムの端部は回転面に形成され、このドームの内面は粗面に形成され、また上記の ドームは放射エネルギに対して透明な材料で形成され、上記の粗面はこのドーム を透過した放射エネルギの光線をこのドーム内および上記のコンジットに結合す るためる空洞内に屈曲させることを特徴とする過半球放射装置。
2. ２．前記回転面は半球面である前記請求の範囲第１項記載の過半球放射装置。
3. ３．前記回転面は回転長楕円面である前記請求の範囲第１項記載の過半球放射装 置。
4. ４．光学放射コンジットに結合され、このコンジットに向かってまたはこのコン ジットから半球を超える球の角度に放射エネルギを伝送するカップリング装置で あって：内面に反射面を備えた空洞部と； 上記のコンジットの端部を上記の空洞部内の所定位置に保持する手段と； 上記の空洞部の端部を閉塞する透明な拡散要素を備え、この拡散要素は円筒状の 側壁を有し、この側壁は上記の空洞部から離れた側に形成された端部に連続し、 この拡散要素の端部は回転面に形成され、この拡散要素は放射エネルギを伝送さ せる材料で形成され、この拡散要素の内面は粗面に形成され、この粗面はこの拡 散要素を透過した放射エネルギの光線をこの拡散要素内および上記のコンジット を結合するための空洞部内に屈曲させることを特徴とする過半球放射装置。
5. ５．前記拡散要素は平滑な外面を有する前記請求の範囲第４項記載の過半球放射 装置。
6. ６．前記の回転面は半球面である前記請求の範囲第４項記載の過半球放射装置。
7. ７．前記の回転面は回転長楕円面である前記請求の範囲第４項記載の過半球放射 装置。
8. ８．前記拡散要素は尖頭アーチ形を成している前記請求の範囲第４項記載の過半 球放射装置。
9. ９．光学放射コンジットに結合され、このコンジットヘまたはこのコンジットか らの放射エネルギを半球を超える球の角度に伝送するものにおいて： 内面に反射面を有する空洞部と； 上記の空洞部内の所定位置に上記のコンジットの端部を保持する手段と； 上記の空洞部の端部を閉塞するドーム形の透明な拡散要素を備え、この拡散要素 には回転面が形成され、またその内面は粗面に形成され、この拡散要素は放射エ ネルギを透過する材料で形成され、この粗面は上記の拡散要素を透過した放射エ ネルギの光線をこの拡散要素の内部および上記のコンジットと結合するための空 洞部内に屈曲させることを特徴とする過半球放射装置。
10. １０．前記の回転面は前記の材料で形成された円筒伏の壁によって前記の空洞部 に連結されている前記請求の範囲第９項記載の過半球放射装置。
11. １１．前記拡散要素は平滑な外面を有する前記請求の範囲第１０項記載の過半球 放射装置。
12. １２．前記拡散要素は延長された首部を有し、この首部によって前記回転面は前 記空洞部から離間されている前記請求の範囲第９項記載の過半球放射装置。
13. １３．前記首部の内面は拡散面に形成され、またこの拡散要素の外面は平滑面に 形成されている前記請求の範囲第１２項記載の過半球放射装置。