JP2000515651A

JP2000515651A - 単一の光ファイバから光ファイバ束へ光を連結する光学システム

Info

Publication number: JP2000515651A
Application number: JP10508031A
Authority: JP
Inventors: リ、ケネス・ケイ; ブレナー、ダグラス・エム; チェン、チンファ
Original assignee: コージェント・ライト・テクノロジーズ・インコーポレイテッド
Priority date: 1996-08-08
Filing date: 1997-07-30
Publication date: 2000-11-21
Also published as: US5751869A; EP0917659A1; AU3899397A; WO1998005987A1; TW338799B

Abstract

(57)【要約】光学カプラーは、単一光ファイバから出たビームの開口数を維持しながら、単一光ファイバから出た光を光ファイバ束に連結する。光学カプラーはまた、単一光ファイバから出たビームの均一性を維持する。光学カプラーは、拡大レンズなどのコリメーティング装置と、半球形レンズアレイ等の拡散装置を備えている。コリメーティング装置は、単一光ファイバから出たビームを平行にして、光ファイバ束の直径とほぼ等しい直径を有する平行ビームにする。拡散装置は、単一光ファイバから出た光の開口数を再現できる量だけその平行ビームを分散させて光ファイバ束に送り込む。球面凸レンズアレイ、円柱レンズアレイ、ピラミッド形レンズアレイおよびフレネルレンズを含む広範な光学拡散装置が開示されている。１つの実施態様では、光学カプラーは、高強度光源から外科用ヘッドランプ、医療用内視鏡またはボロスコープ等の医療用装置に光を送る医療用照明システム内に使用されている。

Description

【発明の詳細な説明】単一の光ファイバから光ファイバ束へ光を連結する光学システム発明の背景発明の分野本発明は、包括的に光学システムに関し、特に１つのライトガイドから出た光を別のライトガイドに連結(coupling)する光学システムに関する。関連技術の説明多くの場合、光ファイバ束等の１つのライトガイドから出た光を別のライトガイドに連結することが必要である。例えば、従来の外科用ヘッドランプ照明システムは、手術中に外科医が外科手術部位内の小さい箇所を照明できるようにするものであるが、一般的に光源に接続された光ファイバ束から出た光を外科医の額に取り付けられたヘッドランプに接続された光ファイバ束に連結する必要がある。照明が不必要になった時、外科医が自由に移動しやすいようにヘッドランプを光源から容易に切り離すことができるようにするため、ヘッドランプは単一の光ファイバではなく、カプラーで接続された１対の光ファイバで照明源に接続されている。また、光学カプラーを設けることによって、１つの照明源をその時々に様々なヘッドランプや他の医療用照明装置に使用することができる。同様に、１つのヘッドランプまたは他の装置をその時々に別の照明源で使用することもできる。光学カプラーを必要とする光ファイバ束に沿って光を受け取る医療用照明装置の他の例として、内視鏡やボロスコープ(boroscope)がある。外科用ヘッドランプ、内視鏡および光ファイバ探知器では、他の照明装置と同様に、光ファイバ束から受け取った光ビームが光ファイバ束の端面のすべての位置で均一の強度および開口数を有することによって、装置が対象となる外科手術部位内の箇所を均一に照明できるようにする必要がある。例えば、一部の外科用ヘッドランプでは、照明点の直径を変更できるようにする光学素子(optics)が設けられている。外科用装置が受け取る光の開口数が小さすぎる場合、内部光学素子で十分に広い照明点を作ることができないであろう。反対に、入力光の開口数が大きすぎる場合、多くの光が失われて、システムの効率が低くなるであろう。従って、そのような光学装置は、光ファイバ束の端面のすべての位置で均一の強度および開口数を有する光ビームを受け取ることができるようにする構造および形状を有している。従って、光ファイバ束を連結する光学カプラーは、光源から出る光の均一性またはその開口数のいずれにも重大な影響を与えないようにしながら連結を行わなければならない。同一直径の光ファイバ束を連結する光学システムの場合、上記の配慮は大して重要ではない。第１束の出口開口を第２束の入口開口にいわゆる「突き合わせ」結合で取り付けるだけで十分な結合を行うことができる。しかし、第１および第２光ファイバ束の直径が異なっている場合、問題が発生する。小径束を大径束内に結合する直送式では、均一照明を維持したり、聞口数を一致させることができないであろう。相当に小径である単一光ファイバを光ファイバ束に連結する光学システムでは、そのような問題がさらに深刻である。後者の例として、本出願の権利の譲受人である米国、カリフォルニア州、サンタ・クラリタのコージェント・ライト・テクノロジーズ(Cogent Light Technolo gies)社が、単一光ファイバ内に高強度の光ビームを発生する外科用照明装置を提供している。単一光ファイバではなく光ファイバ束を使用する外科用装置にも適合させるため、単一光ファイバから従来装置の光ファイバ束内へ光を連結するための光学カプラー装置を設けなければならない。従って、均一の照度および開口数の維持に関する上記問題が発生する。単一光ファイバを光ファイバ束に連結することが可能な１つの方法は、単一光ファイバを直接、束の中心に突き合わせ連結するだけのものである。用途によっては、光ファイバ束の周辺部に沿った光ファイバは入力光を受け取らなくても、突き合わせ連結を容認できる。しかし、コージェント・ライト・テクノロジーズ社製の上記システムの場合、高強度の光ビームが発生するので、単一光ファイバから出る光ビームの出力強度が高すぎるため、それから発生する熱で光ファイバ束が損傷を受ける可能性がある。単一光ファイバから光ファイバ束へ光を連結することが可能な別の方法は、光ファイバ束を単一光ファイバの出口開口から十分に離して取り付けて、単一光ファイバから出た出力光を光ファイバ束の入力直径と一致させるものである。パワーの量によっては、そのような構造は光ファイバ束の個々の光ファイバの各々に光を確実に伝達しながら、光ファイバ束の一部が過熱するという問題を回避できるであろう。しかし、光ファイバ束の出口開口に均一な照明領域が生じない。むしろ、光ファイバ束から出た光は、明暗領域が交互する回折模様を生じる。それが発生するのは、束の周辺部の光ファイバは斜めに光を受け取るだけであるからである。その結果、周辺部のファイバが伝達する光は、暗い中心点を有する円錐形になる。様々な光ファイバのすべてから出たビームが合体して、上記回折模様が形成される。単一光ファイバをそれより大径の光ファイバ束に連結ことが可能なさらに別の方法は、単一光ファイバから出た光を平行にしてファイバ束の入口直径に等しい幅を有するビームにする拡大レンズを単一光ファイバと光ファイバ束の間に設けるものである。ビームを平行にすることによって、光ファイバ束の各光ファイバはほぼ同一角度で光を受け取るため、均一な照明領域が得られる。しかし、ビームを平行にすると、単一光ファイバにおけるビームの元の開口数が失われる。その結果、光ファイバ束の出口端部から出たビームの開口数が減って、光ファイバ束に接続された光学装置の内部の光学素子は、適当な大きさおよび輝度を有する箇所を適切に照明することができない。単一光ファイバから光ファイバ束に光を連結するシステムに関して上記問題を説明してきたが、異なった直径の光ファイバ束を含む異なった直径の２つのライトガイドを連結する時にも同様な問題が発生する。異なった直径のライトガイド間で光を連結する改良形光学システムを提供することが望ましく、したがって本発明の一態様によれば、本発明の目的はこのようなシステムを提供することである。単一光ファイバを光ファイバ束に連結するために提案されている上記方法は、必ずしも本発明の先行技術を表していないことに注意されたい。発明の概要本発明の１つの態様によれば、第１ライトガイドから第２ライトガイドに光を連結するためのライトガイド連結システムが提供されている。光学カプラーは、第１ライトガイドから出た光を受け取って平行にするコリメーティング装置と、このコリメーティング装置と第２ライトガイドの間に接続されて、第２ライトガイドに入る前に平行光を拡散させる拡散装置を備えている。第１ライトガイドから出たビームを平行にした後、そのビームを拡散させることによって、第１ガイドから出た光の均一性および開口数を第２ライトガイド内で維持および一致させることができる。図面の簡単な説明第１図は、本発明の実施態様に従って構成された、単一光ファイバから光ファイバ束へ光を連結するための光学カプラーを概略的に説明するブロック図である。第２Ａ図は、第１図の光学カプラーで使用される拡散素子の第１実施態様の背面図であり、拡散素子は半球形レンズアレイを含む。第２Ｂ図は、第２Ａ図の半球形レンズアレイの断面図である。第３Ａ図は、第１図の拡散素子の第２実施態様の背面図であり、拡散素子は円柱レンズアレイを含む。第３Ｂ図は、第３Ａ図の円柱レンズアレイの断面図である。第４図は、第１図の光学カプラーの拡散素子の第３実施態様の背面斜視図であり、１対の円柱レンズアレイが互いに対して垂直に設けられている。第５Ａ図は、第１図の拡散素子の第４実施態様の背面図であり、ピラミッド形レンズアレイが設けられている。第５Ｂ図は、第５Ａ図のピラミッド形レンズの１つの斜視図である。第６図は、第１図の光学カプラーの拡散素子の第５実施態様の断面図であり、拡散素子はフレネルレンズアレイである。第７図は、第１図の光学カプラーの拡散素子の第６実施態様の断面図であり、拡散素子はすりガラス表面を含む。第８図は、本発明の光学カプラーの、１組の拡散素子を設けた変更実施態様の斜視図である。第９図は、本発明の光学カプラーの、内部反射表面を有するハウジングを設けた別の変更実施態様の側面図である。第１０図は、第１図ないし第９図の光学カプラーのいずれかを組み込んだ医療用照明システムのブロック図である。好適な実施態様の詳細な説明本発明は、細長い円筒形ライトガイドを連結するために使用できる。１つの実施態様では、第１ライトガイドは単一の光ファイバであり、第２ライトガイドは光ファイバ束である。単一光ファイバの直径は、光ファイバ束の直径よりも小さい。例えば、第１光ファイバの直径は、約０．１ｍｍから約１．０ｍｍにすることができる。第２光ファイバ束の直径は一般的に、約２ｍｍから約５ｍｍであるが、６ｍｍや７ｍｍ、あるいはそれ以上の直径にすることもできる。コリメーティング手段は、単一光ファイバの光送出端部から出た円錐形の光を平行にして光ファイバ束の直径とほぼ同一の直径を有するビームにする構造を有する拡大レンズにすることができる。拡散手段は、平行ビームを単一光ファイバから出た円錐形光の開口数を再現できる角度に拡散または分散させる構造を有する光学拡散素子にすることができる。レンズの直径および拡散器の直径は、一般的に光ファイバ束の直径とほぼ同一である。本発明に従って使用できる様々な光学拡散素子の例として、すりガラス板、凸レンズアレイ、円筒レンズアレイ、ピラミッド形レンズアレイおよびフレネルレンズアレイがある。球面凸レンズ、フレネルレンズ、ピラミッド形レンズまたは円筒レンズを含む小レンズアレイを用いた実施態様では、強度の最大限の均一性と開口数の一致を得るため、各小レンズの寸法をできる限り小さくする必要がある。理想的には、各小レンズを光ファイバ束内の、直径が約５０μｍである個々の光ファイバに対応させる。実際には、光ファイバ束の開口内に約１００個の小レンズを設けることによって、均一強度を有する良好な照明と開口数の一致を得ることができる。５ｍｍの光ファイバ束の場合、小レンズの寸法を５００μｍもの大きさにすることができる。用途によっては、もっと大きい小レンズにすることもできる。複数の光学拡散素子を設けることもできる。１つの実施態様では、光学拡散手段は、光ファイバ束の受光端部の入口開口まで延在したハウジング内に取り付けられる。ハウジングに内部反射表面を設ければ、鋭角に分散した光を捕らえて光ファイバ束に送り込むことができる。また、ハウジングが拡大レンズを越えて単一光ファイバの出口開口まで延在していれば、拡散手段または拡大レンズのいずれかで後方散乱した光を捕らえることができる。ハウジングに内部反射表面を設けることによって、光学カプラーの全体効率が向上する。本発明の１つの態様によれば、第１ライトガイドから出た光の均一性および開口数を維持しながら、異なった寸法のライトガイド間で光を連結する光学カプラーが提供されている。しかし、本発明の原理は、第１ライトガイドから出た光の均一性または開口数を選択的に変更させるようにして、ライトガイド間で光を連結する場合にも適用することができる。例えば、平行ビームに与える分散量を増減させる拡散素子を設けることによって、第２ライトガイドに伝達される光ビームの開口数を、第１ライトガイドから出た光の開口数と異なった量に設定することができる。同様に、拡大レンズを適切に構成または配置することによって、光ビームの均一の度合いを変更することができる。本発明の原理はまた、同一直径のライトガイド間において、２つのライトガイド間で伝達されるライトビームの均一性または開口数が変化するようにして光を連結する場合にも適用できる。本発明の別の態様によれば、ヘッドランプ等の外科用装置が提供されている。外科用装置は、光ファイバ束から光を受け取る。光を単一光ファイバに送り込む高強度照明源が設けられている。上記光学連結装置は、光の均一性および光の開口数の一致を維持しながら、単一光ファイバから光ファイバ束へ光を連結するために使用される。様々な実施態様において、本発明の光学カプラーは、光ビームの均一性および開口数を維持するか、選択的に制御しながら、光を１つのライトガイドから別のライトガイドに連結することができる。次に、図面を参照しながら本発明の実施態様をさらに詳細に説明する。第１図は、単一光ファイバ１２と光ファイバ束１４の間に取り付けられた光学カプラー１０を示している。光学カプラー１０は、拡大レンズ１６と拡散手段１８を備えている。レンズ１６は、光ファイバ１２の出口開口２２から出た光ビーム２０を平行にすることができる寸法および位置に定められている。ビーム２０の一部が参照番号２０₁、２０₂、２０₃および２０₄で示されている。第１図からわかるように、ビーム２０の部分は、光ファイバ１２の出口開口２２で光ファイバおよび照明源（第１図には示されていない）の開口数（ＮＡ）によって定められる量だけ分散する。レンズ１６はビーム２０を平行にして、個々のビーム部分２０₁ないし２０₄を図示のように平行な向きにする。拡散素子１８は、ビーム２０の個々の部分２０₁ ないし２０₄を分散させてそれぞれ光円錐２４₁ないし２４₄にする。次に、分散または拡散したビームを光ファイバ束１４の入口開口２６に送り込む。拡散素子１８によるビーム２０の分散の説明をわかりやすくするために、入口開口２６は拡散素子１８から離れているように図示されている。多くの用途では、拡散素子１８から出る光をできる限り多く捕捉できるように、入口開口２６を拡散素子１８にできる限り近づけて配置することが望ましい。第１図に示されている実施態様では、レンズ１６は、ビーム２０を平行にして光ファイバ束１４の直径とほぼ同一のビーム直径にするように構成されている。拡散素子１８は、光ファイバ１２から出たビーム２０の開口数を再現できるようにビーム２０を分散させるように構成され、配置されている。このようにして、光ファイバ１２で伝達される光ビームの均一性および開口数は光ファイバ束１４と一致する。しかし、他の用途では、ビームの均一性または開口数のいずれかを変更することが望ましいこともあり、レンズ１６または拡散素子１８、あるいはその両方を適切に構成または配置することによってそれに対応することができる。例えば、光ファイバ束１４内の開口数を光ファイバ１２よりも少なくする場合、分散量を減少させるように拡散素子１８を構成すればよい。光ファイバ束１４から出るビームの均一性を低下させてもよい場合、ビーム２０を完全には平行にしない、光学強度(optical strength)が低いレンズ１６を用いることができる。光学システムの素子は、これらおよび他の光学特性に合わせて調節または選択できるように構成することができることは理解されるであろう。他の用途では、光ファイバ１２または光ファイバ束１４のいずれか、あるいはその両方の光学特性を選択または調節することが望ましい。さらに別の用途では、本発明の光学カプラーを用いて、異なった直径の光ファイバ束間で光を伝達することができる。本発明によれば、様々な光学拡散または分散素子を用いることができる。具体例を第２図ないし第７図に示す。第２Ａ図は、個別の球面凸レンズ３２のアレイを有する拡散素子３０の後部部分を示している。拡散素子３０の側部断面が第２Ｂ図に示されている。個別の球面凸レンズ３２の各々は、レンズに入射した光を分散させて個別の円錐形ビーム部分（個別には図示しない）にする。個々のレンズ３２の寸法、形状および分布を適切に選択することによって所望の分散度を得ることができ、それを通る平行ビームから所望の開口数を生じることができる。非球面を有する凸レンズアレイもここに開示されている。第２Ｂ図に示されているように、拡散素子３０の前面３４は平面でもよい。他の実施態様では、前面は追加分散を行うように構成することもできる。第３Ａ図および第３Ｂ図は、平行な円柱レンズ３７のアレイを有する拡散素子３６の、それぞれ背面図および断面図を示している。円柱レンズの各々は、円柱レンズに沿って延びた軸線の周りの部分の平行ビームを分散させることができる。従って、分散は、第２Ａ図および第２Ｂ図の球面凸レンズアレイの場合のように三次元ではなく、二次元で発生する。しかしながら、多くの用途では円柱素子アレイ３６によって得られる分散で十分な開口数を得ることができる。さらに、円柱レンズアレイは、一般的に球面凸レンズアレイよりも製造コストが低い。第４図に示されているように、２つの円柱レンズ拡散素子３６₁および３６₂を垂直すなわち直交配置で取り付けることによって、分散量を多くすることができる。直交向きの円柱レンズアレイの組み合わせによって、一般的に製造コストが低いという利点を備えたままで第２Ａ図および第２Ｂ図の半球形レンズアレイ素子と同様な分散を得ることができる。第５Ａ図は、個別のピラミッド形レンズ素子４２のアレイを有する拡散素子４０を示している。ピラミッド形レンズ４２の一例が、第５Ｂ図に斜視図で示されている。ピラミッド形レンズ４２はほぼ正方形の底部４３を備え、湾曲した側面が先細になって頂点４５に達していることがわかるであろう。第５Ａ図のピラミッド形アレイは、最初に第３Ａ図に示されているように円柱アレイを形成してから、その拡散素子を９０°回転させた後、第１アレイに対して直交方向に第２円柱アレイを刻むことによって形成することができる。第５Ａ図のピラミッド形アレイは、第４図の合成円柱レンズよりも第２Ａ図の半球形レンズアレイに近いが、やはり球面凸レンズアレイよりも製造コストが低い。第６図は、フレネルレンズ表面４６を有する拡散素子４４の断面を示している。これらのレンズのアレイは、第２Ａ図に示されている球面レンズと同様に使用することができる。これは、球面凸レンズアレイよりも製造コストが低い。第７図は、かなり均一な分散が得られる別の拡散素子４８を示している。拡散素子４８は、すりガラスの前後表面５０および５２を有している。すりガラス拡散素子は、低コストのカプラー素子を求める場合に特に望ましい選択肢である。すりガラスではまた、かなり均一な分散を得ることができる。しかし、光学レンズ素子を適切に選択することによって特定の分散量を得ることができる第２Ａ図ないし第６図の実施態様とは異なって、すりガラス素子の分散量を特定することはあまり容易ではない。しかしながら、多くの用途では、すりガラスの拡散素子で許容範囲の分散量が得られる。第８図に示されているように、複数の拡散素子を組み合わせて用いることもできる。第８図では、３つの個別の拡散素子５４，５６および５８がハウジング６０内に取り付けられている。個々の拡散素子は同じ形式でも、異なった形式でもよい。同じ形式を用いる場合でも、個々の素子は異なった分散量を与えるように構成することができる。単一の拡散素子では十分な分散が得られない場合、幾つかの拡散素子を設けることが望ましい。分散量を制御しなければならない場合も、それが望ましい。複数の拡散素子を組み合わせて使用すれば、分散量が既知の個別の拡散素子を合わせることによって所望の分散量に近づけることができる。例えば、個別の半球形レンズの寸法がアレイごとに異なった１組の半球形レンズアレイを用いることによって、様々な分散量を与えることができる。このようなアレイ素子の組のうちの複数の素子を、組み合わせた結果得られる全体分散量が所望量に近づくように構成することができる。第８図では、個々の拡散素子が幾分、離して示されている。別の例では、個々の拡散素子を横に並べて配置するか、接着剤で取りつけられる。このため、第２Ａ図ないし第８図は、第１図の平行ビーム２０を分散させる様々な個別の拡散素子とその組み合わせを示している。第１図には特に示されていないが、好ましくは光学カプラー１０は、このカプラーを光ファイバ１２および光ファイバ束１４に容易に取り付けることができるようにするハウジング内に取り付けられている。１つのそのようなハウジング構造が第９図に概略的に示されている。さらに具体的に言うと、第９図は、光学カプラー１０を包囲して光ファイバ１２および光ファイバ束１４に取り付けられるハウジング６２を示している。ハウジング６２の内表面６４が反射して、通常ならば失われるはずの後方散乱光または側方散乱光の方向を直すことによってカプラーの光学効率を向上させる。反射面は用例に応じて、光ファイバ１２とレンズ１６との間、レンズ１６と拡散素子１８との間、拡散素子１８と光ファイバ束１４との間、またはそれらを組み合わせた部分に延在させる。拡散素子１８と光ファイバ束１４との間に反射コーティングを設けることによって、通常ならば束１４の入口開口を外れるはずの拡散光線の向きを直すことができる。光ファイバ１２と拡散素子１８の間に反射面を設けることによって、レンズ１６または拡散素子１８から後方散乱した光の向きを直すことができる。様々な光学素子の内部、その間、またはその上に適当なコーティングまたはフィルタを設けることによって、後方散乱の量をさらに制御することができる。具体的には示されていないが、ハウジング６２を光ファイバ１２および光ファイバ束１４に容易に確実に取り付けられる構造にして、光ファイバの迅速な連結を容易にするのが好ましい。また、様々に異なった寸法の光ファイバまたは光ファイバ束を互いに接続できるようにハウジング６２を構成するのが好ましい。伝達される光ビームの均一性および開口数の一致を維持しながら異なった直径のライトガイドを連結できることは、多くの用途において望ましい。本発明のライトガイド連結システムを広範な実施態様に従って構成できることはわかるであろう。例えば、本発明は、外科用ヘッドランプや医療用内視鏡またはボロスコープ等の医療用装置に接続された光ファイバ束に光を送るために使用することができる。第１０図は、第１図ないし第９図の光学カプラーの様々な実施態様のいずれかを組み込んだ医療用照明システム１００全体を示している。第１０図の医療用照明システム１００は、光源１０２と、光源１０２から光ファイバ１１２に光を送る軸外し（off-axis）光学カプラー１０４を備えている。光ファイバ１１２は光学カプラー１１０で光ファイバ束１１４に連結されている。光ファイバ束１１４は光を医療用装置１０６に送り、特に第１０図に示されている実施態様では、この装置は外科用ヘッドランプである。光源１０２は、様々な光源のいずれでもよく、例えば高強度キセノンアークランプである。同様に、光学カプラー１０４は、光源１０２から光ファイバ１１２に光を連結するための様々な従来型または非従来型光学カプラーのいずれでもよい。例えば、カプラー１０４は、米国特許第４，７５７，４３１号に記載されている軸外し光学カプラーにすることができ、この特許は参考として本説明に含まれる。高強度キセノンアークランプと軸外しカプラーを組み合わせることによって、かなり強い光ビームを光ファイバ１１２へ送って、最終的に医療用装置１０６で使用することができる。本発明による光学カプラーは、１対のライトガイド内を伝搬するビームの均一性および開口数を維持するように構成することができる。均一性もしくは開口数、またはその両方を変更することもできる。主に光放射を伝達する光ファイバおよび光ファイバ束に関して説明してきたが、本発明の原理は他の種類の放射エネルギの伝達にも同様に適用できる。本発明は、ライトガイドの各々が円形、円筒形ライトガイドであるシステムに特に適用できるが、本発明は、非円形断面を有するライトガイドを含む様々な形状のライトガイドにも適用可能である。一般的に、上記の実施態様は本発明の原理を説明するために与えられているだけであって、本発明の範囲を制限するものと解釈すべきではない。本発明の原理は広範な用途の広範な用例に適用可能である。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項【提出日】平成１０年８月３１日（１９９８．８．３１）【補正内容】請求の範囲１．光送出端を有し、第１直径を有する第１ライトガイドと、該第１ライトガイドの前記光送出端からの光出力を受け取って平行にするコリメーティング装置と、受光端を有し、前記第１直径とは異なった第２直径を有する第２ライトガイドと、前記コリメーティング装置および前記第２ライトガイドの前記受光端間に配置されて、平行光を拡散してその光を前記第２ライトガイドの前記受光端に指向させることによって、前記平行光を前記第２ライトガイド内で分散させる拡散装置とを備えたライトガイド連結システム。２．前記第１および前記第２ライトガイドは共に細長い円筒形のライトガイドである請求の範囲第１項に記載のシステム。３．前記第１ライトガイドの直径は、前記第２ライトガイドの直径より小さい請求の範囲第２項に記載のシステム。４．前記コリメーティング装置は、前記第２ライトガイドの直径とほぼ同一の直径の平行ビームを生じる拡大レンズを含む請求の範囲第３項に記載のシステム。５．前記第１ライトガイドは単一の光ファイバであり、前記第２ライトガイドは光ファイバ束である請求の範囲第１項に記載のシステム。６．前記拡散装置は光学拡散素子である請求の範囲第１項に記載のシステム。７．前記光学拡散素子は、すりガラス表面を有するガラス板を含む請求の範囲第６項に記載のシステム。１８．前記個別の光学拡散素子は、すりガラス拡散素子、凸レンズアレイ拡散素子、円柱レンズアレイ拡散素子、ピラミッド形レンズアレイ拡散素子およびフレネルレンズからなる群から選択されたものである請求の範囲第１７項に記載のシステム。１９．前記拡散装置は、前記第１ライトガイドの前記光送出端の出口開口からの光出力の開口数とほぼ等しい開口数を生じることができる量だけ平行ビームを拡散させるようにした請求の範囲第１項に記載のシステム。２０．前記コリメーティング装置および前記拡散装置は光学素子を含み、該光学素子の表面は、反射を低減させる光学コーティングを有している請求の範囲第１項に記載のシステム。２１．放射エネルギの出力を有する第１放射エネルギガイドと、該第１ガイドから前記出力を受け取って平行にするコリメーティング装置と、放射エネルギ入口開口を有する第２放射エネルギガイドと、前記コリメーティング装置および前記第２放射エネルギガイドの前記入口開口との間に配置されて、前記コリメーティング装置から受け取った平行ビームを拡散してそのビームを前記第２ガイドの前記入口開口に指向させることによって、前記平行ビームを前記第２ライトガイド内で分散させる拡散装置とを備えた放射エネルギ連結システム。２２．光を放射する光源と、第１ライトガイドと、前記光源から放射された光を受け取って、その放射光を前記第１ライトガイドに指向させる第１光学カプラーと、第２ライトガイドと、

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＧＨ，ＨＵ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＷ (72)発明者チェン、チンファアメリカ合衆国、カリフォルニア州、ウエスト・コヴィナ、グレンミア・ストリート 1316

Claims

【特許請求の範囲】１．光送出端を有し、第１直径を有する第１ライトガイドと、該第１ライトガイドの前記光送出端からの光出力を受け取って平行にするコリメーティング装置と、受光端を有し、前記第１直径とは異なった第２直径を有する第２ライトガイドと、前記コリメーティング装置および前記第２ライトガイドの前記受光端間に配置されて、平行光を拡散してその光を前記第２ライトガイドの前記受光端に指向させる拡散装置とを備えたライトガイド連結システム。２．前記第１および前記第２ライトガイドは共に細長い円筒形のライトガイドである請求の範囲第１項に記載のシステム。３．前記第１ライトガイドの直径は、前記第２ライトガイドの直径より小さい請求の範囲第２項に記載のシステム。４．前記コリメーティング装置は、前記第２ライトガイドの直径とほぼ同一の直径の平行ビームを生じる拡大レンズを含む請求の範囲第３項に記載のシステム。５．前記第１ライトガイドは単一の光ファイバであり、前記第２ライトガイドは光ファイバ束である請求の範囲第１項に記載のシステム。６．前記拡散装置は光学拡散素子である請求の範囲第１項に記載のシステム。７．前記光学拡散素子は、すりガラス表面を有するガラス板を含む請求の範囲第６項に記載のシステム。８．前記光学拡散素子は、凸レンズのレンズアレイを含む請求の範囲第６項に記載のシステム。９．前記凸レンズは球面を有する請求の範囲第８項に記載のシステム。１０．前記凸レンズは非球面を有する請求の範囲第８項に記載のシステム。１１．前記光学拡散素子は、円柱レンズのレンズアレイを含む請求の範囲第6項に記載のシステム。１２．前記光学拡散素子は、互いに直角な向きの１対の円柱レンズのレンズアレイを含む請求の範囲第６項に記載のシステム。１３．前記光学拡散素子は、ピラミッド形レンズのレンズアレイを含む請求の範囲第６項に記載のシステム。１４．前記拡散素子と前記第２ライトガイドの前記受光端の入口開口との間に取り付けられたハウジングをさらに備えており、該ハウジングは内部反射面を備えている請求の範囲第６項に記載のシステム。１５．光を送出する第１ライトガイドの出口開口からコリメーティング手段を越えて前記光学拡散素子にまで延在したハウジングをさらに備えており、該ハウジングは内部反射面を備えている請求の範囲第６項に記載のシステム。１６．前記光学拡散素子は少なくとも１つのフレネルレンズを含む請求の範囲第６項に記載のシステム。１７．前記拡散装置は、複数の個別の光学拡散素子を含む請求の範囲第１項に記載のシステム。１８．前記個別の光学拡散素子は、すりガラス拡散素子、凸レンズアレイ拡散素子、円柱レンズアレイ拡散素子、ピラミッド形レンズアレイ拡散素子およびフレネルレンズからなる群から選択されたものである請求の範囲第１７項に記載のシステム。１９．前記拡散装置は、前記第１ライトガイドの前記光送出端の出口開口からの光出力の開口数とほぼ等しい開口数を生じることができる量だけ平行ビームを拡散させるようにした請求の範囲第１項に記載のシステム。２０．前記コリメーティング装置および前記拡散装置は光学素子を含み、該光学素子の表面は、反射を低減させる光学コーティングを有している請求の範囲第１項に記載のシステム。２１．放射エネルギの出力を有する第１放射エネルギガイドと、該第１ガイドから前記出力を受け取って平行にするコリメーティング装置と、放射エネルギ入口開口を有する第２放射エネルギガイドと、前記コリメーティング装置および前記第２放射エネルギガイドの前記入口開口との間に配置されて、前記コリメーティング装置から受け取った平行ビームを拡散してそのビームを前記第２ガイドの前記入口開口に指向させる拡散装置とを備えた放射エネルギ連結システム。２２．光を放射する光源と、第１ライトガイドと、前記光源から放射された光を受け取って、その放射光を前記第１ライトガイドに指向させる第１光学カプラーと、第２ライトガイドと、前記第１ライトガイドの出口開口からの光出力を前記第２ライトガイドの入口開口に連結する第２光学カプラーと、前記第２ライトガイドの出口開口から光を受け取って外科手術部位に投射するヘッドランプとを備え、前記第２光学カプラーは、前記第１ライトガイドの前記出口開口からの出力光を受け取って平行にするコリメーティング装置と、前記コリメーティング装置および前記第２ライトガイドの前記入口開口間に配置されて、前記コリメーティング装置から平行光ビームを受け取り、その平行ビームを拡散して前記第２ライトガイドの前記入口開口に指向させる拡散装置とを有してなる外科用照明システム。２３．第１ライトガイドからの光を第２ライトガイドへ連結し、前記第１ライトガイドの直径が前記第２ライトガイドの直径より小さい光学システムにおいて、前記第１ライトガイドからのビーム出力を平行にして前記第２ライトガイドの直径とほぼ等しい直径を有するビームにし、かつ該平行ビームを前記第２ライトガイドの入口開口内へ分散して前記第２ライトガイドの開口数に一致させるように光学システムを構成した改良。