JP2004501400A - 光信号伝送装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
簡単な調整で高精度および高い品質の伝送を兼ね備えている光信号伝送装置を提供する。
【解決手段】
本発明は、回転のために配置された少なくとも２つの構成要素の間の光信号を伝送するための装置に関する。
本発明は、少なくとも１つのマイクロ光学構成要素がビーム形成またはビーム誘導のために用いられる手段によって優れている。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、特に、回転または並進用の可動構成要素間のインターフェイスを介して光信号を伝送する装置に関する。
【０００２】
光導波路を用いる光データ伝送に関する多くの用途では、回転するインターフェイスを介した伝送も必要とされる。このために、さまざまな適切な単一チャネル伝送システムが、先行技術から知られるようになってきている。データ転送速度が増大すると、伝送されるチャネルの数も増大される。したがって、多チャネル伝送システムの応用分野は、著しい拡張を経験してきている。ケーブル中に光導波路を有するケーブルドラムが用いられる場合、たとえば、ケーブルが巻き取られている間またはドラムに巻き付けられている間に、光導波路を介してデータを伝送しなければならない場合には、光多チャネル送信器が必要である。たとえば、陸上または海上の移動用の遠隔操作車両（ＲＯＶ）（無人爆弾処理機、オフショア工業における潜水ロボット）または海底探査船の後に牽引しているソナー曳航船において、そのようなケーブルドラムが用いられる。多チャネル送信器に関する他の応用分野の例は、国家、科学、軍事用途のための回転可能な遠隔調査および偵察機器であり、ヘリコプタ、無人機（ＵＡＶ）、大型望遠鏡、衛星のカメラヘッドなどの高速データストリーム（レーダ、赤外光／可視光など）を生成する。船および航空機におけるオンボード用途では、特に、調整の安定性に関する限り（大量の大型構成要素ではなく、少数の小型構成要素の方が明らかに実現しやすい）、頑丈な設計（衝撃および振動）が必要とされる。航空機、特に無人機のミサイルの場合には、軽量かつ小型の寸法が、これまで知られている解決法によってほとんど満たされていないさらに決定的な基準を構成する。
【０００３】
【従来の技術】
解決に対するさまざまな手法が、多チャネル回転伝送に関して公知である。ＳｐｅｅｒおよびＫｏｃｈによる論文は、音響探査を提供している（非特許文献１）。この解決手法は、一定の法則に従って以下のように分類されることができる。
−同心ファイババンドルにおいて、伝送される個別のチャネルの光は、インターフェイスで互いに対して回転されることができる同心（中空）円筒光導波路アレイの中で分散される。そのようなアレイについては開示されている（特許文献１参照）。このアレイの本質的な欠点は、個別のチャネルが外側の遠い方に位置する場合には、光導波路の径を増大させる必要があるという面にある。たとえば、合成光導波路を用いて、このシステムをきわめてうまく実現することができる。単一モードファイバは、コア径がきわめて小さいために、十分な精度で十分な数を取付けることがほとんどできないため、単一モードファイバを用いた伝送は、実際には不可能である。ファイバ径が増大すると、分散も増大するため、伝送することができる帯域幅またはデータ転送速度が縮小する。したがって、このシステムは、ＧＢ／秒程度の送信に必要な高性能のデータ伝送システムの需要を満たしていない。
−同軸撮像アレイは、インターフェイスの他方の固定（焦）点が、環状領域において回転する発光素子に関連しているという事実に実質的に基づいている。撮像機能は、異なる環状領域のための異なる焦点距離を有するレンズ（特許文献２参照）またはホログラフィック光学素子（特許文献３参照）などの適切な光学素子によって実現される。第１の解決手法の欠点、すなわちすべての受信ファイバを光軸（ＯＡ）に配置するために、シェーディングが生じるという状況は、ホログラフィック光学素子（ＨＯＥ）では避けられる。しかし、高い測定能率が必要とされる場合には、ＨＯＥ素子の製作は現在、依然として高価であり、用いられることが好ましいバイナリＨＯＥ素子では、より小さい偏向角のために、大きな構造寸法が必要である。単一モードファイバに関しては、高い損失の場合にのみ、現在は、ＨＯＥ素子を用いることができる。さらに、単一方向モードに限り、この方法を適用することができる。しかし、高性能の高速バスシステムは、主に、双方向通信を必要とする。
−回転補償を備えた撮像アレイ。ここでは、ドーププリズム（特許文献４参照）または正確に２分の１の回転速度で回転する「減少回転板（ｄｅ−ｒｏｔａｔｉｏｎ　ｐｌａｔｅ）」（特許文献５参照）などの光学素子が、回転を補償する。したがって、入ってくるファイバの面のアレイは、関連する個別の出るファイバに投影される。正確に２分の１の回転角速度を有する減少回転素子の支持材および駆動装置は、主要な移動に対する場合と比べて、高価な機械的な高精度システムを必要とする。さらに、減少回転素子の介在は、長い開放光路を必要とするために、高い結合損失を伴う。特に、単一モードファイバの用途の場合には、光伝送における不十分な品質が実現される。
【０００４】
本願に示した伝送システムの中では、最初に述べた２つのシステムは、十分な帯域幅を含まないこと、または単一方向伝送のみ可能であることから、大半の用途の場合にはこれらのシステムを考慮の対象から外さなければならない。このために、回転補償を備えた図示のアレイについて、以下の詳細で説明することが好ましい。本願では、主眼は、主回転の角速度の２分の１の速度で回転される光学素子を反転することにある。個別の伝送チャネルの光ビームは、単独の軸のみにおける回折によって、または光導体の管路の形状によって、奇数の反射を用いて反転されることができる。文献に述べられているこれらの目的のための反転光学素子に関する最も重要な設計は、以下の通りである。
−ドーブプリズム
−三角プリズム
−シュミット・ぺシャンプリズム
−中心に鏡のある球
−反転光ファイババンドル（減少回転板）
−軸方向に鏡のある屈折率分布ロッドレンズ（スラブレンズ）
【０００５】
本願明細書に記載されている光学システムの考慮すべき事柄は、互いに対して回転するシステムに適用可能であるのみならず、軸に沿って移動可能なシステムにも適用可能であることである。直線的に移動可能なシステムにおいて、減少回転素子はもちろん必要ではない。
【０００６】
結合および分離に用いられる光学システムは、本願明細書に記載された伝送システムの品質に決定的な影響を及ぼす。先行技術、減少回転素子で動作する第３の伝送技術の適用を想定する技術に対応するこれらの光学システムのさまざまな設計については、以下に説明する。説明は、典型的なガラスファイバに重点を置くが、これらの考慮すべき事柄は、合成光導体ファイバなどの他の形態の光導波路あるいは送信器または受信器などの能動構成要素にも同様に適用される。
【０００７】
モジュラ多チャネル伝送システムが開示されている（特許文献６参照）。各チャネルは、分離ミラーによって伝送される。分離光学システムおよび対応する正確な支持システムがそれぞれのミラーに必要であるために、このシステムの機械的複雑さは相当である。さらに、チャネル数が増大すると、光路の長さが増大する。今度は、光学的特性の劣化を意味する。さらに、供給ファイバが光路を通過する場所で、減衰ピークが生じる。その上、全長および重量が、チャネル数に比例して増大する。したがって、装置は、少数のチャネルのさまざまな用途を容認することができるサイズにすでになっている。
【０００８】
ドーブプリズムに基づいて動作する多チャネル送信器が開示されている（特許文献７参照）。ビームの結合または分離は、複数の個別のコリメータによって行われる。これらのコリメータを個別に調整する必要がある。正確な調整は、比較的長い機械的なてこまたはさらに空間を必要とする細目ネジを必要とする。その結果、チャネル数および調整の精度が増大すると、投影される面積、すなわち減少回転システムによって投影される全体的な面が増大する。その結果、より大きな光学システムが必要になり、今度はより長い光路の結果として、より高い光学的減衰を呈し、同時に、調整の精度に関してより高い要求を伴う。したがって、たとえば、調整の精度の向上のために、そのような解決法における機械的なてこの増大は、改良をもたらさない。チャネル数が増大すると、ある程度改良された調整システムは、同一の空間要件でより高い調整の精度を必要とすることに気付く必要がある。ここでは、その特許明細書に同様に提案されているビームの偏向または平行ビーム移動用の菱形プリズムが、１つの可能な解決法を提供する。その結果、サイズのより大きな減少回転システムの適用を避けられるが、付加的な光路および付加的な面は、光伝送の劣化を伴う。追加の構成要素は、システムコストを増大させる。
【０００９】
投影される面積の著しい拡大を必要としないきわめて柔軟な調整法が、提案されている（特許文献８参照）。ここでは、個々のチャネルの調整は、光路に直交する方向への移動のために配置された集光レンズによって実現される。これは、単一モード伝送に必要な高精度を実現するために、調整によって用いられることができる。多数の構成要素に困難で時間のかかる調整処置を施さなければならないことから、解決法はきわめて複雑で費用が嵩む。追加の調整構成要素は、伝送システムをかさばって重く、費用の嵩むものにする。このシステムは、レーダ装置のような静止用途に十分に適していることは確実であるが、衝撃および振動の発生を伴う可動用途では、この光学システムはすぐに調整不良になると推測される。さらに、多数の空気／ガラス遷移のために、伝送の品質が、そのような遷移がない比較可能なシステムよりさらに悪化すると推測される。
【００１０】
上述の欠点を避けるための対処法において、送信器に完成品として従来のコリメータのバンドルが取付けられる（特許文献９参照）。その結果、コリメータバンドル全体の１回のみの調整が依然として必要である。しかし、そのようなバンドルの実質的な欠点は、個別のコリメータの相当幅のある許容差を補償することができないことにある。個別のコリメータはそれ自体、フェルールの中で固定して相互連結されるファイバマウントおよびレンズシステムから構成される。このようなコリメータの取付け精度は制限され、原則として、回転送信器システムの要件を満たしていない。したがって、コリメータの個別の調整が可能ではないこのような対処法は、特に単一モード伝送システムには適用可能ではない。
【００１１】
上述の解決法はすべて、調整可能性の欠如から十分な光学精度を実現することができない欠点または調整がきわめて複雑で連続動作が実現可能ではないという欠点を伴う。さらに、上述の解決法はいずれも、５〜１０チャネルより多数のチャネル数を実現することができない。
【００１２】
【特許文献１】
米国特許第４，０２７，９４５号明細書
【００１３】
【特許文献２】
独国特許出願公開第３２　０７　４６９　Ａ１号明細書
【００１４】
【特許文献３】
独国特許出願公開第１９７　８０　６４２　Ａ１号明細書
【００１５】
【特許文献４】
米国特許第３，４２８，８１２号明細書
【００１６】
【特許文献５】
米国特許第４，２５８，９７６号明細書
【００１７】
【特許文献６】
米国特許第４，７２５，１１６号明細書
【００１８】
【特許文献７】
米国特許第４，８７２，７３７号明細書
【００１９】
【特許文献８】
米国特許第５，１５７，７４５号明細書
【００２０】
【特許文献９】
米国特許第５，４４２，７２１号明細書
【００２１】
【特許文献１０】
米国特許第５，４４６，８１５号明細書
【００２２】
【特許文献１１】
米国特許第５，５５９，９１５号明細書
【００２３】
【非特許文献１】
ＳｐｅｅｒおよびＫｏｃｈ著、「Ｔｈｅ　ｄｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　ｆｉｂｒｅ−ｏｐｔｉｃ　ｒｏｔａｒｙ　ｃｏｎｎｅｃｔｏｒｓ（光ファイバ回転コネクタの多様性）」ＳＰＩＥ　ｖｏｌ．８３９、ｐ．１２２−１２９
【００２４】
【非特許文献２】
「Ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ　Ｓｅｌｆ−Ａｌｉｇｎｉｎｇ　Ｍｕｌｔｉ−Ｂｅａｍ　Ｃｏｕｐｌｉｎｇ　ｉｎｔｏ　ａ　Ｓｉｎｇｌｅ−Ｍｏｄｅ　Ｆｉｂｒｅ（単一モードファイバへの効率的な自己位置合わせマルチビーム結合）」、Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ、ｖｏｌ．１３、Ｎｏ．１、１９９５年１月刊行
【００２５】
【非特許文献３】
「Ｕｌｔｒａｆａｓｔ　Ｎｏｎ−ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　Ｉｍａｇｅ　Ｒｏｔａｉｏｎ　Ｕｓｉｎｇ　ａｎ　Ａｃｏｕｓｔｏ−ｏｐｔｉｃ　Ｄｏｖｅ　Ｐｒｉｓｍ（ＡＯＤＰ）（音響光学ドーブプリズム（ＡＯＤＰ）を用いた超高速の非機械的な画像回転」、Ｏｐｔｉｃｓ　ａｎｄ　Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ　Ｎｅｗｓ、１９９７年１２月刊行
【００２６】
【非特許文献４】
「Ａ　Ｎｅｗ　Ｔｙｐｅ　ｏｆ　Ｌｅｎｓ　ｗｉｔｈ　Ｂｉｎａｒｙ　Ｓｕｂｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ　Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ（バイナリ副波長構造物を有する新型レンズ）」、Ｏｐｔｉｃｓ　ａｎｄ　Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ　Ｎｅｗｓ、１９９７年１２月刊行
【００２７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、回転または並進移動のための光伝送システムで生じる問題に基づき、上述の欠点を示すことなく、特に低コストで高い品質の伝送で多数のチャネルに関して問題を克服することができる。
【００２８】
【課題を解決するための手段】
この問題に対する本発明の１つの解決法は、請求項１に定義されている。本発明の改良は、従属請求項の対象である。
【００２９】
先行技術に対応する解決法はすべて、適切な調整によって高い品質の伝送を高精度で実現しようとするか、または他方、低い品質の伝送で簡単な調整を実現しようとするものである。本発明の装置は、簡単な調整で高精度および高い品質の伝送を兼ね備えている。
【００３０】
これは、マイクロ光学システムとしての光学構成要素の構造によって実現される。マイクロ光学システムは、一様な工程によって一構成部品から製作される。したがって、マイクロ光学構成要素は、異なる副機能がそのような一様な工程によって正確に生成される多機能装置である。複数の機能の統合の実例としては、たとえば、さまざまなレンズまたはレンズおよび機械的ファイバマウントの組合せを備えたレンズアレイがある。この目的に適した工程および製作技術の実例は、Ｌｉｇａ、レーザ描画などである。これらは、半導体技術またはマイクロシステム技術から採用されることが多く、またはこれらのプロセスにそれぞれ関連している。したがって、複数の部分構成要素または機能部品を最大の精度で、１工程において製作することができる。
【００３１】
マイクロ光学システムの利用は、一方では一様な全体工程によって、許容差の広がりを防止するだけにすぎないこと、他方では、投影される面積の減少が光路を削減すること、および許容差に対する感度を低下させることができることに特に基づいている。
【００３２】
先行技術に対応する伝送システムにおいて、光学構成要素は、個別のレンズの研削および研磨のような従来の光学製作工程によって個々に製作される。次に、このようにして製作されたレンズは、コリメータを形成するために、たとえば、フェルール中のガラスファイバと共に構成される。そのような従来の製作技術において、個別の工程ステップの許容差が加味される。これらの許容差としては、レンズの輪郭の収差、寸法の許容差、コリメータにおけるレンズの位置誤差、レンズに対するガラスファイバの位置の許容差、フェルールの許容差、送信器におけるフェルールの位置の許容差が挙げられる。
【００３３】
対照的に、本発明の実施形態において、さまざまな許容差は、工程の仕様によって正確に定義され、既に再現可能である。たとえば、個々の光学システム間の距離は、リソグラフィ工程において最小の許容差で不変に予め決定される。この状況では、次の組立てまたは調整は、一切変化しない。最小限に抑えることは可能であるが完全に排除することができない一定の工程に依存する収差および許容差は、処理全体を通じて一定である。たとえば、レンズに対するシフトを有するガラスファイバの配置によって生じる光学システムの斜視は、すべての光学システムにおいて等しいため、全体のシステムの簡素な調整によって補償することができる。対照的に、個別に製作される構成要素に関して、異なる方向の異なる程度の斜視が存在するため、個別の調整によってのみ補償することができる。
【００３４】
マイクロ光学システムとしての本発明の構成では、投影されるシステム全体の面積を大部分は２次以上削減することができる。したがって、対応して、減少回転素子の断面積および長さを削減することができる。その結果、より短い光路が形成され、より高い品質の伝送のほか、機械的許容差に対するより低い感度も実現される。結論として、本発明の装置の利点は、以下のようにまとめることができる。
・マイクロ技術は、個々の素子の組み立ての場合に可能ではないと推測される精度で、これらの構成要素を製作することができる。個別の製作許容差の追加を防止することができる。構造素子間の距離は、最小の許容差によって予め決定される。
・マイクロ技術の高い位置決め精度のために、中心嵌合部を備えた構成要素の外側の輪郭を製作することが可能であることから、回転軸に対する位置をシステム全体への集積時間によって調整する必要はない。
・調整対象である個々の光学素子が少数であるために（すなわち、据付ねじ、調整フランジもより少数である）、製作コストが削減されると同時に、信頼性が増大する。
・入力側および出力側における光学システム（準）モノリシック構造に関して、個別のチャネルの複雑かつ費用の嵩む調整動作は、省略されるか、または構成要素の製作の範囲内と考えられることができる。
・明確により少数の形状は、たとえば、減少回転素子、軸受、歯車などのより費用のかからない機械部品を利用することができ、個々のコストを節約することができる。
・結果として、システム全体も実質的により小さい寸法に実現される。これは、多数の新たな用途を開拓する。
・マイクロ技術における柔軟な製作方法は、必要な数のチャネル、チャネルの光学品質に容易に適合させることができる。
・１，３００ｎｍを上回る光波長の範囲で動作する将来に向けた高速のビット速度のシステムの場合には、マイクロ構造にきわめて適しており、かつ高い屈折率のためにきわめて優れた光学特性を示すシリコン構成要素を用いることができる。
・一般的に削減された寸法のために、必要な自由光路が短くなり、この措置に伴い、伝送の損失も小さくなる。
【００３５】
当然のことながら、伝送システムを作成するために、本発明の技術を従来の製作技術と組み合わせることも可能である。本発明によれば、マイクロシステム技術において、広帯域データ伝送用の複数のチャネルを実現することができると同時に、例えば、従来の工程における合成光導体ファイバを用いて、より低い要求を伴う追加のチャネルを製作することもできる。伝送システムの一方にはマイクロ光学構成要素を用い、他方には従来の構成要素を用いることも同様に考えられる。たとえば、プラグ内の静止構成要素間の信号伝送に、本願明細書に記載された光学構成要素を何ら問題を生じることなく、用いることもできる。
【００３６】
本発明の特に好都合な実施形態において、ビーム誘導素子またはビーム形成素子は、少なくとも１つの能動または受動光学素子を含む。したがって、この実施形態は、たとえば、誘導される光導体ファイバ用のマウントのような間接的なビーム伝導または形成のほか、たとえばマイクロレンズを介する直接的な伝導も行うことができる。間接的および直接的なビーム伝導または形成用の手段を組み合わせた実施形態は、特に好都合である。スプラインシステムとして実現されることができる光導体ファイバのマウントと、平行化または集光のために、ファイバ端部の光路下流に配置されるマイクロレンズの組合せは、理想的な態様において、単独の装置に本発明の伝送システムの光学機能のすべてを実装するために適している。この装置の一構成部品が、各稼動装置に設けられる。同様に、この機能は、背後に配置されるレンズを備えたレーザダイオードのような能動素子によって実現されることができる。マイクロ機械アクチュエータを備えた能動素子も用いることができる。以下の特別な実施形態は、何ら問題を生じることなく、本願明細書で実現されることができる。
・レンズアレイ：複数のレンズは、支持材に当てはめられる（たとえば、一般的なマイクロ技術であるエッチングまたはスタンピングなどの製作工程によって、フレネル構造物として製作される従来の屈折および回折構造物）、たとえば、平行化または集光によって所期の放射を形成し、偏向する。
・一構成部品（準モノリシック）から製作される高精度ファイバレンズアレイブロック：スプラインは、シリコン部材に機械加工される。スプラインに関連するレンズ素子も同様である。
【００３７】
本発明の別の有利な実施形態において、たとえば、受動光学素子は、個別のレンズであってもよい。これは、たとえば、単独の完全なマイクロ光学コリメータを形成するために、光導体ファイバを固着するための手段によって好都合に結合されることができる。次に、任意の数のマイクロ機械高精度嵌合によって、このようなマイクロアセンブリを連続的に配置することができる。受動光学素子はレンズアレイからなることも同様に可能である。このようなレンズアレイは、１次元の好ましくは直線アレイを構成することができる。２次元のレンズアレイは、空間を節約するため、きわめて好都合である。たとえば、互いに対して側方に移動するとしても、円形または四角形のマトリクスに配置されることができる。実質的な利点を有する３次元アレイも実現することができる。さらに、光導波路、特に光導体ファイバ用の受動光学素子状のガイドも、設けることができる。これらは、１次元、２次元または３次元の構成を等しく有することができる。
【００３８】
本発明の別の好都合な実施形態は、集積型能動光学素子を備えている。これらは、たとえば、発光ダイオード、レーザダイオードまたはフォトダイオードであってもよい。
【００３９】
本発明のさらに有利な実施形態によれば、能動または受動素子は、一構成部品から同様に製作される。たとえば、レンズまたはファイバマウントとレーザダイオードの一体組合せは、すべての重要な機能が単独の装置に集積されるため、特に興味深い。
【００４０】
本発明の別の好都合な実施形態は、結合または分離構成要素のガイドと共に、一構成部品に製作されるレンズのようなビーム誘導素子またはビーム形成素子を具備する。
【００４１】
本発明のさらに有利な実施形態は、第１の構造物におけるビーム誘導光学素子またはビーム形成光学素子の集積を提供する。結合素子または分離素子は、第２の構造物に集積され、両方の構造物が確実固定素子によって互いに対して正確に整列される。高精度のピッチ（レンズ間の距離）を有するレンズアレイは、ファイバ、受信器または送信器から形成されるアレイに固定取付けされ、位置合わせは、確実固定素子によって、たとえば、スペーサとしてのオプティカルフラット（フラットの焦点距離と直ちに適合されることができるレンズ支持材の厚さ）および位置決め用の誘導ファイバグルーブ、または別の形態で実現される確実固定手段（特許文献１０参照）のいずれかによって、実現される。
【００４２】
本発明の別の好都合な実施形態において、ビーム誘導光学素子またはビーム形成光学素子は、第１の構造物に集積される。結合素子または分離素子は、第２の構造物に集積され、互いに対して両方の構造物を位置合わせした後、固定することができる。このように、たとえば、結合または分離構成要素は、レンズとの適合によって位置決めされるか、またはその逆である。したがって、位置の相互交換仕様は、製作において想定される。このために、さまざまな選択肢が利用可能である。
・個別のファイバが、レンズアレイの背後に個別に配置され、接着剤によって固着される（この調整態様はまた、さまざまな特許に説明される。特に特許文献１１参照）。
・露光は、ファイバの位置を決定する。関連するレンズの焦点による位置合わせによって、ファイバガイドは、たとえば、エキシマレーザで動作するマイクロ処理技術（相互の位置決めに関する限り、平行ビームによるレンズアレイの照射は、レンズに対する理想的な位置決めにおける焦点を生成する）によって、ファイバ用に個別に穿孔される。
・露光は、レンズの位置を決定する。レンズ用のエッチングマスクを適切な位置に生成するため、レンズ用のエッチングマスクは、ファイバアレイのファイバを介して露光される。
・ファイバは、マイクロ機械アクチュエータ素子、すなわち能動調整によって、最適であるように正確に位置決めされる（たとえば、「Ｃｒｏｎｏｓ　３Ｄ　Ｆｉｂｅｒ　Ａｌｉｇｎｅｒ」）。これは、回転変調に関する高い要件の場合には、次の固定によって一度で、または連続的に実行される。
【００４３】
本発明の別の好都合な実施形態によれば、ビーム誘導光学素子またはビーム形成光学素子は、第１の構造物に集積される。結合素子または分離素子はそれぞれ、第２の構造物に集積され、両方の構造物は互いに対して連続して調整可能である。この条件に関して、特に、連続または周期的な変動も補償することが可能である。この形態の調整は、たとえば、互いに対してアレイを移動するマイクロ機械アクチュエータによって、またはたとえば圧電セラミック素子などのマクロ機械アクチュエータによって実現されることができる。
【００４４】
本発明のさらなる好都合な実施形態によれば、ビーム誘導光学素子またはビーム形成光学素子は、第１の構造物に集積される。結合素子または分離素子はそれぞれ、第２の構造物に集積され、製作において一方の構造物が他方の構造物に適合している。したがって、第１の構造物が製作され、第２の構造物が、許容差が最小となるように第１の構造物とぴったり合うように製作される。
【００４５】
本発明の別の好都合な実施形態において、ビーム誘導光学素子またはビーム形成光学素子は、第１の構造物に集積される。結合素子または分離素子はそれぞれ、第２の構造物に集積される。ここでは、両方の構造物は、互いに対して１次元アレイまたは多次元アレイとして構成される。
【００４６】
アレイにおける配置のために、すべてのチャネル（２−ｎ）に関して、３つの軸に沿った結合素子または分離素子のそれぞれとレンズの完全な相互調整によって、以下のことが確実となる。
・アレイの間隔
・レンズの焦点位置
・光軸に直交する２つの軸に沿った両方のアレイにおけるビーム形成の位置合わせ
・個別の位置決めの場合には、回転の機械的な軸または互いに対する個別のビームの光軸の平行度
・ビームの配向
正確な調整のためには、完全な第２アレイの調整が必要なだけである。別法によれば、これらのアレイの１つは、他の構造物の対応する構成要素に対する構成要素の位置の適合のために、その構成要素に個別のアクチュエータ素子を備えている。
【００４７】
本発明の別の有利な実施形態において、ビーム誘導光学素子またはビーム形成光学素子は、光活性媒体である。この媒体は、レンズの投影特性が、結合素子または分離素子による放射に応じて適切に順応するように設計されている。
【００４８】
本発明のさらなる特に好都合な実施形態によれば、少なくとも１つのチャネルが軸の外側に伝送される場合には、減少回転システムが設けられる。
【００４９】
本発明の好都合な改良は、能動光学素子が減少回転システムとして用いられる条件にある。この素子は、光学特性の変化によって減少回転を生成し、回転に関して機械的に移動させる必要がないように設計されている。本発明のこのような改良は、追加の軸受構成要素および歯車構成要素を省略することによって、空間および重量をさらに節約することができるという利点と、可能であれば、光学素子の適合性のために、調整問題を低減することもできるという利点と、を呈する。
【００５０】
本発明の別の好都合な実施形態において、光活性媒体は、減少回転用の能動光学素子として用いられる。したがって、減少回転は、入射光による制御下で実現される。光活性材料において、投影特性は、結合素子または分離素子からの放射に応じて、自動的に設定される。本願明細書では、「精度」は、むしろ位置ずれに対して不活性でもある自己適応システムによって実現される。減少回転システムは、その光学特性が、伝送される光信号に関する放射に応じて変化される光活性結晶の形態で実現される。これらの信号が重ね合わせられる場合には、屈折率分布（放射に応じた屈折率の変化）が結晶に形成され、すべての結合されるチャネルの光を最適な方法で受け入れチャネルの中に確実に結合することができる。ファイバ間のこの効果がそれ自体として信号を決定するため、たとえば、結晶における投影の変化、個別のチャネルの位置および方向に関する変化は、伝送の品質のほか、システムが連続的に再順応することを意味する結晶の投影特性の適応性における劣化を生じることはない。したがって、光活性素子がこの回転を伴う必要がない間、たとえば、受信側に対する送信側の回転が役割を担うわけではない。任意の別の制御信号を外部から供給する必要がないため、この解決法は特に好都合である。言い換えれば、このシステムは、比較的受動的である。そのような「ニューロン光学システム」が発表されている（非特許文献２参照）。
【００５１】
この技術はまた、入力構成要素と出力構成要素との間の単独の光学素子によって、ビーム形成、方向決定、光学的減少回転の機能を実現することができると推測される。
【００５２】
本発明のさらなる実施形態によれば、音響光学ドーブプリズムが、減少回転用の能動光学素子として用いられる。ドーブプリズムのような反転素子の投影特性は、それらの間にある２つの音響光学ビーム偏向器および円筒凹面鏡によって元に戻される。したがって、この素子は静止しており、光ビームの回転は、周期的に変化する光ビームの適用によって誘発される。そのような偏向器システムが発表されている（非特許文献３参照）。
【００５３】
本発明のさらなる実施形態は、減少回転システムとして受動光学素子のために提供される。この素子は、その光学投影機能によって減少回転を実現するために、主な移動に沿った回転を必要としない。
【００５４】
本発明の別の実施形態において、受動光学素子が反転している減少回転システムとして用いられる。したがって、主な回転の角速度の２分の１の速度でこの素子を回転する必要がある。減衰における低い変動の低い要件の場合には、（ドーブプリズム、反転光ファイバ管路などの既知の設計の１つにおける）減少回転システムの反転光学素子を「能動的に調整」することができる。動作中、次の固定および連続的に関していずれも１回である。これは、制御ループによる連続調整の場合には、再制御される圧電アクチュエータのようなきわめて感度のよいアクチュエータ素子によって実現されてもよい。
【００５５】
回転軸に対する理想的な調整を備えたファイバ／レンズアレイの場合であっても、反転光学素子の製作における機械的な許容差（たとえば、ドーブプリズムにおける回折フランクの角度精度または２つの構成要素の固定化によるシュミット・ぺシャンプリズムにおいて生じる不正確さ）のために、またはよい結果を任意に実現することができない回転軸に対する反転素子の光軸の調整のために、焦点のタンブリング移動を生じる可能性があるため、ある種の用途では減衰における許容可能ではない変動が生じると推測される。さらに安定した信号も、能動的に支持される反転光学素子による回転（可能であれば最小限の変動の減衰）によって実現することが可能である。機械的な粗雑な調整に加えて、素子または回転ファイバ／レンズアレイの回転の機械的な軸とそれぞれ一致するような高い感度で、プリズムの光軸に設定するために、素子は、少なくとも１つの圧電アクチュエータ素子および関連する対向する支持材を用いて、両側（回転子側および固定子側）に取付けられると推測される。
【００５６】
圧電アクチュエータは、第一に、調整ネジより移動に対してはるかに高い感度を実現することができるという利点を伴う。したがって、一度プリズムの実際の光軸を回転軸と位置合わせし、この位置に固定することも可能である。特に要求の多い用途に関して、減衰の変動が依然として広い場合には、回転中も適応するように、連続的に調整を制御することが可能であるため、残る軸受の遊び、歯車の遊びまたはファイバ／レンズアレイのごくわずかに残る位置ずれの影響を補正することが可能である。したがって、アレイにおけるファイバが常に、最大範囲までのレンズの焦点に当たるように、圧電アクチュエータ素子は制御ループによって制御される。個別のファイバの調整に比べて、この変形は、ごく少数のアクチュエータ素子を必要とするという利点、より大きな寸法でこれらの素子を製作することができるという利点、各チャネルを個別に行うのではなく、１つのチャネルのみが制御ループに問い合わせる必要があるという利点を示す。さらに、更なる情報を伝送しない個々のチャネルは、制御のために専用に用いられてもよい。
【００５７】
大量製作に関する限り、プリズムまたはレンズの屈折面をフレネル構造物または回折構造物でそれぞれ交換することによって、減少回転システムの反転光学素子のサイズは、わずかに短いか、または簡素にすることができる。そのようなシステムの例示が発表されている（非特許文献４参照）。
【００５８】
本発明は、一般的な発明の概念を一切制限することなく、図面と共に、例示の実施形態によって以下に説明される。
【００５９】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の一般的な実施形態を示しており、例として、間に配置された減少回転素子（１２）を備えた第１のコリメータブロック（１ａ）および第２のコリメータブロック（１ｂ）が、回転軸（１４）を中心にした回転のために配置されている。光導体ファイバ（３ａ，３ｂ）が、マイクロ光学構成要素として設計される個別のコリメータブロックに誘導されている。適切に集積されたレンズシステムが、平行なライトペンシル（１３ａ，１３ｂ）を作成するために用いられる。ライトペンシルは、個別の他のコリメータブロックに減少回転素子（１２）によって投影される。
【００６０】
図２は、モノリシックコリメータブロック（１）の具体的な図である。レンズ（２）のほか、ファイバ（３）を受け入れるマウント（図示せず）が、このブロックに集積される。ファイバは、ファイバマウントによって予め決定された位置に締付けブロック（４）によって固着、すなわち機械的に固定される。
【００６１】
図３は、後部から見た図２による開放されたコリメータブロック（１）を示している。ここでは、ファイバマウントは、２つの部分からなる形態に設計される。たとえば、第１のＶ字形溝（１８）はコリメータブロックに直接設けられ、締付けブロックにおける第２の溝（１９）に対応している。ファイバ（３）は、これらの２つの溝間に保持される。
【００６２】
図４は、マイクロ光学コリメータシステムの修正された実施形態を示している。この設計において、レンズアレイの第１の溝（８）およびファイバアレイの第２の溝（７）は、個別に集積されるレンズ（２）を含むレンズアレイ（５）およびファイバ用の誘導溝（１１）を含むファイバアレイ（６）との間に、正確に位置決めするために設けられている。たとえば、ダウエルピンまたは適切なファイバも、取付けのために開口部に挿入される。
【００６３】
図５は、関連する位置決め素子を備えたファイバマウント（９）が、ファイバ（３）の正確な位置決めのために設けられる構成を示している。そのような位置決め素子は、マイクロモータ、ファイバアライナおよび他の手段であってもよい。
【００６４】
最後に、図６は、挟むようにして他の誘導溝板の上に積み重ねられる誘導溝板から構成されるファイバアレイ・サポート（１０）を含むアレイを示している。個別の誘導溝（１１）は、Ｖ字型であれば好ましく、Ｕ字型に設計されてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一般的な実施形態を示す。
【図２】モノリシック・コリメータ・ブロックを示す。
【図３】モノリシック・コリメータ・ブロックの構造図である。
【図４】確実固定接続によるアレイ位置決め動作を示す。
【図５】位置決め素子を備えたファイバマウントを示す。
【図６】２次元アレイの図である。
【符号の説明】
１ａ　第１のコリメータ・ブロック
１ｂ　第２のコリメータ・ブロック
２　レンズ
３ａ　光導体ファイバ
３ｂ　光導体ファイバ
４　締付けブロック
５　レンズアレイ
６　ファイバアレイ
７　第２の溝
８　第１の溝
９　ファイバマウント
１０　ファイバアレイ・サポート
１１　ファイバ用の誘導溝
１２　減少回転素子
１３ａ　ライトペンシル
１３ｂ　ライトペンシル
１４　回転軸
１８　第１のＶ字形溝
１９　第２の溝

Claims (18)

1. 信号伝送中に、互いに対する回転または並進において移動可能な少なくとも２つの部品の間で、これらの部品のそれぞれに設けられたビーム誘導素子またはビーム形成素子を用いて、光信号を伝送するための装置であって、
   これらの素子の少なくとも１つがマイクロ光学構成要素として構成されることを特徴とする装置。
2. 前記ビーム誘導素子または前記ビーム形成素子が、少なくとも１つ能動または受動光学素子を含むことを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 前記受動光学素子が、個別のレンズ、レンズアレイまたは光導波路および特に光誘導ファイバ用のガイドを備えることを特徴とする請求項２に記載の装置。
4. 前記能動光学素子が、レーザダイオードまたはフォトダイオードのような送信器または受信器を個別に備えることを特徴とする請求項２または３に記載の装置。
5. 前記能動素子または受動素子が、一構成部品から同様に機械加工されてい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。
6. 前記ビーム誘導素子または前記ビーム形成素子が、結合構成要素または分離構成要素のためのガイドと共に、一構成部品から製作されてい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。
7. 前記ビーム誘導光学素子または前記ビーム形成光学素子、および前記結合構成要素または前記分離構成要素が、確実固定素子によって互いに対して正確に位置合わせされる２つの分離構造物であ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。
8. 前記ビーム誘導光学素子または前記ビーム形成光学素子、および前記結合構成要素または前記分離構成要素が、互いに対して調整され、次にこの位置で固定される２つの分離構造物であ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。
9. 前記ビーム誘導光学素子または前記ビーム形成光学素子、および前記結合構成要素または前記分離構成要素が、互いに対して連続的に調整される２つの分離構造物であることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の装置。
10. 前記ビーム誘導光学素子または前記ビーム形成光学素子、および前記結合光学素子または前記分離構成要素が、製作時に一方が他方に対して適合される２つの分離構造物であることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の装置。
11. 前記ビーム誘導光学素子または前記ビーム形成光学素子、および前記結合構成要素または前記分離構成要素が、動作時に一方が他方に対して連続的に適合される２つの分離構造物（アレイ）であり、このことが、たとえば、結合素子または分離素子の位置が各素子のために個別に最適化されることを意味することを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の装置。
12. 前記ビーム誘導光学素子または前記ビーム形成光学素子が、光活性媒体であり、レンズアレイの投影特性が、前記結合素子または前記分離素子による放射のために、個別に適切に形成されていることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載の装置。
13. 少なくとも１つのチャネルが軸の外側に伝送される場合には、減少回転光学システムが設けられていることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１項に記載の装置。
14. 能動光学素子が、その光学特性の変化によって減少回転を生成し、回転させる必要もない減少回転システムとして作用することを特徴とする請求項１〜１３のいずれか１項に記載の装置。
15. 光活性媒体が、減少回転用の能動光学素子として設けられていることを特徴とする請求項１〜１４のいずれか１項に記載の装置。
16. 音響光学ドーブプリズムが、減少回転用の能動光学素子として設けられていることを特徴とする請求項１〜１５のいずれか１項に記載の装置。
17. 受動光学素子が、その光学投影機能によって減少回転を実現し、回転させる必要もない減少回転システムとして設けられていることを特徴とする請求項１〜１６のいずれか１項に記載の装置。
18. 受動光学素子が、反転しており、かつ２分の１の角速度で回転される減少回転システムとして用いられていることを特徴とする請求項１〜１７のいずれか１項に記載の装置。