JP2005049693A - 光伝送体および光伝送モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】 出射光の強度分布の平坦度がより優れた光伝送体および光伝送モジュールを提供する。
【解決手段】 光伝送モジュール１は光源１０および光伝送体２０を備える。光源１０は、光を発散光として出力する。光伝送体２０は、光エネルギ伝送用のものであって、光源１０から出力された光を入射端２１に入力し、この入力した光を光伝送領域２２に閉じ込めて伝送して、その伝送した光を出射端２３から外部へ出力する。光軸に垂直な光伝送体２０の光伝送領域２２の断面の形状と、この断面形状の重心を中心にして該断面形状を回転させたときの形状との、重なり率の最小値は、０.９３以下である。
【選択図】 図１

Description

本発明は、光を光伝送領域に閉じ込めて伝送する光伝送体、および、このような光伝送体と光源とを含む光伝送モジュール、に関するものである。

光を伝送する光ファイバ等の光伝送体は、信号光を伝送して情報を送受信する為に用いられるだけでなく、光エネルギを伝送する為にも用いられる。例えば、特許文献１に開示されたインクジェットプリンタは、インクジェット記録ヘッドから吐出させた光硬化型インクを印刷媒体に着弾させ、その着弾地点に紫外光を照射して光硬化型インクを硬化させるものであって、その紫外光を照射位置に導くために光ファイバを用いている。すなわち、インクジェットプリンタ本体とは別に紫外光発生部を設けて、この紫外光発生部で発生した紫外光を光ファイバによりインクジェット記録ヘッドの近傍位置まで伝送し、その光ファイバの先端から出射した紫外光を光硬化型インクの着弾地点に照射して、光硬化型インクを硬化させる。
特開２００２−１４４５５５号公報

上記のように光伝送体により光エネルギを伝送して該光伝送体の先端から光を出射して照射する場合には、或る一定の照射範囲内に出来る限り均一かつ高効率に光を照射することが望まれる。すなわち、光伝送体の先端から出射する光の光軸に垂直な或る平面において、或る一定範囲内に出射光の殆どが照射され、その一定範囲内で光強度分布が出来る限り平坦であることが望まれる。

しかしながら、実際には、光伝送体として光ファイバを用いた場合、その光ファイバの先端から出射する光の強度分布は、ガウシアン分布に類似のものであり、平坦度が不充分である。

本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、出射光の強度分布の平坦度がより優れた光伝送体および光伝送モジュールを提供することを目的とする。

本発明に係る光伝送体は、光を光伝送領域に閉じ込めて伝送するエネルギ伝送用のものであって、光軸に垂直な光伝送領域の断面の形状と、この断面形状の重心を中心にして該断面形状を回転させたときの形状との、重なり率の最小値（以下「最小重なり率」という。）が０.９３以下であることを特徴とする。より好適には最小重なり率は０.８３以下である。この光伝送体では、一方の入射端に入力した光は、光伝送領域に閉じ込められて伝送され、他方の出射端から外部へ出力される。光伝送領域の断面形状が上記要件を満たしていることから、光伝送体の出射端から出力される光は、強度分布の平坦度がより優れたものとなり得る。また、断面形状が正方形または長方形であれば、製造が容易である点で好適である。

本発明に係る光伝送体は、主成分が石英ガラスであり、その石英ガラスの何れかの領域に屈折率を変化させる添加物が添加されて光伝送領域が形成されているのが好適である。光伝送領域（コア領域）に添加物としてＧｅが添加されていてもよいし、光伝送領域の周囲の領域（クラッド領域）に添加物としてＦが添加されていてもよい。クラッド領域にＦが添加される場合には、コア領域が純石英ガラスであってもよいので、光伝送損失の低減に有効である。また、光伝送領域の周囲の領域（クラッド領域）に対する光伝送領域（コア領域）の比屈折率差が１％以上であるのが好適であり、この場合には、光伝送体の入射端へ入射する光の開口数ＮＡを大きくすることができる。

本発明に係る光伝送体は、光伝送領域が中空の領域であり、この中空領域の内壁面に反射膜が形成されているのも好適である。このような光伝送体は、光を低損失で伝送することができる。また、モールド成形体であれば、製造が容易である。

本発明に係る光伝送体は、光伝送領域により伝送される光の位相をランダム化する位相ランダム化手段を備えるのが好適である。位相ランダム化手段は、光伝送領域の何れかの端面に形成された凹凸部を含み、この凹凸部を経て光を光伝送領域に入射させることで、該光の位相をランダム化するものであってもよい。また、位相ランダム化手段は、光伝送領域の何れかの部分に形成された屈折率不均一部を含み、この屈折率不均一部に光を通過させることで、該光の位相をランダム化するものであってもよい。このような位相ランダム化手段を設けることにより、光伝送体の出射端から出射される光の平坦度を更に改善することができる。

本発明に係る光伝送体は、ファイバ形態を有するのが好適であり、この場合には、通常の光ファイバを製造する場合と同様に母材を線引きすることで製造することができて容易に長尺化することができ、また、可撓性が優れる。

本発明に係る光伝送体は、アレイ状に設けられた複数の光伝送領域を備えるのが好適であり、この場合には、集積化が可能である。

本発明に係る光伝送モジュールは、(1) 光を出力する光源と、(2) この光源から出力された光を入射端に入力し、この入力した光を光伝送領域に閉じ込めて伝送して出射端から出力する上記の本発明に係る光伝送体と、を備えることを特徴とする。さらに、光伝送体の入射端に入力する光の開口数をＮＡとし、光伝送体の長さをＬとし、光伝送領域の最小幅をｄとしたときに、これらから求められるパラメータ値（ＮＡ×Ｌ／ｄ）が０.８以上であることを特徴とする。或いは、光伝送体の入射端に入力する光の波長をλとし、その入力する光の開口数をＮＡとしたときに、これらから求められるパラメータ値（λ／ＮＡ）が４.５μｍ以下であることを特徴とする。或いは、光伝送体の入射端に入力する光の波長をλとし、光伝送領域の比屈折率差をΔｎとしたときに、これらから求められるパラメータ値（λ／Δｎ）が２１０μｍ以下であることを特徴とする。或いは、光伝送体の入射端に入力する光の波長をλとし、光伝送領域の断面形状の最小幅をｄとしたときに、これらから求められるパラメータ値（ｄ／λ）が１０以上であることを特徴とする。この光伝送モジュールでは、光源から出力された発散光は、光伝送体の入射端に種々の入射角で入射し、光伝送体の光伝送領域に閉じ込められて伝送され、光伝送体の出射端から外部へ出力される。そして、光伝送体の出射端から出力された光は、強度分布の平坦度がより優れたものとなる。

本発明に係る光伝送モジュールは、光源と光伝送体との間に設けられ、光源から出力された光を光伝送体の光伝送領域の入射端に集光して、この光を光伝送領域に入射させる集光光学系を更に備えるのが好適である。この場合には、光源から出力された光は、集光光学系により光伝送体の入射端に集光されて、光伝送体の入射端に種々の入射角で入射し、光伝送体の光伝送領域に閉じ込められて伝送され、光伝送体の出射端から外部へ出力される。

本発明に係る光伝送モジュールは、(1) 光源と光伝送体との間に設けられ、光源から出力された光を入射端に入力して伝送し、この光を出射端から出力する光ファイバと、(2) この光ファイバと光伝送体との間に設けられ、光ファイバの出射端から出力された光を光伝送体の光伝送領域の入射端に集光して、この光を光伝送領域に入射させる集光光学系と、を更に備えるのが好適である。この場合には、光源から出力された光は、光ファイバにより伝送されて光ファイバの出射端から出力され、その後に集光光学系により光伝送体の入射端に集光されて、光伝送体の入射端に種々の入射角で入射し、光伝送体の光伝送領域に閉じ込められて伝送され、光伝送体の出射端から外部へ出力される。

本発明に係る光伝送モジュールは、(1) 光源と光伝送体との間に設けられ、前期光源から出力された光を集光する集光光学系と、(2) この集光光学系と光伝送体との間に設けられ、集光光学系により集光された光を入射端に入力して伝送し、この光を出射端から出力し、この出力した光を光伝送路の入射端に入射させる光ファイバと、を更に備えるのが好適である。この場合には、光源から出力された光は、集光光学系により光ファイバの入射端に集光されて光ファイバに入射し、光ファイバにより伝送された後に光伝送体の入射端に種々の入射角で入射し、光伝送体の光伝送領域に閉じ込められて伝送され、光伝送体の出射端から外部へ出力される。ここで、光ファイバの出射端と光伝送路の入射端とが融着接続されているのが好適であり、この場合には、この接続点における接続損失が低減される。

本発明に係る光伝送モジュールは、光伝送体の出射端から出力された光を入力して、この光のニアフィールドパターンを結像する結像光学系を更に備えるのが好適である。この場合には、光伝送体の出射端から出力された光は結像光学系に入力して、この結像光学系により、光伝送体の出射端における光の強度分布に応じた像が結像面上に形成される。

本発明に係る光伝送モジュールは、光を出力する光源と、この光源から出力された光を入射端に入力し、この光を光伝送領域に閉じ込めて伝送して出射端から出力する光伝送体と、を備えることを特徴とする。さらに、光伝送体の出射端から出力される光の光軸に垂直な何れかの面における光強度分布について、ピーク強度の８０％以上の光強度である範囲の幅をＷ₈₀とし、ピーク強度の５０％以上の光強度である範囲の幅をＷ₅₀としたときに、これらの比（Ｗ₈₀／Ｗ₅₀）が０.５６７より大きいことを特徴とする。或いは、光伝送体の出射端における光伝送領域の断面内の光強度分布について、最大光強度をＦ_maxとし、最小光強度をＦ_minとしたときに、これらから求められるパラメータ値（(Ｆ_max−Ｆ_min)／Ｆ_max）が０.３以下であることを特徴とする。これらの光伝送モジュールでは、光伝送体の出射端から出力される光は、強度分布の平坦度がより優れたものとなる。

本発明に係る光伝送体および光伝送モジュールは、出射光の強度分布の平坦度をより優れたものとすることができる。

以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

（第１実施形態）
先ず、本発明に係る光伝送モジュールの第１実施形態について説明する。図１は、第１実施形態に係る光伝送モジュール１の構成図である。この図は、光軸に垂直な方向に光伝送モジュール１を見た図である。この図に示される光伝送モジュール１は、光源１０および光伝送体２０を備える。光源１０は、光を発散光として出力するものである。光源１０として例えばレーザダイオードや発光ダイオード等が好適に用いられる。この光源１０の光出射端は、光伝送体２０の入射端２１に略密着して配置されている。光伝送体２０は、光エネルギ伝送用のものであって、この光源１０から出力された光を入射端２１に入力し、この入力した光を光伝送領域２２に閉じ込めて伝送して、その伝送した光を出射端２３から外部へ出力する。

図２は、光伝送体２０の説明図である。同図（ａ）は、光軸方向に光伝送体２０を見た図であり、同図（ｂ）は、光軸に垂直な方向に光伝送体２０を見た図である。この図に示されるように、光伝送体２０の長さ（光の伝送方向に沿った長さ）をＬとし、光伝送領域２２の断面形状の最小幅をｄとする。また、光伝送体２０の入射端２１に入力する光の開口数をＮＡとする。なお、光伝送体２０の入射端２１に入力する光の入射角βが或る角度範囲を有している場合、開口数ＮＡは「ＮＡ＝sinβ」なる式で表される。そして、光伝送体２０は、これらから求められるパラメータ値（ＮＡ×Ｌ／ｄ）が０.８以上であり、より好適には４以上である。このパラメータ値（ＮＡ×Ｌ／ｄ）が値４となる条件の数値例として、光伝送体２０の光伝送領域２２の屈折率が１.４５であるときは、開口数ＮＡが０.１であり、長さＬが２０００μｍであり、最小幅ｄが５０μｍである。

或いは、光伝送体２０の入射端２１に入力する光の波長をλとしたときに、波長λおよび開口数ＮＡから求められるパラメータ値（λ／ＮＡ）が４.５μｍ以下である。このような条件を満たすことで、光伝送体２０の光伝送領域２２を伝送する光が干渉した場合に、その干渉縞の間隔が小さくなる。このパラメータ値（λ／ＮＡ）が４.５μｍとなる条件の数値例として、波長λが０.４μｍであり、開口数ＮＡが０.０９である。

或いは、光伝送領域２２が中空では無くコア領域であって、そのコア領域を取り囲むクラッド領域に対するコア領域の比屈折率差をΔｎとしたときに、波長λおよび比屈折率差Δｎから求められるパラメータ値（λ／Δｎ）が２１０μｍ以下である。このような条件を満たすことで、光伝送体２０の光伝送領域２２を伝送する光が干渉した場合に、その干渉縞の間隔が小さくなる。このパラメータ値（λ／Δｎ）が２１０となる条件の数値例として、波長λが０.４μｍであり、比屈折率差Δｎが０.１９％である。

或いは、光伝送領域２２の断面形状の最小幅ｄおよび波長λから求められるパラメータ値（ｄ／λ）が１０以上である。このように光伝送領域２２の断面形状の最小幅ｄが波長λと比べて充分に大きいことで、光伝送体２０の出射端２３から出力された光は、強度分布の平坦度がより優れたものとなる。

図３は、光伝送体２０の光伝送領域２２の断面形状の説明図である。この図は、光軸方向に見たときの光伝送体２０の光伝送領域２２の断面形状を示し、ここでは該断面形状を矩形として表している。光伝送領域２２の断面形状が基準方位にあるときの状態をＳ₀と表し（同図（ａ））、該断面形状の重心Ｇを中心にして該断面形状を基準状態Ｓ₀から角度θだけ回転させた状態を想定して、これをＳ(θ)と表す（同図（ｂ））。光伝送領域２２の断面形状の面積をＡ₀とし、基準状態Ｓ₀および状態Ｓ(θ)それぞれの断面形状が相互に重なった領域（同図（ｃ）中のハッチング領域）の面積をＡ(θ)とすると、基準状態Ｓ₀および状態Ｓ(θ)それぞれの断面形状の重なり率α(θ)は、「α(θ)＝Ａ(θ)／Ａ₀」なる式で表される。

そして、本実施形態では、角度θを０度から３６０度まで変化させたときの重なり率α(θ)の最小値（最小重なり率α_min）は、０.９３以下とされており、また、より好適には０.８３以下とされている。例えば、光伝送領域２２の断面形状が正六角形であれば、最小重なり率α_minは０.９２８であり、光伝送領域２２の断面形状が正方形であれば、最小重なり率α_minは０.８２８であり、しかも製造が容易である。最小重なり率α_minが０.９３以下（より好適には０.８３以下）であればよく、光伝送領域２２の断面形状は、例えば、長方形や三角形など他の形状であってもよく、また、多角形であっても角が丸くなっていてもよい。

以上のように構成される第１実施形態に係る光伝送モジュール１では、光源１０から出力された発散光は、光伝送体２０の入射端２１に種々の入射角で入射し、光伝送体２０の光伝送領域２２に閉じ込められて伝送され、光伝送体２０の出射端２３から外部へ出力される。そして、光伝送体２０の出射端２３から出力された光は、強度分布の平坦度がより優れたものとなる。

図４は、第１実施形態に係る光伝送モジュール１から出力される光の強度分布を示す図である。この図は、光伝送体２０の出射端２３から出力される光の光軸に垂直な何れかの面（以下「測定面」という。）における光強度分布を示す。同図の横軸は、測定面上にあって光軸と直交する直線（以下「測定直線」という。）上の位置を表す。測定面は、出射端２３の直近の面であってもよいし、出射端２３から所定距離（例えば、光伝送領域２２の断面形状の最小幅の２００倍以下の距離）だけ離れた面であってもよい。

同図に示されるように、ピーク強度の８０％以上の光強度である範囲の幅をＷ₈₀とし、ピーク強度の５０％以上の光強度である範囲の幅をＷ₅₀とする。このとき、これらの比ｆ（＝Ｗ₈₀／Ｗ₅₀）をフラットトップ度と呼ぶ。そして、本実施形態では、フラットトップ度ｆは０.５６７より大きい。なお、測定面上の或る方位（または、或る範囲内の方位）の測定直線においてフラットトップ度ｆが０.５６７より大きければよく、測定面上の全ての方位の測定直線においてフラットトップ度ｆが０.５６７より大きいのが最も好ましい。

或いは、光伝送体２０の出射端２３の面が測定面であるとき、光伝送体２０の出射端２３における光伝送領域２２の断面内の光強度分布について、最大光強度をＦ_maxとし、最小光強度をＦ_minとしたときに、これらから求められるパラメータ値（(Ｆ_max−Ｆ_min)／Ｆ_max）が０.３以下である。このような場合にも、光伝送体２０の出射端２３から出力される光のフラットトップ度ｆが大きい。

図５は、パラメータ値（(Ｆ_max−Ｆ_min)／Ｆ_max）と光伝送体２０の長さＬとの関係を示すグラフである。ここでは、光伝送領域２２は、屈折率１.４５の媒質からなり、断面形状が５０μｍ×５０μｍの正方形であるとした。また、光伝送体２０の入射端２１に入力する光の開口数ＮＡを０.１とした。このグラフから判るように、光伝送体２０の長さＬが長いほど、上記パラメータ値は小さくなり、光伝送体２０の出射端２３における光伝送領域２２の断面内の光強度分布はより均一になる。また、光伝送体２０の長さＬが０.６ｍｍ以上であれば、上記パラメータ値は０.３以下となる。また、光伝送体２０の長さＬが０.９ｍｍ以上であれば、上記パラメータ値は非常に小さくなる。

なお、光源１０へ供給される電圧および電流が一定であって光源１０の温度が一定であるとき、時間の経過に依らずに、上記フラットトップ度ｆが０.５６７より大きいのが好適であり、上記パラメータ値（(Ｆ_max−Ｆ_min)／Ｆ_max）が０.３以下であるのが好適であり、また、光伝送体２０の出射端２３から出力される全ての光の強度の変動が±１０％以下であるのが好適である。これらの場合には、光伝送体２０に大きな外乱が加えられない限り、光伝送体２０の出射端２３から安定して光が出力される。

次に、本実施形態に係る光伝送体２０の好適な構成例として、光伝送体２１０，２２０，２３０，２４０，２５０，２６０，２７０，２８０について、図６〜図１３を用いて説明する。これらのうち、図６〜図９に示された光伝送体は、１つの光伝送領域を有するものであるのに対して、図１０〜図１３に示された光伝送体は、アレイ状に並列配置された複数の光伝送領域を有していて、集積化されている。

図６は、光伝送体２０の第１構成例としての光伝送体２１０の斜視図である。この光伝送体２１０は、全体が石英ガラスを主成分としていて、コア領域（光伝送領域）２１２と、このコア領域２１２を取り囲むクラッド領域２１４とを有している。コア領域２１２の断面形状は矩形であって、クラッド領域２１４の断面形状も矩形である。コア領域２１２およびクラッド領域２１４の双方または何れかに、屈折率を変化させる添加物が添加されている。例えば、コア領域２１２に添加物としてＧｅが添加されるのが好適である。また、クラッド領域２１４に添加物としてＦが添加されているのが好適であり、この場合には、コア領域２１２が純石英ガラスであってもよいので、光伝送損失の低減に有効である。

この添加物の添加により、コア領域２１２の屈折率は、クラッド２１４の屈折率より高くなっている。そして、光伝送体２１０は、入射端２１１に或る入射角で入射した光を、コア領域２１２とクラッド領域２１４との界面で全反射させながらコア領域２１２内に閉じ込めて伝送して、出射端２１３から外部へ出射することができる。クラッド領域２１４に対するコア領域２１２の比屈折率差は１％以上であるのが好適であり、この場合には、入射端２１２へ入射する光の開口数ＮＡを大きくすることができ、上記パラメータ値（ＮＡ×Ｌ／ｄ）を大きくする上で好都合である。

図７は、光伝送体２０の第２構成例としての光伝送体２２０の斜視図である。この光伝送体２２０は、全体が石英ガラスを主成分としていて、コア領域（光伝送領域）２２２と、このコア領域２２２を取り囲むクラッド領域２２４とを有している。コア領域２２２の断面形状は矩形であって、クラッド領域２２４の断面形状は円形であり、この光伝送体２２０はファイバ形態を有している。コア領域２２２およびクラッド領域２２４の双方または何れかに、屈折率を変化させる添加物が添加されている。例えば、コア領域２２２に添加物としてＧｅが添加されるのが好適であり、クラッド領域２２４に添加物としてＦが添加されているのが好適であり、また、クラッド領域２２４に対するコア領域２２２の比屈折率差は１％以上であるのが好適である。

光伝送体２２０は、入射端２２１に或る入射角で入射した光を、コア領域２２２とクラッド領域２２４との界面で全反射させながらコア領域２２２内に閉じ込めて伝送して、出射端２２３から外部へ出射することができる。特に、この光伝送体２２０は、ファイバ形態を有しているので、母材を線引きすることで製造することができて容易に長尺化することができ、また、可撓性が優れる。

図８は、光伝送体２０の第３構成例としての光伝送体２３０の斜視図である。この光伝送体２３０は、断面形状が矩形である中空領域（光伝送領域）２３２を有し、その中空領域２３２の内壁面に反射膜（例えば金属蒸着膜や誘電体多層膜）が形成されている。光伝送体２３０の全体の断面の外形は矩形である。光伝送体２３０は、入射端２３１に或る入射角で入射した光を、反射膜で全反射させながら中空領域２３２内に閉じ込めて伝送して、出射端２３３から外部へ出射することができる。特に、この光伝送体２３０は、光伝送領域が中空であるので、光伝送損失が小さい。また、この光伝送体２３０は、モールド成形体であるのが好適であり、この場合には安価に製造することができる。

図９は、光伝送体２０の第４構成例としての光伝送体２４０の斜視図である。この光伝送体２４０は、断面形状が矩形である中空領域（光伝送領域）２４２を有し、その中空領域２４２の内壁面に反射膜（例えば金属蒸着膜や誘電体多層膜）が形成されている。光伝送体２４０の全体の断面の外形は円形であり、光伝送体２４０はファイバ形態を有している。光伝送体２４０は、入射端２４１に或る入射角で入射した光を、反射膜で全反射させながら中空領域２４２内に閉じ込めて伝送して、出射端２４３から外部へ出射することができる。特に、この光伝送体２４０は、光伝送領域が中空であるので、光伝送損失が小さい。また、この光伝送体２４０は、ファイバ形態を有しているので、母材を線引きすることで製造することができて容易に長尺化することができ、また、可撓性が優れる。なお、線引きする際に母材が加熱溶融されるので、光伝送体２４０の中空領域２４２の断面形状は、母材における中空領域の断面形状が変形したもの（例えば、矩形の角が丸くなった形状）となる場合があるが、上述した最小重なり率α_minが０.９３以下であればよい。

図１０は、光伝送体２０の第５構成例としての光伝送体２５０の斜視図である。この光伝送体２５０は、全体が石英ガラスを主成分としていて、アレイ状に並列配置された４つのコア領域（光伝送領域）２５２ａ〜２５２ｄと、これらを取り囲むクラッド領域２５４とを有している。コア領域２５２ａ〜２５２ｄそれぞれの断面形状は矩形であって、クラッド領域２５４の断面形状も矩形である。コア領域２５２ａ〜２５２ｄおよびクラッド領域２５４の双方または何れかに、屈折率を変化させる添加物が添加されている。例えば、コア領域２５２ａ〜２５２ｄそれぞれに添加物としてＧｅが添加されるのが好適である。また、クラッド領域２５４に添加物としてＦが添加されているのが好適であり、この場合には、コア領域２５２ａ〜２５２ｄそれぞれが純石英ガラスであってもよいので、光伝送損失の低減に有効である。この添加物の添加により、コア領域２５２ａ〜２５２ｄそれぞれの屈折率は、クラッド２５４の屈折率より高くなっている。また、クラッド領域２５４に対するコア領域２５２ａ〜２５２ｄそれぞれの比屈折率差は１％以上であるのが好適である。

図１１は、光伝送体２０の第６構成例としての光伝送体２６０の斜視図である。この光伝送体２６０は、上述した第２構成例の光伝送体２２０と同様の構造を有する４つの光伝送体２２０ａ〜２２０ｄがアレイ状に並列配置されていて、これら光伝送体２２０ａ〜２２０ｄを一括して被覆部２６４が覆ったものである。或いは、ＭＴ型光コネクタ等の樹脂成形体に４つの光伝送体２２０ａ〜２２０ｄが挿入された構成であってもよい。

図１２は、光伝送体２０の第７構成例としての光伝送体２７０の斜視図である。この光伝送体２７０は、各々の断面形状が矩形である４つの中空領域（光伝送領域）２７２ａ〜２７２ｄがアレイ状に並列配置されていて、これらの中空領域２７２ａ〜２７２ｄそれぞれの内壁面に反射膜（例えば金属蒸着膜や誘電体多層膜）が形成されている。光伝送体２７０の全体の断面の外形は矩形である。この光伝送体２７０は、モールド成形体であるのが好適であり、この場合には安価に製造することができる。

図１３は、光伝送体２０の第８構成例としての光伝送体２８０の斜視図である。この光伝送体２８０は、上述した第４構成例の光伝送体２４０と同様の構造（中空の光伝送領域を有し、全体としてファイバ形態を有する構造）を有する４つの光伝送体２４０ａ〜２４０ｄがアレイ状に並列配置されていて、これら光伝送体２４０ａ〜２４０ｄを一括して被覆部２８４が覆ったものである。或いは、ＭＴ型光コネクタ等の樹脂成形体に４つの光伝送体２４０ａ〜２４０ｄが挿入された構成であってもよい。

さらに、本実施形態に係る光伝送体２０は、光伝送領域２２により伝送される光の位相をランダム化する位相ランダム化手段を備えるのが好ましい。例えば、位相ランダム化手段は、光伝送領域２２の入射端面に形成された凹凸部を含み、この凹凸部を経て光を光伝送領域２２に入射させることで、該光の位相をランダム化する。或いは、位相ランダム化手段は、光伝送領域２２の何れかの部分（例えば、入射端面や伝送経路の途中）に形成された屈折率不均一部を含み、この屈折率不均一部に光を通過させることで、該光の位相をランダム化する。屈折率不均一部は、例えば、光伝送領域２２に側圧を加えたり、光誘起に因る屈折率変化を生じさせたり等することにより実現され得る。このような位相ランダム化手段を設けることにより、光伝送体２０の出射端２３から出射される光のフラットトップ度ｆを更に大きくすることができる。

（第２実施形態）
次に、本発明に係る光伝送モジュールの第２実施形態について説明する。図１４は、第２実施形態に係る光伝送モジュール２の構成図である。この図は、光軸に垂直な方向に光伝送モジュール２を見た図である。この図に示される光伝送モジュール２は、光源１０、光伝送体２０および集光光学系３０を備える。

前述の第１実施形態に係る光伝送モジュール１（図１）と比較すると、この第２実施形態に係る光伝送モジュール２は、光源１０と光伝送体２０との間に設けられた集光光学系３０を更に備える点で相違する。この集光光学系３０は、光源１０から出力された光を光伝送体２０の入射端２１に集光して、この光を光伝送領域２２に入射させる。光源１０および光伝送体２０それぞれは、第１実施形態で説明したものと同様のものである。

以上のように構成される第２実施形態に係る光伝送モジュール２では、光源１０から出力された光は、集光光学系３０により光伝送体２０の入射端２１に集光されて、光伝送体２０の入射端２１に種々の入射角で入射し、光伝送体２０の光伝送領域２２に閉じ込められて伝送され、光伝送体２０の出射端２３から外部へ出力される。そして、光伝送体２０の出射端２３から出力された光は、強度分布の平坦度がより優れたものとなる。

特に、本実施形態では、光源１０の光出射端，集光光学系３０および光伝送体２０の入射端２１それぞれの配置ならびに集光光学系３０の焦点距離を適切に設定することで、光伝送体２０の入射端２１に入射する光の開口数ＮＡを最適に設定することができる。したがって、光伝送体２０の光伝送領域２２へ光を効率よく入射させることができ、また、光伝送体２０の出射端２３から出力される光の平坦度を更に優れたものとすることができる。

（第３実施形態）
次に、本発明に係る光伝送モジュールの第３実施形態について説明する。図１５は、第３実施形態に係る光伝送モジュール３の構成図である。この図は、光軸に垂直な方向に光伝送モジュール３を見た図である。この図に示される光伝送モジュール３は、光源１０、光伝送体２０、集光光学系３０および光ファイバ４０を備える。

前述の第２実施形態に係る光伝送モジュール２（図１４）と比較すると、この第３実施形態に係る光伝送モジュール３は、光源１０と集光光学系３０との間に光ファイバ４０を更に備える点で相違する。この光ファイバ４０は、光源１０から出力された光を入射端に入力して伝送し、この光を出射端から集光光学系３０へ出力する。集光光学系３０は、光ファイバ４０の出射端から出力された光を光伝送体２０の入射端２１に集光して、この光を光伝送領域２２に入射させる。光源１０および光伝送体２０それぞれは、第１実施形態で説明したものと同様のものである。

光ファイバ４０は、シングルモード光ファイバであってもよいし、マルチモード光ファイバであってもよい。光ファイバ４０は、ファイバ軸に沿って中空領域を備える中空光ファイバであってもよく、この場合には、伝送損失が小さいので好適である。また、光ファイバ４０は、主媒質（例えば石英ガラス）中にファイバ軸に沿って延在する複数の副媒質領域（主媒質の屈折率とは異なる屈折率を有する副媒質からなる領域、例えば、不活性ガスが充填された空孔領域、または、真空にされた空孔領域）を備える微細構造光ファイバであってもよく、この場合には、曲げ等の外乱の影響が抑制されるので好適である。

以上のように構成される第３実施形態に係る光伝送モジュール３では、光源１０から出力された光は、光ファイバ４０により伝送されて光ファイバ４０の出射端から出力され、その後に集光光学系３０により光伝送体２０の入射端２１に集光されて、光伝送体２０の入射端２１に種々の入射角で入射し、光伝送体２０の光伝送領域２２に閉じ込められて伝送され、光伝送体２０の出射端２３から外部へ出力される。そして、光伝送体２０の出射端２３から出力された光は、強度分布の平坦度がより優れたものとなる。

特に、本実施形態では、光ファイバ４０の出射端，集光光学系３０および光伝送体２０の入射端２１それぞれの配置ならびに集光光学系３０の焦点距離を適切に設定することで、光伝送体２０の入射端２１に入射する光の開口数ＮＡを最適に設定することができる。したがって、光伝送体２０の光伝送領域２２へ光を効率よく入射させることができ、また、光伝送体２０の出射端２３から出力される光の平坦度を更に優れたものとすることができる。

また、本実施形態では、可撓性を有する光ファイバ４０が光源１０と光伝送体２０との間に設けられていることから、光伝送体２０の配置の自由度が大きいので、光伝送体２０の出射端２３から出力される光の照射位置および照射方位を比較的自由に設定することができる。

なお、本実施形態において、光源１０の光出射端と光ファイバ４０の入射端とは互いに略密着して配置されていてもよい。また、光源１０の光出射端と光ファイバ４０の入射端との間に別の集光光学系が設けられていてもよい。この集光光学系は、光源１０から出力された光を光ファイバ４０の入射端に集光して、この光を光ファイバ４０に入射させる。

（第４実施形態）
次に、本発明に係る光伝送モジュールの第４実施形態について説明する。図１６は、第４実施形態に係る光伝送モジュール４の構成図である。この図は、光軸に垂直な方向に光伝送モジュール４を見た図である。この図に示される光伝送モジュール４は、光源１０、光伝送体２０、集光光学系３０および光ファイバ４０を備える。

前述の第２実施形態に係る光伝送モジュール２（図１４）と比較すると、この第４実施形態に係る光伝送モジュール４は、集光光学系３０と光伝送体２０との間に光ファイバ４０を更に備える点で相違する。集光光学系３０は、光源１０から出力された光を光ファイバ４０の入射端に集光して、この光を光ファイバ４０に入射させる。この光ファイバ４０は、集光光学系３０から出力された光を入射端に入力して伝送し、この光を出射端から光伝送体２０へ出力する。光源１０および光伝送体２０それぞれは、第１実施形態で説明したものと同様のものである。

光ファイバ４０は、シングルモード光ファイバ、マルチモード光ファイバ、中空光ファイバおよび微細構造光ファイバの何れであってもよい。また、光ファイバ４０の出射端と光伝送体２０の入射端２１とは、互いに略密着して配置されているのが好適であり、或いは、互いに融着接続されているのも好適である。後者の場合には、この接続点における接続損失が低減される。

以上のように構成される第４実施形態に係る光伝送モジュール４では、光源１０から出力された光は、集光光学系３０により光ファイバ４０の入射端に集光されて光ファイバ４０に入射し、光ファイバ４０により伝送された後に光伝送体２０の入射端２１に種々の入射角で入射し、光伝送体２０の光伝送領域２２に閉じ込められて伝送され、光伝送体２０の出射端２３から外部へ出力される。そして、光伝送体２０の出射端２３から出力された光は、強度分布の平坦度がより優れたものとなる。

特に、本実施形態では、可撓性を有する光ファイバ４０が光源１０と光伝送体２０との間に設けられていることから、光伝送体２０の配置の自由度が大きいので、光伝送体２０の出射端２３から出力される光の照射位置および照射方位を比較的自由に設定することができる。

（第５実施形態）
次に、本発明に係る光伝送モジュールの第５実施形態について説明する。図１７は、第５実施形態に係る光伝送モジュール５の構成図である。この図は、光軸に垂直な方向に光伝送モジュール５を見た図である。この図に示される光伝送モジュール５は、光源１０、光伝送体２０、集光光学系３０および結像光学系５０を備える。

前述の第２実施形態に係る光伝送モジュール２（図１４）と比較すると、この第５実施形態に係る光伝送モジュール５は、光伝送体２０の後段に設けられた結像光学系５０を更に備える点で相違する。結像光学系５０は、光伝送体２０の出射端２３から出力された光を入力し、この光のニアフィールドパターンを結像面Ａ上に結像する。光源１０、光伝送体２０および集光光学系３０それぞれは、第２実施形態で説明したものと同様のものである。

以上のように構成される第５実施形態に係る光伝送モジュール５では、光源１０から出力された光は、集光光学系３０により光伝送体２０の入射端２１に集光されて、光伝送体２０の入射端２１に種々の入射角で入射し、光伝送体２０の光伝送領域２２に閉じ込められて伝送され、光伝送体２０の出射端２３から外部へ出力される。そして、光伝送体２０の出射端２３から出力された光は、強度分布の平坦度がより優れたものとなる。

特に、本実施形態では、光源１０の光出射端，集光光学系３０および光伝送体２０の入射端２１それぞれの配置ならびに集光光学系３０の焦点距離を適切に設定することで、光伝送体２０の入射端２１に入射する光の開口数ＮＡを最適に設定することができる。したがって、光伝送体２０の光伝送領域２２へ光を効率よく入射させることができ、また、光伝送体２０の出射端２３から出力される光の平坦度を更に優れたものとすることができる。

さらに、本実施形態では、光伝送体２０の出射端２３から出力された光は結像光学系５０に入力して、この結像光学系５０により、光伝送体２０の出射端２３における光の強度分布に応じた像が結像面Ａ上に形成される。したがって、この結像面Ａ上における光の強度分布も平坦度がより優れたものとなる。特に、本実施形態では、光伝送体２０の出射端２３、結像光学系５０および結像面Ａそれぞれの配置ならびに結像光学系５０の焦点距離を適切に設定することで、結像面Ａ上における光照射領域の大きさを最適に設定することができる。したがって、結像面Ａ上の所望の領域へ光を効率よく照射することができる。

（変形例）
本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、第１，第３および第４実施形態それぞれに係る光伝送モジュールにおいて、第５実施形態で説明したのと同様の結像光学系５０が光伝送体２０の後段に設けられていてもよい。

また、図１０〜図１３に示されたようなアレイ状に並列配置された複数の光伝送領域を有する光伝送体を用いる場合には、光伝送モジュールは、１つの入力ポートおよび複数の出力ポートを有する光分岐器を備えるのが好適である。この場合、光源から出力された光は、光分岐器の入力ポートに入力し分岐されて複数の出力ポートそれぞれから出力される。光分岐器から分岐されて出力された各々の光は、光伝送体の何れかの光伝送領域の入射端に入力し、該光伝送領域に閉じ込められて伝送され、該光伝送領域の出射端から外部へ出力される。光伝送体の複数の光伝送領域それぞれの出射端からは、強度分布の平坦度が優れた光が出力される。ここでも、光源と光分岐器との間に光ファイバや集光光学系が設けられてもよいし、光分岐器と光伝送体の各光伝送領域の入射端との間に集光光学系が設けられてもよいし、また、光伝送体の各光伝送領域の出射端の後段に結像光学系が設けられてもよい。

第１実施形態に係る光伝送モジュール１の構成図である。 光伝送体２０の説明図である。 光伝送体２０の光伝送領域２２の断面形状の説明図である。 第１実施形態に係る光伝送モジュール１から出力される光の強度分布を示す図である。 パラメータ値（(Ｆ_max−Ｆ_min)／Ｆ_max）と光伝送体２０の長さとの関係を示すグラフである。 光伝送体２０の第１構成例としての光伝送体２１０の斜視図である。 光伝送体２０の第２構成例としての光伝送体２２０の斜視図である。 光伝送体２０の第３構成例としての光伝送体２３０の斜視図である。 光伝送体２０の第４構成例としての光伝送体２４０の斜視図である。 光伝送体２０の第５構成例としての光伝送体２５０の斜視図である。 光伝送体２０の第６構成例としての光伝送体２６０の斜視図である。 光伝送体２０の第７構成例としての光伝送体２７０の斜視図である。 光伝送体２０の第８構成例としての光伝送体２８０の斜視図である。 第２実施形態に係る光伝送モジュール２の構成図である。 第３実施形態に係る光伝送モジュール３の構成図である。 第４実施形態に係る光伝送モジュール４の構成図である。 第５実施形態に係る光伝送モジュール５の構成図である。

符号の説明

１〜５…光伝送モジュール、１０…光源、２０…光伝送体、２１…入射端、２２…光伝送領域、２３…出射端、３０…集光光学系、４０…光ファイバ、５０…結像光学系、２１０，２２０，２３０，２４０，２５０，２６０，２７０，２８０…光伝送体。

Claims (25)

1. 光を光伝送領域に閉じ込めて伝送する光伝送体であって、
   光軸に垂直な前記光伝送領域の断面の形状と、この断面形状の重心を中心にして該断面形状を回転させたときの形状との、重なり率の最小値（以下「最小重なり率」という。）が０.９３以下である、
   ことを特徴とするエネルギ伝送用の光伝送体。
2. 前記最小重なり率が０.８３以下であることを特徴とする請求項１記載の光伝送体。
3. 前記断面形状が正方形または長方形であることを特徴とする請求項２記載の光伝送体。
4. 主成分が石英ガラスであり、その石英ガラスの何れかの領域に屈折率を変化させる添加物が添加されて前記光伝送領域が形成されている、ことを特徴とする請求項１記載の光伝送体。
5. 前記光伝送領域に前記添加物としてＧｅが添加されていることを特徴とする請求項４記載の光伝送体。
6. 前記光伝送領域の周囲の領域に前記添加物としてＦが添加されていることを特徴とする請求項４記載の光伝送体。
7. 前記光伝送領域の周囲の領域に対する前記光伝送領域の比屈折率差が１％以上であることを特徴とする請求項４記載の光伝送体。
8. 前記光伝送領域が中空の領域であり、この中空領域の内壁面に反射膜が形成されている、ことを特徴とする請求項１記載の光伝送体。
9. モールド成形体であることを特徴とする請求項８記載の光伝送体。
10. 前記光伝送領域により伝送される光の位相をランダム化する位相ランダム化手段を備えることを特徴とする請求項１記載の光伝送体。
11. 前記位相ランダム化手段が、前記光伝送領域の何れかの端面に形成された凹凸部を含み、この凹凸部を経て光を光伝送領域に入射させることで、該光の位相をランダム化する、ことを特徴とする請求項１０記載の光伝送体。
12. 前記位相ランダム化手段が、前記光伝送領域の何れかの部分に形成された屈折率不均一部を含み、この屈折率不均一部に光を通過させることで、該光の位相をランダム化する、ことを特徴とする請求項１０記載の光伝送体。
13. ファイバ形態を有することを特徴とする請求項１記載の光伝送体。
14. アレイ状に設けられた複数の前記光伝送領域を備えることを特徴とする請求項１記載の光伝送体。
15. 光を出力する光源と、
    この光源から出力された光を入射端に入力し、この入力した光を光伝送領域に閉じ込めて伝送して出射端から出力する請求項１〜１４の何れか１項に記載の光伝送体と、
    を備え、
    前記光伝送体の前記入射端に入力する光の開口数をＮＡとし、前記光伝送体の長さをＬとし、前記光伝送領域の最小幅をｄとしたときに、これらから求められるパラメータ値（ＮＡ×Ｌ／ｄ）が０.８以上である、
    ことを特徴とする光伝送モジュール。
16. 光を出力する光源と、
    この光源から出力された光を入射端に入力し、この入力した光を光伝送領域に閉じ込めて伝送して出射端から出力する請求項１〜１４の何れか１項に記載の光伝送体と、
    を備え、
    前記光伝送体の前記入射端に入力する光の波長をλとし、その入力する光の開口数をＮＡとしたときに、これらから求められるパラメータ値（λ／ＮＡ）が４.５μｍ以下である、
    ことを特徴とする光伝送モジュール。
17. 光を出力する光源と、
    この光源から出力された光を入射端に入力し、この入力した光を光伝送領域に閉じ込めて伝送して出射端から出力する請求項４〜７の何れか１項に記載の光伝送体と、
    を備え、
    前記光伝送体の前記入射端に入力する光の波長をλとし、前記光伝送領域の比屈折率差をΔｎとしたときに、これらから求められるパラメータ値（λ／Δｎ）が２１０μｍ以下である、
    ことを特徴とする光伝送モジュール。
18. 光を出力する光源と、
    この光源から出力された光を入射端に入力し、この入力した光を光伝送領域に閉じ込めて伝送して出射端から出力する請求項１〜１４の何れか１項に記載の光伝送体と、
    を備え、
    前記光伝送体の前記入射端に入力する光の波長をλとし、前記光伝送領域の断面形状の最小幅をｄとしたときに、これらから求められるパラメータ値（ｄ／λ）が１０以上である、
    ことを特徴とする光伝送モジュール。
19. 前記光源と前記光伝送体との間に設けられ、前記光源から出力された光を前記光伝送体の前記光伝送領域の前記入射端に集光して、この光を前記光伝送領域に入射させる集光光学系を更に備える、ことを特徴とする請求項１５〜１８の何れか１項に記載の光伝送モジュール。
20. 前記光源と前記光伝送体との間に設けられ、前記光源から出力された光を入射端に入力して伝送し、この光を出射端から出力する光ファイバと、
    この光ファイバと前記光伝送体との間に設けられ、前記光ファイバの前記出射端から出力された光を前記光伝送体の前記光伝送領域の前記入射端に集光して、この光を前記光伝送領域に入射させる集光光学系と、
    を更に備えることを特徴とする請求項１５〜１８の何れか１項に記載の光伝送モジュール。
21. 前記光源と前記光伝送体との間に設けられ、前期光源から出力された光を集光する集光光学系と、
    この集光光学系と前記光伝送体との間に設けられ、前記集光光学系により集光された光を入射端に入力して伝送し、この光を出射端から出力し、この出力した光を前記光伝送路の前記入射端に入射させる光ファイバと、
    を更に備えることを特徴とする請求項１５〜１８の何れか１項に記載の光伝送モジュール。
22. 前記光ファイバの前記出射端と前記光伝送路の前記入射端とが融着接続されていることを特徴とする請求項２１記載の光伝送モジュール。
23. 前記光伝送体の前記出射端から出力された光を入力して、この光のニアフィールドパターンを結像する結像光学系を更に備える、ことを特徴とする請求項１５〜１８の何れか１項に記載の光伝送モジュール。
24. 光を出力する光源と、
    この光源から出力された光を入射端に入力し、この光を光伝送領域に閉じ込めて伝送して出射端から出力する光伝送体と、
    を備え、
    前記光伝送体の前記出射端から出力される光の光軸に垂直な何れかの面における光強度分布について、ピーク強度の８０％以上の光強度である範囲の幅をＷ₈₀とし、ピーク強度の５０％以上の光強度である範囲の幅をＷ₅₀としたときに、これらの比（Ｗ₈₀／Ｗ₅₀）が０.５６７より大きい、
    ことを特徴とする光伝送モジュール。
25. 光を出力する光源と、
    この光源から出力された光を入射端に入力し、この光を光伝送領域に閉じ込めて伝送して出射端から出力する光伝送体と、
    を備え、
    前記光伝送体の前記出射端における前記光伝送領域の断面内の光強度分布について、最大光強度をＦ_maxとし、最小光強度をＦ_minとしたときに、これらから求められるパラメータ値（(Ｆ_max−Ｆ_min)／Ｆ_max）が０.３以下である、
    ことを特徴とする光伝送モジュール。
    
    
    

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