JP2708149B2 - 過半球放射装置 - Google Patents

過半球放射装置

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JP2708149B2
JP2708149B2 JP60500728A JP50072885A JP2708149B2 JP 2708149 B2 JP2708149 B2 JP 2708149B2 JP 60500728 A JP60500728 A JP 60500728A JP 50072885 A JP50072885 A JP 50072885A JP 2708149 B2 JP2708149 B2 JP 2708149B2
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    • G02B6/00Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
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Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 本発明については、米国海軍省の援助による契約No.N
OO123−81−C−0989に基づく権利を米国政府が保有す
る。 本発明は、光学繊維等のウエーブガイドの端部に広い
範囲から光を入射させまたは光学繊維等のウエーブガイ
ドの端部から放射される光を広い範囲に放射させる光学
装置に関する。さらに特定すれば、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。 光学繊維等のウエーブガイドは通信装置またはその他
の光学伝送装置に広く使用されている。この光学繊維の
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繊維を構成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
めにレンズや鏡が使用されていた。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光学繊維の開口の直径を
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。Millerの米国特許No.2,921,5
52(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、Harlling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、Scott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.3,813,514(第1図)には一端部にディフユ
ーザを備えた光パイプが開示されている。また、Kureya
ma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、Bowe
rmanの米国特許No.3,923,375(第1図)には光学繊維用
のウエツジリフレクタが開示されている。また、Amendo
ria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、Eichweberの米国特許No.4,222,636(第3図)
には端部がプリズムに接続された光学導体が開示されて
いる。 発明の概要 上述したような問題の解消およびその他の長所は、光
学繊維に入力または出力ポートの装置を接続することに
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
に対するものであり、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
の半球を超える範囲から光を検出し、またこのような範
囲に光を放射するものである。 本発明によれば、光学繊維は支持ベースの軸方向に沿
って導入され、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イが設けられ、このボデイ
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、このボデイの内面は、サンドブラスト、エ
ッチング、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、このボデイの外面は平滑に
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、このボデイの外面を透過し、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ち、また
は上記の透明なボデイ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。 図面の簡単な説明 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縦断面図: 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拡散の特性を極座
標上にデシベル(dB)で示す図である。 詳細な説明 第1図および第2図には本発明による光学装置20を示
す。この装置20は支持ボデイ21を備え、この支持ボデイ
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。上記の支持ボデイ21には先端部の柔軟
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イ24から構成される拡散要素に入
射される。上記のボデイ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。たとえば、この透明なボデイ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
透明なボデイ24は上記の支持ボデイ21の端縁部に形成さ
れた凹部25内に嵌合し、この支持ボデイ21に取付けられ
ている。この透明なボデイ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、上記の支持ボデイ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
支持ボデイ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、この壁は高度に研磨さ
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
なボデイ24に入射する。この実施例では、この透明なボ
デイ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
持ボデイ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イ24の粗面の内面28で拡散され
る。上記の透明なボデイ24にはこれを支持する円筒状の
首部30が形成され、またこのボデイの先端部には閉塞端
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
断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、この透明なボデイ
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
持ボデイ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求め
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#60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イ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20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36
0゜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、全球の範囲に光を
放射できる。 この中空の尖頭アーチ形の拡散ボデイの実際の寸法は
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繊維であり、上
記の中空の透明な拡散ボデイの直径はこの光学繊維の15
0ないし500倍である。また、上記の拡散面の粗さは入射
または放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、本発明を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。

Claims (1)

  1. (57)【特許請求の範囲】 1.光学的なコンジットに接続され、このコンジットの
    端部に向かってまたはこのコンジットの端部から、半球
    を超える範囲の球の角度範囲に光を伝送する光学装置で
    あって: 一端部が開放され内面が反射面に形成された空洞部を有
    するボデイを備え、上記の反射面は上記の開放された一
    端部に至るまでの内面全面に形成されており; また、上記のコンジットの端部を上記のボデイの空洞部
    内の所定の位置に保持する手段を備え、この手段は上記
    の空洞部の内面の反射面で反射された光が上記のコンジ
    ットの端部に入射するような位置にこのコンジットの端
    部を保持するものであり; また、上記のボデイの空洞部の開放された端部を覆う中
    空状の光透過性材料で形成されたドームを備え、このド
    ームは円筒状の側壁を有し、この円筒状の側壁はその第
    1の端部で一体化され、またその第2の端部は内面およ
    び外面を有する中空壁状をなしており、このドームの第
    2の端部は上記の空洞部の開放端部に取り付けられてこ
    れを覆っており、またこのドームの第1の端部は上記の
    空洞部から離れており、またこのドームの第1の端部は
    回転面に形成され、さらにこのドームの円筒状の側壁か
    ら上記の第1の端部に至る内面は不規則に腐食または研
    磨された光を拡散する粗面に形成されており、光はこの
    内部を囲むこのドームを透過し、また上記のコンジット
    に結合された空洞部内で再方向付けされ、これにより半
    球を越える角度範囲から入射した光を上記のコンジット
    に導きまたはこのコンジットから放射された光を半球を
    越える角度範囲に導くことを特徴とする過半球放射装
    置。 2.前記のドームの先端部の回転面は半球面であること
    を特徴とする前記請求の範囲第1項記載の過半球放射装
    置。 3.前記のドームの先端部の回転面は回転長楕円面であ
    ることを特徴とする前記請求の範囲第1項記載の過半球
    放射装置。 4.光学的なコンジットの端部に接続され、このコンジ
    ットの端部に向かってまたはこのコンジットの端部か
    ら、半球を超える範囲の球の角度範囲に光を伝送する光
    学的な結合装置であって: 内面が反射面に形成された空洞部を備え; また、上記のコンジットの端部を上記の空洞部内に保持
    する手段を備え; また、光を伝送する材料で形成された透明な拡散要素を
    備え、この拡散要素は上記の空洞部の端部を覆い、また
    この拡散要素は円筒状の側壁部を備え、この側壁部の空
    洞部とは反対側の端部は一体化されており、この拡散要
    素の上記の端部は回転面に形成されており、さらにこの
    ドームの円筒状の側壁部から上記の端部に至る内面は不
    規則に腐食または研磨された光を拡散する粗面に形成さ
    れており、光はこの拡散要素の内部の周囲および上記の
    コンジットに結合された空洞部内で再方向付けされ、こ
    れにより半球を越える角度範囲から入射した光を上記の
    コンジットに導きまたはこのコンジットから放射された
    光を半球を越える角度範囲に導くことを特徴とする光学
    的な結合装置。 5.前記の拡散要素は平滑な外面を有することを特徴と
    する前記請求の範囲第4項記載の結合装置。 6.前記の拡散要素の回転面は半球面であることを特徴
    とする前記請求の範囲第4項記載の結合装置。 7.前記の拡散要素の回転面は回転長楕円面であること
    を特徴とする前記請求の範囲第4項記載の結合装置。 8.前記の拡散要素は尖頭アーチ形をなしていることを
    特徴とする前記請求の範囲第4項記載の結合装置。 9.光学的なコンジットに接続され、このコンジットの
    端部に向かってまたはこのコンジットの端部から、半球
    を超える範囲の球の角度範囲に光を伝送する光学的な装
    置であって: 内面が反射面に形成された空洞部を備え; また、上記のコンジットの端部を上記の空洞部内に保持
    する手段を備え; 上記の空洞部の端部を覆うドーム形の光透過性の拡散要
    素を備え、この拡散要素は回転面部と、この回転面部か
    ら上記の空洞部に至るカップリング部とを有し、またこ
    の拡散要素の回転面部およびカップリング部の内面は不
    規則に腐食または研磨された光を拡散する粗面に形成さ
    れており、またこの拡散要素は光透過性でかつ研磨可能
    な材料で形成されており、光はこの内部を囲む拡散要素
    を透過し上記の粗面および上記のコンジットに結合され
    た空洞部内で再方向付けされ、これにより半球を越える
    角度範囲から入射した光を上記のコンジットに導きまた
    はこのコンジットから放射された光を半球を越える角度
    範囲に導くことを特徴とする光学的な装置。 10.前記の拡散要素は前記の光透過性の材料で形成さ
    れた円筒状の壁を備えており、前記の回転面はこの円筒
    状の壁の部分を介して前記の空洞部の開放端部に連続さ
    れていることを特徴とする前記請求の範囲第9項記載の
    装置。 11.前記の拡散要素は、平滑な外面を有していること
    を特徴とする前記請求の範囲第10項記載の装置。 12.前記の拡散要素は、延長された首部を備えてお
    り、この首部は前記の回転面と前記のボデイの空洞部の
    開放端部との間に介在していることを特徴とする前記請
    求の範囲第9項記載の装置。 13.前記の拡散要素の首部の内面は光の拡散面に形成
    され、また前記の拡散要素の外面は平滑に形成されてい
    ることを特徴とする前記請求の範囲第12項記載の装置。
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AU (1) AU562147B2 (ja)
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DE (1) DE3563567D1 (ja)
IL (1) IL74158A (ja)
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