JPH09325234A

JPH09325234A - 光結合装置

Info

Publication number: JPH09325234A
Application number: JP4128897A
Authority: JP
Inventors: William James Cassarly; ウィリアム・ジェイムズ・カサーリー; John Martin Davenport; ジョン・マーティン・ダベンポート; Richard Lowell Hansler; リチャード・ロウエル・ハンスレー
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1996-02-27
Filing date: 1997-02-26
Publication date: 1997-12-16
Also published as: DE69705251D1; KR970062732A; EP0793125B1; US5826963A; US5927849A; CA2195819A1; EP0793125A1; DE69705251T2; KR100443393B1

Abstract

(57)【要約】【課題】光源と複数個の光分配ハーネスとの間のコン
パクトな光結合装置であって、光分配ハーネスに伝送さ
れる光の角度分布を減少させ、製作が簡単な光結合装置
を提供する。【解決手段】光源（１６）のまわりに配置され、各々
の焦点が光源と実質的に一致するように位置決めされた
複数個の反射器部材（１２，１４）、および複数個の光
結合部材（１８，２０）が設けられる。各結合部材は光
源からの光を受け取る入口表面（１８Ａ，２０Ａ）およ
び光を送り出す出口表面（１８Ｂ，２０Ｂ）を持つ。更
に、光結合部材から光を受け取る複数個の光分配ハーネ
ス（２２，２４）が設けられる。各光結合部材はレンズ
からなり、このレンズはその主光透過軸をほぼ横切る少
なくとも１つの方向に負の曲率を有し、光を第１角度分
布で受け取り、それより小さい角度分布で光を送り出
す。光結合部材は、反射器部材の一体部分から構成する
ことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光源と１つ以上の
光分配ハーネス（例えば、光ガイド）との間で光を結合
するための光結合装置に関する。更に詳しく述べると、
本発明は、６０°のような小さな円錐角（ｃｏｎｅａ
ｎｇｌｅ）で光を光分配ハーネスに結合する上記形式の
光結合装置に関する。

【０００２】

【発明の背景】本発明は、光源と１つ以上の光分配ハー
ネス（例えば、レンズまたは光ガイド）との間で光を効
率よく結合するための光結合装置に関する。光結合装置
は、例えば、開口数が０．４〜０．６５の範囲にあるよ
うな入手可能な光ガイドに光を供給するのが望ましい。
ここで、光の９０％が６０°の円錐角以内に含まれる場
合、開口数０．５が得られる。米国特許第５，５６０，
６９９号明細書には、高輝度光源（例えば、キセノン・
メタルハライド高圧放電灯またはハロゲンランプ）から
の光を複数の光ガイドまたは他の分配ハーネスに効率よ
く結合する光結合装置が記載されている。該特許に記載
の一実施例では、楕円形反射器から光をテーパ付きロッ
ドを通して光ガイドに収束する。テーパ付きロッドは、
小さい方の端部で光を受け取り、受け取った角度分布よ
りも小さい角度分布で大きい方の端部から光を送り出
す。これにより、いわゆる角度−面積変換を行い、かか
る変換により前述した範囲の開口数を有する光ガイドを
用いることができるようになり、有利である。

【０００３】しかし、光分配ハーネスに伝送される光の
角度分布を小さくするのに、別の光学要素を用いる光結
合装置を提供できれば、望ましい。また、このような異
なる光学要素を用いる光結合装置がテーパ付きロッドを
用いるものより容易に製作できれば、有利である。

【０００４】

【発明の概要】したがって、本発明の目的は、テーパ付
きロッド以外の光学要素を用いて、光分配ハーネスに伝
送される光の角度分布を減少させるようにした光結合装
置を提供することにある。本発明の他の目的は、テーパ
付きロッドを用いるものよりも簡単に製作できる前述し
た形式の光結合装置を提供することにある。

【０００５】本発明によれば、光源と複数個の光分配ハ
ーネスとの間のコンパクトな光結合装置が提供される。
この光結合装置は、光源のまわりに配置された複数個の
反射器部材を含む。これらの反射器部材は、そのそれぞ
れの焦点が光源と実質的に一致するように位置決めされ
て、光源からの光を受け取って、その光を光源から遠ざ
かる方へ反射するように作用する。光結合装置は更に、
各々が光源からの光を受け取るための入口表面および光
を送り出すための出口表面を有する複数個の光結合部材
を含む。光結合装置はまた更に、それぞれの光結合部材
から光を受け取る複数個の光分配ハーネスを含む。各光
結合部材はレンズを有し、このレンズはその主光透過軸
をほぼ横切る少なくとも１つの方向に負の曲率を持ち、
光を第１角度分布で受け取って、一層小さい角度分布で
光を送り出す作用をなす。

【０００６】製造を容易にするために、少なくとも１個
の光結合部材を１個の反射器部材の一体部分で構成し、
その一体部分は隣接反射器部材の曲率と一致させるのが
よい。更に、１個の結合部材の入口表面および出口表面
の内の少なくとも一方を、光結合効率の向上のためにそ
の結合部材の主光透過軸のまわりに非軸対称としてもよ
い。

【０００７】本発明の上述した目的および他の目的並び
に利点は、添付の図面を参照した以下の説明から更に明
瞭になろう。図面中の同じ参照符号は同一または対応す
る部品を示す。

【０００８】

【発明の好適な実施の形態】図１は、本発明の好適な実
施例による光結合装置１０を断面図で示す。図１に示す
ように光結合装置１０の左側と右側は代表的には互いに
対称であるので、便宜上、以下の記述では主として片側
に焦点を当てて説明を進める。光結合装置１０は１対の
反射器１２および１４を含み、これらの反射器は一緒に
光源１６を取り囲むように配置されており、そして包囲
の目的で、反射器はそれぞれ楕円形とするのがよい。反
射器１２は、光源１６からの光を反射器１４の壁内に位
置するレンズ１８へ向けて反射する。同様に、反射器１
４は、光源１６からの光を反射器１２の壁内に位置する
レンズ２０へ向けて反射する。図１において右または左
から見ると、レンズ１８および２０は円形に見える。

【０００９】光源１６は、図では単に点で示されている
が、高輝度の高圧放電光源とするのが好ましい。光源１
６は、米国特許第５，２３９，２３０号明細書に記載さ
れた光源で構成するのがよい。この特許を本発明の先行
技術として援用する。このような光源は、約２．５のア
ーク・ギャップから４０００ルーメン以上の光出力を発
生することができる。或いはまた、光源１６を高輝度の
ハロゲン光源とすることもできる。

【００１０】反射器１２および１４の内面はそれぞれ反
射被膜１２Ａおよび１４Ａで被覆されているが、レンズ
１８および２０は覆われていない。このような反射被膜
は、高屈折率材料と低屈折率材料の層を交互に積層して
なる光干渉フィルタで構成することができる。このよう
なフィルタは、例えば、可視光を反射するが、赤外光を
透過するように設計することができる。交互に積層する
高屈折率材料と低屈折率材料の代表的な組み合わせ例と
しては、タンタラとシリカ、ニオビアとシリカ、チタニ
アとシリカ、ハフニアとシリカなどがある。積層数は１
５以上、例えば２４とするのが代表的である。レンズ１
８および２０を覆わないように反射被膜１２Ａおよび１
４Ａをパターン形成するのに、例えば、ほう酸塩マスキ
ングを使用することができる。上述した光干渉被膜につ
いては、例えば、米国特許出願第０８／１６５４４７号
（１９９３年１２月１０日出願）明細書に詳しく説明さ
れている。

【００１１】更に、反射器１２および１４の内面を、当
業界でよく知られているように、多数の小面（ｆａｃｅ
ｔ）で構成して、空間的により均一な光分布を生成する
ことができる。反射器１２および１４はそれぞれ２つの
焦点をもつ。各反射器の第１焦点は光源１６と実質的に
一致する。代表的には、この一致は事実上完全な一致で
あるが、一致が完全でなくても、光源１６からレンズ１
８および２０への光の実質的な結合を達成するのに十分
であれば、本発明は実質的に同じ効果を生じる。ここ
で、光の実質的な結合状態は、反射器のそれぞれの焦点
が互いに「実質的に一致する」ときに生じる。反射器１
２の第２焦点を点１９として示す。レンズ１８の入口表
面１８Ａが光源１６と第２焦点１９との間に配置され
て、修正された実効第２焦点１９’を生成する。同様
に、反射器１４の第２焦点を点２１として示す。レンズ
２０の入口表面２０Ａが光源１６と第２焦点２０との間
に配置されて、修正された実効第２焦点２１’を生成す
る。

【００１２】光分配ハーネス２２および２４の入口表面
２２Ａおよび２４Ａは、反射器の修正された実効焦点１
９’および２１’に位置決めするのが好ましい。光分配
ハーネス２２および２４は、光源１６から受け取った光
を、遠くの光学系（図示せず）、例えば自動車の前照灯
や商店のディスプレイ・ケースの照明器具まで導く。図
示のように、光分配ハーネス２２および２４は、例え
ば、光ファイバの束（図示せず）から形成された光ガイ
ドとするのがよい。光ガイドについては、例えば米国特
許第５，３４１，４４５号に詳しく説明されている。他
の形式の光分配ハーネス、例えばレンズ、折りたたみミ
ラー、レンズ系、光混合ロッド、プリズムなどを用いて
もよい。例えば、光分配ハーネス２２の代わりにミラー
を点１９’に置いて、これにより光を反射して、光源１
６を通って光分配ハーネス２４へ向かうようにすること
ができる。

【００１３】光分配ハーネス２２および２４はそれぞれ
関連するレンズ１８および２０から間隔Ｄだけ離れてい
る。この間隔は、光源１６を点灯したときに温度が上昇
するレンズ１８および２０から光分配ハーネスを熱的に
隔離するのに十分であり、その距離をどう選ぶかは当業
者に明らかである。また間隔Ｄをとると、カラーフィル
タまたは遮光部材のような光変調器１５０（仮想線で表
示）を図示の光路中に挿入して、遠隔光学系（図示せ
ず）での光の色を変えたり光をオン／オフしたりするこ
とができる。

【００１４】本発明の一面によれば、レンズ１８および
２０は負レンズまたは発散レンズである。負レンズは収
束する光を第１角度分布で受け取って、それより小さい
収束する性角度分布で光を送り出す。したがって、レン
ズの入力表面１８Ａおよび２０Ａで、例えば５３度の角
度分布で受け取った光が、レンズの出力表面１８Ｂおよ
び２０Ｂでは、例えば３７度の減少した角度分布に転換
される。このため、通常入手できる開口数の光ガイド
（２２および２４）を用いることができる。ここで、光
の９０％が６０度の円錐角内に含まれる場合、開口数
０．５が得られる。容易に入手可能な光ガイドは開口数
が０．４−０．６５の範囲にある。

【００１５】図２は、本発明による負レンズの作用を例
示する。図２において、光結合装置１０は負レンズ１８
および２０を含むが、光結合装置１０’は負レンズを持
たない。図示のように、負レンズをもたない光結合装置
１０’の反射器１２からの光線の経路は、光結合装置１
０’の右側へ向かって進み、直線１１’の所に、すなわ
ち反射器の焦点で収束する。負レンズを有する光結合装
置１０の反射器１２からの光線の経路は、光結合装置１
０の右側へ向かって進み、直線１１の所で、すなわち反
射器の修正された実効焦点で収束する。これは、反射器
１２の修正された実効焦点を生成する負レンズ１８の作
用による。図面中の光線経路から明らかなように、負レ
ンズ１８を通過する光線経路の角度分布は、有利なこと
に、光結合装置１０’が与える光線経路の角度分布より
小さい。

【００１６】ここで、もっとも広義には、負レンズは、
第１角度分布の光を受け取り、それより小さい角度分布
の光を送り出すために、主光透過軸線をほぼ横切る少な
くとも１つの方向において負の曲率を有するレンズを含
むものである。このようなレンズは、別の（例えば直交
する）方向において負でない曲率を有するものであって
よく、このようなレンズの入口および出口表面の少なく
とも一方または両方を湾曲させて負レンズ機能を実現す
ることができる。

【００１７】代表的には、レンズ１８および２０の入口
表面１８Ａおよび２０Ａは凹面であって、図１において
左右に延在するものとして示した軸線２６のまわりで軸
対称である。軸線２６はレンズ１８および２０の主光透
過軸線に一致するものとして示してある。入口表面１８
Ａおよび２０Ａは、図示の曲線の代わりに、いわゆるア
キシコン（ａｘｉｃｏｎ）形状としてもよい。このよう
な形状は、光分配ハーネス２２へ通過する角度０度の光
を満たすのに有効であることが確認された。アキシコン
形状の具体例を、レンズ１８について図３に示す。図示
のように、レンズ１８は、軸線２６のまわりに軸対称な
円錐凹面を有する。

【００１８】図１を再び参照すると、出口表面１８Ｂお
よび２０Ｂは平坦にして、プレスまたは研磨により容易
に製造できるようにするのが好ましい。しかし、出口表
面１８Ｂおよび２０Ｂは別の形状とすることもでき、そ
れでも本発明による機能を果たす。レンズ１８および２
０の上側および下側境界が破線で示されており、これ
は、製造を容易にするために、レンズが関連する反射器
１４および１２と一体的に形成できること、あるいは別
々に形成された部品から構成できることを示唆するため
である（以下の図面でも、レンズと関連して描かれるこ
のような破線はすべて同じ意味を持つ）。

【００１９】反射器１２および１４が楕円形である場
合、特に好適な実施例ではレンズ１８および２０の曲率
を隣接する反射器の曲率と一致させる。この状態は、図
１に示されており、反射器の製造が簡単になる。例え
ば、反射被膜１２Ａおよび１４Ａのパターン形成の際に
若干の変動が許される。開口が大きいと、レンズが大き
くなり、逆に開口が小さいと、反射面積が大きくなる。
このような状態は、レンズからの光の分布の開口数０．
５に対する次の式に従って得られる。

【００２０】ｘ²／ａ²＋ｙ²／ｂ²＝１；ａ²＝ｂ²＋ｃ²；ａ／ｃ≒２．５（式１）ここで、各楕円形について、寸法は長軸が２ａで、短軸
が２ｂであり、またｘおよびｙは２つの直交寸法であ
り、ａ、ｂおよびｃは定数であり、２ｃは楕円の２つの
焦点間の距離であり、開口数は前記の通りである。楕円
形反射器について、ａ／ｃの比が約２．０〜３．０の間
であるのが好ましい。

【００２１】図４を参照すると、図１のレンズ１８とは
対照的に、図４のレンズ１８は図示のように右側に突き
出ている。図５を参照すると、図１のレンズ１８とは対
照的に、図５のレンズ１８は図示のように左側に突き出
ている。図１の実施例と同じく、レンズと反射器との上
下の境界線が破線で示されていることからわかるよう
に、図４および図５のレンズ１８は、反射器１４と一体
にも別体にも形成することができる。

【００２２】図１に示すようなレンズ１８の入口表面１
８Ａの曲率とは対照的に、レンズの入口表面１８Ａの曲
率はその隣接する反射器の曲率とは異なっていてもよ
い。図６は、レンズ１８の入口表面１８Ａの湾曲が一層
強くなった場合を示す。図１の実施例と同じく、レンズ
と反射器との上下の境界線が破線で示されていることか
らわかるように、図６のレンズ１８は、反射器１４と一
体にも別体にも形成することができる。

【００２３】図７は、図１に示すようなコンパクトなレ
ンズ１８ではなく、長くなった結合部材１８’を使用す
る例を示す。この結合部材１８’の入口表面１８Ａ’
は、図１に示すレンズの入口表面１８Ａと同様に凹形状
に湾曲している。したがって、結合部材１８’は前述し
たような負レンズとして作用し、入口表面１８Ａ’で受
け取る光の角度分布に較べて、光分配ハーネス２２に伝
送する光の角度分布を減少させる。結合部材１８’を十
分に長くして、光源１６からの熱からの必要な熱的隔離
を達成し、こうしてその出口表面１８Ｂ’を反射器１２
（図１に示す）の第２焦点１９のすぐ近くで終端させ
る。この位置に、光分配ハーネスの入口表面２２Ａを位
置決めするのが好ましい。結合部材１８’は、図１のレ
ンズ１８の改変について前述したのと同様の態様で変更
することができる。例えば、入口表面１８Ａ’をアキシ
コン形状とすることができる。

【００２４】図８は、光源１６からの光を３つの光分配
ハーネス３２、３４および３６に結合する光結合装置３
０を示す。反射器３８は、好ましくは光源１６と一致す
る第１焦点と、光源から離れて位置する第２焦点３９と
を有する。レンズ４０の入口表面４０Ａが光源１６と第
２焦点３９との間に位置する。レンズ４０は、レンズ１
８またはレンズ２０について前述した態様で作用する。
反射器４２とレンズ４４は、反射器３８とレンズ４０と
の相互作用と同じように相互作用する。同様に、反射器
４６とレンズ４８は、反射器３８とレンズ４０との相互
作用と同じように相互作用する。反射器３８、４２およ
び４６は楕円形とすることができる。光結合装置３０の
種々の部分は前述した同じ名称の部分と同様に作用す
る。

【００２５】図９は、反射器部分５２および５４間に負
レンズ２０を、反射器部分５６および５８間に負レンズ
１１８を、反射器部分５８および５９間に負レンズ１１
９をそれぞれ用いた光結合装置５０を示す。この光結合
装置では、上述したレンズが光源１６のまわりに非対称
に装置されている。例えば、レンズ１１８および１１９
を用いて自動車の左右の前照灯用の照明を行い、レンズ
２０を用いて自動車の室内用の照明を行うことができ
る。図示例では、レンズ１１８および１１９を、例え
ば、標準球面レンズではなく円柱レンズに近づけること
ができる。例えば、２つの異なる直交方向に異なる曲率
を有するバイコニック（ｂｉｃｏｎｉｃ）レンズを用い
ることができる。しかし、もっと広義には、レンズ１１
８および１１９の入口表面１１８Ａ、１１９Ａまたは出
口表面１１８Ｂ、１１９Ｂの一つ以上を、レンズを通る
主光透過通路と合致する軸線１１８’および１１９’の
まわりに非軸対称とすることができる。例えば、レンズ
１１８および１１９は２つの異なる非直交方向に異なる
曲率を有することができる。これに対して、レンズ２０
は、通例、レンズを通る主光透過通路と合致する軸線２
０’に沿って軸対称である。前に述べた実施例、例えば
図１の実施例と同様に、光分配ハーネス（図示せず）を
設けることにより、レンズから送り出された光を離れた
光学系（図示せず）に分配する。

【００２６】図１０に、図１と同様の１対の負レンズ１
８および２０を含む光結合装置６０を示す。しかし、図
１０の光結合装置におけるレンズは、図示のように、図
１の対応するレンズよりもっと下側に位置する。これ
は、光源１６からの光の非対称な分布に対処するためで
ある。図１１は、このような非対称な光分布を、光源１
６の光分布の右半分のみの部分６２のグラフ表示として
示す。光分布６２は、軸線６４のまわりにだいたいトロ
イダル形状を有する。しかし、光源より上に向かう光出
力の方が、光源より下に向かう光出力より大きい。この
ような光源１６からの光をもっとも効率よく結合するた
めに、上記の光分布に対応してレンズ１８および２０は
光源１６より下側に配置される。代表的には、レンズ１
８および２０は、レンズを通る主光透過通路と合致する
それぞれの軸線１８’および２０’のまわりに軸対称で
ある。

【００２７】図１２は、本発明の他の実施例の光結合装
置７０の側面図（図の上側）および平面図（図の下側）
を示す。この光結合装置では、反射器１２および１４の
各々がバイコニック形状をもつ。主軸ｘ、ｙおよびｚと
寸法ｈ₁ およびｈ₂ は図示の通りである。反射器１２の
修正された実効焦点が点７２として示され、反射器１４
の修正された実効焦点が点７４として示されている。バ
イコニック表面の明白な四次方程式は次の通りである。

【００２８】ｘ＝（ｚ²／ｒ＋ｙ²／ｒ₂）／［１＋（１−ｅｚ²／ｒ−ｅ₂ｙ²／ｒ₂）^1/2］（式２）次の定義を用いれば、すなわちｒ＝ａ／ｂ²；ｒ₂＝ａ₂／ｂ₂ ²；ｅ＝１／ａ；ｅ₂＝１／ａ₂（式３）を用いれば、バイコニック方程式が２つの直交軸におけ
る代表的な楕円方程式に近似する。

【００２９】ｘ²／ａ²＋ｚ²／ｂ²＝１；ｘ²／ａ₂ ²＋ｙ²／ｂ₂ ²＝１（式４）ａ−ｃ＝ｗ／２＝ａ₂−ｃ₂；ｈ₂≠ｈ₁（式５）ｃ＝（ａ²−ｂ²）^1/2（式６）ｃ₂ ＝（ａ₂ ²−ｂ₂ ²）^1/2（式７）ここで、ｗおよび２ｆは定数で、変数ａ、ｂおよびｃ
（図示せず）は式１に関して前述した通りで、ａ、ｂお
よびｃは図の上側に示す通りの反射器の曲率に関係し、
そしてａ₂ 、ｂ₂ およびｃ₂ は図の下側に示す通りの反
射器の曲率に関係する。例示した系の場合、光源をａ−
ｃ＝ａ₂ −ｃ₂ となるように位置決めするのが好都合で
ある。したがって、２つの直交平面における反射器の第
２焦点は異なるが、光源が位置する第１焦点は同じであ
る。

【００３０】上述したように図１２の実施例において、
反射器は２つの直交平面ｘ−ｙおよびｘ−ｚにおいて異
なる曲率を有するが、両方の曲面は、点として図示した
光源１６と一致するか実質的に一致する共通焦点を有す
る。したがって、２つの直交平面における光の角度分布
は異なり、互いに一致する第２焦点を持たない。このこ
とは、例えば、光源１６の光分布がトロイダル形状で、
このような形状の中心軸のまわりにほぼ対称であるよう
な場合など、設計例によっては有利である。このような
形状は、例えば、図１１に示した光分布（光源１６より
上側に発生する光が下側に発生する光よりいちじるしく
多量である）と対照的である。

【００３１】上述したように図１２の実施例において、
レンズ１８および２０はバイコニックとしてもよい、す
なわち２つの異なる直交方向に異なる曲率を持つことが
できる。したがって、レンズ１８および２０は、図１２
の上側で見るとその両側が平坦に見えるが、図の下側で
見ると湾曲して見える。曲率は、関連する方向において
光の角度分布をより小さくする場合には、負の曲率に形
成する必要があり、他の方向では角度分布をせばめる必
要がないので、この方向には負の曲率が不要である。

【００３２】図１２の実施例の複数の反射器および複数
のレンズは前述したようにバイコニックにすることがで
きるが、この代わりに、互いに直角でない（例えば、互
いに８０°である）２つの軸における曲率を異ならせる
ことができる。しかし、反射器はやはり、光源１６と一
致するか実質的に一致する共通な軸をもつ。図１３は、
図１２の光結合装置７０の側面図（図の上側）および平
面図（図の下側）を簡略に示す。光源１６からの光はｘ
−ｙ平面において均一であるが、ｚ軸に沿っての光はご
くわずかである。このような状態は、図１２に関連して
上述したトロイダル分布の場合に起こる。側面図（図の
上側）において、レンズ半径は∞で、比ａ／ｃは２．４
で、差ａ−ｃは１９．５である（ただし、ａおよびｃは
式１に関して定義した通り）。平面図（図の下側）にお
いて、レンズ半径は−２２ｍｍで、比ａ／ｃは２．５５
で、差ａ−ｃは１９．５である。

【００３３】図１３の平面図（図の下側）の平面内に曲
率を有するバイコニック・レンズ１８を用いることによ
り、反射器１２の第２焦点を、反射器の近くではなく、
直線７６に沿って位置するように調節する。下側の図の
平面内で負に湾曲したレンズ１８は、レンズから送り出
される光の角度分布を小さくするのにも望ましい。他
方、図１３の側面図（図の上側）における光線経路が示
すように、レンズ１８を透過した光の角度は当然小さ
い。これは、ｚ軸に沿って生じる光がごくわずかである
からである。図１３の上側の図の平面内で曲率を持たな
いバイコニック・レンズ１８の場合、反射器１２の第２
焦点が直線７６と一致する。このことにより、直線７６
の所で光を受け取るように配置された光分配ハーネス
（図示せず）に光を効率よく結合することが可能にな
る。

【００３４】図１４は図１３と同様の図であり、上述し
た条件が成り立っているが、図示の光結合装置７０’に
はレンズがない。上述の説明から理解できるように、側
面図（図の上側）と平面図（図の下側）とで第２焦点の
位置に不一致が起こる。直線７８は平面図（図の下側）
における反射器１２の第２焦点を通るが、側面図（図の
上側）における反射器１２の第２焦点は直線７８の右側
にくる。平面図（図の下側）における光の角度分布も大
きい。図１３に関連してバイコニック・レンズを用いる
ことにより、上述した問の題両方を解決し、光分配ハー
ネスへの光結合を一層効率的にする。

【００３５】図１５は、電極８０および８２を有する高
輝度光源１１６を示す。電極８０および８２はギャップ
８４だけ離れており、ここで、ガラス質のエンベロープ
１１６Ｂの密封室１１６Ａ内に封入されたガス媒体（図
示せず）に生じるアーク放電により光が発生する。エン
ベロープ１１６Ｂは、表面１１８Ｂおよび１２０Ｂを除
いて、干渉被膜８６（陰影線で表示）で被覆されてお
り、光は表面１１８Ｂおよび１２０Ｂを通して光源から
外に出る。被膜８６は可視光を内方に反射し、好ましく
は赤外光を透過する。被膜８６は、電極８０および８２
の左に示す部分または部材１１２と、電極の右に形成し
た部分または部材１１４とから構成されると考えること
ができる。図示のように、外面１１８Ｂおよび１２０Ｂ
は平坦であり、この場合、外面１１８Ｂおよび１２０Ｂ
に隣接するそれぞれの内面１１８Ａおよび１２０Ａが湾
曲していて、隣接する表面１１８Ｂと１１８Ａとの間お
よび１２０Ｂと１２０Ａとの間に負レンズを形成する。
しかし、外面１１８Ｂおよび１２０Ｂを湾曲させて上記
隣接表面間に負レンズを構成することもできる。内面１
１８Ａおよび１２０Ａの曲率がそれぞれ、反射器部分１
１４および１１２の曲率と一致する（すなわち整合す
る）のが好ましい。

【００３６】図１５の実施例と上述した実施例との間で
参照符号が類似しているのは、上述した本発明の原理が
図１５の実施例にも成り立つことを示唆するためであ
る。更に、図１５の実施例は、図示のような電極付きの
光源に限定されず、無電極光源にも適用できる。以上本
発明を特定の実施例について説明したが、本発明はこれ
らの実施例に限定されず、種々の変更や改変が当業者に
明らかである。したがって、特許請求の範囲は本発明の
要旨の範囲内のこのような変更や改変をすべて包含する
ように記載してあることを理解されたい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の光結合装置の断面側面図で
ある。

【図２】本発明の重要な原理を説明するために光線経路
をも示した負レンズ付き光結合装置および負レンズなし
光結合装置の断面側面図である。

【図３】図１の光結合装置に用いることのできる別の形
状のレンズの側面図である。

【図４】図１の場合よりも隣接の反射器部分の更に右側
に位置決めされたレンズの側面図である。

【図５】図１の場合よりも隣接の反射器部分の更に左側
に位置されたレンズの側面図である。

【図６】図１の光結合装置に用いることのできる別の形
状のレンズの側面図である。

【図７】図１に示したレンズの代わりに使用できる結合
部材の側面図である。

【図８】３つの負レンズを用いる本発明の別の実施例の
光結合装置の断面平面図である。

【図９】非対称に配置されたレンズを用いる本発明の更
に別の実施例の光結合装置の断面側面図である。

【図１０】非対称に装置されたレンズを用いる本発明の
更に他の実施例の光結合装置の断面側面図である。

【図１１】図１０の実施例に用いられる光源からの光分
布の一部を示すグラフである。

【図１２】本発明の更に他の実施例の光結合装置の側面
図（上側）および平面図（下側）である。

【図１３】本発明の原理を説明するために光線経路をも
示した、バイコニック負レンズおよびバイコニック反射
器を用いた光結合装置の側面図（上側）および平面図
（下側）である。

【図１４】動作の不具合を説明するために光線経路をも
示した、図１３と同様の側面図（上側）および平面図
（下側）である。

【図１５】反射被膜を光源のガラス外管上に設けた本発
明の更に他の実施例の光結合装置の断面側面図である。

【符号の説明】

１０光結合装置１２、１４反射器１２Ａ、１４Ａ反射被膜１６光源１８、２０レンズ１８Ａ、２０Ａ入口表面１８Ｂ、２０Ｂ出口表面１９、２１第２焦点２２、２４光分配ハーネス３０光結合装置３２、３４、３６ハーネス３８、４２、４６反射器４０、４４レンズ５０光結合装置５２、５４、５６、５８、５９反射器部分６０光結合装置７０光結合装置８０、８２電極８６干渉被膜１１６光源１１６Ｂ外管１１８、１１９負レンズ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者リチャード・ロウエル・ハンスレーアメリカ合衆国、オハイオ州、ペッパー・パイク、ベルコート・ロード、28120番

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光源と複数個の光分配ハーネスとの間の
コンパクトな光結合装置において、（ａ）前記光源のまわりに配置された複数個の反射器部
材であって、これらの反射器部材のそれぞれの焦点が前
記光源と実質的に一致するように位置決めされていて、
前記光源からの光を受け取って、その光を光源から遠ざ
かる方へ反射するように作用する複数個の反射器部材
と、（ｂ）各々が前記光源からの光を受け取るための入口表
面および光を送り出すための出口表面を有する複数個の
光結合部材と、（ｃ）前記光結合部材からそれぞれ光を受け取る複数個
の光分配ハーネスとを含み、（ｄ）各々の前記光結合部材がレンズを有し、このレン
ズは、光を第１角度分布で受け取って、それより小さい
角度分布で光を送り出すために、その主光透過軸をほぼ
横切る少なくとも１つの方向に負の曲率を有しているこ
とを特徴とする光結合装置。
【請求項２】少なくとも１個の反射器部材が楕円形
で、その長軸対焦点間距離の比が約２．０〜３．０であ
る請求項１に記載の光結合装置。
【請求項３】少なくとも１個の光結合部材がその対応
する光分配ハーネスから離間しており、該少なくとも１
個の光結合部材とその対応する光分配ハーネスとの間に
光変調器が配置されている請求項１に記載の光結合装
置。
【請求項４】少なくとも１個の光結合部材が１つの反
射器部材の一体部分からなり、該少なくとも１個の光結
合部材の入口表面は、該光結合部材を一体部分とした反
射器部材の隣接する反射部分よりも前記光源に対して近
く方か又は遠い方に位置している請求項１に記載の光結
合装置。
【請求項５】１個の結合部材の入口表面および出口表
面の内の少なくとも一方が、（ａ）該結合部材の主光透
過軸のまわりに軸対称であるか、（ｂ）該主光透過軸の
まわりに非軸対称であるか、または（ｃ）該主光透過軸
に実質的に直交する少なくとも１方向にアキシコン形状
を有するしている請求項１に記載の光結合装置。
【請求項６】（ａ）前記光源により作られる光分布
が、中心軸線のまわりにだいたいトロイダル形状を有し
ていて、該軸線の片側の発光出力が他側の発光出力より
大きく、（ｂ）前記光結合部材がこれに対応して該軸線
の片側に片寄って位置決めされている請求項１に記載の
光結合装置。
【請求項７】前記結合部材が前記光源のまわりに非対
称に配置されている請求項１に記載の光結合装置。
【請求項８】少なくとも１個の結合部材が、該結合部
材を通る主光透過通路と合致した軸線のまわりに非軸対
称である請求項７に記載の光結合装置。
【請求項９】少なくとも１個の結合部材が１個の反射
器部材の一体部分からなり、その一体部分が隣接する反
射器部材と曲率が一致している請求項１に記載の光結合
装置。
【請求項１０】前記少なくとも１個の光結合部材の出
口表面が平坦な表面である請求項９に記載の光結合装
置。
【請求項１１】前記光結合部材がその主光透過軸に沿
ったバイコニック・レンズからなる請求項１に記載の光
結合装置。
【請求項１２】各々の前記反射器部材がバイコニック
形状を有する請求項１１に記載の光結合装置。