(57)【要約】      （修正有）【課題】光ファイバーを使用してデータを迅速かつ正確に転送する。【解決手段】光学系１００は、第１の端部に第１のファイバー面１０２を有する第１の光ファイバーケーブル１０１と、第２の端部に第２のファイバー面２０２を有する第２の光ファイバーケーブル２０１を含み、第１の端部及び第２の端部は、所定の距離だけ分離され、第１の端部で第１のファイバー面に結合された第１のレンズ１０５と、第２の端部で第２のファイバー面に結合された第２のレンズ２０５とを含む。【選択図】図１
2019061231.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を伝送するように構成され、第１の端部に第１のファイバー面を含む第１の光ファイバーと、
前記光を受光するように構成され、第２の端部に第２のファイバー面を含み、前記第１の端部及び前記第２の端部が所定の距離だけ分離されている、第２の光ファイバーと、
前記第１の端部で前記第１のファイバー面に結合された第１のレンズと、
前記第２の端部で前記第２のファイバー面に結合された第２のレンズと、を備え、
前記第１のレンズ及び前記第２のレンズは、アクロマティックであり、
前記第１のレンズ及び前記第２のレンズの少なくとも一方は、少なくとも１つの非球面を含み、
前記第２の光ファイバーの前記第２のファイバー面によって受光される前記光は、少なくとも０．７の囲い込まれたエネルギーの分率を有する、光学系。
【請求項２】
第１の端部に第１のファイバー面を含む第１の光ファイバーと、
第２の端部に第２のファイバー面を含み、前記第１の端部及び前記第２の端部が所定の距離だけ分離されている第２の光ファイバーと、
前記第１の端部で前記第１のファイバー面に結合された第１のレンズと、
前記第２の端部で前記第２のファイバー面に結合された第２のレンズと、
を備える、システム。
【請求項３】
前記第１の光ファイバーは、光を伝送するように構成され、前記第２の光ファイバーは、前記光を受光するように構成される、請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記第２の光ファイバーは、前記第１の光ファイバーから光を受光するように構成され、
前記第２の光ファイバーの前記第２のファイバー面によって受光される前記光は、少なくとも０．７の囲い込まれたエネルギーの分率を有する、請求項２に記載のシステム。
【請求項５】
前記第２の光ファイバーは、前記第１の光ファイバーから光を受光するように構成され、
前記第２の光ファイバーの前記第２のファイバー面によって受光される前記光は、少なくとも０．８５の囲い込まれたエネルギーの分率を有する、請求項２に記載のシステム。
【請求項６】
前記第１のレンズ及び前記第２のレンズは、アクロマティックである、請求項２に記載のシステム。
【請求項７】
前記第１のレンズ及び前記第２のレンズの少なくとも一方は、少なくとも１つの非球面を含む、請求項２に記載のシステム。
【請求項８】
前記第１の光ファイバー及び前記第２の光ファイバーは、９ミクロン単一モードファイバーである、請求項２に記載のシステム。
【請求項９】
前記第１の光ファイバー及び前記第２の光ファイバーは、少なくとも４００ミクロンの視野を含む、請求項２に記載のシステム。
【請求項１０】
前記第１の光ファイバー及び前記第２の光ファイバーを結合するコネクタをさらに備え、
前記コネクタは、前記第１の端部と前記第２の端部との間の距離を維持する、請求項２に記載のシステム。
【請求項１１】
第１の端部に第１のファイバー面を含む第１の光ファイバーを、第２の端部に第２のファイバー面を含む第２の光ファイバーに結合するステップであって、前記第１の端部及び前記第２の端部が所定の距離だけ分離されるように結合するステップと、
前記第１の端部で前記第１のファイバー面に第１のレンズを結合するステップと、
前記第２の端部で前記第２のファイバー面に第２のレンズを結合するステップと、
を含む、方法。
【請求項１２】
前記第１の光ファイバーから前記第２の光ファイバーに光を伝送するステップをさらに含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記第２の光ファイバーは、前記第１の光ファイバーから光を受光するように構成され、
前記第２の光ファイバーの前記第２のファイバー面によって受光される前記光は、少なくとも０．７の囲い込まれたエネルギーの分率を有する、請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
前記第２の光ファイバーは、前記第１の光ファイバーから光を受光するように構成され、
前記第２の光ファイバーの前記第２のファイバー面によって受光される前記光は、少なくとも０．８５の囲い込まれたエネルギーの分率を有する、請求項１１に記載の方法。
【請求項１５】
前記第１のレンズ及び前記第２のレンズは、アクロマティックである、請求項１１に記載の方法。
【請求項１６】
前記第１のレンズ及び前記第２のレンズの少なくとも一方は、少なくとも１つの非球面を含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１７】
前記第１の光ファイバー及び前記第２の光ファイバーは、９ミクロン単一モードファイバーである、請求項１１に記載の方法。
【請求項１８】
前記第１の光ファイバー及び前記第２の光ファイバーは、少なくとも４００ミクロンの視野を含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１９】
前記第１の光ファイバー及び前記第２の光ファイバーにコネクタを結合するステップをさらに含み、前記コネクタは、前記第１の端部と前記第２の端部との間の前記距離を維持するように構成される、請求項１１に記載の方法。
【請求項２０】
前記第１の光ファイバー及び前記第２の光ファイバーは、少なくとも６００ミクロンの視野を含む、請求項１１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、一般に、光ファイバーコネクタに関し、より具体的には、ビーム拡張型光ファイバー終端のための改良された光学系に関する。
【背景技術】
【０００２】
光ファイバー伝送において、２つの光ファイバーケーブルは、一方から他方への光ファイバー間のデータ転送を確実にするための接続を必要とする場合がある。光ファイバーコネクタは、信号強度を最大にするために端部が研磨された２つの別々の光ファイバーを極めて正確に位置決めする必要がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
２つの光ファイバーの何らかの側方、長手方向、及び／又は角度方向の位置合わせ不良は、通信リンク強度の急激な低下につながる。さらに、これらの光ファイバーコネクタは、光ファイバーの表面の間の空隙に存在する汚れ、ほこり、結露、及び／又は他の環境刺激に極めて敏感な場合がある。光ファイバーコネクタを使用してデータを迅速かつ正確に転送する技術には、限界がある場合がある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
１つの実施形態によれば、システムは、第１の端部に第１のファイバー面を有する第１の光ファイバーを含む。システムは、第２の端部に第２のファイバー面を有する第２の光ファイバーをさらに含む。第１の端部及び第２の端部は、所定の距離だけ分離されている。また、システムは、第１の端部で第１のファイバー面に結合された第１のレンズと、第２の端部で第２のファイバー面に結合された第２のレンズとを含む。
【０００５】
１つの実施形態によれば、方法は、第１の端部に第１のファイバー面を有する第１の光ファイバーを、第２の端部に第２のファイバー面を有する第２の光ファイバーに結合するステップを含む。これらのファイバーは、第１の端部及び第２の端部が所定の距離だけ分離されるように結合される。本方法は、第１の端部で第１のファイバー面に第１のレンズを結合するステップと、第２の端部で第２のファイバー面に第２のレンズを結合するステップとをさらに含む。
【０００６】
特定の実施形態の技術的な利点は、位置合わせ不良及び汚れからの光ファイバーコネクタの感受性低減を含むことができる。さらなる利点としては、収差補正の向上、焦点での密なエネルギー集中、広帯域色補正、及び大きな視野にわたる優れた画質が挙げられる。他の技術的な利点は、当業者であれば以下の図面、説明、及び特許請求項の範囲から容易に理解できるはずである。さらに、上記では特定の利点を列挙したが、様々な実施形態は、列挙した利点の全て、一部を含むこと、又はこれらの利点を含まない場合もある。
【０００７】
本開示及びその利点をより完全に理解するために、添付図面と併せて以下の説明を参照する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】特定の実施形態による、光ファイバーケーブル接続部で光を伝達する光学系を示す。
【図２Ａ】図１のレンズ１０５及び／又は２０５の例示的な実施形態のエンサークルド回折エネルギーを表すグラフを示す。
【図２Ｂ】図１のレンズ１０５及び／又は２０５の例示的な実施形態のエンサークルド回折エネルギーを表すグラフを示す。
【図２Ｃ】図１のレンズ１０５及び／又は２０５の例示的な実施形態のエンサークルド回折エネルギーを表すグラフを示す。
【図２Ｄ】図１のレンズ１０５及び／又は２０５の例示的な実施形態のエンサークルド回折エネルギーを表すグラフを示す。
【図３】特定の実施形態による、図１の光学系を構成する方法を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
上述したように、光ファイバー接続部は、位置合わせ不良及び汚れの影響を受けやすく、これらは伝送効率を低下させる可能性がある。一部の用途では、光が光源ファイバーを出た後、かつ受光ファイバーに入る前に光の処理又は操作を行うことが望ましい。ファイバー終端間の各コネクタの位置合わせ不良及び汚れに対する極端な感度を部分的に緩和するために、ビーム拡張型終端（ＥＢＴ）コネクタを使用することができ、これは、１つのファイバーから放出された発散ビームを拡張及び視準し、平行ビームを集束させて光学構成要素の物理的な接触なしに相手側ファイバーに戻す。この技法は、自由空間光通信と呼ばれ、位置合わせ不良及び汚れに対する光ファイバーコネクタの感度低下を助ける。ＥＢＴコネクタ内の光学視準及び集束構成要素は、球形ボール及び／又は屈折率勾配（ＧＲＩＮ）レンズを視準及び再結像に使用することができる。これらの光学素子は、特に軸外像については、大きくかつ補正されていない単色及び多色収差に悩まされる。光エネルギーは、光の回折特性が許す場合、受光ファイバー上に密に集束せず、その代わりに、受光像は、ほとんど何らかの位置合わせ不良の程度で、何十ミクロンにもわたって広がり、これは、実際に受光ファイバーに入る光強度を低下させるように作用する可能性があり、所望の位置合わせ公差が非常に厳しくなる。
【００１０】
球形ボール及び／又はＧＲＩＮ光学素子を使用する自由空間光学ＥＢＴコネクタにおける光学収差は、コネクタを通る伝送を減衰させ、信号強度に関して何デシベルも費やす可能性がある。これらの収差は、波長とともに変化し、各ファイバーが大きく異なる信号波長を有する場合は異なるコネクタを使用する必要がある。これらの角度及び位置に左右される収差は、もっぱら約５〜９ミクロンの範囲のコア径を有する単一モードファイバーを用いて自由空間光ファイバー接続を行なおうとする際に問題をさらに悪化させる。良好な信号強度は、狭スペクトル帯域で実現可能であるが、高価な位置合わせ機器及び接触作業が必要である。これによって、厳密な位置合わせで十分なデータ転送速度を得ることができるが、不十分な軸外収差特性は、これらを、側方、長手方向、及び角度方向の位置合わせ不良に対する影響を受けやすくする場合がある。また、フィールド性能に対する不十分な光学補正は、これらの用途を、直径がより大きな多チャネル光子ファイバーに限定するが、その理由は、信号強度が外側チャネルで低下し、光学収差に起因して複数の別々のチャネルにわたって広がる（クロストーク）からである。高価な機器及びトレーニングを使用して、高容量の単一ファイバー稼働環境におけるリンク損失を最小にするためにこれらの光ファイバーシステムを繰り返し位置決めすることができる。より大きな光子ファイバーの内外への低クロストークの広帯域多チャネル自由空間光結合には、広範な光学的解決策は存在しない。
【００１１】
従って、接続部全体にわたって強化されてより堅牢な伝送スループットを提供するために、自由空間光ファイバーコネクタに使用される光学構成要素を改良することが望ましいであろう。良好に補正された単一及び多素子レンズを組み込むことによって、光学系は、単波長及び多波長の像の改良された光学補正を有することができる。次に、これによって、より大きな視野及びより広いスペクトル帯域に対して密なエネルギー集中をもたらすことができる。これらのコネクタは、分散、傾き、及び空間位置合わせ不良誤差の影響を受けにくく、接続リスク及び時間を低減するが、高い光リンク伝送を維持する。これらの特注設計のレンズは、空隙を横切るレンズによって容易に受光され、結果的に位置合わせ不良、隙間、振動、及び他の干渉のより大きな公差を可能にするように光を集束させる。開示される実施形態は、単一モード及び多モードのファイバーの両方に適用することができ、並びに、光ファイバーネットワークの製造及びメンテナンスでの人件費を軽減することができる。これらの新規な光学レンズは、広スペクトル帯域（例えば、８５０〜１６００ナノメートル）にわたって補正することができ、異なる波長での再集束を不要にするか又はその必要性を低減し、広範に分離されたスペクトル波長のために別個のファイバーラインをもつ必要性を低減する。これらのレンズは、例えば、４００−６００ミクロンの角度位置合わせ不良又は拡張視野に対して、さらには、数百ミクロンの並進位置合わせ不良が存在する場合に素早く機能を発揮するように設計されている。これにより、接続部は、設置接続、並びに何らかの変動及び／又は干渉に対してより耐性があるので、２つのファイバーのリンクが途絶える可能性が低減する。さらに、この視野によって、信号強度がチャネル全体にわたって一定のままでありクロストークが最小限に抑えられるので、これらのレンズは、より大きな多チャンネル光子ファイバーに関して有望とすることができる。一部の実施形態では、これらのレンズを製造するために成形可能な光学ガラスを使用することができ、量産コストを低減することができる。
【００１２】
本開示の教示では、光ファイバーコネクタ内に光学レンズを使用すると、接続部にわたって強化され、より堅牢な伝送スループットを実現できることが認識されている。以下では、上記及び他の所望の特徴をもたらすビーム拡張型光ファイバー終端のための改良された光学系のシステム及び方法を説明する。
【００１３】
図１は、特定の実施形態による、光ファイバーケーブル接続部で光ビームを伝送する光学系１００の分解図を示す。光学系１００は、ファイバー面１０２を備え、レンズ１０５に結合された第１の光ファイバーケーブル１０１と、ファイバー面２０２を備え、レンズ２０５に結合された第２の光ファイバーケーブル２０１とを含む。光学系１００では、光ファイバーケーブル１０１及び２０１は、所定の距離１３０によって分離され、これを横断して、光１２０（例えば、レーザー又はＬＥＤ）を光ファイバーケーブル１０１から光ファイバーケーブル２０１に伝達することができる。
【００１４】
一般に、光学系１００は、距離１３０を横断して光１２０（例えば、レーザービーム又はＬＥＤライト）を光ファイバーケーブル２０１に伝達する光ファイバーケーブル接続部を含む。具体的には、レンズ１０５及び２０５は、光ファイバーケーブル２０１が光１２０の波長を十分に受けることを保証するように光１２０を操作する。レンズ１０５及び２０５は、波長が光ファイバーケーブル２０１のファイバー面２０２上に置かれることを保証するために波長の光学補正を行う。このようにして、２つの光ファイバーケーブルの間の接続部は、空間位置合わせ不良の影響を受けにくくなり、結果的に、接続リスク及び伝達時間の低減を行うと同時に高い光リンク伝送を維持する。
【００１５】
一部の実施形態では、光ファイバーケーブル１０１及び２０１は、単一、多モード、多チャネルフォトニック光ファイバー、又は、光ファイバー用の何らかのハウジングで構成することができる。一部の実施形態では、光ファイバーケーブル１０１は、光１２０を伝送することができ（例えば、光源ファイバー）、光ファイバーケーブル２０１は、光１２０を受光することができる（例えば、受光ファイバー）。一部の実施形態では、光ファイバーケーブル２０１は、光１２０を伝送することができ（例えば、光源ファイバー）、光ファイバーケーブル１０１は、光１２０を受光することができる（例えば、受光ファイバー）。一部の実施形態では、光ファイバーケーブル１０１及び２０１は、光ファイバーとすることができる。
【００１６】
一部の実施形態では、ファイバー面１０２及び２０２は、光ファイバーケーブル１０１及び２０１の開放端とすることができる。１つの光ファイバーケーブル（例えば、１０１）から伝送された光１２０は、別のケーブルのファイバー面（例えば、ファイバー面２０２）に送出され、光の伝送を保証するようになっている。ファイバー面１０２及び２０２は、面の中央部分を示すコア又は焦点を有することができる。光がファイバー面１０２及び２０２のコアに近いほど、エネルギー集束は密である。伝送において、ファイバー２０１のファイバー面２０２での光信号の強度分布を制御することが有用である。受光ファイバーに対する（例えば、ファイバー面１０２及び／又は２０２のコアに対する）光１２０の集中が密であるほど、高いデータ転送速度の可能性が高い。この集中は、ファイバーコア径に対するエンサークルド回折エネルギーによって定量化することができ、伝送品質を示すことができる。
【００１７】
一部の実施形態では、距離１３０は、光ファイバーケーブル１０１と光ファイバーケーブル２０１との間の空間、及び／又は、レンズ１０５とレンズ２０５と間の空間とすることができる。レンズ１０５及び２０５は、光ファイバーケーブル１０１及び２０１にそれぞれ（例えば、ファイバー面１０２及び２０２で）結合することができ、レンズ１０５とレンズ２０５との間の距離は、光ファイバーケーブル１０１と光ファイバーケーブル２０１との間の距離と相対的に同じとなっている。一部の実施形態では、光ファイバーケーブル１０１及び２０１は分離されており、光学系１００は、自由空間光通信を例証する。これらの２つのケーブル１０１及び２０１は、独立して移動できる異なる構成要素に収納することができる。２つの構成要素は、それらを介して（例えば、自由空間光ファイバーケーブルコネクタを介して）光１２０を伝達できるように、距離１３０を横切ってケーブル１０１とケーブル２０１との間で十分な接続があるまで移動させることができる。例えば、各ケーブル１０１及び２０１は、ラップトップコンピュータ内に収納することができ、ユーザは、接続を行うためにケーブル１０１及び２０１が十分に整列するまで１つのコンピュータを物理的に移動させることができる。これは、２つのケーブル間の物理的な接続（例えば、ピンコネクタ）のない柔軟性を可能にするが、それでも距離１３０（例えば、空隙）を横切る高速データ接続を得ることができるという理由で有益であろう。一部の実施形態では、光ファイバーケーブル１０１及び２０１は、互いの間に特定の距離１３０を維持するように物理的に結合することができる。例えば、ケーブル１０１及び２０１は、単純な機械的コネクタ（例えば、２つのケーブルを一緒にスナップ嵌合する）で一緒に締結することができる。これは、ケーブル１０１及び２０１を接続する迅速かつ効率的な方法を可能にし、レンズ１０５及び２０５は、ケーブル１０１及び２０１が完全に整列する必要がないほどの高い許容差を可能にするという理由で有益であろう。
【００１８】
一部の実施形態では、レンズ１０５及び２０５は、光ファイバーケーブル１０１及び／又は２０１からの慎重に設計された光路を可能にする多素子のカスタマイズされた光学系とすることができる。一部の実施形態では、レンズ１０５及び２０５は、同じ特性を有し、互いの鏡像関係にある。一部の実施形態では、レンズ１０５及び２０５は、互いと異なる特性を有する固有のものとすることができる。一部の実施形態では、レンズ１０５及び２０５は、特定のファイバー仕様に合わせて設計することができ、光学系は、距離１３０を横切って光を最適に伝送するように設計される。例えば、レンズ１０５及び２０５は、光ファイバーケーブル１０１及び２０１が伝送する特定の波長に合わせて設計することができる。一部の実施形態では、レンズ１０５及び２０５は、それぞれ、光ファイバーケーブル１０１及び２０１に結合することができ、この結合は、レンズの位置を光ファイバーケーブル１０１及び２０１、並びにファイバー面１０２及び２０２に対して維持する。
【００１９】
一部の実施形態では、レンズ１０５及び２０５は、光１２０を最適に伝送するように設計された特定の特性を含むことができる。例えば、レンズ１０５及び２０５はアクロマティック（achromatic；収色性）とすることができ、これによって、レンズは、単一の波長ではなく、複数の波長をコリメートすると共にシャープに焦点を合わせることができる。このことは、光学系１００が追加のチャネルで、かくしてより高い帯域幅で伝送し、他のシステムで可能であったであろう以上を伝送することができるという理由で有益であろう。一部の実施形態では、レンズ１０５及び２０５の光学面は、非球面形状を有し、これは、レンズによって生成される光１２０の収差を最小限にすることができる。レンズ１０５及び２０５は、非球面の形状を有することによって、単一の半径又は曲率から逸脱する。この形状は、一般に、以下の方程式の形で規定される。
【数１】
2019061231.tif 000003
及び
【数２】
2019061231.tif 000004
式中、
Ｓ＝面サグ量
ｃ＝曲率
ｒ＝中心からの距離
ａ4＝非球面係数Ａ４
ａ6＝非球面係数Ａ６
【００２０】
一部の実施形態では、レンズ１０５及び２０５は、前方非球面、後方非球面、又は、前方及び後方非球面の両方を有することができる。レンズ１０５及び２０５の別の特性は、レンズの中心厚であり、これは単色及び多色収差の補正を助ける。また、レンズ１０５及び２０５は、１枚レンズ、２枚レンズ（例えば、空気離間２枚レンズ又は接合２枚レンズ）、及び／又は、広視野ペッツバール型レンズとすることができる。また、レンズ１０５及び２０５は、レンズが実現する視野において変わり得る（例えば、少なくとも４００ミクロン）。レンズ１０５及び２０５は、ガラス又は成型プラスチックなど、何らかの環境適合光学材料で作製することができる。レンズ１０５及び２０５は、以下の表１〜４に例示するように、表面プロファイル、形式、半径、厚さ、ガラス、及び直径など、さらなる特性及びレンズ仕様（lens prescription）に基づいて様々とすることができる。レンズ１０５及び２０５は、異なる組の波長帯域での大きな位置合わせ不良に対応するように設計され、ケーブル１０１及び２０１の整列に関する限定性を必要とすることなく光１２０の信頼性のある伝送を可能にするという理由で光学系１００に有益である。例えば、従来のレンズでは、素子を持って少しだけ（例えば、０．１ミリメートル）シフトさせると、大きな性能損失が生じることになるが、レンズ１０５及び２０５を有する光学系１００では、ケーブル１０１及び２０１が傾く、中心から外れる、さもなければ位置合わせ不良になったとしてもエネルギー伝達が可能である。
【００２１】
本明細書で説明する光学系に対して、本発明の範囲から逸脱することなく修正、追加、又は省略を行うことができる。例えば、光学系１００は、任意数の光ファイバーケーブル１０１及び２０１、レンズ１０５及び２０５、光１２０、並びにファイバー面１０２及び２０２を含むことができる。別の例として、距離１３０は、可変とすることができ、特定の実施形態では、ケーブル１０１及び２０１は、互いに対して移動することができるように、別個の構成要素に収容することができる。構成要素は、統合すること又は切り離すことができる。さらに、各動作は、より多数の、より少数の、又は他の構成要素によって行うことができる。
【００２２】
図２Ａ、図２Ｂ、図２Ｃ、及び図２Ｄは、図１のレンズ１０５及び／又は２０５の様々な例示的な実施形態を使用する際のエンサークルド回折エネルギーをミクロン単位の画像高さの関数として示すグラフを示す。以下の表１〜４は、レンズ１０５及び／又は２０５の例示的な実施形態の特性を示すが、対応する図２Ａ〜図２Ｄは、図１の光学系１００など光学系内で特定のレンズを使用することに起因する異なる視野点でのエンサークルド回折エネルギーを示す。
【００２３】
表１〜４に示す特性は、ケーブル１０１及び２０１の整列に関する限定性を必要とすることなく光１２０の信頼性のある伝送といった、レンズ１０５及び２０５が最適な利点を提供することを保証するように操作することができる特性を示す。従って、ケーブル１０１及び２０１は、光１２０の全て又は大部分が受光ケーブル（例えば、ケーブル２０１）によって受光される、高い集中を保証しながら、異なる波長帯域を有する光１２０を伝送することができる。レンズ１０５及び２０５によってもたらされる利点の他の例としては、収差補正の向上、焦点でのより密なエネルギー集中、８５０ナノメートル未満から１６００ナノメートル又はそれ以上の光ファイバー波長を共通のシャープに合った焦点に集束するように補正された広帯域色、数百ミクロンにわたる大きい視野に対する優れた画質の維持、及び、既存のビーム拡張型終端と下位互換性があるように調整可能である点が挙げられる。
【００２４】
以下の実施例は、レンズ（例えば、図１のレンズ１０５及び２０５）の特定の実施形態を提示し、本発明を何らかの特定の寸法に限定することは意図されていない。これらの実施例は、使用することができる特定のレンズ仕様に関するパラメータを含む。
【００２５】
実施例１
一部の実施形態では、レンズ１０５及び／又は２０５は、４００ミクロンの視野用の前方及び後方非球面を有するＮＡ０．２２のシングレットとすることができる。表１は、この例示的な実施形態のレンズ仕様を例示する。
【００２６】
【表１】
2019061231.tif 000005
【００２７】
このレンズ仕様を９ミクロン単一モードファイバーとともに使用して、光１２０の３つの波長（０．８５００、１．３１００及び１．５５００）を伝送すると、光１２０の集中した伝送が可能である。図２Ａは、中心（例えば、ファイバー面１０２及び／又は２０２のコア／焦点）から特定の半径内に捕捉される包囲エネルギー又は囲い込まれたエネルギー（enclosed energy）の分率（fraction）を示す。図２Ａに示すように、９ミクロンファイバー径を使用すると、包囲エネルギーの分率は、２００ミクロン軸外に至る回折限界（例えば、達成することができる最大値）に近い。回折限界に近いほど、光の伝送は良好かつ信頼性が高い。この例示的な実施形態は、光１２０が適切に伝送されるのを保証するためにレンズ１０５及び／又は２０５を使用する利点を例示する。この例示的な実施形態１は、４００ミクロン視野を超える単一モードファイバーの適当な広帯域性能をもたらす。
【００２８】
実施例２
一部の実施形態では、レンズ１０５及び／又は２０５は、４００ミクロンの視野用の単一の前方非球面を有するＮＡ０．２２のダブレットとすることができる。表２は、この例示的な実施形態のレンズ仕様を例示する。
【００２９】
【表２】
2019061231.tif 000006
【００３０】
このレンズ仕様を９ミクロン単一モードファイバーとともに使用して、光１２０の３つの波長（０．８５００、１．３１００及び１．５５００）を伝送すると、光１２０の集中した伝送が可能である。図２Ｂは、中心（例えば、ファイバー面１０２及び／又は２０２のコア／焦点、及び２００ミクロン軸外）から特定の半径内に捕捉される包囲エネルギーの分率を示す。図２Ｂに示すように、９ミクロンファイバー径を使用すると、包囲エネルギーの分率は、４００ミクロン視野を超える回折限界（例えば、達成することができる最大値）に近い。実施例１及び図２Ａと比較すると、この例示的な実施形態２のエンサークルド回折エネルギーは、回折限界に一層近い。回折限界に近いほど、光の伝送は良好かつ信頼性が高い。この例示的な実施形態は、光１２０が適切に伝送されることを保証するためにレンズ１０５及び／又は２０５を使用する利点を例示する。この例示的な実施形態２は、８５０〜１５５０ナノメートルのスペクトル及び４００ミクロン視野を超える向上した画像の鮮明さをもたらす。
【００３１】
実施例３
一部の実施形態では、レンズ１０５及び／又は２０５は、４００ミクロンの視野用の単一の後方非球面を有するＮＡ０．２２の空気離間ダブレットとすることができる。表３は、この例示的な実施形態のレンズ仕様を例示する。
【００３２】
【表３】
2019061231.tif 000007
【００３３】
このレンズ仕様を９ミクロン単一モードファイバーとともに使用して、光１２０の３つの波長（０．８５００、１．３１００及び１．５５００）を伝送すると、光１２０の集中した伝送が可能である。図２Ｃは、中心（例えば、ファイバー面１０２及び／又は２０２のコア／焦点）から特定の半径内に捕捉され、直径４００ミクロン視野を超える包囲エネルギーの分率を示す。図２Ｃに示すように、９ミクロンファイバー径を使用すると、包囲エネルギーの分率は、回折限界（例えば、達成することができる最大値）にほぼ到達する。実施例１及び２と比較すると、この例示的な実施形態３のエンサークルド回折エネルギーは、（図２Ａ及び図２Ｂと比較すると）回折限界に一層近い。回折限界に近いほど、光の伝送は良好かつ信頼性が高い。この例示的な実施形態は、光１２０が適切に伝送されることを保証するためにレンズ１０５及び／又は２０５を使用する利点を例示する。この例示的な実施形態３は、例示的な実施形態１及び２を超える視野性能の向上をもたらす。
【００３４】
実施例４
一部の実施形態では、レンズ１０５及び／又は２０５は、６００ミクロンの視野用の単一の非球面を有するＮＡ０．２２の広視野ペッツバール型レンズとすることができる。表４は、この例示的な実施形態のレンズ仕様を例示する。
【００３５】
【表４】
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【００３６】
このレンズ仕様を９ミクロン単一モードファイバーとともに使用して、光１２０の３つの波長（０．８５００、１．３１００及び１．５５００）を伝送すると、光１２０の集中した伝送が可能である。図２Ｄは、中心（例えば、ファイバー面１０２及び／又は２０２のコア／焦点）から特定の半径内に捕捉される包囲エネルギーの分率を示す。図２Ｄに示すように、９ミクロンファイバー径を使用すると、包囲エネルギーの分率は、直径６００ミクロン視野を超える回折限界（例えば、達成することができる最大値）に実質的に到達する。実施例１、２、及び３と比較すると、この例示的な実施形態４のエンサークルド回折エネルギーは、（図２Ａ、図２Ｂ、及び図２Ｃと比較すると）回折限界に一層近い。回折限界に近いほど、光の伝送は良好かつ信頼性が高い。この例示的な実施形態は、光１２０が適切に伝送されることを保証するためにレンズ１０５及び／又は２０５を使用する利点を例示する。この例示的な実施形態４は、優れた光学性能をもたらす。
【００３７】
上記の実施例１〜４は、単に例示的な実施例であり、制限的であることを意図していない。示される特性及びレンズ仕様は、特定のファイバーの必要な空間及びスペクトル特性に適合するように変更及び最適化することができる。例えば、以下のレンズ特性、すなわち、視野、非球面の湾曲、レンズの形式、表面プロファイル、形式、半径、厚さ、レンズの材料、直径、及びレンズの何らかの他の特性は、４つの例示的な実施形態のいずれかの間で、並びに他の設計上の特徴の間で変更すること、組み合わせること、及び／又は調整することができる。
【００３８】
図３は、特定の実施形態による、図１の光学系を構成する方法を例示するフローチャートである。この方法は、一部の実施形態では、ステップ３０１で始まり、ステップ３０１では、第１の端部に第１のファイバー面を有する第１の光ファイバーを、第２の端部に第２のファイバー面を有する第２の光ファイバーに結合する。第１の光ファイバー及び第２の光ファイバーを結合することによって、各ファイバーは所定距離だけ分離することができる。この距離は、固定とすること、又は（例えば、ケーブルが互いに対して移動可能であるように）可変とすることができる。一部の実施形態では、結合によって、第１のファイバー面と第２のファイバー面との間の位置決めが維持され、光を一方から他方のケーブルで伝送することができるようになっている。
【００３９】
一部の実施形態において、ステップ３０３及び３０５では、第１のレンズを第１の端部で第１のファイバー面に結合し、第２のレンズを第２の端部で第２のファイバー面に結合する。第１及び第２のレンズは、図１のレンズ１０５及び２０５などのレンズとすることができる。レンズは、光が第２のファイバー面のコア近傍で受光されるように（例えば、光の集中がある）、光を改善された収差補正で第１のファイバー面から伝送するように動作可能であり、これは優れた画質をもたらす。
【００４０】
一部の実施形態において、ステップ３０７では、光を第１の光ファイバーから第２の光ファイバーに伝送する。光は、光ビーム、レーザービーム、ＬＥＤ、又は、光の何らかの適切な形態とすることができる。一部の実施形態では、光は、データ（例えば、一連の０及び１、画像、情報）の伝達を指示し、データが伝送されることを保証するために第２の光ファイバーによって受光される必要がある。レンズは、光ファイバーのファイバー面が完全に整列していない場合であっても光が伝送されることを可能にする。これによって、ファイバー面の機械的なコストのかかる完全な位置決めを必要とすることなく、伝送を容易に行うことができる。
【００４１】
一部の実施形態において、ステップ３０９では、コネクタを第１の光ファイバー及び第２の光ファイバーに結合する。コネクタは、各光ファイバーのファイバー面の間の距離を維持することができる。コネクタは、各ファイバー面の間の相対的な位置決めを維持する単純な機械的コネクタとすることができ、レンズは、受光ファイバー面のコアの近くでデータを伝送することができるようになっている。この後で、本方法は終了する。
【００４２】
本明細書で説明する方法に対して、本発明の範囲から逸脱することなく修正、追加、又は省略を行うことができる。例えば、各ステップは、組み合わせること、修正すること、又は適切な場合には削除することができ、追加のステップを加えることができる。例えば、ステップ３０９は、光ファイバーケーブルが他の構成要素に収容され、それぞれのファイバー面がその間で光を十分に伝送するように位置決めできるように、互いに対して手動で移動される場合には省略することができる。さらに、各ステップは、本開示の範囲から逸脱することなく何らかの適切な順番で実行することができる。
【００４３】
本明細書では、「又は」は、明示的に別段の指示がない限り、又は文脈上の別段の指示がない限り包括的であり、排他的ではない。従って、本明細書では、「Ａ又はＢ」は、明示的に別段の指示がない限り、又は文脈上の別段の指示がない限り、「Ａ、Ｂ、又はその両方」を意味する。さらに、「及び」は、明示的に別段の指示がない限り、又は文脈上の別段の指示がない限り、連帯及び個別の両方である。従って、本明細書では、「Ａ及びＢ」は、「Ａ及びＢ、連帯的に又は個別的に」を意味する。
【００４４】
本開示の範囲は、本明細書で説明又は例示する例示的な実施形態に対する全ての変更、置換、変形、改変、及び修正を包含し、このことは当業者であれば理解できるはずである。本開示の範囲は、本明細書で説明又は例示する例示的な実施形態に限定されない。さらに、本開示は、本明細書のそれぞれの実施形態が特定の構成要素、要素、機能、動作、又はステップを含むと説明及び例示されるが、これらの実施形態のいずれも、本明細書のどこかで説明又は例示する構成要素、要素、機能、動作、又はステップのいずれかの何らかの組み合わせ又は置換を含むことができ、このことは当業者であれば理解できるはずである。さらに、特定の機能を実行するように適合される、配置される、可能にする、構成される、機能する、動作可能である、又は動作する装置又はシステムもしくは装置又はシステムの構成要素に対する特許請求の範囲における言及は、その装置、システム又は構成要素がそのように適合される、配置される、可能にする、構成される、機能する、動作可能である、又は動作する限り、その特定の機能が動作する、作動する、又は解除されるか否かを問わず、そのような装置、システム、構成要素を包含する。
【符号の説明】
【００４５】
１００  光学系
１０１  第１の光ファイバーケーブル
１０２  ファイバー面
１０５  レンズ
１２０  光
１３０  距離
２０１  第２の光ファイバーケーブル
２０２  ファイバー面
２０５  レンズ
【図１】
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【図２Ａ】
2019061231.tif 000010
【図２Ｂ】
2019061231.tif 000011
【図２Ｃ】
2019061231.tif 000012
【図２Ｄ】
2019061231.tif 000013
【図３】
2019061231.tif 000014
【外国語明細書】
2019061231000001.pdf