(57)【要約】非結像ビーム結合器及びコリメータ。この非結像ビーム結合器及びコリメータは、焦点（１５０）を通る同一波長の光（１４２，１４４）を放射する少なくとも２つの光源（１１０，１３０）と、焦点を通った同一波長の光を受け取り、大気を通る同一波長の光をコリメートする非結像素子（１６０）とを有する。上記少なくとも２つの光源（１１０，１３０）は、光ファイバー源と、光学ファイバーと、階調インデックスレンズと、ファイバーレーザーまたはレーザダイオードを有する。上記非結像素子（１６０）は、入力面（１６５）と、この入力面に隣接する放物面と、この放物面に隣接する円錐面と、及びこの円錐面に隣接する、上記入力面（１６５）に対し反対側の楕円面とを有する。上記放物面は、全内部反射面を有する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
焦点を通る同一の第１波長の光を放射する少なくとも２つの第１光源と、
大気を通る同一の第１波長の光の出力を合計するため、上記焦点を通った同一の第１波長の光を受け取り、コリメートする非結像素子とより成る
大気を通る光を結合しコリメートする装置。
【請求項２】
上記少なくとも２つの第１光源が、光ファイバー源と、光学ファイバーと、階調インデックスレンズ焦点システムと、ファイバーレーザーと、及びレーザダイオードとの少なくとも１つを有する請求項１記載の装置。
【請求項３】
上記非結像素子が、
入力面と、
上記入力面に隣接する放物面と、
上記放物面に隣接する円錐面と、及び
上記円錐面に隣接する、上記入力面に対して反対側の楕円面とを有する
請求項１記載の装置。
【請求項４】
上記放物面が全内部反射面を有する請求項３記載の装置。
【請求項５】
焦点を通る同一の第２波長の光を放射する少なくとも２つの第２光源を更に有し、上記非結像素子が大気を通る同一の第２波長の光の出力を合計するため上記焦点を通った同一の第２波長の光を更に受け取り、コリメートする請求項１記載の装置。
【請求項６】
上記少なくとも２つの第１光源の少なくとも１つに結合した光源制御器と、
この光源制御器に結合した大気条件感知器とを更に有する請求項１記載の装置。
【請求項７】
上記光源制御器が、大気条件感知器によって感知した大気条件をベースとして上記少なくとも２つの第１光源の少なくとも１つによって放射された光を制御する請求項６記載の装置。
【請求項８】
上記大気条件感知器が大気によって容易に光を伝達できることを感知したとき上記光源制御器が、上記少なくとも２つの第１光源の少なくとも１つによる光の放射を停止せしめる請求項７記載の装置。
【請求項９】
上記大気条件感知器が、大気によって容易に光を伝達できないことを感知したとき上記光源制御器が、上記少なくとも２つの第１光源の少なくとも１つにより光を放射せしめる請求項７記載の装置。
【請求項１０】
上記大気条件感知器がレーザレーダを有する請求項６記載の装置。
【請求項１１】
上記光源制御器が、上記大気条件感知器によって感知した大気をベースとして大気を通る光の出力の増大、維持及び低下の少なくとも１つを行なう請求項６記載の装置。
【請求項１２】
上記大気条件感知器が、大気を通る同一の第１波長の光ビーム内の大気条件を感知する請求項６記載の装置。
【請求項１３】
請求項１記載の装置を有する製版器。
【請求項１４】
請求項１記載の装置を有する、対象物を標的とするための標的指示システム。
【請求項１５】
焦点を通る同一の第１波長の光を放射する少なくとも２つの第１光源と、
大気を通る同一の第１波長の光の出力を合計するため、上記焦点を通った同一の第１波長の光を受け取り、コリメートし、及び
大気を通る同一の第２波長の光の出力を合計するため、上記焦点を通った同一の第２波長の光を受け取り、コリメートする非結像素子と、
を含む第１の大気光学データノードと、
第２の大気光学データノードと
より成る大気光学ネットワーク。
【請求項１６】
大気から上記同一の第１波長光と同一の第２波長光を受け取るレシーバを更に有する請求項１５記載のネットワーク。
【請求項１７】
上記レシーバが、光を結合し、コリメートするための装置から略１０キロメータ離れている請求項１６記載のネットワーク。
【請求項１８】
上記レシーバが、同一の第２波長の光から同一の第１波長の光を分解する波長分割デマルチプレクサを有する請求項１６記載のネットワーク。
【請求項１９】
上記レシーバが、加／減マルチプレクサを有する請求項１６記載のネットワーク。
【請求項２０】
コリメートした光を大気を通して反射する反射器を更に有する請求項１５記載のネットワーク。
【請求項２１】
コリメートした光を第１及び第２レシーバに屈折する屈折器を更に有する請求項１５記載のネットワーク。
【請求項２２】
上記少なくとも２つの第１光源の少なくとも１つに結合した光源と、
上記光源制御器に結合した大気条件感知器と、
を更に有する請求項１５記載のネットワーク。
【請求項２３】
上記光源制御器が、上記大気条件感知器によって感知した大気条件をベースとして上記少なくとも２つの第１光源の少なくとも１つによって放射された光を制御する請求項２２記載のネットワーク。
【請求項２４】
上記大気条件感知器が大気によって容易に光を伝達できることを感知したとき上記光源制御器が、上記少なくとも２つの第１光源の少なくとも１つによる光の放射を停止せしめる請求項２３記載のネットワーク。
【請求項２５】
上記大気条件感知器が大気によって容易に光を伝達できないことを感知したとき上記光源制御器が、上記少なくとも２つの第１光源の少なくとも１つにより光を放射せしめる請求項２３記載のネットワーク。
【請求項２６】
上記大気条件感知器がレーザレーダを有する請求項２２記載のネットワーク。
【請求項２７】
上記光源制御器が、上記大気条件感知器によって感知した大気をベースとして大気を通る光の出力の増大、維持及び低下の少なくとも１つを行なう請求項２２記載のネットワーク。
【請求項２８】
上記大気条件感知器が、大気を通る同一の第１波長の光ビーム内の大気条件を感知する請求項２２記載のネットワーク。
【請求項２９】
焦点を通る同一の第１波長の光を放射する少なくとも２つの第１光源と、
焦点を通る同一の第２波長の光を放射する少なくとも２つの第２光源と、及び　大気を通る同一の第１波長の光の出力を合計するため、上記焦点を通った同一の第１波長の光を受け取り、コリメートし、大気を通る同一の第２波長の光の出力を合計するため、上記焦点を通った同一の第２波長の光を受け取り、コリメートする非結像素子と
より成る大気光学データノード。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はビーム成形装置、特に、大気を通る光を結合し、コリメートする方法及び装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
現在、照明システムは光を伝達するために用いられている。この伝達光は光源とレシーバ間のデータ伝達に用い得る。例えば、光ファイバーを通して光源からレシーバにデータを伝達できる。更に、伝達光は微小対象物のために用い得る。例えば、レーザ照準器はターゲットをピンポイント照射するために用い得る。更に、伝達光は製版のために用い得る。例えば、高出力レーダではターゲット照明のため伝達光を利用できる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
然しながら残念なことに、現在の多くの照明システムは多数の用途のために適するパワーを作ることができない。更に、コストとスペースの問題で多くの用途に用いるため光のパワーを増大することができない。例えば、パワーを必要とする理由で大気を通してデータを高速で伝達することはコスト的に不可能である。更に、ピンポイントターゲットのためのシステムのような多くの用途のための大きな照明システムの使用は、コストとサイズの面で実現できない。例えば、現在の最大出力レーザダイオードによっても１〜４ワットの出力以上は得られない。このような出力では濃い大気条件において戦争シーンを３次元的に表現するには不十分である。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発の目的は非結像ビーム結合器及びコリメータ（ＮＩＢＣＣ）を形成することにある。このＮＩＢＣＣは、焦点を通る同一波長の光を放射する少なくとも２つの第１光源と、大気を通る同一波長の光を合計するため、上記焦点を通った同一の第１波長の光を受け取り、大気を通る同一波長の光をコリメートする非結像素子とより成る。
【０００５】
上記少なくとも２つの第１光源は、光ファイバー源と、光学ファイバーと、階調インデックスレンズと、ファイバーレーザと、及びレーザダイオードとの少なくとも１つを有する。上記コリメータは、入力面と、上記入力面に隣接する放物面と、上記放物面に隣接する円錐面と、及び上記円錐面に隣接する、上記入力面に対して反対側の楕円面とを有する。
【０００６】
上記放物面は全内部反射面を有する。
【０００７】
本発明のＮＩＢＣＣは、焦点を通る同一の第２波長の光を放射する少なくとも２つの第２光源を更に有する。上記非結像素子は大気を通る同一の第２波長の光の出力を合計するため上記焦点を通った同一の第２波長の光を更に受け取り、コリメートする。本発明のＮＩＢＣＣは、上記少なくとも２つの第１光源の少なくとも１つに結合した光源制御器と、この光源制御器に結合した大気条件感知器とを更に有する。上記光源制御器は、大気条件感知器によって感知した大気条件をベースとして上記少なくとも２つの第１光源の少なくとも１つによって放射された光を制御する。
【０００８】
上記大気条件感知器が大気によって容易に光を伝達できることを感知したとき上記光源制御器は、上記少なくとも２つの第１光源の少なくとも１つによる光の放射を停止せしめる。上記大気条件感知器が大気によって容易に光を伝達できないことを感知したとき上記光源制御器は、上記少なくとも２つの第１光源の少なくとも１つにより光を放射せしめる。上記大気条件感知器はレーザレーダを有する。上記光源制御器は、上記大気条件感知器によって感知した大気をベースとして大気を通る光の出力の増大、維持及び低下の少なくとも１つを行なう。上記大気条件感知器は、大気を通る同一の第１波長の光ビーム内の大気条件を感知する。
【０００９】
本発明のＮＩＢＣＣは製版器を有し、また、対象物を標的とするための標的指示システムを用いる。
【００１０】
本発明のＮＩＢＣＣは大気光学ネットワークを用いる。この大気光学ネットワークは大気光学データノードを有する。この大気光学データノードは、焦点を通る同一の第１波長の光を放射する少なくとも２つの第１光源を有する。上記大気光学データノードは、焦点を通る同一の第２波長の光を放射する少なくとも２つの第２光源を有する。上記大気光学データノードは、更に大気を通る同一の第１波長の光の出力を合計するため、上記焦点を通った同一の第１波長の光を受け取り、コリメートし、及び大気を通る同一の第２波長の光の出力を合計するため、上記焦点を通った同一の第２波長の光を受け取り、コリメートする非結像素子を有する。上記大気光学ネットワークは、更に第２の大気光学データノードを有する。
【００１１】
上記大気光学ネットワークは、大気から上記同一の第１波長光と同一の第２波長光を受け取るレシーバを更に有する。上記レシーバは、光を結合し、コリメートするための装置から略１０キロメータ離す。このレシーバは、同一の第２波長の光から同一の第１波長の光を分解する波長分割デマルチプレクサを有する。
【００１２】
上記大気光学ネットワークは、コリメートした光を大気を通して反射する反射器を更に有する。上記大気光学ネットワークは、コリメートした光を第１及び第２レシーバに対し屈折する屈折器を更に有する。
【００１３】
上記大気光学ネットワークは、上記少なくとも２つの第１光源の少なくとも１つに結合した光源と、上記光源制御器に結合した大気条件感知器とを更に有する。上記光源制御器は、上記大気条件感知器によって感知した大気条件をベースとして上記少なくとも２つの第１光源の少なくとも１つによって放射された光を制御する。
【００１４】
上記大気条件感知器が大気によって容易に光を伝達できることを感知したとき上記光源制御器は、上記少なくとも２つの第１光源の少なくとも１つによる光の放射を停止せしめる。上記大気条件感知器が大気によって容易に光を伝達できないことを感知したとき上記光源制御器は、上記少なくとも２つの第１光源の少なくとも１つにより光を放射せしめる。
【００１５】
上記大気条件感知器はレーザレーダを有する。上記光源制御器は、上記大気条件感知器によって感知した大気をベースとして大気を通る光の出力の増大、維持及び低下の少なくとも１つを行なう。上記大気条件感知器は、大気を通る同一の第１波長の光ビーム内の大気条件を感知する。
【００１６】
本発明のＮＩＢＣＣによれば以下のような効果が得られる。開度０．５ｍラジアンの高性能コリメート光が得られる。戦場のような条件でも操作の間機械的に頑丈で周期的な調整を必要としない。モールドやダイヤモンド回転技術によって廉価に大量生産できる。金属部品なしに作り得るため戦場における敵のレーダにとらえられずステルス技術をサポートする。極めてコンパクトで、従来の光学装置の１０分の一である。
【００１７】
本発明のＮＩＢＣＣのサイズは２″×２″×３″である。外面を容易に清掃でき汚染に対し安定である。本発明のＮＩＢＣＣにおける光路差を、１ＧＨｚマイクロウエーブ信号の干渉長さよりかなり小さくできるため、１ＧＨｚマイクロウエーブ変調周波数で位相干渉コリメーションが得られる。高効率（本発明のＮＩＢＣＣ上に反射防止膜を形成した場合透過率９８％以上）の光コリメーションが得られる。本発明のＮＩＢＣＣによればより多くのビームを結合でき、入射ビームの各部分孔がより小さくなるため個々のビームのポテンシャル収差を小さくできる。本発明のＮＩＢＣＣによれば同一波長のビームを結合できる。
【００１８】
本発明のＮＩＢＣＣは極めて廉価であり、温度変化や振動にも安定できる。高輝度を小さい立体角で得られるため、空港着陸灯、高い柱のための定方向接近警報灯、警察用サーチライト、及びヘリコプター接近灯等の多くの多くの商業用途に用い得る。
【００１９】
【発明の実施の形態】
図１は大気を通る光を結合し、コリメートするための本発明装置の一実施例を示すブロック線図である。この装置１００は光源１１０，１２０及び１３０と、非結像素子（ＮＩＥ）１６０とを有する。光源１１０，１２０及び１３０は少なくとも２つの光源１１０と１３０または２つの光源１１０と１３０以上のものを有する。光源１１０，１２０及び１３０は、光ファイバー源、光学ファイバー、階調インデックスレンズ、ファイバーレーザ、レーザダイオードまたは光源として好ましい他の装置を更に有し得る。ＮＩＥ１６０は入力面１６５と出力面１６７とを有する。ＮＩＥ１６０は、光をコリメートし及びまたは結合するための装置を有する。光源１１０，１２０及び１３０は、ＮＩＥ１６０の入力面１６５に向って光を放射する。少なくとも２つの光源が本質的に同一波長の光を放射する。光１４０，１４２及び１４４はＮＩＥ１６０の入力面１６５に向って焦点１５０を通して進む。ＮＩＥ１６０は光１４０，１４２及び１４４をコリメートし、結合する。ＮＩＥ１６０は、出力面１６７からコリメートされ、結合された光１７２と１７４を放出する。焦点１５０を通して受け取った光をコリメートし、結合することによって、ＮＩＥ１６０は受け取った光１４０，１４２及び１４４の強さを合計し、出力面１６７を通る結合光１７０，１７２及び１７４を作る。この結果、第１光源から放射された光の強度が第２光源からの光に加わって２倍の強度となり、第３光源からの光に加われば３倍となる。
【００２０】
光源１２０は、光制御器と大気センサを有し、光源１１０と１３０の少なくとも１つに結合される。例えば、光源１２０は、ライダまたはレーザレーダであり、焦点１５０を通る光１４０を放射し、この光はＮＩＥ１６０を通り出力面１６７から光１７０として放出される。光１７０の一部は、大気条件に応じてＮＩＥ１６０を通して反射される。例えば、きれいな大気に比べ、濃い霧やスモッグの場合にはより多くの光が反射される。光はＮＩＥ１６０を通して反射され光源１２０に達する。光源１２０の大気センサが大気条件の変化を感知する。大気条件が変化したとき、光源１２０の光制御器が光源１１０と１３０から放射される光を制御する。例えば、大気条件が変って光の伝達が困難となった場合には、例えば光源１１０を光制御器が制御し、光を伝達し、または伝達される光の強度を強める。従って、きれいな大気条件では１つの光源を用い、濃い大気条件ではこれを補償するため多くの光源を用いる。
【００２１】
図２は、大気を通る光を結合し、コリメートする本発明の他の実施例を示すＮＩＢＣＣ　２００のブロック線図である。このＮＩＢＣＣ　２００は光源２０５とＮＩＥ（ＮＩＥ）２５０とを有する。光源２０５はレーザダイオード２１０，２１２及び２１４と、階調インデックス（ＧＲＩＮ）レンズ２３０，２３２及び２３４とを有する。このＧＲＩＮレンズ２３０，２３２及び２３４は照明外匣２２０内に設ける。上記ＮＩＥ２５０は、入力面２５２と、放物面２５４と、円錐面２５６及び楕円面２５８とを有する。円錐面２５６はＸ軸２６０の周りの円錐面である。レーザダイオード２１０，２１２及び２１４からの光は、ＧＲＩＮレンズ２３０，２３２及び２３４を介して焦点２７５を通る光２４０となる。この光２４０は、入力面２５２を通してＮＩＥ２５０に入り、反射され、屈折されてＸ軸２６０に平行な光２７０と２７２になる。
【００２２】
レーザダイオード２１０，２１２及び２１４からの光は、ホーン技術または従来の光学装置を用いてファイバー２１６〜２１８に結合する。多くのＧＲＩＮレンズ２３０，２３２及び２３４はＮＩＥ２５０の焦点２７５に対し光をガイドする。ＮＩＥは次いで光２７０と２７２を出力する。
【００２３】
ＮＩＥ２５０はＸ軸２６０に回転対称な面を有する。入力面２５２は球面であり、その中心は点２７５である。点２７５からの光は屈折することなく入力面２５２を通して進む。ＡからＢ迄の面２５４は焦点２７５を有する放物面を含む。各光ＦＣは（光ＣＥのように）全内面反射し放物面の軸に平行な光２７０となる。ＢからＤ迄の円錐面２５６は光ＣＥを屈折してＸ軸に平行な光とする。Ｄ−Ｌ−Ｓ迄の楕円面２５８は背面焦点２７５を有する。この楕円面２５８はＦＰのような入射光を直接屈折し、Ｘ軸に平行な例えば出力光２７２とする。ＮＩＥ２５０の捕捉角は１８０°である。（即ち、ＮＩＥは立体角πから光を集める）。これは点光源のための捕捉フリーコリメート素子である。点２７５における焦点サイズは極めて小さい（〜５０μｍ）ため、ＮＩＥ２５０は、出射ビームの開度を０．５ｍラジアンとすることができる。ダイヤモンド回転技術を用いた光学プラスチックで作り得るＮＩＥ２５０内の収差を小さく維持するため捕捉角を１６０°に減少する。この捕捉角の減少によって集合光の量が減少することはない。
【００２４】
図３は、本発明の大気光学ネットワークシステム３００を示すブロック線図である。このシステム３００は、データ源３１０、光源３２０，３２２，３２４，３２６及び３２８、焦点３５５を通して放射される光３３０、ＮＩＥ３４０、結合されコリメートされた光３４５、レンズ３５０、と検出器３６０とを有するレシーバと、及びターミナル３７２，３７４及び３７６とを有する。データ源３１０は、光３３０を投射するため光源３２０〜３２８のためのデータを作る。例えば、データ源３１０は、パルス光を放射するため光源３２０〜３２８のための２進データを作る。異なるチャンネルを有効ならしめるため、光源３２２と３２４は１つのチャンネルのため第１波長の光を放射する。更に、区分チャンネルを有効ならしめるため、光源３２６と３２８は第２波長の光を放射する。従って、第１チャンネルのデータを光源３２２と３２４によって伝達し、第２チャンネルのデータを光源３２６と３２８によって伝達する。
【００２５】
光源３２０は、光源３２２，３２４，３２６及び３２８の制御において大気条件を感知するための大気センサと、光制御器とを有する。従って、きれいな大気条件ではパワー節約のため用いる光源の数を少なくする。濃い大気条件では、大気を通る光のパワーを増大するためチャンネル毎に用いる同一波長の光源を増やす。光制御器と光センサはシステム３００の外側に配置する。従って、光制御器と大気センサのための光をＮＩＥ３４０を通して受け取る必要がない。
【００２６】
光３３０は焦点３５５を通してＮＩＥ３４０に伝達される。ＮＩＥ３４０は光３３０を結合し、コリメートする。光３４５がレシーバのレンズ３５０によって受け取られ、レシーバの検出器３６０にフォーカスされる。検出器３６０は、データの異なるチャンネルを異なるターミナル３７２，３７４及び３７６に分配する。例えば、検出器３６０は、検出アレイ、波長分割デマルチプレクサ、光電変換器及びまたは加／減　マルチプレクサ／デマルチプレクサを有する。ターミナル３７２，３７４及び３７６は付加検出器、コンピュータターミナル、サーバ、ノードまたはデータを利用できるものを含む。
【００２７】
図４は、本発明のレシーバ４００のブロック線図である。このレシーバ４００は図３に示すシステム３００の検出器３６０として機能する。レシーバ４００は、検出器４２０、光学ポンプ４３０、光電検出器４４２，４４６及び４４８、テスター４５０及び及び音響光加／減　マルチプレクサ／デマルチプレクサ（ＡＯＡＤＭ）４５２を有する。検出器４２０は大気から光４１０を受け取る。検出器４２０はレンズまたはビームスプリッタ、検出回路、光学センサ、波長分割デマルチプレクサ等を有する。この検出器は、光４１０から受け取ったデータをレシーバ４００の他の素子に分配する。このデータは光または電気データとして分配される。光学ポンプ４３０は光データのようなデータまたは光を受け取り、連続した伝達のため光を増幅する。光電検出器４４２〜４４８は光としてデータを受け取り、この光を電気的システムによって使用するための電気信号に変換する。各検出器４４２〜４４８は光４１０からデマルチプレクサされた分離チャンネルを受け取る。次いでこの検出器４４２〜４４８はこの光データを次の装置に伝達するため電気信号に変換する。
【００２８】
テスター４５０は種々の基準をベースとして大気条件をテストし、他の装置を好ましく制御する。例えば、テスター４５０は大気条件をテストするためインバンドライダーを用いる。ＡＯＡＤＭ４５２には、光保持データの付加的波長の形の付加的チャンネルを加または減でき、付加的ＮＩＢＣＣを用いることによって信号を連続して伝達できる。ＡＯＡＤＭ４５２は連続伝達のため受け取った信号を再生できる。ＡＯＡＤＭ４５２は光学的ドメイン内全体で機能を達成でき、電気的ドメインに変換し、次いで光学的ドメイン内に返すことができる。ＡＯＡＤＭ４５２は次いで信号を他のレシーバに送る。
【００２９】
図５はＮＩＢＣＣを用いた本発明の基本システム５００の説明図である。基本システム５００は、第１大気光学データノード（ＡＯＤＮ）５１０、第２ＡＯＤＮ５２０、コリメートされ、結合された光５３０、第１構造物５４０及び第２構造物５５０を有する。第１ＡＯＤＮ５１０は第１構造物５４０上に設ける。第２ＡＯＤＮ５２０は第２構造物５５０上に設ける。構造物５４０及び５５０はビルディング、タワーまたはＡＯＤＮを囲むのに好ましい他の有用な構造物を含む。構造物５４０と５５０は、例えば略１０ｋｍ離して配置する。ＡＯＤＮは、例えば図１に示す装置１００のような大気を通る光を結合し、コリメートするための装置を含む。ＡＯＤＮ５１０は、結合され、コリメートされた光５３０の形のデータを第２ＡＯＤＮ５２０に伝達する。従って、基本システム５００は、キャンパスエリアネットワークのようなメトロポリタンエリアネットワーク（ＭＡＮ）を実現するために用い、または、ワイドエリアネットワーク（ＷＡＮ）を実現するために用いる。
【００３０】
図６は、ＮＩＢＣＣを用いた本発明のネットワーク６００を示す説明図である。このネットワーク６００は、構造物６１０〜６１４、ＡＯＤＮ６２０〜６２４及び反射器６３０を有する。ＡＯＤＮ６２０は結合し、コリメートした光を用いてデータをＡＯＤＮ６２１に伝達する。ＡＯＤＮ６２１は、光を用いて伝達されたデータを受け取り、光を再生し、ＡＯＤＮ６２２と６２３に対し反射または屈折する。ＡＯＤＮ６２３は伝送されたデータを用い、光を更に反射器６３０に伝達する。反射器６３０は光をＡＯＤＮ６２４に反射する。従って、反射器６３０は、ＡＯＤＮ６２３からＡＯＤＮ６２４迄の直接通路を阻止する障害物に打ち勝つために用いる。ネットワーク６００は、ＷＡＮまたはＭＡＮを実現するために用いる。ＡＯＤＮ６２０〜６２４の総べては、図４に示すようなレシーバと、図１及び図２に示すようなＮＩＢＣＣを用いる。
【００３１】
図７は、本発明の彫刻器７００の説明図である。この彫刻器７００は、光源７１０，７２０及び７３０と、ＮＩＥ７４０とを有する。光源７１０，７２０及び７３０は焦点を通して光をＮＩＥ７４０に投射する。ＮＩＥ７４０は次いで光７５０として結合し、コリメートし対象物７６０に送る。従って、ＮＩＥ７４０は、光源７１０，７２０及び７３０によって反射された光７３５の合計強度に等しい大きい強度の光を作る。彫刻器７００は光を用いて種々の対象物７６０を彫刻するために用いる。
【００３２】
図８は、本発明のターゲット指示システム８００の説明図である。このターゲット指示システムは、光源８１０，８２０及び８３０と、ＮＩＥ８４０とを有する。光源８１０，８２０及び８３０は、焦点を介して光８３５をＮＩＥ８４０に放射する。ＮＩＥ８４０は、対象物８６０を指示するために用いる。従って、光源８１０，８２０及び８３０のパワーをＮＩＥ８４０によって結合し、大きい強度の光８５０を作る。この高強度の光８５０は次いで対象物８６０を指示するために用いる。
【００３３】
図９は、図２に示すＮＩＢＣＣのような本発明のＮＩＢＣＣ９００の説明図である。このＮＩＢＣＣ９００は、ＮＩＥ９１０と、ファイバー９２５，９３５及び９４５の列に設けたＧＲＩＮレンズ９２０，９３０及び９４０を有する。ＮＩＥ９１０は半球全体からの光を集める。最大受け入れ光はＦＡである。側面ＡＢは、全内面反射角ｋまたはこの角度より大きい角度で光を反射する放物回転面である。角度ｋは数１で示される。
【００３４】
【数１】
2004503836.tif 000003
【００３５】
ここで、ｈは非結像素子材料の反射係数である。全ての光は光軸ＦＯから角θで反射する。円錐面ＢＤで反射後、出射光は軸ＦＯに平行となる。
【００３６】
【数２】
2004503836.tif 000004
【００３７】
ここでｎは屈折率である。
【００３８】
出射光γは軸ＦＯと平行である。三角形ＦＥＭから数３が得られる。
【００３９】
【数３】
2004503836.tif 000005
【００４０】
ここでＥＭは円錐面ＤＢに対し直角である。三角形ＣＮＥから数４が得られる。
【００４１】
【数４】
2004503836.tif 000006
【００４２】
従って数５が得られる。
【００４３】
【数５】
2004503836.tif 000007
【００４４】
または数３を考えれば、数６と数７が得られる。
【００４５】
【数６】
2004503836.tif 000008
【００４６】
【数７】
2004503836.tif 000009
【００４７】
従って、非結合素子のデザインを定める主な式は数２のように示し得る。
【００４８】
【数８】
2004503836.tif 000010
【００４９】
θ＝９０°−２Ｋであり、Ｋは数１から既知であるので数８はφの大きさを与えることになる。
【００５０】
面ＤＬＳは凸状楕円面である。背面焦点は点Ｆである。楕円面の偏心度εが数９のように既知であれば、総べての光は図１０に示すように軸Ｘに対し平行に放出される。
【００５１】
【数９】
2004503836.tif 000011
【００５２】
ｒ１＝ＦＡ，ｒ２＝ＡＦ１であれば数１０が得られる。
【００５３】
【数１０】
2004503836.tif 000012
【００５４】
ここでａは楕円軸の半分である。図１０の角φが図９の角φに等しいときは、図１１に示すようになる。区分ＦＤは角φに対しｒ１である。ｒ１を得るため三角形ＦＡＤを考えると数１１と数１２が得られる。
【００５５】
【数１１】
2004503836.tif 000013
【００５６】
【数１２】
2004503836.tif 000014
【００５７】
焦点Ｆは、Ｘ＝−ａε（図１０）の位置にあるため、点ＤのＸ座標は数１３のようになる。
【００５８】
【数１３】
2004503836.tif 000015
【００５９】
然しながら数１０から数１４が得られる。
【００６０】
【数１４】
2004503836.tif 000016
【００６１】
数１４から数１５のようにパラメータａが得られる。
【００６２】
【数１５】
2004503836.tif 000017
【００６３】
数１５からのパラメータａと、数９からのパラメータεとによって楕円が定められる。図９に示すデザインは理論的に収差がない場合である。然しながら、実際には、ファイバー端部の像はＧＲＩＮレンズを通しており点Ｆに集まった光はある有限の大きさを有している。このため出射光はある開度を有するようになる。
【００６４】
許容できる照射角１８０°のＮＩＥは光学材料の屈折率の間隔が極めて小さい。この屈折率の間隔は１．７〜１．８５の大きさに制限される。ＮＩＥの形状劣化は、屈折率の減少したＮＩＥの楕円部分のふくらみによって生ずる。これは、屈折率の減少と共に偏心度が大きくなり（数９）、小さな楕円軸絶対値が増加するためである。この屈折率の減少により全内面反射角ｋが増加し（図９）、従って、点Ｄでの高さが大きくなる。屈折率が大きくなれば、楕円が縮少し、形状劣化を生ずる。図１２は本発明の屈折率の異なるＮＩＥの形状説明図である。
【００６５】
ダイヤモンドターニングプロセスはＮＩＥ製造可能な技術である。然しながら、ダイヤモンドターニングプロセスをガラスに適用すれば破裂層を生ずる。デザインは光学プラスチック−アクリルから作る。アクリルの屈折率は１．５である。ＮＩＥの照射角は、屈折率に適応せしめるため１８０°から例えば１６０°に減少せしめる。図１３は本発明の照射角を減少するための結合方式の説明図である。
【００６６】
図１３においては、傾斜放物線ＡＢのため全内面反射を点Ａから始める。大きな全内面反射角ｋにもかかわらず、角θはＮＩＢＣＣの小さな楕円部分を支持するに十分な大きさである（光ＰＤは下降し、点ＤはＦに近づく）。この例では楕円はふくらまない。始めのθがθ＝９０°−２Ｋであればθ＝９０−２Ｋ＋（９０−α／２）が得られる。楕円部分をデザインで十分に小さくてもＮＩＢＣＣにおける収差の主因となる。従って、光ファイバー照明アセンブリはＮＩＢＣＣの許容できる角度に対応する必要がある。
【００６７】
図１４は良質な集光オプティクスを得るため平凸ＧＲＩＮレンズ１４１０と付加的ポジティブコンポネント１４２０とを用いた本発明における集光オプティクス１４００の説明図である。付加的ポジティブコンポネント１４２０は収差を補償し、ファイバー孔０．３５に等しい入力孔を作る。集光オプティクス１４００は図１５に示すように収差を好ましく補正する。高さ０，０．０２及び０．０３１ｍｍの対象物のための３点拡がり機能が示されている。スポットサイズは直径約０．０１５ｍｍである。集光システムを通ったファイバー先端の像を図１６に示す。
【００６８】
図１７は本発明の他の集光オプティクス１７００の説明図である。この集光オプティクス１７００は、ＧＲＩＮレンズ１７２０と、ポジティブコンポネント１７３０と、ネガティブレンズ１７１０とを有する。このネガティブレンズ１７１０は、ポジティブコンポネント１７３０を通して射出ひとみを放射するために用いる。
【００６９】
図１８は、本発明の他の集光オプティクス１８００の説明図である。この集光オプティクスは、ＧＲＩＮレンズ１８１０と、ネガティブレンズ１８２０と、ポジティブレンズ１８３０とを有する。集光オプティクス１８００の透過度は図１４に示すものより１０倍良好である。視野の縁における最大スポットサイズは約２μｍである。図１９は、４つの視野点のための本発明集光オプティクス１８００の点スプレッドファンクションの説明図である。
【００７０】
改良された集光対物レンズの出口孔は０．４４９または２６°である。７個の集光オプティクスまたはオブジェクティブの配置は、約１５６°でＮＩＢＣＣの入口コーンをカバーできる。このオブジェクティブオプティクスは機械的ハウジング内に組み込むことができる。このハウジングの壁の最小厚さは０．２ｍｍである。図１８に示す１．１５４の像距離で像中断の最小半値角は約９°である。図２０は本発明の集光オブジェクティブ２０００のハウジングの説明図である。
【００７１】
図２１は、本発明の集光オブジェクティブ２０００を有するＮＩＢＣＣに対する投射ビームの配置説明図である。図２１の配置は最適に近く、現在のマイクロオブジェクティブ製造技術で達成できる。
【００７２】
以上本発明の特定の実施例につき説明したが当業者にとって種々変更できることは勿論である。従って、本発明は以上の実施例に限定されるものではない。本発明の実施例は本発明の精神を逸脱することなく種々増減変更可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】
大気を通る光を結合し、コリメートするための本発明システムのブロック線図である。
【図２】
大気を通る光を結合し、コリメートする本発明のシステムまたは装置の説明図である。
【図３】
本発明の大気光学ネットワークのブロック線図である。
【図４】
本発明の一実施例のレシーバのブロック線図である。
【図５】
本発明の一実施例のＮＩＢＣＣを用いたシステムの説明図である。
【図６】
本発明の一実施例のＮＩＢＣＣを用いたネットワークの説明図である。
【図７】
本発明の一実施例の彫刻器のブロック線図である。
【図８】
本発明の一実施例のターゲット指示システムの説明図である。
【図９】
本発明の一実施例のＮＩＢＣＣのデザイン説明図である。
【図１０】
どのように光がＸ軸に平行に放射される説明する図である。
【図１１】
本発明の他の実施例のＮＩＢＣＣのデザイン説明図である。
【図１２】
本発明の一実施例の異なる大きさの屈折率のためのＮＩＢＣＣの形状説明図である。
【図１３】
本発明の一実施例の減少された照射角のための接合方式の説明図である。
【図１４】
本発明の一実施例の集光オプティクスの説明図である。
【図１５】
収差の好ましい補正のための集光オプティクスの説明図である。
【図１６】
集光システムを通ったファイバー先端の像の説明図である。
【図１７】
本発明の他の実施例の集光オプティクスの説明図である。
【図１８】
本発明の他の実施例の集光オプティクスの説明図である。
【図１９】
本発明の一実施例の４つの視野点のための集光オプティクスの点スプレットファンクションの説明図である。
【図２０】
本発明の一実施例の集光オブジェクティブのハウジングデザインの説明図である。
【図２１】
本発明の一実施例の集光オブジェクティブを有するＮＩＢＣＣに対する投射ビームの配置説明図である。
【図９】
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【図１２】
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【図１６】
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【図１８】
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【図２１】
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【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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2004503836.tif 000057
【手続補正書】
【提出日】平成13年12月26日(2001.12.26)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
焦点を通る同一の第１波長の光を放射する少なくとも２つの第１光源と、及び
大気を通る同一の第１波長の光の出力を合計するため、上記焦点を通った同一の第１波長の光を受け取り、コリメートする非結像素子とより成り、
上記非結像素子が、
入力面と、
上記入力面に隣接する放物面と、
上記放物面に隣接する円錐面と、及び
上記円錐面に隣接する、上記入力面に対して反対側の楕円面とを有する
大気を通る光を結合し、コリメートする装置。
【請求項２】
上記少なくとも２つの第１光源が、光ファイバー源と、光学ファイバーと、階調インデックスレンズ集光システムと、ファイバーレーザと、及びレーザダイオードとの少なくとも１つを有する請求項１記載の装置。
【請求項３】
削除
【請求項４】
上記放物面が全内部反射面を有する請求項１記載の装置。
【請求項５】
焦点を通る同一の第２波長の光を放射する少なくとも２つの第２光源を更に有し、上記非結像素子が大気を通る同一の第２波長の光の出力を合計するため上記焦点を通った同一の第２波長の光を更に受け取り、コリメートする請求項１記載の装置。
【請求項６】
上記少なくとも２つの第１光源の少なくとも１つに結合した光源制御器と、
この光源制御器に結合した大気条件感知器とを更に有する請求項１記載の装置。
【請求項７】
上記光源制御器が、大気条件感知器によって感知した大気条件をベースとして上記少なくとも２つの第１光源の少なくとも１つによって放射された光を制御する請求項６記載の装置。
【請求項８】
上記大気条件感知器が大気によって容易に光を伝達できることを感知したとき上記光源制御器が、上記少なくとも２つの第１光源の少なくとも１つによる光の放射を停止せしめる請求項７記載の装置。
【請求項９】
上記大気条件感知器が、大気によって容易に光を伝達できないことを感知したとき上記光源制御器が、上記少なくとも２つの第１光源の少なくとも１つにより光を放射せしめる請求項７記載の装置。
【請求項１０】
上記大気条件感知器がレーザレーダを有する請求項６記載の装置。
【請求項１１】
上記光源制御器が、上記大気条件感知器によって感知した大気をベースとして大気を通る光の出力の増大、維持及び低下の少なくとも１つを行なう請求項６記載の装置。
【請求項１２】
上記大気条件感知器が、大気を通る同一の第１波長の光ビーム内の大気条件を感知する請求項６記載の装置。
【請求項１３】
請求項１記載の装置を有する製版器。
【請求項１４】
請求項１記載の装置を有する、対象物を標的とするための標的指示システム。
【請求項１５】
焦点を通る同一の第１波長の光を放射する少なくとも２つの第１光源と、
大気を通る同一の第１波長の光の出力を合計するため、上記焦点を通った同一の第１波長の光を受け取り、コリメートし、及び
大気を通る同一の第２波長の光の出力を合計するため、上記焦点を通った同一の第２波長の光を受け取り、コリメートする非結像素子と、
を含む第１の大気光学データノードと、
第２の大気光学データノードと
より成る大気光学ネットワーク。
【請求項１６】
大気から上記同一の第１波長光と同一の第２波長光を受け取るレシーバを更に有する請求項１５記載のネットワーク。
【請求項１７】
上記レシーバが、光を結合し、コリメートするための装置から略１０キロメータ離れている請求項１６記載のネットワーク。
【請求項１８】
上記レシーバが、同一の第２波長の光から同一の第１波長の光を分解する波長分割デマルチプレクサを有する請求項１６記載のネットワーク。
【請求項１９】
上記レシーバが、加／減マルチプレクサを有する請求項１６記載のネットワーク。
【請求項２０】
コリメートした光を大気を通して反射する反射器を更に有する請求項１５記載のネットワーク。
【請求項２１】
コリメートした光を第１及び第２レシーバに屈折する屈折器を更に有する請求項１５記載のネットワーク。
【請求項２２】
上記少なくとも２つの第１光源の少なくとも１つに結合した光源と、
上記光源制御器に結合した大気条件感知器と、
を更に有する請求項１５記載のネットワーク。
【請求項２３】
上記光源制御器が、上記大気条件感知器によって感知した大気条件をベースとして上記少なくとも２つの第１光源の少なくとも１つによって放射された光を制御する請求項２２記載のネットワーク。
【請求項２４】
上記大気条件感知器が大気によって容易に光を伝達できることを感知したとき上記光源制御器が、上記少なくとも２つの第１光源の少なくとも１つによる光の放射を停止せしめる請求項２３記載のネットワーク。
【請求項２５】
上記大気条件感知器が大気によって容易に光を伝達できないことを感知したとき上記光源制御器が、上記少なくとも２つの第１光源の少なくとも１つにより光を放射せしめる請求項２３記載のネットワーク。
【請求項２６】
上記大気条件感知器がレーザレーダを有する請求項２２記載のネットワーク。
【請求項２７】
上記光源制御器が、上記大気条件感知器によって感知した大気をベースとして大気を通る光の出力の増大、維持及び低下の少なくとも１つを行なう請求項２２記載のネットワーク。
【請求項２８】
上記大気条件感知器が、大気を通る同一の第１波長の光ビーム内の大気条件を感知する請求項２２記載のネットワーク。
【請求項２９】
焦点を通る同一の第１波長の光を放射する少なくとも２つの第１光源と、
焦点を通る同一の第２波長の光を放射する少なくとも２つの第２光源と、及び　大気を通る同一の第１波長の光の出力を合計するため、上記焦点を通った同一の第１波長の光を受け取り、コリメートし、大気を通る同一の第２波長の光の出力を合計するため、上記焦点を通った同一の第２波長の光を受け取り、コリメートする非結像素子と
より成る大気光学データノード。
【請求項３０】
上記入力面が少なくとも２つの第１光源にその中心を合わせた球状入力面である請求項１記載の装置。
【国際調査報告】
2004503836.tif 000058