(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
多数の光ファイバから形成された光ファイバ束を有し、この光ファイバ束に光線束の入口連結若しくは出口連結のための少なくとも１つの連結エレメントが配置されている形式の光伝達装置において、連結エレメントが、光線の方向に対し前後に離れた、多数のセルを備えた２つのカプラ・アレイを有しており、このカプラ・アレイが入射する平行光線束を１つの平面の多数の箇所で、それも１つのセルによって光ファイバ束の１つの光ファイバの導光横断面に収束せしめるようにしたことを特徴とする、光伝達装置。
【請求項２】
カプラ・アレイがレンズ・アレイを有しており、軸方向で１つのレンズの前に１つの光ファイバの端部が配置されていることを特徴とする、請求項１記載の装置。
【請求項３】
カプラ・アレイ内にセルがラスター形に配置されていることを特徴とする、請求項１記載の装置。
【請求項４】
カプラ・アレイ内にセルが回転対称的に配置されていることを特徴とする、請求項１記載の装置。
【請求項５】
１つのセルが１つの球面レンズを有していることを特徴とする、請求項１記載の装置。
【請求項６】
１つのセルが１つの非球面レンズを有していることを特徴とする、請求項１記載の装置。
【請求項７】
カプラ・アレイが、光線方向で互いに前後に配置された交差せしめられた円柱レンズ・アレイを有していることを特徴とする、請求項１記載の装置。
【請求項８】
カプラ・アレイがモノリシックなエレメントとして構成されていることを特徴とする、請求項１記載の装置。
【請求項９】
連結エレメントが光線形成系を形成していることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１０】
カプラ・アレイを有する連結エレメントが入口連結エレメントとして光ファイバ束の入口に配置されていることを特徴とする、請求項１記載の装置。
【請求項１１】
カプラ・アレイを有する連結エレメントが出口連結エレメントとして光ファイバ束の出口に配置されていることを特徴とする、請求項１記載の装置。
【請求項１２】
光ファイバ束の光ファイバがカプラ・アレイの前でファイバ保持体内に保持されていることを特徴とする、請求項１記載の装置。
【請求項１３】
ファイバ保持体が孔アレイとして構成されていて、この孔アレイの孔がカプラ・アレイのセルに相応していることを特徴とする、請求項１２記載の装置。
【請求項１４】
連結エレメントが光学的な変調器を有していることを特徴とする、請求項１記載の装置。
【請求項１５】
カプラ・アレイの１つのセルに所属して、電気光学的な変調器が設けられていることを特徴とする、請求項１４記載の装置。
【請求項１６】
連結エレメントが差し込みコネクタ内に組み付けられていることを特徴とする、請求項１記載の装置。
【発明の詳細な説明】
本発明は，多数の光ファイバから形成された光ファイバ束を有し，この光ファイバ束に光線束の入口連結若しくは出口連結のための少なくとも１つの連結エレメントが配置されている形式の光伝達装置，特に出力伝達のための光ファイバの光伝達系に関する。
このような光伝達装置は，光源から発した光を規定された箇所に伝達しようとする場合に，広く使用される。この場合使用可能性は，通信技術における小出力の変調された信号の伝達から，高エネルギ密度の光線束，例えば材料加工及び医療用途のためのエネルギに富んだレーザ光線までにわたっている。
光が光ファイバによって伝達される光伝達系は，一面では良好な伝達特性，例えばわずかな出力損失によって優れており，他面では機械的にフレキシブルであって，その助けによって普通は到達困難な範囲にも照射をすることができる。したがって用途は光学的なデータ伝達から，医療技術における内視鏡の照明装置にまで及んでいる。
光は光ファイバ内に入口連結され，その場合光源は光ファイバの端部，すなわち端面に収束せしめられる。光ファイバの他方の端部においては，やはり端面から光が出るが，その際場合によっては出口連結エレメント，例えばコリメーターが前置されている。
通信技術においては，ただ１つの光ファイバ，例えば単一モード又は多モードのガラスファイバによって問題なく伝達することができるわずかな出力の光信号だけが使用されるのに対し，大きな光出力を伝達する場合，例えば材料加工のため，又は外科医療分野においては，問題が生じる。すなわちただ１つの光ファイバによっては，制限された出力だけが伝達可能であり，制限された出力を超えると，ファイバの損傷ないしは破壊が生ずる。したがって大きな出力は，一般にファイバ束にまとめられている多数の光ファイバに分配しなければならない。光をこのような光ファイバ束に入口連結するためには従来の技術では，光源例えば強出力のレーザを，集光系などのような連結エレメントを介してファイバ束の端面に写像つまり収束させるのが普通である。この形式で，光ファイバ束の横断面にわたって分配されたエネルギ密度がファイバ当たりの臨界値を超えないことが保証されるが，しかしエネルギ密度は光線束の横断面にわたって一般に均一に分配されておらず，局所的な変動によってファイバ束の個々の光ファイバの過負荷及び損傷が生ずることがある。このような損傷によって光ファイバ束が既に短時間でもはや使用不能になることは明らかである。このようにする代わりに，より大きな横断面を有する光ファイバを使用して，ファイバ当たりの平均エネルギ密度を減少させることはできる。しかしこの手段はファイバ束からの出口連結のために付加的な収束装置を必要とすることとなり，このためもちろん著しい費用が必要になる。
別の問題は，ファイバ束内のファイバが密にパックされている場合でも，ファイバの間には星形の中間スペースが残されており，更に光ファイバの端面のコア範囲内に入射した光だけが引き続いて導かれるということから，生ずる。その結果，光ファイバの端面に入射した光全体が実際に伝達せしめられず，全効率が不都合にも減少せしめられる。
これらの問題を解決することに関して，本発明の課題は，光ファイバ束によって大きなエネルギ密度を伝達する場合に，個々のファイバの損傷を回避し，効率を改善することである。この課題を解決するために，本発明は，連結エレメントが多数のセルを備えたカプラ・アレイを有しており，このカプラ・アレイが入射する光線束を１つの平面の多数の箇所で，それも１つのセルによってその都度光ファイバ束の１つの光ファイバの導光横断面に収束せしめるようにすることを提案する。
本発明によって連結エレメント内に組み込まれるカプラ・アレイは有利にはラスター形あるいは回転対称的に配置された光学エレメント，例えばレンズ，を有しており，これらの光学エレメントは全体として多数のセルを形成する。各セルの光学系は有利には次のように，すなわち入射する光線束の全横断面あるいは少なくとも横断面の大部分が光ファイバの入口面又は出口面に収束せしめられるように，構成されている。光ファイバの端部とカプラ・アレイとの間隔は次のように，すなわちセル当たりに収束される光線束がその都度個々の光ファイバの導光横断面を最適に照射するように，調整されている。
本発明による光伝達装置の特別な利点は，入射する光がカプラ・アレイによって光ファイバ束の個々の光ファイバに最適に分配されることから生ずる。この形式で，入射した光出力がファイバ束のすべての単個光ファイバに均一に分配されることが保証される。この均一化によって，個々のファイバの過負荷による損傷がほとんど回避される。
別の利点は，カプラ・アレイの各セルに個別的に１つの光ファイバが所属していることから生ずる。これによって，セル当たりの光出力をもっぱら個々の光ファイバの端部の端面上の中央の導光範囲に束ねることが可能である。このことは，１つの光ファイバの敏感でない縁範囲内及び光ファイバ束内の光ファイバの間の星形スペース内における吸収によって，光出力が吸収されて利用不能になることがないということを意味する。この形式で従来技術の光ファイバの光伝達装置に比べて効率が著しく上昇せしめられる。
本発明の有利な実施例では，カプラ・アレイはレンズ・アレイを有しており，このレンズ・アレイにおいてはその都度軸方向で１つのレンズの前に光ファイバの端部が配置されている。この場合，レンズ・アレイは有利にはラスター形あるいは回転対称的に配置された多数のレンズを有しており，これらのレンズはその都度１つのセルを形成している。アレイの個々のレンズは球形，つまり球冠形に構成してもよいし，また球面収差の修正のために非球面形に構成してもよい。有利には各レンズは光線束の全横断面あるいは少なくともその大部分を光ファイバの端面の導光面に写像する。
本発明による光伝達装置の有利な実施例においては，カプラ・アレイは光線方向で互いに前後に配置された交差せしめられた２つの円柱レンズ・アレイを有している。別個の単個レンズから組み立てられているか，あるいはそれぞれモノリシックな構成エレメントとして構成されている両方の円柱レンズ・アレイによって，場合によっては別のレンズを前置することによって，均一化系が形成される。この実施例では１つのセルはその都度２つの円柱レンズの交差点に形成される。前述の実施例におけるように，入射する光線束はその都度この交差点を通る縦軸線の延長線において光ファイバの端部に写像される。
前述の実施例では，カプラ・アレイは有利にはモノリシックなエレメントとして構成されている。このようなモノリシックなエレメントは，現在の製作法によって合理的に大きな精度で一体に製作することができ，したがって個々のレンズの相互の調整ずれが回避されるという利点を有している。したがって光伝達系の製作の際の調整費用もやはり減少せしめられる。
本発明の有利な実施例では，光ファイバ束に取り付けられている連結エレメントは光線形成系を形成している。この場合，本発明によるカプラ・アレイを有する連結エレメントが単に入口連結エレメントとして，あるいは出口連結エレメントとして光ファイバ束の入口もしく出口に配置されていることが考えられ，その場合この入口連結エレメントあるいは出口連結エレメントはそれぞれ既に光線形成系を形成し，この光線形成系によって所望の光線パラメータが生ぜしめられる。これによって例えば，しばしば材料加工又は医療分野において要求されるようなガウス分布形状の強度プロフィールを設定することができる。同じように，光ファイバ束の入口においても，また出口においても，本発明による連結エレメントが取り付けられていて，その際カプラ・アレイが，場合によってはコリメーターレンズなどのような別の光学エレメントを備えて，光線形成系を形成し，この光線形成系によって強度プロフィール及び又は光線横断面をほとんど任意に設定し得るようにすることが可能である。
本発明によるカプラ・アレイを有する連結エレメントを光ファイバ束の入口及び又は出口に１つ配置するか，２つ配置するかは，その都度の光伝達系の具体的な使用目的によって決まる。例えば，例えば強出力の定置のレーザからのような大出力の光線束を複数の作業場所に分配するために，本発明による入口連結エレメントが光ファイバ束の入口の前に置かれる。個々の光ファイバの出口はフレキシブルに個々に，あるいは部分束で，種々の使用場所において使用される。これらの単個ファイバ若しくは部分ファイバ束の端部には，もちろん必要に応じてやはり本発明による連結エレメントを出口連結エレメントとして取り付けることができる。
本発明の有利な実施例では，光ファイバ束の光ファイバはカプラ・アレイの前でファイバ保持体内に保持されている。保持体内では単個ファイバはカプラ・アレイによって設定されている配置で固定されている。これによって光ファイバの入口面若しくは出口面は最適にカプラ・アレイの前に配置され，したがって光ファイバ束の不均一な照明をもたらすことがある調整ずれが充分に回避される。この目的のために，例えばマトリックス形のカプラ・アレイと同じラスター寸法の孔アレイとして構成されているファイバ保持体は連結エレメントのカプラ・アレイと不動に結合される。
カプラ・アレイのセルと孔が相応している孔アレイとしてファイバ保持体を構成することは，特に有利に，わずかな経費で実施可能であり，取り扱いの点で簡単である。実地における実施は，例えばプレートにカプラ・アレイのラスター寸法で多数の平行な孔を形成し，これらの孔内に個々の光ファイバの端部を差し込み，例えば接着，溶接などによって固定することによって行うことができる。
有利には連結エレメントは更に光学的な変調器を有している。このような変調器は例えば光線絞り，マスクあるいはまた電気光学的な変調器であることができ，光線パラメータの適切な制御を可能にする。
光線幾何学値及び強度プロフィールを制御する可能性は，カプラ・アレイのその都度１つのセルに所属して１つの電気光学的な変調器が設けられていることによって，更に拡大することができる。これによって光ファイバ当たり伝達される出力が適切に調整可能であり，したがって例えば出口光線プロフィールの規定された設定を行うことができる。
更に，本発明による連結エレメントが差し込みコネクタ内に組み付けられていると有利である。この手段によって，例えば種々の光伝達系を差し込みコネクタによって問題なしに種々の光源に使用可能であって，取り扱いが容易になる。この形式で延長導体も簡単に実現することができる。
本発明による光伝達装置の１実施例を以下において図面に基づいて詳細に説明する。
図１は本発明による光伝達系の概略的な断面図である。
図２は本発明によるカプラ・アレイを光線縦方向で見た図である。
図１においては光伝達装置は全体として符号１を付けられている。光伝達装置は大体において光ファイバ束２から成っており，この光ファイバ束は多数の光ファイバから形成され，その端部に入口連結エレメント４並びに出口連結エレメント５が取り付けられている。
入口連結エレメント４は２つの，互いに前後に配置された交差せしめられた円柱レンズ・アレイ６ａ及び６ｂを有している。これらの円柱レンズ・アレイは１つのカプラ・アレイ６ａ／ｂを形成している。
図面の左側において，円柱レンズ・アレイ６ａ内に，例えばレーザからの平行又はほぼ平行な光線束が入射可能であり，この光線束は図面において矢印で示されている。光線方向で円柱レンズ・アレイ６ａの後方にレンズ７が配置されており，このレンズは光線横断面をより小さな円柱レンズ・アレイ６ｂの面に狭める。
光線方向でカプラ・アレイ６ａ／ｂの後方に，つまり光線方向で第２の円柱レンズ・アレイ６ｂの後方に，ファイバ保持体８が配置されている。このファイバ保持体は有利には孔アレイとして構成されていて，その際図面には認めることのできない多数の孔が，マトリックス形のカプラ・アレイ６ａ／ｂによって設定されているラスターで配置されている。これらの孔内で，光ファイバ束２の個々の光ファイバ３の端部が固定されていて，その入口区分がカプラ・アレイ６ａ／ｂの焦点面内に位置せしめられている。
出口側で光ファイバ束２にやはりファイバ保持体８が取り付けられているが，このファイバ保持体は出口連結エレメント５に結合されている。出口連結エレメント内では，ファイバ保持体８の後方にカプラ・アレイ９が配置されている。このカプラ・アレイはモノシリックなレンズ・アレイとして構成されていて，その単個レンズはファイバ保持体８内の孔と同じラスターで配置されている。
出口側で出口連結エレメント５内に光線方向でカプラ・アレイ９の後方にコリメーターレンズ１０が配置されており，このコリメーターレンズは発散して出る光線束を平行化する。平行又はほぼ並行にされて出る光線束はやはり矢印で示されている。
図２は，後方に配置された個々の光ファイバ３の端部の端面とともに，カプラ・アレイ６ａ／ｂ若しくは９を光線方向で見た概略図である。
この図から，見えないファイバ保持体内の光ファイバ３のラスター形の配置が特に良く分かる。光ファイバはセル１１にそれぞれ相応している。
図示の本発明による光伝達系１の利点は，入口連結エレメント４内のカプラ・アレイ６ａ／ｂによって，入射する光線束の個々の場合に不均一な強度プロフィールにもかかわらず，光エネルギが光ファイバ束２の個々の光ファイバ３に一様に分配されることから生じる。これによって個々の光ファイバ３の過負荷が実際上回避されている。
別の利点は，入射する光線束がカプラ・アレイ６ａ／ｂ及びレンズ７を介してファイバ保持体８内で固定されている光ファイバ３の入口面上に収束せしめられて，特に良好な伝達効率が生じることである。
やはりカプラ・アレイ９を有している出口連結エレメント５とともに，実際上１つの光線形成系が形成される。この光線形成系は光線パラメータの規定された適合を可能にする。
全体として，本発明による伝達系１は，大きな出力の伝達の際に光ファイバ束２の最適の利用を可能にする。
【図１】
0004030587.tif 000002
【図２】
0004030587.tif 000003