(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学デマルチプレクサであって、
本体と、
前記本体の出力領域に接続された複数の波長特定フィルタと、
前記本体に一体化され、複数の波長を有する光エネルギーのビームを前記複数の波長特定フィルタのうちの第１の波長特定フィルタに向けて導く入力手段と、
前記ビームを繰り返し収束させ、前記ビームを前記波長特定フィルタに向けて転向させる一連の反射型収束レンズであって、前記本体に一体的に形成され、前記波長特定フィルタに対し、前記波長特定フィルタのそれぞれに近づくにつれてビームの収束が発生し、前記ビームの少なくとも一部が複数の波長特定フィルタ及び反射型収束レンズに当たるような位置に配置される反射型収束レンズ
とを備え、
前記一連の反射型収束レンズの各々は、前記本体に沿って表面変形によって形成された楕円形凹面鏡であり、該反射型収束レンズは、楕円の第１の焦点と、第２の焦点とを有しており、
ビームを受けた前記第１の波長特定フィルタのビーム反射領域から反射されたビームを、前記一連の反射型収束レンズのうちの第１の反射型収束レンズが受けて、該第１の波長特定フィルタに後続する第２の波長特定フィルタに向けて反射ビームを照射し、次いで、そのビームを受けた該第２の波長特定フィルタのビーム反射領域から反射されたビームを、該第１の反射型収束レンズに後続する第２の反射型収束レンズが受けて、該第２の波長特定フィルタに後続する第３の波長特定フィルタに向けて反射ビームを照射するというように、該第２の反射型収束レンズ以降の残りの反射型収束レンズは逐次、波長特定フィルタからのビームを受けて、該波長特定フィルタに後続する残りの別の波長特定フィルタに向けて反射ビームを照射し、
前記楕円形凹面鏡の前記第１の焦点は、該楕円形凹面鏡へ反射光を向わせる波長特定フィルタの中心にあり、前記第２の焦点は、該楕円形凹面鏡からの反射光が向う波長特定フィルタの中心にあり、
前記楕円形凹面鏡は、前記本体の外面に対して凸状であり、
前記入力手段は、前記本体の表面変形によって形成されたリフレクタであって、前記ビームを受け取り、前記ビームを前記複数の波長特定フィルタのうちの前記第１の波長特定フィルタに向けて導き、収束させる位置に配置された該リフレクタを含み、
前記リフレクタは、前記入力手段におけるビームの入力領域の中心に第１の焦点を有し、前記複数の波長特定フィルタのうちの前記第１の波長特定フィルタの中心に第２の焦点を有する楕円型リフレクタであり、及び、
前記複数の波長特定フィルタが、単一基板にモノリシックに一体化されて前記本体の表面の単一凹部に取り付けられていることからなる、光学デマルチプレクサ。
【請求項２】
前記本体の前記出力領域に接続された前記複数の波長特定フィルタに一対一に対応する複数のコレクタを更に含み、前記コレクタはそれぞれ、前記複数の波長特定フィルタのうちの対応する１つを通過した光エネルギーを受け取る位置に配置される、請求項１に記載の光学デマルチプレクサ。
【請求項３】
前記波長特定フィルタは、或る波長範囲内の光エネルギーを通過させ、他の波長範囲内の光エネルギーを反射する、請求項１に記載の光学デマルチプレクサ。
【請求項４】
光学デマルチプレクサであって、
複数波長の光エネルギーのビームを受け取るための入力領域と、複数の波長特定光エネルギービームを出力するための複数の出力領域とを有する主光学ブロックと、
前記複数の出力領域に対してアライメントがとられ、前記主光学ブロックに接続された複数の波長特定フィルタであって、受け取った前記複数波長の光エネルギーのビームが該複数の波長特定フィルタのうちの第１の波長特定フィルタに当たるように構成され、各波長特定フィルタが、第１の波長の組の光エネルギーを通過させ、前記第１の波長の組の外にある第２の波長の組の光エネルギーを反射するように構成される、複数の波長特定フィルタと、
前記主光学ブロックに一体的に該主光学ブロックの表面に形成された複数の収束リフレクタであって、各収束リフレクタが、該収束リフレクタから反射された光を収束させるように構成され、前記波長特定フィルタに対し、各収束リフレクタが、前記波長特定フィルタのうちの１つから前記光エネルギーのビームの少なくとも一部を受け取り、受け取った光エネルギーを平行化されていない収束ビームとして前記複数の波長特定フィルタのうちの異なる１つに向けて転向させるような位置に配置される、複数の収束リフレクタ
とを備え、
前記複数の収束リフレクタの各々は、楕円形凹面鏡であり、該収束リフレクタは、楕円の第１の焦点と、第２の焦点とを有しており、
ビームを受けた前記第１の波長特定フィルタのビーム反射領域から反射されたビームを、前記複数の収束リフレクタのうちの第１の収束リフレクタが受けて、該第１の波長特定フィルタの近傍の第２の波長特定フィルタに向けて反射ビームを照射し、次いで、そのビームを受けた該第２の波長特定フィルタのビーム反射領域から反射されたビームを、該第１の収束リフレクタの近傍の第２の収束リフレクタが受けて、該第２の波長特定フィルタの近傍の第３の波長特定フィルタに向けて反射ビームを照射するというように、該第２の収束リフレクタ以降の残りの収束リフレクタは逐次、波長特定フィルタからのビームを受けて、該波長特定フィルタの近傍の別の残りの波長特定フィルタの１つに向けて反射ビームを照射し、
前記楕円形凹面鏡の前記第１の焦点は、該楕円形凹面鏡へ反射光を向わせる波長特定フィルタの中心にあり、前記第２の焦点は、該楕円形凹面鏡からの反射光が向う波長特定フィルタの中心にあり、
前記楕円形凹面鏡は、前記主光学ブロックの外面に対して凸状であり、
前記入力領域に対し、前記複数波長の光エネルギーのビームを前記複数の波長特定フィルタのうちの前記第１の波長特定フィルタへ向けて反射させるような位置に配置された入力リフレクタを、前記光学デマルチプレクサが更に備え、
前記入力リフレクタは前記主光学ブロックに一体的に該主光学ブロックの表面に形成されており、
前記入力リフレクタは、前記入力領域の中心に第１の焦点を有し、前記複数の波長特定フィルタのうちの前記第１の波長特定フィルタの中心に第２の焦点を有する楕円型リフレクタであり、及び、
前記複数の波長特定フィルタが、単一基板にモノリシックに一体化されて前記主光学ブロックの表面の単一凹部に取り付けられていることからなる、光学デマルチプレクサ。
【請求項５】
前記主光学ブロックは、一体射出成形されたプラスチックの本体であり、前記入力リフレクタ及び前記収束リフレクタを有する、請求項４に記載の光学デマルチプレクサ。
【請求項６】
前記主光学ブロックは、前記複数の収束リフレクタにおいて前記波長特定光エネルギーのビームを受け取り、前記波長特定光エネルギーのビームをコレクタに導き、収束させるように結合される、請求項４に記載の光学デマルチプレクサ。
【請求項７】
前記コレクタは光ファイバである、請求項６に記載の光学デマルチプレクサ。
【請求項８】
前記コレクタは光検出器である、請求項６に記載の光学デマルチプレクサ。
【請求項９】
前記入力領域は前記主光学ブロックの前記表面に形成されたレンズであり、前記複数波長の光エネルギーのビームが前記主光学ブロックに入射するときに収束を受けるように構成され、前記主光学ブロックは射出成形されたプラスチック部品である、請求項４に記載の光学デマルチプレクサ。
【請求項１０】
光学デマルチプレクサであって、
複数波長の光エネルギーのビームを受け取るための入力を有する主光学ブロックであって、モノリシック材料から構成される、主光学ブロックと、
前記モノリシックな主光学ブロックに接続された複数の波長選択フィルタであって、各波長選択フィルタが、第１の波長の組を有する光を通過させ、第２の波長の組を有する光を反射するように構成された、複数の波長選択フィルタと、
前記主光学ブロックの第１の領域に一体化され、受け取った前記ビームを収束させ、受け取った前記ビームを前記複数の波長選択フィルタのうちの第１の波長選択フィルタに導く手段と、
前記主光学ブロックの第２の領域に一体化された複数の収束リフレクタであって、前記ビームの少なくとも一部を前記複数の波長選択フィルタのそれぞれに向けて反射させ、収束させ、それによって、前記複数波長の光エネルギーのビームが前記複数の波長選択フィルタによって複数の波長特定光エネルギービームに分離されるように構成された、複数の収束リフレクタ
とを備え、
前記複数の収束リフレクタの各々は、楕円形凹面鏡であり、該収束リフレクタは、楕円の第１の焦点と、第２の焦点とを有しており、
ビームを受けた前記第１の波長選択フィルタのビーム反射領域から反射されたビームを、前記複数の収束リフレクタのうちの第１の収束リフレクタが受けて、該第１の波長選択フィルタの近傍の第２の波長選択フィルタに向けて反射ビームを照射し、次いで、そのビームを受けた該第２の波長選択フィルタのビーム反射領域から反射されたビームを、該第１の収束リフレクタの近傍の第２の収束リフレクタが受けて、該第２の波長選択フィルタの近傍の第３の波長選択フィルタに向けて反射ビームを照射するというように、該第２の収束リフレクタ以降の残りの収束リフレクタは逐次、波長選択フィルタからのビームを受けて、該波長選択フィルタの近傍の別の残りの波長選択フィルタの１つに向けて反射ビームを照射し、
前記楕円形凹面鏡の前記第１の焦点は、該楕円形凹面鏡へ反射光を向わせる波長選択フィルタの中心にあり、前記第２の焦点は、該楕円形凹面鏡からの反射光が向う波長選択フィルタの中心にあり、
前記楕円形凹面鏡は、前記主光学ブロックの外面に対して凸状であり、
受け取るビームを前記複数の波長選択フィルタのうちの第１の波長選択フィルタに導く前記手段が、前記ビームを、前記第１の波長選択フィルタへ向けて反射させるような位置に配置された入力リフレクタを含み、
前記入力リフレクタは、前記ビームの入力領域の中心に第１の焦点を有し、前記複数の波長選択フィルタのうちの前記第１の波長選択フィルタの中心に第２の焦点を有する楕円型リフレクタであり、及び、
前記複数の波長選択フィルタが、単一基板にモノリシックに一体化されて前記主光学ブロックの表面の単一凹部に取り付けられていることからなる、光学デマルチプレクサ。
【請求項１１】
前記複数の収束リフレクタは、第１の平面に沿ってアライメントがとられた位置に配置され、
前記複数の波長選択フィルタは、第２の平面に沿ってアライメントがとられた位置に配置され、
前記収束リフレクタの第１の平面は、前記波長選択フィルタの第２の平面に対して平行
であることからなる、請求項１０に記載の光学デマルチプレクサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般に、波長分割多重光通信システムに関するものであり、とりわけ、光波長分割デマルチプレクサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
波長分割多重（ＷＤＭ）光学システムの場合、それぞれ中心波長が異なるいくつかのレーザからの光が結合されて、単一ビームとなって光ファイバに導入される。各波長は、光ファイバを通る個別データ信号に関連付けられている。デマルチプレクサは、光ファイバの出口端においてビームを各波長毎に分割された個別信号にするために利用される。このようにして、光ファイバのデータ伝送容量は、単一ファイバに送り込まれる単一波長信号の数に等しい倍率で増大する。
【０００３】
先行技術による光学デマルチプレクサの例は数多く存在する。バルク光学フィルタをベースにしたデマルチプレクサの一例が、Ｄｕｃｋ他に対して与えられた、「Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｄｅｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｒ」と題する米国特許第５，８０８，７６３号（以下、Ｄｕｃｋと称する）に開示されている。Ｄｕｃｋの光学デマルチプレクサは、平行光をガラス・ブロックに受光し、その平行光を単一の干渉フィルタに送り込む。該単一の干渉フィルタは、平行光がフィルタに当たる入射角によって決まる波長フィルタリング特性を備えている。フィルタに当たる平行光の入射角を操作するために、一連に並んだ複数の反射表面をフィルタに向かい合うように配置し、ガラス・ブロック内で平行光がフィルタと反射表面の間をジグザグに進んで常に異なる入射角でフィルタに到達するような角度がつけられている。これらの異なる入射角は夫々、多重波長光ビームをその波長成分に分離することができるように予め決められている。Ｄｕｃｋのデマルチプレクサは、その意図した目的についてはうまく機能するが、平行光に伴うビーム直径が、このタイプのデマルチプレクサによって実現可能な小型化の度合いに対して、物理的制約を課すことになる。さらに、所望の波長における光フィルタリングを実現するためには、反射表面の角度を正確につけなければならない。
【０００４】
もう１つの既知のバルク光学フィルタをベースにしたデマルチプレクサの場合、複合対物レンズが光ファイバからの光を平行化して、次にその光を特定の角度で一連の波長特定光学フィルタに送り込む。各光学フィルタにおいて、ある波長、または１つの波長グループの光が透過され、残りの波長の光は反射される。各光学フィルタから透過された光は、フィルタ特定複合対物レンズによって再集束させられ、後続の利用に備えて出力ファイバに結合される。各光学フィルタから反射される光は、デマルチプレクサ本体内において一連の波長特定光学フィルタ間を行ったり来たりして、ジグザグに伝搬する。このデマルチプレクサは、その意図した目的についてはうまく機能するが、組み立てて互いに正確にアライメントをとらなければならない幾つかの個別の対物レンズを必要とする。さらに、Ｄｕｃｋのデマルチプレクサに関しては、平行光を利用するということが、このタイプのデマルチプレクサで実現可能な小型化の度合いを制限してしまう。
【０００５】
先行技術によるデマルチプレクサの別の例が、Ｌａｕｄｅ他に与えられた「Ｃｏｍｐａｃｔ  Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｒ−Ｄｅｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｒ  ｗｉｔｈ  Ｖａｒｉａｂｌｅ  Ｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ」と題する米国特許第４，６７５，８６０号（以下、Ｌａｕｄｅと称する）に開示されている。Ｌａｕｄｅには、光ファイバから放出される光ビームの光路に沿って直列に配置されたいくつかの球面干渉フィルタを利用するデマルチプレクサが開示されている。各フィルタには特定の波長に対する選択性があり、特定の波長の光は反射して、波長特定出力ファイバに戻すが、他の波長の光は通過させて、直列に配置された次のフィルタに送り込む。このデマルチプレクサは、その意図した目的についてはうまく機能するが、フィルタが光の伝搬方向に沿って直列に配置されているので、第１のフィルタによって最初に反射されない波長の光は、各フィルタを２回通過することになる。例えば、３チャネル・デマルチプレクサの場合、もとの光ビームのいくつかの部分は、２つのフィルタを順方向と逆方向に通過しなければならない。さらにこのフィルタは、発散光の再集束を反射によって行うので、フィルタの湾曲を正確に形成しなければならない。さらにこのフィルタは、光路に沿って直列に配置されているので、別個に製作された複数のパーツを組み合わせて形成されたデバイスに結合しなければならない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従って本発明は、バルク光学マルチプレクサに伴うサイズの制約条件や、光路に沿って直列に配置されたフィルタの利用に伴う欠点を省み、より大幅に小型化して、容易に生産することが可能な光学デマルチプレクサを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明によるデマルチプレクサは、多重波長ビームから特定の波長成分を選別するための横方向に配列された波長特定干渉フィルタの間で多重波長光ビームをリレーするリレー集束鏡を利用した、光学的にトランスペアレントな構造を備えている。リレー鏡が集束鏡であるため、このデマルチプレクサは、大幅に小型化されたデマルチプレクサを創り出すために小さいビーム直径を利用する一方で、非平行光ビームの発散角が大きくなるといった傾向を制御するといったやり方で、非平行光ビームを使って動作させることが可能となる。
【０００８】
また、本発明のデマルチプレクサは、主光学ブロックと、主光学ブロックに結合された波長特定干渉フィルタと、主光学ブロック内に形成されて、光を干渉フィルタに対して方向づけし集束させる、一連のリレー鏡とを設けることもできる。本発明において望ましい主光学ブロックは、プラスチックまたはガラスのような、光学的に透明なモノリシック材料から構成されることが好ましい。主光学ブロックの入力端における機械的形状は、光ファイバに対してアライメントがとられ、位置合わせが施されているので、光ファイバからの光ビームは、主光学ブロックの平坦な入力表面を通って主光学ブロックに入射する。入力ファイバから多重波長光エネルギのビームを受光し、そのビームを干渉フィルタのうちの第１のフィルタに送るために、主光学ブロックのもう１つの表面に対物鏡が組み込まれている。対物鏡は、主光学ブロックの外部に対して凸状表面であることが望ましく、第１の干渉フィルタに入射する光が所望の空間特性及び角度特性を備えることになるように整形される。対物鏡を形成する表面区画は、内反射するようにコーティングを施すのが望ましいが、十分な入射角であれば、全内反射を生じる非コーティング鏡を利用することが可能である。代替実施態様の場合、入射光ビームを集束させるために、入力表面に対物レンズが組み込まれる。集束した光は、主光学ブロックの表面に形成された平面鏡によって、対物レンズから第１のフィルタに送られる。いずれの実施態様の場合も、入力ファイバと第１の干渉フィルタの間で必要とされる光学距離を比較的わずかなスペースで得られるように、追加の内反射表面を設けて、光ファイバからの入射ビームを折返すことが可能である。
【０００９】
本発明における主光学ブロックには、出力端も備えている。主光学ブロックの出力端には、干渉フィルタが取り付けられる平坦な出力表面を含むのが望ましい。場合によっては、機械的形状を主光学ブロックの出力端に施して、干渉フィルタのアライメント及び位置合わせを容易にすることも可能である。
【００１０】
本発明における干渉フィルタとして、波長選択フィルタにすることができ、これは、中心間間隔が固定された線形アレイをなすように、主光学ブロック（ＭＯＢ）の出力端に接続するのが望ましい。各フィルタは、ある特定の波長範囲にわたって透過率が高くて反射率が低く、その他の波長範囲については透過率が低くて反射率が高い。ＷＤＭデマルチプレクサへの応用例について望ましい透過スペクトルは、ある波長範囲にわたって極めて高く均一な透過率が得られるが、そのすぐ範囲外では、極めて低い透過率及び高い反射率が得られる「フラット・トップ」形状である。干渉フィルタは、個別部分に分離されるのが望ましいが、主光学ブロックの出力端に取り付けられた単一基板へ一体化して組込むことも可能である。さらに、干渉フィルタは、主光学ブロックの出力端に直接配置することが可能である。
【００１１】
本発明におけるリレー鏡は、集束鏡とすることができる。該集束鏡は、主光学ブロックの干渉フィルタと接触した表面に対して平行な対向する表面に一体化することが望ましい。リレー鏡は、干渉フィルタとリレー鏡の間をジグザグに伝搬するビームの所望の空間及び角度特性が得られるように配置され、整形されている。リレー鏡は、主光学ブロックの外面に対して凸状の非球面であることが望ましく、内反射するようにコーティングが施されることが望ましい。光ファイバのコアやフィルタにおけるビーム直径を「点」として取り扱うことが可能な状況では、これらはその光学系における他のどの寸法よりもかなり小さいので、入力ファイバ及びフィルタの中心に焦点を設けた楕円体対物鏡及び楕円体リレー鏡を利用して、より正確なイメージングを行うことが可能である。
【００１２】
本発明のもう１つの態様では、主光学ブロックから出射されるフィルタリングを施された光を隣接する検出器アレイに向けて集束させるために、レンズ・アレイが主光学ブロックの出力端に結合されている。このレンズ・アレイは、主光学ブロックと同様のプラスチックまたはガラスの構造であるレンズ・アレイ・ブロックに一体化される。レンズ・アレイ・ブロック及び主光学ブロックは、正確なアライメントをとって、この２つのパーツを互いに嵌合させることが可能な相補性機械的形状を備えるように造ることが可能である。レンズ・アレイ・ブロック及び／または主光学ブロックに対する追加の機械的形状は、レンズ・アレイと光検出器アレイまたは出力光ファイバ・アレイの間の距離を一定にするスペーサの働きをするように形成することが可能である。
【００１３】
望ましい４チャネルＷＤＭ通信システムにおいて実施される場合、光ファイバからの光は平行化されずに入力表面を通って直接主光学ブロックに結合される。主光学ブロックに一体化された対物鏡によって、主光学ブロックの出力端に形成された４つの波長特定干渉フィルタの第１のフィルタに対して、光ファイバからの光の集束及び方向付けが施される。光は所定の入射角で対物鏡から第１の干渉フィルタに伝搬する。第１のフィルタを透過する光は、取り付けられたレンズ・アレイのレンズによって検出器に集束させられ、ここにおいて信号が検出される。第１のフィルタを透過しない光は、第１のフィルタから反射されて、第１のリレー鏡によって第２のフィルタへ再反射される。第２のフィルタによって、ビームはさらに分離され、同じプロセスが、それぞれ、第２及び第３のリレー鏡を用いて、第２と第３の波長特定干渉フィルタ間、及び、第３と第４の波長特定干渉フィルタ間において反復される。光ビームが４つの波長特定フィルタ間でリレーされるにつれて、光ビームの各成分はその波長に従って分離され、取り付けられたレンズ・アレイを介して検出器アレイの適切な検出器に送られ、この結果、ＷＤＭ信号が多重分離されることになる。
【００１４】
本発明の利点として、特殊な材料に頼る必要をなくして、射出成形のような大量生産向けの低コスト技法を用いてデマルチプレクサを製作することが可能になるという点が挙げられる。さらに、誘電体干渉フィルタは、その通過帯域外における反射率が９９％を超えるので、特定の波長の光のほぼ全てが、適切な検出器に到達し、従って、信号損失は、フィルタの透過損失のみに抑えることができる。デマルチプレクサは、折り返された幾何学形状をなす一体化集束リフレクタを利用するので、従来の設計に比べると占有スペースが小さくなるにもかかわらず同じ性能が得られる。さらに、デマルチプレクサのアセンブリに必要とされることは、干渉フィルタを主光学ブロックに取り付ける際にごく大まかなアライメントをとることだけである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の望ましい実施態様によるデマルチプレクサ１０を描いたものである。デマルチプレクサ１０には、主光学ブロック（ＭＯＢ）１４、入力表面３８、ＭＯＢに結合された対物鏡４０、波長特定誘電体干渉フィルタ２０、２２、２４、及び、２６、及び、ＭＯＢに一体化されて、干渉フィルタ間における光の方向付け及び集束を行う一連のリレー鏡３０、３２、及び、３６が含まれている。「波長」という用語は、本明細書では、光学信号で一般的である波長分布のほぼ中心波長を表すために用いられている。
【００１６】
要するに、４チャネルＷＤＭ通信システムで実施される場合、光は、平行化されずに、入力表面３８を通って光ファイバ４２からＭＯＢに結合される。ＭＯＢに一体化された対物鏡４０が、入力表面３８から発散する入射光４４を受光して、ＭＯＢの出力端４６に取り付けられた４つの波長特定干渉フィルタの第１のフィルタ２０に対する光７０の集束及び方向付けを行う。
【００１７】
第１のフィルタを透過する光ビーム５８は、隣接レンズ５０によって検出器６０に集束させられ、信号が検出される。第１のフィルタを透過しない光ビーム部分６８は、第１のフィルタによって反射され、第１の内反射凹面リレー鏡３０を介して、第２のフィルタ２２に入射する。第２のフィルタは、波長に基づいて光ビームをさらに分離する。同じプロセスが、それぞれ、第２のリレー鏡３２及び第３のリレー鏡３６を用いて、第２と第３の波長特定フィルタ２２、２４の間、及び、第３と第４の波長特定フィルタ２４、２６の間で繰り返される。ＷＤＭ信号を波長特定フィルタのそれぞれに送ることによって、ＷＤＭ信号はその４つのチャネルに分離される。リレー鏡が凹面鏡であり、従って、非平行及び発散光ビームが、隣接フィルタ間の伝搬中、連続して再集束させられるので、先行技術による非平行ビームのためのバルク光学デマルチプレクサに比べて本発明のデマルチプレクサを極めて小さくすることが可能になるという点に留意されたい。本発明による望ましいデマルチプレクサの基本構造及び機能について簡単に述べたが、以下では好適実施態様及び代替実施態様のさらに詳細な部分について解説することにする。
【００１８】
図１のＭＯＢ１４は、ＭＯＢの入力端３９における平坦な入力表面３８と、ＭＯＢのもう１つの表面における対物鏡４０を利用して、入射光を第１のフィルタ２０に送る。対物鏡４０は、入力表面から導入される多重波長光４４を受光するようにアライメントがとられてＭＯＢ表面に組み込まれた凸面鏡（ＭＯＢの外部に対して）が望ましい。対物鏡は、内反射するようにコーティングを施すこともできるし、あるいは、入射角が十分に大きい場合には、全内反射を生じる非コーティング鏡を用いることも可能である。明らかに、多重波長光４４は、入力表面３８から対物鏡４０に進行するにしたがって発散している。対物鏡は、多重波長光７０が対物鏡４０から第１のフィルタに伝搬するにつれて収束するように設計されるのが理想である。ＭＯＢの入力構造は、収束光ビームがフィルタ２０〜２６に対して非垂直角度で第１のフィルタ２０に入射するように設計されている。各フィルタにおいて、出力端４６に対する望ましい入射角は約７８度である。
【００１９】
光ファイバ４２のアライメント及び位置合わせのため、ＭＯＢ１４の入力端３９に機械的形状４５を形成することが可能である。望ましいＭＯＢは、プラスチックまたはガラスのような、モノリシックで均質である、光学的に透明な材料から構成される。射出成形を利用してＭＯＢを製作するのが望ましいが、他の成形技法または精密機械加工技法を利用することも可能である。図１に示す望ましいＭＯＢの寸法は、ほぼ高さ７ｍｍ、長さ５ｍｍ、幅１．７５ｍｍとすることが可能であるが、正確な寸法が不可欠というわけではない。
【００２０】
図２は、同様の構成要素に対して図１に示したような参照番号を付して示した本発明の代替実施態様である。図２の構成の場合、入力ファイバ４２は、ＭＯＢの出力端４６に対して垂直である。入力表面からの光を第１のフィルタ２０に向け、集束させるため、フラットな対物鏡８８及び一体化凸面鏡４１（入射光に対して凹面）が利用される。図２は、実施可能な折り返し幾何学形状の一例であるが、他のさまざまな構成が可能である。例えば、比較的わずかなスペースにおいて、対物レンズと第１のフィルタの間に必要な光学距離が得られるように、入力表面の後にフラットな追加反射表面を用いて、ビームを折り返すことが可能である。
【００２１】
図３は、同様の構成要素に対して図１に示したような参照番号を付して示した本発明のもう一つの代替実施態様である。図３の構成の場合、入力表面は、ＭＯＢ１４の表面に一体化された対物レンズ８２となっている。対物レンズは、第１の干渉フィルタ２０に到達する光が所望の空間及び角度特性を備えるように整形された凸状の非球面が望ましい。光は対物レンズによって集束させられているので、一体化平面鏡８０を利用して、対物レンズから第１のフィルタに光を送ることが可能である。代わりに、光が対物レンズから第１のフィルタに直接伝搬するように、対物レンズを配置することも可能である。図１及び図２と同様に、光ファイバ４２とＭＯＢの入力表面との位置合わせ及びアライメントのために、ＭＯＢに機械的形状４３を形成することが可能である。
【００２２】
図１に戻ると、ＭＯＢ１４の出力端４６には、フラットな出力表面が含まれるのが望ましい。干渉フィルタ２０〜２６は、フラットな出力表面に取り付けるか、または、前記表面上に配置するのが望ましい。代替案として、干渉フィルタのアライメント及び位置合わせを支援するために、ＭＯＢの出力端に機械的形状を組み込むことも可能である。例えば、図２には、４つの別個の干渉フィルタ２０〜２６を正確に位置決めするために、ＭＯＢの出力端４６に凹部が形成された例が示されている。図３には、一体化フィルタ・アレイ８４を受容するために、出力端部４６に単一の凹部が形成されたもう１つの代替例が示されている。
【００２３】
実施態様によっては、干渉フィルタをＭＯＢ１４の出力端４６に直接配置することが可能なものもある。干渉フィルタがＭＯＢの出力端に直接配置される場合、出力表面は平坦である必要はない。例えば、ＭＯＢの出力端に形成された湾曲表面を利用して、ＭＯＢ内における所望のビーム特性を維持し、ＭＯＢから出射する光ビームを集束させることが可能である。出力端構成のいくつかの例について示し、解説するが、本発明にとって、そのままの構成が不可欠というわけではなく、当業者には明らかなように、修正を加えることが可能である。
【００２４】
図１に戻ると、干渉フィルタ２０〜２６としては、ある光波長を別の光波長から分離するために用いられる誘電体フィルタが望ましい。この波長選択フィルタは、中心間距離が一定の線形アレイをなすように配置するのが望ましい個別部品である。干渉フィルタとＭＯＢ１４の出力端４６の界面によって、ミラー平面が形成される。各フィルタは、選択された１組または複数組の波長にわたって透過率が高くて反射率が低い通過帯域と呼ばれるものと、別の１組または複数組の波長にわたって透過率が低く反射率が高いストップバンドと呼ばれるものを有する。ＷＤＭデマルチプレクサにとって望ましい透過スペクトルは、通過帯域の波長間隔にわたって、極めて高く、均一な透過率が得られるが、通過帯域のすぐ範囲外では、極めて低い透過率及び高い反射率が得られる、「フラット・トップ」形状である。透過率が高から低に変わる波長間隔は、狭いチャネル間隔に適応するために、できるだけ狭くすべきである。望ましい４チャネルＷＤＭシステムの場合、４つのチャネルの中心は、約１２８０ｎｍ、１３００ｎｍ、１３２０ｎｍ、及び、１３４０ｎｍにくる。もう１つの望ましい４チャネル間隔分布には、８２０ｎｍ、８３５ｎｍ、８５０ｎｍ、及び、８６５ｎｍの波長が含まれる。デマルチプレクサの解説は、４チャネル・デマルチプレクサに関連して行われるが、フィルタ及びリレー鏡を加えるか、または減らすことによって、それより多いか、または少ないチャネルを多重分離することが可能である。
【００２５】
干渉フィルタの透過スペクトルは、入射角の関数として変化するので、フィルタを通過する光の角度範囲を最小限に抑えると、最良の性能が得られる。さらに、屈折率の高い材料を用いると、入射角に対する透過スペクトルの依存性が低下する。干渉フィルタ２０〜２６は、図１及び図２においては個別部品に分離されているが、図３のデマルチプレクサの場合、４つの干渉フィルタ２０〜２６は、単一基板にモノリシックに一体化されて、ＭＯＢの出力表面に取り付けられたフィルタ・アレイ８４を形成する。いずれの構成も、本発明に従って実施可能である。もう１つの代替実施態様の場合、干渉フィルタは、ＭＯＢの出力端に直接配置することが可能である。
【００２６】
図１、図２、及び図３のリレー鏡は、干渉フィルタ２０〜２６の面に対して平行なＭＯＢ１４の表面に組み込むのが望ましい収束または集束鏡である。リレー鏡は、干渉フィルタとリレー鏡の間をジグザグに伝搬するビームの所望の空間及び角度特性が得られるように、配置され、整形される。リレー鏡は、内反射するようにコーティングを施された凸状の非球面が望ましい。リレー鏡は、光ビームの収束角を大きくするか、または、発散角を小さくする回折鏡または他の任意のミラーとするも可能である。
【００２７】
ファイバのコア及びフィルタにおけるビーム直径を、光学系における他のいかなる寸法よりもはるかに小さい点として取り扱うことが可能な理想限界において、ファイバ及びフィルタの中心に焦点を備えた楕円体対物鏡及び楕円体リレー鏡を利用して、より正確なイメージングを行うことが可能である。対物鏡は、イメージと対物鏡の距離比によって、満足のゆくフィルタ透過スペクトルを得るのに必要な角度縮小率が得られるように選択すべきである。しかし、空間制限が、ＭＯＢにとって狭い範囲を表す場合、この理想限界は、システムに対する近似が不十分である。この場合、より一般的な非球面によって、対物鏡または対物レンズとリレー鏡の表面のプロフィールを最適化して、フィルタにおいて十分小さい角度及びビーム直径を有するビームが生じるようにすることが望ましい。
【００２８】
図１を参照すると、本発明のもう１つの態様では、検出器６０、６２、６４、及び、６６の隣接アレイ、あるいは、代替案として、光ファイバのような他の出力装置に対して、フィルタリングを施した光を向け、集束させるため、レンズ５０、５２、５４、及び、５６のアレイが、ＭＯＢの出力端４６に結合されている。図１の構成では、レンズ５０〜５６は、レンズ・アレイ・ブロック７６に一体化される。レンズ・アレイ・ブロックは、ＭＯＢと同様のプラスチックまたはガラスの構造であることが望ましい。レンズ・アレイ・ブロック及びＭＯＢは、正確なアライメントをとって、この２つのパーツを互いに嵌合させることが可能な相補性機械的形状７２、７４、及び、９２、９４を備えるように造ることが可能である。図１の設計の場合、レンズ・アレイ・ブロック及びＭＯＢは、互いに嵌合させて、接着材で固定される。図１の２パーツ設計に対する代替案では、レンズ・アレイをＭＯＢに一体化することが可能であり、このＭＯＢは、ＭＯＢの出力端とレンズ・アレイの間において、干渉フィルタが挿入されるスロットを備えている。いずれの場合にも、レンズ・アレイ・ブロック及び／またはＭＯＢの機械的形状９６及び９８は、レンズと検出器の間の距離を一定にするスペーサの働きをするように形成することが可能である。
【００２９】
レンズ・アレイ・ブロック７６に一体化されるレンズ５０〜５６は、平凸または両凸の非球面が望ましい。平凸非球面には、平面側が干渉フィルタ２０〜２６に面するようにし、介在するスペースに屈折率整合接着材を充填して、フレネル反射による損失を減少させることができるという利点がある。レンズの凸面側は、検出器６０〜６６に面するようにし、機械的形状９６及び９８によって、レンズと検出器の間の距離を一定にすることが可能である。図３を参照すると、もう１つの実施態様では、レンズ５０〜５６が、基板照明検出器アレイ１００の基板側に組み込まれている。図３の場合、凸状球面が、検出器アレイ基板をなすようにエッチングを施され、基板厚によって、レンズ・検出器間の距離が設定される。回折レンズは、出力ビームを集束させるために利用することが可能であり、回折レンズ・アレイは、検出器基板、ＭＯＢ、または、独立したレンズ・パーツに一体化することが可能である。
【００３０】
図２を参照すると、もう１つの代替実施態様では、干渉フィルタ２０〜２６から出射する光１１０、１１２、１１４、及び、１１６は、直接検出器６０〜６６に伝搬する。直接結合を実施するため、検出器アレイ１００は、フィルタに対して厳密にアライメントをとることが望ましく、フィルタに入射するビームの空間範囲は、フィルタと検出器の間におけるアライメント許容差及び発散を考慮して、検出器の直径よりも十分に小さい。直接結合によって、干渉フィルタに入射するビームの角発散に対する下限が設定される。
【００３１】
上述のように、干渉フィルタ２０〜２６から出射する光は、検出器の代わりに、光ファイバに送り込むことが可能である。光ファイバに送り込まれる場合、光ファイバのコア直径及び開口数によって、出力ビームの空間及び角範囲に関する制限が決まる。ＭＯＢ及び／またはレンズ・アレイ・ブロックにおける機械的形状は、出力ファイバにアライメント及び位置合わせを施すように形成することが可能である。
【００３２】
ＭＯＢ１４の説明をＷＤＭデマルチプレクサに関連して行ってきたが、ＭＯＢにわずかな修正を加えて、ＷＤＭマルチプレクサとして逆の働きをさせることも可能である。ＷＤＭマルチプレクサとして用いられる場合、単一波長ビームが複数、干渉フィルタ２０〜２６の裏からＭＯＢに入射する。干渉フィルタは、入射波長を通過させ、ＭＯＢ内で他の波長を反射する。さらに、結合した光が対物鏡４０によって反射され、出力ファイバの働きをする光ファイバ４２に送り込まれる。
【００３３】
〔実施態様〕
なお、本発明の実施態様の例を以下に示す。
【００３４】
〔実施態様１〕  多重波長光ビームを受光するための入力と、波長が特定された複数の光ビームを送り出すための複数の出力を備えた主光学ブロック（１４）と、
前記複数の出力とアライメントがとられて前記主光学ブロックに接続された複数の波長特定フィルタ（２０、２２、２４、及び、２６）であって、その第１のフィルタに多重波長光の前記受光ビームが入射するようになっており、各フィルタが、第１の組をなす波長の成分を透過して前記第１の組の範囲外の第２の組をなす波長の成分を反射するような光学特性を夫々備えている、複数の波長特定フィルタ（２０、２２、２４、及び、２６）と、
前記主光学ブロックの表面に形成された複数の収束リフレクタ（３０、３２、及び、３６）と
を備えており、前記収束リフレクタは、それぞれが前記波長特定フィルタの１つからの光ビームの少なくとも一部を受光し、受光した光成分を先ほどの波長特定フィルタとは異なる他の波長特定フィルタに向かって再集束させるように、前記波長特定フィルタに関連して配置されていることを特徴とする光学デマルチプレクサ。
【００３５】
〔実施態様２〕  入力された多重波長光ビームを前記波長特定フィルタの前記第１のフィルタに向けて反射させるための入力リフレクタ（４０）をさらに設けたことを特徴とする、実施態様１に記載の光学デマルチプレクサ。
【００３６】
〔実施態様３〕  前記複数の収束リフレクタ（３０、３２、３６）が、前記主光学ブロック（１４）の表面に線形アレイをなすように形成されることを特徴とする、実施態様１または実施態様２に記載の光学デマルチプレクサ。
【００３７】
〔実施態様４〕  前記入力リフレクタ（４０）は、前記入力において第１の焦点を有し、前記複数の波長特定フィルタの前記第１のフィルタにおいて第２の焦点を有する楕円体リフレクタであることを特徴とする、実施態様２または実施態様３に記載の光学デマルチプレクサ。
【００３８】
〔実施態様５〕  前記入力リフレクタ（４０）が、前記主光学ブロック（１４）の前記表面に形成されることと、前記主光学ブロックが、前記入力リフレクタ及び前記収束リフレクタ（３０、３２、３６）を含む単体であることを特徴とする、実施態様２乃至実施態様４のいずれか一項に記載の光学デマルチプレクサ。
【００３９】
〔実施態様６〕  前記主光学ブロック（１４）は、前記複数の出力から前記波長特定光ビームを受光してこれをコレクタ（６０、６２、６４、６６）に向けて集束させるレンズ・アレイ（５０、５２、５４、５６）に結合されていることを特徴とする、実施態様１乃至実施態様５のいずれか一項に記載の光学デマルチプレクサ。
【００４０】
〔実施態様７〕  前記コレクタ（６０、６２、６４、６６）が光ファイバであることを特徴とする、実施態様６に記載の光学デマルチプレクサ。
【００４１】
〔実施態様８〕  前記コレクタ（６０、６２、６４、６６）が光検出器であることを特徴とする、実施態様６に記載の光学デマルチプレクサ。
【００４２】
〔実施態様９〕  前記収束リフレクタ（３０、３２、３６）が凹面鏡であることを特徴とする、実施態様１乃至実施態様８のいずれか一項に記載の光学デマルチプレクサ。
【００４３】
〔実施態様１０〕  前記収束リフレクタ（３０、３２、３６）が回折鏡であることを特徴とする、実施態様１乃至実施態様８のいずれか一項に記載の光学デマルチプレクサ。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による対物鏡、独立したＭＯＢ、及び、レンズ・アレイを備えた４チャネル・デマルチプレクサを示す図である。
【図２】本発明に従って、対物鏡を備え、検出器に直接結合される、４チャネルデマルチプレクサを示す図である。
【図３】本発明による対物レンズ、一体化フィルタ・アレイ、及び、レンズ・アレイが一体化された検出器アレイを備える４チャネル・デマルチプレクサを示す図である。
【符号の説明】
１４：主光学ブロック
２０：波長特定フィルタ
２２：波長特定フィルタ
２４：波長特定フィルタ
２６：波長特定フィルタ
３０：収束リフレクタ
３２：収束リフレクタ
３６：収束リフレクタ
４０：入力リフレクタ
５０：レンズ・アレイ
５２：レンズ・アレイ
５４：レンズ・アレイ
５６：レンズ・アレイ
６０：コレクタ
６２：コレクタ
６４：コレクタ
６６：コレクタ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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