JPS60181711A - 光学フアイバの接続に用いる光学的要素およびコネクタ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、複活的に言えば光学ファイバ通信７ステムに
関し、特に、予め割当てられた波長をもち１つあるいは
それ以上の被変調電磁波の形で情報信号を個々に担持す
ることのできる２本あるいはそれ以上の光学ファイバを
接続するための要素の構造に関する。

（従来技術） 光学ファイバは、主として、同じ大きさの他の従来の媒
体よりも数百倍もの情報を担持することができるという
理由で通信産業で利用され、極めて魅力的な伝達媒体と
して発達してきたし、また発達し続けるであろう。逆説
的にいえば、光学ファイバを非常に魅力的にしている理
由は、それらの能力を充分に利用することができる大規
模な通信システムにおける実用を妨げる多くの障害を補
償するからである。確実な物理的接触のみを必要とする
銅線コネクタとはちがって、システム内で、他のより大
きな要素あるいは他のファイバと結合される毛髪状の細
い光学ファイバは、極めて大きい精度を必要とし、貧弱
な結合の結果は固有的に大きな信号あるいは情報の損失
を生じる。

システム内で結合に誤りが起りうる場合が多くある。例
えば、゛多重アクセスは、単一の光学ファイバ連結部を
その分野で使用しやすい結合器で分岐することを必要と
する。また、多くの光源からの被変調信号を１つの信号
に組合わせて有効データ率を増加させ、多数局間の通信
を可能にするには、適当なマルチプレクサ／デマルチプ
レクサの形をした結合器を必要とする。

かなりの損失を持つこれらの結合についての問題のいく
つかを解決するために、当業者は、例えば米国特許第４
，１８３．（Ｓ　１８号や第４，１８６，９９５号、あ
るいは０ｐｔｉｃａｌ　５ｐｅｃｔｒａ　（１９８０年
１０月発行）、に記載の「伸びるコネクタ」と題する論
文記事において記述されていて、時には拡張ビームある
いは作像形コネクタと称される麺類のコネクタを開発し
続けてきた。

拡張ビーム形コネクタの本質は、類似しかつ可逆的な光
学的機能を遂行するために類似する２つのコネクタハー
フすなわち二分割要素を使用することである。一方のコ
ネクタハーフは、そのコネクタハーフの中でそのレンズ
の焦点の所に正確におかれたソースファイバ（単一ある
いは複数のファイバ）から出る光線を拡大し、平行にし
、あるいは概略平行にするために使用される。仲方のコ
ネクタハーフは、上記一方のコネクタハーフに類似して
設計されるが、実際にはより大形であってもよく、上記
一方のコネクタハ−フから拡張ビームを受取り、その軸
方向焦点位置に置かれた受信ファイバの中で受信ビーム
の焦点を結ぶ。このように構成することによって、光学
的整列作業は、厳密に機械的なあるいは当接形コネクタ
で行なわれるような小さいファイバ端部よりもむしろ比
較的大きいビーム断面を機械的に整列させることになっ
た。しかしながらこのようなコネクタでは、光学的性能
および関連する機械的幾何学的形状についての責務が大
きく、コネクタ自体が大きな損失を生じないということ
を保証するためにコネクタの中に一体化される高度な精
密さを維持し続けなければならない。例えば、このよう
なコネクタのレンズ表面間の許容傾斜角度は、もし損失
がＱ、５ｄＢを越えないようにしようとするならは、許
容範囲を１度の十分のいくつというオーダにしなければ
ならない。敵しい許容範囲への固執な要求する他の寸法
的な要求は、レンズ表面の背後における焦点の軸方向配
置および光学的軸に関する横断方向配置、両コネクタハ
ーフのレンズ表面間の分離、および、レンズ表面の軸方
向および横断方向整列、等である。コネクタのレンズ表
面間の軸方回分Ｉｌｌに要求される厳格な許容範囲の他
に、分離自体は比較的小さく、屈折率によって分割され
る焦点距離のおよそ２倍であって、そのため多重化、多
重分離の目的のためにコネクタハーフ間にビームスプリ
ッタを導入することが困難となる。

それゆえに、公知の形状の拡張ビーム形コネクタをｇＡ
造し、伺かの目的でそれを光学ファイバ辿信網に使用す
ることは比較的困難である。

（発明の目的） 従って、本発明の主たる目的は、改良された作像形光学
ファイバコネクタを提供することである。

本発明の他の目的は、製造時の許容範囲に対する要求が
比較的少ない作像形コネクタを提供することである。

本発明のもう一つの他の目的は、レンズの表面間の離間
距離が公知のコネクタと比較して増大された作像形光掌
ファイバコネクタを提供するである。

本発明の別の目的は、光学ファイバ・マルチプレクサ／
デマルチプレクサを提供することである。

本発明のさらに別の目的は、そのスループットが、それ
が接続する光学ファイバの何らかのパラメータにおける
変化に対してより（Ｌ容で力）る作像形コネクタを提供
することである。

本発明のさらに別の目的は、一部は自明であろうし一部
以下の記載で明らかにされる。従って、本発明は、以下
に記載する詳細な開示において例示するような、構造、
要素の結合、および部分品配置を有する装置を含んでい
る。

（発明の概要） 本発明は、概括的に言えば光学ファイバ通信システムに
関し、特に、予め割当てられた波長をもち１つあるいは
それ以上の被変調電磁波の形で情報信号を個々に担持す
ることのできる２本あるいはそれ以上の光学ファイバを
接続するための要素の構造に関する。さらに、この要素
は、多重化、多重分離の機能を遂行するために、類似す
る構造と機能を持つ他の要素と組合せて使用することが
できる。

本発明の要素は、作像形であり透明な光学的可塑性物質
で単体構造に作られる。それは、光学ファイバを光学的
に相互結合する目的のために、好ましくは類似する要素
である相手と共に使用することができる。要素自体は、
貫通する光学的軸を中心とする回転対称形の凸レンズ表
面と、要素の装着と位置決めとを容易にするための少な
くとも１つの基準面と、レンズ表面の背後で、レンズ表
面の焦点距離とは異なる所定の距離のところで、要素の
光学的軸に沿い、所与の開口数と直径を有する光学フナ
イバの端部を位置決めし保持することを容易にするため
の手段と、を具備する。

要素は、ファイバ端部がレンズ表面の背後の所定の距離
のところに位置づけされたとき、第２のレンズ要素が装
着されたファイバによって担持される光の角度的制限に
よって実質的に規定される像である瞳を有している。所
定の距醋に位置づけされた光学ファイバの端部が、要素
と同軸に整列されそこから該要素のレンズ表面の焦点距
離より実質的に大きな所定の光学的経路長だけ軸方向に
離間されたもう１つ別の同様な要素の瞳の上、−あるい
はその内部に正確に結像されるように、前記レンズ表面
が構成され前記所定の距離が選択される。また、本発明
の要素は、８ｉ々のレンズ表面間の光学的経路長が一定
に保たれる限り、複数個の他の要素と共に多重化、多罪
分離化構成において使用することができるように段組さ
れる。このような方法で、要素群として、あるいは単な
る結合のための経路として使用されるとき、要素は、多
重化／多罪分離機能の遂行を容易にするためのビームス
プリッタのような他の光学的要素を組込む精密な空間の
利用に必要とされる距離をもって分離される。

本発明の要素は、対称的配置で他の類似要素と共に使用
することが望ましいけれども、もし各要素と関連するフ
ァイバが適当な有限の共役で使用され、各要素が光学的
に対になっている仙の要素の瞳内に関連するファイバ端
部の像を結ぶならば、上述した目的のために非類似の要
素の使用も可能である。

この発明の新規な特徴は、特許請求の範囲に具体的に記
載される。しかしながら発明自体は、実施例について以
下に行なう詳細な説明を添付した図面に関連して読むと
き、その機構と操作方法の両方について他の目的や利点
と共によく理解されよう。添付図面において、異なる図
面における同一の符号は同一部分を表す。

（実施例） 本発明は、概括的に言えば、光学ファイバ伝達装置に関
し、特に、予め指定された波長の１つあるいはそれ以上
の波長をもち被変調電磁波の形をとる情報信号を個々に
担持することのできる２本あるいはそれ以上の光学ファ
イバを、単に連結のために、あるいは多重化と多重分離
というようなより十ｙ牝な目的のために使用可能にする
構成要素に関する。

本発明の特徴の性質、その使用方法、従来技術において
公知の要素についての利点等を理解するために、従来技
術において公知のビーム拡張形コネクタの一般的な特性
についである程度詳細に知っておくことが先ず必要であ
ろう。

この目的のために第１図を巷照すると、それはビーム拡
張形であってこの種装置の代表的な特性を備えるレンズ
構成すなわち光学的要素１０を示している。光学的要素
１０は、第１図と第２図にみられるように、一体成形構
造であり、好ましくは、光学的性質を持つ可塑性物質で
成形される。

光学的要素１０は、前部先細部分１２と後部先細部分１
４とを備えていて、それらは周縁表面に位置、する平坦
部分１７を持つフランジ１６のところで接続されている
。前部先細部分１２には、非球形レンズ面の形をしたペ
ースを持つ油状穴１８が設けられている。後部先細部分
１４には、中央に位置する先細凹部２４を有するベース
３３を備えた先細穴２２が設けられている。穴２２の先
細部分は明確化のために誇張して示されている。

先細穴２２は、３２と３４とで示したような３つの成形
弾性ファイバ・ホルダ（２本だけ図示されている）を受
入れるよう構成されている。成形弾性ファイバ・ホルダ
３２．３４は、弾性物質ポリマから射出成形され、それ
ぞれ長手方向に先細にされた３角形断面を有しており、
また、６つの成形弾性ファイバ・ホルダ３２．３４が先
細穴２２に挿入される時に、それらホルダが、それらの
間で、穴２２の中心軸に渚って各ホルダ３２．３４の端
部で先細になる小さな穴を形成するような特別な形状に
されている。この穴の寸法は、設計によっては僅かに小
さ過ぎて拡張しないと光学ファイバを受入れることがで
きない。

先細凹部２４を含む先細穴ペース３３と、例えば３２．
３４というようなファイバーホルダの前端との間に小さ
な凹部３１が形成されている。光学的要素１０を形成し
ている可塑性物質と同一かあるいは近い屈折率をもつエ
ポキシが、ファイバ・ホルダ３２．３４０間に形成され
た穴を通ってこの凹Ｍ３１に配置される。その後に、２
８で示すような光学ファイバが、その先端３０が凹部２
４の先細部分に着座するまでファイバ・ホルダ３２．３
４の間に形成された穴に挿入される。ファイバ・ホルダ
３２．３４間に形成された穴は、章図的にファイバ２８
の外側直径よりも小さくされているので、ファイバ・ホ
ルダ（３２と３４）の壁は光学ファイバ２８によって拡
張され、斜壁は、光学ファイバ・ホルダ３２，３４の変
形の程度に比例する横方向回復力を光学ファイバ２８に
与える。圧力下の弾性物佃は流体のように働き、それに
印加された力を均等に分配するので、これらの横方向回
復力は互いに平衡し、光学的要素１０の光学的軸０ＡＫ
ｆａって光学ファイバ２８の６決めをする。光学的要素
の光学的軸ＯＡ＆Ｃ？ａつだ、光年ファイバの端部°３
０の長手方向位置は、凹部２４の先細側面形状と関連し
て裸のファイバの１直径によって決定される。

先細凹部２４の寸法は、光学ファイバの端部３０の前進
が凹部２４の壁に妨げられて、軸上の球形収差を修正す
るように選択された形状を持つ非球形レンズ表面２０の
軸方向焦点位置で終端するような大永さに選択される。

四部３１内に鉛ける屈折率マツチング用エポキシの存在
は、光学ファイバの端部３０における無用の反射を減少
させ、レンズ表面２０から光学ファイバの端部３０へ進
行する光線の進路における屈折率を一定あるいはそれに
近いものとして光線が余分な屈折をしないですむように
する。このようにして、第２図にもつとも良く示される
ように、非球形面２０に入射する１対の平行光線１９．
２１は、光学ファイバの端部３０で焦点を結び、そこに
入力される。一方、光学ファイバの端部３０から出る光
は発散し、その後非球形レンズの表面２０によって平行
にされ、そこから平行な光束として出力される。これを
述べるもう一つの方法は、光学ファイバの端部３０から
出力される光線の束の開口数（ＮＡ　）は非球形レンズ
の表面２０から出るときに減少するということである。

光学的要素の前部穴１Ｂを取巻いて、この光学的要素１
０の光学的軸ＯＡに公称的に垂直な塊状の平坦基準面２
６が設けられている。光学的軸に関するこの基準面２６
の許容傾斜角度は±３０秒以内である。この型の１対の
光学的要素が、その相互に対向する非球形レンズ表面を
もつ環状基準面同志当接されると（第６図１に同一では
あるがダッシュ付き符号で区別した光学的要素が示され
ている）、一方のファイバ端部２８′から出る光線のビ
ームは、例えば、図示するようにレンズ構造１０′内で
徐々に発散され、その後その非球形レンズ面２０′によ
って平行、あるいはほぼ平行和され、コネクタの分割対
の他方ノ・−フによって受取られ、コネクタの該ノーー
フに位置する光学ファイバの端部２８に焦点を結びそこ
に入射される。このような１対のコネクタあるいは要素
の光学的軸間の横方向整列は、それらの外表面が概ね回
転対称であるので、それを横方向基準面として利用し、
周知の方法で達成することができる。

この柚の光学的要素とともに使用される光学ファイバは
、単一モードであっても、マルチモードであってもよく
、予め選択された１つあるいはそれ以上の被変調電磁波
の形で情報信号を相持することができる。典型的には、
レーデあるいはレーずダイオードがそのコヒーレンス特
性のゆえに光源として使用される。

このＭ型に属する他の光学的要素は、今図示したものと
は多少違った特徴をもつことができるけれども、これら
の光学的要素は概ね同じ方法で動作する。すなわち、一
方の光学ファイバ端部からの出力は、そのレンズの表面
によって平行あるいはそれに近くされ、その後このビー
ムは関連する光学的要素あるいは関連するレンズ構造に
よって受取られ、他方の光ファイバの端部に焦点を結ば
れ、そこに入射されて２つの光学ファイバの接続を完成
する。各基準面は、それらが長手方向にも横方向にも互
いに正しく垂直になるように、概ね各レンズ構造あるい
は光学的要素の中に含まれる。

この釉のレンズ構造にはいくつかの利点がある。

光学ファイバは、その接続内で完全に保睦され、レンズ
の表面のほこりやかき傷が大口径ビームに与える影響は
、そのようなほこりやかき傷がそれ自身のファイバ端部
表面にあるときよりもはるかに小さい。さらにまた、高
度に拡大されたビームの直径は、２つのコネクタ間の接
合面のための横方向の許容範囲を整合容易にする。

しかしながら、この種の設計ではその許容範囲のすべて
が緩和されるわけではない。例えば、光学ファイバは各
レンズに対して、人が光学ファイバの当接結合の達成に
期待する正確さと同じ正確さをもって位置決めしなけれ
ばならない。そして、基準面と光学的軸ＯＡとの間、あ
るいは非球形レンズ表面と光学的軸ＯＡとの間、あるい
はまた基準面とレンズ表面の傾斜の組合せ間における許
容傾斜角度は、２つのファイバな当接させるためのもの
より実際きっちりしている。小さな傾斜角度で起りうる
損失の大きさの例は、ｏ、１度すなわち６分の傾斜角度
誤差で帆５　ｄＢのオーダで））る。従って、レンズと
基準面上での垂直性の許容範囲を非常に正確にするよう
に光学的要素を組立てることが必要であるということが
理解されよう。角度の傾斜誤差は非球面レンズから出る
光ビームのに向誤差に変換され、この方向誤差は究極的
には上記したようなスループット損失の原因になる。そ
して、たとえ要求される僅かな許容範囲が、そのような
光学要部を作る成形作業におけるただ一度の工程に限ら
汎るとしても、射出成形工程に関連する他の因子のゆえ
に製造は依然として極めて困難である。それゆえにその
ような光学的要素は、他の魅力的な特徴は保ちながら許
容範囲をよりゆるやか処して製造できるようにする必要
がある。

さらにまた、第６図に示されたような光学的要素のレン
ズの表面間に利用可能な量の空間があるとしても、従来
の技術の設計で現在可能である以上に多くの光学的要素
を、介在する空間に挿入するこ×ができるようにはるか
に大きな空間によって仕切られた要素を持つようにする
ことが望ましい。

この付加的空間は、タップの形成あるいは多重化操作の
達成をあきらかに容易にすることができる。

本発明の原理によって設計された光学的要素は、ある点
では従来技術で知られたものと似ているが、それらはま
た、今回発見され、従来技術以上に重要な利点を与える
重要な詳細部分において、従来技術とは違っている。作
像要素と称してもよいこれらの新しい要素は、理解され
るように、比較的ゆるやかな許容範囲で製造することが
できる。そして、それらはまた以前に可能であったより
も大きな距離で分離可能であり、その分離比ＩＪ！ｌそ
れ自体の許容範囲は比較的ゆるやかであり、それらの現
場での使用を同様により容易にする。

過去におけるように、平行化に頼り蕪限の共役で働かせ
るよりも、むしろ本発明の要素は有限の共役において動
作し、他方の入射瞳の中か上でファイバの端部に作像し
て上記した利点を達成する。

有限の共役で動作するように設計された１対のそのよう
な要素が、それらの可能な応用の１つとして、第４図に
、２本のファイバを光学的に結合するのに使用するのに
適当なコネクタ４ｏの部分として図示されている。要素
自体は４２と４４で示されていて、それらはスペーサ４
６の使用を介し光学的軸ｏＡＫＧつてそれらのレンズ表
面間で測られる距離Ｓにより分離されている。その距離
Ｓは次のよ５な手続によって算出される。

スペーサ４６は、光学的軸ＯＡを中心とする回転対称形
であり、その全長の主な部分を通って延びている中心円
形穴４８を有している。中心穴４８の両端部には、夫々
先細の円錐状凹部５０と５２があり、それらはそれぞれ
５４と５６で示される光学的要素の前端を受入れるのに
使われている。前端部５４と５６は円錐形状に形成され
ているので、円錐状凹部５０および５２と同軸で正確に
整合し、光学的要素４２と４４とは光軸ＯＡに沿い同心
的に整列される。さらにまた、この配置は、分離距離Ｓ
の正確さを確実にする。

光学的要素４２と４４は、周知の方法で、スペーサ４６
の端部に螺合されたねじ込み形キャップ５８と６０とに
よってそれぞれ円錐状凹部５０と５２の中に保持゛され
ている。ねじ込み形キャップ５８．６０と、要素４２と
４４の各フランジ６２．６４とのそれぞれの間に、弾力
性のあるリング６６と６８とかそれぞれ配置されていて
フランジ６２と６４に対して圧力をかけ、円錐状凹部５
０と５２とにおける要素４２と４４の着座を維持する。

このようにして、レンズ要素４２と４４は、互いに適正
な位置に正確に整列されうるように基準面を備えている
。

さらに、光学的要素４２と４４は、それぞれ、以下に記
述する方法で設計されたレンズ表面７０と７２を備える
。光学ファイバ７４と７６は、それぞれのレンズ要素の
中に配置され、その中で、従来技術の要素の記述に関連
する方法、あるいは他の周知の方法で位置づけされ、光
学ファイバの両端７８と７９は、それぞれ、光学軸ＯＡ
に沿いζレンズ表面７０と７２の背後で同等の焦点とは
異る距離のところに位置伺けされている。このことは、
光学ファイバの両端部をレンズ表面の焦点に正確に位置
させていた従来技術とは大いに異る点である。光学ファ
イバの両端部Ｔ８と１９を、レンズ表面７０と７２の背
後の所定の距離のところでレンズ表面の近軸焦点とは異
なる点に位置させることにより、各光学ファイバの端部
７８と７９は、対応するレンズ要素の入射瞳の上で、あ
るいはその中で焦点を結び、一方の光学ファイバから他
方の光学ファイバへのスループットが最大になるように
する。これを達成するための好ましい設計手順は、レン
ズ要素と関連する重要なパラメータの一連の計算を含ん
でおり、この手順は第５図における例示と以下の記述と
に関連して最も白く説明される。

今第５図を参照すると、本発明に関連して使用されるい
くつかの重要なパラメータが示されている。第１の重要
なパラメータは要素のレンズ表面の先端から光学ファイ
バの端部までの距離りである。距離Ｓは、１つのレンズ
表面の先端から他方のレンズ表面の位置までの間の軸方
向距離である。

瞳は、第２のレンズ要素を装着したファイバによって担
持される光の角度的徊限によって規定される像で・ある
。シータθは、その正弦が、光学的要素な栖成している
物質の屈折率ｎによって分割されるファイバの開口数Ｎ
Ａと等しい角度である。

距離りは、反対側のレンズ要素の瞳の直径であり、それ
はおよそつぎのように表わされる。

Ｄ　与２Ｌ８ｉｎθ＝□ 設計手順は次の通りである。第１に長さＬを１択する。

これから、式Ｓｉｎθ”ｎ−を用いθの値を計算する。

次に上述した式を用いてＤの値を２・定する。その後距
離Ｓを次の式で計算する。

これらの計算の全てが行なわれ、離間された１対のレン
ズ要素に関連したすべての距離が確立すると、デカルト
卵形体の非球形が周知の方法で作られ、レンズの瞳り上
にファイバのコアの１つの像を荀ぶ。この非球形は、も
し２つのレンズ要素間の全体的効果をすこし高めようと
望むならば、より一般化された非球形としてさらに旬適
化してもよい。

無限距離からレンズ表面に入射する光は、距離りのとこ
ろでファイバの端部に像を結ばず、小さい距離■だけレ
ンズ表面に近づいて像を結ぶ。

例えば、’　Ｌ　＝３．８５　ｍｍとし、ＮＡが帆２１
、ａ　＝　０．．０５０　ｍｍのファイバを使用して、
屈折率ｎ”１．４８５３の光学的可塑性物質でレンズ要
素を組立ててみよう。この規模では、θの正弦は０．１
４１４に等しく、Ｄは１．０９闘に等しい。これが、お
よそ５９龍のレンズ表面間離間距離Ｓを与える。Ｓのこ
の値のために、レンズ表面間距離は距離りの１５倍以上
となる。もし平行光線があれば、ファイバから０．１６
９ｍｍ離れたところに焦点を結ぶはずである： ３−８５ｍｍの焦点距離をもつ、対応する従来技術の設
計のために最適の距離Ｓは５．１８ｍｍに当り、焦点距
離の１．６５倍であるにすぎない。したがって、離間距
離全長の大詫な改良が、本発明によるレンズ要素を使用
することによって可能となることがわかる。これの１つ
の重要な結果として、純粋に光学的接続にすぎないもの
よりも、より複雑な仕事をなしうる他の要素に対して役
に立つ付加的な中間スペースを提供することができる。

さらに、他の利点も達成されるが、これらの利点は、レ
ンズ表面の焦点とファイバの端部間の距離、および、各
要素のレンズ表面間のスペースの関数としてのスループ
ットを試験することによって最もよく理解できる。これ
は、関連する２つのレンズ要素のために選択された特別
な細目が付与された、一方の光学ファイｆバから放射さ
れ他方の光学ファイバの端部に入射する光線の数を数え
ることを伴う周知の正確な光線追跡技術によってなされ
る解析を必要とする。

そのような解析が行なわれ、本発明による典型的な離間
距離をもつレンズ要素セットのためのものが第６図に示
されている。非球形面は不変である。輪郭線は、第１の
光学ファイバから出て、指示した離間距離と焦点設定と
をもつ２つのレンズ表面を通り、第２の光学ファイバに
入る光線のパーセント（段階状）を示している。要素が
互いに近接して離間され光学ファイバの端部が要素の焦
点におかれる場合、この例では３．７朋より僅かに小さ
い場合には、能率が非常に高＜　９９．２％であること
がわかる。しかしながら、能率が極めて高いもう１つ別
の領域があり、その領域では離間距離がはるかにより大
きく、光学ファイバの端部は各要素の焦点から離間され
ている。高い能率を有するこの第２の領域は、第１の領
域の右側の上方に示されており、解析によって導出され
た最適離間距離は８　＝　５４　ｍｒｒｔである。この
効率的領域では離間距離も焦点距離も共に大きい。この
ことは、離間距離と焦点距離のどちらの大きさにおける
誤差に対してもそんなに敏感でなくてもよいということ
を明確に教える。それ故レンズ要素の製造に際しては、
光学ファイバをレンズ表面の焦点に正確に鎗く必要上要
求される極微許容範囲と全く同じような許容範囲は必要
とされない。その上にこのチャートから明らかなよう咳
、レンズの表面間距離を維持するのにより多くの寛大さ
がある。

第７図は、入力ファイバの開口数ＮＡの減少に対する嬉
６図の倍郭図上への影響を示している。第６図と同じ寸
法のレンズ要素を用いて作られたこのチャートからは次
のことが明らかとなる。すなわち、入力ファイバの開口
数の減少は、焦点の精度に依存して焦点を結ばせたファ
イバの配置はそのままにしてスループットを増加し、ま
た厳しい許容範囲をもって製造する必要もなければ要素
間の間隔を極めて高い精度をもって配設する必要もない
のに、有限の共役で動作する非焦点づけファイバが極め
て高い能率の領域をもちうるという利点がある。

前述したように、本発明の要素は作像形であり、単一の
構造で供給するために適当な透明の光学的可塑性物質で
公知の方法によって成形するのが好ましいとして示した
。それは、光学ファイバを光学的に相互接続する目的で
、相手、好ましくは類似の要素と共に用いることができ
る。要素自体は、それを貫く光学的軸を中心とする回転
対称形の凹レンズ表面と、要素の載置と位置決めとを容
易にするための少なくとも１つの基準面と、所与の開口
数と直径を持つ光学ファイバの端部を、要素の光学的軸
に沿いレンズ表面の後方でレンズ表面の焦点距離とは異
なる所定距離のところで位置決めし保持することを容易
にするための手段と、を備えている。” 要素は、ファイバ端部がレンズ表面の背後の所定距離の
ところに位置決めされた時に、ファイバによって相持さ
れる光の限定角範囲の像によって実質的に矧、定される
レンズの瞳をもっている。所定の距離に位置づけされた
光学ファイバの端部が、第１の要素と同軸に整列され、
それから要素のレンズ表面の焦点距離より実質的に大き
な所定の距離だけ軸方向に離間されたもう他方の要素の
瞳の上に正確に結像されるように、レンズ表面は構成さ
れ、上記所定の距離が好ましい方法で選択される。

本発明による要素はこのような方法で設計されているの
で、この方法で使用される要素の鉋々のレンズ表面間の
光学的離間距離が一定に保たれている限り、多重化／多
重分離の構成において複数個の他の要素とともに使用す
ることもできる。このような構成の例として、第８図を
参照すると６つの光学的要素８０．９０、および１００
が示されている。これらの要素８０．９０、および１０
０は、前述した要素と同一であるか、あるいは上記略述
した手順方法で設計されている。３つの要素８０．９０
、および１００は、前述した方法で構成したスペーサ１
１０によって図示するように糺持される。スペーサ１１
０は光学的軸ＯＡ１に沿って４５度に位置決めされた光
学ビームスプリッタ１１２を内蔵しているので、光学的
要素８０から出てビームスプリッタ１１２を通りぬけた
光は、光学的要素１００内に結像される。ビームスシリ
ツタ１１２から反射した光線は、レンズ要素９０の光学
ファイバ内に直接に結像される。この接続において、こ
こに示す光学的要素のすべてのレンズ表面離間距離は一
定である。すなわち、図示されている各要素のレンズ表
面間の光学的経路長は同一である。この方法によって、
光学ファイバ通信システムにおける和々の重要な仕事を
遂行するために６つの要素８０．９０および１００の間
で信号を交換することが可能である。ビームスシリツタ
１１２は、トランクとして作用する要素８０を有する要
素間で多重化、多重分離を行なうためにダイクロイック
にすることができる。

３つ以上の要素も利用可能であって、例えば第９図に概
略図示するように、６つのレンズ表面１２０．１２２．
１２４．１２６．１２８、および１３０を用いてより複
雑な構成で利用してもよい。ここでは、すべてのレンズ
表面は互いに９０度の角度で折曲げられた光学的軸ｏ＊
に涜って配置されており、各光学的軸に沿って対応する
レンズ表面間の光学的経路長は前に定義した距離Ｓに等
しくされる。光学的経路の折曲げは、ビームスプリッタ
１３２．１３４．１３６、および１３８で行なわれる。

すべての要素は、前述した方法で装着してよく、そのよ
うな構成の設計は、当業の技術範囲内である。この最後
の構成は、各光学的経路が波長選択性となるようにダイ
クロイックなビームスプリッタ１３２〜１３Ｂを備えた
、より複雑な光学ファイバ通信システムにおいて多重化
、多重分離を行なうのに明らかに適当である。

所望により、ビームスプリッタ以外の装置をレンズ要素
間の空間に設置してもよい。例えば、光学的に作動する
水晶体セルあるいは系のレンズを使用してもよい。必要
なことは、使用すべき要素の屈折率や幾例学的形状によ
る光学的経路長の変化を補償することと、レンズが導入
される場合、上述したようにファイバが結像されるよう
にするということだけである。

このようにして、１群の要素として、あるいは単なる接
続用の経路として使用される場合、本発明の要素は、ど
ちらの応用においても精密な間隔スリーブの使用を介し
て必要な距離をおいて分離され、また多重化、多重分離
の機能の遂行を容易にするだめのビームスプリッタのよ
うな他の光学的要素をそこに組込むことができる。本発
明の昇素を他の同様な要素と対称的な配置で使用するこ
とは好ましいけれども、もし各要゛素と関連づけられた
ファイバが適当な有限の共役で使用され、各要素がその
ファイバ端部な共に使用される他の要素の明確な口径に
結像するならば、概略上記した目的のために非類似設計
の要素を利用することも可能である。このことは、光学
設計技術において通常の技術を有する人に周知の方法で
遂行することができる。

本発明によるレンズ要素間の増大した間隔における空間
の利用性は、従来技術とは異なり、従来当業においては
未知であった距峻をもつｔレンズ要素を離間した第２の
高スループツト領域の予期せぬ存在に直接的に貢献する
。

本発明の範囲から逸脱することなく上記の実施例におい
て変更を加えうろことは当業の者には自明であろう。そ
れ故、上記記載に含まれ、添付図面に示された′１−べ
ての事柄は、例示的であり、制限的な章味に解釈すべき
ではないということを意図している。

【図面の簡単な説明】

第１図は光学的ファイバを接続するのに有効な周知の拡
張ビーム形レンズ構造あるいは光学的要素の斜視図、第
２図はほぼ第１図の２−２線に沿い第１図の光学的要素
を示す僅かに拡大した断面図であって光学的ファイバと
ホルダのＮｋ成の組合せで示したもの、第３図は第２図
同様な断面図であるが第２図に示した１対の光学的要素
が相互に当接して光学ファイバコネクタを形成したとこ
ろを縮小した寸法で示したもの、第４図は本発明によっ
てスペーサを伴なって構成された１対の要素を示す断面
図、第５図は本発明を設計するのに有用な様々なパラメ
ータを示した図、第６図は、レンズ表面の焦点に関して
、光学レンズ表面とファイバの位置との間の空間の関数
として本発明による要素間の光学的スループットの変動
を示すグラフ図、第７Ｕ１！Ｊは例示したスループット
が第６図のグラフを作るのに使用されたものよりも小さ
な開口数をもつ光学ファイバのためのものであることを
除いて第６図と同様なグラフ図、第８図は多重化、多重
分離に適当な構成における本発明の６つの要素を示す断
面図、第９図は複数のファイバ間で多重化および多重分
離を行なうために本発明の複数個の要素の使用方法を示
す図である。 符号の説明 １０．４２．４４．５４．５６．７４．７６．８０．９
０．１００．１２０．１２２．１２４．１２６．１２８
・・・・・・光学的要素、２０，７０゜７２・・・・・
・非球形レンズ表面、２６・・・・・・基準面、２８町
°°光学フアイバ、３０，７８．７９・・・・・・学フ
ァイバ端部、３２，３４・・・・・・ファイバホル４０
・・・・・・コネクタ、４６，１１０・・・・・・スペ
ーサ、１１２・・・・・・スプリッタ。 代理人　沙　村　皓 光 ダ、 ＦＩＧ、３ ＦＩＧ、４ １　″ ７　ｎ＊ｗＪＩＰ’ｌＶ、”１ ７　［ｆａｌＩＱ−ｒｌＬＹ−く１

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）光学ファイバを光学的に相互接続するのに使用す
   るための光学的要素でｍｌって、透明な光学的性質をも
   つ可塑性物置で単体にモールドされ、その中に、 ａ）光学的軸を中心として回転対称形の凸レンズ表面と
   、 ｂ）前記要素の装着と位置決めを容易にするための少な
   くとも１つの基準面と、 Ｃ）前記レンズ表面の背後の、該レンズ表面の焦点距離
   とは異なる所定の距離のところで、前記要素の前記光学
   的軸に沿い、所与の開口数と直径を有する光学ファイバ
   の端部な位置決めし保持することを容易にするための装
   置と、 が一体的に形成され、また該要素は瞳を有していて、所
   定の距離に位置づけされた光学ファイバの端部が、該要
   素と同軸に整列されそこから該要素のレンズ表面の焦点
   距離より実質的に大きな所定の光学的経路長だけ軸方向
   に離間されたもう１つ別の同様な要素の瞳の上、あるい
   はその内部に正確に結像されるように、前記レンズ表面
   が構成され前記所定の距離が選択されるようにしたこと
   を特徴とする前記光学的要素。 （２、特許請求の範囲第１項の記載において、前記凸レ
   ンズの表面が非球形形状であることを特徴とする光学的
   要素。 （３）特許請求の範囲第２項の記載において、前記非球
   形形状はデカルト卵形体形状であることを特徴とする光
   学的要素。 （４ｙ′　特許請求の範囲第１項の記載において、前記
   基準面は前記光学的軸に関して回転対称であることを特
   徴とする光学的要素。 （５）’％許請求の範囲第４項の記載において、前記基
   準面は円錐形に成形されていることを特徴とする光学的
   要素。 （６）所定の方法で複数個の光学ファイバを光学的に結
   合するためのコネクタであって、該コネクタは少なくと
   も１対の要素を含み、該要素はおのおの透明な光学的性
   質を持つ可塑性物質単体にモールドされ、その中に、 ａ）貫通する光学的軸を中心として回転対称形の凸レン
   ズ表面と、 ｂ）前記要素の装着と位置決めを容易にするための少な
   くとも１つの基準面と、 Ｃ）前記レンズ表面の背後の該レンズ表面の焦点距離と
   は異なる所定の距離のところで、前記要素の前記光学的
   軸に沿い、所与の開口数と直径を有する光学ファイバの
   端部を位置決めし保持することを容易にするための装置
   と、が一体重に形成され、 各要素は瞳を有していて、所定の距離に位置づけされた
   光学ファイバの端部が、該要素と同軸に整列さ・れ、そ
   こから該要素のレンズ表面の焦点距離より実砲的に大き
   な予め選択した光学的経路長だけ軸方向に離間されたも
   う１つ別の要素の瞳の上、あるいはその内部に正確に結
   像されるように、前記レンズ表面が構成され前記所定の
   距離が選択され、 前記コネクタはまた、前記予め選択した光学的経路長だ
   け離間されて互いに整列した前記各要素を受入れて支持
   するための手段を具備するようにしたことを特徴とする
   コネクタ。 （７）特許請求の範囲第６項の記載において、前記要素
   少なくとも６側設けられ、そのうち１つが主要素であり
   、他の要素はすべてこの主要素から前記予め選択した光
   路長だけ離間されていることを特徴とするコネクタ。 （８）特許請求の範囲第７項の記載において、前記要素
   のうちの選択された侠素間の前記光路長が折曲げられた
   光路に沿うことを特徴とするコネクタ。 （９）特許請求の範囲第８項の記載において、前記折曲
   げられた光路が９０度で折曲げられていることを特徴と
   するコネクタ。 （１０）　特許請求の範囲第９項の記載において、前記
   折曲げられた光路は、前記コネクタが多重化、多重分離
   のために使用されうるように波長選択性をもつことを特
   徴とするコネクタ。 ０υ　特許請求の範囲第６項の記載において、前記凸レ
   ンズの表面が非球形形状であることを特徴とするコネク
   タ。 αの　特許請求の範囲第１１項の記載において、前記非
   球形形状はデカルト卵形体形状であることを特徴とする
   コネクタ。 ０騰　特許請求の範囲第１１項の記載において、前記基
   準面は前記光軸に関して回転対称であることを特徴とす
   るコネクタ。 Ｉ　特許請求の範囲第１６項の記載において、前記基準
   面は円錐形に成形されていることを特徴とするコネクタ
   。