(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-12-18
(45)【発行日】2023-12-26
(54)【発明の名称】導波路の側面照射のシステムおよび方法
(51)【国際特許分類】
G02B 6/26 20060101AFI20231219BHJP
G02B 6/02 20060101ALI20231219BHJP
G02B 6/42 20060101ALI20231219BHJP
【ＦＩ】
G02B6/26
G02B6/02 411
G02B6/42
【請求項の数】
19
(21)【出願番号】P 2022535153
(86)(22)【出願日】2020-12-09
(65)【公表番号】
(43)【公表日】2023-03-10
(86)【国際出願番号】 US2020064053
(87)【国際公開番号】W WO2021119153
(87)【国際公開日】2021-06-17
【審査請求日】2022-06-08
(31)【優先権主張番号】62/945,584
(32)【優先日】2019-12-09
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(73)【特許権者】
【識別番号】522228735
【氏名又は名称】エガロン，クラウディオ，オリヴェイラ
【氏名又は名称原語表記】ＥＧＡＬＯＮ， ＣＬＡＵＤＩＯ， ＯＬＩＶＥＩＲＡ
【住所又は居所原語表記】４１１７ ＴＩＶＯＬＩ ＡＶＥＮＵＥ， ＬＯＳ ＡＮＧＥＬＥＳ， ＣＡ ９００６６， ＵＮＩＴＥＤ ＳＴＡＴＥＳ ＯＦ ＡＭＥＲＩＣＡ
(74)【代理人】
【識別番号】110001818
【氏名又は名称】弁理士法人Ｒ＆Ｃ
(72)【発明者】
【氏名】エガロン，クラウディオ，オリヴェイラ
【審査官】堀部 修平
(56)【参考文献】
【文献】米国特許出願公開第２００２／００３４４５７（ＵＳ，Ａ１）
【文献】特開２０１３－１１３８９０（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０１１／１１９１０４（ＷＯ，Ａ１）
【文献】米国特許出願公開第２００９／００５４２６３（ＵＳ，Ａ１）
【文献】米国特許第０８４６３０８３（ＵＳ，Ｂ２）
【文献】米国特許第０４８９８４４４（ＵＳ，Ａ）
【文献】中国特許出願公開第１１０２３１７１４（ＣＮ，Ａ）
【文献】特開平０２－１４１６４０（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許第０５８９４５３５（ＵＳ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ０２Ｂ ６／０２－６／１０
６／２６－６／２７
６／３０－６／３４
６／４２－６／４４
Ｇ０１Ｍ １１／００－１１／０８
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
第１末端面と第２末端面との間に側面を有する集光導波路の前記側面を照射する、異なる入射角度を試験する方法であって、
異なる入射角度で、ビームを前記集光導波路の前記側面に照射する照射装置を提供するステップ；および
前記集光導波路を照射することに応答して、前記集光導波路の前記第１末端面又は前記第２末端面の一方で発せられる前記ビームの強度から、所望の入射角度を決定するステップ、を含む、方法。
【請求項2】
前記ビームが、電磁波を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項3】
前記集光導波路が、円筒形光ファイバまたはテーパ形光ファイバである、請求項１に記載の方法。
【請求項4】
前記照射装置が、平行光源を備えたゴニオメーターである、請求項１に記載の方法。
【請求項5】
前記照射装置が、前記集光導波路の支持体であり、前記支持体は異なる角度で配置された少なくとも１つの孔を有し、前記孔が光源から光を前記集光導波路に向けて導く、請求項１に記載の方法。
【請求項6】
第１末端面と第２末端面との間に配置された側面を有する集光導波路中に、光のビームをカップリングさせるためのシステムであって、前記システムが、前記ビームを生成するように構成された光源と、
前記ビームを、前記集光導波路の前記側面に向けて、直角ではない複数の異なる角度で
配向するように構成された照射装置と、
前記集光導波路の前記第１末端面及び／又は前記第２末端面にある検出器と、を備える
、システム。
【請求項7】
前記集光導波路は、前記ビームが支持体内の孔に沿って前記集光導波路の前記側面に向かって伝播するように前記支持体の上部に取り付けられている、請求項６に記載のシステム。
【請求項8】
前記孔が、前記支持体の前記上部から前記支持体の底部に向かって角度がつけられている、請求項７に記載のシステム。
【請求項9】
法線から外れた複数の異なる角度で前記集光導波路の前記側面に向かって前記ビームを配向するように構成されたゴニオメーターをさらに備える、請求項６に記載のシステム。
【請求項10】
前記照射装置の少なくとも１つの前記孔の各々は、照射導波路で満たされている、請求項７に記載のシステム。
【請求項11】
前記照射装置の少なくとも１つの前記孔の各々は、照射導波路で満たされている、請求項５に記載の方法。
【請求項12】
前記孔が、円筒形状または円錐形状のうちの１つである、請求項５に記載の方法。
【請求項13】
前記孔が、円筒形状または円錐形状のうちの１つである照射導波路で満たされている、請求項１２に記載の方法。
【請求項14】
前記照射導波路は、前記照射導波路の軸に対して垂直または角度をなす端面を有する、請求項１３に記載の方法。
【請求項15】
前記孔は、前記集光導波路に対して垂直であり、前記孔は、照射導波路で満たされ、前記照射導波路は法線から外れた角度に向かって前記光を屈折させるような角度の遠位端面を有する、請求項１２に記載の方法。
【請求項16】
前記孔が、円筒形状または円錐形状のうちの１つである、請求項７に記載のシステム。
【請求項17】
前記孔が、円筒形状または円錐形状のうちの１つである照射導波路で満たされている、請求項１６に記載のシステム。
【請求項18】
前記照射導波路は、前記照射導波路の軸に対して垂直または角度をなす端面を有する、請求項１７に記載のシステム。
【請求項19】
前記孔は、前記集光導波路に対して垂直であり、前記孔は、照射導波路で満たされ、前記照射導波路は法線から外れた角度に向かって前記光を屈折させるような角度の遠位端面を有する、請求項１６に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本出願は、２０１９年１２月９日に出願された米国仮出願第６２／９４５，５８４号に対する優先権を主張する。本明細書で特定されるすべての外部資料は、その全体が参照により援用される。
【0002】
本発明の分野は、一般に、導波路の側面カップリング、側面照射、または側面注入（軸方向カップリング、軸方向照射または軸方向注入とは対照的）に関する。より詳細には、本発明の分野は、側面カップリング、側面照射、または側面注入によって、導波路に沿って任意の波のカップリングを増加させ、その結果、伝送を増加させることに関する。さらに、本発明は、以下の波の、それぞれの導波路に沿った、側面カップリングによる、シグナル伝送の増加に関する：
ａ．電波、マイクロ波、赤外線、可視光線、紫外線、Ｘ線、およびガンマ線などの電磁波、
ｂ．音響、低周波、および超音波などの音響波、
ｃ．物質波、ならびに
ｄ．その他あらゆる種類の波。
ａ．電波、マイクロ波、赤外線、可視光線、紫外線、Ｘ線、およびガンマ線などの電磁波、
ｂ．音響、低周波、および超音波などの音響波、
ｃ．物質波、ならびに
ｄ．その他あらゆる種類の波。
【背景技術】
【0003】
背景の説明には、本発明を理解する上で有用であり得る情報が含まれている。本明細書で提供される情報のいずれかが先行技術であるかまたは現在請求されている発明に関連していること、あるいは具体的または暗黙的に参照される刊行物が先行技術であること、を認めるものではない。
【0004】
現在、光ファイバなどの導波路の横からの（側面）照射は、導波路側面の法線に対して０度の角度で行われるのが一般的である。しかし、このようなタイプの照射では、導波路に沿って入射および伝送される光はごく一部となり、（１）短い伝播長（例えば、最大２メートル）、（２）低シグナルの光ファイバセンサ、その結果としての低感度および低分解能、ならびに（３）低効率カプラーなど、の原因となる可能性がある。
【0005】
側面照射型光ファイバおよび側面照射型導波路については、一般にほとんど研究されていない。Ｅｇａｌｏｎ（米国特許第８，４６３，０８３号、第８，９０９，００４号、および第１０，０８８，４１０号）は、側面照射型光ファイバを開示している。Ｐｕｌｉｄｏ ａｎｄ Ｅｓｔｅｂａｎ（Ｃ．Ｐｕｌｉｄｏ，Ｏ．Ｅｓｔｅｂａｎ，"Ｍｕｌｔｉｐｌｅ ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅ ｓｅｎｓｉｎｇ ｗｉｔｈ ｌａｔｅｒａｌ ｔａｐｅｒｅｄ ｐｏｌｙｍｅｒ ｆｉｂｅｒ"，Ｓｅｎｓｏｒｓ ａｎｄ Ａｃｔｕａｔｏｒｓ Ｂ，１５７（２０１１），ｐｐ．５６０－５６４）は、側面照射型蛍光クラッド光ファイバを開示している。カップリング蛍光がより高くなる照射角度を測定するために、ゴニオメーターが使用されている。最後に、Ｇｒｉｍｅｓら（米国特許第４，８９８，４４４号）は、フレネル反射による損失を最小化するために、接続媒体を用いて第２ファイバを横から照射するために使用される第１ファイバ、を開示している。
【0006】
これらおよび本書で論じる他のすべての外部資料は、参照することによりその全体が援用される。援用される参考文献における用語の定義または使用が、本明細書に規定されるその用語の定義と矛盾するかまたは反対である場合、本明細書に規定されるその用語の定義が適用され、参考文献におけるその用語の定義は適用されない。
【0007】
これらの参考文献は、側面照射導波路の分野に貢献しているが、側面照射によって導波路にカップリングする改良されたシステムおよび方法に対する必要性が依然として存在する。
【0008】
本発明の主題の様々な目的、特徴、態様および利点は、同様の番号が同様の構成要素を表す添付の図面図とともに、以下の実施形態の詳細な説明から、より明らかになるであろう。
【発明の概要】
【0009】
本発明の主題は、側面照射によって導波路（例えば、光ファイバ）中にカップリングされる光量を数倍に増加させる装置、システム、および方法を提供することである。また、導波路の側面の法線に対する側面照射角度が非常に急な（ｓｔｅｅｐ）場合、この量を最大１００倍まで増加させることが可能であることが、側面照射の実験により測定されている。以下の利点が認識されている：
ａ.カップリング効率が高くなると、前記ファイバに沿った伝播長が長くなる；
ｂ.より高い感度と優れた分解能を有する光ファイバセンサ；
ｃ．より高効率の側面照射型カプラー；および
ｄ.光を注入するレンズが不要な、よりシンプルな構成。
ａ.カップリング効率が高くなると、前記ファイバに沿った伝播長が長くなる；
ｂ.より高い感度と優れた分解能を有する光ファイバセンサ；
ｃ．より高効率の側面照射型カプラー；および
ｄ.光を注入するレンズが不要な、よりシンプルな構成。
【0010】
さらに、カップリング効率を向上させることにより、以下の利点が得られる：
ｉ.強度の低い安価な光源を、ファイバセンサやカプラーなどの一般的な導波路デバイス一と組み合わせて使用することが可能になる。
ｉｉ.導波路に沿って光の長距離伝播を必要とするアプリケーションなど、側面照射型導波路のより広い範囲のアプリケーションが、利用可能になる。
ｉｉｉ.カップリング効率の向上により、より大きなシグナルが得られるため、感度がより低く、低コストの検出システムが必要となる。
ｉ.強度の低い安価な光源を、ファイバセンサやカプラーなどの一般的な導波路デバイス一と組み合わせて使用することが可能になる。
ｉｉ.導波路に沿って光の長距離伝播を必要とするアプリケーションなど、側面照射型導波路のより広い範囲のアプリケーションが、利用可能になる。
ｉｉｉ.カップリング効率の向上により、より大きなシグナルが得られるため、感度がより低く、低コストの検出システムが必要となる。
【0011】
したがって、本発明の実施形態は、先行技術よりも、よりシンプルであり、より多くの光を運ぶ側面照射型導波路を提供する。１つまたは複数の態様の、これらおよびその他の利点は、確実なものにするための説明および添付の図面の考察から、明らかになる。
【0012】
簡潔にするため、本明細書では、以下の用語が、それぞれの広い意味で使用される：
ａ．光は、電磁波、音響波、物質波など、あらゆるタイプの波として定義される。
ｂ．ファイバオプティックスは、波を導くことができる任意のタイプの導波路構造体として定義される。物質波の場合、レーザービームは、その長さにそって物質波を捕捉して導くことができるので、導波路とみなすこともできる。
ｃ．導波路の側面は、導波路内の波の伝播全体に対して平行な面を指す。
ｄ．導波路の末端は、導波路内の波の伝播全体に対して垂直な導波路の面を指す。
ｅ．「側面照射」という用語は、任意のタイプの導波路への任意のタイプの波の側面照射、側面カップリング、および側面注入と同義語として用いられる。また、側面照射は、導波路の側面の照射と呼ばれる。側面照射は、導波路の末端を照射する軸方向照射と対照的である。
ａ．光は、電磁波、音響波、物質波など、あらゆるタイプの波として定義される。
ｂ．ファイバオプティックスは、波を導くことができる任意のタイプの導波路構造体として定義される。物質波の場合、レーザービームは、その長さにそって物質波を捕捉して導くことができるので、導波路とみなすこともできる。
ｃ．導波路の側面は、導波路内の波の伝播全体に対して平行な面を指す。
ｄ．導波路の末端は、導波路内の波の伝播全体に対して垂直な導波路の面を指す。
ｅ．「側面照射」という用語は、任意のタイプの導波路への任意のタイプの波の側面照射、側面カップリング、および側面注入と同義語として用いられる。また、側面照射は、導波路の側面の照射と呼ばれる。側面照射は、導波路の末端を照射する軸方向照射と対照的である。
【0013】
以下は、本明細書に記載され示される実施形態の概要である：
ａ．図１に示される第１の実施形態は、非接続媒体（空気、真空、水など）を通って集光導波路に向かって伝播する、レーザーなどの光源からの平行光を説明するものである。光は、導波路表面の法線に対して８５度という高角度で集光導波路の側面に入射するが、より低い角度でも許容可能な結果が得られる。
ｂ．第２の実施形態は、必ずしも平行化されて（ｃｏｌｌｉｍａｔｅｄ）いない光源を使用し、この光源は、光源から集光導波路の表面に向かって、ストリップを貫通して開けた孔またはトンネルを通って伝播する光を放射する。この孔は光を導き、導波路表面の法線に対して最大８５度の角度を成すことができるが、これより低い角度でも許容できる結果を得ることができる。孔の断面は、その長さに沿って均一なものとテーパ状のものがあり、図６のような円形断面を有する円筒孔、長方形断面、正多角形や不規則多角形からなる断面など、任意の形状を有してもよい。テーパ孔は、その名が示すように、好ましくは、光源から集光導波路（側面照射される導波路）の側面に向かって、断面寸法が大きくなっている。図７に示すようなストリップに開けられた円錐形孔は、このテーパ形状の一例で、小さい方の直径が光源に面し、大きい方の直径が集光導波路の側面に面している。他の断面形状も、許容される。孔またはトンネルの内壁は、側面照射される集光導波路に向かって導かれる光量を増やすために、研磨されるか、または反射材料でコーティングされ得る。これらのすべての場合において、前記孔またはトンネルは、集光導波路の側面の法線に対して最大８５度の角度を成す。
ｃ．第３の実施形態は、図９～図１０に示すように、光源からの光を集光導波路に向けて導くために、第２導波路である照射導波路を用いる。この照射導波路は、集光導波路の側面の法線に対して急角度となるように斜め方向に配置される。前記照射導波路は、前項目の孔と同様の断面（円筒ファイバのように均一な断面、または円錐ファイバのように光源から集光導波路の表面に向かって断面寸法が大きくなるような断面）を有し得る。光源から、照射される集光導波路の側面へ導かれる光の量を増やすために、前記照射導波路の表面は、反射材料でコーティングされ得る。光源に面する照射導波路の近位端は、好ましくは、光源の表面に接して（ｔａｎｇｅｎｔ ｔｏ）おり、一方、前記集光導波路に面する末端は、好ましくは、前記照射導波路の軸に対して垂直である。
ｄ．第４の実施形態は、図１２～１３に示すように、光を光源から集光導波路に向けて導くために、直立照射導波路を用いる。この照射導波路は、光源からの光を、より急な角度で集光導波路に向けるために、水平線に対して角度を成す末端を有する。この構成は、斜め導波路と孔の構成（上記ｂ、ｃの項目）に比べて、長手方向の占有スペースが少ないという利点がある。
ｅ．第５の実施形態は、第３および第４の構成の特徴を統合する、図１５～１６に示されるような角度で末端を有する斜め照射導波路である。
ａ．図１に示される第１の実施形態は、非接続媒体（空気、真空、水など）を通って集光導波路に向かって伝播する、レーザーなどの光源からの平行光を説明するものである。光は、導波路表面の法線に対して８５度という高角度で集光導波路の側面に入射するが、より低い角度でも許容可能な結果が得られる。
ｂ．第２の実施形態は、必ずしも平行化されて（ｃｏｌｌｉｍａｔｅｄ）いない光源を使用し、この光源は、光源から集光導波路の表面に向かって、ストリップを貫通して開けた孔またはトンネルを通って伝播する光を放射する。この孔は光を導き、導波路表面の法線に対して最大８５度の角度を成すことができるが、これより低い角度でも許容できる結果を得ることができる。孔の断面は、その長さに沿って均一なものとテーパ状のものがあり、図６のような円形断面を有する円筒孔、長方形断面、正多角形や不規則多角形からなる断面など、任意の形状を有してもよい。テーパ孔は、その名が示すように、好ましくは、光源から集光導波路（側面照射される導波路）の側面に向かって、断面寸法が大きくなっている。図７に示すようなストリップに開けられた円錐形孔は、このテーパ形状の一例で、小さい方の直径が光源に面し、大きい方の直径が集光導波路の側面に面している。他の断面形状も、許容される。孔またはトンネルの内壁は、側面照射される集光導波路に向かって導かれる光量を増やすために、研磨されるか、または反射材料でコーティングされ得る。これらのすべての場合において、前記孔またはトンネルは、集光導波路の側面の法線に対して最大８５度の角度を成す。
ｃ．第３の実施形態は、図９～図１０に示すように、光源からの光を集光導波路に向けて導くために、第２導波路である照射導波路を用いる。この照射導波路は、集光導波路の側面の法線に対して急角度となるように斜め方向に配置される。前記照射導波路は、前項目の孔と同様の断面（円筒ファイバのように均一な断面、または円錐ファイバのように光源から集光導波路の表面に向かって断面寸法が大きくなるような断面）を有し得る。光源から、照射される集光導波路の側面へ導かれる光の量を増やすために、前記照射導波路の表面は、反射材料でコーティングされ得る。光源に面する照射導波路の近位端は、好ましくは、光源の表面に接して（ｔａｎｇｅｎｔ ｔｏ）おり、一方、前記集光導波路に面する末端は、好ましくは、前記照射導波路の軸に対して垂直である。
ｄ．第４の実施形態は、図１２～１３に示すように、光を光源から集光導波路に向けて導くために、直立照射導波路を用いる。この照射導波路は、光源からの光を、より急な角度で集光導波路に向けるために、水平線に対して角度を成す末端を有する。この構成は、斜め導波路と孔の構成（上記ｂ、ｃの項目）に比べて、長手方向の占有スペースが少ないという利点がある。
ｅ．第５の実施形態は、第３および第４の構成の特徴を統合する、図１５～１６に示されるような角度で末端を有する斜め照射導波路である。
【0014】
本発明の主題の様々な目的、特徴、態様、および利点は、同様の番号が同様の構成要素を表す添付の図面図と共に、好ましい実施形態の以下の詳細な説明から、より明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【0015】
【図1】平行光ビームにより集光導波路を照射する、レーザーポインタなどの光源の１つの実施形態の斜視図である。前記光源はゴニオメーター上に取り付けられ、異なる角度θ、位置ｘで前記集光導波路を照射し得る。
【図2】図１の設定に従って、前記集光導波路に沿った３つの異なる位置ｘに関して、集光導波路表面の法線に対する照射角度θについての光強度のプロットであり、前記集光導波路はテーパ形状を有している。位置ｘは、光検出器に最も近い導波路の先端（端部）を基準として測定されている。すべての場合において、ある角度まで、照射点での導波路のテーパ角度にも依存し得る角度に対する、指数関数的な強度の増加が見られる。
【図5】所与の位置ｘに対する、最大強度Ｉ最大と、照射のゼロ度角における強度Ｉ０との間の比、すなわちＩ最大／Ｉ０°のプロットである。
【図6】集光導波路を照射するために特定の角度でそれぞれ円筒形孔を有する、ストリップの斜視図である。
【図7】集光導波路を照射するための円錐形孔を有するストリップの１つの実施形態の斜視図である。
【図8A】斜め円筒形照射導波路の１つの実施形態を示す説明図である。
【図8B】斜め円錐形照射導波路の１つの実施形態を示す説明図である。
【図9】斜め円筒形照射導波路を有する支持体の斜視図である。
【図10】斜め円錐形照射導波路を有する支持体の斜視図である。
【図11A】直立円筒形照射導波路を示す説明図である。
【図11B】直立円錐形照射導波路を示す。
【図12】いくつかの直立円筒形照射導波路を有する、支持体の斜視図である。
【図13】いくつかの直立円錐形照射導波路を有する、支持体の斜視図である。
【図14A】円筒形照射光導波路を示す説明図である。
【図14B】円錐形照射光導波路を示す。
【図17】予め決められた角度で集光導波路を照射するために固定角度で取り付けられた光源の配列を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0016】
以下の説明は、本発明の主題の例示的な実施形態を提供する。各実施形態は、発明要素の単一の組み合わせを示すが、本発明主題は、開示された要素のすべての可能な組み合わせを含むと見なされる。したがって、ある実施形態が要素Ａ、Ｂ、およびＣを含み、第２の実施形態が要素ＢおよびＤを含む場合、本発明の主題はまた、たとえ明示的に開示されていなくても、Ａ、Ｂ、Ｃ、またはＤの、他の残りの組み合わせも含むものと見なされる。
【0017】
図１は、本発明課題の一実施形態を示している。光源１００は、平行光ビーム１２０で集光導波路１１０の側面を照射する。平行光ビーム１２０の一部分は、集光された光ビーム１３０として集光導波路１１０中にカップリングされ、かかる集光された光ビーム１３０は、集光導波路１１０の先端に向かって導かれ、光検出器１４０が、集光された光ビーム１３０の光強度を測定する。
【0018】
図１に示されるように、集光導波路１０は円筒形であり得る。しかし、集光導波路１１０がテーパ形状（例えば、その長さに沿って減少する直径を有する円筒体）を有し得ることが企図される。集光導波路１１０は、波（例えば、電磁波、音響波、または粒子波）を受信および誘導することができる任意の材料の、光ファイバまたは任意の他の構造体であり得ることが企図されている。同様に、前記光源は、電磁波、音響波、または粒子波など任意のタイプの波の、発生源であり得る。さらに、図１には光ビーム１２０が示されているが、任意のタイプの波（例えば、電磁波；音響波；物質波または他の任意のタイプ）が企図される。
【0019】
光源１００は、異なる角度θで導波路１１０を照射するように光源１００を位置決めすることができるゴニオメーター１５０上に取り付けられている。ゴニオメーター１５０は、最も多くの光量を集光導波路１１０中にカップリングする照射角度を測定するために、使用され得る。図１に示すように、集光導波路１１０の照射点１６０は、ゴニオメーター１５０の軸と一致する。光ビーム１２０は、５０度の照射角度θで集光導波路を照射するものとして示されているが、照射角度は１～８９度、より好ましくは４０～６０度であることが企図される。テーパ状である集光導波路１１０を有する実施形態では、正確な角度は、（１）照射点における集光導波路のテーパ角度、および（２）急角度で集光導波路を照射することの実用性、によって異なることを理解されたい。
【0020】
図２は、図１のゴニオメーターで得られた一連の実験結果である。テーパ状の集光導波路、このケースでは光ファイバを、いくつかの異なる角度で、かつｘ＝１２ｃｍ、ｘ＝１６ｃｍ、ｘ＝１８ｃｍの３つの異なる位置で、照射した。図１に示すように、位置ｘは、光検出器１４０に最も近い集光導波路１１０の端部から、集光導波路１００の長さに沿った位置（例えば、１２ｃｍ、１６ｃｍ、１８ｃｍなど）まで測定される。収集されたデータは、集光導波路中への最大カップリングの角度θ最大が約８３度であることを示す。この構成を理論的にモデル化すると、この最大カップリング角は、側面照射型集光導波路のテーパ角の違いによって異なる、言い換えれば、照射点における集光導波路の側面の法線に対する角度の関数である、ことがわかる。また、図２は、シグナルにおける増加が、最大カップリングの角度まで、指数関数的であることを示している。
【0021】
【0022】
図４は、位置ｘと照射角度とに対する強度を示している。最も高い強度Ｉ最大は１３９，３２０Ｈｚで、位置ｘ＝１８ｃｍ、照射角度θ最大＝８３度で発生している。
【0023】
図５は、各照射位置ｘにおける最大強度Ｉ最大と、０度角度の強度（または法線照度）ｌ０ｏとの比であるＩ最大／Ｉ０°をプロットしたもので、このデータによると、１７ｃｍ、２０ｃｍ、および１３ｃｍの位置で３つの大きな比が生じ、それぞれの値は９２．５６、８９．０６、および８２．１１とほぼ１００倍である。これらの明確な変化は、集光導波路に沿って見られる、異なるテーパ角によるものである。
【0024】
図６は、予め決められた角度で集光導波路２１０を側面照射するために使用され得るストリップ２７０の斜視図である。ストリップ２７０は、特定の角度でいくつかの円筒形孔２８０を有する。円筒形孔２８０の各々は、それぞれの光源２００から第１端部２８２を通って第２端部２８３（そこから光２８５は、集光導波路２１０に伝送される）に光２８５を運ぶように設計されている。光源２００は、光源２００の配列を形成する支持体２０１に、取り付けられる。円筒形孔２８０のそれぞれの内壁２８１は、好ましくは、それぞれの光源２００からの光２８５を集光導波路２１０へより良好に導くために、研磨されるかまたは反射面でコーティングされることが、企図される。
【0025】
図２、図３、図４に示すように、一般に、集光導波路軸の法線に対する照射角度θが急であるほど、前記集光導波路中へのカップリング度は高くなる。この場合、円筒形孔２８０の各々の角度は同じであるように図示されているが、異なる角度を設定することができることが企図される。さらに、または代替的に、円筒形孔２８０によって提供される照射角度θは、１～８９度の間であり、より好ましくは、４０～６０度の間であることが企図される。
【0026】
図７は、それぞれの光源３００から集光導波路３１０に向かって広がる円錐形孔３９０、を有するストリップ３７０の１つの実施形態を示す。前記円錐形孔３９０は、光源３００からの光３８５のコリメーションを増加させる能力を有するため、円筒形孔２８０のより良い代替であることを理解されたい。図７に示すように、円錐形孔３９０の直径は、第１端部３８２から第２端部３８３まで増加する。光源３００は、光源３００の配列を形成する支持体３０１に、取り付けられている。円錐形孔３９０のそれぞれの内壁３８１は、好ましくは、それぞれの光源３００から光３８５を集光導波路３１０へ、より良好に導くために、研磨されるかまたは反射面でコーティングされることが企図される。
【0027】
図８Ａは、斜め円筒形照射導波路（例えば、光ファイバ）４１０を示し、図８Ｂは、斜め円錐形照射導波路（例えば、光ファイバ）５５０を示す。これらの近位端４２０および５２０は、光源に面し、一方、それらの末端４３０および５３０は、集光導波路に面する。いずれの場合も、近位端４２０および５２０は、光源からの集光を増加させるために、研磨され、光源の表面に対して平行であるかまたは接している（ｔａｎｇｅｎｔ ｔｏ）：言い換えると、近位端は必ずしも平坦である必要はない。一方、末端４３０および５３０は、集光導波路への照射導波路の出力を減少させるフレネル反射の量を少なくするために、照射導波路の軸に対して垂直である。
【0028】
図９は、集光導波路６１０を照射するために支持体６４０の内部に配置される、図８Ａの斜め円筒形照射導波路４１０を示す。円筒形照射導波路４１０は、集光導波路６１０中にカップリングされる光６８５の量を増加させるために、集光導波路６１０の側面に対して、予め決められた角度で配置される。前記予め決められた角度は、１～８９度の間であり、より好ましくは４０～６０度の間であることが企図される。光６８５は光源６００から、円筒形照射導波路４１０を通って、最終的に集光導波路６１０に到達するように伝播することが、示されている。照射角度θは、１～８９度の間であり、より好ましくは、４０～６０度の間であることが企図される。
【0029】
図１０は、支持体７４０に設置された図８Ｂの斜め円錐形照射導波路５５０を示す。円錐形照射導波路５５０は、集光導波路７１０中にカップリングされる光７８５の量を増加させるために、集光導波路７１０の側面に対して予め決められた角度で、配置される。前記予め決められた角度は、１～８９度の間であり、より好ましくは４０～６０度の間であることが企図される。円錐形照射導波路５５０は、好ましい照射角度θで集光導波路７１０を照射するために使用され、前記照射角度θは、１度から８９度の間であり、より好ましくは、４０度から６０度の間であることが企図されている。前述したように、円錐形照射導波路５５０の円錐形状は、光源７００からの光７８５を平行化させるのに有用である。
【0030】
図１１Ａは、直立円筒形照射導波路（例えば、光ファイバ）８６０を示し、図１１Ｂは、直立円錐形導波路（例えば、光ファイバ）９８０を示す。これらの導波路は、水平面に対して角度を成すそれぞれの末端８３０および末端９３０を有する。この特徴は、集光導波路の表面の法線に対して予め決められた角度に照射光を屈折させるように、設計されている。この角度である参照符号８７０および参照符号９７０は、集光導波路の表面の法線に対して高入射角度を成すのに十分なほど急であり、かつ、それぞれの末端８３０および末端９３０の界面で照射光の全内反射を防止するのに十分なほど浅いことが好ましい。参照符号８７０および参照符号９７０の最大角度は、（１）照射導波路８６０および照射導波路９８０の屈折率、および（２）末端８３０および末端９３０での照射光の入射角度、によって異なる。１．５の屈折率、および照射導波路８６０と照射導波路９８０の軸に平行な照射光の入射角度の場合、参照符号８７０および参照符号９７０の角度は４１．８度を超えないことが企図される。
【0031】
直立照射導波路の直立性により、図６、７、９、および１０の対応する支持体と比較して、より小さな支持体を使用することができるので、直立照射導波路が有益であることを理解されたい。
【0032】
図１２および図１３は、照射導波路８６０および照射導波路９８０が、それぞれの支持体１０４０および支持体１１４０に設置された状態を示す。図１２および１３に示すように、光１０８５および光１１８５は、最初に、光源１０００および光源１１００からそれぞれの照射導波路（８６０および９８０）の軸に沿って末端８３０および末端９３０まで伝播し、この末端で向きを変え、集光導波路１０１０および集光導波路１１１０に向かい、予め決められた照射角度θでの照射が生じる。この照射角度θが１～８９度、より好ましくは４０～６０度の間にあることが、企図されている。
【0033】
図１４Ａおよび図１４Ｂは、図８Ａ－Ｂおよび図１１Ａ－Ｂの、それぞれの斜めおよび直立光ファイバの特徴を組み合わせた照射導波路（例えば、光ファイバ）の異なる構成１２８２および１３８４を、図示している。このハイブリッド構成では、集光導波路の照射角度をさらに大きくするために、図８Ａ－Ｂの導波路の斜めの構成および近位端１２２０、近位端１３２０と、図１１Ａ－Ｂの角度のある末端１２３０、末端１３３０とが組み合わされている。
【0034】
図１５および図１６は、それぞれの支持体１４４０および支持体１５４０の内部に配置された照射導波路１２８２および照射導波路１３８４と、それぞれの照射光１４８５および照射光１５８５の挙動とを示す。これらの図において、光１４８５および光１５８５は、
ａ．光源１４００および光源１５００から伝播し；
ｂ．近位端１２２０および近位端１３２０に対してそれぞれ０～８９度の間の角度、より好ましくは４０～６０度の間の角度で、照射導波路１２８２および照射導波路１３８４の近位端１２２０および近位端１３２０で入射し；
ｃ．照射導波路１２８２および照射導波路１３８４を通って末端１２３０および末端１３３０へ伝播し；そして、
ｄ．集光導波路１４１０および集光導波路１５１０の表面の法線方向に対して１～８９度の間の角度で、より好ましくは４０～６０度の間の角度で、集光導波路１４１０および集光導波路１５１０の表面へ、屈折される。
ａ．光源１４００および光源１５００から伝播し；
ｂ．近位端１２２０および近位端１３２０に対してそれぞれ０～８９度の間の角度、より好ましくは４０～６０度の間の角度で、照射導波路１２８２および照射導波路１３８４の近位端１２２０および近位端１３２０で入射し；
ｃ．照射導波路１２８２および照射導波路１３８４を通って末端１２３０および末端１３３０へ伝播し；そして、
ｄ．集光導波路１４１０および集光導波路１５１０の表面の法線方向に対して１～８９度の間の角度で、より好ましくは４０～６０度の間の角度で、集光導波路１４１０および集光導波路１５１０の表面へ、屈折される。
【0035】
図１７は、集光導波路１６１０を直接照射する傾斜光源１６０１の実施形態を示す。この構成により、他の実施形態における支持体の必要性がなくなることを理解されたい。傾斜光源１６０１は、プリント回路基板上に設置され得ることが企図される。傾斜光源１６０１は、予め決められた照射角度θで、光１６８５により集光導波路１６１０を照射するために、固定角度で取り付けられている。この照射角度θは、１～８９度の間、より好ましくは、４０～６０度の間であることが企図される。光１６８５は、非接続媒体（ｕｎｂｏｕｎｄ ｍｅｄｉｕｍ）を通って伝送されることを理解されたい。企図された非接続媒体には、空気、真空、および水が含まれるが、これらに限定されない。
【0036】
すべての図において、光源からの光は平行化されていることが示されているが、これは本発明の要件ではない。
【0037】
本明細書および以下の特許請求の範囲全体で使用される場合、「１つの（ａ）」、「１つの（ａｎ）」、および「前記（ｔｈｅ）」の意味は、文脈が明らかに他のことを指示しない限り、複数の参照を含む。また、本明細書で使用される場合、「中（ｉｎ）」の意味は、文脈が明らかに他に指示しない限り、「中（ｉｎ）」および「上（ｏｎ）」を含む。
【0038】
当業者には、本明細書の発明概念から逸脱することなく、既に説明したもの以外の多くの変更が可能であることが明らかであろう。したがって、本発明の主題は、本開示の精神を除いて制限されるべきでない。さらに、本開示を解釈する際に、すべての用語は、文脈と一致する最も広い方法で解釈されるべきである。特に、用語「含む」および「備える」は、非排他的な方法で要素、構成要素、またはステップを指すと解釈されるべきであり、参照される要素、構成要素、またはステップが、明示的に参照されていない他の要素、構成要素、またはステップと共に存在し得る、または利用され得る、または組み合わせられ得ることを示す。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8A】
【図8B】
【図9】
【図10】
【図11A】
【図11B】
【図12】
【図13】
【図14A】
【図14B】
【図15】
【図16】
【図17】