JP2004151282A - コア径変換装置とその製造方法、映像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構造で、コア径の異なる光ファイバの光軸合わせを可能とするコア径変換を可能とする。
【解決手段】円筒状のスリーブ１８の内部にスペーサ１９，２１，２３より所定の位置に位置付けされたボールレンズ２０，２２を配置することで、スリーブ１８の円筒中心がそのまま光軸中心精度となることから、組み立てが容易なばかりか、光軸合わせも調芯機精度で充分、光軸調整できる機械精度をもったコア径変換が実現可能となる。
【選択図】 図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、特にコア径が互いに異なる光ファイバ同士を光学的に接続する光ファイバ用コア径変換装置およびその製造方法、コア径変換装置を用いた映像表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の半導体レーザ素子と回折格子間の外部共振構造は、半導体レーザから放出されるレーザ光を、光ファイバの所定の位置に回折格子を挿入しレーザ光を反射させ、その一部のレーザ光を回折格子から通過させる機能を持っている。（たとえば特許文献１）
【０００３】
【特許文献１】
特開平８−１５５６４号公報（第３，４頁、図１）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記した特許文献１の技術では、ホルダーを一体構造としたことを特徴としている。しかしながら、この場合２本のファイバの光軸を精度よく合わせるためには、加工精度の高いホルダーが必要となるばかりか、光軸を合わせながらの組み立てが非常に困難であった。
【０００５】
この発明の目的は、簡単な構造、簡単な構造で光軸合わせを可能とするコア径変換装置とその製造方法、さらにはコア径変換装置を用いた映像表示装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記した課題を解決するために、この発明のコア径変換装置では、コア径が異なる第１と第２の光ファイバを光学的に接続するものにあって、前記第１の光ファイバの一端に該光ファイバのコアを開放した状態で固着した円筒状の第１のフェルールと、前記第２の光ファイバの一端に該光ファイバのコアを開放した状態で固着した円筒状の第２のフェルールと、一端から前記第１のフェルールを、他端から前記第２のフェルールをそれぞれ挿入し固着した円筒状のスリーブと、中央に穴を形成スペーサに挟持して前記第１および第２のフェルール間の光軸上に配置したレンズとからなることを特徴とする。
【０００７】
また、この発明のコア径変換装置では、コア径が異なる第１と第２の光ファイバを光学的に接続するものにあって、前記第１の光ファイバの一端に該光ファイバのコアを開放した状態で固着した円筒状の第１のフェルールと、前記第２の光ファイバの一端に該光ファイバのコアを開放した状態で固着した円筒状の第２のフェルールと、一端から前記第１のフェルールを、他端から前記第２のフェルールをそれぞれ挿入し固着した円筒状のスリーブと、前記スリーブの一端から他端まで形成した割り部と、中央に穴を形成したスペーサに挟持して前記第１および第２のフェルール間の光軸上に配置したレンズとからなることを特徴とする。
【０００８】
この発明のコア径変換装置の製造方法では、コア径が異なる第１と第２の光ファイバを光学的に接続する製造方法にあって、前記第１の光ファイバの一端を該光ファイバのコアを開放した状態で、円筒状の第１のフェルールで固着し、前記第２の光ファイバの一端を該光ファイバのコアを開放した状態で、円筒状の第２のフェルールと固着し、円筒状のスリーブの一端から前記第１のフェルールを挿入固着し、前記円筒状のスリーブの他端からワッシャ状の第１のスペーサ、第１のボールレンズ、第２のワッシャ−状のスペーサ、第２のボールレンズ、第３のワッシャ−状のスペーサを順次突き合うように挿入し、さらに前記第２のフェルールを突合せて挿入固着したことを特徴とする。
【０００９】
この発明の映像表示装置では、それぞれＲ，Ｇ，Ｂを第１の光ファイバより出力する複数のファイバレーザ装置にあって、前記第１の光ファイバのコア径と異なるコア径の第２の光ファイバを介して各出力光を空間変調する複数の空間変調素子と、前記複数の空間変調素子によりそれぞれ空間変調されたＲ，Ｇ，Ｂ光を合成する合成手段と、前記合成手段の出力光を所定の位置に結像させる光学素子とを具備し、前記第１および第２の光ファイバを、上記したコア径変換装置に基づいた光結合したことを特徴とする。
【００１０】
また、この発明の映像表示装置では、それぞれＲ，Ｇ，Ｂを第１の光ファイバより出力する複数のファイバレーザ装置にあって、前記第１の光ファイバのコア径と異なるコア径の第２の光ファイバの出力光を１つにまとめ、巨視的に見て白色光となるようにする白色光生成手段と、前記白色光生成手段の出力光を空間変調する空間変調素子と、前記空間変調素子により空間変調された光を所定の位置に結像させる光学素子とを具備し、前記第１および第２の光ファイバを上記したコア径変換装置に基づき光結合したことを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、コア径の異なる光ファイバを光学的に接続する、この発明の光ファイバ用のコア径変換装置の外観斜視図、図２は図１の断面図である。
図１、図２において、光ファイバ１１，１２の外径はそれぞれ同じで、光ファイバ１１のコア１３の外径と光ファイバ１２のコア１４の外径は異なる寸法を有している。すなわち、光ファイバ１１の外径は例えば１２５μｍとし、コア１３の外径は例えば３０μｍとする。受光側の光ファイバ１２の外径は例えば１２５μｍとし、コア１４の外径は５μｍとする。
【００１２】
図２に示すように、光ファイバ１１の端部には、コア１３の端面１３１が開放される状態でフェルール１５を接着剤により固着する。光ファイバ１２の端部には、コア１４の端面１４１が開放される状態でフェルール１６を接着剤により固着する。フェルール１５，１６の開放端面１５１，１６１は、光学研磨を行っている。
【００１３】
フェルール１５は、長手方向に割り部１７が形成された円筒形状のスリーブ１８に開放端面１５１から差し込み固定する。スリーブ１８の反対側からワッシャ状のスペーサ１９、ボールレンズ２０、ワッシャ状のスペーサ２１、ボールレンズ２２、ワッシャ状のスペーサ２３をサンドイッチ状にした状態で挿入し、これらを突き合わ
【００１４】
せるようにフェルール１６の開放端面１６１を差し込み、これらをフェルール１６とともに固定する。
フェルール１５，１６とボールレンズ２０，２２との距離、ボールレンズ２０，２２間の距離の所定位置寸法は、スペーサ１９，２１，２３長さの調整で焦点合わせを行い、光軸の位置合わせは、スリーブ１８の内径にスペーサ１９，２１，２３の外径を機械的に位置合わせしている。
【００１５】
フェルール１５，１６のそれぞれの先端外周にはテ−パ１５２，１６２を、スリーブ１８の両開放端１８１，１８２の内周にはテ−パ１８３，１８４をそれぞれ形成し、フェルール１５，１６をスリーブ１８に差し込むときにテ−パの作用で差し込みやすくしている。テ−パ１８４はスペーサ１９，２１，２３の挿入をし易くしている。このように、テ−パ加工したことによって発生する光ファイバやスペーサやフェルールのカケやクラックを防止できる。また、細線となったときに生じる光ファイバ先端の反り、変形による光軸のずれも解消できる。
【００１６】
なお、ここでの光エネルギーの進行方向は、光ファイバ１１から光ファイバ１２に向うものとする。
図３は、図１、図２に示すコア径変換装置の具体的な光学設計について説明するための説明図である。
エネルギー送出側のフェルール１５の開放端面１５１がボールレンズ２０の焦点位置０．５７５ｍｍにあり、ボールレンズ２０，２２間の距離は、０．７２０ｍｍとし、ボールレンズ２２の焦点位置０．０９５ｍｍに受光側のフェルール１６の開放端面１６１が配置する位置関係にある。
【００１７】
送出側光ファイバ１１から拡散放射される光エネルギーは、ボールレンズ２０の焦点距離もしくは、その近傍からの近軸光線であり、その光線はボールレンズ２０を透過すると平行光もしくは、やや集光する傾きをもって放出される。その放出された光エネルギーは、ボールレンズ２２に入射し、さらにボールレンズ２２を透過した光線は焦点に集光し、その位置に配置した光ファイバー１２のコア１４の端面に光線が焦点を結ぶことになる。すなわち、少なくともレンズが２個以上必要となる。
【００１８】
また、上記したレンズは、その送出側の光エネルギーを受光するための焦点距離を短くし、同時に受光側の焦点距離も短くして、コア径変換距離を小さくする目的と、スリーブ外径を小さくするためにレンズ面曲率も小さくすることからレンズの種類が必然的にボールレンズの形となる。
【００１９】
この具体例によれば、送出側光ファイバ１１のコア径３０μｍから放射される光エネルギーは、ボールレンズの構成により受光側光ファイバ１２のコア径７μｍに焦点を結ぶことになるのである。
【００２０】
なお、コア径の大きな光ファイバ１１から、コア径の小さい光ファイバ１２へ光学的接続を説明してきたが、逆の場合もボールレンズの構成により同様の効果を得られる。また、スペーサの穴径を小さくすれば、光束（ビーム径）を制限するアパーチャ機能を持たせることも可能となる。
【００２１】
次に、図４および図５を参照しながら、この発明のコア径変換装置の製造方法の一例について説明する。
まず、図４（ａ）において、外径が２．５ｍｍ、穴径が１２５μｍのフェルール１５に、外径が１２５μｍ、コア径が３０μｍの光送出側の光ファイバ１１を挿入し、接着剤で固定する。その後、開放端面１５１を光学研磨し、例えば穴径２．５ｍｍのスリーブ１８にフェルール１５を挿入して所定位置に固定する。
【００２２】
次に、図４（ｂ）に示すように、ボールレンズ２０の焦点位置に開放端面１５１が合うように所定の厚さ寸法と穴径を持ち、外径２．５ｍｍのスペーサ１９をスリーブ１８の他端から挿入する。続いて、外径２．５ｍｍでのボールレンズ２０を落し込む。さらに、ボールレンズ２０，２２の所定間隔を保つために、例えば外径２．５ｍｍで所定の厚さ寸法と穴径を有する形状のスペーサ２１を挿入する。
【００２３】
そして、図５（ｃ）に示すように、外径０．５ｍｍでボールレンズ２７を落とし込み、ボールレンズ２２の持つ焦点位置にフェルール１６の開放端面１６１が位置するように、所定の厚さと穴径を持った外径２．５ｍｍのスペーサ２３を挿入する。
【００２４】
最後に、図５（ｄ）に示すように、外径２．５ｍｍ、穴径１２５μｍのフェルール１６に外径１２５μｍ、コア径７μｍの光受光側の光ファイバ１２を挿入し接着剤で固定する。そして、開放端面１６１を光学研磨したあと、スリーブ１８へ最後に挿入したスペーサ２３に向って挿入して突き当て、光軸調整をした後フェルール１５，１６を接着剤もしくは、機械的に固定することでコア径変換装置を作製することができる。
【００２５】
この方法では、スリーブに対して所望のフェルール、ボールレンズ、スペーサを順次差し込む一連の作業により、光軸合わせされたコア径変換装置の作製が可能となる。
【００２６】
図６は、この発明のコア径変換装置とファイバレーザ装置を用いた映像表示装置の一実施の形態を概略的に示したものである。６１Ｒ，６１Ｇ，６１Ｂは、Ｒ，Ｇ，Ｂの出射光を得るファイバレーザ装置である。ファイバレーザ装置６１Ｒ，６１Ｇ，６１Ｂは、それぞれ半導体レーザ６２の出力光ａは、共振器６３ａと６３ｂにて挟まれた希土類添加ファイバ６４に入射する。その結果、共振されたアップコンバージョンされたレーザ光ｂを、ファイバレーザ装置の出力として光ファイバ１１より出力する。光ファイバ６４は、それぞれＲ，Ｇ，Ｂの出力光が得られるように添加する希土類およびその濃度などが設定されている。
【００２７】
ファイバレーザ装置６１Ｒ，６１Ｇ，６１Ｂから出力されるＲ，Ｇ，Ｂ光は、径の異なる光ファイバ１２を介してそれぞれの光に応じた液晶パネル６５Ｒ，６５Ｇ，６５Ｂに入射され空間変調を受ける。光ファイバ１１と１２とのコア径変換にスリーブ１８を用いた図２の構成のコア径変換装置を用いる。
【００２８】
空間変調を受けたＲ，Ｇ，Ｂ光は、ダイクロイックプリズムなどの合成手段６６によって合成ざれ、投射レンズ６７に入射する。この入射光は、投射レンズ６７によってスクリーン６８に映像として表示させる。
【００２９】
図７は、この発明のコア径変換装置とファイバレーザ装置を用いた映像表示装置の他の実施の形態を概略的に示したものである。ファイバレーザ装置６１Ｒ，６１Ｇ，６１Ｂから光ファイバ１１を介して出力されるＲ，Ｇ，Ｂ光を、光ファイバ１１とコア径の異なる光ファイバ１２に図２の構成のコア変換装置を用いてコア変換したのち、１つにまとめて巨視的（全体的）に見た場合の白色光を作る。この白色光をカラーフィルタ付の液晶パネル７１に入射し、投射レンズ６７によってスクリーン６８に映像として表示させる。
【００３０】
上記したこの発明のコア径変換を用いた各映像表示装置によれば簡単に最適なコア変換を行うことができることから映像表示装置の量産性に寄与することができる。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明のコア径変換装置は、スリーブ内部に複数個のボールレンズを構成し、さらにスリーブ内径に合わせたスペーサを使うことで円筒中心がそのまま光軸中心精度となるため、組み立てと光軸合わせが同時に実現することが可能となる。
【００３２】
また、この発明のコア径変換装置の製造方法では、スリーブ内に所望の部品を収容する作業のみで組み立てることができることから効率の組み立て作業を実現できる。
【００３３】
さらに、この発明の映像表示装置では、簡単に最適なコア変換を行うことができることから映像表示装置の量産性に寄与することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の光ファイバ同士を光学的に接続した外観斜視図。
【図２】この発明の一実施の形態について説明するための図１の断面図。
【図３】この発明の光学的設計の具体例について説明するための説明図。
【図４】この発明のコア径変換装置の製造方法の（ａ）〜（ｄ）の工程のうち、（ａ），（ｂ）について説明するための説明図。
【図５】この発明のコア径変換装置の製造方法の（ａ）〜（ｄ）の工程のうち、（ｃ），（ｄ）について説明するための説明図。
【図６】この発明のコア径変換装置を用いた映像表示装置の一実施の形態について説明するための概略構成図。
【図７】この発明のコア径変換装置を用いた映像表示装置の他の実施の形態について説明するための概略構成図。
【符号の説明】
１１，１２…光ファイバ
１３，１４…コア
１５，１６ …フェルール
１７…割り部
１８…スリーブ
１９，２１，２３…スペーサ
２０，２２…ボールレンズ
１５２，１６２，１８３，１８４…テ−パ

Claims (8)

1. コア径が異なる第１と第２の光ファイバを光学的に接続するコア径変換装置において、
   前記第１の光ファイバの一端に該光ファイバのコアを開放した状態で固着した円筒状の第１のフェルールと、
   前記第２の光ファイバの一端に該光ファイバのコアを開放した状態で固着した円筒状の第２のフェルールと、
   一端から前記第１のフェルールを、他端から前記第２のフェルールをそれぞれ挿入し固着した円筒状のスリーブと、
   中央に穴を形成スペーサに挟持して前記第１および第２のフェルール間の光軸上に配置したレンズとからなることを特徴とするコア径変換装置。
2. コア径が異なる第１と第２の光ファイバを光学的に接続するコア径変換装置において、
   前記第１の光ファイバの一端に該光ファイバのコアを開放した状態で固着した円筒状の第１のフェルールと、
   前記第２の光ファイバの一端に該光ファイバのコアを開放した状態で固着した円筒状の第２のフェルールと、
   一端から前記第１のフェルールを、他端から前記第２のフェルールをそれぞれ挿入し固着した円筒状のスリーブと、
   前記スリーブの一端から他端まで形成した割り部と、
   中央に穴を形成したスペーサに挟持して前記第１および第２のフェルール間の光軸上に配置したレンズとからなることを特徴とするコア径変換装置。
3. 前記レンズはボール状のレンズであり、前記第１および第２のフェルール間に少なくとも２個を配置し、前記スペーサは前記レンズの光軸方向の前後に配置したことを特徴とする請求項１または２記載のコア径変換装置。
4. 前記レンズの焦点距離合わせは、前記スペーサの長さ調整により行うことを特徴とする請求項１または２記載のコア径変換装置。
5. 前記スペーサの外径は前記レンズの外径より以下であるとともに、前記レンズは前記スペーサの内径より大であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のコア径変換装置。
6. コア径が異なる第１と第２の光ファイバを光学的に接続するコア径変換装置の製造方法において、
   前記第１の光ファイバの一端を該光ファイバのコアを開放した状態で、円筒状の第１のフェルールと固着し、
   前記第２の光ファイバの一端を該光ファイバのコアを開放した状態で、円筒状の第２のフェルールと固着し、
   円筒状のスリーブの一端から前記第１のフェルールを挿入固着し、
   前記円筒状のスリーブの他端からワッシャ状の第１のスペーサ、第１のボールレンズ、第２のワッシャ−状のスペーサ、第２のボールレンズ、第３のワッシャ−状のスペーサを順次突き合わせるように挿入し、さらに前記第２のフェルールを突き合せて挿入固着したことを特徴とするコア径変換装置の製造方法。
7. それぞれＲ，Ｇ，Ｂ光を第１の光ファイバより出力する複数のファイバレーザ装置にあって、
   前記第１の光ファイバのコア径と異なるコア径の第２の光ファイバを介して各出力光を空間変調する複数の空間変調素子と、
   前記複数の空間変調素子によりそれぞれ空間変調されたＲ，Ｇ，Ｂ光を合成する合成手段と、
   前記合成手段の出力光を所定の位置に結像させる光学素子とを具備し、
   前記第１および第２の光ファイバを請求項１に基づくコア径変換装置により光結合したことを特徴とする映像表示装置。
8. それぞれＲ，Ｇ，Ｂ光を第１の光ファイバより出力する複数のファイバレーザ装置にあって、
   前記第１の光ファイバのコア径と異なるコア径の第２の光ファイバの出力光を１つにまとめ、巨視的に見て白色光となるようにする白色光生成手段と、
   前記白色光生成手段の出力光を空間変調する空間変調素子と、
   前記空間変調素子により空間変調された光を所定の位置に結像させる光学素子と、を具備し、
   前記第１および第２の光ファイバを請求項１に基づくコア径変換装置により光結合したことを特徴とする映像表示装置。

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