JP2004191983A

JP2004191983A - 光ファイバ表面板形成方法

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Publication number: JP2004191983A
Application number: JP2003409810A
Authority: JP
Inventors: Roger Stanley Kerr; スタンレイカーロジャー; Ronald S Cok; エスコクロナルド; David Kessler; ケスラーデイビッド
Original assignee: Eastman Kodak Co
Current assignee: Eastman Kodak Co
Priority date: 2002-12-09
Filing date: 2003-12-09
Publication date: 2004-07-08
Also published as: US7149393B2; US20040109653A1

Abstract

【課題】希望の寸法、形状、および光学特性を有する光ファイバ表面板を組立てる。
【解決手段】入射および出射スペーシングガイド対を備えた心棒１６の周囲に光ファイバストランド１４を巻きつけて正確なファイバ間隔を設けることにより光ファイバ表面板を形成する装置１０および方法。間隔は入射縁スペーサおよび出射縁スペーサを用いて維持され、入射縁から出射縁へ走る光ファイバ切片を有するリボン構造を形成する。その後、リボン構造をスタックして光ファイバ表面板を形成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、一般には画像形成システムで使用する光ファイバ表面板の作製に関し、より特定的には、光ファイバ表面板を形成する装置および方法に関する。

電子ディスプレイシステムの利点の１つに、画像を多様なフォーマットおよびサイズで表示できることがある。特に、かなり離れた距離から何千人もの人が見ることのできる娯楽や広告等に有用と考えられる大規模ディスプレイに対する関心が高まっている。大規模電子ディスプレイを提供する公知の方法の１つに、マトリクス状の小規模ディスプレイ群を連結させて大規模なディスプレイ表面を形成するタイリング（tiling）法がある。

ＬＣＤ、マトリクス型ＬＥＤ、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）、およびＰＬＥＤ等の画像形成装置は、よく知られているように画素が行列状に配置された画素形式で２次元画像を提供する。これら素子を用いたディスプレイに認められる問題は、電子画像形成素子自体の固有の寸法上の制約に関するものである。これら装置に対するサイズおよび実装上の要件のため大規模ディスプレイでの応用に制約が課され、画像拡大およびタイリングに特殊な方法と技術が要求される。

光ファイバは、画像をタイリング応用等の場合のようにより大規模なフォーマットで表示するために、電子的に作成した画像の拡大の一手段を提供できることが認知されている。例えば、米国特許第６，１９５，０１６号（２００１年２月２７日発行、発明者Ｓｈａｎｋｌｅら）は、従来の透明ポジ（transparency）から得た画像を用いて、光ファイバ光導管によって可視状態に拡大された拡大ディスプレイを開示しており、各ファイバは入念に画像形成装置からディスプレイパネルへ経路指定される。同様に、米国特許第６，４１８，２５４号Ｂ１（２００２年７月９日発行、発明者シカタら）は、画像プロジェクタに接続した光ファイバディスプレイを開示している。米国特許第６，３０４，７０３号Ｂ１（２００１年１０月１６日発行、発明者Ｌｏｗｒｙ）は、画像形成素子から表示装置へ経路指定された光ファイバ束を用いるタイリング例を開示している。

個々のファイバを経路指定する代わりに、光ファイバを左右対称にグループ分けして固定するのが好適である。例えば、米国特許第５，４６５，３１５号（１９９５年１１月７日発行、発明者サカイら）は、ＬＣＤ装置を用いたタイル貼りディスプレイを開示しており、画像は光ファイバ表面板を用いてディスプレイ表面上にタイリングされる。光ファイバ表面板はまた、Ｘ線撮像装置において光ファイバ表面板を用いたタイリング方法を開示している米国特許第５，５７２，０３４号（１９９６年１１月５日発行、発明者Ｋａｒｅｌｌａｓ）、および光検出器具においてテーパ付けされた光ファイバ表面板を用いることを開示した米国特許第５，６１５，２９４号（１９９７年３月２５日発行、発明者Ｃａｓｔｏｎｇｕａｙ）がある。

市場で入手可能な光ファイバ表面板は、多くの種類の画像検出および器具用として十分適したものである。しかし光ファイバ表面板を電子画像ディスプレイに使用する全般的な要件は、特にＬＣＤ，ＬＥＤ，ＯＬＥＤまたはＰＬＥＤ装置とともに使用する場合はよりきびしい。このような場合では、光ファイバ表面板の入射面および出射面における光ファイバの正確な配置が重要である。すなわち、画像形成装置の各画素は、光ファイバ表面板内に該画素から出力ディスプレイ表面へ光を誘導する対応するファイバ光ガイドを有する。この要件のため、光ファイバ表面板を画像形成装置自体の形状に応じて（例えばＯＬＥＤ用など）、かつディスプレイ表面の形状に応じて、注文設計することが必要になる。タイリング構造では、表面板作製の問題がより複雑化することが理解できると考える。この結果、電子画像ディスプレイに適した光ファイバ表面板は、変わらず高コストで製造が困難なままである。ＰＣＴ国際出願公開第ＷＯ０２／０３９１５５Ａ３（発明者Ｃｒｙａｎら、２００２年５月１６日公開）等に開示される光ファイバ表面板製造の解決策は、光ファイバまたはファイバ間に正確な間隔を設けるために使用される隙間フィラーの正確な寸法に大きく左右されうる。

ファイバ束中で光ファイバを正確に配置する先行技術のアプローチの１つは、米国特許第３，９８９，５７８号（１９７６年１１月２日発行、発明者ハシモト、以後、「’５７８号特許」と称する）に記載されている。’５７８号特許の方法はファイバースコープ装置の製造に関するもので、この方法では、光ファイバは心棒周囲に巻かれ、ガイドフレーム中で整列されて正確に配置される。米国特許第５，９３８，８１２号（１９９９年８月１７日発行、発明者ＨｉｌｔｏｎＳｒ．、以後「’８１２号特許」と称する）では、１本の光ファイバストランド（strand）をプラスチック通路中でドラムの周囲に巻いて多層光ファイバ束を作製する。米国特許第３，０３３，７３１号（１９６２年５月８日発行、発明者Ｃｏｌｅ、以後「’７３１号特許」と称する）では、ファイバは心棒周囲に巻かれて列を構成し、これを組合わせてファイバ構造を構成する。このように、ファイバ束中の光ファイバの位置決めには、適切な寸法のドラムまたは心棒が適当な装置となりうることが理解できる。しかし、’５７８号特許も’８１２号特許も’７３１号特許も、光ファイバ表面板の製造に関する適切な解決策は提供していない。上記の各特許で用いられる方法は、各ファイバを隣接して配置するため、ファイバ自体の寸法がファイバ束の中心間の間隔を決定する。しかしこのような方法は、ファイバの寸法の均一性に大きく依存している。実際には、光ファイバの実寸法は同タイプのファイバであっても大きく異なる場合がある。これに加えて、ファイバストランドがドラム周囲に巻かれる際の巻き張力の差による許容誤差もある。しかしより重要なことは、’５７８号特許、’８１２号特許および’７３１号特許の方法は、ファイバ束の入射端および出射端両方において、ファイバの中心間の間隔を変更させる方法は提供していない。上述したように、’５７８号特許、’８１２号特許および’７３１号特許の各方法に欠如しているファイバ中心間の間隔変更能力は、ディスプレイ画像形成応用において非常に重要なことである。

中心間の間隔を可変にする要件を達成する試みとして、米国特許第５，２０４，９２７号（発明者Ｃｈｉｎら、以後「’９２７号特許」と称する）は、軸方向に配置した複数のスペーサバー対の使用を開示している。スペーサバーの使用により、入射端と出射端とにおいて光ファイバ束が異なるファイバ間隔をもつことができる。同様に、米国特許第５，３７６，２０１号（１９９４年１２月２７日発行、発明者Ｋｉｎｇｓｔｏｎｅ、以後「’２０１号特許」と称する）は、回転ドラムの応用で出射ファイバ間隔用のスペーサガイドの使用を開示しており、各ファイバ層の形成ごとに加えられる出射スペーサガイドは完成したファイバ束アセンブリの一部となる。

’９２７号特許および’２０１号特許は、光ファイバカプラー用の有用な製造技術を示唆しているが、かなり改良の余地があると感じる。特に、’９２７号特許および’２０１号特許はどちらも、電子ディスプレイ画像形成に使用される光ファイバ表面板を、高精度、高速、かつ安価に製造する要件には十分適していない。’９２７号特許および’２０１号特許に関しては、回転ドラムの湾曲効果のため、該方法で構成される光ファイバ表面板の達成可能なサイズに制約がある。光ファイバの連続供給が必要であり、これは’９２７号特許および’２０１号特許の方法にかなりの量の無駄があることを示唆している。’２０１号特許の方法は、各出射列中の間隔の規定と各列間の間隔の設定に使用される、光ファイバ表面板自体の本体中に組み入れられる溝付きスペーサ部品の正確な製造に大きく依存している。さらに、各ファイバ列が巻かれる際には新たなスペーサが正確に配置されなければならない。これは製造過程のコスト増大と複雑化を招く。

米国特許第６，１９５，０１６号明細書米国特許第６，４１８，２５４号明細書米国特許第６，３０４，７０３号明細書米国特許第５，４６５，３１５号明細書米国特許第５，５７２，０３４号明細書米国特許第５，６１５，２９４号明細書国際出願公開第０２／０３９１５５明細書米国特許第３，９８９，５７８号明細書米国特許第５，９３８，８１２号明細書米国特許第３，０３３，７３１号明細書米国特許第５，２０４，９２７号明細書米国特許第５，３７６，２０１号明細書

全体として、光ファイバ表面板の製造、特に電子画像形成応用のための、改良された方法の必要性が存在することがわかる。

本発明は、光ファイバ表面板作製のための改良した装置および方法を提供する。この目的を意図して、本発明は光ファイバ表面板形成装置を提供し、該装置は、（ａ）光ファイバをファイバ供給部から１本のストランドで心棒（mandrel）の軸に平行な長さ寸法にわたってらせん状に巻回する心棒を含み、前記心棒は、軸方向に配置し少なくとも前記長さ寸法をもつ少なくとも一対のスペーシングガイド（spacing guide）を有し、各スペーシングガイド対は、（ｉ）巻回したファイバ間に入射間隔（input spacing）を設ける入射スペーシングガイド（input spacing guide）と、（ｉｉ）巻回したファイバ間に出射間隔（output spacing）を設ける出射スペーシングガイド（output spacing guide）とを含み、前記入射スペーシングガイドと前記出射スペーシングガイドとは前記心棒の周囲に沿って幅寸法だけ互いに離れており、装置はさらに、（ｂ）前記長さ寸法によって決定されるリボン長と、前記幅寸法によって決定されるリボン幅とを有するリボン構造を、軸方向に沿って形成するリボン形成装置を含み、該リボン構造は、（ｉ）前記軸方向に走り、前記入射間隔を決めて前記リボン構造の入射縁（input edge）を規定する入射縁スペーサ（input edge spacer）と、（ｉｉ）前記軸方向に走り、前記出射間隔を決めて前記リボン構造の出射縁（output edge）を規定する出射縁スペーサ（output edge spacer）とを含み、これにより前記入射縁と前記出射縁とで前記リボン幅寸法を規定し、前記リボン構造は従って、各光ファイバが前記入射縁に沿った固定入射位置と前記出射縁に沿った固定出射位置とを有する１列の光ファイバからなる。

本発明の他のアスペクトでは、光ファイバ表面板形成方法を提供し、該方法は、（ａ）複数のリボン構造を形成するステップを含み、前記ステップは、（ｉ）横軸を中心に心棒を回転させるステップであって、前記心棒は各リボン構造を形成するために心棒周囲に間隔を空けて配置した一対の入射ガイド（input guide）および出射ガイド（output guide）を有し、前記各入射ガイドは複数の入射スペーサを有し、前記各出射ガイドは複数の出射スペーサを有するステップと、（ｉｉ）前記心棒上にストランド源からの細長い光ファイバストランドを巻回し、前記入射ガイド上へ巻回して隣接するファイバ間に入射間隔を設け、かつ前記出射ガイド上へ巻回して隣接するファイバ間に出射間隔を設けるステップと、（ｉｉｉ）前記横軸に沿って各リボン構造に入射縁スペーサを取り付けて、前記入射間隔を維持し入射縁を規定するステップと、（ｉｖ）前記横軸に沿って各リボン構造に出射縁スペーサを取り付けて、前記出射間隔を維持し出射縁を規定するステップと、を含み、前記方法はさらに、（ｂ）相互に整列した前記入射縁と相互に整列した前記出射縁とを有する前記複数のリボン構造のスタックを形成するステップと、を含む。

本発明の特徴は、希望の寸法、形状、および光学特性を有する光ファイバ表面板を組立てる基礎構成単位となる革新的なリボン構造を作製かつ使用することである。

本発明の利点は、従来方法よりも安価なコストで、広範なフォーマットおよび形状の光ファイバ表面板の作製に容易に適用できることである。

本発明の他の利点は、表面板作製における光ファイバストランド自体の寸法上の制約を緩和することである。十分な長さの心棒を用いることにより、本発明の装置はまた、既存の方法よりも表面板の長さを大幅に長くできる。同時に本発明は、従来方法を用いて現在のところ利用可能なものより深さの浅い表面板の作製を可能にする。

本発明のさらに他の利点は、テーパ付けされた光ファイバ構造の提供に大幅な柔軟性を与え、ファイバ表面板両面のファイバ間隔を可変にできる。

本発明の上記および他の目的、特徴、および利点は、本発明の例示的実施形態を図示かつ説明する図面とともに以下の詳細な説明を一読することによって、当業者には明白となると考える。

本明細書は、本発明の主題を指摘かつ明確に特許請求する前掲の特許請求の範囲で完結するが、本発明は添付図面とともに以下の説明からよりよく理解されると考える。

以下の説明は、特に本発明に従う装置の一部を形成する、または該装置とより直接的に協働する各要素に関する。本明細書に特に図示または記載しない各要素は、当業者に周知の多様な形状をとりうると理解されたい。

光ファイバ表面板の作製に本発明を用いて適用される装置および方法を理解するため、まず本発明の装置を用いて作製し、かつ光ファイバ表面板の組立てに使用する構造上の基礎単位に注目することがもっとも有益である。図１２に、光ファイバ表面板作製用の新規の基本構成要素として機能するリボン構造４０の一部を示す。リボン構造４０は、互いに平行に配置され、入射縁４６から幅Ｗを経て出射縁４８まで光を誘導する光ファイバ切片群５０のアレイを含む。入射縁４６上のファイバ切片群５０は、入射縁ファイバ間隔Ｉを有する。入射縁スペーサ４２は、固定した入射縁ファイバ間隔Ｉを維持し、かつ以下で説明するが、スタック時のリボン構造４０間の入射縁の距離を決定する。ファイバ切片群５０はまた、ファイバグループ３２を形成するようにまとめることができ、この構造では入射縁４６においてファイバグループ３２同士の間の入射縁ファイバグループ間の距離がＩ_gとなりうる。同様に、出射縁４８上のファイバ切片群５０は、出射縁ファイバ間隔Ｏを有する。出射縁スペーサ４４は、固定した出射縁ファイバ間隔Ｏを維持し、かつ以下で説明するように、スタック時の連続リボン構造４０間の出射縁の距離を決定する。

図１には、光ファイバ表面板形成装置１０と、リボン構造４０作製の第１局面で使用される各構成要素の斜視図を示す。光ファイバ表面板形成装置１０は、心棒１６の周囲に巻かれる光ファイバストランド１４を与える光ファイバ源１２を含む。図１に示す各構成要素は、協働して光ファイバストランド１４を概らせん状に心棒１６の周囲に巻き、心棒１６はＡ軸を中心に回転して、１本のファイバストランド１４の厚みをもつ巻きらせん１８を形成する。巻きらせん１８は、このように心棒１６の周囲に、ある所定長さＬまで形成される。図１２を参照すると、形成された各リボン構造４０は、幅Ｗと、図１に示す長さＬとを有する。

図２により明確に示すように、心棒１６は１つ以上のリボン形成チャネル２０を含み、各リボン形成チャネル２０は一対のスペーシングガイド、すなわち入射スペーシングガイド２２と出射スペーシングガイド２４とによって規定される。幅Ｗのリボン構造４０を形成するため、入射スペーシングガイド２２と出射スペーシングガイド２４とはほぼ距離Ｗだけ離れている。図１および図２の構造は以下で説明する理由から特に好適な実施形態であるが、ここでは隣接するリボン形成チャネル２０では入射スペーシングガイド２２自体が隣接しており、同様に、隣接するリボン形成チャネル２０では出射スペーシングガイド２４自体も隣接しており、隣接する入射スペーシングガイド２２間および出射スペーシングガイド２４間には、リボン構造４０間を分断する切り込み溝３４を設ける。ただしこれ以外の構造も可能である。

心棒１６の周囲では、すべてのリボン形成チャネル２０は同一の幅寸法Ｗをもつ。しかし、入射スペーシングガイド２２と出射スペーシングガイド２４との相対位置を変更して幅寸法Ｗを広げることが有利な場合もある。入射スペーシングガイド２２および出射スペーシングガイド２４は心棒１６上の定位置に固定してもよいし、または例えば機械的にもしくは磁石で取り付けて調整可能にしてもよい。光ファイバ源１２は、機械分野で周知の機械的巻回方法を用いて、光ファイバストランド１４が入射スペーシングガイド２２および出射スペーシングガイド２４中に巻かれると、好適にはＡ軸方向に沿って移動する。

次に図３（ａ）および（ｂ）には、それぞれ出射スペーシングガイド２４と入射スペーシングガイド２２の一部の断面を拡大した図を示す。溝２７によって、リボン構造４０の出射縁で出射縁ファイバ間隔Ｏとなるようにファイバを配置する。溝２７と同間隔に配置された開口を有する溝２６は、その底部間の間隔が出射縁ファイバ間隔Ｏよりも短い入射縁ファイバ間隔Ｉとなるように可変に角度がつけられている。同一の入射ファイバ間隔と出射ファイバ間隔とをもつ光ファイバ表面板を形成するには、入射スペーシングガイドと出射スペーシングガイドとは同一となりうる。好適な実施形態は機械加工した溝を用いるが、正確な入射縁ファイバ間隔Ｉまたは出射縁ファイバ間隔Ｏが維持されるのであれば、ピンメカニズムを用いる等の他の構造も利用できる。リボン構造４０が光ファイバ表面板の作製にどのように使用されるかに応じて、入射スペーシングガイド２２および出射スペーシングガイド２４の寸法を変えてもよいし、または心棒１６の別部分に該スペーシングガイドを異なる間隔で設けてもよい。図示するように、隣接配置される入射または出射スペーシングガイド２２，２４間には、オプションで切り込み溝３４を設けてもよい。

図４には、光ファイバ表面板形成装置１０と、リボン構造４０作製の第２局面で使用される各構成要素の斜視図を示す。巻きらせん１８が心棒１６の周囲に巻かれると、図１に示す作製の第１局面で設けた入射縁ファイバ間隔Ｉと出射縁ファイバ間隔Ｏとを固定しなければならない。このため、エッジスペーサアプリケータ３０によって、一部作製されたリボン構造４０’の出射縁４８に沿って巻きらせん１８上に出射縁スペーサ４４を設置する。好適な実施形態では、出射縁スペーサ４４は接着剤のついた裏面を有し、接着テープと同じように貼り付けられるようになっている。

入射および出射縁スペーサ４２，４４を設置するには他の多数の方法があることを認めなければならない。例えば、接着剤を巻きらせん１８上に直接塗布し、接着剤自体は心棒１６の各構成要素に付着しないようにするのが好ましい場合もある。他の固定方法では、熱硬化性プラスチック等を用いて入射縁または出射縁スペーサ４２，４４を加熱設置してもよい。入射縁または出射縁スペーサ４２，４４を付与する順序も、リボン構造がスタックされる順序等に応じて変更できる。従って、入射縁または出射縁スペーサ４２，４４を、一組は巻きらせん１８の形成前に、もう一組は巻きらせん１８の形成後に、異なるタイミングでリボン形成チャネル２０に交互に設置するのが最適と思われる。

入射縁および出射縁スペーサ４２，４４が設置されると、完成したリボン構造４０を心棒１６から取外すことができる。リボン構造４０の分離は、当該技術分野で周知の多数の光ファイバ切断方法によって行うことができる。例えば図４の実施形態では、加熱したニクロム線５２を心棒１６に当てて、組立てたリボン構造４０を分離する。以下で説明するが、組立てたリボン構造４０を完全なシートまたはスリーブとして取外す等の他の方法を用いてもよい。

入射縁スペーサ４２および出射縁スペーサ４４は各種の異なる材料から作製でき、テープ、プラスチック、接着剤、または成形等から構成されうる。

図５〜図１１は、上記で説明したリボン構造４０をどのように組合わせて光ファイバ表面板を形成するかを示す。図５には、個々の光ファイバ切片５０と、入射縁スペーサ４２および出射縁スペーサ４４とから構成されるリボン構造４０の一部の斜視図を示す。

図６（ａ）〜図６（ｄ）は、光ファイバ表面板作製の一部として、連続したリボン構造４０同士をスタックする様子を示す側面図である。図６（ａ）は１つのリボン構造４０を示す。図６（ｂ）は、複数のリボン構造４０を、入射縁スペーサ４２および出射縁スペーサ４４をスタックに適した向きに配向した状態で対称的に並べた様子を示す。図６（ｃ）は、出射縁スペーサ４４が光ファイバ切片５０間に配置された状態で出射縁４８が組立てられる様子を示す。図６（ｄ）は、点線で示す入射縁４６が形成される様子を示す。図６（ｄ）で示唆するように、平坦さの維持のため、入射縁４６をいくぶんトリミングするのが必要な場合もある。

図７（ａ）および図７（ｂ）は、リボン構造４０をスタックして光ファイバ表面板１００を組立てるシーケンスの斜視図である。図７（ａ）では、隣接するリボン構造４０を並べるために一連のアライメントスロット３６が設けられる。図７（ｂ）に示すように、アライメントピン３８または他の位置決め構造を用いて、隣接するリボン構造４０の相対位置を固定できる。

図８は、本発明の方法に従って作製した光ファイバ表面板１００の一部の出射面１０４の斜視図である。入射面にはクラスタ５４が有用と考えられ、これにより一組のファイバ切片５０が小領域に経路指定され、クラスタ５４間の間隙は上述したようにリボン構造４０中の間隔Ｉ_gで規定される。図８に示すように、一般に出射縁ファイバ間隔Ｏは、リボン構造４０中のファイバ切片５０間と隣接するリボン構造４０間とで同じである。同様に、入射縁ファイバ間隔Ｉは、少なくともクラスタ５４中では直交方向で同一である。入射縁ファイバグループ間隔Ｉ_gはクラスタ５４同士間で維持されうる。

図９は、本発明の方法に従って作製した光ファイバ表面板１００の一部の入射面１０２を、１つのクラスタ５４をかっこで囲ってハイライトさせて示す斜視図である。

光ファイバ表面板１００を形成するには、リボン構造４０を個々に切断して、一度に一つずつスタックしてもよい。代替法として、折り畳み法を用いて光ファイバ表面板１００を形成してもよい。例えば図１３の斜視図に示す一実施形態では、最終的に組立てられる光ファイバ表面板１００の幅寸法の数倍の長さをもつように作製したリボン構造４０を、それ自体の上に一度または数度折り畳み線Ｆで折り曲げ戻して、複数列からなる光ファイバ表面板１００構造を構成する。

他の方法では、シートベースのモデルに従って光ファイバ表面板１００を構成する。図１０には、心棒１６上での組立て完成時にシート状のリボン構造５８として設けられる４つのリボン構造４０の一部を示す。リボン構造はある時点で入射縁４６と出射縁４８とが整列するように分離線Ｓで切断される。図４に関して上述したように、切断は切断手段によって、または熱を用いて行うことができ、リボン構造４０が心棒１６上で作製された時点で実行できる。しかし、図１１（ａ）および図１１（ｂ）に示すように、本発明の方法では、アコーディオン式折り畳み方法を用いてリボン構造をスタックする新規な方法もまた可能である。図１１（ａ）は、リボン構造のシート５８上で複数のリボン構造４０がアコーディオン式に折り畳まれる様子を示す。図１１（ｂ）は、このアコーディオン式折り畳み方法の側面図である。この方法では、リボン構造のシート５８が、隣接する入射縁スペーサ４２の対の間と、隣接する出射縁スペーサ４４の対の間で折り畳まれる。これにより各リボン構造４０が整列され、図１１（ｂ）に示すような入射縁４６と出射縁４８とを形成する。

リボン構造４０が入射面１０２と出射面１０４とを形成するように適切に整列されると、仕上げ作業が実行可能となる。この工程は、最終整形、材料包含、および表面仕上げ作業を行うもので、また組立てた光ファイバ表面板１００の光学性能を改善する方法を用いてもよい。

仕上げ作業は、図１１（ｂ）等に示すようにリボン構造４０間に残ったループ５６の切断を含む場合もある。図２を再び参照すると、切断溝３４の幅を広げてアコーディオン式折り畳み方法に対処するような適当な寸法にしてもよい。

光ファイバ切片５０の端部の整形には熱を用いてもよい。例えば、熱を加えて各光ファイバ切片５０の端部を整形し、これにより各ファイバ切片５０ごとに一体型レンズ構造を形成してもよい。または熱と圧力とを加えて、入射縁４６および出射縁４８の一方または両方のファイバ直径を広げてもよい。

光ファイバ切片５０間の隙間の充填には、任意の種類数の隙間材を用いることができる。隙間材は、プラスチック、樹脂、エポキシ、または光誘導等の特定の光学特性用に選択した材料を含む他の適当な材料を含みうる。黒の隙間材または特定の光学指数をもつ隙間材を用いて、ファイバ切片５０間のクロストーク等の不要な効果を防止してもよい。光ファイバ表面板は、エポキシ等の硬化液または硬化可能なポリマー材料中への浸漬によって完成させてもよい。

柔軟性のある光表面板構造がもっとも有利な場合もあるので、隙間材はオプションであることを注意しなければならない。例えば、ディザ（dithering）またはその他の機械的移動もしくは柔軟性が有用な応用もありうる。

光ファイバ表面板作製の最大の問題点は、アレイ中のファイバと個々の光源との整列、すなわち「画素間」整列に関する。この問題は、上記の背景技術文献に記載された従来の作製方法を用いた高密度の画像形成応用では十分に解決されていない。代わりに、１つの光源について複数のファイバをおおまかにまとめて、少なくともいくつかのファイバが意図する光を受光できるようにする等、ある種の回避策が用いられてきた。しかし、このような解決策は画素間の整列は行わず、光ファイバ表面板構造の解像度に明らかに制約を加える。

本発明の方法を用いると、リボン構造４０の構造により、入射縁スペーサ４２および出射縁スペーサ４４を用いて、アレイ中の一列の光源中または光源列間で正確な画素間隔を可能にする。リボン構造４０の各列を互いに整列させるには、図７（ａ）および図７（ｂ）に示すような整列スロット３６／アライメントピン３８構造等を用いて、機械的方法によって行うことができる。使用できる他の整列方法には、入射縁スペーサ４２および出射縁スペーサ４４を連結部材とともに作製することがある。ジグ（jig）またはその他の機械的整列装置を用いてもよく、リボン構造４０の切片を間隔を空けた一連のスロットまたはその他の物理的特徴部を用いて互いに整列させる。また磁石を用いて列同士の整列を行ってもよく、入射縁スペーサ４２および出射縁スペーサ４４に磁気部材または鉄材を用いる。

ディスプレイおよび印刷用には、個々の光ファイバ切片５０を対応する画素に整列させることが必要である。完成した作製後の光ファイバ表面板１００の整列を補助するため、複合リボン構造４０に穴、移動止め、ソケット、ピン等の機械的特徴部を設けてもよい。または、磁気もしくは鉄部材を複合リボン構造４０に組入れまたは加えてもよい。

本発明の方法を用いて作製した光ファイバ表面板１００は、タイリング応用によく適している。図１４（ａ）および図１４（ｂ）には、複数の発光ディスプレイ装置６０からの画像を複数のタイル１１２として形成するタイル貼りディスプレイ１１０を示す。好適な実施形態では、発光ディスプレイ装置６０はＯＬＥＤである。各発光ディスプレイ装置６０は１タイル分の画像１１２を与える。図１４（ｂ）の平面図に示すように、光ファイバ表面板１００を用いて発光ディスプレイ装置６０からの画像サイズ（図１４（ｂ）の点線で示す）を拡大できる。図１４（ａ）に示すように、画素間が整列されるので各ファイバ切片５０は発光ディスプレイ装置６０上の一画素６２から画像タイル１１２上の該当位置へ光を誘導する。光ファイバ表面板１００同士は、機械的連結または磁石等を用いて互いに整列可能である。隣接する画像タイル１１２中のリボン構造４０を光ファイバ表面板１００の縁からずらして配置し、隣接画像タイル１１２の結合方法の一つとして互いにかみ合うようにしてもよい。

リボン構造４０の使用により、光ファイバ表面板１００の寸法および湾曲への適合をかなり柔軟にできる。リボン構造４０の切片の長さを変更することにより、高さおよび幅を様々な構造にできる。多くの異なる方法によりリボン構造４０をくるんで、光ファイバ表面板１００の形状に適合させることができる。

入射縁スペーサ４２および出射縁スペーサ４４をわずかに適応させて、リボン構造４０を組合わせて出射面１０４を湾曲させることができる。図１５を参照すると、リボン構造４０は入射縁スペーサ４２中の多数のスリット６４によって図示するような湾曲を形成するように適合される。湾曲は、凹凸いずれの方向でもよい。湾曲とタイリングとの組み合わせにより、大規模ディスプレイ構造の組立てができる。

本発明の作製方法を用いると、光ファイバ表面板１００には他の多数の実施形態が可能である。光ファイバ表面板１００はテーパ付けされた表面板でもよい。光ファイバ切片５０は大半の応用では一般に同じ公称幅をもつが、他の実施形態ではリボン構造４０が半径寸法の異なる光ファイバ切片５０を使用することも考えられる。また、リボン構造４０が非円形等の異なる形状をもつ光ファイバ切片５０を含む実施形態もありうる。図１１（ｂ）では、任意のスタック構造においてリボン構造４０間に補助スペーサ６６を加えることができる。取り付けた補助スペーサ６６は、入射縁４６または出射縁４８のいずれかにおいて、例えば光ファイバ切片５０の接着性向上のため等に用いることができる。

本明細書で使用した「入射」および「出射」という用語は相対的なものであり、互換可能であることを理解いただきたい。本明細書でこのような用語を用いた意味は、光ファイバ表面板１００を、タイル貼りディスプレイ等を含むディスプレイの一部として使用することに関する。または、光ファイバ表面板１００は集光器具の一部として使用してもよく、この場合、一般に入射側がより広いファイバ間隔を要し、出射側の小さな検知素子へ光を誘導する。本発明の方法により、光ファイバ表面板１００は、対向面における間隔を可変または必要に応じて同一にして、どちらの方向でも使用することができる。

本発明に従うファイバ表面板作製装置の斜視図である。光ファイバの巻回に使用する心棒の斜視図である。（ａ）は本発明に従って作製したファイバリボン構造の出射縁側の心棒に沿ったスペーシングガイドの側面図、（ｂ）は本発明に従って作製したファイバリボン構造の入射縁側の心棒に沿ったスペーシングガイドの側面図である。ファイバ表面板作製装置で使用する補助部品の斜視図である。本発明に従って作製したファイバ表面板の一構成要素のリボン構造の一部の斜視図である。複数のリボン構造を光ファイバ表面板に形成する際に用いる各ステップの進行を示す側面図である。複数のリボン構造を光ファイバ表面板に形成する際に用いる各ステップの進行を示す側面図である。複数のリボン構造を光ファイバ表面板に形成する際に用いる各ステップの進行を示す側面図である。複数のリボン構造を光ファイバ表面板に形成する際に用いる各ステップの進行を示す側面図である。本発明の方法を用いて光ファイバを作製する際の展開図である。本発明の方法を用いて光ファイバを作製する際の組立て後の図である。本発明の方法を用いて作製した光ファイバ表面板の一部の出射側の斜視図である。本発明の方法を用いて作製した光ファイバ表面板の一部の入射側の斜視図である。本発明の装置を用いて作製した複数の平行リボン構造の配置図である。本発明のリボン構造から光ファイバ表面板を作製する斜視図である。本発明のリボン構造から光ファイバ表面板を作製する側面図である。本発明に従って作製したリボン構造の図である。本発明の装置および方法を用いて作製した、折り畳んだ個々のリボン構造を用いた光ファイバ表面板作製の斜視図である。本発明の方法および装置を用いて作製した光ファイバ表面板を用いたタイル貼りディスプレイの斜視図である。本発明の方法および装置を用いて作製した光ファイバ表面板を用いたタイル貼りディスプレイの平面図である。光ファイバ表面板作製において、リボン構造を湾曲させるよう適合する様子を示す図である。

符号の説明

１０光ファイバ表面板形成装置、１２光ファイバ源、１４光ファイバストランド、１６心棒、１８巻きらせん、２０リボン形成チャネル、２２入射スペーシングガイド、２４出射スペーシングガイド、２６，２７溝、３０エッジスペーサアプリケータ、３２ファイバグループ、３４切り込み溝、３６アライメントスロット、３８アライメントピン、４０リボン構造、４０’ 一部形成したリボン構造、４２入射縁スペーサ、４４出射縁スペーサ、４６入射縁、４８出射縁、５０光ファイバ切片、５２ニクロム線、５４クラスタ、５６ループ、５８リボン構造のシート、６０発光ディスプレイ装置、６２画素、６４スリット、６６補助スペーサ、１００光ファイバ表面板、１０２入射面、１０４出射面、１１０タイル貼りディスプレイ、１１２画像タイル。

Claims

光ファイバ表面板形成方法であって、
（ａ）複数のリボン構造を形成するステップを含み、前記ステップは、
（ｉ）横軸を中心に心棒を回転させるステップであって、前記心棒は各リボン構造を形成するために心棒周囲に間隔を空けて配置した一対の入射および出射ガイドを有し、前記各入射ガイドは複数の入射スペーサを有し、前記各出射ガイドは複数の出射スペーサを有するステップと、
（ｉｉ）前記心棒上にストランド源からの細長い光ファイバストランドを巻回し、前記入射ガイド上へ巻回して隣接するファイバ間に入射間隔を設け、かつ前記出射ガイド上へ巻回して隣接するファイバ間に出射間隔を設けるステップと、
（ｉｉｉ）前記横軸に沿って各リボン構造に入射縁スペーサを取り付けて、前記入射間隔を維持し入射縁を規定するステップと、
（ｉｖ）前記横軸に沿って各リボン構造に出射縁スペーサを取り付けて、前記出射間隔を維持し出射縁を規定するステップと、
を含み、前記方法はさらに、
（ｂ）相互に整列した前記入射縁と相互に整列した前記出射縁とを有する前記複数のリボン構造のスタックを形成するステップと、
を含む方法。