JP2011090272A6 - 光吸収能力を調整する機能を備えた光学部品 - Google Patents
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Abstract
【課題】調整可能な光吸収特性を有する光吸収層を組み込んだ光伝送用光学部品を提供する。
【解決手段】光伝送用光学部品10は、対向する入射面22fおよび出射面24fと、これらの入射面22fと出射面24fとの間に延びる側面26と、を有する導光素子20を含んでおり、入射面22fから入射した光がこれらの入射面22fおよび出射面24fの間で内部反射によって伝搬する。光導素子20の側面26を通して出る「迷光」を選択的に吸収するように構成された光吸収層60が、導光素子20の側面の少なくとも一部に配置されている。光吸収層60は、(i)この光吸収層60の少なくとも一部を通して印加される電流、および(ii)この光吸収層60内の異なる箇所の間に印加される電位差、の少なくとも一つの強度の変化に応じて選択的に調整可能な不透明度を発揮するエレクトロクトミック材料により形成されている。
【選択図】図2
【解決手段】光伝送用光学部品10は、対向する入射面22fおよび出射面24fと、これらの入射面22fと出射面24fとの間に延びる側面26と、を有する導光素子20を含んでおり、入射面22fから入射した光がこれらの入射面22fおよび出射面24fの間で内部反射によって伝搬する。光導素子20の側面26を通して出る「迷光」を選択的に吸収するように構成された光吸収層60が、導光素子20の側面の少なくとも一部に配置されている。光吸収層60は、(i)この光吸収層60の少なくとも一部を通して印加される電流、および(ii)この光吸収層60内の異なる箇所の間に印加される電位差、の少なくとも一つの強度の変化に応じて選択的に調整可能な不透明度を発揮するエレクトロクトミック材料により形成されている。
【選択図】図2
Description
本発明の実施形態は、概して、画像転送アレイ(例えば光ファイバーのフェースプレートや光ファイバー画像装置・光伝送装置)に関し、より詳細には、係る装置における一体化されたコントラスト増強体(contrast enhancement)に関する。
複数の可撓性の光伝導素子または互いに隣接して融着された光伝導素子光(すなわち光ファイバー)からなるバンドルを通して光および画像を伝送する技術分野が確立されている。インバータ、テーパー(taper)および「ストレートスルー(straight−through)」といった画像導管は光ファイバー技術の当業者にはよく知られている。融着された光ファイバー画像導管には、暗視ゴーグル、ライフルスコープ、X線検出器および医用画像装置などの部品として幅広い用途がある(これらに限定されない)。
クロストークを抑制し、コントラストを強化し、開口数を制御するために、光吸収物質を融着された光学部品(例えば光ファイバーのフェースプレート、ストレートスルー、テーパー)に組み込むことは光ファイバー産業では広く知られている。これらの光吸収物資(あるいは状況に応じて、EMA(Extra−Mural Absorption)材料、媒体、ガラス、ファイバー、フィラメントおよびロッドと呼ばれる)は、典型的には3つの一般的な方法のうちの1つまたは複数に従って組み込まれる。
第1の方法では、吸収コーティング(またはスリーブもしくはチューブ)が各導波管(waveguide)の外側に設けられ、「外周型EMA(circumferential EMA)」として呼ばれるものを生成する。外周型EMA材料を備えるファイバーを有する例示的なファイバーバンドルの断面図が図1Aに示されている。
図1Bを参照すると、第2の方法が示されており、吸収ファイバーを備えるバンドル内の選択された光伝送素子(例えばファイバー)に取って代わるものを示しており、この置換型ファイバーは、「交換」または「スタティスティカル」EMAファイバーとしても呼ばれる。
第3の一般的な方法では、吸収ファイバーは、ファイバーアレイ内の間隙内に挿入される。係るファイバー(「間隙型EMAファイバー」として知られる)を含むバンドルの例は図1C、1Dおよび1Eに示されている。外周型EMA、間隙型EMA、および置換型EMA媒体は、不必要な光の反射および伝搬によるクロストークの抑制に関して様々なレベルの成功を収めてきたが、ブラックガラス管および/またはEMAファイバーが必要なため、様々な構成において、その製造が複雑かつ高価になり、更には転送される画像に異常をもたらし得る。
更に、アレイにおいて異なるガラス組成物を導入することによって、相容れないガラス間において相互に悪影響を及ぼす可能性が増す。画像用または照射用バンドル内にガラスを主成分とするEMA素子の更なる制約は、製造工程の早い段階でそれらが組み込まれなくてはならず、それらの光吸収能力は一旦組み込まれると調整することができないことである。従って、(i)ガラスを主成分とせず、かつ(ii)調整可能な光吸収特性を有する、光吸収材(EMA材料)を組み込む光伝送用光学部品が必要とされる。
第1の例示的な実施形態において、光伝送用光学部品は、対向する入射面および放射面と、これらの入射面と放射面との間に延びる側面と、を有する導光素子を含んでいる。この導光素子の側面の少なくとも一部の上に光吸収層が延びている。この光吸収層は、エレクトロクロミック材料を含んでおり、この材料の不透明度(電磁波波長の所定の組合せに相対する)は、(i)この層の少なくとも一部を通して印加される電流、ならびに(ii)この層に沿う異なる箇所の間に印加される電位差、の少なくとも一つの強度の変化に対応して可変である。
様々な態様において、この導光素子は、入射面に入射する光が入射面と出射面との間の内部反射によって伝播することができるように、第1の屈折率を有する第1の材料から形成されるコアと、このコアの周りに融着されて配置されており、第1の屈折率よりも強度が低い第2の屈折率を有するクラッドと、を含んでいる。更に、エレクトロクロミック光吸収層は、非ガラス系高分子材料から形成されてもよく、ガラスを主成分とする材料から形成されてもよい。
第2の例示的な実施形態は、対向する第1のプレート面および第2のプレート面と、複数の導光素子を固定された相対位置に保持するマトリックス材料と、を含むバンドル構造体(例えばプレート)を含む、光学部品組立体である。より詳細には、各導光素子は対向する入射面および出射面ならびにこれらの入射面と出射面との間に延びる導光素子側面を有している。これらの複数の入射面および出射面は、それぞれ第1のバンドル面と第2のバンドル面を画成している。
第2の実施形態において、マトリックス材料は、各導光素子を互いに接触させるための光吸収層である。従って、上記記載の光吸収層のように、マトリックス材は、エレクトロクロミックであって、(i)このマトリックスの少なくとも一部を通して印加される電流、および(ii)このマトリックス内の異なる箇所の間に印加される電位差、の少なくとも一つの強度の変化に応じて選択的に調整可能な不透明度を発揮するエレクトロクロミック材料を含んでいる。
プレート構造体のいくつかの態様において、例えば、エレクトロクロミックのマトリックス全体の不透明度を変更することができ、他の態様では、エレクトロクロミックのマトリックスの不透明度を第1のプレート面および第2のプレート面のいずれかまたは両方において調整可能である。係る態様において、マトリックスの中央部は固定した不透明度を有する。
「ロッド」および「ロッド状」といった用語は導光素子ならびに他の部品の記載で用いられる限り、広義で用いられ、例えば、様々な断面を有する部品や全長よりも直径が大きい部品も含まれる。更に、「直径」という用語は、狭義には円形を画定する曲面内にある最長の弦であると考えられることが多いが、より広義の解釈が本明細書および添付の特許請求の範囲に適用される。例えば、正方形、矩形、六角形、更には不規則な形状における弦もまた直径である。よって、上記記載、詳細な説明、添付の特許請求の範囲または図面の記載は「直径」の意味を一般的に使用される意味よりも狭く解釈されるべきではない。代表的な実施形態は下記の詳細な説明および添付の特許請求の範囲においてより完全に記載されている。
以下に、選択的に調整可能な不透明度を有する光吸収材料を含む光学部品および光学部品組立体の実施例を記載するが、これらはあくまでも例示であって、本願発明をこれらに限定するものではない。発明の概要および実施例において記載される様々な実施形態および態様は、添付の特許請求の範囲に入るものを示す限定的な例ではなく、よって特許請求の範囲の最も広い外縁を決定するものではない。
図2を参照すると、第1の光学部品10は、入射面22fを備える入射端22と入射面22fに長手方向に対向する出射面24fを備える出射端24とを有する長形の導光素子20を含んでいる。更に、導光素子の側面26が入射面22fと出射面24fの間に延びている。図2の態様において、入射面22fに入光する光が内部反射によってコア30を通して伝播し、出射面24fから出ることができるように、導光素子20は、第1の屈折率n1を有する光伝送コア30と、このコア30の周りに融着されて配置されており、第1の屈折率n1よりも強度が低い第2の屈折率n2を有するクラッド32と、を含んでいる。入射端22および入射面22fならびに出射端23および出射面24fの表記は説明のために任意になされており、実際の形態においては、入射面22fは、これを通して光が導光素子20内に導入される面であり、出射24fは、対向する面であって、これを通して光が導光素子20から出る面である。更に、図2に記載された導光素子20は円筒状の側面26によって画定されており、発明の概要において説明したように、他の構成の導光部品20を含む光学部品10も本発明の技術的範囲に入る。
続けて図2を参照すると、導光素子の側面26の周囲に光学層50が配置されている。この光学層50は、第1の光学層端部52および第2の光学層端部54ならびにこれらの第1の光学層端部52と第2の光学層端部54との間に延びる光学層外面56を有する。図2の態様においては、光学層50が、導光素子20の全長に亘り、かつ素子の長手方向の軸ALE(図2A)と直交する平面IIA方向に見て側面26によって画定される全外縁の周囲に配置されているが、この光学層50は導光素子20の全長よりも短くてもよく、導光素子の側面26の全外縁よりも少なくてもよく、なお本発明の範囲内である。
光学層50は、光吸収層60(EMA層)であって、光導素子20の入射面22fに入射して出射面24fではなくて側面26を通して出る「迷光」を選択的に吸収するように構成されている。光吸収層60は、少なくとも部分的にエレクトロクロミック材料であるMECから生成されている。エレクトロクロミック材料であるMECは、(i)光学層50の少なくとも一部を流れる電流IE、および(ii)光学層50に沿って異なる箇所の間に印加される電位差(電圧V)の少なくとも一つの強度の変化に応じて選択的に調整可能な不透明度を発揮する。
実際の形態においては、調整可能な不透明度の範囲は、完全に透明および完全に不透明(すなわち「黒」)な極端なものを除いて、様々な程度の透明度を含むが、例示目的のため、図2、図2Bおよび図2Cは、光学層50が(i)完全に透明(図2)、(ii)中間の透明度、すなわち「グレー」(図2B)、および(iii)完全に不透明(図2C)な同一の光学部品を示す。いかなる実施形態においても、エレクトロクロミック材料MECは、(i)印加される電流IEの強度が増加するにつれて透明度が減少(すなわち不透明度が増加)するか、または(ii)印加される電流IEの強度が増加するにつれて透明度が増加するように、選択される。
エレクトロクロミック光学層50に沿って異なる箇所の間で電位差V(すなわち電圧)を設定することによって電流IEが印加されることが理解されよう。図2〜図2Cに記載された態様において、単純な電気回路80が略図で示されている。回路80は、電源81と、第1の光学層端部52に電気的に接続された第1の導線82と、第2の光学層端部54に電気的に接続された第2の導線84と、第1の導線82と第2の導線84との間の電位差Vの強度を変化させるための電圧制御装置(例えばポテンシオメータ)と、を含む。
図2〜2Cの例示的な光学部品は、外周上に(より一般的には外縁上に)EMA材料を配置した単体の内部反射性導光素子20を示している。しかしながら、本発明の範囲には、長形の画像バンドル(image bundle)および画像伝送フェースプレートといった部品(これらに限定されない)を構成するために様々に配列された複数の導光素子20が含まれる。いかなる組立体においても、エレクトロクロミック材料MECが、複数の導光素子間の間隙に配置されているか、選択された個々の導光素子の外周に配置されているか、置換型で配置されているかに関わらず、係る各組立体は、エレクトロクロミック材料MECの光吸収層を少なくとも一部に配置した側面を備える少なくとも一つの導光素子を含む。
上記のように、エレクトロクロミック材料MECを含むことで特に有利となる部品は、例えば光ファイバーフェースプレートを含む画像伝送バンドルである。よって、図3には、対向する第1のプレート面112および第2のプレート面114を含む画像伝送フェースプレート100を示している。複数のロッド状の導光素子20がエレクトロクロミック材料MECのマトリックス150内に保持されている。図示された実施形態において、各導光素子20は、図2〜2Cに記載の光学素子20と同様の構成であって、フェースプレート100の導光素子20が図2〜2Cの導光素子20に対応する構成要素を含む限りにおいて、同じ符号は係る構成要素を示すのに用いられている。
続けて図3を参照すると、各導光素子20には、第1のプレートフェース112および第2のプレートフェース114とそれぞれ重複してその一部を形成する、対向する入射面22fおよび出射面24fが含まれる。従って、図3の態様において、各導光素子20の長手方向軸ALEが、第1のプレート面112およびこれに並行する第2のプレート面114に直交するようになされている。各導光素子20の長さLGEはプレートの厚みTPに対応している。図3に記載の実施形態とは異なり、プレートが均一の厚みを有さなくても、また、導光素子20が相互に並行していなくても、なお本発明の範囲に含まれる。
図2〜2Cのエレクトロクロミック光学層50の相対的な透明度をエレクトロクロミック光学層50に沿って異なる箇所の間に電圧を選択的に印加することによって「調整」することができるのと同様に、図3のフェースプレート100といった光学部品組立体におけるマトリックス150の不透明度は選択的に調節される。図3において、第1の導線82および第2の導線84が、マトリックス150に対して電位差Vを選択的に印加するために、マトリックス150に沿って第1の位置152およびこれと異なる第2の位置154と電気的に接続されている。図3において、マトリックス150は、例えば、電流IEがマトリックス150を通して印加されていないとき、「非活性状態」にある。この非活性状態において、マトリックス150は少なくとも部分的に透明である。
図3Aは図3に示されたものと同じフェースプレート100を示している。しかし、図3Aにおいてマトリックス150は図3のものよりも不透明であり、電流IEがマトリックス150を通して印加された状態にある活性状態に対応している。図3および図3Aにおいて、記載されていない電気回路の一部を構成する導線82および84のみが示されており、更なる回路の記載は、図2〜図2Cの実施形態において記載された例示的な回路80に鑑み、不要であると思われる。
図2〜2Cならびに図3および3Aの実施形態は、電流の印加が強くなるにつれてより不透明になるエレクトロクロミック材料MECを組み込むように記載されているが、電流を印加するとエレクトロクロミック材料MECの不透明度が減少する態様も本明細書および添付の特許請求の範囲に記載の発明の範疇に入ると理解されよう。従って、添付の特許請求の範囲に記載の発明は、特に明記されていない場合、印加される電流に応じて不透明度が増加するエレクトロクロミック材料MECを組み込む構成に限定されない。更に、エレクトロクロミック材料MECが(i)ガラスを主成分とする材料および(ii)非ガラス系高分子材料の少なくとも一つである態様も本発明の範囲に入る。
上記記載は本発明の原理を説明するものであると解されるべきである。更に、当業者であるならば、本発明の範囲および精神から外れることなく様々な変更を想到すると思われ、添付の特許請求の範囲に記載の発明が本明細書および図面に記載された通りの構成、形態、態様に限定されないことが理解されよう。
Claims (16)
- 対向する入射面および出射面ならびにこれらの入射面と出射面との間に延びる側面を有する導光素子と、
前記導光素子の少なくとも一部の上に延びる光吸収層であって、(i)前記層の少なくとも一部を通して印加される電流、および(ii)前記層に沿って異なる箇所の間に印加される電位差、の少なくとも一つの強度の変化に応じて不透明度が可変であるエレクトロクロミック材料を含む光吸収層と、
を含む光伝送用光学部品。 - 前記導光素子は、前記入射面に入射する光が前記入射面と前記出射面との間の内部反射によって伝播することができるように、第1の屈折率を有する第1の材料から形成されるコア材と、前記コア材の周りに融着されて配置されており、前記第1の屈折率よりも屈折率が低い第2の屈折率を有するクラッド材と、を含むことを特徴とする請求項1に記載の光学部品。
- 前記導光素子層は、非ガラス系高分子材料から形成されることを特徴とする請求項2に記載の光学部品。
- 前記導光素子層は、ガラスを主成分とする材料から形成されることを特徴とする請求項2に記載の光学部品。
- 前記光吸収層は、非ガラス系高分子材料から形成されることを特徴とする請求項1に記載の光学部品。
- 前記光吸収層は、ガラスを主成分とする材料から形成されることを特徴とする請求項1に記載の光学部品。
- 長手方向に対向する入射面および出射面ならびに前記入射面と前記出射面との間に延びる側面を有する長形の導光素子と、
前記導光素子の全長の少なくとも一部に延びており、かつ前記導光素子の長手方向軸に直交する平面方向に見て前記側面の外縁の少なくとも一部に配置された、光学層と、
を含んでおり、
前記光学層は、前記光学層に沿って異なる箇所の間に印加される電位差に応じて選択的に(i)活性可能および(ii)非活性可能のいずれかとなる不透明度を有するエレクトロクロミック材料を含む光吸収層であることを特徴とする光伝送用光学部品。 - 前記導光素子は、前記入射面に入射する光が前記入射面と前記出射面との間の内部反射によって伝播することができるように、
第1の屈折率を有する第1の材料から形成されるコア材と、
前記コアの周りに融着されて配置されており、前記第1の屈折率よりも屈折率が低い第2の屈折率を有するクラッド材と、
を含むことを特徴とする請求項7に記載の光学部品。 - 前記光学層は、非ガラス系高分子材料から形成されることを特徴とする請求項8に記載の光学部品。
- 前記光学層は、ガラスを主成分とする材料から形成されることを特徴とする請求項8に記載の光学部品。
- 対向する第1のプレート面および第2のプレート面と、
複数の導光素子を固定された相対位置に保持するマトリックス材料と、
を含むプレート構造体を含んでおり、各導光素子は対向する入射面および出射面ならびにこれらの入射面と出射面との間に延びる導光素子側面を有しており、
(a)前記入射面は前記第1のプレート面を部分的に画成しており、前記出射面は前記第2のプレート面を部分的に画成しており、
(b)前記マトリックス材料はエレクトロクロミック材料であって、(i)このマトリックスの少なくとも一部を通して印加される電流、および(ii)このマトリックス内の異なる箇所の間に印加される電位差、の少なくとも一つの強度の変化に応じて選択的に調整可能な不透明度を発揮することを特徴とする光学部品組立体。 - 各導光素子は、前記入射面に入光する光が前記入射面と前記出射面との間の内部反射によって伝播することができるように、
第1の屈折率を有する第1の材料から形成されるコア材と、
前記コアの周りに融着されて配置されており、前記第1の屈折率よりも強度が低い第2の屈折率を有するクラッド材と、
を含むことを特徴とする請求項11に記載の光学部品組立体。 - 前記マトリックスは、非ガラス系高分子材料から形成されることを特徴とする請求項12に記載の光学部品組立体。
- 前記光学層は、ガラスを主成分とする材料から形成されることを特徴とする請求項12に記載の光学部品組立体。
- 前記エレクトロクロミック材料の不透明度は、印加される電流の強度が増加するにつれて増加することを特徴とする請求項12に記載の光学部品組立体。
- 前記エレクトロクロミック材料の不透明度は、印加される電流の強度が減少するにつれて増加することを特徴とする請求項12に記載の光学部品組立体。
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