JP4020577B2 - Manufacturing method of optical device and optical device manufactured by the method - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主として光カップリングディバイス及び表示装置における拡大光学系として用いる光学ディバイスの製造方法及びその方法により製造される光学ディバイスに関する。
【0002】
【従来の技術】
情報を表示する表示装置は、大別するとフラットパネルディスプレイと呼ばれるパソコン用液晶モニタなどの等倍型表示装置、及び背面投影型液晶テレビなどの拡大投影型表示装置の2種類がある。等倍型表示装置はディスプレイの厚みを薄くでき、設置に必要なスペースが少なくて済むという利点を有するが、大きな画面、例えば30インチ以上のサイズの画面を得ようとする場合、製造工程の複雑さ、歩留まりの悪さなどからコストが高くなってしまうといった欠点を持っている。一方、拡大投影型表示装置は50インチ以上の大きな表示サイズを等倍型表示装置に比べ安価で提供できるという利点を有するが、ディスプレイの厚みを等倍型と同じように薄くすることは原理上難しく、設置に必要なスペースが広くなってしまうという欠点を持っている。
【0003】
特開平5−88617号公報には、薄型で且つ大きな表示サイズを表示させる方法が記載されている。図5は、従来技術による薄型の画像拡大表示装置を示す図である。この画像表示装置には、小さな画像に対して光ファイバを整列させて並べ、その光ファイバの他端を離散的に配置させることにより画像を拡大する方法が用いられており、この方法を実現したディバイスは、主として光ファイバ14の束の一端部を集束して入光部15となし、他端部を拡開させて表示部13となした画像拡大手段10と、入光部15より小さい面積の例えば液晶からなる画像素体21と光源22からの光を画像素体21に導く光ファイバの束23等を有し投影画像を形成する画像形成手段20と、画像素体21とほぼ同面積に集束され得る光ファイバ31の束よりなり、その束の一端部を集束させて画像素体21に対向させ、他端部を入光部15とほぼ同面積に拡開させて入光部15に対向させた画像整合手段30とを具備している。
【0004】
特開平5−88617号公報に記載の画像表示装置の製造方法としては、光ファイバの一端部を角柱状に固め、他端部をパネルに所定間隔で開口された多数の細孔に差し込む方法が採られている。同様の方法は、特開平7−84127号公報に記載の発明においても開示されている。図6は、従来技術による薄型の画像拡大ディバイスを示す模式図であり、図6に示すように、この方式の欠点は画像面12側と拡大面11側の光ファイバ14の直径が同じであるため拡大面11側の画素が離散的に配置されることにある。つまり、拡大したい画像が反射型ディバイスの場合、拡大された画像の明るさは、拡大面11側の光ファイバ14に取り込まれる光の量に依存する。拡大面11側の光ファイバ14が離散的に配置される図6の構成においては画面全体の大きさに対する拡大面11側での光ファイバ14の開口率が小さいため、非常に暗い画像になってしまう。
【0005】
上述の従来技術の欠点を解決する手段としては、本発明者らが特願2000−198028号に記載した方法、すなわち、拡大面側の光ファイバにテーパ状導光路を設け、拡大面側の導光路の断面積を大きくすることにより、拡大面の開口率を大きくする方法がある。
【0006】
光ファイバ先端にテーパ状の導光路を作成する方法としては特開平7−230018号公報に示されている様に、光反応性物質に光ファイバを没入させ、光ファイバに紫外線を導入する方法が開示されている。また、特開平11−326660号公報には、光硬化樹脂に光導入口から特定の光を入射し、光軸に従って導光路を形成する製法が開示されている。この製法において導光路を形成するための光としては、波長488nmのアルゴンイオンレーザ、波長325nmのヘリウムカドミウムレーザ、ピーク波長380nmの超高圧水銀ランプが例として示されている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開平7−230018号公報においては用いられているファイバは石英系の単一モード光ファイバであり、且つ具体的な紫外線光源や紫外線硬化材料は開示されていない。
また、特開平11−326660号公報に記載のアルゴンレーザやヘリウムカドミウムレーザを用いる製法においては、一本の導光路を作成する場合には良いが、レーザ光源のビーム径が小さいため、本発明者らが特願2000−198028号に記載したような多数本の光ファイバにテーパ状の導光路部を同時に作成する場合の光源としては適していない。
【0008】
更に超高圧水銀ランプを用いる場合は300nm近傍にも比較的強い輝度を有する発光波長がある。高分子光ファイバには400nm以下の波長において電子遷移による光吸収が増加し300nm近傍では10dB/m程度の大きな吸収があることが知られている。従って、ファイバ母材として石英を用いた石英ファイバでは問題ないが、高分子光ファイバでは300nm近傍の光が吸収され、耐熱性に乏しい高分子光ファイバの温度上昇を招くという欠点を有する。
【0009】
拡大光学系に用いる光ファイバとしては石英系ファイバでも可能であるが、石英系ファイバは高分子ファイバに比べ比重が重いため、光ファイバを多数本用いる場合、重量が重くなってしまうという欠点を有する。従って、画像の拡大に用いるファイバとしては高分子光ファイバを用いることが望ましい。
【0010】
本発明は、上述のごとき実情に鑑みてなされたものであり、従来技術の問題点を踏まえ、高分子光ファイバを用いて画像全体及び画素サイズの拡大又は縮小を行う光学ディバイスの製造方法において、高分子光ファイバにテーパ状導光路部を設ける最適な製造方法、及びその方法により製造された光学ディバイスを提供することをその目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】
請求項1の発明は、複数本の高分子光ファイバの一方の端面を光硬化樹脂に浸し、他方の端面から光を入射することにより、前記光硬化樹脂を硬化させて導光路を形成する光学ディバイスの製造方法において、前記複数本の高分子光ファイバを溶融させることなく前記光硬化樹脂を硬化させる光として、高圧水銀灯から放射される365nm近傍の波長をバンドパスフィルタにより抽出する工程と、前記複数本の高分子光ファイバを、隣り合う高分子光ファイバの一方の端面の間隔より該隣り合う高分子光ファイバの他方の端面の間隔が大きくなるように束ねる工程と、該束ねる工程の後に前記抽出した光で前記光硬化樹脂を硬化させることにより、前記複数本の高分子光ファイバの一方の端面から遠くなるに従って該複数本の高分子光ファイバの軸に垂直な方向の断面積が大きくなる前記導光路を、前記複数本の高分子光ファイバの一方の端面に形成する工程と、を有することを特徴としたものである。
【0014】
請求項2の発明は、請求項1の発明において、当該光学ディバイスの製造方法で前記高分子光ファイバの一方の端面に導光路を形成した後、前記他方の端面を光硬化樹脂に浸し、前記導光路が形成された側の端面から365nm近傍の波長の光を入射することにより、前記光硬化樹脂を硬化させて前記他方の端面にも導光路を形成することを特徴としたものである。
【0016】
請求項3の発明は、請求項1又は2の光学ディバイスの製造方法を用いて製造された光学ディバイスである。
【0017】
【発明の実施の形態】
本発明に係る、高分子光ファイバにテーパ状導光路部を設ける方法においては、高圧水銀ランプの365nm近傍の輝線と、その光によって硬化する光硬化樹脂を用いている。上記テーパ状光導光路は、前記高分子光ファイバ端面から遠くなるに従って導光路の断面積が大きくなるように形成するようにしている。また、高分子光ファイバの一方の端面に導光路を作成した後、他方の端面を光硬化樹脂に浸し、光導光路を作成した側の端面から光を入射させることにより、他方の端面にも光導光路を形成させるようにしてもよい。さらに、複数本束ねたファイバ端面に光導光路を作成することにより画像拡大(又は縮小)ディバイスが提供可能となる。
【0018】
本発明に係る光学ディバイスは、画像を拡大縮小させることが可能であり、安価で軽量な高分子光ファイバを多数本用いることにより、薄くて軽い光学ディバイスとなっている。その製造方法としては、高分子光ファイバを光硬化樹脂へ浸し、ファイババンドルから特定の波長の光を入射することにより、光硬化樹脂を硬化させ複数のテーパ状導光路を同時に形成する方法を採用している。なお、本発明で使用される光硬化樹脂はアクリル系,メタクリル系等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【0019】
図1は、本発明に係る光学ディバイスの製造方法により製造された拡大光学ディバイスの一実施例(特願2000−198028号に記載)を示す図である。上記の特願2000−198028号には、図1に示すように、拡大面1側の光ファイバ4にテーパ状導光路6を設け、拡大面1側の導光路の断面積を大きくすることにより、拡大面1の開口率を大きくする方法が提案されており、ここではその拡大光学ディバイスを製造する方法を説明する。
【0020】
本実施例に係る光学ディバイスの製造方法は、高分子光ファイバ4の一方の端面を光硬化樹脂に浸し、他方の端面から光を入射することにより、前記光硬化樹脂を硬化させて導光路6(7)を形成する光学ディバイスの製造方法において、前記高分子光ファイバ4に入射する光として365nm近傍の波長の光を用い、前記光硬化樹脂として該光で硬化する光硬化樹脂を用いるようにしたものである。また、前記365nm近傍の波長の光は高圧水銀灯から放射される輝線であるようにしてもよい。本実施例では、さらに画像の拡大又は縮小を可能とするために、この製造方法において、複数本の前記高分子光ファイバ4を、隣り合う高分子光ファイバの一方の端面の間隔より該隣り合う高分子光ファイバの他方の端面の間隔が大きくなるように束ねた後に、該束ねた複数本の高分子光ファイバ4の端面を光硬化樹脂に浸し、該複数本の高分子光ファイバ4の端面に導光路6,7を形成するようにする。
【0021】
本発明に係る画像拡大の原理を説明する。なお、以下に説明する拡大面を画像面とすると出力画像が縮小することはいうまでもなく、説明を省略する。
図6の画像面12にディスプレイ画像を近接して設置する。具体的には、小型の液晶ディスプレイ,小型のエレクトロルミネッセンスディスプレイ,小型のCRTなどである。これらのディスプレイの画像からの出射光が高分子光ファイバ14に入射する。入射した光の内、高屈折率領域と低屈折率領域の界面で全反射条件を満たす光は光ファイバ14中を拡大面11に向かって伝搬する。拡大面11での光ファイバ14の断面中心位置とそれと隣接する他の光ファイバ14の断面中心位置の相対的な距離が、画像面12での光ファイバ14の断面中心位置とそれと隣接する他の光ファイバ14の断面中心位置の相対的な距離よりも大きいため、画像面12から入射した画素が拡大され拡大面11に表示されることになる。
【0022】
本実施例の光学ディバイスは、複数の高分子光ファイバ4が拡大面1側及び画像面2側のプラスチック等の固定手段3,5に固定されている。さらに、このディバイスは、拡大面1の近傍において光ファイバ4の先端にテーパ状の導光路6が形成されており、拡大面1での外光の取り込み効率が大きいため、ディスプレイ画像が反射型ディバイスであっても明るい拡大画像が形成できるようになっている。
【0023】
図2は、本発明に係る拡大光学ディバイスの製造方法により製造された拡大光学ディバイスの他の実施例を示す図である。
本実施例に係る光学ディバイスの製造方法は、上述の実施例において、前記導光路6(7)は、前記高分子光ファイバ4の一方の端面から遠くなるに従って該高分子光ファイバ4の軸に垂直な方向の断面積が大きくなるように形成するようにしたものである。本実施例では、さらに画像の拡大又は縮小を可能とするために、この製造方法において、複数本の前記高分子光ファイバ4を、隣り合う高分子光ファイバの一方の端面の間隔より該隣り合う高分子光ファイバの他方の端面の間隔が大きくなるように束ねた後に、該束ねた複数本の高分子光ファイバ4の端面を光硬化樹脂に浸し、該複数本の高分子光ファイバ4の端面に導光路6を形成するようにする。
【0024】
本実施例の光学ディバイスは、複数の高分子光ファイバ4が拡大面1側及び画像面2側の固定手段3,5に固定されている。さらに、このディバイスは画像面2の近傍において光ファイバ4の先端にテーパ状の導光路7が形成されており、画像面2での光の取り込み効率が大きいため、ディスプレイ画像が発光型ディバイスの場合、図6の構成に比べて明るい拡大画像が表示できるようになっている。
【0025】
図3は、本発明に係る光学ディバイスの製造方法により製造された拡大光学ディバイスの他の実施例を示す図である。
本実施例に係る光学ディバイスの製造方法は、上述の各実施例において、当該光学ディバイスの製造方法で前記高分子光ファイバ4の一方の端面に導光路6(7)を形成した後、前記他方の端面を光硬化樹脂に浸し、前記導光路6(7)が形成された側の端面から365nm近傍の波長の光を入射することにより、前記光硬化樹脂を硬化させて前記他方の端面にも導光路7(6)を形成するようにしたものである。本実施例では、さらに画像の拡大又は縮小を可能とするために、この製造方法において、複数本の前記高分子光ファイバ4を、隣り合う高分子光ファイバの一方の端面の間隔より該隣り合う高分子光ファイバの他方の端面の間隔が大きくなるように束ねた後に、該束ねた複数本の高分子光ファイバ4の端面を光硬化樹脂に浸し、該複数本の高分子光ファイバ4の端面に導光路6,7を形成するようにする。
【0026】
本実施例の光学ディバイスは、上述の2つの実施例(図1及び図2を参照)の両方のメリットを取り入れた構成を有しており、拡大面1,画像面2ともにテーパ状の導光路部6,7を設けてある。この構成によりディスプレイ画像が反射型ディバイスであっても発光型ディバイスであっても明るい拡大画像が形成できるようになっている。
以下、上述の各実施例を検証した結果を説明する。
【0027】
(実施例1:図1を参照)
ステップ1:
三菱レイヨン(株)製プラスチック光ファイバSK10(コア/クラッド=245/250μm)を100本用意して、これらのファイバの一端を10行×10列の100個の穴が空いているプラスチック板5に挿入し、エポキシ系接着剤で固定し、その後ファイバ端面を光学研磨した。穴の中心位置はお互い400μm離れて配置されている。このプラスチック板5に固定されたファイバ面を以後、画像面2と呼ぶ。
【0028】
ステップ2:
ステップ1でプラスチック板に固定したファイバの他方の端を10行×10列の100個の穴が空いているプラスチック板3に挿入し、エポキシ系接着剤で固定し、その後ファイバ端面を光学研磨した。穴の中心位置はお互い1mm離れて配置されている。このプラスチック板3に固定されたファイバ面を以後、拡大面1と呼ぶ。
【0029】
ステップ3:
ステップ1,2により得られたファイババンドルの拡大面を光硬化樹脂に浸し、画像面2から超高圧水銀ランプの光を導入した。光源としてHOYA−SCHOTT社製紫外線照射装置EX−250を用いた。光硬化樹脂としてはスリーボンド社製アクリレート系紫外線硬化樹脂3018を用いた。
光源からの出射光として二つの条件の光を用いた。
【0030】
<条件1>
光源からの光をそのまま高分子光ファイバに1000mW/cm2の光照射強度で15秒照射し、高分子光ファイバ4の先端にテーパ状導光路部の作成を試みた。しかしながら光照射しても光ファイバ4先端に導光路は形成されなかった。光照射した高分子ファイバ部を顕微鏡で観察したところ、ファイバ4が溶融して光学研磨面が溶けて丸くなっているのが観察された。これは光源からの光の内、300nm近傍の光が高分子光ファイバに吸収され、ファイバの温度上昇が起こり、ファイバが溶融したためと思われる。
【0031】
<条件2>
光源からの光の内、365nm近傍の輝線だけを光硬化樹脂に照射させる目的で、光源と画像面の間にエドモンド社製UV用バンドパスフィルタU−360を挿入した。1000mW/cm2の光照射強度で15秒照射し、高分子光ファイバ4の先端にテーパ状導光路部6の作成を試みた。条件1の場合と異なり、ファイバ4の先端にテーパ状導光路部6が作成できた。光照射後、光硬化樹脂から拡大面を引き上げ、未硬化の光硬化樹脂をアセトンを用いて洗浄した。以下条件2の光照射条件で作成したサンプルを次のステップに用いた。
【0032】
ステップ4:
拡大面に形成されたテーパ状導光路6を固定する目的で、上記光硬化樹脂より屈折率の低いフッソ化エポキシ樹脂をテーパ状導光路6が形成された面に塗布し、硬化させた。その後、テーパ状導光路長が1mmになるように導光路面を光学研磨した。このときの研磨されたテーパ状導光路6の直径は800μmになった。
このようにして作成したサンプルをサンプルNo.1とする。
【0033】
(実施例2:図2を参照)
ステップ1〜2までは実施例1と同じとした。
ステップ3:
ステップ1,2により得られたファイババンドルの画像面2を光硬化樹脂に浸し、拡大面1から超高圧水銀ランプの光を導入した。光源としてHOYA−SCHOTT社製紫外線照射装置EX−250を用いた。光源からの出射光の内、365nm近傍の輝線だけを光硬化樹脂に照射させるために、光源と画像面2の間にエドモンド社製UV用バンドパスフィルタU−360を挿入した。光硬化樹脂としてはスリーボンド社製アクリレート系紫外線硬化樹脂3018を用いた。1000mW/cm2の光照射強度で15秒照射し、高分子光ファイバ4の先端にテーパ状導光路部7を作成した。光照射後、光硬化樹脂から画像面を引き上げ、未硬化の光硬化樹脂をアセトンを用いて洗浄した。
【0034】
ステップ4:
画像面2に形成されたテーパ状導光路7を固定する目的で、上記光硬化樹脂より屈折率の低いフッソ化エポキシ樹脂をテーパ状導光路7が形成された面に塗布し、硬化させた。その後、テーパ状導光路長が300μmになるように導光路面を光学研磨した。このときの研磨されたテーパ状導光路7の直径は400μmになった。
このようにして作成したサンプルをサンプルNo.2とする。
【0035】
(実施例3:図3を参照)
ステップ1〜4までは実施例1と同じとした。
ステップ5:
ステップ4までに得られたファイババンドルの画像面2を光硬化樹脂に浸し、拡大面1から超高圧水銀ランプの光を導入した。光源としてHOYA−SCHOTT社製紫外線照射装置EX−250を用いた。光源からの出射光の内、365nm近傍の輝線だけを光硬化樹脂に照射させるために、光源と画像面2の間にエドモンド社製UV用バンドパスフィルタU−360を挿入した。光硬化樹脂としてはスリーボンド社製アクリレート系紫外線硬化樹脂3018を用いた。1000mW/cm2の光照射強度で15秒照射し、高分子光ファイバ4の先端にテーパ状導光路部7を作成した。光照射後、光硬化樹脂から画像面を引き上げ、未硬化の光硬化樹脂をアセトンを用いて洗浄した。
【0036】
ステップ6:
画像面2に形成されたテーパ状導光路7を固定する目的で、上記光硬化樹脂より屈折率の低いフッソ化エポキシ樹脂をテーパ状導光路7が形成された面に塗布し、硬化させた。その後、テーパ状導光路長が300μmになるように導光路面を光学研磨した。このときの研磨されたテーパ状導光路の直径は400μmになった。
このようにして作成したサンプルをサンプルNo.3とする。
【0037】
(比較例1:図6を参照)
ステップ1:
三菱レイヨン(株)製プラスチック光ファイバSK10(コア/クラッド=245/250μm)を100本用意した。これらのファイバ14の一端を10行×10列の100個の穴が空いているプラスチック板15に挿入し、エポキシ系接着剤で固定し、その後ファイバ端面を光学研磨した。穴の中心位置はお互い400μm離れて配置されている。このプラスチック板15に固定されたファイバ面を以後、画像面12と呼ぶ。
【0038】
ステップ2:
ステップ1でプラスチック板15に固定したファイバ14の他方の端を10行×10列の100個の穴が空いているプラスチック板13に挿入し、エポキシ系接着剤で固定し、その後ファイバ端面を光学研磨した。穴の中心位置はお互い1mm離れて配置されている。このプラスチック板13に固定されたファイバ面を以後、拡大面11と呼ぶ。
このようにして作成したサンプルを比較例1とする。
【0039】
(作成サンプルの評価結果)
このようにして作成したサンプルに対し、発光ディバイス用拡大光学ディバイスとしての特性(拡大面に出射される光量の画像面に照射した光量に対する割合。図4では光伝達効率という表現で%表示。)、及び反射ディバイス用拡大光学ディバイスとしての特性(画像面に出射される光量の拡大面に照射した光量に対する割合。図4では反射効率という表現で%表示。)を図4に示す。
【0040】
上記の本発明の実施例1乃至3と比較例1の評価から判るように、拡大面1側にテーパ状導光路6を設けた実施例1及び3においては、比較例1に比べて反射効率が大きくなり、反射ディバイス用の画像拡大ディバイスとして優れた特性を有していることが判った。また画像面2側にテーパ状導光路7を設けた実施例2及び3においては、比較例1に比べて光伝達効率が大きくなり、発光型ディバイス用の画像拡大ディバイスとして優れた特性を有していることが判った。また、実施例3では画像面2側、拡大面1側両方にテーパ状導光路7,6を設けているため、反射型,発光型いずれの画像ディバイスにおいても優れた拡大性能が得られることが判った。
【0041】
【発明の効果】
(請求項1及び3の発明に対応する効果)
高分子光ファイバを溶融させることなく光硬化樹脂を硬化させる光として365nm近傍の波長の光を用いることにより高分子光ファイバを用いてもテーパ状の導光路を作成することができる。また、高分子光ファイバに入射する光として高圧水銀灯から放射される365nm近傍の波長の輝線を用いることにより安価な光源で高分子光ファイバを用いたテーパ状の導光路を作成することができる。また、光導光路の形状が光ファイバ端面から遠くなるに従って導光路の断面積が大きくなっていることにより、拡大面での導光路の開口率が大きくなり、反射型の画像ディバイスを拡大する場合において明るい拡大画像が得られる。また、画像面に適用することによりそこでの導光路の開口率が大きくなり、発光型の画像ディバイスを拡大する場合において明るい拡大画像が得られる。さらに、高分子光ファイバを複数本束ねたものにテーパ状の導光路を形成することにより、薄型で軽量の明るい画像拡大ディバイスが実現できる。
【0044】
(請求項2及び3の発明に対応する効果)
高分子光ファイバの一方の端面に光導光路を作成した後、他方の端面を光硬化樹脂に浸し、光導光路を作成した側の端面から光を入射させることにより、画像面/拡大面ともに導光路の開口率を大きくすることができ、画像ディバイスが反射型であっても発光型であっても明るい拡大画像が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明に係る光学ディバイスの製造方法により製造された拡大光学ディバイスの一実施例を示す図である。
【図2】 本発明に係る光学ディバイスの製造方法により製造された拡大光学ディバイスの他の実施例を示す図である。
【図3】 本発明に係る光学ディバイスの製造方法により製造された拡大光学ディバイスの他の実施例を示す図である。
【図4】 発光ディバイス用拡大光学ディバイスとしての特性及び反射ディバイス用拡大光学ディバイスとしての特性に関する、本発明と従来技術との比較結果を示す図表である。
【図5】 従来技術による薄型の画像拡大表示装置を示す図である。
【図6】 従来技術による薄型の画像拡大ディバイスを示す模式図である。
【符号の説明】
1…拡大面、2…画像面、3,5…プラスチック板、4…高分子光ファイバ、6,7…テーパ状導光路。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention mainly relates to a method of manufacturing an optical device used as a magnifying optical system in an optical coupling device and a display device, and an optical device manufactured by the method.
[0002]
[Prior art]
Display devices that display information can be broadly classified into two types: an equal-size display device such as a liquid crystal monitor for personal computers called a flat panel display, and an enlarged projection display device such as a rear projection liquid crystal television. The same size display device has the advantage that the thickness of the display can be reduced and the space required for installation can be reduced. However, when obtaining a large screen, for example, a screen having a size of 30 inches or more, the manufacturing process is complicated. However, it has the disadvantage that the cost increases due to poor yield. On the other hand, the enlarged projection type display device has an advantage that a large display size of 50 inches or more can be provided at a lower cost than the same size display device. However, in principle, it is possible to make the display thickness as thin as the same size type display device. It is difficult and has the disadvantage of increasing the space required for installation.
[0003]
Japanese Patent Laid-Open No. 5-88617 describes a method of displaying a thin and large display size. FIG. 5 is a view showing a thin image enlargement display device according to the prior art. In this image display device, a method of enlarging an image by arranging optical fibers in alignment with a small image and arranging the other ends of the optical fibers discretely is used. The device mainly includes an image enlarging means 10 that converges one end portion of a bundle of
[0004]
As a method for manufacturing an image display device described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-88617, there is a method in which one end of an optical fiber is fixed in a prism shape and the other end is inserted into a large number of pores opened at predetermined intervals in a panel. It is taken. A similar method is also disclosed in the invention described in JP-A-7-84127. FIG. 6 is a schematic diagram showing a thin image enlargement device according to the prior art. As shown in FIG. 6, the disadvantage of this method is that the diameters of the
[0005]
As a means for solving the above-mentioned drawbacks of the prior art, the method described by the present inventors in Japanese Patent Application No. 2000-198028, that is, an optical fiber on the enlarged surface side is provided with a tapered light guide, and the optical fiber on the enlarged surface side is guided. There is a method of increasing the aperture ratio of the enlarged surface by increasing the cross-sectional area of the optical path.
[0006]
As a method of creating a tapered light guide at the tip of an optical fiber, there is a method in which an optical fiber is immersed in a photoreactive substance and ultraviolet rays are introduced into the optical fiber, as disclosed in JP-A-7-230018. It is disclosed. Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-326660 discloses a manufacturing method in which specific light is incident on a photo-curing resin from a light entrance and a light guide is formed according to the optical axis. As light for forming the light guide in this manufacturing method, an argon ion laser with a wavelength of 488 nm, a helium cadmium laser with a wavelength of 325 nm, and an ultrahigh pressure mercury lamp with a peak wavelength of 380 nm are shown as examples.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-230018, the fiber used is a quartz single-mode optical fiber, and no specific ultraviolet light source or ultraviolet curable material is disclosed.
Further, in the production method using an argon laser or a helium cadmium laser described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-326660, it is good to create one light guide, but since the beam diameter of the laser light source is small, the present inventor Are not suitable as a light source in the case where a tapered light guide section is simultaneously formed on a large number of optical fibers as described in Japanese Patent Application No. 2000-198028.
[0008]
Further, when an ultrahigh pressure mercury lamp is used, there is an emission wavelength having a relatively strong luminance even in the vicinity of 300 nm. It is known that polymer optical fibers have increased light absorption due to electron transition at wavelengths of 400 nm or less and large absorption of about 10 dB / m near 300 nm. Therefore, although there is no problem with a quartz fiber using quartz as a fiber preform, the polymer optical fiber has a drawback that light in the vicinity of 300 nm is absorbed, leading to a temperature rise of the polymer optical fiber having poor heat resistance.
[0009]
The optical fiber used for the magnifying optical system can be a silica-based fiber, but the silica-based fiber has a higher specific gravity than the polymer fiber, so that when using a large number of optical fibers, the weight is increased. . Therefore, it is desirable to use a polymer optical fiber as the fiber used for image enlargement.
[0010]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and in light of the problems of the prior art, in an optical device manufacturing method for enlarging or reducing the entire image and pixel size using a polymer optical fiber, It is an object of the present invention to provide an optimum manufacturing method for providing a tapered light guide section in a polymer optical fiber and an optical device manufactured by the method.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
The invention of
[0014]
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the invention, after the light guide path is formed on one end surface of the polymer optical fiber by the method for manufacturing the optical device, the other end surface is immersed in a photocurable resin, The light guide path is also formed on the other end surface by allowing light having a wavelength in the vicinity of 365 nm to enter from the end surface on the side where the light guide is formed, thereby curing the photo-curing resin.
[0016]
The invention of
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
In the method of providing a tapered light guide portion in a polymer optical fiber according to the present invention, a bright line near 365 nm of a high-pressure mercury lamp and a photo-curing resin that is cured by the light are used. The tapered optical light guide is formed such that the cross-sectional area of the light guide increases as the distance from the end face of the polymer optical fiber increases. In addition, after creating a light guide path on one end face of a polymer optical fiber, the other end face is immersed in a photo-curing resin, and light is incident on the end face on the side where the light guide path is created. An optical path may be formed. Furthermore, an image enlargement (or reduction) device can be provided by creating an optical light guide on the end face of a bundle of a plurality of fibers.
[0018]
The optical device according to the present invention is capable of enlarging and reducing an image, and is a thin and light optical device by using a number of inexpensive and light polymer optical fibers. As the manufacturing method, a method is adopted in which a polymer optical fiber is immersed in a photo-curing resin, and light of a specific wavelength is incident from the fiber bundle to cure the photo-curing resin and simultaneously form a plurality of tapered light guides. is doing. In addition, although the photocurable resin used by this invention includes an acrylic type, a methacryl type, etc., it is not limited to these.
[0019]
FIG. 1 is a diagram showing an example (described in Japanese Patent Application No. 2000-198028) of an magnifying optical device manufactured by the method of manufacturing an optical device according to the present invention. In the above Japanese Patent Application No. 2000-198028, as shown in FIG. 1, a tapered light guide 6 is provided in the optical fiber 4 on the
[0020]
In the optical device manufacturing method according to the present embodiment, one end face of the polymer optical fiber 4 is immersed in a photo-curing resin, and light is incident from the other end face to cure the photo-curing resin, thereby guiding the light guide 6. In the method of manufacturing an optical device forming (7), light having a wavelength of around 365 nm is used as light incident on the polymer optical fiber 4, and a photo-curing resin that is cured by the light is used as the photo-curing resin. It is a thing. The light having a wavelength in the vicinity of 365 nm may be an emission line emitted from a high-pressure mercury lamp. In this embodiment, in order to further enlarge or reduce the image, in this manufacturing method, a plurality of the polymer optical fibers 4 are adjacent to each other by the interval between one end faces of the adjacent polymer optical fibers. After bundling so that the interval between the other end faces of the polymer optical fibers is increased, the end faces of the bundled polymer optical fibers 4 are immersed in a photo-curing resin, and the end faces of the plurality of polymer optical fibers 4 are The
[0021]
The principle of image enlargement according to the present invention will be described. Needless to say, if the enlarged surface described below is an image surface, the output image is reduced, and the description thereof is omitted.
A display image is placed close to the
[0022]
In the optical device of this embodiment, a plurality of polymer optical fibers 4 are fixed to fixing means 3 and 5 such as plastic on the
[0023]
FIG. 2 is a diagram showing another embodiment of the magnifying optical device manufactured by the magnifying optical device manufacturing method according to the present invention.
In the optical device manufacturing method according to the present embodiment, in the above-described embodiment, the light guide 6 (7) is positioned on the axis of the polymer optical fiber 4 as the distance from one end surface of the polymer optical fiber 4 increases. The cross-sectional area in the vertical direction is formed to be large. In this embodiment, in order to further enlarge or reduce the image, in this manufacturing method, a plurality of the polymer optical fibers 4 are adjacent to each other by the interval between one end faces of the adjacent polymer optical fibers. After bundling so that the interval between the other end faces of the polymer optical fibers is increased, the end faces of the bundled polymer optical fibers 4 are immersed in a photo-curing resin, and the end faces of the plurality of polymer optical fibers 4 are The light guide 6 is formed in the above.
[0024]
In the optical device of this embodiment, a plurality of polymer optical fibers 4 are fixed to fixing means 3 and 5 on the
[0025]
FIG. 3 is a diagram showing another embodiment of the magnifying optical device manufactured by the method for manufacturing an optical device according to the present invention.
The optical device manufacturing method according to the present embodiment is the optical device manufacturing method according to each of the above-described embodiments, in which the light guide 6 (7) is formed on one end face of the polymer optical fiber 4 by the optical device manufacturing method. Is immersed in a photo-curing resin, and light having a wavelength in the vicinity of 365 nm is incident from the end surface on the side where the light guide path 6 (7) is formed, so that the photo-curing resin is cured and also applied to the other end surface. The light guide 7 (6) is formed. In this embodiment, in order to further enlarge or reduce the image, in this manufacturing method, a plurality of the polymer optical fibers 4 are adjacent to each other by the interval between one end faces of the adjacent polymer optical fibers. After bundling so that the interval between the other end faces of the polymer optical fibers is increased, the end faces of the bundled polymer optical fibers 4 are immersed in a photo-curing resin, and the end faces of the plurality of polymer optical fibers 4 are The
[0026]
The optical device of this embodiment has a configuration that incorporates the merits of both of the above-described two embodiments (see FIGS. 1 and 2), and both the
Hereinafter, the result of verifying each of the above-described embodiments will be described.
[0027]
(Example 1: See FIG. 1)
Step 1:
100 plastic optical fibers SK10 (core / clad = 245/250 μm) manufactured by Mitsubishi Rayon Co., Ltd. are prepared, and one end of each of these fibers is attached to a
[0028]
Step 2:
The other end of the fiber fixed to the plastic plate in
[0029]
Step 3:
The enlarged surface of the fiber bundle obtained in
Two conditions of light were used as light emitted from the light source.
[0030]
<
The light from the light source was irradiated to the polymer optical fiber as it was at a light irradiation intensity of 1000 mW / cm 2 for 15 seconds, and an attempt was made to create a tapered light guide portion at the tip of the polymer optical fiber 4. However, no light guide was formed at the tip of the optical fiber 4 even when irradiated with light. When the polymer fiber portion irradiated with light was observed with a microscope, it was observed that the fiber 4 was melted and the optical polishing surface was melted and rounded. This is presumably because light in the vicinity of 300 nm out of the light from the light source was absorbed by the polymer optical fiber, the temperature of the fiber increased, and the fiber melted.
[0031]
<
For the purpose of irradiating the photocurable resin only with the bright line near 365 nm of the light from the light source, an UV bandpass filter U-360 manufactured by Edmond Co. was inserted between the light source and the image plane. An irradiation with a light irradiation intensity of 1000 mW / cm 2 was performed for 15 seconds, and an attempt was made to create a tapered light guide section 6 at the tip of the polymer optical fiber 4. Unlike the case of
[0032]
Step 4:
For the purpose of fixing the tapered light guide 6 formed on the enlarged surface, a fluorinated epoxy resin having a refractive index lower than that of the photocured resin was applied to the surface on which the tapered light guide 6 was formed and cured. Thereafter, the surface of the light guide path was optically polished so that the length of the tapered light guide path was 1 mm. The diameter of the polished tapered light guide 6 at this time was 800 μm.
The sample created in this way is designated as Sample No. Set to 1.
[0033]
(Example 2: See FIG. 2)
Step 3:
The
[0034]
Step 4:
For the purpose of fixing the tapered
The sample created in this way is designated as Sample No. 2.
[0035]
(Example 3: See FIG. 3)
Step 5:
The
[0036]
Step 6:
For the purpose of fixing the tapered
The sample created in this way is designated as Sample No. 3.
[0037]
(Comparative example 1: see FIG. 6)
Step 1:
100 plastic optical fibers SK10 (core / clad = 245/250 μm) manufactured by Mitsubishi Rayon Co., Ltd. were prepared. One end of each of these
[0038]
Step 2:
The other end of the
The sample prepared in this way is referred to as Comparative Example 1.
[0039]
(Evaluation result of the created sample)
Characteristics as a magnifying optical device for a light emitting device with respect to the sample thus created (the ratio of the amount of light emitted to the enlargement surface to the amount of light irradiated on the image surface. In FIG. 4, it is expressed in% in terms of light transmission efficiency) 4 and FIG. 4 shows characteristics as a magnifying optical device for the reflection device (ratio of the amount of light emitted to the image surface to the amount of light irradiated on the magnifying surface. In FIG. 4, it is expressed as% in terms of reflection efficiency).
[0040]
As can be seen from the evaluation of Examples 1 to 3 of the present invention and Comparative Example 1, the reflection efficiency is higher in Examples 1 and 3 in which the tapered light guide 6 is provided on the
[0041]
【The invention's effect】
(Effects corresponding to the inventions of
By using light having a wavelength of around 365 nm as light for curing the photo-curing resin without melting the polymer optical fiber, a tapered light guide can be formed even when the polymer optical fiber is used. Further, by using an emission line having a wavelength of around 365 nm emitted from a high pressure mercury lamp as light incident on the polymer optical fiber, a tapered light guide using the polymer optical fiber can be created with an inexpensive light source. In addition, the cross-sectional area of the light guide becomes larger as the shape of the light guide becomes farther from the end face of the optical fiber, which increases the aperture ratio of the light guide on the enlargement surface, and enlarges the reflection type image device. A bright enlarged image is obtained. In addition, by applying to the image plane, the aperture ratio of the light guide is increased, and a bright enlarged image is obtained when the light emitting image device is enlarged. Furthermore, by forming a tapered light guide path in a bundle of a plurality of polymer optical fibers, a thin, lightweight and bright image enlarging device can be realized.
[0044]
(Effects corresponding to the inventions of
After creating an optical light guide on one end face of the polymer optical fiber, the other end face is immersed in a photo-curing resin, and light is incident from the end face on the side where the optical light guide is created. The aperture ratio can be increased, and a bright enlarged image can be obtained regardless of whether the image device is a reflection type or a light emission type.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing an embodiment of an enlarged optical device manufactured by an optical device manufacturing method according to the present invention.
FIG. 2 is a view showing another embodiment of the magnifying optical device manufactured by the method for manufacturing an optical device according to the present invention.
FIG. 3 is a view showing another embodiment of the magnifying optical device manufactured by the method for manufacturing an optical device according to the present invention.
FIG. 4 is a chart showing a comparison result between the present invention and the related art regarding characteristics as a magnifying optical device for light emitting devices and characteristics as a magnifying optical device for reflection devices;
FIG. 5 is a view showing a thin image enlargement display device according to the prior art.
FIG. 6 is a schematic diagram showing a thin image enlargement device according to the prior art.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記複数本の高分子光ファイバを溶融させることなく前記光硬化樹脂を硬化させる光として、高圧水銀灯から放射される365nm近傍の波長をバンドパスフィルタにより抽出する工程と、
前記複数本の高分子光ファイバを、隣り合う高分子光ファイバの一方の端面の間隔より該隣り合う高分子光ファイバの他方の端面の間隔が大きくなるように束ねる工程と、
該束ねる工程の後に前記抽出した光で前記光硬化樹脂を硬化させることにより、前記複数本の高分子光ファイバの一方の端面から遠くなるに従って該複数本の高分子光ファイバの軸に垂直な方向の断面積が大きくなる前記導光路を、前記複数本の高分子光ファイバの一方の端面に形成する工程と、
を有することを特徴とする光学ディバイスの製造方法。 In a manufacturing method of an optical device in which one end face of a plurality of polymer optical fibers is immersed in a photo-curing resin and light is incident from the other end face to cure the photo-curing resin to form a light guide path.
Extracting a wavelength near 365 nm emitted from a high-pressure mercury lamp as a light for curing the photo-curing resin without melting the plurality of polymer optical fibers by a band-pass filter;
Bundling the plurality of polymer optical fibers so that the distance between the other end faces of the adjacent polymer optical fibers is larger than the distance between the one end faces of the adjacent polymer optical fibers;
Bundle sleeping by a light that the extracted after the step to cure the photocurable resin, the plurality of the direction perpendicular to the axis of the plurality of plastic optical fiber in accordance with the distance from one end surface of the polymer optical fiber Forming the light guide path having a large cross-sectional area on one end face of the plurality of polymer optical fibers; and
A method for producing an optical device, comprising:
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