JP4730490B2 - Manufacturing method of optical fiber with display function - Google Patents
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Description
【0001】
本発明は、表示機能を持つ光ファイバーの作製方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
光ファイバー中に回折格子を記録し、その波長選択性を利用して光分波器・光合波器・ファブリーペロー干渉計等を作製する技術は実用化されている(例えば、特開平11−84623号)。
【0003】
一般に、図5に示すように、コア2とその周りのクラッド3とからなる光ファイバー1に近接して計算機生成ホログラムあるいは位相シフトマスク4を配置し、光ファイバー1に吸収されるエキシマレーザ光やアルゴンレーザ光5を計算機生成ホログラム(位相シフトマスク)4に照射し、それから生じる異なる次数の回折光6と7を光ファイバー1中で干渉させて光ファイバー1中に屈折率変化を生起させて干渉縞8を記録する方法が用いられている。その屈折率変化はガラス中の酸化ゲルマニウムの拡散により生成される。
【0004】
また、従来から、電飾看板やプロジェクター等の自発光する表示装置はあったが、何れも装置が大型で大重量となる問題があった。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は従来技術のこのような現状に鑑みてなされたものであり、その目的は、光ファイバー内を導波する光をその外へ回折させて所望の表示が可能な表示機能を持つ光ファイバーの作製方法を提供することである。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明の表示機能を持つ光ファイバーは、内部に体積型ホログラム若しくは回折格子が記録されており、内部を導波する光が回折されて側面から特定のパターンが出射されることを特徴とするものである。
【0007】
この場合、光ファイバーの軸に沿った方向に並んで複数の要素回折格子が記録されており、その要素回折格子は内部を導波する光をそれぞれ特定の方向に回折するものであり、これらの回折光の集積により特定のパターンを生じるようになっていてもよい。
【0008】
また、特定のパターンが2次元画像であり、光ファイバーの軸に沿った方向に並んだ複数個の異なるホログラムから複数の2次元画像が再生されるようにしてもよい。
【0009】
また、光ファイバー中に複数の体積型ホログラム若しくは回折格子が記録されており、各体積型ホログラム若しくは回折格子は異なった波長の光を選択的に回折するものであってもよい。
【0010】
本発明の表示機能を持つ光ファイバーの作製方法は、光ファイバー中に導波させた光と側面から入射された光の干渉により内部に体積型ホログラム若しくは回折格子を記録することを特徴とする方法である。
【0011】
この場合、光ファイバー中を導波する光が回折して側面から出射される構成の干渉縞を、光ファイバーの側面からの2光束による干渉で作製することもできる。
【0012】
この場合、側面から入射する光の中の少なくとも一方は、光ファイバーと屈折率整合液を介して密接された光透明体を介して入射するようにすることが望ましい。
【0013】
また、側面から入射する光は計算機生成ホログラムにより発生することもできる。
【0014】
本発明においては、内部に体積型ホログラム若しくは回折格子が記録されており、内部を導波する光が回折されて側面から特定のパターンが出射されるので、極めて軽量で細い光ファイバーを用いて簡単な作製方法により多彩な表示が可能な光ファイバーが得られる。
【0015】
【発明の実施の形態】
本発明の表示機能を持つ光ファイバーの原理は、光ファイバーの内部に体積型ホログラム若しくは回折格子を記録して、光ファイバーに光導波機能に加えて、その導波する光を側面から外へ回折して特定のパターンを表示する機能を付与し、それにより極めて小型の表示装置を実現するものである。以下、その作製方法を含めて実施例に基づいて説明する。
【0016】
図1に本発明の実施例1の表示機能を持つ光ファイバーの作製方法(a)とその表示機能(b)を示す。図1(a)に示すように、光ファイバー1の側面に沿って表示物体10を配置し、照明光11で照明すると、表示物体10から物体光12が生じる。一方、光ファイバー1中には照明光11と可干渉な参照光13を導波しておくと、光ファイバー1の側面から内部に入射した物体光12と光ファイバー1内を導波する参照光13とが光ファイバー1内部で干渉して体積型ホログラム14の干渉縞が屈折率変化(位相型)として記録される。
【0017】
図1(b)に示すように、このような体積型ホログラム14に参照光13と反対に進む同じ波長の導波光15が入射すると、記録のときの物体光12と反対に進む表示光(再生光)16が光ファイバー1側面から外に出て元の表示物体10の位置にその像17を結像する。したがって、体積型ホログラム14が記録された光ファイバー1に導波光15を通すと、表示像17が表示され観察あるいは投影が可能になる。
【0018】
なお、導波光15を参照光13と同じ方向から入射させる場合は、表示光(再生光)16は表示物体10の位置にその虚像を表示することになる。
【0019】
図2に本発明の実施例2の表示機能を持つ光ファイバーの作製方法を示す。この実施例は、表示パターン10’を持つ表示物体を用意する代わりに、表示パターン10’の各画素から光ファイバー1の方向に別々に出る複数のビーム状の物体光121 、122 、123 、124 、125 、・・・・を発生させ、この複数のビーム状の物体光121 、122 、123 、124 、125 、・・・・を同時にあるいは順次光ファイバー1の側面から内部に入射させ、それら物体光121 、122 、123 、124 、125 、・・・・と光ファイバー1内を導波する参照光13とを光ファイバー1内部の異なる位置あるいは同じ位置で干渉させて物体光121 、122 、123 、124 、125 、・・・・の数に対応する数の体積型回折格子(ホログラム)141 、142 、143 、144 、145 、・・・・を屈折率変化(位相型)として記録するものである。同じ位置に複数の体積型回折格子(ホログラム)を記録する場合は、多重記録になる。
【0020】
この場合も、図1(b)の場合と同様に、参照光13と反対に進む同じ波長の導波光を光ファイバー1中を通して体積型回折格子(ホログラム)141 、142 、143 、144 、145 、・・・・に入射させると、記録のときの物体光121 、122 、123 、124 、125 、・・・・と反対に進む表示光(再生光)が光ファイバー1側面から外に出て、これらの回折光の集積により元の表示パターン10’の像が表示される。この場合も、導波光を参照光13と同じ方向から入射させて表示パターン10’の虚像を表示することもできる。
【0021】
図3に本発明の実施例3の表示機能を持つ光ファイバーの作製方法(a)とその表示機能(b)を示す。ホログラムの記録は再生と同一波長で行うのが望ましいが、光ファイバーの場合は、ガラス材料が吸収を持つ紫外光(KrFエキシマレーザの波長248nm、ArFエキシマレーザの波長193nm等)でないと記録できないのが現状である。紫外光で再生を行う場合なら問題はないが、表示に用いる場合は、当然ながら可視光による再生が必要である。そこで、この実施例においては、紫外光で記録し、可視光で再生する具体例である。
【0022】
記録の際は、図3(a)に示すように、物体光12と参照光13’が光ファイバー1の側面から入射しやすいようにするためのプリズム18を屈折率整合液(インデックスマッチング液)19を介して光ファイバー1の側面に密接させ、プリズム18の別々の面から表示物体10から物体光12とそれと可干渉な参照光13’を入射させ、光ファイバー1内部で干渉させて体積型ホログラム14を記録する。その干渉縞を20とし、その干渉縞20の方向をaとする(干渉縞20は曲面であるが、その中心となる干渉縞20の接平面の方向とする。)。
【0023】
ここで、具体例として、物体光12と参照光13’の記録波長を248nmのKrFエキシマレーザ光とし、体積型ホログラム14の再生波長を630nmの半導体レーザ光とする。
【0024】
そして、体積型ホログラム14の干渉縞20の方向aの光ファイバー1の軸に対する傾きを45°とし、下記のように記号を付ける。
・干渉縞20の方向aに対する再生時の照明光と再生光の角度θi =45°(図3(b))
・干渉縞20のピッチ:d
・記録時の物体光12と参照光13’の干渉縞20の方向aに対する角度:φr (図3(a))
・記録波長λr =248nm
・再生波長λi =630nm
この場合、次の式が成り立つ。
【0025】
2sinθi =λi /d
2sinφr =λr /d
これから計算すると、
d=0.446μm
φr =16.2°
上記の値を満たすような角度φr =16.2°で物体光12と参照光13’を光ファイバー1の側面から入射させて露光することにより、干渉縞20の傾きが光ファイバー1の軸に対して45°となる体積型ホログラム14が光ファイバー1に記録される。なお、このとき、光ファイバー1のコア2とクラッド3の間に屈折率差が存在するが、何れの光束12、13’共光ファイバー1の軸に対してある程度角度をなすので、コア2とクラッド3の界面で屈折してある程度進行方向が変わることはあっても、全反射してしまうことはない。また、光ファイバー1に直接物体光12と参照光13’を照射すると、光ファイバー1の円筒面がレンズ作用をしてしまうので、上記のように、屈折率整合液19を介して入射面が平面のプリズム18を密着することが望ましい。
【0026】
このようにして紫外光で記録した体積型ホログラム14に、図3(b)に示すように、可視光(波長:630nm)の導波光15’を入射させると、表示光(再生光)16’が光ファイバー1側面から外に出て表示像17’を結像する。したがって、体積型ホログラム14が記録された光ファイバー1に導波光15’を通すと、表示像17’が表示され観察あるいは投影が可能になる。この場合も、導波光15’を反対方向から入射させて表示像17’の虚像を表示することもできる。
【0027】
この場合、記録時に物体光12はプリズム18を通して入射するが、再生光はプリズム18を通らないため、光ファイバー1側面で屈折して歪みが生じる。これを補正するような物体光12を用いるのが望ましい。
【0028】
なお、このように、記録波長と再生波長が異なる場合、再生像に収差が生ずるので、この収差を予め補正するような物体光12を用意することが望ましい。そのためには、例えば歪めた被写体を用いる等。
【0029】
図4に本発明の実施例4の表示機能を持つ光ファイバーの構成を示す。以上の実施例では、光ファイバー1に記録された体積型ホログラムあるいは体積型回折格子から回折される波長は1つの場合であったが、図4の場合は、異なるR(赤色)、G(緑色)、B(青色)3つの波長それぞれで回折する3つの体積型ホログラム14R 、14G 、14B を以上の何れかの実施例の方法で光ファイバー1中に多重記録あるいは異なる位置に記録し、再生して表示する場合の導波光15”として同じ3つの波長を含む光をこれら体積型ホログラム14R 、14G 、14B に入射させて、それらから表示光(再生光)16R 、16G 、16B を同時に回折させ、表示面上で重ね合わせてフルカラーの表示像17”を表示するようにしたものである。
【0030】
なお、記録する物体光12等は、実際の表示物体10から発生させる必要はなく、例えば計算機生成ホログラムにより発生させるようにしてもよい。
【0031】
以上、本発明の表示機能を持つ光ファイバーとその作製方法を実施例に基づいて説明してきたが、本発明はこれら実施例に限定されず種々の変形が可能である。例えば、光ファイバーの軸に沿った方向に複数の体積型ホログラムを記録し、各体積型ホログラムから別々に複数の2次元画像を再生するようにすることもできる。
【0032】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明の表示機能を持つ光ファイバー及びその作製方法によると、内部に体積型ホログラム若しくは回折格子が記録されており、内部を導波する光が回折されて側面から特定のパターンが出射されるので、極めて軽量で細い光ファイバーを用いて簡単な作製方法により多彩な表示が可能な光ファイバーが得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例1の表示機能を持つ光ファイバーの作製方法とその表示機能を示す図である。
【図2】本発明の実施例2の表示機能を持つ光ファイバーの作製方法を示す図である。
【図3】本発明の実施例3の表示機能を持つ光ファイバーの作製方法とその表示機能を示す図である。
【図4】本発明の実施例4の表示機能を持つ光ファイバーの構成を示す図である。
【図5】従来の光ファイバー中に回折格子を記録する方法を説明するための図である。
【符号の説明】
1…光ファイバー
2…コア
3…クラッド
4…計算機生成ホログラム(位相シフトマスク)
5…紫外レーザ光
6、7…回折光
8…干渉縞
10…表示物体
10’…表示パターン
11…照明光
12、121 、122 、123 、124 、125 …物体光
13、13’…参照光
14、14R 、14G 、14B …体積型ホログラム
141 、142 、143 、144 、145 …体積型回折格子(ホログラム)
15、15’…導波光
16、16’、16R 、16G 、16B …表示光(再生光)
17、17’…表示物体の像(表示像)
18…プリズム
19…屈折率整合液(インデックスマッチング液)
20…干渉縞[0001]
The present invention relates to a method for manufacturing an optical fiber having a display function.
[0002]
[Prior art]
A technique for recording a diffraction grating in an optical fiber and making an optical demultiplexer, an optical multiplexer, a Fabry-Perot interferometer, etc. by utilizing the wavelength selectivity has been put into practical use (for example, JP-A-11-84623). ).
[0003]
In general, as shown in FIG. 5, a computer generated hologram or phase shift mask 4 is disposed in the vicinity of an optical fiber 1 composed of a core 2 and a cladding 3 around the core 2, and excimer laser light or argon laser absorbed by the optical fiber 1.
[0004]
Conventionally, there have been self-luminous display devices such as electric signboards and projectors, but all have problems that the devices are large and heavy.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention has been made in view of the current state of the prior art, and an object of the present invention is to produce an optical fiber having a display function capable of diffracting light guided in the optical fiber to the outside and performing a desired display. Is to provide a method.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
The optical fiber having a display function of the present invention that achieves the above object has a volume hologram or diffraction grating recorded therein, and the light guided through the inside is diffracted and a specific pattern is emitted from the side surface. It is a feature.
[0007]
In this case, a plurality of element diffraction gratings are recorded side by side in the direction along the axis of the optical fiber, and each element diffraction grating diffracts the light guided inside in a specific direction. A specific pattern may be generated by the integration of light.
[0008]
The specific pattern may be a two-dimensional image, and a plurality of two-dimensional images may be reproduced from a plurality of different holograms arranged in a direction along the axis of the optical fiber.
[0009]
Also, a plurality of volume holograms or diffraction gratings may be recorded in the optical fiber, and each volume hologram or diffraction grating may selectively diffract light having a different wavelength.
[0010]
The method for producing an optical fiber having a display function according to the present invention is a method characterized in that a volume hologram or a diffraction grating is recorded inside by interference between light guided in the optical fiber and light incident from a side surface. .
[0011]
In this case, an interference fringe having a configuration in which light guided in the optical fiber is diffracted and emitted from the side surface can be produced by interference by two light beams from the side surface of the optical fiber.
[0012]
In this case, it is desirable that at least one of the light incident from the side surface is incident through an optical transparent body that is in close contact with the optical fiber via the refractive index matching liquid.
[0013]
In addition, light incident from the side surface can be generated by a computer generated hologram.
[0014]
In the present invention, a volume hologram or diffraction grating is recorded inside, and the light guided inside is diffracted and a specific pattern is emitted from the side surface. Depending on the manufacturing method, an optical fiber capable of various displays can be obtained.
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The principle of the optical fiber having a display function of the present invention is that a volume hologram or diffraction grating is recorded inside the optical fiber, and in addition to the optical waveguide function, the guided light is diffracted from the side to the outside and specified. The function of displaying the pattern is added, thereby realizing a very small display device. Hereinafter, the manufacturing method will be described based on examples.
[0016]
FIG. 1 shows a manufacturing method (a) of an optical fiber having a display function of Example 1 of the present invention and its display function (b). As shown in FIG. 1A, when a
[0017]
As shown in FIG. 1B, when guided
[0018]
When the guided
[0019]
FIG. 2 shows a method of manufacturing an optical fiber having a display function according to the second embodiment of the present invention. In this embodiment, instead of preparing a display object having the
[0020]
In this case as well, similarly to the case of FIG. 1B, volume-type diffraction gratings (holograms) 14 1 , 14 2 , 14 3 , 14 4 are guided through the optical fiber 1 with the same wavelength traveling in the opposite direction to the
[0021]
FIG. 3 shows a manufacturing method (a) of an optical fiber having a display function according to the third embodiment of the present invention and a display function (b) thereof. Hologram recording is preferably performed at the same wavelength as reproduction. However, in the case of an optical fiber, recording is possible only with ultraviolet light (KrF excimer laser wavelength 248 nm, ArF excimer laser wavelength 193 nm, etc.) absorbed by the glass material. Currently. When reproducing with ultraviolet light, there is no problem, but when used for display, it is naturally necessary to reproduce with visible light. Therefore, this embodiment is a specific example of recording with ultraviolet light and reproducing with visible light.
[0022]
At the time of recording, as shown in FIG. 3A, a prism 18 for making the
[0023]
Here, as a specific example, the recording wavelength of the
[0024]
And the inclination with respect to the axis | shaft of the optical fiber 1 of the direction a of the
The angle θ i = 45 ° between the illumination light during reproduction and the reproduction light with respect to the direction a of the interference fringe 20 (FIG. 3B)
The angle of the
Recording wavelength λ r = 248 nm
・ Reproduction wavelength λ i = 630 nm
In this case, the following equation holds.
[0025]
2 sin θ i = λ i / d
2sinφ r = λ r / d
From this calculation,
d = 0.446 μm
φ r = 16.2 °
By exposing the
[0026]
When the guided light 15 ′ of visible light (wavelength: 630 nm) is incident on the
[0027]
In this case, the
[0028]
As described above, when the recording wavelength and the reproduction wavelength are different from each other, an aberration occurs in the reproduced image. Therefore, it is desirable to prepare object light 12 that corrects this aberration in advance. For this purpose, for example, a distorted subject is used.
[0029]
FIG. 4 shows the configuration of an optical fiber having a display function according to the fourth embodiment of the present invention. In the above embodiment, the wavelength diffracted from the volume hologram or volume diffraction grating recorded on the optical fiber 1 is one, but in the case of FIG. 4, different R (red) and G (green) are used. , B (blue) Three
[0030]
Note that the
[0031]
As described above, the optical fiber having the display function of the present invention and the manufacturing method thereof have been described based on the embodiments. However, the present invention is not limited to these embodiments, and various modifications are possible. For example, a plurality of volume holograms can be recorded in a direction along the axis of the optical fiber, and a plurality of two-dimensional images can be reproduced separately from each volume hologram.
[0032]
【The invention's effect】
As is clear from the above description, according to the optical fiber having the display function of the present invention and the manufacturing method thereof, the volume hologram or diffraction grating is recorded inside, and the light guided inside is diffracted from the side surface. Since a specific pattern is emitted, an optical fiber capable of various displays can be obtained by a simple manufacturing method using an extremely light and thin optical fiber.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a method for producing an optical fiber having a display function according to a first embodiment of the present invention and a display function thereof.
FIG. 2 is a diagram showing a method for producing an optical fiber having a display function according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a diagram showing a method of manufacturing an optical fiber having a display function according to a third embodiment of the present invention and the display function.
FIG. 4 is a diagram illustrating a configuration of an optical fiber having a display function according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a diagram for explaining a method of recording a diffraction grating in a conventional optical fiber.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Optical fiber 2 ... Core 3 ... Cladding 4 ... Computer-generated hologram (phase shift mask)
5 ...
15, 15 '... guided light 16,16', 16 R, 16 G , 16 B ... display light (reproducing light)
17, 17 ′... Display object image (display image)
18 ...
20 ... interference fringes
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