JPH01193702A

JPH01193702A - 光フアイバ製光学素子

Info

Publication number: JPH01193702A
Application number: JP62122515A
Authority: JP
Inventors: Shuichiro Tokuda; 徳田　修一郎; Michihiro Yamamoto; 山本　道裕; Ichiro Tajima; 一郎田島
Original assignee: Mitsubishi Rayon Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Rayon Co Ltd
Priority date: 1986-06-18
Filing date: 1987-05-21
Publication date: 1989-08-03

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は光ファイバよシなる光伝送用光学素子に関する
ものであシ、とくに光ファイバの光放射端の形状を特定
の構造のものとした、光学的表示装置に有用に用いう、
る光ファイバよりなる光伝送用光学素子に関するもので
ある。

〔従来の技術〕

光ファイバを用い九光学表示装置としては特開昭５９一
端９８４０６号に示されたものは、光ファイバ軸に対し
鉛直な光放射面を有する光ファイバを表示パネルに植設
し、光ファイバの他端を集束し光源に対向せしめたもの
である。

この光学表示装置に用いられている光ファイバはその元
放射端面が光ファイバ軸に対し鉛直な面を形成している
ものである。これらの光表示装置に用いられている上述
した如き光放射端面を有する光ファイバは、その直径が
１０μｍ　〜数組と小さいため、光表示しようとする面
積中にしめる光ファイバの総断面積は著るしく小さなも
のとなることはさけられず、所望の表示面積を有する光
表示装置を作るには極めて多数本の光ファイバを用いる
ことが必要である。また、この構造の光表示装置におい
て光ファイバとしてプラスチック系光ファイバを用いて
も、光ファイバ放射面からの光放射角度は精々光軸に対
して±５０°の範囲以内となるため、指向性の高い光表
示体となるため、広視野角度の光表示体となし得ないと
いう難点がある。

光表示面の表示面を出来るため大きくした光ファイバを
用いた光表示装置が特開昭５）−８６７０９号公報及び
特開昭５）−７１７８２号公報に示されている。これら
の光表示装置は第４図にその斜視図を第５図にその断面
図を示す如き構造の光表示装置である。この表示装置は
光ファイバ（４１）をＹＺ軸方向に多数並べて光源に対
向させて画像入射面とし、他端の表示面は光ファイバ軸
Ｘ方向に対し斜面（４５）を形成することによって表示
面の拡大化を図っている。第４図に示す如く、入射画像
（４２）が拡大された光表示面（４５）に拡大表示画像
Ｃ’１−５）として表示される。すなわち、第５図に示
す如く、画像入射面（５４）に入射した入射光（５６）
は外部に光がもれることなくその内部で反射を繰返しな
がら光学繊維（５１）内を矢印方向に進行し光表示面（
５５）から出射する。

この光表示装置は画像入射面の総面積に対し、画像表示
面の総面積が極めて大きいため、表示画像の明るさがた
りず、全体としてみにくい画像表示となる難点がある。

また、第６図（Ａ）　Ｋ示す如く光放射面を光ファイバ
軸に対し鉛直とした光放射端を有する光ファイバ（５）
）の光放射端（６２）からの光放射角は±３０°の範囲
にあるが、第６図＋Ｂｌに示す如く光放射端面（６３）
を元ファイＩ＜軸に対し傾斜面としたものの、光放射面
よシの放射光は（６４）、（６５）に示す如く、光ファ
イバ軸方向への指刀性が高くなシ光表示体としての視野
角が更に狭いものとなる。更に、光ファイバ中を伝送さ
れてきた光束は傾斜した光放射面（６５）で（６６）の
如く反射を受け、光ファイバ（３１）の背面（３７）を
通過して漏光するため、放射光量の低下を招き、表示画
像が暗くなるという難点がある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は上述した如き難点のない、視野角度が広く、光
量低下のない光放射端面を有する元ファイバよりなる光
学素子を得ることを目的として検討した結果得られたも
のである。

本発明は式ｆｉｌを満足する屈折率ｎ、なる光学素材で
作られた芯の外周に、屈折率ｎ２　　なる光学素材で作
られた鞘を設けた芯−鞘構造の光ファイバであり、少な
くとも当該光ファイバの光放射面が光ファイバ軸に対し
傾斜角０なる傾斜面を形成しておシ、該光放射面の外周
に光反射層を設けたことを特徴とする元ファイバ光学素
子にある。

ｎ、−ｎ２≧０．０１　　　　　　　（１）本発明の光
学素子を構成する光ファイバの芯成分の屈折率と鞘成分
との屈折率の差が０．０１未満なる関係のものは光伝送
性が低下するので好しくなく、本発明においてはｎ　１
　　ｎ　２は常ＫＯ１０１以上なる関係を満しているこ
とが必要である。

本発明の光学素子を作るに際して用いる光ファイバとし
ては石英系光ファイバ、プラスチック系光ファイバいず
れをも用いうるが可撓性に優れ、端面加工を施し易い１
ラスナツク糸光ファイバがよシ好しい。

本発明の光学素子を作るに際して用いるプラスチック系
光ファイバを構成する芯−鞘の２成分溝造を構成するプ
ラスチックとしてはポリメチルメタクリレート又はポリ
メチルグルタルイミド（ｎ＝１．４９）およびメチルメ
タクリレートを主成分とするコポリマー（ｎ＝１．４７
〜１．５０　）、ポリスチレン（ｎ＝１．５８）および
スチレンを主成分とするコポリマー（ｎ　＝　１５０〜
１．５８）、スチレンアクリロニトリルコポリマー（ｎ
一端，５６）、ポリ４−メチルペンテン一端（ｎ＝１．
４６　）、エチレン／酢ビコポリマー（ｎ＝Ｌ４６〜１
．５０　）、ポリカーボネート（ｎ＝１．５０〜１．５
７）、ポリクロロスチレン（ｎ＝１．５））、ポリ塩化
ビニリデン（ｎ＝１．６　ｓ　）、ポリ酢酸ビニル（ｎ
＝１．４７）、メチルメタクリレート／スチレン、ビニ
ルトルエン又はα−メチルスチレン／無水マレイン酸三
元コポリマー又は四元コポリマー（ｎ＝１．５０〜１．
５８）、ポリジメチルシロキサン（ｎ＝１．４０　）、
ポリアセタール（ｎ＝１・４８）、ポリテトラフルオロ
エチレン（ｎ＝Ｌ５５　）、ホリ７フ化ビニリデン（ｎ
＝１．４２）、ポリトリフルオロエチレン（ｎ”　１．
４０　）１．＃＜−フルオロ１０ピレン（ｎ＝１．３ａ
）、およびこれら７ツ化エチレンの二元糸又は三元系コ
ポリマー（ｎ＝１．３５〜１．４０　）、ポリ７ツ化ビ
ニリデン／ポリメチルメタクリレートのフ゛レンドボリ
マ−（ｎ＝　１．４２〜１．４６　）、一般式ＯＨ２”
Ｃ（（Ｈ，）ＯＯＯＲｆで表わされるフッ化メタクリレ
ートを主成分とするポリマー、但しＲｔが（ＯＨ２）。

（ＯＦ２）、Ｆで表わされるもの（但し、ｍは１〜６の
整数、ｌは１〜１０の整数ｎ　＝　１．３７〜１．４０
　）、Ｒｔ　が（ＯＨ２）ｍ（ＯＦ２）、Ｈで表わされ
るもの（但しｍ、ｌ！は前記に同じｎ　＝　１．３７〜
’１．４２　）　、Ｒｆが０Ｈ（ＣＦ５）２　　で表わ
されるもの（ｎ＝１．３８）、Ｒｆが０（ＯＦ、）５　
　で表わされるもの（ｎ＝１．＋５６）、Ｒｔが０Ｈ２
０Ｆ２０ＨＦＣ１Ｆ３で表わされるもの（ｎ＝１．４０
）、Ｒｆが０Ｈ２０Ｆ（ＯＦ、）２　　で表わされるも
の（ｎ＝１．３７）、およびこれらのフッ化メタクリレ
ートのコポリマー（ｎ＝＝１．３６〜１．４０）、およ
びこれらのフッ化メタクリレートとメチルメタクリレー
トコポリマー（ＯＨ２）Ｉｎ（ｃＦ２）、ｒで表わされ
るもの（＋１．／は前記に同じｎ＝１．３７〜１．４０
）、Ｒｆ　が（ｃｏ２）ｍ（ＣＦ２）ｚＨで表わされる
もの（ｍ、ｌは前記に同じｎ＝１．３７〜１．４２　）
、Ｒｔ　　が０Ｈ（ＣＦ３）２　　で表わされるもの（
ｎ＝１．３ｓ）、Ｒｆ　がｃ（ｃｌｒ３）、で表わされ
るもの（ｎ＝ｔ、３６）、Ｒｔが０Ｈ２０Ｆ２ＣＨＦＯ
Ｆ、で表わされるもの（ｎ＝１．４０）、Ｒｆが０Ｈ２
０Ｆ（ＯＦ、）。

で表わされるもの（ｎ＝１．ｓ７）、およびこれらのフ
ン化メタクリレートのコポリマー（ｎ＝１．３６〜１．
４０）、およびこれらのフン化メタクリレートとメチル
メタクリレートコポリマー（ｎ＝１．３７〜１．４３）
、一般弐ＣＨ２＝ＣＨ−００ＯＲ’ｆ　　で表わされる
７フ化アクリレートを主成分とするポリマー、但しＲ’
ｒ　が（ｃｌ（２）！ｌ１（ａｔ２）、ｒで表わされる
もの（但し、ｍ。

ｌは前記に同じｎ＝　１．３７〜１．４０　）、Ｒ’ｔ
　が（ａＨ２）ｌｌ（ａｔ２）、Ｈで表わされるもの（
但しｍ。

ｔは前記に同じｎ＝１．ｓ　ｙ　〜１．４１　）、Ｉｔ
　がＯＨＯＦ　０ＨＣＦ　で表わされるもの（ｎ＝１．
４１）、Ｒ’ｆが０Ｈ（ＣＦ、）２で表わされるもの（
ｎ＝ｔ、３Ｂ）、およびこれらフッ化アクリレートコポ
リマー（ｎ＝１．３６＝１．４１　）、およびこれらフ
ン化アクリレートと前記フン化メタクリレートコポリマ
ー（ｎ＝１．３６〜１．４１）、およびこれらフン化ア
クリレートと７フ化メタクリレートとメチルメタクリレ
ートコポリマー（ｎ＝１．３７〜１．４　ｓ　）、一般
式０Ｈ２＝　ａｔ−ｃｏｏ＊ｒ　　で表わされる２−フ
ルオロアクリレートを主成分とするホモポリマー又はコ
ポリマー（ｎ＝Ｌ３７〜１．４２）、〔但しＲ’ｒがＯ
Ｈ，、（（ｉＨ２）、１１（ＯＦ２）ｎＦ　、　（ＯＨ
２）、（ＯＦ２）、Ｈ。

０Ｈ２０Ｆ２０ＨＦＣＦ、、ｃ（ａｙ、）２　　などで
表わされルモの〕含フツ素アルキルフマル酸エステルポ
リマー（ｎ＝１．３ｏ〜１．４２　）などを挙げること
ができる。これらポリマーは式ｆｌ＋で示した条件を満
足するように組合せて光ファイバを作ればよい。

第１因は本発明の光学素子の光放射部の斜視図である。

同図中（１１）は芯−鞘型光ファイバでろ、＋２、（１
２）＃′ｉ光ファイバのコア面に直接設けた光反射層を
、（１４）は光ファイバ軸に対し角度θなる傾斜面を備
え次光放射面であり、（１ｓ）（−ｒ、クラッド層を示
す。

第２図は、本発明の光学素子の光放射部の他の態様を示
す斜視図である。同図中（２１）は光ファイバを、（２
４）は光ファイバ軸に対し角度０なる傾斜面を備えた光
放射面であシ、（２３）はクラッド層を、（２２）は光
反射層である。

光学素子の光放射面外周部に設ける光反射層はスパッタ
リング法、イオンブレーティング法或いは光反射塗料を
コーティングする方法等によって形成できる。スパッタ
リング法或いはイオンル−ティング法等による光反射層
形成材料としては鋏、ニッケル、アルミニウム又はこれ
らの合金等を用いることができるが、可視領域における
固有振動の吸収の少ない材料を用いるの’ＩＦ　Ｌい。

スパッタリング装置としては蒸着する金属の凝縮熱や、
金属の蒸発源からの副射熱による光ファイバの熱的損ｇ
！Ｉを防止するとの観点よシ低温スパンタリング装置を
用いるのがよい。

光反射塗料としては、酸化チタン粉末、アルミニウム粉
末、ニッケル粉末、銀粉末を光反射顔料として含む塗料
を用いるのがよい。

本発明の光学素子の光放射４から放射される光の光量低
下防止効果の模式図を第３図に示した。同図中（３１）
は本発明の光学素子であシ、（３２）は光反射層、（！
５３）は光ファイバのクラッド層、（３５）＃−ｊ光フ
ァイバの芯であ）、（３４）が光ファイバ軸に対し角度
−を有する傾斜面である。光ファイバコア中を直進して
きな光束（３６）は、光学素子の光放射面である傾斜面
（３４）で光束（３７）の如く反射され、更に光反射層
（３２）を受けて反射光束（３８）となり傾斜面（３４
）を通過して光束（３９）として光放射面（３４）から
放射される。それ放水発明の光学素子の光放射端面よシ
放射される光＃″ｉ第６（１（ＢＪ中の漏光光束（６６
）に示される如き、漏光がないなめ、極めて輝度の高い
ものとすることができ、がっ、第６ｉ’１（Ｂ）中の（
６４）。

（６５）に示される如き視野角度の修正及び第５図中の
反射光（３９）Ｋよる視野角度の増大効果も発揮される
丸め、遠方よシの確認が容易な光学素子とすることがで
きるとともに、視野角度の大きな光学素子とすることが
できるのである。

光反射層を設ける長さは、本発明の光学素子の光放射端
面の少なくとも外周部全域であシ光ファイバ軸に対し角
度Ｏの傾斜面での光束の反射光を光反射層は有効に反射
せしめ光放射面より放射できる範囲に光反射層を形成し
ておくのがよい。また光ファイバ全長にわたって光反射
層を設けることもできる。マ九、光反射層を設ける光フ
ァイバは、当該部のクラッド層を除去したものを用いて
も同様の効果が得られる。

光ファイバ先端の光放射面の光ファイバ軸に対する角度
０はその角度が小さい程、光放射増面の面積が大きくな
り、好しいが好しくは角度θは７０°以下、更に好しく
け１０〜６０’の範囲とした場合である。

第７図に本発明の光学素子を多数組合せて光学表示装置
としたものの概略図を示した。同図中（７１）は本発明
の光学素子単体であり、この表示装置（７２）の画像表
示面（７３）においては、光ファイバ軸に対し角度０を
有する傾斜面が一平面を形成するように並べられ、その
他端は光ファイバ軸に対し鉛直な面を有する端面が平面
を形成するように並べられ、画像入力端面（７４）を形
成しておシ、全体が集束管（７５）にて機われた構造を
とっている。画像入力端面（７４）を光源（７６）Ｋ対
向せしめ、光源（７６）と画像入力端面（７４）間に画
像投影用フィルター（７７）を挿入すると画像表示面（
７３）に拡大され走画＠（７８）が表示される。この表
示画像は極めて明るく、また広視野角のものとなってい
た。

また他の型の表示体としては、傾斜面を形成している光
放射増面を一定形状の表示パネルに一定間隔を設けて植
設して表示部を形成した表示体とすることもできる。

実施例光ファイバとして三菱レイヨン■製プラスチック系光フ
ァイバ（芯ｎ［ｔ、４９のポリメチルメタクリレート、
鞘としてｎ値１．４２なるフッ化アルキルメタクリレー
トポリマー使用）、ファイバ径０．７５ｍ、長さ１ｍを
４本金柑意し、その一端面を光ファイバ軸に対し３０度
の角度となるようにカットし、他端は光ファイバ軸に対
し鉛直面とした。この４本の光ファイバの傾射端面の外
周部を、それぞれ、アルミ蒸着処理して光反射層を形成
したもの、白色機料を塗装（光反射材として酸化チタン
全使用）して光反射層を形成したもの、無色塗料を塗装
したもの及び光反射層を設けないものよシなる４種の光
学素子を作成した。

これら光学素子（８１）を第８図に示す如く、その光放
射端面（８３）を輝度計（８４）に対向配置するととも
に、光入射端面（８２＞ｔ−２４Ｖ、１５ＯＮのハＣｌ
ゲンランプ波長（３６０〜３８０ｎｍ）に対し、光放射
１面よシ放射される光の輝度を輝度計（東京光学機械製
分光放射肘５Ｒ一端）にて測定した結果を第１表に示し
た。

第１表実施例２実施例１で用いたプラスチツク糸尤ファイバの一端の傾
斜角度を第２表に示した如き角度とし、その傾斜面に対
向する光ファイバの背面部に、第２表に示し九如き白色
の光反射層を設は九ものと黒色の光吸収層を設けたもの
とを作り実施例１と同様にして、各尤ファイバの光放射
面より放射される尤の輝度を測定した結果を第２表に示
した。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は本発明の光学素子の傾斜抱部の１例
を示す斜視図であり、第３図はその断面図、第７図は、
本発明の光学素子の応用例を示す斜視図であり、第４図
は従来技術の元ファイバ表示装置の一例を示す斜視図で
あり第５図はその断面図であり、第６図は光ファイバの
光出射特性を示す概略図、第７図は光ファイノく光学素
子の輝度を測定する測定装置の概略図である。特許出願人　三菱レイヨン株式会社

Claims

【特許請求の範囲】

（１）式（１）なる関係を満足する屈折率ｎ＿１なる素
材で作られた芯と、芯の外周を屈折率ｎ＿２なる素材で
被覆した鞘にて構成した芯−鞘構造の全反射型光ファイ
バの少なくとも一端を、光ファイバ軸に対し角度θなる
傾斜面とし、少なくとも当該傾斜面の外周部に光反射層
を設けて光放射面とした光ファイバ光学素子。ｎ＿１−ｎ＿２≧０．０１（１）
（２）反射層が金属コーティング層にて形成されている
ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の光学素子
。
（３）光ファイバの傾斜面の傾斜角θが、光ファイバ軸
に対し、７０度以下なる傾斜角であることを特徴とする
特許請求の範囲第１又は第２項記載の光学素子。
（４）光ファイバの傾斜面の傾斜角度θが３〜４５度の
範囲にあることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
の光ファイバ製光学素子。
（５）光ファイバがプラスチツク系光ファイバであるこ
とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の光学素子。