JPH11119039A - Manufacture of optical plate - Google Patents

Manufacture of optical plate

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Publication number
JPH11119039A
JPH11119039A JP10214548A JP21454898A JPH11119039A JP H11119039 A JPH11119039 A JP H11119039A JP 10214548 A JP10214548 A JP 10214548A JP 21454898 A JP21454898 A JP 21454898A JP H11119039 A JPH11119039 A JP H11119039A
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JP
Japan
Prior art keywords
area
light
cladding
core area
refractive index
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP10214548A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Robert A Sprague
エイ スプレイグ ロバート
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Xerox Corp
Original Assignee
Xerox Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Xerox Corp filed Critical Xerox Corp
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Withdrawn legal-status Critical Current

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  • Optical Fibers, Optical Fiber Cores, And Optical Fiber Bundles (AREA)
  • Liquid Crystal (AREA)
  • Devices For Indicating Variable Information By Combining Individual Elements (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain an optical plate including columnar structures which each have the refractive index larger in itself than at its border by filling a removed part area so that the core area refractive index is larger than the cladding area refractive index. SOLUTION: A columnar structure forming the core area 64 is extended substantially from a light entrance surface 30 to a light exit surface 32. At the time of use, light enters the core area 64 normally from the light entrance surface 30, travels in the core area 64, and exits normally from the light exit 32. The core area 64 has the larger refractive index enough to internally reflect the light entering the core area 64 than the cladding area 66. Namely, the refractive index of the glass, etc., in the cladding area 66 is made smaller than that of the core area 64 to cause total internal reflection in the core area 64, and an etching part is filled for the purpose.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、光ファイバフェイ
スプレート一般に関し、より詳細にはフォトフォームグ
ラスがエッチングされそしてエッチングされた部分が溶
融低屈折率ガラス、プラスティックまたは有色マトリッ
クス材で充填されて光ファイバフェイスプレート均等物
が製造される方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates generally to fiber optic faceplates, and more particularly, to a photoform glass that is etched and the etched portion is filled with a fused low refractive index glass, plastic or colored matrix material to form an optical fiber faceplate. A method for producing a fiber faceplate equivalent.

【0002】[0002]

【従来の技術】光ファイバフェイスプレート(FOF
P)は、シルバーシュタイン(Silverstein)らによる
1994年3月21日に出願された米国特許第5,44
2,467号に開示されているような液晶ディスプレイ
(LCD)を製造するために有益である。米国特許第
5,442,467号は、バックライトソースと、後方拡
散層と、後方偏光子と、アドレス指定素子およびインジ
ウムすず酸化物(ITO)透明画素電極を備えた後方ガ
ラス層、上下面を有するLC層、並びに、LC(液晶)
層の上面と直接接触する位置に配置されたLCセルの前
方含有素子としての前方FOFPを含むLCセルと、F
OFPの前面に積層されるかまたは別体であるが隣接し
た基板上に配置されたカラー吸収フィルタのモザイクア
レイと、前方偏光子またはアナライザとを備えた直視型
後方照射LCD装置を開示している。代替的には、前方
偏光子またはアナライザは、薄膜材から構成されて、L
C層の上面または光出射面とFOFPの下面または光入
射面との間に配置されてよい。
2. Description of the Related Art An optical fiber face plate (FOF)
P) is disclosed in U.S. Patent No. 5,44, filed March 21, 1994 by Silverstein et al.
It is useful for manufacturing a liquid crystal display (LCD) as disclosed in US Pat. No. 2,467. U.S. Pat. No. 5,442,467 discloses a backlight source, a back diffusion layer, a back polarizer, a back glass layer with an addressing element and an indium tin oxide (ITO) transparent pixel electrode. LC layer and LC (liquid crystal)
An LC cell including a front FOFP as a front containing element of the LC cell disposed in direct contact with the upper surface of the layer;
A direct-view back-illuminated LCD device comprising a mosaic array of color-absorbing filters stacked on the front of an OFP or placed on a separate but adjacent substrate, and a front polarizer or analyzer is disclosed. . Alternatively, the front polarizer or analyzer is composed of a thin film material,
It may be arranged between the upper surface or the light exit surface of the C layer and the lower surface or the light incident surface of the FOFP.

【0003】FOFPは光ファイバのアレイを備えてお
り、これら光ファイバは間隙クラッディング材とともに
溶融されてその後所望の厚みに切断および研磨されてプ
レートを形成する。光学的特性の異なるFOFPを生成
することは、周知の技術である。光ファイバは、設計さ
れた入力または許容角度で入射した全内部反射光を透過
するとともに、それよりも大きい角度で入射した光を拒
絶または吸収するように設計されている。FOFPの入
口面からファイバに入射した光は、高開口数(NA)F
OFPおよび/または低屈折率(例えば空気)の境界と
の結合を用いて、大きな許容角度θmaxINにわたって収
集される。FOFPの出口面の光ファイバから出射する
光は、再度高NAおよび/または低屈折率境界との最後
の結合を用いて、比較的大きな角度θmaxOUTにわたって
拡散または出射するようにされる。低NAおよび/また
は比較的高屈折率材(例えば、プラスティック、ポリイ
ミドまたは光学ガラス)との結合を備えたFOFPは、
FOFPの出口面の光出射角度θmaxOUT、および、FO
FPの入口面の光入射許容角度θmaxINをそれぞれ制限
する。
[0003] FOFPs comprise an array of optical fibers that are melted together with a gap cladding material and then cut and polished to a desired thickness to form a plate. Generating FOFPs with different optical properties is a well-known technique. The optical fiber is designed to transmit the totally internally reflected light incident at the designed input or allowable angle, and to reject or absorb the light incident at a larger angle. Light incident on the fiber from the entrance surface of the FOFP has a high numerical aperture (NA) F
Collected over a large allowable angle θ max IN using coupling with OFP and / or low index (eg, air) boundaries. Light exiting the optical fiber at the exit face of the FOFP is made to diffuse or exit over a relatively large angle θ max OUT, again using final coupling with high NA and / or low index boundaries. FOFPs with low NA and / or bonding with relatively high index materials (eg, plastic, polyimide or optical glass)
The light emission angle θ max OUT of the exit surface of the FOFP and the FOFP
The light incident permissible angle θ max IN at the entrance surface of the FP is limited.

【0004】これらの関係が一般的な光ファイバ10に
ついて図1に示されている。基準線Nから測定された角
度θmaxで定義された受光コーン20内で光ファイバ1
0に入った光ビーム16は、光ファイバ10のコア12
内において全内部反射されて、本質的に損失を生じるこ
となく光ファイバ10の伸延方向に伝播していく。基準
線Nは、光ファイバ10の入口面30および出口面32
に垂直である。もし、入口面30および出口面32の表
面(N0)における光ファイバ10を取りまく材料の相
対屈折率が同じであれば、光ビーム16は入射したのと
同じ角度、ここではθmax、で光ファイバ10を出る。
角度θmaxで定義された受光コーン20の外側から光フ
ァイバ10に入った光ビーム18は、光ファイバ10の
伸延方向に沿って完全にはガイドされず、光ファイバ1
0から隣接するクラッディング材14内にリークする。
つまり、光ビーム16はガイドされた光ビームであるの
に対して、光ビーム18は非ガイド光ビームである。非
ガイドまたは部分ガイド光ビームはクラッディング材1
4を通過して光ファイバ束または溶融フェイスプレート
内の他のファイバに入ることがある。しかしながら、非
ガイドまたは部分ガイド光ビームは通常これらのファイ
バからもリークしてファイバ束またはフェイスプレート
を横切り続ける。
[0004] These relationships are shown in FIG. 1 for a typical optical fiber 10. The optical fiber 1 within the receiving cone 20 defined by the angle θ max measured from the reference line N
The light beam 16 that has entered the optical fiber 10
In the optical fiber 10, the light is totally internally reflected and propagates in the direction in which the optical fiber 10 extends without essentially causing any loss. The reference line N corresponds to the entrance surface 30 and the exit surface 32 of the optical fiber 10.
Perpendicular to If the relative index of refraction of the material surrounding the optical fiber 10 at the surface (N 0 ) of the entrance face 30 and the exit face 32 is the same, the light beam 16 will emit light at the same angle as incident, here θ max . Exit fiber 10.
The light beam 18 entering the optical fiber 10 from outside the light receiving cone 20 defined by the angle θ max is not completely guided along the extension direction of the optical fiber 10,
0 leaks into the adjacent cladding material 14.
That is, light beam 16 is a guided light beam, while light beam 18 is a non-guided light beam. Unguided or partially guided light beam is cladding material 1
4 and into the fiber optic bundle or other fibers in the fused faceplate. However, unguided or partially guided light beams also typically leak from these fibers and continue to traverse the fiber bundle or faceplate.

【0005】図2および3は、光ファイバ10の開口数
を変更することによる効果を示している。図2は、小さ
な開口数およびこれに応じた小さな受光コーン20を有
する光ファイバ10を示している。図3は、大きな開口
数およびこれに応じた大きな受光コーン20を有する光
ファイバ10を示している。つまり、ファイバ10の開
口数が大きくなればなるほど、入口面30および出口面
32でのθmaxが大きくなる。
FIGS. 2 and 3 show the effect of changing the numerical aperture of the optical fiber 10. FIG. FIG. 2 shows an optical fiber 10 having a small numerical aperture and a correspondingly small light receiving cone 20. FIG. 3 shows an optical fiber 10 having a large numerical aperture and a correspondingly large light receiving cone 20. That is, as the numerical aperture of the fiber 10 increases, θ max at the entrance surface 30 and the exit surface 32 increases.

【0006】通常、光ファイバ10に入った光は、図4
に示すように、光ファイバ10の伸延方向に沿って伝播
するにつれて光ファイバ10の中心軸のまわりを回転す
る。この例では、光ファイバ10の中心軸は、角度θ
maxを測定するために用いられる基準線Nとたまたま一
致している。従って、基準線Nから所定の角度でファイ
バの入射面に入った光は、同じ角度で光ファイバ10を
出射するが、方位位置は回転している。この回転は、光
ファイバ10内での反射回数およびファイバの内側面に
依存している。斜めの光線は通常子午光線よりも大きな
回転を被る。FOFPをLCDに適用するについては、
ファイバに入射する光の大部分は斜めの光線である。
Normally, the light entering the optical fiber 10 is as shown in FIG.
As shown in FIG. 7, the optical fiber 10 rotates around the central axis of the optical fiber 10 as it propagates along the extension direction of the optical fiber 10. In this example, the central axis of the optical fiber 10 has an angle θ
It coincides with the reference line N used to measure max . Therefore, light that enters the fiber incident surface at a predetermined angle from the reference line N exits the optical fiber 10 at the same angle, but the azimuthal position is rotated. This rotation depends on the number of reflections in the optical fiber 10 and the inner surface of the fiber. Oblique rays usually undergo more rotation than meridian rays. For applying FOFP to LCD,
Most of the light incident on the fiber is oblique light.

【0007】図4において、光線24および光線26
は、基準線Nに対して測定された角度θmaxで入口面3
0から光ファイバ10に入射しているように見える。光
線24は光線26と平行であり、これら光線は入口面3
0の別のポイントから光ファイバに入る。各光線24、
26が光ファイバ10の出口面32に来たときには、各
光線24、26は角度θmaxであるが、光ファイバ10
の中心軸のまわりの角度φの方位回転を被っている。
In FIG. 4, rays 24 and 26
Is the entrance surface 3 at the angle θ max measured with respect to the reference line N.
It looks as if it is incident on the optical fiber 10 from zero. Ray 24 is parallel to ray 26 and these rays are
Enter the optical fiber from another point of zero. Each ray 24,
When the beam 26 reaches the exit surface 32 of the optical fiber 10, each ray 24, 26 is at an angle θ max ,
Has undergone an azimuthal rotation of an angle φ about the central axis of.

【0008】上述したように、溶融光ファイバ束および
フェイスプレートにおいては、ガイドおよび非ガイド光
線はともに方位回転を被る。図4に示されているよう
に、この回転の結果、光ファイバ10は、所定の傾き角
度で入射するすべての入射光の方位位置を、平均で、出
力が入射角度の2倍のソリッド角度をもつ中空出口コー
ン22からなるようにする。図4において、図示された
入射光線24、26は光ファイバ10に角度θmaxで入
射しており、中空出口コーン22のソリッド角度は2θ
maxである。中空出口コーン22として出てくる光は方
位位置について平均されているので、送信される光の強
度はすべての方位角度において等しい。方位平均のこの
性質により、輝度およびコントラストにおいて固有異方
性をもつLCDと結合されたときに、FOFPは広い角
度にわたる対称視覚特性を生成することができる。
As described above, in the fused optical fiber bundle and the face plate, both the guide and non-guide rays undergo azimuthal rotation. As shown in FIG. 4, as a result of this rotation, the optical fiber 10 sets the azimuthal position of all the incident light incident at a predetermined inclination angle to the solid angle whose output is twice the incident angle on average. A hollow exit cone 22 having the same. In FIG. 4, the illustrated incident rays 24, 26 are incident on the optical fiber 10 at an angle θ max and the solid angle of the hollow exit cone 22 is 2θ.
max . Since the light emerging as hollow exit cone 22 is averaged for azimuth position, the transmitted light intensity is equal at all azimuth angles. This property of azimuthal averaging allows a FOFP to produce symmetric visual characteristics over a wide angle when combined with an LCD that has intrinsic anisotropy in brightness and contrast.

【0009】図5(a),(b)は、間隙クラッディン
グ材とともに溶融されてその後所望の厚みに切断および
研磨されてプレートを形成する、個々の光ファイバのア
レイからなるFOFP28を示している。コア12およ
びクラッディング材14をFOFP28の表面上に見る
ことができる。
FIGS. 5 (a) and 5 (b) show a FOFP 28 consisting of an array of individual optical fibers that is melted with a gap cladding material and then cut and polished to a desired thickness to form a plate. . Core 12 and cladding material 14 can be seen on the surface of FOFP 28.

【0010】それゆえ、全内部反射させ、入口面および
出口面での開口数(NA)が制御可能であり、回転方位
の平均化およびプレートの背面からプレートの前面への
目的面の移動ができる、ほぼ光の伝播方向に柱状構造を
もつすべてのプレートは、FOFPの光学的な等価物で
ある。
Therefore, the total internal reflection, the numerical aperture (NA) at the entrance surface and the exit surface can be controlled, the rotation direction can be averaged, and the target surface can be moved from the back surface of the plate to the front surface of the plate. All plates with a columnar structure in the direction of propagation of light are optical equivalents of FOFP.

【0011】回折は、光波が何らかの障害物または境界
を超えて進むときに発生する、直線伝播からの屈折であ
る。障害物は、ナイフエッジまたはピンホールの場合な
どは不透明であることがあり、或いは、屈折率の異なる
2つの透明材の境界であることもある。光は境界や障害
物にぶつかると反射、屈折または回折して直線経路から
ずれるので、回折を受ける光点の強度分布は、境界から
いくらか離れた面に投射されたとき、拡がり関数または
回折パターンによって特徴付けられる。開口を通して送
信される光については、回折の程度または光路の角屈折
は、開口の大きさおよび形状並びに光源からの光の波長
によって決定される。開口からいくぶん離れた位置での
回折パターンは、補足的には、開口から観察平面までの
距離の関数である。遠隔または遠い地点での回折パター
ンは、通常フラウンフォーファー(Fraunhoffer)回折
パターンといわれる。一般にレンズ、絞りおよび瞳孔か
らなる円形開口が拘束された光学システムでは、フラウ
ンフォーファー回折パターンはしばしばエアリー(Air
y)ディスクといわれる。円形開口を通過する光から生
じるエアリーディスクは、強度が急激に減少するぼやけ
た一連の円環によって中心の明るい領域が取り囲まれて
おり、1次ベッセル関数によって良好に記述される。回
折点源からの光の強度の約84%は、エアリーディスク
の第1暗円環内に含まれる。よって、エアリーディスク
は、回折に限定された光学システムによって生成された
ぼやけた円環を特徴付ける。
[0011] Diffraction is the refraction from linear propagation that occurs when a light wave travels past some obstacle or boundary. The obstacle may be opaque, such as in the case of a knife edge or pinhole, or it may be the boundary between two transparent materials with different refractive indices. When light hits a boundary or obstacle, it is reflected, refracted, or diffracted and deviates from a straight path, so the intensity distribution of a light spot that is diffracted, when projected on a plane somewhat distant from the boundary, is due to the spread function or diffraction pattern Characterized. For light transmitted through an aperture, the degree of diffraction or angular refraction of the optical path is determined by the size and shape of the aperture and the wavelength of the light from the light source. The diffraction pattern at some distance from the aperture is additionally a function of the distance from the aperture to the viewing plane. Diffraction patterns at remote or distant points are commonly referred to as Fraunhoffer diffraction patterns. In optical systems where the circular aperture, which is typically comprised of a lens, an aperture, and a pupil, is constrained, the Fraunhofer diffraction pattern is often airy.
y) It is called a disk. The Airy disk resulting from light passing through a circular aperture is well described by a first-order Bessel function, with the central bright region being surrounded by a series of blurred rings of rapidly decreasing intensity. About 84% of the light intensity from the diffraction point source is contained within the first dark circle of the Airy disk. Thus, Airy disks characterize blurred toroids produced by diffraction limited optical systems.

【0012】図6に示されているように、FOFPは、
コア12および間隙クラッディング14からなる光ファ
イバの溶融プレートからなっており、これら光ファイバ
は非常に小さな開口の2つの異なる分布を構成してい
る。コア12の入口面30および出口面32は、ともに
小さな円形開口と考えることができる。入口および出口
面30、32でのクラッディング14は、形状および大
きさが幾分不規則である。しかしながら、議論のため
に、クラッディング14は、すべてのクラッディング1
4の平均直径から見積もられた直径をもつ円形開口であ
るとして以下記述する。FOFPに入射するガイド光線
16は、光路の角度分布にしたがって回折される。回折
の程度すなわち光路の角度分布の幅は、開口の直径に反
比例している。よって、開口が小さくなると、FOFP
を通る光伝播が回折される角度が大きくなる。コア12
よりも極めて小さいクラッディング14は、入射光を大
きな角度に回折する。また、図6は、FOFPからどこ
か固定された位置にいる観察者34の網膜上でのコア1
2およびクラッディング14の回折角度分布の投射から
生じる、相対的フラウンフォーファー回折パターンまた
はエアリーディスク38を示している。回折によって生
じる角度の広がりは、以下の等式から見積もることがで
きる。
As shown in FIG. 6, the FOFP is:
It consists of a fusion plate of optical fibers consisting of a core 12 and a gap cladding 14, which optical fibers constitute two different distributions of very small apertures. The inlet face 30 and the outlet face 32 of the core 12 can both be considered small circular openings. The cladding 14 at the inlet and outlet surfaces 30, 32 is somewhat irregular in shape and size. However, for purposes of discussion, cladding 14 has
In the following, a circular opening having a diameter estimated from the average diameter of 4 will be described. The guide beam 16 incident on the FOFP is diffracted according to the angular distribution of the optical path. The degree of diffraction, that is, the width of the angular distribution of the optical path is inversely proportional to the diameter of the aperture. Therefore, when the opening becomes smaller, the FOFP
The angle at which light propagation through is diffracted increases. Core 12
A much smaller cladding 14 diffracts the incident light to large angles. FIG. 6 shows the core 1 on the retina of the observer 34 at a fixed position somewhere from the FOFP.
2 shows a relative Fraunhofer diffraction pattern or Airy disk 38 resulting from the projection of the diffraction angle distribution of 2 and cladding 14. The angular spread caused by diffraction can be estimated from the following equation:

【0013】qdiffr=1.22[(λ)(180)] /
[(D)(π)] ここで、qdiffr=エアリーパターンの第1暗円環に相
当する半角(°) D=円形開口の直径 λ=光の波長 である。
Q diffr = 1.22 [(λ) (180)] /
[(D) (π)] Here, q diffr = half angle (°) corresponding to the first dark circle of the Airy pattern D = diameter of circular aperture λ = wavelength of light

【0014】上述の等式を参照し、名目上のコア12お
よびクラッディング14の直径をそれぞれ7μmおよび
0.5μmと仮定すると、550nmの入射光について
は、エアリーディスク38の第1暗円環に相当する回折
角度が、コア12の開口で約5.49°でありクラッデ
ィング14の開口で約76.9°であることが見込まれ
る。結合されたFOFPをもつLCDの軸上照度および
軸上視覚については、FOFPでの回折効果は主にディ
スプレイ輝度のわずかな減少として現れる。この大部分
は、眼および多くの測光測定機器の受光コーンが小さい
ことの結果である。
Referring to the above equations and assuming nominal diameters of core 12 and cladding 14 of 7 μm and 0.5 μm, respectively, for incident light of 550 nm, the first dark circle of Airy disk 38 The corresponding diffraction angle is expected to be about 5.49 ° at the core 12 opening and about 76.9 ° at the cladding 14 opening. For the on-axis illumination and on-axis vision of an LCD with a combined FOFP, the diffraction effects at the FOFP appear mainly as a slight decrease in display brightness. This is largely due to the small receiving cone of the eye and many photometric instruments.

【0015】[0015]

【発明が解決しようとする課題】FOFP回折は、これ
と結合されたLCDの軸上コントラストの不規則な減少
の原因となっている。この因果関係を確かめることによ
り、こういった軸上LCDコントラストの観測された減
少を削減するための有効な手段を発展させることができ
る。この問題を記述するために、上述の通常のねじれネ
マティック(TN)または超ねじれネマティック(ST
N)LCDの角度依存コントラストパフォーマンスを考
える。かかるディスプレイのコントラスト比は、軸上
(オンアクシス)で観察されると非常に高いが、軸外れ
(オフアクシス)観測および光伝播角度では次第に低下
していく。このように観測された徐々なるコントラスト
低下は、上述した理由のために等方的ではない。ある極
端な角度では、ディスプレイのコントラストは実際に逆
になってネガ画像を生じる。こういった軸外れコントラ
スト低下は、眼または多くの測光測定機器の受光コーン
が小さいことによって、ディスプレイの高い軸上コント
ラストパフォーマンスには影響しない。しかしながら、
このようなLCDにFOFPが結合されると、FOFP
結合ディスプレイの軸上コントラストパフォーマンス
は、FOFPがないときに達成されるレベル以下にに実
質的に低下する。従って、FOFP結合LCDの軸上コ
ントラストパフォーマンスの改良は、多大な効果をもた
らす。
FOFP diffraction causes an irregular decrease in the on-axis contrast of the LCD coupled to it. By confirming this causal relationship, effective measures can be developed to reduce these observed reductions in on-axis LCD contrast. To describe this problem, the conventional twisted nematic (TN) or super twisted nematic (ST) described above
N) Consider the angle-dependent contrast performance of an LCD. The contrast ratio of such displays is very high when viewed on-axis (on-axis), but progressively decreases for off-axis observations and light propagation angles. The gradual decrease in contrast observed in this way is not isotropic for the reasons described above. At some extreme angles, the contrast of the display is actually reversed, producing a negative image. Such off-axis contrast reduction does not affect the high on-axis contrast performance of the display due to the small receiving cone of the eye or many photometric instruments. However,
When a FOFP is coupled to such an LCD, the FOFP
The on-axis contrast performance of the combined display is substantially reduced below the level achieved in the absence of the FOFP. Thus, improving the on-axis contrast performance of FOFP-coupled LCDs has significant benefits.

【0016】軸外れ角度で伝播する光がFOFPをもつ
LCDの軸上コントラストパフォーマンスを劣化するの
で、この光の幾分かが眼または測定機器の小さな受光コ
ーン内に結合されるように角度方向は変更されなければ
ならない。図7は、基準線Nから軸外れしている角度で
ソース(すなわち、バックライト)から発生したFOF
P入力面へのガイド光線16を示している。出口面32
では、光は光伝播方向についての角度分布でコア12の
開口およびクラッディング14の開口によって回折され
る。コア12の開口は大きいので、回折角度は比較的小
さく、観察者34または機器の受光コーン内に多くの光
を回折しない。しかしながら、クラッディング14の開
口は小さいので、回折された軸外れ光の角度分布は非常
に大きく、多量の軸外れ光が観察者34または測定機器
の小さい受光コーン内に回折される。このように、LC
Dからの軸外れ光(および対応するコントラスト低下)
は、FOFPクラッディング14の開口によって観察者
34または機器の小さい受光コーン内に回折され、その
ためFOFP結合型LCDの軸上コントラストパフォー
マンスが大幅に低下する結果となる。
Since the light propagating at off-axis angles degrades the on-axis contrast performance of the LCD with the FOFP, the angular orientation is such that some of this light is coupled into the eye or into the small receiving cone of the measurement instrument. Must be changed. FIG. 7 shows a FOF generated from a source (ie, backlight) at an angle that is off-axis from reference line N.
Shows a guide ray 16 to the P input plane. Exit surface 32
In, the light is diffracted by the openings in the core 12 and the cladding 14 in an angular distribution with respect to the light propagation direction. Because the aperture of the core 12 is large, the diffraction angle is relatively small and does not diffract much light into the observer 34 or the receiving cone of the instrument. However, since the aperture of the cladding 14 is small, the angular distribution of the diffracted off-axis light is very large and a large amount of off-axis light is diffracted into the observer 34 or into a small receiving cone of the measurement instrument. Thus, LC
Off-axis light from D (and corresponding contrast reduction)
Is diffracted by the aperture in the FOFP cladding 14 into the observer 34 or into the small receiving cone of the instrument, resulting in a significant decrease in the on-axis contrast performance of the FOFP-coupled LCD.

【0017】FOFP結合型LCDの軸上コントラスト
パフォーマンスは、図8に示されているように、FOF
Pのクラッディング14の開口をマスクすることによっ
て劇的に改善され得る。この図面は、マスクされたクラ
ッディング36をもつFOFPとともに、クラッディン
グ14の開口が軸外れ光を観察者の視覚コーン内に回折
するのをこのようなマスクがどのようにして防止するか
を示している。マスクされたクラッディング36をもつ
FOFPが結合されたLCDの評価は、この改善による
効果で確証されるものであり、その結果、FOFP結合
型LCDの軸上コントラストパフォーマンスが劇的に改
善した。
The on-axis contrast performance of the FOFP-coupled LCD is shown in FIG.
It can be dramatically improved by masking the openings in the P cladding 14. This figure shows, together with a FOFP with a masked cladding 36, how such a mask prevents the aperture of the cladding 14 from diffracting off-axis light into the observer's visual cone. ing. The evaluation of the FOFP-coupled LCD with the masked cladding 36 was confirmed by the effect of this improvement, resulting in a dramatic improvement in the on-axis contrast performance of the FOFP-coupled LCD.

【0018】これらの本質的光学特性は材料の限界内で
実現することができるので、FOFPの光学的均等物が
生成される。本出願は、光感受性ガラスを用いて異なる
屈折率をもつ隣接エリアを生成することにより、その境
界が屈折率の不連続性で規定される複数の円柱構造を含
む基板を生じさせ、この円柱構造内の屈折率が円柱構造
の境界および外部の屈折率よりも大きいような方法を議
論するものである。別の実施の形態では、その境界が光
ブロック材で規定される複数の円柱構造を含む基板が得
られる。
Because these essential optical properties can be realized within the limits of the material, an optical equivalent of FOFP is produced. The present application uses light-sensitive glass to create adjacent areas having different indices of refraction, resulting in a substrate comprising a plurality of cylindrical structures whose boundaries are defined by refractive index discontinuities, wherein the cylindrical structures A method is discussed in which the inner refractive index is greater than the cylindrical structure boundary and outer refractive index. In another embodiment, a substrate is obtained that includes a plurality of columnar structures whose boundaries are defined by a light blocking material.

【0019】従って、本発明の主たる目的は、円柱構造
内の屈折率が円柱構造の境界での屈折率よりも大きく、
その境界が屈折率の不連続性で規定される複数の円柱構
造を含む光プレートを生成することである。
Therefore, a main object of the present invention is to provide a cylindrical structure in which the refractive index is larger than the refractive index at the boundary of the cylindrical structure.
The goal is to create an optical plate whose boundaries include a plurality of cylindrical structures defined by a refractive index discontinuity.

【0020】本発明のさらなる利点は、以下の説明から
明らかになるであろう。
Further advantages of the present invention will become clear from the description hereinafter.

【0021】[0021]

【課題を解決するための手段】簡単にそして本発明にし
たがって述べると、全内部反射させ、入口面および出口
面での開口数(NA)が制御可能であり、回転方位の平
均化およびプレートの背面からプレートの前面への目的
面の移動ができ、そしてFOFPの光学的な等価物であ
るほぼ光の伝播方向に柱状構造をもつ光学的プレートを
製造する方法が説明される。これらのプレートは、円柱
構造または包囲構造のいずれかの構造にエッチングされ
た光感受性ガラスの合成物からつくられる。もし包囲構
造にエッチングされると、エッチングされたエリアは、
低融点ガラス、エポキシ若しくはプラスティック、液
体、または、黒色合成材料のような光ブロック材のいず
れかで充填される。もし円柱構造にエッチングされる
と、エッチングされたエリアは、低融点ガラス、エポキ
シ、液体またはプラスティックで充填される。その結果
物としてのプレートは屈折率の異なる複数の隣接エリア
を含んでおり、これによって、円柱構造内の屈折率が円
柱構造の境界および外部の屈折率よりも大きい、その境
界が屈折率の不連続性で規定される複数の円柱構造を含
む基板が得られる。
SUMMARY OF THE INVENTION Briefly and in accordance with the present invention, total internal reflection, controllable numerical aperture (NA) at the entrance and exit surfaces, averaging of rotational orientation and plate sizing are provided. A method is described for making an optical plate that has a columnar structure in the direction of light propagation that is capable of moving the target surface from the back to the front of the plate and that is the optical equivalent of a FOFP. These plates are made from a composition of photosensitive glass that has been etched into either a cylindrical or enclosed structure. If etched into the surrounding structure, the etched area
Filled with either low melting glass, epoxy or plastic, liquid, or light blocking material such as black synthetic material. If etched into a columnar structure, the etched area is filled with low melting glass, epoxy, liquid or plastic. The resulting plate includes a plurality of adjacent areas with different indices of refraction such that the index of refraction within the columnar structure is greater than the boundary of the columnar structure and the index of refraction outside the columnar structure. A substrate including a plurality of columnar structures defined by continuity is obtained.

【0022】以下本発明が好適な実施の形態およびその
使用方法とともに説明されるが、本発明がこの実施の形
態または手順に限定されることが意図されていないこと
は理解されるであろう。逆に、すべての代替物、変形物
および均等物は、特許請求の範囲で定義された本発明の
趣旨および範囲内に含まれるであろう限り包含すること
が意図されている。
While the invention will be described in conjunction with a preferred embodiment and its use, it will be understood that the invention is not intended to be limited to this embodiment or procedure. On the contrary, the intent is to cover all alternatives, modifications and equivalents as may be included within the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims.

【0023】[0023]

【発明の実施の形態】図9を参照すると、光感受性(光
反応性)ガラス基板40が示されている。光感受性ガラ
スの重要な特性は、UV光に露光された部分のガラスの
エッチング速度のようなガラスの特性を変化させる光に
対して感受性があることである。かかるガラスの一例
は、Peg−3ガラスまたはフォトフォーム(Fotofor
m)ガラス(ともに、日本国東京のホヤ(Hoya Corporat
ion)から入手可能である)であり、これに光線をあて
ると、非結晶またはアモルファス構造が結晶構造に変化
する。結晶ガラスのエッチング速度は、アモルファスガ
ラスの約50倍である。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Referring to FIG. 9, a photosensitive (photoreactive) glass substrate 40 is shown. An important property of photosensitive glass is that it is sensitive to light that alters the properties of the glass, such as the etch rate of the glass in areas exposed to UV light. An example of such a glass is Peg-3 glass or Photofoam (Fotofor
m) glass (both from Hoya Corporat in Tokyo, Japan)
ion), which, upon exposure to light, changes the amorphous or amorphous structure into a crystalline structure. The etching rate of crystalline glass is about 50 times that of amorphous glass.

【0024】ガラス基板40は、コアエリア64および
クラッディングエリア66の2種類のエリアに分けられ
ている。ガラス基板40がFOFPとして機能するため
には、コアエリア64は、そこに入射したすべての光を
全内部反射させることが必要である。全内部反射がコア
エリア64内で起こるためには、コアエリア64の屈折
率(ncore)が、クラッディングエリア66の屈折率
(nclad)よりも大きくなくてはならない。コアエリア
64とクラッディングエリア66との屈折率の差は、2
つの屈折率の2乗の差の平方根である開口数(NA)で
表され、以下の等式で記述される。
The glass substrate 40 is divided into two types of areas, a core area 64 and a cladding area 66. In order for the glass substrate 40 to function as a FOFP, the core area 64 needs to totally reflect all light incident thereon. For total internal reflection to occur within core area 64, the refractive index of core area 64 (n core ) must be greater than the refractive index of cladding area 66 (n clad ). The difference in the refractive index between the core area 64 and the cladding area 66 is 2
It is represented by the numerical aperture (NA), which is the square root of the difference between the squares of the two refractive indices, and is described by the following equation:

【0025】NA=[n2 core−n2 clad]1/2 約0.4から1.0の範囲の開口数を持つ光ファイバフ
ェイスプレートは、液晶ディスプレイの種々の用途に用
いるのに適している。
NA = [n 2 core −n 2 clad ] 1/2 A fiber optic faceplate having a numerical aperture in the range of about 0.4 to 1.0 is suitable for use in various liquid crystal display applications. I have.

【0026】コアエリア64およびクラッディングエリ
ア66の屈折率に差を生じさせるために、ガラス基板4
0にはマスク60を介して平行UV放射62が照射され
る。マスク60の平面図が図10に示されている。マス
ク60は、不透明なコア非照射エリア68と透明なクラ
ッディング照射エリア70とに分けられている。平行U
V放射62は、マスク60のコア非照射エリア68を通
過せず、そのためコアエリア64ではガラス基板40に
は当たらない。従って、コアエリア64はアモルファス
ガラスのまま維持される。
In order to cause a difference in the refractive index between the core area 64 and the cladding area 66, the glass substrate 4
0 is irradiated with parallel UV radiation 62 through a mask 60. A plan view of the mask 60 is shown in FIG. The mask 60 is divided into an opaque core non-irradiation area 68 and a transparent cladding illumination area 70. Parallel U
The V radiation 62 does not pass through the core non-irradiation area 68 of the mask 60, and therefore does not hit the glass substrate 40 in the core area 64. Therefore, the core area 64 is maintained as amorphous glass.

【0027】しかしながら、平行UV放射62は、マス
ク60のクラッディング照射エリア70を通過し、クラ
ッディングエリア66内の基板40に当たり、クラッデ
ィングエリア66の特性を変化させる。本例では、クラ
ッディングエリア66は、コアエリア64内のアモルフ
ァスガラスよりもエッチング速度が大きい結晶ガラスに
なる。
However, the collimated UV radiation 62 passes through the cladding illumination area 70 of the mask 60 and strikes the substrate 40 in the cladding area 66, changing the characteristics of the cladding area 66. In this example, the cladding area 66 is a crystalline glass having a higher etching rate than the amorphous glass in the core area 64.

【0028】そして、ガラス基板はエッチング槽に入れ
られ、その結果が図11に示されている。最も大きい公
知のエッチング速度差は、5%フッ化水素酸溶液(5%
HF)を用いて得られ、これにより、結晶ガラスである
クラッディングエリア66とアモルファスガラスであ
り、コアエリア64のエッチング速度差は50:1とな
る。ガラス基板40は、図11に示されているように、
クラッディングエリア66の残存部分72およびクラッ
ディングエリア66のエッチング部分74が生じるよう
にクラッディングエリア66を部分的にエッチングして
除去するのに十分な時間だけエッチングの腐食液槽に浸
漬される。クラッディングエリア66は、クラッディン
グエリア66の残存部分72が構造的な支持部となり得
るように完全にはエッチング除去されない。
Then, the glass substrate is placed in an etching bath, and the result is shown in FIG. The largest known etch rate difference is a 5% hydrofluoric acid solution (5%
HF), which results in a 50: 1 etch rate difference between the cladding area 66, which is a crystalline glass, and the amorphous glass, the core area 64. The glass substrate 40 is, as shown in FIG.
The cladding area 66 is immersed in an etchant bath for a period of time sufficient to partially etch and remove the cladding area 66 so as to produce a remaining portion 72 of the cladding area 66 and an etched portion 74 of the cladding area 66. The cladding area 66 is not completely etched away so that the remaining portion 72 of the cladding area 66 can serve as a structural support.

【0029】クラッディングエリア66の部分的なエッ
チングが行われると、ガラス基板40は、ガラス基板4
0内のクラッディングエリア66のエッチング部分74
のエッジを円滑にするためにアニールされてよい。アニ
ール工程の詳細は、用いられるガラス基板40の種類に
よって変わる。しかしながら、もしホヤ(Hoya)から入
手できるPEG−3ガラスが用いられるならば、好適な
アニーリング工程は4段階で行われるべきである。
When the cladding area 66 is partially etched, the glass substrate 40
Etched portion 74 of cladding area 66 in 0
May be annealed to smooth the edges. The details of the annealing step vary depending on the type of the glass substrate 40 used. However, if PEG-3 glass available from Hoya is used, a suitable annealing step should be performed in four steps.

【0030】第1段階では、ガラス基板40を、室温か
ら約350±50℃まで、1時間あたり約150±50
℃の割合で加熱する。第2段階では、ガラス基板40
を、350℃から少なくとも590℃まで、1時間あた
り約60±20℃の割合で加熱する。昇温率が異なるの
は、ガラスの急速加熱に起因する内部応力による問題を
回避するためである。
In the first stage, the glass substrate 40 is heated from room temperature to about 350 ± 50 ° C. for about 150 ± 50 per hour.
Heat at a rate of ° C. In the second stage, the glass substrate 40
Is heated from 350 ° C. to at least 590 ° C. at a rate of about 60 ± 20 ° C. per hour. The different heating rates are used to avoid problems due to internal stress caused by rapid heating of the glass.

【0031】ガラス基板40が約590℃まで加熱され
ると、アニーリング工程の第3段階では、アニーリング
が起こるように少なくとも45分間温度が一定に保持さ
れる。ガラス基板40がアニールされた後、次の工程に
おいて1時間あたり約150±50℃の割合で室温にま
で冷却されてよい。
Once the glass substrate 40 has been heated to about 590 ° C., in the third stage of the annealing step, the temperature is held constant for at least 45 minutes so that annealing occurs. After the glass substrate 40 has been annealed, it may be cooled to room temperature at a rate of about 150 ± 50 ° C. per hour in the next step.

【0032】アニーリングおよび冷却を行った後、ガラ
ス基板40のエッチング部分74は、図12に示すよう
に、溶融低屈折率ガラス、プラスティック、または、光
ブロック材76で充填される。プラスティック、エポキ
シ、または、低融点ガラスのような様々な材料を用いる
ことができる。もし黒色材料が所望であれば、カーボン
ブラックの粒子を埋め込んだプラスチックを用いること
ができる。
After annealing and cooling, the etched portion 74 of the glass substrate 40 is filled with molten low refractive index glass, plastic, or light blocking material 76, as shown in FIG. Various materials can be used, such as plastic, epoxy, or low melting glass. If a black material is desired, a plastic having carbon black particles embedded therein can be used.

【0033】図13に示されているように、別の実施の
形態では、エッチング部分74は適当な低屈折率液体で
充填されてよい。しかしながら、この場合には、液体を
保持するために、ガラス基板のエッチング表面上にガラ
ス基板40と接触する薄いガラスまたはプラスチックの
液体保持プレート84を追加する必要がある。もし不透
明なクラッディング開口が所望であれば、液体保持プレ
ートは、クラッディングエリア66上において光ブロッ
ク材86の薄い層で被覆されてよく、これによって本技
術分野で公知であるように不透明のクラッディング開口
が提供される。液体保持プレート84の一表面に適用さ
れた光ブロック材86を備えた液体保持プレート84の
斜視図が、図14に示されている。コアエリア64は光
ブロック材86によって被覆されていない。図13に示
されているように、液体保持プレート84がガラス基板
40のエッチング表面上に組み立てられているとき、図
13に示されているように、光ブロック材86は組み立
て体の外側面にあってガラス基板40のエッチング面に
対向していないことが好ましい。もし光ブロック材86
がガラス基板40のエッチング面に対向するように光ブ
ロック材86を備えた液体保持プレート84が組み立て
られても装置は機能するであろうが、光ブロック材86
は外側面にあることが好ましい。
In another embodiment, as shown in FIG. 13, the etched portion 74 may be filled with a suitable low index liquid. However, in this case, it is necessary to add a thin glass or plastic liquid holding plate 84 in contact with the glass substrate 40 on the etched surface of the glass substrate to hold the liquid. If an opaque cladding opening is desired, the liquid holding plate may be coated with a thin layer of light blocking material 86 over the cladding area 66, thereby providing an opaque cladding as is known in the art. A locking opening is provided. FIG. 14 is a perspective view of the liquid holding plate 84 including the light blocking member 86 applied to one surface of the liquid holding plate 84. The core area 64 is not covered with the light blocking material 86. When the liquid holding plate 84 is assembled on the etched surface of the glass substrate 40, as shown in FIG. 13, the light blocking material 86 is attached to the outer surface of the assembly, as shown in FIG. Therefore, it is preferable not to face the etched surface of the glass substrate 40. If the light blocking material 86
The apparatus would work if the liquid holding plate 84 with the light blocking material 86 was assembled so that
Is preferably on the outer surface.

【0034】最も重要なことは、コアエリア64内で全
内部反射が起こるように、クラッディングエリア66内
の液体、ガラス、プラスチックまたは光ブロック材76
が、コアエリア64よりも小さい屈折率を有しているこ
とである。もしクラッディングエリア66内の液体、ガ
ラス、プラスチックまたは光ブロック材76が、黒色マ
トリックス材のような光ブロック材であれば、FOFP
結合型LCDの軸上コントラストパフォーマンスの改善
という付加的な利益をも得ることができる。この利益を
得るためにはクラッディングエリア66のエッチング部
分74すべてが光ブロック材で充填される必要はなく、
エッチング部分74のわずかな部分だけが充填されてい
れば足り、それは好ましくは完成した装置の光出射面と
なる個所に最も近い部分である。
Most importantly, liquid, glass, plastic or light blocking material 76 in cladding area 66 so that total internal reflection occurs in core area 64.
Has a smaller refractive index than the core area 64. If the liquid, glass, plastic or light blocking material 76 in the cladding area 66 is a light blocking material such as a black matrix material, the FOFP
The additional benefit of improving the on-axis contrast performance of the combined LCD can also be obtained. Not all of the etched portion 74 of the cladding area 66 need be filled with light blocking material to obtain this benefit,
Only a small portion of the etched portion 74 need be filled, which is preferably the portion closest to the light exit surface of the completed device.

【0035】図15(a),(b)または図16
(a),(b)に、結果としての製品が示されている。
図15(a),(b)は、コアエリア64を形成する円
柱構造と、クラッディングエリア66を形成する包囲材
とに分けられたガラス基板40を示している。コアエリ
ア64を形成する円柱構造は、実質的に、光入口面30
から光出口面32まで伸延している。使用時には、光は
通常光入口面30からコアエリアに入り、コアエリア6
4内を伝播し、通常光出口面32から出ていく。コアエ
リア64およびクラッディングエリア66は、コアエリ
ア64に入った光を内部反射させるのに十分なだけコア
エリア64がクラッディングエリア66よりも大きい屈
折率を有するような屈折率を有している。また、クラッ
ディングエリア66が2つの部分を有していることは注
意すべきである。すなわち、構造的な支持部となるエッ
チングされなかった元材料の残存部分72と、エッチン
グされた部分74を充填するために用いられた低屈折率
ガラスまたはプラスチック76である。
FIG. 15 (a), (b) or FIG.
(A) and (b) show the resulting product.
FIGS. 15A and 15B show a glass substrate 40 divided into a columnar structure forming a core area 64 and a surrounding material forming a cladding area 66. The cylindrical structure forming the core area 64 is substantially equivalent to the light entrance surface 30.
To the light exit surface 32. In use, light usually enters the core area from the light entrance surface 30 and is
4 and exits from the normal light exit surface 32. The core area 64 and the cladding area 66 have a refractive index such that the core area 64 has a greater refractive index than the cladding area 66 enough to internally reflect light that has entered the core area 64. . It should also be noted that the cladding area 66 has two parts. That is, the remaining portion 72 of the unetched source material that serves as a structural support and the low refractive index glass or plastic 76 used to fill the etched portion 74.

【0036】図16(a)、(b)は、コアエリア64
を形成する円柱構造と、クラッディングエリア66を形
成する包囲材とに分けられたガラス基板40を示してい
る。コアエリア64を形成する円柱構造は、実質的に、
光入口面30から光出口面32まで伸延している。使用
時には、光は通常光入口面30からコアエリアに入り、
コアエリア64内を伝播し、通常光出口面32から出て
いく。コアエリア64およびクラッディングエリア66
は、コアエリア64に入った光を内部反射させるのに十
分なだけコアエリア64がクラッディングエリア66よ
りも大きい屈折率を有するような屈折率を有している。
クラッディングエリア66は少なくともその一部が光ブ
ロック材であり、この光ブロック材は軸外れ光が回折し
て観察者の視覚コーン内に入るのを回避するために好ま
しくは出口面32にあり、これにより、FOFP結合型
LCDの軸上コントラストパフォーマンスが改善され
る。また、クラッディングエリア66が2つの部分を有
していることは注意すべきである。すなわち、構造的な
支持部となるエッチングされなかった元材料の残存部分
72と、エッチングされた部分74を充填するために用
いられた低屈折率ガラスまたはプラスチック76であ
る。
FIGS. 16A and 16B show the core area 64.
Is shown, and a glass substrate 40 divided into a columnar structure forming a cladding area and a surrounding material forming a cladding area 66 is shown. The columnar structure forming the core area 64 is substantially
It extends from the light entrance surface 30 to the light exit surface 32. In use, light usually enters the core area through the light entrance surface 30,
The light propagates in the core area 64 and exits from the normal light exit surface 32. Core area 64 and cladding area 66
Has a refractive index such that the core area 64 has a greater refractive index than the cladding area 66 enough to internally reflect light that has entered the core area 64.
Cladding area 66 is at least partially light blocking material, which is preferably at exit surface 32 to avoid off-axis light diffracting into the observer's visual cone. This improves the on-axis contrast performance of the FOFP-coupled LCD. It should also be noted that the cladding area 66 has two parts. That is, the remaining portion 72 of the unetched source material that serves as a structural support and the low refractive index glass or plastic 76 used to fill the etched portion 74.

【0037】上に挙げた材料を用いて上述のように構成
された構造は、コアエリア64の屈折率がもしガラスが
用いられた場合に約1.5であり、クラッディングエリ
ア66の屈折率がもしトリフルオロイソプロピルメタク
リル酸エステルが用いられた場合に約1.42である。
これら屈折率から、開口数NA=[n2 core−n2 clad]
1/2=[1.52-1.422]1/2=0.48となる。これ
らの例は説明のためだけのものであって、約1.45か
ら約1.12の間の屈折率をもつすべてのガラスまたは
プラスチックが、適当な開口数を得るようにしてフォト
フォームガラスとともに用いられてもよい。
A structure constructed as described above using the materials listed above has a core area 64 having a refractive index of about 1.5 if glass is used, and a refractive index of the cladding area 66. Is about 1.42 if trifluoroisopropyl methacrylate is used.
From these refractive indices, the numerical aperture NA = [n 2 core− n 2 clad ]
1/2 = [1.5 2 -1.42 2 ] 1/2 = 0.48. These examples are for illustration only, and any glass or plastic having an index of refraction between about 1.45 and about 1.12. May be used.

【0038】もし図13に示すように流体および液体保
持プレート84が用いられるのであれば、適当な液体は
水である。もし屈折率が1.33である水が用いられる
と、開口数NA=[n2 core−n2 clad]1/2=[1.52-
1.332]1/2=0.69となる。繰り返すが、水は説
明目的だけに用いられるものであり、約1.45から約
1.12の間の屈折率をもつすべての流体がフォトフォ
ームガラスとともに用いられてもよい。かかる流体に
は、クラッディングエリア66への光ブロッキング特性
をもつ暗色または不透明流体が含まれる。
If a fluid and liquid holding plate 84 is used as shown in FIG. 13, a suitable liquid is water. If water having a refractive index of 1.33 is used, the numerical aperture NA = [n 2 core− n 2 clad ] 1/2 = [1.5 2
1.33 2 ] 1/2 = 0.69. Again, water is used for illustrative purposes only, and any fluid having an index of refraction between about 1.45 and about 1.12 may be used with photoform glass. Such fluids include dark or opaque fluids that have light blocking properties to the cladding area 66.

【0039】図17〜22に示すように、クラッディン
グエリア66ではなくコアエリア64をエッチングする
ことにより同じ処理を実行し、同様の結果を得ることも
可能である。図17〜22では同じ参照符号が示されて
おり、等価な構造を示すのに参照符号には”a”という
拡張符号が付記されている。
As shown in FIGS. 17-22, it is possible to perform the same process by etching the core area 64 instead of the cladding area 66 and obtain similar results. 17 to 22, the same reference numerals are shown, and the reference numerals are appended with an extension code "a" to indicate the equivalent structure.

【0040】図17を参照すると、光感受性ガラス基板
40aが示されている。ガラス基板40aは、コアエリ
ア64aおよびクラッディングエリア66aの2種類の
エリアに分けられている。ガラス基板40aがFOFP
として機能するためには、コアエリア64aは、そこに
入射したすべての光を全内部反射させることが必要であ
る。全内部反射がコアエリア64a内で起こるために
は、コアエリア64aの屈折率(ncore)が、クラッデ
ィングエリア66aの屈折率(nclad)よりも大きくな
くてはならない。
Referring to FIG. 17, a photosensitive glass substrate 40a is shown. The glass substrate 40a is divided into two types of areas, a core area 64a and a cladding area 66a. Glass substrate 40a is FOFP
In order to function as, it is necessary for the core area 64a to totally internally reflect all light incident thereon. For total internal reflection to occur within core area 64a, the refractive index (n core ) of core area 64a must be greater than the refractive index (n clad ) of cladding area 66a.

【0041】コアエリア64aおよびクラッディングエ
リア66aの屈折率に差を生じさせるために、ガラス基
板40にはマスク60aを介して平行UV放射62aが
照射される。マスク60aの平面図が図18に示されて
いる。マスク60aは、透明なコア照射エリア78と不
透明なクラッディング非照射エリア80とに分けられて
いる。平行UV放射62aは、マスク60aのクラッデ
ィング非照射エリア80を通過せず、そのためクラッデ
ィングエリア66aではガラス基板40aには当たらな
い。従って、クラッディングエリア66aはアモルファ
スガラスのまま維持される。
The glass substrate 40 is irradiated with parallel UV radiation 62a through a mask 60a to cause a difference in the refractive index between the core area 64a and the cladding area 66a. A plan view of the mask 60a is shown in FIG. The mask 60a is divided into a transparent core illuminated area 78 and an opaque non-cladding non-illuminated area 80. The parallel UV radiation 62a does not pass through the non-cladding area 80 of the mask 60a, and thus does not strike the glass substrate 40a in the cladding area 66a. Therefore, the cladding area 66a is maintained as amorphous glass.

【0042】しかしながら、平行UV放射62aは、マ
スク60aのコア照射エリア78を通過し、コアエリア
64a内の基板40aに当たり、コアエリア64aの特
性を変化させる。本例では、コアエリア64aは、クラ
ッディングエリア64a内のアモルファスガラスよりも
エッチング速度が大きい結晶ガラスになる。
However, the parallel UV radiation 62a passes through the core irradiation area 78 of the mask 60a, hits the substrate 40a in the core area 64a, and changes the characteristics of the core area 64a. In this example, the core area 64a is a crystal glass having a higher etching rate than the amorphous glass in the cladding area 64a.

【0043】そして、ガラス基板はエッチング槽に入れ
られ、その結果が図19に示されている。最も大きい公
知のエッチング速度差は、5%フッ化水素酸溶液(5%
HF)を用いて得られ、これにより、アモルファスガラ
スであるクラッディングエリア66aと結晶ガラスであ
り、コアエリア64aのエッチング速度差は50:1と
なる。
Then, the glass substrate was put into an etching bath, and the result is shown in FIG. The largest known etch rate difference is a 5% hydrofluoric acid solution (5%
HF), whereby the difference in etching rate between the cladding area 66a, which is amorphous glass, and the core area 64a, which is crystalline glass, is 50: 1.

【0044】グラス基板40aは、図19に示されてい
るように、コアエリア64aの残存部分72aおよびコ
アエリア64aのエッチング部分74aが生じるように
コアエリア64aを部分的にエッチングして除去するの
に十分な時間だけ腐食液槽に浸漬される。コアエリア6
4aは、コアエリア64aの残存部分72aが構造的な
支持部となり得るように完全にはエッチング除去されな
い。
As shown in FIG. 19, the glass substrate 40a is partially etched to remove the core area 64a so that the remaining portion 72a of the core area 64a and the etched portion 74a of the core area 64a are formed. For a sufficient time. Core area 6
4a is not completely etched away so that the remaining portion 72a of the core area 64a can serve as a structural support.

【0045】コアエリア64aの部分的なエッチングが
行われると、ガラス基板40aは、ガラス基板40a内
のコアエリア64aのエッチング部分74aのエッジを
円滑にするためにアニールされる。アニール工程の詳細
は、用いられるガラス基板40aの種類によって変わ
る。しかしながら、もしホヤ(Hoya)から入手できるP
EG−3ガラスが用いられるならば、好適なアニーリン
グ工程は上述した4段階で行われるべきである。
Once the core area 64a is partially etched, the glass substrate 40a is annealed to smooth the edges of the etched portion 74a of the core area 64a in the glass substrate 40a. The details of the annealing step vary depending on the type of the glass substrate 40a used. However, if the P available from Hoya
If EG-3 glass is used, a suitable annealing step should be performed in the four steps described above.

【0046】アニーリングおよび冷却を行った後、ガラ
ス基板40aのコアエリア64aのエッチング部分74
は、図20に示すように、溶融低屈折率ガラス、エポキ
シまたはプラスティック82で充填される。ナフタルメ
タクリル酸エステル、または、ビニルカルバゾールのよ
うな様々な材料を用いることができる。
After annealing and cooling, the etched portion 74 of the core area 64a of the glass substrate 40a is
Is filled with molten low refractive index glass, epoxy or plastic 82 as shown in FIG. Various materials such as naphthalic methacrylate or vinyl carbazole can be used.

【0047】代替的には、図21に示されているよう
に、エッチング部分74aはカシア油または二硫化炭素
のような適当な高屈折率流体で充填されてよい。しかし
ながら、この場合には、液体を保持するために、ガラス
基板のエッチング表面上にガラス基板40aと接触する
薄いガラスまたはプラスチックの液体保持プレート84
aを追加する必要がある。もし不透明なクラッディング
開口が所望であれば、液体保持プレートは、クラッディ
ングエリア66a上において光ブロック材の薄い層で被
覆されてよく、これによって本技術分野で公知であるよ
うに不透明のクラッディング開口が提供される。液体保
持プレート84aは図13に示されたものと同一であ
る。コアエリア64aは光ブロック材86aによって被
覆されていない。図21に示されているように、液体保
持プレート84aがガラス基板40aのエッチング表面
上に組み立てられているとき、図21に示されているよ
うに、光ブロック材86aは組み立て体の外側面にあっ
てガラス基板40aのエッチング面に対向していないこ
とが好ましい。もし光ブロック材86aがガラス基板4
0aのエッチング面に対向するように光ブロック材86
aを備えた液体保持プレート84aが組み立てられても
装置は機能するであろうが、光ブロック材86aは外側
面にあることが好ましい。
Alternatively, as shown in FIG. 21, the etched portion 74a may be filled with a suitable high index fluid such as cassia oil or carbon disulfide. However, in this case, a thin glass or plastic liquid holding plate 84 that contacts the glass substrate 40a on the etched surface of the glass substrate to hold the liquid.
a needs to be added. If an opaque cladding opening is desired, the liquid retaining plate may be coated with a thin layer of light blocking material over the cladding area 66a, thereby providing an opaque cladding as is known in the art. An opening is provided. The liquid holding plate 84a is the same as that shown in FIG. The core area 64a is not covered with the light blocking material 86a. When the liquid holding plate 84a is assembled on the etched surface of the glass substrate 40a as shown in FIG. 21, the light blocking material 86a is attached to the outer surface of the assembly as shown in FIG. Therefore, it is preferable not to face the etched surface of the glass substrate 40a. If the light blocking material 86a is the glass substrate 4
Optical block material 86 so as to face the etched surface 0a.
The device will still function when the liquid holding plate 84a with a is assembled, but the light blocking material 86a is preferably on the outer surface.

【0048】最も重要なことは、コアエリア64a内で
全内部反射が起こるように、コアエリア64a内のガラ
スまたはプラスチックが、クラッディングエリア66a
よりも大きい屈折率を有していることである。
Most importantly, the glass or plastic in the core area 64a is removed from the cladding area 66a so that total internal reflection occurs in the core area 64a.
Has a higher refractive index.

【0049】図22(a),(b)に、結果としての製
品が示されている。図22(a),(b)は、コアエリ
ア64aを形成する円柱構造と、クラッディングエリア
66aを形成する包囲材とに分けられたガラス基板40
aを示している。コアエリア64aを形成する円柱構造
は、実質的に、光入口面30から光出口面32まで伸延
している。使用時には、光は通常光入口面30からコア
エリアに入り、コアエリア64a内を伝播し、通常光出
口面32から出ていく。コアエリア64aおよびクラッ
ディングエリア66aは、コアエリア64aに入った光
を内部反射させるのに十分なだけコアエリア64aがク
ラッディングエリア66aよりも大きい屈折率を有する
ような屈折率を有している。また、コアエリア64aが
2つの部分を有していることは注意すべきである。すな
わち、構造的な支持部となるエッチングされなかった元
材料の残存部分72aと、エッチングされた部分74a
を充填するために用いられた高屈折率ガラス、エポキシ
またはプラスチック82である。
FIGS. 22 (a) and (b) show the resulting product. FIGS. 22A and 22B show a glass substrate 40 divided into a columnar structure forming a core area 64a and a surrounding material forming a cladding area 66a.
a. The columnar structure forming the core area 64a extends substantially from the light entrance surface 30 to the light exit surface 32. In use, light enters the core area from the normal light entrance surface 30, propagates in the core area 64a, and exits from the normal light exit surface 32. The core area 64a and the cladding area 66a have a refractive index such that the core area 64a has a greater refractive index than the cladding area 66a enough to internally reflect light that has entered the core area 64a. . It should also be noted that the core area 64a has two parts. That is, the remaining portion 72a of the unetched original material serving as a structural support portion and the etched portion 74a
Is the high refractive index glass, epoxy or plastic 82 used to fill the substrate.

【0050】上に挙げた材料を用いて上述のように構成
された構造は、コアエリア64aの屈折率がもしナフタ
ルメタクリル酸エステルが用いられた場合に約1.68
3であり、クラッディングエリア66aの屈折率がもし
フォトフォームガラスが用いられた場合に約1.5であ
る。これら屈折率から、開口数NA=[n2 core−n2 c
lad]1/2=[1.642-1.52]1/2=0.66となる。
しかしながら、これらの例は説明のためだけのものであ
って、約1.55から約1.80の間の屈折率をもつい
ずれかの適当な透明ガラスまたはプラスチックが、適当
な開口数を得るようにしてフォトフォームガラスととも
に用いられてもよい。
The structure constructed as described above using the materials listed above has a refractive index of the core area 64a of about 1.68 if naphthal methacrylate is used.
3, the refractive index of the cladding area 66a is about 1.5 if photoform glass is used. From these refractive indices, the numerical aperture NA = [n 2 core −n 2 c
lad ] 1/2 = [1.64 2 -1.5 2 ] 1/2 = 0.66.
However, these examples are for illustration only, and any suitable clear glass or plastic having an index of refraction between about 1.55 and about 1.80 will provide a suitable numerical aperture. It may be used together with a photoform glass.

【0051】もし、図21に示されるように、流体及び
液体保持プレートが用いられるのであれば、適当な液体
はカシア油である。もし、屈折率が1.7のカシア油が
用いられると、開口数NA=n2 core−n2 clad]1/2
[1.72-1.52]1/2=0.8となる。ここで、カシア
油は説明目的だけに用いられるものであり、約1.55
〜1.80の間の屈折率を持ついずれかの流体がフォト
フォームガラスと共に用いられてもよい。これにより、
適当な開口数を得ることができる。
A suitable liquid is cassia oil if a fluid and liquid holding plate is used, as shown in FIG. If cassia oil having a refractive index of 1.7 is used, the numerical aperture NA = n 2 core− n 2 clad ] 1/2 =
[1.7 2 -1.5 2 ] 1/2 = 0.8. Here, cassia oil is used only for the purpose of explanation, and about 1.55
Any fluid having a refractive index between 間 の 1.80 may be used with the photoform glass. This allows
An appropriate numerical aperture can be obtained.

【0052】[0052]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によると、
円柱構造内の屈折率が円柱構造の境界での屈折率よりも
大きい、その境界が屈折率の不連続性で規定される複数
の円柱構造を含む基板を生成することができる。
As described above, according to the present invention,
A substrate can be produced that includes a plurality of columnar structures, where the index of refraction within the columnar structure is greater than the index of refraction at the boundaries of the columnar structures, the boundaries being defined by refractive index discontinuities.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 光ファイバに入射する光の許容コーンを描い
た光ファイバ並びにガイド光線および非ガイド光線の側
面図である。
FIG. 1 is a side view of an optical fiber depicting a permissible cone of light incident on the optical fiber and guide and non-guide rays.

【図2】 狭い許容コーンを描いた光ファイバの側面図
である。
FIG. 2 is a side view of an optical fiber depicting a narrow tolerance cone.

【図3】 広い許容コーンを描いた光ファイバの側面図
である。
FIG. 3 is a side view of an optical fiber depicting a wide allowable cone.

【図4】 方位平均を描いた光ファイバの側面図であ
る。
FIG. 4 is a side view of the optical fiber depicting the azimuth average.

【図5】 従来のFOFPの平面図である。FIG. 5 is a plan view of a conventional FOFP.

【図6】 軸外れ光入射についての光ファイバフェイス
プレートにおける光の回折を示す図である。
FIG. 6 is a diagram illustrating diffraction of light on an optical fiber faceplate with respect to off-axis light incidence.

【図7】 透明クラッディング開口を有する光ファイバ
フェイスプレートでの回折に関するコントラスト低下を
示す図である。
FIG. 7 illustrates the reduction in contrast with respect to diffraction on a fiber optic faceplate having a transparent cladding aperture.

【図8】 不透明クラッディングを有する光ファイバフ
ェイスプレートでの回折に関するコントラスト低下の減
少を示す図である。
FIG. 8 illustrates a reduction in contrast loss for diffraction on a fiber optic faceplate with opaque cladding.

【図9】 本発明による、FOFPの光学的均等物をつ
くるための第1の製造工程における光感受性ガラスのプ
レートの側面図である。
FIG. 9 is a side view of a plate of photosensitive glass in a first manufacturing step for making an optical equivalent of a FOFP according to the present invention.

【図10】 図9に示された製造工程で用いられるマス
クの平面図である。
FIG. 10 is a plan view of a mask used in the manufacturing process shown in FIG.

【図11】 本発明による、FOFPの光学的均等物を
つくるための第2の製造工程における光感受性ガラスの
プレートの側面図である。
FIG. 11 is a side view of a plate of photosensitive glass in a second manufacturing step for making an optical equivalent of a FOFP according to the present invention.

【図12】 本発明による、FOFPの光学的均等物を
つくるための第3の製造工程における光感受性ガラスの
プレートの側面図である。
FIG. 12 is a side view of a plate of photosensitive glass in a third manufacturing step for making an optical equivalent of a FOFP according to the present invention.

【図13】 本発明による、FOFPの光学的均等物を
つくるための光学的第4の製造工程における光感受性ガ
ラスのプレートの側面図である。
FIG. 13 is a side view of a plate of photosensitive glass in an optical fourth fabrication step for making an optical equivalent of a FOFP according to the present invention.

【図14】 液体保持プレートの斜視図である。FIG. 14 is a perspective view of a liquid holding plate.

【図15】 図9〜14のいずれかで説明した製造工程
を用いてつくられたFOFPの斜視図である。
FIG. 15 is a perspective view of a FOFP manufactured by using the manufacturing process described in any of FIGS.

【図16】 図9〜14で説明した製造工程を用いてつ
くられた別のFOFPの斜視図である。
FIG. 16 is a perspective view of another FOFP made using the manufacturing process described in FIGS.

【図17】 本発明による、FOFPの光学的均等物を
つくるための別の第1の製造工程における光感受性ガラ
スのプレートの側面図である。
FIG. 17 is a side view of a plate of photosensitive glass in another first manufacturing step for making an optical equivalent of a FOFP according to the present invention.

【図18】 図17に示された製造工程で用いられるマ
スクの平面図である。
18 is a plan view of a mask used in the manufacturing process shown in FIG.

【図19】 本発明による、FOFPの光学的均等物を
つくるための別の第2の製造工程における光感受性ガラ
スのプレートの側面図である。
FIG. 19 is a side view of a plate of photosensitive glass in another second manufacturing step for making an optical equivalent of a FOFP according to the present invention.

【図20】 本発明による、FOFPの光学的均等物を
つくるための別の第3の製造工程における光感受性ガラ
スのプレートの側面図である。
FIG. 20 is a side view of a plate of photosensitive glass in another third manufacturing step for making an optical equivalent of a FOFP according to the present invention.

【図21】 本発明による、FOFPの光学的均等物を
つくるための光学的第4の製造工程における光感受性ガ
ラスのプレートの側面図である。
FIG. 21 is a side view of a plate of photosensitive glass in an optical fourth fabrication step for making an optical equivalent of a FOFP according to the present invention.

【図22】 図17〜21のいずれかで説明した製造工
程を用いてつくられたFOFPの斜視図である。
FIG. 22 is a perspective view of a FOFP manufactured using the manufacturing process described in any of FIGS.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

40 光感受性ガラス基板、60 マスク、62 平行
UV放射、64 コアエリア、66 クラッディングエ
リア、68 コア非照射エリア、70 クラッディング
照射エリア、72 残存部分、74 エッチング部分、
84 液体保持プレート、86 光ブロック材。
40 photosensitive glass substrate, 60 mask, 62 parallel UV radiation, 64 core area, 66 cladding area, 68 core non-irradiation area, 70 cladding illumination area, 72 remaining part, 74 etched part,
84 liquid holding plate, 86 light blocking material.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 前面と背面を有する光プレートの製造方
法において、 A.コアエリア屈折率を有しているとともに前記前面か
ら前記背面にほぼ伸延する少なくとも1つの実質的な円
柱状のコアエリアと、クラッディングエリア屈折率を有
しているとともに前記少なくとも1つのコアエリアをほ
ぼ取り囲んでいる少なくとも1つのクラッディングエリ
アとに分けられた基板を用意するステップと、 B.前記少なくとも1つのコアエリアまたは前記少なく
とも1つのクラッディングエリアの一方の一部分を除去
して、除去部分エリアを生成するステップと、 C.前記コアエリア屈折率が前記クラッディングエリア
屈折率よりも大きくなるように、前記除去部分エリアを
充填するステップとを備えていることを特徴とする光プ
レートの製造方法。
1. A method of manufacturing an optical plate having a front surface and a back surface, comprising: At least one substantially cylindrical core area having a core area refractive index and extending substantially from the front surface to the rear surface; and a cladding area refractive index and the at least one core area. Providing a substrate divided into at least one substantially surrounding cladding area; b. B. removing a portion of one of said at least one core area or said at least one cladding area to create a removed partial area; Filling the removed portion area such that the core area refractive index is greater than the cladding area refractive index.
JP10214548A 1997-08-06 1998-07-29 Manufacture of optical plate Withdrawn JPH11119039A (en)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005524872A (en) * 2002-05-09 2005-08-18 スクリーン テクノロジー リミテッド display
JP2013041208A (en) * 2011-08-19 2013-02-28 Seiko Epson Corp Spectroscopic sensor and angle limiting filter
JP2013257529A (en) * 2012-05-18 2013-12-26 Sharp Corp Optical system

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