(57)【要約】【課題】バンドルファイバとシングルコアファイバを結合したときに、均一な出射光を得ることができるファイバ結合方法及びレーザ装置を提供する。【解決手段】複数のファイバ１２，１３，１４を束ねてバンドルファイバとし、これら複数のファイバの端部をこれよりも大きいコア径をもつシングルコアファイバ１１の端部に結合させ、複数のファイバはシングルコアファイバに結合される位置に応じて、方向や特性を異ならせるファイバ結合方法と、この方法を用いたレーザ装置。【選択図】　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のファイバを束ねてバンドルファイバとし、前記複数のファイバの各端部を前記ファイバよりも大きいコア径をもつシングルコアファイバの端部に結合させ、前記ファイバは前記シングルコアファイバに結合される位置に応じて、方向や特性を異ならせることを特徴とするファイバ結合方法。
【請求項２】
前記バンドルファイバを形成する前記複数のファイバの方向は、各々、前記シングルコアファイバの中心軸に向けるように角度を設けたことを特徴とする請求項１記載のファイバ結合方法。
【請求項３】
前記バンドルファイバを形成する前記複数のファイバの前記シングルコアファイバに結合される各端部は、その断面に角度を設けたことを特徴とする請求項１記載のファイバ結合方法。
【請求項４】
前記バンドルファイバを形成する前記複数のファイバは、それぞれ、赤レーザ、青レーザ、緑レーザのための３つのファイバであることを特徴とする請求項１記載のファイバ結合方法。
【請求項５】
前記バンドルファイバを形成する前記複数のファイバは、束の外側のファイバの出射光が低次モード、内側のファイバの出射光が前記低次モードよりも高い高次モードとなるように、入射角をそれぞれ異ならせて光線が入射されるものであることを特徴とする請求項１記載のファイバ結合方法。
【請求項６】
前記バンドルファイバを形成する前記複数のファイバは、束の外側のファイバが低開口率、内側のファイバが前記低開口率よりも高い高開口率を示すファイバであることを特徴とする請求項１記載のファイバ結合方法。
【請求項７】
複数のレーザ発生器と、
前記レーザ発生器にそれぞれ結合される複数のファイバと、前記ファイバが束ねられバンドルファイバとして結合される、前記ファイバよりも大きいコア径をもつシングルコアファイバとを有し、前記複数のファイバは、結合される位置に応じて方向や特性が異なることを特徴とするファイバ群と、
を具備することを特徴とするレーザ装置。
【請求項８】
前記バンドルファイバを形成する前記複数のファイバの方向は、各々、前記シングルコアファイバの中心軸に向けるように角度を設けたことを特徴とする請求項７記載のレーザ装置。
【請求項９】
前記バンドルファイバを形成する前記複数のファイバの前記シングルコアファイバに結合される各端部は、その断面に角度を設けたことを特徴とする請求項７記載のレーザ装置。
【請求項１０】
前記バンドルファイバを形成する前記複数のファイバは、それぞれ、赤レーザ、青レーザ、緑レーザが前記レーザ発生器から照射される３つのファイバであることを特徴とする請求項７記載のレーザ装置。
【請求項１１】
前記バンドルファイバを形成する前記複数のファイバは、束の外側のファイバの出射光が低次モード、内側のファイバの出射光が前記低次モードよりも高い高次モードとなるように、入射角をそれぞれ異ならせて光線が入射されるものであることを特徴とする請求項７記載のレーザ装置。
【請求項１２】
前記バンドルファイバを形成する前記複数のファイバは、束の外側のファイバが低開口率、内側のファイバが前記低開口率よりも高い高開口率を示すファイバであることを特徴とする請求項７記載のレーザ装置。
【請求項１３】
複数のレーザ発生器と、前記レーザ発生器に各々結合される複数のファイバと、前記ファイバが束ねられバンドルファイバとして結合される、前記ファイバよりも大きいコア径をもつシングルコアファイバとをもち、前記複数のファイバは結合される位置に応じて方向や特性が異なることを特徴とする光源部を有し、
前記光源部からの照射光を用いて与えられる映像情報に基づきディスプレイに映像を表示することを特徴とするプロジェクションテレビ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数のレーザ光を合成すべく複数のファイバを束ねてシングルコアファイバに結合するファイバ結合方法及びこの方法を用いたレーザ装置とプロジェクションテレビ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来技術として、バンドル光ファイバを用いた固体レーザの励起用半導体レーザの分野で接続方法について説明する。特開２００１−１５８３９号公報においては、「光ファイバ励起固体レーザ装置」が開示されており、複数のファイバ出力半導体レーザによるバンドル光ファイバとシングルコア光ファイバを接続することで、励起効率のよいレーザ光源を得ている。ここでは、バンドルファイバのコア外周の大きさとシングルコアファイバのコア径を併せることで高結合効率が得られることと、シングルコアにいれることでバンドルファイバ内の各コアから出射されるレーザ光のむらを抑えることができることが述べられている。
この例では、バンドルファイバからのレーザ光が同じ特性のものであることが前提となっているため、レーザ光がある程度交じり合って全体として一様な出力が得られればいい。
【０００３】
しかしながら、バンドルファイバからのレーザ光が異なる特性、例えば、波長が違う場合には、各ファイバからのレーザ光が均一に交じり合う必要がある。
【０００４】
通常、レーザ光がファイバ内を伝搬するには、ファイバごとに特有ないくつかのモードの状態が決まっている。ファイバに入射したときにそれら伝搬できるモードに結合してファイバ内を伝搬するが、最初に結合したモードが主として伝搬するため、入射位置による違いがそのまま、結合するモードの違いとして現れてしまう。このため、シングルコアファイバからの出射パターンが入射位置の違う波長ごとに異なるという問題がある。これば、ディスプレイ用途として白色光を得ようとする場合、大きな問題である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
すなわち、バンドルファイバとシングルコアファイバを結合したときに、シングルコアファイバからの出射光が、バンドルファイバでの各ファイバの位置が異なると、シングルコアファイバからの出射パターンがそれぞれ異なり、むらをもってしまい、均等に交じり合った出射光が得られないという問題がある。
【０００６】
本発明は、バンドルファイバとシングルコアファイバとを結合したときに、シングルコアファイバからの出射光が、バンドルファイバでのファイバの位置によらず均等に混じりあうことのできるファイバ結合方法及びレーザ装置とプロジェクションテレビ装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を解決するべく、複数のファイバを束ねてバンドルファイバとし、前記複数のファイバの各端部を前記ファイバよりも大きいコア径をもつシングルコアファイバの端部に結合させ、前記ファイバは前記シングルコアファイバに結合される位置に応じて、方向や特性を異ならせることを特徴とするファイバ結合方法を提供する。
【０００８】
本発明は上述した構造により、バンドルファイバを形成する複数のファイバを、シングルコアファイバに結合させる位置に応じて、方向や特性を異ならせる、例えば、シングルコアファイバの中心軸に各ファイバが向くように角度を持たせる。こうすることにより、シングルコアファイバ内に照射される光はそれぞれが十分に交じり合い、従来のようにむらが、シングルコアファイバの出射光に現れるということがなくなる。これにより、複数のファイバからの光が十分に交じり合った均一な出射光がシングルコアファイバから得られるものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明に係るファイバ結合方法及びこれを用いたレーザ装置について、図面を用いて詳細に説明する。
【００１０】
＜第１実施形態＞
第１実施形態は、バンドルファイバを形成する複数のファイバにおいて、シングルコアファイバに結合される位置に応じて、その向きを異ならせるファイバ結合方法とこれを用いたレーザ装置を提供するものである。図１は、本発明に係る第１実施形態であるバンドルされ傾斜を設けたファイバとシングルコアファイバとを示す断面図、図２は、本発明に係る第１実施形態であるバンドルされカット面に傾斜を設けたファイバとシングルコアファイバとを示す断面図、図３は、ファイバの結合方法を用いたレーザ装置を示すブロック図、図４は、バンドルされたファイバの一例を示す断面図、図５は、バンドルされたファイバの一例を示す断面図である。
【００１１】
これらの図において、本発明に係るファイバ結合方法を用いたレーザ装置を説明すると、図３に示すように、レーザ発生器Ａ２１からのレーザ光が光結合部３１を介して光ファイバ４１に入射される。同様にレーザ発生器Ｂ２２乃至レーザ発生器Ｇ２７からのレーザ光がそれぞれ光結合部３２乃至３７を介して光ファイバ４２乃至４７に入射される。光ファイバ４１乃至４７の７本のファイバは、図４に示すようにバンドルファイバ５１として纏められてシングルコアファイバ１１に接続される。
【００１２】
レーザ発生器２１乃至２７からのレーザ光の波長はすべて同じではなく、少なくとも２つ以上の波長を発生させている。このとき、レーザ発生器Ｄからのレーザ光が入射された光ファイバ４４が図４でのＤの中心位置に配置され、他のファイバ４１乃至４３、４５乃至４７がその外周部Ａ〜Ｃ、Ｅ〜Ｇに配置されている。これらの光ファイバが何らの処理も施されずに真っ直ぐにシングルコアファイバ１１に入射した場合に、波長の異なるレーザ光は十分に混ざり合うことなく、むらのある出射光となってしまう。
【００１３】
そこで、本発明に係るファイバ結合方法によれば、図４での破線部分でカットした図である図１に示すように、各ファイバの出射光の向きが、各光ファイバの出射光軸を延長した場合に交わる点があるように束ねられており、外側の外周部におかれた光ファイバがシングルコアファイバ１１の中心方向に向けられている。これにより、各バンドルファイバからの出力光が交差することとなり、シングルファイバ内へ入射した際の結合モードとして共通のモードに変換されやすくなる。従って、レーザ発生器Ａ２１乃至Ｇ２７からの出力レーザ光がこのシングルコアファイバ１１内で混じりやすくなり、各ファイバ４１乃至４７からの出射光は、各レーザ発生器からのレーザ光が十分に交じり合って均一なレーザ光を得ることができる。
【００１４】
レーザ装置は、各レーザ発生器から、赤レーザ、緑レーザ、青レーザの各単色を発光し、これを合成して白色レーザ光とする場合が多く、図３のレーザ発生器Ａ２１乃至Ｇ２７のそれぞれが赤レーザ、緑レーザ、青レーザの各単色である場合以外に、図５に示すように、三本のファイバ５２乃至５４のそれぞれが、Ｒ，Ｇ，Ｂである場合も、各レーザ光が合成された白色レーザ光を得ることができるので好適である。
【００１５】
又、このように各ファイバの向きを変える以外に、図２に示すように、各ファイバの結合部分の切断面に角度（一例として数度）を設けることで、ファイバの向きを変えた場合と同等の作用効果をもたせることが可能である。すなわち、図２に示すように、内側のファイバ１６は、切断面がファイバの向きに垂直であるが、外側のファイバ１５や１７は、切断面がファイバの向きに垂直ではなく、角度が設けられているため、この角度に応じてレーザ光は、シングルコアファイバ１１の中心軸に向けて照射されることとなり、各レーザ光は十分混ざり合って、均一な出射光を得ることができる。
【００１６】
以上、本発明の第１実施形態によれば、バンドルファイバを形成する複数のファイバにおいて、シングルコアファイバに結合される位置に応じて、その向きを異ならせることにより、波長が異なるレーザ光が与えられた場合でもむらのない出射光を得るファイバ結合方法及びこの方法を用いたレーザ装置を提供するものである。
【００１７】
＜第２実施形態＞
第２実施形態は、バンドルファイバを形成する複数のファイバにおいて、シングルコアファイバに結合される位置に応じて、その性質を異ならせるファイバ結合方法とこれを用いたレーザ装置を提供するものである。図６は、本発明に係る第２実施形態のファイバの動作を説明する説明図、図７は、本発明に係る第２実施形態のファイバの一例を示す断面図である。
【００１８】
第２実施形態では、第１実施形態のようにファイバ自体に角度をもたせるのではなく、ファイバの性質やレーザ光の性質により、均一な出射光を得るファイバ結合方法を提供する。すなわち、図２において、各ファイバの位置において中心となる光ファイバ４４の入射光と出射光６４，６５，６６とを考えると、出射光は、高次モードである出射光６５，６６が中心となり、低次モードである出射光６４は少なくなるような、入射光とする。ここで、低次モードとは、入射した光が真っ直ぐに照射される光のモードで、高次モードとは周囲に拡散し反射する光のモードを示す。ここで、高次モードの出射光を得るためには、図３の光結合部３４での入射光の方向に角度を持たせて入射する必要がある。又、低次モードの出射光を得るためには、各光結合部３１乃至３７での入射光の方向は角度をもたせることなく入射する必要がある。
【００１９】
このように、ファイバの位置に応じて、図７に示すように、外側の光ファイバ６２，６３等（図３のファイバ４１，４７に対応）では、低次モードとなるべく、光結合部３１乃至３７での入射光の方向は角度をもたせることなく入射する。一方、内側の光ファイバ６１（図３のファイバ４４に対応）では、高次モードとなるべく、光結合部３４での入射光の方向は角度をもたせて入射する。
【００２０】
これにより、レーザ発生器Ｄ２４とを結合する光結合部３４の動作として、光ファイバ４４からの出射光として高次モードが主となるように結合させる。この場合、図６に示すように、シングルコアファイバ１１に入射されるレーザ光の方向としてはビーム６４よりもビーム６５，６６の方が大きくなるので、シングルコアファイバ１１の高次モードと結合しやすくなり、他の外側に置かれたファイバからの出射光と混じりやすくなるため、均一な出射光を得ることができる。
【００２１】
又、図７に示すように、他の方法として、バンドルされる各ファイバにおいて内側に置かれた光ファイバ４４の開口率ＮＡ（Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ　Ａｐｅｒｔｕｒｅ）を外側の光ファイバのＮＡよりも大きくすることによっても、同様に、高次モードと結合しやすい出射光を得ることができる。一例として、コアとクラッドの屈折率から決まるファイバの素材である開口率ＮＡについて、高ＮＡの例として、０．３５、低ＮＡの例として０．３０の値を示すファイバの使用が好適である。
【００２２】
又、これら二つの方法は、併用して行われても良いし、更に、第１実施形態にて示された特徴と同時に行われても一層効果的である。
【００２３】
以上、説明したように、第２実施形態によれば、複数のレーザ発生器からのレーザ光を各光ファイバに入射してバンドルファイバとし、シングルコアファイバに結合したときに、シングルコアファイバからの出射光が、バンドルファイバを形成する各ファイバの位置に影響されることなく、均等に混じりあうことが可能になる。
【００２４】
＜第３実施形態＞
第３実施形態は、本発明に係るレーザ装置を光源として用いたプロジェクションテレビ装置を提供するものである。図８は、本発明に係るレーザ装置を用いるプロジェクションテレビ装置の一例を示すブロック図である。
【００２５】
第３実施形態に係るプロジェクションテレビ装置Ｐは、図８において、第１実施形態又は第２実施形態で示した構造をもつ光源部７１と、外部から供給される映像信号に所定の処理を施して制御信号を光学エンジン７２に供給する信号処理部７３と、光源部７１から照射光が照射され、制御信号に応じて映像光を生成するＤＭＤや液晶等による光学エンジン７２と、光学エンジン７２からの映像光を受けてディスプレイ７５へと投射する投射レンズ７４とを少なくとも有している。
【００２６】
本発明に係るレーザ装置は均一な出射光を得るものであり、例えば、第３実施形態で示したプロジェクションテレビ装置の光源部等に使用されることで、高品質の再生画像を提供するものである。
【００２７】
以上記載した様々な実施形態により、当業者は本発明を実現することができるが、更にこれらの実施形態の様々な変形例を思いつくことが当業者により容易であり、発明的な能力をもたなくとも様々な実施形態へと適用することが可能である。従って、本発明は、開示された原理と新規な特徴に矛盾しない広範な範囲に及ぶものであり、上述した実施形態に限定されるものではない。
【００２８】
【発明の効果】
以上、説明したように、本発明に係るファイバ結合方法及びこれを用いたレーザ装置によれば、バンドルファイバとシングルコアファイバを結合したときに、バンドルファイバを形成する各ファイバの位置に影響されることなく、均等に混じりあったシングルコアファイバからの出射光を得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る第１実施形態であるバンドルされ傾斜を設けたファイバとシングルコアファイバとを示す断面図。
【図２】本発明に係る第１実施形態であるバンドルされカット面に傾斜を設けたファイバとシングルコアファイバとを示す断面図。
【図３】本発明に係るファイバの結合方法を用いたレーザ装置を示すブロック図。
【図４】本発明に係るバンドルされたファイバの一例を示す断面図。
【図５】本発明に係るバンドルされたファイバの一例を示す断面図。
【図６】本発明に係る第２実施形態のファイバの動作を説明する説明図。
【図７】本発明に係る第２実施形態のファイバの一例を示す断面図。
【図８】本発明に係るレーザ装置を用いるプロジェクションテレビ装置の一例を示すブロック図。
【符号の説明】
１１…シングルコアファイバ、２１〜２７…レーザ発生器、３１〜３７…光結合部、４１〜４７…光ファイバ、５１…バンドルファイバ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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