(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ファイバー中を導波する赤色、緑色、青色３つの波長の可視光が回折されて側面から特定のフルカラーパターンが出射される光ファイバーの作製方法であって、光ファイバー中を導波する赤色、緑色、青色３つの波長各々回折して側面から出射される構成の３つの多重記録した干渉縞各々を、光ファイバーの側面からの紫外光の２光束による干渉で作製することを特徴とする表示機能を持つ光ファイバーの作製方法。
【請求項２】
側面から入射する紫外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ことを特徴とする請求項１記載の表示機能を持つ光ファイバーの作製方法。
【請求項３】
側面から入射する紫外光は計算機生成ホログラムにより発生することを特徴とする請求項１記載の表示機能を持つ光ファイバーの作製方法。
【発明の詳細な説明】
【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
【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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