(57)【要約】      （修正有）【課題】カプラーを用いること無く、複数の光源から出射される光を纏めることが可能となり、製造コストの低減が図れる光伝搬装置の提供。【解決手段】光源とMEMS光スイッチと切替制御装置と光導波路から光伝搬装置を形成し、出射光の波長領域は445ｎｍ以上700ｎｍ以下、MEMS光スイッチはｎ×ｍ（ｎ≧２、ｍ≧２）光スイッチであり、各入力ポートに各光源が、各出力ポートに各光導波路が、それぞれ光学的に結合され、切替制御装置により各入力ポートを一定の周期で切り替えて全ての入力ポートに亘って少なくとも一巡した後に、切替制御装置により各出力ポートを切り替えて、光源からの出射光を光導波路に伝搬する。更にMEMS光スイッチのミラーの角度を電圧の印加により制御し、初期電圧Vpから、ミラーの角度を設定値角度に制御する設定電圧Vsに遷移する途中で、Vp超およびVs未満である電圧V'をミラーに印加する。【選択図】図１
2017219670.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光伝搬装置は少なくとも、複数の光源とMEMS光スイッチと切替制御装置と光導波路から形成され、
各光源は固定出力で、出射される光の波長領域は445ｎｍ以上700ｎｍ以下であり、
MEMS光スイッチは、入力ポートの数がｎ（ｎ≧２）で出力ポートの数がｍ（ｍ≧２）の、ｎ×ｍ光スイッチであり、
各入力ポートに各光源が光学的に結合されると共に、各出力ポートに各光導波路が光学的に結合され、
切替制御装置により各入力ポートが一定の周期で切り替えられて、その周期毎に各入力ポートが各光導波路に光学的に結合されて、光源からの出射光が光導波路に伝搬され、
全ての入力ポートに亘って少なくとも一巡した後に、切替制御装置により各出力ポートが切り替えられ、 
MEMS光スイッチがミラーを備え、電圧の印加によりミラーの角度が制御され、
一定の周期毎に各入力ポートが各光導波路に光学的に結合され、
初期電圧Vp（Ｖ）から、ミラーの角度を所望の設置角度に制御する設定電圧Vs（Ｖ）に遷移する途中で、Vp（Ｖ）超およびVs（Ｖ）未満である電圧V’（Ｖ）がミラーに印加され、V’（Ｖ）印加により設定角度までミラーが振れた時点でVs（Ｖ）が印加される光伝搬装置。
【請求項２】
前記一定の周期毎に前記各入力ポートが前記各光導波路に光学的に結合されながら、
前記切替制御装置により、前記各光導波路への前記出射光の伝搬時間における、前記出射光の前記光導波路への伝搬のオン時間／オフ時間のデューティー比が変更される請求項１に記載の光伝搬装置。
【請求項３】
前記オン時間をオフとすると共に前記オフ時間をオンとした出射光が、前記入力ポートに光学的に結合されていない前記光導波路に伝搬される請求項２に記載の光伝搬装置。
【請求項４】
前記光導波路が光ファイバである請求項１〜３の何れかに記載の光伝搬装置。
【請求項５】
前記光ファイバが光拡散ファイバである請求項４に記載の光伝搬装置。
【請求項６】
全ての前記入力ポートに亘る周期又は全ての前記出力ポートに亘る周期の何れかが 、15ｍ秒である請求項１〜５の何れかに記載の光伝搬装置。
【請求項７】
請求項１〜６の何れかに記載の光伝搬装置を備える光表示装置。
【請求項８】
前記光源がRGB毎の３つの個別の光源を備え、前記一定の周期毎に於ける前記デューティー比が変更される分解能が256分割である請求項７に記載の光表示装置。
【請求項９】
請求項１〜６の何れかに記載の光伝搬装置を備える照明装置。
【請求項１０】
前記光源がRGB毎の３つの個別の光源を備える請求項１〜７または９の何れかに記載の光伝搬装置、光表示装置、または照明装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光伝搬装置及びその光伝搬装置を用いた光表示装置又は照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
光伝搬装置は、非接触加工や照射が可能なことから、加工、医療、照明など様々な分野で用いられており、更なる多用途での使用が求められている。
【０００３】
このような光伝搬装置の一例として、複数の光ファイバから出力されるレーザ光をカプラーにより纏めて、１本の光ファイバから出力する装置が公開されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
図１４は、特許文献１の一実施形態における光伝搬装置100を示す模式図である。光伝搬装置100は、複数のレーザ光源101、カプラー102（特許文献１では「光ファイバコンバイナ」と表記）、及び光出射用エンドキャップ103で主に構成される。レーザ光源101には光ファイバ104が光学的に結合され、光ファイバ104がカプラー102の入力用光ファイバとされる。またカプラー102から出力用光ファイバ105が延長されて、光伝搬装置100の出力用光ファイバとされる。
【０００５】
各レーザ光源101から出射されたレーザ光は、光ファイバ104を伝搬してカプラー102に入射し、カブラー102で纏められて出力用光ファイバ105に出射され、光出射用エンドキャップ103に入射される。出力用光出射用エンドキャップ103に入射したレーザ光は、光出射用エンドキャップ103の出力面から出射される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１５−０２２１３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしレーザ装置伝搬100ではカプラー102を使用しているため、製造コストが高騰した。
【０００８】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、カプラーを用いること無く、複数の光源から出射される光を纏めることが可能となり、製造コストの低減が図れる光伝搬装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記課題は、以下の本発明により解決される。即ち本発明の光伝搬装置は少なくとも、複数の光源とMEMS光スイッチと切替制御装置と光導波路から形成され、各光源は固定出力で、出射される光の波長領域は445ｎｍ以上700ｎｍ以下であり、MEMS光スイッチは、入力ポートの数がｎ（ｎ≧２）で出力ポートの数がｍ（ｍ≧２）の、ｎ×ｍ光スイッチであり、各入力ポートに各光源が光学的に結合されると共に、各出力ポートに各光導波路が光学的に結合され、切替制御装置により各入力ポートが一定の周期で切り替えられて、その周期毎に各入力ポートが各光導波路に光学的に結合されて、光源からの出射光が光導波路に伝搬され、全ての入力ポートに亘って少なくとも一巡した後に、切替制御装置により各出力ポートが切り替えられ、MEMS光スイッチがミラーを備え、電圧の印加によりミラーの角度が制御され、一定の周期毎に各入力ポートが各光導波路に光学的に結合され、初期電圧Vp（Ｖ）から、ミラーの角度を所望の設置角度に制御する設定電圧Vs（Ｖ）に遷移する途中で、Vp（Ｖ）超およびVs（Ｖ）未満である電圧V’（Ｖ）がミラーに印加され、V’（Ｖ）印加により設定角度までミラーが振れた時点でVs（Ｖ）が印加されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の光伝搬装置に依れば、カプラーの代わりにMEMS光スイッチを用いて、複数の光源から出射される光を纏めることで、製造コストの低減を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施形態に係る光伝搬装置を示す模式図である。
【図２】図１の光伝搬装置のMEMS光スイッチに於いて、第１の出力ポートに切り替えられた時の動作を示す説明図である。
【図３】図１の光伝搬装置のMEMS光スイッチに於いて、第２の出力ポートに切り替えられた時の動作を示す説明図である。
【図４】本発明の光伝搬装置に於けるMEMS光スイッチのミラーが共振を起こした時の光出力−スイッチング時間グラフである。
【図５】本発明の光伝搬装置に於けるMEMS光スイッチのミラーを、高速スイッチング駆動させた時の光出力−スイッチング時間グラフである。
【図６】図１の光伝搬装置に於ける、Tb＝2.5ｍ秒時の全光源に亘る切り替え周期を示す説明図である。
【図７】図１の光伝搬装置に於ける、Tb＝2.5ｍ秒時の光導波路への光出力動作を示す説明図であり、色相調整の例を示す説明図である。
【図８】図１の光伝搬装置に於ける、Tb＝2.5ｍ秒時の光導波路への光出力動作を示す説明図であり、明度調整の例を示す説明図である。
【図９】図１の光伝搬装置に於ける、Tb＝2.5ｍ秒時の光導波路への光出力動作を示す説明図であり、彩度調整の例を示す説明図である。
【図１０】（ａ）図１の光伝搬装置に於ける光導波路の一例である、光拡散ファイバの部分側面図である。（ｂ）同図（ａ）の光拡散ファイバを切断面Ａ−Ａ方向から見た時の断面図である。
【図１１】図１の光伝搬装置に於ける、Tb＝５ｍ秒時の光導波路への光出力動作を示す説明図であり、色相調整の例を示す説明図である。
【図１２】図１の光伝搬装置に於ける、Tb＝５ｍ秒時の光導波路への光出力動作を示す説明図であり、明度調整の例を示す説明図である。
【図１３】図１の光伝搬装置に於ける、Tb＝５ｍ秒時の光導波路への光出力動作を示す説明図であり、彩度調整の例を示す説明図である。
【図１４】従来の光伝搬装置の一実施形態を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本実施の形態の第一の特徴は、光伝搬装置が少なくとも、複数の光源とMEMS光スイッチと切替制御装置と光導波路から形成され、各光源は固定出力で、出射される光の波長領域は445ｎｍ以上700ｎｍ以下であり、MEMS光スイッチは、入力ポートの数がｎ（ｎ≧２）で出力ポートの数がｍ（ｍ≧２）の、ｎ×ｍ光スイッチであり、各入力ポートに各光源が光学的に結合されると共に、各出力ポートに各光導波路が光学的に結合され、切替制御装置により各入力ポートが一定の周期で切り替えられて、その周期毎に各入力ポートが各光導波路に光学的に結合されて、光源からの出射光が光導波路に伝搬され、全ての入力ポートに亘って少なくとも一巡した後に、切替制御装置により各出力ポートが切り替えられ、MEMS光スイッチがミラーを備え、電圧の印加によりミラーの角度が制御され、一定の周期毎に各入力ポートが各光導波路に光学的に結合され、初期電圧Vp（Ｖ）から、ミラーの角度を所望の設置角度に制御する設定電圧Vs（Ｖ）に遷移する途中で、Vp（Ｖ）超およびVs（Ｖ）未満である電圧V’（Ｖ）がミラーに印加され、V’（Ｖ）印加により設定角度までミラーが振れた時点でVs（Ｖ）が印加されるとした。
【００１３】
この構成に依れば、カプラーの代わりにMEMS光スイッチを用いて、複数の光源から出射される光を纏めることで、製造コストの低減を図ることが可能となる。
【００１４】
更に、ミラーの共振を防止することが可能となる為、光導波路に伝搬される出射光の光出力へのリンギング発生が防止される。よって入力ポートの切替のスイッチング時間が短縮され、高速でのスイッチング動作が可能となる。高速でのスイッチング動作が可能となることで、人間の肉眼により視認が必要な用途に於いて、光のちらつき認識を防止することが可能となった。
【００１５】
第二の特徴は、一定の周期毎に各入力ポートが各光導波路に光学的に結合されながら、切替制御装置により、各光導波路への出射光の伝搬時間における、出射光の光導波路への伝搬のオン時間／オフ時間のデューティー比が変更されるとした。
【００１６】
この構成に依れば、光導波路から外部へ出射される光を、デューティー比の変更値に応じて任意の色相、明度、彩度を有する出射光に調整することが可能となる。
【００１７】
第三の特徴は、オン時間をオフとすると共にオフ時間をオンとした出射光が、前記入力ポートに光学的に結合されていない前記光導波路に伝搬されることとした。
【００１８】
この構成に依れば、各導波路に色相が異なり補色の関係である二種類の出射光を伝搬することが可能となる。
【００１９】
第四の特徴は、光導波路が光ファイバであるとした。
【００２０】
この構成に依れば、光ファイバの端面から光を出射することが可能となる。
【００２１】
第五の特徴は、光ファイバが光拡散ファイバであるとした。
【００２２】
この構成に依れば、光ファイバの側面に亘って光を放射することが可能となる。
【００２３】
更に、光導波路を光ファイバまたは光拡散ファイバで形成することにより、光ファイバの可撓性により任意な形状で以て光導波路を設置することが可能となる。
【００２４】
なお本発明に於いて光ファイバとは、光を伝搬し、端面から光を出射して発光するものと定義する。また本発明に於いて光拡散ファイバとは、側面から光を出射する光ファイバと定義する。
【００２５】
第六の特徴は、全ての入力ポートに亘る周期又は全ての前記出力ポートに亘る周期の何れかが、15ｍ秒であるとした。
【００２６】
この構成に依れば、人間の肉眼による出射光のちらつき認識を防止することが可能となる。
【００２７】
第七の特徴は、前記何れかの光伝搬装置を備える光表示装置とした。
【００２８】
この構成に依れば、上記各効果を有する光表示装置を実現することが出来る。
【００２９】
第八の特徴は、光源がRGB毎の３つの個別の光源を備え、一定の周期毎に於けるデューティー比が変更される分解能が256分割である光表示装置とした。
【００３０】
この構成に依れば、トゥルーカラー（約1677万色）の出射光で以て表示が可能な、光表示装置を形成することが可能となる。
【００３１】
第九の特徴は、前記何れかの光伝搬装置を備える照明装置とした。
【００３２】
この構成に依れば、上記各効果を有する照明装置を実現することが出来る。
【００３３】
第十の特徴は、光源がRGB毎の３つの個別の光源を備えるとした。
【００３４】
この構成に依れば、フルカラーの色相、明度、彩度の任意調整が可能な光伝搬装置、光表示装置、または照明装置が実現可能となる。
【００３５】
（第１の実施形態）
以下、図１〜図１３を参照して本発明の第１の実施形態に係る光伝搬装置を説明する。第１の実施形態の光伝搬装置１は少なくとも、複数の光源２とMEMS光スイッチ３と切替制御装置４と光導波路51、52から形成される。
【００３６】
光源２はRGB（Red、Green、Blue）毎に３つの個別の光源2a、2b、2cを備えている。従って、光源２から出射される光の波長領域は445ｎｍ以上700ｎｍ以下である。光伝搬装置１の各光源2a、2b、2cには一例として半導体レーザが使用され、LD（Laser Diode）が使用される。各光源2a、2b、2cは固定出力である。よって、赤色の光源2aから出射される光の波長領域は、635ｎｍ以上690ｎｍ以下の一つの波長に固定される。緑色の光源2bから出射される光の波長領域は520ｎｍ以上532ｎｍ以下の一つの波長に固定される。また、青色の光源2cから出力される光の波長領域は、445ｎｍ〜450ｎｍ、460ｎｍ、473ｎｍの何れか一つの波長に固定される。
【００３７】
各光源2a、2b、2cには発光ダイオード（LED）を使用しても良く、LEDを用いる場合の赤色の光源2aから出射される光の波長領域は、650ｎｍ以上700ｎｍ以下の一つの波長に固定される。また緑色の光源2bから出射される光の波長領域は505ｎｍ以上560ｎｍ以下の一つの波長に固定される。また、青色の光源2cから出力される光の波長領域は、450ｎｍ以上470ｎｍ以下の一つの波長に固定される。
【００３８】
各光源2a、2b、2cは固定出力なので、光出力の可変制御が不要となり、光源２の制御装置が省略可能となる。
【００３９】
各光源2a、2b、2cの出射側には、それぞれ光ファイバを備えたケーブル6a、6b、6cの一端が光学的に結合されている。更に各ケーブル6a、6b、6cの他端は、MEMS光スイッチ３の３つの入力ポートにそれぞれ光学的に結合されている。なおケーブル6a、6b、6cに代えて導波路を用いても良い。各光源2a、2b、2cから出射された光は、各ケーブル6a、6b、6c内を伝搬して、MEMS光スイッチ３の各入力ポートに入射される。
【００４０】
光伝搬装置１のMEMS光スイッチ３は、入力ポートの数がｎ＝３（ｎ≧２）で、出力ポートの数がｍ＝２（ｍ≧２）の、ｎ×ｍ（３×２）光スイッチである。各ケーブル6a、6b、6cの両端が各光源2a、2b、2cの出射側およびMEMS光スイッチ３の入力ポートに結合されているため、MEMS光スイッチ３の各入力ポートに各光源2a、2b、2cが光学的に結合されている。また、入力ポートと並んでオフポートが設けられており、図１ではオフポートにMEMS光スイッチ３が切り替えられている状態を示している。
【００４１】
一方、各出力ポート（MEMS光スイッチ３では出力ポートは２つ）に各光導波路51、52（光伝搬装置１では２つ）が光学的に結合されている。光導波路51、52の一例として光ファイバ又は光拡散ファイバが用いられる。
【００４２】
また切替制御装置４は、MEMS光スイッチ３と配線を介して電気的に接続されている。切替制御装置４は、複数の入力ポート並びに複数の出力ポートのうち少なくとも１つを選択するようにMEMS光スイッチ３の切替動作を制御する。この制御に従い、MEMS光スイッチ３は複数の光源2a、2b、2cの１つを選択すると共に、複数の出力ポートの１つを選択し、選択した各光源2a、2b、2cから入射する光を、光導波路51又は52に入射させる。即ち、各入力ポートが光導波路51又は52に光学的に結合されて、光源2a、2b、2cからの出射光が光導波路51又は52に伝搬される。
【００４３】
切替制御装置４は、MEMS光スイッチ３の各入力ポートを一定の周期で切り替えて、その周期毎に各入力ポートを光導波路51又は52に光学的に結合して、光源2a、2b、2cからの出射光を光導波路51又は52に伝搬する。従って、一定の周期毎に各入力ポートが光導波路51又は52に光学的に結合される。
【００４４】
更に、各入力ポートが一定の周期で切り替わる事で、全ての入力ポートに亘って少なくとも切替動作が一巡した後に、切替制御装置４により各出力ポートが切り替えられる。図２から図３は、光導波路51が結合している出力ポートから光導波路52が結合している出力ポートへの切り替わりを示している。出力ポートが切り替わった時、原則として切り替わった方の光導波路にのみ出射光が伝搬され、他方の光導波路には出射光は伝搬されなくなる。なお光伝搬装置１では、図３に於いて全ての入力ポートに亘って少なくとも切替動作が一巡した後に、切替制御装置４により出力ポートが切り替えられて図２に戻る。
【００４５】
MEMS光スイッチ３の各入力ポートを切り替える周期は、光伝搬装置１の使用分野に応じて設定可能である。光伝搬装置１では、可視光波長領域（445ｎｍ以上700ｎｍ以下）の光源２を使用しているため、使用分野の一例としては人間の肉眼により出射光を感知する必要がある光表示装置または照明装置が挙げられる。このような使用分野では、人間の肉眼による出射光のちらつき認識を防止するため、図６に示すように全ての出力ポートに亘る周期Taか、又は図１１〜図１３に示すように全ての入力ポートに亘る周期Taが、60Ｈｚ超（66.7Ｈｚ（周期15ｍ秒））となることが好ましい。
【００４６】
図６（ａ）は光導波路51に於いて、全光源2a、2b、2c（RGB各光源）に亘る切り替え周期を示しており、図６（ｂ）は光導波路52に於いて、全光源2a、2b、2c（RGB各光源）に亘る切り替え周期を示している。図６中の斜線部は、出力ポートが切り替わり各光導波路に出射光が伝搬されていない状態（OFF状態）を示している。図６では、全光源2a、2b、2cを一定の周期Tbで二巡させた周期Taを、全ての出力ポートに亘る周期としている。
【００４７】
図１１〜図１３では、どちらかの出力ポートのみを光学的に結合することで、全ての入力ポートに亘る周期Taを全ての出力ポートに亘る周期としている（光学的に結合されない出力ポートはOFF状態となる）。
【００４８】
図６に於けるMEMS光スイッチ３の各入力ポートを切り替える周期Tbは、Ta／（入力ポート数×全光源2a〜2cに亘る巡回数：２）となる。光伝搬装置１では、Tb＝2.5ｍ秒（2.5ｍsec）となる）。図１１〜図１３に於けるMEMS光スイッチ３の各入力ポートを切り替える周期Tbは、Ta／入力ポート数となる。光伝搬装置１では、Tb＝５ｍ秒（５ｍsec）となる。
【００４９】
MEMS光スイッチ３はミラーを備え、電圧を印加することでミラーの角度が制御される型式であり、前記一定の周期Tb毎にミラーの角度が変わることで反射光の方向が変わり、各入力ポートが光導波路51又は52に光学的に結合される。初期電圧Vp（Ｖ）から、ミラーの角度を所望の設定値角度に制御する設定電圧Vs（Ｖ）が印加されるが、ミラーは機械的共振周波数特性を有する。従って、入力電圧値をVp（Ｖ）から直接Vs（Ｖ）に遷移させるとミラーが共振し、その共振振れ幅から減衰振動して設定値角度に収束する過程で、図４に示すように光導波路51又は52に伝搬される出射光の光出力にリンギングが発生する。よって入力ポートの切替のスイッチング時間が冗長化されてしまう。
【００５０】
そこで本発明では、Vp（Ｖ）からVs（Ｖ）に遷移する途中で、Vp（Ｖ）超およびVs（Ｖ）未満である電圧V’（Ｖ）をミラーに印加している。V’（Ｖ）の電圧値は、そのV’（Ｖ）をミラーに印加した時、ミラーの最大振れ幅が前記設定値角度となる電圧値とする。遷移途中にV’（Ｖ）を印加してミラーを設定値角度まで予め振らせておき、ミラーが設定値角度まで振れた時点でVs（Ｖ）を印加することで、ミラーが初期状態から直接設定値角度で共振することが防止されることを、本出願人は検証により見出した。即ち、V’（Ｖ）の印加によりミラーが所定値角度まで振れた状態で、更にVs（Ｖ）の印加により所定値角度にミラーが振れようとする為、ミラーの共振が防止可能となる。
【００５１】
ミラーの共振を防止することが可能となる為、図５に示すように光導波路51又は52に伝搬される出射光の光出力へのリンギング発生が防止される。よって入力ポートの切替のスイッチング時間が短縮され、高速でのスイッチング動作が可能となる。高速でのスイッチング動作が可能となることで、MEMS光スイッチ３の各入力ポートを周期Tb＝５ｍ秒で切り替えることが出来るようになり、光表示装置または照明装置と云った人間の肉眼により視認が必要な用途に於いて、光のちらつき認識を防止することが可能となった。
【００５２】
更に、ミラーの共振周波数に応じて（一例として共振周波数が１kHzの場合）、高次数のローパスフィルタやノッチフィルタが不要となる。また、MEMS光スイッチ３を駆動する回路がアナログ回路の場合、デジタルフィルタを構成する必要も無くなるため、MEMS光スイッチ３とMEMS光スイッチ３を駆動する回路との親和性を考慮する必要性も解消出来る。
【００５３】
切替制御装置４は論理回路により形成される。その制御回路は、例えば論理回路のフリップフロップカウンタによる分周回路で構成される。所定周波数のクロック（Clock：例えば3.2kHz）でRGB三色の色指定に応じた論理デコードで周期Tb内のオフ時間を設定して、周期Tb内に亘る出射光の光導波路51又は52への伝搬のオン時間／オフ時間のデューティー比を変更する。切替制御装置４により入力ポートへミラーを切り替える。従って、図７〜図９又は図１１〜図１３では切替制御装置４により、一定の周期Tb毎に各入力ポートを何れかの光導波路51（52）に光学的に結合しながら、何れかの光導波路51（52）への出射光の伝搬時間におけるオン時間／オフ時間のデューティー比が変更される。
【００５４】
図２又は図３に矢印で示すように、赤色の光源2aから入力ポートが接続され、青色の光源2cまで切り替わったら出力ポートが切り替わり、再び光源2aへと切り替わる。前記周期Ta＝15ｍ秒及びTb＝５ｍ秒又は2.5ｍ秒で以て入力ポートの切替動作を行わせることにより、人間の肉眼には光導波路51又は52からの出射光にちらつきが感じられない。従って、光導波路51又は52から外部へ出射される光は、デューティー比の変更値に応じた任意の色相、明度、彩度を有する出射光として肉眼に認識される。
【００５５】
図７又は図１１にデューティー比変更に伴う色相の調整例を示す。図７は図６（ａ）に於ける光導波路51への光出力動作を示す説明図である。図７（ａ）又は図１１（ａ）は各入力ポートに於ける前記周期Tb内でのデューティー比を50％ずつとし、RGB各光源2a、2b、2cのオン時間を均一として白色光を光導波路51から出射する例を示している。ハッチングが掛かっている部分がオフ時間を、ハッチングが掛かっていない部分がオン時間を、それぞれ示している。
【００５６】
図７（ｂ）又は図１１（ｂ）はＲ（赤色）光源2aのみ周期Tb内におけるオン時間を100％（デューティー比100％）とし、残るＧ（緑色）光源2bとＢ（青色）光源2cの周期Tb内におけるオン時間を0％（デューティー比0％）として、赤色光を光導波路51から出射する例を示している。
【００５７】
図７（ｃ）又は図１１（ｃ）はＲ（赤色）光源2aの周期Tb内におけるオン時間を100％（デューティー比100％）とし、更にＧ（緑色）光源2bの周期Tb内におけるオン時間を50％（デューティー比50％）とし、残るＢ（青色）光源2cの周期Tb内におけるオン時間を0％（デューティー比0％）として、橙色光を光導波路51から出射する例を示している。
【００５８】
無論、色相の調整は図７又は図１１の例のみに限定されず、RGB光源2a、2b、2cの各デューティー比0％〜100％の範囲内で調整可能である。
【００５９】
図８又は図１２にデューティー比変更に伴う明度の調整例を示す。図８は図６（ａ）に於ける光導波路51への光出力動作を示す説明図である。図８（ａ）又は図１２（ａ）は各入力ポートに於ける前記周期Tb内でのデューティー比を50％ずつとし、RGB各光源2a、2b、2cのオン時間を均一として、明度50％の白色光を光導波路51から出射する例を示している。
【００６０】
図８（ｂ）又は図１２（ｂ）は各入力ポートに於ける前記周期Tb内でのオン時間を100％（デューティー比100％）ずつとし、RGB各光源2a、2b、2cのオン時間を均一として、明度100％の白色光を光導波路51から出射する例を示している。
【００６１】
無論、明度の調整は図８又は図１２に示す白色光の例のみに限定されず、RGB光源2a、2b、2cの各デューティー比0％〜100％の範囲内で調整可能である。
【００６２】
図９又は図１３にデューティー比変更に伴う彩度の調整例を示す。図９は図６（ａ）に於ける光導波路51への光出力動作を示す説明図である。図９（ａ）又は図１３（ａ）は、Ｒ（赤色）光源2aの周期Tb内におけるオン時間を100％（デューティー比100％）とし、更にＧ（緑色）光源2bの周期Tb内におけるオン時間を50％（デューティー比50％）とし、残るＢ（青色）光源2cの周期Tb内におけるオン時間を0％（デューティー比0％）として、橙色光を光導波路51から出射する例を示している。
【００６３】
図９（ｂ）又は図１３（ｂ）はＲ（赤色）光源2aの周期Tb内におけるオン時間を60％（デューティー比60％）とし、更にＧ（緑色）光源2bの周期Tb内におけるオン時間を30％（デューティー比30％）として（残るＢ（青色）光源2cの周期Tb内におけるオン時間は0％（デューティー比0％）で変更無し）、図９（ａ）又は図１３（ａ）の橙色光に比べて彩度の低い橙色光を光導波路51から出射する例を示している。
【００６４】
無論、彩度の調整は図９又は図１３に示す橙色光の例のみに限定されず、RGB光源2a、2b、2cの各デューティー比0％〜100％の範囲内で調整可能である。
【００６５】
なお、図７〜図９又は図１１〜図１３の光出力動作は、光導波路52でも同様である。
【００６６】
光導波路51又は52の一例として用いられる光ファイバは、コア、及びコアの屈折率より低い屈折率を有するクラッドが、前記コアの周囲を囲むことで構成され、等方的な屈折率分布を有するシングルモード型の光ファイバであり、例えば石英系光ファイバや、プラスチック光ファイバを用いることが出来る。このような光ファイバを光伝搬装置１に用いることで、光ファイバの端面から光を出射することが可能となり、所望の光表示装置又は照明装置が提供可能となる。
【００６７】
また、光導波路51又は52の一例として用いられる光拡散ファイバとしては、図１０の構造が挙げられる。図１０（ａ）は、中心軸（「中心線」）5aを有する光拡散ファイバ（以後、必要に応じて「光拡散ファイバ51」又は「光拡散ファイバ52」と表記）のコアに複数の空隙を有する光拡散ファイバの部分側面図である。同図（ｂ）は、同図（ａ）の切断面Ａ−Ａ方向から見た場合の光拡散ファイバ51、52の断面図である。光拡散ファイバ51、52は、例えば、周期的または非周期的なナノサイズ構造5c（例えば、空隙）を有するナノサイズファイバ領域を持つ様々なタイプの光ファイバのいずれの１つであって差し支えない。例示の実施形態において、光拡散ファイバ51、52は、３つの部分または領域に分割されたコア７を有する。これらのコア領域は、中実中央部分7a、ナノ構造リング部分（内側環状コア領域）7b、および内側環状コア領域7bを取り囲む外側中実部分7cである。
【００６８】
クラッド８はコア７を取り囲む。クラッド８は高い開口数（NA）を提供するために低い屈折率を有してもよい。クラッド８は、例えばUVまたは熱硬化性フルオロアクリレートまたはシリコンなどの低屈折率ポリマーであって差し支えない。
【００６９】
被覆９は、コア７からクラッド８を通過する光の分布および／または性質を向上させるように設計されている。クラッド８の外面または被覆９の外面は、光拡散ファイバ51、52の側面5bを表し、光拡散ファイバ51、52を伝搬する光は側面5bから外部への散乱によって出射される。
【００７０】
コア７内側環状7bはガラス基質（「ガラス」）10を含み、図１０（ｂ）の拡大された挿入図に詳しく示されている例示の空隙などの非周期的に配置された複数のナノサイズ構造（例えば、「空隙」）5cがその中に位置している。他例として空隙5cは、フォトニック結晶光ファイバのように周期的に配置されていても良く、空隙5cは典型的に、約１×10-8ｍ〜１×10-5ｍ間の直径を有する。空隙5cは、非周期的すなわち無作為に配置されていて良い。ガラス10はフッ素ドープトシリカ又は未ドープの純粋なシリカである。
【００７１】
ナノサイズ構造5cが、コア７から光拡散ファイバ51、52の外面に向かって光を散乱させる。従って、光拡散ファイバ51、52の中心軸5a方向に沿って、側面5bの長さに亘って光が側面5bから散乱して放射される。この散乱光により、所望の光表示装置又は照明装置が提供可能となる。光拡散ファイバ51、52としては、その長さに亘って均一な散乱光を出射する物が望ましい。
【００７２】
このような光ファイバ又は光拡散ファイバを用いることにより、光ファイバの可撓性により任意な形状で以て光導波路51又は52を設置することが可能となる。なお光ファイバや光拡散ファイバに代えて、導波路を用いても良い。
【００７３】
光導波路51又は52は、MEMS光スイッチ３の出力ポートに直接、光学的に結合しても良いし、別途接続用の光ファイバを介して光学的に結合しても良い。
【００７４】
更に、一定の周期Tb毎に於けるデューティー比を変更する分解能を256分割とすることにより、トゥルーカラー（約1677万色）の出射光で以て表示が可能な、光表示装置を形成することが可能となる。
【００７５】
24ビット（８ビット×RGB）トゥルーカラーを得るにはデューティー比変更の分解能を８ビットにする必要がある。この時の最小デューティー比制御時間はTbが５ｍ秒の場合、５ｍ秒／256＝約20μ秒となる。但し、前述のように短縮されるとは云え、MEMS光スイッチ３に於ける入力ポートの切替のスイッチング時間は存在するため、そのスイッチング時間内ではデューティー比制御は無効となる。従って、実際に1677万色を制御して表示するための最小デューティー比制御時間は、｛５ｍ秒−（スイッチング時間）｝／256で導出される。仮に、短縮されたスイッチング時間を0.5ｍ秒とすると、実際に1677万色を制御するための最小デューティー比制御時間は、（５ｍ秒−0.5ｍ秒）／256で計算され、約17.5μ秒となる。
【００７６】
またTbが2.5ｍ秒の場合の最小デューティー比制御時間は、2.5ｍ秒／256＝約10μ秒となる。但し、スイッチング時間を0.5ｍ秒とした最小デューティー比制御時間は、（2.5ｍ秒−0.5ｍ秒）／256で計算され、約7.8μ秒となる。
【００７７】
以上、本発明の光伝搬装置１に依れば、カプラーの代わりにMEMS光スイッチ３を用いて、複数の光源2a、2b、2cから出射される光を纏めることで、製造コストの低減を図ることが可能となる。
【００７８】
本実施形態の光伝搬装置１では、光源２としてRGB毎に３つの個別光源2a、2b、2cを備える形態を説明したが、本発明はこの形態に限定されず光源２を２つ以下の個別の光源で形成しても良い。但し、周期Ta及びTbに基づく入力ポートの切替動作を実現する上で、光源２は少なくとも２つの個別光源で形成されるものとする。
【００７９】
しかし、光源２をRGB毎の３つの個別光源で形成することにより、フルカラーの色相、明度、彩度の任意調整が可能な光伝搬装置、光表示装置、または照明装置が実現可能となり、最も望ましい。
【００８０】
また、光伝搬装置１では出力ポート数を２とし、２本の光導波路51又は52を備える形態を説明してきたが、出力ポート数を３以上として３本の光導波路を設けても良い。その上で、各光導波路に伝搬される出射光の色相、明度、彩度を上記実施形態に従って任意に変更しても良い。
【００８１】
光源２からの出力（パワー）値は、入力ポートや光導波路51又は52との結合効率や挿入損失を考慮した上で、任意に必要なレベルに設定すれば良い。
【００８２】
（第２の実施形態）
次に本発明の第２の実施形態に係る光伝搬装置を説明する。第２の実施形態の光伝搬装置の構成は前記光伝搬装置１と変わらないものの、光導波路51及び52への光出力動作が異なる。
【００８３】
第２の実施形態の光伝搬装置では、図７〜図９又は図１１〜図１３に於けるオン時間（各図中でハッチングが掛かっていない部分）をオフとすると共に、オフ時間（各図中でハッチングが掛かっている部分）をオンとした出射光が、何れの入力ポートにも光学的に結合されていない光導波路に伝搬される。例えば光導波路51に、図７〜図９又は図１１〜図１３の何れかに図示の出射光を伝搬させている間、もう一方の光導波路52は何れの入力ポートにも光学的に結合されていない。
【００８４】
そこで図７〜図９又は図１１〜図１３の何れかに図示の出射光におけるオン時間をオフとすると共に、オフ時間をオンとした出射光を、この状態の光導波路52に伝搬することで、各導波路51又は52に色相が異なり、互いに補色の関係にある二種類の出射光を伝搬することが可能となる。即ち、図７〜図９又は図１１〜図１３の何れかに図示の出射光のオンとオフを入れ換えた出射光を、前記光導波路52に伝搬する。よって色相が異なり補色の関係にある２つの出射光を、光導波路51又は52にそれぞれ伝搬して出力させることが出来る。
【００８５】
なお本発明に於いて、MEMS光スイッチのミラー反射率の波長依存による挿入損失（IL）差によって、出射光の色相にズレが生じた場合、IL差に応じて各光源毎に補正デューティー比制御を行っても良い。光源が複数の場合、何れか１つの光源を基準として、その他の光源のデューティー比を補正すれば良い。例えばIL差として、赤（Ｒ）-2dB、緑（Ｇ）-5dB、青（Ｂ）-8dBの補正デューティー比制御とし、Ｂ光源を基準とした場合Ｒは25％、Ｇは50％デューティー比で以て、動作確認を行えば良い。或いは補正無しで白色光を光導波路に出射させて肉眼で観察し、視覚的にどの光源の色相が強いかで特定の光源のみデューティー比の補正を行っても良い。
【実施例】
【００８６】
以下に本発明の実施例を説明するが、本発明は以下の実施例にのみ限定されるものではない。
【００８７】
（実施例１）
実施例１の光伝搬装置では、光源には RGB毎の３つの個別のLD光源を備える。個別の各光源は固定出力で100％出力（80ｍＷ）とした。赤色LDの波長は638ｎｍ、緑色LDは520ｎｍ、青色LDは450ｎｍに設定した。従ってMEMS光スイッチの入力ポート数ｎは３とした。一方の出力ポート数ｍは２とした。
【００８８】
本実施例のMEMS光スイッチのミラーでは、初期電圧Vp＝０（Ｖ）から25（Ｖ）印加で１度振れる。その１度を設定値とし、共振の最大角度変化が±0.5度であった。Vpから直接設定電圧25（Ｖ）を加えると20ｍ秒のスイッチング時間を要することを観察した。その理由として、直接パルス的な駆動をすると高調波による広い周波数帯域を有する電圧信号となり、その共振周波数成分（約１kHz）によって共振が起こると思われる。
【００８９】
本実施例では、V’（Ｖ）をミラーに印加する際に、VpからV’及びV’からVsへとステップ電圧駆動とした。V’はミラーが設定値１°触れる電圧値であり、12（Ｖ）とした。このV’（12（Ｖ））印加して1度ミラーが振れた時点で、設定電圧25（Ｖ）を加えることにより、入力ポートの切替のスイッチング時間を0.5ｍ秒に短縮出来ることが観察された。
【００９０】
切替制御装置は論理回路により形成され、その制御回路は、論理回路のフリップフロップカウンタによる分周回路で構成される。全ての入力ポートに亘る周期Taは15ｍ秒（66.7Hz）とし、MEMS光スイッチの各入力ポートを切り替える周期Tbは、2.5ｍ秒とした。オン時間／オフ時間のデューティー比の変更によって、２つの光導波路から出射される各出射光の色相、明度、彩度を調整した。デューティー比変更の分解能は４ビットとした。
【００９１】
クロック（Clock）は3.2kHzで色指定に応じた論理デコードでオフ時間を設定すると共に、切替制御装置によりMEMS光スイッチを制御した。
【００９２】
３×２MEMS光スイッチにはミラー反射率の波長依存による挿入損失（IL）差が存在する。しかし、本実施例では波長依存性の小さいミラーを使用したMEMS光スイッチを用いた（Δ0.5dB）。これにより、出射光の色相にズレが生じることが防止され、デューティー比の補正が不要となった。
【００９３】
光導波路としては、光拡散ファイバ（開口数（＞0.5）、コア直径170μｍ、外径230μｍ）を用い、ファイバ側面からの散乱光の色相、明度、彩度を観察した。
【００９４】
本実施例では、下記表１に示すようなデューティー比変更により13色の再現を行った。表１中に於けるRGB各光源におけるデューティー比は、何れも周期Tb内でのオン時間の割合比を示している（「R-duty」はR光源のデューティー比を示している。以下、G光源とB光源も同様。）。表１中、青緑とはCyanogen  Greenを指し、緑青とはCyanogen  Blueを指す。
【００９５】
【表１】
2017219670.tif 000003
【００９６】
２つの光拡散ファイバから13色の出射光が交互に出射されることを確認すると共に、出射される13色の出射光の色相を観察した結果、視覚的に良好な結果を得られたことを確認した。
【００９７】
（実施例２）
実施例２の光伝搬装置の構成は、実施例１の光伝搬装置１と変わらないものの、２つの光拡散ファイバへ伝搬する出射光を、互いに補色の関係にある二種類の出射光とした点が実施例１と異なる。
【００９８】
実施例２では、一方の光拡散ファイバに表１中の白、黄、水色、紫の色相を有する各出射光を伝搬させると共に、他方の光拡散ファイバにはRGB各光源のデューティー比で正反対となる黒（RGB各光源におけるデューティー比は、0,0,0）、青、赤、緑の色相を有する出射光を伝搬させた。
【００９９】
２つの光拡散ファイバから補色の関係にある二種類の上記出射光が、交互に同期して出射されることを確認すると共に、出射光の色相を観察した結果、視覚的に良好な結果を得られたことを確認した。
【符号の説明】
【０１００】
１      光伝搬装置
２、2a、2b、2c      光源
３      MEMS光スイッチ
４      切替制御装置
51、52      光導波路、光拡散ファイバ
5a      光拡散ファイバの中心軸
5b      光拡散ファイバの側面
5c      光拡散ファイバのナノサイズ構造（空隙）
6a、6b、6c      ケーブル
７      光拡散ファイバのコア
7a      中実中央部分
7b      内側環状コア領域
7c      外側中実部分
８      光拡散ファイバのクラッド
９      光拡散ファイバの被覆
10      ガラス基質
【図１】
2017219670.tif 000004
【図２】
2017219670.tif 000005
【図３】
2017219670.tif 000006
【図４】
2017219670.tif 000007
【図５】
2017219670.tif 000008
【図６】
2017219670.tif 000009
【図７】
2017219670.tif 000010
【図８】
2017219670.tif 000011
【図９】
2017219670.tif 000012
【図１０】
2017219670.tif 000013
【図１１】
2017219670.tif 000014
【図１２】
2017219670.tif 000015
【図１３】
2017219670.tif 000016
【図１４】
2017219670.tif 000017
【手続補正書】
【提出日】平成29年6月29日(2017.6.29)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１】
光伝搬装置は少なくとも、複数の光源とMEMS光スイッチと切替制御装置と光導波路から形成され、
各光源は固定出力で、出射される光の波長領域は445ｎｍ以上700ｎｍ以下であり、
MEMS光スイッチは、入力ポートの数がｎ（ｎ≧２）で出力ポートの数がｍ（ｍ≧２）の、ｎ×ｍ光スイッチであり、
各入力ポートに各光源が光学的に結合されると共に、各出力ポートに各光導波路が光学的に結合され、
切替制御装置により各入力ポートが一定の周期で切り替えられて、その周期毎に各入力ポートが各光導波路に光学的に結合されて、光源からの出射光が光導波路に伝搬され、
全ての入力ポートに亘って少なくとも一巡した後に、切替制御装置により各出力ポートが切り替えられ、 
MEMS光スイッチがミラーを備え、電圧の印加によりミラーの角度が制御され、
一定の周期毎に各入力ポートが各光導波路に光学的に結合され、
初期電圧Vp（Ｖ）から、ミラーの角度を所望の設定値角度に制御する設定電圧Vs（Ｖ）に遷移する途中で、Vp（Ｖ）超およびVs（Ｖ）未満である電圧V’（Ｖ）がミラーに印加され、V’（Ｖ）印加により設定値角度までミラーが振れた時点でVs（Ｖ）が印加される光伝搬装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
しかし光伝搬装置100ではカプラー102を使用しているため、製造コストが高騰した。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
前記課題は、以下の本発明により解決される。即ち本発明の光伝搬装置は少なくとも、複数の光源とMEMS光スイッチと切替制御装置と光導波路から形成され、各光源は固定出力で、出射される光の波長領域は445ｎｍ以上700ｎｍ以下であり、MEMS光スイッチは、入力ポートの数がｎ（ｎ≧２）で出力ポートの数がｍ（ｍ≧２）の、ｎ×ｍ光スイッチであり、各入力ポートに各光源が光学的に結合されると共に、各出力ポートに各光導波路が光学的に結合され、切替制御装置により各入力ポートが一定の周期で切り替えられて、その周期毎に各入力ポートが各光導波路に光学的に結合されて、光源からの出射光が光導波路に伝搬され、全ての入力ポートに亘って少なくとも一巡した後に、切替制御装置により各出力ポートが切り替えられ、MEMS光スイッチがミラーを備え、電圧の印加によりミラーの角度が制御され、一定の周期毎に各入力ポートが各光導波路に光学的に結合され、初期電圧Vp（Ｖ）から、ミラーの角度を所望の設定値角度に制御する設定電圧Vs（Ｖ）に遷移する途中で、Vp（Ｖ）超およびVs（Ｖ）未満である電圧V’（Ｖ）がミラーに印加され、V’（Ｖ）印加により設定値角度までミラーが振れた時点でVs（Ｖ）が印加されることを特徴とする。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
本実施の形態の第一の特徴は、光伝搬装置が少なくとも、複数の光源とMEMS光スイッチと切替制御装置と光導波路から形成され、各光源は固定出力で、出射される光の波長領域は445ｎｍ以上700ｎｍ以下であり、MEMS光スイッチは、入力ポートの数がｎ（ｎ≧２）で出力ポートの数がｍ（ｍ≧２）の、ｎ×ｍ光スイッチであり、各入力ポートに各光源が光学的に結合されると共に、各出力ポートに各光導波路が光学的に結合され、切替制御装置により各入力ポートが一定の周期で切り替えられて、その周期毎に各入力ポートが各光導波路に光学的に結合されて、光源からの出射光が光導波路に伝搬され、全ての入力ポートに亘って少なくとも一巡した後に、切替制御装置により各出力ポートが切り替えられ、MEMS光スイッチがミラーを備え、電圧の印加によりミラーの角度が制御され、一定の周期毎に各入力ポートが各光導波路に光学的に結合され、初期電圧Vp（Ｖ）から、ミラーの角度を所望の設定値角度に制御する設定電圧Vs（Ｖ）に遷移する途中で、Vp（Ｖ）超およびVs（Ｖ）未満である電圧V’（Ｖ）がミラーに印加され、V’（Ｖ）印加により設定値角度までミラーが振れた時点でVs（Ｖ）が印加されるとした。