JP2004191982A - 光変換器の形成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 改善された光変換器の形成方法を提供すること。
【解決手段】 （ａ）各リボン構造体が、インプットエッジとアウトプットエッジとで画定されるリボン幅を有し、かつ、並行する光パイプセグメントを一列有し、該光パイプセグメントの各々が該インプットエッジにある入口から該アウトプットエッジにある出口に至る光路を提供する、複数のリボン構造体を形成し、そして
（ｂ）該リボン構造体を上下に続けて積み重ね、該光パイプセグメントの列が隣接するスタックとして光変換器を構築することを特徴とする、光変換器の形成方法。
【選択図】 図１

Description

本発明は、一般的に画像形成システム用光変換器として使用される光ファイバーフェースプレートの製造に関し、より詳細には複数の光ガイドを含む可撓性ストリップから製造された光ファイバーフェースプレートに関する。

電子表示システムの一つの利点として、種々のフォーマット及びサイズの画像を表示することができる点があげられる。かなりの距離から数千人のビューアが見ることができる大型ディスプレイを提供することは、例えば、おそらく娯楽及び広告に有用であり、特に注目に値する。大型電子ディスプレイを提供するための一つの公知の方法に、より小さなディスプレイのマトリックスを互いに連結してより大きなディスプレイ面を形成するタイリング(tiling)法がある。

ＬＣＤ、マトリックス化ＬＥＤ、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）及びＰＬＥＤ等の画像形成装置により、ピクセルを緊密に縦横に配置したピクセル形態の二次元画像が形成される。これらの構成要素を用いたディスプレイの知られている問題に、電子画像形成要素自体が固有的に寸法が制限されることがある。これらの装置が満たす必要があるサイズとパッケージング要件によって、画像を拡大することとタイリングのために特殊な方法と技術を必要とする大型ディスプレイ用途における使用が制約される。

光ファイバーが、電子的に生成した画像を拡大して、例えば、タイリング用途等のより大きなフォーマットで画像を表示するための一つの手段を提供できることが判明した。例えば、米国特許第６，１９５，０１６Ｂ１号（シャンケル（Ｓｈａｎｋｌｅ）等、発行日：２００１年２月２７日）は、通常の透過原稿から、各ファイバーを画像形成装置から表示パネルまで念入りにはしらせて配置させた光ファイバー光ガイドにより可視的に拡大した画像を用いた拡大ディスプレイを開示している。同様に、米国特許第６，４１８，２５４Ｂ１号（シカタ（Ｓｈｉｋａｔａ）等、発行日：２００２年７月９日）は、光ファイバーディスプレイとイメージプロジェクターとを結合させることを開示している。米国特許第６，３０４，７０３Ｂ１号（ローリー（Ｌｏｗｒｙ）、発行日：２００１年１０月１６日）は、画像形成要素から表示装置まではしらせて配置した光ファイバー束を用いたタイリングの実施について開示している。

各ファイバーをはしらせて配置する手法の代替法として、光ファイバーを規則正しく固定グルーピングする方法が好ましい。例えば、米国特許第５，４６５，３１５号（サカイ（Ｓａｋａｉ）等、発行日：１９９５年１１月７日）は、光ファイバーフェースプレートを用いてディスプレイ表面に画像をタイリングしたＬＣＤ装置を用いたタイル化ディスプレイを開示している。また、Ｘ線画像形成装置において光ファイバーフェースプレートを用いたタイリング（米国特許第５，５７２，０３４号（カレラス（Ｋａｒｅｌｌａｓ）、発行日：１９９６年１１月５日）及び光検知計測におけるテーパー光ファイバーフェースプレートの使用（米国特許第５，６１５，２９４号（キャストンガイ（Ｃａｓｔｏｎｇｕａｙ）、発行日：１９９７年３月２５日）等の多数の他の用途に使用される光ファイバーフェースプレートも開示されている。

市販されている光ファイバーフェースプレートは、数多くの種類の画像検知目的及び計測目的によく適している。しかしながら、電子画像ディスプレイ用の光変換器として光ファイバーフェースプレートを使用するための総合的な要件は、特にＬＣＤ装置、ＬＥＤ装置、ＯＬＥＤ装置又はＰＬＥＤ装置とともに使用するときに、より多くなる。このような場合、光ファイバーフェースプレートのインプット側及びアウトプット側での光ファイバーの正確な位置決めをおこなうことが重要である。すなわち、画像形成装置の各ピクセルは、光をそのピクセルから出力ディスプレイ表面に導く光ファイバーフェースプレート内に対応するファイバー光ガイドを備える。この要件では、画像形成装置自体（例えば、ＯＬＥＤ）の形状大きさについて、及びディスプレイ表面の形状大きさについて、光ファイバーフェースプレートのカスタム設計が必要である。タイリング配置により、フェースプレート製造に伴う問題がさらにもっと複雑になることがわかる。その結果、電子画像ディスプレイに好適な光ファイバーフェースプレートが、引き続きコストがかかり製造が困難なままとなる。光ファイバーフェースプレート製造についての解決策、例えば、ＰＣＴ国際出願ＷＯ０２／３９１５５Ａ２（クライアン（Ｃｒｙａｎ）等、公開日：２００２年５月１６日）に開示されているような解決策は、ファイバー間を正確な間隔とするのに使用される光ファイバーの正確な寸法又は間隙フィラーの正確な寸法に大きく依存している。

ファイバー束における光ファイバーを正確に位置決めするための一つの従来技術の手法が、米国特許第３，９８９，５７８号（ハシモト（Ｈａｓｈｉｍｏｔｏ）、発行日：１９７６年１１月２日）（以下、‘５７８特許と称する）に開示されている。‘５７８特許の方法はファイバースコープ装置の製造に関し、光ファイバーをマンドレルに巻き、ガイドフレームに整列させて正確に位置決めする。米国特許第５，９３８，８１２号（ヒルトンＳｒ．（Ｈｉｌｔｏｎ，Ｓｒ．）、発行日：１９９９年８月１７日）（以下、‘８１２特許と称する）では、プラスチックチャンネル内で、ドラムに光ファイバーストランドを巻き付けることにより、多層光ファイバー束を製造している。米国特許第３，０３３，７３１号（コール（Ｃｏｌｅ）、発行日：１９６２年５月８日）（以下、‘７３１特許と称する）では、ファイバーをマンドレルのまわりに幾列にも巻き付け、次にそれらを組み合わせてファイバー構造体を構築することができる。したがって、適切な寸法としたドラム又はマンドレルが、束形態の光ファイバーを位置配置するのに好適な装置であることができることがわかる。しかしながら、‘５７８特許にも‘８１２特許にも‘７３１特許にも、光ファイバーフェースプレート製造に好適な解決策が示されていない。上記した特許で使用されている方法では、ファイバーが隣接して配置されるので、ファイバー自体の寸法がファイバー束の中心間距離を決める。しかしながら、このような方法は、ファイバー寸法の均一性に大きく左右される。しかしながら、実際には、光ファイバーの実際の寸法は、同じ種類のファイバーであっても、大きく異なることがある。ファイバーストランドをドラムに巻き取る際の巻き取り張力差により、さらなる許容誤差が生じる。しかしながら、もっと重大なことは、‘５７８特許、‘８１２特許及び‘７３１特許の方法では、ファイバー束のインプット端とアウトプット端の両方で、ファイバー間の中心間距離を変化させる方法が提供できないことである。上述したように、‘５７８特許、‘８１２特許及び‘７３１特許の方法に欠けているファイバー間の中心間距離を変化できることは、表示画像形成用途にとっては特に重要である。

中心間距離を変化させるための要件を満たす試みとして、米国特許第５，２０４，９２７号（チン（Ｃｈｉｎ）等、発行日：１９９４年１２月２７日）（以下、‘９２７特許と称する）は、軸方向に配置した一対のスペーサーバーを使用することを開示している。スペーサーバーを使用することにより、インプット端及びアウトプット端で、光ファイバー束が異なるファイバー間隔を有することができる。同様に、米国特許第５，３７６，２０１号（キングストーン（Ｋｉｎｇｓｔｏｎｅ）、発行日：１９９４年１２月２７日）（以下、‘２０１特許と称する）は、アウトプットファイバー間隔のための回転ドラム用途においてスペーサーガイドを使用することを開示している。ここで、ファイバーの各層の形成とともに追加されるアウトプットスペーサーガイドが、完成したファイバー束アセンブリの一部分となる。

‘９２７特許及び‘２０１特許は光ファイバーカプラーのための有用な製造技術を示唆しているが、かなりの改善すべき余地があると思われる。特に、‘９２７特許も‘２０１特許も、電子表示画像形成に使用される光ファイバーフェースプレートの正確で、高速で、安価な製造という要件を十分には満たしていない。‘９２７特許及び‘２０１特許の両方に関して、回転ドラムの湾曲効果により、この方法で光ファイバーフェースプレートを組み立てることができるサイズが制約される。また、光ファイバーを連続して供給する必要があり、これにより‘９２７特許及び‘２０１特許の方法ではかなりの量の廃棄物がでることを暗に意味している。‘２０１特許の方法は、各アウトプット列の間隔を規定したり、列間の間隔を設定するのに使用されるファイバーフェースプレート自体の本体に組み込まれる溝付きスペーサー要素を正確に製造することに大きくかかっている。さらに、各列のファイバーが巻き取られる際に正確に位置決めをするために新しいスペーサーを必要とする。これにより追加のコストがかかるとともに、製造プロセスがさらに複雑となる。

米国特許第６４１８２５４号明細書 米国特許第６３０４７０３号明細書 米国特許第６１９５０１６号明細書 米国特許第５９３８８１２号明細書 米国特許第５６１５２９４号明細書 米国特許第５５７２０３４号明細書 米国特許第５４６５３１５号明細書 米国特許第５３７６２０１号明細書 米国特許第５２０４９２７号明細書 米国特許第３９８９５７８号明細書 米国特許第３０３３７３１号明細書 国際公開第０２／３９１５５号パンフレット

全体的にみれば、特に電子画像形成用途に用いられる光ファイバーフェースプレートの製造についての改善された方法が必要とされていることがわかる。

本発明によれば、光ファイバーフェースプレートを製造するための改良された装置及び方法が提供される。この目的を念頭において、本発明の装置によると、積み重ねられた一連のリボン構造体を含む光ファイバーフェースプレートであって、各リボン構造体が平行に配置された一列の光ファイバーを含み、該光ファイバーの各々が該リボン構造体のインプットエッジからアウトプットエッジへ通じており、該光ファイバーの各々の長さによって該リボン構造体の深さ寸法が決まり、該光ファイバーの各々が、隣接するファイバーとの関係で、インプット位置からアウトプット位置へ光を導くため、該インプットエッジにおけるインプット間隔及び該アウトプットエッジにおけるアウトプット間隔をそれぞれ有する、光ファイバーフェースプレートが提供される。

本発明の別の態様によれば、（ａ）各リボン構造体が、インプットエッジとアウトプットエッジとで画定されるリボン幅を有し、かつ、並行する光パイプセグメントを一列有し、該光パイプセグメントの各々が該インプットエッジにある入口から該アウトプットエッジにある出口に通じる光路を提供する、複数のリボン構造体を形成し、そして（ｂ）該リボン構造体を上下に続けて積み重ね、該光パイプセグメントの列が隣接するスタックとして光変換器を構築することを特徴とする、光変換器の形成方法が提供される。

本発明は、所望の寸法、形状及び光学的性質の光ファイバーフェースプレートを組み立てるための基本的な構成単位としての役割を果たす画期的なリボン構造体を製造し、用いることを特徴としている。

本発明の利点は、本発明が、従来の方法に対して低コストで広範囲な光ファイバーフェースプレートフォーマット及び形状の製造に容易に適合できることにある。

本発明のさらなる利点は、本発明が、フェースプレート製造用光ファイバーストランド自体についての寸法上の制限を緩和できることにある。本発明によれば、従来法を用いた現在入手可能であるフェースプレートよりも薄いフェースプレートを製造できる。

本発明のさらに別の利点は、本発明では、テーパー形ファイバーフェースプレート配置を提供するのに十分なフレキシビリティが得られ、ファイバーフェースプレートの両面に可変のファイバー間隔をとることができることにある。

本発明のこれら及び他の目的、特徴及び利点は、以下の詳細な説明を、本発明の具体的な実施態様が示され且つ説明されている図面と一緒にみると当業者には明らかとなろう。

本明細書の説明は、特に本発明による装置の一部分を構成するか、装置とより直接的に働き合う要素に関する。具体的に示したり又は説明されていない要素は、当業者に周知の種々の形態をとることができる。

光ファイバーフェースプレートを製造するために適用される本発明を用いた特定の装置及び方法を理解するために、まず本発明の装置を用いて製造され且つ光ファイバーフェースプレートを組み立てるのに使用される基本的な構造構成単位を考察することが最も有益である。図１２は、リボン構造体４０の一部分を示す。リボン構造体４０は、光ファイバーフェースプレート製造用の新規な基本的構成要素としての役割を果たす。リボン構造体４０では、光ファイバーセグメント５０を一般的に互いに平行に配置して整列させて、光をインプットエッジ４６から幅Ｗをわたってアウトプットエッジ４８に導くようにしている。インプットエッジ４６でのファイバーセグメント５０は、インプットエッジファイバー間隔Ｉを有している。以下で説明するように、インプットエッジスペーサー４２は、固定されたインプットエッジファイバー間隔Ｉを維持し、また積み重ねたときにリボン構造体４０間のインプットエッジ距離も決定する。ファイバーセグメント５０は、グループ分けしてファイバー群３２を形成してもよい。このように配置した状態で、インプットエッジ４６でのファイバー群３２間のインプットエッジファイバー群距離がＩｇとなる。同様に、アウトプットエッジ４８でのファイバーセグメント５０のアウトプットエッジファイバー間隔は、Ｏである。以下で説明するように、アウトプットエッジスペーサー４４は、固定されたアウトプットエッジファイバー間隔Ｏを維持し、また互いに積み重ねたときに連続するリボン構造体４０間のアウトプットエッジ距離も決定する。

図１は、光ファイバーフェースプレート形成装置１０及びリボン構造体４０の製造の第一段階に使用される構成要素の斜視図である。光ファイバーフェースプレート形成装置１０は、光ファイバー源１２を備えている。光ファイバー源１２を用いて光ファイバーストランド１４を形成し、この光ファイバーストランド１４を、マンドレル１６に巻き取る。図１に示される構成要素は、互いに働き合って、マンドレル１６のまわりに一般的にらせん形態に光ファイバーストランド１４を巻き取る。この場合、マンドレルは、軸Ａを中心として回転して、単一ファイバーストランド１４の厚さの巻き取りらせん状物１８を形成する。すなわち、巻き取りらせん状物１８が、ある所定の長さＬまで、マンドレル１６の周囲に形成される。再び図１２において、形成される各リボン構造体４０は、図１に示すように、幅Ｗ及び長さＬを有している。

図２により明瞭に示されているように、マンドレル１６は、一つ以上のリボン形成チャンネル２０を有している。各リボン形成チャンネル２０は、一対のスペーシングガイド（インプットスペーシングガイド２２とアウトプットスペーシングガイド２４）により規定されている。幅Ｗのリボン構造体４０を形成するために、インプットスペーシングガイド２２及びアウトプットスペーシングガイド２４が、約Ｗの距離離れている。図１及び図２の配置において、以下で説明する理由で特に好ましい実施態様である隣接するリボン形成チャンネル２０におけるインプットスペーシングガイド２２自体が、隣接している。同様に、隣接するリボン形成チャンネル２０におけるアウトプットスペーシングガイド２４が、隣接している。これらの場合、切断溝３４が、隣接するインプットスペーシングガイド２２間と隣接アウトプットスペーシングガイド２４間とに設けられていて、リボン構造体４０を互いに分離するようにしている。しかしながら、他の配置も可能である。

マンドレル１６の円周方向のリボン形成チャンネル２０は、全て同じ幅Ｗの寸法を有していてよい。しかしながら、インプットスペーシングガイド２２とアウトプットスペーシングガイド２４の相対位置を変更することにより幅Ｗ寸法を増加させることが有利なことがある。インプットスペーシングガイド２２及びアウトプットスペーシングガイド２４は、マンドレル１６上の所定の位置固定してもよいし、又は調整可能に、例えば、機械的若しくは磁気的に固定してもよい。光ファイバー源１２は、機械技術分野において周知の機械的巻き取り法を用いて、光ファイバーストランド１４をインプットスペーシングガイド２２及びアウトプットスペーシングガイド２４に巻きながら、軸Ａの方向にそって移動することが好ましい。

図３−ａ及び図３−ｂは、それぞれインプットスペーシングガイド２２及びアウトプットスペーシングガイド２４の小セグメントの拡大横断面を示す。溝２７により、リボン構造体４０のアウトプットエッジのファイバーをアウトプットファイバー間隔Ｏを有するように位置させる。溝２７と同様に間隔をおいて配置した開口部を有する溝２６は、それらの底面でのインプットエッジファイバー間隔ＩがＯよりも小さくなるように変更可能に角度がつけられている。インプットファイバー間隔とアウトプットファイバー間隔が同じである光ファイバーフェースプレートを作製するためには、インプットスペーシングガイドとアウトプットスペーシングガイドの両方が同一である。好ましい実施態様によれば、機械加工溝が使用されるが、ピン機構を用いる等の交互配置を用いることができる。ただしこの場合、インプットエッジファイバー間隔Ｉ又はアウトプットエッジファイバー間隔Ｏを、正しく維持することが必要である。どのようにリボン構造体４０を使用して光ファイバーフェースプレートを製造するのかによって、インプットスペーシングガイド２２及びアウトプットスペーシングガイド２４は、異なる寸法を有していてもよいし、又はそれらの間隔がマンドレル１６の異なる部分で異なっていてもよい。任意の切断溝３４を、図示したように、隣接して配置されたインプットスペーシングガイド２２間又は隣接して配置されたアウトプットスペーシングガイド２４間に設けることができる。

図４は、リボン構造体４０の製造の第二段階に使用される光ファイバーフェースプレート形成装置１０及び構成要素の斜視図である。一旦巻き取られたらせん状物１８をマンドレル１６に巻き取ると、図１に示す製造の第一段階で設けた相対的インプットエッジファイバー間隔Ｉとアウトプットエッジファイバー間隔Ｏを固定することが必要となる。このために、エッジスペーサーアプリケータ３０により、アウトプットエッジスペーサー４４を、部分的に作製されたリボン構造体４０’のアウトプットエッジ４８に沿って巻き取られたらせん状物１８の上に適用する。好ましい実施態様によれば、アウトプットエッジスペーサー４４は、接着性裏当てを備えていて、接着テープと同様な方法で適用できる。

ここで、インプットエッジスペーサー４２及びアウトプットエッジスペーサー４４を適用するには、多数の別法を使用することができる。例えば、接着剤がそれ自体マンドレル１６構成要素に付着しない場合には、接着剤を巻き取りらせん状物１８に直接適用するのが好ましいことがある。他の固定方法では、例えば、熱硬化性プラスチックを用いたインプットエッジスペーサー４２又はアウトプットエッジスペーサー４４に熱を加えてもよい。インプットエッジスペーサー４２又はアウトプットエッジスペーサー４４を適用する順序も、例えば、リボン構造体４０を積み重ねる順序に応じて変更してもよい。したがって、インプットエッジスペーサー４２又はアウトプットエッジスペーサー４４を、交互するリボン形成チャンネル２０について、異なる時期に、１セットを巻き取りらせん状物１８の形成前に適用し、もう１セットを巻き取りらせん状物１８の形成後に適用することが最も適当なことがある。

一旦インプットエッジスペーサー４２及びアウトプットエッジスペーサー４４を適用すると、完成したリボン構造体４０を、マンドレル１６から取り除くことができる。リボン構造体４０を、当該技術分野において周知の光ファイバーを切断するための多数の方法により互いに分離できる。図４の実施態様によれば、例えば、加熱したニクロム線５２をマンドレル１６に当てて、組み立てたリボン構造体４０を分離する。例えば、以下で説明するように、組み立てたリボン構造体４０を完全なシート又はスリーブとして分離する等の他の方法を使用してもよい。

インプットエッジスペーサー４２及びアウトプットエッジスペーサー４４は、多数の異なる材料から製造でき、例えば、テープ、プラスチック、接着剤でもよいし、成形してもよい。

図５〜図１１は、上記したようにして製造されたリボン構造体４０をどのように組み合わせて光ファイバーフェースプレートを構成するかを示している。図５は、各光ファイバーセグメント５０並びにインプットエッジスペーサー４２及びアウトプットエッジスペーサー４４から構成されるリボン構造体４０の小セグメントの斜視図である。

図６−ａ〜図６−ｄは、光ファイバーフェースプレートの製造の一部分として、どのようにリボン構造体４０を互いに積み重ねるかを示す側面図である。図６−ａは、単一のリボン構造体４０を示す。図６−ｂは、インプットエッジスペーサー４２とアウトプットエッジスペーサー４４を積み重ねに適当な向きとして、複数のリボン構造体４０を対称的に並べたものを示している。図６−ｃは、アウトプットエッジスペーサー４４を光ファイバーセグメント５０の間に配置して、どのようにしてアウトプットエッジ４８を組み立てるかを示している。図６−ｄは、次にどのようにして点線で示したインプットエッジ４６を形成するかを示している。図６−ｄで示すように、インプットエッジ４６で多少のトリミングをおこなって平坦度を維持することが必要なことがある。

図７−ａ及び図７−ｂは、リボン構造体４０を互いに積み重ねて光ファイバーフェースプレート１００のアセンブリを形成する順序を示す斜視図である。図７−ａにおいて、隣接するリボン構造体４０を並べるために、一連の整列スロット３６を設けている。図７−ｂに示すように、整列ピン３８又は他の位置決め構造体を使用して、隣接するリボン構造体４０の相対位置を固定することができる。

図８は、本発明の方法により製造した光ファイバーフェースプレート１００をセグメントのアウトプット面１０４からみた斜視図である。インプット側では、クラスター５４が有用であり、これにより、一組のファイバーセグメント５０がより小さな領域に一定の経路で延びている。この場合、上記したように、クラスター５４間の間隙は、リボン構造体４０内の距離Ｉ_gにより規定される。図８に示すように、アウトプットエッジファイバー間隔Ｏは、典型的にはリボン構造体４０内のファイバーセグメント５０間及び隣接するリボン構造体４０間と同じである。同様に、インプットエッジファイバー間隔Ｉは、少なくともクラスター５４内では、直交方向において等しい。クラスター５４間のインプットエッジファイバー群距離Ｉ_gを、維持する。剛性の追加と支持のため、追加のスペーシング構造体を使用して、リボン構造体４０内のインプットエッジファイバー群距離Ｉ_gを維持できる。追加の直交支持構造体を使用することもできる。

図９は、本発明の方法により製造した光ファイバーフェースプレート１００をセグメントのインプット面１０２からみた斜視図である。図９では、一つのクラスター５４が点線ボックスで強調表示されている。

光ファイバーフェースプレート１００を形成するために、リボン構造体４０を、個々に切断し一緒に（一度に一つのリボン構造体４０）積み重ねることができる。別法として、折り畳み法を使用して、光ファイバーフェースプレート１００を形成できる。例えば、図１３の斜視図に示す一つの実施態様によれば、長さが最終的に組み立てられたファイバーフェースプレート１００の幅の寸法の数倍するように製造されたリボン構造体４０を、折り目Ｆのところでそれ自体の上に一回以上折り返して、ファイバーフェースプレート１００構造体列を構築する。

もう一つの別法では、シート系モデルに準じてファイバーフェースプレート１００を構築する。図１０は、マンドレル１６上にアセンブリを完成することにより、４つの個々のリボン構造体４０のセグメントを一枚のリボン構造体５８として得たときの図である。ある時点で、リボン構造体を、インプットエッジ４６とアウトプットエッジ４８が整列するように分離線Ｓで分離する。図４に関して上記したように、この分離は、切断手段によるか、熱を用いておこなうことができ、リボン構造体４０をマンドレル１６で製造するときにおこなうことができる。しかしながら、図１１−ａ及び図１１−ｂに示すように、本発明の方法により、蛇腹状折り曲げ法を用いてリボン構造体４０の新規な積み重ね法も実現できる。図１１−ａは、一枚のリボン構造体５８上の複数のリボン構造体４０を、蛇腹状折り曲げ形式で互いに折り曲げた場合の斜視図である。図１１−ｂは、蛇腹状折り曲げ法の側面図である。この方法では、一枚のリボン構造体５８を、各対の隣接するインプットエッジスペーサー４２の間及び各対の隣接するアウトプットエッジスペーサー４４の間で折り曲げる。それにより、図１１−ｂに示すように、各リボン構造体４０を整列して、インプットエッジ４６とアウトプットエッジ４８を形成する。

一旦リボン構造体４０がインプット面１０２及びアウトプット面１０４を形成するように適切に整列させたら、仕上げ操作をおこなうことができる。これらのプロセスでは、最終付形がおこなわれ、材料をケースに入れ、表面仕上げ操作をおこなう。また、組み立てた光ファイバーフェースプレート１００の光学性能を向上させる方法を用いることもできる。

仕上げ操作は、例えば、図１１−ｂに示すように、リボン構造体４０の間に残存するループ５６を分離することが含まれる。図２に戻って、切断溝３４は、蛇腹状折り曲げ法に適用するように追加の幅を設けて好適な寸法とすることができる。

光ファイバーセグメント５０の端部を付形するのに、熱を用いてもよい。例えば、熱を加えて各光ファイバーセグメント５０の端部を付形することにより、各ファイバーセグメント５０ごとに一体レンズ構造を形成してもよい。別法として、熱と圧力を加えて、インプットエッジ４６とアウトプットエッジ４８の一方又は両方のファイバー直径を大きくしてもよい。

光ファイバーセグメント５０間の空間を充填するのに使用する間隙物質の種類は、何種類でもよい。間隙材料には、プラスチック、樹脂、エポキシ樹脂又は他の好適な材料、例えば、光ガイド性等の特定の光学的性質について選択された材料等でよい。黒色の間隙材料又は特定の光学指数を有する間隙材料を用いて、ファイバーセグメント５０間のクロストーク等の望ましくない影響を防止することができる。光ファイバーフェースプレートをある種の硬膜液に浸漬することにより、仕上げをおこなうことができる。

ここで、ある用途では、可撓性光学フェースプレート配置が最も有利なことがあるので、間隙物質の使用は任意である。例えば、ある用途では、ディザリング又は他の機械的運動若しくは可撓性が有用なことがある。

仕上げ操作の一部分として、アウトプット面１０４にコーティングを適用してもよい。コーティングは、反射防止特性を付与するため、又はマウントに好適な表面を提供するために使用できる。追加の光学構成要素を、仕上げプロセスの一部分としてアウトプット面１０４に適用して使用することにより、好ましい光学効果を得ることができる。補助光学構成要素及びコーティングを使用して、例えば、アウトプット面１０４で円偏光等の偏光を得ることができる。

光ファイバーフェースプレート製造に伴う一つの重要な問題に、アレイ又は「ピクセル対ピクセル」整列における個々の光源に対するファイバー配列がある。この問題は、上記した背景技術で説明した従来の製造方法を用いた高密度画像形成用途については、十分な解決がなされなかった。その代わり、ファイバーの少なくとも一部分が意図する光を受けるように一般的に単一光源について複数のファイバーをグルーピングする等のある種の次善策が使用された。しかしながら、このような解決策では、ピクセル対ピクセル整列が得られず、明らかに光ファイバーフェースプレート構造体の解像度が制約される。

本発明の方法を用いて、リボン構造体４０の配置により、上記したように、インプットエッジスペーサー４２及びアウトプットエッジスペーサー４４を用いて、一列に配列された光源内及び列間で、ピクセル間隔を正しくすることができる。各列のリボン構造体４０を互いに整列させることは、例えば、図７−ａ及び図７−ｂに示すような整列スロット３６／整列ピン３８配列法を用いる等の機械的方法によりおこなうことができる。他の使用することができる整列法には、インターロック部材を用いてインプットエッジスペーサー４２及びアウトプットエッジスペーサー４４を製造することが含まれる。ジグ又は他の機械的配列装置を用いて、一連の間隔を置いて配置したスロット又は他の物理的機構を利用してリボン構造体４０セグメントを互いに整列させることができる。磁石を用いて、列同士の整列をおこなうことができる。この際、磁石構成要素又は鉄材料を利用したインプットエッジスペーサー４２又はアウトプットエッジスペーサー４４を用いる。

ディスプレイ用途及び印刷用途では、個々の光ファイバーセグメント５０を対応するピクセルに合わせて整列させることが必要である。完成した光ファイバーフェースプレート１００の配列を支持するため、その複合リボン構成要素４０に、穴、窪み、ソケット、ピン等の機械的機構を備えることができる。別法として、磁石及び鉄構成要素を、複合リボン構造体４０に内蔵させるか、複合リボン構造体４０上に付加することができる。

別の解決法を、図１６に示す。この方法では、固有的にピクセル光源を光ファイバーセグメント５０に対して整列させる。図１６の整列では、ＯＬＥＤ（有機発光ダイオード）等の発光ディスプレイ６０を、光ファイバーフェースプレート１００の表面１１４に対して直接作製する。これにより、個々のピクセル６２を、光パイプとしての役割を果たす対応する光ファイバーセグメント５０に対して直接形成できる。図１６は、底面発光型ＯＬＥＤについての可能な配置を示している。ピクセル６２は、正確に配列されるように適所に直接配置することができる。同様に、上面発光型ＯＬＥＤを、光ファイバーフェースプレート１００の上部又は光ファイバーフェースプレート１００に対して直接作製できる。

発光ディスプレイ６０は、例えば、ＯＬＥＤ、ＰＬＥＤ（ポリマー発光ダイオード）又はＬＥＤアレイでよい。

本発明の方法を用いて製造した光ファイバーフェースプレート１００は、タイリング用途によく適している。図１４−ａ及び図１４−ｂは、タイリングにより張ったディスプレイ１１０を示す。このディスプレイ１１０は、複数タイル１１２の形態の複数発光表示装置６０から画像を発生する。好ましい実施態様によれば、発光表示装置６０は、ＯＬＥＤである。各発光表示装置６０により、画像の一つのタイル１１２が構成される。図１４−ｂの平面図に示すように、光ファイバーフェースプレート１００を使用して、発光表示装置６０からの画像（図１４−ｂに点線で示されている）のサイズを拡大することができる。図１４−ａで示されているように、各ファイバーセグメント５０が、発光表示装置６０の単一のピクセル６２からの光を、画像タイル１１２の相当する位置に導くように、ピクセル対ピクセル整列を設けることができる。光ファイバーフェースプレート１００を、例えば、機械的インターロック又は磁石を用いて互いに整列させることができる。隣接する画像タイル１１２におけるリボン構造体４０を、それらの光ファイバーフェースプレート１００のエッジからオフセットして、隣接する画像タイル１１２を結合するための方法として相互かみあいを可能とすることができる。

リボン構造体４０を使用することにより、光ファイバーフェースプレート１００の寸法及び曲率をかなり柔軟に適合させることができる。リボン構造体４０セグメントの長さを変化させることにより、高さ及び幅について種々の設定が可能となる。リボン構造体４０を、多数の異なる方法でラッピングして光ファイバーフェースプレート１００の形状に適合させることができる。

インプットエッジスペーサー４２及びアウトプットエッジスペーサー４４に対してわずかに適合させることにより、リボン構造体４０を組み合わせてアウトプット面１０４に湾曲を付与することができる。図１５において、リボン構造体４０を、インプットエッジスペーサー４２に多数のスリット６４を設けて湾曲に適合させて、図示した湾曲を形成する。湾曲は、凸方向であっても、凹方向であってもよい。例えば、アウトプットエッジスペーサー４４にレリーフカットを設けることによるか、又はアウトプットエッジ４８をトリミングするか、輪郭をつけることにより、さらに高レベルの付形が可能となる。次に、湾曲化とタイリングとを組み合わせることにより、本発明の方法を用いて大きなディスプレイ構造体を組み立てることができる。

本発明の製造方法を用いた光ファイバーフェースプレート１００は、多数の代替実施態様が可能である。光ファイバーフェースプレート１００は、テーパーフェースプレートであることができる。光ファイバーセグメント５０は、典型的にはほとんどの用途において同じ公称幅を有するが、リボン構造体４０が異なる半径寸法を有する光ファイバーセグメント５０を使用する実施態様も可能である。また、リボン構造体４０が異なる形状、例えば、非円形状を有する光ファイバーセグメント５０を含む実施態様も可能である。図１１−ｂにおいて、補助スペーサー６６を、いずれかの積み重ね配置でリボン構造体４０間に付加することができる。はめ込み式補助スペーサー６６を、インプットエッジ４６又はアウトプットエッジ４８に、例えば、光ファイバーセグメント５０への接着性を向上させるために用いることができる。

ここで、本明細書において使用される用語「インプット」及び「アウトプット」は、相対的な用語であり、逆にすることができる。これらの用語をここで使用するのは、光ファイバーフェースプレート１００を、例えば、タイル張り型ディスプレイを含むディスプレイの一部として使用することに関連する。光ファイバーフェースプレート１００は、集光機器の一部として使用することができる。この場合、インプット側では、典型的には、光をアウトプット側の小さな検知構成要素に導くために、ファイバー間距離を大きくする必要がある。本発明の方法によると、どちらの方向にも使用できる光ファイバーフェースプレート１００を製造して、対向面での間隔が可変である、又は必要に応じて等間隔にした、そのような光変換器を提供することができる。

本発明によるファイバーフェースプレート製造用装置の斜視図である。 光ファイバーの巻き付けに使用されるマンドレルの斜視図である。 本発明により製造したファイバーリボン構造体のアウトプットエッジについてマンドレルに沿って設けられたスペーシングガイドの側面図である。 本発明により製造したファイバーリボン構造体のインプットエッジについてマンドレルに沿って設けられたスペーシングガイドの側面図である。 ファイバーフェースプレート製造用装置に使用される補助構成要素を示す斜視図である。 本発明により製造したファイバーフェースプレートの構成要素のリボン構造体の小部分を示す斜視図である。 複数のリボン構造体を光ファイバーフェースプレートに形成するために使用される工程を示す側面図である。 複数のリボン構造体を光ファイバーフェースプレートに形成するために使用される工程を示す側面図である。 複数のリボン構造体を光ファイバーフェースプレートに形成するために使用される工程を示す側面図である。 複数のリボン構造体を光ファイバーフェースプレートに形成するために使用される工程を示す側面図である。 本発明の方法を用いた光ファイバー製造のための分解図である。 本発明の方法を用いた光ファイバー製造のための組み立て図である。 本発明の方法を用いて製造した光ファイバーフェースプレートの小さなセグメントの斜視アウトプット側面図である。 本発明の方法を用いて製造した光ファイバーフェースプレートの小さなセグメントの斜視インプット側面図である。 本発明の装置を用いて製造した複数の平行リボン構造体を用いた配置である。 本発明のリボン構造体からの光ファイバーフェースプレートの製造を示す斜視図である。 本発明のリボン構造体からの光ファイバーフェースプレートの製造を示す側面図である。 本発明により製造したリボン構造体を示す。 本発明の装置及び方法を用いて製造した各折り曲げリボン構造体を用いた光ファイバーフェースプレートの製造の斜視図である。 本発明の方法及び装置を用いて製造した光ファイバーフェースプレートを用いたタイリングにより張って作製したディスプレイの斜視図である。 本発明の方法及び装置を用いて製造した光ファイバーフェースプレートを用いたタイリングにより張って作製したディスプレイの平面図である。 どのようにリボン構造体を適合させて光ファイバーフェースプレートの製造用の曲面を形成するかを示す図である。 本発明により製造した光ファイバーフェースプレートに対して製造した発光装置の断面図である。

符号の説明

１０…光ファイバーフェースプレート形成装置
１２…光ファイバー源
１４…光ファイバーストランド
１６…マンドレル
１８…巻き付けらせん状物
２０…リボン形成チャンネル
２２…インプットスペーシングガイド
２４…アウトプットスペーシングガイド
２６…溝
２７…溝
３０…エッジスペーサーアプリケータ
３２…ファイバー群
３４…切断溝
３６…整列スリット
３８…整列ピン
４０…リボン構造体
４０’…部分的に製造されたリボン構造体
４２…インプットエッジスペーサー
４４…アウトプットエッジスペーサー
４６…インプットエッジ
４８…アウトプットエッジ
５０…光ファイバーセグメント
５２…ニクロム線
５４…クラスター
５６…ループ
５８…リボン構造体のシート
６０…発光表示装置
６２…ピクセル
６４…スリット
６６…補助スペーサー
１００…光ファイバーフェースプレート
１０２…インプット面
１０４…アウトプット面
１１０…タイル張り型ディスプレイ
１１２…画像タイル
１１４…表面構造体

Claims (1)

1. （ａ）各リボン構造体が、インプットエッジとアウトプットエッジとで画定されるリボン幅を有し、かつ、並行する光パイプセグメントを一列有し、該光パイプセグメントの各々が該インプットエッジにある入口から該アウトプットエッジにある出口に至る光路を提供する、複数のリボン構造体を形成し、そして
   （ｂ）該リボン構造体を上下に続けて積み重ね、該光パイプセグメントの列が隣接するスタックとして光変換器を構築することを特徴とする、光変換器の形成方法。

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