JP2011158679A - 画像表示用合波装置及びそれを備えた網膜走査型画像表示装置 - Google Patents

画像表示用合波装置及びそれを備えた網膜走査型画像表示装置 Download PDF

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Abstract

【課題】装置の大型化や高コスト化を抑えながら、画像のコントラストを損なうことなく各光源からの光の光量の調整を行うことができる画像表示用合波装置を提供する。
【解決手段】波長の異なるレーザ光を出射する光源モジュール６，７，８を有する光源部２と、各光源モジュール６，７，８から出射されるレーザ光を合波する合波部３と、一端部が光源モジュール６，７，８に接続される光源側光ファイバ１１、及び一端部が合波部３に接続される合波側光ファイバ１２を有する光ファイバ部４Ｒ，４Ｇ，４Ｂと、光源側光ファイバ１１の他端部と合波側光ファイバ１２の他端部とを対向させて、光源側光ファイバ１１と合波側光ファイバ１２とを連結する複数の連結部５Ｒ，５Ｇ，５Ｂとを備え、連結部５は、互いに対向する光源側光ファイバ１１の他端部と合波側光ファイバ１２の他端部との間の距離を変更可能とした。
【選択図】図１

Description

本発明は、画像表示を行うために波長の異なる複数の光を合波する画像表示用合波装置及びそれを備えた網膜走査型画像表示装置に関する。
例えば網膜走査ディスプレイ等の画像表示装置には、複数の光源から出射される波長の異なる複数の光を、合波した後、画像光を出射する画像表示部まで伝送する構成を備えるものがある。網膜走査ディスプレイにおいては、一般的に、Ｒ（赤色）、Ｇ（緑色）、Ｂ（青色）の各色に対応する半導体レーザ等の光源から出射される３色の可視光が、１つの光軸上に合波され、白色光として画像表示部に伝送される。画像表示部は、伝送された光を走査して網膜走査ディスプレイの使用者の瞳孔から入射させて網膜上に投影し、使用者に画像を認識させる。
このように複数の光が合波されて画像表示部に伝送される構成においては、画像表示部に入射する光について、光量（出力）の調整が必要となる場合がある。具体的には、網膜走査ディスプレイの使用者の眼に入射する光については、規定の画像輝度を満たすことが要求されるため、画像表示部に入射する光の光量の調整が必要となる。また、画像表示部では規定の白色を表現することが要求されるため、各色の光が所定のパワー比率となるように、各色の光の光量の調整が必要となる。
こうした画像表示部に入射する光の光量の調整は、従来、光源における光量の調整により行われている。したがって、例えば光源が半導体レーザの場合、半導体レーザに流れる電流量の調整により、画像表示部に入射する光の光量の調整が行われる。
特許文献１には、複数の光源からの光を合波して出射する構成において、合波される各光の光量を調整するための技術が開示されている。特許文献１では、各光が入射して伝播する複数のコアとこれらのコアを被覆するクラッドとからなる光導波路において、コアの幾何学的形状の設定により、各光の光量が所定の比率となるように調整される。
特許文献１の技術によれば、光導波路を構成するコアの幾何学的形状に基づき、コア及びクラッドの屈折率の関係からコアを伝播する光がクラッドで反射されずにクラッドに吸収されることによる光の損失を積極的に利用することで、光量の調整が行われる。
特開２００５−１８９３８５号公報
上述のような従来の技術によれば、次のような問題がある。まず、光源の光量の調整によって画像表示部に入射する光の光量の調整が行われる場合、光源の光量の調整にともなう出力変化の特性に起因して、画像のコントラストが損なわれる場合がある。
具体的には、光源の一例である半導体レーザは、駆動電流値の変化にともなう出力特性として、レーザの変調幅の下限の出力に対応する閾値電流値であっても、出力はゼロにならずにある程度の光量を保つ。このことは、半導体レーザの場合、駆動電流値が閾値電流値である状態でも、ＬＥＤ（発光ダイオード）の発光成分が存在することに起因する。このため、光源の光量の調整のために、レーザの変調幅の上限である最大光量が所望の光量となるまで下げられると、レーザの変調幅の上限と下限との比率に基づくコントラストが著しく損なわれる。
また、光源の光量を調整するためには、光減衰器を用いることができる。光減衰器は、例えば光源と光源からの光を合波する部分との間に設けられ、各光源からの光の最大光量を減衰させる。しかし、光減衰器を用いると、装置のサイズが大きくなり、コストが高くなる。
また、特許文献１のように光導波路を構成するコアの幾何学的形状の設定によって光量の調整を行う手法によれば、コアの幾何学的形状の設定によって一旦光量が調整された状態からさらに光量の調整が必要となった場合等の対応が困難である。つまり、光導波路を構成するコアの幾何学的形状の設定によって光量の調整を行う手法は、光量の微調整には適さず汎用性に乏しい。
本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであって、装置の大型化や高コスト化を抑えながら、画像のコントラストを損なうことなく各光源からの光の光量の調整を行うことができる画像表示用合波装置及びそれを備えた網膜走査型画像表示装置を提供する。
上記課題を解決するために、請求項１に記載の画像表示用合波装置は、波長の異なる光束を出射する複数の光源モジュールを有する光源部と、各前記光源モジュールから出射される光束を合波する合波部と、一端部が前記光源モジュールに接続される第１の光ファイバ、及び該第１の光ファイバに対応して設けられ、一端部が前記合波部に接続される第２の光ファイバを有し、各前記光源モジュールにそれぞれ対応して設けられる複数の光ファイバ部と、各前記光ファイバ部にそれぞれ対応して設けられ、前記第１の光ファイバの他端部と前記第２の光ファイバの他端部とを対向させて、前記第１の光ファイバと前記第２の光ファイバとを連結する複数の連結部と、を備え、前記連結部は、互いに対向する前記第１の光ファイバの他端部と前記第２の光ファイバの他端部との間の距離を変更可能としたものである。
また、請求項２に記載の画像表示用合波装置は、請求項１に記載の画像表示用合波装置において、前記連結部は、前記第１の光ファイバの他端部と前記第２の光ファイバの他端部とを同軸上かつ軸方向に摺動可能に保持する保持部材を有するものである。
また、請求項３に記載の画像表示用合波装置は、請求項１又は請求項２に記載の画像表示用合波装置において、前記連結部は、軸方向の割り溝を有する筒体から構成され、前記筒体内にそれぞれ挿入された前記第１及び第２の光ファイバの他端部を、弾性変形により拡径した状態で保持するものである。
また、請求項４に記載の画像表示用合波装置は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の画像表示用合波装置において、前記第１及び第２の光ファイバの他端部は、それぞれ筒状のフェルールで被覆されており、前記連結部は、前記筒状のフェルールを介して前記第１の光ファイバの他端部と前記第２の光ファイバの他端部とを連結するものである。
また、請求項５に記載の画像表示用合波装置は、請求項４に記載の画像表示用合波装置において、前記フェルールは、円筒状に形成されているものである。
また、請求項６に記載の画像表示用合波装置は、請求項１〜５のいずれか１項に記載の画像表示用合波装置において、前記第１及び第２の光ファイバの他端部の端面形状は、それぞれ球面形状であるものである。
また、請求項７に記載の画像表示用合波装置は、請求項１〜６のいずれか１項に記載の画像表示用合波装置において、前記光ファイバ部は、前記光源モジュールから入射した光束を単一のモードで伝送するシングルモード光ファイバにより構成されるものであり、前記第１の光ファイバは、少なくとも、前記光源モジュールから入射した光束が前記第１の光ファイバを通過することで前記光源モジュールから入射した光束からマルチモード成分が除去される長さを有するものである。
また、請求項８に記載の画像表示用合波装置は、請求項１〜７のいずれか１項に記載の画像表示用合波装置において、前記連結部は、前記第１の光ファイバの他端部に着脱可能に設けられる第１部材と、前記第２の光ファイバの他端部に着脱可能に設けられる第２部材とを有し、前記第１部材と前記第２部材とは着脱可能に連結されるものである。
また、請求項９に記載の画像表示用合波装置は、請求項１〜８のいずれか１項に記載の画像表示用合波装置において、前記連結部は、前記第１の光ファイバの他端部と前記第２の光ファイバの他端部との間の距離を調整後、前記第１の光ファイバの他端部と前記第２の光ファイバの他端部とを固定するものである。
請求項１０に記載の網膜走査型画像表示装置は、請求項１〜９のいずれか１項に記載の画像表示用合波装置を備え、前記合波部から出射された光束を２次元方向に走査して観察者の眼の網膜に投射することで、前記網膜に画像を投影するものである。
本発明によれば、装置の大型化や高コスト化を抑えながら、画像のコントラストを損なうことなく各光源からの光の光量の調整を行うことができる。
本発明の一実施形態に係る網膜走査ディスプレイの構成を示す図。 本発明の一実施形態に係る画像表示用合波装置が備える連結部の構成を示す図。 光ファイバの端面間距離と結合効率との関係を表すグラフの一例を示す図。 本発明の一実施形態に係る光ファイバの連結側端部の構成を示す斜視図。 本発明の一実施形態に係る光ファイバの連結側端部の構成を示す側面図。 図５におけるＡ矢視図。 本発明の一実施形態に係る保持部材の一例を示す斜視図。 図７におけるＢ矢視図。 本発明の一実施形態に係る保持部材の他の例を示す斜視図。 図９におけるＣ矢視図。 図５のＤ部分拡大図。 本発明の一実施形態に係る光ファイバの端面間距離の調整方法の一例を示す斜視図。 本発明の一実施形態に係る光ファイバの端面間距離の調整方法の一例を示す側面図。 図１３におけるＥ−Ｅ断面図。 本発明の一実施形態に係る連結部の構成を示す斜視図。 本発明の一実施形態に係る連結部を構成する第１部材の構成を示す斜視図及び断面図。 本発明の一実施形態に係る連結部を構成する第２部材の構成を示す斜視図。 本発明の一実施形態に係る連結部を構成する第２部材の構成を示す平面図。 図１８におけるＦ矢視図。 図１９におけるＧ−Ｇ断面図。 本発明の一実施形態に係る連結部による光ファイバの端面間距離の調整方法を示す斜視図。 本発明の一実施形態に係る連結部の連結状態を示す斜視図。 本発明の一実施形態に係る連結部の連結状態を示す平面図。 図２３におけるＨ矢視図。 図２４におけるＪ−Ｊ断面図。 本発明に係る画像のコントラストについての説明図。 従来における画像のコントラストについての説明図。
本発明は、合波される光を出射する各光源からの光を伝送する光ファイバの途中に、切断された態様の光ファイバを連結する部分を設け、その部分で連結される光ファイバ同士の端面間の距離の調整により、各光源からの光の光量の調整を行うものである。以下、本発明の実施の形態について説明する。
以下に説明する実施の形態では、本発明に係る画像表示用合波装置（以下単に「合波装置」という。）を、網膜走査型画像表示装置としての網膜走査ディスプレイ（Ｒｅｔｉｎａｌ Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｄｉｓｐｌａｙ、以下「ＲＳＤ」という。）に適用した場合について説明する。
［合波装置の概略構成］
まず、本実施形態に係る合波装置１の概略構成について、図１を参照して説明する。図１に示すように、合波装置１は、光源部２と、合波部３と、光ファイバ部４とを備え、本実施形態に係るＲＳＤ５０の一部を構成する。合波装置１は、光源部２により出射される波長の異なる三つの光束であるレーザ光を、光ファイバ部４により合波部３に伝送し、合波部３にて合波する。合波部３で合波された光は、光ファイバ等からなる伝送ケーブル５１により、ＲＳＤ５０の一部を構成する画像表示部６０に伝送される（矢印Ｌ１参照）。
光源部２は、波長の異なるレーザ光を出射する複数の光源モジュールとして、赤色レーザ光を生成する赤色光源モジュール６と、緑色レーザ光を生成する緑色光源モジュール７と、青色レーザ光を生成する青色光源モジュール８とを有する。光源部２は、各色の光源モジュール６，７，８により、外部から供給される画像信号から画像情報を画素単位で読み出し、読み出した画素単位の画像情報に基づいて、Ｒ（赤色）、Ｇ（緑色）、及びＢ（青色）のレーザ光を生成して出射する（矢印Ｌｒ，Ｌｇ，Ｌｂ参照）。各色の光源モジュール６，７，８は、対応する色のレーザ光を発生させる半導体レーザにより構成される。
各色の光源モジュール６，７，８から出射される各色のレーザ光は、各光源モジュール６，７，８にそれぞれ対応して設けられる光ファイバ部４により、合波部３に伝送される。したがって、合波装置１は、光ファイバ部４として、赤色光ファイバ部４Ｒと、緑色光ファイバ部４Ｇと、青色光ファイバ部４Ｂとを有する。
赤色光ファイバ部４Ｒは、一端が赤色光源モジュール６に接続されるとともに他端が合波部３に接続され、赤色光源モジュール６から出射される赤色レーザ光を合波部３まで伝送し、合波部３に入射させる。また、緑色光ファイバ部４Ｇは、一端が緑色光源モジュール７に接続されるとともに他端が合波部３に接続され、緑色光源モジュール７から出射される緑色レーザ光を合波部３まで伝送し、合波部３に入射させる。また、青色光ファイバ部４Ｂは、一端が青色光源モジュール８に接続されるとともに他端が合波部３に接続され、青色光源モジュール８から出射される青色レーザ光を合波部３まで伝送し、合波部３に入射させる。
合波部３は、各色の光源モジュール６，７，８から出射される赤色、緑色、及び青色の３色のレーザ光を合波する。合波部３は、赤色、緑色、及び青色の３色のレーザ光を、１つの光軸上に合波し、白色光として伝送ケーブル５１に出射する。
合波部３は、例えば次のような構成を有する。合波部３は、光を伝播させる通路状に形成されるコア部と、コア部を被覆するクラッド部とを有する光導波路として構成される。コア部は、各色のレーザ光が入射して伝播する３本の分岐部分と、これらの分岐部分を合流させる合流部分とを有する。コア部及びクラッド部は、例えばポリマー系樹脂等のポリマー系材料、あるいは石英ガラスやプラスチック等により構成される。また、コア部及びクラッド部は、クラッド部よりもコア部の屈折率が高くなるように構成される。
このような構成の合波部３においては、コア部の各分岐部分の合流する側と反対側の端部から、各色に対応する光ファイバ部４を介して各色のレーザが入射する。そして、コア部の各分岐部分に入射した各色のレーザ光は、コア部の合流部分にて合波され、合流部分の分岐する側と反対側の端部からスポット状の白色光として出射される。合波部３から出射される白色光は、伝送ケーブル５１に入射し、伝送ケーブル５１によって画像表示部６０に伝送される。
なお、合波部３の構成は、各色の光源モジュール６，７，８から出射される３色のレーザ光を合波することができるものであれば限定されない。合波部３としては、例えば、各色の光ファイバ部４から入射するレーザ光をコリメートするコリメータレンズや、波長選択性によって各色のレーザ光を透過又は反射させることで合成するダイクロイックミラーや、合成されたレーザ光を集光するレンズ等の光学系を備える構成であってもよい。
［ＲＳＤの構成］
図１に示すように、本実施形態のＲＳＤ５０は、合波装置１と画像表示部６０とを備える。ＲＳＤ５０は、合波装置１の合波部３から伝送ケーブル５１によって伝送される白色光を、画像表示部６０によって走査してＲＳＤ５０の使用者（以下「観察者」という。）の眼７０の瞳孔７１から入射させて網膜７２上に投影し、観察者に画像を認識させる。
画像表示部６０は、伝送ケーブル５１から入射したレーザ光を、画像として観察者の網膜７２に投影可能な状態とするために、水平方向と垂直方向に走査するための光走査装置及び光学系を有する。具体的には、画像表示部６０は、コリメート光学系６１と、水平走査部６２と、第１リレー光学系６３と、垂直走査部６４と、第２リレー光学系６５とを有する。
コリメート光学系６１は、レンズ６１ａ等により、合波部３から伝送ケーブル５１を介して入射するレーザ光を平行光化する。水平走査部６２は、コリメート光学系６１で平行光化されたレーザ光を画像表示のために水平方向に往復走査する。水平走査部６２は、例えば、レーザ光を水平方向に走査するため偏向面を有する偏向素子と、偏向素子の偏向面を揺動させる駆動信号を生成する駆動回路とを含む構成を有する。第１リレー光学系６３は、水平走査部６２と垂直走査部６４との間に配置され、これらの間でレーザ光を中継する。
垂直走査部６４は、水平走査部６２で水平方向に走査されたレーザ光を垂直方向に走査する。垂直走査部６４は、例えば、レーザ光を垂直方向に走査するための偏向面を有する偏向素子と、偏向素子の偏向面を揺動させる駆動信号を生成する駆動回路とを含む構成を有する。垂直走査部６４は、表示すべき画像の１フレーム毎に、画像を形成するためのレーザ光を最初の水平走査線から最後の水平走査線に向かって垂直に走査する。これにより、２次元走査された画像が形成される。ここで「水平走査線」とは、水平走査部６２による水平方向への１走査を意味する。このように、ＲＳＤ５０は、画像表示部６０において、合波部３から出射され伝送ケーブル５１を介して入射するレーザ光を２次元方向に走査する走査部として、水平走査部６２と垂直走査部６４とを有する。
第１リレー光学系６３は、レンズ６３ａ等により、水平走査部６２の偏向素子の偏向面によって水平方向に走査されたレーザ光を、垂直走査部６４の偏向素子の偏向面に収束させる。垂直走査部６４の偏向面に収束したレーザ光は、この垂直走査部６４の偏向面によって垂直方向に走査される。
第２リレー光学系６５は、レンズ６５ａ等により、水平走査部６２及び垂直走査部６４によって水平方向と垂直方向に走査されたレーザ光を、観察者の瞳孔７１に収束するように変換する。つまり、垂直走査部６４の偏向面によって垂直方向に走査されたレーザ光が、第２リレー光学系６５を介して、画像表示部６０からの画像光Ｌｘとして出射される。
画像表示部６０から出射される画像光Ｌｘは、ＲＳＤ５０が備えるハーフミラー６６で反射させられて観察者の瞳孔７１に入射する。画像表示部６０からの画像光Ｌｘが瞳孔７１に入射することにより、網膜７２上に、画像信号に応じた表示画像が投影される。これにより、画像光Ｌｘが、観察者によって表示画像として認識される。このように、第２リレー光学系６５及びハーフミラー６６を含む構成が、水平走査部６２及び垂直走査部６４によって走査されたレーザ光を観察者の眼７０の網膜７２へ投射して、画像を投影する投射部として機能する。
また、ハーフミラー６６は、外光Ｌｙを透過させて観察者の眼７０に入射させる。これにより、観察者は、外光Ｌｙにより認識される背景に、画像光Ｌｘによる画像を重ねて視認することができる。このように、本実施形態のＲＳＤ５０は、外光Ｌｙを透過させるとともに、画像表示部６０から出射される画像光Ｌｘを観察者の眼７０に走査しつつ投射するシースルー型である。ただし、本実施形態に係るＲＳＤ５０は、シースルー型である必要はない。
また、ＲＳＤ５０は、ＲＳＤ５０の各部を制御する制御部を備える。制御部は、例えば次のような構成を有する。制御部は、あらかじめ記憶されている制御プログラムにしたがって所定の処理を実行することによりＲＳＤ５０を制御する。制御部は、データ通信用のバスにより接続されるＣＰＵ、フラッシュメモリ、ＲＡＭ、ＶＲＡＭ、複数の入出力インターフェース等の各種機能部分を有し、バスを介して各種情報の送受信を行う。制御部は、形成した画像信号を光源部２に供給する。
以上のように、本実施形態のＲＳＤ５０は、合波装置１を備え、合波部３から出射されたレーザ光を２次元方向に走査して観察者の眼７０の網膜７２に投射することで、網膜７２に画像を投影する。ＲＳＤ５０は、例えば、合波装置１及び画像表示部６０を含む構成を支持する眼鏡型のフレームを備えることで、観察者の頭部に装着されるヘッドマウントディスプレイを構成する。以下、合波装置１の構成について、具体的に説明する。
［合波装置の第１実施形態］
合波装置１は、光源部２の各光源モジュール６，７，８から出射されるレーザ光を伝送する各光ファイバ部４Ｒ，４Ｇ，４Ｂの途中に、切断された態様の光ファイバを連結する部分を有し、その部分で連結される光ファイバ同士の端面間の距離の調整により、各光源モジュール６，７，８からの光の光量の調整を行う。このため、前記のとおり各光源モジュール６，７，８にそれぞれ対応して設けられる３つの光ファイバ部４Ｒ，４Ｇ，４Ｂは、一端部が光源モジュール６，７，８に接続される第１の光ファイバとしての光源側光ファイバ１１と、光源側光ファイバ１１に対応して設けられ、一端部が合波部３に接続される第２の光ファイバとしての合波側光ファイバ１２とを有する。
そして、合波装置１は、各光ファイバ部４Ｒ，４Ｇ，４Ｂの光源側光ファイバ１１と合波側光ファイバ１２とを連結する３つの連結部５を備える。つまり、合波装置１は、連結部５として、赤色光ファイバ部４Ｒに設けられる赤色連結部５Ｒと、緑色光ファイバ部４Ｇに設けられる緑色連結部５Ｇと、青色光ファイバ部４Ｂに設けられる青色連結部５Ｂとを有する。
このように、連結部５は、各光ファイバ部４Ｒ，４Ｇ，４Ｂにそれぞれ対応して設けられ、光源側光ファイバ１１の他端部と合波側光ファイバ１２の他端部とを対向させて、光源側光ファイバ１１と合波側光ファイバ１２とを連結する。以下の説明では、各光ファイバ部４Ｒ，４Ｇ，４Ｂを構成する光源側光ファイバ１１及び合波側光ファイバ１２について、連結部５によって連結される側の端部である他端部を「連結側端部」とする。
図２に示すように、連結部５は、光源側光ファイバ１１及び合波側光ファイバ１２の連結側端部同士を連結する。そして、連結部５は、互いに対向する光源側光ファイバ１１の連結側端部と合波側光ファイバ１２の連結側端部との間の距離（符号ｄ１参照）を変更可能としている。つまり、連結部５において、光源側光ファイバ１１及び合波側光ファイバ１２それぞれの連結側端部同士の端面間距離ｄ１の調整により、各光ファイバ部４Ｒ，４Ｇ，４Ｂにより伝送される各色のレーザ光の光量の調整が行われる。
ここで、端面間距離ｄ１の調整によってレーザ光の光量が調整されることについて、図３に示すグラフを参照して説明する。図３は、互いに対向する光ファイバ同士の端面間距離（以下単に「端面間距離」という。）と結合効率との関係についての計算値によるグラフの一例を示す。
図３に示すグラフにおいて、横軸は端面間距離（μｍ）の値を示し、縦軸は結合効率（％）の値を示す。ここで、結合効率とは、光源側光ファイバ１１の連結側端部の端面から出射したレーザ光のうち、合波側光ファイバ１２の連結側端部の端面に入射するレーザ光の割合である。結合効率を示すレーザ光の割合としては、例えばレーザ光の出力の割合が用いられる。
図３に示すグラフにおいて、各計算値を丸で示すグラフＧ１は、赤色レーザ光についてのデータであり、各計算値を四角で示すグラフＧ２は、緑色レーザ光についてのデータであり、各計算値を三角で示すグラフＧ３は、青色レーザ光についてのデータである。図３に示す各グラフＧ１，Ｇ２，Ｇ３からわかるように、各色のレーザ光とも、端面間距離が大きくなるにしたがい、結合効率が徐々に低減する。
具体的には、本例に係るデータでは、いずれの色のレーザ光についても、端面間距離が０μｍで結合効率が１００％の状態から、端面間距離が１００μｍになるまでは結合効率が１０％程度となるまで徐々に低減し、それから端面間距離が２００μｍになるまでは結合効率が数％程度となるまで緩やかに低減する。いずれの色のレーザ光のグラフＧ１，Ｇ２，Ｇ３も略同じ曲線を描くが、端面間距離の増加にともなう結合効率の低減の度合いは、青色、緑色、赤色の順に大きい。
このように、いずれの色のレーザ光についても、端面間距離が大きくなるにしがたい、結合効率が低減する。結合効率は上記のとおり光源側光ファイバ１１から合波側光ファイバ１２に入射するレーザ光の割合であることから、結合効率の変化はそのままレーザ光の光量の変化につながる。こうした端面間距離と結合効率との関係に基づき、光源側光ファイバ１１と合波側光ファイバ１２との端面間距離ｄ１の調整により、各色の光源モジュール６，７，８から出射される各色のレーザ光の光量の調整が行われる。
連結部５によって連結される光源側光ファイバ１１及び合波側光ファイバ１２の連結側端部の構成について、図２及び図４から図６を参照して説明する。なお、光源側光ファイバ１１及び合波側光ファイバ１２の連結側端部は同様の構成を有するため、光源側光ファイバ１１及び合波側光ファイバ１２の連結側端部を「光ファイバの連結側端部」として、同一の符号を用いて説明する。
図２及び図４から図６に示すように、光ファイバの連結側端部は、それぞれ筒状のフェルール２０で被覆されている。フェルール２０は、円筒状に形成されており、光ファイバの連結側端部の径を拡大させる。フェルール２０は、ジルコニアにより形成される。なお、光源側光ファイバ１１及び合波側光ファイバ１２の連結側端部を被覆するフェルール２０は、同じ外径を有する。
円筒状のフェルール２０は、その軸心部に光ファイバの連結側端部を挿通させる。つまり、円筒状のフェルール２０は、断面視円形状の光ファイバの連結側端部と軸心が一致するように形成される（図６参照）。したがって、フェルール２０は、その軸心に沿って光ファイバの連結側端部に外径に合う孔部２０ａを有し、この孔部２０ａに、光ファイバの連結側端部を挿通させる。
フェルール２０により被覆される光ファイバの連結側端部の端面であるファイバ端面１３は、孔部２０ａを介してフェルール２０の連結側端面２０ｂに臨み、連結側端面２０ｂに沿う形状を有する。つまり、ファイバ端面１３とフェルール２０の連結側端面２０ｂとは、共通する面上に位置する。なお、フェルール２０は、ジルコニアの他、ステンレス鋼等の金属により形成されるものであってもよい。
フェルール２０は、光ファイバの連結側端部を被覆した状態で、連結側と反対側の端部が支持筒２１によって支持される。フェルール２０よりも大きな外径を有する略円筒状の部材であり、フェルール２０と同様に光ファイバの連結側端部と軸心が一致するように設けられる。このため、支持筒２１は、その軸心に沿って光ファイバの連結側端部に外径に合う孔部２１ａを有し、この孔部２１ａに、光ファイバの連結側端部を挿通させる。
支持筒２１は、フェルール２０を支持する側の端部に、フェルール２０の端部が嵌め込まれる支持凹部２１ｂを有する。支持凹部２１ｂは、支持筒２１の端面に開口するフェルール２０の外径に合う内径を有する穴部である。フェルール２０は、連結側と反対側の端部を支持筒２１の支持凹部２１ｂに圧入された状態で支持される（図５参照）。
また、支持筒２１は、フェルール２０を支持する側の端部に、基部２１ｃに対する拡径部分であるフランジ部２１ｄを有する。フランジ部２１ｄは、支持筒２１の軸心方向視で４隅が面取りされた略矩形状を有する（図６参照）。フェルール２０が嵌め込まれる支持凹部２１ｂは、フランジ部２１ｄに形成される。
このように、連結部５は、筒状のフェルール２０を介して光源側光ファイバ１１の連結側端部と合波側光ファイバ１２の連結側端部とを連結する。
連結部５は、光ファイバの連結側端部同士を同軸上かつ軸方向に摺動可能に保持する保持部材として、割りスリーブ２５を有する。割りスリーブ２５は、軸方向の割り溝２５ａを有する筒体である。このように、連結部５は、軸方向の割り溝２５ａを有する筒体である割りスリーブ２５から構成される。
図７及び図８に示すように、割りスリーブ２５は、略円筒状の部材であり、フェルール２０の外径に合う内径を有し、両端の開口部から各光ファイバの連結側端部を被覆するフェルール２０の挿入させた状態で、光ファイバの連結側端部同士を同軸上かつ軸方向に摺動可能に保持する。割りスリーブ２５は、割り溝２５ａを有することで、軸心方向視で周方向の一部が切り欠かれた形状を有する（図８参照）。割り溝２５ａは、割りスリーブ２５の周方向の一部を、割りスリーブ２５の軸心方向に沿う直線状の切欠き部分であり、互いに対向する一対の端面２５ｂにより形成される。
割りスリーブ２５は、例えばフェルール２０と同様にジルコニアにより形成される。ただし、割りスリーブ２５を形成する材料はジルコニアに限定されず、例えばステンレス鋼等の金属であってもよい。
割りスリーブ２５は、その弾性変形によって拡径した状態で、光ファイバの連結側端部同士を保持する。このため、割りスリーブ２５の内径は、フェルール２０の外径よりも若干小さく設定される。そして、割りスリーブ２５は、割り溝２５ａを形成する端面２５ｂ間の間隔が開くように弾性変形によって拡径することで、フェルール２０の挿入を許容する。
割りスリーブ２５は、長手方向の全体にわたって同じ内径を有することで、同じ外径を有する対向するフェルール２０を同軸上に保持する。また、割りスリーブ２５は、フェルール２０が割りスリーブ２５に挿入された状態で摺動可能な程度の保持力で、フェルール２０を保持する。フェルール２０の割りスリーブ２５に挿入された部分は、割りスリーブ２５の内周面２５ｃに略全面的に接触する。
このように、連結部５は、割りスリーブ２５内にそれぞれ挿入された光ファイバの連結側端部同士を、割りスリーブ２５の弾性変形により拡径した状態で保持する。
なお、連結部５を構成する保持部材は、光ファイバの連結側端部同士を同軸上かつ軸方向に摺動可能に保持することができるものであれば、その形状は限定されない。連結部５を構成する保持部材は、例えば、図９及び図１０に示すように、Ｖ字溝２６ｄを形成するＶ字状割りスリーブ２６であってもよい。
Ｖ字割りスリーブ２６は、割りスリーブ２５と同様に、互いに対向する一対の端面２６ｂにより形成される軸方向の割り溝２６ａを有する。Ｖ字割りスリーブ２６は、Ｖ字溝２６ｄを形成する一対の斜面２６ｅを含む内周面２６ｃにより、両端の開口部からフェルール２０を挿入させた状態で、光ファイバの連結側端部同士を同軸上かつ軸方向に摺動可能に保持する。
また、図１１に示すように、互いに連結される光ファイバの連結側端部のファイバ端面１３の形状は、それぞれ球面形状である。具体的には、光ファイバの連結側端部のファイバ端面１３は、前述したようにフェルール２０の連結側端面２０ｂと共通する面上に位置する。そこで、本実施形態では、ファイバ端面１３は、フェルール２０の連結側端面２０ｂとともに球面形状をなす。つまり、ファイバ端面１３とフェルール２０の連結側端面２０ｂとにより、共通の球面が形成される。
ここで、ファイバ端面１３について球面形状とは、例えば球面の一部を形成する凸曲面のＲ形状であり、必ずしも球面に沿う形状である必要はなく、球面に近似する形状であってもよい。ファイバ端面１３及びフェルール２０の連結側端面２０ｂによって形成される球面形状は、例えば、フェルール２０が孔部２０ａに光ファイバの連結側端部を挿入させた状態で、連結側端面２０ｂが光ファイバの連結側端部ごと研磨されることで形成される。
また、本実施形態の合波装置１においては、各光ファイバ部４Ｒ，４Ｇ，４Ｂは、各光源モジュール６，７，８から入射したレーザ光を単一のモードで伝送するシングルモード光ファイバにより構成される。そして、各光ファイバ部４Ｒ，４Ｇ，４Ｂを構成する光源側光ファイバ１１は、少なくとも、各光源モジュール６，７，８から入射したレーザ光が光源側光ファイバ１１を通過することで各光源モジュール６，７，８から入射したレーザ光からマルチモード成分が除去される長さを有する。
各光源モジュール６，７，８から光源側光ファイバ１１に入射するレーザ光は、複数のモードの成分であるマルチモード成分に分散して入射する。一方で、光源側光ファイバ１１に入射したマルチモード成分のレーザ光は、光源側光ファイバ１１を伝播する過程で、光源側光ファイバ１１を構成するコアやクラッド等を透過して光源側光ファイバ１１から抜け出ていく。このことは、本来レーザ光を単一のモードで伝送するシングルモード光ファイバに入射したマルチモード成分は、コアの径等との関係から、長い距離にわたってコア内を伝播することができないことに基づく。このため、シングルモード光ファイバにより構成される光源側光ファイバ１１を伝播する距離が長くなるほど、各光源モジュール６，７，８から入射したレーザ光から除かれるマルチモード成分の量も多くなる。
そこで、図１において緑色光ファイバ部４Ｇを構成する光源側光ファイバ１１について符号ｄ２で示すように、光源側光ファイバ１１の長さとしては、各光源モジュール６，７，８から入射したレーザ光からマルチモード成分が除去されるに十分な長さが確保される。つまり、光源側光ファイバ１１の長さは、光源側光ファイバ１１から出射されるレーザ光にシングルモード成分のみが含まれるような長さに設定される。具体的には、光源側光ファイバ１１の長さとしては、光ファイバの構成等にもよるが、例えば、１００ｍｍ以上の長さが確保されることが好ましい。
図１２から図１４を参照して、光ファイバの連結側端部同士の端面間距離ｄ１の調整方法の一例について説明する。図１２から図１４に示すように、本例に係る端面間距離ｄ１の調整方法では、一対の調整用治具２７が用いられる。調整用治具２７は、フェルール２０を支持する支持筒２１のフランジ部２１ｄに引っかかることで、光ファイバの連結側端部に、端面間距離ｄ１を変化させるような軸方向に沿う力を作用させる。調整用治具２７は、フランジ部２１ｄを介して、光ファイバの連結側端部に、端面間距離ｄ１が大きくなるように光ファイバの連結側端部同士を引き離す方向、又は端面間距離ｄ１が小さくなるように光ファイバの連結側端部同士を押し付ける方向の力を作用させる。
調整用治具２７は、長方形状の板状の基部２７ａと、基部２７ａの一側の板面から略垂直方向に突出する一対の板状の部分である引き用片部２７ｂ及び押し用片部２７ｃとを有する。引き用片部２７ｂ及び押し用片部２７ｃは、基部２７ａの長手方向の一端部に、所定の間隔を隔てて略平行に形成される。引き用片部２７ｂと押し用片部２７ｃとの間隔は、少なくとも支持筒２１のフランジ部２１ｄを引き用片部２７ｂと押し用片部２７ｃとにより軸方向の両側から挟むことができる程度の寸法に設定される。
調整用治具２７は、引き用片部２７ｂの押し用片部２７ｃに対向する側の面を、フランジ部２１ｄを介して光ファイバの連結側端部に端面間距離ｄ１が大きくなるように光ファイバの連結側端部同士を引き離す方向の力を作用させるための離間作用面２７ｄとして有する。調整用治具２７は、離間作用面２７ｄをフランジ部２１ｄのフェルール２０を支持する側の端面２１ｅに接触させた状態で、端面間距離ｄ１が大きくなるように光ファイバの連結側端部同士を引き離す方向の力を作用させる。
引き用片部２７ｂは、離間作用面２７ｄをフランジ部２１ｄの端面２１ｅに広い範囲で接触させるため、凹部２７ｆを有する。凹部２７ｆは、引き用片部２７ｂの基部２７ａからの突出側の端部に形成される切欠き部分である。凹部２７ｆは、少なくともフランジ部２１ｄの端面２１ｅから突出する態様で存在するフェルール２０が嵌る大きさを有するとともに、離間作用面２７ｄのフランジ部２１ｄの端面２１ｅに対する接触面を確保する大きさに形成される。
調整用治具２７は、押し用片部２７ｃの離間作用面２７ｄに対向する側の面を、フランジ部２１ｄを介して光ファイバの連結側端部に端面間距離ｄ１が小さくなるように光ファイバの連結側端部同士を押し付ける方向の力を作用させるための近接作用面２７ｅとして有する。調整用治具２７は、近接作用面２７ｅをフランジ部２１ｄの基部２１ｃ側の端面２１ｆに接触させた状態で、端面間距離ｄ１が小さくなるように光ファイバの連結側端部同士を押し付ける方向の力を作用させる。
押し用片部２７ｃは、近接作用面２７ｅをフランジ部２１ｄの端面２１ｆに広い範囲で接触させるため、凹部２７ｇを有する。凹部２７ｇは、押し用片部２７ｃの基部２７ａからの突出側の端部に形成される切欠き部分である。凹部２７ｇは、少なくともフランジ部２１ｄの端面２１ｆから突出する態様で存在する支持筒２１の基部２１ｃが嵌る大きさを有するとともに、近接作用面２７ｅのフランジ部２１ｄの端面２１ｆに対する接触面を確保する大きさに形成される。
一対の調整用治具２７は、端面間距離ｄ１の調整に際し、引き用片部２７ｂの凹部２７ｆ内にフェルール２０を位置させるとともに、押し用片部２７ｃの凹部２７ｇ内に支持筒２１の基部２１ｃを位置させることで、フランジ部２１ｄを引き用片部２７ｂと押し用片部２７ｃとで挟んだ状態でセットされる。
そして、端面間距離ｄ１を大きくする場合は、一対の調整用治具２７が光ファイバの連結側端部の軸方向に沿って互いに離間する方向に引っ張られる（図１３、矢印Ｆ１参照）。これにより、調整用治具２７の引き用片部２７ｂがフランジ部２１ｄに引っかかり、互いに連結された光ファイバの連結側端部が、前述したように割りスリーブ２５に対して摺動可能なフェルール２０を介して端面間距離ｄ１が大きくなるように相対的に移動する。
一方、端面間距離ｄ１を小さくする場合は、一対の調整用治具２７が光ファイバの連結側端部の軸方向に沿って互いに近接する方向に押し付けられる（図１３、矢印Ｆ２参照）。これにより、調整用治具２７の押し用片部２７ｃがフランジ部２１ｄに引っかかり、互いに連結された光ファイバの連結側端部が、前述したように割りスリーブ２５に対して摺動可能なフェルール２０を介して端面間距離ｄ１が小さくなるように相対的に移動する。
上述してきた構造を有する合波部３において、各光源モジュール６，７，８からの光の光量の調整を行う際には、例えば、所定の工具や人間の手によって、調整用治具２７を移動させて端面間距離ｄ１を調整する。
具体的には、図１に示したように、各光源モジュール６，７，８より所定の光量のレーザ光Ｌｒ,Ｌｇ,Ｌｂを出力させる一方、伝送ケーブル５１より出力される合波後のレーザ光Ｌ１の光量をパワーメータで測定しつつ、合波後のレーザ光Ｌ１が所望の出力となるように端面間距離ｄ１を調整する。なお、端面間距離ｄ１の調整の方法は、調整用治具２７を用いる方法に限定されない。
そして、端面間距離ｄ１が調整された後、光ファイバの連結側端部を被覆するフェルール２０が、割りスリーブ２５に対して固定される。フェルール２０の割りスリーブ２５に対する固定は、例えば、図２に示すように、フェルール２０の外周面と割りスリーブ２５の内周面２５ｃとの段差部分に塗布される接着剤２８により行われる。これにより、光ファイバの連結側端部同士の端面間距離ｄ１の調整が完了する。
このような光ファイバの連結側端部同士の端面間距離ｄ１の調整により、光源部２における各光源モジュール６，７，８から出射される各色のレーザ光が所定のパワー比率となるように、Ｒ，Ｇ，Ｂの光量調整が行われる。光量の調整は、合波部３からの出力光が光パワーメータ等によってモニタされながら所望の光量となるように行われる。光量の調整の態様としては、例えば、各色の光源モジュール６，７，８から出射されるレーザ光の出力について、Ｒ：４０００μＷ、Ｇ：２０００μＷ、Ｂ：２０００μＷである場合、合波部３からの出力のホワイトバランスが、Ｒ：９０μＷ、Ｇ：１００μＷ、Ｂ：４５μＷとなるように調整される。
［合波装置の第２実施形態］
本実施形態の合波装置は、第１実施形態との比較において、連結部５の構成が異なる。このため、第１実施形態と共通する部分については同一の符号を用いる。本実施形態に係る連結部１０５の構成について、図１５から図２５を参照して説明する。
図１５に示すように、本実施形態に係る連結部１０５は、光源側光ファイバ１１の連結側他端部に着脱可能に設けられる第１部材としての第１連結体３０と、合波側光ファイバ１２の連結側他端部に着脱可能に設けられる第２部材としての第２連結体４０とを有する。第１連結体３０と第２連結体４０とは着脱可能に連結される。第１連結体３０及び第２連結体４０は、いずれもフェルール２０及び支持筒２１が設けられた光ファイバの連結側端部に装着される（図２５参照）。
まず、第１連結体３０について説明する。図１６及び図２５に示すように、第１連結体３０は、略円筒状に形成される基部３１と、基部３１の外周面に形成される円筒状の嵌合突起３２とを有する。基部３１は、軸方向へ向けて形成されたスリット３１ａを有する。円筒状の嵌合突起３２は、基部３１の外周面において、中心軸方向が基部３１の径方向に沿うように形成される。
スリット３１ａは、第１連結体３０内にフェルール２０を取り付けるに際し、光源側光ファイバ１１を挿入するための間隙である。すなわち、第１連結体３０内にフェルール２０を取り付けるときは、図１６（ａ）に示すように、まず、光源側光ファイバ１１をスリット３１ａに沿わせて第１連結体３０内に光源側光ファイバ１１を挿入し、次いで、基部３１の第２連結体側端部３１ｂより支持筒２１を挿入して開口部３０ｂより露出させる。なお、第１連結体３０のＫ−Ｋ’断面における内部構造は、図１６（ｂ）に示すように、断面視略方形状の内周面３１ｃを有しており、フランジ部２１ｄもまた第１連結体３０内へ収容される構造である。しかも、内周面３１ｃは、フランジ部２１ｄと断面視において同形状としているため、フランジ部２１ｄが基部３１内で軸方向へ摺動でき、しかも、軸周り方向への回転が規制される。
このようにして、第１連結体３０は、その内部に光源側光ファイバ１１に設けられる支持筒２１のフランジ部２１ｄ及びフェルール２０の部分を含むとともに、合波側光ファイバ１２に対する連結側（以下単に「連結側」という。）と反対側の開口部３０ｂから支持筒２１の基部２１ｃを突出させた状態で、光源側光ファイバ１１に取り付けられる。
第１連結体３０は、支持筒２１の基部２１ｃを突出させる側の底壁部３０ａに、支持筒２１のフランジ部２１ｄ内側から接触させた状態で支持筒２１を内側に係止する。第１連結体３０は、光源側光ファイバ１１に対して軸方向に相対移動可能に設けられる。第１連結体３０と光源側光ファイバ１１との軸方向の相対移動においては、第１連結体３０の基部３１の内周面と支持筒２１のフランジ部２１ｄの外周面とが摺動面となる。
次に、第２連結体４０について説明する。図１７から図２０に示すように、第２連結体４０は、第１連結体３０よりも一回り大きな略円筒形状に形成され、第１連結体３０を挿入させた状態で保持する。第２連結体４０は、略円筒状に形成される基部４１と、基部４１の周方向の一部を軸心方向視で略矩形状に突出させる箱部４２と、基部４１の径方向に沿って形成されるネジ孔４３ａを形成するボス部４３とを有する。
基部４１は、軸方向のスリット４１ａを有する。箱部４２は、略円筒状に形成される基部４１の内部空間を、軸心方向視で基部４１の径方向外側に向けて略矩形状に突出させる。基部４１と箱部４２とにより、軸心方向視で略前方後円形状の空間が形成される。ボス部４３は、基部４１の周方向について箱部４２が突出する方向に対して略９０度ずれた径方向に向けて突出するように形成される。ボス部４３は、第２連結体４０における光源側光ファイバ１１に対する連結側（以下単に「連結側」という。）の端部に設けられる。
第２連結体４０は、その内部に合波側光ファイバ１２に設けられるフェルール２０の部分を含むとともに、連結側と反対側の開口部４０ｂから支持筒２１の基部２１ｃを突出させた状態で、合波側光ファイバ１２に取り付けられる。第２連結体４０は、連結側と反対側の底壁部４０ａに、支持筒２１のフランジ部２１ｄを嵌合させた状態で保持する。底壁部４０ａは、軸心方向視で面取りされた略矩形状を有するフランジ部２１ｄが嵌るような略矩形状の開口部４０ｂを有し、この開口部４０ｂにフランジ部２１ｄを嵌め込んだ状態で、合波側光ファイバ１２を支持する。これにより、合波側光ファイバ１２に設けられる支持筒２１は、第２連結体４０に対して相対回転不能に支持される。
第２連結体４０には、連結側の開口部４０ｃから、第１連結体３０が挿入される。開口部４０ｃは、軸心方向視で第１連結体３０の基部３１と嵌合突起３２とを含む形状に対応する形状を有する。つまり、第２連結体４０の基部４１の内周面により形成される円筒状の空間部分に第１連結体３０の基部３１が対応し、第２連結体４０の箱部４２の内周面により形成される直方体状の空間部分に第１連結体３０の嵌合突起３２が対応する。
したがって、第２連結体４０の連結側の開口部４０ｃは、軸心方向視で、第１連結体３０の基部３１及び嵌合突起３２の形状に対応して略前方後円形状を有する。第２連結体４０は、スリット４１ａを有することで、弾性変形によって拡径した状態で、開口部４０ｃ側から第１連結体３０を挿入させる。このため、第１連結体３０は、第２連結体４０に挿入された状態で、第２連結体４０の弾性によって軸方向に相対移動可能な程度に若干の把持力を受ける。スリット４１ａもまた、スリット３１ａと同様に、第２連結体４０内にフェルール２０を取り付けるに際し、合波側光ファイバ１２を挿入するための間隙である。なお、第２連結体４０内へのフェルール２０の取り付けは、第１連結体３０内へのフェルール２０の取り付けと同様である。
また、第２連結体４０の内部においては、合波側光ファイバ１２に設けられるフェルール２０に圧縮バネ４４が外嵌される（図２０参照）。圧縮バネ４４は、第２連結体４０内のフェルール２０に対して円筒状の支持筒４５を介して支持される。つまり、フェルール２０に支持筒４５が外嵌され、支持筒４５に圧縮バネ４４が外嵌される。支持筒４５は、軸方向の割り溝４５ａを有し、弾性変形によって拡径した状態で、フェルール２０に支持される。圧縮バネ４４は、一端側が第２連結体４０の底壁部４０ａに保持されるフランジ部２１ｄの端面２１ｅに支持される。
また、第２連結体４０は、基部４１及び箱部４２にわたって形成される係止用開口部４６を有する。係止用開口部４６は、第２連結体４０に挿入された状態の第１連結体３０の嵌合突起３２を第２連結体４０に係止するための開口部である。係止用開口部４６は、基部４１の軸心方向の略中央位置に形成される。
第１連結体３０と第２連結体４０との連結構造について説明する。第１連結体３０が第２連結体４０に連結されるに際しては、まず、図１５において矢印ｇ１で示すように、第１連結体３０が、第２連結体４０の開口部４０ｃから第２連結体４０内に挿入される。ここで、第１連結体３０は、軸回転方向について、嵌合突起３２が第２連結体４０の箱部４２に対応する位置となる角度で挿入される。
開口部４０ｃから第２連結体４０に挿入された第１連結体３０は、ある程度挿入されると、嵌合突起３２が係止用開口部４６に達する。係止用開口部４６は、第１連結体３０の第２連結体４０に対する相対的な回転にともなう嵌合突起３２の移動を許容する。つまり、第２連結体４０は、係止用開口部４６を介して嵌合突起３２を第２連結体４０の外部に露出させることで、第１連結体３０の回転を許容するとともに、嵌合突起３２を介して第１連結体３０を第２連結体４０に係止させる。
また、第１連結体３０が第２連結体４０に挿入されることにより、第１連結体３０が設けられる光源側光ファイバ１１を被覆するフェルール２０が、第２連結体４０内において合波側光ファイバ１２を被覆するフェルール２０に支持される圧縮バネ４４及び支持筒４５に挿入される（図２５参照）。そして、上記のとおり嵌合突起３２が係止用開口部４６によって係止された状態においては、圧縮バネ４４は、その他端側が光源側光ファイバ１１に設けられる支持筒２１のフランジ部２１ｄの端面２１ｅに支持された状態で圧縮される。
これにより、圧縮バネ４４は、第２連結体４０に挿入された第１連結体３０を、第２連結体４０に対して第２連結体４０から抜ける方向に押圧付勢する。圧縮バネ４４による付勢力を受ける第１連結体３０は、第２連結体４０に対して嵌合突起３２を係止用開口部４６に係止させることで支持される。具体的には、第１連結体３０は、嵌合突起３２の外周面が係止用開口部４６を形成する連結側の側面である突起接触面４６ａに接触した状態で、第２連結体４０に支持される。
突起接触面４６ａは、平面視において、第２連結体４０の中心軸方向に垂直な面に対して傾斜する斜面として形成される。したがって、第１連結体３０は、第２連結体４０に対する相対的な回転にともない、圧縮バネ４４による付勢力によって突起接触面４６ａに押圧接触する嵌合突起３２が突起接触面４６ａの傾斜に沿って移動し、第２連結体４０に対して中心軸方向に相対的に移動する。この第１連結体３０の第２連結体４０に対する相対的な回転にともなう中心軸方向の相対的な移動により、光源側光ファイバ１１及び合波側光ファイバ１２の端面間距離ｄ１の調整が行われる。
具体的には、図２４に示す軸心方向視で、第１連結体３０が第２連結体４０に対して時計方向に回転することで、端面間距離ｄ１が小さくなる方向に移動する。同じく図２４に示す軸心方向視で、第１連結体３０が第２連結体４０に対して反時計方向に回転することで、光源側光ファイバ１１及び合波側光ファイバ１２の端面間距離ｄ１が大きくなる方向に移動する。
このような端面間距離ｄ１を調整するための第１連結体３０の第２連結体４０に対する相対的な回転は、操作棒４７が用いられて行われる（図１５参照）。操作棒４７は、その一端部に、第１連結体３０の嵌合突起３２が有する嵌合孔３２ａに嵌合する嵌合突起４７ａを有する。
図２１に示すように、操作棒４７は、第２連結体４０に挿入されて係止用開口部４６に係止された状態の第１連結体３０の嵌合突起３２の嵌合孔３２ａに、嵌合突起４７ａが嵌合するように差し込まれる。そして、嵌合突起３２に差し込まれた状態の操作棒４７が第１連結体３０の中心軸周りに回転操作されることで、第１連結体３０が第２連結体４０に対して相対回転させられる。この際、第２連結体４０は、第１連結体３０と共回りしないように所定の方法で支持される。
そして、操作棒４７による第１連結体３０の回転操作によって端面間距離ｄ１が調整された後、留めネジ４８によって、第１連結体３０の第２連結体４０に対する相対回転が規制される。図２２から図２５に示すように、留めネジ４８は、第２連結体４０の外側から、第２連結体４０に設けられるボス部４３により形成されるネジ孔４３ａにねじ込まれ、締結力によって第２連結体４０内の第１連結体３０を外周面側から押し付ける。留めネジ４８によって押し付けられた第１連結体３０は、第２連結体４０に対する相対的な回転が規制され、第２連結体４０に対する相対的な軸方向の位置が固定される。これにより、光ファイバの連結側端部同士の端面間距離ｄ１の調整が完了する。なお、端面間距離ｄ１の調整は、第一実施形態と同様に、各光源モジュール６，７，８より所定の光量のレーザ光Ｌｒ,Ｌｇ,Ｌｂを出力させる一方、伝送ケーブル５１より出力される合波後のレーザ光Ｌ１の光量をパワーメータで測定しつつ、合波後のレーザ光Ｌ１が所望の出力となるように行う。
また、再び端面間距離ｄ１の調整を行うに際しては、留めネジ４８を緩めるか取り外した状態で、操作棒４７によって第１連結体３０を第２連結体４０に対して相対的に回転させる。また、連結部１０５による光源側光ファイバ１１と合波側光ファイバ１２との連結を解除する際は、第１連結体３０を第２連結体４０に対して回転させることで嵌合突起３２を箱部４２に合わせ、第１連結体３０を第２連結体４０から引き抜くことができる。
以上のように、連結部１０５においては、第１連結体３０が第２連結体４０に装着されることで、光源側光ファイバ１１と合波側光ファイバ１２とが連結され、第１連結体３０が第２連結体４０から取り外されることで、光源側光ファイバ１１と合波側光ファイバ１２との連結が解除される。本実施形態の連結部１０５を構成する第１連結体３０と第２連結体４０とは、第１連結体３０の第２連結体４０に対する挿入又は引抜きと相対的な回転との組み合わせによって着脱が行われる。そして、第１連結体３０と第２連結体４０との中心軸方向の相対的な位置関係が調整されることで、光ファイバの連結側端部同士の端面間距離ｄ１の調整が行われる。
なお、本実施形態では、光源側光ファイバ１１に第１連結体３０が設けられ、合波側光ファイバ１２に第２連結体４０が設けられているが、これらは入れ替わってもよい。つまり、光源側光ファイバ１１に設けられる第１部材が第２連結体４０であり、合波側光ファイバ１２に設けられる第２部材が第１連結体３０であってもよい。
また、上述した実施形態では、光源側光ファイバ１１及び合波側光ファイバ１２の連結側端部がフェルール２０により被覆されているが、端面間距離ｄ１の調整は、光源側光ファイバ１１及び合波側光ファイバ１２の連結側端部がフェルール２０により被覆されていなくても行うことができる。また、上述した実施形態では、合波装置１はＲＳＤ５０に適用されているが、本発明に係る合波装置は、ＲＳＤのほか、各種の画像表示装置に適用可能である。
以上説明したように、本実施形態に係る合波装置１によれば、以下の効果が期待できる。
（１）本実施形態に係る合波装置１は、波長の異なるレーザ光を出射する３つの光源モジュール６，７，８を有する光源部２と、各光源モジュール６，７，８から出射されるレーザ光を合波する合波部３と、一端部が光源モジュール６，７，８に接続される光源側光ファイバ１１、及び光源側光ファイバ１１に対応して設けられ、一端部が合波部３に接続される合波側光ファイバ１２を有し、各光源モジュール６，７，８にそれぞれ対応して設けられる３つの光ファイバ部４Ｒ，４Ｇ，４Ｂと、各光ファイバ部４Ｒ，４Ｇ，４Ｂにそれぞれ対応して設けられ、光源側光ファイバ１１の連結側端部と合波側光ファイバ１２の連結側端部とを対向させて、光源側光ファイバ１１と合波側光ファイバ１２とを連結する複数の連結部５Ｒ，５Ｇ，５Ｂとを備える。そして、連結部５Ｒ，５Ｇ，５Ｂは、互いに対向する光源側光ファイバ１１の連結側端部と合波側光ファイバ１２の連結側端部との間の距離を変更可能とした。これにより、装置の大型化や高コスト化を抑えながら、画像のコントラストを損なうことなく各光源からの光の光量の調整を行うことができる。
本実施形態の合波装置１によれば画像のコントラストが損なわれないことについて、図２６及び図２７を用いて説明する。図２６及び図２７は、各光源モジュール６，７，８を構成する半導体レーザ（ＬＤ）の駆動電流値と出力との関係を表すグラフである。
図２６及び図２７に示すように、半導体レーザは、駆動電流値の変化にともなう出力特性として、レーザの変調幅の下限の出力Ｐｂに対応する閾値電流値Ｉｂであっても、出力はゼロにならずにある程度の光量を保つ。このことは、半導体レーザの場合、駆動電流値が閾値電流値Ｉｂである状態でも、ＬＥＤ（発光ダイオード）の発光成分が存在することに起因する。そして、駆動電流値が閾値電流値Ｉｂから、レーザの変調幅の上限の出力Ｐｍａｘに対応する電流値Ｉｍａｘとなるまで、出力は増加する。
半導体レーザがこのような出力特性を有することから、図２７に示すように、光源部２の光量の調整のために、駆動電流が電流値Ｉｍａｘから電流値Ｉｗまで下げられることで、最大光量に対応する出力Ｐｍａｘが所望の光量に対応する出力Ｐｗとなるまで下げられると、レーザの変調幅の上限と下限との比率に基づくコントラストが著しく損なわれる。この場合、コントラストは、下げられた出力Ｐｗとレーザの変調幅の下限の出力Ｐｂとの比率に基づく。これに対し、本実施形態の合波装置１によれば、図２６に示すように、光源部２の光量の調整のために、出力をＰｍａｘから下げる必要がないので、コントラストは、出力Ｐｗ（＝Ｐｍａｘ）とレーザの変調幅の下限の出力Ｐｂとの比率に基づくことになり、コントラストが損なわれることがない。
また、本実施形態の合波装置１によれば、光源部２の光量を調整するために光減衰器等の外部装置を用いる必要がないことから、装置サイズのコンパクト化を図ることができ、コスト面でも有利である。
また、本実施形態の合波装置１によれば、光源部２において各色の光源モジュール６，７，８を組み終えた後に、合波部３から出射されるレーザ光の光量をモニタしながら光量の調整が行われる。このため、各光源モジュール６，７，８の結合効率や合波部３における結合効率のバラツキを含んだ上で光量の調整を行うことができるので、安定した光量を得ることができる。
（２）また、本実施形態の合波装置１においては、連結部５は、光源側光ファイバ１１の連結側端部と合波側光ファイバ１２の連結側端部とを同軸上かつ軸方向に摺動可能に保持する割りスリーブ２５を有する。これにより、光源側光ファイバ１１と合波側光ファイバ１２との中心軸を合わせる作業が容易となる。
（３）また、本実施形態の合波装置１においては、連結部５は、軸方向の割り溝２５ａを有する筒体から構成され、筒体内にそれぞれ挿入された光源側光ファイバ１１及び合波側光ファイバ１２の連結側端部を、弾性変形により拡径した状態で保持する。これにより、簡単な構成によって、光源側光ファイバ１１と合波側光ファイバ１２との中心軸を合わせた状態を確実に保持することができ、光源側光ファイバ１１と合波側光ファイバ１２との中心軸を合わせる作業がさらに容易となる。
（４）また、本実施形態の合波装置１においては、光源側光ファイバ１１及び合波側光ファイバ１２の連結側部は、それぞれ筒状のフェルール２０で被覆されており、連結部５は、筒状のフェルール２０を介して光源側光ファイバ１１の連結側端部と合波側光ファイバ１２の連結側端部とを連結する。これにより、光源側光ファイバ１１と合波側光ファイバ１２との中心軸を合わせる作業が容易となる。
（５）また、本実施形態の合波装置１においては、フェルール２０は、円筒状に形成されている。これにより、光源側光ファイバ１１と合波側光ファイバ１２との中心軸を合わせる作業がさらに容易となる。
（６）また、本実施形態の合波装置１においては、光源側光ファイバ１１及び合波側光ファイバ１２の連結側端部の端面形状は、それぞれ球面形状である。これにより、光源側光ファイバ１１と合波側光ファイバ１２とをフィジカルコンタクトさせた場合、光源側光ファイバ１１から合波側光ファイバ１２で反射して光源側光ファイバ１１に入射する光を低減することができる。つまり、互いに対向した状態で接触する光ファイバの端面形状が球面形状であることにより、光源側光ファイバ１１から合波側光ファイバ１２に入射した光の反射光が分散するので、合波側光ファイバ１２から光源側光ファイバ１１に反射して入射する光の量を低減することができる。結果として、光ファイバ内での光の干渉やモニタ出力の変動等を抑えることができる。
（７）また、本実施形態の合波装置１においては、光ファイバ部４は、光源モジュール６，７，８から入射したレーザ光を単一のモードで伝送するシングルモード光ファイバにより構成されるものであり、光源側光ファイバ１１は、少なくとも、光源モジュール６，７，８から入射したレーザ光が光源側光ファイバ１１を通過することで光源モジュール６，７，８から入射したレーザ光からマルチモード成分が除去される長さを有する。これにより、光量の調整が行われる連結部５においてマルチモード成分が原因で生じる出力変動を防止することができる。
（８）また、本実施形態の合波装置１においては、連結部５は、光源側光ファイバ１１の連結側端部に着脱可能に設けられる第１連結体３０と、光源側光ファイバ１１の他端部に着脱可能に設けられる第２連結体４０とを有し、第１連結体３０と第２連結体４０とは着脱可能に連結される。これにより、第１連結体３０と第２連結体４０との着脱により、各光源モジュール６，７，８を容易に交換することができる。
また、上述した実施形態の第１連結体３０と第２連結体４０を含む構成によれば、第１連結体３０の第２連結体４０に対する相対的な回転によって端面間距離ｄ１の調整を行うことができるので、第１連結体３０の回転角度によって端面間距離ｄ１の変化量を導くことができ、端面間距離ｄ１の微調整を容易に行うことができる。
（９）また、本実施形態の合波装置１においては、連結部５は、光源側光ファイバ１１の連結側端部と合波側光ファイバ１２の連結側端部との間の距離を調整後、光源側光ファイバ１１の連結側端部と合波側光ファイバ１２の連結側端部とを、接着剤２８やネジ４８等により固定しているので、調整したレーザ光Ｌ１の光量を安定させることができる。
１ 合波装置
２ 光源部
３ 合波部
４ 光ファイバ部
５ 連結部
６ 赤色光源モジュール
７ 緑色光源モジュール
８ 青色光源モジュール
１１ 光源側光ファイバ（第１の光ファイバ）
１２ 合波側光ファイバ（第２の光ファイバ）
１３ ファイバ端面
２０ フェルール
２５ 割りスリーブ（保持部材）
２５ａ 割り溝
５０ ＲＳＤ
１０５ 連結部

Claims (10)

  1. 波長の異なる光束を出射する複数の光源モジュールを有する光源部と、
    各前記光源モジュールから出射される光束を合波する合波部と、
    一端部が前記光源モジュールに接続される第１の光ファイバ、及び該第１の光ファイバに対応して設けられ、一端部が前記合波部に接続される第２の光ファイバを有し、各前記光源モジュールにそれぞれ対応して設けられる複数の光ファイバ部と、
    各前記光ファイバ部にそれぞれ対応して設けられ、前記第１の光ファイバの他端部と前記第２の光ファイバの他端部とを対向させて、前記第１の光ファイバと前記第２の光ファイバとを連結する複数の連結部と、を備え、
    前記連結部は、互いに対向する前記第１の光ファイバの他端部と前記第２の光ファイバの他端部との間の距離を変更可能としたことを特徴とする画像表示用合波装置。
  2. 前記連結部は、前記第１の光ファイバの他端部と前記第２の光ファイバの他端部とを同軸上かつ軸方向に摺動可能に保持する保持部材を有することを特徴とする請求項１に記載の画像表示用合波装置。
  3. 前記連結部は、軸方向の割り溝を有する筒体から構成され、前記筒体内にそれぞれ挿入された前記第１及び第２の光ファイバの他端部を、弾性変形により拡径した状態で保持することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の画像表示用合波装置。
  4. 前記第１及び第２の光ファイバの他端部は、それぞれ筒状のフェルールで被覆されており、
    前記連結部は、前記筒状のフェルールを介して前記第１の光ファイバの他端部と前記第２の光ファイバの他端部とを連結することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の画像表示用合波装置。
  5. 前記フェルールは、円筒状に形成されていることを特徴とする請求項４に記載の画像表示用合波装置。
  6. 前記第１及び第２の光ファイバの他端部の端面形状は、それぞれ球面形状であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の画像表示用合波装置。
  7. 前記光ファイバ部は、前記光源モジュールから入射した光束を単一のモードで伝送するシングルモード光ファイバにより構成されるものであり、
    前記第１の光ファイバは、少なくとも、前記光源モジュールから入射した光束が前記第１の光ファイバを通過することで前記光源モジュールから入射した光束からマルチモード成分が除去される長さを有することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の画像表示用合波装置。
  8. 前記連結部は、前記第１の光ファイバの他端部に着脱可能に設けられる第１部材と、前記第２の光ファイバの他端部に着脱可能に設けられる第２部材とを有し、前記第１部材と前記第２部材とは着脱可能に連結されることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の画像表示用合波装置。
  9. 前記連結部は、前記第１の光ファイバの他端部と前記第２の光ファイバの他端部との間の距離を調整後、前記第１の光ファイバの他端部と前記第２の光ファイバの他端部とを固定したことを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の画像表示用合波装置。
  10. 請求項１〜９のいずれか１項に記載の画像表示用合波装置を備え、
    前記合波部から出射された光束を２次元方向に走査して観察者の眼の網膜に投射することで、前記網膜に画像を投影する網膜走査型画像表示装置。
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