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公開番号2025172862
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-11-26
出願番号2025141730,2022579010
出願日2025-08-27,2021-06-22
発明の名称導波路および導波路の製造方法
出願人ショットアクチエンゲゼルシャフト,SCHOTT AG
代理人アインゼル・フェリックス=ラインハルト,個人,個人,個人
主分類G02B 6/02 20060101AFI20251118BHJP(光学)
要約【課題】断面での均一性、特に画像の鮮鋭度の向上を保証する導波路、イメージガイド、その製造方法を提示する。
【解決手段】導波路1であって、導波路の近位端2から導波路の遠位端4まで、近位端と遠位端との間に延びる伝送方向5に沿って、伝送方向に対して横方向に延びる断面で電磁波、特に画像情報を伝送するための導波路であって、導波路は、複数の構造要素10を含み、少なくとも2種類の構造要素、第1の屈折率を有する第1の種類10aと、第2の屈折率を有する第2の種類10bとが含まれており、構造要素はそれぞれ、伝送方向に沿って延びているとともに、導波路の断面に割合に応じて広がっており、導波路の断面において複数の断面領域20が画定されており、断面領域はそれぞれ、個々の構造要素の断面に対応している、導波路において、構造要素、特にその断面領域は、不均一に、しかし所定の規則で明確に定められたとおりに形成されている。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項１】
導波路（１）であって、前記導波路の近位端（２）から前記導波路の遠位端（４）まで、前記近位端と前記遠位端との間に延びる伝送方向（５）に沿って、前記伝送方向に対して横方向に延びる断面で電磁波を伝送するための、特に画像情報を伝送するための導波路（１）であって、前記導波路（１）は、
複数の構造要素（１０）を含み、少なくとも２種類の構造要素、すなわち、第１の屈折率を有する第１の種類（１０ａ）と、第２の屈折率を有する第２の種類（１０ｂ）とが含まれており、
前記構造要素（１０）はそれぞれ、前記伝送方向（５）に沿って延びているとともに、前記導波路（１）の前記断面に割合に応じて広がっており、前記導波路（１）の前記断面において複数の断面領域（２０）が画定されており、前記断面領域（２０）はそれぞれ、個々の構造要素（１０）の前記断面に対応している、導波路（１）において、
前記構造要素（１０）、特にその断面領域（２０）は、不均一に、しかし所定の規則で明確に定められたとおりに形成されていることを特徴とする、導波路（１）。
続きを表示（約 2,700 文字）【請求項２】
前記構造要素、特に断面領域は、所定の規則で明確に定められた不均一な、特に非周期的な所定の配置を有し、かつ／または
前記構造要素、特に断面領域は、所定の規則で明確に定められた不均一な、特に互いに異なる幾何学的形状、例えば不均一な直径を有し、かつ／または
前記構造要素は、所定の規則で明確に定められた不均一な、特に互いに異なる屈折率を有する、請求項１記載の導波路。
【請求項３】
前記構造要素、特にその断面領域は、不均一に形成されており、その結果、前記導波路によって伝送される電磁波は、前記伝送方向に対して横方向に延びる方向に局在した状態を保持し、それにより特に画像情報が伝送され、かつ／または
前記構造要素、特にその断面領域は、所定の規則で定められたとおりに形成されており、その結果、前記導波路は、再現性のある構造を有し、特に前記導波路と同一の構造を有するさらなる導波路を製造することができ、かつ／または
前記断面における前記構造要素の前記断面領域によって定められる前記導波路の構造は、前記伝送方向に沿って数学的な意味で類似しており、特に不変である、請求項１または２記載の導波路。
【請求項４】
特に前記断面領域の配置、前記断面領域の幾何学的形状および／または前記構造要素の屈折率を明確に定めた前記規則は、
特に各構造要素の前記断面領域の位置、前記断面領域の面積または屈折率を定めるための、決定論的規定による各構造要素の特性値の指定を含む、請求項１から３までのいずれか１項記載の導波路。
【請求項５】
前記明確に定めた規則、特に特性値を指定するための決定論的規定は、設定値の特に数学的な列を含み、
前記値の列は、好ましくは超一様分布列として形成されており、かつ／または
前記値の列は、好ましくは決定論的列として、例えば、ハルトン列として、ソボル列として、ニーダーライター列として、ハマースレイ列として、ファウレ列として、または複数の列の組み合わせとして形成されている、請求項１から４までのいずれか１項記載の導波路。
【請求項６】
前記明確に定めた規則、特に特性値を指定するための決定論的規定は、
特定の構造要素の特性値を指定するための決定論的列の特定の値を参照すること、
さらなる構造要素の特性値を指定するための前記決定論的列のさらなる値を参照すること、
前記さらなる構造要素の前記値または前記特性値が所定の条件に反するか否かを、特に前記特定の構造要素の前記値または前記特性値を考慮して確認し、前記所定の条件に反する場合には、
前記さらなる値を破棄し、前記さらなる構造要素の前記特性値を指定するための前記決定論的列のなおもさらなる値を参照するか、または前記所定の条件が満たされるかもしくはもはやこれに反しないように、前記さらなる値を所定の様式で修正すること
を含む、請求項１から５までのいずれか１項記載の導波路。
【請求項７】
前記所定の条件は、前記値または前記特性値の定められた最小差として、特に前記構造要素の断面エリアの位置間の定められた最小距離として形成されている、請求項６記載の導波路。
【請求項８】
少なくとも１種類の前記構造要素の前記断面エリアの、特に母点に対する位置に関するボロノイ領域の面積の分布は、以下の条件のうちの少なくとも１つ：
（１）前記分布の分散Ｖ
ｄ
は、前記断面エリアのランダムな位置についての対応する分布の分散Ｖ
ｚ
より小さく、比Ｖ
ｚ
／Ｖ
ｄ
は、好ましくは０～１０であり、特に１より大きく、好ましくは２より大きく、最も好ましくは２．５より大きく、かつ／または８より小さく、好ましくは７より小さく、最も好ましくは６．５より小さく、かつ／または
（２）前記分布の分散Ｖ
ｄ
は、０．３８／Ｎ
２．０３３
より小さく、ここで、Ｎは、少なくとも１種類の構造要素の数を表し、かつ／または
（３）前記分布の分散Ｖ
ｄ
は、前記断面エリアの周期的な位置についての対応する分布の分散より大きく、前記分散Ｖ
ｄ
は、好ましくは０より大きく、特に１０
－１０
より大きく、好ましくは１０
－９
より大きく、最も好ましくは１０
－８
より大きい
を満たす、請求項１から７までのいずれか１項記載の導波路。
【請求項９】
前記第１の種類の前記構造要素の前記断面領域の総面積と前記第２の種類の前記構造要素の前記断面領域の総面積との比は、１：９～９：１の範囲、好ましくは３：７～７：３の範囲、特に好ましくは４：６～６：４の範囲であり、かつ／または
各種類の前記構造要素の前記断面領域の前記総面積は、前記断面積の少なくとも１／（１０×Ｔ）、好ましくは少なくとも１／（５×Ｔ）、特に好ましくは少なくとも１／（３×Ｔ）であり、ここで、Ｔは、前記種類の数を表し、かつ／または
前記第１の種類の前記構造要素の前記第１の屈折率と前記第２の種類の前記構造要素の前記第２の屈折率とは、少なくとも１０
－４
だけ異なっており、特に少なくとも１０
－３
だけ異なっており、特に少なくとも１０
－２
だけ異なっており、特に少なくとも１０
－１
だけ異なっており、特に少なくとも１だけ異なっており、特に少なくとも２だけ異なっており、特に少なくとも３だけ異なっており、特に少なくとも４だけ異なっている、請求項１から８までのいずれか１項記載の導波路。
【請求項１０】
少なくとも１つの断面領域が、１００ｎｍ～５０μｍ、好ましくは４００ｎｍ～２０μｍ、特に好ましくは１μｍ～１６μｍの直径を有し、かつ／または
少なくとも１つの断面領域が、平均波長の０．１倍～１０倍、好ましくは平均波長の０．２倍～５倍、特に好ましくは平均波長の０．５倍～２倍の直径を有し、かつ／または
少なくとも１つの断面領域が、多角形、例えば五角形または六角形の幾何学的形状を有する、請求項１から９までのいずれか１項記載の導波路。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、電磁波を伝送するための、特に画像情報を伝送するための導波路、および導波路の、特にイメージガイドの製造方法に関する。
続きを表示（約 1,700 文字）【０００２】
イメージガイドは、通常それぞれコアとコアを囲むクラッドとからなる複数の個々の光導波路からなり、光導波路は束として配列され、断面で光入射面と光出射面とが１対１で格子状に配置されて複数の画素（ピクセル）を形成している。基本的に、各画素（ピクセル）は、イメージガイドを通じて輝度値や色情報を伝達する役割を担っている。
【０００３】
実際には、イメージガイドの分解能をできるだけ高めることが望ましい場合が多い。原理的には、個々の光導波路の直径を小さくすることで、高い分解能を実現することができる。しかし、個々の光導波路の直径がより一層小さくなると、伝送モードの電界分布が光導波路、特にクラッドの寸法を超える割合が増え、隣接する光導波路間のクロストークが大きくなり、ぼやけが大きくなるため、分解能を随意に高めることは、物理法則上は不可能である。
【０００４】
より高い分解能を有するイメージガイドを提供するための１つのアプローチとして、横方向のアンダーソン局在（ＴＡＬ）の波動現象に基づくものがある。これは、イメージガイドの断面における屈折率のランダムな分布と同時に、イメージガイドの長さ方向での屈折率の不変性が、破壊的干渉に基づき断面での結合光の制限をもたらすことを利用したものである。実際には、例えば屈折率の異なる個々のガラス繊維を複数組み合わせて、ランダムな繊維束を形成することができる。このような導波路に光ビームを結合すると、光ビームは、断面において横方向の広がりが限定された状態でイメージガイドの長さ方向に伝搬する。
【０００５】
横方向のアンダーソン局在の原理に基づくイメージガイドは、高分解能化を可能にする一方で、屈折率がランダムに分布するため、伝送される画像情報の画質、特に画像の鮮鋭度が局所的に変動する、あるいは制御が困難であるという欠点を有する。例えば、断面のある部分の画像の鮮鋭度が、断面の他の部分の画像の鮮鋭度とずれることがある。
【０００６】
このような不均一性により、実際には一定の品質基準でイメージガイドを製造することは困難である。製造に適用される品質基準によっては、高度の欠陥が生じることもある。イメージガイドの断面積のサイズを大きくしようとすると、前記の問題はさらに深刻になる。特にフェースプレートでは、辺長や断面の直径がフェースプレートの厚みの何倍にもなることがある。
【０００７】
フェースプレートとは通常、しばしば比較的短い（数ｍｍの）融着された光ファイバ、または軸がプレート面に対して垂直な光学構造要素（数ｍｍ
２
ないし数ｃｍ
２
）の群を意味する。その中心的な特性は、一方のプレート面から他方のプレート面へ、厳格な規律で、すなわち１：１で同一に、または規則に従って変化させた、例えば回転した状態で画像を伝送できることである。
【０００８】
したがって、本発明の課題は、導波路の断面での均一性、特に画像の鮮鋭度の向上を保証する導波路、特にイメージガイド、およびその製造方法を提示することにある。本発明の課題の一態様は、例えば、製造時の欠陥品を回避し、品質基準を確実に保証できるようにするために、断面での均一性をより良好に制御可能にし、特に好ましくは再現性さえも持たせることである。
【０００９】
本発明の課題の一態様は、大きな断面積を有すると同時に、上述の条件、特に所定の均一性を遵守する導波路、特にイメージガイドを提供できるようにすることである。これは、特にフェースプレートとして形成された導波路に関する。
【００１０】
この課題を解決すべく、本発明は、導波路であって、該導波路の近位端から該導波路の遠位端まで、近位端と遠位端との間に延びる伝送方向に沿って、伝送方向に対して横方向に延びる断面で電磁波を伝送するための、特に画像情報を伝送するための導波路において、該導波路は、複数の構造要素を含むものとする、導波路を開示する。
（【００１１】以降は省略されています）

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