CN1134681C

CN1134681C - 光学部件

Info

Publication number: CN1134681C
Application number: CNB998046140A
Authority: CN
Inventors: 李明军; 菅原武雄; 斯通
Original assignee: Hamamatsu Photonics KK
Current assignee: Hamamatsu Photonics KK
Priority date: 1998-04-01
Filing date: 1999-03-23
Publication date: 2004-01-14
Anticipated expiration: 2019-03-23
Also published as: EP1069445A4; CN1295674A; EP1069445A1; AU2855299A; WO1999050694A1

Abstract

一种光学部件(10)，是把多条光纤互相平行地排列起来形成的。其具有对于光轴斜向切断的入射面(10a)，和对于光轴垂直切断的出射面(10b)。该光学部件(10)的断面形状，是把两条断面为直角等腰三角形的纤芯(14)的光纤组合起来的光纤对规则地进行排列而形成的。此外，各条光纤的包层(16)借助于加热加压处理而形成一个整体，并由此填埋构成该光纤对的两条光纤的纤芯(14)的间隙和毗邻的光纤对间的间隙。

Description

光学部件

技术领域

本发明涉及把多条光纤排列起来构成的光学部件。

背景技术

作为传送光信息的光学部件，人们熟知把多条光纤排列起来形成的光学部件。上述光学部件具有使各条光纤的纤芯和包层露了出来的入射面和出射面，使得可以把入射到入射面上的光信息传送到出射面上。

此外，上述光学部件，由于具有传送效率高、与透镜比较光学***可以小型化等种种的优点，故可以在包括指纹检测装置在内的各种各样的领域中使用。

发明概述

上述光学部件的制造，通常，采用使断面形状为圆形或正方形的光纤排列成束后成型为一个整体的办法进行。因此，借助于在成型为一个整体时的推压，构成上述光学部件的光纤的纤芯的断面，变成具有象正方形、六角形那样地互相平行的对边的多角形，因而会产生以下所示的问题。

就是说，以特定的入射角向入射面入射进来的先，在互相平行的对面处反复反射，以特定的出射角从出射面射出。其结果是，在从出射面射出的输出图象中，形成具有仅仅在特定的出射角上才有强度的图形，该图形将成为噪声而使光学部件的析象清晰度降低。

于是，本发明把解决这样的问题，提供防止图形噪声的发生，因而析象清晰度高的光学部件作为课题。

为解决上述课题，本发明是一种把多条光纤排列起来构成的光学部件，其特征是：各条光纤的纤芯的断面形状是大致上的三角形。采用使各条光纤的纤芯的断面形状变成为大致上的三角形的办法，由于在纤芯内行进的光，可以避免仅仅因纤芯内的平行的对面形成的反射和行进的状况，故可以消除仅仅在特定的出射角上才具有强度的图形的形成。结果，可以防止图形噪声，可以得到析象清晰度高的输出图象。

附图的简单说明

图1A是本发明的实施例1的光学部件的斜视图。

图1B是沿图1A的I-I线的扩大剖面图。

图2A～F是构成光学部件的光纤对的制造工序图。

图2G～J是在各个工序中制造的母材等的剖面图。

图3是在光学部件的制造中使用的光纤对的扩大剖面图。

图4示出了构成光学部件的光纤纤芯内的光行进的样子。

图5示出了构成光学部件的光纤纤芯内的光行进的样子。

图6是本发明的实施例2的光学部件的扩大剖面图。

图7是在本发明的实施例2的光学部件的制造中使用的光纤的扩大剖面图。

图8是在本发明的实施例2的光学部件的制造中使用的光纤组的扩大剖面图。

图9是在本发明的实施例2的光学部件的制造中使用的光纤组的扩大剖面图。

图10示出了构成光学部件的光纤纤芯内的光行进的样子。

图11示出了构成光学部件的光纤纤芯内的光行进的样子。

图12A～C是现有技术的光学部件的制造工序图。

图13A～C是现有技术的光学部件的制造工序图。

图14A～C是现有技术的光学部件的制造工序图。

图15A～C示出了现有技术的构成光学部件的光纤纤芯内的光行进的样子。

图16A～C示出了现有技术的构成光学部件的光纤纤芯内的光行进的样子。

优选实施例描述

用附图说明本发明的实施例1的光学部件。首先，对本实施例的光学部件的构成进行说明。图1A是本发明的实施例1的光学部件的斜视图，图1B是沿图1A的I-I线的扩大剖面图。

光学部件10，把纤芯的断面形状为直角等腰三角形的多条光纤互相平行地配置起来地形成。各条光纤被排列为使得光轴与图1A的y轴平行，光学部件10，具有对于光轴斜向切断的入射面10a，和对于光轴垂直切断的出射面10b，且使得可以缩小入射到入射面10a上的输入图形后使之从出射面10b输出。

光学部件10的断面如图1B所示。就是说，把两个具有断面为直角等腰三角形的纤芯14的光纤组合起来使得变成断面大体上为正方形的光纤对后，有规则地排列起来。此外，各条光纤的包层16借助于加热加压处理使之一体化，并设置为使得填埋构成该光纤对的两条光纤的纤芯14间的间隙，和毗邻的光纤对间的间隙。

其中，纤芯14例如由折射率为1.62的铅玻璃构成，包层16例如由折射率为1.52的钠钙玻璃构成。此外，纤芯的斜边约为15微米，在包层16之内2个纤芯14的间隙内设置的部分，具有作为在光学部件中通常所使用的波长(550nm)的1/3以上的1微米左右的厚度。此外，毗邻的光纤对也中间夹着包层16隔开大约1微米左右。

此外，还向包层16的部分内，***在各条光纤的轴方向上延伸的光吸收体17。采用向包层16的部分内***光吸收体17的办法，就可以有效地除去漏进包层16内的杂散光，或从侧面(入射面和出射面以外的面)侵入光学部件10内的光，因而可以提高输出图形的析象清晰度。

接着，对本实施例的光学部件的制造方法进行说明。图2A～F是构成光学部件的光纤对的制造工序图，图2G～J是在各个工序中制造的母材等的剖面图。

为了制造构成光学部件10的光纤，首先，制造具有底面为正方形的四方柱状的纤芯母材18(图2A、2G)。纤芯母材18，例如由折射率为1.62的铅玻璃形成，其侧面用氧化铈研磨等的方法进行研磨。

接着，用金刚石切割刀等纵向(与四角柱状的底面垂直)切断在上述工序中制造的纤芯母材18，分割成具有底面为直角等腰三角形的三角柱状的两个纤芯母材20和22(图2B、图2H)。这时，切断面用氧化铈研磨等的方法进行研磨。

接着，把图2C所示的板状的包层母材24夹在两个纤芯母材22与24之间(图2D、图2I)。其中，包层母材24，例如由折射率为1.52的钠钙玻璃构成。

接着，把在上述工序中制造的板状的包层母材24夹在两个纤芯母材22和24之间的制成品，装填到具有图2E所示的四角筒状的包层母材26内，制造光纤对制造用的母材28(图2F、图2J)。其中，包层母材26，也与上述包层母材24一样，例如用折射率为1.52的钠钙玻璃形成，包层母材26的一方的底面，用喷灯进行的熔融等的方法，进行密封。

然后，把上述母材28拉丝制造光纤对。在图3中扩大示出了用该方法制造的光纤对的断面。该光纤对30被配置为使断面为直角等腰三角形的两条纤芯14面对面，变成在两条信息14的间隙和两条纤芯14的周围(上述间隙以外的部分)设置包层16的形状。

在这里，在包层16之内，在两条纤芯14的间隙内设置的部分，为了作为分开该两条纤芯14的包层起作用，应具有充分的厚度，理想的是具有可以用光学部件10传送的光的波长的1/3以上的厚度。光纤对30的具体形状为纤芯14的斜边约为15微米，在包层16之内纤芯14的周围设置的部分的厚度约为1微米，此外，考虑到使用波长为550nm，在包层16之内两条纤芯14的间隙内设置的部分的厚度，也变成大约1微米左右。

采用把用上述工序制造的多条的光纤对30恰当地***棒状的光吸收体17，同时把它们无间隙地配置成互相平行，并借助于加热加压处理，成型为一个整体的办法，就可以制造光学部件10。

接着，对本实施例的光学部件的作用进行说明。在这里，首先要弄清楚现有技术的光学部件的问题。现有技术的光学部件的制造，通常，由于采用使断面为圆形或正方形的多条光纤平行地配置成束，并成型为一个整体的办法进行，故常常要把上述已成束的光纤群再次拉成丝的制成品(多条光纤)平行地配置成束，形成为一个整体，或使上述拉丝工序和成束工序反复多次的制成品(多条多条光纤)成型为一个整体的办法，制造光学部件。

在用上述制造方法制造光学部件时的各条光纤的纤芯的断面形状的变化，示于图12A～C、13A～C和14A～C。图12A～C示出的是把纤芯2的断面为圆形的光纤4配置成四方地形成光学部件6的情况下的纤芯2的断面形状的变化。在纤芯2的断面为圆形的光纤4配置成四方地形成光学部件6的情况下，如图12A～C所示，借助于使光纤4成束地成型为一个整体时的加热加压处理，各条光纤4的纤芯2的断面，变形为大致正方形。

在这里，变形的比率，因上述加热加压处理时的温度下的光纤4的纤芯2与包层8的硬度而异。虽然在纤芯2与包层8比较起来极硬的情况下，纤芯2的断面可以维持圆形，但是为了避免毗邻的纤芯2彼此间的接触，要把纤芯2作成比包层8极端地硬，在实用上是困难的。

图13A～C示出的是把纤芯2的断面为圆形的光纤4配置成六方地形成光学部件6的情况下的纤芯2的断面形状的变化。在这种情况下，借助于使光纤4成束地成型为一个整体时的加热加压处理，各条光纤4的纤芯2的断面变形为大致上的六角形。此外，图14A～C示出的是把纤芯2的断面为正方形的光纤4配置成四方地形成光学部件6的情况下的纤芯2的断面形状的变化。在这种情况下，由于在配置各条光纤4时，变成没有毗邻的包层8间的间隙，故在借助于使光纤4成束地成型为一个整体时的加热加压处理之后，纤芯2的断面仍可以维持正方形。

如上所述制造的光学部件6，由于各种光纤4的纤芯2的断面将变成为象正方形、六角形等那样的具有互相平行的对边的多角形，故存在着以下所述的问题。就是说，入射到光学部件6的入射面上的光在纤芯2内的行进，可以发生两种光的行进：图15A～C所示的那样的螺旋状的行进，和图16A～C所示的那样地带状的行进。其中，图15A～C和图16A～C中的圆圈和黑点表示光的入射位置。

图15A示出了入射到光学部件6的入射面(纤芯2的入射面)6a上的光在纤芯2内行进的样子，图16B则把该光的行进轨迹投影到与入射面6a平行的平面上。如图15A和15B所示，以随机的入射角(除用图16A～C说明的特定的入射角之外)入射到光学部件6的入射面6a上的光，在纤芯2内螺旋状地行进。其结果是，如图15A～C所示，即便是在光以恒定的入射角θ入射到光学部件6的入射面6a上的情况下，也会因该入射位置的差异，而以各种各样的出射角从光学部件6的出射面射出。

另一方面，如图16A和16B所示，以特定的入射角(使光仅仅借助于纤芯2的平行的对面进行反射和行进的入射角)入射进来的光，在纤芯2内则带状地行进。其结果是，如图16C所示，在光以恒定的入射角θ入射到光学部件6的入射面6a上的情况下，结果就变成为从光学部件6的出射面6b也以θ的出射角出射，而与其入射位置的差异无关。因此，在从光学部件6的出射面6b射出的输出图象中，形成仅仅在特定的入射角内才具有强度的图形，该图形成为噪声使光学部件6的析象清晰度降低。特别是那些采用使多条光纤(多条多条光纤也是一样)成型为一个整体的办法制造的光学部件，由于在该多条光纤的中央部分和边缘部分处的纤芯2的变形比率不同，故因该变形比率的差异，将产生与该多条光纤的断面形状对应的图形噪声，使光学部件6的析象清晰度显著地降低。

对此，考虑本实施例的光学部件10的情况。图4和图5是这样的图：把向光学部件10的入射面(纤芯14的入射面)10a入射，在纤芯14内行进的光的轨迹，投影到与入射面10a平行的平面上。在这里，图4和图5中的中空圆圈示出了光的入射位置。纤芯14的断面，由于是直角等腰三角形，不具有互相成为平行的对边，故消除了从光学部件10的入射面10a入射进来的光仅仅被纤芯14的平行的对面进行反射而带状地行进的现象。就是说，由图4和图5所示的轨迹可知，在纤芯14内行进的光，对于入射面10a(或出射面10b)以各种角度，在纤芯14内行进。

因此，即便是使光以恒定的入射角θ入射到光学部件10的入射面10a上的情况下，也可以借助于其入射位置的差异，光从光学部件10的出射面10b以各种出射角出射，从而消除仅仅在特定的出射角上形成具有强度图形。

下面，对本实施例的光学部件的效果进行说明。光学部件10，采用把构成光学部件10的纤芯14的断面作成为直角三角形的办法，就会消除仅仅在特定的出射角上形成具有强度图形的现象。结果，就可以防止图形噪声，得到析象清晰度高的输出图象。

此外，光学部件10，采用把构成光学部件10的纤芯14的断面作成为直角三角形的办法，在制造光学部件10时，就可以无间隙地配置各条光纤或光纤对30。因此，在加热加压处理时，使各条光纤(特别是纤芯14)的断面的变形减小。

下面，用附图对本发明的实施例2的光学部件进行说明。本实施例的光学部件40与实施例1的光学部件10的不同之处在于：实施例1的光学部件10形成为把纤芯14的断面形状为直角等腰三角形的多条光纤配置成互相平行，而本实施例的光学部件40，则形成为把纤芯的断面形状为正三角形的多条光纤配置成互相平行。

光学部件40的断面，如图6所示，变成把具有断面为正三角形的纤芯14的光纤规则性地排列起来的构造。此外各条光纤的包层16，则借助于加热加压处理而形成一个整体，并被设置为填埋毗邻的光纤对间的间隙。另外，为了提高输出图形的析象清晰度，如上述实施例1的光学部件10那样，理想的是把光吸收体17设置在包层16的内部，但这并不是必要的条件。

下面，对本实施例的光学部件40的制造方法进行说明。本实施例的光学部件40，可以用与实施例1的光学部件10类似的制造方法进行制造。就是说，首先，把具有底面为正三角形的三角柱状的纤芯母材18，装填到具有三角筒状的包层母材26中以形成母材28，把该母材28拉成丝，制造纤芯14的断面为正三角形的光纤。用该方法制造的光纤50的断面，变成为图7所示的那种形状。就是说，是在断面为正三角形的纤芯14的周围设置了均匀的厚度的包层16的构造。然后，使多条的该光纤50互相平行地配置，借助于加热加压处理，成型为一个整体。

此外，本实施例的光学部件40，还可以如下述那样地制造。就是说，首先，把具有底面为正三角形的三角柱状的纤芯母材18，装填到具有三角筒状的包层母材26中所制造的母材28，4个或6个组合起来，制造断面分别为正三角形、正六角形的母材。这些母材拉成丝后制造的光纤组，分别具有图8或图9所示的断面。

把4个母材28组合起来，断面为正三角形的母材拉成丝后制造的光纤组52，如图8所示，配置4个断面为正三角形的纤芯14，同时，在各条纤芯14的间隙和周围，设置包层16，作为整体具有正三角形断面的构造。

此外，把6个母材28组合起来，断面为正六角形的母材拉成丝后制造的光纤组54，如图8所示，配置6个断面为正六角形的纤芯14，同时，在各条纤芯14的间隙和周围，设置包层16，作为整体具有正六角形断面的构造。

采用把这些光纤组52或54互相平行地无间隙地进行配置，并借助于加热加压处理成型为一个整体的办法，就可以制造光学部件40。

此外，本实施例的光学部件40，与实施例的光学部件10具有同样的作用和同样的效果。就是说，由于纤芯14的断面变成正三角形，不具有相互平行的对边，故如图10和图11所示，将消除从光学部件40的入射面入射进来的光仅仅被纤芯14的平行的对面反射后带状地行进的现象，不形成仅仅在特定的出射角上才有强度的图形。结果，可以得到析象清晰度高的输出图象。

此外，上述各个实施例中的光学部件10和40，虽然是把多条光纤平行地排列起来的光学部件，但是，该光学部件也可以是使多条光纤以具有弯曲部分的方式排列起来，扩大或缩小入射到入射面上的光图象后再进行输出的锥状的光学部件。

产业上利用的可能性

上述光学部件，由于具有传送效率高、与透镜比较起来可以小型化等种种优点，故可以在诸如指纹检测装置、射线探测器等的各种领域中使用。

Claims

1.一种把多条光纤排列起来构成的光学部件(10)，其特征是：

上述多条光纤以各光纤的光轴互相平行的方式，互相平行地配置；

上述各条光纤的纤芯(14)的断面形状大致为三角形；

上述各条光纤规则地排列，上述各条光纤的包层(16)通过加热加压处理而一体化，并设置成填埋在上述各条光纤的纤芯的间隔中和周围。

2.如权利要求1所述的光学部件，其特征是：

上述各条光纤的纤芯(14)的断面形状大致为直角等腰三角形，

上述各条光纤，是把光纤对规则地排列起来，该光纤对是以断面大致为正方形的方式把两条光纤组合而成；

上述各条光纤的包层(16)通过加热加压处理而一体化，并设置成填埋上述构成光纤对的两条光纤的纤芯(14)的间隙和毗邻的上述光纤对之间的间隙。

3.如权利要求1所述的光学部件，其特征是：

上述各条光纤的纤芯(14)的断面形状大致为正三角形。