CN101932964A - 光纤成像设备 - Google Patents

Abstract

一种具有反馈电路的光纤成像设备。

Description

光纤成像设备

技术领域

本发明涉及附着在用于成像头的光纤上的光检测器和在光纤的远端以向光源控制器提供反馈的光检测器。

背景技术

用于成像的光头在感光介质上发射多个光点。光学成像头可由带尾纤的激光二极管的阵列配置。每个激光二极管光学耦合到多模光纤的近端。光纤的远端由光机装置以线性阵列支撑，并且被成像到印版(printing plate)上。

传统上如下完成光头的功率校准：在位于成像头外部的光检测器前移动并调整光头；然后调整每个激光二极管的功率以发射期望的功率强度。通常在每次印刷之前执行该校准。

目前，现有技术监测来自在光纤的近端反射回的光的功率。参见例如美国专利第6,061,374号(Nightingale等人)。期望沿着光纤的远端测量光，其将检测不同的参数，诸如沿着光纤的光功率的损失。

发明内容

简要地，根据本发明的一方面，光纤成像设备包括：光源；至少一根光纤，其用于传送来自光源的光；机械组件，其用于支撑至少一根光纤；检测器，其测量由至少一根光纤传送的光；以及控制器，其用于根据光检测器检测的光的水平来调整从光源发射的光强度。

本发明提供了光检测器和光纤组件的混合结构。光纤以线性阵列密集地聚集。光检测器测量来自该阵列的光，并且通过采用反馈机构，使用测量结果来实时调整并监测光功率。另外，不正确的测量结果可以启用报警以通知危险的安全情形。

本发明提供了光头的一些特有特征。光头和光检测装置的组合结构使得能够实现对从每根光纤的远端发射的脉冲的功率和形状的实时监测。

另外，光检测器被置于成像头的同一结构内。该混合配置使得能够实现对危险情形的即刻报警。例如，可以立即识别故障，诸如可能引起机器中的火灾的、沿着光纤之一的断开。为了避免这样的情形，自动激活被配置为感应光检测测量的联锁(interlock)以关闭二极管激光器，从而避免任何损害或伤害。当与高功率二极管激光器结合使用时，该特征是很重要的。

根据本发明，沿着光纤的远端测量光。沿着光纤的远端测量的光功率与从光纤的远端发射的功率成比例。

对于本领域的技术人员来说，当阅读以下结合附图的详细描述后，本发明的这些及其它目的、特征和优点将变得明显，其中，在附图中示出并描述了本发明的例示性实施例。

附图说明

图1是示出现有技术中对从光纤的近端反射回的光的测量的示意图；

图2是示出沿着光纤的远端的光测量的示意图；

图3是示出从光纤的远端发射的光功率相对于沿着光纤的远端测量的光功率的图；

图4A是示出光纤机械结构的端视图的平面图，其中，在所述结构之上具有检测器；

图4B是示出图4A中示出的检测的有角度抛光的混合结构的侧视图；

图5是示出V形槽布局的示意图，其中，在所述V形槽之上具有检测器；

图6是示出沿着光纤的远端与检测器集成的成像鼓的示意图；以及

图7是示出具有检测器和光阱的混合结构的示意图。

具体实施方式

图1和图2示出了基本的光路。光路包括光源12，诸如激光二极管。微光学元件13将光源12产生的光耦合到光纤14中。光的耦合还可以通过在光纤自身的近端上形成微透镜来完成。光纤14可以是单根光纤或被布置成一束光纤的多根光纤。从光纤14的远端发射的光通过成像透镜18传播，并且被成像在成像板16上。

图1示出了现有技术方法，其中光检测器11位于光路的开始处，以测量从微透镜和光纤近端反射回的功率。外部光检测器15通常位于成像板前，以测量激光发射17。通常在每次印刷之前执行该过程，以用于执行激光二极管校准。

图2示出了所述发明的实施例之一，其中，内部光检测器41沿着光纤的远端放置。内部光检测器41测量沿着如图4A所绘制的光纤47的远端发射的光45的功率。

反射涂层46可被施加在光纤机械外壳结构43和/或光纤V形槽外壳结构53的内部表面上，这样微是为了增强将到达内部光检测器41的光的功率。

在实验室中进行的测量示出了从光纤的远端发射的功率水平与沿着光纤47发射的测量光45之间的相关性。

在图4A、4B以及5中描述了内部光检测器41和用于成像头的光纤组件14的混合结构。

参照图4A，光纤47被布置在机械外壳结构43中。如图5所示，排列光纤47还可以被布置在V形槽型结构中。

光纤47附着到透明光纤结构片42。可使用具有合适折射率的透明光胶50。内部光检测器41附着到透明光纤结构片42之上，以测量沿着光纤47的远端形成的光45的功率。

图3示出了检测器41所测量的光功率相对于从光纤的远端发射的光功率。在x轴上绘制的光功率由内部光检测器41沿着一些光纤的远端测量作为如下光功率的函数：其绘制在y轴上，在光纤内被引导并从这些光纤的远端发射。在该特定情况下，由从信道0到信道47标记的48根多模光纤构成束。48根光纤在V形槽组件中排列，并且如图4B所示，以8度进行有角度抛光492。光纤之间的节距是250微米。使用了具有阶跃型折射率分布(stepped indexed profile)的折射率的常规石英光纤。光纤的纤芯直径是60微米并且包层是125微米。尺寸为10×10毫米2的硅检测器在光纤阵列之上被调整并且用于测量光。在该特定情况下，可以看到由内部光检测器41沿着远端测量的光与从远端发射的光之间的线性关系。这分别由针对信道0、24以及44的图表31、32以及33表示。

内部光检测器41测量一个或多个以下光现象：

1.从光纤的远端反射回的光；

2.沿着光纤的远端散射的光；以及

3.沿着光纤的远端发射的泄漏射线和渐逝波。

对于该特定测量，使用常规的具有阶跃型折射率的多模石英光纤，但是也可以使用其它类型的光纤，并且可以通过以各种方式构成光纤来控制光强度。例如，通过调整纤芯47a和包层47b接口的粗糙度493，可以控制散射射线491的强度。为了控制从这些端反射回的光，光纤的远端可以是有角度的、劈开的或抛光的。为了控制传送的和反射回的光的功率，可以使用各种类型的光纤来涂覆光纤的远端。为了控制散射光的量，可在纤芯47a内形成散射粒490。在纤芯内形成的光栅可以用于朝着内部光检测器41反射部分引导的辐射。

在多于一个波长在光纤内被引导的情况下，为了监测每个光源，可以沿着光纤排列各自对特定波长敏感的若干检测器。

该混合结构配置提供了一些优点：

a.由内部光检测器41沿着远端测量的光功率水平的检测有助于校准为了形成良好印刷需要由光源12产生的光功率。

b.沿着光纤的远端执行光的测量。这有助于沿着整根光纤检测故障光源或者光纤47上的切断或断开。

c.混合结构使得能够在印刷或印刷测试过程期间同时执行光测量。相反，当使用在印版旁边被调整的外部检测器时，同时测量是不可能的。

d.适当并单独地激活光源并且与印刷同时执行光测量使得能够实现对可能的危险情形的快速警报。在检测到这样危险状态的情况下，将通过使用例如联锁装置来自动关闭激光源。光源的快速自动关闭对于眼睛安全应用以及防止可能由激光辐射引起的燃烧是至关重要的。

e.适当并单独地激活光源并且与印刷同时执行光测量使得能够实现对诸如光功率、上升和下降时间以及功率稳定性的参数的实时监测。

为了更好地理解所公开的发明，参照图6，其示出了在旋转轴63的方向上旋转的成像鼓61。诸如印版16的成像基板安装在成像鼓61上。结合成像鼓61示出了利用光检测器机构的所公开的光学发光。

光由光源12发射，并且利用微光学元件13耦合到光纤14中。此外，沿着光纤的远端，由内部光检测器41检测并测量光值。测量的结果经由测量结果线65传递到光源强度控制器件64。光源强度控制器件64将经由强度控制线66设置光源12的强度，以符合测量的结果，从而在印版16上形成良好均衡的成像点67。

使用内部光检测器41以及外部检测器15来校准并监测光头具有一些优点。使用光检测器15和41可导致更可靠和精确的激光校准和激光监测过程。例如，从检测器读取不同结果可表示它们之一的故障，从而警告检测器服务事件。

对于激光安全应用，可以使用多于一个诸如内部光检测器41的光检测器。例如，第二光检测器48可以沿着光纤的近端放置或者位于沿着光纤的某个其他位置。从另外的内部光检测器48感应发射的光而没有从内部光检测器41感应的任何光可表示沿着所述两个相邻检测器之间的光纤的某处的切断或断开。

另外，来自内部光检测器41和48的读取还可以与测量反射回的光的光检测器11的读取、或者诸如光源的电流和电压的电信号进行比较。外部光检测器15的读取也可以与光源的电流和电压、或者内部光检测器41的读取比较来使用。读取不止一个光检测器并且使用适当的算法来分析结果将有助于识别故障，并且将在激光安全性方面提高光头可靠性。

图7描述了使用光阱71的本发明的另一实施例。光阱可以是例如具有内部反射涂层的半球形式或者锥体。

应理解，在图2-7中示出的示例仅是为了示例而不是限制性的。

部件表

11位于近端的光检测器

12光源(例如，激光二极管)

13耦合微光学元件

14光纤

15外部光检测器

16印版

17激光发射

18成像透镜

31描述由检测器41测量的功率相对于从信道0的光纤的远端发射的功率的图

32描述由检测器41测量的功率相对于从信道24的光纤的远端发射的功率的图

33描述由检测器41测量的功率相对于从信道44的光纤的远端发射的功率的图

41内部光检测器

42透明光纤结构板

43光纤机械外壳结构

45沿着光纤的远端发射的光

46内部反射涂层

47光纤

47a纤芯

47b包层

48另外的内部光检测器

50透明光胶

53光纤V形槽外壳结构

61成像鼓

63成像鼓旋转轴

64光源强度控制器件

65测量结果线

66强度控制线

67成像点

71光阱

490散射粒

491由于散射粒的光反射

492有角度的抛光

493纤芯包层接口调整的粗糙度

Claims (16)

1.一种光纤成像设备，其包括：

光源；

至少一根光纤，其用于传送来自所述光源的光；

机械组件，其用于支撑所述至少一根光纤；

检测器，其测量由所述至少一根光纤传送的光；以及

控制器，其用于根据由所述光检测器检测的光的水平来调整从所述光源发射的光强度。

2.根据权利要求1所述的设备，其包括：

外壳结构，其用于所述至少一根光纤；以及

透明片，其用于将所述至少一根光纤连接到所述检测器。

3.根据权利要求2所述的设备，其中，所述外壳结构是V形槽结构。

4.根据权利要求2所述的设备，其中，所述外壳结构在具有一个开口面的箱形结构中。

5.根据权利要求2所述的设备，其中，所述外壳结构的内表面上涂覆有反射涂层。

6.根据权利要求1所述的设备，其中，所述光检测器沿着所述至少一根光纤的远端附着。

7.根据权利要求1所述的设备，其中，所述光检测器沿着所述至少一根光纤的近端附着。

8.根据权利要求1所述的设备，其中，所述光源是激光二极管。

9.根据权利要求1所述的设备，其中，所述光源是能够单独编址的激光二极管阵列。

10.根据权利要求1所述的设备，其中，所述至少一根光纤是光纤束的部分。

11.根据权利要求10所述的设备，其中，所述光检测器检测所述光纤束的所述至少一根光纤中的光功率损失，并且关闭所述光源。

12.一种用于印刷机的光学成像头，其包括：

多个光源；

多根光纤，其中，每根光纤耦合到所述多个光源中的至少一个光源；

多个检测器，其中，检测器附着到所述多根光纤中的每根光纤的远端，并且其中，每个所述检测器测量通过它附着到的光纤传送的光；以及

控制器，其从每个所述检测器接收输入，其中所述输入与由所述检测器监测的所述光纤传送的光的强度成比例，并且所述控制器调整附着到所述光纤的所述光源的强度。

13.根据权利要求12所述的设备，其中，多于一个检测器与每根光纤相关联，用于检测由所述光纤传送的不同波长的光。

14.根据权利要求12所述的设备，其中，来自每根光纤的远端的光被导向印版，以用于形成图像。

15.根据权利要求12所述的设备，其中，当与特定光纤相关联的所述检测器检测到所述光纤中光的减少或损失时，所述控制器关闭与该光纤相关联的所述光源。

16.根据权利要求12所述的设备，其中，所述光纤的纤芯或所述光纤的包层接口的粗糙度被调整，以提高由所述检测器测量的散射射线的强度。

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