CN105259611B - 一种指纹采集光纤面板的制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种光纤面板的制作方法，该方法为在皮玻璃管内插入芯玻璃棒进行组合，拉制成单光纤丝；将杂光吸收玻璃拉制成杂光吸收丝；将单光纤丝排列到排棒模的空腔中，在单光纤丝间插入杂光吸收丝形成复合棒；拉制成复合光纤；复合光纤再次排列到排棒模中形成二次复丝棒，拉制得光纤面板毛坯棒；将光纤面板毛坯棒从室温经过约6h升至约600℃，并保温约6h，然后经过约60h降温至约30℃取出，再切割成面板并经过成型加工和精加工即可。本发明材料成本低，不需要排板、熔压工序，简化了生产工艺，缩短了加工周期，不用投入大量的熔压模具、熔压炉和熔压设备，成本可得到大幅度下降，满足指纹识别系统的市场竞争需求。
Description
技术领域
本发明涉及光纤面板生产制作技术领域，特别是涉及指纹采集光纤面板的制作方法。
背景技术
光纤面板是由许多根规则紧密排列的光学纤维组成的一种硬质光纤元件，它具有集光性能好，分辨率高，在光学上具有零厚度，可以无失真地传递高清晰度图像等特点，广泛用于各种电子光学器件的输入、输出端口。
目前光纤面板已作为部分光学指纹识别系统的关键元件，具有体积小、识别率高的特点，在市场上已逐步崛起。
现有的光纤面板产品主要用于微观夜视、物理科研、医疗等高端领域，其对原材料的要求较高，要经过拉丝、排板、熔压、滚圆、切割、精加工等工序，材料昂贵，制作复杂，成本较高。
对于指纹识别系统，低价格是市场竞争的重要因素，现有光纤面板的制作方法由于成本较高，不利于其指纹识别系统的推广使用。
发明内容
为了降低使用光纤面板进行指纹采集的成本，本发明提供了一种用于指纹采集光纤面板的制作方法。
本发明的目的在于提供一种指纹采集光纤面板的制作方法。
本发明所采取的技术方案是：
一种光纤面板的制作方法，包括以下步骤：
1）单光纤丝的拉制
在皮玻璃管内插入芯玻璃棒进行同心组合，将棒管组合体拉制成单光纤丝；
2）杂光吸收丝的拉制
将杂光吸收玻璃拉制成杂光吸收丝，杂光吸收丝尺寸根据单光纤丝尺寸而确定，用于插入单光纤与单光纤之间的缝隙中；
3）复合光纤的拉制
将拉制成的单光纤丝紧密排列到排棒模的空腔中，在单光纤丝之间的缝隙插入杂光吸收丝形成复合棒；将复合棒拉制成复合光纤；
4）光纤面板拉制
将拉制好的复合光纤，再次紧密排列到排棒模的空腔中形成二次复丝棒，悬挂在拉丝机上并对其抽真空，使复丝棒经拉制后更紧密地贴合在一起，拉制后得光纤面板毛坯棒；
5）毛坯棒退火
将光纤面板毛坯棒进行退火操作，退火温度从室温经过4～7h升至580～610℃，并在580～610℃保温4～7h，然后经过58~62h降温至20～40℃，取出毛坯棒；
6）光纤面板的外形加工
将退火后的毛坯棒根据产品要求切割成大于0.2mm厚的面板，即得光纤面板。
进一步的，上述芯玻璃棒为折射率为1.65~1.80的玻璃棒。
进一步的，上述皮料玻璃管为折射率为1.45~1.60的玻璃管。
进一步的，步骤1）拉丝时先对棒管组合体抽真空，使其经拉制后更紧密地贴合在一起。
进一步的，步骤1）和步骤3）中拉制时的拉丝温度独立为770~800℃。
进一步的，步骤2）中杂光吸收丝拉制的拉丝温度为750~780℃。
进一步的，步骤4）中拉制时的拉丝温度为780~800℃。
进一步的，上述排棒模的空腔成正六边形。
进一步的，上述方法所制得的光纤面板的数值孔径大于0.8，分辨率为6~90 lp/mm。
上述方法制得的光纤面板在指纹采集中的应用。
本发明的有益效果是：
1）在本发明中，芯玻璃棒为折射率为1.65~1.80的玻璃棒；上述皮料玻璃管为折射率为1.45~1.60的玻璃管，杂光吸收玻璃为黑玻璃，本发明相对常规面板具有材料成本低，不需要排板、熔压工序，简化了生产工艺，缩短了加工周期，同时不用投入大量的熔压模具、熔压炉和熔压设备，成本可得到大幅度下降，满足指纹识别系统的市场竞争需求。
2）本发明通过设计相应的玻璃材料，光纤面板的数值孔径控制在大于0.8，该数值孔径范围的玻璃材料相对现有光纤面板的数值孔径要求≥1的材料制作成本可大幅度降低。
3）本发明制作出的光纤面板是一种中膨胀系数、高热稳定性的光纤产品；分辨率可达6~90lp/mm。
附图说明
图1为芯玻璃棒与皮玻璃管的组合示意图，1、皮玻璃管，2、芯玻璃棒；
图2为复合光纤拉制前单光纤丝和杂光吸收丝的排板示意图；
图3为复丝棒和接头相连接的示意图；
图4为本发明的工艺流程图。
具体实施方式
一种光纤面板的制作方法，包括以下步骤：
1）单光纤丝的拉制
在皮玻璃管内插入芯玻璃棒进行同心组合，将棒管组合体拉制成单光纤丝；
2）杂光吸收丝的拉制
将杂光吸收玻璃拉制成杂光吸收丝，杂光吸收丝尺寸根据单光纤丝尺寸而确定，用于插入单光纤与单光纤之间的缝隙中；
3）复合光纤的拉制
将拉制成的单光纤丝紧密排列到排棒模的空腔中，在单光纤丝之间的缝隙插入杂光吸收丝形成复合棒；将复合棒拉制成复合光纤；
4）光纤面板拉制
将拉制好的复合光纤，再次紧密排列到排棒模的空腔中形成二次复丝棒，悬挂在拉丝机上并对其抽真空，使复丝棒经拉制后更紧密地贴合在一起，拉制后得光纤面板毛坯棒；
5）毛坯棒退火
将光纤面板毛坯棒进行退火操作，退火温度从室温经过4～7h升至580～610℃，并在580～610℃保温4～7h，然后经过58~62h降温至20～40℃，取出毛坯棒；
6）光纤面板的外形加工
将退火后的毛坯棒根据产品要求切割成大于0.2mm厚的面板，即得光纤面板。
优选的，上述芯玻璃棒为折射率为1.65~1.80的玻璃棒。
优选的，上述皮料玻璃管为折射率为1.45~1.60的玻璃管。
优选的，步骤1）拉丝时先对棒管组合体抽真空，使其经拉制后更紧密地贴合在一起。
优选的，步骤1）和步骤3）中拉制时的拉丝温度独立为770~800℃。
优选的，步骤2）中杂光吸收丝拉制的拉丝温度为750~780℃。
优选的，步骤4）中拉制时的拉丝温度为780~800℃。
优选的，上述排棒模的空腔成正六边形。
优选的，步骤5）中降温的速度为匀速降温。
优选的，上述方法所制得的光纤面板的数值孔径大于0.8，分辨率为6~90 lp/mm。
上述方法制得的光纤面板在指纹采集中的应用。
下面结合具体实施例对本发明作进一步的说明，但并不局限于此。
实施例1
一种指纹采集光纤面板的制作方法
1）单光纤丝的拉制
如图1所示，在皮玻璃管2内插入芯玻璃棒1，二者进行同心组合，组合后悬挂在拉丝设备上，对皮玻璃管进行抽气，启动拉丝炉温度升至玻璃的软化温度770~800℃（可根据拉丝炉和实际拉丝过程的光纤软化情况适当调整温度），玻璃软化下垂，然后通过拉丝轮牵引拉伸，皮玻璃管就会和芯玻璃棒贴合在一体，通过拉丝机的切丝装置时，光纤被切割成等长的单光纤，形成相应的单光纤丝41（如图2所示），长度可控制在0.8m~1.2m之间。
上述芯玻璃棒为折射率为1.65~1.80的玻璃棒；上述皮玻璃管为折射率为1.45~1.60的玻璃管；其中皮玻璃管和芯玻璃棒的尺寸根据设备的加工能力可进行相应的调整，为了保证芯玻璃棒可与皮玻璃管较好配合，芯玻璃棒的直径一般比皮玻璃管内径小1~2mm。
在拉丝过程中，通过调整拉丝的速度和输送玻璃管棒的速度来控制单光纤的直径，根据等体积的关系，棒外径和光纤外径根据产品实际尺寸的需要进行对应设计，通过调节拉丝速度和送棒速度的大小，即可获得相应直径的单光纤。
2）杂光吸收丝的拉制
选择需要的杂光吸收玻璃（黑色玻璃）；参照上述单光纤丝的拉制工艺，设置拉制温度为750~780℃，将杂光吸收玻璃拉制成与单光纤丝等长的杂光吸收丝，杂光吸收丝后续插于单光纤与单光纤之间，其尺寸根据单光纤丝尺寸而确定。
3）复合光纤的拉制
如图2所示，将拉制成的单光纤丝41紧密排列到正六方形空腔结构的排棒模3中，形成正六边形结构，正六边形的大小可根据产品要求和设备加工能力进行调整，不影响产品的最终结果。单光纤丝41之间的缝隙插入杂光吸收丝42形成复合棒。
将复合棒绑扎牢固，悬挂在拉丝机上，设置拉丝温度为770~800℃之间，调整送棒速度、拉丝速度等工艺参数，使复合棒通过拉制按一定的比例缩小成为所需规格的复合光纤（通常复合丝外径为1~1.5mm），将复合光纤等长切割，长度可控制在0.8m~1.2m。
4）光纤面板拉制
将拉制好的复合光纤，再次紧密排列到正六方形空腔结构的排棒模3中，形成二次复丝棒，正六边形的大小可根据产品要求和设备加工能力进行调整，将复丝棒4和接头5连接在一起（如图3所示），绑扎牢固后，悬挂在拉丝机上，通过接头5顶端的孔，对二次复丝棒进行抽真空，保证复丝棒之间可以更紧密贴合形成光纤面板。
拉丝炉温度从室温升到复丝棒的软化温度（780~800℃），保温20min后，复丝棒开始软化下垂，拉丝机通过牵引轮开始对复丝棒进行拉制，形成光纤面板毛坯棒，为了防止拉制过程炸裂，下送棒速度控制在1~2mm/min，毛坯棒可达4米长，毛坯外径可根据产品的尺寸需求，毛坯棒外径一般控制在比产品尺寸大3~5mm，预留相应的加工余量。毛坯棒拉制成型后，拉丝炉进行降温，待毛坯棒温度下降至40℃以下时，把毛坯棒从拉丝机上取下。
5）毛坯棒退火
将拉制完成的光纤面板毛坯棒放到退火炉内，进行退火操作。退火炉温度从室温经过6小时升至595℃，并在595℃保温6个小时，消除毛坯棒的热应力，然后从595℃经过60小时匀速降温至30℃，放缓降温速率，防止热应力的再次产生，完成退火操作后，取出毛坯棒。
6）光纤面板的外形加工
对退火完成后的毛坯棒截成150mm长的棒体，再固定在切割夹具上，使用线切割设备进行切割，通过设备程序控制，切割的厚度可根据产品要求控制在0.2mm以上，满足指纹采集系统的小型化要求。拉一根毛坯棒即可生产4000~5000片指纹光纤面板。
对切割后合格的半成品进行外型加工和端面精加工，并采用超声波清洗方法，完成最终合格产品的加工和清洁。
综合上述操作步骤可知，本发明的工艺流程如图4所示。
实施例2：一种光纤面板的制作方法
1）单光纤丝的拉制
在皮玻璃管内插入芯玻璃棒进行同心组合，将棒管组合体拉制成单光纤丝；拉丝温度为770~800℃；所述芯玻璃棒为折射率为1.65~1.80的玻璃棒；所述皮料玻璃管为折射率为1.45~1.60的玻璃管。
2）杂光吸收丝的拉制
将杂光吸收玻璃拉制成杂光吸收丝，拉丝温度为750~780℃；杂光吸收丝尺寸根据单光纤丝尺寸而确定，用于插入单光纤与单光纤之间的缝隙中；
3）复合光纤的拉制
将拉制成的单光纤丝紧密排列到排棒模的正六边形空腔中，在单光纤丝之间的缝隙插入杂光吸收丝形成复合棒；将复合棒拉制成复合光纤，拉丝温度为770~800℃；；
4）光纤面板拉制
将拉制好的复合光纤，再次紧密排列到排棒模的空腔中形成二次复丝棒，悬挂在拉丝机上并对其抽真空，使复丝棒经拉制后更紧密地贴合在一起，拉制后得光纤面板毛坯棒，拉丝温度为780~800℃；
5）毛坯棒退火
将光纤面板毛坯棒进行退火操作，退火温度从室温经过5.5h升至590℃，并在590℃保温6.5h，然后经过62h匀速降温至40℃，取出毛坯棒；
6）光纤面板的外形加工
将退火后的毛坯棒根据产品要求切割成大于0.2mm厚的面板，即得光纤面板。
实施例3：一种光纤面板的制作方法
1）单光纤丝的拉制
在皮玻璃管内插入芯玻璃棒进行同心组合，将棒管组合体拉制成单光纤丝；拉丝温度为770~800℃；所述芯玻璃棒为折射率为1.65~1.80的玻璃棒；所述皮料玻璃管为折射率为1.45~1.60的玻璃管。
2）杂光吸收丝的拉制
将杂光吸收玻璃拉制成杂光吸收丝，拉丝温度为750~780℃；杂光吸收丝尺寸根据单光纤丝尺寸而确定，用于插入单光纤与单光纤之间的缝隙中；
3）复合光纤的拉制
将拉制成的单光纤丝紧密排列到排棒模的正六边形空腔中，在单光纤丝之间的缝隙插入杂光吸收丝形成复合棒；将复合棒拉制成复合光纤，拉丝温度为770~800℃；；
4）光纤面板拉制
将拉制好的复合光纤，再次紧密排列到排棒模的空腔中形成二次复丝棒，悬挂在拉丝机上并对其抽真空，使复丝棒经拉制后更紧密地贴合在一起，拉制后得光纤面板毛坯棒，拉丝温度为780~800℃；
5）毛坯棒退火
将光纤面板毛坯棒进行退火操作，退火温度从室温经过6.5h升至600℃，并在600℃保温5.5h，然后经过58h匀速降温至20℃，取出毛坯棒；
6）光纤面板的外形加工
将退火后的毛坯棒根据产品要求切割成大于0.2mm厚的面板，即得光纤面板。
下面对实施例制备的光纤面板进行相关效果检测。
本发明制作出的光纤面板是一种中膨胀系数、高热稳定性的光纤产品，其数值孔径大于0.8；分辨率可达6~90lp/mm。
本发明制作出的光纤面板可用于指纹采集，通过采用本发明的加工方法和技术，目前已实现了对光纤指纹面板的批量生产，加工出来的产品厚度≥0.2mm，外形尺寸可为常规的方形和圆形，根据特殊要求也可加工各类异型的光纤指纹板，不同规格光纤指纹板的外径尺寸在6~15mm。同时本发明生产的光纤指纹面板是一种中膨胀系数，热稳定性好，数值孔径大于0.8，分辨率可按要求在6~90 lp/mm的面板，它具有直接传递清晰图像的功能，可实现对指纹面板的直接采集功能。
在本发明中，芯玻璃棒为折射率为1.65~1.80的玻璃棒；上述皮料玻璃管为折射率为1.45~1.60的玻璃管，杂光吸收玻璃为黑玻璃，本发明相对常规面板具有材料成本低，不需要排板、熔压工序，简化了生产工艺，缩短了加工周期，同时不用投入大量的熔压模具、熔压炉和熔压设备，成本可得到大幅度下降，满足指纹识别系统的市场竞争需求。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种光纤面板的制作方法，其特征在于：包括以下步骤：
1)单光纤丝的拉制
在皮玻璃管内插入芯玻璃棒进行同心组合，将棒管组合体拉制成单光纤丝；
2)杂光吸收丝的拉制
将杂光吸收玻璃拉制成杂光吸收丝，杂光吸收丝尺寸根据单光纤丝尺寸而确定，用于插入单光纤丝与单光纤丝之间的缝隙中；
3)复合光纤的拉制
将拉制成的单光纤丝紧密排列到排棒模的空腔中，在单光纤丝之间的缝隙插入杂光吸收丝形成复合棒；将复合棒拉制成复合光纤；
4)光纤面板拉制
将拉制好的复合光纤，再次紧密排列到排棒模的空腔中形成二次复丝棒，悬挂在拉丝机上并对其抽真空，使复丝棒经拉制后更紧密地贴合在一起，拉制后得光纤面板毛坯棒；
5)毛坯棒退火
将光纤面板毛坯棒进行退火操作，退火温度从室温经过4～7h升至580～610℃，并在580～610℃保温4～7h，然后经过58～62h将降温至20～40℃，取出毛坯棒；
6)光纤面板的外形加工
将退火后的毛坯棒根据产品要求切割成大于0.2mm厚的面板，即得光纤面板。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述芯玻璃棒为折射率为1.65～1.80的玻璃棒。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述皮玻璃管为折射率为1.45～1.60的玻璃管。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤1)拉丝时先对棒管组合体抽真空，使其经拉制后更紧密地贴合在一起。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤1)和步骤3)中拉制时的拉丝温度独立为770～800℃。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤2)中杂光吸收丝拉制的拉丝温度为750～780℃。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤4)中拉制时的拉丝温度为780～800℃。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述排棒模的空腔成正六边形。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所制得的光纤面板的数值孔径大于0.8，分辨率为6～90lp/mm。
10.权利要求1～9任一所述方法制备的光纤面板在指纹采集中的应用。
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| CN105259611A (zh) | 2016-01-20 |
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| GR01 | Patent grant | ||
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