CN109626810A - 一种低数值孔径传像光纤面板及其制作方法 - Google Patents

一种低数值孔径传像光纤面板及其制作方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种低数值孔径传像光纤面板及其制作方法，制作方法包括以下步骤：将多个单光纤丝、多个第一杂光吸收丝和多个第二杂光吸收丝进行密排，得到一次复合棒；其中，所述第二杂光吸收丝与单光纤丝直径相同；所述多个第一杂光吸收丝排列在多个单光纤丝和多个第二杂光吸收丝密排所构成的间隙中；将一次复合棒拉制成一次复合丝；将多个一次复合丝进行密排，得到二次复合棒；将二次复合棒进行拉制，得到光纤面板毛坯棒；对毛坯棒进行加工得到光纤面板。本发明设置的第二杂光吸收丝和第一杂光吸收丝配合可以充分吸收杂散光，实现对入射角度外的光线的吸收，从而形成信噪比优良的低数值孔径的光纤面板。本发明可以广泛应用于光学元器件领域。

Description

一种低数值孔径传像光纤面板及其制作方法
技术领域
本发明涉及光学元器件领域，尤其是一种低数值孔径传像光纤面板及其制作方法。
背景技术
随着指纹采集技术的发展，掌纹识别、屏下指纹识别得到全面发展，具有微孔阵列的光学元件被广泛应用。普通光纤面板已无法满足要求，低数值孔径光纤面板的产生，作为光纤面板领域内的新品，与传统光纤面板相比，数值孔径较小，一般小于1，芯料、皮料所需要的折射率参数较小，其能够有效传输特定角度内的光信号，屏蔽角度外的无用杂散光，实现光纤面板角度内图像采集的目的。
但是现有技术中对杂散光的吸收能力有限，因此元器件的信噪比较差。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明的目的在于：提供一种信噪比优良的低数值孔径传像光纤面板及其制作方法。
本发明所采取的第一种技术方案是：
一种低数值孔径传像光纤面板的制作方法，包括以下步骤：
将多个单光纤丝、多个第一杂光吸收丝和多个第二杂光吸收丝进行密排，得到一次复合棒；其中，所述第二杂光吸收丝与单光纤丝直径相同；所述多个第一杂光吸收丝排列在多个单光纤丝和多个第二杂光吸收丝密排所构成的间隙中；
将一次复合棒拉制成一次复合丝；
将多个一次复合丝进行密排，得到二次复合棒；
将二次复合棒进行拉制，得到光纤面板毛坯棒；
对毛坯棒进行加工得到光纤面板。
进一步，所述第一杂光吸收丝与单光纤丝的直径比为
进一步，所述单光纤丝通过以下步骤制作：
在皮料玻璃管内插入芯料玻璃棒，得到棒管组合体；
在740～760℃下将棒管组合体拉制成单光纤丝。
进一步，所述在740～760℃下将棒管组合体拉制成单光纤丝，其具体为：
在740～760℃下对棒管组合体进行抽真空拉制，得到单光纤丝。
进一步，所述第一杂光吸收丝通过以下步骤制作：
在770℃～790℃下将黑色吸收玻璃拉制成第一杂光吸收丝。
进一步，所述将多个单光纤丝、多个第一杂光吸收丝和多个第二杂光吸收丝进行密排，其具体包括：
按照设定图案将多个单光纤丝和多个第二杂光吸收丝在排棒模的空腔中进行六方密排；
在多个单光纤丝和多个第二杂光吸收丝进行六方密排所构成的每个间隙中插入一个第一杂光吸收丝。
进一步，还包括以下步骤：
对光纤面板毛坯棒进行退火，其中，退火温度从室温经过4～7小时升至540～560℃，并在540～560下保温2～7小时，然后经过24～28小时降温至20～40℃。
进一步，所述将二次复合棒进行拉制，得到光纤面板毛坯棒，其具体为：
在750～770℃下，对二次复合棒进行抽真空拉制，得到光纤面板毛坯棒；
或者
在750～770℃下，对二次复合棒进行抽真空拉制，得到二次复合丝，将二次复合丝在650～670℃下真空熔压成毛坯棒。
进一步，所述将多个一次复合丝进行密排，得到二次复合棒，其具体为：
将多个一次复合丝排列到排棒模中进行密排，得到二次复合棒。
本发明所采取的第二种技术方案是：
一种低数值孔径传像光纤面板，使用第一种技术方案所述的制作方法制作。
本发明的有益效果是：通过加入与单光纤丝直径相同的第二杂光吸收丝进行密排，所述第二杂光吸收丝和第一杂光吸收丝配合可以充分吸收杂散光，实现对入射角度外的光线的吸收，从而形成信噪比优良的低数值孔径的光纤面板。
附图说明
图1为本发明第一种具体实施例中的一次复合棒的横截面示意图；
图2为本发明第二种具体实施例中的一次复合棒的横截面示意图；
图3为本发明第三种具体实施例中的一次复合棒的横截面示意图；
图4为本发明第四种具体实施例中的一次复合棒的横截面示意图。
具体实施方式
下面结合说明书附图和具体的实施例对本发明进行进一步的说明。
本实施例公开了一种低数值孔径传像光纤面板的制作方法，其包括以下步骤：
S1、拉制单光纤丝；在皮料玻璃管内插入芯料玻璃棒，得到棒管组合体；在740～760℃下对棒管组合体进行抽真空拉制，得到单光纤丝。即在拉制时对管棒组合体中的间隙进行抽真空。其中在740～760℃下，玻璃会软化。抽真空有助于使芯皮料紧密结合在一起，减少芯皮界面的缺陷。所述芯料和皮料的折射率与数值孔径有关。以数值孔径为0.2为例，所采用的芯料的折射率为1.51～1.52，皮料的折射率为1.49～1.51，一般情况下芯料和皮料的折射率差值小于等于0.3。光纤面板的孔径角服从以下公式：
θ＝arcsin(n1 2-n2 2)1/2；NA＝Sinθ＝(n1 2-n2 2)1/2。
其中，θ表示孔径角，小于等于θ角度范围内的光线可以被接收到光纤内，n1表示芯料的折射率，n2表示皮料的折射率。n1＞n2。
S2、拉制第一杂光吸收丝和第二杂光吸收丝，第一杂光吸收丝用于填充间隙，其直径与单光纤丝的直径有关，所述第二杂光吸收丝的直径与单光纤的直径相同。其中，第一杂光吸收丝和第二杂光吸收丝的制作工艺是：在770℃～790℃下，采用黑色吸收玻璃制成相应尺寸的杂光吸收丝。所述黑色吸收玻璃在0.3mm的厚度下对300～900nm光谱范围的光的透过率低于1％。
S3、将多个单光纤丝、多个第一杂光吸收丝和多个第二杂光吸收丝进行密排，得到一次复合棒；其中，所述第二杂光吸收丝与单光纤丝直径相同；所述多个第一杂光吸收丝排列在多个单光纤丝和多个第二杂光吸收丝密排所构成的间隙中。
其中，图1至图4示出了本方案中单光纤丝1、第一杂光吸收丝2和第二杂光吸收丝3的密排方式。其中，第二杂光吸收丝3所组成的图案不同，所得到的光纤面板的入射角有所不同。
如图1所示的一次复合棒，第二杂光吸收丝3的占比为18.9％，第二杂光吸收丝3均匀分布在一次复合棒之中。此方案的光纤面板的数值孔径为0.2，入射角为10°～12°。
如图2所示的一次复合棒，第二杂光吸收丝3的占比为8.3％，第二杂光吸收丝3在一次复合棒中排列呈正方形，此方案的光纤面板的数值孔径为0.18，入射角为9°～10°。
如图3所示的一次复合棒，第二杂光吸收丝3的占比为9.4％，第二杂光吸收丝3在一次复合棒中排列呈六边形，此方案的光纤面板的数值孔径为0.16，入射角为7°～9°。
如图4所示的一次复合棒，第二杂光吸收丝3的占比为7.1％，第二杂光吸收丝3在一次复合棒中排列呈三角形，此方案的光纤面板的数值孔径为0.12，入射角为5°～7°。
当然，可以根据实际需要对第二杂光吸收丝的占比和所形成的图案进行调整，以得到合适的数值孔径和入射角。
S4、将一次复合棒拉制成一次复合丝。在750～770℃下用拉丝设备以抽真空的方式将一次复合棒拉制成设定尺寸的一次复合丝。
S5、将多个一次复合丝进行密排，得到二次复合棒。具体地，本步骤将多个一次复合丝排列到排棒模中进行密排，得到二次复合棒。
S6、将二次复合棒进行拉制，得到光纤面板毛坯棒。
本步骤在制作小尺寸成品和大尺寸成品时，本步骤的工艺有所差别。
制作小尺寸成品时，步骤S6具体为：
在750～770℃下，对二次复合棒进行抽真空拉制，得到光纤面板毛坯棒；
制作大尺寸成品时，步骤S6具体为：
在750～770℃下，对二次复合棒进行抽真空拉制，得到二次复合丝，将二次复合丝在650～670℃下真空熔压成毛坯棒。
S7、对毛坯棒进行加工得到光纤面板。其中，加工包括切割和抛光等工序。
当光大于入射角入射时，由于进入光纤的光不能全反射，因此发生折射产生杂散光。本实施例能够将这些杂散光进行充分的吸收，提升光纤面板的信噪比和传输图像的清晰度。本实施例可以广泛应用在静脉识别、屏下指纹识别等技术中。
作为优选的实施例，所述第一杂光吸收丝与单光纤丝的直径比为本实施例中，该尺寸的第一杂光吸收丝与单光纤丝密排的间隙正好吻合，能够使第一杂光吸收丝与单光纤丝更加紧密地贴合。
作为优选的实施例，所述步骤S3具体包括：
S31、按照设定图案将多个单光纤丝和多个第二杂光吸收丝在排棒模的空腔中进行六方密排；
S32、在多个单光纤丝和多个第二杂光吸收丝进行六方密排所构成的每个间隙中插入一个第一杂光吸收丝。
作为优选的实施例，在步骤S6和S7之间还包括以下步骤：
对光纤面板毛坯棒进行退火，其中，退火温度从室温经过4～7小时升至540～560℃，并在540～560下保温2～7小时，然后经过24～28小时降温至20～40℃。本步骤增加了退火步骤，能够消除光纤面板的应力、增加材料延展性和韧性。
本实施例公开了一种低数值孔径传像光纤面板，使用上述的制作方法制作。通过上述制作方法制作的光线面板，其数值孔径可以小于0.3。
对于上述方法实施例中的步骤编号，其仅为了便于阐述说明而设置，对步骤之间的顺序不做任何限定，实施例中的各步骤的执行顺序均可根据本领域技术人员的理解来进行适应性调整。
以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (10)

1.一种低数值孔径传像光纤面板的制作方法，其特征在于：包括以下步骤：
将多个单光纤丝、多个第一杂光吸收丝和多个第二杂光吸收丝进行密排，得到一次复合棒；其中，所述第二杂光吸收丝与单光纤丝直径相同；所述多个第一杂光吸收丝排列在多个单光纤丝和多个第二杂光吸收丝密排所构成的间隙中；
将一次复合棒拉制成一次复合丝；
将多个一次复合丝进行密排，得到二次复合棒；
将二次复合棒进行拉制，得到光纤面板毛坯棒；
对毛坯棒进行加工得到光纤面板。
2.根据权利要求1所述的一种低数值孔径传像光纤面板的制作方法，其特征在于：所述第一杂光吸收丝与单光纤丝的直径比为
3.根据权利要求1所述的一种低数值孔径传像光纤面板的制作方法，其特征在于：所述单光纤丝通过以下步骤制作：
在皮料玻璃管内插入芯料玻璃棒，得到棒管组合体；
在740～760℃下将棒管组合体拉制成单光纤丝。
4.根据权利要求3所述的一种低数值孔径传像光纤面板的制作方法，其特征在于：所述在740～760℃下将棒管组合体拉制成单光纤丝，其具体为：
在740～760℃下对棒管组合体进行抽真空拉制，得到单光纤丝。
5.根据权利要求1所述的一种低数值孔径传像光纤面板的制作方法，其特征在于：所述第一杂光吸收丝和第二杂光吸收丝通过以下步骤制作：
在770℃～790℃下将黑色吸收玻璃拉制成第一杂光吸收丝或者第二杂光吸收丝。
6.根据权利要求1所述的一种低数值孔径传像光纤面板的制作方法，其特征在于：所述将多个单光纤丝、多个第一杂光吸收丝和多个第二杂光吸收丝进行密排，其具体包括：
按照设定图案将多个单光纤丝和多个第二杂光吸收丝在排棒模的空腔中进行六方密排；
在多个单光纤丝和多个第二杂光吸收丝进行六方密排所构成的每个间隙中插入一个第一杂光吸收丝。
7.根据权利要求1所述的一种低数值孔径传像光纤面板的制作方法，其特征在于：还包括以下步骤：
对光纤面板毛坯棒进行退火，其中，退火温度从室温经过4～7小时升至540～560℃，并在540～560下保温2～7小时，然后经过24～28小时降温至20～40℃。
8.根据权利要求1所述的一种低数值孔径传像光纤面板的制作方法，其特征在于：所述将二次复合棒进行拉制，得到光纤面板毛坯棒，其具体为：
在750～770℃下，对二次复合棒进行抽真空拉制，得到光纤面板毛坯棒；或者
在750～770℃下，对二次复合棒进行抽真空拉制，得到二次复合丝，将二次复合丝在650～670℃下真空熔压成毛坯棒。
9.根据权利要求1所述的一种低数值孔径传像光纤面板的制作方法，其特征在于：所述将多个一次复合丝进行密排，得到二次复合棒，其具体为：
将多个一次复合丝排列到排棒模中进行密排，得到二次复合棒。
10.一种低数值孔径传像光纤面板，其特征在于：使用如权利要求1-9任一项所述的制作方法制作。
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