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TECHNISCHES
GEBIET
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein optisches Bauelement, das mehrere
angeordnete optische Fasern umfasst, und ein Herstellungsverfahren dafür.
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ALLGEMEINER
STAND DER TECHNIK
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Als
optisches Bauelement für
das Übertragen
eines optischen Bildes ist allgemein ein optisches Bauelement bekannt,
das durch das Anordnen mehrerer optischer Fasern gebildet wird.
Das optische Bauelement umfasst eine Eintrittsfläche und eine Austrittsfläche, wobei
der Kern und die Umhüllung
jeder optischen Faser freiliegen, damit die Übertragung des auf die Eintrittsfläche einfallenden
optischen Bildes zur Austrittsfläche
möglich
ist.
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Da
das optische Bauelement zahlreiche Vorteile aufweist, wie beispielsweise
eine hohe Übertragungsleistung
und die Möglichkeit,
eine im Vergleich zu einer Linse geringe Größe eines optischen Systems
zu erzielen, wird es auf unterschiedlichen Gebieten wie beispielsweise
bei einem Fingerabdruck-Erfassungssystem verwendet.
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OFFENLEGUNG
DER ERFINDUNG
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Die
Herstellung des optischen Bauelements erfolgt im Allgemeinen durch
das Anordnen und Zusammenbinden mehrerer optischer Fasern mit einem runden
oder quadratischen Querschnitt in einem Bündel zum integralen Formen.
Daher wird aus dem Querschnitt des Kerns der optischen Fasern, aus
denen das optische Bauelement besteht, entsprechend des Druckes
beim integralen Formen ein Vieleck mit parallel zueinander verlaufenden
Flächen,
wie beispielsweise ein Quadrat oder ein Sechseck, so dass das nachfolgend
angeführte
Problem entsteht.
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Das
heißt,
in einem bestimmten Einfallswinkel auf die Eintrittsfläche einfallendes
Licht wiederholt die Reflexion an den einander parallel gegenüberliegenden
Flächen,
so dass es unter einem bestimmten Ausgangswinkel von der Austrittsebene ausgegeben
wird. Infolgedessen entsteht in dem Ausgangsbild, das von der Austrittsfläche ausgegeben
wird, ein Muster mit einer nur unter einem bestimmten Ausgangswinkel
vorhandenen Intensität, und
dieses Muster wird zu Rauschen, das die Auflösung des optischen Bauelements
verschlechtert.
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Um
das Problem zu lösen,
ist es dementsprechend eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein
optisches Bauelement mit hoher Auflösung bereitzustellen, indem
die Erzeugung des Rauschmusters verhindert wird, sowie ein Herstellungsverfahren für das optische
Bauelement.
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Um
das oben genannte Problem zu lösen, umfasst
ein optisches Bauelement gemäß der vorliegenden
Erfindung mehrere angeordnete optische Fasern, die einen Kern und
eine um den Kern herum gebildete Umhüllung aufweisen, dadurch gekennzeichnet,
dass der Kern jeder optischen Faser eine im Wesentlichen quadratische
oder sechseckige Querschnittsform besitzt, über einen Abtrennteil aus einem
Material mit einem Brechungsindex, der niedriger ist als der des
Kerns, in mehrere Bereiche geteilt wird und sich bei mindestens
einer der nebeneinander angeordneten optischen Fasern die Teilungsrichtung
des geteilten Kerns von der der anderen optischen Fasern unterscheidet
und die Teilungsrichtungen der geteilten Kerne in den optischen
Fasern unregelmäßig orientiert
sind.
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Da
der Kern jeder optischen Faser über
einen Abtrennteil, der aus einem Material mit einem Brechungsindex
besteht, der niedriger ist als der des Kerns, in mehrere Bereiche
geteilt wird, breitet sich unter einem bestimmten Einfallswinkel
auf den Kern jeder optischen Faser einfallendes Licht in dem Kern aus,
wobei nicht nur die Reflexion durch den umgebenden Mantel, sondern
auch die durch den Abtrennteil wiederholt wird. Da sich bei mindestens
einer der nebeneinander angeordneten optischen Fasern die Teilungsrichtung
des geteilten Kerns von der der anderen optischen Fasern unterscheidet,
obwohl die Querschnittsform des Kerns im Wesentlichen ein Quadrat
mit zueinander parallelen Dreieckseiten ist, lässt sich darüber hinaus
die Bildung eines Musters mit einer nur unter einem bestimmten Einfallswinkel vorhandenen
Intensität
verhindern, das durch die Reflexion von sich in den Kernen in allen
optischen Fasern, aus denen das optische Bauelement besteht, nur
in einer bestimmten Richtung ausbreitendem Licht entsteht. Infolgedessen
kann ein Rauschmuster verhindert werden, so dass man ein Ausgangsbild
mit hoher Auflösung
erhält.
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Des
Weiteren umfasst ein Herstellungsverfahren für ein optisches Bauelement
gemäß der vorliegenden
Erfindung einen Anordnungsschritt des Anordnens mehrerer optischer
Fasern, die einen Kern und eine um den Kern gebildete Umhüllung aufweisen,
zum Bilden eines Bündels
und einen Formschritt des integralen Formens der in dem Anordnungsschritt
angeordneten mehreren optischen Fasern durch eine Wärme- und
Druckbehandlung, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern jeder optischen Faser über einen
Abtrennteil, der aus einem Material mit einem Brechungsindex besteht,
der niedriger ist als der des Kerns, in mehrere Bereiche geteilt
wird, mindestens eine der nebeneinander angeordneten optischen Fasern
im Anordnungsschritt so angeordnet wird, dass sich die Teilungsrichtung
des geteilten Kerns von der der anderen optischen Fasern unterscheidet,
und die Viskosität
des Kerns unter der Temperatur der Wärme- und Druckbehandlung, die
so gewählt
ist, dass die mehreren optischen Fasern integral geformt werden,
im Formschritt geringer ist als die Viskosität des Mantels. Durch die Verwendung des
Herstellungsverfahrens lässt
sich das optische Bauelement auf einfache Weise herstellen.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1A ist
eine Perspektivansicht eines optischen Bauelements gemäß einer
Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung.
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1B ist
eine vergrößerte Querschnittsansicht
entlang Linie I-I in 1A.
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Die 2A bis 2F sind
graphische Darstellungen der Prozessschritte für eine optische Faser, aus
der das optische Bauelement besteht.
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Die 2G bis 2J sind
Querschnittsansichten eines in jedem Schritt hergestellten Grundmaterials
oder dergleichen.
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3 ist
eine vergrößerte Querschnittsansicht
der bei der Herstellung. des optischen Bauelements verwendeten optischen
Faser.
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Die 4A, 4B sind
graphische Darstellungen der Prozessschritte für das optische Bauelement gemäß der Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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5 ist
ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Umgebungstemperatur
und der Viskosität
eines Kerns und eines Mantels zeigt.
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Die 6A, 6B sind
graphische Darstellungen der Prozessschritte für das optische Bauelement gemäß der Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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7 ist
eine vergrößerte Querschnittsansicht
der bei der Herstellung des optischen Bauelements verwendeten optischen
Faser.
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Die 8A, 8B sind
graphische Darstellungen der Prozessschritte für das optische Bauelement gemäß der Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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Die 9A, 9B sind
graphische Darstellungen der Prozessschritte für das optische Bauelement gemäß der Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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10 ist
eine vergrößerte Querschnittsansicht
der bei der Herstellung des optischen Bauelements verwendeten optischen
Faser.
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Die 11A, 11B sind
graphische Darstellungen der Prozessschritte für das optische Bauelement gemäß der Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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Die 12A, 12B sind
graphische Darstellungen der Prozessschritte für das optische Bauelement gemäß der Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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13 ist
eine vergrößerte Querschnittsansicht
der bei der Herstellung des optischen Bauelements verwendeten optischen
Faser.
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Die 14A, 14B sind
graphische Darstellungen der Prozessschritte für das optische Bauelement gemäß der Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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Die 15A, 15B sind
graphische Darstellungen der Prozessschritte für das optische Bauelement gemäß der Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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16 ist
eine vergrößerte Querschnittsansicht
der bei der Herstellung des optischen Bauelements verwendeten optischen
Faser.
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Die 17A bis 17C sind
graphische Darstellungen der Prozessschritte für ein optisches Bauelement
gemäß einer
konventionellen Technik.
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Die 18A bis 18C sind
graphische Darstellungen der Prozessschritte für das optische Bauelement gemäß der konventionellen
Technik.
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Die 19A bis 19C sind
graphische Darstellungen der Prozessschritte für das optische Bauelement gemäß der konventionellen
Technik.
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Die 20A bis 20C sind
graphische Darstellungen, die die Art und Weise der Ausbreitung von
Licht im Kern einer optischen Faser zeigen, aus der das optische
Bauelement gemäß der konventionellen
Technik besteht.
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Die 21A bis 21C sind
graphische Darstellungen, die die Art und Weise der Ausbreitung von
Licht im Kern der optischen Faser zeigen, aus der das optische Bauelement
gemäß der konventionellen
Technik besteht.
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BESTE ART
DER AUSFÜHRUNG
DER ERFINDUNG
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Ein
optisches Bauelement gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen
beschrieben. Zunächst
wird die Konfiguration des optischen Bauelements gemäß dieser
Ausführungsform
erläutert. 1A ist
eine Perspektivansicht des optischen Bauelements gemäß dieser
Ausführungsform,
und 1B ist eine vergrößerte Querschnittsansicht entlang
Linie I-I (gerade Linie parallel zur x-Achse) in 1A.
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Das
optische Bauelement 10 ist aus mehreren optischen Fasern
mit einer quadratischen Querschnittsform des Kerns gebildet, die
parallel zueinander angeordnet sind. Die Faserachse jeder optischen Faser
ist parallel zur y-Achse in 1A angeordnet. Das
optische Bauelement 10 besitzt eine in Bezug zur Faserachse
schräg
geschnittene Eintrittsfläche 10a und
eine in Bezug zur Faserachse senkrecht geschnittene Austrittsfläche 10b,
so dass ein auf die Eintrittsfläche 10a fallendes
Eingangsmuster reduziert und von der Austrittsfläche 10b ausgegeben werden
kann.
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Wie
in 1B gezeigt weist der Querschnitt des optischen
Bauelements 10 eine Struktur auf, bei der die optischen
Fasern mit dem Kern 12 mit einem quadratischen Querschnitt
angeordnet sind. Hier ist der Kern 12 jeder optischen Faser über einen
flachen, plattenartigen Mantelteil 14 (Abtrennteil), der auf
der Mittelachse des Kerns 12 liegt, gleichmäßig in zwei
Bereiche 12a und 12b geteilt. Bei mindestens einer
der nebeneinander angeordneten optischen Fasern unterscheidet sich
außerdem
die Teilungsrichtung (Richtung B in 1B) des
geteilten Kerns 12 von der der anderen optischen Fasern.
Genauer ausgedrückt
sind die Teilungsrichtungen (Richtung B in 1B) der
geteilten Kerne 12 bei jeder optischen Faser unregelmäßig angeordnet.
Die Peripherie jedes Kerns 12 ist mit einer Umhüllung 16 bedeckt. Hier
wird die Umhüllung 16 jeder
optischen Faser durch eine Wärme-
und Druckbehandlung integriert, so dass der Spalt zwischen den nebeneinander
liegenden optischen Fasern aufgefüllt wird.
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Der
Kern 12 jeder optischen Faser besteht beispielsweise aus
Ba-La-Glas mit einem Brechungsindex von 1,82, und der Mantelteil 14 und
die Umhüllung 16 bestehen
beispielsweise aus Borsilicatglas mit einem Brechungsindex von 1,495.
Somit ist der Brechungsindex des Mantelteils 14 kleiner
als der des Kerns 12. Eine Seite des Kerns 12 beträgt ungefähr 10 μm, und der
Mantelteil 14 und die Umhüllung 16 haben eine
Dicke von ungefähr
1 μm, was mindestens
1/3 der Wellenlänge
(550 nm) entspricht, die für
gewöhnlich
bei dem optischen Bauelement 10 verwendet wird.
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Ein
Lichtabsorptionselement 17, das sich in axialer Richtung
jeder optischen Faser erstreckt, wird in den Teil der Umhüllung 16 eingeführt. Durch
Einführen
des Lichtabsorptionselements 17 in den Teil der Umhüllung 16 kann
jegliches aus der Umhüllung 16 austretende
Streulicht oder von der Seitenfläche (d.h.
einer anderen Fläche
als der Eintrittsfläche
und der Austrittsfläche)
in das optische Bauelement 10 eingedrungenes Licht effektiv
eliminiert werden, so dass die Auflösung des Ausgangsmusters verbessert werden
kann.
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Als
nächstes
wird ein Herstellungsverfahren für
ein optisches Bauelement gemäß dieser
Ausführungsform
erläutert.
Die 2A bis 2F sind
graphische Darstellungen der Prozessschritte für eine optische Faser, aus
der das optische Bauelement 10 besteht, und die 2G bis 2J sind
Querschnittsansichten eines in jedem Schritt hergestellten Grundmaterials
oder dergleichen.
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Zum
Herstellen der optischen Faser, aus der das optische Bauelement 10 besteht,
wird zunächst ähnlich wie
bei der Herstellung einer gewöhnlichen optischen
Faser ein Kern-Grundmaterial 18 mit
säulenartiger
Form hergestellt (2A, 2G). Das Kern-Grundmaterial 18 besteht
beispielsweise aus einem Ba-La-Glas mit einem Brechungsindex von 1,82,
wobei seine Seitenfläche
mittels eines Zeroxid-Polierverfahrens oder dergleichen poliert
wird.
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Als
nächstes
wird das in dem oben genannten Schritt hergestellte Kern-Grundmaterial 18 vertikal
(in senkrechter Richtung in Bezug auf die untere Fläche der
säulenartigen
Form) mit einem Diamantschneider oder dergleichen geschnitten, so dass
es in zwei Kern-Grundmaterialien 20 und 22 mit der
Form einer halben Säule
geteilt wird (2B, 2H). Zu
diesem Zeitpunkt wird die geschnittene Oberfläche mithilfe eines Zeroxid-Polierverfahrens oder
dergleichen poliert.
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Als
nächstes
wird ein in 2C gezeigtes plattenartiges
Mantel-Grundmaterial 24 zwischen den beiden Kern-Grundmaterialien 20 und 22 angeordnet
(2D, 2I). Das Mantel-Grundmaterial 24 besteht
beispielsweise aus Borsilicatglas mit einem Brechungsindex von 1,495.
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Als
nächstes
wird das Produkt des oben genannten Schrittes (bei dem das plattenartige
Mantel-Grundmaterial 24 zwischen den beiden Kern-Grundmaterialien 20 und 22 angeordnet
ist) in ein in 2E gezeigtes rohrförmiges Grundmaterial 26 für die Umhüllung gegeben,
so dass ein Grundmaterial 28 für die Herstellung optischer
Fasern hergestellt wird (2F, 2J). Ähnlich wie
das oben genannte Mantel-Grundmaterial 24 besteht das Mantel-Grundmaterial 26 beispielsweise
aus Borsilicatglas mit einem Brechungsindex von 1,495. Ein unterer
Teil 26a des Mantel-Grundmaterials 26 wird durch ein
Schmelzverfahren mit einem Brenner oder dergleichen verschlossen.
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Danach
wird durch Ziehen des Grundmaterials 28 eine optische Faser
hergestellt. Ein vergrößerter Querschnitt
der gemäß diesem
Verfahren hergestellten optischen Faser ist in 3 gezeigt.
Die optische Faser 30 weist eine Struktur auf, bei der
der Kern 12 mit dem runden Querschnitt über den flachen, plattenartigen
Mantelteil 14, der auf der Mittelachse des Kerns 12 liegt,
gleichmäßig in die
zwei Bereiche 12a und 12b mit halbkreisförmigem Querschnitt
geteilt und die Peripherie davon von der Umhüllung 16 bedeckt ist.
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Wie
in 4A gezeigt sind mehrere durch den oben genannten
Schritt hergestellte optische Fasern 30 in der vierseitigen
Anordnung parallel zueinander angeordnet, wobei die stabartigen
Lichtabsorptionselemente 17 optional so eingefügt sind, dass
die Teilungsrichtung der Kerne 12 bei jeder optischen Faser
unregelmäßig sein
kann, so dass sie durch eine Wärme-
und Druckbehandlung zur Herstellung des optischen Bauelements 10 integral
geformt werden. Zur Verbesserung der Auflösung des optischen Bauelements 10 ist
es auch möglich,
die mehreren parallel angeordneten optischen Fasern (d.h. eine Multifaser)
weiter zu ziehen und sie zum integralen Formen parallel anzuordnen
oder den Schritt des Ziehens und den Schritt des parallelen Anordnens
zum integralen Formen mehrmals zu wiederholen (Multi-Multifaser),
damit das optische Bauelement 10 entsteht. Was die konkrete
Form der optischen Faser betrifft, so beträgt die Dicke des Mantelteils 14 ungefähr 1 μm und die
der Umhüllung 16 ungefähr 0,5 μm, wenn der
Durchmesser des Kerns 12 ungefähr 10 μm beträgt und eine Wellenlänge von 550
nm verwendet werden soll.
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Da
wie in 5 gezeigt die Viskosität des Ba-La-Glases (des Materials,
aus dem der Kern 12 besteht) bei dem nach dem oben genannten
Herstellungsverfahren hergestellten optischen Bauelement 10 unter
der Temperatur der Wärme-
und Druckbehandlung (ungefähr
850°C) geringer
ist als die Viskosität
des Borsilicatglases (des Materials, aus dem die Umhüllung 16 besteht),
verändert
sich die Form des Kerns 12 zum Zeitpunkt der Wärme- und
Druckbehandlung so, dass der Kern 12 wie in 4B gezeigt eine
quadratische Querschnittsform erhält.
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Als
nächstes
wird die Wirkung des optischen Bauelements gemäß dieser Ausführungsform
erläutert.
Hier soll zunächst
das Problem des optischen Bauelements nach der konventionellen Technik
aufgezeigt werden. Die Herstellung eines optischen Bauelements nach
der konventionellen Technik erfolgt im Allgemeinen durch das Anordnen
und Zusammenbinden mehrerer optischer Fasern mit einem runden oder
qua dratischen Querschnitt parallel zueinander in einem Bündel zum
integralen Formen. Zur Verbesserung der Auflösung des optischen Bauelements
ist es darüber
hinaus auch möglich,
ein optisches Bauelement durch paralleles Anordnen und Zusammenbinden
der zusammengebundenen Gruppe optischer Fasern, die zum integralen
Formen weiter gezogen werden (Multifaser), oder durch deren integrales
Formen nach der Wiederholung des Schritts des Ziehens und des Schritts
des Zusammenbindens (Multi-Multifaser) herzustellen.
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Bei
der Herstellung des optischen Bauelements gemäß dem oben genannten Herstellungsverfahren
verursachte Änderungen
bei der Form der Querschnitts des Kerns jeder optischen Faser sind
in den 17A bis 17C, 18A bis 18C und 19A bis 19C gezeigt.
Die 17A bis 17C zeigen
die Änderung
bei der Querschnittsform der Kerne 2, wenn das optische
Bauelement 6 dadurch gebildet wird, dass die optischen
Fasern 4 mit den Kernen 2 mit rundem Querschnitt
in einer vierseitigen Anordnung angeordnet werden. Wenn das optische
Bauelement 6 wie in den 17A bis 17C gezeigt durch das Anordnen von Kernen 2 mit
rundem Querschnitt in der vierseitigen Anordnung gebildet wird,
wird nach dem Zusammenbinden der optischen Fasern 4 der
Querschnitt des Kerns 2 jeder optischen Faser 4 der
Wärme-
und Druckbehandlung entsprechend zum Zeitpunkt des integralen Formens
im Wesentlichen zu einem Quadrat umgeformt.
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Das
Ausmaß der
Verformung ist von der Härte
der Kerne 2 und der Umhüllung 8 der
optischen Fasern 4 unter der Temperatureinwirkung bei der Wärme- und
Druckbehandlung abhängig.
Wenn die Kerne 2 wesentlich härter sind als die Umhüllung 8, kann
der Querschnitt der Kerne 2 in runder Form erhalten bleiben,
will man jedoch einen Kontakt zwischen nebeneinander liegenden Kernen 2 vermeiden,
dann ist es in der Praxis schwierig, die Kerne 2 wesentlich
härter
zu gestalten als die Umhüllung 8.
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Die 18A bis 18C zeigen
die Änderung
bei der Querschnittsform der Kerne 2, wenn das optische
Bauelement 6 dadurch gebildet wird, dass die optischen
Fasern 4 mit den Kernen 2 mit rundem Querschnitt
in einer sechseckigen Anordnung angeordnet werden. In diesem Fall
wird der Querschnitt des Kerns 2 jeder optischen Faser 4 der
Wärme-
und Druckbehandlung entsprechend zum Zeitpunkt des integralen Formens
nach dem Zusammenbinden der optischen Fasern 4 im Wesentlichen
zu einem Sechseck verformt. Die 19A bis 19C zeigen die Änderung bei der Querschnittsform
der Kerne 2, wenn das optische Bauelement 6 dadurch
gebildet wird, dass die optischen Fasern 4 mit den Kernen 2 mit
quadratischem Querschnitt in einer vierseitigen Anordnung angeordnet
werden. In diesem Fall bleibt der Querschnitt des Kerns 2 nach
der Wärme-
und Druckbehandlung zum Zeitpunkt des integralen Formens nach dem
Zusammenbinden der optischen Fasern 4 quadratisch, da der
Spalt zwischen den nebeneinander liegenden Mänteln 8 zum Zeitpunkt
des Anordnens der optischen Fasern 4 eliminiert wird.
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Da
der Kern 2 jeder optischen Faser 4 bei den wie
oben genannt hergestellten optischen Bauelementen 6 einen
vieleckigen Querschnitt mit parallel zueinander verlaufenden Flächen aufweist,
wie beispielsweise ein Quadrat oder ein Sechseck, entsteht das nachfolgend
angeführte
Problem. Und zwar kann es sich bei der Ausbreitung von Licht, das
auf die Eintrittsfläche
des optischen Bauelements 6 im Kern 2 einfällt, entweder
um die in den 20A bis 20C gezeigte
spiralförmige
Ausbreitung oder die in den 21A bis 21C gezeigte bandartige Ausbreitung handeln. In
den 20A bis 20C und
den 21A bis 21C zeigen
die weiße
runde Markierung und die schwarze runde Markierung die Positionen
des Lichteintritts.
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20A zeigt die Art und Weise der Ausbreitung von
Licht, das auf die Eintrittsfläche 6a (die Eintrittsfläche des
Kerns 2) des optischen Bauelements 6 im Kern 2 ein fällt, und 20B ist eine Projektionsdarstellung des Verlaufs
der Ausbreitung des Lichts auf einer parallel zur Eintrittsfläche 6a liegenden
Ebene. Wie in den 20A und 20B gezeigt
breitet sich das mit einem zufälligen
Einfallswinkel (abgesehen von einem unter Bezugnahme auf die 21A bis 21C noch
zu erläuternden
bestimmten Einfallswinkel) auf die Eintrittsfläche 6a des optischen
Bauelements 6 einfallende Licht spiralförmig im Kern 2 aus.
Infolgedessen wird Licht, wenn es unter einem konstanten Einfallswinkel θ auf die
Eintrittsfläche 6a des
optischen Bauelements 6 einfällt, wie in 20 gezeigt
abhängig
vom Unterschied bei der Eintrittsposition von der Austrittsfläche 6b des
optischen Bauelements 6 mit verschiedenen Ausgangswinkeln
ausgegeben.
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Wie
in den 21A und 21B gezeigt breitet
sich mit einem bestimmten Einfallswinkel (einem solchen Einfallswinkel,
dass Licht nur von den sich parallel gegenüber liegenden Flächen des
Kerns 2 reflektiert/ausgebreitet wird) auf die Eintrittsfläche 6a des
optischen Bauelements 6 einfallendes Licht auf bandartige
Weise im Kern 2 aus. Infolgedessen wird wie in 21C gezeigt Licht, wenn es unter einem konstanten
Winkel θ auf
die Eintrittsfläche 6a des
optischen Bauelements 6 einfällt, unabhängig vom Unterschied bei der
Eintrittsposition von der Austrittsfläche 6b des optischen
Bauelements 6 auch mit dem Ausgangswinkel θ ausgegeben.
Somit entsteht auf einem Ausgangsbild, das von der Austrittsebene 6b des
optischen Bauelements 6 ausgegeben wird, ein Muster mit
einer nur unter einem bestimmten Einfallswinkel vorhandenen Intensität, und dieses Muster
führt zu
Rauschen, das die Auflösung
des optischen Bauelements verschlechtert. Da sich insbesondere bei
einem durch integrales Formen von Multifasern (Multi-Multifasern)
hergestellten optischen Bauelement das Ausmaß der Verformung des Kerns 2 zwischen
dem mittleren Teil und dem Randteil der Multifasern unterscheidet,
wird gemäß der vom
Unterschied beim Ausmaß der
Verformung abgeleiteten Quer schnittsformen der Multifasern ein Rauschmuster
erzeugt, so dass sich die Auflösung
des optischen Bauelements 6 erheblich verschlechtert.
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Im
Gegensatz dazu wird der Fall des optischen Bauelements 10 gemäß dieser
Ausführungsform
betrachtet. Bei dem optischen Bauelement 10 wird der Kern 12 jeder
optischen Faser, aus der das optische Bauelement 10 besteht, über einen
flachen, plattenartigen Umhüllungsteil 14,
der auf der Mittelachse des Kerns 12 liegt, gleichmäßig in mehrere
Bereiche 12a und 12b geteilt. Daher breitet sich
unter einem bestimmten Einfallswinkel auf den Kern 12 jeder
optischen Faser einfallendes Licht in dem Kern aus, wobei es nicht
nur wiederholt von der umgebenden Umhüllung 16, sondern
auch von dem Mantelteil 14 reflektiert wird. Dadurch kann
sich das auf die Eintrittsfläche 10a einfallende
Licht, obwohl die Querschnittsform des Kerns 12 ein Quadrat
mit zueinander parallelen Flächen
ist, im Kern 12 nicht auf bandartige Weise ausbreiten,
es sei denn, der Mantelteil 14 verläuft parallel zur Grenzfläche zwischen
dem Kern 12 und dem Mantel 16. Da die Teilungsrichtungen
der geteilten Kerne 12 in dem optischen Bauelement 10 bei
jeder optischen Faser unregelmäßig angeordnet
sind, selbst wenn der Mantelteil 14 bei einem Teil der
optischen Fasern, aus denen das optische Bauelement 10 besteht,
parallel zur Grenzfläche
zwischen dem Kern 12 und der Umhüllung 16 verläuft, gibt
es gleichzeitig einige optische Fasern, bei denen der Mantelteil 14 nicht
parallel zur Grenzfläche
zwischen dem Kern 12 und der Umhüllung 16 verläuft, so
dass ein Ausgangsmuster mit einer nur unter einem bestimmten Ausgangswinkel
vorhandenen Intensität
(durch wiederholte Reflexion von sich in den Kernen 12 in
den optischen Fasern, aus denen das optische Bauelement 10 besteht,
nur in einer bestimmten Richtung ausbreitendem Licht) vermieden werden
kann.
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Als
nächstes
werden die Wirkungen des optischen Bauelements gemäß der vorliegenden
Ausführungsform
erläutert.
Da bei dem optischen Bauelement 10 der Kern 12 jeder
optischen Faser, aus der das optische Bauelement 10 besteht, über den
flachen, plattenartigen Mantelteil 14 gleichmäßig in mehrere
Bereiche 12a und 12b geteilt wird und die Teilungsrichtungen
der geteilten Kerne 12 in dem optischen Bauelement 10 bei
jeder optischen Faser unregelmäßig angeordnet
sind, kann die Bildung eines Ausgangsmusters mit einer nur unter
einem bestimmten Ausgangswinkel vorhandenen Intensität (durch
wiederholte Reflexion des gesamten Lichts, das sich in den Kernen 12 in
den optischen Fasern, aus denen das optische Bauelement 10 besteht,
nur in einer bestimmten Richtung ausbreitet) vermieden werden. Infolgedessen
können
Rauschmuster verhindert werden, so dass sich ein Ausgangsbild mit
einer hohen Auflösung
von der Austrittsebene 10b des optischen Bauelements 10 erhalten
lässt.
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Da
der Kern 12 jeder optischen Faser gleichmäßig geteilt
ist, erhält
man weiterhin insgesamt von dem optischen Bauelement ein homogenes
Ausgangsbild.
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Die
optischen Fasern 30 (oder die Multifaser bzw. Multi-Multifaser) bei der
oben genannten Ausführungsform
sind zwar für
das integrale Formen zum Zeitpunkt des integralen Formens durch
die Wärme- und
Druckbehandlung mehrerer optischer Fasern 30 in einer vierseitigen,
dichten Anordnung angeordnet, das integrale Formen kann aber auch
erfolgen, wenn die optischen Fasern 30 in einer sechseckigen,
dichten Anordnung wie in 6A gezeigt
angeordnet sind. In diesem Fall werden die Kerne 12 zum
Zeitpunkt der Wärme- und Druckbehandlung
so verformt, dass der Querschnitt des optischen Bauelements 10 so
aussieht wie in 6B. Das heißt, der Kern 12 jeder
optischen Faser weist eine gleichmäßige, sechseckige Querschnittsform
auf und ist über
den flachen, plattenartigen Mantelteil 14, der auf der
Mittelachse des Kerns liegt, gleichmäßig in die zwei Bereiche 12a und 12b geteilt,
wobei die optischen Fasern so angeordnet sind, dass die Teilungsrichtungen
der geteilten Kerne 12 bei jeder optischen Faser unregelmäßig sind.
Um die Auflösung
eines Ausgangsmusters zu verbessern, wird vorzugsweise ein Lichtabsorptionselement 17 in
der Umhüllung 16 bereitgestellt,
dies ist aber nicht unbedingt erforderlich.
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Obwohl
die optischen Fasern 30 mit den über die Mantelteile 14 gleichmäßig in die
zwei Bereiche 12a und 12b geteilten Kernen 12 bei
der oben genannten Ausführungsform
zum integralen Formen angeordnet sind, kann das integrale Formen
auch bei den optischen Fasern 30 erfolgen, deren Kerne 12 über die
Mantelteile 14 gleichmäßig geteilt
und die in mehrere Bereiche (d.h. drei, vier oder sechs) angeordnet
sind. Durch das integrale Formen der in der vierseitigen, dichten
Anordnung wie in 8A angeordneten optischen Fasern 30 mit
gleichmäßig über den
Mantelteil 14 (siehe 7) in die
drei Bereiche 12a bis 12c geteiltem Kern 12 kann
ein optisches Bauelement 10 bereitgestellt werden, bei
dem jeder Kern 12 eine quadratische Querschnittsform (wie
in 8B gezeigt) aufweist und gleichmäßig in drei
Bereiche 12a bis 12c geteilt ist. Alternativ dazu
kann durch integrales Formen in der in 9A gezeigten sechseckigen,
dichten Anordnung ein optisches Bauelement 10 bereitgestellt
werden, bei dem jeder Kern 12 eine im Wesentlichen sechseckige
Querschnittsform (wie in 9B gezeigt)
aufweist und gleichmäßig in drei
Bereiche 12a bis 12c geteilt ist.
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Durch
das integrale Formen der in einer vierseitigen, dichten Anordnung
wie in 11A gezeigt angeordneten optischen
Fasern 30 mit gleichmäßig über den
Mantelteil 14 (in 10 gezeigt)
in vier Bereiche 12a bis 12d geteiltem Kern 12 kann
darüber hinaus
ein optisches Bauelement 10 bereitgestellt werden, bei
dem jeder Kern 12 eine quadratische Querschnittsform (wie
in 11B gezeigt) aufweist und gleichmäßig in vier
Bereiche 12a bis 12d geteilt ist. Alternativ dazu
kann durch integrales Formen in der sechseckigen, dichten Anordnung
(wie in 12A gezeigt) ein optisches Bauelement 10 bereitgestellt
werden, bei dem jeder Kern 12 eine im Wesentlichen sechseckige
Querschnittsform (wie in 12B gezeigt)
aufweist und gleichmäßig in vier Bereiche 12a bis 12d geteilt
ist.
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Durch
das integrale Formen der in einer vierseitigen, dichten Anordnung
(wie in 14A gezeigt) angeordneten optischen
Fasern 30 mit gleichmäßig über den
Mantelteil 14 (in 13 gezeigt)
in sechs Bereiche 12a bis 12f geteiltem Kern 12 kann
weiterhin ein optisches Bauelement 10 bereitgestellt werden,
bei dem jeder Kern 12 eine quadratische Querschnittsform
(wie in 14B gezeigt) aufweist und gleichmäßig in sechs
Bereiche 12a bis 12f geteilt ist. Alternativ dazu
kann durch integrales Formen in der in 15A gezeigten
sechseckigen, dichten Anordnung ein optisches Bauelement 10 bereitgestellt
werden, bei dem jeder Kern 12 eine im Wesentlichen sechseckige
Querschnittsform (wie in 15B gezeigt)
aufweist und gleichmäßig in sechs
Bereiche 12a bis 12f geteilt ist.
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Obwohl
der Kern 12 über
den flachen, plattenartigen Mantelteil 14, der bei der
oben genannten Ausführungsform
auf der Mittelachse des Kerns 12 liegt, gleichmäßig in mehrere
Bereiche geteilt ist, ist die Erfindung darüber hinaus nicht auf die Teilung durch
die auf der Mittelachse liegende flache Platte oder auf die gleichmäßige Teilung
in mehrere Bereiche beschränkt.
Das optische Bauelement 10 kann beispielsweise wie in 16 gezeigt
unter Verwendung von optischen Fasern 30 gebildet werden,
deren Kerne 12 in eine T-Form geteilt sind.
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Obwohl
es sich bei den optischen Bauelementen 10 gemäß den oben
genannten Ausführungsformen
um optische Bauelemente mit mehreren parallel angeordneten optischen
Fasern handelt, können
dies weiterhin optische Bauelemente von konischer Form sein, die
mehrere optische Fasern mit einem gekrümmten Teil aufweisen, die ein
auf die Eintrittsfläche
einfallendes optisches Bild mit einer Vergrößerung oder Verkleinerung ausgeben.
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Gewerbliche
Anwendbarkeit
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Da
die oben genannten optischen Bauelemente zahlreiche Vorteile aufweisen,
wie beispielsweise eine hohe Übertragungsleistung
und die Möglichkeit,
die Größe eines
optischen Systems im Vergleich zu einer Linse zu verringern, können sie
in unterschiedlichen Bereichen wie beispielsweise bei Fingerabdruck-Erfassungssystemen
und Strahlungsnachweisgeräten
verwendet werden.