DE69924247T2 - Optisches faserbündel zur bildübertragung und sein herstellungsverfahren - Google Patents

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Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein optisches Bauelement, das mehrere angeordnete optische Fasern umfasst, und ein Herstellungsverfahren dafür.
  • ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
  • 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.
  • 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.
  • OFFENLEGUNG DER ERFINDUNG
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1A ist eine Perspektivansicht eines optischen Bauelements gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 1B ist eine vergrößerte Querschnittsansicht entlang Linie I-I in 1A.
  • Die 2A bis 2F sind graphische Darstellungen der Prozessschritte für eine optische Faser, aus der das optische Bauelement besteht.
  • Die 2G bis 2J sind Querschnittsansichten eines in jedem Schritt hergestellten Grundmaterials oder dergleichen.
  • 3 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht der bei der Herstellung. des optischen Bauelements verwendeten optischen Faser.
  • Die 4A, 4B sind graphische Darstellungen der Prozessschritte für das optische Bauelement gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 5 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Umgebungstemperatur und der Viskosität eines Kerns und eines Mantels zeigt.
  • Die 6A, 6B sind graphische Darstellungen der Prozessschritte für das optische Bauelement gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 7 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht der bei der Herstellung des optischen Bauelements verwendeten optischen Faser.
  • Die 8A, 8B sind graphische Darstellungen der Prozessschritte für das optische Bauelement gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • Die 9A, 9B sind graphische Darstellungen der Prozessschritte für das optische Bauelement gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 10 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht der bei der Herstellung des optischen Bauelements verwendeten optischen Faser.
  • Die 11A, 11B sind graphische Darstellungen der Prozessschritte für das optische Bauelement gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • Die 12A, 12B sind graphische Darstellungen der Prozessschritte für das optische Bauelement gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 13 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht der bei der Herstellung des optischen Bauelements verwendeten optischen Faser.
  • Die 14A, 14B sind graphische Darstellungen der Prozessschritte für das optische Bauelement gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • Die 15A, 15B sind graphische Darstellungen der Prozessschritte für das optische Bauelement gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 16 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht der bei der Herstellung des optischen Bauelements verwendeten optischen Faser.
  • Die 17A bis 17C sind graphische Darstellungen der Prozessschritte für ein optisches Bauelement gemäß einer konventionellen Technik.
  • Die 18A bis 18C sind graphische Darstellungen der Prozessschritte für das optische Bauelement gemäß der konventionellen Technik.
  • Die 19A bis 19C sind graphische Darstellungen der Prozessschritte für das optische Bauelement gemäß der konventionellen Technik.
  • 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.
  • 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.
  • BESTE ART DER AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Da der Kern 12 jeder optischen Faser gleichmäßig geteilt ist, erhält man weiterhin insgesamt von dem optischen Bauelement ein homogenes Ausgangsbild.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Gewerbliche Anwendbarkeit
  • 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.

Claims (3)

  1. Optisches Bauelement (10), das mehrere parallele, in einem Bündel angeordnete optische Fasern umfasst, die einen Kern (12) und eine um den Kern (12) herum gebildete Umhüllung (16) aufweisen, wobei der Kern (12) jeder optischen Faser eine im wesentlichen quadratische oder sechseckige Querschnittsform besitzt und über einen Abtrennteil (14), der eine Teilungsrichtung (B) definiert und aus einem Material mit einem Brechungsindex besteht, der niedriger ist als der des Kerns (12), in mehrere Bereiche (12a, 12b) geteilt wird, dadurch gekennzeichnet, dass: sich bei mindestens einer der nebeneinander angeordneten optischen Fasern die Teilungsrichtung (B) des geteilten Kerns (12, 12a, 12b) von der der anderen optischen Fasern unterscheidet und die Teilungsrichtungen der geteilten Kerne in den optischen Fasern unregelmäßig orientiert sind.
  2. Optisches Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern jeder optischen Faser über einen flachen, plattenartigen Mantelteil, der auf der Mittelachse des Kerns liegt, im wesentlichen gleichmäßig in mehrere Bereiche geteilt wird.
  3. Herstellungsverfahren für ein optisches Bauelement (10), das folgendes umfasst: einen Anordnungsschritt des Anordnens mehrerer paralleler optischer Fasern, die einen Kern (12) und eine um den Kern (12) gebildete Umhüllung (16) aufweisen, zum Bilden eines Bündels und einen Formschritt des integralen Formens der in dem Anordnungsschritt angeordneten mehreren optischen Fasern durch eine Wärme- und Druckbehandlung, wobei der Kern (12) jeder optischen Faser über einen Abtrennteil, der aus einem Material mit einem Brechungsindex besteht, der niedriger ist als der des Kerns (12), in mehrere Bereiche geteilt wird, dadurch gekennzeichnet, dass: mindestens eine der nebeneinander angeordneten optischen Fasern im Anordnungsschritt so angeordnet wird, dass sich die Teilungsrichtung des geteilten Kerns (12, 12a, 12b) von der der anderen optischen Fasern unterscheidet, und die Viskosität des Kerns (12) 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 der Umhüllung (16).
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