JPH04230712A - Optical fiber coupler - Google Patents

Optical fiber coupler

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JPH04230712A
JPH04230712A JP3116464A JP11646491A JPH04230712A JP H04230712 A JPH04230712 A JP H04230712A JP 3116464 A JP3116464 A JP 3116464A JP 11646491 A JP11646491 A JP 11646491A JP H04230712 A JPH04230712 A JP H04230712A
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fiber
fibers
optical
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diameter
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ゲイリイ エイ.フラジアー
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ミロ アール.ジョンソン
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Abstract

PURPOSE: To couple two mutually separated fiber into a union fiber. CONSTITUTION: A main body 110 formed of a material which transmits light has a 1st hollow part 22 and a 2nd hollow part 24 formed on opposite flanks of the main body opposite to each other, the 1st and 2nd hollow parts have mutually parallel planes, and the 1st hollow part is essentially circular and has a diameter essentially equal to the diameter of the union fiber 16; and the 2nd hollow part has 2nd size nearly equal to the sum of the diameters of a 1st fiber 12 and a 2nd fiber 14, the union fiber is adhered to the 1st hollow part, and the 1st and 2nd fibers are both adhered to the 2nd hollow part.

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

【0001】本発明は、バー符号読取システムの光学的
構成に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to the optical construction of a bar code reading system.

【0002】光学的バー符号は、手動制御あるいは自動
のデジタル的読取り用に、広く用いられており、中程度
の空間密度で情報を符号化するために非常に便利な方法
である。バー符号システムのすべての光学的構成が共通
に有していることは、特定のスポットサイズにおいて符
号化物質の反射を検出し、検出された反射の変化がバー
符号中の白あるいは黒領域それぞれの幅の指標として用
いられるということである。用いられている特定の光学
的構成によって定まる検出用スポットサイズは、バー符
号それ自身に用いることのできる最小のバーの幅を本質
的に決定するため、符号化できる情報密度に大きな影響
を有する。
Optical bar codes are widely used for manual control or automatic digital reading and are a very convenient way to encode information at moderate spatial densities. What all optical configurations of bar code systems have in common is that they detect the reflection of the coding material at a particular spot size, and that the change in the detected reflection corresponds to each white or black area in the bar code. It is used as an indicator of width. The detection spot size, determined by the particular optical configuration used, essentially determines the minimum bar width that can be used in the bar code itself, and thus has a significant impact on the information density that can be encoded.

【0003】このように、小さな検出用スポットサイズ
を有する光学的バー符号読取機を構成することが一般的
に望ましい。しかしながら、光学的画像を用いて非常に
小さいスポットサイズを達成するためには、さもなけれ
ば非常に多数の需要を有するバー符号読取システム用に
望ましい安価な部品よりも、本質的により高価な部品を
必要とすることになるであろう。更に加えて、もし非常
に小さいスポットサイズが用いられると、そのバー符号
は、あるいはすくなくともそれのうちの検出用スポット
領域内にある部分は明るく照明されねばならない。それ
によって、妥当な光学的信号レベルを光学経路を通して
検出素子へ結合する必要がある。
Thus, it is generally desirable to construct an optical bar code reader with a small detection spot size. However, achieving very small spot sizes using optical images requires inherently more expensive components than the inexpensive components that would otherwise be desirable for bar code reading systems that have very large demands. you will need it. Additionally, if a very small spot size is used, the bar symbol, or at least the portion of it that is within the detection spot area, must be brightly illuminated. Thereby, a reasonable optical signal level needs to be coupled through the optical path to the detection element.

【0004】従って、本発明の目的は、非常に小さい検
出スポットサイズを有し、高い光学効率を有し、安価な
バー符号読取機用の光学システムを得ることである。
It is therefore an object of the invention to obtain an optical system for a bar code reader that has a very small detection spot size, has high optical efficiency and is inexpensive.

【0005】本発明の他の目的は、小さな検出スポット
領域を非常に明るく照明する、光学的バー符号読取機構
成を得ることである。本発明の更に他の目的は、0.2
54mm(0.010インチ)以下の幅の検出スポット
を有し、検出スポットを非常に明るく照明し、安価に構
成できる、光学的バー符号読取機構成を得ることである
Another object of the invention is to provide an optical bar code reader arrangement that provides very bright illumination of a small detection spot area. Yet another object of the present invention is to
The object of the present invention is to provide an optical bar code reader configuration that has a detection spot width of 54 mm (0.010 inch) or less, provides very bright illumination of the detection spot, and is inexpensive to construct.

【0006】光学的バー符号構成において更に望ましい
ことは、照明に必要な全電力が小さいことである。すな
わち、バー符号が印刷された紙を、必要とされる光学的
信号−雑音比を得るために必要な高い入射光強度を得る
ために単にフラッド照明するとすれば、必要となる照明
用電力は、多くの適した応用に用いるためには過大なも
のとなるであろう。
A further desirable aspect of optical bar code configurations is that the total power required for illumination is low. That is, if the paper on which the bar code is printed is simply flood-illuminated to obtain the high incident light intensity necessary to obtain the required optical signal-to-noise ratio, the illumination power required is: It would be oversized for use in many suitable applications.

【0007】すなわち、本発明の目的は、非常に小さな
検出スポットを明るく照明するために過大な照明用電力
を必要としない光学的バー符号読取機構成を得ることで
ある。
SUMMARY OF THE INVENTION It is therefore an object of the present invention to provide an optical bar code reader configuration that does not require excessive illumination power to brightly illuminate a very small detection spot.

【0008】更に本発明の他の目的は、ファイバオプテ
ィックセンサを有し、低い全照明電力でもって、検出ス
ポットを高い強度で照明することができるバー符号読取
機光学的構成を得ることである。
Yet another object of the present invention is to provide a bar code reader optical configuration with a fiber optic sensor that is capable of illuminating the detection spot with high intensity with low total illumination power.

【0009】本発明は、LEDからの照明と光学的バー
符号からの反射信号を単一光学ファイバへ多重化しての
せるためにY字形カプラを用いたバー符号読取機を供給
する。このY字型カプラは検知素子(例えばフォトトラ
ンジスタ)を照明素子から分離させ、バー符号からの検
出信号を受信できるようにする。
The present invention provides a bar code reader that uses a Y-coupler to multiplex the illumination from the LED and the reflected signal from the optical bar code onto a single optical fiber. This Y-coupler separates the sensing element (eg phototransistor) from the illumination element and allows it to receive the detection signal from the bar code.

【0010】本発明によれば、照明用光源、上記照明光
源につながれた第1の光学ファイバ、光検知器、上記光
検知器につながれた第2の光学ファイバ、上記第1及び
第2のファイバとY字型をなしてつながれ、上記第1及
び第2のファイバが互に光学的に分離されるようにする
ユニオンファイバ、を含み、それによってバー符号が上
記ユニオンファイバの自由端において照明もされ、読取
りもできるようになった、バー符号読取機光学システム
が得られる。
According to the present invention, a light source for illumination, a first optical fiber connected to the illumination light source, a photodetector, a second optical fiber connected to the photodetector, and the first and second fibers are provided. and a union fiber coupled in a Y-shape such that the first and second fibers are optically isolated from each other, whereby a bar symbol is also illuminated at the free end of the union fiber. A bar code reader optical system is obtained which can also read bar codes.

【0011】以下に図面を参照して本発明を説明する。 本発明は、バー符号読取機用の光学的構成に関する問題
点を解決し、大きな照明用電力を必要とせずに検出スポ
ットの高輝度の部分照明を可能にし、単一ファイバを用
いて検出スポットの照明と、検出スポットからの反射光
を能動検知素子へ送信することの両方を行わせることが
できる。更に、樹脂製ファイバを用いてY字型カプラを
経済的に形成するいくつかの発明的方法も用いられてい
る。Y字型カプラ構成を行うための基本的原理は、第1
のファイバからユニオンファイバへの結合及び第2のフ
ァイバからユニオンファイバへの結合を良結合とし、ユ
ニオンファイバから第1ファイバ及び第2ファイバへの
結合も良結合ではあるが、ユニオンファイバからの結合
光は第1及び第2のファイバへ送られるため3dB減衰
する。これに対して第1ファイバから第2ファイバへの
結合は非常に弱い結合とする。
The present invention will be explained below with reference to the drawings. The present invention solves the problems associated with optical configurations for bar code readers, allows high brightness partial illumination of the detection spot without the need for significant illumination power, and uses a single fiber to illuminate the detection spot. Both illumination and transmission of reflected light from the detection spot to an active sensing element can be provided. Additionally, several inventive methods have been used to economically form Y-shaped couplers using resin fibers. The basic principle for performing a Y-coupler configuration is the first
The coupling from the union fiber to the union fiber and the coupling from the second fiber to the union fiber are considered good coupling, and the coupling from the union fiber to the first fiber and the second fiber is also good coupling, but the coupled light from the union fiber is is sent to the first and second fibers and is therefore attenuated by 3 dB. In contrast, the coupling from the first fiber to the second fiber is very weak.

【0012】このように、本発明によって得られるシス
テム構成を図1に示す。例えばLEDである照明用光源
1は第1ファイバ12へ結合される。Y字型カプラ領域
9を通って、照明用光源からの光はユニオンファイバ1
6へ送られ、更にそこからユニオンファイバ16の検知
チップへ送られる。この光は、検知チップ近くに置かれ
るバー符号26を照明する。バー符号パターン26上に
設定された検出スポット領域28からの反射光はその一
部分がユニオンファイバ16の検知チップ部分によって
集められる。この反射光は次にユニオンファイバ16及
びY字型カプラ9を通って第1ファイバ12及び第2フ
ァイバ14へ送られる。第2のファイバ14はフォトト
ランジスタのような光検知器素子30へつながれている
。この光学的構成によれば、検出スポット28は非常に
効率よく照明用光源で照明され、またバー符号26から
の反射光も妥当な効率で光検知器素子30へ結合される
FIG. 1 shows the system configuration obtained by the present invention. An illumination light source 1, for example an LED, is coupled to a first fiber 12. The light from the illumination light source passes through the Y-shaped coupler region 9 to the union fiber 1
6 and from there to the detection chip of the union fiber 16. This light illuminates a bar code 26 placed near the sensing chip. A portion of the reflected light from the detection spot area 28 set on the bar code pattern 26 is collected by the detection chip portion of the union fiber 16. This reflected light is then sent through the union fiber 16 and the Y-shaped coupler 9 to the first fiber 12 and the second fiber 14. The second fiber 14 is coupled to a photodetector element 30, such as a phototransistor. With this optical configuration, the detection spot 28 is very efficiently illuminated with the illumination light source and the reflected light from the bar code 26 is also coupled to the photodetector element 30 with reasonable efficiency.

【0013】これら3つのファイバ要素12,14,1
6はすべてほぼ同じ直径であることが望ましいが、この
ことは絶対条件ではない。更にファイバは丸いのが望ま
しいが、これも必ずというものではない。他の形の光学
フィイバでも丸いファイバと同程度の効率の光学的伝播
を実現することができるからである。
These three fiber elements 12, 14, 1
It is desirable that all 6 have approximately the same diameter, but this is not an absolute requirement. Furthermore, although it is desirable that the fiber be round, this is not necessarily the case. This is because other shapes of optical fibers can achieve optical propagation efficiency comparable to that of round fibers.

【0014】本明細書では、Y字型接続そのものの作り
方に関してもいくつかの異なった発明的方法を述べる。 別の実施例では同軸アセンブリ要素あるいはまた樹脂モ
ールドのカプラ本体を用いている。
Several different inventive methods of making the Y-connection itself are also described herein. Alternative embodiments use coaxial assembly elements or alternatively resin molded coupler bodies.

【0015】本発明は、3本の樹脂製クラッドの光学フ
ァイバのユニオンに適用するのが望ましい。図1は組上
げられたファイバカプラを示す。ユニオンファイバ16
は雄型要素11中に収容されており、2本の互に分離し
たファイバ12及び14が雌型要素10中に収容されて
いる。要素11の内径は1本分のファイバ直径(クリア
ランス分を含む)に等しく、要素10の内径は2本分の
ファイバ直径とクリアランスの和に等しくなっている。 要素11の外径は要素10の内径にほぼ等しく、要素1
0と11の間にはぴったりとした機械的合致が得られる
ようになっている。このように、要素11はファイバ1
6の方向を定め、要素10はファイバ12と14の方向
を定める。要素10の内の空胴はほぼ屈折率の一致した
セメント(すなわちファイバ芯と屈折率が合致)で充填
されるため、ファイバ12,14,16の端部の面荒れ
や不規則性は光の散乱をもたらさない。要素10,11
にはステンレス鋼を用いるのが望ましい、というのはこ
の材料はいくつかの利点を有している。まず、それは不
透明である、そのため、結合部において光学システムへ
の迷光の入ることがない。第2に、それは機械的に強く
、耐久性が大きい。第3に、正確に制御された内径及び
外径を有するステンレス鋼のパイプは、注射器用チュー
ブのように市販されている。第4に、ステンレス鋼チュ
ーブは容易に常温成形できる。そのため組上げを助ける
ために要素10及び11にわずかなフレアを設けること
ができる。要素10及び11は、図1及び図2に示され
た程には、ファイバ直径と比較して短かく作る必要はな
く、より長くつくり、要素11の外径と要素10の内径
との間にすり合せクリアランスをつけることにより、迅
速な組上げと正確な方向決めを実現することができるこ
とを注意しておく。3本のファイバの軸はすべてほぼ平
行になっているべきである。ファイバ16の軸は、3本
のファイバすべての軸を無限に延長しても、ファイバ1
2とファイバ14の軸の間の中間に位置しているように
配置されるべきである。ここに示した好適実施例では0
.127mm(0.005インチ)の直径のポリメチル
メタクリレイト(デュポン社の「Crofon」(商標
)型)のクラッドをもつファイバが用いられ、ファイバ
12,14,16をつなぐのにエポキシの接着剤が用い
られている。この接着剤それ自身はファイバに対して屈
折率が合致しており、このカプラを通しての不必要な減
衰はほとんど発生しない。
The present invention is preferably applied to a union of three resin-clad optical fibers. Figure 1 shows the assembled fiber coupler. union fiber 16
are housed in the male element 11 and two mutually separated fibers 12 and 14 are housed in the female element 10. The inner diameter of element 11 is equal to the diameter of one fiber (including clearance), and the inner diameter of element 10 is equal to the sum of the diameter of two fibers and the clearance. The outer diameter of element 11 is approximately equal to the inner diameter of element 10;
A tight mechanical match is provided between 0 and 11. Thus, element 11 is connected to fiber 1
6, and element 10 orients fibers 12 and 14. Because the cavity within element 10 is filled with a nearly index-matched cement (i.e., index-matched to the fiber core), surface roughness and irregularities at the ends of fibers 12, 14, and 16 will not interfere with light transmission. Does not cause clutter. elements 10, 11
It is preferable to use stainless steel, as this material has several advantages. First, it is opaque, so there is no stray light entering the optical system at the junction. Secondly, it is mechanically strong and highly durable. Third, stainless steel pipes with precisely controlled inner and outer diameters are commercially available, such as syringe tubing. Fourth, stainless steel tubes are easily cold formed. Elements 10 and 11 can therefore be provided with a slight flare to aid assembly. Elements 10 and 11 need not be made as short compared to the fiber diameter as shown in FIGS. Note that by providing ground clearance, quick assembly and accurate orientation can be achieved. The axes of all three fibers should be approximately parallel. The axis of fiber 16 remains the same even if the axes of all three fibers are extended to infinity.
2 and the axis of the fiber 14. In the preferred embodiment shown here, 0
.. Fibers with a 127 mm (0.005 inch) diameter polymethyl methacrylate (DuPont Crofon™ type) cladding were used, and epoxy adhesive was used to connect fibers 12, 14, and 16. It is used. The adhesive itself is index-matched to the fiber and causes little unwanted attenuation through the coupler.

【0016】図2は本発明に従うカプラの組上げ工程を
示している。まずファイバ16を要素11中に納め、フ
ァイバ12と14を要素10中に納める。ファイバ12
と14の端部は要素10の外部においてもほとんど隣接
するように並べておく必要がある。次に要素10の中の
空胴が透明セメントあるいは接着剤で充填される。この
接着剤はファイバ12,14,16の芯と屈折率がほと
んど一致している。次に要素10と11を互に合体させ
、それに伴う接着剤の押し出しによって空気のあわ(そ
れは望ましくない光の散乱の原因となる)がファイバ1
6とファイバ12,14の端部の間に存在することがさ
けられる。接着剤が乾燥した後、すべての要素は所定の
場所に固定され、それによって非常に耐久性高い、光学
的カプリングが得られる。
FIG. 2 shows a process for assembling a coupler according to the invention. Fiber 16 is first placed in element 11 and fibers 12 and 14 are placed in element 10. fiber 12
and 14 must be arranged so that they are almost adjacent to each other even outside the element 10. The cavity within element 10 is then filled with transparent cement or adhesive. The refractive index of this adhesive almost matches that of the cores of the fibers 12, 14, and 16. Elements 10 and 11 are then brought together and the associated extrusion of adhesive removes air bubbles (which cause unwanted light scattering) from fiber 1.
6 and the ends of the fibers 12, 14 are avoided. After the glue dries, all elements are fixed in place, resulting in a very durable optical coupling.

【0017】もし0.127mm(0.005インチ)
のファイバを用いたとすると、ファイバ16の端部とフ
ァイバ14及び12の端部との間の間隔は0.1778
mm(7ミル)あるいはそれ以下であることが望ましい
。もしこの間隔を大きくとると、カプラ10の壁により
大量のエネルギーが吸収されることになる。どんな構成
においても、1つのファイバを2つのファイバへ結合す
る場合は3dBの損失は不可避である。しかし、結合設
計における決定的な因子は、結合内における損失と出力
ファイバへ結合されず放射されるエネルギーである。
[0017] If 0.127 mm (0.005 inch)
If a fiber of
It is desirable that the thickness be 7 mils (mm) or less. If this spacing is made large, a large amount of energy will be absorbed by the walls of the coupler 10. In any configuration, 3 dB loss is unavoidable when coupling one fiber to two fibers. However, the critical factors in coupling design are the losses within the coupling and the energy that is radiated rather than coupled into the output fiber.

【0018】好適実施例においては、要素10と11の
内面は荒れていて光を吸収するため、要素10の内面に
当たるファイバからの放射光は空中へ放射されないもの
の失われる。任意の材料とファイバ寸法に対する最適の
最大空隙は次のようにして決定される。M1 を各ファ
イバ芯の屈折率とし、M2 をファイバクラッドの屈折
率、M3 を要素10内の材料の屈折率、dをファイバ
直径、Dmax をファイバの端から出た光の最大偏差
をファイバ軸から測った値とした時、次式が成立する。
In the preferred embodiment, the inner surfaces of elements 10 and 11 are rough and light absorbing, so that the light emitted from the fibers impinging on the inner surfaces of element 10 is lost, although it is not radiated into the air. The optimal maximum air gap for a given material and fiber size is determined as follows. M1 is the refractive index of each fiber core, M2 is the refractive index of the fiber cladding, M3 is the refractive index of the material within element 10, d is the fiber diameter, and Dmax is the maximum deviation of the light exiting the end of the fiber from the fiber axis. When using the measured value, the following formula holds true.

【0019】[0019]

【数1】[Math 1]

【0020】従って最適な最大空隙Xopt は次のよ
うになる。
[0020] Therefore, the optimum maximum air gap Xopt is as follows.

【0021】[0021]

【数2】[Math 2]

【0022】これより空隙が小さくなると、損失がわず
かに増大するが、それは実際上問題とならない。しかし
、Xopt よりも空隙が大きくなると、損失の増大は
顕著になる。
If the gap is smaller than this, the loss increases slightly, but this is not a problem in practice. However, when the air gap becomes larger than Xopt, the increase in loss becomes significant.

【0023】当業者には明らかなように、これまで述べ
た好適実施例に同等なもの、あるいは変更は広範囲にお
いて可能であり、代表的な好適実施例に関して述べた本
発明の概念は限定的な意味ではない。例えば、ファイバ
16がファイバ12と14に対して対称的に配置される
ことは必らずしも必要でない。もしファイバ16が2つ
のファイバ12,14のうちのどちらかにわずかに接近
していると、特性はわずかに劣化するが、しかし本発明
は適用できる。同様に、ファイバ軸の数度の位置のずれ
は許容できる。
It will be apparent to those skilled in the art that a wide variety of equivalents and modifications to the preferred embodiments described above are possible, and that the inventive concepts described with respect to representative preferred embodiments are not intended to be limiting. It doesn't mean anything. For example, it is not necessary that fiber 16 be arranged symmetrically with respect to fibers 12 and 14. If the fiber 16 is slightly closer to either of the two fibers 12, 14, the properties will be slightly degraded, but the invention is still applicable. Similarly, misalignment of the fiber axis by a few degrees is acceptable.

【0024】本発明の別の実施例において、図3は本発
明に従うカプラ本体110を示す。それには、2つの互
いに分離されたファイバ12,14と第3のユニオンフ
ァイバ16が接着されるへこみ22,24が含まれてい
る。これら3本のファイバの軸はすべてほぼ平行である
べきであり、ファイバ16の軸は、すべてのファイバを
無限遠に延ばした時にファイバ16の軸がファイバ12
とファイバ14の軸の間の中間に位置するように、位置
しているのが望ましい。カプラ本体110は光学的樹脂
を含み、それは理想的には樹脂製の光学ファイバと屈折
率が一致しているべきである。例えば、本実施例の0.
127mm(0.005インチ)直径のポリメチルメタ
クリレート(デュポン社「Crofon」(商標)型)
のクラッドファイバを用いた場合には、カプラ110の
本体はポリスチレンあるいはポリメチルメタクリレート
でつくられる。更に、ファイバ12,14,16をカプ
ラ110へ接続するためにエポキシ接着剤が用いられる
。 この接着剤はそれ自身、ファイバ及びカプラと屈折率が
合致しており、カプラを通しての不必要な減衰がほとん
どおこらないようになっている。
In another embodiment of the invention, FIG. 3 shows a coupler body 110 according to the invention. It includes indentations 22, 24 into which two mutually separated fibers 12, 14 and a third union fiber 16 are glued. The axes of these three fibers should all be approximately parallel, so that the axis of fiber 16 is the same as that of fiber 12 when all fibers are extended to infinity.
and the axis of the fiber 14. The coupler body 110 includes an optical resin, which ideally should have an index of refraction matched to the resin optical fiber. For example, 0.
127 mm (0.005 inch) diameter polymethyl methacrylate (Dupont "Crofon"(TM) type)
If a clad fiber is used, the body of coupler 110 is made of polystyrene or polymethyl methacrylate. Additionally, epoxy adhesive is used to connect fibers 12, 14, 16 to coupler 110. The adhesive itself is index matched to the fiber and coupler so that there is little unwanted attenuation through the coupler.

【0025】もし0.127mm(5ミル)のファイバ
直径を用いると、ファイバ16の端部とファイバ14,
12の端部との間の空隙は0.1778mm(7ミル)
あるいはそれ以下であるのが望ましい。もし空隙を大き
くすると、大量のエネルギーがカプラ110の壁を通し
て放射される。1本のファイバを2本のファイバへ結合
する任意の構成で3dBの損失は不可避である。しかし
、結合設計における決定的な因子は、結合内での損失と
、出力ファイバへ送出されず放射されるエネルギーであ
る。 本発明の機械的な設計はわずかであるが結合中でのすべ
ての損失をさけるようになっている。しかし上述のよう
にファイバの空隙によらず外部放射損失は残る。ここで
の好適実施例では、各ファイバの直径は130ミクロン
(5ミル)であり、カプラ110の望ましい全体の大き
さは主軸方向でほぼ3.8mm(150ミル)、それの
副軸方向におよそ2.9mm(115ミル)である。
If a fiber diameter of 0.127 mm (5 mils) is used, the ends of fiber 16 and fiber 14,
The air gap between the ends of 12 is 0.1778 mm (7 mil)
Or preferably less. If the air gap is made large, a large amount of energy will be radiated through the walls of coupler 110. A loss of 3 dB is unavoidable in any configuration that couples one fiber to two fibers. However, the decisive factor in coupling design is the loss within the coupling and the energy that is radiated rather than being delivered to the output fiber. The mechanical design of the present invention is such that all losses during bonding are avoided, although insignificant. However, as mentioned above, external radiation loss remains regardless of the fiber gap. In the presently preferred embodiment, each fiber has a diameter of 130 microns (5 mils), and the desired overall size of coupler 110 is approximately 3.8 mm (150 mils) along its major axis and approximately 150 mils along its minor axis. It is 2.9 mm (115 mil).

【0026】任意の材料及びファイバ寸法に対するファ
イバ端部間の最適の最大空隙長は次のようにして決まる
。各ファイバ芯の屈折率をM1 とし、ファイバクラッ
ドの屈折率をM2 、カプラ本体110中の物質の屈折
率をM3 、ファイバ直径をd、ファイバの端部から放
出された光の最大偏差をファイバ軸から測った値をDm
ax とすると、次式が成立する。
The optimal maximum gap length between the fiber ends for a given material and fiber size is determined as follows. The refractive index of each fiber core is M1, the refractive index of the fiber cladding is M2, the refractive index of the material in the coupler body 110 is M3, the fiber diameter is d, and the maximum deviation of light emitted from the end of the fiber is the fiber axis. Dm is the value measured from
When ax is set, the following equation holds true.

【0027】[0027]

【数3】[Math 3]

【0028】従って最大の最適空隙長Xopt は次の
ようになる
Therefore, the maximum optimal void length Xopt is as follows:

【0029】[0029]

【数4】[Math 4]

【0030】空隙が小さくなると損失はわずかに増大す
るが、それは実際上問題にならない。しかし、空隙長が
Xopt より増大すると、損失の増大は顕著になる。 背景の光は雑音レベルをあげ、信号−雑音比を劣化させ
るので、ファイバカプラから迷光をしめだすことが望ま
しい。カプラ本体110の形は背景光の排除に寄与する
。 更にファイバを所定の位置に配置したカプラを黒く塗装
することによって迷光の排除が行える。
[0030] As the air gap becomes smaller, the loss increases slightly, but this is not a problem in practice. However, as the gap length increases beyond Xopt, the increase in loss becomes significant. Background light increases the noise level and degrades the signal-to-noise ratio, so it is desirable to keep stray light out of the fiber coupler. The shape of coupler body 110 contributes to the exclusion of background light. Furthermore, stray light can be eliminated by painting the coupler with the fiber in a predetermined position black.

【0031】図4は、本発明に用いられるカプラを経済
的に構成するためのモールド工程を示している。上で述
べた空隙関係を保つために、2つの雄型モールド部分1
8と20は機械的にそれらの動程が制限され、それによ
って、形成される2つの空胴の内部平坦面の間の空隙が
正確に制御されるように限定されるべきである。更に、
モールド部分は非常にわずかにテーパをつけて、そのテ
ーパのついた側壁が、光学的カプラ110内に形成され
る2つの空胴中に形成されるようになっていることを注
意しておく。このことによって製造中の組上げが容易に
なり、しかも光学的特性をさほど劣化させない。ファイ
バ軸の数度内の位置のずれは許容できるので、光学的カ
プラ110の壁の数度のテーパもまた許容できる。
FIG. 4 shows a molding process for economically constructing a coupler for use in the present invention. In order to maintain the void relationship mentioned above, the two male mold parts 1
8 and 20 should be mechanically limited in their movement so that the air gap between the internal planar surfaces of the two cavities formed is precisely controlled. Furthermore,
Note that the mold portion tapers very slightly so that its tapered sidewalls are formed into the two cavities formed within optical coupler 110. This facilitates assembly during manufacture and does not significantly degrade the optical properties. Since misalignment of the fiber axis within a few degrees is acceptable, a taper of several degrees in the wall of optical coupler 110 is also acceptable.

【0032】第2のへこみ24の形は、図4に示したよ
うに長円形であるのが望ましい。しかし、他の形でも可
能である。第2のへこみ24はファイバ12と14の側
面を保持してそれらの軸が狂わないようにするのが望ま
しい。しかし、第2のへこみ24はファイバの直径の2
倍の直径を有する円の形に形成してもよく、その場合に
はファイバ12と14が平行回転するのを防ぐために、
多大な制御が組上げ操作に要求され、それはこの場合効
率よく実現するのはむつかしい。このように、本発明の
好適実施例の1つの重要な利点は、第2のへこみ24内
におけるファイバ12と14の横方向保持によって得ら
れる。そのような横方向保持を得るために、へこみ24
は1本のファイバ直径に等しい2番目の寸法(すくなく
ともへこみの一部分にわたって)を有するように形成さ
れる。例えば、このへこみ24は同じ直径と深さを有す
る2つの隣接しつながった円形へこみとして形成されて
もよい。
The shape of the second recess 24 is preferably oval as shown in FIG. However, other forms are also possible. Preferably, the second indentation 24 holds the sides of the fibers 12 and 14 so that they are not misaligned. However, the second indentation 24 is 2
It may be formed in the shape of a circle with double the diameter, in which case to prevent parallel rotation of the fibers 12 and 14,
A great deal of control is required for the assembly operation, which is difficult to achieve efficiently in this case. Thus, one important advantage of the preferred embodiment of the present invention is obtained by the lateral retention of fibers 12 and 14 within second recess 24. To obtain such lateral retention, the recess 24
is formed with a second dimension (over at least a portion of the recess) equal to one fiber diameter. For example, this depression 24 may be formed as two adjacent connected circular depressions having the same diameter and depth.

【0033】光学的カプラ110が形成されると、組上
げは単に各ファイバの端部をエポキシ接着剤でぬらして
、それをカプラの固定部中に納めるだけでよい。正確な
組上げ精度は要求されないので、手での組上げあるいは
簡単な自動化製造設備をつかった組上げが可能である。
Once the optical coupler 110 is formed, assembly is simply a matter of wetting the end of each fiber with epoxy and placing it into the coupler fixture. Since precise assembly precision is not required, assembly can be done by hand or using simple automated manufacturing equipment.

【0034】当業者には明らかなように、上述の好適実
施例と同等なもの、あるいはそれに対する変更が広範囲
に可能である。そして代表例としての好適実施例に対し
て説明した本発明の概念はそれに限定するものではない
。例えば、ファイバ16はファイバ12及び14に対し
て対称的に置かれるというのは必ずしも必要でない。 もしファイバ16が2本のファイバ12及び14のうち
の一方へわずかに近づいているとすると、特性はわずか
に劣化するが、しかし本発明はそれでも適用できる。
Those skilled in the art will appreciate that a wide range of equivalents or modifications to the preferred embodiments described above are possible. The concept of the invention, which has been described with respect to exemplary preferred embodiments, is not intended to be limiting. For example, it is not necessary that fiber 16 be placed symmetrically with respect to fibers 12 and 14. If the fiber 16 were to be moved slightly closer to one of the two fibers 12 and 14, the properties would be slightly degraded, but the invention would still be applicable.

【0035】当業者には明らかであるが、本発明を実施
する場合に数多くの変更及び修正が可能であり、それは
既に特許請求の範囲で限定したことを除いて限定的な意
味ではない。
[0035] It will be apparent to those skilled in the art that numerous changes and modifications may be made in practicing the invention, which are not intended to be limiting except as defined in the claims.

【0036】このように、本発明は非常に小さい検出ス
ポットサイズを有し、高い光学効率を有し、安価なバー
符号読取機用の光学システムを供給する。
The present invention thus provides an optical system for a bar code reader that has a very small detection spot size, has high optical efficiency, and is inexpensive.

【0037】本発明は更に、小さい検出スポット領域を
非常に明かるく照明する光学的バー符号読取機構成を与
える。
The present invention further provides an optical bar code reader configuration that provides very bright illumination of a small detection spot area.

【0038】本発明は更に、0.254mm(0.01
0インチ)幅以下の検出スポットを有し、その検出スポ
ットを非常に明かるく照明し、安価に構成できる、光学
的バー符号読取機構成を与える。
[0038] The present invention further provides 0.254 mm (0.01
To provide an optical bar code reader configuration that has a detection spot less than 0 inches wide, has a detection spot that is very brightly illuminated, and is inexpensive to construct.

【0039】光学的バー符号構成での更に別の望ましい
点は、照明に必要な全電力が小さいことである。すなわ
ち、バー符号が印刷されている紙を、必要な光学的信号
−雑音比を達成するために要する高い入射光強度を得る
ように、単にフラッド照明するとすれば、要する照明用
電力は多くの適した応用途に用いるためには過大なもの
となるであろう。
Yet another desirable aspect of the optical bar code configuration is that the total power required for illumination is low. That is, if the paper on which the bar code is printed is simply flood-lit to obtain the high incident light intensity required to achieve the required optical signal-to-noise ratio, the illumination power required will be It would be too large to be used for other applications.

【0040】本発明は更に、非常に小さい検出スポット
の明かるい照明を行うために大きい照明用電力を必要と
しない光学的バー符号読取機構成を得るものである。
The present invention further provides an optical bar code reader configuration that does not require large illumination power to provide bright illumination of very small detection spots.

【0041】本発明は更に、ファイバオプティック検知
器を有し、低い全照明用電力でもって検出スポットの明
るい照明を与えることのできるバー符号読取機構成を得
るものである。
The present invention further provides a bar code reader configuration that includes a fiber optic detector and is capable of providing bright illumination of the detection spot with low total illumination power.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

【図1】本発明の第1の実施例による、光学ファイバY
字型結合構造を示す。
FIG. 1: Optical fiber Y according to a first embodiment of the invention.
It shows a letter-shaped bond structure.

【図2】図1のY字型結合構造の組上げ方法を示す。FIG. 2 shows a method of assembling the Y-shaped joint structure of FIG. 1;

【図3】本発明の第2の実施例による光学ファイバY字
型結合構造を示す。
FIG. 3 shows an optical fiber Y-coupling structure according to a second embodiment of the invention.

【図4】図3の実施例の製造及び組上げ方法を示す。4 shows a method of manufacturing and assembling the embodiment of FIG. 3; FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

9  Y字型結合 10  雌型要素 11  雄型要素 12  第1の光学ファイバ 14  第2の光学ファイバ 16  ユニオンファイバ 18  雄型モールド部分 20        〃 22  照明光源 22,24  へこみ部分 26  バー符号パータン 28  検出用スポット 30  光検知器 110  カプラ本体 9 Y-shaped connection 10 Female element 11 Male element 12 First optical fiber 14 Second optical fiber 16 Union fiber 18 Male mold part 20   〃 22 Illumination light source 22, 24 Dent part 26 Bar code pattern 28 Detection spot 30 Photodetector 110 Coupler body

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】  2つの相互に分離されたファイバをユ
ニオンファイバに結合するための光ファイバ結合器であ
って、第1及び第2のへこみ部分を有する光を透過する
物質の本体を有し、上記第1のへこみ部分と上記第2の
へこみ部分が上記本体の対向する側面上に対向して形成
されており、上記第1及び第2のへこみ部分が各々互い
に平行な平面を有しており、上記第1のへこみ部分が本
質的に円形であり、上記ユニオンファイバの直径に本質
的に等しい直径を有しており、上記第2のへこみ部分が
、上記第1及び第2のファイバの各直径の和にほぼ等し
い第2の寸法を有しており、上記ユニオンファイバが上
記第1のへこみ部分へ接着され、上記第1及び第2のフ
ァイバが両方とも上記第2のへこみ部分へ接着されてい
る、光ファイバ結合器。
1. An optical fiber coupler for coupling two mutually separated fibers into a union fiber, comprising a body of light-transparent material having first and second recessed portions; The first recessed portion and the second recessed portion are formed oppositely on opposite side surfaces of the main body, and each of the first and second recessed portions has a plane parallel to each other. , wherein the first recessed portion is essentially circular and has a diameter essentially equal to the diameter of the union fibers, and the second recessed portion is substantially circular and has a diameter substantially equal to the diameter of the union fibers, and the second recessed portion is substantially circular and has a diameter substantially equal to the diameter of the union fibers. a second dimension approximately equal to the sum of the diameters, the union fiber being adhered to the first recessed portion, and the first and second fibers both being adhered to the second recessed portion; A fiber optic coupler.
JP3116464A 1981-10-05 1991-05-22 Optical fiber coupler Expired - Lifetime JPH0792535B2 (en)

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US06/308,346 US4433896A (en) 1981-10-05 1981-10-05 Coaxial optical fiber connector
US308345 1981-10-05
US308346 1981-10-05
US06/308,345 US4423923A (en) 1981-10-05 1981-10-05 Method and fixture for coupling optical fibers

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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS50118951U (en) * 1974-03-11 1975-09-29
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JPS5320945U (en) * 1976-07-30 1978-02-22
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