TWM549354U - 具有監控分光路徑的光學元件 - Google Patents

Description

具有監控分光路徑的光學元件

本新型是有關於一種光學元件，特別是指一種光纖接頭。

本案申請權人所研發且已向鈞局提出新型專利(M522361及M524941)一種具有監控分光路徑的光學元件，當為了增加該光學元件的光源與監控用偵檢感光器間的距離時，能改變產生分光作用的光學面的傾斜角度，以達到此目的，但是，若該光學元件的光源與監控用偵檢感光器間的距離增加過大時，會出現以下情形：

一、受產生分光作用的光學面所產生的傾斜光聚光不易，將使聚光點變大，從而超出監控用偵檢感光器的收光區域，減少監控用偵檢感光器接收到光訊號的能量，如此，雖能將監控用偵檢感光器改用更大的感光元件來接收光訊號，但會增加製作時的成本。

二、產生分光作用的光學面的傾斜角度若持續增加，每一光束從透鏡穿透到空氣的穿透率會降低，使導入光纖的耦光效率下降，當傾斜角大於特定角度(全反射臨界角)時，每一光束會在透鏡內產生全反射，使得光纖接收不到任何的光訊號能量。

因此，如何在不改變產生分光作用的光學面的傾斜角度的條件下，來有效增加光源與監控用偵檢感光器間的距離，是亟待解決的問題。

另一項先前技術，如US6,888,988 B2專利案所提出的光學元件，同樣具有監控光源的結構設計，但是此案中兩個監控光源的結構是設置在光源與光纖接收端間，使光源與光纖接收端間的距離較長。光束自光源向上發出，都要經過一反射面反射，方能轉向光纖方向前進，由反射面角度的偏差所造成光束偏離入射光纖接收端的距離，是與光源到光纖接收端的距離成正比，由於此案中光源與光纖接收端間的距離較長，因此，若反射面角度有偏差時，此案就會產生較本項專利嚴重的偏離，一般的光纖接收端的口徑僅有62微米，當光束偏離光纖接收端的口徑時，光纖接收端將出現光訊號能量偏低或接收不到光訊號的情形，造成通訊功能失效。

因此，本新型之目的，即在提供一種可以克服先前技術至少一種缺點的具有監控分光路徑的光學元件。

於是，本新型具有監控分光路徑的光學元件，包含一透鏡及一濾鏡。

該透鏡包括一第一平面、一第二平面、一第三平面、一第四平面，及一第五平面，該第一平面、該第二平面、該第三平面、該第四平面，及該第五平面五者環繞一參考直線設置且平行該參考直線，該第三平面凹陷形成一凹槽，該凹槽由平行該參考直線且分別對應該第一平面及該第二平面的一第六平面及一第七平面界定而成，該第一平面形成有相間隔的一第一曲面單元及一第二曲面單元，該第二平面形成有一第三曲面單元。

該濾鏡設置於該第三平面且遮閉該凹槽，該濾鏡包括一面向該第六平面及該第七平面的第一鏡面，及一相對於該第一鏡面且面向該第四平面的第二鏡面。

其中，一光束經由該第一曲面單元引導進入該透鏡內後，沿一第一光路徑穿透該第六平面前進至該第一鏡面，透過該第一鏡面反射後前進至該第七平面，該光束的一部分經由該第七平面折射後，沿一第二光路徑前進至該第三曲面單元向該透鏡外導出，該光束的另一部分經由該第七平面反射後，沿一監控分光路徑依序經由該第一鏡面折射、該第二鏡面折射、該第四平面折射、該第五平面反射，最後由該第二曲面單元向該透鏡外導出。

本新型之功效在於：透過該光束對該鍍膜不同入射角度產生反射及折射，而能分別匯聚於二個不同位置，以同時傳遞光訊號及監視光強度，其中，透過該第一鏡面、該第二鏡面、該第四平面，及第五平面的設置，能將該光束引導至離該第一曲面單元具有一距離的該第二曲面單元，且不影響該光束的聚光效果，達到增加光源與監控用偵檢感光器間的距離。

參閱圖1與圖2，本新型具有監控分光路徑的光學元件之一實施例，包含一透鏡1，及一濾鏡2。

該透鏡1為塑膠材質所製成，但不以塑膠材質為限，也可為玻璃材質所製成。該透鏡1沿一參考直線L方向延伸，且包括一第一平面10、一第二平面11、一第三平面12、一第四平面13，及一第五平面14，該第一平面10、該第二平面11、該第三平面12、該第四平面13，及該第五平面14五者環繞該參考直線L設置且平行該參考直線L。該第一平面10與該第二平面11相互垂直，但不以垂直為限，該第一平面10與該第五平面14間的夾角為45度，但不以45度為限。該第三平面12凹陷形成一凹槽121，該凹槽121由平行該參考直線L且分別對應該第一平面10及該第二平面11的一第六平面15及一第七平面16界定而成。該第一平面10形成有相間隔的一第一曲面單元17及一第二曲面單元18，該第二平面11形成有一第三曲面單元19。該第一曲面單元17具有多數沿該參考直線L方向間隔排列的第一曲面171，該第二曲面單元18具有多數沿該參考直線L方向間隔排列的第二曲面181，該第三曲面單元19具有多數沿該參考直線L方向間隔排列的第三曲面191，要注意的是，該等第一曲面171、該等第二曲面181，及該等第三曲面191可為彼此相對應的一維平行矩陣排列(見圖1)，亦可為彼此相對應的二維平行矩陣排列(見圖3)。

該濾鏡2為玻璃材質所製成，但不以玻璃材質為限，也可為塑膠材質所製成。該濾鏡2設置於該第三平面12且遮閉該凹槽121，該濾鏡2包括一面向該第六平面15及該第七平面16的第一鏡面21、一相對於該第一鏡面21且面向該第四平面13的第二鏡面22，及一形成於該第一鏡面21的鍍膜23。值得注意的是，當一入射光以大入射角入射該鍍膜23時，該鍍膜23具有高反射率，當一入射光以小入射角入射該鍍膜23時，該鍍膜23具有高穿透率。

在將本新型作為多通道光纖線路接頭使用時，該等第一曲面171是分別與複數光源3相對應，該等第二曲面181是分別與複數監控用偵檢感光器5相對應，該等第三曲面191是分別與複數光纖4的接收端41相對應。

其中，每一光源3所發出的一光束31經由各第一曲面171引導進入該透鏡1內後，沿一第一光路徑I穿透該第六平面15前進至該第一鏡面21，透過該第一鏡面21反射後前進至該第七平面16，每一光束31的一部分經由該第七平面16折射後，沿一第二光路徑II前進至該第三曲面單元19向該透鏡1外導出且聚焦於相對應光纖4的接收端41，每一光束31的另一部分經由該第七平面16反射後，沿一監控分光路徑V依序經由該第一鏡面21折射、該第二鏡面22折射、該第四平面13折射、該第五平面14全反射，最後由該第二曲面單元18向該透鏡1外導出且聚焦於每一監控用偵檢感光器5，如此，即能增加該等光源3與該等監控用偵檢感光器5間的距離，且不影響原有接收光訊號強度與檢測靈敏度的功效。於本實施例中，每一光束31的另一部分到達該第五平面14時產生全反射，是為了減少光能量的散失，但也可以是同時產生反射與折射的情形，亦具有監控的效果，並不以本說明書所揭露的內容為限制。

由於每一光束31以大角度入射該鍍膜23，能使該鍍膜23具有高反射率，因此，該第一平面10與該第六平面15相互平行，但不以平行為限，該第六平面15與該第一鏡面21間的夾角為45度，但不以45度為限，以使得每一光束31沿著該第一光路徑I穿透過該第六平面15後，以45度的大入射角度入射該鍍膜23，以高反射率模式反射至第二光路徑II。另外，該第六平面15與該第七平面16的夾角大於90度且小於135度，以使得每一光束31經由該第七平面16反射成為監控分光後，可沿該監控分光路徑V以較小的入射角度入射該鍍膜23，即可以高穿透率模式通過該鍍膜23。

經由上述說明可知，本新型具有監控分光路徑的光學元件可將作為光訊號傳輸的光束31分離出一部份且將其導引至各監控用偵檢感光器5上，用以監控光訊號能量的結構，這種閉迴路反饋機制能增加光訊號能量的穩定性，滿足系統傳輸訊號的高頻寬需求。

再者，作為光訊號傳輸使用的雷射光源，一般為提供最長使用壽命及最佳發光效率，需要維持在特定的工作狀態，但常導致發射出能量過強的光訊號，超出各光纖4的接收端41的標準規範。為了解決這個問題，只需改變該鍍膜23的材料性質與結構，除了能保有該鍍膜23具有以大角度入射為高反射率，以小角度入射為高穿透率的優點外，還能降低光訊號的能量，達到衰減光訊號能量的功效。

另外，由光源發出光束都需經一反射面反射轉向至光纖方向，反射面角度的偏差會造成光束與光纖接收端的偏離，與光源到光纖接收端的距離成正比。當偏離過大時，光束能量僅有部分進入光纖，導致通訊失敗。先前技術中具有監控光源的結構是設置在光源與光纖的接收端之間，光源與光纖的接收端間的距離就會較長，當反射面有相同的角度偏差時，本新型因光源與光纖接收端的距離較短，光束與光纖接收端的偏離會較小，即能改善此一問題，由於該等光纖4的接收端41與該等監控用偵檢感光器5是位於該等光源3的兩相反側，因此該等光源3與該等光纖4的接收端41間的距離d較短，能大幅增加該第一鏡面21對角度偏差的容許範圍。

綜上所述，本新型具有監控分光路徑的光學元件具有以下優點：

一、透過該等光束31對該鍍膜23的不同入射角度產生反射及折射，能同時傳遞光訊號及監視光強度，再藉由該第四平面13與該第五平面14將該等光束31的部分光能量引導至該等監控用偵檢感光器5，以增加該等光源3與該等監控用偵檢感光器5間的距離。

二、透過改變該鍍膜23的材料性質與結構，除了能保有該鍍膜23具有以大角度入射為高反射率，以小角度入射為高穿透率的優點外，還能調節光能量的大小，達成衰減光訊號能量的功效。

三、降低該等光源3與該等光纖4的接收端41間的距離d，能減少反射面的角度偏差對光束偏離光纖接收端的距離，維持足夠的光纖接收能量，故確實能達成本新型之目的。

惟以上所述者，僅為本新型之實施例而已，當不能以此限定本新型實施之範圍，凡是依本新型申請專利範圍及專利說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本新型專利涵蓋之範圍內。

1‧‧‧透鏡
10‧‧‧第一平面
11‧‧‧第二平面
12‧‧‧第三平面
121‧‧‧凹槽
13‧‧‧第四平面
14‧‧‧第五平面
15‧‧‧第六平面
16‧‧‧第七平面
17‧‧‧第一曲面單元
171‧‧‧第一曲面
18‧‧‧第二曲面單元
181‧‧‧第二曲面
19‧‧‧第三曲面單元
191‧‧‧第三曲面
2‧‧‧濾鏡
21‧‧‧第一鏡面
22‧‧‧第二鏡面
23‧‧‧鍍膜
3‧‧‧光源
31‧‧‧光束
4‧‧‧光纖
41‧‧‧接收端
5‧‧‧監控用偵檢感光器
L‧‧‧參考直線
I‧‧‧第一光路徑
II‧‧‧第二光路徑
V‧‧‧監控分光路徑
d‧‧‧距離

本新型之其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中： 圖1是本新型具有監控分光路徑的光學元件的一實施例的一立體圖； 圖2是一側視示意圖，說明該第一實施例作為多通道光纖線路接頭使用時的態樣；及 圖3是該實施例之一立體圖，說明多數第一曲面、多數第二曲面，及多數第三曲面呈二維平行矩陣的排列態樣。

1‧‧‧透鏡

10‧‧‧第一平面

11‧‧‧第二平面

12‧‧‧第三平面

121‧‧‧凹槽

2‧‧‧濾鏡

21‧‧‧第一鏡面

22‧‧‧第二鏡面

23‧‧‧鍍膜

3‧‧‧光源

13‧‧‧第四平面

14‧‧‧第五平面

15‧‧‧第六平面

16‧‧‧第七平面

17‧‧‧第一曲面單元

171‧‧‧第一曲面

18‧‧‧第二曲面單元

181‧‧‧第二曲面

19‧‧‧第三曲面單元

191‧‧‧第三曲面

31‧‧‧光束

4‧‧‧光纖

41‧‧‧接收端

5‧‧‧監控用偵檢感光器

L‧‧‧參考直線

I‧‧‧第一光路徑

II‧‧‧第二光路徑

V‧‧‧監控分光路徑

d‧‧‧距離

Claims (8)

1. 一種具有監控分光路徑的光學元件，包含： 一透鏡，定義出一條參考直線，並包括圍繞該參考直線設置且平行該參考直線的一第一平面、一第二平面、一第三平面、一第四平面、一第五平面、相間隔地形成於該第一平面的一第一曲面單元與一第二曲面單元，及一形成於該第三平面的第三曲面單元，該第三平面凹陷形成一凹槽，該凹槽由平行該參考直線且分別對應該第一平面及該第二平面的一第六平面及一第七平面界定而成；及 一濾鏡，設置於該第三平面且遮閉該凹槽，該濾鏡包括一面向該第六平面及該第七平面的第一鏡面，及一相對於該第一鏡面且面向該第四平面的第二鏡面； 其中，一光束經由該第一曲面單元引導進入該透鏡內後，沿一第一光路徑穿透該第六平面前進至該第一鏡面，透過該第一鏡面反射後前進至該第七平面，該光束的一部分經由該第七平面折射後，沿一第二光路徑前進至該第三曲面單元向該透鏡外導出，該光束的另一部分經由該第七平面反射後，沿一監控分光路徑依序經由該第一鏡面折射、該第二鏡面折射、該第四平面折射、該第五平面反射，最後由該第二曲面單元向該透鏡外導出。
2. 如請求項1所述的具有監控分光路徑的光學元件，其中，該濾鏡的第一鏡面形成有一鍍膜，該光束以大入射角入射該鍍膜時，該鍍膜具有高反射率，該光束以小入射角入射該鍍膜時，該鍍膜具有高穿透率。
3. 如請求項1所述的具有監控分光路徑的光學元件，其中，該第一曲面單元具有多數沿該參考直線方向間隔排列的第一曲面，該第二曲面單元具有多數沿該參考直線方向間隔排列的第二曲面，該第三曲面單元具有多數沿該參考直線方向間隔排列的第三曲面。
4. 如請求項1所述的具有監控分光路徑的光學元件，其中，該透鏡為玻璃及塑膠其中一種材質所製成。
5. 如請求項1所述的具有監控分光路徑的光學元件，其中，該濾鏡為玻璃及塑膠其中一種材質所製成。
6. 如請求項1所述的具有監控分光路徑的光學元件，其中，該第一平面與該第二平面相互垂直。
7. 如請求項1所述的具有監控分光路徑的光學元件，其中，該第六平面與該第七平面的夾角大於90度且小於135度。
8. 如請求項1所述的具有監控分光路徑的光學元件，其中，該第一平面與該第六平面相互平行。