WO1999040464A1 - Piece optique - Google Patents

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WO1999040464A1
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Takeo Sugawara
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Hamamatsu Photonics K.K.
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    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
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    • G02B6/06—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings formed by bundles of fibres the relative position of the fibres being the same at both ends, e.g. for transporting images
    • G—PHYSICS
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    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
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    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
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    • G02B6/3833—Details of mounting fibres in ferrules; Assembly methods; Manufacture
    • G02B6/3834—Means for centering or aligning the light guide within the ferrule
    • G02B6/3841—Means for centering or aligning the light guide within the ferrule using rods, balls for light guides
    • G02B6/3842—Means for centering or aligning the light guide within the ferrule using rods, balls for light guides for a plurality of light guides
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    • G02B6/38—Mechanical coupling means having fibre to fibre mating means
    • G02B6/3807—Dismountable connectors, i.e. comprising plugs
    • G02B6/3833—Details of mounting fibres in ferrules; Assembly methods; Manufacture
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    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S385/00—Optical waveguides
    • Y10S385/901—Illuminating or display apparatus

Definitions

  • the present invention relates to an optical component having a plurality of optical fibers arranged.
  • an optical component formed by arranging a plurality of optical fibers is widely known.
  • the optical component has an entrance surface and an exit surface where the core and the clad of each optical fiber are exposed, and is capable of transmitting an optical image incident on the entrance surface to the exit surface.
  • the above-mentioned optical components have various advantages such as high transmission efficiency and downsizing of the optical system as compared with lenses, and are used in various fields such as fingerprint detection devices. Disclosure of the invention
  • the production of the above optical components is usually performed by arranging and bundling a plurality of optical fibers having a circular or square cross section and integrally molding them. Therefore, due to the pressing during integral molding, the cross section of the core of the optical fiber constituting the optical component becomes a polygon having opposite sides parallel to each other, such as a square or a hexagon, as shown below. Problems arise.
  • the present invention solves such a problem and prevents the occurrence of pattern noise to solve the problem. It is an object to provide an optical component having a high image resolution.
  • an optical component according to the present invention is an optical component in which a plurality of optical fibers are arranged, and a cross-sectional shape of a core of each optical fiber is substantially fan-shaped.
  • FIG. 1A is a perspective view of an optical component according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 1B is an enlarged sectional view taken along the line II of FIG. 1A.
  • 2A to 2F are manufacturing process diagrams of an optical fiber pair forming an optical component.
  • 2G to 2J are cross-sectional views of a base material and the like manufactured in each step.
  • FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view of an optical fiber pair used for manufacturing an optical component.
  • Fig. 4 is a diagram showing the progress of light in the core of the optical fiber constituting the optical component.
  • FIG. 5 is a diagram showing a state of propagation of light in a core of an optical fiber constituting an optical component.
  • 6A to 6F are manufacturing process diagrams of an optical fiber pair constituting an optical component.
  • 6G to 6J are cross-sectional views of the base material and the like manufactured in each step.
  • FIG. 7 is an enlarged sectional view of the optical component according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is an enlarged sectional view of the optical component according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is an enlarged sectional view of the optical component according to the third embodiment of the present invention.
  • 10A to 10C are manufacturing process diagrams of an optical component according to the related art.
  • 11A to 11C are manufacturing process diagrams of an optical component according to the related art.
  • 12A to 12C are manufacturing process diagrams of an optical component according to the related art.
  • FIGS. 13A to 13C are diagrams showing the progress of light in a core of an optical fiber constituting an optical component according to the related art.
  • FIGS. 14A to 14C are diagrams showing a state of propagation of light in a core of an optical fiber constituting an optical component according to the related art.
  • FIG. 1A is a perspective view of the optical component according to the present embodiment
  • FIG. 1B is an enlarged cross-sectional view taken along a line I-I (a straight line parallel to the X axis) in FIG. 1A.
  • the optical component 10 is formed by arranging a plurality of optical fibers having a semicircular core (semicircular with a central angle of 180 °) in cross section, in parallel with each other. Each optical fiber is arranged so that the optical axis is parallel to the y-axis in FIG. 1A.
  • the optical component 10 has an incident surface 10a cut obliquely with respect to the optical axis, and an optical axis. And an emission surface 10b cut perpendicular to the input surface 10b, so that an input pattern incident on the incidence surface 10a can be reduced and output from the emission surface 10b.
  • the cross section of the optical component 10 is as shown in FIG. 1B. That is, an optical fiber pair in which two optical fibers each having a core 14 having a semicircular cross section are combined so as to have a substantially circular cross section is regularly arranged.
  • the optical fiber pairs are regularly arranged, but the directions of the two cores 14 having a semicircular cross-sectional shape constituting the optical fiber pair are as shown in FIG. 1B.
  • “random” means that at least one of the optical fiber pairs arranged adjacent to each other has a different facing direction of the two cores 14 constituting the optical fiber pair.
  • the cladding 16 of each optical fiber is integrated by heating and pressurizing, and the two optical fibers constituting the optical fiber pair are combined. It is provided so as to fill the gap between the cores 14 of the Aiva and the gap between adjacent optical fiber pairs.
  • the core 14 is made of, for example, barium-lanthanum glass having a refractive index of 1.82
  • the clad 16 is made of, for example, borosilicate glass having a refractive index of 1.495.
  • the diameter of the core 14 is about 6 m
  • the part of the clad 16 provided in the gap between the two cores 14 has a wavelength (550) normally used in the optical component 10.
  • nm of about 0.5 zm, which is 1/3 or more of the thickness.
  • adjacent optical fiber pairs are separated from each other by about 0.5 m or more via the clad 16, similarly to the portion provided in the gap between the cores 14.
  • the clad 16 has a light absorber 17 extending in the axial direction of each optical fiber.
  • Light absorbing material Light absorbing material
  • the light absorber 17 By inserting the light absorber 17 into the clad 16 part, stray light leaking into the clad 16 or light entering the optical component 10 from the side surface (other than the incident surface and the emission surface) Can be effectively removed, and the resolution of the output pattern can be increased.
  • FIGS. 2G to 2J are cross-sectional views of a base material and the like manufactured in each process.
  • a core preform 18 having a columnar shape is manufactured as in the case of manufacturing an ordinary optical fiber (FIGS. 2A and 2G).
  • the core base material 18 is formed of, for example, barium-lanthanum glass having a refractive index of 1.82, and the side surface thereof is polished by a method such as memorize polishing.
  • the core base material 18 manufactured in the above process is cut vertically (in a direction perpendicular to the bottom surface of the cylindrical shape) by a diamond cutter or the like, so that two core base materials 20 and 22 having a semi-cylindrical shape are formed. Divide (Fig. 2B, Fig. 2H). At this time, the cut surface is polished by a method such as ceria polishing.
  • the plate-shaped clad base material 24 shown in FIG. And 24 (Fig. 2D, Fig. 21).
  • the cladding base material 24 is formed of, for example, borosilicate glass having a refractive index of 1.495.
  • the plate-shaped clad matrix 24 sandwiched between the two core matrixes 22 and 24, produced in the above process, has a pipe-shaped clad as shown in FIG. 2E.
  • the preform 26 is loaded into the preform 26 to produce a preform 28 for the production of an optical fiber pair (FIG. 2F, FIG. 2J).
  • the cladding base material 26 is also formed of, for example, borosilicate glass having a refractive index of 1.495, similarly to the cladding base material 24, and has one bottom 26a of the cladding base material 26. Is sealed by a method such as melting with a burner.
  • FIG. 3 shows an enlarged cross section of the optical fiber pair manufactured by this method.
  • the optical fiber pair 30 two cores 14 having a semicircular cross section are arranged facing each other, and a cladding is formed around the gap between the two cores 14 and around the two cores 14 (a part other than the above gap). It has a shape with 16 provided.
  • the portion of the cladding 16 provided around the core 14 has a thickness sufficient to fill the gap between the adjacent optical fiber pair 30 when the optical component 10 is manufactured. have.
  • the portion provided in the gap between the two cores 14 has a sufficient thickness to function as a clad that separates the two cores 14.
  • the specific shape of the optical fiber pair 30 is such that the diameter of the core 14 is about 6 m, and the thickness of the part of the clad 16 provided around the core 14 is about 0.25 m, Considering that the wavelength used is 550 nm, the thickness of the portion of the clad 16 provided in the gap between the two cores 14 is about 0.5 zm.
  • a partition may be provided to separate the two cores 14 for the purpose of changing the optical path direction due to the difference in refractive index.However, such a partition is extremely thin, so that it acts as a clad. And the two cores act as a single core having a circular cross-section. I can't get it.
  • the plurality of optical fiber pairs 30 manufactured by the above process are arranged in parallel with each other while appropriately inserting a rod-shaped light absorber 17, and are integrally molded by heating and pressurizing. 0 is manufactured.
  • optical components according to the related art are usually carried out by arranging a plurality of optical fibers having a circular or square cross section in parallel with each other, bundling them, and integrally molding them. Also, in order to improve the resolution of the optical component, a process in which the bundled optical fiber group is further drawn (multi-fiber) is arranged in parallel, bundled and integrally formed, or a process of bundling with the above-described drawing process is performed. In some cases, optical components are manufactured by integrally molding a material that has been repeated several times (multi-multi fiber).
  • FIGS. 10A to 10C, 11A to 11C, and 12 to 12 Changes in the cross-sectional shape of the core of each optical fiber when an optical component is manufactured by the above manufacturing method are shown in FIGS. 10A to 10C, 11A to 11C, and 12 to 12 (. C shows a change in the cross-sectional shape of the core 2 when the optical component 6 is formed by arranging optical fibers 4 each having a circular cross section of the core 2 on all sides.
  • the core of each optical fiber 4 is heated and pressed when the optical fibers 4 are bundled and integrally formed.
  • the cross section of 2 is transformed into a substantially square.
  • the degree of deformation depends on the hardness of the core 2 and the clad 8 of the optical fiber 4 at the temperature during the heating / pressing process. If the core 2 is extremely hard compared to the clad 8, the cross section of the core 2 can be maintained circular, but the core 2 is made extremely hard compared to the clad 8 to avoid contact between adjacent cores 2. It is difficult in practice.
  • Figures 11A to 11C show optical components in which optical fibers 4 with a circular cross section of core 2 are arranged hexagonally.
  • FIGS. 12A to 12C show changes in the cross-sectional shape of the core 2 when the optical component 6 is formed by arranging optical fins 4 each having a square cross-section of the core 2 on all sides. In this case, since the gap between the adjacent clads 8 is eliminated when each optical fiber 4 is arranged, the cross section of the core 2 is maintained even after the heating-pressing process when the optical fibers 4 are bundled and integrally formed. Maintained square.
  • the cross section of the core 2 of each optical fiber 4 is a polygon having opposite sides parallel to each other, such as a square or a hexagon, the following is shown.
  • the light traveling in the core 2 of the light incident on the incident surface of the optical component 6 has a spiral progression as shown in FIGS. 13A to 13C and a belt-like progression as shown in FIGS. 14A to 14C. Both can occur.
  • white circles and black circles in FIGS. 13A to 13C and 14A to 14C indicate the light incident positions.
  • FIG. 13A shows how the light incident on the incident surface (incident surface of the core 2) 6a of the optical component 6 travels in the core 2
  • Fig. 13B shows the trajectory of the light.
  • FIG. 6 is a diagram projected on a plane parallel to the incident surface 6a.
  • the light incident on the entrance surface 6a of the optical component 6 at a random incident angle except for the specific incident angles described using Figs.
  • the core 2 spirally progresses.
  • FIG. 13C even when light enters the incident surface 6a of the optical component 6 at a constant incident angle ⁇ , the light exits the optical component 6 due to the difference in the incident position. Light exits from surface 6b at various exit angles.
  • the light was incident on the incident surface 6a of the optical component 6 at a specific incident angle (the incident angle at which light reflected and traveled only by the parallel facing surface of the core 2).
  • a specific incident angle the incident angle at which light reflected and traveled only by the parallel facing surface of the core 2.
  • Light travels in a band in the core 2.
  • FIG. 14C when light enters the incident surface 6a of the optical component 6 at a constant incident angle 0, the light exits from the optical component 6 regardless of the difference in the incident position.
  • the light is also emitted from the surface 6b at an emission angle of 0. Therefore, the output image emitted from the emission surface 6b of the optical component 6 has a specific output.
  • a pattern having intensity only at the angle of incidence is formed, and this pattern becomes noise and reduces the resolution of the optical component 6.
  • an optical component manufactured by integrally molding a multi-fiber (the same applies to a multi-fiber) has a different degree of deformation of the core 2 between the center and the edge of the multi-fiber. Due to the difference in degree, pattern noise occurs according to the cross-sectional shape of the multi-fiber, and the resolution of the optical component 6 is significantly reduced.
  • Figs. 4 and 5 show the trajectory of light that enters the optical element 10's entrance surface (the entrance surface of the core 14) 10a and travels through the core 14 in a plane parallel to the entrance surface 10a. It is the figure which projected.
  • the white circles in FIGS. 4 and 5 indicate the incident positions of light. Since the cross section of the core 14 is semicircular and does not have opposite sides that are parallel to each other, light incident from the incident surface 10 a of the optical component 10 is only emitted by the parallel opposite surface of the core 14. The phenomenon of reflection and traveling in a band shape disappears. That is, as can be seen from the trajectories shown in FIGS. 4 and 5, the light traveling in the core 14 enters the interface between the core 14 and the clad 16 at various angles, and at various angles. reflect.
  • the optical component 10 Since the optical component 10 has a semicircular cross section of the core 14 constituting the optical component 10, a pattern having intensity only at a specific emission angle is not formed. As a result, it is possible to prevent the generation of the turn noise, and it is possible to obtain an output image with high resolution from the emission surface 1 Ob of the optical component 10.
  • the core 14 appears as a cross section of the core 14. Since the semicircular orientation is random for each optical fiber pair, it is possible to prevent the formation of a pattern having intensity only at a specific launch angle, and to obtain a high-resolution output image Obviously
  • the optical component 10 according to the present embodiment can also be manufactured by the following method.
  • 6A to 6F are manufacturing process diagrams of an optical fiber pair constituting the optical component 10
  • FIGS. 6G to 6J are cross-sectional views of a preform and the like manufactured in each process.
  • FIGS. 2A to 2J The differences between this manufacturing method and the manufacturing method already described with reference to FIGS. 2A to 2J are as follows. That is, in the above manufacturing method, a plate-shaped clad base material 24 as shown in FIG. 2C is sandwiched between two core base materials 22 and 24 (FIG. 2D, FIG. 21). Was loaded into the cladding preform 26 to produce a preform 28 for the production of an optical fiber pair (Fig. 2F, Fig. 2J). On the other hand, in the present manufacturing method, as shown in FIG. 6C, a plate-shaped clad base material 24 and two rod-shaped members 32 each having a rod-shaped light absorber 17 covered with a clad material are provided.
  • the clad base material 24 was sandwiched between two core base materials 22 and 24, and two rod-shaped members 32 were arranged on both sides of the clad base material 24 (Fig. 6D, Fig. 61). This is loaded into a cladding preform 26 to produce a preform 34 for producing an optical fiber pair.
  • the optical component 10 is manufactured by drawing the base material 34 for manufacturing such an optical fiber pair, arranging the base material 34 in parallel with each other, and integrally forming the base material by a heat / pressure treatment.
  • the cross section of the optical component 36 manufactured using the base material 34 is also an optical fiber having a core 14 having a substantially semi-circular cross-section.
  • the optical fiber pair that combines the two has a regularly arranged shape.
  • the optical component 40 according to the present embodiment is configured as the optical component 10 according to the first embodiment.
  • the optical component 10 according to the first embodiment is formed by arranging a plurality of optical fibers having a semicircular cross section of the core 14 in parallel with each other.
  • the optical component 40 according to the embodiment is characterized in that a plurality of optical fibers having a core having a 1/3 circular cross section (a sector having a central angle of 120 degrees) are arranged in parallel with each other.
  • the cross section of the optical component 40 is as shown in FIG. That is, three sets of optical fibers each having an optical fiber having a core 14 having a 1/3 circular cross section are combined so as to have a substantially circular cross section, and are regularly arranged.
  • the optical fiber sets are regularly arranged, but the directions of the three cores 14 having a 1/3 circular cross-sectional shape constituting the optical fiber set are as shown in FIG. However, it is random for each optical fiber group.
  • “random” means that at least one of the optical fiber pairs arranged adjacent to each other has a different direction of the central angle of the three cores 14 constituting the optical fiber pair.
  • the clad 16 of each optical fiber is integrated by heating and pressurizing, and the gap between the cores 14 of the three optical fibers constituting the optical fiber group and the gap between the adjacent optical fiber groups are formed. It is provided so as to fill the gap.
  • the optical component 40 according to the present embodiment can be manufactured by the same manufacturing method as the optical component 10 according to the first embodiment.
  • optical component 40 according to the present embodiment also has the same operation and effect as the optical component 10 according to the first embodiment, and it is possible to obtain a high-resolution output image.
  • the optical component 50 according to the present embodiment is structurally different from the optical component 10 according to the first embodiment in that the optical component 10 according to the first embodiment has a core having a semicircular cross-sectional shape. While a plurality of optical fibers are formed by arranging them in parallel with each other, the optical component 50 according to the present embodiment has a core having a 1/4 circular cross section (a central angle of 90 °). It is a point that a plurality of optical fibers (sector of degree) are formed by arranging them in parallel with each other.
  • the cross section of the optical component 50 is as shown in FIG. That is, an optical fiber set in which four optical fibers each having a core 14 whose cross section is a quarter circle are combined so as to have a substantially circular cross section is regularly arranged.
  • the optical fiber sets are regularly arranged, but the directions of the four cores 14 having a quarter circular cross-sectional shape constituting the optical fiber set are as shown in FIG. However, it is random for each optical fiber group.
  • “random" means that at least one of the optical fiber pairs arranged adjacent to each other has a different direction of the central angle of the four cores 14 constituting the optical fiber pair.
  • the cladding 16 of each optical fiber is integrated by heating and pressurizing, and the gap between the cores 14 of the four optical fibers constituting the optical fiber group and the gap between the adjacent optical fiber groups are formed. It is provided so as to fill the gap.
  • the optical component 50 according to the present embodiment can be manufactured by the same manufacturing method as the optical component 10 according to the first embodiment.
  • optical component 50 according to the present embodiment also has the same operation and effect as the optical component 10 according to the first embodiment, and it is possible to obtain a high-resolution output image.
  • optical components 10, 36, 40, and 50 are optical components in which a plurality of optical fibers are arranged in parallel. It may be a tapered optical component that is arranged by holding and enlarging or reducing the light image incident on the incident surface.
  • optical components have various advantages, such as high transmission efficiency and the ability to reduce the size of the optical system as compared to lenses, so that various optical components such as fingerprint detection devices and radiation detectors are used. Available for the field.

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Description

明糸田書
光学部品 技術分野
本発明は、 複数の光ファイバを配列してなる光学部品に関するものである。 背景技術
光イメージを伝送させる光学部品として、 複数の光ファイバを配列して形成し た光学部品が広く知られている。 上記光学部品は、 各光ファイバのコアとクラッ ドが露出した入射面と出射面とを有し、 入射面に入射した光イメージを出射面に 伝送することを可能としている。
また、 上記光学部品は、 伝送効率が高い、 レンズと比較して光学系の小型化が 可能である、 など種々の利点を有するため、 指紋検出装置をはじめとして様々な 分野に利用されている。 発明の開示
上記光学部品の製造は、 通常、 断面が円形または正方形の複数の光ファイバを 配列して束ね、 一体成形することにより行う。 従って、 一体成形の際の押圧によ り、 上記光学部品を構成する光ファイバのコアの断面は、 正方形、 六角形などの ように互いに平行となる対辺を有する多角形となり、 以下に示すような問題が生 ずる。
すなわち、 特定の入射角をもって入射面に入射した光は、 互いに平行となる対 面で反射を繰り返し、 特定の出射角をもって出射面から出射する。 その結果、 出 射面から出射される出力イメージに、 特定の出射角にのみ強度を有するパターン が形成され、 このパターンがノイズとなって光学部品の解像度を低下させる。 そこで本発明は、 かかる問題点を解決し、 パターンノイズの発生を防止して解 像度の高い光学部品を提供することを課題とする。
上記課題を解決するために、 本発明の光学部品は、 複数の光ファイバを配列し てなる光学部品であって、 各光ファイバのコアの断面形状が略扇形であることを 特徴としている。 各光ファイバのコアの断面形状を略扇形とすることで、 コア内 を進行する光が、 コア内の平行な対面によってのみ反射 ·進行する状況を回避で きるため、 特定の出射角にのみ強度を有するパターンが形成されることが無くな る。 その結果、 パターンノイズが防止され、 解像度の高い出力イメージを得るこ とが可能となる。 図面の簡単な説明
図 1 Aは、 本発明の第 1の実施形態にかかる光学部品の斜視図である。
図 1 Bは、 図 1 Aの I— I線に沿った拡大断面図である。
図 2 A〜： Fは、 光学部品を構成する光ファィバ対の製造工程図である。
図 2 G〜Jは、 各工程で製造される母材等の断面図である。
図 3は、 光学部品の製造に用いる光ファイバ対の拡大断面図である。
図 4は、 光学部品を構成する光ファィバのコア内の光の進行の様子を表す図で める。
図 5は、 光学部品を構成する光ファィバのコア内の光の進行の様子を表す図で あ 。
図 6 A〜Fは、 光学部品を構成する光ファイバ対の製造工程図である。
図 6 G〜Jは、 各工程で製造される母材等の断面図である。
図 7は、 本発明の第 1の実施形態にかかる光学部品の拡大断面図である。 図 8は、 本発明の第 2の実施形態にかかる光学部品の拡大断面図である。 図 9は、 本発明の第 3の実施形態にかかる光学部品の拡大断面図である。 図 1 0 A〜Cは、 従来技術にかかる光学部品の製造工程図である。
図 1 1 A〜Cは、 従来技術にかかる光学部品の製造工程図である。 図 1 2 A〜Cは、 従来技術にかかる光学部品の製造工程図である。 図 1 3 A〜Cは、 従来技術にかかる光学部品を構成する光ファイバのコア内に おける光の進行の様子を表す図である。
図 1 4 A〜Cは、 従来技術にかかる光学部品を構成する光ファイバのコア内に おける光の進行の様子を表す図である。 発明を実施するための最良の形態
本発明の第 1の実施形態にかかる光学部品を図面を用いて説明する。 まず、 本 実施形態にかかる光学部品の構成について説明する。 図 1 Aは、 本実施形態にか かる光学部品の斜視図であり、 図 1 Bは、 図 1 Aの I一 I線（X軸に平行な直線） に沿った拡大断面図である。
光学部品 1 0は、 コアの断面形状が半円形 （中心角が 1 8 0 ° の扇形） である 複数の光ファイバを互いに平行に配列して形成されている。 各光ファイバは、 光 軸が図 1 Aの y軸と平行になるように配列されており、 光学部品 1 0は、 光軸に 対して斜めにカットされた入射面 1 0 aと、 光軸に対して垂直にカットされた出 射面 1 0 bとを有し、 入射面 1 0 aに入射した入力パターンを縮小して出射面 1 0 bから出力させることができるようになつている。
光学部品 1 0の断面は、 図 1 Bに示すようになつている。 すなわち、 断面が半 円形であるコア 1 4を有する光ファイバを、 断面が略円形になるように 2つ組み 合わせた光ファイバ対が、 規則的に配列されている。 ここで、 上記光ファイバ対 は規則的に配列されているが、 上記光ファイバ対を構成する、 半円形の断面形状 を有する 2つのコア 1 4の向きは、 図 1 Bに示すように、 各光ファイバ対毎にラ ンダムとなっている。 ここでランダムとは、 互いに隣接して配置される光フアイ バ対のうち少なくとも一つは、 当該光ファイバ対を構成する 2つのコア 1 4の対 向する方向が異なっていることを意味する。 また、 各光ファイバのクラッド 1 6 は、 加熱 ·加圧処理により一体化され、 当該光ファイバ対を構成する 2つの光フ アイバのコア 1 4間の間隙、 及び、 隣接する光ファイバ対間の間隙を埋めるよう に設けられている。
ここで、 コア 1 4は例えば屈折率が 1 . 8 2のバリウム一ランタン系ガラスか らなっており、 クラッド 1 6は例えば屈折率が 1 . 4 9 5のホウケィ酸ガラスか らなっている。 また、 コア 1 4の直径は 6 m程度となっており、 クラヅド 1 6 のうち 2つのコア 1 4の間隙に設けられた部分は、 光学部品 1 0において通常使 用される波長 （5 5 0 nm) の 1 / 3以上である 0 . 5 z m程度の厚みを有して いる。 さらに、 隣接する光ファイバ対は、 クラッド 1 6を介して、 コア 1 4の間 隙に設けられた部分と同様に、 0 . 5 m程度以上隔てられている。
また、 クラッド 1 6の部分には、 各光ファイバの軸方向にのびる光吸収体 1 7
(光吸収材） が挿入されている。 クラッド 1 6の部分に光吸収体 1 7を挿入する ことにより、 クラッド 1 6内に漏れた迷光、 若しくは、 側面 （入射面と出射面以 外の面）から光学部品 1 0内に侵入した光を効果的に除去することが可能となり、 出力パターンの解像度を高めることができる。
続いて、 本実施形態に係る光学部品の製造方法について説明する。 図 2 A〜F は、 光学部品 1 0を構成する光ファイバ対の製造工程図、 図 2 G〜Jは、 各工程 で製造される母材等の断面図である。
光学部品 1 0を構成する光ファイバを製造するには、 まず、 通常の光ファイバ の製造と同様に、 円柱形状を有するコア母材 1 8を製造する （図 2 A、 図 2 G)。 コア母材 1 8は、 例えば屈折率が 1 . 8 2のバリウム一ランタン系ガラスから形 成され、 その側面はセリァ研磨などの方法によつて研磨される。
続いて、 上記工程で製造されたコア母材 1 8を、 ダイヤモンドカッター等で縦 (円柱形状の底面に垂直方向） に切断し、 半円柱形状を有する 2つのコア母材 2 0及び 2 2に分割する （図 2 B、 図 2 H )。 この際、 切断面はセリア研磨などの 方法によって研磨される。
続いて、 図 2 Cに示すような板状のクラッド母材 2 4を、 2つのコア母材 2 2 及び 2 4の間に挟む （図 2 D、 図 2 1 )。 ここで、 クラヅド母材 2 4は、 例えば 屈折率が 1 . 4 9 5のホウケィ酸ガラスから形成される。
続いて、 上記工程で製造された、 板状のクラッド母材 2 4を 2つのコア母材 2 2及び 2 4の間に挟んだものを、 図 2 Eに示すようなパイプ形状を有するクラッ ド母材 2 6に装填し、 光ファイバ対製造用の母材 2 8を製造する （図 2 F、 図 2 J )。 ここで、 クラヅド母材 2 6も、 上記クラッド母材 2 4と同様に、 例えば屈 折率が 1 . 4 9 5のホウケィ酸ガラスから形成され、 クラッド母材 2 6の一方の 底部 2 6 aは、 バーナーによる溶融などの方法によって封止される。
その後、 上記母材 2 8を線引きして光ファイバ対を製造する。 この方法によつ て製造された光ファイバ対の断面を拡大したものを図 3に示す。 当該光ファイバ 対 3 0は、 断面が半円形である 2つのコア 1 4が対向して配置され、 2つのコア 1 4の間隙及び 2つのコア 1 4の周囲 （上記間隙以外の部分） にクラッド 1 6が 設けられた形状となっている。 ここで、 クラッド 1 6のうちコア 1 4の周囲に設 けられた部分は、 光学部品 1 0の製造の際、 隣接する光ファイバ対 3 0との間隙 を埋めることができる程度に十分な厚みを有している。 また、 クラッド 1 6のう ち 2つのコア 1 4の間隙に設けられた部分は、 当該 2つのコア 1 4を仕切るクラ ッドとして作用するために十分な厚みを有しており、 光学部品 1 0を用いて伝送 させる光の波長の 1 / 3以上の厚みを有していることが望ましい。 光ファイバ対 3 0の具体的形状は、 コア 1 4の直径が 6 m程度、 クラッド 1 6のうちコア 1 4の周囲に設けられた部分の厚みが 0 . 2 5 m程度となっており、 また、 使用 波長が 5 5 0 nmであることを考慮して、 クラッド 1 6のうち 2つのコア 1 4の 間隙に設けられた部分の厚みが 0 . 5 zm程度となっている。
ここで注意すべきこととして、 屈折率差による光路方向変更を目的として 2つ のコア 1 4を仕切る仕切りが設けられることがあるが、 かかる仕切りは、 厚さが 非常に薄いのでクラッドとしての作用を奏さず、 2つのコアが、 断面が円形の 1 つのコアとして作用するため、 以下に説明する本実施形態のような作用、 効果は 得られない。
上記工程によって製造された複数本の光ファイバ対 3 0を、 棒状の光吸収体 1 7を適宜挿入しつつ、 互いに平行に配置し、 加熱，加圧処理により一体成形する ことで、 光学部品 1 0が製造される。
続いて、 本実施形態にかかる光学部品の作用について説明する。 ここで、 まず、 従来技術にかかる光学部品の問題点について明らかにしておく。 従来技術にかか る光学部品の製造は、 通常、 断面が円形または正方形の複数の光ファイバを互い に平行に配置して束ね、 一体成形することにより行う。 また、 光学部品の解像度 を向上させるために、 上記束ねられた光ファイバ群をさらに線引きしたもの （マ ルチファイバ） を平行に配置して束ねて一体成形したり、 上記の線引き工程と束 ねる工程を複数回繰り返したもの （マルチマルチファイバ） を一体成形すること により光学部品を製造することもある。
上記製造方法により光学部品を製造する際の、 各光ファイバのコアの断面形状 の変化を図 1 0 A〜C、図 1 1 A〜C及び図 1 2 〜( に示す。図1 0 A〜Cは、 コア 2の断面が円形の光フアイバ 4を四方配置して光学部品 6を形成した場合の、 コア 2の断面形状の変化を示している。 コア 2の断面が円形の光フアイバ 4を四 方配置して光学部品 6を形成した場合は、 図 1 0 A〜Cに示すように、 光フアイ バ 4を束ねて一体成形する際の加熱 ·加圧処理により、 各光ファイバ 4のコア 2 の断面が略正方形に変形する。
ここで、 変形の度合いは、 上記加熱 ·加圧処理時の温度下での光ファイバ 4の コア 2とクラヅド 8の硬さによって異なる。 コア 2がクラッド 8と比較して極め て硬い場合は、 コア 2の断面を円形に維持できるが、 隣接するコア 2同士の接触 を避けるため、 コア 2をクラッド 8と比較して極端に硬くすることは実用上困難 である。
図 1 1 A〜Cは、 コア 2の断面が円形の光ファイバ 4を六方配置して光学部品
6を形成した場合の、 コア 2の断面形状の変化を示している。 この場合は光ファ ィバ 4を束ねて一体成形する際の加熱 ·加圧処理により、 各光ファイバ 4のコア 2の断面が略正六角形に変形する。 また、 図 1 2 A〜Cは、 コア 2の断面が正方 形の光ファイノ 4を四方配置して光学部品 6を形成した場合の、 コア 2の断面形 状の変化を示している。 この場合は、 各光ファイバ 4を配置した際に隣接するク ラッド 8間の隙間が無くなるため、 光ファイバ 4を束ねて一体成形する際の加 熱-加圧処理後も、 コア 2の断面は正方形に維持される。
上記のように製造される光学部品 6は、 各光ファイバ 4のコア 2の断面が正方 形、 六角形などのような、 互いに平行となる対辺を有する多角形となるため、 以 下に示すような問題がある。 すなわち、 光学部品 6の入射面に入射した光のコア 2内の進行は、 図 1 3 A〜Cに示すような螺旋状の進行と、 図 1 4 A〜Cに示す ような帯状の進行の双方が発生しうる。 ここで、 図 1 3 A〜C及び図 1 4 A〜C 中の白抜き丸印及び黒丸印は、 光の入射位置を示している。
図 1 3 Aは、 光学部品 6の入射面 （コア 2の入射面） 6 aに入射した光のコア 2内の進行の様子を示しており、 図 1 3 Bは当該光の進行の軌跡を入射面 6 aと 平行な平面に射影した図である。 図 1 3 A及び Bに示すように、 光学部品 6の入 射面 6 aにランダムな入射角 （図 1 4 A〜Cを用いて説明する特定の入射角を除 く） で入射した光は、 コア 2内を螺旋状に進行する。 その結果、 図 1 3 Cに示す ように、 光学部品 6の入射面 6 aに一定の入射角 Θで光が入射した場合であって も、 その入射した位置の違いにより、 光学部品 6の出射面 6 bから様々な出射角 で出射される。
一方、 図 1 4 A及び Bに示すように、 光学部品 6の入射面 6 aに特定の入射角 (光がコア 2の平行な対面によってのみ反射 ·進行するような入射角） で入射し た光は、 コア 2内を帯状に進行する。 その結果、 図 1 4 Cに示すように、 光学部 品 6の入射面 6 aに一定の入射角 0で光が入射した場合は、 その入射した位置の 違いによらず、 光学部品 6の出射面 6 bからも 0の出射角で出射されることにな る。 従って、 光学部品 6の出射面 6 bから出射される出力イメージに、 特定の出 射角にのみ強度を有するパターンが形成され、 このパターンがノイズとなって光 学部品 6の解像度を低下させる。 特に、 マルチファイバ （マルチマルチファイバ も同様） を一体成形することにより製造された光学部品は、 当該マルチファイバ の中央部と縁部とでコア 2の変形の度合レ、が異なるため、 この変形の度合いの相 違に起因して、当該マルチファイバの断面形状に応じたパターンノイズが発生し、 光学部品 6の解像度が著しく低下する。
これに対して、 本実施形態にかかる光学部品 1 0の場合について考える。 図 4 及び図 5は、 光学部品 1 0の入射面 （コア 1 4の入射面） 1 0 aに入射し、 コア 1 4内を進行する光の軌跡を入射面 1 0 aと平行な平面に射影した図である。 こ こで、 図 4及び図 5中の白抜き丸印は、 光の入射位置を示している。 コア 1 4の 断面は、 半円形状となっており、 互いに平行となる対辺を有しないため、 光学部 品 1 0の入射面 1 0 aから入射した光がコア 1 4の平行な対面によってのみ反射 して帯状に進行するという現象が無くなる。 すなわち、 図 4及び図 5に示す軌跡 から分かるように、 コア 1 4内を進行する光は、 コア 1 4とクラッド 1 6との界 面に様々な角度で入射し、 また、 様々な角度で反射する。
従って、 光学部品 1 0の入射面 1 0 aに一定の入射角 Θで光が入射した場合で あっても、その入射した位置の違いにより、光学部品 1 0の出射面 1 0 bから様々 な出射角で光が出射され、 特定の出射角にのみ強度を有するパターンが形成され ることが無くなる。
続いて、 本実施形態にかかる光学部品の効果について説明する。 光学部品 1 0 は、 光学部品 1 0を構成するコア 1 4の断面を半円形としたことにより、 特定の 出射角にのみ強度を有するパターンが形成されることが無くなる。 その結果、 ノ ターンノイズの発生を防止することが可能となり、 光学部品 1 0の出射面 1 O b からは、 解像度の高い出力イメージを得ることが可能となる。
また、 仮に、 加熱 ·加圧処理時に、 コア 1 4が多少の変形を受け、 コア 1 4の 断面の一部に平行な対辺が生じた場合であっても、 コア 1 4の断面として現れる 半円形の向きが、 各光ファイバ対によってランダムとなっているため、 特定の出 射角にのみ強度を有するパターンが形成することを防止することができ、 解像度 の高い出力イメージを得ることが可能となる。
本実施形態にかかる光学部品 1 0は、 以下に示す方法によっても製造すること ができる。 図 6 A〜； Fは、 光学部品 1 0を構成する光ファイバ対の製造工程図、 図 6 G〜Jは、 各工程で製造される母材等の断面図である。
本製造方法が、 すでに図 2 A〜 Jを用いて説明した製造方法と異なる点は以下 の通りである。 すなわち、 上記製造方法においては、 図 2 Cに示すような板状の クラッド母材 2 4を、 2つのコア母材 2 2及び 2 4の間に挟み（図 2 D、 図 2 1 )、 これをクラッド母材 2 6に装填して光ファイバ対製造用の母材 2 8を製造してい た （図 2 F、 図 2 J )。 これに対して、 本製造方法においては、 図 6 Cに示すよ うに板状のクラッド母材 2 4と、 棒状の光吸収体 1 7をクラッド材で覆った 2本 の棒状部材 3 2とを用い、 クラッド母材 2 4を 2つのコア母材 2 2及び 2 4の間 に挟むとともに 2本の棒状部材 3 2をクラッド母材 2 4の両側部に配置し （図 6 D、 図 6 1 )、 これをクラッド母材 2 6に装填して光ファイバ対製造用の母材 3 4を製造する。 かかる光ファイバ対製造用の母材 3 4を線引きして互いに平行に 配置し、 加熱 ·加圧処理により一体成形することで、 光学部品 1 0が製造される。 上記母材 3 4を用いて製造された光学部品 3 6の断面も、 図 7に示すように、 断面が略半円形であるコア 1 4を有する光ファイバを、 断面が略円形になるよう に 2つ組み合わせた光ファイバ対が、 規則的に配列された形状となっている。 こ こで、 母材 3 4に光吸収体 1 7を挿入して線引き、 加熱 ·加圧処理等を行った結 果、 断面が略半円形であるコア 1 4の底辺の両端部に小さなへこみ部が形成され るが、 光吸収体 1 7の径がコア 1 4の径 （上記底辺の長さ） と比較して極めて小 さいため、 当該コア 1 4の断面は、 実質的に半円形とみなすことができる。
続いて、 本発明の第 2の実施形態にかかる光学部品を図面を用いて説明する。 本実施形態にかかる光学部品 4 0が第 1の実施形態にかかる光学部品 1 0と構成 上異なる点は、 第 1の実施形態にかかる光学部品 1 0が、 コア 1 4の断面形状が 半円形である複数の光ファイバを互いに平行に配置して形成されていたのに対し、 本実施形態にかかる光学部品 4 0は、 コアの断面形状が 1 / 3円形 （中心角が 1 2 0度の扇形） である複数の光ファイバを互いに平行に配置して形成されている 点である。
光学部品 4 0の断面は、 図 8に示すようになつている。 すなわち、 断面が 1 / 3円形であるコア 1 4を有する光ファイバを、 断面が略円形になるように 3つ組 み合わせた光ファイバ組が、 規則的に配列されている。 ここで、 上記光ファイバ 組は規則的に配列されているが、 上記光ファイバ組を構成する、 1 / 3円形の断 面形状を有する 3つのコア 1 4の向きは、 図 8に示すように、 各光ファイバ組毎 にランダムとなっている。 ここでランダムとは、 互いに隣接して配置される光フ アイバ対のうち少なくとも一つは、 当該光ファイバ対を構成する 3つのコア 1 4 の中心角の向く方向が異なっていることを意味する。 また、 各光ファイバのクラ ッド 1 6は、 加熱 ·加圧処理により一体化され、 当該光ファイバ組を構成する 3 つの光ファイバのコア 1 4間の間隙、 及び、 隣接する光ファイバ組間の間隙を埋 めるように設けられている。
本実施形態にかかる光学部品 4 0は、 第 1の実施形態にかかる光学部品 1 0と 同様の製造方法によつて製造することが可能である。
また、 本実施形態にかかる光学部品 4 0も、 第 1の実施形態にかかる光学部品 1 0と同様の作用、 効果を奏し、 解像度の高い出力イメージを得ることが可能と なる。
続いて、 本発明の第 3の実施形態にかかる光学部品を図面を用いて説明する。 本実施形態にかかる光学部品 5 0が第 1の実施形態にかかる光学部品 1 0と構成 上異なる点は、 第 1の実施形態にかかる光学部品 1 0が、 コアの断面形状が半円 形である複数の光ファイバを互いに平行に配置して形成されていたのに対し、 本 実施形態にかかる光学部品 5 0は、 コアの断面形状が 1 / 4円形 （中心角が 9 0 度の扇形） である複数の光ファイバを互いに平行に配置して形成されてる点であ る。
光学部品 5 0の断面は、 図 9に示すようになつている。 すなわち、 断面が 1 / 4円形であるコア 1 4を有する光ファイバを、 断面が略円形になるように 4つ組 み合わせた光ファイバ組が、 規則的に配列されている。 ここで、 上記光ファイバ 組は規則的に配列されているが、 上記光ファイバ組を構成する、 1 / 4円形の断 面形状を有する 4つのコア 1 4の向きは、 図 9に示すように、 各光ファイバ組毎 にランダムとなっている。 ここでランダムとは、 互いに隣接して配置される光フ アイバ対のうち少なくとも一つは、 当該光ファイバ対を構成する 4つのコア 1 4 の中心角の向く方向が異なっていることを意味する。 また、 各光ファイバのクラ ッド 1 6は、 加熱 ·加圧処理により一体化され、 当該光ファイバ組を構成する 4 つの光ファイバのコア 1 4間の間隙、 及び、 隣接する光ファイバ組間の間隙を埋 めるように設けられている。
本実施形態にかかる光学部品 5 0は、 第 1の実施形態にかかる光学部品 1 0と 同様の製造方法によつて製造することが可能である。
また、 本実施形態にかかる光学部品 5 0も、 第 1の実施形態にかかる光学部品 1 0と同様の作用、 効果を奏し、 解像度の高い出力イメージを得ることが可能と なる。
また、 上記各実施形態にかかる光学部品 1 0， 3 6， 4 0及び 5 0は、 複数の 光ファイバを平行に配列した光学部品であつたが、 これは、 複数の光ファイバを 湾曲部を持たせて配列し、 入射面に入射した光イメージを拡大あるいは縮小して 出力するテーパ形状の光学部品であってもよい。 産業上の利用可能性
上記光学部品は、 伝送効率が高い、 レンズと比較して光学系の小型化が可能で ある、 など種々の利点を有するため、 指紋検出装置、 放射線検出器など、 様々な 分野に利用できる。

Claims

言青求の範囲
1 . 複数の光ファイバを配列してなる光学部品において、
前記各光ファィバのコアの断面形状が略扇形である、
ことを特徴とする光学部品。
2 . 前記各光ファイバのコアの断面形状は、 略半円形であり、 該光ファイバを 2つ組み合わせて断面が略円形となる光ファィバ対を配列して なる、
ことを特徴とする請求項 1に記載の光学部品。
3 . 前記光ファイバ対を構成する、 略半円形の断面形状を有する 2つ のコアの向きは、 各光ファイバ対毎に、 ランダムとなっている、
ことを特徴とする請求項 2に記載の光学部品。
4 . 前記各光ファイバのコアの断面形状は、 中心角が 1 2 0。 の略扇 形であり、
該光ファイバを 3つ組み合わせて断面が略円形となる光ファイバ組を配列して なる、
ことを特徴とする請求項 1に記載の光学部品。
5 . 前記光ファイバ組を構成する、 略扇形の断面形状を有する 3つの コアの向きは、 各光ファイバ組毎に、 ランダムとなっている、
ことを特徴とする請求項 4に記載の光学部品。
6 . 前記各光ファイバのコアの断面形状は、 中心角が 9 0 ° の略扇形 であり、
該光フアイバを 4つ組み合わせて断面が略円形となる光ファィバ組を配列して なる、
ことを特徴とする請求項 1に記載の光学部品。
7 . 前記光ファイバ組を構成する、 略扇形の断面形状を有する 4つの コアの向きは、 各光ファイバ組毎に、 ランダムとなっている、 とを特徴とする請求項 6に記載の光学部品。
8 . 前記光ファイバのクラッドに、 光吸収材が揷入されている とを特徴とする請求項 1〜 7のいずれか 1項に記載の光学部品。
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