多數值孔徑排列的光纖透鏡的製作方法
2023-06-14 22:47:56 2
專利名稱：多數值孔徑排列的光纖透鏡的製作方法
技術領域：
本實用新型為一種多數值孔徑排列的光纖透鏡，主要涉及光纖透鏡的基本結構改良。
背景技術：
目前光纖50的基本結構，如圖15、圖16所示，主要包括有一位於核心的纖核51(Core)，該纖核51通常為玻璃或塑料材質。而纖核51外則包覆有一纖衣52(Clad)，該纖衣52也為玻璃或塑料材質，但纖衣52的折射率不同於纖核51，使光線得以沿著纖核51內部全反射而形成傳遞；由此，光源所發出的光線r，得以照射進入光纖50的纖核51內(如圖16所示)，而由於纖核51外層包覆一折射率不同的纖衣52，因此射入的光線r便會在纖核51內形成如圖16所示的方式傳遞，來達到光纖50傳輸光的目的。
而近來通訊科技日益發展，光纖運用在數據傳輸上，由於光纖內部的介質會因吸收、散射或其它非線性光學效應，而減低了光訊號的強度。近來，科學家們發展出了一種「空心光纖(Hollow-Core Fibers)」，其是光纖的中心部份形成中空，光纖的周圍則是由高反射率玻璃層及低反射率聚合物高分子層交替組合而成的。以這樣的空心光纖讓波長為10.6μm的CO2雷射來測試，結果衰減率為1.0dBm-1，能量損失比傳統光纖少好幾個數量級。
另外，在透鏡(Lenses)的領域中，則有一間位於英國的L2OPTICS公司，專門製造LED用的透鏡，其提出一種系列透鏡(Series lenses)，主要是在透鏡表面，形成不同的切齒或高低起伏的表面變化，而由此改變光線射出的角度，而達到變化LED照明範圍及亮度的效果。
上述已知技術的缺陷在於1.前述一般的已知光纖，其纖核僅為單一的數值孔徑(NumericalAperture，NA)，故而在照明的運用上，僅能照射出單一的範圍(受光角)，照明的可變化性及實用性不足。
2.前述的空心光纖(Hollow-Core Fibers)，雖然解決了光能量傳輸的損失衰減的問題，但就光纖在照明運用上變化不足的問題，無法由此一空心光纖的發明而獲得解決。
3.前述英國L2OPTICS公司的透鏡技術，採用單一種折射透鏡，雖可有效的改變透鏡出光角度的變化，但其所作的變化仍有其界線，且此種透鏡的加工製造困難，甚至照明變化愈多的透鏡，其表面的加工愈複雜，製造困難度及成本即愈高，故普及度仍不高。
發明內容
本實用新型的目的在於提供一種多數值孔徑排列的光纖透鏡，以解決已知技術中存在的問題。
本實用新型的目的是這樣實現的，一種多數值孔徑排列的光纖透鏡，主要是使光纖透鏡的核心由二種以上不同數值孔徑(Numerical Aperture，NA)的透明纖核(Core)排列而成，並使各透明纖核的外周，各包覆有一纖衣(Clad)，由此排列而熔合組合而成一光纖透鏡。
有利的是，其中各纖核由內而外呈包覆圈設的排列。
其中，各纖核呈橫向的排列。
其中，各纖核呈縱向的排列。
其中，各纖核為不同顏色的透光玻璃。
其中，各纖核為不同顏色的透光塑料。
其中，各纖核的斷面為圓形。
其中，各纖核的斷面係為橢圓形。
其中，各纖核的斷面為六角形。
其中，該光纖透鏡的中心設有一數值孔徑為0.55的第一纖核，該第一纖核外圍包覆有一折射率不同於第一纖核的第一纖衣，又該光纖透鏡位於第一纖衣的外圍，則以多數個第二纖核形成緊密的排列包覆，各第二纖核的數值孔徑為0.44，各第二纖核的外圍，再包覆有一折射率不同於第二纖核的第二纖衣。
其中，該光纖透鏡的核心由多數內層纖核排列而成，各內層纖核外各包覆一內層纖衣，各內層纖核的數值孔徑為0.65；各內層纖核所構成的核心外，再圈設有一中層纖核，中層纖核的數值孔徑為0.85，並於該中層纖核外圍包覆一中層纖衣；中層纖衣的外圍，則以多數個外層纖核形成緊密的排列包覆，各外層纖核的數值孔徑為0.44，各外層纖核的外圍，再包覆有一折射率不同於外層纖核的外層纖衣。
其中光纖透鏡可切割成薄片狀的透鏡。
其中，該透鏡朝光源側呈一弧度曲折。
其中，該透鏡朝異於光源的另側呈一弧度曲折。
本實用新型運用排列光學的概念，將光纖透鏡以數種不同數值孔徑的纖核進行排列，使光線進入不同數值孔徑的纖核後，得以折射呈現出不同的照射範圍，達到只須一條光纖透鏡即可全方位照射的目的，擴大了光纖透鏡在照明技術領域的運用，具有極佳實用性的功效，且製造容易。
圖1為本實用新型第一種較佳實施例的斷面示意圖。
圖2為本實用新型第一種較佳實施例實施為平面透鏡時的示意圖。
圖3為本實用新型第一種較佳實施例實施為凹透鏡時的示意圖。
圖4為本實用新型第一種較佳實施例實施為凸透鏡時的示意圖。
圖5為本實用新型第二種較佳實施例的斷面示意圖。
圖6為本實用新型第二種較佳實施例實施為平面透鏡時的示意圖。
圖7為本實用新型第二種較佳實施例實施為凹透鏡時的示意圖。
圖8為本實用新型第二種較佳實施例實施為凸透鏡時的示意圖。
圖9為現有鑽牙機的使用狀態示意圖。
圖10為本實用新型實施於鑽牙機的使用狀態示意圖。
圖11為現有發光二極體的外觀示意圖。
圖12為本實用新型實施於發光二極體後的狀態示意圖。
圖13為本實用新型的製造步驟示意圖。
圖14為本實用新型的製造步驟流程圖。
圖15為已知光纖透鏡的結構立體示意圖。
圖16為已知光纖透鏡的光線傳輸示意圖。
附圖標號1光纖透鏡10第一纖核11第一纖衣 12第二纖核13第二纖衣2光纖透鏡20內層纖核21內層纖衣 22中層纖核23中層纖衣 24外層纖核25外層纖衣 30鑽牙機40本體 41玻璃外罩50光纖 51纖核52纖衣 53鍍膜S光源. R光線L1照明範圍 L2照明範圍G聚焦綠光
具體實施方式
本實用新型為一種多數值孔徑排列的光纖透鏡，而所謂數值孔徑排列光學，主要是於光纖透鏡的核心部分，由二種以上不同數值孔徑(NumericalAperure，NA)的透明纖核(Core)排列熔合而組成，並使各透明纖核的外周，包覆有纖衣(Cladding)層。
由此設計，依數值孔徑的計算公式NA＝N0sinθ＝(N22-N12)1/2[其中N0為空氣的折射率(通常為1)，θ為受光角，N2為纖核(Core)的折射率，而N1為纖衣(Cladding)的折射率]可推知，不同的數值孔徑的纖核，則其所產生的照明角度(受光角)也有所不同，而本實用新型將光纖的核心以二種以上不同的數值孔徑(Numerical Aperture，NA)的纖核(Core)排列熔合而成，即可創作出多種不同照射角度排列的結果。
以圖1的實施例作說明，其中該實施例的光纖透鏡1，主要是於光纖透鏡1的中心設有一數值孔徑(NA)為0.55的第一纖核10，該第一纖核10外圍包覆有一折射率不同於第一纖核10的第一纖衣11，又該光纖透鏡1位於第一纖衣11的外圍，則以多數個六角形的第二纖核12形成緊密的排列包覆(如圖1所示)，各第二纖核12的數值孔徑(NA)為0.44，並使各第二纖核12的外圍，再各包覆有一折射率不同於第二纖核12的第二纖衣13，並以高壓真空熔合而組成，以此而構成如圖1所示較佳實施例的本實用新型光纖透鏡。
而當前述本實用新型光纖透鏡1於使用時，可切成薄片狀的光纖透鏡1(如圖2、圖3及圖4所示)。
其中圖2，當光源S朝光纖透鏡1發射出光線R後(如圖2的箭頭所示)，由於第一纖核10與第二纖核12的數值孔徑(NA)不同，故而光線進入後所產生照明範圍也不同；如圖2所示，其中由於第一纖核10的數值孔徑(NA)為0.55，故位於光纖透鏡1中心的第一纖核10所產生的照明範圍L2較寬，而位於外圍的第二纖核12所產生的照明範圍L1則形成較窄的狀況(如圖2所示)，並由內、外圈的排列，而達到廣泛照明的功效。
再請配合參看圖3、圖4所示，其中本實用新型的光纖透鏡1也可形成朝一側彎曲的曲型透鏡。其中圖3所示，是該光纖透鏡1朝光源S側形成一預定弧度的彎曲，以使光纖透鏡1接收光線R之後的照明範圍L1、L2更為廣闊。而圖4，則是朝異於光源S的另側形成一預定弧度的彎曲，使光纖透鏡1與光源S呈反弓的狀態，由此使第一、第二纖核10、12在接收光源S的光線R後，照明範圍L1、L2則更為集中於一定的焦點範圍。
再請配合參看圖5至圖8所示，其中本實用新型也可實施為如另一種如圖5所示，其中該光纖透鏡2的核心，由多數根六角形斷面的內層纖核20排列而成一圓形核心，其中各內層纖核20外圍包覆有一內層纖衣21，其中該內層纖核20的數值孔徑(NA)為0.65；而各內層纖核20所構成的圓形核心外，則再圈設有一中層纖核22，該中層纖核22的數值孔徑(NA)為0.85，並於該中層纖核22外圍，再設包覆有一中層纖衣23；而該中層纖衣23的外圍，則以多數個六角形的外層纖核24形成緊密的排列包覆(如圖5所示)，各外層纖核24的數值孔徑(NA)為0.44，並使各外層纖核24的外圍，再各包覆有一折射率不同於外層纖核24的外層纖衣25，以真空高溫熔而組成一光纖透鏡2。
再請配合參看圖6、圖7及圖8所示，其中本實用新型的光纖透鏡2於使用時，可將光纖透鏡2切成薄片狀的型態；如圖6所示的光纖透鏡2，為一平板透鏡；而圖7及圖8所示的光纖透鏡2，分別為朝光源S側彎曲及朝異於光源S另側彎曲的曲面透鏡，由於該光纖透鏡2的內層纖核20、中層纖核22及外層纖核24，分別形成0.65、0.85及0.44的數值孔徑(NA)，故而當光線R進入透鏡後，即可所產生多種照明範圍L1、L2的變化(如圖6、圖7及圖8所示)。
另外，本實用新型的多數值孔徑排列的光纖透鏡1、2，實際運用於牙科的治療儀器上，即具有出突出且明顯的功效。請配合參看圖9、圖10所示，為牙科專用的鑽牙機30，以前的鑽牙機30並沒有照明設備，牙醫師須靠著頭上燈光來照明，十分不便且危險。近來已有將已知的光纖50運用在此一鑽牙機30上(如圖9所示)，由該光纖50傳輸光線R來照明口腔，以利於牙醫師進行牙齒治療。
上述圖9所示附加光纖50的鑽牙機30，由於方便實用，故廣受牙醫師的好評，但已知光纖50的纖核僅為單一種數值孔徑(NA)，故只能傳遞一種光線R來進行照明。然而，牙醫師在進行鑽牙作業時，會噴出霧狀的水汽來幫助鑽牙，該霧狀的水汽容易使光線R的照明度受到影響。
此一問題，由本實用新型便可有效獲得解決。請配合參看圖10所示，其中將本實用新型的光纖透鏡1附加於鑽牙機30上，並使該光纖透鏡1的中央，形成綠色透明的第一纖核10，該第一纖核10的外圍再圍設有透明的第二纖核12，並利用不同數值孔徑(NA)排列或配合鏡片模造塑形成凹凸透鏡的設計，而使通過第一纖核10的光，得形成集中在近距離特定焦點的綠光G(如圖10所示)，而通過第二纖核12則形成大範圍擴散的光線R。如此一來，利用外圍的光線R進行大範圍的照明，而位於中央的聚焦綠光G則可穿透霧狀的水汽，並指向欲鑽削的牙齒(如圖10所示)，達到確實照明的功效。
另外，請再配合參看圖11、圖12所示，其中本實用新型的數值孔徑排列光學的光纖透鏡，也可有效地運用於發光二極體(LED)的改進上。首先參看圖11所示，目前的發光二極體會在本體40上加上一玻璃外罩41，以該玻璃外罩41而使二極體的光得以形成較大圓弧範圍的射出。但是，此一玻璃外罩41雖具擴散照明的作用，但也加大了發光二極體的體積及突出高度，使得發光二極體的運用受到限制。而本實用新型運用在發光二極體上，只需在發光二極體的本體40發光位置，裝設一薄片狀的本實用新型光纖透鏡1(如圖12所示)，由該鏡片上不同數值孔徑纖核的排列，即可達到全方位擴散照明的功效，使發光二極體產生突破性的發展。
再請參看圖13、圖14所示，為本實用新型的製造流程，其中包括A、製作光纖單體(Single Fiber)將不同數值孔徑(NA)的玻璃形成纖核玻璃層(Core glass)，並使各纖核玻璃層外，包覆有一纖衣玻璃層(Cladding glass)，以利用高壓(約50～76cm/Hg)真空的方式，構成各種不同數值孔徑(NA)的光纖單體(SingleFiber)。
B、排列(Array)光纖單體將各種不同數值孔徑(NA)的光纖單體，依光學設計的需求，而計劃進行所需的組合排列(Array)(如圖13的B所示)。
C、高壓真空熔合(High Vacuum fusion)利用高壓(約50～76cm/Hg)真空的方式，而使排列完成的光纖單體，在約1000℃的高溫下真空熔合為本實用新型的光纖。
D、切片(Slce)若欲製作成透鏡的型式，則以機械將光纖形成橫斷面的切片(Slice)作業，使光纖形成薄片狀的透鏡的型態。
E、模造成型(Molding)利用塑模的方式，而將呈片狀的光纖透鏡，形成內凹或外凸的模造成型加工，以此而製造完成本實用新型。
權利要求1.一種多數值孔徑排列的光纖透鏡，其特徵在於光纖透鏡的核心由二種以上不同數值孔徑的透明纖核排列而成，各透明纖核的外周包覆有一纖衣，由此而排列熔合組合成一光纖透鏡。
2.如權利要求1所述的多數值孔徑排列的光纖透鏡，其特徵在於各纖核由內而外呈包覆圈設的排列。
3.如權利要求1所述的多數值孔徑排列的光纖透鏡，其特徵在於各纖核呈橫向或縱向的排列。
4.如權利要求1所述的多數值孔徑排列的光纖透鏡，其特徵在於各纖核為具顏色或不具顏色的透明玻璃或透明塑料。
5.如權利要求1所述的多數值孔徑排列的光纖透鏡，其特徵在於各纖核的斷面為圓形、橢圓形、六角形或多邊形。
6.如權利要求1所述的多數值孔徑排列的光纖透鏡，其特徵在於該光纖透鏡的中心設有一數值孔徑為0.55的第一纖核，該第一纖核外圍包覆有一折射率不同於第一纖核的第一纖衣，又該光纖透鏡位於第一纖衣的外圍，則以多數個第二纖核形成緊密的排列包覆，各第二纖核的數值孔徑為0.44，各第二纖核的外圍，再包覆有一折射率不同於第二纖核的第二纖衣。
7.如權利要求1所述的多數值孔徑排列的光纖透鏡，其特徵在於該光纖透鏡的核心由多數內層纖核排列而成，各內層纖核外各包覆一內層纖衣，各內層纖核的數值孔徑為0.65；各內層纖核所構成的核心外，再圈設有一中層纖核，中層纖核的數值孔徑為0.85，並於該中層纖核外圍包覆一中層纖衣；中層纖衣的外圍，則以多數個外層纖核形成緊密的排列包覆，各外層纖核的數值孔徑為0.44，各外層纖核的外圍，再包覆有一折射率不同於外層纖核的外層纖衣。
8.如權利要求1、6或7所述的多數值孔徑排列的光纖透鏡，其特徵在於光纖透鏡可切割成薄片狀的透鏡。
9.如權利要求8所述的多數值孔徑排列的光纖透鏡，其特徵在於該透鏡朝光源側呈一弧度曲折。
10.如權利要求8所述的多數值孔徑排列的光纖透鏡，其特徵在於該透鏡朝異於光源的另側呈一弧度曲折。
專利摘要本實用新型為一種多數值孔徑排列的光纖透鏡，尤指一種跳脫已知光纖僅為單一纖核與纖衣組合的設計窠臼，而使光纖的核心以二種以上不同數值孔徑的纖核排列而成。由此，光纖透鏡的各纖核排列出數種不同的數值孔徑，當光線進入光纖透鏡後，經不同數值孔徑的反射，即會呈現出不同角度的光線射出，由此可適應不同的照明需求，而排列出不同的照射範圍的光纖透鏡，達到只需一段光纖透鏡即可全方位出光照射的目的，擴大了光纖透鏡在照明技術領域的運用，極具實用性。
文檔編號G02B6/04GK2890958SQ200620114949
公開日2007年4月18日 申請日期2006年5月12日 優先權日2006年5月12日
發明者呂俊毅 申請人:巨晰光纖股份有限公司