专利名称：多数值孔径排列的光纤透镜的制作方法
技术领域：
本实用新型为一种多数值孔径排列的光纤透镜，主要涉及光纤透镜的基本结构改良。
背景技术：
目前光纤50的基本结构，如图15、图16所示，主要包括有一位于核心的纤核51(Core)，该纤核51通常为玻璃或塑料材质。而纤核51外则包覆有一纤衣52(Clad)，该纤衣52也为玻璃或塑料材质，但纤衣52的折射率不同于纤核51，使光线得以沿着纤核51内部全反射而形成传递；由此，光源所发出的光线r，得以照射进入光纤50的纤核51内(如图16所示)，而由于纤核51外层包覆一折射率不同的纤衣52，因此射入的光线r便会在纤核51内形成如图16所示的方式传递，来达到光纤50传输光的目的。
而近来通讯科技日益发展，光纤运用在数据传输上，由于光纤内部的介质会因吸收、散射或其它非线性光学效应，而减低了光讯号的强度。近来，科学家们发展出了一种「空心光纤(Hollow-Core Fibers)」，其是光纤的中心部份形成中空，光纤的周围则是由高反射率玻璃层及低反射率聚合物高分子层交替组合而成的。以这样的空心光纤让波长为10.6μm的CO2雷射来测试，结果衰减率为1.0dBm-1，能量损失比传统光纤少好几个数量级。
另外，在透镜(Lenses)的领域中，则有一间位于英国的L2OPTICS公司，专门制造LED用的透镜，其提出一种系列透镜(Series lenses)，主要是在透镜表面，形成不同的切齿或高低起伏的表面变化，而由此改变光线射出的角度，而达到变化LED照明范围及亮度的效果。
上述已知技术的缺陷在于1.前述一般的已知光纤，其纤核仅为单一的数值孔径(NumericalAperture，NA)，故而在照明的运用上，仅能照射出单一的范围(受光角)，照明的可变化性及实用性不足。
2.前述的空心光纤(Hollow-Core Fibers)，虽然解决了光能量传输的损失衰减的问题，但就光纤在照明运用上变化不足的问题，无法由此一空心光纤的发明而获得解决。
3.前述英国L2OPTICS公司的透镜技术，采用单一种折射透镜，虽可有效的改变透镜出光角度的变化，但其所作的变化仍有其界线，且此种透镜的加工制造困难，甚至照明变化愈多的透镜，其表面的加工愈复杂，制造困难度及成本即愈高，故普及度仍不高。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种多数值孔径排列的光纤透镜，以解决已知技术中存在的问题。
本实用新型的目的是这样实现的，一种多数值孔径排列的光纤透镜，主要是使光纤透镜的核心由二种以上不同数值孔径(Numerical Aperture，NA)的透明纤核(Core)排列而成，并使各透明纤核的外周，各包覆有一纤衣(Clad)，由此排列而熔合组合而成一光纤透镜。
有利的是，其中各纤核由内而外呈包覆圈设的排列。
其中，各纤核呈横向的排列。
其中，各纤核呈纵向的排列。
其中，各纤核为不同颜色的透光玻璃。
其中，各纤核为不同颜色的透光塑料。
其中，各纤核的断面为圆形。
其中，各纤核的断面系为椭圆形。
其中，各纤核的断面为六角形。
其中，该光纤透镜的中心设有一数值孔径为0.55的第一纤核，该第一纤核外围包覆有一折射率不同于第一纤核的第一纤衣，又该光纤透镜位于第一纤衣的外围，则以多数个第二纤核形成紧密的排列包覆，各第二纤核的数值孔径为0.44，各第二纤核的外围，再包覆有一折射率不同于第二纤核的第二纤衣。
其中，该光纤透镜的核心由多数内层纤核排列而成，各内层纤核外各包覆一内层纤衣，各内层纤核的数值孔径为0.65；各内层纤核所构成的核心外，再圈设有一中层纤核，中层纤核的数值孔径为0.85，并于该中层纤核外围包覆一中层纤衣；中层纤衣的外围，则以多数个外层纤核形成紧密的排列包覆，各外层纤核的数值孔径为0.44，各外层纤核的外围，再包覆有一折射率不同于外层纤核的外层纤衣。
其中光纤透镜可切割成薄片状的透镜。
其中，该透镜朝光源侧呈一弧度曲折。
其中，该透镜朝异于光源的另侧呈一弧度曲折。
本实用新型运用排列光学的概念，将光纤透镜以数种不同数值孔径的纤核进行排列，使光线进入不同数值孔径的纤核后，得以折射呈现出不同的照射范围，达到只须一条光纤透镜即可全方位照射的目的，扩大了光纤透镜在照明技术领域的运用，具有极佳实用性的功效，且制造容易。
图1为本实用新型第一种较佳实施例的断面示意图。
图2为本实用新型第一种较佳实施例实施为平面透镜时的示意图。
图3为本实用新型第一种较佳实施例实施为凹透镜时的示意图。
图4为本实用新型第一种较佳实施例实施为凸透镜时的示意图。
图5为本实用新型第二种较佳实施例的断面示意图。
图6为本实用新型第二种较佳实施例实施为平面透镜时的示意图。
图7为本实用新型第二种较佳实施例实施为凹透镜时的示意图。
图8为本实用新型第二种较佳实施例实施为凸透镜时的示意图。
图9为现有钻牙机的使用状态示意图。
图10为本实用新型实施于钻牙机的使用状态示意图。
图11为现有发光二极管的外观示意图。
图12为本实用新型实施于发光二极管后的状态示意图。
图13为本实用新型的制造步骤示意图。
图14为本实用新型的制造步骤流程图。
图15为已知光纤透镜的结构立体示意图。
图16为已知光纤透镜的光线传输示意图。
附图标号1光纤透镜10第一纤核11第一纤衣 12第二纤核13第二纤衣2光纤透镜20内层纤核21内层纤衣 22中层纤核23中层纤衣 24外层纤核25外层纤衣 30钻牙机40本体 41玻璃外罩50光纤 51纤核52纤衣 53镀膜S光源. R光线L1照明范围 L2照明范围G聚焦绿光
具体实施方式
本实用新型为一种多数值孔径排列的光纤透镜，而所谓数值孔径排列光学，主要是于光纤透镜的核心部分，由二种以上不同数值孔径(NumericalAperure，NA)的透明纤核(Core)排列熔合而组成，并使各透明纤核的外周，包覆有纤衣(Cladding)层。
由此设计，依数值孔径的计算公式NA＝N0sinθ＝(N22-N12)1/2[其中N0为空气的折射率(通常为1)，θ为受光角，N2为纤核(Core)的折射率，而N1为纤衣(Cladding)的折射率]可推知，不同的数值孔径的纤核，则其所产生的照明角度(受光角)也有所不同，而本实用新型将光纤的核心以二种以上不同的数值孔径(Numerical Aperture，NA)的纤核(Core)排列熔合而成，即可创作出多种不同照射角度排列的结果。
以图1的实施例作说明，其中该实施例的光纤透镜1，主要是于光纤透镜1的中心设有一数值孔径(NA)为0.55的第一纤核10，该第一纤核10外围包覆有一折射率不同于第一纤核10的第一纤衣11，又该光纤透镜1位于第一纤衣11的外围，则以多数个六角形的第二纤核12形成紧密的排列包覆(如图1所示)，各第二纤核12的数值孔径(NA)为0.44，并使各第二纤核12的外围，再各包覆有一折射率不同于第二纤核12的第二纤衣13，并以高压真空熔合而组成，以此而构成如图1所示较佳实施例的本实用新型光纤透镜。
而当前述本实用新型光纤透镜1于使用时，可切成薄片状的光纤透镜1(如图2、图3及图4所示)。
其中图2，当光源S朝光纤透镜1发射出光线R后(如图2的箭头所示)，由于第一纤核10与第二纤核12的数值孔径(NA)不同，故而光线进入后所产生照明范围也不同；如图2所示，其中由于第一纤核10的数值孔径(NA)为0.55，故位于光纤透镜1中心的第一纤核10所产生的照明范围L2较宽，而位于外围的第二纤核12所产生的照明范围L1则形成较窄的状况(如图2所示)，并由内、外圈的排列，而达到广泛照明的功效。
再请配合参看图3、图4所示，其中本实用新型的光纤透镜1也可形成朝一侧弯曲的曲型透镜。其中图3所示，是该光纤透镜1朝光源S侧形成一预定弧度的弯曲，以使光纤透镜1接收光线R之后的照明范围L1、L2更为广阔。而图4，则是朝异于光源S的另侧形成一预定弧度的弯曲，使光纤透镜1与光源S呈反弓的状态，由此使第一、第二纤核10、12在接收光源S的光线R后，照明范围L1、L2则更为集中于一定的焦点范围。
再请配合参看图5至图8所示，其中本实用新型也可实施为如另一种如图5所示，其中该光纤透镜2的核心，由多数根六角形断面的内层纤核20排列而成一圆形核心，其中各内层纤核20外围包覆有一内层纤衣21，其中该内层纤核20的数值孔径(NA)为0.65；而各内层纤核20所构成的圆形核心外，则再圈设有一中层纤核22，该中层纤核22的数值孔径(NA)为0.85，并于该中层纤核22外围，再设包覆有一中层纤衣23；而该中层纤衣23的外围，则以多数个六角形的外层纤核24形成紧密的排列包覆(如图5所示)，各外层纤核24的数值孔径(NA)为0.44，并使各外层纤核24的外围，再各包覆有一折射率不同于外层纤核24的外层纤衣25，以真空高温熔而组成一光纤透镜2。
再请配合参看图6、图7及图8所示，其中本实用新型的光纤透镜2于使用时，可将光纤透镜2切成薄片状的型态；如图6所示的光纤透镜2，为一平板透镜；而图7及图8所示的光纤透镜2，分别为朝光源S侧弯曲及朝异于光源S另侧弯曲的曲面透镜，由于该光纤透镜2的内层纤核20、中层纤核22及外层纤核24，分别形成0.65、0.85及0.44的数值孔径(NA)，故而当光线R进入透镜后，即可所产生多种照明范围L1、L2的变化(如图6、图7及图8所示)。
另外，本实用新型的多数值孔径排列的光纤透镜1、2，实际运用于牙科的治疗仪器上，即具有出突出且明显的功效。请配合参看图9、图10所示，为牙科专用的钻牙机30，以前的钻牙机30并没有照明设备，牙医师须靠着头上灯光来照明，十分不便且危险。近来已有将已知的光纤50运用在此一钻牙机30上(如图9所示)，由该光纤50传输光线R来照明口腔，以利于牙医师进行牙齿治疗。
上述图9所示附加光纤50的钻牙机30，由于方便实用，故广受牙医师的好评，但已知光纤50的纤核仅为单一种数值孔径(NA)，故只能传递一种光线R来进行照明。然而，牙医师在进行钻牙作业时，会喷出雾状的水汽来帮助钻牙，该雾状的水汽容易使光线R的照明度受到影响。
此一问题，由本实用新型便可有效获得解决。请配合参看图10所示，其中将本实用新型的光纤透镜1附加于钻牙机30上，并使该光纤透镜1的中央，形成绿色透明的第一纤核10，该第一纤核10的外围再围设有透明的第二纤核12，并利用不同数值孔径(NA)排列或配合镜片模造塑形成凹凸透镜的设计，而使通过第一纤核10的光，得形成集中在近距离特定焦点的绿光G(如图10所示)，而通过第二纤核12则形成大范围扩散的光线R。如此一来，利用外围的光线R进行大范围的照明，而位于中央的聚焦绿光G则可穿透雾状的水汽，并指向欲钻削的牙齿(如图10所示)，达到确实照明的功效。
另外，请再配合参看图11、图12所示，其中本实用新型的数值孔径排列光学的光纤透镜，也可有效地运用于发光二极管(LED)的改进上。首先参看图11所示，目前的发光二极管会在本体40上加上一玻璃外罩41，以该玻璃外罩41而使二极管的光得以形成较大圆弧范围的射出。但是，此一玻璃外罩41虽具扩散照明的作用，但也加大了发光二极管的体积及突出高度，使得发光二极管的运用受到限制。而本实用新型运用在发光二极管上，只需在发光二极管的本体40发光位置，装设一薄片状的本实用新型光纤透镜1(如图12所示)，由该镜片上不同数值孔径纤核的排列，即可达到全方位扩散照明的功效，使发光二极管产生突破性的发展。
再请参看图13、图14所示，为本实用新型的制造流程，其中包括A、制作光纤单体(Single Fiber)将不同数值孔径(NA)的玻璃形成纤核玻璃层(Core glass)，并使各纤核玻璃层外，包覆有一纤衣玻璃层(Cladding glass)，以利用高压(约50～76cm/Hg)真空的方式，构成各种不同数值孔径(NA)的光纤单体(SingleFiber)。
B、排列(Array)光纤单体将各种不同数值孔径(NA)的光纤单体，依光学设计的需求，而计划进行所需的组合排列(Array)(如图13的B所示)。
C、高压真空熔合(High Vacuum fusion)利用高压(约50～76cm/Hg)真空的方式，而使排列完成的光纤单体，在约1000℃的高温下真空熔合为本实用新型的光纤。
D、切片(Slce)若欲制作成透镜的型式，则以机械将光纤形成横断面的切片(Slice)作业，使光纤形成薄片状的透镜的型态。
E、模造成型(Molding)利用塑模的方式，而将呈片状的光纤透镜，形成内凹或外凸的模造成型加工，以此而制造完成本实用新型。
权利要求1.一种多数值孔径排列的光纤透镜，其特征在于光纤透镜的核心由二种以上不同数值孔径的透明纤核排列而成，各透明纤核的外周包覆有一纤衣，由此而排列熔合组合成一光纤透镜。
2.如权利要求1所述的多数值孔径排列的光纤透镜，其特征在于各纤核由内而外呈包覆圈设的排列。
3.如权利要求1所述的多数值孔径排列的光纤透镜，其特征在于各纤核呈横向或纵向的排列。
4.如权利要求1所述的多数值孔径排列的光纤透镜，其特征在于各纤核为具颜色或不具颜色的透明玻璃或透明塑料。
5.如权利要求1所述的多数值孔径排列的光纤透镜，其特征在于各纤核的断面为圆形、椭圆形、六角形或多边形。
6.如权利要求1所述的多数值孔径排列的光纤透镜，其特征在于该光纤透镜的中心设有一数值孔径为0.55的第一纤核，该第一纤核外围包覆有一折射率不同于第一纤核的第一纤衣，又该光纤透镜位于第一纤衣的外围，则以多数个第二纤核形成紧密的排列包覆，各第二纤核的数值孔径为0.44，各第二纤核的外围，再包覆有一折射率不同于第二纤核的第二纤衣。
7.如权利要求1所述的多数值孔径排列的光纤透镜，其特征在于该光纤透镜的核心由多数内层纤核排列而成，各内层纤核外各包覆一内层纤衣，各内层纤核的数值孔径为0.65；各内层纤核所构成的核心外，再圈设有一中层纤核，中层纤核的数值孔径为0.85，并于该中层纤核外围包覆一中层纤衣；中层纤衣的外围，则以多数个外层纤核形成紧密的排列包覆，各外层纤核的数值孔径为0.44，各外层纤核的外围，再包覆有一折射率不同于外层纤核的外层纤衣。
8.如权利要求1、6或7所述的多数值孔径排列的光纤透镜，其特征在于光纤透镜可切割成薄片状的透镜。
9.如权利要求8所述的多数值孔径排列的光纤透镜，其特征在于该透镜朝光源侧呈一弧度曲折。
10.如权利要求8所述的多数值孔径排列的光纤透镜，其特征在于该透镜朝异于光源的另侧呈一弧度曲折。
专利摘要本实用新型为一种多数值孔径排列的光纤透镜，尤指一种跳脱已知光纤仅为单一纤核与纤衣组合的设计窠臼，而使光纤的核心以二种以上不同数值孔径的纤核排列而成。由此，光纤透镜的各纤核排列出数种不同的数值孔径，当光线进入光纤透镜后，经不同数值孔径的反射，即会呈现出不同角度的光线射出，由此可适应不同的照明需求，而排列出不同的照射范围的光纤透镜，达到只需一段光纤透镜即可全方位出光照射的目的，扩大了光纤透镜在照明技术领域的运用，极具实用性。
文档编号G02B6/04GK2890958SQ200620114949
公开日2007年4月18日 申请日期2006年5月12日 优先权日2006年5月12日
发明者吕俊毅 申请人:巨晰光纤股份有限公司