JPH1184148A - Aspherical fiber bundle optics - Google Patents

Aspherical fiber bundle optics

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JPH1184148A
JPH1184148A JP9242816A JP24281697A JPH1184148A JP H1184148 A JPH1184148 A JP H1184148A JP 9242816 A JP9242816 A JP 9242816A JP 24281697 A JP24281697 A JP 24281697A JP H1184148 A JPH1184148 A JP H1184148A
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JP
Japan
Prior art keywords
fiber bundle
light
aspherical
optical
free
Prior art date
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Pending
Application number
JP9242816A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kiyoshi Moriyasu
精 守安
Junichi Kato
純一 加藤
Ichiro Yamaguchi
一郎 山口
Hitoshi Omori
整 大森
Takeo Nakagawa
威雄 中川
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
RIKEN
Original Assignee
RIKEN
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To make it possible to transmit light of a large area by free routes with low loss and to condense and disperse light with free wave fronts without combining plural optical elements by working the end faces of a fiber bundle formed by bundling plural pieces of optical fibers to an aspherical shape. SOLUTION: The end face 3 or both end faces of the fiber bundles 2 formed by regularly or randomly bundling plural pieces of the optical fibers 1 contg. any among quartz glass, multicomponent glass and plastic as an essential component are ground to the aspherical shape and is then polished. As a result, the transmission of the light of the large area in the free routes with the low loss is made possible, the wavelengths, intensity and phases of the respective light rays may be changed with lapse of time and the incident luminous fluxes may be condensed and diverged at the free wave fronts without combining the plural optical elements. The irradiation with the discrete luminous fluxes is made possible and the respective light rays may be changed in the wavelengths, the intensity and the phases with lapse of time.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、光ファイバーを用
いた光学素子に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical element using an optical fiber.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年の情報化社会の急速な進歩につれ
て、光のもつ役割は多様化してきている。光は元来はも
のを照らす照明用として利用されてきたが、今日では情
報や画像の伝達、各種センサ、さらには各種の分析装置
や病気の治療にまで利用され、その用途は今後も広がっ
ていくものと考えられる。
2. Description of the Related Art With the rapid progress of the information society in recent years, the role of light has been diversified. Light was originally used to illuminate objects, but today it is used for transmitting information and images, various sensors, and even various analyzers and treatments for diseases. It is thought to go.

【0003】光を様々な用途に利用しようとした場合、
光を自在に操作するための道具を光学素子と呼んでい
る。光学素子には様々なものがあるが、代表的なものと
してレンズ、ミラー、回折格子、光ファイバー等が挙げ
られる。
When trying to use light for various purposes,
A tool for freely manipulating light is called an optical element. There are various types of optical elements, and typical examples include a lens, a mirror, a diffraction grating, and an optical fiber.

【0004】レンズは、光の屈折現象を利用して光を集
光・発散させる機能をもっている。加工技術が未発達の
時期においてはレンズといえば主として球面レンズを意
味したが、数値制御の超精密加工機の登場により、光の
波面のより自由度の高いハンドリングが可能な非球面レ
ンズを高精度に加工することができるようになり、現在
では多くの光学系において利用されている。
[0004] A lens has a function of condensing and diverging light by utilizing the refraction phenomenon of light. At the time when processing technology was not developed, lenses were mainly spherical lenses, but with the advent of numerically controlled ultra-precision processing machines, aspherical lenses that can handle the wavefront of light with more flexibility have been developed with high precision. It is now possible to process it into many optical systems.

【0005】ミラーは、光の反射現象を利用して、光の
進路の変更や、レンズと同様に光を集光・発散させる機
能をもっている。波長が比較的短い光はレンズを用いて
屈折させることができず、このような場合にミラーを用
いた反射光学系を設計することがある。ミラーも以前は
平面もしくは球面ミラーが一般的であったが、現在は非
球面ミラーの利用が増加している。
[0005] The mirror has a function of changing the course of light by utilizing the light reflection phenomenon, and condensing and diverging light in the same manner as a lens. Light having a relatively short wavelength cannot be refracted using a lens, and in such a case, a reflecting optical system using a mirror may be designed. Previously, mirrors were generally flat or spherical mirrors, but aspheric mirrors are now increasingly used.

【0006】回折格子は、光の回折現象を利用して光の
集光・発散・分光を行うことができ、多焦点光学素子や
分光器として利用されている。
[0006] Diffraction gratings can collect, diverge, and disperse light using the diffraction phenomenon of light, and are used as multifocal optical elements and spectroscopes.

【0007】光ファイバーは、二種類の屈折率の異なる
材料の境界で光を全反射させることにより、低損失に光
を伝達できるため、情報伝達手段として現在多く利用さ
れている。また光ファイバーは細く可塑性(可撓性)が
あるため、自由な経路で光を伝達可能である。
[0007] Optical fibers can be used to transmit light with low loss by totally reflecting light at the boundary between two kinds of materials having different refractive indices. Further, since the optical fiber is thin and plastic (flexible), light can be transmitted through a free path.

【0008】光ファイバーを複数本束ねたファイバーバ
ンドルは、光ファイバーのもつ性質に加えて、大面積化
が可能であるため、照明用や画像伝達用に利用されてい
る。
[0008] A fiber bundle in which a plurality of optical fibers are bundled is used for illumination and image transmission because it can have a large area in addition to the properties of optical fibers.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】上述した従来の光学素
子において、例えば、大面積の光を自由な経路で低損失
に伝達でき、かつ自由な波面で集光・発散させるために
は、複数の光学素子を組み合わせる必要があった。しか
しながら、複数の光学素子を組み合わせると光学系自体
が大きくなってしまい、また光軸合わせなどの面倒な作
業を行う必要があった。
In the above-mentioned conventional optical element, for example, in order to transmit light of a large area with a free path with low loss and to collect and diverge with a free wavefront, it is necessary to use a plurality of optical elements. It was necessary to combine optical elements. However, when a plurality of optical elements are combined, the size of the optical system itself becomes large, and complicated operations such as optical axis alignment have to be performed.

【0010】本発明は、上述した問題点を解決するため
に創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、
複数の光学素子を組み合わせることなく、大面積の光を
自由な経路で低損失に伝達でき、かつ自由な波面で集光
・発散させることができる光学素子を提供することにあ
る。
The present invention has been made to solve the above-mentioned problems. That is, the object of the present invention is:
An object of the present invention is to provide an optical element capable of transmitting light of a large area through a free path with low loss without combining a plurality of optical elements, and capable of collecting and diverging light with a free wavefront.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】本発明によれば、光ファ
イバーを複数本束ねたファイバーバンドルの端面を非球
面に加工した非球面ファイバーバンドル光学素子が提供
される。
According to the present invention, there is provided an aspherical fiber bundle optical element in which an end surface of a fiber bundle in which a plurality of optical fibers are bundled is processed into an aspherical surface.

【0012】本発明の好ましい実施形態によれば、前記
光ファイバーは、石英ガラス、多成分ガラス、プラスチ
ックのうちのいずれかを主成分として含む。また、前記
ファイバーバンドルは複数本の光ファイバーを規則的に
もしくはランダムに束ねられており、一方の端面もしく
は両方の端面が非球面に加工されている。
According to a preferred embodiment of the present invention, the optical fiber contains any one of quartz glass, multi-component glass and plastic as a main component. The fiber bundle has a plurality of optical fibers bundled regularly or randomly, and one or both end faces are processed to be aspherical.

【0013】上記本発明の非球面ファイバーバンドル光
学素子を利用することにより、複数の光学素子を組み合
わせることなく、大面積の光を自由な経路で低損失に伝
達でき、かつ自由な波面で集光・発散させることができ
る。
By using the above-mentioned aspherical fiber bundle optical element of the present invention, a large area light can be transmitted through a free path with low loss without combining a plurality of optical elements, and a free wavefront can be collected.・ Can diverge.

【0014】更に、本発明の非球面ファイバーバンドル
光学素子を用いることにより離散的な光束を照射させる
ことができ、それぞれの光は波長や強度や位相を時間的
に変化させることが可能であり、しかもこれらの光束を
集光・発散させることができる。
Further, by using the aspherical fiber bundle optical element of the present invention, it is possible to irradiate a discrete light beam, and each light can change its wavelength, intensity and phase over time. In addition, these light beams can be collected and diverged.

【0015】[0015]

【発明の実施の形態】以下、本発明の好ましい実施形態
を図面を参照して説明する。図1は、本発明による非球
面ファイバーバンドル光学素子の模式図である。この図
に示すように、本発明の非球面ファイバーバンドル光学
素子は、光ファイバー1を複数本束ねたファイバーバン
ドル2の端面3を非球面に加工した光学素子である。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Preferred embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic view of an aspherical fiber bundle optical element according to the present invention. As shown in this figure, the aspherical fiber bundle optical element of the present invention is an optical element in which an end face 3 of a fiber bundle 2 in which a plurality of optical fibers 1 are bundled is processed into an aspherical surface.

【0016】光ファイバー1は、石英ガラス、多成分ガ
ラス、プラスチックのうちのいずれかを主成分として含
むのがよい。石英ガラス及び多成分ガラスは、一般的に
硬脆材料であるため切削加工では加工が困難であり、主
に研削加工により非球面形状を創成し、その後に研磨加
工により鏡面を得る。プラスチックは切削加工が可能で
あるが、被削材を特に光学素子として用いる場合には、
規則的な切削マークが一種回析格子の役割を果たし光学
特性に悪影響を及ぼすおそれがある。一方、研削加工は
ランダムな加工跡が残るのでこのような問題は発生しな
いが、一般的な研削法では鏡面加工は困難であるため、
ELID研削法(Electrolytic In-Process Dressing)
によるのがよい。
The optical fiber 1 preferably contains any of quartz glass, multi-component glass and plastic as a main component. Quartz glass and multi-component glass are generally hard and brittle materials and are difficult to machine by cutting. An aspheric shape is mainly created by grinding, and a mirror surface is obtained by polishing. Plastic can be cut, but when the work material is used especially as an optical element,
The regular cutting marks may serve as a kind of diffraction grating, which may adversely affect the optical characteristics. On the other hand, grinding does not cause such a problem because random machining marks remain, but mirror grinding is difficult with general grinding,
ELID grinding method (Electrolytic In-Process Dressing)
Good.

【0017】ファイバーバンドル2は複数本の光ファイ
バー1を規則的にもしくはランダムに束ねられており、
一方の端面3もしくは両方の端面が非球面に加工されて
いる。
The fiber bundle 2 has a plurality of optical fibers 1 bundled regularly or randomly.
One end face 3 or both end faces are processed to be aspherical.

【0018】上述した本発明の非球面ファイバーバンド
ル光学素子を利用することにより、複数の光学素子を組
み合わせることなく、光ファイバー1を複数本束ねたフ
ァイバーバンドル2により、大面積の光を自由な経路で
低損失に伝達でき、それぞれの光の波長・強度・位相を
時間的に変化させることができ、ファイバーバンドル2
の端面3は非球面形状に加工されているため、入射した
光束を自由な波面で集光できる。更に、自由な波面で集
光・発散させることができる。
By utilizing the above-described aspherical fiber bundle optical element of the present invention, a large area light can be freely transmitted by a fiber bundle 2 in which a plurality of optical fibers 1 are bundled without combining a plurality of optical elements. The fiber bundle 2 can be transmitted with low loss, and the wavelength, intensity, and phase of each light can be changed over time.
Is processed into an aspherical shape, so that the incident light beam can be focused on a free wavefront. Further, the light can be collected and diverged at a free wavefront.

【0019】[0019]

【実施例】以下に、ELID研削法を用いてプラスチッ
クファイバーバンドルの非球面加工を行った例を示す。
市販のプラスチックファイバーバンドルφ5mm(ファ
イバー径φ0.5mm×80本)を治具に固定し、先端
を2軸制御の非球面加工機により軸対称非球面形状に加
工した。また、ファイバーバンドルの反対側の端面(末
端)は、プラッスック板に設けた穴に挿入して接着剤で
固定し、ELIDラップ研削により平面に加工した。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An example in which aspherical surface processing of a plastic fiber bundle is performed by using an ELID grinding method will be described below.
A commercially available plastic fiber bundle φ5 mm (fiber diameter φ0.5 mm × 80) was fixed to a jig, and the tip was processed into an axisymmetric aspherical shape by a biaxially controlled aspherical processing machine. The opposite end face (end) of the fiber bundle was inserted into a hole provided in a plastic plate, fixed with an adhesive, and processed into a flat surface by ELID lap grinding.

【0020】平面に加工した末端から光を入射させるこ
とにより、反対の凸形状に加工された先端から光が集光
しながら出射することが観察された。また、ファイバー
バンドルの中心部と外周部とで選択的に光を入射させて
それぞれの出射の様子を観察し、非球面ファイバーバン
ドル光学素子の基本的特性を確認した。
It has been observed that when light is incident from the end processed into a flat surface, the light is emitted while being collected from the end processed into the opposite convex shape. In addition, light was selectively incident on the central portion and the outer peripheral portion of the fiber bundle, and the state of each emission was observed, and the basic characteristics of the aspherical fiber bundle optical element were confirmed.

【0021】なお、本発明は上述した実施形態および実
施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱し
ない範囲で種々変更できることは勿論である。
It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiments and examples, and it is needless to say that various changes can be made without departing from the spirit of the present invention.

【0022】[0022]

【発明の効果】上述したように、本発明の非球面ファイ
バーバンドル光学素子は、複数の光学素子を組み合わせ
ることなく、大面積の光を自由な経路で低損失に伝達で
き、かつ自由な波面で集光・発散させることができる等
の優れた効果を有する。更に、本発明の光学素子がも
つ、大面積の光を自由な経路で低損失に伝達し、それら
を発散・集光させることができる特徴を利用して、顕微
鏡の新しい照明用光学素子や結像素子としての応用が考
えられる。また、各光ファイバーごとに任意の波長・強
度・位相をもつ光を入射させそれらを集光させることが
できる特徴を利用して、各種センサなどへ応用すること
ができる。
As described above, the aspherical fiber bundle optical element of the present invention can transmit a large area light with a free path and a low loss without combining a plurality of optical elements, and has a free wavefront. It has excellent effects such as being able to condense and diverge. Furthermore, the optical element of the present invention can transmit a large area of light through a free path with low loss, and can diverge and condense the light. Application as an image element is conceivable. Further, the present invention can be applied to various sensors and the like by utilizing the feature that light having an arbitrary wavelength, intensity, and phase can be incident on each optical fiber and collected.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明による光学素子の模式図である。FIG. 1 is a schematic view of an optical element according to the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 光ファイバー 2 ファイバーバンドル 3 ファイバーバンドル端面 4 入射光 5 集光された光 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Optical fiber 2 Fiber bundle 3 Fiber bundle end face 4 Incident light 5 Condensed light

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大森 整 埼玉県和光市広沢2番1号 理化学研究所 内 (72)発明者 中川 威雄 埼玉県和光市広沢2番1号 理化学研究所 内 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Inventor Osamu Omori 2-1 Hirosawa, Wako-shi, Saitama Pref. RIKEN (72) Inventor Takeo Nakagawa 2-1 Hirosawa, Wako-shi Saitama Pref.

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 光ファイバーを複数本束ねたファイバー
バンドルの端面を非球面に加工した、ことを特徴とする
非球面ファイバーバンドル光学素子。
1. An aspherical fiber bundle optical element, wherein an end surface of a fiber bundle in which a plurality of optical fibers are bundled is processed into an aspherical surface.
【請求項2】 前記光ファイバーは、石英ガラス、多成
分ガラス、プラスチックのうちのいずれかを主成分とし
て含む、ことを特徴とする請求項1に記載の非球面ファ
イバーバンドル光学素子。
2. The aspherical fiber bundle optical element according to claim 1, wherein the optical fiber contains any one of quartz glass, multi-component glass, and plastic as a main component.
【請求項3】 前記ファイバーバンドルは複数本の光フ
ァイバーを規則的にもしくはランダムに束ねられてい
る、ことを特徴とする請求項1に記載の非球面ファイバ
ーバンドル光学素子。
3. The aspherical fiber bundle optical element according to claim 1, wherein the fiber bundle has a plurality of optical fibers bundled regularly or randomly.
【請求項4】 前記ファイバーバンドルは、一方の端面
もしくは両方の端面が非球面に加工されている、ことを
特徴とする請求項1に記載の非球面ファイバーバンドル
光学素子。
4. The aspherical fiber bundle optical element according to claim 1, wherein one or both end faces of the fiber bundle are processed into an aspherical surface.
JP9242816A 1997-09-08 1997-09-08 Aspherical fiber bundle optics Pending JPH1184148A (en)

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JP (1) JPH1184148A (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009115976A (en) * 2007-11-05 2009-05-28 Asahi Kasei Electronics Co Ltd Optical fiber sensor
US8655128B2 (en) 2007-03-22 2014-02-18 Fujikura Ltd. Optical fiber bundle and optical irradiator

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8655128B2 (en) 2007-03-22 2014-02-18 Fujikura Ltd. Optical fiber bundle and optical irradiator
JP2009115976A (en) * 2007-11-05 2009-05-28 Asahi Kasei Electronics Co Ltd Optical fiber sensor

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