由光纖和發光元件或接收元件組成一體的光學部件及其制造方法技術

一種光傳輸光學部件，包括由透明材料作的芯子和用折射率比該芯材小的材料作的包復層組成的光導體，以及發光和／或接收元件。其中用和芯材一樣的或者折射率與芯材一樣的，剛性比包復層和／或外套材料大的材料，把發光元件和／或接收元件作成一體。該光學部件可在高溫下使用而沒有任何明顯的光傳輸損耗。（*該技術在2008年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】
概括地說，本專利技術涉及一種光學部件及其制造方法和應用。具體地說，本專利技術涉及一種由發光元件或接收元件與至少一根光導體固化或結合為一體的光學部件，這種光學部件不用把發光元件或接收元件與光導體彼此相連。本專利技術還涉及上述結構的光學部件的制造方法。本專利技術還提供與各種傳感器、光路、顯示板照明器以及其它元件共同工作的光傳輸系統，它們利用本專利技術的光學部件并能用在各種家用電器、汽車、工業機器設備和其他裝置上。在光源(如發光二極管發光元件)與光導體(如光纖)連接方面，有一種利用插入的透鏡系統實現的連接方法和一種利用“OPTRONICS”雜志第4期第50-57頁(1984年)、日本公開專利申請No.132110/1982(JP-A-57-132110)等所公開的連接器實現的連接方法。盡管可以減低這些連接的損耗，但是這些連接光纖和光源的已知方法需要高級的技巧，而且耗費大。其次，現有的連接技術在應用領域受到很大限制。附附圖說明圖1A到1C所表示的連接方法是一些已知的簡單的連接方法。更具體地說，根據圖1A所示方法，由連接了引出線1并封在環氧樹脂模壓殼體里的半導體基片構成的發光二極管或LED2，在其端部用粘接劑5直接和由玻璃芯3及玻璃包層4組成的光纖相連。圖1C所表示的連接方法與圖1A所表示的類似，不同的是LED的端部是平的。圖1B所表示的連接結構是用這樣的方法得到的，即用透鏡6匯聚LED2發出的光，然后再把該光投射到光纖端面，光纖和LED沒有連在一起。雖然上述方法只用簡單的連接技術，但是它們造成很大的連接傳輸損耗，并且只限于一些特殊應用，現有技術的連接技術主要考慮能夠保證單一光源發出的光均勻地分布到每根光纖上的連接方位或布局(例如，光纖相對于光源的安裝角度)。例如，下面將考慮JP-A-55-7742和JP-A-50-126438的情況，根據在主要考慮單一光源相對于多根光纖的安裝角度的這些出版物中公開的連接方法，采用了如圖2A到2C所示的連接方法。參照圖2A，把多根光纖12的各個光纖的端部與球體18的表面互相接觸，使光纖光軸分別與垂直于球面的方向一致，用粘接材料14把光纖固定之后，再拆除球體18。最后得到輻射狀排列的光纖，然后用圖2B所表示的方法把光纖和光源9連接起來。另外，在圖2C所表示的連接方法中，平頭錐形束10的每一根都是平頭錐體，而且每一根都有可容納所連光纖12的中心孔。然后把光纖分別穿過各個中心孔的平頭錐體，并在其小端捆起來，使它們彼此準直并形成一個三維輻射狀排列的光纖。然后對光源9定位。但是上述各種連接方法在實踐中有很多困難。比如，在圖2A和2B所示的連接方法中，各個光纖在由粘接劑材料固定之前，很難把它們按適當角度分別固定在各自預定位置。此外，另一個問題是由于這些光纖端面有可能被從球形模元件18的球面拆下光纖束的拆除劑及粘接材料14污染，所以很難有效地利用或傳輸光。同樣，圖2C所表示的連接工藝在實踐上是非常難的，因為需要為每一根光纖準備平頭錐形元件。在這情況下，圖2C所示的安排目前在實踐中是不適用的。JP-A-62-89914所公開的方法著重在很大程度上解決上述問題。根據這種方法，用與光纖芯的材料一樣的材料或用與光纖芯的折射率一樣的材料把發光元件或接收元件與光纖作成一個整體。由于發光元件或光接收元件與光導體按該方法固化成一體，因此不需把發光元件或接收元件與光導體相互連接。此外，由于發光元件或接收元件是模壓或封裝為一體的，并且用一種與光導體芯材的折射率一樣的硅樹脂把它與光纖整體連接，所以連接損耗顯著地降低了。但是，這種方法有如下所述的缺點。只要這種光學結構在室溫附近較低的環境溫度下使用和工作，這種方法確實沒有下面提到的實際問題。的確，當以圖14A所示的結構把發光元件或接收元件與光導體成一體的光學部件在高溫環境條件下(例如130℃或更高)使用，光纖的芯子就從其端部突出來，如圖14B所示，從而裸露的芯子部分的漏光造成的光損耗顯著增大。另一個問題是有可能在發光元件或接收元件與封裝樹脂的界面上或界面附近出現開裂或破碎，從而引起光損耗增大。因此本專利技術的目的是提供一種包括發光元件或接收元件與光導體整體固化組件的光學部件，從而不需要發光元件或接收元件與光導體之間的相互連接，這個光學部件不僅可以在室溫下使用，也可以在高溫環境下使用，而沒有明顯的光傳輸損耗。本專利技術的另一目的是提供一種制造上述光學部件的方法。本專利技術的又一個目的是提供可以使用上述光學部件并適合用在家用電器、汽車、各種工業機器和設備上的裝有各種傳感器、光路、顯示板照明器等的光傳輸系統。當用硅樹脂作包括如上所述整體結構的發光元件或接收元件和光導體的光學部件的光導體或光纖的芯材時，在環境溫度130℃或更高時，芯子部分有可能向外突出。換句話說，嵌入發光元件或接收元件處的芯子部分有向外突出的傾向。其次，在發光元件或接收元件與封裝樹脂之間的界面上或界面上附近有開裂現象。所有這些現象都使光傳輸效率大大降低。在對引起上述有害現象的原因作了如下所述的詳細研究和驗證的基礎上，得到了預期改進上述光學部件的本專利技術。一般來說，當用一種橋連或橋接(即交連)樹脂作光導體或光纖的芯材時，先制作一個包復層或包復層和外套的組件，然后把芯材注入，最后對它進行加熱或紫外線照射固化。這時，在這樣一種條件下進行固化，使得在用來增加包復層和芯子沿其之間界面的固著力的壓力作用下，包復層略微向外突出或伸長。換句話說，芯子應作得外徑略大于包復層或包復層和外套組件的內徑。因此，制作完后，該光纖處于應力狀態下，因為芯子總被包復層或外套束縛得緊緊的。顯然，該應力加大了芯子與包復層之間的固著力，然而，我們看到當用非常軟的芯材時，在包復層束緊力的作用下芯材很可能被擠出來。當溫度升高時，上述現象就更明顯。事實上，我們看到，當溫度在130℃或更高時，芯材就很快向外突出來。芯材從包復層或包復層與外套的組件中突出出來的原因分析說明如下。如前所述，用制作芯子的單體填滿以FEP(4-fluorethylene-6-fluoropropyleneresin)作的管子(其直徑用dA表示)，然后加壓。由于壓力的作用，FEP管的直徑增大到dB。這時發生單體的聚合作用，使體積縮小。因此管子直徑從dB略微減小到dC(內徑為di)。與初始直徑dA相比，FEP管的直徑增大Δd1＝dC-dA。由于FEP管有恢復初始直徑dA的傾向，因此該管子總是對芯子施加夾緊力或擠壓力。加熱時，芯子在該夾緊力的作用下產生形變，因此使芯子向外突出。下面參照圖15A及15C詳細說明該現象。首先考慮包復層對芯子施加的夾緊力。假定有一個內壓力作用在薄壁管上，從而芯子被使管徑dA為di所需的壓力夾緊。現在求包復層直徑增加Δd1＝dC-dA所需的壓力P。包復層沿徑向受的應力δ1由下式給出σ1=P · dx · rA=P · dx(dO+ei2)(dO-di2)dx]]>=P(dO+di)dO-di…………………(1)]]>式中d0是包復層的外徑，di是包復層的內徑(它也就等于芯子的外徑)。包復層的應變ε1由下式求出ε1=σ1E1=P(dO+di)E1(do-di)]]>包復層直徑的增加Δd1由下式求出△d1=dO+di2· ε1=P(dO+di)22E1(dO-d本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種用于光傳輸的光學部件，其特征在于包括一個光導體和發光和／或接收元件，光導體包括用透明高分子材料制造的芯子和用比所說芯材的折射率小的高分子材料制造的包復層或包復層／外套組件，發光和／或接收元件與所說光導體的至少一端相連，其中所說的芯子的剛性比所說的包復層或包復層與外套組件的剛性大，并且其中把所說發光元件和／或接收元件與所說光導體至少在一端結合成一體的高分子材料的折射率和所說的芯材的基本一樣。

【技術特征摘要】
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【專利技術屬性】
技術研發人員：丹野清吉，竹谷則明，江口州志，淺野秀樹，島崎行雄，沱摩勇悅，射場本正彥，向井淳二，
申請(專利權)人：株式會社日立制作所，日立電線株式會社，
類型：發明
國別省市：JP[日本]