光学纤维传像元件及其制备方法和应用与流程

1.本发明属于光学纤维制造技术领域，特别是涉及一种光学纤维传像元件及其制备方法和应用。

背景技术：

2.随着微光夜视的逐步发展，从零代、一代、二代、超二代、三代，微光夜视仪的核心指标，如灵敏度、分辨率、信噪比等要求逐渐提高，其中所需的硬质光纤传像元件的综合性能，包含传像的要求也随之提高。而光纤传像元件中的斑点则是制约其性能指标的最重要的因素之一。斑点是光纤倒像器内部的一种缺陷，是超过24um的漫射透过率低于70％的相连光学纤维丝。在存在斑点的位置光纤不会传递图像，因此希望在光纤倒像器内部的斑点缺陷尽可能少、斑点大小尽可能小。
3.现有技术中一般的生产流程包括皮管和芯棒组合后拉制得光纤单丝、将光纤单丝排列为一次复丝棒后拉制得一次复丝、将一次复丝排列为二次复丝棒后拉制得二次复丝以及将二次复丝排列后热压融合的步骤。在皮管和芯棒组合后拉制得光纤单丝之前，先使用纯净水超声清洗棒管；在棒管拉制得到光纤单丝后，再用纯净水擦拭光纤单丝，再将其晾干后排列为一次复合棒；在拉制和排棒过程中，光纤单丝和一次复丝均紧密摆放于不锈钢托盘上进行周转；在排棒之前的挑丝是将丝一层一层排列，肉眼在日光下或灯光下挑选。
4.尽管现有技术的生产过程中进行了多道清洗和挑丝等精细作业，但是由现有技术的方法制备的光纤传像元件中依然存在较多斑点，例如，在直径为42mm的光纤传像元件中的有效面积内的斑点数量达到20个左右；且每个斑点的尺寸也比较大，其单个斑点的尺寸达到90μm甚至以上。

技术实现要素：

5.本发明的主要目的在于，提供一种光学纤维传像元件及其制备方法和应用，所要解决的技术问题是如何有效控制光学纤维传像元件内的斑点数量和斑点大小，使厚度为1～50mm的所述光学纤维传像元件中，每1000mm2的有效面积内斑点数量＜10个，每个斑点的直径＜60μm，从而更加适于实用。
6.本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的一种光学纤维传像元件的制备方法，其包括皮管和芯棒组合后拉制得光纤单丝、将光纤单丝排列为一次复丝棒后拉制得一次复丝、将一次复丝排列为二次复丝棒后拉制得二次复丝以及将二次复丝排列后热压融合的步骤，其还包括以下步骤：
7.1)在所述皮管和芯棒组合之前，对皮管和芯棒进行第一清洗；所述第一清洗为将皮管和芯棒用酒精擦拭、晾干和去除浮尘；
8.2)在所述光纤单丝排列之前，对光纤单丝进行第二清洗，所述第二清洗为将光纤单丝先用酒精擦拭，再用酒精超声清洗；
9.3)所述光纤单丝、一次复丝和二次复丝均头尾垫高，每根丝分开摆放；在所述光纤
单丝排列之前、所述一次复丝排列之前和所述二次复丝排列之前均设置挑丝步骤；所述挑丝步骤包括：将每根丝的头尾垫高，分开摆放，于暗室中灯照检测挑选；
10.4)将挑选的合格光纤单丝、一次复丝和二次复丝逐根排列至模具中。
11.本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。
12.优选的，前述的制备方法，其中步骤1)和步骤2)所述酒精的体积浓度为99.7％-99.9％；所述酒精擦拭为用百级、千级或万级的无尘布蘸取酒精后进行擦拭。
13.优选的，前述的制备方法，其中步骤1)所述的去除浮尘包括以下步骤：先用去离子风机吹扫所述皮管和芯棒；再用除尘设备吸取浮灰。
14.优选的，前述的制备方法，其中步骤2)所述的超声清洗为在超声频率为28khz、超声波功率为12kw的条件下进行超声；所述超声的时间≤30s。
15.优选的，前述的制备方法，其中步骤3)所述将每根丝的头尾垫高是将所述丝摆放至支架上；所述支架上设置若干齿状卡槽；所述分开摆放是将每根丝的头部和尾部分别放入所述齿状卡槽中，且每个所述齿状卡槽中仅放一根丝。
16.优选的，前述的制备方法，其中所述支架的材质为非金属类材料。
17.优选的，前述的制备方法，其中步骤3)所述灯照检测挑选是手持灯光照射丝的一侧表面，将丝翻转，再手持灯光照射丝的另一侧表面，将存在漏光点的丝挑出；所述灯光为5～15w的白炽灯。
18.优选的，前述的制备方法，其中步骤4)所述将挑选的合格光纤单丝、一次复丝和二次复丝逐根排列至模具中包括：
19.在所述光纤单丝排列、一次复丝排列和二次复丝排列之前，每根丝均分开摆放；
20.在所述光纤单丝排列、一次复丝排列和二次复丝排列时不发出玻璃碰撞的声音；
21.在所述光纤单丝排列、一次复丝排列和二次复丝排列之后，用辅助观察屏或手持放大镜观察，与被排列的丝接触的下方的丝不发生震动。
22.本发明的目的及解决其技术问题还采用以下的技术方案来实现。依据本发明提出的一种根据前述的制备方法制备的光学纤维传像元件，所述光学纤维传像元件为光纤倒像器、光纤光锥或光纤面板；厚度为1～50mm的所述光学纤维传像元件，每1000mm2的有效面积内斑点数量＜10个，每个斑点的直径＜60μm。
23.本发明的目的及解决其技术问题还采用以下的技术方案来实现。依据本发明提出的一种微光夜视仪，其包括前述的光学纤维传像元件；所述光学纤维传像元件为光纤倒像器和/或光纤面板；所述光纤倒像器和/或光纤面板设置于所述微光夜视仪的成像通道内。
24.借由上述技术方案，本发明提出的一种光学纤维传像元件及其制备方法和应用至少具有下列优点：
25.本发明提出的光学纤维传像元件及其制备方法和应用，其一方面控制杂质灰尘的引入，首先是在所述皮管和芯棒组合之前对皮管和芯棒进行了第一清洗；所述第一清洗为将皮管和芯棒用酒精擦拭、晾干和去除浮尘；然后是在所述光纤单丝排列之前，对光纤单丝进行第二清洗，所述第二清洗为将光纤单丝先用酒精擦拭，再用酒精超声清洗；本发明通过酒精而非纯净水进行清洗，主要原因是为了避免水分残留而产生气洞和暗点；最后是所述光纤单丝、一次复丝和二次复丝均头尾垫高码放，以避免丝与台面或金属托盘接触而在丝的表面产生静电，导致其粘尘；通过上述技术手段的应用控制了杂质灰尘的引入；另一方
面，其对于丝与丝之间的摩擦和碰撞进行控制，以避免或减少丝的破损，其一是将光纤单丝、一次复丝和二次复丝的每根丝均分开摆放，尽可能减少丝与丝之间的摩擦和碰撞；其二是将挑选出来的合格光纤单丝、一次复丝和二次复丝逐根排列至模具中，排列中每根丝均是逐根排列，避免丝与丝之间的摩擦和碰撞，且排列是要求轻拿轻放，尽量减少由于丝与丝之间的摩擦和碰撞而产生破损；通过上述技术手段的应用避免和减少了丝的破损；最后，本发明在光纤单丝、一次复丝和二次复丝的环节均设置了在暗室中挑丝的步骤，通过操作人员手持灯光加强丝表面的照射，目测丝是否存在漏光点；然后将丝180
°
翻转之后，再手持灯光加强丝表面的照射，目测丝是否存在漏光点。本发明的技术方案，通过上述技术手段的综合应用，对光学纤维传像元件的制备过程进行精密的工艺控制，得到了斑点缺陷改善的光学纤维传像元件，极大地提高了光纤传像元件的品质。本发明制备的光学纤维传像元件的斑点数量少，在厚度为1～50mm的所述光学纤维传像元件中，每1000mm2的有效面积内斑点数量＜10个；且，斑点的尺寸小，每个斑点的直径＜60μm。
26.上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例详细说明如后。
具体实施方式
27.为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效,以下结合较佳实施例，对依据本发明提出的一种光学纤维传像元件及其制备方法和应用其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。
28.本发明提出一种光学纤维传像元件的制备方法，其包括皮管和芯棒组合后拉制得光纤单丝、将光纤单丝排列为一次复丝棒后拉制得一次复丝、将一次复丝排列为二次复丝棒后拉制得二次复丝以及将二次复丝排列后热压融合的步骤，上述步骤与现有技术中的步骤并无不同，本专利中不作重点说明。
29.本发明提出的光学纤维传像元件的制备方法，其主要包括以下步骤：
30.首先是在所述皮管和芯棒组合之前，对皮管和芯棒进行第一清洗；所述第一清洗为将皮管和芯棒用酒精擦拭、晾干和去除浮尘；在该清洗步骤中，所使用的酒精的体积浓度为99.7％-99.9％；所述酒精擦拭为用百级、千级或万级的无尘布蘸取酒精后进行擦拭；由于酒精本身的易挥发性，所述晾干为自然晾干；所述去除浮尘包括：先用去离子风机吹扫所述皮管和芯棒；再用除尘设备吸取浮灰；所述去离子风机吹扫皮管和芯棒的技术目的是为了消除或减少皮管和芯棒表面的静电，使得粘附在皮管和芯棒表面的灰尘有所松动，然后采用净化除尘设备进行浮灰的吸附，从而极大可能地实现皮管、芯棒的清洁，减少杂质灰尘引入光学纤维丝中的风险和几率。
31.其次是在所述光纤单丝排列之前，对光纤单丝进行第二清洗，所述第二清洗为将光纤单丝先用酒精擦拭，再用酒精超声清洗；在该清洗步骤中，所使用的酒精的体积浓度为99.7％-99.9％；所述酒精擦拭为用百级、千级或万级的无尘布蘸取酒精后进行擦拭；所述酒精超声清洗是在在超声频率为28khz、超声波功率为12kw的条件下进行超声；所述超声时间≤30s；所述超声清洗的目的在于将玻璃棒和玻璃管上的杂质通过超声震下去，用真空核泡撞击玻璃，彻底清洗玻璃丝的表面；所述超声的时间不宜过长，以避免超声震动的撞击可能会导致光纤单丝的破损而对于斑点缺陷产生不利影响。
32.优选的，为了更进一步避免和减少杂质灰尘的引入，也可以在一次复丝和二次复丝的环节也设置酒精超声清洗的步骤；但是由于一次复丝和二次复丝更细，其超声的时间不大于20s，以避免丝的断裂和破损。
33.复次是在所述光纤单丝、一次复丝和二次复丝储存、流转的过程中将丝的头部和尾部均垫高，以避免丝的表面因为接触台面或不锈钢托盘等原因而产生静电导致粘附灰尘而先光纤传像元件中引入杂质而对于斑点缺陷产生不利影响。在所述光纤单丝、一次复丝和二次复丝储存、流转的过程中每根丝还要求分开摆放，以避免丝与丝之间的接触和摩擦而导致丝的破损而对于斑点缺陷产生不利影响。所述光纤单丝、一次复丝和二次复丝头尾垫高、分开摆放是将所述丝摆放至支架上；所述支架上设置若干所述齿状卡槽；所述分开摆放是将每根丝的头部和尾部分别放入所述齿状卡槽中，且每个所述齿状卡槽中仅放一根丝。所述支架可以同时实现丝的头尾垫高和分开摆放，既能够减少丝表面因静电而粘附灰尘，又能够避免丝的摩擦碰撞而破损；进一步的，为了效果更好地避免和减少静电，本发明技术方案中述支架的材质为非金属类材料，可以是塑料、橡胶，例如聚四氟乙烯支架。
34.在所述光纤单丝排列之前、所述一次复丝排列之前和所述二次复丝排列之前均设置挑丝步骤；所述挑丝步骤包括：将每根丝的头尾垫高，分开摆放，于暗室中灯照检测挑选；所述灯照检测挑选是在暗室中，操作人员手持灯光加强照射丝的一侧表面，以检查丝的表面是否存在漏光点；若存在漏光点，则将该根丝作为废丝废掉；然后，手工将丝翻转180
°
，再手持灯光加强照射丝的另一侧表面，以检查丝的表面是否存在漏光点，将存在漏光点的丝挑出废掉。优选所述灯光为5～15w的白炽灯；若是灯光功率过高，例如，灯光20w或以上，则在挑丝中会由于灯光刺眼而不利于避光点的查；而灯光功率过低，例如3w，则会由于照度不够而不容易识别漏光点，也容易造成漏光点的遗漏。
35.最后是将挑选的合格的光纤单丝、一次复丝和二次复丝逐根排列至模具中；丝的排列过程中要求务必轻拿轻放，避免因为力度掌握不好而造成丝与丝之间的碰撞而发生死的避免破损，对光纤传像元件的斑点缺陷造成不利影响。在所述光纤单丝排列、一次复丝排列和二次复丝排列之前，每根丝均分开摆放，避免丝与丝彼此接触发生摩擦和碰撞；在所述光纤单丝排列、一次复丝排列和二次复丝排列时不发出玻璃碰撞的声音；在所述光纤单丝排列、一次复丝排列和二次复丝排列之后，可以用辅助观察屏或手持放大镜观察，要求每根丝放进模具的时候，对于其下边的丝和其旁边的丝没有任何影响。一旦观察到其下边的丝和其旁边的丝有震动，则需要将此根丝以及受到影响的丝一起换掉，以避免斑点缺陷的产生。
36.上述本发明的技术方案，其通过细分斑点缺陷出现的原因，并采取多种针对性的技术手段克服上述斑点缺陷出现的原因，从而实现了光学纤维元件内部斑点缺陷的控制。
37.本发明通过大量的研究发现，影响光学纤维丝斑点缺陷的原因主要包括丝内部夹杂的杂质和丝的破损，因此，本发明的技术方案中一方面通过控制杂质灰尘等的引入以及避免丝与丝之间的摩擦和碰撞导致丝的破损，另一方面通过在暗室内手持灯光360
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检测挑选，将前道环节未控制的杂质、破损等导致的漏光点缺陷挑选除去作为废丝，极大地提高了光纤传像元件的品质，使得通过本发明技术方案制备的光学纤维传像元件的斑点数量少，在厚度为1～50mm的所述光学纤维传像元件中，每1000mm2的有效面积内斑点数量＜10个；且，斑点的尺寸小，每个斑点的直径＜60μm。
38.具体的，本发明技术方案中，对于杂质灰尘等的引入控制，其一是在所述皮管和芯棒组合之前对皮管和芯棒进行了第一清洗；所述第一清洗为将皮管和芯棒用酒精擦拭、晾干和去除浮尘；其二是在所述光纤单丝排列之前，对光纤单丝进行第二清洗，所述第二清洗为将光纤单丝先用酒精擦拭，再用酒精超声清洗；本发明通过酒精而非纯净水进行清洗，主要原因是为了避免水分残留而产生气洞和暗点；其三是所述光纤单丝、一次复丝和二次复丝均头尾垫高码放，以避免丝与台面或金属托盘接触而在丝的表面产生静电，导致其粘尘。本发明技术方案中，对于丝与丝之间的摩擦和碰撞导致丝的破损的控制，其一是将光纤单丝、一次复丝和二次复丝均每根丝分开摆放，减少彼此之间的摩擦和碰撞；其二是将挑选出来的合格光纤单丝、一次复丝和二次复丝逐根排列至模具中，排列中每根丝均是逐根排列，避免丝与丝之间的摩擦和碰撞，且排列是要求轻拿轻放，尽量减少由于丝与丝之间的摩擦和碰撞而产生破损。本发明技术方案中，对于挑丝，本发明技术方案在暗室内挑丝，避免环境因素对其造成影响；同时，挑丝时将丝分开摆放至支架上，操作人员手持灯光加强丝表面的照射，目测丝是否存在漏光点；然后将丝180
°
翻转之后，再手持灯光加强丝表面的照射，目测丝是否存在漏光点。本发明通过上述技术方案对光学纤维传像元件的制备过程进行工艺控制，得到斑点缺陷改善的光学纤维传像元件。
39.本发明还提出一种根据前述的制备方法制备的光学纤维传像元件，所述光学纤维传像元件为光纤倒像器、光纤光锥或光纤面板。
40.所述光学纤维传像元件的斑点缺陷得到了较好的控制，在厚度为1～50mm的所述光学纤维传像元件，每1000mm2的有效面积内斑点数量＜10个，每个斑点的直径＜60μm。
41.在本发明的一个具体实施例中，按照本发明上述的工艺方法制备光学纤维传像元件，其厚度为1～50mm，其直径为其有效面积内的斑点数为2～3个，每个斑点的尺寸＜60μm。
42.在本发明的一个具体实施例中，按照本发明上述的工艺方法制备光学纤维传像元件，其厚度为1～50mm，其直径为其有效面积内的斑点数为8～10个，每个斑点的尺寸＜60μm。
43.本发明还提出一种微光夜视仪，其包括前述的光纤倒像器和/或光纤面板；所述光纤倒像器和/或光纤面板设置于所述微光夜视仪的成像通道内。
44.本发明权利要求和/或说明书中的技术特征可以进行组合，其组合方式不限于权利要求中通过引用关系得到的组合。通过权利要求和/或说明书中的技术特征进行组合得到的技术方案，也是本发明的保护范围。
45.以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

技术特征：

1.一种光学纤维传像元件的制备方法，其包括皮管和芯棒组合后拉制得光纤单丝、将光纤单丝排列为一次复丝棒后拉制得一次复丝、将一次复丝排列为二次复丝棒后拉制得二次复丝以及将二次复丝排列后热压融合的步骤，其特征在于，其还包括以下步骤：1)在所述皮管和芯棒组合之前，对皮管和芯棒进行第一清洗；所述第一清洗为将皮管和芯棒用酒精擦拭、晾干和去除浮尘；2)在所述光纤单丝排列之前，对光纤单丝进行第二清洗，所述第二清洗为将光纤单丝先用酒精擦拭，再用酒精超声清洗；3)所述光纤单丝、一次复丝和二次复丝均头尾垫高，每根丝分开摆放；在所述光纤单丝排列之前、所述一次复丝排列之前和所述二次复丝排列之前均设置挑丝步骤；所述挑丝步骤包括：将每根丝的头尾垫高，分开摆放，于暗室中灯照检测挑选；4)将挑选的合格光纤单丝、一次复丝和二次复丝逐根排列至模具中。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤1)和步骤2)所述酒精的体积浓度为99.7％-99.9％；所述酒精擦拭为用百级、千级或万级的无尘布蘸取酒精后进行擦拭。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤1)所述的去除浮尘包括以下步骤：先用去离子风机吹扫所述皮管和芯棒；再用除尘设备吸取浮灰。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤2)所述的超声清洗为在超声频率为28khz、超声波功率为12kw的条件下进行超声；所述超声的时间≤30s。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤3)所述将每根丝的头尾垫高是将丝摆放至支架上；所述支架上设置若干齿状卡槽；所述分开摆放是将每根丝的头部和尾部分别放入所述齿状卡槽中，且每个所述齿状卡槽中仅放一根丝。6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述支架的材质为非金属类材料。7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤3)所述灯照检测挑选是手持灯光照射丝的一侧表面，将丝翻转，再手持灯光照射丝的另一侧表面，将存在漏光点的丝挑出；所述灯光为5～15w的白炽灯。8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤4)所述将挑选的合格光纤单丝、一次复丝和二次复丝逐根排列至模具中包括：在所述光纤单丝排列、一次复丝排列和二次复丝排列之前，每根丝均分开摆放；在所述光纤单丝排列、一次复丝排列和二次复丝排列时不发出玻璃碰撞的声音；在所述光纤单丝排列、一次复丝排列和二次复丝排列之后，用辅助观察屏或手持放大镜观察，与被排列的丝接触的下方的丝不发生震动。9.一种根据权利要求1至8任一项所述的制备方法制备的光学纤维传像元件，其特征在于，所述光学纤维传像元件为光纤倒像器、光纤光锥或光纤面板；厚度为1～50mm的所述光学纤维传像元件，每1000mm2的有效面积内斑点数量＜10个，每个斑点的直径＜60μm。10.一种微光夜视仪，其特征在于，其包括权利要求9所述的光学纤维传像元件；所述光学纤维传像元件为光纤倒像器和/或光纤面板；所述光纤倒像器和/或光纤面板设置于所述微光夜视仪的成像通道内。

技术总结

本发明是关于一种光学纤维传像元件及其制备方法和应用。所述方法包括以下步骤：1)在皮管和芯棒组合之前，对皮管和芯棒进行第一清洗；所述第一清洗为将皮管和芯棒用酒精擦拭、晾干和去除浮尘；2)在光纤单丝排列之前，对光纤单丝进行第二清洗，所述第二清洗为将光纤单丝先用酒精擦拭，再用酒精超声清洗；3)在光纤单丝排列之前、一次复丝排列之前和二次复丝排列之前均设置挑丝步骤；所述挑丝步骤包括：将每根丝的头尾垫高，分开摆放，于暗室中灯照检测挑选。所解决的技术问题是如何有效控制光学纤维传像元件内的斑点数量和斑点大小，使厚度为1～50mm的所述光学纤维传像元件中，每1000mm2的有效面积内斑点数量＜10个，每个斑点的直径＜60μm。点的直径＜60μm。