一种高对比度光纤传像元件及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高对比度光纤传像元件及其制备方法，该制备方法所用光吸收料玻璃由以下摩尔百分含量的组分组成：SiO

【技术实现步骤摘要】
一种高对比度光纤传像元件及其制备方法


[0001]本专利技术涉及光纤传像元件制造领域，特别涉及一种高对比度光纤传像元件及其制备方法。

技术介绍

[0002]众所周知，对比度对视觉效果的影响也非常关键，对比度是指画面的明暗反差程度，增加对比度，画面中亮的地方会更亮，暗的地方会更暗，明暗反差增强；对比度越大，传像越清晰醒目，而对比度小，则会让整个传像画面都灰蒙蒙的。高对比度对于传像的清晰度、细节表现等都有很大的帮助。而提高对比度的方法有两种：一是提高亮度以增加对比度，此方法相对简单，不过受到像管寿命、元件漏光等问题的限制，亮度不能无限量的提高，而虚高的亮度也会使得传像因高亮而失真，带来不好的效果；二是让黑色更黑，降低最低亮度，使得明暗反差更加明显。因此，光纤传像元件能否捕捉到足够清晰的细节信息，与对比度有很大关系，对比度是光纤传像产品中的一个重要性能指标，目前市场上光纤传像元件的对比度只能达到3
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5％，随着光纤传像技术的不断发展，对产品的各项性能要求越来越高，而光纤传像元件则是保障微光夜视成像质量的关键材料。
[0003]光纤传像元件包括光纤面板、光纤倒像器、光纤光锥、光纤传像束等，是一种性能优异的光电成像元器件，具有数值孔径大，传光效率高，分辨率高，传像清晰、真实，在光学上具有零厚度，结构简单，体积小，重量轻，气密性好，畸变小，斑点少，级间耦合损失小，耦合效率高，能改善边缘像质等特点。光纤传像元件最典型的应用是作为微光像增强器的光学输入、输出窗口，对提高成像器件的品质起着重要的作用，广泛地应用于军事、刑侦、航天、医疗等领域的各种阴极射线管、摄像管、电荷耦合器件CCD耦合、医疗器械显示屏以及高清晰度电视成像和其他需要传送图像的仪器和设备中，是当今世纪光电子行业的高科技尖端产品。光纤传像元件的传像机理是利用光学纤维的全反射原理实现的，构成光纤传像元件的光学纤维是由低折射率的皮料玻璃管、高折射率的芯料玻璃棒和光吸收料玻璃丝，利用棒管结合和真空拉制工艺经热熔压制备而成的。由于光学纤维完全由皮料玻璃紧密地熔合在一起，各相邻之间的光学纤维靠的近，导致相邻纤维间会出现串光，或者由于制备过程中温度场或者拉制受力不均匀，可能导致的皮层玻璃管的壁厚不均匀等问题，会导致输入光线在全反射过程中穿透皮层玻璃发生光渗透现象，造成漏光，或者光学纤维的芯料或皮料接触界面因为存在缺陷或污染物，而破坏了光的全反射条件，使光线在此发生了散射，散射光进入到相邻纤维中，就造成了串光。而杂散光的存在是直接影响光纤传像元件的对比度和清晰度等成像质量的重要因素。
[0004]传统光学纤维拉制过程采用棒管法，经过单丝，复丝，切割排板，熔压成型，再根据确定的尺寸进行加工而成光学器件。熔合光纤传像元件的最基本传输单元就是每根光纤，光纤的数值孔径决定光通量的大小，光通量在数值上等于该光纤数值孔径的平方。影响熔合光纤传像元件对比度的因素主要由数值孔径，填充系数和光吸收丝EMA(extramural
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absorption)，在相邻的光学纤维的空隙处填充光吸收料玻璃丝的方式来吸收杂散光以提
高光纤传像元件的成像质量。在排列好的光学纤维的间隙中插入光吸收丝，让光学纤维皮层的外部加入光吸收物质来吸收串光或杂散光，以实现光绝缘，这样不仅能吸收串光、漏光等作用，而且还不会降低芯皮面积比。但此种方法引入的光吸收丝在光学器件内部分布不均匀，且由于丝径较细，在复丝拉制过程中易造成光吸收丝的断裂及位置偏移问题，最终形成的光学器件在均匀性上较差，光串扰及光吸收丝聚积现象频发，在制作光纤光锥和光纤倒像器类产品中形成网格，由此可见，采用插光吸收丝法并不能完全实现光绝缘。
[0005]同时，存在上述缺陷的另一关键因素就是光吸收材料问题。对光吸收材料的要求，一是在整个可见光及近红外波长范围内都有很强的光吸收能力，二是具有与皮层玻璃相似的热膨胀系数，以便在工艺中相互匹配，三是稳定的物理化学性能，在拉丝、热熔压、扭转成型等工艺过程中不易发生析晶或发生离子价态变化。普通的光吸收料玻璃在0.5mm厚度下对可见光范围仍然具有较高的透过率，随着厚度减薄，透过率会逐渐增加，而传统的光纤传像元件的光吸收料，普遍存在杂散光吸收效率低、成像对比度差等问题，特别是应用于光纤传像元件中的光吸收料玻璃，由于目前存在的光吸收料玻璃在纤维丝径拉制至小于等于4.0μm后，着色离子会很容易扩散到皮层玻璃中去，导致玻璃间发生离子渗透，甚至出现光纤传像元件边缘发黑或者产生固定图案噪声缺陷，如白鸡丝、复丝阴影等情况，导致光纤传像元件的质量和成品合格率很低，无法满足高清晰度光纤传像元件的批量应用需求。这其中最主要的原因就是光吸收料玻璃材料的光吸收能力与固定图案噪声缺陷是一组矛盾，光吸收料玻璃的光吸收能力太强，固定图案噪声缺陷产生的几率越大，光吸收料玻璃的光吸收能力太弱，无法达到提高光纤传像元器件对比度的效果。

技术实现思路

[0006]为了解决现有技术存在的难题，本专利技术提供了一种能够提高光纤传像元件成像对比度的制备方法。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术采取的技术方案是：
[0008]一种高对比度光纤传像元件的制备方法，包括以下步骤：
[0009](1)将光吸收料玻璃棒拉制成丝径为0.20～2mm的光吸收丝；再将丝径相同的所述光吸收丝均匀围覆在低折射率的皮料玻璃管的外层，并采用铜丝或铁丝在皮料玻璃管两端捆扎固定；将高折射率的芯料玻璃棒和所述皮料玻璃管匹配后拉制成丝径为2.0～5mm的单丝；
[0010](2)将拉制的单丝排列成横截面为正六边形的六方体，所述六方体每边单丝根数为3～7根，得到一次复合棒，再将一次复合棒拉制成一次复丝，所述一次复丝的横截面为正六边形，所述一次复丝的六方对边尺寸为0.6
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1.5mm，将所述一次复丝定长切割后排成板段；
[0011](3)将排列好的板段放入到热熔压成型模具中，在450
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550℃下，将装好板段的模具放入热熔压成型炉中，然后按照设计好的板段热熔压成型前后的压缩比开始压板，热熔压成型的压板的时间控制在120
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180分钟，然后将热熔压成型的板段根据设计的规格尺寸进行后续加工处理，即得到高对比度的光纤传像元件，所述光纤传像元件传像单元为3～100微米。
[0012]进一步地，将所述一次复丝定长切割后排成板段之前还包括：将一次复丝再按要
求排列成二次复合棒，将二次复合棒拉制成二次复丝，将二次复丝排列成板段。
[0013]进一步地，所述后续加工处理包括扭转成型制得光纤倒像器、经拉伸成型制得光学光锥和经热弯成型制得光纤传像束。
[0014]所述光吸收丝所用的光吸收料玻璃的制备方法，包括以下步骤：
[0015](a)原料配备：按照配比称取石英砂、氧化铝、硼酸或硼酐、碳酸钠、碳酸钾、碱式碳酸镁、碳酸钙、氧化锌、二氧化钛、氧化锆、三氧化二铁、三氧化二钴、五氧化二钒和氧化钼，混合均匀，得到原料混合物；
[0016](b)玻璃熔融：本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高对比度光纤传像元件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将光吸收料玻璃棒拉制成丝径为0.20～2mm的光吸收丝；再将丝径相同的所述光吸收丝均匀围覆在低折射率的皮料玻璃管的外层，并采用铜丝或铁丝在皮料玻璃管两端捆扎固定；将高折射率的芯料玻璃棒和所述皮料玻璃管匹配后拉制成丝径为2.0～5mm的单丝；(2)将拉制的单丝排列成横截面为正六边形的六方体，所述六方体每边单丝根数为3～7根，得到一次复合棒，再将一次复合棒拉制成一次复丝，所述一次复丝的横截面为正六边形，所述一次复丝的六方对边尺寸为0.6mm
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1.5mm，将所述一次复丝定长切割后排成板段；(3)将排列好的板段放入到热熔压成型模具中，在450
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550℃下，将装好板段的模具放入热熔压成型炉中，然后按照设计好的板段热熔压成型前后的压缩比开始压板，热熔压成型的压板的时间控制在120
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180分钟，然后将热熔压成型的板段根据设计的规格尺寸进行后续加工处理，即得到高对比度的光纤传像元件，所述光纤传像元件传像单元为3～100微米。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，将所述一次复丝定长切割后排成板段之前还包括：将一次复丝再按要求排列成二次复合棒，将二次复合棒拉制成二次复丝，将二次复丝排列成板段。3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述后续加工处理包括扭转成型制得光纤倒像器、经拉伸成型制得光学光锥和经热弯成型制得光纤传像束。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述光吸收丝所用的光吸收料玻璃的制备方法，包括以下步骤：(a)原料配备：按照配比称取石英砂、氧化铝、硼酸或硼酐、碳酸钠、碳酸钾、碱式碳酸镁、...

【专利技术属性】
技术研发人员：张敬，贾金升，张磊，张弦，许慧超，于浩洋，樊志恒，
申请(专利权)人：中国建筑材料科学研究总院有限公司，
类型：发明
国别省市：