光ファイバイメージング装置

专利摘要:
ファイバの末端部に沿って光を測定して、ファイバにおける光パワーの損失など、各種のパラメータを検出することが求められている。光ファイバイメージング装置は、光源と、光源から光を伝送する少なくとも一つの光ファイバと、少なくとも一つの光ファイバを支持する機械アセンブリと、少なくとも一つの光ファイバによって伝送される光を測定する検出器と、光源から放射される光の強度を、光検出器によって検出された光のレベルに従って調整する制御装置と、を含む。
公开号:JP2011512277A
申请号:JP2010546767
申请日:2009-02-05
公开日:2011-04-21
发明作者:オフィル エーヤル；モシェ リーベルマン
申请人:イーストマン コダック カンパニー；
IPC主号:B41J2-44

专利说明:

[0001] 本発明は、イメージングヘッドの光ファイバに取り付けられた光検出器、および光ファイバの末端部において光源制御装置にフィードバックを提供する光検出器に関する。]
背景技術

[0002] イメージングのための光学ヘッドは、感光性媒体上に複数のスポット光を放射する。光学イメージングヘッドは、光ファイバ付きレーザダイオード（Pigtailed Laser Diode）を配列させたものから構成することができる。各レーザダイオードは、マルチモード光ファイバの基端部（入力側端部）に光学的に連結される。光ファイバの末端部（出力側端部）は、光学機械手段によって直線配列に支持され、印刷プレート上に像を生成する。]
[0003] 光学ヘッドのパワーの校正は、従来、次のように行われている。イメージングヘッドの外側に配置される光検出器の前に光学ヘッドを移動して調整し、その後、所望のパワー強度で放射を行うように各レーザダイオードのパワーを調整する。この校正は、通常、印刷の前に毎回行われる。]
[0004] 従来の技法では、現在のところ、ファイバの基端部において後方反射光のパワーを監視している。例えば、米国特許第６，０６１，３７４号（ナイチンゲール（Ｎｉｇｈｔｉｎｇａｌｅ）他）を参照されたい。]
先行技術

[0005] 米国特許第６，０６１，３７４号明細書
米国特許出願公開第２００６／０２０４１６６号明細書
国際公開第２００５／０９１０３６号]
発明が解決しようとする課題

[0006] ファイバの末端部に沿って光を測定して、ファイバにおける光パワーの損失など、各種のパラメータを検出することが求められている。]
課題を解決するための手段

[0007] 簡単に述べると、本発明の一態様によれば、光ファイバイメージング装置は、光源と、前記光源から光を伝送する少なくとも一つの光ファイバと、前記少なくとも一つの光ファイバを支持する機械アセンブリと、前記少なくとも一つの光ファイバによって伝送される光を測定する検出器と、前記光源から放射される光の強度を、光検出器によって検出された光のレベルに従って調整する制御装置と、を含む。]
[0008] 本発明は、光検出器と光ファイバアセンブリの複合構造を提供する。光ファイバは、高密度で直線配列に組み立てられる。光検出器は、この配列からの光を測定し、その測定結果は、フィードバック機構を採用することによって、リアルタイムで光パワーを調整および監視することに利用される。また、不適切な測定結果は、警報を起動して、安全状況における危険性を通知することができる。]
[0009] 本発明は、光学ヘッドに、いくつかの固有の特徴を提供する。光学ヘッドと光検出手段とを組み合わせた構成により、各ファイバの末端部から放射されたパルスのパワーおよび形状をリアルタイムで監視することができる。]
[0010] また、光検出器は、イメージングヘッドと同一構造内に配置される。この複合構成は、危険状況の即時の警告を可能にする。例えば、機械に火災を引き起こし得る、一つのファイバ上の破損などの障害を、直ちに識別することができる。このような障害状況を避けるために、光検出の測定値を検知するように構成された連動装置を自動的に起動して、ダイオードレーザを停止することで、各種の障害または危険を防ぐ。この特徴は、高出力ダイオードレーザと組み合わせた用途において重要である。]
[0011] 本発明によれば、光は、ファイバの末端部に沿って測定される。ファイバの末端部に沿って測定される光パワーは、ファイバの末端部から放出されるパワーに比例する。]
[0012] 前述したもの、ならびに他の本発明の目的、特徴、および利点は、当業者であれば、図面を参照しながら下記の詳細な説明を読むことで明らかになるであろう。下記において、本発明の例示的実施形態が図示および説明される。]
図面の簡単な説明

[0013] 従来技術における、ファイバの基端部から後方反射した光の測定法を示す模式図である。
ファイバの末端部に沿った光の測定法を示す模式図である。
ファイバの末端部から放射された光パワーと、ファイバの末端部に沿って測定された光パワーとを対比したグラフである。
構造体の上部に検出器を備える光ファイバの機械構造体を端面側から見た平面図である。
図４Ａに示す検出器の側面図であって、斜面状に研磨された複合構造体を示す図である。
Ｖ溝の上部に検出器を有するＶ溝配置を示す模式図である。
ファイバの末端部に沿って検出器と共に組み込まれる結像ドラムを示す模式図である。
検出器と光トラップを備える複合構造体を示す模式図である。] 図４Ａ
実施例

[0014] 図１および図２に、基本的な光路を示す。この光路は、レーザダイオードなどの光源１２を含む。微小光学部品１３は、光源１２によって生成された光をファイバ１４に結合する。光の結合は、ファイバ自体の基端部（入力側端部）にマイクロレンズを構成することでも実現できる。ファイバ１４は、単一のファイバであっても、またはファイバの束（ｂｕｎｄｌｅ）に配列された複数のファイバであってもよい。ファイバ１４の末端部（出力側端部）から放出された光は、結像レンズ１８を通って伝播し、イメージングプレート１６上に像を形成する。] 図１ 図２
[0015] 図１は、従来の方法を示したもので、光検出器１１は、光路の開始部に配置されて、マイクロレンズおよびファイバの基端部から後方反射されたパワーを測定する。外部の光検出器１５は、通常、イメージングプレートの前に配置されて、レーザ放射１７を測定する。一般に、この手順は、レーザダイオードの校正を行うために、各印刷の前に実行される。] 図１
[0016] 図２に、記述する本発明の実施形態の一つを示す。図において、内部の光検出器４１は、ファイバの末端部に沿って配置される。内部の光検出器４１は、図４Ａに示すように、ファイバ４７の末端部に沿って放出される光４５のパワーを測定する。] 図２ 図４Ａ
[0017] 反射コーティング４６は、ファイバの機械的ハウジング構造体４３とファイバのＶ溝型ハウジング構造体５３の少なくとも一方の内面に塗布することができ、この塗布は、内部の光検出器４１に到達する光のパワーを増大させるためのものである。]
[0018] 研究室で行った測定により、ファイバの末端部から放射されたパワーレベルと、ファイバ４７に沿って放射された測定光４５のパワーレベルとの間の相関関係が明らかになった。]
[0019] 図４Ａ、図４Ｂ、および図５に、内部の光検出器４１と、イメージングヘッドの光ファイバアセンブリ１４の複合構造を示す。] 図４Ａ 図４Ｂ 図５
[0020] 図４Ａを参照すると、ファイバ４７は、機械的ハウジング構造体４３の中に配置されている。この配置のファイバ４７は、図５に示すようなＶ溝型の構造体に配置することもできる。] 図４Ａ 図５
[0021] ファイバ４７は、透明なファイバ構造体からなる平板４２に取り付けられる。適切な屈折率を持つ透明な光学接着剤５０を利用してもよい。内部の光検出器４１は、透明なファイバ構造体からなる平板４２の上部に取り付けられて、ファイバ４７の末端部に沿って形成される光４５のパワーを測定する。]
[0022] 図３に、検出器４１によって測定された光パワーと、ファイバの末端部から放射された光パワーとを対比して示す。ｘ軸上に、いくつかのファイバの末端部に沿って内部の光検出器４１によって検出された光パワーを示し、その光パワーの関数として、ｙ軸に、光ファイバ内で案内されて、そのファイバの末端部から放射される光パワーを示した。この具体例では、チャンネル０からチャンネル４７まで記号付けされた４８個のマルチモード光ファイバで束を構成した。この４８個の光ファイバは、Ｖ溝アセンブリ内に並べて、図４Ｂに示すような８度の傾斜に研磨された状態４９２に構成した。光ファイバ間のピッチは２５０ミクロンであった。また、屈折率がステップインデックス型である標準的なシリカファイバを使用した。ファイバのコア直径は６０ミクロンで、クラッドは１２５ミクロンであった。ファイバ配列の上部に１０×１０ｍｍ２のサイズのシリコン検出器を適合させて、光の測定に利用した。この具体例において、内部の光検出器４１によって末端部に沿って測定された光と、末端部から放射された光の間に直線的関係が見られた。このことは、チャンネル０と、２４と、４４の各グラフ３１と、３２と、３３とにそれぞれ示されている。] 図３ 図４Ｂ
[0023] 内部の光検出器４１は、下記の光現象の一つ以上を測定する。
１．ファイバの末端部から後方反射される光。
２．ファイバの末端部に沿って散乱される光。
３．漏れ光線およびファイバの末端部に沿って放出されるエバネセント波。]
[0024] この具体例の測定では、標準的なステップインデックス型マルチモードシリカファイバを利用したが、他のタイプの光ファイバも同様に利用でき、また、各種の方式でファイバを構成することによって、光の強度を制御することができる。例えば、コア４７ａとクラッド４７ｂの界面の粗さ４９３を調整することによって、散乱光線４９１の強度を制御できる。ファイバの末端部を傾斜させる、裂く、または研磨することによって、その先端から後方反射される光を制御することができる。各種の光学フィルタでファイバの末端部をコーティングすることで、伝送されて後方反射される光のパワーを制御できる。コア４７ａの中に散乱粒子４９０を形成して、散乱光の量を制御することができる。コア内に形成される回折格子を利用して、案内された放射の一部を内部の光検出器４１に向けて反射させることができる。]
[0025] 光ファイバ内で１つ以上の波長が案内される場合は、それぞれ特定の波長に感応する複数の検出器をファイバに沿って配置して、各光源を監視することができる。]
[0026] この複合構造の構成は、下記の複数の利点を提供する。
ａ．内部の光検出器４１で末端部に沿って測定される光パワーレベルの検出は、良好な印刷物を形成するために光源１２が生成しなければならない光パワーを校正することに役立つ。
ｂ．光の測定は、ファイバの末端部に沿って実行される。このことは、光源の故障、またはファイバ全体に亘ってファイバ４７の切断もしくは破損を検出することに役立つ。
ｃ．複合構造により、印刷中または印刷テスト手続き中に、同時に光測定を行うことができる。逆に、印刷プレートの横に設定される外部の検出器を利用した場合、同時測定は不可能である。
ｄ．適切かつ個別に光源を起動し、印刷と同時に光測定を実行することで、発生する可能性のある危険な状況を迅速に警告できる。このような危険な状態が検出された場合、レーザ源は、例えば、連動手段を利用して自動的に遮断される。光源の高速自動遮断は、目の安全性の適用において、またレーザ放射線によって生じ得る火傷を防ぐ上で非常に重要である。
ｅ．適切かつ個別に光源を起動し、印刷と同時に光測定を実行することで、光パワー、立ち上がり時間、立ち下り時間、動力安定性などのパラメータをリアルタイムで監視することができる。]
[0027] 開示した発明の理解を深めるため、回転軸６３の方向に回転する結像ドラム６１を示した図６を参照して説明する。印刷プレート１６などのイメージング基板は、結像ドラム６１に取り付けられる。光検出器機構と共に開示した光学部品は、結像ドラム６１と一緒に図示されている。] 図６
[0028] 光は、光源１２によって放射されて、微小光学部品１３を利用して光ファイバ１４に結合される。また、光ファイバの末端部に沿って、内部の光検出器４１によって光の値が検出および測定される。測定結果は、測定結果ライン６５を介して光源強度制御装置６４に通信される。光源強度制御装置６４は、印刷プレート１６上にバランスのとれた結像スポット６７を形成するために、測定結果に基づいて、強度制御ライン６６を介して光源１２の強度を設定する。]
[0029] 光学ヘッドの校正および監視に、外部の検出器１５と共に内部の光検出器４１を利用することにはいくつかの利点がある。光検出器１５および４１の両方を利用することで、レーザ校正処理とレーザ監視処理がより信頼できる精密なものになり得る。例えば、これらの検出器から異なる結果を読み込むことで、そのうちの一方の故障を提示して、検出器の点検修理事象を警告することができる。]
[0030] レーザの安全用途に応じて、内部の光検出器４１などの光検出器を一つ以上利用できる。例えば、第２の光検出器４８は、ファイバの基端部に沿って、またはファイバに沿ったいずれか他の場所に配置することができる。追加の内部の光検出器４８で放射光を検知する一方で、内部の光検出器４１では光が検知されない状態により、２つの隣接する検出器の間でファイバのいずれかの場所の切断または破断を提示することができる。]
[0031] また、内部の光検出器４１および４８からの読み取り値は、後方反射光を測定する光検出器１１の読み取り値や、光源の電流および電圧などの電気信号と比較することもできる。外部の光検出器１５の読み取り値も、光源の電流および電圧や、内部の光検出器４１の読み取り値との比較に利用することができる。一つ以上の光検出器を読み取って、その結果を分析するのに適したアルゴリズムを利用することは、故障の識別に役立つと共に、レーザの安全性の側面での光学ヘッドの信頼性を向上させる。]
[0032] 図７に、光トラップ７１を利用する、本発明の他の実施形態を示す。光トラップは、例えば、内部反射コーティングを有する半球面形状、または円錐形であってよい。] 図７
[0033] 図２〜７に示した例は、例示のみを目的としたものであり、限定するものではないことは理解されるであろう。] 図２ 図３ 図４Ａ 図４Ｂ 図５ 図６ 図７
[0034] １１基端部に配置された光検出器、１２光源（例えば、レーザダイオード）、１３結合用の微小光学部品、１４ファイバ、１５ 外部の光検出器、１６印刷プレート、１７レーザ放射、１８結像レンズ、３１検出器４１によって測定されたパワーと、チャンネル０のファイバの末端部から放射されたパワーの対比グラフ、３２ 検出器４１によって測定されたパワーと、チャンネル２４のファイバの末端部から放射されたパワーの対比グラフ、３３ 検出器４１によって測定されたパワーと、チャンネル４４のファイバの末端部から放射されたパワーの対比グラフ、４１ 内部の光検出器、４２ 透明なファイバ構造体からなる平板、４３ ファイバの機械的ハウジング構造体、４５光ファイバの末端部に沿って放射された光、４６ 内側反射コーティング、４７ ファイバ、４７ａコア、４７ｂクラッド、４８ 追加の内部の光検出器、５０ 透明な光学接着剤、５３ ファイバのＶ溝型ハウジング構造体、６１結像ドラム、６３ 結像ドラムの回転軸、６４光源強度制御装置、６５測定結果ライン、６６強度制御ライン、６７結像スポット、７１光トラップ、４９０散乱粒子、４９１ 散乱粒子による光の反射、４９２ 傾斜して研磨された状態、４９３ コアとクラッドの界面の調整された粗度。]

权利要求:

請求項1
光源と、前記光源からの光を伝送する少なくとも一つの光ファイバと、前記少なくとも一つの光ファイバを支持する機械アセンブリと、前記少なくとも一つの光ファイバによって伝送された光を測定する検出器と、前記光検出器によって検出された光のレベルに従って、前記光源から放射された光の強度を調整する制御装置と、を含む光ファイバイメージング装置。
請求項2
前記少なくとも一つの光ファイバのハウジング構造体と、前記少なくとも一つの光ファイバと前記検出器とを連結する透明な平板と、を含む、請求項１に記載の装置。
請求項3
前記ハウジング構造体はＶ溝型構造である、請求項２に記載の装置。
請求項4
前記ハウジング構造体は一つの開放面を有する箱型構造である、請求項２に記載の装置。
請求項5
前記ハウジング構造の内面に、反射コーティングが施される、請求項２に記載の装置。
請求項6
前記光検出器は、前記少なくとも一つの光ファイバの末端部に沿って取り付けられる、請求項１に記載の装置。
請求項7
前記光検出器は、前記少なくとも一つの光ファイバの基端部に沿って取り付けられる、請求項１に記載の装置。
請求項8
前記光源はレーザダイオードである、請求項１に記載の装置。
請求項9
前記光源は、個別アドレス参照が可能なレーザダイオード配列である、請求項１に記載の装置。
請求項10
前記少なくとも一つの光ファイバは、光ファイバ束の一部である、請求項１に記載の装置。
請求項11
前記光検出器は、前記光ファイバ束のうちの前記少なくとも一つの光ファイバにおける光パワーの損失を検出して、前記光源を遮断する、請求項１０に記載の装置。
請求項12
複数の光源と、前記複数の光源において、各光ファイバが、前記光源の少なくとも一つにそれぞれ連結される、複数の光ファイバと、前記複数の光ファイバにおいて、当該ファイバの各末端部に取り付けられて、それぞれ取り付け先の光ファイバから伝送された光を測定する複数の検出器と、前記検出器のそれぞれから、当該検出器によって監視される前記光ファイバによって伝送された光の強度に比例した入力を受け取って、前記光ファイバに取り付けられた前記光源の強度を調整する制御装置と、を含む、プリンタの光学イメージングヘッド。
請求項13
各光ファイバに、２つ以上の検出器を対応付けて、前記光ファイバによって伝送される光の異なる波長を検出する、請求項１２に記載の光学イメージングヘッド。
請求項14
各ファイバの末端部からの光は、画像形成用の印刷プレートに送られる、請求項１２に記載の光学イメージングヘッド。
請求項15
前記制御装置は、特定の光ファイバに対応付けられた前記検出器が、その特定の光ファイバにおける光の減少または損失を検出したときに、前記特定の光ファイバに対応付けられた光源を遮断する、請求項１２に記載の光学イメージングヘッド。
請求項16
前記光ファイバのコア、または前記光ファイバのクラッドの界面の粗度を調整して、前記検出器によって測定される散乱光線の強度を高める、請求項１２に記載の光学イメージングヘッド。