JP6448486B2 - Optical fiber and light guide member - Google Patents
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本発明は、光ファイバ及び導光部材に関するものである。 The present invention relates to an optical fiber and a light guide member.
従来より、被加工物にレーザ光を照射して加工(溶着、はんだ付け、露光、孔開け等)を行うレーザ加工装置が種々開発されてきた。レーザ加工を行う際に、レーザ光を集中させてスポット状に照射すること以外に、例えば照射面での照射形状がリング状になるようにレーザ照射を行う加工装置もいくつか提案がなされている(例えば、特許文献1−3)。 Conventionally, various laser processing apparatuses for performing processing (welding, soldering, exposure, drilling, etc.) by irradiating a workpiece with laser light have been developed. In addition to concentrating the laser beam and irradiating the laser beam in a spot shape when performing laser processing, for example, several processing apparatuses that perform laser irradiation so that the irradiation shape on the irradiation surface becomes a ring shape have been proposed. (For example, patent documents 1-3).
レーザ光の照射形状をリング状にする加工としては、被加工物の溶着部位がリング状である場合にリング状レーザ光を被加工物の溶着部位に照射することにより一括溶着させる溶着加工や、はんだ付け対象が基板に設けられた環状端子とその内部に挿入された電子部品の棒状端子とであるような場合に、リング状のレーザを環状端子の部分に照射してはんだ付けを行うはんだ付け加工などが挙げられる。そして、このはんだ付け加工においては、環状端子と棒状端子との間の隙間を通してレーザービームが電子部品に照射されないため、電子部品の一部が焼けて変質するという問題を回避することができることができる。 As the processing for making the irradiation shape of the laser beam into a ring shape, when the welding portion of the workpiece is a ring shape, welding processing that collectively welds by irradiating the welding portion of the workpiece with a ring-shaped laser beam, Soldering is performed by irradiating a ring-shaped laser to the ring-shaped terminal portion when the soldering target is a ring-shaped terminal provided on the board and a rod-shaped terminal of an electronic component inserted therein. Examples include processing. In this soldering process, the laser beam is not irradiated onto the electronic component through the gap between the annular terminal and the rod-shaped terminal, so that it is possible to avoid the problem that a part of the electronic component is burned and deteriorated. .
しかしながら、特許文献1−3に記載された従来の技術は、コーンレンズのような特殊の形をした高価なレンズを1つあるいは複数使用し、このレンズで円形のレーザービームをリング状のレーザービームに光学的に変換するため光学系の構成が複雑で高価になることが避けられなかったり、集光部材とこの集光部材を回転させる回転機構とを備えた構造を有しているため装置が大きくなり高価になってしまうという問題があった。 However, the conventional techniques described in Patent Documents 1-3 use one or more expensive lenses having a special shape such as a cone lens, and a circular laser beam is converted into a ring-shaped laser beam using this lens. Since the optical system is optically converted into an optical system, the configuration of the optical system is inevitable and expensive, or the apparatus has a structure including a light collecting member and a rotating mechanism that rotates the light collecting member. There was a problem that it became large and expensive.
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、リング状の照射形状を安価に実現できる光ファイバ及び導光部材を提供することにある。 This invention is made | formed in view of this point, The place made into the objective is to provide the optical fiber and light guide member which can implement | achieve a ring-shaped irradiation shape cheaply.
本発明の光ファイバは、一方の端部のコアが中空であり、それ以外の部分のコアの少なくとも一部が中実である構成を有している。 The optical fiber of the present invention has a configuration in which the core at one end is hollow and at least a part of the core at the other end is solid.
他方の端部のコアが中実であってもよい。 The core at the other end may be solid.
前記一方の端部のコアの外径は、中実であるコアの外径よりも大きいものであってもよい。 The outer diameter of the core at the one end may be larger than the outer diameter of the solid core.
本発明の第1の導光部材は、上記の光ファイバを用い、他方の端部が光の入射側であり、前記一方の端部のコアには中空の開口部を塞ぐキャップ部材が接続されている構成を有している。前記キャップ部材の厚みは、0.1mm以上2mm以下であることが好ましい。 The first light guide member of the present invention uses the above-described optical fiber, the other end is the light incident side, and a cap member that closes the hollow opening is connected to the core of the one end. It has the composition which is. The thickness of the cap member is preferably 0.1 mm or more and 2 mm or less.
本発明の第2の導光部材は、光ファイバを用いた導光部材であって、光ファイバの出射側の端部には透光性の先端部材が接続されており、前記先端部材の出射面には、透光領域と少なくとも一つの不透光領域とが存しており、前記不透光領域のうちの少なくとも一つは前記透光領域に囲繞されている構成を有している。すなわち、不透光領域は一つ又は複数存していて、そのうちの少なくとも一つが透光領域に囲繞されている構成である。 The second light guide member of the present invention is a light guide member using an optical fiber, and a light-transmitting tip member is connected to an end portion of the output side of the optical fiber. The surface has a light-transmitting region and at least one light-impermeable region, and at least one of the light-impermeable regions has a configuration surrounded by the light-transmitting region. That is, there is one or a plurality of opaque regions, and at least one of them is surrounded by the transparent region.
前記不透光領域は前記先端部材の出射面に形成された窪みであってもよい。 The opaque region may be a depression formed on the exit surface of the tip member.
前記先端部材は、前記光ファイバと接続される第1の部分と、前記出射面を有する第2の部分とを備えており、前記第1の部分は四角柱からなっていてもよい。 The tip member may include a first portion connected to the optical fiber and a second portion having the emission surface, and the first portion may be a quadrangular prism.
本発明の光ファイバおよび導光部材は、簡単な構造で照射面においてリング状の照射形状の光を照射することができる。 The optical fiber and the light guide member of the present invention can irradiate light with a ring-shaped irradiation shape on the irradiation surface with a simple structure.
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。以下の図面においては、説明の簡潔化のため、実質的に同一の機能を有する構成要素を同一の参照符号で示す。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The following description of the preferred embodiments is merely exemplary in nature and is not intended to limit the invention, its application, or its use. In the following drawings, components having substantially the same function are denoted by the same reference numerals for the sake of brevity.
(実施形態1)
実施形態1に係る光ファイバを図1,2に示す。本実施形態の光ファイバ100は、一方の端部のコア10が中空であり、他方の端部のコア20及び両端の間の中間部分のコア30が中実である。中実とは、中身が詰まっていることであり、中空とは逆の状態である。中空である一方の端部のコア10は、中実である中間部分のコア30および他方の端部のコア20よりも外径が大きくなっている。
(Embodiment 1)
The optical fiber according to Embodiment 1 is shown in FIGS. In the
コアはクラッド50に囲繞されているが、両方の端部のコア10,20は光の入射および出射のため、クラッド50が除去されている。クラッド50はコアよりも屈折率が低い材質からなっており、光をコアの中に閉じ込める役割をする。コアには、石英や、PMMA、PC、PSなどのプラスチックを用いることができるが、加工用の高エネルギーのレーザ光の伝搬には石英を用いることが好ましい。クラッド50の外側をさらに保護被覆で覆ってもよい。石英のコアにウレタンアクリレート系等の紫外線硬化樹脂をクラッドに用いると、クラッドが保護被覆を兼ねる場合がある。
Although the core is surrounded by the
本実施形態の光ファイバ100においては、一方の端部のコア10に中空部分40があるので、軸方向に沿って一方の端部のコア10の端面を観察すると、図3に示すようにリング状、すなわち二つの同心円に挟まれた部分にコア材質が存していてその内側は中空な何もない部分となっている。
In the
本実施形態の光ファイバ100は、他方の端部側が入射側であり、一方の端部側が出射側である。図4Aに示されているのは、本実施形態の光ファイバ100の一方の端部から出射された光が光軸に垂直な平面に照射された照射形状である。照射された光はリング形状となり、図4Bに示すような強度分布となる。すなわち、他方の端部のコア20に入射した光は、中実な中間部分のコア30を通って行き一方の端部の中空部分40に達すると、中空部分40はコアよりも屈折率が低いので、光は中空部分40とコアの界面で反射してコアの中のみを進んでいき、出射端からリング形状の光として出射される。中空部分40の他方の端部側の端(中実部分との境界部分)は、光が入射側へ反射しないように光軸に対して(90度−臨界角)以下の角度の円錐の頂点の形状であることが好ましい。
In the
本実施形態に係る光ファイバ100を作成する方法は種々あるが、中実なコアを有する光ファイバの端部にコアが中空な光ファイバ(円筒形の光ファイバ)を融着させる方法を例として挙げることができる。この方法では、中空な光ファイバの一端を熱で溶かして孔を塞ぐと共に、外径を中実なコアと同程度にして中実なコアを有する光ファイバと熱融着させる。この方法であれば、中空なコアの外径と中実なコアの外径とを任意に選ぶことができる。
There are various methods for producing the
本実施形態に係る光ファイバ100を用いると、光ファイバ以外の部材(特殊なレンズや光学操作系装置)を特に利用することなく低コストで簡単に照射形状をリング形とすることができる。光源としてレーザ発生装置を用いることにより、本実施形態に係る光ファイバ100によってリング状の加熱を容易に行うことができる。上述のようにリング状に加熱を行い、その中央部分は加熱を行いたくない加工は種々存在するので、そのような加工に本実施形態に係る光ファイバ100は使用することができる。また、一方の端部のコア10の外径および内径は、上述の作成方法を用いれば他方の端部のコア20及び中間部分のコア30の径にかかわらず自由に設定することが可能であるので、被加工物の加熱部分の大きさに応じて一方の端部のコア10の外径および内径を容易に設定することができる。
When the
<導光部材>
本実施形態に係る光ファイバ100を用いた導光部材を図5に示す。この導光部材は、本実施形態に係る光ファイバ100の一方の端部のコア10の端面にキャップ部材60が接続されていて中空部分40の開口を塞いでいる。キャップ部材60は、光ファイバのコアと同じ材質の物質からなっていることが好ましい。キャップ部材60の厚みは、出射光のリング形状を保持し、出射光の強度を低下させない厚みである。具体的には0.1mm以上2mm以下の厚みであることが好ましい。キャップ部材60が接続されることにより、一方の端部のコア10の中空部分40に外部から異物が混入してしまうことが防止される。キャップ部材60は光ファイバに融着させてもよいし、接着剤を用いて光ファイバに接着させても良いし、機械的に押さえつけて接続してもよい。
<Light guide member>
FIG. 5 shows a light guide member using the
(実施形態2)
実施形態2に係る光ファイバ及びそれを用いた導光部材を図6に示す。本実施形態の光ファイバ110は、中空部分41が一方の端部のコア11および中間部分のコア31に存していて、他方の端部のコア21が中実である。また実施形態1と同様にコアはクラッド51に囲繞されていて、一方の端部のコア11の端面にキャップ部材60が接続されている。
(Embodiment 2)
FIG. 6 shows an optical fiber according to
本実施形態に係る光ファイバ110は、中空な光ファイバの他方の端部のコア21を溶融させて中実にすれば作成できる。あるいは、中空な光ファイバの他方の端部側に中実な短い光ファイバを融着させることにより作成することができる。本実施形態に係る光ファイバ110においては、他方の端部のコア21に入射した光が中間部分のコア31において中空部分41へは出て行かず、断面がリング形状のコア材質の内部のみを通過していき、一方の端部のコア11の出射端面から出て行く。その光はキャップ部材60を通過して、光軸に垂直な面においてリング形状の光として出射される。本実施形態においても、中空部分41の他方の端部側の端は、光が入射側へ反射しないように光軸に対して(90度−臨界角)以下の角度の円錐の頂点の形状であることが好ましい。
The
実施形態2に係る光ファイバ110およびそれを用いた導光部材も実施形態1に係る光ファイバ100および導光部材と同様に、低コストで簡単に照射形状をリング形とすることができる。
Similarly to the
(実施形態3)
実施形態3に係る導光部材を図7,8に示す。本実施形態に係る導光部材は、光ファイバ120の光の出射端に透光性の先端部材70を接続させたものである。光ファイバ120は、一方の端部のコア12から他方の端部のコア22までコアは連続して中実であり、クラッド52を有している。先端部材70は透光性の部材、例えば石英やガラス、透明なプラスチック等からなっており、光ファイバ120のコアと同じ材質であることが好ましい。光ファイバ120と先端部材70との接続は融着や接着による接続が好ましい。
(Embodiment 3)
A light guide member according to Embodiment 3 is shown in FIGS. In the light guide member according to the present embodiment, a light
本実施形態では先端部材70は光ファイバ120の中心軸と同軸かつ径が一方の端部のコア12よりも大きい円柱形であって、光ファイバ120との接続面の反対側の面(光の出射面)側には円錐形の窪み81(円錐の底面が光の出射面と同じ面に位置する)が形成されている。光ファイバ120から出射された光は、先端部材70内において先端部材70の横断面全体を通過するように拡がる。
In this embodiment, the
先端部材70の光の出射面を観察すると、図8に示すように、窪み81を取り囲んでリング状の透光領域83が存している。ここで、窪み81の円錐形状は中心軸に対して(90度−臨界角)以下の角度に設定されているため、光ファイバ120から先端部材70に入った光は、窪み81の表面(円錐の側面)において反射されてこの部分からは光が出ていかない。すなわち、窪み81の部分が不透光領域となる。不透光領域は透光領域83に囲繞されており、先端部材70から出射される光は光軸に垂直な平面においてリング形状となる。すなわち、先端部材70によってリング状の透光領域83と同じ形状の出射光となり照射される。
When the light emission surface of the
本実施形態に係る導光部材は、用途に応じて様々な導光用の光ファイバを用いることができる。その光ファイバには中空部分は不要である。すなわち、光ファイバは既存の光ファイバをそのまま使用することができる。出射される光の形状、照射範囲は先端部材70の形状及び大きさによって調節することができる。従って所望の形状、照射範囲の光を照射する導光部材を容易に作成でき、低コストで提供できる。
The light guide member according to the present embodiment can use various optical fibers for light guide according to applications. The optical fiber does not require a hollow portion. In other words, the existing optical fiber can be used as it is. The shape and irradiation range of the emitted light can be adjusted by the shape and size of the
(実施形態4)
図9,10に示す実施形態4に係る導光部材は、先端部材75の構成が実施形態3と異なっており、光ファイバ120は実施形態3と同じであるので、先端部材75について以下説明を行う。
(Embodiment 4)
The light guide member according to the fourth embodiment shown in FIGS. 9 and 10 is different from the third embodiment in the configuration of the
本実施形態の先端部材75は、光ファイバ120と接続される第1の部分74と、出射面を有する第2の部分72とを備えている。いずれも透光性の材質からなっている。第1の部分74は、光ファイバ120の中心軸と同軸かつ短径が一方の端部のコア12よりも大きい角柱である。第2の部分72は第1の部分74と同軸であって横断面は第1の部分74よりも面積が大きく、第1の部分74と相似形の角柱の角部分を丸くした形状を全体としては有しており、光の出射面は後述するようにさらに別の構造を有している。
The
第1の部分74により、光軸と垂直な面内において光の分布が第1の部分74の横断面全体に拡がると共に当該面内における光の強度分布が均一になる。第1の部分74から光が第2の部分72に入ると、光の分布は第2の部分72の横断面全体にさらに拡がる。
The
第2の部分72は、出射面に透光領域86,86,・・と不透光領域とを備えており、透光領域86,86,・・は6ヶ存していて、それぞれ出射面上に存しているリング形状の面である。不透光領域は、透光領域86,86,・・のリング形状の内側に存している第1の窪み82,82,・・と、隣合う透光領域86,86同士の間に存している第2の窪み84,84,・・との2種類の窪みからなっている。第1の窪み82,82,・・は円錐形状の窪みであって底面部分である開口部が透光領域86,86,・・に囲繞されている。第2の窪み84,84,・・はV溝状の窪みであって、幅と深さが隣合う透光領域86,86間の距離(リング外縁同士の距離)によって変化している。
The
第1の窪み82,82,・・、第2の窪み84,84,・・共に、光ファイバ120の中心軸に対して(90度−臨界角)以下の角度になるようにその斜面が設定されているため、第2の部分72の内部から光がその斜面に入射しても、光は反射されてそれらの窪みからは出射されない。
The
本実施形態の導光部材は、光軸に垂直な面においてリング形状である光が、3ヶずつ2列、合計6ヶ出射される。これにより、6ヶの被加熱物を同時に加熱することができ、実施形態3の導光部材に比べて、多数の被加熱物を6倍の速さで加熱することができる。また、一つの光源で一度に6つの加熱や光照射などの加工を行うことができる。 In the light guide member of the present embodiment, light in a ring shape on a surface perpendicular to the optical axis is emitted in two rows of three, a total of six. Thereby, six to-be-heated objects can be heated simultaneously, and many to-be-heated objects can be heated 6 times as compared with the light guide member of Embodiment 3. In addition, it is possible to perform six processes such as heating and light irradiation at a time with one light source.
(その他の実施形態)
上述の実施形態は本願発明の例示であって、本願発明はこれらの例に限定されず、これらの例に周知技術や慣用技術、公知技術を組み合わせたり、一部置き換えたりしてもよい。また当業者であれば容易に思いつく改変発明も本願発明に含まれる。
(Other embodiments)
The above-described embodiment is an exemplification of the present invention, and the present invention is not limited to these examples, and these examples may be combined or partially replaced with known techniques, common techniques, and known techniques. Also, modified inventions easily conceived by those skilled in the art are included in the present invention.
先端部材に設けられる不透光領域は、円錐形状やV溝形状の窪みに限定されず、光が反射する領域であれば形状や反射原理がどのようなものであっても構わない。 The opaque region provided in the tip member is not limited to the conical or V-groove depression, and any shape or reflection principle may be used as long as it reflects light.
実施形態3,4の先端部材の出射端面に、実施形態1,2と同様のキャップ部材を接続しても構わない。また、実施形態3,4の先端部材の形状も特に限定されず、透光領域は円形のリング形状ではなくても良く、楕円形や多角形のリング形状であってもよいし、リング形状以外の形状でもよい。
You may connect the cap member similar to
実施形態4において先端部材の第1の部分と第2の部分とは、透光性の同じ材質からなっていても良いし、異なる材質からなっていてもよい。 In Embodiment 4, the first part and the second part of the tip member may be made of the same translucent material or different materials.
10,11 一方の端部のコア
20,21 他方の端部のコア
60 キャップ部材
70,75 先端部材
72 第2の部分
74 第1の部分
81 窪み
82 第1の窪み
83,86 透光領域
84 第2の窪み
100 光ファイバ
110 光ファイバ
120 光ファイバ
10, 11
Claims (4)
他方の端部が光の入射側であり、
前記一方の端部のコアには中空の開口部を塞ぐキャップ部材が接続されており、
前記キャップ部材は前記コアと同じ材質の物質からなっており、
照射面においてリング状の照射形状の光を照射する、導光部材。 A core of one end hollow, a light guide member using an optical fiber medium Ru solid der at least part of the other portion of the core,
The other end is the light incident side,
A cap member for closing the hollow opening is connected to the core at the one end ,
The cap member is made of the same material as the core,
A light guide member that irradiates light having a ring-shaped irradiation shape on an irradiation surface .
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