JP2003131047A - 矩形断面のガラスファイバー - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 レーザーマーキングの分野で光エネルギーの
損失が無く、照度分布が均一な矩形光分布を容易に造
る。またそのための重要な光学部品を発明する。さらに
光エネルギー密度が高い場合でも使用に耐えるものとす
る。 【構成】 ガラスファイバーの断面形状を正方形ないし
は長方形の矩形形状とする。またこれを用いた光学系
を、コリメートレンズ、結像レンズとともに構成し所期
の目的である矩形光エネルギー分布をつくる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】レーザーマーキングの分野で、正
方形または矩形の光の強度分布でかつその形状の内部で
は光強度が均一で高エネルギー密度なものが要請されて
いる。

【０００２】

【従来の技術】本発明に先行する技術では光学系のどこ
かに矩形のマスクを置きその光学像を使うものである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】光学系の何処かにマス
クを置きその光学像を使う方法は、当然のこととしてマ
スクの内部に入射した光のみが使われ、マスクの外の光
は捨てられる。こうして光の有効使用を妨げ、その分、
光強度が低下する。またマスクの内部についてもその照
度均一性はそこそこのものであり、マスク内部の均一性
をさらに高度に要求すると光の効率がますます低下する
という傾向がある。即ち、光の照度レベルを重視するか
照度均一性を重視するかの二者択一をせまられる。その
バランス点ではどちらも不満なレベルである。課題は照
度レベルを最高度に上げ、かつ照度均一性を最高度に高
め両者を同時に達成することであり、そのための光学部
品を新たに開発することである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の手段として、断面形状が矩形のガラスファイバーを開
発する。これを用いれば所期の光学系の設計は容易にな
る。材料を光学ガラスとした矩形断面の六面体はロッド
レンズと称して以前から使用されてきた。しかしレーザ
ーマーキングの分野で頻繁に使用される矩形形状の大き
さは０．１ミリメートル角程度の大きさであり、これに
最適なロッドレンズの矩形形状の大きさは１ミリメート
ルないしは０．２ミリメートル程度である。一方、長さ
のほうは光学的な事情から最低でも２００ミリメートル
位、望ましくは３００から４００ミリメートル位欲し
い。

【０００５】そこで可撓性のあるプラスチックファイバ
ーで断面形状を矩形にしたものを提案した。（出願日は
平成１３年１０月１７日）。通常、光通信の分野で使用
されているファイバーはコアとクラッドと称して屈折率
の異なる二重構造のものが普通であるが、本発明の場
合、必ずしも二重構造の必要は無い。単一屈折率でも内
面の全反射によって光が出射端の方へ伝送されるからで
ある。下記に説明する実施例は全て単一屈折率の例であ
る。しかしまた一方でレーザーマーキングの分野で使用
するレーザー出力は高く、光エネルギー密度は非常に高
い。可視光線の波長域にあっても破壊力はおおきい。光
エネルギー密度が比較的低い場合にはプラスチック光フ
ァイバーで十分であるが、光エネルギー密度が極めて高
い場合には通常のガラスファイバーないしは石英ガラス
ファイバーのほうが適している。そこで本発明は、断面
形状が矩形のガラスファイバーを提案するものである。
照度均一性と照度レベルについてはこの二つが、従来技
術では二者択一になる、と述べたが、本発明によればそ
の両者が同時に最高度に達成される。先ず照度の均一性
に付いては断面形状が１．１ｍｍ角、長さが２５ｍｍか
ら４００ｍｍまでの６段階についてファイバーの射出端
でのシミュレーションを図１に示す。この場合長さ３０
０ｍｍから４００ｍｍあれば照度の均一性は充分に得ら
れることがわかる。次に照度レベルつまり光エネルギー
の損失を最小に押さえる点であるが、レーザーの射出ビ
ームをコリメートレンズで絞りファイバーに入射させる
ので入射面でのわずかな反射損失以外は光エネルギーの
損失は無い。ファイバー内の内面反射はいわゆる全反射
であるのでエネルギーの損失は無い。さらにレーザーの
光エネルギー密度が極めて高い場合でも本発明によれ
ば、石英ガラスのファイバーなどを用いることによって
部品の破壊等無しで所期の目的を達成できる。

【０００６】

【作用】本発明の矩形断面ファイバーによって、光エネ
ルギー損失無く照度均一性の極めて高い照度分布がその
射出端に得られる。光エネルギーが高い場合にも破壊さ
れること無く使用が可能となる。

【０００７】

【実施例−１】実施例−１の Ｒ、Ｄ、ｎ データを次
に示す。入射ビーム径は直径５ｍｍで、強度分布はほぼ
ガウス分布のビームを仮定している。

【０００８】

【実施例−２】実施例−２の Ｒ、Ｄ、ｎ データは上
記１と同じである。ただガラスファイバの断面形状が
０．４〔ｍｍ〕Ｘ１．２〔ｍｍ〕という矩形形状である
点とファイバーの長さが３００〔ｍｍ〕である点のみが
異なる。その射出端での照度分布シミュレーションを図
４に示す。

【０００９】

【発明の効果】本発明の矩形断面ファイバーによって、
レーザーマーキングの分野で光損失無く照度分布の極め
て均一な矩形マーキングが格段に容易になった。また光
エネルギーが極端に高い場合でも使用可能となった。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例−１の光学系で、ファイバー長さを２５
ｍｍから４００ｍｍまで変化させたファイバー射出端で
の照度分布シミュレーション。グラフ縦軸目盛は相対
値。

【図２】矩形断面ファイバー内を光が伝送される様子。

【図３】実施例−１の光学系斜視図。ｙ軸（縦軸）の周
りに６０度、ｚ軸（光軸）の周りに１５度回転した図。
結像レンズは理想レンズ。

【図４】矩形ファイバーで断面形状が０．４ｍｍＸ１．
２ｍｍのときの射出端照度分布シミュレーション。グラ
フの縦軸数値は相対値。

【符号の説明】

１ コリメートレンズ ２ 矩形断面ガラスファイバー ３ 結像レンズ、この場合は理想レンズ。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 断面形状が正方形のガラスファイバー。
2. 【請求項２】 断面形状が長方形のガラスファイバー。