JP2004043981A - Apparatus for bleaching treatment - Google Patents

Apparatus for bleaching treatment Download PDF

Info

Publication number
JP2004043981A
JP2004043981A JP2002199092A JP2002199092A JP2004043981A JP 2004043981 A JP2004043981 A JP 2004043981A JP 2002199092 A JP2002199092 A JP 2002199092A JP 2002199092 A JP2002199092 A JP 2002199092A JP 2004043981 A JP2004043981 A JP 2004043981A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
laser
optical fiber
light source
bleaching
fiber
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2002199092A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yoji Okazaki
岡崎 洋二
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fujifilm Holdings Corp
Original Assignee
Fuji Photo Film Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fuji Photo Film Co Ltd filed Critical Fuji Photo Film Co Ltd
Priority to JP2002199092A priority Critical patent/JP2004043981A/en
Priority to US10/409,686 priority patent/US6894712B2/en
Priority to KR10-2004-7016103A priority patent/KR20050003356A/en
Priority to CN038131919A priority patent/CN1659479A/en
Priority to PCT/JP2003/004500 priority patent/WO2003085457A1/en
Priority to IL16448303A priority patent/IL164483A0/en
Priority to TW93136885A priority patent/TWI263810B/en
Priority to TW92112637A priority patent/TWI258601B/en
Priority to TW93136884A priority patent/TWI268854B/en
Priority to TW93136882A priority patent/TWI263798B/en
Priority to TW93136883A priority patent/TWI274733B/en
Publication of JP2004043981A publication Critical patent/JP2004043981A/en
Priority to US11/104,598 priority patent/US7077972B2/en
Priority to US11/104,427 priority patent/US7048528B2/en
Priority to US11/104,561 priority patent/US7015488B2/en
Priority to US11/116,342 priority patent/US7079169B2/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Semiconductor Lasers (AREA)
  • Optical Couplings Of Light Guides (AREA)
  • Treatment Of Fiber Materials (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an apparatus for a bleaching treatment designed to carry out the bleaching treatment at a high energy density and perform the bleaching treatment with high energy efficiency at a high speed and low cost by irradiation with a short-period pulsated laser beam. <P>SOLUTION: The apparatus for the bleaching treatment is designed to perform pulse irradiation of a cloth 200 impregnated with a chemical fluid containing an oxidizing agent or a reducing agent with a laser beam at 350-450 nm wavelength by using an irradiation head 500 loaded with a fiber array light source in which a high-output and high-brightness multiplexing laser beam light source is arrayed. Thereby, the high energy density can be obtained on the surface of the cloth 200. The bleaching reaction can be promoted to afford high bleaching effects by activating at least either one of the chemical fluid and a coloring component. Furthermore, the irradiation with the short-period pulsated laser beam can be carried out by composing the multiplexing laser beam light source of a semiconductor laser. The bleaching treatment can be performed with the high energy efficiency at a high speed and low cost. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、漂白処理装置に関し、特に、酸化剤又は還元剤を含む薬液を含浸させた布にレーザ光を照射して漂白する漂白処理装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
繊維製品の染色加工においては、染色処理を行う前に、繊維に含まれる着色物質を酸化又は還元処理よって分解除去する漂白処理を実施する。着色物質はその構造中に発色に関与する共役二重結合を含んでいるが、酸化又は還元処理より着色物質の共役系が破壊されて、その結果、繊維が漂白される。酸化漂白剤としては、次亜塩素酸ソーダ等の塩素系漂白剤、過酸化水素などが使用され、還元漂白剤としては、ハイドロサルファイトなどが使用されている。
【0003】
従来、上記の漂白処理は、一般に、高濃度の漂白剤を含む水溶液中で繊維製品を長時間煮沸することにより行われているが、熱容量の大きな水を沸点近くまで加熱しなければならず、エネルギー効率が悪く、熱と薬品の相互作用により繊維の脆化や硬化が発生する、という問題があった。
【0004】
近年、環境への負荷が大きい塩素系漂白剤を使用しない漂白技術の研究が盛んに行われている。例えば、特開平11−43861号公報には、水素化ホウ素ナトリウム水溶液を含浸させた綿布に、室温で紫外線レーザをパルス照射して漂白を行う技術が開示されている。漂白剤として使用される水素化ホウ素ナトリウムは還元力が弱いが、レーザ照射により着色物質が活性化されて漂白剤と反応し易くなる。この技術によれば、塩素系漂白剤を使用せずに済むだけでなく、低温で漂白を行うことができ、処理時間が短縮される。また、低温で漂白処理を行えるため、繊維の損傷も低減される。
【0005】
この漂白方法では、高エネルギー密度のレーザ装置が必要とされ、紫外域で高出力を得ることができるエキシマレーザを使用している。また、紫外域の波長で発振する半導体レーザは一般に出力が小さいため、半導体レーザを使用する場合には、複数個の半導体レーザを集積化して使用するものとされている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、エキシマレーザはエネルギー効率が僅か3%と低く、これを使用した漂白方法はエネルギー消費量が大きくなり、環境に配慮した漂白方法とは言えない。また、エキシマレーザは、パルス駆動の繰り返し周波数が300Hzと低く、生産性が低い。更に、レーザチューブやレーザガスの寿命が1×10ショット程度と短くメンテナンスコストが高い、装置が大型化する、高輝度なレーザ光が得られない、パルス化が難しい、という問題もある。
【0007】
また、従来、紫外域の波長で発振する半導体レーザは実用化されておらず、特開平11−43861号公報にも半導体レーザの具体的な構成は記載されていない。加えて、短波長の半導体レーザは高歩留まりで製造することが難しいが、特開平11−43861号公報には、紫外域の波長で発振する複数個の半導体レーザを集積化し、10000mJ/cmもの光密度を実現する具体的な構成は何も記載されておらず、現実に紫外域の波長で発振する半導体レーザを用いた高出力光源を得ることは困難であった。
【0008】
本発明は上記従来技術の問題点に鑑みなされたものであり、本発明の目的は、短パルス化したレーザ光の照射により、高いエネルギー密度で漂白処理を行うことができる漂白処理装置を提供することにある。本発明の他の目的は、エネルギー効率が高く、高速且つ低コストに漂白処理を行うことができる漂白処理装置を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明の漂白処理装置は、染色前の繊維に、酸化剤又は還元剤を含む薬液を含浸させる薬液含浸手段と、複数の半導体レーザ、1本の光ファイバ、及び前記複数の半導体レーザの各々から出射されたレーザビームを集光し、集光ビームを前記光ファイバの入射端に結合させる集光光学系を備えた合波レーザ光源を備え、前記薬液を含浸させた布に波長200nm〜450nmのレーザ光をパルス照射するレーザ照射手段と、を備えていることを特徴とする。
【0010】
本発明の漂白処理装置では、薬液含浸手段により、染色前の繊維に酸化剤又は還元剤を含む薬液を含浸させる。そして、薬液を含浸させた布に、レーザ照射手段から波長200nm〜450nmのレーザ光がパルス照射される。
【0011】
合波レーザ光源は、複数の半導体レーザ、1本の光ファイバ、及び前記複数の半導体レーザの各々から出射されたレーザビームを集光し、集光ビームを前記光ファイバの入射端に結合させる集光光学系を備えている。この合波レーザ光源は、複数のレーザビームを光ファイバを利用して合波するので、高出力且つ高輝度である。レーザ照射手段はこの高出力且つ高輝度な合波レーザ光源を備えているので、本発明の漂白処理装置では、漂白処理に必要な高エネルギー密度を容易に得ることができる。また、合波レーザ光源は、連続駆動が可能で出力安定性に優れた半導体レーザを用いて構成されているので、短パルス化したレーザ光を照射することができ、エネルギー効率が高く、高速に漂白処理を行うことができると共に、エキシマレーザを用いた装置と比べて、メンテナンスが容易で低コストである。
【0012】
上記の漂白処理装置において、レーザ照射手段により照射するレーザ光の波長は、漂白処理を促進して高速化を図る観点からは、高出力の窒化ガリウム(GaN)系半導体レーザを得ることができる350nm〜450nmの範囲が好ましい。特に、GaN系半導体レーザで最も高出力化が容易な波長400nm〜415nmの範囲が好ましい。また、繊維の損傷を低減して、より漂白性能を高める観点からは、波長200nm〜350nmが好ましい。更に、特殊な材料の光学系を使用せずに装置の低コスト化を図り且つ高速処理を行う観点からは、400nmより長波長が好ましい。
【0013】
また、GaN系半導体レーザは共有性結合であることから転位の移動度がGaAs系やAlGaInP系よりも非常に小さく、また、熱伝導係数もGaAs系やAlGaInP系よりも非常に大きいので、高いCOD(Catastrophic Optical Damage)レベルを有している。このため、パルス駆動した場合でも高出力化を図ることができる。その結果、短パルス化によりピークパワーで数100mW〜数10Wもの高出力を得ることができる。これにより、デューティを0.1%〜10%程度と小さくすることができ、高エネルギー密度が得られ且つ熱による繊維の損傷が低減できる。
【0014】
上記の合波レーザ光源は、複数の発光点を備えた半導体レーザ、1本の光ファイバ、及び前記複数の発光点を備えた半導体レーザの複数の発光点の各々から出射されたレーザビームを集光し、集光ビームを前記光ファイバの入射端に結合させる集光光学系を備えて構成されていてもよい。例えば、複数の発光点を備えた半導体レーザとしては、マルチキャビティレーザを使用することができる。
【0015】
また、合波レーザ光源の光ファイバとしては、コア径が均一で出射端のクラッド径が入射端のクラッド径より小さい光ファイバを用いることが好ましい。出射端のクラッド径を小さくすることで、光源の高輝度化を図ることができる。光ファイバの出射端のクラッド径は、発光点の径を小さくする観点から125μmより小さい方が好ましく、80μm以下がより好ましく、60μm以下が特に好ましい。コア径が均一で出射端のクラッド径が入射端のクラッド径より小さい光ファイバは、例えば、コア径が同じでクラッド径が異なる複数の光ファイバを結合して構成することができる。また、複数の光ファイバをコネクタで着脱可能に接続して構成することにより、光源モジュールが部分的に破損した場合等に、交換が容易になる。
【0016】
上記のレーザ照射手段は、複数の合波レーザ光源を含んで構成されていてもよい。例えば、合波レーザ光源の発光点(光ファイバの出射端)を複数アレイ状に配列したファイバアレイ光源や、合波レーザ光源の発光点をバンドル化したファイババンドル光源として構成してもよい。ファイバアレイ光源やファイババンドル光源では、複数本の光ファイバを束ねて光源を構成するので、更なる高出力化が可能になる。これにより、低コストで高輝度光源を得ることができ、高速でのレーザ漂白処理が可能になる。
【0017】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の漂白処理装置の実施の形態について詳細に説明する。
[漂白処理装置の構成]
本発明の実施の形態に係る漂白処理装置は、図1に示すように、長尺状の布200を所定の搬送路に沿って搬送する複数の搬送ローラ202を備えている。
また、漂白処理装置は、酸化剤又は還元剤を含む薬液204が貯留された薬液槽206を備えており、該薬液槽206の搬送方向下流側にはレーザ照射部208が設けられている。このレーザ照射部208では、図2に示すように、布200にレーザ光をパルス照射する照射ヘッド500が、搬送路に置かれた布200の上方に配置されている。
【0018】
照射ヘッド500は、図3(A)及び(B)に示すように、多数(例えば、1000本)の光ファイバ30が副走査方向と直交する方向に沿って1列に配列されたファイバアレイ光源506と、ファイバアレイ光源506から出射されたレーザ光を光ファイバ30の出射端の配列方向と直交する方向にのみ集光して布200の表面(走査面)56上に結像するシリンドリカルレンズ510とから構成されている。なお、図3では、光ファイバ30の入射端が結合されたファイバアレイ光源506のモジュール部分については図示を省略した。
【0019】
シリンドリカルレンズ510は、所定方向に曲率を有し且つ所定方向と直交する方向に長い形状をしており、長手方向(所定方向と直交する方向)が光ファイバ30の出射端の配列方向と平行になるように配置されている。なお、シリンドリカルレンズ510と共に、フライアイレンズ系による均一化照明光学系や、レーザ出射端の配列方向に対しては、レンズの光軸に近い部分は光束を広げ且つ光軸から離れた部分は光束を縮め、且つこの配列方向と直交する方向に対しては光をそのまま通過させる機能を備えた光量分布補正光学系を用いてもよい。
【0020】
ファイバアレイ光源506は、図4に示すように、多数のレーザモジュール64を備えており、各レーザモジュール64には、マルチモード光ファイバ30の一端が結合されている。マルチモード光ファイバ30の他端は、パッケージ40の外部に引き出され、マルチモード光ファイバ30の出射端部(発光点)が副走査方向と直交する主走査方向に沿って配列されてレーザ出射部68が構成されている。
【0021】
レーザモジュール64は、図5に示す合波レーザ光源(ファイバ光源)によって構成されている。この合波レーザ光源は、ヒートブロック10上に配列固定された複数(例えば、7個)のチップ状の横マルチモード又はシングルモードのGaN系半導体レーザLD1,LD2,LD3,LD4,LD5,LD6,及びLD7と、GaN系半導体レーザLD1〜LD7の各々に対応して設けられたコリメータレンズ11,12,13,14,15,16,及び17と、1つの集光レンズ20と、1本のマルチモード光ファイバ30と、から構成されている。なお、半導体レーザの個数は7個には限定されない。例えば、クラッド径=60μm、コア径=50μm、NA=0.2のマルチモード光ファイバには、20個もの半導体レーザ光を入射することが可能であり、照射ヘッドの必要光量を実現して、且つ光ファイバ本数をより減らすことができる。
【0022】
GaN系半導体レーザLD1〜LD7は、発振波長が総て共通(例えば、405nm)であり、連続動作での最大出力も総て共通(例えば、マルチモードレーザでは100mW、シングルモードレーザでは30mW)である。なお、GaN系半導体レーザLD1〜LD7としては、350nm〜450nmの波長範囲で、上記の405nm以外の発振波長を備えるレーザを用いてもよい。なお、好適な波長範囲については後述する。
【0023】
上記の合波レーザ光源は、図6及び図7に示すように、他の光学要素と共に、上方が開口した箱状のパッケージ40内に収納されている。パッケージ40は、その開口を閉じるように作成されたパッケージ蓋41を備えており、脱気処理後に封止ガスを導入し、パッケージ40の開口をパッケージ蓋41で閉じることにより、パッケージ40とパッケージ蓋41とにより形成される閉空間(封止空間)内に上記合波レーザ光源が気密封止されている。
【0024】
パッケージ40の底面にはベース板42が固定されており、このベース板42の上面には、前記ヒートブロック10と、集光レンズ20を保持する集光レンズホルダー45と、マルチモード光ファイバ30の入射端部を保持するファイバホルダー46とが取り付けられている。マルチモード光ファイバ30の出射端部は、パッケージ40の壁面に形成された開口からパッケージ外に引き出されている。
【0025】
また、ヒートブロック10の側面にはコリメータレンズホルダー44が取り付けられており、コリメータレンズ11〜17が保持されている。パッケージ40の横壁面には開口が形成され、この開口を通してGaN系半導体レーザLD1〜LD7に駆動電流を供給する配線47がパッケージ外に引き出されている。
【0026】
なお、図7においては、図の煩雑化を避けるために、複数のGaN系半導体レーザのうちGaN系半導体レーザLD7にのみ番号を付し、複数のコリメータレンズのうちコリメータレンズ17にのみ番号を付している。
【0027】
図8は、上記コリメータレンズ11〜17の取り付け部分の正面形状を示すものである。コリメータレンズ11〜17の各々は、非球面を備えた円形レンズの光軸を含む領域を平行な平面で細長く切り取った形状に形成されている。この細長形状のコリメータレンズは、例えば、樹脂又は光学ガラスをモールド成形することによって形成することができる。コリメータレンズ11〜17は、長さ方向がGaN系半導体レーザLD1〜LD7の発光点の配列方向(図8の左右方向)と直交するように、上記発光点の配列方向に密接配置されている。
【0028】
一方、GaN系半導体レーザLD1〜LD7としては、発光幅が2μmの活性層を備え、活性層と平行な方向、直角な方向の拡がり角が各々例えば10°、30°の状態で各々レーザビームB1〜B7を発するレーザが用いられている。これらGaN系半導体レーザLD1〜LD7は、活性層と平行な方向に発光点が1列に並ぶように配設されている。
【0029】
従って、各発光点から発せられたレーザビームB1〜B7は、上述のように細長形状の各コリメータレンズ11〜17に対して、拡がり角度が大きい方向が長さ方向と一致し、拡がり角度が小さい方向が幅方向(長さ方向と直交する方向)と一致する状態で入射することになる。つまり、各コリメータレンズ11〜17の幅が1.1mm、長さが4.6mmであり、それらに入射するレーザビームB1〜B7の水平方向、垂直方向のビーム径は各々0.9mm、2.6mmである。また、コリメータレンズ11〜17の各々は、焦点距離f=3mm、NA=0.6、レンズ配置ピッチ=1.25mmである。
【0030】
集光レンズ20は、非球面を備えた円形レンズの光軸を含む領域を平行な平面で細長く切り取って、コリメータレンズ11〜17の配列方向、つまり水平方向に長く、それと直角な方向に短い形状に形成されている。この集光レンズ20は、焦点距離f=23mm、NA=0.2である。この集光レンズ20も、例えば、樹脂又は光学ガラスをモールド成形することにより形成される。
【0031】
合波レーザ光源を構成するGaN系半導体レーザLD1〜LD7の各々から発散光状態で出射したレーザビームB1,B2,B3,B4,B5,B6,及びB7の各々は、対応するコリメータレンズ11〜17によって平行光化される。平行光化されたレーザビームB1〜B7は、集光レンズ20によって集光され、マルチモード光ファイバ30のコア30aの入射端面に収束する。
【0032】
本例では、コリメータレンズ11〜17及び集光レンズ20によって集光光学系が構成され、その集光光学系とマルチモード光ファイバ30とによって合波光学系が構成されている。即ち、集光レンズ20によって上述のように集光されたレーザビームB1〜B7が、このマルチモード光ファイバ30のコア30aに入射して光ファイバ内を伝搬し、1本のレーザビームBに合波されてマルチモード光ファイバ30から出射する。
【0033】
各レーザモジュールにおいて、レーザビームB1〜B7のマルチモード光ファイバ30への結合効率が0.85で、GaN系半導体レーザLD1〜LD7の各出力が30mWの場合には、アレイ状に配列された光ファイバ31の各々について、連続動作では出力180mW(=30mW×0.85×7)の合波レーザビームBを得ることができる。
【0034】
また、上記の合波レーザ光源では、GaN系半導体レーザLD1〜LD7の各々をパルス駆動して、所定のパルス幅のレーザ光を得ることができる。レーザ光をパルス照射することにより発熱が抑制され、熱による繊維の損傷(布へのダメージ)が防止される。
【0035】
各パルスのピークパワーは300mW〜3Wが好ましい。ピークパワーが300mWの場合には、パルス幅が10nsec(ナノ秒)〜10μsec(マイクロ秒)で、1秒当りのパルス数は10〜10が好ましい。この場合のデューティは約10%である。また、ピークパワーが3Wの場合には、パルス幅が1nsec〜1μsecで、1秒当りのパルス数が10〜10が好ましい。この場合のデューティは約1.0%である。
【0036】
なお、GaN系半導体レーザは、前述した通りCOD(Catastrophic OpticalDamage)と呼ばれる光出射端面の破損が生じ難く、高信頼性であり、高ピークパワーを実現できる。
【0037】
[漂白処理装置の動作]
次に、上記した漂白処理装置の動作について説明する。
【0038】
繊維に付着した油分等の夾雑物を除去する精練工程、糊剤を除去する糊抜き工程を経た染色前の布200を、上記漂白処理装置に供給すると、布200は搬送ローラ202の回転に伴い矢印A方向に搬送されて、薬液槽206内の薬液204に浸漬される。浸漬時間は0.1〜1時間が好ましい。
【0039】
薬液204は、酸化剤又は還元剤を所定濃度で含んでいる。酸化剤としては、過酸化水素(H)、過ホウ素酸ナトリウム(NaBO・4HO)、過マンガン酸カリウム(KMnO)等の過酸化物や、さらし粉(CaCl・ClO)、次亜塩素酸ナトリウム(NaClO)、亜塩素酸ナトリウム(NaClO)等の塩素化合物などを使用することができる。また、還元剤としては、ハイドロサルファイト(Na)、テトラヒドロホウ酸ナトリウム(NaBH)などを使用することができる。この中でも、繊維の損傷を抑制する観点から、酸化還元作用が弱いテトラヒドロホウ酸ナトリウムが特に好ましい。
【0040】
溶媒としては、水やメタノール、エタノール等の低級アルコールを用いることができる。酸化剤又は還元剤の濃度は1%〜10%が好ましい。また、薬液204には、酸化剤、還元剤を活性化するための活性化助剤を適宜添加してもよい。
【0041】
次に、薬液槽206から取り出された布200は、薬液204が含浸された状態でレーザ照射部208に供給される。レーザ照射部208では、照射ヘッド500のファイバアレイ光源506から出射されたレーザ光は、シリンドリカルレンズ510により光ファイバ30の出射端の配列方向と直交する方向にのみ集光されて、布200の表面56にライン状に結像される。このシリンドリカルレンズ510は、例えば、短軸方向に3倍、長軸方向に1倍の倍率でビーム径を拡大する拡大光学系として機能する。また、布200が一定速度で搬送されて、照射ヘッド500からのラインビーム502により、搬送方向と反対の方向に副走査される。
【0042】
このように、薬液204が含浸させた布にレーザ光を照射することにより、繊維に付着した着色成分及び薬液204中の酸化剤又は還元剤が活性化されて、両者の反応性が高まり、良好な漂白効果を得ることができる。熱による繊維の損傷を防止して活性化効果を得るために、照射するレーザ光の波長は350nm〜450nmであり、400nm〜415nmがより好ましい。一方、酸化剤又は還元剤の反応性が高い場合には、光学系への負荷が少なく、半導体レーザの高出力化が容易な400nm以上の波長が好ましい。
【0043】
ここで、布200の表面上での光密度を算出する。照射ヘッドの合波レーザ光源において、GaN系半導体レーザLD1〜LD7の各出力が30mWの場合には、アレイ状に配列された光ファイバ30の各々について、出力180mW(=30mW×0.85×7)の合波レーザビームBを得ることができる。従って、1000本のマルチモード光ファイバ30が1列に配列されたファイバアレイ光源の場合、レーザ出射部68での連続動作での出力は約180Wである。
【0044】
ファイバアレイ光源506のレーザ出射部68には、この通り高輝度の発光点が主走査方向に沿って一列に配列されている。単一の半導体レーザからのレーザ光を1本の光ファイバに結合させる従来のファイバ光源は低出力であるため、多数列配列しなければ所望の出力を得ることができなかったが、本実施の形態で使用する合波レーザ光源は高出力であるため、少数列、例えば1列でも所望の出力を得ることができる。
【0045】
また、マルチモード光ファイバ30として、クラッド径=125μm、コア径=50μm、NA=0.2のステップインデックス型光ファイバを用いた場合には、レーザ出射部68でのビーム径は50μm×125mmである。短軸方向に3倍、長軸方向に1倍の倍率でビーム径が拡大されると、照射エリア506の面積は150μm×125mmとなる。
【0046】
一般に、レーザアシストによる漂白処理では、2000mJ/cm〜20000mJ/cmの範囲の高い光密度が必要であるが、本実施の形態では、アレイ化するファイバ本数、合波するレーザビームの本数を適宜変更することで、この範囲の光密度を容易に実現することができる。漂白処理に要する露光面上での光密度を10000mJ/cmとすると、GaN系半導体レーザLD1〜LD7のピークパワーを3W、パルス幅を100nsec、1秒当りのパルス数を10、デューティ1%の条件で布200の表面にパルス照射する場合には、露光面上での光密度は1パルス当り10mJ/cmであり、1.4cm/sで高速露光することができる。
【0047】
一方、GaN系半導体レーザの合波レーザ光源の代わりにエキシマレーザを用いた場合には、繰り返し周波数が低くなるので、同じ領域を露光するのに約10倍以上のスピードを要する。
【0048】
以上説明した通り、本実施の形態の漂白処理装置では、高出力且つ高輝度な合波レーザ光源をアレイ化したファイバアレイ光源を用いて、薬液を含浸させた布にレーザ光をパルス照射し、布表面において高いエネルギー密度を得ることができる。これにより、薬液及び着色成分の少なくとも一方を活性化して、漂白反応を促進し、高い漂白効果を得ることができる。また、レーザパルスのデューティが1%であることから、発熱が抑制され、繊維の損傷を防止することができる。
【0049】
また、本実施の形態の漂白処理装置では、連続駆動が可能で出力安定性に優れた半導体レーザで構成された合波レーザ光源をレーザ照射部に用いているので、エキシマレーザを用いた漂白処理装置と比べると、任意の繰り返し周波数、パルス幅でパルス駆動でき、繰り返し周波数を高く設定することで、数倍も高速に漂白処理を行うことができる。また、エキシマレーザを用いた漂白処理装置と比べて、エネルギー効率が10%〜20%と高く、メンテナンスが容易で低コストである。
【0050】
特に、GaN系半導体レーザは共有結合性であるため、COD(CatastrophicOptical Damage)と呼ばれる光出射端面の破損が生じ難く、高信頼性であり、高ピークパワーを実現できる。例えば、パルス幅100nsec、デューティ1%の条件で、3Wの高ピークパワーを実現できる。なお、この場合の平均出力は30mWである。
【0051】
また、本実施の形態の漂白処理装置では、ファイバアレイ光源の光ファイバのアレイ配列により、ラインビームを容易に得ることができる。通常、繊維製品は長尺状に形成されるので、短軸方向に絞られ、それと直交する長軸方向に広げられたラインビームでレーザ照射するのが合理的である。また、アレイ化する光ファイバの本数を増やすことにより、エネルギー強度とその均一性を維持した状態でラインビーム長を伸張することができる。更に、波長350〜450nmのレーザ光を用いているので、紫外線対応の特殊な材料の光学系を用いてラインビームを生成する必要が無く、低コストである。
【0052】
次に、以上説明した漂白処理装置の変形例について説明する。
[マルチヘッド]
上記の実施の形態では、単一の照射ヘッドを備えたレーザ照射部を設けた例について説明したが、ラインビームの長軸方向の長さが足りない場合は、複数の照射ヘッドを長軸方向に配列してもよい。
【0053】
[半導体レーザ]
上記では半導体レーザとして、将来的に更なる高出力化が期待できる発振波長350nm〜450nmのGaN系半導体レーザを用いる例について説明したが、半導体レーザはGaN系半導体レーザには限定されない。例えば、III族元素(Al,Ga,In)と窒素とで構成される窒化物半導体レーザを用いることができる。窒化物半導体は、AlGaIn1−x−yN(x+y≦1)で表されるいかなる組成から成っていてもよい。適宜組成を変更して発振波長200nm〜450nmの半導体レーザを得ることができる。
【0054】
[拡大光学系の他の例]
上記の照射ヘッド500を、図9(A)及び(B)に示すように、多数(例えば、1000個)の光ファイバ30の出射端(発光点)が副走査方向と直交する方向に沿って1列に配列されたレーザ出射部を備えたファイバアレイ光源506と、ファイバアレイ光源506から出射されたレーザ光を光ファイバ30の出射端の配列方向と直交する方向にのみ集光する第1のシリンドリカルレンズ512と、光ファイバ30の出射端の配列方向と直交する方向に集光されたレーザ光を配列方向にのみ集光して布200の表面(走査面)56上に結像する第2のシリンドリカルレンズ514とから構成することができる。
【0055】
第1のシリンドリカルレンズ512は、所定方向に曲率を有し且つ所定方向と直交する方向に長い形状をしており、長手方向(所定方向と直交する方向)が光ファイバ30の出射端の配列方向と平行になるように配置されている。また、第2のシリンドリカルレンズ514は、所定方向に曲率を有し且つ該所定方向に長い形状をしており、曲率方向(所定方向)が光ファイバ30の出射端の配列方向と平行になるように配置されている。
【0056】
この照射ヘッドでは、ファイバアレイ光源506から出射されたレーザ光は、第1のシリンドリカルレンズ512により光ファイバ30の出射端の配列方向と直交する方向に集光され、第2のシリンドリカルレンズ514により光ファイバ30の出射端の配列方向に集光されて、走査面56上にライン状に結像される。
【0057】
これらシリンドリカルレンズ512、514は、例えば、短軸方向に3倍、長軸方向に10倍の倍率でビーム径を拡大する拡大光学系として機能する。また、図35において布200が一定速度で搬送されて、照射ヘッド500からのラインビームにより、搬送方向と反対の方向に副走査される。このように、ファイバアレイ光源のビームを光学系によって拡大することにより、広い露光面を露光することができる。また、ビームを拡大することで、より深い焦点深度を得ることができ、高速に搬送された布を均一に照明することができる。
【0058】
ここで、露光面上での光密度を算出する。照射ヘッドの合波レーザ光源にピークパワーが6Wのマルチモードレーザを使用する場合には、7個のLDによりピークパワー36Wの合波レーザビームBを得ることができる。従って、1000本のマルチモード光ファイバ30が1列に配列されたファイバアレイ光源の場合、レーザ出射部68でのピークパワーは約36kWである。
【0059】
また、マルチモード光ファイバ30として、クラッド径=125μm、コア径=50μm、NA=0.2のステップインデックス型光ファイバを用いた場合には、レーザ出射部68でのビーム径は50μm×125mmである。短軸方向に3倍、長軸方向に10倍の倍率でビーム径が拡大されると、照射エリア506の面積は150μm×1250mmである。従って、ピークパワー6W、パルス幅100nsec、デューティ1%、1秒当りのパルス数10の条件で、布200の表面にパルス照射する場合は、露光面上での光密度は1パルス当り2mJ/cmである。光学系による損失を約80%と見積っても、露光面上での光密度は1パルス当り1.5mJ/cmである。従って、10000mJ/cmの光密度で露光する場合には、幅1.25mの布を0.2cm/sで高速露光することができる。
【0060】
[光ファイバの変形例]
上記の実施の形態では、合波レーザ光源にクラッド径が125μmで均一な光ファイバを用いる例について説明したが、光ファイバの出射端のクラッド径を入射端のクラッド径よりも小さくすることができる。光ファイバの出射端のクラッド径を小さくすることにより、発光部径がより小さくなり、ファイバアレイ光源の高輝度化が図られる。
【0061】
例えば、図10(A)に示すように、レーザモジュール64のマルチモード光ファイバ30の他端に、コア径がマルチモード光ファイバ30と同一で且つクラッド径がマルチモード光ファイバ30より小さい光ファイバ31を結合することができる。光ファイバ31の出射端部は、図10(B)に示すように、表面が平坦な2枚の支持板65に挟み込まれて固定されている。また、光ファイバ31の光出射側には、光ファイバ31の端面を保護するために、ガラス等の透明な保護板63が配置されている。保護板63は、光ファイバ31の端面と密着させて配置してもよく、光ファイバ31の端面が密封されるように配置してもよい。光ファイバ31の出射端部は、光密度が高く集塵し易く劣化し易いが、保護板63を配置することにより端面への塵埃の付着を防止することができると共に劣化を遅らせることができる。
【0062】
この例では、クラッド径が小さい光ファイバ31の出射端を隙間無く1列に配列するために、クラッド径が大きい部分で隣接する2本のマルチモード光ファイバ30の間にマルチモード光ファイバ30を積み重ね、積み重ねられたマルチモード光ファイバ30に結合された光ファイバ31の出射端が、クラッド径が大きい部分で隣接する2本のマルチモード光ファイバ30に結合された光ファイバ31の2つの出射端の間に挟まれるように配列されている。
【0063】
このような光ファイバは、例えば、図11に示すように、クラッド径が大きいマルチモード光ファイバ30のレーザ光出射側の先端部分に、長さ1〜30cmのクラッド径が小さい光ファイバ31を同軸的に結合することにより得ることができる。2本の光ファイバは、光ファイバ31の入射端面が、マルチモード光ファイバ30の出射端面に、両光ファイバの中心軸が一致するように融着されて結合されている。上述した通り、光ファイバ31のコア31aの径は、マルチモード光ファイバ30のコア30aの径と同じ大きさである。
【0064】
また、長さが短くクラッド径が大きい光ファイバにクラッド径が小さい光ファイバを融着させた短尺光ファイバを、フェルールや光コネクタ等を介してマルチモード光ファイバ30の出射端に結合してもよい。コネクタ等を用いて着脱可能に結合することで、クラッド径が小さい光ファイバが破損した場合等に先端部分の交換が容易になり、照射ヘッドのメンテナンスに要するコストを低減できる。なお、以下では、光ファイバ31を、マルチモード光ファイバ30の出射端部と称する場合がある。
【0065】
マルチモード光ファイバ30及び光ファイバ31としては、ステップインデックス型光ファイバ、グレーテッドインデックス型光ファイバ、及び複合型光ファイバの何れでもよい。例えば、三菱電線工業株式会社製のステップインデックス型光ファイバを用いることができる。本実施の形態では、マルチモード光ファイバ30及び光ファイバ31は、ステップインデックス型光ファイバであり、マルチモード光ファイバ30は、クラッド径=125μm、コア径=25μm、NA=0.2、入射端面コートの透過率=99.5%以上であり、光ファイバ31は、クラッド径=60μm、コア径=25μm、NA=0.2である。
【0066】
一般に、赤外領域のレーザ光では、光ファイバのクラッド径を小さくすると伝搬損失が増加する。このため、レーザ光の波長帯域に応じて好適なクラッド径が決定されている。しかしながら、波長が短いほど伝搬損失は少なくなり、GaN系半導体レーザから出射された波長405nmのレーザ光では、クラッドの厚み{(クラッド径−コア径)/2}を800nmの波長帯域の赤外光を伝搬させる場合の1/2程度、通信用の1.5μmの波長帯域の赤外光を伝搬させる場合の約1/4にしても、伝搬損失は殆ど増加しない。従って、クラッド径を60μmと小さくすることができる。
【0067】
但し、光ファイバ31のクラッド径は60μmには限定されない。従来のファイバ光源に使用されている光ファイバのクラッド径は125μmであるが、クラッド径が小さくなるほど焦点深度がより深くなるので、マルチモード光ファイバのクラッド径は80μm以下が好ましく、60μm以下がより好ましく、40μm以下が更に好ましい。一方、コア径は少なくとも3〜4μm必要であることから、光ファイバ31のクラッド径は10μm以上が好ましい。
【0068】
また、上記では、合波レーザ光源のマルチモード光ファイバの出射端に、コア径がマルチモード光ファイバと同一で且つクラッド径がマルチモード光ファイバより小さい他の光ファイバを結合してファイバアレイ光源の高輝度化を図る例について説明したが、例えば、クラッド径が125μmより小さい(例えば、80μm、60μm等)マルチモード光ファイバを、出射端に他の光ファイバを結合せずに使用してもよい。このようにファイバアレイ光源の出射ビーム径を小さくすることで、前述したように拡大光学系を使用することができ、深い焦点深度を得ることができる。これにより、高速に搬送された布を均一に照明することができる。
【0069】
[他の合波レーザ光源]
合波レーザ光源は、複数のチップ状の半導体レーザから出射されたレーザ光を合波するものには限定されない。
【0070】
(マルチキャビティレーザ利用の合波レーザ光源)
例えば、図12に示すように、複数(例えば、3個)の発光点110aが所定方向に配列されたチップ状のマルチキャビティレーザ110を備えた合波レーザ光源を用いることができる。この合波レーザ光源は、マルチキャビティレーザ110と、1本のマルチモード光ファイバ130と、集光レンズ120と、を備えて構成されている。マルチキャビティレーザ110は、例えば、発振波長が405nmのGaN系レーザダイオードで構成することができる。
【0071】
上記の構成では、マルチキャビティレーザ110の複数の発光点110aの各々から出射したレーザビームBの各々は、集光レンズ120によって集光され、マルチモード光ファイバ130のコア130aに入射する。コア130aに入射したレーザ光は、光ファイバ内を伝搬し、1本に合波されて出射する。
【0072】
マルチキャビテイレーザ110の複数の発光点110aを、上記マルチモード光ファイバ130のコア径と略等しい幅内に並設すると共に、集光レンズ120として、マルチモード光ファイバ130のコア径と略等しい焦点距離の凸レンズや、マルチキャビティレーザ110からの出射ビームをその活性層に垂直な面内のみでコリメートするロッドレンズを用いることにより、レーザビームBのマルチモード光ファイバ130への結合効率を上げることができる。
【0073】
また、図13に示すように、複数(例えば、3個)の発光点を備えたマルチキャビティレーザ110を用い、ヒートブロック111上に複数(例えば、9個)のマルチキャビティレーザ110が互いに等間隔で配列されたレーザアレイ140を備えた合波レーザ光源を用いることができる。複数のマルチキヤビティレーザ110は、各チップの発光点110aの配列方向と同じ方向に配列されて固定されている。
【0074】
この合波レーザ光源は、レーザアレイ140と、各マルチキヤビティレーザ110に対応させて配置した複数のレンズアレイ114と、レーザアレイ140と複数のレンズアレイ114との間に配置された1本のロッドレンズ113と、1本のマルチモード光ファイバ130と、集光レンズ120と、を備えて構成されている。レンズアレイ114は、マルチキヤビティレーザ110の発光点に対応した複数のマイクロレンズを備えている。
【0075】
上記の構成では、複数のマルチキヤビティレーザ110の複数の発光点110aの各々から出射したレーザビームBの各々は、ロッドレンズ113により所定方向に集光された後、レンズアレイ114の各マイクロレンズにより平行光化される。平行光化されたレーザビームLは、集光レンズ120によって集光され、マルチモード光フアイバ130のコア130aに入射する。コア130aに入射したレーザ光は、光フアイバ内を伝搬し、1本に合波されて出射する。このように、マルチキヤビティレーザを用いることで、光ファイバ1本当りの出力を向上させることができ、、光ファイバ1本当りのコストを低下させることができる。
【0076】
(多段構造のレーザアレイ利用の合波レーザ光源)
更に、他の合波レーザ光源の例を示す。この合波レーザ光源は、図14(A)及び(B)に示すように、略矩形状のヒートブロック180上に光軸方向の断面がL字状のヒートブロック182が搭載され、2つのヒートブロック間に収納空間が形成されている。L字状のヒートブロック182の上面には、複数の発光点(例えば、5個)がアレイ状に配列された複数(例えば、2個)のマルチキャビティレーザ110が、各チップの発光点110aの配列方向と同じ方向に等間隔で配列されて固定されている。この場合に、発光点として単一横モードを使用しても良いが、ストライプ幅を僅かに広げてマルチ横モードとし、マルチ横モードを使用することで高出力化を図ることができる。従って、この光源を露光装置に使用することにより、高速露光が可能になる。
【0077】
略矩形状のヒートブロック180には凹部が形成されており、ヒートブロック180の空間側上面には、複数の発光点(例えば、5個)がアレイ状に配列された複数(例えば、2個)のマルチキャビティレーザ110が、その発光点がヒートブロック182の上面に配置されたレーザチップの発光点と同じ鉛直面上に位置するように配置されている。
【0078】
マルチキャビティレーザ110のレーザ光出射側には、各チップの発光点110aに対応してコリメートレンズが配列されたコリメートレンズアレイ184が配置されている。コリメートレンズアレイ184は、各コリメートレンズの長さ方向とレーザビームの拡がり角が大きい方向(速軸方向)とが一致し、各コリメートレンズの幅方向が拡がり角が小さい方向(遅軸方向)と一致するように配置されている。このように、コリメートレンズをアレイ化して一体化することで、レーザ光の空間利用効率が向上し合波レーザ光源の高出力化が図られると共に、部品点数が減少し低コスト化を図ることができる。
【0079】
また、コリメートレンズアレイ184のレーザ光出射側には、1本のマルチモード光ファイバ130と、このマルチモード光ファイバ130の入射端にレーザビームを集光して結合する集光レンズ120と、が配置されている。
【0080】
上記の構成では、レーザブロック180、182上に配置された複数のマルチキヤビティレーザ110の複数の発光点110aの各々から出射したレーザビームの各々は、コリメートレンズアレイ184により平行光化され、集光レンズ120によって集光されて、マルチモード光フアイバ130のコア130aに入射する。コア130aに入射したレーザ光は、光フアイバ内を伝搬し、1本に合波されて出射する。この場合も、マルチキヤビティレーザを用いた場合と同様に、光ファイバ1本当りの出力を向上させることができ、光ファイバ1本当りのコストを低下させることができる。従って、この光源を露光装置に使用することにより、高速露光が可能になる。
【0081】
この合波レーザ光源は、上記の通り、マルチキャビティレーザの多段配置とコリメートレンズのアレイ化とにより、特に高出力化を図ることができる。この合波レーザ光源を用いることにより、より高輝度なファイバアレイ光源やバンドルファイバ光源を構成することができるので、本実施の形態の照射ヘッドのレーザ光源を構成するファイバ光源として特に好適である。
【0082】
この場合の露光面上での光密度を計算する。照射ヘッドの合波レーザ光源として、マルチ横モードのチップを使用することにより、1発光点当りのピークパワーを6Wとすると、20個のLDによりピークパワー103Wの合波レーザビームを得ることができる。従って、1750本のマルチモード光ファイバを1列に配列したファイバアレイ光源の場合、レーザ出射部でのピークパワーは180kWである。
【0083】
また、マルチモード光ファイバとして、同様のものを用いた場合、レーザ出射部でのビーム径は、50μm×220mmである。短軸方向に3倍、長軸方向に10倍の倍率でビーム径が拡大されると、照射エリアの面積は150μm×2200mmである。従って、ピークパワー6W、パルス幅100nsec、デューティ1%、1秒当りのパルス数10の条件で、布の表面にパルス照射する場合は、露光面上での光密度は1パルス当り10mJ/cmである。光学系による損失を約80%と見積っても、露光面上での光密度は1パルス当り8mJ/cmである。従って、10000mJ/cmの光密度で露光する場合には、幅2.2mの布を1.2cm/sで高速露光することができる。
【0084】
なお、上記の各合波レーザ光源をケーシング内に収納し、マルチモード光ファイバ130の出射端部をそのケーシングから引き出したレーザモジュールを構成することができる。
【0085】
【発明の効果】
本発明の漂白処理装置によれば、高出力且つ高輝度な合波レーザ光源を用いて、短パルス化したレーザ光を照射することにより、高いエネルギー密度で漂白処理を行うことができる、という効果が得ることができる。また、本発明の漂白処理装置によれば、高いエネルギー効率で、高速且つ低コストに漂白処理を行うことができる、という効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態に係る漂白処理装置の概略構成図である。
【図2】漂白処理装置のレーザ照射部の構成を示す斜視図である。
【図3】(A)は照射ヘッドの構成を示す光軸に沿ったファイバ配列方向の断面図であり、(B)は副走査方向の断面図である。
【図4】ファイバアレイ光源の構成を示す斜視図である。
【図5】合波レーザ光源の構成を示す平面図である。
【図6】レーザモジュールの構成を示す平面図である。
【図7】図6に示すレーザモジュールの構成を示す側面図である。
【図8】図6に示すレーザモジュールの構成を示す部分側面図である。
【図9】(A)は照射ヘッドの他の構成を示す光軸に沿ったファイバ配列方向の断面図であり、(B)は副走査方向の断面図である。
【図10】(A)はファイバアレイ光源の他の構成を示す斜視図であり、(B)は(A)の部分拡大図である。
【図11】マルチモード光ファイバの構成を示す図である。
【図12】合波レーザ光源の他の構成を示す平面図である。
【図13】合波レーザ光源の他の構成を示す平面図である。
【図14】(A)は合波レーザ光源の他の構成を示す平面図であり、(B)は(A)の光軸に沿った断面図である。
【符号の説明】
LD1〜LD7 GaN系半導体レーザ
10 ヒートブロック
11〜17 コリメータレンズ
20 集光レンズ
30 マルチモード光ファイバ
64 レーザモジュール
200 布
202 搬送ローラ
204 薬液
206 薬液槽
208 レーザ照射部
500 照射ヘッド
506 ファイバアレイ光源
510 シリンドリカルレンズ
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a bleaching apparatus, and more particularly to a bleaching apparatus that performs bleaching by irradiating a cloth impregnated with a chemical solution containing an oxidizing agent or a reducing agent with laser light.
[0002]
[Prior art]
In the dyeing process of a textile product, before performing the dyeing process, a bleaching process is performed in which a coloring substance contained in the fiber is decomposed and removed by oxidation or reduction process. The colored substance contains conjugated double bonds involved in color development in its structure, but the conjugated system of the colored substance is broken by the oxidation or reduction treatment, and as a result, the fiber is bleached. As the oxidizing bleaching agent, chlorine-based bleaching agents such as sodium hypochlorite and hydrogen peroxide are used, and as the reducing bleaching agent, hydrosulfite and the like are used.
[0003]
Conventionally, the above bleaching treatment is generally performed by boiling a fiber product in an aqueous solution containing a high concentration bleaching agent for a long time, but water having a large heat capacity must be heated to near the boiling point, There was a problem that the energy efficiency was poor and the fiber was brittle or hardened due to the interaction between heat and chemicals.
[0004]
In recent years, research on bleaching technology that does not use a chlorine bleach that has a large environmental impact has been actively conducted. For example, Japanese Patent Laid-Open No. 11-43861 discloses a technique for performing bleaching by irradiating a cotton cloth impregnated with an aqueous sodium borohydride solution with an ultraviolet laser at room temperature. Sodium borohydride used as a bleaching agent has a weak reducing power, but a colored substance is activated by laser irradiation and easily reacts with the bleaching agent. According to this technique, not only the chlorine bleaching agent is not used, but also bleaching can be performed at a low temperature, and the processing time is shortened. Further, since the bleaching process can be performed at a low temperature, fiber damage is also reduced.
[0005]
This bleaching method requires a laser device with a high energy density and uses an excimer laser that can obtain a high output in the ultraviolet region. In addition, since a semiconductor laser that oscillates at a wavelength in the ultraviolet region generally has a small output, when a semiconductor laser is used, a plurality of semiconductor lasers are integrated and used.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, the excimer laser has a low energy efficiency of only 3%, and a bleaching method using the excimer laser consumes a large amount of energy and cannot be said to be an environmentally friendly bleaching method. In addition, the excimer laser has a low pulse drive repetition frequency of 300 Hz, and has low productivity. Furthermore, the life of the laser tube and laser gas is 1 × 10 7 There are also problems such as short shots, high maintenance costs, large equipment, high-intensity laser light, and difficulty in pulsing.
[0007]
Conventionally, a semiconductor laser that oscillates at a wavelength in the ultraviolet region has not been put into practical use, and Japanese Patent Laid-Open No. 11-43861 does not describe a specific configuration of the semiconductor laser. In addition, short-wavelength semiconductor lasers are difficult to manufacture with a high yield. However, Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-43861 integrates a plurality of semiconductor lasers that oscillate at wavelengths in the ultraviolet region, and is 10,000 mJ / cm. 2 No specific configuration for realizing the light density is described, and it has been difficult to obtain a high-output light source using a semiconductor laser that actually oscillates at a wavelength in the ultraviolet region.
[0008]
The present invention has been made in view of the above-described problems of the prior art, and an object of the present invention is to provide a bleaching apparatus capable of performing a bleaching process at a high energy density by irradiation with a laser beam having a short pulse. There is. Another object of the present invention is to provide a bleaching apparatus that is high in energy efficiency and capable of performing bleaching at high speed and low cost.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a bleaching apparatus of the present invention comprises a chemical solution impregnation means for impregnating a fiber before dyeing with a chemical solution containing an oxidizing agent or a reducing agent, a plurality of semiconductor lasers, a single optical fiber, and the above-mentioned A laser beam emitted from each of a plurality of semiconductor lasers is condensed, and a combined laser light source having a condensing optical system for coupling the condensed beam to the incident end of the optical fiber is provided, and the chemical solution is impregnated. And a laser irradiation means for irradiating the cloth with a laser beam having a wavelength of 200 nm to 450 nm.
[0010]
In the bleaching apparatus of the present invention, the chemical solution containing the oxidizing agent or the reducing agent is impregnated into the fibers before dyeing by the chemical solution impregnation means. The cloth impregnated with the chemical solution is pulse-irradiated with laser light having a wavelength of 200 nm to 450 nm from the laser irradiation means.
[0011]
The combined laser light source condenses laser beams emitted from each of a plurality of semiconductor lasers, a single optical fiber, and the plurality of semiconductor lasers, and couples the condensed beam to an incident end of the optical fiber. An optical optical system is provided. Since this combined laser light source combines a plurality of laser beams using an optical fiber, it has high output and high brightness. Since the laser irradiation means is provided with this high-power and high-intensity combined laser light source, the bleaching apparatus of the present invention can easily obtain a high energy density necessary for the bleaching process. In addition, since the combined laser light source is configured using a semiconductor laser that can be continuously driven and has excellent output stability, it can irradiate a laser beam with a short pulse, has high energy efficiency, and high speed. The bleaching process can be performed, and the maintenance is easy and the cost is low as compared with an apparatus using an excimer laser.
[0012]
In the above bleach processing apparatus, the wavelength of the laser light irradiated by the laser irradiation means is 350 nm from which a high-power gallium nitride (GaN) semiconductor laser can be obtained from the viewpoint of increasing the speed by accelerating the bleaching process. A range of ˜450 nm is preferred. In particular, a wavelength range of 400 nm to 415 nm, which is the easiest to increase the output with a GaN-based semiconductor laser, is preferable. Further, from the viewpoint of reducing fiber damage and improving bleaching performance, the wavelength is preferably 200 nm to 350 nm. Furthermore, from the viewpoint of reducing the cost of the apparatus without using a special material optical system and performing high-speed processing, a wavelength longer than 400 nm is preferable.
[0013]
Further, since the GaN-based semiconductor laser is a covalent bond, the dislocation mobility is much smaller than that of the GaAs-based and AlGaInP-based materials, and the thermal conductivity coefficient is also much larger than that of the GaAs-based or AlGaInP-based materials. (Catatropic Optical Damage) level. For this reason, high output can be achieved even in the case of pulse driving. As a result, it is possible to obtain a high output of several hundred mW to several tens of W in peak power by shortening the pulse. As a result, the duty can be reduced to about 0.1% to 10%, a high energy density can be obtained, and fiber damage due to heat can be reduced.
[0014]
The combined laser light source collects a laser beam emitted from each of a plurality of light emitting points of a semiconductor laser having a plurality of light emitting points, a single optical fiber, and the semiconductor laser having the plurality of light emitting points. A condensing optical system that emits light and couples the condensed beam to the incident end of the optical fiber may be provided. For example, a multicavity laser can be used as a semiconductor laser having a plurality of light emitting points.
[0015]
Further, as the optical fiber of the combined laser light source, it is preferable to use an optical fiber having a uniform core diameter and a smaller cladding diameter at the emitting end than the cladding diameter at the incident end. By reducing the cladding diameter at the emission end, the brightness of the light source can be increased. The cladding diameter at the exit end of the optical fiber is preferably smaller than 125 μm, more preferably 80 μm or less, and particularly preferably 60 μm or less from the viewpoint of reducing the diameter of the light emitting point. An optical fiber having a uniform core diameter and a cladding diameter at the output end smaller than the cladding diameter at the input end can be configured by, for example, combining a plurality of optical fibers having the same core diameter but different cladding diameters. Further, by configuring the plurality of optical fibers so as to be detachable with connectors, the replacement becomes easy when the light source module is partially damaged.
[0016]
The laser irradiation unit may include a plurality of combined laser light sources. For example, it may be configured as a fiber array light source in which a plurality of light emission points (output ends of optical fibers) of a combined laser light source are arranged in an array or a fiber bundle light source in which light emission points of a combined laser light source are bundled. In the fiber array light source and the fiber bundle light source, the light source is configured by bundling a plurality of optical fibers, so that it is possible to further increase the output. As a result, a high-intensity light source can be obtained at a low cost, and laser bleaching can be performed at high speed.
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the bleaching apparatus of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[Configuration of bleaching equipment]
As shown in FIG. 1, the bleaching apparatus according to the embodiment of the present invention includes a plurality of transport rollers 202 that transport a long cloth 200 along a predetermined transport path.
The bleaching apparatus includes a chemical tank 206 in which a chemical liquid 204 containing an oxidizing agent or a reducing agent is stored. A laser irradiation unit 208 is provided on the downstream side of the chemical tank 206 in the transport direction. In the laser irradiation unit 208, as shown in FIG. 2, an irradiation head 500 for irradiating the cloth 200 with a pulse of laser light is disposed above the cloth 200 placed in the conveyance path.
[0018]
As shown in FIGS. 3A and 3B, the irradiation head 500 is a fiber array light source in which a large number (for example, 1000) of optical fibers 30 are arranged in a line along a direction orthogonal to the sub-scanning direction. 506 and a cylindrical lens 510 that focuses laser light emitted from the fiber array light source 506 only in a direction orthogonal to the arrangement direction of the emission ends of the optical fiber 30 and forms an image on the surface (scanning surface) 56 of the cloth 200. It consists of and. In FIG. 3, the module portion of the fiber array light source 506 to which the incident end of the optical fiber 30 is coupled is not shown.
[0019]
The cylindrical lens 510 has a curvature in a predetermined direction and is long in a direction orthogonal to the predetermined direction, and a longitudinal direction (a direction orthogonal to the predetermined direction) is parallel to the arrangement direction of the emission ends of the optical fiber 30. It is arranged to be. In addition to the cylindrical lens 510, the uniform illumination optical system using the fly-eye lens system, and the arrangement direction of the laser emitting end, the portion near the optical axis of the lens spreads the light beam and the portion away from the optical axis is the light beam. And a light amount distribution correcting optical system having a function of allowing light to pass through in a direction orthogonal to the arrangement direction may be used.
[0020]
As shown in FIG. 4, the fiber array light source 506 includes a large number of laser modules 64, and one end of the multimode optical fiber 30 is coupled to each laser module 64. The other end of the multimode optical fiber 30 is drawn out of the package 40, and the emission end (light emitting point) of the multimode optical fiber 30 is arranged along the main scanning direction orthogonal to the sub-scanning direction. 68 is configured.
[0021]
The laser module 64 is configured by a combined laser light source (fiber light source) shown in FIG. This combined laser light source includes a plurality of (for example, seven) chip-like lateral multimode or single mode GaN-based semiconductor lasers LD1, LD2, LD3, LD4, LD5, LD6, arrayed and fixed on the heat block 10. And LD7, collimator lenses 11, 12, 13, 14, 15, 16, and 17 provided corresponding to each of the GaN-based semiconductor lasers LD1 to LD7, one condenser lens 20, and one multi-lens. Mode optical fiber 30. The number of semiconductor lasers is not limited to seven. For example, as many as 20 semiconductor laser beams can be incident on a multimode optical fiber having a cladding diameter = 60 μm, a core diameter = 50 μm, and NA = 0.2. In addition, the number of optical fibers can be further reduced.
[0022]
The GaN-based semiconductor lasers LD1 to LD7 all have the same oscillation wavelength (for example, 405 nm), and the maximum output in continuous operation is all the same (for example, 100 mW for the multimode laser and 30 mW for the single mode laser). . As the GaN-based semiconductor lasers LD1 to LD7, lasers having an oscillation wavelength other than the above 405 nm in a wavelength range of 350 nm to 450 nm may be used. A suitable wavelength range will be described later.
[0023]
As shown in FIGS. 6 and 7, the above combined laser light source is housed in a box-shaped package 40 having an upper opening together with other optical elements. The package 40 includes a package lid 41 created so as to close the opening thereof. After the deaeration process, a sealing gas is introduced, and the package 40 and the package lid 41 are closed by closing the opening of the package 40 with the package lid 41. The combined laser light source is hermetically sealed in a closed space (sealed space) formed by 41.
[0024]
A base plate 42 is fixed to the bottom surface of the package 40, and the heat block 10, a condensing lens holder 45 that holds the condensing lens 20, and the multimode optical fiber 30 are disposed on the top surface of the base plate 42. A fiber holder 46 that holds the incident end is attached. The exit end of the multimode optical fiber 30 is drawn out of the package from an opening formed in the wall surface of the package 40.
[0025]
Further, a collimator lens holder 44 is attached to the side surface of the heat block 10, and the collimator lenses 11 to 17 are held. An opening is formed in the lateral wall surface of the package 40, and wiring 47 for supplying a driving current to the GaN-based semiconductor lasers LD1 to LD7 is drawn out of the package through the opening.
[0026]
In FIG. 7, in order to avoid complication of the figure, only the GaN semiconductor laser LD7 is numbered among the plurality of GaN semiconductor lasers, and only the collimator lens 17 is numbered among the plurality of collimator lenses. doing.
[0027]
FIG. 8 shows the front shape of the attachment part of the collimator lenses 11-17. Each of the collimator lenses 11 to 17 is formed in a shape obtained by cutting a region including the optical axis of a circular lens having an aspherical surface into a long and narrow plane. This elongated collimator lens can be formed, for example, by molding resin or optical glass. The collimator lenses 11 to 17 are closely arranged in the arrangement direction of the light emitting points so that the length direction is orthogonal to the arrangement direction of the light emitting points of the GaN-based semiconductor lasers LD1 to LD7 (left and right direction in FIG. 8).
[0028]
On the other hand, each of the GaN-based semiconductor lasers LD1 to LD7 includes an active layer having a light emission width of 2 μm, and each of the laser beams B1 in a state parallel to the active layer and a divergence angle in a direction perpendicular to the active layer, respectively, for example A laser emitting ~ B7 is used. These GaN-based semiconductor lasers LD1 to LD7 are arranged so that the light emitting points are arranged in a line in a direction parallel to the active layer.
[0029]
Accordingly, in the laser beams B1 to B7 emitted from the respective light emitting points, the direction in which the divergence angle is large coincides with the length direction and the divergence angle is small with respect to the elongated collimator lenses 11 to 17 as described above. Incident light is incident in a state where the direction coincides with the width direction (direction perpendicular to the length direction). That is, the collimator lenses 11 to 17 have a width of 1.1 mm and a length of 4.6 mm, and the horizontal and vertical beam diameters of the laser beams B1 to B7 incident thereon are 0.9 mm and 2. 6 mm. Each of the collimator lenses 11 to 17 has a focal length f. 1 = 3 mm, NA = 0.6, and lens arrangement pitch = 1.25 mm.
[0030]
The condensing lens 20 is formed by cutting a region including the optical axis of a circular lens having an aspheric surface into a long and narrow shape in parallel planes, and is long in the arrangement direction of the collimator lenses 11 to 17, that is, in a horizontal direction and short in a direction perpendicular thereto. Is formed. The condenser lens 20 has a focal length f. 2 = 23 mm, NA = 0.2. This condensing lens 20 is also formed by molding resin or optical glass, for example.
[0031]
Each of the laser beams B1, B2, B3, B4, B5, B6, and B7 emitted in a divergent light state from each of the GaN-based semiconductor lasers LD1 to LD7 constituting the combined laser light source has a corresponding collimator lens 11-17. Is collimated. The collimated laser beams B <b> 1 to B <b> 7 are collected by the condenser lens 20 and converge on the incident end face of the core 30 a of the multimode optical fiber 30.
[0032]
In this example, the collimator lenses 11 to 17 and the condenser lens 20 constitute a condensing optical system, and the condensing optical system and the multimode optical fiber 30 constitute a multiplexing optical system. That is, the laser beams B1 to B7 condensed as described above by the condenser lens 20 enter the core 30a of the multimode optical fiber 30 and propagate through the optical fiber to be combined with one laser beam B. The wave is emitted from the multimode optical fiber 30.
[0033]
In each laser module, when the coupling efficiency of the laser beams B1 to B7 to the multimode optical fiber 30 is 0.85 and each output of the GaN-based semiconductor lasers LD1 to LD7 is 30 mW, the light arranged in an array For each of the fibers 31, a combined laser beam B with an output of 180 mW (= 30 mW × 0.85 × 7) can be obtained in continuous operation.
[0034]
In the above combined laser light source, each of the GaN-based semiconductor lasers LD1 to LD7 can be pulse-driven to obtain laser light having a predetermined pulse width. Heat generation is suppressed by irradiating the laser beam in pulses, and fiber damage (damage to the cloth) due to heat is prevented.
[0035]
The peak power of each pulse is preferably 300 mW to 3 W. When the peak power is 300 mW, the pulse width is 10 nsec (nanosecond) to 10 μsec (microsecond), and the number of pulses per second is 10 4 -10 7 Is preferred. In this case, the duty is about 10%. When the peak power is 3 W, the pulse width is 1 nsec to 1 μsec and the number of pulses per second is 10 4 -10 7 Is preferred. In this case, the duty is about 1.0%.
[0036]
Note that, as described above, the GaN-based semiconductor laser is less likely to cause damage to the light emitting end face called COD (catalytic optical damage), has high reliability, and can realize high peak power.
[0037]
[Operation of bleaching equipment]
Next, the operation of the above-described bleaching apparatus will be described.
[0038]
When the cloth 200 before dyeing that has undergone a scouring process for removing contaminants such as oil adhering to the fiber and a desizing process for removing glue is supplied to the bleaching apparatus, the cloth 200 is rotated along with the rotation of the conveying roller 202. It is conveyed in the direction of arrow A and immersed in the chemical solution 204 in the chemical solution tank 206. The immersion time is preferably 0.1 to 1 hour.
[0039]
The chemical liquid 204 contains an oxidizing agent or a reducing agent at a predetermined concentration. As an oxidizing agent, hydrogen peroxide (H 2 O 2 ), Sodium perborate (NaBO) 3 ・ 4H 2 O), potassium permanganate (KMnO) 4 ), Bleaching powder (CaCl · ClO), sodium hypochlorite (NaClO), sodium chlorite (NaClO) 2 Chlorine compounds such as) can be used. As a reducing agent, hydrosulfite (Na 2 S 2 O 4 ), Sodium tetrahydroborate (NaBH) 4 ) Etc. can be used. Among these, sodium tetrahydroborate having a weak redox action is particularly preferable from the viewpoint of suppressing fiber damage.
[0040]
As the solvent, water, lower alcohols such as methanol and ethanol can be used. The concentration of the oxidizing agent or reducing agent is preferably 1% to 10%. In addition, an activation aid for activating the oxidizing agent and the reducing agent may be appropriately added to the chemical solution 204.
[0041]
Next, the cloth 200 taken out from the chemical solution tank 206 is supplied to the laser irradiation unit 208 in a state of being impregnated with the chemical solution 204. In the laser irradiation unit 208, the laser light emitted from the fiber array light source 506 of the irradiation head 500 is condensed only in the direction orthogonal to the arrangement direction of the emission ends of the optical fiber 30 by the cylindrical lens 510, and the surface of the cloth 200 An image is formed in a line shape on 56. The cylindrical lens 510 functions as, for example, an enlarging optical system that expands the beam diameter at a magnification of 3 times in the short axis direction and 1 time in the long axis direction. Further, the cloth 200 is conveyed at a constant speed, and is sub-scanned in the direction opposite to the conveying direction by the line beam 502 from the irradiation head 500.
[0042]
In this way, by irradiating the cloth impregnated with the chemical liquid 204 with the laser beam, the coloring component adhering to the fiber and the oxidizing agent or reducing agent in the chemical liquid 204 are activated, and the reactivity of both is increased and good. Can achieve a good bleaching effect. In order to prevent the fiber from being damaged by heat and obtain an activation effect, the wavelength of the irradiated laser light is 350 nm to 450 nm, and more preferably 400 nm to 415 nm. On the other hand, when the reactivity of the oxidizing agent or the reducing agent is high, a wavelength of 400 nm or longer is preferable because the load on the optical system is small and high output of the semiconductor laser is easy.
[0043]
Here, the light density on the surface of the cloth 200 is calculated. In the combined laser light source of the irradiation head, when each output of the GaN-based semiconductor lasers LD1 to LD7 is 30 mW, the output 180 mW (= 30 mW × 0.85 × 7) for each of the optical fibers 30 arranged in an array. ) Combined laser beam B can be obtained. Therefore, in the case of a fiber array light source in which 1000 multimode optical fibers 30 are arranged in a row, the output in continuous operation at the laser emitting unit 68 is about 180 W.
[0044]
In the laser emitting section 68 of the fiber array light source 506, high-luminance light emitting points are arranged in a line along the main scanning direction as described above. A conventional fiber light source that couples laser light from a single semiconductor laser to a single optical fiber has a low output, so a desired output could not be obtained unless multiple rows are arranged. Since the combined laser light source used in the form has a high output, a desired output can be obtained even with a small number of columns, for example, one column.
[0045]
When a multi-mode optical fiber 30 is a step index type optical fiber having a cladding diameter = 125 μm, a core diameter = 50 μm, and NA = 0.2, the beam diameter at the laser emitting portion 68 is 50 μm × 125 mm. is there. When the beam diameter is expanded at a magnification of 3 times in the short axis direction and 1 time in the long axis direction, the area of the irradiation area 506 is 150 μm × 125 mm.
[0046]
In general, 2000mJ / cm for laser-assisted bleaching 2 ~ 20000mJ / cm 2 In this embodiment, the light density in this range can be easily realized by appropriately changing the number of fibers to be arrayed and the number of laser beams to be combined. it can. The light density on the exposed surface required for bleaching is 10,000 mJ / cm. 2 Then, the peak power of the GaN-based semiconductor lasers LD1 to LD7 is 3 W, the pulse width is 100 nsec, and the number of pulses per second is 10 5 When the surface of the cloth 200 is irradiated with a pulse under the condition of a duty of 1%, the light density on the exposed surface is 10 mJ / cm per pulse. 2 And high-speed exposure can be performed at 1.4 cm / s.
[0047]
On the other hand, when an excimer laser is used in place of the combined laser light source of the GaN-based semiconductor laser, the repetition frequency becomes low, so that it takes about 10 times or more speed to expose the same region.
[0048]
As described above, in the bleaching processing apparatus of the present embodiment, using a fiber array light source in which high-power and high-intensity combined laser light sources are arrayed, a cloth impregnated with a chemical solution is pulsed with laser light, A high energy density can be obtained on the fabric surface. Thereby, at least one of a chemical | medical solution and a coloring component can be activated, a bleaching reaction can be accelerated | stimulated, and the high bleaching effect can be acquired. Further, since the duty of the laser pulse is 1%, heat generation is suppressed and fiber damage can be prevented.
[0049]
Further, in the bleaching processing apparatus of the present embodiment, since a combined laser light source composed of a semiconductor laser capable of continuous driving and excellent in output stability is used for the laser irradiation unit, bleaching processing using an excimer laser is used. Compared with an apparatus, pulse driving can be performed at an arbitrary repetition frequency and pulse width, and by setting the repetition frequency high, bleaching can be performed several times faster. In addition, compared with a bleaching apparatus using an excimer laser, energy efficiency is as high as 10% to 20%, maintenance is easy, and cost is low.
[0050]
In particular, since GaN-based semiconductor lasers are covalently bonded, the light emission end face called COD (catalytic optical damage) is not easily damaged, is highly reliable, and can achieve high peak power. For example, a high peak power of 3 W can be realized under the conditions of a pulse width of 100 nsec and a duty of 1%. In this case, the average output is 30 mW.
[0051]
Moreover, in the bleaching processing apparatus of this Embodiment, a line beam can be easily obtained with the array arrangement of the optical fiber of a fiber array light source. Usually, since a textile product is formed in a long shape, it is reasonable to irradiate a laser beam with a line beam that is narrowed in the short axis direction and expanded in the long axis direction perpendicular thereto. Further, by increasing the number of optical fibers to be arrayed, the line beam length can be extended while maintaining the energy intensity and its uniformity. Further, since laser light having a wavelength of 350 to 450 nm is used, it is not necessary to generate a line beam using an optical system of a special material corresponding to ultraviolet rays, and the cost is low.
[0052]
Next, a modification of the bleaching apparatus described above will be described.
[Multihead]
In the above embodiment, an example in which a laser irradiation unit including a single irradiation head is provided has been described. However, when the length of the line beam in the long axis direction is insufficient, a plurality of irradiation heads are arranged in the long axis direction. You may arrange in.
[0053]
[Semiconductor laser]
In the above description, an example in which a GaN-based semiconductor laser with an oscillation wavelength of 350 nm to 450 nm that can be expected to be further increased in the future has been described. However, the semiconductor laser is not limited to a GaN-based semiconductor laser. For example, a nitride semiconductor laser composed of a group III element (Al, Ga, In) and nitrogen can be used. Nitride semiconductor is Al x Ga y In 1-xy It may be composed of any composition represented by N (x + y ≦ 1). A semiconductor laser having an oscillation wavelength of 200 nm to 450 nm can be obtained by appropriately changing the composition.
[0054]
[Other examples of magnifying optical systems]
As shown in FIGS. 9A and 9B, the irradiation head 500 is arranged along the direction in which the emission ends (light emitting points) of a large number (for example, 1000) of optical fibers 30 are orthogonal to the sub-scanning direction. A fiber array light source 506 provided with laser emission units arranged in a row, and a first light that condenses laser light emitted from the fiber array light source 506 only in a direction orthogonal to the arrangement direction of the emission ends of the optical fibers 30 A laser beam condensed in a direction orthogonal to the arrangement direction of the cylindrical lens 512 and the emission end of the optical fiber 30 is condensed only in the arrangement direction to form an image on the surface (scanning surface) 56 of the cloth 200. The cylindrical lens 514 can be configured.
[0055]
The first cylindrical lens 512 has a curvature in a predetermined direction and has a long shape in a direction orthogonal to the predetermined direction, and the longitudinal direction (direction orthogonal to the predetermined direction) is the arrangement direction of the emission ends of the optical fibers 30. Are arranged in parallel with each other. The second cylindrical lens 514 has a curvature in a predetermined direction and has a long shape in the predetermined direction so that the curvature direction (predetermined direction) is parallel to the arrangement direction of the emission ends of the optical fibers 30. Is arranged.
[0056]
In this irradiation head, the laser light emitted from the fiber array light source 506 is condensed in a direction orthogonal to the arrangement direction of the emission ends of the optical fiber 30 by the first cylindrical lens 512, and light is emitted by the second cylindrical lens 514. The light is condensed in the arrangement direction of the emission ends of the fibers 30 and imaged in a line on the scanning plane 56.
[0057]
These cylindrical lenses 512 and 514 function as, for example, an expansion optical system that expands the beam diameter at a magnification of 3 times in the short axis direction and 10 times in the long axis direction. In FIG. 35, the cloth 200 is transported at a constant speed, and is sub-scanned in the direction opposite to the transport direction by the line beam from the irradiation head 500. Thus, a wide exposure surface can be exposed by expanding the beam of the fiber array light source by the optical system. Further, by expanding the beam, a deeper depth of focus can be obtained, and the cloth conveyed at high speed can be illuminated uniformly.
[0058]
Here, the light density on the exposure surface is calculated. When a multimode laser having a peak power of 6 W is used as the combined laser light source of the irradiation head, a combined laser beam B having a peak power of 36 W can be obtained from seven LDs. Therefore, in the case of a fiber array light source in which 1000 multimode optical fibers 30 are arranged in a row, the peak power at the laser emitting section 68 is about 36 kW.
[0059]
When a multi-mode optical fiber 30 is a step index type optical fiber having a cladding diameter = 125 μm, a core diameter = 50 μm, and NA = 0.2, the beam diameter at the laser emitting portion 68 is 50 μm × 125 mm. is there. When the beam diameter is expanded at a magnification of 3 times in the short axis direction and 10 times in the long axis direction, the area of the irradiation area 506 is 150 μm × 1250 mm. Therefore, peak power 6W, pulse width 100nsec, duty 1%, number of pulses per second 10 5 When the surface of the cloth 200 is irradiated with a pulse under the above conditions, the light density on the exposed surface is 2 mJ / cm2 per pulse. 2 It is. Even if the loss due to the optical system is estimated to be about 80%, the light density on the exposure surface is 1.5 mJ / cm per pulse. 2 It is. Therefore, 10,000 mJ / cm 2 Can be exposed at a high speed at 0.2 cm / s.
[0060]
[Modification of optical fiber]
In the above embodiment, an example in which a uniform optical fiber with a cladding diameter of 125 μm is used for the combined laser light source has been described. However, the cladding diameter of the output end of the optical fiber can be made smaller than the cladding diameter of the incident end. . By reducing the cladding diameter of the output end of the optical fiber, the diameter of the light emitting section is further reduced, and the brightness of the fiber array light source can be increased.
[0061]
For example, as shown in FIG. 10A, an optical fiber having the same core diameter as that of the multimode optical fiber 30 and a cladding diameter smaller than that of the multimode optical fiber 30 is provided at the other end of the multimode optical fiber 30 of the laser module 64. 31 can be combined. As shown in FIG. 10B, the emission end of the optical fiber 31 is sandwiched and fixed between two support plates 65 having a flat surface. Further, a transparent protective plate 63 such as glass is disposed on the light emitting side of the optical fiber 31 in order to protect the end face of the optical fiber 31. The protection plate 63 may be disposed in close contact with the end surface of the optical fiber 31 or may be disposed so that the end surface of the optical fiber 31 is sealed. The exit end portion of the optical fiber 31 has a high light density and is likely to collect dust and easily deteriorate. However, the protective plate 63 can prevent the dust from adhering to the end face and can also delay the deterioration.
[0062]
In this example, in order to arrange the emission ends of the optical fibers 31 with a small cladding diameter in a line without any gaps, the multimode optical fiber 30 is placed between two adjacent multimode optical fibers 30 at a portion with a large cladding diameter. Two exit ends of the optical fiber 31 coupled to two adjacent multi-mode optical fibers 30 where the exit ends of the optical fibers 31 coupled to the stacked multi-mode optical fibers 30 are adjacent to each other at a portion where the cladding diameter is large. Are arranged so as to be sandwiched between them.
[0063]
For example, as shown in FIG. 11, an optical fiber 31 having a length of 1 to 30 cm and having a small cladding diameter is coaxially connected to the tip of the multimode optical fiber 30 having a large cladding diameter on the laser light emission side. Can be obtained by linking them together. In the two optical fibers, the incident end face of the optical fiber 31 is fused and joined to the outgoing end face of the multimode optical fiber 30 so that the central axes of both optical fibers coincide. As described above, the diameter of the core 31 a of the optical fiber 31 is the same as the diameter of the core 30 a of the multimode optical fiber 30.
[0064]
In addition, a short optical fiber in which an optical fiber having a short cladding diameter and a large cladding diameter is fused to an optical fiber having a short cladding diameter and a large cladding diameter may be coupled to the output end of the multimode optical fiber 30 via a ferrule or an optical connector. Good. By detachably coupling using a connector or the like, the tip portion can be easily replaced when an optical fiber having a small cladding diameter is broken, and the cost required for the irradiation head maintenance can be reduced. Hereinafter, the optical fiber 31 may be referred to as an emission end portion of the multimode optical fiber 30.
[0065]
The multimode optical fiber 30 and the optical fiber 31 may be any of a step index type optical fiber, a graded index type optical fiber, and a composite type optical fiber. For example, a step index type optical fiber manufactured by Mitsubishi Cable Industries, Ltd. can be used. In the present embodiment, the multimode optical fiber 30 and the optical fiber 31 are step index type optical fibers, and the multimode optical fiber 30 has a cladding diameter = 125 μm, a core diameter = 25 μm, NA = 0.2, an incident end face. The transmittance of the coat is 99.5% or more, and the optical fiber 31 has a cladding diameter = 60 μm, a core diameter = 25 μm, and NA = 0.2.
[0066]
In general, in laser light in the infrared region, propagation loss increases as the cladding diameter of the optical fiber is reduced. For this reason, a suitable cladding diameter is determined according to the wavelength band of the laser beam. However, the shorter the wavelength, the smaller the propagation loss. In the case of laser light having a wavelength of 405 nm emitted from a GaN-based semiconductor laser, the cladding thickness {(cladding diameter−core diameter) / 2} is set to infrared light in the wavelength band of 800 nm. The propagation loss hardly increases even if it is about ½ of the case of propagating infrared light and about ¼ of the case of propagating infrared light in the 1.5 μm wavelength band for communication. Therefore, the cladding diameter can be reduced to 60 μm.
[0067]
However, the cladding diameter of the optical fiber 31 is not limited to 60 μm. The clad diameter of an optical fiber used in a conventional fiber light source is 125 μm, but the depth of focus becomes deeper as the clad diameter becomes smaller. Therefore, the clad diameter of a multimode optical fiber is preferably 80 μm or less, more preferably 60 μm or less. Preferably, it is 40 μm or less. On the other hand, since the core diameter needs to be at least 3 to 4 μm, the cladding diameter of the optical fiber 31 is preferably 10 μm or more.
[0068]
In the above, a fiber array light source is formed by coupling another optical fiber having the same core diameter as the multimode optical fiber and a cladding diameter smaller than the multimode optical fiber to the output end of the multimode optical fiber of the combined laser light source. However, for example, a multimode optical fiber having a cladding diameter smaller than 125 μm (for example, 80 μm, 60 μm, etc.) may be used without coupling another optical fiber to the output end. Good. By reducing the exit beam diameter of the fiber array light source in this way, the magnifying optical system can be used as described above, and a deep focal depth can be obtained. Thereby, the cloth conveyed at high speed can be illuminated uniformly.
[0069]
[Other combined laser light sources]
The combined laser light source is not limited to one that combines laser beams emitted from a plurality of chip-shaped semiconductor lasers.
[0070]
(Multiple cavity laser combined laser source)
For example, as shown in FIG. 12, a combined laser light source including a chip-shaped multicavity laser 110 in which a plurality of (for example, three) light emitting points 110a are arranged in a predetermined direction can be used. This combined laser light source is configured to include a multi-cavity laser 110, one multi-mode optical fiber 130, and a condensing lens 120. The multi-cavity laser 110 can be composed of, for example, a GaN-based laser diode having an oscillation wavelength of 405 nm.
[0071]
In the above configuration, each of the laser beams B emitted from each of the plurality of light emitting points 110 a of the multicavity laser 110 is collected by the condenser lens 120 and enters the core 130 a of the multimode optical fiber 130. The laser light incident on the core 130a propagates in the optical fiber, is combined into one, and is emitted.
[0072]
A plurality of light emitting points 110 a of the multi-cavity laser 110 are juxtaposed within a width substantially equal to the core diameter of the multi-mode optical fiber 130, and a focal point substantially equal to the core diameter of the multi-mode optical fiber 130 is used as the condenser lens 120. By using a convex lens of a distance or a rod lens that collimates the outgoing beam from the multicavity laser 110 only in a plane perpendicular to the active layer, the coupling efficiency of the laser beam B to the multimode optical fiber 130 can be increased. it can.
[0073]
Further, as shown in FIG. 13, a multi-cavity laser 110 having a plurality of (for example, three) emission points is used, and a plurality of (for example, nine) multi-cavity lasers 110 are equidistant from each other on the heat block 111. A combined laser light source including the laser array 140 arranged in (1) can be used. The plurality of multi-cavity lasers 110 are arranged and fixed in the same direction as the arrangement direction of the light emitting points 110a of each chip.
[0074]
This combined laser light source includes a laser array 140, a plurality of lens arrays 114 arranged corresponding to each multi-cavity laser 110, and a single lens arranged between the laser array 140 and the plurality of lens arrays 114. A rod lens 113, one multimode optical fiber 130, and a condenser lens 120 are provided. The lens array 114 includes a plurality of microlenses corresponding to the emission points of the multi-cavity laser 110.
[0075]
In the above configuration, each of the laser beams B emitted from each of the plurality of light emitting points 110a of the plurality of multi-cavity lasers 110 is condensed in a predetermined direction by the rod lens 113 and then each microlens of the lens array 114. Is collimated. The collimated laser beam L is condensed by the condenser lens 120 and enters the core 130a of the multimode optical fiber 130. The laser light incident on the core 130a propagates in the optical fiber, is combined into one, and is emitted. Thus, by using a multi-cavity laser, the output per optical fiber can be improved, and the cost per optical fiber can be reduced.
[0076]
(Multiple laser light source using multi-stage laser array)
Furthermore, examples of other combined laser light sources are shown. In this combined laser light source, as shown in FIGS. 14A and 14B, a heat block 182 having an L-shaped cross section in the optical axis direction is mounted on a substantially rectangular heat block 180, and two heats are provided. A storage space is formed between the blocks. On the upper surface of the L-shaped heat block 182, a plurality of (for example, two) multi-cavity lasers 110 in which a plurality of light emitting points (for example, five) are arranged in an array form the light emitting points 110a of each chip. It is arranged and fixed at equal intervals in the same direction as the arrangement direction. In this case, the single transverse mode may be used as the light emitting point, but the stripe width is slightly widened to obtain the multi transverse mode, and the use of the multi transverse mode can increase the output. Therefore, high-speed exposure is possible by using this light source for the exposure apparatus.
[0077]
A concave portion is formed in the substantially rectangular heat block 180, and a plurality of (for example, two) light emitting points (for example, five) are arranged in an array on the upper surface of the space side of the heat block 180. The multi-cavity laser 110 is arranged such that its emission point is located on the same vertical plane as the emission point of the laser chip arranged on the upper surface of the heat block 182.
[0078]
On the laser beam emission side of the multi-cavity laser 110, a collimator lens array 184 in which collimator lenses are arranged corresponding to the light emission points 110a of the respective chips is arranged. In the collimating lens array 184, the length direction of each collimating lens coincides with the direction in which the divergence angle of the laser beam is large (the fast axis direction), and the width direction of each collimating lens is in the direction in which the divergence angle is small (slow axis direction). They are arranged to match. Thus, collimating lenses are arrayed and integrated, thereby improving the space utilization efficiency of the laser light and increasing the output of the combined laser light source, and reducing the number of parts and reducing the cost. it can.
[0079]
Further, on the laser beam emitting side of the collimating lens array 184, there is one multimode optical fiber 130, and a condensing lens 120 that condenses and combines the laser beam at the incident end of the multimode optical fiber 130. Has been placed.
[0080]
In the above configuration, each of the laser beams emitted from each of the plurality of light emitting points 110a of the plurality of multi-cavity lasers 110 arranged on the laser blocks 180 and 182 is collimated by the collimating lens array 184 and collected. The light is condensed by the optical lens 120 and enters the core 130 a of the multimode optical fiber 130. The laser light incident on the core 130a propagates in the optical fiber, is combined into one, and is emitted. Also in this case, as in the case of using the multi-cavity laser, the output per optical fiber can be improved, and the cost per optical fiber can be reduced. Therefore, high-speed exposure is possible by using this light source for the exposure apparatus.
[0081]
As described above, this combined laser light source can achieve particularly high output by the multi-stage arrangement of multi-cavity lasers and the array of collimating lenses. By using this combined laser light source, a higher-intensity fiber array light source or bundle fiber light source can be configured, so that it is particularly suitable as a fiber light source constituting the laser light source of the irradiation head of the present embodiment.
[0082]
In this case, the light density on the exposure surface is calculated. By using a multi-lateral mode chip as a combined laser light source of the irradiation head, a combined laser beam having a peak power of 103 W can be obtained by 20 LDs when the peak power per light emitting point is 6 W. . Therefore, in the case of a fiber array light source in which 1750 multimode optical fibers are arranged in a line, the peak power at the laser emitting portion is 180 kW.
[0083]
In addition, when the same multimode optical fiber is used, the beam diameter at the laser emitting portion is 50 μm × 220 mm. When the beam diameter is expanded at a magnification of 3 times in the short axis direction and 10 times in the long axis direction, the area of the irradiation area is 150 μm × 2200 mm. Therefore, peak power 6W, pulse width 100nsec, duty 1%, number of pulses per second 10 5 When the cloth surface is irradiated with a pulse under the above conditions, the light density on the exposed surface is 10 mJ / cm per pulse. 2 It is. Even if the loss due to the optical system is estimated to be about 80%, the light density on the exposure surface is 8 mJ / cm per pulse. 2 It is. Therefore, 10,000 mJ / cm 2 In the case of exposing at a light density of 2, a cloth having a width of 2.2 m can be exposed at a high speed of 1.2 cm / s.
[0084]
It should be noted that a laser module in which each of the above combined laser light sources is housed in a casing and the emission end portion of the multimode optical fiber 130 is pulled out from the casing can be configured.
[0085]
【The invention's effect】
According to the bleaching processing apparatus of the present invention, it is possible to perform a bleaching process at a high energy density by irradiating a laser beam with a short pulse using a high-power and high-intensity combined laser light source. Can get. Moreover, according to the bleaching apparatus of this invention, the effect that a bleaching process can be performed at high speed and low cost with high energy efficiency can be acquired.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a bleaching apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a perspective view showing a configuration of a laser irradiation unit of a bleaching apparatus.
3A is a cross-sectional view in the fiber array direction along the optical axis showing the configuration of the irradiation head, and FIG. 3B is a cross-sectional view in the sub-scanning direction.
FIG. 4 is a perspective view showing a configuration of a fiber array light source.
FIG. 5 is a plan view showing a configuration of a combined laser light source.
FIG. 6 is a plan view showing a configuration of a laser module.
7 is a side view showing the configuration of the laser module shown in FIG. 6. FIG.
8 is a partial side view showing the configuration of the laser module shown in FIG. 6;
9A is a cross-sectional view in the fiber array direction along the optical axis showing another configuration of the irradiation head, and FIG. 9B is a cross-sectional view in the sub-scanning direction.
10A is a perspective view showing another configuration of the fiber array light source, and FIG. 10B is a partially enlarged view of FIG.
FIG. 11 is a diagram showing a configuration of a multimode optical fiber.
FIG. 12 is a plan view showing another configuration of the combined laser light source.
FIG. 13 is a plan view showing another configuration of the combined laser light source.
14A is a plan view showing another configuration of the combined laser light source, and FIG. 14B is a cross-sectional view taken along the optical axis of FIG.
[Explanation of symbols]
LD1-LD7 GaN semiconductor laser
10 Heat block
11-17 Collimator lens
20 Condensing lens
30 Multimode optical fiber
64 laser module
200 cloth
202 Conveying roller
204 Chemical
206 Chemical tank
208 Laser irradiation unit
500 Irradiation head
506 Fiber array light source
510 Cylindrical lens

Claims (3)

染色前の繊維に、酸化剤又は還元剤を含む薬液を含浸させる薬液含浸手段と、
複数の半導体レーザ、1本の光ファイバ、及び前記複数の半導体レーザの各々から出射されたレーザビームを集光し、集光ビームを前記光ファイバの入射端に結合させる集光光学系を備えた合波レーザ光源を備え、前記薬液を含浸させた布に波長200nm〜450nmのレーザ光をパルス照射するレーザ照射手段と、
を備えた漂白処理装置。
A chemical solution impregnation means for impregnating the fiber before dyeing with a chemical solution containing an oxidizing agent or a reducing agent;
A plurality of semiconductor lasers, a single optical fiber, and a condensing optical system that condenses laser beams emitted from each of the plurality of semiconductor lasers and couples the condensed beam to an incident end of the optical fiber. A laser irradiation means comprising a combined laser light source and irradiating the cloth impregnated with the chemical solution with a laser beam having a wavelength of 200 nm to 450 nm;
Bleaching equipment equipped with.
染色前の繊維に、酸化剤又は還元剤を含む薬液を含浸させる薬液含浸手段と、
複数の発光点を備えた半導体レーザ、1本の光ファイバ、及び前記複数の発光点を備えた半導体レーザの複数の発光点の各々から出射されたレーザビームを集光し、集光ビームを前記光ファイバの入射端に結合させる集光光学系を備えた合波レーザ光源を備え、前記薬液を含浸させた布に波長200nm〜450nmのレーザ光をパルス照射するレーザ照射手段と、
を備えた漂白処理装置。
A chemical solution impregnation means for impregnating the fiber before dyeing with a chemical solution containing an oxidizing agent or a reducing agent;
A laser beam emitted from each of a plurality of light emitting points of a semiconductor laser having a plurality of light emitting points, a single optical fiber, and a semiconductor laser having the plurality of light emitting points is condensed, A laser irradiation unit including a combined laser light source including a condensing optical system coupled to an incident end of an optical fiber, and irradiating the cloth impregnated with the chemical solution with a laser beam having a wavelength of 200 nm to 450 nm;
Bleaching equipment equipped with.
前記レーザ照射手段は、波長350nm〜450nmのレーザ光を照射する請求項1又は2に記載の漂白処理装置。The bleaching apparatus according to claim 1, wherein the laser irradiation unit irradiates a laser beam having a wavelength of 350 nm to 450 nm.
JP2002199092A 2002-04-10 2002-07-08 Apparatus for bleaching treatment Pending JP2004043981A (en)

Priority Applications (15)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2002199092A JP2004043981A (en) 2002-07-08 2002-07-08 Apparatus for bleaching treatment
US10/409,686 US6894712B2 (en) 2002-04-10 2003-04-09 Exposure head, exposure apparatus, and application thereof
KR10-2004-7016103A KR20050003356A (en) 2002-04-10 2003-04-09 Exposure head, exposure apparatus, and its application
CN038131919A CN1659479A (en) 2002-04-10 2003-04-09 Exposure head, exposure apparatus, and application thereof
PCT/JP2003/004500 WO2003085457A1 (en) 2002-04-10 2003-04-09 Exposure head, exposure apparatus, and its application
IL16448303A IL164483A0 (en) 2002-04-10 2003-04-09 Exposure head, exposure apparatus, and applicationthereof
TW92112637A TWI258601B (en) 2002-05-23 2003-05-09 Exposure head and exposure device
TW93136885A TWI263810B (en) 2002-05-23 2003-05-09 Bleaching treatment device
TW93136884A TWI268854B (en) 2002-05-23 2003-05-09 Laminated shaping device
TW93136882A TWI263798B (en) 2002-05-23 2003-05-09 Optical shaping device
TW93136883A TWI274733B (en) 2002-05-23 2003-05-09 Forming method for tiny flow paths
US11/104,598 US7077972B2 (en) 2002-04-10 2005-04-13 Exposure head, exposure apparatus, and application thereof
US11/104,427 US7048528B2 (en) 2002-04-10 2005-04-13 Exposure head, exposure apparatus, and application thereof
US11/104,561 US7015488B2 (en) 2002-04-10 2005-04-13 Exposure head, exposure apparatus, and application thereof
US11/116,342 US7079169B2 (en) 2002-04-10 2005-04-28 Exposure head, exposure apparatus, and application thereof

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2002199092A JP2004043981A (en) 2002-07-08 2002-07-08 Apparatus for bleaching treatment

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2004043981A true JP2004043981A (en) 2004-02-12

Family

ID=31706362

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2002199092A Pending JP2004043981A (en) 2002-04-10 2002-07-08 Apparatus for bleaching treatment

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2004043981A (en)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009520353A (en) * 2005-12-15 2009-05-21 マインド メルターズ, インコーポレーテッド System and method for generating intense laser light from a laser diode array
JP2010034252A (en) * 2008-07-29 2010-02-12 Sony Corp Semiconductor laser, its driving method, and semiconductor laser device
JP2010205810A (en) * 2009-03-02 2010-09-16 Sony Corp Method of driving semiconductor laser element, and semiconductor laser device
KR100984194B1 (en) 2008-09-04 2010-09-28 전주대학교 산학협력단 Device to bleach on bast-fiber
JP2016219779A (en) * 2015-05-20 2016-12-22 日亜化学工業株式会社 Light emitting device
CN111446625A (en) * 2020-04-28 2020-07-24 中国科学院西安光学精密机械研究所 High-power short-wave semiconductor laser illuminator

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009520353A (en) * 2005-12-15 2009-05-21 マインド メルターズ, インコーポレーテッド System and method for generating intense laser light from a laser diode array
US8767790B2 (en) 2005-12-15 2014-07-01 Mind Melters, Inc. System and method for generating intense laser light from laser diode arrays
JP2010034252A (en) * 2008-07-29 2010-02-12 Sony Corp Semiconductor laser, its driving method, and semiconductor laser device
KR100984194B1 (en) 2008-09-04 2010-09-28 전주대학교 산학협력단 Device to bleach on bast-fiber
JP2010205810A (en) * 2009-03-02 2010-09-16 Sony Corp Method of driving semiconductor laser element, and semiconductor laser device
JP2016219779A (en) * 2015-05-20 2016-12-22 日亜化学工業株式会社 Light emitting device
CN111446625A (en) * 2020-04-28 2020-07-24 中国科学院西安光学精密机械研究所 High-power short-wave semiconductor laser illuminator

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8008600B2 (en) Fiber laser apparatus
US20060280217A1 (en) Optical apparatus, comprising a brightness converter, for providing optical radiation
CN107851970B (en) Applications, methods and systems for laser-transmissive addressable arrays
US20020164069A1 (en) Optical modeling device and exposure unit
KR20050003356A (en) Exposure head, exposure apparatus, and its application
JP2004043981A (en) Apparatus for bleaching treatment
JP2007012973A (en) Method and apparatus for driving semiconductor laser and method and apparatus for deriving semiconductor laser driving current pattern
KR20200036222A (en) High Power Laser Diode Module Capable of Passive Alignment
KR101857751B1 (en) Slab solid laser amplifier
KR102109079B1 (en) High-power laser diode module using parabolic mirror
JP7398649B2 (en) Laser processing equipment and laser processing method
Sipes Jr et al. Advanced components for multi-kW fiber lasers
KR101569441B1 (en) Laser diode module
JP2006301023A (en) Light source and linear light source apparatus
Dorsch et al. 2-kW cw fiber-coupled diode laser system
US20080009844A1 (en) Device for Laser Surgery
JP2001111148A (en) Laser diode exciting solid laser oscillator
KR101138455B1 (en) The structure of a laser beam generator
JPH1117268A (en) Semiconductor laser array device
JPH11224964A (en) Optical fiber laser device and laser working device
CN219203735U (en) Medical laser for lighting and treatment
JPH10261825A (en) Semiconductor laser light shaping optical system and semiconductor laser-excited solid-state laser device
JP2004035987A (en) Laser thin film forming device
JP2005136291A (en) Laser processing device
KR101138456B1 (en) The structure of cooling system in laser beam generator

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20050214

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20060530

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20060731

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20060829

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20061226