JP2007108396A - Light guide and optical irradiation apparatus - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a light guide capable of taking in light rays entering into an optical fiber bundle in a light guide terminal so as to be parallel to the center axis of primary coated optical fibers in the light guide having a fusion splicing part at the end of the optical fiber bundle. <P>SOLUTION: The light guide is characterized in that it includes the optical fiber bundle composed of a plurality of primary coated optical fibers and thermally fussion-spliced at least in the end part on the light entering end, that the center axis of each primary coated optical fiber situated on the outer side from the center axis of the optical fiber bundle is inclined to the center axis of the optical fiber bundle in the fusion-spliced optical fiber bundle end, and that the entering end face of the optical fiber bundle has a concave shape. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、光を伝達し被照射物を照射するライトガイドおよび該ライトガイドを含む光照射装置に関する。   The present invention relates to a light guide that transmits light and irradiates an irradiated object, and a light irradiation apparatus including the light guide.

従来、レーザ発振器等の発光体から放射された光を、被照射物の任意の位置に伝達するための手段としてライトガイドが用いられている。   Conventionally, a light guide has been used as a means for transmitting light emitted from a light emitter such as a laser oscillator to an arbitrary position of an irradiated object.

こうしたライトガイドは、通常、光ファイバ素線を単体で用いる場合と、複数の光ファイバ素線を束ね光ファイバ束として用いる場合とがあり、必要とする光の量や発光体の特性に応じて使い分けられている。   Such a light guide usually has a case where an optical fiber strand is used alone and a case where a plurality of optical fiber strands are bundled and used as an optical fiber bundle, depending on the amount of light required and the characteristics of the light emitter. It is used properly.

これらのうち光ファイバ束を用いる場合は、その端部を集束し固化する必要があり、一般的には有機系または無機系接着剤、あるいは低融点ガラスによってそれぞれの光ファイバ素線を固着する方法が用いられている。 Of these, when using an optical fiber bundle, it is necessary to condense and solidify the ends, and generally a method of fixing each optical fiber strand with an organic or inorganic adhesive or low melting point glass Is used.

しかしながら、レーザ加工機や高出力のランプを用いた装置においては、発光体から放射された強力な光を入射するため、その端部の耐熱性を高める必要があり、高周波加熱あるいは酸水素バーナー等の加熱手段等により、外部から熱を加え光ファイバ素線自体を溶融し、互いに融着する方法が知られている。 However, in a laser processing machine or an apparatus using a high-power lamp, it is necessary to increase the heat resistance of the end portion because strong light emitted from the light emitter is incident, such as high-frequency heating or an oxyhydrogen burner. There is known a method in which heat is applied from the outside by the above heating means to melt the optical fiber strands themselves and fuse them together.

ここで、上記のように、光ファイバ束の端部を外部より熱を加えて融着する方法としては、特許文献1に示される方法が挙げられる。   Here, as described above, as a method of fusing the ends of the optical fiber bundle by applying heat from the outside, a method disclosed in Patent Document 1 can be cited.

特開昭57−97503号公報JP-A-57-97503

この特許文献1は、多数本からなる石英系光ファイバ素線の端部を集束して、この集束した端部をガラス管内に挿入した後、ガラス管の外周から熱を加えて、ガラス管、各光ファイバ素線を融着すると共に、これらガラス管と各光ファイバ素線相互の間隙を減少または消去する方法を示している。   This Patent Document 1 focuses the ends of a large number of silica-based optical fiber strands, inserts the converged ends into a glass tube, then applies heat from the outer periphery of the glass tube, A method is shown in which each optical fiber is fused and the gap between the glass tube and each optical fiber is reduced or eliminated.

したがって、上記方法で製造されたライトガイドは、熱に弱い接着剤を用いずとも各光ファイバ素線がしっかり固着されたライトガイド端末部が形成できるようになり、大光量伝送を目的とした大型光源等からの熱に対しても、当該端末部の十分な耐熱性が確保できる。   Therefore, the light guide manufactured by the above method can form a light guide terminal portion to which each optical fiber is firmly fixed without using a heat-sensitive adhesive, and a large-sized light transmission for large light transmission. Sufficient heat resistance of the terminal portion can be secured against heat from a light source or the like.

また、当該端末部における光ファイバ素線間の間隙を減少又は消去するようにしているので、その端面におけるコア占有率が高まり、光源に対する光入射効率を高めることもできる。   In addition, since the gap between the optical fiber strands in the terminal portion is reduced or eliminated, the core occupancy at the end face is increased, and the light incident efficiency with respect to the light source can be increased.

しかしながら、上記した方法により形成された融着部は、光ファイバ素線自体が概六角形に変形することにより光ファイバ素線間の間隙が減少または消去されるため、融着された部分の光ファイバ束の径は、融着されていない部分の光ファイバ束の径と比較して、光ファイバ素線間の減少または消去された間隙の割合だけ小さくなる。   However, in the fused portion formed by the above-described method, the gap between the optical fiber strands is reduced or eliminated by the optical fiber strand itself being deformed into a substantially hexagonal shape. The diameter of the fiber bundle is reduced by the ratio of the reduction or erased gap between the optical fiber strands as compared to the diameter of the optical fiber bundle in the unfused portion.

この結果、ライトガイド端末部において、光ファイバ束の外周部に近い位置に配置した光ファイバ素線は、融着されていない部分(光ファイバ束の末端から遠い側)から融着された部分(光ファイバ束の末端側)にかけて、その中心軸が光ファイバ束の中心軸の方向に傾くこととなり、この傾きは光ファイバ素線が光ファイバ束の中心軸から遠ざかるほど大きく、反対に、光ファイバ束の中心軸へ近づくほど小さくなり、概ね光ファイバ束の中心軸上では、光ファイバ素線の中心軸と光ファイバ束の中心軸は平行となる。   As a result, in the light guide terminal portion, the optical fiber arranged at a position close to the outer peripheral portion of the optical fiber bundle is a portion fused from an unfused portion (the side far from the end of the optical fiber bundle) ( The central axis of the optical fiber bundle is inclined in the direction of the central axis of the optical fiber bundle, and this inclination increases as the optical fiber strand moves away from the central axis of the optical fiber bundle. The closer to the central axis of the bundle, the smaller, and the central axis of the optical fiber strand and the central axis of the optical fiber bundle are substantially parallel on the central axis of the optical fiber bundle.

図2に示すように、ライトガイド端末の融着部を、ライトガイド端末部における光ファイバ束の中心軸と垂直に交わる平面Aで切断し研磨した場合には、図4に示すように、光ファイバ素線の中心軸14は、それぞれの光ファイバ素線の端面32に対して垂直ではなくなるため、このような端面32に垂直に入射する光50は、端面32に入射後、光ファイバ素線の中心軸14に沿って進むことができずに、光ファイバ素線10を構成するクラッド12の内面で全反射を繰り返し、光ファイバ素線の出射端面36に到達する。   As shown in FIG. 2, when the fused portion of the light guide terminal is cut and polished along a plane A perpendicular to the central axis of the optical fiber bundle in the light guide terminal portion, as shown in FIG. Since the center axis 14 of the fiber strand is not perpendicular to the end face 32 of each optical fiber strand, the light 50 incident on the end face 32 perpendicularly enters the end face 32 and then enters the optical fiber strand. Without being able to proceed along the central axis 14 of the optical fiber, the total reflection is repeated on the inner surface of the clad 12 constituting the optical fiber 10 to reach the output end face 36 of the optical fiber.

この結果、ライトガイドの出射端部から出射する光は、光ファイバ束の中心軸に対して傾きを有する光を含むこととなり、ライトガイドの入射端に入射する光の入射角度を維持することができないという問題を有していた。   As a result, the light emitted from the light guide emission end includes light having an inclination with respect to the central axis of the optical fiber bundle, and the incident angle of the light incident on the light guide incident end can be maintained. Had the problem of not being able to.

本発明は、このような事情のもとで、光ファイバ束の端部に融着部を有するライトガイドにおいて、光ファイバ束に入射する光を、光ファイバ素線の中心軸に平行に取り込むことが可能なライトガイドおよび該ライトガイドを含む光照射装置を提供することを目的とするものである。   Under such circumstances, the present invention captures light incident on an optical fiber bundle in parallel with the central axis of the optical fiber in a light guide having a fused portion at the end of the optical fiber bundle. It is an object of the present invention to provide a light guide capable of performing light irradiation and a light irradiation apparatus including the light guide.

上記目的を達成する、本発明は、
(1)複数の光ファイバ素線からなり少なくとも光入射側の端部が熱融着された光ファイバ束を含み、
光ファイバ束の中心軸より外側に位置する各光ファイバ素線の中心軸が、前記熱融着された光ファイバ束端部において、光ファイバ束の中心軸に対して傾きを有し、
光ファイバ束の光入射端面の形状が、凹面形状であることを特徴とするライトガイド、
(2)前記凹面形状が球面形状である上記(1)に記載のライトガイド、
(3)前記光ファイバ素線の少なくとも一部は、光ファイバ素線の光入射面と該光入射面に入射する光に直交する面とが形成する角度θ2が、
θ2=cot−1(cotθ1−(n2/(n1sinθ1)))
〔但し、θ1は、光ファイバ素線の光入射面に入射する光と、光ファイバ素線の中心軸とが形成する角度であり、n1は、光ファイバ素線を構成するコアの屈折率であり、n2は、光ファイバ素線外部の空間の屈折率である。〕
を満たすように光入射面を加工されたものである上記(1)または(2)に記載のライトガイド、
(4)光ファイバ素線が、石英、多成分ガラスまたはプラスチックからなるものである上記(1)〜(3)のいずれかに記載のライトガイド、および
(5)光を放射する発光体と、該発光体からの放射光を被照射物に照射するためのライトガイドとを含む光照射装置であって、前記ライトガイドが上記(1)〜(4)のいずれかに記載のライトガイドであることを特徴とする光照射装置
からなるものである。
To achieve the above object, the present invention provides:
(1) An optical fiber bundle comprising a plurality of optical fiber strands and at least an end portion on the light incident side is heat-sealed,
The central axis of each optical fiber positioned outside the central axis of the optical fiber bundle has an inclination with respect to the central axis of the optical fiber bundle at the end portion of the thermally fused optical fiber bundle,
The light guide characterized in that the shape of the light incident end face of the optical fiber bundle is a concave shape,
(2) The light guide according to (1), wherein the concave shape is a spherical shape,
(3) At least a part of the optical fiber strand has an angle θ2 formed by a light incident surface of the optical fiber strand and a surface perpendicular to the light incident on the light incident surface,
θ2 = cot −1 (cot θ1− (n2 / (n1sin θ1)))
[However, θ1 is the angle formed by the light incident on the light incident surface of the optical fiber and the central axis of the optical fiber, and n1 is the refractive index of the core constituting the optical fiber. Yes, n2 is the refractive index of the space outside the optical fiber. ]
The light guide according to (1) or (2), wherein the light incident surface is processed so as to satisfy
(4) The light guide according to any one of (1) to (3) above, wherein the optical fiber is made of quartz, multicomponent glass or plastic, and (5) a light emitter that emits light, A light guide for irradiating an irradiated object with light emitted from the light emitter, wherein the light guide is the light guide according to any one of (1) to (4) above. It consists of the light irradiation apparatus characterized by the above.

本発明によれば、光ファイバ束の端部を融着により固化したライトガイドであって、光ファイバ束に入射する光を、光ファイバ素線の中心軸に平行に取り込むことが可能なライトガイドおよび該ライトガイドを含む光照射装置を提供することができる。   According to the present invention, a light guide in which an end portion of an optical fiber bundle is solidified by fusion, the light guide capable of taking light incident on the optical fiber bundle in parallel with the central axis of the optical fiber strand. And the light irradiation apparatus containing this light guide can be provided.

以下に、本発明に係るライトガイドおよび光照射装置の実施形態を、図面を用いて詳細に説明する。なお、図面の説明においては同一の要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面の寸法比率は、本明細書において数値を挙げて説明したものと必ずしも一致していない。   Hereinafter, embodiments of a light guide and a light irradiation apparatus according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the description of the drawings, the same elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted. In addition, the dimensional ratios in the drawings do not necessarily match those described with numerical values in this specification.

本発明のライトガイドは、
複数の光ファイバ素線からなり少なくとも光入射側の端部が熱融着された光ファイバ束を含み、
光ファイバ束の中心軸より外側に位置する各光ファイバ素線の中心軸が、前記熱融着された光ファイバ束端部において、光ファイバ束の中心軸に対して傾きを有し、
光ファイバ束の光入射端面の形状が、凹面形状であることを特徴とする。
図1(a)は、本発明のライトガイドの第1の実施態様における、ライトガイドの端末部構造を示す断面図である。
The light guide of the present invention is
An optical fiber bundle comprising a plurality of optical fiber strands and at least an end portion on the light incident side is heat-sealed,
The central axis of each optical fiber positioned outside the central axis of the optical fiber bundle has an inclination with respect to the central axis of the optical fiber bundle at the end portion of the thermally fused optical fiber bundle,
The shape of the light incident end face of the optical fiber bundle is a concave shape.
Fig.1 (a) is sectional drawing which shows the terminal part structure of the light guide in the 1st embodiment of the light guide of this invention.

ライトガイド1は、多数の光ファイバ素線10からなる光ファイバ束2およびスリーブ20により構成されており、光入射側の端末部を熱融着した後、融着部分を所定の位置で切断し、更に切断面に対して後述する凹面形状の加工を施したライトガイド端末部30を有している。   The light guide 1 is composed of an optical fiber bundle 2 composed of a large number of optical fiber strands 10 and a sleeve 20, and after heat-welding the end portion on the light incident side, the fused portion is cut at a predetermined position. Furthermore, it has the light guide terminal part 30 which gave the concave surface process mentioned later with respect to a cut surface.

なお、光ファイバ素線10は、図1(b)に示すように高純度石英からなる外径190μmのコア11、石英にフッ素ドープを施した外径200μmのクラッド層12、及び紫外線硬化樹脂からなる外径220μmの被覆層13とにより構成されており、一方、スリーブ20には、光ファイバ素線10に用いられた石英と熱膨張係数、軟化温度が略等しい外径12mm、内径10mm、全長35mmの石英管を用いている。 As shown in FIG. 1B, the optical fiber 10 is composed of a core 11 made of high-purity quartz having an outer diameter of 190 μm, a cladding layer 12 having an outer diameter of 200 μm, in which quartz is doped with fluorine, and an ultraviolet curable resin. On the other hand, the sleeve 20 has an outer diameter of 12 mm, an inner diameter of 10 mm, and an overall length that are approximately the same as those of the quartz used in the optical fiber 10, and the thermal expansion coefficient and softening temperature are substantially equal. A 35 mm quartz tube is used.

次に、図1のライトガイドにおける光入射端面の形成方法を説明する。
図2に示すように、スリーブ20に、端部付近の被覆層13を溶剤により溶解除去した約2000本の光ファイバ素線10を、先端が5mmほど突き出る状態で挿入した後、スリーブ20の先端から約10mmの範囲を酸水素バーナーで加熱することにより、各光ファイバ素線10が軟化して相互に融着すると同時にスリーブ20とも融着一体化して、スリーブ20の外周面になだらかな段部21を有するライトガイド端末部30を形成する。
Next, a method for forming a light incident end face in the light guide of FIG. 1 will be described.
As shown in FIG. 2, after inserting about 2000 optical fiber strands 10 in which the coating layer 13 in the vicinity of the end portion of the sleeve 20 is dissolved and removed into the sleeve 20 with the tip protruding about 5 mm, the tip of the sleeve 20 is inserted. To about 10 mm with an oxyhydrogen burner, the optical fiber strands 10 are softened and fused to each other, and at the same time, the sleeve 20 is fused and integrated to form a gentle step on the outer peripheral surface of the sleeve 20. The light guide terminal part 30 having 21 is formed.

ここで、融着部31は、先端(図2の右側)に近い領域ほど各光ファイバ素線10相互の融着が密に行われているため、堅牢性が高くなるが、このような領域では、光ファイバ素線10のコア11とクラッド12の境界が軟化により不明瞭となる可能性があり、光を入射した際に、入射した光がコア11およびクラッド12の界面において乱反射し、ライトガイドとしての光の伝達効率が低下してしまう虞がある。 Here, the fusion part 31 is more robust in the region closer to the tip (right side in FIG. 2) because the optical fiber strands 10 are more closely fused to each other. Then, there is a possibility that the boundary between the core 11 and the clad 12 of the optical fiber 10 becomes soft and becomes unclear, and when light is incident, the incident light is diffusely reflected at the interface between the core 11 and the clad 12, There is a risk that light transmission efficiency as a guide may be reduced.

このため、融着により形成されたライトガイド端末部30は、上記のコア11とクラッド12の境界が不明瞭となる部分を切断削除する必要があり、この切断位置は、スリーブ20内部の光ファイバ素線10が相互に融着した範囲で最も段部21に近い位置で行われる。   For this reason, it is necessary for the light guide terminal portion 30 formed by fusion to cut and delete the portion where the boundary between the core 11 and the clad 12 becomes unclear, and this cutting position is the optical fiber inside the sleeve 20. This is performed at a position closest to the stepped portion 21 in a range where the strands 10 are fused to each other.

図2に示すライトガイド1ではこの位置を、融着部31のスリーブ20を含む外径が約11mmとなるAの位置とし、この位置で切断している。 In the light guide 1 shown in FIG. 2, this position is set to a position A where the outer diameter including the sleeve 20 of the fused portion 31 is about 11 mm, and the light guide 1 is cut at this position.

この結果、図3に示すように、光ファイバ素線10の中心軸14は、ライトガイド端末部30において、光ファイバ束2の中心軸33の方向に傾斜角θ1を有した状態で切断され、この傾斜角θ1はライトガイド端末部30において、光ファイバ束2の外周付近に配置された光ファイバ素線10ほど大きく、逆に光ファイバ束2の中心軸33へ近づくほど小さくなり、中心軸33付近の光ファイバ素線の中心軸14は、ライトガイド端末部30における光ファイバ束2の中心軸33とほぼ平行になる。 As a result, as shown in FIG. 3, the central axis 14 of the optical fiber 10 is cut at the light guide terminal portion 30 with an inclination angle θ1 in the direction of the central axis 33 of the optical fiber bundle 2. In the light guide terminal portion 30, the inclination angle θ 1 is larger as the optical fiber 10 disposed near the outer periphery of the optical fiber bundle 2, and conversely decreases as it approaches the central axis 33 of the optical fiber bundle 2. The central axis 14 of the nearby optical fiber is substantially parallel to the central axis 33 of the optical fiber bundle 2 in the light guide terminal portion 30.

図4に示すように、切断面32に垂直に光50を入射した場合、入射後の光51は、光ファイバ素線10の中心軸14と入射光50との傾きであるθ1と等しいθ1a傾いた角度で全反射を繰り返しながら伝播し、出射端面36において、屈折により光ファイバ素線の中心軸14との角度を更に拡大して、θ3の角度で出射する。 As shown in FIG. 4, when light 50 is incident perpendicularly to the cut surface 32, the incident light 51 is inclined by θ1a equal to θ1 which is the inclination between the central axis 14 of the optical fiber 10 and the incident light 50. It propagates while repeating total reflection at a certain angle, and at the exit end face 36, the angle with the central axis 14 of the optical fiber is further expanded by refraction, and exits at an angle θ3.

後述するように、本実施態様において、ライトガイド1は、ライトガイド端末部30の切断面32に所定の凹面加工を施すことにより、光ファイバ素線10の入射端面に、上述した傾斜角θ1による影響を補償する傾斜角θ2を設け、光ファイバ素線10に入射する光が、光ファイバ素線の中心軸14に平行に取り込めるようにしたものであり、この傾斜角θ2は、中心軸14の傾斜角θ1より求めることができるものである。   As will be described later, in the present embodiment, the light guide 1 is subjected to a predetermined concave surface processing on the cut surface 32 of the light guide terminal portion 30, so that the incident end surface of the optical fiber 10 has the inclination angle θ <b> 1 described above. An inclination angle θ2 for compensating the influence is provided so that light incident on the optical fiber strand 10 can be taken in parallel to the central axis 14 of the optical fiber strand. It can be obtained from the inclination angle θ1.

ここで、傾斜角θ1を求める方法と、求められた傾斜角θ1から傾斜角θ2を導き出す方法とを説明する。 Here, a method for obtaining the inclination angle θ1 and a method for deriving the inclination angle θ2 from the obtained inclination angle θ1 will be described.

図5は傾斜角θ1を測定するための、装置構成を示している。
この測定装置は、被測定用のライトガイド101にビーム径を整形したレーザ光140を入射し、出射する光141の出射角度θ3(図4のθ3に対応する)を測定することにより、光入射端面における傾斜角θ1を求めるものである。
FIG. 5 shows an apparatus configuration for measuring the tilt angle θ1.
This measuring apparatus enters a laser beam 140 having a shaped beam diameter into a light guide 101 to be measured, and measures the emission angle θ3 (corresponding to θ3 in FIG. 4) of the emitted light 141, thereby making the light incident. The inclination angle θ1 at the end face is obtained.

なお、ライトガイド101は、入射端面101aを上述の手順に従って融着した後、図2のAの位置で切断し平面研磨を行ったものであり入射端面での光ファイバ束の外径は9mmとなっている。
また光出射端面101bは、熱融着に代わって有機系の接着剤により固着し、光入射端面101aと同様に平面研磨を施してある。
The light guide 101 is obtained by fusing the incident end face 101a in accordance with the above-described procedure, cutting it at the position A in FIG. 2 and performing surface polishing, and the outer diameter of the optical fiber bundle at the incident end face is 9 mm. It has become.
The light emitting end face 101b is fixed by an organic adhesive instead of heat fusion, and is subjected to planar polishing in the same manner as the light incident end face 101a.

この入射端面101aに、He−Cdレーザ発振器110からの放射光を、スリット120によりビーム径0.5mmに整形したレーザ光140を入射する。 A laser beam 140 obtained by shaping the radiated light from the He-Cd laser oscillator 110 into a beam diameter of 0.5 mm by the slit 120 is incident on the incident end face 101a.

レーザ光140の光入射端面101aへの入射位置は、入射端面101aを光ファイバ束の半径方向に延びるX1軸に沿って1mmづつ移動したものであり、それぞれの入射位置における光出射端面101bより出射した光の強度分布は、光出射端面101bより150mm離れた位置へ光強度計130を設置し、この光強度計130をライトガイド101の中心軸に直行するX2軸に沿って移動させることにより、測定したものである。 The incident position of the laser beam 140 on the light incident end face 101a is obtained by moving the incident end face 101a by 1 mm along the X1 axis extending in the radial direction of the optical fiber bundle, and is emitted from the light emitting end face 101b at each incident position. The light intensity distribution is obtained by installing a light intensity meter 130 at a position 150 mm away from the light exit end face 101b and moving the light intensity meter 130 along the X2 axis perpendicular to the central axis of the light guide 101. It is measured.

図6に示すように、測定した光強度分布は二つのピークを有する形状となるため、このピーク間の距離Dから、図5の光出射端面101bより出射した光の傾き角度θ3を、式1により計算することができる。

θ3=tan−1(D/2)/L・・・式1

(但し、Dは測定した光強度分布図における二つのピーク間の距離、Lは出射端面より光強度計130が設置されている面までの距離)
As shown in FIG. 6, since the measured light intensity distribution has a shape having two peaks, the inclination angle θ3 of the light emitted from the light emitting end face 101b of FIG. Can be calculated.

θ3 = tan −1 (D / 2) / L Expression 1

(However, D is the distance between two peaks in the measured light intensity distribution diagram, and L is the distance from the exit end face to the face where the light intensity meter 130 is installed).

次に、上で求めた角度θ3より、図4に示す、光ファイバ素線内を伝播する光51の角度θ1a及び傾斜角θ1を求める。
ここで、図4の出射端面36における出射前の光51と出射後の光52の関係はスネルの法則より、

n1sinθ1a=n2sinθ3

(但し、n1はコアの屈折率、n2は光ファイバ素線10外部の空間の屈折率)
が成り立つため、光ファイバ素線内を伝播する光51の角度θ1aは、

θ1a=sin−1((n2/n1)×sinθ3)

となる。
また、光ファイバ素線10の中心軸14の傾斜角θ1は、図4より上記の光ファイバ素線内を伝播する光51の角度θ1aと等しい角度であるから、

θ1=θ1a=sin−1((n2/n1)×sinθ3)・・・式2

となる。
Next, the angle θ1a and the inclination angle θ1 of the light 51 propagating through the optical fiber shown in FIG. 4 are obtained from the angle θ3 obtained above.
Here, the relationship between the light 51 before emission and the light 52 after emission on the emission end face 36 in FIG.

n1sin θ1a = n2sin θ3

(Where n1 is the refractive index of the core and n2 is the refractive index of the space outside the optical fiber 10)
Therefore, the angle θ1a of the light 51 propagating in the optical fiber is

θ1a = sin −1 ((n2 / n1) × sin θ3)

It becomes.
In addition, the inclination angle θ1 of the central axis 14 of the optical fiber 10 is equal to the angle θ1a of the light 51 propagating in the optical fiber as shown in FIG.

θ1 = θ1a = sin −1 ((n2 / n1) × sin θ3) Equation 2

It becomes.

例として、図6に示す測定結果を基に具体的にθ1を求めると、以下のとおりとなる。図6は、レーザ光140の入射位置を入射端面101aの中心よりX1軸に沿って4mm離れた位置とした場合の出射光の光強度分布を示すものである。
図6においては、横軸がX2軸に沿った距離を示しており、縦軸が光強度の相対値を示している。
As an example, when θ1 is specifically obtained based on the measurement result shown in FIG. 6, it is as follows. FIG. 6 shows the light intensity distribution of the emitted light when the incident position of the laser beam 140 is 4 mm away from the center of the incident end face 101a along the X1 axis.
In FIG. 6, the horizontal axis indicates the distance along the X2 axis, and the vertical axis indicates the relative value of the light intensity.

図6より、二つのピークは、35mmの距離を隔てて位置しており、このピーク間距離D=35mmと、出射端面から光強度計130までの距離L=150mmを式1に代入することにより、出射光の傾きθ3が約6.65°であることを求めることができる。   As shown in FIG. 6, the two peaks are located at a distance of 35 mm. By substituting the distance D between the peaks D = 35 mm and the distance L = 150 mm from the emission end face to the light intensity meter 130 into Equation 1. Thus, it can be determined that the inclination θ3 of the emitted light is about 6.65 °.

ここで、光ファイバ素線10を構成するコアの屈折率n1は約1.5であるから、式2より、光ファイバ素線の中心軸14の傾斜角θ1は4.43°であることが分かる。   Here, since the refractive index n1 of the core constituting the optical fiber strand 10 is about 1.5, the inclination angle θ1 of the central axis 14 of the optical fiber strand is 4.43 ° from Equation 2. I understand.

以上、融着により傾斜した光ファイバ素線の傾斜角θ1を求める方法を説明したが、次に、図7を用いて、この傾きθ1による出射角θ3への影響を補償するための光入射面15の傾斜角θ2を求める方法を説明する。   The method for obtaining the inclination angle θ1 of the optical fiber strand inclined by the fusion has been described above. Next, referring to FIG. 7, the light incident surface for compensating the influence of the inclination θ1 on the emission angle θ3. A method for obtaining the inclination angle θ2 of 15 will be described.

図7は、その中心軸14が光入射面15に入射する光(光ファイバ束の中心軸と平行に入射する光)50に対して傾斜角θ1を有し、光入射面15と該光入射面15に入射する光50に直交する面61に対して傾斜角θ2を有する光ファイバ素線10と、入射後の光51の伝播状態を示すものである。   In FIG. 7, the central axis 14 has an inclination angle θ1 with respect to light 50 incident on the light incident surface 15 (light incident parallel to the central axis of the optical fiber bundle). The optical fiber strand 10 which has inclination | tilt angle (theta) 2 with respect to the surface 61 orthogonal to the light 50 which injects into the surface 15, and the propagation state of the light 51 after incidence are shown.

破線16は光入射面15と直交する直線であり、この交点に入射前の光50が破線16に対して入射角θ5の角度で入射する。入射後の光51が光入射面15で屈折し、光ファイバ素線の中心軸14に沿って伝播しているとすると、入射前の光50と入射後の光51の関係は、スネルの法則により式3を満たすこととなる。

n1sinθ4=n2sinθ5・・・・・式3
A broken line 16 is a straight line orthogonal to the light incident surface 15, and light 50 before incidence enters the intersection at an angle of incidence θ 5 with respect to the broken line 16. Assuming that the incident light 51 is refracted on the light incident surface 15 and propagates along the central axis 14 of the optical fiber, the relationship between the light 50 before incident and the light 51 after incident is Snell's law. Therefore, Expression 3 is satisfied.

n1sin θ4 = n2sin θ5 Equation 3

ここで、n1はコアの屈折率、n2は光ファイバ素線10外部の空間の屈折率である。また、θ4は、入射後の光51の屈折角であり、入射前の光50の入射角θ5から傾きθ1を指し引いた値と等しくなることから、式3は、

n1sin(θ5−θ1)=n2sinθ5・・式4

のように、入射角θ5とθ1の関係式に置き換えることができる。
また、入射前の光50に直交する面61に対する光入射面15の傾きである傾斜角θ2は、入射前の光50の入射角θ5と等しいため、θ5をθ2に置き換え、式5で現すことができる。

n1sin(θ2−θ1)=n2sinθ2・・式5

この結果、傾斜角θ2は、

θ2=cot−1(cotθ1−(n2/(n1sinθ1)))・・式6

により求めることができる。
Here, n1 is the refractive index of the core, and n2 is the refractive index of the space outside the optical fiber 10. Further, θ4 is the refraction angle of the light 51 after incidence, and is equal to the value obtained by subtracting the inclination θ1 from the incidence angle θ5 of the light 50 before incidence.

n1sin (θ5-θ1) = n2sinθ5

Thus, the relational expression of the incident angles θ5 and θ1 can be substituted.
In addition, since the inclination angle θ2 that is the inclination of the light incident surface 15 with respect to the surface 61 perpendicular to the light 50 before incidence is equal to the incident angle θ5 of the light 50 before incidence, θ5 is replaced with θ2 and expressed by Equation 5. Can do.

n1sin (θ2−θ1) = n2sinθ2

As a result, the inclination angle θ2 is

θ2 = cot −1 (cot θ1− (n2 / (n1sin θ1))).

It can ask for.

先に求めたθ1=4.43°と、n1=1.5、n2=1.0を式6に代入することにより、θ2=13.16°を得ることができ、光ファイバ束の光入射端面の中心より4mm離れた位置における、光ファイバ素線の入射面の傾きを13.16°にすることにより、該位置において光ファイバ素線に入射した光を、光ファイバ素線の中心軸に沿って取り込めることがわかる。
なお、θ2をより簡便に求めるために、上記式6を導出するにあたり、適宜公知の近似式等を用いて式6を簡略化し、これを用いてもよい。
By substituting the previously determined θ1 = 4.43 °, n1 = 1.5, and n2 = 1.0 into Equation 6, θ2 = 13.16 ° can be obtained, and the light incident on the optical fiber bundle By setting the inclination of the incident surface of the optical fiber strand at a position 4 mm away from the center of the end face to 13.16 °, the light incident on the optical fiber strand at the position is made the central axis of the optical fiber strand. You can see that it can be taken along.
In order to obtain θ2 more easily, when deriving the above equation 6, the equation 6 may be simplified as appropriate using a well-known approximate equation or the like and used.

図8(a)には、図5におけるレーザ光140の入射位置を、入射端面101aの中心からX1軸に沿って、それぞれ1mm、2mm、3mm、4mmとしたときの、θ1とθ2を示す。
図8には、入射端面101aの中心軸から1mmづつ離れた点におけるθ1とθ2を示したが、入射端面101aの中心からX1軸に沿って測定箇所を増やし、各測定点において求められたθ2に従って、光ファイバ素線の光入射面を加工することがより好ましい。
FIG. 8A shows θ1 and θ2 when the incident position of the laser beam 140 in FIG. 5 is 1 mm, 2 mm, 3 mm, and 4 mm, respectively, along the X1 axis from the center of the incident end face 101a.
FIG. 8 shows θ1 and θ2 at points 1 mm apart from the central axis of the incident end face 101a, but the number of measurement points is increased along the X1 axis from the center of the incident end face 101a, and θ2 obtained at each measurement point. Accordingly, it is more preferable to process the light incident surface of the optical fiber.

本実施態様において、ライトガイド1は、上述の融着されたライトガイド端末部30の切断面32に、その中心軸33を中心として同心円状に傾斜角θ2を設けたものであり、その形状は、図8(b)に示すように、中心軸33から外周部に近づくに従って傾きが大きくなる非球面34となる。図8(b)に示すライトガイドにおいては、入射端面101aの中心軸から1mmづつ離れた点以外にも、入射端面101aの中心からX1軸に沿って複数の位置でθ2を測定し、各測定点において得られたθ2に従って、光ファイバ素線の光入射面を加工している。   In the present embodiment, the light guide 1 is formed by providing a concentric inclination angle θ2 around the central axis 33 on the cut surface 32 of the fused light guide terminal portion 30 described above, and its shape is As shown in FIG. 8B, the aspherical surface 34 has a slope that increases from the central axis 33 toward the outer peripheral portion. In the light guide shown in FIG. 8 (b), θ2 is measured at a plurality of positions along the X1 axis from the center of the incident end face 101a in addition to the point 1 mm apart from the central axis of the incident end face 101a. The light incident surface of the optical fiber is processed according to θ2 obtained at the point.

このような非球面34の凹面加工を行う装置としては、加工自由度の高い数値制御による超精密加工機等を用いて行うが、加工面の鏡面度を高めるためにELID研削法を用いることもできる。   As an apparatus for processing such a concave surface of the aspherical surface 34, an ultra-precision processing machine with numerical control with a high degree of processing freedom is used, but ELID grinding may be used to increase the mirror surface of the processing surface. it can.

以上、本実施態様のライトガイド1の融着部31に施した加工形状について説明を行ったが、次に、上記ライトガイドの光入射端面全面にレーザ光を入射した際の、出射端面より出射される光の強度分布について、図9、図10を用いて説明する。   The processing shape applied to the fused portion 31 of the light guide 1 according to the present embodiment has been described above. Next, the laser beam is emitted from the emission end face when the laser beam is incident on the entire light incident end face of the light guide. The intensity distribution of the emitted light will be described with reference to FIGS.

図9に示す装置は、ライトガイドの光入射端面に均一なレーザ光が入射されるように、図5の装置のスリット120に代わってビームエキスパンダ150を設けたものであり、ライトガイド1の光入射端面32、34全面にレーザ光を入射し、ライトガイド1の光出射端面36より150mm離れた位置の光強度分布を、光強度計120を用いて測定した。   The apparatus shown in FIG. 9 is provided with a beam expander 150 in place of the slit 120 of the apparatus of FIG. 5 so that uniform laser light is incident on the light incident end face of the light guide. Laser light was incident on the entire surface of the light incident end faces 32 and 34, and a light intensity distribution at a position 150 mm away from the light emitting end face 36 of the light guide 1 was measured using a light intensity meter 120.

図10は、上記装置により測定したライトガイド1からの出射光の強度分布を示すものであり、実線は、光入射端面に非球面加工を施したライトガイドにレーザ光を入射した際の出射光の強度分布を示し、破線は、入射端面に非球面加工を施していない従来のライトガイドにレーザ光を入射した際の出射光の強度分布を示している。   FIG. 10 shows the intensity distribution of the emitted light from the light guide 1 measured by the above apparatus, and the solid line indicates the emitted light when the laser light is incident on the light guide whose light incident end surface is aspherical. The broken line shows the intensity distribution of the emitted light when the laser light is incident on a conventional light guide that is not subjected to aspherical processing on the incident end face.

実線で表した、光入射端面に非球面加工を施したライトガイドの光強度分布と、破線で示した、光入射端面に非球面加工を施していないライトガイドの光強度分布を比較すると、光入射端面に非球面加工を施したライトガイドは、出射光が拡散せずに比較的狭い範囲を照射していることが分かる。また、照射されている中心部分の光強度も非球面加工を施していないライトガイドと比較して約4倍高いことが分かる。   Comparing the light intensity distribution of the light guide with aspherical processing on the light incident end surface, shown by the solid line, and the light intensity distribution of the light guide with non-spherical processing on the light incident end surface, shown by the broken line, It can be seen that the light guide with the aspherical surface on the incident end face irradiates a relatively narrow range without the emitted light being diffused. Also, it can be seen that the light intensity of the irradiated central portion is about four times higher than that of the light guide not subjected to aspherical processing.

以上説明した通り、本実施態様のライトガイドによれば、融着されたライトガイド端末部の切断面に、光ファイバ素線の中心軸の傾きによる影響を補償するための傾斜角θ2を、光ファイバ束の中心軸を中心として同心円状に設けることにより、ライトガイド端末部における光ファイバ束の中心軸と平行に入射する光を、各光ファイバ素線の中心軸に平行に取り込むことが可能となるため、光ファイバ束の出射端面での光の拡散を抑えることが可能となる。
なお、本実施態様においては、光ファイバ素線の光入射面への入射光を、光ファイバ束の中心軸と平行に入射する光を用いて説明したが、本発明のライトガイドにおける入射光は、必ずしも光ファイバ束の中心軸と平行に入射する光に限られるものではなく、光ファイバ束の中心軸に対して傾きを持った光や、光ファイバ素線の光入射面に集光される多くの角度成分を含む光である場合においても、同様の効果を得ることができる。なお、光ファイバ素線の光入射面に集光される多くの角度成分を含む光を利用する場合は、その中心となる光、あるいは、最も強度の強い光の入射角度を用いて、θ2を求めることが好ましい。
また、本発明のライトガイドは、光ファイバ素線の光入射面と該光入射面に入射する光に直交する面とが形成する角度θ2を必ずしも式6に一致させる必要はなく、後述する本発明の第2の実施態様に示すライトガイドのように、角度θ2を式6で求めた値に近似した角度とすることによっても、同様の効果を得ることができる。
As described above, according to the light guide of this embodiment, the inclination angle θ2 for compensating for the influence of the inclination of the central axis of the optical fiber is applied to the cut surface of the fused light guide terminal portion. By providing concentric circles around the central axis of the fiber bundle, it is possible to capture light incident parallel to the central axis of the optical fiber bundle at the light guide terminal portion in parallel to the central axis of each optical fiber. Therefore, it is possible to suppress the diffusion of light on the emission end face of the optical fiber bundle.
In the present embodiment, the incident light on the light incident surface of the optical fiber is described using light incident parallel to the central axis of the optical fiber bundle. However, the incident light in the light guide of the present invention is However, it is not necessarily limited to the light incident parallel to the central axis of the optical fiber bundle, but is condensed on the light incident surface of the optical fiber bundle or light inclined with respect to the central axis of the optical fiber bundle. Similar effects can be obtained even in the case of light including many angle components. When using light including many angle components collected on the light incident surface of the optical fiber, θ2 is set using the incident angle of the light at the center or the strongest light. It is preferable to obtain.
In the light guide of the present invention, the angle θ2 formed by the light incident surface of the optical fiber and the surface perpendicular to the light incident on the light incident surface does not necessarily match Equation 6, and a book described later. Similar effects can be obtained by setting the angle θ2 to an angle approximate to the value obtained by the expression 6 as in the light guide shown in the second embodiment of the invention.

図11は、本発明のライトガイドの第2の実施態様における、ライトガイドの端末部構造を示す断面図である。 FIG. 11 is a cross-sectional view showing the terminal structure of the light guide in the second embodiment of the light guide of the present invention.

本実施態様におけるライトガイドの光入射端面形状は、光ファイバ束融着後の切断面を、図11に点線で示す非球面34に近似した、半径30mmの球面形状35に加工したものであり、ライトガイドを構成する光ファイバ素線10およびスリーブ20は第1の実施態様に示したものと同一のものを用いた。   The light incident end face shape of the light guide in this embodiment is obtained by processing the cut surface after the optical fiber bundle fusion into a spherical shape 35 having a radius of 30 mm, which approximates the aspherical surface 34 indicated by a dotted line in FIG. The optical fiber strand 10 and the sleeve 20 constituting the light guide were the same as those shown in the first embodiment.

ライトガイドの光入射端面をこのような形状に加工することにより、光ファイバ素線に取り込まれた光の、各光ファイバ素線の中心軸14に対する平行度は、非球面形状に加工したライトガイドと比較して若干低下し、光ファイバ束の光入射端面にレーザ光を入射した際の出射光の強度分布に関しても、図10の一点鎖線で示すようにピーク値が20%程度低下するが、図10に破線で示される光入射端面に球面加工を施していない従来のライトガイドのピークと比較すると、非球面加工を施したライトガイドと同様に、出射光が拡散せず、高い光強度が得られることが分かる。   By processing the light incident end face of the light guide into such a shape, the parallelism of the light taken into the optical fiber strand with respect to the central axis 14 of each optical fiber strand is a light guide processed into an aspheric shape. As for the intensity distribution of the emitted light when the laser light is incident on the light incident end face of the optical fiber bundle, the peak value is reduced by about 20% as shown by the one-dot chain line in FIG. Compared with the peak of the conventional light guide that is not subjected to spherical processing on the light incident end face shown by the broken line in FIG. 10, the emitted light is not diffused and the high light intensity is similar to the light guide that is subjected to aspherical processing. You can see that

また、加工形状を球面とすることにより、従来の球面形状を有する研磨皿による研磨方法を用いても加工が可能であるため、加工コストを抑えることができる。   In addition, since the processing shape is spherical, processing can be performed even by using a polishing method using a conventional polishing dish having a spherical shape, so that the processing cost can be reduced.

なお、第1の実施態様および第2の実施態様で示したライトガイドにおいては、何れも石英から成る光ファイバ素線を用いたが、本発明のライトガイドは、多成分ガラスあるいはプラスチックからなる光ファイバ素線を用いたものにも適用することができる。
また、第1の実施態様および第2の実施態様では、光を放射する発光体としてレーザ発振器を用いて説明したが、これに限定されるものではなく、本発明のライトガイドは、発光体としてショートアークランプあるいはハロゲンランプ等を用いることもできる。
In the light guides shown in the first embodiment and the second embodiment, optical fiber strands made of quartz are used, but the light guide of the present invention is light made of multicomponent glass or plastic. The present invention can also be applied to those using fiber strands.
In the first embodiment and the second embodiment, the laser oscillator is used as the light emitter that emits light. However, the present invention is not limited to this, and the light guide of the present invention is used as a light emitter. A short arc lamp or a halogen lamp can also be used.

次に、本発明の光照射装置について説明する。
本発明の光照射装置は、光を放射する発光体と、該発光体からの放射光を被照射物に照射するためのライトガイドとを含むものであって、上記ライトガイドが本発明のライトガイドであることを特徴とする。
図12は、本発明の光照射装置の実施態様を示す図である。
本実施態様において、光照射装置はレーザ光を発振するレーザ発振器210と、レーザ光を集光するレンズ220と、集光された光を伝送するライトガイド230と、ライトガイド230より出射した光を被照射物Wに集光するための集光レンズ241と、この集光レンズ241を含む加工ヘッド部240により構成されている。
Next, the light irradiation apparatus of the present invention will be described.
The light irradiation device of the present invention includes a light emitting body that emits light, and a light guide for irradiating an object to be irradiated with light emitted from the light emitting body, and the light guide is the light of the present invention. It is a guide.
FIG. 12 is a diagram showing an embodiment of the light irradiation apparatus of the present invention.
In this embodiment, the light irradiation device includes a laser oscillator 210 that oscillates laser light, a lens 220 that condenses the laser light, a light guide 230 that transmits the condensed light, and light emitted from the light guide 230. A condensing lens 241 for condensing the irradiation object W and a processing head unit 240 including the condensing lens 241 are configured.

レーザ発振器210としてはフラッシュランプを励起光源とする紫外光を放射するQスイッチYAGレーザが使用される。 As the laser oscillator 210, a Q-switched YAG laser that emits ultraviolet light using a flash lamp as an excitation light source is used.

この光照射装置では、ライトガイド230の光入射端面230aにレーザ光が集光されるため、第1の実施態様におけるライトガイドと同様に、石英製光ファイバ素線からなる光ファイバ束の、光入射端部を融着したライトガイドが用いられており、ライトガイド230の光入射端面230aは図8に示すように非球面形状に加工されている。 In this light irradiation apparatus, since the laser light is focused on the light incident end face 230a of the light guide 230, similarly to the light guide in the first embodiment, the light of the optical fiber bundle made of the optical fiber made of quartz is used. A light guide in which the incident end is fused is used, and the light incident end face 230a of the light guide 230 is processed into an aspherical shape as shown in FIG.

このように入射端面が非球面形状に加工されているライトガイドを用いた場合には、ライトガイドから出射する光250は、入射端面に非球面加工が施されていないライトガイドと比較して、より小さな出射角度となるため、集光レンズ241もこの角度φに応じた小口径のもの用いることができ、加工ヘッド部240の大きさも、よりコンパクトなものとすることができる。 In this way, when a light guide whose incident end face is processed into an aspherical shape is used, the light 250 emitted from the light guide is compared with a light guide whose incident end face is not subjected to aspherical processing. Since the emission angle is smaller, the condenser lens 241 can also be used with a small diameter corresponding to this angle φ, and the size of the processing head portion 240 can be made more compact.

なお、本実施態様で示した光照射装置は光を放射する発光体としてレーザ発振器を用いたが、これに限定されるものではなく、本発明の光照射装置は、発光体としてショートアークランプあるいはハロゲンランプ等を用いることもできる。 The light irradiation device shown in this embodiment uses a laser oscillator as a light emitter that emits light. However, the light irradiation device of the present invention is not limited to this. A halogen lamp or the like can also be used.

本発明のライトガイドは、光ファイバ束の端部を融着したものであって、ライトガイド端末部において、光ファイバ束に入射する光を、光ファイバ素線の中心軸と平行に取り込むことが可能であるため、該ライトガイドを含む光照射装置に好適に用いることができる。 The light guide of the present invention is obtained by fusing the ends of optical fiber bundles, and at the light guide terminal portion, the light incident on the optical fiber bundle can be taken in parallel to the central axis of the optical fiber strand. Since it is possible, it can be suitably used for a light irradiation apparatus including the light guide.

本発明のライトガイドの第1の実施態様における、ライトガイドの端末部構造を示す断面図(a)および光ファイバ素線の断面図(b)である。It is sectional drawing (a) which shows the terminal part structure of the light guide in the 1st embodiment of the light guide of this invention, and sectional drawing (b) of an optical fiber strand. 光ファイバ束端末の融着部において、光入射端面を形成するために、切断、研磨する位置Aを示す図である。It is a figure which shows the position A cut | disconnected and grind | polished in order to form a light-incidence end surface in the melt | fusion part of an optical fiber bundle terminal. 位置Aで切断した後のライトガイド端末を示す図である。It is a figure which shows the light guide terminal after cut | disconnecting in the position A. 光入射面加工前の光ファイバ素線における入射光と出射光を示す図である。It is a figure which shows the incident light and outgoing light in the optical fiber strand before light-incidence surface processing. 傾斜角θ1を測定するための測定装置を示す図である。It is a figure which shows the measuring apparatus for measuring inclination | tilt angle (theta) 1. 出射光の光強度分布を示す図である。It is a figure which shows the light intensity distribution of emitted light. 傾斜角θ2の算出方法を説明するための光ファイバ素線の断面を示す図である。It is a figure which shows the cross section of the optical fiber strand for demonstrating the calculation method of inclination | tilt angle (theta) 2. 光ファイバ束の中心軸から所定距離離れた位置における各θ1とθ2を示す図(a)および得られた各θ2を満足するように光ファイバ束の光入射端面を加工し非球面状にしたことを示す図(b)である。The figure (a) showing each θ1 and θ2 at a position away from the central axis of the optical fiber bundle and the light incident end face of the optical fiber bundle processed into an aspherical shape so as to satisfy each obtained θ2 FIG. ライトガイドにレーザ光を入射した際の出射光の強度分布を測定するための装置を示す図である。It is a figure which shows the apparatus for measuring the intensity distribution of the emitted light when a laser beam injects into a light guide. ライトガイドにレーザ光を入射した際の出射光の強度分布を示す図である。It is a figure which shows intensity distribution of the emitted light when a laser beam injects into a light guide. 本発明のライトガイドの端末部構造を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the terminal part structure of the light guide of this invention. 本発明の光照射装置の実施態様を示す図である。It is a figure which shows the embodiment of the light irradiation apparatus of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 ライトガイド
2 光ファイバ束
10 光ファイバ素線
11 コア
12 クラッド層
13 被覆層
14 光ファイバ素線の中心軸
15 光入射面
16 光入射面と直交する直線
20 スリーブ
21 段部
30 ライトガイド端末部
31 融着部
32 端面
33 光ファイバ束の中心軸
34 非球面
35 球面
36 出射端面
101 ライトガイド
101a 光入射端面
101b 光出射端面
110 レーザ発振器
130 光強度計

DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Light guide 2 Optical fiber bundle 10 Optical fiber strand 11 Core 12 Clad layer 13 Cover layer 14 Center axis 15 of optical fiber strand Light incident surface 16 Straight line 20 orthogonal to light incident surface Sleeve 21 Step part 30 Light guide terminal part 31 Fused portion 32 End surface 33 Central axis 34 of optical fiber bundle Aspherical surface 35 Spherical surface 36 Emitting end surface 101 Light guide 101a Light incident end surface 101b Light emitting end surface 110 Laser oscillator 130 Light intensity meter

Claims (5)

複数の光ファイバ素線からなり少なくとも光入射側の端部が熱融着された光ファイバ束を含み、
光ファイバ束の中心軸より外側に位置する各光ファイバ素線の中心軸が、前記熱融着された光ファイバ束端部において、光ファイバ束の中心軸に対して傾きを有し、
光ファイバ束の光入射端面の形状が、凹面形状であることを特徴とするライトガイド。
An optical fiber bundle comprising a plurality of optical fiber strands and at least an end portion on the light incident side is heat-sealed,
The central axis of each optical fiber positioned outside the central axis of the optical fiber bundle has an inclination with respect to the central axis of the optical fiber bundle at the end portion of the thermally fused optical fiber bundle,
A light guide characterized in that the shape of the light incident end face of the optical fiber bundle is concave.
前記凹面形状が球面形状である請求項1に記載のライトガイド。 The light guide according to claim 1, wherein the concave shape is a spherical shape. 前記光ファイバ素線の少なくとも一部は、光ファイバ素線の光入射面と該光入射面に入射する光に直交する面とが形成する角度θ2が、
θ2=cot−1(cotθ1−(n2/(n1sinθ1)))
〔但し、θ1は、光ファイバ素線の光入射面に入射する光と、光ファイバ素線の中心軸とが形成する角度であり、n1は、光ファイバ素線を構成するコアの屈折率であり、n2は、光ファイバ素線外部の空間の屈折率である。〕
を満たすように光入射面を加工されたものである請求項1または2に記載のライトガイド。
At least a part of the optical fiber strand has an angle θ2 formed by a light incident surface of the optical fiber strand and a surface perpendicular to the light incident on the light incident surface,
θ2 = cot −1 (cot θ1− (n2 / (n1sin θ1)))
[However, θ1 is the angle formed by the light incident on the light incident surface of the optical fiber and the central axis of the optical fiber, and n1 is the refractive index of the core constituting the optical fiber. Yes, n2 is the refractive index of the space outside the optical fiber. ]
The light guide according to claim 1, wherein the light incident surface is processed so as to satisfy the above.
光ファイバ素線が、石英、多成分ガラスまたはプラスチックからなるものである請求項1〜3のいずれかに記載のライトガイド。 The light guide according to claim 1, wherein the optical fiber is made of quartz, multicomponent glass, or plastic. 光を放射する発光体と、該発光体からの放射光を被照射物に照射するためのライトガイドとを含む光照射装置であって、前記ライトガイドが請求項1〜4のいずれかに記載のライトガイドであることを特徴とする光照射装置。
It is a light irradiation apparatus containing the light-emitting body which radiates | emits light, and the light guide for irradiating a to-be-irradiated object with the emitted light from this light-emitting body, Comprising: The said light guide is in any one of Claims 1-4. A light irradiation apparatus characterized by being a light guide.
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