JP2007178778A - Light guide and light irradiation apparatus - Google Patents
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Abstract
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、レーザ発振器やショートアークランプ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 or a short arc lamp 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、発光体からの光エネルギーが大きい場合や、ライトガイドの入射端面に入射する光のビーム径が大きい場合には、複数の光ファイバ素線を束ねた光ファイバ束を用いることが多い(例えば、特許文献1参照)。 Such light guides are usually used in the case where an optical fiber strand is used alone or in a case where a plurality of optical fiber strands are bundled and used as an optical fiber bundle. When the beam diameter of light incident on the incident end face is large, an optical fiber bundle in which a plurality of optical fiber strands are bundled is often used (see, for example, Patent Document 1).
このようなライトガイドにより伝達した光を、被照射物の所定の範囲に照射するための方法としては、一般にライトガイドの出射端と被照射物との間に光学レンズを設ける方法が知られている。しかしながら、このように光学レンズを用いた方法においては、ライトガイドの出射端付近に光学レンズを設けるためのスペースが必要となるため、ライトガイドの出射端部が大型化してしまうなどの問題があった。
本発明は、このような事情のもとで、複数の光ファイバ素線を束ねて光ファイバ束としたライトガイドにおいて、出射光を集光して用いるような場合に出射端部を小型化することができ、製作が容易で、十分な照射強度を有するライトガイド、および該ライトガイドを含む光照射装置を提供することを目的とするものである。 Under such circumstances, the present invention makes it possible to reduce the size of the exit end when the emitted light is condensed and used in a light guide that is a bundle of optical fibers formed by bundling a plurality of optical fiber strands. An object of the present invention is to provide a light guide that can be manufactured easily and has sufficient irradiation intensity, 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出射側の端部が熱融着された光ファイバ束を含み、
前記熱融着された光ファイバ束端部における、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出射端面での中心軸が、光ファイバ束の中心軸に対して傾きを有することを特徴とするライトガイド、
(2)前記熱融着された光ファイバ束端部の端面形状が、光ファイバ束の中心軸に対して、垂直に交わる平面である上記(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、光出射側の端部における光ファイバ素線の中心軸と光ファイバ束の中心軸とにより形成される角度θが、
0<θ≦sin-1((n2/n1)sin(tan-1(R/L)))
〔但し、Rは光出射端面における光ファイバ束の中心軸と各光ファイバ素線の中心軸との距離、Lは光出射端面と被照射物との距離、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。〕
を満たすように配置されたものである上記(2)に記載のライトガイド、
(4)前記熱融着された光ファイバ束端部の端面形状が、凸面形状である上記(1)に記載のライトガイド、
(5)前記熱融着された光ファイバ束端部の端面形状が、球面形状である上記(4)に記載のライトガイド、
(6)光ファイバ素線が、石英、多成分ガラス、プラスチックから選ばれるいずれか1種以上からなるものである上記(1)〜(5)のいずれかに記載のライトガイド、
(7)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ライトガイドを含む光照射装置であって、前記ライトガイドが上記(1)〜(6)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、
(8)前記発光体がレーザ発振器である上記(7)に記載の光照射装置、および
(9)前記発光体がショートアークランプである上記(7)に記載の光照射装置
からなるものである。
To achieve the above object, the present invention provides:
(1) It includes an optical fiber bundle composed of a plurality of optical fiber strands and at least an end portion on the light emission side being heat-sealed,
The center axis at the exit end face of each optical fiber positioned outside the center axis of the optical fiber bundle at the end portion of the heat-sealed optical fiber bundle has an inclination with respect to the center axis of the optical fiber bundle. A light guide, characterized by
(2) The light guide according to (1), wherein an end face shape of the end portion of the heat-sealed optical fiber bundle is a plane perpendicular to the central axis of the optical fiber bundle,
(3) At least a part of the optical fiber strand has an angle θ formed by the central axis of the optical fiber strand and the central axis of the optical fiber bundle at the end on the light emission side,
0 <θ ≦ sin −1 ((n2 / n1) sin (tan −1 (R / L)))
[Where R is the distance between the central axis of the optical fiber bundle at the light exit end face and the center axis of each optical fiber strand, L is the distance between the light exit end face and the object to be irradiated, and n1 constitutes the optical fiber strand. N2 is the refractive index of the space outside the optical fiber. ]
The light guide according to the above (2), which is arranged so as to satisfy
(4) The light guide according to (1), wherein an end face shape of the end portion of the heat-sealed optical fiber bundle is a convex shape,
(5) The light guide according to (4), wherein an end surface shape of the end portion of the heat-sealed optical fiber bundle is a spherical shape,
(6) The light guide according to any one of (1) to (5), wherein the optical fiber is composed of one or more selected from quartz, multicomponent glass, and plastic.
(7) A light irradiation device including a light emitting body that emits light and a light guide that irradiates an object to be irradiated with light emitted from the light emitting body, wherein the light guide is any one of the above (1) to (6) A light irradiation device characterized by being a light guide according to claim 1,
(8) The light emitting device according to (7), wherein the light emitter is a laser oscillator, and (9) the light irradiation device according to (7), wherein the light emitter is a short arc lamp. .
本発明によれば、複数の光ファイバ素線を束ねて光ファイバ束としたライトガイドにおいて、出射光を集光して用いるような場合に出射端部を小型化することができ、製作が容易で、十分な照射強度を有するライトガイド、および該ライトガイドを含む光照射装置を提供することができる。 According to the present invention, in a light guide in which a plurality of optical fiber strands are bundled to form an optical fiber bundle, the outgoing end can be reduced in size when the outgoing light is condensed and used, and manufacturing is easy. Thus, it is possible to provide a light guide having sufficient irradiation intensity and a light irradiation apparatus including the light guide.
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出射側の端部が熱融着された光ファイバ束を含み、
前記熱融着された光ファイバ束端部における、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出射端面での中心軸が、光ファイバ束の中心軸に対して傾きを有す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 emitting side is thermally fused,
The center axis at the output end face of each optical fiber strand located outside the center axis of the optical fiber bundle at the end portion of the heat-sealed optical fiber bundle has an inclination with respect to the center axis of the optical fiber bundle. It is characterized by that.
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、光出射側の端部を熱融着した後、融着部分を所定の位置で切断し、切断面に鏡面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
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50mmの石英管を用いている。
As shown in FIG. 1B, the
次に、図1(a)のライトガイドにおける光出射端部の形成方法を、図2を用いて説明する。
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を挿入した後、スリーブ20の先端部にバキューム装置310を接続し、スリーブ20の長手方向の中間部分を酸水素バーナー300で加熱する。
Next, a method for forming a light emitting end portion in the light guide of FIG. 1A will be described with reference to FIG.
As shown in FIG. 2, about 2000
酸水素バーナー300は、スリーブ20の長手方向X1軸に沿って10mmの範囲で往復運動をするとともに、光ファイバ束2の中心軸33を中心として、スリーブ20の外周面に沿って旋転し、光ファイバ束2およびスリーブ20を均一に加熱する。
The
同時に、スリーブ20の先端部に接続したバキューム装置310を作動させ、スリーブ20内を大気圧より20KPa低い圧力に減圧する。その結果、各光ファイバ素線10は軟化して相互に融着し、中心軸方向に収縮したスリーブ20とともに融着一体化して、外周面にテーパ部21を有するライトガイド端末部30を形成する。
At the same time, the
以上の工程により、光ファイバ束2の長手方向に対する垂直断面積は、非融着部から融着部31方向に向かって小さくなり、スリーブ20内の光ファイバ束2は、各光ファイバ素線10の中心軸14が上記のテーパ部21の形状に従って非融着部から融着部31の範囲にかけて、光ファイバ束2の中心軸33の方向に傾きを有した状態で固着され、先細り状になっている。また、融着部31の各光ファイバ素線10は、その断面積がほとんど変化することなく熱融着されているため、コア内を進行する光が外部に漏出して光出力を減少させる現象を抑えることができる。
Through the above steps, the vertical cross-sectional area with respect to the longitudinal direction of the
本実施態様におけるライトガイド1の光出射端部は、図2に示す融着後のライトガイド1の融着部31を破線Aの位置で切断し、その切断面に対して研磨加工を施し、図1(a)に示されるような、光ファイバ束2の中心軸33に垂直に交わる光出射端面32を形成したものであり、ここで破線Aの位置としては、融着部31のスリーブ20の外径が約11mmとなる位置としている。
The light emitting end portion of the light guide 1 in the present embodiment cuts the fused
この結果、光ファイバ素線10の中心軸14は、図1(a)に示すように、ライトガイド端末部30の光出射端面32において、光ファイバ束2の中心軸33の方向に傾斜角θ1を有した状態となり、この傾斜角θ1は、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, the
なお、融着部31は、酸水素バーナー300で加熱した領域のうち中心部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とクラッド層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およびクラッド層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。
このため、融着部31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光入射端部に近い位置で行われることが好ましい。
また、この位置を切断位置とした場合には、より大きな光ファイバ素線の中心軸14の傾斜角θ1を得ることができる。
Note that the
For this reason, it is preferable that the cutting position of the fused
Moreover, when this position is set as the cutting position, a larger inclination angle θ1 of the
このように、本実施態様におけるライトガイド1は、スリーブ20内を減圧しながら光ファイバ束2に対して熱融着処理を行うことにより、ライトガイド端末部30の光出射端面32における光ファイバ束2の中心軸33より外側に位置する光ファイバ素線10の中心軸14が、光ファイバ束2の中心軸33の方向に同心円状に傾斜角θ1を有して配列するように加工したものであるため、製作が容易であり、集束部分の寸法を大型化することなく、その出射端での各光ファイバ素線をライトガイドの中心軸方向に精度良く傾けたライトガイドとすることができる。
As described above, the light guide 1 according to the present embodiment performs the heat sealing process on the
なお、この各光ファイバ素線10の中心軸14の傾斜角θ1は、酸水素バーナー300により加熱する際の、真空ポンプ310の減圧力を、以下に示すように操作することにより制御することができる。
The inclination angle θ1 of the
傾斜角θ1の角度を大きくする場合には、スリーブ20内の減圧を高くすることで可能であり、反対に、傾斜角θ1の角度を小さくする場合には、スリーブ20内の減圧を小さくすることで、上述のテーパ部21はなだらかとなるため、各光ファイバ素線10の中心軸14の傾斜角θ1も小さくすることができる。
When the angle of the inclination angle θ1 is increased, it is possible to increase the pressure reduction in the
また、ライトガイド端末部30の融着方法としては、本実施態様で説明した酸水素バーナーを用いる方法の他、高周波電力を用いるものを挙げることができる。
In addition, as a method for fusing the light
さらに、熱融着処理の際にテーパ部21を形成する方法としては、真空ポンプによりスリーブ20内を吸引する方法に代わって、非融着部の光ファイバ束2をスリーブ20とともに中心軸方向に引き伸ばす方法もあるが、この場合には各光ファイバ素線の融着部分での断面積が非融着部と比較して小さくなり、コア内を進行する光が外部に漏出して光出力を減少させる虞があるため、入射する光の特性に応じて引き伸ばす量を加減する必要がある。
Further, as a method of forming the tapered
なお、図1(a)に示すように、本実施態様におけるライトガイド1は、光ファイバ素線10の中心軸14が光出射端面32と傾きをもって交わるため、光出射端面32より出射する光は、各光ファイバ素線10の中心軸14の傾斜角θ1に応じて、さらに光ファイバ束2の中心軸33の方向に屈折して出射される。
As shown in FIG. 1A, in the light guide 1 in this embodiment, since the
以下に、この光出射端面32より出射する光の屈折による出射角度への影響について図3を用いて説明する。
図3は、光ファイバ素線10の光入射端面36より光ファイバ素線10の中心軸14に平行に入射した光51が、光出射端面32から出射する際の屈折する方向を示す断面図である。
Hereinafter, the influence of the refraction of the light emitted from the light emitting end face 32 on the emission angle will be described with reference to FIG.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a direction in which light 51 incident in parallel to the
図3における光ファイバ素線10の光入射端面36は、図1(a)に示すライトガイド1の図示しない光入射側端部を集束し接着剤により固着した後、これを光入射側端部の中心軸に対して垂直に切断し研磨加工を施した平面であり、光ファイバ素線10の中心軸14と直交している。
The light
図3に示すように、光入射端面36に垂直に入射した光51は、光ファイバ素線10の中心軸14に沿って伝播し、光出射端面32において、出射光52として光出射端面32と直交する直線16に対して屈折角θ2の角度で出射する。
この光出射端面32における出射前の光51と出射光52の関係はスネルの法則より、
n1sinθ1=n2sinθ2
(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)
が成り立ち、屈折角θ2は、
θ2=sin-1((n1/n2)×sinθ1)・・・式1
により表すことができる。
上記の式1は、屈折角θ2が概ね傾斜角θ1の屈折率比(n1/n2)倍されることを意味している。
As shown in FIG. 3, the light 51 incident perpendicularly to the light
From the Snell's law, the relationship between the light 51 before emission and the
n1sin θ1 = n2sin θ2
(Where n1 is the refractive index of the core and n2 is the refractive index of the space outside the optical fiber 10)
And the refraction angle θ2 is
θ2 = sin −1 ((n1 / n2) × sin θ1) Equation 1
Can be represented by
The above formula 1 means that the refraction angle θ2 is approximately multiplied by the refractive index ratio (n1 / n2) of the inclination angle θ1.
上述のように、本実施態様におけるライトガイド1は、光出射端面32が光ファイバ素線10の中心軸14と傾きをもって交わるため、光出射端面32からの出射光52は、この傾斜角θ1に応じて光ファイバ束2の中心軸33の方向に傾くこととなり、さらに光出射端面32において光ファイバ束2の中心軸33の方向に屈折して、合わせてθ2だけ傾くことになるため、結果的に、光ファイバ素線10の中心軸14の傾きを、一層大きくしたことと同様の効果を得ることができる。
As described above, in the light guide 1 according to the present embodiment, the light
ここで、本実施態様におけるライトガイド1に平行光を入射した際の、光出射端面32から出射する出射光52の方向について説明する。
Here, the direction of the
図4(a)は、光出射端面32における光ファイバ束の中心より半径方向に1mm、2mm、3mm、および4mm離れた位置から出射する光の出射方向を図示したものである。
また、図4(b)は、光出射端面32のそれぞれの位置での光ファイバ素線の傾斜角θ1、出射光52の屈折角θ2、および出射光52が光ファイバ束2の中心軸33と交差する点までの距離Lを数値で表したものである。
図4(a)より、光出射端面32のそれぞれの位置より出射した光は、光出射端面32より概ね20mm離れた位置でビームウエストを形成していることが分かる。
ここで、距離Lは、出射光52が光出射端面32において、半径Rの位置より出射したとすると、
L=R/tanθ2
と、表すことができるため、これに式1を代入した下記の式2で求めることができる。
L=R/tan(sin-1((n1/n2)×sinθ1))・・・式2
従って、光ファイバ束2を構成する各光ファイバ素線のθ1が既知である場合には、式2により距離Lを求めることにより、光ファイバ束2から被照射物(集光レンズを含む)に光を照射するための最適な距離を調整することができる。
FIG. 4A illustrates the emission direction of light emitted from a position 1 mm, 2 mm, 3 mm, and 4 mm away from the center of the optical fiber bundle in the light emission end face 32 in the radial direction.
4B shows the inclination angle θ1 of the optical fiber at each position of the light emitting
From FIG. 4A, it can be seen that the light emitted from each position of the light emitting end face 32 forms a beam waist at a position approximately 20 mm away from the light emitting
Here, the distance L is assumed that the emitted
L = R / tan θ2
Therefore, it can be obtained by the following
L = R / tan (sin −1 ((n1 / n2) × sin θ1))
Accordingly, when θ1 of each optical fiber that constitutes the
上記式2は光ファイバ素線の傾斜角θ1が既知である場合の、出射光52が光ファイバ束2の中心軸33と交差する点までの距離Lを求める式であるが、被照射物(集光レンズを含む)までの距離Lが既知である場合には、式3により最適な光ファイバ素線の傾斜角θ1を求めることができる。
θ1=sin-1((n2/n1)sin(tan-1(R/L)))・・・式3
すなわち、式3により各光ファイバ素線の傾斜角θ1を求めることにより、光ファイバ束2の光出射側の端部において、対応する光ファイバ素線の傾きを最適な角度に調整することができる。
また、本発明に係るライトガイドにおいては、光出射端面における各光ファイバ素線の傾斜角θ1が、上記式3で求めた値と必ずしも等しい値である必要はなく、光ファイバ束を構成する光ファイバ素線の少なくとも一部が式3で求めた値以下、すなわち、
0<θ1≦sin-1((n2/n1)sin(tan-1(R/L)))・・・式4
の範囲であっても、出射光を光ファイバ束の中心軸の方向に傾ける機能を有することができる。光ファイバ束を構成する光ファイバ素線の内、光ファイバ束の中心軸33より外側に位置する全光ファイバ素線の47〜100%が上記式4を満たしていることが好ましく、55〜95%が上記式4を満たしていることがより好ましい。
The
θ1 = sin −1 ((n2 / n1) sin (tan −1 (R / L))) Equation 3
That is, by obtaining the inclination angle θ1 of each optical fiber strand by Equation 3, the inclination of the corresponding optical fiber strand can be adjusted to an optimum angle at the light exit side end of the
In the light guide according to the present invention, the inclination angle θ1 of each optical fiber at the light emitting end face does not necessarily have to be equal to the value obtained by the above equation 3, and the light constituting the optical fiber bundle At least a part of the fiber strand is equal to or less than the value obtained by Equation 3, that is,
0 <θ1 ≦ sin −1 ((n2 / n1) sin (tan −1 (R / L))) Equation 4
Even in this range, it is possible to have a function of tilting outgoing light in the direction of the central axis of the optical fiber bundle. It is preferable that 47 to 100% of all the optical fiber strands located outside the
以上、本実施態様のライトガイド1のライトガイド端末部30に施した加工形状と、光出射端面32からの出射光52の出射方向との関係について説明を行ったが、次に、実際に上記ライトガイドの光入射端面全面に光を入射した際の、出射端面より出射される光の強度分布について、光出射端部を接着処理によって固着した従来のライトガイドとの比較により説明する。
The relationship between the processed shape applied to the light
図5は、ライトガイドより出射される光の強度分布を測定するための、装置構成を示している。
この装置は、He−Cdレーザ発振器110からの放射光を、ビームエキスパンダ150によりライトガイド101の光入射端面101aに均一に入射し、光出射端面101bより距離L離れた位置の光強度分布を測定するための装置であり、光強度の測定位置に光強度計130を有し、この光強度計130をライトガイド1の中心軸に直交するX2軸に沿って移動させることにより、光強度分布を測定するものであり、以下の測定においては、L=25mmにおける光強度分布を測定した。
FIG. 5 shows an apparatus configuration for measuring the intensity distribution of light emitted from the light guide.
In this apparatus, the light emitted from the He-
図6は、上記装置により測定したライトガイドからの出射光の強度分布を示すものであり、実線は、光出射端面に熱融着を施したライトガイド(光ファイバ束を構成する光ファイバ素線の内、光ファイバ束の中心軸より外側に位置する全光ファイバ素線の約70%が上記式4を満たすもの)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、光出射端面を接着剤により固着した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. 6 shows the intensity distribution of the emitted light from the light guide measured by the above apparatus. The solid line shows the light guide with the light emitting end face heat-sealed (the optical fiber strand constituting the optical fiber bundle). Among them, about 70% of all the optical fiber strands located outside the central axis of the optical fiber bundle satisfy the above formula 4) showing the intensity distribution of the emitted light when the laser light is incident, The intensity distribution of the emitted light when a laser beam is incident on a conventional light guide having the light emitting end face fixed with an adhesive is shown.
なお、光出射端面に熱融着を施したライトガイドの光入射端面は、熱融着に代わって有機系の接着剤により固着し、光出射端面と同様に平面研磨を施してある。
また、従来のライトガイドは、光出射端部を接着剤で固着したこと以外は、光出射端面に熱融着を施したライトガイドと同様の構造を有している。
Note that the light incident end face of the light guide having the light emitting end face heat-sealed is fixed by an organic adhesive instead of the heat fusion, and is subjected to planar polishing in the same manner as the light emitting end face.
Further, the conventional light guide has the same structure as the light guide in which the light emitting end face is heat-sealed except that the light emitting end is fixed with an adhesive.
実線で表した、光出射端面に熱融着を施したライトガイド1の光強度分布と、破線で示した、光出射端部を接着剤により固着した従来のライトガイドの光強度分布を比較すると、光出射端面に熱融着を施したライトガイドは、出射光の拡散が少なく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光出射端面を接着剤により固着した従来のライトガイドより約2倍高いことが分かる。
Comparing the light intensity distribution of the light guide 1 in which the light emitting end face is thermally fused to the light emitting end surface represented by the solid line and the light intensity distribution of the conventional light guide in which the light emitting end part is fixed by an adhesive, indicated by the broken line. It can be seen that the light guide having the light emitting end face heat-sealed irradiates a relatively narrow range with little diffusion of the emitted light.
Also, it can be seen that the light intensity of the irradiated central portion is about twice as high as that of the conventional light guide in which the light emitting end face is fixed with an adhesive.
以上説明した通り、本実施態様のライトガイドによれば、光学レンズなどの光部品を用いることなく、また、ライトガイド端末部を大型化することなく出射する光の拡散を抑制し、出射光をライトガイド端末部の中心軸上に集めることができる。 As described above, according to the light guide of the present embodiment, it is possible to suppress the diffusion of the emitted light without using an optical component such as an optical lens and without increasing the size of the light guide terminal portion, It can be collected on the central axis of the light guide terminal.
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。 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.
図7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. 7 is a cross-sectional view showing the terminal structure of the light guide according to 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出射端面形状は、光ファイバ束融着後の切断面を、半径50mmの球面形状35になるように凸面加工を施したものであり、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ている。
The light guide end face shape of the light guide in the present embodiment is obtained by subjecting the cut surface after fusion of the optical fiber bundles to a convex shape so as to become a
ライトガイドの光出射端面をこのような形状に加工することにより、出射光は光出射端面の曲率に応じて屈折するため、上述の第1の実施態様に示した光出射端面が平面のライトガイドと比較して、出射光を一層光出射端面に近い位置に集光することができる。
光ファイバ束端部の端面形状は、凸面形状のほか、出射光を集光し得る限り、凹面形状とすることもできる。
光ファイバ束端部の端面形状の加工は、例えばELID研削法により行うことができる。
By processing the light emitting end face of the light guide into such a shape, the emitted light is refracted in accordance with the curvature of the light emitting end face. Therefore, the light guide having the flat light emitting end face described in the first embodiment is used. Compared with the above, the emitted light can be further condensed at a position closer to the light emitting end face.
The end face shape of the end portion of the optical fiber bundle can be a concave shape as long as the emitted light can be collected in addition to the convex shape.
The processing of the end face shape of the optical fiber bundle end can be performed, for example, by ELID grinding.
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ることもできる。
また、第1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. Fiber strands can also be used.
In the first 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 a short arc lamp or halogen lamp as the light emitter. Etc. 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。
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.
図8は、本発明の光照射装置の第1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。
FIG. 8 is a diagram showing a first embodiment of the light irradiation apparatus of the present invention.
In this embodiment, the light irradiation device includes a
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
この光照射装置では、ライトガイド230に、本発明の第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出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の光出射端面230aは、図1に示すように平面形状に加工され、光出射端部の光ファイバ素線は、光ファイバ束の中心軸方向に傾きを有している。
In this light irradiating device, the
このように光出射端部が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、出射端面が従来通り接着剤により固着した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もこの出射角度φに応じた小口径のものを用いることができ、加工ヘッド部240の大きさも、より小型化することができる。
In the case of using a light guide whose light emission end is processed in this way, the light 250 emitted from the light guide is smaller in output than the light guide whose emission end surface is fixed by an adhesive as usual. Therefore, the condenser lens 241 can also have a small diameter corresponding to the emission angle φ, and the size of the
図9は、本発明の光照射装置の第2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、ショートアークランプ261を内蔵した光源装置260と、光源装置260から出射する光を被照射物Wへ伝達するためのライトガイド230とにより構成されており、ライトガイド230の出射端面より25mm離れた位置に設置された紫外線硬化接着剤を塗布した被照射物Wへ、紫外光を照射する用途で使用される。
FIG. 9 is a diagram showing a second embodiment of the light irradiation apparatus of the present invention.
In this embodiment, the light irradiation device includes a
この光照射装置では、ライトガイド230に、上述の光照射装置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出射端部を融着したライトガイドが用いられており、光ファイバ素線は、図1に示すように光ファイバ束の中心軸方向に傾きを有している。
In this light irradiation device, the
本実施態様においては、このように光出射端部を加工しているライトガイドを用いたため、ライトガイドから出射する光250は、従来の接着剤により光出射端部を固着したライトガイドより出射される光と比較して、約1.5倍の照射強度を得ることが出来た。
このため、光学レンズを用いずにライトガイドより直接被照射物に出射光を照射した場合であっても、十分に紫外線硬化接着剤を硬化させることが出来た。
In this embodiment, since the light guide that has processed the light emitting end portion is used in this way, the light 250 emitted from the light guide is emitted from the light guide having the light emitting end portion fixed by a conventional adhesive. Compared with the light, the irradiation intensity was about 1.5 times.
For this reason, even if it was a case where emitted light was directly irradiated to a to-be-irradiated object from a light guide, without using an optical lens, the ultraviolet curing adhesive agent was fully hardened.
なお、本発明の光照射装置の実施態様としては、光を放射する発光体としてレーザ発振器およびショートアークランプを用いたが、これに限定されるものではなく、発光体としてハロゲンランプ等を用いることもできる。 As an embodiment of the light irradiation apparatus of the present invention, a laser oscillator and a short arc lamp are used as a light emitter that emits light, but the invention is not limited to this, and a halogen lamp or the like is used as the light emitter. You can also.
本発明のライトガイドは、出射光を集光して用いるような場合に出射端部を小型化することができ、製作が容易で、十分な照射強度を有するものであるため、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 can reduce the size of the emission end when the emitted light is condensed and used, is easy to manufacture, and has sufficient irradiation intensity. It can use suitably for the light irradiation apparatus containing.
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
16 光出射面と直交する直線
20 スリーブ
21 テーパ部
30 ライトガイド端末部
31 融着部
32 光出射端面
33 光ファイバ束の中心軸
35 球面
36 光入射端面
101 ライトガイド
101a 光入射端面
101b 光出射端面
110、210 レーザ発振器
130 光強度計
150 ビームエキスパンダ
260 光源装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (9)
前記熱融着された光ファイバ束端部における、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出射端面での中心軸が、光ファイバ束の中心軸に対して傾きを有す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 emitting side is thermally fused,
The center axis at the exit end face of each optical fiber positioned outside the center axis of the optical fiber bundle at the end portion of the heat-sealed optical fiber bundle has an inclination with respect to the center axis of the optical fiber bundle. Light guide characterized by that.
0<θ≦sin-1((n2/n1)sin(tan-1(R/L)))
〔但し、Rは光出射端面における光ファイバ束の中心軸と各光ファイバ素線の中心軸との距離、Lは光出射端面と被照射物との距離、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。〕
を満たすように配置されたものである請求項2に記載のライトガイド。 At least a part of the optical fiber strand has an angle θ formed by the central axis of the optical fiber strand and the central axis of the optical fiber bundle at the end on the light exit side,
0 <θ ≦ sin −1 ((n2 / n1) sin (tan −1 (R / L)))
[Where R is the distance between the central axis of the optical fiber bundle at the light exit end face and the center axis of each optical fiber strand, L is the distance between the light exit end face and the object to be irradiated, and n1 constitutes the optical fiber strand. N2 is the refractive index of the space outside the optical fiber. ]
The light guide according to claim 2, wherein the light guide is disposed so as to satisfy the above.
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