JP2008310992A - 光照射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光源、及び光ファイバの劣化、並びに環境の変化等による光量の変動を抑えて、照射光の光量を安定させる光照射装置。
【解決手段】監視部３８は、モニタ用光ファイバ３６に伝送される戻り光の光量を検出するようになっている。戻り光は、出射端部２６に到達した光のうちの所定量が反射された反射光であるため、戻り光の光量を検出することで、監視部３８は、複数の光源１４から入射されて、出射端部２６に到達した光の光量を監視することができる。
制御部１６は、監視部３８による監視結果に基づいて、複数の光源１４からの出射光の光量を制御する。詳しくは、出射端部２６からの照射光の光量が一定となるように制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、バンドルファイバを用いた光照射装置に関する。

バンドルファイバは、光ファイバを複数本束ねて端末部を加工したものであり、バンドルファイバを用いた光照射装置は、分光分析用、液晶ディスプレイ用、露光機用等に利用されている。バンドルファイバを用いた光照射装置は、均一な光を安定して出射させる機能が求められている。

均一な光を出射させる技術としては、例えば特許文献１に、バンドルファイバに入射させる入射光を各々の光ファイバ毎、または出射端の位置に対応した光ファイバのグループ毎に調整可能としたバンドルファイバを用いた光源装置の技術が公開されている。

また、バンドル化する光ファイバの本数が少ない場合は、光照射装置は、図７に示されるような構成であってもよい。図７に示されるバンドルファイバ２００は、複数の光源２０２から出射された光が入射端部２０４を介して入射される複数の光ファイバ２０６と、複数の光ファイバ２０６により伝送された光を１つに集積する光カプラ２０８と、光カプラ２０８により１つに集積された光を出射端部２１０まで伝送する１本の照射用光ファイバ２１２とで構成されている。このように、光カプラ等の結合器を用いることで、複数の光源２０２から出射された光の出射を１個の出射端部２１０で行うことができ、光照射装置は、均一な光を照射することができる。

一方、光を安定して出射させるためには、光量の制御が重要である。すなわち、光源の劣化や環境の変化による光量の変動を抑えることが課題となる。これに対し、特許文献２には、図８に示されるような、矢印Ｂ１方向から入射した光を出射端部３０２から矢印Ｂ２方向に出射する複数の光ファイバのうち、一部の光ファイバ３０４を他の光ファイバ３０６と分岐するバンドルファイバ３００が開示されている。この一部の光ファイバ３０４によって矢印Ｂ３方向に導かれた光を、光量のモニタ用に用いることで、光量の変動を検出することができる。
特開２００３−３２２７３０公報 特開昭６３−２２１３０２号公報

しかしながら、前記特許文献２の技術は、複数の光ファイバのうちの一部の光ファイを分岐するものであるため、図７に示されるような、複数の光ファイバを１本の光ファイバに集積する技術には適用できない。

また、前記特許文献２の技術は、複数の光ファイバから分岐された一部の光ファイバから出射された光をモニタするものであるため、他の光ファイバに発生した断線等の故障を検出することはできない。

本発明は、光源、及び光ファイバの劣化、並びに環境の変化等による光量の変動を抑えて、照射光の光量を安定させる光照射装置を得ることを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１の発明は、光源と、前記光源から出射された光を伝送する光ファイバと、前記光ファイバの出射端によって反射された戻り光を分岐させる分岐手段と、前記分岐手段により分岐された前記戻り光を検出する検出手段と、前記検出手段による検出結果に基づき、前記光源の光量を制御する制御手段と、を備えている。

請求項１の発明によれば、光ファイバが、光源から出射された光を伝送すると、分岐手段が、光ファイバの出射端によって反射された戻り光を分岐させ、検出手段が、分岐手段により分岐された戻り光を検出して、制御手段が、検出手段による検出結果に基づき、光源の光量を制御する。

このように、請求項１の発明によれば、光ファイバの出射端によって反射された戻り光を分岐させ、この戻り光の検出結果に基づき、光源の光量を制御するので、光源、及び光ファイバの特性変動、並びに環境変動等に起因する光ファイバの出射端からの出射光の光量の変動を抑えて、光照射装置からの光の照射を安定させることができる。

請求項２の発明は、複数の光源と、前記複数の光源から出射された光を伝送する複数の第１の光ファイバと、前記複数の第１の光ファイバから出射された前記光を集積する集積手段と、前記集積手段により集積された集積光を伝送すると共に、当該集積光を出射端から出射する第２の光ファイバと、前記第２の光ファイバの前記出射端によって反射された戻り光を分岐させる分岐手段と、前記分岐手段により分岐された前記戻り光を検出する検出手段と、前記検出手段による検出結果に基づき、前記複数の光源の光量を制御する制御手段と、を備えている。

請求項２の発明によれば、複数の第１の光ファイバは、複数の光源から出射された光を伝送する。ここで、複数の第１の光ファイバは、複数の光源の各々に対応して１対１に設けられていてもよく、複数の光源を所定数毎にグループ化した複数の光源グループの各々に対応して１対１に設けられていてもよい。

集積手段は、複数の第１の光ファイバから出射された光を集積して、第２の光ファイバが、集積手段により集積された集積光を伝送すると共に、当該集積光を出射端から出射する。

一方、分岐手段が、第２の光ファイバの出射端によって反射された戻り光を分岐すると、検出手段が、分岐手段により分岐された戻り光を検出して、制御手段が、検出手段による検出結果に基づき、複数の光源の光量を制御する。

このように、請求項２の発明によれば、１本の光ファイバの出射端によって反射された戻り光を分岐させ、この戻り光の検出結果に基づき、複数の光源からの光の出射を制御するので、複数の光源、複数の第１の光ファイバ、及び１本の第２の光ファイバの特性変動、並びに環境変動等に起因する１本の第２の光ファイバの出射端からの出射光の光量の変動を抑えて、光照射装置からの光の照射を安定させることができる。

複数の光源のうち少なくとも１つは、対応する第１の光ファイバへ常に光を出射してもよい。これにより、光照射装置の光照射対象に対する光照射が行われていないときであっても、戻り光を検出することができ、光照射装置に故障が発生したか否かを常に監視することができる。

さらに、この複数の光源のうち少なくとも１つは、当該複数の光源のうち少なくとも１つ以外の光源よりも光量が少ない光を出射するとよい。これにより、光照射装置の光照射対象に対して、機能面、及び安全面における支障が生じない。

また、複数の光源のうち少なくとも１つは、当該複数の光源のうち少なくとも１つ以外の光源が出射する光と波長が異なる光を出射するとよい。これにより、露光等の処理に用いる光と、故障発生を監視するための光とを区別することができる。

さらに、出射端に、この複数の光源のうち少なくとも１つから出射された光を反射するフィルタを更に備えるとよい。このようにフィルタを更に備えることによって、フィルタを備えない場合と比較して、第２の光ファイバの出射端によって反射された戻り光の量を増やすことができるので、確実、かつ容易に戻り光の光量の変動の検出を行うことができると考えられる。

以上説明したように、本発明は、光源、及び光ファイバの劣化、並びに環境の変化等による光量の変動を抑えて、照射光の光量を安定させることができる、という優れた効果を有する。

図面を参照して、本発明に係る一実施形態の光照射装置について説明する。
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態の光照射装置の構成を示す概略図である。図１は、４本の光ファイバを集積させたバンドルファイバを用いた光照射装置を例に示したものであり、図１において各部の縮尺は視認しやすくするために適宜変えて表示してある。

図１に示されるように、第１実施形態の光照射装置１０は、バンドルファイバ１２と、レーザーダイオード（ＬＤ）からなる複数の光源１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃ，１４Ｄ（以下、区別しない場合は、複数の光源１４と総称する）とを備えており、複数の光源１４により出射される波長がλ１の光をバンドルファイバ１２により集積させて出射させるものである。

光照射装置１０は、複数の光源１４の各々の発光を制御する制御部１６を備えている。制御部１６は、複数の光源１４に流す電流値を変更することにより、発光タイミング、及び光量を制御するようになっている。

バンドルファイバ１２は、複数の入射端部１８Ａ，１８Ｂ，１８Ｃ，１８Ｄ（以下、区別しない場合は、複数の入射端部１８と総称する）と、複数の光ファイバ２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄ（以下、区別しない場合は、複数の光ファイバ２０と総称する）と、光カプラ２２と、１本の照射用光ファイバ２４と、出射端部２６と、光分岐部２８と、で構成されている。

複数の入射端部１８の各々は、複数の光源１４の各々と対応しており、対応する光源１４から出射された光が入射されるものである。

複数の光ファイバ２０の各々は、複数の入射端部１８の各々と対応して設けられ、対応する入射端部１８から入射された光を伝送する。

光カプラ２２は、複数の光ファイバ２０により伝送され、出射された光を１つに集積するものである。

照射用光ファイバ２４は、光カプラ２２により１つに集積された光を出射端部２６まで伝送するものであり、出射端部２６に到達した光は出射される。

図２に、照射用光ファイバ２４の断面構造を示す。照射用光ファイバ２４は、光が伝播するコア部３０、コア部３０を被覆するクラッド部３２、及びクラッド部３２を被覆する被覆部３４を有している。

ところで、出射端部２６に到達した光のうちの所定量は、出射端部２６で反射され、矢印Ａ１に示されるように光カプラ２２の方向に伝送される（この反射光を「戻り光」と呼ぶ）。照射用光ファイバ２４には、出射端部２６へ伝送される光と戻り光とを例えばカプラを用いて分離する光分岐部２８が接続されている。光分岐部２８は、モニタ用光ファイバ３６に接続されており、分離した戻り光を、モニタ用光ファイバ３６に分岐させるようになっている。

光照射装置１０は、光照射装置１０により照射される照射光の光量を監視するための監視部３８を備えている。監視部３８は、図示しないセンサを備え、モニタ用光ファイバ３６に伝送される戻り光の光量を検出するものである。上述したように、戻り光は、出射端部２６に到達した光のうちの所定量が反射された反射光である。また、出射端部２６に到達する光量は、例えば、光源、及び光ファイバの劣化、並びに環境の変化等によっては変動すると考えられる。このように、監視部３８により戻り光の光量が検出されることにより、出射端部２６から照射される照射光の光量が監視できる。

監視部３８は、制御部１６に接続されている。制御部１６は、監視部３８による監視結果に基づいて、複数の光源１４からの出射光の光量を制御する。詳しくは、出射端部２６からの照射光の光量が一定になるように制御する。

例えば、複数の光ファイバ２０、または照射用光ファイバ２４に断線が発生した場合、出射端部２６に到達する光の光量は増加、若しくは低下する。これにより、出射端部２６で反射される戻り光の光量も変動する。以下、断線が発生した場合は、戻り光の光量は低下するものとして説明する。監視部３８により、戻り光の光量の低下が検出されると、制御部１６は、低下した戻り光の光量を通常の光量に戻すため、複数の光源１４に流す電流値を増加させる。これにより、複数の光源１４から出射される光の光量が増加し、出射端部２６に到達する光の光量は回復する。このように、断線が発生した場合にも、制御部１６は、複数の光源１４からの出射光の光量を増加させて、出射端部２６に到達する光の光量を補うことで、出射端部２６からの照射光の光量を一定になるように制御する。但し、断線の程度が大きい場合は、電流値を増加させることによって、照射光の光量を回復させることは困難である。このため、光量の変動が所定の閾値を超えたことを検出された場合は、制御部１６は複数の光源１４の発光を止める。

このように、戻り光の光量の変動を検出することで、照射光の光量の変動を監視することができ、光源、及び光ファイバの特性変動、並びに環境変動等に起因する光量の変動を抑えて、光照射装置から照射される光量を安定させることができる。

ところで、照射用光ファイバ２４は、複数の光源１４から出射された光を伝送するものであるため、照射用光ファイバ２４により伝送される光量は非常に大きいものである。従って、照射用光ファイバ２４が断線すると、大パワーの光が断線箇所から出力されることになり好ましくない。特に照射光が不可視光の場合は危険である。

これに対し、本実施形態における照射用光ファイバ２４の被覆部３４を、シリコーン樹脂等の透明材料で形成して、蛍光体が含有、または塗布された構成としてもよい。こうすることで、照射用光ファイバ２４のコア部３０からクラッド部３２に光が染み出してきた場合は、被覆部３４に含有、または塗布されている蛍光体が発光する。すなわち、照射用光ファイバ２４に断線が発生すると、断線箇所で光反射が増加し、蛍光体の発光が増加することにより、断線の有無の判定、及び断線箇所の特定を行うことができる。

また、本実施形態で用いる照射用光ファイバは、被覆部に蛍光体が含有、または塗布されているため、断線の有無の判定、及び断線箇所の特定を容易に行うことができる。

なお、本実施形態では、バンドルファイバを用いた光照射装置について説明したが、これに限らず図３に示されるように、１個の光源４２と、入射端部４４を介して光源４２から出射された光を出射端部４６まで伝送する１本の光ファイバ４８とで構成される光照射装置４０のように、戻り光が発生する構成の装置であれば本発明を適用可能である。
（第２実施形態）
続いて、本発明の第２実施形態に係わる光照射装置について説明する。図４は、本発明の第２実施形態に係わる光照射装置の構成を示す図である。

第１実施形態では、複数の光源の各々が同じ光を出射する構成としたが、第２実施形態では、少なくとも１つの光源が、他の光源から出射される光とは異なる光量の光を出射する。以下では、第１実施形態に対する差異を説明する。

図４は、第２実施形態の光照射装置の構成を示す概略図である。

図４に示されるように、第２実施形態の光照射装置５０は、複数の光源１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃ（以下、区別しない場合は、複数の光源１４と総称する）、及びモニタ用光源５２とを含み、制御部５４は、モニタ用光源５２に、例えばプリント基板等の光照射装置５０の光照射対象に対して、機能面、及び安全面において支障のない、例えば複数の光源１４が出射する光に対するデシベル値が１０［ｄＢ］以下の光を常時出射させるようになっている。デシベル値が１０［ｄＢ］以下であれば、常時出射してもレーザー劣化は大きく進まない。

モニタ用光源５２からは、常に光が出射されているため、監視部３８は、出射端部２６で反射された矢印Ａ２で示される戻り光を常に検出できる。すなわち、監視部３８は、複数の光源１４から出射された光によって露光等の処理が行われていないときであっても、戻り光の光量の変動を検出することができ、光照射装置５０に故障が発生したか否かを常に監視することができる。

なお、モニタ用光源５２からは、複数の光源１４から出射される光と波長が異なる光が出射されるようにしてもよい。これにより、露光等の処理に用いる光と、故障発生を監視するための光とを区別することができる。

このように、光照射装置の光照射対象に対して、機能面、及び安全面において支障のない光を常に出射させることで、露光が行われていないときであっても、戻り光の光量の変動を検出することができ、光照射装置に故障が発生したか否かを常に監視することができる。
（第３実施形態）
続いて、本発明の第３実施形態に係わる光照射装置について説明する。図５は、本発明の第３実施形態に係わる光照射装置の構成を示す図である。

第１実施形態では、複数の光源が同じ波長の光を出射する構成としたが、第３実施形態では、少なくとも１つの光源が、他の光源から出射される光とは異なる波長の光を出射する。以下では、第１実施形態に対する差異を説明する。

図５（Ａ）は、第３実施形態の光照射装置の構成を示す概略図である。

図５（Ａ）に示されるように、第３実施形態の光照射装置１００は、複数の光源１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃ（以下、区別しない場合は、複数の光源１４と総称する）、及びモニタ用光源１０２とを含み、制御部１０４は、複数の光源１４に、波長がλ１の光を出射させると共に、モニタ用光源１０２に、波長がλ２の光を出射させるようになっている。

また、バンドルファイバ１０６は、照射用光ファイバ２４と出射端部２６との間にフィルタ１０８を備えている。このフィルタ１０８は、入射光に対して、図６に示されるような特性を透過特性、及び反射特性を有している。すなわち、フィルタ１０８は、波長がλ１の光については、反射せず透過し、波長がλ２の光については、透過せず反射する。ここで、波長（λ２）は、波長（λ１）に対して２０［ｎｍ］以上離れている。波長が２０［ｎｍ］以上離れていれば、複数の光源１４から出射される光の波長にバラツキがある場合でも、複数の光源１４により出射された光と、モニタ用光源１０２により出射された光とを区別することができ、かつフィルタ１０８により各々を分離することが可能になる。このようなフィルタ１０８を設けることで、図５（Ｂ）に示されるように、矢印Ａ３で示す波長がλ１の光は出射端部２６側に透過されると共に、矢印Ａ４で示す波長がλ２の光は光分岐部２８側に反射される。こうして、モニタ用光源１０２から出射され、フィルタ１０８に到達した波長がλ２の光は、ほぼ全て反射され、光分岐部２８側に伝送される。

本実施形態では、照射用光ファイバ２４と出射端部２６との間にフィルタ１０８を備えることによって、フィルタ１０８を備えない場合と比較して、戻り光の量を増やすことができるので、確実、かつ容易に戻り光の光量の変動の検出を行うことができると考えられる。

このように、モニタ用の光を反射するフィルタを備えることによって、確実、かつ容易に光照射装置に故障が発生したか否かを監視することができる。

なお、モニタ用光源１０２による光の出射は、第２実施形態と同様に、常に行われるようにしてもよい。これにより、露光等の処理が行われていないときであっても戻り光の光量の変動を検出することができ、光照射装置に故障が発生したか否かを常に監視することができる。

本発明の第１実施形態に係る光照射装置の構成を示す図である。 照射用光ファイバの断面構造を示す図である。 本発明の第１実施形態に係る光照射装置の変形例の構成を示す図である。 本発明の第２実施形態に係る光照射装置の構成を示す図である。 本発明の第３実施形態に係る光照射装置の構成を示す図である。 フィルタの特性を示している。 光カプラを用いた場合のバンドルファイバを示す図である。 バンドルファイバを分岐させた場合を示す図である。

符号の説明

１０ 光照射装置
１２ バンドルファイバ
１４ 光源
１６ 制御部
１８ 入射端部
２０ 光ファイバ
２２ 光カプラ
２４ 照射用光ファイバ
２６ 出射端部
２８ 光分岐部
３６ モニタ用光ファイバ
３８ 監視部
５０ 光照射装置
５２ モニタ用光源
５４ 制御部
１００ 光照射装置
１０２ モニタ用光源
１０４ 制御部
１０６ バンドルファイバ
１０８ フィルタ

Claims (6)

1. 光源と、
   前記光源から出射された光を伝送する光ファイバと、
   前記光ファイバの出射端によって反射された戻り光を分岐させる分岐手段と、
   前記分岐手段により分岐された前記戻り光を検出する検出手段と、
   前記検出手段による検出結果に基づき、前記光源の光量を制御する制御手段と、
   を備えた光照射装置。
2. 複数の光源と、
   前記複数の光源から出射された光を伝送する複数の第１の光ファイバと、
   前記複数の第１の光ファイバから出射された前記光を集積する集積手段と、
   前記集積手段により集積された集積光を伝送すると共に、当該集積光を出射端から出射する第２の光ファイバと、
   前記第２の光ファイバの前記出射端によって反射された戻り光を分岐させる分岐手段と、
   前記分岐手段により分岐された前記戻り光を検出する検出手段と、
   前記検出手段による検出結果に基づき、前記複数の光源の光量を制御する制御手段と、
   を備えた光照射装置。
3. 前記複数の光源のうち少なくとも１つは、対応する前記第１の光ファイバへ常に光を出射する請求項２に記載の光照射装置。
4. 前記複数の光源のうち少なくとも１つは、当該複数の光源のうち少なくとも１つ以外の光源よりも光量が少ない光を出射する請求項３に記載の光照射装置。
5. 前記複数の光源のうち少なくとも１つは、当該複数の光源のうち少なくとも１つ以外の光源が出射する光と波長が異なる光を出射する請求項２〜請求項４の何れか１項に記載の光照射装置。
6. 前記出射端に、前記複数の光源のうち少なくとも１つから出射された光を反射するフィルタを更に備えた請求項５に記載の光照射装置。

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