JP2010072485A - Optical fiber bundle and optical irradiation device - Google Patents

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Keiji Kaneda
恵司 金田
Takeshi Seki
武 瀬木
Junji Yoshida
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical fiber bundle and an optical irradiation device which enhances optical coupling efficiency to a light source, and in which sufficient light output is obtained. <P>SOLUTION: The optical fiber bundle 1 includes a main part section 3 in which a plurality of optical fibers 2 are bundled, and, a tapered section 4 which is disposed at the front end of the main part section 3 and turns to the incident end of the light. The tapered section 4 is formed by being integrated with the optical fibers 2, and is formed to a partially conical shape of an external diameter smaller toward the front end side, In the front end portion 3a of the main part section 3, the ratio of the sectional area of the core to the total sectional area is 0.85 to 1.00. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、光ファイババンドル、およびこれを用いた光照射装置に関する。   The present invention relates to an optical fiber bundle and a light irradiation apparatus using the same.

近年、紫外線硬化樹脂の硬化などに用いられる紫外線照射装置としては、これまでのランプ式紫外線照射装置に代わって、低消費電力で耐久性に優れたLED式の紫外線照射装置が開発されている。
この種の光照射装置において光の伝搬路として用いられる光ファイババンドルでは、光ファイバ径に対するコア径の割合を最適化することによって、光の入射効率を高めることが試みられている(例えば特許文献1、2参照。)。
特開2006−72025号公報 特開2004−131340号公報
In recent years, as an ultraviolet irradiation device used for curing an ultraviolet curable resin, an LED type ultraviolet irradiation device having low power consumption and excellent durability has been developed in place of the conventional lamp type ultraviolet irradiation device.
In an optical fiber bundle used as a light propagation path in this type of light irradiation device, an attempt is made to increase the light incident efficiency by optimizing the ratio of the core diameter to the optical fiber diameter (for example, Patent Documents). 1 and 2).
JP 2006-72025 A JP 2004-131340 A

紫外線硬化樹脂の硬化などの用途では、紫外線光量だけでなく高いパワー密度が必要となるため、より細い光ファイババンドルに大きな光量を取り込むことのできるように、光源との光結合効率の向上が要望されている。
特許文献1および特許文献2に示されるように、光ファイババンドル断面のコア面積比を増加させるだけでも、平行光線と光ファイババンドルとの光結合効率は良くなる。
しかしながら、上記光ファイババンドルでは、コア面積を増加させても、特にLEDのように配光角の大きな光源との光結合効率の向上には限界がある。
本発明は前記事情に鑑みてなされたもので、配光角の大きな光源との光結合効率を高め、十分な光出力が得られる光ファイババンドルおよび光照射装置の提供を目的とする。
In applications such as curing UV curable resins, high power density is required in addition to the amount of UV light, so there is a need to improve the optical coupling efficiency with the light source so that a large amount of light can be taken into a thinner optical fiber bundle. Has been.
As shown in Patent Document 1 and Patent Document 2, simply increasing the core area ratio of the cross section of the optical fiber bundle improves the optical coupling efficiency between the parallel light beam and the optical fiber bundle.
However, the optical fiber bundle has a limit in improving the optical coupling efficiency with a light source having a large light distribution angle, such as an LED, even if the core area is increased.
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide an optical fiber bundle and a light irradiation device that can increase the optical coupling efficiency with a light source having a large light distribution angle and obtain a sufficient light output.

本発明の請求項1にかかる発明は、複数本の光ファイバが束ねられた本体部と、この本体部の先端に設けられて光の入射端となるテーパー部とを備え、前記テーパー部は、前記光ファイバが一体化されて形成され、先端側に向けて外径が小さくなる部分円錐形状とされ、前記テーパー部が設けられる前記本体部の先端部分は、全断面積に対するコアの断面積の比率が0.85〜1.00であることを特徴とする。
本発明の請求項2にかかる発明は、請求項1において、前記テーパー部は、クラッドを除去した前記光ファイバをガラス管に挿通させて、これらを溶融一体化させて得られたものであることを特徴とする光ファイババンドルである。
本発明の請求項3にかかる発明は、請求項2において、前記ガラス管は、フッ素添加石英ガラスからなることを特徴とする光ファイババンドルである。
本発明の請求項4にかかる発明は、請求項1〜3のうちいずれか1項に記載の光ファイババンドルと、この光ファイババンドルにテーパー部から光を入射する光源とを備えていることを特徴とする光照射装置である。
The invention according to claim 1 of the present invention includes a main body portion in which a plurality of optical fibers are bundled, and a tapered portion that is provided at a front end of the main body portion and serves as an incident end of light. The optical fiber is integrally formed, has a partial conical shape whose outer diameter decreases toward the distal end side, and the distal end portion of the main body portion provided with the tapered portion has a cross-sectional area of the core with respect to a total sectional area. The ratio is 0.85 to 1.00.
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect, the tapered portion is obtained by inserting the optical fiber from which the cladding has been removed through a glass tube and fusing them together. Is an optical fiber bundle characterized by
The invention according to claim 3 of the present invention is the optical fiber bundle according to claim 2, wherein the glass tube is made of fluorine-added quartz glass.
An invention according to a fourth aspect of the present invention includes the optical fiber bundle according to any one of the first to third aspects, and a light source that makes light incident on the optical fiber bundle from a tapered portion. It is the light irradiation apparatus characterized.

本発明によれば、本体部の先端部分におけるコアの断面積の比率が0.85〜1.00である。これにより、光源との光結合効率を高めることが可能になり、十分な光出力を得ることができる。   According to the present invention, the ratio of the cross-sectional area of the core at the tip portion of the main body is 0.85 to 1.00. As a result, it is possible to increase the optical coupling efficiency with the light source and obtain a sufficient light output.

以下、図面を参照して本発明の光ファイババンドルの一実施形態を説明する。
図1は、本発明による光ファイババンドルの第1の実施形態を用いた光照射装置を模式的に示す側面図である。図2は、この光ファイババンドル1の図1におけるA1−A1矢視断面の一部を示す図である。
図1および図2に示すように、この光照射装置は、光源5と、光源5からの光が入射する入射端を有する光ファイババンドル1とを備えており、光源5からの光を前記入射端から光ファイババンドル1に入射させ、出射端(図示略)から出射させることができるようになっている。
光源5としては、紫外線光、可視光等を発する発光素子、例えばLEDなどが使用できる。
Hereinafter, an embodiment of an optical fiber bundle of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a side view schematically showing a light irradiation apparatus using the first embodiment of the optical fiber bundle according to the present invention. FIG. 2 is a view showing a part of the cross section taken along the line A1-A1 in FIG.
As shown in FIGS. 1 and 2, the light irradiation device includes a light source 5 and an optical fiber bundle 1 having an incident end on which light from the light source 5 is incident. The light can enter the optical fiber bundle 1 from the end, and can be emitted from the output end (not shown).
As the light source 5, a light emitting element that emits ultraviolet light, visible light, or the like, such as an LED, can be used.

光ファイババンドル1は、複数本の光ファイバ2を束ねて構成された本体部3と、その先端に形成されたテーパー部4とを備えている。
図3に示すように、光ファイバ2は、石英ガラス等からなるコア2aと、コア2aの周囲を覆うクラッド2bとを有する。具体的には、例えばコア2aの径が190μm、クラッド2bの径が200μmであるものや、コア2aの径が200μm、クラッド2bの径が230μmのものが挙げられる。
図2に示すように、本体部3の先端部分3aは、複数の光ファイバ2が束ねられて構成されている。
The optical fiber bundle 1 includes a main body portion 3 configured by bundling a plurality of optical fibers 2 and a tapered portion 4 formed at the tip thereof.
As shown in FIG. 3, the optical fiber 2 has a core 2a made of quartz glass or the like, and a clad 2b covering the periphery of the core 2a. Specifically, for example, the core 2a has a diameter of 190 μm and the cladding 2b has a diameter of 200 μm, and the core 2a has a diameter of 200 μm and the cladding 2b has a diameter of 230 μm.
As shown in FIG. 2, the tip portion 3 a of the main body 3 is configured by bundling a plurality of optical fibers 2.

図1に示すように、テーパー部4は、光源5からの光の入射端となるもので、複数の光ファイバ2が一体化されて、先端に向けて外径が小さくなる部分円錐形状に形成された部分(一体化部)である。図示例のテーパー部4は、円錐台形状とされている。
テーパー部4の先端面4aは平坦に形成されている。なお、先端面4aは曲面としてもよい。
As shown in FIG. 1, the tapered portion 4 serves as an incident end of light from the light source 5, and a plurality of optical fibers 2 are integrated to form a partial conical shape whose outer diameter decreases toward the tip. It is the part (integrated part) made. The tapered portion 4 in the illustrated example has a truncated cone shape.
The tip surface 4a of the taper portion 4 is formed flat. The tip surface 4a may be a curved surface.

テーパー部4は、クラッド2bを除去した光ファイバ2の先端部分を、ガラス管(図示略)に挿通させて溶融させ一体化することで形成することができる。ガラス管は、純粋石英ガラス製であってもよいし、フッ素添加石英ガラス製であってもよい。クラッド2bはフッ酸処理などにより除去することができる。
具体的には、例えば、クラッド2bを除去した光ファイバ2の先端部分をガラス管に挿通させ、ガラス旋盤(図示略)にセットし、軸回りに回転させつつバーナーで加熱する。ガラス管およびコア2aが軟化しはじめたところでガラス管を延伸することによって、コア2a同士、およびコア2aとガラス管とが一体化する。
延伸した部分の所定の位置を切断し、端面を研磨することによってテーパー部4を形成することができる。
テーパー部4は、クラッド2bを除去した光ファイバ2の先端部を、テーパー形状の型に入れて溶融させてテーパー形状に成形し、端面および側面を研磨することによって形成することもできる。
The tapered portion 4 can be formed by inserting and melting the tip portion of the optical fiber 2 from which the clad 2b has been removed through a glass tube (not shown). The glass tube may be made of pure quartz glass or may be made of fluorine-added quartz glass. The clad 2b can be removed by hydrofluoric acid treatment or the like.
Specifically, for example, the tip portion of the optical fiber 2 from which the clad 2b has been removed is inserted into a glass tube, set on a glass lathe (not shown), and heated by a burner while rotating around an axis. When the glass tube and the core 2a begin to soften, the glass tube is stretched to integrate the cores 2a and the core 2a with the glass tube.
The tapered portion 4 can be formed by cutting a predetermined position of the stretched portion and polishing the end face.
The tapered portion 4 can also be formed by putting the tip portion of the optical fiber 2 from which the clad 2b has been removed into a taper-shaped mold, melting it into a tapered shape, and polishing the end surfaces and side surfaces.

図1に示すように、LEDなどの光源5からの光5a(例えば紫外線光、可視光)の一部は、テーパー部4の先端面4aで伝搬方向が曲げられてテーパー部4に入射した後、テーパー面4bで反射して本体部3の先端部分3aに入射する。このテーパー面4bにおける反射により、先端部分3aへの入射角を先端面4aへの入射角より小さくできる。   As shown in FIG. 1, a part of light 5 a (for example, ultraviolet light or visible light) from a light source 5 such as an LED is incident on the tapered portion 4 after the propagation direction is bent at the tip surface 4 a of the tapered portion 4. Then, the light is reflected by the tapered surface 4b and enters the tip portion 3a of the main body 3. By the reflection on the tapered surface 4b, the incident angle on the tip portion 3a can be made smaller than the incident angle on the tip surface 4a.

図4は、本発明による光ファイババンドルの第2の実施形態を模式的に示す側面図である。図5は、この光ファイババンドル11の図4におけるA2−A2矢視断面の一部を示す図である。なお、以下の説明において、既出の構成については同じ符号を付して説明を省略する。他の実施形態も同様とする。
光ファイババンドル11では、本体部13の先端部分13aは、クラッド2bを除去した複数の光ファイバ2が束ねられて構成されている。すなわち、図5に示すように、この先端部分13aは複数のコア2aが束ねられて構成されている。
FIG. 4 is a side view schematically showing a second embodiment of the optical fiber bundle according to the present invention. FIG. 5 is a view showing a part of the cross section taken along the line A2-A2 in FIG. In the following description, the same reference numerals are given to the above-described configurations, and description thereof is omitted. The same applies to other embodiments.
In the optical fiber bundle 11, the tip portion 13a of the main body 13 is configured by bundling a plurality of optical fibers 2 from which the cladding 2b is removed. That is, as shown in FIG. 5, the tip portion 13a is formed by bundling a plurality of cores 2a.

図6は、本発明による光ファイババンドルの第3の実施形態を模式的に示す側面図である。図7は、この光ファイババンドル21の図6におけるA3−A3矢視断面を示す図である。
光ファイババンドル21では、本体部23の先端部分23aは、クラッド2bを除去した複数の光ファイバ2が一体化されて構成されている。すなわち、図7に示すように、この先端部分23aは複数のコア2aが溶融し一体化されたものである。
FIG. 6 is a side view schematically showing a third embodiment of the optical fiber bundle according to the present invention. FIG. 7 is a view showing a cross section taken along the line A3-A3 in FIG.
In the optical fiber bundle 21, the distal end portion 23 a of the main body portion 23 is configured by integrating a plurality of optical fibers 2 from which the cladding 2 b is removed. That is, as shown in FIG. 7, the tip portion 23a is obtained by melting and integrating a plurality of cores 2a.

図8は、本発明による光ファイババンドルの第4の実施形態を模式的に示す側面図である。図9は、この光ファイババンドル31の図8におけるA4−A4矢視断面を示す図である。
光ファイババンドル31では、本体部33の先端部分33aは、コア2aが一体化したコア32aとその周囲を覆うクラッド部32bからなる。コア32aは図6に示す先端部分23aと同じ構成である。
先端部分33aの先端に形成されたテーパー部34は、テーパー部4(図6等参照)と同じ構成のテーパー部本体34aと、その周囲を覆うクラッド部34bからなる。
光ファイババンドル31は、クラッド2bを除去した光ファイバ2をガラス管内に挿通させ、溶融させ成形することで形成できる。このガラス管はクラッド部32b、34bとなるもので、フッ素添加石英ガラス製が好ましい。
FIG. 8 is a side view schematically showing a fourth embodiment of an optical fiber bundle according to the present invention. FIG. 9 is a view showing a cross section of the optical fiber bundle 31 taken along the line A4-A4 in FIG.
In the optical fiber bundle 31, the distal end portion 33 a of the main body portion 33 includes a core 32 a in which the core 2 a is integrated and a clad portion 32 b that covers the periphery thereof. The core 32a has the same configuration as the tip portion 23a shown in FIG.
The tapered portion 34 formed at the distal end of the distal end portion 33a includes a tapered portion main body 34a having the same configuration as the tapered portion 4 (see FIG. 6 and the like) and a clad portion 34b covering the periphery thereof.
The optical fiber bundle 31 can be formed by inserting the optical fiber 2 from which the cladding 2b has been removed into a glass tube, melting it, and molding it. This glass tube becomes the clad portions 32b and 34b, and is preferably made of fluorine-added quartz glass.

本発明の光ファイババンドルでは、図1、図4、図6、図8に示す先端部分3a、13a、23a、33aにおける、全断面積に対するコア2a、32aの断面積比は0.85〜1.00(好ましくは0.90〜1.00)とされる。
このコア2aの断面積比をこの範囲とすることによって、光源5からの光5aを効率よく先端部分3a、13a、23a、33aに入射させることができる。このため、光源5との光結合効率を高め、十分な光出力が得られる。
コア2aの断面積比が0.85未満であると、光結合効率が減少し、特にパワー密度が重要な紫外線光の伝送においては、十分な光出力が得られない。
In the optical fiber bundle of the present invention, the ratio of the cross-sectional areas of the cores 2a and 32a to the total cross-sectional areas at the tip portions 3a, 13a, 23a, and 33a shown in FIGS. 1, 4, 6, and 8 is 0.85 to 1. 0.00 (preferably 0.90 to 1.00).
By setting the cross-sectional area ratio of the core 2a within this range, the light 5a from the light source 5 can be efficiently incident on the tip portions 3a, 13a, 23a, and 33a. For this reason, the optical coupling efficiency with the light source 5 is increased, and sufficient light output is obtained.
When the cross-sectional area ratio of the core 2a is less than 0.85, the optical coupling efficiency decreases, and a sufficient light output cannot be obtained particularly in the transmission of ultraviolet light in which the power density is important.

この断面積比は、次のようにして求められる。
図1および図2に示す第1の実施形態の光ファイババンドル1では、光ファイバ2を六方細密構造となるよう束ねた構成(図2参照)とされた本体部3の先端部分3aにおいて、光ファイバ2Aを囲む6本の光ファイバ2Bのコア2aの中心点2cが構成する6角形の領域の面積に占めるコア2aの断面積の割合(以下、コア面積比という)は、光ファイバ2の径をd、コア2aの径をdとすると次に示す式(1)で示される。
This cross-sectional area ratio is obtained as follows.
In the optical fiber bundle 1 of the first embodiment shown in FIGS. 1 and 2, the optical fiber 2 has a configuration in which the optical fibers 2 are bundled so as to have a hexagonal close-packed structure (see FIG. 2). The ratio of the cross-sectional area of the core 2a to the area of the hexagonal region formed by the center point 2c of the core 2a of the six optical fibers 2B surrounding the fiber 2A (hereinafter referred to as the core area ratio) is the diameter of the optical fiber 2 the d, indicated the diameter of the core 2a in the formula (1) shown below when the d c.

Figure 2010072485
Figure 2010072485

式(1)が示すように、コア面積比は、光ファイバ2の径とコア2aの径の比(d/d)のみで決まり、図10に示すように、コア面積比は、光ファイバ2の径とコア2aの径の比(d/d)の増加とともに増加し、d=dのときπ/2√3、すなわち約0.91となる。
例えば、図1および図2に示す光ファイババンドル1において、光ファイバ2の径が200μm、コア2aの径が190μmである場合、コア面積比は約0.82となる。光ファイバ2の径が230μm、コア2aの径が200μmである場合、コア面積比は約0.67となる。
As shown in the equation (1), the core area ratio is determined only by the ratio of the diameter of the optical fiber 2 and the diameter of the core 2a (d c / d). As shown in FIG. 2 increases with the ratio of the diameter of the core 2a to the core 2a (d c / d), and when d c = d, π / 2√3, that is, about 0.91.
For example, in the optical fiber bundle 1 shown in FIGS. 1 and 2, when the diameter of the optical fiber 2 is 200 μm and the diameter of the core 2a is 190 μm, the core area ratio is about 0.82. When the diameter of the optical fiber 2 is 230 μm and the diameter of the core 2 a is 200 μm, the core area ratio is about 0.67.

図4および図5に示す光ファイババンドル11においては、先端部分13aはコア2aのみからなるため、コア面積比は約0.91となる。このコア面積比は、クラッド2bが除去されていない光ファイババンドル1(図1および図2参照。光ファイバ径200μm、コア径190μm)に比べ、1.11倍である。光ファイバ径が230μm、コア径が200μmである場合に比べれば、1.32倍である。
光出力はコア面積比に応じた値となるため、光ファイババンドル11(図4および図5参照)の光出力は、光ファイババンドル1(図1および図2参照)に比べ、それぞれ1.11倍(光ファイバ径200μm、コア径190μmである場合)、1.32倍(光ファイバ径230μm、コア径200μmである場合)となる。
In the optical fiber bundle 11 shown in FIGS. 4 and 5, the tip end portion 13a is composed only of the core 2a, so the core area ratio is about 0.91. This core area ratio is 1.11 times that of the optical fiber bundle 1 from which the clad 2b is not removed (see FIGS. 1 and 2; optical fiber diameter 200 μm, core diameter 190 μm). Compared with the case where the optical fiber diameter is 230 μm and the core diameter is 200 μm, it is 1.32 times.
Since the optical output is a value corresponding to the core area ratio, the optical output of the optical fiber bundle 11 (see FIGS. 4 and 5) is 1.11 respectively compared to the optical fiber bundle 1 (see FIGS. 1 and 2). Double (when the optical fiber diameter is 200 μm and the core diameter is 190 μm) and 1.32 times (when the optical fiber diameter is 230 μm and the core diameter is 200 μm).

図6および図7に示す光ファイババンドル21においては、先端部分23aはコア2aが溶融一体化されて形成されているため、コア面積比は1.00となる。このコア面積比は、クラッド2bが除去されていない光ファイババンドル1(図1および図2参照。光ファイバ径200μm、コア径190μm)に比べ、1.22倍である。光ファイバ径が230μm、コア径が200μmである場合に比べれば、1.46倍である。
光出力はコア面積比に応じた値となるため、光ファイババンドル21(図6および図7参照)の光出力は、光ファイババンドル1(図1および図2参照)に比べ、それぞれ1.22倍(光ファイバ径200μm、コア径190μmである場合)、1.46倍(光ファイバ径230μm、コア径200μmである場合)となる。
In the optical fiber bundle 21 shown in FIGS. 6 and 7, the tip portion 23a is formed by melting and integrating the core 2a, so the core area ratio is 1.00. This core area ratio is 1.22 times that of the optical fiber bundle 1 from which the clad 2b is not removed (see FIGS. 1 and 2; optical fiber diameter 200 μm, core diameter 190 μm). Compared with the case where the optical fiber diameter is 230 μm and the core diameter is 200 μm, it is 1.46 times.
Since the optical output is a value corresponding to the core area ratio, the optical output of the optical fiber bundle 21 (see FIGS. 6 and 7) is 1.22 respectively compared to the optical fiber bundle 1 (see FIGS. 1 and 2). Double (when the optical fiber diameter is 200 μm and the core diameter is 190 μm) and 1.46 times (when the optical fiber diameter is 230 μm and the core diameter is 200 μm).

図8および図9に示す光ファイババンドル31においては、先端部分33aは、コア2aが一体化されたコア32aの周囲にクラッド部32bが設けられているため、コア面積比は1.00より小さくなる。すなわち、コア面積比は、0.85以上、1.00未満とされる。クラッド部32bとなるガラス管として肉厚が十分に薄いものを用いれば、コア面積比は1.00に近い値となる。
なお、図2、図5、図7、図9に示す断面図は、本体部3、13、23、33の先端部分3a、13a、23a、33aの先端面と同じ形状となる。
In the optical fiber bundle 31 shown in FIGS. 8 and 9, the tip portion 33a has a core area ratio smaller than 1.00 because the cladding portion 32b is provided around the core 32a in which the core 2a is integrated. Become. That is, the core area ratio is 0.85 or more and less than 1.00. If a glass tube having a sufficiently small thickness is used as the glass tube to be the clad portion 32b, the core area ratio becomes a value close to 1.00.
2, 5, 7, and 9 have the same shape as the tip surfaces of the tip portions 3 a, 13 a, 23 a, and 33 a of the main body portions 3, 13, 23, and 33.

本発明の光ファイババンドルによれば、光源との光結合効率を高めることができる。
例えば、図1に示す光ファイババンドル1では、光源5からの光5aをテーパー面4bで反射することによりこの光5aの放射角を小さくすることができるため、光源5との光結合効率を高くできる。
光ファイババンドル11、21、31(図4〜図9参照)においても、同様に、光源5からの光をテーパー面4bで反射することによりこの光の放射角を小さくすることができるため、光源5との光結合効率を高くできる。
光源と光ファイババンドルの光結合効率が低すぎればパワー密度も低くなり、特に紫外線光の伝送においては、紫外線効果樹脂を硬化させるのに必要となる光出力が得られない。
これに対し、光ファイババンドル1、11、21、31では、光源5との光結合効率を高くできる。光結合効率は例えば36%以上(好ましくは40%以上)とすることができる。従って、紫外線光等のパワー密度が向上し、効率的な光伝送を実現できる。
According to the optical fiber bundle of the present invention, the optical coupling efficiency with the light source can be increased.
For example, in the optical fiber bundle 1 shown in FIG. 1, since the light 5a from the light source 5 is reflected by the tapered surface 4b, the radiation angle of the light 5a can be reduced, so that the optical coupling efficiency with the light source 5 is increased. it can.
Similarly, in the optical fiber bundles 11, 21, and 31 (see FIGS. 4 to 9), the light emission angle can be reduced by reflecting the light from the light source 5 on the tapered surface 4b. The optical coupling efficiency with 5 can be increased.
If the optical coupling efficiency between the light source and the optical fiber bundle is too low, the power density is also lowered. In particular, in the transmission of ultraviolet light, the light output necessary for curing the ultraviolet effect resin cannot be obtained.
On the other hand, in the optical fiber bundles 1, 11, 21, and 31, the optical coupling efficiency with the light source 5 can be increased. The optical coupling efficiency can be, for example, 36% or more (preferably 40% or more). Therefore, the power density of ultraviolet light or the like is improved, and efficient light transmission can be realized.

(1)光ファイババンドルの径を一定にした場合
<実施例1〜4>
光ファイバ2(コア径190μm、クラッド径200μm)の先端部のクラッド2bをフッ酸処理で除去し、この部分をガラス管に詰め、加熱により溶融し一体化させてテーパー部4を形成して光ファイババンドル1、11を得た。本体部3、13の先端部分3a、13aはクラッド2bの一部または全部をフッ酸処理で除去して形成した。
各実施例において、先端部分3a、13aは、光ファイバ径が190〜196μmの範囲で2μm刻みとなるようクラッド2bの除去割合を変えた。(表1に「ファイバ径」として示す。)
ガラス管は純粋石英ガラスからなるものを用いた。
テーパー部4は、最大径4.0mm、最小径2.2mm、軸方向長さ6.0mmとした。
ガラス管に詰める光ファイバ2の本数はクラッド2bの除去割合に応じて増減させた。(表1に「ファイバ本数」として示す。)
(1) When the diameter of the optical fiber bundle is constant <Examples 1 to 4>
The clad 2b at the tip of the optical fiber 2 (core diameter 190 μm, clad diameter 200 μm) is removed by hydrofluoric acid treatment, this portion is filled in a glass tube, melted by heating and integrated to form a tapered portion 4 and light. Fiber bundles 1 and 11 were obtained. The tip portions 3a and 13a of the main body portions 3 and 13 were formed by removing part or all of the clad 2b by hydrofluoric acid treatment.
In each example, the removal rate of the clad 2b was changed so that the tip portions 3a and 13a have an optical fiber diameter in the range of 190 to 196 μm in increments of 2 μm. (Shown as “fiber diameter” in Table 1)
A glass tube made of pure quartz glass was used.
The tapered portion 4 had a maximum diameter of 4.0 mm, a minimum diameter of 2.2 mm, and an axial length of 6.0 mm.
The number of optical fibers 2 packed in the glass tube was increased or decreased according to the removal ratio of the clad 2b. (Indicated in Table 1 as “number of fibers”)

各光ファイババンドルの光結合効率を次のようにして測定した。
図11に示すように、光源5の光を、テーパー部4を入射端として光ファイババンドル1、11に入射し、光ファイババンドル1、11を経た光の出力をパワーメータ6(検出器)で測定した。光源5としては、紫外線光を発するLED(波長365nm、エミッタサイズ1mm×1mm)を用いた。表示部7は検出値を表示するものである。
テーパー部4の先端面4aと光源5との距離は、1.5mmとした。
比較のため、図12に示すように、光ファイババンドルを用いずに光の出力測定を行った。
光ファイババンドルがない場合の光出力に対する、光ファイババンドルを用いた場合の光出力の比を光結合効率として算出した。結果を表1に示す。
The optical coupling efficiency of each optical fiber bundle was measured as follows.
As shown in FIG. 11, the light of the light source 5 is incident on the optical fiber bundles 1 and 11 with the tapered portion 4 as the incident end, and the output of the light passing through the optical fiber bundles 1 and 11 is output by the power meter 6 (detector). It was measured. As the light source 5, an LED (wavelength 365 nm, emitter size 1 mm × 1 mm) emitting ultraviolet light was used. The display unit 7 displays the detected value.
The distance between the tip surface 4a of the tapered portion 4 and the light source 5 was 1.5 mm.
For comparison, as shown in FIG. 12, light output measurement was performed without using an optical fiber bundle.
The ratio of the light output when using the optical fiber bundle to the light output when there is no optical fiber bundle was calculated as the optical coupling efficiency. The results are shown in Table 1.

<実施例5>
図8に示すように、フッ素添加石英ガラスからなるガラス管を用いて光ファイババンドル31を作製した。ガラス管は厚さ0.06mmのものを使用した。その他の条件は実施例4と同様とした。この光ファイババンドル31の光結合効率を測定した。結果を表1に示す。
<Example 5>
As shown in FIG. 8, an optical fiber bundle 31 was manufactured using a glass tube made of fluorine-added quartz glass. A glass tube having a thickness of 0.06 mm was used. Other conditions were the same as in Example 4. The optical coupling efficiency of the optical fiber bundle 31 was measured. The results are shown in Table 1.

<実施例6>
図6に示すように、光ファイバ2の先端部のクラッド2b全てをフッ酸処理で除去し、テーパー形状の型に入れて加熱により溶融してテーパー部4を形成するとともに、クラッド2bを除去した光ファイバ2を溶融一体化させて先端部分23aを形成し、光ファイババンドル21を作製した。その他の条件は実施例4と同様とした。この光ファイババンドル21の光結合効率を測定した。結果を表1に示す。
<Example 6>
As shown in FIG. 6, the entire cladding 2b at the tip of the optical fiber 2 is removed by hydrofluoric acid treatment, put into a tapered mold and melted by heating to form the tapered portion 4, and the cladding 2b is removed. The optical fiber 2 was melted and integrated to form the tip portion 23a, and the optical fiber bundle 21 was produced. Other conditions were the same as in Example 4. The optical coupling efficiency of the optical fiber bundle 21 was measured. The results are shown in Table 1.

<比較例1>
クラッド2bを除去しないこと以外は実施例1と同様にして光ファイババンドルを作製した。この光ファイババンドルの光結合効率を測定した。結果を表1に示す。
<Comparative Example 1>
An optical fiber bundle was produced in the same manner as in Example 1 except that the clad 2b was not removed. The optical coupling efficiency of this optical fiber bundle was measured. The results are shown in Table 1.

Figure 2010072485
Figure 2010072485

(2)光ファイババンドルの本数を一定にした場合
<実施例7〜10>
光ファイバ2の本数を一定(320本)として、光ファイババンドル1、11を作製した。各実施例において、光ファイバ2を詰めるガラス管は、光ファイバ2の本数に応じて径が異なるものを使用した(表2に「バンドル径」として示す。)。その他の条件は実施例1〜4に準じた。これら光ファイババンドル1、11の光結合効率を測定した。結果を表2に示す。
(2) When the number of optical fiber bundles is constant <Examples 7 to 10>
Optical fiber bundles 1 and 11 were produced with the number of optical fibers 2 being constant (320). In each Example, the glass tube in which the optical fiber 2 was packed used the thing from which a diameter differs according to the number of the optical fibers 2 (shown as "bundle diameter" in Table 2). Other conditions were the same as in Examples 1 to 4. The optical coupling efficiencies of these optical fiber bundles 1 and 11 were measured. The results are shown in Table 2.

<実施例11>
図8に示すように、フッ素添加石英ガラスからなるガラス管を用いて光ファイババンドル31を作製した。ガラス管は厚さ0.06mmのものを使用した。その他の条件は実施例10と同様とした。この光ファイババンドル21の光結合効率を測定した。結果を表2に示す。
<Example 11>
As shown in FIG. 8, an optical fiber bundle 31 was manufactured using a glass tube made of fluorine-added quartz glass. A glass tube having a thickness of 0.06 mm was used. Other conditions were the same as in Example 10. The optical coupling efficiency of the optical fiber bundle 21 was measured. The results are shown in Table 2.

<実施例12>
実施例6に準じて、図6に示す光ファイババンドル21を作製した。この光ファイババンドル21の光結合効率を測定した。結果を表2に示す。
<Example 12>
In accordance with Example 6, the optical fiber bundle 21 shown in FIG. The optical coupling efficiency of the optical fiber bundle 21 was measured. The results are shown in Table 2.

<比較例2>
クラッド2bを除去しないこと以外は実施例7と同様にして光ファイババンドルを作製した。この光ファイババンドルの光結合効率を測定した。結果を表2に示す。
<Comparative example 2>
An optical fiber bundle was produced in the same manner as in Example 7 except that the clad 2b was not removed. The optical coupling efficiency of this optical fiber bundle was measured. The results are shown in Table 2.

Figure 2010072485
Figure 2010072485

表1および表2より、本体部の先端部分のコア面積比が0.85〜1.00である実施例では、優れた光結合効率が得られたことがわかる。   From Table 1 and Table 2, it can be seen that excellent optical coupling efficiency was obtained in Examples in which the core area ratio of the tip portion of the main body was 0.85 to 1.00.

本発明の光ファイババンドルの第1の実施形態を用いた光照射装置を模式的に示す側面図である。It is a side view which shows typically the light irradiation apparatus using 1st Embodiment of the optical fiber bundle of this invention. 図1に示す光ファイババンドルのA1−A1矢視断面の一部を示す図である。It is a figure which shows a part of A1-A1 arrow cross section of the optical fiber bundle shown in FIG. 図1に示す光ファイババンドルに使用できる光ファイバを示す図であり、(a)は斜視図、(b)は断面図である。It is a figure which shows the optical fiber which can be used for the optical fiber bundle shown in FIG. 1, (a) is a perspective view, (b) is sectional drawing. 本発明の光ファイババンドルの第2の実施形態を模式的に示す側面図である。It is a side view which shows typically 2nd Embodiment of the optical fiber bundle of this invention. 図4に示す光ファイババンドルのA2−A2矢視断面の一部を示す図である。It is a figure which shows a part of A2-A2 arrow cross section of the optical fiber bundle shown in FIG. 本発明の光ファイババンドルの第3の実施形態を模式的に示す側面図である。It is a side view which shows typically 3rd Embodiment of the optical fiber bundle of this invention. 図6に示す光ファイババンドルのA3−A3矢視断面を示す図である。It is a figure which shows the A3-A3 arrow cross section of the optical fiber bundle shown in FIG. 本発明の光ファイババンドルの第4の実施形態を模式的に示す側面図である。It is a side view which shows typically 4th Embodiment of the optical fiber bundle of this invention. 図8に示す光ファイババンドルのA4−A4矢視断面を示す図である。It is a figure which shows the A4-A4 arrow cross section of the optical fiber bundle shown in FIG. 6方細密構造をとった光ファイババンドルにおけるコア径とコア面積比の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the core diameter and core area ratio in the optical fiber bundle which took the 6-way fine structure. 光結合効率の測定に使用した試験装置を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows the test apparatus used for the measurement of optical coupling efficiency. 光結合効率の測定に使用した試験装置を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows the test apparatus used for the measurement of optical coupling efficiency.

符号の説明Explanation of symbols

1、11、21、31・・・光ファイババンドル、2・・・光ファイバ、2a、32a・・・コア、2b・・・クラッド、4・・・テーパー部、4a・・・先端面、5・・・光源。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 11, 21, 31 ... Optical fiber bundle, 2 ... Optical fiber, 2a, 32a ... Core, 2b ... Cladding, 4 ... Tapered part, 4a ... Tip surface, 5 ···light source.

Claims (4)

複数本の光ファイバが束ねられた本体部と、この本体部の先端に設けられて光の入射端となるテーパー部とを備え、
前記テーパー部は、前記光ファイバが一体化されて形成され、先端側に向けて外径が小さくなる部分円錐形状とされ、
前記テーパー部が設けられる前記本体部の先端部分は、全断面積に対するコアの断面積の比率が0.85〜1.00であることを特徴とする光ファイババンドル。
A main body portion in which a plurality of optical fibers are bundled, and a tapered portion that is provided at the tip of the main body portion and serves as an incident end of light,
The tapered portion is formed by integrating the optical fiber, and has a partial conical shape in which the outer diameter decreases toward the tip side.
The tip portion of the main body provided with the tapered portion has a ratio of the cross-sectional area of the core to the total cross-sectional area of 0.85 to 1.00.
前記テーパー部は、クラッドを除去した前記光ファイバをガラス管に挿通させて、これらを溶融一体化させて得られたものであることを特徴とする請求項1に記載の光ファイババンドル。   2. The optical fiber bundle according to claim 1, wherein the tapered portion is obtained by inserting the optical fiber from which the cladding is removed through a glass tube and fusing them together. 3. 前記ガラス管は、フッ素添加石英ガラスからなることを特徴とする請求項2に記載の光ファイババンドル。   The optical fiber bundle according to claim 2, wherein the glass tube is made of fluorine-added quartz glass. 請求項1〜3のうちいずれか1項に記載の光ファイババンドルと、この光ファイババンドルにテーパー部から光を入射する光源とを備えていることを特徴とする光照射装置。   A light irradiation apparatus comprising: the optical fiber bundle according to any one of claims 1 to 3; and a light source that makes light incident on the optical fiber bundle from a tapered portion.
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