JP2842676B2 - 光ビーム照射装置 - Google Patents
光ビーム照射装置Info
- Publication number
- JP2842676B2 JP2842676B2 JP2223898A JP22389890A JP2842676B2 JP 2842676 B2 JP2842676 B2 JP 2842676B2 JP 2223898 A JP2223898 A JP 2223898A JP 22389890 A JP22389890 A JP 22389890A JP 2842676 B2 JP2842676 B2 JP 2842676B2
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- Japan
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- light
- optical fiber
- mirror
- cone
- face
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- Light Guides In General And Applications Therefor (AREA)
- Optical Couplings Of Light Guides (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、光源からの光を集光することによって局部
照射を可能にした光ビーム照射装置であって、はんだ付
け用の加熱、細型ポリウレタン線の被膜除去、あるいは
樹脂の加熱加工などに適した光ビーム照射装置に関する
ものである。
照射を可能にした光ビーム照射装置であって、はんだ付
け用の加熱、細型ポリウレタン線の被膜除去、あるいは
樹脂の加熱加工などに適した光ビーム照射装置に関する
ものである。
この種の装置として、照射すべき光を発光するランプ
を備え、その光を反射鏡を用いて集光した後に光ファイ
バで導いて対象物への局部照射を行うものがある。この
従来装置は光路途中に光ファイバを介在させているの
で、発光ランプを固定したまま照射位置を移動させるこ
とができるという利点を持っている。
を備え、その光を反射鏡を用いて集光した後に光ファイ
バで導いて対象物への局部照射を行うものがある。この
従来装置は光路途中に光ファイバを介在させているの
で、発光ランプを固定したまま照射位置を移動させるこ
とができるという利点を持っている。
しかし、逆に、光ファイバを用いているが故に、光パ
ワー密度の不足という問題点も持っている。光パワー密
度を十分に得られない理由は次の通りである。
ワー密度の不足という問題点も持っている。光パワー密
度を十分に得られない理由は次の通りである。
反射鏡を用いて集光した光は、光源自身が理想的な点
光源ではない等の理由で、ある程度の拡がりを持ってい
る。たとえば、発光ランプに、はんだ付け加熱用として
キセノンランプを用いた場合には、最も絞り込んだ位置
（ビームウエスト）でも直径5mm程度の広さを持ってい
る。したがって、これを損失なく受けるには直径5mm以
上の光ファイバ（通常はバンドルファイバ）が必要とな
る。なお、反射鏡を用いて集光した光をここでさらにレ
ンズ等を用いて絞ることも可能であるが、その場合には
光パワー密度が高すぎて光ファイバの入射端面を破壊す
る可能性があるため、その方法はここでは利用できな
い。
光源ではない等の理由で、ある程度の拡がりを持ってい
る。たとえば、発光ランプに、はんだ付け加熱用として
キセノンランプを用いた場合には、最も絞り込んだ位置
（ビームウエスト）でも直径5mm程度の広さを持ってい
る。したがって、これを損失なく受けるには直径5mm以
上の光ファイバ（通常はバンドルファイバ）が必要とな
る。なお、反射鏡を用いて集光した光をここでさらにレ
ンズ等を用いて絞ることも可能であるが、その場合には
光パワー密度が高すぎて光ファイバの入射端面を破壊す
る可能性があるため、その方法はここでは利用できな
い。
一方、光ファイバの出射端面から出射される光は、所
定の拡がり角を持っている。したがって、そのビーム径
を絞るために光ファイバの出射端面の先にはレンズを用
いた縮小光学系（倍率が１より小さい光学系）が必ず設
けられている。この縮小光学系の倍率は、レンズと光フ
ァイバの出射端面との間隔を広げれば広げるほど小さく
することができる。しかし、レンズと光ファイバの出射
端面との間隔を広げれば、光ファイバからの出射光は上
述のように拡がり持っているために、レンズがその出射
光を捕らえきれなくなり損失が生じる。そこで、この損
失が生じないようにするためには、光ファイバの出射端
面の面積を小さくして縮小光学系の倍率をあまり小さく
しなくてもよいように、すなわち、光ファイバの出射端
面と縮小光学系のレンズとの間をあまり広げなくてもよ
いようにしてやることが望ましい。
定の拡がり角を持っている。したがって、そのビーム径
を絞るために光ファイバの出射端面の先にはレンズを用
いた縮小光学系（倍率が１より小さい光学系）が必ず設
けられている。この縮小光学系の倍率は、レンズと光フ
ァイバの出射端面との間隔を広げれば広げるほど小さく
することができる。しかし、レンズと光ファイバの出射
端面との間隔を広げれば、光ファイバからの出射光は上
述のように拡がり持っているために、レンズがその出射
光を捕らえきれなくなり損失が生じる。そこで、この損
失が生じないようにするためには、光ファイバの出射端
面の面積を小さくして縮小光学系の倍率をあまり小さく
しなくてもよいように、すなわち、光ファイバの出射端
面と縮小光学系のレンズとの間をあまり広げなくてもよ
いようにしてやることが望ましい。
このように、光ファイバの入射端面での損失を防止す
るために光ファイバの径を大きくすると、縮小光学系で
の倍率を小さくする必要性から出射端面で損失が発生
し、逆に、出射端面での損失を防止するために光ファイ
バの径を小さくしてやると入射端面での損失が発生す
る。そのため、結局は十分な光パワー密度を得ることが
できない。
るために光ファイバの径を大きくすると、縮小光学系で
の倍率を小さくする必要性から出射端面で損失が発生
し、逆に、出射端面での損失を防止するために光ファイ
バの径を小さくしてやると入射端面での損失が発生す
る。そのため、結局は十分な光パワー密度を得ることが
できない。
なお、この問題に対して入射端面での損失を無くすた
めに光ファイバ径を大きくすると共に、出射端面の縮小
光学系のレンズ径を大きくして出射端面での損失も同時
に無くすことは理論上可能である。しかし、縮小光学系
のレンズ径を大きくしてしまうと、狭い部分に光ファイ
バの先端が入らなくなり、非常に使い勝手の悪いものと
なってしまう。
めに光ファイバ径を大きくすると共に、出射端面の縮小
光学系のレンズ径を大きくして出射端面での損失も同時
に無くすことは理論上可能である。しかし、縮小光学系
のレンズ径を大きくしてしまうと、狭い部分に光ファイ
バの先端が入らなくなり、非常に使い勝手の悪いものと
なってしまう。
本発明の課題は、このような問題点を解消することに
ある。
ある。
〔課題を解決するための手段〕 上記課題を解決するために、本発明の光ビーム照射装
置は、光ファイバの出射端に、出射光の拡がり角を小さ
くするコーン状ミラーを設け、このコーン状ミラーから
出射された光を縮小光学系で絞るものである。
置は、光ファイバの出射端に、出射光の拡がり角を小さ
くするコーン状ミラーを設け、このコーン状ミラーから
出射された光を縮小光学系で絞るものである。
コーン状ミラーで光ファイバの出射光の拡がり角が小
さくなるので、光ファイバの径をある程度大きくしても
縮小光学系は光ファイバの出射光をすべて捕らえて、集
束させることができる。すなわち、縮小光学系は光ファ
イバの出射光を損失無く絞り込むことができる。
さくなるので、光ファイバの径をある程度大きくしても
縮小光学系は光ファイバの出射光をすべて捕らえて、集
束させることができる。すなわち、縮小光学系は光ファ
イバの出射光を損失無く絞り込むことができる。
第１図は本発明の一実施例である光ビーム照射装置を
示す構成図である。本実施例の光ビーム照射装置はハン
ダ付けのための加熱手段として用いられるものであり、
光源として中心波長が800〜1000nmの光を発するキセノ
ンランプ１が用いられている。キセノンランプ１は、そ
の発光点1aが楕円反射鏡２の第１焦点に位置するように
配置されている。楕円反射鏡２の反射面は800〜1000nm
の光に対して損失の少ない金属、例えば金によってめっ
きされている。楕円反射鏡２の第２焦点には、光ファイ
バ３の一方の端面が配置されており、楕円反射鏡２で反
射されたキセノンランプ１からの光は、すべて光ファイ
バ３のこの端面に入射される。第２焦点におけるビーム
径はおよそ5mmであるが、光ファイバ３の径も5mmである
ので、キセノンランプ１の光はほとんど損失無く光ファ
イバ３に入射される。光ファイバ３は400〜500本程度の
光ファイバを束ねたバンドルファイバである。
示す構成図である。本実施例の光ビーム照射装置はハン
ダ付けのための加熱手段として用いられるものであり、
光源として中心波長が800〜1000nmの光を発するキセノ
ンランプ１が用いられている。キセノンランプ１は、そ
の発光点1aが楕円反射鏡２の第１焦点に位置するように
配置されている。楕円反射鏡２の反射面は800〜1000nm
の光に対して損失の少ない金属、例えば金によってめっ
きされている。楕円反射鏡２の第２焦点には、光ファイ
バ３の一方の端面が配置されており、楕円反射鏡２で反
射されたキセノンランプ１からの光は、すべて光ファイ
バ３のこの端面に入射される。第２焦点におけるビーム
径はおよそ5mmであるが、光ファイバ３の径も5mmである
ので、キセノンランプ１の光はほとんど損失無く光ファ
イバ３に入射される。光ファイバ３は400〜500本程度の
光ファイバを束ねたバンドルファイバである。
光ファイバ３の他端（出射端）は被照射体４に対して
その位置を自由に移動できるようになっている。光ファ
イバ３のこの出射端にはコーン状ミラー５が取り付けら
れており、その先には縮小光学系として用いられるレン
ズ６がレンズホルダ７に担持されて配置されている。コ
ーン状ミラー５は、真鍮を材料とする肉厚の金属パイプ
であり、その内面5aがコーン形状すなわち円錐台形状に
鏡面仕上げされている。そして、鏡面仕上げされた内面
5aには楕円反射鏡２と同様に800〜1000nmの光に対して
損失の少ない金がめっきされている。なお、金は酸化さ
れにくいため、酸化による反射率の低下もほとんど生じ
ない。コーン状ミラー５の鏡面の傾斜角度αは、約10度
に設定してある。本実施例に用いられている光ファイバ
３の開口数（NA）は約0.35であり拡がり角にして約20度
である。したがって、出射端面3aから最大角度（20度）
が出た光がコーン状ミラー５で反射した場合には平行光
線となり、それより小さい角度で出射した光がコーン状
ミラー５で反射した場合にはむしろ集束する角度でレン
ズ６に入射する。コーン状ミラー５で反射されない光も
あるが、これらは、もともと出射角度が小さいのでその
ほとんどはレンズ６に入射する。コーン状ミラー５で反
射される光と反射されずにそのまま出射する光の比率
は、コーン状ミラー５の長さを変えることにより調整す
ることができる。
その位置を自由に移動できるようになっている。光ファ
イバ３のこの出射端にはコーン状ミラー５が取り付けら
れており、その先には縮小光学系として用いられるレン
ズ６がレンズホルダ７に担持されて配置されている。コ
ーン状ミラー５は、真鍮を材料とする肉厚の金属パイプ
であり、その内面5aがコーン形状すなわち円錐台形状に
鏡面仕上げされている。そして、鏡面仕上げされた内面
5aには楕円反射鏡２と同様に800〜1000nmの光に対して
損失の少ない金がめっきされている。なお、金は酸化さ
れにくいため、酸化による反射率の低下もほとんど生じ
ない。コーン状ミラー５の鏡面の傾斜角度αは、約10度
に設定してある。本実施例に用いられている光ファイバ
３の開口数（NA）は約0.35であり拡がり角にして約20度
である。したがって、出射端面3aから最大角度（20度）
が出た光がコーン状ミラー５で反射した場合には平行光
線となり、それより小さい角度で出射した光がコーン状
ミラー５で反射した場合にはむしろ集束する角度でレン
ズ６に入射する。コーン状ミラー５で反射されない光も
あるが、これらは、もともと出射角度が小さいのでその
ほとんどはレンズ６に入射する。コーン状ミラー５で反
射される光と反射されずにそのまま出射する光の比率
は、コーン状ミラー５の長さを変えることにより調整す
ることができる。
本実施例の光ビーム照射装置はこのように構成されて
いるので、キセノンランプ１から発した光は、光ファイ
バ３の入射端面および出射端面のいずれにおいてもほと
んど損失することなく被照射体４に照射される。光ファ
イバ３の出射端ではコーン状ミラー５でその出射角が実
質的に小さくなるよう変換されるので、ビーム径を小さ
くするためにレンズ６を出射端面3aから離すように調整
しても、ほとんどの光をレンズ６に集めることができ
る。
いるので、キセノンランプ１から発した光は、光ファイ
バ３の入射端面および出射端面のいずれにおいてもほと
んど損失することなく被照射体４に照射される。光ファ
イバ３の出射端ではコーン状ミラー５でその出射角が実
質的に小さくなるよう変換されるので、ビーム径を小さ
くするためにレンズ６を出射端面3aから離すように調整
しても、ほとんどの光をレンズ６に集めることができ
る。
レンズ６として口径30mmのもの、光ファイバ３として
直径5mmのバンドルファイバを用い、出射光を直径3.0mm
のスポットに絞った場合の光パワー密度を測定したとこ
ろ、コーン状ミラー５を有しない従来装置の光パワー密
度の1.2倍の値を得た。この値は、光ファイバ３として
直径3mmのバンドルファイバを用いた従来装置（コーン
状ミラーが付加されていない装置）と比較すると2.5倍
となる。
直径5mmのバンドルファイバを用い、出射光を直径3.0mm
のスポットに絞った場合の光パワー密度を測定したとこ
ろ、コーン状ミラー５を有しない従来装置の光パワー密
度の1.2倍の値を得た。この値は、光ファイバ３として
直径3mmのバンドルファイバを用いた従来装置（コーン
状ミラーが付加されていない装置）と比較すると2.5倍
となる。
本実施例では、ハンダ付け用の光源としてキセノンラ
ンプを用いたが、その他の赤外光源、たとえばハロゲン
ランプなどを用いることもできる。また、これらの光源
を用いてハンダ付けだけでなく、樹脂の加熱加工等にも
利用できる。さらに、光源に紫外光源を用いれば、細径
ポリウレタン線の被膜除去（この被膜は紫外線が照射さ
れると剥離しやすくなる）に利用することもできる。
ンプを用いたが、その他の赤外光源、たとえばハロゲン
ランプなどを用いることもできる。また、これらの光源
を用いてハンダ付けだけでなく、樹脂の加熱加工等にも
利用できる。さらに、光源に紫外光源を用いれば、細径
ポリウレタン線の被膜除去（この被膜は紫外線が照射さ
れると剥離しやすくなる）に利用することもできる。
また、本実施例では光ファイバ３としてバンドルファ
イバを用いているが、その心数は本発明を何等限定する
ものではなく、単一の光ファイバであってもよい。
イバを用いているが、その心数は本発明を何等限定する
ものではなく、単一の光ファイバであってもよい。
以上説明したように、本発明の光ビーム照射装置によ
れば、光ファイバの出射端面の先に設けられた縮小光学
系のレンズ径を大きくすることなく、そこでの損失をほ
とんど排除することができる。したがって、光ファイバ
の入射端面での損失が生じないように十分に太い径の光
ファイバを用いることによって、光ファイバの入射端面
と出射端面のいずれにおいても損失を生じさせずに光源
からの光を被照射体上に局所的に集中させることができ
る。したがって、ビームスポットの光パワー密度を用途
に応じて十分に高くすることができる。しかも、光ファ
イバの先に設けられた縮小光学系の径を小さく抑えるこ
とができるので、狭い場所にもその先（ビームスポッ
ト）を当てることができる。
れば、光ファイバの出射端面の先に設けられた縮小光学
系のレンズ径を大きくすることなく、そこでの損失をほ
とんど排除することができる。したがって、光ファイバ
の入射端面での損失が生じないように十分に太い径の光
ファイバを用いることによって、光ファイバの入射端面
と出射端面のいずれにおいても損失を生じさせずに光源
からの光を被照射体上に局所的に集中させることができ
る。したがって、ビームスポットの光パワー密度を用途
に応じて十分に高くすることができる。しかも、光ファ
イバの先に設けられた縮小光学系の径を小さく抑えるこ
とができるので、狭い場所にもその先（ビームスポッ
ト）を当てることができる。
第１図は本発明の一実施例を示す構成図である。 １……キセノンランプ、２……楕円反射鏡、３……光フ
ァイバ、４……被照射体、５……コーン状ミラー、６…
…レンズ、７……レンズホルダ。
ァイバ、４……被照射体、５……コーン状ミラー、６…
…レンズ、７……レンズホルダ。
フロントページの続き (72)発明者 小林 誠 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (72)発明者 藤井 孝治 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (56)参考文献 特開 平１−179104（ＪＰ，Ａ) 特開 昭50−6554（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−238185（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G02B 6/00 301 B23K 26/00 B23K 26/08 G02B 6/00 331
Claims (3)
- 【請求項１】発光ランプと、 この発光ランプの光を集光する反射鏡と、 この反射鏡で集光された光を一端から入射して他端から
出射する光ファイバと、 この光ファイバの出射端に設けられ出射光の拡がり角を
小さくするコーン状ミラーと、 このコーン状ミラーから出射された光のビーム径を絞る
縮小光学系とを備えた光ビーム照射装置。 - 【請求項２】反射鏡が楕円反射鏡であり、発光ランプの
発光部がその第１焦点に配置され、光ファイバの入射端
がその第２焦点に配置されていることを特徴とする請求
項１に記載の光ビーム照射装置。 - 【請求項３】コーン状ミラーは、発光ランプから放射さ
れた光の中心波長について損失が少ない金属膜が鏡面仕
上げされた面に施された反射面を有するものであること
を特徴とする請求項１または２に記載の光ビーム照射装
置。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2223898A JP2842676B2 (ja) | 1990-08-24 | 1990-08-24 | 光ビーム照射装置 |
| DE69110379T DE69110379T2 (de) | 1990-08-24 | 1991-08-14 | Gerät und Verfahren zur Bestrahlung mit Licht. |
| EP91113638A EP0473989B1 (en) | 1990-08-24 | 1991-08-14 | Light beam irradiation apparatus and method |
| US07/746,946 US5228109A (en) | 1990-08-24 | 1991-08-19 | Light beam heating apparatus and method utilizing a fiber optic cable with random fiber array |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2223898A JP2842676B2 (ja) | 1990-08-24 | 1990-08-24 | 光ビーム照射装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04104201A JPH04104201A (ja) | 1992-04-06 |
| JP2842676B2 true JP2842676B2 (ja) | 1999-01-06 |
Family
ID=16805435
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2223898A Expired - Lifetime JP2842676B2 (ja) | 1990-08-24 | 1990-08-24 | 光ビーム照射装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2842676B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0734403U (ja) * | 1993-12-08 | 1995-06-23 | 前田屋外美術株式会社 | 照明装置 |
-
1990
- 1990-08-24 JP JP2223898A patent/JP2842676B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04104201A (ja) | 1992-04-06 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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