JP3961701B2

JP3961701B2 - 信号伝送用多芯プラスチック光ファイバ

Info

Publication number: JP3961701B2
Application number: JP36045698A
Authority: JP
Inventors: 真一豊島
Original assignee: Asahi Kasei EMD Corp
Current assignee: Asahi Kasei EMD Corp
Priority date: 1998-12-18
Filing date: 1998-12-18
Publication date: 2007-08-22
Anticipated expiration: 2018-12-18
Also published as: JP2000180680A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、パソコン通信、工場の機械装置の制御、移動体の中での光通信における信号伝送に使用する光ファイバに関する。
【０００２】
【従来の技術】
プラスチック光ファイバは、通常、直径が１ｍｍ程度に構成され、機械的な強度の維持と取り扱い易さを図っている。一方で、１００Ｍｂｐｓ以上の高速の信号伝送を行うためには、ホトダイオードの受光径は０．５ｍｍ以下に小さくなることが多いため、このようなホトダイオードとの組み合わせに直径が１ｍｍ程度の大口径のプラスチック光ファイバを用いたのでは、光がホトダイオードからはみ出してしまい、光の結合ロスが大きい。多芯プラスチック光ファイバでは、光源側のスポットの光の強弱がそのままホトダイオード側に伝送されるので、大口径の単芯プラスチック光ファイバよりは光の結合効率は高い。特に、ＬＤやＬＥＤのスポットは中央部が明るく、周辺が暗いため、中央部の光の伝送が特に重要である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、多芯プラスチック光ファイバは、光源との結合効率に問題があった。従来の光通信の信号伝送に用いられていた多芯プラスチック光ファイバは、ほぼ均一な直径の複数本の芯を、鞘層を介して一体化したものであり、直径の小さな複数本の芯に光が導入され、芯と芯との間に介在する鞘層は光が透過しない構造となっている。従って、光源のスポット径が芯の直径よりもはるかに大きい場合には、ファイバ断面において占める鞘層の面積分だけ受光量が減少することは避けられず、通常、１５％〜３０％程度のロスが生じていた。
【０００４】
また、石英光ファイバ用のトランシーバーなどの光スポットが非常に小さいものを用いた場合のように、光スポットの大きさと芯と芯の距離、即ち鞘層の厚さが無視できない場合には、光の入射位置の微小な変化が受光量の変化となり、光スポットが鞘層にほとんどの光を入射してしまった場合には、受光量が非常に小さくなってしまうという問題がある。
【０００５】
本発明の目的は、上記問題を解決し、効率的な光の授受が可能なプラスチック光ファイバを提供することにあり、より詳細には、光源の光スポットの大きさに関わらず、受光量ロスを低減したプラスチック光ファイバを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、透明樹脂からなる芯と、該芯よりも屈折率の低い樹脂からなり該芯の周囲を取り囲む鞘層と、からなる心線を複数本一纏めにしてなる多芯プラスチック光ファイバであって、ファイバ断面の中央部に芯の直径が２００μｍ〜５００μｍの大心線を配置し、該大心線の周囲を該大心線よりも芯の直径が小さい複数の小心線で取り囲み、複合紡糸により一体化してなること特徴とする信号伝送用多芯プラスチック光ファイバである。
【０００７】
本発明において好ましくは、上記小心線が、上記大心線の周囲に二重の同心円状に配置されているプラスチック光ファイバであり、また、上記鞘層を二重構造とした構成も好ましく適用される。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明のプラスチック光ファイバは、ファイバの中央部に芯の直径が大きな大心線を配置し、該大心線の周囲に芯の直径が大心線の芯よりも小さい小心線を配置したことに特徴を有する。
【０００９】
大心線は、直径が２００μｍ〜５００μｍの透明樹脂からなる芯の周囲に鞘層を設けてなるが、該鞘層は、芯を構成する樹脂よりも屈折率の低い樹脂で形成され、少なくとも１層、１μｍ〜１０μｍ程度の厚さに形成する。小心線の芯の直径は大心線の芯の直径よりも小さく、５０μｍ〜２５０μｍが好ましく、該芯の周囲に、大心線と同様の鞘層を設ける。本発明においては、曲げによる光ロスを低減する上で、上記鞘層を第１の鞘層として、その外側に、より屈折率の低い樹脂で第２の鞘層を形成し、２層構造とすることが好ましい。
【００１０】
大心線の芯の直径方向の断面積は、用いるホトダイオードの受光面積の２５％〜１５０％が好ましく、より好ましくは５０％〜１１０％である。最も好ましくは、ホトダイオードの受光面とファイバの大心線の芯の断面とが丁度重なり合うように、光源のスポットの中央部に大心線を配置するのが理想的であるが、実装段階でのコネクターの精度等を考慮した上で、光源の中央部の最も密度の高い部分の光を大心線の芯に入射させるには、上記面積範囲が好ましい。
【００１１】
上記面積範囲内において、芯の断面積をホトダイオードの受光面積よりも小さく構成した場合には、曲げによるロスをより低減することができる。この場合、大心線からはずれた光を該大心線に接する小心線が小刻みに受け、ホトダイオードに送り込むという役割を果たす。尚、この場合には、鞘層による受光面でのロスが有るが、大心線の周囲の小心線の領域では光源のスポットの光の強さも弱くなっているため、受光量全体への影響は少ない。
【００１２】
本発明にかかる小心線には、上記大心線からはずれた光を伝送する役割と、もう一つは、大心線を保護する役割がある。小心線は、少なくとも１層、大心線の周囲に配置していれば良いが、多層とすることもできる。好ましくは、大心線の周囲に二重の同心円状に配置させる。この場合、大心線に接する内側の小心線が大心線からはずれた光を回収し、外側の小心線が保護層の役割を果たす。小心線は、できるだけ高密度に規則的に配置させることが好ましく、また、芯の直径も、内側と外側で適宜設定することができる。
【００１３】
図１は、上記大心線の周囲に小心線を二重の同心円状に配置したプラスチック光ファイバの一実施形態の構造を模式的に示す断面図である。本実施形態は、各心線を、上記した第２の鞘層を設けた２層構成としたものである。図中、１ａ〜１ｃは芯、２ａ〜２ｃは第１の鞘層、３ａ〜３ｃは第２の鞘層であり、４ａが大心線、４ｂが光を回収する内側の小心線、４ｃが保護層として機能する外側の小心線である。このように、内側の小心線４ｂと外側の小心線４ｃとを同心円状に均等に配置させることにより、内部の心線のダメージが生じにくく、且つ、小心線４ｂによる光の回収も効率的に行われるため好ましい。尚、図１は心線の配置を示すための模式図であって、実際のファイバ断面においては、芯の断面形状が真円ではなく、多少歪んでいるため、鞘層の厚みは均一に近い。従って、本発明における芯の直径は、芯が真円でない場合は、長径と短径との平均値を意味する。
【００１４】
本発明のプラスチック光ファイバにおいて、断面積に占める芯の面積比率が大きくなると形状の崩れが生じるが、芯の面積比率として、６０％〜９５％が好ましく、より好ましくは７５％〜９０％である。芯の総数は８本〜５００本が好ましい。本発明のプラスチック光ファイバの直径は、０．４ｍｍ〜１．５ｍｍを対象としており、好ましくは０．５ｍｍ〜１．２ｍｍである。
【００１５】
次に、各部材の素材について説明する。各心線の芯は、透明樹脂で形成されるが、具体的には、例えばポリメチルメタクリレート系樹脂やポリカーボネート系樹脂、全フッ素化樹脂（例えば旭ガラス社の「サイトップ」など）などのプラスチック光ファイバの芯樹脂として公知の透明樹脂を使用することができる。また、鞘層を形成する樹脂としては、芯樹脂よりも屈折率の低い樹脂が用いられ、例えば、フルオロアルキルメタクリレートを含む樹脂やビニリデンフロライド系樹脂、或いは、ビニリデンフロライド系樹脂とメタクリレート系樹脂を混合したアロイなどが用いられる。鞘層は、前記したように１層の場合や、多層構成も可能であり、多層の場合には外側の鞘層の屈折率を内側よりも低くする。多層構成の場合の外側の鞘層としては、ビニリデンフロライド系樹脂が機械的強度の点から好ましい。
【００１６】
本発明の多芯プラスチック光ファイバは、相対的な芯の直径と芯の配置を決めた複合紡糸ダイを用いた複合紡糸法によって成形される。即ち、それぞれ溶融した芯樹脂と鞘樹脂とを複合紡糸ダイに供給し、一気に成形する。本発明のプラスチック光ファイバの断面積に占める全ての芯の面積、鞘層の面積の割合は、複合紡糸ダイに供給する芯樹脂、鞘樹脂の体積比率によって決定できる。
【００１７】
本発明の多芯プラスチック光ファイバは、通常裸線として、その外側にポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン−ビニルアルコール共重合体、ゴム、各種の熱可塑性エラストマー、ポリ塩化ビニル、架橋ポリオレフィン、架橋ポリ塩化ビニル、塩素化ポリエチレンコンパウンド、ポリアミド樹脂、フッ化ビニリデン系樹脂、ポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂、シリコーン樹脂、熱硬化性樹脂、紫外線硬化性樹脂などで被覆した芯プラスチック光ファイバケーブルとして用いられる。
【００１８】
【実施例】
芯樹脂として、屈折率が１．４９２、メルトフローインデックスが２３０℃、荷重３．８Ｋｇ、オリフィスの直径が２ｍｍ、長さが８ｍｍの条件で、１．５ｇ／１０分のメチルメタクリレート樹脂を用いた。鞘層は２層構成であり、内側の第１の鞘層を構成する第１の鞘樹脂としては、１７ＦＭＡ（ヘプタデカフルオロデシルメタクリレート）１４重量％、４ＦＭ（テトラフルオロプロピルメタクリレート）６重量％、３ＦＭ（トリフルオロエチルメタクリレート）６重量％、ＭＭＡ（メチルメタクリレート）７４重量％をキャスト重合して、２３０℃、３．８Ｋｇ荷重におけるメルトフローインデックスが２５ｇ／１０分、屈折率が１．４７０の共重合体を用いた。ＮＡは０．２６である。外側の第２の鞘層を構成する第２の鞘樹脂としては、ビニリデンフロライド８０モル％とテトラフロロエチレン２０モル％からなる共重合体で、上記第１の鞘樹脂と同じ条件で測定したメルトフローインデックスが３０ｇ／１０分の樹脂を用いた。屈折率は１．４０２であった。
【００１９】
複合紡糸ダイとしては、大心線１本とその外側に第１層目の小心線１１本を同心円状に配置し、さらにその外側に第１層目の小心線に接するように第２層目の小心線を１１本、同心円状に配置した構成のものを用いた。当該ダイにおけるこれらの心線の芯の孔径は、６．２ｍｍ、２．４ｍｍ、３、８ｍｍとした。この複合紡糸ダイに、芯樹脂、第１の鞘樹脂、第２の鞘樹脂が容積比率で８０対５対１５になるように供給し、ダイから排出されるストランドを収束し、２倍に延伸して、直径が１．００ｍｍの、鞘が２層構成の多芯プラスチック光ファイバを得た。このファイバの断面は、図１に模式的に示されるように、大心線の周囲に１１本の小心線が配置し、さらにその外側に１１本の小心線が配置したものであり、各心線は芯の周囲に第１の鞘層と第２の鞘層を有し、該第２の鞘層によって、隣接する心線と一体化されている。
【００２０】
得られたファイバの大心線の芯の直径は３００μｍ、内側の小心線の芯の直径が１１６μｍ、外側の小心線の芯の直径が１８４μｍであった。このファイバを裸線として、黒色ポリエチレンで被覆することにより、直径が２．２ｍｍの多芯プラスチック光ファイバケーブルが得られた。
【００２１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の多芯プラスチック光ファイバは、ＬＥＤやＬＤのような送信光源を用いた場合には、重要な中央部の光を大心線の太い芯で受光し、さらに、該大心線よりはずれた光を小心線で回収するため、光ロスが大幅に低減され、曲げによる光ロスも少ない。また、光スポットの小さい光源を用いた場合でも、大心線の芯の直径が大きいため、結合時に該光スポットとのずれがなく、該ずれによる受光量の低減が防止される。よって、スポット径の大きな光源であっても、石英光ファイバ用の非常にスポット径の小さな光源であっても、安定した結合によって、効率的な光の授受を行うことできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の多芯プラスチック光ファイバの一実施形態の断面模式図である。
【符号の説明】
１ａ〜１ｃ芯
２ａ〜２ｃ第１の鞘層
３ａ〜３ｃ第２の鞘層
４ａ大心線
４ｂ，４ｃ小心線

Claims

透明樹脂からなる芯と、該芯よりも屈折率の低い樹脂からなり該芯の周囲を取り囲む鞘層と、からなる心線を複数本一纏めにしてなる多芯プラスチック光ファイバであって、ファイバ断面の中央部に芯の直径が２００μｍ〜５００μｍの大心線を配置し、該大心線の周囲を該大心線よりも芯の直径が小さい複数の小心線で取り囲み、複合紡糸により一体化してなること特徴とする信号伝送用多芯プラスチック光ファイバ。
上記小心線が、上記大心線の周囲に二重の同心円状に配置されている請求項１記載の信号伝送用多芯プラスチック光ファイバ。
上記鞘層が、外側が屈折率の低い樹脂からなる二層構造である請求項１又は２記載の信号伝送用多芯プラスチック光ファイバ。