JP4794636B2 - 光ファイバケーブル束の終端を形成する方法 - Google Patents

Description

（発明の背景）
（１．発明の属する技術分野）
本発明は、概して高輝度光源を利用する照明システムに関し、高輝度光源と、遠隔領域に光線を伝達するためのプラスチック光ファイバケーブル束とを含む、さらに耐久性がありさらに高い効率の照明システムに特に関する。

（２．関連技術の説明）
本分野では、莫大な量の放射エネルギーを発する高輝度光源を利用する照明システムが知られている。光エネルギーは、束の光ファイバ内を、束のもう一方の終端まで伝達され、照射される所望位置または領域に放散される。光源に隣接する終端すなわちケーブル束の光源端は、これらの要素に吸収されると熱に変換される大量の放射エネルギーにさらされる。典型的な遠隔照明システムによって吸収される熱の量は、光源端または束の先端の温度を１００℃をはるかに超えて上昇させることがある。

少なくとも光源側の典型的なグラスファイバ束構造は、互いに結束された複数個の光ファイバを含む。ファイバがたがいに結束されたすなわち束ねられた場合、個々のファイバ間に空間を限定するように、ファイバの各々は丸いまたは円形の断面を有する。ファイバ端をたがいにしっかりと保持または接着するため、該空間には接着樹脂材料が充填される。金属フェルールまたはリングはファイバを所定位置に保持もし、それによってケーブルの終端を形成する。接着樹脂材料は光学的に透明ではなく、したがって、接着樹脂に当り、光ファイバ先端に当らない光エネルギーは樹脂材料によって吸収され、ファイバ内を伝達されない。これにより、束の透過効率が減少する。さらに、吸収された熱が束の終端を損傷または破壊することがある。金属フェルールはまた熱を吸収、保持し、さらに問題を悪化させる。

終端によって吸収された熱は、光ファイバ束の先端部の樹脂を破壊または溶解する。樹脂材料が軟化すると、樹脂がファイバ間の空間内から離れることがある。離れた樹脂により、ファイバ端がたがいに分離し、束の透過効率と品質に影響する。また、離れた樹脂により、光線の一部の光ファイバケーブルへの入射が阻害される。このため、さらなる光エネルギーが光ファイバ束の先端部で吸収され、照明システムの効率をさらに低下させる。

かかる遠隔高輝度照明システムは、比較的高い融解温度を本来有するガラス製光ファイバを利用する。しかし、プラスチックファイバのほうが、高い可撓性、軽量、はるかに低いコストのため、より望ましい。プラスチックファイバの問題は、光透明度ファイバでの約７０℃のように、融解温度が比較的低い点にある。このため、ファイバを溶解または破壊することを防止するため、プラスチックケーブルにそって低密度の光エネルギーしか使用できず、プラスチックファイバの恩恵の多くを排除する。

高輝度光源によって発せられた熱を放散する特別な冷却システムを設計することで、光源に隣接したファイバ端の温度を下げる試みが行われてきた。光ファイバケーブル束を冷却するためのかかる方法とシステムは、使用するのが比較的高価で、プラスチック光ファイバの融点未満に温度をうまく下げることが確認されていない。

かかるシステムまたは方法の一つがカチェリア（Kacheria）の米国特許第５，４７９，３２２号に開示されている。ファンにより空気がエンクロージャ内で移動し、隔壁システムを介し、光ファイバ束の端部に向かって導かれる。空気は光ファイバ束に対して本質的に平行に移動し、したがって光ファイバ束の先端には直接接触しない。したがって、高輝度光源を収容するエンクロージャの第１室内を通過し、次に、熱の内のいくらかを搬出するためにエンクロージャから出る空気によって冷却が提供される。しかし、熱源を含むハウジング内に空間が形成され、空気の流れは束を直接横切って移動しないため、前記システムは、終端または束先端で光ファイバによって吸収された熱を効果的に放散しない。

別のかかるシステムがアワイ（Awai）米国特許第４，８２５，３４１号に開示される。アワイによって開示されたシステムも、高輝度光源によって発せられた熱を放散するために、エンクロージャ内を移動する空気を利用している。この特定システムは、光源の背後からエンクロージャを通して空気を引き込むための下流ファンを利用している。空気は、入口から、複数個の入口導管または通路を通って、光源と光ファイバ束先端の両方を含むエンクロージャ内に引き込まれる。光ファイバ束先端は、高輝度光源を含む室内へ延びる縁ブロックを含む。この主のシステムは、室内の光源によって発せられた熱を放散するため、大量の空気を使用する。しかし、光ファイバ束と、束先端を包囲する縁ブロックによって吸収された熱は効率的に放散されない。さらに、縁ブロックは、実際には、束先端周囲での熱の保持を助長する。

別の方法はダブズ（Dobbs）米国特許第５，６５３，５１９号に開示される。ダブズによって開示されたシステムも、光ファイバ束の先端を効率的に冷却しない。このシステムでも、内部に集められた熱を放散するために室内の過熱空気を除去するため、空気は単に通過されるだけである。光ファイバ束によって吸収されたいかなる熱も束先端内に本質的に保持され、したがって前述の問題はダブズの開示によっても解決されない。

さらなるシステムが、ヒートシンクまたはブッシュを備えた光ファイバケーブルの終端の包囲部分を開示するミラー（Miller）らの米国特許第５，０９９，３９９号に開示される。ヒートシンクは、高輝度光源を包囲するハウジング内に、ヒートシンクを通して空気を通過させるため、光ファイバ束に隣接し、それに平行な空気孔または通路を有する。空気は、ハウジング内の光源の下流に位置するファンによって、ヒートシンクの通路を通して引き込まれる。ガラスロッドがプラスチック光ファイバ束の端部に同心に突き当たるように配され、ハウジング内に突出し、高輝度光源に緊密に隣接する。

ミラーらによって開示されるシステムも、内部に空気を移動させることで、ハウジング内から熱を放散する。このシステムはまた、プラスチック光ファイバ束の端部からも熱をいくらか放散する。しかし、ガラスロッドの一端が光ファイバ束の先端に接触し、ガラスロッドの露出端が高輝度光源に面しているため、ガラスロッド内を伝達される光エネルギーは高光密度を有し、束要素によって吸収された熱の量は充分に減少できない。ヒートシンクと空気通路も、光ファイバ束先端の直接の冷却を提供しないが、その代わりガラスロッドのみを冷却する。さらに、光エネルギーはガラスロッドを通り、プラスチック束に伝達され、したがって、ロッドによって吸収される放射エネルギー量に基づいて熱を発する。ガラスロッド内に発せられた熱はプラスチックとガラスとの接触点で、束先端に直接伝達される。プラスチック束は非常に低い伝熱率を有し、束自体の先端の特別な冷却がないと、まさにその先端で熱が発生され、ミラーらの開示によっては充分に冷却されない。

遠隔照明システムの光ファイバ束の遠隔または遠位端で、光ファイバケーブルを通して発せられる光線は、所望箇所または領域に伝達される。約３０〜約１００ミクロンの範囲の直径を有するガラス光ファイバは、数１０年間知られ、使用されてきた。光ファイバは、各ファイバの端部を、束の各端に鏡品質の仕上げを有する表面仕上げ端で終端させた状態で、たがいに平行にまとめられる。

ガラス光ファイバの場合、光ファイバ束端を準備し、表面を整えるために使用される典型的な方法は以下の工程を含む。素ファイバの束にされたグループの各端部は、ファイバをともに接着、圧縮するファンデルワース力を生じ、梳くことによって平行にファイバを並列させるために、液体、望ましくはアルコールに浸漬される。ファイバは、平行に並列させるために梳かれ、次に束の各端の周囲に巻かれたラップアラウンドコードを用いてさらに圧縮される。束の端部は、ファイバをたがいに緊密に束ねるために、円筒形の金属性フェルール内に引っ張られる。次にファイバは、液体またはアルコールを蒸発させるために乾燥される。次に、接着剤エポキシ樹脂を端部に塗布し、ケーブルの個々の光ファイバの間の空間を充填し、ファイバを所定位置にしっかりと保持する。

樹脂の硬化が完了後、金属フェルールの端部を超えて延びる余分なファイバと樹脂エポキシは切断または除去される。次に、光ファイバケーブル束の両端または先端は、ケーブルの各終端に鏡品質の表面を形成するために、表面研磨される。

光ファイバケーブルの構築で重要な要素の１つは、実際のファイバ材料の断面の、終端金属フェルールとエポキシ樹脂の内部領域の断面に対するパッキングファクタまたは率として定義される。パッキングファクタは、接着剤または樹脂材料を含むファイバ間の空間での光エネルギーの吸収による光線の損失を少なくとも部分的に決定する。従来のガラス光ファイバ束の典型的なパッキングファクタは、ガラス光ファイバが直径約５０ミクロンの場合、約６５〜７０パーセントである。すなわち、終端横断面の約３０〜３５パーセントはフェルールまたはエポキシ樹脂材料であることになる。金属フェルール材料と樹脂は、光線透過性がないため、それに入射したいかなる光エネルギーも吸収し、したがって、束の効率をさらに減少する。

さらなる問題は、光ファイバ遠隔照明システムでは、特に楕円リフレクタと組み合わせたキセノンランプとメタルハライドランプなどの光源の場合は、光源が、莫大な量の放射エネルギーを発する極めて高い輝度のランプである点である。光源から発せられた光束はファイバによって伝達され、ファイバ間の金属フェルールと樹脂材料によって吸収される。終端によって吸収される熱は、光ファイバ束の先端の温度を大幅に上昇させる。

ケーブルの入力または光源端の温度はゆうに１００℃を超え、ファイバ間の空間から出てくるほどに樹脂を燃焼または軟化することで、束の先端の樹脂を破壊することがある。離れた樹脂材料はファイバを通る光路を妨げる。前述のように、装置の室またはエンクロージャ内で熱をおおむね放散するために、大量の空気の移動を利用するための試みがなされてきた。

プラスチック光ファイバ要素を利用するプラスチック光ガイドは、低コスト、軽量、高い可撓性、大径のケーブルのため、より望ましい。しかし、１つの欠点は、プラスチックファイバは、約７０℃のような低い融解温度を有する点にある。かかる低溶解温度により、遠隔照明システムで高輝度光源にさらされると、光ファイバ及び終端の破壊を生じる。高い熱吸収も、終端の下流のケーブルを破壊する。終端のガラスファイバケーブル構造は不充分である。

理想的な高効率照明システムは、大径のプラスチック光ファイバケーブル束に結合された高輝度光源を含む。しかし、前述のように、プラスチック光ファイバに結合される高輝度光源を使用することは従来不可能である。これは、熱のような大量の光エネルギーを吸収しないように、束の終端を製造する手段が現段階ではないためである。これはさらに、すべての既知の冷却方法が、約７０℃であるプラスチック光ファイバの融点未満にケーブルの終端で温度を連続して維持するために充分に効率的ではないためである。

したがって、本発明は、光ファイバまたは他の光学要素を組み込め、遠隔照明のためにプラスチック光ファイバケーブルに結合される高効率及び高輝度照明装置から成る高効率照明システムを製造することを目指している。前述のように、高効率及び高輝度照明装置はプラスチック光ファイバケーブルとして得られる。しかし、この２つを組み合わせることは、従来、高輝度照明装置の焦点面の光束にプラスチック光ファイバの終端をさらすという深刻な欠点のため、可能ではなかった。

ガラス光ファイバは約４５０℃〜５００℃の充分な融解温度を有するため、高効率及び高輝度照明装置は、以前はガラス光ファイバとのみ使用できた。以前の別の選択肢は、現行の冷却システムが光ファイバ束先端部を充分に冷却できる、たとえばハロゲン電球などのかなり低い輝度のエネルギーを発するかなり非効率または低エネルギーの光源とともにプラスチック光ファイバを使用するというものであった。

しかし、高エネルギー光システムでのファイバ束先端を冷却するための現行技術はプラスチックファイバと使用するには不適切である。高速空気移動システムがその代替案である。したがって、本発明は、より具体的には、高速空気移動冷却システムと組み合わせて、終端にそって熱の分散吸収を行うプラスチック光ファイバケーブル束を利用する遠隔照明システムまたは装置を目指している。また、本発明は、遠隔照明システムにおいて、ケーブルの光源端と遠位出力端の両方で使用するため、プラスチック光ファイバケーブル束のかかる耐久性終端を形成する構造と方法も目指している。

本発明の目的は、高輝度光源とプラスチック光ファイバを利用する、より効率的な遠隔照明システムまたは装置を提供することにある。本発明のさらなる目的は、吸収された熱を束先端の体積にそって分散し、それによって、高輝度光源の焦点面などの高密度の光エネルギーにさらすことができるプラスチック光ファイバケーブル束の終端を形成する方法を提供することにある。本発明の別の目的は、かかる新規の構造のプラスチックケーブル束を形成する方法を提供することにある。本発明のさらなる目的は、照明装置の性能を落とすことなく、かかるシステムの光ファイバケーブルの入射端上に高速空気流を直接提供することにある。

本発明の前記及びその他の目的を達成するため、照明システムは、第１室と第１室とは別の第２空間をその内部に区画するハウジングエンクロージャを有するよう開示される。高輝度光源は該第１室内に保持され、発光端を有する。光ファイバケーブル束はハウジングに接続され、スリーブ内に保持される複数個のプラスチック光ファイバを有する。束は光源の発光端に面するように配された光源端と、照射される領域内に配される遠隔端も有する。空気移動器具は第２空間内に保持され、第２空間内に第１速度で移動する空気流を発生させる。第１速度に対して加速した速度で、ケーブル束の光源端を超えて空気流を集中及び導くため、空気通路は該空間と連通する。

空気移動機構は、直線ファン、遠心送風機、第２空間内に搭載されるその他の機構のいずれでもよい。空気通路は、空気流を導くとともに、空気流の速度加速を提供するため、ノズル方の特製オリフィスのいずれでもよい。第２空間を第１室とは別に維持することで、室内の過熱空気と混合する前に、冷却空気がケーブル束端上に導かれる。

本発明の１実施例において、光ファイバケーブル束が開示され、１対の終端で終端する。ケーブル束は、スリーブ内に互いに結束された複数個の細長プラスチック光ファイバを有する。各光ファイバはその各終端にファイバ先端を有する。複数個の光ファイバの各々の露出端は、終端の少なくとも一方に隣接するスリーブを超えて延びる。光学的に透明な材料製の円筒フェルールが、光ファイバの露出端の一部を包囲する。光学品質の樹脂材料を成型、硬化し、フェルールと光ファイバの露出端の実質的な部分とをカプセル化する。樹脂材料は、少なくとも１終端で光ファイバのファイバ先端と同一面となる。ファイバ束の端面は、所望の表面仕上げに研磨される。

本発明の光ファイバケーブル束構造は、光ファイバケーブル終端に以前使用されていた吸熱金属フェルールと吸熱エポキシ樹脂の両方を排除する。かかる要素の代わりに、非吸熱光学透明樹脂を、ファイバをともに固定するフェルールの代わりとして、またファイバ間の空隙を充填するために用いる。このようにして、本発明のかかる要素を利用することで、従来の既知の構造に比べて、終端の吸熱特性が大幅に減少される。

本発明の１実施例では、光ファイバケーブル束の終端を形成する方法が少なくとも以下の工程を含むと開示される。第１工程は、複数個のプラスチック光ファイバを包囲するスリーブを含む光ファイバケーブル束を提供することである。各光ファイバは、その各終端にファイバ先端を有する。次の工程は、スリーブの対応端を超えて、光ファイバのそれぞれの少なくとも一端を露出させるため、スリーブの一部を除去することである。次の工程は、第１径を有する第１フェルールを光ファイバの露出端上にスライドさせることである。第１フェルールは、光学的に透明な材料製である。

次の工程は、第１径よりも多少小さい第２径を有する第２フェルールを、第１フェルールに対して当接関係に、また光ファイバの露出端上にスライドさせることである。次の工程は、光ファイバの露出端上に第１フェルールをさらに移動し、第２フェルールをファイバ端付近に残し、少なくとも終端上で第１及び第２フェルールの間に空隙を生じることである。

次の工程は、空隙を埋め、第１及び第２フェルールとともに光ファイバの露出端を包囲するため、終端の周囲に光学品質の樹脂材料を成型することである。次の工程は、樹脂を硬化するため、樹脂材料を硬化させることである。次の工程は、終端で横断面を露出させるため、第２フェルールを包囲する樹脂材料を含むケーブル束から第２フェルールを分離することである。最終工程は、ファイバ先端と樹脂材料を含む横断面を所望仕上げまで研磨することである。

本方法は、ケーブルの終端の方法と構造をさらに向上するため、追加工程を含んでもよい。たとえば、第１及び第２フェルールを追加する前に、光ファイバの露出端を強制空気によってまず清掃してもよい。さらに、ファイバのパッキングファクタを増加するため、コードを利用して、露出ファイバ端をまず巻いてもよい。

本発明の方法を利用することで、パッキングファクタが従来の既知の構造よりも１０〜１５パーセントかそれ以上増加され、光ファイバ素材ではない終端の表面積の量を減少する。増加したパッキングファクタは、新規のデュアルフェルール技術を利用することで達成される。さらに、本方法は、すべての材料が光ファイバ材料か光学的に透明な樹脂材料である終端を達成し、吸熱特性を大幅に減少した。

本発明の遠隔照明システムは、従来の既知の構造に比べ大幅な改良を提供する。本発明のシステムにより、以前は不可能であった、高輝度光源と組み合わせたプラスチック光ファイバの利用が可能となる。本発明により、ファイバ間の空間を埋め、ファイバをたがいに保持し、光学的に透明な樹脂によって光ファイバの周囲に成型されるフェルール用にも、ケーブルの終端で光学的に透明な樹脂材料を使用することで、この構造が可能となる。さらに、本発明の方法を利用することで、終端のパッキングファクタを増加し、束の透過効率が増加する。前述の高速空気流と個別の空間構造が、ケーブルの終端を大幅な冷却を可能にすることで、システムの効率をさらに増加する。

ケーブル束の終端に入射する光エネルギーは、光ファイバと、ファイバを包囲する樹脂に多少吸収される。本発明は光学的に透明な樹脂を利用しているが、多少の光線によって発生した熱が終端に必然的に吸収される。本発明の成型方法を利用することにより、吸収された熱は、伝熱性により終端のより大きな体積に伝達される。本発明の空気流は、ケーブル束の終端上に成型される樹脂の長さに一致する幅に調整される。これにより、ケーブルの終端に吸収される全領域上に空気を導くことで、冷却性能が大幅に向上できる。

本発明の前記の及びその他の目的、特徴及び利点は以下の説明と添付図面と組み合わせて検討された場合に明白となる。以下の説明は、本発明の望ましい実施例を示しているが、例証を目的とし、制限するものではないことは言うまでもない。本発明の精神から逸脱することなく、本発明の範囲内で多くの変更と改変ができ、本発明はかかる改変をすべて含む。

本発明を構成する利点と特徴、及び本発明内に提供される典型的な仕組みの構造と操作の明確な概念は、添付の図面に図示され、本明細書の一部をなす例証的な、したがって非制限的な実施例を参照することで、さらに簡単に明白となり、同様の要素には同様の参照番号を付す。

本発明の実施例にしたがってそれぞれ構築された冷却ファンと光ファイバケーブルを有する光源アセンブリを含む遠隔照明システムを示す図。 本発明にしたがって構築された光ファイバケーブル束の終端を構成する創意のある工程の１実施例を説明するフローチャート。 本発明にしたがって構築された光ファイバケーブル束の終端を構成する創意のある工程の１実施例を説明するフローチャート。 図２の方法とフローチャートにしたがう製造の種々の段階での光ファイバケーブル束の終端を示す図。 図２の方法とフローチャートにしたがう製造の種々の段階での光ファイバケーブル束の終端を示す図。 図２の方法とフローチャートにしたがう製造の種々の段階での光ファイバケーブル束の終端を示す図。 図２の方法とフローチャートにしたがう製造の種々の段階での光ファイバケーブル束の終端を示す図。 成型孔内への終端の挿入時の図６の光ファイバケーブル束を示す図。 図７に図示される成型プロセス実行後の終端の一部の除去を示す図。 研磨プロセスを実行中の光ファイバケーブル束の終端を示す図。 本発明にしたがって構築された図１に図示する照明システム用の光源アセンブリの１実施例の上面部分切り欠き図。 図１０の光源アセンブリの側面図を示す図。 図１０の光源アセンブリの端面図を示す図。 図１に図示する照明システムの光源アセンブリの別の実施例の上面部分切り欠き図。 図１３の光源アセンブリの端面図。

（好ましい実施形態の詳細な説明）
次に図面を参照し、図１は、光源または照明装置２２と、遠隔位置に光エネルギーを搬送する光ファイバケーブル束２４とを有する遠隔照明システム２０の概略図を示す。照明システム２０は、光源２２付近に配されるケーブル束の光源端または終端２６を冷却する新規手段を含む本発明の複数の新規の態様を組み込んでいる。光ファイバケーブル束２４の光源端２６と遠隔終端２８は、それぞれ、本発明の新規の方法にしたがって製造される新規の構造を備えている。新規の冷却手段と、ケーブルの新規の終端構造により、束になっているプラスチック光ファイバを使用でき、さらに、遠隔照明システムの光線透過効率を実質的に増加する。

再び図１で、システム２０の概略図は、第１室３４と、別個の第２室または空間３６とを内部に区画する一体型エンクロージャまたはハウジング３２を備えた光源アセンブリ３０も含む。空間３６は、外壁３８ａと、第１室３４から空間を隔てる内壁３８ｂと、端壁３８ｃとを含む空間エンクロージャによって境界線を定められる。

電源４０が第１室３４内に配され、ランプを照射するための光源２２に電力を供給する。本実施例の光源２２は、大量の放射エネルギーを発するメタルハライド、キセノン、硫黄、その他同様のランプなどの高輝度ランプであることが望ましい。フィルタ、レンズ、その他の同様の要素の形態の光学要素４２を、所定の様態で光線を成形、集中、フィルタ、及び誘導するために照明装置２２の正面に配してもよい。ランプから投射光エネルギーが、ケーブルの光源端２６の横断面または表面４３に入射するように、ケーブル束の終端または光源端２６は、高輝度ランプ２２と光学要素４２に面するよう配される。

遠心送風機またはファン５０が第２室または空間３６内に配され、外空間壁３８ａまたは端壁３８ｃの一方に形成された空気入口５２を通して空気を引き込む。空気流は図では矢印「Ａ」で示されている。空気は、送風機５０によって矢印「Ａ」の方向に空間３６内を強制移動される。空気導管または通路５４は、内空間壁３８Ｂ内にケーブルの光源端２６付近に形成される。導管５４の構造とその性能上の特徴は図１０〜１４を参照して以下にさらに詳述される。空気は矢印「Ａ」の方向で第１室３４内を流れ続け、空気出口開口部すなわちイグゾースト５６を介して第１室とハウジング３２から出る。

図２は、光透過特性を改良した光ファイバケーブル束の終端を形成する工程の概略フローチャートを図示し、上昇した温度での耐久性を増加している。ブロック６０で示される第１工程は、光ファイバケーブル束を提供することで、該束はおおむね平行に配された複数個のプラスチック光ファイバから成る。プラスチック光ファイバはさまざまな異なる材料から製造できる。かかる望ましい材料の１つはポリメチルメタクリレートすなわちＰＭＭＡとして知られる。各光ファイバは、約０．１〜２．０ｍｍ以上の範囲の直径を有することができ、約１３ｍｍすなわち０．５インチ程度の直径を有するようにもできる。一方、従来のガラス製の光ファイバは直径が極めて小さく、約３０〜１００ミクロンの範囲などである。

プラスチック光ファイバを含むケーブルを選択すると、特定の用途のための特定長のケーブルが、連続した長さのケーブルから切断される。かかるケーブルは、典型的に、取扱及び使用中の要素及びその他の損傷から光ファイバを保護するため、ファイバを包囲するジャケットまたはスリーブを含む。ブロック６２は、ケーブルが所望長さに切断されることを示している。図３は、保護スリーブ６８によって包囲される複数個のプラスチック光ファイバ６６を含む光ファイバケーブル束２４の透視図を示す。

図２のブロック７０で示されるように、スリーブ材料６８の一部が切除され、ケーブル２４の長さの各端部から延びる該複数個の光ファイバ６６を露出する。かかるケーブル端６６は、図３ではスリーブ６８から延びるよう図示される。

ブロック７２に図示されるように、材料スリーブ６８から延びるケーブル端６６は取扱中にたまったほこりやごみを除去するために清掃できる。送風機７４からの強制空気が、例示を目的として図３に示されるように汚染物質を除去するために使用できる。

図２のブロック７８に図示されるように、図３に示されるようなファイバ６６の露出部の周囲にコードが螺旋状に巻かれる。コード８０は、コードがファイバ６６の自由または遠位端８２に接近するにしたがって、高い圧力をかけるような方法で巻かれる。このようにすると、露出ファイバ６６が、遠位端８２でたがいにより緊密に束ねられる。コード８０はいかなる構造のものでもよいが、１実施例では、露出ファイバ６６のクラッディング材料を損傷しないように、綿コードであることが望ましい。

図２に図示されるブロック８４で、円筒形の第１フェルール８６は、光ファイバ束２４の寸法によって決定される特定の内径と外径を有するよう選択または設けられる。第１フェルール８６は、ポリカーボネート材料などの光学的に透明な材料から製造されることが望ましい。図２のブロック８８に示され、図３と４に図示されるように、第１フェルール８６が、巻かれて露出されたケーブル端６６上に適用される。第１フェルール８６は露出ケーブル端上にスライドされ、図４に図示されるように、第１フェルール８６を超えて、ケーブル端の少なくとも３．８ｃｍ（１．５インチ）、望ましくは５．１〜７．６ｃｍ（２〜３インチ）を露出させることが望ましい。

図２のブロック９０に示されるように、コード８０はケーブル束上にスライドされる際に第１フェルール８６を超えて延びるファイバ６６の露出部から解放または巻を解かれる。第１フェルールが完全にファイバ６６上にあると、コード８０は除去される。ブロック９２で示されるように、次に、露出したファイバはたがいに本質的に平行になるように並列される。露出したファイバ６６は、アライメント工具を用いてたがいに平行に並列されるか、梳かれ、または手で並列される。ブロック９４で示され、図５に図示されるように、次に、第１フェルール８６は露出ファイバ６６の遠位端８２に向かって、遠位端８２付近までスライドして戻される。

図２のブロック９６と９８に示されるように、第２のやや小さいフェルール１００は、第１フェルール８６の内径よりも２〜３パーセント小さい内径を有するように選択される。次に第２フェルールは、露出ファイバ６６の遠位端８２上にスライドされ、図５に示されるように第１フェルール８６と当接関係に配される。次に、第２フェルール１００は露出ファイバ６６上にスライドされ、第２フェルールとともに露出ファイバ上に第１フェルール８６を押し戻す。第２フェルール１００が、露出ファイバ６６の遠位端８２上に完全に受け止められると、第２フェルールは、図６に図示されるように露出端付近の所定位置に残される。

図２のブロック１０２によると、第１フェルール８６は次に、スリーブ材料に向かって戻され、第１と第２フェルールの間に分離空間を形成する。この状態は図６にも図示される。この構成において、第１及び第２フェルール８６及び１００は、それぞれ、実質的に平行の並列状態に緊密に束ね、まとめられる。この方法を用いることで、パッキングファクタは約８０〜８５パーセント増加でき、現在既知の構造より大幅な向上となる。

図７のブロック１０６で示され、図７に図示されるように、光ファイバ束２４の終端をさらに成型するために型１０８が準備される。型１０８は、内部に円筒形の成型孔１１２を形成する円筒部または壁１１０を含む。壁１１０の底端は型カバー１１４によって閉じられ、覆われている。型カバー１１４は、たとえば図７に図示されるように、壁の下部端内にカバー１１４がねじ込まれるように、機械的ネジ山を用いるなど、適切ないずれの方法で円筒壁１１０を封止、係合する。上端は、型の開口部１１５を形成するように開放したままにされる。

図２のブロック１１６と１１８に示されるように、光学品質の樹脂材料１２０が選択され、開口部１１５を介して成型孔１１内に設置される。樹脂１２０は、カバー１１４によって内部に保持される状態で、図７で成型孔の底部に図示される。理想的な樹脂１２０は、ファイバ６６などと同様の光学特性を有するよう選択される。

図２のブロック１２２に示されるように、光ファイバ束２４の図６に図示される事前に準備された終端が、開口部１１５を介して成型孔１１２内に挿入される。孔１１２の内径は、第１及び第２フェルール８６、１００の外径よりそれぞれ約０．０２５〜０．０３８ｃｍ（０．０１〜０．０１５インチ）程度大きいことが望ましい。この許容範囲により、孔１１２とフェルールの外径との間に締まり嵌めを生じ、しかも、２個のフェルール８６と１００と、壁１１０との間の空間と、２個のフェルール間に形成される空隙とに樹脂を充填できる。終端は、樹脂１２０内に完全に浸漬されるように、図７では透視図で示してある。

次に、選択された光学品質の樹脂の固有の特徴と条件にしたがって、また図２のブロック１２４に示されるように、樹脂１２０が硬化される。樹脂が完全に硬化すると、図２のブロック１２６に示されるように、終端が型から外される。成型後の終端が図８に図示され、第１及び第２フェルール８６と１００の両方の周囲に成型された樹脂材料１２０と、２個のフェルール間の空隙のファイバ６６の露出部とを含む。次に、ケーブル２４の終端が、いずれかの従来の手段によって、成型孔１１２から外される。樹脂が硬化された後に、成型孔からの樹脂の分離を促進するために、型内に挿入する前に型１０８と終端とを準備することが必要となる場合がある。終端と型の表面を準備するために、特定の種類の市販の剥離剤がある。かかる物質は、樹脂が硬化した後に、２つの要素の分離を容易にする。さらに、樹脂が硬化した後に２つの要素を分離するため、力の適用が必要になることがある。

ブロック１２８で示されるように、次に、束の残りから、成型後に終端の一部を切断するため、図８に図示される切断装置１３０が利用される。第２フェルール１００と第２フェルール１００を包囲する樹脂１２０が除去され、横断面４３を露出させる。図８ａに図示されるように、該面は硬化樹脂１２０と、光ファイバの新たに露出された遠位端または先端１３４のみを露出する。

図２のブロック１３２で示されるように、光ファイバ束２４の各終端２６、２８の横断面は、成型、切断後、所定程度まで、望ましくは鏡品質仕上げまで研磨される。図９に図示されるように、成型された終端の先端または横断面４３に所望仕上げを得るためのものであればいずれの適切なプロセスでもよい。既知の手段としては、所望の鏡品質仕上げを得るために表面４３を研削及び研磨するラップ盤または研削盤１３６の利用を含む。

ケーブル２４を準備すると、本発明に従って遠隔照明システム２０で使用する準備が完了する。新規の終端構造と、該終端を製造する新規の方法は、複数の理由により既知の方法と構造を大幅に向上する。まず、従来のケーブル束構造よりもパッキングファクタが１０〜２０パーセント以上増加する。この事実のみでもケーブル２４の効率が増加する。２番目に、光学的に透明のフェルールと、光学品質の樹脂を使用することで、終端での吸収される光エネルギー量が大幅に減少する。したがって、入射エネルギーのほとんどは、出力または遠隔終端２８までファイバによって伝達される。このことが、ケーブル束の全効率をさらに向上する。

図１に図示されるように、本発明に従って構築された光ファイバ束２４は、照明装置３０のハウジング３２に接続される。終端２６と２８は、やはり図１に図示される成型・研磨表面４３をそれぞれ含む。前述の新規の構造を利用する利点の一つは、光学的に透明な成型樹脂材料１２０は大量の光エネルギーを吸収せず、その代わりに、前述の光ファイバで伝達されるエネルギーを通過させることにある。したがって、従来の既知の構造と比較して、光により発生するエネルギーが各終端に吸収され、保持されることが少ない。これにより、寿命が延び、終端を破壊する可能性が少なくなる。さらに、成型構造は、光ファイバ束２４の効率を増加する。光学樹脂材料１２０により吸収される光エネルギーが少なくなるため、エネルギーが光ファイバ内を遠隔終端２８まで伝達され、照射される領域に分配される。このようにして、照明システムの効率が向上される。したがって、標準の高輝度ランプからより多くの光線が終端２８の場所に分布できるか、同量の光線が、低出力または多少小型のランプアセンブリ２２を利用して分布できる。

かかる光ファイバを使用する以前に知られている遠隔照明システムは、約５０〜５５パーセントの効率で、すなわち、光エネルギーの４５〜５０パーセントは失われ、システムにより吸収され、照射する場所には伝達されない。一方、本発明は約８０〜８５パーセントの効率のケーブルを生産し、その結果、従来の既知の構造よりはるかに向上される。

別の利点は、光学品質の樹脂１２０は、高輝度光源２２によって発せられた多くの光エネルギーを吸収しない点にある。したがって、樹脂１２０は破壊される可能性が低く、光ファイバ６６から分離しない。したがって、樹脂は、光ファイバへの光エネルギーの透過を阻害しない。これが、この新規のシステムの効率をさらに高める。

次に、図１０〜１５を参照し、光ファイバ束２４の終端または光源端２６のための新規の冷却手段を開示する。図１は、光源アセンブリ３０の単純な概略を示す。図１０〜１５は、図１に開示される構造の複数の別の実施例をより詳細に図示する。そのことに留意し、図１と図１０〜１５の構造で同様の部品には同様の参照符号を付与している。新しいまたは代替の要素は、差異を際立たせるため、新しい参照符号を付与している。

次に図１０で、光源アセンブリ１５０は、図１に図示される概略に構造的に非常によく似せて図示される。光源アセンブリ１５０は、ファンまたは送風機５０の付近にルーバ式吸気口１５４を有するハウジング１５２を備えている。送風機５０は再び室または空間３６内に配され、光源アセンブリ２２に面して設けられる光ファイバ束２４の終端２６を横切って空気を導く小型の導管またはオリフィス５４を有する。ハウジング１５２は、ハウジング１５２内に束２４をしっかりと保持するための取付具１５６を備えている。光源アセンブリ１５０は、第１室３４と、電源４０と、光源２２もその内部に備えている。ディフューザまたは光学要素またはフィルタ４２も光源２２上に配されている。ルーバ式排気出口１６０が、図１の排気開口部５６の代わりに使用してある。ルーバ１５４と１６０はハウジング１５２に出入りする空気の方向を制御する。

本実施例の導管または空気通路５４は、空間または室３６の断面寸法よりもはるかに小さい直径を有するよう設計されている。小径にすることで、空気が導管５４を介して室３６から、束２４の終端２６を横切って通過する際に、送風機５０によって発せられる空気の速度を上げる。導管５４は、終端上を、終端を横切って空気流を直接導くよう正確に配され、設計されている。この点で、光源アセンブリ１５０の操作中に先端を低温に保つため、少しの空気流が、終端と横断面４３を横切って非常に高速で導かれる。

導管５４は、小さい開口部の形態でも、空気流の正確な方向及び速度制御を提供するため、テーパ付きノズルまたはベンチュリの形態でもよい。また、導管または通路５４は、所定幅を有する空気流を発するように構成することが望ましい。幅は、終端２６上にとどまる樹脂１２０の長さと実質的に同じであるよう意図される。これは、高速空気流により終端２６全体が冷却されるようにするためである。

図１３と１４は、多少異なる構造の光源アセンブリ１７０の別の実施例である。本質的に、送風機５０は空間または室３６内に配され、送風機から空間３６にそって比較的高速で大量の空気を導く。空間は、端部１７２で小径路または空間を形成するため、ハウジング１７４の一端１７２で大幅に狭くなる。大型の空間３６を介して送風機５０によって強制的に導かれる空気は、小型の室１７６内を通ってさらに高速で導かれる。ケーブルの終端を冷却するため、束２４の終端２６は小型の空間１７６内に露出し、したがって、高速空気流は、表面４３と束の終端２６全体を直接横切って押し出される。ここでも、小型の空間１７６の幅は、終端２６の長さとほぼ同じである。

本実施例は、ハウジング１７４の他端１８２に配されたオプションの排気ファン１８０も図示する。排気ファン１８０は、前述の先行技術の冷却手段と同様の室３４から暖かい空気を引き出すために用いてもよい。

本発明の光源アセンブリの各実施例は、光ファイバケーブル束２４の横断面４３と終端２６全体上に、正確に導かれた高速空気流を提供することを図示する。これは、ハウジングの第１室３４を通して吸気口から排気口へ単に空気を排出する従来の既知の方法よりも改良されている。本発明の新規の手段は、ケーブル束２４の横断面４３を含む終端２７のより効率的な冷却を提供する。

本発明のシステム全体で、高輝度照明装置と、システムにプラスチック光ファイバケーブル束の両方が併用できる。冷却ファンは、束の終端のみの上に細い高速空気流を導く。空気流の幅は、終端の長さに一致するよう調整される。横断面によって吸収される熱は、終端の樹脂の全長に伝達される。空気流が樹脂端全体を冷却する。終端構造は、金属フェルールやエポキシ樹脂などの従来の終端構造の吸熱要素を実質的にすべて排除する。本発明の終端を形成する方法は、高パッキングファクタまたはより緊密に束ねられたファイバを有するケーブル束端も製造する。

さらに、前記した実施形態および変形例より把握できる技術的思想について以下に記載する。
［付記１］照明装置であって、
第１室と、第１室とは別の第２空間とを内部に区画するハウジングエンクロージャと、
第１室内に保持され、発光端を有する高輝度光源と、
ハウジングに取り付けられ、スリーブ内に保持される複数の光ファイバと、光源の発光端に面するように配された光源端と、照射される領域に設置される遠隔端とを有する光ファイバケーブル束と、
第２空間内において第１速度にて移動する空気流を発生する、第２空間内に保持された空気移動装置と、
ケーブル束の光源端にわたって更に高い速度にて空気流を集中し、導くために該空間内に連通する空気通路とから成る照明装置。
［付記２］付記１に記載の照明装置であって、光源の発光端と光ファイバケーブル束の光源端との間に配された光学要素からさらに成る照明装置。
［付記３］付記１に記載の照明装置であって、該空気通路が、第１室と第２空間とを隔てる壁内に配され、第２空間より実質的に小さい断面積を有し、空気流がケーブル束に対して横断方向になるように位置決めされ、空気流が、ケーブル束の光源端の長さとほぼ同じ幅を有する照明装置。
［付記４］付記１に記載の照明装置であって、空気通路が第２空間の下流にある第３空間であり、その内部へ、ケーブル束の光源端が空気流に対して横断方向に延び、該第３空間が、第２空間より小さい断面積を有し、ケーブル束の光源端の長さとほぼ同じ幅を有する照明装置。
［付記５］付記１に記載の照明装置であって、
該空気移動装置と連通する周囲空気入り口と、
第１室に空気を出せるようにする、ハウジング内の排気出口とからさらに成る照明装置。
［付記６］１対の終端で終端する光ファイバケーブル束であって、
スリーブ内で互いに結束された複数の細長プラスチック光ファイバと、各光ファイバが各終端にファイバ先端を有することと、
スリーブを超えて、終端の少なくとも一方に隣接するまで延びる複数の光ファイバのそれぞれの露出端と、
光ファイバの露出端の一部を包囲する光学的に透明な材料から製造された、対向する開放端を有する円筒フェルールと、
フェルールと光ファイバの露出端の実質的な部分とをカプセル化するために成型、硬化される光学品質の樹脂材料と、該樹脂材料が、少なくとも一方の終端で光ファイバのファイバ先端と同一面上にあることとから成る光ファイバケーブル束。
［付記７］付記６に記載の光ファイバケーブル束であって、
光ファイバを露出させた各終端と、露出端を包囲する光学的に透明なフェルールと、各フェルールと各終端の露出光ファイバとをカプセル化するために成型、硬化される光学品質の樹脂材料とからさらに成る光ファイバケーブル束。
［付記８］付記６に記載の光ファイバケーブル束であって、該光ファイバがＰＭＭＡなどのプラスチック材料製である光ファイバケーブル束。
［付記９］付記６に記載の光ファイバケーブル束であって、各光ファイバが、少なくとも０．１ｍｍの直径を有する光ファイバケーブル束。
［付記１０］付記６に記載の光ファイバケーブル束であって、パッキングファクタが少なくとも８０パーセントの光ファイバ材料と、露出端の横断面で露出した最大でも２０パーセントの樹脂材料とからさらに成る光ファイバケーブル束。
［付記１１］光ファイバケーブル束の終端を形成する方法であって、
複数個のプラスチック光ファイバを包囲するスリーブを含む光ファイバケーブル束を提供する工程と、各光ファイバが各終端にファイバ先端を有することと、
スリーブの対応端を超えて、光ファイバの各々の一端を露出させるためにスリーブの一部を除去する工程と、
光ファイバの露出端上に、第１直径を有する第１フェルールをスライドさせる工程と、該第１フェルールが光学的に透明な材料製であることと、
第１直径よりも小さい第２直径を有する第２フェルールを、第１フェルールと当接関係に、光ファイバの露出端上にスライドさせる工程と、
第１及び第２フェルール間に空隙を形成するために、光ファイバの露出端上にさらに第１フェルールを移動する工程と、
該空隙を埋め、第１及び第２フェルールを含む光ファイバの露出端を包囲するように、光学品質の樹脂材料を成型する工程と、
該樹脂材料を硬化する工程と、
第２フェルールを包囲する樹脂材料を含むケーブル材料から第２フェルールを分離し、横断面を露出させる工程と、
ファイバ先端と樹脂材料を含む横断面を所望仕上げまで研磨する工程とから成る方法。
［付記１２］付記１１に記載の方法であって、
該除去工程の後に、露出した光ファイバを清掃する工程からさらに成る方法。
［付記１３］付記１１に記載の方法であって、
第１フェルールをスライドする工程の前に、ファイバ先端に近づくにつれて減少テーパ径に、露出端で光ファイバを緊密に束ねるために、光ファイバの露出端周囲にコードを巻きつける工程からさらに成る方法。
［付記１４］付記１１に記載の方法であって、
成型孔を内部に有する型を準備する工程と、
成型工程の前に、光学品質の樹脂を該成型孔に充填する工程とから成る方法。
［付記１５］付記１４に記載の方法であって、成型工程が、
硬化工程の前に、成型孔内で樹脂内にケーブル束の終端を浸漬する工程からさらに成る方法。
［付記１６］付記６に記載の方法であって、前記少なくとも一方の終端のファイバ先端は研磨される光ファイバケーブル束。
［付記１７］光ファイバケーブル束の終端を形成する方法であって、
それぞれの光ファイバが各端部においてファイバ先端を有する光ファイバケーブル束を与える工程と、
第１のフェルールと第２のフェルールとの間に空隙が形成されるように前記光ファイバの露出端上に第１及び第２フェルールを配する工程であって、第１フェルールは第１の直径を有するとともに光学的に透明な材料にて形成され、第２フェルールは第１の直径よりも小さい第２の直径を有する工程と、
該空隙を埋め、第１及び第２フェルールを有する光ファイバの露出端を包囲するように光学品質の樹脂材料を成形する工程と、
該樹脂材料を硬化する工程と、
第２フェルールを包囲する樹脂材料を含むケーブル束から第２フェルールを分離し、横断面を露出させる工程とから成る方法。

本発明を特定の実施例を参照して説明してきたが、本発明の精神と範囲から逸脱することなく、前述の発明に多くの他の変更と改変が行える。かかる変更の範囲と精神は、本明細書の特許請求の範囲を検討することで明白となる。したがって、本発明の範囲は、本明細書によってのみ限定されることを意図している。

Claims (1)

1. 光ファイバケーブル束の終端を形成する方法であって、
   それぞれの光ファイバが各端部において束ねられた光ファイバケーブル束を与える工程と、
   第１フェルールと第２フェルールとの間に空隙が形成されるように前記光ファイバケーブル束の端部に前記第１及び第２フェルールを前記第２フェルールがより端部になるように順次配する工程であって、前記第１フェルールは第１の内径を有するとともに光学的に透明な材料にて形成され、前記第２フェルールは前記第１の内径よりも小さい第２の内径を有する工程と、
   前記空隙を埋め、前記第１及び第２フェルールを配された前記光ファイバケーブル束の端部を包囲するように光学的に透明な樹脂材料を成形する工程と、
   該樹脂材料を硬化する工程と、
   前記第２フェルールを配され、前記樹脂材料で包囲された前記光ファイバケーブル束の端部から前記第２フェルールと前記第1フェルールの間を切断して、前記光ファイバケーブル束の横断面を露出させる工程と、
   を含む方法。

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