JPH04104209A - 光ビーム照射装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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、はんだ付は
用の加熱、線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。

〔従来の技術〕

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。

〔発明が解決しようとする課題〕

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
。

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、はんだ付は加熱用としてキ
セノンランプを用いた場合には、最も絞り込んだ位置（
ビームウェスト）でも直径５　ｉｎｓ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５
　ｍｍ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て損失が発生し、
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ての損失も同時に
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。

〔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、光ファイバとして、出射端のクラッドが除去されて
いて、その除去部が金属膜で被覆されている光ファイバ
素線を束ねたバンドルファイバを用いたものである。

〔作用〕

光ファイバ素線の出射端のクラッドが除去されているた
め、これらを束ねた光ファイバの出射端が細くなる。そ
のため、その先に設けられる縮小光学系での光漏損失を
最小限に抑えられる。また、光ファイバ素線の出射端は
クラッドが除去されている代わりに金属膜が施されてい
るので、そこでの漏光損失もほとんどない。しかも、光
ファイバの出射端におけるコア占有率が通常のバンドル
ファイバよりも高いため、高い光パワー密度を持つ照射
光が得られる。

〔実施例〕

第２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ｍ２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８０
０〜１１０００ｎ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ｖＬ２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。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。

ところで、光ファイバ３には複数の素線を束ねたバンド
ルファイバが用いられており、この素線には、出射端に
特殊な加工が施されたプラスチッククラッドファイバ（
Ｐ　ＣＦ）が用いられている。

第３図は、そのＰＣＦ素線の一端を示す斜視図である。

ＰＣＦ素線３１は、ガラス系材料のコア３２に対してプ
ラスチックのクラッド３３が用いられたものである。そ
して、出射端のクラッドが図示のように除去されており
、その除去部すなわちコア３２の露出部に金めっき３４
が施されている。金めっき３４が施されているのは、こ
こでの光漏損失を極力低く抑えるためてあり、楕円反射
鏡２の説明で述べたように、８００〜１１０００ｎの光
に対して損失の少ない金がめつき材料として用いられて
いる。また、素線としてプラスチッククラッドファイバ
が用いられているのは、コアとクラッドの材料の相違か
ら、クラッドのみを選択的に除去しやすいからである。

光ファイバ３は、このような素線を束ねたものであり、
第１図はその出射端部の形状を示すものである。各ＰＣ
Ｆ素線１３は、上述したように出射端部のクラッドが除
去されているため、これらを束ねて被ｆｆ１１１を施し
た光ファイバ３の出射端部１２も図示のように細くなっ
ており、しかも、コア占有率は非常に高いものとなって
いる。

つぎに、本実施例の動作を説明する。発光ランプ１から
発した光は、楕円反射鏡２で反射され、光ファイバ３の
入射端面に集光される。この光は光ファイバ３を経て出
射端から出射され、さらに、レンズ６で絞られて被照射
体４上の所望の場所のはんだを溶融する。

先ファイバ３の出射端は、第１図に示すように細くなっ
ているので、レンズ６ての光漏損失を小さく抑えながら
絞り込みをすることが可能である。

しかも、このときのコア面積は出射端が細くなったにも
かかわらす削減されていないため、光パワー密度は高く
なっている。見方を変えて、縮小光学系における光漏損
失の観点から出射端面の面積か定められているとすると
、本実施例の光ファイバは一般的なバンドルファイバよ
りもコア総面積が大きなものとすることができる。その
ため、入射端面における受光量を高くすることができ、
出射光の光パワー密度を高くすることができる。

本実施例の先ファイバ３の出射光量を通常のバンドルフ
ァイバの出射光量と比較したシミュレンヨン結果を示す
。ただし、ここでは出射端面の直径を等しくして比較し
た。具体的には、直径２００μｍのコアを持つＰＣＦ素
線で構成された本実施例の光ファイバ３を、コア径が１
８０μｍでクラツド径が２００μｍの光ファイバ素線を
そのまま束ねた通常のバンドルファイバと比較した。

この場合、コア占有率の増加による光量変化は１．２３
であり、クラッド除去および金めつき処理による光量変
化は０．９９であった（ただし、光の波長は６００〜２
０００ｎｍ）。したがって、総合的な光量変化は、 １．２３Ｘ０．９９−１．２２ となり、約２２？ｏの光パワー密度の増加が得られるこ
とかわかる。

本実施例では、ハンダ付は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てきる。

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。

本実施例では、光ファイバ３の入射端には同等特種加工
が施されていないが、出射端と同様にクラッドを部分的
に除去して金めつきを施せば、コア占有率を高めること
ができる。このようにすれば、楕円反射鏡２で集光され
た光の有効照射領域がその入射端面からはみださない限
り、同じ端面径の一般的なバンドルファイバに比べて入
射光を極めて効率よく取り込むことができる。

〔発明の効果〕

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をコア面積を変えずに通常のバ
ンドルファイバよりも細くすることができるので、その
先に設けられる縮小光学系での光漏損失を最小限に抑え
られる。したがって、高い光パワー密度を持つ照射光が
得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に用いられる光ファイバの先
端形状を示す斜視図、第２図は本発明の一実施例の全体
構成を示す図、第３図は第１図の光ファイバを構成して
いるＰＣＦ素線の先端形状を示す斜視図である。 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、６・・レンズ、７・
・・レンズホルダ、３１・・・ＰＣＦ素線、３２・・・
コア、３３・・・クラッド、３４・・・金めつき。 実抛例の環へ 第２回

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 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を備え、 前記光ファイバとして、出射端のクラッドが除去されて
   いてその除去部が金属膜で被覆されている光ファイバ素
   線を束ねたバンドルファイバが用いられていることを特
   徴とする光ビーム照射装置。 ２、光ファイバ素線がプラスチッククラッドファイバ（
   ＰＣＦ）であ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。 ３、光ファイバ素線の入射端のクラッドが除去されてい
   てその除去部が金属膜で被覆されていることを特徴とす
   る請求項１または２に記載の光ビーム照射装置。