JPS59166901A - 光伝送材 - 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】 本発明は光伝送材、特に光学系によって集光したＸ陽光
（−１−ｔノンランプなどの人工太陽を含む）を照明用
などの用途に長距離伝送する場合に適用して極めて有用
な光伝送材に関する。

従来光ファイバーの多数本を集束してなる光伝送材を用
匹て、集光した太陽光を伝洛することが提案されている
。しかしながらこのような光フアイバ一方式の光伝送材
では、受光端面に於て、クラッド部やファイバー間の隙
間に太陽光が入ってしまい、その受−光端面の有効受光
断面積は７０％程度にすぎず、受光端面に於ける受光Ｄ
スが大きい。またこのような問題を解消するために、受
光端面の近傍を変形してクラ６ツド部及びファイバー間
の隙間をなくすることによシ、有効受光断面積の拡大を
計ることが提案されているが、このような変形によ）強
制的に光を取り込んでも取シ込まれた光は＼無変形部の
各ファイバーへの移行時にかなシの部分が逃げてしまい
、実際にはあまシ効来がなく１受光Ｏスの問題は解決で
きない。

また光通信の分野でいわれているように、光導体は屈折
率によって決まる臨界角（斜入角に刻して伝送し得る限
界角であシ、これよシ大きい角度で入射した光は急速に
減衰して他端まで伝送されない）を有し、光ファイバー
の臨界角θＣは通常２０〜３０°といわれている。従っ
て光ファイバーに於て、この臨界角の範囲内で入射した
光は理想的にはその全部が損失なく、伝送されるはずで
あるが、実際にはコアー表面の微細な傷、汚れなどによ
シ、反射ごとにわずかに表面散乱を生じ、この散乱によ
シ臨界角外にはみ出す成分を生じ、減衰することが考え
られる。本発明者は光ファイバーの端面に垂直に入射し
て無反射で伝送される時し０くθくθＣ）の透過光量が
８０％以下になる角度を“受光角”と定線し、この受光
角につき検討したところ、光通信の分野のように光源が
レーザーである場合には、臨界角と受光角の区別はあま
シ重要でないが、光源が太陽光であるときは、臨界角に
比べ受光角がかなシ低下し、この低下度合は伝送距離が
長くなればなる程大きくなｐ１長距離伝送の場合、臨界
角以内で入射した光でもかなシの伝送０スを生じている
ことが判明した。この理由は定かでないが、光源がレー
ザーである場合は光ファイバーの端面に入射した光は通
常ｌＯ８以内であシ臨界角（２０〜３０°）よシかなシ
小さいので、仮に反射ごとに表面散乱を生じても臨界角
外へはみ出す成分が殆んどないことに加えて、このよう
な表面散乱を生ずる反射の回数（単位伝送距離当υ）が
少ないのに対し、太陽光の場合には入射角が臨界角まで
広がシ、臨界角に近い角度で入射した光は、反射ごとに
生ずる表面散乱にょシ一部が臨界角外にはみ出して減衰
することに加えこのような減衰を生ずる反射の回数（単
位伝送距離当シ）が臨界角に近いもの程多くなることが
大きく影響しているものと推察される。

本発明は光フアイバ一方式にみられるような受光ロスが
全くないと共に受光角を著しく改善し得るような高品質
、高性能の光伝送材を提供することを目的としてなされ
たもので、即ち本発明は、コア一部が直径がｌ０ＩＷよ
シ大きくて３Ｑｓｒｘよシ小さい透明合成石英０ツド単
体から構成されていることを特徴とする光伝送材に係る
。

本発明に於ては、コア一部を特に石英０ツド単体（直径
Ｄ　　１０１１１１＜Ｄ＜３０ｔｎｔ）　から構成した
ので、受光端面に受光ロスの原因となるようなりラッド
部や隙間が全くなくなシ、１００％の有効受光断面が得
られると共に、このような有効受光断面を全長を通じて
保持でき、受光０スの問題を一掃できる。更に第５図に
示すクラブから明がなように受光角を著しく改善でき、
長距離伝送にみられる伝送ロスも大巾に低減し得る。こ
の理由は、種々考えれるが、コア一部を通じて伝送され
る光の反射回数（単位伝送距離当シ）はコア一部の直径
に逆比例するので、本発明のように直径りが１０ｆｆく
Ｄ＜３０ｆｆの石英０ツドを用いてコア一部の直径を拡
大した場合は、その分反射回数が減ることになシ、これ
が受光角改善に大きく寄与しているものと考えられる。

このように本発明光伝送材は、１００％の有効受光断面
積を持ち受光ロスがなく、シかも受光角の改善によって
伝送ロスも少なく、高品質、高性質を有し、太陽光の伝
送に用いて極めて有用である。

以下に本発明の一実施例を添附図面にもとづき説明する
と次の通シである。

本発明光伝送材囚は、第１図に示すように従来の光ファ
イバーと同様にコア一部（１）と、該コア一部（１）を
被覆するクラッド部（２）からなシ、特にコア一部（１
）が透明合成石英ロッド単体から構成されてイルことを
特徴としている〇 石英ロッドとしては、透明を有するように合成されたも
のである限シ特に限定されないが、できるだけ吸光係数
及び表面きずの少ないものを用いることが好ましく、例
えば四塩化ケイ素を出発原料として成形した透明合成石
英ロッド（吸光系数：１．０８ＸＩＯα　（λ＝６３２
．８朋、屈折率：　１．４６　）を有利に使用できる。

石英ロッドの直径りは、これがあまシに小さいと受光角
の改善があ一！シ期待できなくなるのみならず１光学系
よシ集光された光源像がその受光端面よシはみ出し光源
像の全体を受光することができなくなシ、またこれがあ
ま９に大きすぎても、価格が高騰する割には、品質、性
能の向上をあまシ期待できないので、１０　ｍｔｉ＜Ｄ
＜　３０日、特に１０１厘＜Ｄ＜２０鯖程度がよい。

石英０ツドは製品に伸縮性と可撓性を付与するために、
第２図に示すように長さ方向に透明弾性ゴム層からなる
接続部（３）を介して順次接続することができる。接続
部（３）の間隔は特に限定されないが、間隙が小さすぎ
ると、接続部（３）の数が不必要に増えすぎて光伝送効
率面で好ましくない結果を招く虞れがあシ、また逆に大
きすぎると充分な伸縮性と可撓性を確保し得なくなるの
で、接続部（３）（３）間の間隔は０．５〜１Ｑｙｎ程
度、特に１〜４闘程度が好適である。

接続部（３）を構成するゴムとしては透明で且つ適度の
弾性を有する限シ特に限定されないが、できるだけ吸光
係数及び屈折率が石英に近いものを用いることが好まし
く、特にシリコンゴムは吸光係数が３×１０〜５Ｘ１０
　１ｍ　　、屈折率が１．４〜１．５と石英に近く且つ
機械的性質及び可視光、紫外光に対する耐光性も良好で
おるので最適である。

接続部（３）は第４図ａに示すように石英０ツドと同径
になるように形成されていることが望ましい。

尚接続部（３）をシリコンゴムよシ構成する場合は、シ
リコンゴムは０．９μ以上の波長の赤外線に対して比較
的弱いので、受光端面の手前でこのような赤外線を、例
えば熱線ガツトフィルタを用いて除去することが好まし
い。尚本発明に於て、このような接続？！　（３）の形
成は、工場生産時に形成される場合に加え、施工現場に
於て形成される場合がある。

コア一部（１）の周側部を空気中の塵その他の汚染物質
から保護するためにクラッド部（２）が設けられる。ク
ラッド部（２）の材質としては、透明度が高くて且つ光
屈折率ができるだけ小さいと共に、光学的、機械的に耐
久性のあるものであればよく、例えば弗素樹脂、シリコ
ン樹脂、無機弗化物などを例示できる。特に之等のうち
でも弗素樹脂は紫外線から赤外線にかけて広い範囲で透
明であシ、光屈折率は約１．４と低く、シかも耐光性穴
にして機械的保護効果に優れているので、最も好適であ
る。

第２〜４図に示すように、本発明に於ては、光伝送材囚
を必要に応じ防錆処理を施した金属管又は硬質合成樹脂
管などの保護管（４）を用いて保護するようにしてもよ
い。この場合保護管（４）と光伝送材囚との間にスペー
サ（５）にもとづく周隙（６ンを形成しておけば、との
周隙（６）の部分で機械的衝撃を緩衝したシ、保護管（
４）の変形を吸収したシできるので有利である。またス
ペーｔ（５）にょシ周隙（６）を密閉しておけば、周隙
（６）内への塵や雨水などの侵入を防止できる。スペー
サ（５）としては通常クラッド部（２）と同材質のもの
が用いられる。図中、（７）は保護管（４）を石英０ツ
ドの接続部（３）ごとに接続する管接手であシ、管接手
（７）としては、第４図ａに示すようなゴム製や或は第
４図、ｂに示すようなベローメ型など、伸縮性のあるも
のを使用することが好ましい。

第５図は、石英ロッド（直径１１１１１φ、長さ１６ｍ
）と石英ファイバー（直径！鱈φ、長さ１６ｍ）の受光
端面に於ける入射角（横軸）と光透過率（縦軸）の関係
を示すグラフであシ、図中（＝）は石英ロッドのグラフ
を、また＜ｂ＞は石英ファイバーのグラフを示している
。

尚第５図のグラフは、石英０ツドについては実測データ
（使用波長Ｈ，ｔ　−Ｎｚシーザλ＝６３２．泗）にも
とづき、また石英ファイバーについては推測データにも
とづき作成されたものである。推定の方法は次の様に行
った。即ち石英ロッドの実測データは、０ツドの直径を
ｄ（ＣＭ）、長さをｌｌ（３）とすると、端面反射を補
正した透過率（Ｔｉｎｔ）はα、βをパラメータとして
、入射角（のに対してなる式に良く合致する。ここでα
は用いた石英材料の消光係数、βは表面散油因子を意味
しており、夫々　α＝１．０８Ｘ１０　　（α） β＝　５．３８Ｘ　１０−４ と云う値を持っている。石英ファイバーの場合も石英材
質、表面状態が同じであると仮定すると、αｔβはロッ
ドと同じ値になシー違うのは直径（→だけと考えられる
から、これらの値を用いて推定できる。

第５図のクラブに於て破ｍ＜ｅ＞は透過光量が８０％に
減じた位置、即ち受光角を示し、この受光角は石英ロッ
ドの場合は半角で約２８°であるのに対し１石英ファイ
バーの場合は約９°であ）、本発明のようにコア一部と
して石英ロッドを用いることにより受光角を著しく改善
できることが判る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す１部切欠き正面図、第
２図はその変更態様の一例を示す縦断面図、第３図は第
２図の１−１９に沿う断面図、第４図ａ及び第４図６は
第２図の接続部の構造を示す拡大断面図、第５図は石英
０ツドと石英ファイバーの受光角の比較を示すクラブで
ある。 図に於て、（１）はコア一部、（２）はクラッド部、（
３）は接続部、（４）は保護管、（５）はスペーサ、（
６）は周隙、（７）は管接手である。 Ｃ以　上） 第１図　　　第２図 第６図 第４閃α 第４図ｂ 手続補正　書軸発） 昭和５８年７月６日 １、事件の表示 昭和５８年　特　許　願第４１１８６　　号３、補正を
する者 事件との関係　　特許出願人 ４、後代　　理　　人 大阪市東区平野町２の１０阜幇結盃内電話０６−２０３
−０９４１（代）自発 ６、補正により増加する発明の数 補　　正　　の　　内　　容 （１）　　明細書の記載を次の正誤表の通シ訂正する。 正誤表 Ｃ以　上）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ■　コア一部が直径が１０關よシ大きくて３０闘よシ小
   畑い透明合成石英Ｏラド単体から構成されていることを
   特徴とする光伝送材。 ■　コア一部を構成する透明合成石英ロッド単体が、弗
   素樹脂からなるクラッド部によシ被覆されていることを
   特徴とする特許請求の範囲第１項記載の光伝送材。 ■　コア一部を構成する透明合成石英ロッド単体が、透
   明弾性ゴムからなる接続部を介して順次長さ方向に接続
   されていることを特徴とする特許請求の範囲第１項又は
   第２項記載の光伝送材。 ■　接続部を構成する透明弾性ゴムがシリコンゴムであ
   ることを特徴とする特許請求の範囲第３項記載の光伝送
   材。 ■　コア一部を構成する透明合成石英Ｏラド単淋が、保
   護管内にスペーサの適用下に遊挿保持されていることを
   特徴とする特許請求の範囲第１項記載の光伝送材。