JP2895590B2 - Light beam irradiation device - Google Patents
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- Optical Fibers, Optical Fiber Cores, And Optical Fiber Bundles (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。Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a light beam irradiation apparatus which enables local irradiation by condensing light from a light source. The present invention relates to a light beam irradiation apparatus suitable for removing a coating film on a wire or heating a resin.
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。As this type of device, there is a device that includes a lamp that emits light to be irradiated, collects the light using a reflecting mirror, and then guides the light with an optical fiber to locally irradiate an object. Since this conventional device has an optical fiber interposed in the middle of the optical path, it has an advantage that the irradiation position can be moved while the light emitting lamp is fixed.
〔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。[Problems to be Solved by the Invention] However, conversely, since an optical fiber is used, there is also a problem that the optical power density is insufficient. The reason why the optical power density cannot be sufficiently obtained is as follows.
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、反射光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。The light condensed using the reflecting mirror has a certain degree of spread because the light source itself is not an ideal point light source. For example, when a xenon lamp is used as a light emitting lamp for heating for soldering, it has a diameter of about 5 mm even at the most narrowed position (beam waist). Therefore, an optical fiber having a diameter of 5 mm or more (usually a bundle fiber) is required to receive the signal without loss. It is also possible to further narrow down the light condensed using the reflected light using a lens or the like, but in this case, the optical power density is too high and the incident end face of the optical fiber may be destroyed. As such, the method is not available here.
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。On the other hand, light emitted from the emission end face of the optical fiber has a predetermined divergence angle. Therefore, in order to reduce the beam diameter, a reduction optical system (an optical system having a magnification of less than 1) using a lens is provided at the end of the emission end face of the optical fiber. The magnification of the reduction optical system can be reduced as the distance between the lens and the exit end face of the optical fiber is increased. However, if the distance between the lens and the emission end face of the optical fiber is increased, the light emitted from the optical fiber is spread as described above, so that the lens cannot catch the emitted light, resulting in loss. Therefore, in order to prevent this loss from occurring, the area of the exit end face of the optical fiber is reduced so that the magnification of the reduction optical system does not need to be reduced so much. It is desirable that the space between the optical system and the lens does not need to be widened.
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。As described above, if the diameter of the optical fiber is increased to prevent loss at the input end face of the optical fiber, a loss occurs at the output end face due to the necessity of reducing the magnification in the reduction optical system. If the diameter of the optical fiber is reduced in order to prevent the loss at the end, a loss occurs at the incident end face. Therefore, a sufficient optical power density cannot be obtained after all.
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。To solve this problem, it is theoretically possible to increase the diameter of the optical fiber in order to eliminate the loss at the input end face, and at the same time eliminate the loss at the output end face by increasing the lens diameter of the reduction optical system at the output end face. It is. However, if the lens diameter of the reduction optical system is increased, the tip of the optical fiber does not enter a narrow portion, which is extremely inconvenient.
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。An object of the present invention is to solve such a problem.
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。In order to solve the above-mentioned problems, a light beam irradiation apparatus according to the present invention provides a bundle in which an optical fiber has a cladding at an emission end removed and a removed portion of which is bundled with an optical fiber element covered with a metal film. It uses a fiber.
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。Since the cladding at the exit end of the optical fiber is removed, the exit end of the optical fiber bundled with these becomes thin.
Therefore, light leakage loss in the reduction optical system provided ahead can be minimized. Further, since the emission end of the optical fiber is coated with a metal film instead of removing the cladding, there is almost no light leakage loss there. Moreover,
Since the core occupancy at the output end of the optical fiber is higher than that of a normal bundle fiber, irradiation light having a high optical power density can be obtained.
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。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。FIG. 2 is a configuration diagram showing a light beam irradiation apparatus according to one embodiment of the present invention. The light beam irradiation device of the present embodiment is used as a heating means for soldering,
A xenon lamp 1 that emits light having a center wavelength of 800 to 1000 nm is used as a light source. The xenon lamp 1 is arranged so that its light emitting point 1a is located at the first focal point of the elliptical reflecting mirror 2. The reflecting surface of the elliptical reflecting mirror 2 is 800 to 1000 nm
Is plated with a metal having a low loss with respect to the light, for example, gold. One end face of the optical fiber 3 is disposed at the second focal point of the elliptical reflecting mirror 2, and all the light from the xenon lamp 1 reflected by the elliptical reflecting mirror 2 is incident on this end face of the optical fiber 3. You. The other end (output end) of the optical fiber 3 can freely move its position with respect to the irradiation target 4. At this exit end of the optical fiber 3, a lens 6 used as a reduction optical system is arranged supported by a lens holder 7.
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
（PCF）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であり、
楕円反射鏡２の説明で述べたように、800〜1000nmの光
に対して損失の少ない金がめっ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。By the way, a bundle fiber in which a plurality of strands are bundled is used for the optical fiber 3, and a plastic clad fiber (PCF) having a special processing at an emission end is used for the strand. FIG. 3 is a perspective view showing one end of the PCF strand. The PCF strand 31 has a core 32 made of a glass material and a plastic clad 33 used. Then, the cladding at the emission end is removed as shown in the figure, and the removed portion, that is, the exposed portion of the core 32 is plated with gold. The reason why the gold plating 34 is applied is to minimize the light leakage loss here.
As described in the description of the elliptical reflecting mirror 2, gold having a small loss with respect to light of 800 to 1000 nm is used as a plating material. The reason why the plastic clad fiber is used as the strand is that it is easy to selectively remove only the clad due to the difference in the material of the core and the clad.
光ファイバ３は、このような素線を束ねたものあり、
第１図はその出射端部の形状を示すものである。各PCF
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、これらを束ねて被覆11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。The optical fiber 3 is a bundle of such wires,
FIG. 1 shows the shape of the exit end. Each PCF
As described above, since the cladding of the emitting end of the strand 13 is removed, the emitting end 12 of the optical fiber 3 in which these are bundled and coated 11 is also thin as shown in FIG. The core occupancy is very high.
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。Next, the operation of this embodiment will be described. The light emitted from the light emitting lamp 1 is reflected by the elliptical reflecting mirror 2 and the optical fiber 3
Is condensed on the incident end face of. This light is emitted from the emission end via the optical fiber 3, is further narrowed down by the lens 6, and melts the solder at a desired location on the irradiation target 4.
光ファイバ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で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ず削減さ
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
端面の面積が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。Since the exit end of the optical fiber 3 is thin as shown in FIG. 1, it is possible to narrow down the light while keeping the light leakage loss at the lens 6 small. In addition, since the core area at this time is not reduced even though the emission end is narrowed, the optical power density is high. In other words, assuming that the area of the output end face is determined from the viewpoint of light leakage loss in the reduction optical system, the optical fiber of the present embodiment has a larger total core area than a general bundle fiber. Can be. Therefore, the amount of light received at the incident end face can be increased, and the optical power density of the emitted light can be increased.
本実施例の光ファイバ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ーション結果を
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180
μｍでクラッド径が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。The simulation result which compared the output light quantity of the optical fiber 3 of this Example with the output light quantity of a normal bundle fiber is shown. However, here, the diameters of the emission end faces were made equal and compared. Specifically, the optical fiber 3 of the present embodiment, which is constituted by a PCF strand having a core having a diameter of 200 μm, is
It was compared with a normal bundle fiber in which optical fiber strands having a diameter of 200 μm and a cladding diameter of 200 μm were directly bundled.
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っ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600〜2000nm）。
したがって、総合的な光量変化は、 1.23×0.99＝1.22 となり、約22％の光パワー密度の増加が得られることが
わかる。In this case, the change in the light amount due to the increase in the core occupancy was 1.23, and the change in the light amount due to the cladding removal and the gold plating treatment was 0.99 (however, the light wavelength was 600 to 2000 nm).
Therefore, the total change in light amount is 1.23 × 0.99 = 1.22, which indicates that an increase in optical power density of about 22% can be obtained.
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。In this embodiment, a xenon lamp is used as a light source for soldering, but other infrared light sources, such as a halogen lamp, may be used. The light source can be used not only for soldering but also for heating resin. Furthermore, if an ultraviolet light source is used as the light source, it can be used for removing a coating of a fine polyurethane wire (this coating is easily peeled off when irradiated with ultraviolet rays).
本実施例では、光ファイバ３の入射端には何等特殊加
工が施されていないが、出射端と同様にクラッドを部分
的に除去して金めっきを施せば、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。In this embodiment, the incident end of the optical fiber 3 is not subjected to any special processing, but if the cladding is partially removed and plated with gold as in the case of the exit end, the core occupancy can be increased. . In this way, as long as the effective irradiation area of the light condensed by the elliptical reflecting mirror 2 does not protrude from the incident end face, incident light can be extremely efficiently compared with a general bundle fiber having the same end face diameter. Can be captured.
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。As described above, according to the light beam irradiation apparatus of the present invention, since the emission end of the optical fiber can be made thinner than a normal bundle fiber without changing the core area, the reduction optical system provided ahead of it Light leakage loss can be minimized. Therefore, irradiation light having a high optical power density can be obtained.
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……金めっき。FIG. 1 is a perspective view showing a tip shape of an optical fiber used in one embodiment of the present invention, FIG. 2 is a diagram showing an entire configuration of one embodiment of the present invention, and FIG. 3 is an optical fiber of FIG. FIG. 3 is a perspective view showing a tip shape of a PCF strand constituting the wire. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Xenon lamp, 2 ... Elliptical reflecting mirror, 3 ... Optical fiber, 4 ... Irradiated object, 6 ... Lens, 7 ... Lens holder, 31 ... PCF strand, 32 ... Core, 33 …… Clad, 34 …… Gold plating.
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 昭57−84443（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G02B 6/26 G02B 6/30 - 6/34 G02B 6/42 G02B 6/04 Continued on the front page (72) Inventor Makoto Kobayashi 1006 Kadoma, Kazuma, Osaka Prefecture Inside Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. References JP-A-57-84443 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 6 , DB name) G02B 6/26 G02B 6 /30-6/34 G02B 6/42 G02B 6/04
Claims (3)
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。A light-emitting lamp, a reflecting mirror for condensing light from the light-emitting lamp, and an optical fiber for entering the light condensed by the reflecting mirror from one end and emitting the light from the other end; A light beam irradiating apparatus, wherein a bundle fiber is used as a fiber, in which a cladding at an emission end is removed and a removed portion is covered with a metal film and an optical fiber is bundled.
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。2. The light beam irradiation device according to claim 1, wherein the optical fiber is a plastic clad fiber (PCF).
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。3. The light beam irradiation apparatus according to claim 1, wherein the cladding at the incident end of the optical fiber is removed, and the removed portion is covered with a metal film.
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1990
- 1990-08-24 JP JP2223900A patent/JP2895590B2/en not_active Expired - Lifetime
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