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JP7619593B2 - Optical fiber bundle and optical fiber bundle device - Google Patents

Optical fiber bundle and optical fiber bundle device Download PDF

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JP7619593B2
JP7619593B2 JP2020146264A JP2020146264A JP7619593B2 JP 7619593 B2 JP7619593 B2 JP 7619593B2 JP 2020146264 A JP2020146264 A JP 2020146264A JP 2020146264 A JP2020146264 A JP 2020146264A JP 7619593 B2 JP7619593 B2 JP 7619593B2
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optical fiber
fiber bundle
tapered portion
face
light
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敏一 猪股
直史 本田
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Sumita Optical Glass Inc
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Sumita Optical Glass Inc
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Description

本発明は、光ファイババンドル及び光ファイババンドル装置に関する。 The present invention relates to an optical fiber bundle and an optical fiber bundle device.

従来の光ファイババンドルとして、端部において、光ファイバどうしを熱融着によりテーパ状に集束させたものがある(例えば、特許文献1)。特許文献1によれば、熱融着することにより、接着剤により固着させる場合に比べて、耐熱性を向上でき、また、テーパ状とすることにより、照射密度を増加させることができる、とされている。 Conventional optical fiber bundles include those in which optical fibers are thermally fused together at the end to form a tapered shape (see, for example, Patent Document 1). According to Patent Document 1, thermal fusion improves heat resistance compared to bonding with an adhesive, and the tapered shape increases the radiation density.

特開2006-047426号公報JP 2006-047426 A

しかしながら、上述した従来の光ファイババンドルにおいては、出射端面から出る光の量(以下、「出射光量」という。)に関し、さらなる向上の余地があった。 However, in the conventional optical fiber bundles described above, there was room for further improvement in the amount of light emitted from the output end face (hereinafter referred to as the "output light amount").

本発明は、出射光量を向上できる、光ファイババンドル及び光ファイババンドル装置を、提供することを目的とする。 The present invention aims to provide an optical fiber bundle and an optical fiber bundle device that can improve the amount of emitted light.

本発明の光ファイババンドルは、
複数の光ファイバを束ねてなる光ファイババンドルであって、
前記光ファイババンドルの少なくとも軸線方向一方側の端部が、テーパ状をなすテーパ部であり、
前記光ファイババンドルの少なくとも前記軸線方向一方側の端部において、前記テーパ部のうち少なくとも端面側の部分は、前記複数の光ファイバどうしが熱融着された熱融着部であり、
前記複数の光ファイバは、それぞれ、開口数NAが0.4以上である。
The optical fiber bundle of the present invention comprises:
An optical fiber bundle comprising a plurality of optical fibers,
At least one end of the optical fiber bundle in the axial direction is a tapered portion having a tapered shape,
At least an end surface side portion of the tapered portion at least on one side of the end portion in the axial direction of the optical fiber bundle is a heat fused portion in which the optical fibers are heat fused to each other,
Each of the optical fibers has a numerical aperture NA of 0.4 or more.

本発明の光ファイババンドルにおいて、
前記光ファイババンドルの前記軸線方向一方側の端部は、入射端部であると、好適である。
In the optical fiber bundle of the present invention,
It is preferable that the end portion on one side in the axial direction of the optical fiber bundle is an input end portion.

本発明の光ファイババンドルにおいて、
前記複数の光ファイバは、それぞれ、開口数NAが0.5以上であると、好適である。
In the optical fiber bundle of the present invention,
It is preferable that each of the plurality of optical fibers has a numerical aperture NA of 0.5 or more.

本発明の光ファイババンドルにおいて、
前記複数の光ファイバは、それぞれ、開口数NAが0.7以上であると、好適である。
In the optical fiber bundle of the present invention,
It is preferable that each of the plurality of optical fibers has a numerical aperture NA of 0.7 or more.

本発明の光ファイババンドルにおいて、
前記テーパ部の端面に入射した光の一部が、前記熱融着部の内部において、クラッドに入った後にコアに閉じ込められるように構成されていると、好適である。
In the optical fiber bundle of the present invention,
It is preferable that a part of the light incident on the end face of the tapered portion is confined in the core after entering the cladding inside the thermal fusion portion.

本発明の光ファイババンドルにおいて、
前記光ファイババンドルの中心軸線に沿った断面において、前記テーパ部の外周面は、前記テーパ部の端面に至るまでにわたって、前記端面に向かうにつれて前記中心軸線に向かうように直線状に延在していると、好適である。
In the optical fiber bundle of the present invention,
It is preferable that, in a cross section taken along the central axis of the optical fiber bundle, the outer peripheral surface of the tapered portion extends linearly toward the central axis as it approaches the end face of the tapered portion.

本発明の光ファイババンドルにおいて、
前記熱融着部の内部において、各コアの直径が、前記テーパ部の端面に向かうにつれて徐々に小さくなっていると、好適である。
In the optical fiber bundle of the present invention,
It is preferable that, inside the heat-sealed portion, the diameter of each core gradually decreases toward the end face of the tapered portion.

本発明の光ファイババンドル装置は、
上記の光ファイババンドルと、
光源と、
を備え、
前記光源からの光が、前記光ファイババンドルの前記軸線方向一方側の端部の端面に入射するように構成されている。
The optical fiber bundle device of the present invention comprises:
The optical fiber bundle described above;
A light source;
Equipped with
The optical fiber bundle is configured so that light from the light source is incident on an end face of the end on one side in the axial direction.

本発明によれば、出射光量を向上できる、光ファイババンドル及び光ファイババンドル装置を、提供することができる。 The present invention provides an optical fiber bundle and an optical fiber bundle device that can improve the amount of emitted light.

本発明の一実施形態に係る光ファイババンドル装置を概略的に示す、概略図である。1 is a schematic diagram showing an optical fiber bundle device according to one embodiment of the present invention; 図1の光ファイババンドルの構成について説明するための図面である。2 is a diagram for explaining the configuration of the optical fiber bundle of FIG. 1 . 図1の光ファイババンドルの作用について説明するための図面である。2 is a diagram for explaining the operation of the optical fiber bundle of FIG. 1; 図1の光ファイババンドルのテーパ部を形成する方法の一例を説明するための図面である。2 is a diagram for explaining an example of a method for forming a tapered portion of the optical fiber bundle of FIG. 1 . 図1の光ファイババンドル装置が内視鏡として構成された場合の構成例を概略的に示す、概略図である。2 is a schematic diagram showing an example of a configuration in which the optical fiber bundle device of FIG. 1 is configured as an endoscope; FIG. 実施例及び比較例の実験結果を示すグラフである。1 is a graph showing experimental results of an example and a comparative example.

本発明の光ファイババンドル及び光ファイババンドル装置は、光ファイババンドル及び光源を備えた任意の装置に利用できるが、例えば、照明器具、又は、工業用若しくは医療用の内視鏡に、特に好適に利用できるものである。
以下、本発明に係る、光ファイババンドル及び光ファイババンドル装置の実施形態について、図面を参照しながら例示説明する。
各図において共通する構成要素には同一の符号を付している。
The optical fiber bundle and optical fiber bundle device of the present invention can be used in any device equipped with an optical fiber bundle and a light source, but is particularly suitable for use in, for example, lighting fixtures or industrial or medical endoscopes.
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, an embodiment of an optical fiber bundle and an optical fiber bundle device according to the present invention will be described with reference to the drawings.
In each drawing, the same components are denoted by the same reference numerals.

図1は、本発明の一実施形態に係る光ファイババンドル装置1を概略的に示している。光ファイババンドル装置1は、光ファイババンドル2と、1つ又は複数(図1の例では1つ)の光源3と、を備えている。光ファイババンドル装置1は、光ファイババンドル及び光源を備えた任意の装置として構成されることができるが、例えば、照明器具、又は、工業用若しくは医療用の内視鏡(図5)として、特に好適に構成されることができる。光ファイババンドル装置1が、照明器具、又は、工業用若しくは医療用の内視鏡として構成される場合、光ファイババンドル2は、ライトガイドとして構成されると、好適である。 Figure 1 shows a schematic diagram of an optical fiber bundle device 1 according to one embodiment of the present invention. The optical fiber bundle device 1 includes an optical fiber bundle 2 and one or more (one in the example of Figure 1) light sources 3. The optical fiber bundle device 1 can be configured as any device including an optical fiber bundle and a light source, but is particularly suitable as, for example, a lighting device or an industrial or medical endoscope (Figure 5). When the optical fiber bundle device 1 is configured as a lighting device or an industrial or medical endoscope, it is suitable for the optical fiber bundle 2 to be configured as a light guide.

図2は、図1の光ファイババンドル2の構成について説明するための図面である。光ファイババンドル2は、複数の光ファイバ25(図2)を束ねてなるものである。図1及び図2に示すように、光ファイババンドル2の少なくとも軸線方向一方側の端部21は、テーパ状をなすテーパ部23である。図1の例では、光ファイババンドル2の軸線方向一方側の端部21のみが、テーパ部23である。ただし、光ファイババンドル2の軸線方向両側の端部21、22が、テーパ部23であってもよい。
なお、本明細書において、「軸線方向」とは、光ファイババンドル2の中心軸線(光軸線)Oに平行な方向である。
光ファイババンドル2の軸線方向一方側の端部21は、入射端部である。光ファイババンドル2の軸線方向他方側の端部22は、出射端部である。すなわち、光ファイババンドル2の少なくとも入射端部21は、テーパ部23であり、光ファイババンドル2の出射端部22は、テーパ部23であってもなくてもよい。
光ファイババンドル装置1は、光源3からの光が、光ファイババンドル2の軸線方向一方側の端部21の端面21t(ひいては、テーパ部23の端面23t)に入射し、光ファイババンドル2の軸線方向他方側の端部22の端面22tから出射するように構成されている。
Fig. 2 is a diagram for explaining the configuration of the optical fiber bundle 2 in Fig. 1. The optical fiber bundle 2 is formed by bundling a plurality of optical fibers 25 (Fig. 2). As shown in Figs. 1 and 2, at least an end portion 21 on one axial side of the optical fiber bundle 2 is a tapered portion 23 having a tapered shape. In the example of Fig. 1, only the end portion 21 on one axial side of the optical fiber bundle 2 is the tapered portion 23. However, the end portions 21, 22 on both axial sides of the optical fiber bundle 2 may be the tapered portions 23.
In this specification, the “axial direction” refers to a direction parallel to the central axis (optical axis) O of the optical fiber bundle 2 .
An end 21 on one axial side of the optical fiber bundle 2 is an input end. An end 22 on the other axial side of the optical fiber bundle 2 is an output end. In other words, at least the input end 21 of the optical fiber bundle 2 is a tapered portion 23, and the output end 22 of the optical fiber bundle 2 may or may not be a tapered portion 23.
The optical fiber bundle device 1 is configured so that light from the light source 3 enters the end face 21t of the end 21 on one axial side of the optical fiber bundle 2 (and thus the end face 23t of the tapered portion 23) and exits from the end face 22t of the end 22 on the other axial side of the optical fiber bundle 2.

図1~図2の例では、光ファイババンドル2は、軸線方向一方側の端部21と軸線方向他方側の端部22とを、それぞれ1つのみ有している。また、光ファイババンドル装置1は、光源3を、1つのみ有している。
ただし、図示は省略するが、光ファイババンドル2は、軸線方向一方側で分岐されることにより、軸線方向一方側の端部21を複数有してもよい。その場合、光ファイババンドル装置1は、光ファイババンドル2の軸線方向一方側の端部21ごとに、光源3を有する。これら複数の軸線方向一方側の端部21のうち少なくとも1つ(好適には全て)の端部21は、テーパ部23とする。そして、各光源3からの光が、光ファイババンドル2においてそれぞれ対応する軸線方向一方側の端部21の端面21tに入射し、光ファイババンドル2の軸線方向他方側の端部22の端面22tから出射する。
かつ/又は、光ファイババンドル2は、軸線方向他方側で分岐されることにより、軸線方向他方側の端部22を複数有してもよい。
1 and 2, the optical fiber bundle 2 has only one end 21 on one axial side and only one end 22 on the other axial side. Also, the optical fiber bundle device 1 has only one light source 3.
However, although not shown in the drawings, the optical fiber bundle 2 may have a plurality of end portions 21 on one side in the axial direction by being branched on one side in the axial direction. In this case, the optical fiber bundle device 1 has a light source 3 for each end portion 21 on one side in the axial direction of the optical fiber bundle 2. At least one (preferably all) of the plurality of end portions 21 on one side in the axial direction is a tapered portion 23. Light from each light source 3 is incident on an end face 21t of the end portion 21 on one side in the axial direction corresponding to the optical fiber bundle 2, and is emitted from an end face 22t of the end portion 22 on the other side in the axial direction of the optical fiber bundle 2.
And/or, the optical fiber bundle 2 may be branched on the other axial side to have a plurality of end portions 22 on the other axial side.

図2(b)は、光ファイババンドル2の軸線方向両側の端部21、22どうしの間の中間部24の軸直方向の断面を示している。ここで、「軸直方向」とは、光ファイババンドル2の軸線方向に垂直な方向である。
図2(b)に示すように、光ファイババンドルを構成する各光ファイバ25は、それぞれ、コア251とクラッド252とを有している。クラッド252は、コア251の外周側を覆っている。クラッド252の屈折率nは、コア251の屈折率nよりも小さい。
中間部24の全体において、複数の光ファイバ25どうしは、図2(b)に示すように、互いに固着されていなくてもよい。この場合、光ファイババンドル2が任意の方向に曲げやすくなる。あるいは、中間部24の一部又は全体において、複数の光ファイバ25どうしは、互いに固着(接着剤を介した接着、又は、熱融着)されていてもよい。
図2(b)に示すように、中間部24において、各光ファイバ25のコア251及びクラッド252は、それぞれ、円形の外縁形状を有していると、好適である。
中間部24において、各光ファイバ25は、軸線方向に平行に延在している。
2B shows a cross section in a direction perpendicular to the axis of an intermediate portion 24 between the ends 21, 22 on both sides in the axial direction of the optical fiber bundle 2. Here, the "direction perpendicular to the axis" refers to a direction perpendicular to the axial direction of the optical fiber bundle 2.
2B, each of the optical fibers 25 constituting the optical fiber bundle has a core 251 and a clad 252. The clad 252 covers the outer periphery of the core 251. The refractive index n2 of the clad 252 is smaller than the refractive index n1 of the core 251.
2B, the optical fibers 25 may not be bonded to each other throughout the entire intermediate portion 24. In this case, the optical fiber bundle 2 can be easily bent in any direction. Alternatively, the optical fibers 25 may be bonded to each other (by adhesive or by heat fusion) throughout part or the entire intermediate portion 24.
As shown in FIG. 2B, in the intermediate portion 24, it is preferable that the core 251 and the cladding 252 of each optical fiber 25 each have a circular outer edge shape.
In the intermediate portion 24, the optical fibers 25 extend parallel to the axial direction.

光ファイババンドル2は、その軸線方向他方側の端部22において、複数の光ファイバ25どうしが、互いに固着(接着剤を介した接着、又は、熱融着)されている。光ファイババンドル2の軸線方向他方側の端部22の端面22tは、軸直方向に平行である。 At the end 22 on the other axial side of the optical fiber bundle 2, the optical fibers 25 are fixed to each other (by adhesive or by thermal fusion). The end face 22t of the end 22 on the other axial side of the optical fiber bundle 2 is parallel to the axial direction.

光ファイババンドル2は、その軸線方向の一部又は全部において、複数の光ファイバ25の外周側を覆う、管状部材(例えば、後に図4を参照しつつ説明する管状部材81)を、さらに備えてもよい。 The optical fiber bundle 2 may further include a tubular member (e.g., a tubular member 81, which will be described later with reference to FIG. 4) that covers the outer periphery of the optical fibers 25 in part or all of its axial direction.

テーパ部23は、図2(a)、図2(c)、図2(d)に示すように、テーパ状をなしており、また、光ファイババンドル2の少なくとも軸線方向一方側の端部21において、テーパ部23のうち少なくとも端面23t側の部分は、複数の光ファイバ25どうしが接着剤を介さずに熱融着された熱融着部26である。図2(c)は、熱融着部26の軸直方向の断面を示している。熱融着部26は、テーパ部23の端面23tから熱融着部26の終端面26eまでにわたって延在している。ここで、熱融着部26の「終端面26e」は、熱融着部26のうち、テーパ部23の端面23tから軸線方向に最も離れた位置における、軸直方向に平行な仮想端面である。図2の例において、熱融着部26の終端面26eは、テーパ部23の端面23tとテーパ部23の根元面23rとの間に位置している。ただし、熱融着部26の終端面26eは、テーパ部23の根元面23rに位置していてもよい。ここで、テーパ部23の「根元面23r」は、テーパ部23のうち、テーパ部23の端面23tから軸線方向に最も離れた位置における、軸直方向に平行な仮想端面である。図2(d)は、テーパ部23の端面23tを示している。テーパ部23の端面23tは、軸直方向に平行である。
図2(c)、図2(d)に示すように、熱融着部26において、各光ファイバ25のクラッド252どうしは、一体となっている。熱融着部26において、この一体となったクラッド252は、各光ファイバ25のコア251を覆っているとともに、コア251どうしの間の隙間を完全に又は部分的に埋めている。
光ファイババンドル2は、熱融着部26において複数の光ファイバ25どうしが接着剤を介さずに熱融着されているので、仮に光ファイバ25どうしが接着剤によって固着された場合に比べて、耐熱性を向上できる。
本明細書において、テーパ部23に関し、「テーパ状」とは、光ファイババンドル2の中心軸線Oに沿った断面において、テーパ部23の外周面23sが、テーパ部23の根元面23rから端面23tに至るまでにわたって、端面23tに向かうにつれて中心軸線Oに向かうように直線状に延在していることを指す。
The tapered portion 23 is tapered as shown in Fig. 2(a), Fig. 2(c), and Fig. 2(d), and at least the portion of the tapered portion 23 on the end face 23t side at least on one axial end 21 of the optical fiber bundle 2 is a heat fused portion 26 in which a plurality of optical fibers 25 are heat fused to each other without using an adhesive. Fig. 2(c) shows a cross section of the heat fused portion 26 in the direction perpendicular to the axis. The heat fused portion 26 extends from the end face 23t of the tapered portion 23 to the terminal face 26e of the heat fused portion 26. Here, the "terminal face 26e" of the heat fused portion 26 is a virtual end face parallel to the direction perpendicular to the axis at the position of the heat fused portion 26 farthest from the end face 23t of the tapered portion 23 in the axial direction. In the example of Fig. 2, the end surface 26e of the heat fusion portion 26 is located between the end surface 23t of the tapered portion 23 and the root surface 23r of the tapered portion 23. However, the end surface 26e of the heat fusion portion 26 may be located at the root surface 23r of the tapered portion 23. Here, the "root surface 23r" of the tapered portion 23 is a virtual end surface of the tapered portion 23 that is parallel to the axial direction at a position of the tapered portion 23 that is the furthest from the end surface 23t of the tapered portion 23 in the axial direction. Fig. 2(d) shows the end surface 23t of the tapered portion 23. The end surface 23t of the tapered portion 23 is parallel to the axial direction.
2(c) and 2(d), the clads 252 of the optical fibers 25 are integrated with each other at the heat fusion portion 26. At the heat fusion portion 26, the integrated clads 252 cover the cores 251 of the optical fibers 25 and completely or partially fill the gaps between the cores 251.
In the optical fiber bundle 2, the optical fibers 25 are thermally fused to each other at the thermal fusion portion 26 without the use of adhesive, and therefore the heat resistance can be improved compared to the case where the optical fibers 25 are fixed to each other by adhesive.
In this specification, with respect to the tapered portion 23, "tapered" means that, in a cross section taken along the central axis O of the optical fiber bundle 2, the outer peripheral surface 23s of the tapered portion 23 extends linearly from the base surface 23r of the tapered portion 23 to the end surface 23t, and toward the central axis O as it approaches the end surface 23t.

図3は、中心軸線Oに沿ったテーパ部23における熱融着部26の断面を拡大して示している。図3に示すように、光ファイババンドル2の中心軸線Oに沿った断面において、テーパ部23(ひいては熱融着部26)では、各コア251とクラッド252との間の各界面が、光ファイババンドル2の中心軸線O上にある界面を除いて、それぞれ、テーパ部23の根元面23rから端面23tに至るまでにわたって、中心軸線Oに対して鋭角で傾斜しており、具体的には、端面23tに向かうにつれて中心軸線Oに向かうように直線状に延在している。光ファイババンドル2の中心軸線O上にある界面は、軸線方向に平行に延在している。また、光ファイババンドル2の中心軸線Oに沿った断面において、テーパ部23(ひいては熱融着部26)では、各コア251とクラッド252との間の各界面の、中心軸線Oに対する傾斜角度が、中心軸線Oから離れた位置にある界面ほど、大きい。
図2(c)及び図2(d)に示すように、熱融着部26の内部において、各コア251の直径は、テーパ部23の端面23tに向かうにつれて徐々に小さくなっている。また、図2(c)及び図2(d)に示すように、熱融着部26の内部において、コア251どうしの間の間隔g(ひいては、クラッド252の厚み)は、テーパ部23の端面23tに向かうにつれて徐々に小さくなっている。ここで、「コア251どうしの間の間隔g」は、互いに隣接する一対のコア251どうしの間の間隔が最小となる位置で測るものとする。
図2(c)及び図2(d)に示すように、テーパ部23(ひいては熱融着部26)は、円形の外縁形状を有していると、好適である。また、テーパ部23(ひいては熱融着部26)において、各コア251は、円形の外縁形状を有していると、好適である。
3 shows an enlarged cross section of the heat-sealed portion 26 in the tapered portion 23 along the central axis O. As shown in FIG. 3, in the cross section along the central axis O of the optical fiber bundle 2, in the tapered portion 23 (and thus the heat-sealed portion 26), each interface between each core 251 and the clad 252 is inclined at an acute angle with respect to the central axis O from the base surface 23r of the tapered portion 23 to the end surface 23t, except for the interface on the central axis O of the optical fiber bundle 2, and specifically, extends linearly toward the central axis O toward the end surface 23t. The interface on the central axis O of the optical fiber bundle 2 extends parallel to the axial direction. Also, in the cross section along the central axis O of the optical fiber bundle 2, in the tapered portion 23 (and thus the heat-sealed portion 26), the inclination angle of each interface between each core 251 and the clad 252 with respect to the central axis O is larger as the interface is located farther away from the central axis O.
2(c) and 2(d), inside the heat-sealed portion 26, the diameter of each core 251 gradually decreases toward the end face 23t of the tapered portion 23. Also, as shown in Fig. 2(c) and 2(d), inside the heat-sealed portion 26, the distance g between the cores 251 (and thus the thickness of the cladding 252) gradually decreases toward the end face 23t of the tapered portion 23. Here, the "distance g between the cores 251" is measured at a position where the distance between a pair of adjacent cores 251 is smallest.
As shown in Figures 2(c) and 2(d), it is preferable that the tapered portion 23 (and thus the heat-sealed portion 26) has a circular outer edge shape. It is also preferable that each core 251 in the tapered portion 23 (and thus the heat-sealed portion 26) has a circular outer edge shape.

光ファイババンドル2を構成する複数の光ファイバ25は、それぞれ、開口数NAが0.4以上である。
光ファイバ25の開口数NAは、コア251の屈折率をnとし、クラッド252の屈折率をnとし、光ファイバ25の外部が空気(屈折率が1)とすると、

Figure 0007619593000001
の式により求められる。コアの屈折率n、クラッドの屈折率nは、例えば、コア251及びクラッド252がガラスから構成される場合、日本光学硝子工業会規格における「光学の屈折率測定方法」を用いて測定して得られる。
式(1)において、θは、光ファイバ25の受光角度(開口角とも呼ばれる)である。 Each of the optical fibers 25 constituting the optical fiber bundle 2 has a numerical aperture NA of 0.4 or more.
If the refractive index of the core 251 is n1 , the refractive index of the cladding 252 is n2 , and the outside of the optical fiber 25 is air (refractive index is 1), then the numerical aperture NA of the optical fiber 25 is given by:
Figure 0007619593000001
The refractive index n 1 of the core and the refractive index n 2 of the cladding are obtained by measuring using the "Optical Refractive Index Measuring Method" in the standard of the Japan Optical Glass Industry Association, for example, when the core 251 and the cladding 252 are made of glass.
In equation (1), θ is the light receiving angle (also called the aperture angle) of the optical fiber 25 .

光ファイババンドル2を構成する複数の光ファイバ25のそれぞれの開口数NAの調整は、各光ファイバ25のそれぞれのコア251及びクラッド252の組成の調整により行うことができる。
光ファイババンドル2を構成する各光ファイバ25のコア251及びクラッド252は、それぞれ、例えば、多成分系ガラスあるいは石英系ガラス等、任意の組成のガラス、又は、プラスチック等から構成されてもよい。各光ファイバ25は、コア251及びクラッド252のうち少なくとも一方が多成分系ガラスから構成されていると好適であり、コア251及びクラッド252の両方が多成分系ガラスから構成されているとさらに好適である。
The numerical aperture NA of each of the optical fibers 25 constituting the optical fiber bundle 2 can be adjusted by adjusting the composition of the core 251 and the cladding 252 of each of the optical fibers 25 .
The core 251 and the cladding 252 of each optical fiber 25 constituting the optical fiber bundle 2 may each be made of glass of any composition, such as multi-component glass or quartz glass, or plastic. It is preferable that at least one of the core 251 and the cladding 252 of each optical fiber 25 is made of multi-component glass, and it is more preferable that both the core 251 and the cladding 252 are made of multi-component glass.

テーパ部23(ひいては熱融着部26)がテーパ状であること、かつ、光ファイババンドル2を構成する複数の光ファイバ25のそれぞれの開口数NA(以下、単に「開口数NA」という。)が0.4以上であることにより、光ファイババンドル2は、テーパ部23の端面23tに入射した光の一部が、テーパ部23における熱融着部26の内部において、クラッド252に入った後にコア251に閉じ込められるように構成されている。このことについて、図3を参照しつつ説明する。
従来一般的な光ファイババンドルの場合と同様に、光源3からテーパ部23の端面23tにおいてコア251又はクラッド252に入射した光のうち、コア251からクラッド252に最初に入射したときの入射角度(以下、「初期入射角度」という。)θ1が光ファイバ25の臨界角θcよりも大きい光は、コア251とクラッド252との間の界面で全反射して、コア251に閉じ込められたままコア251内で伝送され、光ファイババンドル2の出射端部22の端面22tから出射される。また、従来一般的な光ファイババンドルの場合と同様に、光源3からテーパ部23の端面23tにおいてコア251又はクラッド252に入射した光のうち、コア251からクラッド252への初期入射角度θ1が光ファイバ25の臨界角θcと等しい光は、コア251とクラッド252との間の界面に沿って移動しながら(ひいては、コア251に閉じ込められたまま)伝送され、光ファイババンドル2の出射端部22の端面22tから出射される。
一方、光源3からテーパ部23の端面23tにおいてコア251又はクラッド252に入射した光のうち、コア251からクラッド252への初期入射角度θ1が光ファイバ25の臨界角θcよりも小さい光は、図3に示すように、クラッド252に入り、その後、当該クラッド252の隣のコア251に入った後に2回目にクラッド252に入射する。このとき、2回目にクラッド252に入射したときの入射角度(以下、「2回目入射角度」という。)θ2は、初期入射角度θ1よりも大きくなる。2回目入射角度θ2が臨界角θc以上であれば、この光は、コア251に閉じ込められて伝送され、光ファイババンドル2の出射端部22の端面22tから出射される。一方、2回目入射角度θ2が臨界角θcよりも小さければ、この光は、クラッド252に入って、さらに隣のコア251に入った後に3回目にクラッド252に入射する。このとき、3回目にクラッド252に入射したときの入射角度(以下、「3回目入射角度」という。)θ3は、2回目入射角度θ2よりも大きくなる。このようにして、テーパ部23の端面23tに入射した後にクラッド252に入った光は、その後、クラッド252に入射する度に、クラッド252への入射角度が増加する。そして、テーパ部23の端面23tに入射した後にクラッド252に入った光のうち一部又は全部は、最後にクラッド252に入射したときの角度(以下、「最終入射角度」という。)θLが、臨界角θc以上となり、コア251に閉じ込められて伝送され、光ファイババンドル2の出射端部22の端面22tから出射される。
従来一般的な光ファイババンドルにおいては、光源から入射端部の端面に入射した後にクラッドに入った光は、そのまま光ファイババンドルの外周面から外部へと出るため、光ファイババンドルの出射端部の端面からは出射しない。
一方、本実施形態の光ファイババンドルによれば、テーパ部23(ひいては熱融着部26)がテーパ状であること、かつ、開口数NAが0.4以上であることにより、テーパ部23の端面23tにおいてコア251又はクラッド252に入射した光の一部が、熱融着部26の内部において、クラッド252に入った後にコア251に閉じ込められて、光ファイババンドル2の出射端部22の端面22tから出射する。よって、その分、出射光量を向上できる。
Since the tapered portion 23 (and thus the heat-sealed portion 26) is tapered and each of the optical fibers 25 constituting the optical fiber bundle 2 has a numerical aperture NA (hereinafter simply referred to as "numerical aperture NA") of 0.4 or more, the optical fiber bundle 2 is configured such that a part of the light incident on the end face 23t of the tapered portion 23 enters the cladding 252 inside the heat-sealed portion 26 of the tapered portion 23 and is then confined in the core 251. This will be described with reference to FIG.
As in the case of conventional optical fiber bundles, of the light incident from the light source 3 into the core 251 or the clad 252 at the end face 23t of the tapered portion 23, the light having an incident angle θ1 when it first enters the clad 252 from the core 251 (hereinafter referred to as the “initial incident angle”) is greater than the critical angle θc of the optical fiber 25, is totally reflected at the interface between the core 251 and the clad 252, and is transmitted within the core 251 while remaining confined therein, and is emitted from the end face 22t of the emission end 22 of the optical fiber bundle 2. Furthermore, as in the case of conventional optical fiber bundles, of the light incident from the light source 3 on the core 251 or the clad 252 at the end face 23t of the tapered portion 23, the light whose initial incident angle θ1 from the core 251 to the clad 252 is equal to the critical angle θc of the optical fiber 25 is transmitted while moving along the interface between the core 251 and the clad 252 (and thus remains confined in the core 251) and is emitted from the end face 22t of the emission end 22 of the optical fiber bundle 2.
On the other hand, among the light incident from the light source 3 to the core 251 or the clad 252 at the end face 23t of the tapered portion 23, the light having an initial incident angle θ1 from the core 251 to the clad 252 smaller than the critical angle θc of the optical fiber 25 enters the clad 252 as shown in FIG. 3, and then enters the core 251 adjacent to the clad 252, and then enters the clad 252 a second time. At this time, the incident angle θ2 when entering the clad 252 for the second time (hereinafter referred to as the "second incident angle") is larger than the initial incident angle θ1. If the second incident angle θ2 is equal to or larger than the critical angle θc, the light is confined and transmitted in the core 251, and is output from the end face 22t of the output end 22 of the optical fiber bundle 2. On the other hand, if the second incident angle θ2 is smaller than the critical angle θc, the light enters the clad 252, and then enters the adjacent core 251, and then enters the clad 252 a third time. At this time, the angle of incidence θ3 at the third incidence into the clad 252 (hereinafter referred to as the "third incidence angle") is greater than the second incidence angle θ2. In this way, the angle of incidence into the clad 252 of the light that has entered the clad 252 after entering the end face 23t of the tapered portion 23 increases each time the light subsequently enters the clad 252. Then, the angle θL at which the light finally enters the clad 252 after entering the end face 23t of the tapered portion 23 (hereinafter referred to as the "final incidence angle") of some or all of the light that has entered the clad 252 after entering the end face 23t of the tapered portion 23 becomes equal to or greater than the critical angle θc, and the light is confined and transmitted in the core 251 and is emitted from the end face 22t of the emission end 22 of the optical fiber bundle 2.
In conventional optical fiber bundles, light that enters the cladding after being incident on the end face of the input end from a light source exits directly to the outside from the outer peripheral surface of the optical fiber bundle, and does not exit from the end face of the output end of the optical fiber bundle.
On the other hand, according to the optical fiber bundle of this embodiment, since the tapered portion 23 (and thus the thermally fused portion 26) is tapered and the numerical aperture NA is 0.4 or more, a part of the light incident on the core 251 or the clad 252 at the end face 23t of the tapered portion 23 enters the clad 252 inside the thermally fused portion 26, is confined in the core 251, and is emitted from the end face 22t of the emission end portion 22 of the optical fiber bundle 2. Therefore, the amount of emitted light can be improved accordingly.

ところで、テーパ部23の端面面積比率Rsは、60%以上であると、好適である。
ここで、テーパ部23の端面面積比率Rsは、テーパ部23の根元面23rの断面積Arに対するテーパ部23の端面23tの面積Atの割合(Rs=(At/Ar)×100[%])である。
テーパ部23の端面面積比率Rsが60%未満となるようにすることは、テーパ部23の形成過程においてテーパ部23に割れが発生するおそれがあり、現実的に難しい。テーパ部23の端面面積比率Rsは、高いほど、テーパ部23の形成がしやすくなる。
なお、開口数NAを一定として考えたとき、テーパ部23の端面面積比率Rsが小さいほど、テーパ部23の端面23tにおいてコア251又はクラッド252に入射した後にクラッド252に入った光のうち、より多くの光(具体的には、より幅広い範囲内の初期入射角度θ1の光)が、コア251に閉じ込められるようになり、出射光量を向上できる。また、テーパ部23の端面面積比率Rsを一定として考えたとき、開口数NAが高いほど、テーパ部23の端面23tに入射した後にクラッド252に入った光のうち、より多くの光(具体的には、より幅広い範囲内の初期入射角度θ1の光)が、コア251に閉じ込められるようになり、出射光量を向上できる。言い換えれば、開口数NAが高いほど、より大きな端面面積比率Rsで、テーパ部23の端面23tに入射した後にクラッド252に入った光のうちのある一定量の光をコア251に閉じ込めることができる。仮に開口数NAが0.4未満である場合、理論上は、テーパ部23の端面面積比率Rsを60%未満にすれば、テーパ部23の端面23tに入射した後にクラッド252に入った光のうち少なくとも一部の光をコア251に閉じ込めることができる可能性があるといえる。しかし、上述のとおり、テーパ部23の端面面積比率Rsを60%未満にすることは、現実的には難しい。本実施形態によれば、開口数NAを0.4以上としているので、テーパ部23の端面面積比率Rsを60%以上と実現可能な大きさにしても、テーパ部23の端面23tに入射した後にクラッド252に入った光のうち少なくとも一部の光をコア251に閉じ込めることができるのである。
出射光量向上の観点から、テーパ部23の端面面積比率Rsは、84%以下であると好適であり、82%以下であるとより好適であり、80%以下であるとさらに好適である。
Incidentally, it is preferable that the end face area ratio Rs of the tapered portion 23 is 60% or more.
Here, the end face area ratio Rs of the tapered portion 23 is the ratio of the area At of the end face 23t of the tapered portion 23 to the cross-sectional area Ar of the base face 23r of the tapered portion 23 (Rs = (At/Ar) x 100 [%]).
It is practically difficult to make the end face area ratio Rs of the tapered portion 23 less than 60%, since cracks may occur in the tapered portion 23 during the process of forming the tapered portion 23. The higher the end face area ratio Rs of the tapered portion 23, the easier it is to form the tapered portion 23.
In addition, when the numerical aperture NA is considered to be constant, the smaller the end face area ratio Rs of the tapered portion 23, the more light (specifically, light with a wider range of initial incidence angle θ1) of the light that enters the clad 252 after entering the core 251 or the clad 252 at the end face 23t of the tapered portion 23 is confined in the core 251, thereby improving the amount of emitted light. In addition, when the end face area ratio Rs of the tapered portion 23 is considered to be constant, the higher the numerical aperture NA, the more light (specifically, light with a wider range of initial incidence angle θ1) of the light that enters the clad 252 after entering the end face 23t of the tapered portion 23 is confined in the core 251, thereby improving the amount of emitted light. In other words, the higher the numerical aperture NA, the larger the end face area ratio Rs, and the more of the light that enters the clad 252 after entering the end face 23t of the tapered portion 23 can be confined in the core 251. If the numerical aperture NA is less than 0.4, theoretically, if the end face area ratio Rs of the tapered portion 23 is less than 60%, it may be possible to confine in the core 251 at least a part of the light that enters the cladding 252 after being incident on the end face 23t of the tapered portion 23. However, as described above, it is practically difficult to make the end face area ratio Rs of the tapered portion 23 less than 60%. According to this embodiment, since the numerical aperture NA is set to 0.4 or more, even if the end face area ratio Rs of the tapered portion 23 is set to a feasible value of 60% or more, at least a part of the light that enters the cladding 252 after being incident on the end face 23t of the tapered portion 23 can be confined in the core 251.
From the viewpoint of improving the amount of emitted light, the end face area ratio Rs of the tapered portion 23 is preferably 84% or less, more preferably 82% or less, and even more preferably 80% or less.

開口数NAは、0.5以上であると、好適であり、0.564以上であると、より好適である。これにより、テーパ部23の端面23tに入射した後にクラッド252に入った光のうち、より多くの光(具体的には、より幅広い範囲内の初期入射角度θ1の光)が、コア251に閉じ込められるようになり、出射光量を向上できる。
開口数NAは、0.7以上であると、さらに好適であり、0.764以上であると、よりさらに好適である。これにより、テーパ部23の端面23tに入射した後にクラッド252に入った光のうち、さらにより多くの光(具体的には、より幅広い範囲内の初期入射角度θ1の光)が、コア251に閉じ込められるようになり、出射光量をさらに向上できる。
開口数NAは、0.8以上であると、さらに好適であり、0.843以上であると、よりさらに好適である。これにより、テーパ部23の端面23tに入射した後にクラッド252に入った光のうち、さらにより多くの光(具体的には、より幅広い範囲内の初期入射角度θ1の光)が、コア251に閉じ込められるようになり、出射光量をさらに向上できる。
The numerical aperture NA is preferably 0.5 or more, and more preferably 0.564 or more, so that more of the light that enters the cladding 252 after being incident on the end face 23t of the tapered portion 23 is confined in the core 251 (specifically, light having an initial incident angle θ1 within a wider range), thereby improving the amount of emitted light.
The numerical aperture NA is more preferably 0.7 or more, and even more preferably 0.764 or more, so that even more of the light that enters the cladding 252 after being incident on the end face 23t of the tapered portion 23 (specifically, the light having the initial incident angle θ1 within a wider range) is confined in the core 251, thereby further improving the amount of emitted light.
The numerical aperture NA is more preferably 0.8 or more, and even more preferably 0.843 or more, so that even more of the light that enters the cladding 252 after being incident on the end face 23t of the tapered portion 23 (specifically, the light having the initial incident angle θ1 within a wider range) is confined in the core 251, thereby further improving the amount of emitted light.

なお、テーパ部23の端面面積比率Rsが60~84%、かつ、開口数NAが0.4以上である場合は、テーパ部23の端面23tの中心近傍のファイバにおいてクラッド252に入射した後にクラッド252に入った光のうち、少なくとも、クラッド入射角度φが1°以下の光を、コア251に閉じ込めることができる。
テーパ部23の端面面積比率Rsが60~84%、かつ、開口数NAが0.5以上である場合は、テーパ部23の端面23tの中心近傍のファイバにおいてクラッド252に入射した後にクラッド252に入った光のうち、少なくとも、クラッド入射角度φが2°以下の光を、コア251に閉じ込めることができる。
テーパ部23の端面面積比率Rsが60~84%、かつ、開口数NAが0.7以上である場合は、テーパ部23の端面23tの中心近傍のファイバにおいてクラッド252に入射した後にクラッド252に入った光のうち、少なくとも、クラッド入射角度φが3°以下の光を、コア251に閉じ込めることができる。
ここで、クラッド入射角度φは、テーパ部23の端面23tにおいてクラッド252に入射した光の、端面23tにおける、光ファイババンドルの中心軸線Oに対する角度である。
In addition, when the end face area ratio Rs of the tapered portion 23 is 60 to 84% and the numerical aperture NA is 0.4 or more, at least the light that enters the cladding 252 after being incident on the cladding 252 in the fiber near the center of the end face 23t of the tapered portion 23 and has a cladding incidence angle φ of 1° or less can be confined in the core 251.
When the end face area ratio Rs of the tapered portion 23 is 60 to 84% and the numerical aperture NA is 0.5 or more, at least the light that enters the cladding 252 after being incident on the cladding 252 in the fiber near the center of the end face 23t of the tapered portion 23 and has a cladding incidence angle φ of 2° or less can be confined in the core 251.
When the end face area ratio Rs of the tapered portion 23 is 60 to 84% and the numerical aperture NA is 0.7 or more, at least light having a clad incidence angle φ of 3° or less that enters the clad 252 after being incident on the fiber near the center of the end face 23t of the tapered portion 23 can be confined in the core 251.
Here, the cladding incidence angle φ is the angle of light incident on the cladding 252 at the end face 23t of the tapered portion 23 with respect to the central axis O of the optical fiber bundle at the end face 23t.

出射光量向上やテーパ部の形成容易性の観点から、テーパ部23の端面23tの直径は、1.0~12.0mmが好適であり、2.0~10.5mmがより好適である。
出射光量向上やテーパ部の形成容易性の観点から、テーパ部23の端面23tにおける各コア251の直径の平均値は、テーパ部23の根元面23rにおける各コア251の直径の平均値の0.8~0.4倍であると好適であり、テーパ部23の根元面23rにおける各コア251の直径の0.7~0.5倍であるとより好適である。
出射光量向上やテーパ部の形成容易性の観点から、テーパ部23の端面23tにおける各コア251の直径の平均値は、10~50μmであると好適であり、15~45μmであるとより好適である。
出射光量向上やテーパ部の形成容易性の観点から、テーパ部23の端面23tにおけるコア251どうしの間の間隔gの平均値は、テーパ部23の根元面23rにおけるコア251どうしの間の間隔gの平均値の0.8~0.4倍であると好適であり、テーパ部23の根元面23rにおけるコア251どうしの間の間隔gの平均値の0.7~0.5倍であるとより好適である。
出射光量向上やテーパ部の形成容易性の観点から、テーパ部23の端面23tにおけるコア251どうしの間の間隔g(図2(d))の平均値は、0.3~6.0μmであると好適であり、0.5~5.0μmであるとより好適である。
出射光量向上やテーパ部の形成容易性の観点から、テーパ部23のテーパ角α(図2(a))は、2°~20°であると好適であり、5°~15°であるとより好適である。なお、「テーパ角α」は、軸線方向に対するテーパ部23の外周面23sの鋭角側の角度である。
出射光量向上やテーパ部の形成容易性の観点から、テーパ部23の軸線方向長さL(図2)は、0.01~40mmであると好適であり、0.05~30mmであるとより好適である。
出射光量向上やテーパ部の形成容易性の観点から、熱融着部26の軸線方向長さM(図2)は、0.01~40mmであると好適であり、0.05~30mmであるとより好適である。
From the viewpoint of improving the amount of emitted light and facilitating the formation of the tapered portion, the diameter of the end face 23t of the tapered portion 23 is preferably 1.0 to 12.0 mm, and more preferably 2.0 to 10.5 mm.
From the standpoint of improving the amount of emitted light and ease of forming the tapered portion, it is preferable that the average diameter of each core 251 at the end face 23t of the tapered portion 23 be 0.8 to 0.4 times the average diameter of each core 251 at the root face 23r of the tapered portion 23, and it is more preferable that it be 0.7 to 0.5 times the average diameter of each core 251 at the root face 23r of the tapered portion 23.
From the viewpoint of improving the amount of emitted light and facilitating the formation of the tapered portion, the average value of the diameter of each core 251 at the end face 23t of the tapered portion 23 is preferably 10 to 50 μm, and more preferably 15 to 45 μm.
From the standpoint of improving the amount of emitted light and ease of forming the tapered portion, it is preferable that the average value of the spacing g between the cores 251 at the end face 23t of the tapered portion 23 be 0.8 to 0.4 times the average value of the spacing g between the cores 251 at the root face 23r of the tapered portion 23, and it is more preferable that the average value of the spacing g between the cores 251 at the root face 23r of the tapered portion 23 be 0.7 to 0.5 times the average value of the spacing g between the cores 251 at the root face 23r of the tapered portion 23.
From the standpoint of improving the amount of emitted light and facilitating the formation of the tapered portion, the average value of the spacing g (FIG. 2(d)) between the cores 251 at the end face 23t of the tapered portion 23 is preferably 0.3 to 6.0 μm, and more preferably 0.5 to 5.0 μm.
From the viewpoint of improving the amount of emitted light and facilitating the formation of the tapered portion, the taper angle α ( FIG. 2A ) of the tapered portion 23 is preferably 2° to 20°, and more preferably 5° to 15°. Note that the “taper angle α” is the angle of the acute angle side of the outer circumferential surface 23s of the tapered portion 23 with respect to the axial direction.
From the viewpoint of improving the amount of emitted light and facilitating the formation of the tapered portion, the axial length L (FIG. 2) of the tapered portion 23 is preferably 0.01 to 40 mm, and more preferably 0.05 to 30 mm.
From the viewpoint of improving the amount of emitted light and facilitating the formation of the tapered portion, the axial length M (FIG. 2) of the heat-sealed portion 26 is preferably 0.01 to 40 mm, and more preferably 0.05 to 30 mm.

光源3は、ハロゲン若しくはメタルハライド等のランプ光源、又は、LED光源等、任意のものを用いてよい。光源3は、ランプ光源であると、上述した出射光量向上の効果が得られやすいので、好適である。 The light source 3 may be any light source, such as a halogen or metal halide lamp light source, or an LED light source. A lamp light source is preferable for the light source 3, since it is easier to obtain the effect of improving the amount of emitted light described above.

つぎに、図4を参照しつつ、上述した実施形態の光ファイババンドル2のテーパ部23の形成方法の一例を説明する。
まず、複数の光ファイバ25を束ねてなる光ファイババンドル2の端部21を、管状部材81内に挿入する。
なお、管状部材81内に入る光ファイバ25の断面積の総和は管状部材81の内径断面積に対して少なくとも80%を占めており、幾何学的に計算すると理論的には90.7%未満である。
管状部材81は、例えば、チタン又はステンレスから構成される。チタンは、光ファイバ25を構成する材料(例えば、ガラス)と線膨張係数が近いこと、また、加熱して変形させる温度域で、光ファイババンドル2の軸線方向への変形を抑えるような肉厚を持たせても、半径方向への変形は可能な延性を有し得ることから、管状部材81を構成する材料として特に好適である。
つぎに、管状部材81で覆われた光ファイババンドル2の端部21を、案内部材83に通した後(図4(a))、加熱及び加圧しつつ、治具82のテーパ状の穴82hの中に押し込む(図4(b))。これにより、光ファイババンドル2の端部21が、テーパ状となり、テーパ部23となるとともに、テーパ部23のうち少なくとも端面側の部分が熱融着されて熱融着部26となる。
管状部材81は、その後に光ファイババンドル2から取り外されてもよいし、あるいは、その後に取り外されずに光ファイババンドル2の構成要素とされてもよい。
ただし、上述した実施形態の光ファイババンドル2のテーパ部23は、図4に示す形成方法とは異なる形成方法により形成されてもよい。
Next, an example of a method for forming the tapered portion 23 of the optical fiber bundle 2 of the above-mentioned embodiment will be described with reference to FIG.
First, the end 21 of the optical fiber bundle 2 , which is made up of a plurality of optical fibers 25 bundled together, is inserted into the tubular member 81 .
The total cross-sectional area of the optical fibers 25 inserted in the tubular member 81 accounts for at least 80% of the inner diameter cross-sectional area of the tubular member 81, and is theoretically less than 90.7% when geometrically calculated.
The tubular member 81 is made of, for example, titanium or stainless steel. Titanium has a linear expansion coefficient close to that of the material (for example, glass) constituting the optical fiber 25, and has ductility that allows deformation in the radial direction even if the material has a wall thickness that suppresses deformation in the axial direction of the optical fiber bundle 2 in the temperature range in which deformation occurs by heating. Therefore, titanium is particularly suitable as a material for the tubular member 81.
Next, the end 21 of the optical fiber bundle 2 covered with the tubular member 81 is passed through a guide member 83 (FIG. 4(a)), and then, while being heated and pressurized, is pushed into the tapered hole 82h of the jig 82 (FIG. 4(b)). As a result, the end 21 of the optical fiber bundle 2 becomes tapered to form the tapered portion 23, and at least the end face side portion of the tapered portion 23 is heat-fused to form the heat-fused portion 26.
The tubular member 81 may then be removed from the optical fiber bundle 2, or may remain a component of the optical fiber bundle 2 without being removed thereafter.
However, the tapered portion 23 of the optical fiber bundle 2 in the above-described embodiment may be formed by a method different from the method shown in FIG.

図5は、図1の光ファイババンドル装置1が工業用又は医療用の内視鏡として構成された場合の構成例を概略的に示す、概略図である。本例の内視鏡として構成された光ファイババンドル装置1は、内視鏡用スコープ4と、光源3と、制御部6と、ディスプレイ7とを、備えている。内視鏡用スコープ4は、操作部41と、挿入部42とを、有している。内視鏡用スコープ4の挿入部42及び操作部41の内部には、ライトガイドとして構成された本発明の一実施形態に係る光ファイババンドル2と、イメージガイド5とが、設けられている。内視鏡用スコープ4の挿入部42の先端部には、例えば、光ファイババンドル2の出射端部22と、イメージガイド5の入射端部と、イメージガイド5の入射端部に対してさらに先端側に配置された、光学系(例えば、対物レンズ)とが、配置される。光ファイババンドル2は、光源3からの光を、伝送し、挿入部42の先端から観察対象物に向けて照射するように、構成されている。光ファイババンドル2の入射端部21を構成するテーパ部23(ひいては熱融着部26)は、光源3と対向して配置される。イメージガイド5は、例えば光学系(対物レンズ等)を介して、その入射端部にて結像される観察対象物の像を、伝送するように構成されている。イメージガイド5により伝送された像は、例えば接眼レンズ(図示せず)を介して、制御部6に入射される。制御部6は、例えば、光検出器、ADC(アナログ-デジタル変換器)、CPU、メモリ(RAM、ROM等)を含んで構成されている。制御部6は、イメージガイド5から入射される像に基づいて画像処理等を行って画像信号を生成し、生成した画像信号に基づいて、観察対象物の画像をディスプレイ7に表示する。また、制御部6は、光源3の制御も行う。 Figure 5 is a schematic diagram showing an example of the configuration when the optical fiber bundle device 1 of Figure 1 is configured as an endoscope for industrial or medical use. The optical fiber bundle device 1 configured as an endoscope of this example includes an endoscope scope 4, a light source 3, a control unit 6, and a display 7. The endoscope scope 4 has an operation unit 41 and an insertion unit 42. Inside the insertion unit 42 and the operation unit 41 of the endoscope scope 4, an optical fiber bundle 2 according to one embodiment of the present invention configured as a light guide and an image guide 5 are provided. At the tip of the insertion unit 42 of the endoscope scope 4, for example, the emission end 22 of the optical fiber bundle 2, the incident end of the image guide 5, and an optical system (e.g., an objective lens) arranged further toward the tip side of the incident end of the image guide 5 are arranged. The optical fiber bundle 2 is configured to transmit light from the light source 3 and irradiate it from the tip of the insertion unit 42 toward the observation object. The tapered portion 23 (and thus the heat-sealed portion 26) constituting the incident end 21 of the optical fiber bundle 2 is disposed opposite the light source 3. The image guide 5 is configured to transmit an image of the object to be observed formed at its incident end, for example, via an optical system (objective lens, etc.). The image transmitted by the image guide 5 is incident on the control unit 6, for example, via an eyepiece (not shown). The control unit 6 is configured to include, for example, a photodetector, an ADC (analog-digital converter), a CPU, and memory (RAM, ROM, etc.). The control unit 6 performs image processing, etc. based on the image incident from the image guide 5 to generate an image signal, and displays the image of the object to be observed on the display 7 based on the generated image signal. The control unit 6 also controls the light source 3.

本発明の実施例及び比較例を試作して実験を行ったので、以下に説明する。
比較例3、4及び実施例1~3の光ファイババンドルは、それぞれ、中間部24における各光ファイバ25の直径が50μmであり、中間部24におけるコア251の直径が46μmであり、中間部24におけるクラッド252の厚みが2μmであり、入射端部21がテーパ部23であり、入射端(入射端部21の端面)の直径が5mmであり、テーパ部23の端面面積比率Rsが80%であり、テーパ部23のうち少なくとも端面23t側が光ファイバ25どうしが熱融着された熱融着部26であり、テーパ角αは10°であり、出射端部22がテーパ部23ではなく軸線方向に沿ってストレートであり、出射端部22において光ファイバ25どうしが接着されており、全長が1000mmであった。比較例3、4及び実施例1~3の光ファイババンドルは、それぞれ、4本ずつ用意した。比較例3、4及び実施例1~3の光ファイババンドルのテーパ部23は、それぞれ、図4を参照しつつ説明した形成方法によって形成した。熱融着前に管状部材81内に入った光ファイバ25の断面積の総和は、管状部材81の内径断面積に対しておよそ86%であった。比較例3、4及び実施例1~3の光ファイババンドルの各光ファイバ25の開口数NAは、表1に示すとおりであった。
比較例1、2の光ファイババンドルは、それぞれ、入射端部21がテーパ部23ではなく軸線方向に沿ってストレートであり、入射端部21において光ファイバ25どうしが接着されており、熱融着部26が無いこと以外は、比較例3、4及び実施例1~3の光ファイババンドルと同様の構成を有していた。比較例1、2の光ファイババンドルの入射端(入射端部21の端面)及び出射端(出射端部22の端面)の直径は、それぞれ5mmであった。比較例1、2の光ファイババンドルは、それぞれ、1本ずつ用意した。比較例1、2の光ファイババンドルの入射端部21は、外周側が管状部材によって覆われていた。管状部材内に入った光ファイバ25の断面積の総和は、管状部材の内径断面積に対しておよそ86%であった。比較例1、2の光ファイババンドルの各光ファイバ25の開口数NAは、表1に示すとおりであった。
実験においては、各例の光ファイババンドルの入射端に、ハロゲンランプ光源(住田光学ガラス製LS-DWL)の光を、積分球を用いて入射し、各例の光ファイババンドルの出射端を光パワーメータ(安藤電気製AQ-1135E)に押し付けて出射光量を測定した。それぞれの出射光量(光量)を表1に示す。表1において、比較例3、4及び実施例1~3の光量は、4本の平均値とした。また、表1の各例の開口数NAと光量との関係を、図6にグラフとして示す。
Experiments were carried out using examples and comparative examples of the present invention, which will be described below.
In the optical fiber bundles of Comparative Examples 3 and 4 and Examples 1 to 3, the diameter of each optical fiber 25 in the intermediate portion 24 was 50 μm, the diameter of the core 251 in the intermediate portion 24 was 46 μm, the thickness of the cladding 252 in the intermediate portion 24 was 2 μm, the incident end portion 21 was a tapered portion 23, the diameter of the incident end (end face of the incident end portion 21) was 5 mm, the end face area ratio Rs of the tapered portion 23 was 80%, at least the end face 23t side of the tapered portion 23 was a heat fused portion 26 where the optical fibers 25 were heat fused to each other, the taper angle α was 10°, the exit end portion 22 was straight along the axial direction instead of the tapered portion 23, the optical fibers 25 were bonded to each other at the exit end portion 22, and the total length was 1000 mm. Four optical fiber bundles were prepared for each of Comparative Examples 3 and 4 and Examples 1 to 3. The tapered portion 23 of the optical fiber bundles of Comparative Examples 3 and 4 and Examples 1 to 3 was formed by the forming method described with reference to Fig. 4. The sum of the cross-sectional areas of the optical fibers 25 inserted in the tubular member 81 before heat fusion was approximately 86% of the inner diameter cross-sectional area of the tubular member 81. The numerical aperture NA of each optical fiber 25 of the optical fiber bundles of Comparative Examples 3 and 4 and Examples 1 to 3 was as shown in Table 1.
The optical fiber bundles of Comparative Examples 1 and 2 each had the same configuration as the optical fiber bundles of Comparative Examples 3 and 4 and Examples 1 to 3, except that the incident end 21 was straight along the axial direction instead of the tapered portion 23, the optical fibers 25 were bonded to each other at the incident end 21, and there was no heat fusion portion 26. The diameters of the incident end (end face of the incident end 21) and the exit end (end face of the exit end 22) of the optical fiber bundles of Comparative Examples 1 and 2 were each 5 mm. One optical fiber bundle each of Comparative Examples 1 and 2 was prepared. The incident end 21 of the optical fiber bundles of Comparative Examples 1 and 2 was covered on the outer periphery side by a tubular member. The sum of the cross-sectional areas of the optical fibers 25 inserted in the tubular member was approximately 86% of the inner diameter cross-sectional area of the tubular member. The numerical aperture NA of each optical fiber 25 of the optical fiber bundles of Comparative Examples 1 and 2 was as shown in Table 1.
In the experiment, light from a halogen lamp light source (LS-DWL manufactured by Sumita Optical Glass) was incident on the input end of the optical fiber bundle of each example using an integrating sphere, and the output end of the optical fiber bundle of each example was pressed against an optical power meter (AQ-1135E manufactured by Ando Electric) to measure the amount of output light. The output light amount (light amount) is shown in Table 1. In Table 1, the light amounts of Comparative Examples 3 and 4 and Examples 1 to 3 are the average values of the four pieces. The relationship between the numerical aperture NA and the light amount of each example in Table 1 is shown as a graph in Figure 6.

Figure 0007619593000002
Figure 0007619593000002

表1及び図6からわかるように、実施例1~3は、比較例1~4よりも、大幅に大きな光量が得られた。 As can be seen from Table 1 and Figure 6, Examples 1 to 3 produced a significantly greater amount of light than Comparative Examples 1 to 4.

本発明の光ファイババンドル及び光ファイババンドル装置は、光ファイババンドル及び光源を備えた任意の装置に利用できるが、例えば、照明器具、又は、工業用若しくは医療用の内視鏡に、特に好適に利用できるものである。 The optical fiber bundle and optical fiber bundle device of the present invention can be used in any device equipped with an optical fiber bundle and a light source, but is particularly suitable for use in, for example, lighting fixtures or industrial or medical endoscopes.

1 光ファイババンドル装置
2 光ファイババンドル
21 軸線方向一方側の端部(入射端部)
22 軸線方向他方側の端部(出射端部)
21t、22t 端面
23 テーパ部
23s 外周面
23t 端面
23r 根元面
24 中間部
25 光ファイバ
251 コア
252 クラッド
26 熱融着部
26e 終端面
3 光源
4 内視鏡用スコープ
41 操作部
42 挿入部
5 イメージガイド
6 制御部
7 ディスプレイ
81 管状部材
82 治具
82h 穴
83 案内部材
O 光ファイババンドルの中心軸線





1 Optical fiber bundle device 2 Optical fiber bundle 21 End portion on one side in the axial direction (incident end portion)
22 End portion on the other side in the axial direction (emission end portion)
21t, 22t End surface 23 Tapered portion 23s Outer circumferential surface 23t End surface 23r Base surface 24 Intermediate portion 25 Optical fiber 251 Core 252 Cladding 26 Thermally fused portion 26e End surface 3 Light source 4 Endoscope scope 41 Operation portion 42 Insertion portion 5 Image guide 6 Control portion 7 Display 81 Tubular member 82 Jig 82h Hole 83 Guide member O Central axis of optical fiber bundle





Claims (8)

複数の光ファイバを束ねてなる光ファイババンドルであって、
各前記光ファイバは、それぞれ、コアとクラッドとを有しており、
前記光ファイババンドルの少なくとも軸線方向一方側の端部が、テーパ状をなすテーパ部であり、
前記光ファイババンドルの前記軸線方向一方側の端部における前記テーパ部の端面は、前記光ファイババンドルの前記軸線方向一方側の端部の端面を構成しており、
前記光ファイババンドルの少なくとも前記軸線方向一方側の端部において、前記テーパ部のうち少なくとも前記端面側の部分は、前記複数の光ファイバどうしが熱融着された熱融着部であり、
前記複数の光ファイバは、それぞれ、開口数NAが0.4以上であり、
前記テーパ部の前記熱融着部は、前記光ファイババンドルの前記軸線方向一方側の端部における前記テーパ部前記端面まで延在しており、
前記光ファイババンドルの中心軸線は、前記熱融着部に沿う部分において、直線状に延在しており、
前記テーパ部の前記端面に入射した光の一部が、前記熱融着部の内部において、前記クラッドに入った後に前記コアに閉じ込められるように構成されている、光ファイババンドル。
An optical fiber bundle comprising a plurality of optical fibers,
Each of the optical fibers has a core and a cladding,
At least one end of the optical fiber bundle in the axial direction is a tapered portion having a tapered shape,
an end face of the tapered portion at one end of the optical fiber bundle in the axial direction constitutes an end face of the optical fiber bundle at one end of the optical fiber bundle in the axial direction,
At least one end of the optical fiber bundle on one side in the axial direction, at least a portion of the tapered portion on the end face side is a heat fused portion in which the optical fibers are heat fused to each other,
Each of the optical fibers has a numerical aperture NA of 0.4 or more;
the heat fusion portion of the tapered portion extends to the end face of the tapered portion at one end of the optical fiber bundle in the axial direction,
The central axis of the optical fiber bundle extends linearly along the heat-sealed portion,
An optical fiber bundle configured such that a portion of light incident on the end face of the tapered portion is confined in the core after entering the cladding inside the thermal fusion portion.
前記光ファイババンドルの前記軸線方向一方側の端部は、入射端部である、請求項1に記載の光ファイババンドル。 The optical fiber bundle according to claim 1, wherein the end of the optical fiber bundle on one side in the axial direction is an input end. 前記複数の光ファイバは、それぞれ、開口数NAが0.5以上である、請求項1又は2に記載の光ファイババンドル。 The optical fiber bundle according to claim 1 or 2, wherein each of the optical fibers has a numerical aperture NA of 0.5 or more. 前記複数の光ファイバは、それぞれ、開口数NAが0.7以上である、請求項1又は2に記載の光ファイババンドル。 The optical fiber bundle according to claim 1 or 2, wherein each of the optical fibers has a numerical aperture NA of 0.7 or more. 前記光ファイババンドルの中心軸線に沿った断面において、前記テーパ部の外周面は、前記テーパ部の前記端面に至るまでにわたって、前記テーパ部の前記端面に向かうにつれて前記中心軸線に向かうように直線状に延在している、請求項1~4のいずれか一項に記載の光ファイババンドル。 The optical fiber bundle according to any one of claims 1 to 4, wherein in a cross section along the central axis of the optical fiber bundle, the outer peripheral surface of the tapered portion extends linearly toward the central axis as it approaches the end face of the tapered portion, all the way up to the end face of the tapered portion. 前記熱融着部の内部において、各前記コアの直径が、前記テーパ部の前記端面に向かうにつれて徐々に小さくなっている、請求項1~5のいずれか一項に記載の光ファイババンドル。 6. The optical fiber bundle according to claim 1, wherein inside said heat-sealed portion, the diameter of each of said cores gradually decreases toward said end face of said tapered portion. 前記テーパ部の前記端面に入射するとともに前記コアから前記クラッドへの初期入射角度が前記光ファイバの臨界角よりも小さい光のうち少なくとも一部は、前記テーパ部内において、前記クラッドに入射する度に、前記クラッドへの入射角度が増加し、最後に前記クラッドに入射したときの最終入射角度が、前記臨界角以上となり、前記コアに閉じ込められる、請求項1~6のいずれか一項に記載の光ファイババンドル。 The optical fiber bundle according to any one of claims 1 to 6, wherein at least a portion of the light that is incident on the end face of the tapered portion and has an initial angle of incidence from the core to the cladding that is smaller than a critical angle of the optical fiber has an incident angle to the cladding that increases within the tapered portion each time the light is incident on the cladding, and a final incident angle when the light finally enters the cladding becomes equal to or greater than the critical angle, and the light is confined to the core. 請求項1~7のいずれか一項に記載の光ファイババンドルと、
光源と、
を備え、
前記光源からの光が、前記光ファイババンドルの前記軸線方向一方側の端部における前記テーパ部前記端面に入射するように構成されている、光ファイババンドル装置。
The optical fiber bundle according to any one of claims 1 to 7,
A light source;
Equipped with
An optical fiber bundle device configured so that light from the light source is incident on the end face of the tapered portion at one end of the optical fiber bundle in the axial direction.
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