(57)【要約】【課題】コンパクトに、そして安価に、光量斑のない出射光を得ることができる光ファイバアレイおよびその製造方法を提供する。【解決手段】複数本の光ファイバ素線が束ねられた光ファイバアレイにおいて、該光ファイバアレイの光ファイバが収束された光入射部における入射端面の表面粗さＲａを１０μｍ以上とした光ファイバアレイ。また、光ファイバアレイの光ファイバが配列された光出射部における出射端面の表面粗さＲａを１０μｍ以上とした光ファイバアレイ。さらには、光ファイバアレイの光ファイバが収束された光入射部における入射端面を研磨することにより、表面粗さＲａを１０μｍ以上とする光ファイバアレイの製造方法、ならびに、光ファイバアレイの光ファイバが配列された光出射部における出射端面を研磨することにより、表面粗さＲａが１０μｍ以上となるようにしたことを特徴とする光ファイバアレイの製造方法。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数本の光ファイバ素線が束ねられた光ファイバアレイにおいて、該光ファイバアレイの光ファイバが収束された光入射部における入射端面の表面粗さＲａが１０μｍ以上であることを特徴とする光ファイバアレイ。
【請求項２】
複数本の光ファイバ素線が束ねられた光ファイバアレイにおいて、該光ファイバアレイの光ファイバが配列された光出射部における出射端面の表面粗さＲａが１０μｍ以上であることを特徴とする光ファイバアレイ。
【請求項３】
光ファイバアレイに用いられる光ファイバがプラスチック光ファイバであることを特徴とする請求項１ないし２記載の光ファイバアレイ。
【請求項４】
光ファイバアレイに使用される光ファイバの長さが１ｍ以下であることを特徴とする請求項１〜３記載の光ファイバアレイ。
【請求項５】
複数本の光ファイバ素線が束ねられた光ファイバアレイの製造方法において、該光ファイバアレイの光ファイバが収束された光入射部における入射端面を研磨することにより、表面粗さＲａが１０μｍ以上となるようにしたことを特徴とする光ファイバアレイの製造方法。
【請求項６】
複数本の光ファイバ素線が束ねられた光ファイバアレイの製造方法において、該光ファイバアレイの光ファイバが配列された光出射部における出射端面を研磨することにより、表面粗さＲａが１０μｍ以上となるようにしたことを特徴とする光ファイバアレイの製造方法。
【請求項７】
粒度＃６００以下の研磨材を用いて研磨することを特徴とする請求項５ないし６記載の光ファイバアレイの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ファイバアレイおよびその製造方法に関し、さらに詳しくは、光ファイバアレイの光ファイバが収束された光入射部および光出射部における端面が加工された光ファイバアレイおよびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
数十本ないしは数百本以上の光ファイバを束ねた光ファイバアレイは、顕微鏡照明や、コピー機、プリンタ、ファクシミリや、光印刷機の画像読み取り用光源として使用されている。光ファイバアレイの種類としては、丸型ライトガイドや、ライン型ライトガイド、サークルライトガイドなどがある。これら光ファイバアレイについては、種々検討されており、例えば特許文献１に示されているような光ファイバアレイ積層体や、特許文献２に示されるようなライン型光ファイバアレイなどが開発されてきた。
【０００３】
光ファイバアレイに使用する光源としては、蛍光灯、白熱球、メタルハライドランプ、キセノンランプ、ハロゲンランプなどがあり、ハロゲンランプ光源が一般的に用いられている。また最近では、高輝度ＬＥＤが開発され、光ファイバアレイの光源として用いられるようになってきた。
【０００４】
光ファイバアレイに入射する光としては、できるだけ平行光に近く、入射端面で入射光が均一であることが望まれる。しかし、これらの光源は大きな光量斑を持っているため、この光量斑を少なくするために、非特許文献１に示されるようなミキシングロッドやミキシングチューブなどを用いる方法が採られている。
【０００５】
【特許文献１】
特開平９−２６９４２３号公報（第２−５頁、第３図）
【特許文献２】
特開２０００−２８６９８１号公報（第２−７頁、第３図）
【非特許文献１】
宮地杭一監修「プラスチック光ファイバの応用技術」電気書院、昭和６３年２月２５日、ｐ．２６９−２７２
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、非特許文献１の方法では、光源システム全体の寸法が大きくなり、またコストがかかるため、システムが高価になってしまうという問題があった。更には、光ファイバ長が短い場合に、平行光ではなく、角度方向に光量斑のある光が光ファイバに入射すると、光源の光量斑が出射光にも反映してしまうという問題もあった。
【０００７】
本発明の目的は、上述した問題を解消し、コンパクトに、そして安価に、光量斑のない出射光を得ることができる光ファイバアレイおよびその製造方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明の光ファイバアレイは、複数本の光ファイバ素線が束ねられた光ファイバアレイにおいて、該光ファイバアレイの光ファイバが収束された光入射部における入射端面の表面粗さＲａが１０μｍ以上であることを特徴とするものである。また、複数本の光ファイバ素線が束ねられた光ファイバアレイにおいて、該光ファイバアレイの光ファイバが配列された光出射部における出射端面の表面粗さＲａが１０μｍ以上であることを特徴とするものである。
【０００９】
本発明の光ファイバアレイの製造方法は、複数本の光ファイバ素線が束ねられた光ファイバアレイの製造方法において、該光ファイバアレイの光ファイバが収束された光入射部における入射端面を研磨することにより、表面粗さＲａが１０μｍ以上となるようにしたことを特徴とするものである。また、複数本の光ファイバ素線が束ねられた光ファイバアレイの製造方法において、該光ファイバアレイの光ファイバが配列された光出射部における出射端面を研磨することにより、表面粗さＲａが１０μｍ以上となるようにしたことを特徴とするものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
光ファイバアレイに用いられる光ファイバは、通常コアとクラッドとの２層より構成されており、コアおよびクラッドにガラスを用いたガラス系光ファイバや、プラスチック材料を用いたプラスチック光ファイバがある。本発明は、これら光ファイバを収束した光ファイバアレイに用いることができる。特に、柔軟で安価であり、かつ高角度の入射光を伝搬することができるプラスチック光ファイバの光ファイバアレイに用いることが好ましい。
【００１１】
本発明で有効なプラスチック光ファイバのコア材料は、メチルメタクリレートを主成分とする（共）重合体であり、ポリメチルメタクリレート（以下ＰＭＭＡという）あるいはメチルメタクリレートを７０重量％以上含む共重合体であって共重合成分として例えば（メタ）アクリル酸エステル、（メタ）アクリル酸、（置換）スチレン、（Ｎ−置換）マレイミドなどを含むメチルメタクリレート系共重合体、または、それらを高分子反応したグルタル酸無水物、グルタルイミドなどで変性した重合体などが挙げられる。なお、（メタ）アクリル酸エステルとしては、メチルアクリレート、エチルメタクリレート、ブチルメタクリレート、ｔ−ブチルメタクリレート、シクロヘキシルメタクリレート、ベンジルメタクリレート、フェニルメタクリレート、ボルニルメタクリレート、アダマンチルメタクリレートなどが、置換スチレンとしては、メチルスチレン、α−メチルスチレンなどが、Ｎ−置換マレイミドとしては、Ｎ−イソプロピルマレイミド、Ｎ−シクロヘキシルマレイミド、Ｎ−メチルマレイミド、Ｎ−エチルマレイミド、Ｎ−ｏ−メチルフェニルマレイミドなどが挙げられる。これら共重合成分は、複数で用いてもよく、これら以外の成分を少量使用してもよい。また、耐酸化防止剤などの安定剤が透光性に悪影響しない量だけ含まれていても構わない。これらの重合体の中で、実質的にＰＭＭＡであることが、生産性、透光性、耐環境性などの点から最も好ましい。このコアの直径は１００〜５０００μｍが好ましく、光ファイバアレイを作製する上では、取り扱い上の観点から２００〜１５００μｍが更に好ましい。
【００１２】
本発明で有効なプラスチック光ファイバのクラッドをなす共重合体は、弗化ビニリデン／テトラフルオロエチレン共重合体、弗化ビニリデン／ヘキサフルオロアセトン共重合体、弗化ビニリデン／ヘキサフルオロプロピレン共重合体、弗化ビニリデンホモポリマーなどの弗化ビニリデン系（共）重合体などが挙げられる。このクラッドの厚みは２〜２０μｍであることが好ましい。特性上問題にならない程度に細くするのが好ましく、３〜１０μｍであることが更に好ましい。
【００１３】
上記のようなプラスチック光ファイバを用いて作製した本発明の光ファイバアレイの一例を図１に示す。図１において、入射端面１および出射端面２に光ファイバａが収束されており、光ファイバを保護する保護チューブｂ内に光ファイバが納められている。本発明は、上記のように複数本の光ファイバ素線が束ねられた光ファイバアレイであって、該光ファイバアレイの光ファイバが収束された光入射部における入射端面の表面粗さＲａが１０μｍ以上であることが必要である。表面粗さを５００μｍ以上に粗くし過ぎると、光ファイバアレイに入射する入射光量が極端に低下することから、必要光量が得られる範囲で粗くすることが好ましい。表面粗さが１０μｍより小さくなると、本発明の効果が得られないため好ましくない。
【００１４】
また別の手段として、該光ファイバアレイの光ファイバが配列された光出射部における出射端面の表面粗さＲａを１０μｍ以上とすることである。表面粗さを粗くし過ぎると、出射光が散乱することにより光量が低下するため、必要光量が得られる程度に粗くすることが好ましい。また、本発明は、光ファイバが短くなればなるほど効果を発揮する。特に光ファイバの長さが１ｍ以下の時に効果を発揮し、５００ｍｍ以下では絶大な効果を発揮する。光ファイバが長いと、光が伝達する間に光ファイバ内で反射を繰り返し、出射光が平滑化されるため効果は少ない。
【００１５】
また本発明は、複数本の光ファイバ素線が束ねられた光ファイバアレイの製造法において、該光ファイバアレイの光ファイバが収束された光入射部における入射端面を、研磨を行うことにより表面粗さＲａが１０μｍ以上となるようにしたことを特徴とする。また、該光ファイバアレイの光ファイバが配列された出射部における出射端面を、研磨を行うことにより表面粗さＲａが１０μｍ以上となるようにしたことを特徴とする。研磨に用いる工具としては、研磨砥石やサンドペーパーなどがあるが、このどれを用いても良い。この研磨に用いる研磨材の粒度は＃６００以下であることが好ましい。＃６００以上であると、表面粗さが１０μｍ以下となってしまうため、本発明の効果が得られないため好ましくない。
【００１６】
本発明でいう表面粗さＲａとは、中心線平均粗さあるいは算術平均粗さと呼ばれており、表面粗さ測定機を用いることにより測定することができる。表面粗さ測定機の種類としては、触針法、光干渉式、光切断式、電気容量式、平均粗さ直読式、ＮＦ粗さ式などがあるが、このどれを用いても構わない。
【００１７】
【実施例】
以下、実施例により本発明を更に詳細に説明する。なお、表面粗さの測定には、触針式の表面粗さ測定機を用いた。
【００１８】
［実施例１］
コア材がＰＭＭＡであり、クラッド材がヘキサフルオロピレン／テトラフルオロエチレン／弗化ビニリデンを主としてなる単量体混合物から共重合された共重合体からなり、ファイバー径２５０μｍのプラスチック光ファイバを使用した。長さ５００ｍｍのプラスチック光ファイバ約４００本を束ね、入射側を接着剤を用いて内径φ６ｍｍ、長さ１０ｍｍの丸金具に固定した。接着剤硬化後、入射側の光ファイバと出射側の光ファイバの位置が対応しないようにランダムミキシングを行い配列し、保護チューブを被せた後に出射側を接着剤にて入射側と同様の丸金具に固定した。光ファイバの入射端面および出射端面の金具には、材質がアルミニウム合金の丸型金具を使用した。
【００１９】
接着剤が硬化した後、研磨機にて研磨を行った。このとき、入射端面１の研磨は、研磨材の粒度を＃６００とした。出射端面２の研磨は、粒度＃３０００の研磨材を用い、鏡面研磨とした。このときの入射端面の表面粗さを測定したところ、Ｒａ＝５４．７μｍであった。
【００２０】
得られた光ファイバアレイの入射端面に５０Ｗのハロゲンランプ光源を接続し、出射端面から１００ｍｍ離れたところに白スクリーンを設置し光を投影した。この光の中心部および中心部から２０ｍｍ離れた外周部の輝度および色彩について、色彩輝度計（ミノルタ（株）製ＣＳ−１００）を用いて測定を行った。結果を表１に示す。本発明の光ファイバアレイは、輝度の変化を表すＹ値変化量が少なく、光量斑の少ない光ファイバアレイを得ることができた。
【００２１】
［実施例２］
実施例１と同じ光ファイバ、同じ長さ、同じ本数にて光ファイバアレイを作製し、入射端面１の研磨を粒度＃３０００の鏡面研磨とした。そして、出射端面２の研磨を、粒度＃６００の研磨材を用いて行った。このときの出射端面の表面粗さを測定したところ、Ｒａ＝５３．８μｍであった。実施例１と同様に中心部および中心部から２０ｍｍ離れた外周部の輝度および色彩について測定を行った結果を表１に示す。本発明の光ファイバアレイは、Ｙ値変化量が少なく、光量斑の少ない光ファイバアレイを得ることができた。
【００２２】
［比較例１］
実施例１と同じ光ファイバ、同じ長さ、同じ本数にて光ファイバアレイを作製し、入射端面、出射端面の両端面の研磨を粒度＃３０００の鏡面研磨とした。このときの入射端面の表面粗さは、Ｒａ＝２．８μｍ、出射端面の表面粗さは、Ｒａ＝３．２μｍであった。実施例１と同様に中心部および中心部から２０ｍｍ離れた外周部の輝度および色彩について測定を行った結果を表１に示す。中心部と周辺部の測定値の変化量が大きく、光量に斑があった。
【００２３】
【表１】
2004264394.tif 000002
【００２４】
【発明の効果】
上述したように、本発明の光ファイバアレイによれば、コンパクトに、そして安価に、光量斑のない出射光を得ることができる光ファイバアレイを得ることができる。また本発明の製造方法によれば、上記光ファイバアレイを容易に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における光ファイバアレイの一例を示す模式図である。
【符号の説明】
１  入射端面
２  出射端面
ａ  光ファイバ
ｂ  保護チューブ
【図１】
2004264394.tif 000003