(57)【要約】【課題】光ファイババンドルの端部における光量の低減を抑制する溶融型光ファイババンドル端部を製造する。【解決手段】多数本の光ファイバ素線３を束ねて構成される溶融型光ファイババンドル１の端部であって、この端部の各光ファイバ素線３から被覆材１３を除去した裸光ファイバ１１が加熱・溶融して一体化される。各裸光ファイバ１１は、光を伝搬するコア５と、このコア５の外周を被覆した第１クラッド層７と、この第１クラッド層７の外周を被覆した第２クラッド層９と、から構成される。しかも、コア５の融点が第１クラッド層７より高く、且つ第２クラッド層９の融点がコア５と第１クラッド層７との中間に構成されているので、加熱・溶融されるとき、第１クラッド層７が流出しても第１クラッド層７より融点の高い第２クラッド層９があるのでコア同士が融着せず、第２クラッド層９によりコア５の光が漏れないので光量の低減が抑制される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
多数本の光ファイバ素線を束ねて光ファイババンドルを構成すると共に前記各光ファイバ素線から被覆材を除去した裸光ファイバで前記光ファイババンドルの端部を形成せしめて加熱・溶融して一体化することにより、溶融型光ファイババンドル端部を製造する際に、
前記各裸光ファイバが、光を伝搬するコアと、このコアの外周を被覆する第１クラッド層と、この第１クラッド層の外周を被覆する第２クラッド層と、から構成されていることを特徴とする溶融型光ファイババンドル端部の製造方法。
【請求項２】
前記コアの融点を前記第１クラッド層より高くすると共に、前記第２クラッド層の融点を前記コアと前記第１クラッド層との中間の融点にすることを特徴とする請求項１記載の溶融型光ファイババンドル端部の製造方法。
【請求項３】
前記コアの屈折率を前記第１クラッド層より高くすると共に、前記第２クラッド層の屈折率を前記コアと前記第１クラッド層との中間の屈折率にすることを特徴とする請求項１記載の溶融型光ファイババンドル端部の製造方法。
【請求項４】
多数本の光ファイバ素線を束ねて光ファイババンドルを構成すると共に前記各光ファイバ素線から被覆材を除去した裸光ファイバで前記光ファイババンドルの端部を形成せしめて加熱・溶融して一体化することにより、光ファイババンドルの端部を溶融してなる溶融型光ファイババンドル端部であって、
前記各裸光ファイバが、光を伝搬するコアと、このコアの外周を被覆した第１クラッド層と、この第１クラッド層の外周を被覆した第２クラッド層と、から構成されていることを特徴とする溶融型光ファイババンドル端部。
【請求項５】
前記コアの融点が前記第１クラッド層より高く、且つ前記第２クラッド層の融点が前記コアと前記第１クラッド層との中間に構成されていることを特徴とする請求項４記載の溶融型光ファイババンドル端部。
【請求項６】
前記コアの屈折率が前記第１クラッド層より高く、前記第２クラッド層の屈折率が前記コアと前記第１クラッド層との中間に構成されていることを特徴とする請求項４記載の溶融型光ファイババンドル端部。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、溶融型光ファイババンドル端部の製造方法及び溶融型光ファイババンドル端部に関し、特に光ファイバの光の伝搬機能とその可撓性を利用した照明器具として使用されるライトガイドなどの溶融型光ファイババンドル端部の製造方法及び溶融型光ファイババンドル端部に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、光ファイバの光の伝搬機能とその可撓性を利用した照明器具としては、例えばライトガイドが存在する。このライトガイドは一本一本の光ファイバを多数束ねた光ファイババンドルであり、多数の光ファイバの束ね方によって光の分岐や合成が簡単に達成できる。上記のライトガイドは分岐型の光ファイババンドルである。つまり、ひとつの光源から複数の出力端に均等に光を分散させたり、複数の光源から光を合成したりすることができる。
【０００３】
上記のライトガイドは、例えばファイバスコープなどのように、観察対象物を照明するために光源からの光を導くためのものとして内蔵されている。光源の光が集光されてライトガイドの端部に入射されるので、ライトガイドの端部が極めて高温になる。多数の光ファイバを束ねるために低融点ガラスや無機系の接着剤を使用すると、ライトガイドの光ファイバの充填率が低下するために入射効率が低下することや、熱膨張率の違いからライトガイドを加工時に端部が破損するなどの不具合が生じる。
【０００４】
そこで、上記の高温に耐えて高輝度の照明を可能とするために、耐熱性、気密性、高輝度などのメリットから、バンドル端部を一体化した溶融型光ファイババンドルの端末の製造方法が提案されてきた。
【０００５】
従来の溶融型光ファイババンドル１０１としては、図９及び図１０に示されているように、例えば多数本の光ファイバ素線１０３が束ねられると共に前記各光ファイバ素線１０３の端部の被覆材が除去された裸光ファイバ１０５と同じか、あるいはその近傍の熱膨張係数の材料からなるガラス管１０７に詰め込まれて収容される。次いで、このガラス管１０７の外側から加熱されて溶融一体化され、図１０に示されているように気密性が向上するように製造されている。前記溶融型光ファイババンドル１０１の端部には、例えば光源１０９の光が集光レンズ１１１で集光されて入射される（例えば、特許文献１及び特許文献２参照）。
【０００６】
また、従来の他の溶融型光ファイババンドルとしては、多数の光ファイバの端部が石英スリーブ内に詰め込まれる際に、前記石英スリーブの端部側に石英スリーブの外径よりもやや小さな内径の黒鉛製の割スリーブを被せる。石英スリーブの外部から加熱して黒鉛製の割スリーブを発熱させて石英スリーブと光ファイバの端部とを溶融一体化させている。このとき、石英スリーブは溶融時に収縮しても、黒鉛製のスリーブに割りが形成されているので追従して均一な加熱ができるように工夫されている（例えば、特許文献３参照）。
【０００７】
また、従来の他の溶融型光ファイババンドルとしては、多数の光ファイバを加熱して溶融一体化する前に、光ファイババンドルにガラスプリカーサ材料を加えることにより、隣接する光ファイバ間が接着され、しかもガラスプリカーサ材料は加熱すると液状となり、ギャップや不連続点を存在することなく光ファイバを溶融して接合する方法もある（例えば、特許文献４参照）。
【０００８】
以上のように、従来は何らかの熱源により、光ファイバを溶融一体化するものである。しかも、近年においては、光ファイババンドルは半導体製造のステッパ技術への応用を始め、幅広い分野に応用されている。
【特許文献１】特開平６−３４７６４５号公報
【特許文献２】特開平７−５６０２７号公報
【特許文献３】特開平８−３０４６４２号公報
【特許文献４】特開２００１−１０８３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、従来の溶融型光ファイババンドル１０１において、一般的に使用されている光ファイバ素線１０３の構造は、図７に示されているように、コア１１３とこのコア１１３の外周のクラッド層１１５による２層構造のものである。さらに、前記光ファイバ素線１０３のクラッド層１１５の外周は被覆材１１７で被覆されている。特に、石英系ガラス光ファイバ素線１０３は、コア１１３もクラッド層１１５も石英ガラスで構成されており、ドーパントと呼ばれるゲルマニウム（Ｇｅ）やフッ素（Ｆ）が微量に添加されることにより、屈折率が調整される。つまり、図８の裸光ファイバ１０５の屈折率分布図に示されているように、コア１１３の屈折率がクラッド層１１５の屈折率より０．２〜３％だけ高くなっている。なお、図８では屈折率の差を理解できるように概略的に図示しており、実際の比率ではない。この屈折率の差により、コア１１３に入射された光はコア１１３とクラッド層１１５の境界で全反射しながら、コア１１３の中を伝わっていくことになる。
【００１０】
上記の石英ガラスは、ドーパントした成分によって組成上の結合状態が異なるために屈折率が変化すると同時に、融点或いは軟化温度などの物理的性質にも影響を与えることが知られている。例えば、フッ素の添加により構成されるクラッド層１１５は、Ｇｅでドープした石英ガラスのコア１１３より屈折率が低くなるが、融点も低くなる。このような石英ガラス裸光ファイバ１０５は加熱されると、フッ素をドープしたクラッド層１１５の融点が低いため、クラッド層１１５がコア１１３より先に溶けてしまう恐れがある。
【００１１】
したがって、溶融型光ファイババンドル１０１の場合は、溶融一体化するために加熱された多数の裸光ファイバ１０５の端部で、特に外周側の裸光ファイバ１０５のクラッド層１１５がコア１１３より先に溶けて流れていくことになり、裸光ファイバ１０５のクラッド層１１５の境界がバンドル内部に部分的に欠損してしまう部分ができたり、隣接する裸光ファイバ１０５のコア１１３同士が融合して光が漏れてしまうという問題点があった。
【００１２】
上述したようにクラッド層１１５が欠損した裸光ファイバ１０５で光を伝搬すると、光をコア１１３に閉じ込められなくなり、光が漏れてしまうために光量をロスしてしまうという問題点があった。また、このクラッド層１１５の部分的な欠損により、裸光ファイバ１０５のコア１１３の変形が引き起こされるために、光ファイババンドル１０１の端部全体を変形させる恐れがあった。この変形により、光量分布の不均一や照射面積の低下などの不具合が生じる恐れがあるという問題点があった。なお、石英ガラスの融点は１７００°Ｋであるので、加熱時に石英ガラスが熱的に軟化されて溶融が起こるものと考えられる。
【００１３】
この発明は上述の課題を解決するためになされたものである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
この発明の溶融型光ファイババンドル端部の製造方法は、多数本の光ファイバ素線を束ねて光ファイババンドルを構成すると共に前記各光ファイバ素線から被覆材を除去した裸光ファイバで前記光ファイババンドルの端部を形成せしめて加熱・溶融して一体化することにより、溶融型光ファイババンドル端部を製造する際に、前記各裸光ファイバが、光を伝搬するコアと、このコアの外周を被覆する第１クラッド層と、この第１クラッド層の外周を被覆する第２クラッド層と、から構成されていることを特徴とするものである。
【００１５】
この発明の溶融型光ファイババンドル端部の製造方法は、前記溶融型光ファイババンドル端部の製造方法において、前記コアの融点を前記第１クラッド層より高くすると共に、前記第２クラッド層の融点を前記コアと前記第１クラッド層との中間の融点にすることが好ましい。
【００１６】
この発明の溶融型光ファイババンドル端部の製造方法は、前記溶融型光ファイババンドル端部の製造方法において、前記コアの屈折率を前記第１クラッド層より高くすると共に、前記第２クラッド層の屈折率を前記コアと前記第１クラッド層との中間の屈折率にすることが好ましい。
【００１７】
この発明の溶融型光ファイババンドル端部は、多数本の光ファイバ素線を束ねて光ファイババンドルを構成すると共に前記各光ファイバ素線から被覆材を除去した裸光ファイバで前記光ファイババンドルの端部を形成せしめて加熱・溶融して一体化することにより、光ファイババンドルの端部を溶融してなる溶融型光ファイババンドル端部であって、前記各裸光ファイバが、光を伝搬するコアと、このコアの外周を被覆した第１クラッド層と、この第１クラッド層の外周を被覆した第２クラッド層と、から構成されていることを特徴とするものである。
【００１８】
この発明の溶融型光ファイババンドル端部は、前記溶融型光ファイババンドル端部において、前記コアの融点が前記第１クラッド層より高く、且つ前記第２クラッド層の融点が前記コアと前記第１クラッド層との中間に構成されていることが好ましい。
【００１９】
この発明の溶融型光ファイババンドル端部は、前記溶融型光ファイババンドル端部において、前記コアの屈折率が前記第１クラッド層より高く、前記第２クラッド層の屈折率が前記コアと前記第１クラッド層との中間に構成されていることが好ましい。
【発明の効果】
【００２０】
以上のごとき課題を解決するための手段から理解されるように、この発明によれば、光ファイババンドルの端部を加熱して溶融する際に、たとえ裸光ファイバの第１クラッド層が流出しても第１クラッド層より融点の高い第２クラッド層が存在するので、コア同士が融着しないように防止できる。しかも、コアの屈折率は第２クラッド層より高いので、第１クラッド層が流出してもコア内の光が第２クラッド層との境界により外部へ漏れないので、光量の低減を抑制できることになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、この発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００２２】
図１、図３及び図４を参照するに、この実施の形態に係る溶融型光ファイババンドル１に使用される光ファイバ素線３は、中心部にあるコア５と、このコア５の外周を被覆する第１クラッド層７と、この第１クラッド層７の外周を被覆する第２クラッド層９と、からなる３層構造の裸光ファイバ１１と、この裸光ファイバ１１の第２クラッド層９の外周を被覆する被覆材１３と、から構成されている。
【００２３】
図５及び図６を併せて参照するに、この実施の形態に係る溶融型光ファイババンドル１は、例えばライトガイドのように一本一本の光ファイバ素線３を多数束ねると共にこの多数束ねた光ファイバ３の端部の被覆材１３が除去されてから、その端部の裸光ファイバ１１を何らかの熱源で加熱することにより、溶融一体化した光ファイババンドルである。
【００２４】
より詳しくは、溶融型光ファイババンドル１の端末を加工する際には、図３及び図４に示されているように、上記の各光ファイバ素線３の端部の被覆材１３が除去されてから、多数束ねた裸光ファイバ１１の端部が石英ガラス管１５に詰め込まれる。この状態では裸光ファイバ１１同士の間に隙間Ｇが生じている。次いで、上記の石英ガラス管１５の外側から例えば酸水素バーナーで加熱したり、石英ガラス管１５の外側に電熱線のヒータを巻き付けて通電して加熱したり、あるいは何らかの熱源で加熱すると、図５及び図６に示されているように石英ガラス管１５並びに特に外周側の裸光ファイバ１１が溶融されて、裸光ファイバ１１同士間の隙間Ｇが無くなり、単位面積当たりの裸光ファイバ１１の本数が増えることになる。
【００２５】
そのため、結果的に光量が増えることになり、高輝度が得られる。また、各裸光ファイバ１１同士間の隙間Ｇが無くなることにより、光ファイババンドル１の端面に気密性が得られるので、真空状態などの環境内でも使用可能になる。
【００２６】
再び図１を参照するに、この発明の実施の形態の主要部を構成する各光ファイバ素線３の裸光ファイバ１１は、上記のコア５の融点は第１クラッド層７より高く構成され、且つ前記第２クラッド層９の融点は、前記コア５と第１クラッド層７との中間の融点に設定されている。
【００２７】
また、図２における裸光ファイバ１１の屈折率分布図に示されているように、上記のコア５の屈折率は第１クラッド層７より高く構成され、且つ前記第２クラッド層９の屈折率が前記コア５と第１クラッド層７との中間の屈折率に構成されている。なお、図２の屈折率分布図は屈折率の差を理解できるように概略的に図示しているのであって、実際の比率ではない。
【００２８】
上記の説明を言い換えれば、第１クラッド層７及び第２クラッド層９に関して言えば、第１クラッド層７の融点が第２クラッド層９より低く、しかも第２クラッド層９の融点が第１クラッド層７とコア５の融点の中間にあるということである。屈折率についても同様に、第１クラッド層７の屈折率が第２クラッド層９より低く、しかも第２クラッド層９の屈折率が第１クラッド層７とコア５の屈折率の中間にある。
【００２９】
より詳しく説明すると、上記の第１クラッド層７及び第２クラッド層９のそれぞれの融点及び屈折率は、各クラッド層７，９にドーパントしたフッ素とＧｅの量によって調整できる。つまり、石英ガラスは、ドーパントされる元素とその含有量によって合成石英ガラスの物質的性質が変化することが知られており、実際、フッ素をドーパントした石英ガラスより、Ｇｅをドーパントした石英ガラスの方が硬く、融点も高くなる。このことを利用して、この実施の形態では、加熱時に先に溶ける第１クラッド層７を、より溶けにくい第２クラッド層９でガードしたことを特徴としている。
【００３０】
したがって、第１クラッド層７の融点と第２クラッド層９の融点の中間温度で加熱すれば、加熱時に、たとえ第１クラッド層７が溶けて重力によって流出して薄くなっても、第２クラッド層９が存在しているので、隣接する裸光ファイバ１１のコア５同士が溶着しないように防止できる。一部のコア５同士が融合すると、光が伝搬するときに伝搬経路の広がりによる分散が生じるが、この実施の形態の光ファイババンドル１では、コア５の形状を保証できる上、光がコア５内を伝搬するときに第２クラッド層９によって光が漏れないので光量の低減が最小限に抑制される。
【００３１】
その結果、溶融型光ファイババンドル１の端末部に大光量が供給されることになり、しかも部分的な光量の強弱が無く、伝搬する光が均等に分布されることになる。
【００３２】
なお、この発明は前述した実施の形態に限定されることなく、適宜な変更を行うことによりその他の態様で実施し得るものである。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】この発明の実施の形態の溶融型光ファイババンドルで使用される光ファイバの断面図である。
【図２】図１の光ファイバの半径方向断面における各層の屈折率分布図である。
【図３】この発明の実施の形態の溶融型光ファイババンドルを溶融一体化加工する前の状態説明図である。
【図４】図３の矢視ＩＶ−ＩＶ線の断面図である。
【図５】この発明の実施の形態の溶融型光ファイババンドルを溶融一体化加工した後の状態説明図である。
【図６】図５の矢視ＶＩ−ＶＩ線の断面図である。
【図７】従来の溶融型光ファイババンドルで使用される光ファイバの断面図である。
【図８】図７の光ファイバの半径方向断面における各層の屈折率分布図である。
【図９】従来の溶融型光ファイババンドルを溶融一体化加工した後の状態説明図である。
【図１０】図９の矢視Ｘ−Ｘ線の断面図である。
【符号の説明】
【００３４】
１  溶融型光ファイババンドル
３  光ファイバ素線
５  コア
７  第１クラッド層
９  第２クラッド層
１１  裸光ファイバ
１３  被覆材
１５  石英ガラス管
Ｇ  隙間
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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