JP2000098166A

JP2000098166A - 分岐型光伝送装置

Info

Publication number: JP2000098166A
Application number: JP10263492A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Hotta; 篤堀田; Tatsuo Terahama; 龍雄寺浜; Itsuo Tanuma; 逸夫田沼
Original assignee: Bridgestone Corp
Current assignee: Bridgestone Corp
Priority date: 1998-09-17
Filing date: 1998-09-17
Publication date: 2000-04-07

Abstract

(57)【要約】【課題】束ねられた複数本の光伝送チューブに対する
光源の出射面積と光伝送チューブの受光総面積との関係
で最適な入射効率を実現し、必ずしもチューブ間の隙間
を最小にする必要をなくした。【解決手段】可撓性を有する筒状のクラッディング１
０と、このクラッディング１０に充填されクラッディン
グ１０より高い屈折率を有し弾性変形可能な固形状物で
形成した透明コア１１とから成る光伝送チューブ１の単
体を結束部材２で複数本束ねた分岐型光伝送装置であっ
て、束ねられた複数本の光伝送チューブ１に対する光源
の出射面積３が光伝送チューブ１の受光総面積の６５％
以上のときは、結束部材２を縮径して光伝送チューブ１
を過度に扁平しないように変形させ結束部材２内におけ
る光伝送チューブ１の受光面積比を９５％以下とし、束
ねられた複数本の光伝送チューブ１に対する光源の出射
面積３が光伝送チューブ１の受光総面積の１００％以下
のときは、結束部材２を縮径して光伝送チューブ１を過
度に扁平しないように変形させ結束部材２内における光
伝送チューブ１の受光面積比を８５％以上とした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、可撓性を有する
筒状のクラッディング内にクラッディングより高い屈折
率を有する透明なコアを充填した光伝送チューブを結束
部材で複数本束ねた分岐型光伝送装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】可撓性を有する筒状のクラッディング内
に透明なコアを充填した光伝送チューブとしては、米国
特許第３，８１４，４９７号明細書記載の発明や米国特
許第４，００９，３８２号明細書記載の発明、さらに米
国特許第５，３３３，２２７号明細書記載の発明が知ら
れている。最初の従来技術は、互いに平行で密に並べら
れた多数のロッドから成るウェーブガイドを開示し、１
本１本のロッドが光伝送チューブを構成している。この
ロッドは、メインボディ（クラッディング）の中にオー
ガニックリキッドコアを充填したものである。リキッド
コアは、テトラクロロエチレンあるいはこれにカーボン
テトラクロライドを混合したものから成ることが開示さ
れている。第２番目の従来技術は、ブラスチック材料か
ら成る可撓性を有する中空のチューブと、このチューブ
内に充填され、このチューブを形成するプラスチック材
料よりも屈折率の大きな光伝導性液体と、チューブ両端
を閉じる光透過手段とから成るフレキシブルライトガイ
ドを開示している。光透過手段は、石英や石英ガラスか
ら成る窓であり、光伝導性液体としては、無機塩の水溶
液が用いられる。最後の従来技術は、両端開口の中空チ
ューブ状のクラッディング内にこのクラッディングより
も屈折率の高い流動体のコアを充填し、クラッディング
両端に封止栓を嵌め込んだオプティカルウェーブガイド
を開示している。

【０００３】以上のような光伝送チューブの従来例は、
いずれもクラッディングの中空内部に流体を充填し、ク
ラッディングの両端は硬質な光透過性の窓ないしは封止
栓でシールされたものである。このような光伝送チュー
ブに高出力の光源から光を入射させる場合、光伝送チュ
ーブの入射部の耐熱性及び汚れ防止のために上記窓ない
し封止栓は、石英ガラス、パイレックスガラス、多成分
ガラス等の無機ガラスが好適に使用されていた。このよ
うな光伝送チューブを複数本束ねて光の入射端を結束
し、１つの光源から複数の光伝送チューブに光を送り、
各光伝送チューブを分岐させる方法が試みられている。
例えば、図１２に示すように、可撓性を有する筒状クラ
ッディング１０１の内部に流動体のコアを充填し、クラ
ッディング１０１の両端を無機ガラスの封止栓１０２で
シールした２本の光伝送チューブ１００の光入射端側を
結束部材１０３で束ね、この束ねられた端部に高出力の
１つの光源から光を入射して２本の光伝送チューブ１０
０に光を送ることが試みられた。

【０００４】図１２に示す従来例では、光入射端に存在
する無機ガラスの封止栓１０２は外力により変形するこ
とがないため、結束部材１０３で束ねられたスペース内
には隙間１０５が生じ、このスペースに光を入射しても
各光伝送チューブ１００に高率よく光を入射できないも
のであった。この従来例では、光伝送チューブ１００の
結束部材１０３内での充填率は約５０％であり、光の入
射率が悪い。そこで、可撓性を有する筒状のクラッディ
ングと、このクラッディングに充填されクラッディング
より高い屈折率を有し弾性変形可能な固形状物で形成し
た透明コアとから成る光伝送チューブの単体を結束部材
で複数本束ね、複数のチューブ間の隙間が最小となるよ
うにチューブを外力により変形させたものが開発され
た。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし上記の光伝送チ
ューブは柔軟で弾性率の低いコア材あるいはクラッド材
の場合には容易に隙間を最小にできるが、弾性率の高い
プラスチックなどのように硬い材料を用いた場合、隙間
を最小にするには光伝送チューブにかける外力（加締め
力）をかなり高くしなければならない。すると光伝送チ
ューブに応力がかかり、扁平し光を散乱などによりロス
することになる。また、最小に加締めたとしても応力緩
和に時間を要し、光伝送チューブ作製の面からも効率が
悪かった。

【０００６】そこで、この発明は、束ねられた複数本の
光伝送チューブに対する光源の出射面積と光伝送チュー
ブの受光総面積との関係で最適な入射効率を実現し、必
ずしもチューブ間の隙間を最小にする必要もない分岐型
光伝送装置を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
め、この発明は可撓性を有する筒状のクラッディング
と、このクラッディングに充填されクラッディングより
高い屈折率を有し弾性変形可能な固形状物で形成した透
明コアとから成る光伝送チューブの単体を結束部材で複
数本束ねた分岐型光伝送装置であって、束ねられた複数
本の光伝送チューブに対する光源の出射面積が光伝送チ
ューブの受光総面積の６５％以上のときは、結束部材を
縮径して光伝送チューブを過度に扁平しないように変形
させ結束部材内における光伝送チューブの受光面積比を
９５％以下とし、束ねられた複数本の光伝送チューブに
対する光源の出射面積が光伝送チューブの受光総面積の
１００％以下のときは、結束部材を縮径して光伝送チュ
ーブを過度に扁平しないように変形させ結束部材内にお
ける光伝送チューブの受光面積比を８５％以上としたも
のである。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下にこの発明の好適な実施例に
ついて図面を参照にして説明する。

【０００９】図１に示す実施例は、４本の光伝送チュー
ブ１を夫々の光入射端１ａ側で結束部材２で結束してあ
る。結束部材２による結束時に光伝送チューブ１に外圧
を加えて光伝送チューブ１の光入射端１ａ側を変形させ
て結束部材２内における各光伝送チューブ１間の隙間を
小さくする。その結果、結束部材２で束ねられた光伝送
チューブ１は、図３に示す状態から図１に示すように変
形され、各チューブ１は過度に扁平しないように変形さ
せられる。

【００１０】光伝送チューブ１は、可撓性を有する筒状
のクラッディング１０と、このクラッディング１０に充
填されたクラッディング１０より高い屈折率を有する透
明なコア１１とから成る。前記クラッディング１０を形
成する材料としては、プラスチックやエラストマー等の
ように可撓性を有し、チューブ状に成形可能で、屈折率
の低い材料を用いることが好ましい。その具体例として
は、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアミド、ポリ
スチレン、ＡＢＳ樹脂、ポリメチルメタクリレート、ポ
リカーボネート、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデ
ン、ポリ酢酸ビニル、ポリエチレン−酢酸共重合体、ポ
リビニルアルコール、ポリエチレン−ポリビニルアルコ
ール共重合体、フッ素樹脂、シリコーン樹脂、天然ゴ
ム、ポリイソプレンゴム、ポリブタジエンゴム、スチレ
ン−ブタジエン共重合体、ブチルゴム、ハロゲン化ブチ
ルゴム、クロロプレンゴム、アルリルゴム、ＥＰＤＭ、
アクリロニトリル−ブタジエン共重合体、フッ素ゴム、
シリコーンゴム等が挙げられる。中でも屈折率の低いシ
リコーン系ポリマーやフッ素系ポリマーが特に好まし
く、具体的にはポリジメチルシロキサンポリマー、ポリ
メチルフェニルシロキサンポリマー、フルオロシリコー
ンポリマー等のシリコーン系ポリマー、ポリテトラフル
オロエチレン（ＰＴＦＥ）、四フッ化エチレン−パーフ
ロロアルコキシエチレン共重合体（ＰＦＥ）、ポリクロ
ルトリフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ）、四フッ化エチ
レン−エチレン共重合体（ＥＴＦＥ）、ポリビニリデン
フルオライド、ポリビニルフルオライド、フッ化ビニリ
デン−三フッ化エチレン共重合体、フッ化ビニリデン−
六フッ化プロピレン共重合体、フッ化ビニリデン−六フ
ッ化プロピレン−四フッ化エチレン三元共重合体、四フ
ッ化エチレンプロピレンゴム、フッ素系熱可塑性エラス
トマー等が挙げられる。これらの各材料は単独又は２種
以上をブレンドして用いることができる。

【００１１】前記コア１１を形成する材料としては、変
形し易く加圧変形させても破壊したり材料の弾性率の違
いにより屈折率の分布が生じ、光透過率の低下を発生し
ない柔軟性を示す材料が好ましく、具体的には、メチル
アクリレート、メチルメタクリレート等のアルキルアク
リレートとこれに共重合可能な透明ポリマーを得ること
ができる他のアクリレート、メタクリレートを共重合し
た柔軟アクリル系ポリマーや、シリコーンゲルやこの他
のゲル状のもの及びゴム状のものを使うこともできる。

【００１２】図３において、符号３は光源の出射面積を
示し、この実施例では、出射面積３は光伝送チューブ１
の受光総面積の１００％を少し超える。したがって、外
圧を加えて光伝送チューブ１を変形させた後（図１）、
結束部材２内における光伝送チューブ１の受光面積比は
９５％以下とした。

【００１３】複数の光伝送チューブ１を締めつける度合
いには、最適値がある。チューブ受光面積比をＳ（％）
とし、締めつけた後のチューブ全部の受光面積をＳ_１、
締めつけた後の結束部材２の内径面積をＳ_０とすると、Ｓ＝Ｓ_１／Ｓ_０×１００となる。さらに、締めつけたときの分岐効率の形状指標
として充填率をＣ（％）とし、有効な空隙面積（光源の
径の内側にある締めつけた後のチューブ以外の空隙）を
Ｄ_１、光源の径の面積をＤ_０とすると、Ｃ＝１００−Ｄ_１／Ｄ_０×１００となる。充填率Ｃとチューブ受光面積比Ｓの関係はコア
１１とクラッディング１０に何を使うかにより特性が変
わってくる（主に弾性率による違い）。チューブ受光面
積比Ｓが高くなればＣも高くなり、ある一定のところで
Ｃは１００％に達してそのまま変わらなくなる。また、
コア１１やクラッディング１０の弾性率が低いと充填率
Ｃとチューブ受光面積比Ｓの関係のグラフの勾配が高く
なり、またその逆に弾性率が高いと充填率Ｃはなかなか
１００％に達せずその勾配は緩やかになる。分岐型光伝
送チューブの受光効率、伝送効率を考える場合、次のよ
うに２通りにわけて考える必要がある。 (a) 分岐型光伝送チューブ１本あたりの伝送効率Ｒｓ (b) 分岐型光伝送チューブ全体としての受光効率ＲｔＲｓはいわゆる１本あたりの光伝送チューブが光をどの
くらいロスしているかであり、それは全く締めつけられ
ていない光伝送チューブ１本と締めつけられて分岐され
た光伝送チューブ１本の伝送光量の比として求められ
る。測定法は図４に示す測定方法により測定される。Ｒ
ｓはチューブ受光面積比Ｓを大きくするほど小さくなり
（締めつければ光伝送チューブ１が扁平する）、逆にチ
ューブ受光面積比Ｓを小さくすれば大きくなる。これは
つまり、光伝送チューブ１の扁平によるロスである。

【００１４】ここでＣとＲｓの挙動をＳの関数としてみ
てみたい。図５にＣとＲｓの実験値を示す。４分岐の光
伝送チューブ１について光源の出射面積と締めつけ前の
４本の分岐した光伝送チューブ１の総受光面積の比Ｗを
変えてとってみた。

【００１５】このように光伝送チューブ１のチューブ受
光面積比Ｓが大きくなればなるほどＣは上がりＲｓは下
がる。Ｃは光源の径Ｄ_０によって分岐型光伝送チューブ
の分岐効率に大きく影響を与える。光源の径が大きけれ
ば空隙などは影響ないし、光源の径が小さくなると空隙
の与える影響は大となる。

【００１６】また、Ｒｔは、ある一定の光源の径Ｄ_０を
定め、その径において分岐型光伝送チューブがどのくら
い光量を伝送できるかを受光面の空隙による充填率Ｃや
上記のＲｓをもすべて含めて出される量である。これは
図５に示すように光源の径Ｄ _０とＣさらにＲｓにより変
わる値である。Ｒｔに与える要素にはこのようにＤ_０と
ＲｓとＣが主にある。ＲｓとＣがＳの関数であるから、Ｒｔ＝Ｒｔ（Ｄ_０、Ｃ、Ｒｓ）＝Ｒｔ（Ｄ_０、Ｓ）上記のようにＲｔはＤ_０、Ｓの関数であると考えられる
から、実験としては光源の径Ｄ_０、チューブ受光面積比
Ｓを各種変えてＲｔをみればよい。

【００１７】図４に示す測定法は、光源から出た光を積
分球に入射し、積分球のもう一方に穴をあけ、分岐型光
伝送チューブおよび分岐型光伝送チューブ１本の径と等
しい、１本からなる無分岐の光伝送チューブをセット
し、さらに光伝送チューブの他方は他の積分球に接続さ
れ１本ずつその光量を測定する。積分球からは均等に光
が入射するため、１本あたりの伝送効率を測定すること
ができる。

【００１８】分岐型光伝送チューブの光伝送量の測定
は、図６に示すように、各種集光径をもつ光源に光伝送
チューブをセットし光を入射させ、積分球により分岐光
伝送チューブをまとめた光量として測定する。その際、
均等に光を入射させるよう中心を光源径とチューブ径で
一致させる（図７参照）。

【００１９】束ねられた（締めつける前の）複数本の光
伝送チューブ１に対する光源の出射面積が光伝送チュー
ブ１の受光総面積の１３２％の場合、チューブ受光面積
比と光量の関係を図８に示す。

【００２０】束ねられた複数本の光伝送チューブ１に対
する光源の出射面積が光伝送チューブ１の受光総面積の
２４％の場合のチューブ受光面積比（締めつけ具合、結
束部材２の縮径具合）と光量の関係を図９に示す。

【００２１】同様の受光総面積が７３％の場合のチュー
ブ受光面積比と光量の関係を図１０に示す。

【００２２】図８の場合は、強く締めつけない方が良
く、図９の場合は、締めつけを強くした方が良く、図１
０の場合には、締めつけても締めつけなくても同等の光
量透過性を有する。ＲｓとＣは見てきた通り相反してお
り、一方を上げれば一方は下がり、一方を下げればもう
一方が上がる。そうすると、ＲｓとＣのとり方には最適
値が存在するはずである。事実、光源が１０φ（mm）よ
り小さく集光してると受光面積比率Ｓを上げた方が良く
（充填率Ｃが優位となる）、１０φより大きいと逆に受
光面積比率Ｓを下げた方が良い（１本の伝送効率Ｒｓが
優位となってくる）。図８ないし図１０の実験に供した
コア１１は、柔軟アクリル樹脂（弾性率５×１０^７ dyn
／cm^２）を用い、１本の光伝送チューブ１の直径を５．
９mm（φ５．９）としたものを４本用いた。結束部材２
としては金属スリーブを用い、締めつけ方法はこの金属
スリーブを加締めて縮径した。

【００２３】前記結束部材２としては、口金や金属スリ
ーブ等が使用でき、複数本の光伝送チューブ１の光入射
端１ａを口金等へ挿入し、挿入後に口金を加締めて径を
縮めることができる。或いは、熱収縮チューブを結束部
材２として使用することもでき、この熱収縮チューブに
複数本の光伝送チューブ１を挿入し、熱収縮チューブを
加熱してその収縮力を利用して径を縮める方法等が例示
できる。この場合の圧縮変形の度合いについては、例え
ば、仮に締めつけが弱いと均等に断面積が配分されず、
さらに光伝送チューブ１で満たされない隙間ができてし
まい光入射のロスが多くなる。逆に締めつけが強すぎる
と、ひどい場合にはコアが破壊してしまい光入射のロス
が多くなる。

【００２４】なお、この発明において、光伝送チューブ
１を保護する目的で適当な被覆材によりクラッディング
１０を被覆することができ、かかる被覆材としては、プ
ラスチック、エラストマー、金属、ガラス、無機材料等
が用いられ、具体的にはポリアミド、エポキシ樹脂、ポ
リ塩化ビニル、ポリカーボネート、ポリスチレン、フッ
素樹脂、ブチルゴム、ハロゲン化ブチルゴム、ポリエチ
レン、ポリプロピレン、ポリウレタン、塩酸ゴム、天然
ゴム、ポリイソプレンゴム、ポリブタジエンゴム、クロ
ロプレンゴム、アクリルゴム、ＥＰＤＭ、フッ素ゴム等
の高分子材料をコーティング、押し出し成形、或いはテ
ープ状の巻き付け、熱収縮処理等によりクラッディング
１０に被覆することができる。また、ＳＵＳ、アルミ、
銅、鉄等の金属材料、或いは上記の高分子材料をパイプ
状、蛇腹管状、螺旋ワイヤー状に成形したものの中に、
コア１１を充填したクラッディング１０を挿入してもよ
い。さらには金属材料をクラッディング１０の外周へ鍍
金、蒸着、スパッタリング等することにより金属膜を被
覆することもできる。このような被覆材は、光伝送チュ
ーブ１の保護だけではなく、遮光あるいは所用部分だけ
を発光させる目的で設けることもできる。例えば、被覆
材の所用部分に穴をあけたり、透明にすることにより、
その部分から光が外に漏れ、多数のスポット状あるいは
ライン状の発光体とすることもできる。

【００２５】結束部材２で複数本の光伝送チューブ１を
束ね、その光入射側の端面１ａに光入射用窓材３を接合
することもできる（図１１参照）。このような窓材３と
しては、石英ガラス、パイレックスガラス、多成分ガラ
ス、ＢＫ−７ガラス、サファイヤ、水晶などの無機ガラ
ス、ポリエチレン、ポリプロピレン、ＡＢＳ樹脂、アク
リロニトリル・スチレン共重合体、スチレン・ブタジエ
ン共重合体、アクリロニトリル・ＥＰＤＭ・スチレン三
元共重合体、スチレン・メチルメタクリレート共重合
体、（メタ）アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ポリメチル
ペンテン、アリルジグリコールカーボネート樹脂、スピ
ラン樹脂、アモルファスポリオレフィン、ポリカーボネ
ート、ポリアミド、ポリサルホン、ポリアリルサルホ
ン、ポリエーテルサルホン、ポリエーテルイミド、ポリ
イミド、ポリエチレンテレフタレート、ジアリルフタレ
ート、フッ素樹脂、ポリエステルカーボネート、シリコ
ーン樹脂等の有機ガラスやプラスチック透明材料を挙げ
ることができる。この中でも石英ガラス、パイレックス
ガラス、多成分ガラス等の無機ガラスは透明のみなら
ず、耐熱性にも優れ、また化学的にも安定であるため、
その内側端面で接するコアやその外側端面で接触するガ
スや水分とも化学的に反応せず、長期的に優れた性能を
もたらすものである。

【００２６】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、束ねられた複数本の光伝送チューブに対する光源の
出射面積が光伝送チューブの受光総面積の６５％以上の
ときは、結束部材を縮径して光伝送チューブを過度に扁
平しないように変形させ結束部材内における光伝送チュ
ーブの受光面積比を９５％以下とし、束ねられた複数本
の光伝送チューブに対する光源の出射面積が光伝送チュ
ーブの受光総面積の１００％以下のときは、結束部材を
縮径して光伝送チューブを過度に扁平しないように変形
させ結束部材内における光伝送チューブの受光面積比を
８５％以上としたので、光伝送効率が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の好適な実施例を示す断面図。

【図２】図１のII−II線断面図。

【図３】結束部材を締めつける前の光源の出射面積と光
伝送チューブの関係を示す図。

【図４】光伝送効率の測定方法を示す図。

【図５】チューブ受光面積比と光量の関係を示すグラ
フ。

【図６】分岐型光伝送チューブの光伝送量の測定方法を
示す図。

【図７】分岐型光伝送チューブの入射端に対する光源の
径を示す図。

【図８】チューブ受光面積比と光量の関係を示すグラ
フ。

【図９】束ねられた複数本の光伝送チューブに対する光
源の出射面積が光伝送チューブの受光総面積の２４％で
ある場合のチューブ受光面積比と光量の関係を示すグラ
フ。

【図１０】受光総面積が７３％の場合のチューブ受光面
積比と光量の関係を示すグラフ。

【図１１】窓材を用いた他の実施例を示す断面図。

【図１２】従来例を示す断面図。

【符号の説明】

１光伝送チューブ２結束部材３光源の出射面積１０クラッディング１１コア

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】可撓性を有する筒状のクラッディング
と、このクラッディングに充填されクラッディングより
高い屈折率を有し弾性変形可能な固形状物で形成した透
明コアとから成る光伝送チューブの単体を結束部材で複
数本束ねた分岐型光伝送装置であって、束ねられた複数本の光伝送チューブに対する光源の出射
面積が光伝送チューブの受光総面積の６５％以上のとき
は、結束部材を縮径して光伝送チューブを過度に扁平し
ないように変形させ結束部材内における光伝送チューブ
の受光面積比を９５％以下とし、束ねられた複数本の光伝送チューブに対する光源の出射
面積が光伝送チューブの受光総面積の１００％以下のと
きは、結束部材を縮径して光伝送チューブを過度に扁平
しないように変形させ結束部材内における光伝送チュー
ブの受光面積比を８５％以上としたことを特徴とする分
岐型光伝送装置。