JP2000155219A - 集光器 - Google Patents

集光器

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JP2000155219A
JP2000155219A JP10331153A JP33115398A JP2000155219A JP 2000155219 A JP2000155219 A JP 2000155219A JP 10331153 A JP10331153 A JP 10331153A JP 33115398 A JP33115398 A JP 33115398A JP 2000155219 A JP2000155219 A JP 2000155219A
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transparent
reflection surface
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JP10331153A
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Hisashi Sawada
寿史 澤田
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Taiyo Yuden Co Ltd
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Taiyo Yuden Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 微弱な光を効率的に受光し、集光することが
できると共に、焦点の移動による集光量の変動が生じな
い集光器を得る。 【解決手段】 集光器は、蛍光体を含む透明な第一層1
と、この第一層1に重ねられた同第一層1より屈折率の
高い透明な第二層2と、この第二層2の端面に形成され
た出射面3と、第一層1と第二層2の界面に形成された
第一の反射面4と、この第一の反射面4と対向する第二
層2の他面側に形成され、前記出射面3と反対側の端部
から出射面3側にいくに従って前記第一の反射面4との
間隔が増大するような勾配を有する第二の反射面7とを
有する。この集光器では、第二層2に入射した光が、第
一層1に含まれる蛍光体を励起し、蛍光を発すると共
に、第一と第二の反射面4、7を交互に反射しながら出
射面3側に導かれ、出射面3側に集光される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、空間を光伝送媒体
とする光情報通信の分野において使用される集光器であ
って、光入射面側に入射する光束をより狭い範囲に収束
して出射面側から出射する集光器に関する。例えば、光
学レンズに代えて、光センサ等に光を収束して入射させ
るのに使用することができる集光器に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】従来において、或る程度の範囲を伝搬す
る光束をより狭い範囲に収束して光センサ等に入射する
ための集光器としては、光学レンズが使用されていた。
光学レンズを使用した集光器には、単体のレンズを使用
した単レンズ形と複数のレンズを使用した複合レンズ形
とがある。単レンズ形の集光器において、入射光量を大
きくするためには、レンズ口径を大きくする必要があ
り、高屈折率のレンズを使用した場合でも、その焦点距
離が或る程度大きくなってしまう。
【0003】他方、複合レンズ形の集光器は、光束を複
数のレンズを用いて収束するため、口径の大きなレンズ
を使用しても焦点距離を短くすることができ、或る程度
の視野角を確保することができる。しかし、光軸に沿っ
て複数のレンズを配置する必要があるため、寸法、重量
共に大きくなり、コストもかかるという課題がある。
【0004】そこで、部分角錐形または部分円錐形の集
光器が提案されている(特開平7−261028号公
報)。この集光器は、対向する入射面と出射面とを有
し、その間にテーパ状の反射面を設けた透明な無空の受
光器本体を含むものである。入射面から受光器本体に入
射した光束の一部を反射面で反射し、出射面に集光する
ものである。
【0005】
【発明が解決しようとしている課題】光通信の分野で
は、集光器の集光効率を高めればより微弱な信号を受信
することができる。また、集光器の集光効率を高めるこ
とにより、光センサの受光面積を小さくすることがで
き、その分だけ機器の小型化やコストの低減が可能とな
る。また、今後の光通信分野における情報量の増大に対
応するには、高速伝送化が必要であり、このため、フォ
トダイオード等の光センサの受光面積を小さく抑えるこ
とにより、電気的容量Cを抑え、高速の光信号を受信で
きるようにすることが不可欠となる。また、オーディオ
−ビジュアル機器用リモートコントローラや移動体を対
象とした光空間通信方式においては、広い角度から伝搬
してくる光を効率よく集光し、光センサの受光面に集め
ることが求められている。
【0006】従来のレンズ形の集光器では、レンズの焦
点に近い位置に集光すると効率のよい集光がなされる。
しかしその反面で、広い角度から入射する光に対して
は、集光位置が大きく変動するため、変動範囲を考慮し
た大きな受光面が必要となり、結果的に効率のよい集光
はできない。また、光センサの受光面を焦点距離近くま
で離す必要があり、光センサを含む光学系全体が大きく
なってしまうという課題がある。本発明は、このような
従来の集光器に要望される課題に鑑み、微弱な光を効率
的に受光し、集光することができると共に、焦点の移動
による集光量の変動が生じない集光器を提供することを
目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明では、前記の目的
を達成するため、透明な蛍光体または光散乱体を使用
し、外部から集光器に入射した光でこの蛍光体または光
散乱体で励起して蛍光や散乱光を発すると共に、反射さ
せ、さらに集光器内部で繰り返し反射させながら出射面
3側に集光するものである。そのため、透明な蛍光体ま
たは光散乱体の第一層1と透明な第二層2とを重ね合わ
せ、これら第一層1と透明な第二層2との界面を第一の
反射面4とし、この第一の反射面4と対向するに第二層
2の他面側に第二の反射面7を形成し、この第一と第二
反射面4、7の対向間隔が出射面3と反対の端部から出
射面3側にいくに従って次第に増大するような勾配を形
成したものである。
【0008】すなわち、本発明による集光器は、蛍光体
または光散乱体を含む透明な第一層1と、この第一層1
に重ねられた同第一層1より屈折率の高い透明な第二層
2と、この第二層2の端面に形成された出射面3と、第
一層1と第二層2の界面に形成された第一の反射面4
と、この第一の反射面4と対向する第二層2の他面側に
形成され、前記出射面3と反対側の端部から出射面3側
にいくに従って前記第一の反射面4との間隔が増大する
ような勾配を有する第二の反射面7とを有することを特
徴とする。
【0009】このような集光器において、第二の反射面
7側から第二層2に入射した光は、第一の反射面4に達
し、その光の反射面4に対する入射角が臨界角より大き
い時に全反射される。その後、第二の反射面7と第一の
反射面4とで交互に反射されて出射面3側に伝播する。
また、第二層2に入射した光のうち、反射面4に対する
入射角が臨界角より小さい光は、第一層1内に進入し、
第一層1内の蛍光体或いは光散乱体を励起するので、第
一層1内で蛍光或いは散乱光が発生する。発生した光が
第二層2に入り、第二の反射面7に達したとき、その光
の第二の反射面7に対する入射角が臨界角より大きい
と、全反射される。その後、第一の反射面4と第二の反
射面7とで交互に反射されて出射面3側に伝播する。こ
の集光器では、蛍光体また光散乱体が使用され、外部か
ら入射した光によってこれら蛍光体または光散乱体が励
起されて第二層2内に蛍光や散乱光が生じるので、広角
から飛来した微弱な光を集光するのに適している。すな
わち、指向性が弱く、視野角が比較的広い。
【0010】また、本発明による他の集光器は、蛍光体
または光散乱体を含む透明な第一層1と、この第一層1
に重ねられた第二層2と、この第二層2の端面に形成さ
れた出射面3と、前記第一層1と第二層2との間に介在
され、第二層2より屈折率が小さい中間層6と、これら
第一層1と第二層2の界面に形成された第一の反射面4
と、この第一の反射面7と対向する第二層2の他面側に
形成され、前記出射面3と反対側の端部から出射面3側
にいくに従って前記第一の反射面4との間隔が増大する
ような勾配を有する第二の反射面7とを有することを特
徴とするものである。
【0011】この集光器では、蛍光体または光散乱体を
含む第一層1と透明な第二層2との間に透明な中間層6
が介在されているが、この中間層6は第二層2より屈折
率が小さいので、この中間層6と第二層2との界面が第
一の反射面となる。それ以外、例えば集光原理等は前述
の集光器と異ならない。さらに、透明な第二層2の両側
の何れにも蛍光体または光散乱体を含む第一層1と第三
層8をそれぞれ重ねてもよい。この場合は、第二層2の
対向する2面に形成された第一層1と第二層2の界面及
び第二層2と第三層8の界面がそれぞれ第一と第二の反
射面4、7となる。
【0012】
【発明の実施の形態】次に、図面を参照しながら、本発
明の実施の形態について、具体的且つ詳細に説明する。
図1は本発明の一実施形態による集光器の側面図であ
り、図2はその斜視図である。これらの図に示すよう
に、集光器は、第一層1と第二層2を重ねて貼り合わせ
たものである。
【0013】第一層1は、平面台形をした平板状のもの
であり、蛍光体または光散乱体を含む透明なものであ
る。第二層2は、第一層1と同じ平面形状を有する透明
な光学ガラスや光学プラスチックからなり、その片面が
第一層1に重ね合わせて貼り合せられている。
【0014】第一層1は、例えばペリレン系蛍光色素や
アクリルより屈折率の小さいプラスチック微粉末をアク
リル等の透明な樹脂に分散させたものであり、蛍光作用
や光散乱作用を有する。また、第二層2はポリカーボネ
ートやアクリルより屈折率が大きい光学プラスチックか
らなる。これら第一層1と第二層2との貼り合わせ面
は、第一の反射面4となっている。すなわち、第二層2
の絶対屈折率Nは、前記第一層1の絶対屈折率nより大
きく、これにより前記第一層1の中に入射した光が前記
第一の反射面にその臨界角より大きい角度で入射する
と、第一層1側に全反射される。
【0015】他方、第二層2の前記第一の反射面4と対
向する他面側は、第二層2より絶対屈折率が低い外気と
の界面になっており、この外気との界面が第二の反射層
7となっている。この第二の反射層7は、第一の反射層
4との間隔が第一層1の一端から他端にいくに従って次
第に増大するような勾配が形成されている。そして、第
一と第二の反射層4、7の間隔が広い端部側が出射面3
となる。
【0016】このような集光器において、例えば第二の
反射面7側から第二層2に入射した光は、第一の反射面
4に達し、その光の反射面4に対する入射角が臨界角よ
り大きい時に全反射される。また、第二層2に入射した
光のうち、反射面4に対する入射角が臨界角より小さい
光は、第一層1内に進入し、第一層1内の蛍光体或いは
光散乱体を励起するので、第一層1内で蛍光或いは散乱
光が発生する。発生した光が第二層2に入り、第二の反
射面7に達したとき、その光の第二の反射面7に対する
入射角が臨界角より大きいと、全反射される。
【0017】そして、第一と第二の反射面4、7は、出
射面3と反対側の面から出射面3にいくに従って次第に
間隔が増大するような勾配を有するため、第二層2内の
光が前記の第一と第二の反射面4、7で全反射される
と、以後は第一と第二の反射面4、7で全反射を交互に
繰り返しながら、集光面3側に伝播し、同集光面3に到
達する。これにより、第二層2に入射した光が出射面3
側に集光される。この集光された光は、出射面3から出
射され、同出射面3に対向して配置したフォトダイオー
ド等の光センサ5により受光される。
【0018】また、第一層1を介して第一の反射面4側
から入射した光も、最初に第二層2と外気との界面であ
る第二の反射面7に達し、その入射角が臨界角より大き
いときに第二の反射面7で全反射される。この反射光
は、第一の反射面4に達し、その第一の反射面4への入
射角が臨界角より大きいときに全反射される。以下、第
一の反射面4と第二の反射面7とで反射を繰り返しなが
ら、前述と同様にして出射面3に集光される。
【0019】この集光器は、光の導入に蛍光体または光
散乱体を利用しているので指向性が弱く、視野角が比較
的広くなる。また大きな集光量が確保されるため、比較
的微弱な光を受光できる。また、受光素子の受光面積を
小さくすることができ、その分コストを下げることがで
きる。また、開口面が平面であるため偏向フィルター等
の光学フィルターの実装がしやすい。
【0020】次に、図3に示す本発明の他の実施形態に
ついて説明すると、この実施形態では、透明な蛍光体ま
たは光散乱体を含む第一層1と透明な第二層2との間に
透明な中間層6を介在させたものである。図示の中間層
6は均一な厚さを有する透明な層であるが、厚さが漸次
異なる勾配を有するものであってもよい。この中間層6
の屈折率n’は、第二層2の屈折率Nより小さい。この
中間層6は空気であってもよい。それ以外の構成は、前
記図1及び図2に示した実施形態と同じである。
【0021】この実施形態による集光器では、第二層2
と中間層6との界面または中間層6と第一層1との界面
が第一の反射面2となる。この集光器でも、第一層1ま
たは第二層2から第二層2の内部に入射した光が第一の
反射面4と第二の反射面7とで交互に反射されながら集
光面3側に集光され、出射面3から出射されてフォトダ
イオード等の光センサ5により受光される。この点は、
基本的に前記の実施形態と同じである。
【0022】次に、図4に示す本発明の他の実施形態に
ついて説明すると、この実施形態では、透明な第二層2
の両面側にそれぞれ第一層1と第三層8を貼り合わせて
いる。これらの第一層1と第三層8は、蛍光体または光
散乱体を含む透明なもので、前記第二層2の屈折率Nよ
り屈折率nが小さい。
【0023】この例では、第一層1と第二層2との界面
及び第二層2と第三層8との界面がそれぞれ第一と第二
の反射面4、7となる。これらの第一と第二の反射面
4、7との間隔は、出射面3の反対側の端部から出射面
3にいくに従って次第に増大するような勾配が形成され
ている。この集光器でも、第一層1から第二層2の内部
に入射した光が第一の反射面4と第二の反射面7とで交
互に反射されながら集光面3側に集光され、出射面3か
ら出射されてフォトダイオード等の光センサ5により受
光される。加工のしやすさから、第二層2の両面の透明
な蛍光体または光散乱体を含む第一層1と第三層8は同
じものが好ましいが、別の特性を有する第一層1と第三
層8を第二層2の対向する二つの面にそれぞれ重ねても
よい。
【0024】
【発明の効果】以上説明した通り、本発明による集光器
では、蛍光体や光散乱体を含む第一層における蛍光作用
や光散乱作用も加わって、微弱な光でも効率的に受光
し、集光することができると共に、焦点の移動による集
光量の変動が生じない集光器が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による集光器の一実施形態を示す側面図
である。
【図2】同集光器の一実施形態を示す斜視図である。
【図3】本発明による集光器の他の実施形態を示す側面
図である。
【図4】本発明による集光器の他の実施形態を示す側面
図である。
【符号の説明】
1 第一層 2 第二層 3 出射面 4 第一の反射層 6 中間層 7 第二の反射層 8 第三層

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 蛍光体または光散乱体を含む透明な第一
    層(1)と、この第一層(1)に重ねられた同第一層
    (1)より屈折率の高い透明な第二層(2)と、この第
    二層(2)の端面に形成された出射面(3)と、第一層
    (1)と第二層(2)の界面に形成された第一の反射面
    (4)と、この第一の反射面(4)と対向する第二層
    (2)の他面側に形成され、前記出射面(3)と反対側
    の端部から出射面(3)側にいくに従って前記第一の反
    射面(4)との間隔が増大するような勾配を有する第二
    の反射面(7)とを有することを特徴とする集光器。
  2. 【請求項2】 蛍光体または光散乱体を含む透明な第一
    層(1)と、この第一層(1)に重ねられた第二層
    (2)と、この第二層(2)の端面に形成された出射面
    (3)と、前記第一層(1)と第二層(2)との間に介
    在され、第二層(2)より屈折率が小さい中間層(6)
    と、これら第一層(1)と第二層(2)の界面に形成さ
    れた第一の反射面(4)と、この第一の反射面(7)と
    対向する第二層(2)の他面側に形成され、前記出射面
    (3)と反対側の端部から出射面(3)側にいくに従っ
    て前記第一の反射面(4)との間隔が増大するような勾
    配を有する第二の反射面(7)とを有することを特徴と
    する集光器。
  3. 【請求項3】 透明な第二層(2)の対向する両面側に
    蛍光体または光散乱体を含む第一層(1)と第三層
    (8)がそれぞれ重ねられていることを特徴とする請求
    項1または2に記載の集光器。
JP10331153A 1998-11-20 1998-11-20 集光器 Withdrawn JP2000155219A (ja)

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