JP2001332101A - 光ファイバ照明装置および光ファイバによる照明方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【解決手段】 光ファイバ照明装置において、光源１に
接続したフォトニック結晶ファイバ２を用いて照明装置
を構成する。フォトニック結晶ファイバを構成する物質
の層数を変化させたり、同物質からなる構造を部分的に
不規則状態にすることにより、発光量を制御したり、局
所的な発光ができるようにする。 【効果】 従来の光ファイバ照明装置に比べて、長手方
向全体の照明や部分的な照明を比較的簡易な設計、製造
により可能とし、機械的強度の低下の心配もない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、フォトニック結晶
ファイバを用いた照明装置および光ファイバによる照明
方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】照明装置に関しては、電球や蛍光灯を用
いることがもっとも一般的であるが、近年光ファイバを
用いた照明装置が提案されている。光ファイバを用いた
照明装置は例えば複数本の光ファイバを束ねて、その片
端に接続した光源から光を入射し、もう一方の端から光
を出射させて照明するものや単数もしくは複数本の光フ
ァイバの片端から光を入射し、その光ファイバの側面か
ら発光させるもの等がある。特に光ファイバの側面から
発光させる照明装置に関しては、光ファイバの長手方向
のある部分に光を散乱させる手段を設ける方法や光ファ
イバに曲げを与えその部分を発光させる方法、あるいは
基幹となる光ファイバの側面の所定の箇所に導光用ファ
イバを接続し、その導光用ファイバの先端を光らせるも
の等が考えられている。

【０００３】そのうち、光を散乱させる手段としては部
分的に被覆を薄くし、その部分だけ光を漏洩させたり、
異物、傷等の散乱点を設け発光させたりする方法があ
り、曲げによる手段としては所定の曲率半径の曲げを発
光量との関係から施しておく方法がある。そして、導光
用ファイバを用いる場合には前記したように先端を光ら
せるばかりではなく、光を光学系に取り込み、広範囲に
照明する方法も考えられている。また、光ファイバの内
部にミラーを設けたり、屈折率の異なる領域を光ファイ
バ中に設けるなどして光を取り出す方法も提案されてい
る（特開平１０−５４９２０号、特開平１１−７２６３
２号）。一方、比屈折率差や伝送損失を所定の範囲に設
計して長手方向の全長を発光させる照明装置も提案され
ている（特開平５−２５７０１５号）。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記のよう
な従来の技術には、次のような解決すべき課題があっ
た。電球や蛍光灯などのガラス製の照明装置は当然衝撃
に脆く、ショート等の電気配線上の問題も有している。
さらに長距離を照明するためには多くの個数や本数を必
要とする欠点がある。また、複数本の光ファイバを束ね
て、その片端に接続した光源から光を入射し、もう一方
の端から光を出射させて照明する装置はやはり長距離を
照明するためには電球や蛍光灯と同様に多くの個数を必
要とする欠点がある。

【０００５】他方、側面発光の照明装置に関しては、光
ファイバの長手方向のある部分に光を散乱させる手段を
設ける方法は被覆を薄くしたり、異物や傷を設けたりす
るため、機械的強度の低下を招く虞がある。また、曲げ
により発光させる方法では、曲げの部分での伝送損失が
大きくなるため、曲げの部分以降に光が伝搬し難くなる
という欠点がある。導光用ファイバを用いる場合には、
多数の導光用ファイバを基幹となる光ファイバに沿って
設けなければならず、光を光学系に取り込む場合には、
よりその機構が複雑になる。そして、光ファイバの内部
にミラーを設けたり、屈折率の異なる領域を光ファイバ
中に設ける場合、あるいは比屈折率差や伝送損失を所定
の範囲に設計する場合には光ファイバの設計、製造が極
めて煩雑になるという欠点を有している。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は以上の点を解決
するため次の構成を採用する。 〈構成１〉少なくとも片端に光源を有し、この光源に光
ファイバが接続してなる光ファイバ照明装置であって、
上記光ファイバがフォトニック結晶ファイバからなるこ
とを特徴とする光ファイバ照明装置。

【０００７】〈構成２〉上記フォトニック結晶ファイバ
は、側面からの発光量を制御するために周期的構造部の
層数を変化させてなることを特徴とする構成１記載の光
ファイバ照明装置。

【０００８】〈構成３〉上記フォトニック結晶ファイバ
は、長手方向の任意の箇所で、周期的構造部を部分的に
不規則状態とすることにより発光させてなることを特徴
とする構成１記載の光ファイバ照明装置。

【０００９】〈構成４〉上記フォトニック結晶ファイバ
は、側面からの発光量を制御するために周期的構造部の
層数を変化させてなることを特徴とする構成３記載の光
ファイバ照明装置。

【００１０】〈構成５〉上記フォトニック結晶ファイバ
は、長手方向の任意の箇所に側面から外圧を負荷するこ
とにより、上記フォトニック結晶ファイバの周期的構造
部を部分的に不規則状態にしてなることを特徴とする構
成１記載の光ファイバ照明装置。

【００１１】〈構成６〉上記フォトニック結晶ファイバ
は、側面からの発光量を制御するために周期的構造部の
層数を変化させてなることを特徴とする構成５記載の光
ファイバ照明装置。

【００１２】〈構成７〉フォトニック結晶ファイバの片
端に光源を接続し、上記フォトニック結晶ファイバの周
期的構造部の層数を変化させることにより、上記フォト
ニック結晶ファイバの側面からの発光量を制御すること
を特徴とする光ファイバによる照明方法。

【００１３】〈構成８〉フォトニック結晶ファイバの片
端に光源を接続し、上記フォトニック結晶ファイバの周
期的構造部を部分的に不規則状態とすることにより、上
記フォトニック結晶ファイバの長手方向の任意の箇所で
発光をさせることを特徴とする光ファイバによる照明方
法。

【００１４】〈構成９〉フォトニック結晶ファイバの片
端に光源を接続し、上記フォトニック結晶ファイバの長
手方向の任意の箇所に側面から外圧を負荷することによ
り、上記フォトニック結晶ファイバの周期的構造部を部
分的に不規則状態にして発光させることを特徴とする光
ファイバによる照明方法。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を用いて説明する。本発明の基本的構成を図１に示す。
図１において、１は光源であり、この光源１にフォトニ
ック結晶ファイバ２が接続されている。光源１には可視
光領域のレーザー光や白色光が用いられる。この光源か
ら入射された光がフォトニック結晶ファイバ中を伝搬す
る間に側面が発光するものである。

【００１６】ここでフォトニック結晶とは、ある屈折率
ｎ１を持つ基材物質内に、基材物質と異なる屈折率ｎ２
の物質を配置したものをいう。このような物質を規則的
に配列すると、ある波長の光が遮断され、物質内を光が
伝搬できなくなるという現象が生じる。これをフォトニ
ックバンドギャップの形成と呼び、このフォトニックバ
ンドギャップが形成された材料を、光学的に見ると結晶
的な性質を示していることからフォトニック結晶と呼ん
でいる。光の遮断波長は規則的構造の周期や屈折率差に
より定まるが、もしフォトニック結晶内に周期構造のな
い領域を設けると、その部分のみを光が伝搬するので、
フォトニック結晶ファイバを作成することができる。

【００１７】例えば図２にフォトニック結晶ファイバの
横断面を示す。図２において、３はある屈折率を有する
基材となる物質で、４は基材物質３と異なる屈折率を有
する物質である。そしてこの基材物質３と、基材物質と
異なる屈折率を有する物質４とを組み合わせた物質５を
規則的に配列しフォトニック結晶ファイバ６とする。フ
ォトニック結晶ファイバ６において完全に規則的に物質
５が配列されていれば光が伝搬できないが、図２に示す
ように中央部に規則性の乱れた部分７が存在すると、こ
の部分を光が伝搬できるようになり、光ファイバが形成
される。

【００１８】このフォトニック結晶ファイバは光の伝搬
する部分７以外の周期的構造が乱れない限り、通常の光
ファイバと異なり、曲げによる光の漏洩は見られず、従
ってたとえ光ファイバに曲げを与えて配置したとしても
長手方向における曲げによる光の減衰は生じない。

【００１９】フォトニック結晶ファイバ６の中央部の規
則性の乱れた部分７を光が伝搬して行く場合、光はその
周囲にも滲み出して行く現象が見られる。この時物質５
から形成される層が多い場合には光は外部に漏れ出すこ
とはないが、層数を減少させて行くとフォトニック結晶
ファイバ６の側面から発光する現象が見られる。従っ
て、層数を変化させることにより、フォトニック結晶フ
ァイバ６の側面からの発光量を制御することができ、図
１に矢印で示すようにフォトニック結晶ファイバの側面
全体から発光する照明装置を形成することができる。

【００２０】また、図３のようにフォトニック結晶ファ
イバ６の長手方向のある任意の箇所８を部分的に不規則
状態にすると、その部分において発光させることができ
る。このようにするとフォトニック結晶ファイバを部分
的にも発光させることが可能となり、従来の光ファイバ
の発光のように散乱物質を入れたり、傷を付けたりする
必要がないため機械的強度の低下を懸念する必要は全く
ない。また、物質５から形成される層数を変化させると
やはり発光量を制御することができる。

【００２１】なお、フォトニック結晶ファイバ６を構成
する基材物質３は、例えば石英ガラスからなり、物質４
は基材物質３に屈折率を制御するドーパントを添加した
石英ガラスから構成しても良い。また、物質４をＡｉｒ
で構成しても良い。もちろん石英ガラス以外の、例えば
多成分系ガラスなどを用いることも可能である。そのほ
か、基材物質３を弾性を有するプラスチックで構成し、
物質４を屈折率の異なるプラスチックやＡｉｒで構成し
ても良い。このように本発明の目的を達成するものであ
るならば特に限定されるものではない。

【００２２】さらに、上記のようにフォトニック結晶フ
ァイバを弾性を有する物質で構成した場合には、フォト
ニック結晶ファイバの長手方向のある部分に外部から圧
力を負荷することにより図３のような部分的不規則状態
を形成し、その部分で発光させることも可能である。こ
のようにすると例えばフォトニック結晶ファイバを壁に
配置しておき、必要な箇所を指で押すなどして発光さ
せ、局所的な照明として用いることもできる。即ち、任
意の時、任意の場所での照明が可能となる。この場合に
も物質５から形成される層数を変化させると発光量を制
御することができる。

【００２３】

【発明の効果】以上のように、本発明は照明装置にフォ
トニック結晶ファイバを用いたために、フォトニック結
晶ファイバの長手方向全体から発光させる照明ばかりで
はなく、部分的な照明や外圧を負荷することにより任意
の時、任意の場所で照明することもできる。また、従来
の光ファイバによる照明装置に比べて、設計、製造が比
較的簡易にでき、機械的強度の低下の心配もない照明装
置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光ファイバ照明装置の概略図である。

【図２】フォトニック結晶ファイバの横断面図である。

【図３】部分的発光を可能にしたフォトニック結晶ファ
イバの横断面図である。

【符号の説明】

１ 光源 ２ フォトニック結晶ファイバ ３ 基材物質 ４ 基材物質と屈折率の異なる物質 ７、８ 周期的構造が乱れた部分

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田村 次男 神奈川県川崎市川崎区小田栄２丁目１番１ 号 昭和電線電纜株式会社内 (72)発明者 田畑 光博 神奈川県川崎市川崎区小田栄２丁目１番１ 号 昭和電線電纜株式会社内 Ｆターム(参考） 2H038 AA54 BA01 2H050 AB03Z AB52Z

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】少なくとも片端に光源を有し、この光源に
   光ファイバが接続してなる光ファイバ照明装置であっ
   て、前記光ファイバがフォトニック結晶ファイバからな
   ることを特徴とする光ファイバ照明装置。
2. 【請求項２】前記フォトニック結晶ファイバは、側面か
   らの発光量を制御するために周期的構造部の層数を変化
   させてなることを特徴とする請求項１記載の光ファイバ
   照明装置。
3. 【請求項３】前記フォトニック結晶ファイバは、長手方
   向の任意の箇所で、周期的構造部を部分的に不規則状態
   とすることにより発光させてなることを特徴とする請求
   項１記載の光ファイバ照明装置。
4. 【請求項４】前記フォトニック結晶ファイバは、側面か
   らの発光量を制御するために周期的構造部の層数を変化
   させてなることを特徴とする請求項３記載の光ファイバ
   照明装置。
5. 【請求項５】前記フォトニック結晶ファイバは、長手方
   向の任意の箇所に側面から外圧を負荷することにより、
   前記フォトニック結晶ファイバの周期的構造部を部分的
   に不規則状態にしてなることを特徴とする請求項１記載
   の光ファイバ照明装置。
6. 【請求項６】前記フォトニック結晶ファイバは、側面か
   らの発光量を制御するために周期的構造部の層数を変化
   させてなることを特徴とする請求項５記載の光ファイバ
   照明装置。
7. 【請求項７】フォトニック結晶ファイバの片端に光源を
   接続し、前記フォトニック結晶ファイバの周期的構造部
   の層数を変化させることにより、前記フォトニック結晶
   ファイバの側面からの発光量を制御することを特徴とす
   る光ファイバによる照明方法。
8. 【請求項８】フォトニック結晶ファイバの片端に光源を
   接続し、前記フォトニック結晶ファイバの周期的構造部
   を部分的に不規則状態とすることにより、前記フォトニ
   ック結晶ファイバの長手方向の任意の箇所で発光をさせ
   ることを特徴とする光ファイバによる照明方法。
9. 【請求項９】フォトニック結晶ファイバの片端に光源を
   接続し、前記フォトニック結晶ファイバの長手方向の任
   意の箇所に側面から外圧を負荷することにより、前記フ
   ォトニック結晶ファイバの周期的構造部を部分的に不規
   則状態にして発光させることを特徴とする光ファイバに
   よる照明方法。