JP2002042731A - 光源一体型集光発光装置 - Google Patents

光源一体型集光発光装置

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 蛍光性や燐光性などの光学材料がランプ
の外部に設置されている集光発光装置において、集光効
率が低い、ランプ交換がしにくく破損しやすい、装置が
大きく複雑、真空紫外領域の光を利用する場合は装置全
体を真空にしたり、窒素ガス等でパージして酸素を除か
なければならない等の問題を解消する。 【解決手段】 光学材料１をランプ２の放電ガス中に設
置し、ランプ２の外側の表面にアルミ蒸着等の反射体６
を施すことにより、ランプ２の放射光を効率よく光学材
料１に集光し、発生する蛍光又は燐光、或いはランプの
放射光そのものを、光学材料１を伝送させることによ
り、光学材料１の端面からエネルギー密度の高い光とし
て発生できるようにする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ランプの放射光を
効率よく光学材料に集光することにより発生する蛍光又
は燐光、或いはランプの放射光そのものを、光学材料を
伝送させることにより、光学材料の端面からエネルギー
密度の高い光として発生させる装置に関するもので、発
生させた光は光化学反応や光殺菌などに使用したり、光
ファイバーを介して局所的な照明に使用したりすること
ができる。
【０００２】
【従来の技術】従来、ランプからの放射光を光学材料に
集光する装置としては、(a)光学材料の周囲にらせん型
のランプを配置したもの、(b)楕円反射鏡の２つの焦点
に各々光学材料と直線型ランプを配置したもの、(c)２
つの楕円反射鏡の共焦点に光学材料を置き、各々の楕円
反射鏡のもう１つの焦点に直線型ランプを１本ずつ、計
２本配置した２重楕円形、或いは更に集光量を増すため
に３重楕円形や４重楕円形としたものがある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上記の(a)光学材料の
周囲にらせん型のランプを配置したものでは、ランプか
ら放射された光の一部しか光学材料に照射されず集光効
率が悪い、ランプ交換がしにくい、ランプが破損しやす
いなどの問題がある。
【０００４】(b)楕円反射鏡の２つの焦点に光学材料と
直線型ランプを配置したものや、(c)２つの楕円反射鏡
の共焦点に光学材料を置き、各々のもう１つの焦点に直
線型ランプを配置した２重楕円形、及び３重楕円形や４
重楕円形のものでは、装置が大きく、複雑になるなどの
問題がある。
【０００５】また、(a)(b)(c)全てものでは、光学材料
がランプの外部に置かれているため、真空紫外領域の光
を利用する場合は、装置全体を真空にしたり、窒素ガス
等でパージして、光学材料とランプの間に存在する酸素
を除く必要があるなどの問題がある。
【０００６】本発明は、上記問題点を解決することを目
的とし、ランプの放射光を効率よく光学材料に集光する
ことにより発生する蛍光又は燐光、或いはランプの放射
光そのものを、光学材料を伝送させることにより、光学
材料の端面からエネルギー密度の高い光として発生させ
る装置を実現することを課題とする。しかも、構造が簡
単で、コンパクトで、取扱いが容易で、かつ低コストの
集光発光装置を実現することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するために、ランプと、該ランプの放電ガス中に挿入又
は貫通するように設置された蛍光性又は燐光性の光学材
料とから成り、該ランプの放射光を該光学材料に照射す
ることにより発生する蛍光又は燐光を該光学材料を伝送
させることにより、該光学材料の端面から、エネルギー
密度の高い光として発生させることを特徴とする光源一
体型集光発光装置を提供する。
【０００８】また、ランプと、該ランプの放電ガス中に
挿入又は貫通するように設置され、放射光に関して透明
な光学材料とから成り、該ランプの放射光のうち該光学
材料に入射した放射光を該光学材料を伝送させることに
より、該光学材料の端面から、エネルギー密度の高い光
として発生させることを特徴とする光源一体型集光発光
装置を提供する。
【０００９】上記ランプの外側の表面に反射材を施し、
上記ランプから放射される光を効率よくランプの放電ガ
ス中に設置された上記光学材料に集光可能とするような
構成としてもよい。
【００１０】ランプと、該ランプの放電ガス中に挿入又
は貫通するように設置され、気体状、液体状又は固体状
の光学材料を封入又は保持することができる保持管とか
ら成る構成としてもよい。
【００１１】
【発明の実施の形態】本発明に係る光源一体型集光発光
装置の実施の形態を実施例に基づいて図面を参照して説
明する。図１は本発明の光源一体型集光発光装置の実施
例を示す図であり、この光源一体型集光発光装置は、光
学材料１とランプ２とから構成され、ランプ２の放電ガ
ス３の中に挿入又は貫通するように光学材料１を設置し
た構成を特徴とする。
【００１２】蛍光又は燐光を発生させる場合の光学材料
１としては、リンや希土類元素などをドープした石英ガ
ラス、レーザー物質ロッド、酸化物などの光学結晶など
の蛍光性又は燐光性物質が用いられ、ランプの放射光そ
のものを発生させる場合の光学材料１としては、石英ガ
ラス、フッ化物等の光学結晶などが用いられるが、いず
れの場合も発生させようとする波長域の光の吸光度が小
さく、光学材料内部で光の減衰が小さい材料であれば他
の材料を用いてもよい。
【００１３】ランプ２としては、低圧水銀ランプ、アー
クランプ、フラッシュランプなどが用いられるが、その
他の各種ランプも使用できる。光学材料１とランプ２
は、互いに融着して封止構造とすることにより、放電ガ
スが失われることがないようにする。光学材料１は棒状
又はファイバー状のものが作製が容易であるが、必要に
応じてらせん状、三角錐状など他の形態のものでもよ
い。光学材料１は、ランプ２を貫通する構造でもよく、
また図２に示すように一部を挿入する構造でもよい。４
はランプ２の電極、５はランプ２の電源端子である。
【００１４】そして、ランプ２の外側の表面に蒸着アル
ミ薄膜等の反射体６を設置した構成とすれば、光学材料
１にランプ２の直射光だけでなく反射光も照射できるた
めより効果的な照射が可能となる。反射体６の材料とし
ては、蒸着アルミ膜、蒸着金膜、蒸着銀膜等反射効率の
高い材料を使用してもよいが、利用する波長域の光に対
して反射効率が高い他の材質を用いてもよい。単にアル
ミフォイルを巻き付けても目的が達成される場合もあ
る。
【００１５】また、剛性がないため直接ランプに挿入又
は貫通できない光学材料を用いる場合や、ランプの放電
ガス３と接触すると劣化する光学材料などを用いる場合
には、図３に示すように、ランプ２の放電ガス３の中に
挿入又は貫通するように設置され、気体状、液体状又は
固体状の光学材料を封入又は保持することができる保持
管７とから成る構成とする。
【００１６】ランプ２を効率よく安定に点灯するため温
度制御が必要な場合は、全体を空冷するか、ランプに水
冷用の外套を取り付け水冷してもよい。
【００１７】上記のように構成された光源一体型集光発
光装置の作用を説明する。光学材料１として蛍光性又は
燐光性物質を用いた場合には、ランプ２は光学材料１を
励起するための光を供給する働きをする。光学材料１は
ランプ２の放射光で励起され、この光エネルギーを蛍光
又は燐光として発する働きをする。また、発生した蛍光
又は燐光を全反射等を利用して伝送する働きもする。ま
た、光学材料１として放射光に関して透明な光学材料を
用いた場合には、光学材料１はランプ２から入射した光
を全反射等を利用して伝送する働きをする。
【００１８】反射体６を設置している場合は、放電ガス
３からの直射光に加えて、ランプから外部に失われる光
を内部に反射させることにより光学材料１に光を効率よ
く集光する働きをする。この反射体６は光をランプ２の
外部に洩らさないことから、ランプ外に照射して紫外線
等の障害を引き起こしたり、オゾンを生成する等の害を
防止する働きもする。
【００１９】保持管７は、剛性がないため直接ランプに
挿入又は貫通できない光学材料を保持する働きや、ラン
プの放電ガス３と接触すると劣化する光学材料などを保
護する働きをする。
【００２０】さらに、本発明の具体的な構成を詳細に説
明する。ランプ２として、各種のランプが使用できる
が、ここでは低圧水銀ランプを用いた実施例を説明す
る。光学材料１としては、例えば外径1 mm、長さ350 mm
のリンをドープした石英ガラス棒を用いることができ
る。
【００２１】光学材料は棒状だけでなく、らせん状、柔
軟性があるファイバー状等各種の形状のものを用いても
よい。また光ファイバーのコア又はクラッドにリンをド
ープしたものを用いてもよい。リンをドープした石英ガ
ラスは、水銀の254 nmの光で励起されて、350 nm付近に
蛍光を発する。光学材料の屈折率は周囲の放電ガスの屈
折率よりも高いため、光学材料から発せられた蛍光は、
光学材料１と放電ガス３の界面で全反射しやすくなるた
め周囲に洩れる割合が小さく、このため光学材料内を高
効率で伝送していく。
【００２２】また、蛍光は光学材料による自己吸収も殆
どないため、弱まることなく光学材料内を伝わり、光学
材料の両端面から、高密度光エネルギーとして外部に放
射される。光の損失を少なくするためには両端面を高精
度に光学研磨しておくとよい。一端面からのみ光を放射
させたい場合は、もう一方の端面に蒸着アルミ膜などの
反射体を設置すればよい。
【００２３】光学材料から洩れる蛍光の割合をより小さ
くするため、光学材料を屈折率の大きいコアと屈折率の
小さいクラッドとから成る光ファイバー型としてもよ
い。リン以外にも希土類元素など他の蛍光性又は燐光性
物質をドープした光学材料を用いてもよい。
【００２４】また、蛍光性又は燐光性物質をドープする
こと以外の方法で蛍光性又は燐光性を付与した光学材料
や、それ自体蛍光性又は燐光性を有する物質を用いても
よい。更に、特定の波長の光のみを発生させたいとき
は、石英ガラスの代わりに、特定の波長の光のみを透過
する干渉フィルターガラスを用いることもできる。この
ようにして端面から放射された光は、光ファイバー等を
介して任意の箇所に伝送することも可能である。
【００２５】ランプ２としては、例えば長さ300 mm、外
径15 mm、出力20 Wの低圧水銀ランプを用いることがで
きるが、他の出力、大きさの低圧水銀ランプが使用でき
ることは勿論である。光学材料１とランプ２は溶融して
封止構造としてあるため、光学材料が放電ガスとの反応
により劣化した場合には、ランプと一緒に交換しなけれ
ばならない。この場合、光学材料１のみを交換したい場
合は、保持管７の内側に光学材料１を設置する構造とし
ておけば、光学材料１のみを容易に交換することが可能
である。
【００２６】反射体６としては、ランプ２の外側の表面
に直接アルミを蒸着したものでもよい。アルミの蒸着膜
は真空紫外域の光を高効率で反射することができる。ア
ルミ以外の蒸着膜も利用する光の波長に応じて使用する
ことができる。また、アルミを直接蒸着する代わりに、
ランプ２を、内面を電解研磨したステンレス鋼管、例え
ば長さ300 mm、内径16 mmのものに収納してもよい。ラ
ンプに反射膜を直接蒸着した場合には、ランプを水冷或
いは空冷により直接冷却するため冷却効率が高く、且つ
冷媒による光吸収が無視できるため、光の利用効率が低
下することがない。
【００２７】また、蛍光や燐光を利用するのではなく、
低圧水銀ランプからの放射光、例えば185 nmや254 nm
を、光学材料１を通して外部に放射させたい場合には、
光学材料１としては、例えば外径1 mm、長さ350 mmの合
成石英ガラスを用いることができる。
【００２８】更に、別の実施例としては図４に示すよう
に、ランプ２としてクリプトンフラッシュランプを、ま
た光学材料１としてNd:YAGレーザーロッドを用い、Nd:Y
AGレーザーロッドの両側に後方反射鏡８及び前方反射鏡
９を設置すれば、レーザー光１０を発生させることも可
能である。クリプトンフラッシュランプとしては、例え
ば長さ50 mm、外径12 mm、出力1 kWのものを用い、Nd:Y
AGレーザーロッドとしては、例えば長さ75 mm、外径3 m
mのものを用いることができるが、他の寸法、出力のも
のが使用できることは勿論である。
【００２９】以上、本発明の実施の形態、実施例を説明
したが、このような例に限定されることはなく、特許請
求の範囲の記載の技術的事項の範囲内でいろいろ実施例
があることは言うまでもない。
【００３０】
【発明の効果】以上説明したように本発明の光源一体型
集光発光装置は、従来、光学材料がランプの外部に設置
されている集光発光装置の問題点である、集光効率が低
い、ランプ交換がしにくく破損しやすい、装置が大きく
複雑、真空紫外領域の光を利用する場合は装置全体を真
空にしたり、窒素ガス等でパージして酸素を除かなけれ
ばならない等を、全て解決することができる。
【００３１】この結果、小型でコンパクトでありなが
ら、高い集光効率を有し、且つエネルギー密度の高い光
を発生可能な光源一体型集光発光装置を提供することが
可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光源一体型集光発光装置の実施例の断
面図である。
【図２】本発明の光源一体型集光発光装置の実施例の変
形例の断面図である。
【図３】本発明の光源一体型集光発光装置の実施例の変
形例の断面図である。
【図４】本発明の光源一体型集光発光装置の別の実施例
の断面図である。
【符号の説明】
１ 光学材料 ２ ランプ ３ 放電ガス ４ ランプの電極 ５ ランプ電源端子 ６ 反射体 ７ 保持管 ８ 後方反射鏡 ９ 前方反射鏡 １０ レーザー光

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ランプと、該ランプの放電ガス中に挿入
    又は貫通するように設置された蛍光性又は燐光性の光学
    材料とから成り、該ランプの放射光を該光学材料に照射
    することにより発生する蛍光又は燐光を該光学材料を伝
    送させることにより、該光学材料の端面から、エネルギ
    ー密度の高い光として発生させることを特徴とする光源
    一体型集光発光装置。
  2. 【請求項２】 ランプと、該ランプの放電ガス中に挿入
    又は貫通するように設置され、放射光に関して透明な光
    学材料とから成り、該ランプの放射光のうち該光学材料
    に入射した放射光を該光学材料を伝送させることによ
    り、該光学材料の端面から、エネルギー密度の高い光と
    して発生させることを特徴とする光源一体型集光発光装
    置。
  3. 【請求項３】 上記ランプの外側の表面に反射材を施
    し、上記ランプから放射される光を効率よくランプの放
    電ガス中に設置された上記光学材料に集光可能とするこ
    とを特徴とする請求項１又は２記載の光源一体型集光発
    光装置。
  4. 【請求項４】 ランプと、該ランプの放電ガス中に挿入
    又は貫通するように設置され、気体状、液体状又は固体
    状の光学材料を封入又は保持することができる保持管と
    から成ることを特徴とする請求項１、２又は３記載の光
    源一体型集光発光装置。
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