JP2003157710A - ライトガイド光源装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 各種のライトガイドに対して効率良く光を導
入することにより、出射側で高い照度を確保する。 【解決手段】 ＬＥＤ５３から発した光をコリメートレ
ンズ５５で軸Ｃにほぼ平行にし、フレネルレンズ６によ
りライトガイド４の入射端面４ａに集光する。フレネル
レンズ６は、ネジ７１を緩めた状態ではハウジング１内
で軸Ｃ方向にスライド移動自在のリング状保持体７に保
持されており、ネジ７１を外せばハウジング１から取り
出せる。したがって、使用するライトガイド４の仕様
（開口数）に合わせたフレネルレンズを選定し、そのレ
ンズの焦点距離に合わせて離間距離Ｄを適宜に調節する
ことができるため、使用するライトガイドに高い効率で
光を導入することが可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、発光源から発した
光を光ファイバなどのライトガイドに導入するためのラ
イトガイド光源装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、各種の製造工場や農産物の選別工
場等に於いて不良品や規格非適合品などを見つけるため
に、ＣＣＤカメラ等による撮影画像を用いた検査装置が
利用されている。このような装置に於いてＣＣＤカメラ
等により目的の画像を的確に得るためには、その目的に
見合った最適な照明が必要である。そのような照明の一
つとして、光ファイバ等のライトガイドを利用して光を
案内し、所望の部位を照射する照明装置が知られてい
る。ライトガイドを用いることにより、光源と照明部位
とが近接している必要がなくなり、また装置の設置条件
が緩和される等の利点がある。こうした照明装置に於い
てライトガイドに光を送り込むための光源装置として
は、従来、ハロゲンランプを発光源としたものが主流で
あったが、近年、保守の容易性、単色波長の必要性、高
発光効率によるコストの安さなどの利点から、ＬＥＤを
発光源としたものが開発されている（例えば特開平１１
−２１９６０８号公報、特開２００１−８４８１９号公
報など参照）。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】こうした光源装置を利
用した照明装置に対する最も大きな要望の一つは、被検
査物等の所望の部位に於いて高い照度を得ることであ
る。そのためには、光源装置としては、発光源自体の発
光強度を増加させるとともに、発光源から放射された光
を効率よくライトガイドに導入することが重要である。
ライトガイドとして一般に使用されるのは、多数の光フ
ァイバを束ねたものである。光ファイバでは、その入射
端面に対する光の入射角（入射光が光ファイバの中心軸
と成す角度）が所定の角度θ以下である光のみが、光フ
ァイバ内部に入り込んだ後にコアとクラッドとの境界面
で反射されながら前方（出射端の方向）へ送られ、入射
角が上記所定の角度θを越える光は無効となる。一般
に、光を受容可能な入射角は開口数（ＮＡ＝sinθ）と
して表される。

【０００４】ライトガイド光源装置では、ライトガイド
の開口数とその入射側光学系の開口数とを合わせるよう
にすると最適な導入効率が得られる。ここで問題なの
は、ライトガイドの開口数が光ファイバの種類に大きく
依存しているということである。例えば石英系ガラスフ
ァイバでは開口数は小さく、プラスチックファイバと比
較すると開口数は１／２以下である。しかしながら、従
来のライトガイド光源装置では、こうしたライトガイド
の開口数の相違は考慮されていないため、ユーザが使用
するライトガイドの種類によっては発光源から放射され
た光の一部しか利用できず、ライトガイドの出射側で充
分な照度が得られないという問題があった。

【０００５】本発明はこのような点に鑑みて成されたも
のであり、その目的とするところは、ライトガイドの仕
様の相違に対応しつつ、ＬＥＤからの放射光を効率的に
ライトガイドに導入し、例えばライトガイドの出射端側
で高い照度の光を集中的に照射することができるライト
ガイド光源装置を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に成された本発明は、ライトガイドの入射端面からその
内部に光を送り込むためのライトガイド光源装置に於い
て、 a)複数のＬＥＤを含み、束状で且つほぼ平行な光を放射
する光放射手段と、 b)該光放射手段の前方に設けられ、前記ほぼ平行な光を
前記ライトガイドの入射端面に集光する集光手段と、 c)前記集光手段と前記ライトガイドの入射端面との離間
距離が変更可能で、且つ該集光手段が交換容易であるよ
うに、前記光放射手段、集光手段及びライトガイドを保
持する保持手段と、を備えたことを特徴としている。

【０００７】なお、ここで「集光手段が交換容易であ
る」という意味は、集光手段を破損する又は傷つける恐
れなく脱着が可能であるという意味であって、例えば接
着剤などを用いて固着されたものは含まず、ネジなどを
用いた、集光手段を傷つけることなく脱着が可能である
保持方法は含むものとする。

【０００８】

【発明の実施の形態】本発明に係るライトガイド光源装
置では、光放射手段から光軸にほぼ平行で束状の光が放
射され、その光は集光手段により光軸上の焦点近傍に向
けて集束され、その焦点近傍に配置されたライトガイド
の入射端面に到達する。保持手段により、集光手段とラ
イトガイドの入射端面との離間距離が変更可能で、且つ
該集光手段が交換容易であるように保持されているの
で、使用されるライトガイドの仕様つまりは開口数に応
じて、開口数の合致した又はそれに近い集光手段に適宜
変更すべく交換するとともに、その集光手段の焦点距離
に応じて集光手段とライトガイドの入射端面との離間距
離を適当に調節することができる。なお、光放射手段か
らはほぼ平行に揃った光が放射されるため、光放射手段
と集光手段との離間距離は集光手段の開口数とは無関係
に設定できる。したがって、光放射手段の位置は常に固
定しておいてよい。

【０００９】それ故に、この発明に係るライトガイド光
源装置の一態様として、上記保持手段は、光放射手段及
びライトガイドを固定的に保持し、その間に介挿される
上記集光手段を光軸方向にスライド移動可能に保持して
成る構成とすることができる。

【００１０】また、上記光放射手段は、複数のＬＥＤと
各ＬＥＤの前方に近接してそれぞれ設けられたコリメー
トレンズとを一対に備える構成とすることができる。も
ちろん、発光源であるＬＥＤの発光体（チップ）をモー
ルドする透明樹脂体自体が上記レンズ効果を有するよう
に先端砲弾形状又はそのほかの形状に加工されたもので
もよい。また、光軸方向に装置を薄型化するには、上記
集光手段はフレネルレンズを用いるとよい。

【００１１】

【発明の効果】このように本発明に係るライトガイド光
源装置によれば、開口数の相違する様々な種類のライト
ガイドが使用される場合に、そのライトガイドの開口数
に合った入射光学系を容易に形成することができる。そ
のため、光放射手段から放射された光を無駄なくライト
ガイドの入射端面からその内部へと導入し、前方へと送
ることができる。したがって、例えば本光源装置を照明
装置に適用すれば、ライトガイドの出射端面の外側に於
いて常に高い照度を得ることができる。また、ライトガ
イドへ入射する際に光を無駄にすることがないので、同
一の照度を得ようとした場合に、ＬＥＤに供給する電力
がより少なくて済む。また、ＬＥＤで発生する熱もその
分だけ少なくなるので、冷却手段が不要になるか又はよ
り簡単になる。更にまた、装置の小型化にも有利であ
る。

【００１２】更にまた、各種のライトガイドに対応した
光源装置を製造する場合、光放射手段及び保持手段は共
通として、集光手段のみを各種のライトガイドの仕様に
合わせて用意しておき、製造（組立）現場に於いて、集
光手段を適当に選択して取り付け、ライトガイドの入射
端面との間の離間距離を調節しさえすればよい。したが
って、部品の共通化によるコスト削減が可能であり、低
価格で高性能の製品をユーザに提供することができると
いう利点がある。

【００１３】

【実施例】本発明に係るライトガイド光源装置の一実施
例を図１〜図３を参照して説明する。図１は本実施例の
ライトガイド光源装置をライトガイド４の中心軸である
軸Ｃを含む平面で切断した断面図、図２は光放射手段で
ある発光ユニットの平面図、図３は集光手段であるフレ
ネルレンズの保持構造を示す図１中のＡ−Ａ’線断面図
である。

【００１４】このライトガイド光源装置は、両端面が開
口した円筒形状のハウジング１の内部に収容されてい
る。ハウジング１は例えばアルミニウム等の金属や、合
成樹脂の一体成型品とすることができる。このハウジン
グ１の一端面に着脱可能に取り付けられた飾板２の中央
には、ライトガイド４の端部を挿入して光を外部へと導
出するための光コネクタ３が固定されている。ライトガ
イド４の端部を光コネクタ３に最大限挿入した状態で締
着ネジ３１を締め付けると、光コネクタ３の左側端面と
ライトガイド４の入射端面４ａとが略面一になった状態
で位置が固定される。

【００１５】一方、ハウジング１の反対側端面の内部に
は、発光ユニット５がネジ５６により固定されている。
発光ユニット５は、略円盤状で外周縁に略垂直に屈曲し
た鍔部を有する基体５１と、該基体５１に取り付けられ
たＬＥＤ基板５２及びレンズ保持体５４と、ＬＥＤ基板
５２に固着された複数のＬＥＤ５３と、各ＬＥＤ５３の
前方にレンズ保持体５４によりそれぞれ保持されたコリ
メートレンズ５５とを含んで構成されている。

【００１６】ＬＥＤ基板５２はプリント基板で構成さ
れ、ＬＥＤ５３のリード線をハンダ付けするためのパッ
ドと、各パッドを接続するパターン配線とが形成されて
いる。ＬＥＤ５３はそのパッドにリード線をハンダ付け
することにより固定されている。基体５１は合成樹脂か
ら成るものでもよいが、ＬＥＤ５３で発生する熱を効率
よく放散するには、アルミニウム等の熱伝導性の高い金
属から成るものとすることが望ましい。また、レンズ保
持体５４にはコリメートレンズ５５やＬＥＤ基板５２を
介してＬＥＤ５３から発生する熱が伝播するため、加工
性がよく適度な剛性を有するとともに、耐熱性に優れた
材料から形成することが望ましい。一例としては、ガラ
ス短繊維で強化されたポリエチレンテレフタレートなど
の合成樹脂を用いることができる。もちろん、これ以外
の材料であってもよい。

【００１７】各ＬＥＤ５３は発光体であるチップが樹脂
やガラス等の透明体でモールドされたものであって、そ
のＬＥＤから放射される光の光軸が軸Ｃと平行になるよ
うにＬＥＤ基板５２に固定されている。ＬＥＤ５３とし
ては発光強度ができるだけ大きなものが好ましいが、そ
のような種類のＬＥＤは一般に光のビーム拡がり角が大
きい。そのため、ＬＥＤ５３からは光軸に対して大きな
角度を持って放出される光が多数存在する。コリメート
レンズ５５は文字通り、このようにＬＥＤ５３から様々
な方向へ拡がりつつ放射される光を集光して、軸Ｃに沿
ったほぼ平行な光となるように光を屈曲させる作用を有
している。これにより、発光ユニット５は全体として、
束状で軸Ｃにほぼ平行な光を放射する。

【００１８】集光手段の一態様であるフレネルレンズ６
は、ハウジング１の内径よりも一回り小さな外径を有す
るリング状保持体７に固定されている。ハウジング１の
上下２箇所の所定位置には軸Ｃ方向に細長いスリット孔
１１が穿孔されており、このスリット孔１１に外側から
挿通したネジ７１をリング状保持体７のネジ穴（図示し
ない）に螺入することによって、フレネルレンズ６をハ
ウジング１の内部に保持する。スリット孔１１はガイド
としても機能し、ネジ７１を緩めた状態では、フレネル
レンズ６の外周面はハウジング１の内周面にごく近接し
て又は軽く接触して、図１中のＬ１とＬ２との間で軸Ｃ
方向にスライド移動自在である。そして、ネジ頭部のツ
マミ部７２がハウジング１の外周面に当接するまでネジ
７１を締め付けることにより、リング状保持体７の位置
を固定することができる。また、このネジ７１をリング
状保持体７から抜去すれば、飾板２を取り外した状態で
開口したハウジング１右側端面を通して、リング状保持
体７と一体にフレネルレンズ６をハウジング１内部から
取り出すことができる。もちろん、発光ユニット５を取
り外した状態であれば、ハウジング１左側開放端面を通
して取り出すこともできる。

【００１９】すなわち、上述のように、フレネルレンズ
６は、リング状保持体７、ハウジング１、ネジ７１など
で構成される保持手段によって、容易に交換でき、しか
もハウジング１内部に装着された状態では軸Ｃ方向にス
ライド移動自在であり、それによって、フレネルレンズ
６とライトガイド４の入射端面との間の離間距離Ｄを変
更することが可能となっている。

【００２０】上記構成を有する本実施例のライトガイド
光源装置の動作は次の通りである。複数のＬＥＤ５３か
ら放射された光はそれぞれコリメートレンズ５５で軸Ｃ
にほぼ平行な光とされる。したがって、複数のコリメー
トレンズ５５の出射面から出た光は束状の略平行光とな
る。フレネルレンズ６は周知のように単焦点レンズの一
種であるから、軸Ｃ上に設定された焦点に集光するよう
に、フレネルレンズ６を通過する際に軸Ｃから離れた光
ほど軸Ｃに向く方向に大きく屈曲される。そして、その
焦点の近傍に配置されているライトガイド４の入射端面
４ａへ無駄なく光が到達し、ライトガイド４内部に導入
されて前方へと送られる。

【００２１】上記構成に於いて、ライトガイド４は多数
本の光ファイバを束ねたものであり、その光ファイバの
種類によって開口数、つまり受容可能な光の入射角度が
異なる。一般に使用される光ファイバは、石英系ガラス
ファイバ、多成分系ガラスファイバ、プラスチックファ
イバの３種類に大別できるが、開口数は、石英系ガラス
ファイバで約0.2、プラスチックファイバで約0.5、多成
分系ガラスファイバではその組成により約0.2〜0.9であ
る。どのような種類のライトガイドが使用されるのか
は、この光源装置の使用目的等によって様々である。

【００２２】そこで、本ライトガイド光源装置の製造
（組立）現場では、組立時に装着される又は客先に於い
て使用されるライトガイドの種類に応じ、その開口数に
合った開口数のフレネルレンズを選定してリング状保持
体７に取り付け、それをハウジング１の右側開放端面を
通してハウジング１の内部に挿入する。更に、そのフレ
ネルレンズ６の焦点距離に応じて、該フレネルレンズ６
によって集光された光がライトガイド４の入射端面４ａ
に集まるように、フレネルレンズ６と入射端面４ａとの
間の離間距離Ｄを適宜調節する。実際には、各フレネル
レンズに最適な離間距離は決まっているから、予めその
複数種類のフレネルレンズの離間距離に対応する位置を
ハウジング１の外周面にマーキングしておき、そのマー
キングに合わせてリング状保持体７の締付位置を定める
ようにすると調節が容易である。いずれにしても、上記
構成により、ライトガイドの開口数に適合したフレネル
レンズを選定して容易に取り付けることができ、それに
最適であるように離間距離Ｄを調節することができる。

【００２３】図４は本発明の他の実施例によるライトガ
イド光源装置の断面図である。本図に於いて、図１と同
一又は相当する構成要素には同一符号を付して説明を省
略する。

【００２４】この実施例によるライトガイド光源装置で
は、発光ユニット５にフレネルレンズ６を固着すること
により光放射手段と集光手段とを一体化し、この発光ユ
ニット５がフレネルレンズ６と共にハウジング１内部で
スライド移動自在になっている。すなわち、ハウジング
１には軸Ｃ方向に細長いスリット孔１２が形成されてお
り、該スリット孔１２に挿入したネジ５６の締め付けを
緩めると、発光ユニット５はハウジング１内部で軸Ｃ方
向にスライド移動自在である。

【００２５】更にまた他の実施例としては、図１に於い
て、発光ユニット５とフレネルレンズ６とをハウジング
１の内部に固定し、光コネクタ３を軸Ｃ方向に移動させ
る、又は、ライトガイド４の入射端面４ａが軸Ｃ方向に
ずれるように構成された複数の光コネクタの中から適切
なものを選定する、等の方法によって、離間距離Ｄを適
宜に変更できるようにしてもよい。

【００２６】なお、上述したライトガイド光源装置は、
ライトガイド４の出射端から光を取り出し、必要に応じ
てレンズなどの他の光学部品を介して所望の部位に照射
する照明装置の光源として利用することができるが、そ
のほかにもライトガイドを利用した様々な装置の光源と
して利用することができる。例えば、光ファイバ自体を
装飾用の照明（いわゆる電飾）として用いた装置のため
に利用してもよい。

【００２７】なお、一般の照明用としてはＬＥＤとして
白色光を発するものを用いればよいが、発光の種類が多
彩であるというＬＥＤの特徴を活かし、赤色、緑色、黄
色等の各色の可視光、或いは赤外光、近赤外光、紫外光
等の各種の波長を有する光を発するＬＥＤを用いてもよ
い。これにより、ハロゲン光源とフィルタとの組み合わ
せにより所望の単色波長の光を得るといった従来の方法
に比べ、大幅な消費電力の削減が可能である。また、複
数の色のＬＥＤを組み合わせることによって、各色が重
なる部分に於いて白色光を得るような構成とすることも
できる。

【００２８】更にまた、上記実施例はいずれも本発明の
単に一例に過ぎず、本発明の趣旨の範囲で適宜変形や修
正を加えても、本願の特許請求の範囲に包含されること
は明らかである。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施例によるライトガイド光源装
置を示す断面図。

【図２】 本実施例のライトガイド光源装置に於ける発
光ユニットの平面図。

【図３】 本実施例のライトガイド光源装置に於けるフ
レネルレンズ保持構造を示す平面図。

【図４】 本発明の他の実施例によるライトガイド光源
装置を示す断面図。

【符号の説明】

１…ハウジング １１、１２…スリット孔 ２…飾板 ３…光コネクタ ３１…締着ネジ ４…ライトガイド ４ａ…入射端面 ５…発光ユニット ５１…基体 ５２…ＬＥＤ基板 ５３…ＬＥＤ ５４…レンズ保持体 ５５…コリメートレンズ ６…フレネルレンズ ７…リング状保持体 ７１…ネジ ７２…ツマミ部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｌ 33/00 Ｆ２１Ｙ 101:02 // Ｆ２１Ｙ 101:02 Ｆ２１Ｓ 1/00 Ｆ (72)発明者 中山 雄三 京都府宇治市槇島町十六19−１ 京都電機 器株式会社内 Ｆターム(参考） 2G051 AA90 AB20 BA08 BB09 BB17 CA04 CB01 2H037 AA03 BA03 CA12 DA03 DA05 DA06 2H046 AA03 AB08 AD00 5F041 AA43 AA47 DA19 DA92 DB02 EE12 EE16 FF11

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ライトガイドの入射端面からその内部に
   光を送り込むためのライトガイド光源装置に於いて、 a)複数のＬＥＤを含み、束状で且つほぼ平行な光を放射
   する光放射手段と、 b)該光放射手段の前方に設けられ、前記ほぼ平行な光を
   前記ライトガイドの入射端面に集光する集光手段と、 c)前記集光手段と前記ライトガイドの入射端面との離間
   距離が変更可能で、且つ該集光手段が交換容易であるよ
   うに、前記光放射手段、集光手段及びライトガイドを保
   持する保持手段と、 を備えたことを特徴とするライトガイド光源装置。
2. 【請求項２】 前記保持手段は、前記光放射手段及びラ
   イトガイドを固定的に保持し、その間に介挿される前記
   集光手段を光軸方向にスライド移動可能に保持して成る
   ことを特徴とする請求項１に記載のライトガイド光源装
   置。
3. 【請求項３】 前記光放射手段は、複数のＬＥＤと各Ｌ
   ＥＤの前方に近接してそれぞれ設けられたコリメートレ
   ンズとを一対に備えることを特徴とする請求項１又は２
   に記載のライトガイド光源装置。
4. 【請求項４】 前記集光手段はフレネルレンズであるこ
   とを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のライト
   ガイド光源装置。