【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光源から射出された光を、光ファイバライトガイドを通して所望の部位に照射する照明装置に関し、さらに詳しくは、特に高照度で均一な照明が要求される画像処理の照明等に利用されるライトガイドの改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
本出願人は先に上述の照明装置の例として、図４に示すように、楕円ミラー（４）で集光された、ハロゲンランプにより代表される光源（５）の光を光ファイバ素線群からなるライトガイド（２）の入射端面（２ａ）に導入するとともに、該ライトガイドの出射端面（２ｂ）に、少なくとも一方の端面（３ａ）または（３ｂ）に凹面レンズ加工が施されたロッドレンズ（３）を装着することにより均一光化された出射光を得る方法を提案した。（特願２００２−３４９１５７号）
しかしながら、このロッドレンズ付きライトガイド（１）の出射端面（３ｂ）においてはほぼ均一光化された出射光は得られるものの、同図に示すように該端面（３ｂ）の周辺部での均一光化が得られにくく、従って、実際に使用できる高精度な有効照射部の面積が限定されるという問題が生じた。併せて、この方式では照度は平均化されるものの、全体的に照度が低下することも判明した。
このため、出射端面の周辺部でも均一光化が改善されて有効照射部の面積が拡大され、しかも照度低下が少ない、より高精度なライトガイドが切望されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、本発明の課題は、従来の問題点を解消するとともに、複数本の光ファイバ素線からなるライトガイドを採用しながらも、構造が簡単で、寸法・形状がコンパクトにして尚且つ、高照度の下に均一な照度分布が得られるライトガイドを提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、光ファイバ素線群からなるライトガイドの少なくとも一方の端面、特に出射端面に、該端面の面積より大きい入射端面を有するガラスロッドを対向配置するという極めて簡単な構成を採ることにより、上記の課題を一挙に解決するに至った。
【０００５】
かくして、本発明によれば、光ファイバ素線群からなるライトガイドの少なくとも一方の端面に、該端面の面積より大きい入射端面を有するガラスロッドが対向配置されてなることを特徴とするライトガイドが提供される。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明のライトガイドの側面図である。
図２は、本発明に係るライトガイドの別の態様を示す側面図である。
図３は本発明に従い、ライトガイドの少なくとも一方の端面に、該端面の面積より大きい入射端面を有するガラスロッドを装着したことにより、出射光が均一化されることを示す説明図である。
図１〜図３において、（１）は、光ファイバ素線群からなるライトガイド（２）の出射端面（２ｂ）にガラスロッド（３）が装着された状態のライトガイド、（２ａ）および（２ｂ）はそれぞれ、該ライトガイド（２）の入射端面および出射端面、（３ａ）および（３ｂ）はそれぞれ、該ガラスロッド（３）の入射端面および出射端面、（４）は楕円ミラー、そして（５）は光源である。
【０００７】
本発明において特徴的なことは、ライトガイド（２）の入射端面（２ａ）および／または出射端面（２ｂ）に、該端面の面積より大きい入射端面を有するガラスロッド（３）を装着させることにある。このうち、図１〜図３には、ライトガイド（２）の出射端面（２ｂ）に、該端面の面積より大きい入射端面（３ａ）を有するガラスロッド（３）を装着させた例が示されている。
こうすることにより、これまではライトガイド（２）の出射端面（２ｂ）から出てガラスロッド（３）に入射しなかった光、即ち出射端面（２ｂ）の周辺部の光までも回収できるので、該ロッド（３）の出射端面（３ｂ）からの出射光はより一層拡散されつつ、図３に示すように該端面（３ｂ）の中心部から周辺部に亘って十分な幅（面積）で均一光化される。併せて、照度ロスの減少に伴って照度自体も高くなる。この結果、ライトガイドの有効照射面積がほぼ１００％近くまで飛躍的に向上する。
ここで、ガラスロッド（３）の入射端面（３ａ）の面積（Ｓ１）は、該ライトガイド（２）の出射端面（２ｂ）の面積（Ｓ２）に対してＳ１＝（１．１〜１．５）Ｓ２を満足することが望ましい。この理由は、このＳ１の値が大き過ぎても、開口数から自ずと該ライトガイド（２）の出射光の出射角には限度があるので、所詮、この角度を超えた光はガラスロッド（３）の入射端面（３ａ）には入射しない。この結果、過度にＳ１の値を大きくしてもガラスロッド（３）の入射端面（３ａ）の周辺部には光は入射しなく、該ロッド（３）の出射端面（３ｂ）での有効照射率がかえって低下してしまうからである。つまり、Ｓ１はライトガイド（２）の出射角の限度値に対応する面積とすればよい。逆にＳ１の値が小さ過ぎると、ライトガイド（２）の出射端面（２ｂ）から出て、ガラスロッド（３）に入射しなかった光を回収できず、本発明の効果が期待できないからである。
本発明において、ガラスロッド（３）の装着位置は、ライトガイド（２）の入射端面（２ａ）および出射端面（２ｂ）のいずれでもよいが、好ましくは出射端面（２ｂ）側である。その際、両部材の装着端面に関しては、ガラスロッド（３）の入射端面（３ａ）およびライトガイド（２）の出射端面（２ｂ）が共に、それぞれの長手方向の軸と直交する平坦面であることが集光効率の点から好ましい。図１〜２では、説明の便宜上、ガラスロッド（３）の入射端面（３ａ）とライトガイド（２）の出射端面（２ｂ）と間に間隔を設けた例を示したが、実際の装着に当たっては、該両端面は接着、熱融着、あるいはコネクタ接続等各種の方法で接触状態に保たれる。このとき、出射特性等の仕様変更が頻繁に要求される場合には、アダプタ形式としてガラスロッド（３）を脱着自在にしておくことが望ましい。
次に、ガラスロッド（３）の端面形状については、円形のほかに、四角形や六角形等の多角形のいずれであってもよく、加工性や入射特性ないし出射特性を考慮しながら適宜選択すればよい。他方、その長さについては、拡散による均一光化の効率や挿入損失を考慮して１０ｍｍ〜５０ｍｍの範囲にあるのが望ましい。
このようなガラスロッド（３）の材質としては、石英ガラスまたは多成分ガラスあるいはプラスチックが挙げられるが、挿入損失と耐熱性との観点からすれば、ガラスが特に好ましい。また、ロッド自体は、前記材質を直接溶融成形してなる棒状体あるいはファイバ束を熱融着させたものであってもよい。
次に図２に示す本発明の別の態様について説明する。
本態様は、図１あるいは図３の態様において、ガラスロッド（３）の出射端面（３ｂ）に凹面レンズ加工を施したものである。
こうすることにより、該端面が平坦（フラット）な図１あるいは図３の態様と比較して集光効果が大きくなるので、その分だけガラスロッド（３）の長さを短縮化でき、よりコンパクトなライトガイドになる。この凹面レンズ加工は、該ガラスロッド（３）の入射端面（３ａ）および出射端面（３ｂ）のいずれか一方に施すか、あるいはそれらの両方に施せばよい。この場合、加工性と装着性とを考慮すると、図示したように、出射端面（３ｂ）側に加工するのが望ましい。また、凹面の度合い（曲率）は、光源の特性と照度特性、さらには加工性との関係から、適宜設定すればよい。
以上の説明では、凹面加工については、その一例について述べたが、本発明の趣旨から逸脱しない限り、それらを変形した各種の態様が採用されることは言うまでもないことである。
本発明で採用するライトガイド（２）は複数本の光ファイバ素線から構成される。例えば、常用されている素線径が０．０３〜０．０８ｍｍの場合、これら素線を３０００本〜８０００本程度束ねて熱融着して構成される。光ファイバ素線の材質としては、ロッドレンズ同様、石英ガラスファイバまたは多成分ガラスファイバあるいはプラスチックファイバが採用される。このとき、挿入損失と耐熱性とを考慮すると、石英ガラスファイバが好ましく採用される。また、このライトガイド（２）は、出射端部がテーパ加工された、いわゆるテーパ付ライトガイドであってもよい。
さらに、このようなライトガイドの出射端面を凹面加工しても、出射光の均一化は実現されるが、ライトガイドの仕様がやや限定される面が残る。
以下、本発明の実施例を示す。
【０００８】
（Ａ）ライトガイド（２）の作成
素線径が０．０５ｍｍの多成分ガラスファイバ素線３１２５本を熱融着炉にて熱融着して、外径３ｍｍ、長さ２０００ｍｍで、両端面が共に、該素線軸と直交する平坦面で構成されるライトガイド（２）を作成した。
（Ｂ）ガラスロッド（３）の作成
外径４ｍｍ、長さ２０ｍｍのガラス母材を用い、その一方の端面には曲率４ｍｍの凹面加工を施してなる出射端面（３ｂ）を、他方の端面には該母材（ロッド）の軸と直交する平坦面で構成される入射端面（３ａ）を形成して、ガラスロッド（３）を作成した。
（Ｃ）ガラスロッド（３）付ライトガイド（１）の作成
（Ａ）項で作成したライトガイド（２）の出射端面（２ａ）に、（Ｂ）項で作成したガラスロッド（３）の入射端面（３ａ）を結合コネクタにより接合して、本発明のライトガイドが完成した。
（Ｄ）先願（特願２００２−３４９１５７号）との比較
表１に、本発明のライトガイド（実施例）と先願（特願２００２−３４９１５７号）のライトガイド（比較例）との光量特性を比較したデータを記す。
ガラスロッド（３）の入射端面（３ａ）には５５０ｍｗ／ｃｍ２ の入射光量を入力させ、ガラスロッド（３）の出射端面（３ｂ）の出射光量を光量測定器にて測定した。なお、有効照射率とは、ここでは、最大出射光量の８５％以上の光量が得られる出射端面での面積比率とし出射光量から算出した。
また、均一光化率は、（最大出射光量―平均出射光量）／平均出射光量にて算出した。
【表１】
表１から、分かるように、本発明では、比較例に比べて、出射光量が１２％、均一光化率が２１％、有効照射率が１５％それぞれアップしていることが確認できる。
【発明の効果】
本発明によれば、光ファイバ素線群からなるライトガイドの少なくとも一方の端面に、該端面の面積より大きい入射端面を有するガラスロッドを対向配置するという、極めて簡単な工夫により、高照度で且つ均一な照度分布を与えるライトガイドが提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のライトガイドの側面図である。
【図２】本発明に係るライトガイドの別の態様を示す側面図である。
【図３】本発明に従い、ライトガイドの出射端にガラスロッドを装着したことにより、出射光が均一化されることを示す説明図である。
【図４】本出願人の先願に係る照明装置の一例を示す側面図である。
【符号の説明】
１ ライトガイド（ガラスロッド付）
２ ライトガイド
２ａ ライトガイドの入射端面
２ｂ ライトガイドの出射端面
３ ガラスロッド
３ａ ガラスロッドの入射端面
３ｂ ガラスロッドの出射端面
４ 楕円ミラー
５ ハロゲンランプ（光源）[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an illumination device that irradiates a desired portion with light emitted from a light source through an optical fiber light guide, and more particularly, it is used for, for example, illumination for image processing that requires uniform illumination with high illuminance. The improvement of the light guide.
[0002]
[Prior art]
As an example of the above-mentioned illumination device, the present applicant has previously described, as shown in FIG. 4, a light source (5) typified by a halogen lamp, which is condensed by an elliptical mirror (4) and is a group of optical fiber strands. A light guide (2) comprising a light guide (2) and a light guide (2a), and a light guide (2b) having at least one end face (3a) or (3b) having a concave lens processed on an output end face (2b). A method has been proposed in which the emitted light is made uniform by attaching (3). (Japanese Patent Application No. 2002-349157)
However, although almost uniform outgoing light can be obtained at the outgoing end face (3b) of the light guide with rod lens (1), as shown in the figure, the uniform light around the end face (3b) is obtained. Therefore, there is a problem that the area of a highly accurate effective irradiation unit that can be actually used is limited. At the same time, it was found that the illuminance is averaged in this method, but the illuminance is reduced as a whole.
For this reason, uniform light emission is improved even in the peripheral portion of the exit end face, the area of the effective irradiating portion is increased, and a more accurate light guide with less decrease in illuminance is desired.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
Therefore, an object of the present invention is to solve the conventional problems and to adopt a light guide composed of a plurality of optical fiber wires, yet to have a simple structure, a compact size and shape, and a high An object of the present invention is to provide a light guide capable of obtaining a uniform illuminance distribution under illuminance.
[0004]
[Means for Solving the Problems]
The present inventor adopts a very simple configuration in which a glass rod having an incident end face larger than the area of the end face is disposed opposite to at least one end face of the light guide composed of a group of optical fiber strands, in particular, the exit end face. Thus, the above problems have been solved at once.
[0005]
Thus, according to the present invention, there is provided a light guide, wherein a glass rod having an incident end face larger than the area of the end face is disposed to face at least one end face of the light guide composed of a group of optical fiber strands. Provided.
[0006]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a side view of the light guide of the present invention.
FIG. 2 is a side view showing another embodiment of the light guide according to the present invention.
FIG. 3 is an explanatory view showing that, by attaching a glass rod having an incident end face larger than the area of the end face to at least one end face of the light guide according to the present invention, emitted light is made uniform.
1 to 3, (1) is a light guide in a state where a glass rod (3) is mounted on an emission end face (2b) of a light guide (2) composed of an optical fiber group, (2a) and (2). 2b) are the entrance and exit end faces of the light guide (2), (3a) and (3b) are the entrance and exit end faces of the glass rod (3), (4) is an elliptical mirror, and ( 5) is a light source.
[0007]
A feature of the present invention is that a glass rod (3) having an incident end face larger than the area of the end face is mounted on the incident end face (2a) and / or the exit end face (2b) of the light guide (2). is there. FIGS. 1 to 3 show an example in which a glass rod (3) having an incident end face (3a) larger than the area of the end face is mounted on the exit end face (2b) of the light guide (2). ing.
By doing so, it is possible to collect even the light that has been emitted from the emission end face (2b) of the light guide (2) and did not enter the glass rod (3), that is, the light at the periphery of the emission end face (2b). The light emitted from the emission end face (3b) of the rod (3) is further diffused and has a sufficient width (area) from the center to the periphery of the end face (3b) as shown in FIG. Light is made uniform. At the same time, the illuminance itself increases as the illuminance loss decreases. As a result, the effective irradiation area of the light guide is dramatically improved to nearly 100%.
Here, the area (S1) of the entrance end face (3a) of the glass rod (3) is S1 = (1.1 to 1....) With respect to the area (S2) of the exit end face (2b) of the light guide (2). 5) It is desirable to satisfy S2. The reason for this is that even if the value of S1 is too large, the exit angle of the emitted light from the light guide (2) is naturally limited due to the numerical aperture. ) Does not enter the incident end face (3a). As a result, even if the value of S1 is excessively increased, light does not enter the periphery of the entrance end face (3a) of the glass rod (3), and effective irradiation is performed on the exit end face (3b) of the rod (3). This is because the rate is rather lowered. That is, S1 may be an area corresponding to the limit value of the emission angle of the light guide (2). Conversely, if the value of S1 is too small, the light exiting from the exit end face (2b) of the light guide (2) and not entering the glass rod (3) cannot be collected, and the effect of the present invention cannot be expected. is there.
In the present invention, the mounting position of the glass rod (3) may be either the input end face (2a) or the output end face (2b) of the light guide (2), but is preferably on the output end face (2b) side. At this time, as for the mounting end faces of both members, both the input end face (3a) of the glass rod (3) and the output end face (2b) of the light guide (2) are flat faces orthogonal to their respective longitudinal axes. Is preferable from the viewpoint of light collection efficiency. 1 and 2 show an example in which a space is provided between the incident end face (3a) of the glass rod (3) and the output end face (2b) of the light guide (2) for convenience of explanation. The two end faces are kept in contact with each other by various methods such as adhesion, heat fusion, and connector connection. At this time, when a change in specifications such as emission characteristics is frequently required, it is desirable to make the glass rod (3) detachable as an adapter type.
Next, the shape of the end face of the glass rod (3) may be any of polygons such as a quadrangle and a hexagon other than a circle, and may be appropriately selected in consideration of workability, incident characteristics, or emission characteristics. Just fine. On the other hand, the length is desirably in the range of 10 mm to 50 mm in consideration of the efficiency of uniform light emission by diffusion and insertion loss.
Examples of the material of the glass rod (3) include quartz glass, multi-component glass, and plastic, and glass is particularly preferable from the viewpoint of insertion loss and heat resistance. Further, the rod itself may be a rod-shaped body or a fiber bundle obtained by directly melt-molding the above-mentioned material and thermally fused.
Next, another embodiment of the present invention shown in FIG. 2 will be described.
In this embodiment, the exit end face (3b) of the glass rod (3) in the embodiment of FIG. 1 or FIG. 3 is subjected to concave lens processing.
By doing so, the light condensing effect is larger than that of the embodiment shown in FIG. 1 or FIG. 3 where the end face is flat (flat), so that the length of the glass rod (3) can be shortened by that much, and more compact. Become a light guide. This concave lens processing may be performed on one or both of the entrance end face (3a) and the exit end face (3b) of the glass rod (3). In this case, in consideration of workability and mountability, it is desirable to work on the emission end face (3b) side as illustrated. In addition, the degree (curvature) of the concave surface may be set as appropriate from the relationship between the characteristics of the light source and the illuminance characteristics, and further, the workability.
In the above description, an example of the concave surface processing has been described. However, it is needless to say that various modifications of the concave surface processing may be adopted without departing from the spirit of the present invention.
The light guide (2) employed in the present invention is composed of a plurality of optical fiber wires. For example, when the diameter of a commonly used wire is 0.03 to 0.08 mm, about 3000 to 8000 of these wires are bundled and thermally fused. As the material of the optical fiber, a silica glass fiber, a multi-component glass fiber, or a plastic fiber is employed as in the case of the rod lens. At this time, in consideration of insertion loss and heat resistance, a quartz glass fiber is preferably adopted. Further, the light guide (2) may be a so-called tapered light guide in which an emission end is tapered.
Further, even if the light-emitting end face of such a light guide is concavely processed, the outgoing light can be made uniform, but a surface where the specifications of the light guide are somewhat limited remains.
Hereinafter, examples of the present invention will be described.
[0008]
(A) Preparation of light guide (2) 3125 multi-component glass fiber strands having a strand diameter of 0.05 mm were heat-sealed in a heat fusion furnace to have an outer diameter of 3 mm, a length of 2000 mm, and both end faces. In both cases, a light guide (2) composed of a flat surface orthogonal to the strand axis was created.
(B) Preparation of glass rod (3) Using a glass base material having an outer diameter of 4 mm and a length of 20 mm, one end face of which has a concave end face with a curvature of 4 mm, and the other end face has an output end face (3b). Formed an incident end face (3a) composed of a flat surface orthogonal to the axis of the base material (rod), thereby producing a glass rod (3).
(C) Preparation of the light guide (1) with the glass rod (3) The incidence of the glass rod (3) prepared in the section (B) on the emission end face (2a) of the light guide (2) prepared in the section (A). The light guide of the present invention was completed by joining the end faces (3a) with the coupling connector.
(D) Comparison with prior application (Japanese Patent Application No. 2002-349157) Table 1 shows the light amounts of the light guide (Example) of the present invention and the light guide (Comparative Example) of the prior application (Japanese Patent Application No. 2002-349157). The data comparing the characteristics are described.
550 mw / cm 2 on the incident end face (3a) of the glass rod (3) Of the glass rod (3), and the quantity of light emitted from the exit end face (3b) of the glass rod (3) was measured by a light quantity meter. Here, the effective irradiation rate is calculated from the output light amount as an area ratio at the output end face where 85% or more of the maximum output light amount is obtained.
Further, the uniform light conversion rate was calculated by (maximum emitted light quantity-average emitted light quantity) / average emitted light quantity.
[Table 1]
As can be seen from Table 1, in the present invention, it can be confirmed that the emission light amount is increased by 12%, the uniform lightening rate is increased by 21%, and the effective irradiation rate is increased by 15% as compared with the comparative example.
【The invention's effect】
According to the present invention, at least one end face of a light guide composed of a group of optical fiber strands, a glass rod having an incident end face larger than the area of the end face is disposed opposite to the light guide. A light guide that provides a uniform illumination distribution is provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a side view of a light guide of the present invention.
FIG. 2 is a side view showing another embodiment of the light guide according to the present invention.
FIG. 3 is an explanatory diagram showing that emitted light is made uniform by attaching a glass rod to an emission end of a light guide according to the present invention.
FIG. 4 is a side view showing an example of a lighting device according to the earlier application of the present applicant.
[Explanation of symbols]
1 Light guide (with glass rod)
2 light guide 2a light guide input end face 2b light guide output end face 3 glass rod 3a glass rod input end face 3b glass rod output end face 4 oval mirror 5 halogen lamp (light source)
