JP2004348072A

JP2004348072A - 分岐式ライトガイド

Info

Publication number: JP2004348072A
Application number: JP2003147942A
Authority: JP
Inventors: Mamoru Miyako; 衛都
Original assignee: Tokai Rika Co Ltd
Current assignee: Tokai Rika Co Ltd
Priority date: 2003-05-26
Filing date: 2003-05-26
Publication date: 2004-12-09

Abstract

【課題】単位面積当たりの光束（光量）を低下させることなく、光を均一に分配することができる分岐式ライトガイドを提供する。
【解決手段】分岐式ライトガイド１は、長尺状の透光性を有する主導光体１１と、主導光体１１と同方向に、主導光体１１の先端面１１ｂから４つに枝分かれして形成した分岐導光体１２とを備える。各分岐導光体１２の先端面１１ｂから同距離における断面１２ｂの断面積の総和が、主導光体１１の断面積とされている。各分岐導光体１２の先端面１１ｂから同距離における断面１２ｂが、それぞれ同面積である。分岐式ライトガイド１は、可撓性材料により形成されている。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光源からの光を分岐伝送する分岐式ライトガイドに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、光源装置からの光を分岐伝送する分岐式ライトガイドとして、様々なものが提案されている。例えば、図５に示すように、１本の主柱光ファイバ１０１と、この主柱光ファイバ１０１から２つに枝分かれするように形成された分岐光ファイバ１０２とを一体的に形成した分岐式光ファイバ１０がある（特許文献１参照）。主柱光ファイバ１０１の端面は入射面１０１ａとされており、各分岐光ファイバ１０２の端面は出射面１０２ａとされている。そして、入射面１０１ａ付近には光源装置（図示略）が配設されている。
【０００３】
主柱光ファイバ１０１の入射面１０１ａから入射された光源装置からの光は、各分岐光ファイバ１０２に分配されて、各分岐光ファイバ１０２の出射面１０２ａから出射される。このような分岐式光ファイバ１０は、例えばスイッチ装置等で用いられ、一つの光源で複数箇所を照射するのに用いられる。なお、一般的に、光ファイバは、コアの周囲にクラッドが被覆されて形成されている。光ファイバに入射される光は、コア内をコアとクラッドとの境界で全反射しながら伝送される。
【０００４】
【特許文献１】
登録実用新案３０６０８５７号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の構成であると、図５に示すように、主柱光ファイバ１０１と分岐光ファイバ１０２との接続部分において、両者は直線状で繋がっておらず湾曲状となっている。このため、主柱光ファイバ１０１から入射してきた光は、必然的に分岐式光ファイバ１０の内壁面（分岐光ファイバ１０２部分）に衝突しながら各分岐光ファイバ１０２に分配され、主柱光ファイバ１０１からの光が各分岐光ファイバ１０２に均等に分配されないという問題がある。そうすると、この従来の分岐式光ファイバ１０を、例えばスイッチ装置等で使用した場合に、複数の被照射面において照度にバラツキが生じるおそれがあり、使用上好ましくない。
【０００６】
また、主柱光ファイバ１０１の断面積と各分岐光ファイバ１０２の断面積とは同じ面積とされている。このため、主柱光ファイバ１０１に入射された光は、分岐光ファイバ１０２に分配される際、２倍の面積に対して分配される。このように、光がこれまで伝送されてきた面積（主柱光ファイバ１０１の断面積）に対して、伝送される面積（２本の分岐光ファイバ１０２の合計断面積）が増大するため、光の単位面積当たりの光束（光量）の低下を招く。即ち、主柱光ファイバ１０１から各分岐光ファイバ１０２に分配される光束（光量）に不均衡が生じると、光束（光量）が少なく分配された側の分岐光ファイバ１０２からは、主柱光ファイバ１０１に入射された光と比較して著しく単位面積当たりの光束（光量）が低下した光が出射されることとなる。
【０００７】
本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、単位面積当たりの光束（光量）を低下させることなく、光を均一に分配することができる分岐式ライトガイドを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、長尺状の透光性を有する主導光体と、前記主導光体と同方向に、同主導光体の先端面から複数に枝分かれして形成した分岐導光体とを備え、前記各分岐導光体の前記先端面から同距離における断面の断面積の総和が、前記主導光体の断面積以下であることを特徴とする。
【０００９】
請求項１に記載の発明によれば、複数の分岐導光体が主導光体と同方向に枝分かれして形成されるため、主導光体と分岐導光体との接続部分において、主導光体と各分岐導光体とは直線状に連続される。このため、主導光体から伝送されてくる光は、分岐導光体に直進することができる。また、主導光体からの光は、主導光体と同面積かそれ以下の面積に対して伝送されるため、主導光体から分岐導光体に光が伝送される際に、光が伝送される面積が増大することがなく、単位面積当たりの光束（光量）の低下を防止することができる。更には、主導光体から各分岐導光体に光が伝送される際に、光は直進することができるとともに、主導光体からの光は主導光体と同面積かそれ以下の面積に対して伝送されるため、光の単位面積当たりの光束（光量）を低下させるような光の漏出がない。従って、光の単位面積当たりの光束（光量）を低下させることなく、主導光体の光を各分岐導光体に均一に分配することができる。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、請求項１において、前記各分岐導光体の前記先端面から同距離における断面が同面積であることを特徴とする。
請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明の作用に加えて、各分岐導光体において、光の単位面積当たりの光束（光量）が均一であり、且つ断面積が等しいため、各分岐導光体から出射される光束（光量）が均等になる。従って、複数箇所を均等に照射することができる。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２において、前記各分岐導光体の前記先端面から同距離における断面の断面積の総和が、前記主導光体の断面の断面積であることを特徴とする。
【００１２】
請求項３に記載の発明によれば、請求項１又は請求項２に記載の発明の作用に加えて、主導光体の光は全て分岐導光体に伝送されるため光の利用効率が高い。
請求項４に記載の発明は、請求項１乃至請求項３のうちいずれか１項において、前記先端面は、当該分岐式ライトガイドの軸方向に複数形成されていることを特徴とする。
【００１３】
請求項４に記載の発明によれば、請求項１乃至請求項３のうちいずれか１項に記載の発明の作用に加えて、分岐式ライトガイドは、主導光体の先端面から枝分かれした分岐導光体を次段階の主導光体として、更に先端面から枝分かれして分岐導光体を形成することで、多段階に分岐される。このため、使用目的に適応した形態で分岐式ライトガイドをフレキシブルに使用することができる。
【００１４】
請求項５に記載の発明は、請求項１乃至請求項４のうちいずれか１項において、可撓性材料により形成されていることを特徴とする。
請求項５に記載の発明によれば、請求項１乃至請求項４のうちいずれか１項に記載の発明の作用に加えて、主導光体及び分岐導光体は可撓性を有するため、使用状態に対応して湾曲させたり、分岐導光体の先端側を部材間に狭入させたりすることができ、様々な形態でフレキシブルに使用することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
〔第１実施形態〕
以下、本発明を具体化した第１実施形態を、図１及び図２を参照して説明する。図１（ａ）は第１実施形態における分岐式ライトガイド１の斜視図、図１（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。また、図２は分岐式ライトガイド１における作用を説明するための説明図である。
【００１６】
図１（ａ）に示すように、分岐式ライトガイド１は、長尺状の主導光体１１と、主導光体１１に連続する４本の分岐導光体１２とを備える。主導光体１１と４本の分岐導光体１２とは、一体的に形成されている。なお、分岐式ライトガイド１は、シリコンゴム、エラストマ樹脂等の透光性を有する可撓性材料により形成されている。
【００１７】
主導光体１１は、分岐導光体１２とは反対側の端面が、入射面１１ａとされている。この入射面１１ａ付近にはＬＥＤ等の光源装置が配設される（図示せず）。また、主導光体１１の分岐導光体１２側の面は先端面１１ｂとされている。この先端面１１ｂから同方向に枝分かれして前記各分岐導光体１２がそれぞれ形成されている。主導光体１１の断面は、入射面１１ａから先端面１１ｂに至るまで、軸心方向に同一形状、即ち、図１（ｂ）に示すように、正方形状とされている。なお、主導光体１１の断面、入射面１１ａ及び先端面１１ｂは主導光体１１の軸心と直交する面である。
【００１８】
図１（ｂ）に示すように、各分岐導光体１２の断面１２ｂは、主導光体１１の断面を４つに分割した正方形状とされている。この断面１２ｂは、各分岐導光体１２の、先端面１１ｂから同距離におけるそれぞれの断面である。４つの断面１２ｂは同一形状（即ち、同面積）とされている。また、各分岐導光体１２の主導光体１１とは反対側の端面は、それぞれ出射面１２ａとされており、出射面１２ａに対向する面が被照射面とされる。各分岐導光体１２は、主導光体１１と接する面（先端面１１ｂ）から出射面１２ａに至るまで、軸心方向に同一形状とされている。なお、分岐導光体１２の出射面１２ａ及び断面１２ｂは、分岐導光体１２の軸心と直交する面である。
【００１９】
〔実施形態の作用〕
次に、上記の分岐式ライトガイド１の作用について説明する。
光源装置から入射面１１ａに入射された光は、主導光体１１の軸心に沿った方向に主導光体１１内を伝送され、先端面１１ｂに到達する。このとき、主導光体１１において、入射面１１ａから先端面１１ｂに至るまで直線状であり、軸方向に同一断面形状であるため、光は主導光体１１の壁面からほとんど漏出することなく直進することができる。このため、入射面１１ａから入射された光の単位面積当たりの光束（光量）は、主導光体１１内を伝送される際、先端面１１ｂに至るまでほとんど減衰することなく維持される。
【００２０】
そして、先端面１１ｂに到達した光は、図２に示すように、主導光体１１から各分岐導光体１２に伝送される。このとき、主導光体１１と分岐導光体１２とが同方向であるため、先端面１１ｂからの光は各分岐導光体１２内に直進することができる。また、主導光体１１の断面の断面積に対して、４本の分岐導光体１２の断面１２ｂの断面積の総和が等しいため、主導光体１１からの光が分岐導光体１２に伝送される際に、光が伝送される面積が増大することがない。このため、主導光体１１からの光の単位面積当たりの光束（光量）は、ほとんど減衰することなく維持されて、各分岐導光体１２に伝送される。
【００２１】
更に、先端面１１ｂから各分岐導光体１２内に入射された光は、各分岐導光体１２の軸心に沿った方向にそれぞれ伝送され各出射面１２ａに到達する。このとき、各分岐導光体１２において、先端面１１ｂから出射面１２ａに至るまで軸方向に同一断面形状であるため、光は各分岐導光体１２からほとんど漏出することなく直進することができる。このため、各分岐導光体１２内を伝送される際に、先端面１１ｂから入射された光の単位面積当たりの光束（光量）は、出射面１２ａに至るまでほとんど減衰することなく維持される。
【００２２】
そして、各分岐導光体１２の出射面１２ａから光が出射される。また、各出射面１２ａの面積は同面積であるため、各出射面１２ａから出射される光の単位面積当たりの光束（光量）は均一になり、各出射面１２ａの照度は均一になる。因みに、照度とは、光が照射される被照射面の単位面積当たりの光束（光量）である。
【００２３】
以上説明したように、分岐式ライトガイド１において、光源装置から入射面１１ａに入射された光の単位面積当たりの光束（光量）は、主導光体１１及び分岐導光体１２を通過して出射面１２ａから出射されるまで、ほとんど減衰することなく維持される。
【００２４】
〔実施形態の効果〕
従って、第１実施形態の分岐式ライトガイド１によれば、以下のような効果を得ることができる。
【００２５】
（１）本実施形態では、主導光体１１の先端面１１ｂから同方向に枝分かれして、４本の分岐導光体１２が形成されている。このため、主導光体１１と分岐導光体１２との接続部分において両者は直線状に連続され、主導光体１１を伝送されてきた光は、分岐導光体１２に直進することができる。また、４本の分岐導光体１２の先端面１１ｂから同距離における断面１２ｂの断面積の総和が、主導光体１１の断面積である。主導光体１１から分岐導光体１２に光が伝送される際に、光が伝送される面積が増大しないため、この際の光の単位面積当たりの光束（光量）の低下を防止することができる。更には、主導光体１１から各分岐導光体１２に光が伝送される際に、光は直進することができるとともに、主導光体１１からの光は主導光体１１と同面積に対して伝送されるため、光の単位面積当たりの光束（光量）を低下させるような光の漏出がない。従って、分岐式ライトガイド１において、光の単位面積当たりの光束（光量）を低下させることなく、主導光体１１の光を各分岐導光体１２に均一に分配することができる。加えて、４本の分岐導光体１２の断面１２ｂの断面積の総和が主導光体１１の断面積であるため、主導光体１１の光は、ほとんど漏出することなく全て４本の分岐導光体１２に伝送されるため、光の利用効率が高い。
【００２６】
（２）本実施形態では、４本の分岐導光体１２の先端面１１ｂから同距離における断面１２ｂ、即ち出射面１２ａが同面積である。各出射面１２ａから出射される光の単位面積当たりの光束（光量）は均一であるため、各分岐導光体１２から出射される光束（光量）が均等になる。従って、分岐式ライトガイド１により、複数箇所をバラツキなく均等に光を照射することができる。
【００２７】
（３）本実施形態では、分岐式ライトガイド１の主導光体１１及び分岐導光体１２を可撓性材料により形成し、主導光体１１及び分岐導光体１２に、可撓性をもたせた。このため、分岐式ライトガイド１の使用状態に対応して、主導光体１１や各分岐導光体１２を湾曲させたり、各分岐導光体１２の先端側を部材間に狭入させたりすることができ、様々な形態でフレキシブルに使用することができる。
【００２８】
〔第２実施形態〕
以下、本発明を具体化した第２実施形態を、図３を参照して説明する。なお、ここでは第１実施形態と相違する点を主に述べ、共通する点については同一部材番号を付すのみとしてその説明を省略する。図３（ａ）は第２実施形態における分岐式ライトガイド２の斜視図であり、図３（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線断面図、（ｃ）は（ａ）のＣ−Ｃ線断面図である。
【００２９】
図３（ａ）〜（ｃ）に示すように、分岐式ライトガイド２は、長尺状の第１主導光体２１と、第１主導光体２１に連続する２本の第１分岐導光体２２及び第２主導光体１１と、第２主導光体１１に連続する４本の第２分岐導光体１２とを備える。分岐式ライトガイド２において、第１主導光体２１と２本の第１分岐導光体２２及び第２主導光体１１と４本の第２分岐導光体１２とは、それぞれ一体的に形成されている。第２主導光体１１の断面１１ｃ、及び各第１分岐導光体２２の断面２２ｂは、第１先端面２１ｂから同距離における断面である。なお、第２主導光体１１は、第１実施形態における分岐式ライトガイド１の主導光体１１と同様の構成とされており、第２分岐導光体１２は分岐式ライトガイド１の分岐導光体１２と同様の構成とされている。また、先端面１１ｂを第２先端面１１ｂとする。
【００３０】
第１主導光体２１の第１分岐導光体２２及び第２主導光体１１と反対側の端面は、入射面２１ａとされており、入射面２１ａ付近にはＬＥＤ等の光源装置が配設される（図示せず）。また、第１主導光体２１の第１分岐導光体２２及び第２主導光体１１側の面は、第１先端面２１ｂとされており、第１先端面２１ｂから同方向に枝分かれして、２本の第１分岐導光体２２と、第１主導光体２１に対する分岐導光体としての第２主導光体１１とが形成されている。第１主導光体２１の断面は、入射面２１ａから第１先端面２１ｂに至るまで、軸心方向に同一形状、即ち、図３（ｂ）に示すように、矩形状とされている。第１主導光体２１の断面（第１先端面２１ｂ）は、２つの第１分岐導光体２２と、第２主導光体１１とを合わせた形状とされている。
【００３１】
各第１分岐導光体２２の第１主導光体２１と反対側の端面はそれぞれ出射面２２ａとされており、出射面２２ａに対向する面はそれぞれ被照射面とされる。また、図３（ｂ）及び（ｃ）に示すように、各第１分岐導光体２２の断面２２ｂは、第２分岐導光体１２（第１実施形態における分岐導光体１２）の断面１２ｂと同一形状とされている。各第１分岐導光体２２は、第１主導光体２１と接する面（第１先端面２１ｂ）から出射面２２ａに至るまで、軸心方向に同一形状とされている。
【００３２】
〔実施形態の作用〕
次に、上記の分岐式ライトガイド２の作用について説明する。
分岐式ライトガイド２において、光源装置から入射面２１ａに入射された光は、第１主導光体２１内を伝送され、２本の第１分岐導光体２２及び第２主導光体１１に伝送される。そして、各第１分岐導光体２２内に伝送された光は、第１分岐導光体２２内を伝送されて、各出射面２２ａから出射されて被照射面を照射する。また、第２主導光体１１に伝送された光は、第２主導光体１１から各第２分岐導光体１２内を伝送されて、各出射面１２ａから出射されて被照射面に照射される。入射面２１ａから入射された光の単位面積当たりの光束（光量）は、２つの出射面２２ａ及び４つの出射面１２ａに至るまで、ほとんど減衰することなく維持される。
【００３３】
このため、２本の第１分岐導光体２２の各出射面２２ａ、及び４本の第２分岐導光体１２の各出射面１２ａから出射される光の単位面積当たりの光束（光量）は均一になり、それぞれの面に照射される被照射面の照度は均一になる。また、２つの出射面２２ａ及び４つの出射面１２ａの面積は同面積であるため、各被照射面の光束（光量）は均等となる。
【００３４】
〔実施形態の効果〕
従って、上記第２実施形態によれば、前記第１実施形態における上記（１）〜（３）に記載の効果に加えて、以下のような効果を得ることができる。
【００３５】
（４）分岐式ライトガイド２の軸方向に、第１先端面２１ｂと第２先端面１１ｂとが形成されている。このように、分岐式ライトガイド２は、第１主導光体２１の第１先端面２１ｂから枝分かれして形成した分岐導光体である第２主導光体１１を、更に第２先端面１１ｂから枝分かれして分岐導光体１２を形成することで、多段階に分岐される。このため、分岐式ライトガイド２を、使用目的に適応した形態で、分岐式ライトガイド１よりも一層フレキシブルに使用することができる。
【００３６】
〔別例〕
なお、上記実施形態は以下のような別例に変更して具体化してもよい。
・上記両実施形態においては、分岐式ライトガイド１，２はシリコンゴムやエラストマ樹脂等の可撓性材料により形成したが、透光性を有するものであれば何で形成してもよい。例えば、石英やアクリル樹脂等で形成してもよい。
【００３７】
・上記第１実施形態においては、４本の分岐導光体１２の先端面１１ｂから同距離における断面１２ｂの断面積の総和が、主導光体１１の断面積となるようにした。また、上記第２実施形態においては、第１先端面２１ｂから同距離における２本の第１分岐導光体２２の断面２２ｂの断面積と、第２主導光体１１（第１主導光体２１に対する分岐導光体）の断面１１ｃの断面積との総和が、第１主導光体２１の断面積となるようにした。しかし、それぞれの場合において、分岐導光体の先端面から同距離における断面の断面積の総和は、主導光体の断面積よりも小さくしてもよい。例えば、図４（ａ）に示すように、長尺状の透光性を有する主導光体３１と、主導光体３１と同方向に主導光体３１の先端面３１ｂから４つに枝分かれして形成した分岐導光体３２とを備える分岐式ライトガイド３としてもよい。分岐式ライトガイド３においては、図４（ｂ）に示すように、各分岐導光体３２の先端面３１ｂから同距離における断面３２ｂの断面積の総和は、主導光体３１の断面の断面積よりも小さい。これにより、先端面３１ｂからの光は、光の単位面積当たりの光束（光量）が減衰することなく、各分岐導光体３２に均等に確実に伝送される。
【００３８】
・上記両実施形態においては、主導光体（第２主導光体）１１、分岐導光体（第２分岐導光体）１２、第１分岐導光体２２の断面形状はそれぞれ正方形とし、第１主導光体２１の断面形状は矩形としたが、主導光体及び分岐導光体の断面形状はこれに何ら限定されない。例えば、図４（ａ）及び（ｂ）に示すように、主導光体３１及び分岐導光体３２の断面形状を円形としてもよい。
【００３９】
・上記第１実施形態においては、４本の分岐導光体１２の出射面１２ａは全て同面積とし、上記第２実施形態においては、２本の第１分岐導光体２２の出射面２２ａと４本の第２分岐導光体１２の出射面１２ａは全て同面積としたが、出射面の面積は同一とせず、変更してもよい。また、本発明によれば、光源装置から入射される光の単位面積当たりの光束（光量）は、分岐導光体の出射面に至るまでほとんど維持されるので、出射面の面積を調節することで、被照射面に照射される光束（光量）を調節することが可能である。
【００４０】
・上記両実施形態においては、主導光体（第２主導光体）１１の先端面（第２先端面）１１ｂから枝分かれして形成される分岐導光体（第２分岐導光体）１２の数は４本としたが、主導光体から枝分かれして形成される分岐導光体の数は４本に何ら限定されるものではない。３本以下としてもよいし、５本以上としてもよい。
【００４１】
・上記第２実施形態においては、分岐式ライトガイド２の軸方向に第１先端面２１ｂ及び第２先端面１１ｂ形成したが、先端面は２つに何ら限定されず、３つ以上形成してもよい。例えば、出射面２２ａや出射面１２ａを先端面として、分岐導光体を更に分岐させるように構成してもよい。
【００４２】
・上記両実施形態における分岐式ライトガイド１，２を、光ファイバにおけるコアとし、外周面にクラッドを設けてもよい。
・上記両実施形態における分岐式ライトガイド１，２を、光を分岐して伝送する部分を含むスイッチ装置に使用してもよい。そうすると、スイッチ装置において、複数の被照射面を単位面積当たりの光束（光量）が均一な光で照射することができる。また、鑑賞用の照明装置として使用してもよい。
【００４３】
【発明の効果】
以上詳述したように、請求項１乃至請求項５に記載の分岐式ライトガイドによれば、単位面積当たりの光束（光量）を低下させることなく、光を均一に分配することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態における分岐式ライトガイドの（ａ）は斜視図、（ｂ）は（ａ）のＡ―Ａ線断面図。
【図２】分岐式ライトガイドの作用を説明するための説明図。
【図３】第２実施形態における分岐式ライトガイドの（ａ）は斜視図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線断面図、（ｃ）は（ａ）のＣ−Ｃ線断面図。
【図４】別例の分岐式ライトガイドの（ａ）は斜視図、（ｂ）は（ａ）のＤ−Ｄ線断面図。
【図５】従来の分岐式光ファイバの作用を説明するための説明図。
【符号の説明】
１…分岐式ライトガイド、２…分岐式ライトガイド、３…分岐式ライトガイド、１１…主導光体（第２主導光体）、１１ｂ…先端面（第２先端面）、１１ｃ…断面、１２…分岐導光体（第２分岐導光体）、１２ｂ…断面、２１…第１主導光体、２１ｂ…第１先端面、２２…第１分岐導光体、２２ｂ…断面、３１…主導光体、３１ｂ…先端面、３２…分岐導光体、３２ｂ…断面。

Claims

長尺状の透光性を有する主導光体と、前記主導光体と同方向に、同主導光体の先端面から複数に枝分かれして形成した分岐導光体とを備え、
前記各分岐導光体の前記先端面から同距離における断面の断面積の総和が、前記主導光体の断面積以下であることを特徴とする分岐式ライトガイド。
前記各分岐導光体の前記先端面から同距離における断面が、同面積であることを特徴とする請求項１に記載の分岐式ライトガイド。
前記各分岐導光体の前記先端面から同距離における断面の断面積の総和が、前記主導光体の断面の断面積であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の分岐式ライトガイド。
前記先端面は、当該分岐式ライトガイドの軸方向に複数形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のうちいずれか１項に記載の分岐式ライトガイド。
可撓性材料により形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のうちいずれか１項に記載の分岐式ライトガイド。