JP2009231063A - 光源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 所望の照明領域を高光量の光で照明可能な照明装置を提供する。
【解決手段】 光源ボックスに、発光ダイオードとクラッドロッドとを配置し、その際、該クラッドロッドを、該ダイオードの光照射方向に延在させ且つ該クラッドロッドの中心軸を該発光ダイオードの照射光の光軸に一致させてなる光源装置に、該クラッドロッドからの出射光を受光する、光ファイバ素線束からなるライトガイドを接続する。
【選択図】 図３

Description

本発明は、光源装置に関し、更に詳しくは、本発明は、画像処理検査装置や光学顕微鏡等の光学機器の照明用光源として有用な光源装置に関する。

発光ダイオード（以下、“ＬＥＤ”）は、ランプ光源に比べて小形であることから、設置スペースに制約のある照明装置等の光源として注目を浴びている。他方、ＬＥＤからの照射光は拡散角度が大きく、意図しない領域まで照明してしまう。この不利益を克服するために、ＬＥＤと光ファイバ素線束からなるライトガイド（以下、“ＬＧ”）との間に光平行化レンズと集光レンズとを配置して、所望の照射領域をより高光量の下に照射する照明装置が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

特開２００４−０７７４６３号公報

しかし、上記の提案では、照射領域の中央部に光量ピークが不可避的に発生し、周辺部にかけて光量低下（光量ムラ）が生じる。この照度ムラは、例えば、ＬＥＤの近傍にリフレクタを配し、光拡散を促進することによって、ある程度は軽減される。ただ、この場合、光源装置内部が複雑になるばかりか、光源装置自体の小型化の要請にも逆行する。

したがって、本発明の課題は、簡易な構成で、上述の光量ムラが可及的に軽減された照明光を得ることのできるＬＥＤ光源装置を提供することにある。

本発明者は、上記提案におけるレンズ群に代えて、実質的に光の全反射機能を有するクラッドロッドを導光部材として採用することにより、上記の課題を一挙に解決するに至った。

本発明において、以下のような顕著な効果が奏される。

（請求項１に記載の発明）
クラッドロッドのコアに入射した光は、該ロッド形状の如何に拘わらず、クラッド界面で全反射し、出射端から放射される。この過程で光の密度が均一化されるので、光量ムラが軽減される。しかも、クラッドロッドの構成は簡易であり、従来のような、レンズ群の微妙な調整機構やリフレクタを必要としないので、光源装置自体を簡略化しながら該装置の小型化を実現できる。

（請求項２に記載の発明）
上記のクラッドロッド形状が少なくとも入射端側が逆テーパ形状であるとき、そのコアに入射した光は、コア−クラッド境面で全反射しながら、より小さい角度に変換されるので、ロッド出射端面からの出射光の角度が狭くなる。

（請求項３に記載の発明）
上記逆テーパロッドのクラッドの外周表面から仮に漏光が生じても、この濡光は金属反射層により再反射されるので、光量損失（伝送損失）が低減される。

（請求項４に記載の発明）
ＬＧが接続されてなる照明装置にあっては、光量ムラが軽減され且つ高照度の照明光が得られる。

（請求項５に記載の発明）
ここで特定された“傾斜”により、ＬＥＤに起因する光量ムラが更に軽減されので、照明領域全体に亘って光量ムラがより軽減される。

本発明について、添付図面を参照しながら述べる。
図１は、光源ボックス内でのＬＥＤとクラッドロッドとの配置例を示す側面図である。
図２は、クラッドロッドの好ましい形状を示す側面図である。
図３は、図２のクラッドロッドの外側面に金属反射層を設けた、更に好ましい例を示す側面図である。
図４は、照明装置の一例を示す斜視図である。
図５は、ＬＥＤとクラッドロッドとの好ましい配置例を示す側面図である。

図１において、（１）は光源ボックス、（２）はＬＥＤ（ここでは、素子として例示）、（３）はＬＥＤの実装基板、そして、（４）はストレート形状（円筒、円柱形状）のクラッドロッドである。ここで、クラッドロッド（４）はＬＥＤ（２）の照射方向に沿って延在し且つクラッドロッド（４）の中心軸が該発光ダイオードの照射光の光軸に一致するように配置されている。

上記のＬＥＤ（２）としては、高出力のパワー型ＬＥＤが好ましく用いられる。また、クラッドロッド（４）は、コアとその外周を包囲するクラッドからなる、ガラスロッドで、入射光を出射端まで全反射により伝達させるための導光部材である。従って、クラッドの屈折率はコアの屈折率より小さくし、同時に、ロッド長は、光が少なくとも一回反射する長さに調整される。

図２には、クラッドロッド（４）として、入射端面（５）の面積より出射端面（６）の面積の方が大きい、いわゆる逆テーパロッドが示されている。この逆テーパロッドには、前述のように、その出射端面で狭い角度の出射光を与える利点がある。

図３には、図２の逆テーパ形状のクラッドロッド（４）の外側面に、更に金属反射層を設けた例が示されている。この金属反射層は内面が鏡面加工されているので、クラッドロッドのクラッドから濡光が生じてもこれをクラッドロッド内部に向かって再反射させるので、光伝送損失を防止する利点がある。具体的な金属反射素材としては、金属の薄板ないしテープあるいは金属蒸着フィルム、メッキ層、金属蒸着層、更には金属パイプが挙げられる。

図４には、上述の光源装置にＬＧ（８）を接続してなる照明装置が示されている。この場合、ＬＧ（８）のコネクタ（９）が光源ボックス（１）のコネクタ接続部（１０）に嵌合され、光源ボックス（１）内で、クラッドロッドの出射端面とＬＧ（８）の入射端面とを対峙させる。

図５には、照明装置の好ましい態様が示されている。この態様では、ＬＥＤ（２）と一体的関係にあるクラッドロッド（４）を、ＬＧ（８）の入射端面に対して、（θ）の傾斜角度で傾斜させるものである。これにより、照射領域の中央部に生じる光量ピークが低下する。その結果、前述のように、ＬＥＤに起因する照度ムラが更に軽減されので、照明領域全体に亘って光量がより均一化される。

この傾斜角度（θ）は、発光ダイオードの配光特性、クラッドロッド（４）の出射端面とＬＧ（８）の受光（入射）端面との距離、照明領域の大きさ等を考慮して適宜定めればよい。一般には、１°〜２５°、好ましくは１°〜１５°の範囲から選定される。また、ＬＥＤ（２）と一体的関係にあるクラッドロッド（４）を傾斜させるには、両者を、一端（クラッドロッドの出射端側）を支点として回動可能の架台に設置しておけばよい。

また、図５では、クラッドロッド（４）として円柱状のものを例示したが、この形状を、図２および図３に示した逆テーパ形状に順次変更することにより、照度ムラの防止効果が更に助長されることは、効果の記載（「０００７」）に照らして明らかになる。従って、図５の態様で、クラッドロッドとして図３の金属反射層付の逆テーパロッドを採用すると、最も好ましい態様が得られる。

本発明のＬＥＤ光源装置は、これにＬＧを接続することにより、ＵＶ硬化接着剤用スポット光源用あるいは真空照射装置用等の工業用用途のみならず、歯科治療等の医療用あるいは美容用などにも転用できる。

光源ボックス内でのＬＥＤとクラッドロッドとの配置例を示す側面図。 クラッドロッドの好ましい形状を示す側面図。 図２のクラッドロッドの外側面に金属反射層を設けた、更に好ましい例を示す側面図。 照明装置の一例を示す斜視図。 ＬＥＤとクラッドロッドとの好ましい配置例を示す側面図。

符号の説明

１ 光源ボックス
２ ＬＥＤ
４ クラッドロッド
８ ライトガイド
θ ライトガイドの入射端面に対するクラッドロッドの傾斜角度

Claims (5)

1. 光源ボックス内に発光ダイオードとクラッドロッドとが配置され、その際、該クラッドロッドは、該ダイオードの光照射方向に延在し且つその中心軸が照射光の光軸に一致していることを特徴とする光源装置。
2. 該クラッドロッドが少なくとも入射端側が逆テーパ形状である請求項１に記載の光源装置。
3. 該クラッドロッドの外側面が金属反射層で被覆されている請求項１または２に記載の光源装置。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載の光源装置に、更にクラッドロッドからの出射光を受光する、光ファイバ素線束からなるライトガイドが接続されていることを特徴とする照明装置。
5. 該クラッドロッドの中心軸が、該光ファイバ素線の光軸に対して傾斜している請求項４に記載の照明装置。
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   

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