JP2014186360A - 投光装置およびセンサ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】開口角光線11は発光点Pから出射され、レンズ212の半球面212aにより屈折され、光軸Xと平行な軸X2に対して、投光側光ファイバ180の開口角に等しい角度θ3で入射端面180aに到達する。外縁光線12は、発光点Pから出射され、レンズ212を経て、コア領域180bの外縁部184に到達する。外縁光線12がコア領域180bの外縁部184に到達したときの角度θ3′が開口角以下となるように、発光面162a、レンズ212および投光側光ファイバ180の配置、ならびにレンズ212の屈折力が選択される。
【選択図】図6
Description
、光ファイバの入射端面の周縁が突き当たる突き当り面を含む。
好ましくは、入射端面におけるコア領域の形状は、円形である。
光ファイバ180の入射端面に向けられ、PDパッケージ170の受光面は受光側光ファイバ190の出射端面に向けられている。
80aに導くための反射面として機能する。なお、本実施の形態では、レンズ212のレンズ径は投光側光ファイバ180のコア部の径(コア径)にほぼ等しい。
射角度でコア部に入射した光は、コア部とクラッド部との界面で全反射することによりコア部を伝搬する。この所定角度を以下では「開口角」と呼ぶ。
る。既に説明したように、レンズ212は、入射した拡散光を、発光面162aの中心から出射された光の出射時よりも光軸Xに対して小さな角度で広がるように屈折させて出射する。すなわち本実施の形態に係る投光装置としては発散光学系が適用される。図6〜図8では、この発散光学系を説明するために本実施の形態に係る投光装置の構成を概略的に示す。具体的には、図6〜図8では本実施形態に係る投光装置の構成要素のうち、LEDパッケージ160と、レンズ212と、投光側光ファイバ180とを示す。
口角光線11よりも入射端面180aの径方向に対して外側を進む状態が得られる。
図9を参照して、近軸幾何光学(近軸理論)によれば、レンズ300の焦点位置P1にある光源から出射した拡散光のすべてをレンズ300により平行光に変換して光ファイバ310のコア部320へ結合させることができる。しかしながら現実には図9に示した光結合を実現することはできない。
、光線の入射側の媒体の屈折率および出射側の媒体の屈折率によって定まる。
図10を参照して、角度αは、光線の屈折の限界角度である。角度αを以下では「最大屈折角α」とも呼ぶことにする。最大屈折角αは、媒体330への光線の入射角θiが臨界角であるときの、入射光線に対する出射光線の角度である。
ここでθe=90°であるので、上記式の右辺は、ne×sin(90°)=neとなる。
sinθi=0.5
θi=30°
∴α=90°−θi=60°
次に現実的に可能な最大屈折角を考える。上記のように入射側の媒体330の屈折率を2.0、出射側の屈折率を1.0として最大屈折角αを考えるとαは60°となる。このαが90°未満の有限の最大屈折角となる。
の内側(焦点と凸レンズとの間)に物体を置いた場合、物体のある1点から出た光は凸レンズにより1点に集まらない。しかし、凸レンズから出た光線の向きと逆向きの線は1点で交わる。したがって、発光面の位置を凸レンズの焦点位置よりもレンズ面に近づけることで発散光学系が実現可能となる。
リフレクタ、164a 反射面、170 PDパッケージ、180 投光側光ファイバ、180a 入射端面、180b コア領域、181,191 コア部、181A コア、182,192 クラッド部、183,193 外皮、184 外縁部、185 境界線、190 受光側光ファイバ、202a,202b 主表面、203 貫通孔、203a 内周面、212,214,300,360 レンズ、212a 半球面、212b 平面、310 光ファイバ、320 コア部、330,340 媒体、350,360a
レンズ面、370 空間、P 発光点、P1 焦点位置、P2 位置、X 光軸、X1〜X5 軸。
Claims (12)
- 発光面を有する発光素子と、
前記発光面から出射された光が入射される入射端面を有する光ファイバと、
前記発光素子の前記発光面と、前記光ファイバの前記入射端面との間に配置されるレンズとを備え、
前記発光素子、前記光ファイバ、および前記レンズは、1つの光軸上に配置され、
前記光ファイバは、
屈折率が均一な単一のコアを含む領域または屈折率が均一な複数のコアを集合的に含む領域であるコア領域を含み、
前記レンズは、前記発光面から出射された拡散光を、広がり方がより緩やかな拡散光に変換し、
前記発光面の前記光軸上の点から出射され、前記レンズを経て、前記光ファイバの前記入射端面における前記コア領域の外縁部に到達する光線を外縁光線と定義したときに、
前記外縁部に到達したときの前記外縁光線が前記光軸となす角度が前記光ファイバの開口角よりも小さく、かつ前記発光面から出射したときの前記外縁光線が前記光軸となす角度が、前記開口角よりも大きいという条件が満たされるように、
前記発光面、前記レンズおよび前記光ファイバの配置、ならびに前記レンズの屈折力が選ばれており、
前記発光面と前記光ファイバの前記入射端面との間に前記レンズを囲むように配置され、かつ、前記レンズから出射された光を反射させる第1の反射面を含む第1の反射部材をさらに備え、
前記第1の反射部材は、前記光ファイバの前記入射端面の周縁が突き当たる突き当り面を含む、投光装置。 - 前記条件が満たされる場合において、前記発光面から出射されたときの前記外縁光線が前記光軸となす角度は、前記開口角の1.1倍から85°までの範囲内である、請求項1に記載の投光装置。
- 前記条件が満たされる場合において、前記発光面から出射されたときの前記外縁光線が前記光軸となす角度は、前記開口角の1.2倍から85°までの範囲内である、請求項2に記載の投光装置。
- 前記条件が満たされる場合において、前記外縁部に到達したときの前記外縁光線が前記光軸となす角度は、前記開口角の0.3倍から前記開口角までの範囲内である、請求項1から3のいずれか1項に記載の投光装置。
- 前記条件が満たされる場合において、前記外縁部に到達したときの前記外縁光線が前記光軸となす角度は、前記開口角の0.5倍から前記開口角までの範囲内である、請求項4に記載の投光装置。
- 前記レンズは、前記屈折力を担う面として、前記光ファイバの前記入射端面に向けられた単一の凸面を含む、請求項1から5のいずれか1項に記載の投光装置。
- 前記投光装置は、
前記発光素子の周囲に設けられて、前記発光素子から出射された光を反射させる第2の反射面を含む第2の反射部材をさらに備える、請求項1から6のいずれか1項に記載の投光装置。 - 前記発光素子は、発光ダイオードチップである、請求項1から7のいずれか1項に記載
の投光装置。 - 前記入射端面における前記コア領域の形状は、円形である、請求項1から8のいずれか1項に記載の投光装置。
- 前記第1の反射面の、前記光ファイバ側に位置する端部は、前記突き当り面に接続されている、請求項1から9のいずれか1項に記載の投光装置。
- 前記第1の反射面は、前記光軸に垂直な断面が円形である孔の内周面であって、前記光ファイバ側に近づくにつれて前記断面の直径が大きくなる、請求項1から10のいずれか1項に記載の投光装置。
- 請求項1から11のいずれか1項に記載の投光装置を備える、センサ。
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