JP2016201200A - 線状ライトガイド、線状ライトガイド構造体、照明装置 - Google Patents
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Abstract
Description
(第1実施形態)
以下、本発明の実施の形態にかかる線状ライトガイド1について説明する。図1は線状ライトガイド1の分解斜視図であり、図2は線状ライトガイド1の組立斜視図であり、図3は、線状ライトガイド1の長手方向に垂直な断面図である。
コア2aとクラッド2bの界面を粗面化して凹凸を形成する方法としては、加熱した硬質材料で側面発光型プラスッチック光ファイバのクラッド2bの表面を加圧するホットスタンピング法や、超音波ウエルダを用いる超音波スタンピング法、あるいは水とブラスト剤を吹き付けて漏光部を作るブラスト形成法がある。さらに、化学的にクラッド2bを溶解除去するエッチング法などがある。この方法は、コア2a表面の全周を均一に除去できるが、処理時間が長く生産性が悪いので、実用的には、ホットスタンピング法やブラスト法が用いられる。ここで、側面発光特性を得る方法としては、前述の方法に限られず、コア2aとクラッド2bの界面を他の方法で粗面化しても良い。以上のようにして、コア2aとクラッド2bの界面を粗面化して凹凸を形成した側面発光型プラスチック光ファイバが得られる。
または、コア2aとクラッド2bの界面を粗面化して凹凸を形成する方法以外の方法としては、コア2aの外周のクラッド2bとの間に光拡散層を設けたプラスチック光ファイバであってもよく、あるいはクラッド2bに微細な拡散材を分散させたプラスチック光ファイバであってもよい。
クラッド2bに無機光拡散材を分散した拡散層を形成する方法としては、クラッド2bに1〜5μm程度の粒径の無機光拡散材、例えば硫酸バリウム、酸化チタン、酸化亜鉛、炭酸カルシウム、シリカ、アルミナ、タルクなどを添加することができる。また、無機光拡散材の代わりに、クラッド2bに相溶せず、クラッド2bと屈折率が異なる球状のシリコン樹脂などの有機微粒子を添加することもできる。有機微粒子としては、シリコン微粒子が特に良く用いられる。
また、側面発光型光ファイバ3として、側面発光型ガラス光ファイバを用いることもできる。この場合には、積極的に光ファイバ表面から発光させるため、光ファイバ内でコア2aからクラッド2bに光を散乱させるナノ構造を光ファイバ内に導入したり、コア2aとクラッド2bの界面に幾何学的凹凸構造を設けることが考えられる。
また、側面発光型光ファイバ3として、側面発光型プラスッチック光ファイバを用いる場合には、側面発光型プラスッチック光ファイバの端面に、予め端面処理が施されることが望ましい。また、光を側面発光型プラスッチック光ファイバに効率的に入射させるためには、側面発光型プラスッチック光ファイバの光源側の端面に、基材と屈折率の異なる層を設けることにより、設けた層の表面での反射光と基材との界面での反射光の位相を逆転させて打ち消し合わせることにより反射光を軽減する公知の反射防止膜を形成してもよい。また、僅かに光源と側面発光型プラスッチック光ファイバ端面における光軸をずらして光接続しても良い。
ホットプレート法や研磨法以外の方法としては、フリーカット法やホットカット法があるが、いずれも切断した面をそのまま使用することから、反射率を高めるための仕上げとしてはそれほど好ましくないがコストや手間をかけずに端面を仕上げる場合には、これらの端面仕上げを用いることができる。
次に、可撓性樹脂シート5について説明する。可撓性樹脂シート5は、側面発光型光ファイバ3の外面形状に対応する形状にあらかじめ成形される。可撓性樹脂シート5は、例えば、マイクロ発泡樹脂シート(多数の微細気泡を有する多孔質部材)から形成される。
マイクロ発泡樹脂シートは、平均気泡径が0.2μmから40μmの範囲であることが好ましい。ここで、平均気泡径が0.2μmより小さいと、光の透過度が高くなり反射率が低下する。平均気泡径が大きすぎると拡散反射率が低下するため、平均気泡径は0.2μmから40μm以下とする必要がある。さらに平均気泡径は0.5μmから20μmであることが好ましい。
なお、本発明で適用される樹脂シートとしては、上述したマイクロ発泡樹脂シートに限られず、例えば、無機粒子を含むポリエステルシート、または、ポリエステルに非相溶な樹脂を含むポリエステルシートを延伸することで、内部に微細気泡を形成した樹脂フィルム状の樹脂シートであってもよい。このように、無機物を分散させた樹脂シートを延伸加工することによって、微細な空孔を形成することができる。この場合には、樹脂フィルムが十分な剛性を有しないため、前述した接着を行うことが望ましい。ここで、無機粒子を含むポリエステルシートとしては、例えば、東レ社製のE60Lを用いることができる。このポリエステルシートとしては、酸化アルミニウム標準板の反射率を100%とした時の全反射率、拡散反射率がともに90%以上、好ましくは95%以上のものを用いることが望ましい。
次に、第2の実施形態について説明する。図4(a)は、第2の実施形態にかかる線状ライトガイド1aの断面概念図である。なお、以下の説明にいて、線状ライトガイド1と同一の機能を奏する構成については、図1〜図3と同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
線状ライトガイド1aは、線状ライトガイド1と略同様の構成であるが、側面発光型光ファイバが、側面発光型多心光ファイバである点が異なる。側面発光型多心光ファイバとしては、側面発光型多心シリカガラス光ファイバも用いることができるが、側面発光型多心プラスチック光ファイバが好ましい。
次に、第3の実施形態について説明する。図5は、第3の実施形態にかかる線状ライトガイド1cの斜視図である。線状ライトガイド1cは、線状ライトガイド1と略同様の構成であるが、側面発光型光ファイバ3の外周に、可撓性樹脂シート5が螺旋状に巻き付けられる点で異なる。
次に、第4の実施形態について説明する。図6(a)は、第4の実施形態にかかる線状ライトガイド1dの斜視図である。線状ライトガイド1dは、線状ライトガイド1と略同様の構成であるが、側面発光型光ファイバ3の外周面に可撓性樹脂シート5が設けられるのではなく、側面発光型光ファイバ3が、棒状体11に巻き付けられる点で異なる。
次に、第5の実施形態について説明する。図8(a)は、第5の実施形態にかかる線状ライトガイド1fの斜視図である。線状ライトガイド1fは、線状ライトガイド1dと略同様の構成であるが、可撓性樹脂シート5が棒状体11aに巻き付けられる点で異なる。
次に、線状ライトガイド構造体について説明する。図9(a)は、線状ライトガイド構造体10の斜視図であり、図9(b)は、線状ライトガイド構造体10の長手方向に垂直な断面図である。
次に、面状ライトガイド構造体について説明する。図10は、面状ライトガイド構造体20を示す斜視図である。これまでの説明では、線状のライトガイド等について説明した。すなわち、線状ライトガイド等を発光させた際に、線状に光を発光させるものである。一方、面状ライトガイド構造体20は、発光部が面状であり、より広い範囲で発光させることが可能である。
次に、照明装置について説明する。図12(a)は、照明装置30を示す概念図である。照明装置30は、線状ライトガイド構造体10と、光源31等から構成される。なお、以下の説明では、線状ライトガイド構造体10を用いる例について説明するが、線状ライトガイド1等も適用が可能である。また、線状ライトガイド1等に代えて、面状ライトガイド構造体20等を適用してもよい。
側面発光型光ファイバとしては、PMMA製の側面発光型プラスチック光ファイバを用いた。具体的には、住友3M社製 レイミルキーフレックス(商品名)(Φ3.5mm±0.2mm)を用いた。なお、コアは、特殊アクリル樹脂製であり、クラッドはフッ素系樹脂製である。
実施例1に対して、可撓性樹脂シートを用いない点以外は、実施例1と同一の構成とした。
実施例1の側面発光型光ファイバに代えて、多心プラスチック光ファイバを用いた。海部(各コアのまわりを囲む樹脂)をフッ化ビニリデン樹脂とし、クラッドはフッ化メタクリレート重合体のフッ化物ポリマーを使用した。なお、コアの光ファイバ断面における占有率は80%であった。コアとクラッドの間には光取り出し効率を高めるため、光拡散材を用いたものを使用した。
実施例1の側面発光型光ファイバを、PMMA製の棒状体に密着するように巻き付けた。可撓性樹脂シートは、側面発光型光ファイバが棒状体に巻き付けられた構造体の外周の一部を覆うように、縦添え巻した。また、LED光源としては、波長635nmのピーク電流約5mWの赤色LEDを用いた。実施例3においては、側面発光型光ファイバとして、コーニング社の「Fibrance Light‐Diffusing Fiber」(商品名)の光拡散ファイバ外径約1mmを用いた。
実施例1の可撓性樹脂シートに代えて、ポリエステルに無機粒子を添加した東レ社製の延伸したポリエステルフィルムを用いた。酸化アルミニウム板での反射率が全反射率で96%、拡散反射率95%のものを用いた。
実施例1の側面発光型光ファイバに蛍光体微粒子を分散させた。なお、蛍光体微粒子は、460nm青色LEDを緑色に演色するために、Ca3Sc2Si3O12を使用した。同様に、460nm青色LEDを黄色に演色するために、Y3Al5O12を使用した。それぞれの蛍光体微粒子が分散された線状ライトガイドをそれぞれ用いて評価した。
実施例1の線状ライトガイドを互いに併設して接着し、面状体を形成した。なお、LED光源としては、白色LEDを用いた。
実施例1の側面発光型光ファイバを互いに併設して接着し、面状体を形成した。さらに、背面側に、凹部を有する可撓性樹脂シートを配置し、凹部に沿って側面発光型光ファイバを配置した。なお、LED光源としては、白色LEDを用いた。
実施例3および実施例7の線状ライトガイドまたは面状ライトガイド構造体を用いて、図形を描写した。
3、3a、3b………側面発光型光ファイバ
2a………コア
2b………クラッド
4………側面発光型光ファイバ素線
5、5a………可撓性樹脂シート
7………被覆部
9………開口部
10………線状ライトガイド構造体
11、11a………棒状体
13………ケース
20、20a………面状ライトガイド構造体
21………凹部
30、30a、30b、30c………照明装置
31………光源
33………反射膜
35………レンズ
また、被覆部が、側面発光型光ファイバの円周方向の半周を超えるように形成されるため、被覆部の前記ファイバ断面の外周部における漏光を減少させ、光反射を高めることができることから、前記ファイバの円周方向の半周に形成された場合に較べて光を開口部から有効に取り出すことができる。また、可撓性樹脂シートを側面発光型光ファイバの外形に応じて成形した場合において、側面発光型光ファイバを可撓性樹脂シートで容易に保持することができる。
また、開口部が側面発光型光ファイバの長手方向に平行に直線状に形成されるため、発光部を直線状に形成することができる。すなわち、線状の照明とすることができる。
また、可撓性樹脂シートは、微細気泡を有するPET(Polyethyleneterephthalate)樹脂、PC樹脂、難燃PC樹脂、またはアクリル樹脂の発泡体であるマイクロ発泡樹脂シートのいずれかであるため、高い反射率を得ることができる。また、可撓性樹脂シートは、可撓性を有することから、側面発光型光ファイバの形状に合わせて容易に変形させることができる。さらに、可撓性樹脂シートを側面発光型光ファイバの外形に応じて成形した場合において、側面発光型光ファイバを可撓性樹脂シートに容易に嵌合することができる。このため、適度な保持力を維持しながら安定して側面発光型光ファイバを保持することができる。また、側面発光型光ファイバがプラスチック光ファイバの場合において、側面発光型光ファイバ表面の傷を防止することができる。
Claims (26)
- 側面発光型光ファイバの外周表面の円周方向の一部が、光反射特性を有する可撓性樹脂シートで被覆された被覆部と、前記可撓性樹脂シートで被覆されずに前記側面発光型光ファイバの外周表面が露出する開口部と、を具備することを特徴とする線状ライトガイド。
- 前記側面発光型光ファイバは、側面発光型多心光ファイバであることを特徴とする請求項1記載の線状ライトガイド。
- 前記被覆部および前記開口部は、それぞれ前記側面発光型光ファイバの長手方向に平行に連続して形成されること特徴とする請求項1または請求項2に記載の線状ライトガイド。
- 前記被覆部は、前記側面発光型光ファイバの外周における円周方向の半周以上に形成され、前記開口部の円周方向の開口幅は、前記側面発光型光ファイバの外周における円周方向の半周以下であることを特徴とする請求項3記載の線状ライトガイド。
- 前記可撓性樹脂シートが、前記側面発光型光ファイバの外周表面に所定間隔のギャップを有するように螺旋状に巻き付けられ、前記開口部および前記被覆部が、ともに前記側面発光型光ファイバの長手方向に螺旋状に交互に連続して形成されることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の線状ライトガイド。
- 側面発光型光ファイバが、透明棒状体の外表面に密着するように螺旋状に巻き付けられ、前記透明棒状体に前記側面発光型光ファイバが巻き付けられた構造体が、前記構造体の円周方向の一部が光反射特性を有する可撓性樹脂シートで被覆された被覆部と、前記可撓性樹脂シートで被覆されずに前記構造体の外周表面が露出する開口部と、を具備することを特徴とする線状ライトガイド。
- 前記可撓性樹脂シートが、前記構造体の外周表面に所定間隔のギャップを有するように螺旋状に巻き付けられ、前記開口部および前記被覆部が、ともに前記透明棒状体の長手方向に螺旋状に交互に連続して形成されることを特徴とする請求項6記載の線状ライトガイド。
- 前記可撓性樹脂シートと前記側面発光型光ファイバとの接触部の少なくとも一部が光透過性を有する接着剤で接着されていることを特徴とする請求項1から請求項7のいずれかに記載の線状ライトガイド。
- 前記側面発光型光ファイバのコア材料は、PMMA系樹脂、ポリカーボネート樹脂、変性PC樹脂、ノボルネン系樹脂、またはPMMA樹脂とイソプロピルアルコール樹脂の共重合樹脂である共重合PMMA樹脂のいずれかであり、前記側面発光型光ファイバのクラッド材料は、フッ素樹脂であることを特徴とする請求項1から請求項8のいずれかに記載の線状ライトガイド。
- 前記側面発光型光ファイバのコア材料は、シリカ系ガラスであり、前記側面発光型光ファイバのクラッド材料は、フッ素樹脂あるいはシリカ系ガラスであること特徴とする請求項1から請求項8のいずれかに記載の線状ライトガイド。
- 前記可撓性樹脂シートは、微細気泡を有するPET樹脂、PC樹脂、難燃PC樹脂、またはアクリル樹脂のいずれかからなる熱可塑性のマイクロ発泡樹脂シートであること特徴とする請求項1から請求項10のいずれかに記載の線状ライトガイド。
- 前記可撓性樹脂シートは、ポリエステルに少なくとも無機粒子を含む樹脂シートか、あるいはポリエステルに非相溶な樹脂を含む樹脂シートを延伸したものであり、内部に微細気泡を有する樹脂フィルム状の樹脂シートであることを特徴とする請求項1から請求項11のいずれかに記載の線状ライトガイド。
- 前記側面発光型光ファイバは、青色蛍光体、緑色蛍光体、黄色蛍光体、または赤色蛍光体のいずれかの蛍光体微粒子を前記側面発光型光ファイバのコアまたはクラッドに分散させたものであることを特徴とする請求項1から請求項12のいずれかに記載の線状ライトガイド。
- 棒状体の外周部全体を覆うように、光反射特性を有する可撓性樹脂シートが巻き付けられ、前記可撓性樹脂シートの外周面に密着するように側面発光型光ファイバが螺旋状に巻き付けられることを特徴とする線状ライトガイド。
- 前記棒状体に前記側面発光型光ファイバが巻き付けられた構造体が、前記構造体の円周方向の一部が光反射特性を有する可撓性の樹脂シートで被覆された被覆部と、前記樹脂シートで被覆されずに前記構造体の外周表面が露出する開口部と、を具備することを特徴とする請求項14に記載の線状ライトガイド。
- 請求項1から請求項13のいずれかに記載の線状ライトガイドが、可撓性を有する軟質樹脂ケースに収納されることを特徴とする線状ライトガイド構造体。
- 請求項1から請求項13のいずれかに記載の線状ライトガイドを、複数接着して面状体を形成し、複数の前記線状ライトガイドのそれぞれの前記開口部を、前記面状体の法線方向に向けて揃えて形成することを特徴とする面状ライトガイド構造体。
- 請求項1または請求項2に記載の線状ライトガイドを用い、前記側面発光型光ファイバが複数併設され、前記可撓性樹脂シートには、複数の前記側面発光型光ファイバに対応する凹部が形成され、前記側面発光型光ファイバが前記可撓性樹脂シートの前記凹部に配置されることを特徴する面状ライトガイド構造体。
- 請求項16に記載の線状ライトガイド構造体と、光源と、を具備し、
前記線状ライトガイド構造体の前記側面発光型光ファイバの長手方向の一方の端面から、前記側面発光型光ファイバの光軸にあわせて、前記光源によって所定波長の光を入射し、前記開口部から光を取り出すことを特徴とする照明装置。 - 前記側面発光型光ファイバの長手方向の他方の端面に、ホットプレート法か研磨法で端面処理を行うか、あるいはさらに前記端面処理後に反射膜を形成することを特徴とする請求項19に記載の照明装置。
- 請求項16に記載の線状ライトガイド構造体と、光源と、を具備し、
前記線状ライトガイド構造体の前記側面発光型光ファイバの長手方向の両方の端面から、前記側面発光型光ファイバの光軸にあわせて、前記光源によって所定波長の光を入射し、前記開口部から光を取り出すことを特徴とする照明装置。 - 前記側面発光型光ファイバの端面と前記光源とを接触させて直接光接続することを特徴とする請求項19から請求項21のいずれかに記載の照明装置。
- 前記側面発光型光ファイバの端面と前記光源との間にレンズが配置され、レンズを介して光接続することを特徴とする請求項19から請求項21のいずれかに記載の照明装置。
- 前記照明装置が装飾用照明装置であることを特徴とする請求項19から請求項23のいずれかに記載の照明装置。
- 前記照明装置が視認用誘導用照明装置であることを特徴とする請求項19から請求項23のいずれかに記載の照明装置。
- 前記照明装置が自動車内装用照明装置であることを特徴とする請求項19から請求項23のいずれかに記載の照明装置。
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