JP2776107B2 - Light guide - Google Patents
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- Optical Couplings Of Light Guides (AREA)
- Optical Fibers, Optical Fiber Cores, And Optical Fiber Bundles (AREA)
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Description
【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】この発明は、バンドルファイバを
用いたライトガイドに係わり、特に、均一な強度分布で
安定な出射光を得るライトガイドに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a light guide using a bundle fiber and, more particularly, to a light guide for obtaining stable emitted light with a uniform intensity distribution.
【０００２】[0002]
【従来の技術】図４は、例えば米国特許第４９６４６９
２号に示された従来の照明用ライトガイドを示す図であ
り、図において、１は光源、２は反射鏡、３は光源出射
光、４はファイバ、５は多数のファイバ４で構成された
バンドルファイバ、６はファイバ入射端、７はファイバ
出射端、８はファイバ出射光、９はファイバ出射端７に
設置されたガラスロッド、１０はロッド出射端、１１は
投影レンズ、１２は照明光、１３は照明面である。2. Description of the Related Art FIG. 4 shows, for example, U.S. Pat.
FIG. 2 is a diagram showing a conventional illumination light guide shown in No. 2, in which 1 is a light source, 2 is a reflecting mirror, 3 is light emitted from a light source, 4 is a fiber, and 5 is a number of fibers 4. Bundle fiber, 6 is a fiber entrance end, 7 is a fiber exit end, 8 is a fiber exit light, 9 is a glass rod installed at the fiber exit end 7, 10 is a rod exit end, 11 is a projection lens, 12 is illumination light, 13 is an illumination surface.
【０００３】次に動作について説明する。光源出射光３
は反射鏡２で反射してファイバ入射端６に集光され、バ
ンドルファイバ５に入射する。バンドルファイバ５を構
成する全てのファイバ４が受光するように、ファイバ入
射端６は反射鏡２によって形成される光源像からデフォ
ーカスした位置に配置される。しかし、ファイバ入射端
面上の照度分布が均一でなく、また入射点によって光源
出射光３のファイバ入射角が異なるので、ファイバ出射
端７の出射輝度は位置および角度によって不均一にな
る。ガラスロッド９の長さを十分長く設定しておけば、
ファイバ出射光８はガラスロッド９の側面で多重反射し
て混合され、ロッド出射端１０上での照度分布を均一に
することができる。投影レンズ１１を用いてロッド出射
端１０の像を照明面１３上に投影することによって均一
な照明光が得られる。Next, the operation will be described. Light source emitted light 3
Is reflected by the reflecting mirror 2, condensed on the fiber incident end 6, and enters the bundle fiber 5. The fiber incident end 6 is arranged at a position defocused from the light source image formed by the reflecting mirror 2 so that all the fibers 4 constituting the bundle fiber 5 receive light. However, the illuminance distribution on the fiber input end face is not uniform, and the fiber incident angle of the light source output light 3 differs depending on the incident point, so that the output luminance of the fiber output end 7 becomes non-uniform depending on the position and angle. If the length of the glass rod 9 is set long enough,
The fiber outgoing light 8 is mixed by multiple reflection on the side surface of the glass rod 9, and the illuminance distribution on the rod outgoing end 10 can be made uniform. By projecting the image of the rod exit end 10 on the illumination surface 13 using the projection lens 11, uniform illumination light can be obtained.
【０００４】[0004]
【発明が解決しようとする課題】従来の照明用ライトガ
イドは以上のように構成されているので、バンドルファ
イバ５のファイバ入射端６の入射点によって光源出射光
３のファイバ４への入射角が異なるので、ファイバ出射
端７の出射輝度は位置および角度によって不均一にな
り、均一な強度分布の出射光を得るためには長いガラス
ロッドを必要とし、装置が大型になるという問題点があ
った。また、光源１が例えば太陽のように移動する場合
には、光源出射光３のファイバ４への入射角変動が生
じ、ファイバ出射端７の強度分布が入射角変動の影響で
変化するという問題点があった。Since the conventional illumination light guide is constructed as described above, the incident angle of the light source outgoing light 3 to the fiber 4 depends on the incident point of the fiber incident end 6 of the bundle fiber 5. Because of the difference, the emission brightness of the fiber emission end 7 becomes non-uniform depending on the position and the angle, and a long glass rod is required to obtain the emission light having a uniform intensity distribution, which causes a problem that the apparatus becomes large. . Further, when the light source 1 moves like the sun, for example, the incident angle of the light emitted from the light source 3 to the fiber 4 varies, and the intensity distribution at the fiber exit end 7 changes due to the influence of the incident angle. was there.
【０００５】この発明は、上記のような問題点を解決す
るためになされたもので、光源が移動するような場合に
おいても光の入射角変動の影響の少い、均一な強度分布
の光を出射するライトガイドを得ることを目的とする。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and provides a light having a uniform intensity distribution which is less affected by a change in the incident angle of light even when the light source moves. The purpose is to obtain a light guide that emits light.
【０００６】[0006]
【課題を解決するための手段】この発明に係わるライト
ガイドは、複数のファイバを束ねて形成されたバンドル
ファイバを用いて光を導光するライトガイドにおいて、
上記バンドルファイバへの光の入射端に設けられ、上記
入射端を焦平面とする集光レンズと、互いの焦平面に配
置された入射側レンズと出射側レンズから成るレンズ対
をそれぞれの光軸が略平行となるように複数個並べて形
成され、上記入射側レンズと上記集光レンズの焦平面と
が互いに共役となるよう設けられたレンズアレイと、上
記レンズアレイの所定の位置に入射する光の量を調整す
る光量調整手段とを備え、上記光量調整手段により上記
ファイバの励振モード状態を変えて上記バンドルファイ
バの出射光の遠視野像の強度分布を調整するものであ
る。A light guide according to the present invention is a light guide for guiding light using a bundle fiber formed by bundling a plurality of fibers.
A condensing lens provided at an incident end of light to the bundle fiber and having the incident end as a focal plane, and a lens pair including an incident side lens and an exit side lens arranged on each other's focal planes, each having an optical axis. Are arranged side by side so as to be substantially parallel, and a lens array provided so that the incident side lens and the focal plane of the condenser lens are conjugate to each other; and light incident on a predetermined position of the lens array. Light amount adjusting means for adjusting the amount of light, and changing the excitation mode state of the fiber by the light amount adjusting means to adjust the intensity distribution of the far-field image of the light emitted from the bundle fiber.
【０００７】[0007]
【作用】上記のように構成されたライトガイドにおいて
は、レンズアレイはレンズ対のアレイ数に応じた多数の
光源像を形成し、集光レンズは多数の光源像から出射し
た光をバンドルファイバへの光の入射端上で重ね合わせ
て混合し、ファイバを高次の多モードで励振するので、
光の入射角変動の影響が少い。また、光軸から離れて位
置するレンズ対ほど高次モードでファイバを励振するの
で、光量調整手段によりレンズアレイの所定の位置に入
射する光の量を調整することによってファイバの励振モ
ード状態を変え、バンドルファイバの出射光の遠視野像
の強度分布を調整できる。In the light guide constructed as described above, the lens array forms a large number of light source images corresponding to the number of lens pairs, and the condenser lens transmits light emitted from the large number of light source images to the bundle fiber. Superimpose and mix on the incident end of the light, and excite the fiber in higher-order multimode,
The influence of the light incident angle fluctuation is small. Also, since the fiber pair is located farther from the optical axis, the fiber is excited in the higher-order mode. Therefore, the excitation mode of the fiber is changed by adjusting the amount of light incident on a predetermined position of the lens array by the light amount adjusting means. The intensity distribution of the far-field image of the light emitted from the bundle fiber can be adjusted.
【０００８】[0008]
【実施例】実施例１． 以下、この発明の一実施例を図について説明する。図１
はこの発明によるライトガイドの一実施例の構成を示す
断面図である。図において、１４はファイバ入射端を焦
平面とする集光レンズ、１５は集光レンズの光軸、１６
は互いの焦平面に配置された入射側レンズと出射側レン
ズから成るレンズ対をそれぞれの光軸が略平行となるよ
うに複数個並べて形成し、入射側レンズと集光レンズ１
４の焦平面とが互いに共役となるよう設けられ、光軸１
５付近を遮蔽した一対のレンズアレイであってここでは
フライアイ、１７はレンズアレイ１６の光軸１５付近を
遮蔽する遮蔽板、１８はファイバ出射端７を焦平面とす
る照明レンズである。なお、３、４〜７及び１２、１３
は従来装置と同様のものである。[Embodiment 1] An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG.
FIG. 1 is a sectional view showing a configuration of an embodiment of a light guide according to the present invention. In the drawing, reference numeral 14 denotes a condensing lens having a fiber incident end as a focal plane, 15 denotes an optical axis of the condensing lens, 16
Is formed by arranging a plurality of lens pairs each composed of an entrance lens and an exit lens arranged on the focal plane of each other so that their optical axes are substantially parallel to each other.
4 are provided so as to be conjugate with each other, and the optical axis 1
Here, a pair of lens arrays that shield around 5 is a fly eye , 17 is a shield plate that shields around the optical axis 15 of the lens array 16, and 18 is an illumination lens that has the fiber exit end 7 as a focal plane. In addition, 3, 4-7 and 12, 13
Is similar to the conventional device.
【０００９】次に動作について説明する。ここでは、ラ
イトガイドを照明に用いた例で説明している。光源出射
光３はレンズアレイ１６および集光レンズ１４で集光さ
れバンドルファイバ５に入射する。照明レンズ１８によ
って照明面１３上にファイバ出射端７の遠視野像を形成
する照明光１２を得る。以下、動作の詳細を説明する。Next, the operation will be described. Here, an example is described in which a light guide is used for illumination. The light emitted from the light source 3 is condensed by the lens array 16 and the condenser lens 14 and is incident on the bundle fiber 5. The illumination light 18 that forms a far-field image of the fiber emission end 7 on the illumination surface 13 is obtained by the illumination lens 18. Hereinafter, the operation will be described in detail.
【００１０】図２はライトガイドの受光部の動作を説明
する説明図であり、１６ａは入射側レンズアレイ、１６
ｂは出射側レンズアレイ、１９はレンズアレイ１６を構
成する単位レンズ対である。入射側レンズアレイに入射
した光源出射光３は、出射側レンズアレイ１６ｂ上にア
レイ数に応じた数の光源像を結ぶ。入射側レンズアレイ
１６ａと出射側レンズアレイ１６ｂとは互いの焦平面上
に設置されているので、入射側レンズアレイ１６ａの面
と集光レンズ１４の焦平面とは互いに共役関係にある。
個々の単位レンズ対１９についてこの共役関係が成立す
るので、出射側レンズアレイ１６ｂの焦点距離をｆ１、
集光レンズ１４の焦点距離をｆ２とすると、集光レンズ
１４の焦平面上にはｆ２／ｆ１倍に拡大された入射側レ
ンズアレイ１６ａの像が重ね合わされて形成される。従
って、バンドルファイバ５のファイバ入射端６を集光レ
ンズ１４の焦平面上に設置すれば、バンドルファイバ５
は出射側レンズアレイ１６ｂ上に形成された多数の光源
像を出射した光源出射光３を混合して受光できる。FIG. 2 is an explanatory view for explaining the operation of the light receiving portion of the light guide.
b denotes an emission side lens array, and 19 denotes a unit lens pair constituting the lens array 16. The light source outgoing light 3 incident on the incident side lens array forms a number of light source images according to the number of arrays on the exit side lens array 16b. Since the entrance-side lens array 16a and the exit-side lens array 16b are arranged on the focal plane of each other, the surface of the entrance-side lens array 16a and the focal plane of the condenser lens 14 have a conjugate relationship with each other.
Since this conjugate relationship is established for each unit lens pair 19, the focal length of the output side lens array 16b is set to f1,
Assuming that the focal length of the condenser lens 14 is f2, an image of the incident side lens array 16a enlarged by f2 / f1 times is formed on the focal plane of the condenser lens 14 in a superimposed manner. Therefore, if the fiber incident end 6 of the bundle fiber 5 is set on the focal plane of the condenser lens 14, the bundle fiber 5
Can mix and receive the light source emission light 3 that has emitted a large number of light source images formed on the emission side lens array 16b.
【００１１】レンズアレイ１６として格子状に等間隔に
並べた２次元のレンズアレイを考えると集光レンズ１４
の光軸１５上のファイバ４が受光する光源出射光３の入
射角θijは、Considering a two-dimensional lens array arranged at regular intervals in a lattice as the lens array 16,
The incident angle θ ij of the light source outgoing light 3 received by the fiber 4 on the optical axis 15 is
【００１２】[0012]
【数１】 (Equation 1)
【００１３】入射角θijはアレイ間隔ｄに対応して不連
続に存在するので、光軸１５上のファイバは離散的な多
数のモードで励振される。光軸１５上以外に位置するフ
ァイバ４も同様であるが、入射角がファイバ４の位置に
よって異なるので光軸１５上のファイバ４とは異なった
離散的モードで励振される。したがってバンドルファイ
バ５全体としては連続に近い多数のモードで励振される
ことになり、それほど多数のレンズアレイを用いなくて
も、ファイバ出射端７の遠視野像はファイバ４のコアの
屈折率分布に近い強度分布となる。ファイバ４にステッ
プインデックス型ファイバを用いれば、理想的には均一
な遠視野像が得られる。しかしながら、実際に得られる
遠視野像の強度分布はバンドルファイバ５の端末におけ
る各ファイバ４の平行度の影響を受け、コアの屈折率分
布に比べ均一性が劣化する。とくに十分な光量を得るた
めに多数のファイバ４を用いた太いバンドルファイバ５
では、端末におけるファイバ４の平行度を保つのは容易
でなく、ガウシアン分布に近い、周辺が減少した強度分
布の遠視野像が生じる。Since the incident angle θ ij exists discontinuously corresponding to the array interval d, the fiber on the optical axis 15 is excited in many discrete modes. The same applies to the fiber 4 located on other than the optical axis 15, but since the incident angle differs depending on the position of the fiber 4, the fiber 4 is excited in a discrete mode different from that of the fiber 4 on the optical axis 15. Therefore, the bundle fiber 5 as a whole is excited in a large number of nearly continuous modes, and the far-field image of the fiber exit end 7 can be reflected in the refractive index distribution of the core of the fiber 4 without using a large number of lens arrays. A close intensity distribution results. If a step index type fiber is used as the fiber 4, ideally a uniform far-field image can be obtained. However, the intensity distribution of the far-field image actually obtained is affected by the parallelism of each fiber 4 at the end of the bundle fiber 5, and the uniformity is deteriorated as compared with the refractive index distribution of the core. A thick bundle fiber 5 using a large number of fibers 4 to obtain a sufficient light quantity
In this case, it is not easy to maintain the parallelism of the fiber 4 at the terminal, and a far-field image having an intensity distribution close to a Gaussian distribution and having a reduced periphery is generated.
【００１４】図２に示したように、光軸１５から離れて
位置する単位レンズ対１９ほど高次モードでファイバ４
を励振するので、レンズアレイ１６のうち特定の単位レ
ンズ対１９を遮蔽しておくことによってファイバ４の励
振モード状態を変え、ファイバ出射端７の遠視野像の強
度分布を調整することができる。光軸１５付近の単位レ
ンズ対１９を遮蔽しておくとファイバ４の励振モードの
うち低次の励振モードが減少し、ファイバ出射端７の遠
視野像の強度分布の中心強度が減少する。図３に光軸１
５付近の単位レンズ対１９を遮蔽したレンズアレイ１６
を用いたときのファイバ出射端７の遠視野像の例を示
す。最大強度は減少するが均一な範囲が広がるので、全
体として均一な照明に利用できる光量は増大する。As shown in FIG. 2, the unit lens pair 19 located farther from the optical axis 15 has a higher order mode in the fiber 4.
Is excited, so that a specific unit lens pair 19 in the lens array 16 is shielded, thereby changing the excitation mode state of the fiber 4 and adjusting the intensity distribution of the far-field image of the fiber exit end 7. If the unit lens pair 19 near the optical axis 15 is shielded, the lower-order excitation mode among the excitation modes of the fiber 4 decreases, and the central intensity of the far-field image intensity distribution at the fiber exit end 7 decreases. FIG. 3 shows the optical axis 1
A lens array 16 that shields a unit lens pair 19 near 5
5 shows an example of a far-field image of the fiber exit end 7 when using the optical fiber. Although the maximum intensity decreases, the uniform area increases, so that the amount of light available for uniform illumination as a whole increases.
【００１５】また、レンズアレイ１６への光源出射光３
の入射角がω１変動してもファイバ４への入射角の変動
ω２は出射側レンズアレイ１６ｂと集光レンズ１４間の
結像倍率分の１に減じられるので、光源１が太陽のよう
に移動するものであったとしても広い範囲にわたりファ
イバ４の励振状態はほとんど変わらず、均一なファイバ
出射端７の遠視野像を得ることができる。したがってフ
ァイバ出射端７では、照明面１３にファイバ出射端７の
遠視野像を投影する照明レンズを配するだけでよく、装
置を小型に構成できる。The light emitted from the light source 3 to the lens array 16
Even if the incident angle of the light source fluctuates by .omega.1, the fluctuation .omega.2 of the incident angle to the fiber 4 is reduced to 1 / image forming magnification between the exit lens array 16b and the condenser lens 14, so that the light source 1 moves like the sun. However, the excitation state of the fiber 4 hardly changes over a wide range, and a uniform far-field image of the fiber exit end 7 can be obtained. Therefore, at the fiber exit end 7, it is only necessary to arrange an illumination lens for projecting a far-field image of the fiber exit end 7 on the illumination surface 13, and the apparatus can be made compact.
【００１６】なお、上記実施例では光源出射光３として
平行光を例に説明したが、平行光である必要はなく、ま
た、従来例のように光源１と反射鏡２あるいはコンデン
サレンズを用いて発生させた光であってもよい。In the above embodiment, parallel light is used as an example of the light emitted from the light source 3. However, the light need not be parallel, and the light source 1 and the reflecting mirror 2 or the condenser lens are used as in the conventional example. The generated light may be used.
【００１７】また、上記実施例では等間隔の格子状に並
べたレンズアレイ１６を例に説明したが、等間隔や格子
状である必要はなく、また１次元レンズアレイであって
も上記同様の効果を奏することはいうまでもない。In the above embodiment, the lens arrays 16 arranged in a grid pattern at regular intervals have been described as an example. However, the lens arrays 16 need not be arranged at regular intervals or in a lattice pattern. Needless to say, it works.
【００１８】[0018]
【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、バンド
ルファイバへの光の入射端を焦平面とする集光レンズ
と、入射側レンズと上記集光レンズの焦平面とが互いに
共役となるよう設けられたレンズアレイと、上記レンズ
アレイの所定の位置に入射する光の量を調整する光量調
整手段とを備え、光量調整手段によりファイバの励振モ
ード状態を変えてバンドルファイバの出射光の遠視野像
の強度分布を調整するので、光の入射角変動の影響の少
い、均一な強度分布の光を出射するライトガイドを得ら
れるという効果がある。As described above, according to the present invention, the converging lens whose focal point is the incident end of the light to the bundle fiber, the incident side lens and the focal plane of the condensing lens are conjugate to each other. And a light amount adjusting means for adjusting the amount of light incident on a predetermined position of the lens array. The light amount adjusting means changes the excitation mode state of the fiber so that the outgoing light of the bundle fiber is changed. Since the intensity distribution of the field image is adjusted, there is an effect that a light guide that emits light having a uniform intensity distribution with little influence of the incident angle variation of light can be obtained.
【図１】この発明の実施例１の構成を示す断面図であ
る。FIG. 1 is a sectional view showing a configuration of a first embodiment of the present invention.
【図２】この発明の実施例１の受光部の動作を示す説明
図である。FIG. 2 is an explanatory diagram illustrating an operation of a light receiving unit according to the first embodiment of the present invention.
【図３】この発明の実施例１で得られる照明光の強度分
布例を示す説明図である。FIG. 3 is an explanatory diagram showing an example of an intensity distribution of illumination light obtained in Embodiment 1 of the present invention.
【図４】従来の照明用ライトガイドの構成を示す断面図
である。FIG. 4 is a cross-sectional view showing a configuration of a conventional illumination light guide.
３ 光源出射光 ４ ファイバ ５ バンドルファイバ ６ ファイバ入射端 ７ ファイバ出射端 １４ 集光レンズ １５ 集光レンズの光軸 １６ レンズアレイ １７ 遮蔽板 １８ 照明レンズ Reference Signs List 3 light emitted from light source 4 fiber 5 bundle fiber 6 fiber input end 7 fiber output end 14 condensing lens 15 condensing lens optical axis 16 lens array 17 shielding plate 18 illumination lens
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｇ０２Ｂ 6/42 Ｇ０２Ｂ 6/42 (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G02B 6/00 331 F21S 11/00 F21V 8/00 G02B 6/04 G02B 6/32 G02B 6/42──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (51) Int.Cl. 6 identification code FI G02B 6/42 G02B 6/42 (58) Investigated field (Int.Cl. 6 , DB name) G02B 6/00 331 F21S 11 / 00 F21V 8/00 G02B 6/04 G02B 6/32 G02B 6/42
Claims (1)
ドルファイバを用いて光を導光するライトガイドにおい
て、上記バンドルファイバへの光の入射端に設けられ、
上記入射端を焦平面とする集光レンズと、互いの焦平面
に配置された入射側レンズと出射側レンズから成るレン
ズ対をそれぞれの光軸が略平行となるように複数個並べ
て形成され、上記入射側レンズと上記集光レンズの焦平
面とが互いに共役となるよう設けられたレンズアレイ
と、上記レンズアレイの所定の位置に入射する光の量を
調整する光量調整手段とを備え、上記光量調整手段によ
り上記ファイバの励振モード状態を変えて上記バンドル
ファイバの出射光の遠視野像の強度分布を調整すること
を特徴とするライトガイド。1. A light guide for guiding light using a bundle fiber formed by bundling a plurality of fibers, wherein the light guide is provided at an incident end of light to the bundle fiber,
A condensing lens having the incident end as a focal plane, and a plurality of lens pairs composed of an incident side lens and an exit side lens arranged on each focal plane are formed by arranging a plurality of lens pairs so that their optical axes are substantially parallel to each other, A lens array provided so that the incident side lens and the focal plane of the condenser lens are conjugate to each other; and a light amount adjusting unit for adjusting an amount of light incident on a predetermined position of the lens array, A light guide, wherein an intensity distribution of a far-field image of light emitted from the bundle fiber is adjusted by changing an excitation mode state of the fiber by a light amount adjusting means.
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|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |