JP4426250B2 - 入力結合装置 - Google Patents

Description

本発明は、複数の光源の光を１つのライトガイドに入力結合するための入力結合装置に関する。

これまでは、ライトガイド直径に依存した個数の光源を直接にライトガイドの手前に取り付けることができて、その結果、光源の光がライトガイドに入力結合された。例えば明るさ向上または混色のために複数の光源が必要とされる場合、ライトガイドの端部を光源側でホッパ状に拡幅し、それにより、ライトガイドの端部における利用可能な入力結合面積を高めることが既に知られている。

しかし、ライトガイドを光源側でホッパ状に拡幅させる場合、効率は損なわれる。それというのは、もはや全ての光線が全反射の条件に従うわけではなくなるからである。

光源側でライトガイドが複数の入力結合ライン（Ｅｉｎｋｏｐｐｅｌｓｔｒａｎｇ）に分割される場合も同様である。確かに、入力結合ラインの端面に十分に多くの光源が配置されるけれども、入力結合ラインの結合箇所で互いにもしくはライトガイドに対してやはり損失が発生する。

それゆえ本発明の課題は、複数の光源の光を１つのライトガイドに入力結合するための入力結合装置を改良して、損失が大幅に回避されるような入力結合装置を提供することである。

この課題を解決した本発明の構成によれば、入力結合装置が複数のフォーカシング光学系を、種々異なる光源からの光のために有しているようにした。

入力結合装置よりも多くのフォーカシング光学系を組み込んだことにより、種々異なる光源からの光が集束されるので、ライトガイドに入力結合される光線当たり必要とされる面積は明らかに小さい。

それにより、明らかに多くの光源からの光を、入力結合装置を介してライトガイドに入力結合することが可能である。それに対し、これまで入力結合は、光源をライトガイドの端部の手前に直接配置することによって可能であった。

理想的には光源当たり１つのフォーカシング光学系が形成されているので、全ての光線が集束されてライトガイドに入力結合される。

ライトガイドが、やはりフォーカシングするように形成されている入力結合面を有していることにより、さらなる向上が得られる。フォーカシングするように形成された入力結合面を介して、光線のさらなる集束が達成され、これにより、さらに多くの種々異なる光源からの光をライトガイドに入力結合することができる。

有利な実施形態によれば、入力結合面は円セグメント状もしくは球セグメント状にライトガイドの端部に形成されており、かつフォーカシング光学系も同様に円セグメント状もしくは球セグメント状に、入力結合面から間隔を置いて配置されている。

円セグメント状もしくは球セグメント状に形成された入力結合面により、一方では光線の入射のためにより大きな面が得られ、この光線は入力結合面のフォーカシング作用によって、明らかに小さな直径のライトガイドに導入されることができる。

フォーカシング光学系は有利には、入力結合面を取り巻いて、やはり円セグメント状もしくは球セグメント状にかつ間隔を保って配置されている。フォーカシング光学系が光を既に集束しているので、いずれにせよ拡大された入力結合面上で、極めて多数の光源の光がライトガイドに入力結合可能である。

入力結合装置は、有利な実施形態によれば、フォーカシング光学系および入力結合面と共に一体的に形成されており、このために、プラスチック射出成形法での安価な製作が使用され得る。

光源として、例えばＬＥＤが入力結合装置の外面に取り付けられることができる。

入力結合装置のジオメトリ（幾何学形状）並びに光源の配置は有利には互いに、光の放出と本来のライトガイドへの入射との間で発生する損失が最小化されているように調整されている。

本発明による入力結合装置により、極めて安価に製作可能な射出成形部分で、かなり増した個数の光源の光をライトガイドに入力結合することが可能であり、このことは背景技術によればこれまで、ライトガイドの分割の下でもしくはホッパ状の拡幅によってのみ可能であったことである。

以下に図面を参照しながら本発明の実施例について詳説する。

図１には、複数の光源８からの光（図２にのみ図示）をライトガイド（Ｌｉｃｈｔｌｅｉｔｅｒ）１に入力結合する装置の斜視図が示されている。ライトガイド１は図１には破線で示されているにすぎず、直径ｄを有している。入力結合装置には、ライトガイド１の直径に相当するシャフト２が設けられている。使用事例に応じて、入力結合装置およびライトガイドは一体的に、つまりシャフト２なしに形成されていてもよい。

シャフト２の端部にはライトガイドのための入力結合面３が配置されている。入力結合面３はシャフト２の介在なしに直接的にライトガイド１に配置されていてもよい。

入力結合面３はフォーカシング（ｆｏｋｕｓｓｉｅｒｅｎｄ）、つまり集光するように形成されており、図示の実施例では半円セグメントとして実現されている。入力結合面３は球セグメントまたは楕円のセグメントとして実現されていてもよい。

入力結合面３は、やはり円セグメント状のフレーム４により取り囲まれており、このフレーム４に、図示の実施例の場合４つのフォーカシング光学系（Ｆｏｋｕｓｓｉｅｒｏｐｔｉｋ）５が統合されている。フォーカシング光学系５はそれぞれ１つずつ、外方に向かって湾曲した面６と、内方に向かって入力結合面３の方向で凸面状に湾曲した面７とを有している。

この実施例の場合、フォーカシング光学系５を備えたフレーム４も半円セグメント状に形成されている。

やはりフレーム４も、球セグメントもしくはより小さな角度の円セグメントとして形成されることができる。

重要であるのは一般に、フォーカシング光学系５および入力結合面３の配置のジオメトリ（幾何学形状）ではなく、フォーカシング光学系５と入力結合面３とを互いに調整すること、並びに、使用される各光源８と、ライトガイド１の直径とに適合させることである。

図２は入力結合装置を上方から見た図であって、光入力結合が概略的に示されている。

フォーカシング光学系５の外面６には、中央に光源８が配置されており、光源８は光を入力結合面３の方向に放射する。

内側の凸面状に湾曲した面７を通して、光線は第１のステップでフォーカシングされ、フォーカシングする入力結合面３を通して、光線はさらに集束されるので、シャフト２、またはシャフト２の代わりに直接配置されたライトガイド１に入射する際には、極めて僅かな横断面積が光線の入射のために必要とされるにすぎない。図示の実施例の場合、光線はシャフト２とフレーム４との間に配置された端面９で入射する。

端面９はやはりライトガイド１の横断面に相当する。

端面９で光線が既に著しく集束されている効果によって、端面９を介して、複数の光線、図示の実施例では４つの光線が、損失の発生なしに入力結合され得る。

入力結合装置のジオメトリ（幾何学形状）と光源８の配置とは互いに、発生する、光の放出と本来のライトガイド１への入射との間の損失が最小に抑えられているように調整されている。

入力結合装置は有利には射出成形部分として、ｎ＝１．５０の屈折率を有した透明のプラスチックから製作されている。

本発明による入力結合装置は、複数の光源がライトガイドに入力結合できるので、明るさ（Ｈｅｌｌｉｇｋｅｉｔ）の向上を可能にし、かつライトガイド当たり複数の光源が配置され得るので、混色の可能性も提供する。

フォーカシング光学系をライトガイドに統合することにより、並びに光源８を各フォーカシング光学系５の外面６に巧みに配置することにより、簡単かつ安価な形式で、可能な限り多くの光を種々異なる光源８からライトガイド１に入力結合する課題が解決される。

本発明の保護範囲は本発明の実施例の説明により制限されるものではない。むしろ、本発明はあらゆる新しい特徴と、その組合せが明確には特許請求項内に記載されていないにしろ、特許請求項内の特徴のあらゆる組合せをも含めた、特徴のあらゆる組合せとを包括している。

入力結合装置の斜視図である。

走行放射線を記入した、入力結合装置の概略的な断面図である。

符号の説明

１ ライトガイド、 ２ シャフト、 ３ 入力結合面、 ４ フレーム、 ５ フォーカシング光学系、 ６ 面、 ７ 面、 ８ 光源、 ９ 端面

Claims (9)

1. 複数の光源の光を１つのライトガイド（１）に入力結合するための入力結合装置において、
   入力結合装置が複数のフォーカシング光学系（５）を、種々異なる光源（８）からの光のために有しており、
   入力結合装置が入力結合面（３）を有しており、該入力結合面（３）がやはりフォーカシングするように形成されており、
   入力結合面（３）のジオメトリと、フォーカシング光学系（５）の配置とが、各光源（８）と、ライトガイド（１）の直径とに合わせて調整されており、
   フォーカシング光学系（５）および入力結合面（３）が一体的に形成されており、かつ
   入力結合面（３）がフレームにより取り囲まれており、このフレームにフォーカシング光学系（５）が統合されていることを特徴とする入力結合装置。
2. 光源（８）当たり１つのフォーカシング光学系（５）が形成されている、請求項１記載の入力結合装置。
3. フレームが円セグメント状又は球セグメント状に形成されている、請求項１記載の入力結合装置。
4. 入力結合面と、フレームと、フォーカシング光学系とが、キャビティを入力結合面とフォーカシング光学系との間に画成し、入力結合面が、前記キャビティに境界を接する内面である、請求項１記載の入力結合装置。
5. 入力結合面（３）および／またはフォーカシング光学系（５）が円セグメント状または球セグメント状に、ライトガイド（１）の端部を取り巻いて配置されている、請求項１記載の入力結合装置。
6. フォーカシング光学系（５）が入力結合面（３）から間隔を置いている、請求項１記載の入力結合装置。
7. 入力結合装置が透明のプラスチックから射出成形法で製作されている、請求項１記載の入力結合装置。
8. 光源（８）としてＬＥＤが使用され、該ＬＥＤが直接にフォーカシング光学系（５）に配置されている、請求項１記載の入力結合装置。
9. 入力結合装置のジオメトリおよび光源（８）の配置が互いに、光の放出と本来のライトガイド（１）への入射との間の、発生する損失を最小に抑えるように調整されている、請求項１記載の入力結合装置。

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