JP4590291B2 - 光照射装置及び光伝達素子 - Google Patents

Description

本発明は、工場等において光を照射して製品の傷やマーク検出等（総じて製品検査という）に用いられるスポット光照射装置やその種の光照射装置等に好適に使用されて光の均一化を行う光伝達素子に関するものである。

近時、この種の光照射装置の光源に、特許文献１等に示すように、ハロゲン光源に比べ、光度安定性、寿命、速応性等に優れ、コンパクト化が可能で低発熱であるＬＥＤが用いられつつある。

特に、一定領域にできるだけ均一な照度で光を照射する目的で作られたスポット光照射装置と称される光照射装置においては、ＬＥＤからでた光量ムラのある光を、均一な面発光状態にするために、ケーシングの先端内部にロッドレンズと称される柱状の光伝達素子を設け、ＬＥＤからでた光をこのロッドレンズを通過させて光量ムラを減じ、外部に射出するようにしている。

このとき、ロッドレンズの基端面である光導入面に、ＬＥＤからでた光を集光させる必要があるが、通常の屈折レンズを用いた場合、その屈折レンズより外側に拡がる光を集めることができないため、光伝達効率の点で問題が生じる。これを考慮してＬＥＤの周囲にさらに反射面を設けてＬＥＤからでた光のほぼ全てを前方へ射出できるようにした光学ユニットを本発明者は開発中である。
特開2003-240721

ところがこのような構成において、一つの大きな問題として、ロッドレンズの軸方向の長さがある。ロッドレンズは長ければ長いほど内部での光の混ぜ合わせ効果が大きくなって光量ムラが減ぜられるが、実際の装置では長さ方向にもコンパクト化の要請があるため、光量ムラを十分に抑制できない場合がある。

また、もう一つの問題として効率がある。ＬＥＤが点光源と見なせるならば、設計どおりに全ての光をロッドレンズの端面に集めることが可能であるが、実際にはある程度の発光面積があるため、理論的な発光中心点以外の偏位した部位から出る光の一部に、拡がってロッドレンズの外側を通り、端面に到達しないものがどうしてもでてくる。

これに対して、ロッドレンズの径を単純に大きくする（太くする）ことが容易に考えられるが、ロッドレンズの径は光照射装置の先端取付部分の規格サイズ等からある程度定まっており、このように径方向に肥大化させる構成を採用することは難しい。

そこで本発明は、構造を肥大化させることなく、良好な光伝達効率または光量ムラ軽減が可能な製品検査用の光照射装置或いはそのような光照射装置に好適に用いられる光伝達素子を提供することをその主たる所期課題としたものである。

すなわち本発明にかかる光伝達素子は、基端面を光導入面、先端面を光導出面、側周面を内向きの反射面とし、前記光導入面から内部に導入した光を前記光導出面から射出するものであって、前記側周面に、内部を進む光が外部に漏れないように全反射される角度を限度として傾斜する凹凸面を形成していることを特徴とする。

このようなものであれば、例えば側周面が軸線と平行な従来のものと比べ、凹凸面によって内部の光がより多様な角度で反射するため、内部での光の均一化が促進される。つまり、前記従来のものと比べて、短い長さでも光量ムラを同等に減じることができコンパクト化を図れ、逆に従来のものと同等の長さであれば、光量ムラをより減じることができる。

また、本発明にかかる光伝達素子は、基端面を光導入面、先端面を光導出面、側周面を内向きの反射面とし、前記光導入面から内部に導入した光を前記光導出面から射出するものであって、前後の素材とは屈折率が異なる異屈折率層を、軸線を横切るように設け、その異屈折率層に接する互いに対向する端面を非平行にしていることを特徴とする。

このようなものであれば、異屈折率層を通過する時の屈折により、内部を進む光の進行方向の多様性が増し、光の混合が促進される。そのため、異屈折率層のない従来のものと比べて、短い長さでも光量ムラを同等に減じることができコンパクト化を図れ、また逆に従来のものと同等の長さであれば、光量ムラをより減じることができる。

特に光伝達素子が横断面円形状をなすものの場合は、光導出面においてリング状の光量ムラが生じやすいところ、異屈折率層に接するいずれか一方の面が、軸線を中心とする回転面とは異なる面であれば、このリング状の光量ムラを好適に解消できる。

また、本発明にかかる光伝達素子は、基端面を光導入面、先端面を光導出面、側周面を内向きの反射面とし、前記光導入面から内部に導入した光を前記光導出面から射出する横断面円形状をなすものであって、光導入面の一部又は全部を、軸線を中心に所定の線分を回転させてできる回転面とは異なる非回転凹凸面にしていることを特徴とする。

上述したように、光伝達素子が横断面円形状をなすものであると、光導出面においてリング状の光量ムラが生じやすいが、このようなものであれば、光導入面が非回転凹凸面であるため、リング状の光量ムラを好適に防止できる。

上述した各構成において、取付の制限から定まる先端部の径を維持しつつ、光導入面のみを大きくして、発光素子からでた光を効率よく導入できるようにするには、略一定径をなす先端部と、その先端部の基端側に連続して設けられ、光導入面に向かうに連れ徐々に断面が拡がっていく形状をなす拡開部とを備えているものが好ましい。加えてこのようなものであれば、従来の光伝達素子の取付部分の形状との共通化を図れるため、例えばケーシングによる保持構造を従来と変えることなく、そのまま流用することも可能になる。

なお、光伝達素子の側周面には、なんら加工を施さず、屈折率差により全反射させるようにしてもよいし、側周面に金属被膜を蒸着させたり、鏡面で覆ったりして光を反射させるようにしてもよい。

導入される光の結像作用が強い場合には、前記光導入面の中央部に光拡散処理を施し、その周囲を平滑面にすればよい。前記光導入面に湾曲凹面を形成すればその効果はより大きくなる。

また、本発明に係る光照射装置は、上述した構成の光伝達素子と、発光素子と、光学ユニットとを備え、発光素子から放射される光の向きを光学ユニットで変え、さらにその光学ユニットからでた光を光伝達素子に導入して通過させるものであり、前記光学ユニットが、発光素子から出る光のうち、光軸から所定角度以上外側に拡がる光である周囲光の略全部を内側に反射する反射要素と、それ以外の光である中心光の略全てを屈折させる屈折要素とを一体に備えた単一構造をなすものであることを特徴とする。

このようなものであれば、光伝達素子と同様に、光学ユニットも高効率でかつコンパクト化可能な構成であるため、これらの組み合わせにより、非常にコンパクトで高効率、かつ光量ムラの少ない光照射装置を提供することができる。

コンパクトでありながら発光素子からでた光を効率よく導入できるという効果が特に顕著になるのは、光導入面に導入される光に、進むに連れ光軸から離れる拡開光が含まれている場合が挙げられる。また、光学ユニットを通過した光の大部分が、進むに連れ光軸に近づく集約光であればなおよい。

このように構成した本発明によれば、構造を肥大化させることなく、良好な光伝達効率または光量ムラ軽減が可能な製品検査用の光照射装置或いはそのような光照射装置に好適に用いられる光伝達素子を提供することができる。

以下に本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。

本実施形態にかかる光照射装置１は、図１、図２に示すように、その先端面に形成した光導出面９ｂから光を照射するもので、ねじ送り機構８を介して互いに螺合し直列に締結された一対の筐体要素３１、３２からなる筐体３と、その筐体３に内蔵させた光源体２と、前記光源体２に外部から電力を供給する電気ケーブル５とを備えている。

光源体２は、図２に示すように、発光素子であるＬＥＤ２１とこれを保持する保持部材２２とその保持部材２２に取り付けられる光学ユニット４からなるものである。ＬＥＤ２１と保持部材２２とは、いわゆるパワーＬＥＤパッケージとして一体化されたものである。

ＬＥＤ２１は、所定時間連続して２００ｍＡ以上（例えば、２００ｍＡ〜２Ａのものが好ましい）の電流を流すことが可能なものであり、単体でも従来のものに比して非常に大きな光量で発光する。保持部材２２は前記ＬＥＤ２１をダイボンディング等により搭載した金属製（例えば銅製）で熱伝導性の良好なブロック状の導体２３と、前記導体２３に外嵌してこれを支持する樹脂フレーム２４と、前記ＬＥＤ２１を保護するための透明半球状の樹脂モールド部２５とを備えている。さらに本実施形態では、この光源体２がガラスエポキシ配線基板２６を備えたものとし、この配線基板２６を介して、前記ＬＥＤ２１と電気ケーブル５との接続を行っている。配線基板２６は、円環状をなすもので、その中心孔近傍に樹脂フレーム２４を搭載し、前記光源体２の底面、より具体的には導体２３の底面を露出させている。

光学ユニット４は、図２、図４、図５に示すように、基端から先端に向かうに連れ徐々に断面積が拡がるように形成した回転体形状をなす中実透明のボディ４１と、そのボディ４１の先端部外周縁に設けた鍔部４６とを一体成型した透明樹脂製のものである。

このボディ４１の基端面には、図４に詳細に示すように、前記ＬＥＤ２１を収容するための凹部４２が開口させてある。この凹部４２は、前記モールド部２５の外周にがたなく外嵌して、この光学ユニット４の光軸Ｃ上にＬＥＤ２１を位置づける。この凹部４２の底面４２ａは、基端側に向かって膨らませた凸レンズ形状にしてあり、その側面４２ｂは、光軸Ｃにほぼ平行である（製造や屈折の関係から基端側に向かうにつれ徐々に拡がるテーパ面としてもよい）。一方、前記ボディ４１の先端面には、その中央部を膨出させることにより中央凸レンズ部４３が形成してあり、この中央凸レンズ部４３の周囲には、それとは異なる曲率のリング状凸レンズ部４４が形成してある。さらに前記ボディ４１の側面には、断面輪郭が放物線をなすように形成した反射要素である湾曲膨出面４５が設けてある。

そして図５に示すように、前記ＬＥＤ２１から射出された光のうち、凹部４２の側面４２ｂを通過した略全ての光が、前記湾曲膨出面４５に到達し、そこで全反射されて前記リング状凸レンズ部４４を介し、光軸Ｃに向かって互いに相寄る向きの光として外部に放射されるようにしてある。また一方で、前記ＬＥＤ２１から射出された光のうち、凹部４２の底面４２ａを屈折して通過した略全ての光が、前記中央凸レンズ部４３を介し、やはり光軸Ｃに向かって互いに相寄る向きの光として外部に放射されるように構成してある。このことから底面４２ａと中央凸レンズ部４３とが屈折要素として作用する。なお、これら各凸レンズ部４３、４４から出る光の集光位置が略同一位置となるようにしてある。

このようにして、ＬＥＤ２１から射出され、ボディ４１の先端面から外部へ放射される略全ての光が、ボディ４１の先端面から所定距離離間した位置に設定した所定集光領域に収まり、なおかつその一定有効径内での照度が、略均一又は滑らかに変化するように構成している。この図５では、ＬＥＤ２１から出た光線のうち、側方に進むものほど、光学ユニット４を出たときに間隔が狭くなっているが、ＬＥＤ２１から出る光は、側方のものほど強度が弱いため、実際の照度は、前述したように略均一なものとなる。

筐体３は、図１、図２に示すように、回転体形状をなすもので、中心軸線Ｌを合致させて直列に結合した第１筐体要素３１と第２筐体要素３２とを有する中空多段円柱状をなす。そして外周に複数の有底溝を設けて放熱部である放熱フィンＦを形成している。各筐体要素３１、３２はその結合部分に形成したねじ部８１、８２により互いに締結される。

第１筐体要素３１は、前記軸線Ｌ方向に貫通する中心孔を有するもので、その中心孔は、基端部に形成した大径部３１ａと、その大径部３１ａの先端から段差をもって形成した中間孔部３１ｂと、その中間孔部３１ｂの先端から形成した小径部３１ｃとからなる。大径部３１ａは、一定内径で、前記光学ユニット４の鍔部４６の外周径と略同径をなし、これにほぼがたなく外嵌するものである。またその先端部には、めねじ部８１が形成してある。中間孔部３１ｂは、先端にいくほど径が小さくなる概略凹円錐形状をなすものである。小径部３１ｃは中間孔部３１ｂに連続して設けられた円筒状をなす一定内径のものである。そして、この小径部３１ｃに光伝達素子である透明なロッドレンズ９を嵌め込み、その基端面である光導入面９ａが前記光学ユニット４による集光位置又はその近傍になるように設定している。このロッドレンズ９は、詳細を後述するが、光源体２から射出された光を前記光導入面９ａから内部に導き、内部を進行する光の光量ムラを減じて先端面に形成した光導出面９ｂから外部に導出する役割を果たす。

第２筐体要素３２は、前記第１筐体要素３１側に開口する有底穴３２ａを有した断面円形状のものであり、側周壁３２１及び底壁３２２からなる。この有底穴３２ａには、前記光源体２の略全部が収容され、鍔部４６及び先端面は第１筐体要素３１側へ突出するようにしてある。また側周壁３２１にはその厚み方向に貫通するケーブル挿通孔３２ｂが設けてあり、このケーブル挿通孔３２ｂを通って電気ケーブル５が外部から挿入され、ＬＥＤ２１に接続するようにしてある。このケーブル挿通孔３２ｂは側周壁３２１の先端にまで延びるＵ字切り欠き形状をなすものである。さらに側周壁３２１の先端部には、前記第１筐体要素３１のめねじ部８１に螺合するおねじ部８２が設けてある。なお、図２の想像線に示すように、底壁３２２にさらに放熱フィンＦ２を設けてもよい。このようにすれば、ＬＥＤ２１の直近に放熱フィンＦ２が位置することになり、より効率的に放熱を図れる。

さらに、本実施形態に係る光照射装置１は、各筐体要素３１、３２同士の螺合締結に伴う接近により前記光源体２を狭圧し固定する狭圧固定構造と、前記狭圧固定構造による固定に伴って光源体２の光軸Ｃを筐体３の軸線Ｌに合致させる位置決め構造とを備えている。

狭圧固定構造は、各筐体要素３１、３２に設けた互いに対向する一対の押圧面６１、６２を有してなり、各筐体要素３１、３２同士の螺合締結に伴う押圧面６１、６２の接近を利用して当該押圧面６１、６２間で前記光源体２を狭圧し固定するものである。第１筐体要素３１に設けた押圧面６１（以下第１押圧面６１という）は、前記大径部３１ａと中間孔部３１ｂとの間の段差を利用して形成してある。この第１押圧面６１は第２筐体要素３１側を向き、ＯリングＲ及び樹脂製ワッシャＷ（金属製でもよい）を介在させて、光学ユニット４の外周縁部である鍔部４６を押圧する。第２筐体要素３２に設けた押圧面６２（以下第２押圧面６２という）は、有底穴３２ａの底面がその機能を担う。この実施形態では、有底穴３２ａの底面（第２押圧面６２）が、配線基板２６の中心孔を貫通する平円柱状の例えば窒化アルミ等の電気絶縁性を有する熱伝導体Ｐを介して光源体２の導体２３の底面を押圧する。配線基板２６は有底穴３２ａの底面から離間し浮いた状態となるようにしてあるが、もちろん接しても構わない。

位置決め構造は、光源体２の狭圧固定に伴う光学ユニット４の基端凹部４２と保持部材２２のモールド部２５との嵌合及び光学ユニット４の鍔部４６と第１筐体要素３１の大径部３１ａとの嵌合により、保持部材２２に保持されているＬＥＤ２１、光学ユニット４の光軸Ｃ及び第１筐体要素３１の軸線Ｌを合致させるものである。

加えて本実施形態では、図２、図３に示すように、前記ケーブル挿通孔３２ｂの設けられた第２筐体要素３２と光源体２との間に、当該筐体要素３２に対する光源体２の回転を禁止する凹凸係合構造１０を設けている。

この凹凸係合構造１０は、軸線Ｌと平行に延びる突条１０１と凹溝１０２とを係合させたものである。突条１０１は、光学ユニット４における湾曲膨出面４５の先端部の１箇所から外側に突出する唯一のもので、光学ユニット４の成型時に用いられるゲートがその役割を担うようにしている。凹溝１０２は、第２筐体要素３２の側周壁３２１の先端から基端方向に延びる切り欠き状のものである。これら突条１０１と凹溝１０２とは嵌合して第２筐体要素３２に対する光源体２の回転を禁止するが、一定範囲内での軸線Ｌ方向への光源体２の移動を許容する。

このように構成した光照射装置１の組み立て方法の一例について以下に述べる。

まず電気ケーブル５を光源体２の基板２６に半田付け等により接続した後、光学ユニット４を除く光源体２を第２筐体要素３２に挿入し仮設置しておく。このとき電気ケーブルは、ケーブル挿通孔３２ｂの切り欠き部分から入れることができる。次に光学ユニット４の基端凹部４２を樹脂モールド部２５に外嵌させる。このとき光学ユニット４から突出する突条１０１を第２筐体要素３２の凹溝１０２に嵌め込んでおく。さらにワッシャＷを鍔部４６に被せる。

一方、第１筐体要素３１にはその大径部３１ａにＯリングＲを嵌め込んで第１押圧面６１に接触または近接させておくとともに、その小径部３１ｃにロッドレンズ９を嵌め込んで装着しておく。

この状態から、筐体要素３１、３２同士を締結する。すなわち第１筐体要素３１を回転させることにより、そのめねじ部８１を第２筐体要素３２のおねじ部８２に螺合させる。しかしてこれら筐体要素３１、３２同士がこの締結により互いに近づく過程で、第１押圧面６１がＯリングＲ、ワッシャＷを介して鍔部４６を第２筐体要素３２側に押しつけ、その一方で第２押圧面６２が熱伝導体Ｐを介して導体２３の底面を第１筐体要素３１側に押しつけるので、これら押圧面６１、６２によって光源体２が狭圧固定される。

また、締結過程で光学ユニット４の基端凹部４２と保持部材２２のモールド部２５とがしっかりと嵌合し、さらに光学ユニット４の鍔部４６と第１筐体要素３１、３２の大径部３１ａとが嵌合するため、保持部材２２に保持されているＬＥＤ２１の中心、光学ユニット４の中心軸（光軸）Ｃ、第１筐体要素３１の軸線Ｌが合致することとなる。

なお筐体要素３１、３２同士が締結されるべき所定締結位置は、図２に示すように、第１筐体要素３１の基端面３１１が、第２筐体要素３２の外周に設けた段部３２３に当接することで規定されるようにしてあって、このことにより、光源体２とロッドレンズ９との軸線Ｌ方向の離間距離が一定に保たれる。またこの所定締結位置ではＯリングＲは若干弾性変形をし、光源体２に押圧付勢力を与えてがたがでないようにこれを保持する。そしてこのような構成により、締結トルクを厳密に管理することなく、光源体２をがたなく、しかも過大な狭圧力が作用しない範囲で保持することができるよう図っている。

一方、締結による第１筐体要素３１の回転で、すなわち第１押圧面６１の回転で、その力を受圧する光源体２にも回転力が作用することになるが、本実施形態によれば、第２筐体要素３２に対する光源体２の回転を禁止する凹凸係合構造１０により、光源体２が回転することはないため、光源体２と電気ケーブル５の接続部分に無理な力が作用することなく、組み立てによる断線や接触不良の不具合を回避することができる。さらに、突条１０１を専用に設けることなく、成型時のゲートを利用しているので、製造に大きな負担が増加することもない。

また、この実施形態では、図２に示すように、前記所定締結位置において、第１筐体要素３１の先端部が、ケーブル挿通孔３２ｂの一部に重なり合うように構成してあり、その重合する先端部によりケーブル挿通孔３２ｂを通る電気ケーブル５を押圧するようにしている。一方で前記電気ケーブル５の周囲には保護部材５１を設けてあり、前記先端部による押圧により、保護部材５１及び電気ケーブル５が変形してケーブル挿通孔３２ｂと当該先端部に密着するようにしている。

このことにより、電気ケーブル５がケーブル挿通孔３２ｂにおいて狭圧保持されるため、組み立て後、電気ケーブル５に多少の引張力や押込力が作用しても、光源体２との接続部分に無理な力が作用することなく、このことによる断線や接触不良の不具合をも回避することができる。さらに、狭圧保持される電気ケーブル５によりケーブル挿通孔３２ｂが完全に閉鎖されるため、このケーブル挿通孔３２ｂからの光漏れの不具合も防止することができるようになる。

また、ワッシャＷを設け、鍔部４６とワッシャＷとの間で滑りを生じるようにしているため、第１筐体要素３１を回転させても、ＯリングＲを挟み込んでいる第１押圧面６１とワッシャＷとがＯリングＲとともに連れ回りし、無理な摩擦力が作用しない。したがって、締結しにくくなったり、その摩擦に起因して弾性部材が捩れたり脱落したりすることを防止できる。もちろん、ワッシャＷとＯリングＲとの位置関係を逆にしてもよい。

このように本実施形態にかかる光照射装置１によれば、組み立てが非常に簡単で、その際に光源体２の固定及び位置決めが同時にできるという利点を損なうことがないうえ、電気ケーブル５の断線等を回避できることをはじめとする種々の効果を得ることができる。

一方、本実施形態に係る光照射装置１のもう一つの特徴は、ロッドレンズ９にある。

このロッドレンズ９は、上述したように、基端面を光導入面９ａ、先端面を光導出面９ｂ、側周面９ｃを内向きの反射面とし、前記光導入面９ａから内部に導入した光を前記光導出面９ｂから射出する柱状をなすものである。そして、等断面形状をなす先端部９１と、その先端部９１の基端側に連続して設けられ、光導入面９ａに向かうに連れ徐々に断面が拡がっていく形状をなす拡開部９２とを備えていることを特徴とする。

より具体的には、先端部９１は円柱状をなし、前記第１筐体要素３１の小径部３１ｃに嵌め込まれる。そして図５、図６に示すように、その側周面９ｃには、ロッドレンズ９の軸線Ｃ１に対して、内部を進む光が外部に漏れないように全反射される角度を限度として傾斜する凹凸面９ｃ１を形成している。この凹凸面９ｃ１は、なだらかに起伏する湾曲面である。その他に、凹部（又は凸部）がスパイラル状に現れるような構成等も考えられる。

拡開部９２は、切頭円錐形状をなし、中間孔部３１ｂ内に位置する。光導入面９ａは、部分凹球面状に形成してあり、かつ平滑面にしてある。一方、光導出面９ｂには、拡散効果が営まれるようにわずかに表面を荒く仕上げてある。

このようなものであれば、例えば側周面が軸線と平行な従来のものと比べ、凹凸面９ｃ１によって内部の光がより多様な角度で反射するため、内部での光の均一化が促進される。つまり、前記従来のものと比べて、短い長さでも光量ムラを同等に減じることができコンパクト化を図れ、逆に従来のものと同等の長さであれば、光量ムラをより減じることができる。

その一例を示すと、ＬＥＤからでた光の強度の角度分布（指向性）が、例えば図７（ａ）のように表され、不均一な場合でも、このロッドレンズを出た光の指向性は同図（ｂ）のように改善され、ムラのない高品質な光に変換できる。

また、このロッドレンズ９は、円柱状の既存のロッドレンズに比べ、拡開部９２によって光導入面９ａが大面積となる。したがって、より多くの光を導入することができるという利点を有する。特にＬＥＤ２１が理想的な点光源であるならば、前記図５に示すように、光学ユニット４を利用して全ての光を光軸Ｃに近づく向きの光にすることができるが、実際にはＬＥＤ２１が完全な点光源とは見なせないことから、図６に示すように、光軸Ｃから偏位する部位から発した光の一部に、光軸Ｃから離れる拡開光が必ず含まれることになる。しかして光導入面９ａが大面積であることから、このような拡開光もロッドレンズ９の内部に取り込むことができ、この部分での光量をロスを抑えて光伝達効率を向上させることができる。

さらに、光学ユニット４をでた光は、拡開光を一部に含むものの、全体から見れば光軸Ｃに近づく集約光系の光である。しかして光導入面９ａを凹面状にしていることから、集約光系の光がロッドレンズ９の内部に進入する際に外側に屈折して結像作用が大幅に減ぜられ、広げられてぼかされるため、逆に言えばその内部での光の均一化をロッドレンズ９の長さが短くとも、十分に促進することができる。また、この光導入面９ａの中央部には面を粗く仕上げた光拡散処理が施してあるため、光学ユニット４の屈折要素４２ａ、４３を通過した結像性を有する光のみを効果的に拡散して光量ロスを最小限にしつつ光量ムラをさらに減じることができる。

加えて、先端部９１の形状は、従来のロッドレンズと同形状をなしているため、前記第１筐体要素３１の小径部３１ｃを特に従来のものから改造する必要もない。

なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。
ロッドレンズに関して言えば、図８に示すように、前後の素材とは屈折率が異なる異屈折率層９３を、軸線Ｃ１を横切るように設け、その異屈折率層９３に接する互いに対向する端面９３ａ、９３ｂを非平行に構成したものが考えられる。この異屈折率層９３は、空気等の気体を充填して形成しているが、その前後の素材とは別の透明中実素材で形成しても良い。また、この異屈折率層９３における側周からの光漏れ防止や保持のために、異屈折率層９３とその前後の所定部位に亘る側周面９ｃに、内周面を反射面とする筒状のミラー部材Ｈを外嵌させている。なお、同図において前記実施形態に対応するものには同様の符号を付している。

より具体的には、図７（ａ）では、一方の端面９３ａを軸線Ｃ１に垂直な平面とし、他方の端面９３ｂを軸線Ｃ１に斜めの平面にした例を示している。同図（ｂ）では、一方の端面９３ａを軸線Ｃ１に垂直な平面とし、他方の端面９３ｂをなだらかな複数の凹凸を有した面にした例を示している。同図（ｃ）では、一方の端面９３ａを軸線Ｃ１に垂直な平面とし、他方の端面９３ｂを、凹面（軸線に非対称な円錐状の凹面）にした例を示している。

このようなものであれば、前記端面９３ｂで光が多様な方向に屈折し、その配光特性が変えられるので、ロッドレンズ９の内部で、光をより均一に分散させることができる。ただし、端面９３ａ、９３ｂの傾斜角度は、その端面９３ａ、９３ｂで屈折した光が側周面９ｃで全反射されるように設定しておくことが望ましい。屈折した光の軸線に対する角度が大きくなりすぎると、屈折後の光が、側周面で全反射せずに外部に漏れ、光伝達効率が低下するからである。もちろん、どのような端面形状にするかは、図７に示されたもののみならず、導入された光に応じて適宜設定すればよいが、この図７の各例のように、端面９３ａ、９３ｂの少なくともいずれかが、所定の線分を軸線を中心として回転させてできる面とは異なる非回転面であると、断面円形状のこの種のロッドレンズ９に生じやすい環状の光量ムラを好適に解消することができる。

さらに、同様な考え方から、ロッドレンズの光導出面（先端面）や導入面（基端面）を、前記図７の端面のように、軸線に垂直な平面とは異なる面にしてもよい。この場合でも、光導入面や光導出面の一部又は全部を、軸線を中心に所定の線分を回転させてできる回転面とは異なる非回転凹凸面にしておけば、断面円形状のこの種のロッドレンズに生じやすい環状の光量ムラを好適に解消することができる。

また、図７に示すように、必ずしも拡開部は必要なく、ロッドレンズを等断面の柱状をなすものにしてもよい。その他の態様としては、光導入面の中央部のみを湾曲凹面にしてもよいし、その中央部に光拡散処理を施すようにしてもよい。また、湾曲凹面は、球面に限られず、非球面であってもよい。

さらに、ロッドレンズは、断面が円形状のものに限られず、多角形状のものでもよいし、拡開部は切頭円錐形状のように直線的に拡がる形状に限られず、湾曲しながら拡がっていくような形状でもよい。
加えて、前述したロッドレンズの各部構成を適宜組み合わせれば、その効果が重畳されてさらに顕著なものとなる。

ロッドレンズ以外の構造に関して言えば、凹凸係合構造は、必ずしも突条１０１と凹溝１０２との組み合わせに限られず、それらを含めた凹部と凸部による係り合い構造であればよい。もちろん、突条を筐体要素側に設け、凹部を光源体側に設けてもよいし、それらを複数組設けても構わない。さらにそれらを設ける部位も、例えば、光源体の光学ユニットのみならず、基板や保持部材に設定するなどしてもよい。

加えて言えば、前記ケーブル挿通孔３２ｂが切り欠き形状をなし、第２筐体要素３２の先端に開口していることから、これを利用し、このケーブル挿通孔３２ｂに凹溝の機能を担わせて、前記突条１０１をケーブル挿通孔３２ｂの先端部に嵌め込むようにしてもよい。このようにすれば、専用の凹溝が不要になり、さらなる構造簡易化とコストダウンを図れる。

さらに、例えば、ＯリングＲの代わりにコイルバネを用いるなどしてもよいし、狭圧構造はＬＥＤの形態や筐体の形態によって変更可能であるのは言うまでもない。

また、基板２６も場合によっては不要にできる。熱伝導体も窒化アルミに限られない。例えば第２筐体要素３２の有底穴の底面（第２押圧面）から一体或いは別体で突出部を突出させ、先端面と光源体との間に薄い絶縁膜（例えば、熱伝導性の良い薄い絶縁シートなどが挙げられる。）を介在させて光源体を押圧するようにしてもよい。もちろん本光照射装置は照明用のみならず、例えば化学反応を促進させるような用途に用いても構わない。

その他本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。

本発明の一実施形態における光照射装置の先端側から見た正面図。 図１におけるＡ−Ａ線断面図。 図２におけるＢ−Ｂ線断面図。 同実施形態における光学ユニットを示す側面図。 同実施形態における光学ユニット内を進む光を示す光線図。 同実施形態においてＬＥＤの中心から偏位した部位からでた光がロッドレンズに導入される軌道を示す光線図。 同実施形態においてＬＥＤからでた光の指向性がロッドレンズを通過して改善される一例を示す指向性変化説明図。 本発明のロッドレンズの他の実施形態を示す縦断面図。

符号の説明

２１・・・発光素子（ＬＥＤ）
４・・・光学ユニット
９・・・光伝達素子（ロッドレンズ）
９ａ・・・光導入面
９ｂ・・・光導出面
９ｃ・・・側周面
９ｃ１・・・凹凸面
９１・・・先端部
９２・・・拡開部
９３・・・異屈折率層
９３ａ、９３ｂ・・・端面

Claims (5)

1. 発光素子と、該発光素子から放射される光の向きを変える光学ユニットと、該光学ユニットからでた光を基端面に設定した光導入面から導入して先端面に設定した光導出面から射出する光伝達素子と、これら発光素子、光学ユニット及び光伝達素子を収容する筐体とを具備した光照射装置であって、
   前記光伝達素子が、その側周面を内向きの反射面とするとともに該側周面に湾曲する凹凸面を形成し、該光伝達素子の半径が軸線方向に進むにつれ拡縮するように構成した略一定径の中実柱状をなす先端部と、その先端部の基端側に連続して設けられ、光導入面に向かうに連れ徐々に断面が拡がっていく形状をなす中実の拡開部とを備えたものであり、
   前記筐体の先端部が、前記光伝達素子の先端部に外嵌してこれを保持する円筒状のものであり、該筐体の先端部内周面が縦断面において直線状をなし、前記光伝達素子の側周面に点又は線接触していることを特徴とする光照射装置。
2. 前記光導入面の中央部に光拡散処理を施し、その周囲を平滑面にしている請求項１記載の光照射装置。
3. 前記光学ユニットが、発光素子から出る光のうち、光軸から所定角度以上外側に拡がる光である周囲光の略全部を内側に反射する反射要素と、それ以外の光である中心光の略全てを屈折させる屈折要素とを一体に備えた単一構造をなすものである請求項１又は２記載の光照射装置。
4. 前記光導入面に導入される光に、進むに連れ光軸から離れる拡開光が含まれている請求項１乃至３いずれか記載の光照射装置。
5. 前記光学ユニットを通過した光の大部分が、進むに連れ光軸に近づく集約光である請求項１乃至４いずれか記載の光照射装置。