JP4868785B2 - 光射出装置 - Google Patents

Description

本発明は、先端で散乱発光する光ファイバに取り付けられる光学機器に関するものである。

半導体レーザは、高効率、高輝度であるという利点を有するが、コヒーレントな光であるため、直視すると目に悪影響を及ぼす可能性があるため、用途が限定されている。これに鑑みて、最近、半導体レーザから出た光を光ファイバに導入し、その光ファイバの先端部にＹＡＧ等の蛍光散乱塗料を塗布し、半導体レーザから出た光をその光ファイバに導入して先端面から散乱射出するようにした光源装置が開発されてきている（非特許文献１）。このようなものであれば、レーザ光のコヒーレント性が失われて危険性が減少し、照明光など、広い分野に用いることが可能になる。
日経エレクトロニクス ２００５．４．２５号 ９４頁〜９７頁

ところが、コヒーレント性を消失させるが故に、散乱させなければならず、この種の光源は指向性をも消失してしまう。したがって、そのままでは、照明に用いるとしてもその用途は大きく限定される。一方、指向性を得るがために凸レンズを設けたとしても、その外側にまで拡がる光を利用できず、この場合は半導体レーザの高効率という長所が消されてしまう。

そこで本発明は、高効率、高輝度を維持しつつも、前記光源装置から射出された光に所定の指向性を与えるような光学機器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学機器は、レーザ光を基端部から内部に導入される光ファイバと、前記光ファイバの先端部に設けられ、前記レーザ光を照射されて拡散光を射出する発光部とを備えた光源装置に接続されるものであって、光伝達素子と、その光伝達素子の基端側所定位置に前記発光部を固定結合するための結合部材とを備えてなり、前記光伝達素子が、前記所定位置に固定された前記発光部からの拡散光のうち、光軸から一定角度の範囲内で拡がる光については直接その先端面に到達させ、また前記一定角度よりも拡がる光については側周面で内方へ全反射させた後、前記先端面に到達させ、そこから外部に射出する透明体で形成されたものであることを特徴とする。

前記先端面から射出される光は、当該先端面の形状を凸状等にすることにより、所定の集光位置に向かってほぼ収斂するように構成しても良いし、あるいは平面または凹面状等とすることで、ある角度で拡がりながら進むように構成しても良い。

このように構成した本発明によれば、光伝達素子の側周面により、側方へ大きく拡がる光も内方に反射させて用いることができるので、高効率、高輝度を維持しつつも、前記光源装置から射出された光に指向性を与えることができる。

以下に本発明の一実施形態について図１を参照して説明する。

本実施形態にかかる光学機器１は、半導体レーザ２１と、前記半導体レーザ２１に基端部を接続されてそのレーザ光を内部に導入される光ファイバ２２と、前記光ファイバ２２の先端部に設けられ、前記レーザ光を照射されて拡散光を射出する発光部２３とを備えた光源装置２に接続されるものであり、その光を種々の照明に用いることができるようにしたり、別の光ファイバ等に接続したりするために使用される。

まず、前提となる光源装置２の各部から説明する。

半導体レーザ２１及び光ファイバ２２は、周知のものである。

前記発光部２３は、光ファイバ２２よりも若干大径をなす円柱状のものであり、その先端面２３ａは、例えば球状に形成されてＹＡＧ等の蛍光塗料が塗布されている。そしてその蛍光塗料にレーザ光が照射されることにより、前記先端面２３ａに塗布した蛍光塗料が発光し、コヒーレント性を失った光が、当該先端面２３ａからほぼ指向性無く拡散射出される。

しかして、本実施形態にかかる光学機器１は、光伝達素子４と、その光伝達素子４の基端側に設定した所定位置に、前記発光部２３を固定結合するための結合部材５とを備えている。

この結合部材５は、概略円柱状をなす結合部材本体５１と、その結合部材本体５１の基端部外周から径方向に突出する鍔部５２とからなる。そして、その中心軸線上には、前記発光部２３を径方向にガタなく挿入させる保持孔５３が形成してある。この保持孔５３の先端部には、例えば小径となる段部５３ａが設けてあり、前記発光部２３をその段部５３ａで係止されるまで押し込み固定することにより、当該発光部２３の先端面（発光面）２３ａが、この結合部材５に対し、軸方向にも径方向にも位置決めされるように構成してある。

光学伝達素子４は、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樹脂製のものである。

この光学伝達素子４の基端面４ａには、前記結合部材本体５１を径方向にガタなく挿入させる有底凹部４２が開口させてある。しかして、この凹部４２に前記結合部材５１を嵌め入れることにより、前記鍔部５２が光学伝達素子４の基端面４ａにあたり、当該結合部材５が、光学伝達素子４に対し、軸方向にも径方向にも位置決めされるように構成してある。つまり、結合部材５を介して、発光部２３の先端面（発光面）２３ａが、光学伝達素子４の中心軸線Ｃ上の所定位置に、位置決め固定されるようにしてある。

また、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、その側周面４２ｂは、中心軸線（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、前記光学伝達素子４の先端面４ｂ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。

さらに前記光学素子４の側周面には、断面輪郭が放物線をなすように形成した全反射面である湾曲膨出面４５が設けてある。

そして図１に示すように、前記発光部２３の先端面２３ａから射出された光のうち、凹部４２の側周面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射出されるようにしてある。また一方で、前記発光部２３の先端面２３ａ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（もっとも光径が小さくなる位置）が略同一位置となるようにしてある。

このように光伝達素子４から射出された光は、所定の指向性が与えられ、そのままスポット照明等の照明光としても用いることができるようになる。また、集光位置に別の光ファイバを配置させるような構成にして光コネクタとして構成することもできる。

なお、本発明は前記実施形態に限定されない。例えば光伝達素子は、先端面を平面にしたものや、凹面にしたものなどでも構わない。また、レーザ光源は半導体レーザに限られず、他の方式のレーザを用いても構わない。

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を示す概略全体図。

符号の説明

１・・・光学機器
２・・・光源装置
４・・・光伝達素子
５・・・結合部材

Claims (1)

1. レーザ光を基端部から内部に導入される光ファイバと、前記光ファイバの先端部に設けられ、前記レーザ光を照射されて拡散光を射出する発光部とを備えた光源装置と、
   先端面の形状が凸状である光伝達素子と、
   その光伝達素子の基端側所定位置に前記発光部を固定結合するための結合部材とを備えてなり、
   前記光伝達素子が、前記所定位置に固定された前記発光部からの拡散光のうち、光軸から一定角度の範囲内で拡がる光については直接その先端面に到達させ、また前記一定角度よりも拡がる光については側周面で内方へ全反射させた後、前記先端面に到達させ、そこから所定の集光位置に向かって収斂するように外部に射出する透明体で形成されたものであることを特徴とする光射出装置。