JPH01105206A - 照明用光ファイバ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、光源からの光を光ファイバを通して照明する
照明機器であって、医療用、工業用、装飾用などに用い
られ、屈曲自在性を利用することによって細部や任意方
向の照明を容易にする照明機器用光ファイバに関する。

医療用としては外科手術時の患部の照明等や、胃カメラ
に付属する照明などがあり、工業用としてはパターン認
識画像処理用や各種の目視検査用の照明等があり、装飾
用としては店頭等に陳列した製品の照明がある。

（従来の技術） 光源からの光を石英、多成分硝子、プラスチックなどの
光ファイバを通して照明光とする場合、光源の光軸と光
ファイバの入射端の中心軸とを一致させ、光源からの光
を最も効率よく光ファイバに入射させるようにすると、
光ファイバの出射端からの照明光には、出射端の中心軸
を中心としたリング状の光強度分布を生じる。通常中心
軸付近の光強度が極めて弱く、その周辺部の光強度が強
くなり、いわゆるドーナツ状の照明光となり、均一な照
明にはならない。

この原因は、照明用の光ファイバが受光角すなわち開口
数の大きいマルチモードファイバであることに起因する
ものである。光学研摩仕上げの光フアイバ入射端に、そ
の関口数より小さい範囲の角度で光を入射した場合、フ
ァイバ中にはその入射角に応じた範囲の次数のモードが
励起され伝播するが、これらのモードはファイバが伝播
可能な最大高次モードより低次の範囲に存在する。この
ファイバが途中で曲げられたりファイバ内部に複屈折等
があると、低次の範囲に分布していたモードが全体に低
次から高次へ変換され、ファイバ出射端から出射する直
前のファイバ内のモード分布が、低次が少なく高次が多
い状態になる。その結果、端面からの出射角が大きくな
り、強度分布の偏りが発生する。実際には、上記のよう
なドーナツ状や、二重、三重のリング状など様々な状態
となる。

また、光ファイバを東にした光ファイババンドルにおい
ても、その照明光には同様の現象が生じ、光ファイバを
円形に束ねた場合は、光フアイバ単体の場合と同様な状
態となり、それ以外の形に配列した場合はその配列の形
に依存した照明光分布となっていた。

そこでこの現象を取り除いて照明光を正規分布化するた
めに、従来は光ファイバに入射させる光の入射角の範囲
を大きくしておき、光フアイバ内に励起するモードを低
次から最大高次モードまで均一に分布させるようにして
いた。

例えば、光ファイババンドルの場合、第４図に示すよう
に光源５からの光をレンズ３で集光してファイバ入射端
１に導入する際に、入射端の前方に光を数比させるフィ
ルター７を配置して散乱光を導入するようにしたり、光
源の光軸と集光レンズ、光ファイババンドルのそれぞれ
の中心軸をずらしたり、ファイバ入射端の光軸と光源と
レンズの共通光軸に角度をつけたり、或は積分球を使用
するなどが知られている（例えば、特公昭４９−３９０
１７、特開昭６０−２０２４１０．２０２４１１．２４
２４０８．６１−９３４０８等）。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、このような従来の正規分布照明化の手法
においては、機構が複雑になるため光軸や部品等の調整
が難しくなったり、高価な部品点数が多くなって製造原
価が高くなる上に、光軸をずらすことや拡散板のエネル
ギー吸収により入射光量損失が増大する等の問題点があ
った。

本発明は、かかる従来技術の欠点に鑑みて、非常に簡単
な構造で容易に製作でき、入射光量損失が少ない正規分
布照明を実現する光ファイバ、及び光ファイババンドル
を提供することにある。

（問題点を解決するための手段） 本発明では光ファイバまたは光ファイババンドルの入射
端には、一定の範囲の表面粗度を持つ微少な凹凸が設け
られている。

この凹凸の大きさとしては、極端に小では光学研摩状態
に近くなり、また非常に大では数比による入射光量の損
失が犬となるので、一定の範囲が選定されることになる
。凹凸自体の大小°を規定するのは困難であるため、凹
凸を形成するのに使用する研摩材によって表すことにす
ると、ＪＩＳＲ６００１に定められている＃８００〜＃
２０００の範囲の研摩材によって形成された凹凸の大き
さであり、或は同等の大きさが得られるサンドブラスト
等の手段によって形成された凹凸の大きさである。

（作用） 光ファイバまたは光ファイババンドルの入射端に入射す
る光源からの光が、端面の凹凸に衛突して入射角度が多
様化し、その結果光フアイバ中を伝播するモードが０次
から最大高次モードまで均一化し、出射光は強度分布が
正規分布に近い照明光となる。

この場合、凹凸が小であればそれだけ出射光がリング状
となる傾向があり、一方凹凸が大であれば出射光にはリ
ング状の傾向が殆どなくなるが、入射光量の損失は大と
なる。従って、照明の目的により凹凸の大小を選択する
ことになる。

（実施ｇ４） 以下、本発明の実施例を添付図面を参照して説明する。

第１図は、本光ファイバまたは光ファイババンドルを照
明用として使用する場合の配置であり、８は光ファイバ
または光ファイババンドル本体、１は光ファイバ８の入
射端、９は光ファイバ８の出射端、５は光源、３は集光
レンズ、１０は照明光である。光ファイバ８または光フ
ァイババンドルの入射端１の中心軸２と、集光レンズ３
の中心軸４及び光源５の中心軸６は一致しており、光源
５からの光が集光レンズ３によって光ファイバ８の入射
端１に集光されるようになっている。出射端９は光学研
摩されており、ファイバ８の受光角（開口数）の広がり
を持つ照明光１０が出射する。

拡大図の第２図には、光ファイババンドル８の入射端面
１１が示され、図示のように、全面的に微少な無数の凹
凸が形成されている。それを側面からみた第３図におい
て、ファイバ端面の凹凸１１は、光フアイバ単体の直径
よりも小さい微・少なもので平面状に無数に形成されて
いる。

入射端面１１は、通常の光学研摩を行う段階の荒摺りの
工程によって形成される。

第５図は、光ファイババンドル８の入射端面１１を、数
種の研摩材を使用して凹凸にした光ファイババンドル８
の照明光の光強度分布を測定したもので、光ファイババ
ンドル８の出射端１１からその中心軸上で１３ｃｍ離れ
た位置における半径方向の光強度分布である。

口中の１３は＃２０００．１４は＃　１２００゜１５は
＃８００．１６は＃５００．１７は＃２２０の研摩材に
よったものである。また、１２は入射端面が光学研摩さ
れている通常のものである。

使用した光ファイババンドルは、光ファイバ単繊維の直
径５０μｍ、受光角６０″で、バンドル直径は５．５ｍ
ｍである。　　この第５図によると、ファイバ端面１１
が光学研摩の状態１２では中心付近が弱く、周辺部分に
光強度が集中するドーナツ状となっており、１３の＃２
０００ではわずかな光強度のゆらぎがあるが、実用上支
障がなく、１４の＄１２００以下の＃数のものでは光強
度分布はなめらかな正規分布となっている。

第６図は、第５図に対応した光ファイババンドル出射光
全体の光強度の測定値で、研摩材の粒子径と光強度の関
係を示したものである。

この図より、光学研磨品に対する光強度比が＃８００に
おいても０．　７程度であり、実用上十分であることが
分かる。

なお、上記以外の手段により、バンドル入射端面１１に
上記研摩材の粒度に相当する微少な凹凸を設ければ同様
の結果が得られることは言うまでもない。

（発明の効果） 以上の説明かられかるように、本発明の光ファイバでは
、その入射端面に直角に光を導入しても入射光量損失が
少ないので、光源、レンズ、光フアイバ入射端の配列は
最も簡単な直線状配列とすることになり、その配置で正
規分布の照明光が得られる。そして入射端面の形成は極
めて簡単であり正確なものが安価に得られる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示すもので、第１図は配置図、
第２図は拡大した端面正面図、第３図は同側面図、第４
図は従来の配置図、第５図は光強度分布線図、第６図は
光強度線図である。 ８は光ファイバ、１は入射端、１１は端面。 図面の浄書（内容に変更なし） 第２図　　　　第３図 第４図 第５図 中心軸から半径方向の距離（ｃｍ） 第６図 ｒＴｆ＋Ｊ９！材の中立−３”−？蚤（μｒｒ＞　）研
摩材の粒度 手続補正書く方式） ％式％ １、事件の表示 昭和６２年特許顆第２６２４５３号 ２、発明の名称 照明用光ファイバ ３、補正をする者 事件との関係　特許出願人 昭和６２年１２月２４日 （発送臼　昭和６３年　１月２６日） ５、補正の対象 図面 ６、補正の内容 別紙のとおり

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、石英、多成分硝子、プラスチックなどの受光角の大
   きいマルチモード光ファイバ、或はこれらを束にした光
   ファイババンドルの入射端面に微少な凹凸が設けられ、
   その凹凸は、ＪＩＳＲ６００１に定める＃８００から＃
   ２０００に相当する研摩材、或は同等のものによって形
   成されたことをを特徴とする照明用光ファイバ。