JPH01309204A

JPH01309204A - 電磁波集中装置およびその製造方法

Info

Publication number: JPH01309204A
Application number: JP3291089A
Authority: JP
Inventors: Tetsuhiro Kano; 鹿野　哲洋
Original assignee: Oka Kano & Oehmichen KG Forsch & Entwickl G fur Lichttechnik
Current assignee: Oka Kano & Oehmichen KG Forsch & Entwickl G fur Lichttechnik
Priority date: 1988-02-15
Filing date: 1989-02-14
Publication date: 1989-12-13
Also published as: DE3804732A1; DE3804732C2

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、光などの電磁波を伝達するグラスファイバー
のような伝導体に電磁波を集中させる装置およびその製
造方法に関する。

（従来の技術）光に代表される電磁波をグラスファイバーなどからなる
光伝導体の入力端に集中させる装置として、回転楕円体
（または回転長円体；以下同様）からなるレフレクタ−
と、このレフレクタ−の−次焦点におかれた電磁波放射
源とで構成されたものは知られており、上記放射源で発
生した電磁波をレフレクタ−で反射して光伝導体の入力
端に集光させるものである。

このようにレフレクタ−とグラスファイバーなどと組合
わせた装置は、狭い範囲を高密度の電磁波で照射する目
的で種々の用途がある。

例えばこの種の装置は歯治療用の光重合に用いられ、液
状の化合物を電磁波で硬化させるものである。このよう
な装置は、放射源の電力および照射時間を調整できる電
源部と、たとえばピストル形をした分離形の光学系とか
らなっている。

他の用途としては、映写機などにもこのような高密度の
光線が用いられている。

また、顕微鏡の照明や、その他の観視装置にもこのよう
に集光した光線が、グラスファイバーなどの光伝導体と
結合して用いられている。さらに、最近は交通標識灯な
どにも用いられている。

第４図に従来の電磁波を集中させる装置の例を示してい
る。この電磁波集中装置はグラスファイバーなどの光伝
導体と組合せて用いられており、放射源で発生した電磁
波を伝導体に伝えている。

すなわち、レフレクタ−１０は回転楕円体の一部からな
っている。放射源１２は回転楕円体の一次焦点１４にお
かれている。

放射源１２から発生した電磁波はレフレクタ−ＩＯの反
射表面１８で反射され、回転楕円体の二次焦点１６に導
びかれる。両方の焦点１４．１６はこのシステムの光軸
２０を形成している。また、電磁波伝導体２６の入力端
側の中心軸はレフレクタ−ＩＯの光軸２０と一致してい
る。

レフレクタ−ＩＯの開口部端２２からの距離により、放
射源１２のレフレクタ−１Ｏ内への深さＬ２と、電磁波
伝導体２Ｂの入口２４までの距離Ｌ３が確定できる。

特定の波長領域の放射線のみを伝導体２Ｇに伝達するた
め、伝導体２６の入口２４にフィルター２８が置かれて
いる。フィルター２８の両側は保護用のガラス３０．３
０’で覆われている。

伝導体２６は電磁波を受入れる入力端部分が壁３２の開
口部３４に挿入されて固定されている。

（発明が解決しようとする課題）しかしながら、第４図で示した装置は、レフレクタ−Ｉ
Ｏが回転楕円体の長軸方向の半分以下の大きさであるた
め種々の欠点がある。

つまり、放射［１２より発生した放射線の利用率が小さ
いことが挙げられる。

これは第４図に示した放射線Ｓ１と８２からも明白な通
り、放射源１２から発生した放射線の大部分はレフレク
タ−１０で反射されず、無駄に放射される。幾何学的計
算によると従来の部分的回転Ｆ？ｊ円体のレフレクタ−
１０の場合では、放射線の利用率は７０％よりも小さい
。

従来では、この利用率を向上させるため次のような対策
がとられてきた。

すなわち、西ドイツ実用新案ＤＥ− ＧＭ８２３４８７５号や西ドイツ公開公報ＤＥ−Ｏ３３
３１９５６２号では釣鐘形のレフレクタ−について述べ
ている。

これは２つの異った回転楕円体からなっており、個々の
回転楕円体は異った長軸と短軸を有している。この追加
されたレフレクタ一部分が従来無駄に放射されていた放
射線の一部を捕捉する。このような解決策は利用率を部
分的に向上させるが、追加されたレフレクタ一部分の直
径はもとのレフレクタ−の直径より大きいので、装置に
組込むのに困難が生じるといった欠点がある。

また、他の知られた利用率の改溌方法としては、レフレ
クタ−を回転楕円体と球の一部とを組合わせて構成した
ものがある。

これら回転楕円体の部分と球の一部とは結合されて一体
化されている。球体部には中央に開口部があり、この中
心と回転楕円体の光軸が一致し、またその−次焦点と球
体部の中心が一致するようになっている。球状レフレク
タ一部は回転楕円体のレフレクタ一部で反射された放射
線を開口部より通過させ、それ以外の放射線を放射源に
戻す。

この構造は、放射源として電球を使用した場合は、戻っ
て来る放射線によりフィラメントが温められ、このため
効率がわずかに向上するが、反面寿命が短縮される。

しかし、放射源として放電灯を使用した場合は、改善を
期待することはできない。

したがって本発明の目的は、放射線の利用率（効率）を
向上させ、かつそれにともなって生じる問題を処理し、
実用可能にした電磁波集中装置を提供することにある。

また、本発明の他の目的は、簡単な手法で作ることがで
きる製造方法を提供することにある。

（３顕を解決するための手段および作用）電磁波集中装
置の集中効率を向上させるには、回転楕円体のレフレク
タ−を回転楕円体の長軸方向に沿って半分以上に大きく
することで解決できる。

このようなレフレクタ−は、回転楕円体の半分より大き
いため、−次焦点に置かれた放射源より発生する電磁波
の放射線の大部分が反射される。

また、レフレクタ−により反射されない直射された放射
線の割合は比較的小さくなる。

特にレフレクタ−の長さを二次焦点まで長くすると、約
９５％の放射線がレフレクタ−により反射される。

また、このようにレフレクタ−の形状をほぼ二次焦点の
位置まで伸ばして光軸に対し垂直に切った形にすると、
光伝導体の入口が丁度二次焦点と一致するため、放射線
の利用率が向上する。

さらに、レフレクタ−の開口部先端を、光伝導体を取付
けた壁に合わせることにより簡単にがっ正確に位置（距
ＡｉＩ）合せが完了する。

このようなレフレクタ−は卵形の形状をしているため、
正確な曲線を得ることがむずかしい。また、レフレクタ
−が放射源を包み込む形になるため熱の問題が生じるこ
とがある。

しかしながら、これらの問題は次の手段により解決でき
る。

まず、レフレクタ−を２つの部分からなるようにし、一
方がほぼ回転楕円体の長軸方向に沿う半分となるように
する。もう一方は、回転楕円体の長軸方向に沿う半分以
下で両端が開口された回転楕円筒の形状を有するように
する。これら両者の分割部の直径はそれぞれ回転楕円体
の短軸に相当し、したがってこれら両者を上記分割面で
衝合して接合する。

このようなレフレクタ−であれば、２つの部分を同一の
射出成形の金型により製造できるため、卵形の形状をし
ても正確な曲線を得ることができる。

また、吹形成形の一体形のレフレクタ−に比較しても、
正確な形状が得られる。

このような装置では、通常、放射源からのエネルギーの
全部を所定の目的に使用せず、その一部を使用する。

たとえば、前述した歯治療の光重合促進の例では、波長
４００〜５００ｎｉの放射線を使用する。

また交通信号灯や標示灯には特定の波長の放射線、つま
り特定の色の光を使用する。

このために、従来の場合は第４図に示すように、光伝導
体２６の前にフィルター２８を設け、反射あるいは吸収
により不必要な波長帯の放射エネルギーを除去している
。

これに対し、本発明のレフレクタ−では、レフレフター
内表面にダイクロイック膜を設け、このダイクロイック
膜により必要な波長帯の放射線のみ反射して集光させ、
それ以外の不必要な波長帯の放射線は全てレフレクタ−
を透過させる。

このようにすることで、大部分のエネルギーはレフレク
タ−外へ放出され、レフレクタ−内の温度が大幅に下る
。

さらにこの構造の特長としては、フィルターを光伝導体
の前に設ける必要がなくなり、安価になるだけでなく、
今までフィルターで除去されたエネルギーによる周辺部
の構成部品の温度上昇がなくなる。

上記ダイクロイック膜は、通常蒸着によりレフレクタ−
内側表面に形成する必要があり、一体形のレフレクタ−
ではこの形成は困難であり、本発明のごとく分離形レフ
レクタ−によると容易に実用ｉＩＪ能となる。

さらにまた、本発明の製造方法は、一方のレフレクタ一
部分をほぼ回転楕円体の長軸方向に沿う半分となるよう
にし、他方は上記一方と同形のものを作っておいて長軸
と直交する方向に切断することにより両端が開口された
回転楕円筒の形状をなすように作り、これら両者を分割
面で接合するので、２つの部分を同一の射出成形の金型
により製造でき、製造が容易で安価になる。

（実施例）以下、図面により本発明の詳細な説明する。

第１図は本発明の電磁波集中装置を光軸に沿って断面し
た図で、第２図は分割した個々のレフレクタ一部を示す
図、第３図は直射光と反射光により形成される放射線の
円錐照射範囲の説明図である。

第１図に示すレフレクタ−１Ｏは、ガラスまたは透明プ
ラスチックからなり、回転楕円体の一部の形状を成して
おり、−次焦点１４と二次焦点１Ｂを有している。−次
焦点１４に放射源１２が置かれている。

放射源としては例えば、低電圧のノ１０ゲン電球が使用
されている。

回転楕円体の両方の焦点１４．１６により光軸２０が設
定される。第１図では図示されていないが、光軸２０上
にグラスファイバーなどからなる光伝導体“２６の人口
端が設けられており、２４が光伝導体２Ｂの人口に相当
し、二次焦点１６に一致されている。

レフレクタ−ＩＯは、第１図および第２図に示す通り、
２つの部分からなっている。

つまり、２つの部分は左側のレフレクタ一部３Ｂと右側
のレフレクタ一部３８である。左側のレフレクタ一部３
６は回転楕円体を長軸（２ａ）方向に沿う中心で切断し
た丁度半分の形状になっている。右側のレフレクタ一部
３８は回転楕円体の長軸（２ａ）の中心で分割された１
分のものをさらに切断して両端が開口された回転楕円筒
の形状にしたものとなっている。これら左側のレフレク
タ一部３６と右側のレフレクタ一部３８は、互いの分割
部分、つまり縁２２．２２°で衝合して接合されている
。

これらの衝合面の直径は回転楕円体の短軸（２ｂ）に相
当する。

通常、回転楕円体の半長軸をａ１半短軸をｂと表わすが
、左側部３６の開口部端２２の直径は２ｂに相等すると
ともに、右側部３８の大きい方の開口部２２°の直径も
２ｂに相等する。

第１図の具体的な一例として次の様な寸法が採用されて
いる。

大きな開口部の直径２ｂ：　　　　　３０＋＋ｍ左側レ
フレクタ一部３６の長さＬｌ：２０．’Ｊ＋＋ｍ放射源
１２の深さＬ２：　　　　　　　１４．５ｍｍ右側レフ
レクタ一部３８の長さＬ３　　：１４．５ａｏ＊右側レ
フレクタ一部３８の小さな開口部の直径　　　　　　　　　：２１．６ｍ■そして
、両方のレフレクタ一部３６．３８は次の回転楕円体か
らなっている。

半長軸ａ：２０．８６ｍｍ半短軸ｂ：１５．Ｏｍ＋ｓこのような構造の場合、放射源１２から出た放射線のう
ち、二次焦点１Ｇに届かないものはごく僅かしかない。

第３図より明白なように、放射源１２から出た放射線の
うちレフレクタ一部３０．３８の内面反射ｉＩｉ′ｉ１
８で反射されたちの５２．５２は全て二次焦点１Ｂに届
く。

また、放射源１２から出た放射線のうちレフレクタ一部
３０．３８の内面反射面１８で反射されないもの、すな
わち放射源１２から直接右側レフレクタ一部３Ｂの小さ
な開口部を通過してＡ点に向かう直射線５０゜５０は二
次焦点１Ｇに届かない。

しかしながら、右側レフレクタ一部３８の開口部４Ｂは
小さいので放射線の利用率は約９７％まで向上すること
ができる。

なお、第１図に示すように、光伝導体２Ｂを収納してい
る璧３２に円周状の四部４０を設け、その中に右側レフ
レクタ一部３８の後部開口端４Ｇを嵌合すると、レフラ
フター１０を簡単にかつ正確に光軸２０と距離合せする
ことができる。

第２図は２つのレフレクタ一部を個々に示している。２
つの部分のうち互いに相対するものは同一番号で示され
ている。

第２図から分るように小さい方（右側）のレフレクタ一
部３８は大きい方（左側）のレフレクタ−部３６と同一
形状のものを段部４８で切り取ることで形成することが
できる。この段部４８は射出形成により容易に可能であ
り、またこの段部４８は焦点位置１４を通る面に形成す
れば、二次焦点位置１Ｂを示す働きもし、かつ右側レフ
レクタ一部３８の長さＬ３を簡単に設定することができ
る。

なお、第２図で示しているように、分割レフレクタ一部
８６．３８の縁２２．２２°に円周状に突出したリング
と、溝を形成するようにすれば、２つのレフレクタ一部
３６．３８の位置を簡単かつ正確に一致させることがで
きる。

また、第２図に示されている両方のレフレクタ一部３６
．３８は、図示しない外部のハウジングを利用して位置
決め固定することもできる。その場合、両方レフレクタ
一部３１１．３８に固定表面４９．４９°を形成し、こ
れら固定表面４９．４９°にネジやバイオネットを設け
ておき、両方のレフレクタ一部３６。

３８を図示されていないホルダーで保持する。

このようにすれば、２つのレフレクタ一部３６゜３８は
外部のハウジングの手助けにより、正確に位置決めして
固定することができる。この場合、ホルダーはバネ状で
ハウジングに支えられている構造でもよい。

なお、小さい方のレフレクタ一部３８の長さＬ３は正確
に中心面Ｅ（第１図参照）から二次焦点１６までの距離
に相当する必要はない。多少短くても長くても問題はな
い。

両レフレクタ一部分３８．３８のそれぞれ内側表面１８
にはダイクロイック膜が形成されており、それぞれ反射
面を成している。

ダイクロイック膜は、特定波長帯の放射線のみを反射し
、それ以外の波長帯の放射線を透過させるものであるこ
とは知られており、特定波長の選択は膜厚と層数を３３
整することで可能である。

そして、このようなダイクロイック膜は通常、真空中で
蒸着により形成される。

膜厚を回転楕円体形レフレクタ−の内側表面に均一に形
成するには、レフレクタ−を蒸発源からある程度離れた
所に固定して相対的に回転が与えられなければならない
。本発明のような閉鎖形レフレクタ−では、これを一体
形とした場合は、内側表面に均一にダイクロイック膜を
形成するのは不可能に近い。

これに対し、レフレクタ−１Ｏを２つの部分３０゜３８
で分割構造とすれば、内側表面に均一にダイクロイック
膜を形成することが容品である。

さらにまた、本発明は次のような利点がある。

以下、前述の重合促進用の装置を例にとりて説明する。

従来行なわれていた方法では、第４図に示されているよ
うに、レフレクタ−１０の内表面１８にコールドミラー
と称される可視光線のみを反射するダイクロイック膜を
形成し、次にフィルター２８により集中された可視光線
より必要な波長の放射線を透過させて伝導体２６に伝達
している。

必要波長帯は４００〜５００　ｎｍであり、放射源とし
てハロゲン電球を使用し、そのフィラメントの色温度を
３２００〜３４００にで使用した場合、・必要波長帯の
放射線のエネルギーは全可視光の約２０９６になる。つ
まり集中された可視光の８０％は、フィルター２８によ
り吸収または反射されて除去され、最終的には熱に変換
される。

この方法を本発明のレフレクタ−１Ｏに使用した場合、
レフレクタ−１０内は密閉された形となっているため、
温度上昇が大きく、ハロゲン電球の短寿命や、構成部品
の早期劣下等の問題が生じる。

本発明に係わるレフレクタ−１０のグイクロイック膜は
、必要な波長の放射線を反射し、それ以外の波長帯の放
射線をレフレクタ＝ＩＯの壁を通して外へ放出するよう
に形成されている。この場合、必要波長帯放射線のエネ
ルギーは全放射エネルギーの約２〜３％であり、残り９
７〜９８％のエネルギーは外へ放出される。

そして、集中された放射線はフィルター２８等を介在せ
ずに直接伝導体２Ｂに伝達されるため、レフレクタ−１
０内のエネルギー損失は最低におさえられる。従って、
はぼ密閉された形のレフレクタ−１０であっても熱的問
題は発生しない。

この際、レフレクタ−の材質には、放射線を透過させる
、ガラスやプラスチック等が用いられることは言うまで
もない。

また、レフレクタ−１０に波長を選択する反射膜（グイ
クロイック膜）が形成されているため、光伝導体２Ｂの
入口２４にフィルターと保護用のガラスは必要とせず、
構成も簡単になる。

さらに、第２図から分るように、小さい方（右側）のレ
フレクタ一部３８は大きい方（左側）のレフレクタ一部
３Ｂと同一形状のものを段部４８で切り取ることで形成
することができ、左側レフレクタ一部３６と同一形状の
ものを射出形成により多量に製造しておいて、その半数
を小さい方（右側）のレフレクタ一部３８に加工すれば
よいので、成型形が１つであってよく、製造が容易であ
る。

（発明の効果）以上説明した通り本発明の装置は、放射線の利用率（効
率）が向上し、それにともなって生じる熱的な問題も解
消され、実用に好適したものとなる。

また、本発明の方法によると、簡単な工程、手間で作る
ことができ、安価に提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第３図は本発明の一実施例を示し、第１図
は電磁波集中装置を光軸に沿って断面した゛断面図、第
２図は分割した個々のレフレクタ一部を示す断面図、第
３図は直射光と反射光により形成される放射線の円錐照
射範囲の説明図、第４図は従来の電磁波集中装置を光軸
に沿って断面した断面図である。１０・・・レフレクタ−１１２・・・放射ａ＋％、１４
・・・−次焦点、１６・・・二次焦点、１８・・・反射
表面、２０・・・光軸、２６・・・電磁波伝導体、２ａ
・・・長軸、２ｂ・・・短軸、３６・・・左側レフレク
タ一部、３８・・・右側レフレクタ−部。出願人代理人　弁理士　鈴江武彦

Claims

【特許請求の範囲】

（１）回転楕円体または回転長円体の一部からなるレフ
レクター（１０）と放射源（１２）からなり、この放射
源（１２）は上記回転楕円体または回転長円体よりなる
レフレクター（１０）の一次焦点に置かれており、この
レフレクター（１０）は光軸（２０）方向に沿って回転
楕円体または回転長円体の半分よりも大きく形成したこ
とを特徴とする電磁波集中装置。
（２）上記レフレクター（１０）は、光軸（２０）方向
に沿っておよそその二次焦点（１６）の位置で光軸（２
０）に対して垂直に切断された形状を有していることを
特徴とする第１の請求項に記載された電磁波集中装置。
（３）上記レフレクター（１０）は２つの部分からなり
、第１の部分（３６）は回転楕円体または回転長円体の
長軸（２ａ）の巾心で分割された半分の形状を有し、第
２の部分（３８）は回転楕円体または回転長円体の長軸
（２ａ）の中心で分割されかつ両端が開口された回転楕
円筒または回転長円筒の形状を有し、これらの衝合部の
直径はそれぞれ回転楕円体または回転長円体の短軸（２
ｂ）に相当することを特徴とする第１または第２の請求
項に記載された電磁波集中装置。
（４）レフレクター（１０）の反射表面には、集中させ
るのに必要な波長帯の放射線のみを反射し、それ以外の
波長帯の放射線を透過するダイクロイック膜を形成して
あることを特徴とする第１ないし第３の請求項のいづれ
かに記載された電磁波集中装置。
（５）レフレクター（１０）の第１部分（３６）を回転
楕円体または回転長円体の長軸（２ａ）の中心で分割さ
れた半分の形状として作るとともに、レフレクター（１
０）の第２部分（３８）は回転楕円体または回転長円体
の長軸（２ａ）の中心で分割された半分の形状として作
ったのちこの半分形状のものを所定位置で長軸（２ａ）
に対し垂直に切断することにより両端が開口された回転
楕円筒または回転長円筒のものを形成し、これら第１部
分（３６）および第２部分（３８）を開口部で相互に接
合することを特徴とする電磁波集中装置の製造方法。
（６）上記レフレクター（１０）の第２部分（３８）が
回転楕円体または回転長円体の長軸（２ａ）に対し垂直
に切断される位置は焦点位置であることを特徴とする第
５の請求項に記載された電磁波集中装置の製造方法。