JPH023961B2 - - Google Patents
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- JPH023961B2 JPH023961B2 JP59179143A JP17914384A JPH023961B2 JP H023961 B2 JPH023961 B2 JP H023961B2 JP 59179143 A JP59179143 A JP 59179143A JP 17914384 A JP17914384 A JP 17914384A JP H023961 B2 JPH023961 B2 JP H023961B2
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- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B3/00—Simple or compound lenses
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B19/00—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics
- G02B19/0004—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the optical means employed
- G02B19/0009—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the optical means employed having refractive surfaces only
- G02B19/0014—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the optical means employed having refractive surfaces only at least one surface having optical power
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B19/00—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics
- G02B19/0004—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the optical means employed
- G02B19/0028—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the optical means employed refractive and reflective surfaces, e.g. non-imaging catadioptric systems
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B19/00—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics
- G02B19/0033—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the use
- G02B19/0038—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the use for use with ambient light
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
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- Light Guides In General And Applications Therefor (AREA)
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Description
【発明の詳細な説明】
イ 産業上の利用分野
本発明は光誘導システム、とくに、大量のエネ
ルギを誘導し得る光誘導システムに関する。
ルギを誘導し得る光誘導システムに関する。
ロ 従来の技術
1881年９月20日付発行の米国特許第247229号に
例示されているように、中央照明システムによる
建築物全体の照明は、その幾多の利点の故に、久
しく待望されていた。光源からの光を管で送るこ
とにより、光源の大きさと光源の位置とによる効
能がもたらされる。この種のシステムにより、直
射日光を光源として利用することができる。さら
に、中央照明システムによれば、熱を光源で消費
させた冷いた光がシステムの出口に得られる。
例示されているように、中央照明システムによる
建築物全体の照明は、その幾多の利点の故に、久
しく待望されていた。光源からの光を管で送るこ
とにより、光源の大きさと光源の位置とによる効
能がもたらされる。この種のシステムにより、直
射日光を光源として利用することができる。さら
に、中央照明システムによれば、熱を光源で消費
させた冷いた光がシステムの出口に得られる。
現在、光エネルギを誘導する二つの基本的な技
法がある。1944年11月７日付発行の米国特許第
2362175号に例示された第一の技法は、透明な材
料で作られた固体の棒である誘電体導波路を使用
するものである。光線は、内面全反射として周知
された作用で、棒の表面によつて内部へ反射され
る。この作用は光を包含する上に100％有効であ
るが、不幸にして、妥当な価格の全ての透明材料
は比較的短い、即ち数cmないし数ｍ以内、の距離
で光の大部分を吸収する。従つてこの方法は、少
量の極めて高価な誘電体が用いられる光通信シス
テムに主として用いられる。
法がある。1944年11月７日付発行の米国特許第
2362175号に例示された第一の技法は、透明な材
料で作られた固体の棒である誘電体導波路を使用
するものである。光線は、内面全反射として周知
された作用で、棒の表面によつて内部へ反射され
る。この作用は光を包含する上に100％有効であ
るが、不幸にして、妥当な価格の全ての透明材料
は比較的短い、即ち数cmないし数ｍ以内、の距離
で光の大部分を吸収する。従つてこの方法は、少
量の極めて高価な誘電体が用いられる光通信シス
テムに主として用いられる。
第二の技法においては、光が主として空気を経
て伝搬し、それが正確な方向に局限され且つ進行
し続けるように、周期的に方向を変えられる。
1981年８月７目付発行の米国特許第4260220号に
記載の極めて最近のプリズム光誘導システムを含
めて、この方向変換を行う四つの方法がある。こ
の方法には、縦の中空構造の透明な誘電体から作
られたプリズム光ガイドが用いられる。この構造
体の壁は、その内面と外面とがオクテイチユアの
関係にある。
て伝搬し、それが正確な方向に局限され且つ進行
し続けるように、周期的に方向を変えられる。
1981年８月７目付発行の米国特許第4260220号に
記載の極めて最近のプリズム光誘導システムを含
めて、この方向変換を行う四つの方法がある。こ
の方法には、縦の中空構造の透明な誘電体から作
られたプリズム光ガイドが用いられる。この構造
体の壁は、その内面と外面とがオクテイチユアの
関係にある。
第二の方法においては、鏡面化された内面をそ
なえる中空管がその管に沿つて光を進行させ続け
るために用いられるが、この種の管が1972年10月
22日付発行の米国特許第3700900号に示されてい
る。
なえる中空管がその管に沿つて光を進行させ続け
るために用いられるが、この種の管が1972年10月
22日付発行の米国特許第3700900号に示されてい
る。
1971年６月８日付発行の米国特許第3583786号
に説述されている第三の方法においては、管が、
誘電層の対によつて囲まれた内側シリンダ、通常
は空気、から成り、そこでは損失が層の対の数と
共に減少するようにされている。
に説述されている第三の方法においては、管が、
誘電層の対によつて囲まれた内側シリンダ、通常
は空気、から成り、そこでは損失が層の対の数と
共に減少するようにされている。
第四の方法は1970年４月14日付発行の米国特許
第3506331号に例示されており、中空管に沿い、
間隔を置いて集束レンズまたは鏡を使用するもの
である。
第3506331号に例示されており、中空管に沿い、
間隔を置いて集束レンズまたは鏡を使用するもの
である。
ジエイ・ダブリユー・ワイ・リツト（J.W.Y.
Lit）およびデイー・エル・ヴアン・ルーイ（D.
L.Van Rooy）の発表（Appl.Opt.12、749、1973
所載）には、同発表の第１図に示すように、光学
素子が周縁に局限されているシステムによつて光
エネルギを誘導することが可能であることが示し
てある。しかし、リツト（Lit）等のシステムに
おいては、システムの光軸上にレンズの焦点が位
置する。応用面に関しては、リツト（Lit）等の
システムは、レーザ・ビームからのような、主と
して回折の結果発散する光を誘導するのに適して
いる。
Lit）およびデイー・エル・ヴアン・ルーイ（D.
L.Van Rooy）の発表（Appl.Opt.12、749、1973
所載）には、同発表の第１図に示すように、光学
素子が周縁に局限されているシステムによつて光
エネルギを誘導することが可能であることが示し
てある。しかし、リツト（Lit）等のシステムに
おいては、システムの光軸上にレンズの焦点が位
置する。応用面に関しては、リツト（Lit）等の
システムは、レーザ・ビームからのような、主と
して回折の結果発散する光を誘導するのに適して
いる。
ハ 発明が解決しようとする問題点
従つて本発明の目的は、在来の光源からの非干
渉性の光を誘導する光誘導装置を提供することに
ある。
渉性の光を誘導する光誘導装置を提供することに
ある。
この目的およびその他の目的は、ビーム軸線に
垂直な第一平面内の最大ふれ角θnaxを持つ予め定
められた位相空間分布をその光線が有する光のビ
ームの誘導装置により達成される。この装置は、
幅ｗ＝ltanθnaxのエツヂに沿つた広がりビームの
エツジからの光を受け、次いでその光をビーム軸
線に向けて発散して第一平面から距離ｌに在るビ
ーム軸線に垂直な第二平面内に予め定められた空
間分布を再現するため、ビーム軸線上の第一平面
からｌ／２の距離に位置する光学系を有する。ビ
ームを任意の所望の距離だけ誘導するため、任意
の数の上記光学系を、互いにｌの距離に、続けて
位置させることもできる。
垂直な第一平面内の最大ふれ角θnaxを持つ予め定
められた位相空間分布をその光線が有する光のビ
ームの誘導装置により達成される。この装置は、
幅ｗ＝ltanθnaxのエツヂに沿つた広がりビームの
エツジからの光を受け、次いでその光をビーム軸
線に向けて発散して第一平面から距離ｌに在るビ
ーム軸線に垂直な第二平面内に予め定められた空
間分布を再現するため、ビーム軸線上の第一平面
からｌ／２の距離に位置する光学系を有する。ビ
ームを任意の所望の距離だけ誘導するため、任意
の数の上記光学系を、互いにｌの距離に、続けて
位置させることもできる。
この光学系は幅＝ｗと、焦点距離ｆ＝ｌ／２
と、ビームのエツジからｗ／２の距離に位置する
焦点とを有する１枚以上のレンズを包含すること
もできる。このレンズはビームを取り囲む環状で
あつても良い。あるいはまた、中心にビーム軸線
を持つ正方形を形成するように４個の柱状レンズ
を用いても良い。この柱状レンズは、正方形の各
隅でビームのエツジ方向を変えるように各隅で重
なつても良く、あるいは柱状レンズの両端を、正
方形の各隅を充てんする焦点距離をｆとする更に
別の四分の一球面レンズと、正方形の各隅で合わ
せても良い。さらに、上記レンズの全てがフレネ
ル・レンズであつても良い。
と、ビームのエツジからｗ／２の距離に位置する
焦点とを有する１枚以上のレンズを包含すること
もできる。このレンズはビームを取り囲む環状で
あつても良い。あるいはまた、中心にビーム軸線
を持つ正方形を形成するように４個の柱状レンズ
を用いても良い。この柱状レンズは、正方形の各
隅でビームのエツジ方向を変えるように各隅で重
なつても良く、あるいは柱状レンズの両端を、正
方形の各隅を充てんする焦点距離をｆとする更に
別の四分の一球面レンズと、正方形の各隅で合わ
せても良い。さらに、上記レンズの全てがフレネ
ル・レンズであつても良い。
本発明の別の態様によれば、この誘導装置は、
互いに予め定められた角φをなす二つの平面内に
位置する２組の光学系と、この二つの平面とφ／
２の角をなして位置する平面鏡とを包含する。こ
の誘導装置は、ビームが入れられると同時にビー
ムをそれ自体に対して角φにふれさせる。直角の
隅に対しては、φは90゜となる。
互いに予め定められた角φをなす二つの平面内に
位置する２組の光学系と、この二つの平面とφ／
２の角をなして位置する平面鏡とを包含する。こ
の誘導装置は、ビームが入れられると同時にビー
ムをそれ自体に対して角φにふれさせる。直角の
隅に対しては、φは90゜となる。
本発明のその他の多くの目的および態様は、図
面の詳細な説明によつてあきらかとなろう。
面の詳細な説明によつてあきらかとなろう。
ニ 実施例および作用
ここに説明する本発明は、回折と光学的不備と
がない場合、本来発散する光を損失なしに理想的
に誘導できる周辺光学系から成る。この種の系は
回折効果が問題にならない場合に用いられるの
で、幾何光学の面から本発明を説明するのが最も
わかり易い。
がない場合、本来発散する光を損失なしに理想的
に誘導できる周辺光学系から成る。この種の系は
回折効果が問題にならない場合に用いられるの
で、幾何光学の面から本発明を説明するのが最も
わかり易い。
この観点から、本発明の基本を、第１図につい
て、次のように述べることができる。Ｚ軸上の点
ｚ＝０には、この軸に垂直な平面内に、光が貫通
する開口部１がある。光は、ある範囲の角度を有
しながら、その全てが正のｚ成分をそなえる光線
から成る。点ｚ＝０と点ｚ＝ｌとの間の装置は、
Ｚ軸上の点ｚ＝ｌにおいて光線の全てがｚ＝０に
おける開口部１と同等の開口部２を通過し且つｚ
＝０におけるそれと同等の角度の範囲を具えるよ
うに、光線を伝搬させなければならない。
て、次のように述べることができる。Ｚ軸上の点
ｚ＝０には、この軸に垂直な平面内に、光が貫通
する開口部１がある。光は、ある範囲の角度を有
しながら、その全てが正のｚ成分をそなえる光線
から成る。点ｚ＝０と点ｚ＝ｌとの間の装置は、
Ｚ軸上の点ｚ＝ｌにおいて光線の全てがｚ＝０に
おける開口部１と同等の開口部２を通過し且つｚ
＝０におけるそれと同等の角度の範囲を具えるよ
うに、光線を伝搬させなければならない。
換言すれば、この光学系内の点ｚ＝０において
は各光線が、xy面内の位置と、各垂直方向に測
られた角度θx、θyとを有する。従つて、ｘとｙと
θxとθyとによつて定められる四次元の「位相空
間」に光線の分布がなされ、この系の目的は、こ
の分布を点ｚ＝ｌにおいて再現させることにあ
る。この問題は、ｘの次元とｙの次元とを別個に
考えることにより、結果を無効にすることなく、
これを非常に単純化することができる。大抵の場
合、これら二つの方向における分布は同等であ
り、この単純化によつて失われる情報はほとんど
ない。これはとくに、Ｚ軸からの最大角偏差θnax
が、実際上常にそうであるように、1radより可
成小さい時の場合である。
は各光線が、xy面内の位置と、各垂直方向に測
られた角度θx、θyとを有する。従つて、ｘとｙと
θxとθyとによつて定められる四次元の「位相空
間」に光線の分布がなされ、この系の目的は、こ
の分布を点ｚ＝ｌにおいて再現させることにあ
る。この問題は、ｘの次元とｙの次元とを別個に
考えることにより、結果を無効にすることなく、
これを非常に単純化することができる。大抵の場
合、これら二つの方向における分布は同等であ
り、この単純化によつて失われる情報はほとんど
ない。これはとくに、Ｚ軸からの最大角偏差θnax
が、実際上常にそうであるように、1radより可
成小さい時の場合である。
第２図は、ｘとθxとによつて定められる位相空
間内の点ｚ＝０における光線の分布を示す。図か
らわかるように、−ｒと＋ｒとの間（但しｒは開
口部の半値幅）のｘ値と、−θnaxと＋θnaxとの間
（但しθnaxは当初いかなる光線にもあるＺ軸から
の最大角偏差）のθx値とに対応する長方形の領域
内に全ての光線がある。周辺光学系の目的は、こ
の分布をＺ軸上の点ｚ＝ｌに再現することと、こ
の種の系の単純な反復によつて、この分布を所望
に応じ点2l，3l、等に更に再現することとであ
る。
間内の点ｚ＝０における光線の分布を示す。図か
らわかるように、−ｒと＋ｒとの間（但しｒは開
口部の半値幅）のｘ値と、−θnaxと＋θnaxとの間
（但しθnaxは当初いかなる光線にもあるＺ軸から
の最大角偏差）のθx値とに対応する長方形の領域
内に全ての光線がある。周辺光学系の目的は、こ
の分布をＺ軸上の点ｚ＝ｌに再現することと、こ
の種の系の単純な反復によつて、この分布を所望
に応じ点2l，3l、等に更に再現することとであ
る。
第３図は、光がＺ軸に沿つて距離ｌ／２を進行
する際に、位相空間内の分布がいかに変化したか
を示す。光線の可逆性の原理により、Ｚ軸に沿つ
て距離ｌ／２だけ伝搬した後、位相空間内の分布
が、点ｚ＝ｌで得ることが望ましい第２図のそれ
になる、という性質を有する光線の分布が位相空
間内に存在することも予想される。これを達成す
るために必要な分布を第４図に示す。
する際に、位相空間内の分布がいかに変化したか
を示す。光線の可逆性の原理により、Ｚ軸に沿つ
て距離ｌ／２だけ伝搬した後、位相空間内の分布
が、点ｚ＝ｌで得ることが望ましい第２図のそれ
になる、という性質を有する光線の分布が位相空
間内に存在することも予想される。これを達成す
るために必要な分布を第４図に示す。
従つて、第３図の分布を第４図の分布に変換し
得る光学系を備えることが必要であるが、それ
は、これによつて点１における第２図の分布がビ
ームに付与されるからである。この種の系５０の
略図を第５図に示す。ビームの入射開口部と射出
開口部とはそれぞれ５１と５２とで表示され、Ｚ
軸上に距離ｌを置いて位置する。開口部５１，５
２間の中央に薄レンズ光学系５３が位置する。レ
ンズ光学系５３は、これから説明するように各種
形式のレンズから作られるが、レンズ５４は次の
パラメタを持たなければならない。レンズ５４
は、焦点距離ｆ＝ｌ／２と、幅ｗ＝ltanθnaxと、
１／４tanθnaxのｆ〓とる具える。開口部５１，５２
間の中央にレンズ５４があり、従つて焦点ｆは開
口部５１，５２の面内の、開口部５１，５２のエ
ツジからｗ／２の距離にある。レンズ５４の内側
エツジ５５はレンズ５４の光軸５６上にある。
得る光学系を備えることが必要であるが、それ
は、これによつて点１における第２図の分布がビ
ームに付与されるからである。この種の系５０の
略図を第５図に示す。ビームの入射開口部と射出
開口部とはそれぞれ５１と５２とで表示され、Ｚ
軸上に距離ｌを置いて位置する。開口部５１，５
２間の中央に薄レンズ光学系５３が位置する。レ
ンズ光学系５３は、これから説明するように各種
形式のレンズから作られるが、レンズ５４は次の
パラメタを持たなければならない。レンズ５４
は、焦点距離ｆ＝ｌ／２と、幅ｗ＝ltanθnaxと、
１／４tanθnaxのｆ〓とる具える。開口部５１，５２
間の中央にレンズ５４があり、従つて焦点ｆは開
口部５１，５２の面内の、開口部５１，５２のエ
ツジからｗ／２の距離にある。レンズ５４の内側
エツジ５５はレンズ５４の光軸５６上にある。
系５０は、第６図に示すように、Ｚ軸に沿つて
継続的にこれを反復することができる。各が焦点
距離ｆ＝ｌ／２をそなえる３枚レンズの系６０，
６０′，６０″がＺ軸に沿つて入射開口部６１から
それぞれｚ＝ｌ／２、ｚ＝3l／２、ｚ＝5l／２に
位置する。単レンズの系におけると同じく、点ｚ
＝ｌ、ｚ＝2l、ｚ＝3l、射出開口部６２における
位相空間の分布は入射開口部６１におけると同様
になり、その結果ビームは少ない損失で距離３ｌ
を誘導される。
継続的にこれを反復することができる。各が焦点
距離ｆ＝ｌ／２をそなえる３枚レンズの系６０，
６０′，６０″がＺ軸に沿つて入射開口部６１から
それぞれｚ＝ｌ／２、ｚ＝3l／２、ｚ＝5l／２に
位置する。単レンズの系におけると同じく、点ｚ
＝ｌ、ｚ＝2l、ｚ＝3l、射出開口部６２における
位相空間の分布は入射開口部６１におけると同様
になり、その結果ビームは少ない損失で距離３ｌ
を誘導される。
この、光誘導のための周辺光学位相空間の修正
という概念は、これを多くの系に一般化すること
ができる。光ガイドに沿つたわずかな距離におい
ては、光ガイドに沿つた後続の点で当初の分布を
再現するに必要なそれとは異なつた角分布を周辺
領域のみが有し、次いでこの修正を周辺光学系に
よつて行うことできる。さらにまた本発明は、Ｚ
軸に沿つたある点で新しい方向z′に伝搬方向が変
えられ、第２図の位相空間内の分布がその軸に垂
直な新しい横断面に再現される系にこれを適用す
ることができる。
という概念は、これを多くの系に一般化すること
ができる。光ガイドに沿つたわずかな距離におい
ては、光ガイドに沿つた後続の点で当初の分布を
再現するに必要なそれとは異なつた角分布を周辺
領域のみが有し、次いでこの修正を周辺光学系に
よつて行うことできる。さらにまた本発明は、Ｚ
軸に沿つたある点で新しい方向z′に伝搬方向が変
えられ、第２図の位相空間内の分布がその軸に垂
直な新しい横断面に再現される系にこれを適用す
ることができる。
ビームのエツジを方向変換させる上記光学系５
０または６０は、単数または複数の鏡、レンズま
たはそれら両者で、それを作ることができる。し
かし、大部分の用途に対しては、光を吸収するこ
とが少ないので、レンズが好まれる。光学的な鏡
またはレンズは、環状で、円形断面のビームの周
囲を囲んで位置するものであつても良い。ビーム
が正方形または長方形であれば、望みに応じ、ビ
ームの一つ以上の辺に沿つて鏡またはレンズ系５
０，６０を置くこともできる。
０または６０は、単数または複数の鏡、レンズま
たはそれら両者で、それを作ることができる。し
かし、大部分の用途に対しては、光を吸収するこ
とが少ないので、レンズが好まれる。光学的な鏡
またはレンズは、環状で、円形断面のビームの周
囲を囲んで位置するものであつても良い。ビーム
が正方形または長方形であれば、望みに応じ、ビ
ームの一つ以上の辺に沿つて鏡またはレンズ系５
０，６０を置くこともできる。
多重環状レンズ７４の光誘導システム７０の正
射影図を第７図に示すが、この中で７１は、＋θ
までの角偏差を有するビームを伴つたＺ軸の光源
である。ビームのＺ軸上に環状のハーフ・レンズ
７４，７４′，７４″，…が配列され、光源７１か
ら距離ｆまたはｌ／２に第一レンズと、また順次
距離2fまたはｌだけ離して配列される付加された
環状レンズとをそなえる。各レンズは距離ｌだけ
ビームを誘導する。レンズ７４，７４′，７４″，
…は正規のレンズまたはフレネル・レンズであつ
て良い。
射影図を第７図に示すが、この中で７１は、＋θ
までの角偏差を有するビームを伴つたＺ軸の光源
である。ビームのＺ軸上に環状のハーフ・レンズ
７４，７４′，７４″，…が配列され、光源７１か
ら距離ｆまたはｌ／２に第一レンズと、また順次
距離2fまたはｌだけ離して配列される付加された
環状レンズとをそなえる。各レンズは距離ｌだけ
ビームを誘導する。レンズ７４，７４′，７４″，
…は正規のレンズまたはフレネル・レンズであつ
て良い。
この光誘導システム７０は、適当な支持構造体
をそなえた独立のシステムとして使用でき、また
その効率を向上させるため、反射システムの内部
に置くこともできる。内側の鏡面をなえた円筒管
内部の環状レンズ・システム８０を第８図に断面
で示す。レンズ８４，８４′，８４″，…は、内側
反射面８６を有する円筒８５で支えられる。この
ようにして、レンズの散乱と収差と不正確さとの
結果としてレンズから失われた光のわずかな部分
は鏡８６により依然として絞られ、従つて誘導シ
ステム８０から全く失われることはない。鏡８６
に当たる光に対して吸収が生ずるが、この影響
は、さもなければこのシステムから失われる光に
限定され、全体的な効率は、従つて、向上され
る。
をそなえた独立のシステムとして使用でき、また
その効率を向上させるため、反射システムの内部
に置くこともできる。内側の鏡面をなえた円筒管
内部の環状レンズ・システム８０を第８図に断面
で示す。レンズ８４，８４′，８４″，…は、内側
反射面８６を有する円筒８５で支えられる。この
ようにして、レンズの散乱と収差と不正確さとの
結果としてレンズから失われた光のわずかな部分
は鏡８６により依然として絞られ、従つて誘導シ
ステム８０から全く失われることはない。鏡８６
に当たる光に対して吸収が生ずるが、この影響
は、さもなければこのシステムから失われる光に
限定され、全体的な効率は、従つて、向上され
る。
正方形または長方形のビームが伝送される場
合、この光学系は、正規の、またはフレネルの、
柱状レンズから構成できる。第９図および第１０
図は、在来の柱状レンズについてのビームの隅の
領域を処理する二つの代替例を示す。第９図にお
いては、システム９０が、正方形を形成するよう
に配列された４個の柱状レンズ９１を包含する。
隅の部分９２は、同じ焦点距離ｆを有する球面レ
ンズの四分の一から作られる。第１０図に示すシ
ステム１００においては、柱状レンズ１０１が重
なるようにされる。これら二つの方法は、θnax≪
lradの場合ほぼ同等であるが、実施の費用または
効率において異なる筈である。
合、この光学系は、正規の、またはフレネルの、
柱状レンズから構成できる。第９図および第１０
図は、在来の柱状レンズについてのビームの隅の
領域を処理する二つの代替例を示す。第９図にお
いては、システム９０が、正方形を形成するよう
に配列された４個の柱状レンズ９１を包含する。
隅の部分９２は、同じ焦点距離ｆを有する球面レ
ンズの四分の一から作られる。第１０図に示すシ
ステム１００においては、柱状レンズ１０１が重
なるようにされる。これら二つの方法は、θnax≪
lradの場合ほぼ同等であるが、実施の費用または
効率において異なる筈である。
第１１図および第１２図に略図で示したシステ
ム１１０，１２０は、第９図および第１０図のシ
ステムに類似したものであるが、フレネル・レン
ズを用いてある。第１１図においては、システム
１１０が４個の柱状フレネル・レンズ１１１と４
個の球面フレネル・レンズ四半分１１２とを包含
し、一方第１２図においては、システム１２０が
４個の重なつた柱状フレネル・レンズ１２１を包
含する。繰り返すが、この二つのシステムはほぼ
同等ながら、費用と効率が異なる可能性がある。
ム１１０，１２０は、第９図および第１０図のシ
ステムに類似したものであるが、フレネル・レン
ズを用いてある。第１１図においては、システム
１１０が４個の柱状フレネル・レンズ１１１と４
個の球面フレネル・レンズ四半分１１２とを包含
し、一方第１２図においては、システム１２０が
４個の重なつた柱状フレネル・レンズ１２１を包
含する。繰り返すが、この二つのシステムはほぼ
同等ながら、費用と効率が異なる可能性がある。
この光誘導システムはまた、前記の米国特許第
4260220号に説述されたプリズム光ガイドと共に
用いることもでき、約0゜ないし約180゜の範囲にわ
たり得る角度φ゜を有するコーナを曲がつて光を誘
導する装置としての特定の用途が見いだされてい
る。この角度は構造上の制約によつて限定され
る。正方形の光ガイドにおける角度φ＝90゜を有
するコーナの略図を第１３図に示す。コーナ１３
０は、プリズム式でもよいが光ガイドの一方の部
分１３１から光ガイドの第二の部分１３２へ光を
誘導するために用いられる。これらの光ガイド部
分はコーナ１３０の入口開口部と出口開口部とを
形成する。コーナ１３０は、それぞれ光ガイド部
分１３１，１３２から焦点距離ｆに位置する柱状
凸レンズの二つの対１３３，１３４を包含する。
曲り面の頂部と底部とに更にまたレンズを用いる
こともできるが、この場合、不都合な吸収損失な
く光を誘導するために鏡１３６を使用できること
と、さらに、これらの鏡１３６にレンズ１３４，
１３３を接着できることとが見いだされている。
更にほかの平面鏡１３５が、鏡１３５とレンズ１
３４，１３３との間の距離ｄが2fとなるように、
ビーム軸線に対し角φ／2gをなして置かれる。
この場合、φ／２＝45゜である。
4260220号に説述されたプリズム光ガイドと共に
用いることもでき、約0゜ないし約180゜の範囲にわ
たり得る角度φ゜を有するコーナを曲がつて光を誘
導する装置としての特定の用途が見いだされてい
る。この角度は構造上の制約によつて限定され
る。正方形の光ガイドにおける角度φ＝90゜を有
するコーナの略図を第１３図に示す。コーナ１３
０は、プリズム式でもよいが光ガイドの一方の部
分１３１から光ガイドの第二の部分１３２へ光を
誘導するために用いられる。これらの光ガイド部
分はコーナ１３０の入口開口部と出口開口部とを
形成する。コーナ１３０は、それぞれ光ガイド部
分１３１，１３２から焦点距離ｆに位置する柱状
凸レンズの二つの対１３３，１３４を包含する。
曲り面の頂部と底部とに更にまたレンズを用いる
こともできるが、この場合、不都合な吸収損失な
く光を誘導するために鏡１３６を使用できること
と、さらに、これらの鏡１３６にレンズ１３４，
１３３を接着できることとが見いだされている。
更にほかの平面鏡１３５が、鏡１３５とレンズ１
３４，１３３との間の距離ｄが2fとなるように、
ビーム軸線に対し角φ／2gをなして置かれる。
この場合、φ／２＝45゜である。
本発明の上述の実施例の修正は、本発明の範囲
を逸脱することなく行うことができ、従つて、本
発明の範囲は、添付のクレイムによつてのみ限定
されるように意図されている。
を逸脱することなく行うことができ、従つて、本
発明の範囲は、添付のクレイムによつてのみ限定
されるように意図されている。
第１図は本発明の基本を示し、第２図、第３図
および第４図はＺ軸に沿つた種々の位置にあるビ
ームの位相空間分布を示し、第５図は本発明によ
る基本的光学系を示し、第６図は連続光学系をそ
なえた誘導装置を示し、第７図は環状レンズ誘導
装置を示し、第８図は反射筒内の環状レンズ誘導
装置を示し、第９図および第１０図は柱状レンズ
光学系を示し、第１１図および第１２図はフレネ
ル・レンズ光学系を示し、第１３図は90゜コーナ
光誘導装置を示す。 ５４：環状レンズ、７４：環状レンズ、７
４′：環状レンズ、７４″：環状レンズ、８４：環
状レンズ、８４′：環状レンズ、８４″：環状レン
ズ、９０：光学系、９１：柱状レンズ、９２：四
分の一球面レンズ、１０１：柱状レンズ、１３
５：平面鏡。
および第４図はＺ軸に沿つた種々の位置にあるビ
ームの位相空間分布を示し、第５図は本発明によ
る基本的光学系を示し、第６図は連続光学系をそ
なえた誘導装置を示し、第７図は環状レンズ誘導
装置を示し、第８図は反射筒内の環状レンズ誘導
装置を示し、第９図および第１０図は柱状レンズ
光学系を示し、第１１図および第１２図はフレネ
ル・レンズ光学系を示し、第１３図は90゜コーナ
光誘導装置を示す。 ５４：環状レンズ、７４：環状レンズ、７
４′：環状レンズ、７４″：環状レンズ、８４：環
状レンズ、８４′：環状レンズ、８４″：環状レン
ズ、９０：光学系、９１：柱状レンズ、９２：四
分の一球面レンズ、１０１：柱状レンズ、１３
５：平面鏡。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 幅ｗ＝ltanθnaxに沿つた広がりビームのエツ
ジからの光を受け、その光をビーム軸線に向けて
発散して第一平面から距離ｌに在るビーム軸線に
垂直な第二平面内に予め定められた空間分布を再
現するため、ビーム軸線上の第一平面からｌ／２
の距離に位置する光学系を具備するビーム軸線に
垂直な第一平面内の最大ふれ角θnaxを持つ予め定
められた位相空間分布をその光線が有する光のビ
ームを誘導する装置。 ２ 特許請求の範囲第１項に記載の装置におい
て、光学系が、幅＝ｗと、焦点距離ｆ＝ｌ／２
と、第一平面および第二平面においてビームのエ
ツヂからｗ／２の距離に位置する焦点とを有する
レンズであるようにした装置。 ３ 特許請求の範囲第２項に記載の装置におい
て、レンズが環状レンズであるようにした装置。 ４ 特許請求の範囲第１項に記載の装置におい
て、光学系が、ビーム軸線の周りに正方形を形成
するように配列された焦点距離がｆ且つ幅がｗで
ある４個の柱状レンズを包含するようにした装
置。 ５ 特許請求の範囲第４項に記載の装置におい
て、柱状レンズが正方形の各隅で重なるようにし
た装置。 ６ 特許請求の範囲第４項に記載の装置におい
て、柱状レンズの両端が正方形の各隅で出会い、
光学系がさらに各隅に焦点距離をｆとする四分の
一球面レンズを包含するようにした装置。 ７ 特許請求の範囲第２項、第３項または第４項
に記載の装置において、レンズがフレネル・レン
ズであるようにした装置。 ８ 光学系の間に間隅１を置き且つビーム軸線に
垂直な開口部からｌ／２の距離に最初の光学系を
置いてビーム軸線に沿つて順次配列された多数の
光学系において、光学系の各がビーム軸線に垂直
な第一平面に予め定められた位相空間分布を有す
るビーム上に作用し、各系が幅ｗ＝ltanθnaxに沿
つた広がりビームのエツジからの光を受け、その
光をビーム軸線に向けて発散して第一平面から距
離ｌに在るビーム軸線に垂直な第二平面内に予め
定められた位相空間分布を再現するようにした光
学系を具備するビーム軸線に垂直な開口部におけ
る最大ふれ角θnaxを持つ予め定められた位相空間
分布をその光線が有する光の広がりビームを予め
定められた距離に沿つて誘導する装置。 ９ 特許請求の範囲第８項に記載の装置におい
て、各光学系が、幅＝ｗと、焦点距離ｌ／２と、
第一平面および第二平面においてビームのエツジ
からｗ／２の距離に位置する焦点とを有するレン
ズであるようにした装置。 １０ 特許請求の範囲第９項に記載の装置におい
て、レンズが環状レンズであるようにした装置。 １１ 特許請求の範囲第８項に記載の装置におい
て、各光学系が、ビーム軸線の周りに正方形を形
成するように配列された焦点距離がｆ且つ幅がｗ
である４個の柱状レンズを包含するようにした装
置。 １２ 特許請求の範囲第１１項に記載の装置にお
いて、柱状レンズが正方形の各隅で重なるように
した装置。 １３ 特許請求の範囲第１１項に記載の装置にお
いて、柱状レンズの両端が正方形の各隅で出会
い、光学系がさらに各隅に焦点距離をｆとする四
分の一球面レンズを包含するようにした装置。 １４ 特許請求の範囲第９項、第１０項または第
１１項に記載の装置において、レンズがフレネ
ル・レンズであるようにした装置。 １５ 特許請求の範囲第８項に記載の装置におい
て、誘導装置が、互いに角φをなす二つの平面に
位置する光学系を包含し、また誘導装置が更に、
ビームをそれ自体に対して角φで反射させるため
二つの垂直平面に対して角φ／２で配設された平
面鏡を包含するようにした装置。 １６ 特許請求の範囲第１５項に記載の装置にお
いて、φが約90゜であるようにした装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US06/527,494 US4662728A (en) | 1983-08-29 | 1983-08-29 | Light guide apparatus |
| US527494 | 1983-08-29 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6076703A JPS6076703A (ja) | 1985-05-01 |
| JPH023961B2 true JPH023961B2 (ja) | 1990-01-25 |
Family
ID=24101689
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59179143A Granted JPS6076703A (ja) | 1983-08-29 | 1984-08-28 | 光ビ−ム誘導装置 |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4662728A (ja) |
| EP (1) | EP0136078B1 (ja) |
| JP (1) | JPS6076703A (ja) |
| AU (1) | AU551076B2 (ja) |
| CA (1) | CA1241856A (ja) |
| DE (1) | DE3468536D1 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5341240A (en) * | 1992-02-06 | 1994-08-23 | Linvatec Corporation | Disposable endoscope |
| US5892630A (en) * | 1992-02-10 | 1999-04-06 | Linvatec Corporation | Disposable endoscope |
| US5692822A (en) * | 1995-11-29 | 1997-12-02 | Minnesota Mining & Manufacturing Co. | Uniform bi-directional dependent line light source via controlled partial reflection |
| US6031958A (en) * | 1997-05-21 | 2000-02-29 | Mcgaffigan; Thomas H. | Optical light pipes with laser light appearance |
| US6966685B2 (en) * | 2004-02-26 | 2005-11-22 | World Hint Limited | Distributed light illumination system |
Family Cites Families (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| NL244999A (ja) * | 1958-11-21 | |||
| US3200697A (en) * | 1961-04-11 | 1965-08-17 | Beam Guidance Inc | Iris type beam wave guide |
| US3632955A (en) * | 1967-08-31 | 1972-01-04 | Western Electric Co | Simultaneous multiple lead bonding |
| US3628861A (en) * | 1969-08-04 | 1971-12-21 | Us Army | Multibeam optical wave transmission |
| US3759590A (en) * | 1972-09-11 | 1973-09-18 | Bell Telephone Labor Inc | Ray inverters for minimizing delay distortion in multimode optical fibers |
| US4029395A (en) * | 1975-10-31 | 1977-06-14 | Westinghouse Electric Corporation | Method for altering the focal zone of a lens system |
| SU940120A1 (ru) * | 1976-09-27 | 1982-06-30 | Предприятие П/Я Р-6681 | Световод |
| DE2713737C3 (de) * | 1977-03-29 | 1979-10-04 | Messerschmitt-Boelkow-Blohm Gmbh, 8000 Muenchen | Gelenklichtleiter |
| US4411490A (en) * | 1980-08-18 | 1983-10-25 | Maurice Daniel | Apparatus for collecting, distributing and utilizing solar radiation |
-
1983
- 1983-08-29 US US06/527,494 patent/US4662728A/en not_active Expired - Lifetime
-
1984
- 1984-06-22 CA CA000457306A patent/CA1241856A/en not_active Expired
- 1984-08-10 AU AU31799/84A patent/AU551076B2/en not_active Expired
- 1984-08-24 EP EP84305799A patent/EP0136078B1/en not_active Expired
- 1984-08-24 DE DE8484305799T patent/DE3468536D1/de not_active Expired
- 1984-08-28 JP JP59179143A patent/JPS6076703A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP0136078A1 (en) | 1985-04-03 |
| DE3468536D1 (en) | 1988-02-11 |
| CA1241856A (en) | 1988-09-13 |
| EP0136078B1 (en) | 1988-01-07 |
| AU3179984A (en) | 1985-03-07 |
| AU551076B2 (en) | 1986-04-17 |
| US4662728A (en) | 1987-05-05 |
| JPS6076703A (ja) | 1985-05-01 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |