JPH0617927B2 - 光ファイバ式ライトガイド用受光体及び同受光体を含む光源光学系 - Google Patents

光ファイバ式ライトガイド用受光体及び同受光体を含む光源光学系

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JPH0617927B2
JPH0617927B2 JP63106779A JP10677988A JPH0617927B2 JP H0617927 B2 JPH0617927 B2 JP H0617927B2 JP 63106779 A JP63106779 A JP 63106779A JP 10677988 A JP10677988 A JP 10677988A JP H0617927 B2 JPH0617927 B2 JP H0617927B2
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Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は光ファイバを用いたライトガイドにより光源か
らの光を導く光学系に関し、特にかかるライトガイドの
一端に設けられる受光体の改良と、かかる光学系の光源
の配置の改良に関する。
［従来の技術］ 光出射面が直線状であるラインポイントライトガイドや
光出射面が円形であるサークルポイントライトガイドに
おいては多数の光ファイバが用いられており、光源から
の光を導きその出射面にて光を発するようになってい
る。
第16図はかかる従来の光学系を模式的に示す断面図であ
り、点光源としてのランプ11から発する光を反射鏡12で
集光し、熱線吸収ガラスあるいは赤外線カットフィルタ
13によりライトガイド15を構成する光ファイバ18に有害
な赤外線を除去した後、直接ライトガイド15に入射させ
ている。
しかし近年、一般照明用途ばかりでなく、ファクトリー
オートメーション（ＦＡ）のインラインの検査システム
や、光学事務機器の光源に前述のライトガイドが利用さ
れる様になり、そのライトガイドからの出射光量、出射
角度の均一性が問われる様になってきている。このため
ライトガイドの光ファイバ用光源光学系に拡散板16や円
筒もしくは円柱導光体17等の平均化、あるいは均一化手
段14を設置し、光源系からライトガイド15に入射する光
量を均一化する各種方式が考案されている。
［発明が解決しようとする課題］ かかる従来の手法、すなわち光ファイバを用いたライト
ガイドの光学系の平均化手段に拡散板を用いる手法は、
拡散板の拡散率を上げる程、光ファイバライトガイドの
出射光量、出射角度の均一性は向上するが、拡散により
ライトガイドに入射する光量自体が減少するため、照明
効果が極端に劣化する問題点がある。
また円筒又は円柱導光体を用いる手法は前記照明効率は
劣化しないライトガイドの出射光量の均一化、平均化の
効果が少ないという問題題点があった。
従って、本発明は平均化を行う手段を用いてもライトガ
イドに入射する光量が減少せず、かつ平均化が均一に行
われる光学系を提供することを目的とする。
［課題を解決するための手段］ 本発明は、上記従来の光学系の欠点を克服し、上記目的
を達成するために行われたものであり、平均化手段とし
てライトガイドに接続される円筒又は円柱状の第１の光
伝送部と、これに接続される第２の光伝送部からなる光
ファイバ式ライトガイド用受光体を用いるもので、上記
第２の光伝送部としては、その入射面と出射面の間に伸
長する複数の光ファイバが入射面と出射面における位置
関係がランダムとなるように配されている。
すなわち、本発明によれば多数の光ファイバからなるラ
イトガイドを用いて所定の光源からの光線を伝送する光
学系に用いる受光体であって一端が前記ライトガイドの
一端に接続される円筒又は円柱状の第１の光伝送部を有
する光ファイバ式ライトガイド用受体において、前記第
１の光伝送部の他端に一端が接続され他端が前記所定の
光源からの光線を受光するために用いられるよう開放し
てある第２の光伝送部を有し、この第２の光伝送部がそ
の入射面から出射面まで伸長する多数の光ファイバを有
し、かつ前記第２の光伝送部内の光ファイバが入射面と
出射面における位置関係がランダムとなっていることを
特徴とする光ファイバ式ライトガイド用受光体が提供さ
れる。
［作用］ 上記第２の光伝送部の一端は開放端であり、光源からの
光を受光するように配される。光源からの光がこの開放
端、すなわち第２の光伝送部の入射面に与えられると、
入射した光は複数の光ファイバを介して出射面に伝送さ
れる。ここで第２の光伝送部内の複数の光ファイバは入
射面と出射面で位置関係がランダムとなっているので、
入射面における光の強度のばらつきがランダム化され出
射面の全域に明暗が均等に割り振られる。このままでは
光量分布が均一ではないが、第１の光伝送部に入射する
ことにより均一化され、均一化した光がこの第１の光伝
送部の出射面に接続されたライトガイドに与えられる。
従ってライトガイドは位置的に均一化された強度の光が
入射するので、その出射口で均一の光源を得ることとが
できる。
［実施例］ 以下本発明の実施例について図面を参照して説明する。
第１図は本発明の光ファイバ式ライトガイド用受光体の
用いられている光学系を示す斜視図である。光源10とし
ては100Wのハロゲンランプ11をダイクロイック蒸着反射
面を内側に有する反射鏡12内に配したものが用いられて
いる。この反射鏡12とハロゲンランプ11は反射鏡12の前
面端部12Aから光軸に沿って前方へ40mm離れた位置に集
光するように配されており、以下この位置を集光位置24
という。
本発明の光ファイバ式ライトガイド用受光体は互いに接
続された第１の光伝送部31と第２の光伝送部61よりなっ
ており、第２の光伝送部61の入射面61−Ｉが上記集光位
置24に配されるように設置されている。第１の光伝送部
31は従来から知られている円柱状又は円筒状の光伝送媒
体であり、本実施例ではアクリル樹脂製の直径15mm、長
さ150mmの円柱導光体を用いた。第２の光伝送部61は直
径0.5mm、長さ1mのプラスチック光ファイバ61Aを600本
用いて金属製口金61Bと61Cで両端を固定したものであ
る。この第２の光伝送部61の製造方法について更に詳し
く述べる。
先ず上記600本の光ファイバ61Aを、その一端が口金61B
からやや突出した状態となるよう口金61Bに挿入する。
次に、この600本の光ファイバ61Aの口金61B内における
位置と無関係に光ファイバ61Aの他端が他の口金61Cから
突出した状態となるよう口金61Cに挿入する。次にこの
２つの口金61B、61Cで両端が固定された光ファイバ61A
の束の端部のみを口金61B、61Cと共に熱処理のため電気
炉に入れる。ここで130℃で約10分間の熱処理を行う
と、光ファイバ61Aが各々半径外方向に膨張しつつ変形
するため、各口金61B、61C中の光ファイバ61Aは断面が
円形から六角形となり、極めて密となり口金61B、61Cか
ら抜けにくくなる。その後、口金61B、61Cから外方へは
み出している光ファイバ61Aを切断し、研磨を行って平
坦な入射面61−Ｉと出射面61−Ｏを作るのである。これ
で一応第２の光伝送部61は完成するが、上記熱処理後、
各光ファイバ61Aを一旦口金61B、61Cから引き抜いて、
その両側付近にエポキシ系の接着剤を塗布した後、再び
口金61B、61C内に挿入し固着することが好ましい。
第１図の実施例では第２の光伝送部61が直線状に伸長し
た状態として描かれているが、これは上述のように多数
の光ファイバ61Aを束ねたものであるから、全体は柔ら
かく曲げることができる。このようにしてできた第２の
光伝送部61は直径が15mm、長さ1m弱のフレキシブルなフ
ァイバ束となっている。この第２の光伝送部61は通常の
ファイバ束と異なり、各光ファイバの入射面と出射面に
おける位置関係が対応せず、ランダムとなっている。
この第２の光伝送部61の出射面61−Ｏには前述の第１の
光伝送部31の一端が密着して接続される。両者を密着さ
せるため図示しない円筒状ホルダーが使用される。なお
この円筒状ホルダーは口金61Cの外周と第１の光伝送部3
1の一端付近の外周に接して締めつけるものであり、口
金61Cの外径と第１の光伝送部３１の外径に各々あうよ
う円筒内部に段差が設けてある。又、第１の光伝送部31
は他端にてライトガイド50の入射面に密着されている
が、これも同様の図示しないホルダーが用いられる。図
示の実施例のように、第１の光伝送部31とライトガイド
50の外径が同一（本実施例では共に15mm）の場合には、
ホルダーは内部に段差のないものが用いられるが、第１
の光伝送部31の径より小さい径のライトガイドを用いる
ときは、これに応じた段差のあるホルダーを用いる。
次に本発明の光ファイバ式ライトガイド用受光体がどの
程度入射光の強度分布のばらつきを吸収して均一化する
能力があるかを説明する。
第２図は平均化手段を用いない場合、第４図は従来の単
なる円筒状平均化手段のみを用いた場合、第６図は本発
明の受光体を平均化手段として用いた場合の各々の均一
化の程度を測定するための配置を示す図である。なお光
源としては第１図の光源10と同じものを用いた。この光
源10の集光位置24の中心に直径0.5mm、長さ1mの測定用
プラスチック光ファイバ（以下測定用ファイバという）
23の一端を置きその時の測定用ファイバ23の出射光25の
光量を１とし測定用ファイバ23を光源10の光軸及び測定
用ファイバ23の中心軸の垂直方向にＸ＝−７mm〜＋７mm
（Ｙ＝０）、Ｙ＝−７mm〜＋７mm（Ｘ＝０）移動した場
合の出射光量分布を測定した。この測定結果を第３図に
示す。これに対して第４図に示すが如く平均化手段とし
て第１図の第１の光伝送部31と同じ直径15mm、長さ150m
mのアクリル製円柱導光体31の一端を光源系の集光位置2
4に設置し、他端に測定用ファイバ23を近接させ、前述
と同様に出射光量分布を測定した。この測定結果を第５
図に示す。
さらに平均化手段として第１図に示す本発明の受光体の
第２の光伝送部61の入射面を第６図に示すように配置
し、第１の光伝送部31の出射面に測定用光ファイバ23を
近接させ、出射光量分布を測定した。その結果を第７図
に示す。
第３図、第５図、第７図の相互比較から明らかなよう
に、本発明の受光体を用いると、出射面の全域にわたっ
てほぼ均一な強度分布となる。この強度分布を数量化す
ると次のようになる。測定用光ファイバ23から出射する
光量の最大値、及び最小値を各々 ＰMAX、ＰMINとし（（ＰMAX−ＰMIN）／（ＰMAX＋
ＰMIN））×100を出射光量ムラと定義すると、第２、
４、６図に示す各光学系における出射光量ムラは下表の
様になる。
以上の結果から本発明による第11図及び第６図の光学系
は平均化手段を持たない第２図の光学系に比べると出射
光量のムラが約1/14、円柱導光体のみの平均化手段を持
つ第４図の光学系に比べると約1/7と少なくなってお
り、著しい改善効果があることがわかる。
第８図は第６図における測定用ファイバ23から出射する
光25の出射角度光量分布をその入射端位置を（Ｘ＝０
Ｙ＝０）（Ｘ＝＋７mm Ｙ＝０）（Ｙ＝＋７mm Ｘ＝
０）の３点として測定した結果を示す図である。第８図
から分るように第１の光伝送部31のどの位置においても
出射角度分布は等しくなっていることがわかる。第１図
の実施例の平均化手段を構成する第１及び第２の光伝送
部31、61の直径は、用いるラインライト、サークルライ
ト等のライトガイド50の入射端の直径と同じか、もしく
は大きくすれば良く、直径を変えても均一性はそこなわ
れない。
第９図は第１図の第１の光伝送部31、すなわち円柱状導
光体の直径ｄと長さＬの比を変えたときの出射光量のム
ラの変化を示すグラフである。このグラフからわかるよ
うにL/dが２より大きいとき、出射光量のムラが約９％
以下となり、実用上問題がない。一方、L/dを極端に小
さくするとムラが急激に増加し、第１の光伝送部31を用
いずに第２の光伝送部61のみを用いるとムラはほぼ100
％となってしまう。これは第２の光伝送部61の出射面61
−Ｏでは明るいところと暗いところがはっきりしてお
り、それ自身のみでは平均化手段たりえないことを示し
ている。しかし、第１図に示すように第１の光伝送部31
と組み合わせると、十分な平均化手段として動作するの
である。
第10図は上記受光体を含む本発明の光源光学系の実施例
を示す図である。この光源光学系は第１図と同様な平均
化手段としての受光体、すなわち第１の光伝送部31と第
２の光伝送部61を有している。この実施例が第１図と異
なるところは光源10がその集光位置24を中心として回動
自在に取り付けられていることである。その結果図中点
線で示すように第２の光伝送部61の入射面、すなわち集
光位置24から見て90゜の範囲で回動自在であり、この角
度範囲の任意の位置に固定することができる。かかる回
動自在な取り付けのための構成を第11図に示す。光源10
はＬ金具52に取り付けられており、このＬ金具はレール
54上をスライドする構成となっているので、集光位置24
が第２の光伝送部61の入射面61−Ｉに一致する位置でボ
ルト55にて固定する。このレール54はボルト56により図
示しないシャーシに対して回動自在に取り付けられてい
る。このボルト56は第２の光伝送部61の入射面61−Ｉの
直下に位置しているので、レール54をシャーシに対して
回動すれば、光源10がその集光位置24を中心に回動する
こととなる。なお第11図中、58はＬ金具52に取り付けら
れた他のＬ金具59にて固定されている熱線吸収ガラスで
あり、光源10からの光線は光源10の街道の有無に拘わら
ずこの熱線吸収ガス58を介して第２の光伝送部61の入射
面61−Ｉに入射することとなる。なおこの熱線吸収ガラ
ス又は赤外線カットフィルタは他の実施例においても必
要に応じて設けられるものである。
第12図は入射面61−Ｉに垂直な軸に対する光源10の光軸
角度を０、20゜、25゜、30゜と変えた場合の測定用ファ
イバ23の平均化手段出射光量ムラと（Ｘ＝０ Ｙ＝０）
（Ｘ＝＋７mm Ｙ＝０）（Ｙ＝＋７mm Ｘ＝０）の各位
置における相対出射角度分布を示す図である。この図か
ら分るように、本発明の光源光学系を用いると変えるこ
とにより均一な相対出射光量分布を保ったまま、出射角
度分布を変えることが出来る。本実施例では角度の可変
範囲は90゜としているが、この範囲は第１と第２の光伝
送部31、61さらに使用するラインライト、サークルライ
ト等のライトガイド50の内最も開口数(NA)が小さいもの
の-sin-1(NA)−10゜〜sin-1(NA)＋10゜程度に限定する
のが好ましい。第13図は本発明の光源光学系の他の実施
例を示す図である。この実施例は第１図の実施例と同様
な平均化手段を有しているが、第１図の実施例と同様の
光源が２個用いられている。この２個の光源10A、10Bは
入射面61−Ｉから見て開き角40゜の角度で集光位置24を
一致させて設置してある。測定用ファイバ23からの出射
光量は第１図の実施例と比較して約1.5倍になる。従っ
て第１図と同一出射光量を必要とする場合、光源10のハ
ロゲンランプ11の印加電圧を下げて使用できることから
ランプ11の長寿命化を図ることができる。
第14図は本発明の受光体を含む光源光学系をＦＡのイン
ライン検査システムにおけるライン状光源に応用した状
況を示す図である。ライトガイド50は出射部50Ｂが直径
0.5mmの光ファイバ（三菱レイヨン(株)製エスカＳＫ20
を使用）を350mmの長さで３段重ねしたものであり、図
示しない入射部は全光ファイバを２分岐してそれぞれ円
形に束ねている。したがって第１図のような光源光学系
を２つ用いている。なお第１の光伝送部31としては直径
24mm、長さ150mmのアクリル製円柱を、第２の光伝送部6
1としては上記エスカＳＫ20を1mの長さで直径が24mmと
なるようにランダムに束ねたものを用いた。
第14図では紙等の検査対象物70ライトガイド50の出射部
50Bから出射された光を検査対象物80に当て、その反射
光をＣＣＤカメラ72にて検出する構成となっている。Ｃ
ＣＤカメラ72は一次元配列のＣＣＤを有するもので、そ
の出力信号は信号分析機74に送られて処理される。検査
対象物70は矢印に示すように一定速度で移動するように
なっており、そこに含まれうるような各種の欠陥を検出
することができるようになっている。
第15図は第14図のライトガイド50の出射面50Bからの光
量のばらつきを測定した結果を示すグラフである。この
測定をを行うためには、反射率が均一な領域を有する検
査対象物、例えば白紙、を固定しておき、これにライト
ガイド50からの光を照射しつつＣＣＤカメラ72で受光す
る。測定の結果、ＣＣＤカメラ72の出力値のばらつきは
測定範囲全体で±5.3％と良好な値となった。
［効果］ 以上詳細に説明したところから明らかなように、本発明
の光ファイバ式ライトガイド用受光体を用いると、光源
からの光を高い効率でかつ平均的な出射光量分布を得つ
つライトガイドに伝送することが可能となる。
又、本発明の光源光学系の光源の受光体に対する角度を
調節すれば、出射角度分布を任意に変えることができ
る。更に本発明の光源光学系において２又はこれ以上の
光源を用いれば、一つの光源の印加電圧を低くおさえる
ことが可能となり、ランプの長寿命化が図られる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の光ファイバ式ライトガイド用受光体の
実施例を示す図、第２図、第４図、第６図は本発明の受
光体の平均化の程度を従来例等と比較測定するための配
置図、第３図、第５図、第７図は上記測定結果を示すグ
ラフ、第８図は第１図及び第６図における相対出射角度
光量分布を示すグラフ、第９図は第１図及び第６図の第
１の光伝送部の長さと径の比と出射光量ムラの関係を示
すグラフ、第10図は本発明の光源光学系の１実施例を示
す図、第11図は第10図の実施例の光源の回動のための構
成を示す図、第12図は第10図の実施例において光源を回
動した場合の相対出射光量分布及び出射光量ムラを示す
グラフ、第13図は本発明の光源光学系の他の実施例を示
す図、第14図は本発明の受光体を含む光源光学系を用い
た光学検査システムを示す図、第15図は第14図の光学検
査システムにおけるライン状出射部の出射光量のばらつ
きを示すグラフ、第16図は従来の光ファイバ式ライトガ
イドの光源光学系を示す図である。 10、10A、10B……光源、11……ランプ 12……反射鏡、23……測定用光ファイバ 24……集光位置、31……第１の光伝送部 50……ライトガイド、54……レール 56……ボルト、61……第２の光伝送部 61A……光ファイバ、61B、61C……口金 61−Ｉ……入射面、61−Ｏ……出射面

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】多数の光ファイバからなるライトガイドを
    用いて所定の光源からの光線を伝送する光学系に用いる
    受光体であって、一端が前記ライトガイドの一端に接続
    される円筒又は円柱状の第１の光伝送部と入射面から出
    射面まで伸長する多数の光ファイバを有し、前記多数の
    光ファイバが前記入射面と前記出射面における位置関係
    がランダムとなっており、前記第１の光伝送部の他端に
    前記出射面が接続され前記入射面が前記所定の光源から
    の光線を受光するために用いられるよう開放してある第
    ２の光伝送部とを有する光ファイバ式ライトガイド用受
    光体。
  2. 【請求項２】請求項１記載の光ファイバ式ライトガイド
    用受光体と前記所定の光源を有する光源光学系であっ
    て、前記所定の光源の集光位置が前記第２の光伝送部の
    入射面内に位置しつつ前記所定の光源の前記受光体に対
    する角度を自在に変化せしめる手段を有する光源光学
    系。
  3. 【請求項３】請求項１記載の光ファイバ式ライトガイド
    用受光体と前記所定の光源を有する光源光学系であっ
    て、前記所定の光源として複数の光源をそれぞれの集光
    位置が前記第２の光伝送部の入射面内に位置するよう配
    した光源光学系。
JP63106779A 1988-04-28 1988-04-28 光ファイバ式ライトガイド用受光体及び同受光体を含む光源光学系 Expired - Lifetime JPH0617927B2 (ja)

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US07/340,310 US4997259A (en) 1988-04-28 1989-04-19 Light source system with uniforming device for optical fiber type lightguide
DE68914319T DE68914319T2 (de) 1988-04-28 1989-04-27 Verbessertes Lichtquellen-System mit Einrichtung zum Erzielen einer gleichmässigen Lichtverteilung.
EP89304197A EP0339991B1 (en) 1988-04-28 1989-04-27 Improved light source system with device to provide uniform light
CA000597962A CA1313077C (en) 1988-04-28 1989-04-27 Light source system with uniforming device for optical fiber type lightguide

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JP63106779A JPH0617927B2 (ja) 1988-04-28 1988-04-28 光ファイバ式ライトガイド用受光体及び同受光体を含む光源光学系

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