JPH08179129A - 光ファイバ照明システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】均一な照度を得る。 【構成】伝送用の光ファイバ２の出射部に３０度以上の
曲折角を有する１本又は複数本の光ファイバからなる出
射部用光ファイバ３を設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は照明光にムラのない光フ
ァイバ照明システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、ハロゲンランプ、キセノンランプ
等の光源と、光源の光を集光する反射ミラーと、集光し
た光を伝送する光ファイバとからなる光ファイバ照明シ
ステムが知られている。かかるシステムは光源とは別の
場所を照明することができ、顕微鏡やＣＣＤカメラ等の
産業用照明や室内照明等に使用されている。

【０００３】この従来技術において、光源の光を効率良
く集光する手段としては、楕円ミラーで反射させて集光
し、集光した光を光ファイバに入射させる手段が一般的
に採用されている。

【０００４】しかし、かかる手段では光源のランプの構
造や、光源のランプと反射ミラーの位置関係により、光
ファイバに入射する光は光ファイバの軸に対して大きな
角度を有する光が入射し、光ファイバの軸と平行な光や
角度の小さい光は入射せず、光ファイバ内を伝送する光
は軸に対して大きな角度を有する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】このため、光ファイバ
で伝送された光を照明光として使用すると、光ファイバ
の出射端より出射される出射光は出射端より角度の大き
な光が円周状に放射され、従来の光ファイバ照明システ
ムの照度分布特性を示す図７に示すように中央部は暗く
なるという現象が生じる。このため、照明光を均一にす
ることが要求されている。

【０００６】出射光を均一にするために、一般的には光
源の軸に１０〜２０度の角度を持たせることにより光フ
ァイバに角度の大きな光と、角度の小さな光を入射させ
る手段が採られている。しかし、この手段では光ファイ
バの軸と大きな角度で入射してきた入射光がさらに１０
〜２０度大きな角度になるため、伝送効率向上の点から
開口角の大きな光ファイバを要する。

【０００７】そのため、通常は開口角が３０度以上の光
ファイバが要求される。しかし、現状では、石英ガラス
を用いた光ファイバで開口角が３０度以上のものは実用
化されておらず、伝送効率を向上させるための有効な手
段がない。また、多成分ガラスやプラスチックを用いた
光ファイバには開口角３０度以上のものがあるが、伝送
損失が大きく伝送効率が低い難点があった。

【０００８】また、光ファイバ照明システムを用いて室
内の照明や床からの照明を行うことが試みられている
が、光ファイバを敷設する場合、石英系の光ファイバ、
プラスチッククラッドシリカファイバ、多成分光ファイ
バ等のガラスで構成される光ファイバは、小さな曲げを
与えると断線する確率が高くなる問題があった。

【０００９】また、図５に示すような光ファイバの敷設
を行った場合、天井、壁又は床裏に１００ｍｍ以上の厚
さを要し、小スペースとならない問題もある。

【００１０】また、光ファイバが断線した場合は伝送特
性の劣化だけではなく、光が漏れることにより火災の危
険もある。そのため、光ファイバに曲げを与えないで天
井や床から照明できる手段が求められていた。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、光源と、光源
の光を伝送する光ファイバと、出射部とからなる光ファ
イバ照明システムにおいて、出射部に３０度以上の曲折
角を有する１本又は複数本の光ファイバからなる出射部
用光ファイバを使用したことを特徴とする光ファイバ照
明システムを提供する。

【００１２】また、本発明は、出射部用光ファイバの曲
折角が４５度以上であることを特徴とする上記光ファイ
バ照明システムを提供する。

【００１３】また、本発明は、出射部用光ファイバのコ
アの直径が曲折角の曲率半径の５０分の１以下であるこ
とを特徴とする上記光ファイバ照明システムを提供す
る。

【００１４】本発明を図１に従って詳細に説明する。図
１は本発明の光ファイバ照明システムの基本的構成図で
ある。図１において、１は光源、２は光ファイバ、３は
出射部用光ファイバ、１１はランプ、１２は反射ミラ
ー、１３は電源、１４はフィルタ、１５は光ファイバ２
への入射光、１６は出射光である。なお、図１以外の図
面で図１と同番号は同名称とする。

【００１５】光源１の光は光ファイバ２で伝送され、出
射部用光ファイバ３（リジッドライトガイド）を通して
照明される。

【００１６】光源１はランプ１１と反射ミラー１２、電
源１３より構成される。光源のランプ１１が発光し、そ
の光を反射ミラー１２で集光する。集光された光は光フ
ァイバ２の入射部に導入され、光ファイバ２によって伝
送され、出射部用光ファイバ３より出射される出射光が
照明光となる。反射ミラー１２の代わりに集光レンズを
単独又は反射ミラーと併用してもよく、集光手段は特に
限定されない。反射ミラーは円形、楕円形状等いかなる
形状であってもよく、集光機能を有すものであれば形
状、材質等特に限定されない。

【００１７】光源の内部等には、被照射物に影響を与え
ないように赤外線及び紫外線をカットするためにフィル
タ１４を設けることが望ましい。また、被照射物のイメ
ージを向上させるためフィルタ１４に色フィルタを使用
することが望ましい。

【００１８】フィルタ１４の設けられる位置について
は、光源１、光ファイバ２の入射端、出射端、光ファイ
バの途中（複数の光ファイバの接合部）の１箇所又は複
数箇所である。ランプ１１は、通常、ハロゲンランプ、
キセノンランプ、メタルハライドランプなどが使用され
るが、いかなる種類のランプも使用でき、特に限定され
ない。

【００１９】光ファイバ２に使用される光ファイバは特
に限定されず、多成分ガラスファイバ、石英ファイバ、
プラスチッククラッドシリカファイバ、プラスチックフ
ァイバ、液体コアファイバ等が使用できる。高密度の照
明光を伝送する場合は耐熱性が要求され、耐熱性の高い
ファイバが望ましい。

【００２０】図２、図３には本発明にかかる出射部用光
ファイバ３の構造および形状の例を示す。図２において
３１は複数本の光ファイバであり、図３において３２は
複数本の光ファイバである。

【００２１】図２、図３に示すように本発明では、出射
部用光ファイバ３は、出射部用光ファイバ３の入射端の
光ファイバ３の軸と出射部用光ファイバ３の出射端の光
ファイバ３の軸とが、３０度以上の角度で曲折している
ことが必要であり、４５度以上曲折していることが望ま
しい。このようにしたのは出射部用光ファイバ３は光の
角度の分散を起こさせるためである。

【００２２】光ファイバ２から放射される光は、光源の
特性により光ファイバ２の軸に対して１５度以上の大き
な角度を有しており、この光が出射部用光ファイバ３に
入射する。出射部用光ファイバ３に入射した光は、出射
部用光ファイバ３の小さいコアの光ファイバに入射し、
このコアとクラッドとの境界面で何回も反射することに
より、角度の大きな光が角度の小さな光へ変換される。

【００２３】本発明では出射部用光ファイバ３が３０度
以上の曲折角を有する。このことにより、出射部用光フ
ァイバ３内で光モードの分散が起き、角度の大きな光と
小さな光の割合が同じようになる。したがって、出射部
用光ファイバ３に光を通すことにより、片寄った光の角
度が分散され、どの角度も同じような強さになり、光フ
ァイバ照明の照度分布が均一になる。

【００２４】かかる曲折角度が３０度未満の場合には、
周辺の最も明るい部分との照度を１００％としたときに
被照明物の中央の照度は約８０％未満であり、曲折角度
が３０度以上の場合は、被照明物の中央の照度は約８７
％以上と改善される。また、曲折角度が４５度以上の場
合は、被照明物の中央の照度は約９８％以上と改善され
る。したがって、曲折角度が３０度以上が必要な範囲で
あり、曲折角度が４５度以上が望ましい範囲である。

【００２５】また、本発明では出射部用光ファイバ３の
コアの直径が曲折角の曲率半径の５０分の１以下である
ことが望ましい。より望ましくは出射部用光ファイバ３
のコアの直径が曲折角の曲率半径の１００分の１以下で
ある。このようにすることにより、出射部用光ファイバ
３の断線確率を著しく低減できる。

【００２６】また、曲折させやすくするために出射部用
光ファイバ３の形状は円柱状が望ましいが、かかる形状
は特に限定されない。また、集合した場合の本数等も特
に限定されない。

【００２７】また、光ファイバ２からの光の伝送確率を
向上させるために、出射部用光ファイバ３の総コアの断
面の面積は光ファイバ２のコアと同等以上が望ましい。

【００２８】この出射部用光ファイバ３の材質は石英ガ
ラス、多成分ガラス、プラスチック等いずれも使用で
き、特に限定されない。

【００２９】本発明の光ファイバ照明システムを建物内
に敷設した構成例を図４に示し、従来の光ファイバ照明
システムを建物内に敷設した構成例を図５に示す。図４
に示すように本発明の光ファイバ照明システムでは従来
の光ファイバ照明システムより天井裏４２のスペースを
コンパクトにできる。

【００３０】なお、本発明にかかる出射部用光ファイバ
はコアとクラッドからなる光ファイバを多数本束ね、こ
の光ファイバ同士を融着させることにより光ファイバの
間隙をなくし一体化させ、３０度以上の曲折角を与え、
両端を研磨して製造することが望ましいが、これに限定
されず他の製法によって製造してもよい。

【００３１】

【実施例】

（実施例１）コアに鉛ガラス（ショット社製、商品名Ｆ
２ガラス、屈折率１．６２）、クラッドにソーダライム
ガラス（屈折率１．５２）を使用し、コア径４６μｍ、
クラッド径５０μｍの光ファイバを約６万本円柱状に束
ねて、圧力をかけながら炉を用いて約５６０℃に加熱す
ることにより融着一体化し、外径１２ｍｍの光ファイバ
ロッドを得た。この光ファイバロッドを長さ８ｃｍに切
断し、両端を光学研磨した。この光ファイバロッドの中
心をガスバーナーで加熱し、曲げ半径１０ｍｍで表１に
示す角度で曲折させた（サンプル番号１、２は比較例で
あり、サンプル番号３〜８は実施例である）。これによ
り、出射部用光ファイバを得た。

【００３２】光源ランプとしてメタルハライドランプ
（ウシオ電機社製：１５０Ｗ）を用い、楕円反射ミラー
で集光した。反射光はフィルタを通し、紫外線及び赤外
線をカットした。集光した光を光ファイババンドル（旭
硝子社製：コア径１ｍｍ、本数１００本、バンドル径１
２ｍｍ、長さ１０ｍ）に導入した。光ファイババンドル
出射端には上記で製造した出射部用光ファイバを密着し
て取り付けた。

【００３３】この出射部用光ファイバより出射した光の
強度分布を測定した。また、表１には、Ｌ、すなわち、
被照明物周辺の最も明るい部分の照度を１００％とした
ときの被照明物の中央部分の照度（％）の測定値も示
す。

【００３４】本発明の光ファイバ照明システムの照度分
布特性を示す図６に示すように光源の構造に起因する軸
方向中央部の光量低下はほとんど見られなかった。ま
た、床面に照射したところ、均一な照度が得られた。

【００３５】サンプル番号１、２の出射部用光ファイバ
３より出射した光の強度分布を測定したところ、光源の
構造に起因する中央部の光量低下が見られた。そのため
被照射体の照度が不均一であった。

【００３６】（実施例２）実施例１の光ファイバ照明シ
ステムを室内用照明システムとして利用した（図４）。
天井に光ファイババンドルを配線し、厚み２ｃｍの天井
板に１３ｍｍの孔をあけ、その孔に９０度曲げた出射部
用光ファイバの先端を通し、天井を貫通させ、床面の照
明を行った。光ファイバは直線的に配線ができ、大きな
曲げを与えることはなかった。また、この配線に要した
天井裏の厚みは３ｃｍであった。

【００３７】また、出射部用光ファイバを有さない従来
の光ファイバ照明システムを室内用照明システムとして
利用した（図５）。天井に光ファイババンドルを配線
し、厚み２ｃｍの天井板に１３ｍｍの孔をあけ、その孔
に光ファイババンドルを通し、天井を貫通させ、床面の
照明を行った。光ファイバは天井部で２００ｍｍの半径
で曲げる必要があり、治具を用いて固定した。光ファイ
ババンドルに大きな曲げを与えることにより、光ファイ
バの断線の危険性がある。また、この配線に要した天井
裏の厚みは３０ｃｍであった。

【００３８】

【表１】

【００３９】

【発明の効果】光ファイバで伝送された光を照明光とし
て使用すると、光ファイバの出射端より出射される出射
光は出射端より角度の大きな光が円周状に放射され、図
７に示すように中央部は暗くなるという現象が生じる
が、本発明では、出射部用光ファイバのコアとクラッド
との境界面で光が何回も反射することにより、角度の大
きな光が角度の小さな光へ変換され、均一な照度が得ら
れる。

【００４０】また、９０度曲がった光ファイバ出射部用
光ファイバを用いる場合には、伝送用の光ファイバを曲
げる必要がないので、光ファイバの断線防止になるばか
りでなく、かかる光ファイバ出射部用光ファイバを天井
や壁に入れることで、天井や壁の伝送用ファイバの配線
に要する空間が従来より大幅に低減できるようになっ
た。さらには、光ファイバの配線工事が容易になるとい
う効果も認められる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光ファイバ照明システムの概要図

【図２】本発明の出射部用光ファイバ３の構成図

【図３】図２とは別の本発明の出射部用光ファイバ３の
構成図

【図４】本発明の光ファイバ照明システムを建物内に敷
設した構成図

【図５】従来の光ファイバ照明システムを建物内に敷設
した構成図

【図６】（ａ）本発明の光ファイバ照明システムの概要
図、（ｂ）その対応照度分布特性図

【図７】（ａ）従来の光ファイバ照明システムの概要
図、（ｂ）その対応照度分布特性図

【符号の説明】

１：光源 ２：伝送用光ファイバ ３：出射部用光ファイバ １１：ランプ １２：反射ミラー １３：電源 １４：フィルタ １５：入射光 １６：出射光

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】光源と、光源の光を伝送する光ファイバ
   と、出射部とからなる光ファイバ照明システムにおい
   て、出射部に３０度以上の曲折角を有する１本又は複数
   本の光ファイバからなる出射部用光ファイバを使用した
   ことを特徴とする光ファイバ照明システム。
2. 【請求項２】出射部用光ファイバの曲折角が４５度以上
   であることを特徴とする請求項１の光ファイバ照明シス
   テム。
3. 【請求項３】出射部用光ファイバのコアの直径が曲折角
   の曲率半径の５０分の１以下であることを特徴とする請
   求項１または２の光ファイバ照明システム。