JPH10321023A

JPH10321023A - 集光ミラー装置、これを用いた投光装置及び光ファイバー接続用光学部材

Info

Publication number: JPH10321023A
Application number: JP14329497A
Authority: JP
Inventors: Satoru Osawa; 哲大沢
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 1997-05-17
Filing date: 1997-05-17
Publication date: 1998-12-04

Abstract

(57)【要約】【課題】反射光の広がり角の小さい集光ミラー装置を
提供する。【解決手段】光源１８からの光を反射させて集光部３
０に集光させる反射ミラー装置において、前記光源から
の光を反射する反射面の光照射方向に沿った断面が楕円
形状の部分よりなる第１のミラー部材２０と、この第１
のミラー部材からの反射光を反射して前記集光部に集光
させるための反射面の光照射方向に沿った断面が直線状
である第２のミラー部材２２とを有するように構成す
る。これにより、反射光の広がり角を小さくする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、集光ミラー装置、
これを用いた投光装置及び光ファイバー接続用光学部材
に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、集光用のミラー装置は、自動車
のヘッドライト、各種の照明器具、光学装置、産業用機
器のランプ加熱器等の多くの分野において利用されてい
る。従来のミラー装置においては、例えばその反射面は
略半楕円の断面形状を持ち、一般的にはこのミラー装置
を光源の裏側に配置して、光源から出た光を半楕円形状
の反射面で反射させて、前方へ投光するようになってい
る。図１７及び図１８は従来の集光ミラー装置の一例を
示しており、図１７は一点に光を集光する場合を示し、
図１８は、平行光を得る場合を示している。図１７にお
いては、集光ミラー装置の反射面２の断面は楕円形状と
なっており、この楕円形状の一方の焦点Ｆ１に光源４を
配置し、光源４から出た光を反射面２で反射させて集光
点となる他方の焦点Ｆ２に反射光を集めている。

【０００３】図１８に示すミラー装置では、反射面６の
断面を、他方の焦点が非常に遠い位置或いは無限になる
ように設定した半楕円形状（放物線形状を含む）に形成
しており、一方の焦点Ｆ１の位置に光源４を配置してい
る。これにより、光源４から出た光を反射面６に反射さ
せることによって平行光を得るようになっている。尚、
光源４の中心部の前方に配置した口径の小さな凸レンズ
８は、光源４の正面より出た光も平行光として利用する
たのレンズである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述したよ
うな従来の集光ミラー装置にあっては、図１７に示すよ
うに一点に光を集光させる場合には、光源４より前方
（図中右側）に放射させる大部分の光Ｌ１は反射面２に
当たらずに発散してしまって集光できず、利用すること
ができない。また、集光された光の広がり角θ１が例え
ば５８°程度となり、かなり大きくなってしまい、この
ため、レンズを用いて遠方に投光しようとする場合に
は、このレンズの焦点が焦点Ｆ２に一致するようにレン
ズ２（一点鎖線で示す）を配置するが、広がり角θ１が
大きいために、レンズ１２に入射する光量が少なくな
り、集光させた光の半分程度しか利用できなくなってし
まう。具体的には、一般的にレンズの焦点距離は短く設
けようとしても、その最小距離はレンズ直径と略同等に
なる程度までしか小さくすることはできず、このため、
レンズの最外周まで有効利用するとしても広がり角θ１
は２５°程度まどしか許されず、それ以上の角度で反射
してくる光はレンズ１２に入射させることができず、損
失となってしまう。

【０００５】この場合、焦点距離が短くて直径の大きい
フレネルレンズを使用することも考えられるが、このレ
ンズは形状が複雑であり、しかも光学的精度が劣るため
に用途が限定されてしまう。また、図１８に示すような
平行光を得る集光ミラー装置は、例えば塗料の乾燥に用
いられるが、図示するように中心部側の光量は密度が高
く、反射面６の周辺部に行く程、光量の密度が小さくな
って照射面に対して均一な密度の光量で照射することが
できないという問題がある。更には、照射スポット径や
照射光量の密度を制御したい場合にも、これに対応する
ことができない。

【０００６】本発明は、以上のような問題点に着目し、
これを有効に解決すべく創案されたものである。本発明
の目的は、反射光の広がり角の小さい集光ミラー装置及
び投光装置を提供することにある。また、本発明の他の
目的は、一定の範囲のエリアに均一な光量分布で投光す
ることができる集光ミラー装置及び投光装置を提供する
ことにある。また、本発明の他の目的は、２つの光ファ
イバー間の光の伝達を効率的に行なうことができる光フ
ァイバー接続用光学部材を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１に規定する発明
は、光源からの光を反射させて集光部に集光させる反射
ミラー装置において、前記光源からの光を反射する反射
面の光照射方向に沿った断面が楕円形状の部分よりなる
第１のミラー部材と、この第１のミラー部材からの反射
光を反射して前記集光部に集光させるための反射面の光
照射方向に沿った断面が直線状である第２のミラー部材
とを有するように構成したものである。

【０００８】これにより、光源からの光は断面が楕円形
状の部分よりなる第１のミラー部材の反射面で反射し、
次に、この反射光は断面が直線状の第２のミラー部材の
反射面で反射し、集光部に集光することになる。これに
より、集光部に集光する光の広がり角を抑制して小さく
することが可能となる。この場合、第１のミラー部材の
反射面を環状に形成された曲面とし、第２のミラー部材
の反射面を回転円錐体の表面の一部を形成する、例えば
傘のような曲面とすることにより、スポット状に一点に
集光させることが可能となる。また、第１のミラー部材
の反射面を光照射方向と直交する方向に延びる湾曲面と
し、第２のミラー部材の反射面を、光照射方向と直交す
る方向に延びる平面とすることにより、光を１つの線上
に沿って集光させることが可能となる。

【０００９】請求項４に規定する発明は、光を発する光
源と、この光源からの光を反射させて集光部に集光させ
る反射ミラー装置を有する光照射装置において、前記光
照射装置は、前記光源からの光を反射する反射面の光照
射方向に沿った断面が楕円形状の部分よりなる第１のミ
ラー部材と、この第１のミラー部材からの反射光を反射
して前記集光部に集光させるための反射面の光照射方向
に沿った断面が直線状である第２のミラー部材とを有す
るように構成したものである。これは請求項１に規定す
る発明に、光源を加えたものであり、請求項１に規定す
る発明と同様な作用効果を発揮する。また、請求項５及
び６の発明は、それぞれ請求項２及び３の発明に対応さ
せて光源を加えている。

【００１０】上記光源は、断面が楕円形状の一方の焦点
に、或いはこの近傍に配置され、集光部は他方の焦点
の、第２のミラー部材の反射面の断面直線を対称軸とす
る虚像の位置に配置されている。そして、集光部を理論
的に無限遠の所に位置させることにより、楕円形状は実
質的に放物線形状となり、一定の範囲のエリアに対して
均一光量で照射することができる。

【００１１】また、光源は、光照射方向に沿って配列さ
れた複数の発光体を有する発光ランプにより形成するこ
とができる。これにより、光源の発光体は光照射方向に
沿って僅かにオフセットされるものもあり、集光部より
も装置側の位置にて一定の範囲のエリアに対して入射す
る熱量を、半径位置に分布を持たせて制御することが可
能となる。特に、２つのミラー部材のいずれか一方を、
その中心軸に対して所定の角度だけ傾斜させた回転軸を
中心として回転させることにより、反射光の光軸に揺ら
ぎを持たせるようにできる。

【００１２】請求項８に規定する発明は、２つの光ファ
イバーを接続して両光ファイバー間に光を伝える光ファ
イバー接続用光学部材において、一方の光ファイバーの
端部からの光を反射する反射面の断面が楕円形状の第１
のミラー面と、この第１のミラー面からの反射光を反射
して他方の光ファイバーの端部に集光させるための断面
が直線形状の第２のミラー面とを有する反射光学素子を
２個対向させて設けるように構成する。一方の光ファイ
バーの端部から出射した光は第１のミラー面で反射して
この反射光は第２のミラー面にて反射されて、他方の光
ファイバーの端部に入射する。これにより、両光ファイ
バー間の光の伝達を効率的に行なうことが可能となる。
この場合、両光ファイバーの端部は、断面楕円形状の２
つの焦点上に位置される。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下に、本発明に係る集光ミラー
装置、これを用いた投光装置及び光ファイバー接続用光
学部材の一実施例を添付図面に基づいて詳述する。図１
は本発明の集光ミラー装置を備えた投光装置を示す斜視
図、図２は図１に示す装置の断面図、図３は図１に示す
装置における光の反射状態を示す図である。図示するよ
うにこの投光装置１４は、集光ミラー装置１６と発光ラ
ンプ等よりなる光源１８とにより主に構成されており、
また、集光ミラー装置１６は、第１のミラー部材２０と
第２のミラー部材２２とにより主に構成される。

【００１４】具体的には、第１のミラー部材２０は反射
面の光照射方向（図２において右方向）における断面が
楕円形状の部分となるように例えばドーム状に形成さ
れ、その先端には円形の光投射口２４が開口されて設け
られ、全体が環状に形成されている。そして、第１のミ
ラー部材２０の内側面が反射面２６として構成される。
これに対して、第２のミラー部材２２は、反射面の光照
射方向における断面が直線状となるように全体が回転円
錐体の一部を構成するように、いわば傘状に形成されて
いる。そして、この第２のミラー部材２２の前面側を反
射面２８としており、この第２のミラー部材２２を第１
のミラー部材２０の内側に配置している。

【００１５】また、光源１８は、第２のミラー部材２２
の中心の僅かに前方であって、第１のミラー部材２０の
断面半楕円形状の焦点Ｆ１上に配置されている。従っ
て、この光源１８から放出された光は、第１のミラー部
材２０の反射面２６にて反射された後に第２のミラー部
材２２の反射面２８に向かい、更にここで反射された後
に前方に向かって光投射口２４から出射し、集光部３０
にて集光されることになる。この場合、注意されたい点
は、図２において上下に位置する楕円の一部、すなわち
上側楕円弧３２Ａと下側楕円弧３２Ｂとは連続する１つ
の楕円の一部を形成してはいないという点である。すな
わち、上側楕円弧３２Ａを形成する楕円の一方の焦点
は、点Ｆ１に位置して上側楕円弧３２Ａの一方の焦点と
同じ点に位置するが他方の焦点Ｆ２は図２において中心
線３４よりも下方に位置している。

【００１６】また、下側楕円弧３２Ｂを形成する楕円の
一方の焦点は、点Ｆ１に位置するが他方の焦点Ｆ３は中
心線３４よりも上方に位置し、中心線３４を対称軸とし
て上記焦点Ｆ２に対して対称となっている。そして、第
２のミラー部材２２の断面直線状の反射面２８の中心線
３４に対する傾斜角度θ２は、それぞれの他方の焦点Ｆ
２、Ｆ３の対応する側の反射面２８の断面直線を対称軸
とする虚像の位置が同一ポイントの集光部３０に位置す
るように設定されている。図２においては、中心線３４
を通る１つの断面について説明したが、任意の方向から
中心線３４を通るように切断した切断面について、全て
上述したような関係が成立するようになっている。

【００１７】次に、図３も参照しつつ光の反射状態につ
いて説明する。図３においては中心線３４上の光照射方
向に対する第２のミラー部材２２の傾斜角θ２は１０５
°に設定しており、光源１８が位置する一方の焦点Ｆ１
と集光部３０との間の距離を略１３４ｍｍに設定してい
る。尚、図３においては有効な光のみについてその光路
を記載している。また、後に記載する図面同様にＸ、Ｙ
方向にスケールを併せて記載している。光源１８から出
射した光は、まず、第１のミラー部材２０の断面楕円状
の反射面２６に反射されて第２のミラー部材２２に向か
い、更にこの反射面２８で前方に反射された後に、光投
射口２４を通って集光部３０にて集光されることにな
る。この場合、集光された光の広がり角θ３は２５°程
度となり、図１７に示す広がり角θ１が５８°の場合よ
りも、大幅に小さくすることができる。

【００１８】また、この時の光源１８より前方に放出さ
れた光の内、中心線３４に対して略４０°〜９０°の角
度の範囲が有効となっており、この範囲に亘って出た光
が集光されている。従って、光源１８から前方に向かっ
て放出される光を有効に利用することが可能となる。
尚、図３では光源１８の後方に向かう光は記載されてい
ないが、通常、光源の裏面側は光源自体の影になり、ま
た、この部分の光は集光誤差も大きくなるので、余り利
用することはできない。

【００１９】ここでは、光を一点に集光させる場合を例
にとって説明したが、図４に示すような装置構成として
一本の線上に光を集光させるようにしてもよい。この時
の光照射方向に沿った断面図は、図２に示す場合と全く
同じである。この投光装置３６が図２に示す集光ミラー
装置と異なる点は、第１のミラー部材２０Ａ及び第２の
ミラー部材２０Ｂは、共に光照射方向に直交する方向に
延びて形成されており、第１のミラー部材２０Ａの反射
面２６Ａは同じく断面が楕円弧の一部として湾曲面とし
て形成されている。また、第２のミラー部材２０Ｂの反
射面２８Ｂは回転円錐体の表面のような曲面ではなく、
平板状に形成されている。そして、光源１８Ａは棒状の
蛍光灯のような発光ランプが用いられる。この場合に
は、方形状に開口された光投射口２４Ａの前方に一本の
線状に光が集光されることになる。

【００２０】以下に説明する光ファイバー接続用光学部
材以外の全ての装置について上述した一点集光形の装置
と線上集光形の装置を共に適用することができる。図５
は上図１乃至図３にて説明した投光装置の変形例を示す
図である。ここではこの投光装置１４の光投射口２４の
前方に、放物線の形状の反射面をもった反射ミラー３８
を設置している。この反射ミラー３８は、この形状を規
定する放物線の焦点を集光部３０に位置するように配置
されており、従って、ここの反射ミラー３８にて反射し
た光は平行光となって無限遠方に投光される。尚、図示
例においては光照射方向における中心線３４に対して０
°〜３０°の範囲内の光路の記載は省略している。

【００２１】図６は図１乃至図３にて説明した投光装置
の他の変形例を示す図である。ここでは投光装置１４の
光投射口２４の近傍に凹レンズ４０を配置しており、こ
の凹レンズ４０の作用により実際の集光点４２をもとの
集光点３０の位置よりも光照射方向に所定量だけ位置づ
れさせている。尚、この場合にも光照射方向における中
心線３４に対して０°〜３０°の範囲内の光路の記載は
省略している。尚、中心線上における集光部３０の位置
を変化させるには、上述のように凹レンズを使用する必
要はなく、第１のミラー部材２０の断面楕円弧の形状及
び第２のミラー部材２２の配置位置や傾斜角度を変更す
ることにより、中心線上の任意の位置に移動させること
ができる。

【００２２】図７はそのような投光装置の一例を示す断
面図であり、本発明の投光装置と従来の投光装置を模式
的に重ね書きしている。ここでは各ミラー部材の厚みを
なくし、各反射面を主体として記載している。尚、図
中、上半分は本発明装置の実施例の光路を示し、下半分
は比較のために従来の投光装置の光路を示している。こ
こでは、集光部３０を光照射方向の遠い位置に移動させ
るために、図３に示す装置と比較して第１のミラー部材
２０を僅かに後方に移し、また、使用する楕円弧の部分
を変えている。更に、第２のミラー部材２２の傾斜角を
１１３°に設定し、図３に示す場合の１０５°よりも僅
かに大きく設定している。そして、焦点Ｆ１が位置する
光源１８と集光点３０との間の距離を略１１０ｍｍに設
定している。

【００２３】図から明らかなように、本発明装置により
光の反射光の広がり角θ５は、従来の半楕円曲面の反射
ミラー４４による反射光の広がり角θ６よりも明らかに
小さくなっている。計算の結果、従来装置の広がり角θ
６は略３０°であるのに対して、本発明装置の広がり角
θ５は上記角度の略半分の１５°程度であった。また、
楕円形ミラー（第１のミラー部材２０）の大きさも、従
来装置と比較して小さくすることができる。尚、図示例
においては、第１のミラー部材２０への光路は、光照射
方向に対して６５°〜１２５°の角度の範囲内のものを
記載している。

【００２４】図８は、図７に示した投光装置からの光の
レンズに対する有効性を評価する図を示している。図８
においては集光部３０の位置に焦点を結ぶ凹レンズ４６
を投光装置の前方に設けて平行光を得ようとするもので
あり、他の部分の構成は図７に示す場合と全く同様に表
されている。尚、図示例においては従来装置との差を明
確にするために凹レンズ通過後の平行光の光路の記載は
省略している。図から明らかなように上半分で示される
本発明の実施例の場合には、集光の広がり角θ５が例え
ば１５°程度と小さいことから第２のミラー部材２２か
らの反射光を全て凹レンズ４６に入射させて効率的に利
用することができている。これに対して、従来装置の反
射ミラー４４からの反射光は、半分程度しか凹レンズ４
６に入射しておらず、かなり効率が劣っていることが判
明する。

【００２５】これにより、従来装置では反射光の利用効
率が上述のように低いことから、レーザ装置を用いざる
を得なかった応用装置においても、本発明装置を用いる
ことにより反射光の利用効率が上がり、従って、レーザ
装置に代えて安価な一般的なランプ装置を用いて応用装
置を実現することが可能となる。

【００２６】次に、本発明装置と従来の投光装置との集
光位置の精度面について比較する。以上の各装置におい
ては光源は、原理的に点光源として取り扱っていたが、
ここでは、点光源がＸ方向（図中において水平方向）及
びＹ方向（図中において上下方向）に僅かにシフトした
時の集光点のズレについて検討を行なう。まず、光源を
Ｘ方向へシフトした時の集光点のズレについて説明す
る。

【００２７】図９は光源がＸ方向へシフトした時の本発
明装置と従来装置との集光位置の精度を比較するための
図であり、図１０は図９の光源の近傍を示す拡大図であ
る。ここでも、本発明装置と従来装置とを模式的に重ね
書きにしており、また、本発明装置からの反射光の光路
と従来装置からの反射光の光路を図中に明示している。
更に、ここでは両者の差を明確にするために、集光部
（集光点）の位置を略無限遠の遠い位置に設定してお
り、また、各ミラーの外径は、図７及び図８の場合と同
じに設定している。

【００２８】図１０に示すように、ここでは光源１８を
点光源とし、これをＸ方向に＋１ｍｍ及び−１ｍｍそれ
ぞれシフトさせてオフセットをかけた時の光源を１８
Ｂ、１８Ｃとしている。そして、精度面の評価は、光源
１８の前方略１１０ｍｍの地点における反射光の広がり
具合を見ることにより行なっている。また、図示例では
第１のミラー部材２０の前方部と後方部にて反射する光
を代表して示している。

【００２９】これから明らかなように、第１のミラー部
材２０の後方部に向かう光（図中の上半分）の反射光Ｌ
３の広がりは、従来のミラー４４の反射光Ｌ４の広がり
よりもかなり小さく、集光の精度が良好であることが判
る。これに対して、第１のミラー部材２０の前方部に向
かう光（図中の下半分）の反射光Ｌ５の広がりは従来の
ミラー４４の反射光Ｌ６の広がりよりも大きくて集光の
精度が劣っており、上記と反対の結果となっている。

【００３０】すなわち、光源１８よりも前方側（光照射
方向側）で光が反射すると本発明装置の反射光の方が集
光の精度が劣る。従って、精度面においては両者にそれ
ほど差がないように思われるが、実際の投光装置におい
ては、光源１８よりも後方側で光を反射させるように設
計する場合が多く、従って、総合的には、従来装置に比
較して、本発明装置の方が反射光の集光精度が良好であ
ることが判明する。ミラー反射光学系の誤差は光源が有
限な大きさを持つため発生する、図９の点８０から点８
２方向に放射された光は数学的に正規の光路を通るが、
点８４から点８６方向に放射された光は数学的な正規な
角度から角度θ８の角度誤差を持つことになる。角度毎
に、値は違うが発生する角度誤差は光源の大きさに比例
し、ミラーに到達するまでの距離に反比例する。本発明
装置を従来のミラーと比較すると光源とミラーとの距離
が大きく違っており、角度誤差が小さくおさえられる。

【００３１】次に、光源をＹ方向へシフトした時の集光
点のズレについて説明する。図１１は光源がＹ方向へシ
フトした時の本発明装置と従来装置との集光位置の精度
を比較するための図であり、図１２は図１１中の光源の
近傍を示す拡大図である。各ミラーの記載は、図９及び
図１０に記載した場合と同じである。図１２に示すよう
に、ここでは光源１８を点光源とし、これをＹ方向に＋
１ｍｍ及び−１ｍｍそれぞれシフトさせてオフセットを
かけた時の光源を１８Ｄ、１８Ｅとしている。

【００３２】これから明らかなように、第１のミラー部
材２０の後方部に向かう光（図中の上半分）の反射光Ｌ
７の広がりは、従来のミラー４４の反射光Ｌ８の広がり
よりもかなり小さく、集光の精度が良好であることが判
る。これに対して、第１のミラー部材２０の前方部に向
かう光（図中の下半分）の反射光Ｌ９の広がりは、従来
のミラー４４の反射光Ｌ１０の広がりと略同等であり、
結果的に、本発明装置の方が反射光の集光精度が良好で
あることが判る。図１３に本発明装置をクセノンランプ
等の放電によるアークの発生によって放射光を得るラン
プ（光源）に適用した例を示す。比較の図は示していな
いが、従来のミラーと比べて対象物に入射する光の広が
り角度は半分程度になっている。対象物を加熱する場
合、対象物表面での反射が減少する。このように、本発
明によれば、光源が焦点Ｆ１よりＸ方向やＹ方向にシフ
トしてオフセット状態となっていても、従来装置よりも
集光精度が高く、強度の高い光が得られることが判明す
る。実際の光源としてのランプは、フィラメント等を加
熱することにより発光させており、そしてフィラメント
が点光源として考えられる程小さい場合には、上述した
ように集光点における誤差を考慮しなくて済むが、実際
には、フィラメントは長さ及び幅方向に大きさを持ち、
このサイズが誤差要因となる。この場合に、上述したよ
うに本発明装置によれば、誤差量を非常に小さく抑制す
ることが可能となる。

【００３３】次に、本発明装置により、平行光を得る場
合の実施例について説明する。図１４は平行光を得る場
合の本発明装置の実施例を示す断面図である。具体的に
は、この投光装置は、先に説明した図９及び図１１にて
説明した構成と略同じであり、集光部３０（図７参照）
を無限遠として遠くに持っていくように設計する。この
時、第１のミラー部材の反射面の断面形状は放物線とな
る。すなわち、放物線とは他方の焦点が無限遠になる楕
円の一形態である。この場合、第２のミラー部材２２の
傾斜角θ４は略１２７°としている。

【００３４】また、光源１８の前方には口径の小さな凸
レンズ４８を設けて、この光源１８より前方に放出され
る光も平行光として利用するようになっている。ここ
で、この図１４に示す本発明装置による平行光と、図１
７に示す従来装置による平行光との光強度分布の比較に
ついて説明する。図１５は両者の平行光の光強度分布を
示すグラフであり、集光面５０に到達する光源１８の開
き角を集光面５０の距離で微分して所定の位置の光強度
分布としている。グラフから明らかなように、従来装置
の場合には、中心から離れるに従って、光強度は次第に
低下しているのに対し、本発明装置の場合は光強度は略
一定である。従って、従来装置と比較して本発明装置の
方が、光強度は中心からの距離に関係なく略一定してお
り、光量分布が均一であることが判明する。

【００３５】従って、一定の平面を均一に加熱したい場
合に、本発明装置により加熱する方が面内均一加熱性に
優れることが判る。この場合、図１１に示すようなドー
ム状の反射ミラーでなく、蛍光灯ランプのような棒状の
光源を用いて図４に示すように長さのあるミラー部材を
用いれば、方形状の一定の平面を均一に加熱することが
できる。

【００３６】以上の各実施例は、反射ミラー装置及びこ
れを用いた投光装置について説明したが、上述した集光
原理に基づいて、光ファイバー接続用光学部材も構成す
ることができる。図１６はこのような光ファイバー接続
用光学部材の一例を示す断面図である。この光学部材６
４は２つの光ファイバー６６Ａ、６６Ｂを光学的に接続
させるものであり、２つの同じ構造の反射光学素子６８
Ａ、６８Ｂを、その先端同士を対向させて接合して、い
わば鼓状に成形されている。

【００３７】各素子６８Ａ、６８Ｂは、断面が楕円状に
なされた第１のミラー面７０と断面が直線上の第２のミ
ラー面７２を有している。ここで第１のミラー面７０
は、先の第１のミラー部材２０の反射面に対応し、第２
のミラー面７２は第２のミラー部材２２の反射面に対応
する。そして、各第２のミラー面７２、７２の中心部を
開口して、ここに各光ファイバー６６Ａ、６６Ｂの端部
（端面）を接続し、一方の光ファイバーから入射した光
を素子内部で反射させて中央の光通過窓７４を介して他
方の素子内へ導入し、他方の光ファイバー６６Ｂへ案内
するようになっている。

【００３８】ここで先のミラー部材と異なる点は、図２
に示すミラー部材においては、第１のミラー部材２０の
反射面の断面楕円形状の上側及び下側の楕円弧３２Ａ、
３２Ｂは、一方の焦点Ｆ１は共通の位置に設定され、他
方の焦点Ｆ２、Ｆ３は異なる位置に設定されたが、この
光学素子では、第１のミラー面７２の断面は１つの楕円
形状の楕円弧として表わされ、そして、図中、左側の素
子６８Ａを例にとれば、一方の焦点Ｆ５は光ファイバー
６６Ａの端面の中心部となるように設定され、他方の焦
点Ｆ６は、他方の光ファイバー６６Ｂの端面の中心部と
なるように設定される。この関係は、他方の素子６８Ｂ
についても同様に成立している。

【００３９】そして、中心線３４に対する第２のミラー
面７２の傾斜角θ４は９０°に設定されている。このよ
うな素子全体は、例えばプラスチック等の透明材料で形
成でき、その周囲をメッキ膜７６でコーティングすれば
よい。また、素子全体は、保護ケース７８内に収容して
耐久性を向上させるようにする。図示例においては、例
えば左側の光ファイバー６６Ａの端面から入射した光が
左側の素子６８Ａの第１及び第２のミラー面７０、７２
で反射した後に光通過窓７４を通って右側の素子６８Ｂ
内に入り、右側の光ファイバー６６Ｂの端面に入射して
いる。ここで注意されたいのは、左側のファイバー６６
の端面から広がり角が０〜１５°程度の範囲内で入射し
た光は、左側の素子６８Ａ内で反射することなく直接右
側の素子６８Ｂ内に入り、その素子６８Ｂ内で反射した
後に右側の光ファイバー６６Ｂの端面に入射している点
である。

【００４０】これによれば、結局、光ファイバーの端面
から０°〜５０°程度の広がり角の範囲内の光を効率的
に他方の光ファイバーに入射させることができる。尚、
以上に説明したような集光ミラー装置や投光装置は、上
述したような用途に限定されず、照明装置の分野、加熱
装置の分野、光学系の分野等の多くの利用分野で用いる
ことができる。

【００４１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の集光ミラ
ー装置、投光装置及び光ファイバー用光学部材によれ
ば、次のように優れた作用効果を発揮することができ
る。請求項１乃至３に規定する集光ミラー装置によれ
ば、反射面の断面が楕円形状の部分である第１のミラー
部材で反射した光を反射面の断面が直線状の第２のミラ
ー部材に反射させて集光させるようにしたので、集光す
る光の広がり角を、従来の断面楕円形状の反射ミラーよ
りも小さくすることができる。従って、これに光学レン
ズ等を組み合わせた場合にはレンズに入射する光量を大
きくすることができ、光の利用効率を増大させることが
できる。

【００４２】請求項４乃至６に規定する投光装置によれ
ば、光源から出た光をまず、反射面の断面が楕円形状の
部分である第１のミラー部材で反射させ、次にこの反射
光を反射面の断面が直線状の第２のミラー部材に反射さ
せて集光するようにしたので、集光する光の広がり角
を、従来の投光装置よりも小さくすることができる。従
って、これに光学レンズ等を組み合わせた場合には、レ
ンズに入射する光量を大きくすることができ、光の利用
効率を増大させることができる。また、集光部を実質的
に無限遠に設定することにより、一定の範囲のエリアに
対して均一な光量分布で投光を行なうことができる。

【００４３】請求項８及び９の発明によれば、一方の光
ファイバーからの光を、反射面が断面楕円形状の第１の
ミラー面に反射させた後に反射面が直線状の第２のミラ
ー面に反射させて他方の光ファイバーに入射させるよう
にしたので、光の伝達を効率的に行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の集光ミラー装置を備えた投光装置を示
す斜視図である。

【図２】図１に示す装置の断面図である。

【図３】図１に示す装置における光の反射状態を示す図
である。

【図４】１本の線状に光を集光させる場合の装置例を示
す斜視図である。

【図５】図１に示す装置の変形例を示す図である。

【図６】図１に示す装置の他の変形例を示す図である。

【図７】本発明装置と従来の投光装置を比較のために重
ね書きした図である。

【図８】図７に示す装置にレンズを介在させた時の有効
性の評価を示す図である。

【図９】光源がＸ方向へシフトした時の本発明装置と従
来装置との集光位置の精度を比較するための図である。

【図１０】図９の光源の近傍を示す拡大図である。

【図１１】光源がＹ方向へシフトした時の本発明装置と
従来装置との集光位置の精度を比較するための図であ
る。

【図１２】図１１の光源の近傍を示す拡大図である。

【図１３】本発明装置をアークの発生によって放射光を
得るランプに適用した例を示す構成図である。

【図１４】平行光を得る場合の本発明装置の実施例を示
す断面図である。

【図１５】本発明装置と従来装置の平行光の光強度分布
を示すグラフである。

【図１６】本発明の光ファイバー接続用光学部材を示す
断面図である。

【図１７】従来の集光ミラー装置を示す図である。

【図１８】従来の他の集光ミラー装置を示す図である。

【符号の説明】

１４投光装置１６集光ミラー装置１８光源２０第１のミラー部材２２第２のミラー部材２６反射面３０集光部（集光点）３２Ａ上側楕円弧３２Ｂ下側楕円弧３４中心線６４光ファイバー接続用光学部材６６Ａ、６６Ｂ光ファイバー６８Ａ、６８Ｂ反射光学素子７０第１のミラー面７２第２のミラー面Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３焦点

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光源からの光を反射させて集光部に集光
させる反射ミラー装置において、前記光源からの光を反
射する反射面の光照射方向に沿った断面が楕円形状の部
分よりなる第１のミラー部材と、この第１のミラー部材
からの反射光を反射して前記集光部に集光させるための
反射面の光照射方向に沿った断面が直線状である第２の
ミラー部材とを有することを特徴とする反射ミラー装
置。
【請求項２】前記第１のミラー部材の反射面は、環状
に形成された曲面であり、前記第２のミラー部材の反射
面は、回転円錐体の表面の一部を形成する曲面であるこ
とを特徴とする請求項１記載の反射ミラー装置。
【請求項３】前記第１のミラー部材の反射面は、前記
光照射方向と直交する方向に延びる湾曲面であり、前記
第２のミラー部材の反射面は、前記光照射方向と直交す
る方向に延びる平面であることを特徴とする請求項１記
載の反射ミラー装置。
【請求項４】光を発する光源と、この光源からの光を
反射させて集光部に集光させる反射ミラー装置を有する
光照射装置において、前記光照射装置は、前記光源から
の光を反射する反射面の光照射方向に沿った断面が楕円
形状の部分よりなる第１のミラー部材と、この第１のミ
ラー部材からの反射光を反射して前記集光部に集光させ
るための反射面の光照射方向に沿った断面が直線状であ
る第２のミラー部材とを有することを特徴とする光照射
装置。
【請求項５】前記第１のミラー部材の反射面は、環状
に形成された曲面であり、前記第２のミラー部材の反射
面は、回転円錐体の表面の一部を形成する曲面であるこ
とを特徴とする請求項４記載の光照射装置。
【請求項６】前記第１のミラー部材の反射面は、前記
光照射方向と直交する方向に延びる湾曲面であり、前記
第２のミラー部材の反射面は、前記光照射方向と直交す
る方向に延びる平面であることを特徴とする請求項５記
載の光照射装置。
【請求項７】前記光源は、前記楕円形状の一方の焦点
に、或いはこの焦点の近傍に配置され、前記集光部は、
前記楕円形状の他方の焦点の前記第２のミラー部材の反
射面の断面直線を対称軸とする虚像の位置に配置されて
いることを特徴とする請求項４乃至６記載の光照射装
置。
【請求項８】２つの光ファイバーを接続して両光ファ
イバー間に光を伝える光ファイバー接続用光学部材にお
いて、一方の光ファイバーの端部からの光を反射する反
射面の断面が楕円形状の第１のミラー面と、この第１の
ミラー面からの反射光を反射して他方の光ファイバーの
端部に集光させるための断面が直線形状の第２のミラー
面とを有する反射光学素子を２個対向させて設けるよう
に構成したことを特徴とする向ファイバー接続用光学部
材。
【請求項９】前記両光ファイバーの端部は、それぞれ
前記楕円形状の第１及び第２のミラー面の焦点に位置さ
れることを特徴とする請求項８記載の光ファイバー接続
用光学部材。