JPH1090506A - 反射鏡とそれを用いた光源装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 光源の光を反射鏡で集光してライトガイドに
入射させ、その光出射端部から照射させる際に、中抜け
がなく強度の高い均一な光を照射できるようにする。 【解決手段】 複数の回転楕円鏡 (M₁〜M₄) の切片 (P₁
〜P₄) を集合して成り、当該各切片 (P₁〜P₄) が、夫々
の第一焦点(F₁₁〜F₁₄)を一点に重ねた共通の第一焦点
（F₀）を囲むように配設されると共に、夫々の第二焦点
(F₂₁〜F₂₄)が異なる点に位置するように配設されてい
る。このとき、各切片として回転楕円鏡 (M₁〜M₄) の長
軸と交差しない形状のものを用いれば、第一焦点（F₀）
に配した光源の反射光は光源に遮られずに(F₂₁〜F₂₄)第
二焦点に集光されるので、中抜けが防止される。また、
各切片 (P₁〜P₄) を形成する反射鏡の回転楕円鏡 (M₁〜
M₄) の焦点間距離を短くすることにより、光源装置
（１）が小型化され、各第二焦点(F₂₁〜F₂₄)での集光密
度が高くなってライトガイド（４）から出射される光強
度が高くなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光源から照射され
た光を一点に集光してライトガイドなどに入射させる反
射鏡とこれを用いた光源装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図４は、光ビームハンダ付装置やＵＶ光
源装置などに用いられている従来の光源装置を示すもの
で、光源装置４１は、ケーシング４２内に、ハロゲンラ
ンプやキセノンランプなどのランプ光源４３と、ランプ
光源４３から照射された光を集光させる反射鏡４４と、
電源４５などが配設されると共に、前記反射鏡４４で集
光された光を入射端部４６inから入射してケーシング４
２外に配した出射端部４６out まで導くライトガイド４
６が配設されている。そして、反射鏡４４としては、例
えば、第一焦点Ｆ₁ から出射された光を第二焦点Ｆ₂ に
集光させる回転楕円鏡が用いられ、その第一焦点Ｆ₁ の
位置に前記ランプ光源４３が配置されると共に、第二焦
点Ｆ₂ には、光ファイバ束からなるライトガイド４６の
光入射端部４６inが、その光入射光軸Ｘinと反射鏡４４
の光軸Ｘ₀ を同軸にして配置されており、当該ライトガ
イド４６は、ケーシング４２外に導かれて、その光出射
端部４６out が所定の被照射位置Ｂに対向するように配
されている。これによれば、第一焦点Ｆ₁ に配置された
ランプ光源４３から出射された光が第二焦点Ｆ₂ に集光
されてライトガイド４６に入射されて、その光出射端部
４６out から出射され、前記被照射位置Ｂに光線を照射
して、例えば、当該被照射位置Ｂにセットされたワーク
ＷのハンダＨを溶かすことができる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この場
合に、ランプ光源４３から出射されて反射鏡４４で反射
された光は、第一焦点に配置されたランプ光源４３自体
に遮られ、例えば図５（ａ）〜（ｃ）に示すようにライ
トガイド４６に入射される光の中央部分に影を生じるた
め、入射光軸Ｘinに対して大きな角度で入射される光成
分のみが光出射端部４６out まで導かれることとなり、
その結果、ライトガイド４６の光出射端部４６out から
出射される光の強度分布は、図６に示すように、中央部
分の強度が弱くなり、いわゆる中抜け現象を起こすとい
う問題があった。これを防止するために、図７（ａ）に
示すように、ライトガイド４６の入射光軸Ｘinを反射鏡
４４の光軸Ｘ₀ に対して斜めに配置して、光の一部をラ
イトガイド４６に対して真っ直ぐに入射させるようにし
たり、図７（ｂ）に示すように、レンズ４７を用いてラ
イトガイド４６に対して均一に光を入射させたりしてい
る。しかし、前者の場合、ライトガイド４６の入射光軸
Ｘinに対して真っ直ぐに入射される光の成分は僅かであ
り、それ以外の反射光は、前記光軸Ｘinに対して大きな
角度で入射されるため、ライトガイド４６自体の入光角
度（開口数）より大きくなってライトガイド４６の光入
射端部４６inで反射されてしまう成分が増えて光出射端
部４６out まで届く光の強度が低下するし、後者の場
合、レンズ４７を透過する際に光損失を生ずるので、や
はり光強度が低下するという問題が残る。

【０００４】また、第一焦点Ｆ₁ と第二焦点Ｆ₂ の距離
を長くすれば、ライトガイド４６の入射光軸Ｘinに対し
て小さな角度で入射されるため、中抜けが生じにくくな
るが、この場合は、第一焦点Ｆ₁ に配置されるランプ光
源４３から第二焦点Ｆ₂ に配置されるライトガイド４６
の光入射端部４６inに至るまでの距離が長くなるので光
源装置４１が大型化すると同時に、第二焦点Ｆ₂ の集光
面積が大きくなって集光密度が低下するので光出射端部
４６out から出射される光強度が低下するという問題を
生ずる。

【０００５】そこで本発明は、光源から照射されて反射
鏡で反射された光をライトガイドに入射してその光出射
端部から出射させる場合に、光源とライトガイドとの間
の距離を短くしても中抜けのない光を照射することがで
きると同時に、このような反射鏡を用いることにより光
源装置を小型化し、さらに、ライトガイドの光出射端部
から出射される光強度を高くすることを技術的課題とし
ている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
に、本発明は、第一焦点から出射された光を第二焦点に
集光させる複数の回転楕円鏡の切片からなり、当該各切
片が、夫々の第一焦点を一点に重ねてその第一焦点を囲
むように配設されると共に、夫々の第二焦点が異なる点
に位置するように配設されていることを特徴とする。

【０００７】本発明によれば、第一焦点に光源を配置す
ると、光源から出射された光は夫々の回転楕円鏡の切片
で反射され、夫々の第二焦点に集光される。このとき、
回転楕円鏡の切片として、当該切片を構成する回転楕円
鏡の第一焦点及び第二焦点を通る長軸と交差しない形状
に形成されたものを用いれば、光源から照射されて各切
片で反射された光は、光源に遮られずに第二焦点に集光
されるので、その光の中央に光源の影が形成されること
はなく、一本のライトガイドの光入射端部を複数に分岐
させて各第二焦点に配置させる場合であっても、複数本
のライトガイドの光入射端部を夫々の第二焦点に配置さ
せる場合であっても、ライトガイドの光出射端部から中
抜けのない均一な光ビームを出射させることができる。
また、単一の回転楕円鏡で形成された反射鏡の第二焦点
と、回転楕円鏡の切片を連接して形成した反射鏡の各第
二焦点での集光角度が一定であれば、各切片を形成する
回転楕円鏡の焦点間距離は、単一の回転楕円鏡でなる反
射鏡の焦点間距離より短くすることができるので光源装
置を小型化することができ、さらに、各切片を形成する
反射鏡の回転楕円鏡の焦点間距離を短くすることによ
り、各第二焦点での集光面積が小さくなって集光密度が
高くなるのでライトガイドの光出射端部から出射される
光強度が高くなる。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づいて具体的に説明する。図１は本発明に係る反射鏡
及びこれを用いた光源装置を示す概略説明図、図２
（ａ）及び（ｂ）は反射鏡の断面図及び正面図，図３は
ライトガイドの光出射端部から出射された光の光強度分
布を示すグラフである。

【０００９】本例の光源装置１は、光源２から照射され
た光を反射鏡３で集光した後、これをライトガイド４に
入射してその光出射端部４out まで導くように形成さ
れ、前記反射鏡３は、第一焦点Ｆ₁₁〜Ｆ₁₄から出射され
た光を第二焦点Ｆ₂₁〜Ｆ₂₄に集光させる複数の回転楕円
鏡Ｍ₁ 〜Ｍ₄ の切片Ｐ₁ 〜Ｐ₄ から形成されている。こ
の切片Ｐ₁ 〜Ｐ₄ は、当該各切片Ｐ₁ 〜Ｐ₄ を構成する
回転楕円鏡の第一焦点Ｆ₁₁〜Ｆ₁₄及び第二焦点Ｆ₂₁〜Ｆ
₂₄を結ぶ長軸Ｌと交差しない形状に形成され、夫々の第
一焦点Ｆ₁₁〜Ｆ₁₄を一点Ｆ₀ に重ねてその共通の第一焦
点Ｆ₀ を囲むように配設されると共に、当該夫々の第二
焦点Ｆ₂₁〜Ｆ₂₄を異なる点に位置させて一体的に連接さ
れている。

【００１０】光源２としては、ハロゲンランプ，キセノ
ンランプ，赤外線ランプ，紫外線ランプなど任意のもの
を用いることができ、反射鏡３を構成する各切片Ｐ₁ 〜
Ｐ₄共通の第一焦点Ｆ₀ 位置に配置されている。また、
ライトガイド４の光入射端部４inが、前記切片Ｐ₁ 〜Ｐ
₄ に応じた数に分岐され、各光入射端部４in・・が、前
記各切片Ｐ₁ 〜Ｐ₄ 毎に異なる前記各第二焦点Ｆ₂₁〜Ｆ
₂₄の位置に夫々配置されている。

【００１１】以上が本発明の一例構成であって、次にそ
の作用について説明する。まず、共通の第一焦点Ｆ₀ に
配置された光源２から出射された光は夫々の回転楕円鏡
Ｍ₁ 〜Ｍ₄ の切片Ｐ₁ 〜Ｐ₄ で反射され、夫々の第二焦
点Ｆ₂₁〜Ｆ₂₂に集光される。このとき、各切片Ｐ₁ 〜Ｐ
₄ は、夫々の回転楕円鏡Ｍ₁ 〜Ｍ₄ の第一焦点Ｆ₁₁〜Ｆ
₁₄及び第二焦点Ｆ₂₁〜₂₂を通る長軸と交差しない形状に
形成されているので、光源２から照射されて各切片Ｐ₁
〜Ｐ₄ で反射された光は、光源２に遮られずに第二焦点
Ｆ₂₁〜Ｆ₂₄に集光され、その光束の中央に光源２の影が
形成されることはなく、したがって、ライトガイド４の
光出射端部４out から中抜けのない光ビームを出射させ
ることができる。

【００１２】また、夫々の第二焦点Ｆ₂₁〜Ｆ₂₄には、光
源２から全方向に照射された光が集光されるのではな
く、それに対応する切片で反射された分だけが集光され
るので、単一の回転楕円鏡で形成された従来の反射鏡の
第二焦点と、本発明に係る反射鏡３の各第二焦点Ｆ₂₁〜
Ｆ₂₄での集光角度θが一定であれば、各切片Ｐ₁ 〜Ｐ₄
を形成する回転楕円鏡Ｍ₁ 〜Ｍ₄ の焦点間距離は、従来
の反射鏡の焦点間距離より短くすることができるので、
光源装置１が小型化できる。また、各切片Ｐ₁ 〜Ｐ₄ を
形成する回転楕円鏡Ｍ₁ 〜Ｍ₄ の焦点間距離を短くでき
るので、各第二焦点Ｆ₂ における集光面積が小さくなっ
て集光密度が高くなり、ライトガイド４の光出射端部４
out から出射される光強度が高くなる。

【００１３】さらに、単一の回転楕円鏡で形成された従
来の反射鏡と等しい焦点間距離を有する回転楕円鏡Ｍ₁
〜Ｍ₄ の切片Ｐ₁ 〜Ｐ₄ を連接して本発明に係る反射鏡
３を形成すれば、第二焦点Ｆ₂₁〜Ｆ₂₄の集光角度θが小
さくなるので、ライトガイド４の光入射光軸Ｘinに対し
て小さな角度で入射する光の成分が多くなり、したがっ
て、ライトガイド４の光出射端部４out から中抜けがな
く光強度分布が均一な光ビームを出射することができ
る。

【００１４】なお、上述の説明では、ライトガイド４の
一端側を分岐させて複数の光入射端部４in・・を形成し
た場合について説明したが、本発明はこれに限らず、切
片Ｐ ₁ 〜Ｐ₄ 数に応じた複数のライトガイドを用いて夫
々の光出射端部から光を出射させるようにしてもよい。
また、４つの切片Ｐ₁ 〜Ｐ₄ を一体的に連接した場合に
ついて説明したが、その数は任意であり、切片数を多く
すればするほど、各切片の第一焦点と第二焦点の距離を
短くできるので、光源装置１をより小型化することがで
きる。

【００１５】

【発明の効果】以上述べたように、本発明に係る反射鏡
は、第一焦点から出射された光を第二焦点に集光させる
複数の回転楕円鏡の切片からなり、各切片共通の第一焦
点に配置された光源から各切片に対して照射された光の
みが夫々の第二焦点に集光され、特に、各切片として、
当該切片を構成する回転楕円鏡の第一焦点及び第二焦点
を通る長軸と交差しない形状に形成されたものを用いれ
ば、各切片で反射され第二焦点に集光される光束は光源
の影にならないので、光の利用効率が向上し中抜けのな
い光を出射させることができるだけでなく、単一の回転
楕円鏡で形成された反射鏡の第二焦点と、回転楕円鏡の
切片を連接して形成した反射鏡の各第二焦点での集光角
度が一定であれば、各切片を形成する回転楕円鏡の焦点
間距離は、単一の回転楕円鏡でなる反射鏡の焦点間距離
より短くすることができるので、光源装置を小型化する
ことができ、さらに、焦点間距離を短くすることによ
り、第二焦点における集光面積が小さくなって集光密度
が高くなるのでライトガイドの光出射端部から出射され
る光強度が高くなるという大変優れた効果を有する。さ
らに、光源装置を小型化する必要がない場合には、各第
二焦点に集光される光の集光角度を小さくすることがで
きるので、ライトガイドの光出射端部から中抜けがなく
光強度分布が均一な光ビームを出射することができると
いう効果もある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る反射鏡及びこれを用いた光源装置
を示す概略説明図。

【図２】（ａ）及び（ｂ）は反射鏡の断面図及び正面
図。

【図３】光出射端部から出射された光の光強度分布を示
すグラフ。

【図４】従来装置を示す概略説明図。

【図５】（ａ）〜（ｃ）は光源と反射光の関係を示す説
明図。

【図６】光出射端部から出射された光の光強度分布を示
すグラフ。

【図７】（ａ）及び（ｂ）は従来装置の光学系を示す説
明図。

【符号の説明】

１・・・・・・・光源装置 ２・・・・・・・光源 ３・・・・・・・反射鏡 ４・・・・・・・ライトガイド ４in・・・・・・光入射端部 ４out ・・・・・光出射端部 Ｆ₁₁〜Ｆ₁₄・・・第一焦点 Ｆ₀ ・・・・・・共通の第一焦点 Ｆ₂₁〜Ｆ₂₄・・・第二焦点 Ｍ₁ 〜Ｍ₄ ・・・回転楕円鏡 Ｐ₁ 〜Ｐ₄ ・・・切片

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第一焦点(F₁₁〜F₁₄)から出射された光を
   第二焦点(F₂₁〜F₂₄)に集光させる複数の回転楕円鏡 (M₁
   〜M₄) の切片 (P₁〜P₄) からなり、当該各切片 (P₁〜
   P₄) が、夫々の第一焦点(F₁₁〜F₁₄)を一点に重ねた共通
   の第一焦点（F₀）を囲むように配設されると共に、夫々
   の第二焦点(F₂₁〜F₂₄)が異なる点に位置するように配設
   されていることを特徴とする反射鏡。
2. 【請求項２】 前記各切片 (P₁〜P₄) は、当該切片 (P₁
   〜P₄) を構成する回転楕円鏡 (M₁〜M₄) の第一焦点(F₁₁
   〜F₁₄)及び第二焦点(F₂₁〜F₂₄)を通る長軸（Ｌ）と交差
   しない形状に形成されてなる請求項１記載の反射鏡。
3. 【請求項３】 光源（２）から照射された光を反射鏡
   （３）で集光した後、これをライトガイド（４）に入射
   してその光出射端部（4out) から出射させるようになさ
   れた光源装置において、前記反射鏡（３）は、第一焦点
   (F₁₁〜F₁₄)から出射された光を第二焦点(F₂₁〜F₂₄)に集
   光させる複数の回転楕円鏡 (M₁〜M₄) の切片 (P₁〜P₄)
   からなり、当該各切片 (P₁〜P₄) が、夫々の第一焦点(F
   ₁₁〜F₁₄)を一点に重ねてその第一焦点(F₁₁〜F₁₄)を囲む
   ように配設されると共に、夫々の第二焦点(F₂₁〜F₂₄)を
   異なる点に位置させて配設され、前記光源（２）は前記
   反射鏡（３）を構成する各切片 (P₁〜P₄) 共通の第一焦
   点（F₀）位置に配置され、前記切片 (P₁〜P₄) 数に応じ
   て分岐されたライトガイド（４）の光入射端部（４in)
   が、前記各切片 (P₁〜P₄) 毎に異なる前記各第二焦点(F
   ₂₁〜F₂₄)位置に夫々配置されたことを特徴とする光源装
   置。
4. 【請求項４】 光源（２）から照射された光を反射鏡
   （３）で集光した後、これをライトガイド（４）に入射
   してその光出射端部（4out) から出射させるようになさ
   れた光源装置において、前記反射鏡（３）は、第一焦点
   (F₁₁〜F₁₄)から出射された光を第二焦点(F₂₁〜F₂₄)に集
   光させる複数の回転楕円鏡 (M₁〜M₄) の切片 (P₁〜P₄)
   からなり、当該各切片 (P₁〜P₄) が、夫々の第一焦点(F
   ₁₁〜F₁₄)を一点に重ねてその第一焦点(F₁₁〜F₁₄)を囲む
   ように配設されると共に、夫々の第二焦点(F₂₁〜F₂₄)を
   異なる点に位置させて配設され、前記光源（２）は前記
   反射鏡（３）を構成する各切片 (P₁〜P₄) 共通の第一焦
   点（F₀）位置に配置され、複数のライトガイド（４）の
   光入射端部（４in）が、前記各切片 (P₁〜P₄) 毎に異な
   る前記各第二焦点(F₂₁〜F₂₄)位置に配置されたことを特
   徴とする光源装置。