JPH11176221A - Light source device and axicon prism for use in it - Google Patents
Light source device and axicon prism for use in itInfo
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- JPH11176221A JPH11176221A JP34268797A JP34268797A JPH11176221A JP H11176221 A JPH11176221 A JP H11176221A JP 34268797 A JP34268797 A JP 34268797A JP 34268797 A JP34268797 A JP 34268797A JP H11176221 A JPH11176221 A JP H11176221A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、キセノンランプ，
ハロゲンランプ，白熱灯その他の光源から発散された光
を、光ファイバ束で形成されたライトガイドを介して照
射領域まで導くようになされた光源装置に関し、照明装
置，加熱装置，紫外線殺菌装置，プラスチックのＵＶ硬
化装置などに用いて好適なものである。The present invention relates to a xenon lamp,
The present invention relates to a light source device configured to guide light emitted from a halogen lamp, an incandescent lamp, or another light source to an irradiation area through a light guide formed of an optical fiber bundle, and relates to a lighting device, a heating device, an ultraviolet sterilizing device, and a plastic. It is suitable for use in UV curing equipment.
【０００２】[0002]
【従来の技術】一般に、キセノンランプなどの電球光源
から出力された光をライトガイドとなる光ファイバ束を
介して照射領域まで導く場合、図６（ａ）に示すよう
に、光源となるキセノンランプ６１を回転楕円鏡６２の
第一焦点Ｆ1 に位置させ、第二焦点Ｆ2 にライトガイド
６３の光入射端面６３inを位置させ、回転楕円鏡６２か
らの反射光を第二焦点Ｆ2 に集光させてライトガイド６
３内に入射させるようにしている。この場合、回転楕円
鏡６２にはキセノンランプ６１を挿通する穴が形成され
ており、また、キセノンランプ６１には、発光部を包む
ガラスバルブや口金が形成されているため、キセノンラ
ンプ６１から照射されて回転楕円鏡６２で反射された光
束は、光軸Ｘに対し浅い角度の成分が抜けた円錐筒形の
光束６４となって、ライトガイド６３の光入射端面６３
inに達する。したがって、ライトガイド６３を通過して
その光出射端面６３out から出力された光束６５もやは
り円錐筒形に出力されることとなり、照射面に当てる
と、図６（ｂ）に示すように、いわゆる“中抜け”と称
する中心部の暗いリング状のパターンが形成される。2. Description of the Related Art Generally, when light output from a bulb light source such as a xenon lamp is guided to an irradiation area through an optical fiber bundle serving as a light guide, as shown in FIG. 61 is positioned in the first focal point F 1 of the ellipsoidal mirror 62, the second focus F 2 is positioned a light incident end surface 63in the light guide 63, collecting the light reflected from the rotary elliptical mirror 62 to the second focus F 2 Light and light guide 6
3 is made to enter. In this case, a hole through which the xenon lamp 61 is inserted is formed in the spheroidal mirror 62, and the xenon lamp 61 is formed with a glass bulb or a base for enclosing the light emitting portion, so that the xenon lamp 61 emits light. The luminous flux reflected by the spheroidal mirror 62 becomes a conical cylindrical luminous flux 64 from which a component at a shallow angle with respect to the optical axis X has escaped, and the light incident end face 63 of the light guide 63.
reach in. Therefore, the light flux 65 that has passed through the light guide 63 and has been output from the light exit end face 63out is also output in a conical cylindrical shape. When the light flux 65 hits the irradiation surface, as shown in FIG. A dark ring-shaped pattern in the center called "hollow" is formed.
【０００３】 このため、例えば、光硬化型プラスチッ
クに紫外線を照射してＵＶ硬化させる場合、中心部の暗
いリング状のパターンを有する光束では光強度分布にム
ラを生ずるため、全体に均一の光を照射することができ
ず、プラスチックを均一に硬化させることができなかっ
た。For this reason, for example, when a photocurable plastic is irradiated with ultraviolet rays to be cured by UV, a light flux having a dark ring-shaped pattern at the center causes unevenness in the light intensity distribution. Irradiation was not possible and the plastic could not be cured uniformly.
【０００４】 そこで従来より、この“中抜け”を防止
し、且つ、光強度の均一な光束を得るために、図７
（ａ）に示すように、ライトガイド６３の光入射端面６
３inに、片面がフラットな面で形成され反対面に円錐状
の凹面が形成されたアキシコンプリズム６７を配したも
のが提案されている。これによれば、図７（ｂ）に示す
ように中抜けが防止されるだけでなく、その中央部分に
光強度が略均一の領域Ｐｃが形成されるので、光硬化型
プラスチックをＵＶ硬化させる場合にも好都合である。[0004] Therefore, conventionally, in order to prevent this "hollow-out" and obtain a light flux having a uniform light intensity, FIG.
As shown in (a), the light incident end face 6 of the light guide 63
There has been proposed an arrangement in which an axicon prism 67 having a flat surface on one side and a conical concave surface on the opposite surface is disposed at 3 inches. According to this, as shown in FIG. 7B, not only the hollow portion is prevented, but also a region Pc having a substantially uniform light intensity is formed in the central portion thereof, so that the photocurable plastic is UV-cured. It is also convenient in some cases.
【０００５】[0005]
【発明が解決しようとする課題】しかし、このアキシコ
ンプリズム６７では、光利用効率が低く、光強度分布は
均一になるものの全体的に光強度が低下するという問題
があった。光強度が低下する原因としては、アキシコン
プリズム６７に光を透過させることによって光強度が減
衰されることと、回転楕円鏡６２からの反射光を十分に
ライトガイド６３内に入射させることができず、光利用
効率が低下し、その結果光強度が低下するということが
考えられる。However, the axicon prism 67 has a problem that the light use efficiency is low and the light intensity distribution becomes uniform, but the light intensity is reduced as a whole. The light intensity is reduced because the light intensity is attenuated by transmitting the light through the axicon prism 67 and the reflected light from the spheroidal mirror 62 can sufficiently enter the light guide 63. However, it is conceivable that the light use efficiency is reduced, and as a result, the light intensity is reduced.
【０００６】 すなわち、光源となるキセノンランプ６
１などの発光部６８は、回転楕円鏡６２の光軸Ｘ方向に
所定の長さを有しているため、発光部６８の全てが第一
焦点Ｆ1 上に位置するわけではなく、第一焦点Ｆ1 と重
ならない部分が存在する。そして、発光部６８から最も
明るい光を発散する高輝度発光部６８ａを第一焦点Ｆ1
に重ねれば、その光は第二焦点Ｆ2 に向かって集光し、
プリズム６７を透過することにより、光軸Ｘに対する角
度が小さくなるので、確実にライトガイド６３内に入射
させることができる。しかし、その前後に位置する発光
部前端側６８ｂ及び発光部後端側６８ｃから照射された
光は第二焦点Ｆ2 には集光されない。そして、特に、第
一焦点Ｆ1 の前方に位置する発光部前端側６８ｂから照
射された光Ｌｂは、第二焦点Ｆ2 の手前側で光軸Ｘを横
切ってアキシコンプリズム６７に入射するため、ライト
ガイド６３の光入射端面６３inから逃げる方向に屈折さ
れ、ライトガイド６３の受光可能な角度を超えて入射さ
れなくなり、その分、光の利用効率が低くなる。That is, a xenon lamp 6 serving as a light source
Emitting portion 68, such as 1, because it has a predetermined length in the direction of the optical axis X of the rotary elliptical mirror 62, all the light emitting portion 68 is not necessarily positioned on the first focal point F 1, a first there are portions which do not overlap with the focal point F 1. Then, the high-brightness light emitting section 68a that emits the brightest light from the light emitting section 68 is moved to the first focus F 1.
, The light is focused toward the second focal point F 2 ,
By transmitting the light through the prism 67, the angle with respect to the optical axis X is reduced, so that the light can be reliably entered into the light guide 63. However, light emitted from the light emitting portion front end 68b and the light emitting portion rear end 68c positioned on the front and back is not condensed on the second focal point F 2. Then, in particular, light Lb emitted from the light emitting portion front end 68b positioned in front of the first focus F 1 in order to enter the axicon prism 67 across the optical axis X in front of the second focal point F 2 The light guide 63 is refracted in a direction of escaping from the light incident end face 63in of the light guide 63, and does not enter the light guide 63 beyond an angle at which the light guide 63 can receive light.
【０００７】 また、図８（ａ）に示すように、中抜け
防止用のアキシコンプリズム７０として、光源から光が
入射される光入射側及び光出射側が夫々円錐状凸面７１
及び円錐状凸面７２に形成され、夫々の円錐を形成する
頂角が等しく選定されたものも提案されている。しかし
ながら、このアキシコンプリズム７０は、両側が平行な
円錐面で形成されているので、光束がアキシコンプリズ
ム７０を透過する前後で、光軸に対する光束の角度に変
化はなく、専ら、円筒状の平行光束の中抜けを防止する
ために当該光束を縮径して、円柱状の平行光束として出
射させるために用いられているに過ぎない。そして、図
８（ｂ）に示すように、回転楕円鏡６２の第二焦点Ｆ2
に向かって集光する円錐筒形の光に対しては、アキコン
プリズム７０を透過させたときと透過させなかったとき
で、集光位置がプリズム７０側に近づくだけで、光軸に
対する光束の角度に変化はなく、したがって、中抜け防
止を行うことができないという問題があった。Further, as shown in FIG. 8A, as an axicon prism 70 for preventing hollowing, a light incident side and a light output side on which light is incident from a light source are respectively conical convex surfaces 71.
Also, there has been proposed one in which the apex angles formed on the conical convex surface 72 and forming the respective cones are equal. However, since the axicon prism 70 is formed of a conical surface that is parallel on both sides, there is no change in the angle of the light beam with respect to the optical axis before and after the light beam passes through the axicon prism 70. It is merely used to reduce the diameter of the parallel light beam so as to prevent the parallel light beam from dropping out, and emit the light as a columnar parallel light beam. Then, as shown in FIG. 8B, the second focal point F 2 of the spheroidal mirror 62
For the conical cylindrical light condensed toward, the condensing position only approaches the prism 70 side when the axicon prism 70 is transmitted and when it is not transmitted, and the luminous flux with respect to the optical axis is There was no change in the angle, and therefore, there was a problem that it was not possible to prevent hollowing out.
【０００８】 そこで本発明は、ライトガイドの光出射
端面から照射される光束の光強度分布の中央部分がフラ
ットで、且つ、光利用効率が高く、全体的に光強度の高
い照射光を得ることができるようにすることを技術的課
題としている。Therefore, the present invention is to obtain irradiation light having a flat central portion of a light intensity distribution of a light beam irradiated from a light emitting end face of a light guide, high light use efficiency, and high light intensity as a whole. The task is to make it possible.
【０００９】[0009]
【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、回転楕円鏡に対して光を発散する光源が
その第一焦点に配され、光ファイバ束で形成されたライ
トガイドが、前記回転楕円鏡の光軸と同軸的に、且つ、
その光入射端面が前記回転楕円鏡の第二焦点近傍に位置
するように配設され、当該ライトガイドの光入射端面は
回転楕円鏡から反射されて略円錐筒状に集光する光束を
前記光軸と平行な光を含む光束に屈折させる凹面状に形
成されたことを特徴とする。According to the present invention, there is provided a light guide formed by an optical fiber bundle, wherein a light source for diverging light with respect to a spheroidal mirror is disposed at a first focus thereof. Is coaxial with the optical axis of the spheroidal mirror, and
The light incident end face is disposed so as to be located near the second focal point of the spheroidal mirror, and the light incident end face of the light guide reflects the light flux reflected from the spheroidal mirror and condensed into a substantially conical cylindrical shape. It is characterized in that it is formed in a concave shape that refracts a light beam containing light parallel to the axis.
【００１０】 本発明によれば、第一焦点に光源を配し
た回転楕円鏡の第二焦点近傍に、ライトガイドの光入射
端面を配し、当該光入射端面は回転楕円鏡から反射され
て略円錐筒状に集光する光束を前記光軸と平行な光を含
む光束に屈折させる凹面状に形成されている。したがっ
て、回転楕円鏡の第一焦点に配された光源から発散した
光は、回転楕円鏡で反射されて、第二焦点近傍に向かっ
て集光され、ライトガイドの光入射端面に入射される。
このとき例えば、ライトガイドの光入射端面を第二焦点
よりもわずかに第一焦点側に位置させれば、回転楕円鏡
から反射されて第二焦点に集光する光は、光軸を横切る
前にライトガイドに入射される。ライトガイドの光入射
端面は、ライトガイドの周縁部から中心に向かって深く
なる凹面で形成されているので、ライトガイドの周囲か
ら光軸を横切ることなく光入射端面に入射された光は、
光軸と平行な光を含む一定の角度範囲内に収まるように
屈折される。したがって、ライトガイドの光出射端面か
ら円錐上の光束が照射されることとなり、中抜けが防止
されるだけでなく、その範囲内は略均一な光強度分布が
得られる。さらに、回転楕円鏡からの反射光が、プリズ
ムなどの他の光学部品を透過することなく、直接ライト
ガイド内に入射されるので、その分光損失が少なく、光
強度が全体的に高くなる。According to the present invention, the light incident end face of the light guide is arranged near the second focal point of the spheroidal mirror having the light source disposed at the first focal point, and the light incident end face is substantially reflected by the spheroidal mirror. It is formed in a concave shape that refracts a light beam condensed in a conical cylindrical shape into a light beam containing light parallel to the optical axis. Therefore, the light diverging from the light source disposed at the first focal point of the spheroidal mirror is reflected by the spheroidal mirror, is focused toward the vicinity of the second focal point, and is incident on the light incident end face of the light guide.
At this time, for example, if the light incident end face of the light guide is located slightly closer to the first focal point than the second focal point, the light reflected from the spheroidal mirror and condensed at the second focal point is before crossing the optical axis. Incident on the light guide. Since the light incident end face of the light guide is formed as a concave surface that becomes deeper from the periphery of the light guide toward the center, light incident on the light incident end face without crossing the optical axis from around the light guide is:
The light is refracted so as to fall within a certain angle range including light parallel to the optical axis. Therefore, the light beam on the cone is irradiated from the light emitting end face of the light guide, and not only the hollowing out is prevented, but also a substantially uniform light intensity distribution is obtained within the range. Furthermore, since the reflected light from the spheroidal mirror is directly incident on the light guide without transmitting through other optical components such as a prism, the spectral loss is small and the light intensity is increased as a whole.
【００１１】 本発明に係る他の光源装置は、第一焦点
に光源を配した回転楕円鏡と、その第二焦点近傍に配さ
れたライトガイドの光入射端面の間の光軸上に、光源側
の面を凸円錐面で形成すると共に、ライトガイドの光入
射端面と対向する面を凹円錐面で形成し、前記凸円錐面
を形成する円錐の頂角より、凹円錐面を形成する円錐の
頂角の方を小さく形成したアキシコンプリズムが配され
ている。ここで、回転楕円鏡の第一焦点に配置した光源
から発散された光は、回転楕円鏡で反射されて、第二焦
点近傍に向かって集光され、第二焦点に達する前にアキ
シコンプリズムに入射される。そして、例えば、回転楕
円鏡からの反射光のうち、最も第一焦点側で光軸と交わ
る位置にアキシコンプリズムの凸円錐面の頂点を位置さ
せれば、回転楕円鏡から反射された殆ど全ての光がプリ
ズムの凸円錐面から入射されて、光軸側に縮径すると共
に光軸との角度が小さくなるように屈折して出射され、
ライトガイドに入射される。したがって、ライトガイド
には、光軸と平行な光を含む一定の角度範囲の光が入射
されることとなり、ライトガイドの光出射端面から円錐
上の光束が照射されるので、中抜けが防止されるだけで
なく、略均一な光強度分布が得られる。また、アキシコ
ンプリズムの透過光は、光軸に対する角度が小さくなる
ように屈折されるので、ライトガイドの開口数より広い
角度で集光する光もアキシコンプリズムを透過させるこ
とによりライトガイド内に導くことができる。したがっ
て、光の利用効率が高くなり、このアキシコンプリズム
を透過する際の光損失を差し引いても、全体の光強度は
高くなる。Another light source device according to the present invention provides a light source on a light axis between a spheroidal mirror having a light source disposed at a first focal point and a light incident end face of a light guide disposed near the second focal point. The side surface is formed as a convex conical surface, the surface facing the light incident end face of the light guide is formed as a concave conical surface, and a cone forming a concave conical surface is formed from the apex angle of the cone forming the convex conical surface. An axicon prism having a smaller apex angle is disposed. Here, the light diverged from the light source arranged at the first focal point of the spheroidal mirror is reflected by the spheroidal mirror, collected near the second focal point, and before reaching the second focal point. Is incident on. And, for example, if the vertex of the convex conical surface of the axicon prism is located at the position intersecting the optical axis on the first focal point side among the reflected light from the spheroidal mirror, almost all of the light reflected from the spheroidal mirror Is incident from the convex conical surface of the prism, and is refracted and emitted so that the angle with the optical axis is reduced while reducing the diameter toward the optical axis side,
Light is incident on the light guide. Therefore, light in a certain angle range including light parallel to the optical axis is incident on the light guide, and a light beam on a cone is irradiated from the light emitting end face of the light guide, so that the hollow hole is prevented. In addition, a substantially uniform light intensity distribution can be obtained. In addition, since the transmitted light of the axicon prism is refracted so that the angle with respect to the optical axis becomes small, light condensed at an angle wider than the numerical aperture of the light guide is also transmitted through the axicon prism into the light guide. I can guide you. Therefore, the light use efficiency increases, and the overall light intensity increases even if the light loss when passing through the axicon prism is subtracted.
【００１２】 さらに、本発明に係る他の光源装置は、
回転楕円鏡に対して光を発散する光源がその第一焦点に
配され、光ファイバ束で形成されたライトガイドが、前
記回転楕円鏡の光軸と同軸的に、且つ、その光入射端面
が前記回転楕円鏡の第二焦点近傍に位置するように配設
されると共に、前記ライトガイドの光出射端面からの出
射光を透過させるアキシコンレンズが配設され、当該ア
キシコンレンズは、その片面が凸円錐面に形成されると
共に、その反対面が凸球面もしくは凸回転楕円面に形成
され、前記ライトガイドから出射される円錐筒状の出射
光の中央に低輝度部が現出する位置の近傍に、前記凸円
錐面の頂点が位置するように配設されている。ここで、
回転楕円鏡の第一焦点に配置した光源から発散された光
は、回転楕円鏡で反射されて、第二焦点近傍に向かって
円錐筒状に集光されてライトガイドの光入射端面に入射
され、その光出射端面から出射される。この出射光は、
円錐筒状に拡がっていき光軸上に沿って所定距離離れた
位置でその中央に中抜けと称する低輝度部が現出する
が、その光軸上の中抜けが現出する位置の近傍にアキシ
コンレンズの頂点が位置するように配設されているの
で、中抜けのない状態で出射光が屈折される。これによ
り、光軸に平行な成分を含む光束となり中抜けは防止さ
れ、中央部が明るく周縁部が暗い光強度分布の光束とな
り、次いで、その光束が凸球面又は凸回転楕円面を透過
すると、その球面収差により光がミキシングされて略均
一の光強度分布をもった光束となる。Further, another light source device according to the present invention includes:
A light source that diverges light with respect to the spheroidal mirror is arranged at its first focal point, and a light guide formed by an optical fiber bundle is coaxial with the optical axis of the spheroidal mirror, and its light incident end face is An axicon lens that is disposed near the second focal point of the spheroidal mirror and that transmits light emitted from the light exit end face of the light guide is disposed, and the axicon lens has one surface thereof. Are formed on a convex conical surface, and the opposite surface is formed on a convex spherical surface or a convex spheroidal surface, and a position where a low luminance portion appears at the center of the conical cylindrical light emitted from the light guide. It is arranged so that the apex of the convex conical surface is located in the vicinity. here,
The light diverged from the light source arranged at the first focal point of the spheroidal mirror is reflected by the spheroidal mirror, converged in a conical tube shape near the second focal point, and is incident on the light incident end face of the light guide. Is emitted from the light emitting end face. This emitted light is
A low-luminance part called a hollow appears in the center at a position separated by a predetermined distance along the optical axis while expanding in a conical cylindrical shape, but in the vicinity of the position on the optical axis where the hollow appears. Since the axicon lens is disposed such that the apex is located, the emitted light is refracted without a hollow portion. Thereby, a light beam containing a component parallel to the optical axis becomes a light beam having a light intensity distribution in which the central portion is bright and the peripheral portion is dark, and then the light beam passes through a convex spherical surface or a convex spheroidal surface. The light is mixed by the spherical aberration to form a light beam having a substantially uniform light intensity distribution.
【００１３】[0013]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて具体的に説明する。図１（ａ）及び（ｂ）は
本発明に係る光源装置及びその光強度分布を示す図、図
２はこれに用いる他のライトガイドを示す説明図、図３
（ａ）及び（ｂ）は本発明に係る他の光源装置及びその
光強度分布を示す図、図４はこれに用いる他のプリズム
を示す説明図である。Embodiments of the present invention will be specifically described below with reference to the drawings. 1A and 1B are diagrams showing a light source device according to the present invention and its light intensity distribution, FIG. 2 is an explanatory diagram showing another light guide used for this, and FIG.
(A) and (b) are diagrams showing another light source device according to the present invention and its light intensity distribution, and FIG. 4 is an explanatory diagram showing another prism used for this.
【００１４】 図１に示す光源装置１は、回転楕円鏡２
に対して光を発散するキセノンランプ３などの光源がそ
の第一焦点Ｆ1 に配され、光ファイバ束で形成されたラ
イトガイド４が、前記回転楕円鏡２の光軸Ｘと同軸的
に、且つ、その光入射端面４inが前記回転楕円鏡２の第
二焦点Ｆ2 近傍に位置するように配設され、ライトガイ
ド４の光入射端面４inは回転楕円鏡２からの反射光を前
記光軸Ｘとのなす角度が小さくなるように屈折させる凹
円錐面に形成されている。A light source device 1 shown in FIG.
A light source such as a xenon lamp 3 for diverging light is disposed at the first focal point F 1 , and a light guide 4 formed of an optical fiber bundle is coaxial with the optical axis X of the spheroidal mirror 2. and, the light incident end face 4in is arranged so as to be positioned in the second focal point F 2 adjacent the rotary elliptical mirror 2, the light incident end face of the light guide 4 4in is the optical axis of reflected light from the spheroidal mirror 2 It is formed in a concave conical surface that is refracted so that the angle formed with X becomes small.
【００１５】 この場合において、キセノンランプ３の
発光部５は光軸Ｘ方向に所定の長さを有しているため、
発光部５から発散されて回転楕円鏡２で反射される光
は、図１に示すように、発光部５の各点から発散された
光を重ね合わせたものに等しい。例えば、発光部５のう
ち最も明るい高輝度発光部５ａを第一焦点Ｆ1 に位置さ
せると、当該高輝度発光部５ａから発散された光束は回
転楕円鏡２で反射されて第二焦点Ｆ2 に円錐筒状の光束
となって集光するが、発光部前端側５ｂ及び発光部後端
側５ｃから発散された光は第二焦点Ｆ2 には集光しな
い。そこで、まず、回転楕円鏡２からの最も外側の反射
光Ｌ1 をライトガイド４内に取り込めるようにライトガ
イド４の光入射端面４inの直径を選定する。次いで、光
入射端面４inを、第一焦点Ｆ1 と第二焦点Ｆ2 の間の第
二焦点Ｆ2近傍に位置させて、最も外側の反射光Ｌ1 が
光入射端面４inの周縁部に入射されるようにライトガイ
ド４を光軸Ｘ上に配置する。In this case, since the light emitting portion 5 of the xenon lamp 3 has a predetermined length in the optical axis X direction,
The light diverged from the light emitting unit 5 and reflected by the spheroidal mirror 2 is equal to a superimposed light diverged from each point of the light emitting unit 5 as shown in FIG. For example, when positioning the brightest high luminance portion 5a to the first focal point F 1 of the light-emitting portion 5, the high-intensity light-emitting portion light beam emanating from 5a is spheroidal mirror 2 second focus is reflected by the F 2 in it condenses become conical tubular-shaped light beam, light emitted from the light emitting portion front end 5b and the light emitting portion rear end 5c is not condensing on the second focal point F 2. Therefore, first, it selects the outermost diameter of the light incident end face 4in the reflected light L 1 of the light guide 4 in the capture as the light guide 4 from the rotary elliptical mirror 2. Then, the incident light incident end face 4in, the second focal point F 2 is located near the peripheral portion of the outermost reflected light L 1 is the light incident end face 4in between the first focal point F 1 and the second focus F 2 The light guide 4 on the optical axis X so that
【００１６】 この状態でキセノンランプ３を点灯する
と、第一焦点Ｆ1 に位置する高輝度発光部５ａから発光
部後端側５ｃに至る領域から発散されて回転楕円鏡２で
反射された光は、光軸Ｘを横切ることなく凹円錐面状の
光入射端面４inに達し、光軸Ｘと平行な光を含む一定の
角度範囲内に収まるように屈折されてライトガイド４内
に入射される。また、発光部前端側５ｂから照射されて
回転楕円鏡２で反射された光は、ライトガイド４に入射
される前に光軸Ｘを横切って凹円錐面状の光入射端面４
inの反対側に達し、光入射端面４inで屈折され、ライト
ガイド４の開口数に応じた受光可能な角度範囲内の光が
ライトガイド４内に取り込まれる。したがって、凹円錐
面の頂角を適当に選べば、回転楕円鏡２からの反射光
は、光軸Ｘと平行な光を含む一定の角度範囲内に収まる
ように屈折され、ライトガイド４の光出射端面４out か
ら明るい光束が円錐状に照射されるので、中抜けが防止
されるだけでなく、その範囲内は略均一な光強度分布が
得られる。[0016] Upon lighting the Xenon lamp 3 in this state, the light reflected by being diverged spheroidal mirror 2 from the area reaching the light emitting portion rear end 5c of the high-brightness light-emitting portion 5a positioned in the first focal point F 1 is The light reaches the light-incident end face 4in having a concave conical surface without crossing the optical axis X, is refracted so as to fall within a certain angle range including light parallel to the optical axis X, and enters the light guide 4. The light emitted from the light-emitting portion front end 5b and reflected by the spheroidal mirror 2 crosses the optical axis X before entering the light guide 4 and has a concave conical light incidence end face 4b.
The light reaches the opposite side of the light guide, is refracted by the light incident end face 4in, and is taken into the light guide 4 within an angle range that can be received according to the numerical aperture of the light guide 4. Therefore, if the apex angle of the concave conical surface is appropriately selected, the reflected light from the spheroidal mirror 2 is refracted so as to fall within a certain angle range including light parallel to the optical axis X, and the light from the light guide 4 Since a bright light beam is radiated in a conical shape from the emission end face 4out, not only the hollowing out is prevented but also a substantially uniform light intensity distribution is obtained within the range.
【００１７】 このとき、回転楕円鏡２からの反射光
が、プリズムなどの他の光学部品を透過することなく、
直接ライトガイド４内に入射されるので、その分光損失
が少ない。そして、発光部前端側５ｂから発散された光
の一部がライトガイド４内に取り込めない場合でも、高
輝度発光部５ａから発光部後端側５ｃに至る領域から発
散された光を屈折して有効に利用することができるの
で、その光損失を差し引いても、その光出射端面４out
から照射される光束の光強度を高くすることができる。At this time, the reflected light from the spheroidal mirror 2 does not pass through other optical components such as a prism,
Since the light is directly incident on the light guide 4, its spectral loss is small. Even if a part of the light diverged from the light emitting unit front end 5b cannot be taken into the light guide 4, the light diverged from the region from the high-luminance light emitting unit 5a to the light emitting unit rear end 5c is refracted. Since it can be used effectively, even if its light loss is subtracted, its light emitting end face 4out
The light intensity of the light beam emitted from the light source can be increased.
【００１８】 この光入射端面４inの断面形状は、凹円
錐面の傾斜角度をα，高輝度発光部５ａから光軸Ｘに対
して垂直に照射された主光線Ｌｍが回転楕円鏡２で反射
されて第二焦点Ｆ2 に集光するときの光軸Ｘとの成す角
度をβ，回転楕円鏡２の第一焦点Ｆ1 〜第二焦点Ｆ2 間
の距離を２Ｆ，その楕円の長軸ａ，短軸ｂ，ライトガイ
ド４のコアの屈折率をｎとすると、前記傾斜角度αを、 α＝ cos-1 sin β／｛（ｎ・sin β)2＋ (１−ｎ・co
s β)2 ｝1/2 β＝ tan-1 ｂ｛１−（Ｆ／ａ）2 ｝1/2 ／２Ｆ〕 で求めてもよい。The cross-sectional shape of the light-incident end face 4in is such that the inclination angle of the concave conical surface is α, and the principal ray Lm irradiated perpendicularly to the optical axis X from the high-luminance light-emitting portion 5a is reflected by the spheroid mirror 2. second focus the angle formed between the optical axis X when focused on F 2 beta, first focus F 1 ~ second focal distance between F 2 2F of the rotary elliptical mirror 2, the long axis a of the ellipse Te , The minor axis b, and the refractive index of the core of the light guide 4 as n, the inclination angle α is given by α = cos −1 sin β / ｛(n · sin β) 2 + (1−n · co
s β) 2 ｝ 1/2 β = tan −1 b ｛1− (F / a) 2 ｝ 1/2 / 2F].
【００１９】 なお、上記の説明においては、光入射端
面４inが、凹円錐面に形成された場合について説明した
が、図２に示すようにライトガイド４の光入射端面４in
の周縁側を凹円錐面６に形成すると共に、その中心部分
を前記凹円錐面６に連続する凹球面７で形成する場合
や、全体を単なる凹面に形成した場合も、略同様の効果
が得られた。この場合に、ライトガイド４の有効直径を
ｄとしたときに、前記凹球面７の曲率半径ｒを、 ｒ≒ｄ／〔２ (３）1/2 cos α〕 により求めればよい。In the above description, the case where the light incident end face 4in is formed as a concave conical surface has been described, but as shown in FIG. 2, the light incident end face 4in of the light guide 4 is formed.
The same effect can be obtained even when the peripheral side of is formed as a concave conical surface 6 and its central portion is formed as a concave spherical surface 7 continuous with the concave conical surface 6, or when the whole is formed as a simple concave surface. Was done. In this case, assuming that the effective diameter of the light guide 4 is d, the radius of curvature r of the concave spherical surface 7 may be obtained by r ≒ d / [2 (3) 1/2 cos α].
【００２０】 図３は本発明に係る他の光源装置１１を
示し、回転楕円鏡２に対して光を発散するキセノンラン
プ３などの光源がその第一焦点Ｆ1 に配され、光ファイ
バ束で形成されたライトガイド１２が、回転楕円鏡２の
光軸Ｘと同軸的に、且つ、その光入射端面１２inが光軸
Ｘに対して直角な平面で切断されて、回転楕円鏡２の第
二焦点Ｆ2 近傍に位置するように配設されている。そし
て、キセノンランプ３とライトガイド１２の光入射端面
１２inの間の光軸Ｘ上には、回転楕円鏡２からの反射光
を屈折してライトガイド１２に導くアキシコンプリズム
１３が配設されている。アキシコンプリズム１３は、キ
セノンランプ３側の光入射面が凸円錐面１４で形成され
ると共に、ライトガイド１２側の光出射面が凹円錐面１
５で形成され、凸円錐面１４を形成する円錐の頂角θin
より、凹円錐面１５を形成する円錐の頂角θout の方が
小さく選定されている。FIG. 3 shows another light source device 11 according to the present invention, in which a light source such as a xenon lamp 3 that diverges light to the spheroidal mirror 2 is arranged at its first focal point F 1 and is composed of an optical fiber bundle. The formed light guide 12 is cut coaxially with the optical axis X of the spheroidal mirror 2 and its light incident end face 12in is cut along a plane perpendicular to the optical axis X. It is arranged so as to be located at the focal point F 2 vicinity. On the optical axis X between the xenon lamp 3 and the light incident end face 12in of the light guide 12, an axicon prism 13 for refracting the reflected light from the spheroidal mirror 2 and guiding the reflected light to the light guide 12 is provided. I have. The axicon prism 13 has a light incident surface on the xenon lamp 3 side formed by a convex conical surface 14 and a light exit surface on the light guide 12 side has a concave conical surface 1.
5, the apex angle θin of the cone forming the convex conical surface 14
Therefore, the vertex angle θout of the cone forming the concave conical surface 15 is selected to be smaller.
【００２１】 この場合において、キセノンランプ３の
発光部５は光軸Ｘ方向に所定の長さを有しているため、
発光部５から発散されて回転楕円鏡２で反射される光
は、図３に示すように、発光部５の各点から発散された
光を重ね合わせたものに等しく、光軸Ｘ上の一点に集光
するものではなく、第二焦点Ｆ2 を中心にしてある程度
の幅をもった光束として光軸Ｘと交差する。したがっ
て、回転楕円鏡２からの最も内側の反射光Ｌ2 が光軸Ｘ
と交わる位置に、アキシコンプリズム１３の凸円錐面１
４の頂点１４Ｐを配置させると共に、回転楕円鏡２から
の最も外側の反射光Ｌ1 に達するまで、前記頂点１４Ｐ
から略直角に下ろした線を光軸Ｘを中心に回転させて凸
円錐面１４を形成し、その内側に凹円錐面１５を形成す
る。このようにすれば、回転楕円鏡２で反射された光は
全て光軸Ｘを横切る前に、アキシコンプリズム１３の凸
円錐面１４に入射され、光軸Ｘに対する角度が小さくな
るように屈折されて凹円錐面１５から出射される。な
お、ライトガイド１２は、アキシコンプリズム１３を透
過して屈折された最も外側の反射光Ｌ1 を入射できる径
に選定されている。In this case, since the light emitting portion 5 of the xenon lamp 3 has a predetermined length in the optical axis X direction,
As shown in FIG. 3, the light diverged from the light emitting unit 5 and reflected by the spheroidal mirror 2 is equal to a superposition of the light diverged from each point of the light emitting unit 5, and is one point on the optical axis X. to not be focused, it intersects the optical axis X of the second focus F 2 as a light flux having a certain width in the center. Therefore, the innermost reflected light L 2 from the spheroidal mirror 2 has the optical axis X
At the intersection with the convex conical surface 1 of the axicon prism 13
4 causes disposed vertices 14P of, until the reflected light L 1 of the outermost from the spheroidal mirror 2, the apex 14P
Is rotated about the optical axis X to form a convex conical surface 14 and a concave conical surface 15 inside thereof. In this way, all the light reflected by the spheroidal mirror 2 is incident on the convex conical surface 14 of the axicon prism 13 before crossing the optical axis X, and is refracted so that the angle with respect to the optical axis X becomes small. Out of the concave conical surface 15. Incidentally, the light guide 12 is selected in size outermost reflected light L 1 can incidence which is refracted through the axicon prism 13.
【００２２】 以上が本発明の一構成例であって、次に
その作用を説明する。回転楕円鏡２の第一焦点Ｆ1 にキ
セノンランプ３を配し、第二焦点Ｆ2 近傍にライトガイ
ド１２を配し、両者間の光軸Ｘ上にアキシコンプリズム
１３を配置する。 このアキシコンプリズム１３は、回
転楕円鏡２からの反射光のうち最も第一焦点Ｆ1 側で光
軸Ｘと交わる位置と、凸円錐面１４の頂点１４Ｐの位置
が一致するように配されている。The above is one configuration example of the present invention, and its operation will be described below. The xenon lamp 3 in the first focal point F 1 of the ellipsoidal mirror 2 arranged, arranged light guide 12 to the second focus F 2 vicinity, to place the axicon prisms 13 on the optical axis X between them. The axicon prism 13 is set to the position intersecting with the optical axis X at the most the first focal point F 1 side of the reflected light from the spheroidal mirror 2, is arranged such that the position of the apex 14P of convex conical surface 14 matches I have.
【００２３】 この状態でキセノンランプ３を点灯する
と、発光部５から発散された光は、回転楕円鏡２で反射
されて円錐筒形の光束となって、光軸Ｘに向かって集光
していく。この場合に、発光部５から発散されて回転楕
円鏡２で反射された光のうち、最も内側の反射光Ｌ2 は
凸円錐面１４の頂点１４Ｐに照射され、最も外側の反射
光Ｌ1 は凸円錐面１４の周面に照射されるので、回転楕
円鏡２で反射された殆ど全ての光は凸円錐面１４に入射
されてアキシコンプリズム１３を透過し、光軸Ｘに対す
る角度が小さくなるように屈折されてアキシコンプリズ
ム１３から出射される。When the xenon lamp 3 is turned on in this state, the light diverged from the light emitting section 5 is reflected by the spheroidal mirror 2 to become a conical cylindrical light flux, and is converged toward the optical axis X. Go. In this case, among the light reflected by being diverged spheroidal mirror 2 from the light emitting unit 5, most reflected light L 2 of the inner is irradiated onto the apex 14P of convex conical surface 14, the reflected light L 1 of the most outer Since the light is applied to the peripheral surface of the convex conical surface 14, almost all the light reflected by the spheroidal mirror 2 is incident on the convex conical surface 14, passes through the axicon prism 13, and has a smaller angle with respect to the optical axis X. And is emitted from the axicon prism 13.
【００２４】 これにより、回転楕円鏡２で反射された
円錐筒型の光束は、アキシコンプリズム１３によりその
光束が縮径されると同時に、光軸Ｘと平行な光を含む一
定の角度範囲内に収まるように屈折されるので、ライト
ガイド１２の光出射端面１２out から明るい光束が円錐
状に照射されることとなり、中抜けが防止されるだけで
なく、その範囲内は略均一な光強度分布が得られる。ま
た、ライトガイド１２の開口数より広い角度で集光する
光も、アキシコンプリズム１３を透過させることにより
ライトガイド１２内に導くことができるように屈折させ
て、回転楕円鏡２で反射された殆ど全ての光をライトガ
イド１２内に取り込むことができるので、光の利用効率
に優れ、アキシコンプリズム１３を透過することによる
光損失を差し引いてもライトガイド１２の光出射端面１
２outから照射される光強度を向上させることができ
る。As a result, the conical cylindrical light beam reflected by the spheroidal mirror 2 is reduced in diameter by the axicon prism 13 and at the same time within a certain angular range including light parallel to the optical axis X. The light is refracted so as to fall within the range, so that a bright light flux is radiated in a conical shape from the light emitting end face 12out of the light guide 12, and not only the hollowing out is prevented but also the light intensity distribution within the range is substantially uniform. Is obtained. Also, light condensed at an angle wider than the numerical aperture of the light guide 12 is refracted so that it can be guided into the light guide 12 by passing through the axicon prism 13 and reflected by the spheroidal mirror 2. Since almost all light can be taken into the light guide 12, the light use efficiency is excellent, and even if light loss due to transmission through the axicon prism 13 is subtracted, the light exit end face 1 of the light guide 12 can be reduced.
The intensity of light emitted from 2out can be improved.
【００２５】 なお、図４に示すように、アキシコンプ
リズム１３は、光源側の光入射面の周縁部が凸円錐面１
４で形成されると共に、その中心部分が前記凸円錐面１
４に連続する凸球面１６で形成され、ライトガイド１２
の光入射端面１２inと対向する面の周縁部が凹円錐面１
５で形成されると共にその中心部分が前記凹円錐面１５
に連続する凹球面１７で形成されている場合も同様の効
果が得られる。As shown in FIG. 4, the axicon prism 13 has a light-incident surface on the light source side whose peripheral portion is a convex conical surface 1.
4 and the central part thereof is the convex conical surface 1
The light guide 12 is formed by a convex spherical surface 16 continuous with the light guide 12.
The peripheral edge of the surface facing the light incident end surface 12in has a concave conical surface 1.
5 and the central portion thereof is the concave conical surface 15.
A similar effect can be obtained when the concave spherical surface 17 is formed continuously with the concave surface.
【００２６】 また、図５は本発明に係るさらに他の光
源装置を示す。本例の光源装置２１は、図５（ａ）に示
すように、回転楕円鏡２に対して光を発散する光源３が
その第一焦点Ｆ1 に配され、光ファイバ束で形成された
ライトガイド１２が、前記回転楕円鏡２の光軸Ｘと同軸
的に、且つ、その光入射端面１２inが前記回転楕円鏡２
の第二焦点Ｆ2 近傍に位置するように配設されると共
に、前記ライトガイド１２の光出射端面１２out からの
出射光を透過させるアキシコンレンズ２２が配設されて
いる。FIG. 5 shows still another light source device according to the present invention. The light source device 21 of the present embodiment, as shown in FIG. 5 (a), the light source 3 for emitting light is arranged on the first focal point F 1 with respect to the rotational elliptical mirror 2, which is formed in the optical fiber bundle light The guide 12 is coaxial with the optical axis X of the spheroidal mirror 2 and its light incident end face 12in is
Together they are arranged so as to be positioned in the second focal point F 2 near the axicon lens 22 that transmits light emitted from the light emitting end face 12out of the light guide 12 is arranged.
【００２７】 アキシコンレンズ２２は、その片面が凸
円錐面２３に形成されると共に、その反対面が凸球面２
４もしくは凸回転楕円面に形成されている。そして、ラ
イトガイド１２から出射される円錐筒状の出射光の中央
に低輝度部ＤＡが現出する光軸Ｙ上の位置に一致して、
または、その近傍に、前記凸円錐面２３の頂点２３ａが
位置するように配設されている。なお、本例では、アキ
シコンレンズ２２の凸円錐面２３をライトガイド１２の
光出射端面１２out に対向して配設した場合について説
明したが、凸球面２４をライトガイド１２の光出射端面
１２out に対向して配設してもよい。The axicon lens 22 has one surface formed on the convex conical surface 23 and the opposite surface formed on the convex spherical surface 2.
4 or a convex spheroid. Then, it coincides with the position on the optical axis Y where the low-luminance portion DA appears at the center of the conical cylindrical light emitted from the light guide 12,
Alternatively, it is disposed so that the vertex 23a of the convex conical surface 23 is located in the vicinity thereof. In this embodiment, the case where the convex conical surface 23 of the axicon lens 22 is disposed so as to face the light emitting end surface 12out of the light guide 12 has been described, but the convex spherical surface 24 is provided on the light emitting end surface 12out of the light guide 12. They may be arranged facing each other.
【００２８】 そして、回転楕円鏡２から反射されてラ
イトガイド１２の光入射端面１２inに入射される円錐筒
状の光の内側の入射角度（中抜角）をφ1 ，外側の入射
角度φ2 （楕円鏡ＮＡ値＝ sinφ2 ），ライトガイド１
２の有効直径ｄ，光軸Ｙ上に低輝度部ＤＡが現出するま
での、光出射端面１２out からの距離Ｌとすると、 Ｌ tanφ1 ≒Ｌφ1 ＝ｄ／２ であるから、距離Ｌは Ｌ＝ｄ／（２φ1 ） で求められる。なお、このとき、アキシコンレンズ２２
の受光面半径Ｒが、 Ｒ≧Ｌ tanφ2 ＋ｄ／２ の関係を満たすように選定すれば、ライトガイド１２か
ら出射されるほとんどの光をアキシコンレンズ２２に入
射させることができる。The inner incident angle (center angle) of the conical cylindrical light reflected from the spheroidal mirror 2 and incident on the light incident end face 12 in of the light guide 12 is φ 1 , and the outer incident angle φ 2. (Elliptic mirror NA value = sinφ 2 ), light guide 1
2 of effective diameter d, on the optical axis Y to the low luminance portion DA is emerges, when the distance L from the light emitting end face 12OUT, because it is L tanφ 1 ≒ Lφ 1 = d / 2, the distance L L = d / (2φ 1 ) At this time, the axicon lens 22
If the light receiving surface radius R is selected so as to satisfy the relationship of R ≧ L tan φ 2 + d / 2, most of the light emitted from the light guide 12 can be incident on the axicon lens 22.
【００２９】 そして、アキシコンレンズ２２の屈折率
をｎとしたときに、凸円錐面２３の頂角τを、 τ＝π−２φ1 ／（ｎ−１） とすれば、アキシコンレンズ２２に入射された光がコリ
メートされて中抜けが防止されるが、このままでは、図
５（ｂ）に示すように中央部の輝度（光強度）が高い。
そこで、アキシコンレンズ２２の凸円錐面２３から入射
した光を、凸球面２４から出射させると、外側に拡散し
ようとする光が内側に屈折されてコリメートされると共
に、凸球面２４を透過した光がその球面収差によりミキ
シングされて、アキシコンレンズ２２から所定距離離れ
たところでは、図５（ｃ）に示すように全体として輝度
分布（光強度分布）の均一な光束を得ることができる。
このとき、アキシコンレンズ２２の厚さ（凸円錐面２３
の頂点２３ａから凸球面２４までの距離）をｔとする
と、凸球面２４の曲率半径ｒは、 ｒ＝（ｎ−１）Ｃ／（φ2 −φ1 ） 但し，Ｃ＝φ2 （Ｌ−ｔ／ｎ）＋ｄ／２＋ｔτ（ｎ−
１）／ｎとするのが好ましい。If the apex angle τ of the convex conical surface 23 is τ = π−2φ 1 / (n−1), where n is the refractive index of the axicon lens 22, The incident light is collimated to prevent dropout, but in this state, the brightness (light intensity) at the center is high as shown in FIG. 5B.
Then, when the light incident from the convex conical surface 23 of the axicon lens 22 is emitted from the convex spherical surface 24, the light to be diffused outward is refracted inward and collimated, and the light transmitted through the convex spherical surface 24. Are mixed by the spherical aberration, and at a predetermined distance from the axicon lens 22, a light flux having a uniform luminance distribution (light intensity distribution) as a whole can be obtained as shown in FIG.
At this time, the thickness of the axicon lens 22 (the convex conical surface 23
Is the distance from the vertex 23a to the convex spherical surface 24), the radius of curvature r of the convex spherical surface 24 is: r = (n-1) C / (φ 2 −φ 1 ) where C = φ 2 (L− t / n) + d / 2 + tτ (n−
1) / n is preferable.
【００３０】 このように、本例によれば、回転楕円鏡
２の第一焦点Ｆ1 に配置したキセノンランプ３から発散
された光は、回転楕円鏡２で反射されて、第二焦点Ｆ2
近傍に向かって円錐筒状に集光されてライトガイド１２
の光入射端面１２inに入射され、その光出射端面１２ou
t から出射される。この出射光を照射すると、円錐筒状
に拡がっていき光軸Ｙ上に沿って所定距離離れた位置に
スクリーンを置くと、中抜けと称する低輝度部ＤＡが現
出する。そこで、その光軸Ｙ上の低輝度部が現出する位
置の近傍にアキシコンレンズ２２を配設して、ライトガ
イド１２の出射光を入射させると、その凸円錐面２３に
中抜けのない状態で出射光が入射されて、光軸Ｙに平行
な成分を含む光束に屈折されて、中央部が明るく周縁部
が暗い光強度分布の光束となる。次いで、その光束が凸
球面２４又は凸回転楕円面を透過して出射されると、外
側に拡散しようとする光が内側に屈折されてコリメート
されると共に、凸球面２４を透過した光がその球面収差
によりミキシングされるので、略均一の光強度分布をも
った光密度の高い光束となる。したがって、本例の光源
装置２１も、光強度分布が均一な中抜けのない照射光を
得ることができ、特に、照射面積が小さい場合にパワー
ロスの少ない照射光を得ることができる。As described above, according to the present embodiment, the light diverged from the xenon lamp 3 disposed at the first focal point F 1 of the spheroidal mirror 2 is reflected by the spheroidal mirror 2 and becomes the second focal point F 2
The light is condensed in a conical cylindrical shape toward
Is incident on the light incident end face 12in of the
emitted from t. When the emitted light is applied, the screen spreads in a conical cylindrical shape and is placed at a position separated by a predetermined distance along the optical axis Y, and a low-luminance portion DA called hollow appears. Therefore, when the axicon lens 22 is disposed near the position where the low-brightness portion appears on the optical axis Y and the light emitted from the light guide 12 is made incident, the convex conical surface 23 has no hollow. In this state, the outgoing light enters and is refracted into a light flux including a component parallel to the optical axis Y, and becomes a light flux having a light intensity distribution with a bright central portion and a dark peripheral portion. Next, when the light flux is transmitted through the convex spherical surface 24 or the convex spheroidal surface, the light to be diffused outward is refracted inward and collimated, and the light transmitted through the convex spherical surface 24 is converted into the spherical surface. Since the light is mixed due to the aberration, it becomes a light beam having a high light density and a substantially uniform light intensity distribution. Therefore, the light source device 21 of the present example can also obtain irradiation light with a uniform light intensity distribution and no hollow, and particularly, irradiation light with small power loss can be obtained when the irradiation area is small.
【００３１】[0031]
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、ラ
イトガイドの光入射端面が凹面に形成され、回転楕円鏡
から反射される光を直接ライトガイドに入射させて、光
軸に平行な光を含む一定の角度範囲内に収まるように屈
折させているので、プリズムなどによる光損失を生ずる
ことなく全体的に光強度の高い照射光が得られ、且つ、
光強度分布の中央部分がフラットな照射光を得ることが
できるという大変優れた効果を奏する。また、アキシコ
ンプリズムを透過させることにより、回転楕円鏡から反
射された光は光軸との角度が小さくなるように屈折され
て、光軸に平行な光を含む一定の角度範囲内の光になる
ので、ライトガイドの開口数より広い角度で集光する光
もライトガイドの開口数より小さな角度まで屈折されて
ライトガイドに取り込むことができ、光の利用効率が高
くなって全体的に光強度の高い照射光が得られ、且つ、
光強度分布の中央部分がフラットな照射光を得ることが
できるという大変優れた効果を奏する。さらに、ライト
ガイドの光出射端面に対向して片面が凸円錐面で他面が
凸球面又は凸回転楕円面のアキシコンレンズを配設し、
ライトガイドから円錐筒状に拡がって出射される出射光
を透過させれば、凸円錐面で中抜けが防止され、凸球面
又は凸回転楕円面を透過することにより光強度がミキシ
ングされて略均一の光強度分布をもった照射光を得るこ
とができるという大変優れた効果を奏する。As described above, according to the present invention, the light entrance end face of the light guide is formed in a concave surface, and the light reflected from the spheroidal mirror is directly incident on the light guide to be parallel to the optical axis. Since the light is refracted so as to fall within a certain angle range including the strong light, irradiation light with high light intensity as a whole can be obtained without causing light loss due to a prism or the like, and
A very excellent effect is obtained in that irradiation light having a flat central portion of the light intensity distribution can be obtained. Further, by transmitting the light through the axicon prism, the light reflected from the spheroidal mirror is refracted so that the angle with the optical axis becomes smaller, and is converted into light within a certain angle range including light parallel to the optical axis. Therefore, light condensed at an angle wider than the numerical aperture of the light guide can also be refracted to an angle smaller than the numerical aperture of the light guide and taken into the light guide, increasing the light use efficiency and overall light intensity High irradiation light is obtained, and
A very excellent effect is obtained in that irradiation light having a flat central portion of the light intensity distribution can be obtained. Further, an axicon lens having a convex conical surface on one side and a convex spherical surface or a convex spheroidal surface on the other side facing the light emitting end surface of the light guide,
If the light emitted from the light guide spreads out in a conical cylindrical shape and passes through it, the hollow hole is prevented by the convex conical surface, and the light intensity is mixed by passing through the convex spherical surface or convex spheroidal surface, and the light intensity is almost uniform. This is a very excellent effect that irradiation light having the light intensity distribution described above can be obtained.
【図１】（ａ）, （ｂ）は本発明に係る光源装置の光線
図及び光強度分布図。1A and 1B are a ray diagram and a light intensity distribution diagram of a light source device according to the present invention.
【図２】 これに用いる他のライトガイドを示す説明
図。FIG. 2 is an explanatory diagram showing another light guide used for this.
【図３】（ａ）, （ｂ）は他の光源装置の光線図及び光
強度分布図。3A and 3B are a ray diagram and a light intensity distribution diagram of another light source device.
【図４】 これに用いる他のプリズムを示す説明図。FIG. 4 is an explanatory view showing another prism used for this.
【図５】（ａ）〜（ｃ）はさらに他の光源装置の説明図
及び光強度分布図。FIGS. 5A to 5C are explanatory diagrams and a light intensity distribution diagram of still another light source device.
【図６】（ａ），（ｂ）は従来装置の説明図及び光強度
分布図。FIGS. 6A and 6B are an explanatory diagram and a light intensity distribution diagram of a conventional device.
【図７】（ａ），（ｂ）は他の従来装置の説明図及び光
強度分布図。7A and 7B are an explanatory diagram and a light intensity distribution diagram of another conventional device.
【図８】（ａ），（ｂ）は従来のアキシコンプリズムの
説明図。8A and 8B are explanatory diagrams of a conventional axicon prism.
１・・・・光源装置 ２・・・・回転
楕円鏡 ３・・・・キセノンランプ（光源） Ｆ1 ・・・第一
焦点 Ｆ2 ・・・第二焦点 ４・・・・ライ
トガイド ４in・・・光入射端面 ５・・・・発光
部 Ｘ・・・・光軸 ６・・・・凹円
錐面 ７・・・・凹球面 １１・・・・光源装置 １２・・・・ラ
イトガイド １２in・・・光入射端面 １３・・・・ア
キシコンプリズム １４・・・・凸円錐面 １５・・・・凹
円錐面 １６・・・・凸球面 １７・・・・凹
球面 ２１・・・・光源装置 ２２・・・・ア
キシコンレンズ ２３・・・・凸円錐面 ２３ａ・・・頂
点 ２４・・・・凸球面 Ｙ・・・・光
軸1 light source device 2 spheroid mirror 3 xenon lamp (light source) F 1 first focus F 2 second focus 4 light guide 4 in ··· Light incident end face 5 ··· Light emitting portion X ···· Optical axis 6 ··· Concave conical surface 7 ··· Concave spherical surface 11 ··· Light source device 12 ··· Light guide 12in. ··· Light incident end face 13 ··· Axicon prism 14 ··· Convex conical surface 15 ··· Concave conical surface 16 ··· Convex spherical surface 17 ··· Concave spherical surface 21 ··· Light source device 22 axicon lens 23 convex convex surface 23a vertex 24 convex spherical surface Y optical axis
Claims (8)
光源（３）がその第一焦点（F1) に配され、光ファイバ
束で形成されたライトガイド（４）が、前記回転楕円鏡
（２）の光軸（Ｘ）と同軸的に、且つ、その光入射端面
(4in）が前記回転楕円鏡（２）の第二焦点（F2) 近傍に
位置するように配設され、当該ライトガイド（４）の光
入射端面(4in) は回転楕円鏡（２）から反射されて略円
錐筒状に集光する光束を前記光軸（Ｘ）と平行な光を含
む光束に屈折させる凹面状に形成されたことを特徴とす
る光源装置。1. A light source (3) for diverging light with respect to a spheroidal mirror (2) is arranged at a first focal point (F 1 ), and a light guide (4) formed of an optical fiber bundle is provided. Coaxial with the optical axis (X) of the spheroidal mirror (2) and its light incident end face
(4in) is arranged so as to be positioned on the second focal point (F 2) adjacent the rotary elliptical mirror (2), the light incident end face of the light guide (4) (4in) is spheroidal mirror (2) A light source device formed as a concave surface that refracts a light beam that is reflected and condensed into a substantially conical cylindrical shape into a light beam that includes light parallel to the optical axis (X).
in) が凹円錐面に形成されて成る請求項１記載の光源装
置。2. A light incident end face (4) of the light guide (4).
The light source device according to claim 1, wherein (in) is formed in a concave conical surface.
in) の周縁側が凹円錐面（６）に形成されると共に、そ
の中心部分が前記凹円錐面（６）に連続する凹球面
（７）で形成されてなる請求項１記載の光源装置。3. A light incident end face (4) of the light guide (4).
2. The light source device according to claim 1, wherein the peripheral side of (in) is formed with a concave conical surface (6), and a central portion thereof is formed with a concave spherical surface (7) continuous with the concave conical surface (6).
in) が凹球面に形成されて成る請求項１記載の光源装
置。4. A light incident end face (4) of the light guide (4).
The light source device according to claim 1, wherein (in) is formed as a concave spherical surface.
光源（３）がその第一焦点（F1) に配され、光ファイバ
束で形成されたライトガイド（12）が、前記回転楕円鏡
（２）の光軸（Ｘ）と同軸的に、且つ、その光入射端面
（12in）が前記回転楕円鏡（２）の第二焦点（F2) 近傍
に位置するように配設され、前記光源（３）とライトガ
イド（12）の光入射端面（12in) の間の光軸（Ｘ）上に
は、前記回転楕円鏡（２）からの反射光を屈折してライ
トガイド（12）に導くアキシコンプリズム（13）が配設
され、当該アキシコンプリズム（13）は、光源（３）側
の面が凸円錐面（14）で形成されると共に、ライトガイ
ド（12）の光入射端面（12in）と対向する面が凹円錐面
（15）で形成され、前記凸円錐面（14）を形成する円錐
の頂角（θin）より、凹円錐面（15）を形成する円錐の
頂角（θout ）の方が小さく選定されていることを特徴
とする光源装置。5. A light source (3) for diverging light with respect to a spheroidal mirror (2) is disposed at a first focal point (F 1 ), and a light guide (12) formed of an optical fiber bundle is provided. coaxially optical axis of the spheroidal mirror (2) and (X), and, arranged so that the light incident end face (12in) is located at the second focus (F 2) adjacent the rotary elliptical mirror (2) Then, on the optical axis (X) between the light source (3) and the light incident end face (12in) of the light guide (12), the reflected light from the spheroidal mirror (2) is refracted to form the light guide (12). An axicon prism (13) leading to 12) is provided. The axicon prism (13) has a surface on the light source (3) side formed by a convex conical surface (14) and a light guide (12). The surface facing the light incident end face (12in) is formed by a concave conical surface (15), and the concave conical surface (θin) is formed from the apex angle (θin) of the cone forming the convex conical surface (14). 15. The light source device according to claim 15, wherein the apex angle (θout) of the cone forming (15) is selected to be smaller.
（３）側の面の周縁部が凸円錐面（14）で形成されると
共にその中心部分が前記凸円錐面（14）に連続する凸球
面（16）で形成され、ライトガイド（12）の光入射端面
（12in）と対向する面の周縁部が凹円錐面（15）で形成
されると共にその中心部分が前記凹円錐面（15）に連続
する凹球面（17）で形成されてなる請求項４記載の光源
装置。6. The axicon prism (13) has a peripheral portion formed on the light source (3) side as a convex conical surface (14), and a central portion thereof is continuous with the convex conical surface (14). The light guide (12) is formed of a convex spherical surface (16), the periphery of the surface facing the light incident end surface (12in) of the light guide (12) is formed of a concave conical surface (15), and the central portion thereof is formed of the concave conical surface (15). 5. The light source device according to claim 4, wherein the light source device is formed of a concave spherical surface (17) continuous with the light source.
と共に、光出射面が凹円錐面（15）で形成され、前記凸
円錐面（14）を形成する円錐の頂角（θin）より、凹円
錐面（15）を形成する円錐の頂角（θout ）の方が小さ
く選定されたことを特徴とするアキシコンプリズム。7. A light incident surface is formed by a convex conical surface (14), and a light emitting surface is formed by a concave conical surface (15), and a vertex angle of a cone forming the convex conical surface (14). An axicon prism characterized in that the apex angle (θout) of the cone forming the concave conical surface (15) is selected to be smaller than (θin).
光源がその第一焦点（F1) に配され、光ファイバ束で形
成されたライトガイド（12）が、前記回転楕円鏡（２）
の光軸（Ｘ）と同軸的に、且つ、その光入射端面（12i
n）が前記回転楕円鏡（２）の第二焦点（F2) 近傍に位
置するように配設されると共に、前記ライトガイド（1
2）の光出射端面(12out) からの出射光を透過させるア
キシコンレンズ（22）が配設され、当該アキシコンレン
ズ（22）は、その片面が凸円錐面（23）に形成されると
共に、その反対面が凸球面（24）もしくは凸回転楕円面
に形成され、前記ライトガイド（12）から出射される円
錐筒状の出射光の中央に低輝度部が現出する位置の近傍
に、前記凸円錐面（23）の頂点(23a) が位置するように
配設されたことを特徴とする光源装置。8. A light source for diverging light with respect to the spheroidal mirror (2) is disposed at a first focal point (F 1 ), and a light guide (12) formed of a bundle of optical fibers is used as the spheroidal mirror. (2)
Coaxially with the optical axis (X) of the
with n) are arranged so as to be positioned on the second focal point (F 2) adjacent the rotary elliptical mirror (2), wherein the light guide (1
An axicon lens (22) for transmitting light emitted from the light emitting end face (12out) of 2) is provided, and the axicon lens (22) has one surface formed as a convex conical surface (23). The opposite surface is formed as a convex spherical surface (24) or a convex spheroidal surface, and in the vicinity of a position where a low luminance portion appears at the center of the conical cylindrical light emitted from the light guide (12), A light source device, wherein a vertex (23a) of the convex conical surface (23) is located.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34268797A JPH11176221A (en) | 1997-12-12 | 1997-12-12 | Light source device and axicon prism for use in it |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34268797A JPH11176221A (en) | 1997-12-12 | 1997-12-12 | Light source device and axicon prism for use in it |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11176221A true JPH11176221A (en) | 1999-07-02 |
Family
ID=18355724
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP34268797A Pending JPH11176221A (en) | 1997-12-12 | 1997-12-12 | Light source device and axicon prism for use in it |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11176221A (en) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002150820A (en) * | 2000-11-07 | 2002-05-24 | Nissei Electric Co Ltd | Lighting device |
| WO2005040867A1 (en) * | 2003-09-12 | 2005-05-06 | Kongsberg Defence & Aerospace As | Optical transformer |
| CN1303356C (en) * | 2003-02-25 | 2007-03-07 | 株式会社猫眼 | Illumination apparatus |
| US8061855B2 (en) | 2007-12-27 | 2011-11-22 | Konica Minolta Opto, Inc. | Projection apparatus |
| JP7201287B1 (en) * | 2022-07-25 | 2023-01-10 | 株式会社京都セミコンダクター | optical power converter |
-
1997
- 1997-12-12 JP JP34268797A patent/JPH11176221A/en active Pending
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JP2002150820A (en) * | 2000-11-07 | 2002-05-24 | Nissei Electric Co Ltd | Lighting device |
| JP4693076B2 (en) * | 2000-11-07 | 2011-06-01 | 日星電気株式会社 | Lighting device |
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| US8061855B2 (en) | 2007-12-27 | 2011-11-22 | Konica Minolta Opto, Inc. | Projection apparatus |
| JP7201287B1 (en) * | 2022-07-25 | 2023-01-10 | 株式会社京都セミコンダクター | optical power converter |
| WO2024023887A1 (en) * | 2022-07-25 | 2024-02-01 | 株式会社京都セミコンダクター | Optical power feeding converter |
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