(57)【要約】【課題】  光を広範囲に均一照射することができ、また、光の接続ロスを低減することができるファイバアレイを得る。【解決手段】  整列した複数本の光ファイバ３の出射端に導光板６を接続した構成により、照明光２３を出射する導光板６の出射面６ｂの全域を略均等な光度で発光させることができ、光を広範囲に均一照射することが可能になる。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
整列した複数本の光ファイバの出射端に導光板を接続したことを特徴とするファイバアレイ。
【請求項２】
前記導光板は、前記光ファイバから光が導入される入射面の形状と、入射した光を出射する出射面の形状とが相異していることを特徴とする請求項１に記載のファイバアレイ。
【請求項３】
前記光ファイバの配列ピッチが光照射部において必要な照度分布に応じて変化していることを特徴とする請求項１又は２に記載のファイバアレイ。
【請求項４】
前記光照射部の中央域に光を照射する中央光ファイバ群よりも光照射部の外側域に光を照射する外側光ファイバ群の方が、前記配列ピッチが密になっていることを特徴とする請求項３に記載のファイバアレイ。
【請求項５】
光ファイバの出射端に導光板を接続すると共に、各光ファイバのそれぞれの入射端に独立して光源を接続したことを特徴とする光照射装置。
【請求項６】
前記光ファイバに接続する光源の光強度が、光照射部において必要な照度分布に応じて変化していることを特徴とする請求項５に記載の光照射装置。
【請求項７】
前記光源の光強度は光照射部の中央よりも外側で強くなっていることを特徴とする請求項６に記載の光照射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はファイバアレイ及び該ファイバアレイを用いた光照射装置に関し、特に、出射面における光度分布を均一化するための改良に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
生産工場等のライン照明に好適な照明装置として、図９に示すライン状ライトガイド１０１が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
このライン状ライトガイド１０１は、複数本の光ファイバ１０３を入射端１０３ａ側では適宜結束具１０４によって略円形断面に束ね、出射端１０３ｂ側では専用の結束具１０５によって細長い帯状断面に束ねたものである。
このライン状ライトガイド１０１によれば、入射端１０３ａに対向配置された光源１０７から出射される光の束１０８を、細長い矩形断面の光束１０９に変換して出射するため、生産ラインに沿った効率的な照明が可能になる。
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−２２２７４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、上記ライン状ライトガイド１０１では、各光ファイバ１０３に入射した光は、その光ファイバ１０３の出射端１０３ｂから直に生産ライン上の光照射部に出射されるため、光源１０７の光度分布が、光照射部における光のパワー（照度）分布に大きく影響する。
【０００５】
即ち、光源１０７から出射される光の束１０８は、中心部ではその周縁よりも光度が高い光度分布を有する。そのため、光の束１０８の中心部の光を受けた光ファイバ１０３は出射端１０３ｂから強い光を出射する一方、光の束１０８の周縁部の光を受けた光ファイバ１０３は出射端１０３ｂから弱い光を出射するようになってしまう。
従って、入射端１０３ａで束の中心に位置した光ファイバ１０３を、そのまま出射端１０３ｂでも中央に配列すると、図１０に示すように、光照射部における照度分布Ｆ１は、照射域の両端で照度が低下した形になり、均一な明るさの照明を広範囲に得ることが難しい。
【０００６】
このような問題を解決するため、入射端１０３ａが、光ファイバ束の中心部に配置された光ファイバ１０３の出射端１０３ｂは、細長い帯状断面の光ファイバ束の中では両端側に多く配置されるように、各光ファイバ１０３の配列を調整することが提案された。
しかし、このような配列調整は、多大な手間がかかり、また、正確に配列調整することは困難であった。
また、仮に、配列調整ができたとしても、光源１０７の経年劣化等によって、ライン状ライトガイド１０１に入射する光の束１０８の光度分布が変化すると、再び、照度分布にばらつきが生じてしまい、均一な照度分布を安定維持することが難しいという問題もあった。
なお、均一な照度分布を得るため、大きなレンズや特別に設計されたレンズ等の光学系を使用することも考慮できるが、このような光学系は製品コストの高騰を招く。
【０００７】
また、図１１に示すように、光源１０７から出射された光の束１０８の内、各光ファイバ１０３のクラッド１０３ｃや、隣接する光ファイバ１０３間の隙間１１１に入射した分の光はロスとなり、光ファイバ１０３のコア１０３ｄに入射した光だけしか、有効光にならない。従って、光源１０７とライン状ライトガイド１０１との間での接続ロスが大きいという難点もあった。
【０００８】
本発明の目的は、上記事情に鑑みなされたものであり、光を広範囲に均一照射することができ、また、光の接続ロスを低減することができるファイバアレイ及び該ファイバアレイを用いた光照射装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明に係る請求項１記載のファイバアレイは、整列した複数本の光ファイバの出射端に導光板を接続したことを特徴とする。
【００１０】
本発明に係る請求項２記載のファイバアレイは、請求項１に記載のファイバアレイにおいて、前記導光板は、前記光ファイバから光が導入される入射面の形状と、入射した光を出射する出射面の形状とが相異していることを特徴とする。
【００１１】
本発明に係る請求項３記載のファイバアレイは、請求項１又は２に記載のファイバアレイにおいて、前記光ファイバの配列ピッチが光照射部において必要な照度分布に応じて変化していることを特徴とする。
【００１２】
本発明に係る請求項４記載のファイバアレイは、請求項３に記載のファイバアレイにおいて、前記光照射部の中央域に光を照射する中央光ファイバ群よりも光照射部の外側域に光を照射する外側光ファイバ群の方が、前記配列ピッチが密になっていることを特徴とする。
【００１３】
上記目的を達成するために、本発明に係る請求項５記載の光照射装置は、光ファイバの出射端に導光板を接続すると共に、各光ファイバのそれぞれの入射端に独立して光源を接続したことを特徴とする。
【００１４】
本発明に係る請求項６記載の光照射装置は、請求項５に記載の光照射装置において、前記光ファイバに接続する光源の光強度が、光照射部において必要な照度分布に応じて変化していることを特徴とする。
【００１５】
本発明に係る請求項７記載の光照射装置は、請求項６に記載の光照射装置において、前記光源の光強度は光照射部の中央よりも外側で強くなっていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の請求項１記載のファイバアレイによれば、ファイバアレイを構成している各光ファイバの出射端から出射される光は、導光板を通過する際に、導光板の対向側面での反射を繰り返すことで、導光板内に略均一に拡散した状態になって、導光板の出射端からは略均一な光度分布を持って出射されるようになる。
従って、例えば、生産ライン上の光照射部には、光を広範囲に均一照射することができる。
【００１７】
本発明の請求項２記載のファイバアレイによれば、導光板の入射面を、光ファイバの光軸に直交する平坦面に形成しておくことによって、光ファイバとの接続を容易にすることができる。また、導光板の出射面は、例えば凸曲面、又は凹曲面、又は入射面と大きさの異なる矩形平面等、入射面と異なる形状に設定しておくことで、導光板の出射面から放射される照明光の照射範囲や、照度分布を適宜に調整することができる。
【００１８】
本発明の請求項３記載のファイバアレイによれば、導光板の入射面に入射する光束は、導光板に接続された光ファイバ束における光ファイバの配列ピッチの変化に対応した光度分布を持ち、導光板の出射面における光度分布に変化を与えることができる。
そして、例えば、請求項４に記載のように、導光板の周縁部に光が高密度に入射するように光ファイバ束におけるファイバ相互の配列ピッチに変化を与えておくことで、導光板の出射面から出射される光の光度分布は、光照射部の周縁部での照度の低下が確実に少なくなるように調整することができ、明るさがより均一化された照明を実施することができる。
【００１９】
本発明の請求項５記載の光照射装置によれば、光ファイバの出射端に接続された導光板によって、出射する照明光を広域に渡って、均一化することができると同時に、光ファイバの入射端に各光ファイバ毎に装備された光源により、接続ロスを低減させることができ、効率の高い均一照明を実現することができる。
【００２０】
本発明の請求項６記載の光照射装置によれば、各光ファイバ毎に装備される光源の発光強度に変化を付与することで、導光板へ入射される光束における光度分布をより高精度に調整して、光照射部における照度分布をより高精度に調整することができる。
そして、例えば、請求項７に記載のように、導光板の周縁部に光度の高い光が入射するように、配備する光源の光度に変化を与えておくことで、導光板の出射面から出射される光の光度分布は、光照射部の周縁部での照度の低下が確実に少なくなるように調整することができ、明るさがより均一化された照明を実施することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明に係るファイバアレイ及び該ファイバアレイを用いた光照射装置の好適な実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
図１乃至図３は本発明に係るファイバアレイ及び該ファイバアレイを用いた光照射装置の第１の実施の形態を示したもので、図１は本発明に係るファイバアレイ及び該ファイバアレイを用いた光照射装置の第１の実施の形態の斜視図、図２は図１に示したファイバアレイのファイバアレイ本体の製造方法の説明図、図３は図１に示したファイバアレイの導光板内での光の進行及び、導光板からの出射光の説明図である。
【００２２】
この第１の実施の形態の光照射装置１は、複数本の光ファイバ３を横一列に整列させたファイバアレイ本体４と、このファイバアレイ本体４の各光ファイバ３の出射端に接続された導光板６と、ファイバアレイ本体４の各光ファイバ３毎に独立して装備されて各光ファイバ３の入射端に接続された複数個の光源８とから構成されている。なお、本明細書では、光源８を除いたファイバアレイ本体４と導光板６とからなる構成をファイバアレイと呼称する。
【００２３】
ファイバアレイ本体４は、図２に示す製造方法によって製造される。
まず、図２（ａ）に示すように、複数本のファイバ位置決め用のＶ溝１１が所定のピッチで形成されたＶ溝基板１３に光ファイバ３を整列させる。
次いで、図２（ｂ）に示すように、整列された複数本の光ファイバ３群の上に、光ファイバ３相互を接着固定する蓋基板１５を接着する。この蓋基板１５は、所定の強度を持つ基板１６の片面に、光ファイバ３相互を接着する接着層１７を装備したものである。
以上によって、複数本の光ファイバ３が所定の配列ピッチで横一列に整列したファイバアレイ本体４が得られる。
【００２４】
本実施の形態の場合、Ｖ溝基板１３上のＶ溝１１の配列ピッチは、Ｖ溝基板１３上全域で均一に設定されている。
【００２５】
導光板６は、入射面６ａ及び出射面６ｂが互いに平行な平坦面に形成された略直方体状で、図３に示すように、ファイバアレイ本体４の各光ファイバ３から入射面６ａに入射した光２１は、導光板６の対向側面（左右の両側面及び上下の両側面）での反射を繰り返して、出射面６ｂ側に進み、出射面６ｂから出射される照明光２３は、角度θ１の拡散光となる。
【００２６】
光源８は、出射する光が、全て対応する光ファイバ３のコアに入射するように、外径や光ファイバ３の入射端までの離間距離が調整されたものである。
本実施の形態の場合、装備された複数個の光源８は、何れも発光強度が同一のものである。
【００２７】
以上に説明した光照射装置１によれば、光照射装置１を構成している各光ファイバ３の出射端から出射される光２１は、導光板６を通過する際に、導光板６の対向側面での反射を繰り返すことで、導光板６内で略均一に拡散した状態になって、導光板６の出射面６ｂからは略均一な光度分布を持った照明光２３として出射されるようになる。
従って、例えば、生産ライン上の光照射部には、光を広範囲に均一照射することができる。
【００２８】
また、本実施の形態の光照射装置１によれば、光源８は、ファイバアレイ本体４を構成している各光ファイバ３毎に独立しているため、光源８から発射される光の全てを対応する光ファイバ３のコア内に入射させることができ、光源８から発射された光が光ファイバ３のクラッドや光ファイバ３相互間の隙間に入射することによる光の接続ロスを低減することもでき、効率の高い均一照明を実現することができる。
【００２９】
なお、導光板６の入射面６ａ及び出射面６ｂの形状は同一でなくてもよく、導光板６の構造は上記実施の形態に限定しない。
図４は本発明に係るファイバアレイの第２の実施の形態の斜視図であり、図５は図４に示したファイバアレイの導光板内での光の進行及び、導光板からの出射光の説明図である。
【００３０】
ここに示したファイバアレイ３１は、導光板６の構造を改良したもので、それ以外の構成は、第１の実施の形態と共通でよい。第１実施の形態と共通の構成については、同番号を付して説明を省略する。
この実施の形態の導光板６は、光ファイバ３から光２１が導入される入射面６ａと入射した光を出射する出射面６ｂとが互いに平行な平坦面である点は、第１の実施の形態と共通であるが、出射面６ｂの幅寸法が入射面６ａよりも小さく設定され、全体的には、先細りの台形状になっている。
【００３１】
このような形状の導光板６では、図５に示すように、ファイバアレイ本体４の各光ファイバ３から入射面６ａに入射した光２１は、導光板６の対向側面（左右の両側面及び上下の両側面）での反射を繰り返して、出射面６ｂ側に進み、出射面６ｂから出射される照明光２３は、角度θ２の拡散光となる。この場合の角度θ２は、第１の実施の形態における拡散角度θ１よりも大きく、より広域に照明光２３を放射したい場合に適する。
【００３２】
図６は、本発明に係るファイバアレイの第３の実施の形態を示したものである。
この実施の形態のファイバアレイ３２は、導光板６の構造を改良したもので、それ以外の構成は、第１の実施の形態と共通でよい。第１実施の形態と共通の構成については、同番号を付して説明を省略する。
この実施の形態の導光板６は、光ファイバ３から光２１が導入される入射面６ａと入射した光を出射する出射面６ｂとが互いに平行な平坦面である点は、第１の実施の形態と共通であるが、出射面６ｂの幅寸法が入射面６ａよりも大きく設定され、全体的には、先広がりの台形状になっている。
【００３３】
このような形状の導光板６では、図６に示したように、ファイバアレイ本体４の各光ファイバ３から入射面６ａに入射した光２１は、導光板６の対向側面（左右の両側面及び上下の両側面）での反射を繰り返して、出射面６ｂ側に進み、出射面６ｂから出射される照明光２３は、角度θ３の拡散光となる。この場合の角度θ３は、第１の実施の形態における拡散角度θ１よりも小さく、照明光２３の放射域を狭めたい場合に適する。
【００３４】
図７は、本発明に係るファイバアレイの第４の実施の形態を示したものである。
この実施の形態のファイバアレイ３３は、導光板６の構造を改良したもので、それ以外の構成は、第１の実施の形態と共通でよい。第１実施の形態と共通の構成については、同番号を付して説明を省略する。
この実施の形態の導光板６は、光ファイバ３から光２１が導入される入射面６ａが光ファイバ３の光軸に直交する平坦面である点は第１の実施の形態と共通している。しかし、出射面６ｂは、平坦面ではなく、凹状の湾曲面に形成されている。
【００３５】
このような形状の導光板６では、図７に示したように、ファイバアレイ本体４の各光ファイバ３から入射面６ａに入射した光２１は、導光板６の対向側面（左右の両側面及び上下の両側面）での反射を繰り返して、出射面６ｂ側に進み、出射面６ｂから出射される照明光２３は、角度θ４の拡散光となる。この場合の角度θ４は、第１の実施の形態における拡散角度θ１よりも大きく、照明光２３の放射域を拡大したい場合に適する。
【００３６】
図８は、本発明に係るファイバアレイの第５の実施の形態を示したものである。
この実施の形態のファイバアレイ３４は、導光板６の構造を改良したもので、それ以外の構成は、第１の実施の形態と共通でよい。第１実施の形態と共通の構成については、同番号を付して説明を省略する。
この実施の形態の導光板６は、光ファイバ３から光２１が導入される入射面６ａが光ファイバ３の光軸に直交する平坦面である点は第１の実施の形態と共通している。しかし、出射面６ｂは、平坦面ではなく、凸状の湾曲面に形成されている。
【００３７】
このような形状の導光板６では、図８に示したように、ファイバアレイ本体４の各光ファイバ３から入射面６ａに入射した光２１は、導光板６の対向側面（左右の両側面及び上下の両側面）での反射を繰り返して、出射面６ｂ側に進み、出射面６ｂから出射される照明光２３は、角度θ５の拡散光となる。この場合の角度θ５は、第１の実施の形態における拡散角度θ１よりも小さく、照明光２３の放射域を狭くしたい場合に適する。
【００３８】
以上の図４乃至図８に示したように、導光板６は、入射面６ａを、光ファイバ３の光軸に直交する平坦面に形成しておくことによって、光ファイバ３との接続を容易にすることができる。そして、導光板６の出射面６ｂを、例えば、図８に示した凸曲面、又は図７に示した凹曲面、又は図６及び図５に示したように入射面６ａと大きさの異なる矩形平面等、入射面６ａと異なる形状に設定しておくことで、導光板６の出射面６ｂから放射される照明光２３の照射範囲や、照度分布を適宜に調整することができる。
【００３９】
なお、上記の各実施の形態では、いずれも、ファイバアレイ本体４を構成する各光ファイバ３相互の配列ピッチは、均一にされている。
しかし、ファイバアレイ本体４における光ファイバ３の配列ピッチが、生産ライン上の光照射部において必要な照度分布に応じて変化させておくこともできる。
【００４０】
このようにすると、導光板６の入射面６ａに入射する光束は、導光板６に接続された光ファイバ３束における光ファイバ３の配列ピッチの変化に対応した光度分布を持ち、導光板６の出射面６ｂにおける照度分布に変化を与えることができる。
そして、例えば、導光板６の周縁部に光が高密度に入射するように光ファイバ３束におけるファイバ相互の配列ピッチに変化を与えておくことで、導光板６の出射面６ｂから出射される光の光度分布は、光照射部の周縁部での照度の低下が少なくなるように調整することができ、明るさがより均一化された照明を得ることができる。
【００４１】
また、上記の各実施の形態では、各光ファイバ３の入射端に接続する複数個の光源８は、同一の光強度のものを使用した。
しかし、各光源８の光強度を、生産ライン上の光照射部において必要な照度分布に応じて変化させた構成とすることもできる。
【００４２】
このようにすると、各光ファイバ３毎に装備される光源８の発光強度に変化を付与したことで、導光板６へ入射される光束における光度分布を変えて、光照射部における照度分布をより高精度に調整することができる。
そして、例えば、導光板６の周縁部に光度の高い光が入射するように、配備する複数個の光源８の光度に変化を与えておくことで、導光板６の出射面６ｂから出射される光の光度分布は、光照射部の周縁部での照度の低下が少なくなるように調整することができ、明るさがより均一化された照明を実施することができる。
【００４３】
また、上記各実施の形態では、ファイバアレイ本体４として、光ファイバ３を横一列に配列したものを示したが、ファイバアレイ本体４を上下に多段に重ねて、多数の光ファイバ３が行列状に所定のピッチで配列された構成としても良い。
その場合には、光源８の配列も、上下に多段に並んだ構成となる。
また、複数本の光ファイバ３を所定の配列ピッチで並べて一体化したファイバアレイ本体の外郭形状は、以上に説明した矩形状に限らない。ライン状ではなく、円形の照明範囲が要求される場合には、ファイバアレイ本体を構成する光ファイバを、円形状に束ねた構造にすることも考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明に係るファイバアレイ及び該ファイバアレイを用いた光照射装置の第１の実施の形態の斜視図である。
【図２】図１に示したファイバアレイのファイバアレイ本体の製造方法の説明図である。
【図３】図１に示したファイバアレイの導光板内での光の進行及び、導光板からの出射光の説明図である。
【図４】本発明に係るファイバアレイの第２の実施の形態の斜視図である。
【図５】図４に示したファイバアレイの導光板内での光の進行及び、導光板からの出射光の説明図である。
【図６】本発明に係るファイバアレイの第３の実施の形態における光の進行を示す平面図である。
【図７】本発明に係るファイバアレイの第４の実施の形態における光の進行を示す平面図である。
【図８】本発明に係るファイバアレイの第５の実施の形態における光の進行を示す平面図である。
【図９】従来の照明装置としてのライン状ライトガイドの構成を示す斜視図である。
【図１０】図９に示したライン状ライトガイドの光照射部における照度分布の説明図である。
【図１１】図９に示したライン状ライトガイドの入射部における接続ロスの説明図である。
【符号の説明】
【００４５】
１  光照射装置
３  光ファイバ
４  ファイバアレイ本体
６  導光板
６ａ  入射面
６ｂ  出射面
８  光源
３１，３２，３３，３４  ファイバアレイ
【図１】
2006154408.tif 000003
【図２】
2006154408.tif 000004
【図３】
2006154408.tif 000005
【図４】
2006154408.tif 000006
【図５】
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【図６】
2006154408.tif 000008
【図７】
2006154408.tif 000009
【図８】
2006154408.tif 000010
【図９】
2006154408.tif 000011
【図１０】
2006154408.tif 000012
【図１１】
2006154408.tif 000013