(57)【要約】      （修正有）【課題】照明装置用のライトガイドであって、出射効率が低下することなく、構造が簡単で寸法形状がコンパクトにしてなお且つ、高照度の下に均一な照度分布が得られるライトガイドを提供する。【解決手段】光ファイバ素線群からなるライトガイド２の出射端２ｂに、該端面の面積より大きい入射端面３ａを有するガラスロッド３を対向配置させる。ガラスロッドの入射端面の面積Ｓ１は、ライトガイド端面の面積Ｓ２に対して、Ｓ１＝（１．１〜１．５）Ｓ２を満足する。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ファイバ素線群からなるライトガイドの少なくとも一方の端面に、該端面の面積より大きい入射端面を有するガラスロッドが対向配置されてなることを特徴とするライトガイド。
【請求項２】
該ガラスロッドの入射端面の面積（Ｓ１）が、該ライトガイドの端面の面積（Ｓ２）に対してＳ１＝（１．１〜１．５）Ｓ２を満足する請求項１に記載のライトガイド。
【請求項３】
該一方の端面が出射端面である請求項１または２に記載のライトガイド。
【請求項４】
該ガラスロッドの入射端面およびライトガイドの出射端面が共に、それぞれの長手方向の軸と直交する平坦面である請求項１〜３のいずれかに記載のライトガイド。
【請求項５】
該ガラスロッドの出射端面が凹面加工されている請求項１〜４のいずれかに記載のライトガイド。
【請求項６】
該ガラスロッドが石英ガラスまたは多成分ガラスからなる請求項１〜５のいずれかに記載のライトガイド。
【請求項７】
該ガラスロッドの長さが１０ｍｍ〜５０ｍｍである請求項１〜６のいずれかに記載のライトガイド。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光源から射出された光を、光ファイバライトガイドを通して所望の部位に照射する照明装置に関し、さらに詳しくは、特に高照度で均一な照明が要求される画像処理の照明等に利用されるライトガイドの改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
本出願人は先に上述の照明装置の例として、図４に示すように、楕円ミラー（４）で集光された、ハロゲンランプにより代表される光源（５）の光を光ファイバ素線群からなるライトガイド（２）の入射端面（２ａ）に導入するとともに、該ライトガイドの出射端面（２ｂ）に、少なくとも一方の端面（３ａ）または（３ｂ）に凹面レンズ加工が施されたロッドレンズ（３）を装着することにより均一光化された出射光を得る方法を提案した。（特願２００２−３４９１５７号）
しかしながら、このロッドレンズ付きライトガイド（１）の出射端面（３ｂ）においてはほぼ均一光化された出射光は得られるものの、同図に示すように該端面（３ｂ）の周辺部での均一光化が得られにくく、従って、実際に使用できる高精度な有効照射部の面積が限定されるという問題が生じた。併せて、この方式では照度は平均化されるものの、全体的に照度が低下することも判明した。
このため、出射端面の周辺部でも均一光化が改善されて有効照射部の面積が拡大され、しかも照度低下が少ない、より高精度なライトガイドが切望されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、本発明の課題は、従来の問題点を解消するとともに、複数本の光ファイバ素線からなるライトガイドを採用しながらも、構造が簡単で、寸法・形状がコンパクトにして尚且つ、高照度の下に均一な照度分布が得られるライトガイドを提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、光ファイバ素線群からなるライトガイドの少なくとも一方の端面、特に出射端面に、該端面の面積より大きい入射端面を有するガラスロッドを対向配置するという極めて簡単な構成を採ることにより、上記の課題を一挙に解決するに至った。
【０００５】
かくして、本発明によれば、光ファイバ素線群からなるライトガイドの少なくとも一方の端面に、該端面の面積より大きい入射端面を有するガラスロッドが対向配置されてなることを特徴とするライトガイドが提供される。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明のライトガイドの側面図である。
図２は、本発明に係るライトガイドの別の態様を示す側面図である。
図３は本発明に従い、ライトガイドの少なくとも一方の端面に、該端面の面積より大きい入射端面を有するガラスロッドを装着したことにより、出射光が均一化されることを示す説明図である。
図１〜図３において、（１）は、光ファイバ素線群からなるライトガイド（２）の出射端面（２ｂ）にガラスロッド（３）が装着された状態のライトガイド、（２ａ）および（２ｂ）はそれぞれ、該ライトガイド（２）の入射端面および出射端面、（３ａ）および（３ｂ）はそれぞれ、該ガラスロッド（３）の入射端面および出射端面、（４）は楕円ミラー、そして（５）は光源である。
【０００７】
本発明において特徴的なことは、ライトガイド（２）の入射端面（２ａ）および／または出射端面（２ｂ）に、該端面の面積より大きい入射端面を有するガラスロッド（３）を装着させることにある。このうち、図１〜図３には、ライトガイド（２）の出射端面（２ｂ）に、該端面の面積より大きい入射端面（３ａ）を有するガラスロッド（３）を装着させた例が示されている。
こうすることにより、これまではライトガイド（２）の出射端面（２ｂ）から出てガラスロッド（３）に入射しなかった光、即ち出射端面（２ｂ）の周辺部の光までも回収できるので、該ロッド（３）の出射端面（３ｂ）からの出射光はより一層拡散されつつ、図３に示すように該端面（３ｂ）の中心部から周辺部に亘って十分な幅（面積）で均一光化される。併せて、照度ロスの減少に伴って照度自体も高くなる。この結果、ライトガイドの有効照射面積がほぼ１００％近くまで飛躍的に向上する。
ここで、ガラスロッド（３）の入射端面（３ａ）の面積（Ｓ１）は、該ライトガイド（２）の出射端面（２ｂ）の面積（Ｓ２）に対してＳ１＝（１．１〜１．５）Ｓ２を満足することが望ましい。この理由は、このＳ１の値が大き過ぎても、開口数から自ずと該ライトガイド（２）の出射光の出射角には限度があるので、所詮、この角度を超えた光はガラスロッド（３）の入射端面（３ａ）には入射しない。この結果、過度にＳ１の値を大きくしてもガラスロッド（３）の入射端面（３ａ）の周辺部には光は入射しなく、該ロッド（３）の出射端面（３ｂ）での有効照射率がかえって低下してしまうからである。つまり、Ｓ１はライトガイド（２）の出射角の限度値に対応する面積とすればよい。逆にＳ１の値が小さ過ぎると、ライトガイド（２）の出射端面（２ｂ）から出て、ガラスロッド（３）に入射しなかった光を回収できず、本発明の効果が期待できないからである。
本発明において、ガラスロッド（３）の装着位置は、ライトガイド（２）の入射端面（２ａ）および出射端面（２ｂ）のいずれでもよいが、好ましくは出射端面（２ｂ）側である。その際、両部材の装着端面に関しては、ガラスロッド（３）の入射端面（３ａ）およびライトガイド（２）の出射端面（２ｂ）が共に、それぞれの長手方向の軸と直交する平坦面であることが集光効率の点から好ましい。図１〜２では、説明の便宜上、ガラスロッド（３）の入射端面（３ａ）とライトガイド（２）の出射端面（２ｂ）と間に間隔を設けた例を示したが、実際の装着に当たっては、該両端面は接着、熱融着、あるいはコネクタ接続等各種の方法で接触状態に保たれる。このとき、出射特性等の仕様変更が頻繁に要求される場合には、アダプタ形式としてガラスロッド（３）を脱着自在にしておくことが望ましい。
次に、ガラスロッド（３）の端面形状については、円形のほかに、四角形や六角形等の多角形のいずれであってもよく、加工性や入射特性ないし出射特性を考慮しながら適宜選択すればよい。他方、その長さについては、拡散による均一光化の効率や挿入損失を考慮して１０ｍｍ〜５０ｍｍの範囲にあるのが望ましい。
このようなガラスロッド（３）の材質としては、石英ガラスまたは多成分ガラスあるいはプラスチックが挙げられるが、挿入損失と耐熱性との観点からすれば、ガラスが特に好ましい。また、ロッド自体は、前記材質を直接溶融成形してなる棒状体あるいはファイバ束を熱融着させたものであってもよい。
次に図２に示す本発明の別の態様について説明する。
本態様は、図１あるいは図３の態様において、ガラスロッド（３）の出射端面（３ｂ）に凹面レンズ加工を施したものである。
こうすることにより、該端面が平坦（フラット）な図１あるいは図３の態様と比較して集光効果が大きくなるので、その分だけガラスロッド（３）の長さを短縮化でき、よりコンパクトなライトガイドになる。この凹面レンズ加工は、該ガラスロッド（３）の入射端面（３ａ）および出射端面（３ｂ）のいずれか一方に施すか、あるいはそれらの両方に施せばよい。この場合、加工性と装着性とを考慮すると、図示したように、出射端面（３ｂ）側に加工するのが望ましい。また、凹面の度合い（曲率）は、光源の特性と照度特性、さらには加工性との関係から、適宜設定すればよい。
以上の説明では、凹面加工については、その一例について述べたが、本発明の趣旨から逸脱しない限り、それらを変形した各種の態様が採用されることは言うまでもないことである。
本発明で採用するライトガイド（２）は複数本の光ファイバ素線から構成される。例えば、常用されている素線径が０．０３〜０．０８ｍｍの場合、これら素線を３０００本〜８０００本程度束ねて熱融着して構成される。光ファイバ素線の材質としては、ロッドレンズ同様、石英ガラスファイバまたは多成分ガラスファイバあるいはプラスチックファイバが採用される。このとき、挿入損失と耐熱性とを考慮すると、石英ガラスファイバが好ましく採用される。また、このライトガイド（２）は、出射端部がテーパ加工された、いわゆるテーパ付ライトガイドであってもよい。
さらに、このようなライトガイドの出射端面を凹面加工しても、出射光の均一化は実現されるが、ライトガイドの仕様がやや限定される面が残る。
以下、本発明の実施例を示す。
【０００８】
（Ａ）ライトガイド（２）の作成
素線径が０．０５ｍｍの多成分ガラスファイバ素線３１２５本を熱融着炉にて熱融着して、外径３ｍｍ、長さ２０００ｍｍで、両端面が共に、該素線軸と直交する平坦面で構成されるライトガイド（２）を作成した。
（Ｂ）ガラスロッド（３）の作成
外径４ｍｍ、長さ２０ｍｍのガラス母材を用い、その一方の端面には曲率４ｍｍの凹面加工を施してなる出射端面（３ｂ）を、他方の端面には該母材（ロッド）の軸と直交する平坦面で構成される入射端面（３ａ）を形成して、ガラスロッド（３）を作成した。
（Ｃ）ガラスロッド（３）付ライトガイド（１）の作成
（Ａ）項で作成したライトガイド（２）の出射端面（２ａ）に、（Ｂ）項で作成したガラスロッド（３）の入射端面（３ａ）を結合コネクタにより接合して、本発明のライトガイドが完成した。
（Ｄ）先願（特願２００２−３４９１５７号）との比較
表１に、本発明のライトガイド（実施例）と先願（特願２００２−３４９１５７号）のライトガイド（比較例）との光量特性を比較したデータを記す。
ガラスロッド（３）の入射端面（３ａ）には５５０ｍｗ／ｃｍ２ の入射光量を入力させ、ガラスロッド（３）の出射端面（３ｂ）の出射光量を光量測定器にて測定した。なお、有効照射率とは、ここでは、最大出射光量の８５％以上の光量が得られる出射端面での面積比率とし出射光量から算出した。
また、均一光化率は、（最大出射光量―平均出射光量）／平均出射光量にて算出した。
【表１】
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表１から、分かるように、本発明では、比較例に比べて、出射光量が１２％、均一光化率が２１％、有効照射率が１５％それぞれアップしていることが確認できる。
【発明の効果】
本発明によれば、光ファイバ素線群からなるライトガイドの少なくとも一方の端面に、該端面の面積より大きい入射端面を有するガラスロッドを対向配置するという、極めて簡単な工夫により、高照度で且つ均一な照度分布を与えるライトガイドが提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のライトガイドの側面図である。
【図２】本発明に係るライトガイドの別の態様を示す側面図である。
【図３】本発明に従い、ライトガイドの出射端にガラスロッドを装着したことにより、出射光が均一化されることを示す説明図である。
【図４】本出願人の先願に係る照明装置の一例を示す側面図である。
【符号の説明】
１        ライトガイド（ガラスロッド付）
２        ライトガイド
２ａ            ライトガイドの入射端面
２ｂ            ライトガイドの出射端面
３              ガラスロッド
３ａ      ガラスロッドの入射端面
３ｂ      ガラスロッドの出射端面
４                楕円ミラー
５                ハロゲンランプ（光源）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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