(57)【要約】本発明の課題は、伝送損失やコストアップを招くことなく、光源からの光を伝達して均一な光量の分布の光を出射させる。本発明は、コア１２とクラッド１３とから構成された大径の単心光ファイバ心線からなる照射光伝達用光ファイバ１１の中間部分を円環状に湾曲して円環部１４とする。円環部１４における交差部分を固定部材１５によって固定する。入射端１１ａから光を入射させることにより、円環部１４に光量の分布のばらつきが除去され、出射端１１ｂから光量の分布が均一化された光を出射させる。【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射端から入射した照射光を出射端から出射させる照射光伝達用光ファイバであって、中間部分が円環状に湾曲された円環部とされ、該円環部における交差部分が固定部材によって固定されていることを特徴とする照射光伝達用光ファイバ。
【請求項２】
入射端から入射した照射光を出射端から出射させる照射光伝達用光ファイバであって、中間部分において、一部が円環状に湾曲された部分的円環部とされ、前記部分的円環部における交差部分が固定部材によって固定されていることを特徴とする照射光伝達用光ファイバ。
【請求項３】
入射端から入射した照射光を出射端から出射させる照射光伝達用光ファイバであって、中間部分において一部が円環状に湾曲された部分的円環部を連続的に、或いは断続的に形成したことを特徴とする照射光伝達用光ファイバ。
【請求項４】
入射端から入射した照射光を出射端から出射させる照射光伝達用光ファイバであって、中間部分が三次元の円環形状を形成したことを特徴とする照射光伝達用光ファイバ。
【請求項５】
請求の範囲第４項に記載の照射光伝達用光ファイバであって、前記中間部分が螺旋形状であることを特徴とする照射光伝達用光ファイバ。
【請求項６】
請求の範囲第１項から第５項のいずれか１項に記載の照射光伝達用光ファイバであって、複数の光源からの照射光が入射端から入射されることを特徴とする照射光伝達用光ファイバ。
【請求項７】
請求の範囲第１項〜第６項のいずれか１項に記載の照射光伝達用光ファイバであって、単心の大径光ファイバ心線からなることを特徴とする照射光伝達用光ファイバ。
【請求項８】
請求の範囲第７項に記載の照射光伝達用光ファイバであって、複数の光ファイバ心線を束ねたバンドル光ファイバが入射端に結合されていることを特徴とする照射光伝達用光ファイバ。
【請求項９】
請求の範囲第１項から第８項のいずれか１項に記載の照射光伝達用光ファイバであって、前記円環部における曲率が調節可能とされていることを特徴とする照射光伝達用光ファイバ。
【請求項１０】
請求の範囲第１項から第９項のいずれか１項に記載の照射光伝達用光ファイバであって、前記円環部における曲率半径がファイバ径の５０倍以上とされていることを特徴とする照射光伝達用光ファイバ。
【請求項１１】
請求の範囲第１項から第１０項のいずれか１項に記載の照射光伝達用光ファイバであって、前記円環部における曲率半径が７５ｍｍ以下とされていることを特徴とする照射光伝達用光ファイバ。
【請求項１２】
請求の範囲第１項に記載の照射光伝達用光ファイバであって、前記円環部にて２回以上巻かれていることを特徴とする照射光伝達用光ファイバ。
【請求項１３】
光源と、該光源からの照射光を伝達する光ファイバとを備えた光照射装置であって、前記光ファイバとして請求の範囲第１項から第１２項のいずれか１項に記載の照射光伝達用光ファイバを用いたことを特徴とする光照射装置。
【請求項１４】
前記照射光伝達用光ファイバがケースの内部に設けられていることを特徴とする請求の範囲第１３項に記載の光照射装置。
【請求項１５】
前記照射光伝達用光ファイバがケースの外部に設けられていることを特徴とする請求の範囲第１３項に記載の光照射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】  本発明は、光源からの照射光を伝達する際に用いられる照射光伝達用光ファイバ及びそれを備えた光照射装置に関する。
【背景技術】  近年、光源からの照明光を伝達して照射する光照射装置には、その光の伝達のために光ファイバが用いられている。
図１６に示す光照射装置では、光源１からの光を、光ビーム制御系２を介して光ファイバ３へ入射させ、この光ファイバ３の出射端から出射させている。そして、この光ファイバ３の出射端に設けたオプチカルロッド４から出射させた光を、投影光学系５を介して被検査対象物６へ照射し、被検査対象物６の光−電気特性を検査している（特許文献１参照）。
また、図１７に示す照明装置では、光源７からの光を複数の光ファイバ心線を束ねた光ファイバライトガイド８へ入射させ、その出射端から出射させ、この出射光によって所望の部位に照射する構造とされている（特許文献２〜４参照）。
［特許文献１］日本公開特許第２００２−９０６８６号公報
［特許文献２］日本公開特許第２００２−１３３９２６号公報
［特許文献３］日本公開特許第２００２−１５０８２０号公報
［特許文献４］日本公開特許第２００２−２８９０１６号公報
ところで、光ファイバによって伝達した光をその出射端にて均一に出射させるためには、光ファイバの出射端にオプチカルロッドを接続したり、光ファイバライトガイドの外周に圧力を加える加圧機構を設けたり、光ファイバライトガイドの入射端を凹面状に加工したり、あるいは光ファイバライトガイドの入射端を光源に向けて集合させるためのテーパ状止め金を取り付けなければならず、費用が大幅に嵩んでしまっていた。また、このような細工を施すことにより光の伝送損失を招いてしまい、特に、光源として光量の少ない発光ダイオードを用いる場合は、要求する光量の出射光を得ることができなかった。
この発明は、伝送損失やコストアップを招くことなく、光源からの光を伝達して均一な光量の分布の光を出射させることができる光照射装置を提供することを目的としている。
【発明の開示】
上記目的を達成するために、本発明の照射光伝達用光ファイバは、入射端から入射した照射光を出射端から出射させる照射光伝達用光ファイバであって、中間部分が円環状に湾曲された円環部とされ、該円環部における交差部分が固定部材によって固定されていることを特徴とする。
また、本発明の照射光伝達用光ファイバは、入射端から入射した照射光を出射端から出射させる照射光伝達用光ファイバであって、中間部分において、一部が円環状に湾曲された部分的円環部とされ、前記部分的円環部における交差部分が固定部材によって固定されていることを特徴とする。
また、本発明の照射光伝達用光ファイバは、入射端から入射した照射光を出射端から出射させる照射光伝達用光ファイバであって、中間部分において一部が円環状に湾曲された部分的円環部を連続的に、或いは断続的に形成したことを特徴とする。
また、本発明の照射光伝達用光ファイバは、入射端から入射した照射光を出射端から出射させる照射光伝達用光ファイバであって、中間部分が三次元の円環形状を形成したことを特徴とする。
更に、本発明の照射光伝達用光ファイバの前記中間部分が螺旋形状であることが望ましい。
また、本発明は、複数の光源からの照射光が入射端から入射されるものでも良い。
さらに、単心の大径光ファイバ心線からなるものでも良く、また、この単心の大径光ファイバ心線に複数の光ファイバ心線を束ねたバンドル光ファイバが入射端に結合されているものでも良い。
また、前記円環部における曲率が調節可能とされていることが好ましい。
また、前記円環部における曲率半径がファイバ径の５０倍以上とされていることが望ましく、さらに、前記円環部における曲率半径が７５ｍｍ以下とされていることが望ましい。
また、前記円環部にて２回以上巻かれていることが好ましい。
本発明の光照射装置は、光源と、該光源からの照射光を伝達する光ファイバとを備えた光照射装置であって、前記光ファイバとして上記の照射光伝達用光ファイバを用いたことを特徴とする。
なお、前記照射光伝達用光ファイバがケースの内部に設けられていても良く、あるいは前記照射光伝達用光ファイバがケースの外部に設けられていても良い。
【図面の簡単な説明】  図１は、本実施形態に係る照射光伝達用光ファイバの側面図である。
図２は、照射光伝達用光ファイバの断面図である。
図３は、円環部における交差部の断面図である。
図４は、交差部における他の固定部材を説明する断面図である。
図５は、入射光及び出射光の出力分布を示す図である。
図６は、複数周に巻いた円環部を備えた照射光伝達用光ファイバの側面図である。
図７は、部分的円環部を備えた照射光伝達用光ファイバの側面図である。
図８は、部分的円環部が交互に形成された照射光伝達用光ファイバの側面図である。
図９は、三次元の円環部を備えた照射光伝達用光ファイバの斜視図である。
図１０は、入射構造を示す照射光伝達用光ファイバの側面図である。
図１１は、他の入射構造を示す照射光伝達用光ファイバの側面図である。
図１２は、実施形態に係る光照射装置を示す概略図である。
図１３は、他の構造の光照射装置を示す概略構成図である。
図１４は、円環部における曲率半径と出射光の均一性との関係を示すグラフ図である。
図１５は、円環部における曲げ回数と出射光の均一性との関係を示すグラフ図である。
図１６は、光ファイバを備えた従来の光照射装置を説明する概略構成図である。
図１７は、光ファイバを備えた従来の照明装置を説明する概略構成図である。
【符号の説明】
なお、図中の符号において、１１，２１は照射光伝達用光ファイバであり、１１ａ，２１ａは入射端であり、１１ｂ，２１ｂは出射端であり、１４は円環部であり、１５，１７は固定部材であり、３１，３４は光源であり、３２は光ファイバ心線であり、３３はバンドル光ファイバであり、４１，５１は光照射装置であり、４２，５２はケースである。
【発明を実施するための最良の形態】  以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照して説明する。
図１は本実施形態に係る照射光伝達用光ファイバの側面図、図２は照射光伝達用光ファイバの断面図、図３は円環部における交差部の断面図、図４は交差部における他の固定部材を説明する断面図、図５は入射光及び出射光の出力分布を示す図である。
図１に示すように、この照射光伝達用光ファイバ１１は、一端側が入射端１１ａとされ、他端側が出射端１１ｂとされている。
照射光伝達用光ファイバ１１は、図２に示すように、コア１２とクラッド１３とから構成された大径の単心光ファイバ心線からなるもので、信号伝達用の光ファイバ心線と比較して、クラッド１３に対するコア１２の面積の比率が大きくされている。
この照射光伝達用光ファイバ１１は、その中間部分が円環状に湾曲された円環部１４とされている。そして、この円環部１４における交差部分が固定部材１５によって固定されている
図３に示すように、固定部材１５は、コ字状に形成された保持部１５ａと、この保持部１５ａの両端に形成された固定部１５ｂとを有している。そして、この固定部材１５は、その保持部１５ａ内に円環部１４の照射光伝達用光ファイバ１１の交差部分を配設した状態にて、固定部１５ｂを、装置の底板１６などに固定することにより、照射光伝達用光ファイバ１１の交差部分を固定する。また、この照射光伝送用光ファイバ１１は、固定部材１５による固定状態を緩めることにより、円環部１４における曲率を容易に調節することができる。
ここでは、照射光伝送用光ファイバ１１の円環部１４における曲率半径は７５ｍｍ以下とされている。また、照射光伝送用光ファイバ１１の円環部１４における破損や損傷を防止するために、円環部１４における曲率半径は、照射光伝送用光ファイバ１１の径の５０倍以上とすることが好ましい。
なお、固定部材１５としては、上記のものに限らず、例えば、図４に示すように、円環部１４の照射光伝達用光ファイバ１１の交差部分を結束する結束バンドからなる固定部材１７でも良い。この固定部材１７は、照射光伝達用光ファイバ１１に巻回されるバンド部１７ａと、このバンド部１７ａを係止して照射光伝達用光ファイバ１１を結束した状態に維持する係止部１７ｂとを有し、この係止部１７ｂには、装置の底板１６に形成した孔などに係合可能な係合部１７ｃが形成されている。
そして、上記のように構成された照射光伝送用光ファイバ１１では、図５（ａ）に示すように、入射端１１ａから入射した照射光に、光量の分布のばらつきがあったとしても、円環状に湾曲された円環部１４にて光量の分布のばらつきがなくされ、出射端１１ｂから出射する照射光は、その光量が略均一に分布される。
このように、上記実施形態に係る照射光伝送用光ファイバ１１によれば、中間部分を円環状に湾曲して円環部１４とし、この円環部１４における交差部分を固定部材１５によって固定したので、入射端１１ａからの入射光に光量の分布のばらつきがあったとしても、円環部１４にて光量の分布のばらつきを確実に除去して出射端１１ｂから光量の分布が均一な光を出射させることができる。
これにより、伝送損失やコストアップを招くことなく、光源からの光を伝達して均一な光量の分布の光を出射させることができ、特に、光量の少ない発光ダイオードの光を伝達する場合に好適である。
なお、上記の例では、照射光伝送用光ファイバ１１を１回だけ円環状に湾曲させて円環部１４としたが、照射光伝送用光ファイバ１１の円環部１４における曲げ回数は１回に限らず、図６に示すように、２回でも良く、さらには、それ以上でも良い。そして、このように、円環部１４における曲げ回数を多くすることにより、出射端１１ｂからの出射光の光量の分布をさらに均一にすることができる。
また、図７に示すように、円環部は３６０度の完全な円環形状でなくても、本発明は実現可能である。この図では、一部が円環状に湾曲させられた部分的円環部１４Ａが形成されており、その部分的円環部１４Ａの角度は一例としてθ＝２７０度の湾曲となっている。そして、照射光伝達用光ファイバ１１の交差部は、固定部材１５Ａにより、部分的円環部１４Ａを維持するように固定される。
また、図８に示すように、照射光伝達用光ファイバ１１を一部で円環状に湾曲させた部分的円環部１４Ｂやこの部分的円環部１４Ｂを反転させた部分的円環部１４Ｂ´を交互に形成して波型形状にした場合でも、出射端１１ｂからの出射光の光量の分布を均一にすることができる。この部分的円環部１４Ｂ、１４Ｂ´の固定は、部材１５に部分的円環形状の溝を形成し溝に挿入固定してもよく、また、粘着材料を用いて部材１５に固定してもよく、或いは、複数の固定部材１５Ｃにより部分的円環部１４Ｂ、１４Ｂ´を維持させてもよい。また、部分的円環部の形状は波型に限定されず、出射端１１ｂからの出射光の光量の分布を均一にできるものであれば、様々な形状が想定され、部分的円環部が所望な曲げ角度でもって、連続的に、或いは、断続的に形成されていてもよい。光量分布の均一の観点から考えると、部分的円環部の総曲げ角度が凡そ７２０度以上であることが望ましい。
本発明に係る照射光伝達用光ファイバの円環部或いは部分的円環部は、上述したような二次元の形状に限定されず、三次元形状であってもよい。図９には、円環部や部分的円環部の三次元的形状の一例として螺旋形状の円環部が示されている。照射光伝達用光ファイバ１１を、円筒或いは丸棒の芯材２０の表面に巻きつけていき螺旋形状の三次元の円環部１４Ｃを形成したものである。三次元の円環部１４Ｃの固定方法は特に限定されず、芯材２０の表面に粘着材料を塗布して円環部１４Ｃを固定してもよく、また、芯材２０に例えば螺旋溝を形成して螺旋溝に円環部を挿入固定してもよい。更に、図８に示すような複数の固定部材１５Ｃでもって三次元形状を維持してもよい。螺旋状の円環部１４Ｃの場合、２巻以上の巻き回数であれば、光量分布を均一に維持できる。
次に、照射光伝達用光ファイバへ照射光を入射させる入射構造について説明する。
図１０は入射構造を示す照射光伝達用光ファイバの側面図である。
図に示すように、照射光伝達用光ファイバ１１には、その入射端１１ａに、複数の発光ダイオードからなる光源３１が入射端１１ａに向けて配設されている。
このような入射構造とすることにより、照射光伝達用光ファイバ１１の入射端１１ａには、複数の光源３１からの光が入射される。ここで、この入射端１１ａに入射される光は、各光源３１の光量のばらつきや入射端１１ａに対する傾きなどから光量の分布にばらつきが生じるが、この光量の分布のばらつきは、円環状に湾曲された円環部１４にてなくされる。これにより、出射端１１ｂからは、光量が略均一に分布された光が出射される。
そして、このように、複数の光源３１を備えることにより、これら光源３１のうちの数個が点灯しなかったとしても、照射光伝達用光ファイバ１１の出射端１１ｂから確実に光を出射させることができ、しかも、その出射光の光量の分布を均一化することができる。
図１１は他の入射構造を示す照射光伝達用光ファイバの側面図である。
図に示すように、照射光伝達用光ファイバには、その入射端１１に、複数の光ファイバ心線３２を束ねたバンドル光ファイバ３３が結合されている。そして、このバンドル光ファイバ３３の各光ファイバ心線３２には、それぞれ光源３４から光が入射される。
このような入射構造とすることにより、照射光伝達用光ファイバ１１の入射端１１ａには、それぞれの光源３４から光が入射される複数の光ファイバ心線３２を束ねたバンドル光ファイバ３３からの光が入射される。ここで、この入射端１１ａに入射されるバンドル光ファイバ３３からの光は、各光源３４の光量のばらつきなどから光量の分布にばらつきが生じるが、この光量の分布のばらつきは、円環状に湾曲された円環部１４にてなくされる。これにより、出射端１１ｂからは、光量が略均一に分布された光が出射される。  そして、複数の光ファイバ心線３２からなるバンドル光ファイバ３３を結合させたことにより、光ファイバ心線３２のうちの数本が万一断線したとしても、照射光伝達用光ファイバ１１の出射端１１ｂから確実に光を出射させることができ、しかも、その出射光の光量の分布を均一化することができる。
次に、本発明の実施形態に係る光照射装置について説明する。
図１２は実施形態に係る光照射装置を示す概略図である。
図に示すように、この光照射装置４１は、ケース４２の内部に、照射光伝達用光ファイバ１１を備えている。
照射光伝達用光ファイバ１１は、その円環部１４における交差部分が固定部材１５によってケース４２の一部に固定されている。
また、照射光伝達用光ファイバ１１は、その入射端１１ａに、複数の光ファイバ心線３２を束ねたバンドル光ファイバ３３が結合されている。そして、このバンドル光ファイバ３３の各光ファイバ心線３２には、それぞれ光源３４から光が入射される構造とされている。
さらに、照射光伝達用光ファイバ１１の出射端１１ｂは、ケース４２の一側面に固定され、端面が外部に露出されている。
そして、この光照射装置４１では、バンドル光ファイバ３３からの光の光量のばらつきが照射光伝達用光ファイバ１１の円環部１４にて均一化され、これにより、出射端１１ｂからは、光量が略均一に分布された光が出射される。しかも、照射光伝達用光ファイバ１１がケース４２内に配設されて保護されているので、照射光伝達用光ファイバ１１の出射端１１ｂから常に均一な光を照射させることができる。
図１３は他の構造の光照射装置を示す概略構成図である。
図に示すように、この光照射装置５１では、ケース５２内部に、複数の光ファイバ心線３２を束ねたバンドル光ファイバ３３が設けられ、このバンドル光ファイバ３３の各光ファイバ心線３２に、それぞれ光源３４から光が入射される構造とされている。
このバンドル光ファイバ３３は、その一端がケース５２の一側部に固定されている。また、この光照射装置５１では、ケース５２の一側部に固定されたバンドル光ファイバ３３の一端に、照射光伝達用光ファイバ１１の入射端１１ａが結合されている。
そして、この光照射装置５１の場合も、バンドル光ファイバ３３からの光の光量のばらつきが照射光伝達用光ファイバ１１の円環部１４にて均一化され、これにより、出射端１１ｂからは、光量が略均一に分布された光が出射される。しかも、照射光伝達用光ファイバ１１がケース５２の外部に設けられているので、ケース５２内の構造の簡略化及び装置の小型化を図ることができ、また、照射光伝達用光ファイバ１１を容易に交換することができる。
【実施例１】（曲率半径と均一性との関係）
直径０．８８ｍｍの照射光伝送用光ファイバ１１の円環部１４における曲率半径を変更し、そのときの出射端１１ｂからの出射光の均一性を調べた。その結果を図１４に示す。なお、均一性は、次式に基づいて求めた。
＜式＞  均一性＝（光量の最大値−光量の最小値）／光量の平均値
図からわかるように、照射光伝送用光ファイバ１１は、その円環部１４における曲率半径を小さくすることにより、出射光の均一性が高まることがわかった。そして、図に示されるように、例えば、８０％以上の均一性を要求する場合は、曲率半径を７５ｍｍ以下とする必要がある。
（曲げ回数と均一性との関係）
直径０．８８ｍｍの照射光伝送用光ファイバ１１の円環部１４における曲げ回数を変更し、そのときの出射端１１ｂからの出射光の均一性を調べた。なお、円環部１４の曲率半径は７５ｍｍとした。その結果を図１５に示す。
図からわかるように、照射光伝送用光ファイバ１１は、その円環部１４における曲げ回数を多くすることにより、出射光の均一性が高まることがわかった。
本発明を詳細にまた特定の実施態様を参照して説明したが、本発明の精神と範囲を逸脱することなく様々な変更や修正を加えることができることは当業者にとって明らかである。
本出願は、２００４年３月１６日出願の日本特許出願（特願２００４−０７４９３７）に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。
【産業上の利用可能性】  本発明の照射光伝達用光ファイバ及び光照射装置によれば、中間部分を円環状に湾曲して円環部とし、この円環部における交差部分を固定部材によって固定したので、入射端からの入射光に光量の分布のばらつきがあったとしても、円環部にて光量の分布のばらつきを確実に除去して出射端から光量の分布が均一な光を出射させることができる。
これにより、伝送損失やコストアップを招くことなく、光源からの光を伝達して均一な光量の分布の光を出射させることができ、特に、光量の少ない発光ダイオードの光を伝達する場合に好適である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【国際調査報告】
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