JP6125786B2 - Optical component, light guide member usable for optical component, and light irradiation device - Google Patents
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Description
本発明は、複数の発光素子からの光を合成するための光学部品、当該光学部品に使用可能な導光部材および前記光学部品を用いた光照射装置に関する。 The present invention relates to an optical component for synthesizing light from a plurality of light emitting elements, a light guide member usable for the optical component, and a light irradiation apparatus using the optical component.
近年は発光ダイオード(以下LEDと略す)、エレクトロルミネッセンス(以下ELと略す)、プラズマ発光体などの発光素子が注目されている。これらは環境への負荷が軽く、エネルギー効率が良好であり、寿命が長いという利点を持っている。しかし、放電灯やフィラメントランプに比べると単体では発光量が少なく、高温環境に弱いという問題がある。たとえばLEDでは半導体のサイズを大きくして、電流を多く流し、発光量を増やそうとしても発熱量が増えて限界がある。また、複数のLEDを狭いエリアに集中して配置して光らせる方法でもそれぞれの発熱が加算されて総合の発熱量が増えて限界がある。高温環境では発光素子に入力される電力に対する出力の発光量が低下し、発光素子の寿命も短くなってしまうのである。 In recent years, light-emitting elements such as light-emitting diodes (hereinafter abbreviated as LEDs), electroluminescence (hereinafter abbreviated as EL), and plasma light emitters have attracted attention. These have the advantages of light environmental impact, good energy efficiency, and long life. However, compared with a discharge lamp or a filament lamp, there is a problem that a single unit emits less light and is vulnerable to a high temperature environment. For example, in an LED, even if an attempt is made to increase the amount of light emission by increasing the size of a semiconductor and passing a large amount of current, the amount of heat generation increases and there is a limit. In addition, there is a limit in the method in which a plurality of LEDs are concentrated in a narrow area and lit to increase the total heat generation amount. In a high temperature environment, the amount of emitted light with respect to the power input to the light emitting element is reduced, and the life of the light emitting element is shortened.
この問題を解決するため、複数個の発光ダイオードの光を同じ数のロッド状導光部材を用いて合成する集光装置が開示されている(特許文献1)。このロッド状導光部材は円筒形の入射面と射出面の面積が同じである(すなわち、円筒状の)ロッドであり射出面近傍部を一体に束ねた構造をもっている。このために発光ダイオードの個数が増えるのと比例して射出面の面積が増大し、かつロッドとロッド間の隙間の面積分も無駄である。特許文献1は、さらに射出面近傍部を一体に束ね熱融着することでロッドとロッド間の隙間を無くする手法を開示する。 In order to solve this problem, a condensing device is disclosed that combines light from a plurality of light emitting diodes using the same number of rod-shaped light guide members (Patent Document 1). This rod-shaped light guide member is a rod having the same area of the cylindrical entrance surface and the exit surface (that is, cylindrical) and has a structure in which the vicinity of the exit surface is bundled together. For this reason, the area of the emission surface increases in proportion to the increase in the number of light emitting diodes, and the area of the gap between the rods is useless. Patent Document 1 further discloses a method of eliminating the gap between the rods by integrally bundling the vicinity of the injection surface and heat-sealing.
しかし、ロッド間の隙間はなくなるものの、熱融着のために加工工数が増加する分の費用が発生するという経済的不都合が生じる。さらに、熱融着した複数のロッドは分離することができないためそのうちの1本が折れなどで破損しても全てのロッドを新品交換する必要があるなどの点においても経済的な不都合がある。本発明の目的は、上述の不都合を解消し、簡素化した低価格な光学部品、それに用いる導光部材、さらに、上記光学部品を用いた光照射装置を提供することにある。さらに、他の目的として、結束された導光部材を分離可能なものとすることにある。 However, although there is no gap between the rods, there is an economic inconvenience that a cost corresponding to an increase in the number of processing steps due to heat fusion occurs. Further, since the plurality of heat-sealed rods cannot be separated, there is an economical disadvantage in that all rods must be replaced with new ones even if one of them is broken due to breakage or the like. An object of the present invention is to solve the above-described disadvantages and provide a simplified and inexpensive optical component, a light guide member used therefor, and a light irradiation apparatus using the optical component. Another object is to make it possible to separate the bound light guide members.
(請求項1記載の発明の特徴)
請求項1記載の発明に係る光学部品(以下、「請求項1の光学部品」という)は、それぞれ入射面と射出面を有し、当該入射面と当該射出面との間の少なくとも1箇所に屈曲部(アール)を有する棒状かつ複数の導光部材を、当該屈曲部によって当該入射面同士を離間させた状態で結束してなる光学部品である。光が入射する入射面と光が射出する射出面を有し、当該入射面と当該射出面との間の少なくとも1箇所に屈曲部(アール)を有する棒状の導光部材を複数個含み、当該導光部材同士を結束した際、当該屈曲部によって当該入射面同士が離間するように構成された光学部品である。ここで、当該導光部材の各々の側面には、当該射出面と連続する接触面が当該屈曲部との間に形成され、当該接触面は、当該導光部材同士を結束する際、互いに接触可能に形成され、当該入射面各々の総面積に比べ当該射出面の総面積が減少して構成されているとともに、当該入射面は半径Rの円形に形成され、かつ当該導光部材同士を結束した際の合成光が射出される面の形状は半径Rの円形となるように当該射出面各々が形成されていることを特徴とする。複数の導光部材のそれぞれは互いに同一形状でもよいし違った形状(長さ、太さ、屈曲部の屈曲具合等)でもよい。各導光部材の構成素材は異ならせることもできるが、同一であることが好ましい。異なる構成部材を使用すると、屈折率の違いなどにより、射出しようとする光が悪影響を受けるおそれがあるからである。接触面は、平面であることが好ましい。平面であれば、互いに接触したときに接触面間に隙間ができづらいので光の漏れを可及的に少なくすることができるからである。導光部材の結束は、各々を分離可能とするものでもよいし分離不能とするものでもよい。
(Characteristics of the invention of claim 1)
The optical component according to the invention of claim 1 (hereinafter referred to as “optical component of claim 1”) has an entrance surface and an exit surface, respectively, at least at one place between the entrance surface and the exit surface. It is an optical component formed by bundling a plurality of light guide members having a bent portion (R) in a state where the incident surfaces are separated from each other by the bent portion. A plurality of rod-shaped light guide members having an incident surface on which light is incident and an exit surface from which light is emitted, and having a bent portion (R) at least at one position between the incident surface and the exit surface; The optical component is configured such that when the light guide members are bundled, the incident surfaces are separated from each other by the bent portion. Here, on each side surface of the light guide member, a contact surface continuous with the emission surface is formed between the bent portion, and the contact surfaces contact each other when the light guide members are bound to each other. The incident surface is formed so that the total area of the exit surface is smaller than the total area of each of the entrance surfaces , and the entrance surface is formed in a circular shape with a radius R, and the light guide members are bound to each other. In this case, each of the emission surfaces is formed so that the shape of the surface from which the combined light is emitted is a circle having a radius R. Each of the plurality of light guide members may have the same shape or different shapes (length, thickness, bending condition of the bent portion, etc.). The constituent materials of the light guide members can be different, but are preferably the same. This is because if different components are used, the light to be emitted may be adversely affected due to a difference in refractive index. The contact surface is preferably a flat surface. This is because if it is a flat surface, it is difficult to form a gap between the contact surfaces when they are in contact with each other, so that light leakage can be reduced as much as possible. The bundling of the light guide members may be separable or may not be separable.
請求項1の光学部品によれば、複数の導光部材のそれぞれの入射面から入光した光は結束されたそれぞれの射出面から合成光として射出される。結束された導光部材各々の入射面は、屈曲部が存在することにより互いに離間している(直線的な棒状では離間しないで隣接している)。したがって、それぞれの入射面に対応して配する発光素子等を離間させることができ、その結果、発光素子等が発する熱の問題等を回避することができる。接触面が射出面と連続していることから、その分だけ射出面の面積が減少する。すなわち、接触面同士の接触により射出面も合成される(同一面の場合とそうでない場合あり)が、入射面各々の総面積に比べ、射出面の総面積は減少する。すなわち、小型化とともに射出面における単位面積当たりの光量増加を図ることができる。構造が簡素化されているので、少ない工程数で製造でき、したがって、経済的にも有利である。 According to the optical component of the first aspect, the light incident from the respective incident surfaces of the plurality of light guide members is emitted as the combined light from each of the bundled emission surfaces. The incident surfaces of the light guide members that are bundled are separated from each other due to the presence of the bent portions (in a straight bar shape, they are adjacent to each other without being separated). Therefore, the light emitting elements and the like arranged corresponding to the respective incident surfaces can be separated, and as a result, the problem of heat generated by the light emitting elements and the like can be avoided. Since the contact surface is continuous with the emission surface, the area of the emission surface is reduced accordingly. That is, the exit surface is also synthesized by contact between the contact surfaces (the same surface may or may not be the same), but the total area of the exit surface is reduced compared to the total area of each incident surface. That is, it is possible to increase the amount of light per unit area on the exit surface along with downsizing. Since the structure is simplified, it can be manufactured with a small number of steps, and is therefore economically advantageous.
(請求項2記載の発明の特徴)
請求項2記載の発明に係る光学部品(以下、「請求項2の光学部品」という)は、請求項1の光学部品であって、前記導光部材同士は、結束手段によって分離可能に結束されていることを特徴とする。結束手段の機構や原理等については、本発明の目的に反しない限り何ら制限はない。
(Characteristics of the invention described in claim 2)
An optical component according to the invention of claim 2 (hereinafter referred to as “optical component of claim 2”) is the optical component of claim 1, and the light guide members are bound together by a binding means so as to be separable. It is characterized by. The mechanism and principle of the binding means are not limited as long as they do not contradict the purpose of the present invention.
請求項2の光学部品によれば、請求項1の光学部品の作用効果に加え、一端結束された導光部材同士が分離可能であるから、複数あるもののうち1個またはそれ以上の導光部材のみを交換することが可能になる。破損のための交換やメンテナンス等のために、たいへん便利である。 According to the optical component of the second aspect, in addition to the function and effect of the optical component of the first aspect, since the light guide members bound at one end can be separated from each other, one or more of the plurality of light guide members are provided. It will be possible to replace only. It is very convenient for replacement or maintenance for damage.
(請求項3記載の発明の特徴)
請求項3記載の発明に係る光学部品(以下、「請求項3の光学部品」という)は、請求項1または2の光学部品であって、前記導光部材の各々が同一形状に形成されていることを特徴とする。
(Characteristics of Claim 3)
An optical component according to a third aspect of the present invention (hereinafter referred to as “optical component of the third aspect”) is the optical component according to the first or second aspect, wherein each of the light guide members is formed in the same shape. It is characterized by being.
請求項3の光学部品によれば、請求項1または2の光学部品の作用効果に加え、導光部材の製造と管理の効率を飛躍的に向上させることができる。すなわち、複数の導光部材のうち、異なる形状を持つものが1つでもあるなら、その分だけ製造と管理が複雑になるが、同じであればすべて一括で行うことができる。 According to the optical component of claim 3, in addition to the function and effect of the optical component of claim 1 or 2, the efficiency of manufacturing and managing the light guide member can be dramatically improved. That is, if at least one of the plurality of light guide members has a different shape, the manufacturing and management are complicated by that amount, but if they are the same, all can be performed collectively.
(請求項4記載の発明の特徴)
請求項4記載の発明に係る光学部品(以下、「請求項4の光学部品」という)は、請求項3の光学部品であって、前記導光部材は2個であり、結束されたときに、略Y字の外観を呈するように構成されていることを特徴とする。
(Feature of the invention of claim 4)
The optical component according to the invention of claim 4 (hereinafter referred to as “optical component of claim 4”) is the optical component of claim 3, wherein there are two light guide members and when they are bound together It is characterized by having a substantially Y-shaped appearance.
請求項4の光学部品によれば、請求項3の光学部品の作用効果に加え、複数入射単一射出を行うためにもっとも簡素化された形状であるため、簡素であるとともに形態的に安定している。他の形状を妨げる趣旨ではないが、この形状の光学部品は製造が容易で使用勝手がよい。 According to the optical component of the fourth aspect, in addition to the function and effect of the optical component of the third aspect, since it is the most simplified shape for performing a single incident single emission, it is simple and stable in form. ing. Although not intended to prevent other shapes, optical components of this shape are easy to manufacture and easy to use.
(請求項5記載の発明の特徴)
請求項5記載の発明に係る光学部品(以下、「請求項5の光学部品」という)は、請求項1ないし4いずれかの光学部品であって、前記射出面の各々を、他の光学部品のいずれかの入射面と透光可能に接触させた状態で連結されていることを特徴とする。
(Feature of the invention of claim 5)
An optical component according to a fifth aspect of the present invention (hereinafter referred to as “optical component of the fifth aspect”) is the optical component according to any one of the first to fourth aspects, wherein each of the exit surfaces is replaced with another optical component. It is connected to any one of the incident surfaces in a state where it can transmit light.
請求項5の光学部品によれば、請求項1ないし4いずれかの光学部品の作用効果に加え、基本となる光学部品の入射面に他の光学部品の射出面を連結すれば、入射面の数、すなわち、それに対向する発光素子等の数を増やすことができる。色々な用途に応じた使い分けが可能になる。 According to the optical component of the fifth aspect, in addition to the function and effect of the optical component according to any one of the first to fourth aspects, if the exit surface of another optical component is connected to the incident surface of the basic optical component, It is possible to increase the number, that is, the number of light emitting elements facing the number. It can be used according to various purposes.
(請求項6記載の発明の特徴)
請求項6記載の発明に係る光学部品(以下、「請求項6の光学部品」という)は、請求項1ないし5いずれかの光学部品であって、前記入射面と前記射出面を除き、表面の少なくとも一部に光学的反射層が形成されていることを特徴とする。たとえば、側面全域と接触面の両者、もしくは、側面全域のみ、などが、外面の少なくとも一部に、該当する。
(Characteristics of the invention described in claim 6)
An optical component according to a sixth aspect of the invention (hereinafter referred to as "optical component of the sixth aspect") is an optical component according to any one of the first to fifth aspects, except for the incident surface and the exit surface. An optical reflection layer is formed on at least a part of the above. For example, both the entire side surface and the contact surface, or only the entire side surface correspond to at least a part of the outer surface.
請求項6の光学部品によれば、請求項1ないし5いずれかの光学部品の作用効果に加え、光学的反射層が入射した光の漏洩を防止するので光学部品全体としての損失が抑制される。 According to the optical component of the sixth aspect, in addition to the operational effects of the optical component according to any one of the first to fifth aspects, the optical reflection layer prevents leakage of incident light, so that the loss of the entire optical component is suppressed. .
(請求項7記載の発明の特徴)
請求項7記載の発明に係る導光部材(以下、「請求項7の導光部材」という)は、請求項1ないし6いずれかの光学部品に使用される導光部材である。
(Feature of the invention of claim 7)
A light guide member according to the invention of claim 7 (hereinafter referred to as “light guide member of claim 7”) is a light guide member used for an optical component according to any one of claims 1 to 6.
請求項7の導光部材によれば、複数個を結束することにより、請求項1ないし6いずれかの光学部品の作用効果を得ることができる。 According to the light guide member of the seventh aspect, the effect of the optical component according to any one of the first to sixth aspects can be obtained by binding a plurality of light guide members.
(請求項8記載の発明の特徴)
請求項8記載の発明に係る光照射装置(以下、「請求項8の照射装置」という)は、請求項1ないし6いずれかの光学部品と、前記入射面各々に入射するための光を発光する発光素子と、が設けられていることを特徴とする。
(Characteristics of the invention described in claim 8)
A light irradiation apparatus according to an eighth aspect of the present invention (hereinafter referred to as “irradiation apparatus of the eighth aspect”) emits light to be incident on each of the optical component according to any one of the first to sixth aspects and the incident surface. And a light-emitting element.
請求項8の照射装置によれば、請求項1ないし6いずれか記載の光学部品と、発光素子と、により、請求項1ないし6いずれかの光学部品の作用効果を得ることができる。 According to the irradiation device of the eighth aspect, the function and effect of the optical component according to any one of the first to sixth aspects can be obtained by the optical component according to any one of the first to sixth aspects and the light emitting element.
(請求項9記載の発明の特徴)
請求項9記載の発明に係る光照射装置(以下、「請求項9の照射装置」という)は、請求項8の照射装置であって、前記射出面各々から射出した光が入射する位置に積分光学系が設けられていることを特徴とする。
(Feature of the invention of claim 9)
The light irradiation apparatus according to the ninth aspect of the invention (hereinafter referred to as “irradiation apparatus of the ninth aspect”) is the irradiation apparatus according to the eighth aspect, wherein integration is performed at a position where light emitted from each of the emission surfaces is incident. An optical system is provided.
請求項9の照射装置によれば、請求項8の照射装置の作用効果に加え、積分光学系が設けられることにより面照度やスペクトル分布が均一化された光を照射することができる。 According to the irradiating device of claim 9, in addition to the function and effect of the irradiating device of claim 8, it is possible to irradiate light with uniform surface illuminance and spectral distribution by providing an integrating optical system.
本発明によれば、簡素化した低価格の光学部品、導光部材、光照射装置を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a simplified and inexpensive optical component, light guide member, and light irradiation device.
各図を参照しながら、本実施形態に係る光学部品(導光部材)について説明する。
まず、図1において、光学部品100の一部を構成する導光部材200について説明する。図1(b)は、導光部材200の正面図であり、同図(a)は左側面図である、同様にして図1(c)は右側面図であり、同図(d)は底面図である。
The optical component (light guide member) according to this embodiment will be described with reference to the drawings.
First, referring to FIG. 1, a
(導光部材の構造)
導光部材200は円柱形の光学ガラスを材料とし、後述するように、この導光部材200を複数(本実施形態では2個)結束することによりY字状の外観を呈する光学部品100(図2)を構成する。すなわち、導光部材200は、Y字状の光学部品100を、中心軸にそって左右縦半分に割った形状を持つ。
(Structure of light guide member)
The
導光部材200を構成する材料は、たとえば、光学ガラスや、その他光が通過する際の損失やスペクトル特性の変化が少ないものであれば、その種類を問わない。たとえば、アクリルなどの化学樹脂を材料として用いても良いし、石英や岩塩などの自然素材でもかまわない。
The material which comprises the
導光部材200は、途中(本実施形態では長さ方向略中央)に屈曲部205を有する、断面円形の棒状部材により基本構成されている。導光部材200の一方の端面は光が入射する入射面201であり、他方の端面は光が射出する射出面202である。入射面201は、その使用時に、たとえば、発光素子150(図2)からの光を入射させるようになっていて、この発光素子150の発光部分からの光を受け入れる面積をもった半径Rの面である。入射面201と屈曲部205の間の部位を入射側胴部206と、射出面と屈曲部との間の部位を射出側胴部207と、それぞれ呼ぶ。屈曲部205が形成されているのは、光学部品100が有する複数の入射面201のそれぞれを離間させて放熱しやすくするためである。
The
本実施形態では、入射面201は入射側胴部206の中心軸に対して直角になっている。これは発光素子150(図2)からの光が入射面201に直角に入射して入射側胴部206の中心軸に沿って平行に進むことが光の損失を少なくするために望ましいからである。しかし、たとえば、後述する光照射装置300の外形寸法に由来する寸法制限や、光学的設計の要請などでやむ得ないときは入射面201が入射側胴部206の中心軸に対して斜めになっていてもよい。その場合は発光素子150からの光が入射面201に斜めに入射することになるので入射面201での損失は若干とはいえ生じる可能性はある。入射側胴部206の長さは光学的損失を減らすために短いことが望ましい。しかし、図2に示すように放熱器160を空間的に余裕を持って配置するために適正な長さを選ぶことが望ましい。放熱器160が密集して配置されると放熱効果が弱くなって発光素子150が過熱するおそれがあるからである。
In the present embodiment, the
射出側胴部207の長さ方向全域、すなわち、屈曲部205と射出面202との間には、その中心軸と平行な平面(接触面204)が形成されている。後述するように、接触面204は、結束対象となる他の導光部材200の接触面204と向き合わせて接触させる面である。接触面204を平面とするのは、他の形状の面(たとえば、曲面)とすることを妨げる趣旨ではないが、接触させたときの接触面204間に隙間をなるべく生じないようにするためである。接触面204が平面であることと相まってこれを中心軸と平行にしたのは、そうすることによって、導光部材200のすべてを同じ形状にすることができるからである。本実施形態の接触面204は、中心軸を含むように形成されているため、射出面202は半径Rの半円の断面となる(図1(c))。さらに、接触面204は、そこに含まれる中心軸と、入射側胴部206の中心軸とが、導光部材200を底面視したとき(図1(d))、同一直線上に位置するように形成されている。直線になっていることは必須ではないが、直線になっていることにより、結束したときに、入射面201間の距離をもっとも離すことができるからである。つまり、過熱防止にもっとも有利だと考えられるからである。なお、射出面202は、射出側胴部207中心軸に対して直角になっている。その理由は、前述した入射面201が中心軸と直角に形成された理由と同様である。射出側胴部207の長さは光学的損失を減らすためにできるだけ短いことが望ましいことも、入射側胴部206の場合と異ならない。
A flat surface (contact surface 204) parallel to the central axis is formed in the entire length direction of the injection-
図1(b)に示すように、入射側胴部206の中心軸と射出側胴部207の中心軸とは角度θ(屈曲部205の屈曲角度)をなしている(図1(b)、両中心軸が底面視直線上に位置することは上述した。)。本実施形態では、角度θ=30から45度とした。この範囲以外の角度とすることを排除する趣旨ではないが、入射面201から入射した光を少ない損失で射出面202から射出するためにはθを小さくして光が直進できるようにするのが望ましいこと、さらに、図2に示すように発光素子150や放熱器160の配置からの要請があること、を考えた結果である。また、図1に示される入射側胴部206と射出側胴部207が折れ線状に角度θをなしているが曲線状にアールをつけて角度θをなしても良い。換言すると、屈曲部205の屈曲を曲線状に形成しても良い。付言するに、この屈曲部205は、1箇所である必要は必ずしもなく、2か所以上でも構わない。
As shown in FIG. 1B, the central axis of the incident-
本実施形態では入射面201や射出面202には表面加工を施していないが入射や射出の損失を低減させるためにメガネやカメラのレンズに施されているような光学コーティングを施してもよい。図1に示す符号203は、導光部材200の入射側胴部206の表面全体と射出側胴部207の全表面から接触面204を除いた面を合わせてなる面(胴面)を指す。胴面203には、入射面201より入射した光を逃がさないように光学的反射層を形成するために金属被膜表面処理を施してある。これにより入射した光は光学部品200内部を反射しながら射出面202に進む。胴面203に施す処理は、導光部材200(光学部品100)の内部から逃げようとする光を反射して内部に戻す機能を果たせればよく、前記した金属被膜表面処理のみに限らず、屈折率の異なる素材で覆ったり、光反射機能を持つ塗料を塗るなどの処理でも良い。接触面204に対する光の反射のための表面処理は、これを行っても良いし、行わなくても良い。
In this embodiment, the
(光学部品の構成)
図1(a)と図1(b)を用いて、光学部品の構成を説明する。前述したように、光学部品100は、2個の導光部材200を、それぞれの接触面204同士を向き合わせて接触させた状態で結束してなるものである。結束は、結束手段によって分離可能に行われるが、結束手段の図示は省略してある。このように2個の導光部材200Aと200Bをお互いの接触面204を向き合わせて密着結束するとY字状の外観を呈した光学部品100が構成される。次に、導光部材200Aと200Bのそれぞれの入射面201Aと201Bに発光素子150の発光面を接近させて配置する。発光素子150は、過熱などの問題がなければ、入射面201A、201Bのそれぞれに密着させてもよい。図1(a)ではそれぞれの発光素子150に放熱器160が取り付けられている。2個の放熱器160は放熱性が悪くならないように間隔を開けて配置することが好ましい。放熱器160は本発明に必須のものではなく、発光素子150を放熱する必要が無ければ省略してもかまわない。2個の発光素子150から出た光は導光部材200Aの入射面201Aと導光部材200Bの入射面201Bから内部に入り、直進あるいは胴面203で反射しながら射出面202Aと202Bから射出される。図2に示す符号Lは、射出された合成光を示す。
(Configuration of optical components)
With reference to FIG. 1A and FIG. 1B, the configuration of the optical component will be described. As described above, the
図3を用いて4つの発光素子150からの光を合成する構成を説明する。ここでは、6個の導光部材200A、200B、200C、200D、200Eおよび200Fを用意する。導光部材200Aと200Bのペア、導光部材200Cと200Dのペア、および導光部材200Eと200Fのペアをお互いの接触面204を向き合わせて接触させた状態で結束する(結束手段の図示を省略)。この時点で、それぞれのペアが光学部品を構成するとともに、図3に示す全体も1個の光学部品である。この光学部品に、さらに導光部材を連結することにより、さらに大掛かりな光学部品とすることもできる。ここで図3に戻る。導光部材200Aの入射面201Aに、導光部材200Cと200Dのペアの射出面202Cと202Dを透光可能に接触させる。また、導光部材200Bの入射面201Bに、導光部材200Eと200Fのペアの射出面202Eと202Fをそれぞれ透光可能に接触させる。入射面201C、201D、201Eおよび201Fのそれぞれに、4個の発光素子150の発光面を接近させて配置する。4個の発光素子150から出た光は入射面201C、201D、201Eおよび201Fから入り、合成されて射出面202C、202D、202Eおよび202Fから射出され、導光部材200Aと200Bの入射面201Aと201Bに入る。導光部材200Aと200Bに入った光は射出面202Aと202Bから射出される。この光は4個の発光素子150の光を合成したものとなる。
A configuration for synthesizing light from the four
3個の発光素子150からの光を合成するときは上記の4つの発光素子150からの光を合成する構成の中から導光部材200Eと200Fとを取り去り、3個の発光素子150の発光面を入射面201C、201Dおよび201Bに接近させて配置する。この状態で3個の発光素子150を点灯すれば射出面202Aと202Bから合成された光が射出される。5個以上の発光素子150からの光を合成するときは光学部品100の数を増やして、上記にならって射出面202と入射面201を組み合わせていけばよい。
When combining the light from the three
異なる発光スペクトル特性、または同一の発光スペクトル特性の発光素子150を組み合わせて射出面202から均一に合成されたスペクトル特性の光を得たい時、および均一な射出面照度の光を得たい時は射出面202の後に積分光学系を入れても良い。たとえばロッドレンズやフライアイレンズとよばれる光学系である。
When the
なお、本実施形態における光学部品200の断面は入射側胴部206では円形、また、射出側胴部207では半円形であったが、これ以外の形を排除しない。すなわち、入射側胴部206を、たとえば、多角形や角に丸みをおびた多角形、楕円や半楕円でとし、射出側胴部207をこれらの形を半分にした形としてもよい。さらに、本実施形態における光学部品200を構成する導光部材100は2個であるが、複数、すなわち、3個以上とすることもできる。3個以上とする場合の各導光部材は、その個数を実現可能な形状の屈曲部や接触面等を有していることは言うまでもない。
In addition, although the cross section of the
(光照射装置の構成)
光学部品200を用いた光照射装置300の一例を図4と図5を使って説明する。図4に示す光照射装置300は箱形の筐体302を持ち内部に1つ以上の光学部品100や図5に示す回路ブロックを内蔵している(図5では省略)。筐体302の正面には光を放出する放出孔Hがあり、放出孔Hの奥には光学部品100の射出面202(図1)が配置されている。利用者はこの放出孔Hに光ファイバ束を接続したり、レンズを差し込んで光を光照射装置300から外部に導き出して利用する。また、正面には操作部320と表示部330が配置されており、それぞれ利用者からの電源のON/OFFや照射光の増減や操作を受け付けたり、利用者へ光照射装置300の動作状況などの情報を表示する。操作部320や表示部330は有線や無線の通信回線を使うことで光照射装置300の外部にあってもかまわない。その場合、利用者は光照射装置300から離れた場所で操作を行ったり、動作状況などの情報を得ることができる。また、光照射装置300を通信回線を介してシーケンサや工業用パソコンと接続して制御することも可能である(図示を省略)。
(Configuration of light irradiation device)
An example of the
図5は光照射装置300のブロック図である。本実施例では制御部310は1ChipCPUと呼ばれる制御回路、記憶回路および入出力回路を1個の集積回路にまとめた電子部品を中心に構成されている。制御部310は1ChipCPUに書き込まれた制御プログラムに従って、操作部320経由で利用者の指示を受けたり、表示部330を駆動して動作状況などの情報を表示したり、冷却部340を駆動して各部の冷却を行ったり、発光素子駆動部360を駆動して発光素子150を駆動したりして光照射装置300全体を制御している。操作部320は図4に示すように利用者が操作できるスイッチで構成されている。利用者は操作部320を介して電源のON/OFF、照射光の増減、照射時間の設定などを行う。表示部330は図4に示すように7セグメントLEDや液晶パネルといった利用者が目視確認できる表示素子で構成されている。利用者は表示部330を介して照射光の出力状況、光照射装置300の運転時間、筐体の内部温度などの情報を得る。冷却部340は光照射装置300や、その構成部品を冷却する装置である。外部から筐体内に空気を取り入れて冷却する冷却ファンや、フロンガスなどの熱媒体を循環させて冷却するヒートパイプや、水などの冷却液を循環させる液冷方式などを用いることができる。電源部350は光照射装置300や、その構成部品に電力を供給する。光照射装置300の外部から商用電源たとえば交流100V電源を受けて、それを光照射装置300の各部に適した電力形態に変換して供給しても良いし、光照射装置300の内部に電池を持ち、そこから供給しても良い。
FIG. 5 is a block diagram of the
発光素子駆動部360は制御部310の制御に従って発光素子150を駆動して点灯させる。発光素子150が発光ダイオード(LEDと略す)の場合は照射する光が時間的に変動しないように直流点灯が望ましい。また、温度変化の影響を受けにくいように定電流駆動や定電力駆動が望ましい。発光素子150がLED以外の場合はその発光素子150の定格に従った上で照射する光が時間的に変動しないような駆動を行う機能を持つことが望ましい。たとえばフィードバック駆動である。発光素子駆動部360は複数あってもよく、制御部310の制御に従って、個別に発光素子150を駆動する。複数の発光素子150は同じ電気的、光学的な特性を持ったものでもよいし、異なった特性を持ったものでも良い。同じ特性を持ったものを複数用いれば同じスペクトル特性で全体光量の増加が望めるし、異なった特性を持ったものを組み合わせて用いれば、たとえば赤、緑、青の発光色を合成すれば3原色の光を得ることができる。制御部310が発光素子駆動部360を適切に制御することで3原色の光であっても赤色が強めの光となったり、青みが強い光となったり、利用者の希望するスペクトル特性を持った光を得ることができる。
The light emitting
100 光学部品
150 発光素子
160 放熱器
200、200A、200B、200C、200D、200E、200F 導光部材
201、201A、201B、201C、201D、201E、201F 入射面
202、202A、202B、202C、202D、202E、202F 射出面
203 胴面
204 接触面
205 屈曲部
206 入射側胴部
207 射出側胴部
300 光照射装置
302 筐体
310 制御部
320 操作部
330 表示部
340 冷却部
350 電源部
360 発光素子駆動部
100
Claims (9)
当該導光部材の各々の側面には、当該射出面と連続する接触面が当該屈曲部との間に形成され、
当該接触面は、当該導光部材同士を結束する際、互いに接触可能に形成され、
当該入射面各々の総面積に比べ当該射出面の総面積が減少して構成されているとともに、
当該入射面は半径Rの円形に形成され、かつ当該導光部材同士を結束した際の合成光が射出される面の形状は半径Rの円形となるように当該射出面各々が形成されている
ことを特徴とする光学部品。 A light guide member including a plurality of rod-shaped light guide members having an incident surface on which light is incident and an exit surface from which light is emitted, and having a bent portion at least at one position between the incident surface and the exit surface; In an optical component configured such that the incident surfaces are separated from each other by the bent portion when bound together,
On each side surface of the light guide member, a contact surface continuous with the emission surface is formed between the bent portion,
The contact surfaces are formed so as to be in contact with each other when the light guide members are bound together,
The total area of the exit surface is reduced compared to the total area of each of the entrance surfaces , and
The entrance surface is formed in a circular shape with a radius R, and each of the exit surfaces is formed so that the shape of the surface from which the combined light is emitted when the light guide members are bound to each other is a circle with a radius R. An optical component characterized by that.
ことを特徴とする請求項1記載の光学部品。 The optical component according to claim 1, wherein the light guide members are detachably bound by a binding unit.
ことを特徴とする請求項1または2記載の光学部品。 Each of the said light guide members is formed in the same shape. The optical component of Claim 1 or 2 characterized by the above-mentioned.
結束されたときに、略Y字の外観を呈するように構成されている
ことを特徴とする請求項3記載の光学部品。 There are two light guide members,
The optical component according to claim 3, wherein the optical component is configured to exhibit a substantially Y-shaped appearance when bound.
ことを特徴とする請求項1ないし4いずれか記載の光学部品。 5. The optical component according to claim 1, wherein each of the exit surfaces is connected in a state where it can transmit light with any of the incident surfaces of the other optical components.
ことを特徴とする請求項1ないし5いずれか記載の光学部品。 The optical component according to claim 1, wherein an optical reflection layer is formed on at least a part of the surface excluding the incident surface and the exit surface.
前記入射面各々に入射するための光を発光する発光素子と、が設けられている
ことを特徴とする光照射装置。 An optical component according to any one of claims 1 to 6,
And a light emitting element that emits light to be incident on each of the incident surfaces.
ことを特徴とする請求項8記載の光照射装置。 The light irradiation apparatus according to claim 8, wherein an integrating optical system is provided at a position where light emitted from each of the emission surfaces is incident.
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