JPH07209583A - 光ファイバ出射光の集光装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 高密度の集光された光エネルギが得られ、か
つワーキングデイスタンスを大きくとれる光ファイバ又
は光ファイバ束を用いた光照射装置用集光装置を提供す
ることを目的とする。 【構成】 光源５からの出射光を光ファイバ又は光ファ
イバ束６の一端に入射させ、他端からの出射光を回転楕
円鏡の一部から成る反射鏡７ａの第１焦点Ｆ_１から反射
鏡７ａに向けて投射させ、第２焦点Ｆ_２に光ファイバ又
は光ファイバ束６の出射光を集光させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば高倍率の顕微鏡
や高速度カメラの照明装置、あるいは光重合のための光
照射装置や光半田に用いられる光加熱装置等における光
ファイバ出射光の集光装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、光源ランプの集光装置として集光
レンズを用いるものと、回転楕円鏡を用いるものとがあ
る。

【０００３】ところが、光ファイバ又は光ファイバ束か
らの出射光の集光装置として集光レンズを用いる場合、
図１の（ａ）のように光ファイバ１をレンズ２の焦点に
配置した場合、光ファイバ１の出射光は元来、拡散光な
ので集光効率が悪い。また、図１の（ｂ）のように、光
ファイバ１を焦点より離すようにすると、集光効率が上
り、比較的高密度にはなるが、集光効率を上げるために
は大きな集光レンズを必要とし、しかもワーキングディ
スタンス（ＷＤ）が極端に短かくなり、作業エリアが挾
くなる。

【０００４】一方、図１の（ｃ）のように回転楕円鏡３
を用いる方法は、開口角に近い外側の弱い光は集光する
が、中心近辺の強い光は全て集光せずに光損失となる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】そこで本発明は、光フ
ァイバ又は光ファイバ束から出射した光を高密度に集光
し、且つ集光点近傍に諸作業を容易にする空間が得られ
る光ファイバ出射光の集光装置を提供することを課題と
するものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は上記の課題を解
決するためになされたもので、回転楕円鏡の一部から成
る反射鏡を用い、その第１焦点から反射鏡に向けて光フ
ァイバ又は光ファイバ束の出射光を投射するようにした
ものである。

【０００７】本発明と従来の光源ランプを回転楕円鏡の
第１焦点に設けた集光装置との違いは、回転楕円鏡の全
部を反射面として用いるという技術思想ではなく、図２
に示すように一部を利用するようにしたことである。

【０００８】図２において、１は光ファイバ又は光ファ
イバ束、４は回転楕円鏡の一部から成る反射鏡であり、
Ｆ_１は第１焦点、Ｆ_２は第２焦点、ＷＤはワーキングデ
イスタンスである。

【０００９】今図３において、内面を鏡面とした回転楕
円鏡Ｒの第１焦点Ｆ_１に点光源を置いた場合、すべての
光線は内面で反射して第２焦点に集光することは周知の
通りであるが、第１焦点Ｆ_１に置いた点光源がある大き
さを持っている場合、その像は第２焦点Ｆ_２近辺に形成
されるが、点光源と同じ像は出来ない。

【００１０】

【外１】

【００１１】従って、図３の場合、Ｐ_１やＰ_２で反射し
た像は第２焦点Ｆ_２に於いて大きく、Ｐ_ｎ−１，Ｐ_ｎで
反射した像は、ほぼ等倍となり、それが重ね合わされた
結果、第２焦点Ｆ_２における像はぼやけたものとなる。
なお、図３の場合、像のぼやけが大きく、つまり密度が
低くなる。

【００１２】以上のことから、回転楕円鏡の一部から成
る反射鏡を用いて効果的に光を集める為には、光点を極
力小さくした方が有利であり、また

【００１３】

【外２】

【００１４】従って光源が１つの場合は、光ファイバ束
を用い、一端はそのまゝ光源と対向させ、他端は複数に
分岐させ、分岐した各光ファイバに対してそれぞれ図２
に示すような光学系を構成し、各反射鏡の第２焦点が同
一の位置になるように反射鏡を配置するか、あるいは光
源をそれぞれ持つ図２に示す光学系を複数配置すると共
に各反射鏡の第２焦点が同一の位置になるように構成す
ることにより、高密度の集光された光エネルギが得られ
る。

【００１５】光ファイバ１から出射する光は、点光源の
ように全方向に出射されるのではなく、一定の立体角
（通常２０°〜７０°）であるので、反射鏡４の大きさ
はその光を受けるだけの大きさがあればよい。そして、
ワーキングディスタンスＷＤは反射鏡４を設ける位置に
よって変化し、前述のように、反射鏡４の位置を第２焦
点Ｆ_２に近くすると光の集光密度は大きく（像面積は小
さく）なるが、ＷＤは小さくなるので、実施に際して
は、その兼ね合いを考慮する必要がある。

【００１６】

【実施例】図４は、本発明の第１の実施例を示すもの
で、５は光源、６は光ファイバ束（又は光ファイバ）、
７ａは回転楕円反射面の一部から成る反射鏡、８は被照
射面、Ｆ_１は回転楕円の第１焦点、Ｆ_２は第２焦点であ
る。

【００１７】

【外３】

【００１８】そして、この実施例では、第２焦点近辺に
空間的作業エリアを大きく取ることができる。

【００１９】

【外４】

【００２０】図６は本発明の第３の実施例を示すもの
で、被照射面８が平面で、かつ端部を照射する場合のよ
うに、反射鏡７ｃで覆ってしまっても問題のない場合の
ものである。

【００２１】

【外５】

【００２２】図７は本発明の第４の実施例を示すもの
で、光ファイバ束６を分岐し、各光ファイバ毎に本発明
に係る反射鏡７を用い、各反射鏡の第２焦点を同一位置
となるように反射鏡を配置したものである。

【００２３】この場合、光源５からの光を受け入れる光
ファイバ束６の入射端面積をＳ_０とし、分岐数をｎとす
れば、光ファイバ出射端の面積Ｓｎは

【００２４】

【数１】

【００２５】となる。この（３）式からわかるように、
分岐数ｎが大きく、光路比ｍが小さい程、集光面積Ｓｍ
を小さくすることが出来る。

【００２６】また、第２焦点Ｆ_２において、ｎ個の反射
光を重ね合せることになるので、入射端Ｓ_０に入力され
た光エネルギは、集光点、即ち第２焦点Ｆ_２において集
光される。例えば光ファイバ束６を８分岐とし、回転楕
円上での光路比ｍを２とすると、

【００２７】

【数２】

【００２８】図８は本発明の第５の実施例を示すもの
で、図７に示した第４の実施例の変形を示すものであ
る。この場合反射鏡７，７の保持体（図示せず）は第４
の実施例よりも小さくすることが出来る。この実施例で
は反射鏡７，７を対向させ、それぞれに光ファイバから
の出射光を出射させる孔７ｄ，７ｄを設けたが、反射鏡
を対向させずにずらせて設けるようにすれば孔を設けな
くとも済むものとなる。

【００２９】図９は本発明の第６の実施例を示すもの
で、ｎ個の反射鏡７を笠状の保持体９にずらせて設けた
もので、６ａは分岐された光ファイバの光出射端であ
り、第２焦点Ｆ_２の位置に高密度に光を集光させること
ができる。

【００３０】

【発明の効果】高密度の集光された光エネルギが得ら
れ、かつワーキングデイスタンスを大きくとれる光ファ
イバ又は光ファイバ束を用いた光照射装置を提供するこ
とが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来法による集光装置の問題点を説明するため
の図である。

【図２】本発明の原理図である。

【図３】本発明実施の際に考慮すべき点の説明図であ
る。

【図４】第１の実施例の構成を示す概略図である。

【図５】第２の実施例の構成を示す概略図である。

【図６】第３の実施例の構成を示す概略図である。

【図７】第４の実施例の構成を示す概略図である。

【図８】第５の実施例の構成を示す概略図である。

【図９】第６の実施例の構成を示す概略図である。

【符号の説明】

１ 光ファイバ ２ レンズ ３ 回転楕円鏡 ４ 反射鏡 ５ 光源 ６ 光ファイバ束 ７，７ａ〜７ｃ 反射鏡 ８ 被照射面 ９ 保持体

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 反射鏡として回転楕円鏡の一部から成る
   反射鏡を用い、その第１焦点から反射鏡に向けて光ファ
   イバ又は光ファイバ束の出射光を投射して第２焦点に集
   光させることを特徴とする光ファイバ出射光の集光装
   置。
2. 【請求項２】 回転楕円鏡の一部から成る複数の反射鏡
   を用い、各反射鏡の第１焦点にそれぞれ光ファイバ又は
   光ファイバ束の光出射端を配置してそれぞれの反射鏡に
   向けて出射光を投射し、前記各反射鏡の第２焦点が同一
   位置になるように各反射鏡を配置したことを特徴とする
   光ファイバ出射光の集光装置。