光源装置とこれに使用するアキシコンプリズム

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【発明の名称】	光源装置とこれに使用するアキシコンプリズム
【発明者】	【氏名】菊地啓介【氏名】白傑【氏名】仁科秀逸
【要約】	【課題】回転楕円鏡で反射した光をライトガイド内に導いて出射させる場合に、光の強度分布をフラットにし、且つ、全体的に光強度の高い照射光を得る。【解決手段】光源３の光が回転楕円鏡２で第二焦点Ｆ₂に向かって円錐筒状に集光され、アキシコンプリズム１３を透過した後、光入射端面１２inが第二焦点Ｆ₂近傍に配されたライトガイド１２に入射される。アキシコンプリズム１３は、光源３側の面が凸円錐面１４で形成されると共に、ライトガイド１２の光入射端面１２inと対向する面が凹円錐面１５で形成され、前記凸円錐面１４を形成する円錐の頂角θinより、凹円錐面１５を形成する円錐の頂角θout の方が小さく選定されている。したがって、ライトガイド１２には、光軸と平行な光を含む一定の角度範囲の光が入射され、その光出射端面１２out から円錐上の光束が照射されるので、中抜けが防止されて、略均一な光強度分布が得られる。

【特許請求の範囲】
【請求項１】回転楕円鏡（２）に対して光を発散する光源（３）がその第一焦点（F₁) に配され、光ファイバ束で形成されたライトガイド（４）が、前記回転楕円鏡（２）の光軸（Ｘ）と同軸的に、且つ、その光入射端面(4in）が前記回転楕円鏡（２）の第二焦点（F₂) 近傍に位置するように配設され、当該ライトガイド（４）の光入射端面(4in) は回転楕円鏡（２）から反射されて略円錐筒状に集光する光束を前記光軸（Ｘ）と平行な光を含む光束に屈折させる凹面状に形成されたことを特徴とする光源装置。
【請求項２】前記ライトガイド（４）の光入射端面(4in) が凹円錐面に形成されて成る請求項１記載の光源装置。
【請求項３】前記ライトガイド（４）の光入射端面(4in) の周縁側が凹円錐面（６）に形成されると共に、その中心部分が前記凹円錐面（６）に連続する凹球面（７）で形成されてなる請求項１記載の光源装置。
【請求項４】前記ライトガイド（４）の光入射端面(4in) が凹球面に形成されて成る請求項１記載の光源装置。
【請求項５】回転楕円鏡（２）に対して光を発散する光源（３）がその第一焦点（F₁) に配され、光ファイバ束で形成されたライトガイド（12）が、前記回転楕円鏡（２）の光軸（Ｘ）と同軸的に、且つ、その光入射端面（12in）が前記回転楕円鏡（２）の第二焦点（F₂) 近傍に位置するように配設され、前記光源（３）とライトガイド（12）の光入射端面（12in) の間の光軸（Ｘ）上には、前記回転楕円鏡（２）からの反射光を屈折してライトガイド（12）に導くアキシコンプリズム（13）が配設され、当該アキシコンプリズム（13）は、光源（３）側の面が凸円錐面（14）で形成されると共に、ライトガイド（12）の光入射端面（12in）と対向する面が凹円錐面（15）で形成され、前記凸円錐面（14）を形成する円錐の頂角（θin）より、凹円錐面（15）を形成する円錐の頂角（θout ）の方が小さく選定されていることを特徴とする光源装置。
【請求項６】前記アキシコンプリズム（13）は、光源（３）側の面の周縁部が凸円錐面（14）で形成されると共にその中心部分が前記凸円錐面（14）に連続する凸球面（16）で形成され、ライトガイド（12）の光入射端面（12in）と対向する面の周縁部が凹円錐面（15）で形成されると共にその中心部分が前記凹円錐面（15）に連続する凹球面（17）で形成されてなる請求項４記載の光源装置。
【請求項７】光入射面が凸円錐面（14）で形成されると共に、光出射面が凹円錐面（15）で形成され、前記凸円錐面（14）を形成する円錐の頂角（θin）より、凹円錐面（15）を形成する円錐の頂角（θout ）の方が小さく選定されたことを特徴とするアキシコンプリズム。
【請求項８】回転楕円鏡（２）に対して光を発散する光源がその第一焦点（F₁) に配され、光ファイバ束で形成されたライトガイド（12）が、前記回転楕円鏡（２）の光軸（Ｘ）と同軸的に、且つ、その光入射端面（12in）が前記回転楕円鏡（２）の第二焦点（F₂) 近傍に位置するように配設されると共に、前記ライトガイド（12）の光出射端面(12out) からの出射光を透過させるアキシコンレンズ（22）が配設され、当該アキシコンレンズ（22）は、その片面が凸円錐面（23）に形成されると共に、その反対面が凸球面（24）もしくは凸回転楕円面に形成され、前記ライトガイド（12）から出射される円錐筒状の出射光の中央に低輝度部が現出する位置の近傍に、前記凸円錐面（23）の頂点(23a) が位置するように配設されたことを特徴とする光源装置。

【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、キセノンランプ，ハロゲンランプ，白熱灯その他の光源から発散された光を、光ファイバ束で形成されたライトガイドを介して照射領域まで導くようになされた光源装置に関し、照明装置，加熱装置，紫外線殺菌装置，プラスチックのＵＶ硬化装置などに用いて好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】一般に、キセノンランプなどの電球光源から出力された光をライトガイドとなる光ファイバ束を介して照射領域まで導く場合、図６（ａ）に示すように、光源となるキセノンランプ６１を回転楕円鏡６２の第一焦点Ｆ₁に位置させ、第二焦点Ｆ₂にライトガイド６３の光入射端面６３inを位置させ、回転楕円鏡６２からの反射光を第二焦点Ｆ₂に集光させてライトガイド６３内に入射させるようにしている。この場合、回転楕円鏡６２にはキセノンランプ６１を挿通する穴が形成されており、また、キセノンランプ６１には、発光部を包むガラスバルブや口金が形成されているため、キセノンランプ６１から照射されて回転楕円鏡６２で反射された光束は、光軸Ｘに対し浅い角度の成分が抜けた円錐筒形の光束６４となって、ライトガイド６３の光入射端面６３inに達する。したがって、ライトガイド６３を通過してその光出射端面６３out から出力された光束６５もやはり円錐筒形に出力されることとなり、照射面に当てると、図６（ｂ）に示すように、いわゆる“中抜け”と称する中心部の暗いリング状のパターンが形成される。
【０００３】このため、例えば、光硬化型プラスチックに紫外線を照射してＵＶ硬化させる場合、中心部の暗いリング状のパターンを有する光束では光強度分布にムラを生ずるため、全体に均一の光を照射することができず、プラスチックを均一に硬化させることができなかった。
【０００４】そこで従来より、この“中抜け”を防止し、且つ、光強度の均一な光束を得るために、図７（ａ）に示すように、ライトガイド６３の光入射端面６３inに、片面がフラットな面で形成され反対面に円錐状の凹面が形成されたアキシコンプリズム６７を配したものが提案されている。これによれば、図７（ｂ）に示すように中抜けが防止されるだけでなく、その中央部分に光強度が略均一の領域Ｐｃが形成されるので、光硬化型プラスチックをＵＶ硬化させる場合にも好都合である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかし、このアキシコンプリズム６７では、光利用効率が低く、光強度分布は均一になるものの全体的に光強度が低下するという問題があった。光強度が低下する原因としては、アキシコンプリズム６７に光を透過させることによって光強度が減衰されることと、回転楕円鏡６２からの反射光を十分にライトガイド６３内に入射させることができず、光利用効率が低下し、その結果光強度が低下するということが考えられる。
【０００６】すなわち、光源となるキセノンランプ６１などの発光部６８は、回転楕円鏡６２の光軸Ｘ方向に所定の長さを有しているため、発光部６８の全てが第一焦点Ｆ₁上に位置するわけではなく、第一焦点Ｆ₁と重ならない部分が存在する。そして、発光部６８から最も明るい光を発散する高輝度発光部６８ａを第一焦点Ｆ₁に重ねれば、その光は第二焦点Ｆ₂に向かって集光し、プリズム６７を透過することにより、光軸Ｘに対する角度が小さくなるので、確実にライトガイド６３内に入射させることができる。しかし、その前後に位置する発光部前端側６８ｂ及び発光部後端側６８ｃから照射された光は第二焦点Ｆ₂には集光されない。そして、特に、第一焦点Ｆ₁の前方に位置する発光部前端側６８ｂから照射された光Ｌｂは、第二焦点Ｆ₂の手前側で光軸Ｘを横切ってアキシコンプリズム６７に入射するため、ライトガイド６３の光入射端面６３inから逃げる方向に屈折され、ライトガイド６３の受光可能な角度を超えて入射されなくなり、その分、光の利用効率が低くなる。
【０００７】また、図８（ａ）に示すように、中抜け防止用のアキシコンプリズム７０として、光源から光が入射される光入射側及び光出射側が夫々円錐状凸面７１及び円錐状凸面７２に形成され、夫々の円錐を形成する頂角が等しく選定されたものも提案されている。しかしながら、このアキシコンプリズム７０は、両側が平行な円錐面で形成されているので、光束がアキシコンプリズム７０を透過する前後で、光軸に対する光束の角度に変化はなく、専ら、円筒状の平行光束の中抜けを防止するために当該光束を縮径して、円柱状の平行光束として出射させるために用いられているに過ぎない。そして、図８（ｂ）に示すように、回転楕円鏡６２の第二焦点Ｆ₂に向かって集光する円錐筒形の光に対しては、アキコンプリズム７０を透過させたときと透過させなかったときで、集光位置がプリズム７０側に近づくだけで、光軸に対する光束の角度に変化はなく、したがって、中抜け防止を行うことができないという問題があった。
【０００８】そこで本発明は、ライトガイドの光出射端面から照射される光束の光強度分布の中央部分がフラットで、且つ、光利用効率が高く、全体的に光強度の高い照射光を得ることができるようにすることを技術的課題としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】この課題を解決するために、本発明は、回転楕円鏡に対して光を発散する光源がその第一焦点に配され、光ファイバ束で形成されたライトガイドが、前記回転楕円鏡の光軸と同軸的に、且つ、その光入射端面が前記回転楕円鏡の第二焦点近傍に位置するように配設され、当該ライトガイドの光入射端面は回転楕円鏡から反射されて略円錐筒状に集光する光束を前記光軸と平行な光を含む光束に屈折させる凹面状に形成されたことを特徴とする。
【００１０】本発明によれば、第一焦点に光源を配した回転楕円鏡の第二焦点近傍に、ライトガイドの光入射端面を配し、当該光入射端面は回転楕円鏡から反射されて略円錐筒状に集光する光束を前記光軸と平行な光を含む光束に屈折させる凹面状に形成されている。したがって、回転楕円鏡の第一焦点に配された光源から発散した光は、回転楕円鏡で反射されて、第二焦点近傍に向かって集光され、ライトガイドの光入射端面に入射される。このとき例えば、ライトガイドの光入射端面を第二焦点よりもわずかに第一焦点側に位置させれば、回転楕円鏡から反射されて第二焦点に集光する光は、光軸を横切る前にライトガイドに入射される。ライトガイドの光入射端面は、ライトガイドの周縁部から中心に向かって深くなる凹面で形成されているので、ライトガイドの周囲から光軸を横切ることなく光入射端面に入射された光は、光軸と平行な光を含む一定の角度範囲内に収まるように屈折される。したがって、ライトガイドの光出射端面から円錐上の光束が照射されることとなり、中抜けが防止されるだけでなく、その範囲内は略均一な光強度分布が得られる。さらに、回転楕円鏡からの反射光が、プリズムなどの他の光学部品を透過することなく、直接ライトガイド内に入射されるので、その分光損失が少なく、光強度が全体的に高くなる。
【００１１】本発明に係る他の光源装置は、第一焦点に光源を配した回転楕円鏡と、その第二焦点近傍に配されたライトガイドの光入射端面の間の光軸上に、光源側の面を凸円錐面で形成すると共に、ライトガイドの光入射端面と対向する面を凹円錐面で形成し、前記凸円錐面を形成する円錐の頂角より、凹円錐面を形成する円錐の頂角の方を小さく形成したアキシコンプリズムが配されている。ここで、回転楕円鏡の第一焦点に配置した光源から発散された光は、回転楕円鏡で反射されて、第二焦点近傍に向かって集光され、第二焦点に達する前にアキシコンプリズムに入射される。そして、例えば、回転楕円鏡からの反射光のうち、最も第一焦点側で光軸と交わる位置にアキシコンプリズムの凸円錐面の頂点を位置させれば、回転楕円鏡から反射された殆ど全ての光がプリズムの凸円錐面から入射されて、光軸側に縮径すると共に光軸との角度が小さくなるように屈折して出射され、ライトガイドに入射される。したがって、ライトガイドには、光軸と平行な光を含む一定の角度範囲の光が入射されることとなり、ライトガイドの光出射端面から円錐上の光束が照射されるので、中抜けが防止されるだけでなく、略均一な光強度分布が得られる。また、アキシコンプリズムの透過光は、光軸に対する角度が小さくなるように屈折されるので、ライトガイドの開口数より広い角度で集光する光もアキシコンプリズムを透過させることによりライトガイド内に導くことができる。したがって、光の利用効率が高くなり、このアキシコンプリズムを透過する際の光損失を差し引いても、全体の光強度は高くなる。
【００１２】さらに、本発明に係る他の光源装置は、回転楕円鏡に対して光を発散する光源がその第一焦点に配され、光ファイバ束で形成されたライトガイドが、前記回転楕円鏡の光軸と同軸的に、且つ、その光入射端面が前記回転楕円鏡の第二焦点近傍に位置するように配設されると共に、前記ライトガイドの光出射端面からの出射光を透過させるアキシコンレンズが配設され、当該アキシコンレンズは、その片面が凸円錐面に形成されると共に、その反対面が凸球面もしくは凸回転楕円面に形成され、前記ライトガイドから出射される円錐筒状の出射光の中央に低輝度部が現出する位置の近傍に、前記凸円錐面の頂点が位置するように配設されている。ここで、回転楕円鏡の第一焦点に配置した光源から発散された光は、回転楕円鏡で反射されて、第二焦点近傍に向かって円錐筒状に集光されてライトガイドの光入射端面に入射され、その光出射端面から出射される。この出射光は、円錐筒状に拡がっていき光軸上に沿って所定距離離れた位置でその中央に中抜けと称する低輝度部が現出するが、その光軸上の中抜けが現出する位置の近傍にアキシコンレンズの頂点が位置するように配設されているので、中抜けのない状態で出射光が屈折される。これにより、光軸に平行な成分を含む光束となり中抜けは防止され、中央部が明るく周縁部が暗い光強度分布の光束となり、次いで、その光束が凸球面又は凸回転楕円面を透過すると、その球面収差により光がミキシングされて略均一の光強度分布をもった光束となる。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて具体的に説明する。図１（ａ）及び（ｂ）は本発明に係る光源装置及びその光強度分布を示す図、図２はこれに用いる他のライトガイドを示す説明図、図３（ａ）及び（ｂ）は本発明に係る他の光源装置及びその光強度分布を示す図、図４はこれに用いる他のプリズムを示す説明図である。
【００１４】図１に示す光源装置１は、回転楕円鏡２に対して光を発散するキセノンランプ３などの光源がその第一焦点Ｆ₁に配され、光ファイバ束で形成されたライトガイド４が、前記回転楕円鏡２の光軸Ｘと同軸的に、且つ、その光入射端面４inが前記回転楕円鏡２の第二焦点Ｆ₂近傍に位置するように配設され、ライトガイド４の光入射端面４inは回転楕円鏡２からの反射光を前記光軸Ｘとのなす角度が小さくなるように屈折させる凹円錐面に形成されている。
【００１５】この場合において、キセノンランプ３の発光部５は光軸Ｘ方向に所定の長さを有しているため、発光部５から発散されて回転楕円鏡２で反射される光は、図１に示すように、発光部５の各点から発散された光を重ね合わせたものに等しい。例えば、発光部５のうち最も明るい高輝度発光部５ａを第一焦点Ｆ₁に位置させると、当該高輝度発光部５ａから発散された光束は回転楕円鏡２で反射されて第二焦点Ｆ₂に円錐筒状の光束となって集光するが、発光部前端側５ｂ及び発光部後端側５ｃから発散された光は第二焦点Ｆ₂には集光しない。そこで、まず、回転楕円鏡２からの最も外側の反射光Ｌ₁をライトガイド４内に取り込めるようにライトガイド４の光入射端面４inの直径を選定する。次いで、光入射端面４inを、第一焦点Ｆ₁と第二焦点Ｆ₂の間の第二焦点Ｆ₂近傍に位置させて、最も外側の反射光Ｌ₁が光入射端面４inの周縁部に入射されるようにライトガイド４を光軸Ｘ上に配置する。
【００１６】この状態でキセノンランプ３を点灯すると、第一焦点Ｆ₁に位置する高輝度発光部５ａから発光部後端側５ｃに至る領域から発散されて回転楕円鏡２で反射された光は、光軸Ｘを横切ることなく凹円錐面状の光入射端面４inに達し、光軸Ｘと平行な光を含む一定の角度範囲内に収まるように屈折されてライトガイド４内に入射される。また、発光部前端側５ｂから照射されて回転楕円鏡２で反射された光は、ライトガイド４に入射される前に光軸Ｘを横切って凹円錐面状の光入射端面４inの反対側に達し、光入射端面４inで屈折され、ライトガイド４の開口数に応じた受光可能な角度範囲内の光がライトガイド４内に取り込まれる。したがって、凹円錐面の頂角を適当に選べば、回転楕円鏡２からの反射光は、光軸Ｘと平行な光を含む一定の角度範囲内に収まるように屈折され、ライトガイド４の光出射端面４out から明るい光束が円錐状に照射されるので、中抜けが防止されるだけでなく、その範囲内は略均一な光強度分布が得られる。
【００１７】このとき、回転楕円鏡２からの反射光が、プリズムなどの他の光学部品を透過することなく、直接ライトガイド４内に入射されるので、その分光損失が少ない。そして、発光部前端側５ｂから発散された光の一部がライトガイド４内に取り込めない場合でも、高輝度発光部５ａから発光部後端側５ｃに至る領域から発散された光を屈折して有効に利用することができるので、その光損失を差し引いても、その光出射端面４out から照射される光束の光強度を高くすることができる。
【００１８】この光入射端面４inの断面形状は、凹円錐面の傾斜角度をα，高輝度発光部５ａから光軸Ｘに対して垂直に照射された主光線Ｌｍが回転楕円鏡２で反射されて第二焦点Ｆ₂に集光するときの光軸Ｘとの成す角度をβ，回転楕円鏡２の第一焦点Ｆ₁～第二焦点Ｆ₂間の距離を２Ｆ，その楕円の長軸ａ，短軸ｂ，ライトガイド４のコアの屈折率をｎとすると、前記傾斜角度αを、α＝ cos^-1 sin β／｛（ｎ・sin β)²＋ (１－ｎ・cos β)² ｝^1/2β＝ tan^-1 ｂ｛１－（Ｆ／ａ）²｝^1/2／２Ｆ〕
で求めてもよい。
【００１９】なお、上記の説明においては、光入射端面４inが、凹円錐面に形成された場合について説明したが、図２に示すようにライトガイド４の光入射端面４inの周縁側を凹円錐面６に形成すると共に、その中心部分を前記凹円錐面６に連続する凹球面７で形成する場合や、全体を単なる凹面に形成した場合も、略同様の効果が得られた。この場合に、ライトガイド４の有効直径をｄとしたときに、前記凹球面７の曲率半径ｒを、ｒ≒ｄ／〔２ (３）^1/2cos α〕
により求めればよい。
【００２０】図３は本発明に係る他の光源装置１１を示し、回転楕円鏡２に対して光を発散するキセノンランプ３などの光源がその第一焦点Ｆ₁に配され、光ファイバ束で形成されたライトガイド１２が、回転楕円鏡２の光軸Ｘと同軸的に、且つ、その光入射端面１２inが光軸Ｘに対して直角な平面で切断されて、回転楕円鏡２の第二焦点Ｆ₂近傍に位置するように配設されている。そして、キセノンランプ３とライトガイド１２の光入射端面１２inの間の光軸Ｘ上には、回転楕円鏡２からの反射光を屈折してライトガイド１２に導くアキシコンプリズム１３が配設されている。アキシコンプリズム１３は、キセノンランプ３側の光入射面が凸円錐面１４で形成されると共に、ライトガイド１２側の光出射面が凹円錐面１５で形成され、凸円錐面１４を形成する円錐の頂角θinより、凹円錐面１５を形成する円錐の頂角θout の方が小さく選定されている。
【００２１】この場合において、キセノンランプ３の発光部５は光軸Ｘ方向に所定の長さを有しているため、発光部５から発散されて回転楕円鏡２で反射される光は、図３に示すように、発光部５の各点から発散された光を重ね合わせたものに等しく、光軸Ｘ上の一点に集光するものではなく、第二焦点Ｆ₂を中心にしてある程度の幅をもった光束として光軸Ｘと交差する。したがって、回転楕円鏡２からの最も内側の反射光Ｌ₂が光軸Ｘと交わる位置に、アキシコンプリズム１３の凸円錐面１４の頂点１４Ｐを配置させると共に、回転楕円鏡２からの最も外側の反射光Ｌ₁に達するまで、前記頂点１４Ｐから略直角に下ろした線を光軸Ｘを中心に回転させて凸円錐面１４を形成し、その内側に凹円錐面１５を形成する。このようにすれば、回転楕円鏡２で反射された光は全て光軸Ｘを横切る前に、アキシコンプリズム１３の凸円錐面１４に入射され、光軸Ｘに対する角度が小さくなるように屈折されて凹円錐面１５から出射される。なお、ライトガイド１２は、アキシコンプリズム１３を透過して屈折された最も外側の反射光Ｌ₁を入射できる径に選定されている。
【００２２】以上が本発明の一構成例であって、次にその作用を説明する。回転楕円鏡２の第一焦点Ｆ₁にキセノンランプ３を配し、第二焦点Ｆ₂近傍にライトガイド１２を配し、両者間の光軸Ｘ上にアキシコンプリズム１３を配置する。このアキシコンプリズム１３は、回転楕円鏡２からの反射光のうち最も第一焦点Ｆ₁側で光軸Ｘと交わる位置と、凸円錐面１４の頂点１４Ｐの位置が一致するように配されている。
【００２３】この状態でキセノンランプ３を点灯すると、発光部５から発散された光は、回転楕円鏡２で反射されて円錐筒形の光束となって、光軸Ｘに向かって集光していく。この場合に、発光部５から発散されて回転楕円鏡２で反射された光のうち、最も内側の反射光Ｌ₂は凸円錐面１４の頂点１４Ｐに照射され、最も外側の反射光Ｌ₁は凸円錐面１４の周面に照射されるので、回転楕円鏡２で反射された殆ど全ての光は凸円錐面１４に入射されてアキシコンプリズム１３を透過し、光軸Ｘに対する角度が小さくなるように屈折されてアキシコンプリズム１３から出射される。
【００２４】これにより、回転楕円鏡２で反射された円錐筒型の光束は、アキシコンプリズム１３によりその光束が縮径されると同時に、光軸Ｘと平行な光を含む一定の角度範囲内に収まるように屈折されるので、ライトガイド１２の光出射端面１２out から明るい光束が円錐状に照射されることとなり、中抜けが防止されるだけでなく、その範囲内は略均一な光強度分布が得られる。また、ライトガイド１２の開口数より広い角度で集光する光も、アキシコンプリズム１３を透過させることによりライトガイド１２内に導くことができるように屈折させて、回転楕円鏡２で反射された殆ど全ての光をライトガイド１２内に取り込むことができるので、光の利用効率に優れ、アキシコンプリズム１３を透過することによる光損失を差し引いてもライトガイド１２の光出射端面１２outから照射される光強度を向上させることができる。
【００２５】なお、図４に示すように、アキシコンプリズム１３は、光源側の光入射面の周縁部が凸円錐面１４で形成されると共に、その中心部分が前記凸円錐面１４に連続する凸球面１６で形成され、ライトガイド１２の光入射端面１２inと対向する面の周縁部が凹円錐面１５で形成されると共にその中心部分が前記凹円錐面１５に連続する凹球面１７で形成されている場合も同様の効果が得られる。
【００２６】また、図５は本発明に係るさらに他の光源装置を示す。本例の光源装置２１は、図５（ａ）に示すように、回転楕円鏡２に対して光を発散する光源３がその第一焦点Ｆ₁に配され、光ファイバ束で形成されたライトガイド１２が、前記回転楕円鏡２の光軸Ｘと同軸的に、且つ、その光入射端面１２inが前記回転楕円鏡２の第二焦点Ｆ₂近傍に位置するように配設されると共に、前記ライトガイド１２の光出射端面１２out からの出射光を透過させるアキシコンレンズ２２が配設されている。
【００２７】アキシコンレンズ２２は、その片面が凸円錐面２３に形成されると共に、その反対面が凸球面２４もしくは凸回転楕円面に形成されている。そして、ライトガイド１２から出射される円錐筒状の出射光の中央に低輝度部ＤＡが現出する光軸Ｙ上の位置に一致して、または、その近傍に、前記凸円錐面２３の頂点２３ａが位置するように配設されている。なお、本例では、アキシコンレンズ２２の凸円錐面２３をライトガイド１２の光出射端面１２out に対向して配設した場合について説明したが、凸球面２４をライトガイド１２の光出射端面１２out に対向して配設してもよい。
【００２８】そして、回転楕円鏡２から反射されてライトガイド１２の光入射端面１２inに入射される円錐筒状の光の内側の入射角度（中抜角）をφ₁，外側の入射角度φ₂（楕円鏡ＮＡ値＝ sinφ₂），ライトガイド１２の有効直径ｄ，光軸Ｙ上に低輝度部ＤＡが現出するまでの、光出射端面１２out からの距離Ｌとすると、Ｌ tanφ₁≒Ｌφ₁＝ｄ／２であるから、距離ＬはＬ＝ｄ／（２φ₁）
で求められる。なお、このとき、アキシコンレンズ２２の受光面半径Ｒが、Ｒ≧Ｌ tanφ₂＋ｄ／２の関係を満たすように選定すれば、ライトガイド１２から出射されるほとんどの光をアキシコンレンズ２２に入射させることができる。
【００２９】そして、アキシコンレンズ２２の屈折率をｎとしたときに、凸円錐面２３の頂角τを、τ＝π－２φ₁／（ｎ－１）
とすれば、アキシコンレンズ２２に入射された光がコリメートされて中抜けが防止されるが、このままでは、図５（ｂ）に示すように中央部の輝度（光強度）が高い。そこで、アキシコンレンズ２２の凸円錐面２３から入射した光を、凸球面２４から出射させると、外側に拡散しようとする光が内側に屈折されてコリメートされると共に、凸球面２４を透過した光がその球面収差によりミキシングされて、アキシコンレンズ２２から所定距離離れたところでは、図５（ｃ）に示すように全体として輝度分布（光強度分布）の均一な光束を得ることができる。このとき、アキシコンレンズ２２の厚さ（凸円錐面２３の頂点２３ａから凸球面２４までの距離）をｔとすると、凸球面２４の曲率半径ｒは、ｒ＝（ｎ－１）Ｃ／（φ₂－φ₁）
但し，Ｃ＝φ₂（Ｌ－ｔ／ｎ）＋ｄ／２＋ｔτ（ｎ－１）／ｎとするのが好ましい。
【００３０】このように、本例によれば、回転楕円鏡２の第一焦点Ｆ₁に配置したキセノンランプ３から発散された光は、回転楕円鏡２で反射されて、第二焦点Ｆ₂近傍に向かって円錐筒状に集光されてライトガイド１２の光入射端面１２inに入射され、その光出射端面１２out から出射される。この出射光を照射すると、円錐筒状に拡がっていき光軸Ｙ上に沿って所定距離離れた位置にスクリーンを置くと、中抜けと称する低輝度部ＤＡが現出する。そこで、その光軸Ｙ上の低輝度部が現出する位置の近傍にアキシコンレンズ２２を配設して、ライトガイド１２の出射光を入射させると、その凸円錐面２３に中抜けのない状態で出射光が入射されて、光軸Ｙに平行な成分を含む光束に屈折されて、中央部が明るく周縁部が暗い光強度分布の光束となる。次いで、その光束が凸球面２４又は凸回転楕円面を透過して出射されると、外側に拡散しようとする光が内側に屈折されてコリメートされると共に、凸球面２４を透過した光がその球面収差によりミキシングされるので、略均一の光強度分布をもった光密度の高い光束となる。したがって、本例の光源装置２１も、光強度分布が均一な中抜けのない照射光を得ることができ、特に、照射面積が小さい場合にパワーロスの少ない照射光を得ることができる。
【００３１】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、ライトガイドの光入射端面が凹面に形成され、回転楕円鏡から反射される光を直接ライトガイドに入射させて、光軸に平行な光を含む一定の角度範囲内に収まるように屈折させているので、プリズムなどによる光損失を生ずることなく全体的に光強度の高い照射光が得られ、且つ、光強度分布の中央部分がフラットな照射光を得ることができるという大変優れた効果を奏する。また、アキシコンプリズムを透過させることにより、回転楕円鏡から反射された光は光軸との角度が小さくなるように屈折されて、光軸に平行な光を含む一定の角度範囲内の光になるので、ライトガイドの開口数より広い角度で集光する光もライトガイドの開口数より小さな角度まで屈折されてライトガイドに取り込むことができ、光の利用効率が高くなって全体的に光強度の高い照射光が得られ、且つ、光強度分布の中央部分がフラットな照射光を得ることができるという大変優れた効果を奏する。さらに、ライトガイドの光出射端面に対向して片面が凸円錐面で他面が凸球面又は凸回転楕円面のアキシコンレンズを配設し、ライトガイドから円錐筒状に拡がって出射される出射光を透過させれば、凸円錐面で中抜けが防止され、凸球面又は凸回転楕円面を透過することにより光強度がミキシングされて略均一の光強度分布をもった照射光を得ることができるという大変優れた効果を奏する。

【出願人】	【識別番号】０００１３８２００【氏名又は名称】株式会社モリテックス
【出願日】	平成９年（１９９７）１２月１２日
【代理人】	【弁理士】【氏名又は名称】澤野勝文（外１名）
【公開番号】	特開平１１－１７６２２１
【公開日】	平成１１年（１９９９）７月２日
【出願番号】	特願平９－３４２６８７