JPH04352105A - ガラス製光発散素子 - Google Patents
ガラス製光発散素子Info
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- JPH04352105A JPH04352105A JP12789991A JP12789991A JPH04352105A JP H04352105 A JPH04352105 A JP H04352105A JP 12789991 A JP12789991 A JP 12789991A JP 12789991 A JP12789991 A JP 12789991A JP H04352105 A JPH04352105 A JP H04352105A
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Landscapes
- Light Guides In General And Applications Therefor (AREA)
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、端面から光を入射させ
ることにより側周面及び必要に応じて他端面を通して外
部に光を発散するようにした棒状の光発散素子に関し、
特に光発散効率を高めたガラス製光発散素子に関するも
のである。
ることにより側周面及び必要に応じて他端面を通して外
部に光を発散するようにした棒状の光発散素子に関し、
特に光発散効率を高めたガラス製光発散素子に関するも
のである。
【０００２】
【従来の技術】最近、光化学反応あるいは光合成反応を
行なわせるために、溶液中などに効率よく、かつ均一に
光を導きたいという要求が出てきており、このような用
途では光源を外部に置き、照明光を光ファイバ等で導く
とともに、その端部に設けた光発散素子によって均一な
発散光を対象物に照射する方法が、安全性等の面から注
目されている。
行なわせるために、溶液中などに効率よく、かつ均一に
光を導きたいという要求が出てきており、このような用
途では光源を外部に置き、照明光を光ファイバ等で導く
とともに、その端部に設けた光発散素子によって均一な
発散光を対象物に照射する方法が、安全性等の面から注
目されている。
【０００３】上記光発散素子は基本的には、透明の棒状
体に何らかの加工を施すことによって、一方の端面から
入射した光が、棒状体の側周面から、または側周面と他
端面とから外部に均一に発散するようにしたものである
。
体に何らかの加工を施すことによって、一方の端面から
入射した光が、棒状体の側周面から、または側周面と他
端面とから外部に均一に発散するようにしたものである
。
【０００４】このような光発散素子として現在は、光の
発散効率を高めるために外周表面を散乱面にした屈折率
均一な透明棒状体や、周期的に光漏洩用の切れ込みをつ
けた透明棒状体が用いられている。
発散効率を高めるために外周表面を散乱面にした屈折率
均一な透明棒状体や、周期的に光漏洩用の切れ込みをつ
けた透明棒状体が用いられている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、屈折率
均一な透明棒状体を使用した場合は、外周表面を光散乱
面にしても光路部分の屈折率が一定であることから、多
くの光は棒状体をそのまま通過して他端面から出ていく
ために、棒の側面からの光発散効率が低いことと、その
製造方法として棒状体の側面を砂などを使って機械的に
傷を付ける方法をとっているため、棒状体の機械的強度
が低下するのが問題点である。従って、実際の要求を満
たすには不十分である。
均一な透明棒状体を使用した場合は、外周表面を光散乱
面にしても光路部分の屈折率が一定であることから、多
くの光は棒状体をそのまま通過して他端面から出ていく
ために、棒の側面からの光発散効率が低いことと、その
製造方法として棒状体の側面を砂などを使って機械的に
傷を付ける方法をとっているため、棒状体の機械的強度
が低下するのが問題点である。従って、実際の要求を満
たすには不十分である。
【０００６】また、周期的に切れ込みをつけた透明棒状
体は、光出射面から出ていく光を低く抑えることは可能
であるが、切れ込みの部分から大部分の光が発散するこ
とと光入射面に近い切れ込みほど光を発散する割合が大
きいことなどから、棒状側面での均一な光発散が行なえ
ないのが問題点である。加えて、周期的に切れ込みをつ
けた透明棒状体は、その切れ込みをつける加工コストが
高いことと、その切れ込み部分で機械的強度が極端に低
下することから、特にガラス製の透明棒状体は非常に折
れやすいことも問題点である。従って、この場合も実際
の要求を満たすには不十分である。
体は、光出射面から出ていく光を低く抑えることは可能
であるが、切れ込みの部分から大部分の光が発散するこ
とと光入射面に近い切れ込みほど光を発散する割合が大
きいことなどから、棒状側面での均一な光発散が行なえ
ないのが問題点である。加えて、周期的に切れ込みをつ
けた透明棒状体は、その切れ込みをつける加工コストが
高いことと、その切れ込み部分で機械的強度が極端に低
下することから、特にガラス製の透明棒状体は非常に折
れやすいことも問題点である。従って、この場合も実際
の要求を満たすには不十分である。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記従来の問題点を解決
するために、本発明では、一端を封着したガラスパイプ
中に、多数のガラスビーズを充填して光発散素子を構成
した。
するために、本発明では、一端を封着したガラスパイプ
中に、多数のガラスビーズを充填して光発散素子を構成
した。
【０００８】本発明で使用するガラスビーズは、パイプ
内の充填空間すべてにわたって均一な径であってもよい
し、あるいは互いに径の異なる数種類のものからなって
いてもよい。後者の場合は、ガラスビーズの大きさが、
光入射面から光出射面にかけてしだいに小さくなるよう
に分布を持たせるのが望ましい。
内の充填空間すべてにわたって均一な径であってもよい
し、あるいは互いに径の異なる数種類のものからなって
いてもよい。後者の場合は、ガラスビーズの大きさが、
光入射面から光出射面にかけてしだいに小さくなるよう
に分布を持たせるのが望ましい。
【０００９】またビーズ間空隙は、水あるいは、屈折率
がガラスビーズに近いが等しくない浸液で満たしても良
い。
がガラスビーズに近いが等しくない浸液で満たしても良
い。
【００１０】さらに、光入射面とは反対側の面は、透光
性としてこの面からも光が外部に出射されるようにして
もよいし、あるいは反射ミラー面として、発散されずに
至った光を再びガラスビーズ群に向けて戻すようにして
もよい。以下の説明では便宜上このような場合も含めて
、光入射面とは反対側の端面のことを「光出射面」と呼
ぶことにする。
性としてこの面からも光が外部に出射されるようにして
もよいし、あるいは反射ミラー面として、発散されずに
至った光を再びガラスビーズ群に向けて戻すようにして
もよい。以下の説明では便宜上このような場合も含めて
、光入射面とは反対側の端面のことを「光出射面」と呼
ぶことにする。
【００１１】
【作用】本発明によれば、光入射面から入った光は、そ
の内部のガラスビーズのレンズ作用で乱反射され、側面
から発散していき、ガラスの棒状光発散体に比べるとよ
り光発散効率が高くなる。
の内部のガラスビーズのレンズ作用で乱反射され、側面
から発散していき、ガラスの棒状光発散体に比べるとよ
り光発散効率が高くなる。
【００１２】また本発明において、ガラスビーズの大き
さが光入射面から光出射面にかけて段階的に小さくなっ
ていくように分布を持たせた場合、光強度の高い光入射
面に近い方でより大きなガラスビーズでの少ない乱反射
が起こり、しだいに光出射面に近づくと光強度は減る代
わりにより小さいガラスビーズでの多くの乱反射が起こ
り、棒の側面全体にわたり、より均一性の高い光発散が
得られる。
さが光入射面から光出射面にかけて段階的に小さくなっ
ていくように分布を持たせた場合、光強度の高い光入射
面に近い方でより大きなガラスビーズでの少ない乱反射
が起こり、しだいに光出射面に近づくと光強度は減る代
わりにより小さいガラスビーズでの多くの乱反射が起こ
り、棒の側面全体にわたり、より均一性の高い光発散が
得られる。
【００１３】さらに、ガラスビーズ間の空隙に、水ある
いはガラスビーズに近い（ただし等しくない）屈折率を
有する浸液を封入させれば、ガラスビーズ表面での著し
い乱反射の程度が抑えられて、光発散素子全体にわたっ
て、より均一性が高められる。この作用はガラスビーズ
の径が極めて小さいとき、あるいはガラスビーズの表面
が荒れているときに特に有効である。
いはガラスビーズに近い（ただし等しくない）屈折率を
有する浸液を封入させれば、ガラスビーズ表面での著し
い乱反射の程度が抑えられて、光発散素子全体にわたっ
て、より均一性が高められる。この作用はガラスビーズ
の径が極めて小さいとき、あるいはガラスビーズの表面
が荒れているときに特に有効である。
【００１４】
【実施例】以下、本発明を実施例を用いてさらに詳細に
説明する。 実施例１、２ 図１に示すように、外径１２ｍｍ、肉厚１．２ｍｍ、長
さ２５０ｍｍの市販のパイレックスガラスからなるパイ
プ１１の一端１０Ｂを熱融着し、直径２．０ｍｍ〜２．
８ｍｍの市販のガラスビーズ１２を充填した後、開放端
を塞ぐ蓋板１４として直径１２ｍｍ、厚み２．０ｍｍの
透明ガラス円盤を接着剤で接着し、ガラスパイプを密封
して第１の光発散素子１０を製作した。これを実施例１
とする。
説明する。 実施例１、２ 図１に示すように、外径１２ｍｍ、肉厚１．２ｍｍ、長
さ２５０ｍｍの市販のパイレックスガラスからなるパイ
プ１１の一端１０Ｂを熱融着し、直径２．０ｍｍ〜２．
８ｍｍの市販のガラスビーズ１２を充填した後、開放端
を塞ぐ蓋板１４として直径１２ｍｍ、厚み２．０ｍｍの
透明ガラス円盤を接着剤で接着し、ガラスパイプを密封
して第１の光発散素子１０を製作した。これを実施例１
とする。
【００１５】また、ガラスパイプ１１内のガラスビーズ
間空隙部を蒸留水１３で満たした以外は実施例１と同様
にして第２の光発散素子１０を製作した。これを実施例
２とする。
間空隙部を蒸留水１３で満たした以外は実施例１と同様
にして第２の光発散素子１０を製作した。これを実施例
２とする。
【００１６】このようにして作った光発散素子１０の発
散光強度を以下のようにして測定した。側面での発散光
強度を測定するために図２のような装置を用いた。ハロ
ゲン光源１から出た拡散光を開口直径１０ｍｍのピンホ
ール２で絞って光発散素子１０の端面１０Ａ（蓋板１４
側）に入射させた。素子１０の側面からの発散光の強度
は、光パワーメータ４を素子１０の側面に沿って走査さ
せることで測定した。その測定結果を図３のグラフ中に
「実施例１、実施例２」として示した。また本実施例と
同一外形寸法のパイレックスガラス丸棒について測定し
た結果を図３中に「比較例」として示した。
散光強度を以下のようにして測定した。側面での発散光
強度を測定するために図２のような装置を用いた。ハロ
ゲン光源１から出た拡散光を開口直径１０ｍｍのピンホ
ール２で絞って光発散素子１０の端面１０Ａ（蓋板１４
側）に入射させた。素子１０の側面からの発散光の強度
は、光パワーメータ４を素子１０の側面に沿って走査さ
せることで測定した。その測定結果を図３のグラフ中に
「実施例１、実施例２」として示した。また本実施例と
同一外形寸法のパイレックスガラス丸棒について測定し
た結果を図３中に「比較例」として示した。
【００１７】上記グラフから、比較例の発散光強度が全
体にわたり低いのに対し、本発明素子の発散光強度は全
体にわたりかなり高い。また本発明の実施例同士で相対
的に比較すると、ビーズ間を空間のまま残した実施例１
構造では、発散光強度は光の入射端面１０Ａ近くでは充
分に高いが、出射面に向けて徐々に低下していき、全長
の半分あたりで強度が低くなる傾向が顕著であるのに対
し、蒸留水を満たした実施例２の構造は、発散光強度の
素子全体にわたる均一性が優れていることがわかる。
体にわたり低いのに対し、本発明素子の発散光強度は全
体にわたりかなり高い。また本発明の実施例同士で相対
的に比較すると、ビーズ間を空間のまま残した実施例１
構造では、発散光強度は光の入射端面１０Ａ近くでは充
分に高いが、出射面に向けて徐々に低下していき、全長
の半分あたりで強度が低くなる傾向が顕著であるのに対
し、蒸留水を満たした実施例２の構造は、発散光強度の
素子全体にわたる均一性が優れていることがわかる。
【００１８】これは、水の屈折率が１．３３と空気より
高いためガラスとのマッチングがよく、ガラスと空気と
の境界に比べてガラスと水の境界の方が乱反射が少なく
なる効果による。
高いためガラスとのマッチングがよく、ガラスと空気と
の境界に比べてガラスと水の境界の方が乱反射が少なく
なる効果による。
【００１９】実施例３、４
図４に示すように、外径１５ｍｍ、肉厚１．６ｍｍ、長
さ２５０ｍｍの市販のパイレックスガラスからなるパイ
プ１１の一端１０Ｂを熱融着し、直径２．０〜２．８ｍ
ｍ、４．７〜５．６ｍｍ、９．０〜１１．０ｍｍの四種
類の大きさの市販ガラスビーズ１２をそれぞれ等間隔に
充填し、開放端に蓋板１４として直径１５ｍｍ、厚み２
．０ｍｍのガラス円盤を接着剤で接着し密封して光発散
素子１０を製作した。これを実施例３とする。
さ２５０ｍｍの市販のパイレックスガラスからなるパイ
プ１１の一端１０Ｂを熱融着し、直径２．０〜２．８ｍ
ｍ、４．７〜５．６ｍｍ、９．０〜１１．０ｍｍの四種
類の大きさの市販ガラスビーズ１２をそれぞれ等間隔に
充填し、開放端に蓋板１４として直径１５ｍｍ、厚み２
．０ｍｍのガラス円盤を接着剤で接着し密封して光発散
素子１０を製作した。これを実施例３とする。
【００２０】また、ガラスビーズ間空隙部に、屈折率約
１．６３のα−モノクロムナフタリン液１３を満たし、
他は実施例３と同様にして別の光発散素子１０を製作し
た。これを実施例４とする。α−モノクロムナフタリン
は、ガラスの屈折率を測定する際にガラスとプリズムの
界面のマッチングをよくするために用いられる浸液であ
る。
１．６３のα−モノクロムナフタリン液１３を満たし、
他は実施例３と同様にして別の光発散素子１０を製作し
た。これを実施例４とする。α−モノクロムナフタリン
は、ガラスの屈折率を測定する際にガラスとプリズムの
界面のマッチングをよくするために用いられる浸液であ
る。
【００２１】このようにして作った２種の光発散素子の
発散光強度を図２の装置を用いて、最も大きな径を持つ
ガラスビーズのある端面１０Ａ側から光を入射して測定
した。その測定結果を図５に示した。比較例として、実
施例３、４と同一外形寸法のパイレックスガラス丸棒の
結果も同グラフ中に示した。
発散光強度を図２の装置を用いて、最も大きな径を持つ
ガラスビーズのある端面１０Ａ側から光を入射して測定
した。その測定結果を図５に示した。比較例として、実
施例３、４と同一外形寸法のパイレックスガラス丸棒の
結果も同グラフ中に示した。
【００２２】比較例の発散光強度が全体にわたり低いの
に対し、本実施例品の発散光強度は全体にわたりかなり
高い。また、素子全体の発散光の均一性に着目すると、
素子全長にわたり均一径のガラスビーズを配列するより
も、光入射端面から出射端面に向けてビーズ径が次第に
小さくなるように分布をもたせた方が、またビーズ間を
空間のまま残すよりも屈折率がビーズに近い液体で満た
す方が、より優れた特性を得られることがわかる。
に対し、本実施例品の発散光強度は全体にわたりかなり
高い。また、素子全体の発散光の均一性に着目すると、
素子全長にわたり均一径のガラスビーズを配列するより
も、光入射端面から出射端面に向けてビーズ径が次第に
小さくなるように分布をもたせた方が、またビーズ間を
空間のまま残すよりも屈折率がビーズに近い液体で満た
す方が、より優れた特性を得られることがわかる。
【００２３】一般に市販のガラスビーズの表面はかなり
荒れており、かつその内部に光の乱反射の原因となる気
泡や脈理を多く含むため光の入射端面近くでの発散が大
きくなり、このようなガラスビーズを使用する場合は、
実施例３あるいは４の構成が特に有効である。
荒れており、かつその内部に光の乱反射の原因となる気
泡や脈理を多く含むため光の入射端面近くでの発散が大
きくなり、このようなガラスビーズを使用する場合は、
実施例３あるいは４の構成が特に有効である。
【００２４】
【発明の効果】本発明によれば、発散光効率および光発
散の均一性を高めたガラス製光発散素子が得られる。し
たがって、溶液中などにおいて高い強度の光を周囲均一
に照射する場合に極めて有用である。
散の均一性を高めたガラス製光発散素子が得られる。し
たがって、溶液中などにおいて高い強度の光を周囲均一
に照射する場合に極めて有用である。
【図１】本発明の素子の一実施例を示す側断面図
【図２
】発散光強度を測定する装置の一例を示す部分破断側面
図
】発散光強度を測定する装置の一例を示す部分破断側面
図
【図３】ビーズ径を均一とした図１の構成でビーズ間が
空気の場合（実施例１）、蒸留水で満たした場合（実施
例２）、及び単純な透明棒（比較例）の発散光強度分布
の比較を示すグラフ
空気の場合（実施例１）、蒸留水で満たした場合（実施
例２）、及び単純な透明棒（比較例）の発散光強度分布
の比較を示すグラフ
【図４】本発明の素子の他の実施例を示す側断面図
【図
５】ビーズの大きさに分布をもたせた図４の構成でビー
ズ間が空気の場合（実施例３）、、α−モノクロムナフ
タリンで満たした場合（実施例４）、及び単純な透明棒
（比較例）の発散光強度分布の比較を示すグラフ
５】ビーズの大きさに分布をもたせた図４の構成でビー
ズ間が空気の場合（実施例３）、、α−モノクロムナフ
タリンで満たした場合（実施例４）、及び単純な透明棒
（比較例）の発散光強度分布の比較を示すグラフ
１ ハロゲン光源
２ ピンホール
４ 光パワーメータ
１０ 光発散素子
１０Ａ 光入射端面
１１ ガラスパイプ
１２ ガラスビーズ
１３ 充填透明液体
１４ ガラス蓋板
Claims (5)
- 【請求項１】端面から光を入射させることにより側周面
及び必要に応じて他端面を通して外部に光を発散するよ
うにした棒状の光発散素子であって、端部を封着したガ
ラスパイプ内に多数のガラスビーズを充填して構成され
たガラス製光発散素子。 - 【請求項２】請求項１において、前記ガラスビーズは、
径の互いに異なる数種類のものからなるガラス製光発散
素子。 - 【請求項３】請求項２において、前記ガラスビーズを、
光入射面から他端面に向けて段階的に径が小さくなる分
布を持たせて充填したガラス製光発散素子。 - 【請求項４】請求項１において、前記ガラスビーズ間空
隙を水で満たしたガラス製光発散素子。 - 【請求項５】請求項１において、前記ガラスビーズ間空
隙を、屈折率が該ビーズとは異なるが近似している光学
浸液で満たしたガラス製光発散素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12789991A JPH04352105A (ja) | 1991-05-30 | 1991-05-30 | ガラス製光発散素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12789991A JPH04352105A (ja) | 1991-05-30 | 1991-05-30 | ガラス製光発散素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04352105A true JPH04352105A (ja) | 1992-12-07 |
Family
ID=14971419
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12789991A Pending JPH04352105A (ja) | 1991-05-30 | 1991-05-30 | ガラス製光発散素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04352105A (ja) |
-
1991
- 1991-05-30 JP JP12789991A patent/JPH04352105A/ja active Pending
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