JPH04367801A - 光発散素子 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】

【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。

【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
。

【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。

【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。

【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。

【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、ガラスビーズ間空
隙を透明な有機樹脂材で満たした。上記樹脂材は、屈折
率がガラスビーズと同一であると光発散素子としての機
能を果たさなくなるので、ビーズとは異なる屈折率のも
のを使用する。上記樹脂材は、流動状態で充填した後、
加熱、紫外線照射等によって硬化させてもよいし、流動
状態のままで使用してもよい。

【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。

【０００９】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。

【００１０】

【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。

【００１１】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。

【００１２】さらに、ガラスビーズ間の空隙に透明樹脂
材を充填してあるので、ガラスビーズの表面が空気層で
囲まれている場合に比べて、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。

【００１３】

【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 図１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１．０ｍｍ〜１．
４ｍｍ、２．０ｍｍ〜２．８ｍｍ、４．０ｍｍ〜４．７
ｍｍの三種類の市販ガラスビーズをそれぞれ等間隔に充
填し、ガラスパイプ１１内のガラスビーズ間空隙部に、
市販のＰＭＭＡ（メタクリル酸メチル）樹脂１３を満た
した後、重合（硬化）開始剤として過酸化ベンゾイルを
添加し、上記樹脂を硬化させ、開放端に蓋板１４として
直径１５ｍｍ、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光発散素子１０を
製作した。なお、ＰＭＭＡ樹脂は、プラスチックの中で
最も透明性および耐候性に優れたものの１つであり、そ
の屈折率は約１．４９である。

【００１４】このようにして作った光発散素子１０の発
散光強度を図２のような装置を用いて測定した。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、最も径の大きいビーズ
が充填されている側の端面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
ーメータを素子１０の側面に沿って走査させることで測
定した。

【００１５】また、ビーズ間に樹脂材を充填せず空間の
まま残した以外は実施例と同様にして第２の光発散素子
１０を製作した。これを比較例１とする。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２」として示した。

【００１６】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。また素子全体の発散光の均一性
に着目すると、ビーズ間を空間のまま残すよりも屈折率
がビーズに近い樹脂で満たすほうが、より優れた特性を
得られることがわかる。

【００１７】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、
本発明の構成が特に有効である。

【００１８】

【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。

【図面の簡単な説明】

【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

【図３】ビーズの大きさに分布をもたせた図１の構成で
ビーズ間に透明樹脂を充填した本発明実施例と、ビーズ
間に何も充填しない場合（比較例１）及び単純な透明棒
（比較例２）の発散光強度分布の比較を示すグラフ

【符号の説明】

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 １０Ｂ　　光出射端面 １１　　　　ガラスパイプ １２　　　　ガラスビーズ １３　　　　充填透明樹脂材 １４　　　　ガラス蓋板

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【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するとともに
   、ビーズ間空隙に、屈折率が該ビーズとは異なる透明樹
   脂材を充填してなる光発散素子。
2. 【請求項２】請求項１において、前記樹脂材が固化状態
   である光発散素子。
3. 【請求項３】請求項１において、前記樹脂材が流動状態
   である光発散素子。
4. 【請求項４】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光発散素子。
5. 【請求項５】請求項４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光発散素子。