JPS6029886B2 - 不均一な分散光を均一化する光学装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は不均一な分散光を均一な分散光とする光学装置
の改良に関し、特に棒状の光伝導体の１端に設けられる
光学装置であって、棒状光伝導体の周囲に入射してその
１機面へ全反射して伝わる光を、受光装置に入射する以
前に光の不均一な分散状態からより均一な分散状態へ平
滑化する装置に関するものである。

かかる装置は、棒状光伝導体により受光されかつ受光装
置により検出される光の放射を比較法により測定するた
めに用いられる。

当該受光装置は受光した光の放射に比例した出力信号を
発生する。周知の棒状光伝導体には、その適当な端面に
受光装置、好ましくは光電子倍増管が取付けられて用い
られているが、入力スクリーン上への入射光の分散強度
は極めて不均一である。

棒状光伝導体への入射光東がその表面に沿って走査する
場合には、受光パターンは連続して変化する。

棒状の光伝導体の外面上への入射光線が一定の強さをも
っていた場合にも、受光装置からの出力信号は変化する
ことになる。

棒状光伝導体の一端面と受光装置との間に設けられたす
りガラスが乳白ガラススクリーン等の光分散素子を用い
て受光を平滑化することはできるが、光の損失を招き、
フオトダィオード等の光電変換器を用いる場合には不適
であり、また光電子倍増方式でも知くの点で不利である
。

本発明の目的は、光の強さの損失なしに棒状の光伝導体
を通して光を効率良く比較法で測定することの可能な光
学装置を提供することである。

本発明の光学装置は、１端が光入射部である光伝導路と
、該光伝導路の内側へ光を反射させる反射面と、該光伝
導路の他端に設けられた受光装置とを含み、該光伝導路
の入射部への入射光の少くとも１部が該受光装置へ照射
される以前に該反射面により反射されることを特徴とし
ている。好ましくは、該光伝導路への入射部が棒状の光
伝導体の１端面と連結されており、該受光装置は光電変
換器を含むものである。光伝導路の内部反射面のために
、棒状光伝導体を通るすべての光は光電変換器に到達し
、よって反射による光の微々たる損失は別にして、極め
て効率の良い装置が得られることになる。利用する光の
ほとんどが少くとも１度は反射して、光線が交ぜ合わさ
れたり平滑にされよって、受光装置においては光の強さ
の正しい分散が可能となる。

この平滑化による効果は、棒状光伝導体からの利用光の
少くとも１部が光伝導路の内部反射面上のあらゆる個所
で反射増加することにより１層強化される。本発明の実
施例においては、光伝導路は棒状の光伝導体の端部の少
くとも全面と係々した１機を有する。

よって、棒状光伝導体の端部からの光はすべて光伝導路
へ入射される。光伝導路の端部が棒状の光伝導体の１機
部を取り囲むことは装置をコンパクトに一体に構成でき
る利点があり有用である。光伝導路は好ましくは、反射
面をその内面に有する中空部材により画定されている。

この部村は両端が開放状態の中空の実質的に円筒状態よ
り成り、その円筒状体中において巻かれて作られた反射
可能な固い金属簿板より形成されている。またこの光伝
導路は固体の透明体により構成することもでき、その内
部反射面は透明体の外側に反射物質を付加して形成する
。かかる構成の利点は光伝導路が極めて安全な構造とな
る。また棒状の光伝導体の１端からの利用可能な光が棒
状光伝導体の軸から離れて屈折することがなく、よって
ガラスから空気へ伝わる際に藤から離れるような光の屈
折が生じる場合よりも、光電素子への光の入射光がより
鋭くなりうる。しかしながら中空状の光伝導路の構造で
は、伝導路の長さが同じならば、内部反射面上への入射
角は鋭くなるから、光の反射はより多くなる利点がある
。特に良好な実施例としては、光伝導路の反射周壁部を
個々の部分すなわち個片に分けて、それぞれに棒状光伝
導体の曲率とは曲率を持たせることである。

棒状光伝導体の曲率は、製造上の理由により一般に円筒
状であるために、内壁で反射する光は棒状体の直径の大
略１／４の焦点線に繰返し集光される。

これ等集光は円筒状の光伝導路中のその大略直径におい
ても繰り返されるが光の変化を平滑化するには不適であ
る。

従って各個片の曲率を変化させて、光の集中による効果
が光電素子へ与える影響のない、またあったとしても極
めて微少になるような大きさにする。

光伝導路の周壁部の各個片間には折れ線又は頂線が存在
することになる。特に簡単で実用的な例としては、各個
片として平坦なものが可能である。従って光伝導路は各
個片間に折れ線又は頂線を有するような円筒状に配列さ
れた複数の長手方向の平坦な鏡を含むことになる。各個
片を棒状光伝導体の曲率と反対の曲率を有するように形
成した場合には光の平滑効果は顕著となる。

各個片は円筒体とは反対に湾曲しているけれども全体と
して見たときには、光伝導路は円筒体の曲率と大略等し
くなり、各個片間には折れ線若しくは頂線が存在する。
かかる中空体を製造する簡単な方法としては、予め湾曲
した比較的固い金属薄を所定間隔をもって切れ目をつけ
、順次折り曲げ中空体中へ組み込む。

よって各個片は基本的には初期の曲率を維持しており、
反対方向へ湾曲した中空体ができる。反対に湾曲した各
個片の曲率を増大すればするほど当該個片による光の散
乱効果はより顕著となる。しかしながら、各個片はもし
可能ならば、反射による付加的な損失が生じないように
円筒体の曲率の１／山〆上にならないようにすべきであ
る。中空体の外周には好ましくは６乃至１８個合個片を
設けるのがよく、１２個が適当である。本発明の一実施
例においては、光伝導路は円筒に形成されており、ダイ
オードアレーや光電子信増管により光電変換器と共に動
作するのが好適となつている。

光伝導路は棒状光伝導体から遠ギかるにつれて傾斜をも
たせてもよく、また大略円錘状に形成してもよい。

光伝導路の壁面は指数函数的に湾曲した煩斜とすること
も可能である。これらの例は、受光装置が棒状の光伝導
体の端面より小さな面積の場合に有用である。これによ
って光は受光装置に集光される。効率が良くかつ簡単な
経済的に製造可能な例の特徴は、円柱レンズを巻いたス
クリーンより成る光伝導路であり、該円柱レンズが反射
面を有し、光伝導路の内側に配置されている。

円柱レンズは従って、榛状の光伝導体の鞄方向に実質的
に平行に伸長している。かかる構成はまた、先端を切り
落とされた円銭形状とすることもできる。円柱レンズの
スクリーンは市場にて入手可能であり、本発明に適する
ようにそれに反射面を設けて巻くだけでよい。このよう
に巻くことは、円筒状若しくは先端を切り落とした円錘
状にわわせるために行うものである。光伝導路の入射部
には、好ましくは個々のレンズより成るスクリーン若し
くは円筒レンズより成る二つの交差したスクリーンが設
けられる。

棒状の光伝導体を通った光は光伝導路の内部反射面に照
射される以前にすでにかなり散乱されることになり、す
りガラスや乳白ガラススクリーンを用いた場合に発生す
る光の損失はない。棒状光伝導体の１端と受光装置との
間に個々のレンズアレーを配列するだけでは光の平滑化
を十分に達成することはできない。

本発明に通した光伝導路と組合せて、この光伝導路の内
部反射面を簡単な正しい円筒状表面に形成して完全な満
足すべき平滑化が達成されるものである。個々のレンズ
を用いたスクリーンを用いた場合には、個々のレンズが
六角形状の発散用レンズのときに光の損失は減少する。

この場合、光損失を起こすもととなる個々のレンズ間の
空隙をなくす必要がある。光平滑装置は、光線が方向や
光度を変化させる特殊な表面を通るような場合に用いら
れうる。

例えば、かかる光学装置は白熱電球のフィラメントから
放射される光を平滑化するために用いることが可能であ
る。特に煩斜を有する光伝導路を用いる場合には一様な
光照射を行う点光源が達成され、光源として非常に一定
の強度を有するものが必要な光学装置のための光源に適
している。

不均一な光線を発する光源、例えば白熱電球が先述した
棒状光伝導体の１端面に配置された場合を考えるとよい
。

以上本発明を図面を用いて説明する。

第１図は本発明の実施例の断面図を示すもので図におい
て、紙面に直角な面内で可動自在な帯状物３１が設けら
れている。

当該帯状物はしーザ光東３川こより矢印ｆで示す如き方
向に高速でかつ連続して直線状に走査される。帯状物３
１の直後には、走査方向及び帯状物３１平行に棒状の光
伝導体１１が設けられており、例えば帯状物中に開□３
２として表われる欠陥により、棒状光伝導体１１の表面
の異なる箇所に光が照射されるようになっている。

この光は屈折作用や散乱作用によって光伝導路の内側を
矢印で示すように通過していく。そして光伝導路の両端
面１３，１４へ全反射される。１端面１４は反射面であ
り、従ってそこへ達した光は再び反射されて、何回も内
部で反射された後最終的に池端面１３へ到達することに
なる。

他端面１３の近傍には、内部に反射面１８を有する中空
部村１９が棒状光伝導体と一部競合する如く設けられて
いる。

中空部材１９及びその内部反射面は光伝導路１７を画定
しており、それは後端部１３から伝わってくる光の少く
とも一部が、フオトダィオードアレ‐１２上に照射され
る以前に内部反射面で少くとも１度反射するに十分な長
さに形成されており、ダイオードアレー１２は個々のフ
オトダイオード１２ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆ及びｇ等（
第２図参照）の配列構成を含んで・いる。フオトダィオ
ードアレ一は管１９に設けられたプレート１５に取付け
られている。

また電流・電圧変換器２５及び増幅器３８が管１９内に
設けられている。測定信号は出力３３から得られること
になる。第２図は第１図におけるローロ線に沿った矢視
方向断面図であり、同図から明らかな如く、光伝導路１
７の周囲、すなわち中空部材１９の内部反射面は、中空
部村の曲率とは反対の曲率を有する個々の部分すなわち
個片２０に分割されている。

このようにして、光のパターンが必要とされる平滑性を
有するように長手（軸）方向に延びた光散乱素子が形成
されている。第２図は光散乱素子２０が１２ケ設けられ
た場合の実施例を示しており、６乃至１複素子の範囲内
が好ましい。

各素子間には折れ線若しくは頂線１６が装置の軸方向に
平行に延びている。個々の素子の曲率を変化させること
により種々の状況を得ることが可能であり、特に光伝導
体の半径の１／２乃至１／４の範囲の半径を有する構成
をするのが一般に有効である。

第６図には、中空部材の他の例の１部断面を示すもので
、中空の管状部材の内面には、内部反射面１８を形成す
る円柱レンズのスクリーン２１が設けられている。

個々の凸状円柱レンズ又は鏡は第２図のそれに比し比較
的小さくかつ多く用いられている点を除いては、大略第
２図の素子２０と同様の構造である。この構造では、２
０００乃至３０００の小さな円柱レンズが中空部材１９
の内周面に設けられることが可能である。しかしながら
好ましくは１２乃至５０の範囲内の数のレンズが内周面
に設けられる。第２図に示す如く、光伝導路１７と池端
部１３との間には個々のレンズ２２より成る別のスクリ
ーンが設けられる。

当該スクリーンの構造は第４図及び第５図に示されてお
り、第４図はその平面図であり、第５図は第４図におけ
るＶ−Ｖ線の矢印視方向断面図である。

このスクリーンは、一面が平担で他面が凹面状のミアチ
ュア（Ｍｉａｔｍｅ）レンズ２３を含んでおり、全体と
して発散用レンズ２３となっている。スクリーンの後背
面１３から発射される光線がレンズ２３のスクリーン２
２により強力に散乱されることになり、光の損失もない
。

これは第１図の矢印により示されている。レンズスクリ
ーンからの光の損失は極めて少である。光伝導路１７に
入射した光は内部反射面１８により内方向へ反射されて
、光の散乱が個々の長く延びた円柱状鏡２０の曲率に応
じて発生する。

光の十分な平滑は各個片２川こ中空部材の周壁が分割さ
れていることによってのみ達成される。最終的には、光
はフオトダィオード１２乃至１２ｇの１つに照射され、
そして平滑性のためにすべてのダイオードには同じ出力
信号が得られるようになる。第３図は本発明の他の実施
例を示す長手方向断面図であり、光東３０は棒状の光伝
導体の１側面からその側面とは反対の内表面上に入射す
る。

そこには階段状の鋸歯状表面を有する鏡２４が設けられ
ており、それは正確に円筒状の光伝導体１１の母線の１
つに沿い延在している。従って、棒状光伝導体への入射
光は例として示す光線３０‘こ様に反射する。本実施例
においては、第１図に示すような光伝導体への入射部で
の光の散乱は発生しない。むしろ、入射光は棒状光伝導
体の内面で所定角度をもって内側に反射され、よって２
６で全反射が生じる。このようにして、棒状光伝導体へ
の入射光のすべては、その光伝導体の１端面１３に到達
する。

第３図に示す例では、光平滑装置は中空部材１９として
示してあり、それは棒状光伝導体の１端面１３から離れ
るにつれて傾斜した形状となっている。中心線２７の上
側では円玲状の傾斜をもった例が示されており、その下
側では指数函数的曲線をもった他の例が示されている。
本実施例においては、光露変換器１２としてのフオトダ
ィオードの数が少なくて済むことは明白である。必要な
らば単に一個の光電変換器でも十分である。

【図面の簡単な説明】

第１図は棒状の光伝導体の１端に取付けられた本発明の
一実施例の装置の断面図、第２図は第１図の０ーロ線矢
視方向断面図、第３図は第１図と同様な本発明の他の実
施例の断面図、第４図は本発明に用いるレンズスクＩＪ
ーンの平面図、第５図は第４図におけるＶ−Ｖ線矢視方
向断面図、第６図は本発明の装置に用いる円柱レンズを
有する反射スクリーンを備えた中空体の１部断面図であ
る。 １１・・・棒状光伝導体、１２…フオトダィオードアレ
一、１３・・・１端面、１５・・・プレート、１７・・
・光伝導路、１８・・・内部反射面、１９・・・管状部
村、２０・・・個片、２２・・・スクリーン、２３・・
・分散用レンズ、３０…レーザビーム。 Ｆｉｇ．ｌ Ｆｉｇ．２ Ｆｉ９．３ Ｆｉ９・ム Ｆｉｇ．５ Ｆｉｇ．６

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 光入射部を有しかつ内部へ光を反射する反射面を有
   する光伝導路と、前記光伝導路の一端部に設けられた受
   光手段とを含み、前記光入射部へ入射された光の少くと
   も１部が前記受光手段へ照射される以前に前記光伝導路
   内の前記反射面により反射される不均一な分散光を均一
   化する光学装置であつて、前記光入射部は前記受光手段
   に相対向する前記光伝導路の他端部にあり、前記反射面
   は前記光伝導路の全面内に亘つて広がつており、前記反
   射面の全体は平面又は凸面状曲面の個々の反射可能な個
   片に分割されていることを特徴とする光学装置。 ２ 前記光伝導路の前記光入射部には棒状光伝導体が取
   付けられており、前記受光手段は光電変換器を含むこと
   を特徴とする請求の範囲第１項の光学装置。 ３ 前記光伝導路の前記光入射部では、前記棒状光伝導
   体の少くとも１端部全面からの光を受けることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載の光学装置。 ４ 前記光伝導路の前記光入射部は前記棒状光伝導体の
   １端面を取り囲んでいることを特徴とする特許請求の範
   囲第３項の光学装置。 ５ 前記光伝導路は内部反射面を有する中空体により画
   定されていることを特徴とする特許請求の範囲第１項の
   光学装置。 ６ 前記光伝導路は内部表面で光が内方向に反射するよ
   うに形成された固体の透明部材より成ることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項の光学装置。 ７ 前記個片の数は６乃至１８の範囲肉にあることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項の光学装置。 ８ 前記個片の数は１２であることを特徴とする特許請
   求の範囲第７項の光学装置。 ９ 前記個片の湾曲は前記棒状光伝導体の曲率半径の１
   ／２乃至１／４の半径を有することを特徴とする特許請
   求の範囲第２項の光学装置。 １０ 前記光伝導路は前記棒状光伝導体から離れる方に
   傾斜していることを特徴とする特許請求の範囲第２項の
   光学装置。 １１ 前記光伝導路は実質的に先端が切り落とされた円
   錘状より成ることを特徴とする特許請求の範囲第１０項
   の光学装置。 １２ 前記光伝導路の壁部は指数函数的に湾曲した形状
   に傾斜していることを特徴とする特許請求の範囲第１０
   項の光学装置。 １３ 前記光伝導路は一様な円筒状であることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項の光学装置。 １４ 前記光伝導路の前記光入射部には個々の発散レン
   ズより成るスクリーンが設けられていることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項の光学装置。