光纤照明装置的制作方法

文档序号:30498155发布日期:2022-06-22 10:02阅读:101来源:国知局
光纤照明装置的制作方法
光纤照明装置
1.关联申请的相互参照
2.本技术主张2019年12月3日在日本提出的专利申请日本特愿2019-218977的优先权,并为了参照而将该在先申请的公开全部引用至此。
技术领域
3.本公开涉及光纤照明装置。


背景技术:

4.以往,已知使光纤的侧面发光而用于照明的光纤照明装置。照明装置所使用的光纤使从纤芯的长度方向的至少一端入射的光穿过包层而漏光。例如,专利文献1所记载的光纤在纤芯内部或纤芯与包层的边界设置多个纳米尺寸结构体,使光比较均匀地散射。
5.现有技术文献
6.专利文献
7.专利文献1:日本特开2019-153590号公报


技术实现要素:

8.发明要解决的课题
9.然而,像纳米尺寸结构体一样包含使光散射的粒子的光纤难以合适地使粒子分散,制造难度高。也就是说,专利文献1所记载的光纤使用特别的方法制造。
10.鉴于这一点,本公开的目的在于,提供一种光纤照明装置,使用未使用特别方法制造的光纤,改善来自侧面的发光量。
11.用于解决课题的手段
12.本公开的一实施方式的光纤照明装置具备:光纤束,第一端部以及第二端部被研磨,具有多个光纤和覆盖被捆束的所述多个光纤来发出光的树脂外套;以及第一光源,与所述第一端部接近配置,使得向所述光纤束出射比所述多个光纤的孔径角大的角度范围的光。
13.发明效果
14.根据本公开的一实施方式,可以提供使用在制造时未使用特别方法的光纤并改善来自侧面的发光量的光纤照明装置。
附图说明
15.图1是示出一实施方式的光纤照明装置的外观的图。
16.图2是图1的光纤照明装置的局部剖视图。
17.图3是图2的截面区域a的放大图。
18.图4是光纤束的剖视图。
19.图5是说明光源与光纤束的端部的距离以及入射角的图。
20.图6是示出光源与光纤束的端部的距离和光量比例的关系的图。
21.图7是示出光的入射角的不同所带来的侧面发光量的变化的图。
22.图8是示出光纤的数值孔径的不同所带来的侧面发光量的变化的图。
23.图9是示出光纤的数值孔径与光量比例的关系的图。
24.图10是示出变形例的光纤照明装置的外观的图。
25.图11是其他变形例的光纤照明装置的外观的图。
26.图12是说明距离d、距离l以及距离h的图。
具体实施方式
27.图1是示出一实施方式的光纤照明装置1的外观的图。光纤照明装置1从外观上来说具有被树脂外套101覆盖的光纤束10、第一光入射部20-1以及第二光入射部20-2。树脂外套101对应光纤束10的侧面,是发出光的部分。光纤束10在长度方向上具有第一端部和第一端部的相反侧的第二端部。第一端部以及第二端部被研磨。第一端部以及第二端部例如是形成为光学研磨面的平坦面。第一光入射部20-1以及第二光入射部20-2分别向光纤束10的第一端部以及第二端部入射光。入射的光在光纤束10的内部漏出而被树脂外套101扩散,因此光纤照明装置1的侧面发光。本实施方式的光纤照明装置1具备第一光入射部20-1以及第二光入射部20-2。然而光纤照明装置1也可以是仅具备第一光入射部20-1以及第二光入射部20-2中的一个的结构。另外,在本实施方式中,第一光入射部20-1是与第二光入射部20-2相同的结构。然而,第一光入射部20-1可以是与第二光入射部20-2不同的结构。
28.图2是本实施方式的光纤照明装置1的局部剖视图。光纤束10具有被树脂外套101覆盖的发光部分和未被树脂外套101覆盖的起到光导管201功能的导光部分。光纤束10夹着发光部分地在长度方向的两端附近分别具有导光部分。第一光入射部20-1具备光源200、壳体202和开关203。光源200是向光纤束10入射的光的来源,例如可以是灯、led或激光等。光源200优选配光分布较广即光大范围地扩散的光源。在本实施方式中,光源200为可见光的led。另外,壳体202收纳光源200、光导管201以及开关203的一部分等,是决定光源200与光导管201的位置关系的配件。壳体202可以由例如树脂或金属等形成。在本实施方式中,壳体202的材质为树脂。开关203是用于使光源200发光的电子配件。在本实施方式中,当开关203被光纤照明装置1的使用者调成开启(on)状态时,光源200的led发光,光入射至光纤束10。
29.如上述的,第二光入射部20-2是与第一光入射部20-1相同的结构。即,第二光入射部20-2与第一光入射部20-1一样,具备光源200、壳体202和开关203。在此,在区别第一光入射部20-1和第二光入射部20-2的光源200的情况下,第一光入射部20-1的光源200表述为第一光源200-1。另外,第二光入射部20-2的光源200表述为第二光源200-2。
30.图3是图2中第一光入射部20-1的截面区域a的放大图。在第一光入射部20-1中,就第一光源200-1而言,发光面朝向光纤束10的第一端部102接近配置。第一光源200-1和光纤束10的导光部分被收纳于壳体202内,第一光源200-1与第一端部102的位置关系被固定。在第二光入射部20-2中,就第二光源200-2而言,也是发光面朝向光纤束10的第二端部接近配置。第二光源200-2与光纤束10的第二端部的位置关系被第二光入射部20-2的壳体202固定。
31.图4是光纤束10的剖视图。光纤束10在剖视观察下具有中间部100和覆盖中间部
100的树脂外套101。在中间部100中,多个光纤11被捆束。在本实施方式中,多个光纤11至少在光纤束10的发光部分未被固化剂等固定地以单纯被捆束的状态被具有挠性的树脂外套101覆盖。因此,使用者能够容易地弯曲光纤照明装置1的发光部分。各个光纤11是由纤芯11a和覆盖纤芯11a的外周面的包层11b所构成的单芯光纤。在本实施方式中,被捆束的多个光纤11是数值孔径na相同的一种。然而,多个光纤11也可以包含数值孔径na不同的两种以上的光纤。
32.一般情况下,若将纤芯11a的折射率设为n1、将包层11b的折射率设为n2、设光纤11的外部为空气(折射率为1),则光纤11的数值孔径na由下述的式(1)求得。
33.[数学式1]
[0034][0035]
在纤芯11a以及包层11b例如由玻璃构成的情况下,纤芯11a的折射率n1以及包层11b的折射率n2使用日本光学玻璃工业协会标准中的“光学折射率测定方法”测定而得。
[0036]
在式(1)中,θ是光纤11的受光角度。2θ称为孔径角。从式(1)可知,就光纤而言,若纤芯11a的折射率n1与包层11b的折射率n2之差大,则数值孔径na变大,接受较大的角度范围的光,并向较广的角度范围出射光。相反,就光纤而言,若纤芯11a的折射率n1与包层11b的折射率n2之差小,则数值孔径na变小,接受较窄角度范围的光,并向较窄的角度范围出射光。
[0037]
在此,在本实施方式中,光纤11不含使光散射的粒子,在制造时未使用特别的方法。例如在光纤11的纤芯11a以及包层11b由玻璃构成的情况下,可以如下地制造光纤束10。首先,分别制造纤芯玻璃以及包层玻璃。纤芯玻璃以及包层玻璃的材料为多成分玻璃。之后,通过二重坩埚法进行拉丝,得到纤芯玻璃与将其覆盖的包层玻璃成为同心圆状的单芯纤维即光纤11。二重坩埚法是指,使用纤芯用坩埚和包层用坩埚同心圆状地配设的二重坩埚,对各坩埚内的纤芯玻璃和包层玻璃进行加热,从二重坩埚的喷嘴连续地拉线(拉丝)单芯纤维。之后,单芯纤维在无尘室内被裁剪成预定的长度。然后,如图4所示,将被裁剪的50~100000根左右的单芯纤维捆束,通过被树脂外套101覆盖而得到光纤束10。
[0038]
通过上述那样的制造方法所制作的光纤束10量产性优异。然而,从这样的光纤束10的侧面发出的光量低,存在不足以用于照明用途的课题。仔细研究用于解决该课题的方法而发现,通过使光源200与光纤束10的端部的位置关系满足与光纤11的数值孔径na相关联的预定的关系,侧面发光量提高。也就是说,本实施方式的光纤照明装置1的光源200与光纤束10的端部通过成为以下所说明的位置关系,能够充分提高侧面发光量。
[0039]
图5是说明光源200与光纤束10的第一端部102的距离d以及光的入射角θi的图。随着光源200与第一端部102的距离d接近,光的入射角θi变大。其中,在图5中,以光纤束10的第一端部102为例进行说明,对于第二端部,入射角θi与距离d的关系也相同。
[0040]
如上所述,构成光纤束10的光纤11具有预定的数值孔径na,孔径角2θ被决定。即使入射比孔径角2θ大的角度范围的光,也会产生无法被光纤11传输的光。以往,为了提高传输效率,通常使用聚光透镜使入射角θi成为θ以下。使用聚光透镜就相当于不减少光量而使距离d增大一定程度。
[0041]
在本实施方式的光纤照明装置1中,第一光源200-1不使用聚光透镜而是与第一端部102接近配置,以向光纤束10出射比多个光纤11的孔径角2θ更大的角度范围的光。图6是
示出使用后述的实施例1的光纤11在使第一光源200-1与第一端部102的距离d变化的情况下的侧面发光量的图。图6的横轴表示第一光源200-1与第一端部102的距离d。另外,图6的纵轴是相对地表示侧面发光量的变化的光量比例。纵轴以第一光源200-1与第一端部102接触的情况下即距离d为零的情况下的侧面发光量设为1的比例表示。如图6所示,若距离d变大,则侧面发光量减少,因此光源200优选与第一端部102接近配置。优选与距离d为零的情况相比,侧面发光量大于1/4。因此,所谓接近是指距离d不足2mm。所谓接近更优选距离d不足1mm。所谓接近进一步优选距离d不足0.5mm。从不减少侧面发光量的角度出发,最优选光源200与光纤束10的端部接触。
[0042]
在此,如图12所示,实施例1中的距离d是光源200的发光面(led发光面)与光纤束10的第一端部102的距离。在假设光源200的光经由聚光透镜而向光纤束10入射的情况下,距离d是聚光透镜的焦点与光纤束10的第一端部102的距离。另外,距离l是从第一端部102起沿光纤束10的长度方向(光纤束10延伸的方向)的距离。另外,距离h是向与光纤束10的长度方向垂直的方向距离光纤束10的表面的某一位置的距离。上述的图6的侧面发光量的测定中,测定侧面发光量的测定器(探测器)在与长度方向垂直的方向与光纤束10分离地配置。图6中,到测定位置为止的距离h设为1.0mm。对于第二端部,距离l以及距离h的定义也相同。
[0043]
图7是示出光的入射角的不同所带来的侧面发光量的变化的图。实施例1是本实施方式的光纤照明装置1的一例,具有图1至图4所说明的结构。另外,实施例1的光源200的led与光纤束10的第一端部102的距离d不足0.5mm。光纤11的孔径角2θ为120
°
,数值孔径na为0.87。实施例1的第二光入射部20-2与第一光入射部20-1相同。在本实验中,使第一光入射部20-1的开关203为开启(on)状态,光纤束10的侧面利用一个光源200而发光。而且,从光纤束10的第一端部102起到距离l为1700mm的位置为止,每隔50mm测定发光的强度。此时,到测定位置为止的距离h设为1.0mm。在此,光纤束10的发光部分为从第一端部102起200mm的位置开始,因此最初的测定从该位置开始。
[0044]
比较例1的光源200与实施例1不同。比较例1中代替被壳体202固定的led,使用led光源装置(ls-l150、住田光学玻璃公司生产)作为光源200。比较例1所使用的led光源装置将发光的led的光由透镜聚光而向光纤束10入射。因此向光纤束10的入射角θi成为θ以下。即,入射角的2倍的角度2θi为孔径角2θ以下。比较例1中的距离d(如上述的,该情况下为透镜的焦点与第一端部102的距离)为0.5mm。在此,调整各光源的光量以使实施例1与比较例1中向光纤束10的入射光量同等。对于其他方面与实施例1相同。
[0045]
图7的横轴用到第一端部102的距离l表示测定位置。另外,图7的纵轴表示测定到的发光的强度。如图7所示,在所有的距离l,实施例1的发光的强度均超出比较例1。也就是说,作为向光纤束10出射比孔径角2θ更大的角度范围的光的结构的实施例1,侧面发光量比比较例1提高,表现出适合用于照明用途。认为这是由于比孔径角2θ更大的角度范围的光在光纤束10的内部漏出而有助于发光强度的上升。
[0046]
图8是表示光纤11的数值孔径na的不同所带来的侧面发光量的变化的图。从作为照明的实用性的角度出发,与图7不同,进行改变光纤束10所具有的多个光纤11的种类的实验。图8的横轴以及纵轴与图7相同。
[0047]
实施例1与图7的实验中所说明的相同。比较例2中光纤11的孔径角2θ为70
°
,数值
孔径na为0.57。比较例3中光纤11的孔径角2θ为15
°
,数值孔径na为0.13。比较例2以及比较例3除光纤11的种类以外,与实施例1相同。
[0048]
如图8所示,在所有的测定位置,发光强度以实施例1、比较例2、比较例3的顺序增大。也就是说,数值孔径na越大侧面发光量越提高,表现出适合作为照明用途。考虑这是因为若数值孔径na小,则孔径角2θ小因而大量的光在第一端部102附近漏出,光无法到达发光部分而使侧面发光量降低。图9是示出光纤的数值孔径na与光量比例的关系的图。图9的横轴表示数值孔径na。另外,图9的纵轴是相对地示出侧面发光量的变化的光量比例。纵轴以将实施例1的光纤11的数值孔径na设为1的比例表示。如图9所示,在数值孔径na为0.75的情况下,光量比例约为0.5。另外,在数值孔径na为0.60的情况下,光量比例约为0.25。
[0049]
在此,在例如侧面发光长度为5m以下的光纤照明装置1中,从实用性的角度出发,优选在从第一端部102起1m的距离l处最低也有5μw左右的发光强度。到测定位置的距离h为1.0mm。实施例1在从第一端部102起1m的距离l处具有5μw的2倍以上的发光强度。另一方面,比较例2以及比较例3在从第一端部102起1m的距离处的发光强度不足5μw。另外,在数值孔径na为0.75的情况下,如图9所示,相对于实施例1的光量比例约为0.5,因此从第一端部102起1m的距离l处具有5μw左右的发光强度。这样一来,多个光纤11的数值孔径na优选为0.75以上。多个光纤11的数值孔径na更优选为0.80以上。多个光纤11的数值孔径na进一步优选为0.85以上。在此,在多个光纤11由不同种类的光纤11构成的情况下,优选多个光纤11的平均数值孔径na为0.75以上。另外,更优选多个光纤11的所有的数值孔径na为0.75以上。
[0050]
以上,基于各个附图以及实施例对实施方式进行了说明,但本领域技术人员能够基于本公开而容易地进行各种变形以及修正。因此,应注意这些变形以及修正也包含在本公开的范围内。例如,各部件、功能等能够以理论上不矛盾的方式进行再配置,能够将多个部件等组合为一个,或进行分割。
[0051]
例如,在上述的实施方式中,说明了第一光入射部20-1为一个。另外,说明了第二光入射部20-2为一个。但是,本公开的光纤照明装置1的第一光入射部20-1以及第二光入射部20-2的至少一者可以为多个。
[0052]
图10是表示变形例的光纤照明装置1的外观的图。本变形例的光纤照明装置1具备红色用的第一光入射部20-1r、绿色用的第一光入射部20-1g和蓝色用的第一光入射部20-1b。各个第一光入射部20-1分别具有红色用、黄色用、蓝色用的第一光源200-1。也就是说,本变形例的光纤照明装置1中第一光源200-1为多个。光纤束10的多个光纤11在分岔点分为红色用、黄色用、蓝色用,分别具有第一端部102。而且,多个第一光源200-1的各第一光源分别接近分成多个的第一端部102的各第一端部地配置。使用者利用本变形例的光纤照明装置1在例如使红色用的第一光入射部20-1r的开关203为开启(on)状态时,光纤束10的未分岔的部分即被树脂外套101覆盖的发光部分发出红色的光。
[0053]
图11是示出其他变形例的光纤照明装置1的外观的图。本变形例的光纤照明装置1的第一光入射部20与图10的变形例的光纤照明装置1相同。另外,本变形例的光纤照明装置1具备日光色用的第二光入射部20-2w和灯泡色用的第二光入射部20-2l。各个第二光入射部20-2具有色温不同的日光色用、灯泡色用的第二光源200-2。也就是说,本变形例的光纤照明装置1中第二光源200-2为多个。光纤束10的多个光纤11在分岔点分为日光色用、灯泡色用,分别具有第二端部。而且,多个第二光源200-2的各第二光源分别接近分成多个的第
二端部的各第二端部地配置。使用者利用本变形例的光纤照明装置1在例如使泡色用的第二光入射部20-2l的开关203为开启(on)状态时,光纤束10的未分岔的部分即被树脂外套101所覆盖的发光部分发出灯泡色光。图10以及图11的变形例的光纤照明装置1能够由使用者改变发光色,因此适于装饰用途。
[0054]
本公开中“第一”以及“第二”等记载是用于区分该结构的标识符。本公开中的“第一”以及“第二”等记载所区分的构成能够相互交换该构成的序号。同时进行标识符交换。标识符交换后该构成也被区分。也可以删除标识符。删除了标识符的构成由附图标记进行区分。不能仅基于本公开中的“第一”以及“第二”等标识符的记载来解释该构成的顺序,并且不能够用作存在小序号的标识符的根据。
[0055]
工业实用性
[0056]
在工业领域以及装饰领域等各个领域中,本公开的光纤照明装置1能够用作例如夜间照明、装饰照明或用于装配对象物的位置确认或状态确认的照明等。本公开的光纤照明装置1尤其能够适用于引导显示、车辆的室内灯或室外灯。
[0057]
附图标记说明
[0058]
1 光纤照明装置
[0059]
10 光纤束
[0060]
11 光纤
[0061]
11a 纤芯
[0062]
11b 包层
[0063]
20-1 第一光入射部
[0064]
20-2 第二光入射部
[0065]
100 中间部
[0066]
101 树脂外套
[0067]
102 第一端部
[0068]
200 光源
[0069]
200-1 第一光源
[0070]
200-2 第二光源
[0071]
201 光导管
[0072]
202 壳体
[0073]
203 开关。
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