あまり聞きなれない、ライトガイドとはどういったものなのでしょうか
ライトガイドの概要を簡潔に述べるとすると、分光透過性を持つガラス光ファイバーをいくつも束ねた照明ということになります。
ムラのない均一な明るさを得られるのがメリットで、様々な光源を組み合わせることで色々な照明を実現することが可能です。
一般的に内視鏡や光モニター、検査装置用の照明やインテリアなどの照明によく用いられていますが、光源装置と組み合わせると高輝度な照明が可能になるので画像処理の用途にも使われています。
ライトガイドとは？
このサイトではライトガイドとは何か、そして使い方や材質、サイズ、LEDのライトガイドなど様々な視点から紹介しています。
ライトガイドの概要を説明すると、光の伝送を目的とした、優れた分光透過性を持つガラス光ファイバーを多数束ねたものを指します。
ハロゲンやメタルハライド、紫外光や赤外光などの光源を組み合わせることで色々な照明が実現できるのが特徴で、ムラのない均一な明るさを得ることが可能です。
ライトガイドは1本がたった50µmからのファイバ素線を何本もバンドルすることで、さまざまな出射形状にアッセンブリされています。
光源装置と組み合わせるとノイズのない無熱で高輝度な照明が可能となるので、画像処理をはじめ様々な用途に用いられています。
よく利用されているのは、内視鏡や狭いところの照明、光モニターや検査装置用の照明、ディスプレイやインテリア照明などです。
ライトガイドの構造と、その使用用途について
まず最初に、ライトガイド（導光棒）ってなんだろう？と思った方はいませんか？ ライトガイドという言葉を、普段聞き慣れている人はなかなかいないはずです。
それでは、なかなか知らないライトガイドの構造や仕組みを、詳しく説明していきたいと思います。
ざっくりと説明しますと、その名の通り光（ライト）を案内（ガイド）、つまり誘導するものです。
これは、ストローのように管のような形状をしていて、片側から光を放って、その管の中で光を反射させて、光を他方向に誘導する。
といった感じになりますね。
アクリル樹脂などの透明樹脂が素材で使用されています。
では、このライトガイドは何に使われているのでしょうか。
例の一つを挙げると、内視鏡です。
人間の体内を詳しく見るには明かりが必要なので、その光源を確保するために使われています。
ほかにも、スキャナの読み取り機構にも使われています。
スキャナの読み取り機構では、写真などの読み取りをする帯状のパーツに照明が必要になります。
かつては、キセノンランプなどの蛍光灯を使用するのが主流だったようですが、現在ではLEDと導光棒が使われています。
ライトガイドについて、少しでも知ってもらうことが出来たら幸いです。
ライトガイドを利用して省エネルギーを行う
暗い夜道で自動車を走らせる際など、周囲からその自動車が走っていることを示すことが大切です。その際、光る部分の面積については、できるだけ広くしたいものです。
最近省エネルギーということで、幅広く利用されるようになったLEDなどを使うということがよくあるのですが、この照明の欠点は発行が主に点であるということです。輝度は高いのですが、このような限られた領域でしか発光できないという事は、広い面で光らせるという観点からは不利になります。
このようなことから、ライトガイドが利用されるようになっています。ライトガイドとは、プラスチックなどの端面での反射などを利用して光を様々な方向に導くというものです。
LEDのような点で発行するような光であっても、何箇所かで反射や屈折をするようなライトガイドを利用すれば、幅広い範囲で光っていることが確認できるようなパーツを作ることが可能となります。
特に自動車などで、夜間に走行する際には大変重要となってきます。"
ライトガイドの薄型化による小型デバイスの作製
ライトガイドとは、光源からの光を色々な方向に導き広い範囲を証明するものをさします。具体的な形態には様々なものが知られています。
よく知られているものとしては、ファイバーを用いて様々な部分に伝達をするというものがあります。ファイバーを用いることにより、通常は直進しかできないものをカーブをもたせて進行させることが可能となります。また細い間隔の導路を伝達させるということも可能になってきます。
ただここで問題となるのが、面状の発光を行わせるということです。なぜならば、LEDなどは点光源ですので1点を照らすことはできても幅広い範囲を照らす事は難しいからです。このようなことからライトガイドが進化し、薄型化したプラスチックなどの断面から光を導入し、その中の幅広い範囲で何回も反射屈折を繰り返させ面光源として利用するという方法が用いられるようになってきました。
この方法を用いることによって、液晶ディスプレイのバックライトなどを容易に作ることが可能となってきています。
ライトガイドを用い発光の均一性を利用する
最近の科学技術の進歩で、照明の分野では画期的な光源が発明されました。それまでは蛍光灯や白熱電球というような発熱や放電を利用した光源が主なものがあったのですが、それらは大きなエネルギーが必要でした。これらは省エネルギーの観点からも、デバイスの小型化という観点からも不利なものです。このような状況において、半導体技術の進歩により、画期的な光源が発明されました。
この光源は、半導体の光エネルギー変換を利用したものです。一般には、LEDとして知られています。しかし、この光源にも弱点があります。それは半導体接合の部分で発光をするので、広い面積の発光体を作るということが難しい点です。
そのような事で、広い面積を持つ照明として利用する際にはいくつものLEDを並べる方法が使われていますが、発光の均一性という観点からは満足がいくものではありません。
そのようなことからライトガイドが利用されるようになってきました。ライトガイドとは、プラスチックなどの端面での反射や屈折を利用し光を幅広い方向に導くものです。
目的の光領域に合わせてライトガイドの交換を
ライトガイドとは、源からの光を自由に他の所へ導けるようなデバイスのことを指します。よく知られているものとしては、ファイバーを束ねてガイドとしたものがあります。ファイバーを利用することによって、柔軟に進行方向を変えることが可能です。
通常は直進しかできないものを曲線状に進行させるというようなことも可能となってきますし、複雑な経路に通すという事もできるようになってきます。
気をつけなければならないのは、ライトガイドには光に対して透過特性の波長依存性があるということです。
それは、ライトガイドに利用されているファイバーの透過特性に依存することになります。自分がどのようなソースを利用したいかによって、ライトガイドの交換を行い最適のものを用いる必要があります。
さもなければ途中で吸収され伝達効率が大変悪くなってしまいます。このようなことを知るためには、用いられているファイバーの透過スペクトルを調べる必要があります。
多分岐ライトガイドを利用した照明方法について
色々なものを照らすという技術については、これまで様々な技術革新がありました。まず最初に取り上げられるのが火を燃やし、そのあかりを利用するというものです。電気のない時代には、この証明方法というものが主なものでした。電気が使われるようになって使われるようになったのが電灯などの照明です。
これは、フィラメントの温度が上がり赤熱することを利用したものです。さらに時代が進むと放電を活用したものが出てきます。少し前まで用いられていた蛍光灯がその例です。
フィラメントや放電による発光方法というのは、大掛かりで大きな電力が必要でした。そのようなことから、デバイスの小型化や省エネルギーという事は無理でした。
近年、省エネルギーで小型化が可能なLEDを用いた光源が発明され、現在では多く利用されるようになってきています。ただこの照明の欠点としては、点での発光となるために幅広い範囲で光を放出するということはできません。
そのような事情もあり、ライトガイドを用いて幅広く光を導くようなデバイスが開発されてきました。中には、複数の光ファイバーなどを用いた多分岐ライトガイドもあります。
ライトガイドを製品に使用することのメリット
ライトガイドは、製品を作るための部品などに使用されています。このパーツを使用することにより、さまざまな種類の製品を製造することができます。多くの製品にこうした部品が使われているのは、各種のメリットを持っているからです。
ライトガイドを使用するメリットの一つは、光を目的の場所に導くことができることです。このような装置を使わないで製品を作ることもできますが、ライトが伝わる効率が悪くなってしまいます。
このパーツを使用することにより、光の移動を効率的におこなうことができるので、製品の性能も向上させることが可能です。
光を使用する製品などにこうした部品が使われています。照明設備にもライトガイドを使うことができます。
照明設備にこの部品を使う利点は、ライトを均等に届けることができることです。この部品を使わないと照明の種類によっては、光の当たりにくい場所が発生することもありますが、ライトガイドを使えば、ライトが当たりにくい場所にも均等に光が届きます。
ライトガイドのデメリットを簡単に解説します
ライトガイドは、主に光源装置から光を伝える目的で利用されます。具体的には光源装置に接続してから、入ってきた光を伝えるので効率的です。
素材はポリカーボネートやPMMAと呼ばれるアクリルで、これらの透明な樹脂材料によって製造されています。
液体のライトガイドは便利ですが、デメリットもあります。中に入っている液体は水や食塩溶液の他に、油分やジェルなどです。
これらの混合物の屈折率によって伝送効率が変化します。しかし液体ライトガイドの場合は10メートル以上の長さがないのが欠点です。
さらに内容物の性質から、短時間しか高温に耐えられません。液体にはそれぞれ沸点があるため、高温になると混合物が沸点の低い液体から順番に蒸発してしまいます。それ以外はメリットの方が多く、様々なシチュエーションで用いられています。
照明に使えば、省エネになり電気代の節減になるのが特徴です。光源から離れても光が均一に届くのがメリットです。
ライトガイドのよくあるトラブル事例とは何
ライトガイドは、照明設計やディスプレイ技術において重要な役割を果たすコンポーネントです。これは光を収集し分配、拡散や誘導するために使用され、さまざまな応用分野で見られます。
一般的にこれは透明なプラスチックやガラス製で、外部からの光を取り込み特定の方向やパターンに光を導くことができるのです。
よくあるトラブル事例の一つは、光の透過効率の低下です。これはガイド内部の汚れや傷、あかりの源から不均一な光の供給に起因することがあります。
この問題は、照明効果の低下やディスプレイの品質の劣化を引き起こす可能性があります。光源の出力やライトガイド自体の清掃が重要です。
内部の反射率が不均一である場合には明かりが不均等に分散され、明るさや色の一貫性に問題が生じることがあります。これは、ディスプレイや照明装置の品質に影響を与える可能性があります。ライトガイドの材料や設計に注意を払うことで、この問題を軽減することができます。
ライトガイドと職種: 多岐にわたる産業分野での重要な役割
ライトガイドは、光を導光するための透明な構造物であり、光ファイバーや光導波路と同様に光を効率的に伝播させる役割を担います。この技術は様々な職種で利用されており、特に以下のような分野で重要な役割を果たしています。
医療分野では内視鏡や手術用器具に組み込まれ、照明や視覚を向上させる役割を果たします。手術中や検査時に正確な視界を提供するために欠かせない技術となっています。
産業分野では産業用機器や検査装置で光源を適切な位置に導くのに利用されます。例えば、製造ライン上の検査装置で製品の欠陥を検出する際にライトガイドが活用されます。
通信分野では光信号を効率的に伝播させる役割を果たします。光ファイバーや光ケーブルの構成要素として用いられ、高速のデータ通信を可能にします。
自動車産業では自動車の内装や外装での照明にも利用されており、デザイン面での照明演出や視覚効果を提供します。
ライトガイド技術はこれらの分野で進化を続けており、光の制御や効率的な伝播に関する革新的なソリューションが求められています。
光の利用が増加する現代社会において、ライトガイドは多くの産業分野で重要な役割を果たし、さまざまな応用が広がっています。
柔軟性が高い液体ライトガイドが医療に貢献
ライトガイドは光ファイバーを使用したものが主流で、髪の毛よりも細いファイバーに光になった信号や映像を高速に伝送することが可能です。
光ファイバーのライトガイドが登場したことで検査の制度が飛躍的に向上し、それまでの方法では見逃してしまっていた可能性がある小さな病巣も発見し、早期治療に役立てられました。
かなりの高精度ではあるものの、それよりも小さなものは発見できないことは僅かながらに存在していたことも確かです。
ライトガイドの進化はこれが限界かと思われていましたが、さらなる小型化と高精細を目指し、ついに登場したのが液体ライトガイドの存在です。
光ファイバーの代わりに不燃性の液体を使用し、高い柔軟性を持たせることが可能となったほか、精度を高めることに成功しました。
光ファイバーの場合は複数のファイバーを束ねていることから、その継ぎ目に信号が流入できないことがありましたが、同製品の場合は継ぎ目が一切ないことから全面で信号を捉えることが可能となりました。