(57)【要約】【課題】異なるスペクトルを有する光を合成し、合成する光の射出効率を向上することができる光学ユニットおよび照明装置を提供することを目的とする。【解決手段】第１の光線３を透過する一方、第１の光線３とは異なるスペクトルを有する第２の光線２を第１の光線３の光軸方向に所定の反射率で反射して、第１の光線３と第２の光線２とを合成する光合成面８と、光合成面８を透過した第２の光線２を第１の光線３の光軸方向に反射して、光合成面８に再び導く第１のプリズム５とを備える光学ユニット１を採用する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の光線を透過する一方、該第１の光線とは異なるスペクトルを有する第２の光線を前記第１の光線の光軸方向に所定の反射率で反射して、前記第１の光線と前記第２の光線とを合成する光合成部と、
該光合成部を透過した第２の光線を前記第１の光線の光軸方向に反射して、前記光合成部に再び導く反射部とを備える光学ユニット。
【請求項２】
前記反射部が、
前記光合成部を透過した第２の光線を前記光合成部に反射する第１の反射面と、
該第１の反射面により反射され、前記光合成部により反射された第２の光線を前記第１の光線の光軸方向に反射する第２の反射面とを備える請求項１に記載の光学ユニット。
【請求項３】
前記第１の反射面と前記第２の反射面とを有し、前記第２の反射面に前記第１の光線を入射させる第１のプリズムと、
前記第２の光線を入射させる第１の入射面と、前記光合成部により合成された光を出射する出射面とを有する第２のプリズムとを備え、
前記光合成部が、前記第１のプリズムと前記第２のプリズムとの接合面に形成される請求項２に記載の光学ユニット。
【請求項４】
第１の光線を所定の透過率で透過する一方、該第１の光線とは異なるスペクトルを有する第２の光線を前記第１の光線の光軸方向に反射して、前記第１の光線と前記第２の光線とを合成する光合成部と、
該光合成部により反射された第１の光線を前記第２の光線の光軸方向に反射して、前記光合成部に再び導く反射部とを備える光学ユニット。
【請求項５】
前記反射部が、
前記光合成部により反射された第１の光線を前記光合成部に反射する第１の反射面と、
該第１の反射面により反射され、前記光合成部を透過した第１の光線を前記光合成部に反射する第２の反射面とを備える請求項４に記載の光学ユニット。
【請求項６】
前記第１の光線を射出する第１の光源と、
前記第２の光線を射出する第２の光源と、
請求項１から請求項５のいずれかに記載の光学ユニットとを備える照明装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、異なるスペクトルを有する光を合成する光学ユニットおよび照明装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、異なるスペクトルを有する光を合成する光学ユニットが知られている（特許文献１参照）。この光学ユニットでは、所定のスペクトルを有する光を透過する一方、この光とは異なるスペクトルを有する光を反射する膜を備えたダイクロイックプリズムにより、これらの光を合成している。
【特許文献１】特開２０００−５６４１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記のような光学ユニットにおいて、各光を合成する膜は、実際には入射角依存性を有しており、各光の入射角や波長、偏光によって透過率・反射率が大きく異なる。そのため、膜への入射角が大きい場合や、合成する光の波長が近接している場合や、無偏光な光を合成する場合には、合成されない光量が増加して、光学ユニットの射出効率が低下するといった不都合があった。
【０００４】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、異なるスペクトルを有する光を合成し、合成する光の射出効率を向上することができる光学ユニットおよび照明装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を採用する。
本発明の第１の態様は、第１の光線を透過する一方、該第１の光線とは異なるスペクトルを有する第２の光線を前記第１の光線の光軸方向に所定の反射率で反射して、前記第１の光線と前記第２の光線とを合成する光合成部と、該光合成部を透過した第２の光線を前記第１の光線の光軸方向に反射して、前記光合成部に再び導く反射部とを備える光学ユニットである。
【０００６】
本発明の第１の態様によれば、光合成部により、第１の光線が透過されるとともに、第２の光線が第１の光線の光軸方向に所定の反射率で反射されて、第１の光線と第２の光線とが合成される。一方、光合成部により反射されずに光合成部を透過した第２の光線は、反射部により第１の光線の光軸方向に反射されて光合成部に再び導かれ、光合成部を透過して第１の光線と合成される。これにより、光合成部により反射されずに光合成部を透過してしまった第２の光線についても、第１の光線と合成することができ、合成した光の射出効率を向上することができる。
【０００７】
上記の第１の態様において、前記反射部が、前記光合成部を透過した第２の光線を前記光合成部に反射する第１の反射面と、該第１の反射面により反射され、前記光合成部により反射された第２の光線を前記第１の光線の光軸方向に反射する第２の反射面とを備えることとしてもよい。
【０００８】
このようにすることで、光合成部により反射されずに光合成部を透過した第２の光線を、第１の反射面、光合成部、第２の反射面の順に反射して、光合成部を再び透過させ、第１の光線と効率的に合成することができる。
【０００９】
上記の第１の態様において、前記第１の反射面と前記第２の反射面とを有し、前記第２の反射面に前記第１の光線を入射させる第１のプリズムと、前記第２の光線を入射させる第１の入射面と、前記光合成部により合成された光を出射する出射面とを有する第２のプリズムとを備え、前記光合成部が、前記第１のプリズムと前記第２のプリズムとの接合面に形成されることとしてもよい。
【００１０】
このようにすることで、光学ユニットの構成を簡易なものとすることができるとともに、各面における反射角度を高精度に調整することができ、合成した光の射出効率を向上することができる。
【００１１】
本発明の第２の態様は、第１の光線を所定の透過率で透過する一方、該第１の光線とは異なるスペクトルを有する第２の光線を前記第１の光線の光軸方向に反射して、前記第１の光線と前記第２の光線とを合成する光合成部と、該光合成部により反射された第１の光線を前記第２の光線の光軸方向に反射して、前記光合成部に再び導く反射部とを備える光学ユニットである。
【００１２】
本発明の第２の態様によれば、光合成部により、第１の光線が所定の透過率で透過されるとともに、第２の光線が第１の光線の光軸方向に反射されて、第１の光線と第２の光線とが合成される。一方、光合成部を透過せずに光合成部により反射された第１の光線は、反射部により第２の光線の光軸方向に反射されて光合成部に再び導かれ、光合成部により第１の光線の光軸方向に反射されて第２の光線と合成される。これにより、光合成部を透過せずに光合成部により反射されてしまった第１の光線についても、第２の光線と合成することができ、合成した光の射出効率を向上することができる。
【００１３】
上記の第２の態様において、前記反射部が、前記光合成部により反射された第１の光線を前記光合成部に反射する第１の反射面と、該第１の反射面により反射され、前記光合成部を透過した第１の光線を前記光合成部に反射する第２の反射面とを備えることとしてもよい。
【００１４】
このようにすることで、光合成部を透過せずに光合成部により反射された第１の光線を、第１の反射面、光合成部、第２の反射面の順に反射して、光合成部により再び反射させ、第２の光線と効率的に合成することができる。
【００１５】
本発明の第３の態様は、前記第１の光線を射出する第１の光源と、前記第２の光線を射出する第２の光源と、上記の光学ユニットとを備える照明装置である。
本発明の第３の態様によれば、第１の光源により射出された第１の光線と、第２の光源により射出された第２の光線とを効率的に合成して、高い光量の合成光を照明することができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、異なるスペクトルを有する光を合成し、合成する光の射出効率を向上することができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
〔第１の実施形態〕
以下、本発明の第１の実施形態に係る光学ユニットについて図面を参照して説明する。
図１は、本実施形態に係る光学ユニットの構成を説明する模式図である。
図１に示すように、本実施形態に係る光学ユニット１は、第１のプリズム（反射部）５と、第２のプリズム４とを備えている。また、第１のプリズム５と第２のプリズム４との接合面には、第１の光線３と第２の光線２とを合成する光合成面（光合成部）８が形成されている。
【００１８】
光学ユニット１は、第１の光線３と第２の光線２とを合成して、照明領域１０に向けて合成した光を射出するようになっている。ここで、第１の光線３および第２の光線２は無偏光であり、例えば図２に示すスペクトルを有している。図２に示すように、第１の光線３は約５１０ｎｍをピークとしたスペクトルを有する光、第２の光線２は約４４０ｎｍをピークとしたスペクトルを有する光であり、互いに異なるスペクトルを有している。なお、第１の光線３および第２の光線２は、各図において主光線の光軸のみを記載しているが、入射角は±１０度以上に広いものとする。
【００１９】
第１のプリズム５は、反射面（第１の反射面）９と第２の入射面（第２の反射面）７とを有しており、第２の入射面７に第１の光線３を入射させるようになっている。
第２のプリズム４は、第１の入射面６と出射面５１とを有しており、第１の入射面６に第２の光線２を入射させるとともに、出射面５１から第１の光線３と第２の光線２との合成光を出射するようになっている。
【００２０】
光合成面８には、第１のプリズム５と第２のプリズム４との接合面に形成された誘電体多層膜が蒸着されている。この誘電体多層膜は、例えば図３に示すような反射率特性を有しており、入射角によって反射することができる波長が異なっている。ここで、第１の光線３は、約５１０ｎｍをピークとしたスペクトルを有しているため、この誘電体多層膜は、ほぼ全ての第１の光線３を透過させる。
【００２１】
一方、第２の光線２は、約４４０ｎｍをピークとしたスペクトルを有しているため、この誘電体多層膜は、第２の光線２の一部を反射できずに透過させてしまう。すなわち、光合成面８は、第１の光線３のほぼ全てを透過する一方、第２の光線２を第１の光線３の光軸方向に所定の反射率で反射するようになっている。
【００２２】
反射面９には、例えば金属膜蒸着ミラーコーティングが施されており、ほぼ全ての光線を反射する特性を有している。これにより、反射面９は、光合成面８を透過した第２の光線２のほほ全てを、光合成面８に向けて反射するようになっている。
【００２３】
第２の入射面７は、例えば図４に示す透過率特性を有しており、約５１０ｎｍをピークとしたスペクトルを有する第１の光線３を透過させる一方、約４４０ｎｍをピークとしたスペクトルを有する第２の光線２を反射するようになっている。
これにより、第２の入射面７は、第１の光線３を入射させるとともに、反射面９により反射され、その後光合成面８により反射された第２の光線２を、第１の光線３の光軸方向に反射するようになっている。
【００２４】
なお、光合成面８では第２の光線２を反射しきれなかったのに対して、反射面９および第２の入射面７は、空気との界面であり、垂直に入射しているため無偏光な光に対する膜の性能を高めることができるので、ほぼ全ての第２の光線２を反射することができる。
【００２５】
上記構成を有する光学ユニット１の作用について以下に説明する。
第２の入射面７に入射された第１の光線３は、光合成面８を透過して出射面５１から照明領域１０に向けて射出される。
また、第１の入射面６に入射された第２の光線２は、光合成面８により第１の光線３の光軸方向に所定の反射率で反射される。光合成面８により反射された第２の光線２は、出射面５１から照明領域１０に向けて射出される。
【００２６】
一方、光合成面８により反射されずに光合成面８を透過した第２の光線２は、反射面９により光合成面８に向けて反射され、光合成面８により第２の入射面７に向けて反射される。第２の入射面７に達した第２の光線２は、第２の入射面７により第１の光線３の光軸方向に反射され、光合成面８を透過して出射面５１から照明領域１０に向けて射出される。
【００２７】
このとき、第２の光線２に対する光合成面８の反射率をＲとした場合、第２の光線２の照明領域１０への射出光量は、概略Ｒ＋（１−Ｒ）２×Ｒと計算されるので、仮に反射率が５０％の場合には、本実施形態の構成とすることで、第２の光線２の射出光量が２５％増加することになる。
【００２８】
以上のように、本実施形態の係る光学ユニット１によれば、光合成面８により反射されずに光合成面８を透過してしまった第２の光線２についても、第１の光線３と合成することができ、合成した光の射出効率を向上することができる。
【００２９】
また、第１のプリズム５と第２のプリズム４とを備え、光合成面８を第１のプリズム５と第２のプリズム４との接合面に形成することで、光学ユニット１の構成を簡易なものとすることができるとともに、各面における反射角度を高精度に調整することができ、合成した光の射出効率を向上することができる。
【００３０】
〔第２の実施形態〕
次に、本発明の第２の実施形態に係る光学ユニットについて図５を参照して説明する。
本実施形態に係る光学ユニット１１が第１の実施形態と異なる点は、第１の光線３および第２の光線２を透過または反射させる各面を、それぞれ別個の部材で構成した点である。以下、本実施形態の光学ユニット１１について、第１の実施形態と共通する点については説明を省略し、異なる点について主に説明する。
【００３１】
本実施形態に係る光学ユニット１１は、図５に示すように、光合成フィルタ（光合成部）１４と、第１の反射面１５と、第２の反射面１６とを備え、これらは図示しない支持部によって固定されている。
光合成フィルタ１４は、第１の光線３を透過する一方、第２の光線２を第１の光線３の光軸方向に所定の反射率で反射して、第１の光線３と第２の光線２とを合成するようになっている。
【００３２】
第１の反射面１５は、光合成フィルタ１４を透過した第２の光線２を、光合成フィルタ１４に向けて反射するようになっている。
第２の反射面１６は、第１の光線３を透過する一方、第１の反射面１５により反射され、その後光合成フィルタ１４により反射された第２の光線２を、第１の光線３の光軸方向に反射するようになっている。
【００３３】
上記構成を有する光学ユニット１１によれば、前述の光学ユニット１と同様に、光合成フィルタ１４により反射されずに光合成フィルタ１４を透過してしまった第２の光線２についても、第１の光線３と合成することができ、合成した光の射出効率を向上することができる。
【００３４】
〔第３の実施形態〕
次に、本発明の第３の実施形態に係る光学ユニットについて図６を参照して説明する。
本実施形態に係る光学ユニット２１が第１の実施形態と異なる点は、第１の光線３と第２の光線２とを合成する光合成フィルタ（光合成部）２４が、第２の光線２を全反射する一方、第１の光線３を所定の透過率で透過させる点である。以下、本実施形態の光学ユニット２１について、前述の各実施形態と共通する点については説明を省略し、異なる点について主に説明する。
【００３５】
本実施形態に係る光学ユニット２１は、図６に示すように、光合成フィルタ２４と、第１の反射面２５と、第２の反射面２６とを備え、これらは図示しない支持部によって固定されている。
光合成フィルタ２４は、第１の光線３を所定の透過率で透過させる一方、第２の光線２を第１の光線３の光軸方向に反射して、第１の光線３と第２の光線２とを合成するようになっている。
【００３６】
第１の反射面２５は、光合成フィルタ２４により反射された第１の光線３を光合成フィルタ２４に向けて反射するようになっている。
第２の反射面２６は、第１の反射面２５により反射され、その後光合成フィルタ２４を透過した第１の光線３を、再び光合成フィルタ２４に向けて反射するようになっている。
【００３７】
上記構成を有する光学ユニット２１の作用について以下に説明する。
光合成フィルタ２４により、第１の光線３が所定の透過率で透過されるとともに、第２の光線２が第１の光線３の光軸方向に反射されて、第１の光線３と第２の光線２とが合成される。一方、光合成フィルタ２４を透過せずに光合成フィルタ２４により反射された第１の光線３は、第１の反射面２５により光合成フィルタ２４に向けて反射される。第１の反射面２５により反射された第１の光線３は、光合成フィルタ２４を透過して第２の反射面２６に達し、第２の反射面２６により再び光合成フィルタ２４に向けて反射される。第２の反射面２６により反射された第１の光線３は、光合成フィルタ２４により第１の光線３の光軸方向に反射されて第２の光線２と合成される。
【００３８】
このとき、第１の光線３に対する光合成フィルタ２４の透過率をＴとした場合、第１の光線３の射出方向への射出光量は、概略Ｔ＋（１−Ｔ）２×Ｔとなるので、仮に透過率が５０％の場合には、本実施形態の構成とすることで、第１の光線３の射出光量が２５％増加することになる。
【００３９】
以上のように、本実施形態の係る光学ユニット２１によれば、光合成フィルタ２４を透過せずに光合成フィルタ２４により反射されてしまった第１の光線３についても、第２の光線２と合成することができ、合成した光の射出効率を向上することができる。
【００４０】
〔適用例〕
次に、本発明の光学ユニットを照明装置に適用した例について図７を参照して説明する。ここでは、一例として、第１の実施形態に係る光学ユニット１を適用した場合について説明する。
図７に示すように、本適用例に係る照明装置３１は、第１の実施形態に係る光学ユニット１と、第１の光線３を射出する第１のＬＥＤ（第１の光源）３３と、第２の光線２を射出する第２のＬＥＤ（第２の光源）３２と、第３のプリズム３５と、第４のプリズム３６と、第５のプリズム３７とを備えている。
【００４１】
本適用例に係る照明装置３１によれば、光合成面８により反射されずに光合成面８を透過してしまった第２の光線２についても、第１の光線３と合成することができる。これにより、第１のＬＥＤ３３により射出された第１の光線３と、第２のＬＥＤ３２により射出された第２の光線２とを効率的に合成して、高い光量の合成光を照明領域１０に向けて照明することができる。
【００４２】
以上、本発明の各実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
例えば、各実施形態において、２つの異なるスペクトルを有する光線を合成する場合について説明したが、３つの異なるスペクトルを有する光線を合成する場合にも、本発明の光学ユニットを適応することができる。
【００４３】
また、例えば第１の実施形態において、反射面９と光合成面８との間に、１／４λ板を配置することにより、合成した光の射出効率を高めることができる。
また、適用例において、第１の実施形態に係る光学ユニット１を適用した場合について説明したが、他の実施形態に係る光学ユニットを適用しても同様の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る光学ユニットの模式図である。
【図２】図１の各光線のスペクトルを説明する図である。
【図３】図１の光合成面の反射率特性を説明する図である。
【図４】図１の第２の入射面の透過率特性を説明する図である。
【図５】本発明の第２の実施形態に係る光学ユニットの模式図である。
【図６】本発明の第３の実施形態に係る光学ユニットの模式図である。
【図７】本発明の適用例に係る照明装置の模式図である。
【符号の説明】
【００４５】
１，１１，２１  光学ユニット
２  第２の光線
３  第１の光線
４  第２のプリズム
５  第１のプリズム（反射部）
６  第１の入射面
７  第２の入射面（第２の反射面）
８  光合成面（光合成部）
９  反射面（第１の反射面）
１０  照明領域
１４，２４  光合成フィルタ（光合成部）
１５，２５  第１の反射面
１６，２６  第２の反射面
３１  照明装置
３２  第２のＬＥＤ
３３  第１のＬＥＤ
５１  出射面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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