(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
偏光方向が揃ったコヒーレント光を、水中外から水中に向けて照射する水中照明装置であって、
偏光方向が揃ったコヒーレント光を発光するコヒーレント光源と、
前記コヒーレント光を拡散させて水中に向かわせる光学素子と、
前記コヒーレント光を前記光学素子上で走査させる光走査部材と、
を備え、
前記光学素子は、入射されたコヒーレント光を拡散させて、仮想照明範囲を照明する拡散領域を有し、
前記拡散領域は、複数の要素拡散領域を含み、
前記複数の要素拡散領域のそれぞれは、入射されたコヒーレント光の拡散により、各々に対応した仮想照明範囲内の部分照明範囲を照明し、
各部分照明範囲の少なくとも一部は、他の部分照明範囲からずれている、水中照明装置。
【請求項２】
当該水中照明装置から水中に向けて照射されるコヒーレント光は、ｓ偏光成分よりもｐ偏光成分が多い光である、請求項１に記載の水中照明装置。
【請求項３】
前記偏光方向が揃ったコヒーレント光は、位相差板を介して、水中外から水中に向けて照射され、
前記位相差板を透過したコヒーレント光は、ｓ偏光成分よりもｐ偏光成分が多い光である、請求項１に記載の水中照明装置。
【請求項４】
それぞれ偏光方向が揃った複数のコヒーレント光のうちのいくつかを、水中外から水中に向けて選択的に照射可能になっている、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の水中照明装置。
【請求項５】
前記光学素子は、ホログラム記録媒体であり、
前記複数の要素拡散領域のそれぞれは、それぞれ相違する干渉縞パターンが形成された要素ホログラム領域である、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の水中照明装置。
【請求項６】
前記光学素子は、複数のレンズアレイを有するレンズアレイ群であり、
前記複数の要素拡散領域は、前記複数のレンズアレイにそれぞれ対応する、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の水中照明装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コヒーレント光を用いた水中照明装置に係り、とりわけ、海面での反射損失を低減して海中に光を照射することが可能な水中照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
水中を照明する水中照明装置が利用に供されている。例えば、特許文献１には、海中の魚類を寄せ集めるべく、海中に光を投射する魚類灯が開示されている。特許文献１に示す魚類灯は、規則的に配列された多数のＬＥＤの配光をレンズ等を用いて制御して海中を照明している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−１３４６９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、多数のＬＥＤの配光を制御しても、海面での反射損失の影響を受けてしまい、未だ光の利用効率としては十分ではない。また、多数のＬＥＤを用いる場合、光量は増加するものの、光源のサイズが大きくなることにより光束の直進性が低下し、レンズ等を用いて配光特性を制御しても集光特性が十分に得られず、水深深くまで光を到達させることは困難である。限られたエネルギーを効率よく活用することが求められる昨今では、光の利用効率をさらに向上させる技術が求められている。
【０００５】
本発明は、このような点に鑑みてなされたものであり、海面での反射損失を低減して海中に光を照射することが可能な水中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】
【０００６】
本発明による水中照明装置は、偏光方向が揃ったコヒーレント光を、水中外から水中に向けて照射する。
【０００７】
本発明による水中照明装置において、当該水中照明装置から水中に向けて照射されるコヒーレント光は、ｓ偏光成分よりもｐ偏光成分が多い光であってもよい。
【０００８】
本発明による水中照明装置において、前記偏光方向が揃ったコヒーレント光は、位相差板を介して、水中外から水中に向けて照射され、前記位相差板を透過したコヒーレント光は、ｓ偏光成分よりもｐ偏光成分が多い光であってもよい。
【０００９】
本発明による水中照明装置において、それぞれ偏光方向が揃った複数のコヒーレント光のうちのいくつかを、水中外から水中に向けて選択的に照射可能になっていてもよい。
【００１０】
本発明による水中照明装置において、偏光方向が揃ったコヒーレント光を発光するコヒーレント光源と、前記コヒーレント光を拡散させて水中に向かわせる光学素子と、前記コヒーレント光を前記光学素子上で走査させる光走査部材と、を備えてもよい。
【００１１】
本発明による水中照明装置において、前記光学素子は、入射されたコヒーレント光を拡散させて、仮想照明範囲を照明する拡散領域を有し、前記拡散領域は、複数の要素拡散領域を含み、前記複数の要素拡散領域のそれぞれは、入射されたコヒーレント光の拡散により、各々に対応した仮想照明範囲内の部分照明範囲を照明し、各部分照明範囲の少なくとも一部は、他の部分照明範囲からずれていてもよい。
【００１２】
本発明による水中照明装置において、前記光学素子は、ホログラム記録媒体であり、前記複数の要素拡散領域のそれぞれは、それぞれ相違する干渉縞パターンが形成された要素ホログラム領域であってもよい。
【００１３】
本発明による水中照明装置において、前記光学素子は、複数のレンズアレイを有するレンズアレイ群であり、前記複数の要素拡散領域は、前記複数のレンズアレイにそれぞれ対応していてもよい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、偏光方向が揃ったコヒーレント光を水中に向けて照射することができるため、水面における反射損失が低い偏向方向のコヒーレント光を選択的に照射することができる。この結果、水面での反射損失を低減して光の利用効率を改善させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態による水中照明装置を備えた船舶の概略構成を示す概略図。
【図２】図１に示す水中照明装置の概略図。
【図３】光走査部材の構成を詳細に示す概略斜視図。
【図４】光学素子で拡散されたレーザ光が仮想照明範囲を照明する様子を示す概略斜視図。
【図５】図１に示す水中照明装置が位相差板をさらに備える例を示す斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面を参照して本発明の一実施の形態について説明する。なお、本件明細書に添付する図面においては、図示と理解のしやすさの便宜上、適宜縮尺および縦横の寸法比等を、実物のそれらから変更し誇張してある。
【００１７】
また、本明細書において用いる、形状や幾何学的条件並びにそれらの程度を特定する、例えば、「平行」、「直交」、「同一」等の用語や長さや角度の値等については、厳密な意味に縛られることなく、同様の機能を期待し得る程度の範囲を含めて解釈することとする。
【００１８】
図１は、本発明の一実施形態による水中照明装置１を備えた船舶５０の概略構成を示す図である。図１に示す水中照明装置１は、船舶５０の船首に取り付けられている。水中照明装置１は、偏光方向が揃ったコヒーレント光Ｌを大気中から海中に向けて照射するようになっている。図１に示す船舶５０によれば、海面Ｓにおける反射損失が低い偏向方向のコヒーレント光Ｌを選択的に照射することが可能となる。この結果、海面Ｓでの反射損失を低減して光の利用効率を改善させることができる。以下、水中照明装置１を構成する各構成要素について詳述する。
【００１９】
図２は、水中照明装置１の概略構成を示す概略図である。図２に示すように、照明ユニット２は、照射装置４と、光学素子５と、を有する。このうち、照射装置４は、レーザ光源６と、光走査部材７と、を有する。
【００２０】
レーザ光源６は、偏光方向が揃っているコヒーレント光すなわちレーザ光を発光する。なお、本実施形態においては、ｓ偏光成分よりもｐ偏光成分が多い光を照射するレーザ光源６を用いた場合について説明する。また、レーザ光源６は、発光波長域がそれぞれ相違する複数のレーザ光を発光する複数の光源部８を有していてもよい。これら複数の光源部８は、独立して設けられていてもよいし、共通の基板上に複数の光源部８を並べて配置した光源モジュールであってもよい。本実施形態のレーザ光源６は、発光波長域がそれぞれ相違する少なくとも２つの光源部８を有していればよく、発光波長域の種類は２つ以上であればよい。また、発光強度を高めるために、各発光波長域ごとに、複数個ずつの光源部８を設けてもよい。
【００２１】
例えば、レーザ光源６が、赤色の発光波長域の光源部８ｒと、緑色の発光波長域の光源部８ｇと、青色の発光波長域の光源部８ｂとを有する場合には、これらの光源部８が発光した３つのレーザ光を重ね合わせることで、白色の照明光Ｌａを生成可能となる。
【００２２】
図３に、光走査部材７の構成の一例を示す。光走査部材７は、レーザ光源６からのレーザ光の進行方向を経時的に変化させて、レーザ光の進行方向が一定にならないようにする。この結果、光走査部材７を出射したレーザ光は、光学素子５の入射面上を走査するようになる。
【００２３】
光走査部材７は、図３に示すように、互いに交差する方向に延在される二つの回転軸１１，１２周りに回転可能な反射デバイス１３を有する。この反射デバイス１３の反射面１３ａに入射されたレーザ光源６からのレーザ光は、反射面１３ａの傾斜角度に応じた角度で反射されて、光学素子５の入射面５ａの方向に進行する。反射デバイス１３を二つの回転軸１１，１２周りに回転させることで、レーザ光は光学素子５の入射面５ａ上を二次元的に走査することになる。反射デバイス１３は、例えば一定の周期で二つの回転軸１１，１２周りに回転する動作を繰り返すため、この周期に同期して、光学素子５の入射面５ａ上をレーザ光は繰り返し二次元走査する。
【００２４】
本実施形態では、光走査部材７を一つだけ設けることを想定しており、レーザ光源６で発光された複数のレーザ光はいずれも、共通の光走査部材７に入射されて、この光走査部材７で進行方向が経時的に変化させられて、光学素子５上を走査する。
【００２５】
光学素子５は、複数のレーザ光が入射される前述の入射面５ａを有し、この入射面５ａに入射された複数のレーザ光を拡散させて、所定位置に設けられる仮想照明範囲２０を照明（通過）する。
【００２６】
図４は、光学素子５で拡散されたレーザ光が仮想照明範囲２０を照明する様子を示す図である。光学素子５は、発光波長域がそれぞれ異なる複数のレーザ光に対応する複数の拡散領域１４を有する。各拡散領域１４には対応するレーザ光が入射される。各拡散領域１４にて拡散されたレーザ光は、仮想照明範囲２０を通過した後、実際の照明範囲を照明する。
【００２７】
仮想照明範囲２０内の部分照明範囲ごとに照明制御を行いたい場合には、図４に示すように、各拡散領域１４をさらに細かく複数の要素拡散領域１５に分ける必要がある。各要素拡散領域１５は、入射されたレーザ光を拡散させて、仮想照明範囲２０内の部分照明範囲１９を照明する。部分照明範囲１９の少なくとも一部は、各要素拡散領域１５ごとに相違している。
【００２８】
なお、各拡散領域１４を複数の要素拡散領域１５に分けて、仮想照明範囲２０内の部分照明範囲１９ごとに照明制御を行うか否かは任意である。単に仮想照明範囲２０の全域に均一に光を入射させたい場合には、各拡散領域１４を複数の要素拡散領域１５に分ける必要はない。以下では、一例として、光学素子５としてホログラム記録媒体１６を用いた場合に、ホログラム記録媒体１６を複数の要素拡散領域１５に対応する複数の要素ホログラム領域１８に分割して干渉縞を記録する例について説明する。
【００２９】
光学素子５に対応するホログラム記録媒体１６は、例えば図４に示すように、複数の拡散領域１４に対応する複数のホログラム領域１７を有する。各ホログラム領域１７は、発光波長域がそれぞれ異なる複数のレーザ光のそれぞれに対応して設けられている。各ホログラム領域１７は、対応するレーザ光が入射される入射面１７ａを有する。各ホログラム領域１７の入射面１７ａに入射されて拡散されたレーザ光はいずれも、仮想照明範囲２０を照明する。例えば、ホログラム記録媒体１６が３つのホログラム領域１７を有する場合、各ホログラム領域１７で拡散されたレーザ光は、仮想照明範囲２０の全域を通過した後実際の照明範囲を照明する。
【００３０】
図４では、赤、青または緑で発光する３つのレーザ光に対応づけて、３つのホログラム領域１７を設ける例を示しているが、本実施形態によるホログラム記録媒体１６は、発光波長域が異なる２つ以上のレーザ光に対応づけて、２つ以上のホログラム領域１７を有していればよい。図４のように、ホログラム記録媒体１６が赤、青または緑で発光する３つのレーザ光に対応する３つのホログラム領域１７を有する場合には、各ホログラム領域１７が仮想照明範囲２０の全域に光を入射させることから、３つのレーザ光が発光している場合には、仮想照明範囲２０を照明する光は白色で照明されることになる。
【００３１】
ホログラム記録媒体１６における各ホログラム領域１７のサイズすなわち面積は、必ずしも同じである必要はない。各ホログラム領域１７のサイズが異なっていても、各ホログラム領域１７の入射面１７ａに形成される干渉縞を各ホログラム領域１７ごとに調整することで、各ホログラム領域１７は共通の仮想照明範囲２０に光を入射させることができる。
【００３２】
複数のホログラム領域１７のそれぞれは、複数の要素拡散領域１５に対応する複数の要素ホログラム領域１８を有する。複数の要素ホログラム領域１８のそれぞれは、入射されたレーザ光を拡散させることにより、仮想照明範囲２０内の部分照明範囲１９を照明する。各要素ホログラム領域１８が照明する部分照明範囲１９の少なくとも一部は、各要素ホログラム領域１８ごとに相違している。すなわち、異なる要素ホログラム領域１８が照明する部分照明範囲１９同士は、少なくとも一部が相違している。
【００３３】
各要素ホログラム領域１８の入射面１７ａには干渉縞パターンが形成されている。よって、各要素ホログラム領域１８の入射面１７ａに入射されたレーザ光は、入射面１７ａ上の干渉縞パターンによって回折されて、仮想照明範囲２０上の対応する部分照明範囲１９を照明する。干渉縞パターンを種々に調整することで、各要素ホログラム領域１８で回折すなわち拡散されるレーザ光の進行方向を変えることができる。
【００３４】
このように、各要素ホログラム領域１８内の各点に入射されたレーザ光は、対応する部分照明範囲１９を照明する。また、光走査部材７は、各要素ホログラム領域１８に入射されるレーザ光の入射位置および入射角度を経時的に変化させる。一つの要素ホログラム領域１８内に入射されたレーザ光は、その要素ホログラム領域１８内のどの位置に入射されても、共通の部分照明範囲１９を照明する。これはすなわち、部分照明範囲１９の各点に入射されるレーザ光の入射角度が経時的に変化することを意味する。この入射角度の変化は、人間の目で分解不可能な速さであり、結果として、人間の目には、相関の無いレーザ光の散乱パターンが多重化されて観察される。したがって、各散乱パターンに対応して生成されたスペックルが重ねられて平均化されて、観察者に観察されることになる。これにより、仮想照明範囲２０では、スペックルが目立ちにくくなる。また、光走査部材７からのレーザ光は、ホログラム記録媒体１６上の各要素ホログラム領域１８を順に走査するため、各要素ホログラム領域１８内の各点で回折されたレーザ光はそれぞれ異なる波面を有し、これらのレーザ光は仮想照明範囲２０上に独立に重ね合わされることで、仮想照明範囲２０ではスペックルの目立たない均一な照度分布が得られる。
【００３５】
このようにして、水中照明装置１の光学素子５によって拡散させられた複数のコヒーレント光の各々は、仮想照明領域２０を通過した後、海面Ｓを透過して水中内を進行していく。本実施の形態では、水中照明装置１から照射される各コヒーレント光Ｌは、当該各コヒーレント光Ｌ毎に偏光方向が揃っている。例えばこのような例として、水中照明装置１から主としてｐ偏光成分からなる各コヒーレント光Ｌを照射することが想定され得る。
【００３６】
とりわけ、水中照明装置１は、海面Ｓにおける反射損失が低い偏光方向のコヒーレント光Ｌを照射可能になっている。具体的には、海面Ｓは、水平面に沿うため、水中照明装置１は、ｓ偏光成分よりもｐ偏光成分の方が多いコヒーレント光Ｌを海中に向けて照射することが可能である。海面Ｓでの反射損失をさらに低減する観点から、水中照明装置１から照射されるコヒーレント光Ｌの海面Ｓへの入射角は、ブリュースター角に近いことが好ましい。このような海面Ｓでの反射損失が低いコヒーレント光Ｌは、エネルギー密度が高く海中深くまで到達することができる。
【００３７】
次に、以上のような構成からなる水中照明装置１の利用方法の一例について説明する。以下の説明では、一例として、魚の養殖に水中照明装置１を適用した例を挙げて説明する。
【００３８】
例えば、イカ、イワシ、サバ、鰺、サンマに代表される正の走光性をもつ魚は、光に集まる習性をもつ。このため、正の走光性をもつ魚を集めるためには、水深深くまで到達するようなコヒーレント光Ｌ、すなわち、海面Ｓでの反射損失が低いコヒーレント光Ｌを水中照明装置１から照射するのがよい。そこで、水中照明装置１から、ｓ偏光成分よりもｐ偏光成分の方が多いコヒーレント光Ｌが海中に向けて照射される。
【００３９】
これに対して、例えば、マダイ、ハモに代表される負の走光性をもつ魚は、光から遠ざかる習性をもつ。このため、水深深くまで到達するようなコヒーレント光Ｌ、すなわち、海面Ｓでの反射損失が低いコヒーレント光Ｌを水中照明装置１から照射すると、負の走光性をもつ魚は光から遠ざかるように逃げる。
【００４０】
とりわけ、正乃至負の走光性をもつ魚であっても、光の色つまり光の波長に応じて、集まる程度乃至遠ざかる程度が異なることが考えられる。そこで、本実施の形態の水中照明装置１は、３つの光源部８のうちのいくつかを選択的に使用して、それぞれ偏光方向が揃った３つのコヒーレント光のうちのいくつかを、選択的に照射することもできる。例えば、水中照明装置１は、３つの光源部８のうちの赤色の発光波長域の光源部８ｒと緑色の発光波長域の光源部８ｇとを使用して、それぞれ偏光方向が揃った赤色及び緑色の発光波長域のコヒーレント光を照射してもよい。これにより、正乃至負の走光性をもつ魚の種類に応じて、適切なコヒーレント光Ｌを照射することが可能となる。
【００４１】
以上のように、本実施の形態によれば、偏光方向が揃ったコヒーレント光Ｌを、水中外から水中に向けて照射する。このような形態によれば、偏光方向が揃ったコヒーレント光Ｌを水中に向けて照射することができるため、海面Ｓにおける反射損失が低い偏光方向のコヒーレント光Ｌを水中照明装置１から選択的に照射することができる。この結果、海面Ｓでの反射損失を低減して光の利用効率を改善させることができる。
【００４２】
また、本実施の形態によれば、水中照明装置１から水中に向けて照射されるコヒーレント光Ｌは、ｓ偏光成分よりもｐ偏光成分が多い光である。海面Ｓは、水平面に沿うため、ｓ偏光成分よりもｐ偏光成分の方が多いコヒーレント光Ｌを水中に向けて照射することで、海面Ｓにおける反射損失を大幅に抑えることができる。
【００４３】
また、本実施の形態によれば、それぞれ偏光方向が揃った複数のコヒーレント光Ｌのうちのいくつかを、水中外から水中に向けて選択的に照射可能になっている。この場合、走光性をもつ魚の種類に応じて、適切なコヒーレント光Ｌを照射することが可能となる。
【００４４】
また、本実施の形態によれば、光学素子５は、入射されたコヒーレント光を拡散させて、仮想照明範囲２０を照明する拡散領域１４を有し、拡散領域１４は、複数の要素拡散領域１５を含み、複数の要素拡散領域１５のそれぞれは、入射されたコヒーレント光の拡散により、各々に対応した仮想照明範囲２０内の部分照明範囲１９を照明し、各部分照明範囲１９の少なくとも一部は、他の部分照明範囲１９からずれている。このような形態によれば、水中照明装置１の配光を容易に調整することが可能となる。
【００４５】
なお、上述した実施形態では、図２に示すように、レーザ光源６が複数の光源部８を有した例を示したが、レーザ光源６の構成は、このような例に限定されない。例えば、レーザ光源６は単一の波長域のレーザ光を出射してもよい。
【００４６】
また、複数の光源部８から発光波長域がそれぞれ相違するコヒーレント光を放出する場合であっても、必ずしも、光源は、赤、緑および青の波長域のレーザ光を出射するとは限らない。例えば、黄や紫の波長域のレーザ光を光源が出射してもよい。この場合、波長選択フィルタ２１は、黄および紫の波長域の光を透過させればよい。
【００４７】
なお、上述した説明では、光学素子３としてホログラム記録媒体１６を用いる例を説明したが、光学素子３の具体的な形態は、ホログラム記録媒体１６に限定されるものではない。例えば、各要素拡散領域１５をそれぞれ一つのレンズアレイとするレンズアレイ群を用いて光学素子３を構成してもよい。この場合、要素拡散領域１５ごとにレンズアレイが設けられ、各レンズアレイが仮想照明範囲２０内の部分照明範囲１９を照明するように各レンズアレイの形状が設計される。そして、各部分照明範囲１９の位置は、少なくとも一部が相違している。これにより、ホログラム記録媒体１６を用いて光学素子３を構成した場合と同様に、仮想照明範囲２０内の一部分だけの照明色を変えたり、一部分だけを照明しないようにすることができる。
【００４８】
また、上述した実施形態では、レーザ光源６から照射されるコヒーレント光は、ｓ偏光成分よりもｐ偏光成分が多い光であり、この偏光方向を維持したままで水中照明装置１から放出された。しかしながら、このような例に限定されず、位相差板や偏光ビームスプリッターを適宜組み合わせて、レーザ光源６から照射されるコヒーレント光の偏光方向を調整してから、調整されたコヒーレント光Ｌを水中照明装置１から放出してもよい。図５に、レーザ光源６から照射されるコヒーレント光の偏光方向を調整すべく、位相差板９がさらに設けられた例を示す。
【００４９】
図５に示す例では、レーザ光源６から照射されるコヒーレント光Ｌの光路中に、位相差板９が設けられている。具体的には、位相差板９は、光走査部材７と光学素子５との間に配置されている。
【００５０】
位相差板９は、レーザ光源６から照射されるコヒーレント光Ｌの偏光方向に応じて遅相軸の向きが決定されている。図５に示す例では、レーザ光源６からのコヒーレント光は、位相差板９を介して大気中から水中に向けて照射され、位相差板９を透過したコヒーレント光Ｌは、ｓ偏光成分よりもｐ偏光成分が多い光となっている。このように、ｓ偏光成分よりもｐ偏光成分の方が多いコヒーレント光Ｌを水中に向けて照射することで、海面Ｓにおける反射損失を大幅に抑えることができる。
【００５１】
本発明の態様は、上述した個々の実施形態に限定されるものではなく、当業者が想到しうる種々の変形も含むものであり、本発明の効果も上述した内容に限定されない。すなわち、特許請求の範囲に規定された内容およびその均等物から導き出される本発明の概念的な思想と趣旨を逸脱しない範囲で種々の追加、変更および部分的削除が可能である。
【符号の説明】
【００５２】
１  水中照明ユニット２  照明ユニット、  ４  照射装置、  ５  光学素子、  ６  レーザ光源、  ７  光走査部材、  ８  光源部、  ９  位相差板、  １１，１２  回転軸、  １３  反射デバイス、  １４  拡散領域、  １５  要素拡散領域、  １６  ホログラム記録媒体、  １７  ホログラム領域、  １７ａ  入射面、  １８  要素ホログラム領域、  １９  部分照明範囲、  ２０  被照明領域、  ５０  船舶
【図１】
0006507606.tif 000002
【図２】
0006507606.tif 000003
【図３】
0006507606.tif 000004
【図４】
0006507606.tif 000005
【図５】
0006507606.tif 000006