(57)【要約】  波長選択性を有する光学素子として、導光体は、光を伝搬する透明基板１０１と、透明基板の上面および下面に形成された回折格子１０７，１０８と、を備え、透明基板の端面から白色光を入射し、回折格子１０７から特定波長の光を出射する。あるいは回折レンズ２００において、レンズの出射面が凸状であって、出射面に特定波長の光を出射するブレーズ回折格子２０３を形成した。さらに灯具装置では、光源３００と、光源から出射した光を集光するレンズ部３０１と、レンズ部の外周に配設した導光体３０２と、を備え、導光体の内周面には、特定波長の光を選択的に出射する回折格子３０４を形成した。
2015151284.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を伝搬する透明基板と、
該透明基板の上面および下面に形成された回折格子と、を備え、
前記透明基板の端面から白色光を入射し、前記上面または下面の回折格子から特定波長の光を出射することを特徴とする波長選択性を有する光学素子。
【請求項２】
請求項１に記載の波長選択性を有する光学素子であって、
前記透明基板の上面および下面に形成する回折格子はブレーズ回折格子であって、上面と下面の対応する格子面の傾斜方向が互いに平行であることを特徴とする波長選択性を有する光学素子。
【請求項３】
請求項１に記載の波長選択性を有する光学素子であって、
前記透明基板の上面および下面に形成する回折格子はブレーズ回折格子であって、上面と下面のうち、一方は入射光の入射角が大きくなる方向に格子面が傾斜する第１の面であり、他方は入射光の入射角が小さくなる方向に格子面が傾斜する第２の面であることを特徴とする波長選択性を有する光学素子。
【請求項４】
請求項１に記載の波長選択性を有する光学素子であって、
前記回折格子は、前記透明基板の光の伝搬方向に沿って複数の領域に離散的に形成されていることを特徴とする波長選択性を有する光学素子。
【請求項５】
請求項４に記載の波長選択性を有する光学素子であって、
前記回折格子が形成される領域の間隔を光の伝搬方向に沿って徐々に狭くしたことを特徴とする波長選択性を有する光学素子。
【請求項６】
請求項４に記載の波長選択性を有する光学素子であって、
前記回折格子が形成される領域内の格子本数を光の伝搬方向に沿って徐々に増やしたことを特徴とする波長選択性を有する光学素子。
【請求項７】
請求項１に記載の波長選択性を有する光学素子であって、
前記透明基板の光の伝搬方向に沿って、前記回折格子の格子ピッチまたは格子深さが異なる複数の格子領域を配置し、
前記各格子領域からそれぞれ異なる波長の光を出射することを特徴とする波長選択性を有する光学素子。
【請求項８】
請求項３に記載の波長選択性を有する光学素子であって、
前記透明基板の第１の面に近接して出射光を拡散する拡散板を設けたことを特徴とする波長選択性を有する光学素子。
【請求項９】
請求項３に記載の波長選択性を有する光学素子であって、
前記透明基板の第２の面に金属反射膜を設けたことを特徴とする波長選択性を有する光学素子。
【請求項１０】
レンズの出射面が凸状であって、該出射面に特定波長の光を出射するブレーズ回折格子を形成したことを特徴とする波長選択性を有する光学素子。
【請求項１１】
請求項１０に記載の波長選択性を有する光学素子であって、
前記ブレーズ回折格子の格子ピッチと格子深さはレンズ半径位置にて異なる値を有することを特徴とする波長選択性を有する光学素子。
【請求項１２】
請求項１０に記載の波長選択性を有する光学素子であって、
前記レンズの入射面を凹状とすることを特徴とする波長選択性を有する光学素子。
【請求項１３】
光源と、
前記光源から出射した光を集光するレンズ部と、
前記レンズ部の外周に配設した導光体と、を備え、
前記導光体の内周面には、特定波長の光を選択的に出射する回折格子を形成したことを特徴とする灯具装置。
【請求項１４】
請求項１３に記載の灯具装置であって、
前記光源は白色光源であり、
前記レンズ部からは白色光を出射し、
前記導光体からは特定波長の光を出射することを特徴とする灯具装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、波長選択性を有する光学素子及びこれを用いた灯具装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
光源から特定色の光を得る場合、従来技術では、白色光源からの出射光を顔料を含む外装部品で一旦遮光し、必要な波長の光を選択的に透過させる構成が用いられる（例えば、特許文献１参照）。また、波長選択性を有する光学素子に関する技術として、特許文献２には、導光板に積層された多層膜の膜厚を連続的に変化させることで、出射光に波長選択性を与える光学素子が記載されている。さらに特許文献３には、反射型体積ホログラムを導光板に形成して像情報を伝搬する光学装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平６−２３４６０２号公報
【特許文献２】特開２００２−７２０１０号公報
【特許文献３】特開２００８−２０７７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の構成では、光源光の一部は顔料を含む外装部品で吸収されるので、光利用効率が低下する。【０００５】
特許文献２では、基板材料と異なる少なくとも２種類の低屈折率材料と高屈折率材料が必要であり、膜厚を可変させて成形するプロセスのコストがかかる課題がある。【０００６】
特許文献３では、反射型体積ホログラムには角度選択性があり、臨界角以上の広い範囲の入射角度に対して波長選択性を保つことはできないという課題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、例えば請求の範囲に記載の構成を採用する。その一例を挙げるならば、波長選択性を有する光学素子は、光を伝搬する透明基板と、透明基板の上面および下面に形成された回折格子と、を備え、透明基板の端面から白色光を入射し、上面または下面の回折格子から特定波長の光を出射する構成とした。あるいは、波長選択性を有する光学素子は、レンズの出射面が凸状であって、出射面に特定波長の光を出射するブレーズ回折格子を形成した構成である。【０００８】
また、本発明の灯具装置は、光源と、光源から出射した光を集光するレンズ部と、レンズ部の外周に配設した導光体と、を備え、導光体の内周面には、特定波長の光を選択的に出射する回折格子を形成した構成である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、広い発光角度分布を持つ光源に対して適用でき、光の吸収ロスがなく、単一材料で低コストの波長選択性を有する光学素子が得られる。また、この光学素子を用いることで、簡単な構造で光利用効率の高い灯具装置が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施例１の導光板の構成と光が導光する様子を示す断面図。
【図２】実施例２（タイプＢの回折格子）において、青色光を入射させた場合の回折光の光線図。
【図３Ａ】基板上面から出射する各回折光の効率を示す図。
【図３Ｂ】基板上面で反射する各回折光の効率を示す図。
【図３Ｃ】指定次数光の伝搬効率を示す図。
【図４】実施例２（タイプＢの回折格子）において、赤色光を入射させた場合の回折光の光線図。
【図５Ａ】基板上面から出射する各回折光の効率を示す図。
【図５Ｂ】基板上面で反射する各回折光の効率を示す図。
【図５Ｃ】指定次数光の伝搬効率を示す図。
【図６】実施例２（タイプＢの回折格子）における、出射効率と伝搬効率の波長依存性を示す図。
【図７Ａ】伝搬距離に対する発光強度分布を示す図（面積補償前）。
【図７Ｂ】発光強度を均一化するための回折格子領域の面積比率を示す図。
【図７Ｃ】伝搬距離に対する発光強度分布を示す図（面積補償後）。
【図７Ｄ】伝搬距離ごとの発光スペクトルを示した図。
【図８Ａ】実施例３（タイプＲの回折格子）において、赤色光を入射した場合、基板上面から出射する各回折光の効率を示す図。
【図８Ｂ】基板上面で反射する各回折光の効率を示す図。
【図８Ｃ】指定次数光の伝搬効率を示す図。
【図９Ａ】実施例３（タイプＲの回折格子）において、青色光を入射した場合、基板上面から出射する各回折光の効率を示す図。
【図９Ｂ】基板上面で反射する各回折光の効率を示す図。
【図９Ｃ】指定次数光の伝搬効率を示す図。
【図１０】実施例３（タイプＲの回折格子）における、出射効率と伝搬効率の波長依存性を示す図。
【図１１Ａ】伝搬距離に対する発光強度分布を示す図（面積補償前）。
【図１１Ｂ】発光強度を均一化するための回折格子領域の面積比率を示す図。
【図１１Ｃ】伝搬距離に対する発光強度分布を示す図（面積補償後）。
【図１１Ｄ】伝搬距離ごとの発光スペクトルを示した図。
【図１２】実施例４の回折レンズの構成を示す図。
【図１３】輪帯数＝６５９本とする第１例のレンズデータを示す図。
【図１４】輪帯数＝２２０本とする第２例のレンズデータを示す図。
【図１５】実施例５の灯具装置の構成を示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明による実施例を図面を用いて説明する。
【実施例１】
【００１２】
実施例１では、光学素子として導光板を例に基本的な構成を説明する。
図１は、本実施例の導光板の構成と光が導光する様子を示す断面図である。導光板は、透明な導光板基板１０１と拡散板１２０で構成され、導光板基板１０１の端面には、白色ＬＥＤ等の光源１０２が配置されている。導光板は導光方向に延びた長尺形状であるが、図１では破断線を用いて、長手方向に３つの領域１０４，１０５，１０６に分割して示している。【００１３】
導光板基板１０１の端面は斜めに切り欠いてあり、光源１０２からの白色光１０３が入射する入射面である。入射光のうち最も強度が大きい光線の入射方向は、所定の入射角θ０（基板１０１内の全反射の臨界角と９０°の中間の値）となるように設定する。導光板基板１０１の上面と下面にはブレーズ回折格子（鋸歯状溝）を形成してあり、入射光は基板１０１内を伝搬しながら、上面のブレーズ回折格子から特定波長の光が外部へ出射する。ブレーズ回折格子の形状、すなわち格子深さや格子ピッチは、基板１０１の伝搬方向の格子領域１０４、１０５、１０６によって異なる形状としている。これにより各格子領域１０４、１０５、１０６から、異なる波長λ１、λ２、λ３の光を出射することができる。【００１４】
導光板基板１０１から出射する光は、ブレーズ回折格子の回折角の波長依存性により、特定波長における上面を透過する回折効率が他波長よりも大きくなるよう設定する。この場合、基本的に近傍波長における出射光を生じさせない条件であるため、出射光の出射角度は基板面すれすれの大きな出射角度となる。このため観察者が導光板面に正対して出射光を認識できるようにするために、出射面にはエアギャップを挟んで出射光を拡散する拡散板１２０を配置している。また拡散板１２０を支持するために、光の出射を妨げない程度に支持部材１２１を配置している。一方、導光板基板１０１の下面における透過光による光量損失を減らすために、下面には入射した光線が全反射して伝搬するように光の進行方向に直交する方向に傾斜面が設けられている。他の構成として、下面に金属反射膜１２２をコーティングしても良い。【００１５】
回折格子の形状について詳細に説明する。格子領域１０４において、上面のブレーズ回折格子１０７と下面のブレーズ回折格子１０８は、格子面の傾斜方向は互いに平行であり、格子ピッチと格子深さを等しくしている。同様に格子領域１０５において、上面のブレーズ回折格子１０９と下面のブレーズ回折格子１１０の格子面は互いに平行であり、格子ピッチと格子深さが等しい。格子領域１０６についても同様である。格子領域１０４の格子面の傾斜方向は、入射光１０３から見た場合、上面のブレーズ回折格子１０７は入射光の入射角が大きくなる方向に格子面が傾斜しているのに対し、下面のブレーズ回折格子１０８は入射光の入射角が小さくなる方向に格子面が傾斜している。格子領域１０５，１０６についても同様である。【００１６】
１つの格子領域でブレーズ回折格子の形状を上下同形状とすることにより、下面ブレーズ回折格子１０８，１１０，１１２による回折角度がθ１、θ２、θ３に変化しても、対向する上面ブレーズ回折格子１０７，１０９，１１１により逆向きに回折される。その結果、入射角は元の入射角θ０に戻り、基本的に回折光を安定に導光板基板１０１の中を伝搬させることができる。【００１７】
ブレーズ回折格子は、界面の反射率が全反射などで１００％の反射率が得られれば、回折条件を満足する入射角と波長において原理的に１００％の回折効率で回折光を得ることができる。そのような条件においては、ブレーズ回折格子が対向した導光板基板１０１の中を１００％の効率で光を伝搬することができる。【００１８】
また、ブレーズ回折格子を導光板基板１０１の全面に形成するのではなく、伝搬方向に沿って複数の領域に離散的に形成している。これは、出射光の強度を伝搬距離に関わらず均一化させるためである。例えば格子領域１０４において、格子溝（ブレーズ回折格子１０７，１０８）を形成した領域（以下、副格子領域）を断続的に設け、その間に格子溝を形成しない平坦領域１１７，１１８を配置する。その間隔（平坦領域の幅）は光が伝搬する方向に徐々に狭くしている。格子領域１０５では、図中最も右側の副格子領域（ブレーズ回折格子１０９’、１１０’）の格子数が増えているが、これは副格子領域の間隔（平坦領域の幅）が０になったものである。導光板からの出射光は副格子領域（ブレーズ回折格子）から一定の割合で出射するため、格子が全面に形成されていると伝搬距離が遠い位置では出射光の強度が小さくなってしまう。そこで、副格子領域を離散的に配置しその間隔を変える（徐々に狭くする）ことで、伝搬距離によらず出射光強度を均一化することができる。【００１９】
なお、出射光強度の均一化は、副格子領域の面積を徐々に大きくすることでも良い。すなわち、副格子領域の間隔（平坦領域の幅）は一定として副格子領域の格子本数を伝搬距離に応じて徐々に増やすことでもよい。ただし、光の回折効果を得るためには、所定の連続する格子本数（数十本程度）が必要であり、いずれの領域でもこれを下回らないようにすべきである。【００２０】
各格子領域１０４、１０５、１０６においては、それぞれ上面から異なる波長成分の光を出射させるため、ブレーズ回折格子の形状（格子ピッチと格子深さ）を互いに異ならせ、回折条件を変えている。例えば光源１０２からの入射光１０３が３つの波長成分λ１、λ２、λ３を有するとき、格子領域１０４では主に波長λ１近傍の光を出射する。その結果、次の格子領域１０５に入射する光線１１３は、その残りである波長λ２とλ３の光が支配的となる。格子領域１０５では、そのうち主に波長λ２の光を出射する。その結果、次の格子領域１０６に入射する光線１１４は、その残りである波長λ３の光が支配的となり、格子領域１０６では主に波長λ３の光を出射する。【００２１】
図１では、下面の副格子領域から上面に向かう回折光が、再び上面の対応する副格子領域に入射するように、上面と下面における副格子領域と平坦領域の境界位置を所定量ずらして配置している。このようにすれば、下面の副格子領域から上面に向かう光線は全て上面の副格子領域に入射することになり、上面からの反射角は元の入射角θ０に戻り、導光板基板１０１の中を安定に伝搬することができる。【００２２】
このように本実施例によれば、透明基板の上面および下面に所定形状の回折格子を形成することで、所望の波長の光を出射する導光板を提供することができる。本実施例の導光板は、透明基板を用いているので光の吸収ロスがなく、単一材料で低コストに実現することができる。
【実施例２】
【００２３】
実施例２では、実施例１の具体例として、青色の波長の光を選択的に出射させる導光板について説明する。実施例２の導光板では、青色の波長の光を選択的に出射させるために、媒質屈折率１．５、格子ピッチ２．４μｍ、格子深さ０．３２μｍの対向型ブレーズ回折格子を用いている。以下、この回折格子の形状を「タイプＢ」と呼ぶ。【００２４】
図２は、タイプＢの回折格子に、青色光を入射させた場合の回折光の光線図である。
入射光は波長０．４５μｍの青色光で、入射角θ０は５０°としている。基板下面で回折された光線の中で、２次回折光から１１次回折光までが基板上面から出射でき、１次回折光以下は出射できずに全反射することを示している。上面で反射する１次回折光のうち、その−１次回折光成分が元の入射光と同じ入射角５０°で再び基板下面に入射している。すなわち、この成分が安定的な伝搬光となる。以下、各回折光の強度（効率）について比較する。【００２５】
図３Ａは、基板上面から出射する各回折光の効率を示す図である。上面から出射する回折光（２次〜１１次）のうち、２次回折光は約４５％の効率で出射するが、他の次数光は効率が低くなっている（ほぼ０に近い）。【００２６】
図３Ｂは、基板上面で反射する各回折光の効率を示す図である。１次回折光が４０％の効率にて基板内に反射し、次いで２次回折光が約１０％の効率で反射している。【００２７】
図３Ｃは、指定次数光の伝搬効率を示す図である。元の入射光の強度を１とするとき、上面で反射する１次回折光が上面で回折される結果、生じる各次数光の効率を求めたものである。これより−１次回折光成分が約２０％の効率となり、これが安定に伝搬することが分かる。【００２８】
これより、タイプＢの回折格子では、青色光の入射に対し、上面からの出射効率が高く得られ（約４５％）、逆に基板内の伝搬効率が低い（約２０％）ことが分かる。【００２９】
上記したのは入射光が青色光の場合であったが、次に、比較のために入射光が赤色光の場合について述べる。【００３０】
図４は、図２と同じタイプＢの回折格子に、赤色光を入射させた場合の回折光の光線図である。入射光は波長０．６５μｍの赤色光で、入射角θ０は同じ５０°としている。２次回折光から７次回折光までが基板上面から出射でき、この場合も１次回折光以下は出射できずに全反射することを示している。【００３１】
図５Ａは、基板上面から出射する各回折光の効率を示す図である。２次回折光が最も光量が多いが、その効率は約９％であり、前記青色光の場合（約４５％）よりもかなり小さくなる。【００３２】
図５Ｂは、基板上面で反射する各回折光の効率を示す図である。１次回折光が約８０％の効率で基板内に反射される。【００３３】
図５Ｃは、指定次数光の伝搬効率を示す図である。上面で反射する１次回折光が上面で回折される結果生じる各次数光の効率を求めたものである。これより、−１次回折光がほぼ８０％の効率のままで回折され、入射光と同じ入射角で伝搬されることが分かる。【００３４】
これより、タイプＢの回折格子では、赤色光を入射した場合は、上面からの出射効率が低く（約９％）、大部分が基板内を伝搬することが分かる。【００３５】
図６は、タイプＢの回折格子における出射効率と伝搬効率の波長依存性を示す図である。ここでは入射光の波長を０．４〜０．７μｍで変化させ、入射角θ０は４５°〜７５°の範囲で平均化している。タイプＢの回折格子の場合、青色光（波長０．４５μｍ近傍）は赤色光（波長０．６５μｍ近傍）よりも出射効率が高く、逆に伝搬効率が低いことを示している。【００３６】
次に、導光板内の伝搬距離に対する出射強度（発光強度）の変化について説明する。
図７Ａは、伝搬距離に対する発光強度分布を示す図で、比較のために回折格子領域が連続的に形成された場合（面積補償前）を示す。基板は厚さ３ｍｍで、タイプＢの回折格子が基板の上下面に連続的に形成されているものとする。伝搬長さ当たりの出射光量から均一に光が出射されると仮定した場合の、伝搬距離に対する単位長さ当たりの発光強度を対数で示している。青色光（波長０．４５μｍ）は伝搬距離０では発光強度が大きいものの（縦軸が対数表示のため図面上の差は小さく見える）、伝搬距離とともに強度が急激に低下する。他の波長においても、伝搬距離とともに発光強度が急激に低下している。【００３７】
図７Ｂは、発光強度を均一化するための回折格子領域の面積比率を示す図である。図７Ａに示した発光強度が伝搬距離に対して均一化するよう、各伝搬距離における回折格子領域の面積の比率を変化させて設定する。伝搬距離１００ｍｍを想定し、光線入射位置（距離＝０）では格子領域の面積比率を約１０％にして発光強度を抑制し、そこから徐々に比率を大きくして、終端位置では１００％に設定している。【００３８】
図７Ｃは、面積補償後の発光強度分布を示す図である。ここでは、図７Ｂに示す回折格子領域の面積比率を設定し、発光強度分布を補償している。縦軸は線形座標で示す。図７Ａの発光強度分布と比較し、伝搬距離に対する変化が緩和されている。そして青色光（波長０．４５μｍ）の発光強度は、伝搬距離５０ｍｍまでの範囲で他の波長よりも大きくなっている。【００３９】
図７Ｄは、伝搬距離ごとの発光スペクトルを示した図である。伝搬距離が短い区間（距離０〜３０ｍｍ）では青色光（波長０．４５μｍ）が支配的であり、伝搬距離が長くなると（距離８０〜１００ｍｍ）赤色光（波長０．６５μｍ）が支配的になってくる。【００４０】
本実施例によれば、青色の波長の光を選択的に出射させる導光板を提供し、さらにその伝搬距離に対する発光強度分布を均一化することができる。
【実施例３】
【００４１】
実施例３では、実施例１の具体例として、赤色の波長の光を選択的に出射させる導光板について説明する。実施例３の導光板では、赤色の波長の光を選択的に出射させるために、媒質屈折率１．５、格子ピッチ２．４μｍ、格子深さ０．２１μｍの対向型ブレーズ回折格子を用いている。以下、この回折格子の形状を「タイプＲ」と呼ぶ。以下、タイプＲの回折格子を有する導光板に、赤色光を入射させた場合と、青色光を入射させた場合を比較して説明する。【００４２】
まず、赤色光（波長０．６５μｍ）を入射角５０°で入射した場合から説明する。その光線図は、格子ピッチと波長が等しい前記図４と同様である。【００４３】
図８Ａは、赤色光を入射した場合、基板上面から出射する各回折光の効率を示す図である。上面から１次回折光が４０％以上の効率で出射する。【００４４】
図８Ｂは、基板上面で反射する各回折光の効率を示す図である。０次光と１次回折光が約２５％〜２０％の効率で基板内に反射される。【００４５】
図８Ｃは、指定次数光の伝搬効率を示す図である。上面で反射される１次回折光が上面で回折される結果生じる各次数光の効率を示したものである。これより、−１次回折光成分が約２０％の効率となり、入射光と同じ入射角で伝搬光となる。図８Ｂでは０次光も同程度の光量であったため、これを合わせると元の入射角で伝搬する光は約４０％と推定される。【００４６】
これより、タイプＲの回折格子では、赤色光の入射に対し、上面からの出射効率と基板内の伝搬効率は同程度（約４０％）となることが分かる。【００４７】
次に、比較のために青色光（波長０．４５μｍ）を入射角５０°で入射した場合を説明する。その光線図は、格子ピッチと波長が等しい前記図２と同様である。【００４８】
図９Ａは、青色光を入射した場合、基板上面から出射する各回折光の効率を示す図である。上面から２次〜１１次の回折光が出射するが、効率はいずれも３％以下であり（各次数光の合計でも８％程度）、前記赤色光の場合（４０％以上）よりもかなり小さくなる。。【００４９】
図９Ｂは、基板上面で反射する各回折光の効率を示す図である。１次回折光が８０％以上の効率で基板内に反射される。【００５０】
図９Ｃは、指定次数光の伝搬効率を示す図である。上面で反射する１次回折光が上面で回折される結果生じる各次数光の効率を求めたものである。これより、−１次回折光がほぼ８０％の効率のままで回折され、入射光と同じ入射角で伝搬されることが分かる。【００５１】
これより、タイプＲの回折格子では、青色光を入射した場合は、上面からの出射効率が低く（約８％）、大部分が基板内を伝搬することが分かる。【００５２】
図１０は、タイプＡの回折格子における出射効率と伝搬効率の波長依存性を示す図である。入射光の波長を０．４〜０．７μｍで変化させ、入射角θ０は４５°〜７５°の範囲で平均化している。タイプＡの回折格子の場合、赤色光（波長０．６５μｍ近傍）は青色光（波長０．４５μｍ近傍）よりも出射効率が高く、逆に伝搬効率が低いことを示している。【００５３】
次に、導光板内の伝搬距離に対する出射強度（発光強度）の変化について説明する。
図１１Ａは、伝搬距離に対する発光強度分布を示す図で、比較のために回折格子領域が連続的に形成された場合（面積補償前）である。基板は厚さ３ｍｍで、タイプＲの回折格子が基板の上下面に連続的に形成されているものとする。赤色光（波長０．６５μｍ）は伝搬距離０では発光強度が大きいものの（縦軸が対数表示のため図面上の差は小さく見える）、伝搬距離とともに強度が急激に低下する。【００５４】
図１１Ｂは、発光強度を均一化するための回折格子領域の面積比率を示す図である。図１１Ａに示した発光強度が伝搬距離に対して均一化するよう、各伝搬距離における回折格子領域の面積の比率を変化させて設定する。伝搬距離１００ｍｍを想定し、光線入射位置（距離＝０）では格子領域の面積比率を約１０％にして発光強度を抑制し、そこから徐々に比率を大きくして、終端位置では１００％に設定している。【００５５】
図１１Ｃは、面積補償後の発光強度分布を示す図である。ここでは、図１１Ｂに示す回折格子領域の面積比率を設定し、発光強度分布を補償している。図１１Ａの発光強度分布と比較し、伝搬距離に対する変化が緩和されている。そして赤色光（波長０．６５μｍ）の発光強度は、伝搬距離８０ｍｍまでの範囲で他の波長よりも大きくなっている。【００５６】
図１１Ｄは、伝搬距離ごとの発光スペクトルを示した図である。伝搬距離が短い区間（距離０〜６０ｍｍ）では赤色光が支配的であり、伝搬距離が長くなると（距離９０〜１００ｍｍ）青色光が支配的になってくる。【００５７】
本実施例によれば、赤色の波長の光を選択的に出射させる導光板を提供し、さらにその伝搬距離に対する発光強度分布を均一化することができる。
【実施例４】
【００５８】
実施例４では、光学素子として回折レンズを例に説明する。
図１２は、本実施例の回折レンズの構成を示す図である。（ａ）は比較用に従来のレンズ２００’の断面形状を、（ｂ）は本実施例のレンズ２００の断面形状を、（ｃ）はレンズ出射面の拡大図を示す。本実施例では、レンズの出射面２０２にブレーズ回折格子２０３を形成している。ブレーズ回折格子の回折作用によりレンズに屈折作用を付与し、出射面２０２の全体形状を変えずに、レンズの薄型化を実現している。すなわち、レンズの入射面は、従来の平面２０１’形状であったものを凹面２０１であるメニスカス形状とすることができ、光軸中心でのレンズ厚さｔは、２２．７ｍｍから１５．４４ｍｍに減少し、−３２％の薄肉化を実現した。本実施例では出射面の形状を変えていないので、例えば自動車用ヘッドライトのようにレンズの外観を変えずに使用する用途に好適である。なお、回折レンズ２００の配光特性は、回折光の高次成分が平均化されるため、従来レンズ２００’と同様である。【００５９】
以下、回折レンズのレンズデータについて、具体例を２通り示す。回折レンズでは高次回折光を使用することで、同じ薄型化形状を実現するための回折格子形状、すなわち格子ピッチ（輪帯幅）と格子深さ（輪帯深さ）の関係を変更することができる。【００６０】
図１３は、輪帯数＝６５９本とする第１例のレンズデータを示す図ある。（ａ）はレンズ基本データ、（ｂ）は各半径位置での輪体幅ｐの大きさ、（ｃ）はレンズ中心付近での実輪帯形状を示している。出射面のベース形状を維持しながら回折格子（輪帯）を形成していることが分かる。【００６１】
図１４は、輪帯数＝２２０本とする第２例のレンズデータを示す図ある。（ａ）はレンズ基本データ、（ｂ）は各半径位置での輪体幅ｐの大きさ、（ｃ）はレンズ中心付近での実輪帯形状を示している。図１３と比較し輪帯数を少なくしたことにより、輪帯幅と輪帯深さは大きくなっている。【００６２】
本実施例によれば、出射面に回折格子を形成したレンズとすることにより、レンズの大幅な薄肉化を実現し、レンズ成形時間の短縮とコスト低減が図れる。
【実施例５】
【００６３】
実施例５では、実施例１〜３の波長選択性を有する光学素子（導光板）を用いた灯具装置について説明する。【００６４】
図１５は、本実施例の灯具装置の構成を示す断面図である。灯具装置は、光源３００、レンズ部３０１、導光体３０２、リフレクタ３０３を備えて構成される。レンズ部３０１は出射面が凸面であり、導光体３０２はレンズ部３０１の外周にリング状に配設している。導光体３０２の内周面には、ブレーズ回折格子３０４が形成されている。このブレーズ回折格子３０４は、実施例１〜３で述べたように、回折条件に従い特定波長の光を選択的に出射する。【００６５】
光源３００から出射し、リフレクタ３０３で反射された光源光は、レンズ部３０１にて集光される。レンズ部３０１の中央部を通過した光はそのまま主照明光３１０として前方へ出射する。一方、レンズ部３０１の周辺部を通過した光は、ブレーズ回折格子３０４に入射し、回折光の一部は導光体３０２内を伝搬してリング状の副照明光３１１として前方へ出射する。光源３００が白色光の場合、主照明光３１０は白色光となるが、リング状の副照明光３１０は回折格子形状で決まる特定波長の照明光とすることができる。その際、リング状の回折格子形状を円周方向位置にて異ならせれば、円周位置にて異なる色（例えば赤色と黄色）の副照明光３１０とすることができる。着色した副照明光３１０は回折作用により発生したものであるから、導光板３０２内での吸収ロスがなく、光伝達効率が優れたものとなる。【００６６】
本実施例によれば、１つの光源を用いながら複数種類の色の照明光を効率良く出射することのできる、簡単な構造の灯具装置を実現できる。
【符号の説明】
【００６７】
１０１：導光板基板、
１０２：光源、
１０３，１１３，１１４：入射光、
１０４，１０５，１０６：格子領域、
１０７〜１１２：ブレーズ回折格子（副格子領域）、
１１７，１１８：平坦領域、
１２０：拡散板、
１２１：支持部材、
１２２：金属反射膜、
２００：回折レンズ、
２０１：入射面、
２０２：出射面、
２０３：ブレーズ回折格子、
２０１：入射面、
３００：光源、
３０１：レンズ部、
３０２：導光体、
３０３：リフレクタ、
３０４：ブレーズ回折格子、
３１０，３１１：照明光。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図７Ｄ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図１０】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１１Ｃ】
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【図１１Ｄ】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【国際調査報告】
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