(57)【要約】      （修正有）【課題】光照射パターンの色分離を生じにくくする。【解決手段】光学素子１は、平板状の光学素子であって、回折光学素子部１０と、回折光学素子部の周囲に配置された幾何光学素子部１１を含み、回折光学素子部と幾何光学素子部とが入射光に対する相補的な波長分散特性を有する。この光学素子において、例えば、回折光学素子部の光照射パターンは、中心部ほど波長が短く外側へ向かうほど波長が長い光成分を有し、幾何光学素子部の光照射パターンは、中心部ほど波長が長く外側へ向かうほど波長が短い光成分を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
平板状の光学素子であって、
回折光学素子部と、
前記回折光学素子部の周囲に配置された幾何光学素子部と、
を含み、
前記回折光学素子部と前記幾何光学素子部とが入射光に対する相補的な波長分散特性を有する、
光学素子。
【請求項２】
前記回折光学素子部の光照射パターンは、中心部ほど波長が短く外側へ向かうほど波長が長い光成分を有し、
前記幾何光学素子部の光照射パターンは、中心部ほど波長が長く外側へ向かうほど波長が短い光成分を有する、請求項１に記載の光学素子。
【請求項３】
前記幾何光学素子部は、光を入射させる入射面、当該入射面から入射する前記光を反射させる反射面、及び当該反射面で反射した前記光を屈折させる屈折面を有する、請求項１又は２に記載の光学素子。
【請求項４】
前記回折光学素子部は、平面視において矩形状又は円形状に設けられ、
前記幾何光学素子部は、前記回折光学素子部の周囲に環状に設けられている、請求項１〜３の何れか１項に記載の光学素子。
【請求項５】
請求項１〜４の何れか１項に記載の光学素子と、
当該光学素子へ光を入射させる光源と、
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、配光制御に用いられる光学素子並びにこの光学素子を用いる照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
配光制御に用いられる光学素子の先行例は、例えば特許第４４７８０２８号公報（特許文献１）に開示されている。この先行例に係る光学素子は、ＬＥＤ素子、ハウジングおよびマイクロ光学要素を含んで構成され、ＬＥＤ素子から発光した光とハウジングから反射した光をレンズに入射させることで配光制御を行うものである。そして、マイクロ光学要素は、中心部に屈折光学要素を配置し、その周辺に回折光学要素を配置して構成されている。このマイクロ光学要素に入射する光は、マイクロ光学要素の中心付近においては屈折作用によって配光制御され、周辺においては回折作用によって配光制御される。マイクロ光学要素のサイズは、屈折光学要素については数波長から数十波長までのオーダであり、回折光学要素については約１波長から数波長までのオーダである。
【０００３】
ところで、先行例にかかる光学素子に対して多波長光源(白色光源)からの光を入射させた場合には、回折光学要素および屈折光学要素で色収差が生じるため。光学素子から出射する光の照射パターンに色分離が生じるという点で改良の余地がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４４７８０２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明に係る具体的態様は、光照射パターンの色分離を生じにくくすることが可能な配光制御技術を提供することを目的の１つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る一態様の光学素子は、（ａ）平板状の光学素子であって、（ｂ）回折光学素子部と、（ｃ）回折光学素子部の周囲に配置された幾何光学素子部とを含み、（ｄ）回折光学素子部と幾何光学素子部とが入射光に対する相補的な波長分散特性を有する、ことを特徴とする光学素子である。例えば、この光学素子において、回折光学素子部の光照射パターンは、中心部ほど波長が短く外側へ向かうほど波長が長い光成分を有し、幾何光学素子部の光照射パターンは、中心部ほど波長が長く外側へ向かうほど波長が短い光成分を有する。
【０００７】
上記の光学素子を、回折光学素子部が光源の光軸と重なるようにして配置して光源からの光を入射させ、回折光学素子部と幾何光学素子部のそれぞれによって配光制御された光照射パターンが重なり合うことにより、それぞれによる色収差が相補的に補正される。したがって、光照射パターンの色分離を生じにくくすることが可能となる。特に、上記の光学素子は、光源の配光が広いと配光制御が難しい回折光学素子を内側に配置し、幾何光学素子部を外側に配置しているので、比較的に光照射範囲が広くなる場合においても良好な光照射パターンを得ることができる。
【０００８】
上記の光学素子において、例えば、幾何光学素子部は、光を入射させる入射面、当該入射面から入射する光を反射させる反射面、及び当該反射面で反射した光を屈折させる屈折面を有する。
【０００９】
これにより、光源から幾何光学素子部に対して斜め入射する光を入射面から取り入れ、これを反射面で反射させて屈折面へ導き、屈折面にて光を屈折させるときに光の波長分散を生じさせることにより上記した光照射パターンを得ることができる。
【００１０】
上記の光学素子において、回折光学素子部は、平面視において矩形状又は円形状に設けられ、幾何光学素子部は、回折光学素子部の周囲に環状に設けられることも好ましい。
【００１１】
これにより、光源から放射状に出射する光を効率よく取り込んで配光制御することができる。
【００１２】
本発明に係る一態様の照明装置は、上記した何れかの光学素子と、この光学素子へ光を入射させる光源を備えることを特徴とする。
【００１３】
上記の照明装置によれば、光照射パターンの色分離を生じにくくすることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１（Ａ）は光学素子の構成を示す模式的な平面図であり、図１（Ｂ）は光学素子を含んで構成されるストロボ装置（照明装置）の構成を示す模式的な断面図である。
【図２】図２は回折光学素子部の構造の一例を示す模式的な平面図である。
【図３】図３は幾何光学素子部の構造の一例を示す模式的な部分断面図である。
【図４】図４は光学素子による配光制御作用を説明するための概略図である。
【図５】図５は光学素子の他の構成例を示す模式的な平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下に、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００１６】
図１（Ａ）は、光学素子の構成を示す模式的な平面図である。図１（Ａ）に示す本実施形態の光学素子１は、中心部に配置された矩形状の回折光学素子部１０と、回折光学素子部１０の周囲に平面視で環状に配置された幾何光学素子部１１を含んで構成されている。回折光学素子部１０は、光学素子１の表面に設けられている。また、幾何光学素子部１１は、光学素子１の表面側に配置された部分と裏面側に配置された部分を有する（後述の図１（Ｂ）参照）。
【００１７】
図１（Ｂ）は、上記の光学素子を含んで構成されるストロボ装置（照明装置）の構成を示す模式的な断面図である。図１（Ｂ）に示す本実施形態のストロボ装置は、平板上の光学素子１と、この光学素子１へ光を入射させる白色光源（白色ＬＥＤ）２と、白色光源２を支持する基板３と、この基板３上において白色光源２を取り囲んで設けられたハウジング４を含んで構成されている。図１（Ｂ）に示すように、光学素子１はハウジング４の上部に固定されており、白色光源２は光学素子１、基板３およびハウジング４によってほぼ密閉されている。なお、白色光源２は、ＬＥＤ素子と蛍光体を組み合わせて構成されていてもよい。
【００１８】
図２は、回折光学素子部１０の構造の一例を示す模式的な平面図である。図２に示す回折光学素子１０は、例えば各々が数十μｍ角の微小な複数のグレーティングセル（ＤＯＥ：Diffractive  Optics  Elements）を配列して構成されている。図２において、白黒ラインは高さ方向（厚さ方向）を簡易に表現しており、黒色部分は相対的に高い面を示し、白色部分は相対的に低い面を示している。これらの白色ラインのピッチや回転方向により光の照射方向が決定される。このような複数のグレーティングセルを配列して構成された回折光学素子１０を用いることで、各グレーティングセルにより目的とする方向に光が振り分けられる。
【００１９】
図３は、幾何光学素子部１１の構造の一例を示す模式的な部分断面図である。図３に示す幾何光学素子部１１は、光学素子１の裏面（白色光源２に近い面）に設けられる入射面１１１および反射面（全反射面）１１２と、光学素子１の表面（白色光源２から遠い面）に設けられる屈折面１１３を含んで構成されている。入射面１１１は、白色光源２から出射される光の進路に対してほぼ直交するように配置されている。それにより、図示のように、白色光源２から入射する光はこの入射面１１１では屈折せず、そのままの進路で光学素子１の内部へ入射する。なお、厳密に屈折が生じないようにする必要はなく、入射する光を比較的小さい屈折角で屈折させる角度で入射面１１１が配置されていてもよい。反射面１１２は、入射面１１１から入射する光が全反射条件を満たして反射し、白色光源２の光軸ＡＸへ近づく方向へ進行するように配置されている。屈折面１１３は、反射面１１２で反射する光を屈折させ、波長が相対的に長い成分（例示では赤色成分Ｌｒ）ほど白色光源２の光軸ＡＸに近くへ向かい、波長が相対的に短い成分（例示では青色成分Ｌｂ）ほど白色光源２の光軸ＡＸから遠くへ向かって分散するように配置されている。このことから、光学素子１は、白色光に対して略透明であり、屈折率に正の分散をもつ材料で形成される必要がある。
【００２０】
図４は、光学素子による配光制御作用を説明するための概略図である。白色光源２から放射された光の中心部分の成分は光学素子１の回折光学素子部１０により、例えば携帯電話用のストロボ装置の目標配光（一例として、上下配光および左右配光が全角６４°で中心光度５０％）に配光制御される。このとき、回折光学素子の一般特性として幾何光学素子とは逆の色収差が生じるため、回折光学素子部１０による回折光照射パターンには、中心が波長の短い光成分（例示の「青」）で外側へ向かうほど波長の長い光成分（例示の「緑」、「赤」）という状態の色ムラを生じる。これに対して、白色光源２から放射された光の周辺部分の成分は、回折光学素子部１０の周囲に環状に配置された幾何光学素子部１１により配光制御される。このとき、幾何光学素子部１１による屈折光照射パターンには、中心が波長の長い光成分（例示の「赤」）で外側へ向かうほど波長の短い光成分（例示の「緑」、「青」）という状態の色ムラを生じる。したがって、これらの回折光照射パターンと屈折光照射パターンを重ね合わせることにより、対象物の一例としてのスクリーン５上には色収差が相互に補正された色ムラの少ない合成光照射パターンが得られる。
【００２１】
図５は、光学素子の他の構成例を示す模式的な平面図である。図５に示す光学素子１ａは、中心部に配置された円形状の回折光学素子部１０ａと、回折光学素子部１０ａの周囲に平面視で環状に配置された幾何光学素子部１１ａを含んで構成されている。回折光学素子部１０ａ、幾何光学素子部１１ａのそれぞれの具体的な構造例は上記と同様であり（図２、図３参照）、これらによって生じる効果も上記と同様である（図４参照）。このように、白色光源を中心にした円の範囲に回折光学素子部を設けて配光制御することも可能である。すなわち、回折光学素子部と幾何光学素子部のそれぞれの平面形状は目的とする配光制御状態に応じて種々に変えることが可能である。
【００２２】
以上のような本実施形態によれば、光源の光軸と重なるようにして内側に配置された回折光学素子部とその周囲に配置された幾何光学素子部のそれぞれによって配光制御された光照射パターンを重ね合わせることで、それぞれによる色収差が相補的に補正される。したがって、光照射パターンの色分離を生じにくくすることが可能となる。特に、本実施形態の光学素子は、光源の配光が広いと配光制御が難しい回折光学素子を内側に配置し、幾何光学素子部を外側に配置しているので、比較的に光照射範囲が広くなる場合においても良好な光照射パターンを得ることができる。
【００２３】
なお、本発明は上述した実施形態の内容に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において種々に変形して実施をすることが可能である。例えば、上記した実施形態はデジタルスチールカメラ、カメラ付き携帯電話、ビデオカメラ等におけるＬＥＤを光源とするストロボ装置について例示していたが、本発明の適用範囲はこれに限定されず、屋内照明、街路灯、懐中電灯等の一般照明器具、自動車用照明灯具、二輪車用灯具など種々の照明装置に適用することが可能である。
【符号の説明】
【００２４】
１：光学素子
２：白色光源
３：基板
４：ハウジング
５：スクリーン
１０、１０ａ：回折光学素子部
１１、１１ａ：幾何光学素子部
１１１：入射面
１１２：反射面（全反射面）
１１３：屈折面
【図１】
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【図２】
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【図３】
2013190522.tif 000005
【図４】
2013190522.tif 000006
【図５】
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