(57)【要約】      （修正有）【課題】角度調整機構を用いることなく所望の角度で照射することができ、照明装置の小型化を実現できる。【解決手段】入射されるコリメート光ａを全反射させて屈折させるプリズム面Ａ１〜Ｆ１と、屈折させた屈折光ａ２を出射光ａ１として出射する出射面Ａ２〜Ｆ２を備えた複数のプリズム部Ａ〜Ｆを一体に有し、プリズム部Ａ〜Ｆは、プリズム面Ａ１〜Ｆ１が夫々一方向に向くように配列され、且つ出射面Ａ２〜Ｆ２側で隣り合うプリズム部Ｂ〜Ｆの頂点Ｐが、出射光ａ１が接触しない位置となるように形成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射されるコリメート光を全反射させて屈折させるプリズム面と、屈折させた屈折光を出射光として出射する出射面を備えた複数のプリズム部を一体に有し、前記プリズム部は、前記プリズム面が夫々一方向に向くように配列され、且つ前記出射面側で隣り合う前記プリズム部の頂点が、前記出射光が接触しない位置となるように形成されていることを特徴とする光学素子。
【請求項２】
入射されるコリメート光を全反射させて屈折させるプリズム面と、屈折させた屈折光を出射光として出射する出射面を備えた複数のプリズム部を一体に有し、前記プリズム部は、前記プリズム面が夫々一方向に向くように配列され、且つ前記プリズム面の傾斜角が、前記出射光を前記出射面側で隣り合う前記プリズム部の頂点に接触させない角度で出射させる角度となるように形成されていることを特徴とする光学素子。
【請求項３】
入射されるコリメート光を全反射させて屈折させるプリズム面Ａ１，Ｂ１と、屈折させた屈折光ａ２を出射光ａ１として出射する出射面Ａ２，Ｂ２を備えた複数のプリズム部Ａ，Ｂを一体に有し、前記プリズム部Ａ，Ｂは、前記プリズム面Ａ１，Ｂ１が夫々一方向に向くように配列されており、前記プリズム部Ａ及び前記プリズム部Ｂは、前記プリズム部Ａ，Ｂにおける前記プリズム面Ａ１，Ｂ１の始点Ｐ１の座標を０，０、前記プリズム部Ａのプリズム幅をＷ１、該プリズム幅Ｗ１と同幅とし、前記プリズム部Ａにおける前記プリズム面Ａ１と前記出射面Ａ２側で隣り合う前記プリズム部Ｂのプリズム幅をＷ２、前記プリズム部Ａ，Ｂの屈折率をＮ、空気の屈折率を１、としたとき、前記コリメート光ａの入射方向とプリズム幅Ｗ１，Ｗ２方向で直交する直角線Ｌに対する前記プリズム面Ａ１，Ｂ１の傾斜角θ１が、下記数式(１)により特定され、前記プリズム面Ａ１，Ｂ１で屈折する屈折光ａ２，ｂ２の屈折角度θ２が、下記数式(２)により特定され、前記始点Ｐ１から前記プリズム部Ａ，Ｂの出射面Ａ２，Ｂ２に至る前記屈折光ａ２，ｂ２の座標Ｑ１が、下記数式(３)により特定され、前記プリズムＢの頂点Ｐの位置が、下記数式(４)により特定されて、形成されていることを特徴とする光学素子。
【数１】
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【数２】
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【数３】
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【数４】
2013186943.tif 000014
【請求項４】
前記請求項１乃至３何れか１項記載の光学素子と、光源と、前記光源からの光をコリメートするとともに、前記光学素子にコリメート光を入射するコリメート部と、が備えられていること、また前記請求項１乃至３何れか１項記載の光学素子とコリメート光を入射するコリメート部が一体型が特徴の照明装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学素子及びこの光学素子を備えた照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
劇場の舞台やテレビスタジオ等での演出に用いられる照明装置は、特許文献１に記載されているように、光源として発光ダイオード素子（以下、「ＬＥＤ」という）を用い、このＬＥＤから広範囲に拡がる光をリフレクタ及びリフレクタ型レンズによってコリメートするものが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−２６６２４２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、特許文献１の従来技術ではコリメート光とすることを目的としており、ある角度を持った方向に照射したい場合は、照明装置の筐体側に角度調整機構を設け、光源及び光学素子を傾けることで照射しなければならなかった。そのためＬＥＤや光学素子が小さくても、角度調整機構を設けることで照明装置が大型化してしまう問題や、狭小空間に設置する場合に、角度調整機構が舞台機構や他の照明機材と接触するなどの問題があった。
【０００５】
本発明は、以上の問題に対処する一例とするものである。すなわち、角度調整機構を用いることなく、所望の角度に照射することができるとともに、照明装置の小型化を実現できること、照明装置を小型化することで、狭小空間に照明装置を設置できるとともに、舞台上での演出の空間を広げることができること、等が本発明の目的である。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
このような目的を達成するために、本発明は、以下の構成を具備するものである。
【０００７】
入射されるコリメート光を全反射させて屈折させるプリズム面と、屈折させた屈折光を出射光として出射する出射面を備えた複数のプリズム部を一体に有し、前記プリズム部は、前記プリズム面が夫々一方向に向くように配列され、且つ前記出射面側で隣り合う前記プリズム部の頂点が、前記出射光が接触しない位置となるように形成されていることを特徴とする光学素子。
【０００８】
入射されるコリメート光を全反射させて屈折させるプリズム面と、屈折させた屈折光を出射光として出射する出射面を備えた複数のプリズム部を一体に有し、前記プリズム部は、前記プリズム面が夫々一方向に向くように配列され、且つ前記プリズム面の傾斜角が、前記出射光を前記出射面側で隣り合う前記プリズム部の頂点に接触させない角度で出射させる角度となるように形成されていることを特徴とする光学素子。
【０００９】
入射されるコリメート光を全反射させて屈折させるプリズム面Ａ１，Ｂ１と、屈折させた屈折光ａ２を出射光ａ１として出射する出射面Ａ２，Ｂ２を備えた複数のプリズム部Ａ，Ｂを一体に有し、前記プリズム部Ａ，Ｂは、前記プリズム面Ａ１，Ｂ１が夫々一方向に向くように配列されており、前記プリズム部Ａ及び前記プリズム部Ｂは、前記プリズム部Ａ，Ｂにおける前記プリズム面Ａ１，Ｂ１の始点Ｐ１の座標を０，０、前記プリズム部Ａのプリズム幅をＷ１、該プリズム幅Ｗ１と同幅とし、前記プリズム部Ａにおける前記プリズム面Ａ１と前記出射面Ａ２側で隣り合う前記プリズム部Ｂのプリズム幅をＷ２、前記プリズム部Ａ，Ｂの屈折率をＮ、空気の屈折率を１、としたとき、前記コリメート光ａの入射方向とプリズム幅Ｗ１，Ｗ２方向で直交する直角線Ｌに対する前記プリズム面Ａ１，Ｂ１の傾斜角θ１が、下記数式（１）により特定され、前記プリズム面Ａ１，Ｂ１で屈折する屈折光ａ２，ｂ２の屈折角度θ２が、下記数式（２）により特定され、前記始点Ｐ１から前記プリズム部Ａ，Ｂの出射面Ａ２，Ｂ２に至る前記屈折光ａ２，ｂ２の座標Ｑ１が、下記数式（３）により特定され、前記プリズムＢの頂点Ｐの位置が、下記数式（４）により特定されて、形成されていることを特徴とする光学素子。
【数１】
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【数２】
2013186943.tif 000004
【数３】
2013186943.tif 000005
【数４】
2013186943.tif 000006
【００１０】
前述の光学素子と、光源と、前記光源からの光をコリメートするとともに、前記光学素子にコリメート光を入射するコリメート部と、が備えられていることを特徴とする照明装置。この照明装置においては、光学素子とコリメート部が分離可能な形態、或いは光学素子とコリメート部が分離不可能に一体にされた形態が含まれる。
【発明の効果】
【００１１】
以上構成とした光学素子によって、入射されるコリメート光を、角度調整機構を用いることなく、効率よく所望の角度に照射できるとともに、照明装置の小型化を実現できる。照明装置の小型化を実現したことで、狭小空間に照明装置を設置できるとともに、舞台上での演出の空間を広げることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明に係る実施形態の光学素子の概略構成図である。
【図２】本発明に係る実施形態の光学素子における光の屈折を示す作用図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明に係る実施形態の光学素子１及びこの光学素子１を備えた照明装置２を図面に基づいて説明する。
【００１４】
ここで、光学素子１が備えられる照明装置２は、主に、劇場の舞台やテレビスタジオ等で、演出照明に使用されるフットライトであることが好ましいが、このようなフットライト以外の照明装置にも適用できる。
【００１５】
図１は、光学素子１を備えた照明装置２の構成図である。
【００１６】
光学素子１は、入射されるコリメート光ａを屈折させる６個のプリズム部Ａ〜Ｆを一体に有している。光学素子１におけるプリズム部Ａ〜Ｆは、例示した６個に限らない。
【００１７】
プリズム部Ａ〜Ｆは、全て同じ屈折率及び大きさに形成され、プリズム面Ａ１，Ｂ１，Ｃ１，Ｄ１，Ｅ１，Ｆ１が、夫々一方向に向くように配列されている。プリズム部Ａ〜Ｆは、その各頂点Ｐが、出射面Ａ２，Ｂ２，Ｃ２，Ｄ２，Ｅ２，Ｆ２方向に向かって、段階的に低くなるように形成されている。
【００１８】
プリズム部Ａ〜Ｆは、プリズム面Ａ１，Ｂ１，Ｃ１，Ｄ１，Ｅ１，Ｆ１で全反射して屈折し、出射面Ａ２，Ｂ２，Ｃ２，Ｄ２，Ｅ２から出射する出射光ａ１が、出射光ａ１側の隣り合うプリズム部Ｂ〜Ｆの頂点Ｐに接触しないように、この頂点Ｐの位置及びプリズム面Ａ１，Ｂ１，Ｃ１，Ｄ１，Ｅ１，Ｆ１の傾斜角θ１(図２参照)の角度が設定されている。
【００１９】
光学素子１における頂点Ｐと対向する端部には、入射面１０が形成されている。この入射面１０は、出射面Ａ２，Ｂ２，Ｃ２，Ｄ２，Ｅ２，Ｆ２に対して直交するように形成されている。
【００２０】
プリズム部Ａの頂点Ｐの位置とプリズムＦの頂点Ｐの位置との段差の高さは、１０ｍｍ前後であることが好ましく、この程度の高さの段差とすることで、光学素子１の段差が目立たないように、ほぼフラットな面として視覚させることができる。
【００２１】
このような光学素子１によると、入射面１０から光学素子１に入射されるコリメート光ａを、プリズム部Ａ〜Ｆがコリメート光ａの方向と交差する方向に全反射させて屈折する屈折光ａ２を、出射面Ａ２〜Ｆ２から出射光ａ１として出射させることができる。また、夫々に隣り合うプリズム部Ａ〜Ｅの出射面Ａ２〜Ｅ２から出射される出射光ａ１を、プリズム部Ｂ〜Ｆの頂点Ｐに接触しないようにしたので、出射光ａ１の全てを目的の方向に照射することができる。
【００２２】
照明装置２は、前述の光学素子１と、光源３と、光源３からの光ａ’をコリメートするとともに、コリメート光ａを光学素子１に入射するコリメート部４とが備えられている。この照明装置２は、フットライトであり、光学素子１が上方（コリメート光ａの出射方向）を向くように設置され、出射光ａ１をコリメート光ａと交差する方向（鉛直面方向）に照射するものである。
【００２３】
光学素子１は、入射面１０が、コリメート部４の一端部の開放部４０を塞ぐように配置されている。光学素子１は、コリメート部４に対して着脱可能であり、演出に応じた照明ができる光学素子１に交換できるようになっている。
【００２４】
光源３は、ＬＥＤであり、コリメート部４の他端部に入射面１０と対向するように、筒状部４１に配置されており、光ａ’をコリメート部４内に出射できるようにされている。
【００２５】
コリメート部４は、リフレクタ５と、レンズ６と、光源３が挿入される透明な筒状部４１が備えられている。
【００２６】
リフレクタ５は、内側周囲に反射面５０を備えている。この反射面５０が、広範囲に拡がって筒状部４１の周面を透過する光源３からの光ａ’を反射することで、この光ａ’を入射面１０と直交する方向にコリメートするとともに、コリメート光ａとして入射面１０から光学素子１に入射するようになっている。
【００２７】
レンズ６は、筒状部４１における光学素子１側の端部に、光源３と対向するように配設されており、広範囲に拡がる光源３からの光ａ’を透過させることで、この光ａ’を入射面１０と直交する方向にコリメートするとともに、コリメート光ａとして入射面１０から光学素子１に入射するようになっている。
【００２８】
このような照明装置２によると、コリメート部４が光源３からの光ａ’を入射面１０と直交する方向にコリメートするとともに、コリメート光ａとして入射面１０から光学素子１に入射することができる。また、入射したコリメート光ａを、プリズム部Ａ〜Ｆによって、コリメート光ａの方向と交差する方向に全反射させて出射させることができる。また、プリズム部Ａ〜Ｅから出射された出射光ａ１を、プリズム部Ｂ〜Ｆの頂点Ｐに接触させずに、その全てを鉛直面方向に照射させることができる。
【００２９】
すなわち、照明装置２は、光学素子１を上方に向けて設置することで、出射光ａ１の全てを鉛直面方向に照射することができるので、鉛直面照度を必要とするフットライトにおいて、極めて効率的に照射することができ、しかも、角度調整機構を必要とせずに出射光ａ１を鉛直面方向に照射することができる。
【００３０】
したがって、角度調整機構を用いることなく所望の角度に照射できるとともに、照明装置２の小型化を実現でき、これによって、狭小空間に照明装置２を設置できるとともに、舞台上での演出の空間を広げることができる。
【００３１】
図２は、光学素子１におけるコリメート光ａの屈折及び出射光ａ１の出射方向を示す作用図である。尚、以下では、プリズム部Ａ，Ｂのみを図示して説明する。
【００３２】
プリズム部Ａから全反射して出射される出射光ａ１をプリズム部Ｂの頂点Ｐに接触させないようにした光学素子１におけるプリズム部Ａ，Ｂは、以下の数式により構成できる。
【００３３】
以下では、プリズム部Ａにおける前記プリズム面Ａ１の始点Ｐ１の座標を０，０、
プリズム部Ａのプリズム幅をＷ１、プリズム部Ｂのプリズム幅をＷ２、
プリズム幅Ｗ１＝プリズム幅Ｗ２、
プリズム部Ａ，Ｂの屈折率をＮ、
空気の屈折率を１、
とする。
【００３４】
コリメート光ａの入射方向に対してプリズム幅Ｗ１方向で直交する直角線Ｌに対するプリズム面Ａ１の傾斜角θ１は、数式（１）により算出することができる。
【００３５】
【数５】
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【００３６】
プリズム面Ａ１の始点Ｐ１で反射して屈折する屈折光ａ２の屈折角度θ２は、数式（２）により算出することができる。
【００３７】
【数６】
2013186943.tif 000008
【００３８】
プリズム部Ａの出射面Ａ２に至る屈折光ａ２の座標Ｑ１は、数式（３）により算出することができる。
【００３９】
【数７】
2013186943.tif 000009
【００４０】
座標Ｑ１が特定されると、出射面Ａ２から出射される出射光ａ１の直角線Ｌに対する屈折角度θ３は、前述した空気の屈折率の値によって特定される。
【００４１】
プリズムＢの頂点Ｐの位置は、数式（４）により算出することができる。
【００４２】
【数８】
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【００４３】
以上の数式（１）〜（４）により、プリズム部Ａの傾斜角θ１，屈折角度θ２，座標Ｑ１の位置，屈折角度θ３を特定するとともに、プリズム部Ｂの頂点Ｐの位置を特定することによって、コリメート光ａを、プリズム部Ａ〜Ｆによって、コリメート光ａの方向と交差する方向に全反射させて出射させることができる。また、プリズム部Ａ〜Ｅから出射された出射光ａ１を、プリズム部Ｂ〜Ｆの頂点Ｐに接触させずに、その全てを鉛直面方向に照射させることができる光学素子１を構成することができる。
【００４４】
また、プリズム部Ｂ以降においても、前述の数式（１）〜（４）によって、プリズム部Ｂ〜Ｆの傾斜角θ１，屈折角度θ２，座標Ｑ１の位置，屈折角度θ３，頂点Ｐの位置を特定することによって、プリズム部Ｂ〜Ｅから出射する出射光ａ１を、夫々に隣り合うプリズム部Ｃ〜Ｆの頂点Ｐに接触させずに出射できるように構成することができる。
【００４５】
尚、本発明は、例示した実施の形態に限定するものではなく、特許請求の範囲の各項に記載された内容から逸脱しない範囲の構成による実施が可能である。
【符号の説明】
【００４６】
１：光学素子  ２：照明装置  ａ：コリメート光  ａ１：出射光  ａ’：光
ａ２：屈折光  Ａ：プリズム部  Ｂ：プリズム部  Ｃ：プリズム部  Ｄ：プリズム部
Ｅ：プリズム部  Ｆ：プリズム部  Ａ１：プリズム面  Ｂ１：プリズム面
Ｃ１：プリズム面  Ｄ１：プリズム面  Ｅ１：プリズム面  Ｆ１：プリズム面
Ａ２：出射面  Ｂ２：出射面  Ｃ２：出射面  Ｄ２：出射面  Ｅ２：出射面
Ｆ２：出射面  Ｐ：頂点  Ｐ１：始点  Ｑ１：座標  Ｗ１：プリズム幅
Ｗ２：プリズム幅  Ｌ：直角線  θ１：傾斜角  θ２：屈折角度  ３：光源
４：コリメート部
【図１】
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【図２】
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