(57)【要約】【課題】装置全体を小型化できると同時に、組立ての際の位置調整をすることなく各光学面の配置の精度を高精度な水準に固定化でき、且つ、高い効率で蛍光、発光、照明光などを微小な領域に集光することが可能な光学装置を提供する。【解決手段】透明な板状柱体１からなる光学装置である。側面は、長手方向の断面形状が、互いに外向きに凸面を向けて対向するとともに、一致する基準点Ｐを有し、さらに基準点を通る共通の軸ＡＸに対して対称な、２種類の２次曲線形状をなす、２次曲面１３ａ、１３ｂを有する。上面１３ｃ及び底面１３ｄは、互いに平行な平面であり、上面における基準点近傍には、発光体を保持する窪み４を有する。表面は、内部からの光を反射するとともに、いずれかの２次曲面１３ａ，１３ｂにおける軸ＡＸ近傍には、板状柱体１の内部からの光を透過する透過部１５を有する。【選択図】図１
2009128444.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明な板状柱体からなる光学装置であって、
前記板状柱体の側面は、２種類の２次曲線形状をなす２つの２次曲面を有し、
前記２つの２次曲面の各々は、互いに外向きに凸面を向けて対向するとともに、所定の基準点を通る共通の軸に対して対称な形状であり、
前記板状柱体の上面及び底面は、互いに平行な平面であり、
前記上面における前記所定の基準点の近傍には、凹部を有し、
前記板状柱体の表面は反射面となっており、
前記２つの２次曲面のうちいずれか一方の２次曲面は、前記共通の軸と交差する軸の近傍に、前記板状柱体の内部からの光を透過する透過部を有することを特徴とする光学装置。
【請求項２】
前記２つの２次曲面のうち、前記共通の軸と交差する位置から前記所定の基準点までの距離が長い２次曲面は、前記長手方向の断面形状において、２次曲線の両端を結ぶ距離が他方の２次曲面よりも長いことを特徴とする請求項１に記載の光学装置。
【請求項３】
前記２つの２次曲面と連接する２つの平面を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の光学装置。
【請求項４】
前記２つの２次曲面は、長手方向の断面形状が放物形状をなし、
前記所定の基準点が、前記２つの放物形状の焦点であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の光学装置。
【請求項５】
前記２つの平面が、前記所定の基準点を通り且つ前記共通の軸に対して垂直な方向に沿って設けられていることを特徴とする請求項３に従属する請求項４に記載の光学装置。
【請求項６】
前記２つの２次曲面のうち、一方は、長手方向の断面形状が楕円形状をなし、他方は、長手方向の断面形状が円形状をなし、
前記所定の基準点が、前記楕円形状の第一焦点と前記円形状の曲率中心であり、
前記楕円形状の第二焦点が、前記円形状の円周上に位置することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の光学装置。
【請求項７】
前記２つの平面が、前記所定の基準点から前記円形状の半径方向に沿って設けられていることを特徴とする請求項６に記載の光学装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光、蛍光、照明光など、発光体から発する光を効率よく微小な領域に集光させる光学装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の光学装置としては、例えば、次の特許文献１に記載の装置がある。
【０００３】
【特許文献１】特開平６−２５０２８８号公報
【０００４】
図５は特許文献１に記載の装置の概略構成を示す説明図である。
図５に示す装置は、回転楕円鏡５１と、光源５２と、球面鏡を備えている。光源５２は、回転楕円鏡５１の第一焦点Ｐ５１に配置されている。球面鏡５３は、その中央部に孔部５３ａを有している。さらに球面鏡５３では、その曲率中心が第一焦点Ｐ５１の位置にあり、且つその曲率半径が回転楕円鏡５１の第一焦点Ｐ５１と第二焦点Ｐ５２の間隔にほぼ等しくなっている。図５中、５４はコンデンサレンズを示している。図５において、光源５２から出た光は、回転楕円鏡５１で反射して、その第二焦点Ｐ５２の位置で収束した後、発散する。コンデンサレンズ５４は、この光束を、ほぼ平行光束にして照明対象物５５を照射する。
回転楕円鏡５１は、一部分が欠除した形状を有している。この欠除した部分は、照明対象物５５以外の部分を照射する光を反射する部分である。図５の構成では、光源５２から回転楕円鏡５１の欠除部分に向かう光が、光源５２からみて欠除部分の後ろ側にある球面鏡５３で反射する。これによって、反射された光は、欠除部分とは反対側にある回転楕円鏡５２の部分に入射する。入射した光は、回転楕円鏡５２で再び反射して照明対象物５５を照明する。
図５に記載の装置によれば、光源５２で発光した光のほとんどを回転楕円鏡５２の第二焦点位置Ｐ５２に集光させることができるので、発光利用効率の高い照明光束を得ることができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１に記載の装置は、回転楕円鏡や球面鏡など、光軸に対して回転対称な光学部材を用いているため、装置全体が光軸に対して垂直な所定方向に大型化してしまう。その結果、この装置を組み込んだ光学製品を製造する場合において配置スペースが光軸に対して垂直な所定方向に大きくとられて、光学製品全体が大型化してしまう。
また、特許文献１に記載の装置では、装置を組立てる際に、回転楕円鏡の第一焦点と球面鏡の曲率中心とが一致するように、回転楕円鏡と球面鏡の位置を高精度に調整する必要がある。しかし、そのような位置調整作業は煩雑であり、各装置の位置精度を同じレベルすることが難しい。
【０００６】
本発明は、上記従来の課題に鑑みてなされたものであり、高い効率で蛍光、発光、照明光などを微小な領域に集光することが可能な光学装置であって、装置全体を小型化できると同時に、各光学面の配置の精度を高精度に固定化することが可能な光学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】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明による光学装置は、透明な板状柱体からなる光学装置であって、前記板状柱体の側面は、２種類の２次曲線形状をなす、２つの２次曲面を有し、前記２つの２次曲面の各々は、互いに外向きに凸面を向けて対向するとともに、所定の基準点を通る共通の軸に対して対称な形状であり、前記板状柱体の上面及び底面は、互いに平行な平面であり、前記上面における前記所定の基準点の近傍には、凹部を有し、前記板状柱体の表面は反射面となっており、前記２つの２次曲面のうちいずれか一方の２次曲面は、前記共通の軸と交差する軸の近傍に、前記板状柱体の内部からの光を透過する透過部を有することを特徴としている。
【０００８】
また、本発明の光学装置においては、前記２つの２次曲面のうち、前記共通の軸と交差する位置から前記所定の基準点までの距離が長い２次曲面は、前記長手方向の断面形状において、２次曲線の両端を結ぶ距離が他方の２次曲面よりも長いのが好ましい。
【０００９】
また、本発明の光学装置においては、前記２つの２次曲面と連接する２つの平面を有するのが好ましい。
【００１０】
また、本発明の光学装置においては、前記２つの２次曲面は、長手方向の断面形状が、放物形状をなし、前記所定の基準点が、前記２つの放物形状の焦点であるのが好ましい。
【００１１】
また、本発明の光学装置においては、前記２つの平面が、前記所定の基準点を通り且つ前記共通の軸に対して垂直な方向に沿って設けられているのが好ましい。
【００１２】
また、本発明の光学装置においては、前記２つの２次曲面のうち、一方は、長手方向の断面形状が楕円形状をなし、他方は、長手方向の断面形状が円形状をなし、前記所定の基準点が、前記楕円形状の第一焦点と前記円形状の曲率中心であり、前記楕円形状の第二焦点が、前記円形状の円周上に位置するのが好ましい。
【００１３】
また、本発明の光学装置においては、前記２つの平面が、前記所定の基準点から前記円形状の半径方向に沿って設けられているのが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、高い効率で蛍光、発光、照明光などを微小な領域に集光することが可能な光学装置であって、装置全体を小型化すると同時に、組立ての際の位置調整をすることなく各光学面の配置の精度を高精度な水準に固定化することが可能な光学装置が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
実施形態の説明に先立ち、本発明の作用効果について補足説明する。
本発明の光学装置は、上記のように透明な板状柱体で構成したので、従来の回転対称な鏡を備えた光学装置に比べて、光軸に垂直な所定方向の厚みを格段に薄型化できる。
また、本発明の光学装置は、従来の光学装置のような回転楕円鏡と球面鏡とに夫々別個に備わる２つの２次曲面を、板状柱体に備えたので、従来の光学装置のように組立て時に２つの２次曲面の間で位置調整をしなくて済む。しかも、本発明の光学装置は、位置調整することなく、２つの２次曲面の配置精度を高精度に保つことができる。
このため、本発明によれば、装置全体を小型化できると同時に、組立ての際の位置調整をすることなく各光学面の配置の精度を高精度な水準に固定化でき、且つ、高い効率で蛍光、発光、照明光などを微小な領域に集光することが可能な光学装置が得られる。
【００１６】
第一実施形態
図１は第一実施形態にかかる光学装置の基本構成を示す説明図であり、(a)は真上からみた平面図、(b)は斜視図である。図２(a)〜(e)は、発光体から発光する光が光学装置から出射するまでの光線の軌跡を光軸に沿う断面で例示した説明図である。なお、便宜上、図２(a)〜(e)では、一部の光線で示してある。
第一実施形態の光学装置は、上面１１と底面１２と側面とで囲まれた透明な板状柱体１で構成されている。上面１１と底面１２は、共に平面に形成され、且つ、互いに平行に配置されている。側面は、第一の放物形状面１３ａと、第二の放物形状面１３ｂと、平面１３ｃ，１３ｄとで構成されている。
【００１７】
第一の放物形状面１３ａと第二の放物形状面１３ｂは、長手方向の断面形状がそれぞれ種類の異なる２つの放物形状をなしている。この２つの放物形状の面は、互いに外向きに凸面を向けて対向するように配置されている。さらに、第一の放物形状面１３ａと第二の放物形状面１３ｂは、各々の焦点位置が点Ｐで一致するように配置されている。点Ｐは所定の基準点であって、以下の説明では単に基準点Ｐと称する。また、第一の放物形状面１３ａの面頂、第二の放物形状面１３ｂの面頂及び基準点Ｐは、共通の軸ＡＸ上に位置している。そして、第一の放物形状面１３ａは、共通の軸ＡＸを含む仮想面に対して面対称となっている。同様に、第二の放物形状面１３ｂも、この仮想面に対して面対称となっている。
【００１８】
第一の放物形状面１３ａは、放物面の一部を帯状に切り取ったものである。ただし、本実施形態では、第一の放物形状面１３ａは、放物線を短手方向（ｘ方向）に平行移動して得た面となっている。すなわち、第一の放物形状面１３ａは、長手方向（ｙ方向）には光学的パワーを有するが、短手方向（ｘ方向）には光学的パワーを持っていない。同様に、第二の放物形状面１３ｂも、長手方向（ｙ方向）には光学的パワーを有するが、短手方向（ｘ方向）には光学的パワーを持っていない。
【００１９】
また、第二の放物形状面１３ｂでは、位置Ｐｂから基準点Ｐまでの距離ｄ１ｂが、位置Ｐａから基準点Ｐまでの距離ｄ１ａよりも長くなっている。さらに、第二の放物形状面１３ｂでは、距離ｄ２ｂが、距離ｄ２ａよりも長くなっている。ここで、位置Ｐｂは、第二の放物形状面１３ｂが軸ＡＸと交差する位置であって、第二の放物形状面１３ｂの面頂になる。同様に、位置Ｐａは、第一の放物形状面１３ａが軸ＡＸと交差する位置であって、第一の放物形状面１３ａの面頂になる。また、距離ｄ２ｂは、第二の放物形状面１３ｂにおける放物線の端部１３ｂ１，１３ｂ２（長手方向の断面形状）を結ぶ距離である。また、距離ｄ２ａは、第一の放物形状面１３ａにおける放物線の端部１３ａ１，１３ａ２を結ぶ距離である。いずれにおいても、放物線の形状は、長手方向の断面形状における形状である。
【００２０】
平面１３ｃ，１３ｄは、２つの放物形状面１３ａ，１３ｂと連接している。また、平面１３ｃ，１３ｄは、基準点Ｐを通り且つ共通の軸ＡＸに対して垂直な方向に沿って設けられている。
上面１１における基準点Ｐの近傍には、発光体を保持するための凹部が設けられている。この凹部は、本実施形態では孔１４である。
また、板状柱体１の表面には、板状柱体１の内部からの光を反射する反射膜が設けられている。但し、第二の放物形状面１３ｂにおける軸ＡＸの近傍部位は、反射膜を備えずに開口部１５となっている。開口部１５は、板状柱体１の内部からの光を透過する。なお、開口部１５の形状は、矩形、円形など、どのような形状でもよい。
【００２１】
さらに、孔１４の上方には、反射部材２が配置されている。反射部材２は、孔１４から上方に向って出射する光を、再び孔１４に向けて反射する。なお、反射部材２としては、反射面が基準点Ｐを中心する球面形状に形成されているものを用いるのが好ましい。このようにすると、孔１４から真上に向けて出射する光のみならず、所定の角度を有して出射する光を逆向きに反射させることができる。その結果、発光体からの光を、効率よく開口部１５から出射させることができる。
【００２２】
このように構成された第一実施形態の光学装置では、発光する試料などの発光体（図示省略）を孔１４に入れると、発光体から発した光は、以下のようにして、外部へ出射する。
発光体から発する光としては、まず、第一の放物形状面１３ａに向かう光がある。このうち、発光体から発して軸ＡＸに沿って進む光は、図２(a)に示すように、第一の放物形状面１３ａの位置Ｐａで逆向きに反射される。そして、反射された光は、軸ＡＸに沿って基準点Ｐを通過して第二の放物形状面１３ｂに向かい、位置Ｐｂを通って開口部１５から出射する。
【００２３】
次に、第一の放物形状面１３ａに向かう光としては、軸ＡＸに対して極く小さな傾斜角度を有して進む光がある。この光は、例えば図２(b)に示すように、第一の放物形状面１３ａの位置Ｐａの近傍で反射されて軸ＡＸに平行となる。そして、軸ＡＸの近傍を通って第二の放物形状面１３ｂに向かい、位置Ｐｂの近傍を通って開口部１５から出射する。
【００２４】
また、第一の放物形状面１３ａに向かう光としては、所定の傾斜角度を有して進む光がある。この光は、図２(b)に示したような光よりも大きな傾斜角度を有している。この光は、例えば図２(c)に示すように、第一の放物形状面１３ａで反射されて軸ＡＸに平行となる。平行になった光は、第二の放物形状面１３ｂに入射する。第二の放物形状面１３ｂに入射した光は、第二の放物形状面１３ｂで反射されて基準点Ｐを通過した後、放物形状面１３ａに向かう。以下、２つの放物形状面１３ａ，１３ｂで同様の反射を繰り返す。この反射を繰り返す光は、反射のたびに軸ＡＸに近づいていく。そして、軸ＡＸの近傍に到達すると、最後は第一の放物形状面１３ａで反射されて軸ＡＸに平行となる。この平行になった光は、軸ＡＸの近傍を通って第二の放物形状面１３ｂに向かい開口部１５から出射する。
【００２５】
一方、発光体から発する光としては、第二の放物面形状１３ｂに向かう光がある。この光としては、発光体から発して軸ＡＸに沿って進む光、及び軸ＡＸに対して極く小さな傾斜角度を有して進む光がある。これらの光は、例えば、図２(d)に示すように、開口部１５から出射する。
【００２６】
また、第二の放物面形状１３ｂに向かう光としては、傾斜角度を有して進む光がある。この光は、図２(d)に示したような光よりも大きな傾斜角度を有している。この光としては、２つの光がある。１つ目の光は、直線Ｌ１と直線Ｌ２の内側（位置Ｐｂ１から位置Ｐｂ２までの間）の範囲に向かう光である。２つ目の光は、直線Ｌ１よりも外側（位置Ｐｂ１から端部１３ｂ１までの間）の範囲、あるいは直線Ｌ２よりも外側（位置Ｐｂ２から端部１３ｂ２までの間）の範囲に向かう光である。ここで、直線Ｌ１は、軸ＡＸに平行で、端部１３ａ１を通る直線である。また、直線Ｌ２は、軸ＡＸに平行で、端部１３ａ２を通る直線である。また、位置Ｐｂ１は直線Ｌ１と第二の放物形状面１３ｂの交点、位置Ｐｂ２は直線Ｌ２と第二の放物形状面１３ｂの交点である。
【００２７】
１つ目の光は、例えば図２(e)に示すように、第二の放物形状面１３ｂで反射された後、軸ＡＸに平行となって第一の放物形状面１３ａに入射する。第一の放物形状面１３ａに入射した光は、第一の放物形状面１３ａで反射されて基準点Ｐを通過した後、第二の放物形状面１３ｂに向かう。以下、第二の放物形状面１３ｂ，第一の放物形状面１３ａで同様の反射を繰り返す。この反射を繰り返す光は、反射のたびに軸ＡＸから離れていく。そして、位置Ｐｂ１（Ｐｂ２）から端部１３ｂ１（１３ｂ２）までの間の所定部位に向かうようになる。
所定部位に入射した光は、第二の放物形状面１３ｂで反射された後、軸ＡＸに平行となって平面１３ｃ（１３ｄ）に入射する。ここで、平面１３ｃ（１３ｄ）は軸ＡＸに対して垂直な面となっている。そのため、平面１３ｃ（１３ｄ）に入射した光は、平面１３ｃ（１３ｄ）で逆向きに反射された後、第二の放物形状面１３ｂに向かう。第二の放物形状面１３ｂに入射した光は、第二の放物形状面１３ｂで反射されて基準点（焦点）Ｐを通過した後、第一の放物形状面１３ａに向かう。第一の放物形状面１３ａに入射した光は、第一の放物形状面１３ａで反射された後、軸ＡＸに平行となって放物形状面１３ｂに向かう。以下、第二の放物形状面１３ｂ，第二の放物形状面１３ａで同様の反射を繰り返す。この反射を繰り返す光は、反射のたびに軸ＡＸに近づいていく。そして、軸ＡＸの近傍に到達すると、最後は第一の放物形状面１３ａで反射されて軸ＡＸに平行となる。この平行になった光は、軸ＡＸの近傍を通って第二の放物形状面１３ｂに向かい開口部１５から出射する。
【００２８】
２つ目の光は、所定部位に直接入射した光である。よって、図２(e)に示した経路と同様の経路を辿り開口部１５から出射する。
【００２９】
なお、発光体から発して孔１４の真上及び真上近傍に向かう光は、孔１４の上方から出射する。出射した光は、反射部材２の反射面で逆向きに反射されて孔１４に戻る。また、発光体から発して孔１４の真下及び真下近傍に向かう光は、底面１２で反射されて発光体に戻る。この光は発光体を通過し、孔１４の真上に向かう。よって、発光体の真上（真上近傍）に向かう光と同じように、反射部材２の反射面で逆向きに反射されて孔１４に戻る。また、図２を用いて説明した光は、上面１１及び底面１２に対しても所定の入射角度を有して入射するが、上面１１と底面１２とで反射が繰り返されるので、開口部１５以外の部位から外部へ漏れ出すことはない。
【００３０】
開口部１５から出射した光は、様々な方法で検出することができる。例えば、開口部近傍にレンズを配置して、開口部１５から出射した光を集光して受光素子に入射させることができる。あるいは、開口部近傍に受光素子を配置して、開口部１５から出射した光をそのまま受光素子に入射させることができる。このようにすることで、開口部１５から出射した光をロスなく検出することができる。
【００３１】
このように、第一実施形態の光学装置では、第二の放物形状面１３ｂは、共通の軸ＡＸと交差する位置から基準点Ｐまでの距離が、第一の放物形状面１３ａよりも長くなるように配置され、両端を結ぶ距離ｄ２ｂが第一の放物形状面１３ａにおける両端を結ぶ距離ｄ２ａよりも長い。また、２つの平面１３ｃ，１３ｄが、基準点Ｐを通り且つ共通の軸ＡＸに対して垂直な方向に沿って設けられている。このため、第一実施形態の光学装置によれば、板状柱体１の表面で反射した光の殆どすべてを、開口部に向かわせることができる。よって、第一実施形態の光学装置によれば、発光体から発せられた光を高い効率で、すなわちロスを非常に少なくして開口部より取り出すことができる。
【００３２】
また、第一実施形態の光学装置によれば、光学装置を透明な板状柱体１で構成したので、従来の回転対称な鏡を備えた装置に比べて、格段に薄型化できる。また、透明な板状柱体１に２つの２次曲面（第一の放物形状面１３ａ，第二の放物形状面１３ｂ）を設けたので、従来の光学装置のように組立ての際に２つの２次曲面の位置調整をする必要がない。その結果、２つの２次曲面を高い精度で配置することができる。しかも、板状柱体１の上面１１及び底面１２は平面で構成したので、所定の光学装置の一部として組み込む場合に、位置を安定した状態に固定させやすい。
このように、第一実施形態の光学装置によれば、装置全体を小型化できると同時に、組立ての際の位置調整をすることなく各光学面の配置の精度を高精度な水準に固定化でき、且つ、高い効率で蛍光、発光、照明光などを微小な領域に集光することが可能となる。
尚、第一実施形態においては、開口部１５は第二の放物形状面１３ｂに設けたが、第一の放物形状面１３ａに設けてももちろんよい。
【００３３】
第二実施形態
図３は本発明の第二実施形態にかかる光学装置の基本構成を示す説明図であり、(a)は真上からみた平面図、(b)は斜視図である。図４(a)〜(c)は、発光体から発光する光が光学装置から出射するまでの光線の軌跡を光軸に沿う断面で例示した説明図である。なお、便宜上、図４(a)〜(c)では、一部の光線で示してある。
第二実施形態の光学装置は、上面１１’と底面１２’と側面とで囲まれた透明な板状柱体１’で構成されている。
上面１１’と底面１２’は、共に平面に形成され、且つ、互いに平行に配置されている。
側面は、楕円形状面１３ａ’と、円形状面１３ｂ’と、平面１３ｃ’，１３ｄ’とで構成されている。
【００３４】
楕円形状面１３ａ’は、長手方向の断面形状が、楕円形状をなしている。円形状面１３ｂ’は、長手方向の断面形状が、円形状をなしている。これらの楕円形状の面と円形状の面は、互いに外向きに凸面を向けて対向するように配置されている。また、楕円形状面１３ａ’と円形状面１３ｂ’は、楕円形状における第一焦点と円形状における曲率中心が、点Ｐ１’で一致するように配置されている。点Ｐ１’は所定の基準点であって、以下の説明では単に基準点Ｐ１’と称する。また、楕円形状における第二焦点が、円形状の円周上に位置している。第二焦点Ｐ２’も所定の基準点であって、以下の説明では単に基準点Ｐ２’と称する。楕円形状面１３ａ’の面頂、円形状面１３ｂ’の面頂、基準点Ｐ１’及び基準点Ｐ２’は、共通の軸ＡＸ’上に位置している。そして、楕円形状面１３ａ’は、共通の軸ＡＸ’を含む仮想面に対して面対称になっている。同様に、円形状面１３ｂ’も、仮想面に対して面対称になっている。
【００３５】
楕円形状面１３ａ’は、楕円面の一部を帯状に切り取ったものである。ただし、本実施形態では、楕円形状面１３ａ’は、楕円の周の一部を短手方向（ｘ方向）に平行移動して得た面となっている。すなわち、楕円形状面１３ａ’は、長手方向（ｙ方向）には光学的パワーを有するが、短手方向（ｘ方向）には光学的パワーを持っていない。同様に、円形状面１３ｂ’も、長手方向（ｙ方向）には光学的パワーを有するが、短手方向（ｚ方向）には光学的パワーを持っていない。
【００３６】
また、円形状面１３ｂ’では、位置Ｐｂ’から基準点Ｐ１’までの距離ｄ１ｂ’が、位置Ｐａ’から基準点Ｐ１’までの距離ｄ１ａ’よりも長くなっている。さらに、円形状面１３ｂ’では、距離ｄ２ｂ’が、距離ｄ２ａ’よりも長くなっている。ここで、位置Ｐｂ’は、円形状面１３ｂ’が軸ＡＸと交差する位置であって、円形状面１３ｂ’の面頂になる。同様に、位置Ｐａ’は、楕円形状面１３ａ’が軸ＡＸと交差する位置であって、楕円形状面１３ａ’の面頂になる。また、距離ｄ２ｂ’は、円形状面１３ｂ’における円弧の端部１３ｂ１’，１３ｂ２’（長手方向の断面形状）を結ぶ距離である。また、距離ｄ２ａ’は、楕円形状面１３ａ’における楕円の弧の端部１３ａ１’，１３ａ２’を結ぶ距離である。いずれにおいても、弧の形状は、長手方向の断面形状における形状である。
【００３７】
平面１３ｃ’，１３ｄ’は、楕円形状面１３ａ’及び円形状面１３ｂ’と連接している。また、平面１３ｃ’，１３ｄ’は、基準点Ｐ１’から外側に向かって設けられている。この方向は、円形状面１３ｂ’の半径方向に沿う方向である。
上面１１’における基準点Ｐ１’の近傍には、発光体を保持するための凹部が設けられている。この凹部は、本実施形態では孔１４’である。
また、板状柱体１’の表面には、板状柱体１’の内部からの光を反射する反射膜が設けられている。但し、円形状面１３ｂ’における軸ＡＸ’の近傍、即ち楕円形状面１３ａ’における楕円形状の第二焦点Ｐ２’を含む部位は、反射膜を備えずに開口部１５’となっている。開口部１５’は、板状柱体１’の内部からの光を透過する。なお、開口部１５’の形状は、矩形、円形など、どのような形状でもよい。
【００３８】
さらに、孔１４’の上方には、反射部材２’が配置されている。反射部材２’は、孔１４’から上方に向かって出射する光を、再び孔１４’に向けて販社する。なお、反射部材２’としては、反射面が基準点Ｐ１’を中心とする球面形状に形成されているものを用いるのが好ましい。このようにすると、孔１４’から真上に向けて出射する光のみならず、所定の角度を有して出射する光を逆向きに反射させることができる。その結果、発光体からの光を、効率よく開口部１５’から出射させることができる。
【００３９】
このように構成された第二実施形態の光学装置では、発光する試料などの発光体（図示省略）を孔１４’に入れると、発光体から発した光は、以下のようにして、外部へ出射する。
発光体から発する光としては、まず、楕円形状面１３ａ’に向かう光がある。この光は、図４(a)に示すように、楕円形状面１３ａで反射されて楕円形状の第二焦点Ｐ２’に向かう。ここで、第二焦点Ｐ２’は、円形状面１３ｂ’における円形状の円周上に位置している。さらに、円形状面１３ｂ’には開口部１５’が設けられている。このため、楕円形状面１３ａで反射されて第二焦点Ｐ２’に向かう光は、開口部１５’から出射する。
【００４０】
次に円形状面１３ｂ’に向かう光としては、軸ＡＸ’に沿って円形状面１３ｂ’に向かう光、及び軸ＡＸ’に対して極く小さな傾斜角度を有して進む光がある。これらの光は、例えば図４(b)に示すように、開口部１５’から出射する。
【００４１】
また、円形状面１３ｂ’に向かう光としては、所定の傾斜角度を有して進む光がある。この光は、図２(b)に示したような光よりも大きな傾斜角度を有している。この光は、例えば図４(c)に示すように、円形状面１３ｂ’に垂直に入射する。これは、発光体の発光が、円形状面１３ｂ’の曲率中心である基準点Ｐ１’に位置していることによる。このため、円形状面１３ｂ’に入射した光は、円形状面１３ｂ’で逆向きに反射されて基準点Ｐ１’を通り楕円形状面１３ａ'に入射する。ここで、基準点Ｐ１’は、楕円形状（楕円形状面１３ａ’）における第一焦点及び円形状（円形状面１３ｂ’）における曲率中心である。楕円形状面１３ａ'に入射した光は、図４(a)に示した経路と同様の経路を辿る。即ち、楕円形状面１３ａ’で反射されて第二焦点Ｐ２’に向かい、開口部１５’から出射する。
【００４２】
なお、発光体から発して孔１４’の真上及び真上近傍に向かう光は、孔１４’の上方から出射する。出射した光は、反射部材２’の反射面で逆向きに反射されて孔１４’に戻る。また、発光体から発して孔１４’の真下及び真下近傍に向かう光は、底面１２’で反射されて発光体に戻る。この光は発光体を通過し、孔１４’の真上に向かう。よって、発光体の真上（真上近傍）に向かう光と同じように、反射部材２’の反射面で逆向きに反射されて孔１４’に戻る。また、図４を用いて説明した光は、上面１１’及び底面１２’に対しても所定の入射角度を有して入射するが、上面１１’と底面１２’とで反射が繰り返されるので、開口部１５’以外の部位から外部へ漏れ出すことはない。
【００４３】
開口部１５’から出射した光は、様々な方法で検出することができる。例えば、開口部近傍にレンズを配置して、開口部１５から出射した光を集光して受光素子に入射させることができる。あるいは、開口部近傍に受光素子を配置して、開口部１５から出射した光をそのまま受光素子に入射させることができる。このようにすることで、開口部１５から出射した光をロスなく検出することができる。従って、第二実施形態の光学装置によれば、発光体から発せられた光を高い効率で、すなわちロスを非常に少なくして開口部より取り出すことができる。
【００４４】
このように、第二実施形態の光学装置では、円形状面１３ｂ’は、共通の軸ＡＸ’と交差する位置から基準点Ｐ１’までの距離が、楕円形状面１３ａ’よりも長くなるように配置され、両端を結ぶ距離ｄ２ｂ’が楕円形状面１３ａ’における両端を結ぶ距離ｄ２ａ’よりも長い。また、２つの平面１３ｃ’，１３ｄ’が、基準点Ｐ１’から外側（円形状面１３ｂ’における半径方向に沿う方向）に向かって設けられている。このため、第二実施形態の光学装置によれば、板状柱体１’の表面で反射した光の殆どすべてを、開口部に向かわせることができる。よって、発光体から発せられた光を高い効率で、すなわちロスを非常に少なくして開口部より取り出すことができる。
【００４５】
また、第二実施形態の光学装置によれば、光学装置を透明な板状柱体１’で構成したので、従来の回転対称な鏡を備えた装置に比べて、格段に薄型化できる。また、透明な板状柱体１’に２つの２次曲面（楕円形状面１３ａ’と円形状面１３ｂ’）を備えたので、従来の光学装置のように組立ての際に２つの曲面の位置調整をする必要がない。その結果、２つの曲面を高い精度で配置することができる。しかも、板状柱体１’の上面１１’及び底面１２’は平面で構成したので、所定の光学装置の一部として組み込む場合に、位置を安定した状態に固定させやすい。
このように、第二実施形態の光学装置によれば、装置全体を小型化できると同時に、組立ての際の位置調整をすることなく各光学面の配置の精度を高精度な水準に固定化でき、且つ、高い効率で蛍光、発光、照明光などを微小な領域に集光することが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
本発明の光学装置は、発光や蛍光を発する試料などの発光体から発せられた光を利用する医療、医学、生物学の分野に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の第一実施形態にかかる光学装置の基本構成を示す説明図であり、(a)は真上からみた平面図、(b)は斜視図である。
【図２】(a)〜(e)は図１の光学装置における発光体から発光する光が光学装置から出射するまでの光線の軌跡を光軸に沿う断面で例示した説明図である。
【図３】本発明の第二実施形態にかかる光学装置の基本構成を示す説明図であり、(a)は真上からみた平面図、(b)は斜視図である。
【図４】(a)〜(c)は図３の光学装置における発光体から発光する光が光学装置から出射するまでの光線の軌跡を光軸に沿う断面で例示した説明図である。
【図５】特許文献１に記載の装置の概略構成を示す説明図である。
【符号の説明】
【００４８】
１，１’               透明な板状柱体
２，２’               反射部材
１１，１１’           上面
１２，１２’           底面
１３ａ                 第一の放物形状面
１３ａ’               楕円形状面
１３ａ１，１３ａ２     長手方向の断面形状をなす放物線の両端
１３ａ１’，１３ａ２’ 長手方向の断面形状をなす楕円形状の弧の両端
１３ｂ                 第二の放物形状面
１３ｂ１，１３ｂ２     長手方向の断面形状をなす放物線の両端
１３ｂ１’，１３ｂ２’ 長手方向の断面形状をなす円形状の弧の両端
１３ｂ’               円形状面
１３ｃ，１３ｄ，１３ｃ’，１３ｄ’    平面
１４，１４’           孔
１５，１５’           開口部
５１                   回転楕円鏡
５２                   光源
５３                   球面鏡
５３ａ                 孔部
５４                   コンデンサレンズ
５５                   照明対象物
ＡＸ                   所定の基準点（焦点）Ｐを通る共通の軸
ＡＸ’                 所定の基準点（楕円形状における第一焦点及び円形状における曲率中心）Ｐ１’を通る共通の軸
ｄ１ａ                 軸ＡＸと交差する位置Ｐａから所定の基準点（焦点）Ｐまでの距離
ｄ１ａ’               軸ＡＸ’と交差する位置Ｐａ’から所定の基準点（楕円形状における第一焦点及び円形状における曲率中心）Ｐ１’までの距離
ｄ１ｂ                 軸ＡＸと交差する位置Ｐｂから所定の基準点（焦点）Ｐまでの距離
ｄ１ｂ’               軸ＡＸ’と交差する位置Ｐｂ’から所定の基準点（楕円形状における第一焦点及び円形状における曲率中心）Ｐ１’までの距離
ｄ２ａ                 長手方向の断面形状をなす放物線の両端１３ａ１，１３ａ２を結ぶ距離
ｄ２ａ’               長手方向の断面形状をなす楕円形状の弧の両端１３ａ１’，１３ａ２’を結ぶ距離
ｄ２ｂ                 長手方向の断面形状をなす放物線の両端１３ｂ１，１３ｂ２を結ぶ距離
ｄ２ｂ’               長手方向の断面形状をなす円形状の弧の両端１３ｂ１’，１３ｂ２’を結ぶ距離
Ｐ                     所定の基準点（焦点）
Ｐａ，Ｐｂ             軸ＡＸと交差する位置
Ｐａ’，Ｐｂ’         軸ＡＸ’と交差する位置
Ｐ１’                 所定の基準点（楕円形状における第一焦点及び円形状における曲率中心）
Ｐ２’                 楕円形状における第二焦点
【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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