光学ユニット及びそれを用いた照明装置
【課題】 光源から射出される光を効率よく利用することのできる光学ユニットを提供すること。
【解決手段】 光学ユニットが、仮想面を挟んで２つの反射面が対向して配置されている光学ユニットであって、一方の側の反射面は、半球状の第１反射面と、放物面であってその頂点近傍に第１開口部を有する第２反射面を備え、他方の側の反射面は、放物面であってその頂点近傍に第２開口部を有する第３反射面を備え、第１反射面の周辺部が第１開口部と接するように設けられ、第２反射面の放物面頂点が第３反射面の放物面焦点位置と一致し、第３反射面の放物面頂点が第２反射面の放物面焦点位置と一致するように第２反射面と第３反射面が配置され、第１反射面の曲率中心が第２反射面の放物面頂点と一致するように第１反射面と第２反射面が配置され、仮想面よりも第１反射面側に設けられた第１屈折面と、仮想面よりも第３反射面側に設けられた第２屈折面を有すること。
【解決手段】 光学ユニットが、仮想面を挟んで２つの反射面が対向して配置されている光学ユニットであって、一方の側の反射面は、半球状の第１反射面と、放物面であってその頂点近傍に第１開口部を有する第２反射面を備え、他方の側の反射面は、放物面であってその頂点近傍に第２開口部を有する第３反射面を備え、第１反射面の周辺部が第１開口部と接するように設けられ、第２反射面の放物面頂点が第３反射面の放物面焦点位置と一致し、第３反射面の放物面頂点が第２反射面の放物面焦点位置と一致するように第２反射面と第３反射面が配置され、第１反射面の曲率中心が第２反射面の放物面頂点と一致するように第１反射面と第２反射面が配置され、仮想面よりも第１反射面側に設けられた第１屈折面と、仮想面よりも第３反射面側に設けられた第２屈折面を有すること。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、所定の位置に集光点を形成する光学ユニット及びそれを用いた照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
所定の位置に集光点を形成する光学ユニットとしては、特許文献１に記載されているように、２つの反射面を対向配置した構成が知られている。
【０００３】
【特許文献１】特開平６−２５０２８８号公報
【発明の開示】
【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に記載されている構成では、光源１から直接孔部２１に向かう光線は、第２焦点２２に集光しない。よって、引用文献１に記載の照明装置では、光源１から射出される光が効率よく集光されているとはいえない。
【０００５】
本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、発光点から射出される光を効率よく集光することのできる光学ユニット及びそれを用いた照明装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の目的を達成するために、本発明の光学ユニットは、仮想面を挟んで２つの反射面が対向して配置されている光学ユニットであって、前記仮想面の一方の側の反射面は、半球状の第１反射面と、放物面であって該放物面の頂点近傍に第１開口部を有する第２反射面を備え、前記仮想面の他方の側の反射面は、放物面であって該放物面の頂点近傍に第２開口部を有する第３反射面を備え、前記第１反射面は、その周辺部が前記第１開口部と接するように設けられ、前記第２反射面の前記放物面の頂点が前記第３反射面の放物面の焦点位置と一致すると共に、前記第３反射面の前記放物面の頂点が前記第２反射面の放物面の焦点位置と一致するように、前記第２反射面と前記第３反射面が配置され、前記第１反射面の曲率中心が、前記第２反射面の前記放物面の頂点と一致するように、前記第１反射面と前記第２反射面が配置され、前記仮想面よりも前記第１反射面側に設けられた第１屈折面と、前記仮想面よりも前記第３反射面側に設けられた第２屈折面を有することを特徴とする。
【０００７】
また、本発明の光学ユニットは、前記第１屈折面は、前記第１反射面及び前記第２反射面とは別体に構成された第１光学部材の光学面であり、前記第２屈折面は、前記第３反射面とは別体に構成された第２光学部材の光学面であることが好ましい。
【０００８】
また、本発明の光学ユニットは、前記第１屈折面は、前記第１反射面及び前記第２反射面と一体に構成された第１光学部材の光学面であり、前記第２屈折面は、前記第３反射面と一体に構成された第２光学部材の光学面であることが好ましい。
【０００９】
また、本発明の光学ユニットは、前記第１光学部材は、その焦点位置が前記第２反射面の前記放物面の頂点と一致する位置に設けられ、前記第２光学部材は、その焦点位置が前記第３反射面の前記放物面の頂点と一致する位置に設けられることが好ましい。
【００１０】
また、本発明の光学ユニットは、前記第１屈折面は、該屈折面による焦点位置が前記第２反射面の前記放物面の頂点と一致する位置に設けられ、前記第２屈折面は、該屈折面による焦点位置が前記第３反射面の前記放物面の頂点と一致する位置に設けられることが好ましい。
【００１１】
また、本発明の光学ユニットは、前記第２反射面と前記第３反射面の形状が同じであることが好ましい。
【００１２】
また、本発明の光学ユニットは、前記第２反射面と前記第３反射面の形状が異なることが好ましい。
【００１３】
また、本発明の光学ユニットは、前記第２反射面の曲率が、前記第３反射面の曲率よりも小さくなるように構成しても良い。
【００１４】
また、上記の目的を達成するために、本発明の照明装置は、上記のいずれかの光学ユニットと光源を備え、前記光源が前記第１反射面の曲率中心に配置されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の光学ユニット及びそれを用いた照明装置によれば、発光源から射出される光を効率よく集光することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、図示した実施例に基づき、本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【実施例１】
【００１７】
図１は、ミラーを用いて構成された本実施例の光学ユニットを示す模式図である。図２は、図１に示す光学ユニットの第１反射面近傍の拡大図である。また、図３は、第１開口部の直径（第１反射面の曲率半径）を大きくした場合を示す模式図である。
【００１８】
まず、図１及び図２を用いて、本実施例の光学ユニット１1の構成を説明する。本実施例の光学ユニット１1は、３つのミラーにより構成されている。
【００１９】
図１においてＰは仮想面である。本実施例では、この仮想面Ｐを挟んで２つの反射面が対向して配置されている。一方の側に配置されている反射面は、第１反射面１1ａと第２反射面１1ｂである。また、他方の側に配置されている反射面は、第３反射面１1ｃである。
【００２０】
ここで、第１反射面１1ａの面は半球状、あるいは略半球状になっている。この第１反射面１1ａは、その面の曲率中心が第２反射面１1ｂの放物面の頂点と一致するように配置されている。また、第１反射面１1ａは、その周辺部が第２反射面１1ｂの第１開口部Ｏ1ｂの端部と接している。
【００２１】
第２反射面１1ｂは放物面である。この第２反射面１1ｂは、放物面の頂点近傍に第１開口部Ｏ1ｂを有する。そして、第２反射面１1ｂは、その放物面の頂点が第３反射面１1ｃの放物面の焦点位置と一致するように配置されている。また、上述のように、第１開口部Ｏ1ｂの端部は、第１反射面１1ａの周辺部と接している。
【００２２】
第３反射面１1ｃは放物面である。この第３反射面１1ｃは、放物面の頂点近傍に第２開口部Ｏ1ｃを有する。そして、第３反射面１1ｃは、その放物面の頂点が第２反射面１1ｂの放物面の焦点位置と一致するように配置されている。
【００２３】
なお、点２を放物面（第２反射面１1ｂ）の頂点とし、点３を放物面（第３反射面１1ｃ）の焦点位置とすると、点２と点３を通る直線、すなわち軸４が設定できる。すると、第２反射面１1ｂは、軸４を回転軸として放物線を回転させることにより得られる放物面である。また、第３反射面１1ｃも、第２反射面１1ｂと同様に、軸４を回転軸として放物線を回転させることにより得られる放物面である。
【００２４】
また、第１反射面１1ａはその反射面を点２に向けており、第２反射面１1ｂはその反射面を点３に向けており、第３反射面１1ｃはその反射面を点２に向けている。また、本実施例では、第２反射面１1ｂと第３反射面１1ｃは、同一の曲率を有している。
【００２５】
次に、図１及び図２を用いて、光線が辿る経路を説明する。本実施例では、点２の位置に発光体が配置されている。以下の説明では、点２を発光点２と称する（他の実施例を含む）。発光点２からは、あらゆる方向へ光が射出される。光線Ｌａは、第３反射面１1ｃ方向へ射出された光のうちの一つを示すものである。また、光線Ｌｂは、第１反射面１1ａ方向へ射出された光のうちの一つを示すものである。
【００２６】
光線Ｌａは、発光点２から射出された後、まず、第３反射面１1ｃに向かって進む。そして、第３反射面１1ｃによって反射される。このとき、発光点２の位置は、第３反射面１1ｃ（放物面）の焦点位置と一致している。そのため、第３反射面１1ｃで反射された光線Ｌａは、軸４と平行な光線になる。そして、光線Ｌａは第２反射面１1ｂへ向かう。
【００２７】
次に、光線Ｌａは第２反射面１1ｂで反射される。このとき、点３の位置は、第２反射面１1ｂ（放物面）の焦点位置と一致している。そのため、光線Ｌａは点３に向かって反射される。そして、光線Ｌａは最終的に点３に到達する。光線Ｌａ以外の光も第２反射面１1ｂで反射され、第３反射面１1ｃに向かう。そして、これらの光も光線Ｌａと同様に点３に到達する。このように、点３には複数の光線が集光するので、点３は集光点ということができる。以下の説明では、点３を集光点３と称する（他の実施例を含む）。集光点３に集光した光は、第２開口部Ｏ1ｃから光学ユニット１1の外部へ射出する。
【００２８】
一方、光線Ｌｂは発光点２から射出された後、第１反射面１1ａに向かって進む。そして、第１反射面１1ａによって反射される。このとき、発光点２の位置は第１反射面１1ａの曲率中心と一致している。そのため、第１反射面１1ａで反射された光線Ｌｂは、発光点２に向かう光線となる。そして、発光点２を通過して第３反射面１1ｃ向かう。その後、光線Ｌｂは、光線Ｌａと同様の反射を繰り返し、最終的に集光点３に到達することとなる。集光点３に集光した光は、第２開口部Ｏ1ｃから光学ユニット１1の外部へ射出する。
【００２９】
ここで、本実施例の光学ユニット１1は、仮想面Ｐよりも第１反射面１1ａ側に設けられた第１屈折面５ａと、仮想面Ｐよりも第３反射面１1ｃ側に設けられた第２屈折面６ａを有する。よって、本実施例の光学ユニット１1は、３つの反射面に加えて、第１屈折部材５（第１光学部材）と、第２屈折部材６（第２光学部材）とにより構成されていることになる。
【００３０】
第１屈折部材５は、仮想面Ｐよりも第１反射面１1ａ側に配置されている。一方、第２屈折部材６は、仮想面Ｐよりも第３反射面１1ｃ側に配置されている。また、第１屈折面５ａは、第１屈折部材５の２つの面のうちの第１反射面１1ａ側の面である。また、第２屈折面６ａは、第２屈折部材６の２つの面のうちの第３反射面１1ｃ側の面である。
【００３１】
本実施例では、第１屈折部材５と第２屈折部材６は、３つのミラーとは別体になっている。また、第１屈折部材５と第２屈折部材６は、同一の形状の光学素子である。そして、第１屈折部材５と第２屈折部材６は、仮想面Ｐを挟んで対向するように配置されている。
【００３２】
第１屈折部材５は、その焦点位置が第２反射面１1ｂの放物面の頂点と一致するような位置に設けられている。また、第２屈折部材６は、その焦点位置が第３反射面１1ｃの放物面の頂点と一致するような位置に設けられている。上述のように、第１屈折部材５と第２屈折部材６は、同一の形状の光学素子である。よって、発光点２から第１屈折部材５までの距離と、集光点３から第２屈折部材６までの距離とは等しい。
【００３３】
第１屈折部材５の大きさ（直径）について説明する。図１において、光線Ｌｃは、第２開口部Ｏ1ｃを通過して、光学ユニット１1の外に射出する光線である。本実施例では、光線Ｌｃが第１屈折面５ａで屈折されるように、第１屈折面５ａの大きさ（直径）は設定されている。より具体的には、光線Ｌｃが第１屈折面５ａの有効径の内側を通るように、第１屈折面５ａの大きさ（直径）は設定されている。
【００３４】
次に、光線が辿る経路について説明する。光線Ｌｄは、発光点２から射出された光線のうち、第３反射面１1ｃに向かう光線である。なお、光線Ｌｄには、発光点２から射出された後、第１反射面１1ａにおいて発光点２に向かって反射された光線も含まれる。本実施例において、光線Ｌｄは、軸４に対して光線Ｌｃと対称な光線である。したがって、光線Ｌｄは、本来であれば（屈折部材が無い状態であれば）、第２開口部Ｏ1ｃを通過して、光学ユニット１1の外に射出する光線である。
【００３５】
光線Ｌｄは、まず、第１屈折部材５に入射する。入射した光線Ｌｄは、第１屈折面５ａにおいて屈折され、第２屈折部材６に向かって射出される。このとき、第１屈折部材５の焦点位置が、発光点２の位置と一致している。そのため、第１屈折部材５から射出した光線Ｌｄは、軸４と平行な光線になる。
【００３６】
次に、光線Ｌｄは第２屈折部材６に入射する。入射した光線Ｌｄは、第２屈折面６ａにおいて屈折され、集光点３方向へ射出される。このとき、第２屈折部材６の焦点位置が、集光点３の位置と一致している。そのため、第２屈折部材６から射出した光線Ｌｄは、集光点３に向かう光線になる。そして、光線Ｌｄは最終的に集光点３に到達する。
【００３７】
このように、本実施例では、光学ユニット１1中に屈折部材を配置しているので、第２開口部Ｏ1ｃを通過して光学ユニット１1の外に射出する光線Ｌｄを集光点３に到達させることができる。
【００３８】
なお、光線Ｌａや光線Ｌｂのように、発光点２から射出され屈折部材に入射せず第３反射面１1ｃへ向かう光線は、まず、上述したように第３反射面１1ｃで反射され第２反射面１1ｂへ向かい、その後、第２反射面１1ｂで反射され集光点３へ到達する。このような光線は、軸４と平行な光線となって第２反射面１1ｂに入射する。そのため、このような光線が、第２反射面１1ｂから集光点３へ向かう際に辿る経路は、発光点２から第３反射面１1ｃへ向かう際に辿る経路と、仮想面Ｐに対して対称になる。従って、発光点２から射出され屈折部材に入射せず第３反射面１1ｃへ向かう光線は、屈折部材を通過することはない。
【００３９】
このように、本実施例によれば、従来、集光せずに開口部から射出していた光線を、他の光線（反射面で反射される光線）に影響を及ぼすことなく集光できる。よって、発光源から射出される光を効率よく集光（利用）することができる。
【００４０】
なお、第１屈折部材５と第２屈折部材６との間を、屈折率が１よりも大きい媒質で満たしても良い。例えば、第１屈折部材５と第２屈折部材６を一体化して、軸４に沿う方向に長く伸びた棒状のレンズにすればよい。この場合、棒状のレンズの一端側の面が第１屈折面５ａで、他端の面が第２屈折面６ａになる。また、レンズは棒状にする必要はなく、厚みの薄い単レンズにしても良い。
【００４１】
図１で説明したように、光線Ｌｃのような光線は、第２開口部Ｏ1ｃの直径が大きくなるほど増加する。そのため、第２開口部Ｏ1ｃの直径が大きくなるほど、第１屈折部材５の大きさ（直径）も大きくなる。
【００４２】
ところで、第１屈折部材５の大きさ（直径）は、第１開口部Ｏ1ｂの直径にも依存する。この点について、図３を用いて説明する。図３では、第１開口部Ｏ1ｂ’の直径（第１反射面１1ａ’の曲率半径）が、実施例１の第１開口部Ｏ1ｂの直径（第１反射面１1ａの曲率半径）よりも大きくなっている。なお、屈折部材は図示を省略している。
【００４３】
光線が辿る経路について説明する。図３では、光線Ｌｅは、発光点２から射出された光線のうちの第３反射面１1ｃ’に向かう光線である。なお、光線Ｌｅには、発光点２から射出された後、第１反射面１1ａ’において発光点２に向かって反射された光線も含まれる。
【００４４】
光線Ｌｅは、まず、第３反射面１1ｃ’で反射される。第３反射面１1ｃ’で反射された光線Ｌｅは、実施例１の光線Ｌａと同様に、軸４と平行な光線になる。ここで、第１開口部Ｏ1ｂ’の直径は、第１開口部Ｏ1ｂの直径（図１参照）よりも大きくなっている。そのため、光線Ｌｅは、第２反射面１1ｂ’に入射せず、第１反射面１1ａ’へ入射する。そして、光線Ｌｅは第１反射面１1ａ’において反射される。
【００４５】
しかしながら、図３に示すように、光線Ｌｅは、第１反射面１1ａ’の法線に対して所定の角度で入射する（光線Ｌｅが面の法線と一致しない）。この場合、第１反射面１1ａ’で反射された光線Ｌｅは、発光点２に向かって反射されない。図３では、光線Ｌｅは、続いて第１反射面１1ａ’で反射される。そのため、光線Ｌｅは集光点３に到達することがない。この場合、光線Ｌｅは、第１反射面１1ａ’、第２反射面１1ｂ’、第３反射面１1ｃ’等で反射を繰り返して徐々に減衰していく。
【００４６】
このように、発光点２から射出される光線のうち、光線Ｌｅのような経路を辿る光線は、集光点３に到達できない。このような光線は、第１開口部Ｏ1ｂ’の直径が大きくなるほど増加する。この場合、発光点２からの光を効率よく集光できなくなる。そのため、第１開口部Ｏ1ｂ’の直径は図１のように極力小さくすることが望ましい。
【００４７】
しかしながら、発光点２に配置する光源の大きさや形状によっては、第１開口部Ｏ1ｂ’の直径を大きくせざるを得ない場合がある。このような場合であっても、図１のように、屈折部材を配置することにより、光線Ｌｅを集光点３に到達させることができる。
【００４８】
このように、本実施例の光学ユニットによれば、第２反射面の第１開口部が大きい場合であっても、第３反射面へ向かう光線を、全て集光点に到達させることができる。そのため、発光点より発散される光を効率よく集光（利用）することができる。加えて、第１開口部の径の大きさを自由に設定することができる。よって、発光点に配置される光源の大きさや形状が制限されることがない。また、発光点に関する構造に関しても、様々な構造をとることができる。
【００４９】
また、第２反射面１1ｂと第３反射面１1ｃとは、それぞれの外周の端部において接している。ただし、両者は分離可能になっているのが好ましい。同様に、第１反射面１1ａと第２反射面１1ｂも分離可能になっているのが好ましい。また、第２反射面１1ｂと第３反射面１1ｃとは、相互に端部が接しているが、必ずしも相互に端部を接続する必要はない。例えば、それぞれの端部が離れた位置となるように配置しても良い。これらについては、他の実施例についても同様である。
【実施例２】
【００５０】
実施例２について説明する。本実施例では、屈折率が１よりも大きい媒質で光学ユニット１2を構成している。この場合、ガラスの外周面に鏡面を形成（ミラーコート）すれば良い。図４は、そのような媒質を用いて光学ユニットを形成した実施例を示している。
【００５１】
この光学ユニット１2は、第１光学素子１21と第２光学素子１22とにより構成されている。第１光学素子１21と第２光学素子１22は、いずれも屈折率が１よりも大きい媒質、例えばガラスあるいは樹脂で構成されている。
【００５２】
そして、この第１光学素子１21には、第１反射面１2ａ及び第２反射面１2ｂと共に、第１屈折面１2ｄが一体に形成されている。第１反射面１2ａ及び第２反射面１2ｂは、実施例１の光学ユニット１1と同様の形状及び機能を有する。第１屈折面１2ｄは、実施例１の光学ユニット１1の第１屈折部材５の第１屈折面５ａと同様の形状及び機能を有する。
【００５３】
また、第２光学素子１22には、第３反射面１2ｃと共に、第２屈折面１2ｅが一体に形成されている。第３反射面１2ｃは、実施例１の光学ユニット１1と同様の形状及び機能を有する。第２屈折面１2ｅは、実施例１の光学ユニット１1の第２屈折部材６の第２屈折面６ａと同様の形状及び機能を有する。なお、第２開口部Ｏ2ｃにはミラーコートが施されていない。よって、発光点２からの光は、第２開口部Ｏ2ｃを通過して光学ユニット１2の外部に射出される。
【００５４】
この光学ユニット１2の内部における光線は、実施例１の光線と同様の経路を辿るため、その説明は省略する。
【００５５】
このように、本実施例の光学ユニットによれば、第３反射面１2ｃへ向かう光線を、全て集光点３に到達させることができる。そのため、発光点２より発散される光を効率よく集光（利用）することができる。
【００５６】
なお、屈折率が１よりも大きい媒質で光学ユニット１2が構成されている場合、発光点２は予め、この媒質中に埋め込まれていても良い。あるいは、発光点２の近傍のみ、空洞が形成されるようにしても良い。例えば、図２に示すように、破線を境にして、第１反射面１1ａを含む半球状の部分を、第２反射面１1ｂを含む部分から分離可能にしておく。そして、分離面の一部（発光点２が位置する部）を凹状にしておく。このようにすれば、発光点２に光源等を配置することができる。なお、光源に接続されているケーブル等に関しても、適宜空間を設けておけば良い。
【００５７】
また、屈折率が１よりも大きい媒質で光学ユニット１2が構成されている場合、光学ユニット１2に、発光点２を含む貫通孔を形成しても良い。この場合、光量損失を防ぐために、貫通孔の直径はできるだけ小さくしておくのが好ましい。このようにすれば、蛍光試料（例えば、蛍光色素を含む細胞）を含む溶液をこの貫通孔を通過させることで、蛍光試料からの蛍光を効率よく集光することができる。また、照明光光学系は、適宜設ければ良い。なお、実施例１に示した光学ユニット１1ようなミラーを用いて構成された光学ユニットの場合には、溶液を流す管をその光学ユニット内に設ければ良い。
【００５８】
このように、本実施例及びそれに係る変形例の光学ユニットによれば、発光点からあらゆる方向に射出された光を１つの点に向かわせることができる。よって、発光点から射出される光を効率よく集光（利用）することが可能となる。なお、逆に本実施例の集光点３の位置に発光素子等を配置し、その位置を発光点とすると、その発光点からの光を、本実施例の発光点２の位置に効率よく集光（利用）することが可能となる。
【実施例３】
【００５９】
実施例３について説明する。図５は、ミラーを用いて構成された本実施例の光学ユニットを示す模式図である。図６は、ガラスを用いて構成された本実施例の光学ユニットの変形例を示す模式図である。なお、図５及び図６において、図１及び図４に示されたものと同じものには同じ符号を付してある。そのため、それらについての説明は省略する。そこで、本実施例の光学ユニットにおける構成及び光線の経路の説明は、上記した各実施例の光学ユニットとは異なる点についてのみ行う。
【００６０】
まず、図５を用いて本実施例の光学ユニット１3の構成を説明する。本実施例の光学ユニット１3は、３つのミラーと、第１屈折面５ａ’が形成されている第１屈折部材５’と、第２屈折面６ａ’が形成されている第２屈折部材６’とにより構成されている。
【００６１】
本実施例において、第１反射面１3ａは、実施例１の光学ユニット１1の第一反射面１1ａと同様の構成となっている。
【００６２】
また、第２反射面１3ｂは、その曲率が第３反射面１3ｃの曲率よりも小さく形成されている。そのため、その焦点位置、すなわち集光点３は第３反射面１3ｃの面頂の位置と異なる。この場合、集光点３は光学ユニット１3の外部に位置する。この第２反射面１3ｂにおけるその他の構成は、実施例１の光学ユニット１1の第２反射面１1ｂと同様の構成となっている。
【００６３】
また、第３反射面１3ｃは、その曲率が第２反射面１3ｂの曲率よりも大きく形成されている。ただし、その焦点位置、すなわち発光点２は第２反射面１3ｂの面頂の位置と一致している。第３反射面１3ｃは第２開口部Ｏ3ｃを備えている。
【００６４】
本実施例では、第２開口部Ｏ3ｃの直径は、第１屈折部材５’（第２屈折部材６’）の外径で決まっている。すなわち、発光点２から射出した光線のうち、第１屈折部材５’に入射しない光線が、第３反射面１3ｃと交わる位置が、第２開口部Ｏ3ｃの縁になる。図５では、破線で示した光線Ｌｆがこの光線に該当する。この第３反射面１3ｃにおけるその他の構成は、実施例１の光学ユニット１1の第３反射面１1ｃと同様の構成となっている。
【００６５】
なお、本実施例では、第２反射面１3ｂの曲率が第３反射面１3ｃの曲率に比べて小さい。そのため、集光点３は、上記したように光学ユニット１3の外部の軸４上にある。すなわち、集光点３は、第３反射面１3ｃと同一の曲率を持つ放物面の頂点の位置よりも、発光点２から離れた位置に形成される。
【００６６】
また、本実施例において、第１屈折部材５’と第２屈折部材６’は、仮想面Ｐを挟んで対向して配置されている。ただし、実施例１とは異なり、両者は異なる形状の光学素子となっている。よって、発光点２から第１屈折部材５’までの距離と、集光点３から第２屈折部材６’までの距離は異なる。
【００６７】
実施例１と同様に、発光点２から射出された光線Ｌｄ’は、第１屈折部材５’に入射する。入射した光線Ｌｄ’は第１屈折面５ａ’で屈折され、第２屈折部材６’に向かって射出される。このとき、第１屈折部材５’の焦点位置が、発光点２の位置と一致している。そのため、第１屈折部材５’から射出した光線Ｌｄ’は、軸４と平行な光線になる。
【００６８】
次に、光線Ｌｄ’は、第２屈折部材６’に入射する。入射した光線Ｌｄ’は、第２屈折面６ａ’において屈折され、集光点３方向へ射出される。このとき、第２屈折部材６’の焦点位置が、集光点３の位置と一致している。そのため、第２屈折部材６’から射出した光線Ｌｄ’は、集光点３に向かう光線になる。そして、光線Ｌｄ’は最終的に集光点３に到達する。
【００６９】
なお、第１屈折部材５’に入射しなかった光線は、第３反射面１3ｃに入射する。この光線は、光線Ｌａ’や光線Ｌｂ’で示されるような経路を辿る。この光学ユニット１3の内部において、光線Ｌａ’や光線Ｌｂ’は、実施例１の光線Ｌａや光線Ｌｂとほぼ同様の経路を辿るため、その説明は省略する。
【００７０】
このように、本実施例の構成においても、発光点からの光をより効率的に、光学素子の外部の集光点３に集光することができる。
【００７１】
また、本実施例は、各反射面をミラーにより構成しているが、ガラスのような媒質の外周面の内側に鏡面を形成して構成しても良い。そして、図６はそのようにガラスを用いて光学ユニットを形成した本実施例の変形例示したものである。
【００７２】
この光学ユニット１3’は、ガラスにより形成された第１光学素子１31と第２光学素子１32とにより構成されている。この第１光学素子１31には、第１反射面１3ａ、第２反射面１3ｂ及び第１屈折面１3ｄが形成されている。第１反射面１3ａと第２反射面１3ｂは、光学ユニット１3と同様の形状及び機能を有する。また、第１屈折面１3ｄは、光学ユニット１3の第１屈折部材５’における第１屈折面５ａ’と同様の形状及び機能を有する。
【００７３】
また、第２光学素子１32には、第３反射面１3ｃと第２屈折面１3ｅが形成されている。第３反射面１3ｃは、光学ユニット１3のものと同様の形状及び機能を有する。また、第２屈折面１3ｅは、光学ユニット１3の第２屈折部材６’における第２屈折面６ａ’と同様の形状及び機能を有する。
【００７４】
この光学ユニット１3’の内部においては、光線は、図５の光線と同様の経路を辿るため、その説明は省略する。
【００７５】
このように、本変形例の構成でも、発光点からの光をより効率的に、光学素子の外部の集光点３に集光することができる。
【００７６】
なお、上記の各実施例は、各反射面にミラーを用いており、上記の各実施例における各変形例は、各反射面にガラスのような媒質の外周面の内側に形成した鏡面を用いているが、反射面の形成手段はこのような方法に限られるものではなく、合成樹脂等の他の光学部材を用いて形成しても良い。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】実施例１の光学ユニットを示す模式図である。
【図２】光学ユニットの第１反射面近傍の拡大図である。
【図３】第２反射面の開口部の大きさと光線の関係を示す模式図である。
【図４】実施例２の光学ユニットを示す模式図である。
【図５】実施例３の光学ユニットを示す模式図である。
【図６】実施例３の光学ユニットの変形例を示す模式図である。
【符号の説明】
【００７８】
１1、１1’、１2、１3、１3’ 光学ユニット
１1ａ、１1ａ’、１2ａ、１3ａ 第１反射面
１1ｂ、１1ｂ’、１2ｂ、１3ｂ 第２反射面
１1ｃ、１1ｃ’、１2ｃ、１3ｃ 第３反射面
Ｏ1ｂ、Ｏ1ｂ’ 第１開口部
Ｏ1ｃ、Ｏ2ｃ、Ｏ3ｃ 第２開口部
１2ｄ、１3ｄ、５ａ、５ａ’ 第１屈折面
１2ｅ、１3ｅ、６ａ、６ａ’ 第２屈折面
２ 発光点
３ 集光点
４ 軸
５、５’ 第１屈折部材
６、６’ 第２屈折部材
Ｐ 仮想面
Ｌａ、Ｌｂ、Ｌｃ、Ｌｃ’、Ｌｄ、Ｌｄ’、Ｌｅ 光線
【技術分野】
【０００１】
本発明は、所定の位置に集光点を形成する光学ユニット及びそれを用いた照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
所定の位置に集光点を形成する光学ユニットとしては、特許文献１に記載されているように、２つの反射面を対向配置した構成が知られている。
【０００３】
【特許文献１】特開平６−２５０２８８号公報
【発明の開示】
【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に記載されている構成では、光源１から直接孔部２１に向かう光線は、第２焦点２２に集光しない。よって、引用文献１に記載の照明装置では、光源１から射出される光が効率よく集光されているとはいえない。
【０００５】
本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、発光点から射出される光を効率よく集光することのできる光学ユニット及びそれを用いた照明装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の目的を達成するために、本発明の光学ユニットは、仮想面を挟んで２つの反射面が対向して配置されている光学ユニットであって、前記仮想面の一方の側の反射面は、半球状の第１反射面と、放物面であって該放物面の頂点近傍に第１開口部を有する第２反射面を備え、前記仮想面の他方の側の反射面は、放物面であって該放物面の頂点近傍に第２開口部を有する第３反射面を備え、前記第１反射面は、その周辺部が前記第１開口部と接するように設けられ、前記第２反射面の前記放物面の頂点が前記第３反射面の放物面の焦点位置と一致すると共に、前記第３反射面の前記放物面の頂点が前記第２反射面の放物面の焦点位置と一致するように、前記第２反射面と前記第３反射面が配置され、前記第１反射面の曲率中心が、前記第２反射面の前記放物面の頂点と一致するように、前記第１反射面と前記第２反射面が配置され、前記仮想面よりも前記第１反射面側に設けられた第１屈折面と、前記仮想面よりも前記第３反射面側に設けられた第２屈折面を有することを特徴とする。
【０００７】
また、本発明の光学ユニットは、前記第１屈折面は、前記第１反射面及び前記第２反射面とは別体に構成された第１光学部材の光学面であり、前記第２屈折面は、前記第３反射面とは別体に構成された第２光学部材の光学面であることが好ましい。
【０００８】
また、本発明の光学ユニットは、前記第１屈折面は、前記第１反射面及び前記第２反射面と一体に構成された第１光学部材の光学面であり、前記第２屈折面は、前記第３反射面と一体に構成された第２光学部材の光学面であることが好ましい。
【０００９】
また、本発明の光学ユニットは、前記第１光学部材は、その焦点位置が前記第２反射面の前記放物面の頂点と一致する位置に設けられ、前記第２光学部材は、その焦点位置が前記第３反射面の前記放物面の頂点と一致する位置に設けられることが好ましい。
【００１０】
また、本発明の光学ユニットは、前記第１屈折面は、該屈折面による焦点位置が前記第２反射面の前記放物面の頂点と一致する位置に設けられ、前記第２屈折面は、該屈折面による焦点位置が前記第３反射面の前記放物面の頂点と一致する位置に設けられることが好ましい。
【００１１】
また、本発明の光学ユニットは、前記第２反射面と前記第３反射面の形状が同じであることが好ましい。
【００１２】
また、本発明の光学ユニットは、前記第２反射面と前記第３反射面の形状が異なることが好ましい。
【００１３】
また、本発明の光学ユニットは、前記第２反射面の曲率が、前記第３反射面の曲率よりも小さくなるように構成しても良い。
【００１４】
また、上記の目的を達成するために、本発明の照明装置は、上記のいずれかの光学ユニットと光源を備え、前記光源が前記第１反射面の曲率中心に配置されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の光学ユニット及びそれを用いた照明装置によれば、発光源から射出される光を効率よく集光することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、図示した実施例に基づき、本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【実施例１】
【００１７】
図１は、ミラーを用いて構成された本実施例の光学ユニットを示す模式図である。図２は、図１に示す光学ユニットの第１反射面近傍の拡大図である。また、図３は、第１開口部の直径（第１反射面の曲率半径）を大きくした場合を示す模式図である。
【００１８】
まず、図１及び図２を用いて、本実施例の光学ユニット１1の構成を説明する。本実施例の光学ユニット１1は、３つのミラーにより構成されている。
【００１９】
図１においてＰは仮想面である。本実施例では、この仮想面Ｐを挟んで２つの反射面が対向して配置されている。一方の側に配置されている反射面は、第１反射面１1ａと第２反射面１1ｂである。また、他方の側に配置されている反射面は、第３反射面１1ｃである。
【００２０】
ここで、第１反射面１1ａの面は半球状、あるいは略半球状になっている。この第１反射面１1ａは、その面の曲率中心が第２反射面１1ｂの放物面の頂点と一致するように配置されている。また、第１反射面１1ａは、その周辺部が第２反射面１1ｂの第１開口部Ｏ1ｂの端部と接している。
【００２１】
第２反射面１1ｂは放物面である。この第２反射面１1ｂは、放物面の頂点近傍に第１開口部Ｏ1ｂを有する。そして、第２反射面１1ｂは、その放物面の頂点が第３反射面１1ｃの放物面の焦点位置と一致するように配置されている。また、上述のように、第１開口部Ｏ1ｂの端部は、第１反射面１1ａの周辺部と接している。
【００２２】
第３反射面１1ｃは放物面である。この第３反射面１1ｃは、放物面の頂点近傍に第２開口部Ｏ1ｃを有する。そして、第３反射面１1ｃは、その放物面の頂点が第２反射面１1ｂの放物面の焦点位置と一致するように配置されている。
【００２３】
なお、点２を放物面（第２反射面１1ｂ）の頂点とし、点３を放物面（第３反射面１1ｃ）の焦点位置とすると、点２と点３を通る直線、すなわち軸４が設定できる。すると、第２反射面１1ｂは、軸４を回転軸として放物線を回転させることにより得られる放物面である。また、第３反射面１1ｃも、第２反射面１1ｂと同様に、軸４を回転軸として放物線を回転させることにより得られる放物面である。
【００２４】
また、第１反射面１1ａはその反射面を点２に向けており、第２反射面１1ｂはその反射面を点３に向けており、第３反射面１1ｃはその反射面を点２に向けている。また、本実施例では、第２反射面１1ｂと第３反射面１1ｃは、同一の曲率を有している。
【００２５】
次に、図１及び図２を用いて、光線が辿る経路を説明する。本実施例では、点２の位置に発光体が配置されている。以下の説明では、点２を発光点２と称する（他の実施例を含む）。発光点２からは、あらゆる方向へ光が射出される。光線Ｌａは、第３反射面１1ｃ方向へ射出された光のうちの一つを示すものである。また、光線Ｌｂは、第１反射面１1ａ方向へ射出された光のうちの一つを示すものである。
【００２６】
光線Ｌａは、発光点２から射出された後、まず、第３反射面１1ｃに向かって進む。そして、第３反射面１1ｃによって反射される。このとき、発光点２の位置は、第３反射面１1ｃ（放物面）の焦点位置と一致している。そのため、第３反射面１1ｃで反射された光線Ｌａは、軸４と平行な光線になる。そして、光線Ｌａは第２反射面１1ｂへ向かう。
【００２７】
次に、光線Ｌａは第２反射面１1ｂで反射される。このとき、点３の位置は、第２反射面１1ｂ（放物面）の焦点位置と一致している。そのため、光線Ｌａは点３に向かって反射される。そして、光線Ｌａは最終的に点３に到達する。光線Ｌａ以外の光も第２反射面１1ｂで反射され、第３反射面１1ｃに向かう。そして、これらの光も光線Ｌａと同様に点３に到達する。このように、点３には複数の光線が集光するので、点３は集光点ということができる。以下の説明では、点３を集光点３と称する（他の実施例を含む）。集光点３に集光した光は、第２開口部Ｏ1ｃから光学ユニット１1の外部へ射出する。
【００２８】
一方、光線Ｌｂは発光点２から射出された後、第１反射面１1ａに向かって進む。そして、第１反射面１1ａによって反射される。このとき、発光点２の位置は第１反射面１1ａの曲率中心と一致している。そのため、第１反射面１1ａで反射された光線Ｌｂは、発光点２に向かう光線となる。そして、発光点２を通過して第３反射面１1ｃ向かう。その後、光線Ｌｂは、光線Ｌａと同様の反射を繰り返し、最終的に集光点３に到達することとなる。集光点３に集光した光は、第２開口部Ｏ1ｃから光学ユニット１1の外部へ射出する。
【００２９】
ここで、本実施例の光学ユニット１1は、仮想面Ｐよりも第１反射面１1ａ側に設けられた第１屈折面５ａと、仮想面Ｐよりも第３反射面１1ｃ側に設けられた第２屈折面６ａを有する。よって、本実施例の光学ユニット１1は、３つの反射面に加えて、第１屈折部材５（第１光学部材）と、第２屈折部材６（第２光学部材）とにより構成されていることになる。
【００３０】
第１屈折部材５は、仮想面Ｐよりも第１反射面１1ａ側に配置されている。一方、第２屈折部材６は、仮想面Ｐよりも第３反射面１1ｃ側に配置されている。また、第１屈折面５ａは、第１屈折部材５の２つの面のうちの第１反射面１1ａ側の面である。また、第２屈折面６ａは、第２屈折部材６の２つの面のうちの第３反射面１1ｃ側の面である。
【００３１】
本実施例では、第１屈折部材５と第２屈折部材６は、３つのミラーとは別体になっている。また、第１屈折部材５と第２屈折部材６は、同一の形状の光学素子である。そして、第１屈折部材５と第２屈折部材６は、仮想面Ｐを挟んで対向するように配置されている。
【００３２】
第１屈折部材５は、その焦点位置が第２反射面１1ｂの放物面の頂点と一致するような位置に設けられている。また、第２屈折部材６は、その焦点位置が第３反射面１1ｃの放物面の頂点と一致するような位置に設けられている。上述のように、第１屈折部材５と第２屈折部材６は、同一の形状の光学素子である。よって、発光点２から第１屈折部材５までの距離と、集光点３から第２屈折部材６までの距離とは等しい。
【００３３】
第１屈折部材５の大きさ（直径）について説明する。図１において、光線Ｌｃは、第２開口部Ｏ1ｃを通過して、光学ユニット１1の外に射出する光線である。本実施例では、光線Ｌｃが第１屈折面５ａで屈折されるように、第１屈折面５ａの大きさ（直径）は設定されている。より具体的には、光線Ｌｃが第１屈折面５ａの有効径の内側を通るように、第１屈折面５ａの大きさ（直径）は設定されている。
【００３４】
次に、光線が辿る経路について説明する。光線Ｌｄは、発光点２から射出された光線のうち、第３反射面１1ｃに向かう光線である。なお、光線Ｌｄには、発光点２から射出された後、第１反射面１1ａにおいて発光点２に向かって反射された光線も含まれる。本実施例において、光線Ｌｄは、軸４に対して光線Ｌｃと対称な光線である。したがって、光線Ｌｄは、本来であれば（屈折部材が無い状態であれば）、第２開口部Ｏ1ｃを通過して、光学ユニット１1の外に射出する光線である。
【００３５】
光線Ｌｄは、まず、第１屈折部材５に入射する。入射した光線Ｌｄは、第１屈折面５ａにおいて屈折され、第２屈折部材６に向かって射出される。このとき、第１屈折部材５の焦点位置が、発光点２の位置と一致している。そのため、第１屈折部材５から射出した光線Ｌｄは、軸４と平行な光線になる。
【００３６】
次に、光線Ｌｄは第２屈折部材６に入射する。入射した光線Ｌｄは、第２屈折面６ａにおいて屈折され、集光点３方向へ射出される。このとき、第２屈折部材６の焦点位置が、集光点３の位置と一致している。そのため、第２屈折部材６から射出した光線Ｌｄは、集光点３に向かう光線になる。そして、光線Ｌｄは最終的に集光点３に到達する。
【００３７】
このように、本実施例では、光学ユニット１1中に屈折部材を配置しているので、第２開口部Ｏ1ｃを通過して光学ユニット１1の外に射出する光線Ｌｄを集光点３に到達させることができる。
【００３８】
なお、光線Ｌａや光線Ｌｂのように、発光点２から射出され屈折部材に入射せず第３反射面１1ｃへ向かう光線は、まず、上述したように第３反射面１1ｃで反射され第２反射面１1ｂへ向かい、その後、第２反射面１1ｂで反射され集光点３へ到達する。このような光線は、軸４と平行な光線となって第２反射面１1ｂに入射する。そのため、このような光線が、第２反射面１1ｂから集光点３へ向かう際に辿る経路は、発光点２から第３反射面１1ｃへ向かう際に辿る経路と、仮想面Ｐに対して対称になる。従って、発光点２から射出され屈折部材に入射せず第３反射面１1ｃへ向かう光線は、屈折部材を通過することはない。
【００３９】
このように、本実施例によれば、従来、集光せずに開口部から射出していた光線を、他の光線（反射面で反射される光線）に影響を及ぼすことなく集光できる。よって、発光源から射出される光を効率よく集光（利用）することができる。
【００４０】
なお、第１屈折部材５と第２屈折部材６との間を、屈折率が１よりも大きい媒質で満たしても良い。例えば、第１屈折部材５と第２屈折部材６を一体化して、軸４に沿う方向に長く伸びた棒状のレンズにすればよい。この場合、棒状のレンズの一端側の面が第１屈折面５ａで、他端の面が第２屈折面６ａになる。また、レンズは棒状にする必要はなく、厚みの薄い単レンズにしても良い。
【００４１】
図１で説明したように、光線Ｌｃのような光線は、第２開口部Ｏ1ｃの直径が大きくなるほど増加する。そのため、第２開口部Ｏ1ｃの直径が大きくなるほど、第１屈折部材５の大きさ（直径）も大きくなる。
【００４２】
ところで、第１屈折部材５の大きさ（直径）は、第１開口部Ｏ1ｂの直径にも依存する。この点について、図３を用いて説明する。図３では、第１開口部Ｏ1ｂ’の直径（第１反射面１1ａ’の曲率半径）が、実施例１の第１開口部Ｏ1ｂの直径（第１反射面１1ａの曲率半径）よりも大きくなっている。なお、屈折部材は図示を省略している。
【００４３】
光線が辿る経路について説明する。図３では、光線Ｌｅは、発光点２から射出された光線のうちの第３反射面１1ｃ’に向かう光線である。なお、光線Ｌｅには、発光点２から射出された後、第１反射面１1ａ’において発光点２に向かって反射された光線も含まれる。
【００４４】
光線Ｌｅは、まず、第３反射面１1ｃ’で反射される。第３反射面１1ｃ’で反射された光線Ｌｅは、実施例１の光線Ｌａと同様に、軸４と平行な光線になる。ここで、第１開口部Ｏ1ｂ’の直径は、第１開口部Ｏ1ｂの直径（図１参照）よりも大きくなっている。そのため、光線Ｌｅは、第２反射面１1ｂ’に入射せず、第１反射面１1ａ’へ入射する。そして、光線Ｌｅは第１反射面１1ａ’において反射される。
【００４５】
しかしながら、図３に示すように、光線Ｌｅは、第１反射面１1ａ’の法線に対して所定の角度で入射する（光線Ｌｅが面の法線と一致しない）。この場合、第１反射面１1ａ’で反射された光線Ｌｅは、発光点２に向かって反射されない。図３では、光線Ｌｅは、続いて第１反射面１1ａ’で反射される。そのため、光線Ｌｅは集光点３に到達することがない。この場合、光線Ｌｅは、第１反射面１1ａ’、第２反射面１1ｂ’、第３反射面１1ｃ’等で反射を繰り返して徐々に減衰していく。
【００４６】
このように、発光点２から射出される光線のうち、光線Ｌｅのような経路を辿る光線は、集光点３に到達できない。このような光線は、第１開口部Ｏ1ｂ’の直径が大きくなるほど増加する。この場合、発光点２からの光を効率よく集光できなくなる。そのため、第１開口部Ｏ1ｂ’の直径は図１のように極力小さくすることが望ましい。
【００４７】
しかしながら、発光点２に配置する光源の大きさや形状によっては、第１開口部Ｏ1ｂ’の直径を大きくせざるを得ない場合がある。このような場合であっても、図１のように、屈折部材を配置することにより、光線Ｌｅを集光点３に到達させることができる。
【００４８】
このように、本実施例の光学ユニットによれば、第２反射面の第１開口部が大きい場合であっても、第３反射面へ向かう光線を、全て集光点に到達させることができる。そのため、発光点より発散される光を効率よく集光（利用）することができる。加えて、第１開口部の径の大きさを自由に設定することができる。よって、発光点に配置される光源の大きさや形状が制限されることがない。また、発光点に関する構造に関しても、様々な構造をとることができる。
【００４９】
また、第２反射面１1ｂと第３反射面１1ｃとは、それぞれの外周の端部において接している。ただし、両者は分離可能になっているのが好ましい。同様に、第１反射面１1ａと第２反射面１1ｂも分離可能になっているのが好ましい。また、第２反射面１1ｂと第３反射面１1ｃとは、相互に端部が接しているが、必ずしも相互に端部を接続する必要はない。例えば、それぞれの端部が離れた位置となるように配置しても良い。これらについては、他の実施例についても同様である。
【実施例２】
【００５０】
実施例２について説明する。本実施例では、屈折率が１よりも大きい媒質で光学ユニット１2を構成している。この場合、ガラスの外周面に鏡面を形成（ミラーコート）すれば良い。図４は、そのような媒質を用いて光学ユニットを形成した実施例を示している。
【００５１】
この光学ユニット１2は、第１光学素子１21と第２光学素子１22とにより構成されている。第１光学素子１21と第２光学素子１22は、いずれも屈折率が１よりも大きい媒質、例えばガラスあるいは樹脂で構成されている。
【００５２】
そして、この第１光学素子１21には、第１反射面１2ａ及び第２反射面１2ｂと共に、第１屈折面１2ｄが一体に形成されている。第１反射面１2ａ及び第２反射面１2ｂは、実施例１の光学ユニット１1と同様の形状及び機能を有する。第１屈折面１2ｄは、実施例１の光学ユニット１1の第１屈折部材５の第１屈折面５ａと同様の形状及び機能を有する。
【００５３】
また、第２光学素子１22には、第３反射面１2ｃと共に、第２屈折面１2ｅが一体に形成されている。第３反射面１2ｃは、実施例１の光学ユニット１1と同様の形状及び機能を有する。第２屈折面１2ｅは、実施例１の光学ユニット１1の第２屈折部材６の第２屈折面６ａと同様の形状及び機能を有する。なお、第２開口部Ｏ2ｃにはミラーコートが施されていない。よって、発光点２からの光は、第２開口部Ｏ2ｃを通過して光学ユニット１2の外部に射出される。
【００５４】
この光学ユニット１2の内部における光線は、実施例１の光線と同様の経路を辿るため、その説明は省略する。
【００５５】
このように、本実施例の光学ユニットによれば、第３反射面１2ｃへ向かう光線を、全て集光点３に到達させることができる。そのため、発光点２より発散される光を効率よく集光（利用）することができる。
【００５６】
なお、屈折率が１よりも大きい媒質で光学ユニット１2が構成されている場合、発光点２は予め、この媒質中に埋め込まれていても良い。あるいは、発光点２の近傍のみ、空洞が形成されるようにしても良い。例えば、図２に示すように、破線を境にして、第１反射面１1ａを含む半球状の部分を、第２反射面１1ｂを含む部分から分離可能にしておく。そして、分離面の一部（発光点２が位置する部）を凹状にしておく。このようにすれば、発光点２に光源等を配置することができる。なお、光源に接続されているケーブル等に関しても、適宜空間を設けておけば良い。
【００５７】
また、屈折率が１よりも大きい媒質で光学ユニット１2が構成されている場合、光学ユニット１2に、発光点２を含む貫通孔を形成しても良い。この場合、光量損失を防ぐために、貫通孔の直径はできるだけ小さくしておくのが好ましい。このようにすれば、蛍光試料（例えば、蛍光色素を含む細胞）を含む溶液をこの貫通孔を通過させることで、蛍光試料からの蛍光を効率よく集光することができる。また、照明光光学系は、適宜設ければ良い。なお、実施例１に示した光学ユニット１1ようなミラーを用いて構成された光学ユニットの場合には、溶液を流す管をその光学ユニット内に設ければ良い。
【００５８】
このように、本実施例及びそれに係る変形例の光学ユニットによれば、発光点からあらゆる方向に射出された光を１つの点に向かわせることができる。よって、発光点から射出される光を効率よく集光（利用）することが可能となる。なお、逆に本実施例の集光点３の位置に発光素子等を配置し、その位置を発光点とすると、その発光点からの光を、本実施例の発光点２の位置に効率よく集光（利用）することが可能となる。
【実施例３】
【００５９】
実施例３について説明する。図５は、ミラーを用いて構成された本実施例の光学ユニットを示す模式図である。図６は、ガラスを用いて構成された本実施例の光学ユニットの変形例を示す模式図である。なお、図５及び図６において、図１及び図４に示されたものと同じものには同じ符号を付してある。そのため、それらについての説明は省略する。そこで、本実施例の光学ユニットにおける構成及び光線の経路の説明は、上記した各実施例の光学ユニットとは異なる点についてのみ行う。
【００６０】
まず、図５を用いて本実施例の光学ユニット１3の構成を説明する。本実施例の光学ユニット１3は、３つのミラーと、第１屈折面５ａ’が形成されている第１屈折部材５’と、第２屈折面６ａ’が形成されている第２屈折部材６’とにより構成されている。
【００６１】
本実施例において、第１反射面１3ａは、実施例１の光学ユニット１1の第一反射面１1ａと同様の構成となっている。
【００６２】
また、第２反射面１3ｂは、その曲率が第３反射面１3ｃの曲率よりも小さく形成されている。そのため、その焦点位置、すなわち集光点３は第３反射面１3ｃの面頂の位置と異なる。この場合、集光点３は光学ユニット１3の外部に位置する。この第２反射面１3ｂにおけるその他の構成は、実施例１の光学ユニット１1の第２反射面１1ｂと同様の構成となっている。
【００６３】
また、第３反射面１3ｃは、その曲率が第２反射面１3ｂの曲率よりも大きく形成されている。ただし、その焦点位置、すなわち発光点２は第２反射面１3ｂの面頂の位置と一致している。第３反射面１3ｃは第２開口部Ｏ3ｃを備えている。
【００６４】
本実施例では、第２開口部Ｏ3ｃの直径は、第１屈折部材５’（第２屈折部材６’）の外径で決まっている。すなわち、発光点２から射出した光線のうち、第１屈折部材５’に入射しない光線が、第３反射面１3ｃと交わる位置が、第２開口部Ｏ3ｃの縁になる。図５では、破線で示した光線Ｌｆがこの光線に該当する。この第３反射面１3ｃにおけるその他の構成は、実施例１の光学ユニット１1の第３反射面１1ｃと同様の構成となっている。
【００６５】
なお、本実施例では、第２反射面１3ｂの曲率が第３反射面１3ｃの曲率に比べて小さい。そのため、集光点３は、上記したように光学ユニット１3の外部の軸４上にある。すなわち、集光点３は、第３反射面１3ｃと同一の曲率を持つ放物面の頂点の位置よりも、発光点２から離れた位置に形成される。
【００６６】
また、本実施例において、第１屈折部材５’と第２屈折部材６’は、仮想面Ｐを挟んで対向して配置されている。ただし、実施例１とは異なり、両者は異なる形状の光学素子となっている。よって、発光点２から第１屈折部材５’までの距離と、集光点３から第２屈折部材６’までの距離は異なる。
【００６７】
実施例１と同様に、発光点２から射出された光線Ｌｄ’は、第１屈折部材５’に入射する。入射した光線Ｌｄ’は第１屈折面５ａ’で屈折され、第２屈折部材６’に向かって射出される。このとき、第１屈折部材５’の焦点位置が、発光点２の位置と一致している。そのため、第１屈折部材５’から射出した光線Ｌｄ’は、軸４と平行な光線になる。
【００６８】
次に、光線Ｌｄ’は、第２屈折部材６’に入射する。入射した光線Ｌｄ’は、第２屈折面６ａ’において屈折され、集光点３方向へ射出される。このとき、第２屈折部材６’の焦点位置が、集光点３の位置と一致している。そのため、第２屈折部材６’から射出した光線Ｌｄ’は、集光点３に向かう光線になる。そして、光線Ｌｄ’は最終的に集光点３に到達する。
【００６９】
なお、第１屈折部材５’に入射しなかった光線は、第３反射面１3ｃに入射する。この光線は、光線Ｌａ’や光線Ｌｂ’で示されるような経路を辿る。この光学ユニット１3の内部において、光線Ｌａ’や光線Ｌｂ’は、実施例１の光線Ｌａや光線Ｌｂとほぼ同様の経路を辿るため、その説明は省略する。
【００７０】
このように、本実施例の構成においても、発光点からの光をより効率的に、光学素子の外部の集光点３に集光することができる。
【００７１】
また、本実施例は、各反射面をミラーにより構成しているが、ガラスのような媒質の外周面の内側に鏡面を形成して構成しても良い。そして、図６はそのようにガラスを用いて光学ユニットを形成した本実施例の変形例示したものである。
【００７２】
この光学ユニット１3’は、ガラスにより形成された第１光学素子１31と第２光学素子１32とにより構成されている。この第１光学素子１31には、第１反射面１3ａ、第２反射面１3ｂ及び第１屈折面１3ｄが形成されている。第１反射面１3ａと第２反射面１3ｂは、光学ユニット１3と同様の形状及び機能を有する。また、第１屈折面１3ｄは、光学ユニット１3の第１屈折部材５’における第１屈折面５ａ’と同様の形状及び機能を有する。
【００７３】
また、第２光学素子１32には、第３反射面１3ｃと第２屈折面１3ｅが形成されている。第３反射面１3ｃは、光学ユニット１3のものと同様の形状及び機能を有する。また、第２屈折面１3ｅは、光学ユニット１3の第２屈折部材６’における第２屈折面６ａ’と同様の形状及び機能を有する。
【００７４】
この光学ユニット１3’の内部においては、光線は、図５の光線と同様の経路を辿るため、その説明は省略する。
【００７５】
このように、本変形例の構成でも、発光点からの光をより効率的に、光学素子の外部の集光点３に集光することができる。
【００７６】
なお、上記の各実施例は、各反射面にミラーを用いており、上記の各実施例における各変形例は、各反射面にガラスのような媒質の外周面の内側に形成した鏡面を用いているが、反射面の形成手段はこのような方法に限られるものではなく、合成樹脂等の他の光学部材を用いて形成しても良い。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】実施例１の光学ユニットを示す模式図である。
【図２】光学ユニットの第１反射面近傍の拡大図である。
【図３】第２反射面の開口部の大きさと光線の関係を示す模式図である。
【図４】実施例２の光学ユニットを示す模式図である。
【図５】実施例３の光学ユニットを示す模式図である。
【図６】実施例３の光学ユニットの変形例を示す模式図である。
【符号の説明】
【００７８】
１1、１1’、１2、１3、１3’ 光学ユニット
１1ａ、１1ａ’、１2ａ、１3ａ 第１反射面
１1ｂ、１1ｂ’、１2ｂ、１3ｂ 第２反射面
１1ｃ、１1ｃ’、１2ｃ、１3ｃ 第３反射面
Ｏ1ｂ、Ｏ1ｂ’ 第１開口部
Ｏ1ｃ、Ｏ2ｃ、Ｏ3ｃ 第２開口部
１2ｄ、１3ｄ、５ａ、５ａ’ 第１屈折面
１2ｅ、１3ｅ、６ａ、６ａ’ 第２屈折面
２ 発光点
３ 集光点
４ 軸
５、５’ 第１屈折部材
６、６’ 第２屈折部材
Ｐ 仮想面
Ｌａ、Ｌｂ、Ｌｃ、Ｌｃ’、Ｌｄ、Ｌｄ’、Ｌｅ 光線
【特許請求の範囲】
【請求項１】
仮想面を挟んで２つの反射面が対向して配置されている光学ユニットであって、
前記仮想面の一方の側の反射面は、半球状の第１反射面と、放物面であって該放物面の頂点近傍に第１開口部を有する第２反射面を備え、
前記仮想面の他方の側の反射面は、放物面であって該放物面の頂点近傍に第２開口部を有する第３反射面を備え、
前記第１反射面は、その周辺部が前記第１開口部と接するように設けられ、
前記第２反射面の前記放物面の頂点が前記第３反射面の放物面の焦点位置と一致すると共に、前記第３反射面の前記放物面の頂点が前記第２反射面の放物面の焦点位置と一致するように、前記第２反射面と前記第３反射面が配置され、
前記第１反射面の曲率中心が、前記第２反射面の前記放物面の頂点と一致するように、前記第１反射面と前記第２反射面が配置され、
前記仮想面よりも前記第１反射面側に設けられた第１屈折面と、
前記仮想面よりも前記第３反射面側に設けられた第２屈折面を有することを特徴とする光学ユニット。
【請求項２】
前記第１屈折面は、前記第１反射面及び前記第２反射面とは別体に構成された第１光学部材の光学面であり、
前記第２屈折面は、前記第３反射面とは別体に構成された第２光学部材の光学面であることを特徴とする請求項１に記載の光学ユニット。
【請求項３】
前記第１屈折面は、前記第１反射面及び前記第２反射面と一体に構成された第１光学部材の光学面であり、
前記第２屈折面は、前記第３反射面と一体に構成された第２光学部材の光学面であることを特徴とする請求項１に記載の光学ユニット。
【請求項４】
前記第１光学部材は、その焦点位置が前記第２反射面の前記放物面の頂点と一致する位置に設けられ、
前記第２光学部材は、その焦点位置が前記第３反射面の前記放物面の頂点と一致する位置に設けられたことを特徴とする請求項２に記載の光学ユニット。
【請求項５】
前記第１屈折面は、該屈折面による焦点位置が前記第２反射面の前記放物面の頂点と一致する位置に設けられ、
前記第２屈折面は、該屈折面による焦点位置が前記第３反射面の前記放物面の頂点と一致する位置に設けられたことを特徴とする請求項３に記載の光学ユニット。
【請求項６】
前記第２反射面と前記第３反射面の形状が同じであることを特徴とする請求項１から５の何れか１項に記載の光学ユニット。
【請求項７】
前記第２反射面と前記第３反射面の形状が異なることを特徴とする請求項１から５の何れか１項に記載の光学ユニット。
【請求項８】
前記第２反射面の曲率が、前記第３反射面の曲率よりも小さくなるように構成したことを特徴とする請求項７に記載の光学ユニット。
【請求項９】
請求項１から８の何れか１項に記載の光学ユニットと光源を備え、
前記光源が前記第１反射面の曲率中心に配置されていることを特徴とする照明装置。
【請求項１】
仮想面を挟んで２つの反射面が対向して配置されている光学ユニットであって、
前記仮想面の一方の側の反射面は、半球状の第１反射面と、放物面であって該放物面の頂点近傍に第１開口部を有する第２反射面を備え、
前記仮想面の他方の側の反射面は、放物面であって該放物面の頂点近傍に第２開口部を有する第３反射面を備え、
前記第１反射面は、その周辺部が前記第１開口部と接するように設けられ、
前記第２反射面の前記放物面の頂点が前記第３反射面の放物面の焦点位置と一致すると共に、前記第３反射面の前記放物面の頂点が前記第２反射面の放物面の焦点位置と一致するように、前記第２反射面と前記第３反射面が配置され、
前記第１反射面の曲率中心が、前記第２反射面の前記放物面の頂点と一致するように、前記第１反射面と前記第２反射面が配置され、
前記仮想面よりも前記第１反射面側に設けられた第１屈折面と、
前記仮想面よりも前記第３反射面側に設けられた第２屈折面を有することを特徴とする光学ユニット。
【請求項２】
前記第１屈折面は、前記第１反射面及び前記第２反射面とは別体に構成された第１光学部材の光学面であり、
前記第２屈折面は、前記第３反射面とは別体に構成された第２光学部材の光学面であることを特徴とする請求項１に記載の光学ユニット。
【請求項３】
前記第１屈折面は、前記第１反射面及び前記第２反射面と一体に構成された第１光学部材の光学面であり、
前記第２屈折面は、前記第３反射面と一体に構成された第２光学部材の光学面であることを特徴とする請求項１に記載の光学ユニット。
【請求項４】
前記第１光学部材は、その焦点位置が前記第２反射面の前記放物面の頂点と一致する位置に設けられ、
前記第２光学部材は、その焦点位置が前記第３反射面の前記放物面の頂点と一致する位置に設けられたことを特徴とする請求項２に記載の光学ユニット。
【請求項５】
前記第１屈折面は、該屈折面による焦点位置が前記第２反射面の前記放物面の頂点と一致する位置に設けられ、
前記第２屈折面は、該屈折面による焦点位置が前記第３反射面の前記放物面の頂点と一致する位置に設けられたことを特徴とする請求項３に記載の光学ユニット。
【請求項６】
前記第２反射面と前記第３反射面の形状が同じであることを特徴とする請求項１から５の何れか１項に記載の光学ユニット。
【請求項７】
前記第２反射面と前記第３反射面の形状が異なることを特徴とする請求項１から５の何れか１項に記載の光学ユニット。
【請求項８】
前記第２反射面の曲率が、前記第３反射面の曲率よりも小さくなるように構成したことを特徴とする請求項７に記載の光学ユニット。
【請求項９】
請求項１から８の何れか１項に記載の光学ユニットと光源を備え、
前記光源が前記第１反射面の曲率中心に配置されていることを特徴とする照明装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００８−２５７０１３（Ｐ２００８−２５７０１３Ａ）
【公開日】平成２０年１０月２３日（２００８．１０．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１００２５３（Ｐ２００７−１００２５３）
【出願日】平成１９年４月６日（２００７．４．６）
【出願人】（００００００３７６）オリンパス株式会社 (11,466)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１０月２３日（２００８．１０．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年４月６日（２００７．４．６）
【出願人】（００００００３７６）オリンパス株式会社 (11,466)
【Ｆターム（参考）】
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