光照射装置
【課題】高い指向性を持ち強度分布が均一化された光を広範囲に亘って照射できる光照射装置を提供する。
【解決手段】この光照射装置は光源装置１００を備え、光源装置１００は、ランプ光源１０１とランプ光源１０１が出射した光を前方へ反射するリフレクタ１０２と円筒形凹レンズ１０３と円筒形凸レンズ１０４を有する。円筒形凹レンズ１０３の円筒形凹レンズ面１０３Ａの円筒中心軸と円筒形凸レンズ面１０４Ａの円筒中心軸とは互いに垂直になっている。円筒形凹レンズ面１０３Ａでｙ軸方向に拡散された光は円筒形凸レンズ面１０４Ａでｚ軸方向に集光されて、照射領域がｙ軸方向に長くて光強度の大きな照射光となってｙ軸方向に細長い端面１０７Ａに照射される。
【解決手段】この光照射装置は光源装置１００を備え、光源装置１００は、ランプ光源１０１とランプ光源１０１が出射した光を前方へ反射するリフレクタ１０２と円筒形凹レンズ１０３と円筒形凸レンズ１０４を有する。円筒形凹レンズ１０３の円筒形凹レンズ面１０３Ａの円筒中心軸と円筒形凸レンズ面１０４Ａの円筒中心軸とは互いに垂直になっている。円筒形凹レンズ面１０３Ａでｙ軸方向に拡散された光は円筒形凸レンズ面１０４Ａでｚ軸方向に集光されて、照射領域がｙ軸方向に長くて光強度の大きな照射光となってｙ軸方向に細長い端面１０７Ａに照射される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、光照射装置に関し、被照射物に対して指向性の高い光を強度分布を均一化して照射できる光照射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
指向性の高い光を照明用途に利用する場合、光学系の設計が行い易く、制御が容易であり非常に有効である。
【０００３】
そこで、従来、バルブ状の光源を用いて指向性と光強度分布の両方を制御する手法として、インテグレータレンズと集光光学素子を用いた光強度の均一化手法が用いられてきた(特許文献１(特許第３５０８１９０号公報)参照)。また、特許文献２(特開平１０−１０６９２９号公報)に示される線状照明装置では、光源に平行度の高いレーザー光を用いた場合、円筒インテグレータレンズと球面インテグレータレンズと集光光学素子を用いて線状の照射領域を実現している。
【０００４】
ところで、上述した従来の照明装置では以下のような課題がある。特許文献１における照射領域の指向性と光強度分布の制御手法においては、照射領域が正方形となり、細長い導光体の端面に光を効率的に入射することが困難である。さらに、集光光学系を用いているので、光源のリフレクタ径より幅の広い照射領域が得られないことから、複数個の光照射装置を並べて所望の照射領域を得ることは困難である。また、特許文献２で開示されている照明装置による照射領域の制御方法においては、光源として平行度の非常に高いレーザー光を使用しており、バルブ光源のような指向性が一様でない光源では所望の照射領域と指向性を得ることは困難である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３５０８１９０号公報
【特許文献２】特開平１０−１０６９２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そこで、この発明の課題は、高い指向性を持ち、強度分布が均一化された光を広範囲に亘って照射できる光照射装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため、この発明の光照射装置は、光を出射する光源部と、
上記光源部から入射された光を屈折させて出射する光学素子と、
上記光学素子から出射した光が入射される端面と上記端面に入射された光を出射する出射面とを含む導光体とを備え、
上記光学素子は、
上記光源部からの光を拡散させる円筒形凹レンズ面と、
上記円筒形凹レンズ面からの光を集光する円筒形凸レンズ面とを有し、
上記円筒形凹レンズ面の円筒中心軸と上記円筒形凸レンズ面の円筒中心軸とが互いに垂直であることを特徴としている。
【０００８】
この発明の光照射装置によれば、光源部から出射された光は、上記光学素子の円筒型凹レンズ面によりこの円筒形凹レンズ面の円筒中心軸と直交する第１の方向に光が拡散される。この円筒形凹レンズ面で第１の方向に拡散された光は、上記円筒形凸レンズ面で上記第１の方向と直交する第２の方向に集光される。したがって、上記第２の方向に高い指向性を持った光を上記第１の方向に広範囲に亘って照射できる。
【０００９】
よって、この発明の光照射装置によれば、光学素子の円筒型凹レンズ面と円筒形凸レンズ面の焦点距離を所望の指向性を満たすように設定することで、強度分布が均一化された指向性の高い光を導光体の端面に効率よく照射することが可能となる。これにより、上記導光体の出射面から強度分布が均一化された指向性の高い光を出射できる。
【００１０】
また、一実施形態の光照射装置では、上記光源部は、光を出射する光源と上記光源が出射した光を一方向へ反射するリフレクタとを有し、
上記光源は、上記円筒形凸レンズ面の円筒中心軸と平行な方向にコイルが巻かれているフラットコイルフィラメントを含み、
上記導光体の端面は、上記円筒形凸レンズ面の円筒中心軸に沿って延在している。
【００１１】
この実施形態の光照射装置によれば、上記光源は上記フラットコイルフィラメントによって上記円筒形凸レンズ面の円筒中心軸の方向(第１の方向)に光の出射領域が広くなる。よって、上記光学素子への照射領域を上記第１の方向に沿って延在している上記導光体の端面に光を入射させるのに最適な照射領域にすることができる。
【００１２】
また、一実施形態の光照射装置では、上記光源部と円筒形凹レンズ面の組の２組以上が上記円筒形凸レンズ面の円筒中心軸に沿って配置されており、
上記円筒形凹レンズ面は上記光源部から入射した光を上記光源部の外径よりも広い範囲に拡散させ、上記円筒形凸レンズ面は上記円筒形凹レンズ面からの光を集光する。
【００１３】
この実施形態の光照射装置によれば、上記光学素子の上記円筒形凹レンズ面により、上記光源部の外径よりも幅の広い照射領域が得られるので、光源部(光源,リフレクタ),円筒形凹レンズ面の複数組の配置間隔を調整することで、各組による光照射領域を干渉させることなく導光体の細長い端面に光を入射させるのに適した照射領域を得ることが可能となる。
【００１４】
また、一実施形態の光照射装置では、上記光源部から照射対象面までの光路中の少なくとも１箇所に配置されて上記光源部からの光の光量を調整する光量調整部材を有する。
【００１５】
この実施形態の光照射装置によれば、上記光量調整部材によって、被照射面における照度を調整できる。また、光源部(ランプ)の交換時などのメンテナンス時においても照度の調整を容易に行うことができる。
【００１６】
なお、上記光量調整部材が、仮想的に分割された複数の領域で光量の調整量を可変にした場合には、上記光学素子の作製誤差や、光源(ランプ)の個体差による発光照度ムラが生じたときに、上記光量調整部材の各領域の光量調整量を変えて被照射面における照度を均一化できる。
【００１７】
また、一実施形態の光照射装置では、上記光源部から照射対象面までの光路中の少なくとも１箇所に配置されて上記光源部からの光のスペクトル分布を調整して擬似的な太陽光のスペクトルにするスペクトル調整部材を有する。
【００１８】
この実施形態の光照射装置によれば、上記スペクトル調整部材で上記光源部からの光のスペクトル分布を擬似的な太陽光のスペクトルにするので、放射角が一定の範囲内に納まった指向性の高い擬似太陽光を照射できる。
【発明の効果】
【００１９】
この発明の光照射装置によれば、光学素子の円筒型凹レンズ面と円筒形凸レンズ面の焦点距離を所望の指向性を満たすように設定することで、強度分布が均一化された指向性の高い光を導光体の端面に効率よく照射することが可能となる。これにより、上記導光体の出射面から強度分布が均一化された指向性の高い光を出射できる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１Ａ】この発明の光照射装置の第１実施形態が備える光源装置１００の側面図である。
【図１Ｂ】上記光源装置１００の平面図である。
【図２】上記第１実施形態の側面図である。
【図３】上記第１実施形態におけるフィラメントと光学素子と導光体の最適配置を示す模式的な斜視図である。
【図４Ａ】上記第１実施形態の光源装置１００から出射される光の放射角分布(ｚ軸方向)を示す特性図である。
【図４Ｂ】上記光源装置１００から出射される光の放射角分布(ｙ軸方向)を示す特性図である。
【図５】上記光源装置１００から出射される光の照度分布(ｙ軸方向)を示す特性図である。
【図６Ａ】この発明の光照射装置の第２実施形態の側面図である。
【図６Ｂ】上記第２実施形態の平面図である。
【図７】この発明の光照射装置の第３実施形態としての擬似太陽光照射装置の側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、この発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。
【００２２】
(第１の実施の形態)
図１Ａの側面図に、この発明の光照射装置の第１実施形態が備える光源装置１００を側方から見た様子を示す。また、図１Ｂの平面図に、光源装置１００を上方から見た様子を示す。図１Ａおよび図１Ｂにおいて、ｚ軸方向を上方とし、ｙ軸方向を側方とし、ｘ軸方向を前方としている。なお、図１Ａ,図１Ｂにおいて、Ｊは光軸である。
【００２３】
光源装置１００は、ランプ光源１０１と、このランプ光源１０１が出射した光を前方へ反射するリフレクタ１０２と、円筒形凹レンズ１０３と円筒形凸レンズ１０４を有する。上記ランプ光源１０１とリフレクタ１０２が光源部を構成している。上記円筒形凹レンズ１０３は円筒形凹レンズ面１０３Ａを含み、円筒形凸レンズ１０４は円筒形凸レンズ面１０４Ａを含んでいる。この円筒形凹レンズ面１０３Ａの円筒中心軸は円筒形凸レンズ面１０４Ａの円筒中心軸とは互いに垂直になっている。すなわち、円筒形凹レンズ面１０３Ａの円筒中心軸はｚ軸方向に延在しており、円筒形凸レンズ面１０４Ａの円筒中心軸はｙ軸方向に延在している。上記円筒形凹レンズ１０３と円筒形凸レンズ１０４が光学素子を構成している。なお、ここでは、円筒形凹レンズ１０３と円筒形凸レンズ１０４とを別体としたが、両者を一体にした光学素子を用いてもよい。
【００２４】
上記円筒形凹レンズ１０３は、図１Ｂに示すように、リフレクタ１０２で前方へ略平行な光として反射された光を円筒形凹レンズ面１０３Ａで側方へ屈折させ、ｘ‐ｙ平面において拡散させて平坦面１０３Ｂから、円筒形凸レンズ１０４の平坦面１０４Ｂに入射させる。そして、円筒形凸レンズ１０４は、図１Ａに示すように、平坦面１０４Ｂに入射した光を円筒形凸レンズ面１０４Ａで屈折させ、ｘ‐ｚ平面において集光させて前方へ出射する。なお、図１Ａおよび図１Ｂにおいて、符号１０５は照射面を表している。
【００２５】
次に、図２に、この第１実施形態が有する光源装置１００と光取り出し用導光体１０７を示す。この光取り出し用導光体１０７は、光源装置１００の円筒形凸レンズ１０４から出射した光が入射される端面１０７Ａを有する。この端面１０７Ａは、図１Ａ,図１Ｂの照射対象面１０５に相当している。この導光体１０７は、光源装置１００から端面１０７Ａに入射した光を、上方(ｚ軸方向)に向いた出射面１０７Ｂから照射対象面１０８に向かって出射する。
【００２６】
図３に示すように、上記ランプ光源１０１は、ｙ軸方向に沿ってコイルが巻かれているフラットコイルフィラメント１０１Ａを有する。したがって、ランプ光源１０１は、ｙ軸方向に光の出射領域が広くなる。また、上記導光体１０７の端面１０７Ａは、ｙ軸方向に細長い長方形状になっている。そして、このｙ軸方向に出射領域が広いランプ光源１０１からの光はリフレクタ１０２でｘ方向へ反射され、円筒形凹レンズ１０３の円筒形凹レンズ面１０３Ａでｙ軸方向に拡散される。このｙ軸方向に拡散された光は、円筒形凸レンズ１０４の円筒形凸レンズ面１０４Ａでｚ軸方向に集光されて、照射領域がｙ軸方向に長くて光強度の大きな照射光となってｙ軸方向に細長い端面１０７Ａに照射される。つまり、強度分布が均一化された指向性の高い光を導光体１０７の端面１０７Ａに効率よく照射することが可能となる。
【００２７】
また、上記導光体１０７に入射した光は、導光体１０７の内部を伝播し、導光体内に出射面１０７Ｂの反対側の面１０７Ｃに設置された光路変換構造体１０９Ａからなる光取り出し構造部１０９によって屈折,反射され、照射対象面１０８に向けて放射される。これにより、導光体１０７の出射面１０７Ｂの広い範囲にわたって、出射面１０７Ｂから上方(ｚ軸方向)に向けて指向性が高くて強度分布が均一化された光を出射させることが可能になる。
【００２８】
なお、この実施形態では、光取り出し構造部１０９を構成する光路変換構造体１０９Ａとして、先端角および傾斜角を有する略三角柱形状のプリズム構造を採用したが、光取り出し用導光体に形成した溝や窪み、あるいは、透明樹脂からなる線状や点状の構造体による光取り出し構造を採用してもよい。
【００２９】
次に、図４Ａ,図４Ｂに、円筒形凸レンズ面１０４Ａから導光体１０７の端面１０７Ａに入射する光の端面１０７Ａにおける放射角分布を示す。ここでは、一例として、円筒形凹レンズ１０３と円筒形凸レンズ１０４は、屈折率が１.５１のガラス材料で作製した。また、円筒形凹レンズ１０３の円筒形凹レンズ面１０３Ａの曲率Ｒを２５０ｍｍとし、円筒形凸レンズ１０４の円筒形凸レンズ面１０４Ａの曲率Ｒを１２０ｍｍとし、リフレクタ１０２の開口の直径を１１０ｍｍとした。
【００３０】
図４Ａは、上記ｘ軸を０度とし、ｚ軸に±９０度を設定した場合の放射角分布であり、縦軸は規格化照度を表している。図４Ａでは、全照度の９８％がｚ軸方向の±１５度以内に収まっている。また、図４Ｂは、上記ｘ軸を０度、ｙ軸を±９０度にした場合の放射角分布であり、縦軸は規格化照度を表している。図４Ｂでは全照度の９０％が±１５度以内に収まっている。
【００３１】
また、図５に、この実施形態における導光体１０７の端面１０７Ａにおけるｙ軸方向の照度分布である。この実施形態では、リフレクタ１０２の開口直径１１０ｍｍに対して、ｙ軸方向の約１８０ｍｍの照射領域が得られている。
【００３２】
このように、この実施形態の光照射装置では、上記構成の光源装置１００を備えたことによって、指向性が高く、照度が均一化された光を照射対象面１０５としての導光体１０７の端面１０７Ａに照射することが可能になる。よって、この実施形態によれば、導光体１０７の出射面１０７Ｂから強度分布が均一化された指向性の高い光を出射できる。
【００３３】
(第２の実施の形態)
次に、図６Ａ,図６Ｂを参照して、この発明の光照射装置の第２実施形態を説明する。図６Ａは、この実施形態の光照射装置を側方(ｙ軸方向)から見た様子を示す側面図であり、図６Ｂは、この実施形態の光照射装置を上方(ｚ軸方向)から見た様子を示す平面図である。なお、図６Ａ,図６Ｂにおいて、Ｊは光軸である。
【００３４】
この第２実施形態は、次の(ｉ)〜(iｖ)の点だけが、前述の第１実施形態と異なる。よって、この第２実施形態では、前述の第１実施形態と異なる点を主に説明する。
【００３５】
(ｉ) 前述の第１実施形態の円筒形凹レンズ面１０３Ａと同じ形状であると共にｙ軸方向に配列された２つの円筒形凹レンズ面２０３Ａを有する円筒形凹レンズ２０３を有する点。
【００３６】
(ii) 前述の第１実施形態のランプ光源１０１,リフレクタ１０２および円筒形凹レンズ面２０３Ａからなる組が、ｙ軸方向に２組配列されている点。
【００３７】
(iii) 前述の第１実施形態の円筒形凸レンズ１０４をｙ軸方向に延長してｙ軸方向の寸法が円筒形凸レンズ１０４の約２倍である円筒形凸レンズ２０４を有する点。
【００３８】
(iｖ) 前述の第１実施形態の導光体１０７をｙ軸方向に延長してｙ軸方向の寸法が上記導光体１０７の約２倍である導光体２０７を有する点。
【００３９】
図６Ｂに示すように、この第２実施形態では、上記ランプ光源１０１とリフレクタ１０２と円筒形凹レンズ面２０３Ａからなる組が、円筒形凸レンズ２０４の円筒形凸レンズ面２０４Ａの円筒中心軸に沿って２組配置されている。そして、ｙ軸方向に並んだ２つの円筒形凹レンズ面２０３Ａを有する円筒形凹レンズ２０３は、円筒形凸レンズ２０４にｘ軸方向に対向している。また、図６Ｂに示すように、円筒形凹レンズ２０３は、リフレクタ１０２,１０２から円筒形凹レンズ面２０３Ａ,２０３Ａに入射した光を屈折させてｘ‐ｙ平面においてリフレクタ１０２,１０２の外径よりも広い範囲に拡散させる。そして、図６Ａに示すように、円筒形凸レンズ２０４は、円筒形凹レンズ２０３の２つの円筒形凹レンズ面２０３Ａ,２０３Ａからの光をｘ‐ｚ平面において集光して前方へ出射し、導光体２０７の端面２０７Ａに入射させる。
【００４０】
この第２実施形態の光照射装置によれば、上記ｙ軸方向の寸法が、前述の第１実施形態の円筒形凸レンズ１０４の約２倍である円筒形凸レンズ２０４から、ｙ軸方向の寸法が前述の第１実施形態の導光体１０７の約２倍である導光体２０７の端面２０７Ａに強度分布が均一化された指向性の高い光を入射させることができる。したがって、導光体２０７の出射面２０７Ｂの広い範囲にわたって、出射面２０７Ｂから上方(ｚ軸方向)の照射対象面２０８に向けて指向性が高くて強度分布が均一化された光を出射させることが可能になる。
【００４１】
また、上記円筒形凹レンズ２０３が有する２つの円筒形凹レンズ面２０３Ａ,２０３Ａにより、各リフレクタ１０２,１０２の外径より幅の広い照射領域が得られるので、光源１０１,リフレクタ１０２,円筒形凹レンズ面２０３Ａの２組の配置間隔を調整することで、各組による光照射領域を干渉させることなく導光体２０７の細長い端面２０７Ａに光を入射させるための最適な照射領域を得ることが可能となる。
【００４２】
図６Ｂでは、隣り合う２つのリフレクタ１０２から前方に出射される光線同士は離隔しているように見えるが、リフレクタ１０２の形状を調整して最適化することによって、２つの円筒形凹レンズ面２０３Ａで屈折され拡散されて円筒形凹レンズ２０３から前方に出射される光線を隣接させることができる。これにより、円筒形凸レンズ２０４から導光体２０７の端面２０７Ａにｙ軸方向に連続した照射領域で光を入射させることができる。
【００４３】
尚、この実施形態においては、２つの円筒形凹レンズ面２０３Ａを有する１つの円筒形凹レンズ２０３を採用したが、１つの円筒形凹レンズ面２０３Ａを有する円筒形凹レンズを２つ備えてもよい。また、上記１つの円筒形凸レンズ２０４に替えて、前述の第１実施形態の円筒形凸レンズ１０４をｙ軸方向に２つ配列してもよい。また、上記実施形態では、ランプ光源,リフレクタおよび円筒形凹レンズ面からなる組を２組備えたが、３組以上備えてもよい。また、円筒形凹レンズと円筒形凸レンズを一体形成した光学素子を複数配列してもよい。
【００４４】
(第３の実施の形態)
次に、図７を参照して、この発明の光照射装置の第３実施形態を説明する。図７は、この第３実施形態の光照射装置を側方(ｙ軸方向)から見た様子を示す側面図である。この第３実施形態は、次の(ｉ)〜(iii)の点だけが、前述の第２実施形態と異なる。よって、この第３実施形態では、前述の第２実施形態と異なる点を主に説明する。
【００４５】
(ｉ) 前述の第２実施形態の円筒形凸レンズ２０４と光取り出し用導光体２０７の端面２０７Ａとの間にスペクトル調整用光学素子３０１と光量調整用フィルタ３０２を配置した点。
【００４６】
(ii) ｙ軸方向に配列されたランプ光源１０１とリフレクタ１０２の２つの組と円筒形凹レンズ２０３と円筒形凸レンズ２０４およびスペクトル調整用光学素子３０１と光量調整用フィルタ３０２を収容する筐体３０３を有し、この筐体３０３内の内部および内部に収容された各部品を冷却する冷却装置３０６を有する点。
【００４７】
(iii) ランプ光源１０１をハロゲンランプとした点。
【００４８】
この第３実施形態の光照射装置は、指向性が高く強度分布が均一化された光を広範囲に照射する疑似太陽光照射装置である。上記２つのランプ光源１０１と２つのリフレクタ１０２と円筒形凹レンズ２０３と円筒形凸レンズ２０４およびスペクトル調整用光学素子３０１と光量調整用フィルタ３０２と筐体３０３とが光源装置３０５を構成している。
【００４９】
はじめに、光源装置３０５の筐体３０３内に配置された２つランプ光源１０１から出射した光は２つのリフレクタ１０２によって円筒形凹レンズ２０３の２つの円筒形凹レンズ面２０３Ａに向けて出射される。この２つの円筒形凹レンズ面２０３Ａで屈折,拡散された光線は、円筒形凸レンズ２０４で集光されて光取り出し用導光体２０７の端面２０７Ａに集光される。この端面２０７Ａは光源装置３０５の照射面３０５Ａに対向している。
【００５０】
また、この実施形態では、上記２つのランプ光源１０１と光源装置３０５の照射面３０５Ａとの間には、スペクトル調整用光学素子３０１が配置されている。このスペクトル調整用光学素子３０１は、上記２つのランプ光源１０１からの放射光の波長帯のうちの特定波長帯の透過率が低くなっている。よって、スペクトル調整用光学素子３０１は、上記２つのランプ光源１０１からの放射光の波長帯のうちの特定波長帯の成分を減衰させる。よって、このスペクトル調整用光学素子３０１は、上記放射光の波長帯のうちの特定波長帯の成分を減衰させたスペクトル分布の光を光量調整用フィルタ３０２に入射させる。この光量調整用フィルタ３０２は、光源装置３０５の照射面３０５Ａに入射させる照度分布を均一にすべく、入射光の光量を調整する。
【００５１】
次に、光量調整用フィルタ３０２の特性について説明する。
【００５２】
前述の第１実施形態では、光量調整用フィルタ３０２を有しておらず、１組のランプ光源１０１,リフレクタ１０２および円筒形凸レンズ２０３,円筒形凹レンズ２０４による導光体２０７の端面２０７Ａへのｙ軸方向の照度分布は、図５に示すような分布であった。この図５に示す照度分布では、ｙ軸方向の中心部分と周辺部分の照度が相対的に高くなっている。
【００５３】
そこで、この第３実施形態では、図５の照度分布のような照度ムラを改善するため、光量調整用フィルタ３０２を有している。この光量調整用フィルタ３０２は、入射領域を仮想的に分割し、分割した各領域の透過率を制限することによって出射光の照度分布の均一化を図った。具体的には、図５の照度分布から上記照射面における各領域の規格化照度を求め、出射光の照度分布を均一化するように上記入射領域で分割した各領域の透過率を算出した。なお、光量調整用フィルタ３０２を構成する部材としては、上記分割した各領域について透過率を制限できる部材であればよく、例えば遮光網、遮光テープ、遮光シート、遮光フィルタなどを用いることができる。
【００５４】
上記光源装置３０５は、上記スペクトル調整用光学素子３０１で所望のスペクトルを有する光とし、光量調整用フィルタ３０２で強度分布を均一化した光として、導光体２０７の端面２０７Ａに照射することが可能である。また、スペクトル調整用光学素子３０１としてエアマスフィルタを利用することによって、指向性が高く、強度分布が均一化された擬似太陽光を照射面３０５Ａから導光体２０７の端面２０７Ａに照射することが可能となる。
【００５５】
ところで、この第３実施形態では、擬似太陽光照射装置としたので、スペクトル調整用光学素子３０１は主にハロゲンランプの短波長側帯域を遮断して、照射面３０５Ａへの照射光のスペクトルを太陽光のスペクトルに近似させている。なお、照射光のスペクトルと太陽光のスペクトルとの合致度を高めるために、ハロゲンランプに加えキセノンランプを用いてもよい。
【００５６】
また、この実施形態においては、光源装置３０５からの出射光を光取り出し用導光体２０７の端面２０７Ａに直接集光したが、反射面や結合用プリズムを用いて、光源装置３０５からの出射光を光取り出し用導光体２０７の端面２０７Ａに間接的に集光させてもよい。この場合、光源装置３０５と導光体２０７の配置の自由度を向上できる。また、光取り出し用導光体２０７の端面２０７Ａの周囲には、必要に応じて遮光手段を配置しても構わない。
【００５７】
上記光取り出し用導光体２０７の端面２０７Ａに入射した光は、導光体内部を伝播し、導光体２０７内に設けられた光路変換構造体２０９Ａからなる光取り出し構造部２０９によって、照射対象面２０８に向けて放射される。なお、この第３実施形態においては、光取り出し構造部２０９をなす光路変換構造体２０９Ａとして、先端角および傾斜角を有する略三角柱形状のプリズム構造を採用している。そして、上記光量調整用フィルタ３０２に加えて、光取り出し構造部２０９の配置間隔を制御することによって、照射対象面２０８へ放射する光の光束密度の制御を行った。
【００５８】
この実施形態によれば、光源装置３０５によって光取り出し用導光体２０７へ指向性の高い光が導入されているので、光取り出し構造部２０９の形状を統一することによって、出射面２０７Ｂから照射対象面２０８の方向へ指向性の高い光を照射することが可能になる。また、この実施形態では、冷却装置３０６によって、光源装置３０５の内部および内部に配設された構成部品などを冷却して、筐体３０３内の過熱を防いでいる。
【００５９】
尚、この第３実施形態では、１つの光源装置３０５から導光体２０７の片側端面２０７Ａに光を入射させたが、２つ以上の光源装置から導光体２０７の２箇所以上の端面に光を入射させても構わない。また、この実施形態においては、スペクトル調整用光学素子３０１と光量調整用フィルタ３０２は、円筒形凸レンズ２０４の出射側に配置したが、ランプ光源１０１から光源装置３０５の照射面３０５Ａまでの経路内のどこに配置しても構わない。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
この発明は、指向性が高くて照度のコントロールも容易な光を照射する用途に適しており、一例として、コピー機、スキャナなどに用いられる画像読取装置、コピー、プリンタなど感光体上の電荷を光により制御する除電などの光源、インテリア用薄型光源、誘導灯など、その他の光源に幅広く用いることができる。また、この発明は、擬似太陽光照射装置にも適し、太陽電池パネルのＩ−Ｖ特性を評価するためのソーラーシミュレータ用光源としても利用できる。また、各種太陽エネルギー利用機器の測定試験や加速劣化試験、および農作物用の擬似太陽光照射装置などへの応用が可能である。
【符号の説明】
【００６１】
１００ 光源装置
１０１Ａ フラットコイルフィラメント
１０１ ランプ光源
１０２ リフレクタ
１０３,２０３ 円筒形凹レンズ
１０３Ａ,２０３Ａ 円筒形凹レンズ面
１０４,２０４ 円筒形凸レンズ
１０４Ａ,２０４Ａ 円筒形凸レンズ面
１０５ 照射面
１０７,２０７ 光取り出し用導光体
１０７Ａ,２０７Ａ 端面
１０７Ｂ,２０７Ｂ 出射面
１０７Ｃ 反対側の面
１０８,２０８ 照射対象面
１０９,２０９ 光取り出し構造部
１０９Ａ,２０９Ａ 光路変換構造体
３０１ スペクトル調整用光学素子
３０２ 光量調整用フィルタ
３０３ 筐体
３０５ 光源装置
３０５Ａ 照射面
３０６ 冷却装置
【技術分野】
【０００１】
この発明は、光照射装置に関し、被照射物に対して指向性の高い光を強度分布を均一化して照射できる光照射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
指向性の高い光を照明用途に利用する場合、光学系の設計が行い易く、制御が容易であり非常に有効である。
【０００３】
そこで、従来、バルブ状の光源を用いて指向性と光強度分布の両方を制御する手法として、インテグレータレンズと集光光学素子を用いた光強度の均一化手法が用いられてきた(特許文献１(特許第３５０８１９０号公報)参照)。また、特許文献２(特開平１０−１０６９２９号公報)に示される線状照明装置では、光源に平行度の高いレーザー光を用いた場合、円筒インテグレータレンズと球面インテグレータレンズと集光光学素子を用いて線状の照射領域を実現している。
【０００４】
ところで、上述した従来の照明装置では以下のような課題がある。特許文献１における照射領域の指向性と光強度分布の制御手法においては、照射領域が正方形となり、細長い導光体の端面に光を効率的に入射することが困難である。さらに、集光光学系を用いているので、光源のリフレクタ径より幅の広い照射領域が得られないことから、複数個の光照射装置を並べて所望の照射領域を得ることは困難である。また、特許文献２で開示されている照明装置による照射領域の制御方法においては、光源として平行度の非常に高いレーザー光を使用しており、バルブ光源のような指向性が一様でない光源では所望の照射領域と指向性を得ることは困難である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３５０８１９０号公報
【特許文献２】特開平１０−１０６９２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そこで、この発明の課題は、高い指向性を持ち、強度分布が均一化された光を広範囲に亘って照射できる光照射装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため、この発明の光照射装置は、光を出射する光源部と、
上記光源部から入射された光を屈折させて出射する光学素子と、
上記光学素子から出射した光が入射される端面と上記端面に入射された光を出射する出射面とを含む導光体とを備え、
上記光学素子は、
上記光源部からの光を拡散させる円筒形凹レンズ面と、
上記円筒形凹レンズ面からの光を集光する円筒形凸レンズ面とを有し、
上記円筒形凹レンズ面の円筒中心軸と上記円筒形凸レンズ面の円筒中心軸とが互いに垂直であることを特徴としている。
【０００８】
この発明の光照射装置によれば、光源部から出射された光は、上記光学素子の円筒型凹レンズ面によりこの円筒形凹レンズ面の円筒中心軸と直交する第１の方向に光が拡散される。この円筒形凹レンズ面で第１の方向に拡散された光は、上記円筒形凸レンズ面で上記第１の方向と直交する第２の方向に集光される。したがって、上記第２の方向に高い指向性を持った光を上記第１の方向に広範囲に亘って照射できる。
【０００９】
よって、この発明の光照射装置によれば、光学素子の円筒型凹レンズ面と円筒形凸レンズ面の焦点距離を所望の指向性を満たすように設定することで、強度分布が均一化された指向性の高い光を導光体の端面に効率よく照射することが可能となる。これにより、上記導光体の出射面から強度分布が均一化された指向性の高い光を出射できる。
【００１０】
また、一実施形態の光照射装置では、上記光源部は、光を出射する光源と上記光源が出射した光を一方向へ反射するリフレクタとを有し、
上記光源は、上記円筒形凸レンズ面の円筒中心軸と平行な方向にコイルが巻かれているフラットコイルフィラメントを含み、
上記導光体の端面は、上記円筒形凸レンズ面の円筒中心軸に沿って延在している。
【００１１】
この実施形態の光照射装置によれば、上記光源は上記フラットコイルフィラメントによって上記円筒形凸レンズ面の円筒中心軸の方向(第１の方向)に光の出射領域が広くなる。よって、上記光学素子への照射領域を上記第１の方向に沿って延在している上記導光体の端面に光を入射させるのに最適な照射領域にすることができる。
【００１２】
また、一実施形態の光照射装置では、上記光源部と円筒形凹レンズ面の組の２組以上が上記円筒形凸レンズ面の円筒中心軸に沿って配置されており、
上記円筒形凹レンズ面は上記光源部から入射した光を上記光源部の外径よりも広い範囲に拡散させ、上記円筒形凸レンズ面は上記円筒形凹レンズ面からの光を集光する。
【００１３】
この実施形態の光照射装置によれば、上記光学素子の上記円筒形凹レンズ面により、上記光源部の外径よりも幅の広い照射領域が得られるので、光源部(光源,リフレクタ),円筒形凹レンズ面の複数組の配置間隔を調整することで、各組による光照射領域を干渉させることなく導光体の細長い端面に光を入射させるのに適した照射領域を得ることが可能となる。
【００１４】
また、一実施形態の光照射装置では、上記光源部から照射対象面までの光路中の少なくとも１箇所に配置されて上記光源部からの光の光量を調整する光量調整部材を有する。
【００１５】
この実施形態の光照射装置によれば、上記光量調整部材によって、被照射面における照度を調整できる。また、光源部(ランプ)の交換時などのメンテナンス時においても照度の調整を容易に行うことができる。
【００１６】
なお、上記光量調整部材が、仮想的に分割された複数の領域で光量の調整量を可変にした場合には、上記光学素子の作製誤差や、光源(ランプ)の個体差による発光照度ムラが生じたときに、上記光量調整部材の各領域の光量調整量を変えて被照射面における照度を均一化できる。
【００１７】
また、一実施形態の光照射装置では、上記光源部から照射対象面までの光路中の少なくとも１箇所に配置されて上記光源部からの光のスペクトル分布を調整して擬似的な太陽光のスペクトルにするスペクトル調整部材を有する。
【００１８】
この実施形態の光照射装置によれば、上記スペクトル調整部材で上記光源部からの光のスペクトル分布を擬似的な太陽光のスペクトルにするので、放射角が一定の範囲内に納まった指向性の高い擬似太陽光を照射できる。
【発明の効果】
【００１９】
この発明の光照射装置によれば、光学素子の円筒型凹レンズ面と円筒形凸レンズ面の焦点距離を所望の指向性を満たすように設定することで、強度分布が均一化された指向性の高い光を導光体の端面に効率よく照射することが可能となる。これにより、上記導光体の出射面から強度分布が均一化された指向性の高い光を出射できる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１Ａ】この発明の光照射装置の第１実施形態が備える光源装置１００の側面図である。
【図１Ｂ】上記光源装置１００の平面図である。
【図２】上記第１実施形態の側面図である。
【図３】上記第１実施形態におけるフィラメントと光学素子と導光体の最適配置を示す模式的な斜視図である。
【図４Ａ】上記第１実施形態の光源装置１００から出射される光の放射角分布(ｚ軸方向)を示す特性図である。
【図４Ｂ】上記光源装置１００から出射される光の放射角分布(ｙ軸方向)を示す特性図である。
【図５】上記光源装置１００から出射される光の照度分布(ｙ軸方向)を示す特性図である。
【図６Ａ】この発明の光照射装置の第２実施形態の側面図である。
【図６Ｂ】上記第２実施形態の平面図である。
【図７】この発明の光照射装置の第３実施形態としての擬似太陽光照射装置の側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、この発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。
【００２２】
(第１の実施の形態)
図１Ａの側面図に、この発明の光照射装置の第１実施形態が備える光源装置１００を側方から見た様子を示す。また、図１Ｂの平面図に、光源装置１００を上方から見た様子を示す。図１Ａおよび図１Ｂにおいて、ｚ軸方向を上方とし、ｙ軸方向を側方とし、ｘ軸方向を前方としている。なお、図１Ａ,図１Ｂにおいて、Ｊは光軸である。
【００２３】
光源装置１００は、ランプ光源１０１と、このランプ光源１０１が出射した光を前方へ反射するリフレクタ１０２と、円筒形凹レンズ１０３と円筒形凸レンズ１０４を有する。上記ランプ光源１０１とリフレクタ１０２が光源部を構成している。上記円筒形凹レンズ１０３は円筒形凹レンズ面１０３Ａを含み、円筒形凸レンズ１０４は円筒形凸レンズ面１０４Ａを含んでいる。この円筒形凹レンズ面１０３Ａの円筒中心軸は円筒形凸レンズ面１０４Ａの円筒中心軸とは互いに垂直になっている。すなわち、円筒形凹レンズ面１０３Ａの円筒中心軸はｚ軸方向に延在しており、円筒形凸レンズ面１０４Ａの円筒中心軸はｙ軸方向に延在している。上記円筒形凹レンズ１０３と円筒形凸レンズ１０４が光学素子を構成している。なお、ここでは、円筒形凹レンズ１０３と円筒形凸レンズ１０４とを別体としたが、両者を一体にした光学素子を用いてもよい。
【００２４】
上記円筒形凹レンズ１０３は、図１Ｂに示すように、リフレクタ１０２で前方へ略平行な光として反射された光を円筒形凹レンズ面１０３Ａで側方へ屈折させ、ｘ‐ｙ平面において拡散させて平坦面１０３Ｂから、円筒形凸レンズ１０４の平坦面１０４Ｂに入射させる。そして、円筒形凸レンズ１０４は、図１Ａに示すように、平坦面１０４Ｂに入射した光を円筒形凸レンズ面１０４Ａで屈折させ、ｘ‐ｚ平面において集光させて前方へ出射する。なお、図１Ａおよび図１Ｂにおいて、符号１０５は照射面を表している。
【００２５】
次に、図２に、この第１実施形態が有する光源装置１００と光取り出し用導光体１０７を示す。この光取り出し用導光体１０７は、光源装置１００の円筒形凸レンズ１０４から出射した光が入射される端面１０７Ａを有する。この端面１０７Ａは、図１Ａ,図１Ｂの照射対象面１０５に相当している。この導光体１０７は、光源装置１００から端面１０７Ａに入射した光を、上方(ｚ軸方向)に向いた出射面１０７Ｂから照射対象面１０８に向かって出射する。
【００２６】
図３に示すように、上記ランプ光源１０１は、ｙ軸方向に沿ってコイルが巻かれているフラットコイルフィラメント１０１Ａを有する。したがって、ランプ光源１０１は、ｙ軸方向に光の出射領域が広くなる。また、上記導光体１０７の端面１０７Ａは、ｙ軸方向に細長い長方形状になっている。そして、このｙ軸方向に出射領域が広いランプ光源１０１からの光はリフレクタ１０２でｘ方向へ反射され、円筒形凹レンズ１０３の円筒形凹レンズ面１０３Ａでｙ軸方向に拡散される。このｙ軸方向に拡散された光は、円筒形凸レンズ１０４の円筒形凸レンズ面１０４Ａでｚ軸方向に集光されて、照射領域がｙ軸方向に長くて光強度の大きな照射光となってｙ軸方向に細長い端面１０７Ａに照射される。つまり、強度分布が均一化された指向性の高い光を導光体１０７の端面１０７Ａに効率よく照射することが可能となる。
【００２７】
また、上記導光体１０７に入射した光は、導光体１０７の内部を伝播し、導光体内に出射面１０７Ｂの反対側の面１０７Ｃに設置された光路変換構造体１０９Ａからなる光取り出し構造部１０９によって屈折,反射され、照射対象面１０８に向けて放射される。これにより、導光体１０７の出射面１０７Ｂの広い範囲にわたって、出射面１０７Ｂから上方(ｚ軸方向)に向けて指向性が高くて強度分布が均一化された光を出射させることが可能になる。
【００２８】
なお、この実施形態では、光取り出し構造部１０９を構成する光路変換構造体１０９Ａとして、先端角および傾斜角を有する略三角柱形状のプリズム構造を採用したが、光取り出し用導光体に形成した溝や窪み、あるいは、透明樹脂からなる線状や点状の構造体による光取り出し構造を採用してもよい。
【００２９】
次に、図４Ａ,図４Ｂに、円筒形凸レンズ面１０４Ａから導光体１０７の端面１０７Ａに入射する光の端面１０７Ａにおける放射角分布を示す。ここでは、一例として、円筒形凹レンズ１０３と円筒形凸レンズ１０４は、屈折率が１.５１のガラス材料で作製した。また、円筒形凹レンズ１０３の円筒形凹レンズ面１０３Ａの曲率Ｒを２５０ｍｍとし、円筒形凸レンズ１０４の円筒形凸レンズ面１０４Ａの曲率Ｒを１２０ｍｍとし、リフレクタ１０２の開口の直径を１１０ｍｍとした。
【００３０】
図４Ａは、上記ｘ軸を０度とし、ｚ軸に±９０度を設定した場合の放射角分布であり、縦軸は規格化照度を表している。図４Ａでは、全照度の９８％がｚ軸方向の±１５度以内に収まっている。また、図４Ｂは、上記ｘ軸を０度、ｙ軸を±９０度にした場合の放射角分布であり、縦軸は規格化照度を表している。図４Ｂでは全照度の９０％が±１５度以内に収まっている。
【００３１】
また、図５に、この実施形態における導光体１０７の端面１０７Ａにおけるｙ軸方向の照度分布である。この実施形態では、リフレクタ１０２の開口直径１１０ｍｍに対して、ｙ軸方向の約１８０ｍｍの照射領域が得られている。
【００３２】
このように、この実施形態の光照射装置では、上記構成の光源装置１００を備えたことによって、指向性が高く、照度が均一化された光を照射対象面１０５としての導光体１０７の端面１０７Ａに照射することが可能になる。よって、この実施形態によれば、導光体１０７の出射面１０７Ｂから強度分布が均一化された指向性の高い光を出射できる。
【００３３】
(第２の実施の形態)
次に、図６Ａ,図６Ｂを参照して、この発明の光照射装置の第２実施形態を説明する。図６Ａは、この実施形態の光照射装置を側方(ｙ軸方向)から見た様子を示す側面図であり、図６Ｂは、この実施形態の光照射装置を上方(ｚ軸方向)から見た様子を示す平面図である。なお、図６Ａ,図６Ｂにおいて、Ｊは光軸である。
【００３４】
この第２実施形態は、次の(ｉ)〜(iｖ)の点だけが、前述の第１実施形態と異なる。よって、この第２実施形態では、前述の第１実施形態と異なる点を主に説明する。
【００３５】
(ｉ) 前述の第１実施形態の円筒形凹レンズ面１０３Ａと同じ形状であると共にｙ軸方向に配列された２つの円筒形凹レンズ面２０３Ａを有する円筒形凹レンズ２０３を有する点。
【００３６】
(ii) 前述の第１実施形態のランプ光源１０１,リフレクタ１０２および円筒形凹レンズ面２０３Ａからなる組が、ｙ軸方向に２組配列されている点。
【００３７】
(iii) 前述の第１実施形態の円筒形凸レンズ１０４をｙ軸方向に延長してｙ軸方向の寸法が円筒形凸レンズ１０４の約２倍である円筒形凸レンズ２０４を有する点。
【００３８】
(iｖ) 前述の第１実施形態の導光体１０７をｙ軸方向に延長してｙ軸方向の寸法が上記導光体１０７の約２倍である導光体２０７を有する点。
【００３９】
図６Ｂに示すように、この第２実施形態では、上記ランプ光源１０１とリフレクタ１０２と円筒形凹レンズ面２０３Ａからなる組が、円筒形凸レンズ２０４の円筒形凸レンズ面２０４Ａの円筒中心軸に沿って２組配置されている。そして、ｙ軸方向に並んだ２つの円筒形凹レンズ面２０３Ａを有する円筒形凹レンズ２０３は、円筒形凸レンズ２０４にｘ軸方向に対向している。また、図６Ｂに示すように、円筒形凹レンズ２０３は、リフレクタ１０２,１０２から円筒形凹レンズ面２０３Ａ,２０３Ａに入射した光を屈折させてｘ‐ｙ平面においてリフレクタ１０２,１０２の外径よりも広い範囲に拡散させる。そして、図６Ａに示すように、円筒形凸レンズ２０４は、円筒形凹レンズ２０３の２つの円筒形凹レンズ面２０３Ａ,２０３Ａからの光をｘ‐ｚ平面において集光して前方へ出射し、導光体２０７の端面２０７Ａに入射させる。
【００４０】
この第２実施形態の光照射装置によれば、上記ｙ軸方向の寸法が、前述の第１実施形態の円筒形凸レンズ１０４の約２倍である円筒形凸レンズ２０４から、ｙ軸方向の寸法が前述の第１実施形態の導光体１０７の約２倍である導光体２０７の端面２０７Ａに強度分布が均一化された指向性の高い光を入射させることができる。したがって、導光体２０７の出射面２０７Ｂの広い範囲にわたって、出射面２０７Ｂから上方(ｚ軸方向)の照射対象面２０８に向けて指向性が高くて強度分布が均一化された光を出射させることが可能になる。
【００４１】
また、上記円筒形凹レンズ２０３が有する２つの円筒形凹レンズ面２０３Ａ,２０３Ａにより、各リフレクタ１０２,１０２の外径より幅の広い照射領域が得られるので、光源１０１,リフレクタ１０２,円筒形凹レンズ面２０３Ａの２組の配置間隔を調整することで、各組による光照射領域を干渉させることなく導光体２０７の細長い端面２０７Ａに光を入射させるための最適な照射領域を得ることが可能となる。
【００４２】
図６Ｂでは、隣り合う２つのリフレクタ１０２から前方に出射される光線同士は離隔しているように見えるが、リフレクタ１０２の形状を調整して最適化することによって、２つの円筒形凹レンズ面２０３Ａで屈折され拡散されて円筒形凹レンズ２０３から前方に出射される光線を隣接させることができる。これにより、円筒形凸レンズ２０４から導光体２０７の端面２０７Ａにｙ軸方向に連続した照射領域で光を入射させることができる。
【００４３】
尚、この実施形態においては、２つの円筒形凹レンズ面２０３Ａを有する１つの円筒形凹レンズ２０３を採用したが、１つの円筒形凹レンズ面２０３Ａを有する円筒形凹レンズを２つ備えてもよい。また、上記１つの円筒形凸レンズ２０４に替えて、前述の第１実施形態の円筒形凸レンズ１０４をｙ軸方向に２つ配列してもよい。また、上記実施形態では、ランプ光源,リフレクタおよび円筒形凹レンズ面からなる組を２組備えたが、３組以上備えてもよい。また、円筒形凹レンズと円筒形凸レンズを一体形成した光学素子を複数配列してもよい。
【００４４】
(第３の実施の形態)
次に、図７を参照して、この発明の光照射装置の第３実施形態を説明する。図７は、この第３実施形態の光照射装置を側方(ｙ軸方向)から見た様子を示す側面図である。この第３実施形態は、次の(ｉ)〜(iii)の点だけが、前述の第２実施形態と異なる。よって、この第３実施形態では、前述の第２実施形態と異なる点を主に説明する。
【００４５】
(ｉ) 前述の第２実施形態の円筒形凸レンズ２０４と光取り出し用導光体２０７の端面２０７Ａとの間にスペクトル調整用光学素子３０１と光量調整用フィルタ３０２を配置した点。
【００４６】
(ii) ｙ軸方向に配列されたランプ光源１０１とリフレクタ１０２の２つの組と円筒形凹レンズ２０３と円筒形凸レンズ２０４およびスペクトル調整用光学素子３０１と光量調整用フィルタ３０２を収容する筐体３０３を有し、この筐体３０３内の内部および内部に収容された各部品を冷却する冷却装置３０６を有する点。
【００４７】
(iii) ランプ光源１０１をハロゲンランプとした点。
【００４８】
この第３実施形態の光照射装置は、指向性が高く強度分布が均一化された光を広範囲に照射する疑似太陽光照射装置である。上記２つのランプ光源１０１と２つのリフレクタ１０２と円筒形凹レンズ２０３と円筒形凸レンズ２０４およびスペクトル調整用光学素子３０１と光量調整用フィルタ３０２と筐体３０３とが光源装置３０５を構成している。
【００４９】
はじめに、光源装置３０５の筐体３０３内に配置された２つランプ光源１０１から出射した光は２つのリフレクタ１０２によって円筒形凹レンズ２０３の２つの円筒形凹レンズ面２０３Ａに向けて出射される。この２つの円筒形凹レンズ面２０３Ａで屈折,拡散された光線は、円筒形凸レンズ２０４で集光されて光取り出し用導光体２０７の端面２０７Ａに集光される。この端面２０７Ａは光源装置３０５の照射面３０５Ａに対向している。
【００５０】
また、この実施形態では、上記２つのランプ光源１０１と光源装置３０５の照射面３０５Ａとの間には、スペクトル調整用光学素子３０１が配置されている。このスペクトル調整用光学素子３０１は、上記２つのランプ光源１０１からの放射光の波長帯のうちの特定波長帯の透過率が低くなっている。よって、スペクトル調整用光学素子３０１は、上記２つのランプ光源１０１からの放射光の波長帯のうちの特定波長帯の成分を減衰させる。よって、このスペクトル調整用光学素子３０１は、上記放射光の波長帯のうちの特定波長帯の成分を減衰させたスペクトル分布の光を光量調整用フィルタ３０２に入射させる。この光量調整用フィルタ３０２は、光源装置３０５の照射面３０５Ａに入射させる照度分布を均一にすべく、入射光の光量を調整する。
【００５１】
次に、光量調整用フィルタ３０２の特性について説明する。
【００５２】
前述の第１実施形態では、光量調整用フィルタ３０２を有しておらず、１組のランプ光源１０１,リフレクタ１０２および円筒形凸レンズ２０３,円筒形凹レンズ２０４による導光体２０７の端面２０７Ａへのｙ軸方向の照度分布は、図５に示すような分布であった。この図５に示す照度分布では、ｙ軸方向の中心部分と周辺部分の照度が相対的に高くなっている。
【００５３】
そこで、この第３実施形態では、図５の照度分布のような照度ムラを改善するため、光量調整用フィルタ３０２を有している。この光量調整用フィルタ３０２は、入射領域を仮想的に分割し、分割した各領域の透過率を制限することによって出射光の照度分布の均一化を図った。具体的には、図５の照度分布から上記照射面における各領域の規格化照度を求め、出射光の照度分布を均一化するように上記入射領域で分割した各領域の透過率を算出した。なお、光量調整用フィルタ３０２を構成する部材としては、上記分割した各領域について透過率を制限できる部材であればよく、例えば遮光網、遮光テープ、遮光シート、遮光フィルタなどを用いることができる。
【００５４】
上記光源装置３０５は、上記スペクトル調整用光学素子３０１で所望のスペクトルを有する光とし、光量調整用フィルタ３０２で強度分布を均一化した光として、導光体２０７の端面２０７Ａに照射することが可能である。また、スペクトル調整用光学素子３０１としてエアマスフィルタを利用することによって、指向性が高く、強度分布が均一化された擬似太陽光を照射面３０５Ａから導光体２０７の端面２０７Ａに照射することが可能となる。
【００５５】
ところで、この第３実施形態では、擬似太陽光照射装置としたので、スペクトル調整用光学素子３０１は主にハロゲンランプの短波長側帯域を遮断して、照射面３０５Ａへの照射光のスペクトルを太陽光のスペクトルに近似させている。なお、照射光のスペクトルと太陽光のスペクトルとの合致度を高めるために、ハロゲンランプに加えキセノンランプを用いてもよい。
【００５６】
また、この実施形態においては、光源装置３０５からの出射光を光取り出し用導光体２０７の端面２０７Ａに直接集光したが、反射面や結合用プリズムを用いて、光源装置３０５からの出射光を光取り出し用導光体２０７の端面２０７Ａに間接的に集光させてもよい。この場合、光源装置３０５と導光体２０７の配置の自由度を向上できる。また、光取り出し用導光体２０７の端面２０７Ａの周囲には、必要に応じて遮光手段を配置しても構わない。
【００５７】
上記光取り出し用導光体２０７の端面２０７Ａに入射した光は、導光体内部を伝播し、導光体２０７内に設けられた光路変換構造体２０９Ａからなる光取り出し構造部２０９によって、照射対象面２０８に向けて放射される。なお、この第３実施形態においては、光取り出し構造部２０９をなす光路変換構造体２０９Ａとして、先端角および傾斜角を有する略三角柱形状のプリズム構造を採用している。そして、上記光量調整用フィルタ３０２に加えて、光取り出し構造部２０９の配置間隔を制御することによって、照射対象面２０８へ放射する光の光束密度の制御を行った。
【００５８】
この実施形態によれば、光源装置３０５によって光取り出し用導光体２０７へ指向性の高い光が導入されているので、光取り出し構造部２０９の形状を統一することによって、出射面２０７Ｂから照射対象面２０８の方向へ指向性の高い光を照射することが可能になる。また、この実施形態では、冷却装置３０６によって、光源装置３０５の内部および内部に配設された構成部品などを冷却して、筐体３０３内の過熱を防いでいる。
【００５９】
尚、この第３実施形態では、１つの光源装置３０５から導光体２０７の片側端面２０７Ａに光を入射させたが、２つ以上の光源装置から導光体２０７の２箇所以上の端面に光を入射させても構わない。また、この実施形態においては、スペクトル調整用光学素子３０１と光量調整用フィルタ３０２は、円筒形凸レンズ２０４の出射側に配置したが、ランプ光源１０１から光源装置３０５の照射面３０５Ａまでの経路内のどこに配置しても構わない。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
この発明は、指向性が高くて照度のコントロールも容易な光を照射する用途に適しており、一例として、コピー機、スキャナなどに用いられる画像読取装置、コピー、プリンタなど感光体上の電荷を光により制御する除電などの光源、インテリア用薄型光源、誘導灯など、その他の光源に幅広く用いることができる。また、この発明は、擬似太陽光照射装置にも適し、太陽電池パネルのＩ−Ｖ特性を評価するためのソーラーシミュレータ用光源としても利用できる。また、各種太陽エネルギー利用機器の測定試験や加速劣化試験、および農作物用の擬似太陽光照射装置などへの応用が可能である。
【符号の説明】
【００６１】
１００ 光源装置
１０１Ａ フラットコイルフィラメント
１０１ ランプ光源
１０２ リフレクタ
１０３,２０３ 円筒形凹レンズ
１０３Ａ,２０３Ａ 円筒形凹レンズ面
１０４,２０４ 円筒形凸レンズ
１０４Ａ,２０４Ａ 円筒形凸レンズ面
１０５ 照射面
１０７,２０７ 光取り出し用導光体
１０７Ａ,２０７Ａ 端面
１０７Ｂ,２０７Ｂ 出射面
１０７Ｃ 反対側の面
１０８,２０８ 照射対象面
１０９,２０９ 光取り出し構造部
１０９Ａ,２０９Ａ 光路変換構造体
３０１ スペクトル調整用光学素子
３０２ 光量調整用フィルタ
３０３ 筐体
３０５ 光源装置
３０５Ａ 照射面
３０６ 冷却装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を出射する光源部と、
上記光源部から入射された光を屈折させて出射する光学素子と、
上記光学素子から出射した光が入射される端面と上記端面に入射された光を出射する出射面とを含む導光体とを備え、
上記光学素子は、
上記光源部からの光を拡散させる円筒形凹レンズ面と、
上記円筒形凹レンズ面からの光を集光する円筒形凸レンズ面とを有し、
上記円筒形凹レンズ面の円筒中心軸と上記円筒形凸レンズ面の円筒中心軸とが互いに垂直であることを特徴とする光照射装置。
【請求項２】
請求項１に記載の光照射装置において、
上記光源部は、光を出射する光源と上記光源が出射した光を一方向へ反射するリフレクタとを有し、
上記光源は、上記円筒形凸レンズ面の円筒中心軸と平行な方向にコイルが巻かれているフラットコイルフィラメントを含み、
上記導光体の端面は、上記円筒形凸レンズ面の円筒中心軸に沿って延在していることを特徴とする光照射装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の光照射装置において、
上記光源部と円筒形凹レンズ面の組の２組以上が上記円筒形凸レンズ面の円筒中心軸に沿って配置されており、
上記円筒形凹レンズ面は上記光源部から入射した光を上記光源部の外径よりも広い範囲に拡散させ、上記円筒形凸レンズ面は上記円筒形凹レンズ面からの光を集光することを特徴とする光照射装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１つに記載の光照射装置において、
上記光源部から照射対象面までの光路中の少なくとも１箇所に配置されて上記光源部からの光の光量を調整する光量調整部材を有することを特徴とする光照射装置。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１つに記載の光照射装置において、
上記光源部から照射対象面までの光路中の少なくとも１箇所に配置されて上記光源部からの光のスペクトル分布を調整して擬似的な太陽光のスペクトルにするスペクトル調整部材を有することを特徴とする光照射装置。
【請求項１】
光を出射する光源部と、
上記光源部から入射された光を屈折させて出射する光学素子と、
上記光学素子から出射した光が入射される端面と上記端面に入射された光を出射する出射面とを含む導光体とを備え、
上記光学素子は、
上記光源部からの光を拡散させる円筒形凹レンズ面と、
上記円筒形凹レンズ面からの光を集光する円筒形凸レンズ面とを有し、
上記円筒形凹レンズ面の円筒中心軸と上記円筒形凸レンズ面の円筒中心軸とが互いに垂直であることを特徴とする光照射装置。
【請求項２】
請求項１に記載の光照射装置において、
上記光源部は、光を出射する光源と上記光源が出射した光を一方向へ反射するリフレクタとを有し、
上記光源は、上記円筒形凸レンズ面の円筒中心軸と平行な方向にコイルが巻かれているフラットコイルフィラメントを含み、
上記導光体の端面は、上記円筒形凸レンズ面の円筒中心軸に沿って延在していることを特徴とする光照射装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の光照射装置において、
上記光源部と円筒形凹レンズ面の組の２組以上が上記円筒形凸レンズ面の円筒中心軸に沿って配置されており、
上記円筒形凹レンズ面は上記光源部から入射した光を上記光源部の外径よりも広い範囲に拡散させ、上記円筒形凸レンズ面は上記円筒形凹レンズ面からの光を集光することを特徴とする光照射装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１つに記載の光照射装置において、
上記光源部から照射対象面までの光路中の少なくとも１箇所に配置されて上記光源部からの光の光量を調整する光量調整部材を有することを特徴とする光照射装置。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１つに記載の光照射装置において、
上記光源部から照射対象面までの光路中の少なくとも１箇所に配置されて上記光源部からの光のスペクトル分布を調整して擬似的な太陽光のスペクトルにするスペクトル調整部材を有することを特徴とする光照射装置。
【図１Ａ】
【図１Ｂ】
【図２】
【図３】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図５】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図７】
【図１Ｂ】
【図２】
【図３】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図５】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図７】
【公開番号】特開２０１０−２５１００２（Ｐ２０１０−２５１００２Ａ）
【公開日】平成２２年１１月４日（２０１０．１１．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−９６９８２（Ｐ２００９−９６９８２）
【出願日】平成２１年４月１３日（２００９．４．１３）
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１１月４日（２０１０．１１．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年４月１３日（２００９．４．１３）
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
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