反射型光学素子
【課題】照度ムラを解消する機能を有しつつ、単体で光路の向きを変えることができる反射型光学素子を提供すること。
【解決手段】光を反射する所定曲率半径ｒ２の複数の小反射面３２を並べて反射面３１を構成し、基体３０の一面に設け、前記小反射面３２のそれぞれが同一の照射面に向けて光を反射し当該照射面で反射光Ｑを重畳することを特徴とする反射鏡８を構成した。
【解決手段】光を反射する所定曲率半径ｒ２の複数の小反射面３２を並べて反射面３１を構成し、基体３０の一面に設け、前記小反射面３２のそれぞれが同一の照射面に向けて光を反射し当該照射面で反射光Ｑを重畳することを特徴とする反射鏡８を構成した。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、反射型の光学素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、光源と照射面との間に、フライアイレンズやロットレンズ等の光インテグレータを設けた照明システムが知られている（例えば、特許文献１、及び特許文献２参照）。この照明システムによれば、例えば光源が超高圧水銀灯等のランプ光源のように輝度ムラを生じる場合でも、光源の輝度ムラが光インテグレータの通過時に拡散されることで照射面の照度ムラが防止される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−３５９０２６号公報
【特許文献２】特開平５−４５６０４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、光インテグレータ単体では、光路の向きを変えることができず別途に反射型の光学素子が必要となり、光源と照射面との位置関係によっては照明光学系が備える光学素子の数が多くなる、という問題がある。
【０００５】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、照度ムラを解消する機能を有しつつ、単体で光路の向きを変えることができる反射型光学素子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】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明は、光を反射する所定曲率半径の複数の小反射面を並べて反射面を構成し、前記小反射面のそれぞれが同一の照射面に向けて光を反射し当該照射面で反射光を重畳することを特徴とする反射型光学素子を提供する。
【０００７】
また本発明は、上記反射型光学素子において、前記小反射面がそれぞれ同一の平面視形状を成すことを特徴とする。
【０００８】
また本発明は、上記反射型光学素子において、前記反射面を、前記照射面で焦点を結ぶように曲率を持たせた面とし、当該面に各小反射面の輪郭の頂点を合わせて配置したことを特徴とする。
【０００９】
また本発明は、上記反射型光学素子において、前記反射面に前記小反射面を隙間無く設けたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、反射面を構成する複数の小反射面のそれぞれが同一の照射面に向けて光を反射し当該照射面で反射光を重畳する構成であるため、入射光の光束にムラがある場合でも照射面での照度ムラが抑えられる。これに加え、反射型光学素子であることから、単体で光路の向きを変えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施形態に係る照明システムの模式図である。
【図２】反射鏡の正面側をみた斜視図である。
【図３】反射鏡による照射エリアの照度分布図である。
【図４】光源、反射鏡、小反射面、及び照射エリアの関係を示す図である。
【図５】光源６の位置の説明図であり、（Ａ）は光源が実像となる場合、（Ｂ）は光源が虚像となる場合を示す。
【図６】小反射面、及び照射エリアの寸法比を示す図である。
【図７】入射光及び反射光のそれぞれの光軸を含む面の説明図である。
【図８】光源、反射鏡、小反射面、及び照射エリアの関係を示す図である。
【図９】反射鏡の一面の分割数（小反射面の数）と照度分布の関係を示す図である。
【図１０】反射鏡の一面の分割数（小反射面の数）と照射光量、最大照度、及び照度ムラの関係を示す図である。
【図１１】本発明の変形例を示す図である。
【図１２】本発明の他の変形例を示す図である。
【図１３】本発明の応用例に係る照明システムの模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
図１は、本実施形態に係る照明システム１の模式図である。
照明システム１は、所定の大きさの照射エリア４に光を照射して当該照射エリア４を照度ムラなく均一に、なおかつ照射エリア４のエッジのボケを抑えて照明するものであり、光源６と、この光源６の光を反射する反射型光学素子たる反射鏡８とを備えている。
【００１３】
光源６は、出力が比較的大きな高圧水銀ランプ等の放電ランプ１２と、放電ランプ１２の光を出力する凹面鏡としてのリフレクター１４とを備え、リフレクター１４の光軸Ｋ上に反射鏡８が配置されている。なお、リフレクター１４には、凹面が放物反射面の放物面鏡、或いは凹面が楕円反射面の楕円面鏡を用いることができる。
反射鏡８は、光源６の光軸Ｋ上に傾斜角α（図示例では４５°）で配置され、光源６から入射する光を略直角に光路を折り曲げて対面する照射面３を所定の大きさの照射エリア４で照明する。
【００１４】
この反射鏡８は、光源６の光束の断面形状にかかわらず、照射面３を所定大きさの矩形状の照射エリア４でエッジのボケを抑えて照明するものであり、かかる反射鏡８について以下に説明する。
【００１５】
図２は反射鏡８の正面側をみた斜視図であり、図３は当該反射鏡８の反射光による照射例の一例たる照度分布図である。なお、図３において、四角枠Ｗは、反射鏡８により造られる照射エリア４の設計値である。
反射鏡８は、図２に示すように、板状の基体３０を有し、当該基体３０の表面側の一面に多数の小反射面３２を設けて主たる反射面３１が構成されている。
小反射面３２はそれぞれ、所定の曲率半径ｒ２を有する球面の凹面反射面を構成し、それぞれが同一箇所及び同一寸法の照射エリア４を狙って反射光を照射する。これにより、各小反射面３２の反射光２０が照射エリア４で重畳されることで、図３に示すように、照射エリア４での照度分布が一様となり照度ムラを解消される。換言すれば、多数の小反射面３２のそれぞれがフライアイレンズにおける微小レンズと光学的に同様の機能を備えることで、かかる反射鏡８が光インテグレータとして機能する。
【００１６】
小反射面３２のそれぞれは、全て平面視形状（基体３０の一面を正対して見た形状）及び断面視形状が同一形状を成し、それぞれの反射光が照射面に同一の形状、及び同一寸法の照射エリア４を造る。照射面に反射光が直入射する状態では、照射エリア４の形状は小反射面３２の平面視形状と略同一形状となる。すなわち、光源６の出力光の光束の断面形状にかかわらず、小反射面３２の平面視形状で規定した形状と略合同な照射エリア４が造られることから、小反射面３２の平面視形状を所望の形状に設定することで、所望の形状の照射エリア４を得ることができる。なお、小反射面３２の曲率半径ｒ２は、照射エリア４及び小反射面３２の寸法や、光源６から反射鏡８までの距離によって決定されるが、これについては後述する。また、小反射面３２においては、反射角にかかわらず、小反射面３２の平面視形状と同じ形状の照射エリア４を造るべく、主軸入射光Ｐ（図４）と反射光Ｑ（図４）の光線を含む面Ｅ（図４）が交差してできる交線Ｆの曲率半径ｒ２ｅは曲率半径ｒ２と異なっており、これについても後述する。
【００１７】
基体３０の一面においては、小反射面３２同士の間の隙間が大きいほど、反射面３で反射がコントロールされない光が増えて、目標とする照射エリア４の光量が減り、さらに、コントロールされていない光（迷光）によって照射エリア４のエッジがボケてくる。
そこで本実施形態では、小反射面３２のそれぞれを、基体３０の一面に隙間無く配置可能な平面視多角形状（本実施形態では矩形状：図２参照）としている。これにより、光源６の出力光５を効率良く反射して照射エリア４の照度を高めることができ、シャープな照射エリア４が造られる。
なお、照射エリア４の形状によっては、基体３０の一面に隙間無く小反射面３２を設けることができない。この場合には、当該隙間となる箇所に無反射加工や光を散らす加工を施すことで、照射エリア４のエッジのボケを抑制しても良い。
【００１８】
小反射面３２のそれぞれが全て同一形状を成すことは上述の通りであるが、この場合、基体３０の一面が平面であると、小反射面３２のそれぞれが照射面を照射する箇所にズレが生じ、これに伴い照射エリア４のエッジの先鋭さが悪くなる。
そこで本実施形態では、図２に示すように、基体３０の一面を、照射面３で焦点を結ぶ球面鏡の曲率半径ｒ１を持つ凹面としている。
これにより、各小反射面３２の照射面での照射エリア４の位置ズレが抑えられ、照射エリア４のエッジでのボケがより効果的に抑えられ明瞭にすることができる。
【００１９】
かかる反射鏡８の基体３０の曲率半径ｒ１、及び小反射面３２の曲率半径ｒ２は、次のようにして規定され、この規定に基づいて反射鏡８を設計することで、照度ムラ、及びエッジのボケを抑えた照射エリア４を造る反射鏡８が得られる。
すなわち、図４に示すように、反射鏡８に入る光束の起点もしくは等価的に１点と見なされる光源６の位置をＡ、反射鏡８の位置をＢ、照射エリア４の位置（すなわち照射面の位置）をＣとする。また、反射鏡８、小反射面３２及び照射エリア４の平面視形状は正方形であって、それぞれの１辺の長さがｄ１、ｄ２、及びｄ３とする。また、光源６と反射鏡８の間の距離をＬ１、反射鏡８と照射面までの距離をＬ２とする。
なお、小反射面３２は反射鏡８の一面を縦横に隙間無く配置して設けられており、反射鏡８、小反射面３２、及び照射エリア４の縦及び横は共に同じ方向を向き、以下では、これらの縦の方向を鉛直方向、横の方向を水平方向と定義する。
基体３０の曲率半径ｒ１は、反射面３１に小反射面３２が設けられていない場合に光源像を照射エリア４に結像する当該反射面３１の曲率であって、反射鏡８、光源６、及び照射エリア４の距離によって決まり次式（１）のように規定される。この基体３０の曲率半径ｒ１の曲率の面に、各小反射面３２の輪郭の頂点を合わせて配置して上記反射面３１が構成されている。
【００２０】
【数１】
【００２１】
なお、光源６と反射鏡８の間の距離をＬ１について補足すると、光源６の位置Ａは光源６のランプ１２の位置でも良いし、光源６が集光鏡たるリフレクター１４を備えている場合には、当該リフレクター１４により結像された点でも良い。リフレクター１４の結像点を光源６の位置Ａとする場合、図５（Ａ）に示すように、リフレクター１４の結像点が光源６と反射鏡８の間に位置することで光源６が実像になるときには、距離Ｌ１の符号は正となる。また図５（Ｂ）に示すように、リフレクター１４の結像点が光源６からみて反射鏡８を超えたところに位置することで光源６が虚像になるときには、距離Ｌ１の符号は負となる。反射鏡８と照射面の距離Ｌ２については常に正の値である。
【００２２】
したがって、光源６が実像の場合（すなわちＬ１＞０）、式（１）に基づき曲率半径ｒ１は正の値となることから、図５（Ａ）に示すように、反射鏡８の反射面３１の曲面形状は光源６からみて凹面となる。
一方、光源６が虚像（すなわちＬ１＜０）であって、距離Ｌ１と距離Ｌ２が等しい場合には、式（１）の分母がゼロとなることから曲率半径ｒ１は無限大となり、略平面となる。
また光源６が虚像（すなわちＬ１＜０）であって、距離Ｌ１の絶対値が距離Ｌ２より大きい場合には、式（１）に基づき曲率半径ｒ１は負の値となることから、図５（Ｂ）に示すように、反射鏡８の反射面３１の曲率形状は光源６からみて凸面となる。
【００２３】
また、反射鏡８と照射面との距離Ｌ２を、小反射面３２の幅ｄ２と照射面での照射エリア４の幅ｄ３の比によってできる内分点Ｍ１によって図６（Ａ）に示すように分け、反射鏡８から内分点Ｍ１までの距離をｍ１とすると、ｍ１は、次式（２）により表され、また、このｍ１を用いて小反射面３２の曲率半径ｒ２は次式（３）によって規定される。
【００２４】
【数２】
【００２５】
【数３】
【００２６】
なお、小反射面３２の球面反射面を凹面に代えて凸面とすることもできる。この場合には、図６（Ｂ）に示すように、反射鏡８と照射面との距離Ｌ２を、小反射面３２の幅ｄ２と照射エリア４の幅ｄ３の比によってできる外分点Ｍ２によって分け、反射鏡８から外分点Ｍ２までの距離をｍ２とすると、このｍ２は、次式（４）により表され、また、このｍ２を用いて小反射面３２の曲率半径ｒ２は次式（５）によって規定される。
【００２７】
【数４】
【００２８】
【数５】
【００２９】
なお、上記式（１）、（３）、（５）で決められている曲率半径ｒ１、ｒ２は、反射鏡８の製造時に必ずしも厳密に適用される必要はなく多少のズレは許容されるものであり、設計上の目安になるものである。
すなわち、曲率半径ｒ１においては、製造上の観点より略平面ではなく完全に平面にて実施する場合もあり、また反射角度と光源の大きさ等の関係より照射エリア４のエッジのボケを隅部で小さくするために、式（１）で計算される値より小さい場合もある。
曲率半径ｒ２においては、式（１）で計算された値よりも曲率半径ｒ１が小さい場合や平面である場合、光源６が大きさを持つ観点から照射エリア４での実行的な照度ムラを抑えるため、式（３）、（５）で計算される値より小さく設定することで、これら式（３）、（５）の等号が不等号（≦）となることもある。
【００３０】
また、図７、図８に示すように、反射鏡８からみて主軸入射光Ｐとその反射光Ｑを含む面Ｅを定義する。この図７において、点Ｂ０は反射鏡８と主軸入射光Ｐとの交点、Ｃ０は照射面と反射光Ｑの光軸との交点を示し、上記面Ｅは、光源６の位置Ａと、点Ｂ０、Ｃ０の３点にて決められる面とも言える。なお、点Ｄは反射鏡８の曲率中心を示し、点Ｄａは面Ｅと小反射面３２が交わってできる交線（以下、曲率半径ｒ２ｅと言う）の曲率中心を示す。
この面Ｅ内において、反射鏡８での反射角θ（主軸入射光Ｐに対する反射光Ｑの角度２θの２分の１）と、面Ｅ内での小反射面３２の幅ｄ２ｅは、小反射面３２の上記幅ｄ２に対して次式（６）の関係を有し、或いは、面Ｅ内での小反射面３２の曲率半径ｒ２ｅは、上記式（５）で規定された上記の曲率半径ｒ２に対して次式（７）の関係を有する。
【００３１】
【数６】
【００３２】
【数７】
【００３３】
上記式（６）、（７）の２式には相関関係があり、次式（８）が成立する。
【００３４】
【数８】
【００３５】
この式（８）を満たすように、小反射面３２の寸法形状を決定することで、よりエッジを抑えた照射エリア４が得られる。
【００３６】
前掲図１に示す光学配置を前提とし、光源６の光束の断面が略円形状であり、また照射エリア４及び小反射面３２が略正方形であると仮定して、式（８）を満たす反射鏡８について更に詳述する。
今、入射光に対する反射光の角度２θ＝９０°とした場合、小反射面３２の反射光Ｑの光束は反射方向（反射光Ｑの直進方向）に対し鉛直方向に１／ｃｏｓ４５°≒１.４１倍に伸張されて照射される。照射面で縦横同じ長さｄ３の照射エリア４とするには、上記式（６）に基づき面Ｅ内の幅ｄ２ｅをｃｏｓθ倍小さくすれば良いが、反射鏡８全体としてみれば照射エリア４の寸法は、反射光Ｑの光束を４５°で切った射影像で造られるため、鉛直方向が１／ｃｏｓ４５°≒１.４１倍だけ伸張されることを考慮すると、水平方向にも１／ｃｏｓθだけ長くする必要がある。
【００３７】
したがって、面Ｅ内に並んで配置される小反射面３２の数は、当該面Ｅと垂直な方向に並んで配置される小反射面３２の数に対して、１／ｃｏｓθ／ｃｏｓθ＝１／ｃｏｓ2θ倍だけ必要となり、主軸入射光Ｐに対して反射鏡８を４５°に傾けて配置した場合は、面Ｅに垂直な方向に並んで配置される小反射面３２の数に対し２倍だけ必要となる。また、反射鏡８の一面において、面Ｅ内に並んで配置される小反射面３２の数と、当該面Ｅと垂直な方向に並んで配置される小反射面３２の数とを同じにするには幅ｄ２ｅを１／ｃｏｓθ長くし、ｄ２ｅ＝ｄ２／ｃｏｓθとなる必要があるため、その時の上記面Ｅ内の曲率半径ｒ２ｅについては、ｒ２ｅ＝ｒ２／ｃｏｓ2θが導かれ、上記の通り反射鏡８を４５°に傾けて配置した場合は、上記曲率半径ｒ２に対して２倍となる。
【００３８】
なお、上記式（６）〜（８）は、照射エリア４の縦横の比が同じ場合（すなわち、図８においてｄ３／ｄ３ｅ＝１）に導かれるものである。照射エリア４の縦横比が１：１以外の場合には、その比率をν（すなわちｄ３／ｄ３ｅ＝ν）と表記すると、上記式（６）〜（８）は、それぞれ式（９）〜（１１）で表されることとなる。
【００３９】
【数９】
【００４０】
【数１０】
【００４１】
【数１１】
【００４２】
反射鏡８の設計時には、上記のようにして、光源６、照射面及び反射鏡８の配置や照射エリア４の寸法形状等から反射鏡８の基体３０の曲率半径ｒ１や小反射面３２の曲率半径ｒ２を決定する。
このとき、反射鏡８に設ける小反射面３２の数、すなわち１個の小反射面３２の寸法（縦横の幅ｄ２）については、実験やシミュレーションを通じて、照射面の照射エリア４での照度ムラが抑えられる数値を求めることで決定される。
【００４３】
すなわち、図９に示すように、矩形状の反射鏡８の一面を分割して矩形状の小反射面３２を形成すると、縦×横の分割数を大きくほど照射エリア４での照度ムラは解消されるが、図１０に示すように、分割数に対する照度ムラの変化量が飽和する閾値（図示例では、サンプル６の分割数）が存在する。この閾値の分割数で小反射面３２を構成することで、製造の容易性と性能の両方のバランスがとれる。そして、この分割数に基づき小反射面３２の寸法（上記幅ｄ２）を求めて、最終的な小反射面３２の寸法形状（幅ｄ２や曲率半径ｒ２）を決定することとなる。
【００４４】
なお、反射鏡８の小反射面３２は、基体３０の一面に形成した凹面にアルミニウム蒸着等の反射層形成処理を施して基体３０と一体に形成するほかに、小反射面３２を構成する凹面鏡を製造し、当該当面鏡を基体３０の一面に並べて設けることで反射鏡８を構成してもよい。この構成によれば、基体３０の一面への反射層形成処理が困難な大きさの反射鏡８でも簡単に製造でき、断面積が非常に大きな光束を反射して非常に大きな照射エリア４を造ることができる。
【００４５】
以上説明したように、本実施形態によれば、基体３０の一面に設けられた複数の小反射面３２のそれぞれが同一の照射面に向けて光を反射し当該照射面で反射光を重畳して照射エリア４を照射する構成であるため、入射光に輝度ムラがある場合でも照射面での照度ムラが抑えられる。これに加え、反射型光学素子である反射鏡８であるから、単体で光路の向きを変えることもできる。
【００４６】
さらに本実施形態によれば、小反射面３２がそれぞれ同一の平面視形状を成す構成としたため、小反射面３２の平面視形状に則した形状の照射エリアを照度ムラなく造ることができる。
【００４７】
これに加え、本実施形態によれば、基体３０の反射面３１を、照射面で焦点を結ぶように曲率半径ｒ１を持たせた面とし、当該曲率半径ｒ１の面に各小反射面３２の輪郭の頂点を合わせて配置したため、各小反射面３２が造る照射エリアの位置ズレが抑えられエッジのボケが抑制される。
なお、上述したように、式（１）で求められる曲率半径ｒ１が無限大となる場合には、反射面３１を平面としても十分に近似できる。
【００４８】
また本実施形態によれば、基体３０の一面に小反射面３２を隙間無く設けたため、コントロールされていない反射光を減らすことができ、照射エリアの照度を高め、なおかつエッジのボケも抑えることができる。
【００４９】
なお、上述した実施形態は、あくまでも本発明の一例を示すものであって、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で任意に変形、及び応用が可能である。
【００５０】
例えば、上述した実施形態では、小反射面３２の球面状の反射面を凹面としたが凸面としても良い。また、小反射面３２の平面視形状を矩形や正方形などの四角形としたが、これに限らず、所望の照射エリア４の形状に合わせて任意の形状を用いることができる。
【００５１】
また例えば、上述した実施形態では、反射鏡８への入射光を非平行光としたが、これに限らず、図１１に示すように、平行光であっても良い。
また例えば図１２に示すように、反射鏡８への入射光の入射角を９０°以外としても良い。
【００５２】
また例えば、反射面３１と小反射面３２とが同一形状の反射鏡８を例示したが、これに限らない。すなわち、反射面３１の形状を、例えば図２等に示す平面視矩形の反射面３１を例えば円形状に切り取った形状としても良い。このような形状とした場合、反射面３１の縁部の小反射面３２では一部が切り落とされた形状となるが、反射面３１を構成するそれぞれの小反射面３２が同一の照射エリア４を照射するため、切り落とされた小反射面３２の影響が抑制されて照射エリア４が均一に照射される。
【００５３】
また例えば、光源として、反射鏡８の反射面に平行に延在するように配置された直管型のランプを用いても良い。この場合、反射鏡８の一面の形状を球状にするのではなく、ランプの延在方向に延び、なおかつ、ランプの延在方向に対し垂直方向に曲率半径ｒ１の曲率を持つシリンドリカル形状としても良い。
【００５４】
＜応用例＞
次いで本発明の応用例について説明する。
図１３は、本発明の応用例に係る照明システム１００の模式図である。なお、同図において、図１で説明した部材には同一の符号を付し、その説明を省略する。
照明システム１００は、高温環境室２の壁面９の所定の大きさの照射エリア４に光を照射して当該照射エリア４を照度ムラなく均一に、なおかつ照射エリア４のエッジのボケを抑えて照明するものである。
高温環境室２は、例えば材料生成や加工、或いは各種の化学反応が行われることで、通常の透過型光学素子の耐熱性を上回るほどに室内温度が上昇する部屋である。この高温環境室２の一面には、室内を室外から観察するための耐熱性の観察窓１０が設けられている。
【００５５】
光源６は、高温環境室２の外に配置され、高温環境室２の観察窓１０に対して出力光５の光軸Ｋが略垂直なる位置に配置され、当該観察窓１０から出力光５を導入する。
また反射鏡８は、高温環境室２の室内温度に対して耐熱性を有する材料で製造されており、高温環境室２の中であって、観察窓１０から導入される出力光５を壁面９に向けて反射する位置、すなわち本応用例では、光源６の光軸Ｋ上に４５°の傾斜角αで配置される。これにより、反射鏡８は、観察窓１０から導入されて入射する出力光５を略直角に光路を折り曲げて対面する壁面９に向けて反射し、当該壁面９を所定の大きさの照射エリア４で照明する。
【００５６】
本応用例に係る照明システム１００では、高温環境室２の外から光源６の出力光５を室内に導き反射鏡８で反射して壁面９を照明する構成であるから、光源６を耐熱構造とする必要がないため装置コストが抑えられる。また、電気を使用する光源６が高温環境室２の外に配置されるため、室内に引火性の気体が充満している場合であっても室内を安全に照明できる。
さらに、反射鏡８にあっては、基体３０や小反射面３２の材料の選択の幅が透過型光学系に比べて広く、高耐熱性材を用いることで高温環境下での使用が可能となり、また、金属の鋳型などによる大量生産が可能でコスト低減に効果が高い。
【００５７】
また反射面３１が大面積の大型の反射鏡８を構成する場合には、同図１３に示すように、基体３０と小反射面３２とを別々に成形した後、これらを接合することもできる。さらに、小反射面３２のそれぞれを個別に成形するとともに、基体３０の主表面３０Ａに上記曲率半径ｒ１の曲率を形成し、この主表面３０Ａの面上に小反射面３２のそれぞれを並べて配置することで反射面３１を構成しても良い。このようにすることで、非常に大きな反射面３１を簡単に製造できる。
特に、複数の小反射面３２のそれぞれが同一の照射エリア４を照射するため、各小反射面３２の表面にネジ等を通して基体３０に取り付けても、当該ネジ等による影の発生を抑えることができる。
【００５８】
なお、照明システム１００は、高温環境室２の観察に限らず、これに限らず、透過型光学素子の物性に変化を及ぼす有機ガスや高出力電磁波が放射されている環境下の室内、或いは人体に有害な環境下の室内を、室外から観察する際に本発明を好適に用いることができる。
【００５９】
また本発明の反射鏡８は、規定形状の照射エリア４を形成でき、またエッジでのぼけが抑えられることから、漏光が問題となる例えば道路照明や看板照明に応用することもできる。
また、照射エリア４の形状を小反射面３２の形状で規定できるため、投光器やプロジェクタ装置にも応用することができ、また例えば、建物外部から光を導入し屋内の壁面を照明する光ダクトに応用することもできる。
【００６０】
特に、投光器において、照度むらの発生を少なくして所定の範囲を照射する場合において、通常の拡散板を用いると中心付近の照度むらは、なだらかにできるが周辺光量は著しく減少する。これを避けるため拡散性の強い拡散板を用いると、所定の範囲を外れ、かなり広い範囲に光が拡散してしまう。
そこで、インテグレータレンズのような透過型光学素子を用いた場合、例えば建物の壁面や看板等の大面積を照明する大型の投光器に適用しようとすると、照射面積に比例して透過型光学素子が大きくなり重量、コストの面から実用的とは言い難いものであった。
これに対して、本発明に係る反射鏡８によれば、安価な金属製反射板で小反射面３２を形成し、当該金属製反射板を多数個基体３０の一面の上に並べて配置することにより、照度むらが少なく所定の範囲からの漏光が少ない照明を容易に実現できる。
【符号の説明】
【００６１】
１ 照明システム
２ 高温環境室
３ 照射面
４ 照射エリア
５ 出力光
６ 光源
８ 反射鏡（反射型光学素子）
２０ 反射光
３０ 基体
３１ 反射面
３２ 小反射面
ｒ１ 基体の曲率半径
ｒ２、ｒ２ｅ 小反射面の曲率半径
【技術分野】
【０００１】
本発明は、反射型の光学素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、光源と照射面との間に、フライアイレンズやロットレンズ等の光インテグレータを設けた照明システムが知られている（例えば、特許文献１、及び特許文献２参照）。この照明システムによれば、例えば光源が超高圧水銀灯等のランプ光源のように輝度ムラを生じる場合でも、光源の輝度ムラが光インテグレータの通過時に拡散されることで照射面の照度ムラが防止される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−３５９０２６号公報
【特許文献２】特開平５−４５６０４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、光インテグレータ単体では、光路の向きを変えることができず別途に反射型の光学素子が必要となり、光源と照射面との位置関係によっては照明光学系が備える光学素子の数が多くなる、という問題がある。
【０００５】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、照度ムラを解消する機能を有しつつ、単体で光路の向きを変えることができる反射型光学素子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】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明は、光を反射する所定曲率半径の複数の小反射面を並べて反射面を構成し、前記小反射面のそれぞれが同一の照射面に向けて光を反射し当該照射面で反射光を重畳することを特徴とする反射型光学素子を提供する。
【０００７】
また本発明は、上記反射型光学素子において、前記小反射面がそれぞれ同一の平面視形状を成すことを特徴とする。
【０００８】
また本発明は、上記反射型光学素子において、前記反射面を、前記照射面で焦点を結ぶように曲率を持たせた面とし、当該面に各小反射面の輪郭の頂点を合わせて配置したことを特徴とする。
【０００９】
また本発明は、上記反射型光学素子において、前記反射面に前記小反射面を隙間無く設けたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、反射面を構成する複数の小反射面のそれぞれが同一の照射面に向けて光を反射し当該照射面で反射光を重畳する構成であるため、入射光の光束にムラがある場合でも照射面での照度ムラが抑えられる。これに加え、反射型光学素子であることから、単体で光路の向きを変えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施形態に係る照明システムの模式図である。
【図２】反射鏡の正面側をみた斜視図である。
【図３】反射鏡による照射エリアの照度分布図である。
【図４】光源、反射鏡、小反射面、及び照射エリアの関係を示す図である。
【図５】光源６の位置の説明図であり、（Ａ）は光源が実像となる場合、（Ｂ）は光源が虚像となる場合を示す。
【図６】小反射面、及び照射エリアの寸法比を示す図である。
【図７】入射光及び反射光のそれぞれの光軸を含む面の説明図である。
【図８】光源、反射鏡、小反射面、及び照射エリアの関係を示す図である。
【図９】反射鏡の一面の分割数（小反射面の数）と照度分布の関係を示す図である。
【図１０】反射鏡の一面の分割数（小反射面の数）と照射光量、最大照度、及び照度ムラの関係を示す図である。
【図１１】本発明の変形例を示す図である。
【図１２】本発明の他の変形例を示す図である。
【図１３】本発明の応用例に係る照明システムの模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
図１は、本実施形態に係る照明システム１の模式図である。
照明システム１は、所定の大きさの照射エリア４に光を照射して当該照射エリア４を照度ムラなく均一に、なおかつ照射エリア４のエッジのボケを抑えて照明するものであり、光源６と、この光源６の光を反射する反射型光学素子たる反射鏡８とを備えている。
【００１３】
光源６は、出力が比較的大きな高圧水銀ランプ等の放電ランプ１２と、放電ランプ１２の光を出力する凹面鏡としてのリフレクター１４とを備え、リフレクター１４の光軸Ｋ上に反射鏡８が配置されている。なお、リフレクター１４には、凹面が放物反射面の放物面鏡、或いは凹面が楕円反射面の楕円面鏡を用いることができる。
反射鏡８は、光源６の光軸Ｋ上に傾斜角α（図示例では４５°）で配置され、光源６から入射する光を略直角に光路を折り曲げて対面する照射面３を所定の大きさの照射エリア４で照明する。
【００１４】
この反射鏡８は、光源６の光束の断面形状にかかわらず、照射面３を所定大きさの矩形状の照射エリア４でエッジのボケを抑えて照明するものであり、かかる反射鏡８について以下に説明する。
【００１５】
図２は反射鏡８の正面側をみた斜視図であり、図３は当該反射鏡８の反射光による照射例の一例たる照度分布図である。なお、図３において、四角枠Ｗは、反射鏡８により造られる照射エリア４の設計値である。
反射鏡８は、図２に示すように、板状の基体３０を有し、当該基体３０の表面側の一面に多数の小反射面３２を設けて主たる反射面３１が構成されている。
小反射面３２はそれぞれ、所定の曲率半径ｒ２を有する球面の凹面反射面を構成し、それぞれが同一箇所及び同一寸法の照射エリア４を狙って反射光を照射する。これにより、各小反射面３２の反射光２０が照射エリア４で重畳されることで、図３に示すように、照射エリア４での照度分布が一様となり照度ムラを解消される。換言すれば、多数の小反射面３２のそれぞれがフライアイレンズにおける微小レンズと光学的に同様の機能を備えることで、かかる反射鏡８が光インテグレータとして機能する。
【００１６】
小反射面３２のそれぞれは、全て平面視形状（基体３０の一面を正対して見た形状）及び断面視形状が同一形状を成し、それぞれの反射光が照射面に同一の形状、及び同一寸法の照射エリア４を造る。照射面に反射光が直入射する状態では、照射エリア４の形状は小反射面３２の平面視形状と略同一形状となる。すなわち、光源６の出力光の光束の断面形状にかかわらず、小反射面３２の平面視形状で規定した形状と略合同な照射エリア４が造られることから、小反射面３２の平面視形状を所望の形状に設定することで、所望の形状の照射エリア４を得ることができる。なお、小反射面３２の曲率半径ｒ２は、照射エリア４及び小反射面３２の寸法や、光源６から反射鏡８までの距離によって決定されるが、これについては後述する。また、小反射面３２においては、反射角にかかわらず、小反射面３２の平面視形状と同じ形状の照射エリア４を造るべく、主軸入射光Ｐ（図４）と反射光Ｑ（図４）の光線を含む面Ｅ（図４）が交差してできる交線Ｆの曲率半径ｒ２ｅは曲率半径ｒ２と異なっており、これについても後述する。
【００１７】
基体３０の一面においては、小反射面３２同士の間の隙間が大きいほど、反射面３で反射がコントロールされない光が増えて、目標とする照射エリア４の光量が減り、さらに、コントロールされていない光（迷光）によって照射エリア４のエッジがボケてくる。
そこで本実施形態では、小反射面３２のそれぞれを、基体３０の一面に隙間無く配置可能な平面視多角形状（本実施形態では矩形状：図２参照）としている。これにより、光源６の出力光５を効率良く反射して照射エリア４の照度を高めることができ、シャープな照射エリア４が造られる。
なお、照射エリア４の形状によっては、基体３０の一面に隙間無く小反射面３２を設けることができない。この場合には、当該隙間となる箇所に無反射加工や光を散らす加工を施すことで、照射エリア４のエッジのボケを抑制しても良い。
【００１８】
小反射面３２のそれぞれが全て同一形状を成すことは上述の通りであるが、この場合、基体３０の一面が平面であると、小反射面３２のそれぞれが照射面を照射する箇所にズレが生じ、これに伴い照射エリア４のエッジの先鋭さが悪くなる。
そこで本実施形態では、図２に示すように、基体３０の一面を、照射面３で焦点を結ぶ球面鏡の曲率半径ｒ１を持つ凹面としている。
これにより、各小反射面３２の照射面での照射エリア４の位置ズレが抑えられ、照射エリア４のエッジでのボケがより効果的に抑えられ明瞭にすることができる。
【００１９】
かかる反射鏡８の基体３０の曲率半径ｒ１、及び小反射面３２の曲率半径ｒ２は、次のようにして規定され、この規定に基づいて反射鏡８を設計することで、照度ムラ、及びエッジのボケを抑えた照射エリア４を造る反射鏡８が得られる。
すなわち、図４に示すように、反射鏡８に入る光束の起点もしくは等価的に１点と見なされる光源６の位置をＡ、反射鏡８の位置をＢ、照射エリア４の位置（すなわち照射面の位置）をＣとする。また、反射鏡８、小反射面３２及び照射エリア４の平面視形状は正方形であって、それぞれの１辺の長さがｄ１、ｄ２、及びｄ３とする。また、光源６と反射鏡８の間の距離をＬ１、反射鏡８と照射面までの距離をＬ２とする。
なお、小反射面３２は反射鏡８の一面を縦横に隙間無く配置して設けられており、反射鏡８、小反射面３２、及び照射エリア４の縦及び横は共に同じ方向を向き、以下では、これらの縦の方向を鉛直方向、横の方向を水平方向と定義する。
基体３０の曲率半径ｒ１は、反射面３１に小反射面３２が設けられていない場合に光源像を照射エリア４に結像する当該反射面３１の曲率であって、反射鏡８、光源６、及び照射エリア４の距離によって決まり次式（１）のように規定される。この基体３０の曲率半径ｒ１の曲率の面に、各小反射面３２の輪郭の頂点を合わせて配置して上記反射面３１が構成されている。
【００２０】
【数１】
【００２１】
なお、光源６と反射鏡８の間の距離をＬ１について補足すると、光源６の位置Ａは光源６のランプ１２の位置でも良いし、光源６が集光鏡たるリフレクター１４を備えている場合には、当該リフレクター１４により結像された点でも良い。リフレクター１４の結像点を光源６の位置Ａとする場合、図５（Ａ）に示すように、リフレクター１４の結像点が光源６と反射鏡８の間に位置することで光源６が実像になるときには、距離Ｌ１の符号は正となる。また図５（Ｂ）に示すように、リフレクター１４の結像点が光源６からみて反射鏡８を超えたところに位置することで光源６が虚像になるときには、距離Ｌ１の符号は負となる。反射鏡８と照射面の距離Ｌ２については常に正の値である。
【００２２】
したがって、光源６が実像の場合（すなわちＬ１＞０）、式（１）に基づき曲率半径ｒ１は正の値となることから、図５（Ａ）に示すように、反射鏡８の反射面３１の曲面形状は光源６からみて凹面となる。
一方、光源６が虚像（すなわちＬ１＜０）であって、距離Ｌ１と距離Ｌ２が等しい場合には、式（１）の分母がゼロとなることから曲率半径ｒ１は無限大となり、略平面となる。
また光源６が虚像（すなわちＬ１＜０）であって、距離Ｌ１の絶対値が距離Ｌ２より大きい場合には、式（１）に基づき曲率半径ｒ１は負の値となることから、図５（Ｂ）に示すように、反射鏡８の反射面３１の曲率形状は光源６からみて凸面となる。
【００２３】
また、反射鏡８と照射面との距離Ｌ２を、小反射面３２の幅ｄ２と照射面での照射エリア４の幅ｄ３の比によってできる内分点Ｍ１によって図６（Ａ）に示すように分け、反射鏡８から内分点Ｍ１までの距離をｍ１とすると、ｍ１は、次式（２）により表され、また、このｍ１を用いて小反射面３２の曲率半径ｒ２は次式（３）によって規定される。
【００２４】
【数２】
【００２５】
【数３】
【００２６】
なお、小反射面３２の球面反射面を凹面に代えて凸面とすることもできる。この場合には、図６（Ｂ）に示すように、反射鏡８と照射面との距離Ｌ２を、小反射面３２の幅ｄ２と照射エリア４の幅ｄ３の比によってできる外分点Ｍ２によって分け、反射鏡８から外分点Ｍ２までの距離をｍ２とすると、このｍ２は、次式（４）により表され、また、このｍ２を用いて小反射面３２の曲率半径ｒ２は次式（５）によって規定される。
【００２７】
【数４】
【００２８】
【数５】
【００２９】
なお、上記式（１）、（３）、（５）で決められている曲率半径ｒ１、ｒ２は、反射鏡８の製造時に必ずしも厳密に適用される必要はなく多少のズレは許容されるものであり、設計上の目安になるものである。
すなわち、曲率半径ｒ１においては、製造上の観点より略平面ではなく完全に平面にて実施する場合もあり、また反射角度と光源の大きさ等の関係より照射エリア４のエッジのボケを隅部で小さくするために、式（１）で計算される値より小さい場合もある。
曲率半径ｒ２においては、式（１）で計算された値よりも曲率半径ｒ１が小さい場合や平面である場合、光源６が大きさを持つ観点から照射エリア４での実行的な照度ムラを抑えるため、式（３）、（５）で計算される値より小さく設定することで、これら式（３）、（５）の等号が不等号（≦）となることもある。
【００３０】
また、図７、図８に示すように、反射鏡８からみて主軸入射光Ｐとその反射光Ｑを含む面Ｅを定義する。この図７において、点Ｂ０は反射鏡８と主軸入射光Ｐとの交点、Ｃ０は照射面と反射光Ｑの光軸との交点を示し、上記面Ｅは、光源６の位置Ａと、点Ｂ０、Ｃ０の３点にて決められる面とも言える。なお、点Ｄは反射鏡８の曲率中心を示し、点Ｄａは面Ｅと小反射面３２が交わってできる交線（以下、曲率半径ｒ２ｅと言う）の曲率中心を示す。
この面Ｅ内において、反射鏡８での反射角θ（主軸入射光Ｐに対する反射光Ｑの角度２θの２分の１）と、面Ｅ内での小反射面３２の幅ｄ２ｅは、小反射面３２の上記幅ｄ２に対して次式（６）の関係を有し、或いは、面Ｅ内での小反射面３２の曲率半径ｒ２ｅは、上記式（５）で規定された上記の曲率半径ｒ２に対して次式（７）の関係を有する。
【００３１】
【数６】
【００３２】
【数７】
【００３３】
上記式（６）、（７）の２式には相関関係があり、次式（８）が成立する。
【００３４】
【数８】
【００３５】
この式（８）を満たすように、小反射面３２の寸法形状を決定することで、よりエッジを抑えた照射エリア４が得られる。
【００３６】
前掲図１に示す光学配置を前提とし、光源６の光束の断面が略円形状であり、また照射エリア４及び小反射面３２が略正方形であると仮定して、式（８）を満たす反射鏡８について更に詳述する。
今、入射光に対する反射光の角度２θ＝９０°とした場合、小反射面３２の反射光Ｑの光束は反射方向（反射光Ｑの直進方向）に対し鉛直方向に１／ｃｏｓ４５°≒１.４１倍に伸張されて照射される。照射面で縦横同じ長さｄ３の照射エリア４とするには、上記式（６）に基づき面Ｅ内の幅ｄ２ｅをｃｏｓθ倍小さくすれば良いが、反射鏡８全体としてみれば照射エリア４の寸法は、反射光Ｑの光束を４５°で切った射影像で造られるため、鉛直方向が１／ｃｏｓ４５°≒１.４１倍だけ伸張されることを考慮すると、水平方向にも１／ｃｏｓθだけ長くする必要がある。
【００３７】
したがって、面Ｅ内に並んで配置される小反射面３２の数は、当該面Ｅと垂直な方向に並んで配置される小反射面３２の数に対して、１／ｃｏｓθ／ｃｏｓθ＝１／ｃｏｓ2θ倍だけ必要となり、主軸入射光Ｐに対して反射鏡８を４５°に傾けて配置した場合は、面Ｅに垂直な方向に並んで配置される小反射面３２の数に対し２倍だけ必要となる。また、反射鏡８の一面において、面Ｅ内に並んで配置される小反射面３２の数と、当該面Ｅと垂直な方向に並んで配置される小反射面３２の数とを同じにするには幅ｄ２ｅを１／ｃｏｓθ長くし、ｄ２ｅ＝ｄ２／ｃｏｓθとなる必要があるため、その時の上記面Ｅ内の曲率半径ｒ２ｅについては、ｒ２ｅ＝ｒ２／ｃｏｓ2θが導かれ、上記の通り反射鏡８を４５°に傾けて配置した場合は、上記曲率半径ｒ２に対して２倍となる。
【００３８】
なお、上記式（６）〜（８）は、照射エリア４の縦横の比が同じ場合（すなわち、図８においてｄ３／ｄ３ｅ＝１）に導かれるものである。照射エリア４の縦横比が１：１以外の場合には、その比率をν（すなわちｄ３／ｄ３ｅ＝ν）と表記すると、上記式（６）〜（８）は、それぞれ式（９）〜（１１）で表されることとなる。
【００３９】
【数９】
【００４０】
【数１０】
【００４１】
【数１１】
【００４２】
反射鏡８の設計時には、上記のようにして、光源６、照射面及び反射鏡８の配置や照射エリア４の寸法形状等から反射鏡８の基体３０の曲率半径ｒ１や小反射面３２の曲率半径ｒ２を決定する。
このとき、反射鏡８に設ける小反射面３２の数、すなわち１個の小反射面３２の寸法（縦横の幅ｄ２）については、実験やシミュレーションを通じて、照射面の照射エリア４での照度ムラが抑えられる数値を求めることで決定される。
【００４３】
すなわち、図９に示すように、矩形状の反射鏡８の一面を分割して矩形状の小反射面３２を形成すると、縦×横の分割数を大きくほど照射エリア４での照度ムラは解消されるが、図１０に示すように、分割数に対する照度ムラの変化量が飽和する閾値（図示例では、サンプル６の分割数）が存在する。この閾値の分割数で小反射面３２を構成することで、製造の容易性と性能の両方のバランスがとれる。そして、この分割数に基づき小反射面３２の寸法（上記幅ｄ２）を求めて、最終的な小反射面３２の寸法形状（幅ｄ２や曲率半径ｒ２）を決定することとなる。
【００４４】
なお、反射鏡８の小反射面３２は、基体３０の一面に形成した凹面にアルミニウム蒸着等の反射層形成処理を施して基体３０と一体に形成するほかに、小反射面３２を構成する凹面鏡を製造し、当該当面鏡を基体３０の一面に並べて設けることで反射鏡８を構成してもよい。この構成によれば、基体３０の一面への反射層形成処理が困難な大きさの反射鏡８でも簡単に製造でき、断面積が非常に大きな光束を反射して非常に大きな照射エリア４を造ることができる。
【００４５】
以上説明したように、本実施形態によれば、基体３０の一面に設けられた複数の小反射面３２のそれぞれが同一の照射面に向けて光を反射し当該照射面で反射光を重畳して照射エリア４を照射する構成であるため、入射光に輝度ムラがある場合でも照射面での照度ムラが抑えられる。これに加え、反射型光学素子である反射鏡８であるから、単体で光路の向きを変えることもできる。
【００４６】
さらに本実施形態によれば、小反射面３２がそれぞれ同一の平面視形状を成す構成としたため、小反射面３２の平面視形状に則した形状の照射エリアを照度ムラなく造ることができる。
【００４７】
これに加え、本実施形態によれば、基体３０の反射面３１を、照射面で焦点を結ぶように曲率半径ｒ１を持たせた面とし、当該曲率半径ｒ１の面に各小反射面３２の輪郭の頂点を合わせて配置したため、各小反射面３２が造る照射エリアの位置ズレが抑えられエッジのボケが抑制される。
なお、上述したように、式（１）で求められる曲率半径ｒ１が無限大となる場合には、反射面３１を平面としても十分に近似できる。
【００４８】
また本実施形態によれば、基体３０の一面に小反射面３２を隙間無く設けたため、コントロールされていない反射光を減らすことができ、照射エリアの照度を高め、なおかつエッジのボケも抑えることができる。
【００４９】
なお、上述した実施形態は、あくまでも本発明の一例を示すものであって、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で任意に変形、及び応用が可能である。
【００５０】
例えば、上述した実施形態では、小反射面３２の球面状の反射面を凹面としたが凸面としても良い。また、小反射面３２の平面視形状を矩形や正方形などの四角形としたが、これに限らず、所望の照射エリア４の形状に合わせて任意の形状を用いることができる。
【００５１】
また例えば、上述した実施形態では、反射鏡８への入射光を非平行光としたが、これに限らず、図１１に示すように、平行光であっても良い。
また例えば図１２に示すように、反射鏡８への入射光の入射角を９０°以外としても良い。
【００５２】
また例えば、反射面３１と小反射面３２とが同一形状の反射鏡８を例示したが、これに限らない。すなわち、反射面３１の形状を、例えば図２等に示す平面視矩形の反射面３１を例えば円形状に切り取った形状としても良い。このような形状とした場合、反射面３１の縁部の小反射面３２では一部が切り落とされた形状となるが、反射面３１を構成するそれぞれの小反射面３２が同一の照射エリア４を照射するため、切り落とされた小反射面３２の影響が抑制されて照射エリア４が均一に照射される。
【００５３】
また例えば、光源として、反射鏡８の反射面に平行に延在するように配置された直管型のランプを用いても良い。この場合、反射鏡８の一面の形状を球状にするのではなく、ランプの延在方向に延び、なおかつ、ランプの延在方向に対し垂直方向に曲率半径ｒ１の曲率を持つシリンドリカル形状としても良い。
【００５４】
＜応用例＞
次いで本発明の応用例について説明する。
図１３は、本発明の応用例に係る照明システム１００の模式図である。なお、同図において、図１で説明した部材には同一の符号を付し、その説明を省略する。
照明システム１００は、高温環境室２の壁面９の所定の大きさの照射エリア４に光を照射して当該照射エリア４を照度ムラなく均一に、なおかつ照射エリア４のエッジのボケを抑えて照明するものである。
高温環境室２は、例えば材料生成や加工、或いは各種の化学反応が行われることで、通常の透過型光学素子の耐熱性を上回るほどに室内温度が上昇する部屋である。この高温環境室２の一面には、室内を室外から観察するための耐熱性の観察窓１０が設けられている。
【００５５】
光源６は、高温環境室２の外に配置され、高温環境室２の観察窓１０に対して出力光５の光軸Ｋが略垂直なる位置に配置され、当該観察窓１０から出力光５を導入する。
また反射鏡８は、高温環境室２の室内温度に対して耐熱性を有する材料で製造されており、高温環境室２の中であって、観察窓１０から導入される出力光５を壁面９に向けて反射する位置、すなわち本応用例では、光源６の光軸Ｋ上に４５°の傾斜角αで配置される。これにより、反射鏡８は、観察窓１０から導入されて入射する出力光５を略直角に光路を折り曲げて対面する壁面９に向けて反射し、当該壁面９を所定の大きさの照射エリア４で照明する。
【００５６】
本応用例に係る照明システム１００では、高温環境室２の外から光源６の出力光５を室内に導き反射鏡８で反射して壁面９を照明する構成であるから、光源６を耐熱構造とする必要がないため装置コストが抑えられる。また、電気を使用する光源６が高温環境室２の外に配置されるため、室内に引火性の気体が充満している場合であっても室内を安全に照明できる。
さらに、反射鏡８にあっては、基体３０や小反射面３２の材料の選択の幅が透過型光学系に比べて広く、高耐熱性材を用いることで高温環境下での使用が可能となり、また、金属の鋳型などによる大量生産が可能でコスト低減に効果が高い。
【００５７】
また反射面３１が大面積の大型の反射鏡８を構成する場合には、同図１３に示すように、基体３０と小反射面３２とを別々に成形した後、これらを接合することもできる。さらに、小反射面３２のそれぞれを個別に成形するとともに、基体３０の主表面３０Ａに上記曲率半径ｒ１の曲率を形成し、この主表面３０Ａの面上に小反射面３２のそれぞれを並べて配置することで反射面３１を構成しても良い。このようにすることで、非常に大きな反射面３１を簡単に製造できる。
特に、複数の小反射面３２のそれぞれが同一の照射エリア４を照射するため、各小反射面３２の表面にネジ等を通して基体３０に取り付けても、当該ネジ等による影の発生を抑えることができる。
【００５８】
なお、照明システム１００は、高温環境室２の観察に限らず、これに限らず、透過型光学素子の物性に変化を及ぼす有機ガスや高出力電磁波が放射されている環境下の室内、或いは人体に有害な環境下の室内を、室外から観察する際に本発明を好適に用いることができる。
【００５９】
また本発明の反射鏡８は、規定形状の照射エリア４を形成でき、またエッジでのぼけが抑えられることから、漏光が問題となる例えば道路照明や看板照明に応用することもできる。
また、照射エリア４の形状を小反射面３２の形状で規定できるため、投光器やプロジェクタ装置にも応用することができ、また例えば、建物外部から光を導入し屋内の壁面を照明する光ダクトに応用することもできる。
【００６０】
特に、投光器において、照度むらの発生を少なくして所定の範囲を照射する場合において、通常の拡散板を用いると中心付近の照度むらは、なだらかにできるが周辺光量は著しく減少する。これを避けるため拡散性の強い拡散板を用いると、所定の範囲を外れ、かなり広い範囲に光が拡散してしまう。
そこで、インテグレータレンズのような透過型光学素子を用いた場合、例えば建物の壁面や看板等の大面積を照明する大型の投光器に適用しようとすると、照射面積に比例して透過型光学素子が大きくなり重量、コストの面から実用的とは言い難いものであった。
これに対して、本発明に係る反射鏡８によれば、安価な金属製反射板で小反射面３２を形成し、当該金属製反射板を多数個基体３０の一面の上に並べて配置することにより、照度むらが少なく所定の範囲からの漏光が少ない照明を容易に実現できる。
【符号の説明】
【００６１】
１ 照明システム
２ 高温環境室
３ 照射面
４ 照射エリア
５ 出力光
６ 光源
８ 反射鏡（反射型光学素子）
２０ 反射光
３０ 基体
３１ 反射面
３２ 小反射面
ｒ１ 基体の曲率半径
ｒ２、ｒ２ｅ 小反射面の曲率半径
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を反射する所定曲率半径の複数の小反射面を並べて反射面を構成し、前記小反射面のそれぞれが同一の照射面に向けて光を反射し当該照射面で反射光を重畳することを特徴とする反射型光学素子。
【請求項２】
前記小反射面がそれぞれ同一の平面視形状を成すことを特徴とする請求項１に記載の反射型光学素子。
【請求項３】
前記反射面を、前記照射面で焦点を結ぶように曲率を持たせた面とし、当該面に各小反射面の輪郭の頂点を合わせて配置したことを特徴とする請求項１又は２に記載の反射型光学素子。
【請求項４】
前記反射面に前記小反射面を隙間無く設けたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の反射型光学素子。
【請求項１】
光を反射する所定曲率半径の複数の小反射面を並べて反射面を構成し、前記小反射面のそれぞれが同一の照射面に向けて光を反射し当該照射面で反射光を重畳することを特徴とする反射型光学素子。
【請求項２】
前記小反射面がそれぞれ同一の平面視形状を成すことを特徴とする請求項１に記載の反射型光学素子。
【請求項３】
前記反射面を、前記照射面で焦点を結ぶように曲率を持たせた面とし、当該面に各小反射面の輪郭の頂点を合わせて配置したことを特徴とする請求項１又は２に記載の反射型光学素子。
【請求項４】
前記反射面に前記小反射面を隙間無く設けたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の反射型光学素子。
【図１】
【図２】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図３】
【図９】
【図２】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図３】
【図９】
【公開番号】特開２０１２−２２０８１５（Ｐ２０１２−２２０８１５Ａ）
【公開日】平成２４年１１月１２日（２０１２．１１．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−８７９９９（Ｐ２０１１−８７９９９）
【出願日】平成２３年４月１２日（２０１１．４．１２）
【出願人】（００００００１９２）岩崎電気株式会社 (533)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月１２日（２０１２．１１．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年４月１２日（２０１１．４．１２）
【出願人】（００００００１９２）岩崎電気株式会社 (533)
【Ｆターム（参考）】
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