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技術 広がり角均一化装置および広がり角均一化光源

出願人 三菱電機株式会社三菱電機エンジニアリング株式会社
発明者 秋野陽介柳澤隆行中藤雅仁柴原克樹
出願日 2014年1月20日 (6年11ヶ月経過) 出願番号 2014-007646
公開日 2015年7月30日 (5年5ヶ月経過) 公開番号 2015-138036
状態 特許登録済
技術分野 その他の光学系・装置、色の干渉・色の制御 照明装置の配光に係わる部品細部及び防護
主要キーワード 伝搬角度 内面反射型 減衰率 ガラスロッド 光学研磨 広がり角 照明用光源 角度分布
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (11)

課題

2つ以上の異なる広がり角を有する光の照度を均一化させることができ、かつ広がり角を同じ角度にすることができる。

解決手段

円柱または多角柱からなるロッドインテグレータ111と、ロッドインテグレータ111の側面に光学的に接し、当該ロッドインテグレータ111と自身との界面の臨界角より小さい広がり角の光を反射するクラッド層112とを備えた。

概要

背景

従来の照明用光源輝度分布を均一化する手段として、特許文献1で示されるオプティカルインテグレータが提供されている。特許文献1で示されるオプティカルインテグレータは、石英ガラス蛍石のような光学材料を用いた内面反射型ガラスロッドからなるロッドインテグレータで構成される。このロッドインテグレータの端面に光を入射させ、内部と外部の境界面での全反射を利用して、光の強度を均一化させることが示されている。

概要

2つ以上の異なる広がり角を有する光の照度を均一化させることができ、かつ広がり角を同じ角度にすることができる。円柱または多角柱からなるロッドインテグレータ111と、ロッドインテグレータ111の側面に光学的に接し、当該ロッドインテグレータ111と自身との界面の臨界角より小さい広がり角の光を反射するクラッド層112とを備えた。

目的

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、2つ以上の異なる広がり角を有する光の照度を均一化させることができ、かつ広がり角を同じ角度にすることができる広がり角均一化装置および広がり角均一化光源を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

円柱または多角柱からなるロッドインテグレータと、前記ロッドインテグレータの側面に光学的に接し、当該ロッドインテグレータと自身との界面の臨界角より小さい広がり角の光を反射するクラッド層とを備えたことを特徴とする広がり角均一化装置。

請求項2

前記クラッド層の外側面に光学的に接し、入射された光を減衰する損失手段を備えたことを特徴とする請求項1記載の広がり角均一化装置。

請求項3

前記損失手段は、前記クラッド層の粗面であることを特徴とする請求項2記載の広がり角均一化装置。

請求項4

前記損失手段は、吸収層であることを特徴とする請求項2記載の広がり角均一化装置。

請求項5

前記ロッドインテグレータは、BK−7、石英またはS−BSLからなり、前記クラッド層は、SiO2からなることを特徴とする請求項1から請求項4のうちのいずれか1項記載の広がり角均一化装置。

請求項6

請求項1から請求項5のうちのいずれか1項記載の広がり角均一化装置と、互いに異なる広がり角を有し、前記広がり角均一化装置に光を出射する複数の光源とを備えたことを特徴とする広がり角均一化光源。

請求項7

前記複数の光源は、赤色、緑色、青色のレーザ光を出射する3つの光源であることを特徴とする請求項6記載の広がり角均一化光源。

技術分野

0001

この発明は、2つ以上の異なる広がり角を有する照明用光源の各光束の輝度分布と広がり角を均一化する広がり角均一化装置および広がり角均一化光源に関するものである。

背景技術

0002

従来の照明用光源の輝度分布を均一化する手段として、特許文献1で示されるオプティカルインテグレータが提供されている。特許文献1で示されるオプティカルインテグレータは、石英ガラス蛍石のような光学材料を用いた内面反射型ガラスロッドからなるロッドインテグレータで構成される。このロッドインテグレータの端面に光を入射させ、内部と外部の境界面での全反射を利用して、光の強度を均一化させることが示されている。

先行技術

0003

特開2003−142387号公報

発明が解決しようとする課題

0004

特許文献1で開示されているような輝度分布を均一化する装置においては、ロッドインテグレータの出射端面直後の輝度分布は均一になる。しかしながら、角度分布は変化しない。そのため、入射光の角度分布が不均一な場合、ロッドインテグレータの出射端面から距離が離れるに従って、輝度分布にムラが生じてくるという課題があった。よって、レンズ等を用いて、ロッドインテグレータの出射端面の像をスクリーン転写する必要があった。また、複数の角度分布が異なる光が入射する場合、例えば赤色と緑色と青色の角度分布は異なる。

0005

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、2つ以上の異なる広がり角を有する光の照度を均一化させることができ、かつ広がり角を同じ角度にすることができる広がり角均一化装置および広がり角均一化光源を提供することを目的としている。

課題を解決するための手段

0006

この発明に係る広がり角均一化装置は、円柱または多角柱からなるロッドインテグレータと、ロッドインテグレータの側面に光学的に接し、当該ロッドインテグレータと自身との界面の臨界角より小さい広がり角の光を反射するクラッド層とを備えたものである。

発明の効果

0007

この発明によれば、上記のように構成したので、2つ以上の異なる広がり角を有する光の照度を均一化させることができ、かつ広がり角を同じ角度にすることができ、装置の小型化が可能である。

図面の簡単な説明

0008

この発明の実施の形態1に係る広がり角均一化装置を模式的に示す斜視図である。
この発明の実施の形態1に係る広がり角均一化装置の断面図である。
この発明の実施の形態2に係る広がり角均一化装置を模式的に示す斜視図である。
この発明の実施の形態2に係る広がり角均一化装置の断面図である。
この発明の実施の形態3に係る広がり角均一化装置を模式的に示す斜視図である。
この発明の実施の形態3に係る広がり角均一化装置の断面図である。
この発明の実施の形態4に係る広がり角均一化装置を模式的に示す斜視図である。
この発明の実施の形態4に係る広がり角均一化装置の断面図である。
この発明の実施の形態5に係る広がり角均一化光源を模式的に示す斜視図である。
この発明の実施の形態5に係る広がり角均一化光源の断面図である。

実施例

0009

以下、この発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
実施の形態1.
図1はこの発明の実施の形態1に係る広がり角均一化装置11を模式的に示す斜視図である。
広がり角均一化装置11は、2つ以上の異なる広がり角を有する光の照度分布と広がり角を均一化するものである。この広がり角均一化装置11は、図1に示すように、ロッドインテグレータ111およびクラッド層112から構成されている。また、符号5は光である。

0010

ロッドインテグレータ111は、角柱形状部材からなり、入射された光の照度分布を均一化するものである。
クラッド層112は、ロッドインテグレータ111の側面に光学的に接し、当該ロッドインテグレータ111と自身との界面の臨界角より小さい広がり角の光を反射するものである。

0011

ここで、ロッドインテグレータ111の外側面111a〜111dと、クラッド層112の内側面112a〜112dは、それぞれ光学的に接触している。
また、ロッドインテグレータ111の外側面111a〜111dと、クラッド層112の内側面112a〜112dは、ロッドインテグレータ111の中心軸に対して平行である。また、ロッドインテグレータ111の外側面111aと外側面111c、外側面111bと外側面111dは、それぞれ互いに向き合っている。また、クラッド層112の内側面112aと内側面112c、内側面112bと内側面112dは、それぞれ互いに向き合っている。

0012

また、ロッドインテグレータ111の外側面111e,111fは、外側面111a〜111dに対して垂直である。この外側面111e,111fは、光5の入出射面であり、光学研磨または反射防止膜が設けられている。

0013

なお図1では、例としてロッドインテグレータ111の形状が四角柱であるとしている。しかしながら、これに限るものではなく、ロッドインテグレータ111の形状は、円柱やその他の多角柱でもよい。

0014

次に、上記のように構成された広がり角均一化装置11の動作について、図2を参照しながら説明する。図2図1のA−A’断面図である。
この図2において、光5は、ロッドインテグレータ111の外側面111eからロッドインテグレータ111内に入射する。その後、クラッド層112に向かって進み、ロッドインテグレータ111の外側面111b(または外側面111d)に達する。そして、当該光5のうち、ロッドインテグレータ111とクラッド層112との界面の臨界角よりも大きい成分は、ロッドインテグレータ111の外側面111b(または外側面111d)とクラッド層112の内側面112b(または内側面112d)との界面において屈折し、クラッド層112に漏れ出す。ここで、クラッド層112が十分に厚いとすると、クラッド層112に漏れ出した光5は、ロッドインテグレータ111内に戻らずにロッドインテグレータ111の外側面111f以外の場所から広がり角均一化装置11の外に出射される。

0015

一方、光5のうち、ロッドインテグレータ111とクラッド層112の屈折率差によって決定する臨界角より広がり角が小さい成分は、ロッドインテグレータ111の外側面111b(または外側面111d)とクラッド層112の内側面112b(または内側面112d)との界面において反射する。そして、ロッドインテグレータ111の外側面111bによって反射した光5は、ロッドインテグレータ111の外側面111dに向かって進行し、ロッドインテグレータ111の外側面111dによって反射した光5はロッドインテグレータ111の外側面111bに向かって進行する。

0016

このように、光5のうち、広がり角がロッドインテグレータ111とクラッド層112の屈折率差によって決定する臨界角より小さい成分は、ロッドインテグレータ111の外側面111bと外側面111dによって交互に反射しながら、ロッドインテグレータ111内をジグザグに進行していく。そのため、ほとんどの光は減衰せずに、ロッドインテグレータ111内の外側面111b(または外側面111d)とクラッド層112の内側面112b(または内側面112d)との界面を、順次全反射を繰り返し、その空間における光強度分布が混ぜ合わされ、ロッドインテグレータ111の外側面111fにおいて、最終的に照度分布が均一化される。

0017

なお上記では、説明しやすいように、図1のA−A’断面を示して説明したが、A−A’断面に垂直な断面(ロッドインテグレータ111の外側面111a(または外側面111c)とクラッド層112の内側面112a(または内側面112c)に対して垂直な面)に対しても同じように振舞う。したがって、ロッドインテグレータ111の外側面111a〜111dのうちのいずれかの面に1回でも反射すれば、広がり角は、臨界角以下に制限することができる。

0018

ここで、ロッドインテグレータ111として、例えばBK−7、石英、S−BSLを用いる場合には、クラッド層112としてSiO2を用いるとよい。例えば、ロッドインテグレータ111にBK−7を用い、クラッド層112にSiO2を用いた場合、屈折率はそれぞれ約1.51と約1.45になり、このときの臨界角は73.50°となる。光5のロッドインテグレータ111入射後の伝搬角度が16.6°より大きい場合、臨界角より大きい成分はクラッド外に漏れるため、光5の広がり角は16.6°以下に制限される。

0019

以上のように、この発明の実施の形態1によれば、ロッドインテグレータ111の側面にレーザ光の広がり角より臨界角が小さくなるような屈折率を持つクラッド層112を設けるように構成したので、照度分布が均一化されるだけでなく、光5の広がり角をロッドインテグレータ111とクラッド層112の屈折率差によって決定される臨界角以下に制限することができる。よって、ロッドインテグレータ111に2つ以上の異なる波長と広がり角を有する光を有する照明用光源の光束の照度を均一化させる効果と共に広がり角を同じ角度にする効果を持たせることでき、装置の小型化が可能である。

0020

実施の形態2.
図3はこの発明の実施の形態2に係る広がり角均一化装置11bを模式的に示す斜視図である。図3に示す実施の形態2に係る広がり角均一化装置11bは、図1に示す実施の形態1に係る広がり角均一化装置11に損失手段113を追加したものである。その他の構成は同様であり、同一の符号を付して異なる部分についてのみ説明を行う。

0021

損失手段113は、クラッド層112の外側面に光学的に接し、入射された光を減衰するものである。この損失手段113の内側面113a〜113dは、クラッド層112の外側面112e〜112hに対して、それぞれ光学的に接触している。

0022

次に、上記のように構成された広がり角均一化装置11bの動作について、図4を参照しながら説明する。図4図3のB−B’断面図である。
この図2において、光5は、ロッドインテグレータ111の外側面111eからロッドインテグレータ111内に入射する。その後、クラッド層112に向かって進み、ロッドインテグレータ111の外側面111b(または外側面111d)に達する。そして、当該光5のうち、ロッドインテグレータ111とクラッド層112の屈折率差によって決定する臨界角より広がり角が大きい成分は、ロッドインテグレータ111の外側面111b(または外側面111d)とクラッド層112の内側面112b(または内側面112d)との界面において屈折し、クラッド層112に漏れ出す。その後、クラッド層112の外側面112f(または外側面112h)に到達する。そして、クラッド層112の外側面112f(または外側面112h)は損失手段113に接しているため、光5は減衰する。

0023

一方、光5のうち、ロッドインテグレータ111とクラッド層112の屈折率差によって決定する臨界角より広がり角が小さい成分は、ロッドインテグレータ111の外側面111b(または外側面111d)とクラッド層112の内側面112b(または内側面112d)との界面において反射する。そして、ロッドインテグレータ111の外側面111bによって反射した光5は、ロッドインテグレータ111の外側面111dに向かって進行し、ロッドインテグレータ111の外側面111dによって反射した光5はロッドインテグレータ111の外側面111bに向かって進行する。

0024

このように、光5のうち、広がり角がロッドインテグレータ111とクラッド層112の屈折率差によって決定する臨界角より小さい成分は、ロッドインテグレータ111の外側面111bと外側面111dによって交互に反射しながら、ロッドインテグレータ111内をジグザグに進行していく。そのため、ほとんどの光は減衰せずに、ロッドインテグレータ111の外側面111b(または外側面111d)とクラッド層112の内側面112b(または内側面112d)との界面を、順次全反射を繰り返し、その空間における光強度分布が混ぜ合わされ、ロッドインテグレータ111の外側面111fにおいて、最終的に照度分布が均一化される。

0025

なお上記では、説明しやすいように、図1のB−B’断面を示して説明したが、B−B’断面に垂直な断面(ロッドインテグレータ111の外側面111a(または外側面111c)とクラッド層112の内側面112a(または内側面112c)に対して垂直な面)に対しても同じように振舞う。したがって、ロッドインテグレータ111の外側面111a〜111dのうちのいずれかの面に1回でも反射すれば、広がり角は、臨界角以下に制限することができる。

0026

以上のように、この発明の実施の形態2によれば、ロッドインテグレータ111の側面にレーザ光の広がり角より臨界角が小さくなるような屈折率を持つクラッド層112を設け、クラッド層112の外側に損失手段113を設けるように構成したので、照度分布が均一化されるだけでなく、光5の広がり角をロッドインテグレータ111とクラッド層112の屈折率差によって決定される臨界角以下に制限することができる。また、損失手段113を設けているため、クラッド層112を厚くする必要がなく、実施の形態1の広がり角均一化装置11より小型にすることが可能である。

0027

実施の形態3.
図5はこの発明の実施の形態3に係る広がり角均一化装置11cを模式的に示す斜視図である。図5に示す実施の形態3に係る広がり角均一化装置11cは、図1に示す実施の形態1に係る広がり角均一化装置11のクラッド層112をクラッド層114に変更したものである。その他の構成は同等であり、同一の符号を付して異なる部分についてのみ説明を行う。

0028

クラッド層114は、ロッドインテグレータ111の側面に光学的に接し、当該ロッドインテグレータ111と自身との界面の臨界角より小さい広がり角の光を反射するものである。また、クラッド層114は、外側面114e〜114hが粗面(損失手段)となっており、光を散乱させ、光量を減衰させる機能を持つ。

0029

ここで、ロッドインテグレータ111の外側面111a〜111dと、クラッド層114の内側面114a〜114dは、それぞれ光学的に接触している。
また、ロッドインテグレータ111の外側面111a〜111dと、クラッド層114の内側面114a〜114dは、ロッドインテグレータ111の中心軸に対して平行である。また、クラッド層114の内側面114aと内側面114c、内側面114bと内側面114dは、それぞれ互いが向き合っている。

0030

次に、上記のように構成された広がり角均一化装置11cの動作について、図6を参照しながら説明する。図6図5のC−C’断面図である。
この図6において、光5は、ロッドインテグレータ111の外側面111eからロッドインテグレータ111内に入射する。その後、クラッド層114に向かって進み、ロッドインテグレータ111の外側面111b(または外側面111d)に達する。そして、当該光5のうち、ロッドインテグレータ111とクラッド層114との界面の臨界角よりも大きい成分は、ロッドインテグレータ111の外側面111b(または外側面111d)とクラッド層114の内側面114b(または内側面114d)との界面において屈折し、クラッド層114に漏れ出し、クラッド層114の外側面114f(または外側面114h)に到達する。ここで、クラッド層114の外側面114f(または外側面114h)は粗面であり、光5は散乱する。

0031

一方、光5のうち、ロッドインテグレータ111とクラッド層114の屈折率差によって決定する臨界角より広がり角が小さい成分は、ロッドインテグレータ111の外側面111b(または外側面111d)とクラッド層114の内側面114b(または内側面114d)との界面において反射する。そして、ロッドインテグレータ111の外側面111bによって反射した光5は、ロッドインテグレータ111の外側面111dに向かって進行し、ロッドインテグレータ111の外側面111dによって反射した光5はロッドインテグレータ111の外側面111bに向かって進行する。

0032

このように、光5のうち、広がり角がロッドインテグレータ111とクラッド層114の屈折率差によって決定する臨界角より小さい成分は、ロッドインテグレータ111の外側面111bと外側面111dによって交互に反射しながら、ロッドインテグレータ111内をジグザグに進行していく。そのため、ほとんどの光は減衰せずに、ロッドインテグレータ111内の外側面111b(または外側面111d)とクラッド層114の内側面114b(または内側面114d)との界面を、順次全反射を繰り返し、その空間における光強度分布が混ぜ合わされ、ロッドインテグレータ111の外側面111fにおいて、最終的に照度分布が均一化される。

0033

なお上記では、説明しやすいように、図5のC−C’断面を示して説明したが、C−C’断面に垂直な断面(ロッドインテグレータ111の外側面111a(または外側面111c)とクラッド層114の内側面114a(または内側面114c)に対して垂直な面)に対しても同じように振舞う。したがって、ロッドインテグレータ111の外側面111a〜111dのうちのいずれかの面に1回でも反射すれば、広がり角は、臨界角以下に制限することができる。

0034

以上のように、この発明の実施の形態3によれば、ロッドインテグレータ111の側面にレーザ光の広がり角より臨界角が小さくなるような屈折率を持つクラッド層114を設け、光が散乱するようにクラッド層114の外側を粗面とするように構成したので、照度分布が均一化されるだけでなく、光5の広がり角をロッドインテグレータ111とクラッド層112の屈折率差によって決定される臨界角以下に制限することができる。また、クラッド層114の外側の面を荒らして、光を減衰させているため、クラッド層112を厚くする必要がなく、実施の形態1の広がり角均一化装置11より小型にすることが可能である。

0035

実施の形態4.
図7はこの発明の実施の形態4に係る広がり角均一化装置11dを模式的に示す斜視図である。図7に示す実施の形態4に係る広がり角均一化装置11dは、図1に示す実施の形態1に係る広がり角均一化装置11に吸収層(損失手段)14を追加したものである。その他の構成は同様であり、同一野符号を付して異なる部分についてのみ説明を行う。

0036

吸収層115は、クラッド層112の外側面に光学的に接し、入射された光を減衰するものである。この吸収層115の内側面115a〜115dは、クラッド層112の外側面112e〜112hに対して、それぞれ光学的に接触している。
吸収層115は、クラッド層112に漏れた、光5の1回反射するときの減衰率を高くするために、反射率の低い材質を用いるのがよい。ロッドインテグレータ111に入射する光5の広がり角は、それぞれ異なる。そのため、吸収層115は、広範囲入射角度に対して、反射率が低い材料が良く、例えばクロムやまたはタンタルで吸収層115を形成するのがよい。

0037

次に、上記のように構成された広がり角均一化装置11dの動作について、図8を参照しながら説明する。図8図7のD−D’断面図である。
この図8において、光5は、ロッドインテグレータ111の外側面111eからロッドインテグレータ111内に入射する。その後、クラッド層112に向かって進み、ロッドインテグレータ111の外側面111b(または外側面111d)に達する。そして、当該光5のうち、ロッドインテグレータ111とクラッド層112の屈折率差によって決定する臨界角より広がり角が大きい成分は、ロッドインテグレータ111の外側面111b(または外側面111d)とクラッド層112の内側面112b(または内側面112d)との界面において屈折し、クラッド層112に漏れ出す。その後、クラッド層112の外側面112f(または外側面112h)に到達する。そして、クラッド層112の外側面112f(または外側面112h)は吸収層115に接しているため、光5は減衰する。

0038

一方、光5のうち、ロッドインテグレータ111とクラッド層112の屈折率差によって決定する臨界角より広がり角が小さい成分は、ロッドインテグレータ111の外側面111b(または外側面111d)とクラッド層112の内側面112b(または内側面112d)との界面において反射する。そして、ロッドインテグレータ111の外側面111bによって反射した光5は、ロッドインテグレータ111の外側面111dに向かって進行し、ロッドインテグレータ111の外側面111dによって反射した光5はロッドインテグレータ111の外側面111bに向かって進行する。

0039

このように、光5のうち、広がり角がロッドインテグレータ111とクラッド層112の屈折率差によって決定する臨界角より小さい成分は、ロッドインテグレータ111の外側面111bと外側面111dによって交互に反射しながら、ロッドインテグレータ111内をジグザグに進行していく。そのため、ほとんどの光は減衰せずに、ロッドインテグレータ111の外側面111b(または外側面111d)とクラッド層112の内側面112b(または内側面112d)との界面を、順次全反射を繰り返し、その空間における光強度分布が混ぜ合わされ、ロッドインテグレータ111の外側面111fにおいて、最終的に照度分布が均一化される。

0040

なお上記では、説明しやすいように、図7のD−D’断面を示して説明したが、D−D’断面に垂直な断面(ロッドインテグレータ111の外側面111a(または外側面111c)とクラッド層112の内側面112a(または内側面112c)に対して垂直な面)に対しても同じように振舞う。したがって、ロッドインテグレータ111の外側面111a〜111dのうちのいずれかの面に1回でも反射すれば、広がり角は、臨界角以下に制限することができる。

0041

以上のように、この発明の実施の形態4によれば、ロッドインテグレータ111の側面にレーザ光の広がり角より臨界角が小さくなるような屈折率を持つクラッド層112を設け、クラッド層112の外側に吸収層115を設けるように構成したので、照度分布が均一化されるだけでなく、光5の広がり角をロッドインテグレータ111とクラッド層112の屈折率差によって決定される臨界角以下に制限することができる。また、クラッド層112の外側に吸収層115を設けているため、クラッド層112を厚くする必要がなく、実施の形態1の広がり角均一化装置11より小型にすることが可能である。

0042

実施の形態5.
図9はこの発明の実施の形態2に係る広がり角均一化光源1を模式的に示す斜視図である。
広がり角均一化光源1は、図9に示すように、実施の形態1に係る広がり角均一化装置11と、第1の光源12および第2の光源13から構成されている。ここで、広がり角均一化装置11は図1に示す構成と同様であり、同一の符号を付し異なる部分についてのみ説明を行う。

0043

第1,2の光源12,13は、互いに異なる広がり角を有し、広がり角均一化装置11に第1,2の光5a,5bを出射するものである。
なお、ロッドインテグレータ111の外側面111e,111fは、第1の光5aと第2の光5bの入出射面である。

0044

次に、上記のように構成された広がり角均一化光源1の動作について、図10を参照しながら説明する。図10図9のE−E’断面図である。
この図10において、第1の光源12から出射した第1の光5aと第2の光源13から出射した第2の光5bは、異なる広がり角を持ち、ロッドインテグレータ111の外側面111eからロッドインテグレータ111内に入射する。その後、クラッド層112に向かって進み、ロッドインテグレータ111の外側面111b(または外側面111d)に達する。そして、当該第1の光5aと第2の光5bのうち、ロッドインテグレータ111とクラッド層112との界面の臨界角よりも大きい成分は、ロッドインテグレータ111の外側面111b(または外側面111d)とクラッド層112の内側面112b(または内側面112d)との界面において屈折し、クラッド層112に漏れ出す。ここで、クラッド層112が十分に厚いとすると、クラッド層112に漏れ出した第1の光5aと第2の光5bは、ロッドインテグレータ111内に戻らずにロッドインテグレータ111の外側面111f以外の場所から広がり角均一化装置11の外に出射される。

0045

一方、第1の光5aと第2の光5bのうち、ロッドインテグレータ111とクラッド層112の屈折率差によって決定する臨界角より広がり角が小さい成分は、ロッドインテグレータ111の外側面111b(または外側面111d)とクラッド層112の内側面112b(または内側面112d)との界面において反射する。そして、ロッドインテグレータ111の外側面111bによって反射した第1の光5aと第2の光5bは、ロッドインテグレータ111の外側面111dに向かって進行し、ロッドインテグレータ111の外側面111dによって反射した第1の光5aと第2の光5bはロッドインテグレータ111の外側面111bに向かって進行する。

0046

このように、第1の光5aと第2の光5bのうち、広がり角がロッドインテグレータ111とクラッド層112の屈折率差によって決定する臨界角より小さい成分は、ロッドインテグレータ111の外側面111bと外側面111dによって交互に反射しながら、ロッドインテグレータ111内をジグザグに進行していく。そのため、ほとんどの光は減衰せずに、ロッドインテグレータ111の外側面111b(または外側面111d)とクラッド層112の内側面112b(または内側面112d)との界面を、順次全反射を繰り返し、その空間における光強度分布が混ぜ合わされ、ロッドインテグレータ111の外側面111fにおいて、最終的に照度分布が均一化される。

0047

また、第1の光5aと第2の光5bにおいて、ロッドインテグレータ111とクラッド層112の屈折率差によって決定する臨界角より広がり角が大きい成分は、クラッド層112に漏れ出す。そのため、第1の光5aの広がり角と第2の光5bの広がり角の方が異なっていてもロッドインテグレータ111の外側面111fから出射する第1の光5aと第2の光5bの広がり角は同じ角度となる。

0048

なお上記では、説明しやすいように、図9のE−E’断面を示して説明したが、E−E’断面に垂直な断面(ロッドインテグレータ111の外側面111a(または外側面111c)とクラッド層112の内側面112a(または内側面112c)に対して垂直な面)に対しても同じように振舞う。したがって、ロッドインテグレータ111の外側面111a〜111dのうちのいずれかの面に1回でも反射すれば、広がり角は、臨界角以下に制限することができる。

0049

また上記では、わかりやすいように、例として広がり角が2つの光源12,13について示した。しかしながら、これに限るものではなく、3つ以上の光源でも用いることができ、例えばそれぞれ広がり角が異なる赤色、緑色、青色のレーザ光を出射する3つの光源でも適用できる。

0050

また図9では、実施の形態1に係る広がり角均一化装置11を用いて説明を行った。しかしながら、これに限るものではなく、実施の形態2〜4に係る広がり角均一化装置11b〜11dを用いてもよい。

0051

以上のように、この発明の実施の形態5によれば、ロッドインテグレータ111の側面にレーザ光の広がり角より臨界角が小さくなるような屈折率を持つクラッド層112を設け、広がり角が異なる2つの光源12,13の光5a,5bをロッドインテグレータ111に入射させるように構成したので、照度分布と広がり角が均一な光源を提供することができる。

0052

なお、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。

0053

1広がり角均一化光源、5 光、5a,5b 第1,2の光、11,11b〜11d 広がり角均一化装置、12,13 第1,2の光源、111ロッドインテグレータ、111a〜111f 外側面、112クラッド層、112a〜112d 内側面、112d〜112h 外側面、113損失手段、113a〜113d 内側面、114 クラッド層(損失手段)、114a〜114d 内側面、114d〜114h 内側面、115吸収層(損失手段)、115a〜115d 内側面。

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