JP2009204876A - 照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構成で出射光の色度バラツキが少ない小型な混色照明装置を提供する。
【解決手段】第一の光源１０と、この第一の光源と発光色の異なるｎ個（但し、ｎは２以上の整数）の第二の光源２０、２１と、前記第一の光源からの出射光を光軸が平行なｎ個の光に分けて出射する第１の光学手段２と、直交する第１、第２の方向の一方から前記第１の光学手段から出射された光軸がｎ個の光を受け入れ、他方から前記ｎ個の第二の光源からそれぞれ出射された光軸がｎ個の光を受け入れ、前記第一の光源からの光と前記第二の光源からの光がそれぞれ混合されたｎの整数倍個の光軸に沿った光に分けて出射する第２の光学手段３とを備えるようにした。
【選択図】図１

Description

この発明は、照明装置、特に発光色の異なる複数種類の光源を用いた照明装置に関するものである。

従来の複数の光源を用いた照明装置として、第一の光源と、ｎ個の他の光源と、ｎ個の全反射ミラーと、Σｎ個のハーフミラーとで構成されたものがある（例えば特許文献１参照）。この照明装置においてはハーフミラーと全反射ミラーを用いることにより、各光源から出射される光線をそれぞれ分光して合成した、輝度及び色度が等しい複数の平行な出射光を得ることができる。

特許第３２７２０７８号公報（第５頁、図１〜３）

上記のように構成された従来の照明装置においては、ハーフミラーが合計Σｎ個必要になり、装置が複雑化するという課題があった。また、照明装置の光軸が同一平面上で構成されているため、装置が大型化し、大きな設置面積を要するといった課題もあった。

この発明は、上記のような従来技術の課題を解消するためになされたもので、設置面積が小さく小型にでき、しかも構成が簡単で出射光の色度バラツキが少ない照明装置を提供することを目的とする。

この発明に係る照明装置は、第一の光源と、この第一の光源と発光色の異なるｎ個（但し、ｎは２以上の整数）の第二の光源と、前記第一の光源からの出射光を光軸が平行なｎ個の光に分けて出射する第１の光学手段と、直交する第１、第２の方向の一方から前記第１の光学手段から出射された光軸がｎ個の光を受け入れ、他方から前記ｎ個の第二の光源からそれぞれ出射された光軸がｎ個の光を受け入れ、前記第一の光源からの光と前記第二の光源からの光がそれぞれ混合されたｎの整数倍個の光軸に沿った光に分けて出射する第２の光学手段とを備えるようにしたものである。

この発明においては、光軸が３次元的に構成されることにより設置面積を小さくした小型で照明領域の色度バラツキが少ない照明装置が得られる。また、発光色の異なる複数種類の光源を用いることで、演色性の改善を図ることも容易である。

実施の形態１．
図１〜図１０はこの発明の実施の形態１による照明装置の要部を説明する図であり、図１は光学要素の配置を概念的に示す斜視図、図２は図１に示された光学要素の三面図、図３は図１に示された第一の光源の発光スペクトル図、図４は図１に示された第二の光源の発光スペクトル図、図５は図１に示された第三の光源の発光スペクトル図、図６は図１に示された第一の光源、第二の光源及び第三の光源の配光分布図、図７は図１に示された偏光ビームスプリッタの動作を概念的に説明する図、図８は図１に示された第一の光源からの光の経路を説明する光路図、図９は図１に示された第二の光源からの光の経路を説明する光路図、図１０は図１に示された第三の光源からの光の経路を説明する光路図である。なお、各図を通じて同一符号は同一または相当部分を示している。

図において、照明装置１は第一の光源１０と、第一の光源１０と発光色の異なるｎ個（ｎは２以上の整数。この例ではｎ＝２）の第二の光源２０、２１と、第一の光源１０及び第二の光源２０、２１と発光色の異なる第三の光源３０と、偏光ビームスプリッタからなる第一のビームスプリッタ１００と、偏光ビームスプリッタからなる第二のビームスプリッタ１１０と、第一の反射ミラー２００と、第二の反射ミラー２１０と、λ／４板３００、３１０などの光学要素を備えている。なお、前記第一のビームスプリッタ１００と第一の反射ミラー２００によって、第一の光源１０からの出射光を光軸が互いに平行なｎ個の光に分けて出射する第１の光学手段２が構成されている。そして、前記第二のビームスプリッタ１１０と第二の反射ミラー２１０によって、第１の光学手段２から出射された光軸がｎ個の光を、直交する第１、及び第２の方向の一方（ここでは図１の上方向）から受け入れ、他方（ここでは図１の左方向）から前記ｎ個の第二の光源２０、２１からそれぞれ出射された光軸がｎ個の光を受け入れ、第一の光源１０からの光と第二の光源２０、２１からの光がそれぞれ混合された光軸が２ｎ個の光に分けて出射する第２の光学手段３が構成されている。

第一の光源１０は赤色ＬＥＤ、レンズ及びリフレクタが一体化された赤色ＬＥＤパッケージからなり、図３に示す発光スペクトルを有し、図６に示す配光分布となるように構成されている。第二の光源２０、２１は青色ＬＥＤと青色光により黄色光を発する蛍光体とを組み合わせ略白色光を発する光源部にレンズとリフレクタを一体化した白色ＬＥＤパッケージからなり、図４に示す発光スペクトルを有し、第一の光源１０と同様に図６に示す配光分布となるように構成されている。なお、現状の青色ＬＥＤと蛍光体の組み合わせによる白色光は蛍光灯などの白色光源に比べると長波長側のスペクトル強度が不足するため一般的に演色性は低い。第三の光源３０は緑色ＬＥＤ、レンズ及びリフレクタが一体化された緑色ＬＥＤパッケージからなり、図５に示す発光スペクトルを有し、図６に示す配光分布となるように構成されている。なお、上記のような第一〜第三の光源１０、２０、２１、３０は例えば公知の技術により容易に構成できるものであるため詳細図示を省略している。

偏光ビームスプリッタからなる第一及び第二のビームスプリッタ１００、１１０は、図７に示すように直角三角柱状の透明部材を斜面で貼り合わせた構成であり、その貼り合わせ面には入射光のうちＰ波を透過し、Ｓ波を反射する誘電体多層膜が形成されており、該傾斜された誘電体多層膜が入射された光の一部を反射する反射面Ａを構成している。第一及び第二の反射ミラー２００、２１０は直角三角柱状の透明部材を斜面で貼り合わせた構成であり、その貼り合わせ面には略１００％の光を反射する反射膜が設けられ入射光を該反射膜で直角に反射させるように形成されている。λ／４板３００、３１０は直線偏光の光を円偏光にする機能を有する位相差光学素子であり透光性の板状体からなる。なお、該λ／４板３００、３１０の厚さは例えば０．２ｍｍ程度の薄いものであり、図１、図８〜図１０ではその厚さを誇張して示し、図２では図示を省略している。

次に照明装置１の構成をさらに具体的に説明する。第一のビームスプリッタ１００は、第一の光源１０の光を直交する２方向に分けるため、図８に示すように第一の光源１０の光軸１０ａに対し誘電体多層膜からなる反射面が４５度の傾きを持つように設置される。第一の反射ミラー２００は、第一のビームスプリッタ１００を透過した光が第一のビームスプリッタ１００で反射した光の光軸１０ｃと平行になるように光軸１０ｂに対し反射面が４５度の傾きを持つように設置される。第一のビームスプリッタ１００で反射した光の光軸１０ｃ上及び第一の反射ミラー２００で反射した光の光軸１０ｄ上にはλ／４板３００が設置されている。第二のビームスプリッタ１１０は、λ／４板３００を通過した光をさらに直交する２方向に分けるため、図８に示すように、光軸１０ｃ及び光軸１０ｄに対し誘電体多層膜からなる反射面が４５度の傾きを持ち、平行な光軸１０ｃ、１０ｄが成す平面に対し、反射光の光軸１０ｇ、１０ｈが成す面が直交するように設置される。換言すれば、第一のビームスプリッタ１００と第二のビームスプリッタ１１０は、第一のビームスプリッタ１００の透過光と反射光が成す面と、第二のビームスプリッタ１１０の透過光と反射光が成す面が直交する位置関係となるように設置される。第二の反射ミラー２１０は、第二のビームスプリッタ１１０で反射した光の光軸１０ｇ、１０ｈに対し、反射光の光軸１０ｉ、１０ｊが第二のビームスプリッタ１１０の透過光の光軸１０ｅ、１０ｆと平行になるように反射膜面が４５度の傾きを持つように設置される。そして、第二のビームスプリッタ１１０を透過した光の光軸１０ｅ、１０ｆ、及び第二の反射ミラー２１０で反射した光の光軸１０ｉ、１０ｊに対し直交する向きにλ／４板３１０が設置される。

一方、第二の光源２０は、図２、図９に示すように第二のビームスプリッタ１１０に対して、出射光軸２０ａが第一のビームスプリッタ１００で反射した第一の光源１０の光軸１０ｃに直交し、かつ第二のビームスプリッタ１１０で反射した第一の光源１０の光軸１０ｇと一致するように配置される。なお、該第二の光源２０は、出射光の光軸２０ａと第二のビームスプリッタ１１０の交点を１１１とすると、第一の光源１０から交点１１１までの光路長と第二の光源２０から交点１１１までの光路長が等しくなる位置に配置されている。第二の光源２１は、同様に出射光軸２１ａが第一の光源１０からの光の光軸１０ｄに直交し、光軸１０ｈと一致するように配置される。そして、該第二の光源２１は、出射光の光軸２１ａと第二のビームスプリッタ１１０の交点を１１２とすると、第一の光源１０から交点１１２までの光路長と第二の光源２１から交点１１２までの光路長が同じになる位置に配置されている。第三の光源３０は、図２、図１０に示すように第一のビームスプリッタ１００に対して、出射光軸３０ａが第一の光源１０の光軸１０ａに直交し、第一のビームスプリッタ１００で反射した第一の光源１０の光軸１０ｃと一致するように配置される。

次に実施の形態１の動作について説明する。まず、第一の光源１０を出射した光について主に図８を参照して説明する。第一の光源１０を出射した光は光軸１０ａに沿って進み、第一のビームスプリッタ１００に入射する。ここで第一の光源１０の出射光は無偏光な光であるため、第一のビームスプリッタ１００により図７に示すように約５０％のＳ偏光の光が反射され、約５０％のＰ偏光の光が透過され分割される。光軸１０ｂに沿った透過光は第一の反射ミラー２００で反射されることにより、第一のビームスプリッタ１００で反射した光軸１０ｃと平行な光軸１０ｄに沿った光となる。光軸１０ｃと光軸１０ｄに沿った平行光はλ／４板３００を透過し、第二のビームスプリッタ１１０に入射する。ここで第二のビームスプリッタ１１０に入射した光はλ／４板３００により円偏光に変化されているため、第二のビームスプリッタ１１０により約５０％のＳ偏光の光が光軸１０ｃと光軸１０ｄが成す面に直交する方向に反射され、約５０％のＰ偏光の光が透過する。

第二のビームスプリッタ１１０により反射した光軸１０ｇ、１０ｈの光はさらに第二の反射ミラー２１０で反射されることにより、第二のビームスプリッタ１１０を透過した光軸１０ｅ、１０ｆの光と平行な光軸１０ｉ、１０ｊに沿った光となる。光軸１０ｅ、１０ｆ、１０ｉ、１０ｊに沿った平行光はλ／４板３１０を透過し、照明装置１から出射する。以上のように、第一の光源１０を出射した光は第一のビームスプリッタ１００、１１０からなる第１の光学手段２により互いに平行な４つの光軸１０ｅ、１０ｆ、１０ｉ、１０ｊに沿った第１の方向の光に分割される。なお、第一の光源１０の出射光強度をＲとすると、各光軸１０ｅ、１０ｆ、１０ｉ、１０ｊに沿った光の強度はいずれもＲ／４となる。

次に、第二の光源２０を出射した光について主に図９を参照して説明する。第二の光源２０を出射した光は、上記光軸１０ｅ、１０ｆ、１０ｉ、１０ｊに沿った第１の方向の光に直交する第２の方向である光軸２０ａに沿って進み、第２の光学手段３を構成する第二のビームスプリッタ１１０に入射される。ここで、第二の光源２０の出射光は無偏光な光であるため、第二のビームスプリッタ１１０により約５０％のＳ偏光の光が反射され、約５０％のＰ偏光の光が透過し、直交する二方向に分割される。透過した光の光軸２０ｂは第一の光源１０からの光の光軸１０ｇと一致し、反射された光の光軸２０ｃは第一の光源１０からの光の光軸１０ｅと一致する。以後、前述の光軸１０ｅ、１０ｇに沿った光とそれぞれ同様に進み、λ／４板３１０を経て照明装置１から光軸２０ｃ、２０ｄに沿って出射する。以上のように、第二の光源２０を出射した光は第二のビームスプリッタ１１０により第一の光源１０からの光と光軸を同じにする２つの光軸２０ｃ、２０ｄに沿った光に分割される。なお、第二の光源２０の出射光強度をＷとすると、各光軸２０ｃ、２０ｄに沿った光の強度は何れもＷ／２となる。

一方、第二の光源２１についても前記第二の光源２０と同様な動作により、第二のビームスプリッタ１１０によって、第一の光源１０からの光の光軸１０ｆ、１０ｊと光軸が一致した２つの光、即ち光軸２１ｃと２１ｄに分割される。なお、このときの各光軸２１ｃ、２１ｄに沿った光の強度もＷ／２となる。上記のように、第２の光学手段３は、直交する第１、及び第２の方向の一方から第１の光学手段２から出射された光軸がｎ（ここではｎ＝２）個の光を受け入れ、他方からｎ個の第二の光源２０、２１からそれぞれ出射された光軸がｎ個の光を受け入れ、第一の光源１０からの光と第二の光源２０、２１からの光がそれぞれ混合された光軸が２ｎ個、即ちここでは４個の光に分けて出射する機能を有している。

次に、第三の光源３０を出射した光について主に図１０を参照して説明する。第三の光源３０を出射した光は光軸３０ａに沿って第一のビームスプリッタ１００に入射する。ここで第三の光源３０を出射した光は無偏光な光であるため、第一のビームスプリッタ１００により約５０％のＳ偏光の光が反射され、約５０％のＰ偏光の光が透過されて２つに分割される。透過した光の光軸３０ｂは第一の光源１０からの光の光軸１０ｃと一致し、反射された光の光軸３０ｃは第一の光源１０からの光の光軸１０ｂと一致する。以後、前記光軸１０ｂ、１０ｃに沿った光と同様に進み、第二のビームスプリッタ１１０で透過光（光軸３０ｅ、３０ｆ）と反射光（光軸３０ｇ、３０ｈ）に分割され、照明装置１から４つの光軸３０ｅ、３０ｆ、３０ｉ、３０ｊに沿って出射される。上記のように、第三の光源３０を出射した光は第一、第二のビームスプリッタ１００、１１０により、第一の光源１０からの光の光軸１０ｅ、１０ｆ、１０ｉ、１０ｊと光軸を同じにする４つの光軸３０ｅ、３０ｆ、３０ｉ、３０ｊの光に分割される。なお、第三の光源３０の出射光強度をＧとすると、各光軸３０ｅ、３０ｆ、３０ｉ、３０ｊに沿った光の強度はいずれもＧ／４となる。

ここで、第一の光源１０の光軸１０ｅと第二の光源２０の光軸２０ｃと第三の光源３０の光軸３０ｅは一致している。同様に光軸１０ｉと光軸２０ｄと光軸３０ｉ相互、光軸１０ｆと光軸２１ｃと光軸３０ｆ相互、光軸１０ｊと光軸２１ｄと光軸３０ｊもそれぞれ互いに一致しており、かつ、一致する光軸に沿った光の強度比はいずれもＲ／４：Ｗ／２：Ｇ／４となっている。さらに、第一の光源１０と第二の光源２０、２１と第三の光源３０の配光分布は互いに等しく、かつ、第一の光源１０と第二の光源２０から交点１１１までの光路長が等しく、第一の光源１０と第二の光源２１から交点１１２までの光路長が等しく、第一の光源１０と第三の光源３０から交点１０１までの光路長が等しい。このため、光軸が一致する光（例えば光軸１０ｅと光軸２０ｃと光軸３０ｅに沿った光）の広がりはいずれも一致している。従って、照明装置１の図１の下面部から出射される４つの光軸に沿う光は発光色の異なる３種類の光源が均等に混合された色度分布が均等でムラのない光となる。

上記のように実施の形態１によれば、発光色の異なる３種類の光源を用い偏光ビームスプリッタと反射ミラーを用いる簡単な構成で、照明領域の色度バラツキが少ない混色照明装置を得ることができる。このため、例えば白色ＬＥＤのような長波長側のスペクトル強度が低い演色性の低い光源光に、長波長側のスペクトル強度が高い赤色ＬＥＤの光を組み合わせる事で演色性が改善され、しかもムラのない光を得ることができる。また、第一のビームスプリッタ１００の透過光と反射光の成す面と、第二のビームスプリッタ１１０の透過光と反射光の成す面が直交するように第一のビームスプリッタ１００及び第二のビームスプリッタ１１０を立体的に配置したので、光路が３次元となるため、照明装置の投影面積を小さくすることができ照明装置を小型化することができる。

また、第一及び第二のビームスプリッタ１００、１１０として、誘電体多層膜によりＰ偏光の光とＳ偏光の光を分離する偏光ビームスプリッタを用いているため、吸収等による光損失が少なく光利用効率の高い照明装置を得ることができる。また、第一のビームスプリッタ１００を出射した後にλ／４板３００からなる位相差光学素子を設け円偏光の光にすることにより、第二のビームスプリッタ１１０として光利用効率が高い偏光ビームスプリッタを用いることができる。また、物体を照明した際における物体の反射特性はＰ偏光の光とＳ偏光の光で異なる場合があるが、本実施の形態１によれば、照明装置からの出射時にλ／４板を通過させるためＰ偏光の光とＳ偏光の光が略１対１で混じり、このような問題が生じず均質で照明に適した光を得ることができる。

なお、本実施の形態１においては第三の光源３０を第一の光源１０及び第二の光源２０と異なる発光スペクトルを有する光源としたが、必ずしもこれに限定されるものではなく、例えば第一の光源１０または第二の光源２０と同じ発光スペクトルを有する光源としても良いし、第三の光源３０を用いなくても良い。また、第一のビームスプリッタ１００は三角柱形状の部材を貼り合わせた直方体形状としているが、板状の偏光分離素子を光軸に対し４５度となるように設置しても良い。ただし、この実施の形態１のように直方体形状とすることは、全反射作用によって入射面と２つの出射面以外の面から光が抜けることを防止できるため、光利用効率が向上するので好ましい。また、本実施の形態１においては独立したビームスプリッタ、反射ミラー、λ／４板を用いているが、接着等によりこれらを一体化しても良い。一体化することにより各光学素子への入射、出射時に生じる界面反射を抑制でき、照明装置の光利用効率が向上するため好ましい。

実施の形態２．
図１１〜図１４はこの発明の実施の形態２による照明装置の要部を説明する図であり、図１１は光学要素の配置を概念的に示す斜視図、図１２は図１１に示された光学要素を示す二面図であり、（ａ）は照明装置を図１１の左側から見た側面図、（ｂ）は同じく図の手前側から見た正面図、図１３は図１１に示された第一の光源からの光の経路を説明する光路図、図１４は図１１に示された第二の光源からの光の経路を説明する光路図である。なお、各図を通じて同一符号は同一または相当部分を示しており、重複した説明は省略する。図において、照明装置１Ａは第一の光源１１と、第一の光源１１と発光色の異なる４つの第二の光源２２、２３、２４、２５と、３つの第一のビームスプリッタ１０２、１０３、１０４と、第二のビームスプリッタ１１３と、第一の反射ミラー２０１、第二の反射ミラー２１１、第三の反射ミラー２２０、及び基板４００を備えている。

なお、前記第一のビームスプリッタ１０２、１０３、１０４と第一の反射ミラー２０１によって、第一の光源１１からの出射光を光軸が互いに平行なｎ個（ここではｎ＝４）の光に分けて出射する第１の光学手段２Ａが構成され、前記第二のビームスプリッタ１１３と第二の反射ミラー２１１によって、直交する第１、及び第２の方向の一方（ここでは図１１の上方向）から第１の光学手段２Ａから出射された光軸がｎ個の光を受け入れ、他方（ここでは図１１の左方向）から前記ｎ個の第二の光源２２、２３、２４、２５からそれぞれ出射された光軸がｎ個の光を受け入れ、第一の光源１１からの光と第二の光源２２、２３、２４、２５からの光がそれぞれ混合された光軸が２ｎ個の光に分けて出射する第２の光学手段３Ａが構成されている。

第一の光源１１は実施の形態１に用いた第一の光源１０と同一であるため説明を省略する。また、第二の光源２２、２３、２４、２５は実施の形態１に用いた第二の光源２０（２１）と同一であるため説明を省略する。第一のビームスプリッタ１０２、１０３、１０４、第二のビームスプリッタ１１３は板状の透明基材上に金属膜を蒸着し、その厚さや蒸着面積により透過率、反射率を制御している。なお、本実施の形態２においてはビームスプリッタによる光の吸収ロスは略０であり、透過率と反射率の比を第一のビームスプリッタ１０２では１：３とし、第一のビームスプリッタ１０３では２：１とし、第一のビームスプリッタ１０４及び第二のビームスプリッタ１１３では１：１としている。第一の反射ミラー２０１、第二の反射ミラー２１１、第三の反射ミラー２２０は板状の基材上に略１００％の光を反射する金属反射膜が形成されている。基板４００は第一の光源１１及び第二の光源２２、２３、２４、２５が実装され、各光源に電力供給するための回路パターン（図示省略）が設けられている。なお、基板４００の材質として本実施の形態２においては光源からの放熱を考慮して金属基板を用いている。

次に照明装置１Ａの構成をさらに具体的に説明する。第一のビームスプリッタ１０２は、第一の光源１１から出射された光を直交する２方向に分離するため、第一の光源１１の光軸１１ａ（図１３）に対し４５度の傾きを持つように設置される。第一のビームスプリッタ１０３は、第一のビームスプリッタ１０２で反射した光の光軸１１ｃに対し４５度の傾きを持つように設置される。第一のビームスプリッタ１０４は、第一のビームスプリッタ１０３を透過した光の光軸１１ｄに対し４５度の傾きを持つように設置される。そして、第一の反射ミラー２０１は、第一のビームスプリッタ１０４を透過した光の光軸１１ｆに対し４５度の傾きを持つように設置される。この例では、第一のビームスプリッタ１０２、１０３、１０４、及び第一の反射ミラー２０１は、図１２（ａ）に示すように基板４００に対して斜め４５度の角度で互いに平行に配置されている。

一方、第二のビームスプリッタ１１３は、第一のビームスプリッタ１０２を透過した光の光軸１１ｂ、並びに第一のビームスプリッタ１０３、１０４、及び第一の反射ミラー２０１で反射した光の光軸１１ｅ、１１ｇ、１１ｈに対し４５度の傾きを持ち、かつその反射光の光軸１１ｊ、１１ｌ、１１ｎ、１１ｐが前記光軸１１ｂ、１１ｅ、１１ｇ、１１ｈの成す平面に直交するように設置される。さらに、第二の反射ミラー２１１は前記第二のビームスプリッタ１１３で反射した光の光軸１１ｊ、１１ｌ、１１ｎ、１１ｐに対し４５度の傾きを持つように設置される。そして、第二の光源２２、２３、２４、２５は第一の光源１１と同一の基板４００上に配置され、出射された各光軸２２ａ、２３ａ、２４ａ、２５ａ（図１４）が、第三の反射ミラー２２０により９０度曲げられたときの光の光軸が第二のビームスプリッタ１１３で反射した第一の光源１１の光の光軸１１ｊ、１１ｌ、１１ｎ、１１ｐとそれぞれ一致するように配設される。

次に上記のように構成された実施の形態２の動作について説明する。まず、第一の光源１１を出射した光について主に図１３を参照して説明する。第一の光源１１を出射した光は光軸１１ａに沿って第一のビームスプリッタ１０２に入射する。第一のビームスプリッタ１０２により透過光と反射光は１：３の割合に分割される。よって、第一の光源１１の出射光強度をＲとすると、光軸１１ｂに沿った透過光の強度はＲ／４であり、光軸１１ｃに沿った反射光の強度は３Ｒ／４である。光軸１１ｃに沿った光は第一のビームスプリッタ１０３に入射し、２：１の割合の透過光と反射光とに分割される。よって、光軸１１ｅに沿った反射光の強度はＲ／４であり、光軸１１ｄに沿った透過光の強度は２Ｒ／４である。光軸１１ｄに沿った光は第一のビームスプリッタ１０４に入射し、１：１の割合の透過光と反射光とに分割される。よって、光軸１１ｇに沿った反射光の強度はＲ／４であり、光軸１１ｆに沿った透過光の強度はＲ／４である。さらに光軸１１ｆに沿った光は第一の反射ミラー２０１で全反射され、光の強度がＲ／４の光軸１１ｈに沿った光となる。以上のように第１の光学手段２Ａの作用により、第一の光源１１を出射した光は、光の強度が何れもＲ／４で互いに平行な４本の光軸１１ｂ、１１ｅ、１１ｇ、１１ｈに沿った光に分割される。

そして、前記互いに平行な図の上下方向の光軸１１ｂ、１１ｅ、１１ｇ、１１ｈに沿った光は、第二のビームスプリッタ１１３に対し、第１の方向からの光として入射される。第二のビームスプリッタ１１３では約５０％の光が透過し、約５０％の光が４本の光軸１１ｂ、１１ｅ、１１ｇ、１１ｈの成す面に直交する方向に反射する。第二のビームスプリッタ１１３により反射された光軸１１ｊ、１１ｌ、１１ｎ、１１ｐの光はさらに反射ミラー２１１で図の下方向に反射されることにより、第二のビームスプリッタ１１３を透過した光軸１１ｉ、１１ｋ、１１ｍ、１１ｏと平行な光軸１１ｑ、１１ｒ、１１ｓ、１１ｔに沿った光となる。以上のように、第一の光源１１を出射した光は、第１の光学手段２Ａを構成する第一のビームスプリッタ１０２、１０３、１０４及び第一の反射ミラー２０１を経て４つに分けられ、さらに第２の光学手段３Ａを構成する第二のビームスプリッタ１１３及び第二の反射ミラー２１１により８つの光軸１１ｉ、１１ｋ、１１ｍ、１１ｏ、１１ｑ、１１ｒ、１１ｓ、１１ｔに沿った平行な光に分割される。なお、第一の光源１１の出射光強度をＲとすると、各光軸１１ｉ、１１ｋ、１１ｍ、１１ｏ、１１ｑ、１１ｒ、１１ｓ、１１ｔに沿った光の強度は何れもＲ／８となる。

次に第二の光源２２、２３、２４、２５を出射した光について主に図１４を参照して説明する。４つの光源２２、２３、２４、２５を出射した光は、互いに平行な光軸２２ａ、２３ａ、２４ａ、２５ａに沿ってそれぞれ進み、第三の反射ミラー２２０により９０度反射して、第二の光学手段３Ａを構成する第二のビームスプリッタ１１３に対して、第１の方向（光軸１１ｂ、１１ｅ、１１ｇ、１１ｈの方向）に直交する図の左側から右側向きの第２の方向から入射され、１：１の割合の透過光と反射光とに分割される。反射光の光軸２２ｃ、２３ｃ、２４ｃ、２５ｃは第一の光源１１からの透過光の光軸１１ｉ、１１ｋ、１１ｍ、１１ｏと一致し、透過光の光軸２２ｄ、２３ｄ、２４ｄ、２５ｄは第一の光源１１からの光の光軸１１ｊ、１１ｌ、１１ｎ、１１ｐと一致する。そして、透過光は反射ミラー２１１により９０度反射されて反射光の光軸２２ｃ、２３ｃ、２４ｃ、２５ｃと平行な光軸２２ｅ、２３ｅ、２４ｅ、２５ｅに沿って出射される。なお、第二の光源２２、２３、２４、２５の出射光強度をＷとすると各光軸２２ｃ、２２ｄ、２３ｃ、２３ｄ、２４ｃ、２４ｄ、２５ｃ、２５ｄに沿った光の強度はそれぞれＷ／２となる。

以上のように、照明装置１Ａから出射された、第一の光源１１の光軸１１ｉ、１１ｋ、１１ｍ、１１ｏ、１１ｑ、１１ｒ、１１ｓ、１１ｔに沿った光と、第二の光源２２、２３、２４、２５の光軸２２ｃ、２３ｃ、２４ｃ、２５ｃ、２２ｅ、２３ｅ、２４ｅ、２５ｅに沿った光とがそれぞれ一致していると共に、一致する光軸に沿った光の強度比は何れもＲ／８：Ｗ／２となっており、互いに等しい。このため、照明装置１Ａを出射する光は、実施の形態１と同様、発光色の異なる光源を用いた場合においても出射面の面方向に色度分布が均一であり、しかも赤色成分の低い白色光を発する白色ＬＥＤパッケージからなる第二の光源と、赤色ＬＥＤパッケージからなる第一の光源を組み合わせたことで演色性が改善された照明装置が実現されている。

上記のように実施の形態２は、１つの第一の光源１１と、この第一の光源１１と発光色の異なる４つの第二の光源２２〜２５と、第一の光源１１からの光を透過光と互いに平行な３つの反射光に分ける直列状に並設された３つの第一のビームスプリッタ１０２〜１０４及び第一のビームスプリッタ１０２〜１０４の反射光の向きと第一のビームスプリッタ１０４の透過光の向きを平行にする第一の反射ミラー２０１からなる第１の光学手段２Ａと、この第１の光学手段２Ａから出射された４つの平行な光を第１の方向から受け入れると共に、第二の光源２２〜２５からの４つの光を前記第１の方向に光軸が直交する第２の方向から受け入れ、これら第一の光源１１からの平行な光及び第二の光源２２〜２５からの光を混合して８つの光に分ける第二のビームスプリッタ１１３及び第二のビームスプリッタ１１３からの反射光の向きと第二のビームスプリッタ１１３の透過光の向きを平行にする第二の反射ミラー２１１からなる第２の光学素子３Ａを用いて構成したものである。

上記のような実施の形態２によれば、第二の光源２２〜２５を４つに増やした場合でも、実施の形態１と同様に第一のビームスプリッタの透過光と反射光が成す面と第二のビームスプリッタの透過光と反射光が成す面とが直交するように各ビームスプリッタを配置することにより、光軸が３次元的に配置された光路を構成することで設置面積を小さくした小型で照明領域の色度バラツキが少ない照明装置が得られる。また、発光色の異なる複数種類の光源を用いることで、演色性の改善を図ることも容易である。また、第二の光源２２〜２５の光を第三のミラー２２０で反射させて光軸を９０度曲げるという簡単な構成により、第二の光源２２〜２５と第一の光源１１を同じ基板４００の平面上に配置でき、基板４００と共に一体化できるため、部材点数を削減することができる。

なお、実施の形態１においては２つの第二の光源と１つの第一のビームスプリッタを用いており、実施の形態２においては４つの第二の光源と３つの第一のビームスプリッタを用いているが、一般的に、ｎ個の第二の光源を用いた場合には（ｎ−１）個の第一のビームスプリッタを用い、第一の光源からの光がｍ番目に通る第一のビームスプリッタの透過率と反射率の比を（ｎ−ｍ）：１または、１：（ｎ−ｍ）とすることにより、第一の光源の光を第二の光源の数に等分割できるので、出射光の色ムラが少ない照明装置を得ることができる。なお、光源、ビームスプリッタ、反射ミラーなどの光学要素の種類、構造、配置の態様、個数、光路構成等は何れも上記実施の形態で例示したものに限定されないことは言うまでもない。

この発明の実施の形態１による照明装置の要部である光学要素の配置を概念的に示す斜視図。 図１に示された光学要素の三面図であり（ａ）は上面図、（ｂ）は左側面図、（ｃ）は正面図。 図１に示された第一の光源の発光スペクトル図。 図１に示された第二の光源の発光スペクトル図。 図１に示された第三の光源の発光スペクトル図。 図１に示された第一の光源、第二の光源、及び第三の光源の配光分布図。 図１に示された偏光ビームスプリッタの動作を概念的に説明する図。 図１に示された第一の光源からの光の経路を説明する光路図。 図１に示された第二の光源からの光の経路を説明する光路図。 図１に示された第三の光源からの光の経路を説明する光路図。 この発明の実施の形態２による照明装置の要部である光学要素の配置を概念的に示す斜視図。 図１１に示された光学要素を示す二面図であり、（ａ）は左側面図、（ｂ）は正面図。 図１１に示された第一の光源からの光の経路を説明する光路図。 図１１に示された第二の光源からの光の経路を説明する光路図。

符号の説明

１、１Ａ 照明装置、 ２、２Ａ 第１の光学手段、 ３、３Ａ 第２の光学手段、 １０、１１ 第一の光源、 ２０、２１、２２、２３、２４、２５ 第二の光源、 ３０ 第三の光源、 １００、１０２、１０３、１０４ 第一のビームスプリッタ（偏光ビームスプリッタ）、 １１０、１１３ 第二のビームスプリッタ（偏光ビームスプリッタ）、 ２００、２０１ 第一の反射ミラー、 ２１０、２１１ 第二の反射ミラー、 ２２０ 第三の反射ミラー、 ３００、３１０ λ／４板、 ４００ 基板、 １０１、１１１、１１２ 交点。

Claims (9)

1. 第一の光源と、
   この第一の光源と発光色の異なるｎ個（但し、ｎは２以上の整数）の第二の光源と、
   前記第一の光源からの出射光を光軸が互いに平行なｎ個の光に分けて出射する第１の光学手段と、
   直交する第１、及び第２の方向の一方から前記第１の光学手段から出射された光を受け入れ、他方から前記第二の光源から出射された光を受け入れ、前記第一の光源からの光と前記第二の光源からの光がそれぞれ混合されたｎの整数倍個の光軸に沿った光に分けて出射する第２の光学手段と、
   を備えたことを特徴とする照明装置。
2. 前記第１の光学手段は、前記第一の光源からの光を透過光と反射光に分ける（ｎ−１）個の第一のビームスプリッタと、この第一のビームスプリッタからの反射光の向きと透過光の向きを平行にする第一の反射ミラーを用いて構成したことを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
3. 前記第一のビームスプリッタは偏光状態に基づいて入射光を分離する光学素子であることを特徴とする請求項２に記載の照明装置。
4. 前記第２の光学手段は、前記第１の光学手段から出射された光軸がｎ個の光及び前記ｎ個の第二の光源からそれぞれ出射された光軸がｎ個の光が反射面上でそれぞれ個別に交差するように設けられ、前記２つの方向から受け入れた光をそれぞれ透過光と反射光に分ける第二のビームスプリッタと、この第二のビームスプリッタから出射された反射光の向きと透過光の向きを平行にする第二の反射ミラーを用いてなることを特徴とする請求項１〜請求項３の何れかに記載の照明装置。
5. 前記第二のビームスプリッタは偏光状態に基づいて入射光を分離する光学素子であることを特徴とする請求項４に記載の照明装置。
6. 前記（ｎ−１）個の第一のビームスプリッタのうち、前記第一の光源からの光がｍ番目に入射する第一のビームスプリッタは、透過率と反射率の比が（ｎ−ｍ）：１または１：（ｎ−ｍ）であることを特徴とする請求項２〜請求項５の何れかに記載の照明装置。
7. 前記第一の光源の光と前記第一のビームスプリッタ上で交差するように入射され、該第一の光源の光と合成される第三の光源を備えたことを特徴とする請求項２〜請求項６の何れかに記載の照明装置。
8. 前記第１の光学手段の出射光及び前記第２の光学手段の出射光の少なくとも一つの出射光の光路に、偏光をλ／４回転させる位相差光学素子が設けられていることを特徴とする請求項１〜請求項７の何れかに記載の照明装置。
9. 前記第一の光源と、前記第二の光源を同一の基板上に実装してなることを特徴とする請求項１〜請求項８の何れかに記載の照明装置。

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