JP2010230933A - 集光光学素子 - Google Patents

Abstract

【課題】バックライト等に用いられる導光板の動作原理を逆に利用して、異なる位置から入射する光を伝播させて集光することができる単体の集光光学素子を提供する。
【解決手段】集光光学素子１０は、導光体１０Ａ及び導光体１０Ｂを一体に形成したものである。入射部から所定角度で入射した光は、入射面１２及び反射面１４の間で全反射されながら伝播する。くさび状の導光体１０Ａでは、伝播光は高次モードから低次モードに変換されて平行光化されて、透過面１３を通過する。透過面１３から導光体１０Ｂに入射した光は、入射面１２及び反射面１４の間で全反射されながら伝播する。逆くさび状の導光体１０Ｂでは、伝播光は低次モードから高次モードに変換され、水平方向に集光される。高次モードに変換され、出射部に向かって集光された光は、臨界角を超えて出射部１８から取り出される。
【選択図】図２

Description

本発明は、集光光学素子に関する。

太陽光を集光するソーラ・システムや高輝度レーザ等、複数の光源の各々から入射する光を集光するなどして、焦点に於けるエネルギー密度を向上させる用途は種々ある。しかしながら、入射角度や入射位置の異なる複数の光を集光する単一の光学素子を設計することは非常に難しい。例えば、半導体レーザ励起固体レーザ装置の励起源として利用するために、リニアアレイ半導体レーザ装置の焦点を極めて小さくしてエネルギー密度を高くすることが可能な光路変換器が提案されている（特許文献１参照）。光路変換器は、直角プリズムを組み合わせて構成された１つの回転プリズムで構成されている。

この回転プリズムは、点線状のレーザビーム群を放射するリニアアレイレーザ素子の前面に配設されて、その点線の向きに対してほぼ垂直な方向に屈折してコリメートされたレーザビーム群を受光し、各エミッタまたは各エミッタ群からのレーザビームの向きを直角に旋回して放射することにより、実質的な梯子状レーザビーム群に変換し、この実質的梯子状レーザビーム群を２つの方向に独立的にコリメートして焦点に収斂し、焦点に於けるレーザエネルギの密度を向上させている。
特開平７−９８４０２号公報

しかしながら、特許文献１に記載の光路変換器は、回転プリズムを複数個アレイ状に配列して用いているため、個々の光学特性のばらつきも考慮する必要があり、高い組み付け精度が得られない。このため、リニアアレイレーザ素子との間の光学調整が複雑となり、実用化の可能性が低いという問題がある。上述した通り、レーザ光に限らず、入射角度や入射位置の異なる複数の光を単一の光学素子で集光することは難しい。

本発明は、上記問題を解決すべく成されたものであり、バックライト等に用いられる導光板の動作原理を逆に利用して、異なる位置から入射する光を伝播させて集光するができる単体の集光光学素子を提供することにある。

上記目的を達成するために各請求項に記載の発明は、以下の構成を備えたことを特徴としている。

請求項１に記載の発明は、予め定めた入射角で複数の光が入射する入射部を有する入射面、及び前記入射面に対向する少なくとも１つの反射面を備え、前記入射面から入射された光を前記入射面と前記入射面に対向する反射面との間で全反射して長さ方向に伝播する長尺状の導光体であって、導光体の厚さ及び導光体の幅の少なくとも一方が光伝播方向の下流側に向って増加する第１の導光体と、前記入射面に連続する表面、前記表面に対向する少なくとも１つの反射面、及び前記表面と前記表面に対向する反射面との間で全反射されて伝播された光が出射する出射部を備え、前記第１の導光体と共に光路を形成するように前記第１の導光体に連結された長尺状の導光体であって、導光体の厚さ及び導光体の幅の少なくとも一方が光伝播方向の下流側に向って減少する第２の導光体と、を含む集光光学素子である。

請求項２に記載の発明は、前記出射部が、伝播された光が臨界角を超えて出射する角度で前記表面と交差する出射端面である、請求項１に記載の集光光学素子である。

請求項３に記載の発明は、前記入射部の光が入射する幅方向の位置に応じて、前記出射部から出射する光の出射位置又は出射方向が異なるように、前記入射面に対向する反射面及び前記表面に対向する反射面の少なくとも一方を互いに交差する複数の面で構成した、請求項１又は請求項２に記載の集光光学素子である。

請求項４に記載の発明は、前記入射面に対向する反射面が、回転軸の周りに前記回転軸と交差する直線又は曲線を回転させて得られた曲面を含む、請求項１から請求項３までの何れか１項に記載の集光光学素子である。

各請求項に係る発明によれば、以下の効果がある。

請求項１に記載の発明によれば、バックライト等に用いられる導光板の動作原理を逆に利用して、単体の集光光学素子で、異なる位置から入射する光を伝播させて集光することができる、という効果がある。

請求項２に記載の発明によれば、出射光の集光性が向上し、出射光を効率よく取り出すことができる、という効果がある。

請求項３に記載の発明によれば、出射光の集光特性を制御することができる、という効果がある。

請求項４に記載の発明によれば、出射光の集光性がより向上し、出射光を更に効率よく取り出すことができる、という効果がある。

（Ａ）〜（Ｃ）は本発明の第１の実施の形態に係る集光光学素子の構成を示す概略図である。 図１の集光光学素子を２つの導光体に分解したときの分解斜視図である。 （Ａ）及び（Ｂ）は集光光学素子の集光動作を示す概略図である。 集光光学素子の子午線面における解析モデル（子午線近似モデル）である。 （Ａ）〜（Ｄ）は２つの導光体の組合せ方法の例を示す図である。 （Ａ）〜（Ｄ）は本発明の第２の実施の形態に係る集光光学素子の構成を示す概略図である。 （Ａ）〜（Ｃ）は本発明の第２の実施の形態に係る集光光学素子の変形例の構成を示す概略図である。 （Ａ）及び（Ｂ）は反射面の多面体形状により導光体の伝播特性が変化することを説明する図である。 （Ａ）〜（Ｄ）は本発明の第３の実施の形態に係る集光光学素子の構成を示す概略図である。 図９の集光光学素子を２つの導光体に分解したときの分解斜視図である。 第３の実施の形態に係る集光光学素子の変形例の設計思想を示す概略図である。 （Ａ）〜（Ｄ）は本発明の第３の実施の形態に係る集光光学素子の変形例の構成を示す概略図である。 図１４に示す集光光学素子の上流側の導光体の形成方法の一例を示す概略斜視図である。 （Ａ）は本発明の第４の実施の形態に係る集光光学素子の構成を示す概略斜視図であり、（Ｂ）はこの集光光学素子を２つの導光体に分解したときの分解斜視図である。 （Ａ）〜（Ｃ）は第４の実施の形態に係る集光光学素子の変形例を示す図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態の一例を詳細に説明する。

＜第１の実施の形態＞
（集光光学素子の概略構成）
図１（Ａ）〜（Ｃ）は本発明の第１の実施の形態に係る集光光学素子の構成を示す概略図である。図１（Ａ）は集光光学素子の斜視図であり、図１（Ｂ）は集光光学素子を上側から見た平面図であり、図１（Ｃ）は集光光学素子の光軸に沿った断面図である。図２は集光光学素子を２つの導光体に分解したときの分解斜視図である。以下では、集光光学素子に入射した光は、幾何光学上の正方向（図面上で左側から右側）に伝播するものとして説明する。また、光伝播方向に対して「上流側」及び「下流側」という表現を用いる。

図１（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、第１の実施の形態に係る集光光学素子１０は、光伝播方向を長手方向とする長板状の導光体（導光板）である。集光光学素子１０は、光が入射する入射部を有する入射面１２と、入射面１２に対向する第１の反射面１４と、入射面１２及び第１の反射面１４の両端を接続する第２の反射面１６_１及び第３の反射面１６_２と、集光された光が出射する出射部としての出射端面１８とを備えて構成されている。

本実施の形態では、第２の反射面１６_１と第３の反射面１６_２とは、導光板の互いに対向する側面を構成しており、入射面１２、第１の反射面１４、第２の反射面１６_１及び第３の反射面１６_２の４面で光を閉じ込めている。入射部（図示せず）は、入射面１２の上流側の端部に位置している。出射部である出射端面１８は、下流側の先端部に形成されている。出射端面１８は、伝播光が臨界角を超えて外部に出射するように、入射面１２に対し所定角度を成すように形成されている。

（集光光学素子の集光動作）
図２を参照して、集光光学素子１０の集光動作を説明する。集光光学素子１０は、上流側に配置された導光体１０Ａと、下流側に配置された導光体１０Ｂとが、仮想面である透過面１３を介して連続するように一体に形成されている。入射面１２は１つの平面である。一方、第１の反射面１４は、透過面１３を境に折れ曲がっており、導光体１０Ａ側の四角形状の平面と、導光体１０Ｂ側の台形状の平面の２つの平面で構成されている。

導光体１０Ａは、互いに対向する第２の反射面１６_１と第２の反射面１６_２との間隔（導光体の幅）は一定であるが、互いに対向する入射面１２と第１の反射面１４との間隔（導光体の厚さ）が、下流側に向かって増加するアップテーパを形成している。このようにアップテーパを形成する導光体１０Ａの形状を「くさび状」という。

入射部から導光体１０Ａに所定角度で入射した光は、入射面１２、第１の反射面１４、第２の反射面１６_１及び第３の反射面１６_２の間で全反射されながら伝播する。くさび状の導光体１０Ａでは、全反射の角度（反射光と反射面とが成す角度：反射面への入射補角）は下流側に向かって次第に小さくなり、伝播光は高次モードから低次モードに変換される。導光体１０Ａの端面である透過面１３からは、透過面１３に対しほぼ垂直な光（平行光）が出射される。

一方、導光体１０Ｂは、互いに対向する入射面１２と第１の反射面１４との間隔（導光体の厚さ）は一定であるが、互いに対向する第２の反射面１６_１と第２の反射面１６_２との間隔（導光体の幅）が、下流側に向かって減少するダウンテーパを形成している。光伝播方向を正方向とすれば、ダウンテーパを形成する導光体１０Ｂは、「くさび状」の導光体が逆向きに配置された「逆くさび」である。従って、導光体１０Ｂの形状を「逆くさび状」という。

透過面１３から導光体１０Ｂに入射した光は、入射面１２、第１の反射面１４、第２の反射面１６_１及び第３の反射面１６_２の間で全反射されながら伝播する。逆くさび状の導光体１０Ｂでは、全反射の角度は下流側に向かって次第に大きくなり、伝播光は低次モードから高次モードに変換される。導光体１０Ｂでは、導光体の幅方向（水平方向）に集光される。出射部に向かって集光された光は、臨界角を超えて出射端面１８から取り出される。

これにより、入射面１２に所定角度で入射した光は、集光光学素子１０内を伝播して水平方向に集光され、集光された光が出射端面１８から出射される。出射端面１８の面積は入射面１２の面積に比べて小さく、大面積の光画像を小面積に投影するように、集光された光が出射端面１８の一部分から出射される。

「くさび状の導光体」による伝播・集光は、バックライト等に用いられる導光板の動作原理を逆に利用したものである。上記の通り、例えば、平行光化して集光するというように、所望の光学特性を発揮するように、モード変換機能を備えた「くさび状の導光体」を適宜組み合わせることで、集光光学素子を自在に設計することができる。以下に説明する他の実施の形態に係る集光光学素子も、上記の「くさび状の導光体」を基本単位として設計されている。

光学特性という観点から説明すると、集光光学素子１０は、光学系に入射する光の進行方向に対して垂直且つ相互に直交するように配置された２つのシリンドリカルレンズと同様の光学系と理解することができる。即ち、集光光学素子１０は、上流側に配置された導光体１０Ａで入射光を平行光化し、下流側に配置された導光体１０Ｂで伝播光を水平方向に集光する光学系（例えば、リレーレンズやビームエキスパンダ）と同じ光学特性を有している。

（集光光学素子の光学材料）
集光光学素子１０を構成する光学材料としては、導光体として機能するように、導光する波長の光に対し透明であり、外部に配置される材料よりも屈折率の高い材料が用いられる。例えば、空気中に配置される場合には、屈折率が1より大きい材料であればよく、屈折率が１．３〜２．７程度の光学材料を用いることが一般的であるが、特に限定されるものではない。なお、光学材料に関しては、以下に説明する他の実施の形態に係る集光光学素子にも、同様の材料を用いることができる。

不要な散乱を生じるなど光学特性を劣化させなければ、一般には、屈折率のより高い材料を用いることが望ましい。但し、屈折率のより高い材料を用いる場合には、空気領域から集光光学素子１０に光が入射する際に、フレネル反射による損失が発生する虞がある。従って、屈折率のより高い材料を用いる場合には、フレネル反射損失を低減するために、反射防止手段を設けることが好ましい。

また、集光する光のエネルギー密度に応じて、適宜、材料を選択することができる。例えば、高エネルギー密度のレーザ光を集光する場合には、石英等の耐熱性に優れる材料を用いることが好ましい。可視領域で発光するＬＥＤの発光光や太陽光など、低エネルギー密度の光を集光する場合には、アクリル樹脂（ＰＭＭＡ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、シクロオレフィンポリマー（ＣＯＰ）等の樹脂材料を用いることができる。

（集光光学素子の使用方法）
図３（Ａ）及び（Ｂ）は集光光学素子の使用方法の一例を示す概略図である。本発明の集光光学素子は、照射された光のうち入射部に所定角度で入射する光を集光するものであり、光源に応じて材料や形状を適宜選択することで、例えば、レーザ光源、ＬＥＤ光源、太陽光、点光源、線光源、面光源など、種々の光源を用いることができる。また、光源から照射される光は、コヒーレント光、インコヒーレント光、又はコヒーレンシーの度合いがコヒーレント光とインコヒーレント光との間にある光の何れでもよい。

例えば、図３（Ａ）に示したように、半導体レーザ（ＬＤ）アレイ１５を、光源として用いることができる。ＬＤアレイ１５の複数のＬＤの各々から出射されたレーザ光を、集光光学素子１０の入射面１２に照射する。照射されたレーザ光の一部は、入射面１２の端部に位置する入射部から所定角度で入射し、集光されて出射端面１８から出射する。また、図３（Ｂ）に示したように、太陽光２１を光源として用いることができる。太陽光２１を集光光学素子１０の入射面１２に照射する。照射された太陽光の一部を、同様に集光して、出射端面１８から取り出すことができる。

図３（Ａ）及び（Ｂ）の何れの場合においても、入射部の上流側にレンズ（図示せず）を配置して、レンズで集光された光を入射面１２に照射してもよい。また、出射端面１８から出射された光は、必要に応じて集光レンズ１７により集光される。例えば、出射端面１８から出射される光は、発散角が大きくなる場合がある。このような場合には、光損失を低減するために、出射端面１８からの出射光を、外部に配置した集光レンズ１７により集光させ、集光された光を対象物に照射することができる。

外部に配置したレンズで集光する以外に、出射端面１８を直接加工して、表面にレンズを作り込んでもよい。レンズとしては、先球レンズ、フレネルレンズ等を用いることができる。また、導光体の表面に反射防止膜を成膜する、或いは、反射防止機能又は反射低減機能を有するナノ構造体を付加することで、出射端面１８での反射を防止することができる。また、出射端面１８に光ファイバを直接に接続して、光ファイバに出射光を導いてもよい。なお、以下に説明する他の実施の形態に係る集光光学素子も、同様にして使用することができる。

（全反射による伝播条件）
次に、入射した光が集光光学素子１０内を全反射して伝播するための条件について説明する。図４は、集光光学素子の子午線面における解析モデル（子午線近似モデル）である。本実施の形態に係る集光光学素子１０は、幅方向に略対称な形状である。従って、入射面１２から入射する光は、光軸を含む平面（子午線面）内を伝播するメリジオナル光線と、子午線面内に含まれないスキュー光線とに分けられる。子午線近似モデルとは、子午線面内を伝播するメリジオナル光線の伝播挙動を表すモデルである。

図４は、上流側に配置された導光体１０Ａの入射面１２の任意の入射部（点Ｏ’）から入射し、透過面１３から出射する様子を図示している。入射面１２及び第１の反射面１４は互いに平面であり、入射面１２と第１の反射面１４とは角度θ_１で交差している。入射角θ_２で入射した光は屈折角θ_３で屈折されて、導光体１０Ａ内に入射する。入射された光は、入射面１２と第１の反射面１４との間で全反射されて伝播され、透過面１３からこの透過面１３に対し略垂直に出射される。

入射部での導光体１０Ａの厚さを「ｗｓ」、透過面１３での導光体１０Ａの厚さを「ｗｅ」、入射部から透過面１３までの距離を「Ｌ」とすると、交差角度θ_１が定まる。伝播光の光路は、交差角度θ_１、入射角θ_２、及び屈折角θ_３に応じて、下記式（１）で表される「スネルの法則」と、下記式（２）で表される「全反射条件」とを用いて計算することができる。

ｎ_Ａ・sinθ_２＝ｎ_ＬＧＰ・sinθ_３ 式（１）
式（１）中、ｎ_Ａは空気の屈折率、ｎ_ＬＧＰは集光光学素子の構成材料の屈折率である。

θ_C＝sin^−１（ｎ_Ａ／ｎ_ＬＧＰ） 式（２）

式（２）中、θ_Cは臨界角である。反射面への入射補角が、臨界角θ_Cを超えなければ全反射される。

なお、図４の説明において、「反射面」とは、実際に全反射が起こる面という意味であり、入射面１２又は第１の反射面１４である。１回目の反射では、入射面１２から入射した光が、第１の反射面１４で入射面１２側に反射される。２回目の反射では、第１の反射面１４で反射された光が、入射面１２で第１の反射面１４側に反射される。

図示したくさび状の導光体１０Ａにおいては、入射面１２と第１の反射面１４との間での全反射だけを考えると、１回目の反射面への入射角度は（θ_３ ＋θ_１）、２回目の入射角度は（θ_３ ＋２θ_１）、・・・、ｎ回目の入射角度は（θ_３ ＋ｎθ_１）と次第に大きくなり、反射面への入射補角（全反射の角度）は次第に小さくなる。従って、上述したように、伝播光は平行光化されて透過面１３を通過する。逆くさび状の導光体１０Ｂでは、これとは逆に、反射回数が増加するに従って入射補角は次第に大きくなる。入射面１２に対し斜めに形成された出射端面１８において、入射補角が臨界角θ_Cを超えて、伝播光が外部に射出される。

以上説明した通り、第１の実施の形態の集光光学素子では、バックライト等に用いられる導光板の動作原理を逆に利用した「くさび状の導光体」による伝播・集光機能により、大面積の入射面に所定角度で入射した光を水平方向に集光して、小面積の出射端面から射出することができる。

＜第２の実施の形態＞
図６（Ａ）〜（Ｄ）は本発明の第２の実施の形態に係る集光光学素子の構成を示す概略図である。図６（Ａ）は集光光学素子の斜視図であり、図６（Ｂ）は集光光学素子を上側から見た平面図であり、図６（Ｃ）は集光光学素子の光軸に沿った断面図である。図６（Ｄ）は集光光学素子を２つの導光体に分解したときの分解斜視図である。

図６（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、第２の実施の形態に係る集光光学素子２０は、上流側の反射面がより複雑な多面体形状を有している以外は、第１の実施の形態に係る集光光学素子１０と略同じ構成であり、光が入射する入射部を有する入射面２２と、入射面２２に対向する第１の反射面２４と、入射面２２及び第１の反射面２４の両端を接続する第２の反射面２６_１及び第３の反射面２６_２と、集光された光が出射する出射部としての出射端面２８とを備えて構成されている。

また、図６（Ｄ）に示すように、集光光学素子２０は、上流側に配置されたくさび状の導光体２０Ａと、下流側に配置された逆くさび状の導光体２０Ｂとが、仮想面である透過面２３を介して連続するように一体に形成されている。第１の反射面２４は、透過面２３を境に折れ曲がっている。また、導光体２０Ａ側では、第１の反射面２４は、点Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄを結ぶ線分ＡＢ，ＢＣ，ＣＤにより３分割された３つの平面２４_１、平面２４_２、平面２４_３によって多面体形状に構成されている。平面２４_１、平面２４_２は台形状、平面２４_３は三角形状である。

点Ａから点Ｂに向って導光体２０Ａの厚さが増加すると共に、点Ｂから点Ｃ（又は点Ｂから点Ｄ）に向って導光体２０Ａの厚さが増加する。従って、平面２４_１、平面２４_２、平面２４_３の各々は、法線が中心方向に向いた斜面を形成している。ここで中心とは、光の伝播方向に沿って略左右対称に形成された集光光学素子の対称軸がある中央部分を意味している。平面２４_１、平面２４_２、平面２４_３の法線方向は各々異なり、３つの平面は互いに交差するように配置されている。

なお、第１の実施の形態と同様に、導光体２０Ｂ側では、第１の反射面２４は１つの台形状の平面２４_４から構成されており、導光体２０Ｂの厚さは一定である。また、平面２４_１、平面２４_２、平面２４_３及び平面２４_４の各々は、区別する必要が無い場合には、第１の反射面２４と総称する。

集光光学素子２０では、第１の実施の形態と同様に、入射部から導光体２０Ａに所定角度で入射した光は、入射面２２、第１の反射面２４（平面２４_１、平面２４_２、平面２４_３）、第２の反射面２６_１及び第３の反射面２６_２の間で全反射されながら伝播する。くさび状の導光体２０Ａでは、伝播光は高次モードから低次モードに変換され、平行光化されて透過面２３を通過する。

透過面２３から導光体２０Ｂに入射した光は、入射面２２、第１の反射面２４（平面２４_４）、第２の反射面２６_１及び第３の反射面２６_２の間で全反射されながら伝播する。逆くさび状の導光体２０Ｂでは、伝播光は低次モードから高次モードに変換され、水平方向に集光される。高次モードに変換され、出射部に向かって集光された光は、臨界角を超えて出射端面２８から取り出される。

第２の実施の形態に係る集光光学素子２０は、第１の反射面２４が多面体形状を有している点で、平面状の第１の反射面１４を有する第１の実施の形態の集光光学素子１０とは異なっている。図８（Ａ）に示すように、第１の実施の形態の集光光学素子１０では、第１の反射面１４は平坦であり、光の入射する位置によって導光体１０Ａの伝播特性は変化しない。従って、光の入射する位置に応じて焦点距離も変化せず、線状の入射ビーム４０に対し、集光された線状の出射ビーム４２が出射する。

一方、図８（Ｂ）に示すように、第２の実施の形態の集光光学素子２０では、導光体２０Ａの第１の反射面２４は多面体形状を有しており、光の入射する位置によって導光体２０Ａ内での伝播特性が変化する。従って、光の入射する位置に応じて焦点距離が変化し、線状の入射ビーム４０を横方向に３分割した各ビーム（ビーム４０_１、ビーム４０_２、ビーム４０_３）に対応して、縦方向に配列された３つの線状の出射ビーム４２（ビーム４２_１、ビーム４２_２、ビーム４２_３）が出射する。

集光光学素子の２つの導光体の反射面の形状を最適化することにより、図８（Ｂ）に示すように、集光性に劣る横方向（水平方向又は幅方向）の入射ビーム４０を分割して、ビームの縦横比を再構成した出射ビーム４２を得ることができる。これにより、出射ビーム４２の集光径を小さくすることができる。なお、このように出射光の再構成を行う場合には、焦点位置を２つの導光体の接続点付近に設定する方が、集光光学素子の光学設計が容易になる。

例えば、遅軸方向でビーム品質が悪いマルチモード動作レーザのビームパラメータ積（ＢＰＰ）を再構成することで、集光性を向上させることができる。ここでＢＰＰは、ビームウエストの半径ω_０とビーム発散角の半値全幅θの積として定義される。また、複数の発光点を有するマルチエミッタの一次元のＬＤアレイ（いわゆる、ＬＤバー）においても、ＢＰＰを再構成することで、集光性を向上させることができ、高出力を得ることができる。なお、例えば、幅１０ｍｍ×高さ１ｍｍのスリット光のような線状のレーザビームでは、電界の振動方向にあたる幅方向が遅軸方向であり、高さ方向が速軸方向である。

以上説明した通り、第２の実施の形態の集光光学素子では、「くさび状の導光体」による伝播・集光機能により、大面積の入射面に所定角度で入射した光を水平方向に集光して、小面積の出射端面から射出することができる。また、反射面の多面体形状を最適化することで、光の入射する位置によって伝播特性（焦点距離）を変化させて、入射ビームの縦横比を再構成した出射ビームを得ることができる。即ち、出射光の集光特性を制御することができる。これにより、出射ビームの集光径を小さくすることができる。

（集光光学素子の変形例）
図７（Ａ）〜（Ｃ）は本発明の第２の実施の形態に係る集光光学素子の変形例の構成を示す概略図である。図７（Ａ）は集光光学素子の斜視図であり、図７（Ｂ）は集光光学素子を上側から見た平面図であり、図７（Ｃ）は集光光学素子の光軸に沿った断面図である。

図７（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、変形例に係る集光光学素子３０は、光が入射する入射部を有する入射面３２と、入射面３２に対向する第１の反射面３４（平面３４_１、平面３４_２、平面３４_３、及び平面３４_４）と、入射面３２及び第１の反射面３４の両端を接続する第２の反射面３６_１及び第３の反射面３６_２と、集光された光が出射する出射部としての出射端面３８とを備えて構成されている。また、集光光学素子３０は、上流側に配置されたくさび状の導光体３０Ａと、下流側に配置された逆くさび状の導光体３０Ｂとが、仮想面である透過面３３を介して連続するように一体に形成されている。

下流側の逆くさび状の導光体３０Ｂは、互いに対向する入射面３２と第１の反射面３４との間隔（導光体の厚さ）が下流側に向かって減少すると共に、互いに対向する第２の反射面３６_１と第３の反射面３６_２との間隔（導光体の幅）が下流側に向かって減少するダウンテーパを形成している。即ち、集光光学素子３０は、導光体３０Ｂで、導光体の幅と厚さの両方が下流側に向かって減少するダウンテーパを形成している以外は、第２の実施の形態に係る集光光学素子２０と略同じ構成である。

この集光光学素子３０では、第２の実施の形態と同様に、入射部から導光体３０Ａに所定角度で入射した光は、入射面３２、第１の反射面３４（平面３４_１、平面３４_２、平面３４_３）、第２の反射面３６_１及び第３の反射面３６_２の間で全反射されながら伝播する。くさび状の導光体３０Ａでは、伝播光は高次モードから低次モードに変換され、平行光化されて透過面３３を通過する。

透過面３３から導光体３０Ｂに入射した光は、入射面３２、第１の反射面３４（平面３４_４）、第２の反射面３６_１及び第３の反射面３６_２の間で全反射されながら伝播する。逆くさび状の導光体３０Ｂでは、伝播光は低次モードから高次モードに変換され、水平方向及び鉛直方向に集光される。高次モードに変換され、出射部に向かって集光された光は、臨界角を超えて出射端面３８から取り出される。

以上説明した通り、変形例の集光光学素子では、「くさび状の導光体」による伝播・集光機能により、大面積の入射面に所定角度で入射した光を集光して、小面積の出射端面から射出することができる。特に、下流側に導光体の厚さ及び幅の両方が減少するダウンテーパを形成することで、伝播光が水平方向及び鉛直方向に集光されて、出射光の集光性が向上し、出射光を効率よく取り出すことができる。また、反射面の多面体形状を最適化することで、光の入射する位置によって伝播特性（焦点距離）を変化させて、入射ビームの縦横比を再構成した出射ビームを得ることができる。即ち、出射光の集光特性を制御することができる。これにより、出射ビームの集光径を小さくすることができる。

＜第３の実施の形態＞
図９（Ａ）〜（Ｄ）は本発明の第３の実施の形態に係る集光光学素子の構成を示す概略図である。図９（Ａ）及び（Ｂ）は集光光学素子の斜視図であり、図９（Ｃ）は集光光学素子を上側から見た平面図であり、図９（Ｄ）は集光光学素子の光軸に沿った断面図である。図１０は集光光学素子を２つの導光体に分解したときの分解斜視図である。

図９（Ａ）〜（Ｄ）に示すように、第３の実施の形態に係る集光光学素子５０は、光伝播方向を長手方向とする剣先状の導光体である。集光光学素子５０は、光が入射する入射部を有する入射面５２と、入射面５２に対向する反射面５４とを備えて構成されている。本実施の形態では、いわゆる側面に対応する面は存在せず、入射面５２及び反射面５４の両端が直接に接続されている。

光伝播方向に対し、入射部（図示せず）は入射面５２の上流側の端部に位置しており、出射部５８は下流側の先端部（剣先）に位置している。なお、出射部５８が入射面５２上に在る場合について図示したが、第３の実施の形態に係る集光光学素子５０では、出射部５８が反射面５４に在る場合も想定される。

本実施の形態では、入射面５２は、線分ＩＪを境に折れ曲がっており、上流側の四角形の平面と下流側の三角形の平面とから構成されている。また、反射面５４は、船底のような形状を有しており、点Ｅ，Ｆ，Ｇ，Ｈを結ぶ線分ＥＧ，ＦＧ，ＧＨにより３分割された３つの平面５４_１、平面５４_２、平面５４_３によって多面体形状に構成されている。平面５４_１は三角形状、平面２４_２、平面２４_３はひし形状である。平面５４_１、平面５４_２、及び平面５４_３の各々は、法線が中心方向に向いた斜面を形成している。３つの平面の法線方向は各々異なり、複数の平面は互いに交差するように配置されている。平面５４_１、平面５４_２、及び平面５４_３は、区別する必要が無い場合には、反射面５４と総称する。

また、集光光学素子５０は、上流側に配置されたくさび状の導光体５０Ａと、下流側に配置された逆くさび状の導光体５０Ｂとが、仮想面である透過面５３を介して連続するように一体に形成されている。透過面５３は、点Ｇ，Ｉ，Ｊを頂点とする三角形の平面である。なお、他の実施の形態と同様に、テーパを形成する形状を「くさび状」と称しているが、導光体５０Ａは点Ｇを頂点とする四角錐であり、導光体５０Ｂは点Ｈを頂点とする三角錐である。

導光体５０Ａは、導光体の幅は一定であるが、互いに対向する入射面５２と反射面５４との間隔（導光体の厚さ）が、下流側に向かって増加するアップテーパを形成している。即ち、点Ｅから点Ｇ（又は点Ｆから点Ｇ）に向って導光体５０Ａの厚さが増加する。導光体５０Ａ側では、入射面５２、反射面である平面５４_１、平面５４_２、及び平面５４_３の４面で光を閉じ込めている。

一方、導光体５０Ｂは、互いに対向する入射面５２と反射面５４との間隔（導光体の厚さ）が下流側に向かって減少すると共に、導光体の幅が下流側に向かって減少するダウンテーパを形成している。即ち、点Ｉから点Ｈ（又は点Ｊから点Ｈ）に向って導光体５０Ｂの厚さが減少する。導光体５０Ｂ側では、入射面５２、反射面である平面５４_２及び平面５４_３の３面で光を閉じ込めている。平面５４_２及び平面５４_３は、導光体５０Ａ及び導光体５０Ｂに亘って設けられている。

集光光学素子５０では、第１の実施の形態と同様に、入射部から導光体５０Ａに所定角度で入射した光は、入射面５２及び反射面５４（平面５４_１、平面５４_２、平面５４_３）の間で全反射されながら伝播する。くさび状の導光体５０Ａでは、伝播光は高次モードから低次モードに変換されて平行光化されると共に、傾斜した平面５４_２、平面５４_３により中心方向に集光されて、透過面５３を通過する。

透過面５３から導光体５０Ｂに入射した光は、入射面５２及び反射面５４（平面５４_２、平面５４_３）の間で全反射されながら伝播する。逆くさび状の導光体５０Ｂでは、伝播光は低次モードから高次モードに変換され、水平方向及び鉛直方向に集光される。高次モードに変換され、出射部に向かって集光された光は、臨界角を超えて出射部５８から取り出される。

以上説明した通り、第３の実施の形態の集光光学素子では、「くさび状の導光体」による伝播・集光機能により、大面積の入射面に所定角度で入射した光を集光して、小面積の出射端面から射出することができる。特に、下流側に導光体の厚さ及び幅の両方が減少するダウンテーパを形成することで、伝播光が水平方向及び鉛直方向に集光されて、出射光の集光性が向上し、出射光を効率よく取り出すことができる。また、上流側から下流側に亘って、急峻に傾斜した一対の平面からなる反射面を形成することで、更に中心方向への集光性が向上する。

また、反射面の多面体形状を最適化することで、光の入射する位置によって伝播特性（焦点距離）を変化させて、入射ビームの縦横比を再構成した出射ビームを得ることができる。即ち、出射光の集光特性を制御することができる。これにより、出射ビームの集光径を小さくすることができる。

（集光光学素子の変形例）
図１１及び図１２は本発明の第３の実施の形態に係る集光光学素子の変形例の構成を示す概略図である。図１２（Ａ）及び（Ｂ）は集光光学素子の斜視図であり、図１２（Ｃ）は集光光学素子を上側から見た平面図であり、図１２（Ｄ）は集光光学素子の光軸に沿った断面図である。図１１に示すように、変形例に係る集光光学素子は、第３の実施の形態に係る剣先状の集光光学素子５０を、切断線５５、５７に沿って鉛直方向（図面の手前から奥に向う方向、上下方向）にカットした形状を備えている。

図１２（Ａ）〜（Ｄ）に示すように、変形例に係る集光光学素子６０は、光が入射する入射部を有する入射面６２と、入射面６２に対向する反射面６４とを備えて構成されている。入射面６２及び反射面６４の両端は直接に接続されている。また、光伝播方向に対し、入射部（図示せず）は入射面６２の上流側の端部に位置しており、出射部６８は下流側の先端部（剣先）に位置している。

本実施の形態では、入射面６２は、線分ＩＪを境に折れ曲がっており、上流側の台形の平面と下流側の三角形の平面とから構成されている。また、反射面６４は、船底のような形状を有しており、点Ｇ，Ｈ，Ｉ，Ｊ，Ｋ，Ｌ，Ｍ，Ｎを結ぶ線分ＫＭ，ＬＮ，ＭＩ，ＮＪ，ＭＧ，ＮＧ，ＧＨにより５分割された５つの平面６４_１、平面６４_２、平面６４_３、平面６４_４、平面６４_５によって多面体形状に構成されている。平面６４_１は五角形、平面６４_２、平面６４_３は三角形、平面６４_４、平面６４_５は四角形である。５つの平面の法線方向は各々異なり、複数の平面は互いに交差するように配置されている。平面６４_１、平面６４_２、平面６４_３、平面６４_４、及び平面６４_５は、区別する必要が無い場合には、反射面６４と総称する。

また、集光光学素子６０は、上流側に配置されたくさび状の導光体６０Ａと、下流側に配置された逆くさび状の導光体６０Ｂとが、仮想面である透過面６３を介して連続するように一体に形成されている。透過面６３は、点Ｇ，Ｉ，Ｊを頂点とする三角形の平面である。

本実施の形態では、導光体６０Ａは、導光体の幅が下流側に向かって増加すると共に、互いに対向する入射面６２と反射面６４との間隔（導光体の厚さ）が、下流側に向かって増加するアップテーパを形成している。即ち、点Ｋから点Ｉ（又は点Ｌから点Ｊ）に向って導光体６０Ａの幅が増加する。また、点Ｌ→点Ｎ→点Ｇ（又は点Ｋ→点Ｍ→点Ｇ）に向って導光体６０Ａの厚さが増加する。導光体６０Ａ側では、入射面６２、反射面である平面６４_１、平面６４_２、平面６４_３、平面６４_４、及び平面６４_５の６面で光を閉じ込めている。

一方、導光体６０Ｂは、第３の実施の形態に係る導光体５０Ｂと同様に、導光体の厚さ及び幅の両方が下流側に向かって減少するダウンテーパを形成している。導光体６０Ｂ側では、入射面６２、反射面である平面６４_４、及び平面６４_５の３面で光を閉じ込めている。平面６４_２及び平面６４_３は、導光体６０Ａ及び導光体６０Ｂに亘って設けられている。即ち、変形例の集光光学素子６０は、上流側の導光体の側部がカットされてテーパ形状が複雑化した以外は、第３の実施の形態に係る集光光学素子５０と同じ構造である。

集光光学素子６０では、第１の実施の形態と同様に、入射部から導光体６０Ａに所定角度で入射した光は、入射面６２及び反射面６４（平面６４_１、平面６４_２、平面６４_３、平面６４_４、平面６４_５）の間で全反射されながら伝播する。くさび状の導光体６０Ａでは、伝播光は高次モードから低次モードに変換され、傾斜した平面６４_１、平面６４_２、平面６４_３、平面６４_４、平面６４_５により中心方向に集光されて、透過面６３を通過する。

透過面６３から導光体６０Ｂに入射した光は、入射面６２及び反射面６４（平面６４_２、平面６４_３）の間で全反射されながら伝播する。逆くさび状の導光体６０Ｂでは、伝播光は低次モードから高次モードに変換され、水平方向及び鉛直方向に集光される。高次モードに変換され、出射部に向かって集光された光は、臨界角を超えて出射部６８から取り出される。

以上説明した通り、変形例の集光光学素子では、「くさび状の導光体」による伝播・集光機能により、大面積の入射面に所定角度で入射した光を集光して、小面積の出射端面から射出することができる。特に、下流側に導光体の厚さ及び幅の両方が減少するダウンテーパを形成することで、伝播光が水平方向及び鉛直方向に集光されて、出射光の集光性が向上し、出射光を効率よく取り出すことができる。また、上流側から下流側に亘って、急峻に傾斜した一対の平面からなる反射面を形成することで、更に中心方向への集光性が向上する。

また、反射面の多面体形状を最適化することで、光の入射する位置によって伝播特性（焦点距離）を変化させて、入射ビームの縦横比を再構成した出射ビームを得ることができる。即ち、出射光の集光特性を制御することができる。これにより、出射ビームの集光径を小さくすることができる。特に、この変形例では、反射面を５つの平面から構成することで、反射面の多面体形状を最適化することが更に容易になる。

＜第４の実施の形態＞
図１４（Ａ）は本発明の第４の実施の形態に係る集光光学素子の構成を示す概略斜視図であり、図１４（Ｂ）はこの集光光学素子を２つの導光体に分解したときの分解斜視図である。また、図１３は、図１４に示す集光光学素子の上流側の導光体の形成方法の一例を示す概略斜視図である。

図１４（Ａ）に示すように、第５の実施の形態に係る集光光学素子８０は、光伝播方向を長手方向とする長尺状の導光体である。集光光学素子８０は、光が入射する入射部を有する入射面８２と、入射面８２に対向する第１の反射面８４と、入射面８２及び第１の反射面８４の両端を接続する第２の反射面８６_１及び第３の反射面８６_２と、集光された光が出射する出射部としての出射端面８８とを備えて構成されている。

本実施の形態では、第２の反射面８６_１と第３の反射面８６_２とは、導光板の互いに対向する側面を構成している。入射部（図示せず）は、入射面８２の上流側の端部に位置している。出射部である出射端面８８は、下流側の先端部に形成されている。出射端面８８は、伝播光が臨界角を超えて外部に出射するように、入射面８２に対し所定角度（図では約９０°）を成すように形成されている。

また、図１４（Ｂ）に示すように、集光光学素子８０は、上流側に配置されたくさび状の導光体８０Ａと、下流側に配置された逆くさび状の導光体８０Ｂとが、仮想面である透過面８３を介して連続するように一体に形成されている。入射面８２は、１つの平面で構成されている。透過面８３は、後述する円錐の対称軸を含む面である（図１３参照）。また、第１の反射面８４は、導光体８０Ａ側では１つの曲面８４ｃで構成され、導光体８０Ｂ側では、２つの平面８４_１、平面８４_２から構成されている。平面８４_１、平面８４_２は台形状である。平面８４_１、平面８４_２は、法線が中心方向に向いた斜面を形成している。即ち、第１の反射面８４は、互いに交差する曲面８４ｃ、平面８４_１、平面８４_２によって多面体形状に構成されている。曲面８４ｃ、平面８４_１、平面８４_２の各々は、区別する必要が無い場合には、第１の反射面８４と総称する。

導光体８０Ａは、円錐の一部を対称軸に沿って切り出した構造を備えている。図１３を参照して、導光体８０Ａに対応する構造体７０について説明する。構造体７０は、補助線（一点鎖線）で図示したように、円錐７５の一部を対称軸７７に沿って「くさび状」に切り出した構造を備えている。

即ち、構造体７０は、光が入射する入射部を有する表面７２（入射面８２）と、表面７２に対向する裏面７４（第１の反射面８４）と、表面７２及び裏面７４の両端に接続する側面７６_１（第２の反射面８６_１）及び側面７６_２（第３の反射面８６_２）と、光が出射する出射部としての出射端面７８（出射端面８８）を備えて構成されている。入射部（図示せず）は、表面７２の上流側の端部に位置している。裏面７４は、円錐７５の側面を切り取ったものであり、外側に凸の曲面状に形成されている。出射端面７８は、円錐７５の対称軸７７を含むように、対称軸７７に沿って切り出された端面である。括弧内に記載した通り、構造体７０の各部が、導光体８０Ａの各部に対応している。

くさび状の導光体８０Ａは、互いに対向する第２の反射面８６_１と第３の反射面８６_２との間隔（導光体の幅）は一定であるが、互いに対向する入射面８２と第１の反射面８４との間隔（導光体の厚さ）が、下流側に向かって増加するアップテーパを形成している。導光体８０Ａ側では、入射面８２、第１の反射面８４（曲面８４ｃ）、第２の反射面８６_１、及び第３の反射面８６_２の４面で光を閉じ込めている。

逆くさび状の導光体８０Ｂは、互いに対向する第２の反射面８６_１と第３の反射面８６_２との間隔（導光体の幅）が下流側に向かって減少すると共に、互いに対向する入射面８２と第１の反射面８４との間隔（導光体の厚さ）が、下流側に向かって減少するダウンテーパを形成している。導光体８０Ｂ側では、入射面８２、第１の反射面８４（平面８４_１、平面８４_２）、第２の反射面８６_１、及び第３の反射面８６_２の５面で光を閉じ込めている。

集光光学素子８０では、第１の実施の形態と同様に、入射部から導光体８０Ａに所定角度で入射した光は、入射面８２、第１の反射面８４（曲面８４ｃ）、第２の反射面８６_１、及び第３の反射面８６_２の間で全反射されながら伝播する。くさび状の導光体８０Ａでは、伝播光は高次モードから低次モードに変換され、外側に凸の曲面８４ｃにより中心方向に集光されて、透過面８３を通過する。曲面８４ｃは円錐の側面の一部である。このように回転軸の周りに直線又は曲線を回転させて得られた曲面８４ｃは、回転軸を含む中心方向への集光性が高い。

透過面８３から導光体８０Ｂに入射した光は、入射面８２、第１の反射面８４（平面８４_１、平面８４_２）、第２の反射面８６_１、及び第３の反射面８６_２の間で全反射されながら伝播する。逆くさび状の導光体８０Ｂでは、伝播光は低次モードから高次モードに変換され、水平方向及び鉛直方向に集光される。高次モードに変換され、出射部に向かって集光された光は、臨界角を超えて出射部８８から取り出される。

以上説明した通り、第４の実施の形態の集光光学素子では、「くさび状の導光体」による伝播・集光機能により、大面積の入射面に所定角度で入射した光を集光して、小面積の出射端面から射出することができる。特に、下流側に導光体の厚さ及び幅の両方が減少するダウンテーパを形成することで、伝播光が水平方向及び鉛直方向に集光されて、出射光の集光性が向上し、出射光を効率よく取り出すことができる。また、上流側に円錐の側面の一部を切り取った曲面からなる反射面を形成することで、更に中心方向への集光性が向上する。

また、反射面の多面体形状を最適化することで、光の入射する位置によって伝播特性（焦点距離）を変化させて、入射ビームの縦横比を再構成した出射ビームを得ることができる。即ち、出射光の集光特性を制御することができる。これにより、出射ビームの集光径を小さくすることができる。

（集光光学素子の変形例）
図１５（Ａ）〜（Ｃ）は第４の実施の形態に係る集光光学素子の変形例を示す図である。第４の実施の形態では、円錐の側面の一部を切り取った曲面からなる反射面を備える集光光学素子について説明したが、単純な円錐に限らず、回転軸の周りに直線又は曲線を回転させて得られた回転軸対称の形状であればよく、その側面（斜面）を切り取った曲面を、反射面として用いることができる。このような曲面を反射面として備える集光光学素子は、第４の実施の形態の集光光学素子８０と同様に、回転軸を含む中心方向への集光性が高い。

まず、図１５（Ａ）に示すように、回転軸９０の回りに直線９２を回転させて得られる曲面を、反射面として用いたのが第４の実施の形態に係る集光光学素子である。これ以外にも、図１５（Ｂ）に示すように、回転軸９０の回りに外側（図面では下側）に凸な曲線９４を回転させて得られる曲面を、反射面として用いることができる。また、図１５（Ｃ）に示すように、回転軸９０の回りに内側（図面では上側）に凸な曲線９６を回転させて得られる曲面を、反射面として用いることができる。

＜変形例＞
なお、上記の実施の形態では、光伝播方向に沿って略左右対称に形成された集光光学素子の例について説明したが、集光光学素子は左右対称の形状に限定される訳ではない。また、２つの導光体の組合せ方法により、種々の形状の集光光学素子を得ることができる。図５（Ａ）〜（Ｄ）は２つの導光体の組合せ方法の例を示す図である。第１の実施の形態の集光光学素子１０の例で説明すると、上述した通り、集光光学素子１０は、くさび状の導光体１０Ａと逆くさび状の導光体１０Ｂとが、組み合わされて一体化されたものである。

第１の実施の形態では、図５（Ａ）に示すように、導光体１０Ａと導光体１０Ｂとが透過面１３で接合され、概ね同一平面状に配置された形態について説明した。しかしながら、導光体１０Ａと導光体１０Ｂとの組み合せ方法は、この形態には限定されない。種々の組み合せ方法により、伝播光の光路を変更して任意の方向に出射させることができる。また、伝播光の光路を折り曲げることで、集光光学素子の小型化を図ることができる。

例えば、図５（Ｂ）に示すように、導光体１０Ａと導光体１０Ｂとの間に、断面が透過面１３の第３の導光板１９_１を挟み込むことができる。入射部と出射部との距離を大きくすることで、より遠くに光を出射させることができる。

また、図５（Ｃ）に示すように、導光体１０Ａと導光体１０Ｂとの間に、斜め４５°にカットされた反射面を備えた第１の反射部材１９_２を挟み込むことができる。導光体１０Ａから入射した光の光路を、第１の反射部材１９_２で９０°折り曲げる。これにより、導光体１０Ｂから出射する光の光路を、図５（Ａ）の形態から９０°折り曲げることができる。また、光路を折り曲げることで、集光光学素子１０の小型化が図られている。

また、図５（Ｄ）に示すように、導光体１０Ａと導光体１０Ｂとの間に、斜め４５°にカットされた反射面を備えた第２の反射部材１９_２及び第３の反射部材１９_３を挟み込むことができる。導光体１０Ａから入射した光の光路を、第２の反射部材１９_３で９０°折り曲げ、更に第３の反射部材１９_３で９０°折り曲げる。これにより、導光体１０Ｂから出射する光の光路を、図５（Ａ）の形態から１８０°折り曲げることができる。また、光路を折り曲げることで、集光光学素子１０の小型化が図られている。

なお、図５（Ａ）〜（Ｄ）に示す組み合わせでも、出射端面１８からの出射光を、外部に配置した集光レンズ１７により集光させ、集光された光を対象物に照射することができる。また、外部に配置したレンズで集光する以外に、出射端面１８を直接加工して、表面にレンズを作り込んでもよく、出射端面１８に光ファイバを直接に接続して、光ファイバに出射光を導いてもよい。

１０ 集光光学素子
１０Ａ 導光体
１０Ｂ 導光体
１２ 入射面
１３ 透過面
１４ 第１の反射面
１５ ＬＤアレイ
１６_１ 第２の反射面
１６_２ 第３の反射面
１７ 集光レンズ
１８ 出射端面
１９_１ 導光板
１９_２ 反射部材
１９_３ 反射部材
２０ 集光光学素子
２０Ａ 導光体
２０Ｂ 導光体
２１ 太陽光
２２ 入射面
２３ 透過面
２４ 第１の反射面
２６_１ 第２の反射面
２６_２ 第３の反射面
２８ 出射端面
３０ 集光光学素子
３０Ａ 導光体
３０Ｂ 導光体
３２ 入射面
３３ 透過面
３４ 第１の反射面
３６_１ 第２の反射面
３６_２ 第３の反射面
３８ 出射端面
４０ 入射ビーム
４２ 出射ビーム
５０ 集光光学素子
５０Ａ 導光体
５０Ｂ 導光体
５２ 入射面
５３ 透過面
５４ 反射面
５５，５７ 切断線
５８ 出射部
６０ 集光光学素子
６０Ａ 導光体
６０Ｂ 導光体
６２ 入射面
６３ 透過面
６４ 反射面
７０ 集光光学素子
７２ 表面
７４ 裏面
７５ 円錐
７７ 対称軸
７８ 出射端面
８０ 集光光学素子
８０Ａ 導光体
８０Ｂ 導光体
８２ 入射面
８３ 透過面
８４ 第１の反射面
８６_１ 第２の反射面
８６_２ 第３の反射面
８８ 出射端面
９０ 回転軸
９２ 直線
９４ 曲線
９６ 曲線

Claims (4)

1. 予め定めた入射角で複数の光が入射する入射部を有する入射面、及び前記入射面に対向する少なくとも１つの反射面を備え、前記入射面から入射された光を前記入射面と前記入射面に対向する反射面との間で全反射して長さ方向に伝播する長尺状の導光体であって、導光体の厚さ及び導光体の幅の少なくとも一方が光伝播方向の下流側に向って増加する第１の導光体と、
   前記入射面に連続する表面、前記表面に対向する少なくとも１つの反射面、及び前記表面と前記表面に対向する反射面との間で全反射されて伝播された光が出射する出射部を備え、前記第１の導光体と共に光路を形成するように前記第１の導光体に連結された長尺状の導光体であって、導光体の厚さ及び導光体の幅の少なくとも一方が光伝播方向の下流側に向って減少する第２の導光体と、
   を含む集光光学素子。
2. 前記出射部が、伝播された光が臨界角を超えて出射する角度で前記表面と交差する出射端面である、請求項１に記載の集光光学素子。
3. 前記入射部の光が入射する幅方向の位置に応じて、前記出射部から出射する光の出射位置又は出射方向が異なるように、前記入射面に対向する反射面及び前記表面に対向する反射面の少なくとも一方を互いに交差する複数の面で構成した、請求項１又は請求項２に記載の集光光学素子。
4. 前記入射面に対向する反射面が、回転軸の周りに前記回転軸と交差する直線又は曲線を回転させて得られた曲面を含む、請求項１から請求項３までの何れか１項に記載の集光光学素子。

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