JP5973944B2 - 円偏光照明装置 - Google Patents

Description

本発明は、右円偏光または左円偏光のいずれか一方を出射する照明装置に関する。本発明は特に植物栽培に用いられる前記照明装置に関する。

偏光を出射する照明システムは、画像表示装置等で従来から数多く検討されている。このようなシステムでは、バックライトの光を吸収型の偏光板に透過させることによって、直線偏光を取り出している。しかし、吸収型偏光板は、直交する直線偏光を吸収するので、原理的に最大半分の光しか得られない。そのため、反射型偏光板を使い、反射された光の偏光方向を変えて、再度出射するといった技術が検討されてきた（例えば特許文献１）。しかし、何回も光を反射したり、各種フィルムを透過したりすることで、失われる光量が大きかった。

一方、特に円偏光をエネルギー効率良く選択的に照射する照明装置としては、特許文献２に、入射光の一方の偏光成分を透過し、他方の偏光成分を反射する反射型偏光板と、前記の反射した偏光成分の偏光状態を変化させて再度利用する構成を有する照明装置に関する開示がある。

特開２００５−１０８５４０号公報 特開２０１２−２２３１６３号公報

本発明の課題は、右円偏光または左円偏光のいずれか一方をエネルギー効率良く照射する照明装置を提供することである。

本願発明者らは、円偏光が植物に与える影響を研究する過程で上記課題に直面した。鋭意検討の結果、従来の概念に捕らわれない発想で上記の課題の解決が可能であることを発見し、その知見に基づいて本発明を完成させた。すなわち、本発明は、以下の［１］〜［６］を提供するものである。

［１］右円偏光または左円偏光のいずれか一方を選択的に出射する照明装置であって、反射型偏光板１、光源、および反射型偏光板２をこの順で含み、さらに位相差板を含み、
反射型偏光板１、前記光源、および反射型偏光板２が、反射型偏光板１を反射した偏光が反射型偏光板２を透過し、かつ反射型偏光板２を反射した偏光が反射型偏光板１を透過するように配置されており、かつ、前記位相差板の位相差および配置が、前記光源を基準として反射型偏光板１の方向および反射型偏光板２の方向の双方に前記のいずれか一方の円偏光が出射されるように調整されている照明装置。
［２］植物栽培用の［１］に記載の照明装置。
［３］光源が、透明板の両面にＬＥＤランプが配された構造を有する［１］または［２］に記載の照明装置。
［４］円偏光反射板１、λ／４波長板１、光源、λ／４波長板２、および円偏光反射板２をこの順に含む［１］〜［３］のいずれか一項に記載の照明装置。
［５］λ／４波長板１、直線偏光反射板１、光源、直線偏光反射板２、およびλ／４波長板２をこの順に含む［１］〜［３］のいずれか一項に記載の照明装置。
［６］円偏光反射板１、λ／２波長板１、光源、および円偏光反射板２をこの順に含む［１］〜［３］のいずれか一項に記載の照明装置。

本発明により、右円偏光または左円偏光のいずれか一方をエネルギー効率良く照射する照明装置が提供される。

本発明の照明装置の基本的構成の例を示す図である。

以下、本発明を詳細に説明する。
なお、本明細書において「〜」とはその前後に記載される数値を下限値および上限値として含む意味で使用される。

本発明の照明装置は、右円偏光または左円偏光のいずれか一方を選択的に出射する照明装置である。
光の偏光状態は、右円偏光と左円偏光との和によって表すことができる。例えば、左右の円偏光成分の強度（光量）が等しい場合には、その和は直線偏光となり、左右円偏光の位相差によって決まる方位でその電気ベクトルは振動する。右円偏光成分と左円偏光成分の強度が異なる場合には楕円偏光になり、いずれかの成分のみの場合には完全な円偏光となる。

右円偏光または左円偏光のいずれか一方を選択的に出射するとは、光において、右円偏光成分または左円偏光成分のいずれか一方が他方に対して光量が多いことを意味する。具体的には、右円偏光成分の光量が左円偏光成分の光量に対して１．５倍以上、２倍以上、３倍以上、４倍以上、５倍以上、１０倍以上であればよく、実質的に、いずれか一方の偏光成分が１００％であればよい。

本発明の照明装置が照射する光の波長域は特に限定されず、照明装置の用途に応じて必要な波長域を選択して用いることができる。波長域は例えば、紫外線領域（例えば１０nm〜４２０nm）にあってもよく、可視光線領域（例えば４２０nm〜７００nm）にあってもよく、赤外線領域（例えば７００nm〜１２００nm）にあってもよく、それらのうち、２つまた３つの領域をまたがる領域にあってもよい。実用的には照明装置に用いられる光源の出射光の波長と、用いられる偏光板および位相差板の制御波長域に従って波長域が定まっていればよい。

照明装置から出射された光の各波長の偏光状態は、円偏光板を装着した分光放射輝度計またはスペクトルメータを用いて測定することができる。この場合、右円偏光板を通して測定した光の強度がＩ_R、左円偏光板を通して測定した光の強度がＩ_Lに相当する。また、白熱電球、水銀灯、蛍光灯、ＬＥＤ等の通常光源は、ほぼ自然光を発しているが、これらに装着して偏光状態制御部材の偏光を作り出す特性は、例えば、ＡＸＯＭＥＴＲＩＣＳ社製の偏光位相差解析装置ＡｘｏＳｃａｎなどを用いて測定することができる。
また、照度計や光スペクトルメータに、円偏光板を取り付けても測定することができる。右円偏光透過板をつけ、右円偏光量を測定、左円偏光透過板をつけ、左円偏光量を測定することにより、比率を測定できる。

（照明装置の構成）
本発明の照明装置は、反射型偏光板１、前記光源、および反射型偏光板２をこの順に含む。また、本発明の照明装置は、上記に加えてさらに１つまたは２つ以上の位相差板を含む。反射型偏光板１、反射型偏光板２、位相差板はそれぞれ、典型的には平面状であり、それらは略平行に配置されていればよい。反射型偏光板１、反射型偏光板２はそれぞれ、位相差板と積層体になっていてもよく、位相差板と接していてもよい。

光源として平面状のものを用いる場合は、光源も反射型偏光板１、反射型偏光板２、および位相差板と略平行に配置される。このような構造をとることによって、照射面積を広くすることができる。平面状の反射型偏光板１、および平面状の反射型偏光板２は、必ずしも略平行に配置されていなくてもよく、それらが、45度以下、30度以下、15度以下、5度以下、1度以下の角度をなしていてもよい。なお、平行である場合は０度の角度をなす。平面状の位相差板と反射型偏光板１または反射型偏光板２がなす角度についても同様である。反射型偏光板は、曲面であってもよく、その場合は、反射後次に反射型偏光板に照射される場合、偏光状態が反転するように位相差板を配置すればよい。
反射型偏光板１、前記光源、および反射型偏光板２は、光源から照射され反射型偏光板１を反射した偏光が反射型偏光板２を透過し、かつ光源から照射され反射型偏光板２を反射した偏光が反射型偏光板１を透過するように配置されていればよい。一方の偏光板を反射後、他方の偏光板を透過する光の割合は、エネルギー効率の観点から大きいことが好ましく、４０％、５０％、６０％、７０％、８０％、９０％以上程度であればよい。

前記位相差板の位相差と配置とは、前記光源を基準として反射型偏光板１の方向および反射型偏光板２の方向の双方に、同一の右円偏光または左円偏光のいずれか一方が出射されるように調整されていればよい。具体的には用いられる反射型偏光板１および反射型偏光板２に対応して、位相差板の数、反射型偏光板１および反射型偏光板２に対する位置、位相差の大きさ（レターデーション値）、反射型偏光板１および反射型偏光板２の透過軸に対する遅相軸の方向などが調整される。それらの調整は、当業者が適宜行うことが可能であり、例えば「光工学１」（第１版、森北出版株式会社発行）記載を参照して行うことができる。

（光源）
本発明の照明装置の光源は特に限定されない。例としては、ＬＥＤ、蛍光灯・キセノン・水銀・ナトリウム・メタルハライド ランプなどの放電ランプ、ハロゲンランプ・白熱電球などのフィラメントを用いたランプ、無機・有機ＥＬランプ、無電極ランプなどが挙げられる。効率の観点から、ＬＥＤ、放電ランプ、無電極ランプ、有機ＥＬランプが好ましく、光合成に有効な３００〜８００ｎｍ域波長の効率が高いＬＥＤや放電ランプや有機ＥＬランプが特に好ましい。電気光効率が最も高いＬＥＤが最も好ましい。
発光によって得られた波長の光をそのまま用いてもよく、蛍光体によって変換された光を用いてもよい。

本発明の照明装置の光源は通常、反射型偏光板１側および反射型偏光板２側の双方に光を出射できるように、両側に光を出射する光源であることが好ましい。または３６０度いずれの方向にも光を出射する光源であってもよい。
また、光源は両側に配置されている反射型偏光板１と反射型偏光板２の間において、片方で反射された光源からの光由来の偏光成分が他方に到達して透過することを可能とする構成であることが好ましい。このような光源としては透明板の両面にＬＥＤランプなどの点光源が配された構造の光源が挙げられる。すなわち、透明板を利用して、それぞれの面に、片側に出射する光源を複数配置して作製した光源が挙げられる。上記点光源は、光の照射方向が透明板の法線に平行な２方向となっているように、透明板に配置すればよい。

（反射型偏光板）
反射型偏光板は、例えば、直線Ｐ偏光もしくは直線Ｓ偏光のいずれか一方を反射し他方を透過する偏光板、または、右円偏光もしくは左円偏光のいずれか一方を反射し他方を透過する偏光板であればよい。反射型偏光板１および反射型偏光板２は同じものであっても異なるものであってもよいが、両側から出射される光の偏光性を同一にするため、同じものであることが好ましい。本明細書において反射型偏光板は、直線偏光反射板および円偏光反射板を含む意味である。なお、位相差板と直線偏光反射板との組み合わせは円偏光反射板として機能しうるが、本明細書において、通常、円偏光反射板としては、位相差板と直線偏光反射板との組み合わせからなるものを含まない。

（円偏光反射板）
円偏光反射板は、右円偏光または左円偏光のいずれか一方の成分を反射し、他方は透過する性質を有する偏光板であればよい。円偏光反射板としては、コレステリック液晶構造を有するものが挙げられ、例えば、特開２０１２−２２６２２９号公報（国際公開２０１２−４４４２２号）のコレステリック液晶構造を有する円偏光反射板に関する記載を参照することができる。

（直線偏光反射板）
前記直線偏光反射板としては、例えば（ｉ）多層構造の直線偏光反射板、（ｉｉ）複屈折の異なる薄膜を積層した偏光子、（ｉｉｉ）ワイヤーグリッド型偏光子、（ｉｖ）偏光プリズム、（ｖ）散乱異方性型偏光板、などが挙げられる。
それぞれ具体的には、例えば、特開２０１２−２２３１６３号公報の、反射型偏光板に関する記載を参照することができる。

（位相差板）
位相差板としては、用いられる偏光板の種類と配置部位に従って、適切な位相差を有するものを使用すればよい。具体的な例としては、例えば、λ／４波長板、またはλ／２波長板などが挙げられる。なお、本明細書において、λ／４波長板というとき、（２ｎ＋１／４）λ板（ｎは整数）であればよい。また、λ／２波長板というとき、（２ｎ＋１／２）λ板（ｎは整数）であってもよい。ｎは０であることが好ましい。

位相差板としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、延伸されたポリカーボネートフィルム、延伸されたノルボルネン系ポリマーフィルム、炭酸ストロンチウムのような複屈折を有する無機粒子を含有して配向させた透明フィルム、支持体上に無機誘電体を斜め蒸着した薄膜などが挙げられる。

位相差板としては、例えば、（１）特開平５−２７１１８号公報、および特開平５−２７１１９号公報に記載された、レターデーションが大きい複屈折性フィルムと、レターデーションが小さい複屈折性フィルムとを、それらの光軸が直交するように積層させた位相差板、（２）特開平１０−６８８１６号公報に記載された、特定波長においてλ／４波長となっているポリマーフィルムと、それと同一材料からなり同じ波長においてλ／２波長となっているポリマーフィルムとを積層させて、広い波長領域でλ／４波長が得られる位相差板、（３）特開平１０−９０５２１号公報に記載された、二枚のポリマーフィルムを積層することにより広い波長領域でλ／４波長を達成できる位相差板、（４）国際公開第００／２６７０５号パンフレットに記載された変性ポリカーボネートフィルムを用いた広い波長領域でλ／４波長を達成できる位相差板、（５）国際公開第００／６５３８４号パンフレットに記載されたセルロースアセテートフィルムを用いた広い波長領域でλ／４波長を達成できる位相差板、などが挙げられる。
位相差板としては、市販品を用いてもよい。λ／４波長板である市販品の例としては、例えば商品名：ピュアエース ＷＲ（帝人株式会社製）などが挙げられる。

（その他の部材）
本発明の照明装置は、更に必要に応じて、反射部材、放熱部材、赤外線吸収部材、紫外線吸収部材、レンズ、プリズム等のその他の部材を有していてもよい。

（具体例）
本発明の照明装置の基本的構成の例を図１(a)〜（ｃ）に示す。なお、図１(a)〜（ｃ）は光源を中心に左右対称の配置の図であるため、光路は光源から片側に向かって出射した光のもののみを示している。
図１(a)は、λ／４位相差板２、反射型偏光板２、光源、反射型偏光板１、λ／４位相差板１をこの順に配置した例を示す図である。右円偏光を照射する照明装置の例として示す。光源右側の偏光板１は、縦方向の光が透過するように配置し、光源左側の偏光板２は、横方向の光が透過するように配置する。光源右側の偏光板１の外側に、λ／４板を、透過光が右円偏光になるように設置し、光源左側の偏光板２の外側にも、λ／４板を、透過光が右円偏光になるように設置する。光源から右側に出射した光は、偏光板１、λ／４板１を透過し、右側に右円偏光として出射する。偏光板１では、偏光方向横の光が反射されこの光は偏光板２、λ／４板２を透過し、左側に右円偏光として出射する。光源から左側に出射した光は、偏光板２・λ／４板２を透過し、左側に右円偏光として出射し、偏光板２では、偏光方向縦の光が反射され、この光は偏光板１・λ／４板１を透過し、右側に右円偏光として出射する。光源から斜めに出射した光は、λ／４板に垂直に入射しないため、楕円偏光として出射するが、右円偏光成分の多い光として出射される確率が大きい。

図１(ｂ)は、円偏光反射板２、λ／４位相差板２、光源、λ／４位相差板１、円偏光反射板１をこの順に配置した例を示す図である。すなわち、光源が、λ／４板で挟んで配置され、それらの両外側に、ぞれぞれ、右円偏光透過・左円偏光反射板が設置されている。右円偏光を照射する照明装置の例として示す。光源から右側に出射した、縦方向の偏光成分は、λ／４板１を通過し、右円偏光となる。（このようになるよう、λ／４板１の遅相軸の方向が調整されているものとする。）右円偏光は、右円偏光透過板１を通過して、外側に右円偏光として出射される。光源から右側に出射した、横方向の偏光は、λ／４板１を通過し、左円偏光となる。左円偏光は、右円偏光透過板１で反射され、再度λ／４板１に入射する。この光は、λ／４板１を通過すると、偏光方向縦の光となる。さらにλ／４板２に入射すると、今度は右円偏光となる。これは、右円偏光透過板２を通過して、外側に出射される。

図１(ｃ)は、円偏光反射板２、λ／２位相差板、光源、円偏光反射板１をこの順に配置した例を示す図である。右円偏光を照射する照明装置の例として示す。
光源から右側に出射した右円偏光は、右円偏光板１を通過する。光源から右側に出射した左円偏光は、右円偏光板１で反射され、この左円偏光は、λ／２板を通過することで右円偏光となり、右円偏光板２を経て外へ出射される。光源から左側に出射した左円偏光も、同様にλ／２板で右円偏光となり、右円偏光板２を経て外へ出射される。光源から左側に出射した右円偏光は、λ／２板で左円偏光となり、右円偏光板２で反射され、再度λ／２板に入射して、右円偏光となり、右側の右円偏光透過板を通過して出射する。

（用途）
本発明の照明装置の用途は特に限定されない。例としては、キラル物質へ照射して光円偏光特異的な反応を引き出すための照明装置があげられる。さらには、特に植物栽培用の照明として使用することが例としてあげられる。植物に照射する光が右円偏光を優勢に含むかまたは左円偏光を優勢に含むかにより、植物の成長等に一定の影響を与える場合があることが知られている（特開２００８−２２８６８８号公報、国際公開２０１２−４４４２２号等））
発明の照明装置を植物栽培用の照明として用いることにより、植物の成長を顕著に促進することができる。また、香り成分などの植物の特定成分を増強することができる。

本発明の照明装置は装置の両側から特定の円偏光を照射することが可能であるため、例えば、植物栽培用ハウスの中央に本発明の照明装置を配置し、光が照射される方向の装置の両側で植物を栽培することができる。

Claims (6)

1. 右円偏光または左円偏光のいずれか一方を選択的に出射する照明装置であって、
   反射型偏光板１、光源、および反射型偏光板２をこの順で含み、
   さらに位相差板を含み、
   反射型偏光板１、前記光源、および反射型偏光板２が、
   反射型偏光板１を反射した偏光が反射型偏光板２を透過し、かつ
   反射型偏光板２を反射した偏光が反射型偏光板１を透過するように配置されており、かつ、
   前記位相差板の位相差および配置が、前記光源を基準として反射型偏光板１の方向および反射型偏光板２の方向の双方に前記のいずれか一方の円偏光が出射されるように調整されている照明装置。
2. 植物栽培用の請求項１に記載の照明装置。
3. 光源が、透明板の両面にＬＥＤランプが配された構造を有する請求項１または２に記載の照明装置。
4. 反射型偏光板１として円偏光反射板１、反射型偏光板２として円偏光反射板２、前記位相差板としてλ／４波長板１およびλ／４波長板２を含み、
   円偏光反射板１、λ／４波長板１、前記光源、λ／４波長板２、および円偏光反射板２をこの順に含む請求項１〜３のいずれか一項に記載の照明装置。
5. 反射型偏光板１として直線偏光反射板１、反射型偏光板２として直線偏光反射板２、前記位相差板としてλ／４波長板１およびλ／４波長板２を含み、
   λ／４波長板１、直線偏光反射板１、前記光源、直線偏光反射板２、およびλ／４波長板２をこの順に含む請求項１〜３のいずれか一項に記載の照明装置。
6. 反射型偏光板１として円偏光反射板１、反射型偏光板２として円偏光反射板２、前記位相差板としてλ／２波長板１を含み、
   円偏光反射板１、λ／２波長板１、前記光源、および円偏光反射板２をこの順に含む請求項１〜３のいずれか一項に記載の照明装置。