JP6507606B2 - Underwater lighting device - Google Patents

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本発明は、コヒーレント光を用いた水中照明装置に係り、とりわけ、海面での反射損失を低減して海中に光を照射することが可能な水中照明装置に関する。   The present invention relates to an underwater lighting device using coherent light, and more particularly to an underwater lighting device capable of irradiating light into the sea with reduced reflection loss at the sea surface.

水中を照明する水中照明装置が利用に供されている。例えば、特許文献1には、海中の魚類を寄せ集めるべく、海中に光を投射する魚類灯が開示されている。特許文献1に示す魚類灯は、規則的に配列された多数のLEDの配光をレンズ等を用いて制御して海中を照明している。   Underwater lighting devices for lighting the water are available for use. For example, Patent Document 1 discloses a fish lamp that projects light into the sea to gather fish in the sea. The fish lamp shown in Patent Document 1 illuminates the sea by controlling the light distribution of a large number of regularly arranged LEDs using a lens or the like.

特開2011−134692号公報JP, 2011-134692, A

しかしながら、多数のLEDの配光を制御しても、海面での反射損失の影響を受けてしまい、未だ光の利用効率としては十分ではない。また、多数のLEDを用いる場合、光量は増加するものの、光源のサイズが大きくなることにより光束の直進性が低下し、レンズ等を用いて配光特性を制御しても集光特性が十分に得られず、水深深くまで光を到達させることは困難である。限られたエネルギーを効率よく活用することが求められる昨今では、光の利用効率をさらに向上させる技術が求められている。   However, even if the light distribution of a large number of LEDs is controlled, it is affected by the reflection loss at the sea surface, and it is not yet sufficient as the light utilization efficiency. When a large number of LEDs are used, although the light quantity increases, the size of the light source increases, the straightness of the light beam decreases, and even if the light distribution characteristic is controlled using a lens etc. It can not be obtained, and it is difficult to allow light to reach deep into the water. Nowadays, in which limited energy is required to be efficiently used, techniques for further improving the light utilization efficiency are required.

本発明は、このような点に鑑みてなされたものであり、海面での反射損失を低減して海中に光を照射することが可能な水中照明装置を提供することを目的とする。   This invention is made in view of such a point, and it aims at providing the underwater lighting device which can irradiate light into the sea by reducing the reflection loss in the sea surface.

本発明による水中照明装置は、偏光方向が揃ったコヒーレント光を、水中外から水中に向けて照射する。   The underwater lighting device according to the present invention radiates coherent light whose polarization direction is uniform from outside to outside of the water.

本発明による水中照明装置において、当該水中照明装置から水中に向けて照射されるコヒーレント光は、s偏光成分よりもp偏光成分が多い光であってもよい。   In the underwater illumination device according to the present invention, the coherent light emitted from the underwater illumination device toward water may be light having more p-polarization components than s-polarization components.

本発明による水中照明装置において、前記偏光方向が揃ったコヒーレント光は、位相差板を介して、水中外から水中に向けて照射され、前記位相差板を透過したコヒーレント光は、s偏光成分よりもp偏光成分が多い光であってもよい。   In the underwater illumination device according to the present invention, the coherent light having the same polarization direction is irradiated from the outside of the water to the water through a retardation plate, and the coherent light transmitted through the retardation plate is more than an s-polarization component. Also, it may be light having many p-polarization components.

本発明による水中照明装置において、それぞれ偏光方向が揃った複数のコヒーレント光のうちのいくつかを、水中外から水中に向けて選択的に照射可能になっていてもよい。   In the underwater lighting device according to the present invention, some of the plurality of coherent light beams, each of which has the same polarization direction, may be selectively irradiated from the outside of the water toward the water.

本発明による水中照明装置において、偏光方向が揃ったコヒーレント光を発光するコヒーレント光源と、前記コヒーレント光を拡散させて水中に向かわせる光学素子と、前記コヒーレント光を前記光学素子上で走査させる光走査部材と、を備えてもよい。   In the underwater illumination device according to the present invention, a coherent light source for emitting coherent light having a uniform polarization direction, an optical element for diffusing the coherent light and directing it into water, and an optical scan for scanning the coherent light on the optical element And a member.

本発明による水中照明装置において、前記光学素子は、入射されたコヒーレント光を拡散させて、仮想照明範囲を照明する拡散領域を有し、前記拡散領域は、複数の要素拡散領域を含み、前記複数の要素拡散領域のそれぞれは、入射されたコヒーレント光の拡散により、各々に対応した仮想照明範囲内の部分照明範囲を照明し、各部分照明範囲の少なくとも一部は、他の部分照明範囲からずれていてもよい。   In the underwater lighting device according to the present invention, the optical element has a diffusion area for diffusing incident coherent light to illuminate a virtual illumination area, the diffusion area including a plurality of element diffusion areas, the plurality Each of the elementary diffusion areas of the second group illuminates the partial illumination areas in the corresponding virtual illumination area by diffusion of the incident coherent light, and at least a part of each partial illumination area deviates from the other partial illumination areas It may be

本発明による水中照明装置において、前記光学素子は、ホログラム記録媒体であり、前記複数の要素拡散領域のそれぞれは、それぞれ相違する干渉縞パターンが形成された要素ホログラム領域であってもよい。   In the underwater illumination device according to the present invention, the optical element may be a hologram recording medium, and each of the plurality of element diffusion regions may be an element hologram region in which different interference fringe patterns are formed.

本発明による水中照明装置において、前記光学素子は、複数のレンズアレイを有するレンズアレイ群であり、前記複数の要素拡散領域は、前記複数のレンズアレイにそれぞれ対応していてもよい。   In the underwater lighting device according to the present invention, the optical element may be a lens array group having a plurality of lens arrays, and the plurality of element diffusion regions may respectively correspond to the plurality of lens arrays.

本発明によれば、偏光方向が揃ったコヒーレント光を水中に向けて照射することができるため、水面における反射損失が低い偏向方向のコヒーレント光を選択的に照射することができる。この結果、水面での反射損失を低減して光の利用効率を改善させることができる。   According to the present invention, since coherent light having a uniform polarization direction can be directed to water, it is possible to selectively irradiate coherent light having a polarization direction with low reflection loss on the water surface. As a result, the reflection loss on the water surface can be reduced to improve the light utilization efficiency.

本発明の一実施形態による水中照明装置を備えた船舶の概略構成を示す概略図。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Schematic which shows schematic structure of the ship provided with the underwater illuminating device by one Embodiment of this invention. 図1に示す水中照明装置の概略図。FIG. 2 is a schematic view of the underwater lighting device shown in FIG. 光走査部材の構成を詳細に示す概略斜視図。FIG. 2 is a schematic perspective view showing the configuration of the light scanning member in detail. 光学素子で拡散されたレーザ光が仮想照明範囲を照明する様子を示す概略斜視図。The schematic perspective view which shows a mode that the laser beam diffused by the optical element illuminates a virtual illumination range. 図1に示す水中照明装置が位相差板をさらに備える例を示す斜視図。The perspective view which shows the example which the underwater illuminating device shown in FIG. 1 further equips with a phase difference plate.

以下、図面を参照して本発明の一実施の形態について説明する。なお、本件明細書に添付する図面においては、図示と理解のしやすさの便宜上、適宜縮尺および縦横の寸法比等を、実物のそれらから変更し誇張してある。   Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In the drawings attached to the present specification, for the sake of easy illustration and understanding, the scale, the dimensional ratio in the vertical and horizontal directions, etc. are appropriately changed from those of the actual one and exaggerated.

また、本明細書において用いる、形状や幾何学的条件並びにそれらの程度を特定する、例えば、「平行」、「直交」、「同一」等の用語や長さや角度の値等については、厳密な意味に縛られることなく、同様の機能を期待し得る程度の範囲を含めて解釈することとする。   In addition, as used in the present specification, the shape or geometric condition and the degree thereof are specified. For example, terms such as “parallel”, “orthogonal”, “identical”, values of length and angle, etc. Without being bound by the meaning, it shall be interpreted including the extent to which the same function can be expected.

図1は、本発明の一実施形態による水中照明装置1を備えた船舶50の概略構成を示す図である。図1に示す水中照明装置1は、船舶50の船首に取り付けられている。水中照明装置1は、偏光方向が揃ったコヒーレント光Lを大気中から海中に向けて照射するようになっている。図1に示す船舶50によれば、海面Sにおける反射損失が低い偏向方向のコヒーレント光Lを選択的に照射することが可能となる。この結果、海面Sでの反射損失を低減して光の利用効率を改善させることができる。以下、水中照明装置1を構成する各構成要素について詳述する。   FIG. 1 is a view showing a schematic configuration of a ship 50 provided with an underwater lighting device 1 according to an embodiment of the present invention. The underwater lighting device 1 shown in FIG. 1 is attached to the bow of a ship 50. The underwater lighting device 1 emits coherent light L whose polarization direction is uniform toward the sea from the atmosphere. According to the ship 50 shown in FIG. 1, it becomes possible to selectively irradiate the coherent light L in the deflection direction with a low reflection loss at the sea surface S. As a result, the reflection loss at the sea surface S can be reduced to improve the light utilization efficiency. Hereinafter, each component which comprises the underwater lighting apparatus 1 is explained in full detail.

図2は、水中照明装置1の概略構成を示す概略図である。図2に示すように、照明ユニット2は、照射装置4と、光学素子5と、を有する。このうち、照射装置4は、レーザ光源6と、光走査部材7と、を有する。   FIG. 2 is a schematic view showing a schematic configuration of the underwater lighting device 1. As shown in FIG. 2, the illumination unit 2 includes an illumination device 4 and an optical element 5. Among these, the irradiation device 4 has a laser light source 6 and a light scanning member 7.

レーザ光源6は、偏光方向が揃っているコヒーレント光すなわちレーザ光を発光する。なお、本実施形態においては、s偏光成分よりもp偏光成分が多い光を照射するレーザ光源6を用いた場合について説明する。また、レーザ光源6は、発光波長域がそれぞれ相違する複数のレーザ光を発光する複数の光源部8を有していてもよい。これら複数の光源部8は、独立して設けられていてもよいし、共通の基板上に複数の光源部8を並べて配置した光源モジュールであってもよい。本実施形態のレーザ光源6は、発光波長域がそれぞれ相違する少なくとも2つの光源部8を有していればよく、発光波長域の種類は2つ以上であればよい。また、発光強度を高めるために、各発光波長域ごとに、複数個ずつの光源部8を設けてもよい。   The laser light source 6 emits coherent light, that is, laser light whose polarization direction is uniform. In the present embodiment, the case of using the laser light source 6 that emits light having more p-polarization components than s-polarization components is described. In addition, the laser light source 6 may have a plurality of light source units 8 that emit a plurality of laser beams having different emission wavelength ranges. The plurality of light source units 8 may be provided independently, or may be a light source module in which the plurality of light source units 8 are arranged side by side on a common substrate. The laser light source 6 of the present embodiment only needs to have at least two light source units 8 having different emission wavelength ranges, and the number of types of emission wavelength ranges may be two or more. Moreover, in order to increase the light emission intensity, a plurality of light source units 8 may be provided for each light emission wavelength range.

例えば、レーザ光源6が、赤色の発光波長域の光源部8rと、緑色の発光波長域の光源部8gと、青色の発光波長域の光源部8bとを有する場合には、これらの光源部8が発光した3つのレーザ光を重ね合わせることで、白色の照明光Laを生成可能となる。   For example, in the case where the laser light source 6 includes the light source unit 8 r in the red light emission wavelength range, the light source unit 8 g in the green light emission wavelength range, and the light source unit 8 b in the blue light emission wavelength range, these light source units 8 It becomes possible to generate white illumination light La by superimposing the three laser lights emitted.

図3に、光走査部材7の構成の一例を示す。光走査部材7は、レーザ光源6からのレーザ光の進行方向を経時的に変化させて、レーザ光の進行方向が一定にならないようにする。この結果、光走査部材7を出射したレーザ光は、光学素子5の入射面上を走査するようになる。   FIG. 3 shows an example of the configuration of the light scanning member 7. The light scanning member 7 temporally changes the traveling direction of the laser light from the laser light source 6 so that the traveling direction of the laser light is not constant. As a result, the laser beam emitted from the light scanning member 7 scans the incident surface of the optical element 5.

光走査部材7は、図3に示すように、互いに交差する方向に延在される二つの回転軸11,12周りに回転可能な反射デバイス13を有する。この反射デバイス13の反射面13aに入射されたレーザ光源6からのレーザ光は、反射面13aの傾斜角度に応じた角度で反射されて、光学素子5の入射面5aの方向に進行する。反射デバイス13を二つの回転軸11,12周りに回転させることで、レーザ光は光学素子5の入射面5a上を二次元的に走査することになる。反射デバイス13は、例えば一定の周期で二つの回転軸11,12周りに回転する動作を繰り返すため、この周期に同期して、光学素子5の入射面5a上をレーザ光は繰り返し二次元走査する。   The light scanning member 7 has a reflective device 13 rotatable about two rotation axes 11 and 12 extending in directions intersecting with each other, as shown in FIG. The laser light from the laser light source 6 incident on the reflection surface 13 a of the reflection device 13 is reflected at an angle corresponding to the inclination angle of the reflection surface 13 a and travels in the direction of the incident surface 5 a of the optical element 5. By rotating the reflective device 13 around the two rotation axes 11 and 12, the laser light scans the incident surface 5 a of the optical element 5 two-dimensionally. The reflecting device 13 repeats an operation of rotating around the two rotation axes 11 and 12 at, for example, a fixed period, so that the laser light repeatedly two-dimensionally scans the incident surface 5 a of the optical element 5 in synchronization with this period. .

本実施形態では、光走査部材7を一つだけ設けることを想定しており、レーザ光源6で発光された複数のレーザ光はいずれも、共通の光走査部材7に入射されて、この光走査部材7で進行方向が経時的に変化させられて、光学素子5上を走査する。   In the present embodiment, it is assumed that only one light scanning member 7 is provided, and a plurality of laser beams emitted by the laser light source 6 are all incident on the common light scanning member 7 and the light scanning is performed. The traveling direction is changed with time by the member 7 to scan the optical element 5.

光学素子5は、複数のレーザ光が入射される前述の入射面5aを有し、この入射面5aに入射された複数のレーザ光を拡散させて、所定位置に設けられる仮想照明範囲20を照明(通過)する。   The optical element 5 has the above-described incident surface 5a on which a plurality of laser beams are incident, diffuses the plurality of laser beams incident on the incident surface 5a, and illuminates the virtual illumination range 20 provided at a predetermined position. (pass.

図4は、光学素子5で拡散されたレーザ光が仮想照明範囲20を照明する様子を示す図である。光学素子5は、発光波長域がそれぞれ異なる複数のレーザ光に対応する複数の拡散領域14を有する。各拡散領域14には対応するレーザ光が入射される。各拡散領域14にて拡散されたレーザ光は、仮想照明範囲20を通過した後、実際の照明範囲を照明する。   FIG. 4 is a view showing how the laser light diffused by the optical element 5 illuminates the virtual illumination range 20. The optical element 5 has a plurality of diffusion regions 14 corresponding to a plurality of laser beams having different emission wavelength ranges. The corresponding laser light is incident on each diffusion region 14. The laser light diffused in each diffusion area 14 illuminates the actual illumination range after passing through the virtual illumination range 20.

仮想照明範囲20内の部分照明範囲ごとに照明制御を行いたい場合には、図4に示すように、各拡散領域14をさらに細かく複数の要素拡散領域15に分ける必要がある。各要素拡散領域15は、入射されたレーザ光を拡散させて、仮想照明範囲20内の部分照明範囲19を照明する。部分照明範囲19の少なくとも一部は、各要素拡散領域15ごとに相違している。   When it is desired to perform illumination control for each partial illumination range in the virtual illumination range 20, it is necessary to further divide each diffusion region 14 into a plurality of element diffusion regions 15 as shown in FIG. Each element diffusion area 15 diffuses the incident laser light to illuminate a partial illumination area 19 in the virtual illumination area 20. At least a part of the partial illumination area 19 is different for each element diffusion area 15.

なお、各拡散領域14を複数の要素拡散領域15に分けて、仮想照明範囲20内の部分照明範囲19ごとに照明制御を行うか否かは任意である。単に仮想照明範囲20の全域に均一に光を入射させたい場合には、各拡散領域14を複数の要素拡散領域15に分ける必要はない。以下では、一例として、光学素子5としてホログラム記録媒体16を用いた場合に、ホログラム記録媒体16を複数の要素拡散領域15に対応する複数の要素ホログラム領域18に分割して干渉縞を記録する例について説明する。   Note that it is arbitrary whether or not each diffusion region 14 is divided into a plurality of element diffusion regions 15 and illumination control is performed for each partial illumination range 19 in the virtual illumination range 20. When it is desired to simply cause light to uniformly enter the entire virtual illumination range 20, it is not necessary to divide each diffusion region 14 into a plurality of element diffusion regions 15. In the following, as an example, when the hologram recording medium 16 is used as the optical element 5, an example of dividing the hologram recording medium 16 into a plurality of element hologram areas 18 corresponding to a plurality of element diffusion areas 15 and recording interference fringes Will be explained.

光学素子5に対応するホログラム記録媒体16は、例えば図4に示すように、複数の拡散領域14に対応する複数のホログラム領域17を有する。各ホログラム領域17は、発光波長域がそれぞれ異なる複数のレーザ光のそれぞれに対応して設けられている。各ホログラム領域17は、対応するレーザ光が入射される入射面17aを有する。各ホログラム領域17の入射面17aに入射されて拡散されたレーザ光はいずれも、仮想照明範囲20を照明する。例えば、ホログラム記録媒体16が3つのホログラム領域17を有する場合、各ホログラム領域17で拡散されたレーザ光は、仮想照明範囲20の全域を通過した後実際の照明範囲を照明する。   The hologram recording medium 16 corresponding to the optical element 5 has a plurality of hologram areas 17 corresponding to the plurality of diffusion areas 14 as shown in FIG. 4, for example. Each hologram area 17 is provided corresponding to each of a plurality of laser beams having different emission wavelength ranges. Each hologram area 17 has an incident surface 17a on which the corresponding laser beam is incident. Any laser light that has been incident on the incident surface 17 a of each hologram area 17 and diffused therein illuminates the virtual illumination range 20. For example, when the hologram recording medium 16 has three hologram areas 17, the laser light diffused in each hologram area 17 illuminates the actual illumination area after passing through the entire virtual illumination area 20.

図4では、赤、青または緑で発光する3つのレーザ光に対応づけて、3つのホログラム領域17を設ける例を示しているが、本実施形態によるホログラム記録媒体16は、発光波長域が異なる2つ以上のレーザ光に対応づけて、2つ以上のホログラム領域17を有していればよい。図4のように、ホログラム記録媒体16が赤、青または緑で発光する3つのレーザ光に対応する3つのホログラム領域17を有する場合には、各ホログラム領域17が仮想照明範囲20の全域に光を入射させることから、3つのレーザ光が発光している場合には、仮想照明範囲20を照明する光は白色で照明されることになる。   Although FIG. 4 shows an example in which three hologram regions 17 are provided in correspondence with three laser beams emitting in red, blue or green, the hologram recording medium 16 according to the present embodiment has different emission wavelength ranges. It is sufficient to have two or more hologram regions 17 in association with two or more laser beams. As shown in FIG. 4, when the hologram recording medium 16 has three hologram areas 17 corresponding to three laser beams emitting in red, blue or green, each hologram area 17 covers the entire virtual illumination area 20. In the case where three laser beams are emitted, the light that illuminates the virtual illumination range 20 is illuminated in white.

ホログラム記録媒体16における各ホログラム領域17のサイズすなわち面積は、必ずしも同じである必要はない。各ホログラム領域17のサイズが異なっていても、各ホログラム領域17の入射面17aに形成される干渉縞を各ホログラム領域17ごとに調整することで、各ホログラム領域17は共通の仮想照明範囲20に光を入射させることができる。   The size or area of each hologram area 17 in the hologram recording medium 16 does not have to be the same. Even if the size of each hologram area 17 is different, adjusting the interference fringes formed on the incident surface 17a of each hologram area 17 for each hologram area 17 makes each hologram area 17 a common virtual illumination range 20. Light can be incident.

複数のホログラム領域17のそれぞれは、複数の要素拡散領域15に対応する複数の要素ホログラム領域18を有する。複数の要素ホログラム領域18のそれぞれは、入射されたレーザ光を拡散させることにより、仮想照明範囲20内の部分照明範囲19を照明する。各要素ホログラム領域18が照明する部分照明範囲19の少なくとも一部は、各要素ホログラム領域18ごとに相違している。すなわち、異なる要素ホログラム領域18が照明する部分照明範囲19同士は、少なくとも一部が相違している。   Each of the plurality of hologram areas 17 has a plurality of elementary hologram areas 18 corresponding to the plurality of elementary diffusion areas 15. Each of the plurality of elementary hologram areas 18 illuminates the partial illumination area 19 within the virtual illumination area 20 by diffusing the incident laser light. At least a part of the partial illumination area 19 illuminated by each elementary hologram area 18 is different for each elementary hologram area 18. That is, the partial illumination areas 19 illuminated by different elementary hologram areas 18 are at least partially different.

各要素ホログラム領域18の入射面17aには干渉縞パターンが形成されている。よって、各要素ホログラム領域18の入射面17aに入射されたレーザ光は、入射面17a上の干渉縞パターンによって回折されて、仮想照明範囲20上の対応する部分照明範囲19を照明する。干渉縞パターンを種々に調整することで、各要素ホログラム領域18で回折すなわち拡散されるレーザ光の進行方向を変えることができる。   An interference fringe pattern is formed on the incident surface 17 a of each element hologram area 18. Thus, the laser light incident on the incident surface 17 a of each elementary hologram area 18 is diffracted by the interference fringe pattern on the incident surface 17 a and illuminates the corresponding partial illumination area 19 on the virtual illumination area 20. By adjusting the interference fringe pattern variously, it is possible to change the traveling direction of the laser light diffracted or diffused in each element hologram area 18.

このように、各要素ホログラム領域18内の各点に入射されたレーザ光は、対応する部分照明範囲19を照明する。また、光走査部材7は、各要素ホログラム領域18に入射されるレーザ光の入射位置および入射角度を経時的に変化させる。一つの要素ホログラム領域18内に入射されたレーザ光は、その要素ホログラム領域18内のどの位置に入射されても、共通の部分照明範囲19を照明する。これはすなわち、部分照明範囲19の各点に入射されるレーザ光の入射角度が経時的に変化することを意味する。この入射角度の変化は、人間の目で分解不可能な速さであり、結果として、人間の目には、相関の無いレーザ光の散乱パターンが多重化されて観察される。したがって、各散乱パターンに対応して生成されたスペックルが重ねられて平均化されて、観察者に観察されることになる。これにより、仮想照明範囲20では、スペックルが目立ちにくくなる。また、光走査部材7からのレーザ光は、ホログラム記録媒体16上の各要素ホログラム領域18を順に走査するため、各要素ホログラム領域18内の各点で回折されたレーザ光はそれぞれ異なる波面を有し、これらのレーザ光は仮想照明範囲20上に独立に重ね合わされることで、仮想照明範囲20ではスペックルの目立たない均一な照度分布が得られる。   Thus, the laser light incident on each point in each elementary hologram area 18 illuminates the corresponding partial illumination area 19. In addition, the light scanning member 7 temporally changes the incident position and the incident angle of the laser light incident on each element hologram area 18. The laser light incident in one elementary hologram area 18 illuminates a common partial illumination area 19 regardless of the position in the elementary hologram area 18. This means that the incident angle of the laser light incident on each point of the partial illumination range 19 changes with time. The change in the incident angle is a speed that can not be resolved by the human eye, and as a result, the scattering pattern of uncorrelated laser light is multiplexed and observed to the human eye. Therefore, the speckles generated corresponding to each scattering pattern are superimposed, averaged and observed by the observer. Thereby, speckles become less noticeable in the virtual illumination range 20. Further, since the laser light from the light scanning member 7 sequentially scans each element hologram area 18 on the hologram recording medium 16, the laser light diffracted at each point in each element hologram area 18 has different wavefronts. Since these laser beams are independently superimposed on the virtual illumination range 20, in the virtual illumination range 20, a uniform illuminance distribution in which speckles are inconspicuous can be obtained.

このようにして、水中照明装置1の光学素子5によって拡散させられた複数のコヒーレント光の各々は、仮想照明領域20を通過した後、海面Sを透過して水中内を進行していく。本実施の形態では、水中照明装置1から照射される各コヒーレント光Lは、当該各コヒーレント光L毎に偏光方向が揃っている。例えばこのような例として、水中照明装置1から主としてp偏光成分からなる各コヒーレント光Lを照射することが想定され得る。   In this manner, each of the plurality of coherent lights diffused by the optical element 5 of the underwater lighting device 1 passes through the virtual illumination area 20, passes through the sea surface S, and travels in the water. In the present embodiment, each coherent light L emitted from the underwater lighting device 1 has the same polarization direction for each coherent light L. For example, as such an example, it may be assumed that the underwater illumination device 1 emits each coherent light L mainly composed of p-polarization components.

とりわけ、水中照明装置1は、海面Sにおける反射損失が低い偏光方向のコヒーレント光Lを照射可能になっている。具体的には、海面Sは、水平面に沿うため、水中照明装置1は、s偏光成分よりもp偏光成分の方が多いコヒーレント光Lを海中に向けて照射することが可能である。海面Sでの反射損失をさらに低減する観点から、水中照明装置1から照射されるコヒーレント光Lの海面Sへの入射角は、ブリュースター角に近いことが好ましい。このような海面Sでの反射損失が低いコヒーレント光Lは、エネルギー密度が高く海中深くまで到達することができる。   In particular, the underwater lighting device 1 can emit coherent light L in the polarization direction with low reflection loss at the sea surface S. Specifically, since the sea surface S is along the horizontal plane, the underwater lighting device 1 can irradiate the coherent light L in which the p-polarization component is more than the s-polarization component toward the sea. From the viewpoint of further reducing the reflection loss at the sea surface S, the incident angle to the sea surface S of the coherent light L emitted from the underwater lighting device 1 is preferably close to the Brewster's angle. Such coherent light L with low reflection loss at the sea surface S can reach deep in the sea with high energy density.

次に、以上のような構成からなる水中照明装置1の利用方法の一例について説明する。以下の説明では、一例として、魚の養殖に水中照明装置1を適用した例を挙げて説明する。   Next, an example of the usage method of the underwater illuminating device 1 which consists of the above structures is demonstrated. In the following description, an example in which the underwater lighting device 1 is applied to aquaculture of fish will be described as an example.

例えば、イカ、イワシ、サバ、鰺、サンマに代表される正の走光性をもつ魚は、光に集まる習性をもつ。このため、正の走光性をもつ魚を集めるためには、水深深くまで到達するようなコヒーレント光L、すなわち、海面Sでの反射損失が低いコヒーレント光Lを水中照明装置1から照射するのがよい。そこで、水中照明装置1から、s偏光成分よりもp偏光成分の方が多いコヒーレント光Lが海中に向けて照射される。   For example, fish with positive phototropism such as squid, sardines, mackerel, salmon, and saury have the habit of gathering in light. For this reason, in order to collect fish having positive phototaxis, it is preferable to irradiate from the underwater lighting device 1 coherent light L that reaches deep water, that is, coherent light L with low reflection loss at the sea surface S. Good. Therefore, coherent light L having more p-polarization components than s-polarization components is emitted from the underwater lighting device 1 toward the sea.

これに対して、例えば、マダイ、ハモに代表される負の走光性をもつ魚は、光から遠ざかる習性をもつ。このため、水深深くまで到達するようなコヒーレント光L、すなわち、海面Sでの反射損失が低いコヒーレント光Lを水中照明装置1から照射すると、負の走光性をもつ魚は光から遠ざかるように逃げる。   On the other hand, for example, fish with negative phototaxis such as red sea bream and hamo have a tendency to move away from light. For this reason, when coherent light L that reaches deep water, ie, coherent light L with low reflection loss at sea surface S, is irradiated from underwater lighting device 1, the fish having negative phototaxis escapes away from the light .

とりわけ、正乃至負の走光性をもつ魚であっても、光の色つまり光の波長に応じて、集まる程度乃至遠ざかる程度が異なることが考えられる。そこで、本実施の形態の水中照明装置1は、3つの光源部8のうちのいくつかを選択的に使用して、それぞれ偏光方向が揃った3つのコヒーレント光のうちのいくつかを、選択的に照射することもできる。例えば、水中照明装置1は、3つの光源部8のうちの赤色の発光波長域の光源部8rと緑色の発光波長域の光源部8gとを使用して、それぞれ偏光方向が揃った赤色及び緑色の発光波長域のコヒーレント光を照射してもよい。これにより、正乃至負の走光性をもつ魚の種類に応じて、適切なコヒーレント光Lを照射することが可能となる。   In particular, even for fish having positive to negative phototaxis, it is conceivable that the degree to which they gather or move away varies depending on the color of light, that is, the wavelength of light. Therefore, the underwater illumination device 1 according to the present embodiment selectively uses some of the three light source units 8 to selectively select some of the three coherent light beams having the same polarization direction. Can also be irradiated. For example, the underwater lighting device 1 uses the light source unit 8 r in the red light emission wavelength range of the three light source units 8 and the light source unit 8 g in the green light emission wavelength range to obtain red and green light having uniform polarization directions. Coherent light in the emission wavelength range of This makes it possible to emit appropriate coherent light L according to the type of fish having positive to negative phototaxis.

以上のように、本実施の形態によれば、偏光方向が揃ったコヒーレント光Lを、水中外から水中に向けて照射する。このような形態によれば、偏光方向が揃ったコヒーレント光Lを水中に向けて照射することができるため、海面Sにおける反射損失が低い偏光方向のコヒーレント光Lを水中照明装置1から選択的に照射することができる。この結果、海面Sでの反射損失を低減して光の利用効率を改善させることができる。   As described above, according to the present embodiment, the coherent light L having the same polarization direction is irradiated from the outside of the water toward the water. According to such a configuration, the coherent light L having the same polarization direction can be irradiated toward the water, so that the coherent light L having the polarization direction with low reflection loss at the sea surface S can be selectively selected from the underwater lighting device 1 It can be irradiated. As a result, the reflection loss at the sea surface S can be reduced to improve the light utilization efficiency.

また、本実施の形態によれば、水中照明装置1から水中に向けて照射されるコヒーレント光Lは、s偏光成分よりもp偏光成分が多い光である。海面Sは、水平面に沿うため、s偏光成分よりもp偏光成分の方が多いコヒーレント光Lを水中に向けて照射することで、海面Sにおける反射損失を大幅に抑えることができる。   Further, according to the present embodiment, the coherent light L irradiated from the underwater lighting device 1 toward the water is light having more p-polarization components than s-polarization components. Since the sea surface S is along the horizontal surface, the reflection loss at the sea surface S can be significantly suppressed by irradiating the water with coherent light L having more p-polarization components than s-polarization components.

また、本実施の形態によれば、それぞれ偏光方向が揃った複数のコヒーレント光Lのうちのいくつかを、水中外から水中に向けて選択的に照射可能になっている。この場合、走光性をもつ魚の種類に応じて、適切なコヒーレント光Lを照射することが可能となる。   Further, according to the present embodiment, it is possible to selectively irradiate some of the plurality of coherent lights L, each of which has the same polarization direction, from the outside of the water to the water. In this case, it is possible to irradiate appropriate coherent light L according to the type of fish having phototaxis.

また、本実施の形態によれば、光学素子5は、入射されたコヒーレント光を拡散させて、仮想照明範囲20を照明する拡散領域14を有し、拡散領域14は、複数の要素拡散領域15を含み、複数の要素拡散領域15のそれぞれは、入射されたコヒーレント光の拡散により、各々に対応した仮想照明範囲20内の部分照明範囲19を照明し、各部分照明範囲19の少なくとも一部は、他の部分照明範囲19からずれている。このような形態によれば、水中照明装置1の配光を容易に調整することが可能となる。   Further, according to the present embodiment, the optical element 5 includes the diffusion area 14 for diffusing the incident coherent light to illuminate the virtual illumination range 20, and the diffusion area 14 includes the plurality of element diffusion areas 15. And each of the plurality of element diffusion regions 15 illuminates the partial illumination area 19 in the virtual illumination area 20 corresponding to each by diffusion of the incident coherent light, and at least a portion of each partial illumination area 19 is , And the other partial illumination range 19. According to such an embodiment, it is possible to easily adjust the light distribution of the underwater lighting device 1.

なお、上述した実施形態では、図2に示すように、レーザ光源6が複数の光源部8を有した例を示したが、レーザ光源6の構成は、このような例に限定されない。例えば、レーザ光源6は単一の波長域のレーザ光を出射してもよい。   In the above-described embodiment, as shown in FIG. 2, the laser light source 6 includes the plurality of light source units 8. However, the configuration of the laser light source 6 is not limited to such an example. For example, the laser light source 6 may emit laser light of a single wavelength range.

また、複数の光源部8から発光波長域がそれぞれ相違するコヒーレント光を放出する場合であっても、必ずしも、光源は、赤、緑および青の波長域のレーザ光を出射するとは限らない。例えば、黄や紫の波長域のレーザ光を光源が出射してもよい。この場合、波長選択フィルタ21は、黄および紫の波長域の光を透過させればよい。   In addition, even in the case where coherent light having different emission wavelength ranges is emitted from the plurality of light source units 8, the light source does not necessarily emit laser light in the wavelength ranges of red, green and blue. For example, the light source may emit laser light in a yellow or violet wavelength range. In this case, the wavelength selection filter 21 may transmit light in the yellow and violet wavelength ranges.

なお、上述した説明では、光学素子3としてホログラム記録媒体16を用いる例を説明したが、光学素子3の具体的な形態は、ホログラム記録媒体16に限定されるものではない。例えば、各要素拡散領域15をそれぞれ一つのレンズアレイとするレンズアレイ群を用いて光学素子3を構成してもよい。この場合、要素拡散領域15ごとにレンズアレイが設けられ、各レンズアレイが仮想照明範囲20内の部分照明範囲19を照明するように各レンズアレイの形状が設計される。そして、各部分照明範囲19の位置は、少なくとも一部が相違している。これにより、ホログラム記録媒体16を用いて光学素子3を構成した場合と同様に、仮想照明範囲20内の一部分だけの照明色を変えたり、一部分だけを照明しないようにすることができる。   In the above description, an example in which the hologram recording medium 16 is used as the optical element 3 has been described, but the specific form of the optical element 3 is not limited to the hologram recording medium 16. For example, the optical element 3 may be configured using a lens array group in which each element diffusion area 15 is one lens array. In this case, a lens array is provided for each element diffusion area 15, and the shape of each lens array is designed such that each lens array illuminates the partial illumination area 19 in the virtual illumination area 20. And the position of each partial illumination range 19 differs at least in part. As a result, as in the case where the optical element 3 is configured using the hologram recording medium 16, it is possible to change the illumination color of only a part of the virtual illumination range 20 or not to illuminate only a part.

また、上述した実施形態では、レーザ光源6から照射されるコヒーレント光は、s偏光成分よりもp偏光成分が多い光であり、この偏光方向を維持したままで水中照明装置1から放出された。しかしながら、このような例に限定されず、位相差板や偏光ビームスプリッターを適宜組み合わせて、レーザ光源6から照射されるコヒーレント光の偏光方向を調整してから、調整されたコヒーレント光Lを水中照明装置1から放出してもよい。図5に、レーザ光源6から照射されるコヒーレント光の偏光方向を調整すべく、位相差板9がさらに設けられた例を示す。   Further, in the embodiment described above, the coherent light emitted from the laser light source 6 is light having a p-polarization component more than the s-polarization component, and is emitted from the underwater lighting device 1 while maintaining this polarization direction. However, the present invention is not limited to such an example, and after the polarization direction of the coherent light emitted from the laser light source 6 is adjusted by appropriately combining a retardation plate and a polarization beam splitter, the adjusted coherent light L is subjected to underwater illumination It may be released from the device 1. FIG. 5 shows an example in which a retardation plate 9 is further provided to adjust the polarization direction of the coherent light emitted from the laser light source 6.

図5に示す例では、レーザ光源6から照射されるコヒーレント光Lの光路中に、位相差板9が設けられている。具体的には、位相差板9は、光走査部材7と光学素子5との間に配置されている。   In the example shown in FIG. 5, the retardation plate 9 is provided in the optical path of the coherent light L emitted from the laser light source 6. Specifically, the retardation plate 9 is disposed between the light scanning member 7 and the optical element 5.

位相差板9は、レーザ光源6から照射されるコヒーレント光Lの偏光方向に応じて遅相軸の向きが決定されている。図5に示す例では、レーザ光源6からのコヒーレント光は、位相差板9を介して大気中から水中に向けて照射され、位相差板9を透過したコヒーレント光Lは、s偏光成分よりもp偏光成分が多い光となっている。このように、s偏光成分よりもp偏光成分の方が多いコヒーレント光Lを水中に向けて照射することで、海面Sにおける反射損失を大幅に抑えることができる。   In the retardation plate 9, the direction of the slow axis is determined according to the polarization direction of the coherent light L emitted from the laser light source 6. In the example shown in FIG. 5, the coherent light from the laser light source 6 is irradiated from the atmosphere to the water through the retardation plate 9 and the coherent light L transmitted through the retardation plate 9 is more than the s-polarization component. The light has a large amount of p-polarization components. As described above, the reflection loss at the sea surface S can be significantly suppressed by irradiating the water with the coherent light L in which the p-polarization component is more than the s-polarization component.

本発明の態様は、上述した個々の実施形態に限定されるものではなく、当業者が想到しうる種々の変形も含むものであり、本発明の効果も上述した内容に限定されない。すなわち、特許請求の範囲に規定された内容およびその均等物から導き出される本発明の概念的な思想と趣旨を逸脱しない範囲で種々の追加、変更および部分的削除が可能である。   The aspects of the present invention are not limited to the above-described individual embodiments, but include various modifications that those skilled in the art can conceive, and the effects of the present invention are not limited to the contents described above. That is, various additions, modifications and partial deletions can be made without departing from the conceptual idea and spirit of the present invention derived from the contents defined in the claims and the equivalents thereof.

1 水中照明ユニット2 照明ユニット、 4 照射装置、 5 光学素子、 6 レーザ光源、 7 光走査部材、 8 光源部、 9 位相差板、 11,12 回転軸、 13 反射デバイス、 14 拡散領域、 15 要素拡散領域、 16 ホログラム記録媒体、 17 ホログラム領域、 17a 入射面、 18 要素ホログラム領域、 19 部分照明範囲、 20 被照明領域、 50 船舶 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 underwater illumination unit 2 illumination unit, 4 illumination device, 5 optical element, 6 laser light source, 7 light scanning member, 8 light source part, 9 phase difference plate, 11,12 rotation axis, 13 reflection device, 14 diffusion area, 15 element Diffusion area, 16 hologram recording medium, 17 hologram area, 17a entrance plane, 18 element hologram area, 19 partial illumination area, 20 illuminated area, 50 ships

Claims (6)

偏光方向が揃ったコヒーレント光を、水中外から水中に向けて照射する水中照明装置であって、
偏光方向が揃ったコヒーレント光を発光するコヒーレント光源と、
前記コヒーレント光を拡散させて水中に向かわせる光学素子と、
前記コヒーレント光を前記光学素子上で走査させる光走査部材と、
を備え、
前記光学素子は、入射されたコヒーレント光を拡散させて、仮想照明範囲を照明する拡散領域を有し、
前記拡散領域は、複数の要素拡散領域を含み、
前記複数の要素拡散領域のそれぞれは、入射されたコヒーレント光の拡散により、各々に対応した仮想照明範囲内の部分照明範囲を照明し、
各部分照明範囲の少なくとも一部は、他の部分照明範囲からずれている、水中照明装置。
An underwater lighting apparatus for irradiating coherent light having a uniform polarization direction from outside the water to the water , comprising:
A coherent light source that emits coherent light whose polarization directions are aligned;
An optical element that diffuses the coherent light and directs it into water;
A light scanning member for scanning the coherent light on the optical element;
Equipped with
The optical element has a diffusion area that diffuses incident coherent light to illuminate a virtual illumination range,
The diffusion region includes a plurality of element diffusion regions,
Each of the plurality of element diffusion regions illuminates a partial illumination range within a virtual illumination range corresponding to each by diffusion of incident coherent light;
An underwater lighting device , wherein at least a portion of each partial illumination range is offset from other partial illumination ranges .
当該水中照明装置から水中に向けて照射されるコヒーレント光は、s偏光成分よりもp偏光成分が多い光である、請求項1に記載の水中照明装置。   The underwater lighting device according to claim 1, wherein the coherent light irradiated from the underwater lighting device toward water is light having a p-polarization component more than an s-polarization component. 前記偏光方向が揃ったコヒーレント光は、位相差板を介して、水中外から水中に向けて照射され、
前記位相差板を透過したコヒーレント光は、s偏光成分よりもp偏光成分が多い光である、請求項1に記載の水中照明装置。
The coherent light having the same polarization direction is irradiated from the outside of the water to the water through the retardation plate,
The underwater lighting device according to claim 1, wherein the coherent light transmitted through the retardation plate is light having a p-polarization component more than an s-polarization component.
それぞれ偏光方向が揃った複数のコヒーレント光のうちのいくつかを、水中外から水中に向けて選択的に照射可能になっている、請求項1乃至3のいずれか一項に記載の水中照明装置。   The underwater lighting device according to any one of claims 1 to 3, wherein it is possible to selectively irradiate some of the plurality of coherent light beams, each of which has the same polarization direction, from the outside of the water to the water. . 前記光学素子は、ホログラム記録媒体であり、
前記複数の要素拡散領域のそれぞれは、それぞれ相違する干渉縞パターンが形成された要素ホログラム領域である、請求項1乃至4のいずれか一項に記載の水中照明装置。
The optical element is a hologram recording medium,
The underwater lighting device according to any one of claims 1 to 4, wherein each of the plurality of element diffusion regions is an element hologram region in which different interference fringe patterns are formed.
前記光学素子は、複数のレンズアレイを有するレンズアレイ群であり、
前記複数の要素拡散領域は、前記複数のレンズアレイにそれぞれ対応する、請求項1乃至4のいずれか一項に記載の水中照明装置。
The optical element is a lens array group having a plurality of lens arrays,
The underwater lighting device according to any one of claims 1 to 4, wherein the plurality of element diffusion regions respectively correspond to the plurality of lens arrays.
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