JPH0363618A - 光学部品 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、光フアイバーライトガイドの光線入射部分や
スライド投影機の照明光源などに必要とされる、均一で
かつ単一指向性を有する光束を得る光学部品に関し、ま
た幅の広いビーム光線を容易に得る光学部品に関する。

〔従来技術〕

シート状物の欠陥検査装置に使われるライン状光源や、
液晶プリンターにおける液晶バックライト等に、冷光源
として光フアイバーライトガイドが使われるが、照度斑
のない良質の照明を得るために、これらの光線入射部分
には入射光の均一化をはかるために拡散板を用いたり、
特願昭６３−１０６７７９号にあるように光ファイバー
と導光体を使った装置が考案されている。

またスライド投影機の光源部には投影像の全体に明るさ
の斑がないようにリレーコンデンサーを使った光学系が
一般的に使用されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

これらの光源部ないし光源均一化手段に必要とされる条
件は次のような事である。

（１）光量が全体で均一である。

（２）効率が高い。

さらにコストや実用性を考えると （３）設計、制作が容易である。

（４）小型で場所をとらない。

事も重要である。

前述した拡散板を用いる方法や、特願昭６３−１０６７
７９号にある光ファイバーと導光体を使う方法は、反射
曲面やレンズを使って指向性を持った光束を作り、これ
を均一化部品を通して明るさ斑を除去するものであるが
、前者は拡散板によって光線が散乱する角度が大きく、
光のビーム性が損なわれ光ファイバーの開口角内におさ
まらない光が損失となるため効率が極めて悪い。

一方後者は均一化性能も良好で光のビーム性を損なわず
効率もよいが、小型化が困難であり、又ランダムミキシ
ングの方法は品質を保持しつつ量産することが容易でな
い。

更に前述したリレーコンデンサーを使った光学系は、均
一化性能が良く効率もさほど悪くないが、使用電球、反
射板、コンデンサーレンズ等の設計、調整が十分注意深
く行なわれなければならず、高度な技術が必要とされる
。従って従来技術の範囲では（１）〜（４）の条件を同
時に満たす光学系を実現することは困難である。

本発明の目的は光強度の不均一な光束をそのビーム性を
損なわずに均一化することができ、必要に応じて幅の広
いビーム光線を容易に得ることができる光学部品を提供
することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、請求項１記載の光学部品は
、面の法線と下記［１］［２］式で示される角度θない
し一〇をなす二種類の面が交互に繰り返す屈折率ｎ１の
プリズム列が外側に底形された、互いに平行で、かつプ
リズム列も平行である一対の面と、これらの面に垂直で
且つプリズムの稜線と平行な複数の反射面からなる光学
部品であって、先のプリズム形成面の法線に平行にＸ軸
、プリズムの稜線に平行にＺ軸、これらに垂直にＹ軸を
とるとき、 （Ａ）一方のプリズム形成面にＸ軸に沿って入射した光
束が、もう一方のプリズム形成面から出射することによ
って、光束の均一化ないしは拡大を行なう光学部品であ
って、 （Ｂ）全ての反射面は二つのプリズム面の間にあって、
その位置のＸ座標が互いに等しい複数の反射面が群を構
成し、 （ｃ）一つの群の中では反射面のＸ軸方向に持つ幅ｆ、
及び隣合う反射面の距離ｅは全て等しいことを特徴とす
る。

δ “°−π仔正 くθ 但し　δ：入射光束の広がり角、ないしは出射光束を利
用する装置が利用できる広がり角（±δ）のいずれか小
さい方で、δ〈θｎＩ　ニブリズムの屈折率 ｎ、：反射面の置かれた場所の屈折率 ｍ　：正の整数 また、請求項２記載の光学部品は請求項１の反射面が全
反射面であって、反射面の幅ｆと隣合う反射面の距離ｅ
が上記［３］［４］式の関係を満たすことを特徴とする
。

次に請求項３記載の光学部品は請求項１．請求項２の両
プリズム形成面が、各々Ｙ軸、Ｚ軸に平行な辺を持つ矩
形あるいは正方形であり、両面の各辺をつなぎ、反射面
群を部品内部に含むような反射側面を有する光学部品で
あって、該側面のうちＺ軸に平行な二面がＸ軸に平行で
ある部分と、Ｘ軸となす角の絶対値が■式の角η以上で
ある部分の少なくとも一方からなることを特徴とする。

但し、ｎ、：その場所の媒体の屈折率また、ηは出射側
に向かって断面が広がるようにとる。

更に請求項４記載の光学部品は請求項３に記載の反射側
面が金属鍍金による反射面であることを特徴とする。

本発明は特願昭６３−１０６７７９号にある方法と同様
に反射曲面やレンズを使って指向性を持った光束を作り
、これを均一化部品を通して明るさ斑を除去する方法に
使われる光束均一化部品であって、該手法と同様に光束
のビーム性を損なわず光量の均一化を行なう特徴を持つ
。

この特徴は高い効率を得るために重要であって、光フア
イバーライトガイドにしろ、スライド投影機にしろ、後
に設置された光学系の開口角を越えた角度に広がる光線
は利用されず損失となるため、光源は平行光である必要
はないものの、単一指向性を持った光束であることが望
まれる。

また、本発明の特徴とするところは、入射面に垂直に入
射する光束を、入射面にて光軸を角度α、−αだけ曲げ
た光束に分け、その後反射面群で多数に分岐し、これら
を出射面で再び元の光束に平行な広い範囲に分散した多
数の光束にすることによって、入射面の異なる場所に入
射した異なる強度の光線が出射面では重なり合い、場所
による光線強度の違いを打ち消した均一な出射光束を得
るものである。

〔作　用〕

請求項１記載の光学部品においては、プリズム形成面に
入射した光は、プリズムの作用により所定角度曲げられ
た状態を経たあと、所定角度で前記反射面群に入射する
。各反射面間では透過する光と反射する光による違い、
或は反射が奇数回行われるか偶数回行われるかの違いに
よりその反射方向が変わる。従って、１つのプリズム周
期に入射した光束は、まず、プリズムを構成する２つの
面により２つに分岐され、そのあと、反射面群の数に応
じて多数に分岐される。それら分岐光は、もう一方のプ
リズム形成面でそれぞれ入射光と平行な光にされたあと
で出射する。

請求項２記載の光学部品においては、前記反射面群の反
射面は、全反射面などで、奇数回の反射がある光線と、
偶数回の反射がある光線とはその反射方向が変わり、分
岐される。また、全反射面の巾ｆと隣り合う全反射面の
距離ｅを［３］［４］式の関係を満たすようにすること
により、効率良く光束を均一化することができる。

請求項３記載の光学部品においては、該反射側面がなけ
れば光学部品から外に逃げてしまう光をも光学部品内へ
反射させ、光量の減少を防ぐことができる。また、該反
射側面のうちＺ軸に平行な２面がＸ軸に平行であると、
反射したときにその反射角が反射面群で反射される角度
と同一にすることができ、光学部品の効率を高めること
ができる。また、該反射側面のうちＺ軸に平行な２面が
Ｘ軸となす角の絶対値が■式の角η以上であると、反射
面群からの光束はその広がり角度をそのまま維持し、光
束の強度を均一化するとともに光束の拡大効果をも享受
することができる。

〔実施例〕

以下、本発明に係る光学部品について、具体的な実施例
に基づいて説明する。

第１図は請求項１記載に係る発明の一実施例を示す斜視
図である０本光学部品は、入射側にプリズムを形成した
透明板４０と出射側にプリズムを形成した透明板４２と
それら透明板４０．４２の間に設置された反射面の群６
から構成されている。

なお、以下の説明においてプリズム形成面１の法線に平
行にＸ軸、プリズムの稜線に平行にＺ軸。

これらに垂直にＹ軸をとる。本発明における透明板４０
．４２は無機、有機の材料を問わないが成型加工性を考
慮するとメタクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、スチ
レン樹脂などの透明合成樹脂材料を用いると良い。

第２図は本光学部品を上から（Ｚ軸方向）見た図であり
、図からもわかるように、各透明板のプリズム形底面１
．１’、プリズム形成面の反射側の面４０ａ、４２ａ、
及び反射面群６はそれぞれ平行に構成されている。プリ
ズム形成面１に形成されたプリズムは第３図に示すよう
にＸ軸と角度θないしは一θをなす２種類の面が交互に
繰り返して形成されている。各プリズム間の周期Ｔは特
に限定はなく、金型において作りやすい大きさで製造さ
れる。又、プリズム形成面１．１′のプリズム自体の大
きさは等しい必要はなく、前述のθ。

−θが正確に作られておれば良い、さらに各プリズム形
成面１，１′間の周期Ｔの位相のずれも問題とならない
。

又、反射面群６の各反射面は互いに平行であり、各反射
面はプリズムの稜線に平行な細長い帯状の面となってい
る。

次に第２図を用いて本発明の詳細な説明する。

本発明の光学部品は一方のプリズム列形底面ｌに光量斑
のある光束■。を入射し、もう一方のプリズム列形成面
１′から均一な出射光■を得る。入射光、出射光の光軸
は両プリズム列形成面１，１′の法線に平行（Ｘ軸に平
行）にとる。

まずＸ軸に平行に入射する光線について考える。

入射面においてＸ軸と角度十θをなす面を＋０面３、−
θをなす面を−０面２と呼び、出射面に於いては入射面
の＋０面と平行な面を＋０面、−θ面と平行な面を一θ
面と呼ぶことにする。＋０面に入射した光線は屈折によ
り■式を満足する角度αだけ方向を変える。

ここでθを■式で求められるθ。に等しくとればα＝−
〇となり、対向する一θ面に当たることなく進行する。

この屈折光は第３図に示すように透明板の反対の面４０
ａで屈折してＸ軸と威す角がβとなる。βはスネルの法
則から β＝　５ｉｎ−’　（ｎ＋　５ｉｎｃｒ）　　　　　　
…■である。次に屈折光は反射面群６を通過するが、そ
の際反射面で反射する光は、反射面がＸ２面に平行であ
るため、反射する度にＸ軸を威す角が＋β→−β→＋β
→−β→・・・・ となるように方向を変える。従って入射光のうち奇数回
の反射を受けたものはＸ軸と威す角が−βとなり、また
、偶数回（０回、即ち反射しなかったものを含む）の反
射を受けたものはＸ軸と威す角が＋βとなる。さらにこ
れらは透明板４２に入射し、第３図の逆の経路をたどっ
て各々＝θ面。

＋０面から元の光線と同様にＸ軸に平行な光線５となっ
て出射する。−θ面に入射した光線も同様に考えれば、
結果として出射光はＸ軸と平行でＹ軸方向に４つ分岐し
た光線になる。このように入射面のある位置に入射した
光が、複数に分岐し出射面の異なる位置から出射するこ
とによって、入射面の異なる場所に入射した異なる強度
の光線が出射面では混じり合い、場所による光線強度の
違いを打ち消した均一な出射光束が得られる。

この均一効果は入射光が分岐する数が大きいほど大きく
、そのためには反射面群６の数を増やせばよい。第４図
は反射面群６が三つある例であり、出射光は１６に分岐
する。（第４．５，１１゜１２．１３，１４．１５図で
はプリズム形底面１．１′を一点鎖線で、反射面群６を
点線で示しである。）このように反射面群６の数をＮと
すると分岐数を２Ｎ＋１とすることができる。

しかしながら分岐数は反対面群６の配置によっても異な
るため注意が必要である。第５図はただ一つの反射面群
６を持つ例であるが、６が１と１′のほぼ中間に位置す
るため分岐数は第２図と異なり３つとなって、均一化の
効果は第２図のものより若干劣る。

本実施例における反射面群の例を第６図、第７図及び第
１６図に示す０反射面のＸ軸方向の幅ｆ。

面の間隔ｅは一つの群の中では一定である。また第６図
、第７図では反射面は全反射面であり、第１６図では半
透鏡（入射光量の一部を反射し、他の一部を透過するよ
うな鏡）である。

第６図ではｆ　ｔａｎβくｅであるため、光線は反射面
に当たらずに通過するものと反射面で反射して方向を変
えるものに分けられる。これらの成分の比は Ｕ：Ｖ＝ｅ−ｆｔａｎβ：ｆｔａｎβ　　　　・・・■
で表わされる。また第７図では２ｅ　＞　ｆ　ｔａｎβ
〉ｅであるため、光線は反射面に一度反射して方向を変
えるものと二度反射して元の方向に戻るものに分けられ
る。これらの成分の比は■式でｆを（ｆ　　ｅ／ｌａｎ
β）で置き換えることによって得られる。

第２図、第４図のように分岐した光線が再び合流するこ
とがなく、２　Ｎ＋１の分岐光線となるときには、反射
面群６によって光線が等分される条件を取れば全ての分
岐光の強度は等しくなり、良好な均一効果が得られる。

このためには Ｕ：Ｖ＝１：ｌ　　　　　　　　　・・・■であればよ
い。これが成り立つ条件が本発明請求項２の条件［３］
［４］式である。ここで■式は第３図の屈折角αを示す
式であり、■式が■式の成り立つ条件を示している。■
式の左辺はｆ　ｔａｎβを表わし、これがｅの半整数倍
であればよい。

■式は反射面の置かれた媒体の屈折率がｎｌの場合に一
般化されており、第２図の構成ではｎ＋＝１とおけばよ
い。

しかしながら反射面群６の置き方によっては必ずしも■
式が好ましい条件ではない、ちなみに第５図の構成なら Ｕ：Ｖ＝１：２ ・・・［相］ と置くことによって三つの分岐光の強度が等しくなる。

また反射面として半透鏡を使う場合は、反射率を考慮し
てｆ、ｅを決定する。例えば反射率５０％であれば第１
６図のようにｆ　ｔａｎβ＝ｅになるようにとれば、分
岐する両成分の比が１：ｌになる。

次に請求項３及び請求項４に係る発明について説明する
。

第２図、第４図、第５図では、入射面１の中心から離れ
た位置に入射した光線は一部が光線９のように出射面に
到達せず損失となる。これを防ぐために反射側面７，８
に設置したものが請求項３であり、特に反射側面として
金属鍍金による反射面を使うものが請求項４である。

第８図は光学部品全体が屈折率ｎ、の媒体でつくられた
請求項３の実施例の斜視図であって、第１１図はＺ軸方
向からみた平面図である。

本実施例では側面は各々ＸＹ面、Ｘ２面に平行である二
面７．８からなり、これらの面７．８は鏡面仕上げしで
ある。プリズム形成面ｌで屈折した光は側面７に達する
とき、入射角が全反射条件（はとんどの場合に満たして
いる）を満たせば全反射し、第１１図の４′のように出
射面ｌ′に達し出射光となる。この場合には側面に金属
鍍金は不用である。

第９図は請求項３の異なる実施例であって、この例は第
１図及び第２図で示したものに反射面７゜８を加えたも
のである。７，８は請求項４に係る金属鍍金によるミラ
ーであるが、その働きは第８図、第１１図の面７．８と
同じである。

更に第１０図は側面７がＸ軸と■式の角度±ηをなす部
分７Ａ、！：Ｘ軸に平行な部分７Ｂから成る例である。

本発明の光学部品の内部では、Ｘ軸に平行に入射した光
はＸ軸と角度±ηをなしている。側面部分７Ａは出射側
に向かって広がるようにとられているからこれらの光線
と交わることはない。もし側面７ＡがＸ軸と±ηより絶
対値が小さくＯでない角度をなしていれば、入射面の端
近くに入射した光の一部が７Ａに反射して＋ηでも−η
でもない角度になるため、出射面１，１′から出射する
際もはや入射光とは平行ではなくなり、好ましくない、
側面７ＡがＸ軸と±ηより絶対値が大きい角度をなして
いれば、このようなことは起こらない。

第１０図の例では、入射面に比較して出射面が大きく、
第１２図に示すようにビームの断面積を広げる効果を有
しており、加えて反射面群６があるため出射面の光強度
を一様にする効果もまた同様に有している。

第１３図の実施例は形は異なるが第１２図とほぼ同様の
機能を有するものである。また第１４図の実施例のよう
に、側面７がＸ軸に平行な部分７Ｂを持たない場合は、
側面のＸ軸となす角は±ηに等しくするのがよい、この
角度の絶対値が±ηより大きいと光が広がる以上に断面
が大きくなり好ましくない。このことは第１２図の例で
も同じである。その他の場合でもこの角度の絶対値を±
ηより大きくすることにはプラスの効果がないため、通
常は±ηに等しく取れば十分である。即ち第１３図にお
いては側面７Ａを７Ａ’のようにとってもその働きはほ
とんど変わらない。

本発明の均一化効果は反射面群による光線の分岐数が多
いほど高いが、そのためには反射面群６の数を増やせば
よい。前に述べた通り分岐数は最大で２”　　（Ｎは反
射面群６の数）であるが、第５図のように反射面群の位
置によってはそれ以下となる。−例として第４図のよう
に２　Ｎｉ１の分岐光が等間隔で得られるためには、簡
単には一方のプリズム形底面からｐ番目の反射面群まで
の距離Ｌｐが次の関係を満たせばよい。

ただこれは唯一の方法というわけではなく、例えば第１
５図のように反射面群を配置しても上記の規則にしたが
って配置したものと同じ効果が得られる。

本光学部品が複数の異なる屈折率の媒体よりなる場合は
、その境界はＸ軸に垂直な平面でなければならない、そ
うでなければ屈折率の変わる境界で■式の±ηと異なる
角度に屈折して、出射光が入射光と平行でなくなるから
である。ただ屈折率の異なる層が十分薄く、平行な二面
を境界として両側に屈折率の等しい層がある場合には、
この層を通過後に再び■式の±ηにもどるためこの問題
は起こらない。

上記のように本光学部品が複数の異なる屈折率の媒体よ
りなる場合に、００式を一般化すれば次のようになる。

反射面群６は、原理的には数が多いほど分岐数が増えて
均一化効果が大きいと考えられるが、あまり多いとこの
面の凹凸、欠陥や異物等による散乱による、効率の低下
が問題となる。また生産性も低下する。従って必要十分
なだけの数にする事が望ましい、これらの値は入射光の
不均一の程度に依存し、短い周期の不均一が大きい場合
は反射面群６の数を多くする必要がある。

また本部品のＸ軸方向の厚さＬは入射のある位置に入っ
た光線の分岐光の最も外側のものの出射位置を決めるも
のであり、言い替えれば入射光の一部が出射面で広がる
幅 ・・・［相］ （ここでηは■式で表わされるＸの関数。但し反射面群
６が全反射面で構成されるときは、反射面群内を積分範
囲から除く。） なお、ここでは座標原点（Ｘ＝Ｏ）を入射面内に取った
。

（＠［相］式と同様に、反射面群が全反射面で構成され
る場合は、反射面群内を積分範囲から除く）を決めてい
る。従ってＬは入射光がもつ不均一の性格をもとに決定
すればよい０例えば入射光が周期の大きい不均一を持ち
、中心面に対しておよそ面対称の強度分布を示すもので
あれば不均一の最も大きな周期はＷと考えられるからＱ
＝Ｖ／となるようにすればよく、入射光が非対称の強度
分布であれば不均一の最も大きな周期は２Ｗであり、Ｑ
ユ２Ｗとなるようにすればよい、特に分岐光がＭ本で等
間隔に並ぶときはＱ＝Ｗ　（Ｍ−１）／ＭないしＱ＝２
Ｗ（Ｍ−１）／Ｍとすればよい。また入射光が小さい周
期の不均一のみ持つ場合には、Ｑはそれらの不均一の周
期の最も大きなものより大きくとればよい。

以上の議論はＸ軸に平行な入射光についてのものである
が、Ｘ軸となす角が小さい光線については屈折角が異な
るだけで同様の効果が得られる。

入射光が完全な平行光ならば光量分布はプリズムの周期
Ｔの光量斑を持つが、本発明は若干の広がり角を持つ光
束の均一化を実現するものであるから、実際には出射面
から所定の距離をおいて光を利用することにより周期Ｔ
の光量斑を除くことができる。その距離をＳと置けば ＳＡＴ／ｌａｎδ　　　　　　　・・・■である、但し
ここでδは入射光束の広がり角、ないしは出射光束を利
用する装置が利用できる広がり角のいずれか小さい方を
表わす。

従ってＴが小さいほどＳが小さく取れ、装置の小型化に
は好ましいが、あまり小さくすると鋸状になった面の角
が加工精度の限界によって持つ丸みの影響が大きくなる
ため、むやみに小さくすることは好ましくない。

さらに、反射面群６を第６、第７図のように全反射面で
構成する場合は、同様に反射面の間隔の周期を持つ明る
さ斑を生ずる恐れがある。これを避けるためには反射面
の間隔は短いほどよい、この問題は反射面にハーフミラ
−を使うときには生じにくく、第１６図のように反射率
５０％の半透鏡を使う場合にはほとんど見られない。

また、入射光束がＺ軸方向に持つ広がりのために、第１
図では部品内から上下方向に漏れる光１０が損失となる
。これを避けるためには請求項３で指摘する反射側面８
（第８図、第９図、第１０図）を設けることが必要であ
る。

このように広がり角δがＯでないことはプリズム形成面
での屈折角αの値が対応する広がりを持つことを意味し
、このためθ−θ。と置いても第１９図１４．１５に示
すような光線成分があり、厳密には第２図に示す通りに
はならないが、θξθ０であって、広がり角δがあまり
大きくなければ第２図の効果が得られる０本発明の均一
化部品が有効に働くためにはδがθより小さいことが必
要であり、入射面、出射面の任意の小面の一部が、隣の
面が作るプリズムの頂角にさえぎられるような大きな角
度の光線はその大部分が第１９図１４゜１５の樺な光路
を取るため、はとんど有効な光線とはならない。

θΦ値の有効な範囲は次のように求められる。

第２０図で入射面において広がり角がδの光束は屈折率
ｎの媒体に入るときその広がり角がδ′になるとすれば
、δ′は第一近似で以下のように表わされる。

５ｉｎ（π／２−ψ）−ｎ、５ｉｎ（π／２−φ）、、
　　ｃｏｓ　ψ　−ｎ　　、ｃｏｓ　φ、’、　　ｓｉ
ｎψｄψ＝　ｎ、ｓｉｎφｄφ、゛、　ｄφ＝　（ｓｉ
ｎ　　ψ／　ｎ　１３１ｎφ）ｄψδ’　　＝　　（ｓ
ｉｎ　　ψ／ｎ、ｓｉｎφ）δこのとき角ψはθ。に等
しいとすれば、φ−２ψ＝２θ。であるから ｄφ−ｄψ／　２　ｎ　＋ｃｏｓψ　　　　−（Ａ）δ
′＝δ／　２ｎ　、ｃｏｓψ　　　　　・（Ｂ）次に第
２１図のように角ψをΔψだけ増加させたときを考える
。平行光の曲がる角度φ′は（Ａ）式を使って φ′冨φ＋Δφモφ＋Δψ／　２　ｎ　＋ＣＯ３ψ−２
ψ十Δψ／　２ｎ　１ＣＯ３ψ ＝２（ψ＋Δψ）　−（２−１／２ｎ、ｃｏｓψ〉Δψ
・（Ｃ）Δψが小さければ媒体内の広がり角は（Ｂ）式
のδ′にほぼ等しい、もしδ′が（Ｃ）式の右辺第二項
より大きければ、広がり角内に φ′−２（ψ＋Δψ）　　　　　　　・・・（Ｄ）を満
たす光線成分を持つことになる。この成分は本発明の効
果を最も効率よく発揮する成分であるから、この成分を
有することが本発明を適用するための条件となる。よっ
て δ’　＞　（２−１／２　ｎｔｃｏ！ψ）Δψ、°、Δ
φくδ／　（４ｎ　＋ＣＯ３ψ−１）、°、Δθくδ／
　（４ｎ　＋ＣＯ３θｏ　−ｔ）、°、Δθ〈δ／ＶＴ
Ｔ’Ｆ乙ア　　　　　・・・（Ｅ）これから■式が導か
れる。

この推論は入射光の広がり角について行なったが、δが
出射光の有効な広がり角の場合は、出射面において視線
を追跡することによって全く同様な結果を得ることにな
る。

本発明に於いては、プリズムの屈折率と反射面群６を有
する導光部の屈折率は必ずしも等しい必要はないが、入
射側プリズムでの入射角、屈折角が、出射側プリズムで
の屈折角、入射角に等しくなるために、異なる屈折率の
境界面はＸ軸に垂直な平行平面でなければならない。ま
たプリズムの屈折率に対し、導光部の屈折率を低くする
ことによって、同じ均一性能をより薄い部品で得ること
ができる。第１図、第２図、第９図はこの例であり、第
３図に示すように■式のβがαより大きいため同じＱを
得る厚さＬが第８図の一体型のものより小さくて済む。

本発明による光学部品は、Ｙ軸方向にのみ光量均一化の
効果を持つが、光量の不均一が一方向に限られる光源を
使用する場合は、第１７図に示すように本発明を一つ使
った装置でよいが、光量の不均一が２次元の場合は、第
１８図の様に本発明をＹ軸を直行させて２段にして均一
化をはかる必要がある。

本発明ではプリズムの面に光線が入射する際、プリズム
の面から光線が出射する際に光線の一部が反射し、透過
光が減少する。この反射率は例えばメタクリル樹脂を用
いた場合のようにｎ　＝　１．５前後の材料で１０％程
度である０例えば第６図の構成ではこの様な面が４つあ
り、これによる損失は４０％程度になる。この損失を減
少し効率を高めるためには各プリズム面に所定の入射角
で反射率が最小となる反射防止膜をコーティングすれば
よい、また低屈折率の材料を薄く−コーティングするこ
とによって反射率を下げることも効果がある。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明による光学部品によれば、
光源に反射曲面やレンズを使って作られた不均一な光束
を、そのビーム性を損なわずに光強度の均一化を行うこ
とを可能とし、高効率で均一な光束が得られる光源が容
易に制作できるようになった。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明請求項１による光学部品の第一の実施例
の斜視図、第２図はこれを上からみた平面図、第３図は
プリズム面での屈折の様子を示した拡大図である。 次に第４図は反射面群６を３群使って分岐数を１６にし
た実施例を示す図、また第５図は一つの反射面群６を入
射面１、出射面１′から等距離においた場合で、分岐数
が３となっている実施例を示す図である。更に第８図、
第１Ｏ図はそれぞれ本発明請求項３の実施例の斜視図、
第９図は請求項の実施例の斜視図である。第１１図、第
１２図は各々第８図、第１０図の実施例の平面図である
。 加えて第１３図、第１４図、第１５図はそれぞれ請求項
３の異なる実施例を平面図で示したものである。 また第６図、第７図はそれぞれ全反射面で構成される反
射面群６の例を示した図、第１６図は半透鏡で構成され
る反射面群６の例を示した図である。 更に第１７図は一方向にのみ光量の不均一を持つ入射光
に本発明を適応する場合、また第１８図は２次元的に不
均一を持つ入射光に適応する場合の使用方法をそれぞれ
示した図である。 加えて第１９図は入射光束が広がり角を持つために、第
２図に示した光線と異なる光路を通る光線が存在するこ
とを示した図である。 最後に第２０図、第２１図はそれぞれプリズム角に許さ
れる有効範囲を説明するための図である。 ｌ・・・プリズム形底面（入射面） １′・・・プリズム形成面（出射面） ２・・・−θ面 ３・・・＋８面 ４・・・Ｘ軸に平行な入射光線 ４′・・・入射面の周辺部に入射したＸ軸に平行な入射
光線 ５・・・出射光線 ６・・・反射面群 ７・・・反射側面 ７Ａ・・・Ｘ軸と絶対値がη以上の角をなす反射側面 ７Ｂ・・・Ｘ軸に平行な反射側面 ８・・・反射側面 ９・・・部品側面から外に失われる光線１０・・・部品
上部側面が外に失われる光線１１・・・発光源 １２・・・反射板 １３・・・本発明の光学部品 １４・・・入射後プリズムの反対面で反射する光線成分 １５・・・出射前にプリズムの反対面で反射する光線成
分 ■・・・入射光 ■。・・・出射光

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）面の法線と［１］［２］式で示される角度θない
   し−θをなす二種類の面が交互に繰り返す屈折率ｎ＿１
   のプリズム列が外側に成形された、互いに平行で、かつ
   プリズム列も平行である一対の面と、これらの面に垂直
   で且つプリズムの稜線と平行な複数の反射面からなる光
   学部品であって、先のプリズム形成面の法線に平行にＸ
   軸、プリズムの稜線に平行にＺ軸、これらに垂直にＹ軸
   をとるとき、（Ａ）一方のプリズム形成面にＸ軸に沿っ
   て入射した光束が、もう一方のプリズム形成面から出射
   することによって、光束の均一化ないしは拡大を行なう
   光学部品であって （Ｂ）全ての反射面は二つのプリズム面の間にあって、
   その位置のＸ座標が互いに等しい複数の反射面が群を構
   成し、 （ｃ）一つの群の中では反射面のＸ軸方向に持つ幅ｆ、
   及び隣合う反射面の距離ｅは全て等しいことを特徴とす
   る光学部品。なおここで言う反射面とは、反射率が実質
   的に１とみなせない、いわゆる半透鏡をも含む。 ▲数式、化学式、表等があります▼・・・［１］ ▲数式、化学式、表等があります▼・・・［２］ 但しδ：入射光束の広がり角、ないしは出射光束を利用
   する装置が利用できる広がり角 （±δ）のいずれか小さい方で、δ＜θ ｎ＿１：プリズムの屈折率
2. （２）請求項１記載の反射面が全反射面であって、反射
   面の幅ｆと隣合う反射面の距離ｅが［３］［４］式の関
   係を満たすことを特徴とする光学部品。 ▲数式、化学式、表等があります▼・・・［３］ ▲数式、化学式、表等があります▼・・・［４］ ｎ＿２：反射面の置かれた場所の屈折率 ｍ：正の整数
3. （３）請求項１、請求項２の両プリズム形成面が、各々
   Ｙ軸，Ｚ紬に平行な辺を持つ矩形あるいは正方形であり
   、両面の各辺をつなぎ、反射面群を部品内部に含むよう
   な反射側面を有する光学部品であって、該反射側面のう
   ちＺ軸に平行な二面が、Ｘ軸に平行である部分と、Ｘ軸
   となす角の絶対値が［５］式の角η以上である部分の少
   なくとも一方からなることを特徴とする光学部品。 ▲数式、化学式、表等があります▼・・・［５］ 但し、ｎ＿３：その場所の媒体の屈折率また、ηは出射
   側に向かって断面が広がるようにとる。
4. （４）前記反射側面が金属鍍金による反射面であること
   を特徴とする請求項３記載の光学部品。