(57)【要約】【課題】  照明装置の発光面の照度均一性を向上するのに好適な技術を提供する。【解決手段】  本発明に係る照明装置は、複数の光源(1)と、透光性を有し該光源からの光を拡散して出射するための、外装ケースとしてのセード(3)とを備えた照明装置において、複数の光源(1)とセード(3)との間に、かつ光源からの光を屈折させるレンズ形状を有する複数の光学要素(21)が二次元的に配列された光学部材(2)を設け、光学要素(21)を介して光源(1)からの出射光をセード(3)に照射するように構成したことを特徴とする。上記光学要素(21)は、複数の光源(1)のそれぞれに対応して複数設けられている。【選択図】図１
2014203604.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の光源と、透光性を有し該光源からの光を拡散して出射するための、外装ケースとしてのセードとを備えた照明装置において、
前記複数の光源と前記セードとの間に配置され、かつ前記光源からの光を屈折させるレンズ形状を有する複数の光学要素が二次元的に配列された光学部材を備え、
前記光学要素を介して前記光源からの出射光を前記セードに照射するように構成したことを特徴とする照明装置。
【請求項２】
請求項１に記載の照明装置において、前記光源は、白色光を放出する白色ＬＥＤであることを特徴とする照明装置。
【請求項３】
請求項１に記載の照明装置において、前記光学要素は、前記複数の光源のそれぞれに対応して複数設けられており、前記光学部材上の前記光学要素の数が前記光源の数よりも多いことを特徴とする照明装置。
【請求項４】
請求項３に記載の照明装置において、前記光学要素は、前記光源側に凸を向けた入射面と前記セード側に凸を向けた出射面とを含む両凸形状の正レンズであることを特徴とする照明装置。
【請求項５】
請求項４に記載の照明装置において、前記入射面の焦点が前記出射面に位置していることを特徴とする照明装置。
【請求項６】
請求項４に記載の照明装置において、前記出射面の焦点が前記入射面に位置していることを特徴とする照明装置。
【請求項７】
請求項４に記載の照明装置において、前記入射面の中心と前記出射面の中心がほぼ一致していることを特徴とする照明装置。
【請求項８】
請求項４に記載の照明装置において、前記複数の光学要素のうち前記１つの光源の光軸上に位置する光学要素の周囲に位置する光学要素の前記出射面の中心が、当該光学要素の前記入射面の中心よりも外側に位置していることを特徴とする照明装置。
【請求項９】
請求項３に記載の照明装置において、前記光学要素は、前記複数の光源にそれぞれ対応して設けられた、前記光源側及び前記セード側に凸を向けたフレネルレンズであることを特徴とする照明装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の照明装置において、前記フレネルレンズは、前記光学部材の前記光源側に設けられた入射側フレネルレンズと、前記光学部材の前記セード側に設けられた出射側フレネルレンズとを含み、前記入射側フレネルレンズの焦点が、当該入射側フレネルレンズに対応する前記光源の光放出面に位置することを特徴とする照明装置。
【請求項１１】
請求項４に記載の照明装置において、前記光学要素は、その光照射側から見た形状が円形を為すことを特徴とする照明装置。
【請求項１２】
請求項４に記載の照明装置において、前記光学要素は、その光照射側から見た形状が多角形状を為すことを特徴とする照明装置。
【請求項１３】
請求項４に記載の照明装置において、前記複数の光学要素は、前記光学部材において、前記１つの光源と対応する位置を基準に放射状に配列されていることを特徴とする照明装置。
【請求項１４】
請求項４に記載の照明装置において、各光源に対応して設けられた前記複数の光学要素は、互いに接触していることを特徴とする照明装置。
【請求項１５】
請求項４に記載の照明装置において、各光源に対応して設けられた前記複数の光学要素は、前記光学部材において、前記１つの光源と対応する位置の光学要素の中心とそれに隣接する光学要素の中心を通る前記光学部材の面状の直線を基準に、対称に配列されていることを特徴とする照明装置。
【請求項１６】
請求項４に記載の照明装置において、ある光源に対応して設けられた前記複数の光学要素の一部と、該ある光源とは異なる光源対応して設けられた前記複数の光学要素の一部とが互いに接触或いは交差していることを特徴とする照明装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばシーリングライトなどの照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
光源として、例えばＬＥＤ（Light Emitting Diode）を使用したシーリングライトやベース照明等の照明装置では、照明装置の光照射側の外装ケースとなるセードと呼ばれる透過性を有する樹脂等の材質で構成される部材を有している。セードとは、照明装置の照射面となる部材であり、照明装置に搭載された光源からの光を拡散しながら透過する機能を有している。このセードを透過し出射した光が照明装置の照射光となって、所定範囲或いは領域を照明する。
【０００３】
かかる照明装置、例えばシーリングライトでは、セード上で光源に対応する位置の部分が局所的に輝度が高くなるような極端な明暗が発生しないこと、すなわち均一な照度分布が得られていることが望ましい。
【０００４】
均一な照度分布を得るための従来技術として、例えば特許文献１に記載のものが知られている。特許文献１には、指向性のある複数の光源を実装した基板を備えた照明装置において、光源が基板上において光が均一となるように配置され、光源からの光を拡散する拡散板を、光源から拡散板までの距離が複数の光源間の距離より大きくなるように配置することで、光源の配置による拡散板上の明暗の発生を抑えることを開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第４９９６９９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記特許文献１に記載の構成では、拡散板と光源間の距離が光源の配置ピッチよりも大きく確保する必要がある。この場合、照明装置の厚さ（照明装置の照射面と直交する方向の寸法）が増し、小型、薄型の照明装置の実現が困難となる。また拡散板と光源間の距離を短くするために光源の配置ピッチを短くしようとすると多数の光源が必要となり、発熱の増加、部品点数及びコストの上昇の問題が生じる。また、照明光の照度分布の均一性を向上させようとして拡散板の光拡散度を高くすると、拡散板の透過率が減少するため照明光の輝度や発光効率が低下する。
【０００７】
本発明は、上記従来技術の課題に鑑みて為されたものであり、複数の光源を備えた照明装置において、照明装置の厚さや光源数の増加を抑制しつつ照明光の明るさ及び照度均一性を向上するために好適な技術を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は例えば特許請求の範囲に記載された構成を特徴とするものである。より具体的には、本発明に係る照明装置は、複数の光源と、透光性を有し該光源からの光を拡散して出射するための、外装ケースとしてのセードとを備えた照明装置において、前記複数の光源と前記セードとの間に配置され、かつ前記光源からの光を屈折させるレンズ形状を有する複数の光学要素が二次元的に配列された光学部材を備え、前記光学部材に配列された光学要素の数は前記光源の数よりも多く、前記光学要素を介して前記光源からの出射光を前記セードに照射するように構成したことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
上記本発明の構成によれば、光源からの発光光束を各光学要素で屈折して出射させることにより、上記光学部材上で光源の数よりも多い複数の擬似的な発光部（発光領域）を形成することができ、空間的に輝度が均一化された光束をセードに入射させることが可能となる。従って、本発明によれば、照明装置の厚さ及び光源数の増加を抑制しつつもさセード上の照度均一性を改善し、明るい照明光を得ることが可能な照明装置を提供することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第一実施例に係る照明装置の一構成例を示す分解斜視図。
【図２】第一実施例に係る照明装置の断面図。
【図３】第一実施例の光学要素２１の一例を示す図。
【図４】第一実施例の光学要素２１の他の例を示す図。
【図５】本発明の第二実施例に係る照明装置の一構成例を示す断面図
【図６】第二実施例の光学的作用を説明する図
【図７】本発明の第三実施例に係る照明装置の一構成例を示す断面図
【図８】本発明の第四実施例であって、光学部材２における光学要素の第１の配列例を示す図
【図９】本発明の第四実施例であって、光学部材２における光学要素の第２の配列例を示す図
【図１０】本発明の第四実施例であって、光学部材２における光学要素の第３の配列例を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態について、添付の図面を参照して説明する。尚、各図において、同一の機能、構成を有する要素については同一の符号を付して重複した説明を省略するものとする。
【実施例１】
【００１２】
まず図１を用いて、本発明の第一実施例の構成を説明する。ここで、図１は、第一の実施例に係る照明装置の分解斜視図を示している。以下、本実施例に係る照明装置として、シーリングライトを例にして本実施例について説明する。
【００１３】
図１に示されるように、本実施例に係る照明装置は、複数の光源１と、この複数の光源１が実装された光源基板１０と、照明装置の照射面であって、かつ照明装置の光照射側の外装ケースである、透光性及び光拡散性を有するセード３を備えている。尚、紙面上方が本実施例に係る照明装置の光照射方向（光照射側）である。図１に示されたセードは平面状であるが、光照射側に凸を向けて湾曲された形状であってもよい。
【００１４】
そして、本実施例では、光源１とセード３との間に、複数の光学要素２１が二次元的に形成された光学部材２を配置している。この光学部材２は、例えば透明な樹脂で構成された板状の部材であり、その表面（セード３側）、裏面（光源１側）又はその両面に、例えば凸レンズの形状を為す複数の光学要素２１が形成されている。
【００１５】
光源基板１０及び光学部材２は、照明装置の側面周囲を覆う円筒状の外装ケースである側面カバー５に収納されて所定の位置に例えばネジやピン或いは係合部品などによって固定される。またセード３は、円筒状の側面カバー５の光照射側端部に結合或いは係合される。光源基板１０の背面側には電源部４が接続されており、この電源部４からの電源が光源基板１０に形成された配線パターンを通じて各光源１に供給される。
【００１６】
尚、本実施例に係る照明装置は、照射面が円形であるためセード３、光学部材２、光源基板１０及び側面バー５の光照射側から見た形状が円形となっているが、これに限定されるものではない。これらの光照射側から見た形状を正方形等の矩形上としてもよいし、六角形などの多角形状としてもよい。また、本実施例では外装ケースを照射面側の外装ケースであるセード３と側面側の外装ケースである側面カバー５の２つで構成しているが、セード３を光照射側に凸を向けくように湾曲したものを用い、その内部に光学部材２を収納して光源基板１０に結合するように構成すれば、セード３を側面カバー５と兼用することができ、その場合は側面カバー５は不要となる。
【００１７】
本実施例において、光源１は、例えば発光ダイオード（Light Emitting Diode, ＬＥＤ）であり、その光放出面に対向するように配置される光学部材２に発光のピークが向くように光束を出射する。本実施例では、ＬＥＤとして例えば白色光を出射する白色ＬＥＤを用いることができる。白色ＬＥＤは、例えば電力を受けて青色光を発光する発光チップ部分と、該発光チップからの青色光を受けて励起され、緑から赤にかけた波長領域のスペクトルを持つ光を発光する蛍光体とを有している。この蛍光体として、赤と緑の光を同時に励起して黄色に見える発光スペクトルを有する蛍光体を用いることもできる。さらに、一つのＬＥＤにおいて、複数の発光チップを搭載した大光量タイプのＬＥＤを利用してもよい。複数の発光チップを搭載したＬＥＤでは、ＬＥＤの発光面（光放出面）の中心を規準にして対称となるように、発光チップを例えば矩形状、同心円状に配置することが好ましいが、配置はこれに限定されるものではない。
【００１８】
また光源１には、配光の調整や光の取り出し効率を改善するためのレンズやリフレクタなどの光調節部品が備えられていてもよい。かかる光調節部品として、例えば、透過性を有する材質で成形された凸レンズや、金属蒸着されたミラーなどを用いることができる。
【００１９】
光源基板１０は、そのセード３側の面に複数の光源１が二次元的に実装されている。図１では光源基板１０上に光源１が５つ実装されている例を図示しているが、必要に応じて光源の実装数を変更してもよい。光源１が光源基板１０に二次元的に実装される場合、光源基板１０の中心に対して、光源１を同心円状に配置してもよいし、矩形を形成するように配置されていてもよいし、放射状に配置されていてもよい。更に、光源１の配置は幾何的に対称な配置であってもよいし、千鳥配置であってもよい。光源基板１０中心や周辺に光源１が追加された配置でもよく、かかる光源１の配置は、本発明を限定するものではない。
【００２０】
また光源基板１０は、光源１の他に、電源部４からの電源に基づき光源１を駆動するための駆動電圧を生成して光源１に供給するための駆動回路（ドライバ）、配線及び／または光源１への電力供給量（電流量）を制御するための制御回路などの電子部品や電気回路が設けられている。これら電子部品や電気回路は、光源基板１０の光源１の実装面とは反対側の面に設けてもよい。
【００２１】
ここで、光源基板１０の表面（セード３側の面）の光学特性は、光の吸収が少なく反射率の高い特性であることが望ましい。光学部材２は透明な材質で構成されているが、光源１から出射して光学部材２に入射した光線は、光学部材２と空気との界面で発生するフレネル反射のため、全ての光線を透過させることができない。照明装置では理想的には光源１からの光線が全て光学部材２を透過することが望ましいので、フレネル反射で透過しなかった光線を再び光学部材２へ向かって入射させることが好ましい。本実施例では、光学部材２と空気の界面で反射した光線を再び光学部材２へ向かって入射させるために、光源基板１０の表面に反射性が高い材質を設けている。これは、例えば白色塗料（インク）を光源基板１０の表面に塗布することで実現できる。これによって、光源基板１０上の表面に反射特性を持たせ、光学部材２で反射して光源１側（光源基板１０側）に戻ってきた光線を光源基板１０の表面で再び光学部材２へ向かって反射させることができる。光源基板１０の表面に反射特性を持たせるために、上記の例では白色塗料を光源基板１０の表面に塗布したが、白色の反射シートや反射フィルムを光源基板１０の表面に配置或いは積層するようにしてもよい。また光源基板１０に吸収が少ない金属光沢面を露出させた構成であってもよいし、更にまた光源基板１０を鏡面加工してもよい。
【００２２】
尚、光源基板１０は放熱性が良いアルミなどの金属で構成されていてもよい。もし光源基板１０へ供給される電力が少なく放熱性が重要視されない場合には金属以外の材質、例えばガラスエポキシ樹脂等で構成されていてもよい。
【００２３】
光学部材２は、例えばガラスやプラスチックなどの光透過性を有する透明材質により構成されている。かかる透明材質は、例えば、生産性に優れたプラスチックを例に挙げると、ポリカーボネート、アクリルなどを利用することができる。光学部材２を製造する方法として、たとえば、アクリルなどの透明樹脂を熱して流動性を高めて金型に流し込み、これを冷やし固めて成型する射出成形を利用することができる。このとき、光学部材２の光入射面、出射面を成形する金型の表面は研磨されていることが好ましい。
【００２４】
光学部材２に形成される光学要素２１は、光源１からの光線を屈折または反射させる形状をしている。その形状は、典型的には凸レンズ形状である。また光学要素２１の形状として、たとえば、球面、平面、またはその他の種類の曲面で構成されていてもよい。かかる光学要素２１は、図１に示されるように、１つの光源１に対して複数個（図１の例では３０個）光学部材２に設けられている。すなわち複数の光源１のそれぞれに対して複数の光学要素２１群が対応して設けられている。
【００２５】
光学要素２１を製造する方法として、例えば金型による射出成型がある。光学部材２を射出成型する金型に光学要素２１の形状を彫り込んでおけば、光学部材２の表面に一体で光学要素２１を成型する事ができる。この製造方法は光学部材２と光学要素２１を一体成型できるため、製造工程が比較的少なくなり製造コストを抑えることが可能となる。
【００２６】
その他の製造方法として、光学要素２１を光学部材２とは別のシート状の部材として製造し、光学部材２の表面又は裏面或いはその両方に張り付ける方法がある。光学要素２１が複雑な形状である場合、金型による射出成型では成型が困難な場合がある。射出成型では、成型品の厚みが大きい場合、冷えて固まる際に収縮する。細かい形状は前記の収縮によって形状が歪んでしまう問題がある。従って、光学要素２１を細かく複雑な形状とする場合には、厚さが薄いシートの表面に光学要素２１を形成する方法が有効である。光学要素２１を形成したシートは、形状保持のため光学部材２に貼り付ける必要がある。貼り付けに利用する接着剤は透明で、その屈折率は光学部材２と光学要素２１の中間の値であることが望ましい。それは、異なる媒質間の屈折率の差は、両者の界面で反射光が発生する原因となるためである。すなわち、上記の構成であれば光学部材２１と光学部材２との間に挟まれる接着剤の界面で発生する反射光を抑えることができ、透過率を高めることができる。このため、光源１から出射された光束を効率的に光学部材２と光学部材２１を透過させ、セード３に入射される光量を増加させることができる。
【００２７】
上記光学部材２に形成された光学要素２１によって、光源１から出射した光線を屈折もしくは反射されてセード３に入射される。この光学部材２に形成された光学要素２１の光学的作用について図２を参照して更に説明する。
【００２８】
図２は本実施例に係る照明装置の照射面と直交する断面を示している。この例では、１つの光源１に対して３つの光学要素２１ａ〜２１ｃが光学部材２１に形成されており、各光学要素２１ａ〜２１ｃは、それぞれ、光源１（光源基板１０）側に凸を向けた球面の入射面２１１とセード３側に凸を向けた球面の出射面２１２含む球面両凸レンズ形状を有しているものとする。尚、図２の例では光学要素２１を３つとしているが、勿論これとは異なる数であってもよく、光源１の数より多ければよい。
【００２９】
図２に示された例において、光源１から出射した光束は、光学要素２１ａ、２１ｂおよび２１ｃに入射した光束ごとに光路が分離される。具体的には、光学要素２１ａの入射面２１１に入射した光線は、その表面で屈折される。光学要素２１ａの入射面２１１によって屈折された光線は、光学要素２１ａの出射面で再び屈折させられる。その結果、光源１から出射した光束のうち、光学要素２１ａに入射した光束はセード上のある領域（光学要素２１ａのほぼ直上）に向かって出射される。同様に、光源１から出射した光束のうち光学要素２１ｂに入射した光束は、光学要素２１ａを通過した光束が到達したセード３の領域とは別の領域（光学要素２１ｂのほぼ直上）を照明し、光学要素２１ｃに入射した光束は、光学要素２１ａ及び２１ｂを通過した光束が到達したセード３の領域とはまた別の領域（光学要素２１ｃのほぼ直上）を照明する。当然、各学要素２１ａ〜２１ｃによってセード３上に照射される光束の範囲は、部分的に互いに重複していてもよい。
【００３０】
かかる光学要素２１ａ〜２１ｃの光学的作用によれば、光源１から出射した光束は、光学部材２に設けられた光学要素２１ａ〜２１ｃによって分離され、それぞれの光学要素２１があたかも複数の光源であるようにセード３を照明する。すなわち、各光学要素２１を擬似的な光源として機能させることができる。セード３を均一に照射するためには、セード３と光源１との距離に対して光源を密に配置することが有効であるが、本実施例の構成であれば、各光源１からの出射光束を、該各光源のそれぞれに対応して光学部材２に設けられた、光源１の間隔よりも密に配置された複数の光学要素２１によって複数の光束に分離してセード３を照明するので、セード３上に照射される各光学要素２１からの出射光束間の間隔（距離）を光源基板１０上に配置された光源１間の間隔（距離）よりも短くすることができる。その結果、光源１とセード３の距離が一定であるとき、光学部材２を利用せずに光源１の光束を直接的にセード３に照射するときに比べて、セード３を均一に照射できる。
【００３１】
ここで、光学部材２に設けられた光学要素２１の形状の一例について図３及び図４を参照して説明する。図３は光学要素２１の形状の一例を示すものであって、１つの光学要素２１の、光学要素２１の中心を含み且つ光学部材２の面と直交する断面の拡大図を示している。図４は、光学要素２１の形状の他の例を示すものであって、１つの光学要素２１の、光学要素２１の中心を含み且つ光学部材２の面と直交する断面の拡大図を示している。
【００３２】
図３及び図４に示された光学要素２１は、それぞれ、光源１（光源基板１０）側に凸を向いた、光源１からの光が入射される入射面２１１と、セード４側に凸を向いた、光を出射する出射面２１２とを備えており、光の入射側及び出射側の両方に凸を向けた両凸形状の正レンズである。ここで、入射面２１１の中心と出射面２１２の中心は、互いに一致しているものとする。換言すれば、図３及び図４に示された光学要素２１は、それぞれ、入射面２１１を有する半円形状の入射側レンズと出射面２１２を有する半円形状の出射側レンズから構成され、入射側レンズの光軸と出射側レンズの光軸とが互いに一致している。
【００３３】
そして図３に示される光学要素２１は、図示されるように、入射面２１１の焦点が光学要素２１の出射面２１２に略一致するように構成されている。かかる構成であれば、入射面２１１に入射した光束のうち出射面２１２に入射する光束が増加するため、通過率が高くなり光学部材２の通過率を改善することができる。
【００３４】
このとき、入射面２１１（の径）が十分に小さく、入射面２１１の大きさに対して光源１と光学要素２１の距離が十分に遠い条件を想定すると、入射面２１１に入射する光束は略平行光となる。光学要素２１の入射面２１１に入射した平行光は、入射面２１１の焦点に一点で収束する。図３に示された例では、入射面２１１の焦点は出射面２１２に略一致させているので、出射面２１２において光源１からの出射光束を収束させ、通過率（光学要素２１に入射される光束に対する出射光束の比）を高くすることが可能となる。ところが、実際には光源１が有限の大きさを持っているため、入射面２１１に入射する光束は完全な平行光束ではなく、出射面２１２上では有限の大きさに収束している。また、光学要素２１の大きさが光源１と光学要素２１との距離に比べて十分に小さくない場合、光学要素２１には、ある角度で発散した光束として入射するため、光学要素２１の出射面２１２上で略収束した光源１の像がぼけてしまう傾向にある。従って、十分な通過率を確保するためには、出射面２１２のサイズ（径）が、入射面２１１が光源像を結像するサイズよりも大きいことが望ましい。
【００３５】
また、図４に示される光学要素２１の別の例では、図示されるように、出射面２１２の焦点を入射面２１１に略一致するように構成されている。この図４に示された光学要素２１の別の例の光学的作用を以下に説明する。
【００３６】
光源１から出射した光束は、光学要素２１の入射面２１１に到達するまでの間に発散しながら伝播するため、入射面２１１上における光源１からの光束によって形成される照度分布は、比較的均一となる。この光束は、図４の実線及び点線に示されるように光学要素２１の内部を通過して出射面２１２から出射される。
【００３７】
ここで、出射面の焦点を入射面に一致させた構成のレンズは、出射面の焦点上の空間的な照度分布に応じて出射光の配光分布を形成する機能を有する。従って、本例のように出射面２１２の焦点を入射面２１２に一致させれば、上述のように入射面２１１上の照度分布はほぼ均一であるため、出射面２１２からの出射光は略均一な配光分布を持つようになる。このとき、光学要素２１からの出射光束の強度は、出射角（出射方向）に依存せずにほぼ一定となる。その結果、光学要素２１を通して光源１が見える範囲であれば、方向によらず光学要素２１が発光しているように見えるので、光源１が密に配置されていると見ることができる。従って、本例に係る光学要素２１によれば、光源１からの光をセード３上で照度分布が均一になるように照射することができ、セード３上の照度分布を改善しながら通過率が高い光学系を提供できる。
【００３８】
このように、本実施例によれば、各光源１に対して光源１の間隔よりも密に配置された複数の光源を設け、これを介して光源１からの光をセードに３照射しているので、光学部材２を光照射側から見たときに、複数の光源が密に配置されて光を照射しているように見える。このため、実際の光源１の数を増加させたり、光源１とセード３間の距離を長くしたり、また照明光の空間的な輝度均一性を高めるためにセード３の拡散度を高めたりなくても空間的な輝度均一性を向上させることができる。このため、本実施例によれば、光源１の数を増加させず、また照明装置の厚さを厚くすること無く、またセード３の拡散度を高めることなく輝度均一性の高い照明装置を提供することができる。一般的に、セード３の拡散度を下げるとセード３の透過率を高くすることができるため、照明装置の発光効率を高くすることができる。
【００３９】
従って、本実施例によれば、コストの上昇を抑え厚さを薄くしつつも、輝度均一性が高くかつ明るい照明光を照射することが可能な照明装置を提供することができる。
【００４０】
尚、本実施例では照明装置としてシーリングライトを例にして説明したが、他の照明装置にも適用可能であることは言うまでもない。また、本実施例では１つの光源１に対して複数の光学要素２１を設けたが、複数の光源を有する光源群（例えば近接して配置された２〜３つの光源）に対して該光源群の光源数よりも多い複数の光学要素２１を設けるようにしてもよい。
【実施例２】
【００４１】
次に、図５及び図６を用いて本発明の第二実施例の一構成例を説明する。図５は、第二実施例に係る光学系の、光源１の中心と光学要素２１ｂの中心を含み且つ光学部材２１の面と直交する面の断面図を示している。図示されるように、本実施例では、光学要素２１ａ及び２１ｃの出射面２１２の中心が、光学要素２１ａ及び２１ｃの入射面２１１の中心よりも光源１に対して外側に位置している
本実施例の光学的作用の説明の前に、図６を参照して、第一実施例のように光学要素２１ａ入射面２１１の中心と出射面２１２の中心が一致している場合の光学的作用を説明する。簡単のため、入射面２１１が十分に小さく、入射面２１１の大きさに対して光源１との距離が十分に遠い条件を想定する。この条件下では、光源１から入射面２１１に入射する光束は略平行光となる。光学要素２１に対して入射面２１１から入射した平行光は、入射面２１１の焦点に一点で収束する。図６の例では、入射面２１１の焦点が出射面２１２に略一致しているものとする。
【００４２】
このとき、光源１から光学要素２１の入射面２１１に入射した光束は、入射面２１１で屈折させられて出射面２１２に収まる範囲に収束されるが、この光束は様々な角度を有する光線を含んでいる。このため、出射面２１２の法線に対して臨界角度よりも大きな角度で入射する光線は、出射面２１２で全反射して出射面２１２を通過することができず、戻り光となって入射面２１１に向かう。かかる戻り光の発生は、光学要素２１又は光学部材２の透過率を低下させる要因となる。
【００４３】
これに対し本実施例に係る照明装置は、図５に示されるように、光学要素２１ａ〜２１ｃのそれぞれはセード３側に凸を向けた出射面２１２と光源１側に凸を向けた入射面２１１を持つ両凸レンズ形状を有しているが、、光源１の光軸上に位置する光学要素２１ｂの周囲（つまり光学要素２１ｂよりも外側）に位置する光学要素２１ａ及び２１ｃの出射面２１２の中心が、光源１に対して光学要素２１ａ及び２１ｃの入射面２１１の中心よりも外側に位置している。すなわち、本実施例は、光学要素２１ａ及び２１ｃのそれぞれの出射面２１２の中心を、入射面２１１の中心よりも外側に位置するように、出射面２１２の中心と入射面２１１の中心をずらした構成となっている。このような構成によって、入射面２１１を通過して入射面２１１の焦点に向かうように収束している光束は、図示されるように出射面２１２に対して深い角度で入射させることができるようになる。このため、出射面２１２で全反射して入射面２１１側に向かう戻り光を抑えることができ、光学部材２の通過率を高くすることができる。
【００４４】
また、本実施例の構成において第一実施例のように出射面２１２の焦点を入射面２１１に略一致するように光学要素２１を構成すれば、上記第一実施例で説明したように入射面２１１上の照度分布は均一であるため、出射面２１２から均一な配光分布の出射光を得ることができる。その結果、セード３上では照度分布が均一になるように照明される。
【００４５】
このように、本実施例の構成によれば、入射面２１１からの入射光が出射面２１２で全反射されることが抑制されるため、セード３上の照度分布を改善しながら発光効率を高めることができる。
【実施例３】
【００４６】
次に、図７を用いて本発明の第三実施例の一構成例を説明する。図７は、第三実施例に係る光学系及び光学部材２の、光源１の中心と光学部材２の中心を含み且つ光学部材２の面と直交する面の断面図を示している。
【００４７】
図４に示されるように、本実施例に係る照明装置は、光学部材２に形成する光学要素２１として、両凸レンズに代えてフレネルレンズの一部を形成している。より詳細には、本実施例は、図７に示されるように光学部材２の入射面（光源１側）に、光源１側に凸を向けた入射面フレネルレンズ２１４を形成し、光学部材２の出射面（セード４側）にセード４側に凸を向けた出射面フレネルレンズ２１５を形成している。入射面フレネルレンズ２１４及び出射面フレネルレンズ２１５は、複数の光源１のそれぞれに対応して設けられている。すなわち、入射面フレネルレンズ２１４及び出射面フレネルレンズ２１５は、光学部材２の面状に各光源１に対応させて複数設けられている。ここで、入射側フレネルレンズ２１４及び／または出射側フレネルレンズ２１５の焦点距離は、光学部材２上の位置に応じて変化させている。
【００４８】
かかる本実施例の構成によれば、光源１から出射して光学部材２に入射される光束に対し、広い領域で光学部材２での入射位置に応じた所望の光学特性を実現することができる。例えば、光源１から出射した光束のうち、光源１の光軸に近い方向の光線に対しては入射側フレネルレンズ２１４及び／または出射側フレネルレンズ２１５レンズのパワーを弱く、光源１の光軸から離れる方向に向かう光線に対しては入射側フレネルレンズ２１４及び／または出射側フレネルレンズ２１５レンズのパワーを強める構成とすることができる。すなわち、本実施例の構成によれば、光源１の出射光束を有効にセード３上に照射することできるので、効率を高めつつセード３上に光を均一に照射することが可能となる。
【００４９】
入射側フレネルレンズ２１４の焦点を、例えば図示されるように光源１の光放出面に位置させるように構成してもよい。この構成において、光源１から出射した光束は、入射側フレネルレンズ２１４に入射して屈折され、出射側フレネルレンズ２１５で再度屈折されて出射するが、出射側フレネルレンズ２１５から出射した光束は、光源１の光軸に対して略平行に出射する。出射側フレネルレンズ２１５から光源１の光軸と平行な方向に光束を出射させれば、セード３が光源１の光軸方向（光学要素２或いは光源基板２と直交する方向）に移動したとしても、出射側フレネルレンズ２１５からの出射光が照射されるセード３上の領域での照度分布は、変化が生じにくい。
【００５０】
すなわち、入射側フレネルレンズ２１４の焦点を光源１の光放出面に位置させるように構成すれば、光源１の出射光束を有効に利用しつつ、セード３の取り付け誤差に起因する光学性能の変動を抑えることができ、組み立ての許容誤差を緩和した製造性が高い照明装置及び光学系を提供できる。
【００５１】
尚、図７では、光学部材２に形成されるフレネルレンズとして、光源１側及びセード３側ともに凸面形状をしているものを図示しているが、一方が平面または凹面形状のいずれかを組み合わせた構成であってもよい。
【実施例４】
【００５２】
次に、図８〜１０を用いて本発明の第四実施例の一構成例を説明する。この第四実施例は、光学部材２における光学要素の二次元的な配列の実施例である。
【００５３】
図８は、本実施例に係る光学部材２における光学要素の第１の配列例を示すものであって、光学部材２を光照射側から見た正面図を示している。
【００５４】
図８に示されるように、第１の配列例は、複数の光源１のそれぞれに対応する位置を中心とした光学部材２上の所定の領域に、光学要素２１（例えば第一実施例の両凸レンズ）が各光源１と対応する位置を基準にして放射状に配置したものである。すなわち、１つの光源１と対応する位置を基準に複数の円形の光学要素２１が放射状に配置された所定の領域が、各光源１に対応して光学部材２上に複数設けられている。尚、本実施例において、光学要素２１の光照射側から見た形状は円形である。
【００５５】
光源１が光を照射できる領域に対してセード３が広い場合、複数の光源１を用いて広域を照射するが、本実施例の構成であれば、第一実施例等でも説明したように、セード４の広い領域を照射することができる。そして第１の配列例では、複数の光源１のそれぞれに対応し複数の光学要素２１を、１つの光源１と対応する位置を基準にして放射状に設けることで、光学要素２１の光学特性の幾何的な対称性を維持することが可能である。尚、本例では各光源１に対応する複数の光学要素の個数はそれぞれ同じとしているが、例えば光学部材２の中心に位置する光源１に対応する光学要素の個数を、外側に位置する光源１に対応する光学要素の個数よりも多くしてもよい。照明装置照射面の周囲の輝度均一性を向上させたい場合は、逆に光学部材２の外側に位置する光源１に対応する光学要素の個数を、中心に位置する光源１に対応する光学要素の個数よりも多くしてもよい。
【００５６】
すなわち、本実施例の構成であれば、複数の光源１を用いながら、光学部材２の透過率を高めてセード３上を均一に照射する光学系を提供できる。
【００５７】
次に、図９を用いて本実施例に係る光学要素の第２の配列例を説明する。図９は、本実施例に係る光学部材２における光学要素の第２の配列例を示すものであって、光学部材２を光照射側から見た正面図を示している。
【００５８】
図９に示されるように、第１の配列例は、複数の光源１のそれぞれに対応する位置を中心とした光学部材２上の所定の領域に、各光源１と対応する位置を中心として複数の多角形状（図９では六角形状）の光学要素２５１を互いが接触するように（光学要素２５１間に隙間が生じないように）敷き詰めて配置している。このとき、１つの所定領域に配置された光学要素２５１群は、光源１の位置に対応する（光源１の光軸上にある）光学要素２５１の中心とそれに隣接する光学要素２５１の中心を通る光学部材２の面状の直線を基準に対称に配列されている。すなわち、１つの光源１と対応する複数の六角形状の光学要素２１がある直線を基準に対称に配置された所定の領域が、各光源１に対応して光学部材２上に複数設けられている。六角形状の光学要素２１は、その中心を通り且つ光学部材の面と直交する断面が図３等に示されるように両凸のレンズ形状を為しているものとする。
【００５９】
この第２の配列例によれば、複数の多角形状の光学要素２５１が互いに接触するように（光学要素２５１間に隙間が生じないように）敷き詰めて配置されているので、光学部材２の表面積のうち、光学要素２５１が存在する領域を広げることができる。このため、光学部材２において光学要素２１が機能する領域を増加させることができる。尚、本例では各光源１に対応する複数の光学要素の個数はそれぞれ同じとしているが、例えば光学部材２の中心に位置する光源１に対応する光学要素の個数を、外側に位置する光源１に対応する光学要素の個数よりも多くしてもよい。照明装置照射面の周囲の輝度均一性を向上させたい場合は、逆に光学部材２の外側に位置する光源１に対応する光学要素の個数を、中心に位置する光源１に対応する光学要素の個数よりも多くしてもよい。
【００６０】
すなわち、第２の配列例の構成であれば、複数の光源１から出射した光束のうちセード３に照射することができる光量を増加することができ、光学部材２透過率を高めてセード３を均一に照射する効果を高めた光学系を提供できる。
【００６１】
次に、図１０を用いて本実施例に係る光学要素の第３の配列例を説明する。図１０は、本実施例に係る光学部材２における光学要素の第３の配列例を示すものであって、光学部材２を光照射側から見た正面図を示している。
【００６２】
図１０に示されるように、第３の配列例は、ある光源１に対応して光学要素２５１が配置された領域と、別の光源１に対応して光学要素が配置された領域とが、少なくともその一部において互いに交差或いは接触している。ここで、光学要素２５１は、図９に示した光学要素と同じ六角形状を為している。すなわち、本実施例では、ある光源１に対応して設けられた複数の光学要素２５１の一部と、別の光源１に対応して設けられた複数の光学要素２５１の一部とが、互いに交差或いは接触している。ここでは、照射面の外周付近において、ある光源１に対応して設けられた複数の光学要素２５１の一部と、別の光源１に対応して設けられた複数の光学要素２５１の一部とを互いに交差或いは接触させている。
【００６３】
本第３の配列例も第１または２の配列例のように、１つの光源１に対応して複数の光学要素２５１を配置する構成である。かかる構成では、複数の光源１が互いに隣接する領域において、ある光源１に対応する光学要素２５１に別の光源１から光束が入射した場合、その光束は当該ある光源１から入射した光束とは異なる特性で光学要素２５１から出射する。これは、セード３上で、光源１の境界部分における照度分布などの光学特性の不連続性の発生の原因となる。
【００６４】
これに対し第３の配列例の構成では、複数の光源１間の境界付近の、照射面の外周側には光学要素２５１を配置し、外周側以外（内側）の領域２６１には、光学要素２５１を設けず、これに代えて、例えば複数のプリズムまたはレンズを設けている。このプリズム、レンズに代えて、散乱特性を有する面設けてもよい。この構成によれば、光学部材２上の、複数の光源１間の境界付近の領域に、光学要素２５１の配置ピッチ相当で複数の特性が異なる光源を配置した状態を構成することができる。従って、この第３の配置例によれば、セード３を照明する際に、複数の光源１の境界付近でも極端な光学特性の変化を抑えた光学系を提供できる。上記複数のプリズムまたはレンズのそれぞれは、好ましくは光学要素２５１よりも小さいサイズを有している。しかしながら、光学要素２５１とほぼ同じ大きさとしてもよいし、若干大きなサイズとしてもよい。
【００６５】
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。たとえば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
【符号の説明】
【００６６】
１…光源、２…光学部材、２１、２５１…光学要素、２１１…入射面、２１２…出射面、３…セード、４…電源部、１０…光源基板、２１３…入射側フレネルレンズ、２１４…出射側フレネルレンズ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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