(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を発する光源と、
第１の入射面、第２の入射面及び溝部を有し、前記第１の入射面及び前記第２の入射面に前記光源から出射された前記光を入射する光学素子と
を備え、
前記第２の入射面は、前記光源と対向して配置され、
前記第１の入射面は、前記光源と前記第２の入射面との間を囲むように配置され、
前記溝部は、前記第１の入射面と前記第２の入射面とを接続し、
前記溝部は、前記第２の入射面に接続する内側の面、前記第１の入射面に接続する外側の面及び前記内側の面と前記外側の面とを接続する底部を備え、
前記外側の面及び前記内側の面は、光学面であり、
前記光源から出射された光の一部は、前記外側の面から入射し、
前記第２の入射面から入射した光の一部は、前記内側の面で全反射する
照明装置。
【請求項２】
前記第２の入射面は、平面である
請求項１に記載の照明装置。
【請求項３】
前記内側の面で全反射された光線は、平行化される
請求項１又は２に記載の照明装置。
【請求項４】
前記第１の入射面を透過した光を反射する第１の反射面と、
前記光学素子に入射した前記光を出射する出射面と
をさらに備え、
前記第２の入射面に入射した光は、直接前記出射面から出射され、前記第１の入射面に入射した光は、前記第１の反射面で反射されて、前記出射面から出射される
請求項１〜３のいずれか１項に記載の照明装置。
【請求項５】
前記光源から出射された前記光を入射する第３の入射面と、
前記第３の入射面を透過した光を反射する第２の反射面と
をさらに備え、
前記第３の入射面の前記出射面側の端部は、前記第１の反射面の前記出射面側の端部に接続し、
前記第３の入射面の前記光源側の端部は、前記第２の反射面の前記光源側の端部に接続する
請求項４に記載の照明装置。
【請求項６】
前記第１の反射面は、各面が平面である多面体で形成される
請求項４又は５に記載の照明装置。
【請求項７】
前記第１の入射面、前記外側の面及び前記内側の面は、筒形状である
請求項１〜６のいずれか１項に記載の照明装置。
【請求項８】
前記第１の入射面は、円筒形状であり、
前記第１の入射面の前記光源側の端部の直径は、前記第１の入射面の前記溝部側の端部の直径よりも大きい
請求項７に記載の照明装置。
【請求項９】
前記内側の面は、円筒形状であり、
前記内側の面の第２の入射面側の端部の直径は、前記内側の面の他の端部の直径よりも小さい
請求項７又は８に記載の照明装置。
【請求項１０】
前記光源は、励起用の光源及び蛍光体を有しており、
前記蛍光体は、前記励起用の光源の発する励起光を受けて蛍光を発する
請求項１〜９のいずれか１項に記載の照明装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
発光ダイオードと光学素子とを用いた照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
発光ダイオードと光学素子とを用いた照明装置において、発光ダイオードから大きい角度で射出された光が、光学素子に入射した場合に、不要光（迷光）となる場合がある。この不要光が照明装置の性能等を低下させるという問題がある。従来では、特許文献１のようにレンズ形状を工夫する等行うことにより、不要光を低減している。特許文献１のレンズは、外郭側の平坦面部と凹部との境界から凸曲面レンズ部に引いた接線が凸曲面レンズ部の周囲近傍の位置に接点を有している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−２７２３４９号公報（第２図）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載の不要光の低減方法の場合には、以下の問題が発生する。一般的に、凸曲面レンズ部２４の半径方向の端部は、成形時に丸みを生じる。例えば、特許文献１の図２で、接点Ｃ付近の窪んだ位置である。また、入射面側の同様の窪んだ位置も該当する。【０００５】
近年では、照明用途のレンズの材質はプラスチックであり、金型により成形される。なお、材質は、ガラスでも以下と同様の問題が発生する。その際に、金型の突起部の先端を完全に鋭角の形状とすることは困難であり、一般的には、０．２ｍｍ〜０．５ｍｍ程度の曲率半径を有する形状とする。０．１ｍｍ程度とすることは可能であるが成形性が悪化するため好ましくない。従い、成形性を向上するためには、少なくとも曲率半径が大きい形状が好ましい。つまり、金型の突起部の先端には丸みを持たせる。【０００６】
しかしながら、レンズの端部に丸みを生じるため、光源から出射された光線は、そのレンズの端部の丸みの部分からフランジ部に入り、不要光の原因となるという問題があった。【０００７】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、不要光（迷光）を抑制する照明装置を得るものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
光を発する光源と、第１の入射面、第２の入射面及び溝部を有し、第１の入射面及び第２の入射面に光源から出射された光を入射する光学素子と備え、第２の入射面は、光源と対向して配置され、第１の入射面は、光源と第２の入射面との間を囲むように配置され、溝部は、第１の入射面と第２の入射面とを接続し、溝部は、第２の入射面に接続する内側の面、第１の入射面に接続する外側の面及び内側の面と外側の面とを接続する底部を備え、外側の面及び内側の面は、光学面であり、光源から出射された光の一部は、外側の面から入射し、第２の入射面から入射した光の一部は、内側の面で全反射するものである。
【発明の効果】
【０００９】
照明装置から出射される不要光を低減することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明に係る実施の形態１の照明装置１の主要構成を概略的に示す構成図である。
【図２】本発明に係る実施の形態１の照明装置１における光線の入射角度と屈折との関係を説明する説明図である。
【図３】入射面３ｂの端部に曲面部２６がある場合のレンズ形状の説明図である。
【図４】入射面２３ｂの端部の拡大図である。
【図５】本実施の形態１の効果を説明する光線追跡によるシミュレーション結果である。
【図６】本実施の形態１において溝部６の深さが浅い場合の溝部の拡大図である。
【図７】本実施の形態１における光線追跡によるシミュレーション結果である。
【図８】本発明に係る実施の形態２の照明装置８の主要構成を概略的に示す構成図である。
【図９】本実施の形態２の効果を説明する光線追跡のシミュレーション結果である。
【図１０】本発明に係る実施の形態３の照明装置１０の主要構成を概略的に示す構成図である。
【図１１】本実施の形態１における光源２中の配置関係を説明する説明図である。
【図１２】本実施の形態１における入射面３ｂの効果を説明するシミュレーション図である。
【図１３】本実施の形態１における照明装置１４０の反射体４４を多面体にした場合の説明図である。
【図１４】本実施の形態２における照明装置１３０の光線追跡によるシミュレーション結果である。
【図１５】本実施の形態４における不要光が発生する場合の光線追跡によるシミュレーション結果である。
【図１６】本実施の形態４における効果を説明する光線追跡によるシミュレーション結果である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下の各実施の形態において、図の説明を簡単にするために、ＸＹＺ座標を用いる。Ｘ軸方向は、照明装置１の上下方向である。＋Ｘ軸方向は、照明装置１の上方向である。−Ｘ軸方向は、照明装置１の下方向である。Ｙ軸方向は、照明装置１の左右方向である。＋Ｙ軸方向は、照明装置１の発光面（光の出射面５）側から光の出射する方向を見て右方向である。−Ｙ軸方向は、照明装置１の発光面（光の出射面５）側から光の出射する方向を見て左方向である。Ｚ軸方向は、光の進行方向である。＋Ｚ軸方向は、光源２から出射された光が進行する方向である。−Ｚ軸方向は、光が進行する方向と逆の方向である。
【００１２】
実施の形態１．
図１は、本発明に係る実施の形態１の照明装置１の主要構成の断面を概略的に示す構成図である。図１に示されるように、照明装置１は、光源２及び光学素子３を備えている。
【００１３】
光源２は、照明光となる光を発する。光学素子３は、光源２から出射された光を平行化する。なお、ここでは一例として平行化する光学素子３に関して述べるが集光しても構わない。通常では、光学素子３から出射された光は、照明用途に応じた照射角度とされる。一般的に照明では、中心光度の半値のビーム角を１／２ビーム角として定義する。１／２ビーム角が、照明用途により異なってくる。例えば、１／２ビーム角が１５°、２０°又は３０°等の拡がりを持たせた平行度の光学素子３が考えられる。「平行度」とは、主光線の光軸に対する 角度ずれの程度である。
【００１４】
＜光源２＞
光源２は、例えば、発光ダイオードである。光源２は、赤色、緑色又は青色のみを射出する単色の光源でもよい。また、光源２は、青色の発光ダイオードに黄色の蛍光体を用いて白色を生成する光源でもよい。また、光源２は、発光ダイオードを複数配列したものでもよい。また、光源２は、直径が６ｍｍ（φ６ｍｍ）以上の大きなサイズのものでも構わない。
【００１５】
以下において、光源２は発光ダイオードであるとして説明する。一般的に、発光ダイオードの放射特性は、ランバーシアン分布を有する。「ランバーシアン分布」とは、完全拡散した場合の配光分布のことで、発光面の輝度が見る方向によらず一定となる分布である。このように、発光ダイオードから出射される光は、大きな発散角を有する。「発散角」とは、光の広がる角度である。
【００１６】
光源２の光の出射面のＺ軸方向の位置は、例えば、後述する入射面３ａの−Ｚ軸方向の端部の位置と一致している。このため、光源２から出射した最も外側の光も入射面３ａに入射することができる。なお、本実施の形態１では、上述のように光源２を取り囲むように光学素子３を形成しているが、後述するように、入射面３ａの−Ｚ軸方向の端部の位置が、光源よりも＋Ｚ軸方向に配置されても問題はない。
【００１７】
図１１は、光源２における光源２ａと蛍光体２ｂとの配置の関係を説明する説明図である。光源２は、図１１に示すように励起用の光源２ａと蛍光体２ｂとを備えることができる。
【００１８】
励起用の光源２ａは、例えば、青色ＬＥＤ又は紫外ＬＥＤである。青色ＬＥＤの場合には、蛍光体２ｂは、黄色のみの光に励起される。又は、蛍光体２ｂは、緑色及び赤色の波長帯域を有する光に励起される。光源２ａの青色の光と蛍光体２ｂの黄色の光とにより白色の光が生成される。又は、光源２ａの青色の光と蛍光体２ｂの緑色及び赤色の光とにより白色の光が生成される。
【００１９】
また、紫外ＬＥＤの場合には、蛍光体２ｂは、紫外の波長帯域を有する光で励起されて、青色、緑色及び赤色の波長帯域を有する光を発する。それにより、白色の光が生成される。
【００２０】
図１１に示す光源２において、励起用の光源２ａ（以下、励起光源２ａともいう）は、複数の光源がマトリクス状に配置されている。「マトリクス状」とは、「行」と「列」に沿って矩形状に配列したものをいう。図１１では、励起光源２ａがＸ軸方向に４行、Ｙ軸方向に４列に配列されている。
【００２１】
蛍光体２ｂは、図１１で示された円形内の全体に塗布されている。つまり、蛍光体２ｂは、図１１で示された黒輪で囲われた領域に塗布されている。蛍光体２ｂは、励起光源２ａの配置された領域を含むように塗布されている。蛍光体２ｂは、励起光源２ａの領域の上に塗布されている。
【００２２】
このように、励起光が出射される領域（励起光源２ａの領域）と、蛍光体２ｂの蛍光が出射される領域（円形内全体）とが異なる。「励起光」とは、蛍光体などの物質に励起を引き起こす光のことである。蛍光体２ｂは、励起を引き起こされて、蛍光光を出力する。これにより、イエローリングとよばれるリング状の黄色い色ムラが発生する。
【００２３】
この対策として、図１における入射面３ａに拡散処理を施す方法が開示されている（例えば、特開２００７−００５２１８号公報（第１図））。しかし、図１に示す全反射面４が、特に照明装置１の中心光度に寄与する。このため、光線が全反射面４に到達する前に、光線を拡散させることは好ましくない。全反射面４が照明装置１の中心光度に寄与する理由は後述する。
【００２４】
なお、励起用の光源２ａは、矩形でなく円形でもよい。また、配列は、正方配列に限定されず、六方配列等でも構わない。励起光源２ａの領域と、蛍光体２ｂの領域とが同程度の面積となることが最も好ましい。
【００２５】
＜光学素子３＞
光学素子３は、入射面３ａ，３ｂを有している。光学素子３は、反射面４又は出射面５を有することができる。
【００２６】
実施の形態１では、光学素子３は、中心軸Ｃを中心とした回転対称の形状である。光学素子３は、光源２側に凹部３０を有している。凹部３０は、入射面３ａ、入射面３ｂ及び溝部６を備えている。
【００２７】
入射面３ａは、中心軸Ｃを中心とした円筒形状の側面形状で形成されている。図１では、入射面３ａの−Ｚ軸方向の端部の直径は、入射面３ａの＋Ｚ軸方向の端部の直径よりも大きい。このため、図１では、入射面３ａは、円錐台の側面の形状をしている。
【００２８】
図１では、入射面３ａは、＋Ｚ軸方向の端部から−Ｚ軸方向の端部に向けて、直線的に直径が大きくなっている。しかし、入射面３ａは、＋Ｚ軸方向の端部から−Ｚ軸方向の端部に向けて、曲線を描いて直径が大きくなってもよい。
【００２９】
なお、入射面３ａの中心軸Ｃに垂直な平面での切断形状は、円形状に限られない。入射面３ａの中心軸Ｃに垂直な平面での切断形状は、照射する光の形状又は照射範囲に応じて変更できる。入射面３ａの中心軸Ｃに垂直な平面での切断形状は、例えば、楕円形状又は多角形等を採用することができる。
【００３０】
入射面３ｂは、Ｘ−Ｙ平面に平行な平面形状をしている。つまり、入射面３ｂは、中心軸Ｃに垂直な平面に平行な平面形状をしている。ただし、入射面３ｂは、目的に応じて曲面とすることができる。つまり、入射面３ｂは平面、凸面又は凹面とすることができる。また、入射面３ｂに拡散効果のある凹凸形状の加工を施すことができる。図１では、入射面３ｂの外周は、溝部６を介して、入射面３ａの＋Ｚ軸方向の端部に接続している。
【００３１】
図１２（Ａ）及び図１２（Ｂ）に入射面３ｂの効果を説明するシミュレーション図を示す。図１２（Ａ）は、入射面３ｂを平面２３ｂとした場合の光線図である。図１２（Ｂ）は、入射面３ｂを凸面２３ｃとした場合の光線図を示す。凸面２３ｃは、−Ｚ軸方向に凸形状をしている。
【００３２】
図１２（Ａ）に示す光線２７ａは、破線で示されている。図１２（Ａ）に示す光線２７ａ，２７ｂは、出射面２５から拡がった光線となっていることが確認できる。つまり、図１２（Ａ）に示す光線２７ａ，２７ｂは、光源２２から出射した光線の角度と出射面２５を出射した後の光線の角度は等しい。そのため、出射面２５を出射した光線は拡がりながら＋Ｚ軸方向に進行する。
【００３３】
図１２（Ｂ）の光源２２の中心から出射した光線２７ｅ，２７ｆは、一点鎖線で示されている。光線２７ｅ，２７ｆは、出射面２５から平行な光線となって出射されていることが確認できる。つまり、凸面２３ｃとすることにより、光線の平行度が向上し、光束の幅が狭くなっている。
【００３４】
また、図１２（Ｂ）において、光源２２の＋Ｘ軸方向の端部から出射した光線２７ｃ，２７ｄは、長い破線で示されている。図１２（Ｂ）において、光線２７ｃ，２７ｄは、光軸Ｃ２に対して角度を有した平行な光線となっていることが確認できる。また、光線２７ｃ，２７ｄは、光束の幅も狭くなっていることが確認できる。
【００３５】
光源２が励起用の光源２ａと蛍光体２ｂとで構成される場合には、上述したように、中心から出射される光の色と、周辺から出射される光の色とが異なる。この構成に起因する色ムラを抑制するためには、光束の幅が拡がって出射することが好ましい。ただし、１／２ビーム角が比較的狭い照明装置が要求される場合には、光束の幅が狭くなる傾向がある。例えば、１／２ビーム角が１５度、２０度または、３０度のときの照明装置である。
【００３６】
図１２（Ｂ）において、距離ｄ１は、光源２２の出射面の中心から凸面２３ｃまでの距離である。また、距離ｄ２は、光源２２の光軸Ｃ２から全反射面２４の−Ｚ方向側の端部までの距離である。
【００３７】
距離ｄ１が距離ｄ２の空気換算長より小さい場合には、光線２７ｄと光線２７ｆとのなす角度は、光源２２の中心及び＋Ｘ軸方向の端部から出射し、全反射面２４で反射した後に出射面２５を出射した後の両光線の有する角度より大きくなる。そして、光線２７ｃ，２７ｄは、光軸Ｃ２を中心として最も外周方向に投射される。「空気換算長」とは、光学素子２３を通過した距離を空気に換算した際の距離を示す。
【００３８】
ここで、光源２２の中心から、＋Ｘ軸方向の端部までの距離ｄ３と、光線２７ｃ，２７ｄが光軸Ｃ２となす角度ｅ［ｒａｄ］とは、以下の関係式（１）が成り立つ。距離ｄ３は、光源２２のＸ軸方向の大きさの半分の長さである。なお、光線２７ｅ，２７ｆは平行化されているものとする。つまり、凸面２３ｃ側の焦点距離が距離ｄ１に等しい。なお、厳密には出射面２５で光線２７ｃ及び２７ｄは屈折して＋Ｚ軸方向に出射するため、出射面２５出射後の光線２７ｃ及び２７ｄの光軸Ｃ２に対する角度は角度ｅより大きくなる（図１２Ｂでは、便宜上屈折しない光線図を示している）。
ｄ３＝ｄ１×ｔａｎ（ｅ）          ・・・式（１）
【００３９】
これより、光源２２のサイズ（距離ｄ３）が大きくなるに従って、光源２２の中心からＸ軸方向に離れて出射する光線の光軸Ｃ２に対する角度（角度ｅ）が大きくなることが確認できる。
【００４０】
距離ｄ１が距離ｄ２の空気換算長より小さい場合には、光源２２の周辺から出射される光線では、全反射面２４の−Ｚ方向の端部で反射されて出射した光線よりも、凸面２３ｃに入射して出射した光線２７ｃ，２７ｄの方が、光軸Ｃ２に対して角度を有する。
【００４１】
ここで、距離ｄ２の空気換算長は、光源２２の中心から入射面２３ａまでの距離と、入射面２３ａから全反射面２４までの距離（光線が通過した距離）を光学素子２３の屈折率で除した値との和を示す。
【００４２】
結果として、入射面を凸面２３ｃとした場合、出射面２５から出射された光が投射される投射面の外周に、黄色い色ムラを発生させる原因となる。さらに、距離ｄ１が距離ｄ２の空気換算長より小さい光学素子２３に関しては、全反射面２４を用いて、出射面２５上の中心光度を高める寄与率を高くすることが好ましい。また、出射面２５上の中心光度への寄与率の低い入射面２３ｂを、平面とすることが好ましい。これにより、投射光の色ムラの抑制効果が得られる。
【００４３】
なお、入射面２３ｂの平面にシボ加工又はサンドブラストのような拡散処理を施しても構わない。「シボ加工」とは、物理的にシワ模様をつける表面処理である。「サンドブラスト」とは、表面に砂などの研磨剤を吹き付ける加工法である。また、上記の拡散処理に関わらず、入射面２３ｂを平面にすることで、投射光の色ムラの抑制効果を得ることができる。
【００４４】
なお、平面２３ｂに入射した光線２７ａ，２７ｂの拡がりは、平行光２７ｃ，２７ｄ，２７ｅ，２７ｆと比較すると大きくなる。光線の拡がりが大きくなることにより、黄色の強度は弱くなる。また、出射角度ｅの影響から、距離ｄ１が短い場合の配光は、全反射面２４で形成された配光よりも拡がる。このため、凸面２３ｃとしたことによる中心光度の改善が少ないにもかかわらず、投射面の外周に黄色の色ムラが発生するため好ましくない。
【００４５】
また、上述したように、光源２２が大きくなるに従って、凸面２３ｃを用いた場合には、距離ｄ１を長くすることが好ましい。距離ｄ１を長くすると、光源２２から出射される光束の内、凸面２３ｃに入射する光の量は、全反射面２４に到達する光の量よりも少なくなる。このため、入射面２３ｂの大きさが出射面２５から出射される際の光束の中心光度へ及ぼす効果は小さくなる。
【００４６】
よって、距離ｄ１が距離ｄ２の空気換算長よりも長い場合において、投射光の中心光度に対する凸面２３ｃの寄与率は下がる。このため、入射面２３ｂを平面とすることが好ましい。なお、入射面２３ｂの平面にシボ加工又はサンドブラストのような拡散処理を施しても構わない。
【００４７】
なお、投射光の色ムラは、投射面上において発生する。つまり、投射光の色ムラは、入射面２３ｂ面に入射する光線と、全反射面２４に入射する光線とが出射面２５を出射した後に発生する。入射面２３ｂに起因する色ムラは、入射面２３ｂを平面とすることにより、抑制できる。全反射面２４に起因する中心光度が要求されない場合には、光源２２の中心から出射される光線と、Ｘ軸方向の端部から出射される光線とが重なり合うよう設計を試みることにより、色ムラは抑制される。
【００４８】
ただし、中心光度が要求されるような場合には、全反射面２４を多面体とすることが好ましい（例えば、特開２０１３−１２７９４４号公報）。多面体で反射した複数の光線は、互いの角度関係が変化しないため、光束の幅は狭くならない。このため、色ムラの発生を抑制することが可能となる。
【００４９】
特開２０１３−１２７９４４号公報に示された多面体は、光軸方向に形成されている。しかし、多面体は、光軸に対して垂直方向に形成しても構わない。
【００５０】
図１３は、照明装置１４０の全反射面４４を多面体にした場合の説明図である。図１３に示すように、全反射面４４に矩形状の複数の多面体を配置しても構わない。照明装置１４０は、光源４２、入射面４３ａ及び全反射面４４を備えている。多面体の総数が少ないほど、色ムラの抑制効果は高い。しかし、多面体の総数が少ないほど、中心光度の低下が発生する。このため、多面体の総数を多くすることが好ましい。光源２２の中心から出射される光線の光束の幅が出射面２５の位置で狭くなるほど、中心光度を高くすることが可能である。なお、光軸と平行な成分が多くなることが前提である。
【００５１】
以上から、入射面２３ｂを平面とし、全反射面２４を平面の多面体とすることにより、色ムラの低減効果が得られる。特に、光源２２から出射される光量のうち、入射面２３ｂに到達する光量が少ないほど、色ムラの低減効果は高い。また、光源２２から出射される光量のうち、入射面２３ｂに到達する光量が少ないほど、中心光度が低下する影響も小さい。中心光度の向上には、全反射面２４を使用することが好ましい。
【００５２】
図１において、溝部６は、中心軸Ｃを中心としたリング形状の溝である。中心軸Ｃを含む面で切断した溝部６の切断面は、「Ｕ字形状」をしている。溝部６の内側の面を面６ｂとする。「内側の面」とは、中心軸Ｃ側の面である。溝部６の外側の面を面６ａとする。「外側の面」とは、内側の面に対して、中心軸Ｃと反対側の面である。外側の面は内側の面と対向している。面６ａと面６ｂとをつなぐ部分を面６ｃとする。面６ｃを溝部６の「底部」ともよぶ。溝部６の開口部は、溝部６の−Ｚ軸方向の端部に形成されている。
【００５３】
図１では、溝部６の開口部の中心軸Ｃ側（内周側）の端部は、入射面３ｂの外周に接続している。つまり、面６ｂの−Ｚ軸方向側の端部は、入射面３ｂの外周に接続している。溝部６の開口部の外周側の端部は、入射面３ａの＋Ｚ軸方向の端部に接続している。つまり、面６ａの−Ｚ軸方向側の端部は、入射面３ａの＋Ｚ軸方向の端部に接続している。
【００５４】
反射面４は、中心軸Ｃを中心とした円筒形状の側面形状で形成されている。図１では、反射面４の−Ｚ軸方向の端部の直径は、反射面４の＋Ｚ軸方向の端部の直径よりも小さい。このため、図１では、反射面４は、円錐台の側面の形状をしている。反射面４は、入射面３ａの外側に位置している。つまり、反射面４の−Ｚ軸方向の端部の直径は、入射面３ａの−Ｚ軸方向の端部の直径よりも大きい。また、反射面４の＋Ｚ軸方向の端部の直径は、入射面３ａの＋Ｚ軸方向の端部の直径よりも大きい。図１では、反射面４は、−Ｚ軸方向の端部から＋Ｚ軸方向の端部に向けて、曲線を描いて直径が大きくなっている。しかし、反射面４は、−Ｚ軸方向の端部から＋Ｚ軸方向の端部に向けて、直線的に直径が大きくなってもよい。また、凹面を有した曲線を描いて直径が大きくなってもよい。
【００５５】
なお、反射面４を中心軸Ｃに垂直な平面で切断した形状は、円形状に限られない。反射面４を中心軸Ｃに垂直な平面で切断した形状は、照射する光の形状又は照射範囲に応じて変更できる。反射面４を中心軸Ｃに垂直な平面で切断した形状は、例えば、楕円形状又は多角形等を採用することができる。
【００５６】
反射面４の−Ｚ軸方向の端部は、Ｘ−Ｙ平面に平行な面を介して、入射面３ａの−Ｚ軸方向の端部に接続している。また、反射面４の＋Ｚ軸方向の端部は、出射部５１の−Ｚ軸側の端面に接続している。反射面４は、光学特性上、全反射面として作用する。また、反射面４は、反射膜等をコーティングした面であっても良い。
【００５７】
出射面５は、Ｘ−Ｙ平面に平行な平面形状をしている。出射面５は、出射部５１の＋Ｚ軸方向側の面である。実施の形態１では、出射部５１は円筒形状をしている。出射部５１の内部は、光学材料の詰まった部分である。つまり、出射部５１は、中空の形状ではない。
【００５８】
位置Ａは、入射面３ａの＋Ｚ軸方向側の端部である。つまり、位置Ａは、入射面３ａと溝部６とが接続する部分である。ここで、位置Ａは、溝部６に対して変曲点となっていてもよい。また、位置Ａは、溝部６に対し連続的な点になっていても構わない。ここでの「変曲点」とは、その位置で角度が変化することを言う。ここでの「連続的な点」とは、その位置で角度が変化しないことを言う。
【００５９】
図１に示すように入射面３ａが中心軸Ｃに対して角度を有している場合には、位置Ａを変曲点とした方が、入射面３ｂの面積を広くすることができる。このため、入射面３ｂに入射される光量が増加し、光利用効率を向上することができる。この場合には、入射面３ａは、＋Ｚ軸方向に向けて、円筒形状の直径が短くなっている。つまり、Ｘ−Ｙ平面で切断した際の円形状の直径が小さくなっている。一方、溝部６の面６ａは、Ｚ軸方向で直径の等しい円筒形状をしている。なお、厳密には成形上の抜き勾配が生じるため、直径は等しくならない。従って、入射面３ａの−Ｚ軸方向側の端部と＋Ｚ軸方向側の端部とを結ぶ直線が光軸Ｃとなす角度が、面６ａの位置Ａから＋Ｚ軸方向側の端部とを結ぶ直線が光軸Ｃとなす角度より大きい。
【００６０】
ここで、溝部６の外側の面６ａから入射した光線の一部が反射面４に到達せず、出射面５で全反射し、有効利用されない光となる。位置Ａを変曲点とすることで、入射面３ｂの面積を広くすることが可能となるため、面６ａから入射する光の量を低減することができる。
【００６１】
＜光の挙動＞
光源２から出射した光は、入射面３ａ又は入射面３ｂから光学素子３に入射する。入射面３ａから入射する光は、発散角の大きな光である。入射面３ｂから入射する光は、発散角の小さな光である。
【００６２】
入射面３ａに入射した光は、入射面３ａで屈折作用により折り曲げられる。入射面３ａで折り曲げられた光は、反射面４に到達する。反射面４に到達した光は、全反射作用により、出射面５方向に反射される。なお、一例として、反射面４は全反射面として説明している。
【００６３】
入射面３ａから入射する光は、反射面４で反射されて中心軸Ｃと平行な光となって＋Ｚ軸方向に進行する。反射面４で反射された光は、出射面５から出射する。ここで、出射面５から出射される光は、中心軸Ｃと完全に平行である必要はない。出射面５から出射される光に、目的に応じた角度を持たせることができる。
【００６４】
入射面３ｂから入射する光は、反射面４で反射されることなく、出射面５から出射する。つまり、図１に示すように、入射面３ｂと出射面５とは、互いに平行な平面の場合には、入射面３ｂから入射した光は、入射した角度を保ったまま出射面５から出射する。入射面３ｂから入射する光は、直接出射面５から出射する。
【００６５】
上記において、光学素子３が光源２から射出した光を平行化して射出する場合に関して説明している。しかし、光学素子３が光源２から射出した光を集光する形状を有していても構わない。光学素子３が集光する形状を有している場合には、入射面３ｂが凸面形状をしていてもよい。また、出射面５の入射面３ｂに対応する面が凸面形状をしていてもよい。「出射面５の入射面３ｂに対応する面」とは、入射面３ｂから入射した光が出射する出射面５の領域である。また、入射面３ｂと出射面５ともに凸形状を有していても構わない。その際には、入射面３ｂに対応する面と、反射面４に対応する面で凸形状を分離することが好ましい。なお、入射面３ｂを凸面形状にすることにより、色ムラが発生する懸念があるため、平面が最も好ましい。
【００６６】
＜入射面３ａに入射した光の挙動＞
図２は、本発明に係る実施の形態１の照明装置１における光線の入射角度と屈折との関係を説明する説明図である。光源２から出射されて入射面３ａから光学素子３に入射する光を、光線１０ａ，１０ｂとする。光線１０ｂは、光線１０ａよりも発散角の小さな光線である。
【００６７】
光線１０ａが入射面３ａに入射した際の屈折角を屈折角Ｒａとする。また、光線１０ｂが入射面３ａに入射した際の屈折角を屈折角Ｒｂとする。屈折角Ｒｂは、屈折角Ｒａよりも大きい。これは、入射面３ａに対する光線１０ｂの入射角が、入射面３ａに対する光線１０ａの入射角よりも大きいからである。このため、光線１０ｂは、入射面３ａで光線１０ａよりも大きく屈折する。なお、図２では、変曲点Ｂを有することにより、屈折角Ｒｂの角度をより大きくしている。
【００６８】
なお、入射面３ａでの光線１０ａ，１０ｂの屈折する方向は、中心軸Ｃに対する角度が大きくなる方向である。また、入射面３ａを通過して反射面４に到達しない光線７は、出射面５で全反射され、−Ｚ軸方向に反射され、出射面５からは射出されない。光線７は、後述する図７の光線７ｄと同様の光線である。
【００６９】
＜溝部６の無い場合の光の挙動＞
図３は、溝部６の無い光学素子２３を採用した照明装置２０の主要構成を概略的に示す構成図である。図４は、入射面２３ａと入射面２３ｂとの接続部分の拡大図である。なお、図４における光源２２は、図による説明を容易にするため光学素子２３に対する相対的な比率を大きくしている。
【００７０】
図３に示されるように、照明装置２０は、光源２２及び光学素子２３を備えている。光源２２は、照明光となる光を発する。光学素子２３は、光源２２から出射された光を平行化する。なお、上述したように、光学素子２３が光を平行化するとして説明するが、用途に応じて、光学素子２３が光を平行化しなくてもよい。
【００７１】
光源２２は、光源２と同じである。また、光学素子２３の入射面２３ａ、入射面２３ｂ、反射面２４及び出射面２５は、それぞれ光学素子３の入射面３ａ、入射面３ｂ、反射面４及び出射面５と同じである。また、中心軸Ｃ２は、中心軸Ｃと同じである。そのため、光源２２、入射面２３ａ、入射面２３ｂ、反射面２４及び出射面２５の説明は、それぞれ光学素子３の入射面３ａ、入射面３ｂ、反射面４及び出射面５の説明で代用する。また、中心軸Ｃ２の説明は、中心軸Ｃの説明で代用する。
【００７２】
光学素子２３は、光学素子３の溝部６を有さない。入射面２３ａと入射面２３ｂとの接続部分は曲面（曲面部２６）でつながっている。
【００７３】
光源２２から出射して、曲面部２６に入射した光線２１ａは、曲面部２６の凹面形状により、光束の幅が狭くなって出射される。このため、曲面部２６に入射した光線２１ａは、入射面２３ａに入射した光線２１ｂのように、中心軸Ｃ２に対する角度が大きくなるように屈折しない光線となる。入射面２３ａに入射した光線２１ｂは、図２に示す光線１０ｂのように大きな屈折角Ｒｂで屈折する。一方、曲面部２６に入射した光線２１ａの屈折角は、入射面２３ａに入射した光線２１ｂの屈折角よりも小さい。例えば、図４に示すように、曲面部２６に入射した光線２１ａは、直進する。そのため、曲面部２６に入射した光線２１ａは、反射面２４に到達しない。直進した後に、出射面２５から出射する際に、光軸Ｃ２に対して大きい角度で射出することとなる。
【００７４】
そのため、曲面部２６に入射した光線２１ａは、出射面２５から出射する際に、中心軸Ｃ２に対する角度が大きくなるように屈折して進行する。つまり、曲面部２６に入射した光は、照明装置２０が照明する範囲以外に到達する。特に曲面部２６に集光するように入射した光線２１ａは、凹面形状の作用により平行光化されるために、周囲の光（光束）に比べて、局所的に明るい光（光束）となる。
【００７５】
溝部６の無い場合の光線追跡によるシミュレーション結果を図５に示す。図５は、光線追跡によるシミュレーション結果を表わす図である。図５に示すように、光源２２から出射して曲面部２６に入射した光は、出射面２５で大きく屈折して出射している。つまり、曲面部２６に入射した光は、中心軸Ｃ２に対して大きな角度を有して出射面２５から出射している。
【００７６】
＜溝部６を有する場合の光の挙動＞
本実施の形態１の光線追跡によるシミュレーション結果を図７に示す。図７は、光線追跡によるシミュレーション結果を表わす図である。
【００７７】
図７に示すように、光源２から出射して溝部６に入射した光は、溝部６の面６ａから光学素子３に入射する。このため、面６ａから入射した光は、反射面４で反射されて出射面５から出射する（光線７ｃ）。面６ａから入射した光の一部で、反射面４で反射されずに出射面５に到達した光は、出射面５で反射されて−Ｚ軸方向に進行する（光線７ｄ）。このように、曲面部２６に代えて、溝部６を設けることにより、曲面部２６に入射した光線２１ａのように照射範囲の外側に進む光（光線２１ａ）を低減することができる。
【００７８】
図６は、溝部６の深さが浅い場合の溝部６の拡大図である。図６に示すように、溝部６の深さが浅い場合には、光源２から出射された光が面６ｃに入射する。通常、面６ｃは曲面で形成されているので、図３、４で説明した曲面部２６と同様の現象が生じる。つまり、面６ｃに入射した光は、反射面４に到達しない角度の状態で進行している。そのため、面６ｃに入射した光は、出射面２５から出射する際に、中心軸Ｃに対する角度が大きくなるように屈折して進行する。つまり、面６ｃに入射した光は、照明装置１が照明する範囲以外に到達する。そして、面６ｃに集光するように入射した光は、平行光化されるために、周囲の光（光束）に比べて、局所的に明るい光（光束）となる。なお、図６における光源２は、図による説明を容易にするため光学素子３に対する相対的な比率を大きくしている。
【００７９】
このため、溝部６は、光源２から出射した光が、面６ｃに到達しない程度に深くなくてはならない。ただし、図６の例では、溝部６を設けているため溝部６を設けていない場合と比較して、上記に示す局所的に明るい光（光束）の強度は低減される。
【００８０】
以上より、入射面３ａと入射面３ｂとをつなぐ部分に溝部６を形成することにより、照射範囲の外に進む光を低減することができる。また、溝部６の底部６ｃに入射する光を低減することにより、照射範囲の外に進む光を低減することができる。つまり、２つの光学面３ａ，３ｂをつなぐ部分に溝部６を形成することにより、光の進行方向を容易に制御することができる。溝部６の底部６ｃに入射する光を低減することにより、光の進行方向をより容易に制御することができる。つまり、入射面３ａ、入射面３ｂ又は溝部６の面６ａ等のように、光学設計の際に設計できる光学面に光を入射させることにより、光の進行方向をより容易に制御することができる。図３に示した曲面部２６及び面６ｃ等は、光学設計の際に設計された面ではなく、光学素子３を作製する際に形成された面である。このため、曲面部２６及び面６ｃ等に光線が入射すると、光学設計されていない光が発生する。溝部６は、このような光学設計されていない光線を低減することができる。
【００８１】
照明装置１は、光源２及び光学素子３を備えている。光源２は、光を発する。光学素子３は、第１の光学面３ａ、第２の光学面３ｂ及び溝部６を備えている。
【００８２】
ここで、実施の形態１では、第１の光学面を、入射面３ａとして説明した。また、実施の形態１では、第２の光学面を、入射面３ｂとして説明した。
【００８３】
光学素子３は、第１の光学面３ａ及び第２の光学面３ｂに光源２から出射された光を入射する。溝部６は、第１の面６ａと、第１の面６ａに対向して配置される第２の面６ｂと、第１の面６ａ及び第２の面６ｂを接続する底部６ｃと、底部６ｃの対向する位置に設けられた開口部とを備えている。
【００８４】
ここで、実施の形態１では、第１の面を、溝部６の外側の面６ａとして説明した。また、実施の形態１では、第２の面を、溝部６の内側の面６ｂとして説明した。
【００８５】
第２の光学面３ｂは平面である。
【００８６】
第１の光学面３ａの一端は、開口部に位置する第１の面６ａの端部に接続されている。第２の光学面３ｂの一端は、開口部に位置する第２の面６ｂの端部に接続されている。光源２と底部６ｃとの間には、第１の光学面３ａ又は第２の光学面３ｂが配置されている。
【００８７】
実施の形態１では、光源２と底部６ｃとの間には、第２の光学面３ｂが配置されている。
【００８８】
また、光源２から出射された光のうち、底部６ｃに向けて出射された光は、第１の光学面３ａ又は第２の光学面３ｂにおいて、遮られて屈折又は反射されることにより進行方向を変更される。
【００８９】
実施の形態１では、光源２から出射された光のうち、底部６ｃに向けて出射された光は、面６ａにおいて、遮られて屈折又は反射されることにより進行方向を変更される。
【００９０】
照明装置１は、第１の反射面４及び出射面５を備えている。
【００９１】
ここで、実施の形態１では、第１の反射面を反射面４として説明した。
【００９２】
第１の反射面４は、第１の光学面３ａを透過した光を反射する。出射面５は、光学素子３に入射した光を出射する。光源２から出射された光のうち、光学素子３の中心軸Ｃを含む領域に出射された光は、第２の光学面３ｂに入射して、出射面５から出射される。
【００９３】
実施の形態１では、光学素子３の中心軸Ｃを含む領域に出射された光を発散角の小さな光として説明している。
【００９４】
光源２から出射された光のうち、領域の周辺側に出射された光は、第１の光学面３ａに入射し、第１の反射面４で反射されて、出射面５から出射される。
【００９５】
実施の形態１では、領域の周辺側に出射された光を発散角の大きな光として説明している。
【００９６】
第１の光学面３ａ、第２の光学面３ｂ、第１の面６ａ及び第２の面６ｂは、中心軸Ｃを軸とする筒形状の側面の形状である。
【００９７】
中心軸Ｃを含む平面上において、中心軸Ｃから第１の光学面３ａの光源２側の端部までの距離が、中心軸Ｃから第１の光学面３ａの前記溝部６に接続する端部までの距離よりも大きい。
【００９８】
照明装置１は、中心軸Ｃから光源２の端部までの距離が、中心軸Ｃから第２の光学面３ｂの端部までの距離より短い。
【００９９】
入射面３ｂの大きさは、光源２の光の出射面の大きさよりも大きい方が好ましい。ここで、「大きさ」とは、Ｘ−Ｙ平面方向の寸法の大きさである。面６ａに入射した光線の一部が、図７で示した光線７ｄのように出射面５から射出されない光となり光利用効率が低下するからである。
【０１００】
光源２は、青の波長帯域の光を発する励起用の光源２ａ及び蛍光体２ｂを有している。蛍光体２ｂは、黄の波長帯域の光に励起される蛍光体であるか、緑及び赤の波長帯域の光に励起される蛍光体である。
【０１０１】
第１の反射面４は各面が平面である多面体で形成されている。
【０１０２】
光源２は、紫外の波長帯域の光を発する励起用の光源２ａ及び蛍光体２ｂを有している。蛍光体２ｂは、紫外の波長帯域の光で励起され、青、緑及び赤の波長帯域の光を発する。
【０１０３】
実施の形態２．
図８は、本発明に係る実施の形態２の照明装置８の主要構成を概略的に示す構成図である。図８に示すように、照明装置８は、光源８２及び光学素子８３を備えている。
【０１０４】
光源８２は、照明光となる光を発する。光学素子８３は、光源８２から出射された光を平行化する。なお、実施の形態１で説明したように、実施の形態２でも光学素子８３が光を平行化するとして説明するが、用途に応じて、光学素子８３が光を平行化しなくてもよい。
【０１０５】
光源８２は、実施の形態１の光源２と同じである。また、光学素子８３の入射面８３ａ、入射面８３ｂ、反射面８４及び出射面８５は、それぞれ実施の形態１の光学素子３の入射面３ａ、入射面３ｂ、反射面４及び出射面５と同じである。そのため、光源８２、入射面８３ａ、入射面８３ｂ、反射面８４及び出射面８５の説明は、実施の形態１の説明で代用する。
【０１０６】
本実施の形態１では、溝部６の形状に関しては特に規定していなかった。本実施の形態２では、溝部６の形状に関して規定する。溝部８６の内側の面を面８６ｂとする。「内側の面」とは、中心軸Ｃ２側の面である。溝部８６の外側の面を面８６ａとする。「外側の面」とは、内側の面に対して、中心軸Ｃと反対側の面である。外側の面は内側の面と対向している。面８６ａと面８６ｂとをつなぐ部分を面８６ｃとする。面８６ｃを溝部８６の「底部」ともよぶ。溝部８６の開口部は、溝部８６の−Ｚ軸方向の端部に形成されている。
【０１０７】
入射面８３ａに無反射コートを施していない場合には、光源８２から出射された光の一部は入射面８３ａで反射する。そして、入射面８３ａで反射した光が原因で、不要光が発生する。
【０１０８】
上記の不要光を抑制するために、図８に示すように、面８６ｂの−Ｚ軸方向側の端部の直径Ｗ１を、面８６ｂの＋Ｚ軸方向側の端部の直径Ｗ２よりも小さくする。直径Ｗ１，Ｗ２は、面８６ｂを中心軸Ｃ２に垂直な平面で切断した場合の直径である。つまり、面８６ｂは円錐台の側面の形状をしている。
【０１０９】
これにより、入射面８３ａで反射して入射面８３ｂから入射した光は、面８６ｂで全反射する。そして、面８６ｂで全反射した光は、出射面８５から出射する。面８６ｂをＺ軸方向に傾斜させることで、面８６ｂで全反射して出射面８５から出射する光の中心軸Ｃ２に対する角度を小さくすることが可能となる。
【０１１０】
光線追跡によるシミュレーション結果を図９に示す。図９（Ａ）及び図９（Ｂ）は、光線追跡によるシミュレーション結果を表わす図である。図９（Ａ）は、面８６ｂの−Ｚ軸方向側の端部の直径Ｗ１が面８６ｂの＋Ｚ軸方向側の端部の直径Ｗ２と等しい場合を示している。図９（Ｂ）は、面８６ｂの−Ｚ軸方向側の端部の直径Ｗ１が面８６ｂの＋Ｚ軸方向側の端部の直径Ｗ２よりも小さい場合を示している。
【０１１１】
同一の角度で入射面８３ｂに入射した光線７ｅ，７ｆで、面８６ｂで全反射した後の中心軸Ｃに対する角度Ｅ１，Ｅ２を比較する。図９（Ｂ）に示す光線７ｆの中心軸Ｃに対する角度Ｅ２は、図９（Ａ）に示す光線７ｅの中心軸Ｃに対する角度Ｅ１よりも小さい。これは、図９（Ｂ）に示す光線７ｆの面８６ｂに対する入射角が、図９（Ａ）に示す光線７ｅの面８６ｂに対する入射角よりも大きいからである。
【０１１２】
このように、中心軸Ｃに対して面８６ｂをＺ軸方向に傾斜させることで、出射面８５から中心軸Ｃに対する角度の小さい光線７ｆを出射させることができる。照明装置１の照明範囲以外の範囲に到達する光線（不要光）を低減することができる。つまり、不要光の発生を抑制することができる。
【０１１３】
中心軸Ｃを含む平面上において、中心軸Ｃから第２の面８６ｂの前記底部８６ｃに接続する端部までの距離が、中心軸Ｃから第２の面８６ｂの開口部側の端部までの距離よりも大きい。
【０１１４】
光源８２の中心から出射した光線の内、第２の光学面８３ｂを透過し、第２の面８６ｂで全反射された光は、平行化されて出射面８５を出射する。
【０１１５】
実施の形態２では、第２の面を溝部８６の内側の面８６ｂとして説明した。
【０１１６】
図１４は、図９に示す照明装置の、色ムラの改善及び中心光度の向上を施した照明装置１３０の光線追跡によるシミュレーション結果である。照明装置１３０の図９と異なる点は、入射面３３ａに変曲点が無い点及び面３６ｂが傾きを定義している点である。
【０１１７】
上述したように、入射面３３ｂを平面とすることにより、色ムラを抑制する効果が得られる。ただし、中心光度をできる限り向上させるためには、入射面３３ｂに入射した光束を、出射面３５から出射する際に平行化することが好ましい。ただし、入射面３３ｂを凸面にすると中心光度が若干向上するが、色ムラが発生するため好ましくない。
【０１１８】
そこで、図１４に示すように、面３６ｂの傾きを制御すればよい。つまり、入射面３３ｂのＸ軸方向の端部から入射した光は、面３６ｂで反射することで、光軸Ｃに対する傾きが小さくなる。光源３２ａから出射した光線を平行化することにより、光線は光束の対称性を維持しながら出射面３５を出射する。このため、光源３２ａの中心から出射した光線を平行化する必要がある。なお、面３６ｂを曲面とすると、光束の幅が狭くなり、色ムラを助長させてしまう。このため、面３６ｂは平面であることが好ましい。つまり、図１４に示すように、光線１３０１は、入射面３３ｂに入射した際の互いの光線どうしの角度関係を維持したまま、面３６ｂで反射することで光軸Ｃとの角度差を低減させて、出射面３５から出射する。このように、光源３２ａの中心から射出した光束が光軸Ｃに対して平行化されて、出射面３５から出射されることが好ましい。
【０１１９】
また、このように、面３６ｂを積極的に配光の制御に使用することで、色ムラを抑制しつつ、中心光度を向上させることが可能となる。なお、入射面３３ａは、図９の入射面８３ａのように変曲点を持っていてもよい。
【０１２０】
実施の形態３．
図１０は、本発明に係る実施の形態３の照明装置１０の主要構成を概略的に示す構成図である。図１０に示されるように、照明装置１０は、光源１０２及び光学素子１０３を備えている。光学素子１０３は、光学素子３の入射面３ａ及び反射面４の対を２つ備えている点で、光学素子３と相違する。
【０１２１】
特に光源１０２の大きさが大きい場合には、実施の形態３のように入射面３ａ及び反射面４の対を２つ以上有することが好ましい。ここで、「大きさ」とは、Ｘ−Ｙ平面方向の寸法の大きさである。光源１０２の大きさが大きい場合とは、例えば、光源１０２の直径が６ｍｍ以上の場合である。光学素子１０３は、より平行な光を小型な光学系で実現することができる。つまり、光学素子１０３は、平行度の高い光を小型な光学系で実現することができる。
【０１２２】
光源１０２は、照明光となる光を発する。光学素子１０３は、光源１０２から出射された光を平行化する。なお、実施の形態１で説明したように、実施の形態３でも光学素子１０３が光を平行化するとして説明するが、用途に応じて、光学素子１０３が光を平行化しなくてもよい。
【０１２３】
光源１０２は、実施の形態１の光源２と同じである。また、光学素子１０３の入射面１０３ａ、入射面１０３ｂ、反射面１０４ａ及び出射面１０５は、それぞれ実施の形態１の光学素子３の入射面３ａ、入射面３ｂ、反射面４及び出射面５と同じである。そのため、光源１０２、入射面１０３ａ、入射面１０３ｂ、反射面１０４ａ及び出射面１０５の説明は、実施の形態１の説明で代用する。
【０１２４】
入射面１０３ｃは、反射面１０４ａの外側に位置している。入射面１０３ｃは、中心軸Ｃ３を中心とした円筒形状の側面形状で形成されている。図１０では、入射面１０３ｃの−Ｚ軸方向の端部の直径は、入射面１０３ｃの＋Ｚ軸方向の端部の直径よりも大きい。このため、図１０では、入射面１０３ｃは、円錐台の側面の形状をしている。なお、入射面１０３ｃは、＋Ｚ軸方向の端部から−Ｚ軸方向の端部に向けて、曲線を描いて直径が大きくなってもよい。
【０１２５】
反射面１０４ｂは、入射面１０３ｃの外側に位置している。反射面１０４ｂは、中心軸Ｃ３を中心とした円筒形状の側面形状で形成されている。図１０では、反射面１０４ｂの−Ｚ軸方向の端部の直径は、反射面１０４ｂの＋Ｚ軸方向の端部の直径よりも小さい。このため、図１０では、反射面１０４ｂは、円錐台の側面の形状をしている。なお、反射面１０４ｂは、−Ｚ軸方向の端部から＋Ｚ軸方向の端部に向けて、曲線を描いて直径が大きくなってもよい。また、−Ｚ軸方向の端部から＋Ｚ軸方向の端部に向けて、直線を描いて直径が大きくなってもよい。
【０１２６】
なお、入射面１０３ｃ及び反射面１０４ｂを中心軸Ｃ３に垂直な平面で切断した形状は、円形状に限られない。入射面１０３ｃ及び反射面１０４ｂを中心軸Ｃ３に垂直な平面で切断した形状は、照射する光の形状又は照射範囲に応じて変更できる。入射面１０３ｃ及び反射面１０４ｂを中心軸Ｃ３に垂直な平面で切断した形状は、例えば、楕円形状又は多角形等を採用することができる。
【０１２７】
入射面１０３ｃの＋Ｚ軸方向側の端部は、反射面１０４ａの＋Ｚ軸方向側の端部に接続している。入射面１０３ｃの−Ｚ軸方向側の端部は、反射面１０４ｂの−Ｚ軸方向側の端部に接続している。反射面１０４ｂの＋Ｚ軸方向の端部は、出射部１５１の−Ｚ軸側の端面に接続している。
【０１２８】
図１０に示すように、光源１０２の光の出射面のＺ軸方向の位置は、入射面１０３ａの−Ｚ軸方向側の端部よりも−Ｚ軸方向側である。また、光源１０２の光の出射面のＺ軸方向の位置は、入射面１０３ｃの−Ｚ軸方向側の端部よりも＋Ｚ軸方向側である。
【０１２９】
ここで、光源１０２の光の出射面のＺ軸方向の位置は、入射面１０３ｃの−Ｚ軸方向側の端部よりも−Ｚ軸方向側でも構わない。より平行光化した光線を射出するためには、光源１０２と入射面１０３ｃとの距離を広げる必要がある。このため、光源１０２の光の出射面のＺ軸方向の位置は、入射面１０３ｃの−Ｚ軸方向側の端部よりも−Ｚ軸方向側にすることが好ましい。
【０１３０】
つまり、光源１０２が大きく焦点距離が短い光学素子１０３の場合には、光源１０２から出射される光線の内、中心軸Ｃ３から離れた位置から出射される光線は中心軸Ｃ３から出射された光線と比較してより角度を有するためである。つまり、光学素子１０３の焦点距離と光源１０２の大きさで、平行光の度合いが決定する。
【０１３１】
入射面１０３ａは、溝部１０６を介して入射面１０３ｂに接続している。溝部１０６の内側の面を面１０６ｂとする。「内側の面」とは、中心軸Ｃ３側の面である。溝部１０６の外側の面を面１０６ａとする。「外側の面」とは、内側の面に対して、中心軸Ｃ３と反対側の面である。外側の面は内側の面と対向している。面１０６ａと面１０６ｂとをつなぐ部分を面１０６ｃとする。面１０６ｃを溝部１０６の「底部」ともよぶ。溝部１０６の開口部は、溝部１０６の−Ｚ軸方向の端部に形成されている。
【０１３２】
入射面１０３ａに入射した光線は、反射面１０４ａで全反射して出射面１０５の方向（＋Ｚ軸方向）に進行する。また、入射面１０３ｃに入射した光線は、反射面１０４ｂで全反射して出射面１０５の方向（＋Ｚ軸方向）に進行する。光学素子１０３をこのような構成とすることで、入射面１０３ｂを大きくすることなく、より平行光化された照明装置１０を実現することができる。
【０１３３】
また、より平行光化するために光学素子１０３を＋Ｚ方向に移動させる場合には、光源１０２から出射された光線が反射面１０４ａと入射面１０３ｃとの接続部に入射する構成が考えられる。その際には、実施の形態１と同様に溝部を設けることにより不要光を低減することが可能となる。
【０１３４】
また、入射面１０３ｂの大きさは、光源１０２の光の出射面の大きさよりも大きい方が好ましい。ここで、「大きさ」とは、Ｘ−Ｙ平面方向の寸法の大きさである。面１０６ａに入射した光線の一部が、図７で示した光線７ｄのように出射面１０５から射出されない光となり光利用効率が低下するからである。これは、上述の実施の形態１〜３の全てに関して同様である。
【０１３５】
照明装置１０は、照明装置１に対して、第３の光学面１０３ｃ及び第２の反射面１０４ｂをさらに備えている。
【０１３６】
実施の形態３では、第３の光学面を入射面１０３ｃとして説明している。実施の形態３では、第２の反射面を反射面１０４ｂとして説明している。
【０１３７】
第３の光学面１０３ｃは、光源１０２から出射された光を入射する。第２の反射面１０４ｂは、光源１０２から出射された光を反射する。第３の光学面１０３ｃの出射面１０５側の端部は、第１の反射面１０４ａの出射面１０５側の端部に接続している。第３の光学面１０３ｃの光源１０２側の端部は、第２の反射面１０４ｂの光源１０２側の端部に接続している。
【０１３８】
第２の反射面１０４ｂは、光源１０２から出射され、第３の光学面１０３ｃを透過した光を反射する。
【０１３９】
照明装置１０は、中心軸Ｃ３から光源１０２の端部までの距離が、中心軸Ｃ３から第２の光学面１０３ｂの端部までの距離より短い。
【０１４０】
実施の形態３では、第２の光学面を入射面１０３ｂとして説明している。
【０１４１】
さらに、上述の実施の形態１〜３では、中心軸Ｃ，Ｃ２，Ｃ３に対して回転対称の光学素子に関して述べたが、回転楕円形状でも構わない。
【０１４２】
また、上述の実施の形態１〜３では、入射面１０３ｂに関しては述べていないが、平面、凹面又は凸面でもよい。さらに、入射面１０３ｂに凹凸又は拡散作用を持たせてもよい。ただし、凸面を形成した際には色ムラが発生する懸念が生じるため、平面が最も好ましい。
【０１４３】
また、照明装置１，８，１０の出射面５，８５，１０５から大きい角度で射出する光線を低減することが可能となるため、遮光板を用いて遮光する必要がなくなり、照明装置の小型化が可能となる。
【０１４４】
上述の実施の形態１〜３では、照明装置に関して述べたが、これらの照明装置は、車両に搭載されて、車載用投光機に用いることも可能である。車載用投光機に用いることで、照明範囲以外の範囲に到達する光線（不要光）を低減することができる。つまり、不要光の発生及び色ムラを抑制することができる。そして所定の配光パターンを容易に形成することができる。これにより、車載用投光機で問題となっている対向車又は歩行者に対する眩惑等を低減することが容易となる。
【０１４５】
なお、本発明の各実施の形態においては、入射面３ａ，３ｂ，１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃ及び反射面４，１０４ａ，１０４ｂは、中心軸Ｃ，Ｃ２，Ｃ３を中心とした円筒形状であると説明したが、本発明は円筒形状に限らず、例えば多角形形状でもよい。
【０１４６】
また、上述した内容は、光源の中心から出射した光線が、出射面で平行光となる場合を示しているが、角度を有して出射する反射面形状としても同様の効果が得られる。つまり、照明装置として、ビームの拡がり角度に関わらず適用可能である。
【０１４７】
実施の形態４．
光源の中心から出射した光線が、出射面から平行光で出射されない場合に関して説明する。図１５に光軸Ｃ１５方向に光線が角度を有して出射面５５から出射する場合のシミュレーション結果を示す。光源５２の中心から出射した光線群１５１０は各光線が角度を有して出射面５５を出射している。なお、光軸Ｃ１５方向に角度を有して出射していることが確認できる。つまり、光束の幅が拡がって出射していることとなる。光線群１５１０は実線で表される。
【０１４８】
光源５２の中心から出射された光線の内、光線群１５１０より光軸Ｃ１５に対して角度を有する光線１５２０ａ及び光線群１５２０ｂの軌跡に関して説明する。光線１５２０ａは、入射面５３ａに入射するが反射面５４で全反射条件を満たさずに透過するため、照明装置１５０の筐体（図示せず）で遮光され、照明装置１５０から出射されない光線となる。また、光線群１５２０ｂは、入射面５３ａに入射し、反射面５４で全反射した後に、再度入射面５３ａで全反射し、出射面５５を出射するため、配光制御に無関係な光線である上、フレネル反射による光線ではないため、強度が強く、局所的な輝度ムラの原因となる。
【０１４９】
このように、出射面５５から光軸Ｃ１５側に角度を有して光線が出射する際には、光利用効率の低下や局所的な輝度ムラが発生することがある。
【０１５０】
そこで、図１６に示すように、入射面５３ａを２面で構成することにより、上記の課題を解決することが可能となる。図２に示す位置Ｂ、つまり変曲点Ｄを設けることにより、２面構成としている。上述したように、入射面６３ａ２に入射する光線１６２０は、＋Ｚ方向側の反射面６４で反射するため、入射面６３ａ１で全反射することなく、出射面６５を出射することが可能となる。光線１６１０は、図１５と同様の軌跡を示す。
【０１５１】
このように、変曲点Ｄを設け、入射面６３ａ１、入射面６３ａ２の２面構成とすることにより、光軸Ｃ１６側に角度を有して出射する照明装置１６０の場合、光利用効率の向上と、局所的な輝度ムラの発生を抑制するという新しい効果が得られる。
【０１５２】
上述では、中心軸Ｃに対して回転対称の光学素子に関して述べたが、回転楕円形状でも構わない。
【０１５３】
また、上述では、入射面６３ｂに関しては述べていないが、平面、凹面又は凸面でもよいが、平面が好ましい。さらに、入射面６３ｂに凹凸又は拡散作用を持たせてもよい。
【０１５４】
上述では、照明装置に関して述べたが、これらの照明装置は、車両に搭載されて、車載用投光機に用いることも可能である。車載用投光機に用いることで、照明範囲以外の範囲に到達する光線（不要光）を低減することができる。つまり、不要光の発生を抑制することができる。そして所定の配光パターンを容易に形成することができる。これにより、車載用投光機で問題となっている対向車又は歩行者に対する眩惑等を低減することが容易となる。
【０１５５】
なお、本発明の実施の形態においては、入射面６３ａ及び反射面６４は、中心軸Ｃ１６を中心とした円筒形状であるとして説明したが、本発明は円筒形状に限らず、例えば多角形形状でもよい。
【０１５６】
また、以上のように本発明の各実施の形態について説明したが、本発明はこれらの実施の形態に限るものではない。
【符号の説明】
【０１５７】
１，８，１０  照明装置、２  光源、３  光学素子、３ａ，３ｂ  入射面、４  反射面、５  出射面、６  溝部、７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ，７ｅ，７ｆ  光線、Ｃ  中心軸。
【要約】
光を発する光源と、第１の光学面、第２の光学面及び溝部を有し、前記第１の光学面及び前記第２の光学面に前記光源から出射された前記光を入射する光学素子とを備え、前記第２の光学面は平面であり、溝部は、第１の面と、第１の面に対向して配置される第２の面と、第１の面及び第２の面を接続する底部と、底部の対向する位置に設けられた開口部とを有し、第１の光学面の一端は、開口部側に位置する第１の面の端部に接続され、第２の光学面の一端は、開口部側に位置する第２の面の端部に接続され、光源と前記底部との間には、第１の光学面又は第２の光学面が配置されている。【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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