(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光素子から出射された光の進行方向を制御する光束制御部材であって、
前記発光素子から出射された光を入射する入射面と、
前記入射面から入射した光の一部を全反射する全反射面と、
前記入射面から入射した光の一部および前記全反射面で反射した光を出射する出射面と、を有し、
前記入射面は、前記発光素子と対向する位置に、前記光束制御部材の中心軸と交わるように形成され、
前記出射面は、前記入射面の反対側の位置に、前記光束制御部材の中心軸と交わるように形成され、
前記全反射面は、前記光束制御部材の中心軸を取り囲み、かつ前記入射面側から前記出射面側に向かって、漸次、直径が拡大するように形成され、
前記出射面は、前記発光素子の発光中心の位置が原点となり、前記光束制御部材の中心軸がｚ軸と一致し、かつ前記発光素子の発光中心から前記出射面に向かう方向がｚ軸の正方向となるように、前記光束制御部材を３次元直交座標系に配置したときに、以下の式（１）および式（２）を満たす、
光束制御部材。
ΔＺ１＞ΔＺ２      …（１）
ΔＺ２≠０        …（２）
ただし、ΔＺ１は、前記光束制御部材の中心軸と前記出射面との交点のｚ座標の値から、前記出射面において最もｙ座標の値が大きい点のｚ座標の値を引いた値であり、ΔＺ２は、前記光束制御部材の中心軸と前記出射面との交点のｚ座標の値から、前記出射面において最もｘ座標の値が大きい点のｚ座標の値を引いた値であり、前記光束制御部材は、ΔＺ２の値が最も小さくなるように３次元直交座標系に配置されるものとする。
【請求項２】
前記出射面は、前記３次元直交座標系のｘｚ平面上に稜線を有し、
前記出射面は、前記３次元直交座標系のｘｚ平面に平行な任意の断面において、曲率を有し、かつｘ＝０における前記出射面の曲率半径をＲ１とし、ｘ≠０の任意の点における前記出射面の曲率半径をＲ２としたとき、Ｒ１＝Ｒ２を満たす、
請求項１に記載の光束制御部材。
【請求項３】
前記出射面は、前記３次元直交座標系において、ｙ＝０であるｘｚ平面に平行な断面における前記出射面の曲率中心Ｏ１の座標を（ｘ１，ｙ１，ｚ１）とし、ｙ≠０であるｘｚ平面に平行な断面における前記出射面の曲率中心Ｏ２の座標を（ｘ２，ｙ２，ｚ２）としたとき、ｘ１＝ｘ２＝０、かつｚ１＝ｚ２を満たす、請求項２に記載の光束制御部材。
【請求項４】
前記出射面は、前記３次元直交座標系において、ｙ＝０であるｘｚ平面に平行な断面における前記出射面の曲率中心Ｏ１の座標を（ｘ１，ｙ１，ｚ１）とし、ｙ≠０であるｘｚ平面に平行な断面における前記出射面の曲率中心Ｏ２の座標を（ｘ２，ｙ２，ｚ２）としたとき、ｘ１＝ｘ２＝０、かつｚ１≠ｚ２を満たす、請求項２に記載の光束制御部材。
【請求項５】
前記ΔＺ１および前記ΔＺ２は、いずれも正の値である、請求項１に記載の光束制御部材。
【請求項６】
前記ΔＺ１は、正の値であり、
前記ΔＺ２は、負の値である、
請求項１に記載の光束制御部材。
【請求項７】
前記出射面は、前記３次元直交座標系のｙ＜０の空間において、前記光束制御部材の中心軸を回転軸として母線を回転させて形成された円錐面の一部を含む、請求項１に記載の光束制御部材。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか一項に記載の光束制御部材と、発光素子とを有し、
前記光束制御部材は、前記光束制御部材の中心軸が前記発光素子の光軸と合致するように配置されている、発光装置。
【請求項９】
請求項８に記載の発光装置と、
前記発光装置からの光を照射される平面状の被照射面と、を有し、
前記発光装置は、前記３次元直交座標系のｘ軸が前記被照射面に対して平行になるように配置されている、
照明装置。
【請求項１０】
複数の前記発光装置が、前記被照射面と平行な直線上に一列に配置されている、請求項９に記載の照明装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光素子から出射された光の進行方向を制御する光束制御部材に関する。また、本発明は、前記光束制御部材を有する発光装置、および前記発光装置を有する照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内照式看板は、看板の内部に光源を配置して、看板自体を光らせる看板である。内照式看板は、告知効果に優れており、様々なところで使用されている。
【０００３】
近年、内照式看板の光源として、発光ダイオード（ＬＥＤ）が使用されるようになってきた。発光ダイオードは、小型である、電力効率がよい、鮮やかな色の発光をする、球切れの心配が無い、初期駆動特性に優れる、振動に強い、オンオフの繰り返しに強い、などの優れた特性を有している。
【０００４】
発光ダイオードからの出射光は、その出射方向が制御されていないため、発光ダイオードをそのまま光源として使用した場合、光が拡散してしまい、被照射面を効率よく照らすことができない。そこで、発光ダイオードからの出射方向を制御するために、発光ダイオードとレンズを組み合わせた光源が提案されている（例えば、特許文献１，２参照）。
【０００５】
特許文献１には、発光ダイオードの光軸に対して回転対称（円対称）の出射面を有する、発光ダイオード用レンズが開示されている。また、特許文献２には、略シリンドリカル形状（一方向には曲率を有するが、前記一方向に直交する方向には曲率を有さない形状）の出射面を有する、発光ダイオード用レンズが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−２６８１６６号公報
【特許文献２】意匠登録第１２７１７９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
内照式看板における光源の配置方式は、直下方式とエッジライト方式とに大別されうる。図１Ａは、直下方式の内照式看板の例を示す斜視図であり、図１Ｂは、中空エッジライト方式の内照式看板の例を示す斜視図である。図１Ａに示されるように、直下方式では、被照射面（表示面）１０の裏側に発光装置２０（光源）を配置する。一方、図１Ｂに示されるように、エッジライト方式では、看板の外周部に発光装置２０を配置する。中空エッジライト方式の内照式看板は、構造をシンプルにできる点において直下方式の内照式看板よりも優れている。
【０００８】
図２は、中空エッジライト方式の内照式看板の一例を示す斜視図である。複数の発光装置２０は、被照射面１０と平行な直線上に一列に並ぶように、基板３０上に配置されている。図２において、ｘ軸は、発光装置２０が配列されている方向の軸である。ｙ軸は、基板３０と平行であり、かつｘ軸に垂直な軸である。ｚ軸は、基板３０に対して垂直であり、かつ発光装置２０の中心軸と平行な軸である。被照射面１０は、ｘｚ平面に平行である。
【０００９】
図２に示されるような中空エッジライト方式の内照式看板において、発光ダイオードと従来の発光ダイオード用レンズとを組み合わせた発光装置を光源として使用した場合、被照射面上に照度ムラが生じやすい。
【００１０】
たとえば、特許文献１に記載されているような、発光ダイオードの光軸に対して回転対称（円対称）の出射面を有するレンズを含む発光装置は、発光装置の中心軸ＣＡを中心とする３６０°全方位において同一の集光力である。このため、図２に示されるｙ軸方向における集光力が適切であっても、ｘ軸方向における集光力が強すぎる場合がある。このような場合には、図３Ａに示されるように、ｚ軸方向における発光装置の近傍に位置し、かつｘ軸方向における発光装置の中心軸ＣＡに近い位置の被照射面に明部４０（明るい領域）が生じる。なお、図３Ａおよび図３Ｂでは、光が照射されている領域を白色〜黒色で示しており、他に比べて特に光の照射量が多く、明るく見える領域を黒色で示している。
【００１１】
一方、特許文献２に記載されているような、略シリンドリカル形状の出射面を有するレンズを含む発光装置は、出射面において曲率を有さない方向がｘ軸（被照射面）と平行になるように配置されることで、ｘ軸方向に光を拡げて被照射面上における暗部の発生を防ぐことができる。しかしながら、略シリンドリカル形状の出射面を有するレンズは、発光装置間の間隔に合わせて、ｘ軸方向の配光を制御することができない。このため、図３Ｂに示されるように、被照射面１０において発光装置２０間に位置する領域に輝部５０（過剰に明るい領域）が生じてしまいやすい。
【００１２】
以上のように、発光素子（発光ダイオード）および従来の光束制御部材（レンズ）を有する発光装置を、中空エッジライト方式の内照式看板の光源として使用した場合、被照射面上に照度ムラが生じやすいという問題がある。
【００１３】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、発光装置に用いられる光束制御部材であって、発光装置の中心軸（光軸）と略平行に配置される被照射面を均一に照らすことができるように、発光装置の中心軸（光軸）を中心とする方向によって集光力の異なる光束制御部材を提供することを目的とする。また、本発明は、この光束制御部材を有する発光装置、およびこの発光装置を有する照明装置を提供することも目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の光束制御部材は、発光素子から出射された光の進行方向を制御する光束制御部材であって、前記発光素子から出射された光を入射する入射面と、前記入射面から入射した光の一部を全反射する全反射面と、前記入射面から入射した光の一部および前記全反射面で反射した光を出射する出射面とを有し、前記入射面は、前記発光素子と対向する位置に、前記光束制御部材の中心軸と交わるように形成され、前記出射面は、前記入射面の反対側の位置に、前記光束制御部材の中心軸と交わるように形成され、前記全反射面は、前記光束制御部材の中心軸を取り囲み、かつ前記入射面側から前記出射面側に向かって、漸次、直径が拡大するように形成され、前記出射面は、前記発光素子の発光中心の位置が原点となり、前記光束制御部材の中心軸がｚ軸と一致し、かつ前記発光素子の発光中心から前記出射面に向かう方向がｚ軸の正方向となるように、前記光束制御部材を３次元直交座標系に配置したときに、以下の式（１）および式（２）を満たす、構成を採る。
ΔＺ１＞ΔＺ２      …（１）
ΔＺ２≠０        …（２）
ただし、ΔＺ１は、前記光束制御部材の中心軸と前記出射面との交点のｚ座標の値から、前記出射面において最もｙ座標の値が大きい点のｚ座標の値を引いた値であり、ΔＺ２は、前記光束制御部材の中心軸と前記出射面との交点のｚ座標の値から、前記出射面において最もｘ座標の値が大きい点のｚ座標の値を引いた値であり、前記光束制御部材は、ΔＺ２の値が最も小さくなるように３次元直交座標系に配置されるものとする。
【００１５】
本発明の発光装置は、前記光束制御部材と発光素子とを有し、前記光束制御部材は、前記光束制御部材の中心軸が前記発光素子の光軸と合致するように配置されている、構成を採る。
【００１６】
本発明の照明装置は、前記発光装置と、前記発光装置からの光を照射される平面状の被照射面とを有し、前記発光装置は、前記３次元直交座標系のｘ軸が前記被照射面に対して平行になるように配置されている、構成を採る。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の光束制御部材を有する発光装置は、従来の発光装置に比べて被照射面をより均一に照らすことができる。また、本発明の照明装置は、従来の照明装置に比べてより均一に被照射面を照らすことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１Ａは、直下方式の内照式看板の例を示す斜視図であり、図１Ｂは、中空エッジライト方式の内照式看板の例を示す斜視図である。
【図２】複数の発光装置を有する中空エッジライト方式の内照式看板の例を示す斜視図である。
【図３】図３Ａは、回転対称の出射面を有する光束制御部材を含む発光装置を有する中空エッジライト方式の内照式看板の被照射面を示す正面図であり、図３Ｂは、略シリンドリカル形状の出射面を有する光束制御部材を含む発光装置を有する中空エッジライト方式の内照式看板の被照射面を示す正面図である。
【図４】実施の形態１の発光装置の斜視図である。
【図５】図５Ａは、実施の形態１の発光装置の正面図である。図５Ｂは、実施の形態１の発光装置の側面図である。
【図６】図６Ａは、実施の形態１の発光装置の平面図である。図６Ｂは、実施の形態１の発光装置の底面図である。
【図７】図７Ａは、図５Ａに示されるＡ−Ａ線の断面図である。図７Ｂは、図５Ｂに示されるＢ−Ｂ線の断面図である。
【図８】図８Ａは、出射面の母線を示すための実施の形態１の発光装置の斜視図である。図８Ｂは、狭義のトロイダル形状を説明するための図である。
【図９】広義のトロイダル形状を説明するための図である。
【図１０】図１０Ａは、回転対称の出射面を有する光束制御部材の斜視図であり、図１０Ｂは、略シリンドリカル形状の出射面を有する光束制御部材の斜視図である。
【図１１】シミュレーションにおける出射光の出射角度を説明するための模式図である。
【図１２】シミュレーションにおける発光装置と被照射面との位置関係を説明するための模式図である。
【図１３】図１３Ａ，図１３Ｂは、回転対称の出射面を有する光束制御部材における、各光線と出射面との交点の位置を示す図である。
【図１４】実施の形態１の発光装置を有する中空エッジライト方式の内照式看板の被照射面を示す正面図である。
【図１５】実施の形態１の照明装置の斜視図である。
【図１６】実施の形態１の照明装置の部分拡大平面図である。
【図１７】図１７Ａは、両面方式の内照式照明装置の例を示す断面図である。図１７Ｂは、片面方式の内照式照明装置の例を示す断面図である。図１７Ｃは、外照式照明装置の例を示す断面図である。
【図１８】実施の形態２の発光装置の斜視図である。
【図１９】図１９Ａは、実施の形態２の発光装置の正面図である。図１９Ｂは、実施の形態２の発光装置の側面図である。
【図２０】図２０Ａは、実施の形態２の発光装置の平面図である。図２０Ｂは、実施の形態２の発光装置の底面図である。
【図２１】図２１Ａは、図１９Ａに示されるＡ−Ａ線の断面図である。図２１Ｂは、図１９Ｂに示されるＢ−Ｂ線の断面図である。
【図２２】実施の形態３の発光装置の斜視図である。
【図２３】図２３Ａは、実施の形態３の発光装置の正面図である。図２３Ｂは、実施の形態３の発光装置の背面図である。図２３Ｃは、実施の形態３の発光装置の側面図である。
【図２４】図２４Ａは、実施の形態３の発光装置の平面図である。図２４Ｂは、実施の形態３の発光装置の底面図である。
【図２５】図２３Ｃに示されるＡ−Ａ線の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００２０】
（実施の形態１）
［発光装置の構成］
図４〜７は、本発明の実施の形態１の発光装置の構成を示す図である。図４は、実施の形態１の発光装置の斜視図である。図５Ａは、実施の形態１の発光装置の正面図であり、図５Ｂは、実施の形態１の発光装置の側面図である。図６Ａは、実施の形態１の発光装置の平面図であり、図６Ｂは、実施の形態１の発光装置の底面図である。図７Ａは、図５Ａに示されるＡ−Ａ線の断面図であり、図７Ｂは、図５Ｂに示されるＢ−Ｂ線の断面図である。
【００２１】
本明細書では、図４に示されるように、発光素子１１０の発光中心が原点となり、かつ光束制御部材１２０の中心軸ＣＡがｚ軸となるように、光束制御部材１２０が３次元直交座標系に配置されているものとして、光束制御部材１２０について説明する。発光素子１１０の光軸方向（発光素子１１０の発光中心から光束制御部材１２０の出射面１２３に向かう方向）は、ｚ軸の正方向と同じである。なお、光束制御部材１２０は、後述するΔＺ２の値が最も小さくなるように３次元直交座標系に配置されるものとする。
【００２２】
図４〜７に示されるように、実施の形態１の発光装置１００は、発光素子１１０および光束制御部材１２０を有する。光束制御部材１２０は、一体成形により形成されている。光束制御部材１２０の材料は、所望の波長の光を通過させ得るものであれば特に限定されない。たとえば、光束制御部材１２０の材料は、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）やポリカーボネート（ＰＣ）、エポキシ樹脂（ＥＰ）などの光透過性樹脂、またはガラスである。
【００２３】
発光素子１１０は、発光装置１００の光源である。発光素子１１０は、例えば白色発光ダイオードなどの発光ダイオード（ＬＥＤ）である。発光素子１１０は、光束制御部材１２０の底部に形成された凹部１２４内に配置されている（図７Ａおよび図７Ｂ参照）。
【００２４】
光束制御部材１２０は、発光素子１１０から出射された光の進行方向を制御する。光束制御部材１２０は、その中心軸ＣＡが発光素子１１０の光軸に合致するように配置されている（図７Ａおよび図７Ｂ参照）。
【００２５】
図７Ａおよび図７Ｂに示されるように、光束制御部材１２０は、発光素子１１０から出射された光を入射する入射面１２１と、入射面１２１から入射した光の一部を全反射する全反射面１２２と、入射面１２１から入射した光の一部および全反射面１２２で反射した光を出射する出射面１２３とを有する。
【００２６】
入射面１２１は、光束制御部材１２０の底部に形成された凹部１２４の内面である。入射面１２１は、発光素子１１０と対向する位置に、光束制御部材１２０の中心軸ＣＡと交わるように形成されている。入射面１２１は、中心軸ＣＡを中心とする回転対称面である。入射面１２１は、凹部１２４の天面を構成する内天面１２１ａと、凹部１２４の側面を構成するテーパ状の内側面１２１ｂとを有する。内側面１２１ｂは、内天面１２１ａ側の縁の内径寸法よりも開口縁側の内径寸法の方が大径となるように、内天面１２１ａ側から開口縁側に向かうにしたがって内径が漸増している。
【００２７】
全反射面１２２は、光束制御部材１２０の底部の外縁から出射面１２３の外縁に延びる面である。全反射面１２２の外縁と出射面１２３の外縁との間には、フランジが設けられていてもよい。全反射面１２２は、光束制御部材１２０の中心軸ＣＡを取り囲むように形成された回転対称面である。全反射面１２２の直径は、入射面１２１側（底部側）から出射面１２３側に向けて漸増している。全反射面１２２を構成する母線は、外側（中心軸ＣＡから離れる側）に凸の円弧状曲線である（図７Ａおよび図７Ｂ参照）。
【００２８】
出射面１２３は、光束制御部材１２０において入射面１２１（底部）の反対側に位置する面であり、光束制御部材１２０の中心軸ＣＡと交わるように形成されている。図４に示されるように、出射面１２３は、ｘｚ平面に対して面対称である。
【００２９】
実施の形態１の光束制御部材１２０は、出射面１２３の形状が、以下の式（１）および式（２）を満たすことを主たる特徴とする。
ΔＺ１＞ΔＺ２      …（１）
ΔＺ２≠０        …（２）
【００３０】
上記式（１）および式（２）において、ΔＺ１は、光束制御部材１２０の中心軸ＣＡ（ｚ軸）と出射面１２３との交点（出射面１２３の頂点）のｚ座標の値から、出射面１２３において最もｙ座標の値が大きい点のｚ座標の値を引いた値である。すなわち、図４および図５Ｂに示されるように、ΔＺ１は、ｙ軸方向についての、出射面１２３におけるｚ座標の変化量である。実施の形態１の光束制御部材１２０では、出射面１２３が凸形状のため、ΔＺ１は正の値である。
【００３１】
また、上記式（１）および式（２）において、ΔＺ２は、光束制御部材１２０の中心軸ＣＡ（ｚ軸）と出射面１２３（出射面１２３の頂点）との交点のｚ座標の値から、出射面１２３において最もｘ座標の値が大きい点のｚ座標の値を引いた値である。すなわち、図４および図５Ａに示されるように、ΔＺ２は、ｘ軸方向についての、出射面１２３におけるｚ座標の変化量である。実施の形態１の光束制御部材１２０では、出射面１２３が凸形状のため、ΔＺ２も正の値である。前述の通り、光束制御部材１２０は、ΔＺ２の値が最も小さくなるように３次元直交座標系に配置されるものとする（図４参照）。
【００３２】
上記式（２）は、ｙ＝０の断面（ｘｚ平面）において、出射面１２３が曲率を有していることを意味する（図５Ａ参照）。出射面が略シリンドリカル形状の光束制御部材では、ΔＺ２＝０となる。したがって、上記式（２）を満たす光束制御部材１２０の出射面１２３の形状は、略シリンドリカル形状ではない。
【００３３】
また、上記式（１）は、ｘ＝０の断面（ｙｚ平面）における出射面１２３の曲率と、ｙ＝０の断面（ｘｚ平面）における出射面１２３の曲率とが異なることを意味する（図５Ａおよび図５Ｂを比較参照）。出射面が回転対称の光束制御部材では、ΔＺ１＝ΔＺ２となる。したがって、上記式（１）を満たす光束制御部材１２０の出射面１２３の形状は、回転対称でもない。
【００３４】
光束制御部材１２０の出射面１２３の形状は、略トロイダル形状である。ここで本発明における「略トロイダル形状」とは、１）ｘｚ平面上に稜線を有し、２）ｘｚ平面に平行な任意の断面において曲率を有し、３）ｘｚ平面に平行な任意の断面において、ｘ＝０における前記出射面の曲率半径をＲ１とし、ｘ≠０の任意の点における前記出射面の曲率半径をＲ２としたとき、Ｒ１＝Ｒ２を満たす形状をいう。
【００３５】
たとえば、光束制御部材１２０の出射面１２３の形状は、狭義のトロイダル形状である。ここで「狭義のトロイダル形状」とは、３次元直交座標系において、ｙ＝０であるｘｚ平面に平行な断面における出射面１２３の曲率中心Ｏ１の座標を（ｘ１，ｙ１，ｚ１）とし（ｙ１＝０）、ｙ≠０であるｘｚ平面に平行な断面における出射面１２３の曲率中心Ｏ２の座標を（ｘ２，ｙ２，ｚ２）としたとき、ｘ１＝ｘ２＝０、かつｚ１＝ｚ２を満たす形状をいう。
【００３６】
図８Ａおよび図８Ｂを用いて、狭義のトロイダル形状について説明する。図８Ａに示されるように、出射面１２３とｙｚ平面との交線を母線Ｇとする。この場合、出射面１２３の形状は、図８Ｂに示されるように、直線状の回転軸を中心として母線Ｇを回転させた形状の一部（出射面１２３の最大径（外縁）に合わせて切り出した部分）と一致する。すなわち、出射面１２３の母線Ｇ上の各点を通り、ｘｚ平面に平行な断面における出射面１２３の曲率半径は、断面ごとに異なり（Ｒａ≠Ｒｂ≠Ｒｃ）、これらの各断面における出射面１２３の曲率中心は、ｙ軸に平行な直線（ｙ軸をｚ軸方向に平行移動させた直線）上に位置する。
【００３７】
また、光束制御部材１２０の出射面１２３の形状は、広義のトロイダル形状であってもよい。ここで「広義のトロイダル形状」とは、３次元直交座標系において、ｙ＝０であるｘｚ平面に平行な断面における出射面１２３の曲率中心Ｏ１の座標を（ｘ１，ｙ１，ｚ１）とし、ｙ≠０であるｘｚ平面に平行な断面における出射面１２３の曲率中心Ｏ２の座標を（ｘ２，ｙ２，ｚ２）としたとき、ｘ１＝ｘ２＝０、かつｚ１≠ｚ２を満たす形状をいう。
【００３８】
図８Ａおよび図９を用いて、広義のトロイダル形状について説明する。図８Ａに示されるように、出射面１２３とｙｚ平面との交線を母線Ｇとする。この場合、出射面１２３の形状は、図９に示されるように、曲線状の回転軸を中心として母線Ｇを回転させた形状である。すなわち、出射面１２３の母線Ｇ上の各点を通り、ｘｚ平面に平行な断面における出射面１２３の曲率半径は、断面ごとに異なり（回転軸となる曲線によっては、Ｒａ＝Ｒｂ＝Ｒｃの可能性あり）、かつこれらの各断面における出射面１２３の曲率中心は、ｙｚ平面上の任意の曲線上に位置する。なお、図９において、破線で示される直線および曲線は、図８Ｂに示されている直線状の回転軸および直線状の回転軸を中心として９０°回転した後の母線Ｇである。実線と破線とを比較してわかるように、狭義のトロイダル形状と広義のトロイダル形状とでは、出射面１２３の形状が異なる。
【００３９】
出射面１２３の形状が狭義のトロイダル形状または広義のトロイダル形状のいずれの場合においても、発光装置１００と被照射面との位置関係に応じて曲率半径Ｒａ，Ｒｂ，Ｒｃをそれぞれ別個に調整することで、ｘ軸方向およびｙ軸方向の配光をそれぞれ精密に制御することができる。
【００４０】
［光束制御部材の配光特性のシミュレーション］
図４〜７に示される実施の形態１の光束制御部材１２０の配光特性をシミュレーションした。出射面１２３の形状は、狭義のトロイダル形状である。また、比較のため、図１０Ａおよび図１０Ｂに示される、回転対称の出射面を有する光束制御部材と、略シリンドリカル形状の出射面を有する光束制御部材の配光特性もシミュレーションした。今回のシミュレーションでは、図１１に示されるように、発光素子の発光中心（原点）から角度（θ、γ）で出射された光の光路を計算した。各光束制御部材のサイズはほぼ同じであり、出射面の外縁はｘ＝±８.０およびｙ＝±８.０を通る（図１３参照）。図１２に示されるように、光束制御部材のｘｚ平面と平行になるように、ｙ＝−２０.０の位置に被照射面２２０が配置されていると仮定した。
【００４１】
表１〜表３は、γ＝１８０°の出射光（平面視したときに被照射面に対して垂直方向に向かう光）の光路のシミュレーション結果を示す表である。この表では、各光線が光束制御部材の各面（入射面、全反射面および出射面）ならびに被照射面と交わる点の座標を示している。一例として、回転対称の出射面を有する光束制御部材（図１０Ａ参照）の出射面の平面図における、各光線の交点の位置を図１３Ａに示す。
【００４２】
【表１】
0005889065.tif 000002
【００４３】
【表２】
0005889065.tif 000003
【００４４】
【表３】
0005889065.tif 000004
【００４５】
表１〜表３から、θが大きい出射光ほど、被照射面の上部（ｚの値が大きい領域）に到達することがわかる。表１〜表３に示されるように、γ＝１８０°の方向については、トロイダル形状の出射面を有する光束制御部材（図４〜７参照）と、回転対称の出射面を有する光束制御部材（図１０Ａ参照）と、略シリンドリカル形状の出射面を有する光束制御部材（図１０Ｂ参照）との間で、配光特性に違いはなかった。すなわち、各光束制御部材の間で、ｙ軸方向の配光特性に違いはなかった。
【００４６】
表４〜表６は、γ≠１８０°の出射光（平面視したときに被照射面に対して斜め方向に向かう光）の光路のシミュレーション結果を示す表である。この表でも、各光線が光束制御部材の各面（入射面、全反射面および出射面）ならびに被照射面と交わる点の座標を示している。一例として、出射面が回転対称の光束制御部材（図１０Ａ参照）の出射面の平面図における、各光線の交点の位置を図１３Ｂに示す。
【００４７】
【表４】
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【００４８】
【表５】
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【００４９】
【表６】
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【００５０】
表４〜表６から、回転対称の出射面を有する光束制御部材（図１０Ａ参照）は、ｘの値が小さく、かつｚの値が大きいことから、集光力が非常に強いことがわかる。このように集光力が強すぎる光束制御部材を含む発光装置をｘｚ平面に平行な被照射面２２０を有する内照式看板に使用した場合、隣接する発光装置間に対応する位置の被照射面を照らす光量が不足するため、発光装置に対応する位置の明部４０が目立ってしまう（図３Ａ参照）。言い換えれば、隣り合う明部４０間に暗部が発生してしまいやすい。
【００５１】
また、略シリンドリカル形状の出射面を有する光束制御部材（図１０Ｂ参照）は、回転対称の出射面を有する光束制御部材に比べて、ｘ軸方向に光を拡げることが可能であることがわかる（ｘの値が大きい）。しかしながら、略シリンドリカル形状の出射面を有する光束制御部材は、出射面のｘ軸方向の曲率を調整することができないため、発光装置の間隔に合わせて出射光の拡がりを調整することができない。このため、略シリンドリカル形状の出射面を有する光束制御部材を含む発光装置を内照式看板に使用した場合、発光装置間に輝部５０が発生してしまいやすい（図３Ｂ参照）。
【００５２】
一方、トロイダル形状の出射面を有する光束制御部材１２０（図４〜７参照）は、略シリンドリカル形状の出射面を有する光束制御部材と同様に、ｘ軸方向に光を拡げることが可能である（ｘの値が大きい）。さらに、トロイダル形状の出射面を有する光束制御部材１２０では、ｘ軸方向の曲率を調整することができるため、発光装置１００の間隔に合わせてｘ軸方向の出射光の拡がりを調整することができる。実際、表４〜表６では、略シリンドリカル形状の出射面を有する光束制御部材よりも、トロイダル形状の出射面を有する光束制御部材１２０の方が、ｘの値が小さくなっている。このため、トロイダル形状の出射面を有する光束制御部材１２０を含む発光装置１００を内照式看板に使用した場合、図１４に示されるように、発光装置１００間に明部４０も輝部５０も発生しにくい。
【００５３】
［照明装置の構成］
次に、実施の形態１の発光装置１００を含む照明装置について説明する。ここでは、本発明の照明装置の代表例として、内照式の照明装置（例えば内照式看板）について説明する。
【００５４】
図１５は、実施の形態１の照明装置２００の斜視図である。図１６は、実施の形態１の照明装置２００の部分拡大平面図である。なお、図１６では、天板２３０を省略している。
【００５５】
図１５および図１６に示されるように、照明装置２００は、基板２１０、複数の発光装置１００、２枚の被照射面２２０ａ，ｂおよび天板２３０を有する。
【００５６】
基板２１０は、照明装置２００の底面を構成する矩形状の平板である。一方、天板２３０は、照明装置２００の天面を構成する矩形状の平板である。基板２１０および天板２３０は、発光装置１００から出射された光を反射することで、照明装置２００内の明るさおよび照度分布を向上させる。
【００５７】
複数の発光装置１００は、被照射面２２０ａ，ｂと平行な直線上に一列に並ぶように、基板２１０上に配置されている。通常、複数の発光装置１００は、発光装置１００の中心間距離Ｐが一定となるように配置されている（図１６参照）。複数の発光装置１００は、それぞれ、前述の３次元直交座標系のｘｚ平面が被照射面２２０ａ，ｂと平行になるように配置されている。
【００５８】
被照射面２２０ａ，ｂは、照明装置２００の側面を構成する矩形状の平板である。被照射面２２０ａ，ｂは、各発光装置１００のｘｚ平面と平行になるように、互いに対向して配置されている。たとえば、被照射面２２０ａ，ｂには、広告用の文字やイラストなどが描かれている。
【００５９】
照明装置２００は、内部に配置された発光装置１００から出射された光により被照射面２２０ａ，ｂを照らすことで使用される。
【００６０】
［効果］
実施の形態１の発光装置１００は、発光装置１００間の中心間距離Ｐ（図１６参照）や発光装置１００と被照射面との間隔などに応じて、出射面１２３のｘ軸方向の曲率とｙ軸方向の曲率をそれぞれ別個に調整することで、ｘ軸方向およびｙ軸方向の配光をそれぞれ別個に制御することができる。したがって、発光装置１００を含む照明装置２００では、暗部４０および輝部５０をほとんど発生させることなく、被照射面２２０ａ，ｂを均一に照らすことができる（図１４参照）。
【００６１】
なお、上記の説明では、２つの被照射面２２０ａ，ｂを有する内照式照明装置の例について説明したが、本発明の照明装置はこれに限定されない。本発明の照明装置は、図１７Ａに示されるように、２つの被照射面２２０ａ，ｂを有する両面方式の内照式照明装置であってもよいが、図１７Ｂに示されるように、１つの被照射面２２０を有する片面方式の内照式照明装置であってもよい。後者の場合、被照射面２２０に対向する面は、反射面２４０であることが好ましい。また、本発明の照明装置は、図１７Ｃに示されるように、外照式照明装置であってもよい。いずれの態様においても、発光装置１００は、３次元直交座標系のｘ軸が被照射面２２０に対して平行になるように配置されている。
【００６２】
（実施の形態２）
［発光装置の構成］
図１８〜２１は、本発明の実施の形態２の発光装置の構成を示す図である。図１８は、実施の形態２の発光装置の斜視図である。図１９Ａは、実施の形態２の発光装置の正面図であり、図１９Ｂは、実施の形態２の発光装置の側面図である。図２０Ａは、実施の形態２の発光装置の平面図であり、図２０Ｂは、実施の形態２の発光装置の底面図である。図２１Ａは、図１９Ａに示されるＡ−Ａ線の断面図であり、図２１Ｂは、図１９Ｂに示されるＢ−Ｂ線の断面図である。なお、図４〜７に示される実施の形態１の発光装置１００と同一の構成要素については、同一の符号を付してその説明を省略する。
【００６３】
図１８〜２１に示されるように、実施の形態２の発光装置３００は、発光素子１１０、および光束制御部材３１０を有する。光束制御部材３１０は、その中心軸ＣＡが発光素子１１０の光軸に合致するように配置されている。実施の形態１と同様に、以下の説明では、光束制御部材３１０が３次元直交座標系に配置されているものとする。
【００６４】
図２１に示されるように、光束制御部材３１０は、発光素子１１０から出射された光を入射する入射面１２１と、入射面１２１から入射した光の一部を全反射する全反射面１２２と、入射面１２１から入射した光の一部および全反射面１２２で反射した光を出射する出射面３１１とを有する。実施の形態２の光束制御部材３１０は、出射面３１１の形状のみが実施の形態１の発光装置１００と異なる。そこで、図１８〜２１を参照して、出射面３１１の形状について説明する。
【００６５】
実施の形態２の光束制御部材３１０では、出射面３１１の形状が、鞍のような形状（鞍形状）になっている。実施の形態２の光束制御部材３１０は、実施の形態１の光束制御部材１１０と同様に、出射面３１１の形状が以下の式（１）および式（２）を満たしている。
ΔＺ１＞ΔＺ２      …（１）
ΔＺ２≠０        …（２）
【００６６】
前述の通り、上記式（１）および式（２）において、ΔＺ１は、光束制御部材３１０の中心軸ＣＡ（ｚ軸）と出射面３１１との交点のｚ座標の値から、出射面３１１において最もｙ座標の値が大きい点のｚ座標の値を引いた値である。すなわち、図１８および図１９Ｂに示されるように、ΔＺ１は、ｙ軸方向についての、出射面３１１におけるｚ座標の変化量である。実施の形態２の光束制御部材３１０では、ΔＺ１は正の値である。
【００６７】
また、上記式（１）および式（２）において、ΔＺ２は、光束制御部材３１０の中心軸ＣＡ（ｚ軸）と出射面３１１との交点のｚ座標の値から、出射面３１１において最もｘ座標の値が大きい点のｚ座標の値を引いた値である。すなわち、図１８および図１９Ａに示されるように、ΔＺ２は、ｘ軸方向についての、出射面３１１におけるｚ座標の変化量である。実施の形態２の光束制御部材３１０では、出射面３１１が鞍のような形状のため、ΔＺ２は負の値である。前述の通り、光束制御部材３１０は、ΔＺ２の値が最も小さくなるように３次元直交座標系に配置されるものとする（図１８参照）。
【００６８】
上記式（２）は、ｙ＝０の断面（ｘｚ平面）において、出射面３１１が曲率を有していることを意味する（図１９Ａ参照）。出射面が略シリンドリカル形状の光束制御部材では、ΔＺ２＝０となる。したがって、上記式（２）を満たす光束制御部材３１０の出射面３１１の形状は、略シリンドリカル形状ではない。
【００６９】
また、上記式（１）は、ｘ＝０の断面（ｙｚ平面）における出射面３１１の曲率と、ｙ＝０の断面（ｘｚ平面）における出射面１２３の曲率とが異なることを意味する（図１９Ａおよび図１９Ｂを比較参照）。出射面が回転対称の光束制御部材では、ΔＺ１＝ΔＺ２となる。したがって、上記式（２）を満たす光束制御部材３１０の出射面３１１の形状は、回転対称でもない。
【００７０】
図１８に示されるように、光束制御部材３１０の出射面３１１の形状は、鞍形状である。ここで「鞍形状」とは、１）ｘｚ平面に対して面対称であり、２）ｘ軸方向およびｙ軸方向のいずれにおいても曲率を有し、３）ｘ軸方向の曲率の曲率中心は出射面３１１に対してｚ軸の正の方向に位置するのに対し、ｙ軸方向の曲率の曲率中心は出射面３１１に対してｚ軸の負の方向に位置する形状をいう。
【００７１】
ｙ＝０の断面（ｘｚ平面）における出射面３１１の曲率半径をＲａとし、ｙ≠０の断面（ｘｚ平面に平行な任意の平面）における出射面３１１の曲率半径をＲｂとしたとき、ＲａおよびＲｂは、同じ値であってもよいし、異なる値であってもよい。いずれの場合においても、発光装置３００と被照射面との位置関係に応じて曲率半径Ｒａ，Ｒｂをそれぞれ別個に調整することで、ｘ軸方向およびｙ軸方向の配光をそれぞれ精密に制御することができる。
【００７２】
［効果］
実施の形態２の発光装置３００は、実施の形態１の発光装置１００と同様に、ｘ軸方向およびｙ軸方向の配光を制御して、被照射面を均一に照らすことができる。したがって、発光装置３００を含む照明装置では、被照射面の照度分布をより均一にすることができる。
【００７３】
（実施の形態３）
［発光装置の構成］
図２２〜２５は、本発明の実施の形態３の発光装置の構成を示す図である。図２２は、実施の形態３の発光装置の斜視図である。図２３Ａは、実施の形態３の発光装置の正面図であり、図２３Ｂは、実施の形態３の発光装置の背面図であり、図２３Ｃは、実施の形態３の発光装置の側面図である。図２４Ａは、実施の形態３の発光装置の平面図であり、図２４Ｂは、実施の形態３の発光装置の底面図である。図２５は、図２３Ｃに示されるＡ−Ａ線の断面図である。なお、図４〜７に示される実施の形態１の発光装置１００および図１８〜２１に示される実施の形態２の発光装置３００と同一の構成要素については、同一の符号を付してその説明を省略する。
【００７４】
図２２〜２５に示されるように、実施の形態３の発光装置４００は、発光素子１１０、および光束制御部材４１０を有する。光束制御部材４１０は、その中心軸ＣＡが発光素子１１０の光軸に合致するように配置されている。実施の形態１，２と同様に、以下の説明では、光束制御部材４１０が３次元直交座標系に配置されているものとする。
【００７５】
図２２および図２５に示されるように、光束制御部材４１０は、発光素子１１０から出射された光を入射する入射面１２１と、入射面１２１から入射した光の一部を全反射する全反射面１２２と、入射面１２１から入射した光の一部および全反射面１２２で反射した光を出射する出射面４１１とを有する。実施の形態３の光束制御部材４１０は、出射面４１１の形状のみが実施の形態１の発光装置１００および実施の形態２の発光装置３００と異なる。そこで、図２２〜２５を参照して、出射面４１１の形状について説明する。
【００７６】
実施の形態３の光束制御部材４１０では、出射面４１１は、互いに形状の異なる２つの出射面（第１出射面４１１ａおよび第２出射面４１１ｂ）を含む。第１出射面４１１ａは、実施の形態２の光束制御部材３１０の出射面３１１の一部と同じ形状（鞍形状）である。したがって、第１出射面４１１ａは、出射面３１１と同様に以下の式（１）および式（２）を満たしている。
ΔＺ１＞ΔＺ２      …（１）
ΔＺ２≠０        …（２）
一方、第２出射面４１１ｂは、光束制御部材４１０の中心軸ＣＡを回転軸として母線を回転させて形成された円錐面の一部である。
【００７７】
図２２に示されるように、出射面４１１のうち、３次元直交座標系のｙ＜０の空間に含まれる領域の一部または全部が第２出射面４１１ｂとなる。一方、出射面４１１のうち、３次元直交座標系のｙ≧０の空間に含まれる領域は、すべて第１出射面４１１ａとなる。したがって、出射面４１１においてｙ座標の値が最も大きい点も、ｘ座標の値が最も大きい点も第１出射面４１１ａ内に位置する。そして、前述の通り、第１出射面４１１ａは上記の式（１）および式（２）を満たしていることから、出射面４１１全体としても、上記の式（１）および式（２）を満たしている。
【００７８】
なお、光束制御部材４１０を平面視したとき、光束制御部材４１０の中心軸ＣＡに対する第２出射面４１１ｂが存在する角度θ（図２４Ａ参照）は、０°＜θ＜１８０°の範囲内であれば特に限定されない。図２４Ａに示される例では、θ≒１８０°（ただしθ＜１８０°）であるが、例えばθ＝９０°であってもよい。
【００７９】
［効果］
実施の形態３の光束制御部材４１０は、第１出射面４１１ａでは光をｘ軸方向およびｙ軸方向に広げるが、第２出射面４１１ｂでは光を集光させる。このため、実施の形態３の光束制御部材４１０は、出射面４１１に占める第２出射面４１１ｂの割合を制御することで、光の広配光化と集光とのバランスを調整することができる。したがって、光束制御部材４１０を含む照明装置では、被照射面の照度分布をより均一にすることができる。
【産業上の利用可能性】
【００８０】
本発明の発光装置および照明装置は、例えば、内照式看板や外照式看板、間接照明などに適用することができる。
【符号の説明】
【００８１】
１０  被照射面
２０  発光装置
３０  基板
４０  明部
５０  輝部
１００，３００，４００  発光装置
１１０  発光素子
１２０，３１０，４１０  光束制御部材
１２１  入射面
１２１ａ  内天面
１２１ｂ  内側面
１２２  全反射面
１２３，３１１，４１１  出射面
１２４  凹部
２００  照明装置
２１０  基板
２２０，２２０ａ，２２０ｂ  被照射面
２３０  天板
２４０  反射面
４１１ａ  第１出射面
４１１ｂ  第２出射面
ＣＡ  中心軸
【図１】
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【図２】
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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１５】
0005889065.tif 000020
【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図３】
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【図１４】
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