(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源から出射された光が光入射面から入射され、この光入射面から入射した光を導光し、光出射面から照明光として出射する導光体において、
前記光入射面の前記光源に対向する前面が凸レンズとして構成されていると共に、光が導光される導光部を挟んで照明方向の前側に配置される前側面と、照明方向の後側に配置される後側面とを有し、
前記前側面は、前記前側面の法線であって、前記前側面から前記導光部の外部に向かう法線が前記光源の光軸に交差する第１面と、前記法線が前記光軸と交差しない第２面とを有し、
前記導光部の光の導光方向に向かって順に、前記第１面と前記第２面とが配置され、  
前記第１面は、前記光入射面から入射した光の一部を前記第２面に向けて全反射することができる面であり、
前記第２面は、前記第１面で全反射された光の一部を照明方向の後側に向けて全反射することができる面であり、
前記後側面は、前記前側面の法線方向における前記前側面との間隔が、全体として、光軸から外側に向かう程せまくなるように配置され、前記第２面で全反射された光の一部を、前記光源に対し外方向、かつ照明方向の後方に向けて全反射させることができる面を有し、
前記光入射面、前記前側面および前記後側面は、前記光源から出射された光の一部を、前記光源が実装された実装面よりも後側に配光することができるように構成されている、
ことを特徴とする導光体。
【請求項２】
光源から出射された光が光入射面から入射され、この光入射面から入射した光を導光し、光出射面から照明光として出射する導光体において、
前記光入射面の前記光源に対向する前面が凸レンズとして構成されていると共に、光が導光される導光部を挟んで照明方向の前側に配置される前側面と、照明方向の後側に配置される後側面とを有し、
前記前側面は、前記前側面の法線であって、前記前側面から前記導光部の外部に向かう法線が前記光源の光軸に交差する第１面と、前記法線が前記光軸と交差しない第２面とを有し、
前記導光部の光の導光方向に向かって順に、前記第１面と前記第２面とが配置され、  
前記第１面は、前記光入射面から入射した光の一部を前記第２面に向けて全反射することができる面であり、
前記第２面は、前記第１面で全反射された光の一部を照明方向の後側に向けて全反射することができる面であり、
前記後側面は、法線の方向が異なると共に前記方向の異なる法線が前記後側面の後方で交差し、外側から内側に向かって全体として後方に傾斜する面を有し、その傾斜面の前記後側面に占める割合が、前記後側面のその他の面が占める割合に比べて、大きくなるように構成されており、
前記光入射面、前記前側面および前記後側面は、前記光源から出射された光の一部を、前記光源が実装された実装面よりも後側に配光することができるように構成されている、
ことを特徴とする導光体。
【請求項３】
請求項１または２に記載される導光体であって、
前記第１面および前記第２面の少なくとも一方は、前記光入射面から入射した光を２回以上全反射する面である、
ことを特徴とする導光体。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項に記載の導光体であって、
前記第１面および前記第２面は、それぞれ連続する曲面にて構成されている、
ことを特徴とする導光体。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１項に記載の導光体において、
前記導光部には、光散乱微粒子が含有されている、
ことを特徴とする導光体。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか１項に記載の導光体と、
前記導光体に光を入射させる光源と、
を有す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、導光体および照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）のハイパワー化、高効率化により、白熱電球の代替えとして、ＬＥＤ照明装置が実用化されてきている。白熱電球は、発光部（フィラメント）がガラスの球殻内の空間に配置され、口金との間に距離があるため、口金の後方（口金に対してフィラメントが配置される方向とは反対の方向）にも光が出射される配光特性を有する。一方、ＬＥＤ照明装置は、発光部が基板に搭載されているため、基板の後方方向（基板に対して発光部が搭載される方向とは反対の方向）に光を出射させ難いという特性がある。そのため、ＬＥＤ照明装置においても白熱電球の配光特性を得られるように、たとえば、特許文献１には、ＬＥＤから出射した光を導光体および光源カバーを用いて基板の後方方向に出射させる構成が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−２８９６９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述の先行技術文献の発明では、光源カバーを用いる必要があり、部品点数の増加を招くという問題がある。
【０００５】
そこで、本発明は、部品点数の増加を抑えて、ＬＥＤから出射した光を基板の後方に出射させることができる導光体および照明装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、光源から出射された光が光入射面から入射され、この光入射面から入射した光を導光し、光出射面から照明光として出射する導光体において、光入射面の光源に対向する前面が凸レンズとして構成されていると共に、光が導光される導光部を挟んで照明方向の前側に配置される前側面と、照明方向の後側に配置される後側面とを有し、前側面は、前側面の法線であって、前側面から導光部の外部に向かう法線が光源の光軸に交差する第１面と、法線が光軸と交差しない第２面とを有し、導光部の光の導光方向に向かって順に、第１面と第２面とが配置され、第１面は、光入射面から入射した光の一部を第２面に向けて全反射することができる面であり、第２面は、第１面で全反射された光の一部を照明方向の後側に向けて全反射することができる面であり、後側面は、前側面の法線方向における前側面との間隔が、全体として、光軸から外側に向かう程せまくなるように配置され、第２面で全反射された光の一部を、光源に対し外方向、かつ照明方向の後方に向けて、全反射または屈折させることができる面を有し、光入射面、前側面および後側面は、光源から出射された光の一部を、光源が実装された実装面よりも後側に配光することができるように構成されていることとする。
また、上記目的を達成するため、光源から出射された光が光入射面から入射され、この光入射面から入射した光を導光し、光出射面から照明光として出射する導光体において、光入射面の光源に対向する前面が凸レンズとして構成されていると共に、光が導光される導光部を挟んで照明方向の前側に配置される前側面と、照明方向の後側に配置される後側面とを有し、前側面は、前側面の法線であって、前側面から導光部の外部に向かう法線が光源の光軸に交差する第１面と、法線が光軸と交差しない第２面とを有し、導光部の光の導光方向に向かって順に、第１面と第２面とが配置され、第１面は、光入射面から入射した光の一部を第２面に向けて全反射することができる面であり、第２面は、第１面で全反射された光の一部を照明方向の後側に向けて全反射することができる面であり、後側面は、法線の方向が異なると共に方向の異なる法線が後側面の後方で交差し、外側から内側に向かって全体として後方に傾斜する面を有し、その傾斜面の後側面に占める割合が、後側面のその他の面が占める割合に比べて、大きくなるように構成されており、光入射面、前側面および後側面は、光源から出射された光の一部を、光源が実装された実装面よりも後側に配光することができるように構成されていることとする。
【０００７】
上記導光体の第１面および第２面の少なくとも一方は、光入射面から入射した光を２回以上全反射する面であることとするのが好ましい。
【０００８】
上記導光体の第１面および前記第２面は、それぞれ連続する曲面にて構成されていることが好ましい。
【０００９】
上記導光体は、導光部に光散乱微粒子が含有されていることが好ましい。
【００１０】
上記目的を達成するため、照明装置に、上記導光体と、この導光体に光を入射させる光源とを有することとする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明では、部品点数の増加を抑えて、ＬＥＤから出射した光を基板の後方に出射させることができる導光体および照明装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る導光体および照明装置の構成を示す斜視図である。
【図２】図１に示す照明装置について、導光体および光拡散カバーの部分を断面にて示した図である。
【図３】図１に示す導光体の断面の構成と、導光体、ＬＥＤ、プリント基板および台座面との配置関係を示す図である。
【図４】導光体を透過する光の光路の例を示す図である。
【図５】導光体を透過する光の光路の例を示す図である。
【図６】図１および図２に示す導光体から出射される光の配光状態と輝度分布のグラフである。
【図７】図１および図２に示す導光体に光散乱粒子を含有させたときの光の配光状態と輝度分布のグラフである。
【図８】図１および図２に示す導光体に光散乱粒子を含有させたときの光の配光状態と輝度分布のグラフである。
【図９】図８に示す配光状態と輝度分布の導光体を備える照明装置に、光拡散カバーを装填したときの照明光の配光状態と輝度分布のグラフである。
【図１０】本発明の第２の実施の形態に係る導光体および照明装置の構成を示す斜視図である。
【図１１】図１０に示す照明装置について、導光体および光拡散カバーの部分を断面にて示した図である。
【図１２】図１１に示すＡ部分の拡大図である。
【図１３】導光体を透過する光の光路の例を示す図である。
【図１４】導光体を透過する光の光路の例を示す図である。
【図１５】単一真球粒子による散乱光強度の角度分布（Α、Θ）を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
（第１の実施の形態）
以下、本発明の第１の実施の形態に係る導光体１および照明装置２の構成について、図面を参照しながら説明する。
【００１４】
（照明装置２の概略構成）
図１は、本発明の実施の形態に係る照明装置２を側面から見た図（側面図）である。図２は、図１に示す照明装置２について、導光体１および光拡散カバー３の部分を、光軸Ｘ１を含む面における断面にて示した図（一部断面図）である。図１に示す矢印Ｙ１方向は、照明装置２の照明方向（前方／前側）であり、この反対方向である矢印Ｙ２方向が後方（後側）である。光軸Ｘ１は、後述するＬＥＤ５の光軸であり、ＬＥＤ５の配光角の中心線（配光角の二等分線）である。また、照明方向とは、照明装置２から出射する照明光の出射方向であって、光軸Ｘ１に沿う方向である。なお、以下の説明において、前後方向に直交する方向、すなわち、光軸Ｘ１と直交する方向を側方として記載する。
【００１５】
照明装置２は、発光機構部４と、導光体１と、光拡散カバー３とを有している。発光機構部４は、光源としてのＬＥＤ５と、プリント基板６と、筐体７とを有している。ＬＥＤ５は、プリント基板６に実装され、図示外の電源から供給される電力により発光可能とされている。ＬＥＤ５が実装されたプリント基板６は、筐体７の前端面である台座面８に取り付けられている。筐体７の内部には、ＬＥＤ５から発生する熱を放熱するための放熱フィンや電源から供給される電力を変圧するための電源ユニットが備えられている。
【００１６】
導光体１は、ＬＥＤ５を側方から前方に亘って覆うことができるように配置されている。導光体１は、台座面８に対して取り付けられている。ＬＥＤ５は、プリント基板６の実装面９に実装されている。ＬＥＤ５が実装面９に実装されているため、ＬＥＤ５から出射した光は、実装面９よりも後方側にほとんど配光されない。しかしながら、後述するように、導光体１は、ＬＥＤ５から出射した光を実装面９よりも後方側に配光することができるように構成されている。したがって、導光体１を備える照明装置２は、照明光の配光角が１８０度を超えるものとなっている。
【００１７】
（導光体１の構成）
図３は、導光体１の光軸Ｘ１を含む面における断面の構成と、導光体１、ＬＥＤ５、プリント基板６および台座面８との配置関係を示す図である。図３は、断面図であるが、図面を判り易くするため、ハッチングを省略している。図４，５についても同様にハッチングを省略している。導光体１は、光軸Ｘ１を中心にして回転させた回転対称の形状を呈している。すなわち、導光体１は、図３に示す断面を、光軸Ｘ１を中心にして回転させた回転体を呈し、導光体１の光軸は、光軸Ｘ１に一致している。なお、以下の説明において、光軸Ｘ１から離れる方向を外方向（外側）、光軸Ｘ１に近づく方向を内方向（内側）として説明を行うこととする。
【００１８】
導光体１は、透明体であり、たとえば、透明のポリメチルメタクリレート樹脂（以下、「ＰＭＭＡ」と略記する。）により形成することができるほか、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＰ（ポリプロピレン）、ＰＣ（ポリカーボネート）ベンジルメタクリレート、ＭＳ樹脂、あるいはＣＯＰ（シクロオレフィンポリマー）等により形成することもできる。
【００１９】
導光体１は、図３に示すように、全体として、中央部が後方に凹んだドーム形状を呈し、光入射面１０と、導光部１１と、前側面１２と、後側面１３とを有している。光入射面１０は、中央部に形成され、光入射面１０の周囲に、導光部１１、前側面１２および後側面１３が配置されている。光入射面１０、導光部１１、前側面１２および後側面１３は、光軸Ｘ１に対して対象な形状に形成されている。光入射面１０は、導光体１の後方から前方に向かって凹む凹部１４の底面となる前面１５と、凹部１４の側面１６とにより構成される。前面１５は、内側に向かって後方に円弧状に突出する凸面に形成されている。すなわち、前面１５は、凸レンズとして構成されている。また、側面１６は、光軸Ｘ１の周囲に円筒状に形成されている。
【００２０】
導光体１は、光軸Ｘ１を中心とする回転対象の形状である。つまり、導光体１は、光軸Ｘ１を挟む一方側と他方側、たとえば、図３において、光軸Ｘ１を挟む左側と右側とにつては、光軸Ｘ１に対して左右対称の同一形状であり、ＬＥＤ５から出射した光に対して同一の作用効果を有する。そこで、説明を簡略化し判り易くするため、以下の説明では、図３を参照しながら、光軸Ｘ１の右半分の部分の構成を例に取って説明する。
【００２１】
導光部１１（図３に示す導光体１の右半分の部分）は、全体として前方に向けて略円弧状に膨出するドームを呈している。導光部１１を挟んで、導光部１１の前側の面が前側面１２として構成され、導光部１１の後側の面が後側面１３として構成されている。前側面１２は、光軸Ｘ１側から外方向に向かって、順に、第１面１７と第２面１８とが形成されている。第１面１７は、前側面１２に仮想される法線のうち、導光部１１が配置される側に対して反対側に向かう法線であって、光軸Ｘ１と交差する法線（たとえば、法線Ｈ１）を有する面である。第２面１８は、前側面１２に仮想される法線のうち、導光部１１が配置される側に対して反対側に向かう法線であって、光軸Ｘ１と交差しない法線（たとえば、法線Ｈ２）を有する面である。つまり、第１面１７は、外側から内側に向かって後方に傾斜する面であり、第２面１８は、内側から外側に向かって後方に傾斜する面である。
【００２２】
後側面１３は、光軸Ｘ１側から外側に向かって、順に、第３面１９と第４面２０とが形成されている。第３面１９は、後側面１３に仮想される法線のうち、導光部１１が配置される側に向かう法線であって、光軸Ｘ１と交差する法線（たとえば、法線Ｈ３）を有する面である。第４面２０は、後側面１３に仮想される法線のうち、導光部１１が配置される側に向かう法線であって、光軸Ｘ１と交差しない法線（たとえば、法線Ｈ４）を有する面である。つまり、第３面１９は、外側から内側に向かって後方に傾斜する面であり、第４面２０は、内側から外側に向かって後方に傾斜する面である。
【００２３】
前側面１２と後側面１３とは、前側面１２の法線方向における間隔（たとえば、間隔Ｗ１）が、全体として、光軸Ｘ１から外側に向かうほど狭くなるように配置されている。すなわち、導光部１１は、全体として、光軸Ｘ１から外側に向かうにつれて、肉厚が薄くなるように形成されている。導光部１１は、実装面９よりも後側に配置される部分である後方部２１を有している。したがって、第２面１８および第４面２０も、後方部２１の部分においては、実装面９よりも後側に配置される。
【００２４】
本実施の形態においては、上述の第１面１７、第２面１８、第３面１９および第４面２０は、仮想円Ｓ１と仮想円Ｓ２により規定されている。実施の形態の前側面１２は、中心Ｃ１が実装面９よりも後方であって光軸Ｘ１よりも外方向に位置する仮想円Ｓ１の円弧の一部により規定される連続した曲面にて形成されている。また、後側面１３は、仮想円Ｓ１よりも小さな半径であって、中心Ｃ２が実装面９よりも後方であって中心Ｃ１よりも外方向に位置する仮想円Ｓ２の円弧の一部により規定される連続した曲面にて形成されている。
【００２５】
次に、図４，５に示す光路を参照しながら、光入射面１０、前側面１２、および後側面１３の構成についてさらに説明を行う。図４は、ＬＥＤ５の光軸Ｘ１と交差する部分（光出射部５Ａ）から出射する光の光路を例示したものである。図５は、ＬＥＤ５の光軸Ｘ１から外れた位置である光出射部５Ｂから出射する光の光路を例示したものである。
【００２６】
図４に示すように、光入射面１０、前側面１２、および後側面１３は、光出射部５Ａから出射する光の多くを、実装面９よりも後側に配光することができるように構成されている。また、図５に示すように、光入射面１０、前側面１２、および後側面１３は、光出射部５Ｂから出射する光の多くを、実装面９よりも前側に配光することができるように構成されている。
【００２７】
つまり、光入射面１０、前側面１２および後側面１３は、ＬＥＤ５から出射する光のうち、光軸Ｘ１に近い部分から出射する光ほど、光軸Ｘ１に対する角度が大きな角度で前側面１２から出射させることができ、光軸Ｘ１から遠い部分から出射する光ほど、光軸Ｘ１に対する角度が小さくなる角度で前側面１２から出射させることがでるように構成されている。そして、光入射面１０、前側面１２、および後側面１３は、ＬＥＤ５から出射する光を、配光角が１８０度を超えるように、かつ、配光範囲における輝度の均一化が図られるように、前側面１２から出射することができるように構成されている。
【００２８】
光入射面１０の一部である前面１５は、後方に円弧状に突出する凸面であり、凸レンズの機能を有している。したがって、前面１５は、ＬＥＤ５から出射し前面１５に入射する光を、光軸Ｘ１側に屈折させることができる。図４に示すように、第１面１７は、ＬＥＤ５の光出射部５Ａから出射し前面１５から導光部１１内に入射した光の多くを、第１面１７よりも外方向に配置される第２面１８に向けて全反射することができるように構成されている。そして、第２面１８では、第１面１７で全反射された光の多くを、後方かつ外方向に向けて全反射することができるように構成されている。第４面２０は、第２面１８で全反射された光の多くを、外方向かつ後方に向けて全反射することができるように構成されている。第２面１８と第４面２０とでは、第４面２０の方が第２面１８に比べて、全反射される光の進行方向が外方向となるように（光軸Ｘ１と成す角度が大きくなるように）構成されている。
【００２９】
第１面１７で全反射される光の屈折角を大きくすることで、光の進行方向を後方に向けることもできるが、プリント基板６や台座面８により遮光されてしまい易くなる。そこで、先ず、ＬＥＤ５の光出射部５Ａから出射し前面１５から導光部１１内に入射した光の多くを、第１面１７により、この第１面１７よりも外側に配置される第２面１８に入射させるように全反射させる。そして、第１面１７で第２面１８に向けて全反射された光を、第２面１８および第４面２０により、外方向かつ後方に向けて全反射させる。このようにＬＥＤ５から出射された光を、台座面８の外側を通過させ後方に進行させることで、ＬＥＤから出射された光は、実装面９よりも後側に配光される。
【００３０】
第４面２０は、上述したように、第２面１８に比べて全反射される光の進行方向が外方向に向くように構成され、第２面１８で全反射された光が台座面８で遮光されてしまわないように、外方向かつ後方に向けて全反射させる機能を有する。第２面１８で全反射された光は、第４面２０により、第２面１８で全反射された光に比べて、光の進行方向が外方向、すなわち、配光角が小さくなる方向に全反射される。しかしながら、第４面２０の外方向には第２面１８が配置されている。そのため、第４面２０で全反射された光を後側に屈折することができ、前側面１２から出射する光の配光角を大きくすることができる。
【００３１】
また、図５に示すように、第１面１７は、ＬＥＤ５の光出射部５Ｂから出射し前面１５から導光部１１内に入射した光の一部について、第１面１７から導光部１１の外部（前方）に出射し、また、他の一部については、第３面１９に向けて全反射することができるように構成されている。第３面１９は、第１面１７で全反射された光の多くを、前方かつ外方向に向けて全反射することができるように構成されている。第２面１８は、第３面１９で全反射された光の多くを、前方かつ外方向に向けて出射することができるように構成されている。また、第３面１９は、側面１６を透過した光の多くを、第２面１８に向けて全反射することができるように構成され、第２面１８は、第３面１９で全反射された光の多くを、前方かつ外方向に向けて出射することができるように構成されている。
【００３２】
上述のように導光体１を構成することで、たとえば、ＬＥＤ５が出射した光を、図６に示す配光角の照明として導光体１から出射させることができる。配光角および輝度分布は、前側面１２および後側面１３の曲率（仮想円Ｓ１，Ｓ２の半径）、中心Ｃ１と中心Ｃ２の配置、前面１５の曲率、側面１６の大きさを適宜に設定することで、変化させることができる。
【００３３】
上述したように、導光体１は、光源としてのＬＥＤ５から出射された光が入射する光入射面１０と、この光入射面１０から入射した光を導光し、光出射面としての機能を有する前側面１２から照明光として出射することができるように構成されている。また、導光体１は、光が導光される導光部１１を挟んで照明方向の前側に配置される前側面１２と、照明方向の後側に配置される後側面１３とを有している。そして、前側面１２は、前側面１２の法線であって、前側面１２から導光部１１の外部に向かう法線がＬＥＤ５の光軸Ｘ１に交差する第１面１７と、該法線が光軸Ｘ１と交差しない第２面１８とを有している。第１面１７と第２面１８とは、順に、導光部１１の光の導光方向、すなわち内側から外側に向かって配置されている。第１面１７は、光入射面１０から入射した光の一部を第２面１８に向けて全反射することができる面であり、第２面１８は、第１面１７で全反射された光の一部を照明方向の後側に向けて全反射することができる面である。
【００３４】
導光体１は、上記のように、導光部１１の光の導光方向に向かって順に、第１面１７と第２面１８とが配置され、光入射面１０から第１面１７に入射した光の一部が第２面１８に向けて全反射され、そして、第２面１８でこの光が後方に向けて全反射されるように構成されている。このように、導光体１は、第１面１７および第２面１８を備えることで、導光体１から後方に向けて出射する光を作ることができ、導光体１から出射する光の配光角を大きくすることができる。
【００３５】
なお、導光体１は、第１面１７および第２面１８の少なくとも一方において、光入射面１０から入射した光を２回以上全反射するように構成してもよい。
【００３６】
このように全反射する回数を増やすことで、前側面１２から光が出射する位置の分散化が図られ、前側面１２から出射する光の輝度斑の低減を図ることができる。
【００３７】
本実施の形態においては、第１面１７と第２面１８は、円弧面であり、それぞれの面および第１面１７と第２面１８との接続部においても連続する曲面に形成されている。そのため、第１面１７、第２面１８で全反射する光の反射方向、および第１面１７、第２面１８から出射する光の出射方向の変化を連続的なものとし易く、前側面１２から出射する光の輝度斑の低減を図ることができる。なお、第１面１７および第２面１８の少なくとも一方を複数の平面を連続させた形状、すなわち、多面体にて構成するようにしてもよい。
【００３８】
ところで、導光体１は、導光体１を形成する透明体に光散乱微粒子を含む光散乱導光体（光を散乱させるための微小な光散乱微粒子が混錬分散された導光体）として構成してもよい。光散乱微粒子を含むことで、照度分布の均一化をより図ることができる。光散乱微粒子は、たとえば、以下に説明するシリコーン粒子により形成することができる。シリコーン粒子は、体積的に一様な散乱能が与えられた導光体であり、光散乱微粒子としての球形粒子を多数含んでいる。光散乱導光体の内部に光が入射すると、その光は光散乱微粒子によって散乱することになる。
【００３９】
ここで、光散乱粒子（シリコーン粒子）の理論的な基礎を与えるＭｉｅ散乱理論について説明する。Ｍｉｅ散乱理論は、一様な屈折率を有する媒体（マトリックス）中に該媒体と異なる屈折率を有する球形粒子（光散乱粒子）が存在するケースについてマックスウェルの電磁方程式の解を求めたものである。光散乱粒子に相当する光散乱粒子によって散乱した散乱光の角度に依存した強度分布Ｉ（Α、Θ）は下記（１）式で表される。Αは、光散乱粒子の光学的大きさを示すサイズパラメータであり、マトリックス中での光の波長λで規格化された球形粒子（光散乱粒子）の半径ｒに相当する量である。角度Θは散乱角で、入射光の進行方向と同一方向をΘ＝１８０°にとる。
【００４０】
また、（１）式中のｉ１、ｉ２は（４）式で表される。そして、（２）〜（４）式中の下添字ν付のａおよびｂは（５）式で表される。上添字１および下添字νを付したＰ（ｃｏｓΘ）は、Ｌｅｇｅｎｄｒｅの多項式、下添字ν付のａ、ｂは１次、２次のＲｅｃａｔｔｉ−Ｂｅｓｓｅｌ関数Ψ＊、ζ＊（ただし、「＊」は下添字νを意味する。）とその導関数とからなる。ｍはマトリックスを基準にした光散乱粒子の相対屈折率で、ｍ＝ｎｓｃａｔｔｅｒ／ｎｍａｔｒｉｘである。
【００４１】
【数１】
0005953021.tif 000002
【００４２】
図１５は、上記（１）〜（５）式に基づいて、単一真球粒子による強度分布Ｉ（Α、Θ）を示すグラフである。この図１５では、原点Ｇの位置に光散乱粒子としての真球粒子があり、図１５における下方から入射光が入射した場合の散乱光強度の角度分布Ｉ（Α、Θ）を示している。そして、原点Ｇから各曲線までの距離が、それぞれの散乱角方向の散乱光強度である。ひとつの曲線はΑが１．７であるときの散乱光強度、別の曲線はΑが１１．５であるときの散乱光強度、さらに別の曲線はΑが６９．２であるときの散乱光強度である。なお、図１５においては、散乱光強度を対数目盛で示している。このため、図１５では僅かな強度差として見える部分が、実際には非常に大きな差となる。
【００４３】
この図１５に示すように、サイズパラメータΑが大きくなればなるほど（ある波長λで考えた場合は真球粒子の粒径が大きくなればなるほど）、図１５における上方（照射方向の前方）に対して指向性が高く光が散乱されていることがわかる。また、実際のところ、散乱光強度の角度分布Ｉ（Α、Θ）は、入射光波長λを固定すれば、散乱子の半径ｒと、媒体および光散乱粒子の相対屈折率ｍとをパラメータとして制御することができる。
【００４４】
このような、単一真球粒子がＮ個含まれる導光体７に光が入射すると、光は真球粒子により散乱される。散乱光は光散乱導光部材中を進み、他の真球粒子により再度散乱される。ある程度以上の体積濃度で粒子を添加した場合には、このような散乱が逐次的に複数回行われた後、光が光散乱導光部材から出射する。このような散乱光がさらに散乱されるような現象を多重散乱現象と呼ぶ。このような多重散乱においては、透明ポリマーでの光線追跡法による解析は容易ではない。しかし、モンテカルロ法により光の挙動を追跡し、その特性を解析することはできる。それによると、入射光が無偏光の場合、散乱角の累積分布関数Ｆ（Θ）は下記の（６）式で表される。
【００４５】
【数２】
0005953021.tif 000003
【００４６】
ここで（６）式中のＩ（Θ）は、（１）式で表されるサイズパラメータΑの真球粒子の散乱強度である。強度Ｉｏの光が導光体７に入射し、距離ｙを透過した後、光の強度が散乱によりＩに減衰したとすると、これらの関係は下記の（７）式で表される。
【００４７】
【数３】
0005953021.tif 000004
【００４８】
この（７）式中のτは濁度と呼ばれ、媒体の散乱係数に相当するものであり、下記の（８）式のように粒子数Ｎに比例する。なお、（８）式中、σｓは散乱断面積である。
【００４９】
【数４】
0005953021.tif 000005
【００５０】
（７）式から長さＬの導光体７を散乱せずに透過する確率Ｐｔ（Ｌ）は下記の（９）式で表される。
【００５１】
【数５】
0005953021.tif 000006
【００５２】
反対に光路長Ｌまでに散乱される確率Ｐｓ（Ｌ）は下記の（１０）式で表される。
【数６】
0005953021.tif 000007
【００５３】
これらの式からわかるように、濁度τを変えることにより、光散乱導光部材内での多重散乱の度合いを制御することができる。
【００５４】
以上の関係式により、光散乱粒子のサイズパラメータΑと濁度τとの少なくとも１つをパラメータとして、導光体７内での多重散乱が制御可能である。
【００５５】
ここで、導光体７に含有されている光散乱粒子は、たとえば、平均粒径が２．４μｍの透光性のシリコーン粒子とすることができる。また、光散乱粒子による散乱係数に相当する散乱パラメータである濁度τは、τ＝０．４９（λ＝５５０ｎｍ）とすることができる。
【００５６】
導光体１に光散乱粒子を含有させることで、光散乱粒子を含有させない場合の輝度分布（図６参照）に比べて、図７、図８に示すように、輝度分布の均一化を図ることができる。図７は、光散乱粒子を０．０１重量％含有する場合の輝度分布であり、図８は、光散乱粒子を０．０３重量％含有する場合の輝度分布である。
【００５７】
なお、照明装置２は、図１、２に示すように、導光体１の周囲に光拡散カバー３を配置する構成とすることが好ましい。光拡散カバー３は、台座面８に対して取り付ける構成とすることができる。光拡散カバー３は、実装面９よりも前方に配置される前方部３Ａと実装面９よりも後方に配置される後方部３Ｂとを有し、半球を超える大きさに構成されている。つまり、光拡散カバー３は、導光体１から配光角１８０度を超えて出射する光の全部が入射することができるように構成されている。
【００５８】
光拡散カバー３は、導光体１から出射された光を拡散して出射することができるように構成されている。たとえば、光拡散カバー３は、透明樹脂に、上述した光拡散粒子を含有したり、あるいは、光拡散材としてアクリルやポリカーボネイト等の樹脂粒子を含有させたものを用いることができる。また、透明樹脂の表面にマッド処理を施すことで光拡散が行われるようにしたものを用いることができる。
【００５９】
導光体１から出射された光を、光拡散機能を有する光拡散カバー３を透過させることで、照度斑の均一化を図ることができる。具体的には、たとえば、図８に示す配光特性および輝度分布を有する導光体１を備える照明装置２に光拡散カバー３を備えることで、図９に示すように、照明光の配光角を広く保ちながら、かつ、輝度分布の均一化を図ることができる。
【００６０】
なお、上述の実施の形態では、導光体１は光軸Ｘ１に対して回転対称の形状を呈しているが、導光体１は、光軸Ｘ１に対して所定の中心角、たとえば、１８０度、あるいは９０度で切り出した部分を導光体１として用いてもよい。
【００６１】
（第２の実施の形態）
次に、本発明の第２の実施の形態に係るが導光体３０および照明装置３１の構成について、図面を参照しながら説明する。図１０は、照明装置３１の構成を示す斜視図である。図１１は、図１０に示す照明装置３１について、導光体３０の部分を、光軸Ｘ１を含む面における断面にて示した図（一部断面図）である。図１２は、図１１に示すＡ部分の拡大図である。図１２は、断面図であるが、図面を判り易くするため、ハッチングを省略している。図１３，１４についても同様にハッチングを省略している。
【００６２】
（照明装置３１の概略構成）
図１０〜１４に示す矢印Ｙ１方向は、照明装置２の照明方向（前方／前側）であり、この反対方向である矢印Ｙ２方向は後方（後側）である。なお、以下の説明において、前後方向に直交する方向、すなわち、光軸Ｘ１と直交する方向を側方として記載する。
【００６３】
照明装置３１は、発光機構部３２と、導光体３０とを有している。発光機構部３２は、光源としての複数のＬＥＤ３３と、プリント基板３４と、筐体３５とを有している。プリント基板３４は、円環状を呈している。複数のＬＥＤ３３は、プリント基板３４の円環に沿って実装されている。つまり、複数のＬＥＤ３３は、円環状に配置されている。
【００６４】
光軸Ｘ１は、複数のＬＥＤ３３が円環状に配置されて構成される光源の光軸であり、複数のＬＥＤ３３による照明光の配光の配光角の中心線（配光角の二等分線）である。ＬＥＤ３３は、図示外の電源から供給される電力により発光可能とされている。ＬＥＤ３３が実装されたプリント基板３４は、筐体３５の前端面である台座面３６に取り付けられている。筐体３５の内部には、ＬＥＤ３３から発生する熱を放熱するための放熱フィンや電源から供給される電力を変圧するための電源ユニットが備えられている。
【００６５】
導光体３０は、円環状に配置されたＬＥＤ３３に対応して円環状を呈している。したがって、各ＬＥＤ３３の前方には、導光体３０が配置されている。導光体３０は、図示を省略する支持体を介して台座面３６に対して取り付けられている。ＬＥＤ３３は、プリント基板３４の実装面３７に実装されている。ＬＥＤ３３が実装面３７に実装されているため、ＬＥＤ３３から出射した光は、実装面３７よりも後方側にほとんど配光されない。しかしながら、後述するように、導光体３０は、ＬＥＤ３３から出射した光を実装面３７よりも後方側に配光することができるように構成されている。したがって、導光体３０を備える照明装置３１は、照明光の配光角が１８０度を超えるものとなっている。
【００６６】
（導光体３０の構成）
導光体３０は、光軸Ｘ１を中心にして回転させた回転対称の形状を呈している。すなわち、導光体３０は、図１１に示す断面を、光軸Ｘ１を中心にして回転させた回転体を呈し、導光体３０の光軸は、光軸Ｘ１に一致している。なお、以下の説明において、光軸Ｘ１から離れる方向を外方向（外側）、光軸Ｘ１に近づく方向を内方向（内側）として説明を行うこととする。
【００６７】
導光体３０は、透明体であり、たとえば、透明のポリメチルメタクリレート樹脂（以下、「ＰＭＭＢ」と略記する。）により形成することができるほか、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＰ（ポリプロピレン）、ＰＣ（ポリカーボネート）ベンジルメタクリレート、ＭＳ樹脂、あるいはＣＯＰ（シクロオレフィンポリマー）等により形成することもできる。
【００６８】
導光体３０は、図１０に示すように、環状を呈している。導光体３０は、図１０から図１２に示すように、環体の外周側において、後方から前方に向かうにしたがって内側から外側に競り出るような形状を呈している。また、導光体３０は、光入射面３８と、導光部３９と、前側面４０と、後側面４１とを有している。そして、導光体３０は、全体として、前方に向けて立ち上がる立上部４２と、この立上部４２の先端部において外方向に向けて突出する突出部４３と有している。立上部４２および突出部４３は、光軸Ｘ１を中心に円環を呈するように構成されている（図１０参照）。また、光入射面３８、前側面４０および後側面４１も、それぞれ、光軸Ｘ１を中心に円環を呈するように構成されている。
【００６９】
上述のように、導光体３０は、光軸Ｘ１を中心とする回転対象の形状である。つまり、導光体３０は、光軸Ｘ１を挟む一方側と他方側、たとえば、図１１において、光軸Ｘ１を挟む左側と右側とについては、光軸Ｘ１に対して左右対称の同一形状であり、ＬＥＤ３３から出射した光に対して同一の作用効果を有する。そこで、説明を簡略化し判り易くするため、以下の説明では、図１２を参照しながら、光軸Ｘ１の右半分の部分構成を例に取って説明する。
【００７０】
導光体３０の後端面は、光入射面３８として形成されている。光入射面３８の後方には、ＬＥＤ３３が配置されている。光入射面３８は、外側から内側に向かって後方に円弧状に突出する凸面に形成されている。つまり、光入射面３８は凸レンズの機能を有している。
【００７１】
導光体３０は、導光部３９を挟んで、導光部３９の前側の面が前側面４０として構成され、導光部３９の後側の面が後側面４１として構成されている。前側面４０は、光入射面３８側から前方に向かって、順に、第１面４４、第１面４５そして第２面４６が形成されている。第１面４４および第１面４５は、立上部４２の前側面４０の部分を構成し、第２面４６は突出部４３の前側面４０の部分を構成する。
【００７２】
第１面４４は、前側面４０に仮想される法線のうち、導光部３９が配置される側に対して反対側に向かう法線であって、光軸Ｘ１と交差する法線（たとえば、法線Ｈ５）を有する面である。第１面４５も、前側面４０に仮想される法線のうち、導光部３９が配置される側に対して反対側に向かう法線であって、光軸Ｘ１と交差する法線（たとえば、法線Ｈ６）を有する面である。つまり、第１面４４および第１面４５は、第１面として構成され、外側から内側に向かって後方に傾斜する面である。第１面４４は、第１面４５に比べて勾配が急な斜面として構成されている。
【００７３】
第２面４６は、前側面４０に仮想される法線のうち、導光部３９が配置される側に対して反対側に向かう法線であって、光軸Ｘ１と交差しない法線（たとえば、法線Ｈ７）を有する面である。つまり、第２面４６は、第２面として構成され、内側から外側に向かって後方に傾斜する面である。
【００７４】
後側面４１は、全体として、外側から内側に向かって後方に傾斜する面である。具体的には、光入射面３８側から前方に向かって、順に、第３面４７、第４面４８、第５面５０そして第６面５１が形成されている。第３面４７および第４面４８は、立上部４２の後側面４１の部分を構成する。第５面５０および第６面５１は、突出部４３の後側面４１の部分を構成する。
【００７５】
第３面４７は、後側面４１に仮想される法線のうち、導光部３９が配置される側に向かう法線であって、光軸Ｘ１と交差する法線（たとえば、法線Ｈ８）を有する面である。第４面４８も、後側面４１に仮想される法線のうち、導光部３９が配置される側に向かう法線であって、光軸Ｘ１と交差する法線（たとえば、法線Ｈ９）を有する面である。第３面４７および第４面４８は、外側から内側に向かって後方に傾斜する面であり、第３面４７は、第４面４８に比べて勾配が急な斜面として構成されている。第５面５０は、光軸Ｘ１に直交する方向に形成される面である。第６面５１は、後側面４１に仮想される法線のうち、導光部３９が配置される側に向かう法線であって、光軸Ｘ１と交差する法線（たとえば、法線Ｈ１０）を有する面である。第６面５１と第１面４５とは、外側の端部において互いに連続している。
【００７６】
なお、前側面４０は、第２面４６の占める割合に比べて、第１面４４および第１面４５の占める割合が大きく構成されている。また、後側面４１は、第５面５０および第６面５１の占める割合に比べて、第３面４７および第４面４８の占める割合が大きく構成されている。
【００７７】
次に、図１３、１４に示す光路を参照しながら、光入射面３８、前側面４０、および後側面４１の構成についてさらに説明する。図１３は、光入射面３８の光軸Ｘ２（凸レンズとして構成される光入射面３８の光軸）と交差する部分から外れた位置である光出射部３３Ａから出射する光の光路を例示したものである。図１４は、光入射面３８の光軸Ｘ２と交差する部分（光出射部３３Ｂ）から出射する光の光路を例示したものである。
【００７８】
図１３に示すように、光入射面３８、前側面４０、および後側面４１は、光出射部３３Ａから出射する光の多くを、実装面３７よりも後側に配光することができるように構成されている。また、図１４に示すように、光入射面３８、前側面４０、および後側面４１は、光出射部３３Ｂから出射する光の多くを、実装面３７よりも前側に配光することができるように構成されている。つまり、光入射面３８、前側面４０および後側面４１は、ＬＥＤ３３から出射する光のうち、光軸Ｘ２から離れた部分から出射する光ほど、実装面３７よりも後側に配光することができ、光軸Ｘ２に近い部分から出射する光ほど、実装面３７よりも前側に配光することができるように構成されている。
【００７９】
光入射面３８は、後方に円弧状に突出する凸面であり、凸レンズの機能を有している。したがって、光入射面３８は、ＬＥＤ３３から出射し光入射面３８に入射する光を、光軸Ｘ２側に屈折させることができる。図１３に示すように、第１面４４および第１面４５は、光出射部３３Ａから出射した光の多くを第２面４６に全反射することができるように構成されている。第２面４６は、第１面４４または第１面４５にて全反射された光の多くを、第５面５０または第６面５１に向けて反射されるように構成されている。第５面５０は、光軸Ｘ１に直交する方向に沿う面であり、また、第６面５１は、外側から内側に向かって後方に傾斜する面である。したがって、第１面４４または第１面４５にて第２面４６に向けて全反射され、さらに、第２面４６にて第５面５０または第６面５１に向けて全反射された光の多くは、第５面５０または第６面５１からやや外方向に屈折され、後方側に向けて出射される。
【００８０】
図１４に示すように、第１面４４および第１面４５は、光出射部３３Ｂから出射し、第１面４４または第１面４５に入射した光の多くを導光部３９の外側に出射することができるように構成されている。第３面４７および第４面４８は、光出射部３３Ｂから出射した光の内、第３面４７または第４面４８に入射した光の多くを、第１面４４または第１面４５に向けて全反射させることができるように構成されている。そして、第１面４４および第１面４５は、光出射部３３Ｂから出射し第３面４７または第４面４８で第１面４４または第１面４５に向けて全反射させられた光の多くを導光部３９の外側に出射することができるように構成されている。また、第２面４６は、第１面４４または第１面４５で全反射された光の多くを、前方かつ外方向に向けて出射することができるように構成されている。
【００８１】
上述のように前側面４０（第１面４４、第１面４５、第２面４６）および後側面４１（第３面４７、第４面４８、第５面５０、第６面５１）を構成することで、図１３、１４に示すように、ＬＥＤ３３から出射された光は、１８０度を超える配光角で、かつ、配光範囲における輝度の均一化が図られて導光部３９から出射させられる。配光角および輝度分布は、第１面４４、第１面４５、第２面４６、第３面４７，第４面４８、第５面５０および第６面５１の傾斜角度や各面の長さ、光入射面３８の曲率等を適宜に設定することで、変化させることができる。
【００８２】
上述したように、導光体３０は、光源としてのＬＥＤ３３から出射された光が入射する光入射面３８としての光入射面３８と、この光入射面３８から入射した光を導光し、光出射面としての機能を有する前側面４０および後側面４１から照明光として出射することができるように構成されている。また、導光体３０は、光が導光される導光部３９を挟んで照明方向の前側に配置される前側面４０と、照明方向と後側に配置される後側面４１とを有している。そして、前側面４０は、前側面４０の法線であって、前側面４０から導光部３９の外部に向かう法線がＬＥＤ３３の光軸Ｘ１に交差する第１面４４および第１面４５と、該法線が光軸Ｘ１と交差しない第２面４６とを有している。第１面４４、第１面４５そして第２面４６は、順に、導光部３９の光の導光方向、すなわち光入射面から前方に向かって配置されている。第１面４４および第１面４５は、光入射面３８から入射した光の一部を第２面４６に向けて全反射することができる面であり、第２面４６は、第１面４４および第１面４５で全反射された光の一部を照明方向の後側に向けて全反射することができる面である。
【００８３】
導光体３０は、上記のように、導光部３９の光の導光方向に向かって、順に、第１面４４、第１面４５そして第２面４６が配置され、光入射面３８から第１面４４または第１面４５に入射した光の一部が第２面４６に向けて全反射され、そして、第２面４６でこの光が後方に向けて全反射されるように構成されている。このように、導光体３０は、第１面４４、第１面４５および第２面４６を備えることで、導光体３０から後方に向けて出射する光を作ることができ、導光体３０から出射する光の配光角を大きくすることができる。
【００８４】
第２面４６が形成される突出部４３は、立上部４２の前端に配置されている。そのため、第２面４６と実装面３７の距離を長くすることができる。第５面５０または第６面５１から出射する光（第２面４６で後方側に向けて反射された光）の多くは、外方向に向けて出射されるため、後方に進行するほど、光軸Ｘ２との間隔が広がる。したがって、第２面４６と実装面３７の距離を長くすることで、第５面５０または第６面５１から出射する光を、台座面３６に遮光されないようにしながら後方に照射させ易くなる。突出部４３は、立上部４２の前端に配置されていることに加えて、立上部４２から外方向に突出している。これにより、一層、第５面５０または第６面５１から出射する光と、光軸Ｘ２との間隔を広げることができ、台座面３６に遮光されないようにしながら後方に照射させ易くなる。
【００８５】
上述したように、前側面４０は、第２面４６の占める割合に比べて、第１面４４および第１面４５の占める割合が大きく構成されている。そのため、光入射面３８から導光部３９に入射した光を、第１面４４または第１面４５から導光部３９の外部に出射させる量を多くさせ易く出来ると共に、第１面４４または第１面４５で第２面４６に向けて全反射させる光の量についても増やすことができる。たとえば、第２面４６の占める割合が、第１面４４および第１面４５の占める割合に比べて大きく構成された場合には、第２面４６で後方に向かって全反射され、第５面５０または第６面５１から後方に向かって出射する光の量が大きくなり易く、輝度分布の均一化を図り難くなり易い。
【００８６】
また、後側面４１は、第５面５０および第６面５１の占める割合に比べて、第３面４７および第４面４８の占める割合が大きく構成されている。これにより、光入射面３８から導光部３９に入射し、第３面４７または第４面４８で第１面４４または第１面４５に向けて全反射させる光の量を増やすことができる。このため、第１面４４または第１面４５から導光部３９の外部に出射させる量を多くすることができ、光の利用効率を高くすることができる。たとえば、第５面５０および第６面５１の占める割合が、第３面４７および第４面４８の占める割合に比べて大きく構成された場合には、光軸Ｘ２よりも外方向に向けて出射される光の利用効率が低下し易い。
【００８７】
ＬＥＤ３３の側方には、導光体３０が配置されていない。そのため、導光体３０と実装面３７および台座面３６の間隙５２を通過してＬＥＤ３３の出射光を側方に出射することができる。第１面４４、第１面４５および第２面４６は全体として前方に向く面であり、また第３面４７、第４面４８、第５面５０および第６面５１は全体として後方に向く面である。そのため、導光体３０から出射する光は、側方についての輝度が低下し易い。しかしながら、ＬＥＤ３３の出射光を、間隙５２を通過させて側方に出射させることで、側方についての輝度の向上を図ることができる。
【００８８】
なお、導光体３０は、第１面４４および第１面４５の少なくとも一方において、光入射面３８から入射した光を２回以上全反射するように構成してもよい。
【００８９】
このように全反射する回数を増やすことで、前側面４０から光が出射する位置の分散化が図られ、前側面４０から出射する光の輝度斑の低減を図ることができる。
【００９０】
本実施の形態においては、第１面４４は平面であり、第１面４５は円弧面である。第１面４４と第１面４５との接続部は連続する曲面に形成されている。そのため、第１面４４、第１面４５で全反射する光の反射方向、および第１面４４、第１面４５から出射する光の出射方向の変化を連続的なものとし易く、前側面４０から出射する光の輝度斑の低減を図ることができる。なお、第１面４４および第１面４５の少なくとも一方を複数の平面を連続させた形状、すなわち、多面体にて構成するようにしてもよい。
【００９１】
なお、照明装置３１は、照明装置２と同様に導光体３０の側方から前方に亘って光拡散カバーを備える構成としてもよい。光拡散カバーを備えることで、導光体３０から出射する照明光の輝度分布の一層の均一化を図ることができる。また、導光体３０は、導光体３０を形成する透明体に光散乱微粒子を含む光散乱導光体として構成してもよい。係る構成とすることで、導光体３０から出射する照明光の輝度分布の一層の均一化を図ることができる。
【００９２】
なお、上述の実施の形態では、導光体３０は円環状を呈しているが、導光体３０は、光軸Ｘ１に対して所定の中心角、たとえば、１８０度、あるいは９０度で切り出した部分を導光体３０として用いてもよい。
【符号の説明】
【００９３】
１，３０  …  導光体
２，３１  …  照明装置。
５，３３  …  ＬＥＤ（光源）
１０，３８  …  光入射面
１１，３９  …  導光部
１２，４０  …  前側面
１３，４１  …  後側面
１７，４４，４５  …  第１面
１８，４６  …  第２面
Ｈ１〜Ｈ１０  …  法線
Ｘ１  …  光軸
【図１】
0005953021.tif 000008
【図２】
0005953021.tif 000009
【図３】
0005953021.tif 000010
【図４】
0005953021.tif 000011
【図５】
0005953021.tif 000012
【図６】
0005953021.tif 000013
【図７】
0005953021.tif 000014
【図８】
0005953021.tif 000015
【図９】
0005953021.tif 000016
【図１０】
0005953021.tif 000017
【図１１】
0005953021.tif 000018
【図１２】
0005953021.tif 000019
【図１３】
0005953021.tif 000020
【図１４】
0005953021.tif 000021
【図１５】
0005953021.tif 000022