(57)【要約】  方向によって生じる色の差を小さくすることのできる、光源からの光を拡散する光学素子を提供する。平面上に配置された光源を覆う入射面（１０１）と、該入射面を覆う出射面（１０３）と、を備えた光学素子である。該平面上に配置された該光源の中心を通り、該平面に垂直な軸を光軸（ＡＸ）として、該入射面は、周縁に対し該光軸付近が窪んだ形状を有し、該光軸と該入射面との交点をＯ１とし、該光軸を含み、該平面に垂直な該光学素子の任意の断面において、該入射面上の点Ｐにおける該入射面の法線の、該光軸に対する角度をφｈとし、該入射面上の点Ｐの点Ｏ１からの該光軸方向の距離をｚとして、点Ｏ１から該平面まで、該入射面に沿って点Ｐを移動させたときに、ｚに対するφｈが少なくとも一つの極大値及び少なくとも一つの極小値を有するように該入射面が構成されている。
2013164898.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
平面に配置された光源を覆う入射面と、該入射面を覆う出射面と、を備え、該光源からの光が該入射面及び該出射面を通過した後、外部に照射されるように構成された光学素子であって、
該光源の中心を通り、該平面に垂直な軸を光軸として、該入射面は、周縁に対し該光軸付近が窪んだ形状を有し、該光軸と該入射面との交点をＯ１とし、該光軸を含み、該平面に垂直な該光学素子の任意の断面において、該入射面上の点Ｐにおける該入射面の法線の、該光軸に対する角度をφｈとし、該入射面上の点Ｐの点Ｏ１からの該光軸方向の距離をｚとして、点Ｏ１から該平面まで、該入射面に沿って点Ｐを移動させたときに、ｚに対するφｈが少なくとも一つの極大値及び少なくとも一つの極小値を有するように該入射面が構成された光学素子。
【請求項２】
該入射面が該光軸に関して回転対称な形状である請求項１に記載の光学素子。
【請求項３】
該光軸の周りを複数の角度区間に分割し、該入射面がそれぞれの角度区間において異なる形状を有するように該入射面が構成された請求項１に記載の光学素子。
【請求項４】
該複数の角度区間の一部の角度区間においてのみ、点Ｏ１から該平面まで、該入射面に沿って点Ｐを移動させたときに、ｚに対するφｈが少なくとも一つの極大値及び少なくとも一つの極小値を有するように該入射面が構成された請求項３に記載の光学素子。
【請求項５】
該光軸と該平面との交点をＰ０として、点Ｐ０と該入射面上の点Ｐとを結ぶ直線が該光軸となす角度をθｒとし、
３０°＜θｒ＜９０°
において、ｚに対するφｈが少なくとも一つの極大値及び少なくとも一つの極小値を有するように該入射面が構成された請求項１から４のいずれかに記載の光学素子。
【請求項６】
φｈの差が１０度以上である、隣接する極大値及び極小値が存在する請求項１から５のいずれかに記載の光学素子。
【請求項７】
φｈの差が２０度以上である、隣接する極大値及び極小値が存在する請求項６に記載の光学素子。
【請求項８】
平面上に配置された光源を覆う入射面と、該入射面を覆う出射面と、を備え、該光源からの光が該入射面及び該出射面を通過した後、外部に照射されるように構成された光学素子であって、
該光源の中心を通り、該平面に垂直な軸を光軸として、該入射面は、周縁に対し該光軸付近が窪んだ形状を有し、該光軸と該入射面との交点をＯ１とし、該光軸と該平面との交点をＰ０として、該光軸を含み、該平面に垂直な該光学素子の任意の断面において、点Ｐ０と該入射面上の点Ｐとを結ぶ直線が該光軸となす角度をθｒとし、点Ｐ０から点Ｐへ進んだ光の光学素子内の進行方向と該光軸とがなす角度をθｉとして、点Ｏ１から該平面まで、該入射面に沿って点Ｐを移動させたときに、θｒに対するθｉが少なくとも一つの極大値及び少なくとも一つの極小値を有するように該入射面が構成された光学素子。
【請求項９】
該入射面が該光軸に関して回転対称な形状である請求項８に記載の光学素子。
【請求項１０】
該光軸の周りを複数の角度区間に分割し、該入射面がそれぞれの角度区間において異なる形状を有するように該入射面が構成された請求項８に記載の光学素子。
【請求項１１】
該複数の角度区間の一部の角度区間においてのみ、点Ｏ１から該平面まで、該入射面に沿って点Ｐを移動させたときに、ｚに対するφｈが少なくとも一つの極大値及び少なくとも一つの極小値を有するように該入射面が構成された請求項１０に記載の光学素子。
【請求項１２】
３０°＜θｒ＜９０°
において、θｒに対するθｉが少なくとも一つの極大値及び少なくとも一つの極小値を有するように該入射面が構成された請求項８から１１のいずれかに記載の光学素子。
【請求項１３】
θｒの差が５度以上である、隣接する極大値及び極小値が存在する請求項８から１２のいずれかに記載の光学素子。
【請求項１４】
θｒの差が１０度以上である、隣接する極大値及び極小値が存在する請求項１３に記載の光学素子。
【請求項１５】
光源と、請求項１から１４のいずれかに記載の光学素子と、を備えた照明ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光源からの光を拡散する光学素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、照明用にＬＥＤ（発光ダイオード）光源が多く使用されている。ＬＥＤ光源は、前方に照射される光の割合が高いので、ＬＥＤ光源からの光を拡散させる光学素子がＬＥＤ光源と組み合わせて使用される場合が多い。特に、広い範囲を照射する、バックライト用などの照明ユニットの光源としてＬＥＤ光源を使用する場合には、少ない数のＬＥＤ光源でコンパクトな照明ユニットを実現するために、ＬＥＤ光源からの光を広い角度に拡散させる光学素子が使用される（特許文献１）。【０００３】
光量の大きなＬＥＤ光源は、青色など短波長の光の発光チップと、緑、黄色、赤などのより長波長の蛍光を発光する蛍光部材と、から構成される。このようなＬＥＤ光源において、短波長の光の発光チップは中心部に配置され、その周囲により長波長の蛍光を発光する蛍光部材が配置されることが多い。このようなＬＥＤ光源においては、短波長の光を発光する部分の位置と長波長の光を発光する部分の位置とが異なる。このため、光学素子によってＬＥＤ光源からの光を拡散させた場合に、短波長の光が強くなる方向と長波長の光が強くなる方向とが生じる場合がある。この結果、方向によって、青みがかったり赤みがかったりするなど色の差が生じる場合がある。このような色の差が生じることは照明ユニットとして好ましくない。しかし、これまで、方向によって生じる色の差を小さくすることのできる、光源からの光を拡散する光学素子は開発されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許３８７５２４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
したがって、方向によって生じる色の差を小さくすることのできる、光源からの光を拡散する光学素子に対するニーズがある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の第１の態様による光学素子は、平面に配置された光源を覆う入射面と、該入射面を覆う出射面と、を備え、該光源からの光が該入射面及び該出射面を通過した後、外部に照射されるように構成された光学素子である。該光源の中心を通り、該平面に垂直な軸を光軸として、該入射面は、周縁に対し該光軸付近が窪んだ形状を有し、該光軸と該入射面との交点をＯ１とし、該光軸を含み、該平面に垂直な該光学素子の任意の断面において、該入射面上の点Ｐにおける該入射面の法線の、該光軸に対する角度をφｈとし、該入射面上の点Ｐの点Ｏ１からの該光軸方向の距離をｚとして、点Ｏ１から該平面まで、該入射面に沿って点Ｐを移動させたときに、ｚに対するφｈが少なくとも一つの極大値及び少なくとも一つの極小値を有するように該入射面が構成されている。【０００７】
本態様の光学素子によれば、ｚに対するφｈが少なくとも一つの極大値及び少なくとも一つの極小値を有するように入射面が構成されているので、光源と組み合わせて使用された際に、光源の各点からの光線が、該入射面の到達位置に応じて種々の方向に屈折される。したがって、光学素子から出射される光の方向によって生じる色の差を小さくすることができる。【０００８】
本発明の実施形態による光学素子は、第１の態様の光学素子であって、該入射面が該光軸に関して回転対称な形状である。【０００９】
本実施形態による光学素子は、射出成形などにより容易に製造することができる。【００１０】
本発明の実施形態による光学素子は、第１の態様の光学素子であって、該光軸の周りを複数の角度区間に分割し、該入射面がそれぞれの角度区間において異なる形状を有するように該入射面が構成されている。【００１１】
本実施形態によれば、光軸の周りの角度区間に対応した方向ごとに異なる光の分布を実現することができる。【００１２】
本発明の実施形態による光学素子は、第１の態様の光学素子であって、該複数の角度区間の一部の角度区間においてのみ、点Ｏ１から該平面まで、該入射面に沿って点Ｐを移動させたときに、ｚに対するφｈが少なくとも一つの極大値及び少なくとも一つの極小値を有するように該入射面が構成されている。【００１３】
本実施形態によれば、光軸の周りの一部の角度区間についてのみ、方向によって生じる色の差を小さくすることができる。【００１４】
本発明の実施形態による光学素子は、該光軸と該平面との交点をＰ０として、点Ｐ０と該入射面上の点Ｐとを結ぶ直線が該光軸となす角度をθｒとし、
３０°＜θｒ＜９０°
において、ｚに対するφｈが少なくとも一つの極大値及び少なくとも一つの極小値を有するように該入射面が構成されている。【００１５】
本実施形態による光学素子は、極大値および極小値がない場合にｚに対するφｈの傾きがほぼ一定である、
３０°＜θｒ＜９０°
の範囲の入射面の領域において、ｚに対するφｈが少なくとも一つの極大値及び少なくとも一つの極小値を有するように入射面が構成されているので、光源と組み合わせて使用された際に、極大値および極小値がない場合と比較して、光源の各点からの光線が、該入射面の到達位置に応じて種々の方向に屈折される。したがって、光学素子から出射される光の方向によって生じる色の差を小さくすることができる。【００１６】
本発明の実施形態による光学素子は、第１の態様の光学素子であって、φｈの差が１０度以上である、隣接する極大値及び極小値が存在する。【００１７】
本実施形態によれば、光源と組み合わせて使用された際に、光源の各点からの光線の該入射面における屈折後の進行方向の、該入射面の到達位置による変化の大きさが大きい。したがって、光学素子から出射される光の方向によって生じる色の差を小さくすることができる。【００１８】
本発明の実施形態による光学素子は、第１の態様の光学素子であって、φｈの差が２０度以上である、隣接する極大値及び極小値が存在する。【００１９】
本実施形態によれば、光源と組み合わせて使用された際に、光源の各点からの光線の該入射面における屈折後の進行方向の、該入射面の到達位置による変化の大きさが大きい。したがって、光学素子から出射される光の方向によって生じる色の差を小さくすることができる。【００２０】
本発明の第２の態様による光学素子は、平面に配置された光源を覆う入射面と、該入射面を覆う出射面と、を備え、該光源からの光が該入射面及び該出射面を通過した後、外部に照射されるように構成された光学素子である。該光源の中心を通り、該平面に垂直な軸を光軸として、該入射面は、周縁に対し該光軸付近が窪んだ形状を有し、該光軸と該入射面との交点をＯ１とし、該光軸と該平面との交点をＰ０として、該光軸を含み、該平面に垂直な該光学素子の任意の断面において、点Ｐ０と該入射面上の点Ｐとを結ぶ直線が該光軸となす角度をθｒとし、点Ｐ０から点Ｐへ進んだ光の光学素子内の進行方向と該光軸とがなす角度をθｉとして、点Ｏ１から該平面まで、該入射面に沿って点Ｐを移動させたときに、θｒに対するθｉが少なくとも一つの極大値及び少なくとも一つの極小値を有するように該入射面が構成されている。【００２１】
本態様の光学素子によれば、θｒに対するθｉが少なくとも一つの極大値及び少なくとも一つの極小値を有するように入射面が構成されているので、光源と組み合わせて使用された際に、光源の各点からの光線が、該入射面の到達位置に応じて種々の方向に屈折される。したがって、光学素子から出射される光の方向によって生じる色の差を小さくすることができる。【００２２】
本発明の実施形態による光学素子は、第２の態様の光学素子であって、該入射面が該光軸に関して回転対称な形状である。【００２３】
本実施形態による光学素子は、射出成形などにより容易に製造することができる。【００２４】
本発明の実施形態による光学素子は、第２の態様の光学素子であって、該光軸の周りを複数の角度区間に分割し、該入射面がそれぞれの角度区間において異なる形状を有するように該入射面が構成されている。【００２５】
本実施形態によれば、光軸の周りの角度区間に対応した方向ごとに異なる光の分布を実現することができる。【００２６】
本発明の実施形態による光学素子は、第２の態様の光学素子であって、該複数の角度区間の一部の角度区間においてのみ、点Ｏ１から該平面まで、該入射面に沿って点Ｐを移動させたときに、θｒに対するθｉが少なくとも一つの極大値及び少なくとも一つの極小値を有するように該入射面が構成されている。【００２７】
本実施形態によれば、光軸の周りの一部の角度区間についてのみ、方向によって生じる色の差を小さくすることができる。【００２８】
本発明の実施形態による光学素子は、第２の態様の光学素子であって、
３０°＜θｒ＜９０°
において、θｒに対するθｉが少なくとも一つの極大値及び少なくとも一つの極小値を有するように該入射面が構成されている。【００２９】
本実施形態による光学素子は、極大値および極小値がない場合にθｒに対するθｉの傾きがほぼ一定である、
３０°＜θｒ＜９０°
の範囲の入射面の領域において、θｒに対するθｉが少なくとも一つの極大値及び少なくとも一つの極小値を有するように入射面が構成されているので、光源と組み合わせて使用された際に、極大値および極小値がない場合と比較して、光源の各点からの光線が、該入射面の到達位置に応じて種々の方向に屈折される。したがって、光学素子から出射される光の方向によって生じる色の差を小さくすることができる。【００３０】
本発明の実施形態による光学素子は、第２の態様の光学素子であって、θｒの差が５度以上である、隣接する極大値及び極小値が存在する。【００３１】
本実施形態によれば、光源と組み合わせて使用された際に、光源の各点からの光線の該入射面における屈折後の進行方向の、該入射面の到達位置による変化の大きさが大きい。したがって、光学素子から出射される光の方向によって生じる色の差を小さくすることができる。【００３２】
本発明の実施形態による光学素子は、第２の態様の光学素子であって、θｒの差が１０度以上である、隣接する極大値及び極小値が存在する。【００３３】
本実施形態によれば、光源と組み合わせて使用された際に、光源の各点からの光線の該入射面における屈折後の進行方向の、該入射面の到達位置による変化の大きさが大きい。したがって、光学素子から出射される光の方向によって生じる色の差を小さくすることができる。【００３４】
本発明の第３の態様による照明ユニットは、光源と、本発明のいずれかの態様または実施形態の光学素子と、を備えた照明ユニットである。【００３５】
本態様による照明ユニットは、本発明のいずれかの態様または実施形態の光学素子を使用しているので、光学素子から出射される光の方向によって生じる色の差を小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明による光学素子とともに使用されるＬＥＤ光源の構成の一例を示す図である。
【図２】ＬＥＤ光源の光を拡散するために使用される、本発明の一実施形態による光学素子の、中心軸ＡＸを含む断面図である。
【図３】図２の断面図のうち、入射面の部分を拡大した図である。
【図４】光源及び光学素子の複数の組を面上に配置した照明ユニットの構成の一例を示す図である。
【図５】実施例１の光学素子のｚと入射面における法線が中心軸ＡＸとなす角度φｈとの関係を示す図である。
【図６】実施例１の光学素子のθrとθｉとの関係を示す図である。
【図７】実施例１の光学素子のθrとθｅとの関係を示す図である。
【図８】図１に示した光源に実施例１の光学素子を組み合わせた場合の光の強度分布を示す図である。
【図９】図１に示した光源に比較例１の光学素子を組み合わせた場合の光の強度分布を示す図である。
【図１０】実施例１の光学素子について、図３における点Ｐ０から出射した光線の強度分布を示す図である。
【図１１】実施例１の光学素子について、図３における点Ｐ１から出射した光線の強度分布を示す図である。
【図１２】実施例１の光学素子について、図３における点Ｐ２から出射した光線の強度分布を示す図である。
【図１３】実施例２の光学素子のｚと入射面における法線が中心軸ＡＸとなす角度φｈとの関係を示す図である。
【図１４】実施例２の光学素子のθrとθｉとの関係を示す図である。
【図１５】実施例２の光学素子のθrとθｅとの関係を示す図である。
【図１６】図１に示した光源に実施例２の光学素子を組み合わせた場合の光の強度分布を示す図である。
【図１７】図１に示した光源に比較例２の光学素子を組み合わせた場合の光の強度分布を示す図である。
【図１８】実施例３の光学素子のｚと入射面における法線が中心軸ＡＸとなす角度φｈとの関係を示す図である。
【図１９】実施例３の光学素子のθrとθｉとの関係を示す図である。
【図２０】実施例３の光学素子のθrとθｅとの関係を示す図である。
【図２１】図１に示した光源に実施例３の光学素子を組み合わせた場合の光の強度分布を示す図である。
【図２２】図１に示した光源に比較例３の光学素子を組み合わせた場合の光の強度分布を示す図である。
【図２３】光学素子の出射面の中心に樹脂ゲートを配置した場合を示す図である。
【図２４】光学素子の出射面の中心に円錐台形状を設け、そこに樹脂ゲートを配置した場合を示す図である。
【図２５】光学素子の底面に１個の樹脂ゲートを配置した場合を示す図である。
【図２６】光学素子の底面に２個の樹脂ゲートを配置した場合を示す図である。
【図２７】出射面の周辺部分に拡散構造または拡散材料を備えた光学素子の構成を示す図である。
【図２８】底面に拡散構造または拡散材料を備えた光学素子の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
図１は、本発明による光学素子とともに使用されるＬＥＤ光源２００の構成の一例を示す図である。図１（ａ）は、ＬＥＤ光源２００の発光面に垂直な断面を示す図である。図１（ｂ）は、ＬＥＤ光源２００の平面図である。一般的に、光量の大きな白色ＬＥＤ光源は、青色など短波長の光を発光するチップと、発光チップからの光を受け取った場合に緑、黄色、赤などのより長波長の光を発光する蛍光剤とから構成される。図１においては、ＬＥＤ光源２００の中心位置に青色の発光チップ２０１が配置され、発光チップ２０１を覆って、発光チップ２０１の占める領域よりもより広い領域に蛍光剤２０３が配置されている。図１（ｂ）の平面図において、発光チップ２０１は、一辺が１．０ｍｍの正方形であり、蛍光剤２０３の形状は、直径が３．０ｍｍの円形である。青色の光Ａは、中心付近に位置する発光チップ２０１から出射される。より長波長の光Ｂは、ＬＥＤ光源の周辺部分を含む領域に配置された蛍光剤から出射される。図１のような構成を有するＬＥＤ光源においては、青色の光の出射される位置と、より長波長の光が出射される位置とが異なっている。
【００３８】
図２は、ＬＥＤ光源２００の光を拡散するために使用される、本発明の一実施形態による光学素子１００の中心軸ＡＸを含む断面図である。本実施形態による光学素子１００は、中心軸ＡＸについて回転対称な形状を有する。光学素子１００の、ＬＥＤ光源２００に対向する面１０５は、周縁に対して中心軸ＡＸ付近に窪みを有し、この窪みの面が入射面１０１を形成する。ＬＥＤ光源２００に対向する面１０５は、本明細書において底面１０５と呼称する。光学素子１００の入射面１０１及び底面１０５以外の面は、出射面１０３を形成する。
【００３９】
光学素子１００及びＬＥＤ光源２００は、光学素子１００の中心軸ＡＸが、ＬＥＤ光源２００の中心、すなわち、図１（ｂ）における円の中心を通るように配置される。この場合に、中心軸ＡＸが、光学素子１００及びＬＥＤ光源２００を含む光学系の光軸をなす。
【００４０】
光源２００から出射した光は、入射面１０１を経て光学素子１０１に入り、出射面１０３から外部に向けて出射される。この場合に、光源２００から出射した光は、入射面１０１及び出射面１０３のほとんどの部分において中心軸ＡＸから遠ざかる方向に屈折され、その結果拡散される。
【００４１】
本実施形態において、ＬＥＤ光源２００の面は平面であるが、光源の面は平面である必要はない。本発明は、平面に配置された光源であり、短波長の光を発光する部分の位置と長波長の光を発光する部分の位置とが異なる任意の光源に適用することができる。
【００４２】
図３は、図２の断面図のうち、入射面の部分を拡大した図である。光源２００の発光面２０５と中心軸ＡＸとの交点を点Ｐ０とする。点Ｐ０から出射した光線の進行方向が中心軸ＡＸとなす角度をθｒとし、その光線が入射面１０１で屈折した後の、光学素子１００内の光線の進行方向が中心軸ＡＸとなす角度をθｉとする。さらに、その光線が出射面で屈折した後の進行方向が中心軸ＡＸとなす角度をθｅとする（図２）。図３において、発光チップ２０１の辺から発光面２０５に下した垂線の足をＰ１とし、蛍光剤の端部の点、すなわち、図１（ｂ）の蛍光剤の周縁の円周上の点をＰ２とする。
【００４３】
入射面１０１は、点Ｐ０から、所定の範囲のθｒで出射した光線について、
θｒ≦θｉ
を満たすように定められる。図３において、所定の範囲は０度から約２０度の範囲である。また、上記の範囲において、角度θｒが増加するにしたがって、角度θｉは単調に増加する。
【００４４】
出射面１０３は、上記の範囲の角度θｒで出射した光線について、
θｉ≦θｅ
を満たすように定められる。
【００４５】
出射面の中心軸ＡＸ近傍の形状は、凸面に限定することもなく、凹面に限定することもなく、凹面、凸面、平面のいずれでも良い。レンズ内部で全反射が起こらない出射面形状も好ましい。その場合は、光学素子の屈折率をｎとして、光学素子内の光線角度と出射面の法線との角度φが
φ＜sin-1(1/n)
の条件を満足する。
【００４６】
また、図３において入射面１０１における法線が中心軸ＡＸとなす角度をφｈとする。角度φｈは、図３の下向きの方向を基準とする。すなわち、入射面１０１の頂点においてφｈ＝１８０度である。
【００４７】
点Ｐ０から、０度から約２０度の範囲の角度θｒで出射した光が到達する入射面１０１の領域において、角度θｒが増加するにしたがって角度φｈは単調に減少する。点Ｐ０から、約２０度を超える角度θｒで出射した光が到達する入射面１０１の領域において、角度θｒが増加するにしたがって角度φｈは増加と減少を繰り返す。この入射面１００の領域を、本明細書において入射面の拡散領域とも呼称する。入射面１０１の拡散領域の形状については後で詳細に説明する。
【００４８】
図４は、光源２００及び光学素子１００の複数の組を面３００上に配置した照明ユニットの構成の一例を示す図である。照明ユニットは、さらに拡散板４００を備える。照明ユニットにより前方（図４の上側）を均一に照射することができる。
【００４９】
以下において、本発明による光学素子の実施例及び比較例を説明する。実施例及び比較例の光学素子の材料は、ポリメタクリル酸メチル樹脂（ＰＭＭＡ）であり、屈折率は、1.492（d線、587.56nm）であり、アッベ数は、56.77（d線、587.56nm）である。また、実施例及び比較例において、長さの単位は、他に記載のない限りミリメータである。
【００５０】
実施例１
図２において、入射面１０１と中心軸ＡＸとの交点の座標をＯ１とし、出射面１０３と中心軸ＡＸとの交点の座標をＯ２とする。
【００５１】
本実施例において、Ｐ０とＯ２との距離Ｔは、
Ｔ＝５．７５２ｍｍ
であり、Ｐ０とＯ１との距離ｈは、
ｈ＝４．４００ｍｍ
である。
【００５２】
Ｏ１を基準とする、中心軸ＡＸ方向の距離をｚで表すと、
０≦ｚ≦１．５ｍｍ
の範囲において、入射面１０１の形状は以下の式で表せる。
【数１】
2013164898.tif 000003
ここで、rは中心軸ＡＸからの距離であり、c は曲率、Rは曲率半径であり、kはコーニック係数であり、Aiは非球面係数である。
【００５３】
表１は、実施例１の入射面の形状を表す式（１）の係数の数値を示す表である。
【表１】
2013164898.tif 000004
【００５４】
ｚ＝１．５ｍｍから面１０５までの入射面１０１の領域、すなわち入射面の拡散領域の形状は、以下の点群の三次スプライン曲線で表される。三次スプライン曲線とは、与えられた複数の点を通る滑らかな曲線で、隣り合う点に挟まれた各区間に対し、全ての点において連続である個別の三次の多項式を用いたものである。
【００５５】
表２は、上記の点群を示す表である。
【表２】
2013164898.tif 000005
【００５６】
図５は、実施例１の光学素子の入射面１０１のｚと入射面１０１における法線が中心軸ＡＸとなす角度φｈとの関係を示す図である。図５の横軸はｚを表し、縦軸はφｈを表す。図５によれば、ｚが１．５ｍｍ以下の範囲においては、ｚが増加するにしたがってφｈは単調に減少する。ｚが１．５ｍｍを超えた範囲においては、ｚが増加するにしたがってφｈは増加と減少を繰り返す。換言すれば、ｚが１．５ｍｍを超えた範囲において、ｚの関数であるφｈは、極大値及び極小値を有する。
【００５７】
図５において、具体的に、φｈについて６個の極大値と６個の極小値が存在する。なお、極小値付近のφｈのばらつきは無視した。隣接する極大値と極小値とのφｈの差は約３０度である。
【００５８】
Ｏ２を基準とする、中心軸ＡＸ方向の距離をｚで表すと、出射面１０３の中心軸ＡＸ近傍の形状は、光源からの光線が出射面で全反射しない形状であり、以下の数式で表される。
【数２】
2013164898.tif 000006
ここで、rは中心軸ＡＸからの距離であり、c は曲率、Rは曲率半径であり、kはコーニック係数であり、Aiは非球面係数である。
【００５９】
表３は、実施例１の出射面の形状を表す式（２）係数の数値を示す表である。
【表３】
2013164898.tif 000007
【００６０】
図６は、実施例１の光学素子のθrと入射面におけるθｉとの関係を示す図である。図６の横軸はθrを表し、縦軸はθｉを表す。θrが約３０度以下の範囲においては、θrが増加するにしたがってθｉは単調に増加する。θrが約３０度を超える範囲においては、θrが増加するにしたがってθｉは、増加と減少を繰り返しながら増加する。換言すれば、θrが３０度を超える範囲において、θrの関数であるθｉは、極大値及び極小値を有する。
【００６１】
図６において、具体的に、θrが約３０度から９０度の範囲において、θｉについて、６個の極大値と６個の極小値が存在する。なお、極大値付近のθｉの値のばらつきは無視した。隣接する極大値と極小値とのθｉの差は約１５度である。
【００６２】
図７は、実施例１の光学素子のθrと出射面におけるθｅとの関係を示す図である。図７の横軸はθrを表し、縦軸はθｅを表す。θrが約３０度以下の範囲においては、θrが増加するにしたがってθｅは単調に増加する。θrが約３０度を超える範囲においては、θrが増加するにしたがってθｅは、ピークツーピークが約１０度の幅で増加と減少を繰り返しながら増加する。換言すれば、θrが約３０度を超える範囲において、θrの関数であるθｅは、極大値及び極小値を有する。
【００６３】
比較例１
本比較例において、Ｐ０とＯ２との距離Ｔは、
Ｔ＝５．７５２ｍｍ
であり、Ｐ０とＯ１との距離ｈは、
ｈ＝４．４００ｍｍ
である。
【００６４】
Ｏ１を基準とする、中心軸ＡＸ方向の距離をｚで表すと、入射面の形状は式（１）で表せる。また、式（１）の係数の値は表１の値である。すなわち、比較例１の入射面の形状は、ｚが１．５ｍｍ以下の範囲においては、実施例１の入射面の形状と同一であり、ｚが１．５ｍｍを超える範囲においても、ｚの関数であるφｈは、極大値及び極小値を有することはなく、zが増加するにしたがって、φｈは単調に減少する。換言すれば、比較例１の光学素子の入射面は、入射面の拡散領域を有さない点が実施例１の入射面と異なる。
【００６５】
Ｏ２を基準とする、中心軸ＡＸ方向の距離をｚで表すと、出射面の中心軸ＡＸ近傍の形状は、光源からの光線が出射面で全反射しない形状であり、式（２）で表される。また、式（２）の係数の値は表３の値である。すなわち、比較例１の出射面は実施例１の出射面と同一の形状である。
【００６６】
実施例１と比較例１との性能比較
図１に示した光源に実施例１及び比較例１の光学素子を組み合わせた場合の光の分布を比較することによって実施例と比較例１との性能を比較する。
【００６７】
図８は、図１に示した光源に実施例１の光学素子を組み合わせた場合の光の強度分布を示す図である。図８の横軸は、中心軸ＡＸとのなす角度がθである方向を示す。図８の縦軸は、中心軸ＡＸとのなす角度がθである方向に出射される光の強度の相対値を示す。図８の実線は、波長が５００ナノメータ未満の光（短波長側の光）の相対強度を示す。相対強度は、最大値を１００％として示した。図８の点線は、波長が５００ナノメータ以上の光（長波長側の光）の相対強度を示す。相対強度は、最大値を１００％として示した。
【００６８】
図９は、図１に示した光源に比較例１の光学素子を組み合わせた場合の光の強度分布を示す図である。図９の横軸は、中心軸ＡＸとのなす角度がθである方向を示す。図９の縦軸は、中心軸ＡＸとのなす角度がθである方向に出射される光の強度の相対値を示す。図９の実線は、波長が５００ナノメータ未満の光（短波長側の光）の相対強度を示す。相対強度は、最大値を１００％として示した。図９の点線は、波長が５００ナノメータ以上の光（長波長側の光）の相対強度を示す。相対強度は、最大値を１００％として示した。
【００６９】
図８と図９とを比較すると、比較例１についての図９の方が短波長側の光の強度と長波長側の光の強度との差が大きい。特に、θが６０度付近において両者の差が大きい。両者の差が大きいと、色の差が生じる。たとえば、図９に示すように、θが６０度付近において長波長側の強度が大きい場合には、θが６０度付近において赤みが強くなる。
【００７０】
このように実施例１の光学素子は比較例１の光学素子と比較して色の差が生じるのを抑えることができる。
【００７１】
図１０は、実施例１の光学素子について、図３における点Ｐ０から出射した光線の強度分布を示す図である。点Ｐ０は、光源２００の発光面２０５と中心軸ＡＸとの交点である。図１０の横軸は、中心軸ＡＸとのなす角度がθである方向を示す。図１０の縦軸は、中心軸ＡＸとのなす角度がθである方向に出射される光の強度の相対値を示す。実線は実施例１の強度分布を示し、点線は比較例１の強度分布を示す。強度の相対値は、実施例１及び比較例１の強度の最大値を１００％として表した。
【００７２】
図１１は、実施例１の光学素子について、図３における点Ｐ１から出射した光線の強度分布を示す図である。点Ｐ１は、発光チップ２０１の辺から発光面２０５に下した垂線の足である。図１１の横軸は、中心軸ＡＸとのなす角度がθである方向を示す。図１１の縦軸は、中心軸ＡＸとのなす角度がθである方向に出射される光の強度の相対値を示す。図１１における実線は実施例１の強度分布を示し、点線は比較例１の強度分布を示す。強度の相対値は、実施例１及び比較例１の強度の最大値を１００％として表した。
【００７３】
図１２は、実施例１の光学素子について、図３における点Ｐ２から出射した光線の強度分布を示す図である。点Ｐ２は、蛍光剤の周縁の円周上の点である。図１１の横軸は、中心軸ＡＸとのなす角度がθである方向を示す。図１２の縦軸は、中心軸ＡＸとのなす角度がθである方向に出射される光の強度の相対値を示す。図１２における実線は実施例１の強度分布を示し、点線は比較例１の強度分布を示す。強度の相対値は、実施例１及び比較例１の強度の最大値を１００％として表した。
【００７４】
図１０乃至図１２において、Ｐ０乃至Ｐ２から出射される光線を比較すると、それぞれの場合において、実施例１の光線の方が、比較例１の光線よりもより広い範囲に分布している。図８及び図９の対象とする光は、光源面上の種々の点からの光線を合わせたものである。したがって、種々の点から出射される光線がより広い範囲に分布している実施例１の場合の方が、光源面上の位置の差による光の色の差の影響を受けにくい。
【００７５】
実施例２
図２において、入射面１０１と中心軸ＡＸとの交点の座標をＯ１とし、出射面１０３と中心軸ＡＸとの交点の座標をＯ２とする。
【００７６】
本実施例において、Ｐ０とＯ２との距離Ｔは、
Ｔ＝５．５１３ｍｍ
であり、Ｐ０とＯ１との距離ｈは、
ｈ＝３．５６９ｍｍ
である。
【００７７】
Ｏ１を基準とする、中心軸ＡＸ方向の距離をｚで表すと、
０≦ｚ≦２．６８９ｍｍ
の範囲において、入射面１０１の形状は以下の式で表せる。
【数３】
2013164898.tif 000008
ここで、rは中心軸ＡＸからの距離であり、c は曲率、Rは曲率半径であり、kはコーニック係数であり、Aiは非球面係数である。
【００７８】
表４は、実施例２の入射面の形状を表す式（１）の係数の数値を示す表である。
【表４】
2013164898.tif 000009
【００７９】
ｚ＝２．６８９ｍｍから面１０５までの入射面１０１の領域、すなわち入射面の拡散領域の形状は、以下の点群の三次スプライン曲線で表される。三次スプライン曲線とは、与えられた複数の点を通る滑らかな曲線で、隣り合う点に挟まれた各区間に対し、全ての点において連続である個別の三次の多項式を用いたものである。
【００８０】
表５は、上記の点群を示す表である。
【表５】
2013164898.tif 000010
【００８１】
図１３は、実施例２の光学素子の入射面１０１のｚと入射面１０１における法線が中心軸ＡＸとなす角度φｈとの関係を示す図である。図１３の横軸はｚを表し、縦軸はφｈを表す。図１３によれば、ｚが２．６８９ｍｍ以下の範囲においては、ｚが増加するにしたがってφｈは単調に減少する。ｚが２．６８９ｍｍを超えた範囲においては、ｚが増加するにしたがってφｈは増加と減少を繰り返す。換言すれば、ｚが２．６８９ｍｍを超えた範囲において、ｚの関数であるφｈは、極大値及び極小値を有する。
【００８２】
図１３において、具体的に、φｈについて３個の極大値と３個の極小値が存在する。なお、極小値付近のφｈのばらつきは無視した。隣接する極大値と極小値とのφｈの差は約３０度である。
【００８３】
Ｏ２を基準とする、中心軸ＡＸ方向の距離をｚで表すと、出射面１０３の中心軸ＡＸ近傍の形状は、光源からの光線が出射面で全反射しない形状であり、以下の数式で表される。
【数４】
2013164898.tif 000011
ここで、rは中心軸ＡＸからの距離であり、c は曲率、Rは曲率半径であり、kはコーニック係数であり、Aiは非球面係数である。
【００８４】
表６は、実施例２の出射面の形状を表す式（２）の係数の数値を示す表である。
【表６】
2013164898.tif 000012
【００８５】
図１４は、実施例２の光学素子のθrとθｉとの関係を示す図である。図１４の横軸はθrを表し、縦軸はθｉを表す。θrが約５５度以下の範囲においては、θrが増加するにしたがってθｉは単調に増加する。θrが約５５度を超える範囲においては、θrが増加するにしたがってθｉは、増加と減少を繰り返しながら増加する。換言すれば、θrが約５５度を超える範囲において、θrの関数であるθｉは、極大値及び極小値を有する。
【００８６】
図１４において、具体的に、θrが約５５度から９０度の範囲において、θｉについて、３個の極大値と３個の極小値が存在する。なお、極大値付近のθｉの値のばらつきは無視した。隣接する極大値と極小値とのθｉの差は約１５度である。
【００８７】
図１５は、実施例２の光学素子のθrとθｅとの関係を示す図である。図１５の横軸はθrを表し、縦軸はθｅを表す。θrが約５５度以下の範囲においては、θrが増加するにしたがってθｅは単調に増加する。θrが約５５度を超える範囲においては、θrが増加するにしたがってθｅは、ピークツーピークが最大約１５度の幅で増加と減少を繰り返しながら増加する。換言すれば、θrが約５５度を超える範囲において、θrの関数であるθｅは、極大値及び極小値を有する。
【００８８】
比較例２
本比較例において、Ｐ０とＯ２との距離Ｔは、
Ｔ＝５．５１３ｍｍ
であり、Ｐ０とＯ１との距離ｈは、
ｈ＝３．５６９ｍｍ
である。
【００８９】
Ｏ１を基準とする、中心軸ＡＸ方向の距離をｚで表すと、入射面の形状は式（１）で表せる。また、式（１）の係数の値は表４の値である。すなわち、比較例２の入射面の形状は、ｚが２．６８９ｍｍ以下の範囲においては、実施例１の入射面の形状と同一であり、ｚが２．６８９ｍｍを超える範囲においても、ｚの関数であるφｈは、極大値及び極小値を有することはなく、zが増加するにしたがって、φｈは単調に減少する。換言すれば、比較例２の入射面は、入射面の拡散領域を有さない点が実施例２の入射面と異なる。
【００９０】
Ｏ２を基準とする、中心軸ＡＸ方向の距離をｚで表すと、出射面の中心軸ＡＸ近傍の形状は、光源からの光線が出射面で全反射しない形状であり、式（２）で表される。また、式（２）の係数の値は表６の値である。すなわち、比較例２の出射面は実施例２の出射面と同一の形状である。
【００９１】
実施例２と比較例２との性能比較
図１に示した光源に実施例２及び比較例２の光学素子を組み合わせた場合の光の分布を比較することによって実施例２と比較例２との性能を比較する。
【００９２】
図１６は、図１に示した光源に実施例２の光学素子を組み合わせた場合の光の強度分布を示す図である。図１６の横軸は、中心軸ＡＸとのなす角度がθである方向を示す。図１６の縦軸は、中心軸ＡＸとのなす角度がθである方向に出射される光の強度の相対値を示す。図１６の実線は、波長が５００ナノメータ未満の光（短波長側の光）の相対強度を示す。相対強度は、最大値を１００％として示した。図１６の点線は、波長が５００ナノメータ以上の光（長波長側の光）の相対強度を示す。相対強度は、最大値を１００％として示した。
【００９３】
図１７は、図１に示した光源に比較例２の光学素子を組み合わせた場合の光の強度分布を示す図である。図１７の横軸は、中心軸ＡＸとのなす角度がθである方向を示す。図１７の縦軸は、中心軸ＡＸとのなす角度がθである方向に出射される光の強度の相対値を示す。図１７の実線は、波長が５００ナノメータ未満の光（短波長側の光）の相対強度を示す。相対強度は、最大値を１００％として示した。図１７の点線は、波長が５００ナノメータ以上の光（長波長側の光）の相対強度を示す。相対強度は、最大値を１００％として示した。
【００９４】
図１６と図１７とを比較すると、比較例２についての図１７の方が短波長側の光の強度と長波長側の光の強度との差が大きい。特に、θが６０度付近において両者の差が大きい。両者の差が大きいと、色の差が生じる。たとえば、図１７に示すように、θが６０度付近において長波長側の強度が大きい場合には、θが６０度付近において赤みが強くなる。
【００９５】
このように実施例２の光学素子は比較例２の光学素子と比較して色の差が生じるのを抑えることができる。
【００９６】
実施例３
図２において、入射面１０１と中心軸ＡＸとの交点の座標をＯ１とし、出射面１０３と中心軸ＡＸとの交点の座標をＯ２とする。
【００９７】
本実施例において、Ｐ０とＯ２との距離Ｔは、
Ｔ＝５．３８５ｍｍ
であり、Ｐ０とＯ１との距離ｈは、
ｈ＝３．８２９ｍｍ
である。
【００９８】
Ｏ１を基準とする、中心軸ＡＸ方向の距離をｚで表すと、
０≦ｚ≦１．３２２ｍｍ
の範囲において、入射面１０１の形状は以下の式で表せる。
【数５】
2013164898.tif 000013
ここで、rは中心軸ＡＸからの距離であり、c は曲率、Rは曲率半径であり、kはコーニック係数であり、Aiは非球面係数である。
【００９９】
表７は、実施例３の入射面の形状を表す式（１）の係数の数値を示す表である。
【表７】
2013164898.tif 000014
【０１００】
ｚ＝１．３２２ｍｍから面１０５までの入射面１０１の領域、すなわち入射面の拡散領域の形状は、以下の数式で表せる。
【数６】
2013164898.tif 000015
ここで、rは中心軸ＡＸからの距離であり、c は曲率、Rは曲率半径であり、kはコーニック係数であり、Aiは非球面係数である。また、Ｋは定数である。Ｋの単位は、１／ｍｍである。
【０１０１】
表８は、実施例３の入射面の形状を表す式（３）の係数の数値を示す表である。
【表８】
2013164898.tif 000016
【０１０２】
図１８は、実施例３の光学素子の入射面１０１のｚと入射面１０１における法線が中心軸ＡＸとなす角度φｈとの関係を示す図である。図１３の横軸はｚを表し、縦軸はφｈを表す。図１８によれば、ｚが１．３２２ｍｍ以下の範囲においては、ｚが増加するにしたがってφｈは単調に減少する。ｚが１．３２２ｍｍを超えた範囲においては、ｚが増加するにしたがってφｈは増加と減少を繰り返す。換言すれば、ｚが１．３２２ｍｍを超えた範囲において、ｚの関数であるφｈは、極大値及び極小値を有する。
【０１０３】
図１８において、具体的に、φｈについて４個の極大値と３個の極小値が存在する。なお、極小値付近のφｈのばらつきは無視した。隣接する極大値と極小値とのφｈの差は約３０度である。
【０１０４】
Ｏ２を基準とする、中心軸ＡＸ方向の距離をｚで表すと、出射面１０３の中心軸ＡＸ近傍の形状は、光源からの光線が出射面で全反射しない形状であり、以下の数式で表される。
【数７】
2013164898.tif 000017
ここで、rは中心軸ＡＸからの距離であり、c は曲率、Rは曲率半径であり、kはコーニック係数であり、Aiは非球面係数である。
【０１０５】
表９は、実施例３の出射面の形状を表す式（２）の係数の数値を示す表である。
【表９】
2013164898.tif 000018
【０１０６】
図１９は、実施例３の光学素子のθrとθｉとの関係を示す図である。図１９の横軸はθrを表し、縦軸はθｉを表す。θrが約３２度以下の範囲においては、θrが増加するにしたがってθｉは単調に増加する。θrが約３２度を超える範囲においては、θrが増加するにしたがってθｉは、増加と減少を繰り返しながら増加する。換言すれば、θrが約３２度を超える範囲において、θrの関数であるθｉは、極大値及び極小値を有する。
【０１０７】
図１９において、具体的に、θrが約３２度から９０度の範囲において、θｉについて、３個の極大値と４個の極小値が存在する。なお、極大値付近のθｉの値のばらつきは無視した。隣接する極大値と極小値とのθｉの差は１５度から２０度である。
【０１０８】
図２０は、実施例３の光学素子のθrとθｅとの関係を示す図である。図２０の横軸はθrを表し、縦軸はθｅを表す。θrが約３２度以下の範囲においては、θrが増加するにしたがってθｅは単調に増加する。θrが約３２度を超える範囲においては、θrが増加するにしたがってθｅは、ピークツーピークが最大約１５度の幅で増加と減少を繰り返しながら増加する。換言すれば、θrが約３２度を超える範囲において、θrの関数であるθｅは、極大値及び極小値を有する。
【０１０９】
比較例３
本比較例において、Ｐ０とＯ２との距離Ｔは、
Ｔ＝５．３８５ｍｍ
であり、Ｐ０とＯ１との距離ｈは、
ｈ＝３．８２９ｍｍ
である。
【０１１０】
Ｏ１を基準とする、中心軸ＡＸ方向の距離をｚで表すと、入射面の形状は式（１）で表せる。また、係数の値は表７の値である。すなわち、比較例３の入射面の形状は、ｚが１．３２２ｍｍ以下の範囲においては、実施例３の入射面の形状と同一であり、ｚが１．３２２ｍｍを超える範囲においても、ｚの関数であるφｈは、極大値及び極小値を有することはなく、zが増加するにしたがって、φｈは単調に減少する。換言すれば、比較例３の光学素子の入射面は、入射面の拡散領域を有さない点が実施例３の入射面と異なる。
【０１１１】
Ｏ２を基準とする、中心軸ＡＸ方向の距離をｚで表すと、出射面の中心軸ＡＸ近傍の形状は、光源からの光線が出射面で全反射しない形状であり、式（２）で表される。また、係数の値は表９の値である。すなわち、比較例３の出射面は実施例３の出射面と同一の形状である。
【０１１２】
実施例３と比較例３との性能比較
図１に示した光源に実施例３及び比較例３の光学素子を組み合わせた場合の光の分布を比較することによって実施例２と比較例２との性能を比較する。
【０１１３】
図２１は、図１に示した光源に実施例３の光学素子を組み合わせた場合の光の強度分布を示す図である。図２１の横軸は、中心軸ＡＸとのなす角度がθである方向を示す。図２１の縦軸は、中心軸ＡＸとのなす角度がθである方向に出射される光の強度の相対値を示す。図２１の実線は、波長が５００ナノメータ未満の光（短波長側の光）の相対強度を示す。相対強度は、最大値を１００％として示した。図２１の点線は、波長が５００ナノメータ以上の光（長波長側の光）の相対強度を示す。相対強度は、最大値を１００％として示した。
【０１１４】
図２２は、図１に示した光源に比較例３の光学素子を組み合わせた場合の光の強度分布を示す図である。図２２の横軸は、中心軸ＡＸとのなす角度がθである方向を示す。図２２の縦軸は、中心軸ＡＸとのなす角度がθである方向に出射される光の強度の相対値を示す。図２２の実線は、波長が５００ナノメータ未満の光（短波長側の光）の相対強度を示す。相対強度は、最大値を１００％として示した。図２２の点線は、波長が５００ナノメータ以上の光（長波長側の光）の相対強度を示す。相対強度は、最大値を１００％として示した。
【０１１５】
図２１と図２２とを比較すると、比較例３についての図２２の方が短波長側の光の強度と長波長側の光の強度との差が大きい。特に、θが６５度付近において両者の差が大きい。両者の差が大きいと、色の差が生じる。たとえば、図２２に示すように、θが６５度付近において長波長側の強度が大きい場合には、θが６５度付近において赤みが強くなる。
【０１１６】
このように実施例３の光学素子は比較例３の光学素子と比較して色の差が生じるのを抑えることができる。
【０１１７】
他の好ましい実施形態
本発明による光学素子は、金型を使用して射出成形により製造するのが好ましい。その場合に、金型に樹脂（プラスチック）を注入する樹脂ゲートの位置が製品に影響を与える。
【０１１８】
図２３は、光学素子の出射面１０３の中心に樹脂ゲート１０３１を配置した場合を示す図である。図２３（ａ）は、樹脂ゲート１０３１が配置された状態を示す図である。図２３（ｂ）は、図２３（ａ）のように配置された樹脂ゲート１０３１によって製造された光学素子の形状を示す図である。樹脂ゲート痕１０３３は散乱面であり、中心付近の強い光を拡散し、特に被照射面が近くに位置する際に光源の中心部の強い光線の拡散を促進するので好ましい。
【０１１９】
図２４は、光学素子の出射面１０３の中心に円錐台形状１０３５を設け、そこに樹脂ゲート１０３７を配置した場合を示す図である。図２４（ａ）は、樹脂ゲート１０３７が配置された状態を示す図である。図２４（ｂ）は、図２４（ａ）のように配置された樹脂ゲート１０３７によって製造された光学素子の形状を示す図である。円錐台形状１０３５が中心付近の強い光を拡散するとともに、樹脂ゲート痕は散乱面であり、中心付近の強い光を拡散し、特に被照射面が近くに位置する際に光源の中心部の強い光線の拡散を促進するので好ましい。
【０１２０】
図２５は、光学素子の底面１０５に１個の樹脂ゲート１０５１を配置した場合を示す図である。本実施形態によれば、樹脂ゲート痕が光学面に影響を与えることはない。
【０１２１】
図２６は、光学素子の底面１０５に２個の樹脂ゲート１０５１Ａ及び１０５１Ｂを配置した場合を示す図である。本実施形態によれば、樹脂ゲート痕が光学面に影響を与えることはない。
【０１２２】
光学素子の出射面の一部や底面に、光を拡散するための拡散構造や拡散材料を備えるのも好ましい。拡散構造は、面より直径1mm未満の球面もしくは非球面形状を面上から差し引いた面、面より直径1mm未満の球面もしくは非球面形状を面上に足した面、面より直径1mm未満の円錐、三角錐、四角錐を面上から差し引いた面、面より直径1mm未満の円錐、三角錐、四角錐を面上に足した面、荒らしによるシボ面、マイクロレンズアレイ等に代表される微小の曲面やプリズムなどの屈折構造、プリズムなどの全反射構造等である。拡散材料は、アクリル粉末、ポリスチレン粒子、シリコン粉末、銀粉末、酸化チタン粉末、アルミニウム粉末、ホワイトカーボン、酸化マグネシウム、酸化亜鉛等の散乱材料である。
【０１２３】
図２７は、出射面の周辺部分に拡散構造または拡散材料１０３９を備えた光学素子の構成を示す図である。図２７の円形で表現した部分が、拡散構造または拡散材料を示す。本実施形態の光学素子によれば、出射面の周辺部分から出射される光がさらに拡散される。
【０１２４】
図２８は、底面に拡散構造または拡散材料１０５３を備えた光学素子の構成を示す図である。本実施形態の光学素子によれば、光学素子の底面を経由して被照射面に到達する光線が被照射面に輝度ムラを生成するのを防止することができる。ここで、光学素子の底面を経由して被照射面に到達する光線としては、光学素子内で全反射した光線、被照射面から反射した光線、隣接した光学素子からの光線などが考えられる。
【０１２５】
また、入射面の拡散領域の構造として、上述の光学面の形状に代えて、上記の拡散構造や拡散材料を備えてもよい。
【０１２６】
光学素子の入射面及び出射面の形状は、軸ＡＸに関して回転対称な形状に限らない。たとえば、軸ＡＸの周りを複数の角度区間に分割し、それぞれの角度区間において異なる形状としてもよい。角度区間は、９０度の４個の角度区間及び６０度の６個の角度区間など等間隔のものであっても、そうでなくてもよい。
【０１２７】
また、一部の角度区間についてのみ、入射面に拡散領域を設けてもよい。
【０１２８】
上記の実施形態によれば、軸ＡＸの周りの角度区間に対応した方向ごとに異なる光の分布を実現することができる。たとえば、特に、軸ＡＸの周りの特定の方向に対して色の差を小さくすることもできる。
【図１】
2013164898.tif 000019
【図２】
2013164898.tif 000020
【図３】
2013164898.tif 000021
【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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【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２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【手続補正書】
【提出日】平成25年2月7日(2013.2.7)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
平面に配置された光源を覆う入射面と、該入射面を覆う出射面と、を備え、該光源からの光が該入射面及び該出射面を通過した後、外部に照射されるように構成された光学素子であって、
該光源の中心を通り、該平面に垂直な軸を光軸として、該入射面は、周縁に対し該光軸付近が窪んだ形状を有し、該光軸と該入射面との交点をＯ１とし、該光軸を含み、該平面に垂直な該光学素子の任意の断面において、該入射面上の点Ｐにおける該入射面の法線の、該光軸に対する角度をφｈとし、該入射面上の点Ｐの点Ｏ１からの該光軸方向の距離をｚとして、点Ｏ１から該平面まで、該入射面に沿って点Ｐを移動させたときに、点Ｏ１に隣接する第１の領域では、ｚが増加するにしたがってφｈが単調に減少し、第１の領域よりも該平面に近い第２の領域でｚに対するφｈが少なくとも一つの極大値及び少なくとも一つの極小値を有するように該入射面が構成された光学素子。
【請求項２】
該入射面が該光軸に関して回転対称な形状である請求項１に記載の光学素子。
【請求項３】
該光軸の周りを複数の角度区間に分割し、該入射面がそれぞれの角度区間において異なる形状を有するように該入射面が構成された請求項１に記載の光学素子。
【請求項４】
該複数の角度区間の一部の角度区間においてのみ、点Ｏ１から該平面まで、該入射面に沿って点Ｐを移動させたときに、ｚに対するφｈが少なくとも一つの極大値及び少なくとも一つの極小値を有するように該入射面が構成された請求項３に記載の光学素子。
【請求項５】
平面に配置された光源を覆う入射面と、該入射面を覆う出射面と、を備え、該光源からの光が該入射面及び該出射面を通過した後、外部に照射されるように構成された光学素子であって、
該光源の中心を通り、該平面に垂直な軸を光軸として、該入射面は、周縁に対し該光軸付近が窪んだ形状を有し、該光軸と該入射面との交点をＯ１とし、該光軸を含み、該平面に垂直な該光学素子の任意の断面において、該入射面上の点Ｐにおける該入射面の法線の、該光軸に対する角度をφｈとし、該入射面上の点Ｐの点Ｏ１からの該光軸方向の距離をｚとし、該光軸と該平面との交点をＰ０として、点Ｐ０と該入射面上の点Ｐとを結ぶ直線が該光軸となす角度をθｒとして、点Ｏ１から該平面まで、該入射面に沿って点Ｐを移動させたときに、
３０°＜θｒ＜９０°
において、ｚに対するφｈが少なくとも一つの極大値及び少なくとも一つの極小値を有するように該入射面が構成された光学素子。
【請求項６】
φｈの差が１０度以上である、隣接する極大値及び極小値が存在する請求項１から５のいずれかに記載の光学素子。
【請求項７】
φｈの差が２０度以上である、隣接する極大値及び極小値が存在する請求項６に記載の光学素子。
【請求項８】
平面上に配置された光源を覆う入射面と、該入射面を覆う出射面と、を備え、該光源からの光が該入射面及び該出射面を通過した後、外部に照射されるように構成された光学素子であって、
該光源の中心を通り、該平面に垂直な軸を光軸として、該入射面は、周縁に対し該光軸付近が窪んだ形状を有し、該光軸と該入射面との交点をＯ１とし、該光軸と該平面との交点をＰ０として、該光軸を含み、該平面に垂直な該光学素子の任意の断面において、点Ｐ０と該入射面上の点Ｐとを結ぶ直線が該光軸となす角度をθｒとし、点Ｐ０から点Ｐへ進んだ光の光学素子内の進行方向と該光軸とがなす角度をθｉとして、点Ｏ１から該平面まで、該入射面に沿って点Ｐを移動させたときに、θｒに対するθｉが少なくとも一つの極大値及び少なくとも一つの極小値を有するように該入射面が構成された光学素子。
【請求項９】
該入射面が該光軸に関して回転対称な形状である請求項８に記載の光学素子。
【請求項１０】
該光軸の周りを複数の角度区間に分割し、該入射面がそれぞれの角度区間において異なる形状を有するように該入射面が構成された請求項８に記載の光学素子。
【請求項１１】
該複数の角度区間の一部の角度区間においてのみ、点Ｏ１から該平面まで、該入射面に沿って点Ｐを移動させたときに、ｚに対するφｈが少なくとも一つの極大値及び少なくとも一つの極小値を有するように該入射面が構成された請求項１０に記載の光学素子。
【請求項１２】
３０°＜θｒ＜９０°
において、θｒに対するθｉが少なくとも一つの極大値及び少なくとも一つの極小値を有するように該入射面が構成された請求項８から１１のいずれかに記載の光学素子。
【請求項１３】
θｒの差が５度以上である、隣接する極大値及び極小値が存在する請求項８から１２のいずれかに記載の光学素子。
【請求項１４】
θｒの差が１０度以上である、隣接する極大値及び極小値が存在する請求項１３に記載の光学素子。
【請求項１５】
光源と、請求項１から１４のいずれかに記載の光学素子と、を備えた照明ユニット。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
本発明の第１の態様による光学素子は、平面に配置された光源を覆う入射面と、該入射面を覆う出射面と、を備え、該光源からの光が該入射面及び該出射面を通過した後、外部に照射されるように構成された光学素子である。該光源の中心を通り、該平面に垂直な軸を光軸として、該入射面は、周縁に対し該光軸付近が窪んだ形状を有し、該光軸と該入射面との交点をＯ１とし、該光軸を含み、該平面に垂直な該光学素子の任意の断面において、該入射面上の点Ｐにおける該入射面の法線の、該光軸に対する角度をφｈとし、該入射面上の点Ｐの点Ｏ１からの該光軸方向の距離をｚとして、点Ｏ１から該平面まで、該入射面に沿って点Ｐを移動させたときに、点Ｏ１に隣接する第１の領域では、ｚが増加するにしたがってφｈが単調に減少し、第１の領域よりも該平面に近い第２の領域でｚに対するφｈが少なくとも一つの極大値及び少なくとも一つの極小値を有するように該入射面が構成されている。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
本発明の第１の態様の変形態様による光学素子は、平面に配置された光源を覆う入射面と、該入射面を覆う出射面と、を備え、該光源からの光が該入射面及び該出射面を通過した後、外部に照射されるように構成された光学素子である。該光源の中心を通り、該平面に垂直な軸を光軸として、該入射面は、周縁に対し該光軸付近が窪んだ形状を有し、該光軸と該入射面との交点をＯ１とし、該光軸を含み、該平面に垂直な該光学素子の任意の断面において、該入射面上の点Ｐにおける該入射面の法線の、該光軸に対する角度をφｈとし、該入射面上の点Ｐの点Ｏ１からの該光軸方向の距離をｚとして、点Ｏ１から該平面まで、該入射面に沿って点Ｐを移動させたときに、
３０°＜θｒ＜９０°
において、ｚに対するφｈが少なくとも一つの極大値及び少なくとも一つの極小値を有するように該入射面が構成されている。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】
本態様による光学素子は、極大値および極小値がない場合にｚに対するφｈの傾きがほぼ一定である、
３０°＜θｒ＜９０°
の範囲の入射面の領域において、ｚに対するφｈが少なくとも一つの極大値及び少なくとも一つの極小値を有するように入射面が構成されているので、光源と組み合わせて使用された際に、極大値および極小値がない場合と比較して、光源の各点からの光線が、該入射面の到達位置に応じて種々の方向に屈折される。したがって、光学素子から出射される光の方向によって生じる色の差を小さくすることができる。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１６】
本発明の実施形態による光学素子は、第１の態様またはその変形態様の光学素子であって、φｈの差が１０度以上である、隣接する極大値及び極小値が存在する。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１８】
本発明の実施形態による光学素子は、第１の態様またはその変形態様の光学素子であって、φｈの差が２０度以上である、隣接する極大値及び極小値が存在する。
【国際調査報告】
2013164898.tif 000047
2013164898.tif 000048
2013164898.tif 000049
2013164898.tif 000050