(57)【要約】【課題】フレネルレンズを用いた際に生じる虹ムラを目立たなくさせる。【解決手段】照明装置１は、複数のレンズ面１２と、隣り合う二つのレンズ面を接続するライズ面１３と、を含むフレネルレンズ１１を、備えるフレネルレンズシート１０と、フレネルレンズシートのフレネルレンズが形成された面とは反対側の面１０ｃに対面して配置された光源２と、を備える。フレネルレンズシートのシート面１０ａに対する角度の大きさが最も小さくなるレンズ面の位置を基準位置Ｔとすると、ライズ面のライズ角は、当該ライズ面よりも前記配列方向に沿って基準位置Ｔに近接して配置された他のライズ面のライズ角以下である。光源の出光面５ａからフレネルレンズシートに入射し当該フレネルレンズシートのレンズ面を透過した光の一部は、当該入射したレンズ面の基準位置から離間する側に位置するライズ面に接近していく。【選択図】図１
2015035412.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のレンズ面と、隣り合う二つのレンズ面を接続するライズ面と、を含むフレネルレンズを、備えるフレネルレンズシートであって、当該フレネルレンズシートのシート面に対する角度の大きさが最も小さくなるレンズ面が位置する基準位置から、前記レンズ面の配列方向に沿って、離間する側に延び上がる或るライズ面が、前記シート面に対してなすライズ角を鋭角とすると、少なくとも一つのライズ面のライズ角は、当該一つのライズ面よりも前記レンズ面の配列方向に沿って前記基準位置に近接して配置された少なくとも一つの他のライズ面のライズ角よりも小さい、フレネルレンズシートと、
前記フレネルレンズシートの前記フレネルレンズが形成された面とは反対側の面に対面して配置された光源と、を備え、
前記光源は、出光面を有し、
前記出光面から前記フレネルレンズシートに入射し当該フレネルレンズシートの前記レンズ面を透過した光の一部は、当該入射したレンズ面の前記基準位置から離間する側に位置する前記ライズ面に接近していく、照明装置。
【請求項２】
前記出光面から前記フレネルレンズシートに入射し当該フレネルレンズシートの前記レンズ面を透過した光の一部が接近していく前記ライズ面のライズ角は、鋭角である、請求項１に記載の照明装置。
【請求項３】
複数のレンズ面と、隣り合う二つのレンズ面を接続するライズ面と、を含むフレネルレンズを、備えるフレネルレンズシートであって、当該フレネルレンズシートのシート面に対する角度の大きさが最も小さくなるレンズ面が位置する基準位置から、前記レンズ面の配列方向に沿って、離間する側に延び上がる或るライズ面が、前記シート面に対してなすライズ角を鋭角とすると、少なくとも一つのライズ面のライズ角は、当該一つのライズ面よりも前記レンズ面の配列方向に沿って前記基準位置に近接して配置された少なくとも一つの他のライズ面のライズ角よりも小さい、フレネルレンズシートと、
前記フレネルレンズシートの前記フレネルレンズが形成された面に対面して配置された光源と、を備え、
前記光源は、出光面を有し、前記出光面上の各位置から拡散光が射出される、照明装置。
【請求項４】
任意の一つのライズ面のライズ角は、当該一つのライズ面よりも前記レンズ面の配列方向に沿って前記基準位置に近接して配置された他のライズ面のライズ角以下である、請求項１〜３のいずれか一項に記載の照明装置。
【請求項５】
各ライズ面のライズ角は、３０度以上９０度以下である、請求項１〜４のいずれか一項に記載の照明装置。
【請求項６】
前記フレネルレンズシートは、光を拡散させる光拡散層をさらに備える、請求項１〜５のいずれか一項に記載の照明装置。
【請求項７】
すべてのライズ面のライズ角が鋭角となっている、請求項１〜６のいずれか一項に記載の照明装置。
【請求項８】
前記フレネルレンズシートの前記シート面に平行な投影面に前記出光面を投影した投影面積は、前記投影面に前記フレネルレンズを投影した投影面積よりも小さい、請求項１〜７のいずれか一項に記載の照明装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フレネルレンズを有するフレネルレンズシートを備える照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
フレネルレンズシートに形成されるフレネルレンズは、配列方向に配列された複数のレンズ面を有しており、複数のレンズ面の組み合わせにより、発散光束や平行光束をなす入射光に対して一定のレンズ作用を及ぼす。隣り合う２つのレンズ面の間には、ライズ面が形成される。ライズ面は、通常、光に対するレンズ作用を期待されていない面である。このライズ面は、典型的には、フレネルレンズシートのシート面の法線方向に平行に延びる（特許文献１、２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−２４９５９号公報
【特許文献２】特開２００８−３３２４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、多くの照明装置では、比較的に小面積の出光面を有した光源から照射される白色光をフレネルレンズで集光することになる。このとき、光源の出光面がフレネルレンズの大きさと比較して十分に小さくなっていれば、フレネルレンズに入射する或る程度の光量の光が発散光束の光路をたどり、結果として、フレネルレンズのレンズ作用により、一定の領域に集光されるようになる。ただし、厳密には光源の出光面上の各位置から拡散光が射出されており、全体的に捉えると、光源は出光面から白色拡散光を射出する。すなわち、光源からの光には、フレネルレンズで光路を補正することができない光も含まれることになる。本件発明者らが確認したところ、このような照明装置において、白色光が集光された領域の周囲に色分散した虹状の色ムラ（以下、単に「虹ムラ」と呼ぶ）が生じることが確認された。このような虹ムラは、屋内照明用途、とりわけ舞台照明装置等に利用する場合には非常に重要な課題となる。また、虹ムラの発生を抑制することができれば、光源光の利用効率が改善されて、省エネルギーやＣＯ２削減を実現し得る。
【０００５】
本件発明者がこの虹ムラが生じる原因についてさらに調査したところ以下の知見が得られた。図８に、フレネルレンズに入射する光がレンズ面で屈折する様子を示す。図８に示されたフレネルレンズ５１１は、複数のレンズ面５１２の組み合わせによって、平凸レンズと同様のレンズ作用を発揮することを期待されている。したがって、フレネルレンズ５１１に予定されたレンズ作用を及ぼされ得る方向またはその近傍となる方向から入射する光Ｌ５１，Ｌ５２，Ｌ５３，Ｌ５４は、その光路を所定の方向に補正される。これらの光は、レンズ面５１２での屈折によって、光軸Ｘに接近する側に進行方向を曲げられる。その一方で、フレネルレンズ５１１のレンズ作用を期待し得る方向からある程度ずれた方向から入射する光Ｌ５５，Ｌ５６に対しては、レンズ面５１２でのレンズ作用が有効に発揮されることなく、当該光は、入射したレンズ面５１２に隣接するライズ面５１３に入射してしまうことがある。本件発明者らが、光路追跡を行ったところ、レンズ面５１２で屈折した後に意図せずライズ面５１３に入射する光が、虹ムラを形成していた。
【０００６】
本発明は、以上のような本件発明者らの知見に基づくものであり、フレネルレンズを用いた際に生じる虹ムラを目立たなくさせることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明によるフレネルレンズシートは、複数のレンズ面と、隣り合う二つのレンズ面を接続するライズ面と、を含むフレネルレンズを、備えるフレネルレンズシートであって、  当該フレネルレンズシートのシート面に対する角度の大きさが最も小さくなるレンズ面が位置する基準位置から、前記レンズ面の配列方向に沿って、離間する側に延び上がる或るライズ面が、前記シート面に対してなすライズ角を鋭角とすると、少なくとも一つのライズ面のライズ角は、当該一つのライズ面よりも前記レンズ面の配列方向に沿って前記基準位置に近接して配置された少なくとも一つの他のライズ面のライズ角よりも小さい。
【０００８】
本発明によるフレネルレンズシートにおいて、任意の一つのライズ面のライズ角は、当該一つのライズ面よりも前記レンズ面の配列方向に沿って前記基準位置に近接して配置された他のライズ面のライズ角以下であってもよい。
【０００９】
本発明によるフレネルレンズシートにおいて、各ライズ面のライズ角は、３０度以上９０度以下であってもよい。
【００１０】
本発明によるフレネルレンズシートにおいて、光を拡散させる光拡散層をさらに備えてもよい。
【００１１】
本発明によるフレネルレンズシートにおいて、すべてのライズ面のライズ角が鋭角となっていてもよい。
【００１２】
本発明による第１の照明装置は、前記いずれかの特徴を有するフレネルレンズシートと、
前記フレネルレンズシートの前記フレネルレンズが形成された面とは反対側の面に対面して配置された光源と、を備え、
前記光源は、出光面を有し、前記出光面上の各位置から拡散光が射出される。
【００１３】
本発明による第１の照明装置において、前記出光面から前記フレネルレンズシートに入射し当該フレネルレンズシートの前記レンズ面を透過した光の一部は、当該入射したレンズ面の前記基準位置から離間する側に位置する前記ライズ面に接近していってもよい。
【００１４】
本発明による第１の照明装置において、前記出光面から前記フレネルレンズシートに入射し当該フレネルレンズシートの前記レンズ面を透過した光の一部が接近していく前記ライズ面のライズ角は、鋭角であってもよい。
【００１５】
本発明による第２の照明装置は、前記いずれかの特徴を有するフレネルレンズシートと、
前記フレネルレンズシートの前記フレネルレンズが形成された面に対面して配置された光源と、を備え、
前記光源は、出光面を有し、前記出光面上の各位置から拡散光が射出される。
【００１６】
本発明による第３の照明装置は、複数のレンズ面と、隣り合う二つのレンズ面を接続するライズ面と、を含むフレネルレンズと、光を拡散させる光拡散層と、を有するフレネルレンズシートと、
前記フレネルレンズシートの前記フレネルレンズが形成された面とは反対側の面に対面して配置された光源と、を備え、
前記光源は、出光面を有し、前記出光面上の各位置から拡散光が射出され、
前記フレネルレンズシートの前記シート面に平行な投影面に前記出光面を投影した投影面積は、前記投影面に前記フレネルレンズを投影した投影面積よりも小さい。
【００１７】
本発明による第３の照明装置において、前記光拡散層は、主部と、主部に分散された光を拡散させる拡散成分と、を含んでいてもよい。
【００１８】
本発明による第１〜３の照明装置において、前記フレネルレンズシートの前記シート面に平行な投影面に前記出光面を投影した投影面積は、前記投影面に前記フレネルレンズを投影した投影面積よりも小さくてもよい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、フレネルレンズを用いた際に生じる虹ムラを目立たなくさせることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図１は、本発明の第１の実施の形態におけるフレネルレンズシートを備えた照明装置を示す概略図である。
【図２】図２は、図１に示す照明装置のフレネルレンズシートを示す概略断面図である。
【図３】図３は、図１に示す領域Ａを拡大して示す概略断面図である。
【図４】図４は、図１に示す照明装置の光源の他の構成例を示す概略図である。
【図５】図５は、本発明の第２の実施の形態におけるフレネルレンズシートを備えた照明装置を示す概略平面図である。
【図６】図６は、図５に示す照明装置のフレネルレンズシートを示す概略断面図である。
【図７】図７は、図５に示す領域Ａを拡大して示す概略断面図である。
【図８】図８は、従来のフレネルレンズに入射する光がレンズ面で屈折する様子を示す概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
≪第１の実施の形態≫
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。なお、本件明細書に添付する図面においては、図示と理解のしやすさの便宜上、適宜縮尺および縦横の寸法比等を、実物のそれらから変更し誇張してある。図１及び図２は本発明による第１の実施の形態を説明するための図である。このうち図１は、本発明の第１の実施の形態におけるフレネルレンズシートを備えた照明装置を示す概略図であり、図２は、図１に示す照明装置のフレネルレンズシートを示す概略断面図である。
【００２２】
なお、本明細書において、「シート」、「フィルム」、「板」の用語は、呼称の違いのみに基づいて、互いから区別されるものではない。したがって、例えば、「板」はシートやフィルムとも呼ばれ得るような部材も含む概念である。
【００２３】
図１に示すように、照明装置１は、フレネルレンズ１１を備えるフレネルレンズシート１０と、フレネルレンズシート１０のフレネルレンズ１１が形成された面１０ｂとは反対側の面１０ｃに対面して配置された光源２と、を備えている。この光源２は、出光面５ａを有し、出光面５ａ上の各位置から拡散光を射出するようになっている。
【００２４】
図１に示すように、光源２から照射される光は、フレネルレンズ１１のレンズ作用により、焦点領域付近に集光され、その後、焦点から離れるにつれて拡がって進んでいく。以下、このような光学作用を及ぼすフレネルレンズ１１を備えるフレネルレンズシート１０について説明する。なお、以下の説明では、フレネルレンズシート１０のフレネルレンズ１１がサーキュラフレネルレンズで構成される例を用いて説明するが、このような例に限定されず、フレネルレンズ１１はリニアフレネルレンズであってもよい。
【００２５】
図２に示すように、フレネルレンズシート１０のフレネルレンズ１１は、複数のレンズ面１２と、隣り合う二つのレンズ面１２を接続するライズ面１３と、を含んでいる。
【００２６】
図示されたフレネルレンズ１１は、複数のレンズ面１２の組み合わせによって、凸レンズと同様のレンズ作用を発揮することを期待されている。各レンズ面１２は、環状の形状を有し、複数のレンズ面１２が、同心円状に配列されている。つまり、図２に示すように、フレネルレンズシート１０のシート面１０ａに直交し、後述する基準位置Ｔを通る任意の断面において、複数のレンズ面１２は、配列方向ｄ１に沿って順に配列されている。
【００２７】
なお、本明細書において、「シート面（フィルム面、板面）」とは、対象となるシート状の部材を全体的かつ大局的に見た場合において対象となるシート状部材の平面方向と一致する面のことを指す。本実施の形態では、フレネルレンズシート１０のシート面１０ａと、フレネルレンズシート１０の光源２側の面１０ｃとは、平行になっている。
【００２８】
図２に示すように、レンズ面１２がフレネルレンズシート１０のシート面１０ａとなす角度をレンズ角とし、αで示す。ここで、「レンズ面１２がフレネルレンズシート１０のシート面１０ａとなす角度」とは、フレネルレンズシート１０のシート面１０ａに直交し配列方向ｄ１に沿った断面において、レンズ面１２の両端部を結ぶ直線とシート面１０ａとがなす角度をいう。また、レンズ角αの大きさ（絶対値）が最も小さくなるレンズ面１２の位置を基準位置Ｔとする。典型的な焦点をもつフレネルレンズでは、フレネルレンズ１１の両側に位置する一対の焦点を結ぶ直線上に、基準位置Ｔが位置することになる。
【００２９】
フレネルレンズ１１では、配列方向ｄ１に沿って基準位置Ｔから、より離間して配置されたレンズ面１２の方が、レンズ角αが大きくなる傾向にある。本実施の形態では、任意の一つのレンズ面１２のレンズ角αは、当該一つのレンズ面１２よりも配列方向ｄ１に沿って基準位置Ｔに近接して配置された他のレンズ面１２のレンズ角α以上となる。このことから、配列方向ｄ１に沿って基準位置Ｔから最も離間して配置されたレンズ面１２のレンズ角αが最も大きくなる。
【００３０】
また、フレネルレンズシート１０の法線方向ｎｄにおける各レンズ面１２の寸法を高さｈとすると、配列方向ｄ１に沿って基準位置Ｔから、より離間して配置されたレンズ面１２の方が、高さｈが大きくなる傾向にある。本実施の形態では、任意の一つのレンズ面１２の高さｈは、当該一つのレンズ面１２よりも配列方向ｄ１に沿って基準位置Ｔに近接して配置された他のレンズ面１２の高さｈ以上となる。このことから、基準位置Ｔに位置するレンズ面１２ａの高さｈが最も小さくなり、配列方向ｄ１に沿って基準位置Ｔから最も離間して配置されたレンズ面１２の高さｈが最も大きくなる。
【００３１】
また、図２に示すように、隣り合う二つのレンズ面１２の間には、ライズ面１３が配置されている。なお、ライズ面１３は、通常、光のレンズ作用を期待されていない面である。
【００３２】
ここで、ライズ面１３が、フレネルレンズシート１０のシート面１０ａとなす角度をライズ角θとする。ここで、「ライズ面１３がフレネルレンズシート１０のシート面１０ａとなす角度」とは、フレネルレンズシート１０のシート面１０ａに直交し配列方向ｄ１に沿った断面において、ライズ面１３の両端部を結ぶ直線とシート面１０ａとがなす角度をいう。基準位置Ｔから、レンズ面１２の配列方向ｄ１に沿って、基準位置Ｔと離間する側に延び上がる或るライズ面１３が、シート面１０ａに対してなすライズ角θを鋭角、より具体的には０°より大きく９０°未満の角度を持つ角と定義する。さらに言い換えると、図２に示すように、基準位置Ｔに近接する側のレンズ面１２ｂの、基準位置Ｔから離間する側の端部１２ｂ１が、基準位置Ｔから離間する側のレンズ面１２ｃの、基準位置Ｔに近接する側の端部１２ｃ１よりも、基準位置Ｔに近接している場合に、この二つのレンズ面１２ｂ、１２ｃを接続するライズ面１３のライズ角θを鋭角と定義する。なお、ライズ角θは、ライズ面角度と呼ばれる場合もある。
【００３３】
本実施の形態では、少なくとも一つのライズ面１３のライズ角θは、当該一つのライズ面１３よりもレンズ面１２の配列方向ｄ１に沿って基準位置Ｔに近接して配置された少なくとも一つの他のライズ面１３のライズ角θよりも小さい、という関係が満たされている。
【００３４】
さらに、本実施の形態では、任意の一つのライズ面１３のライズ角θは、当該一つのライズ面１３よりも配列方向ｄ１に沿って基準位置Ｔに近接して配置された他のライズ面１３のライズ角θ以下になっている。さらには、任意の一つのライズ面１３のライズ角θは、当該一つのライズ面１３よりも配列方向ｄ１に沿って基準位置Ｔに近接して配置された他のライズ面１３のライズ角θより小さくなっている。このことから、基準位置Ｔに最も近接して配置されたライズ面１３のライズ角θが最も大きくなり、配列方向ｄ１に沿って基準位置Ｔから最も離間して配置されたライズ面１３のライズ角θが最も小さくなる。
【００３５】
一例として、各ライズ面１３のライズ角θは、３０度以上９０度以下であってもよい。
【００３６】
なお、このようなフレネルレンズ１１において、レンズ面１２のピッチＰは、レンズ面１２の高さｈと、レンズ面１２のレンズ角αと、及びライズ面１３のライズ角θと、の幾何学的関係に基づいて決定される。
【００３７】
また、本実施の形態のフレネルレンズシート１０は、フレネルレンズ１１よりも光源２側に光拡散層２０をさらに備えている。光拡散層２０の光源２側の面は、フレネルレンズシート１０の光源２側の面を画成している。この光拡散層２０は、光源２からフレネルレンズシート１０に入射した光を拡散させる光拡散機能を有している。例えば、光拡散層２０は、主部２１と、主部２１に分散された光を拡散させる拡散成分２２と、を含んでいてもよい。ここでいう拡散成分２２とは、光拡散層２０内を進む光に対し、反射や屈折等によって、当該光の進路方向を変化させる作用を及ぼし得る成分のことである。このような拡散成分２２の光拡散機能（光散乱機能）は、例えば、光拡散層２０の主部２１をなす材料とは異なる屈折率を有した材料から拡散成分２２を構成することにより、あるいは、光に対して反射作用を及ぼし得る材料から拡散成分２２を構成することにより、付与され得る。主部２１をなす材料とは異なる屈折率を有する拡散成分２２として、金属化合物、気体を含有した多孔質物質、さらには、単なる気泡が例示される。
【００３８】
あるいは、他の例として、光拡散層２０は、フレネルレンズシート１０の光源２側の面１０ｃに、エンボス加工等によって形成された微細な凹凸を含むようにしてもよい。
【００３９】
次に、フレネルレンズシート１０に拡散光を照射する光源２について説明する。本実施の形態の光源２は、いわゆるチップオンボード型ＬＥＤ光源として構成されている。具体的には、図１に示すように、光源２は、フレネルレンズシート１０に対向して配置された例えばアルミニウム製の基板３と、基板３の上に配列された複数のＬＥＤチップ４と、複数のＬＥＤチップ４を覆うカバー５と、を有している。
【００４０】
本実施の形態のカバー５は、フレネルレンズシート１０とＬＥＤチップ４との間に位置する前述の出光面５ａを形成するとともに、出光面５ａの周縁に接続されて複数のＬＥＤチップ４を環状に取り囲む側面５ｂも形成している。この出光面５ａは、フレネルレンズシート１０に対面しており、本実施の形態では、基準位置Ｔと出光面５ａの中心とが対面している。また、図示する例では、出光面５ａは、フレネルレンズ１１の形状に対応して円形の形状を有している。
【００４１】
また、出光面５ａは、ＬＥＤチップ４からの光を拡散させながらフレネルレンズシート１０に向けて射出する光拡散機能を有している。この光拡散機能は、等方性拡散機能であってもよいし、異方性拡散機能であってもよい。本実施の形態では、カバー５に光を拡散させる拡散成分を分散させることにより、出光面５ａの等方性拡散機能を実現している。
【００４２】
このような構成によって、各ＬＥＤチップ４からの光は出光面５ａに入射し、出光面５ａ上の各位置から拡散光が射出されるようになっている。
【００４３】
ここで、図１に示すように、フレネルレンズシート１０のシート面１０ａに平行な投影面に、出光面５ａを投影した投影面積Ｓ１は、前記投影面にフレネルレンズ１１を投影した投影面積Ｓ２よりも小さくなっている。このため、フレネルレンズ１１の各レンズ面１２に光を入射させるべく、出光面５ａの各位置から拡散光が射出し、全体的に捉えると、光源２からフレネルレンズ１１に向けて発散光が照射されるようになっている。図示する例では、投影面は、フレネルレンズシート１０の光源２側の面１０ｃとなっている。
【００４４】
次に、以上のような構成からなる本実施の形態の作用について、図１を参照しながら説明する。
【００４５】
図１に示すように、光源２において各ＬＥＤチップ４からの光が出光面５ａに入射し、出光面５ａの各位置から拡散光Ｌがフレネルレンズシート１０に向けて射出される。全体的には、上述した投影面積Ｓ２の大きいフレネルレンズシート１０が、上述した投影面積Ｓ１が小さい光源２からの発散光を照射されることになる。おおよそ発散光の光路をたどってフレネルレンズシート１０に入射した光Ｌは、フレネルレンズ１１のレンズ作用により、焦点領域付近に集光され、その後、焦点から離れるにつれて拡がって進み、照明領域Ｒを照らす。なお、照明領域Ｒについては、照らしたい範囲に応じて焦点からの距離を適時設定してもよい。
【００４６】
ここで、図３を参照して、フレネルレンズ１１の各レンズ面１２に入射する光について考える。図３は、フレネルレンズ１１のレンズ面１２を拡大して示す図である。上述したように、基準位置Ｔと出光面５ａの中心とが対面しており、出光面５ａ上の各位置から拡散光が射出される。このため、出光面５ａ上の各位置からある一つのレンズ面１２に向かう光は、当該レンズ面１２と出光面５ａの中央を結ぶ方向に概ね輝度のピークを有し、輝度ピークが得られる方向に対して傾斜するにつれて当該方向での輝度は低下していく。レンズ面１２と出光面５ａの中央を結ぶ方向から概ね入射するピーク方向の光Ｌ１１は、当該レンズ面１２で屈折して集光領域付近に向かって進んでいく。従って、レンズ面１２に入射する大部分の光は、フレネルレンズ１１のレンズ作用によって所望の方向に進んでいく光となる。
【００４７】
一方、出光面５ａ上の各位置から拡散光が射出されるため、各レンズ面１２には、当該レンズ面１２へ入射する光の輝度ピークが得られる方向に対して大きく傾斜した光Ｌ１３、Ｌ１４も入射する。また、輝度ピークが得られる方向またはその近傍となる方向に沿ってフレネルレンズシート１０に入射する光であっても、レンズ面１２よりも光源２側に配置された光拡散層２０によって進路方向を変化させられて、その一部が輝度ピークが得られる方向に対して大きく傾斜した方向から各レンズ面１２に入射する。
【００４８】
図３に示すように、輝度ピークが得られる方向に対して大きく傾斜した方向に進む光Ｌ１３、Ｌ１４、言い換えると、レンズ面１２での屈折によって焦点領域に向けて補正されるようになる方向に対して大きく傾斜した方向に進む光Ｌ１３、Ｌ１４は、レンズ面から有効なレンズ作用を及ぼされない。このため、当該光Ｌ１３、Ｌ１４は、レンズ面１２で基準位置Ｔから離間する側に屈折して、当該離間する側に位置するライズ面１３に接近していく。このような光は、図８を参照しながら既に説明したように、虹ムラを引き起こすと共に光の利用効率を低下させる原因となる。
【００４９】
一方、本実施の形態では、ライズ面１３のライズ角θは、当該ライズ面１３よりも配列方向ｄ１に沿って基準位置Ｔに近接して配置された他のライズ面１３のライズ角θ以下となっている。すなわち、典型的な従来のフレネルレンズとは異なり、すべてのライズ面１３が、法線方向ｎｄと平行に延びていない。各ライズ面１３は、フレネルレンズシート１０のシート面１０ａへの法線方向ｎｄと平行に、または、フレネルレンズシート１０のシート面１０ａへの法線方向ｎｄに対して基準位置Ｔから離間するように延び上がっている。言い換えると、ライズ角θは９０°以下となっている。しかも、入射光の輝度ピークが法線方向ｎｄに対してなす角度が大きくなる基準位置Ｔから離間した位置において、ライズ面１３のライズ角θがより小さくなるようになっている。従って、仮にレンズ面１２でのレンズ作用が十分に発揮されなかったため、当該レンズ面１２での屈折後における進行方向が法線方向ｎｄに対して基準位置Ｔから離間する側に傾斜しライズ面１３に接近していく光Ｌ１３、Ｌ１４であっても、ライズ面１３に入射することを効果的に回避することができる。この結果、この光Ｌ１３、Ｌ１４は、その後、照明領域Ｒに進むことが可能となる。
【００５０】
すなわち、フレネルレンズ１１で予定したレンズ作用を及ぼされる方向に対して大きく傾斜した方向からフレネルレンズ１１に入射した光Ｌ１３、Ｌ１４が、ライズ面１３に入射して別のレンズ面１２でさらに屈折する、ということが起こり難くなるため、各ライズ面５１３が法線方向ｎｄに平行に延びる、図８に示す従来のフレネルレンズ５１１よりも、光が所望の照明領域Ｒに集光し易くなる。すなわち、図８に示す従来のフレネルレンズ５１１よりも、光の利用効率が向上する。これにより、レンズの集光効率の低下を改善して、照明領域Ｒの周りに形成される虹ムラを目立たなくさせることができる。
【００５１】
以上のように、本実施の形態によれば、少なくとも一つのライズ面１３のライズ角θは、当該一つのライズ面１３よりもレンズ面１２の配列方向ｄ１に沿って基準位置Ｔに近接して配置された少なくとも一つの他のライズ面１３のライズ角θよりも小さい。このため、フレネルレンズの集光効率が改善され、且つ、虹ムラの発生を抑制することができる。
【００５２】
また、本実施の形態によれば、任意の一つのライズ面１３のライズ角θは、当該一つのライズ面１３よりも配列方向ｄ１に沿って基準位置Ｔに近接して配置された他のライズ面１３のライズ角θ以下になっている。この場合、フレネルレンズ１１で予定したレンズ作用を及ぼされる方向に対して大きく傾斜した光Ｌ１３、Ｌ１４が、ライズ面１３に入射し別のレンズ面１２でさらに屈折する、ということがさらに起こり難くなるため、従来のフレネルレンズよりも、光が所望の照明領域Ｒに集光し易くなる。すなわち、従来のフレネルレンズよりも、光の利用効率が向上する。これにより、レンズの集光効率の低下を改善して、照明領域Ｒの周りに形成される虹ムラをさらに目立たなくさせることができる。
【００５３】
また、本実施の形態によれば、各ライズ面１３のライズ角θは、３０度以上９０度以下である。ライズ角θが３０度以上であることにより、レンズ面１２の配列を大きく変更することなくフレネルレンズ１１を実現することができる。このため、レンズ面１２の集光機能を維持したままで、照明領域Ｒの周りに形成される虹ムラを目立たなくさせることができる。
【００５４】
また、本実施の形態のフレネルレンズシート１０は、光を拡散させる光拡散層２０をさらに備えている。光拡散層２０によって、出光面５ａから照射される光の一部の進路方向を変化させることができるため、照明領域Ｒの周りに種々の波長からなる光を到達させることができる。このため、照明領域Ｒの周りで種々の波長からなる光が混ざり、虹ムラを目立たなくさせることができる。加えて、光拡散層２０によって進路方向を変更された光の一部は、輝度ピークが得られる方向に対して大きく傾斜してレンズ面１２に入射する。
本実施の形態によれば、輝度ピークが得られる方向に対して大きく傾斜してレンズ面１２に入射した光Ｌ１３、Ｌ１４が、ライズ面１３に入射した後別のレンズ面１２でさらに屈折する、ということを起こり難くすることができるため、このような光Ｌ１３、Ｌ１４であっても所望の照明領域Ｒにある程度向かわせることができる。この結果、光拡散層２０をさらに備えていても、レンズの集光効率を大きく低下させることなく、虹ムラを目立たなくさせることができる。
【００５５】
また、本実施の形態によれば、フレネルレンズシート１０の法線方向ｎｄに直交する投影面１０ｃに出光面５ａを投影した投影面積Ｓ１は、投影面１０ｃにフレネルレンズ１１を投影した投影面積Ｓ２よりも小さい。この場合、出光面５ａからフレネルレンズ１１に向けて発散光が照射されることになるため、各レンズ面１２に、輝度ピークが得られる方向に対して大きく傾斜した光Ｌ１３、Ｌ１４が入射し易い。各レンズ面１２に、輝度ピークが得られる方向に対して大きく傾斜した光Ｌ１３、Ｌ１４が多く入射すると、レンズの集光効率を低下させ、所望の照明領域Ｒの周りに形成される虹ムラを目立たせ易い。従って、本実施の形態のフレネルレンズシート１０及び照明装置１は、このような態様において、レンズの集光効率の低下を改善して、照明領域Ｒの周りに形成される虹ムラを目立たなくさせる、という機能を効果的に発揮することができる。
【００５６】
また、本実施の形態の照明装置１は、複数のレンズ面１２と、隣り合う二つのレンズ面１２を接続するライズ面１３と、を含むフレネルレンズ１１と、光を拡散させる光拡散層２０と、を有するフレネルレンズシート１０と、フレネルレンズシート１０のフレネルレンズ１１が形成された面１０ｂとは反対側の面１０ｃに対面して配置された光源２と、を備え、光源２は、出光面５ａを有し、出光面５ａ上の各位置から拡散光が射出され、フレネルレンズシート１０のシート面１０ａに平行な投影面に出光面５ａを投影した投影面積Ｓ１は、投影面にフレネルレンズ１１を投影した投影面積Ｓ２よりも小さくなっている。
この場合、出光面５ａからフレネルレンズ１１に向けて発散光が照射されることになるため、各レンズ面１２に、輝度ピークが得られる方向に対して大きく傾斜した光Ｌ１３、Ｌ１４が入射し易い。各レンズ面１２に、輝度ピークが得られる方向に対して大きく傾斜した光Ｌ１３、Ｌ１４が多く入射すると、所望の照明領域Ｒの周りに形成される虹ムラを目立たせ易い。この点、本実施の形態の照明装置１によれば、光拡散層２０によって、出光面５ａから照射される光の一部の進路方向を変化させることができるため、照明領域Ｒの周りに種々の波長からなる光を到達させることができる。このため、照明領域Ｒの周りで種々の波長からなる光が混ざり、虹ムラを目立たなくさせることができる。
【００５７】
≪変形例≫
なお、上述した実施の形態に対して様々な変更を加えることが可能である。以下、図面を参照しながら、変形の一例について説明する。以下の説明および以下の説明で用いる図面では、上述した実施の形態と同様に構成され得る部分について、上述の実施の形態における対応する部分に対して用いた符号と同一の符号を用いることとし、重複する説明を省略する。
【００５８】
上述した第１の実施の形態では、図１に示すように、光源２が、基板の３上に配列された複数のＬＥＤチップ４と、複数のＬＥＤチップ４を覆うカバー５と、を有したチップオンボード型ＬＥＤ光源として構成されている例を示したが、光源２の構成は、上述した構成に限定されない。照明装置の光源は、出光面を有する面光源装置として構成されていればそれ自体既知の種々の形態を採用することができる。例えば、光源は、有機ＥＬ素子にて出光面が形成された有機ＥＬ型光源であってもよいし、蛍光灯を用いた蛍光灯型光源であってもよい。図４に、光源が蛍光灯型光源として構成された例を平面図にて示す。図４に示す例では、光源２は、フレネルレンズシート１０に対向して配置された例えばアルミニウム製の基板３（図１参照）と、基板３の上に配列された複数の蛍光灯７と、複数の蛍光灯７を覆うカバー５と、を有している。図４に示す例では、各蛍光灯７は環状の形状を有し、複数の蛍光灯７が同心円状に配列されている。
【００５９】
図４に示すカバー５は、フレネルレンズシート１０と蛍光灯７との間に位置する出光面５ａを形成するとともに、出光面５ａの周縁に接続されて複数の蛍光灯７を環状に取り囲む側面５ｂも形成している。図示する例では、出光面５ａは、フレネルレンズ１１の形状に対応して円形の形状を有している。
【００６０】
また、出光面５ａは、蛍光灯７からの光を拡散させながらフレネルレンズシート１０に向けて射出する光拡散機能を有している。このような構成によって、各蛍光灯７からの光は出光面５ａに入射し、出光面５ａ上の各位置から拡散光が射出されるようになっている。
【００６１】
≪第２の実施の形態≫
次に、図５乃至図７を参照して、本発明の第２の実施の形態について説明する。図５は、本発明の第２の実施の形態におけるフレネルレンズシートを備えた照明装置を示す概略図であり、図６は、図５に示す照明装置のフレネルレンズシートを示す概略断面図であり、図７は、図５に示す領域Ａを拡大して示す概略断面図である。図５乃至図７を参照して説明する第２の実施の形態は、光源２がフレネルレンズシート１０のフレネルレンズ１１が形成された面１０ｂに対面して配置されている点で異なるが、その他の構成は、第１の実施形態およびその変形例と同様に構成することができる。第２の実施の形態に関する以下の説明および以下の説明で用いる図面では、上述した第１の実施の形態およびその変形例と同様に構成され得る部分について、上述の第１の実施の形態およびその変形例における対応する部分に対して用いた符号と同一の符号を用いることとし、重複する説明を省略する。なお、図５乃至図７に示す例では、フレネルレンズシート１０が光拡散層２０を備えた例を示しているが、光拡散層２０を備えていなくてもよい。さらに、フレネルレンズシート１０の構成及び光源２の構成は、上述した第１の実施の形態と同様なため、ここでは詳細な説明を省略する。
【００６２】
このような構成からなる本実施の形態の作用について、図５〜図７を参照しながら説明する。
【００６３】
図５に示すように、光源２の出光面５ａの各位置から拡散光Ｌがフレネルレンズシート１０に向けて射出される。全体的には、上述した投影面積Ｓ２の大きいフレネルレンズシート１０が、上述した投影面積Ｓ１が小さい光源２からの発散光を照射されることになる。おおよそ発散光の光路をたどってフレネルレンズシート１０に入射した光Ｌは、フレネルレンズ１１のレンズ作用により、焦点領域付近に集光され、その後、焦点から離れるにつれて拡がって進み、照明領域Ｒを照らす。なお、照明領域Ｒについては、照らしたい範囲に応じて焦点からの距離を適時設定してもよい。
【００６４】
図５及び図６に示すように、光源２がフレネルレンズシート１０のフレネルレンズ１１が形成された面１０ｂに対面して配置された場合、光源２の出光面５ａの各位置から射出された光の多くは、レンズ面１２に入射し、光源２の出光面５ａの各位置から射出された光の一部は、ライズ面１３にも入射する。先ず、フレネルレンズ１１のレンズ面１２に入射する光について説明する。上述したように、基準位置Ｔと出光面５ａの中心とが対面しており、出光面５ａ上の各位置から拡散光が射出される。このため、出光面５ａ上の各位置からある一つのレンズ面１２に向かう光は、当該レンズ面１２と出光面５ａの中央を結ぶ方向に概ね輝度のピークを有し、輝度ピークが得られる方向に対して傾斜するにつれて当該方向での輝度は低下していく。レンズ面１２と出光面５ａの中央を結ぶ方向から概ね入射するピーク方向の光Ｌ２１は、当該レンズ面１２で屈折して集光領域付近に向かって進んでいく。一方、図７に示すように、出光面５ａ上の各位置から拡散光が射出されるため、各レンズ面１２には、当該レンズ面１２へ入射する光の輝度ピークが得られる方向に対して大きく傾斜した光Ｌ２２も入射する場合がある。輝度ピークが得られる方向に対して大きく傾斜した方向に進む光Ｌ２２は、レンズ面１２から期待されたレンズ作用を及ぼされないものの、フレネルレンズシート１０の法線方向ｎｄに対してなす角度が小さくなるように、当該レンズ面１２で屈折して照明領域Ｒに向かっていく。従って、レンズ面１２に入射する大部分の光は、フレネルレンズ１１のレンズ作用によって照明領域Ｒに進んでいく光となる。
【００６５】
一方、図７に示すように、フレネルレンズ１１の各ライズ面１３に入射する光Ｌ２３、Ｌ２４の大部分は、フレネルレンズシート１０の法線方向ｎｄに対してなす角度が大きくなるように、当該ライズ面１３で屈折する。とりわけ、図７に示すように、フレネルレンズシート１０の法線方向ｎｄに対して大きく傾斜した光Ｌ２４は、当該ライズ面１３でフレネルレンズシート１０の法線方向ｎｄに対してなす角度がさらに大きくなるように屈折して、基準位置Ｔから離間する側に位置するレンズ面１２に接近していく。ライズ面１３で屈折した光が基準位置Ｔから離間する側に位置するレンズ面１２に入射してしまうと、当該レンズ面１２で全反射して意図せぬ方向にその進行方向を変更して、所望の照明領域Ｒの周りを意図せず明るく照らし得る（図７において二点鎖線で示す光Ｌ２４参照）。このような照明領域Ｒの周りを意図せず明るく照らし得る、フレネルレンズシート１０の法線方向ｎｄに対して大きく傾斜した光Ｌ２４は、基準位置Ｔから離間した位置にあるライズ面１３ほど入射し易い。
【００６６】
そこで、本実施の形態では、少なくとも一つのライズ面１３のライズ角θは、当該一つのライズ面１３よりもレンズ面１２の配列方向ｄ１に沿って基準位置Ｔに近接して配置された少なくとも一つの他のライズ面１３のライズ角θよりも小さくなっている。より詳細には、ライズ面１３のライズ角θは、当該ライズ面１３よりも配列方向ｄ１に沿って基準位置Ｔに近接して配置された他のライズ面１３のライズ角θ以下となっている。したがって、フレネルレンズシート１０の法線方向ｎｄに対してなす角度がより大きくなる基準位置Ｔから離間した位置において、ライズ面１３のライズ角θがより小さくなる。
【００６７】
図７に二点鎖線で示すように、ライズ面１３のライズ角θが大きい、例えば図８に示す従来のフレネルレンズのように各ライズ面が法線方向に平行に延びる場合には、フレネルレンズシート１０の法線方向ｎｄに対して大きく傾斜した方向からライズ面１３に入射した光Ｌ０は、ライズ面１３で屈折して基準位置Ｔから離間する側に位置するレンズ面１２で全反射して、所望の照明領域Ｒに集光せずに当該照明領域Ｒの周りを意図せず明るく照らし得る。一方、ライズ面１３のライズ角θがより小さくなるほど、ライズ面１３に入射した光Ｌ２４は、相対的に、フレネルレンズシート１０の法線方向ｎｄに対してなす角度があまり大きくならないように屈折するため、基準位置Ｔから離間する側に位置するレンズ面１２に入射し難くなる。典型的には、ライズ面１３で屈折してレンズ面１２に入射しなかった光Ｌ２４は、フレネルレンズシート１０の出光側の面１０ｃで全反射して入光側の面１０ｂに戻される。したがって、本実施の形態によれば、ライズ面１３のライズ角θを上記のように設定したことにより、各ライズ面５１３が法線方向ｎｄに平行に延びる、図８に示す従来のフレネルレンズ５１１よりも、ライズ面１３で屈折した光が基準位置Ｔから離間する側に位置するレンズ面１２に入射して当該レンズ面１２で全反射する、ということを起こり難くすることができる。
【００６８】
以上のように、本実施の形態によれば、少なくとも一つのライズ面１３のライズ角θは、当該一つのライズ面１３よりもレンズ面１２の配列方向ｄ１に沿って基準位置Ｔに近接して配置された少なくとも一つの他のライズ面１３のライズ角θよりも小さくなっている。このような形態によれば、フレネルレンズシート１０の法線方向ｎｄに対してなす角度がより大きくなる基準位置Ｔから離間した位置において、ライズ面１３のライズ角θがより小さくなる。ライズ面１３のライズ角θがより小さくなるほど、ライズ面１３に入射した光は、相対的に、フレネルレンズシート１０の法線方向ｎｄに対してなす角度があまり大きくならないように屈折し、基準位置Ｔから離間する側に位置するレンズ面１２に入射し難くなる。したがって、ライズ面１３のライズ角θを上記のように設定したことにより、フレネルレンズシート１０の法線方向ｎｄに対して大きく傾斜した光Ｌ２４、すなわち基準位置Ｔから離間した位置にあるライズ面１３に入射する光Ｌ２４であっても、ライズ面１３で屈折した後に基準位置Ｔから離間する側に位置するレンズ面１２で全反射する、ということを効果的に回避することができる。この結果、各ライズ面５１３が法線方向ｎｄに平行に延びる、図８に示す従来のフレネルレンズ５１１よりも、光が所望の照明領域Ｒに集光し易くなる。したがって、本実施の形態によれば、図８に示す従来のフレネルレンズ５１１よりも、所望の照明領域Ｒに光を集光させ当該照明領域Ｒを効果的に照明することが可能になる。
【００６９】
また、本実施の形態によれば、任意の一つのライズ面１３のライズ角θは、当該一つのライズ面１３よりも配列方向ｄ１に沿って基準位置Ｔに近接して配置された他のライズ面１３のライズ角θ以下になっている。この場合、フレネルレンズシート１０の法線方向ｎｄに対してなす角度がより大きくなる基準位置Ｔから離間した位置において、ライズ面１３のライズ角θがより一層小さくなるようになる。これにより、フレネルレンズシート１０の法線方向ｎｄに対して大きく傾斜した方向からライズ面１３に入射する光Ｌ２４であっても、ライズ面１３で屈折した後に基準位置Ｔから離間する側に位置するレンズ面１２で全反射する、ということをさらに効果的に回避することができる。この結果、各ライズ面５１３が法線方向ｎｄに平行に延びる、図８に示す従来のフレネルレンズ５１１よりも、光が所望の照明領域Ｒに集光し易くなる。したがって、本実施の形態によれば、図８に示す従来のフレネルレンズ５１１よりも、所望の照明領域Ｒをさらに効果的に照明することが可能になる。
【００７０】
また、本実施の形態によれば、各ライズ面１３のライズ角θは、３０度以上９０度以下である。ライズ角θが３０度以上であることにより、レンズ面１２の配列を大きく変更することなく、所望の照明領域Ｒに光を集光させる機能の低下を改善されたフレネルレンズ１１を容易に実現することができる。
【００７１】
また、本実施の形態のフレネルレンズシート１０は、光を拡散させる光拡散層２０をさらに備えている。光拡散層２０によって、出光面５ａから照射される光の一部の進行方向を変化させることができるため、照明領域Ｒをむらなく照明することができる。
【００７２】
また、本実施の形態によれば、フレネルレンズシート１０の法線方向ｎｄに直交する投影面１０ｃに出光面５ａを投影した投影面積Ｓ１は、投影面１０ｃにフレネルレンズ１１を投影した投影面積Ｓ２よりも小さい。この場合、出光面５ａからフレネルレンズ１１に向けて発散光が照射されることになるため、各レンズ面１２に、輝度ピークが得られる方向に対して大きく傾斜した光Ｌ２２、Ｌ２４が入射し易い。各レンズ面１２に、輝度ピークが得られる方向に対して大きく傾斜した光Ｌ２２、Ｌ２４が多く入射すると、所望の照明領域Ｒの周りを明るく照らしてしまう。従って、本実施の形態のフレネルレンズシート１０及び照明装置１は、このような態様において、所望の照明領域Ｒに光を集光させる機能を効果的に発揮することができる。
【符号の説明】
【００７３】
１    照明装置
２    光源
５ａ  出光面
１０  フレネルレンズシート
１０ａ  シート面
１１  フレネルレンズ
１２  レンズ面
１３  ライズ面
２０  光拡散層
ｄ１  配列方向
θ    ライズ角θ
α    レンズ角
Ｓ１  投影面積
Ｓ２  投影面積
Ｔ    基準位置
Ｘ    光軸
【図１】
2015035412.tif 000003
【図２】
2015035412.tif 000004
【図３】
2015035412.tif 000005
【図４】
2015035412.tif 000006
【図５】
2015035412.tif 000007
【図６】
2015035412.tif 000008
【図７】
2015035412.tif 000009
【図８】
2015035412.tif 000010