(57)【要約】【課題】本発明は、非発光表示素子あるいは透光性表示体を照明する直下型の面照明装置において、比較的簡易な構造で生産性に優れると共に、光源光の利用効率の向上で輝度が高く且つ所望の輝度均斉度を容易に得ることができ、光学的にも優れた特性を有する面照明装置を提供することにある。【解決手段】棒状光源２に設けた棒状レンズ３によって所望の照射分布を形成するようにした。棒状レンズ３の断面形状は、光入射面となる円弧９と円弧９の外側に位置し、円弧９の中心Ｐを通る直線を対称軸Ａとする夫々円弧９の中心Ｐと反対方向に湾曲し且つ対称軸Ａ上で繋がった２つの凸形状を有する曲線１０と、円弧９と曲線１０の夫々の端同士を結ぶ２つの直線１１からなっている。【選択図】図２
2008166234.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
単数または平行に並設された複数の棒状光源と、
前記夫々の棒状光源に略密着した状態で並設、固定された棒状レンズと、
前記棒状光源および前記棒状レンズの一部を囲むように配設されたリフレクタを備え、
前記棒状レンズは、前記棒状レンズを該棒状レンズの長手方向に垂直な面で切断したときの断面が、円弧と、前記円弧の外側に位置し、前記円弧の中心を通る直線を対称軸とする、夫々前記円弧の中心と反対方向に湾曲し且つ前記対称軸上で繋がった２つの凸形状を有する曲線と、前記円弧および前記曲線の夫々の端同士を結ぶ２つの直線からなることを特徴とする面照明装置。
【請求項２】
前記棒状レンズは、該棒状レンズの前記円弧の中心が前記棒状光源の外周円の中心と略同一位置となるように前記棒状光源に並設、固定されていることを特徴とする請求項１に記載の面照明装置。
【請求項３】
前記棒状レンズは前記棒状光源と略同一の長さを有していることを特徴とする請求項１または２のいずれか１項に記載の面照明装置。
【請求項４】
前記棒状レンズが形成する照度分布は、前記夫々の棒状光源の直上近傍において低く、互いに隣接する前記棒状光源方向に向かうにつれて徐々に高くなり、互いに隣接する前記棒状光源同士の間隔の半分の位置の直上近傍において最高となり、最外側に位置する棒状光源の外側では一端上昇した後、急速に減衰することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の面照明装置。
【請求項５】
前記棒状光源、前記棒状レンズ、および前記リフレクタの上方に、光拡散板、光拡散シートおよびプリズムシートのうち少なくとも１つからなる配光制御ユニットを備えることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の面照明装置。
【請求項６】
前記棒状光源を該棒状光源の中心に位置する線状光源とすると共に前記配光制御ユニットを該配光制御ユニットの前記線状光源側の面が前記棒状光源の中心を通る前記対称軸に略垂直になるように位置させたときに、互いに隣接する前記線状光源同士の間隔の半分の距離をＬ、前記線状光源から出射した光線の前記対称軸に対する角度をθ、前記線状光源から出射して前記棒状レンズの前記断面円弧の端部に到達する光線の前記対称軸に対する角度をΘ、前記線状光源から前記対称軸に対してθの角度で出射し、前記棒状レンズの前記断面円弧からなる光入射面から前記棒状レンズに入射し、前記棒状レンズ内を導光されて前記棒状レンズの前記断面凸形状曲線からなる光出射面から出射した光線が、前記配光制御ユニットの前記線状光源側の面に到達する位置の前記対称軸からの距離をＬ（θ）とすると、前記棒状レンズの前記断面凸形状曲線はＬ（θ）＝Ｌ（θ／Θ）の関数に基づいて形成されていることを特徴とする請求項５に記載の面照明装置。
【請求項７】
前記棒状光源を該棒状光源の中心に位置する線状光源とすると共に前記配光制御ユニットを該配光制御ユニットの前記線状光源側の面が前記棒状光源の中心を通る前記対称軸に略垂直になるように位置させたときに、互いに隣接する前記線状光源同士の間隔の半分の距離をＬ、前記線状光源から出射した光線の前記対称軸に対する角度をθ、前記線状光源から出射して前記棒状レンズの前記断面円弧の端部に到達する光線の前記対称軸に対する角度をΘ、前記線状光源から前記対称軸に対してθの角度で出射し、前記棒状レンズの前記断面円弧からなる光入射面から前記棒状レンズに入射し、前記棒状レンズ内を導光されて前記棒状レンズの前記断面凸形状曲線からなる光出射面から出射した光線が、前記配光制御ユニットの前記線状光源側の面に到達する位置の前記対称軸からの距離をＬ（θ）とすると、前記棒状レンズの前記断面凸形状曲線はＬ（θ）＝Ｌ√（θ／Θ）の関数に基づいて形成されていることを特徴とする請求項５に記載の面照明装置。
【請求項８】
前記棒状光源を該棒状光源の中心に位置する線状光源とすると共に前記配光制御ユニットを該配光制御ユニットの前記線状光源側の面が前記棒状光源の中心を通る前記対称軸に略垂直になるように位置させたときに、互いに隣接する前記線状光源同士の間隔の半分の距離をＬ、前記線状光源から出射した光線の前記対称軸に対する角度をθ、前記線状光源から出射して前記棒状レンズの前記断面円弧の端部に到達する光線の前記対称軸に対する角度をΘ、前記線状光源から前記対称軸に対してθの角度で出射し、前記棒状レンズの前記断面円弧からなる光入射面から前記棒状レンズに入射し、前記棒状レンズ内を導光されて前記棒状レンズの前記断面凸形状曲線からなる光出射面から出射した光線が、前記配光制御ユニットの前記線状光源側の面に到達する位置の前記対称軸からの距離をＬ（θ）とすると、前記棒状レンズの前記断面凸形状曲線はＬ（θ）＝Ｌ［３（θ/Θ）ｅｘｐ｛−７（θ/Θ）｝＋（θ/Θ）］の関数に基づいて形成されていることを特徴とする請求項５に記載の面照明装置。
【請求項９】
前記棒状光源は熱陰極蛍光ランプであることを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の面照明装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、面照明装置に関するものであり、詳しくは、いわゆる直下型と呼ばれる面照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、液晶表示パネル等の非発光表示素子あるいは看板、写真フィルム等の透光性表示体の照明用光源となる面照明装置として、導光板の側面から入射した光で該導光板の平面側に載置された非発光表示素子あるいは透光性表示体を照射する、いわゆるサイドライト型と呼ばれる面照明装置と、光拡散板の一方の平面側から入射した光で該光拡散板の他方の平面側に載置された非発光表示素子あるいは透光性表示体を照射する、いわゆる直下型と呼ばれる面照明装置がある。以下、非発光表示素子あるいは透光性表示体のうち、非発光表示素子である液晶表示パネルを例に取る。
【０００３】
前者の場合は、光源を導光板の側面に沿って配設するために面照明装置の厚みを薄くでき、その結果、面照明装置を備えた液晶表示装置が搭載された各種機器の薄型化を図ることが可能となる。
【０００４】
ところで、液晶表示パネルの大型化、および液晶表示パネルのカラー化による透過率の低下などに伴い、液晶表示パネルによって鮮明な表示を得るためには該液晶表示パネルを全面に亘って均一に且つ明るく照射する面照明装置が必要となる。この点、サイドライト型の面照明装置は光源の配設領域に制約があり、液晶表示パネルによって鮮明な表示を得るための十分な光量を導光板内に導入することが困難になってきた。
【０００５】
これに対し、直下型の面照明装置は、光拡散板の一方の平面側に載置された液晶表示パネルを光拡散板の他方の平面側に配設された光源によって照明するものであり、サイドライト型に比べて多くの照射光量の確保が可能となると共に導光板が不要な分だけ軽量化を図ることが可能となるために、液晶表示パネルの大型化、およびカラー化に対応できる照明装置である。
【０００６】
直下型の面照明装置の具体例としては、従来、図９に示すような構成のものが提案されている。それは、単数または平行に並設された複数の線状光源３０の夫々の周囲の一部を囲むように連続するリフレクタ３１が配設され、光源３０およびリフレクタ３１の上方に該光源３０およびリフレクタ３１を覆うように光拡散板３２およびプリズムシート３３が配設されたものである。
【０００７】
そして、リフレクタ３１の光源３０に対向する側の面には光反射面３４が形成され、該光反射面３４は一般的に白色塗装を施したり、あるいは発泡樹脂シート等を貼付した光拡散反射面となっている。
【０００８】
この場合、光源３０から発せられて直接光拡散板３２に至った直接光、および光源３０から発せられてリフレクタ３１の光反射面３４で反射されて光拡散板３２に至った反射光は共に、光拡散板３２によって拡散され、更にプリズムシート３３によって集光性される。
【０００９】
つまり、光拡散板３２は面輝度分布の均一化を図り、プリズムシート３３は正面輝度の向上を担うものである（例えば、特許文献１参照。）。
【００１０】
また、図１０に示すように、光源３０から発せられて光拡散板３２に至る光の光量分布を均一化するために、光源３０に反射、屈折、拡散等の複数の光学機能面を備えたレンズ３５を取付けた構成のものもある（例えば、特許文献２参照。）。
【特許文献１】特開平０９−３３７０６号公報
【特許文献１】特開２００６−１９６４５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら「特許文献１」で提案された方法は、材料費の削減および生産性の向上等によって製造コストの低減を図る場合、光源の数を減らすことも手法の一つになる。但し、光源の数が減ると互いに隣接する光源同士の間隔を広げる必要があり、その際、光源から発せられて光拡散板に至る光の光量分布を均一化するためには光源と光拡散板の距離を長くする必要がある。
【００１２】
すると、光源から光拡散板に至る光路長が長くなって光拡散板に至る光量が減衰すると共に、面照明装置の厚みが増大することになる。
【００１３】
また、「特許文献２」で提案された方法は、レンズ内および面照明装置の空間内で複数回の反射が繰返され、その間の導光損失によって光拡散板に至る光量が減衰する。
【００１４】
その結果、上記構成の従来の面照明装置は、寸法、形状、光源数などの制約によって面照明装置の光出射面となる、光拡散板の光源の反対側の面において、所望の輝度および輝度均斉度などの光学特性が得られない可能性がある。
【００１５】
また、上記いずれの面照明装置においても、光源直上近傍の輝度が最も高く、光源の直上から離れるにつれて輝度が低下していく輝度勾配が形成され、面内輝度分布の均一性が損なわれて所望する輝度均斉度を得ることが難しい。
【００１６】
そこで、本発明は上記問題に鑑みて創案なされたもので、その目的とするところは、非発光表示素子あるいは透光性表示体を照明する直下型の面照明装置において、比較的簡易な構造で生産性に優れると共に、光源光の利用効率の向上で輝度が高く且つ所望の輝度均斉度を容易に得ることができ、光学的にも優れた特性を有する面照明装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記課題を解決するために、本発明の請求項１に記載された発明は、
単数または平行に並設された複数の棒状光源と、
前記夫々の棒状光源に略密着した状態で並設、固定された棒状レンズと、
前記棒状光源および前記棒状レンズの一部を囲むように配設されたリフレクタを備え、
前記棒状レンズは、前記棒状レンズを該棒状レンズの長手方向に垂直な面で切断したときの断面が、円弧と、前記円弧の外側に位置し、前記円弧の中心を通る直線を対称軸とする、夫々前記円弧の中心と反対方向に湾曲し且つ前記対称軸上で繋がった２つの凸形状を有する曲線と、前記円弧および前記曲線の夫々の端同士を結ぶ２つの直線からなることを特徴とするものである。
【００１８】
また、本発明の請求項２に記載された発明は、請求項１において、前記棒状レンズは、該棒状レンズの前記円弧の中心が前記棒状光源の外周円の中心と略同一位置となるように前記棒状光源に並設、固定されていることを特徴とするものである。
【００１９】
また、本発明の請求項３に記載された発明は、請求項１または２のいずれか１項において、前記棒状レンズは前記棒状光源と略同一の長さを有していることを特徴とするものである。
【００２０】
また、本発明の請求項４に記載された発明は、請求項１から４のいずれか１項において、前記棒状レンズが形成する照度分布は、前記夫々の棒状光源の直上近傍において低く、互いに隣接する前記棒状光源方向に向かうにつれて徐々に高くなり、互いに隣接する前記棒状光源同士の間隔の半分の位置の直上近傍において最高となり、最外側に位置する棒状光源の外側では一端上昇した後、急速に減衰することを特徴とするものである。
【００２１】
また、本発明の請求項５に記載された発明は、請求項１から４のいずれか１項において、前記棒状光源、前記棒状レンズ、および前記リフレクタの上方に、光拡散板、光拡散シートおよびプリズムシートのうち少なくとも１つからなる配光制御ユニットを備えることを特徴とするものである。
【００２２】
また、本発明の請求項６に記載された発明は、請求項５において、前記棒状光源を該棒状光源の中心に位置する線状光源とすると共に前記配光制御ユニットを該配光制御ユニットの前記線状光源側の面が前記棒状光源の中心を通る前記対称軸に略垂直になるように位置させたときに、互いに隣接する前記線状光源同士の間隔の半分の距離をＬ、前記線状光源から出射した光線の前記対称軸に対する角度をθ、前記線状光源から出射して前記棒状レンズの前記断面円弧の端部に到達する光線の前記対称軸に対する角度をΘ、前記線状光源から前記対称軸に対してθの角度で出射し、前記棒状レンズの前記断面円弧からなる光入射面から前記棒状レンズに入射し、前記棒状レンズ内を導光されて前記棒状レンズの前記断面凸形状曲線からなる光出射面から出射した光線が、前記配光制御ユニットの前記線状光源側の面に到達する位置の前記対称軸からの距離をＬ（θ）とすると、前記棒状レンズの前記断面凸形状曲線はＬ（θ）＝Ｌ（θ／Θ）の関数に基づいて形成されていることを特徴とするものである。
【００２３】
また、本発明の請求項７に記載された発明は、請求項５において、前記棒状光源を該棒状光源の中心に位置する線状光源とすると共に前記配光制御ユニットを該配光制御ユニットの前記線状光源側の面が前記棒状光源の中心を通る前記対称軸に略垂直になるように位置させたときに、互いに隣接する前記線状光源同士の間隔の半分の距離をＬ、前記線状光源から出射した光線の前記対称軸に対する角度をθ、前記線状光源から出射して前記棒状レンズの前記断面円弧の端部に到達する光線の前記対称軸に対する角度をΘ、前記線状光源から前記対称軸に対してθの角度で出射し、前記棒状レンズの前記断面円弧からなる光入射面から前記棒状レンズに入射し、前記棒状レンズ内を導光されて前記棒状レンズの前記断面凸形状曲線からなる光出射面から出射した光線が、前記配光制御ユニットの前記線状光源側の面に到達する位置の前記対称軸からの距離をＬ（θ）とすると、前記棒状レンズの前記断面凸形状曲線はＬ（θ）＝Ｌ√（θ／Θ）の関数に基づいて形成されていることを特徴とするものである。
【００２４】
また、本発明の請求項８に記載された発明は、請求項５において、前記棒状光源を該棒状光源の中心に位置する線状光源とすると共に前記配光制御ユニットを該配光制御ユニットの前記線状光源側の面が前記棒状光源の中心を通る前記対称軸に略垂直になるように位置させたときに、互いに隣接する前記線状光源同士の間隔の半分の距離をＬ、前記線状光源から出射した光線の前記対称軸に対する角度をθ、前記線状光源から出射して前記棒状レンズの前記断面円弧の端部に到達する光線の前記対称軸に対する角度をΘ、前記線状光源から前記対称軸に対してθの角度で出射し、前記棒状レンズの前記断面円弧からなる光入射面から前記棒状レンズに入射し、前記棒状レンズ内を導光されて前記棒状レンズの前記断面凸形状曲線からなる光出射面から出射した光線が、前記配光制御ユニットの前記線状光源側の面に到達する位置の前記対称軸からの距離をＬ（θ）とすると、前記棒状レンズの前記断面凸形状曲線はＬ（θ）＝Ｌ［３（θ/Θ）ｅｘｐ｛−７（θ/Θ）｝＋（θ/Θ）］の関数に基づいて形成されていることを特徴とするものである。
【００２５】
また、本発明の請求項９に記載された発明は、請求項１から８のいずれか１項において、前記棒状光源は熱陰極蛍光ランプであることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２６】
本発明の面照明装置は、棒状光源に、断面形状が円弧と、円弧の外側に位置し、円弧の中心を通る直線を対称軸とする、夫々円弧の中心と反対方向に湾曲し且つ対称軸上で繋がった２つの凸形状を有する曲線と、前記円弧および前記曲線の夫々の端同士を結ぶ２つの直線で形成された棒状レンズを並設、固定した。
【００２７】
そして、棒状光源から出射した光は棒状レンズの断面円弧の光入射面から棒状レンズ内に入射し、棒状レンズ内を導光されて断面凸形状曲面の光出射面で屈折されて外部に出射され、所望の照度分布を形成する。
【００２８】
その結果、比較的簡易な構造で生産性に優れると共に、光源光の利用効率の向上で輝度が高く且つ所望の輝度均斉度を容易に得ることができ、光学的にも優れた特性を有する面照明装置を実現することができた。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下、この発明の好適な実施形態を図１から図８を参照しながら、詳細に説明する（同一部分については同じ符号を付す）。尚、以下に述べる実施形態は、本発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの実施形態に限られるものではない。
【００３０】
図１は本発明の面照明装置に係わる実施形態の斜視図である。面照明装置１は光源２、レンズ３、リフレクタ４、光拡散板５、光拡散シート６およびプリズムシート７から構成されており、面照明装置１を構成する各部材により以下に説明するような構造を有している。
【００３１】
光源２は熱陰極蛍光ランプからなる棒状光源であり、該棒状の光源２が複数本略平行に並設されている。なお、棒状光源としては従来、細径化の容易さ、長寿命、低コストといった理由から冷陰極蛍光ランプが使用されてきたが、本実施形態においては発光効率の高さから熱陰極蛍光ランプを採用した。勿論、冷陰極蛍光ランプを使用してもよい。
【００３２】
光源２には、光源２に沿って延びる棒状のレンズ３が設けられている。レンズ３を該レンズ３の長手方向に垂直な面で切断したときの断面形状は図２に示すように、光源２の外周円８の曲率半径Ｒ１以上の曲率半径Ｒ２を有する円弧９と、円弧９の外側に位置し、円弧９の中心Ｐを通る直線を対称軸Ａとする夫々円弧９の中心Ｐと反対方向に湾曲し且つ対称軸Ａ上で繋がった２つの凸形状を有する曲線１０と、円弧９と曲線１０の夫々の端同士を結ぶ２つの直線１１からなっている。なお、円弧９は後述する光入射面の断面形状、曲線１０は光出射面の断面形状である。また、棒状の光源２と棒状のレンズ３は、光源２の外周円８の中心とレンズ３の円弧９の中心が同一位置で中心Ｐを共有するように位置すると共に、略同一の長さに設定されている。
【００３３】
図１に戻って、夫々レンズ３が設けられた各光源２には該光源２の下方および側方を光源２の長手方向に沿って覆うように板状のリフレクタ４が配設され、リフレクタ４の少なくとも光源２に対向する側の面には光反射面１２が形成されている。
【００３４】
光源２の上方には、光線を３６０°の範囲内のいずれかの方向に拡散する光拡散板５および光拡散シート６が順次配設されており、光拡散シート６の上面側には更に、該光拡散シート６からの拡散光の向かう方向を制御するプリズムシート７が配設されている。
【００３５】
プリズムシート７は例えば、厚みが１００μｍ程度であり、光源２の反対側の面が夫々９０°の頂角を有す複数の連続する三角形からなるプリズム形状を呈している。
【００３６】
なお、光拡散シート６は光の拡散度を高めて面輝度分布の均一性を向上させ、プリズムシート７は集光性を高めて照明輝度を向上させる機能を有するものであり、場合によっては面照明装置に求められる光学仕様に基づいて削除される場合もある。反対に、プリズムシート７以外の光学フィルムを追加したり、あるいはプリズムシート７に替わる他の光学フィルムを用いる場合もある。
【００３７】
次に、レンズの設計方法について図３および図４を参照して詳細に説明する。まず、レンズ設計にあたって図３のようなモデルを設定する。
【００３８】
光源２を線状光源とし、線状光源は棒状光源２の中心Ｐに位置するものとする。棒状レンズ３の光入射面１６は、レンズ３を該レンズの長手方向に垂直な面で切断したときの断面形状が棒状光源２の中心Ｐを中心とする円弧９を呈し、断面円弧９を延長した円柱面の一部からなる。
【００３９】
また、棒状光源２の中心Ｐを原点Ｑとし、原点Ｑを通って光拡散板５の光入射面１３に平行な線をＸ軸、原点Ｑを通って光拡散板５の光入射面１３に垂直な線をＹ軸とする。そして、Ｌは互いに隣接する光源２同士の間隔の半分の距離、L（θ）は棒状光源２の中心Ｐ（線状光源）からＹ軸に対してθの角度で出射した光線Ｂが光拡散板５の光入射面１３に到達した位置のＹ軸からＸ方向の距離、Ｄは棒状光源２の中心ＰからＹ軸上の光入射面１３までの距離、Θは棒状光源２の中心Ｐから出射した光線Ｂがレンズ３に入射する限界角度（Ｙ軸に対する角度）、（Ｘ，Ｙ）は棒状光源２の中心ＰからＹ軸に対してθの角度で出射した光線Ｂがレンズ３の光出射面１４と交わる点の座標である。
【００４０】
そして、棒状レンズ２の中心ＰからＹ軸に対して＋Θ〜−Θの範囲内の角度で出射した光線Ｂが、光拡散板５の光入射面１３の＋Ｌ〜−Ｌの領域内に任意の照度分布を形成するようにレンズ３の光出射面１４の断面曲線の軌跡（Ｘ，Ｙ）を求める。
【００４１】
なお、レンズ３の光出射面１４の断面曲面は上述のように左右対称であるので、対称軸（Ｙ軸）の一方Ｘの＋方向（右側）の形状を求める。
【００４２】
図４はレンズの光出射面の断面曲線の具体的な求め方について示している。図中、αはレンズ３の光出射面１４の座標（Ｘ，Ｙ）の位置から出射する光線ＢがＸ軸となす角、θは棒状光源２の中心から出射してレンズ３の光出射面１４の座標（Ｘ，Ｙ）の位置に達する光線ＢがＹ軸となす角、φはレンズ３の光出射面１４の座標（Ｘ，Ｙ）の位置における接線がＸ軸となす角を夫々示している。
【００４３】
そこで、レンズの屈折率をｎとすると、座標（Ｘ，Ｙ）における法線に対する入射角はθ＋φとなり、出射角は（π／２）−α＋φとなり、以下の式が成り立つ。
n・sin(θ+φ)=sin｛(π/2)-α+φ｝        （１）
θ=tan -1(X/Y)                            （２）
φ=tan -1(dX/dY)                          （３）
α=tan -1(D-Y)/｛L(θ)-X｝                （４）
【００４４】
ここで、Ｌ（θ）は上述のようには棒状光源２の中心ＰからＹ軸に対してθの角度で出射した光線Ｂが光拡散板５の光入射面１３のどの位置に到達したかを表す関数である。
【００４５】
なお、図３に示すように、レンズ３に限界角度Θで入射した光線Ｂがレンズ３の光出射面１４から出射して光拡散板３の光入射面１３のＹ軸からＬの距離（レンズ３の光出射面１４から出射された光線Ｂの光拡散板５の光入射面１３におけるＹ軸からの最大到達距離）の位置に到達するものとすると、レンズ３の光出射面１４から出射した光が光拡散板５の光入射面１３に等照度で照射されるためには、レンズ３に入射する限界角度Θに対する実際にレンズ３に入射する角度θの比率と、光拡散板５の光入射面１３に到達した光線Ｂの最大到達距離Ｌに対する実際に光拡散板５の光入射面１３に到達した位置の比率との間に関連性をもたせればよい。
【００４６】
従って、光拡散板５の光入射面１３における到達光光線位置を、棒状光源２の中心Ｐから出射した光線Ｂの角度θを変数とした関数で表すと、
L(θ)=L・(θ/Θ)                          （５）
となる。この場合、Ｌ（θ）はリフレクタ４の光反射面１２、光拡散板５、光拡散シート６、プリズムシート７など、夫々の光学特性によって様々に変化する。
【００４７】
次に、上記式（１）を加法定理により展開すると、
n・sinθcosφ+n・cosθsinφ=sin｛(π/2)-α｝cosφ+ cos｛(π/2)-α｝sinφ      （６）
となり、式（６）の両辺をcosφで割ると
tanφ=［sin｛(π/2)-α｝-n・sinθ］/［n・cosθ-cos｛(π/2)-α｝］        （７）
となる。
【００４８】
そこで、レンズ３の光出射面１４の断面曲線の軌跡は、式（３）および式（７）より以下の微分方程式で表される。
ｄY/ｄX=tanφ=［sin｛(π/2)-α｝-n・sinθ］/［n・cosθ-cos｛(π/2)-α｝］        （８）
【００４９】
但し、（８）式は実際には解析的に求めることができないので、差分近似によって求める。そこで、Ｘの刻み幅をΔＸとすると、
Xn+1=Xn+ΔX
Yn+1=［sin｛(π/2)-α｝-n・sinθ］/［n・cosθ-cos｛(π/2)-α｝］・ΔX+Yn            （９）
となる。
【００５０】
線状光源の直上（Ｙ軸上）のレンズ３の光出射面１４の座標（Ｘ０，Ｙ０）とし、順次式（９）を求める。そして、求めた座標（Ｘ０，Ｙ０）、（Ｘ１，Ｙ１）、・・・、（ＸＮ，ＹＮ）を繋ぐことにより、レンズ３の光出射面１４の断面曲線の形状を求めることができる。
【００５１】
図５および図６は、１つの線状光源から出射されてレンズ内を導光されてレンズの光出射面から出射された光が照射面に形成する照射分布をシミュレーションによって検証した条件および結果を示している。
【００５２】
シミュレーションの対象となるレンズを、図５のように夫々の光出射面の形状が異なる３種類のレンズ（ａ）〜（ｃ）とした。図中、（ａ）のレンズ１は光出射面の形状が、
L(θ)=L(θ/Θ)
（ｂ）のレンズ２は光出射面の形状が、
L(θ)=L√(θ/Θ)
（ｃ）のレンズ３は光出射面の形状が、
L(θ)=L［3(θ/Θ)exp｛-7(θ/Θ)｝+(θ/Θ)］
の夫々の関数に基づくものである。
【００５３】
その結果、図６で示されるように、レンズ１は−Ｌ〜＋Ｌの範囲内に亘ってほぼ均一な照射分布を示しており、レンズ２は棒状光源の直上近傍の照度が低く、そこから遠ざかるにつれて照度が高くなり、距離Ｌの位置でほぼピークに達する。レンズ３は前記レンズ１とレンズ２の中間の照度分布を示している。
【００５４】
棒状光源から出射されてレンズ内を導光されて光拡散板の光入射面に到達した光は、光拡散板、光拡散シート、およびプリズムシートなどを導光されて面照明装置の光出射面から外部に出射されるが、面照明装置の光出射面における輝度分布は光拡散板、光拡散シート、およびプリズムシートなどの夫々が有する光学特性によって異なるものとなる。
【００５５】
そのため、面照明装置の光出射面において所望の輝度分布を得るためには、光拡散板、光拡散シート、およびプリズムシートなどの光学特性に対応したレンズ設計（レンズの光出射面の形状設計）を行なう必要があるが、棒状光源から出射してレンズ内を導光された光が光拡散板の光入射面に形成する照度分布は、概ね図６に示すように棒状光源の直上近傍で低下し、Ｘ軸方向に広がるにつれて徐々に照度が高くなり、位置Ｌ、−Ｌの近傍で照度が最大となる。
【００５６】
従って、このような光学特性を備えたレンズを棒状光源に取付けることにより、面輝度分布の均一性の高い面照明装置を実現することが可能となる。
【実施例】
【００５７】
図７は本発明の面照明装置に係わる実施例の断面図、図８は実施例の輝度分布である。
【００５８】
図７に示す実施例の面照明装置の基本構成は図１と同様であり、面照明装置１の光出射面１５の寸法は、棒状光源２の長手方向（紙面の奥行き方向）が３５５ｍｍ、棒状光源２の長手方向に垂直な方向（Ｘ方向）が２１０ｍｍである。光源２は管径がφ８ｍｍの熱陰極蛍光ランプ（全光束６４２ｌｍ）を３本７０ｍｍの間隔で配設した。光拡散板５はＲＭ８０３（住友化学株式会社製）、光拡散シート６はＢＳ７０２（恵和株式会社製）、プリズムシート７はＲＢＥＦ（住友スリ−エム株式会社製）を使用した。リフレクタ４の光源２と対向する側の面を酸化チタン微粒子を塗布した反射率を９０％以上の光反射面１２とした。レンズ３は材質がアクリルで、形状は図５（ｃ）のレンズ３の形状とした。
【００５９】
図８は上記実施例の輝度分布と、実施例の構成からレンズを取り除いた比較例の輝度分布を、夫々の輝度分布の最大値で正規化したグラフである。グラフの表示範囲は、中央に位置する光源２を中心としたＸ方向の−３５ｍｍ〜＋３５ｍｍの範囲に亘っている。このグラフからわかるように、比較例は面照明装置の中央部近傍の輝度が他の部分に比べて高くなっているが、実施例は中央近傍の輝度が抑制されており、その分他の部分の輝度が改善されている。
【００６０】
下記表１に実施例と比較例の輝度ムラの評価結果を示している。
【００６１】
【表１】
2008166234.tif 000003
【００６２】
表１のＭＡＸはＸ方向の−３５ｍｍ〜＋３５ｍｍの範囲における輝度の最大値、ＭＩＮは最小値、ＡＶＥは平均値である。また、（ＭＡＸ−ＡＶＥ）／ＡＶＥ、および、（ＭＩＮ−ＡＶＥ）／ＡＶＥは共に輝度ムラの指標を示している。
【００６３】
そこで、輝度ムラの指標となる（ＭＡＸ−ＡＶＥ）／ＡＶＥ、および、（ＭＩＮ−ＡＶＥ）／ＡＶＥを実施例と比較例についてみてみると、（ＭＡＸ−ＡＶＥ）／ＡＶＥについては比較例が５．８０％であるのに対し実施例は３．２７％であり、（ＭＩＮ−ＡＶＥ）／ＡＶＥについては比較例が−５．９１％であるのに対し実施例は−４．８２％となっている。
【００６４】
従って、いずれの指標も実施例が比較例よりも輝度ムラが少ないことを示しており、レンズの光学的に優れた効果をもたらすことを示している。
【００６５】
以上説明したように、本発明の直下型の面照明装置は、従来の直下型面照明装置の問題点となっていた、光源の直上近傍の輝度と周囲の輝度との輝度勾配で生じる輝度ムラを改善し、輝度均斉度に優れた面照明装置を実現した。
【００６６】
しかも、輝度ムラの改善方法は、光源にレンズを設けるだけの至って簡易な方法であり、これにより輝度ムラ改善に伴う製造コストの上昇を抑制することができる。
【００６７】
また、レンズは、光源と組み合わせることによって均一な配光分布を形成するように設計されており、光源の並設間隔が広がったとしても光源にレンズを設けることによって面照明装置の厚みを変えることなく所望の輝度均斉度を得ることが可能となる。
【００６８】
また、レンズは、該レンズの光出射面のみで光線を屈折させて配光分布を制御している。そのため、余計な迷光の発生がないために光の利用効率が高く、高輝度の面照明装置の実現に大いに寄与するものとなっている。
【００６９】
更に、光源に光束の多い熱陰極蛍ランプを使用することにより、上記本発明の効果が更に向上し、少ない光源で広範囲な領域を均一に照射する薄型で簡易な構造の面照明装置を提供することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】本発明の面照明装置の斜視図である。
【図２】本発明の面照明装置に係わる光源とレンズの関係を示す断面図である。
【図３】本発明の面照明装置の部分断面図である。
【図４】本発明の面照明装置に係わるレンズ設計の基になる参考図である。
【図５】本発明の面照明装置に係わるレンズの断面図である。
【図６】本発明の面照明装置に係わるレンズの照度分布を示すグラフである。
【図７】本発明の面照明装置に係わる実施例１の断面図である。
【図８】本発明の面照明装置に係わる実施例１の輝度分布を示すグラフである。
【図９】従来の面照明装置の断面図である。
【図１０】従来の他の面照明装置の断面図である。
【符号の説明】
【００７１】
１    面照明装置
２    光源
３    レンズ
４    リフレクタ
５    光拡散板
６    光拡散シート
７    プリズムシート
８    外周円
９    円弧
１０    曲線
１１    直線
１２    光反射面
１３    光入射面
１４    光出射面
１５    光出射面
１６    光入射面
【図１】
2008166234.tif 000004
【図２】
2008166234.tif 000005
【図３】
2008166234.tif 000006
【図４】
2008166234.tif 000007
【図５】
2008166234.tif 000008
【図６】
2008166234.tif 000009
【図７】
2008166234.tif 000010
【図８】
2008166234.tif 000011
【図９】
2008166234.tif 000012
【図１０】
2008166234.tif 000013
【手続補正書】
【提出日】平成19年12月14日(2007.12.14)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４３】
そこで、レンズの屈折率をｎとすると、座標（Ｘ，Ｙ）における法線に対する入射角はθ−φとなり、出射角は（π／２）−α−φとなり、以下の式が成り立つ。
n・sin(θ−φ)=sin｛(π/2)-α−φ｝       （１）
θ=tan -1(X/Y)                             （２）
φ=tan -1(-dX/dY)                          （３）
α=tan -1(D-Y)/｛L(θ)-X｝                 （４）
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４７】
次に、上記式（１）を加法定理により展開すると、
n・sinθcosφ-n・cosθsinφ=sin｛(π/2)-α｝cosφ- cos｛(π/2)-α｝sinφ      （６）
となり、式（６）の両辺をcosφで割ると
tanφ=［ｎ・sinθ-sin｛(π/2)-α｝］/［n・cosθ-cos｛(π/2)-α｝］        （７）
となる。