(57)【要約】【課題】光源の光軸に対して大きく傾けて光線を出射できるにも関わらず、製造の手間がかからない光学素子及びそれを用いた照明装置を提供する。【解決手段】出射面１１ｃが、光源１２の光軸Ｚの直交する面に対して傾いており、且つブレーズ形状１１ｇが形成されているので、光源１２の光軸Ｚに対して大きく傾いた配光特性を与えた場合でも、ブレーズ形状１１ｇとの併用により出射面１１ｃの傾き角を抑えてコンパクトな構成とし、且つ単独で用いる場合に比較してブレーズ形状１１ｇの段差も小さくできるから、全反射を低減することで光の利用効率を高めることもできる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、前記光源の少なくとも光放出側に配置された光学素子と、を有する照明装置用の光学素子であって、
前記光源からの光を入射する入射面と、
前記入射面から入射した光の少なくとも一部を反射する反射面と、
前記入射面から入射した光を出射する出射面とを有し、
前記出射面は、前記光源の光軸に直交する面に対して傾いており、且つブレーズ形状が形成されていることを特徴とする光学素子。
【請求項２】
前記出射面から出射された光は、前記光源の光軸を含む所定面において、かかる光軸方向を０度として絶対値で２５±５度以内の範囲に最も強度が強いピークを有することを特徴とする請求項１に記載の光学素子。
【請求項３】
前記出射面から出射された光は、前記光源の光軸を含む所定面において、かかる光軸方向を０度として絶対値で６０〜８０度の範囲に２番目に強度が強いピークを有することを特徴とする請求項２に記載の光学素子。
【請求項４】
前記入射面は、前記光源の光軸に対して回転対称な面を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の光学素子。
【請求項５】
前記反射面は、前記光源の光軸に対して傾いた軸線を有する放物面、非球面、ベジエ曲線・スプライン曲線からなる曲面の一部であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の光学素子。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載の光学素子を用いた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、光学素子及び照明装置に関し、特に看板や壁面等を照明するのに好適な照明装置及びその光学素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
自立型の看板を照明する場合、看板の上端から水平方向に支柱を伸ばし、その先端に取り付けた投光器から光を出射して看板を照明したり、或いは地面に設置した投光器から光を出射して看板を照明している。しかるに、従来の看板を照明する際の問題点としては、一般的な投光器を用いた場合、配光が対称であるため看板と逆側へも光が広がるため効率よく明るく照明するためには投光器を看板側へ傾けて設置する必要がある。このような設置方法を取ったとき、大判の看板では看板上部まで十分に照明できないため複数の投光器が必要になり、無駄が多くなってしまう。
【０００３】
これに対し、特許文献１，２に示すように、光軸に対して傾いた配光特性を有する光学素子を用いて看板を照明することも考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表２００２−５２８８６１号公報
【特許文献２】特開２００８−１０３３００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ここで特許文献１には、出射面にブレーズ形状を形成することによって、光源の光軸に対して傾いた方向に光を出射する光学素子が開示されている。特許文献１の光学素子によれば、出射面に設けたブレーズ形状により、出射光線の範囲が狭い配光特性、或いは光源の光軸に対する曲げ角が小さい配光特性は比較的容易に実現できるが、看板の照明等に必要な或る程度広がりを持つ配光特性を得ることは困難である。また光源の光軸に対する曲げ角を大きくしようとすると、出射面で全反射が生じやすくなり、光の利用効率が低下するという問題もある。
【０００６】
一方、特許文献２には、光源の光軸に対して傾いた入射面と反射面と出射面を持ち、光源の光軸に対して傾いた方向に光を出射する光学素子が開示されている。特許文献２の光学素子によれば、出射面にブレーズ形状を有しないので、傾き角度が小さい場合は全反射が起き難いため利用効率を確保できるが、その構成上、光源の光軸に対して大きく傾けて光線を出射できないという問題がある。又、特許文献２の光学素子を成形により形成する場合、どのように離型するかという問題もある。
【０００７】
本発明は、かかる従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、光源の光軸に対して大きく傾けて光線を出射できるにも関わらず、製造の手間がかからない光学素子及びそれを用いた照明装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１に記載の光学素子は、光源と、前記光源の少なくとも光放出側に配置された光学素子と、を有する照明装置用の光学素子であって、
前記光源からの光を入射する入射面と、
前記入射面から入射した光の少なくとも一部を反射する反射面と、
前記入射面から入射した光を出射する出射面とを有し、
前記出射面は、前記光源の光軸に直交する面に対して傾いており、且つブレーズ形状が形成されていることを特徴とする。
【０００９】
入射光を光源の光軸に対して大きく傾いた角度で出射させるには、出射面を光軸に対して大きく傾ければよい。しかしながら、それにより出射面の傾き角が大きくなり、光学素子の大型化を招く。一方、出射面にブレーズ形状を設ける場合、その段差を大きくすることで、入射光を光源の光軸に対して大きく傾いた角度で出射させることはできるが、光学素子の成形が困難になり、また出射面で全反射し易くなって効率が低下する。
【００１０】
これに対し本発明によれば、前記出射面が、前記光源の光軸の直交する面に対して傾いており、且つブレーズ形状が形成されているので、例え光源の光軸に対して大きく傾いた配光特性を与えた場合でも、前記ブレーズ形状との併用により前記出射面の傾き角を抑えてコンパクトな構成とし、且つ単独で用いる場合に比較してブレーズ形状の段差も小さくできるから、全反射を低減することで光の利用効率を高めることもできる。
【００１１】
請求項２に記載の光学素子は、請求項１に記載の発明において、前記光源の光軸を含む所定面において、かかる光軸方向を０度として絶対値で２５±５度以内の範囲に最も強度が強いピークを有することを特徴とする。これにより看板等の照明に用いるのに好適となる。
【００１２】
請求項３に記載の光学素子は、請求項２に記載の発明において、前記光源の光軸を含む所定面において、かかる光軸方向を０度として絶対値で６０〜８０度の範囲に２番目に強度が強いピークを有することを特徴とする。これにより看板等の下部も明るく照明できる。
【００１３】
請求項４に記載の光学素子は、請求項１〜３のいずれかに記載の発明において、前記入射面は、前記光源の光軸に対して回転対称な面を有することを特徴とする。これにより成形しやすい光学素子を提供できる。
【００１４】
請求項５に記載の光学素子は、請求項１〜４のいずれかに記載の発明において、前記反射面は、前記光源の光軸に対して傾いた軸線を有する放物面、非球面、ベジエ曲線・スプライン曲線からなる曲面の一部であることを特徴とする。これにより入射光を効率的に出射面に向けて反射することができる。
【００１５】
請求項６に記載の照明装置は、請求項１〜５のいずれかに記載の光学素子を用いたことを特徴とする。
【００１６】
本発明の照明装置は、光源と光学素子とからなる。本発明に係る光源はＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）であると好ましいが、白熱球など他の光源でも良い。
【００１７】
光学素子は望ましくは金型の成形により形成され、光源の少なくとも光放出側に配置されており、光源からの発光光を入射する入射面と、入射光の少なくとも一部を反射する反射面と、入射光を外部に出射する出射面を有する。また、光学素子と光源は接触していても、非接触でも良い。
【００１８】
出射面には、ブレーズ形状が形成されている。ブレーズ形状とは、光学素子の断面形状が、鋸歯状の形状ということであり、より具体的には、斜面と段差面とからなる周期的な形状である。ブレーズ形状を形成する出射面は平坦な面であると好ましいが、大きな曲率半径を有していても良い。尚、出射面とブレーズ形状とは同一方向に傾いていると好ましいが、傾き方向が±３０度以内で異なっていても良い。
【００１９】
出射面から出射された光は、前記光源の光軸を０度として絶対値で２５±５度以内の範囲に最も強度が強いピークを有すると好ましい。又、このピークの幅は、或る程度大きいことが好ましい。
【００２０】
出射面から出射された光は、前記光源の光軸を０度として絶対値で６０〜８０度の範囲に２番目に強度が強いピークを有すると好ましい。
【００２１】
入射面は、光源の光軸に対して回転対称な面を有すると好ましい。かかる入射面は、光軸に対して傾いていても良い。
【００２２】
光学素子は、ガラス又はプラスチックで構成されていると好ましい。光学素子を構成するプラスチックとしては、環状ポリオレフィン、ポリカーボネート等の熱可塑性プラスチック、熱硬化性プラスチック、光硬化性プラスチック、ＵＶ硬化性プラスチックなどを用いることができる。環状ポリオレフィンやポリカーボネート等の熱可塑性プラスチックを用いる場合、射出成形により製造でき、製造コストを大幅に低減させることができるため、より好ましく用いることができる。特に、ポリカーボネートをより好ましく用いることができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、光源の光軸に対して大きく傾けて光線を出射できるにも関わらず、製造の手間がかからない光学素子及びそれを用いた照明装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本実施の形態にかかる照明装置１０を、光源の光軸Ｚを含む断面で切断して示す断面図である。
【図２】図１の構成の矢印II部を拡大して示す図である。
【図３】本実施の形態にかかる照明装置１０を原点Ｏにおき、出射面の最も低い位置がＹＺ面に接する状態での照明領域を示す図である。
【図４】本実施の形態の光学素子１１における配光特性を示す図であり、半径方向に光強度を取り、周方向に光軸からの角度をとって示す。
【図５】変形例にかかる照明装置１０’の図１と同様な断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、添付した図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。図１は、本実施の形態にかかる照明装置１０を、光源の光軸Ｚを含む断面で切断して示す断面図であるが、図で出射面の左端ＬＥが最も高くなる位置、出射面の右端ＲＥが最も低くなる位置としている。図２は、図１の構成の矢印II部を拡大して示す図である。本実施の形態にかかる照明装置１０は、光学素子１１と光源１２を有している。光軸Ｚとは、光源１２の発光光の中心軸線をいうものとする。
【００２６】
光学素子１１は、略切頭円錐形状を有しており、光源１２を覆う凹部１１ａと、外周面１１ｂと、出射面１１ｃと、外周面と出射面との間で鍔状に水平に突出したフランジ部１１ｄとを有する。光学素子１１の下端は、光源１２が形成された基板（不図示）に当接していると好ましい。凹部１１ａは、光軸Ｚに対して回転対称な側面入射面１１ｅと、光軸Ｚに対して直交する上面入射面１１ｆとを有する。尚、光学素子１１が金型から形成される場合、側面入射面１１ｅは、光軸Ｚに対して抜き勾配を確保する角度で傾いていることが望ましい。このとき、金型の離型方向は光軸Ｚ方向に平行となる。
【００２７】
反射面を構成する外周面１１ｂは、光軸Ｚに対して傾いた軸線回りに形成された放物面の一部であるが、かかる放物面の変曲点側（光学素子１１の下端側）は、切り取られてなる。尚、外周面１１ｂは、非球面、ベジエ曲線・スプライン曲線からなる曲面の一部であっても良い。
【００２８】
出射面１１ｃは、光軸Ｚに直交する面に対して傾いている。更に出射面１１ｃには、図２に示すような微細なブレーズ形状１１ｇが形成されている。ブレーズ形状１１ｇは、出射面の傾き方向（図１で左右方向）に一致して傾いた斜面１１ｈと段差面１１ｉとからなる単位を、周期的に繰り返してなる構造である。一例を挙げると、出射面１１ｃに対する斜面１１ｈの傾き角θは１３度である。又、斜面１１ｈの幅ａは、段差面１１ｉの高さｂより大きいことが望ましい。
【００２９】
フランジ部１１ｄは、不図示の支持部材に光学素子１１を取り付ける際に使用される。
【００３０】
光源１２から出射した光の一部は、側面入射面１１ｅから光学素子１１に入射し、残りは上面入射面１１ｆから入射する。光学素子１１に入射した光は、一部は外周面１１ｂで反射して出射面１１ｃに向かい、残りは直接出射面１１ｃに向かう。
【００３１】
出射面１１ｃは傾いているので、その屈折により光軸Ｚに対して図１で左側に傾くように光線が出射する。又、出射面１１ｃにブレーズ形状１１ｇが設けられているので、その屈折により光軸Ｚに対して更に左側に傾くように光線が出射する。
【００３２】
本実施の形態によれば、出射面１１ｃが、光源１２の光軸Ｚの直交する面に対して傾いており、且つブレーズ形状１１ｇが形成されているので、光源１２の光軸Ｚに対して大きく傾いた配光特性を与えた場合でも、ブレーズ形状１１ｇとの併用により出射面１１ｃの傾き角を抑えてコンパクトな構成とし、且つ単独で用いる場合に比較してブレーズ形状１１ｇの段差も小さくできるから、全反射を低減することで光の利用効率を高めることもできる。
【００３３】
図３は、本実施の形態にかかる照明装置１０を原点Ｏにおき、出射面の最も低い位置がＸ軸の負側（左側）に向いた状態での照明領域を示す図である。図４は、本実施の形態の光学素子１１における配光特性を示す図である。図４でグラフＡは、ＸＺ面における特性を示し、グラフＢは、Ｚ軸を含みＸ軸とＹ軸の中間方向（４５度方向）に延在する面における特性を示し、グラフＣは、ＹＺ面における特性を示す。
【００３４】
光軸をＺ方向に重ねた状態（０度とする）で、図４に示すようにＸＺ面では、−２２度の位置に最も光強度が強い第１ピークＰＫ１が生じ、且つ−６７度の位置に２番目に光強度が強い第２ピークＰＫ２が生じている。このような配光特性を有するので、照明装置１０はＹＺ面においた看板等を下方から照明するのに好適となる。尚、図４に示すように、本実施の形態では、ＸＺ面におけるピーク強度がＹＺ面におけるピーク強度よりも大きくなっており、つまり看板以外の方向には光線の出射を抑制した強い指向性を持つことが分かる。
【００３５】
図５は、変形例にかかる照明装置１０’の図１と同様な断面図であるが、左右反転して示している。本変形例においては、図１に示す実施の形態における出射面１１ｃの最も低い側を右側として、更に光軸Ｚに平行で紙面垂直方向に延在する軸線Ｓの周囲で角度αのテーパ面により外周面の一部を削ぎ落とした形状を有する。これにより、外周面１１ｂは、放物面の一部１１ｊと、光軸方向に見て凹形状のテーパ面１１ｋとからなる。尚、α＝３０度であると好ましい。それ以外の構成は上述した実施の形態と同様であるため省略する。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本発明は、明細書に記載の実施例に限定されるものではなく、他の実施例・変形例を含むことは、本明細書に記載された実施例や思想から本分野の当業者にとって明らかである。
【符号の説明】
【００３７】
１０ 照明装置
１１ 光学素子
１１ａ 凹部
１１ｂ 外周面
１１ｃ 出射面
１１ｄ フランジ部
１１ｅ 側面入射面
１１ｆ 上面入射面
１１ｇ ブレーズ形状
１１ｈ 斜面
１１ｉ 段差面
１１ｊ 外周面の一部
１１ｋ テーパ面
１２ 光源
ＰＫ１ 第１ピーク
ＰＫ２ 第２ピーク
Ｓ 軸線
【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３】
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