(57)【要約】【課題】コスト性や量産性に優れ、特定範囲に均一な照度分布をもった面照明を実現することができるオプティカルインテグレータ、照明装置及び照明ユニットを提供する。【解決手段】光源からの光が入射する入射面と、被照射面に向けて光が出射する出射面と、対向配置される全反射面と、対向配置される側面と、で区画される導光空間に、光源からの入射光を導光して、被照射面における特定範囲の照度分布の均一性を高める樹脂製のオプティカルインテグレータであって、側面が、入射面よりも出射面の面積が大きくなるように、平面視で出射面側に向けて末広がり形状をなす板状の第１導光部材と、側面が、入射面よりも出射面の面積が大きくなるように、平面視で出射面に向けて末広がり形状をなす板状の第２導光部材と、を備え、第１及び第２の導光部材が、出射面側から見て十字状に交差して配置される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源からの光が入射する入射面と、被照射面に向けて光が出射する出射面と、対向配置される全反射面と、対向配置される側面と、で区画される導光空間に、前記光源からの入射光を導光して、被照射面における特定範囲の照度分布の均一性を高める樹脂製のオプティカルインテグレータであって、
前記側面が、前記入射面よりも前記出射面の面積が大きくなるように、平面視で前記出射面側に向けて末広がり形状をなす板状の第１導光部材と、
前記側面が、前記入射面よりも前記出射面の面積が大きくなるように、平面視で前記出射面に向けて末広がり形状をなす板状の第２導光部材と、を備え、
前記第１及び前記第２の導光部材が、前記出射面側から見て十字状に交差して配置される事を特徴とするオプティカルインテグレータ。
【請求項２】
光源と、請求項１に記載のオプティカルインテグレータと、を有する照明装置。
【請求項３】
請求項２に記載の照明装置が複数アレイ状に配置されてなる照明ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＬＥＤ（発光ダイオード）などの発光素子からの入射光を導光して、被照射面における特定範囲の照度分布の均一性を高めるオプティカルインテグレータ、これを用いる照明装置及び照明ユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、光源からの光束に対して、その光軸と垂直な被照射面内における特定範囲の照度分布の均一性を高める手段としてオプティカルインテグレータが知られている（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−７００９５号公報
【特許文献２】特開２００６−３３０４９２号公報
【０００４】
オプティカルインテグレータは、ガラス又は光透過性の樹脂からなり、角柱状ロッドレンズ内で光源から発した光が全反射を繰り返すことで、被照射面での照度分布の均一性を高めるものである。特に、図１０に示すように、オプティカルインテグレータ３００の形状を光の入射面３２０から出射面３３０に向けて末広がり状に広げたテーパ形状としたものでは、その出射面３３０から出射する出射光の出射角度を小さくできるため、被照射面における特定範囲に均一な照度分布をもった面照明を実現できる。
【０００５】
図１１のグラフは、従来のオプティカルインテグレータ３００から出射する光の配光特性を、光軸上の光源（図示せず）より１ｍ離れた位置を原点とする光軸に直交する仮想平面であるＸＹ平面上（位置空間）での、光の強度に応じた照度分布（グラフ上に示す濃淡）によって示す図である。  
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、このような従来の樹脂材料からなるオプティカルインテグレータは、射出成型や押し出し成型によって製造される為に、コスト性や量産性に優れが、中実ロッド状の肉厚成型品である為に、樹脂の成型速度や成型時間などの成型条件がシビアとなり、成型品の形状や成型条件によっては、ソリ、ヒケ若しくはボイド等の形状のバラつき、又は、複屈折等の光学特性のバラつきなどが発生して、所望の光学的品質を確保することができないという問題があった。
【０００７】
本発明は上記従来における問題点を解決し、以下の目的を達成することを課題とする。即ち、本発明は、光学的品質を確保することができ、コスト性や量産性に優れ、特定範囲に均一な照度分布をもった面照明を実現することができるオプティカルインテグレータ、照明装置及び照明ユニット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】
上記課題を解決するための手段としては、以下の通りである。即ち、本発明のオプティカルインテグレータは、光源からの光が入射する入射面と、被照射面に向けて光が出射する出射面と、対向配置される全反射面と、対向配置される側面と、で区画される導光空間に、前記光源からの入射光を導光して、被照射面における特定範囲の照度分布の均一性を高める樹脂製のオプティカルインテグレータであって、
前記側面が、前記入射面よりも前記出射面の面積が大きくなるように、平面視で前記出射面側に向けて末広がり形状をなす板状の第１導光部材と、前記側面が、前記入射面よりも前記出射面の面積が大きくなるように、平面視で前記出射面に向けて末広がり形状をなす板状の第２導光部材と、を備え、前記第１及び前記第２の導光部材が、前記出射面側から見て十字状に交差して配置される。
【０００９】
また、本発明の照明装置は、光源と、前記オプティカルインテグレータを有する前記配光制御部材と、を有する。
【００１０】
また、本発明の照明ユニットは、前記照明装置が複数アレイ状に配置されてなる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、コスト性や量産性に優れ、特定範囲に均一な照度分布をもった照明装置及び照明ユニット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オプティカルインテグレータを示す斜視図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係るオプティカルインテグレータの（ａ）正面図、（ｂ）左側面図、（ｃ）Ａ―Ａ線断面図、（ｄ）右側面図である。
【図３】本発明の照明装置を示す図である。
【図４】本発明の照明装置からの出射光の配光特性を示す図である。
【図５】本発明の照明ユニットを示す図である。
【図６】（ａ）本発明の照明ユニットにおけるオプティカルインテグレータの配置を示す図、（ｂ）本発明の照明ユニットにおけるオプティカルインテグレータの配置の変形例を示す図である。
【図７】本発明の照明ユニットからの出射光の配光特性を示す図である。
【図８】（ａ）本発明のオプティカルインテグレータの第１の変形例を示す正面図、（ｂ）本発明のオプティカルインテグレータの第２の変形例を示す正面図である。
【図９】本発明のオプティカルインテグレータの第３の変形例を示す斜視図である。
【図１０】従来のオプティカルインテグレータを示す斜視図である。
【図１１】従来のオプティカルインテグレータを用いた照明装置からの出射光の配光特性を示す図である。
【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オプティカルインテグレータについて図面を参照して説明する。
図１は、第１の実施の形態に係るオプティカルインテグレータの外観を示す斜視図、図２は、第１の実施の形態に係るオプティカルインテグレータの（ａ）正面図、（ｂ）左側面図、（ｃ）Ａ―Ａ線断面図、（ｄ）右側面図である。
【００１４】
第１の実施の形態にかかるオプティカルインテグレータ１０は、図示しない光源からの光が入射する入射面２０と、入射面２０から入射した光を被照射面に向けて出射する出射面３０と、第１導光部材４０と、第２導光部材５０とを備える。
【００１５】
第１導光部材４０は、図２に示すように、対向配置される一対の全反射面４０ａ及び４０ｂと、同じく、対向配置される一対の側面４０ｃ及び４０ｄとを有する。全反射面４０ａ及び４０ｂは、入射面２０側から出射面３０側に向かって、お互いに一定の傾斜角をもって末広がり状に傾斜して配置される。また、側面４０ｃ及び４０ｄは、お互いに平行に対向配置される。これら全反射面４０ａ及び４０ｂ、側面４０ｃ及び４０ｄ、入射面２０、並びに出射面３０により、入射面２０よりも出射面３０の面積が大きくなるテーパ状の導光空間が区画される。
【００１６】
第２導光部材５０は、図２に示すように、対向配置される一対の全反射面５０ａ及び５０ｂと、対向配置される一対の側面５０ｃ及び５０ｄとを有する。第１の導光部材４０と同様に、全反射面５０ａ及び５０ｂは、入射面２０側から出射面３０側に向かって、お互いに一定の傾斜角をもって末広がり状に傾斜配置され、側面５０ｃ及び５０ｄは、お互いに平行に対向配置される。
【００１７】
本発明の第１の実施の形態に係るオプティカルインテグレータは、入射面２０は、図２（ｂ）に示すように、正方形状であり、出射面３０は、図２（ｄ）に示すように、第１導光部材４０の全反射面４０ａ及び４０ｂの対向方向が、第２導光部材５０の全反射面５０ａ及び５０ｂの対向方向に対して直交するように配置されることで、出射面３０側から見て十字状に交差した形状をなしている。
【００１８】
実施の形態に係るオプティカルインテグレータにおいて、第１導光部材４０に入射面２０から入射した光は、全反射面４０ａ及び４０ｂ、並びに側面４０ｃ及び４０ｄの内面を反射しながら光量が均質化されて出射面３０から出射する。この時に、全反射面４０ａ及び４０ｂは、お互いに一定の傾斜角をもって末広がり状に傾斜配置されるので、全反射面４０ａ及び４０ｂの内面間を反射伝搬して、出射面３０の長手方向に出射する出射光の出射角度は、お互いに平行配置される側面４０ｃ及び４０ｄの内面間を反射伝搬して、出射面３０の短手方向に出射する出射光の出射角度よりも小さくなる。また、第２導光部材５０に入射面２０から入射した光は、第１導光部材４０の導光空間内で導光される光と同様に、出射面３０の長手方向に出射する出射光の出射角度は、出射面３０の短手方向に出射する出射光の出射角度よりも小さくなる。従って、全反射面４０ａ及び４０ｂ、全反射面５０ａ及び５０ｂの傾斜角度、並びに側面４０ｃ及び４０ｄ、側面５０ｃ及び５０ｄの間隔等を適宜最適化することで、実施の形態に係るオプティカルインテグレータは、被照射面上で矩形形状に配光特性を制御し、且つ、被照射面の中心から所望範囲の四隅における照度を十分確保して、照度分布の均一性を高めることができる。
【００１９】
［照明装置］
以下、本発明の照明装置について図面を参照して説明する。
図３は、本発明の照明装置を示す図である。
【００２０】
図３に示すように、本発明の照明装置１００は、第１実施の形態で説明したオプティカルインテグレータ１０と、オプティカルインテグレータ１０の入射面に配置される光源としてのＬＥＤ６０と、を備えている。また、図中、Ｉは、ＬＥＤ６０から光軸方向に１ｍ離れた位置に設定された被照射面を表す。
【００２１】
図４は、本発明の照明装置１００からの出射光の配光特性を、光軸上に、光源６０の位置より１ｍ離れた位置を原点とする光軸に直交する被照射面であるＸＹ平面上（位置空間）での、光の強度に応じた照度分布（グラフ上に示す濃淡）によって示す図である。図４に示す通り、本発明の実施の形態にかかるオプティカルインテグレータ１０を通過した光は、十字状に交差して配置される第１の導光部材４０及び第２の導光部材５０によって、被照射面上で矩形形状に配光特性が制御され、且つ、仮想平面の中心から所望範囲の四隅における照度を十分確保することができる。
【００２２】
［照明ユニット］
以下、本発明の照明ユニットについて図面を参照して説明する。
図５は、本発明の照明ユニットの外観を示す斜視図である。図６（ａ）は、本発明の照明ユニットにおけるオプティカルインテグレータの配置を出射面側から示す図である。
【００２３】
図５及び、図６（ａ）に示すように、本発明の照明ユニット２００は、第１の実施の形態で説明したオプティカルインテグレータ１０と同一構成のオプティカルインテグレータ１０ａ〜１０ｆをアレイ状に行列配置し、それぞれのオプティカルインテグレータ１０ａ〜１０ｆに、光源としてＬＥＤを備えたものである。ここで、オプティカルインテグレータ１０ａ〜１０ｆの構成は、第１の実施の形態におけるオプティカルインテグレータ１０と同一の構成であるので詳細な説明は省略する。なお、本発明に係る照明ユニット２００において、それぞれのオプティカルインテグレータ１０ａ〜１０ｆ（照明装置）は、その光軸が平行となるように配置されるが、配光特性上、それぞれのオプティカルインテグレータ１０ａ〜１０ｆ（照明装置）１０ａ〜１０ｆの光軸を任意に設定することもできる。例えば、オプティカルインテグレータ１０ａ〜１０ｆ（照明装置）１０ａ及び１０ｂの光軸を、その他の照明装置１０ｃ〜１０ｆの光軸と、異なる角度となるように照明装置１０ａ及び１０ｂを配置してもよい。
【００２４】
以下、本発明の照明ユニットの変形例について図面を参照して説明する。
図６（ｂ）は本発明の照明ユニットの変形例を示す図である。
本発明の照明ユニットを構成する各オプティカルインテグレータ１０ａ〜１０ｆ（照明装置）は、本発明の第１の実施の形態に係るオプティカルインテグレータにおいて説明した通り、第１及び前記第２導光部材が出射面側から見て十字状に交差した形状をなしている。従って、各オプティカルインテグレータ１０ａ、１０ｂ、１０ｃ及び１０ｄをアレイ状に配列すると中心部に空間が形成され、その空間に更に同一構成のオプティカルインテグレータを配置する事が可能となる。本変形例では、オプティカルインテグレータ１０ａ〜１０ｆによって形成される空間に、オプティカルインテグレータ１０ｇ及び１０ｈを追加して配置したものである。このような構成とすることで、所定範囲のオプティカルインテグレータ（照明装置）の配置数を多くすることができるので、所望範囲に均一な照度分布と、高い照度を両立することができる。
【００２５】
図７は、本発明の照明ユニット２００からの出射光の配光特性を、照明装置１０ａ〜１０ｆの出射面の中心位置を光軸として、その光軸上にその光源位置より１ｍ離れた位置を原点とするそれぞれの光軸に直交する被照射面であるＸＹ平面上（位置空間）での、光の強度に応じた照度分布（グラフ上に示す濃淡）によって示す図である。図７に示す通り、本発明の照明ユニット２００は、それぞれの照明装置１０ａ〜１０ｆが備えるオプティカルインテグレータによって、被照射面上で矩形形状に配光特性が制御され、且つ、仮想平面の中心から所望範囲の四隅における照度を十分確保することができる。
【００２６】
〔変形例〕
以下、本発明のオプティカルインテグレータの変形例について図面を参照して説明する。
図８（ａ）は、本発明のオプティカルインテグレータの第１の変形例を示す正面図である。図８（ｂ）は、本発明のオプティカルインテグレータの第２の変形例を示す正面図である。
【００２７】
図８（ａ）に示すように、第１の変形例のオプティカルインテグレータ１１は、図示しない光源からの光が入射する入射面２１と、入射面２１から入射した光を被照射面に向けて出射する出射面３１と、第１導光部材４１と、第２導光部材５１とを備える。
【００２８】
図８（ａ）に示すように、第１導光部材４１の全反射面４１ａ及び４１ｂ、並びに第２導光部材５１の全反射面５１ａ及び５１ｂが、入射面２１側から出射面３１側に向かって、２つの異なる傾斜角をもって末広がり状に傾斜する形状とされる。その他の構成については、第１の実施の形態に係るオプティカルインテグレータ１０と同一の構成であるので詳細な説明を省略する。
【００２９】
図８（ｂ）に示すように、第２の変形例のオプティカルインテグレータ１２は、図示しない光源からの光が入射する入射面２２と、入射面２２から入射した光を被照射面に向けて出射する出射面３２と、第１導光部材４２と、第２導光部材５２とを備える。
【００３０】
図８（ｂ）に示すように、第１導光部材４２の全反射面４２ａ及び４２ｂ、並びに第２導光部材５２の全反射面５２ａ及び５２ｂが、入射面２２側から出射面３２側に向かって、その光軸中心に対して傾斜角が漸減するような非球面テーパ状とされる。その他の構成については、第１の実施の形態に係るオプティカルインテグレータ１０と同一の構成であるので詳細な説明を省略する。
【００３１】
第１及び第２の変形例で説明したオプティカルインテグレータによれば、光源としてのＬＥＤの配光特性に応じて、各全反射面に入射する光の入射角度を最適化して、被照射面上で理想的な配光特性が得られると共に、照度分布の均一性を更に高めることができる。
図９は、本発明のオプティカルインテグレータの第３の変形例を示す正面図である。
【００３２】
図９に示すように、第３の変形例のオプティカルインテグレータ１３は、光の入射面２３、入射面２３から入射した光を被照射面に向けて出射する出射面３３、第１導光部材４３、及び第２導光部材５３を備える。
【００３３】
図９に示すように、第３の変形例のオプティカルインテグレータ１３は、第１導光部材４３の出射面に対して、第２導光部材５３の出射面が縦長に形成されている。その他の構成については、第１の実施の形態に係るオプティカルインテグレータ１０と同一の構成であるので詳細な説明を省略する。
【００３４】
本発明のオプティカルインテグレータは、ポリカーボネートやポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）などの光透過性樹脂を用いて射出成型や押し出し成型によって製造されるが、中実ロッド状の従来の肉厚成型品に比べて、各構成部材を薄肉化できるので、成型速度や成型時間など点から優れ、しかもソリ、ヒケ若しくはボイド等の形状のバラつき、又は、複屈折等の光学特性のバラつきなどの問題が発生することなく、所望の光学的品質を確保することができる。
【００３５】
本発明にかかる照明装置又は照明ユニットは、光源から出射される光を、矩形配光特性とすることができ、また、所定の被照射基準面に光を照射した場合に、基準面の中心から所望範囲の四隅における照度を、任意に制御し、且つ、中心照度に対して十分な照度を確保することができるので、フラットパネルディスプレイのバックライトや車両の灯火類などの各種の照明用途に広く使用することができる。
【符号の説明】
【００３６】
１０    オプティカルインテグレータ
２０    入射面
３０    出射面
４０    第１導光部材
４０ａ、ｂ  全反射面
４０ｃ、ｄ  側面
５０    第２導光部材
５０ａ、ｂ  全反射面
５０ｃ、ｄ  側面
６０    光源（ＬＥＤ）
１００  照明装置
２００  照明ユニット
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【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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