JP2013122566A - Optical element and lighting device - Google Patents

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大輔 棚橋
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical element capable of uniformly illuminating an illumination object surface even when obliquely illuminating a flat illumination object surface using a light beam from a surface-emitting light source, and to provide a lighting device using the same.SOLUTION: In a first cross section shown in Figure 4, a power change at an exit surface LSd is gentle in a screen SC side with respect to a local maximum point LP to cause a weak light condensing action when passing through the area, so that a part of the light beam heads towards a farthest point FP side of the screen SC. On the other hand, on the other side of the screen SC with respect to the local maximum point LP, a power change at the exit surface LSd is steep to cause light condensing action when passing through the area, so that most light beams head towards the farthest point FP side of the screen SC.

Description

本発明は、面発光光源を用いた照明装置に好適な光学素子、及びその光学素子を用いた照明装置に関するものである。   The present invention relates to an optical element suitable for an illumination device using a surface-emitting light source, and an illumination device using the optical element.

例えばロードサイドに立設された商業看板や案内標識(看板等という)は、夜間に表示を照明するための照明装置が併設されていることが多い。ここで、比較的高速で道路を走行する車両の運転者が、看板等の表示を視認しやすくするためには、被照射面の輝度差を抑えてなるべく均一に照明することが望ましい。一方、省エネ等の観点から、消費電流が少ないLED光源等を用いることが検討されているが、LED光源等は白熱球などとは異なる照度特性を有するため、看板等の上方又は下方より照明を行う場合、何らかの工夫が必要になる。   For example, commercial signs and information signs (signboards, etc.) standing on the roadside are often provided with a lighting device for illuminating the display at night. Here, in order to make it easier for a driver of a vehicle traveling on a road at a relatively high speed to visually recognize the display of a signboard or the like, it is desirable to illuminate as uniformly as possible while suppressing the luminance difference of the irradiated surface. On the other hand, from the viewpoint of energy saving and the like, it is considered to use an LED light source that consumes less current. However, since the LED light source has an illuminance characteristic different from that of an incandescent bulb or the like, illumination is performed from above or below a signboard. When doing it, some kind of ingenuity is required.

より具体的には、LED光源等からの直接光だけでは被照射面を均一に照明できないから、照射光を調整する作用を持つ光学素子が必要となるが、特に看板等の被照射面に向かって上下の斜め方向から照明する場合、均一照明の為には光源から遠いところは照射光量を増大し、光源から近いところは照射光量を減少させる必要がある。更に、LEDのようなランバーシアン型の配光分布で光が出射される光源では、光の利用効率を向上させるためには、光源から見て被照射面に対して反対側に出射される光束を如何に有効に被照射面に集めるかという事が重要となる。   More specifically, since the irradiated surface cannot be uniformly illuminated only by direct light from an LED light source or the like, an optical element having an effect of adjusting the irradiated light is required, but particularly toward an irradiated surface such as a signboard. When illuminating from above and below, it is necessary to increase the amount of irradiated light far from the light source and decrease the amount of irradiated light near the light source for uniform illumination. Furthermore, in a light source that emits light with a Lambertian-type light distribution such as an LED, in order to improve the light utilization efficiency, the light beam emitted to the opposite side of the irradiated surface as viewed from the light source It is important how to effectively collect the light on the irradiated surface.

特許文献1には、被照射面の下方に設けられ、LEDチップからの光線を被照射面に向かって斜めに出射する光学素子が開示されている。しかしながら、特許文献1の光学素子では、被照射面の最遠部の照度が低下するという問題がある。このため、被照射面の最遠部をカールさせて光学素子に近づけることにより照度を稼ぐ工夫がなされている。しかしながら、看板等をこのようにカールさせることは、そのコストの増大を招くため好ましくなく、またカール部の表示が視認しにくくなるという問題もある。   Patent Document 1 discloses an optical element that is provided below an irradiated surface and emits light rays from an LED chip obliquely toward the irradiated surface. However, the optical element of Patent Document 1 has a problem that the illuminance at the farthest part of the irradiated surface is reduced. For this reason, a device has been devised to increase the illuminance by curling the farthest part of the irradiated surface and bringing it closer to the optical element. However, curling a signboard or the like in this way is not preferable because it increases the cost, and there is also a problem that the display of the curled portion is difficult to visually recognize.

特許第4285981号明細書Japanese Patent No. 4285981

本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであり、面発光光源からの光線を用いて、平坦な被照射面に対して斜めに照射した場合でも、被照射面をより均一に照明することができる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。   The present invention has been made in view of such problems, and even when a flat irradiated surface is irradiated obliquely using a light beam from a surface-emitting light source, the irradiated surface is illuminated more uniformly. An object of the present invention is to provide an optical element that can be used and an illumination device using the optical element.

請求項1に記載の光学素子は、面発光光源から照射された光を透過することにより、被照射面を均一照度で照明するための光学素子であって、
前記光学素子は単一のレンズからなり、
前記レンズの入射側面は凹部を有し、
前記レンズの出射側面は凸形状であって、極大点から見て被照射面側がゆるく、反被照射面側がそれよりも急なパワー変化をする面を有することを特徴とする。
The optical element according to claim 1 is an optical element for illuminating a surface to be irradiated with uniform illuminance by transmitting light emitted from a surface-emitting light source,
The optical element comprises a single lens;
The incident side surface of the lens has a recess,
The exit side surface of the lens has a convex shape, and the irradiated surface side is loose when viewed from the maximum point, and the anti-irradiated surface side has a surface where the power changes more rapidly than that.

まず、被照射面の照度は、光源からの距離の2乗に比例して低下する。そして、光線の被照射面に入射する角度のコサインに比例する。つまり、周辺光量比的な考え方が出来、光源から被照射面におろした垂線と、光軸とを含む被照射面に垂直な断面内において、被照射面上の任意の点と光源とを結んだ線分と前記垂線との成す角ωのコサイン3乗に比例して被照射面上の照度が低下する。つまり、
I(ω)=1/cos3(ω)
を満たす輝度分布で被照射面を照明すると良い。これは、前記断面内だけでなく被照射面全体に対して適用できる。
例えば看板等の下方より被照射面を照明する場合、最近部と最遠部との距離の差が大きいため、光学素子を単一のレンズで構成するのであれば、面発光光源と被照射面上の任意の点と、光源中心から被照射面におろした垂線との成す角により、角度ごとの出射光輝度を最適化した光学面が必要となる。そのために、本発明においては、前記レンズの出射側面を、極大点から見て被照射面側がゆるく、反被照射面側が急なパワー変化(面の勾配)をする面により構成したので、例えば被照射面側から出射する光線のうち光軸近傍の一部の光線群には光源中心から見て極大点の方向に出射するような作用をし、光軸近傍から離れていくにつれ緩やかに被照射面全体を照明するような弱集光効果を与え、反被照射面側から出射する光線の大部分には光源中心から見て極大点の方向に出射するような集光効果を与えることができ、これにより被照射面の近い領域に照射される光の一部を、被照射面の遠い領域に振り向けることができるので、被照射面が平坦であったとしても被照射面上の照度を均一にすることができる。よって、看板等の照明に好適である。
First, the illuminance on the irradiated surface decreases in proportion to the square of the distance from the light source. And it is proportional to the cosine of the angle which injects into the irradiated surface of a light ray. In other words, it is possible to think of the peripheral light quantity ratio, and connect any point on the irradiated surface to the light source in a cross section perpendicular to the irradiated surface including the perpendicular line from the light source to the irradiated surface and the optical axis. The illuminance on the irradiated surface decreases in proportion to the cosine cube of the angle ω formed by the ellipse and the perpendicular. That means
I (ω) = 1 / cos 3 (ω)
The illuminated surface may be illuminated with a luminance distribution that satisfies the above. This can be applied not only to the cross section but also to the entire irradiated surface.
For example, when illuminating the illuminated surface from below, such as a signboard, the distance between the nearest and farthest parts is large, so if the optical element is composed of a single lens, the surface emitting light source and the illuminated surface An optical surface that optimizes the emitted light luminance for each angle is required depending on the angle formed by the arbitrary point above and the perpendicular line from the light source center to the irradiated surface. Therefore, in the present invention, the exit side surface of the lens is configured with a surface that is loose on the irradiated surface side and viewed from the local maximum point and has a sudden power change (surface gradient) on the anti-irradiated surface side. Of the light rays emitted from the irradiation surface side, some light rays near the optical axis are emitted in the direction of the maximum point when viewed from the center of the light source, and are gradually irradiated as they move away from the vicinity of the optical axis. Gives a weak light condensing effect that illuminates the entire surface, and a light condensing effect that emits in the direction of the maximum point when viewed from the center of the light source can be given to the majority of the light emitted from the opposite surface. As a result, a part of the light irradiated to a region near the irradiated surface can be directed to a region far from the irradiated surface, so that the illuminance on the irradiated surface can be increased even if the irradiated surface is flat. It can be made uniform. Therefore, it is suitable for lighting such as a signboard.

ここで、「均一照度」とは、被照射面を、光軸を含み被照射面に垂直な断面内で見たときの被照射面上において最も低い照度をmin、被照射面の平均照度をaveとしたときに、min/ave≧0.3を満たす状態をいう。但し、より望ましくはmin/ave≧0.5を満たすことである。
或いは、被照射面全体において最も低い照度をmin、被照射面の平均照度をaveとしたときに、min/ave≧0.3を満たすとより望ましい。更により望ましくはmin/ave≧0.5を満たすことである。
Here, “uniform illuminance” means the lowest illuminance on the surface to be irradiated when the surface to be irradiated is viewed in a cross section including the optical axis and perpendicular to the surface to be irradiated, and the average illuminance of the surface to be irradiated. When ave, it means a state satisfying min / ave ≧ 0.3. However, it is more desirable to satisfy min / ave ≧ 0.5.
Alternatively, it is more preferable that min / ave ≧ 0.3 is satisfied where min is the lowest illuminance on the entire irradiated surface and ave is the average illuminance on the irradiated surface. It is even more desirable to satisfy min / ave ≧ 0.5.

「面発光光源」とは、0.25mm2以上の発光面を有する光源をいい、LEDや有機ELなどがある。「光軸」とは、単一の面発光光源の場合は、面発光光源の発光面中心を通り、光源の発光面に垂直な軸(線)をいうが、複数の面発光光源等を用いる場合は、図32に示すように、面発光光源の外接円OC(半径R)の中心Oを通る垂線をいうものとする。「極大点」とは、面発光光源の発光面をz=0の平面とし、発光面の中心を座標の原点とした場合に、光軸方向にz軸を取り、レンズの出射側面において最も大きなzの値を取る場所を極大点と呼ぶ。「極大点から見て急なパワー変化をする側」とは、極大点の接線に沿って極大点から等距離(高さ)離れた点における面の法線とz軸との成す角の絶対値が大きい方を言うものとする。その逆側が、ゆるいパワー変化の側である。または、極大点からある距離(高さ)離れた点における極大点からのサグ量差が大きい方を言うものとする。 “Surface emitting light source” refers to a light source having a light emitting surface of 0.25 mm 2 or more, such as an LED or an organic EL. In the case of a single surface-emitting light source, the “optical axis” means an axis (line) that passes through the center of the light-emitting surface of the surface-emitting light source and is perpendicular to the light-emitting surface of the light source. In this case, as shown in FIG. 32, it means a perpendicular line passing through the center O of the circumscribed circle OC (radius R) of the surface emitting light source. “Maximum point” means that the z-axis is taken in the direction of the optical axis when the light-emitting surface of the surface-emitting light source is a plane of z = 0 and the center of the light-emitting surface is the origin of coordinates, and is the largest on the exit side of the lens The place where the value of z is taken is called the maximum point. “The side where the power changes suddenly when viewed from the maximum point” is the absolute angle between the z axis and the normal of the surface at the same distance (height) from the maximum point along the tangent line of the maximum point The one with the larger value shall be said. The opposite side is the loose power change side. Alternatively, the one having a larger sag amount difference from the maximum point at a point (height) away from the maximum point.

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、前記レンズは、前記面発光光源の光軸に対して非回転対称な形状を有することを特徴とする。   An optical element according to a second aspect is characterized in that, in the invention according to the first aspect, the lens has a non-rotationally symmetric shape with respect to an optical axis of the surface-emitting light source.

前記レンズが、前記面発光光源の光軸に対して非回転対称な形状を有すると、前記レンズの出射側面を、極大点から見て被照射面側がゆるく、反被照射面側が急なパワー変化をする面により構成できるから、被照射面上の照度を均一に近づけることができる。   When the lens has a non-rotationally symmetric shape with respect to the optical axis of the surface light source, the irradiated surface side is loose when viewed from the maximum point and the anti-irradiated surface side has a sudden power change. Therefore, the illuminance on the irradiated surface can be made close to uniform.

請求項3に記載の光学素子は、請求項1又は2に記載の発明において、前記被照射面に対して前記面発光光源の光軸が傾いていることを特徴とする。   The optical element according to claim 3 is characterized in that, in the invention according to claim 1 or 2, an optical axis of the surface-emitting light source is inclined with respect to the irradiated surface.

前記被照射面に対し前記面発光光源の光軸を傾けて設置することで、最も集光効果の高い極大点を被照射面の遠方側に向けることができ、これにより均一照度での照明が可能となる。   By installing the surface emitting light source with the optical axis tilted with respect to the irradiated surface, the maximum point with the highest light condensing effect can be directed to the far side of the irradiated surface, thereby enabling illumination with uniform illuminance. It becomes possible.

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、前記面発光光源の光軸をZ軸とし、Z軸に直交し且つ前記被照射面に平行する軸をY軸とし、Z軸とY軸の両方に直交する軸をX軸としたときに、前記レンズの出射側面は、前記極大点を通るXZ平面で切断された第1断面において、Z軸に対して非対称な形状を有することを特徴とする。   An optical element according to a fourth aspect is the invention according to any one of the first to third aspects, wherein an optical axis of the surface-emitting light source is a Z-axis, and is an axis orthogonal to the Z-axis and parallel to the irradiated surface. Is the Y-axis, and the X-axis is the axis orthogonal to both the Z-axis and the Y-axis, the exit side surface of the lens is aligned with the Z-axis in the first section cut by the XZ plane passing through the maximum point. It is characterized by having an asymmetric shape.

前記レンズの出射側面が、前記第1断面においてZ軸に対して非対称な形状を有すると、前記被照射面の最も面発光光源から遠い場所を最も強く照明することによって、前記被照射面上の照度バラツキを減少させて均一な照度を実現できる。   When the exit side surface of the lens has an asymmetric shape with respect to the Z-axis in the first cross section, the portion of the irradiated surface that is farthest from the surface emitting light source is most strongly illuminated, thereby Uniform illuminance can be realized by reducing illuminance variation.

請求項5に記載の光学素子は、請求項4に記載の発明において、前記レンズの出射側面における極大点は、前記第1断面において前記面発光光源の光軸より反被照射面側にあることを特徴とする。   The optical element according to claim 5 is the invention according to claim 4, wherein the maximum point on the exit side surface of the lens is on the side opposite to the irradiated surface with respect to the optical axis of the surface-emitting light source in the first cross section. It is characterized by.

前記レンズの出射側面における極大点が、前記第1断面において前記面発光光源の光軸より反被照射面側にあると、前記被照射面の最も面発光光源から遠い場所を最も強く照明することによって、前記被照射面上の照度バラツキを減少させて均一な照度を実現できる。   When the maximum point on the exit side surface of the lens is on the side opposite to the irradiated surface with respect to the optical axis of the surface emitting light source in the first cross section, the area farthest from the surface emitting light source on the irradiated surface is most strongly illuminated. Thus, the illuminance variation on the irradiated surface can be reduced, and uniform illuminance can be realized.

請求項6に記載の光学素子は、請求項4又は5に記載の発明において、前記レンズの出射側面における極大点は、前記第1断面において、前記面発光光源中心から見て光軸に対して反被照射面側に角度α(゜)の位置に存在し、以下の式を満たすことを特徴とする。
0<α≦20 (1)
The optical element according to claim 6 is the invention according to claim 4 or 5, wherein the maximum point on the exit side surface of the lens is relative to the optical axis in the first cross section when viewed from the center of the surface emitting light source. It exists in the position of angle (alpha) (degree) on the anti-irradiation surface side, and satisfy | fills the following formula | equation.
0 <α ≦ 20 (1)

(1)式を満たすことで、前記被照射面の最も前記面発光光源から遠い場所を最も強く照明することができ、前記被照射面上の照度バラツキを減少させて均一な照度を実現できる。   By satisfying the expression (1), the place farthest from the surface-emitting light source on the illuminated surface can be illuminated most strongly, and the illuminance variation on the illuminated surface can be reduced to achieve uniform illumination.

請求項7に記載の光学素子は、請求項4〜6のいずれかに記載の発明において、前記レンズの出射側面における極大点は、前記第1断面において、前記面発光光源中心と前記被照射面の最遠点とを結ぶ線分付近に存在することを特徴とする。   The optical element according to claim 7 is the invention according to any one of claims 4 to 6, wherein the maximum point on the exit side surface of the lens is the center of the surface-emitting light source and the irradiated surface in the first section. It exists in the vicinity of a line segment connecting to the farthest point.

前記レンズの出射側面における極大点が、前記第1断面において、前記面発光光源中心と前記被照射面の最遠点とを結ぶ線分付近に存在すると、前記被照射面の最も光源から遠い場所を最も強く照明することができ、前記被照射面上の照度バラツキを減少させて均一な照度を実現できる。尚、「線分付近」とは、前記面発光光源中心と被照射面の最遠点とを結ぶ線分と、前記面発光光源中心と極大点とを結ぶ線分の成す角β(゜)が以下の式を満たすことを言う。
|β|≦10 (2)
また、前記面発光光源中心と極大点とを結ぶ線分は、前記面発光光源中心と被照射面の最遠点とを結ぶ線分より被照射面側であると好ましい。つまり、前記第1断面内において、前記面発光光源中心と極大点とを結ぶ線分と前記被照射面との成す角>前記面発光光源中心と被照射面の最遠点とを結ぶ線分と前記被照射面との成す角であると好ましい。
When the local maximum point on the exit side surface of the lens is present in the vicinity of a line segment connecting the center of the surface-emitting light source and the farthest point of the illuminated surface in the first cross section, a location farthest from the light source on the illuminated surface Can be illuminated most strongly, and the illuminance variation on the irradiated surface can be reduced to achieve uniform illuminance. The “near line segment” means an angle β (°) formed by a line segment connecting the surface emitting light source center and the farthest point of the irradiated surface and a line segment connecting the surface emitting light source center and the maximum point. Satisfies the following formula.
| β | ≦ 10 (2)
Moreover, it is preferable that the line segment connecting the surface emitting light source center and the maximum point is closer to the irradiated surface than the line connecting the surface emitting light source center and the farthest point of the irradiated surface. That is, in the first cross section, the angle between the line segment connecting the surface emitting light source center and the maximum point and the irradiated surface> the line segment connecting the surface emitting light source center and the farthest point of the irradiated surface. And the angle formed by the irradiated surface.

請求項8に記載の光学素子は、請求項4〜7のいずれかに記載の発明において、前記面発光光源中心と前記レンズの出射面との距離は、前記第1断面において、前記面発光光源中心と前記被照射面の最遠点とを結ぶ線分付近で最大となることを特徴とする。   The optical element according to claim 8 is the invention according to any one of claims 4 to 7, wherein the distance between the surface emitting light source center and the exit surface of the lens is the surface emitting light source in the first cross section. It is maximum near a line segment connecting the center and the farthest point of the irradiated surface.

これにより前記被照射面の最も光源から遠い場所を最も強く照明することができ、前記被照射面上の照度バラツキを減少させて均一な照度を実現できる。前記距離は、前記第1断面において、前記面発光光源中心と前記被照射面の最遠点とを結ぶ線分上でほぼ最大となると好ましい。   Thereby, the place farthest from the light source on the irradiated surface can be illuminated most strongly, and the illuminance variation on the irradiated surface can be reduced to achieve uniform illuminance. It is preferable that the distance is substantially maximum on a line segment connecting the surface emitting light source center and the farthest point of the irradiated surface in the first cross section.

請求項9に記載の光学素子は、請求項1〜8のいずれかに記載の発明において、前記面発光光源の光軸をZ軸とし、Z軸に直交し且つ前記被照射面に平行する軸をY軸としたときに、前記レンズの出射側面は、前記極大点を通りYZ平面に平行な面で切断された第2断面において、Z軸に対して対称な形状を有することを特徴とする。   An optical element according to a ninth aspect is the invention according to any one of the first to eighth aspects, wherein an optical axis of the surface-emitting light source is a Z-axis, an axis perpendicular to the Z-axis and parallel to the irradiated surface. Is the Y axis, the exit side surface of the lens has a shape symmetric with respect to the Z axis in a second cross section cut by a plane passing through the maximum point and parallel to the YZ plane. .

これにより前記レンズの出射側面を、前記第1断面と前記第2断面とで形状が異なるようなアナモルフィックな形状とすることができ、前記被照射面において光軸を挟んで両側の照度を均一にでき、特に複数の照明装置を並べて単一の被照射面を照明する場合に使い勝手がよい。   As a result, the exit side surface of the lens can have an anamorphic shape that is different in shape between the first cross section and the second cross section. It can be made uniform, and is particularly convenient when a plurality of illumination devices are arranged to illuminate a single irradiated surface.

請求項10に記載の光学素子は、請求項1〜9のいずれかに記載の発明において、前記レンズの出射側面は、滑らかにつながっていることを特徴とする。   An optical element according to a tenth aspect is characterized in that, in the invention according to any one of the first to ninth aspects, the exit side surface of the lens is smoothly connected.

これにより、更に前記被照射面上の照度バラツキを減少させて均一な照度を実現できる。   Thereby, it is possible to further reduce the illuminance variation on the irradiated surface and realize a uniform illuminance.

請求項11に記載の光学素子は、請求項1〜10のいずれかに記載の発明において、前記レンズの入射側面は、アナモルフィックな面形状を有することを特徴とする。   An optical element according to an eleventh aspect is characterized in that, in the invention according to any one of the first to tenth aspects, an incident side surface of the lens has an anamorphic surface shape.

前記レンズの入射側面が、例えば前記第1断面と前記第2断面とで形状が異なるようなアナモルフィックな形状とすることで、前記被照射面において均一な照度分布を得ることが可能となる。   By making the incident side surface of the lens have an anamorphic shape in which the shape is different between the first cross section and the second cross section, for example, a uniform illuminance distribution can be obtained on the irradiated surface. .

請求項12に記載の光学素子は、請求項1〜11のいずれかに記載の発明において、前記面発光光源の光軸をZ軸とし、Z軸に直交し且つ前記被照射面に平行する軸をY軸とし、Z軸とY軸の両方に直交する軸をX軸としたときに、前記レンズの入射側面は、前記極大点を通るXZ平面で切断された第1断面において、非対称な形状を有することを特徴とする。   An optical element according to a twelfth aspect is the invention according to any one of the first to eleventh aspects, wherein an optical axis of the surface-emitting light source is a Z-axis, an axis perpendicular to the Z-axis and parallel to the irradiated surface. Is the Y axis, and the X axis is the axis orthogonal to both the Z axis and the Y axis, the incident side surface of the lens has an asymmetric shape in the first cross section cut by the XZ plane passing through the maximum point. It is characterized by having.

前記レンズの入射側面が、前記第1断面において、非対称な形状とすることで、前記被照射面の最も光源から遠い場所を最も強く照明することができ、前記被照射面上の照度バラツキを減少させて均一な照度を実現できる。Z軸に対して非対称でも良いし、Z軸に対してじゃなくても良い。尚、前記レンズの入射側面における被照射面側の曲率半径は、反被照射面側の曲率半径以下であるとよい。特に被照射面側は曲率半径が負の値で、反被照射面側は曲率半径が0〜正の値であるとよい。この被照射面側、反被照射面側はZ=0を境にしている必要はない。   The incident side surface of the lens has an asymmetric shape in the first cross section, so that the place farthest from the light source on the irradiated surface can be illuminated most strongly, and variation in illuminance on the irradiated surface is reduced. To achieve uniform illuminance. It may be asymmetric with respect to the Z axis or not with respect to the Z axis. The radius of curvature on the irradiated surface side of the incident side surface of the lens is preferably equal to or less than the radius of curvature on the anti-irradiated surface side. In particular, the radius of curvature is preferably a negative value on the irradiated surface side, and the radius of curvature is preferably 0 to a positive value on the anti-irradiated surface side. The irradiated surface side and the anti-irradiated surface side need not have Z = 0 as a boundary.

請求項13に記載の光学素子は、請求項1〜12のいずれかに記載の発明において、前記面発光光源の光軸をZ軸とし、Z軸に直交し且つ前記被照射面に平行する軸をY軸としたときに、前記レンズの入射側面は、前記極大点を通りYZ平面に平行な面で切断された第2断面において、Z軸に対して対称な形状を有することを特徴とする。   An optical element according to a thirteenth aspect is the invention according to any one of the first to twelfth aspects, wherein an optical axis of the surface-emitting light source is a Z-axis, an axis perpendicular to the Z-axis and parallel to the irradiated surface. Is the Y axis, the incident side surface of the lens has a shape symmetric with respect to the Z axis in a second cross section cut by a plane passing through the maximum point and parallel to the YZ plane. .

これにより前記被照射面において光軸を挟んで両側の照度を均一にできるから、被照射面全体を均一に照明することが可能となる。特に、複数の照明装置を並べて単一の被照射面を照明する場合に使い勝手がよい。   Thereby, since the illuminance on both sides of the irradiated surface can be made uniform across the optical axis, the entire irradiated surface can be illuminated uniformly. In particular, it is convenient when a plurality of illumination devices are arranged to illuminate a single irradiated surface.

請求項14に記載の光学素子は、請求項1〜13のいずれかに記載の発明において、前記レンズの入射側面は、二つ以上の面定義式で定義されていることを特徴とする。   An optical element according to a fourteenth aspect is characterized in that, in the invention according to any one of the first to thirteenth aspects, an incident side surface of the lens is defined by two or more surface definition formulas.

前記レンズの入射側面を、主に被照射面側と反被照射面側とで定義式の異なる不連続な面で構成することで、より広い範囲を均一に照明することが可能となる。なお、この被照射面側、反被照射面側はZ=0を境にしている必要はない。   By configuring the incident side surface of the lens with discontinuous surfaces having different definition formulas mainly on the irradiated surface side and the anti-irradiated surface side, it is possible to uniformly illuminate a wider range. Note that the irradiated surface side and the non-irradiated surface side do not need to have Z = 0 as a boundary.

請求項15に記載の光学素子は、請求項1〜14のいずれかに記載の発明において、前記レンズの周辺部に、放物面を基本とした全反射面を設けたことを特徴とする。   An optical element according to a fifteenth aspect is characterized in that, in the invention according to any one of the first to fourteenth aspects, a total reflection surface based on a paraboloid is provided in a peripheral portion of the lens.

前記レンズの周辺部に、放物面を基本とした全反射面を設けることで、前記面発光光源から出た光線を有効に前記被照射面に照射することが可能となる。   By providing a total reflection surface based on a paraboloid on the periphery of the lens, it becomes possible to effectively irradiate the irradiated surface with light rays emitted from the surface emitting light source.

請求項16に記載の光学素子は、請求項1〜15のいずれかに記載の発明において、前記レンズの周辺部に、フランジ部を設けたことを特徴とする。   An optical element according to a sixteenth aspect is characterized in that, in the invention according to any one of the first to fifteenth aspects, a flange portion is provided in a peripheral portion of the lens.

このようにフランジ部を設けることで、前記レンズの成形性が向上し、またフランジ部を利用して設置が容易となる。   By providing the flange portion in this way, the moldability of the lens is improved, and installation is facilitated by using the flange portion.

請求項17に記載の光学素子は、請求項1〜16のいずれかに記載の発明において、前記レンズは樹脂から成形されていることを特徴とする。   An optical element according to a seventeenth aspect is the invention according to any one of the first to sixteenth aspects, wherein the lens is molded from a resin.

前記レンズを樹脂製とすることにより、射出成形により大量生産が可能となり、高精度な製品を低コストで提供できる。   When the lens is made of resin, mass production is possible by injection molding, and a highly accurate product can be provided at low cost.

請求項18に記載の照明装置は、請求項1〜17のいずれかに記載の光学素子と、面発光光源とを有することを特徴とする。   An illuminating device according to claim 18 includes the optical element according to any one of claims 1 to 17 and a surface-emitting light source.

請求項19に記載の照明装置は、請求項18に記載の発明であって、請求項1〜17のいずれかに記載の光学素子の他に、別な光学素子を設けたことを特徴とする。   The illuminating device according to claim 19 is the invention according to claim 18, wherein another optical element is provided in addition to the optical element according to any one of claims 1 to 17. .

面発光光源としては、LED(Light Emitting Diode)や有機EL等の面状発光素子が好ましく、特に光学素子側の面がフラットであることが望ましく、更には表面実装型が望ましい。   As the surface emitting light source, a planar light emitting element such as an LED (Light Emitting Diode) or an organic EL is preferable. In particular, the surface on the optical element side is preferably flat, and more preferably a surface mount type.

LED光源を用いる場合、様々なタイプを用いることが出来るが、白色LEDが好ましく用いられる。   When using an LED light source, various types can be used, but a white LED is preferably used.

白色LEDとしては、青色LEDチップと青色LEDチップから発せられた青色光線によって黄色に発光するYAG蛍光体等の蛍光体を組み合わせたものが好ましく用いられるが、青色LEDチップ、緑色LEDチップ及び赤色LEDチップとを組み合わせて白色光を形成する白色LEDであってもよい。白色LEDとしては、例えば特開2008−231218号公報に記載されたものを用いることができるが、これに限られない。   As the white LED, a combination of a blue LED chip and a phosphor such as a YAG phosphor that emits yellow light by blue light emitted from the blue LED chip is preferably used, but a blue LED chip, a green LED chip, and a red LED are used. It may be a white LED that forms white light in combination with a chip. As white LED, what was described, for example in Unexamined-Japanese-Patent No. 2008-231218 can be used, However, It is not restricted to this.

本発明における白色LED光源は、具体的には、LEDチップと、LEDチップを覆うようにしてその上に形成された蛍光体層から構成されている。LEDチップは、第1の所定波長の光を出射するものであり、本実施の形態においては青色光を出射するようになっている。但し、本発明のLEDチップの波長及び蛍光体の出射光の波長は限定されず、LEDチップによる出射光の波長と、蛍光体による出射光の波長とが補色関係にあり合成された光が白色光となる組合せであればものであれば、使用可能である。   Specifically, the white LED light source in the present invention includes an LED chip and a phosphor layer formed on the LED chip so as to cover the LED chip. The LED chip emits light having a first predetermined wavelength. In the present embodiment, the LED chip emits blue light. However, the wavelength of the LED chip of the present invention and the wavelength of the emitted light from the phosphor are not limited, and the wavelength of the emitted light from the LED chip and the wavelength of the emitted light from the phosphor are in a complementary color relationship and the synthesized light is white. Any combination that provides light can be used.

なお、このようなLEDチップとしては、公知の青色LEDチップを用いることができる。青色LEDチップとしては、InxGa1-xN系をはじめ既存のあらゆるものを使用することができる。青色LEDチップの発光ピーク波長は440〜480nmのものが好ましい。また、LEDチップの形態としては、基板上にLEDチップを実装し、そのまま上方または側方に放射させるタイプ、又は、サファイア基板などの透明基板上に青色LEDチップを実装し、その表面にバンプを形成した後、裏返して基板上の電極と接続する、いわゆるフリップチップ接続タイプなど、どのような形態のLEDチップでも適用することが可能である。   In addition, as such an LED chip, a well-known blue LED chip can be used. As the blue LED chip, any existing one including InxGa1-xN can be used. The emission peak wavelength of the blue LED chip is preferably 440 to 480 nm. In addition, as a form of the LED chip, the LED chip is mounted on the substrate and directly radiated upward or sideward, or the blue LED chip is mounted on a transparent substrate such as a sapphire substrate, and bumps are formed on the surface thereof. Any form of LED chip, such as a so-called flip chip connection type, in which it is formed and turned over and connected to an electrode on a substrate, can be applied.

蛍光体層は、LEDチップから出射される第1の所定波長の光を第2の所定波長に変換する蛍光体を有している。後述する実施の形態では、LEDチップから出射される青色光を黄色光に変換するようになっている。   The phosphor layer has a phosphor that converts light having a first predetermined wavelength emitted from the LED chip into a second predetermined wavelength. In an embodiment described later, blue light emitted from the LED chip is converted into yellow light.

このような蛍光体層に用いられる蛍光体は、Y、Gd、Ce、Sm、Al、La及びGaの原料として酸化物、又は高温で容易に酸化物になる化合物を使用し、それらを化学量論比で十分に混合して原料を得る。又は、Y、Gd、Ce、Smの希土類元素を化学量論比で酸に溶解した溶解液を蓚酸で共沈したものを焼成して得られる共沈酸化物と、酸化アルミニウム、酸化ガリウムとを混合して混合原料を得る。これにフラックスとしてフッ化アンモニウム等のフッ化物を適量混合して加圧し成形体を得る。成形体を坩堝に詰め、空気中1350〜1450℃の温度範囲で2〜5時間焼成して、蛍光体の発光特性を持った焼結体を得ることができる。   The phosphor used for such a phosphor layer uses an oxide or a compound that easily becomes an oxide at a high temperature as a raw material of Y, Gd, Ce, Sm, Al, La and Ga, and converts them into a stoichiometric amount. The raw material is obtained by thoroughly mixing in a theoretical ratio. Alternatively, a coprecipitated oxide obtained by calcining a solution obtained by coprecipitation of oxalic acid with a solution obtained by dissolving a rare earth element of Y, Gd, Ce, and Sm in an acid at a stoichiometric ratio, and aluminum oxide and gallium oxide. Mix to obtain a mixed raw material. An appropriate amount of fluoride such as ammonium fluoride is mixed with this as a flux and pressed to obtain a molded body. The compact can be packed in a crucible and fired in air at a temperature range of 1350 to 1450 ° C. for 2 to 5 hours to obtain a sintered body having the phosphor emission characteristics.

また、LED光源はレンズに対して単数であると好ましいが、1つのレンズに対して複数のLEDチップを対応づけても良い。かかる場合、複数のLEDチップ各々を、レンズの光軸に対して対称に配置しても良いし、非対称に配置しても良い。ここで、図32に示すように、複数のLED光源を用いた場合、LED光源に外接する最小の円OCの直径Rを、LED光源の直径とみなして、レンズの内径内に収めるようにすることが望ましい。   Moreover, although it is preferable that a single LED light source is provided for a lens, a plurality of LED chips may be associated with a single lens. In such a case, each of the plurality of LED chips may be arranged symmetrically with respect to the optical axis of the lens, or may be arranged asymmetrically. Here, as shown in FIG. 32, when a plurality of LED light sources are used, the diameter R of the smallest circle OC circumscribing the LED light sources is regarded as the diameter of the LED light sources and is contained within the inner diameter of the lens. It is desirable.

LED光源は、高出力LED光源であることが好ましい。ここで、高出力LED光源としては、出力が0.5ワット以上のLEDにより構成することができる。   The LED light source is preferably a high-power LED light source. Here, the high-power LED light source can be constituted by an LED having an output of 0.5 watts or more.

レンズは、面発光光源の光放出側に配置されており、入射側面は凹部を有し、前記レンズの出射側面は凸形状であり、樹脂から形成されると好ましいが、それ以外の素材から形成されても良い。   The lens is disposed on the light emitting side of the surface light source, the incident side surface has a concave portion, and the exit side surface of the lens has a convex shape, which is preferably formed from a resin, but formed from other materials. May be.

本発明によれば、面発光光源からの光線を用いて、平坦な被照射面に対して斜めに照射した場合でも、被照射面をより均一に照明することができる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。   According to the present invention, an optical element capable of illuminating the irradiated surface more uniformly even when the flat irradiated surface is obliquely irradiated with the light from the surface-emitting light source and the same are used. A lighting device can be provided.

本実施の形態にかかる照明装置のレンズLSと、被照射面であるスクリーンSCとを、スクリーンSCの正面から見た図である。It is the figure which looked at the lens LS of the illuminating device concerning this Embodiment, and the screen SC which is a to-be-irradiated surface from the front of the screen SC. 図1の構成を、光軸OAを含むII-II面で切断して矢印方向に見た図である。It is the figure which cut | disconnected the structure of FIG. 1 at the II-II surface containing optical axis OA, and looked at the arrow direction. 図1の構成において、YZ断面で切断してなる拡大図である。FIG. 2 is an enlarged view obtained by cutting along the YZ section in the configuration of FIG. 1. 図2の構成の矢印IV部を拡大して示す図である。FIG. 4 is an enlarged view showing an arrow IV part of the configuration of FIG. 2. 本実施の形態にかかる照明装置のYZ断面図である。It is YZ sectional drawing of the illuminating device concerning this Embodiment. 本実施の形態にかかる照明装置のXZ断面図である。It is XZ sectional drawing of the illuminating device concerning this Embodiment. 本実施の形態において、第1断面に関して光軸からの高さ(距離)を横軸に取り、縦軸に光源中心を原点としたときの出射面の高さをとって示すグラフである。In this Embodiment, it is a graph which takes the height (distance) from an optical axis regarding a 1st cross section on a horizontal axis, and takes the height of the output surface when the light source center is made into an origin on the vertical axis. 本実施の形態において、第1断面に関して光軸を0゜としたときの光源中心からの角度を横軸に取り、縦軸に光源中心を原点としたときの出射面の高さをとって示すグラフである。In the present embodiment, the horizontal axis indicates the angle from the light source center when the optical axis is 0 ° with respect to the first cross section, and the vertical axis indicates the height of the emission surface when the light source center is the origin. It is a graph. 本実施の形態において、第1断面に関して光軸を0゜としたときの光源中心からの角度を横軸に取り、縦軸に光源中心を原点としたときの光源中心から出射側面までの距離をとって示すグラフである。In the present embodiment, the angle from the light source center when the optical axis is 0 ° with respect to the first cross section is taken on the horizontal axis, and the distance from the light source center to the exit side surface when the light source center is taken as the origin on the vertical axis. It is a graph shown. 本実施の形態において、第1断面に関して極大点からの高さ(距離)を横軸に取り、縦軸に出射面の法線と光軸とのなす角γ(図6)をとって示すグラフである。In the present embodiment, the horizontal axis represents the height (distance) from the maximum point with respect to the first cross section, and the vertical axis represents the angle γ (FIG. 6) formed by the normal of the exit surface and the optical axis. It is. 実施例1にかかるレンズをXZ断面に直交する方向に見た透視図である。FIG. 3 is a perspective view of the lens according to Example 1 viewed in a direction orthogonal to the XZ cross section. 実施例1にかかるレンズのYZ断面に直交する方向に見た透視図である。3 is a perspective view of a lens according to Example 1 viewed in a direction orthogonal to a YZ section. FIG. 実施例1にかかるレンズのXZ断面図である。1 is an XZ sectional view of a lens according to Example 1. FIG. 実施例1にかかるレンズのYZ断面図である。1 is a YZ sectional view of a lens according to Example 1. FIG. 実施例1のレンズを用いた照明装置により、右方向から照明された場合におけるスクリーン上の照度を示す図(リニアスケール)である。It is a figure (linear scale) which shows the illumination intensity on a screen at the time of illuminating from the right direction with the illuminating device using the lens of Example 1. FIG. 実施例1のレンズを用いた照明装置により、右方向から照明された場合におけるスクリーン上の照度を示す図(ログスケール)である。It is a figure (log scale) which shows the illumination intensity on a screen at the time of illuminating from the right direction with the illuminating device using the lens of Example 1. FIG. 実施例1の照度分布断面図である。1 is a cross-sectional view of illuminance distribution of Example 1. FIG. 比較例にかかるレンズのXZ断面に直交する方向に見た透視図である。It is the perspective view seen in the direction orthogonal to the XZ cross section of the lens concerning a comparative example. 比較例にかかるレンズのYZ断面に直交する方向に見た透視図である。It is the perspective view seen in the direction orthogonal to the YZ cross section of the lens concerning a comparative example. 比較例のレンズを用いた照明装置により、右方向から照明された場合におけるスクリーン上の照度を示す図(リニアスケール)である。It is a figure (linear scale) which shows the illumination intensity on a screen at the time of illuminating from the right direction with the illuminating device using the lens of a comparative example. 比較例のレンズを用いた照明装置により、右方向から照明された場合におけるスクリーン上の照度を示す図(ログスケール)である。It is a figure (log scale) which shows the illumination intensity on a screen at the time of illuminating from the right direction with the illuminating device using the lens of a comparative example. 比較例の照度分布断面図である。It is illumination intensity distribution sectional drawing of a comparative example. 実施例2にかかるレンズのXZ断面に直交する方向に見た透視図である。FIG. 6 is a perspective view of a lens according to Example 2 viewed in a direction orthogonal to an XZ section. 実施例2にかかるレンズのYZ断面に直交する方向に見た透視図である。FIG. 6 is a perspective view of a lens according to Example 2 viewed in a direction orthogonal to a YZ section. 実施例2にかかるレンズのXZ断面である。3 is an XZ cross section of a lens according to Example 2. 実施例2にかかるレンズのYZ断面に対して若干奥側に傾けた断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view of the lens according to Example 2 slightly tilted with respect to the YZ cross section. 実施例2の照度分布断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view of illuminance distribution of Example 2. 実施例3にかかるレンズのXZ断面に直交する方向に見た透視図である。FIG. 6 is a perspective view of a lens according to Example 3 viewed in a direction orthogonal to an XZ section. 実施例3にかかるレンズのYZ断面に直交する方向に見た透視図である。FIG. 6 is a perspective view of a lens according to Example 3 viewed in a direction orthogonal to a YZ section. 実施例3の照度分布断面図である。FIG. 6 is an illuminance distribution sectional view of Example 3. 他のレンズの一例にかかる断面図である。It is sectional drawing concerning an example of another lens. 面発光光源を説明する為の図である。It is a figure for demonstrating a surface emitting light source.

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。図1は、本実施の形態にかかる照明装置の光学素子としてのレンズLSと、平面矩形状の被照射面であるスクリーンSCとを、スクリーンSCの正面から見た図であり、図2は、図1の構成を、光軸OAを含むII-II面で切断して矢印方向に見た図であるが、照明装置を取り付けるホルダ等は省略している。尚、本明細書では、照明装置のLED光源(面発光光源)の光軸OAをZ軸とし、Z軸に直交し且つスクリーンSCに平行する軸をY軸とし、Z軸とY軸の両方に直交する軸をX軸とする。図2から明らかなように、スクリーンSCの面に対して光軸OAが傾くようにして、照明装置が設置されている。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a view of a lens LS as an optical element of the illumination device according to the present embodiment and a screen SC that is a planar rectangular irradiation surface as viewed from the front of the screen SC, and FIG. FIG. 2 is a diagram in which the configuration of FIG. 1 is cut along the II-II plane including the optical axis OA and viewed in the direction of the arrow, but a holder and the like for attaching the illumination device are omitted. In this specification, the optical axis OA of the LED light source (surface emitting light source) of the lighting device is the Z axis, the axis orthogonal to the Z axis and parallel to the screen SC is the Y axis, and both the Z axis and the Y axis are used. The axis orthogonal to is the X axis. As is clear from FIG. 2, the illumination device is installed such that the optical axis OA is inclined with respect to the surface of the screen SC.

図3は、図1の構成において、YZ断面で切断してなる拡大図である。図4は、図2の構成の矢印IV部を拡大して示す図である。図5は、本実施の形態にかかる照明装置のYZ断面図であり、図6は、本実施の形態にかかる照明装置のXZ断面図である。   FIG. 3 is an enlarged view obtained by cutting along the YZ section in the configuration of FIG. FIG. 4 is an enlarged view showing an arrow IV portion of the configuration of FIG. FIG. 5 is a YZ sectional view of the lighting device according to the present embodiment, and FIG. 6 is an XZ sectional view of the lighting device according to the present embodiment.

図5,6において、照明装置は、樹脂製の単一のレンズLSと、発光面を上面に有するLED光源LEDとからなる。レンズLSの光源側入射面側に、凹部LSaを有する。より具体的には、レンズLSは、凹部LSaの上面である主入射面LSbと、主入射面LSbの周囲にあってLED光源LEDの発光面を囲っている側面入射面LScとを有する。又、レンズLSの出射面LSdは滑らかな曲面からなり、光軸OAに対して非回転対称である凸形状となっている。更に、レンズLSの周囲には、光軸OAに直交した平行平板状のフランジ部LSeが形成されている。フランジ部LSeの周囲下面には、凸状又は環状の脚部LSfが形成されており、LED光源LEDの設けられた基板ST上に当接するようになっていて、これによりLED光源LEDとレンズLSとの位置決めを行うことができる。   5 and 6, the lighting device includes a single lens LS made of resin and an LED light source LED having a light emitting surface on the upper surface. A concave portion LSa is provided on the light source side incident surface side of the lens LS. More specifically, the lens LS has a main incident surface LSb that is the upper surface of the recess LSa, and a side incident surface LSC that surrounds the main incident surface LSb and surrounds the light emitting surface of the LED light source LED. The exit surface LSd of the lens LS is a smooth curved surface and has a convex shape that is non-rotational symmetric with respect to the optical axis OA. Further, a parallel plate-shaped flange portion LSe orthogonal to the optical axis OA is formed around the lens LS. A convex or annular leg portion LSf is formed on the lower peripheral surface of the flange portion LSe, and comes into contact with the substrate ST on which the LED light source LED is provided, whereby the LED light source LED and the lens LS. And positioning.

図5に示す断面(第2断面又はYZ断面という)では、レンズLSの凹部LSaと、出射面LSdは、光軸OAに対して面対称な形状となっており、それぞれ光軸OAより離れるに連れて高さが低くなる形状を有する。   In the cross section shown in FIG. 5 (referred to as the second cross section or the YZ cross section), the concave portion LSa and the exit surface LSd of the lens LS are symmetrical with respect to the optical axis OA, and are separated from the optical axis OA. It has a shape with a height that decreases accordingly.

一方、図6に示す断面(第1断面又はXZ断面という)では、レンズLSの凹部LSaの主入射面LSbは、光軸OAを挟んで非面対称な形状を有する。より具体的には、光軸OAよりスクリーンSC側(図6で左側)では、光軸OAから離れるに連れて主入射面LSbの高さが低くなり、光軸OAより反スクリーンSC側(図6で右側)では、光軸OAの距離に関わらず高さは一定である。つまり、主入射面LSbはアナモルフィックな面形状を有する。レンズの凹部LSaは、二つ以上の面定義式で定義されている。   On the other hand, in the cross section shown in FIG. 6 (referred to as a first cross section or an XZ cross section), the main incident surface LSb of the concave portion LSa of the lens LS has a non-symmetrical shape with the optical axis OA interposed therebetween. More specifically, on the screen SC side (left side in FIG. 6) from the optical axis OA, the height of the main incident surface LSb decreases as the distance from the optical axis OA increases, and the screen SC side (FIG. 6 on the right), the height is constant regardless of the distance of the optical axis OA. That is, the main incident surface LSb has an anamorphic surface shape. The concave portion LSa of the lens is defined by two or more surface definition formulas.

更に、図6に示すように、レンズLSの出射面LSdは、光軸OAを挟んで非面対称な形状を有している。更にその極大点LPは、第1断面内にあり且つ光軸OAより反被照射面側にある。   Furthermore, as shown in FIG. 6, the exit surface LSd of the lens LS has a non-symmetrical shape with the optical axis OA interposed therebetween. Further, the maximum point LP is in the first cross section and is on the side opposite to the irradiated surface from the optical axis OA.

極大点LPについて説明する。図7は、本実施の形態において、第1断面に関して光軸からの高さ(距離)を横軸に取り、縦軸に光源中心を原点としたときの出射面の高さ(本明細書で、「サグ量」とは出射面における極大点の高さから任意の位置の高さを減じた値とする)をとって示すグラフであり、図8は、本実施の形態において、第1断面に関して光軸を0゜としたときの光源中心からの角度を横軸に取り、縦軸に光源中心を原点としたときの出射面の高さをとって示すグラフであり、図9は、本実施の形態において、第1断面に関して光軸を0゜としたときの光源中心からの角度を横軸に取り、縦軸に光源中心を原点としたときの光源中心から出射側面までの距離をとって示すグラフであるが、いずれもスクリーン側を正として示している。図7〜9から、グラフが最も高くなる位置が極大点LPになるので、本実施の形態では、光軸OAから反スクリーン側に約1.7mmの位置で、また光源中心からの角度約9゜の位置に極大点LPがあることが分かる。   The maximum point LP will be described. FIG. 7 shows the height (distance) from the optical axis with respect to the first cross section on the horizontal axis in the present embodiment, and the height of the exit surface when the vertical axis is the light source center (in this specification). , “Sag amount” is a graph obtained by taking a value obtained by subtracting the height of an arbitrary position from the height of the maximum point on the exit surface, and FIG. 8 shows the first section in the present embodiment. 9 is a graph in which the horizontal axis represents the angle from the light source center when the optical axis is 0 °, and the vertical axis represents the height of the exit surface when the light source center is the origin. In the embodiment, the horizontal axis represents the angle from the light source center when the optical axis is 0 ° with respect to the first section, and the vertical axis represents the distance from the light source center to the emission side surface when the light source center is the origin. In these graphs, the screen side is shown as positive. 7-9, since the position where the graph becomes the highest is the maximum point LP, in the present embodiment, the position is about 1.7 mm from the optical axis OA to the opposite screen side, and the angle from the light source center is about 9 mm. It can be seen that there is a maximum point LP at the position of °.

更に図6において、極大点LPを基準として出射面LSdは、スクリーンSC側がゆるく、反スクリーンSC側がそれよりも急なパワー変化をする面である。   Further, in FIG. 6, the exit surface LSd is a surface on which the screen SC side is loose and the anti-screen SC side changes more rapidly than the local maximum point LP.

パワー変化について説明する。図10は、本実施の形態において、第1断面に関して極大点からの高さ(距離)を横軸に取り、縦軸に出射面の法線と光軸とのなす角γ(図6)をとって示すグラフであり、スクリーン側を正として示している。図10に示すように、極大点ではγ=0となり、そこから離れるに連れてスクリーンSC側、反スクリーンSC側共々、角度γが増大するが、その増大量は反スクリーンSC側の方が大きい。つまり、この出射面LSdは、スクリーンSC側がゆるく、反スクリーンSC側がそれよりも急なパワー変化をする面といえる。   The power change will be described. FIG. 10 shows the height (distance) from the maximum point with respect to the first cross section on the horizontal axis in the present embodiment, and the vertical axis shows the angle γ (FIG. 6) between the normal of the exit surface and the optical axis. This is a graph showing the screen side as positive. As shown in FIG. 10, γ = 0 at the maximum point, and as the distance from the point increases, the angle γ increases on both the screen SC side and the anti-screen SC side, but the increase amount is larger on the anti-screen SC side. . That is, the exit surface LSd can be said to be a surface where the screen SC side is loose and the anti-screen SC side undergoes a sudden power change.

更に、レンズLSの出射面LSdにおける極大点LPは、図4に示す第1断面において、光源中心OCから見て光軸OAに対して反スクリーンSC側に角度α(゜)の位置に存在し、以下の式を満たす。
0<α≦20 (1)
Further, the maximum point LP on the exit surface LSd of the lens LS exists at a position of an angle α (°) on the side opposite to the screen SC with respect to the optical axis OA when viewed from the light source center OC in the first cross section shown in FIG. The following formula is satisfied.
0 <α ≦ 20 (1)

又、図4に示す第1断面において、光源中心OCと極大点LPとを通過する直線SLと、光源中心OCとスクリーンSCの最遠点FP(図2参照)とを結ぶ線分DLとの角度βは、±10゜以内であると好ましい。つまり、極大点LPは、光源中心OCとスクリーンSCの最遠点FPを結ぶ線分DL付近に存在すると好ましい。又、光源中心OCとレンズLSの出射面LSdとの距離は、図4に示す第1断面において、光源中心OCとスクリーンSCの最遠点FPとを結ぶ線分DL付近で最大となると好ましい。   Further, in the first cross section shown in FIG. 4, a straight line SL passing through the light source center OC and the maximum point LP and a line segment DL connecting the light source center OC and the farthest point FP (see FIG. 2) of the screen SC. The angle β is preferably within ± 10 °. That is, the local maximum point LP is preferably present in the vicinity of the line segment DL connecting the light source center OC and the farthest point FP of the screen SC. The distance between the light source center OC and the exit surface LSd of the lens LS is preferably maximized in the vicinity of a line segment DL connecting the light source center OC and the farthest point FP of the screen SC in the first cross section shown in FIG.

次に、本実施の形態の動作について説明する。LED光源LEDの発光面から出射された光線は、主入射面LSbと、側面入射面LScとからレンズLS内に入射する。ここで、図3に示す第2断面では、レンズLSは対称形状であるので、出射面LSdから出射する光線も、光軸OAを挟んで両側に等しく振り分けられ、スクリーンSCを照明することとなる(図1参照)。   Next, the operation of the present embodiment will be described. The light beam emitted from the light emitting surface of the LED light source LED enters the lens LS from the main incident surface LSb and the side surface incident surface LSC. Here, in the second cross section shown in FIG. 3, since the lens LS has a symmetrical shape, the light beam emitted from the emission surface LSd is also equally distributed to both sides across the optical axis OA, and illuminates the screen SC. (See FIG. 1).

一方、図4に示す第1断面では、極大点LPよりもスクリーンSC側で出射面LSdの面のパワー変化が緩いため、この領域を通過する際に弱集光作用が生じることとなり、これによりスクリーンSCの最遠点FP側に向かって、一部の光線が向かうこととなる。これに対し、極大点LPよりも反スクリーンSC側では出射面LSdの面のパワー変化が急なため、この領域を通過する際に集光作用が生じることとなり、これによりスクリーンSCの最遠点FP側に向かって、大部分の光線が向かうこととなる。つまり、極大点LPを挟んで、スクリーンSC側、反スクリーンSC側のいずれを通過する光線も、最遠点FP側に向かうようになるため、ランバーシアンの照射特性を持つLED光源を用いた場合でも、最も照度が低下しやすい最遠点FPの近傍の照度を高めることができる。   On the other hand, in the first cross section shown in FIG. 4, since the power change of the exit surface LSd on the screen SC side is gentler than the local maximum point LP, a weak light condensing action occurs when passing through this region. Some light beams are directed toward the farthest point FP side of the screen SC. On the other hand, since the power change of the exit surface LSd is abrupt on the side opposite to the screen SC from the maximum point LP, a condensing action occurs when passing through this region, and this causes the farthest point of the screen SC Most of the light rays are directed toward the FP side. In other words, when a light source that passes through either the screen SC side or the anti-screen SC side across the local maximum point LP is directed to the farthest point FP side, an LED light source having a Lambertian irradiation characteristic is used. However, the illuminance in the vicinity of the farthest point FP where the illuminance is most likely to decrease can be increased.

以下、本実施の形態の実施例にかかるレンズついて説明する。以下の実施例における非球面の形状は、面の頂点を原点とし、光軸方向にZ軸をとり、光軸に対しX軸方向の高さをx、Y軸方向の高さをyとして、表に示す数値を代入した以下の数1式で表すものとする。尚、実施例ではフランジ部は省略している。   Hereinafter, lenses according to examples of the present embodiment will be described. The shape of the aspherical surface in the following examples is such that the vertex of the surface is the origin, the Z-axis is taken in the optical axis direction, the height in the X-axis direction with respect to the optical axis is x, and the height in the Y-axis direction is y. It shall be expressed by the following formula 1 substituting the numerical values shown in the table. In the embodiment, the flange portion is omitted.

但し、
αi、βi:i次の非球面係数(i=3,4,5,6,・・・・20)
R(レンズデータ表で、X方向半径はRx、Y方向半径はRy):曲率半径
k(レンズデータ表で、X方向半径はkx、Y方向半径はky):コーニック係数
また、非球面係数において、10のべき乗数(例えば2.5×10-02)を、E(例えば2.5E−02)を用いて表している。
However,
αi, βi: i-th order aspheric coefficient (i = 3,4,5,6,... 20)
R (Lens data table, X direction radius is Rx, Y direction radius is Ry): Radius of curvature k (Lens data table, X direction radius is kx, Y direction radius is ky): Conic coefficient A power of 10 (for example, 2.5 × 10 −02 ) is expressed using E (for example, 2.5E-02).

(実施例1)
表1に実施例1のレンズデータを示す。図11は、実施例1にかかるレンズをXZ断面に直交する方向に見た透視図であり、図12は、実施例1にかかるレンズのYZ断面に直交する方向に見た透視図であり、それぞれレンズの表面をワイヤにより表している。図13は、実施例1にかかるレンズのXZ断面図であり、図14は、実施例1にかかるレンズのYZ断面図であり、それぞれ図11,12に対応している。図15、16は、実施例1のレンズを用いた照明装置により、右方向から照明された場合におけるスクリーン上の照度をモノクロ濃淡で示す(白い方が照度が高い)図であり、図15はリニアスケールで示し、図16はログスケールで示している。人間の視覚を通して感じる照度は、ログスケールの方が近いとされる。図17は、実施例1の照度断面図であり、XZ断面におけるスクリーンCの中心をゼロとしたときの照度分布を示しており、min/ave=0.56である。
Example 1
Table 1 shows lens data of Example 1. FIG. 11 is a perspective view of the lens according to Example 1 as seen in a direction perpendicular to the XZ cross section, and FIG. 12 is a perspective view of the lens according to Example 1 as seen in a direction perpendicular to the YZ cross section. Each lens surface is represented by a wire. 13 is an XZ sectional view of the lens according to Example 1, and FIG. 14 is a YZ sectional view of the lens according to Example 1, which corresponds to FIGS. FIGS. 15 and 16 are diagrams showing the illuminance on the screen in monochrome shades when illuminated from the right direction by the illumination device using the lens of Example 1 (the white one has higher illuminance), and FIG. A linear scale is shown, and FIG. 16 is a log scale. The illuminance felt through human vision is closer to the log scale. FIG. 17 is an illuminance cross-sectional view of Example 1, showing an illuminance distribution when the center of the screen C in the XZ cross section is zero, and min / ave = 0.56.

実施例1において、入射面の光軸上の光源からの高さは、3.5mmであり、入射面径はφ8mmであり、出射面の光軸上の光源からの高さは、10mmであり、出射面径はφ21mmである。又、第1断面における光軸とスクリーンとのなす角度は34.72゜である。又、α=11.25゜、β=7.08゜である。   In Example 1, the height from the light source on the optical axis of the incident surface is 3.5 mm, the diameter of the incident surface is φ8 mm, and the height from the light source on the optical axis of the output surface is 10 mm. The exit surface diameter is 21 mm. The angle formed by the optical axis and the screen in the first cross section is 34.72 °. Also, α = 11.25 ° and β = 7.08 °.

図18は、比較例にかかるレンズのXZ断面に直交する方向に見た透視図であり、図19は、比較例にかかるレンズのYZ断面に直交する方向に見た透視図であり、レンズの表面をワイヤにより表している。図20、21は、比較例のレンズを用いた照明装置により、右方向から照明された場合におけるスクリーン上の照度を示す図であり、図20はリニアスケールで示し、図21はログスケールで示している。図22は、比較例の照度断面図であり、XZ断面におけるスクリーンCの中心をゼロとしたときの照度分布を示しており、min/ave=0.07である。   18 is a perspective view seen in a direction perpendicular to the XZ section of the lens according to the comparative example, and FIG. 19 is a perspective view seen in a direction perpendicular to the YZ section of the lens according to the comparative example. The surface is represented by a wire. 20 and 21 are diagrams showing the illuminance on the screen when illuminated from the right direction by the illumination device using the lens of the comparative example, FIG. 20 shows a linear scale, and FIG. 21 shows a log scale. ing. FIG. 22 is an illuminance cross-sectional view of a comparative example, showing an illuminance distribution when the center of the screen C in the XZ cross section is zero, and min / ave = 0.07.

比較例では、レンズの出射面がXZ断面でもYZ断面でも、光軸を中心として面対称な形状である。又、レンズの入射面は、XZ断面で高さが一様であり、YZ断面では光軸から離れるに連れて高さが低くなる、いわゆる蒲鉾形である。   In the comparative example, the exit surface of the lens has a shape symmetrical with respect to the optical axis regardless of whether the XZ cross section or the YZ cross section. Further, the incident surface of the lens has a uniform height in the XZ section, and has a so-called saddle shape in which the height decreases in the YZ section as the distance from the optical axis increases.

一方、実施例1では、レンズの出射面がYZ断面では、光軸を中心として面対称な形状であるが、XZ断面では、光軸を挟んで非面対称な形状を有しており、極大点から見てスクリーン側(図11で左側)がゆるく、反スクリーン面側がそれよりも急なパワー変化をする面である。又、レンズの入射面は、XZ断面で高さが一様であり、YZ断面では光軸付近が最も高く、それから離れるに連れて高さが低くなった後、変曲点を挟んで、高さが増大する形状である。これは一例であり、変曲点から先は無くても良い。それ以外の仕様は、比較例と実施例1とは共通する。   On the other hand, in Example 1, the exit surface of the lens has a shape that is symmetrical with respect to the optical axis in the YZ section, but in the XZ section, it has a non-symmetrical shape with the optical axis in between. From the point of view, the screen side (left side in FIG. 11) is loose and the anti-screen surface side is a surface where the power changes more suddenly. In addition, the incident surface of the lens has a uniform height in the XZ section, the highest in the vicinity of the optical axis in the YZ section, and the height decreases with increasing distance from the lens, and then the height of the incident surface is increased. The shape increases. This is an example, and there may be no point beyond the inflection point. Other specifications are common to the comparative example and the first embodiment.

図15,16、17と、図20,21、22を比較すると明らかであるが、比較例の場合、スクリーンの右側中央(照明装置の近傍)のみが明るくなり、偏りのある照度となっている。これに対し、実施例1の場合、スクリーン全体の照度が均一となっていることがわかる。   15, 16, and 17 and FIGS. 20, 21, and 22, it is clear that in the case of the comparative example, only the right center of the screen (near the lighting device) is bright and has uneven illuminance. . On the other hand, in Example 1, it turns out that the illumination intensity of the whole screen is uniform.

(実施例2)
表2に実施例2のレンズデータを示す。図23は、実施例2にかかるレンズのXZ断面に直交する方向に見た透視図であり、図24は、実施例2にかかるレンズのYZ断面に直交する方向に見た透視図であり、レンズの表面をワイヤにより表している。図25は、実施例2にかかるレンズのXZ断面であり、図26は、実施例2にかかるレンズのYZ断面に対して若干奥側に傾けた断面図であり、それぞれ図23,24に対応している。図27は、実施例2の照度断面図であり、XZ断面におけるスクリーンCの中心をゼロとしたときの照度分布を示しており、min/ave=0.47である。
(Example 2)
Table 2 shows lens data of Example 2. FIG. 23 is a perspective view seen in a direction perpendicular to the XZ section of the lens according to Example 2, and FIG. 24 is a perspective view seen in a direction perpendicular to the YZ section of the lens according to Example 2. The surface of the lens is represented by a wire. FIG. 25 is an XZ cross section of the lens according to Example 2, and FIG. 26 is a cross sectional view slightly tilted to the YZ cross section of the lens according to Example 2, corresponding to FIGS. 23 and 24, respectively. doing. FIG. 27 is an illuminance cross-sectional view of Example 2, showing an illuminance distribution when the center of the screen C in the XZ cross section is zero, and min / ave = 0.47.

実施例2において、入射面の光軸上の光源からの高さは、5mmであり、入射面径はφ10mmであり、出射面の光軸上の光源からの高さは、10mmであり、出射面径はφ21mmである。又、第1断面における光軸とスクリーンとのなす角度は35.72゜である。又、α=13.10゜、β=5.58゜である。   In Example 2, the height from the light source on the optical axis of the incident surface is 5 mm, the diameter of the incident surface is φ10 mm, and the height from the light source on the optical axis of the output surface is 10 mm. The surface diameter is 21 mm. The angle formed between the optical axis and the screen in the first cross section is 35.72 °. Further, α = 13.10 ° and β = 5.58 °.

実施例2では、レンズの入射面が、光軸OAより反スクリーン側(図23で左側)のみ、XZ断面及びYZ断面で高さが一様である。一方、光軸OAよりスクリーン側では、XZ断面では高さが一様であるのに対し、YZ断面では光軸付近が最も高く、それから離れるに連れて高さが低くなった後、変曲点を挟んで、高さが増大する形状である。出射面については、実施例1と同様である。   In Example 2, the height of the incident surface of the lens is uniform in the XZ section and the YZ section only on the side opposite to the screen (left side in FIG. 23) from the optical axis OA. On the other hand, on the screen side from the optical axis OA, the height is uniform in the XZ section, whereas in the YZ section, the vicinity of the optical axis is the highest, and after moving away from the height, the inflection point decreases. The shape is such that the height increases across the wall. The exit surface is the same as in the first embodiment.

(実施例3)
表3に実施例3のレンズデータを示す。図28は、実施例3にかかるレンズのXZ断面に直交する方向に見た透視図であり、図29は、実施例3にかかるレンズのYZ断面に直交する方向に見た透視図であり、レンズの表面をワイヤにより表している。図30は、実施例1の照度断面図であり、XZ断面におけるスクリーンCの中心をゼロとしたときの照度分布を示しており、min/ave=0.67である。
(Example 3)
Table 3 shows lens data of Example 3. 28 is a perspective view seen in a direction orthogonal to the XZ section of the lens according to Example 3, and FIG. 29 is a perspective view seen in a direction perpendicular to the YZ section of the lens according to Example 3. The surface of the lens is represented by a wire. FIG. 30 is an illuminance cross-sectional view of Example 1, showing an illuminance distribution when the center of the screen C in the XZ cross section is zero, and min / ave = 0.67.

実施例3において、入射面の光軸上の光源からの高さは、3.5mmであり、入射面径はφ10mmであり、出射面の光軸上の光源からの高さは、9.5mmであり、出射面径はφ18mmである。又、第1断面における光軸とスクリーンとのなす角度は30゜である。又、α=8.21゜、β=5.40゜である。   In Example 3, the height from the light source on the optical axis of the incident surface is 3.5 mm, the diameter of the incident surface is φ10 mm, and the height from the light source on the optical axis of the output surface is 9.5 mm. The exit surface diameter is φ18 mm. The angle formed by the optical axis and the screen in the first cross section is 30 °. Α = 8.21 ° and β = 5.40 °.

実施例3では、実施例1の面形状を基本とし、入射面を構成する凹部の周囲に、放物面を基本とした全反射面を設けている。不図示のLED光源から出射した光線は、レンズの凹部から入射した後に、一部が全反射面で反射して、出射面から出射するようになっている。スクリーン上の照度の均一性を重視する場合には、実施例1,2のように全反射面を設けないのが好ましいが、スクリーン上の照度の絶対値を確保したい場合、実施例3が有効である。   In Example 3, the surface shape of Example 1 is used as a basis, and a total reflection surface based on a paraboloid is provided around the recesses that form the incident surface. A light beam emitted from an LED light source (not shown) is incident on the concave portion of the lens, and then a part of the light is reflected by the total reflection surface and emitted from the emission surface. When importance is attached to the uniformity of the illuminance on the screen, it is preferable not to provide a total reflection surface as in the first and second embodiments. However, when it is desired to ensure the absolute value of the illuminance on the screen, the third embodiment is effective. It is.

尚、照明装置としては、上述した実施の形態にかかるレンズと面発光光源の組み合わせからなるものに限らず、その組み合わせに加えて、別のレンズと面発光光源を組み合わせたものを併設しても良い。このようなレンズとしては、図31に示すレンズLS’を好適に用いることができる。より具体的には、レンズLS’は、光源側入射面としての凹部LSaと、出射面LSdと、凹部LSaと出射面LSdとの間に設けられた放物面状の全反射面LSgとを有する。例えば、上述した実施の形態にかかるレンズLSと面発光光源の組み合わせからなる照明装置を、スクリーンの下方に一列に並べてスクリーン上を照明すると共に、その並びの両端に、レンズLS’を含む照明装置を配置して、暗くなりがちなスクリーンの四隅をスポット的に照明すると、よりスクリーン全体の照度が均一化されて好ましい。   The lighting device is not limited to the combination of the lens and the surface emitting light source according to the above-described embodiment, and in addition to the combination, a combination of another lens and the surface emitting light source may be provided. good. As such a lens, a lens LS ′ shown in FIG. 31 can be preferably used. More specifically, the lens LS ′ includes a concave portion LSa as a light source side incident surface, an output surface LSd, and a parabolic total reflection surface LSg provided between the concave portion LSa and the output surface LSd. Have. For example, the illumination device comprising the combination of the lens LS and the surface emitting light source according to the above-described embodiment is arranged in a line below the screen to illuminate the screen, and the illumination device includes lenses LS ′ at both ends of the arrangement. It is preferable that the four corners of the screen, which tends to be dark, are spot-illuminated to make the illuminance of the entire screen more uniform.

DL 線分
FP 最遠点
LED LED光源
LP 極大点
LS レンズ
LSa 凹部
LSb 主入射面
LSc 側面入射面
LSd 出射面
LSe フランジ部
LSf 脚部
OA 光軸
OC 光源中心
SC スクリーン
SL 直線
ST 基板
DL Line segment FP Farthest point LED LED light source LP Maximum point LS Lens LSa Recessed portion LSb Main entrance surface LSc Side entrance surface LSd Outgoing surface LSe Flange portion LSf Leg portion OA Optical axis OC Light source center SC Screen SL Linear ST Substrate

Claims (19)

面発光光源から照射された光を透過することにより、被照射面を均一照度で照明するための光学素子であって、
前記光学素子は単一のレンズからなり、
前記レンズの入射側面は凹部を有し、
前記レンズの出射側面は凸形状であって、極大点から見て被照射面側がゆるく、反被照射面側がそれよりも急なパワー変化をする面を有することを特徴とする光学素子。
An optical element for illuminating a surface to be irradiated with uniform illuminance by transmitting light emitted from a surface-emitting light source,
The optical element comprises a single lens;
The incident side surface of the lens has a recess,
An optical element having a convex shape on the exit side surface of the lens, and a surface on which the irradiated surface side is loose as viewed from the maximum point, and the anti-irradiated surface side has a power change that is steeper than that.
前記レンズは、前記面発光光源の光軸に対して非回転対称な形状を有することを特徴とする請求項1に記載の光学素子。   The optical element according to claim 1, wherein the lens has a non-rotationally symmetric shape with respect to an optical axis of the surface-emitting light source. 前記被照射面に対して前記面発光光源の光軸が傾いていることを特徴とする請求項1又は2に記載の光学素子。   The optical element according to claim 1, wherein an optical axis of the surface-emitting light source is inclined with respect to the irradiated surface. 前記面発光光源の光軸をZ軸とし、Z軸に直交し且つ前記被照射面に平行する軸をY軸とし、Z軸とY軸の両方に直交する軸をX軸としたときに、前記レンズの出射側面は、前記極大点を通るXZ平面で切断された第1断面において、Z軸に対して非対称な形状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。   When the optical axis of the surface-emitting light source is the Z axis, the axis orthogonal to the Z axis and parallel to the irradiated surface is the Y axis, and the axis orthogonal to both the Z axis and the Y axis is the X axis, 4. The optical device according to claim 1, wherein an exit side surface of the lens has an asymmetric shape with respect to the Z axis in a first cross section cut along an XZ plane passing through the maximum point. element. 前記レンズの出射側面における極大点は、前記第1断面において前記面発光光源の光軸より反被照射面側にあることを特徴とする請求項4に記載の光学素子。   5. The optical element according to claim 4, wherein the maximum point on the emission side surface of the lens is located on the side opposite to the irradiated surface with respect to the optical axis of the surface-emitting light source in the first cross section. 前記レンズの出射側面における極大点は、前記第1断面において、前記面発光光源中心から見て光軸に対して反被照射面側に角度α(゜)の位置に存在し、以下の式を満たすことを特徴とする請求項4又は5のいずれかに記載の光学素子。
0<α≦20 (1)
The maximum point on the exit side surface of the lens exists in the first cross section at an angle α (°) on the side opposite to the irradiated surface with respect to the optical axis as viewed from the center of the surface emitting light source. The optical element according to claim 4, wherein the optical element is satisfied.
0 <α ≦ 20 (1)
前記レンズの出射側面における極大点は、前記第1断面において、前記面発光光源中心と前記被照射面の最遠点とを結ぶ線分付近に存在することを特徴とする請求項4〜6のいずれかに記載の光学素子。   7. The local maximum point on the exit side surface of the lens is present in the vicinity of a line segment connecting the center of the surface-emitting light source and the farthest point of the irradiated surface in the first cross section. The optical element in any one. 前記面発光光源中心と前記レンズの出射面との距離は、前記第1断面において、前記面発光光源中心と前記被照射面の最遠点とを結ぶ線分付近で最大となることを特徴とする請求項4〜7のいずれかに記載の光学素子。   The distance between the surface emitting light source center and the exit surface of the lens is maximized in the vicinity of a line segment connecting the surface emitting light source center and the farthest point of the irradiated surface in the first cross section. The optical element according to any one of claims 4 to 7. 前記面発光光源の光軸をZ軸とし、Z軸に直交し且つ前記被照射面に平行する軸をY軸としたときに、前記レンズの出射側面は、前記極大点を通りYZ平面に平行な面で切断された第2断面において、Z軸に対して対称な形状を有することを特徴とする請求項1〜8のいずれかに記載の光学素子。   When the optical axis of the surface-emitting light source is the Z-axis and the axis perpendicular to the Z-axis and parallel to the irradiated surface is the Y-axis, the exit side surface of the lens passes through the maximum point and is parallel to the YZ plane. 9. The optical element according to claim 1, wherein the optical element has a shape symmetric with respect to the Z axis in the second cross section cut along a smooth surface. 前記レンズの出射側面は、滑らかにつながっていることを特徴とする請求項1〜9のいずれかに記載の光学素子。   The optical element according to claim 1, wherein the exit side surface of the lens is connected smoothly. 前記レンズの入射側面は、アナモルフィックな面形状を有することを特徴とする請求項1〜10のいずれかに記載の光学素子。   The optical element according to claim 1, wherein an incident side surface of the lens has an anamorphic surface shape. 前記面発光光源の光軸をZ軸とし、Z軸に直交し且つ前記被照射面に平行する軸をY軸とし、Z軸とY軸の両方に直交する軸をX軸としたときに、前記レンズの入射側面は、前記極大点を通るXZ平面で切断された第1断面において、非対称な形状を有することを特徴とする請求項1〜11のいずれかに記載の光学素子。   When the optical axis of the surface-emitting light source is the Z axis, the axis orthogonal to the Z axis and parallel to the irradiated surface is the Y axis, and the axis orthogonal to both the Z axis and the Y axis is the X axis, The optical element according to claim 1, wherein an incident side surface of the lens has an asymmetric shape in a first cross section cut along an XZ plane passing through the maximum point. 前記面発光光源の光軸をZ軸とし、Z軸に直交し且つ前記被照射面に平行する軸をY軸としたときに、前記レンズの入射側面は、前記極大点を通りYZ平面に平行な面で切断された第2断面において、Z軸に対して対称な形状を有することを特徴とする請求項1〜12のいずれかに記載の光学素子。   The incident side surface of the lens passes through the maximum point and is parallel to the YZ plane when the optical axis of the surface-emitting light source is the Z-axis and the axis orthogonal to the Z-axis and parallel to the irradiated surface is the Y-axis. The optical element according to claim 1, wherein the optical element has a shape symmetrical with respect to the Z axis in the second cross section cut along a smooth surface. 前記レンズの入射側面は、二つ以上の面定義式で定義されていることを特徴とする請求項1〜13のいずれかに記載の光学素子。   The optical element according to claim 1, wherein the incident side surface of the lens is defined by two or more surface definition formulas. 前記レンズの周辺部に、放物面を基本とした全反射面を設けたことを特徴とする請求項1〜14のいずれかに記載の光学素子。   The optical element according to any one of claims 1 to 14, wherein a total reflection surface based on a paraboloid is provided in a peripheral portion of the lens. 前記レンズの周辺部に、フランジ部を設けたことを特徴とする請求項1〜15のいずれかに記載の光学素子。   The optical element according to claim 1, wherein a flange portion is provided in a peripheral portion of the lens. 前記レンズは樹脂から成形されていることを特徴とする請求項1〜16のいずれかに記載の光学素子。   The optical element according to claim 1, wherein the lens is molded from a resin. 請求項1〜17のいずれかに記載の光学素子と、面発光光源とを有することを特徴とする照明装置。   An illumination device comprising the optical element according to claim 1 and a surface-emitting light source. 請求項1〜17のいずれかに記載の光学素子の他に、別な光学素子を設けたことを特徴とする請求項18に記載の照明装置。   The lighting device according to claim 18, wherein another optical element is provided in addition to the optical element according to claim 1.
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