JP2013190788A - 光学素子及び照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】所定の拡がりを有する光源に使用した場合に、光の進行方向の角度に対する光の強度分布が滑らかになり、照射面における輝度にムラを生じさせない光学素子を提供する。
【解決手段】光源からの光の方向を変える光学素子であって、該光学素子の中心の周りの屈折レンズ部とその外側の反射体部を備え、該屈折レンズ部は該光源からの光を屈折させて前方に照射し、該反射体部は、該光源からの光を全反射させて前方に照射させるように構成されている。該光学素子の中心と該光源の中心を結ぶ線を光軸として、該屈折レンズ部の該中心付近の焦点距離は、該光源の中心位置までの光軸上の距離よりも小さく、該屈折レンズ部の周縁部分の焦点距離は、該光源の中心位置までの光軸上の距離よりも大きくなるように構成されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、光源からの光の方向を変える光学素子であって、該光学素子の中心の周りの屈折レンズ部とその外側の反射体部を備えた光学素子及び該光学素子を含む照明装置に関する。

光源からの光を効率的に前方に照射するために、その中心の周りの屈折レンズ部とその外側の反射体部を備えた光学素子が開発されている(たとえば、特許文献１乃至３など)。このような光学素子は、屈折レンズ部のみからなるものと比較して、薄さを保持したままで光を効率的に前方に照射することができる点で有利である。

上記のような光学素子は、光学素子の中心に対応する場所に位置する点光源からの光をほぼ平行な光束として前方に照射するように構成されている(特許文献１の要約、図１、特許文献２の要約、図２、特許文献３の図４など)。

近年、光源が発光ダイオード素子(以下、ＬＥＤ素子とも呼称する)から構成されることが多くなっている。より具体的に、面上に配置された複数のＬＥＤ素子によって光源が形成されることも多い。従来の点光源用に開発された光学素子を、面上に配置された複数のＬＥＤ素子によって形成された光源に使用すると、面上において光学素子の中心に対応する位置から離れた場所に位置する光源からの光の作用により、光の進行方向の角度に対する光の強度分布が滑らかにならずに、所定の照射面における輝度分布にムラが生じてしまう。

このように、その中心の周りの屈折レンズ部とその外側の反射体部を備えた光学素子であって、面上に配置されたＬＥＤ素子によって形成された光源のように所定の拡がりを有する光源に使用した場合に、光の進行方向の角度に対する光の強度分布が滑らかになり、所定の照射面における輝度分布にムラを生じさせない光学素子は開発されていない。

特開平５−２８１４０２号公報 特開平１１−１３３２０８号公報 特開２０１０−２６２１８７号公報

したがって、その中心の周りの屈折レンズ部とその外側の反射体部を備えた光学素子であって、所定の拡がりを有する光源に使用した場合に、光の進行方向の角度に対する光の強度分布が滑らかになり、所定の照射面における輝度にムラを生じさせない光学素子に対するニーズがある。

本発明の第１の態様による光学素子は、光源からの光の方向を変える光学素子であって、該光学素子の中心の周りの屈折レンズ部とその外側の反射体部を備え、該屈折レンズ部は該光源からの光を屈折させて前方に照射し、該反射体部は、該光源からの光を全反射させて前方に照射させるように構成されている。該光学素子の中心と該光源の中心を結ぶ線を光軸として、該屈折レンズ部の該中心付近の焦点距離は、該光源の中心位置までの光軸上の距離よりも小さく、該屈折レンズ部の周縁部分の焦点距離は、該光源の中心位置までの光軸上の距離よりも大きくなるように構成されている。ここで、焦点距離の定義については後で説明する。

本態様によれば、所定の拡がりを有する光源に使用した場合に、光の進行方向の角度に対する光の強度分布が滑らかになり、照射面における輝度にムラを生じさせない光学素子が得られる。

本発明の第１の態様の第１の実施形態の光学素子は、該屈折レンズ部がフレネルレンズである。

フレネルレンズを使用することにより、屈折レンズ部の厚さを薄くすることができる。

本発明の第１の態様の第２の実施形態の光学素子は、該屈折レンズ部の該中心付近の焦点距離は、該光源の中心位置までの光軸上の距離の０．５倍よりも小さく、該屈折レンズ部の周縁部分の焦点距離は、該光源の中心位置までの光軸上の距離の１．２倍よりも大きくなるように構成されている。

本発明の第１の態様の第３の実施形態の光学素子は、該反射体部の、該屈折レンズ部に隣接する部分の焦点距離が、該光源の中心位置までの光軸上の距離の０．８倍よりも小さくなるように構成されている。

本発明の第２の態様の照明装置は、本発明の光学素子と、該光軸に垂直な面に配置された発光素子からなる光源と、を含む。

本態様によれば、光の進行方向の角度に対する光の強度分布が滑らかになり、照射面における輝度にムラを生じさせない照明装置が得られる。

本発明の第２の態様の第１の実施形態の照明装置は、該光源の発光領域の該光軸からの距離の最大値をＲ_Ｌとし、該光学素子から該光源との間の該光軸上の距離をＬとして、
Ｒ_Ｌ≦Ｌ≦３Ｒ_Ｌ
である。

本発明の第２の態様の第２の実施形態の照明装置は、該屈折レンズの該光軸に垂直な断面が円形であり、その半径をＤａとして、
Ｒ_Ｌ＋Ｌ／２≦Ｄａ≦Ｒ_Ｌ＋Ｌ
である。

本発明による光学素子の設計方法を説明するための流れ図である。 本発明の実施例による光学素子と光源とを含む照明装置の断面図である。 実施例の屈折レンズ部に、光源と反対の側から光軸に平行な光線を照射した場合の光路図である。 実施例の反射体部に、光源と反対の側から光軸に平行な光線を照射した場合の光路図である。 比較例による光学素子と光源を含む照明装置の断面図である。 比較例の屈折レンズ部に、光源と反対の側から光軸に平行な光線を照射した場合の光路図である。 比較例の反射体部に、光源と反対の側から光軸に平行な光線を照射した場合の光路図である 本発明の実施例の光学素子を使用した照明装置の配光分布を示す図である。 中心からの距離がｄ１のＬＥＤ素子及び実施例の光学素子による光度分布を示す図である。 中心からの距離がｄ２のＬＥＤ素子及び実施例の光学素子による光度分布を示す図である。 比較例の光学素子を使用した照明装置の配光分布を示す図である。 中心からの距離がｄ１のＬＥＤ素子及び比較例の光学素子による光度分布を示す図である。 中心からの距離がｄ２のＬＥＤ素子及び比較例の光学素子による光度分布を示す図である。 図８における実線及び図１１における実線の、角度と曲率との関係を示す図である。 実施例の光源の平面図である。 光学素子の焦点距離を説明するための図である。 実施例の光学素子の屈折レンズ部の光軸からの距離と焦点距離との関係を示す図である。 比較例の光学素子の屈折レンズ部の光軸からの距離と焦点距離との関係を示す図である。 実施例の光学素子の反射体部の光軸からの距離と焦点距離との関係を示す図である。 比較例の光学素子の反射体部の光軸からの距離と焦点距離との関係を示す図である。

図２は、本発明の実施例の光学素子１００と光源２０１とを含む照明装置の断面図である。光学素子１００及び光源２０１の中心を通る光軸Ａを定める。図２の断面図は、光軸Ａを含む断面図である。

光学素子１００は、光軸Ａに関して回転対称な形状を有する。光学素子１００は、光軸Ａの周囲の屈折レンズ部１０１、及びその外側の反射体部１０３から形成される。屈折レンズ部１０１は、光源２０１からの光線を屈折させて前方、すなわち図２における上方へ向ける。反射体部１０３は、光源２０１からの光線を全反射させて同様に前方へ向ける。屈折レンズ部１０１の光軸Ａに垂直な断面の半径をＤａとし、反射体部１０３の光軸Ａに垂直な断面の半径をＤｂとする。また、光源２０１の発光部分の光軸Ａからの最大距離をＲ_Ｌとする。

光源２０１の周囲には、リフレクター２０３が備わる。光源２０１と光学素子１００との間の光軸Ａに沿った距離をＬとする。

最初に、本発明による光学素子１００の設計方法を説明する。

図１は、本発明による光学素子１００の設計方法を説明するための流れ図である。

図１のステップＳ０１０において、光学素子１００と光源２０１との間の光軸Ａに沿った距離Ｌ、及び屈折レンズ部１０１の光軸Ａに垂直な断面の半径Ｄａを定める。距離Ｌ及び半径Ｄａは、以下の式を満たすように定める。
Ｒ_Ｌ≦Ｌ≦３Ｒ_Ｌ （１）
Ｒ_Ｌ＋Ｌ／２≦Ｄａ≦Ｒ_Ｌ＋Ｌ （２）
上記のように定めることにより、所定の大きさの発光領域からの光を適切に前方に照射させることが可能となる。

Ｌが下限値Ｒ_Ｌを下回ると、光源の光軸から離れた部分からの光線を、適切な角度でレンズに入射させることが困難となるため、光源からの光を適切に前方に照射させることが困難となり都合が悪い。また、Ｌが上限値３Ｒ_Ｌを上回ると照明装置が大きくなり、小型化という点から都合が悪い。

Ｄａが下限値Ｒ_Ｌ＋Ｌ／２を下回ると、反射体部１０３の屈折レンズ部１０１付近のプリズムが光軸に近づくので、光源の光軸から離れた部分からの光線を適切に前方に偏向することが困難となり都合が悪い。また、Ｄａが上限値Ｒ_Ｌ＋Ｌを上回ると、屈折レンズ部１０１の周縁部分において、フレネルレンズの垂直面に入射する光線が多くなるため、光源からの光を適切に前方に照射させることが困難となり都合が悪い。

図１のステップＳ０２０において、反射体部１０３の光軸Ａに垂直な断面の半径Ｄｂを定める。発光領域において光軸からの距離がＲ_Ｌである点からの光線のうち、光軸Ａとなす角度が８０°以下である光線を取り込むことができるように、半径Ｄｂを定める。図１に示すように、リフレクター２０３を使用することにより、リフレクターを使用しない場合よりも半径Ｄｂを小さくすることができる。

図１のステップＳ０３０において、屈折レンズ部１０１の光学面の形状を定める。屈折レンズ部１０１の光学面の形状は、光源と反対の側(図１における上方)から光軸に平行な光線を照射した場合の焦点距離が、光軸Ａの周りの中心部分では、距離Ｌよりも短く、周縁部分では、距離Ｌよりも長くなるように構成する。具体的に屈折レンズ部１０１の焦点距離は、０．５Ｌから１．２Ｌを含む範囲に、光軸Ａ付近では、０．５Ｌよりも小さく、屈折レンズ部１０１の周縁部では１．２Ｌよりも大きくなるように分布させるのが好ましい。

ここで、光軸との距離をｒとしたとき、ｒにおける焦点距離とは、光軸に平行であり光軸からの距離がｒである光線を、光源とは反対側から該光学素子に入射したとき、該光学素子の内部で０回または１回全反射したのちに出射した光線が光軸と交わる点と、該屈折レンズ部の光源側での光軸と交わる点との距離を示す。ただし、出射した光線が該光学素子に再び入射する場合や、出射した光線が光軸と交わらない場合は焦点距離を算出しない。

図１６は、光学素子の焦点距離を説明するための図である。

図１７は、実施例の光学素子の屈折レンズ部１０１の光軸からの距離と焦点距離との関係を示す図である。図１７の横軸は、光軸からの距離を示し、縦軸は焦点距離を距離Ｌで除した値を示す。焦点距離は、０．０２０Ｌから１．６０Ｌの範囲に分布している。さらに詳細に、焦点距離は光軸付近で０．０２Ｌであり、光軸から所定の距離（８ミリメータ）までは単調に増加し、１．４Ｌを超える。光軸からの距離が該所定の距離よりも大きい領域では、焦点距離は、ほぼ１．４Ｌ乃至１．６Ｌの範囲である。

図３は、実施例の屈折レンズ部１０１に、光源と反対の側から光軸に平行な光線を照射した場合の光路図である。図３において光源２０１の発光面をＰで示した。

図１のステップＳ０４０において、反射体部１０３の光学面の形状を定める。反射体部１０３の光学面の形状は、光源と反対の側(図１における上方)から光軸に平行な光線を照射した場合の焦点距離が、光軸Ａに近い、屈折レンズ部１０１に隣接する部分では、距離Ｌよりも短く、周縁部分では、距離Ｌ以上となるように構成する。具体的に反射体部１０３の焦点距離は、０．８Ｌから１．１Ｌを含む範囲に、屈折レンズ部１０１の周縁部分では０．８Ｌよりも小さくなるように分布させるのが好ましい。

図１９は、実施例の光学素子の反射体部１０３の光軸からの距離と焦点距離との関係を示す図である。図１９の横軸は、光軸からの距離を示し、縦軸は焦点距離を距離Ｌで除した値を示す。図中の縦軸に平行な実線はプリズムの分割位置を示す。焦点距離は、０．５８Ｌから１．１２Ｌの範囲に分布している。なお、焦点距離のデータが無い部分は、全反射面で全反射した後、他のプリズムに入射している場合や、プリズムの垂直側の面で反射している場合など正しい焦点距離を算出できない部分である。

図４は、実施例の反射体部１０３に、光源と反対の側から光軸に平行な光線を照射した場合の光路図である。図４において光源２０１の発光面をＰで示した。

図１のステップＳ０５０において、屈折レンズ部１０１及び反射体部１０３の光学面の形状を調整する。最初に、ステップＳ０３０及びＳ０４０で定めた光学面の形状に基づいたシミュレーションによって配光分布を求める。つぎに、配光分布が所望のものとなるように光学面の形状を調整する。配光分布の調整の仕方については後で詳細に説明する。

ここで、本発明の実施例の照明装置について説明する。実施例の照明装置は、図１に示したように構成される
図１５は、実施例の光源２０１の平面図である。本実施例では、９個のＬＥＤ素子が正方形の中心、４個の頂点及び４個の辺の中心の位置に配置されている。ＬＥＤ素子には、中心からの距離がｄ１のものとｄ１より長いｄ２のものとが存在する。ここで、ｄ１＝３．８５ｍｍ、ｄ２＝５．４４ｍｍである。各ＬＥＤ素子の光束は、２２２．２[ｌｍ]である。[ｌｍ]は、ルーメンを意味する。

光源には、ＬＥＤ素子以外の素子を使用してもよい。また、素子は、単一の円上に配置しても、同心円状に配置してもよい。

光学素子１００と光源２０１との間の光軸Ａに沿った距離Ｌ、屈折レンズ部１０１の光軸Ａに垂直な断面の半径Ｄａ、及び反射体部１０３の光軸Ａに垂直な断面の半径Ｄｂは、以下のとおりである。
Ｌ ＝１２．０ｍｍ
Ｄａ ＝１５．０ｍｍ
Ｄｂ ＝４２．５ｍｍ
ここで、Ｒ_Ｌは、光源２０１の発光部分の光軸Ａからの最大距離であるので、
Ｒ_Ｌ＝ｄ２＝５．４４ｍｍ
である。したがって、上述の式（１）及び式（２）は満たされている。

リフレクター２０３の材料は、表面の反射率が９５％、散乱特性がランバーシアン散乱である白色樹脂である。

光学素子１００の材料は、屈折率ｎ＝１．４９３５のアクリル樹脂である。

反射体部１０３のプリズムにおける全反射面の面定義式は以下のとおりである。

ここで、Ｒは曲率半径、ｃは曲率、ｋは円錐係数、ｒは光軸からの距離を示す。αは定数であり、ｎは整数である。

表１は、Ｓ１からＳ２１の２１個のプリズムの上記の面定義式の係数及び定数の値を示す表である。ｒ_ｉｎはプリズムの内側部分の光軸からの距離を示し、ｒ_ｏｕｔはプリズムの外側部分の光軸からの距離を示す。表における長さの単位はミリメータである。

屈折レンズ部１０１のフレネルレンズを形成する入射面の面定義式は以下のとおりである。フレネルレンズの溝の深さは、０．９４ｍｍである。

ここで、Ｒは曲率半径、ｃは曲率、ｋは円錐係数、ｒは光軸からの距離を示す。αは定数であり、ｎは整数である。

表２は、上記の定義式の係数及び定数の値を示す表である。表における長さの単位はミリメータである。

光学素子１００の出射面の面定義式は以下のとおりである。

ここで、Ｒは曲率半径、ｃは曲率、ｋは円錐係数、ｒは光軸からの距離を示す。α_０は定数である。

表３は、上記の定義式の係数及び定数の値を示す表である。表における長さの単位はミリメータである。

リフレクター２０３の反射面の定義式は以下の通りである。

ここで、Ｒは曲率半径、ｃは曲率、ｋは円錐係数、ｒは光軸からの距離を示す。α_０は定数である。

表４は、上記の定義式の係数及び定数の値を示す表である。表における長さの単位はミリメータである。

ここで、従来技術による比較例について説明する。

図５は、比較例による光学素子１５０と光源２５１を含む照明装置の断面図である。ここで、実施例の光源２０１と比較例の光源２５１は同じものである。光学素子１５０及び光源２５１の中心を通る光軸Ａを定める。図５の断面図は、光軸Ａを含む断面図である。

光学素子１５０は、光軸Ａに関して回転対称な形状を有する。光学素子１５０は、光軸Ａの周囲の屈折レンズ部１５１、及びその外側の反射体部１５３から形成される。屈折レンズ部１５１は、光源２０１からの光線を屈折させて前方、すなわち図５における上方へ向ける。反射体部１５３は、光源２５１からの光線を全反射させて同様に前方へ向ける。光源２５１の周囲には、リフレクター２５３が備わる。

光学素子１５０と光源２５１との間の光軸Ａに沿った距離Ｌ、屈折レンズ部１５１の光軸Ａに垂直な断面の半径Ｄａ、及び反射体部１５３の光軸Ａに垂直な断面の半径Ｄｂは、実施例と同じであり、以下のとおりである。

Ｌ ＝１２．０ｍｍ
Ｄａ ＝１５．０ｍｍ
Ｄｂ ＝４２．５ｍｍ
光学素子１５０の材料は、実施例の光学素子１０１の材料と同じである。また、光源２５１及びリフレクター２５３の構成及び材料は、実施例の光源１５１及びリフレクター１５３の構成及び材料と同じである。

図１８は、比較例の光学素子の屈折レンズ部１５１の光軸からの距離と焦点距離との関係を示す図である。図１８の横軸は、光軸からの距離を示し、縦軸は焦点距離を距離Ｌで除した値を示す。焦点距離は、周縁部を除いて０．９Ｌから１．０Ｌの範囲に分布している。

図６は、比較例の屈折レンズ部１５１に、光源と反対の側から光軸に平行な光線を照射した場合の光路図である。図６において光源２５１の発光面をＰで示した。

図２０は、比較例の光学素子の反射体部１５３の光軸からの距離と焦点距離との関係を示す図である。図２０の横軸は、光軸からの距離を示し、縦軸は焦点距離を距離Ｌで除した値を示す。図中の縦軸に平行な実線はプリズムの分割位置を示す。焦点距離は、横軸の全範囲でほぼＬである。なお、焦点距離のデータが無い部分は、全反射面で全反射した後、他のプリズムに入射している場合や、プリズムの垂直側の面で反射している場合など正しい焦点距離を算出できない部分である。

図７は、比較例の反射体部１５３に、光源と反対の側から光軸に平行な光線を照射した場合の光路図である。図７において光源２５１の発光面をＰで示した。

図６及び図７を参照すると、光軸に平行な光線は、発光面と光軸との交点に集光している。その理由は、従来の光学素子は、点光源からの光を光軸に平行な平行光線とするように設計されているからである。このように、従来技術の光学素子の形状は、上述した本発明による光学素子の形状と全く異なる。

つぎに、本発明の実施例の光学素子１００を使用した照明装置の配光分布と比較例の光学素子１５０を使用した照明装置の配光分布とを互いに比較しながら説明する。

図８は、本発明の実施例の光学素子１００を使用した照明装置の配光分布を示す図である。図８の横軸は光軸に対する角度を示し、縦軸は、所定の角度の方向における光の相対強度を示す。図８の実線は、光学素子１００の全体を通過した光の分布を示す。太い点線は、屈折レンズ部１０１を通過した光の分布を示し、細い点線は、反射体部１０３を通過した光の分布を示す。

図１１は、比較例の光学素子１５０を使用した照明装置の配光分布を示す図である。図１１の横軸は光軸に対する角度を示し、縦軸は、所定の角度の方向における光の相対強度を示す。図１１の実線は、光学素子１５０の全体を通過した光の分布を示す。太い点線は、屈折レンズ部１５１を通過した光の分布を示し、細い点線は、反射体部１５３を通過した光の分布を示す。

図８における実線の形状と図１１における実線の形状を比較すると、図８においては、光の強度がピークから滑らかに低下しているのに対し、図１１においては、光の強度の低下が急激な部分と緩慢な部分とが存在している。

図１４は、図８における実線及び図１１における実線の、角度と曲率との関係を示す図である。図１４の横軸は、光軸に対する角度を示し、縦軸は、所定の角度における実線の曲率を示す。曲率は以下の式で求めた。

ここで、αは角度を表し、Ｐ（α）は、角度αにおける光の相対強度を表す。Ｐ’（α）及びＰ”（α）は、角度に関する１次及び２次の導関数を表し、以下の式で求めた。

図１４の実線で示す実施例の曲率は、ほぼ−０．２から０．２の範囲であるが、破線で示す比較例の曲率は、５度付近で０．６を上回り、この部分は暗く見える。また、比較例の曲率は、７度付近で−０．４を下回り、この部分で明るく見える。このように、比較例の曲率の変化は照射面において、好ましくない輝度のムラを生じる。

図９は、中心からの距離がｄ１のＬＥＤ素子及び実施例の光学素子１００による光度分布を示す図である。図９の横軸は光軸に対する角度を示し、縦軸は、所定の角度の方向における光度（ルーメン／ステラジアン）を示す。図９において太い実線は、屈折レンズ部１０１による光度分布を示し、細い点線は、反射体部１０３による光度分布を示す。

図１０は、中心からの距離がｄ２のＬＥＤ素子及び実施例の光学素子１００による光度分布を示す図である。図１０の横軸は光軸に対する角度を示し、縦軸は、所定の角度の方向における光度（ルーメン／ステラジアン）を示す。図１０において太い実線は、屈折レンズ部１０１による光度分布を示し、細い点線は、反射体部１０３による光度分布を示す。

図１２は、中心からの距離がｄ１のＬＥＤ素子及び比較例の光学素子１５０による光度分布を示す図である。図１２の横軸は光軸に対する角度を示し、縦軸は、所定の角度の方向における光度（ルーメン／ステラジアン）を示す。図１２において太い実線は、屈折レンズ部１５１による光度分布を示し、細い点線は、反射体部１５３による光度分布を示す。

図１３は、中心からの距離がｄ２のＬＥＤ素子及び比較例の光学素子１５０による光度分布を示す図である。図１３の横軸は光軸に対する角度を示し、縦軸は、所定の角度の方向における光度（ルーメン／ステラジアン）を示す。図１３において太い実線は、屈折レンズ部１５１による光度分布を示し、細い点線は、反射体部１５３による光度分布を示す。

実施例の光度分布を示す図９及び図１０と比較例の光度分布を示す図１２及び図１３とを比較すると、実施例における、太い実線で示す屈折レンズ部による光度のピークは、比較例における、太い実線で示す屈折レンズ部による光度のピークよりも小さくなっていることがわかる。これは、上述のように、実施例の屈折レンズ部１０１の焦点距離を発光面からシフトさせたためである。

さらに、種々の形状の光学素子について検討した結果、光源の中心から離れたＬＥＤ素子による光度分布が以下の条件を満たすときに、光学素子全体によって適切な光強度分布が得られることが分かった。

１．４≦Ｉｂｄ／Ｉａｄ≦２．０ （３）
１．４≦θａｄ／θｂｄ≦２．０ （４）
ここで、Ｉａｄは屈折レンズ部１０１を通った光線による光度のピーク値であり、Ｉｂｄは反射体部１０３を通った光線による光度のピーク値である。また、θａｄは屈折レンズ部１０１を通った光線による光度のピーク値が生じる角度であり、θｂｄは反射体部１０３を通った光線による光度のピーク値が生じる角度である。

式（３）の項が下限値を下回った場合には、図９及び図１０において小さな角度の光線の強度が小さくなりすぎるので、図８の実線の曲率が大きくなる部分が生じる。また、式（３）の項が上限値を上回った場合には、図９及び図１０において小さな角度の光線の強度が大きくなりすぎるので、同様に、図８の実線の曲率が大きくなる部分が生じる。

式（４）の項が上限値を上回った場合には、図９及び図１０においてθａｄとθｂｄが離れすぎてしまうので、実線の光度と点線の光度の合計値が、θａｄとθｂｄの中間において小さくなり、図８の実線の曲率が大きくなる部分が生じる。式（４）の項の下限値は、通常は、１でよいが、薄型にする場合には１．４とするのが好ましい。

光学素子全体によって適切な光強度分布を得るには、特に、式（３）を満たすことが重要である。

実施例の光度分布を表す図９において、Ｉａｄ=１０２４［ｃｄ］、Ｉｂｄ=１８０９［ｃｄ］、θａｄ＝７．０［°］、θｂｄ＝１３．０［°］であるので、Ｉｂｄ／Ｉａｄ=１．７７、θａｄ／θｂｄ＝１．８６となる。したがって、式（３）及び式（４）が満たされる。ここで、［ｃｄ］は、カンデラを意味する。

実施例の光度分布を表す図１０において、Ｉａｄ=７１１［ｃｄ］、Ｉｂｄ=１０４９［ｃｄ］、θａｄ＝１１．０［°］、θｂｄ＝２２．０［°］であるので、Ｉｂｄ／Ｉａｄ=１．４８、θａｄ／θｂｄ＝２．００となる。したがって、式（３）及び式（４）が満たされる。

比較例の光度分布を表す図１２において、Ｉａｄ=２０００［ｃｄ］、Ｉｂｄ=１５７０［ｃｄ］、θａｄ＝７．０［°］、θｂｄ＝１３．０［°］であるので、Ｉｂｄ／Ｉａｄ=０．７９、θａｄ／θｂｄ＝１．７５となる。したがって、式（３）は満たされない。

比較例の光度分布を表す図１３において、Ｉａｄ=１３８７［ｃｄ］、Ｉｂｄ=１０５４［ｃｄ］、θａｄ＝１０．０［°］、θｂｄ＝２２．０［°］であるので、Ｉｂｄ／Ｉａｄ=０．７６、θａｄ／θｂｄ＝２．２０となる。したがって、式（３）及び式（４）は満たされない。

上述した図１のステップＳ０５０において、配光分布が所望のものとなるように屈折レンズ部１０１及び反射体部１０３の光学面の形状を調整する際に、光源の中心からの距離が最大であるＬＥＤ素子について式（３）が満たされるように光学面の形状を調整する。

Claims (7)

1. 光源からの光の方向を変える光学素子であって、該光学素子の中心の周りの屈折レンズ部とその外側の反射体部を備え、該屈折レンズ部は該光源からの光を屈折させて前方に照射し、該反射体部は、該光源からの光を全反射させて前方に照射させるように構成され、該光学素子の中心と該光源の中心を結ぶ線を光軸として、該屈折レンズ部の該中心付近の焦点距離は、該光源の中心位置までの光軸上の距離よりも小さく、該屈折レンズ部の周縁部分の焦点距離は、該光源の中心位置までの光軸上の距離よりも大きくなるように構成された光学素子。
2. 該屈折レンズ部がフレネルレンズである請求項１に記載の光学素子。
3. 該屈折レンズ部の該中心付近の焦点距離は、該光源の中心位置までの光軸上の距離の０．５倍よりも小さく、該屈折レンズ部の周縁部分の焦点距離は、該光源の中心位置までの光軸上の距離の１．２倍よりも大きくなるように構成された請求項１または２に記載の光学素子。
4. 該反射体部の、該屈折レンズ部に隣接する部分の焦点距離が、該光源の中心位置までの光軸上の距離の０．８倍よりも小さくなるように構成された請求項１から３のいずれかに記載の光学素子。
5. 請求項１から４のいずれかに記載の光学素子と、該光軸に垂直な面に配置された発光素子からなる光源と、を含む照明装置。
6. 該光源の発光領域の該光軸からの距離の最大値をＲ_Ｌとし、該光学素子から該光源との間の該光軸上の距離をＬとして、
   Ｒ_Ｌ≦Ｌ≦３Ｒ_Ｌ
   である請求項５に記載の照明装置。
7. 該屈折レンズの該光軸に垂直な断面が円形であり、その半径をＤａとして、
   Ｒ_Ｌ＋Ｌ／２≦Ｄａ≦Ｒ_Ｌ＋Ｌ
   である請求項６に記載の照明装置。

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