JP2014142998A - 光学素子及び照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】狭い配光制御を実現でき小型であって、間接照明や看板照明に好適な照明装置及びそれに用いる光学素子を提供する。
【解決手段】ＬＥＤチップＯＳの発光面を発光させると、出射光は光学素子ＯＥの入射面ＯＥ１に入射する。ここで、比較的強度が強く空間密度が高い光束については、最奥溝までの範囲に入射させて入射面ＯＥ１への入射点を遠ざけることで、より精密な配光制御を確保することができる。一方、比較的強度が弱く空間密度が低い光束については、最奥溝より外側の範囲に入射させて入射面ＯＥ１への入射点を近づけることで、光学素子ＯＥの幅を狭く抑えることができる。入射面ＯＥ１で屈折もしくは反射した光は、配光制御されて出射面ＯＥ２から出射する。
【選択図】図２

Description

本発明は、光学素子及び照明装置に関し、特に間接照明や看板照明に好適な照明装置及びそれに用いる光学素子に関する。

ウォールウォッシャーなどの間接照明、看板用照明などにおいて、線状に配置した光源から出射された光により被照射面をムラなく広い範囲で照明したいという要求がある一方で、建築設計または美観上の問題から被照射面から極力近い位置に照明装置を配置したいという要求もある。かかる要求を同時に満たすためには、照明装置から出射する光の配光分布を狭くして被照射面に斜めに光を照射する必要がある。ここで、照明装置を小型に保ちつつ配光を効果的に制御する光学素子として、光源の配列方向に沿って複数の溝部を配置したフレネルレンズが知られている。

特許文献１には、入射面側に溝部を設けたフレネルレンズが開示されている。しかしながら、特許文献１には、配光分布を狭くすることについて開示が一切ない。

特許文献２には、フレネルレンズの入射面側にリフレクタを設け、配光制御を行える照明装置が開示されている。特許文献２によれば、リフレクタを用いることで配光制御を行うことはできるが、光源とフレネルレンズとの間にリフレクタを配置することで照明装置が大型化し、また部品点数も増えるのでコストも増大する。

特許文献３には、溝形状を調整したレンズシートが開示されている。しかしながら、特許文献３に開示されたレンズシートの溝は回転対称なものであり、線状光源を用いたウォールウォッシャーなどの間接照明、看板用照明などに用いることは適切でない。

特許文献４には、配光を制御できる配光制御部材を設けた車両用灯具が開示されている。しかしながら、特許文献４に開示された配光制御部材の溝は回転対称なものであり、線状光源を用いたウォールウォッシャーなどの間接照明、看板用照明などに用いることは適切でない。

特開２０１２−１１９１８５号公報 特開２０１０−１０３６８７号公報 特開２０１１−１７１０８６号公報 特開２００６−１７２７７２号公報

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、狭い配光制御を実現でき小型であって、間接照明や看板照明に好適な照明装置及びそれに用いる光学素子を提供することを目的とする。

請求項１に記載の光学素子は、面発光素子の発光面から出射された光を入射する入射面と、前記入射面から入射した光を出射する出射面とを備え,出射光を配光制御する光学素子であって、
前記光学素子の入射面は、一方向に沿って延在する複数の溝を有し、各溝は一対の側面と前記側面に挟まれた底とを有し、少なくとも一方の側面で前記面発光素子から出射された光束を入射するようになっており、
前記光学素子を、前記面発光素子の発光面の中心を通り前記一方向に直交する面で切断した断面において、前記面発光素子の発光面と重なる線をＺ方向基準線とし、前記発光面の中心を通り前記Ｚ方向基準線に対して直交する方向をＸ方向基準線としたときに、前記Ｚ方向基準線から前記複数の溝の底までの距離が極大となるような少なくとも1つの所定の溝が存在し、前記Ｚ方向基準線から前記複数の溝の底までの距離は、前記Ｘ方向基準線から前記所定の溝までは漸次増大し、前記所定の溝の外側では漸次減少しており、前記発光面の中心と前記所定の溝の底とを結ぶ線と、前記Ｘ方向基準線とが交差する角度は、３０〜６０度であって、以下の式を満たすことを特徴とする。
１．２＜Ｌｐ／Ｌ０＜２．０ （１）
但し、
Ｌｐ：前記Ｚ方向基準線から前記所定の溝の底までの距離（ｍｍ）
Ｌ０：前記Ｘ方向基準線上における前記Ｚ方向基準線から前記光学素子までの距離（ｍｍ）

本発明の原理を、図面を参照して説明する。図１は、本発明の原理を説明するための照明装置の断面図である。図１に示す断面は、面発光素子ＯＳの発光面の中心Ｏを通り、複数の溝ＧＶが延在する一方向（紙面垂直方向）に直交する面で光学素子ＯＥを切断した断面である。図１において、面発光素子ＯＳの発光面と重なる線をＺ方向基準線ＺＬとし、面発光素子ＯＳの発光面の中心を通りＺ方向基準線ＺＬに対して直交する方向（面発光素子ＯＳの発光面の中心を通る法線方向）をＸ方向基準線ＸＬとする。

ここで、Ｚ方向基準線ＺＬから複数の溝ＧＶの底までの距離は、Ｘ方向基準線ＸＬから所定の溝（ここでは両側に２つあるが、以下、最奥溝という）ＧＶＰまでは漸次増大し、最奥溝ＧＶＰの外側（Ｘ方向基準線ＸＬから遠ざかる側）では漸次減少している。ここで、漸次増大もしくは漸次減少とは、必ずしも単調増加もしくは単調減少ではなくてよく、一部に全体の傾向と異なる部分があってもよい。又、面発光素子ＯＳの発光面の中心Ｏと最奥溝ＧＶＰの底とを結ぶ線Ｌ１と、Ｘ方向基準線ＸＬとが交差する角度θは、３０〜６０度である。更に、以下の式を満たす。
１．２＜Ｌｐ／Ｌ０＜２．０ （１）
但し、
Ｌｐ：Ｚ方向基準線ＺＬから最奥溝ＧＶＰの底までの距離（ｍｍ）
Ｌ０：Ｘ方向基準線ＸＬ上におけるＺ方向基準線ＺＬから光学素子ＯＥまでの距離（ｍｍ）

図２は、図１に示す光学素子の断面の一部を拡大して示す図である。溝ＧＶは、一対の側面ＧＶａ、ＧＶｂと、側面ＧＶａ、ＧＶｂに挟まれた底（底が面積を持つ場合、最も奥の位置をいう）ＧＶｃを有する。発光面が面積を持つ面発光素子ＯＳを用いた場合、発光面中心から出射された光束ＬＢ１と、発光面周辺から出射された光束ＬＢ１’とは、光学素子ＯＥの溝ＧＶ内の同じ入射点ＩＰに入射する場合でも入射角が変化する為、これにより屈折角が変化するから，出射光の配光制御が難しいといえる。そこで、出射光の配光を極力制御するために、光束ＬＢ１，ＬＢ１’の入射角の差αを小さくしたい。ここで、入射角の差αは、幾何学的に面発光素子ＯＳから光学素子ＯＥまでの距離が離れるほどに小さくなる。しかしながら、面発光素子ＯＳから光学素子ＯＥまでの距離を大きく確保すると、照明装置の小型化が図れない。

そこで、本発明においては、面発光素子ＯＳの発光面の中心ＯからＸ方向基準線ＸＬに沿った方向では、配光制御を積極的に行わない代わりに、かかる位置では光学素子ＯＥを面発光素子ＯＳに近づけることで、照明装置の厚さ方向の小型化を図るようにする。尚、Ｘ方向基準線ＸＬが面発光素子ＯＳと交差する点は一点であり、ここを通過する光束に面積をかけた積分量は比較的小さいので、配光制御を積極的に行わなくても出射光全体の配光特性に与える影響はさほど大きくない。面発光素子ＯＳの発光面の中心ＯからＸ方向基準線ＸＬが面発光素子ＯＳと交差する点までの距離Ｌ０は、Ｚ方向基準線ＺＬから光学素子ＯＥまでの最小値でなくて良い。

一方、Ｘ方向基準線ＸＬから離れるにつれて、Ｚ方向基準線ＺＬから溝ＧＶの底ＧＶｃまでの距離を漸次増大させる。これにより、発光面中心から出射された光束ＬＢ１と、発光面周辺から出射された光束ＬＢ１’とが同じ入射点ＩＰに入射した場合の入射角の差αを小さく抑えることができ、発光面の大きさに起因する出射角バラツキを抑えることができるので、出射光の配光制御を精度良く行うことが出来る。但し、Ｚ方向基準線ＺＬから溝ＧＶの底ＧＶｃまでの距離を，光学素子ＯＥの縁まで漸次増大させてしまうと、光学素子ＯＥの大型化を招くこととなり好ましくない。又、光学素子ＯＥの縁に届く光束は、強度が比較的小さいので、入射点を近づけても配光特性に大きな問題は生じない。

そこで本発明では、Ｘ方向基準線ＸＬから最奥溝ＧＶＰまでは、Ｚ方向基準線ＺＬから溝ＧＶの底ＧＶｃまでの距離を漸次増大させることで、面発光素子ＯＳから出射された比較的強度が強く空間密度が高い光束については、光学素子ＯＥへの入射点を遠ざけることで、より精密な配光制御を確保するようにするが、かかる距離を、最奥溝ＧＶＰの外側（Ｘ方向基準線ＸＬから遠ざかる側）では漸次減少させ、面発光素子ＯＳから出射された比較的強度が弱く空間密度が低い光束については、光学素子ＯＥへの入射点を近づけることで、光学素子ＯＥの幅を狭く抑えているのである。ここで、最奥溝ＧＶＰの位置であるが、本発明者の研究結果によれば、面発光素子ＯＳの発光面の中心Ｏと最奥溝ＧＶＰの底ＧＶＰｃとを結ぶ線Ｌ１と、Ｘ方向基準線ＸＬとが交差する角度θが３０〜６０度であると、配光制御と照明装置の小型化の両立が可能となることがわかった。尚、角度θは、４０〜５５度であるとより好ましい。

更に、条件式（１）の値が下限値を上回ると、溝ＧＶの底ＧＶｃまでの距離を大きく確保できるので、配光制御を精度良く行える。一方、条件式（１）の値が上限値を下回ると、面発光素子ＯＳと光学素子ＯＥとの間隔が狭まり、照明装置の小型化を図ることが出来る。尚、以下の式を満たすと更に好ましい。
１．３＜Ｌｐ／Ｌ０＜１．９ （１’）

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、前記面発光素子は、前記一方向に沿って離散的に配置されていることを特徴とする。

このように前記面発光素子を離散的に配置することで、前記光学素子の配光制御を有効に利用して、ウォールウォッシャーなどの間接照明、看板用照明に好適な照明装置を提供できる。尚、面発光素子とは、０．１ｍｍ²以上の発光面を有する素子のことを指す。

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Ｘ方向基準線から前記所定の溝までの領域に、前記面発光素子から出射して前記複数の溝に入射した光が主として屈折する領域があり、前記所定の溝の外側では、前記面発光素子から出射して前記複数の溝に入射した光は主として屈折し、その後反射することを特徴とする。

図２において、最奥溝ＧＶＰまでの範囲内のうち、Ｘ方向基準線ＸＬに近い領域Ａ１では、光学素子ＯＥに入射する光束ＬＢ１，ＬＢ１’は、溝ＧＶの側面ＧＶａに入射した際に屈折を利用することで、Ｘ方向基準線ＸＬから遠ざからないような配光制御が可能になる。一方、最奥溝ＧＶＰまでの範囲内のうちＸ方向基準線ＸＬから遠い領域Ａ２、或いは最奥溝ＧＶＰから外側の範囲内で光学素子ＯＥに入射する光束ＬＢ２は、Ｘ方向基準線ＸＬに対しする角度が大きく、屈折のみで配光制御を行うのは困難である。そこで、このような光束ＬＢ２は、溝ＧＶの側面ＧＶａに入射して屈折し、対向する側面ＧＶｂで反射することで、Ｘ方向基準線ＸＬに沿った方向に配光制御を行うことができる。尚、「主として屈折する」とは、入射光の５０％以上（好ましくは７０％以上）が屈折のみにより出射し、「主として屈折し、その後反射する」とは、入射光の５０％以上（好ましくは７０％以上）が屈折後に反射して出射することをいう。

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Ｘ方向基準線から前記所定の溝までの前記複数の溝の平均ピッチは、前記所定の溝の外側における前記複数の溝の平均ピッチより小さいことを特徴とする。

図２において、Ｚ方向基準線ＺＬに沿った方向の溝ＧＶの間隔をピッチＰＴという。ピッチＰＴを細かくすることで、溝ＧＶ毎に側面ＧＶａの角度を細かく変化させることができる。図２に示すように、Ｘ方向基準線ＸＬから最奥溝ＧＶＰまでの溝ＧＶのピッチＰＴの平均は、最奥溝ＧＶＰの外側における溝ＧＶのピッチＰＴの平均より小さい。よって、面発光素子ＯＳから出射された比較的強度が強く空間密度が高い光束については、比較的平均ピッチの小さい、Ｘ方向基準線ＸＬから最奥溝ＧＶＰまでの範囲に入射させることで、細かい配光制御が可能になる。一方、面発光素子ＯＳから出射された比較的強度が小さく空間密度が低い光束については、細かい配光制御は不要であり、最奥溝ＧＶＰの外側の溝の平均ピッチを比較的大きくしても，配光制御に与える影響は小さく、また溝の平均ピッチを増大させることで、光学素子ＯＥの成形が容易になる。

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、前記出射面は曲面であることを特徴とする。

これにより前記光学素子の出射面でも出射角を制御できるため、入射面での光の屈折作用を小さくすることができる。従って、入射面の溝の角度を浅くすることが出来るから、製造上優位である。

請求項６に記載の光学素子は、請求項５に記載の発明において、前記出射面は前記面発光素子の中心に近い部分が凸状となった曲面であることを特徴とする。

これにより、より指向性が高い出射光を出射できる。

請求項７に記載の光学素子は、請求項１〜６のいずれかに記載の発明において、前記複数の溝の形状は、前記Ｘ方向基準線を挟んで両側で異なっていることを特徴とする。

これにより、前記Ｘ方向基準線に対して非対称に配光制御を行うことができる。

請求項８に記載の光学素子は、請求項７に記載の発明において、前記複数の溝の前記Ｘ方向基準線に近い側の側面における前記Ｘ方向基準線に対する角度は、前記Ｘ方向基準線を挟んで両側において異なっていることを特徴とする。

特に、前記溝の前記Ｘ方向基準線に近い側の側面の角度を、前記Ｘ方向基準線を挟んで両側で変えることで、出射光の強度分布ピークを前記面発光素子の発光面中心からシフトさせ、看板等の被照射面に斜めに入射させることができる。そのため、照明装置を角度付けして出射方向を調整する場合、調整角度が小さくてすむため、調整のために必要な空間を小さくすることができる。

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Ｘ方向基準線から前記所定の溝までの距離は、前記Ｘ方向基準線を挟んで両側において異なっていることを特徴とする。

これにより、前記Ｘ方向基準線に対して非対称に配光制御を行うことができる。

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、前記面発光素子はＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）であることを特徴とする。

ＬＥＤを用いることで、省エネを図ることができる。

請求項１１に記載の照明装置は、請求項１〜１０のいずれかに記載の光学素子と、面発光素子とを有することを特徴とする。

本発明によれば、狭い配光制御を実現でき小型であって、間接照明や看板照明に好適な照明装置及びそれに用いる光学素子を提供することができる。

本発明の原理を説明するための照明装置の断面図である。 図１に示す光学素子の断面の一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の斜視図である。 実施例１の光学素子の図１と同様な断面図である。 実施例１の光学素子の入射面形状を折れ線で近似して示す図である。 実施例１の光学素子の入射面の溝ピッチを示すグラフである。 実施例１の光学素子の入射面の溝角度βを示す図である。 実施例１の光学素子の光度分布を示す図である。 実施例１の光学素子の照度分布を示す図である。 照度分布を求めるのに用いた条件を示す図であり、（ａ）はＸＺ平面、（ｂ）はＸＹ平面を示す。 実施例２の光学素子の図１と同様な断面図である。 実施例２の光学素子の入射面形状を折れ線で近似して示す図である。 実施例２の光学素子の入射面の溝ピッチを示すグラフである。 実施例２の光学素子の入射面の溝角度βを示す図である。 実施例２の光学素子の光度分布を示す図である。 実施例２の光学素子の照度分布を示す図である。 実施例３の光学素子の図１と同様な断面図である。 実施例３の光学素子の入射面形状を折れ線で近似して示す図である。 実施例３の光学素子の入射面の溝ピッチを示すグラフである。 実施例３の光学素子の入射面の溝角度βを示す図である。 実施例３の光学素子の光度分布を示す図である。 実施例３の光学素子の照度分布を示す図である。 実施例４の光学素子の図１と同様な断面図である。 実施例４の光学素子の入射面形状を折れ線で近似して示す図である。 実施例４の光学素子の入射面の溝ピッチを示すグラフである。 実施例４の光学素子の入射面の溝角度βを示す図である。 実施例４の光学素子の光度分布を示す図である。 実施例４の光学素子の照度分布を示す図である。 比較例１の光学素子の図１と同様な断面図である。 比較例１の光学素子の入射面形状を折れ線で近似して示す図である。 比較例１の光学素子の入射面の溝ピッチを示すグラフである。 比較例１の光学素子の入射面の溝角度βを示す図である。 比較例１の光学素子の光度分布を示す図である。 比較例１の光学素子の照度分布を示す図である。 比較例２の光学素子の図１と同様な断面図である。 比較例２の光学素子の入射面形状を折れ線で近似して示す図である。 比較例２の光学素子の入射面の溝ピッチを示すグラフである。 比較例２の光学素子の入射面の溝角度βを示す図である。 比較例２の光学素子の光度分布を示す図である。 比較例２の光学素子の照度分布を示す図である。

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３は、本実施の形態にかかる照明装置の斜視図である。図３に示す照明装置１０は、細長い板状のベース１１上に、その長手方向に沿って基板１２を配置している。基板１２上には、面発光素子である複数のＬＥＤチップＯＳを長手方向（Ｙ軸）に沿って等間隔で配置している。ベース１１の基板１２の両側には、壁部１３が配置されており、壁部１３の上端に支持されるようにして、板状の光学素子ＯＥが配置されている。

光学素子ＯＥは、ポリカーボネート又はアクリルなどのプラスチックを用いて形成され、ＬＥＤチップＯＳの発光面から出射された光を入射する入射面ＯＥ１と、入射面ＯＥ１から入射した光を出射する出射面ＯＥ２とを備えている。光学素子ＯＥの入射面ＯＥ１は、一方向に沿って延在する複数の溝ＧＶを有し、各溝ＧＶは一対の側面と側面に挟まれた底とを有し、少なくとも一方の側面でＬＥＤチップＯＳから出射された光束を入射するようになっている。尚、入射面ＯＥ１の形状は、図１，２に示す構造と同様である。

図２を参照して、光学素子ＯＥを、ＬＥＤチップＯＳの発光面の中心を通り、光学素子ＯＥの長手方向である一方向に直交する面で切断した断面（ＸＺ断面）において、ＬＥＤチップＯＳの発光面と重なる線をＺ方向基準線とし、ＬＥＤチップＯＳの発光面の中心を通りＺ方向基準線に対して直交する方向をＸ方向基準線としたときに、Ｚ方向基準線から複数の溝ＧＶの底までの距離は、Ｘ方向基準線から最奥溝までは漸次増大し、最奥溝の外側では漸次減少しており、ＬＥＤチップＯＳの発光面の中心と最奥溝の底とを結ぶ線と、Ｘ方向基準線とが交差する角度θは、３０〜６０度であって、以下の式を満たす。
１．２＜Ｌｐ／Ｌ０＜２．０ （１）
但し、
Ｌｐ：Ｚ方向基準線から最奥溝の底までの距離（ｍｍ）,すなわち最大溝底高さ
Ｌ０：Ｘ方向基準線上におけるＺ方向基準線から前記光学素子までの距離（ｍｍ）

尚、図２では片側しか示していないが、ＬＥＤチップＯＳの発光面ＯＳ１の中心Ｏを挟んで両側で中心Ｏに最も近い２つの溝ＧＶ間は、ＬＥＤチップＯＳ側に突出した凸状の屈折面ＲＰとなっており、ここをＬＥＤチップＯＳの発光面ＯＳ１の法線すなわちＸ方向基準線ＸＬが通過する。光学素子ＯＥの出射面ＯＥ２は、凸状の曲面であるが、点線で示すように平面としてもよい。

照明装置１０の動作を説明する。ＬＥＤチップＯＳの発光面を発光させると、出射光は光学素子ＯＥの入射面ＯＥ２に入射する。ここで、比較的強度が強く空間密度が高い光束については、最奥溝までの範囲に入射させて入射面ＯＥ１への入射点を遠ざけることで、より精密な配光制御を確保することができる。一方、比較的強度が弱く空間密度が低い光束については、最奥溝より外側の範囲に入射させて入射面ＯＥ１への入射点を近づけることで、光学素子ＯＥの幅を狭く抑えることができる。入射面ＯＥ１で屈折もしくは反射した光は、配光制御されて出射面ＯＥ２から出射する。

更に、本実施の形態においては、ＬＥＤチップＯＳの発光面の中心を挟んで、両側の溝ＧＶの形状を変えている。よって、図１に示すように、Ｘ方向基準線ＸＬに対して非対称な（図１で右側に出射光が向くような）配光特性を得ることができる。

（実施例）
本発明の実施例を、比較例を参照して説明する。図４、１１，１７，２３，２９，３５は、実施例１〜４，比較例１，２の光学素子の図１と同様な断面図である。図５、１２，１８，２４，３０，３６は、実施例，比較例の光学素子の入射面形状を折れ線で近似して示す図であり、面発光素子の発光面中央が０ｍｍになり、「変換点」が最奥溝の底になる。図６、１３，１９，２５，３１，３７は、実施例，比較例の光学素子の入射面の溝ピッチを示し、図７、１４，２０，２６，３２，３８は、実施例，比較例の光学素子の入射面の溝角度β（Ｘ軸方向基準線と溝ＧＶの側面ＧＶａとのなす角度：図２参照）を示す図である。図８、１５，２１，２７，３３，３９は、実施例，比較例の光学素子の光度分布を示す図であり、角度０はＸ方向基準線に相当する位置である。図９、１６，２２，２８，３４，４０は、実施例、比較例の光学素子の照度分布を示す図である。照度分布は、図１０に示すように、Ｚ軸にＺ方向基準線を合わせ、Ｘ軸にＸ方向基準線を合わせた状態で照明装置を設置し、Ｘ軸からＺ軸方向に１５０ｍｍシフトした、４０００ｍｍ×２０００ｍｍの照度解析面（被照射面）に照明光を照射した状態を示し、照度が高い領域ほど白色に近づけて示している。

（実施例１）
実施例１では、出射面は平面である。又、発光面の中心に対して右側（＋側）の最奥溝底（変換点）は発光面の中心から４．７５ｍｍの位置であり、左側（−側）の最奥溝底（変換点）は３．７５ｍｍの位置である。Ｌｐ／Ｌ０は、＋側、−側ともに１．４１３であり、更に、発光面の中心と最奥溝底とを結ぶ線と、Ｘ方向基準線とが交差する角度θは、＋側で４３．２度、-側で４９．９度である。又、発光面の中心と最奥溝との間の平均溝ピッチは０．５５６ｍｍ、最奥溝より外側の平均溝ピッチは０．９００ｍｍである。

（実施例２）
実施例２では、出射面は平面である。又、発光面の中心に対して右側（＋側）の最奥溝底（変換点）は発光面の中心から３．０４ｍｍの位置であり、左側（−側）の最奥溝底（変換点）は３．３４ｍｍの位置である。Ｌｐ／Ｌ０は、＋側が１．４６３であり、−側が１．５５６である。更に、発光面の中心と最奥溝底とを結ぶ線と、Ｘ方向基準線とが交差する角度θは、＋側で４６．８度、-側で４０．６度である。又、発光面の中心と最奥溝との間の平均溝ピッチは０．３０５ｍｍ、最奥溝より外側の平均溝ピッチは０．４８４ｍｍである。

（実施例３）
実施例３では、出射面は平面である。又、発光面の中心に対して右側（＋側）の最奥溝底（変換点）は発光面の中心から６．５ｍｍの位置であり、左側（−側）の最奥溝底（変換点）は６．８ｍｍの位置である。Ｌｐ／Ｌ０は、＋側が１．９１８であり、−側が１．９６１である。更に、発光面の中心と最奥溝底とを結ぶ線と、Ｘ方向基準線とが交差する角度θは、＋側で５３度、-側で５３．７度である。又、発光面の中心と最奥溝との間の平均溝ピッチは０．６６７ｍｍ、最奥溝より外側の平均溝ピッチは０．９６７ｍｍである。

（実施例４）
実施例４では、出射面は曲面である。又、発光面の中心に対して右側（＋側）の最奥溝底（変換点）は発光面の中心から４．７５ｍｍの位置であり、左側（−側）の最奥溝底（変換点）は３．７５ｍｍの位置である。Ｌｐ／Ｌ０は、＋側が１．３０７であり、−側が１．３０７である。更に、発光面の中心と最奥溝底とを結ぶ線と、Ｘ方向基準線とが交差する角度θは、＋側で４３．２度、-側で４９．９度である。又、発光面の中心と最奥溝との間の平均溝ピッチは０．５５６ｍｍ、最奥溝より外側の平均溝ピッチは０．９ｍｍである。

（比較例１）
比較例１では、出射面は平面である。又、発光面の中心に対して右側（＋側）の最奥溝底（変換点）は発光面の中心から８ｍｍの位置であり、左側（−側）の最奥溝底（変換点）は７．８ｍｍの位置である。Ｌｐ／Ｌ０は、＋側が３．０２４であり、−側が３．０４である。更に、発光面の中心と最奥溝底とを結ぶ線と、Ｘ方向基準線とが交差する角度θは、＋側で６４度、-側で６４．７度である。又、発光面の中心と最奥溝との間の平均溝ピッチは０．６３３ｍｍ、最奥溝より外側の平均溝ピッチは０．９１７ｍｍである。

（比較例２）
比較例２では、出射面は平面である。比較例２では溝底の深さが一様である。Ｌｐ／Ｌ０は、＋側、−側ともに１．０１８である。又、発光面の中心と最奥溝との間の平均溝ピッチは０．４２７ｍｍ、最奥溝より外側の平均溝ピッチは０．４２７ｍｍである。

表１に、実施例と比較例の数値をまとめて示す。

図８、１５，２１，２７，３３，３９を参照して、実施例１〜４と，比較例１、２とを比較すると、比較例１，２では光度分布のグラフのピークが穏やかに立ち上がっている。これは、照明光の指向性が比較的低いことを意味する。一方、実施例１〜４では、光度分布のグラフのピークが比較的急峻であり、指向性が高い照明が行われていることが分かる。

更に、図９、１６，２２，２８，３４，４０を参照して、実施例１〜４と，比較例１、２とを比較すると、比較例１，２では照明された範囲が照明装置に近い位置に留まる。これに対し、実施例１〜４では、照明装置から離れて照明光が届いており、看板などの四角い被照射面を斜めに照明するのに好適であることがわかる。

１０ 照明装置
１１ ベース
１２ 基板
１３ 壁部
ＧＶ 溝
ＧＶａ 側面
ＧＶｂ 側面
ＧＶｃ 底
ＧＶＰ 最奥溝
ＩＰ 入射点
ＬＢ１ 光束
ＬＢ１，ＬＢ１’ 光束
ＬＢ２ 光束
Ｏ 発光面の中心
ＯＥ 光学素子
ＯＥ１ 入射面
ＯＥ２ 出射面
ＯＳ 面発光素子（LEDチップ）
ＰＴ ピッチ
ＲＰ 屈折面

Claims (11)

1. 面発光素子の発光面から出射された光を入射する入射面と、前記入射面から入射した光を出射する出射面とを備え,出射光を配光制御する光学素子であって、
   前記光学素子の入射面は、一方向に沿って延在する複数の溝を有し、各溝は一対の側面と前記側面に挟まれた底とを有し、少なくとも一方の側面で前記面発光素子から出射された光束を入射するようになっており、
   前記光学素子を、前記面発光素子の発光面の中心を通り前記一方向に直交する面で切断した断面において、前記面発光素子の発光面と重なる線をＺ方向基準線とし、前記発光面の中心を通り前記Ｚ方向基準線に対して直交する方向をＸ方向基準線としたときに、前記Ｚ方向基準線から前記複数の溝の底までの距離が極大となるような少なくとも1つの所定の溝が存在し、前記Ｚ方向基準線から前記複数の溝の底までの距離は、前記Ｘ方向基準線から前記所定の溝までは漸次増大し、前記所定の溝の外側では漸次減少しており、前記発光面の中心と前記所定の溝の底とを結ぶ線と、前記Ｘ方向基準線とが交差する角度は、３０〜６０度であって、以下の式を満たすことを特徴とする光学素子。
   １．２＜Ｌｐ／Ｌ０＜２．０ （１）
   但し、
   Ｌｐ：前記Ｚ方向基準線から前記所定の溝の底までの距離（ｍｍ）
   Ｌ０：前記Ｘ方向基準線上における前記Ｚ方向基準線から前記光学素子までの距離（ｍｍ）
2. 前記面発光素子は、前記一方向に沿って離散的に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の光学素子。
3. 前記Ｘ方向基準線から前記所定の溝までの領域に、前記面発光素子から出射して前記複数の溝に入射した光が主として屈折する領域があり、前記所定の溝の外側では、前記面発光素子から出射して前記複数の溝に入射した光は主として屈折し、その後反射することを特徴とする請求項１又は２に記載の光学素子。
4. 前記Ｘ方向基準線から前記所定の溝までの前記複数の溝の平均ピッチは、前記所定の溝の外側における前記複数の溝の平均ピッチより小さい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。
5. 前記出射面は曲面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。
6. 前記出射面は前記面発光素子の中心に近い部分が凸状となった曲面であることを特徴とする請求項５に記載の光学素子。
7. 前記複数の溝の形状は、前記Ｘ方向基準線を挟んで両側で異なっていることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の光学素子。
8. 前記複数の溝の前記Ｘ方向基準線に近い側の側面における前記Ｘ方向基準線に対する角度は、前記Ｘ方向基準線を挟んで両側において異なっていることを特徴とする請求項７に記載の光学素子。
9. 前記Ｘ方向基準線から前記所定の溝までの距離は、前記Ｘ方向基準線を挟んで両側において異なっていることを特徴とする請求項１〜８に記載の光学素子。
10. 前記面発光素子はＬＥＤであ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。
11. 請求項１〜１０のいずれかに記載の光学素子と、面発光素子とを有することを特徴とする照明装置。