JP2015141766A - 照明装置及びフレネルレンズシート - Google Patents

Abstract

【課題】フレネルレンズを用いた際に生じる虹ムラを目立たなくさせる。
【解決手段】照明装置１は、複数のレンズ面１２と、隣り合う二つのレンズ面１２を接続するライズ面１３と、を含むフレネルレンズ１１を、備えるフレネルレンズシート１０と、フレネルレンズシート１０のフレネルレンズ１１が形成された面１０ｂとは反対側の面１０ｃに対面して配置された光源２と、を備える。光源２は、出光面５ａを有し、出光面５ａ上の各位置から拡散光が射出される。少なくとも１つのライズ面１３は、粗面になっている。
【選択図】図３

Description

本発明は、フレネルレンズを有するフレネルレンズシート及びこのフレネルレンズシートを備える照明装置に関する。

フレネルレンズシートに形成されるフレネルレンズは、配列方向に配列された複数のレンズ面を有しており、複数のレンズ面の組み合わせにより、発散光束や平行光束をなす入射光に対して一定のレンズ作用を及ぼす。隣り合う２つのレンズ面の間には、ライズ面が形成される。ライズ面は、通常、光に対するレンズ作用を期待されていない面である。このライズ面は、典型的には、フレネルレンズシートのシート面の法線方向に平行に延びる（特許文献１、２参照）。

特開２０１３−２４９５９号公報 特開２００８−３３２４５号公報

ところで、多くの照明装置では、比較的に小面積の出光面を有した光源から照射される白色光をフレネルレンズで集光することになる。このとき、光源の出光面がフレネルレンズの大きさと比較して十分に小さくなっていれば、フレネルレンズに入射する或る程度の光量の光が発散光束の光路をたどり、結果として、フレネルレンズのレンズ作用により、一定の領域に集光されるようになる。ただし、厳密には光源の出光面上の各位置から拡散光が射出されており、全体的に捉えると、光源は出光面から白色拡散光を射出する。すなわち、光源からの光には、フレネルレンズで光路を補正することができない光も含まれることになる。本件発明者らが確認したところ、このような照明装置において、白色光が集光された領域の周囲に色分散した虹状の色ムラ（以下、単に「虹ムラ」と呼ぶ）が生じることが確認された。このような虹ムラは、屋内照明用途、とりわけ舞台照明装置等に利用する場合には非常に重要な課題となる。また、虹ムラの発生を抑制することができれば、光源光の利用効率が改善されて、省エネルギーやＣＯ_２削減を実現し得る。

本件発明者がこの虹ムラが生じる原因についてさらに調査したところ以下の知見が得られた。図１０に、フレネルレンズに入射する光がレンズ面で屈折する様子を示す。図１０に示されたフレネルレンズ５１１は、複数のレンズ面５１２の組み合わせによって、平凸レンズと同様のレンズ作用を発揮することを期待されている。したがって、フレネルレンズ５１１に予定されたレンズ作用を及ぼされ得る方向またはその近傍となる方向から入射する光Ｌ５１，Ｌ５２，Ｌ５３，Ｌ５４は、その光路を所定の方向に補正される。これらの光は、レンズ面５１２での屈折によって、光軸Ｘに接近する側に進行方向を曲げられる。その一方で、フレネルレンズ５１１のレンズ作用を期待し得る方向からある程度ずれた方向から入射する光Ｌ５５，Ｌ５６に対しては、レンズ面５１２でのレンズ作用が有効に発揮されることなく、当該光は、入射したレンズ面５１２に隣接するライズ面５１３に入射してしまうことがある。本件発明者らが、光路追跡を行ったところ、レンズ面５１２で屈折した後に意図せずライズ面５１３に入射した光が、さらに別のレンズ面５１２で屈折され、結果として虹ムラを形成していることが知見された。

本発明は、以上のような本件発明者らの知見に基づくものであり、フレネルレンズを用いた際に生じる虹ムラを目立たなくさせることを目的とする。

本発明による第一の照明装置は、複数のレンズ面と、隣り合う二つのレンズ面を接続するライズ面と、を含むフレネルレンズを、備えるフレネルレンズシートと、
前記フレネルレンズシートの前記フレネルレンズが形成された面とは反対側の面に対面して配置された光源と、を備え、
前記光源は、出光面を有し、前記出光面上の各位置から拡散光が射出され、
少なくとも１つのライズ面は、粗面になっている。

本発明による第一の照明装置において、前記出光面から前記フレネルレンズシートに入射し当該フレネルレンズシートの前記レンズ面を透過した光の一部は、当該入射したレンズ面よりも、当該フレネルレンズシートのシート面に対する角度の大きさが最も小さくなるレンズ面が位置する基準地点から離間する側に位置する前記ライズ面に接近していってもよい。

本発明による第一の照明装置において、前記出光面から前記フレネルレンズシートに入射し当該フレネルレンズシートの前記レンズ面を透過した光の一部が接近していく前記ライズ面は、粗面になっていてもよい。

本発明による第二の照明装置は、複数のレンズ面と、隣り合う二つのレンズ面を接続するライズ面と、を含むフレネルレンズを、備えるフレネルレンズシートと、
前記フレネルレンズシートの前記フレネルレンズが形成された面に対面して配置された光源と、を備え、
前記光源は、出光面を有し、前記出光面上の各位置から拡散光が射出され、
少なくとも１つのライズ面は、粗面になっている。

本発明による第一または第二の照明装置において、前記粗面になっているライズ面は、当該ライズ面に入射する光に対して異方性拡散機能を発揮してもよい。

本発明による第一または第二の照明装置において、前記粗面になっているライズ面は、前記基準地点よりも当該フレネルレンズの周縁に近接した位置にあってもよい。

本発明による第一または第二の照明装置において、前記粗面になっているライズ面は、複数の平坦面と、隣り合う二つの平坦面の間に設けられた凸面と、を有していてもよい。

本発明による第一または第二の照明装置において、前記フレネルレンズシートの前記フレネルレンズは、サーキュラフレネルレンズとして構成されており、前記凸面は、周方向に延びていてもよい。

本発明による第一または第二の照明装置において、前記凸面が当該凸面と隣り合う平坦面から突出した高さが１μｍ以上となるような、前記凸面が少なくとも１つあってもよい。

本発明による第一または第二の照明装置において、任意の隣り合う２つの平坦面の間隔は、他の隣り合う２つの平坦面の間隔と等しくてもよい。

本発明による第一または第二の照明装置において、すべてのライズ面が粗面となっていてもよい。

本発明による第一または第二の照明装置は、前記フレネルレンズシートは、光を拡散させる光拡散層をさらに備えてもよい。

本発明による第一または第二の照明装置において、前記フレネルレンズシートの前記シート面に平行な投影面に前記出光面を投影した投影面積は、前記投影面に前記フレネルレンズを投影した投影面積よりも小さくてもよい。

本発明によるフレネルレンズシートは、複数のレンズ面と、隣り合う二つのレンズ面を接続するライズ面と、を含むフレネルレンズを、備え、少なくとも１つのライズ面は、粗面になっている。

本発明によれば、フレネルレンズを用いた際に生じる虹ムラを目立たなくさせることができる。

図１は、本発明の第１の実施の形態におけるフレネルレンズシートを備えた照明装置を示す概略図である。 図２は、図１に示す照明装置のフレネルレンズシートを示す概略断面図である。 図３は、図１に示す領域Ａを拡大して示す概略断面図である。 図４は、図３に示すフレネルレンズシートのフレネルレンズをさらに拡大して示す概略断面図である。 図５は、図２に示すフレネルレンズシートのフレネルレンズを賦型するための型を作製する方法を説明するための概略断面図である。 図６は、図１に示す照明装置の光源の他の構成例を示す概略図である。 図７は、本発明の第２の実施の形態におけるフレネルレンズシートを備えた照明装置を示す概略平面図である。 図８は、図７に示す照明装置のフレネルレンズシートを示す概略断面図である。 図９は、図７に示す領域Ａを拡大して示す概略断面図である。 図１０は、従来のフレネルレンズに入射する光がレンズ面で屈折する様子を示す概略断面図である。

≪第１の実施の形態≫
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。なお、本件明細書に添付する図面においては、図示と理解のしやすさの便宜上、適宜縮尺及び縦横の寸法比等を、実物のそれらから変更し誇張してある。図１及び図２は本発明による第１の実施の形態を説明するための図である。このうち図１は、本発明の第１の実施の形態におけるフレネルレンズシートを備えた照明装置を示す概略図であり、図２は、図１に示す照明装置のフレネルレンズシートを示す概略断面図である。

なお、本明細書において、「シート」、「フィルム」、「板」の用語は、呼称の違いのみに基づいて、互いから区別されるものではない。したがって、例えば、「板」はシートやフィルムとも呼ばれ得るような部材も含む概念である。

図１に示すように、照明装置１は、フレネルレンズ１１を備えるフレネルレンズシート１０と、フレネルレンズシート１０のフレネルレンズ１１が形成された面１０ｂとは反対側の面１０ｃに対面して配置された光源２と、を備えている。この光源２は、出光面５ａを有し、出光面５ａ上の各位置から拡散光を射出するようになっている。

図１に示すように、光源２から照射される光は、フレネルレンズ１１のレンズ作用により、焦点領域付近に集光され、その後、焦点から離れるにつれて拡がって進んでいく。以下、このような光学作用を及ぼすフレネルレンズ１１を備えるフレネルレンズシート１０について説明する。なお、以下の説明では、フレネルレンズシート１０のフレネルレンズ１１がサーキュラフレネルレンズで構成される例を用いて説明するが、このような例に限定されず、フレネルレンズ１１はリニアフレネルレンズであってもよい。

図２に示すように、フレネルレンズシート１０のフレネルレンズ１１は、複数のレンズ面１２と、隣り合う二つのレンズ面１２を接続するライズ面１３と、を含んでいる。

図示されたフレネルレンズ１１は、複数のレンズ面１２の組み合わせによって、凸レンズと同様のレンズ作用を発揮することを期待されている。各レンズ面１２は、環状の形状を有し、複数のレンズ面１２が、同心円状に配列されている。つまり、図２に示すように、フレネルレンズシート１０のシート面１０ａに直交し、後述する基準地点Ｔを通る任意の断面において、複数のレンズ面１２は、配列方向ｄ１に沿って順に配列されている。

なお、本明細書において、「シート面（フィルム面、板面）」とは、対象となるシート状の部材を全体的かつ大局的に見た場合において対象となるシート状部材の平面方向と一致する面のことを指す。本実施の形態では、フレネルレンズシート１０のシート面１０ａと、フレネルレンズシート１０の光源２側の面１０ｃとは、平行になっている。図２において、フレネルレンズシート１０の光源２側の面１０ｃを、フレネルレンズシート１０のシート面１０ａとして図示する。

図２に示すように、レンズ面１２がフレネルレンズシート１０のシート面１０ａとなす角度をレンズ角とし、αで示す。ここで、「レンズ面１２がフレネルレンズシート１０のシート面１０ａとなす角度」とは、フレネルレンズシート１０のシート面１０ａに直交し配列方向ｄ１に沿った断面において、レンズ面１２の両端部を結ぶ直線とシート面１０ａとがなす角度をいう。また、レンズ角αの大きさ（絶対値）が最も小さくなるレンズ面１２の位置を基準地点Ｔとする。典型的な焦点をもつフレネルレンズでは、フレネルレンズ１１の両側に位置する一対の焦点を結ぶ直線上に、基準地点Ｔが位置することになる。

フレネルレンズ１１では、配列方向ｄ１に沿って基準地点Ｔからより離間して配置されたレンズ面１２の方が、レンズ角αが大きくなる傾向にある。本実施の形態では、任意の一つのレンズ面１２のレンズ角αは、当該一つのレンズ面１２よりも配列方向ｄ１に沿って基準地点Ｔに近接して配置された他のレンズ面１２のレンズ角α以上となる。このことから、配列方向ｄ１に沿って基準地点Ｔから最も離間して配置されたレンズ面１２のレンズ角αが最も大きくなる。

また、フレネルレンズシート１０の法線方向ｎｄにおける各レンズ面１２の寸法を高さｈとすると、配列方向ｄ１に沿って基準地点Ｔからより離間して配置されたレンズ面１２の方が、高さｈが大きくなる傾向にある。本実施の形態では、任意の一つのレンズ面１２の高さｈは、当該一つのレンズ面１２よりも配列方向ｄ１に沿って基準地点Ｔに近接して配置された他のレンズ面１２の高さｈ以上となる。このことから、基準地点Ｔに位置するレンズ面１２ａの高さｈが最も小さくなり、配列方向ｄ１に沿って基準地点Ｔから最も離間して配置されたレンズ面１２の高さｈが最も大きくなる。

なお、このようなフレネルレンズ１１において、レンズ面１２のピッチＰは、レンズ面１２の高さｈと、レンズ面１２のレンズ角αと、の幾何学的関係に基づいて決定される。

また、図２に示すように、隣り合う二つのレンズ面１２の間には、ライズ面１３が配置されている。典型的には、ライズ面１３は、フレネルレンズシート１０のシート面１０ａへの法線方向ｎｄに沿って延びている。ライズ面１３の長さは、隣り合うレンズ面１４のピッチＰとレンズ面１４のレンズ角αとによって概ね決定される。上述のように、配列方向ｄ１に沿って基準地点Ｔからより離間して配置されたレンズ面１２の方が、レンズ角αが大きくなる傾向にある。従って、複数のライズ面１３のうち、より配列方向Ｐの外側に配列されたライズ面１３の方が、法線方向ｎｄに沿った長さが長くなっている。なお、このようなライズ面１３は、光のレンズ作用を期待されていない面である。

また、隣り合うレンズ面１２とライズ面１３とによって、法線方向ｎｄ外方に突出する頂部１６が画定される。本実施の形態では、頂部１６は、なだらかに曲率が連続的に変化していく湾曲面、あるいは、シート面１０ａに概ね平行な平坦面として形成されている。

図３に、フレネルレンズ１１のレンズ面１２及びライズ面１３を拡大して示す。図３に示すように、本実施の形態のフレネルレンズシート１０において、少なくとも１つのライズ面１３が粗面になっている。これにより、少なくとも１つのライズ面１３は、当該ライズ面１３に入射する光に対して光拡散機能を発揮することができる。

好ましくは、少なくとも１つの粗面になっているライズ面１３は、基準地点Ｔよりも当該フレネルレンズ１１の周縁１１ａ（図１参照）に近接した位置にある。図示する例では、すべてのライズ面１３が粗面となっている。

また、粗面になっているライズ面１３は、当該ライズ面１３に入射する光に対して異方性拡散機能を発揮してもよいし、等方性拡散機能を発揮してもよい。本実施の形態では、粗面になっているライズ面１３は、当該ライズ面１３に入射する光に対して異方性拡散機能を発揮する。

図３に示すように、具体的な構成として、粗面になっているライズ面１３は、複数の平坦面１４と、隣り合う二つの平坦面１４の間に設けられた凸面１５と、を有している。各平坦面１４は、周方向に延びるようにして環状に形成されている。本実施の形態の平坦面１４は、フレネルレンズシート１０のシート面１０ａへの法線方向ｎｄと概ね平行になっている。つまり、各平坦面１４は、フレネルレンズシート１０のシート面１０ａへの法線方向ｎｄに沿って延びる中心軸の周りを取り囲むように環状に形成されている。本実施の形態では、平坦面１４は、平滑な面として形成されている。なお、ここでいう「平滑」とは、光学的な意味合いでの平滑を意味するものである。すなわち、ここでは、或る程度の割合の可視光帯域の透過光が、スネルの法則を満たしながら屈折するようになる程度を意味している。

また、図３に示す例では、フレネルレンズシート１０のシート面１０ａに直交し基準地点Ｔを通る任意の断面において、各ライズ面１３の平坦面１４は、当該ライズ面１３の両端部を結ぶ直線と平行になるように配置されている。より詳細には、フレネルレンズシート１０のシート面１０ａに直交し基準地点Ｔを通る任意の断面において、各ライズ面１３の平坦面１４は、当該ライズ面１３の両端部を結ぶ直線と重なるように配置されている。

本実施の形態では、各隣り合う２つの平坦面１４の間隔ｄは、互いに等しくなっている。すなわち、任意の隣り合う２つの平坦面１４の間隔ｄは、他の隣り合う２つの平坦面１４の間隔ｄと等しい。ただし、このような例に限定されず、任意の隣り合う２つの平坦面１４の間隔ｄは、少なくとも１つの他の隣り合う２つの平坦面１４の間隔ｄと異なっていてもよい。

一方、隣り合う二つの平坦面１４の間に設けられた凸面１５も、周方向に延びるようにして環状に形成されている。この凸面１５について図４を参照して説明していく。図４は、フレネルレンズ１１のライズ面１３を拡大して示す概略断面図である。図４に示すように、凸面１５は、隣り合う二つの平坦面１４の両方から突出している。具体的には、凸面１５は、隣り合う二つの平坦面１４から基準地点Ｔ側に向かって突出している。本実施の形態の凸面１５は、頂部１６に近接した側、すなわち法線方向ｎｄ外方側から隣り合う平坦面１４の端部から延び出た第一面１５ａと、頂部１６と離間した側から隣り合う平坦面１４の端部から延び出た第二面１５ｂと、を有している。

第一面１５ａ及び第二面１５ｂは、対応する平坦面１４の端部から、基準地点Ｔ側に向かって延びている。本実施の形態では、第一面１５ａ及び第二面１５ｂは、レンズ面１２の配列方向ｄ１に沿って基準地点Ｔに接近していくほど、光源２側の面１０ｃから離間していく。さらに、第一面１５ａと第二面１５ｂとの間の間隔は、レンズ面１２の配列方向ｄ１に沿って基準地点Ｔに接近していくほど、狭くなっていき、最終的に、第一面１５ａ及び第二面１５ｂの基準地点側に位置する縁部が互いに接続されている。

図４に示された例では、第一面１５ａ及び第二面１５ｂが平面として形成されており、凸面１５は、フレネルレンズシート１０のシート面１０ａに直交し基準地点Ｔを通る任意の断面において、三角形形状をなしている。ただし、前記断面における凸面１５の形状は、三角形形状である必要はなく、種々の形状を有していてもよい。例えば、前記断面における凸面１５の断面形状は、三角形の一以上の角、例えば基準地点Ｔ側にある角が面取りされてなる形状となっていてよい。あるいは、凸面１５は、第一面１５ａ及び第二面１５ｂの基準地点Ｔ側の縁部の間を延びる上面をさらに有していてもよい。すなわち、凸面１５は、フレネルレンズシート１０のシート面１０ａに直交し基準地点Ｔを通る任意の断面において、台形形状をなしていてもよい。

一例として、各凸面１５が当該凸面１５と隣り合う平坦面１４から突出した高さｓは、１μｍ以上で１０μｍ以下であってもよい。なお、本明細書において、「凸面１５が平坦面１４から突出した高さ」とは、フレネルレンズシート１０のシート面１０ａに直交し基準地点Ｔを通る断面において、平坦面１４に対する法線方向における凸面１５の長さをいう。また、「凸面１５が当該凸面１５と隣り合う平坦面１４から突出した高さｓ」として、凸面１５が当該凸面１５と隣り合う一方の平坦面１４から突出した高さと、凸面１５が当該凸面１５と隣り合う他方の平坦面１４から突出した高さと、のうちの大きい方の値を採用することとする。本実施の形態では、少なくとも１つのライズ面１３において、上記凸面１５の高さｓが１μｍ以上となるような、凸面１５が少なくとも１つある。この場合、平坦面１４と凸面１５とを含むライズ面１３が、当該ライズ面１３に入射する光に対して効果的な光拡散機能を発揮し、照明領域Ｒの周りに形成される虹ムラを目立たなくさせることに寄与する。

ここで、このようなライズ面１３を賦型する型２００を作製する方法について図５を参照して説明する。図５は、フレネルレンズ１１を賦型する型２００の作製方法を説明するための概略断面図である。図５に示す型２００は、板状の部材を削り出すことにより作製されている。図５に示すように、型２００は、フレネルレンズシート１０のレンズ面１２を賦型するための複数のレンズ賦型面２１２と、フレネルレンズシート１０のライズ面１３を賦型するための複数のライズ賦型面２１３と、を有している。ライズ賦型面２１３は、隣り合う２つのレンズ賦型面２１２の間に配置されている。そして、ライズ賦型面２１３は、複数の平坦賦型面２１４と、隣り合う二つの平坦賦型面２１４の間に設けられた凹賦型面２１５と、を有している。平坦賦型面２１４は、フレネルレンズシート１０のライズ面１３の平坦面１４を賦型するためのものであり、凹賦型面２１５は、フレネルレンズシート１０のライズ面１３の凸面１５を賦型するためのものである。

型２００を作製する際には、図５に示すように、レンズ賦型面２１２の角度に合わせてバイト２５０の向きを調整し、当該バイト２５０を主面２００ａに対する法線方向ＮＤに沿って複数回送っていく。バイト２５０の送り毎に、バイト２５０が法線方向ＮＤに沿って型２００に接近した位置で、バイト２５０を型２００の主面２００ａに沿ってライズ賦型面２１３側に移動させ、ライズ賦型面２１３の一部に他の部分よりも凹んだ凹賦型面２１５を形成する。このような送り加工を繰り返すことにより、ライズ賦型面２１３に、複数の平坦賦型面２１４と、隣り合う二つの平坦賦型面２１４の間に設けられた凹賦型面２１５と、を形成することができる。

図２に戻って、本実施の形態のフレネルレンズシート１０は、フレネルレンズ１１よりも光源２側に光拡散層２０をさらに備えている。光拡散層２０の光源２側の面は、フレネルレンズシート１０の光源２側の面を画成している。この光拡散層２０は、光源２からフレネルレンズシート１０に入射した光を拡散させる光拡散機能を有している。例えば、光拡散層２０は、主部２１と、主部２１に分散された光を拡散させる拡散成分２２と、を含んでいてもよい。ここでいう拡散成分２２とは、光拡散層２０内を進む光に対し、反射や屈折等によって、当該光の進路方向を変化させる作用を及ぼし得る成分のことである。このような拡散成分２２の光拡散機能（光散乱機能）は、例えば、光拡散層２０の主部２１をなす材料とは異なる屈折率を有した材料から拡散成分２２を構成することにより、あるいは、光に対して反射作用を及ぼし得る材料から拡散成分２２を構成することにより、付与され得る。主部２１をなす材料とは異なる屈折率を有する拡散成分２２として、金属化合物、気体を含有した多孔質物質、さらには、単なる気泡が例示される。

あるいは、他の例として、光拡散層２０は、フレネルレンズシート１０の光源２側の面１０ｃに、エンボス加工等によって形成された微細な凹凸を含むようにしてもよい。

次に、フレネルレンズシート１０に拡散光を照射する光源２について説明する。本実施の形態の光源２は、いわゆるチップオンボード型ＬＥＤ光源として構成されている。具体的には、図１に示すように、光源２は、フレネルレンズシート１０に対向して配置された例えばアルミニウム製の基板３と、基板３の上に配列された複数のＬＥＤチップ４と、複数のＬＥＤチップ４を覆うカバー５と、を有している。

本実施の形態のカバー５は、フレネルレンズシート１０とＬＥＤチップ４との間に位置する前述の出光面５ａを形成するとともに、出光面５ａの周縁に接続されて複数のＬＥＤチップ４を環状に取り囲む側面５ｂも形成している。この出光面５ａは、フレネルレンズシート１０に対面しており、本実施の形態では、基準地点Ｔと出光面５ａの中心とが対面している。また、図示する例では、出光面５ａは、フレネルレンズ１１の形状に対応して円形の形状を有している。

また、出光面５ａは、ＬＥＤチップ４からの光を拡散させながらフレネルレンズシート１０に向けて射出する光拡散機能を有している。この光拡散機能は、等方性拡散機能であってもよいし、異方性拡散機能であってもよい。本実施の形態では、カバー５に光を拡散させる拡散成分を分散させることにより、出光面５ａの等方性拡散機能を実現している。

このような構成によって、各ＬＥＤチップ４からの光は出光面５ａに入射し、出光面５ａ上の各位置から拡散光が射出されるようになっている。

ここで、図１に示すように、フレネルレンズシート１０のシート面１０ａに平行な投影面に、出光面５ａを投影した投影面積Ｓ１は、前記投影面にフレネルレンズ１１を投影した投影面積Ｓ２よりも小さくなっている。このため、フレネルレンズ１１の各レンズ面１２に光を入射させるべく、出光面５ａの各位置から拡散光が射出し、全体的に捉えると、光源２からフレネルレンズ１１に向けて発散光が照射されるようになっている。図示する例では、投影面は、フレネルレンズシート１０の光源２側の面１０ｃとなっている。

次に、以上のような構成からなる本実施の形態の作用について、図１を参照しながら説明する。

図１に示すように、光源２において各ＬＥＤチップ４からの光が出光面５ａに入射し、出光面５ａの各位置から拡散光Ｌがフレネルレンズシート１０に向けて射出される。全体的には、上述した投影面積Ｓ２の大きいフレネルレンズシート１０が、上述した投影面積Ｓ１が小さい光源２からの発散光を照射されることになる。おおよそ発散光の光路をたどってフレネルレンズシート１０に入射した光Ｌは、フレネルレンズ１１のレンズ作用により、焦点領域付近に集光され、その後、焦点から離れるにつれて拡がって進み、照明領域Ｒを照らす。なお、照明領域Ｒについては、照らしたい範囲に応じて焦点からの距離を適時設定してもよい。

ここで、図３及び図４を参照して、フレネルレンズ１１の各レンズ面１２に入射する光について考える。上述したように、基準地点Ｔと出光面５ａの中心とが対面しており、出光面５ａ上の各位置から拡散光が射出される。このため、出光面５ａ上の各位置からある一つのレンズ面１２に向かう光は、当該レンズ面１２と出光面５ａの中央を結ぶ方向に概ね輝度のピークを有し、輝度ピークが得られる方向に対して傾斜するにつれて当該方向での輝度は低下していく。レンズ面１２と出光面５ａの中央を結ぶ方向から概ね入射するピーク方向の光Ｌ１１は、当該レンズ面１２で屈折して集光領域付近に向かって進んでいく。従って、レンズ面１２に入射する大部分の光は、フレネルレンズ１１のレンズ作用によって所望の方向に進んでいく光となる。

一方、出光面５ａ上の各位置から拡散光が射出されるため、各レンズ面１２には、当該レンズ面１２へ入射する光の輝度ピークが得られる方向に対して大きく傾斜した光Ｌ１２、Ｌ１３も入射する。また、輝度ピークが得られる方向またはその近傍となる方向に沿ってフレネルレンズシート１０に入射する光であっても、レンズ面１２よりも光源２側に配置された光拡散層２０によって進路方向を変化させられて、その一部が輝度ピークが得られる方向に対して大きく傾斜した方向から各レンズ面１２に入射する。

図３に示すように、輝度ピークが得られる方向に対して大きく傾斜した方向に進む光Ｌ１２、Ｌ１３、言い換えると、レンズ面１２での屈折によって焦点領域に向けて補正されるようになる方向に対して大きく傾斜した方向に進む光Ｌ１２、Ｌ１３は、レンズ面から有効なレンズ作用を及ぼされない。このため、当該光Ｌ１２、Ｌ１３は、レンズ面１２で基準地点Ｔから離間する側に屈折して、当該離間する側に位置するライズ面１３に接近していく。このような光は、図１０を参照しながら既に説明したように、虹ムラを引き起こすと共に光の利用効率を低下させる原因となる。さらに、この虹ムラを引き起こすと共に光の利用効率を低下させる原因となり得る、フレネルレンズシート１０の法線方向ｎｄに対して大きく傾斜した光Ｌ１２、Ｌ１３は、基準地点Ｔから離間した位置にあるライズ面１３ほど入射し易い。

そこで、本実施の形態では、少なくとも１つのライズ面１３は、当該ライズ面１３に入射する光に対して光拡散機能を発現すべく、粗面になっている。さらに、少なくとも１つの粗面になっているライズ面１３が、基準地点Ｔよりもフレネルレンズ１１の周縁１１ａに近接した位置にある。この場合、フレネルレンズシート１０の法線方向ｎｄに対してなす角度がより大きい光が入射し易い基準地点Ｔから離間した位置において、粗面になったライズ面１３が、当該ライズ面１３に入射する光に対して光拡散機能を発揮し易い。

従って、仮にレンズ面１２でのレンズ作用が十分に発揮されなかったため、当該レンズ面１２での屈折後における進行方向が法線方向ｎｄに対して基準地点Ｔから離間する側に傾斜した光Ｌ１２、Ｌ１３が、基準地点Ｔから離間する側に位置するライズ面１３に入射してしまったとする。この場合であっても、このライズ面１３が粗面になっていれば、当該ライズ面１３に入射した光Ｌ１２、Ｌ１３は、拡散しながら当該ライズ面１３を透過して、種々の方向に向かっていくことになる。すなわち、フレネルレンズ１１で予定したレンズ作用を及ぼされる方向に対して大きく傾斜した方向からフレネルレンズ１１に入射した光Ｌ１２、Ｌ１３を、粗面になったライズ面１３にて拡散させて種々の方向に向かわせることができる。

以上のように、本実施の形態によれば、少なくとも一つのライズ面１３は粗面になっている。この場合、フレネルレンズ１１で予定したレンズ作用を及ぼされる方向に対して大きく傾斜した方向からフレネルレンズ１１に入射した光Ｌ１２、Ｌ１３が、レンズ面１２で屈折された後粗面になったライズ面１３に入射すると、当該ライズ面１３にて拡散されて種々の方向に向かっていく。これにより、ライズ面１３にて拡散された光Ｌ１３の一部を照明領域Ｒに向かわせることができ、図１０に示す従来のフレネルレンズ５１１よりも、光の利用効率を向上させることができる。加えて、ライズ面１３を透過した光Ｌ１２，Ｌ１３は、拡散されて種々の方向に向かうため、図１０に示す従来のフレネルレンズ５１１よりも照明領域Ｒの周りに集まり難くなると共に、照明領域Ｒの周りに種々の波長からなる光を到達させることができる。これにより、従来よりも照明領域Ｒの周りに形成される虹ムラを目立たなくさせることができる。

また、本実施の形態によれば、少なくとも１つの粗面になっているライズ面１３が、基準地点Ｔよりも当該フレネルレンズ１１の周縁１１ａに近接した位置にある。上述のように、基準地点Ｔよりもフレネルレンズ１１の周縁１１ａに近接した位置において、フレネルレンズ１１で予定したレンズ作用を及ぼされる方向に対して大きく傾斜した方向に進む光Ｌ１２、Ｌ１３がレンズ面１２に入射し易く当該レンズ面１２にて有効なレンズ作用が発揮され難い。従って、このような形態によれば、フレネルレンズ１１で予定したレンズ作用を及ぼされる方向に対して大きく傾斜した方向からフレネルレンズ１１に入射した光Ｌ１２、Ｌ１３が、レンズ面１２で屈折された後に粗面になったライズ面１３に入射して当該ライズ面１３にて拡散され易くなる。これにより、レンズの集光効率の低下を改善して、照明領域Ｒの周りに形成される虹ムラを目立たなく機能を有効に発揮することができる。

また、本実施の形態によれば、粗面になっているライズ面１３は、複数の平坦面１４と、隣り合う二つの平坦面１４の間に設けられた凸面１５と、を有している。このような形態によれば、隣り合う二つの平坦面１４の間に設けられた凸面１５によって、ライズ面１３に入射する光に対して発揮する光拡散機能を効果的に実現することができる。

また、本実施の形態によれば、フレネルレンズシート１０のフレネルレンズ１１は、サーキュラフレネルレンズとして構成されており、ライズ面１３の凸面１５は、周方向に延びている。このような形態によれば、粗面になったライズ面１３に入射した光が周方向にムラなく拡散され易くなるため、照明領域Ｒに明るさのムラが生じることを抑制することができる。

また、本実施の形態のフレネルレンズシート１０は、光を拡散させる光拡散層２０をさらに備えている。光拡散層２０によって、出光面５ａから照射される光の一部の進路方向を変化させることができるため、照明領域Ｒの周りに種々の波長からなる光を到達させることができる。このため、照明領域Ｒの周りで種々の波長からなる光が混ざり、虹ムラを目立たなくさせることができる。加えて、光拡散層２０によって進路方向を変更された光の一部は、輝度ピークが得られる方向に対して大きく傾斜してレンズ面１２に入射する。
本実施の形態によれば、輝度ピークが得られる方向に対して大きく傾斜してレンズ面１２に入射した光Ｌ１２、Ｌ１３が、当該レンズ面１２にて屈折された後粗面になったライズ面１３にて拡散されて種々の方向に向かうため、このような光Ｌ１２、Ｌ１３であっても所望の照明領域Ｒに少なくとも一部を向かわせることができる。この結果、光拡散層２０をさらに備えていても、レンズの集光効率を大きく低下させることなく、虹ムラを目立たなくさせることができる。

また、本実施の形態によれば、フレネルレンズシート１０の法線方向ｎｄに直交する投影面１０ｃに出光面５ａを投影した投影面積Ｓ１は、投影面１０ｃにフレネルレンズ１１を投影した投影面積Ｓ２よりも小さい。この場合、出光面５ａからフレネルレンズ１１に向けて発散光が照射されることになるため、各レンズ面１２に、輝度ピークが得られる方向に対して大きく傾斜した光Ｌ１２、Ｌ１３が入射し易い。各レンズ面１２に、輝度ピークが得られる方向に対して大きく傾斜した光Ｌ１２、Ｌ１３が多く入射すると、レンズの集光効率を低下させ、所望の照明領域Ｒの周りに形成される虹ムラを目立たせ易い。従って、本実施の形態のフレネルレンズシート１０及び照明装置１は、このような態様において、レンズの集光効率の低下を改善して、照明領域Ｒの周りに形成される虹ムラを目立たなくさせる、という機能を効果的に発揮することができる。

≪変形例≫
なお、上述した実施の形態に対して様々な変更を加えることが可能である。以下、図面を参照しながら、変形の一例について説明する。以下の説明及び以下の説明で用いる図面では、上述した実施の形態と同様に構成され得る部分について、上述の実施の形態における対応する部分に対して用いた符号と同一の符号を用いることとし、重複する説明を省略する。

上述した第１の実施の形態では、図１に示すように、光源２が、基板の３上に配列された複数のＬＥＤチップ４と、複数のＬＥＤチップ４を覆うカバー５と、を有したチップオンボード型ＬＥＤ光源として構成されている例を示したが、光源２の構成は、上述した構成に限定されない。照明装置の光源は、出光面を有する面光源装置として構成されていればそれ自体既知の種々の形態を採用することができる。例えば、光源は、有機ＥＬ素子にて出光面が形成された有機ＥＬ型光源であってもよいし、蛍光灯を用いた蛍光灯型光源であってもよい。図６に、光源が蛍光灯型光源として構成された例を平面図にて示す。図６に示す例では、光源２は、フレネルレンズシート１０に対向して配置された例えばアルミニウム製の基板３（図１参照）と、基板３の上に配列された複数の蛍光灯７と、複数の蛍光灯７を覆うカバー５と、を有している。図６に示す例では、各蛍光灯７は環状の形状を有し、複数の蛍光灯７が同心円状に配列されている。

図６に示すカバー５は、フレネルレンズシート１０と蛍光灯７との間に位置する出光面５ａを形成するとともに、出光面５ａの周縁に接続されて複数の蛍光灯７を環状に取り囲む側面５ｂも形成している。図示する例では、出光面５ａは、フレネルレンズ１１の形状に対応して円形の形状を有している。

また、出光面５ａは、蛍光灯７からの光を拡散させながらフレネルレンズシート１０に向けて射出する光拡散機能を有している。このような構成によって、各蛍光灯７からの光は出光面５ａに入射し、出光面５ａ上の各位置から拡散光が射出されるようになっている。

≪第２の実施の形態≫
次に、図７乃至図９を参照して、本発明の第２の実施の形態について説明する。図７は、本発明の第２の実施の形態におけるフレネルレンズシートを備えた照明装置を示す概略図であり、図８は、図７に示す照明装置のフレネルレンズシートを示す概略断面図であり、図９は、図７に示す領域Ａを拡大して示す概略断面図である。図７乃至図９を参照して説明する第２の実施の形態は、光源２がフレネルレンズシート１０のフレネルレンズ１１が形成された面１０ｂに対面して配置されている点で異なるが、その他の構成は、第１の実施形態及びその変形例と同様に構成することができる。第２の実施の形態に関する以下の説明及び以下の説明で用いる図面では、上述した第１の実施の形態及びその変形例と同様に構成され得る部分について、上述の第１の実施の形態及びその変形例における対応する部分に対して用いた符号と同一の符号を用いることとし、重複する説明を省略する。なお、図７乃至図９に示す例では、フレネルレンズシート１０が光拡散層２０を備えた例を示しているが、光拡散層２０を備えていなくてもよい。さらに、フレネルレンズシート１０の構成及び光源２の構成は、上述した第１の実施の形態と同様なため、ここでは詳細な説明を省略する。

このような構成からなる本実施の形態の作用について、図７〜図９を参照しながら説明する。

図７に示すように、光源２の出光面５ａの各位置から拡散光Ｌがフレネルレンズシート１０に向けて射出される。全体的には、上述した投影面積Ｓ２の大きいフレネルレンズシート１０が、上述した投影面積Ｓ１が小さい光源２からの発散光を照射されることになる。おおよそ発散光の光路をたどってフレネルレンズシート１０に入射した光Ｌは、フレネルレンズ１１のレンズ作用により、焦点領域付近に集光され、その後、焦点から離れるにつれて拡がって進み、照明領域Ｒを照らす。なお、照明領域Ｒについては、照らしたい範囲に応じて焦点からの距離を適時設定してもよい。

図８及び図９に示すように、光源２がフレネルレンズシート１０のフレネルレンズ１１が形成された面１０ｂに対面して配置された場合、光源２の出光面５ａの各位置から射出された光の多くは、レンズ面１２に入射し、光源２の出光面５ａの各位置から射出された光の一部は、ライズ面１３にも入射する。先ず、フレネルレンズ１１のレンズ面１２に入射する光について説明する。上述したように、基準地点Ｔと出光面５ａの中心とが対面しており、出光面５ａ上の各位置から拡散光が射出される。このため、出光面５ａ上の各位置からある一つのレンズ面１２に向かう光は、当該レンズ面１２と出光面５ａの中央を結ぶ方向に概ね輝度のピークを有し、輝度ピークが得られる方向に対して傾斜するにつれて当該方向での輝度は低下していく。レンズ面１２と出光面５ａの中央を結ぶ方向から概ね入射するピーク方向の光Ｌ２１は、当該レンズ面１２で屈折して集光領域付近に向かって進んでいく。一方、図９に示すように、出光面５ａ上の各位置から拡散光が射出されるため、各レンズ面１２には、当該レンズ面１２へ入射する光の輝度ピークが得られる方向に対して大きく傾斜した光Ｌ２２も入射する場合がある。輝度ピークが得られる方向に対して大きく傾斜した方向に進む光Ｌ２２は、レンズ面１２から期待されたレンズ作用を及ぼされないものの、フレネルレンズシート１０の法線方向ｎｄに対してなす角度が小さくなるように、当該レンズ面１２で屈折して照明領域Ｒに向かっていく。従って、レンズ面１２に入射する大部分の光は、フレネルレンズ１１のレンズ作用によって照明領域Ｒに進んでいく光となる。

一方、フレネルレンズ１１のライズ面１３に入射する光は、図９に二点鎖線で示すように当該入射するライズ面１３が粗面になっていないと仮定すると、フレネルレンズシート１０の法線方向ｎｄに対してなす角度が大きくなるように、当該ライズ面１３で屈折する。とりわけ、図９に示すように、フレネルレンズシート１０の法線方向ｎｄに対して大きく傾斜した光Ｌ０は、当該ライズ面１３でフレネルレンズシート１０の法線方向ｎｄに対してなす角度がさらに大きくなるように屈折して、基準地点Ｔから離間する側に位置するレンズ面１２に接近していく。ライズ面１３で屈折した光Ｌ０が基準地点Ｔから離間する側に位置するレンズ面１２に入射してしまうと、当該レンズ面１２で全反射して意図せぬ方向にその進行方向を変更して、所望の照明領域Ｒの周りを意図せず明るく照らし得る。このような照明領域Ｒの周りを意図せず明るく照らし得る、フレネルレンズシート１０の法線方向ｎｄに対して大きく傾斜した光Ｌ０は、基準地点Ｔから離間した位置にあるライズ面１３ほど入射し易い。

そこで、本実施の形態では、少なくとも一つのライズ面１３は、粗面になっている。さらに、少なくとも１つの粗面になっているライズ面１３が、基準地点Ｔよりもフレネルレンズ１１の周縁１１ａに近接した位置にある。したがって、フレネルレンズシート１０の法線方向ｎｄに対してなす角度がより大きな光が入射し易い基準地点Ｔから離間した位置において、粗面になったライズ面１３が、当該ライズ面１３に入射する光に対して光拡散機能を発現し易い。具体的には、図９に示すように、フレネルレンズシート１０の法線方向ｎｄに対して大きく傾斜した光Ｌ２３、Ｌ２４が、粗面になったライズ面１３に入射すると、拡散しながら当該ライズ面１３を透過して、種々の方向に向かっていくことになる。これにより、ライズ面１３にて拡散された光Ｌ２３の一部を照明領域Ｒに向かわせることができ、図１０に示す従来のフレネルレンズ５１１よりも、照明領域Ｒを効果的に照明することが可能になる。

以上のように、本実施の形態によれば、少なくとも一つのライズ面１３は、粗面になっている。このような形態によれば、フレネルレンズシート１０の法線方向ｎｄに対して大きく傾斜した光Ｌ２３、Ｌ２４がライズ面１３に入射しても、ライズ面１３が粗面になっていれば、当該ライズ面１３に入射した光Ｌ２３、Ｌ２４を、拡散させながら種々の方向に向かわせることができる。これにより、ライズ面１３にて拡散された光Ｌ２３の一部を照明領域Ｒに向かわせることができ、図１０に示す従来のフレネルレンズ５１１よりも、照明領域Ｒを効果的に照明することが可能になる。

また、本実施の形態によれば、少なくとも１つの粗面になっているライズ面１３が、基準地点Ｔよりもフレネルレンズ１１の周縁１１ａに近接した位置にある。上述のように、基準地点Ｔよりもフレネルレンズ１１の周縁１１ａに近接した位置において、問題となるフレネルレンズシート１０の法線方向ｎｄに対してなす角度がより大きい光Ｌ２３、Ｌ２４がライズ面１３に入射し易い。従って、このような形態によれば、フレネルレンズシート１０の法線方向ｎｄに対して大きく傾斜した光Ｌ２３、Ｌ２４を、粗面になったライズ面１３にて拡散させながら種々の方向に向かわせ易くなる。これにより、照明領域Ｒを効果的に照明する機能を有効に発揮することができる。

また、本実施の形態によれば、粗面になっているライズ面１３は、複数の平坦面１４と、隣り合う二つの平坦面１４の間に設けられた凸面１５と、を有している。このような形態によれば、隣り合う二つの平坦面１４の間に設けられた凸面１５によって、ライズ面１３に入射する光に対して発揮する光拡散機能を効果的に実現することができる。

また、本実施の形態によれば、フレネルレンズシート１０のフレネルレンズ１１は、サーキュラフレネルレンズとして構成されており、ライズ面１３の凸面１５は、周方向に延びている。このような形態によれば、粗面になったライズ面１３に入射した光が周方向にムラなく拡散され易くなるため、照明領域Ｒに明るさのムラが生じることを抑制することができる。

また、本実施の形態のフレネルレンズシート１０は、光を拡散させる光拡散層２０をさらに備えている。光拡散層２０によって、出光面５ａから照射される光の一部の進行方向を変化させることができるため、照明領域Ｒをむらなく照明することができる。

また、本実施の形態によれば、フレネルレンズシート１０の法線方向ｎｄに直交する投影面１０ｃに出光面５ａを投影した投影面積Ｓ１は、投影面１０ｃにフレネルレンズ１１を投影した投影面積Ｓ２よりも小さい。この場合、出光面５ａからフレネルレンズ１１に向けて発散光が照射されることになるため、各レンズ面１２に、輝度ピークが得られる方向に対して大きく傾斜した光Ｌ２３、Ｌ２４が入射し易い。各レンズ面１２に、輝度ピークが得られる方向に対して大きく傾斜した光Ｌ２３、Ｌ２４が多く入射すると、所望の照明領域Ｒの周りを意図せず明るく照らしてしまう。従って、本実施の形態のフレネルレンズシート１０及び照明装置１は、このような態様において、照明領域Ｒを効果的に照明する機能を効果的に発揮することができる。

１ 照明装置
２ 光源
５ａ 出光面
１０ フレネルレンズシート
１０ａ シート面
１１ フレネルレンズ
１２ レンズ面
１３ ライズ面
１４ 平坦面
１５ 凸面
２０ 光拡散層
ｄ１ 配列方向
α レンズ角
Ｓ１ 投影面積
Ｓ２ 投影面積
Ｔ 基準位置
Ｘ 光軸

Claims (12)

1. 複数のレンズ面と、隣り合う二つのレンズ面を接続するライズ面と、を含むフレネルレンズを、備えるフレネルレンズシートと、
   前記フレネルレンズシートの前記フレネルレンズが形成された面とは反対側の面に対面して配置された光源と、を備え、
   前記光源は、出光面を有し、前記出光面上の各位置から拡散光が射出され、
   少なくとも１つのライズ面は、粗面になっている、照明装置。
2. 前記出光面から前記フレネルレンズシートに入射し当該フレネルレンズシートの前記レンズ面を透過した光の一部は、当該入射したレンズ面よりも、当該フレネルレンズシートのシート面に対する角度の大きさが最も小さくなるレンズ面が位置する基準地点から離間する側に位置する前記ライズ面に接近していく、請求項１に記載の照明装置。
3. 前記出光面から前記フレネルレンズシートに入射し当該フレネルレンズシートの前記レンズ面を透過した光の一部が接近していく前記ライズ面は、粗面になっている、請求項１に記載の照明装置。
4. 複数のレンズ面と、隣り合う二つのレンズ面を接続するライズ面と、を含むフレネルレンズを、備えるフレネルレンズシートと、
   前記フレネルレンズシートの前記フレネルレンズが形成された面に対面して配置された光源と、を備え、
   前記光源は、出光面を有し、前記出光面上の各位置から拡散光が射出され、
   少なくとも１つのライズ面は、粗面になっている、照明装置。
5. 前記粗面になっているライズ面は、当該ライズ面に入射する光に対して異方性拡散機能を発揮する、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の照明装置。
6. 前記粗面になっているライズ面は、複数の平坦面と、隣り合う二つの平坦面の間に設けられた凸面と、を有している、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の照明装置。
7. 前記フレネルレンズシートの前記フレネルレンズは、サーキュラフレネルレンズとして構成されており、
   前記凸面は、周方向に延びている、請求項６に記載の照明装置。
8. 前記凸面が当該凸面と隣り合う平坦面から突出した高さが１μｍ以上となるような、前記凸面が少なくとも１つある、請求項６または７に記載の照明装置。
9. すべてのライズ面が粗面となっている、請求項１乃至８のいずれか一項に記載の照明装置。
10. 前記フレネルレンズシートは、光を拡散させる光拡散層をさらに備える、請求項１乃至９のいずれか一項に記載の照明装置。
11. 前記フレネルレンズシートの前記シート面に平行な投影面に前記出光面を投影した投影面積は、前記投影面に前記フレネルレンズを投影した投影面積よりも小さい、請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の照明装置。
12. 複数のレンズ面と、隣り合う二つのレンズ面を接続するライズ面と、を含むフレネルレンズを備え、
    少なくとも１つのライズ面は、粗面になっている、フレネルレンズシート。

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