JP2023040564A - 導光体及び照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】照度(輝度)の向上を図ることが可能な導光体を提供する。【解決手段】導光体３は、長さ方向Ｄ１において光源２と対向し光源２からの光が入射する入射面４と、入射面４から入射した光を外部に向けて出射する出射面５と、厚さ方向Ｄ２において出射面５と対向する対向面６と、を有し、対向面６には長さ方向Ｄ１に沿って複数個の段差部６１が設けられている。入射面４から入射した光は各段差部６１において出射面５に向けて反射される。複数個の段差部６１は、平面視において光源２の発光面２１上に中心Ｃを有する同心円に沿った円弧状に形成されている。【選択図】図１

Description

本発明は、導光体及び照明装置に関する。

従来より、夜間における自動車の乗り降りの際に追突事故を防止するためのドア警告灯が提案されており（例えば、特許文献１参照）、このようなドア警告灯として導光体を利用した照明装置が用いられることがある。

導光体は、光源からの光が入射する入射面と、光を出射するための出射面とを、有し、出射面と対向する面には光を反射させるための溝が複数本設けられている。そして、入射面から入射した光は溝を規定する傾斜面により出射面へ向けて反射され、出射面から外部へ出射されるようになっている（例えば、特許文献２，３参照）。

実願平０１－１５２５５６号公報 特開２００３－２０３５１５号公報 特開２０１６－４６００６号公報

導光体を利用した照明装置においては、少ない数の光源で広範囲を照らすことができるといった利点がある一方で、照度(輝度)が低下するといった課題があった。このため、例えば導光体を用いた照明装置をドア警告灯として用いた場合、遠方からの視認性が低下するといった問題があった。

本発明は、照度(輝度)の向上を図ることが可能な導光体及びこれを用いた照明装置の提供を目的とする。

本発明に係る導光体は、第１の方向において光源と対向し、前記光源からの光が入射する入射面と、前記入射面から入射した光を外部に向けて出射する出射面と、前記第１の方向と交差する第２の方向において前記出射面と対向する対向面と、を有し、前記対向面には前記第１の方向に沿って複数個の段差部が設けられ、前記入射面から入射した光は、各段差部において前記出射面に向けて反射され、前記複数個の段差部は、平面視において前記光源の発光面上に中心を有する同心円に沿った円弧状に形成されている。

本発明に係る導光体は、第１の方向において複数個の光源と対向し、前記複数個の光源からの光が入射する入射面と、前記入射面から入射した光を外部に向けて出射する出射面と、前記第１の方向と交差する第２の方向において前記出射面と対向する対向面と、を有し、前記対向面には前記第１の方向に沿って複数個の段差部が設けられ、前記入射面から入射した光は、各段差部において前記出射面に向けて反射され、前記複数個の段差部の各々は、複数個の円弧が連なった波形状を有し、前記複数個の円弧の各々は、平面視において対応する前記光源の発光面上に曲率中心を有する円弧形状である。

本発明に係る導光体は、第１の方向において光源と対向し、前記光源からの光が入射する入射面と、前記入射面から入射した光を外部に向けて出射する出射面と、前記第１の方向と交差する第２の方向において前記出射面と対向する対向面と、を有し、前記対向面には前記第１の方向に沿って複数個の段差部が設けられ、前記入射面から入射した光は、各段差部において前記出射面に向けて反射され、前記第１の方向に対して垂直な第３の方向における幅寸法が前記光源から遠ざかるに従い漸増する先太りテーパ形状を有する。

本発明に係る照明装置は、光源と、前記光源と対向配置された導光体と、を備え、前記導光体は上述の導光体の何れかである。

本発明に係る導光体によれば、複数個の光源と対向する入射面を有し、出射面と対向する対向面には複数個の段差部が設けられ、これら複数個の段差部は、平面視において光源の発光面上に中心を有する同心円に沿った円弧状に形成されているので、出射面から出射される光の照度を向上させることができる。

本発明に係る導光体によれば、出射面と対向する対向面には複数個の円弧が連なった波形状を有する段差部が複数個設けられ、これら複数個の円弧の各々は、平面視において対応する光源の発光面上に曲率中心を有する円弧形状とされているので、出射面から出射される光の照度を向上させることができる。

本発明に係る導光体によれば、出射面と対向する対向面には光を反射させるための複数個の段差部が設けられ、導光体は光源から遠ざかるに従い幅寸法が漸増する先太りテーパ形状を有するので、出射面から出射される光の照度を向上させることができる。

本発明に係る照明装置によれば、上述の導光体を備えるので、上述したのと同様の効果を達成できる。

（ａ）は本発明の第１実施形態に係る照明装置を示す平面図、（ｂ）はその側面図。 図１に示す照明装置の拡大斜視図。 図１に示す照明装置の第１変形形態を示す平面図。 図１に示す照明装置の第２変形形態を示す平面図。 本発明の第２実施形態に係る照明装置を示す平面図。 （ａ）は比較例１の照明装置を示す斜視図、（ｂ）はシミュレーション結果を示す図であって、実施例１及び比較例１において出射面から出射される光の照度分布を示す図。 （ａ）は比較例２の照明装置を示す平面図、（ｂ）はシミュレーション結果を示す図であって、実施例２及び比較例２において出射面から出射される光の照度分布を示す図。 比較例３の導光体を示す斜視図。 実施例３～５及び比較例３において用いられる導光体の平面図及び光の照度分布を示す図。 図９に示す光のピーク照度及び出射効率を比較して示すグラフ。 （ａ）はシミュレーションで用いられる導光体を説明する図、（ｂ）は直線状の段差部を有する導光体において広がり角度を変えた場合における光の照度分布を示す図、（ｃ）は円弧状の段差部を有する導光体において広がり角度を変えた場合における光の照度分布を示す図、（ｄ）は図１１（ｂ）及び図１１（ｃ）に示す照度分布におけるピーク照度を比較して示すグラフ。 （ａ）は実施例７の照明装置を示す平面図及びシミュレーションで得られた光の照度分布を示す図、（ｂ）は（ａ）に示す導光体のプリズムの曲率を説明する図、（ｃ）は比較例４の照明装置を示す平面図及びシミュレーションで得られた光の照度分布を示す図、（ｄ）は（ｃ）に示す導光体のプリズムの曲率を説明する図。 （ａ）は実施例８の照明装置を示す平面図及びシミュレーションで得られた光の照度分布を示す図、（ｂ）は比較例５の照明装置を示す平面図及びシミュレーションで得られた光の照度分布を示す図。

［第１実施形態］
以下、添付図面を参照して、本発明の第１実施形態に係る照明装置について説明する。図１及び図２に示すように、本実施形態に係る照明装置１は、光源２と、光源２と対向配置された導光体３と、を備える。光源２としては、例えば発光ダイオードが用いられる。

導光体３は長さ方向Ｄ１（第１の方向）に延びる光透過性樹脂製の板状部材であって、光源２からの光が入射する入射面４と、外部に向けて光を出射する出射面５と、出射面５と対向する対向面６と、長さ方向Ｄ１先端に位置する先端面７と、を有する。

入射面４は長さ方向Ｄ１において光源２と対向し、出射面５は長さ方向Ｄ１に沿って長尺状に延びている。対向面６は長さ方向Ｄ１に垂直な厚さ方向Ｄ２（第２の方向）において出射面５と対向する。また、長さ方向Ｄ１及び厚さ方向Ｄ２に対して垂直な幅方向Ｄ３（第３の方向）において、導光体２の両側縁３１，３１は長さ方向Ｄ１に対して傾斜して延びており、導光体３は、その幅寸法（出射面５及び対向面６の幅寸法）が光源２から遠ざかるに従い漸増するテーパ形状となっている。以下、長さ方向Ｄ１と導光体３の側縁３１がなす角度を導光体３の広がり角度αという。

対向面６には、複数個の段差部６１が階段状に設けられ、これによって厚さ方向Ｄ２における導光体３の寸法（厚み寸法）は光源２から遠ざかるに従い階段状に漸減する。これら複数個の段差部６１（より具体的に、段差部６１の立ち上がり面６１ａ）及び先端面７は、入射面４から入射した光を出射面５へ向けて反射させるためのプリズム（反射面）８として機能し、これらは光源２の発光面２１上の中心点Ｃを通り厚さ方向Ｄ２に延びる中心線Ｃ’を中心とする同心円筒に沿った円弧状に形成されている。よって、図１（ａ）に示す平面視において、プリズム８（即ち、段差部６１及び先端面７）は光源２の発光面２１上の中心点Ｃを中心とする同心円に沿った円弧状であり、各プリズム８の曲率は光源２から遠ざかるに従い漸減し、プリズム８の円弧の曲率中心は中心点Ｃとなっている。また導光体３は、各プリズム８の円弧を含み全体として、中心点Ｃを通り長さ方向Ｄ１に延びる中心軸線Ｅに対して線対称とされている。

かかる構成において、光源２から発光された光Ｌは入射面４から導光体３内に入射し、プリズム８により出射面５に向けて反射され、出射面５から導光体３の外部に出射される。

このように、平面視において導光体３を先太りテーパ形状とすると共に、プリズム８としての段差部６１及び先端面７を平面視において同心円に沿った円弧形状とすることによって、出射面５から出射される光の照度を向上させることができる。

なお、長さ方向Ｄ１におけるプリズムピッチＰや厚さ方向Ｄ２におけるプリズム深さＦ、広がり角度α、長さ方向Ｄ１に対するプリズム８の傾き角度βについては、照明装置１の用途等に応じて適宜設定すればよい。

図３及び図４に本実施形態の第１及び第２変形形態に係る照明装置１０１，２０１を示す。図３に示す照明装置１０１が備える導光体１０３は、上述した導光体３と略同一であるが、導光体１０３の幅寸法は一定（即ち、広がり角度αはゼロ）であり、平面視において矩形状に構成されている。一方、図４に示す照明装置２０１が備える導光体２０３は、上述の導光体３と略同一であるが、段差部２６１及び先端面１０７（プリズム）は幅方向Ｄ３に沿って直線状に形成されている。このような導光体１０３，２０３を採用した場合であっても、従来の導光体と比較して、出射面５から出射される光の照度を向上させることができる。

［第２実施形態］
次に、図５を参照して本発明の第２実施形態に係る照明装置３０１について説明する。 なお、以下の説明において、第１実施形態の照明装置１と実質同一の部材には同一の参照番号を付し、その説明は省略する。

図５に示すように照明装置３０１は、幅方向Ｄ３に沿って配列された複数個（図５に示す例では２個）の光源２と、これら複数個の光源２と対向配置された導光体３０３と、を備える。導光体３０３は上述の導光体３と略同一であるが、導光体３０３の対向面６に設けられた段差部３０６及び先端面３０７の各々は、複数個の光源２に対応して複数個の円弧が連なった波形状とされている。そして、各円弧は、平面視において対応する光源２の発光面２１上に曲率中心Ｃを有する円弧形状であり、中心軸Ｅに対して線対称とされている。換言すると、各段差部３０６及び先端面３０７は、上述の段差部６及び先端面７が複数個連なった形状とされており、これら段差部３０６（より具体的には段差部３０６の立ち上がり面）及び先端面３０７が光を反射させるためのプリズムとして機能する。

このような導光体３０３であっても、従来の導光体と比較して出射面５から出射される光の照度を向上させることができる。

次に、実施例及び比較例の照明装置のモデルを用いて行った光学シミュレーションについて説明する。なお、本発明に係る照明装置は、以下の実施例に限定されるものではない。
［実施例１］
下記の実施例１及び比較例１における照度（出射面５から出射される光のピーク照度）及び出射効率(光源からの光が評価面に到達する割合)をシミュレーションにより求めた。実施例１及び比較例１の何れにおいても、広がり角度αは２．５°、導光体から評価面までの距離は３０ｍ、評価面サイズは３０ｍ角とし、プリズムピッチＰ及びプリズム深さＦは一定とした。また光源には光束０．５４５ｌｍ、一般的な指向性半値角１２０°のＬＥＤをモデル化したものを適用した(評価面での照度１.３５３Ｅ－４ｌｘ、効率０．０８６)。
実施例１：第２変形形態に係る導光体２０３（図４）を用いた。
比較例１：図６（ａ）に示す導光体３Ａを用いた。対向面６にはプリズムとして、段差部に代えて複数個の溝９が設けられており、溝９は幅方向Ｄ３に沿って直線状に延びている。

図６（ｂ）に実施例１及び比較例１についてのシミュレーション結果を示す。実施例１においては比較例１と比較して照度及び出射効率が向上しているのが確認できた。これにより、プリズム８として溝に代えて段差部を採用することにより照度を向上できることが確認できた。

［実施例２］
実施例２及び比較例２における照度及び出射効率をシミュレーションにより求めた。実施例２及び比較例２における広がり角度α、導光体から評価面までの距離、評価面サイズ、プリズムピッチＰ、及びプリズム深さＦは、上述した実施例１，比較例１と同一とした。
実施例２：第１実施形態に係る導光体３（図１）を用いた。
比較例２：図７（ａ）に示す導光体３Ｂを用いた。導光体３Ｂは図６（ａ）に示す導光体３Ａと略同一であるが、対向面６には直線状の溝９に代えて円弧状の溝１０が形成されており、これらの溝１０及び先端面７Ｂは、第１実施形態におけるプリズム８と同様に、平面視において光源２の発光面上の中心点Ｃを中心とする同心円に沿った円弧状とされている。

図７（ｂ）に実施例２及び比較例２についてのシミュレーション結果を示す。実施例２においては比較例２と比較して照度及び出射効率が向上しているのが確認できた。これによっても、プリズム８として溝に代えて段差部を採用することにより照度を向上できることが確認できた。

［実施例３～５］
以下の実施例３～５及び比較例３における照度及び出射効率をシミュレーションにより求めた。
実施例３：第１実施形態に係る導光体３（図１）を用いた。広がり角度αは２．５°とした。
実施例４：第１変形形態に係る導光体１０３（図３）を用いた。
実施例５：第２変形形態に係る導光体２０３（図４）を用いた。広がり角度αは２．５°とした。
比較例３：図８に示す導光体３Ｃを用いた。導光体３Ｃは第２変形形態に係る導光体２０３（図４）と略同一であるが、テーパ形状を有さず、平面視において矩形状（広がり角度α＝０°）となっている。

図９及び図１０に実施例３～５及び比較例３で用いた導光体の平面図及びシミュレーション結果を示す。図９及び図１０に示す様に、比較例３と比較して、実施例３のピーク照度は３．８６倍、出射効率は１．４９倍、実施例４のピーク照度は２．７１倍、出射効率は１．０７倍、実施例５のピーク照度は２．１５倍、出射効率は１．４５倍に、それぞれ向上しているのが確認できた。

［実施例６］
次に、広がり角度αが照度に与える影響を検証するために行ったシミュレーションについて説明する。なお、以下の説明において、プリズム８としての段差部が第１実施形態の段差部６１と同様に平面視において同心円に沿った円弧状とされたものを「円弧プリズム」と言い、プリズム８としての段差部が第２変形形態の段差部２６１と同様に幅方向Ｄ３に沿って直線状とされたものを「ストレートプリズム」と言う。

ここでは、図１１（ａ）に示す様に円弧プリズムを有する導光体について、入射面４の面積は一定としつつ、広がり角度αを０°から０．５°（両側合わせて合計で１．０°）ずつ広げてシミュレーションを行った。その結果を図１１（ｂ）に示す。また、ストレートプリズムを有する導光体についても同様に、入射面４の面積は一定としつつ、広がり角度αを０°から０．５°（両側合わせて合計で１．０°）ずつ広げてシミュレーションを行った。その結果を図１１（ｃ）に示す。いずれも、導光体から評価面までの距離は３０ｍ、評価面のサイズは３０ｍ角、入射面の幅寸法は３ｍｍ、プリズムピッチＰは１０ｍｍ、プリズム深さＦは０．３ｍｍ、段差部の傾き角度βは４５°とした。

図１１（ｄ）に示すように、いずれの場合においても広がり角度αが大きくなるに連れてピーク照度が増大した。また、ストレートプリズムと比較して、円弧プリズムの方がピーク照度は大きかった。

これらのシミュレーション結果から、照度向上の観点からは、広がり角度αを付けることで一定の効果が得られ、円弧プリズムを採用することでも一定の効果が得られ、また広がり角度αを付けつつ円弧プリズムも採用することで更に高い効果が得られることが確認できた。

［実施例７］
以下の実施例７及び比較例４における照度及び出射効率をシミュレーションにより求めた。
実施例７：第１実施形態に係る導光体３（図１，図１２（ａ））を用いた。プリズム８は光源２の発光面２１上の中心点Ｃを中心とする同心円に沿った円弧状であり、図１２（ｂ）に示すように、その曲率半径Ｒは光源２に近い順から１０ｍｍ，２０ｍｍ，３０ｍｍ，４０ｍｍ，５０ｍｍとした。
比較例４：図１２（ｃ）に示す導光体３Ｄを用いた。導光体３Ｄは図１２（ａ）に示す導光体３と略同一であるが、図１２（ｄ）に示すように、そのプリズムの曲率半径は全て同一であり、ここでは１０ｍｍとした。

その結果、実施例７におけるピーク照度が約０．００１８０ｌｘであるのに対して比較例４におけるピーク照度は約０．００１３９ｌｘであり、プリズム８を中心点Ｃを中心とする同心円に沿った円弧状とすることにより、プリズム８の曲率を同一とするよりも照度を向上できることが確認できた。

［実施例８］
以下の実施例８及び比較例５における照度及び出射効率をシミュレーションにより求めた。
実施例８：第２実施形態に係る導光体３０３（図５,図１３（ａ））を用いた。
比較例５：図１３（ｂ）に示す導光体３Ｅを用いた。導光体３Ｅは導光体３０３と略同一であるが、プリズム８Ｅを同心円に沿った円弧状とし、同心円の中心を一対の光源２の発光面上の中心点Ｃの中間点Ｍとした。

図１３から分るように、比較例５と比較して実施例８のピーク照度が大きく向上しており、プリズムを構成する円弧の曲率中心が対応の光源２上に位置するように設計することにより、光源２の個数を増やして導光体の幅寸法を広げても照度を向上できることが確認できた。

ここで、円弧プリズムにより照度を向上できるのは、出射方向の集光効果が強く作用し、光の拡散が抑制されたことによるものと考えられる。また広がり角度αを付ける（先太りテーパ形状とする）ことにより照度を向上できるのは、テーパ形状により光が平行光に近づき、より効率良くプリズムに光を当てることができることによるものと考えられる。より具体的に、導光体の幅寸法を一定にした場合には、光は同角度で全反射し続けるため、光は色々な方向へ飛び、プリズムにランダムに当たって拡散し、見た目での明るさが暗く感じる。これに対して導光体を先太りテーパ形状とした場合には、光は先端に向かって全反射することで平行光に近づくことから、プリズムへまとまった光を当てることができ、またプリズム面積も増えることから、見た目での明るさが明るくなる。

以上、本発明の実施形態及び変形形態に係る照明装置について添付の図面を参照して説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されず、本発明の範囲を逸脱することなく種々の変形、修正が可能である。

例えば、上記実施形態及び変形形態においては、複数個の段差部及び先端面を平面視において同心円に沿った円弧形状（又は当該円弧形状が複数個連なった波形形状）としたが、少なくとも複数個の段差部が平面視において同心円に沿った円弧形状（又は当該円弧形状が複数個連なった波形形状）であれば良く、先端面については他の形状（例えば、幅方向Ｄ３に直線状）としても一定程度の効果を得ることができる。

また、本発明の実施形態及び変形形態に係る照明装置の用途はドア警告灯に限定されず、その他の様々な用途に使用できる。

上記実施形態及び変形形態においては、対向面６は長さ方向Ｄ１に垂直な厚さ方向Ｄ２において出射面５と対向し、出射面５は長さ方向Ｄ１に沿って長尺状に延びるが、本発明はこれに限定されず、出射面５は長さ方向Ｄ１に対して傾斜して延びてもよく、出射面５と対向面６とは長さ方向Ｄ１と交差する方向において相互に対向すればよい。

さらに光源の指向性半値角は１２０°以外でも同様の効果を得ることができる。

１，１０１，２０１，３０１ 照明装置
２ 光源
３，１０３，２０３，３０３ 導光体
４ 入射面
５ 出射面
６ 対向面
８ プリズム
２１ 発光面
６１，２６１ 段差部
α 広がり角度
β 傾き角度
Ｄ１ 長さ方向
Ｄ２ 厚さ方向
Ｄ３ 幅方向
Ｃ 中心点（曲率中心）
Ｃ’ 中心線
Ｅ 中心軸線

Claims (7)

1. 第１の方向において光源と対向し、前記光源からの光が入射する入射面と、
   前記入射面から入射した光を外部に向けて出射する出射面と、
   前記第１の方向と交差する第２の方向において前記出射面と対向する対向面と、を有し、
   前記対向面には前記第１の方向に沿って複数個の段差部が設けられ、
   前記入射面から入射した光は、各段差部において前記出射面に向けて反射され、
   前記複数個の段差部は、平面視において前記光源の発光面上に中心を有する同心円に沿った円弧状に形成されていることを特徴とする導光体。
2. 前記第１の方向の先端に位置する先端面を更に有し、
   前記複数個の段差部及び前記先端面は、平面視において前記光源の発光面上に中心を有する同心円に沿った円弧状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の導光体。
3. 第１の方向において複数個の光源と対向し、前記複数個の光源からの光が入射する入射面と、
   前記入射面から入射した光を外部に向けて出射する出射面と、
   前記第１の方向と交差する第２の方向において前記出射面と対向する対向面と、を有し、
   前記対向面には前記第１の方向に沿って複数個の段差部が設けられ、
   前記入射面から入射した光は、各段差部において前記出射面に向けて反射され、
   前記複数個の段差部の各々は、複数個の円弧が連なった波形状を有し、
   前記複数個の円弧の各々は、平面視において対応する前記光源の発光面上に曲率中心を有する円弧形状であることを特徴とする導光体。
4. 第１の方向において光源と対向し、前記光源からの光が入射する入射面と、
   前記入射面から入射した光を外部に向けて出射する出射面と、
   前記第１の方向と交差する第２の方向において前記出射面と対向する対向面と、を有し、
   前記対向面には前記第１の方向に沿って複数個の段差部が設けられ、
   前記入射面から入射した光は、各段差部において前記出射面に向けて反射され、
   前記第１の方向に対して垂直な第３の方向における幅寸法が前記光源から遠ざかるに従い漸増する先太りテーパ形状を有することを特徴とする導光体。
5. 前記複数個の段差部は、平面視において前記光源の発光面上に中心を有する同心円に沿った円弧状に形成されていることを特徴とする請求項４に記載の導光体。
6. 前記入射面は、前記第３の方向に配列された複数個の光源と対向し、
   前記複数個の段差部の各々は、複数個の円弧が連なった波形状を有し、
   前記複数個の円弧の各々は、平面視において対応する前記光源の発光面上に曲率中心を有する円弧形状であることを特徴とする請求項４に記載の導光体。
7. 光源と、
   前記光源と対向配置された導光体と、を備え、
   前記導光体は請求項１～６の何れかに記載の導光体であることを特徴とする照明装置。
   
   

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