JP2024001591A - レンズ、光源装置及び表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】設計、加工、検査等が容易であり、被照射面における照射範囲の形状が長方形との類似性が高い配光特性を付与することが可能なレンズ、及びそれを用いた光源装置及び表示装置を提供する。【解決手段】ＬＥＤ素子３から出射された光に所定の配光特性を付与して被照射面を照射するレンズ４であって、ＬＥＤ素子３から出射された光が入射する入射面４１と、入射面４１に入射した光を出射する出射面４２とを備え、出射面４２は、ＬＥＤ素子３の光軸３ａに直交するＸ方向の長さが光軸３ａ及びＸ方向に直交するＹ方向の長さよりも大きく形成され、Ｘ方向に直交する各断面における入射面４１及び出射面４２は、それぞれ半円状に形成されている。【選択図】図２

Description

本発明は、レンズ、光源装置及び表示装置に関する。

近年、発光素子から出射された光の配光を制御する光束制御部材であって、照度ムラの発生を抑制する光束制御部材が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１に記載された光束制御部材は、発光素子の光軸を中心とする回転対称面から形成され、又は光軸に直交する断面が楕円形状の入射面と、光軸に直交する断面が楕円形状の出射面とを備え、出射面の中央部に光軸に交わるように出射凹部が形成されている。この光束制御部材により、発光素子の光軸に直交し、かつ、互いに直交する２方向について、それぞれ個別に配光を制御することができるとしている。

特許第６０４６３９８号公報

従来の光束制御部材によると、出射面を半円状以外の楕円状等の二次曲線を用いて構成していることから、使用目的に応じた最適な設計が容易ではなく、光束制御部材の安定した加工や検査が難しい。一方、本発明者の知見によると、複数の発光素子を用いて被照射面を照射する場合、１つの発光素子から出射した被照射面上の照射範囲の形状が長方形に近い方が被照射面における照度ムラを抑制する上で好ましいことを見出した。

本発明の課題は、設計、加工、検査等が容易であり、被照射面における照射範囲の形状が長方形との類似性が高い配光特性を付与することが可能なレンズ、及びそれを用いた光源装置及び表示装置を提供することにある。

上記課題を解決するため、発光素子から出射された光に所定の配光特性を付与して被照射面を照射するレンズであって、前記発光素子から出射された光が入射する入射面と、前記入射面に入射した光を出射する出射面と、を備え、前記出射面は、前記発光素子の光軸に直交する第１の方向の長さが前記光軸及び前記第１の方向に直交する第２の方向の長さよりも大きく形成され、前記第１の方向に直交する各断面における前記入射面及び前記出射面は、それぞれ半円状に形成された、レンズを提供する。

また、上記レンズを用いた光源装置として、長手方向に延びる回路基板と、前記回路基板の一方の面に前記長手方向に沿って実装された複数の発光素子と、前記発光素子個々に対応して前記第２の方向が前記長手方向となるように設けられ、前記発光素子から出射される光に所定の配光特性を付与する複数の上記レンズと、を備えた光源装置でもよい。

また、上記レンズを用いた表示装置として、上記光源装置と、前記光源装置を収容する筐体と、前記筐体の一部に配置され、前記光源装置が照射する表示対象と、を備えた表示装置でもよい。

本発明によれば、設計、加工、検査等が容易であり、被照射面における照射範囲の形状が長方形との類似性が高い配光特性を付与することができる。

本発明の第１の実施の形態に係る光源装置の外観の一例を示す斜視図である。 図１のＡ－Ａ線断面図である。 図１のＢ－Ｂ線断面図である。 レンズの外観の一例を示す斜視図である。 図４に示すレンズの外観の一例を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は正面図、（ｄ）は底面図である。 図４に示すレンズの断面形状を説明するための平面図である。 （ａ）は、図６のＣ１－Ｃ１線断面図、（ｂ）は、図６のＣ２－Ｃ２線断面図、（ｃ）は、図６のＣ３－Ｃ３線断面図、（ｄ）は、図６のＣ４－Ｃ４線断面図、（ｅ）は、図６のＣ５－Ｃ５線断面図、（ｆ）は、図６のＣ６－Ｃ６線断面図、（ｇ）は、図６のＣ７－Ｃ７線断面図、（ｈ）は、図６のＣ８－Ｃ８線断面図である。 第１の実施の形態に係るレンズの配光特性を説明するための図であり、図２に対応する断面図である。 第１の実施の形態に係るレンズの配光特性を説明するための図であり、図３に対応する断面図である。 （ａ）、（ｂ）は被照射面における照射範囲の問題点を説明するための図である。 （ａ）、（ｂ）は被照射面における照射範囲の一例を示す平面図である。 （ｃ）は図１１Ａ（ａ）のＤ－Ｄ線断面図、（ｄ）は図１１Ａ（ａ）のＥ－Ｅ線断面図である。 本発明の第２の実施の形態に係る光源装置の図１のＡ－Ａ線断面図に相当する断面図である。 本発明の第２の実施の形態に係る光源装置の図１のＢ－Ｂ線断面図に相当する断面図である。 第２の実施の形態に係るレンズの配光特性を説明するための図であり、図１２に対応する断面図である。 第２の実施の形態に係るレンズの配光特性を説明するための図であり、図１３に対応する断面図である。 本発明の第３の実施の形態に係る光源装置の図１のＡ－Ａ線断面図に相当する断面図である。 本発明の第４の実施の形態に係る表示装置の外観の一例を平面図である。 図１７ＡのＦ－Ｆ線断面図である。 第３の実施の形態に対応する実施例１の被照射面における照度分布を示す図である。 第２の実施の形態に対応する実施例２の被照射面における照度分布を示す図である。 第４の実施の形態に対応する実施例３の被照射面における照度分布を示す図である。 第４の実施の形態に対応する実施例３の被照射面における照度分布を示す図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、各図中、実質的に同一の機能を有する構成要素については、同一の符号を付してその重複した説明を省略する。

［第１の実施の形態］
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る光源装置の外観の一例を示す斜視図である。この光源装置１は、長手方向に延びる回路基板２と、回路基板２の表面２ａに長手方向に沿って実装された複数のＬＥＤ素子３と、ＬＥＤ素子３個々に対応して設けられ、ＬＥＤ素子３から出射された光に所定の配光特性を付与する複数のレンズ４と、透光性を有し、ＬＥＤ素子３及びレンズ４が実装された回路基板２を収容する管状部材５とを備える。なお、本明細書において、回路基板２の長手方向をＹ方向、回路基板２の幅方向をＸ方向、回路基板２に垂直な方向をＺ方向とする。ここで、Ｘ方向は、第１の方向の一例である。Ｙ方向は、第２の方向の一例である。表面２ａは、一方の面の一例である。ＬＥＤ素子３は、発光素子の一例である。

回路基板２は、例えば、ガラス基材（例えば、ＦＲ－４等）、エポキシ系・ポリエステル系コンポジット基材（例えば、ＣＥＭ－３等）等から形成された基材を用いることができる。回路基板２の基材には、ＬＥＤ素子３を実装するための図示しない配線パターンが形成され、回路基板２の表面２ａには、複数のＬＥＤ素子３が長手方向（Ｙ方向）に沿って１列に一定の間隔（ピッチＰ）を設けて実装されている。回路基板２は、外部から配線パターンを介してＬＥＤ素子３に電力が供給されてもよく、回路基板２に備えた電源部から配線パターンを介してＬＥＤ素子３に電力が供給されてもよい。

ＬＥＤ素子３は、本実施の形態では、電極がボンディングワイヤ等の接続部材によって接続されるＬＥＤ素子３を用いるが、これに限定されるものではない。例えば、フリップチップ型のＬＥＤ素子を用いてもよい。また、ＬＥＤ素子３としては、例えば、青色ＬＥＤを蛍光体により波長変換して白色を発光するものを用いるが、これに限定されるものではなく、他の色を発光するものを用いてもよい。

レンズ４は、ＬＥＤ素子３から出射された光に所定の配光特性、例えば、回路基板２の長手方向（Ｙ方向）よりも回路基板２の幅方向（Ｘ方向）に広がる配光特性を付与する。レンズ４は、例えば、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂等の光透過性を有する透明部材から形成されている。レンズ４の形状の詳細については、後述する。

管状部材５は、長手方向（Ｙ方向）に渡って同一の断面形状を有し、底部５１と、底部５１に立設された一対の脚部５２と、一対の脚部５２に接続して半円筒状に形成された弧状部５３と、一対の脚部５２の内側にそれぞれ突出するように設けられ、回路基板２を保持する一対の基板保持部５４とを備える。管状部材５は、例えば、ＰＭＭＡ（ポリメタルクリル酸メチル）、ポリカーボネート等の透明樹脂から形成され、例えば、押出成形により製造される。

なお、管状部材５は、断面円筒状、断面楕円状等の管状に形成されていてもよい。この場合において、回路基板２の表面２ａだけでなく裏面２ｂにもＬＥＤ素子３を実装してもよい。これにより、被照射面が回路基板２の表面２ａ側及び裏面２ｂ側に存在する表示装置に適用することができる。ここで、「被照射面」とは、ＬＥＤ素子３の出射側に設けられ、ＬＥＤ素子３の光軸３ａに直交する照射対象又は表示対象の面をいう。また、被照射面における照度ムラを抑制するため、管状部材５の材料の透明樹脂に拡散剤を含ませてもよい。

（レンズの構成）
図２は、図１のＡ－Ａ線断面図、図３は、図１のＢ－Ｂ線断面図である。図４は、レンズの外観の一例を示す斜視図である。図５は、図４に示すレンズの外観の一例を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は正面図、（ｄ）は底面図である。なお、図２は、後述する脚部４５及び位置決めピン４６の図示を省略している。また、図４は、後述する位置決めピン４６の図示を省略している。

レンズ４は、図２等に示すように、ＬＥＤ素子３から出射された光が入射する入射面４１と、入射面４１に入射した光が出射する出射面４２と、入射面４１に入射した光の一部を全反射して出射面４２から出射させる反射面４３と、レンズ４のＸ方向の長さを規定する端面４４とを備える。なお、端面４４を設けなくてもよい。

また、レンズ４は、図３等に示すように、回路基板２の表面２ａに配置される一対の脚部４５と、回路基板２に形成された位置決め孔２ｃに嵌合される一対の位置決めピン４６とを備える。

さらに、レンズ４は、図５（ａ）に示すように、平面視において、ＬＥＤ素子３の光軸３ａに直交するＸ方向の長さＬｘがＹ方向の長さＬｙ（ただし、光学的機能を有していない脚部４５及び位置決めピン４６は除く。）よりも大きく形成されている。具体的には、出射面４２のＸ方向の長さをＬｘ、Ｙ方向の長さをＬｙとするとき、本実施の形態は、Ｌｘ＝１５．０ｍｍ、Ｌｙ＝１２．９ｍｍ、長さ比Ｌｘ／Ｌｙ＝１．１６としているが、これらに限られない。例えば、被照射面における照射範囲のＸ方向及びＹ方向の大きさに応じて長さ比Ｌｘ／Ｌｙを１．０５～１．６としてもよい。

反射面４３は、図２に示すように、平面により形成され、Ｘ方向に対し、ＬＥＤ素子３から光が出射される側に所定の角度θｒ傾斜している。反射面４３を設けることにより、被照射面１０（後述する図１１Ａ（ａ）参照）における最大照度Ｅ１を高めることができる。また、反射面４３のＸ方向に対する角度θｒを調整することで、被照射面１０のおけるＸ方向の照射範囲を調整することができる。角度θｒと照射範囲との関係については、図１１を参照して後述する。さらに、反射面４３を設けることにより、図３に示すように、回路基板２との間に空隙４７が形成されるため、ＬＥＤ素子３からの発熱を空隙４７を介して外部に放熱しやすくなる。

（レンズの断面形状）
図６は、図４に示すレンズ４の断面形状を説明するための平面図である。図７（ａ）は、図６のＣ１－Ｃ１線断面図、（ｂ）は、図６のＣ２－Ｃ２線断面図、（ｃ）は、図６のＣ３－Ｃ３線断面図、（ｄ）は、図６のＣ４－Ｃ４線断面図、（ｅ）は、図６のＣ５－Ｃ５線断面図、（ｆ）は、図６のＣ６－Ｃ６線断面図、（ｇ）は、図６のＣ７－Ｃ７線断面図、（ｈ）は、図６のＣ８－Ｃ８線断面図である。なお、図６及び図７は、脚部４５及び位置決めピン４６の図示を省略している。

Ｘ方向に直交する各断面における出射面４２は、図７（ａ）～（ｈ）に示すように、それぞれ半円状に形成され、各断面における発光中心３ｂを通るＸ方向に延びるＸ軸線３ｃから出射面４２までの半径Ｒが、当該断面が発光中心３ｂからＸ方向に離れるに従って小さくなるように形成されている。また、半径Ｒは、各断面において一定である。

また、Ｘ方向に直交する各断面における入射面４１は、図７（ａ）～（ｄ）に示すように、それぞれ半円状に形成され、各断面における発光中心３ｂを通るＸ方向に延びるＸ軸線３ｃから入射面４１までの半径ｒが、当該断面が発光中心３ｂからＸ方向に離れるに従って小さくなるように形成されている。また、半径ｒは、各断面において一定である。すなわち、レンズ４の入射面４１及び出射面４２のＸ方向に直交する各断面形状を半円状とし、反射面４３を平面とすることにより、入射面４１及び出射面４２のＸ方向に直交する各断面形状を半円状以外の曲線した場合と比較して、レンズの設計、加工、検査等が容易となる。なお、Ｙ方向に直交する各断面における入射面４１及び出射面４２は、円弧ではない曲線となる。

ここで、図２に示すＸ－Ｚ断面における入射面４１及び出射面４２の形状について説明する。入射面４１及び出射面４２は、例えば、Ｘ方向に広げる配光の程度に応じて複数回のシミュレーションを繰り返して曲線を定める。Ｘ方向への配光を広げる場合は、出射面４２の曲率を小さくする方向（平らに近くなる方向）に調整し、入射面４１は逆に曲率を大きくする方向（カーブがきつくなる方向）に調整する。Ｘ方向への配光を絞りたい場合は、出射面４２の曲率を大きくする方向に調整し、入射面４１は逆に曲率を小さくする方向に調整する。

本実施の形態のＸ－Ｚ断面において、入射面４１の具体的な曲線ｙｉは、例えば、次の式（１）に示す曲線とし、出射面４２の具体的な曲線ｙｏは、例えば、次の式（２）に示す曲線とした。
ｙｉ＝０．００７ｘ^４－０．５ｘ^２＋５．７ ・・・（１）
ｙｏ＝－０．０００６ｘ^４－０．０２ｘ^２＋６．４５ ・・・（２）
ただし、ｙｉ、ｙｏ、ｘは、発光中心３ｂを原点とし、ｍｍを単位とする。
なお、上記式（１）、（２）は、３次以上の多次関数（例えば、４次関数）で示しているが、ベジェ曲線やスプライン曲線等の他の曲線でもよい。また、Ｘ－Ｚ断面における入射面４１及び出射面４２の曲線は、発光中心３ｂから被照射面１０までの距離や被照射面１０における照射範囲のサイズに応じて調整する必要がある。

図２に示すＸ－Ｚ断面における入射面４１及び出射面４２の２つの曲線（一定半径の円弧以外の曲線）だけを調整して曲線ｙｉ、ｙｏを決定すれば、図７に示すＹ－Ｚ断面は単純な一定半径の円弧でレンズ４を設計できるため、レンズ４の設計、加工、検査等が容易になる。これに対し、特許第６０４６３９８号公報の請求項１に記載のように、「出射面および入射面の光軸に直交する断面は、いずれも楕円形状」とした場合、Ｘ－Ｚ断面及びＹ－Ｚ断面の入射面及び出射面が半円状以外の曲線となる。このため、Ｘ－Ｚ断面及びＹ－Ｚ断面における入射面及び出射面の４つの曲線を全て調整しなければならないことから、調整が複雑となり、レンズの設計、加工、検査等が難しくなる。

（レンズの配光特性）
図８及び図９は、レンズ４の配光特性を説明するための図であり、図８は、図２に対応する断面図、図９は、図３に対応する断面図である。図１０（ａ）、（ｂ）は、被照射面における照射範囲の問題点を説明するための図である。図１１Ａ（ａ）、（ｂ）は、被照射面における照射範囲の一例を示す平面図、図１１Ｂ（ｃ）は、（ａ）のＤ－Ｄ線断面図、図１１Ｂ（ｄ）は、（ａ）のＥ－Ｅ線断面図である。

図８及び図９に示すように、ＬＥＤ素子３から出射された光線Ｌは、レンズ４の入射面４１に入射した後、出射面４２から出射し、管状部材５を透過して外部に出射する。また、レンズ４の入射面４１に入射した光のうち一部の光線Ｌは、反射面４３で全反射した後、出射面４２から出射し、管状部材５を透過して外部に出射する。このような光線Ｌを発生させるレンズ４により、ＬＥＤ素子３から出射された光にＹ方向よりもＸ方向に広がる配光特性を付与することができる。

図１０は、後述する表示装置１００に１つの光源装置１を配置し、表示板１０２（被照射面１０）における照射範囲（照度Ｅ１～Ｅ５）を示す図である。図１０（ａ）に示すように、被照射面１０における照射範囲の形状が略円形の場合、隣り合うＬＥＤ素子３間で照射範囲が重なる領域が大きくなり、照度ムラが発生しやすくなる。一方、図１０（ｂ）に示すように、被照射面１０における照射範囲の形状がＸ方向に長い略楕円形の場合、隣り合うＬＥＤ素子３間で照射範囲が重なる領域が小さくなり、照射範囲の形状が略円形よりも照度ムラが抑制される。また、照射範囲がＸ方向に長くなると、照射範囲が表示装置１００の隅まで及ぶことが可能となる。したがって、被照射面１０における照射範囲の形状は、略楕円形が好ましく、略長方形がより好ましい。

そこで、図１１Ａ（ａ）に示すように、被照射面１０における照射範囲の形状を評価するために評価用照射範囲１１に外接する評価用矩形枠１２を考える。ここで、評価用照射範囲１１とは、図１１Ａ（ａ）に示すように、被照射面１０における所定の照度以上の照射範囲（図１１Ａ（ａ）の斜線を施した範囲）をいう。なお、図１１Ａ（ａ）は、後述する図１８に示す照度分布に対応する。所定の照度は、例えば、照度Ｅ９（最小値）～照度Ｅ１（最大値）の８段階のグレースケールにおいて、照度が高い方から４番目の照度Ｅ４としてもよい。評価用矩形枠１２の大きさは、例えば、所定の照度（例えば、照度Ｅ４）の等高線に外接する矩形のＸ方向の長さＳｘ及びＹ方向の長さＳｙで定義する。図１１Ａ（ｂ）に示すように、Ｙ方向の照度ムラを抑制するために、評価用矩形枠１２がＹ方向において隣と一部が重なるようにＬＥＤ素子３のＹ方向のピッチＰを定めるのが好ましい。なお、ピッチＰの決めた方は、これに限られない。

また、評価用矩形枠１２のＸ方向の長さＳｘが長い程、表示装置１００における光源装置１の数を減らすことができ、Ｙ方向の長さＳｙが長い程、光源装置１におけるＬＥＤ素子３及びレンズ４の数を減らすことができる。本実施の形態のレンズ４によれば、被照射面１０における評価用矩形枠１２の長さ比Ｓｘ／Ｓｙを１．５～８、又は２～５とすることができる。

図１１Ｂ（ｃ）のＤ－Ｄ線断面図に示すように、発光中心３ｂからの光線の広がり角度θｘと、反射面４３のＸ方向に対する角度θｒとは、次の式（３）に示す関係となる。
θｒ＝（１８０°－θｘ）／２） ・・・（３）
すなわち、発光中心３ｂから被照射面１０までの距離Ｈと、被照射面１０における評価用矩形枠１２（評価用照射範囲１１）のＸ方向の長さＳｘに応じて、反射面４３のＸ方向に対する角度θｒを定めることにより、Ｘ方向に広がる照射範囲を得ることができる。例えば、Ｓｘ＝５００ｍｍ、Ｈ＝１００ｍｍの場合、θｘ＝１３６°、θｒ＝２２°としてもよい。また、Ｓｘ＝５００ｍｍ、Ｈ＝８０ｍｍの場合、θｒ＝１８°、Ｓｘ＝５００ｍｍ、Ｈ＝１５０ｍｍの場合、θｒ＝３１°となることから、Ｓｘ＝５００ｍｍ、Ｈ＝５０～１５０ｍｍの範囲において、θｒを１８～３１°の範囲で設計してもよい。また、θｒを被照射面１０における光り方（照度分布）が所望の状態となるように調整してもよい。

また、図１１Ｂ（ｄ）の対角線方向のＥ－Ｅ線断面図に示すように、発光中心３ｂからの光線の広がり角度θｘｙ’が広がり角度θｘｙに近い値となり、評価用照射範囲１１をＸ方向に長い略長方形にすることができる。評価用矩形枠１２の対角線の長さをＳｘｙとし、当該対角線のうち評価用照射範囲１１と重なる部分の長さをＳｘｙ'としたとき、評価用照射範囲１１の長方形との類似性を示す評価値ＥＶを次の式（４）で表してもよい。
ＥＶ＝Ｓｘｙ’／Ｓｘｙ ・・・（４）
評価値ＥＶを式（４）で表した場合、評価値ＥＶが大きいほど長方形との類似性が高くなる。例えば、図１１Ａ（ａ）に示す場合は、ＥＶ＝０．８９であることから、評価値ＥＶは、０．８以上が好ましく、０．８５以上がより好ましい。なお、レンズ４の形状の対称性より算出に用いる対角線は１つでもよいが、一対の対角線についてそれぞれ評価値を算出し、それらの平均値を最終的な評価値としてもよく、一対の対角線についてそれぞれ評価値を算出し、それらの値のうち小さい方の値を最終的な評価値として採用してもよい。また、評価値を算出する式は、上記式（４）に限られない。

（第１の実施の形態の効果）
本実施の形態によれば、以下の効果を奏する。
（ａ）被照射面１０における照射範囲（例えば、評価用照射範囲１１）の形状を、長方形との類似性が高い、Ｘ方向に長い略長方形とすることができるので、照射範囲の形状が略円形の場合と比較して、ＬＥＤ素子３及びレンズ４をＹ方向に配列したときに、照射範囲（例えば、評価用矩形枠１２）の重なり部分の面積を小さくして被照射面１０における照度ムラを抑制することができる。
（ｂ）レンズ４の入射面４１及び出射面４２は、Ｙ－Ｚ断面では半円状で構成し、反射面４３は、平面により構成しているので、レンズの設計、加工、検査等を容易に行うことができる。
（ｃ）レンズ４のＸ方向の端部に空隙４７を有することから、ＬＥＤ素子３からの発熱を空隙４７から外部に放熱しやすくなる。

［第２の実施の形態］
図１２及び図１３は、本発明の第２の実施の形態に係る光源装置を示し、図１２は、図１のＡ－Ａ線断面図に相当する断面図、図１３は、図１のＢ－Ｂ線断面図に相当する断面図である。なお、図１２では、脚部４５及び位置決めピン４６の図示を省略している。

本実施の形態に係るレンズ４は、反射面４３を省いたものである。具体的には、本実施の形態に係るレンズ４は、第１の実施の形態と同様に、入射面４１と、出射面４２と、一対の脚部４５と、一対の位置決めピン４６とを備える。なお、出射面４２の光軸３ａをＹ方向に通る中央領域に、一定の半径で形成された凹み４２ａ（ただし、図１２乃至図１５では、誇張して図示する。）が形成されている。凹み４２ａを形成することにより、被照射面１０の対応する位置の明るさを低下させることができる。このため、発光中心３ｂから被照射面１０までの距離が比較的短い場合に、照度ムラを抑制する上で有効となる。発光中心３ｂから被照射面１０までの距離が比較的長い場合には、凹み４２ａを形成しなくてもよい。

また、本実施の形態に係るレンズ４は、第１の実施の形態と同様に、平面視において、ＬＥＤ素子３の光軸３ａに直交するＸ方向の長さがＹ方向の長さよりも大きく形成されている。具体的には、出射面４２のＸ方向の長さをＬｘ、Ｙ方向の長さをＬｙ（ただし、光学的機能を有していない脚部４５及び位置決めピン４６は除く。）とするとき、本実施の形態は、Ｌｘ＝１６．８ｍｍ、Ｌｙ＝１２．４ｍｍ、長さ比Ｌｘ／Ｌｙ＝１．３５としている。

この第２の実施の形態においても、第１の実施の形態と同様に、Ｘ方向に直交する各断面における出射面４２（凹み４２ａを含む）は、それぞれ半円状に形成され、光軸３ａをＹ方向に通る中央領域を除き、各断面における発光中心３ｂを通るＸ方向に延びるＸ軸線３ｃから出射面４２までの半径Ｒが、当該断面が発光中心３ｂからＸ方向に離れるに従って小さくなるように形成されている。半径Ｒは、各断面において一定である。

また、Ｘ方向に直交する各断面における入射面４１は、第１の実施の形態と同様に、それぞれ半円状に形成され、各断面における発光中心３ｂを通るＸ方向に延びるＸ軸線３ｃから入射面４１までの半径ｒが、当該断面が発光中心３ｂからＸ方向に離れるに従って小さくなるように形成されている。半径ｒは、各断面において一定である。図１２に示すＸ－Ｚ断面における入射面４１の曲線ｙｉ及び出射面４２の曲線ｙｏは、上記式（１）、（２）に類似した４次関数で表すことができる。したがって、レンズ４の入射面４１及び出射面４２のＸ方向に直交する各断面形状を半円状とすることにより、レンズの設計、加工、検査等が容易となる。

（レンズの配光特性）
図１４及び図１５は、第２の実施の形態に係るレンズ４の配光特性を説明するための図であり、図１４は、図１２に対応する断面図、図１５は、図１３に対応する断面図である。

図１４及び図１５に示すように、ＬＥＤ素子３から出射された光線Ｌは、レンズ４の入射面４１に入射した後、出射面４２から出射し、管状部材５を透過して外部に出射する。また、レンズ４の入射面４１に入射した光のうち一部の光線Ｌは、反射面４３で全反射した後、出射面４２から出射し、管状部材５を透過して外部に出射する。

（第２の実施の形態の効果）
本実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様に、長方形との類似性が高い配光特性を付与することが可能となり、被照射面１０における照度ムラを抑制することができる。また、レンズ４の設計、加工、検査等を容易に行うことができる。

［第３の実施の形態］
図１６は、第３の実施の形態に係る光源装置の図１のＡ－Ａ線断面図に相当する断面図である。第３の実施の形態は、第１の実施の形態に係るレンズ４の端面４４を省き、第２の実施の形態と同様に、出射面４２の光軸３ａをＹ方向に通る中央領域に凹み４２ａを設けたものであり、他は第１の実施の形態と同様に構成されている。

第３の実施の形態においても、第１の実施の形態と同様に、長方形との類似性が高い配光特性を付与することが可能となり、被照射面１０における照度ムラを抑制することができる。また、レンズ４の設計、加工、検査等を容易に行うことができる。

［第４の実施の形態］
図１７Ａは、本発明の第４の実施の形態に係る表示装置の外観の一例を平面図、図１７Ｂは、図１７ＡのＦ－Ｆ線断面図である。

この表示装置１００は、例えば、広告看板等の表示対象を照明するものであり、上部に開口部１０１ａを有する箱状の筐体１０１と、筐体１０１の底部１０１ｂに配置された複数（例えば、２つ）の第１の実施の形態に係る光源装置１と、筐体１０１の開口部１０１ａを閉塞するとともに、広告等を表示する表示板１０２とを備える。なお、表示板１０２の大きさによっては、筐体１０１内に配置する光源装置１は１つでもよい。また、光源装置１として第２の実施の形態又は第３の実施の形態を用いてもよい。ここで、表示板１０２は、表示対象の一例である。

表示板１０２は、例えば、光透過性を有する樹脂又はガラスから形成され、表面又は裏面に広告等のためのシールが設けられている。表示板１０２の内側の面が被照射面１０となる。

光源装置１から出射された光は、表示板１０２を直接照明し、又は側部１０１ｃで反射して表示板１０２を照明する。

第４の実施の形態によれば、以下の効果を奏する。
（ａ）被照射面１０における照射範囲（例えば、評価用照射範囲１１）をＸ方向に長い略長方形とすることができるので、光源装置１をＸ方向に並べた場合の光源装置１の数を減らすことができ、光源装置１を並べて設置する時間と手間を減らすことができる。
（ｂ）被照射面１０における評価用矩形枠１２のＹ方向の長さＳｙが比較的長いため、光源装置１に使用するＬＥＤ素子３及びレンズ４の数を減らすことができる。以上の結果、消費電力を削減することができる。
（ｃ）ＬＥＤ素子３及びレンズ４のＹ方向のピッチが比較的広い場合でも、被照射面１０における照度ムラを抑制して均一な発光を行うことができることから、同一の光源装置１をサイズの異なる表示装置１００に適用することが可能となる。

図１８は、第３の実施の形態に対応する実施例１の被照射面１０における照度分布を示す図である。実施例１によれば、図１８に示すように、被照射面１０における照度分布は、長方形との類似性が高く、Ｘ方向に長い略矩形状の評価用照射範囲１１を得ることができる。また、３．３１×１０^－７Ｗ／ｍｍ^２という高い最大照度を得ることができる。この結果、実施例１によれば、所定の照度（照度Ｅ４）以上の評価用照射範囲１１に外接する評価用矩形枠１２のＹ方向の長さＳｙが約１２５ｍｍ、Ｘ方向の長さＳｘが約５００ｍｍになり、長さ比Ｓｘ／Ｓｙが約４倍になった。また、実施例１の評価用照射範囲１１の長方形との類似性を示す評価値ＥＶは、図１１を参照して前述したとおり、０．８９となった。

図１９は、第２の実施の形態に対応する実施例２の被照射面１０における照度分布を示す図である。実施例２によれば、図１９に示すように、被照射面１０における照度分布は、実施例１と同様に、長方形との類似性が高く、Ｘ方向に長い略矩形状の評価用照射範囲１１を得ることができる。また、３．２５×１０^－７Ｗ／ｍｍ^２という高い最大照度を得ることができる。この結果、実施例２によれば、所定の照度（照度Ｅ４）以上の評価用照射範囲１１に外接する評価用矩形枠１２のＹ方向の長さＳｙが約１２５ｍｍ、Ｘ方向の長さＳｘが約５００ｍｍになり、長さ比Ｓｘ／Ｓｙが約４倍になった。また、実施例２の評価用照射範囲１１の長方形との類似性を示す評価値ＥＶは、０．８４となった。

図２０Ａ及び図２０Ｂは、第４の実施の形態に対応する実施例３の被照射面１０における照度分布を、比較例ととともに示す図である。すなわち、実施例３及び比較例に対し、それぞれＬＥＤ素子及びレンズのＹ方向のピッチを８０ｍｍ、１００ｍｍ、１２０ｍｍ、１４０ｍｍと変化させ、被照射面１０における照度分布をシミュレーションによって求めたものである。本シミュレーションでは、発光中心３ｂから被照射面１０までの距離Ｈを１５０ｍｍとし、被照射面１０のサイズを１０００ｍｍ×１０００ｍｍとし、被照射面１０に対向する位置に１つの光源装置１を配置した。

実施例３のレンズ４は、第１の実施の形態に係るレンズ４を用いたものである。なお、レンズ４のＸ－Ｚ断面における入射面４１及び出射面４２の曲線は、上記式（１）、（２）に類似した曲線を採用している。単独のＬＥＤ素子３及びレンズ４による被照射面１０における照度分布は、図２０Ａに示すように、Ｘ方向に長い略長方形の照射範囲となっている。また、実施例３の評価用照射範囲１１の長方形との類似性を示す評価値ＥＶは、０．９１となった。

一方、比較例のレンズは、特許第６０４６３９８号公報の図２Ｂに類似した形状であり、入射面及び出射面が光軸に直交する断面（Ｘ－Ｙ断面）が楕円形状に形成され、出射面の中央部に光軸に交わるように出射凹部が形成されている。単独のＬＥＤ素子及びレンズによる被照射面における照度分布は、図２０Ａに示すように、Ｘ方向に長い楕円に類似した略楕円形状の照射範囲となっている。また、照度が高い方から４番目の照度Ｅ４以上の照射範囲を評価用照射範囲、この評価用照射範囲に外接する矩形枠を評価用矩形枠とし、比較例の評価用照射範囲について、長方形との類似性を示す評価値ＥＶを算出した結果、０．８よりも小さい０．７２となった。

図２０に示すように、実施例３の照度分布は、ＬＥＤ素子のＹ方向のピッチが８０ｍｍ、１００ｍｍ、１２０ｍｍでは、照度ムラが発生しておらず、１４０ｍｍで照度ムラが発生している。一方、比較例の照度分布は、ＬＥＤ素子のＹ方向のピッチが８０ｍｍでは、照度ムラは発生しておらず、Ｙ方向のピッチが１００ｍｍ、１２０ｍｍ、１４０ｍｍでは、照度ムラが発生している。

実施例３によれば、被照射面１０における評価用照射範囲１１を略長方形とすることにより、ＬＥＤ素子のＹ方向のピッチを大きくしても照度ムラの少ない照明を行うことができる。また、同一サイズの表示装置において、光源装置１におけるＬＥＤ素子の数を減らすことができ、省エネに寄与することができる。

（評価用照射範囲の長方形との類似性を示す評価値のまとめ）
評価用照射範囲１１の長方形との類似性を示す評価値をまとめると、次の表１に示すとおりとなる。なお、表１中、○印は対応する構成を備えていることを意味し、×印は対応する構成を備えていないことを意味し、△印は類似する構成を備えていることを意味する。

表１から高い評価値ＥＶを得るためには反射面４３が有効であることが分る。

［他の実施の形態］
以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明の実施の形態は上記実施の形態に限定されるものではなく、種々の変形、実施が可能である。上記実施の形態の表示装置１００は、広告看板等の表示対象を照明するものとしたが、商品展示装置、自動販売機用照明装置、屋内用照明装置、電気スタンド、自動車用ランプ、街路灯等に用いられる表示装置でもよい。

また、上記実施の形態の構成要素の一部を省くことや変更してもよい。例えば、上記実施の形態の光源装置１は、回路基板２と、複数のＬＥＤ素子３と、複数のレンズ４と、管状部材５とを備えるものとしたが、管状部材５を省いた構成でもよい。また、光源装置１は、回路基板２上に単一のＬＥＤ素子３及びレンズ４を備えた構成でもよい。

１…光源装置、２…回路基板、２ａ…表面、２ｂ…裏面、２ｃ…位置決め孔、
３…ＬＥＤ素子、３ａ…光軸、３ｂ…発光中心、３ｃ…Ｘ軸線、４…レンズ、
５…管状部材、１０…被照射面、１１…評価用照射範囲、１２…評価用矩形枠、
４１…入射面、４２…出射面、４２ａ…凹み、４３…反射面、４４…端面、
４５…脚部、４６…位置決めピン、４７…空隙、５１…底部、５２…脚部、
５３…弧状部、５４…基板保持部、１００…表示装置、１０１…筐体、
１０１ａ…開口部、１０１ｂ…底部、１０１ｃ…側部、１０２…表示板、
Ｅ１～Ｅ５…照度、Ｈ…発光中心から被照射面までの距離、Ｌ…光線、
Ｌｘ，Ｌｙ…レンズの長さ、Ｐ…ピッチ、Ｒ，ｒ…半径、
Ｓｘ，Ｓｙ，Ｓｘｙ…評価用矩形枠の長さ、Ｓｘｙ’…評価用照射範囲の長さ、
Ｘ…幅方向、Ｙ…長手方向、θｒ…反射面の角度、
θｘ，θｘｙ，θｘｙ’…発光中心からの光線の広がり角度

Claims (6)

1. 発光素子から出射された光に所定の配光特性を付与して被照射面を照射するレンズであって、
   前記発光素子から出射された光が入射する入射面と、
   前記入射面に入射した光を出射する出射面と、を備え、
   前記出射面は、前記発光素子の光軸に直交する第１の方向の長さが前記光軸及び前記第１の方向に直交する第２の方向の長さよりも大きく形成され、
   前記第１の方向に直交する各断面における前記入射面及び前記出射面は、それぞれ半円状に形成された、
   レンズ。
2. 前記第１の方向に直交する各断面における前記入射面は、前記各断面における前記発光素子の発光中心を通る前記第１の方向に延びる軸線から前記入射面までの半径が、当該断面が前記発光中心から前記第１の方向に離れるに従って小さくなるように形成され、
   前記第１の方向に直交する各断面における前記出射面は、前記光軸を前記第２の方向に通る中央領域を除き、前記各断面における前記発光素子の発光中心を通る前記第１の方向に延びる軸線から前記出射面までの半径が、当該断面が前記発光中心から前記第１の方向に離れるに従って小さくなるように形成された、
   請求項１に記載のレンズ。
3. 前記入射面に入射した光の一部を反射して前記出射面から出射させる反射面をさらに備え、
   前記反射面は、平面により形成され、前記第１の方向に対し、前記発光素子から前記光が出射される側に所定の角度傾斜した、
   請求項１に記載のレンズ。
4. 前記被照射面において、所定の照度以上の前記第１の方向の照射範囲が前記第２の方向の照射範囲よりも広い前記配光特性を付与するとともに、
   前記照射範囲の形状が前記第１の方向を長辺とする長方形に類似した形状を有し、前記長方形との類似性を示す評価値として、前記被照射面における所定の照度以上の評価用照射範囲に外接する評価用矩形枠の対角線の長さをＳｘｙ、前記対角線のうち前記評価用照射範囲と重なる部分の長さをＳｘｙ'としたとき、Ｓｘｙ'／Ｓｘｙが０．８以上である、
   請求項１に記載のレンズ。
5. 長手方向に延びる回路基板と、
   前記回路基板の一方の面に前記長手方向に沿って実装された複数の発光素子と、
   前記発光素子個々に対応して前記第２の方向が前記長手方向となるように設けられ、前記発光素子から出射される光に所定の配光特性を付与する請求項１から４のいずれか１項に記載の複数のレンズと、
   を備えた光源装置。
6. 請求項５に記載の光源装置と、
   前記光源装置を収容する筐体と、
   前記筐体の一部に配置され、前記光源装置が照射する表示対象と、
   を備えた表示装置。
   
   

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