JP5588530B1 - 光学レンズ、発光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】エッジライト方式の照明装置において被照射面の照度ムラが生ずる虞を低減する。
【解決手段】本発明のレンズ３０は、Ｘ軸方向へ曲率を有しＸ軸方向に直交するＹ軸方向へ曲率を有しないシリンドリカル形状であって、発光ダイオード２５が発する光をＸ軸方向の一方側へ反射する第１反射面部３２１と、発光ダイオード２５が発する光をＸ軸方向の他方側へ反射する第２反射面部３２２と、第１反射面部３２１で反射した光が入射する第１入射面部３１１と、第２反射面部３２２で反射した光が入射する第２入射面部３１２と、光を出射する出射面部３１５と、第１入射面部３１１から入射した光を前記出射面部へ反射する第３反射面部と、第２入射面部３１２から入射した光を前記出射面部へ反射する第４反射面部と、を含む、ことを特徴とする。
【選択図】図５

Description

本発明は、光学レンズ、該光学レンズを備える発光装置に関する。

表面と裏面との両面が看板となっており、内部に設けた発光装置が発する光を看板の内側から照射する内照式両面看板等の照明装置が知られている。このような照明装置においては、いわゆるエッジライト方式と呼ばれる構造が公知である。このエッジライト方式は、いわゆる直下方式と比較して、構造がシンプルであることからコスト面で有利であり、また発光装置の数が少ないため低消費電力であり、さらに照明装置をより薄型化できるという点でメリットがある（例えば特許文献１を参照）。

特開２０１３−００４２３３号公報

しかしながら上記のエッジライト方式の照明装置は、被照射面の側面から光を照射する構成であるため、発光装置の配置や数に制約が生ずる。そのため配光を広げると、発光装置近傍が明るくなり過ぎて照度ムラが生じてしまう。他方、より広い範囲に光を照射するために配光を狭くすると、逆に光の広がりが不足して発光装置近傍における照度ムラが目立ちやすくなってしまう。つまりエッジライト方式の照明装置は、その構造上、被照射面に照度ムラが生じやすいという課題がある。

このような状況に鑑み本発明はなされたものであり、その目的は、エッジライト方式の照明装置において被照射面の照度ムラが生ずる虞を低減することにある。

＜本発明の第１の態様＞
本発明の第１の態様は、Ｘ軸方向へ曲率を有し前記Ｘ軸方向に直交するＹ軸方向へ曲率を有しないシリンドリカル形状の光学レンズであって、光源が発する光を前記Ｘ軸方向の一方側へ反射する第１反射面部と、前記光源が発する光を前記Ｘ軸方向の他方側へ反射する第２反射面部と、前記第１反射面部で反射した光が入射する第１入射面部と、前記第２反射面部で反射した光が入射する第２入射面部と、光を出射する出射面部と、前記第１入射面部から入射した光を前記出射面部へ反射する第３反射面部と、前記第２入射面部から入射した光を前記出射面部へ反射する第４反射面部と、を含む、ことを特徴とする光学レンズである。

まずＸ軸方向へ曲率を有しＸ軸方向に直交するＹ軸方向へ曲率を有しないシリンドリカル形状とすることによって、光源が発する光をＹ軸方向へは集光せずにＸ軸方向にのみ集光することができる。それによって光学レンズに対してＸ軸方向の両側にＹ軸と平行に被照射面をそれぞれ配置したエッジライト方式の照明装置において、その被照射面に対して効率的に光を照射して被照射面の照度ムラを低減することができる。

さらに出願人は、鋭意研究を重ねる過程で、光源から光学レンズに直接入射してそのまま出射面部へ抜けていく光が被照射面に照度ムラが生ずる要因になっているとの知見を得るに至った。このような知見に基づいてなされた本発明に係る光学レンズは、光源が発する光が第１反射面部によってＸ軸方向の一方側へ反射する。また光源が発する光は、第２反射面部によってＸ軸方向の他方側へ反射する。そして第１反射面部で反射した光は、第１入射面部から光学レンズに入射し、さらに光学レンズ内において第３反射面部で反射して出射面部から出射する。同様に第２反射面部で反射した光は、第２入射面部から光学レンズに入射し、さらに光学レンズ内において第４反射面部で反射して出射面部から出射する。

つまり本発明に係る光学レンズは、光源が発する光の少なくとも一部がＸ軸方向へ反射してから入射し、さらに内部で反射して出射面部から出射する。それによって光源から光学レンズに直接入射してそのまま出射面部へ抜けていく光を低減することができるので、被照射面の照度ムラを低減することができる。

これにより本発明の第１の態様によれば、エッジライト方式の照明装置において被照射面の照度ムラが生ずる虞を低減することができるという作用効果が得られる。

＜本発明の第２の態様＞
本発明の第２の態様は、前述した本発明の第１の態様において、光透過性を有する材料で形成されたレンズ本体と、前記第１反射面部及び前記第２反射面部を形成する反射部材とで構成される、ことを特徴とする光学レンズである。
このような特徴によれば、極めて反射率の高い第１反射面部及び第２反射面部を形成した光学レンズを容易に量産することができる。また第１入射面部及び第２入射面部に対する第１反射面部及び第２反射面部の配置を適切に調整することが容易に可能になるので、被照射面の照度ムラが生ずる虞をさらに低減することができる。

＜本発明の第３の態様＞
本発明の第３の態様は、前述した本発明の第１の態様又は第２の態様において、前記出射面部は、出射する光が前記Ｙ軸方向へ拡散する形状をなしている、ことを特徴とする光学レンズである。
このような特徴によれば、出射面部から出射する光がさらにＹ軸方向へ拡散することによって、エッジライト方式の照明装置において被照射面の照度ムラが生ずる虞をさらに低減することができる。

＜本発明の第４の態様＞
本発明の第４の態様は、前述した本発明の第３の態様において、前記出射面部は、出射する光が前記Ｙ軸方向へ屈折する形状の凸条が前記Ｙ軸方向へ隣接して複数形成されている、ことを特徴とする光学レンズである。
このような特徴によれば、出射する光がＹ軸方向へ拡散する形状の出射面部を備える光学レンズを容易に量産することができる。

＜本発明の第５の態様＞
本発明の第５の態様は、前述した本発明の第１〜第４の態様のいずれかに記載の光学レンズと、前記第１反射面部及び前記第２反射面部に対向して配置される光源と、を備える発光装置である。
本発明の第５の態様によれば、この発光装置を用いたエッジライト方式の照明装置において、前述した本発明の第１〜第４の態様のいずれかによる作用効果を得ることができる。

＜本発明の第６の態様＞
本発明の第６の態様は、前述した本発明の第５の態様において、光透過性を有する材料で形成され、底面が開口した箱形状の上カバーと、前記上カバーの底面の開口を覆う下カバーと、前記光源となる発光ダイオードが実装され、前記上カバーと前記下カバーとにより構成される内部空間に配設される回路基板と、をさらに備え、前記光学レンズは、前記上カバーと一体に形成されている、ことを特徴とする発光装置である。

このような特徴によれば、光学レンズが上カバーと一体に形成されていることによって、発光装置の部品点数を削減することができるので、本発明に係る発光装置をより低コストで量産することができる。また光学レンズが上カバーと一体に形成されているので、例えば振動や衝撃等によって光源に対する光学レンズの位置が適切な位置からずれてしまう虞を低減することができる。

＜本発明の第７の態様＞
本発明の第７の態様は、前述した本発明の第５の態様又は第６の態様において、前記光源は、前記Ｙ軸方向に沿って複数配置されている、ことを特徴とする発光装置である。
このような特徴によれば、エッジライト方式の照明装置において、被照射面の照度ムラが生ずる虞を低減しつつ、さらに照度を向上させることができる。

本発明によれば、エッジライト方式の照明装置において被照射面の照度ムラが生ずる虞を低減することができる。

内照式両面看板の正面図。 内照式両面看板の要部側断面図。 発光装置の外観斜視図。 発光装置の平面図。 図４のＩ−Ｉ断面を図示した発光装置の断面図。 レンズの斜視図。 レンズの正面図。 図４のＩＩ−ＩＩ断面を図示した発光装置の断面図。 発光装置の変形例の要部平面図。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
尚、本発明は、以下説明する実施例に特に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内で種々の変形が可能であることは言うまでもない。

＜照明装置の構成＞
エッジライト方式の照明装置の一例としての内照式両面看板１０の構成について、図１及び図２を参照しながら説明する。
図１は、内照式両面看板１０の正面図である。図２は、内照式両面看板１０の要部側断面図である。

内照式両面看板１０は、第１看板面部１１、第２看板面部１２、底部１３、上部１４、右側面部１５及び左側面部１６からなる直方体形状をなし、内部空間に複数の発光装置２０を備える。第１看板面部１１及び第２看板面部１２は、光透過性を有する材料で形成された薄板状の部材である。発光装置２０は、第１看板面部１１及び第２看板面部１２（被照射面）に対し、発光ダイオードが発する光を内側から照射する装置である。底部１３及び上部１４は、光透過性を有しない材料で形成されている。第１看板面部１１及び第２看板面部１２の照度ムラを低減させる上では、底部１３及び上部１４の内周面は光反射率が高い方が好ましい。

ここで第１看板面部１１及び第２看板面部１２に直交する方向をＸ軸方向、底部１３の内底面１３１に平行かつＸ軸方向に直交する方向をＹ軸方向、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に直交する方向をＺ軸方向とし、以下同様とする。複数の発光装置２０は、底部１３の内底面１３１に同じ向きでＹ軸方向へ並べて配置されて固定されている。

＜発光装置の構成＞
発光装置２０の構成について、図３〜図８を参照しながら説明する。
図３は、発光装置２０の外観斜視図である。図４は、発光装置２０の平面図である。図５は、発光装置２０の断面図であり、図４のＩ−Ｉ断面を図示したものである。

本発明に係る発光装置２０は、上カバー２１、下カバー２２、４つの雄ネジ２３、回路基板２４、発光ダイオード２５及びレンズ３０を備える。

上カバー２１は、例えばポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、エポキシ樹脂（ＥＰ）等の透明樹脂材、ガラス等の透明樹脂材等の光透過性を有する材料で形成されており、レンズ支持部２１１、取付部２１２を含む。レンズ支持部２１１は、底部が開口した略箱形状をなしており、内側にレンズ３０が一体に形成されている。取付部２１２は、レンズ支持部２１１の開口周縁から外側へ突出するように形成されており、２つのケーブル把持部２１３、４つの取付孔２１４を含む。ケーブル把持部２１３は、Ｙ軸方向の両側端に形成されており、発光ダイオード２５へ電力を供給する電源ケーブル（図示せず）を把持するために形成されている。４つの取付孔２１４は、下カバー２２の雌ネジ孔に螺合する雄ネジ２３がそれぞれ挿通されており、上カバー２１を下カバー２２にネジ止め固定するために設けられている。

下カバー２２は、上カバー２１の底面の開口を覆う部材であり、光透過性を有しない材料で形成されている。下カバー２２は、２つのケーブル把持部２２１、２つの固定部２２２を含む。２つのケーブル把持部２２１は、上カバー２１のケーブル把持部２１３に対応する部分にそれぞれ設けられており、上カバー２１のケーブル把持部２１３と一体になって、発光ダイオード２５へ電力を供給する電源ケーブル（図示せず）を把持する。２つの固定部２２２は、Ｙ軸方向の両側部に突出するようにそれぞれ設けられており、内照式両面看板１０の底部１３の内底面１３１に発光装置２０をネジ止め固定するための貫通孔２２３がそれぞれ形成されている。

回路基板２４は、上カバー２１と下カバー２２とにより構成される密閉された内部空間に配設されており、下カバー２２の上面凹部２２４に固定されている。回路基板２４には、「光源」としての発光ダイオード２５及びその周辺回路を構成する電子部品等が実装されている。

図６は、レンズ３０の斜視図である。図７は、レンズ３０の正面図である。
「光学レンズ」としてのレンズ３０は、Ｘ軸方向へ曲率を有しＹ軸方向へ曲率を有しない片凸形状のシリンドリカル形状をなしている。それによって発光ダイオード２５が発する光をＹ軸方向へは集光せずにＸ軸方向にのみ集光することができるので、第１看板面部１１及び第２看板面部１２に対して効率的に光を照射してその照度ムラを低減することができる。

レンズ３０は、レンズ本体３１と反射部材３２とで構成されている。
レンズ本体３１は、上カバー２１と同様に光透過性を有する材料で形成されており、上カバー２１のレンズ支持部２１１に一体に形成されている。このようにレンズ３０が上カバー２１と一体に形成されていることによって、発光装置２０の部品点数を削減することができるので、発光装置２０をより低コストで量産することができる。またレンズ３０が上カバー２１と一体に形成されていることによって、例えば振動や衝撃等によって発光ダイオード２５に対するレンズ３０の位置が適切な位置からずれてしまう虞を低減することができる。

レンズ本体３１は、凹溝３３、嵌合凸部３４、第１入射面部３１１、第２入射面部３１２、第３反射面部３１３、第４反射面部３１４、出射面部３１５を含む。
凹溝３３はＹ軸方向に沿って形成されている。嵌合凸部３４は、凹溝３３の底面に、Ｙ軸方向に沿って形成された突条である。第１入射面部３１１は、凹溝３３のＸ軸方向の一方側の内側面であり、Ｙ軸方向に平行な平坦面である。第２入射面部３１２は、凹溝３３のＸ軸方向の他方側の内側面であり、Ｙ軸方向に平行な平坦面である。第３反射面部３１３は、レンズ本体３１のＸ軸方向の一方側の外周面である。第４反射面部３１４は、レンズ本体３１のＸ軸方向の他方側の外周面である。出射面部３１５は、レンズ本体３１の上側の平坦面であり、Ｚ軸方向に直交する面部であり、上カバー２１の上面部を構成している。

反射部材３２は、光透過性を有しない材料で形成された部材であり、例えば表面が鏡面研磨された金属部材等、光が全反射する部材で形成するのが好ましい。反射部材３２は、第１反射面部３２１、第２反射面部３２２、嵌合凹部３２３を含む。
第１反射面部３２１は、レンズ本体３１の第１入射面部３１１に対し、一定の角度をもって対向する斜面である。第２反射面部３２２は、レンズ本体３１の第２入射面部３１２に対し、一定の角度をもって対向する斜面である。つまり第１反射面部３２１及び第２反射面部３２２は、Ｙ軸方向から視たときに略Ｖ字形状となる反射面を形成する。嵌合凹部３２３は、反射部材３２の上面に、Ｙ軸方向に沿って形成されている。反射部材３２は、嵌合凹部３２３がレンズ本体３１の嵌合凸部３４に嵌合した状態でレンズ本体３１に固定されている。

尚、第１反射面部３２１及び第２反射面部３２２を別部材の反射部材３２で形成する構成のレンズ３０を例に説明したが、例えば光透過性を有する樹脂材料等による単一部材で上記説明した構成のレンズ３０を形成してもよい。

発光ダイオード２５は、第１反射面部３２１及び第２反射面部３２２に対向する位置に配設されている。発光ダイオード２５は、第１反射面部３２１と第２反射面部３２２の境界線に対し、その光軸が一致するように配置するのが好ましい。

第１反射面部３２１は、発光ダイオード２５が発する光をＸ軸方向の一方側へ反射する。より具体的には第１反射面部３２１は、Ｘ軸方向におけるレンズ３０の中心よりＸ軸方向の一方側で、発光ダイオード２５が発する光をＸ軸方向の一方側へ反射する。第１入射面部３１１は、第１反射面部３２１で反射した光が入射する。第３反射面部３１３は、第１入射面部３１１から入射した光を出射面部３１５へ反射する。

第２反射面部３２２は、発光ダイオード２５が発する光をＸ軸方向の他方側へ反射する。より具体的には第２反射面部３２２は、Ｘ軸方向におけるレンズ３０の中心よりＸ軸方向の他方側で、発光ダイオード２５が発する光をＸ軸方向の他方側へ反射する。第２入射面部３１２は、第２反射面部３２２で反射した光が入射する。第４反射面部３１４は、第２入射面部３１２から入射した光を出射面部３１５へ反射する。

つまり発光ダイオード２５が発する光は、反射部材３２の第１反射面部３２１によってＸ軸方向の一方側へ反射し、反射部材３２の第２反射面部３２２によってＸ軸方向の他方側へ反射する。そして第１反射面部３２１で反射した光は、第１入射面部３１１からレンズ本体３１に入射し、第３反射面部３１３で反射して出射面部３１５から出射する（図７）。同様に、第２反射面部３２２で反射した光は、第２入射面部３１２からレンズ本体３１に入射し、第４反射面部３１４で反射して出射面部３１５から出射する（図７）。

このように本発明に係るレンズ３０は、発光ダイオード２５が発する光の少なくとも一部がＸ軸方向へ反射してから入射し、さらに内部で反射して出射面部３１５から出射する。それによって発光ダイオード２５からレンズ３０に直接入射してそのまま出射面部３１５へ抜けていく光を低減することができるので、第１看板面部１１及び第２看板面部１２の照度ムラを低減することができる。

また本発明に係るレンズ３０は、上記説明した実施例のように、レンズ本体３１とは別部材の反射部材３２によって第１反射面部３２１及び第２反射面部３２２が形成される構成とするのが好ましい。それによって極めて反射率の高い第１反射面部３２１及び第２反射面部３２２を形成したレンズ３０を容易に量産することができる。また第１入射面部３１１及び第２入射面部３１２に対する第１反射面部３２１及び第２反射面部３２２の配置を適切に調整することが容易に可能になるので、第１看板面部１１及び第２看板面部１２の照度ムラが生ずる虞をさらに低減することができる。

図８は、発光装置２０の断面図であり、図４のＩＩ−ＩＩ断面を図示したものである。
出射面部３１５は、出射する光がＹ軸方向へ拡散する形状をなしているのが好ましい。より具体的には出射面部３１５は、出射する光がＹ軸方向へ屈折する形状の凸条がＹ軸方向へ隣接して複数形成されているのが好ましい。例えば当該実施例の出射面部３１５は、Ｘ軸方向から視た断面形状が三角形の凸条が多数隣接して形成されている。出射面部３１５から出射する光がさらにＹ軸方向へ拡散することによって、内照式両面看板１０において第１看板面部１１及び第２看板面部１２の照度ムラが生ずる虞をさらに低減することができる。

＜発光装置の変形例＞
本発明に係る発光装置２０の変形例について、図９を参照しながら説明する。
図９は、発光装置２０の変形例の要部平面図である。

図９に図示した発光装置２０の変形例は、Ｙ軸方向の寸法が長くなっており、第１反射面部３２１及び第２反射面部３２２に対向する位置に、３個の発光ダイオード２５がＹ軸方向に沿って間隔をもって配置されている点で、前述した発光装置２０と構成が異なる。それ以外の構成については、前述した発光装置２０と同様であるため、共通する部分には同一の符合を付して詳細な説明を省略する。

このように発光ダイオード２５をＹ軸方向に沿って複数配置することによって、内照式両面看板１０において、第１看板面部１１及び第２看板面部１２の照度ムラが生ずる虞を低減しつつ、さらに照度を向上させることができる。

１０ 内照式両面看板
２０ 発光装置
２１ 上カバー
２２ 下カバー
２３ 雄ネジ
２４ 回路基板
２５ 発光ダイオード
３０ レンズ
３１ レンズ本体
３２ 反射部材
３１１ 第１入射面部
３１２ 第２入射面部
３１３ 第３反射面部
３１４ 第４反射面部
３１５ 出射面部
３２１ 第１反射面部
３２２ 第２反射面部

Claims (7)

1. エッジライト方式の内照式両面看板の看板面に直交する方向となるＸ軸方向へ曲率を有し前記Ｘ軸方向に直交するＹ軸方向へ曲率を有しないシリンドリカル形状の光学レンズであって、
   光源が発する光を前記Ｘ軸方向の一方側へ反射する第１反射面部と、
   前記光源が発する光を前記Ｘ軸方向の他方側へ反射する第２反射面部と、
   前記第１反射面部で反射した光が入射する第１入射面部と、
   前記第２反射面部で反射した光が入射する第２入射面部と、
   光を出射する出射面部と、
   前記第１入射面部から入射した光を前記出射面部へ反射する第３反射面部と、
   前記第２入射面部から入射した光を前記出射面部へ反射する第４反射面部と、を含む、ことを特徴とする光学レンズ。
2. 請求項１に記載の光学レンズにおいて、光透過性を有する材料で形成されたレンズ本体と、前記第１反射面部及び前記第２反射面部を形成する反射部材とで構成される、ことを特徴とする光学レンズ。
3. 請求項１又は２に記載の光学レンズにおいて、前記出射面部は、出射する光が前記Ｙ軸方向へ拡散する形状をなしている、ことを特徴とする光学レンズ。
4. 請求項３に記載の光学レンズにおいて、前記出射面部は、出射する光が前記Ｙ軸方向へ屈折する形状の凸条が前記Ｙ軸方向へ隣接して複数形成されている、ことを特徴とする光学レンズ。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の光学レンズと、
   前記第１反射面部及び前記第２反射面部に対向して配置される光源と、を備える発光装置。
6. 請求項５に記載の発光装置において、光透過性を有する材料で形成され、底面が開口した箱形状の上カバーと、
   前記上カバーの底面の開口を覆う下カバーと、
   前記光源となる発光ダイオードが実装され、前記上カバーと前記下カバーとにより構成される内部空間に配設される回路基板と、をさらに備え、
   前記光学レンズは、前記上カバーと一体に形成されている、ことを特徴とする発光装置。
7. 請求項５又は６に記載の発光装置において、前記光源は、前記Ｙ軸方向に沿って複数配置されている、ことを特徴とする発光装置。

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