JP6378468B2

JP6378468B2 - 光学部材

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Publication number: JP6378468B2
Application number: JP2013012495A
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Inventors: 小泉　文明; 文明小泉
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Filing date: 2013-01-25
Publication date: 2018-08-22
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Description

本発明は、光学部材に関する。

従来、たとえば、光源の光軸を挟んで２つの表示面が対向して配置される構成の看板が知られている。かかる構成の看板においては、２つの表示面の間の一端側に光源が配置され、各表示面が斜め方向から照明される構成となっている。一方、光源から照射された光の配光を制御する光学部材として、たとえば、特許文献１から３の構成のものが開示されている。

特開２００４−３５６５１２号公報特開２０１０−１０７８４４号公報特開平４−３６５８８号公報

しかしながら、互いに対向して配置される各被照明面を斜め方向から照射したとき、従来の光学部材では、各被照明面を光源に近い側から遠い側まで均一な照度で照明することが難しいという問題がある。すなわち、光源の光軸の周囲に複数備えられる各被照明面について、光源に近い側から遠い側まで均一な照度で照明することが難しい。

そこで、本発明は、光源の光軸の周囲について、光源に近い側から遠い側に亘って照度の均一化を図ることができる配光を得易い光学部材を提供することを課題とする。

上記目的を達成するため、本発明は、光源から照射された光が入射され、この入射された光の配光を制御して、少なくとも光源の光軸を挟んで両側に位置する表示面に向けて光を出射する光学部材において、光源から照射され光学部材内に入射された光の一部が他の面で反射されることなく到達し、光の進行方向である照明方向の側に向けて反射すると共に、光の進行方向の後側から前側に向かうにつれて徐々に大径となる反射面と、光学部材に入射された光を照明方向に向けて出射する出射面と、を有し、出射面には、凹部の中心が光軸上に配置されると共に、透過する光を両側の表示面のうち照明方向の前方の端部側を含む第１照明領域および両側の表示面で挟まれた照明方向の前側部分に出射するための軸上凹部と、軸上凹部の側面を構成すると共に、光学部材内を進行する光が臨界角を超えて入射する光を透過させずに全反射させる軸上凹部側面と、軸上凹部の周囲に配置され、光軸から離れるに従って光の入射側に向かうと共に、軸上凹部側面で全反射した光を、両側の表示面のうち照明方向の後方の端部から前方側の第２照明領域に出射し、光学部材内に入射された光であって軸上凹部側面で全反射せずに直接入射された光を第１照明領域と第２照明領域の間の第３照明領域に出射するための傾斜面と、が形成されていることとする。

また、本発明の光学部材は、軸上凹部の周囲に光軸を中心とする環状に、傾斜面よりも大きな曲率の曲面である環状曲面が形成されていることが好ましい。

また、本発明の光学部材は、軸上凹部および環状曲面の少なくとも１つの周縁部は、曲面に形成されていることが好ましい。

また、本発明の光学部材は、環状曲面は凹状の曲面であることが好ましい。

また、本発明の光学部材は、環状曲面は凸状の曲面であることが好ましい。

また、本発明の光学部材は、中実な構成であることが好ましい。

また、本発明の光学部材は、環状曲面の外側の傾斜面に粗面化処理が施されていることが好ましい。

また、本発明の光学部材は、光学部材の周囲に壁部を有することが好ましい。また、別の観点の看板の本発明は、長尺状の空間の一端側に配置された光源と、光源から照射された光が入射され、この入射された光の配光を制御して出射すると共に、少なくとも光源の光軸を挟んで両側に位置する表示面に向けて光を出射する光学部材とを備える看板において、光学部材は、光源から照射され光学部材内に入射された光の一部が他の面で反射されることなく到達し、光の進行方向である照明方向の側に向けて反射すると共に、光の進行方向の後側から前側に向かうにつれて徐々に大径となる反射面と、光学部材に入射された光を照明方向に向けて出射する出射面と、を有し、出射面には、凹部の中心が光軸上に配置されると共に、透過する光を両側の表示面のうち照明方向の前方の端部側を含む第１照明領域および両側の表示面で挟まれた照明方向の前側部分に出射するための軸上凹部と、軸上凹部の側面を構成すると共に、光学部材内を進行する光が臨界角を超えて入射する光を透過させずに全反射させる軸上凹部側面と、軸上凹部の周囲に配置され、光軸から離れるに従って光の入射側に向かうと共に、軸上凹部側面で全反射した光を、両側の表示面のうち照明方向の後方の端部から前方側の第２照明領域に出射し、光学部材内に入射された光であって軸上凹部側面で全反射せずに直接入射された光を第１照明領域と第２照明領域の間の第３照明領域に出射するための傾斜面と、が形成されていることとする。

本発明による光学部材によれば、光源の光軸の周囲について、光源に近い側から遠い側に亘って照度の均一化を図ることができる配光を得易い光学部材を得ることができる。

本発明の実施の形態に係る光学部材の光軸を含む面における断面の構成を示す図である。図１に示す光学部材を用いる看板の構成を示す断図面である。光学部材の集光レンズ面から光学部材に入射し出射面から出射する光の光路を例示する図である。光学部材の集光レンズ面から光学部材に入射し出射面から出射する光が看板の表示面を照明する照明範囲を示す図である。光学部材の内周側面から光学部材に入射し出射面から出射する光の光路を例示する図である。光学部材の内周側面から光学部材に入射し出射面から出射する光が看板の表示面を照明する照明範囲を示す図である。光学部材の軸上凹部の周縁部を拡大して示す図である。光学部材の反射面を凹面鏡にて構成した実施の形態の構成を示す図である。光学部材の周囲に側壁を備えた実施の形態の構成を示す図である。光学部材の環状曲面の他の形態を示す図である。光学部材の軸上凹部の他の形態を示す図である。

以下、本発明の実施の形態に係る光学部材１の構成について、図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明の実施の形態に係る光学部材１について、光軸Ｘを含む面における構成を示す断面図である。光学部材１は、光軸Ｘを回転軸として、図１に示す断面を回転させた形状を呈している。図１において、矢印Ｆの方向が、光学部材１の照明方向であり、図示外の被照明面が位置する方向となる。以下の説明において、矢印Ｆの方向を光の進行方向あるいは前方（前側）、その反対方向を後方（後側）と記載することとする。また、光軸Ｘに向かう（近づく）方向を内側、光軸Ｘから離れる方向を外側として記載することとする。なお、図１および他の図２から図９において、部材の断面を示す部分であっても図を判り易くするため、断面を示すハッチングを省略することとする。

図２は、照明光源用の光学部材として光学部材１を用いた看板１００の光軸Ｘを含む面における断面の概略の構成を示す。看板１００は、光学部材１の光軸Ｘの両側に被照明面となる表示面１０１，１０２が配置され、表示面１０１と表示面１０２との間の空間１０３の周囲には、空間１０３を囲む枠体１０４が配置されている。光源２００および光学部材１は、空間１０３の一端側に配置される。

したがって、光学部材１から出射した光は、光軸Ｘの両側に配置される表示面１０１，１０２を斜め方向（表示面１０１，１０２の後方）から照明する。看板１００は、表示面１０１，１０２が出来るだけ均一な照度で照明されればよく、枠体１０４については、必ずしもその必要はない。したがって、光学部材１は、以下に説明するように、光源２００から出射された光をできるだけ均一な照度で表示面１０１，１０２に照射できるように構成されている。

光学部材１は、たとえばＬＥＤ（ＬｉｇｈｔＥｍｉｔｔｉｎｇＤｉｏｄｅ）により構成される光源２００から照射された光が入射され、この入射した光の配光を制御して、図示外の被照明面に向けて出射する機能を有する。光学部材１は、光源２００から照射され光学部材１内に入射された光の一部を照明方向Ｆの側に向けて反射する反射面２と、光学部材１内に入射された光を照明方向Ｆの側に向けて出射する出射面３とを有する。出射面３には、軸上凹部４と、環状凹部５と、凸状傾斜面６と、凸状傾斜面７とが形成されている。

本実施の形態に示す光学部材１は、全体が中実な構成であり、アクリル樹脂、ポリカーボネイト樹脂あるいはガラスなどの透明な材料（レンズ素材）にて形成されている。光学部材１は、光軸Ｘ上に配置される光源２００から照射された光を入射面８にて光学部材１内に取り込み、取り込んだ光の一部については、反射面２にて出射面３に向けて反射し、他の一部の光については、直接出射面３から前方に向けて出射させることができるように構成されている。なお、光源２００は、ＬＥＤの他に、たとえば、ＣＣＦＬ（ＣｏｌｄＣａｔｈｏｄｅＦｌｕｏｒｅｓｃｅｎｔＬａｍｐ：冷陰極蛍光管）、電球（たとえば白熱電球）や蛍光灯などを用いることができる。

（入射面８）
光学部材１は、全体として、後方に曲面を向けた鐘形状を呈し、鐘形の頂点部分を含む位置に、後方に向けて開口される開口部９を有する凹部１０が形成されている。凹部１０の内部の空間は、開口部９から前方に向かって凹み、後方から前方に向かって直径が小さくなる略円錐台を呈している。凹部１０の底面は、凸面が後方に向く集光レンズ面１１として形成されている。また、凹部１０の内周側面１２は光軸Ｘを囲むように配置されている。つまり、入射面８は、集光レンズ面１１および内周側面１２を有し、光源２００から照射された光の一部は集光レンズ面１１から光学部材１内に入射し、他の一部の光は内周側面１２から光学部材１内に入射する。

（反射面２）
反射面２は、光軸Ｘ上に曲率中心を有すると共に変曲点を有しない曲線が光軸Ｘを中心に回転させられた回転体の面形状を呈し、光学部材１の外側面を構成する。反射面２は、内周側面１２から光学部材１内に入射した光を、出射面３に向けて全反射することができる面形状に構成されている。本実施の形態における光学部材１は中実であり、反射面２は光学部材１と空気との境界面である。したがって、内周側面１２から光学部材１内に入射し、反射面２に臨界角を超えて入射した光は反射面２で全反射する。

（出射面３）
出射面３には、軸上凹部４と、環状凹部５と、凸状傾斜面６と、凸状傾斜面７とが形成されている。

軸上凹部４は、光軸Ｘを含む部分に形成され、前方から後方に向かって凹む凹部であり、軸上凹部４の内面は、光軸Ｘ上に曲率中心が配置される曲面に形成されている。軸上凹部４の内側は空気である。したがって、光学部材１内から軸上凹部４の側面である軸上凹部側面１３に臨界角を超えて入射した光は、軸上凹部側面１３を透過せず外側に光路を曲げられて全反射させられる。

環状凹部５は、軸上凹部４の外側に、光軸Ｘを中心とする環状に配置されている。環状凹部５は、前方から後方に向かって凹む凹部であり、凹部の内面は、内面よりも前側に曲率中心が配置される曲面に形成されている。環状凹部５は、凸状傾斜面６および凸状傾斜面７よりも大きな曲率の曲面の凹部であり、軸上凹部４の周囲に光軸Ｘを中心として環状に配置されている環状曲面の１形態である。

軸上凹部４と環状凹部５との間は、凸状傾斜面６により接続されている。凸状傾斜面６は、前方に凸面を向ける曲面であって、内側から外側に向かうにしたがって後方に傾斜する斜面である。

環状凹部５の外側には凸状傾斜面７が配置されている。凸状傾斜面７は、前方に凸面を向ける曲面であって、内側から外側に向かうにしたがって後方に傾斜する斜面である。

（照明光の光路、照明範囲）
図３は、光源２００から出射した光のうち、凹部１０の集光レンズ面１１から光学部材１内に入射し出射面３から出射する光の光路の例を示す。図４は、光源２００から出射した光のうち、凹部１０の集光レンズ面１１から光学部材１に入射し、出射面３から看板１００内に出射される照明光の照明範囲の概略を示す図である。図５は、光源２００から出射した光のうち、凹部１０の内周側面１２から光学部材１内に入射し出射面３から出射する光の光路の例を示す。図６は、光源２００から出射した光のうち、凹部１０の内周側面１２から光学部材１に入射し、出射面３から看板１００内に出射される照明光の照明範囲の概略を示す図である。

光学部材からは、光軸Ｘに対称の配光で照明光が出射する。図３から図６においては、光路と照明範囲の描画を判り易くするため、中心が光軸Ｘと重なる照明光以外については、光学部材の光軸Ｘの一方側から出射する照明光について光路と照明範囲を描画している。図４に示す照明光Ｓ２は、中心が光軸Ｘと重なる照明光であり、図３の光線Ｌ３，Ｌ４は、照明光Ｓ２の光の光路である。したがって、照明光２と光線Ｌ３，Ｌ４については、光軸Ｘの両側について描画されている。

光学部材１は、光源２００から出射され光学部材１に入射した光を、図３から図６に示す配光で照明光を出射できるように、集光レンズ面１１、内周側面１２、反射面２および出射面３等が構成されている。

（光線Ｌ１から光線Ｌ６）
図３に示すように、光源２００から照射され、凹部１０の集光レンズ面１１から光学部材１内に進入した光は、全体として、出射面３の軸上凹部４および凸状傾斜面６に入射する。

集光レンズ面１１から光学部材１内に進入した光の一部は、たとえば、光線Ｌ１，Ｌ２のように、軸上凹部側面１３に臨界角を超えて入射し、軸上凹部側面１３で外側に向けて全反射される。軸上凹部側面１３で外側に向けて全反射された光線Ｌ１，Ｌ２は、凸状傾斜面６で更に外側に向けて屈折された状態で出射する。

また、集光レンズ面１１から光学部材１内に進入した光の他の一部は、たとえば、光線Ｌ３，Ｌ４のように、軸上凹部側面１３に臨界角未満で入射し、軸上凹部側面１３を透過して前方に出射する。

さらに、集光レンズ面１１から光学部材１内に進入した光のその他一部は、たとえば、光線Ｌ５，Ｌ６のように、集光レンズ面１１から直接凸状傾斜面６に入射し、凸状傾斜面６を透過して前方に出射する。

光線Ｌ１，Ｌ２は、図４に示すように、主に表示面１０１，１０２の照明領域Ｔ１（第２照明領域に対応）を照明する照明光Ｓ１の光線を代表的に示す光線である。照明領域Ｔ１は、概ね、表示面１０１，１０２の後方の端部から表示面１０１，１０２の前後方向中程までの間の照明領域である。また、光線Ｌ３，Ｌ４は、図４に示すように、表示面１０１，１０２の照明領域Ｔ５（第１照明領域に対応）と照明領域Ｔ２を照明する照明光Ｓ２の光線を代表的に示す光線である。照明領域Ｔ２は、看板１００の枠体１０４の前側部分である。光線Ｌ５，Ｌ６は、図４に示すように、主に照明領域Ｔ３（第３照明領域に対応）を照明する照明光Ｓ３の光線を代表的に示す光線である。照明領域Ｔ３は、概ね、表示面１０１，１０２の前後方向中程の照明領域である。照明領域Ｔ３の後側の領域と照明領域Ｔ１の前側の領域は重なりを有している。

（光線Ｌ７からＬ１２）
図５に示すように、光源２００から照射され、凹部１０の内周側面１２から光学部材１内に進入した光は、全体として、反射面２で全反射される。そして、反射面２で全反射された光は、全体として、環状凹部５と、その内周側の凸状傾斜面６と、環状凹部５の外周に配置される凸状傾斜面７とに入射する。

凹部１０の内周側面１２から光学部材１内に進入し反射面２で全反射された光の一部は、たとえば、光線Ｌ７，Ｌ８のように、環状凹部５を透過し前方に出射する。

また、凹部１０の内周側面１２から光学部材１内に進入し反射面２で全反射された光の他の一部は、たとえば、光線Ｌ９，Ｌ１０のように、凸状傾斜面６から前方に出射する。

さらに、凹部１０の内周側面１２から光学部材１内に進入し反射面２で全反射された光のその他の一部は、たとえば、光線Ｌ１１，Ｌ１２のように、凸状傾斜面７から前方に出射する。

光線Ｌ７，Ｌ８は、図６に示すように、照明領域Ｔ２および表示面１０１，１０２の照明領域Ｔ４を主に照明する照明光Ｓ４の光線を代表的に示す光線である。照明領域Ｔ４は照明領域Ｔ１の前側領域から表示面１０１，１０２の前端に掛けての照明領域である。光線Ｌ９，Ｌ１０は、図６に示すように、主に表示面１０１，１０２の照明領域Ｔ５を照明する照明光Ｓ５の光線を代表的に示す光線である。照明領域Ｔ５は、概ね、表示面１０１，１０２の前方の端部から照明領域Ｔ３の前側領域に重なる照明領域である。光線Ｌ１１，Ｌ１２は、図６に示すように、主に照明領域Ｔ２および照明領域Ｔ５を照明する照明光Ｓ６の光線を代表的に示す光線である。

（照明光Ｓ１）
軸上凹部４および凸状傾斜部６は、集光レンズ面１１から光学部材１内に進入した光の一部を、光線Ｌ１，Ｌ２のように、軸上凹部側面１３で全反射させると共に凸状傾斜部６で外側に屈折させ照明領域Ｔ１に照射できるように曲率等が設定されている。出射面３に軸上凹部４を設けることで、光線Ｌ１，Ｌ２のように、軸上凹部側面１３で外側に向けて全反射される光を照射し易くなる。さらに、光学部材１においては、軸上凹部側面１３で外側に向けて全反射された光線Ｌ１，Ｌ２は、凸状傾斜面６でさらに外側に向けて屈折され凸状傾斜面６から出射される。

したがって、光学部材１は、光源２００から出射した光を光学部材１の外側の比較的近く（後方より）に照射することができる。すなわち、光学部材１を用いることで、光源２００から出射した光を、表示面１０１，１０２の光学部材１に近い側（後端側）である照明領域Ｔ１に照射することができる。

凸状傾斜面６は、光軸Ｘ側から外側に向かうに従って後方に向かう傾斜面となっている。つまり、凸状傾斜面６は、光線Ｌ１，Ｌ２のように軸上凹部側面１３で全反射し、凸状傾斜面６に入射する光線に対して入射角が小さくなるように構成されている。凸状傾斜面６をこのように構成することで、軸上凹部側面１３で全反射した光が凸状傾斜面６で後方に向けて全反射してしまう光の量を少なくできる。すなわち、軸上凹部側面１３で全反射した光が凸状傾斜面６から出射する割合を増やすことができ、照明領域Ｔ１の照度の向上を図ることができる。

（照明光Ｓ２）
軸上凹部４は凹面であり、凹レンズの機能を有する。軸上凹部４は、集光レンズ面１１から光学部材１内に進入した光のうち、光線Ｌ３，Ｌ４のように軸上凹部側面１３に臨界角未満で入射した光を、収束を抑えて出射させ照明領域Ｔ２，Ｔ５に照射できるように曲率等が設定されている。

つまり、光学部材１は、集光レンズ面１１から光学部材１内に入射し軸上凹部４を透過する光を、光線Ｌ３，Ｌ４のように、軸上凹部側面１３で収束を抑えられた状態で出射させ照明領域Ｔ２，Ｔ５に照射させることができる。光学部材１は、集光レンズ面１１から光学部材１内に入射し軸上凹部４を透過する光を、照明領域Ｔ５に照射させることができる。また、照明領域Ｔ２に対しても照射される。

（照明光Ｓ３）
凸状傾斜面６は凸面であり、凸レンズの機能を有する。凸状傾斜面６は、集光レンズ面１１から光学部材１内に進入した光のうち、光線Ｌ５，Ｌ６のように集光レンズ面１１から直接凸状傾斜面６に入射した光を、発散を抑えて照明領域Ｔ３に照射することができるように曲率等が設定されている。

つまり、光学部材１は、集光レンズ面１１から光学部材１内に入射し凸状傾斜面６を透過する光を、光線Ｌ５，Ｌ６のように、凸状傾斜面６で発散を抑えられた状態で出射させ照明領域Ｔ３に照射させることができる。光線Ｌ５，Ｌ６は、凸状傾斜面６を透過させられることで照明領域Ｔ１よりも前方の照明領域Ｔ３に照射される。

（照明光Ｓ４）
環状凹部５は凹面であり、凹レンズの機能を有する。環状凹部５は、内周側面１２から光学部材１内に進入し反射面２で全反射された光の一部を、光線Ｌ７，Ｌ８のように発散された光として出射させ照明領域Ｔ２および照明領域Ｔ４を照明できるように曲率等が設定されている。

つまり、光学部材１は、内周側面１２から光学部材１内に進入し反射面２で全反射された光を、光線Ｌ７，Ｌ８のように環状凹部５で発散された光として出射させ、照明領域Ｔ２および照明領域Ｔ４に照射させることができる。

（照明光Ｓ５）
凸状傾斜面６は凸面であり、凸レンズの機能を有する。凸状傾斜面６は、内周側面１２から光学部材１内に進入し反射面２で全反射された光の一部を、光線Ｌ９，Ｌ１０のように発散を抑えた状態で出射させ照明領域Ｔ５を照明することができるように曲率等が設定されている。

つまり、光学部材１は、内周側面１２から光学部材１内に進入し反射面２で全反射された光を、光線Ｌ９，Ｌ１０のように発散を抑えた状態で出射させ、照明領域Ｔ５に照射させることができる。

（照明光Ｓ６）
凸状傾斜面７は凸面であり、凸レンズの機能を有する。凸状傾斜面７は、内周側面１２から光学部材１内に進入し反射面２で全反射された光の一部を光線Ｌ１１，Ｌ１２のように、一旦空間１０３内で収束させた後、発散状態とさせて照明領域Ｔ２および照明領域Ｔ５を照明することができるように曲率等が設定されている。

つまり、光学部材１は、内周側面１２から光学部材１内に進入し反射面２で全反射された光を、光線Ｌ１１，Ｌ１２のように、一旦空間１０３内で収束した後発散状態とし、照明領域Ｔ２および照明領域Ｔ５に照射させることができる。

照明領域Ｔ２自体は表示面１０１，１０２でないため照明する必要はない。しかしながら、照明領域Ｔ２を照明することで、照明領域Ｔ２で反射した光により表示面１０１，１０２の照明領域Ｔ５を照明することができる。照明領域Ｔ５は、光源２００から遠いため照度が落ち易い。したがって、照明領域Ｔ２で反射した光により表示面１０１，１０２の照明領域Ｔ５を照明することで、表示面１０１，１０２の照度の均一化を図ることができる。

照明領域Ｔ２、すなわち、枠体１０４の内側の面（空間１０３側の面）を粗面化処理し、照明領域Ｔ２で光が拡散するように反射させることで表示面１０１，１０２の照度の均一化をより好適に図ることができる。

光源２００から離れるほど被照明面の照度は低下する。そこで、光学部材１は、光源２００からの距離が照明領域Ｔ１よりも遠方の照明領域Ｔ３を主に照明光Ｓ３については、照明領域Ｔ１，Ｔ２，Ｔ４を照明する照明光Ｓ１，Ｓ２，Ｓ４に比べて大きな光量で光が出射されるように構成されている。また、光学部材１は、光源２００からの距離が照明領域Ｔ１よりも遠方の照明領域Ｔ５を主に照明する照明光Ｓ５についても、照明領域Ｔ１，Ｔ２，Ｔ４を照明する照明光Ｓ１，Ｓ２，Ｓ４に比べて大きな光量で光が出射されるように構成されている。

照明領域Ｔ１は、照明領域Ｔ３，Ｔ５に比べて光源２００に近い。したがって、光学部材１は、照明領域Ｔ１を主に照明する照明光Ｓ１については、照明領域Ｔ３，Ｔ５を照明する照明光Ｓ３，Ｓ５に比べて少ない光量で光が出射するように構成することで、照明領域Ｔ１の照度が照明領域Ｔ３，Ｔ５の照度よりも極端に大きくなることを防止できる。

照明領域Ｔ２は、表示面１０１，１０２の照明に直接関与しない。したがって、光学部材１は、照明領域Ｔ２，Ｔ５を照明する照明光Ｓ２のうち照明領域Ｔ２を照明する照明光については、照明光Ｓ１，Ｓ４，Ｓ６を照明する光に比べて少ない光量で光が出射されるように構成されている。なお、光学部材１から出射する照明光Ｓ１からＳ６の光量は上述した構成に限定されるものではない。照明光Ｓ１からＳ６の光量は、照明光Ｓ１からＳ６の照明領域の光源２００からの距離や位置関係等に応じて、表示面１０１，１０２の照度が均一になるように適宜に調整することが好ましい。

（本実施の形態の主な効果）
本実施の形態に係る光学部材１は、光源２００から照射された光が入射され、この入射された光の配光を制御して出射するものであり、光源２００から照射され光学部材１内に入射された光の一部を照明方向（前方）の側に向けて反射する反射面２と、光学部材１に入射された光を照明方向の側に向けて出射する出射面３とを有する。出射面３は、凹部の中心が光軸Ｘ上に配置される軸上凹部４と、軸上凹部４の周囲に配置され、光軸Ｘを中心に環状に形成される環状凹部５とを有する。

光学部材１は上述のように出射面３に軸上凹部４と環状凹部５を備えることで、出射面３から出射する照明光の発散する角度を大きくすることができ、光軸Ｘの両側に配置される被照明面である表示面１０１，１０２の光源２００に近い側を広い範囲で照射することができる。

また、光学部材１は、軸上凹部４と環状凹部５との間に、光軸Ｘから離れるに従って光の入射側（後方）に向かう傾斜面として凸状傾斜面６を有する。

光学部材１をこのように構成することで、たとえば、照明光Ｓ１からＳ６として示すように、表示面１０１，１０２の光源２００に近い側から遠い側に亘って均一な照度で照明することができる。

上述の光学部材１において、軸上凹部４の周縁部４Ａ、環状凹部５の内側の周縁部５Ａ、および環状凹部５の外側の周縁部５Ｂの少なくとも１つ周縁部は、曲面に形成されていることが好ましい。周縁部４Ａ，５Ａ，５Ｂは、出射面３の曲がり方向が変わる変曲部である。図７は、周縁部４Ａを拡大して示すもでの、軸上凹部側面１３と凸状傾斜面６との境界部である周縁部４Ａが曲面に形成されている。周縁部４Ａ，５Ａ，５Ｂが曲面に形成されていることで、表示面１０１，１０２に照明光のゴーストが発生することを抑えることができる。

上述の光学部材１において、光学部材１は透明な材料にて形成され、全体が中実な構成となっている。つまり、反射面２の内側は中実であり、反射面２は光学部材１と空気との境界面に構成されている。光学部材１は、たとえば図８に示すように、反射面２の部分を内側に空間２０が形成される凹面鏡２１にて構成し、凹面鏡２１の前方の開口部２２に、出射面３が形成されるレンズ体２３を配置する構成としてもよい。しかし、係る構成とした場合に比べ、図１に示すように光学部材１を中実な構成とした場合には、反射面２を出射面３の外周縁まで配置し易くなり、反射面２の面積を広くでき、出射面３からの出射光量の増加を図ることができる。

光学部材１は、図９に示すように、光学部材１の外周に壁部としての側壁３０を備える構成としてもよい。側壁３０を備えることで、照明光のゴーストが表示面１０１，１０２に発生することを抑えることができる。側壁３０の前後方向の長さや配置はゴーストの発生位置により適宜に設定する。

図９に示す側壁３０は、光学部材１の外周を囲むように構成されているが、側壁３０は表示面１０１，１０２に照明光のゴーストの発生を防止するものなので、少なくとも光学部材１と表示面１０１，１０２との間に配置されていればよい。また、図９に示す側壁３０は、光学部材１と一体成形されているが、光学部材１と別体としてもよい。側壁３０は透明であっても、ゴーストの発生の抑制に効果があり、また、側壁３０に遮光処理を施すことで、より効果的にゴーストの発生を防止できる。

光学部材１は、環状凹部５の外側に配置される周面である凸状傾斜面７に粗面化処理を施した構成としてもよい。係る構成とした場合には、凸状傾斜面７を透過する光が粗面により拡散され、表示面１０１，１０２より光学部材１に近い領域を照明することができ、表示面１０１，１０２の照度の均一化を図り易くなる。また、出射面３は、全面に亘って粗面化処理を施す構成としてもよい。

上述の実施の形態では、光軸Ｘを挟んで対向して配置される表示面１０１，１０２を照明する場合に光学部材１を用いる例を示している。しかしながら、光学部材１は、上述のように対向する２つの被照明面を照明する場合に使用されることに限らない。たとえば、光軸Ｘの周囲の３方あるいは４方さらにはそれ以上の方向に被照明面が配置される場合であっても光学部材１を用いて照明することで、各被照明面の照度の均一化を図ることができる。また、光軸Ｘの一方側に被照明面が配置される場合であっても光学部材１を用いて照明することで、各被照明面の照度の均一化を図ることができる。また、光軸Ｘの周囲を円筒状に囲むように被照明面が配置される場合であっても光学部材１を用いて照明することで、各被照明面の照度の均一化を図ることができる。

また、上述の実施の形態では、凸状傾斜面６，７は、前方に凸面を向ける曲面としているが平面であってもよい。しかしながら、前方に凸面を向ける曲面とすることで、凸状傾斜面６，７で全反射して光学部材１に戻される光りの量の低下させ、出射面３からの出射量の向上を図ることができる。また、集光作用を持たせることもできる。

また、上述の実施の形態では、環状凹部５を環状曲面の１形態とする例を示したが、光学部材１は、図１０に示すように、環状曲面を環状凸部４０とする構成としてもよい。

環状凸部４０は、凸状傾斜面６および凸状傾斜面７よりも大きな曲率の曲面の凸部であり、軸上凹部４の周囲に光軸Ｘを中心として環状に配置されている。環状凸部４０には、凹部１０の内周側面１２から光学部材１内に進入し反射面２で全反射された光の一部が入射し、たとえば、光線Ｌ１３，Ｌ１４のように、環状凸部４０を透過し前方に出射する。光線Ｌ１３，Ｌ１４は、一旦空間１０３内で収束させれた後、発散状態とさせ環状凹部５と同様に、照明領域Ｔ２および照明領域Ｔ４を照明することができるように曲率等が設定されている。

つまり、環状凸部４０を有する光学部材１は、内周側面１２から光学部材１内に進入し反射面２で全反射された光を、光線Ｌ１３，Ｌ１４のように、一旦空間１０３内で収束した後発散状態とし、照明領域Ｔ２および照明領域Ｔ４に照射させることができる。

なお、図１０に示す光学部材１は、環状曲面が環状凸部４０であることを除き、図１から図９を参照して説明した光学部材１と同様の構成である。同一の符号を付しその説明を省略する。

上述の光学部材１において、軸上凹部４の周縁部４Ａ、環状凸部４０の内側の周縁部４０Ａ、および環状凸部４０の外側の周縁部４０Ｂの少なくとも１つ周縁部は、曲面に形成されていることが好ましい。出射面３が周縁部４Ａ，４０Ａ，４０Ｂにおいて曲率の変化が不連続とならないように、周縁部４Ａ，４０Ａ，４０Ｂを曲面に形成することで、表示面１０１，１０２に照明光のゴーストが発生することを抑えることができる。

また、上述の実施の形態では、軸上凹部４の底面は後方に凹んだ凹曲面となっている。しかしながら、図１１に示すように、軸上凹部４の底面を、光軸Ｘに直交する平面である平面部４Ｂに形成してもよい。このように軸上凹部４の底面を平面部４Ｂとした場合には、軸上凹部４の底面を凹曲面とした場合に比べて、この部分を透過する光の発散を抑えることができる。つまり照明光Ｓ２の発散角度を狭くすることができる。そのため、照明光Ｓ２の照明領域Ｔ５の前方側の領域の照度を高めることができる。したがって、たとえば、看板１００が前後に長くなった場合に、表示面１０１，１０２の前端側にも照明光を配光させ易くなる。

なお、図１１に示す光学部材１は、軸上凹部４の底面が平面部４Ｂであることを除き、図１から図９を参照して説明した光学部材１と同様の構成である。同一の符号を付しその説明を省略する。

また、上述の実施の形態では、軸上凹部４の底面を前方に突出した凸曲面としてもよい。このように軸上凹部４の底面を凸曲面とした場合には、軸上凹部４の底面を凹曲面または平面部４Ｂとした場合に比べて、照明光Ｓ２の発散をより抑えることができる。そのため、照明光Ｓ２の照明領域Ｔ５の前方側の領域の照度を一層高めることができる。したがって、たとえば、看板１００が前後に長くなった場合に、表示面１０１，１０２の前端側に照明光をより配光させ易くなる。

以上のように、軸上凹部４の底面の形状を凹面、平面、曲面とすることで照明光Ｓ２の配光角度を適宜に変えることができ、照明領域Ｔ５照度分布を変えることができる。軸上凹部４の底面の形状を凹面とするとで照明光Ｓ２の配光角度が広くなり照明領域Ｔ５を後方に広げることができる。逆に、軸上凹部４の底面の形状を凸面とするとで明光Ｓ２の配光角度が狭くなり照明領域Ｔ５を前方に移動させたり照明領域Ｔ５の前方側の照度を向上させることができる。

また、上述の実施の形態では、凹部１０の底面は集光レンズ１１として構成されているが、平面としたり前方に凹む凹曲面としてもよい。

また、光学部材１に、たとえば、特開２０１０−９７０８８、特開２０１０−１２３３０９等に開示される光散乱粒子を混合し、その混合量や混合の分布を調整することで光学部材１から出射する光の配光角度や照度分布を変える構成を備えてもよい。

Ｘ・・・光軸
１・・・光学部材
２・・・反射面
３・・・出射面
４・・・軸上凹部
４Ａ，５Ａ，５Ｂ・・・周縁部
５・・・環状凹部（環状曲面）
６・・・凸状傾斜面（傾斜面）
３０・・・壁部
４０・・・環状凸部（環状曲面）
４０Ａ，４０Ｂ・・・周縁部
２００・・・光源

Claims

光源から照射された光が入射され、この入射された光の配光を制御して、少なくとも光源の光軸を挟んで両側に位置する表示面に向けて光を出射する光学部材において、
前記光源から照射され前記光学部材内に入射された光の一部が他の面で反射されることなく到達し、光の進行方向である照明方向の側に向けて反射すると共に、光の進行方向の後側から前側に向かうにつれて徐々に大径となる反射面と、
前記光学部材に入射された光を前記照明方向に向けて出射する出射面と、
を有し、
前記出射面には、
凹部の中心が光軸上に配置されると共に、透過する光を両側の前記表示面のうち前記照明方向の前方の端部側を含む第１照明領域および両側の前記表示面で挟まれた前記照明方向の前側部分に出射するための軸上凹部と、
前記軸上凹部の側面を構成すると共に、前記光学部材内を進行する光が臨界角を超えて入射する光を透過させずに全反射させる軸上凹部側面と、
前記軸上凹部の周囲に配置され、前記光軸から離れるに従って前記光の入射側に向かうと共に、前記軸上凹部側面で全反射した光を、両側の前記表示面のうち前記照明方向の後方の端部から前方側の第２照明領域に出射し、前記光学部材内に入射された光であって前記軸上凹部側面で全反射せずに直接入射された光を前記第１照明領域と前記第２照明領域の間の第３照明領域に出射するための傾斜面と、
が形成されていることを特徴とする光学部材。
請求項１に記載の光学部材において、
前記軸上凹部の周囲に前記光軸を中心とする環状に、前記傾斜面よりも大きな曲率の曲面である環状曲面が形成されていることを特徴とする光学部材。
請求項２に記載の光学部材において、
前記軸上凹部および前記環状曲面の少なくとも１つの周縁部は、曲面に形成されていることを特徴とする光学部材。
請求項２または３に記載の光学部材において、
前記環状曲面は凹状の曲面であることを特徴とする光学部材。
請求項２または３に記載の光学部材において、
前記環状曲面は凸状の曲面であることを特徴とする光学部材。
請求項１から５のいずれか１項に記載の光学部材は、中実な構成であることを特徴とする光学部材。
請求項２に記載の光学部材において、
前記環状曲面の外側の前記傾斜面に粗面化処理が施されていることを特徴とする光学部材。
請求項１から７に記載の光学部材において、
前記光学部材は、前記光学部材の周囲に壁部を有することを特徴とする光学部材。
長尺状の空間の一端側に配置された光源と、前記光源から照射された光が入射され、この入射された光の配光を制御して出射すると共に、少なくとも光源の光軸を挟んで両側に位置する表示面に向けて光を出射する光学部材とを備える看板において、
前記光学部材は、
前記光源から照射され前記光学部材内に入射された光の一部が他の面で反射されることなく到達し、光の進行方向である照明方向の側に向けて反射すると共に、光の進行方向の後側から前側に向かうにつれて徐々に大径となる反射面と、
前記光学部材に入射された光を前記照明方向に向けて出射する出射面と、
を有し、
前記出射面には、
凹部の中心が光軸上に配置されると共に、透過する光を両側の前記表示面のうち前記照明方向の前方の端部側を含む第１照明領域および両側の前記表示面で挟まれた前記照明方向の前側部分に出射するための軸上凹部と、
前記軸上凹部の側面を構成すると共に、前記光学部材内を進行する光が臨界角を超えて入射する光を透過させずに全反射させる軸上凹部側面と、
前記軸上凹部の周囲に配置され、前記光軸から離れるに従って前記光の入射側に向かうと共に、前記軸上凹部側面で全反射した光を、両側の前記表示面のうち前記照明方向の後方の端部から前方側の第２照明領域に出射し、前記光学部材内に入射された光であって前記軸上凹部側面で全反射せずに直接入射された光を前記第１照明領域と前記第２照明領域の間の第３照明領域に出射するための傾斜面と、
が形成されていることを特徴とする看板。