JP6390194B2 - 光学素子及び面光源装置 - Google Patents

Description

本発明は、表面にプリズム群を備えた光学素子及び面光源装置に関するものである。

例えばエレベータには、目的階を入力可能に照光する照光式押しボタンスイッチが設けられており、近年、この照光式押しボタンスイッチを均一に面発光させることが望まれている。

従来の照光式押しボタンスイッチを均一に面発光させるための構造としては、図１０の（ａ）（ｂ）（ｃ）に示すように、３種類の制御方式が一般的に知られている。このうち、図１０の（ａ）に示す光源１０１の直上に凸レンズ１０２を配して指向性を制御する方式や、図１０の（ｂ）に示す光源１１１からの光を、導光パイプ１１２を介して出射する導光制御方式等の所謂光源直下方式は、出射方向の距離が大きくなるという課題がある。これに比べて、図１０の（ｃ）に示すように、面発光制御方式では、導光板１２１を使用するので、出射方向の距離を小さくすることができる。しかし、導光板１２１を用いる場合、光源１２２は一般的に導光板１２１の側面に配されるので面内方向の広さが拡大されるという課題がある。また、導光板１２１を使用するとコストが高くなる。

そこで、面光源装置を安価に製造するためには、光源直下方式において、出射方向の距離を小さくして均一な面発光を実現することが好ましい。

ところで、光源直下方式の面光源装置の輝度分布は、マイクロレンズアレイ等の光学素子が存在しない場合には、図１１の（ａ）において破線で示すように、光源の直上が明るくなり過ぎると共に、周辺においては暗過ぎる。特に、光源としてＬＥＤを用いると、この現象が顕著である。したがって、光源直下方式の面光源装置において、均一な面発光を実現すべく、図１１の（ａ）において実線で示す目標値の輝度分布にするためには、中央付近をより暗くし、かつ外周をより明るくする必要がある。そのためには、図１１の（ｂ）に示すように、マイクロレンズアレイ（ＭＬＡ）等の光学素子において、ＬＥＤ光源の直上においては反射が強くなるようにする一方、周辺においては屈折等による偏向を強くする必要がある。

このような目的の光学素子を備えた面光源装置として、従来、例えば特許文献１に開示されたＬＥＤ発光体、及び特許文献２に開示された直下型点光源バックライト装置が知られている。

特許文献１に開示されたＬＥＤ発光体２００は、図１２に示すように、反射層２０１、発光ダイオード（ＬＥＤ）２０２及び光学素子としての構造化表面２０３からなっている。構造化表面２０３は、発光ダイオード（ＬＥＤ）２０２の発光軸と同一軸上の中心軸に対してプリズム頂部が直線的な放射状に配置された複数のプリズム構造物を有してなっている。

また、特許文献２に開示された直下型点光源バックライト装置３００は、図１３の（ａ）に示すように、ＬＥＤ基板３０１に搭載された点状ＬＥＤ光源３０２と、該ＬＥＤ基板３０１の上面の点状ＬＥＤ光源３０２以外の部分に設けられた反射板３０３と、該ＬＥＤ基板３０１の上方に設けられた光拡散板３１０とを備えている。そして、光拡散板３１０は、図１２の（ｂ）に示すように、表面に複数の凹部３１１を有し、凹部３１１は、略逆多角錐又は略逆多角錐台形状にてなっている。

特表２００９−５２１７８２号公報（２００９年６月４日公表） 特開２０１０−１１７７０７号公報（２０１０年５月２７日公開）

しかしながら、上記従来の光学素子及び面光源装置では、以下の問題点を有している。

まず、特許文献１に開示されたＬＥＤ発光体２００では、図１４に示すように、発光ダイオード（ＬＥＤ）２０２の直上の反射を大きくすることにより、構造化表面２０３の中央付近の輝度分布を低下させることができる。しかしながら、周辺においては、輝度の増加がなく、その結果、十分に均一な面発光を実現することができないという問題点を有している。

また、特許文献２に開示された直下型点光源バックライト装置３００では、図１５に示すように、点状ＬＥＤ光源３０２の直上光は、光拡散板３１０の表面にて反射されて戻る。しかしながら、光拡散板３１０の周辺の光の一部は、光拡散板３１０の表面にて屈折されて光拡散板３１０の上方の中央に集まる。この結果、光拡散板３１０の中央の輝度があまり低下せず、十分に均一な面発光を実現することができないという問題点を有している。

一方、光学の分野においては、一つのレンズの表面部分を細かく分解して平面上に配置したフレネルレンズが知られている。フレネルレンズは、レンズの厚さが薄くなり、軽量化を図ることができるというメリットがある。このフレネルレンズにおいて例えば非球面にて適切に設計すると、屈折等による偏向によって光量の少ないレンズ周辺に光を集めることができ、周辺の輝度を高めることができる。

しかしながら、一つのレンズの表面を細かく分解して平面上に同心円に配置したフレネルレンズでは、前記図１５に示したと同様に、光拡散板３１０の表面にて屈折された光の一部は光拡散板３１０の上方の中央に集まる。この現象により、中央の輝度を十分に落とすことができないという欠点を有している。

本発明は、上記従来の問題点に鑑みなされたものであって、その目的は、光源直下方式において、出射方向の距離を小さく保ちつつ均一な面発光を実現し得る光学素子及び面光源装置を提供することにある。

本発明の光学素子は、上記課題を解決するために、中心軸から外周に向けて複数のプリズム頂部がそれぞれ渦巻き状に延びて形成されたプリズム群を平板の表面に少なくとも１つ備えていることを特徴としている。尚、渦巻き状に延びて形成されたそれぞれのプリズム頂部は、必ずしも連続ではなく不連続であってもよい。

上記の発明によれば、光学素子の中心軸から外周に遠ざかった部分では、非球面にて適切に設計されたフレネルレンズと同様に、複数のプリズム頂部が同心円に設けられた状態に近づく。したがって、光学素子の中心軸から遠ざかった光量の少ない外周の暗い部分に光源からの光を集めるように屈折させることができる。ここで、本発明では、光学素子の外周において、複数のプリズム頂部はそれぞれ渦巻き状に延びて形成されており、同心円ではない。このため、一部の光は光学素子の中心軸方向に向かうが、中心軸上の一点に集中することはなく、分散される。この結果、中心軸上に光が集まるのを抑制することができる。

一方、中心軸の近傍では、渦巻き状に延びて形成された複数のプリズム頂部が、直線的な放射状に配置された状態となる。この結果、中心軸の近傍では、光源からの光を反射させて該光源からの光が透過されないようになる。

これにより、中心軸から外周に遠ざかった部分では光が多く透過され、中心軸の近傍では光が透過されないようになるので、光学素子の直下に光源が設けられた光源直下方式において、光学素子の全体面において均一な光が出射される。

したがって、光源直下方式において、出射方向の距離を小さく保ちつつ均一な面発光を実現し得る光学素子を提供することができる。

尚、本発明では、平板内に中心軸が複数個存在してもよい。これにより、各中心軸の延長上に光源をそれぞれ配することが可能となり、広い基板を有する光学素子においても、光学素子の全体面において均一な光を出射させることができる。

本発明の光学素子では、前記プリズム群の各プリズム頂部は、前記中心軸から半径方向の第１距離までは、外周に向けて放射状に直線的に延びて形成されていることが好ましい。

これにより、光学素子における中心軸の近傍のプリズム群の各プリズム頂部の形状は、放射状プリズムとなっているので、確実に、光学素子における中心軸の近傍において、光源からの光を反射させて該光源からの光が透過されないようになる。

本発明の光学素子では、前記プリズム群の各プリズム頂部は、中心軸から外周に向けて連続的に延びて形成されているとすることができる。

これにより、透過光の局所的なムラの発生を防止することができる。

本発明の光学素子では、前記各プリズム頂部は、断面逆Ｖ字状になっているとすることができる。

これにより、光源からの光は、断面逆Ｖ字状の各プリズム頂部にて一様に反射される。したがって、光学素子の中心軸から遠ざかった外周において、光源からの光を一様に屈折させることができる。また、中心軸の近傍においても、光源からの光を一様に反射させて該光源からの光が透過されないようにすることができる。

また、断面逆Ｖ字状とすることにより加工が容易となる。この結果、作製の容易な光学素子を提供することができる。

本発明の光学素子では、前記プリズム群を、前記平板の裏面にも備えているとすることができる。

すなわち、本発明のプリズム群を平板の裏面にも備えることによって、光源から光学素子の裏面への入射角を各プリズム頂部に応じて制御することができる。この結果、平板の表面から出射する光の方向を平板の裏面及び表面のプリズム群における各プリズム頂部の断面形状にて調整することができるので、各プリズム頂部の断面形状の変形の自由度を広げることができる。

本発明の面光源装置は、上記課題を解決するために、拡散板と前記記載の光学素子と、上記光学素子の中心軸の延長線上に設けられた点状光源とが、この順に配されていることを特徴としている。

上記の発明によれば、光源直下方式において、出射方向の距離を小さく保ちつつ均一な面発光を実現し得る光学素子を備えた面光源装置を提供することができる。

特に、本発明では、光学素子における、点状光源とは反対側に拡散板が配されている。この結果、光学素子からの出射光が、拡散板によってぼやける。したがって、拡散板から出射される光は、さらに均一な面発光を実現し得るものとなる。

本発明の面光源装置では、前記プリズム群は、前記光学素子における、前記点状光源とは少なくとも反対側の面に備えられているとすることができる。

すなわち、プリズム群が光学素子における、点状光源と同じ側に存在するよりも、点状光源とは反対側の面に備えられている方が、均一な面発光を実現し得る効果が大きい。

したがって、プリズム群を、光学素子における、点状光源とは少なくとも反対側の面に備えることによって、光源直下方式において、出射方向の距離を小さく保ちつつ均一な面発光を実現し得る光学素子を備えた面光源装置を提供することができる。

本発明の光学素子及び面光源装置によれば、光源直下方式において、出射方向の距離を小さく保ちつつ均一な面発光を実現し得る光学素子及び面光源装置を提供するという効果を奏する。

本発明における光学素子の実施の一形態を示す斜視図である。 上記光学素子を備えた面光源装置を搭載した照光式押しボタンスイッチの構成を示す斜視図である。 上記照光式押しボタンスイッチの構成を示す分解斜視図である。 上記照光式押しボタンスイッチの構成を示すものであって、図２のＡ−Ａ線矢視断面図である。 上記照光式押しボタンスイッチに搭載された面光源装置の構成を示す断面図である。 上記光学素子の構成を示す平面図である。 （ａ）は上記光学素子の外周部の光の進み方を示す光路図であり、（ｂ）は上記光学素子の中心軸近傍の光の進み方を示す光路図である。 （ａ）は上記光学素子におけるプリズム頂部の中心点を示す断面図であり、（ｂ）はプリズム頂部の渦巻き角度を示す平面図である。 （ａ）は種々のマイクロレンズアレイの構成を示す平面図であり、（ｂ）は発光エリア／厚みと均一性との関係を示すグラフである。 （ａ）は従来の面光源装置の構成例としての指向性制御方式を示す断面図であり、（ｂ）は従来の面光源装置の構成例としての導光制御方式を示す断面図であり、（ｃ）は従来の面光源装置の構成例としての面発光制御方式を示す断面図である。 （ａ）は従来の光源直下方式の面光源装置における輝度分布を示す図であり、（ｂ）は光源直下方式の面光源装置において均一な面発光を実現し得るための光路を示す模式断面図である。 従来の光源直下方式の面光源装置、及び光学素子の一例を示す斜視図である。 （ａ）は従来の光源直下方式の他の面光源装置の一例を示す断面図であり、（ｂ）はその面光源装置に使用された光学素子の構成を示す斜視図である。 図１２に示す従来の光源直下方式の面光源装置における光路特性を示す模式断面図である。 図１３の（ａ）（ｂ）に示す従来の光源直下方式の他の面光源装置における光路特性を示す模式断面図である。

本発明の一実施形態について図１〜図９に基づいて説明すれば、以下のとおりである。

本実施の形態の光学素子及び面光源装置は、例えば、エレベータの乗り場の壁面に取り付けられるエレベータ用の操作パネルに設けられる上方向若しくは下方向等の指示スイッチ、又はエレベータ内に取り付けられる扉の開放、扉の閉鎖、及び階番号の指示スイッチ等に利用されている照光式押しボタンスイッチへの適用例について、説明する。尚、本発明の光学素子及び面光源装置は、照光式押しボタンスイッチへの適用に限らず、他の利用分野への適用が可能である。

本発明の実施の形態の光学素子及び面光源装置を備えた照光式押しボタンスイッチ１の構成について、図２〜図４に基づいて説明する。図２は、本実施の形態の照光式押しボタンスイッチの構成を示す斜視図である。図３は、上記照光式押しボタンスイッチの構成を分解組立図であり、図４は、図２のＡ−Ａ線の矢視断面図である。

本実施の形態の照光式押しボタンスイッチ１は、図２〜図４に示すように、プリント基板２がベース部材３の下面に取り付けられ、ベース部材３の上面に、バネ４、リンク機構５、可動カバー６、プランジャ７、及び操作ボタン８が順に収容された構造となっている。

プリント基板２は、例えば長板状であり、プリント基板２の上面には、先端部にスイッチ本体１０が実装され、中央部に照光用光源であるチップ状の点状光源としてのＬＥＤ２０が実装され、基端部にコネクタ２ａが実装されている。スイッチ本体１０は、上面に押しボタン１１を備え、さらにその上にはスイッチ本体１０全体を覆うクッションゴム１２が設けられている。

ベース部材３は、プリント基板２のスイッチ本体１０及びＬＥＤ２０が配置される領域がそれぞれ開口した開口部３ａ・３ｂを有している。これにより、スイッチ本体１０は、開口部３ａを通過して可動カバー６とクッションゴム１２とを介して当接する。また、ＬＥＤ２０からの光が開口部３ｂを通過して上方へ照射される。また、ベース部材３は、各種部材と係合する多数の係合片３ｃが上方に突き出ている。

リンク機構５は、２つのレバー体からなる枠状構造体であり、先端部５ａ及び基端部５ｂが上下方向に連動して移動するようになっている。また、２個のバネ４は、リンク機構５の基端部５ｂとベース部材３との間に配置されている。

可動カバー６は、リンク機構５を覆う板状部材であり、先端部６ａ及び基端部６ｂが、それぞれ、リンク機構５の先端部５ａ及び基端部５ｂと係合している。これにより、可動カバー６は、リンク機構５の先端部５ａ及び基端部５ｂと共に、上下方向に移動することができる。また、可動カバー６は、中央に円状の開口部６ｃを有しており、開口部６ｃには、プランジャ７及び操作ボタン８と係止するための４つの係止片６ｄが内側に突出している。

プランジャ７は、光学素子３０の上面周縁から上方に上部周壁部７ａが形成され、下面周縁のやや内側から下方に下部周壁部７ｂが形成されている。下部周壁部７ｂは、可動カバー６の係止片６ｄと嵌合する構造となっており、さらに一部が下方に延びて、ベース部材３の係合片３ｃと係合している。これにより、プランジャ７は、上下方向に移動が規制される。

操作ボタン８は、透過板８ａの周縁から下方に周壁部８ｂが形成されており、この周壁部８ｂの内側に、プランジャ７の下部周壁部７ｂが嵌合する。これにより、操作ボタン８は上下方向（押圧方向）に移動が規制される。また、周壁部８ｂの先端には、可動カバー６に係止するための４つの係止片８ｃが外側に突出している。尚、透過板８ａの上面が、利用者によって操作される操作面となる。

尚、プランジャ７及び操作ボタン８は、ポリカーボネート、アクリル等の透過材料で形成されている。また、プランジャ７は、光の透過率が高いものが望ましい。一方、操作ボタン８は、照光による空間デザインの観点から、光の透過率が適宜選択される。

上記構成の照光式押しボタンスイッチ１における操作方法について説明する。

上記照光式押しボタンスイッチ１では、利用者が指等で操作ボタン８を押圧すると、プランジャ７及びリンク機構５により、操作ボタン８及び可動カバー６が下方に移動する。そして、可動カバー６が、クッションゴム１２を介してスイッチ本体１０の押しボタン１１を押圧することにより、スイッチ本体１０は、スイッチオン等のスイッチ動作を実行する。

また、外部からコネクタ２ａを介してプリント基板２の実装部品に電力が供給されている場合、ＬＥＤ２０は、スイッチ本体１０のスイッチ動作、又は外部からの指示に基づき発光する。このとき、ＬＥＤ２０からの光は、ベース部材３の開口部３ｂ、可動カバー６の開口部６ｃ、及びプランジャ７を通過して、操作ボタン８を照光する。

そして、利用者が操作ボタン８から指等を離すと、バネ４の復元力により、リンク機構５が上方に移動し、これにより、可動カバー６、プランジャ７、及び操作ボタン８が上方に移動して、元の位置に戻る。

ところで、本実施の形態の照光式押しボタンスイッチ１においては、図５に示すように、ＬＥＤ２０と、光学素子３０と、拡散板として機能する透過板８ａとを備えた面光源装置４０とをこの順に下から備えている。

このような光源としてのＬＥＤ２０が光学素子３０の下方に設けられた光源直下型の面光源装置４０では、光学素子３０が例えば単なる凸レンズからなっている場合には、背景技術の説明図である図１１の（ａ）において破線で示すように、ＬＥＤ２０の直上が明るくなり過ぎると共に、周辺においては暗過ぎるという問題点を有している。

したがって、光源直下方式の面光源装置において、均一な面発光を実現すべく、図１１の（ａ）において実線で示す目標値の輝度分布にするためには、中央付近をより暗くし、かつ外周をより明るくする必要がある。そのためには、図１１の（ｂ）に示すように、マイクロレンズアレイ（ＭＬＡ）等の光学素子において、ＬＥＤ光源の直上においては反射が強くなるようにする一方、周辺においては屈折等による偏向を強くする必要がある。

そこで、本実施の形態の光学素子３０では、この問題を解決し得る形状を有している。

本実施の形態の光学素子３０の構成について、図１、図６及び図７に基づいて説明する。図１は、本実施の形態における光学素子３０の構成を示す斜視図である。図６は、上記光学素子３０の構成を示す平面図である。図７の（ａ）（ｂ）は、上記光学素子３０の光の進み方を示す光路図である。

まず、従来、光学の分野においては、一つのレンズの表面部分を細かく分解して平面上に配置したフレネルレンズが知られている。フレネルレンズは、レンズの厚さが薄くなり、軽量化を図ることができるというメリットがある。このフレネルレンズにおいて例えば非球面にて適切に設計すると、屈折等による偏向によって光量の少ないレンズ周辺に光を集めることができ、周辺の輝度を高めることができる。

しかしながら、一つのレンズの表面を細かく分解して平面上に同心円に配置したフレネルレンズでは、背景技術の説明図である図１５に示したと同様に、光拡散板３１０の表面にて屈折された光の一部は光拡散板３１０の上方の中央に集まる。この現象により、中央の輝度を十分に落とすことができないという欠点を有している。このため、同心円に配置したフレネルレンズでは、光軸の近傍の光が強くなり過ぎ、均一に面発光させることはできない。

そこで、本実施の形態の光学素子３０では、図１及び図６に示すように、平板の表面には、中心軸３１から外周に向けて複数のプリズム頂部３２がそれぞれ多重の渦巻き状に延びて形成されたプリズム群が少なくとも１つ備えられている。

そして、図７の（ａ）（ｂ）に示すように、光学素子３０の中心軸３１の延長線上には、点状光源としてのＬＥＤ２０が設けられている。

この結果、光学素子３０の中心軸３１から外周に遠ざかった部分では、非球面にて適切に設計されたフレネルレンズと同様に、複数のプリズム頂部３２が同心円に設けられた状態に近づく。すなわち、光学素子３０の中心軸３１から外周に遠ざかった部分では、プリズム頂部３２の曲率が無限大に近づく。

したがって、非球面にて適切に設計されたフレネルレンズと同様に、図７の（ａ）に示すように、光学素子３０の中心軸３１から遠ざかった光量の少ない外周の暗い部分に、ＬＥＤ２０からの光を集めるように屈折させることができる。

ここで、本実施の形態では、光学素子３０の外周において、複数のプリズム頂部３２はそれぞれ渦巻き状に延びて形成されており、同心円ではない。このため、一部の光は光学素子３０の中心軸３１方向に向かうが、中心軸３１上の一点に集中することはなく、分散される。この結果、中心軸３１上に光が集まるのを抑制することができる。

一方、本実施の形態では、中心軸３１の近傍では、渦巻き状に延びて形成された複数のプリズム頂部３２が、直線的な放射状に配置された状態となっている。具体的には、プリズム群の各プリズム頂部３２は、中心軸３１から半径方向の第１距離までは、外周に向けて放射状に直線的に延びて形成されている。ここで、中心軸３１から半径方向の第１距離とは、例えば約５ｍｍである。

これにより、光学素子３０における中心軸３１の近傍の中心軸３１から半径方向の第１距離までは、プリズム群の各プリズム頂部３２の形状は、背景技術の説明図である図１２に示すように、直線的な放射状に配置された複数のプリズム構造物と同じ形状になっている。この結果、図７の（ｂ）に示すように、確実に、光学素子３０における中心軸の近傍において、ＬＥＤ２０からの光を反射させて該ＬＥＤ２０からの光が透過されないようになる。

尚、本実施の形態の光学素子３０においては、光学素子３０における中心軸３１の近傍の中心軸３１から半径方向の第１距離までは、外周に向けて放射状に直線的に延びて形成されている。しかしながら、本発明においては、必ずしもこれに限らず、中心軸３１から半径方向の第１距離まで外周に向けて放射状に直線的に延びて形成されていなくてもよい。すなわち、中心軸３１から外周に向けて複数のプリズム頂部３２がそれぞれ渦巻き状に延びて形成されていれば、必然的に、光学素子３０における中心軸３１の近傍の中心軸３１から半径方向の第１距離までは、外周に向けて放射状に直線的に延びて形成されている状態に近くなる。したがって、本実施の形態において、中心軸３１から外周に向けて複数のプリズム頂部３２がそれぞれ渦巻き状に延びて形成されていれば、光学素子３０における中心軸の近傍において、ＬＥＤ２０からの光を反射させて該ＬＥＤ２０からの光が透過されないようになるという効果が得られる。

ここで、上記光学素子３０のプリズム頂部３２の渦巻き角度について、図８の（ａ）（ｂ）に基づいてより具体的に示す。図８の（ａ）は、プリズム頂部３２の中心点３２ａを示す断面図であり、図８の（ｂ）は、プリズム頂部３２の渦巻き角度を示す平面図である。

例えば、図８の（ａ）に示すように、光学素子３０におけるプリズム頂部３２の断面内に中心点３２ａを定義する。中心点３２ａは、例えば、プリズム頂部３２の頂点、又はプリズム頂部３２の重心等を用いることが可能である。このように、プリズム頂部３２の中心点３２ａを定義したときにおいて、さらに、図８の（ｂ）に示すように、上記中心点３２ａと光学素子３０の中心軸３１とを結んだ直線と、中心点３２ａからなるプリズム頂部３２の軌跡における、中心点３２ａ上の接線とのなす角度を渦巻き角度θとして定義する。

このような渦巻き角度θを定義した場合、本実施の形態の光学素子３０のプリズム頂部３２の渦巻き角度θは、中心軸３１から半径方向の第１距離までは、渦巻き角度θ＜６０°が好ましく、渦巻き角度θ＜３０°とするのがさらに好ましく、渦巻き角度θ＜１０°とするのが最も好ましい。

また、渦巻き角度θは、中心軸３１から離れるに伴って大きくなることが好ましいが、部分的に一定でもよい。最低でも渦巻き角度θは２値以上で構成される。尚、渦巻き角度θは、０°≦θ≦９０°を満たす。

上記構成を有する光学素子３０により、本実施の形態では、中心軸３１から外周に遠ざかった部分では光が多く透過され、中心軸３１の近傍では光が透過されないようになる。この結果、光学素子３０の直下にＬＥＤ２０が設けられた光源直下方式において、光学素子３０の全体面において均一な光が出射される。

したがって、光源直下方式において、出射方向の距離を小さく保ちつつ均一な面発光を実現し得る光学素子３０を提供することができる。

ここで、出願人は、図９の（ａ）に示すように、従来、種々のマイクロレンズアレイを開発してきている。その中で、今回開発した、本実施の形態の光学素子３０は、図９の（ｂ）に示すように、発光エリア／厚みと均一性との関係が最も優れていることが分かる。すなわち、例えば７５％の均一性を得るために、本実施の形態の光学素子３０の出射方向の距離は、従来のマイクロレンズアレイに比べて最も小さくなっていることが分かる。尚、図９の（ｂ）において、均一性とは、最低輝度／最高輝度を（％）にて表したものである。

ところで、本実施の形態では、中心軸３１から外周に向けて複数のプリズム頂部３２がそれぞれ渦巻き状に延びて形成されたプリズム群を平板の表面に少なくとも１つ備えている。このことは、平板内に中心軸３１が複数個存在してもよいことを意味する。つまり、渦巻き状に延びて形成されたプリズム群が複数個設けられていてもよい。

このように、光学素子３０の平板内に中心軸３１が複数個存在する構成により、各中心軸３１の延長上にＬＥＤ２０をそれぞれ配することが可能となる。このため、広い基板を有する光学素子３０においても、光学素子３０の全体面において均一な光を出射させることができる。すなわち、光学素子３０の広面積化を図ることができる。

ここで、本実施の形態の光学素子３０では、プリズム群の各プリズム頂部３２は、中心軸３１から外周に向けて連続的に延びて形成されている。例えば、プリズム群の各プリズム頂部３２が中心軸３１から外周に向けて各所で離散している場合には、光の透過にムラが生じる。これに対して、本実施の形態では、プリズム群の各プリズム頂部３２は、中心軸３１から外周に向けて連続的に延びて形成されているので、透過光の局所的なムラの発生を防止することができるものとなっている。

尚、本実施の形態の光学素子３０は、必ずしもこれに限らず、プリズム群の各プリズム頂部３２を中心軸３１から外周に向けて離散的に延びて形成されているとすることも可能である。

また、本実施の形態の光学素子３０では、各プリズム頂部３２は、断面逆Ｖ字状になっている。これにより、ＬＥＤ２０からの光は、断面逆Ｖ字状の各プリズム頂部３２にて一様に反射される。

この結果、光学素子３０の中心軸３１から遠ざかった外周において、ＬＥＤ２０からの光を一様に屈折させることができる。また、中心軸３１の近傍においても、ＬＥＤ２０からの光を一様に反射させて該ＬＥＤ２０からの光が透過されないようにすることができる。

また、断面逆Ｖ字状とすることによって、加工が容易となる。すなわち、本実施の形態の光学素子３０を作製する場合には、例えば、平板に断面Ｖ字状の溝を切削する。この結果、作製容易な光学素子３０を提供することができる。

尚、本実施の形態では、光学素子３０のプリズム頂部３２は、断面逆Ｖ字状となり、全体として三角形断面となっているが、必ずしもこれに限らず、台形、四角形、五角形又はその他の多角形や半円等の自由曲面でもよい。

また、本実施の形態の面光源装置４０では、プリズム群は、光学素子３０における、ＬＥＤ２０とは少なくとも反対側の面、つまり光学素子３０の表面に設けられている。

すなわち、プリズム群が光学素子３０における、ＬＥＤ２０と同じ側に存在するよりも、ＬＥＤ２０とは反対側の面に備えられている方が、均一な面発光を実現し得る効果が大きい。

したがって、プリズム群を、光学素子３０における、ＬＥＤ２０とは少なくとも反対側の面に備えることによって、光源直下方式において、出射方向の距離を小さく保ちつつ均一な面発光を実現し得る光学素子３０を備えた面光源装置４０を提供することができる。

尚、本実施の形態においては、必ずしもこれに限らず、例えば、プリズム群を、平板からなる光学素子３０の裏面にも備えているとすることも可能である。

このように、プリズム群を平板の裏面にも備えることによって、ＬＥＤ２０から光学素子３０の裏面への入射角を各プリズム頂部３２に応じて制御することができる。この結果、平板の表面から出射する光の方向を平板の裏面及び表面のプリズム群における各プリズム頂部３２の断面形状にて調整することができるので、各プリズム頂部３２の断面形状の変形の自由度を広げることができる。

また、本実施の形態の面光源装置４０では、光学素子３０における、ＬＥＤ２０とは反対側に拡散板としての透過板８ａが配されている。この結果、光学素子３０からの出射光の暗線及び輝線が、透過板８ａによってぼやける。したがって、透過板８ａから出射される光は、さらに均一な面発光を実現し得るものとなる。尚、光学素子３０と透過板８ａとの間に空気層が存在することが均一な面発光の実現効果の点で好ましい。

さらに、本実施の形態では、光学素子３０、及び該光学素子３０を備えた面光源装置４０を照光式押しボタンスイッチ１に搭載している。これにより、良質な照光機能を持つ照光式押しボタンスイッチ１を提供することができる。

また、本実施の形態では、光学素子３０を照光式押しボタンスイッチ１のプランジャ７に一体化させている。これにより、部材点数を削減して、照光式押しボタンスイッチ１の製造コストの削減を図ることができる。

尚、本発明は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々の変更が可能である。

例えば、光学素子３０の下面又は側面に反射板を設けることが可能である。尚、光学素子３０の下面とは、ＬＥＤ２０の下側又はＬＥＤ２０と光学素子３０との間の側面をいう。これにより、ＬＥＤ２０からの出射光が、光学素子３０に向かわず、該光学素子３０に直接入射されない場合に、反射板を介して光学素子３０に入射させることができる。或いは、光学素子３０の側面に出射される光、又は光学素子３０からＬＥＤ２０の方向へ戻ってきた光を、反射板に反射させて、光学素子３０に再度入射させ、光学素子３０の表面側に出射させることが可能である。これにより、光学素子３０への入射光量を増加させ、光学素子３０からの出射光量を増加させることが可能となる。また、均一性の向上も容易となる。

また、光学素子３０の裏面（プリズム群とは反対の面）にシボ加工を施すことが可能である。これにより、光学素子３０の見栄えを向上させることができる。

さらに、本実施の形態では、プリズム頂部３２の断面は、逆Ｖ字状であり、先が尖っていた。しかし、必ずしもこれに限らず、先に丸みがあってもよい。すなわち、先の尖った逆Ｖ字状のプリズム頂部３２の形成は、意外に困難である。すなわち、先に丸みがある逆Ｖ字状のプリズム頂部３２の形成の方が容易であり現実的である。

さらに、本実施の形態の光学素子３０では、中心軸３１から外周に向けて複数のプリズム頂部３２がそれぞれ渦巻き状に延びて形成されている。したがって、理想的には、中心軸３１は凸ではない。しかしながら、現実には、このような理想的な形状は作製し難い。したがって、現実的な作製上の問題として、中心軸３１の近傍に凹凸形状が存在しても構わない。

また、本実施の形態の光学素子３０における中心軸３１から外周に向けて渦巻き状に延びて形成された複数のプリズム頂部３２は、必ずしも一様に外周まで延びる必要はなく、形状を変化させてもよい。例えば、プリズム頂部３２が外周になる程、低くなるように形成してもよい。これにより、均一性の向上及び見栄えの向上を図ることができる。

さらに、本実施の形態の光学素子３０は、ポリカーボネート、アクリル等の透明樹脂にて形成されている。これにより、輝度の向上を図ることができる。

ただし、必ずしもこれに限らず、光学素子３０を、乳白色の樹脂又はビーズ入りの樹脂にて構成することが可能である。これにより、効率向上の点ではやや劣るが輝線及び暗線の局所ムラを無くし、均一性の向上及び見栄えの向上の点で優れたものとなる。

また、本実施の形態の面光源装置４０では、光学素子３０の中心軸３１の延長線上に１個のＬＥＤ２０が設けられている。しかし、必ずしもこれに限らず、光学素子３０の中心軸３１の延長線上に複数個のＬＥＤ２０をまとめて設けることも可能である。これにより、面光源装置４０の高輝度化を図ることが可能となる。

さらに、本実施の形態の光学素子３０は、水平断面が円形となっている。しかし、光学素子３０の水平断面の形状は、必ずしもこれに限らず、例えば、三角形、四角形、五角形等の多角形や、楕円、星形、Ｌ字形、平面内に一部の欠損部分が存在する形状、その他の形状等であってもよい。

尚、本発明は、上述した本実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、本実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

本発明の光学素子及び面光源装置により均一な面発光を実現することができる。したがって、本発明の光学素子及び面光源装置は、例えば、エレベータに設置される照光式押しボタンスイッチの他、室内照明の平坦照明光源、又はテレビ、コンピューターモニタ、情報端末（ＰＤＡ）、携帯電話等の液晶ディスプレイデバイスやその類似物に用いるバックライトに利用することが可能である。

１ 照光式押しボタンスイッチ
２ プリント基板
２ａ コネクタ
３ ベース部材
３ａ 開口部
３ｂ 開口部
４ バネ
５ リンク機構
６ 可動カバー
６ｃ 開口部
７ プランジャ
８ 操作ボタン
８ａ 透過板（拡散板）
８ｂ 周壁部
１０ スイッチ本体
１１ 押しボタン
１２ クッションゴム
２０ ＬＥＤ（点状光源）
３０ 光学素子
３１ 中心軸
３２ プリズム頂部
３２ａ 中心点
４０ 面光源装置
θ 渦巻き角度

Claims (6)

1. 中心軸から外周に向けて複数のプリズム頂部がそれぞれ渦巻き状に延びて形成されたプリズム群を平板の表面に少なくとも１つ備えていると共に、
   前記プリズム群の各プリズム頂部は、外周になる程低くなるように形成されており、かつ前記中心軸から半径方向の第１距離までは、外周に向けて放射状に直線的に延びて形成されていることを特徴とする光学素子。
2. 前記プリズム群の各プリズム頂部は、中心軸から外周に向けて連続的に延びて形成されていることを特徴とする請求項１記載の光学素子。
3. 前記各プリズム頂部は、断面逆Ｖ字状になっていることを特徴とする請求項１又は２に記載の光学素子。
4. 前記プリズム群を、前記平板の裏面にも備えていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の光学素子。
5. 拡散板と、
   請求項１〜４のいずれか１項に記載の光学素子と、
   上記光学素子の中心軸の延長線上に設けられた点状光源とが、この順に配されていることを特徴とする面光源装置。
6. 前記プリズム群は、前記光学素子における、前記点状光源とは少なくとも反対側の面に備えられていることを特徴とする請求項５記載の面光源装置。