JP7046886B2 - 光学部材および照明器具 - Google Patents

Description

本発明は、光学部材および照明器具に関する。

照明用薄型ＴＩＲ（全反射）－フレネルレンズ等の光学部材においては、照明器具等への組み付け時の位置決め等（位置合わせ、裏表誤り防止、回転防止を含む）のために、単純な円形ではなく、外周部に凸部や凹部といった外形形状が設けられることが多い（例えば、特許文献１～３等を参照）。

また、製造のコストダウン等を目的に、ガラス基板等と、シリコーン樹脂等によりフレネルレンズの光学機能パターンが形成された層とから、フレネルレンズ（ガラスシリコーンレンズ）を製造する手法が知られている（例えば、特許文献４、５等を参照）。

ガラスシリコーンレンズに前述の外形形状を設ける場合、ガラス部分への細かい外形形状の加工は難しいため、シリコーン樹脂部分に細かい外形形状を設けることになる。また、一般的なガラスシリコーンレンズの製造では、別体で形成されたガラス部分とシリコーン樹脂部分とが、接着剤や大気圧プラズマによる貼り合わせ方式により一体化される。

特開２０１６－１２９０９０号公報 特開２０１４－８２０００号公報 特開２０１８－１９０５５８号公報 特開２００７－２１２６０７号公報 特開昭５９－１８０５０３号公報

しかしながら、接着剤や大気圧プラズマによる貼り合わせ方式では、ガラス部分とシリコーン樹脂部分との位置ずれが発生し易く、照明器具等への組み付け時における外形形状による位置合わせの機能を果たすことができない場合がある。

また、シリコーン樹脂部分による外形形状の厚みが、薄膜のレンズ層と同じ厚みである場合、外形形状の周方向への剛性が低く、照明器具等への組み付けの後における回転防止の役割を果たすことができない場合がある。なお、シリコーン樹脂部分を２つにし、ガラス部分の両面からシリコーン樹脂部分を貼り合わせることで外形形状を厚くすることも考えられるが、前述のようにパーツ間の位置決めが難しく、充分な解決にはならない。

また、シリコーン樹脂部分における外形形状を部分的に厚くすることも考えられるが、部分的に厚くなった部分とガラス部分の端面との接着が困難であり、外形形状に充分な剛性を持たせることは難しく、回転防止の役割を果たすことは困難である。なお、部分的に厚くなった外形形状の部分とガラス部分との接着を補強するために、ガラス部分を挟んで反対側から他のシリコーン樹脂部分を貼り合わせることも考えられるが、前述のようにパーツ間の位置決めが難しく、充分な機能を果たすレンズ作成は困難である。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、位置決め用の外形形状を容易に構成することのできる光学部材および照明器具を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の一態様に係る光学部材は、本体部と、被覆部とを備える。前記本体部は、板状である。前記被覆部は、前記本体部の少なくとも一方の主面と外周部とを一体に覆い、前記主面を覆う部分の表面に光学素子が形成されている。前記被覆部は、前記外周部の側面に、前記主面に平行な方向に延在して一体に形成される位置決め用の外形形状を有し、前記外形形状は、凸部または凹部である。

本発明の一態様に係る光学部材は、位置決め用の外形形状を容易に構成することができる。

図１は、第１の実施形態にかかるフレネルレンズの外観斜視図である。 図２は、図１におけるＡ－Ａ断面図である。 図３は、図１におけるＢ－Ｂ断面図である。 図４は、第２の実施形態にかかるフレネルレンズの外観斜視図である。 図５は、図４におけるＣ－Ｃ断面図である。 図６は、図４におけるＤ－Ｄ断面図である。 図７は、第１の比較例の部分的な外観斜視図である。 図８は、第２の比較例の部分的な外観斜視図である。 図９は、第３の比較例の部分的な外観斜視図である。 図１０は、第４の比較例の部分的な外観斜視図である。 図１１は、第５の比較例におけるシリコーン樹脂部分の平面図である。 図１２は、図１１におけるＸ－Ｘ断面図である。 図１３は、シリコーン樹脂部分とガラス部分とを貼り合わせた状態を示す外観斜視図である。

以下、実施形態に係る光学部材について図面を参照して説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、図面における各要素の寸法の関係、各要素の比率などは、現実と異なる場合がある。図面の相互間においても、互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている場合がある。また、１つの実施形態や変形例に記載された内容は、原則として他の実施形態や変形例にも同様に適用される。

図１は、第１の実施形態にかかるフレネルレンズ１の外観斜視図である。なお、光学部材の一例としてフレネルレンズについて説明するが、フレネルレンズ以外の、例えば、複数のマイクロレンズ（光学素子）が表面に形成されたフライアイレンズや微細な凹凸（光学素子）が表面に形成された拡散板などの光学部材にも同様に適用できることはいうまでもない。図１において、フレネルレンズ１は、略円板状の本体部２と、この本体部２の外形サイズよりも大きく、本体部２の主面と外周部とを一体に覆う被覆部３とを備えている。なお、本体部２は、略円板状に限らず、例えば、略矩形状でもよく、板状であればよい。本体部２と被覆部３とは、インサート成型によって一体に形成されている。インサート成型は、金型内に固定した内側の部品の周りに樹脂等を注入し、内側の部品と樹脂等による外側の部分とを一体化する成形手法である。

本体部２は、例えば、基材となるガラスまたはポリカーボネートに代表される硬質の材料から構成されている。被覆部３は、例えば、シリコーン樹脂に代表される軟質の材料から構成されている。なお、図示の例では、被覆部３は本体部２の両方の主面と外周部とを一体に覆っているが、少なくとも一方の主面と外周部とを一体に覆えるものであればよい。

本体部２の一方の主面を覆う被覆部（薄膜のレンズ層）３の部分の表面には、フレネルレンズの光学機能パターンに相当する多条のプリズム（光学素子）が形成されている。このプリズムは、インサート成型により一体に形成される。また、被覆部３の外周部には、位置決め用の外形形状としての凸部１ａが複数（図示の例では３つ）、一体に形成されている。凸部１ａは、裏表の識別ができるように、不均一な間隔で被覆部３の外周部に形成されている。この凸部１ａについても、インサート成型により一体に形成される。

図２は、図１におけるＡ－Ａ断面図であり、凸部１ａの付近を示している。図２において、フレネルレンズ１の本体部２の主面および端面は被覆部３によって覆われている。また、本体部２を覆う被覆部３の厚みおよび本体部２の厚み（本体部２と被覆部３の厚みの合計）と、凸部１ａの厚みとが同等になっている。凸部１ａの根元は本体部２と被覆部３との厚みの合計だけあるため、高い剛性が得られるが、凸部１ａの全体に渡って同等の厚みとすることで、凸部１ａの根元だけではなく、凸部１ａの全体の剛性を高めることができる。

図３は、図１におけるＢ－Ｂ断面図であり、凸部１ａが設けられていない外周部の付近を示している。図３において、本体部２の主面および端面は被覆部３によって覆われている。

図４は、第２の実施形態にかかるフレネルレンズ１の外観斜視図であり、外形形状として、第１の実施形態における凸部１ａに代えて、凹部１ｂが設けられている。外形形状として凸部または凹部を用いることができるため、フレネルレンズ１が装着される照明器具に合わせて外形形状を柔軟に設定することができる。

図４において、フレネルレンズ１は、略円板状の本体部２と、この本体部２の主面と外周部とを一体に覆う被覆部３とを備えている。本体部２は、例えば、基材となるガラスまたはポリカーボネートに代表される硬質の材料から構成されている。被覆部３は、例えば、シリコーン樹脂に代表される軟質の材料から構成されている。なお、図示の例では、被覆部３は本体部２の両方の主面と外周部とを一体に覆っているが、少なくとも一方の主面と外周部とを一体に覆えばよい。

本体部２の一方の主面を覆う被覆部３の部分の表面には、フレネルレンズの光学機能パターンに相当するプリズムが形成されている。また、被覆部３の外周部には、位置決め用の外形形状としての凹部１ｂが複数（図示の例では３つ）、一体に形成されている。凹部１ｂは、裏表の識別ができるように、不均一な間隔で被覆部３の外周部に形成されている。この凹部１ｂについても、インサート成型により一体に形成される。

図５は、図４におけるＣ－Ｃ断面図であり、凹部１ｂの付近を示している。図５において、フレネルレンズ１の本体部２の主面および端面は被覆部３によって覆われている。また、本体部２を覆う被覆部３の厚みおよび本体部２の厚み（本体部２と被覆部３の厚みの合計）と、凹部１ｂの厚みとが同等になっている。凹部１ｂの根元は本体部２と被覆部３との厚みの合計だけあるため、高い剛性が得られるが、凹部１ｂの全体に渡って同等の厚みとすることで、凹部１ｂの根元だけではなく、被覆部３の外周部の全体を含めた凹部１ｂの全体の剛性を高めることができる。

図６は、図４におけるＤ－Ｄ断面図であり、凹部１ｂが設けられていない外周部の付近を示している。図６において、本体部２の主面および端面は被覆部３によって覆われている。

以下、比較例との対比により、上記の実施形態の優位性について説明する。

図７は、第１の比較例の部分的な外観斜視図であり、略円板状でガラスにより形成されるガラス部分１０に、シリコーン樹脂により形成され、フレネルレンズの光学機能パターンが形成されたシリコーン樹脂部分１１を貼り合わせた場合を示している。ここで、シリコーン樹脂部分１１には位置決め用の外形形状として凸部１１ａが設けられている。

ここで、貼り合わせは接着剤や大気圧プラズマにより行われるが、ガラス部分１０とシリコーン樹脂部分１１との位置ずれが発生し易く、照明器具等への組み付け時における位置合わせの機能を果たすことができない場合がある。また、シリコーン樹脂部分１１による凸部１１ａの厚みが、薄膜のレンズ層（凸部１１ａ以外の部分）と同じ厚みであるため、凸部１１ａの周方向への剛性が低く、照明器具等に組み付けられた後における回転防止の役割を果たすことができない場合がある。

図８は、第２の比較例の部分的な外観斜視図であり、図７の構成に加え、シリコーン樹脂部分を１つ増やし、ガラス部分１０のシリコーン樹脂部分１１とは反対側の面にシリコーン樹脂部分１２を貼り合わせた場合を示している。すなわち、ガラス部分１０の両面からシリコーン樹脂部分１１、１２を貼り合わせ、外形形状についても凸部１１ａ、１２ａを用いることで厚くし、剛性を高めたものである。しかし、前述のようにパーツ間の位置決めが難しく、充分な解決にはならない。

この点、図１～図６に示した実施形態によれば、外形形状である凸部１ａや凹部１ｂが、本体部２の主面と外周部とを一体に覆う被覆部３により一体に形成され、凸部１ａや凹部１ｂの少なくとも根元は本体部２の厚みよりも厚くなるため、周方向への剛性が高く、回転防止の役割を十分に果たすことができる。本体部２を覆う被覆部３の厚みおよび本体部２の厚みと、外形形状の厚みとを同等とすることで、外形形状の全体の剛性を高めることもできる。

図９は、第３の比較例の部分的な外観斜視図であり、ガラス部分１０に貼り合わせるシリコーン樹脂部分１２の外形形状として部分的に厚くした凸部１２ｂを設けたものである。しかし、部分的に厚くなった凸部１２ｂの根元とガラス部分１０の端面との接着が困難であり、隙間Ｇ１が発生してしまうことが多く、外形形状に充分な剛性を持たせることはやはり難しい。

図１０は、第４の比較例の部分的な外観斜視図であり、図９の構成に加え、ガラス部分１０のシリコーン樹脂部分１２とは反対側の面にシリコーン樹脂部分１１を貼り合わせ、厚みのある凸部１２ｂにシリコーン樹脂部分１１の薄い凸部１１ａを貼り合わせたものである。しかし、前述のようにパーツ間の位置決めが難しく、充分な解決にはならない。

この点、図１～図６に示した実施形態によれば、外形形状である凸部１ａや凹部１ｂが、本体部２の主面と外周部とを一体に覆う被覆部３により一体に形成される。そして、凸部１ａや凹部１ｂの少なくとも根元が本体部２の厚みよりも厚く、本体部２の端面との接着も確実に行われるため、周方向への剛性が高く、照明器具等への組み付けの後における回転防止の役割を十分に果たすことができる。

図１１は、第５の比較例におけるシリコーン樹脂部分１１の平面図である。図１２は、図１１におけるＸ－Ｘ断面図である。図１１および図１２において、シリコーン樹脂部分１１は、底部１１ｂと、この底部１１ｂの周囲に設けられる側壁部１１ｃとを備えている。底部１１ｂと側壁部１１ｃとにより囲まれる空間に、ガラス部分（１０）が挿入されて貼り合わせられる。

図１３は、シリコーン樹脂部分１１とガラス部分１０とを貼り合わせた状態を示す外観斜視図である。図１３において、部分的に拡大して示したように、ガラス部分１０の端面とシリコーン樹脂部分１１の側壁部１１ｃの内周面との正確な位置合わせが困難であり、正確に位置合わせをした上で接着を行わないと、隙間Ｇ２が発生してしまうことが多い。シリコーン樹脂部分１１の側壁部１１ｃは、ガラス部分１０のクッション材として作用するものであるが、隙間Ｇ２の発生によりクッション材としての役割を充分に果たせない場合がある。

この点、図１～図６に示した実施形態によれば、ガラス等による本体部２の端面を含む外周部がシリコーン樹脂等による被覆部３により一体に覆われているため、本体部２の端面と被覆部３との間に隙間が発生することがなく、被覆部３によるクッション材としての役割を充分に果たすことができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。

以上のように、実施形態に係る光学部材は、板状の本体部と、本体部の少なくとも一方の主面と外周部とを一体に覆い、主面を覆う部分の表面に光学素子が形成された被覆部とを備え、被覆部は、外周部に一体に形成される位置決め用の外形形状を有する。これにより、位置決め用の外形形状を容易に構成することができる。

また、本体部を覆う被覆部および本体部の厚みと、外形形状の厚みとが同等である。これにより、外形形状の根元だけではなく、外形形状の全体の剛性を高めることができる。

また、外形形状は、凸部または凹部である。これにより、光学部材が装着される照明器具に合わせて外形形状を柔軟に設定することができる。

また、本体部は、基材となるガラスまたはポリカーボネートに代表される硬質の材料から構成され、被覆部は、シリコーン樹脂に代表される軟質の材料から構成される。これにより、機械的な強度を維持しつつ、容易に光学部材を構成することができる。

また、光学部材はフレネルレンズである。これにより、位置決め用の外形形状を有するフレネルレンズを容易に提供することができる。

また、本体部は、略円板状である。これにより、円形の外形が要求される照明器具等に容易に対応することができる。

また、上記実施の形態により本発明が限定されるものではない。上述した各構成要素を適宜組み合わせて構成したものも本発明に含まれる。また、さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。よって、本発明のより広範な態様は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。

１ フレネルレンズ，１ａ 凸部，１ｂ 凹部，２ 本体部，３ 被覆部

Claims (6)

1. 板状の本体部と、
   前記本体部の少なくとも一方の主面と外周部とを一体に覆い、前記主面を覆う部分の表面に光学素子が形成された被覆部と、
   を備え、
   前記被覆部は、前記外周部の側面に、前記主面に平行な方向に延在して一体に形成される位置決め用の外形形状を有し、
   前記外形形状は、凸部または凹部である、
   光学部材。
2. 前記本体部を覆う前記被覆部および前記本体部の厚みと、前記外形形状の厚みとが同等である、
   請求項１に記載の光学部材。
3. 前記本体部は、基材となるガラスまたはポリカーボネートによる硬質の材料から構成され、
   前記被覆部は、シリコーン樹脂による軟質の材料から構成される、
   請求項１または２に記載の光学部材。
4. 前記光学部材はフレネルレンズである、
   請求項１～３のいずれか一つに記載の光学部材。
5. 前記本体部は、略円板状である、
   請求項１～４のいずれか一つに記載の光学部材。
6. 請求項１～５のいずれか一つに記載の光学部材を備える、
   照明器具。

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