JPWO2016163357A1 - 照明装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、光源の側面から放射された光線を適切に制御し、被照射面の照度をできるだけ均一にするような照明装置を提供することを目的とする。本発明の照明装置は、基板（２００）に配置された光源（１５０）と、該光源を覆い、入射面（１１１）と出射面（１１３）とを備えた光学素子（１１０）と、を備える。該光源は、上面及び側面から光を発し、該光学素子の中心軸を含む断面において、該側面の発光部分の中心軸方向の中心位置をＰ０とし、Ｐ０から発した光線が該中心軸と垂直な方向となす、反時計回りの角度をθ１とし、該光線が、該入射面を通過した後、該中心軸と垂直な方向となす、反時計回りの角度をθ２として、θ１が１５度のときにθ２-θ１は正であり、θ１が３０度のときにθ２-θ１は負であり、θ１が１５度から３０度に増加するにしたがって、θ２-θ１がほぼ単調に減少するように該入射面が構成されている。

Description

本発明は、光源及び光源からの光を拡散する光学素子を備えた照明装置に関する。

液晶ディスプレイに使用されるバックライト用照明は、発光ダイオード（ＬＥＤ）などの光源と配光を制御する光学素子とを組み合わせた照明装置が所定のピッチで配置されている。光学素子は、広い範囲に光を分配するように、凹形状の入射面と中心軸上から端部に向かうにしたがって凹から凸形状へと曲率が変化する出射面とを備えている（たとえば、特許文献１）。

近年、光源としてフリップチップタイプのＬＥＤが注目されている。フリップチップタイプのＬＥＤは、従来型のＬＥＤに比べ発光効率が高く、１ディスプレイ当りに必要なＬＥＤの数を減らすことが可能である。フリップチップタイプのＬＥＤの使用に伴い、ＬＥＤ間のピッチは広くなり、より広い範囲に光を分配する光学素子が必要となってきている。また、フリップチップタイプＬＥＤのなかに、蛍光体がパッケージに囲われておらず、上面のみならず側面にも発光面を有するものがある。このような側面にも発光面を有する光源を使用する照明装置においては、光源の側面から放射された光線の一部が、光学素子の底面を通過し、基板で散乱するため、光学素子で制御することのできない光線が多くなるという問題点がある。そこで、上述の問題点を解決するために、基板に正反射領域を備えた照明装置（たとえば、特許文献２）や基板面に対して傾斜した底面を有する光学素子を備えた照明装置（たとえば、特許文献３）が開発されている。

しかし、従来の照明装置においては、光源の側面から放射された光線のうち多くの光線が光源の底面及びコバ部に到達し、散乱光を生じ、この散乱光によって光源の直上付近の照度が増加し被照射面において照度むらが発生することが避けられなかった。

このように従来、光源の側面から放射された光線を適切に制御し、光源の直上付近の照度の増加を抑え、被照射面の照度をできるだけ均一にするような照明装置は開発されていなかった。

なお、本発明の光学素子と類似の形状を有する光学素子が知られている（たとえば、特許文献４）。しかし、この光学素子は、側面にも発光面を有する光源とともに使用されるものではなく、この光学素子の形状は、光源の側面から放射された光線を制御するものではない。

特開２００９−０４４０１６号公報 特開２０１５−２１５９８４号公報 特開２０１５−０４３４２７号公報 特開２０１２−０６４６５４号公報

したがって、光源の側面から放射された光線を適切に制御し、光源の直上付近の照度の増加を抑え、被照射面の照度をできるだけ均一にするような照明装置に対するニーズがある。

本発明の第１の態様による照明装置は、基板に配置された光源と、該光源を覆い、入射面と出射面とを備えた光学素子と、を備える。該入射面は、該光学素子の底面に開口した凹部の表面であり、該出射面は、該底面の反対側に備わり、該光源は、上面及び側面から光を発するように構成され、該光学素子の中心軸を含む断面において、該光源の側面の発光部分の中心軸方向の中心位置をＰ０とし、Ｐ０から発した光線が該中心軸と垂直な方向となす、反時計回りの角度をθ１とし、該光線が、該入射面を通過した後、該中心軸と垂直な方向となす、反時計回りの角度をθ２として、θ１が１５度のときにθ２-θ１は正であり、θ１が３０度のときにθ２-θ１は負であり、θ１が１５度から３０度に増加するにしたがって、θ２-θ１がほぼ単調に減少するように該入射面が構成されている。

θ２-θ１が正の場合に、点Ｐ０から放射された光線は、入射面を通過後、入射面に到達前と比較して、底面からより遠ざかる方向に進む。したがって、本態様の照明装置によれば、θ１がすくなくとも１５度までの広い範囲で、Ｐ０から発した光線が入射面を通過後、入射面に到達前と比較して、底面からより遠ざかる方向に進む。したがって、光源の側面から放射された光線のうち、出射面に到達する光線が増加し、底面に到達する光線は減少する。この結果、光源の直上付近の照度の増加を抑え、被照射面の照度をより均一にすることができる。

本発明の第２の態様による照明装置は、基板に配置された光源と、該光源を覆い、入射面と出射面とを備えた光学素子と、を備える。該入射面は、該光学素子の底面に開口した凹部の表面であり、該出射面は、該底面の反対側に備わり、該光源は、上面及び側面から光を発するように構成され、該光学素子の中心軸を含む断面において、該光源の側面の発光部分の中心軸方向の中心位置をＰ０とし、Ｐ０から発した光線が該中心軸と垂直な方向となす、反時計回りの角度をθ１とし、該光線が、該入射面に到達する点をＰ１とし、θ１=０の場合のＰ０とＰ１との距離をＲｓ、Ｐ１が該入射面の端部に位置する場合のＰ０とＰ１との距離をＲｔ、Ｐ０と該入射面との最小距離をＲｍとして、
0.8 < Rm／Rs < 0.9
1.2 < Rt／Rs < 1.4
を満たすように該入射面が構成されている。

上記の条件を満たす場合に、光学素子の中心軸を含む断面において、入射面上の点における入射面の接線と中心軸に垂直な方向、すなわち基板の方向とのなす角度（鋭角）は、端部に近づくほど小さくなる。このため、本態様の照明装置においては、従来技術の照明装置と比較して、θ１のより広い範囲で、Ｐ０から発した光線が入射面を通過後、入射面に到達前と比較して、底面からより遠ざかる方向に進む。したがって、光源の側面から放射された光線のうち、出射面に到達する光線が増加し、底面に到達する光線は減少する。この結果、光源の直上付近の照度の増加を抑え、被照射面の照度をより均一にすることができる。

本発明の第３の態様による照明装置は、基板に配置された光源と、該光源を覆い、入射面と出射面とを備えた光学素子と、を備える。該入射面は、該光学素子の底面に開口した凹部の表面であり、該出射面は、該底面の反対側に備わり、該光源は、上面及び側面から光を発するように構成され、該光学素子の中心軸を含む断面において、該光源の側面の発光部分の中心軸方向の中心位置をＰ０とし、Ｐ０から発した光線が該中心軸と垂直な方向となす、反時計回りの角度をθ１とし、該光線が、該入射面に到達する点をＰ１とし、該中心軸から該出射面端部までの該中心軸と垂直な方向の距離をｒ２、該基板から該出射面端部までの該中心軸方向の距離をｈ２とし、該中心軸からＰ１までの該中心軸と垂直な方向の距離をｒ１、該基板からＰ１までの該中心軸方向の距離をｈ１として、θ１が０以下の領域において

を満たすＰ１が存在するように該入射面が構成されている。

上記の条件を満たす場合に、点Ｐ０から放射され、入射面上の点Ｐ１に到達した光線が、出射面に到達する。本態様の照明装置においては、従来技術の照明装置と比較して、θ１のより広い範囲で、Ｐ０から発した光線が入射面を通過後出射面に到達する。したがって、光源の側面から放射された光線のうち、出射面に到達する光線が増加し、底面に到達する光線は減少する。この結果、光源の直上付近の照度の増加を抑え、被照射面の照度をより均一にすることができる。

本発明の第１の実施形態の照明装置においては、該底面と該出射面との間にコバ部をさらに備え、該底面と該コバ部とは拡散面である。

本発明の第２の実施形態の照明装置においては、該光学素子の該中心軸を含む断面において、該光学素子の底面を示す直線が該中心軸となす角度が、９０度より小さくなるように該光学素子の形状が定められている。

本実施形態によれば、射出成形プロセスの樹脂の収縮のために、入射面の端部近傍の底面と基板との隙間量の設計値に対する誤差が生じても、足部の高さを短くすることによって入射面の周縁部と基板との隙間量を設計値に調整することができる。

本発明の第３の実施形態の照明装置においては、該入射面及び該出射面の形状が、該中心軸に関して対称であるように構成されている。

光源及び光学素子を備える照明装置を含むバックライト用照明ユニットを示す図である。 二種類のタイプの光源を説明するための図である。 上記の二種類のタイプの光源による光度の分布を示す図である。 図２（ｂ）に示すタイプの光源と従来技術の光学素子とを備える照明装置を説明する図である。 図２（ｂ）に示すタイプの光源と新たな光学素子とを備えた本発明の一つの実施形態の照明装置の構成を示す図である。 光源の構成の一例を示す図である。 実施例及び比較例の照明装置について、θ１とθ２-θ１との関係を示す図である。 実施例及び比較例の照明装置について、θ１とθ１の方向の光線に沿った点Ｐ０から入射面までの距離Ｒとの関係を示す図である。 実施例及び比較例の照明装置について、点Ｐ０と入射面との間の三種類の距離Ｒｍ、Ｒｓ及びＲｔｓを説明するための図である。 実施例及び比較例の照明装置について、θ１とθ２及びθｎとの関係を示す図である。 実施例及び比較例の照明装置による被照射面の照度を示す図である。 本発明の一実施形態の照明装置の光学素子を示す図である。 射出成形によって製造された光学素子の形状の、設計された形状に対する誤差を説明するための図である。 本発明の一実施形態の照明装置の光学素子の形状を示す図である。

図１は、光源１５０及び光学素子１１０を備える照明装置１００を含むバックライト用照明ユニットを示す図である。基板２００上に光源１５０が所定のピッチで配置され、それぞれの光源１５０を覆うように光学素子１１０が設置される。照明ユニットは、さらに拡散板３００を備える。光源１５０によって放射された光線は、光学素子１１０によって広い範囲に分配され拡散板３００を照射する。

図２は、二種類のタイプの光源を説明するための図である。図２（ａ）は、上面のみに発光面が備わる光源１５０Ｘを示す図である。蛍光体１５３に覆われた発光チップ１５１は、パッケージ１５５に収められている。蛍光体１５３の側面は、パッケージ１５５に覆われているので、光源１５０Ｘの側面から光が放射されることはない。図２（ｂ）は、本発明の照明装置に使用される光源１５０を示す図である。台１５７の上に、蛍光体１５３に覆われた発光チップ１５１が備わる。蛍光体１５３はパッケージに覆われていないので、光源１５０の側面からも光が放射される。図２（ａ）及び図２（ｂ）において、実線の矢印は上面から放射される光線を示し、点線の矢印は側面から放射される光線を示す。できるだけ少ない数の光源によって照明ユニットを実現するには、上面及び側面から光が放射される、図２（ｂ）に示すタイプの光源が好ましい。

図３は、上記の二種類のタイプの光源による光度の分布を示す図である。図３の横軸は、光源の上面に垂直な方向と放射された光の進行方向とのなす角度θを表し、図３の縦軸は、規格化された光度を表す。図３の実線は、上面及び側面から光が放射される、図２（ｂ）に示すタイプの光源の光度を表し、図３の破線は、上面のみ光が放射される、図２（ａ）に示すタイプの光源の光度を表す。図２（ａ）に示すタイプの光源において、角度θが-９０度から９０度の範囲で、光度は、ランバートの余弦則にしたがって、角度θの余弦に比例する。それ以外の範囲で光束は生じることはなく光度は０である。図２（ｂ）に示すタイプの光源において、-１８０度から-９０度及び９０度から１８０度の範囲においても、光束が生じ、上記の範囲においても、光度は、ランバートの余弦則にしたがって、角度θの余弦に比例する。

図４は、図２（ｂ）に示すタイプの光源１５０と従来技術の光学素子１１０Ｘとを備える照明装置１００Ｘを説明する図である。図４（ａ）は、照明装置１００Ｘの構成を示す図である。図４（ｂ）は、光源１５０の側面上の点（後で説明する点Ｐ０）から放射された光線の経路を示す図である。光学素子１１０Ｘの入射面１１１Ｘは、光学素子１１０Ｘの底面１１７Ｘに開口した凹部の表面である。出射面１１３Ｘは、底部の反対側に備わる。出射面１１３Ｘと底面１１７Ｘとの間にはコバ部１１５Ｘが備わる。光学素子１１０Ｘの入射面１１１Ｘ及び出射面１１３Ｘは中心軸ＯＰに関して対称である。光源１５０及び光学素子１１０Ｘは、軸ＯＰが光源１５０の中心を通るように配置される。中心軸ＯＰを光軸とする。図４（ａ）及び図４（ｂ）は、光軸ＯＰ及び光源１５０の一つの側面を含む断面図である。コバ部１１５Ｘ及び底面１１７Ｘは、シボなどの拡散構造を備えている。コバ部１１５Ｘ及び底面１１７Ｘが拡散構造を備えているのは、出射面からのフレネル反射光によって光学素子直上近傍に発生する照度ムラを低減するためである。

図４（ｂ）に示すように、光源１５０の側面上の点から放射された光は、底面１１７Ｘに到達し、拡散される。また、拡散された光の一部は、コバ部１１５Ｘに到達しさらに拡散される。直接光を遠くへ屈折させるよう設計された出射面は、散乱光を遠くへ屈折させることができないので、被照射面における中心軸近傍の照度が高くなる。この結果、光学素子１１０Ｘの直上の照度が上昇し、被照射面における照度の均一性が低下する。

図５は、図２（ｂ）に示すタイプの光源１５０と新たな光学素子１１０とを備えた本発明の一つの実施形態の照明装置１００の構成を示す図である。光学素子１１０の入射面１１１は、光学素子１１０の底面１１７に開口した凹部の表面である。出射面１１３は、底部の反対側に備わる。出射面１１３と底面１１７との間にはコバ部１１５が備わる。光学素子１１０の入射面１１１及び出射面１１３は軸ＯＰに関して対称である。光源１５０及び光学素子１１０は、軸ＯＰが光源１５０の中心を通るように配置される。軸ＯＰを光軸とする。図５は、光軸ＯＰ及び光源１５０の一つの側面を含む断面図である。コバ部１１５及び底面１１７は、シボなどの拡散構造を備えている。コバ部１１５Ｘ及び底面１１７Ｘが拡散構造を備えているのは、出射面からのフレネル反射光によって光学素子直上近傍に発生する照度ムラを低減するためである。

図６は、光源１５０の構成の一例を示す図である。光源１５０は、台１５７とその上に配置された直方体の蛍光体１５３を備える。蛍光体１５３の上面ＵＳ及び側面ＳＳは発光面である。側面の中心を点Ｐ０とする。一般的に、蛍光体はどのような形状であってもよい。光源１５０の側面の発光面の高さ方向の中心位置に点Ｐ０を定める。

図５において、基板の面２００及び光学素子１１０の底面１１７の方向を水平方向とし、光軸ＯＰの方向を鉛直方向とする。点Ｐ０から放射された光線が、水平方向となす角度（鋭角）をθ１とする。角度θ１は、反時計回りに測定する。点Ｐ０から放射された光線が、入射面に到達した点をＰ１とする。点Ｐ１において光学素子１１０に入った光線が、水平方向となす角度（鋭角）をθ２とする。角度θ２は、反時計回りに測定する。また、点Ｐ１と出射面１１３とコバ部１１５との境界を示す点とを結ぶ直線が、水平方向となす角度（鋭角）をθｎとする。角度θｎは、反時計回りに測定する。光軸ＯＰから点Ｐ１までの水平方向の距離をｒ１、光軸ＯＰから出射面１１３とコバ部１１５との境界を示す点までの水平方向の距離をｒ２、基板２００から点Ｐ１までの鉛直方向の距離をｈ１、基板２００から出射面１１３とコバ部１１５との境界を示す点までの鉛直方向の距離をｈ２とすると、角度θｎは以下の式で表せる。

したがって、点Ｐ０から放射され、入射面１１１上の点Ｐ１に到達した光線が、コバ部１１５に到達せず、出射面１１３に到達する条件は、以下のとおりである。

以下に、本発明の実施例及び比較例（従来例）について説明する。実施例及び比較例の光学素子は、アクリル製であり、ｄ線に対する屈折率は１．４９である。

表１は、実施例及び比較例（従来例）の光学素子の入射面及び出射面の形状を示す表である。入射面及び出射面と光軸との交点をそれぞれの面の座標の原点とする。光軸をｚ軸とし、光軸と垂直なｘ軸を定める。ｚ軸は、入射面から出射面への方向を正の方向とし、ｘ軸は光軸から遠ざかる方向を正の方向とする。

実施例の光学素子の主なパラメータは以下のとおりである。
基板から入射面頂点までの距離：３．５７ ［ｍｍ］
基板から出射面頂点までの距離：４．５９ ［ｍｍ］
入射面径：３．７６［ｍｍ］
出射面径：１５．７［ｍｍ］
底面と基板の距離：０．０８ ［ｍｍ］

比較例の光学素子の主なパラメータは以下のとおりである。
基板から入射面頂点までの距離：３．５７ ［ｍｍ］
基板から出射面頂点までの距離：４．５９ ［ｍｍ］
入射面径：２．９４４［ｍｍ］
出射面径：１５．７［ｍｍ］
底面と基板の距離：０．０８ ［ｍｍ］
ここで、入射面径とは、底面における入射面の開口部の径である。実施例の入射面径は、比較例の入射面径よりも大きい。

実施例及び比較例の光源は、図６に示したものである。上面の発光面ＵＳは、一辺１．２ｍｍの正方形である。台を含む光源の高さは０．６ｍｍであり、基板上に配置される。また側面の発光面ＳＳは、Ｘ方向１．２ｍｍ、ｚ方向に０．３ｍｍで、基板に垂直に配置される。発光面ＳＳの中心点Ｐ０は、基板より０．４５ｍｍの高さである。発光面から放出される全光束は１００ルーメンである。

図７は、実施例及び比較例の照明装置について、θ１とθ２-θ１との関係を示す図である。図７の横軸はθ１を表し、図７の縦軸はθ２-θ１を表す。また、図７の実線は実施例を表し、図７の破線は比較例を表す。図７によれば、θ１が増加するにしたがってθ２-θ１は減少する。実施例においては、θ１が２１度より小さい領域ではθ２-θ１は正であるが、θ１が２１度より大きい領域ではθ２-θ１は負である。比較例においては、θ１が９．５度より小さい領域ではθ２-θ１は正であるが、θ１が９．５度より大きい領域ではθ２-θ１は負である。

θ２-θ１が正の場合に、点Ｐ０から放射された光線は、入射面を通過後、入射面に到達前と比較して、底面からより遠ざかる方向に進む。したがって、実施例においては、比較例と比較して、点Ｐ０から放射された光線のうちより多くの光線が、入射面を通過後、入射面に到達前と比較して、底面からより遠ざかる方向に進む。このため、出射面１１３に到達する光線が増加し、底面１１７に到達する光線は減少する。

一般的に、θ１が−１０度以上の領域で、θ１が増加するにしたがってθ２−θ１はほぼ単調に減少する。入射面の形状は、θ１が１５度までの領域でθ２−θ１が正であるように構成されるのが好ましい。

図８は、実施例及び比較例の照明装置について、角度θ１と角度θ１の方向の光線に沿った点Ｐ０から入射面までの距離Ｒとの関係を示す図である。図８の横軸はθ１を表し、図８の縦軸は距離Ｒを表す。また、実線は実施例を示し、点線は比較例を示す。

図９は、実施例及び比較例の照明装置について、点Ｐ０と入射面との間の三種類の距離Ｒｍ、Ｒｓ及びＲｔを説明するための図である。点Ｐ０から放射された光線が入射面に到達する点をＰ１とする。θ１=０の場合のＰ０とＰ１との距離をＲｓ、Ｐ１が該入射面の端部に位置する場合のＰ０とＰ１との距離をＲｔ、Ｐ０と該入射面との最小距離をＲｍとする。

図８において、実施例のＲｍ、Ｒｓ及びＲｔに対応する点を丸印で示し、比較例のＲｍ、Ｒｓ及びＲｔに対応する点を四角印で示す。

実施例のＲｍ、Ｒｓ及びＲｔは以下のとおりである。
Ｒｍ＝ ０．８６０［ｍｍ］、その時のθ１＝２１．３６［度］
Ｒｓ＝ ０．９６７［ｍｍ］、その時のθ１＝０［度］
Ｒｔ ＝ １．３［ｍｍ］、 その時のθ１＝−１６．０８［度］

比較例のＲｍ、Ｒｓ及びＲｔは以下のとおりである。
Ｒｍ ＝ ０．８００［ｍｍ］、その時のθ１＝９．５２［度］
Ｒｓ＝ ０．８１２［ｍｍ］、その時のθ１＝０［度］
Ｒｔ ＝ ０．９４７［ｍｍ］、その時のθ１＝−２２．９６［度］
したがって、実施例について以下の条件が満たされる。
0.8 < (Rm／Rs)=0.889< 0.9
1.2 < (Rt／Rs)=1.345< 1.4
他方、比較例については、以下のように、上記の２個の不等式は満たされない。
(Rm／Rs)=0.987
(Rt／Rs)=1.167

上記の２個の不等式を満たす場合に、光学素子の中心軸を含む断面において、入射面上の点における接線と中心軸に垂直な方向とのなす角度（鋭角）は、端部に近づくほど大きくなる。このため、実施例の照明装置においては、従来技術の照明装置と比較して、θ１のより広い範囲で、Ｐ０から発した光線が入射面を通過後、入射面に到達前と比較して、底面からより遠ざかる方向に進む。したがって、光源の側面から放射された光線のうち、出射面に到達する光線が増加し、底面に到達する光線は減少する。この結果、光源の直上付近の照度の増加を抑え、被照射面の照度をより均一にすることができる。

図１０は、実施例及び比較例の照明装置について、θ１とθ２及びθｎとの関係を示す図である。図１０の横軸はθ１を表し、図１０の縦軸はθ２及びθｎを表す。図１０において、実線は実施例のθ２を表し、破線は比較例のθ２を表す。一点鎖線は実施例のθｎを表し、二点鎖線は比較例のθｎを表す。図１０によれば、実施例においては、θ1が０以下の領域において、θ2≧θnとなる領域が存在する。具体的に、θ1が−８度以上の領域において、θ2≧θnである。それに対し、比較例においては、θ1が０以下の領域において、θ2≧θnとなる領域は存在しない。θ1が５度以上の領域においてのみ、θ2≧θnである。このように実施例においては、比較例と比較してより多くの光線は出射面に到達するので、比較例と比較して底面およびコバ部で発生する散乱光が低減される。

図１１は、実施例及び比較例の照明装置による被照射面の照度を示す図である。被照射面は、基板から３０ミリメータの位置に基板と平行に配置される。図１１の横軸は光軸からの距離を表し、図１１の縦軸は照度を表す。照度の単位は、ルーメン毎平方メートル（ｌｍ／ｍ^２）である。図１１によれば、実施例の照明装置による照度のピークは、比較例の照明装置による照度のピークと比較して低い。実施例の照明装置においては、比較例の照明装置と比較して、側面発光光束のうち底面およびコバ部の拡散構造に到達する光束の割合が低く、散乱光の発生が抑えられ、照度のピークが低下している。したがって、実施例の照明装置によれば、比較例の照明装置と比較して、より均一な照度分布が得られる。

上述のように、本発明の照明装置においては、光学素子の入射面の形状は、光学素子の中心軸を含む断面において、光源の側面の発光面の高さ方向の中心位置の点Ｐ０を基準として定められている。光源の側面の発光面の高さ方向の中心位置の点Ｐ０を基準として光学素子の入射面の形状を定めることは、側面の発光面から放出された光線のうち出射面を通過する光線を増加させ、底面に到達する光線を減少させることにより、被照射面の照度の均一性が向上するという発明者の新たな知見に基づいており、従来技術には見られない技術的思想である。

図１２は、本発明の一実施形態の照明装置の光学素子を示す図である。図１２（ａ）は、本発明の一実施形態の照明装置の光学素子の透視図である。図１２（ｂ）は、本発明の一実施形態の照明装置の光学素子の中心軸を含む断面図である。光学素子は、入射面１１１、出射面１１３、底面１１７、コバ部１１５、足部１１５１、ゲート部１１５３から構成される。入射面１１１は、底面１１７に開口を有する凹部の面である。コバ部１１５は、出射面１１３の周縁部と底面１１７の周縁部とを接続する。コバ部１１５には、光学素子を基板に固定するための足部１１５１が備わる。コバ部１１５には、光学素子の射出成形による製造の際の樹脂の流入口であるゲート部１１５３がさらに備わる。底面１１７及びコバ部１１５は、シボ加工を施すなど拡散機能を備えるように形成される。

図１３は、射出成形によって製造された光学素子の形状の、設計された形状に対する誤差を説明するための図である。実線で示された底面は、設計された光学素子の底面を示し、点線で示された底面は、射出成形によって製造された光学素子の底面を示す。射出成形プロセスの樹脂の収縮の際に、図１３に示すような誤差Δzが生じる場合がある。このような場合に、入射面１１１Ａの周縁部の形状が変化し、光源１５０の側面から放射された光束のうち、底面１１７Ａ及びコバ部１１５Ａに到達する光束が増加してしまう。これを防止するため、足部１１５１Ａの高さＬを短くする対策が考えられる。しかし、誤差Δzが足部１１５１Ａの高さＬよりも大きな場合、高さＬの変更だけでは入射面１１１Ａの周縁部と基板２００との隙間量を設計値に調整することができない。その結果、隙間量を設計値に調整しようとすると、光学素子の底面に対応する金型のキャビブロックを補正することになり、コストや時間がかかる。

図１４は、本発明の一実施形態の照明装置の光学素子の形状を示す図である。図１４は、光学素子の中心軸を含む断面を示す図である。光学素子の中心軸を含む断面において、光学素子の底面を示す直線が中心軸となす角度は、９０度より小さくなるように光学素子の形状が定められている。すなわち、光学素子を基板２００に配置した場合に、底面１１７Ｂのコバ部１１５Ｂの近傍である、中心軸からの距離がｒｂの位置における底面１１７Ｂと基板２００との間の距離ｄ２は、底面１１７Ｂの入射面１１１Ｂの近傍である、中心軸からの距離がｒａの位置における底面１１７Ｂと基板２００との間の距離ｄ１よりも大きくなるように光学素子の形状が定められている。光学素子の形状を図１４に示すように定めることにより、射出成形プロセスの樹脂の収縮のために、入射面の端部近傍の底面と基板との隙間量の設計値に対する誤差Δzが生じても、足部１１５１Ｂの高さを短くすることによって入射面１１１Ｂの周縁部と基板との隙間量を設計値に調整することができる。

上述の説明において、入射面及び出射面の形状は、光学素子の中心軸に関して対象であるとした。他の実施形態において、中心軸の周りに複数の区間を設け、が複数の区間における入射面及び出射面の形状が異なるように構成してもよい。

Claims (6)

1. 基板に配置された光源と、
   該光源を覆い、入射面と出射面とを備えた光学素子と、を備えた照明装置であって、
   該入射面は、該光学素子の底面に開口した凹部の表面であり、該出射面は、該底面の反対側に備わり、
   該光源は、上面及び側面から光を発するように構成され、
   該光学素子の中心軸を含む断面において、該光源の側面の発光部分の中心軸方向の中心位置をＰ０とし、Ｐ０から発した光線が該中心軸と垂直な方向となす、反時計回りの角度をθ１とし、該光線が、該入射面を通過した後、該中心軸と垂直な方向となす、反時計回りの角度をθ２として、θ１が１５度のときにθ２-θ１は正であり、θ１が３０度のときにθ２-θ１は負であり、θ１が１５度から３０度に増加するにしたがって、θ２-θ１がほぼ単調に減少するように該入射面が構成された照明装置。
2. 基板に配置された光源と、
   該光源を覆い、入射面と出射面とを備えた光学素子と、を備えた照明装置であって、
   該入射面は、該光学素子の底面に開口した凹部の表面であり、該出射面は、該底面の反対側に備わり、
   該光源は、上面及び側面から光を発するように構成され、
   該光学素子の中心軸を含む断面において、該光源の側面の発光部分の中心軸方向の中心位置をＰ０とし、Ｐ０から発した光線が該中心軸と垂直な方向となす、反時計回りの角度をθ１とし、該光線が、該入射面に到達する点をＰ１とし、θ１=０の場合のＰ０とＰ１との距離をＲｓ、Ｐ１が該入射面の端部に位置する場合のＰ０とＰ１との距離をＲｔ、Ｐ０と該入射面との最小距離をＲｍとして、
   0.8 < Rm／Rs < 0.9
   1.2 < Rt／Rs < 1.4
   を満たすように該入射面が構成された照明装置。
3. 基板に配置された光源と、
   該光源を覆い、入射面と出射面とを備えた光学素子と、を備えた照明装置であって、
   該入射面は、該光学素子の底面に開口した凹部の表面であり、該出射面は、該底面の反対側に備わり、
   該光源は、上面及び側面から光を発するように構成され、
   該光学素子の中心軸を含む断面において、該光源の側面の発光部分の中心軸方向の中心位置をＰ０とし、Ｐ０から発した光線が該中心軸と垂直な方向となす、反時計回りの角度をθ１とし、該光線が、該入射面に到達する点をＰ１とし、該中心軸から該出射面端部までの該中心軸と垂直な方向の距離をｒ２、該基板から該出射面端部までの該中心軸方向の距離をｈ２とし、該中心軸からＰ１までの該中心軸と垂直な方向の距離をｒ１、該基板からＰ１までの該中心軸方向の距離をｈ１として、θ１が０以下の領域において
   

   

   を満たすＰ１が存在するように該入射面が構成された照明装置。
4. 該底面と該出射面との間にコバ部をさらに備え、該底面と該コバ部とは拡散面である請求項１から３のいずれかに記載の照明装置。
5. 該光学素子の該中心軸を含む断面において、該光学素子の底面を示す直線が該中心軸となす角度が、９０度より小さくなるように該光学素子の形状が定められている請求項１から４のいずれかに記載の照明装置。
6. 該入射面及び該出射面の形状が、該中心軸に関して対称であるように構成された請求項１から５のいずれかに記載の照明装置。

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