WO2015194315A1 - 光学素子及び面光源装置 - Google Patents

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WO2015194315A1
WO2015194315A1 PCT/JP2015/064763 JP2015064763W WO2015194315A1 WO 2015194315 A1 WO2015194315 A1 WO 2015194315A1 JP 2015064763 W JP2015064763 W JP 2015064763W WO 2015194315 A1 WO2015194315 A1 WO 2015194315A1
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WO
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optical element
light source
prism
light
central axis
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Application number
PCT/JP2015/064763
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English (en)
French (fr)
Inventor
奥田　満
篠原　正幸
靖宏 田上
Original Assignee
オムロン株式会社
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Publication date
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    • F21S—NON-PORTABLE LIGHTING DEVICES; SYSTEMS THEREOF; VEHICLE LIGHTING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR VEHICLE EXTERIORS
    • F21S2/00—Systems of lighting devices, not provided for in main groups F21S4/00 - F21S10/00 or F21S19/00, e.g. of modular construction
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V17/00—Fastening of component parts of lighting devices, e.g. shades, globes, refractors, reflectors, filters, screens, grids or protective cages
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V5/00—Refractors for light sources
    • F21V5/04—Refractors for light sources of lens shape
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B3/00—Simple or compound lenses
    • G02B3/02—Simple or compound lenses with non-spherical faces
    • G02B3/08—Simple or compound lenses with non-spherical faces with discontinuous faces, e.g. Fresnel lens
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/04—Prisms
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/48—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor body packages
    • H01L33/58—Optical field-shaping elements

Definitions

  • the present invention relates to an optical element having a prism group on the surface and a surface light source device.
  • an elevator is provided with an illuminated pushbutton switch that illuminates the destination floor so that the destination floor can be input.
  • the illuminated pushbutton switch emit light uniformly.
  • FIGS. 10 (a), 10 (b), and 10 (c) As a structure for uniformly surface emitting a conventional illuminated pushbutton switch, three types of control methods are generally known as shown in FIGS. 10 (a), 10 (b), and 10 (c). Among them, a method of controlling the directivity by arranging the convex lens 102 directly above the light source 101 shown in FIG. 10A, or the light from the light source 111 shown in FIG.
  • the so-called direct light source method such as the light guide control method that emits light through the light source has a problem that the distance in the emission direction becomes large. Compared to this, as shown in FIG. 10C, in the surface light emission control method, the light guide plate 121 is used, so the distance in the emission direction can be reduced.
  • the light guide plate 121 when the light guide plate 121 is used, since the light source 122 is generally disposed on the side surface of the light guide plate 121, there is a problem that the width in the in-plane direction is increased. Further, the use of the light guide plate 121 increases the cost.
  • the surface light source device in order to manufacture the surface light source device at a low cost, it is preferable to realize uniform surface light emission by reducing the distance in the emission direction in the direct light source method.
  • LED light emitters disclosed in Patent Document 1 and direct-type point light source backlight devices disclosed in Patent Document 2 are known as surface light source devices equipped with such an optical element.
  • the LED luminous body 200 disclosed in Patent Document 1 includes a reflective layer 201, a light emitting diode (LED) 202, and a structured surface 203 as an optical element, as shown in FIG.
  • the structured surface 203 has a plurality of prism structures in which prism apexes are linearly arranged with respect to a central axis on the same axis as the light emitting axis of the light emitting diode (LED) 202.
  • a direct type point light source backlight device 300 disclosed in Patent Document 2 includes a point LED light source 302 mounted on an LED substrate 301 and an upper surface of the LED substrate 301 as shown in FIG. And a light diffusing plate 310 provided above the LED substrate 301.
  • the light diffusing plate 310 has a plurality of recesses 311 on the surface, and the recesses 311 have a substantially inverted polygonal pyramid shape or a substantially inverted polygonal truncated pyramid shape.
  • the conventional optical element and the surface light source device have the following problems.
  • the luminance distribution near the center of the structured surface 203 is lowered by increasing the reflection directly above the light emitting diode (LED) 202. Can be made.
  • LED light emitting diode
  • the light directly above the point LED light source 302 is reflected by the surface of the light diffusion plate 310 and returned as shown in FIG.
  • part of the light around the light diffusing plate 310 is refracted on the surface of the light diffusing plate 310 and gathers in the center above the light diffusing plate 310.
  • the luminance at the center of the light diffusing plate 310 is not lowered so much that there is a problem that sufficiently uniform surface light emission cannot be realized.
  • a Fresnel lens in which the surface portion of one lens is finely disassembled and arranged on a plane.
  • the Fresnel lens has an advantage that the thickness of the lens is reduced and the weight can be reduced. If this Fresnel lens is appropriately designed with an aspherical surface, for example, light can be collected around the lens with a small amount of light by deflection due to refraction or the like, and the brightness of the periphery can be increased.
  • An object of the present invention is to provide an optical element and a surface light source device capable of realizing uniform surface light emission while keeping the distance in the emission direction small in the direct light source method. It is to provide.
  • the optical element of the present invention includes at least one prism group formed on the surface of the flat plate in which a plurality of prism tops spirally extend from the central axis toward the outer periphery. It is characterized by.
  • each prism top formed to extend in a spiral shape is not necessarily continuous but may be discontinuous.
  • the tops of the plurality of prisms are each formed in a spiral shape and are not concentric.
  • a plurality of prism apexes formed so as to extend spirally are arranged in a linear radial shape.
  • the light from the light source is reflected so that the light from the light source is not transmitted.
  • the optical element Uniform light is emitted on the entire surface.
  • a plurality of central axes may exist in the flat plate. Thereby, it becomes possible to arrange light sources on the extensions of the respective central axes, and even in an optical element having a wide substrate, uniform light can be emitted on the entire surface of the optical element.
  • a diffusion plate, the optical element described above, and a point light source provided on an extension line of the central axis of the optical element are arranged in this order. It is characterized by being.
  • a surface light source device including an optical element capable of realizing uniform surface light emission while keeping the distance in the emission direction small in the direct light source system.
  • a diffusion plate is arranged on the side of the optical element opposite to the point light source.
  • the light emitted from the optical element is blurred by the diffusion plate. Therefore, the light emitted from the diffusion plate can realize more uniform surface light emission.
  • optical element and the surface light source device of the present invention there is an effect of providing an optical element and a surface light source device capable of realizing uniform surface light emission while keeping the distance in the emission direction small in the direct light source system.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. 2, showing the configuration of the illuminated push button switch. It is sectional drawing which shows the structure of the surface light source device mounted in the said illumination type pushbutton switch. It is a top view which shows the structure of the said optical element.
  • (A) is an optical path diagram showing how the light travels on the outer periphery of the optical element
  • (b) is an optical path diagram showing how the light travels in the vicinity of the central axis of the optical element.
  • (A) is sectional drawing which shows the center point of the prism top part in the said optical element
  • (b) is a top view which shows the spiral angle of a prism top part.
  • (A) is a top view which shows the structure of various micro lens arrays
  • (b) is a graph which shows the relationship between light emission area / thickness and uniformity.
  • (A) is sectional drawing which shows the directivity control system as a structural example of the conventional surface light source device
  • (b) is sectional drawing which shows the light guide control system as a structural example of the conventional surface light source device
  • (C) is sectional drawing which shows the surface light emission control system as a structural example of the conventional surface light source device.
  • (A) is a figure which shows the luminance distribution in the surface light source device of the conventional direct light source system
  • (b) is a schematic cross section which shows the optical path for implement
  • FIG. 1 is sectional drawing which shows an example of the other surface light source device of the conventional direct light source system
  • FIG. 1 is sectional drawing which shows an example of the other surface light source device of the conventional direct light source system
  • FIG. 1 is sectional drawing which shows an example of the other surface light source device of the conventional direct light source system
  • FIG. 1 is sectional drawing which shows an example of the other surface light source device of the conventional direct light source system
  • FIG. 13 is a schematic cross section which shows the optical path characteristic in the other surface light source device of the conventional direct light source system shown to Fig.13 (a) (b).
  • FIGS. 1 to 9 An embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 9 as follows.
  • the optical element and the surface light source device of the present embodiment are, for example, an upward or downward indicating switch provided on an elevator operation panel attached to a wall surface of an elevator hall, or an open door that is installed in the elevator.
  • An example of application to an illuminated pushbutton switch used for closing a door and indicating a floor number will be described.
  • the optical element and the surface light source device of the present invention can be applied not only to the illumination type push button switch but also to other fields of use.
  • FIG. 2 is a perspective view showing the configuration of the illuminated push button switch of the present embodiment.
  • FIG. 3 is an exploded view of the configuration of the illuminated pushbutton switch, and
  • FIG. 4 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG.
  • the illuminated pushbutton switch 1 of the present embodiment has a printed circuit board 2 attached to the lower surface of the base member 3, and a spring 4, a link mechanism 5, The movable cover 6, the plunger 7, and the operation button 8 are accommodated in this order.
  • the printed circuit board 2 has, for example, a long plate shape.
  • the switch body 10 is mounted at the tip, and the LED 20 as a chip-shaped point light source that is an illumination light source is mounted at the center.
  • the connector 2a is mounted on the base end.
  • the switch body 10 includes a push button 11 on an upper surface, and a cushion rubber 12 that covers the entire switch body 10 is provided thereon.
  • the base member 3 has openings 3a and 3b in which regions where the switch body 10 and the LEDs 20 of the printed circuit board 2 are arranged are opened. As a result, the switch body 10 passes through the opening 3 a and comes into contact with the movable cover 6 and the cushion rubber 12. Further, the light from the LED 20 is irradiated upward through the opening 3b. In addition, the base member 3 has a large number of engaging pieces 3c that are engaged with various members protruding upward.
  • the link mechanism 5 is a frame-like structure composed of two lever bodies, and the distal end portion 5a and the base end portion 5b move in conjunction with the vertical direction. Further, the two springs 4 are disposed between the base end portion 5 b of the link mechanism 5 and the base member 3.
  • the movable cover 6 is a plate-like member that covers the link mechanism 5, and the distal end portion 6 a and the proximal end portion 6 b are engaged with the distal end portion 5 a and the proximal end portion 5 b of the link mechanism 5, respectively. Thereby, the movable cover 6 can move in the vertical direction together with the distal end portion 5a and the proximal end portion 5b of the link mechanism 5.
  • the movable cover 6 has a circular opening 6c at the center, and four locking pieces 6d for locking with the plunger 7 and the operation button 8 project inward from the opening 6c. Yes.
  • the plunger 7 has an upper peripheral wall portion 7a formed upward from the periphery of the upper surface of the optical element 30, and a lower peripheral wall portion 7b formed slightly downward from the inner periphery of the lower surface periphery.
  • the lower peripheral wall portion 7 b has a structure that fits with the locking piece 6 d of the movable cover 6, and a part of the lower peripheral wall portion 7 b extends downward to engage with the engaging piece 3 c of the base member 3. As a result, the movement of the plunger 7 is restricted in the vertical direction.
  • the operation button 8 has a peripheral wall portion 8b formed downward from the periphery of the transmission plate 8a, and the lower peripheral wall portion 7b of the plunger 7 is fitted inside the peripheral wall portion 8b. Thereby, the movement of the operation button 8 is restricted in the vertical direction (pressing direction). Further, four locking pieces 8c for locking to the movable cover 6 protrude outward from the tip of the peripheral wall portion 8b.
  • the upper surface of the transmission plate 8a serves as an operation surface operated by the user.
  • the plunger 7 and the operation button 8 are made of a transmissive material such as polycarbonate or acrylic. Further, the plunger 7 is preferably one having a high light transmittance. On the other hand, the light transmittance of the operation button 8 is appropriately selected from the viewpoint of space design by illumination.
  • the operation button 8 and the movable cover 6 are moved downward by the plunger 7 and the link mechanism 5. Then, when the movable cover 6 presses the push button 11 of the switch body 10 via the cushion rubber 12, the switch body 10 executes a switch operation such as switch-on.
  • the LED 20 when electric power is supplied to the mounting component of the printed circuit board 2 from the outside via the connector 2a, the LED 20 emits light based on the switch operation of the switch body 10 or an instruction from the outside. At this time, the light from the LED 20 passes through the opening 3 b of the base member 3, the opening 6 c of the movable cover 6, and the plunger 7 to illuminate the operation button 8.
  • this surface light source device 40 provided with LED20, the optical element 30, and the permeation
  • the optical element 30 of the present embodiment has a shape that can solve this problem.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a configuration of an optical element 30 in the present embodiment.
  • FIG. 6 is a plan view showing the configuration of the optical element 30.
  • FIGS. 7A and 7B are optical path diagrams showing how the light of the optical element 30 travels.
  • a Fresnel lens in which the surface portion of one lens is finely disassembled and arranged on a plane is known.
  • the Fresnel lens has an advantage that the thickness of the lens is reduced and the weight can be reduced. If this Fresnel lens is appropriately designed with an aspherical surface, for example, light can be collected around the lens with a small amount of light by deflection due to refraction or the like, and the brightness of the periphery can be increased.
  • a plurality of prism apexes 32 extend in a multiple spiral shape from the central axis 31 toward the outer periphery on the surface of the flat plate. At least one formed prism group is provided.
  • an LED 20 as a point light source is provided on the extension line of the central axis 31 of the optical element 30.
  • the portion of the optical element 30 away from the outer periphery from the central axis 31 approaches a state in which the plurality of prism top portions 32 are provided concentrically as in the Fresnel lens appropriately designed as an aspheric surface.
  • the curvature of the prism apex portion 32 approaches infinity at a portion away from the central axis 31 of the optical element 30 to the outer periphery.
  • a dark portion on the outer periphery with a small amount of light away from the central axis 31 of the optical element 30 is irradiated from the LED 20. It can be refracted to collect light.
  • the plurality of prism apexes 32 are each formed in a spiral shape and are not concentric. For this reason, a part of the light travels in the direction of the central axis 31 of the optical element 30, but is not concentrated on one point on the central axis 31 but is dispersed. As a result, it is possible to suppress light from being collected on the central axis 31.
  • each prism top portion 32 of the prism group is formed to extend linearly and radially toward the outer periphery from the central axis 31 to the first radial distance.
  • the first distance in the radial direction from the central axis 31 is, for example, about 5 mm.
  • each prism top 32 of the prism group is as shown in FIG. It has the same shape as a plurality of prism structures arranged in a linear radial pattern.
  • FIG. 7B the light from the LED 20 is reliably reflected in the vicinity of the central axis of the optical element 30, and the light from the LED 20 is not transmitted.
  • the optical element 30 is formed to extend linearly and radially from the central axis 31 in the vicinity of the central axis 31 to the first radial distance.
  • the present invention is not necessarily limited to this, and it does not have to be formed radially extending linearly from the center axis 31 to the first radial distance toward the outer periphery.
  • the optical element 30 if the plurality of prism top portions 32 are each formed in a spiral shape from the central axis 31 toward the outer circumference, the optical element 30 inevitably has a radial direction from the central axis 31 in the vicinity of the central axis 31.
  • the plurality of prism apexes 32 are each formed in a spiral shape from the central axis 31 toward the outer periphery, the light from the LED 20 is reflected in the vicinity of the central axis in the optical element 30. Thus, the effect that the light from the LED 20 is not transmitted is obtained.
  • FIG. 8A is a cross-sectional view showing the center point 32a of the prism top 32
  • FIG. 8B is a plan view showing the spiral angle of the prism top 32.
  • a center point 32a is defined in the cross section of the prism apex 32 in the optical element 30.
  • the center point 32a for example, the apex of the prism apex 32 or the center of gravity of the prism apex 32 can be used.
  • the angle formed by the tangent line on the center point 32a in the locus of the prism apex 32 formed by the point 32a is defined as the spiral angle ⁇ .
  • the spiral angle ⁇ of the prism top portion 32 of the optical element 30 of the present embodiment is preferably the spiral angle ⁇ ⁇ 60 ° from the central axis 31 to the first distance in the radial direction.
  • the spiral angle ⁇ ⁇ 30 ° is more preferable, and the spiral angle ⁇ ⁇ 10 ° is most preferable.
  • the spiral angle ⁇ is preferably increased as it is away from the central axis 31, but may be partially constant. At a minimum, the spiral angle ⁇ is composed of two or more values. The spiral angle ⁇ satisfies 0 ° ⁇ ⁇ ⁇ 90 °.
  • the optical element 30 having the above configuration, in the present embodiment, a large amount of light is transmitted in a portion far from the central axis 31 to the outer periphery, and light is not transmitted in the vicinity of the central axis 31. As a result, uniform light is emitted from the entire surface of the optical element 30 in the direct light source system in which the LEDs 20 are provided directly below the optical element 30.
  • optical element 30 capable of realizing uniform surface light emission while keeping the distance in the emission direction small in the method directly under the light source.
  • the applicant has conventionally developed various microlens arrays as shown in FIG. 9A.
  • the optical element 30 of the present embodiment developed this time has the most excellent relationship between the light emitting area / thickness and uniformity, as shown in FIG. 9B. That is, for example, in order to obtain a uniformity of 75%, it can be seen that the distance in the emission direction of the optical element 30 of the present embodiment is the smallest as compared with the conventional microlens array.
  • the uniformity means the minimum luminance / maximum luminance expressed in (%).
  • At least one prism group formed by spirally extending a plurality of prism tops 32 from the central axis 31 toward the outer periphery is provided on the surface of the flat plate.
  • a plurality of central axes 31 may exist in the flat plate. That is, a plurality of prism groups formed so as to extend in a spiral shape may be provided.
  • the configuration in which a plurality of central axes 31 exist in the flat plate of the optical element 30 makes it possible to arrange the LEDs 20 on the extensions of the central axes 31. For this reason, even in the optical element 30 having a wide substrate, uniform light can be emitted on the entire surface of the optical element 30. That is, the area of the optical element 30 can be increased.
  • each prism top 32 of the prism group is formed to continuously extend from the central axis 31 toward the outer periphery.
  • each prism top portion 32 of the prism group is formed so as to continuously extend from the central axis 31 toward the outer periphery, thereby preventing local unevenness of transmitted light. It has become something that can be done.
  • each prism top 32 of the prism group may be formed to extend discretely from the central axis 31 toward the outer periphery. .
  • each prism top 32 has an inverted V-shaped cross section. Thereby, the light from LED20 is uniformly reflected in each prism top part 32 of cross-section reverse V shape.
  • the light from the LED 20 can be uniformly refracted on the outer periphery away from the central axis 31 of the optical element 30. Even in the vicinity of the central axis 31, the light from the LED 20 can be uniformly reflected so that the light from the LED 20 is not transmitted.
  • the processing is facilitated by having an inverted V-shaped cross section. That is, when producing the optical element 30 of the present embodiment, for example, a groove having a V-shaped cross section is cut on a flat plate. As a result, an easily manufactured optical element 30 can be provided.
  • the prism apex portion 32 of the optical element 30 has an inverted V-shaped cross section, and has a triangular cross section as a whole.
  • the present invention is not limited to this, and is not limited to this, but a trapezoid, quadrangle, pentagon, or other polygon. Or a free-form surface such as a semicircle.
  • the prism group is provided on the surface of the optical element 30 on the side opposite to the LED 20, that is, on the surface of the optical element 30.
  • the prism group when the prism group is provided on the side opposite to the LED 20 in the optical element 30 on the same side as the LED 20, the effect of realizing uniform surface light emission is greater.
  • the prism group on the surface of the optical element 30 on the side opposite to the LED 20 at least, the optical element 30 that can realize uniform surface light emission while keeping the distance in the emission direction small in the direct light source system is provided.
  • the surface light source device 40 can be provided.
  • the present invention is not necessarily limited to this.
  • the prism group may be provided on the back surface of the optical element 30 formed of a flat plate.
  • the incident angle from the LED 20 to the back surface of the optical element 30 can be controlled in accordance with each prism top portion 32.
  • the direction of light emitted from the front surface of the flat plate can be adjusted by the cross-sectional shape of each prism top portion 32 in the prism group on the back surface and front surface of the flat plate, and thus the degree of freedom of deformation of the cross-sectional shape of each prism top portion 32. Can be spread.
  • a transmission plate 8a as a diffusion plate is disposed on the side of the optical element 30 opposite to the LED 20.
  • the dark line and the bright line of the light emitted from the optical element 30 are blurred by the transmission plate 8a. Therefore, the light emitted from the transmission plate 8a can realize more uniform surface light emission.
  • An air layer is preferably present between the optical element 30 and the transmission plate 8a in terms of the effect of realizing uniform surface light emission.
  • the optical element 30 and the surface light source device 40 including the optical element 30 are mounted on the illumination type push button switch 1.
  • the illumination type pushbutton switch 1 with a good illumination function can be provided.
  • the optical element 30 is integrated with the plunger 7 of the illuminated push button switch 1. Thereby, the number of members can be reduced and the manufacturing cost of the illuminated push button switch 1 can be reduced.
  • the lower surface of the optical element 30 refers to the lower side of the LED 20 or the side surface between the LED 20 and the optical element 30.
  • the light emitted to the side surface of the optical element 30 or the light returning from the optical element 30 in the direction of the LED 20 is reflected by the reflecting plate and is incident again on the optical element 30, and is incident on the surface side of the optical element 30. It is possible to emit. As a result, the amount of light incident on the optical element 30 can be increased, and the amount of light emitted from the optical element 30 can be increased. In addition, the uniformity can be easily improved.
  • the cross section of the prism apex portion 32 has an inverted V shape and has a pointed tip.
  • the present invention is not necessarily limited to this, and may be rounded first. That is, it is unexpectedly difficult to form the sharp V-shaped prism top 32. That is, it is easier and more realistic to form the inverted V-shaped prism top 32 having a rounded tip.
  • a plurality of prism apexes 32 are respectively formed in a spiral shape from the central axis 31 toward the outer periphery. Therefore, ideally, the central axis 31 is not convex. However, in reality, it is difficult to produce such an ideal shape. Therefore, as a practical manufacturing problem, an uneven shape may exist in the vicinity of the central axis 31.
  • the plurality of prism apexes 32 formed so as to spiral from the central axis 31 to the outer periphery in the optical element 30 of the present embodiment do not necessarily extend uniformly to the outer periphery, and the shape thereof is changed. Also good. For example, you may form so that the prism top part 32 may become so low that it becomes an outer periphery. Thereby, improvement of uniformity and improvement of appearance can be aimed at.
  • the optical element 30 of the present embodiment is formed of a transparent resin such as polycarbonate or acrylic. Thereby, the brightness can be improved.
  • the present invention is not necessarily limited to this, and the optical element 30 can be made of milky white resin or resin containing beads. Thereby, although it is somewhat inferior in terms of efficiency, local unevenness of bright lines and dark lines is eliminated, and it is excellent in terms of improvement in uniformity and appearance.
  • one LED 20 is provided on the extension line of the central axis 31 of the optical element 30.
  • the present invention is not limited to this, and a plurality of LEDs 20 may be provided together on an extension line of the central axis 31 of the optical element 30. As a result, it is possible to increase the brightness of the surface light source device 40.
  • the optical element 30 of the present embodiment has a circular horizontal cross section.
  • the shape of the horizontal cross section of the optical element 30 is not necessarily limited thereto, and for example, there are polygonal shapes such as a triangle, a quadrangle, and a pentagon, an ellipse, a star, an L shape, and some missing portions in a plane. It may be a shape, other shapes, or the like.
  • each prism apex of the prism group is formed to extend linearly and radially toward the outer periphery from the central axis to the first radial distance. Is preferred.
  • each prism top of the prism group in the vicinity of the central axis in the optical element is a radial prism, the light from the light source is reliably reflected in the vicinity of the central axis in the optical element. The light from the light source is not transmitted.
  • each prism top of the prism group may be formed to continuously extend from the central axis toward the outer periphery.
  • each prism can be assumed to have an inverted V-shaped cross section.
  • the light from the light source is uniformly reflected at the top of each prism having an inverted V-shaped cross section. Therefore, the light from the light source can be refracted uniformly at the outer periphery away from the central axis of the optical element. Even in the vicinity of the central axis, the light from the light source can be uniformly reflected so that the light from the light source is not transmitted.
  • the processing becomes easy by making the cross-section inverted V-shaped. As a result, an easily manufactured optical element can be provided.
  • the prism group may be provided on the back surface of the flat plate.
  • the incident angle from the light source to the back surface of the optical element can be controlled according to the top of each prism.
  • the direction of light emitted from the front surface of the flat plate can be adjusted by the cross-sectional shape of the prism tops in the prism group on the back surface and front surface of the flat plate, so that the degree of freedom of deformation of the cross-sectional shape of each prism top is expanded. be able to.
  • the prism group may be provided on a surface of the optical element that is at least opposite to the point light source.
  • the prism group when the prism group is provided on the surface opposite to the point light source in the optical element on the same side as the point light source, the effect of realizing uniform surface light emission is greater.
  • the optical element includes an optical element that can realize uniform surface light emission while keeping the distance in the emission direction small in the direct light source method.
  • a surface light source device can be provided.
  • the optical element and the surface light source device of the present invention include, for example, an illumination type push button switch installed in an elevator, a flat illumination light source for indoor lighting, a television, a computer monitor, an information terminal (PDA), a mobile phone, etc. It can be used for backlights used in liquid crystal display devices and the like.

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Abstract

　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。光学素子（３０）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。

Description

光学素子及び面光源装置
　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。
日本国公開特許公報「特表２００９－５２１７８２号公報（２００９年６月４日公表）」 日本国公開特許公報「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。
　以上のように、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。
　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 (7)

  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、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請求項１記載の光学素子。
  3. 　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又は２記載の光学素子。
  4. 　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１～３のいずれか１項に記載の光学素子。
  5. 　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１～４のいずれか１項に記載の光学素子。
  6. 　拡散板と、
    　請求項１～５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。
  7. 　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６記載の面光源装置。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022233873A1 (en) * 2021-05-04 2022-11-10 Powerphotonic Ltd Beam shaper optic for laser material processing

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7450445B2 (ja) * 2020-04-10 2024-03-15 株式会社ジャパンディスプレイ 照明装置
CN115280062A (zh) * 2020-04-15 2022-11-01 株式会社日本显示器 棱镜片和使用了该棱镜片的照明装置

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09236701A (ja) * 1996-02-29 1997-09-09 Toppan Printing Co Ltd フレネルレンズおよびその成型に用いるスタンパの製造方法
JP2005092205A (ja) * 2003-09-20 2005-04-07 Schott Ag 円形フィールドを与える光拡散装置
JP2005322549A (ja) * 2004-05-11 2005-11-17 Seiko Instruments Inc 照明装置及びこれを用いた表示装置
JP2012073545A (ja) * 2010-09-29 2012-04-12 Citizen Electronics Co Ltd レンズ部材及び光学ユニット
JP3187902U (ja) * 2013-10-10 2013-12-19 ミネベア株式会社 照明装置

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7637639B2 (en) * 2005-12-21 2009-12-29 3M Innovative Properties Company LED emitter with radial prismatic light diverter
JP4642823B2 (ja) * 2007-09-13 2011-03-02 株式会社日立製作所 照明装置及び液晶表示装置
JP5274537B2 (ja) * 2010-11-19 2013-08-28 オムロン株式会社 照光式押しボタンスイッチおよび操作パネル
DE102011115756B4 (de) * 2011-09-30 2015-01-15 Auer Lighting Gmbh Scheinwerfer

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09236701A (ja) * 1996-02-29 1997-09-09 Toppan Printing Co Ltd フレネルレンズおよびその成型に用いるスタンパの製造方法
JP2005092205A (ja) * 2003-09-20 2005-04-07 Schott Ag 円形フィールドを与える光拡散装置
JP2005322549A (ja) * 2004-05-11 2005-11-17 Seiko Instruments Inc 照明装置及びこれを用いた表示装置
JP2012073545A (ja) * 2010-09-29 2012-04-12 Citizen Electronics Co Ltd レンズ部材及び光学ユニット
JP3187902U (ja) * 2013-10-10 2013-12-19 ミネベア株式会社 照明装置

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022233873A1 (en) * 2021-05-04 2022-11-10 Powerphotonic Ltd Beam shaper optic for laser material processing

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