JP2013061399A

JP2013061399A - 光学素子および照明装置

Info

Publication number: JP2013061399A
Application number: JP2011198241A
Authority: JP
Inventors: Toshiyuki Kondo; 俊幸近藤; Tomohiro Yoshimura; 知紘吉村
Original assignee: Stanley Electric Co Ltd
Current assignee: Stanley Electric Co Ltd
Priority date: 2011-09-12
Filing date: 2011-09-12
Publication date: 2013-04-04

Abstract

【課題】横方向から観測した際、白熱電球のフィラメントのように縦方向に線状に発光させることが可能であり、かつ、横方向ではなく光軸方向に延びるスリムな形状をとることが可能な光学素子および照明装置を提供する。
【解決手段】光学素子２は、光が入射する入射面３と、光を下向き方向に屈折して出射させる円錐状に突起した第１の領域４と、入射面３よりも外側方向に位置し、光を光軸に略平行に上方に向けて反射する第２の領域５と、該第２の領域５によって光軸に略平行に上方に向けて反射された光を略水平方向に全反射する複数の全反射面１１を、光軸に略平行な面１２で階段状に繰り返しつなぎ合わせた第３の領域６と、光軸に略平行な面を有する第４の領域７、第５の領域８とを備えている。
【選択図】図４

Description

本発明は、光学素子および照明装置に関する。

図１は、特許文献１に記載されている照明装置の構成を示す図である。図１を参照すると、この照明装置は、面光源１０１と、光学素子１０３とを含み、光学素子１０３は、たとえば、円形の面光源１０１の円の中心を通り、面光源１０１の面に垂直な軸（光軸）に関して無限回回転対称な形状を有している。

より詳細に、光学素子１０３は、面光源１０１の発光面に対向している入射面２０３と、入射面２０３に対向する第１の出射面２０５と、入射面２０３および第１の出射面２０５をつなぎ、側面を構成する第２の出射面２０７とを有し、第１の出射面２０５は、周縁部に比較して光軸付近が窪んでいる（窪みの深さＥ１で窪んでいる）。

このような構成では、図２に示すように、面光源１０１から射出した光は、入射面２０３で屈折、第１の出射面２０５で全反射、第２の出射面２０７で屈折することで、直進方向の光を横方向に拡散させることができる。

特許第４６６０６４５号公報

上述のように、特許文献１の面光源を使用した照明装置では、直進方向の光を横方向に拡散させることができるが、図２に示すように、その光が任意の方向に散らばるため、光の照射方向には統一性がなく（問題点１）、また、光軸付近の窪みの深さＥ１が浅いため、横方向に照射される光の縦方向の長さ（線状の長さ）Ｌ１は極めて狭い（問題点２）。

上記２点の理由により、特許文献１の照明装置では、横方向から観測した際、白熱電球のフィラメントのように縦方向に線状には発光しないという欠点があった。また、直進方向の光を横方向に拡散させるために、第１の出射面２０５の外径を大きくする必要があり、横方向に照射される光の縦方向の長さ（線状の長さ）Ｌ１をより長くするためには、レンズの外径をより大きくしなければならず、そのレンズを内蔵する照明装置が横方向に大きく広がった構造となってしまうという欠点があった。

本発明は、横方向から観測した際、白熱電球のフィラメントのように縦方向に線状に発光させることが可能であり、かつ、横方向ではなく光軸方向に延びるスリムな形状をとることが可能な光学素子および照明装置を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、光が入射する入射面と、該入射面と対向して設けられ、ある面に入射した光の少なくとも一部の光を全反射して対向する側の面からより下向き方向に屈折して出射させる錐状に突起した第１の領域と、前記入射面よりも外側に位置し、前記入射面から入射した光を光軸に略平行に上方に向けて反射する第２の領域と、該第２の領域によって光軸に略平行に上方に向けて反射された光を光軸と略垂直方向に全反射する複数の全反射面を、光軸に略平行な面で階段状に繰り返しつなぎ合わせた第３の領域と、前記第１の領域からの出射光をより下向き方向に屈折させるような光軸に略平行な面を有し、前記第１の領域と前記第３の領域とをつなぐ第４の領域と、前記第１の領域からの出射光をより下向き方向に屈折させて出射させるとともに前記第３の領域からの出射光を光軸と略垂直方向に出射させるような光軸に略平行な面を有し、前記第２の領域と前記第３の領域とをつなぐ第５の領域とを備えていることを特徴とする光学素子である。

また、請求項２記載の発明は、光源と、光学素子とを含む照明装置であって、
前記光学素子は、前記光源の発光面に対向している入射面と、該入射面と対向して設けられ、ある面に入射した光の少なくとも一部の光を全反射して対向する側の面からより下向き方向に屈折して出射させる錐状に突起した第１の領域と、前記入射面よりも外側方向に位置し、前記入射面から入射した光を光軸に略平行に上方に向けて反射する第２の領域と、該第２の領域によって光軸に略平行に上方に向けて反射された光を光軸と略垂直方向に全反射する複数の全反射面を、光軸に略平行な面で階段状に繰り返しつなぎ合わせた第３の領域と、前記第１の領域からの出射光をより下向き方向に屈折させるような光軸に略平行な面を有し、前記第１の領域と前記第３の領域とをつなぐ第４の領域と、前記第１の領域からの出射光をより下向き方向に屈折させて出射させるとともに前記第３の領域からの出射光を光軸と略垂直方向に出射させるような光軸に略平行な面を有し、前記第２の領域と前記第３の領域とをつなぐ第５の領域とを備えていることを特徴としている。

請求項１、請求項２記載の発明によれば、光が入射する入射面と、該入射面と対向して設けられ、ある面に入射した光の少なくとも一部の光を全反射して対向する側の面からより下向き方向に屈折して出射させる錐状に突起した第１の領域と、前記入射面よりも外側に位置し、前記入射面から入射した光を光軸に略平行に上方に向けて反射する第２の領域と、該第２の領域によって光軸に略平行に上方に向けて反射された光を光軸と略垂直方向に全反射する複数の全反射面を、光軸に略平行な面で階段状に繰り返しつなぎ合わせた第３の領域と、前記第１の領域からの出射光をより下向き方向に屈折させるような光軸に略平行な面を有し、前記第１の領域と前記第３の領域とをつなぐ第４の領域と、前記第１の領域からの出射光をより下向き方向に屈折させて出射させるとともに前記第３の領域からの出射光を光軸と略垂直方向に出射させるような光軸に略平行な面を有し、前記第２の領域と前記第３の領域とをつなぐ第５の領域とを備えているので、横方向から観測した際、白熱電球のフィラメントのように縦方向に線状に発光させることが可能であり、かつ、横方向ではなく光軸方向に延びるスリムな形状をとることが可能となる。また、下方向から観測した際、煌き感のある光を演出することが可能となる。

特許文献１に記載されている照明装置の構成を示す図である。特許文献１の照明装置の光線経路を示す図である。本発明の照明装置の一構成例を示す図である。図３のＡ−Ａ線における断面図である。第３の領域の一例を示す部分拡大図である。図３、図４の照明装置の光線経路を示す図である。第３の領域の他の例を示す部分拡大図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

図３、図４は本発明の照明装置の一構成例を示す図である。なお、図３は斜視図、図４は図３のＡ−Ａ線における断面図である。

図３、図４を参照すると、この照明装置は、面光源１と、光学素子２とを含み、光学素子２は、たとえば、円形の面光源１の円の中心を通り、面光源１の面に垂直な軸（光軸）に関して無限回回転対称な形状を有している。

すなわち、光学素子２は、面光源１の発光面に対向している入射面（光が入射する入射面）３と、該入射面３と対向して設けられ、ある面に入射した光の少なくとも一部の光を全反射して対向する側の面からより下向き方向に屈折して出射させる円錐状に突起した第１の領域４と、入射面３よりも外側方向に位置し、入射面３から入射した光を光軸に略平行に上方に向けて反射する第２の領域（放物面領域）５と、該第２の領域５によって光軸に略平行に上方に向けて反射された光を略水平方向に（光軸に対し略垂直方向に）全反射する複数の全反射面１１を、光軸に略平行な面１２で階段状に繰り返しつなぎ合わせた第３の領域６と、前記第１の領域４からの出射光をより下向き方向に屈折させるような光軸に略平行な面を有し、前記第１の領域４と前記第３の領域６とをつなぐ第４の領域７と、前記第１の領域４からの出射光をより下向き方向に屈折させて出射させるとともに前記第３の領域６からの出射光を略水平方向に（光軸に対し略垂直方向に）出射させるような光軸に略平行な面を有し、前記第２の領域５と前記第３の領域６とをつなぐ第５の領域８とを備えている。

ここで、面光源１には、発光ダイオード（ＬＥＤ）等を用いることができる。また、光学素子２は、光透過性の部材からなる光拡散レンズ等で構成することができる。

また、図４において、面光源１の直径Ｄ０は例えば４ｍｍ程度であり、光学素子２の外径Ｄ２は例えば１５ｍｍ程度であり、光学素子２の高さ（光軸方向の長さ）Ｈ２は例えば２６ｍｍ程度であり、光学素子２の光軸方向の窪みＥ２は例えば１０ｍｍ程度である。また、第３の領域６の全反射面１１は、光軸に垂直な方向と略４５°の角度をなしている。

また、図５には、第３の領域６の一例が部分拡大図として示されており、図５の例では、第３の領域６は、複数の全反射面１１を、光軸に略平行な面１２で、直接つなぎ合わせたものとなっている。

図３、図４の照明装置では、上記のような構成により、光線の経路を図６に示すようなものにすることができる。

すなわち、面光源１からの光が入射面３から円錐状に突起した第１の領域４のある面に入射すると、図４に破線で示すように、この面に入射した光は、第１の領域４のこの面で全反射され、第１の領域４のこの面と対向する側の面からより下向き方向に屈折されて出射され、次いで、第４の領域７のレンズ面、第５の領域８のレンズ面と、順次下向き方向に屈折されて出射されることで、下方向に拡散される（図４、図６の光線の経路Ｆａ参照）。すなわち、面光源１からの光を下方向に拡散させることができる。

また、面光源１からの光が入射面３から第２の領域（放物面領域）５に入射すると、第２の領域（放物面領域）５に入射した光は、第２の領域（放物面領域）５で光軸に略平行に上方に向けて反射され、第２の領域（放物面領域）５で光軸に略平行に上方に向けて反射された光は、第３の領域６の複数の全反射面１１によって略水平方向に（光軸に対し略垂直方向に）全反射され、第５の領域８から略水平方向に（光軸に対し略垂直方向に）統一性を保ちつつ出射される。ここで、第３の領域６の複数の全反射面１１は、光軸に略平行な面１２で階段状に繰り返しつなぎ合わせたものとなっており、光学素子２の光軸方向の窪みＥ２が深くなっているので、第５の領域８から略水平方向に（光軸に対し略垂直方向に）統一性を保ちつつ出射される光は、横方向から観測した際、白熱電球のフィラメントのように縦方向に線状のものとなる（図４、図６の光線の経路Ｆｂ参照）。すなわち、本発明では、従来に比べて、横方向（水平方向）に照射（出射）される光の縦方向の長さ（線状の長さ）Ｌ２を著しく増加させることができる。そして、本発明では、この場合にも、第３の領域６の複数の全反射面１１が光軸に略平行な面１２で階段状に繰り返しつなぎ合わせたものとなっていることから、光学素子２の光軸方向の窪みＥ２が深くなり、横方向ではなく光軸方向（縦方向）に延びるスリムなレンズ形状（光学素子形状）が可能になる。

このように、本発明によれば、図４、図６の光線の経路Ｆａのように面光源１からの光を下方向に拡散させることができるので、レンズ（光学素子）を下方向から観測した際、煌き感のある光を演出することが可能となる。また、本発明によれば、第５の領域８から略水平方向に（光軸に対し略垂直方向に）出射される光は、図４、図６の光線の経路Ｆｂのように、レンズ（光学素子）を横方向から観測した際、縦方向に線状のものとなるので、白熱電球のフィラメントのような擬似線状発光が可能となる。そして、この場合にも、横方向ではなく光軸方向（縦方向）に延びるスリムなレンズ形状（光学素子形状）が可能になる。

なお、このような本発明の照明装置は、これを任意の向きに設置できるが、一般には、図３、図４に示すように、面光源１、入射面３側が下向きとなるように設置される。

また、上述の例では、第３の領域６は、図５に示したように、複数の全反射面１１を、光軸に略平行な面１２で、直接つなぎ合わせたものとなっているが、製造工程上の都合等によって、図７の例のように、全反射面１１と光軸に略平行な面１２との間に、光軸に略平行ではない面１３を設け、複数の全反射面１１を、光軸に略平行ではない面１３を介して光軸に略平行な面１２とつなぎ合わせることなどもあり、これらの場合も本発明の範囲に含まれる。

また、上述の例では、面光源１は円形形状であり、光学素子２は無限回回転対称な形状であるとしたが（例えば第１の領域４は円錐形状であるとしたが）、面光源１および光学素子２を多角形形状（例えば８角形形状）のものにすることも可能であり（この場合、第１の領域４は角錐形状のものとなり）、この場合も本発明の範囲に含まれる。

また、上述の例では、光源１を面光源としたが、本発明において、光源１には、面光源に限らず、点光源（図６を参照）などの任意の光源を用いることもできる。

本発明は、透明電球、シャンデリア、一般照明灯などに利用可能である。

１面光源
２光学素子
３入射面
４第１の領域
５第２の領域（放物面領域）
６第３の領域
７第４の領域
８第５の領域
１１全反射面
１２光軸に略平行な面
１３光軸に略平行でない面

Claims

光が入射する入射面と、該入射面と対向して設けられ、ある面に入射した光の少なくとも一部の光を全反射して対向する側の面からより下向き方向に屈折して出射させる錐状に突起した第１の領域と、前記入射面よりも外側に位置し、前記入射面から入射した光を光軸に略平行に上方に向けて反射する第２の領域と、該第２の領域によって光軸に略平行に上方に向けて反射された光を光軸と略垂直方向に全反射する複数の全反射面を、光軸に略平行な面で階段状に繰り返しつなぎ合わせた第３の領域と、前記第１の領域からの出射光をより下向き方向に屈折させるような光軸に略平行な面を有し、前記第１の領域と前記第３の領域とをつなぐ第４の領域と、前記第１の領域からの出射光をより下向き方向に屈折させて出射させるとともに前記第３の領域からの出射光を光軸と略垂直方向に出射させるような光軸に略平行な面を有し、前記第２の領域と前記第３の領域とをつなぐ第５の領域とを備えていることを特徴とする光学素子。
光源と、光学素子とを含む照明装置であって、
前記光学素子は、前記光源の発光面に対向している入射面と、該入射面と対向して設けられ、ある面に入射した光の少なくとも一部の光を全反射して対向する側の面からより下向き方向に屈折して出射させる錐状に突起した第１の領域と、前記入射面よりも外側方向に位置し、前記入射面から入射した光を光軸に略平行に上方に向けて反射する第２の領域と、該第２の領域によって光軸に略平行に上方に向けて反射された光を光軸と略垂直方向に全反射する複数の全反射面を、光軸に略平行な面で階段状に繰り返しつなぎ合わせた第３の領域と、前記第１の領域からの出射光をより下向き方向に屈折させるような光軸に略平行な面を有し、前記第１の領域と前記第３の領域とをつなぐ第４の領域と、前記第１の領域からの出射光をより下向き方向に屈折させて出射させるとともに前記第３の領域からの出射光を光軸と略垂直方向に出射させるような光軸に略平行な面を有し、前記第２の領域と前記第３の領域とをつなぐ第５の領域とを備えていることを特徴とする照明装置。