ライトガイドおよびその製造法
【課題】光のロスを抑制することの可能な樹脂成形体のライトガイドおよびその製造法を提供する。
【解決手段】ライトガイド１は、光が入射する入射面２と、入射した光を出射する出射面３と、入射面２の外周と出射面３の外周とを結ぶ周面４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄと、を有し、周面４ｂ，４ｃの外側方向（光軸に垂直となる方向）に突出する突起部５ａ，５ｂが、出射面３よりも入射面２に近い側に形成されている。
【解決手段】ライトガイド１は、光が入射する入射面２と、入射した光を出射する出射面３と、入射面２の外周と出射面３の外周とを結ぶ周面４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄと、を有し、周面４ｂ，４ｃの外側方向（光軸に垂直となる方向）に突出する突起部５ａ，５ｂが、出射面３よりも入射面２に近い側に形成されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ライトガイドおよびその製造法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、出力光の発散角を大幅に縮小する光均一化装置（ライトガイド）を提供する技術が知られている。このライトガイドは、拡張角度を有する楔形構造体であり、この構造体が入射面および出射面を有し、入射面は正方形であり、出射面は矩形である（特許文献１参照）。また、このライトガイドと同様の部材として、テーパー部と平行柱状部からなるテーパーロッド（ライトガイド）が提案されている（特許文献２参照）。さらにこれらのライトガイドと同様の部材として、光軸に向かって断面形状の面積が減少するテーパー形状と、光軸に向かって断面形状の面積が増加するテーパー形状から成るロッドレンズ（ライトガイド）が提案されている（特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−３１８０２５号公報
【特許文献２】特開平１１−１４２７８０号公報
【特許文献３】特開２０１０−１２２５８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述した特許文献１から３に記載されているライトガイドは、近年、樹脂の金型成形で製造されることが多い。このように樹脂を原料とする場合には、コスト面および製造のし易さの面で利点となる。
【０００５】
しかしながら、樹脂の金型成形の際には、金型に溶融樹脂を注入する注入口（ゲート）にて硬化した樹脂（ゲート成形物）が、目的とする成形物に形成されてしまう。そのようなゲート成形物の存在すること、または存在したことによって、ライトガイド内に入射した光が理想的な光路をとることができず、光のロスが発生することがある。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、光のロスを抑制することの可能な樹脂成形体のライトガイドおよびその製造法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明のライトガイドは、光が入射する入射面と、入射した光を出射する出射面と、入射面の外周と出射面の外周とを結ぶ周面と、を有し、周面の光軸に垂直となる方向に突出する突起部が、出射面よりも入射面に近い側に形成されている。
【０００８】
ここで、突起部は、周面のうち入射面側の端部に形成されていることが好ましい。
【０００９】
また、ライトガイドに入射した光の入射角をθ１（２０°≦θ１＜９０°）とし、ライトガイドの存在する媒質の屈折率をｎ１とし、ライトガイドの屈折率をｎ２としたとき、当該光が入射面にて屈折する屈折角θ１’が、下記の式から導かれ、
（数１）
Ｓｉｎθ１’＝ｎ１／ｎ２×Ｓｉｎθ１・・・（１）
当該入射した光が入射面を照射した位置から入射面の外周までの最短距離をαとした場合に、最短距離を結ぶ線と外周との交点から出射面方向へ、下記の式から導かれる距離ｙ（ｍｍ）の範囲内の周面に前記突起部が形成されていることを特徴とするライトガイド。
（数２）
ｙ＝α／ｔａｎθ１’
【００１０】
また、上記目的を達成するため、本発明のライトガイドは、光が入射する入射面と、入射した光を出射する出射面と、入射面の外周と出射面の外周とを結ぶ周面と、を有し、入射面側には、周面を光軸に垂直となる面で切断した切断面が、入射面から出射面に向かう距離に比例して相似形を維持しながら面積が大きくなる錐台部を有し、かつ、錐台部の出射面側には、入射面から出射面に向かう距離に比例して切断面の面積の変化が異なる錐台形状、円柱形状、楕円柱形状または角柱形状の形状変化部が形成され、出射面よりも錐台部と形状変化部の境界側の形状変化部に、周面の光軸に垂直となる方向に突出する突起部が形成されている。
【００１１】
ここで、形状変化部に入射した光の入射角をθ２（２０°≦θ２＜９０°）とし、入射した光が錘台部と形状変化部の境界面を透過したときの境界面上の透過位置から境界面の外周までの最短距離をα２とした場合に、最短距離を結ぶ線と外周との交点から出射面方向へ、下記の式から導かれる距離ｙ２（ｍｍ）の範囲内の周面に突起部が形成されていることが好ましい。
（数３）
ｙ２＝α２／ｔａｎθ２
【００１２】
また、上記目的を達成するため、本発明のライトガイドの製造法は、光が入射する入射面と、入射した光を出射する出射面と、入射面の外周と出射面の外周とを結ぶ周面と、を有するライトガイドの製造法において、樹脂を金型内に注入し成形してライトガイドを製造する際に生ずる、ライトガイドへの樹脂注入口であるゲートにて成形されるゲート成形物を、出射面よりも入射面に近い側の周面に、その光軸に垂直となる方向に突出するように位置させ、その後ゲート成形物の一部または全部が残るように不要な樹脂を除去する。
【００１３】
また、上記目的を達成するため、本発明のライトガイドの製造法は、光が入射する入射面と、入射した光を出射する出射面と、入射面の外周と出射面の外周とを結ぶ周面と、を有するライトガイドの製造法において、入射面側には、周面を光軸に垂直となる面で切断した切断面が、入射面から出射面に向かう距離に比例して相似形を維持しながら面積が大きくなる錐台部を有し、かつ、錐台部の出射面側には、入射面から出射面に向かう距離に比例した切断面の面積の変化が異なる錐台形状、円柱形状、楕円柱形状または角柱形状の形状変化部が形成するよう、樹脂を金型内に注入させ成形し、その成形の際に生ずる、樹脂注入口であるゲートにて成形されるゲート成形物を、出射面よりも錐台部と形状変化部の境界側の形状変化部の周面の光軸に垂直となる方向に突出するように位置させ、その後ゲート成形物の一部または全部が残るように不要な樹脂を除去する。
【００１４】
ここで、除去の際に、ゲート成形物を残さず、その全部を除去することとしても良い。
【発明の効果】
【００１５】
本発明では、光のロスを抑制することの可能な樹脂成形体のライトガイドおよびその製造法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るライトガイドの平面図である。
【図２】図１に示す本発明の第１の実施の形態に係るライトガイドの正面図である。
【図３】図１に示す本発明の第１の実施の形態に係るライトガイドの右側面図である。である。
【図４】図１に示す本発明の第１の実施の形態に係るライトガイドの背面図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態に係るライトガイドの平面図である。
【図６】図５に示す本発明の第２の実施の形態に係るライトガイドの正面図である。
【図７】図５に示す本発明の第２の実施の形態に係るライトガイドの右側面図である。である。
【図８】図５に示す本発明の第２の実施の形態に係るライトガイドの背面図である。
【図９】図１に示した本発明の第１の実施の形態に係るライトガイドを金型成形した直後のものを図１と同様に平面図として示す図である。
【図１０】本発明の第１の実施の形態に係るライトガイドを用いた照明装置の平面概要図である。
【図１１】本発明の第１の実施の形態に係るライトガイドを用いた照明装置の光路の一部を示す光線図である。
【図１２】本発明の第２の実施の形態に係るライトガイドを用いた照明装置の平面概要図である。
【図１３】本発明の第２の実施の形態に係るライトガイドを用いた照明装置の光路の一部を示す光線図である。
【図１４】四角柱形状のライトガイドの光の入射面側を示す平面図である。
【図１５】単純化したライトガイドの平面図である。このライトガイドは、錐台部に相当する楕円錐台部と形状変化部に相当する楕円柱状の楕円柱部が一体成型されているものである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態に係るライトガイドおよびその製造法ならびにそのライトガイドを用いた照明装置について、図面を参照しながら説明する。
【００１８】
（本発明の第１の実施の形態に係るライトガイドの構成）
図１は、本発明の第１の実施の形態に係るライトガイド１の平面図である。図２は、図１に示す本発明の第１の実施の形態に係るライトガイド１の正面図である。図３は、図１に示す本発明の第１の実施の形態に係るライトガイド１の右側面図である。図４は、図１に示す本発明の第１の実施の形態に係るライトガイド１の背面図である。なお、ライトガイド１の底面図は図１に示す平面図と同一に表れ（符号を除く）、ライトガイド１の左側面図は図３に示す右側面図と対称に表れる（符号を除く）。
【００１９】
ライトガイド１は、透光性のアクリル系の樹脂を金型成形した樹脂成形体である。ライトガイド１は、光が入射する入射面２と、入射した光を出射する出射面３と、入射面２の外周と出射面３の外周とを結ぶ周面４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄと、を有し、周面４ｂ，４ｃの外側方向（光軸に垂直となる方向）に突出する突起部５ａ，５ｂが、出射面３よりも入射面２に近い側に形成されている。ここで、入射面２の中心と出射面３の中心とを結ぶ線は、ライトガイド１の光軸に含まれる。
【００２０】
ここで、入射面２は、周面４ｂ，４ｃの延長面と、図２に示すライトガイド１の正面とが交わる線の線間距離Ｗ１を幅とし、図２に示すライトガイド１の厚みＷ３を高さとする四角形の領域である。また、出射面３は、図４に示すライトガイド１の背面の横（幅）方向の距離Ｗ２を幅とし、図４に示すライトガイド１の厚みＷ３を高さとする長方形の領域である。周面４ｂ，４ｃ間距離は、入射面２から出射面３に向かうに従って大きくなっているため、入射面２の面積は出射面３の面積よりも小さくなっている。
【００２１】
また、突起部５ａ，５ｂは、図１における周面４ｂ，４ｃの外側方向（光軸に垂直となる方向）に突出している。そして突起部５ａ，５ｂは、周面４ｂ，４ｃのうち入射面２側の端部に形成されている。そして突起部５ａ，５ｂは、図１におけるその下端面５ａ１，５ｂ１が、入射面２と同一平面となっている。
【００２２】
また、図１における突起部５ａ，５ｂの下端面５ａ１，５ｂ１の幅寸法は、Ｗ４である。そして、図１における突起部５ａ，５ｂの上端面５ａ２，５ｂ２の幅寸法は、Ｗ５である。Ｗ４は、周面４ｂ，４ｃが前述のように傾斜しているため、Ｗ５よりも若干大きくなっている。そして、突起部５ａ，５ｂの図２における高さ（厚み）寸法は、ライトガイド１の厚みと同様にＷ３となっている。そのため、突起部５ａ，５ｂは、（下端面５ａ１，５ｂ１側はＷ４、上端面５ａ２，５ｂ２側はＷ５）×Ｗ３×Ｗ６の寸法の四角柱となっている。
【００２３】
（本発明の第２の実施の形態に係るライトガイドの構成）
図５は、本発明の第２の実施の形態に係るライトガイド１１の平面図である。図６は、図５に示す本発明の第２の実施の形態に係るライトガイド１１の正面図である。図７は、図５に示す本発明の第２の実施の形態に係るライトガイド１１の右側面図である。図８は、図５に示す本発明の第２の実施の形態に係るライトガイド１１の背面図である。なお、ライトガイド１１の底面図は図５に示す平面図と同一に表れ（符号を除く）、ライトガイド１１の左側面図は図７に示す右側面図と対称に表れる（符号を除く）。
【００２４】
ライトガイド１１は、アクリル系の樹脂を金型成形した樹脂成形体である。ライトガイド１１は、光が入射する入射面１２と、入射した光を出射する出射面１３と、を有している。また、ライトガイド１１は、入射面１２側には、入射面１２の外周と出射面１３の外周とを結ぶ周面１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ，１４ｅ，１４ｆを有している。ここで、入射面１２の中心と出射面１３の中心とを結ぶ線は、ライトガイド１１の光軸に含まれる。
【００２５】
周面１４ａを有する部分は、周面１４ａを光軸に垂直となる面で切断した切断面が楕円形であり、入射面１２から出射面１３に向かう距離に比例して相似形を維持しながら面積が大きくなる錐台部１５となっている。そして、錐台部１５の出射面１３側には、角柱形状の形状変化部１６が形成されている。そして、錐台部１５と形状変化部１６の境界の形状変化部１６側に、周面１４ｂ，１４ｃの外側方向（光軸に垂直となる方向）に突出する突起部１７ａ，１７ｂが形成されている。
【００２６】
なお、錐台部１５の出射面１３側の端面は楕円形をなし、その端面と対向する形状変化部１６の端面は４角形である。よってその四角形の四隅には、図５，図６に示す周面１４ｆが存在することとなる。
【００２７】
ここで、錐台部１５は、入射面１２の楕円形状の短辺の直径がＷ１０、長辺の直径がＷ１１であり、出射面１３の楕円形状の短辺の直径がＷ１３、長辺の直径がＷ１２である。また、形状変化部１６は、錐台部１５の出射面１３側の短辺の直径寸法Ｗ１３、長辺の直径寸法Ｗ１２をそのまま維持するように錐台部１５から出射面１３側へと、寸法Ｗ１６＋Ｗ１７だけ延びた四角柱の形状をしている。すなわち、形状変化部１６は、Ｗ１３×Ｗ１２×（Ｗ１６＋Ｗ１７）の寸法の四角柱である。
【００２８】
また、突起部１７ａは、周面１４ｃから形状変化部１６の周面１４ｄ，１４ｅと同一平面となるように突出している。また、突起部１７ｂは、周面１４ｂから形状変化部１６の周面１４ｄ，１４ｅと同一平面となるように突出している。それらの突出幅はＷ１６である。また、それらの突出長さはＷ１５である。すなわち、突起部１７ａ，１７ｂは、それぞれＷ１３×Ｗ１５×Ｗ１６の寸法の四角柱である。
【００２９】
（本発明の実施の形態に係るライトガイドの製造法）
図９は、図１に示したライトガイド１を金型成形した直後のものを図１と同様に平面図として示す図である。樹脂を金型に注入して成形してライトガイド１を製造する際に生ずる樹脂注入口であるゲートにて成形されるゲート成形物（突起部５ａとなる）を、出射面３よりも入射面２に近い側の周面４Ｃに、光軸に垂直となる方向（外側方向）に突出するように位置させる。図９における、ゲート成形物である突起部５ａよりも左側には、金型成形の際の樹脂の通り道に充填された余剰分樹脂６が、突起部５ａとくっついて硬化し、形成されている。
【００３０】
図９に示す状態から、突起部５ａと余剰分樹脂６との接合境界部７（破線で表示）を切断することによって、突起部５ａと余剰分樹脂６とが分離する。その結果、図１に示すライトガイド１が製造される。なお、図９に示す余剰分樹脂６付きのライトガイド１には、図１の各部材に相当する符号を便宜上付している。また、ライトガイド１１も、ライトガイド１と同様に、ゲート成形物である突起部１７ａ，１７ｂの図５における横方向端面に形成された余剰分樹脂を切断することによって製造される。
【００３１】
（本発明の実施の形態に係るライトガイドを用いた照明装置）
図１０は、ライトガイド１を用いた照明装置２１の平面概要図である。照明装置２１は、ライトガイド１と、円盤状のベース基板２２であって、その中心に孔２３が形成されているものと、光源となるＬＥＤ（Light Emitting Diode）２４と、レンズ２５と、ライトガイド１をベース基板２２に位置決め固定する固定部材２６を有している。
【００３２】
ＬＥＤ２４は、ベース基板２２の孔２３と対向するように配置され、ＬＥＤ２４が発した光の全てが孔２３を通過するようにされている。また、ＬＥＤ２４側とは反対側のベース基板２２面には、ライトガイド１の入射面が孔２３と対向するように配置されている。
【００３３】
孔２３を通過した光は、ライトガイド１の入射面２から入射し、出射面３から出射してレンズ２５を透過する。ここで、ライトガイド１の突起部５ａ，５ｂは、その上端面５ａ２，５ｂ２を上から固定部材２６によって押圧されることでベース基板２２の面に押圧され、位置決め固定される。固定部材２６による押圧は、ばね（図示省略）によって固定部材２６を上方から押圧することによる。また、固定部材２６とベース基板２２とは、ねじ（図示省略）を用いて固定している。
【００３４】
図１１は、照明装置２１の光路の一部を示す光線図である。図１１では、図１０に示した照明装置２１から、ベース基板２２および固定部材２６の図示を省略している。ＬＥＤ２４からライトガイド１に入射した光のうち、光路Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３およびＬ４は、ライトガイド１の内周面で全反射しながら出射し、レンズ２５を透過した、照明装置２１として有効な光である。
【００３５】
また、ＬＥＤ２４からライトガイド１に入射した光のうち、光路Ｌ５およびＬ６は、ライトガイド１の内周面で全反射しながら出射し、レンズ２５のＮＡより広い角度で出射し、レンズ２５の縁部を照射したためレンズ２５を透過できず、照明装置２１として有効でない光である。
【００３６】
また、ＬＥＤ２４からライトガイド１に入射した光のうち、光路Ｌ８は突起部５ａに入り込み、全反射した結果全反射臨界角未満の角度でライトガイド１の内周面を照射したためその照射部分からライトガイド１の外に漏れ出した光である。また、ＬＥＤ２４からライトガイド１に入射した光のうち、光路Ｌ７は突起部５ａに入り込み、その角部５ａ３を全反射臨海角未満の角度で照射したため、全反射されずにライトガイド１の外に漏れ出した光である。
【００３７】
ここで、照明装置２１の光学系の光の利用効率について説明する。照明装置２１では、レンズ２５のＮＡが決まっているので、レンズ２５に対して有効となる光線の角度、すなわち、ライトガイド１の出射面３から出射され、レンズ２５に対して有効となる光線の出射角度を求めることができる。
【００３８】
ところで、このような照明装置２１では「入射面２側の面積と立体角の積は、出射面３側の面積と立体角の積に等しい」というＥｔｅｎｄｕが成り立つことは公知の事実である。この法則によれば、ライトガイド１の出射面３側の面積とレンズ２５に対して有効となる角度で求まる立体角の積を計算することができるので、ライトガイド１の入射面２側の面積が決まればライトガイド１に対して有効となる光線の入射角を求めることができる。
【００３９】
すなわち、上記計算によって求まる入射光線の角度より広い光線は、ライトガイド１に入射したとしても、照明装置２１としては有効に機能しない光線となる。つまり、上記計算によって求まる入射光線の角度より広い光線がライトガイド１に入射し、全反射を繰り返してライトガイド１の出射面３より出射しても照明装置２１として有効な光線とはならないため、この角度で入射した光線が反射する位置に突起部５ａ，５ｂを設けても照明装置２１の効率悪化になることはない。当然ながら、効率悪化にならないため、出射面３における照度も不均一になることはない。
【００４０】
図１２は、ライトガイド１１を用いた照明装置３１の平面概要図である。照明装置３１は、ライトガイド１１と、照明装置２１に用いたベース基板２２、ＬＥＤ２４およびレンズ２５と、ライトガイド１１をベース基板２２の面に押圧して位置決め固定する固定部材３２を有している。固定部材３２による押圧は、ばね（図示省略）によって固定部材３２を図１２における上方から押圧することによる。ＬＥＤ２４は、入射面１２と対向するように配置され、ＬＥＤ２４が発した光の全てが孔２３を通過するようにされている。ライトガイド１の入射面２から入射した光の多くは、出射面３から出射してレンズ２５を透過する。
【００４１】
また、ベース基板２２の孔２３には錐台部１５が挿入され、ベース基板２２の図１２における上面と突起部１７ａ，１７ｂの下端面１７ａ１，１７ｂ１が接触している。ここで、ライトガイド１の突起部１７ａ，１７ｂは、その上端面１７ａ２，１７ｂ２を上から固定部材３２によって押圧されることでベース基板２２の上面に押圧され、位置決め固定される。固定部材３２による押圧は、ばね（図示省略）によって固定部材３２を図１２における上方から押圧することによる。また、固定部材３２とベース基板２２とは、ねじ（図示省略）を用いて固定している。
【００４２】
図１３は、照明装置３１の光路の一部を示す光線図である。図１３では、図１２に示した照明装置３１から、ベース基板２２および固定部材３２の図示を省略している。ＬＥＤ２４からライトガイド１１に入射した光のうち、光路Ｌ１１，Ｌ１２，Ｌ１３，Ｌ１４，Ｌ１５およびＬ１６は、ライトガイド１１の内周面で全反射しながら出射し、レンズ２５を透過した、照明装置２１として有効な光である。
【００４３】
また、ＬＥＤ２４からライトガイド１１に入射した光のうち、図示を省略しているが、ライトガイド１１の内周面で全反射しながら、突起部１７ａ，１７ｂに照射される光もある。一旦突起部１７ａ，１７ｂに入射してしまった光は、上述したように一旦突起部５ａ，５ｂに入射した光と同様に、照明装置３１として有効な光となるのは稀であるため、照明装置３１として有効でない光であることが多い。
【００４４】
ここで、照明装置３１は、照明装置２１と同様にＥｔｅｎｄｕが成り立つので、照明装置３１に対して有効となる光線の角度を求めることができる。すなわち、ライトガイドの１１入射面１２と光線の入射角から求まる立体角はライトガイド１１の出射面１３とレンズ２５のＮＡから求まる角度で決まる立体角との関係で決まる。
【００４５】
さらに、ライトガイド１１は形状変化部１６と接合された形状となっているため、ライトガイド１１から形状変化部１６に光線が入射する部分でもＥｔｅｎｄｕが成り立つので、形状変化部１６の面積が大きくなる部分に突起部１７ａ，１７ｂを設けても光線のロスが発生することは少ない。
【００４６】
ここで、突起部５ａ，５ｂ，１７ａ，１７ｂのライトガイド１，１１における形成位置について詳述する。図１４は、四角柱形状のライトガイド４１の光の入射面４２側を示す平面図である。ＬＥＤ２４と同一の光源４３から角度θ１で発光した光線は、入射面４２の点ｈに到達する。ライトガイド４１への入射角は、ライトガイド４１の入射面４２と点ｈにおける垂線４５となす角と等しい。よって、ライトガイド４１の入射面４２へθ１の角度で入射した光線は屈折してライトガイド４１内を伝播する。
【００４７】
図１４の平面図における、入射面４２の中心ｃから点ｈまでの距離をＨとすると、ライトガイド４１が十分に入射光を取り込むためには、図１４の平面図における、ライトガイド４１の幅寸法は、２×Ｈでは足りず２×（Ｈ＋α）となる。Ｅｔｅｎｄｕより、入射面４２の面積が大きくなると立体角は小さくなる。すなわち、有効となる入射角度が小さくなってしまうため、αはなるべく小さい方が好ましい。
【００４８】
ここで、実際の照明光学系では、より明るく効率の良い設計が必要となるため、ライトガイドへの入射角度は２０°以上９０度未満の入射角θ１を考える必要がある。よって、本発明における入射角θ１は、２０°≦θ１＜９０°とする。その入射角θ１の範囲で入射した光Ｌ９は、ライトガイド４１の入射面４２で屈折する。ライトガイド４１の入射面４２では、スネルの法則が成り立つので、図１４に示す屈折角θ１’は、ライトガイド４１への入射前の媒質の屈折率をｎ１、ライトガイドの屈折率をｎ２とすると、以下の式（１）が成り立つ。
（数１）
Ｓｉｎθ１’＝ｎ１／ｎ２×Ｓｉｎθ１・・・（１）
【００４９】
また、θ１（２０°≦θ１＜９０°）の角度でライトガイド４１に入射した光Ｌ９が、図１４に示すライトガイド４１の周面４４で最初に全反射する位置から、入射面４２の端部までの距離をｙとすると、以下の式（２）が成り立つ。
（数２）
ｙ＝α／ｔａｎθ１’・・・（２）
【００５０】
式（２）で求めたｙは、ライトガイド４１に入射し、有効となり易い入射光線が、周面４４で最初に全反射する位置までの距離となり、図１４に示す距離ｙ未満の位置で反射する光は有効な光とはなり難い光とみなすことができる。
【００５１】
そのため、ライトガイド１の場合は、突起部５ａ，５ｂが、入射面２の端部から出射面３方向へ、式（２）から導かれる距離ｙ（ｍｍ）の範囲内の周面４ｂ，４ｃに形成されていることが好ましい。ライトガイド１の突起部５ａ，５ｂは、そのような位置に形成されている。
【００５２】
図１５は、単純化したライトガイド５１の平面図である。ライトガイド５１は、錐台部１５に相当する楕円錐台部５２と形状変化部１６に相当する楕円柱状の楕円柱部５３が一体成型されているものである。楕円錐台部５２と楕円柱部５３との境界には、目視することのできない境界面の位置を示す境界面５４が描かれている。楕円錐台部５２側から入射する光Ｌ１０が境界面５４を越えて楕円柱部５３に入射する際には、屈折せずに入射角θ２で入射する。その入射角θ２のうち、入射する光の光量の殆どを占め、且つライトガイド４１の周面４４にて全反射するのは、２０°以上９０°未満の光である。
【００５３】
ここで、入射した光Ｌ１０が境界面５４を透過するときの境界面５４上の透過位置ｈ’から境界面５４の外周５５までの最短距離をα２とする。そして、θ２（２０°≦θ２＜９０°）の角度で楕円柱部５３に入射した光は、図１４に示すライトガイド４１と同様に、図１５に示す楕円柱部５３の周面５６で最初に全反射する位置から、上述の最短距離（α２）を結ぶ線と外周５５との交点までの距離をｙ２とする。すると、下記の式（３）から距離ｙ２（ｍｍ）が導かれる。
（数３）
ｙ２＝α２／ｔａｎθ２ ・・・（３）
なお、図１５では、境界面５４に対する点ｈ’における垂線を垂線５７として示している。
【００５４】
ここで、ライトガイド１１の場合は、錐台部１５から形状変化部１６への入射角をθ２（２０°≦θ２＜９０°）とした場合に、突起部１７ａ，１７ｂが、錐台部１５と形状変化部１６の境界から出射面１３方向へ、式（３）から導かれる距離ｙ２（ｍｍ）の範囲内の周面１４ｂ，１４ｃに形成されていることが好ましい。ライトガイド１１の突起部１７ａ，１７ｂは、そのような位置に形成されている。
【００５５】
（本発明の実施の形態によって得られる主な効果）
本発明の実施の形態に係るライトガイド１，１１を用いた照明装置２１，３１は、照明装置２１，３１として有効な光のロスを問題ない程度に抑制できている。よって、ライトガイド１，１１およびその製造法は、ライトガイド１，１１が樹脂成形体であっても光のロスを抑制することができる。
【００５６】
また、照明装置２１の照度分布の均一さは、上述の第１理想照明装置の照度分布の均一さと同等であり、照明装置３１の照度分布の均一さは、上述の第２理想照明装置の照度分布の均一さと同等である。よって、ライトガイド１，１１は、照度分布の均一性に大きな悪影響を及ぼしていない。
【００５７】
また、ライトガイド１の突起部５ａ，５ｂ、およびライトガイド１１の突起部１７ａ，１７ｂは、主に光が透過する経路に形成されていない。すなわち、ライトガイド１の突起部５ａ，５ｂは、図１１に示す領域Ａの範囲内に形成されている。そして、ライトガイド１１の突起部１７ａ，１７ｂは、形状変化部１６のうち光路となり難い錐台部１５と隣接する部分に形成されている。そのため、突起部５ａ，５ｂ、１７ａ，１７ｂが多くの光に影響を与え難くなり、照明装置２１，３１として有効な光となる光量および照明装置２１，３１の照度分布を劣化し難い。
【００５８】
また、ライトガイド１の場合は、突起部５ａ，５ｂが、入射面２の端部から出射面３方向へ、上述の式（２）から導かれる距離ｙ（ｍｍ）の範囲内の周面４ｂ，４ｃに形成されている。また、ライトガイド１１の場合は、錐台部１５から形状変化部１６への入射角をθ１とした場合に、突起部１７ａ，１７ｂが、錐台部１５と形状変化部１６の境界から出射面１３方向へ、上述の式（２）から導かれる距離ｙ（ｍｍ）の範囲内の周面１４ｂ，１４ｃに形成されている。そのため、ライトガイド１の突起部５ａ，５ｂ、およびライトガイド１１の突起部１７ａ，１７ｂは、主に光が透過する経路への形成を避けることができ、突起部５ａ，５ｂ、１７ａ，１７ｂが多くの光に影響を与え難くなる。
【００５９】
また、照明装置２１，３１は、突起部５ａ，５ｂ、１７ａ，１７ｂが、ベース基板２２と、固定部材２６、３２に挟まれながら押圧されている状態となっているため、ライトガイド１，１１の固定および位置決めが容易となっている。
【００６０】
本発明の実施の形態に係るライトガイド１，１１の製造法では、ゲート成形物を突起部５ａ，５ｂ、１７ａ，１７ｂとしている。通常は、ゲート成形物は切除されるが、それを主に光が透過する経路以外の部分に残しているため、突起部５ａ，５ｂ、１７ａ，１７ｂが多くの光に影響を与え難くなり、光のロスを抑制することができる。
【００６１】
また、本発明の実施の形態に係るライトガイド１，１１の製造法では、図９に示すように、突起部５ａと余剰分樹脂６との接合境界部７を切断した場合の切断面には微細な凹凸が形成されると考えられる。しかし、その凹凸が存在しても、上述のようにゲート成形物を主に光が透過する経路以外の部分に残しているため、光のロスの抑制効果は得ることができる。さらに、ゲート成形物を突起部５ａ，５ｂ、１７ａ，１７ｂとして有効利用できるため、樹脂の無駄を低減できる。
【００６２】
（他の形態）
上述した本発明の実施の形態に係るライトガイド１，１１およびそれらの製造法は、本発明の好適な形態の例ではあるが、これに限定されるものではなく本発明の要旨を変更しない範囲において種々の変形実施が可能である。
【００６３】
本発明の実施の形態に係るライトガイド１は、光が入射する入射面２と、入射した光を出射する出射面３と、入射面２の外周と出射面３の外周とを結ぶ周面４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄと、を有し、周面４ｂ，４ｃの外側方向（光軸に垂直となる方向）に突出する突起部５ａ，５ｂが、出射面３よりも入射面２に近い側に形成されている。
【００６４】
また、突起部５ａ，５ｂは、その下端面５ａ１，５ｂ１が、入射面２と同一平面となっている。すなわち、突起部５ａ，５ｂは、周面４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄのうち入射面２側の端部に形成されている。しかし、たとえば図１１に示す周面領域Ａの範囲内で入射面２と同一平面とならずに、若干出射面３側に寄った周面位置に突起部５ａ，５ｂを形成しても良い。
【００６５】
また、突起部５ａ，５ｂの適正な位置は、たとえばＬＥＤ２４と入射面２の距離等によっても変わってくるため、そのような要因を考慮して決定することが好ましい。そのため、突起部５ａ，５ｂの下端面５ａ１，５ｂ１は、入射面２よりもＬＥＤ２４側に一部突出して形成しても良い。そのような形成の仕方であっても、突起部５ａ，５ｂが、出射面３よりも入射面２に近い側に形成されていることとなる。なお、ＬＥＤ２４と入射面２，１２の距離は、小さければ小さいほどｙの距離が長くなるので、ゲートの幅を広げることができる。また、ｙが長くなればゲート幅に余裕が出るため、ゲート幅を長くする代わりに、光源を大きくして効率ロスを抑えることができる。式（２）で計算したyが非常に短い場合、実際に成形する際、樹脂を注入するゲート幅が狭くなってしまい、十分に樹脂を注入することができなくなってしまうため、入射面２より光源側にゲート部を広げることができる。また、ＬＥＤ２４と入射面２，１２の間には、レンズまたはリフレクタ等の光収束手段を配置することができる。
【００６６】
また、突起部５ａ，５ｂ，１７ａ，１７ｂは、その形状を四角柱としているが、円柱等その他の形状としても良い。たとえば、突起部５ａ，５ｂ，１７ａ，１７ｂを切除または研削等によって除去した場合に形成される凹凸面の凸の部分の形状としても良い。その凸の部分も、ライトガイドの周面の光軸に垂直となる方向に突出する突起部となる。
【００６７】
また、入射面２および出射面３は、外周が長方形とされており、入射面２および出射面３それぞれの外周を結ぶ周面４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄは４つの平面とされている。しかし、入射面２および出射面３の外周は三角形、正方形、六角形等の他の多角形形状、円、楕円形状等としても良い。入射面２および出射面３の外周が多角形の場合、周面は、その多角形の辺の数の平面とすることができる。入射面２および出射面３の外周が円形または楕円形の場合、周面は、その光軸に垂直となる面で切断した切断面の錐台形または柱の形状とすることができる。また、入射面２と出射面３の外周形状を異ならせても良い。ここで、ライトガイド１の出射光の照度分布を均一にする観点からは、ライトガイド１は、円錐台形または円柱以外の形状とすることが好ましい。
【００６８】
ライトガイド１１は、光が入射する入射面１２と、入射した光を出射する出射面１３と、入射面１２の外周と出射面１３の外周とを結ぶ周面１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ，１４ｅと、を有し、周面１４ａを光軸に垂直となる面で切断した切断面が楕円形であり、入射面１２から出射面１３に向かう距離に比例して相似形を維持しながら面積が大きくなる錐台部１５を有し、かつ、錐台部１５の出射面１３側に、角柱形状の形状変化部１６が形成され、出射面１３よりも錐台部１５と形状変化部１６の境界側の形状変化部１６に、周面１４ｂ，１４ｃの外側方向（光軸に垂直となる方向）に突出する突起部１７ａ，１７ｂが形成されている。
【００６９】
しかし、錐台部１５の周面１４ａを光軸に垂直となる面で切断した切断面は、楕円形でなくてもよく、円形、四角形等の多角形形状等としても良い。また、形状変化部１６は、錐台部１５の出射面１３側に、入射面１２から出射面１３に向かう距離に比例して切断面の面積が変化する錐台形状、円柱形状、楕円柱形状、または三角柱、六角柱、立方体等の形状変化部１６以外の角柱形状とすることができる。
【００７０】
ここで、入射面１２から出射面１３に向かう距離に比例して切断面の面積が変化する錐台形状は、たとえば錐台部１５よりも周面の傾斜の角度が大きく、光軸に垂直となる面で切断した切断面が楕円形状の錐体形状等である。ここで、ライトガイド１１の出射光の照度分布を均一にする観点からは、形状変化部１６は、円錐台形または円柱以外の形状とすることが好ましい。
【００７１】
また、形状変化部１６の形状を、錐台部１５の出射面１３側の端面形状を底面とした楕円柱形状としても良い。その場合には、光は入射面１２における光の入射角よりも小さい入射角の光が錐台部１５から出射し形状変化部１６へと入射する。すると、形状変化部１６の周面１４ｂ，１４ｃのうち錐台部１５と形状変化部１６の境界の端部に形成されている突起部１７ａ，１７ｂを通る光の量は少ないものとなる。そのため、突起部１７ａ，１７ｂを設けたことによる光のロスは低減できる。このことは、形状変化部１６の形状が入射面１２から出射面１３に向かう距離に比例して切断面の面積が変化する錐台形状等の他の形状の場合にも言えることである。
【００７２】
また、突起部１７ａ，１７ｂは、形状変化部１６の周面１４ｂ，１４ｃのうち錐台部１５と形状変化部１６の境界の端部に形成されている。しかし、錐台部１５と形状変化部１６の境界よりも若干出射面１３側に突起部１７ａ，１７ｂを形成しても良い。また、突起部１７ａ，１７ｂの適正な位置は、たとえば錐台部１５の形状等によっても変わってくるため、そのような要因を考慮して決定することが好ましい。
【００７３】
さらに、ライトガイド１，１１の突起部５ａ，５ｂ，１７ａ，１７ｂは、四角柱の形状とされているが、三角柱形状、円柱形状、錐台形状等とすることができる。ただし、樹脂の成形性を考慮すると、四角柱、円柱または円錐台形とすることが好ましい。
【００７４】
また、ライトガイド１は、入射面２の面積よりも出射面３の面積の大きなテーパー形状となっている。しかし、ライトガイド１は、入射面２の面積と出射面３の面積の等しい角柱形状としても良い。同様にライトガイド１１の錐台部１５も、入射面１２の面積よりも出射面１３側の面積の大きなテーパー形状となっている。しかし、錐台部１５も、入射面１２の面積と出射面１３側の面積の等しい楕円柱形状等としても良い。
【００７５】
また、ライトガイド１の場合は、突起部５ａ，５ｂが、入射面２の端部から出射面３方向へ、上述の式（２）から導かれる距離ｙ（ｍｍ）の範囲内の周面４ｂ，４ｃに形成されている。また、ライトガイド１１の場合は、錐台部１５から形状変化部１６への入射角をθ１とした場合に、突起部１７ａ，１７ｂが、錐台部１５と形状変化部１６の境界から出射面１３方向へ、上述の式（２）から導かれる距離ｙ（ｍｍ）の範囲内の周面１４ｂ，１４ｃに形成されている。しかし、ライトガイド１の突起部５ａ，５ｂ、およびライトガイド１１の突起部１７ａ，１７ｂが、主に光が透過する経路への形成を避けることができるならば、突起部５ａ，５ｂ、１７ａ，１７ｂそれ以外の位置に形成しても良い。
【００７６】
また、ライトガイド１，１１の入射面２，１２および／または出射面３，１３は、平面とされているが、たとえば凸レンズ状に膨らませた凸形状とすることができる。入射面２，１２を凸形状とすることによって、入射する光を絞ることができ、突起部５ａ，５ｂ，１７ａ，１７ｂに入射する光の量を低減でき、照明装置として有効な光の量を増やすことができる。この凸形状は、凸レンズの一部を切り出した形状、円柱または楕円柱の側面の一部を周方向に切り出した形状等とすることができる。
【００７７】
本発明の実施の形態に係るライトガイド１の製造法は、樹脂を金型に注入させ成形してライトガイド１を製造する際に生ずる樹脂注入口であるゲートにて成形されるゲート成形物（突起部５ａ，５ｂとなる）を、出射面３よりも入射面２に近い側の周面４Ｃに、光軸に垂直となる方向（外側方向）に突出するように位置させ、図９における、ゲート成形物である突起部５ａよりも左側に形成された、金型成形の際の樹脂注入経路に充填された余剰分樹脂６が、突起部５ａとくっついて硬化している状態から、突起部５ａと余剰分樹脂６との接合境界部７（破線で表示）を切断するものである。本発明の実施の形態に係るライトガイド１１の製造法もライトガイド１の製造法と同様に行われる。
【００７８】
しかし、ゲート成形物である突起部５ａ，５ｂ，１７ａ，１７ｂは、残さずに除去することができる。このように除去しても、除去部分に生成する可能性の高いバリ等の微細な凹凸は、突起部５ａ，５ｂ，１７ａ，１７ｂと同様に主要な光路から外れた位置に形成されるため、光量のロスは低く抑えることが可能である。また、本実施の形態では図９に示す接合境界部７を切断しているが、接合境界部７よりも突起部５ａ側を切断することとしても良い。
【００７９】
照明装置２１，３１は、突起部５ａ，５ｂ，１７ａ，１７ｂが、固定部材２６，３２とベース基板２２の面の間に押圧され、位置決め固定されている。固定部材２６，３２による押圧固定は、ばねによるが、ねじ等を用いた固定、あるいは接着固定を採用しても良い。また、固定部材２６，３２とベース基板２２とは、ねじを用いて固定しているが、ベース基板２２に固定用の孔または凹部を設け、その孔または凹部に固定部材２６，３２の一部を挿入し、互いに係合するようにして固定することとしても良い。
【００８０】
照明装置２１，３１の光源には、ＬＥＤ２４を用いているが、白熱電球、蛍光灯、有機ＥＬ（electro-luminescence）素子、レーザー光源等の他の光源を用いても良い。
【００８１】
ライトガイド１，１１は、その材質に透光性のアクリル系の樹脂を用いているが、それに代えてポリカーボネート樹脂、ゼオネックス（登録商標）、ゼオノア（登録商標）等のシクロオレフィンポリマー樹脂、等の熱可塑性樹脂を用いることとしても良い。
【００８２】
本発明の実施の形態に係るライトガイド１の製造法は、図９に示すようにゲート成形物を突起部５ａのみとしている。しかし、突起部５ｂもゲート成形物とし、余剰分樹脂６が突起部５ｂにもくっついた状態となるように製造しても良い。すなわち、樹脂の金型へのゲートを２箇所設けても良い。このことは、ライトガイド１１の製造法における、突起部１７ａ，１７ｂについても同様である。
【００８３】
本発明の実施の形態に係るライトガイド１，１１の製造法では、突起部５ａ，５ｂ，１７ａ，１７ｂをゲート成形物としている。しかし、突起部５ａ，５ｂ，１７ａ，１７ｂを金型成形するようにし、突起部５ａ，５ｂ，１７ａ，１７ｂとは別にゲート成形物を生成しても良い。この場合、樹脂成形の工程後に、突起部５ａ，５ｂ，１７ａ，１７ｂとゲート成形物とを切断する工程を設けることとなる。
【符号の説明】
【００８４】
１ ライトガイド
２，１２ 入射面
３，１３ 出射面
４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ，１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ，１４ｅ，１４ｆ 周面
５ａ，５ｂ，１７ａ，１７ｂ 突起部（ゲート成形物）
１５ 錐台部
１６ 形状変化部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ライトガイドおよびその製造法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、出力光の発散角を大幅に縮小する光均一化装置（ライトガイド）を提供する技術が知られている。このライトガイドは、拡張角度を有する楔形構造体であり、この構造体が入射面および出射面を有し、入射面は正方形であり、出射面は矩形である（特許文献１参照）。また、このライトガイドと同様の部材として、テーパー部と平行柱状部からなるテーパーロッド（ライトガイド）が提案されている（特許文献２参照）。さらにこれらのライトガイドと同様の部材として、光軸に向かって断面形状の面積が減少するテーパー形状と、光軸に向かって断面形状の面積が増加するテーパー形状から成るロッドレンズ（ライトガイド）が提案されている（特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−３１８０２５号公報
【特許文献２】特開平１１−１４２７８０号公報
【特許文献３】特開２０１０−１２２５８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述した特許文献１から３に記載されているライトガイドは、近年、樹脂の金型成形で製造されることが多い。このように樹脂を原料とする場合には、コスト面および製造のし易さの面で利点となる。
【０００５】
しかしながら、樹脂の金型成形の際には、金型に溶融樹脂を注入する注入口（ゲート）にて硬化した樹脂（ゲート成形物）が、目的とする成形物に形成されてしまう。そのようなゲート成形物の存在すること、または存在したことによって、ライトガイド内に入射した光が理想的な光路をとることができず、光のロスが発生することがある。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、光のロスを抑制することの可能な樹脂成形体のライトガイドおよびその製造法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明のライトガイドは、光が入射する入射面と、入射した光を出射する出射面と、入射面の外周と出射面の外周とを結ぶ周面と、を有し、周面の光軸に垂直となる方向に突出する突起部が、出射面よりも入射面に近い側に形成されている。
【０００８】
ここで、突起部は、周面のうち入射面側の端部に形成されていることが好ましい。
【０００９】
また、ライトガイドに入射した光の入射角をθ１（２０°≦θ１＜９０°）とし、ライトガイドの存在する媒質の屈折率をｎ１とし、ライトガイドの屈折率をｎ２としたとき、当該光が入射面にて屈折する屈折角θ１’が、下記の式から導かれ、
（数１）
Ｓｉｎθ１’＝ｎ１／ｎ２×Ｓｉｎθ１・・・（１）
当該入射した光が入射面を照射した位置から入射面の外周までの最短距離をαとした場合に、最短距離を結ぶ線と外周との交点から出射面方向へ、下記の式から導かれる距離ｙ（ｍｍ）の範囲内の周面に前記突起部が形成されていることを特徴とするライトガイド。
（数２）
ｙ＝α／ｔａｎθ１’
【００１０】
また、上記目的を達成するため、本発明のライトガイドは、光が入射する入射面と、入射した光を出射する出射面と、入射面の外周と出射面の外周とを結ぶ周面と、を有し、入射面側には、周面を光軸に垂直となる面で切断した切断面が、入射面から出射面に向かう距離に比例して相似形を維持しながら面積が大きくなる錐台部を有し、かつ、錐台部の出射面側には、入射面から出射面に向かう距離に比例して切断面の面積の変化が異なる錐台形状、円柱形状、楕円柱形状または角柱形状の形状変化部が形成され、出射面よりも錐台部と形状変化部の境界側の形状変化部に、周面の光軸に垂直となる方向に突出する突起部が形成されている。
【００１１】
ここで、形状変化部に入射した光の入射角をθ２（２０°≦θ２＜９０°）とし、入射した光が錘台部と形状変化部の境界面を透過したときの境界面上の透過位置から境界面の外周までの最短距離をα２とした場合に、最短距離を結ぶ線と外周との交点から出射面方向へ、下記の式から導かれる距離ｙ２（ｍｍ）の範囲内の周面に突起部が形成されていることが好ましい。
（数３）
ｙ２＝α２／ｔａｎθ２
【００１２】
また、上記目的を達成するため、本発明のライトガイドの製造法は、光が入射する入射面と、入射した光を出射する出射面と、入射面の外周と出射面の外周とを結ぶ周面と、を有するライトガイドの製造法において、樹脂を金型内に注入し成形してライトガイドを製造する際に生ずる、ライトガイドへの樹脂注入口であるゲートにて成形されるゲート成形物を、出射面よりも入射面に近い側の周面に、その光軸に垂直となる方向に突出するように位置させ、その後ゲート成形物の一部または全部が残るように不要な樹脂を除去する。
【００１３】
また、上記目的を達成するため、本発明のライトガイドの製造法は、光が入射する入射面と、入射した光を出射する出射面と、入射面の外周と出射面の外周とを結ぶ周面と、を有するライトガイドの製造法において、入射面側には、周面を光軸に垂直となる面で切断した切断面が、入射面から出射面に向かう距離に比例して相似形を維持しながら面積が大きくなる錐台部を有し、かつ、錐台部の出射面側には、入射面から出射面に向かう距離に比例した切断面の面積の変化が異なる錐台形状、円柱形状、楕円柱形状または角柱形状の形状変化部が形成するよう、樹脂を金型内に注入させ成形し、その成形の際に生ずる、樹脂注入口であるゲートにて成形されるゲート成形物を、出射面よりも錐台部と形状変化部の境界側の形状変化部の周面の光軸に垂直となる方向に突出するように位置させ、その後ゲート成形物の一部または全部が残るように不要な樹脂を除去する。
【００１４】
ここで、除去の際に、ゲート成形物を残さず、その全部を除去することとしても良い。
【発明の効果】
【００１５】
本発明では、光のロスを抑制することの可能な樹脂成形体のライトガイドおよびその製造法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るライトガイドの平面図である。
【図２】図１に示す本発明の第１の実施の形態に係るライトガイドの正面図である。
【図３】図１に示す本発明の第１の実施の形態に係るライトガイドの右側面図である。である。
【図４】図１に示す本発明の第１の実施の形態に係るライトガイドの背面図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態に係るライトガイドの平面図である。
【図６】図５に示す本発明の第２の実施の形態に係るライトガイドの正面図である。
【図７】図５に示す本発明の第２の実施の形態に係るライトガイドの右側面図である。である。
【図８】図５に示す本発明の第２の実施の形態に係るライトガイドの背面図である。
【図９】図１に示した本発明の第１の実施の形態に係るライトガイドを金型成形した直後のものを図１と同様に平面図として示す図である。
【図１０】本発明の第１の実施の形態に係るライトガイドを用いた照明装置の平面概要図である。
【図１１】本発明の第１の実施の形態に係るライトガイドを用いた照明装置の光路の一部を示す光線図である。
【図１２】本発明の第２の実施の形態に係るライトガイドを用いた照明装置の平面概要図である。
【図１３】本発明の第２の実施の形態に係るライトガイドを用いた照明装置の光路の一部を示す光線図である。
【図１４】四角柱形状のライトガイドの光の入射面側を示す平面図である。
【図１５】単純化したライトガイドの平面図である。このライトガイドは、錐台部に相当する楕円錐台部と形状変化部に相当する楕円柱状の楕円柱部が一体成型されているものである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態に係るライトガイドおよびその製造法ならびにそのライトガイドを用いた照明装置について、図面を参照しながら説明する。
【００１８】
（本発明の第１の実施の形態に係るライトガイドの構成）
図１は、本発明の第１の実施の形態に係るライトガイド１の平面図である。図２は、図１に示す本発明の第１の実施の形態に係るライトガイド１の正面図である。図３は、図１に示す本発明の第１の実施の形態に係るライトガイド１の右側面図である。図４は、図１に示す本発明の第１の実施の形態に係るライトガイド１の背面図である。なお、ライトガイド１の底面図は図１に示す平面図と同一に表れ（符号を除く）、ライトガイド１の左側面図は図３に示す右側面図と対称に表れる（符号を除く）。
【００１９】
ライトガイド１は、透光性のアクリル系の樹脂を金型成形した樹脂成形体である。ライトガイド１は、光が入射する入射面２と、入射した光を出射する出射面３と、入射面２の外周と出射面３の外周とを結ぶ周面４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄと、を有し、周面４ｂ，４ｃの外側方向（光軸に垂直となる方向）に突出する突起部５ａ，５ｂが、出射面３よりも入射面２に近い側に形成されている。ここで、入射面２の中心と出射面３の中心とを結ぶ線は、ライトガイド１の光軸に含まれる。
【００２０】
ここで、入射面２は、周面４ｂ，４ｃの延長面と、図２に示すライトガイド１の正面とが交わる線の線間距離Ｗ１を幅とし、図２に示すライトガイド１の厚みＷ３を高さとする四角形の領域である。また、出射面３は、図４に示すライトガイド１の背面の横（幅）方向の距離Ｗ２を幅とし、図４に示すライトガイド１の厚みＷ３を高さとする長方形の領域である。周面４ｂ，４ｃ間距離は、入射面２から出射面３に向かうに従って大きくなっているため、入射面２の面積は出射面３の面積よりも小さくなっている。
【００２１】
また、突起部５ａ，５ｂは、図１における周面４ｂ，４ｃの外側方向（光軸に垂直となる方向）に突出している。そして突起部５ａ，５ｂは、周面４ｂ，４ｃのうち入射面２側の端部に形成されている。そして突起部５ａ，５ｂは、図１におけるその下端面５ａ１，５ｂ１が、入射面２と同一平面となっている。
【００２２】
また、図１における突起部５ａ，５ｂの下端面５ａ１，５ｂ１の幅寸法は、Ｗ４である。そして、図１における突起部５ａ，５ｂの上端面５ａ２，５ｂ２の幅寸法は、Ｗ５である。Ｗ４は、周面４ｂ，４ｃが前述のように傾斜しているため、Ｗ５よりも若干大きくなっている。そして、突起部５ａ，５ｂの図２における高さ（厚み）寸法は、ライトガイド１の厚みと同様にＷ３となっている。そのため、突起部５ａ，５ｂは、（下端面５ａ１，５ｂ１側はＷ４、上端面５ａ２，５ｂ２側はＷ５）×Ｗ３×Ｗ６の寸法の四角柱となっている。
【００２３】
（本発明の第２の実施の形態に係るライトガイドの構成）
図５は、本発明の第２の実施の形態に係るライトガイド１１の平面図である。図６は、図５に示す本発明の第２の実施の形態に係るライトガイド１１の正面図である。図７は、図５に示す本発明の第２の実施の形態に係るライトガイド１１の右側面図である。図８は、図５に示す本発明の第２の実施の形態に係るライトガイド１１の背面図である。なお、ライトガイド１１の底面図は図５に示す平面図と同一に表れ（符号を除く）、ライトガイド１１の左側面図は図７に示す右側面図と対称に表れる（符号を除く）。
【００２４】
ライトガイド１１は、アクリル系の樹脂を金型成形した樹脂成形体である。ライトガイド１１は、光が入射する入射面１２と、入射した光を出射する出射面１３と、を有している。また、ライトガイド１１は、入射面１２側には、入射面１２の外周と出射面１３の外周とを結ぶ周面１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ，１４ｅ，１４ｆを有している。ここで、入射面１２の中心と出射面１３の中心とを結ぶ線は、ライトガイド１１の光軸に含まれる。
【００２５】
周面１４ａを有する部分は、周面１４ａを光軸に垂直となる面で切断した切断面が楕円形であり、入射面１２から出射面１３に向かう距離に比例して相似形を維持しながら面積が大きくなる錐台部１５となっている。そして、錐台部１５の出射面１３側には、角柱形状の形状変化部１６が形成されている。そして、錐台部１５と形状変化部１６の境界の形状変化部１６側に、周面１４ｂ，１４ｃの外側方向（光軸に垂直となる方向）に突出する突起部１７ａ，１７ｂが形成されている。
【００２６】
なお、錐台部１５の出射面１３側の端面は楕円形をなし、その端面と対向する形状変化部１６の端面は４角形である。よってその四角形の四隅には、図５，図６に示す周面１４ｆが存在することとなる。
【００２７】
ここで、錐台部１５は、入射面１２の楕円形状の短辺の直径がＷ１０、長辺の直径がＷ１１であり、出射面１３の楕円形状の短辺の直径がＷ１３、長辺の直径がＷ１２である。また、形状変化部１６は、錐台部１５の出射面１３側の短辺の直径寸法Ｗ１３、長辺の直径寸法Ｗ１２をそのまま維持するように錐台部１５から出射面１３側へと、寸法Ｗ１６＋Ｗ１７だけ延びた四角柱の形状をしている。すなわち、形状変化部１６は、Ｗ１３×Ｗ１２×（Ｗ１６＋Ｗ１７）の寸法の四角柱である。
【００２８】
また、突起部１７ａは、周面１４ｃから形状変化部１６の周面１４ｄ，１４ｅと同一平面となるように突出している。また、突起部１７ｂは、周面１４ｂから形状変化部１６の周面１４ｄ，１４ｅと同一平面となるように突出している。それらの突出幅はＷ１６である。また、それらの突出長さはＷ１５である。すなわち、突起部１７ａ，１７ｂは、それぞれＷ１３×Ｗ１５×Ｗ１６の寸法の四角柱である。
【００２９】
（本発明の実施の形態に係るライトガイドの製造法）
図９は、図１に示したライトガイド１を金型成形した直後のものを図１と同様に平面図として示す図である。樹脂を金型に注入して成形してライトガイド１を製造する際に生ずる樹脂注入口であるゲートにて成形されるゲート成形物（突起部５ａとなる）を、出射面３よりも入射面２に近い側の周面４Ｃに、光軸に垂直となる方向（外側方向）に突出するように位置させる。図９における、ゲート成形物である突起部５ａよりも左側には、金型成形の際の樹脂の通り道に充填された余剰分樹脂６が、突起部５ａとくっついて硬化し、形成されている。
【００３０】
図９に示す状態から、突起部５ａと余剰分樹脂６との接合境界部７（破線で表示）を切断することによって、突起部５ａと余剰分樹脂６とが分離する。その結果、図１に示すライトガイド１が製造される。なお、図９に示す余剰分樹脂６付きのライトガイド１には、図１の各部材に相当する符号を便宜上付している。また、ライトガイド１１も、ライトガイド１と同様に、ゲート成形物である突起部１７ａ，１７ｂの図５における横方向端面に形成された余剰分樹脂を切断することによって製造される。
【００３１】
（本発明の実施の形態に係るライトガイドを用いた照明装置）
図１０は、ライトガイド１を用いた照明装置２１の平面概要図である。照明装置２１は、ライトガイド１と、円盤状のベース基板２２であって、その中心に孔２３が形成されているものと、光源となるＬＥＤ（Light Emitting Diode）２４と、レンズ２５と、ライトガイド１をベース基板２２に位置決め固定する固定部材２６を有している。
【００３２】
ＬＥＤ２４は、ベース基板２２の孔２３と対向するように配置され、ＬＥＤ２４が発した光の全てが孔２３を通過するようにされている。また、ＬＥＤ２４側とは反対側のベース基板２２面には、ライトガイド１の入射面が孔２３と対向するように配置されている。
【００３３】
孔２３を通過した光は、ライトガイド１の入射面２から入射し、出射面３から出射してレンズ２５を透過する。ここで、ライトガイド１の突起部５ａ，５ｂは、その上端面５ａ２，５ｂ２を上から固定部材２６によって押圧されることでベース基板２２の面に押圧され、位置決め固定される。固定部材２６による押圧は、ばね（図示省略）によって固定部材２６を上方から押圧することによる。また、固定部材２６とベース基板２２とは、ねじ（図示省略）を用いて固定している。
【００３４】
図１１は、照明装置２１の光路の一部を示す光線図である。図１１では、図１０に示した照明装置２１から、ベース基板２２および固定部材２６の図示を省略している。ＬＥＤ２４からライトガイド１に入射した光のうち、光路Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３およびＬ４は、ライトガイド１の内周面で全反射しながら出射し、レンズ２５を透過した、照明装置２１として有効な光である。
【００３５】
また、ＬＥＤ２４からライトガイド１に入射した光のうち、光路Ｌ５およびＬ６は、ライトガイド１の内周面で全反射しながら出射し、レンズ２５のＮＡより広い角度で出射し、レンズ２５の縁部を照射したためレンズ２５を透過できず、照明装置２１として有効でない光である。
【００３６】
また、ＬＥＤ２４からライトガイド１に入射した光のうち、光路Ｌ８は突起部５ａに入り込み、全反射した結果全反射臨界角未満の角度でライトガイド１の内周面を照射したためその照射部分からライトガイド１の外に漏れ出した光である。また、ＬＥＤ２４からライトガイド１に入射した光のうち、光路Ｌ７は突起部５ａに入り込み、その角部５ａ３を全反射臨海角未満の角度で照射したため、全反射されずにライトガイド１の外に漏れ出した光である。
【００３７】
ここで、照明装置２１の光学系の光の利用効率について説明する。照明装置２１では、レンズ２５のＮＡが決まっているので、レンズ２５に対して有効となる光線の角度、すなわち、ライトガイド１の出射面３から出射され、レンズ２５に対して有効となる光線の出射角度を求めることができる。
【００３８】
ところで、このような照明装置２１では「入射面２側の面積と立体角の積は、出射面３側の面積と立体角の積に等しい」というＥｔｅｎｄｕが成り立つことは公知の事実である。この法則によれば、ライトガイド１の出射面３側の面積とレンズ２５に対して有効となる角度で求まる立体角の積を計算することができるので、ライトガイド１の入射面２側の面積が決まればライトガイド１に対して有効となる光線の入射角を求めることができる。
【００３９】
すなわち、上記計算によって求まる入射光線の角度より広い光線は、ライトガイド１に入射したとしても、照明装置２１としては有効に機能しない光線となる。つまり、上記計算によって求まる入射光線の角度より広い光線がライトガイド１に入射し、全反射を繰り返してライトガイド１の出射面３より出射しても照明装置２１として有効な光線とはならないため、この角度で入射した光線が反射する位置に突起部５ａ，５ｂを設けても照明装置２１の効率悪化になることはない。当然ながら、効率悪化にならないため、出射面３における照度も不均一になることはない。
【００４０】
図１２は、ライトガイド１１を用いた照明装置３１の平面概要図である。照明装置３１は、ライトガイド１１と、照明装置２１に用いたベース基板２２、ＬＥＤ２４およびレンズ２５と、ライトガイド１１をベース基板２２の面に押圧して位置決め固定する固定部材３２を有している。固定部材３２による押圧は、ばね（図示省略）によって固定部材３２を図１２における上方から押圧することによる。ＬＥＤ２４は、入射面１２と対向するように配置され、ＬＥＤ２４が発した光の全てが孔２３を通過するようにされている。ライトガイド１の入射面２から入射した光の多くは、出射面３から出射してレンズ２５を透過する。
【００４１】
また、ベース基板２２の孔２３には錐台部１５が挿入され、ベース基板２２の図１２における上面と突起部１７ａ，１７ｂの下端面１７ａ１，１７ｂ１が接触している。ここで、ライトガイド１の突起部１７ａ，１７ｂは、その上端面１７ａ２，１７ｂ２を上から固定部材３２によって押圧されることでベース基板２２の上面に押圧され、位置決め固定される。固定部材３２による押圧は、ばね（図示省略）によって固定部材３２を図１２における上方から押圧することによる。また、固定部材３２とベース基板２２とは、ねじ（図示省略）を用いて固定している。
【００４２】
図１３は、照明装置３１の光路の一部を示す光線図である。図１３では、図１２に示した照明装置３１から、ベース基板２２および固定部材３２の図示を省略している。ＬＥＤ２４からライトガイド１１に入射した光のうち、光路Ｌ１１，Ｌ１２，Ｌ１３，Ｌ１４，Ｌ１５およびＬ１６は、ライトガイド１１の内周面で全反射しながら出射し、レンズ２５を透過した、照明装置２１として有効な光である。
【００４３】
また、ＬＥＤ２４からライトガイド１１に入射した光のうち、図示を省略しているが、ライトガイド１１の内周面で全反射しながら、突起部１７ａ，１７ｂに照射される光もある。一旦突起部１７ａ，１７ｂに入射してしまった光は、上述したように一旦突起部５ａ，５ｂに入射した光と同様に、照明装置３１として有効な光となるのは稀であるため、照明装置３１として有効でない光であることが多い。
【００４４】
ここで、照明装置３１は、照明装置２１と同様にＥｔｅｎｄｕが成り立つので、照明装置３１に対して有効となる光線の角度を求めることができる。すなわち、ライトガイドの１１入射面１２と光線の入射角から求まる立体角はライトガイド１１の出射面１３とレンズ２５のＮＡから求まる角度で決まる立体角との関係で決まる。
【００４５】
さらに、ライトガイド１１は形状変化部１６と接合された形状となっているため、ライトガイド１１から形状変化部１６に光線が入射する部分でもＥｔｅｎｄｕが成り立つので、形状変化部１６の面積が大きくなる部分に突起部１７ａ，１７ｂを設けても光線のロスが発生することは少ない。
【００４６】
ここで、突起部５ａ，５ｂ，１７ａ，１７ｂのライトガイド１，１１における形成位置について詳述する。図１４は、四角柱形状のライトガイド４１の光の入射面４２側を示す平面図である。ＬＥＤ２４と同一の光源４３から角度θ１で発光した光線は、入射面４２の点ｈに到達する。ライトガイド４１への入射角は、ライトガイド４１の入射面４２と点ｈにおける垂線４５となす角と等しい。よって、ライトガイド４１の入射面４２へθ１の角度で入射した光線は屈折してライトガイド４１内を伝播する。
【００４７】
図１４の平面図における、入射面４２の中心ｃから点ｈまでの距離をＨとすると、ライトガイド４１が十分に入射光を取り込むためには、図１４の平面図における、ライトガイド４１の幅寸法は、２×Ｈでは足りず２×（Ｈ＋α）となる。Ｅｔｅｎｄｕより、入射面４２の面積が大きくなると立体角は小さくなる。すなわち、有効となる入射角度が小さくなってしまうため、αはなるべく小さい方が好ましい。
【００４８】
ここで、実際の照明光学系では、より明るく効率の良い設計が必要となるため、ライトガイドへの入射角度は２０°以上９０度未満の入射角θ１を考える必要がある。よって、本発明における入射角θ１は、２０°≦θ１＜９０°とする。その入射角θ１の範囲で入射した光Ｌ９は、ライトガイド４１の入射面４２で屈折する。ライトガイド４１の入射面４２では、スネルの法則が成り立つので、図１４に示す屈折角θ１’は、ライトガイド４１への入射前の媒質の屈折率をｎ１、ライトガイドの屈折率をｎ２とすると、以下の式（１）が成り立つ。
（数１）
Ｓｉｎθ１’＝ｎ１／ｎ２×Ｓｉｎθ１・・・（１）
【００４９】
また、θ１（２０°≦θ１＜９０°）の角度でライトガイド４１に入射した光Ｌ９が、図１４に示すライトガイド４１の周面４４で最初に全反射する位置から、入射面４２の端部までの距離をｙとすると、以下の式（２）が成り立つ。
（数２）
ｙ＝α／ｔａｎθ１’・・・（２）
【００５０】
式（２）で求めたｙは、ライトガイド４１に入射し、有効となり易い入射光線が、周面４４で最初に全反射する位置までの距離となり、図１４に示す距離ｙ未満の位置で反射する光は有効な光とはなり難い光とみなすことができる。
【００５１】
そのため、ライトガイド１の場合は、突起部５ａ，５ｂが、入射面２の端部から出射面３方向へ、式（２）から導かれる距離ｙ（ｍｍ）の範囲内の周面４ｂ，４ｃに形成されていることが好ましい。ライトガイド１の突起部５ａ，５ｂは、そのような位置に形成されている。
【００５２】
図１５は、単純化したライトガイド５１の平面図である。ライトガイド５１は、錐台部１５に相当する楕円錐台部５２と形状変化部１６に相当する楕円柱状の楕円柱部５３が一体成型されているものである。楕円錐台部５２と楕円柱部５３との境界には、目視することのできない境界面の位置を示す境界面５４が描かれている。楕円錐台部５２側から入射する光Ｌ１０が境界面５４を越えて楕円柱部５３に入射する際には、屈折せずに入射角θ２で入射する。その入射角θ２のうち、入射する光の光量の殆どを占め、且つライトガイド４１の周面４４にて全反射するのは、２０°以上９０°未満の光である。
【００５３】
ここで、入射した光Ｌ１０が境界面５４を透過するときの境界面５４上の透過位置ｈ’から境界面５４の外周５５までの最短距離をα２とする。そして、θ２（２０°≦θ２＜９０°）の角度で楕円柱部５３に入射した光は、図１４に示すライトガイド４１と同様に、図１５に示す楕円柱部５３の周面５６で最初に全反射する位置から、上述の最短距離（α２）を結ぶ線と外周５５との交点までの距離をｙ２とする。すると、下記の式（３）から距離ｙ２（ｍｍ）が導かれる。
（数３）
ｙ２＝α２／ｔａｎθ２ ・・・（３）
なお、図１５では、境界面５４に対する点ｈ’における垂線を垂線５７として示している。
【００５４】
ここで、ライトガイド１１の場合は、錐台部１５から形状変化部１６への入射角をθ２（２０°≦θ２＜９０°）とした場合に、突起部１７ａ，１７ｂが、錐台部１５と形状変化部１６の境界から出射面１３方向へ、式（３）から導かれる距離ｙ２（ｍｍ）の範囲内の周面１４ｂ，１４ｃに形成されていることが好ましい。ライトガイド１１の突起部１７ａ，１７ｂは、そのような位置に形成されている。
【００５５】
（本発明の実施の形態によって得られる主な効果）
本発明の実施の形態に係るライトガイド１，１１を用いた照明装置２１，３１は、照明装置２１，３１として有効な光のロスを問題ない程度に抑制できている。よって、ライトガイド１，１１およびその製造法は、ライトガイド１，１１が樹脂成形体であっても光のロスを抑制することができる。
【００５６】
また、照明装置２１の照度分布の均一さは、上述の第１理想照明装置の照度分布の均一さと同等であり、照明装置３１の照度分布の均一さは、上述の第２理想照明装置の照度分布の均一さと同等である。よって、ライトガイド１，１１は、照度分布の均一性に大きな悪影響を及ぼしていない。
【００５７】
また、ライトガイド１の突起部５ａ，５ｂ、およびライトガイド１１の突起部１７ａ，１７ｂは、主に光が透過する経路に形成されていない。すなわち、ライトガイド１の突起部５ａ，５ｂは、図１１に示す領域Ａの範囲内に形成されている。そして、ライトガイド１１の突起部１７ａ，１７ｂは、形状変化部１６のうち光路となり難い錐台部１５と隣接する部分に形成されている。そのため、突起部５ａ，５ｂ、１７ａ，１７ｂが多くの光に影響を与え難くなり、照明装置２１，３１として有効な光となる光量および照明装置２１，３１の照度分布を劣化し難い。
【００５８】
また、ライトガイド１の場合は、突起部５ａ，５ｂが、入射面２の端部から出射面３方向へ、上述の式（２）から導かれる距離ｙ（ｍｍ）の範囲内の周面４ｂ，４ｃに形成されている。また、ライトガイド１１の場合は、錐台部１５から形状変化部１６への入射角をθ１とした場合に、突起部１７ａ，１７ｂが、錐台部１５と形状変化部１６の境界から出射面１３方向へ、上述の式（２）から導かれる距離ｙ（ｍｍ）の範囲内の周面１４ｂ，１４ｃに形成されている。そのため、ライトガイド１の突起部５ａ，５ｂ、およびライトガイド１１の突起部１７ａ，１７ｂは、主に光が透過する経路への形成を避けることができ、突起部５ａ，５ｂ、１７ａ，１７ｂが多くの光に影響を与え難くなる。
【００５９】
また、照明装置２１，３１は、突起部５ａ，５ｂ、１７ａ，１７ｂが、ベース基板２２と、固定部材２６、３２に挟まれながら押圧されている状態となっているため、ライトガイド１，１１の固定および位置決めが容易となっている。
【００６０】
本発明の実施の形態に係るライトガイド１，１１の製造法では、ゲート成形物を突起部５ａ，５ｂ、１７ａ，１７ｂとしている。通常は、ゲート成形物は切除されるが、それを主に光が透過する経路以外の部分に残しているため、突起部５ａ，５ｂ、１７ａ，１７ｂが多くの光に影響を与え難くなり、光のロスを抑制することができる。
【００６１】
また、本発明の実施の形態に係るライトガイド１，１１の製造法では、図９に示すように、突起部５ａと余剰分樹脂６との接合境界部７を切断した場合の切断面には微細な凹凸が形成されると考えられる。しかし、その凹凸が存在しても、上述のようにゲート成形物を主に光が透過する経路以外の部分に残しているため、光のロスの抑制効果は得ることができる。さらに、ゲート成形物を突起部５ａ，５ｂ、１７ａ，１７ｂとして有効利用できるため、樹脂の無駄を低減できる。
【００６２】
（他の形態）
上述した本発明の実施の形態に係るライトガイド１，１１およびそれらの製造法は、本発明の好適な形態の例ではあるが、これに限定されるものではなく本発明の要旨を変更しない範囲において種々の変形実施が可能である。
【００６３】
本発明の実施の形態に係るライトガイド１は、光が入射する入射面２と、入射した光を出射する出射面３と、入射面２の外周と出射面３の外周とを結ぶ周面４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄと、を有し、周面４ｂ，４ｃの外側方向（光軸に垂直となる方向）に突出する突起部５ａ，５ｂが、出射面３よりも入射面２に近い側に形成されている。
【００６４】
また、突起部５ａ，５ｂは、その下端面５ａ１，５ｂ１が、入射面２と同一平面となっている。すなわち、突起部５ａ，５ｂは、周面４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄのうち入射面２側の端部に形成されている。しかし、たとえば図１１に示す周面領域Ａの範囲内で入射面２と同一平面とならずに、若干出射面３側に寄った周面位置に突起部５ａ，５ｂを形成しても良い。
【００６５】
また、突起部５ａ，５ｂの適正な位置は、たとえばＬＥＤ２４と入射面２の距離等によっても変わってくるため、そのような要因を考慮して決定することが好ましい。そのため、突起部５ａ，５ｂの下端面５ａ１，５ｂ１は、入射面２よりもＬＥＤ２４側に一部突出して形成しても良い。そのような形成の仕方であっても、突起部５ａ，５ｂが、出射面３よりも入射面２に近い側に形成されていることとなる。なお、ＬＥＤ２４と入射面２，１２の距離は、小さければ小さいほどｙの距離が長くなるので、ゲートの幅を広げることができる。また、ｙが長くなればゲート幅に余裕が出るため、ゲート幅を長くする代わりに、光源を大きくして効率ロスを抑えることができる。式（２）で計算したyが非常に短い場合、実際に成形する際、樹脂を注入するゲート幅が狭くなってしまい、十分に樹脂を注入することができなくなってしまうため、入射面２より光源側にゲート部を広げることができる。また、ＬＥＤ２４と入射面２，１２の間には、レンズまたはリフレクタ等の光収束手段を配置することができる。
【００６６】
また、突起部５ａ，５ｂ，１７ａ，１７ｂは、その形状を四角柱としているが、円柱等その他の形状としても良い。たとえば、突起部５ａ，５ｂ，１７ａ，１７ｂを切除または研削等によって除去した場合に形成される凹凸面の凸の部分の形状としても良い。その凸の部分も、ライトガイドの周面の光軸に垂直となる方向に突出する突起部となる。
【００６７】
また、入射面２および出射面３は、外周が長方形とされており、入射面２および出射面３それぞれの外周を結ぶ周面４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄは４つの平面とされている。しかし、入射面２および出射面３の外周は三角形、正方形、六角形等の他の多角形形状、円、楕円形状等としても良い。入射面２および出射面３の外周が多角形の場合、周面は、その多角形の辺の数の平面とすることができる。入射面２および出射面３の外周が円形または楕円形の場合、周面は、その光軸に垂直となる面で切断した切断面の錐台形または柱の形状とすることができる。また、入射面２と出射面３の外周形状を異ならせても良い。ここで、ライトガイド１の出射光の照度分布を均一にする観点からは、ライトガイド１は、円錐台形または円柱以外の形状とすることが好ましい。
【００６８】
ライトガイド１１は、光が入射する入射面１２と、入射した光を出射する出射面１３と、入射面１２の外周と出射面１３の外周とを結ぶ周面１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ，１４ｅと、を有し、周面１４ａを光軸に垂直となる面で切断した切断面が楕円形であり、入射面１２から出射面１３に向かう距離に比例して相似形を維持しながら面積が大きくなる錐台部１５を有し、かつ、錐台部１５の出射面１３側に、角柱形状の形状変化部１６が形成され、出射面１３よりも錐台部１５と形状変化部１６の境界側の形状変化部１６に、周面１４ｂ，１４ｃの外側方向（光軸に垂直となる方向）に突出する突起部１７ａ，１７ｂが形成されている。
【００６９】
しかし、錐台部１５の周面１４ａを光軸に垂直となる面で切断した切断面は、楕円形でなくてもよく、円形、四角形等の多角形形状等としても良い。また、形状変化部１６は、錐台部１５の出射面１３側に、入射面１２から出射面１３に向かう距離に比例して切断面の面積が変化する錐台形状、円柱形状、楕円柱形状、または三角柱、六角柱、立方体等の形状変化部１６以外の角柱形状とすることができる。
【００７０】
ここで、入射面１２から出射面１３に向かう距離に比例して切断面の面積が変化する錐台形状は、たとえば錐台部１５よりも周面の傾斜の角度が大きく、光軸に垂直となる面で切断した切断面が楕円形状の錐体形状等である。ここで、ライトガイド１１の出射光の照度分布を均一にする観点からは、形状変化部１６は、円錐台形または円柱以外の形状とすることが好ましい。
【００７１】
また、形状変化部１６の形状を、錐台部１５の出射面１３側の端面形状を底面とした楕円柱形状としても良い。その場合には、光は入射面１２における光の入射角よりも小さい入射角の光が錐台部１５から出射し形状変化部１６へと入射する。すると、形状変化部１６の周面１４ｂ，１４ｃのうち錐台部１５と形状変化部１６の境界の端部に形成されている突起部１７ａ，１７ｂを通る光の量は少ないものとなる。そのため、突起部１７ａ，１７ｂを設けたことによる光のロスは低減できる。このことは、形状変化部１６の形状が入射面１２から出射面１３に向かう距離に比例して切断面の面積が変化する錐台形状等の他の形状の場合にも言えることである。
【００７２】
また、突起部１７ａ，１７ｂは、形状変化部１６の周面１４ｂ，１４ｃのうち錐台部１５と形状変化部１６の境界の端部に形成されている。しかし、錐台部１５と形状変化部１６の境界よりも若干出射面１３側に突起部１７ａ，１７ｂを形成しても良い。また、突起部１７ａ，１７ｂの適正な位置は、たとえば錐台部１５の形状等によっても変わってくるため、そのような要因を考慮して決定することが好ましい。
【００７３】
さらに、ライトガイド１，１１の突起部５ａ，５ｂ，１７ａ，１７ｂは、四角柱の形状とされているが、三角柱形状、円柱形状、錐台形状等とすることができる。ただし、樹脂の成形性を考慮すると、四角柱、円柱または円錐台形とすることが好ましい。
【００７４】
また、ライトガイド１は、入射面２の面積よりも出射面３の面積の大きなテーパー形状となっている。しかし、ライトガイド１は、入射面２の面積と出射面３の面積の等しい角柱形状としても良い。同様にライトガイド１１の錐台部１５も、入射面１２の面積よりも出射面１３側の面積の大きなテーパー形状となっている。しかし、錐台部１５も、入射面１２の面積と出射面１３側の面積の等しい楕円柱形状等としても良い。
【００７５】
また、ライトガイド１の場合は、突起部５ａ，５ｂが、入射面２の端部から出射面３方向へ、上述の式（２）から導かれる距離ｙ（ｍｍ）の範囲内の周面４ｂ，４ｃに形成されている。また、ライトガイド１１の場合は、錐台部１５から形状変化部１６への入射角をθ１とした場合に、突起部１７ａ，１７ｂが、錐台部１５と形状変化部１６の境界から出射面１３方向へ、上述の式（２）から導かれる距離ｙ（ｍｍ）の範囲内の周面１４ｂ，１４ｃに形成されている。しかし、ライトガイド１の突起部５ａ，５ｂ、およびライトガイド１１の突起部１７ａ，１７ｂが、主に光が透過する経路への形成を避けることができるならば、突起部５ａ，５ｂ、１７ａ，１７ｂそれ以外の位置に形成しても良い。
【００７６】
また、ライトガイド１，１１の入射面２，１２および／または出射面３，１３は、平面とされているが、たとえば凸レンズ状に膨らませた凸形状とすることができる。入射面２，１２を凸形状とすることによって、入射する光を絞ることができ、突起部５ａ，５ｂ，１７ａ，１７ｂに入射する光の量を低減でき、照明装置として有効な光の量を増やすことができる。この凸形状は、凸レンズの一部を切り出した形状、円柱または楕円柱の側面の一部を周方向に切り出した形状等とすることができる。
【００７７】
本発明の実施の形態に係るライトガイド１の製造法は、樹脂を金型に注入させ成形してライトガイド１を製造する際に生ずる樹脂注入口であるゲートにて成形されるゲート成形物（突起部５ａ，５ｂとなる）を、出射面３よりも入射面２に近い側の周面４Ｃに、光軸に垂直となる方向（外側方向）に突出するように位置させ、図９における、ゲート成形物である突起部５ａよりも左側に形成された、金型成形の際の樹脂注入経路に充填された余剰分樹脂６が、突起部５ａとくっついて硬化している状態から、突起部５ａと余剰分樹脂６との接合境界部７（破線で表示）を切断するものである。本発明の実施の形態に係るライトガイド１１の製造法もライトガイド１の製造法と同様に行われる。
【００７８】
しかし、ゲート成形物である突起部５ａ，５ｂ，１７ａ，１７ｂは、残さずに除去することができる。このように除去しても、除去部分に生成する可能性の高いバリ等の微細な凹凸は、突起部５ａ，５ｂ，１７ａ，１７ｂと同様に主要な光路から外れた位置に形成されるため、光量のロスは低く抑えることが可能である。また、本実施の形態では図９に示す接合境界部７を切断しているが、接合境界部７よりも突起部５ａ側を切断することとしても良い。
【００７９】
照明装置２１，３１は、突起部５ａ，５ｂ，１７ａ，１７ｂが、固定部材２６，３２とベース基板２２の面の間に押圧され、位置決め固定されている。固定部材２６，３２による押圧固定は、ばねによるが、ねじ等を用いた固定、あるいは接着固定を採用しても良い。また、固定部材２６，３２とベース基板２２とは、ねじを用いて固定しているが、ベース基板２２に固定用の孔または凹部を設け、その孔または凹部に固定部材２６，３２の一部を挿入し、互いに係合するようにして固定することとしても良い。
【００８０】
照明装置２１，３１の光源には、ＬＥＤ２４を用いているが、白熱電球、蛍光灯、有機ＥＬ（electro-luminescence）素子、レーザー光源等の他の光源を用いても良い。
【００８１】
ライトガイド１，１１は、その材質に透光性のアクリル系の樹脂を用いているが、それに代えてポリカーボネート樹脂、ゼオネックス（登録商標）、ゼオノア（登録商標）等のシクロオレフィンポリマー樹脂、等の熱可塑性樹脂を用いることとしても良い。
【００８２】
本発明の実施の形態に係るライトガイド１の製造法は、図９に示すようにゲート成形物を突起部５ａのみとしている。しかし、突起部５ｂもゲート成形物とし、余剰分樹脂６が突起部５ｂにもくっついた状態となるように製造しても良い。すなわち、樹脂の金型へのゲートを２箇所設けても良い。このことは、ライトガイド１１の製造法における、突起部１７ａ，１７ｂについても同様である。
【００８３】
本発明の実施の形態に係るライトガイド１，１１の製造法では、突起部５ａ，５ｂ，１７ａ，１７ｂをゲート成形物としている。しかし、突起部５ａ，５ｂ，１７ａ，１７ｂを金型成形するようにし、突起部５ａ，５ｂ，１７ａ，１７ｂとは別にゲート成形物を生成しても良い。この場合、樹脂成形の工程後に、突起部５ａ，５ｂ，１７ａ，１７ｂとゲート成形物とを切断する工程を設けることとなる。
【符号の説明】
【００８４】
１ ライトガイド
２，１２ 入射面
３，１３ 出射面
４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ，１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ，１４ｅ，１４ｆ 周面
５ａ，５ｂ，１７ａ，１７ｂ 突起部（ゲート成形物）
１５ 錐台部
１６ 形状変化部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光が入射する入射面と、上記入射した光を出射する出射面と、上記入射面の外周と上記出射面の外周とを結ぶ周面と、を有するライトガイドにおいて、
上記周面の光軸に垂直となる方向に突出する突起部が、上記出射面よりも上記入射面に近い側に形成されていることを特徴とするライトガイド。
【請求項２】
請求項１記載のライトガイドにおいて、
前記突起部は、前記周面のうち前記入射面側の端部に形成されていることを特徴とするライトガイド。
【請求項３】
請求項１または２に記載のライトガイドにおいて、
前記ライトガイドに入射した光の入射角をθ１（２０°≦θ１＜９０°）とし、前記ライトガイドの存在する媒質の屈折率をｎ１とし、前記ライトガイドの屈折率をｎ２としたとき、当該光が前記入射面にて屈折する屈折角θ１’が、下記の式から導かれ、
（数１）
Ｓｉｎθ１’＝ｎ１／ｎ２×Ｓｉｎθ１・・・（１）
当該入射した光が前記入射面を照射した位置から前記入射面の外周までの最短距離をαとした場合に、上記最短距離を結ぶ線と上記外周との交点から前記出射面方向へ、下記の式から導かれる距離ｙ（ｍｍ）の範囲内の前記周面に前記突起部が形成されていることを特徴とするライトガイド。
（数２）
ｙ＝α／ｔａｎθ１’
【請求項４】
光が入射する入射面と、上記入射した光を出射する出射面と、上記入射面の外周と上記出射面の外周とを結ぶ周面と、を有するライトガイドにおいて、
上記入射面側には、上記周面を光軸に垂直となる面で切断した切断面が、上記入射面から上記出射面に向かう距離に比例して相似形を維持しながら面積が大きくなる錐台部を有し、
かつ、上記錐台部の上記出射面側には、上記入射面から上記出射面に向かう距離に比例して上記切断面の面積の変化が異なる錐台形状、円柱形状、楕円柱形状または角柱形状の形状変化部が形成され、
上記出射面よりも上記錐台部と上記形状変化部の境界側の上記形状変化部に、上記周面の光軸に垂直となる方向に突出する突起部が形成されていることを特徴とするライトガイド。
【請求項５】
請求項４に記載のライトガイドにおいて、
前記形状変化部に入射した光の入射角をθ２（２０°≦θ２＜９０°）とし、入射した光が前記錘台部と前記形状変化部の境界面を透過したときの上記境界面上の透過位置から上記境界面の外周までの最短距離をα２とした場合に、上記最短距離を結ぶ線と上記外周との交点から前記出射面方向へ、下記の式から導かれる距離ｙ２（ｍｍ）の範囲内の周面に前記突起部が形成されていることを特徴とするライトガイド。
（数３）
ｙ２＝α２／ｔａｎθ２
【請求項６】
光が入射する入射面と、上記入射した光を出射する出射面と、上記入射面の外周と上記出射面の外周とを結ぶ周面と、を有するライトガイドの製造法において、
樹脂を金型内に注入し成形して上記ライトガイドを製造する際に生ずる、樹脂注入口であるゲートにて成形されるゲート成形物を、上記出射面よりも上記入射面に近い側の上記周面に、光軸に垂直となる方向に突出するように位置させ、その後上記ゲート成形物の一部または全部が残るように不要な樹脂を除去することを特徴とするライトガイドの製造法。
【請求項７】
光が入射する入射面と、上記入射した光を出射する出射面と、上記入射面の外周と上記出射面の外周とを結ぶ周面と、を有するライトガイドの製造法において、
上記入射面側には、上記周面を光軸に垂直となる面で切断した切断面が、上記入射面から上記出射面に向かう距離に比例して相似形を維持しながら面積が大きくなる錐台部を有し、
かつ、上記錐台部の上記出射面側には、上記入射面から上記出射面に向かう距離に比例した上記切断面の面積の変化が異なる錐台形状、円柱形状、楕円柱形状または角柱形状の形状変化部が形成するよう、樹脂を金型内に注入し成形し、
その成形の際に生ずる、樹脂注入口であるゲートにて成形されるゲート成形物を、上記出射面よりも上記錐台部と上記形状変化部の境界側の上記形状変化部の上記周面の光軸に垂直となる方向に突出するように位置させ、その後上記ゲート成形物の一部または全部が残るように不要な樹脂を除去することを特徴とするライトガイドの製造法。
【請求項８】
請求項６または７に記載のライトガイドの製造法において、
前記除去の際に、前記ゲート成形物を残さず、その全部を除去することを特徴とするライトガイドの製造法。
【請求項１】
光が入射する入射面と、上記入射した光を出射する出射面と、上記入射面の外周と上記出射面の外周とを結ぶ周面と、を有するライトガイドにおいて、
上記周面の光軸に垂直となる方向に突出する突起部が、上記出射面よりも上記入射面に近い側に形成されていることを特徴とするライトガイド。
【請求項２】
請求項１記載のライトガイドにおいて、
前記突起部は、前記周面のうち前記入射面側の端部に形成されていることを特徴とするライトガイド。
【請求項３】
請求項１または２に記載のライトガイドにおいて、
前記ライトガイドに入射した光の入射角をθ１（２０°≦θ１＜９０°）とし、前記ライトガイドの存在する媒質の屈折率をｎ１とし、前記ライトガイドの屈折率をｎ２としたとき、当該光が前記入射面にて屈折する屈折角θ１’が、下記の式から導かれ、
（数１）
Ｓｉｎθ１’＝ｎ１／ｎ２×Ｓｉｎθ１・・・（１）
当該入射した光が前記入射面を照射した位置から前記入射面の外周までの最短距離をαとした場合に、上記最短距離を結ぶ線と上記外周との交点から前記出射面方向へ、下記の式から導かれる距離ｙ（ｍｍ）の範囲内の前記周面に前記突起部が形成されていることを特徴とするライトガイド。
（数２）
ｙ＝α／ｔａｎθ１’
【請求項４】
光が入射する入射面と、上記入射した光を出射する出射面と、上記入射面の外周と上記出射面の外周とを結ぶ周面と、を有するライトガイドにおいて、
上記入射面側には、上記周面を光軸に垂直となる面で切断した切断面が、上記入射面から上記出射面に向かう距離に比例して相似形を維持しながら面積が大きくなる錐台部を有し、
かつ、上記錐台部の上記出射面側には、上記入射面から上記出射面に向かう距離に比例して上記切断面の面積の変化が異なる錐台形状、円柱形状、楕円柱形状または角柱形状の形状変化部が形成され、
上記出射面よりも上記錐台部と上記形状変化部の境界側の上記形状変化部に、上記周面の光軸に垂直となる方向に突出する突起部が形成されていることを特徴とするライトガイド。
【請求項５】
請求項４に記載のライトガイドにおいて、
前記形状変化部に入射した光の入射角をθ２（２０°≦θ２＜９０°）とし、入射した光が前記錘台部と前記形状変化部の境界面を透過したときの上記境界面上の透過位置から上記境界面の外周までの最短距離をα２とした場合に、上記最短距離を結ぶ線と上記外周との交点から前記出射面方向へ、下記の式から導かれる距離ｙ２（ｍｍ）の範囲内の周面に前記突起部が形成されていることを特徴とするライトガイド。
（数３）
ｙ２＝α２／ｔａｎθ２
【請求項６】
光が入射する入射面と、上記入射した光を出射する出射面と、上記入射面の外周と上記出射面の外周とを結ぶ周面と、を有するライトガイドの製造法において、
樹脂を金型内に注入し成形して上記ライトガイドを製造する際に生ずる、樹脂注入口であるゲートにて成形されるゲート成形物を、上記出射面よりも上記入射面に近い側の上記周面に、光軸に垂直となる方向に突出するように位置させ、その後上記ゲート成形物の一部または全部が残るように不要な樹脂を除去することを特徴とするライトガイドの製造法。
【請求項７】
光が入射する入射面と、上記入射した光を出射する出射面と、上記入射面の外周と上記出射面の外周とを結ぶ周面と、を有するライトガイドの製造法において、
上記入射面側には、上記周面を光軸に垂直となる面で切断した切断面が、上記入射面から上記出射面に向かう距離に比例して相似形を維持しながら面積が大きくなる錐台部を有し、
かつ、上記錐台部の上記出射面側には、上記入射面から上記出射面に向かう距離に比例した上記切断面の面積の変化が異なる錐台形状、円柱形状、楕円柱形状または角柱形状の形状変化部が形成するよう、樹脂を金型内に注入し成形し、
その成形の際に生ずる、樹脂注入口であるゲートにて成形されるゲート成形物を、上記出射面よりも上記錐台部と上記形状変化部の境界側の上記形状変化部の上記周面の光軸に垂直となる方向に突出するように位置させ、その後上記ゲート成形物の一部または全部が残るように不要な樹脂を除去することを特徴とするライトガイドの製造法。
【請求項８】
請求項６または７に記載のライトガイドの製造法において、
前記除去の際に、前記ゲート成形物を残さず、その全部を除去することを特徴とするライトガイドの製造法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１１】
【図１４】
【図１５】
【図１０】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１１】
【図１４】
【図１５】
【図１０】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１２−２３４０４９（Ｐ２０１２−２３４０４９Ａ）
【公開日】平成２４年１１月２９日（２０１２．１１．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１０２５５９（Ｐ２０１１−１０２５５９）
【出願日】平成２３年４月２９日（２０１１．４．２９）
【出願人】（０００２２７３６４）日東光学株式会社 (151)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月２９日（２０１２．１１．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年４月２９日（２０１１．４．２９）
【出願人】（０００２２７３６４）日東光学株式会社 (151)
【Ｆターム（参考）】
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