光学素子および発光装置
【課題】グレアを低減できる光学素子および発光装置を提供する。
【解決手段】導光体２は、内部が充実体とされ、凹面１１から入射された光を導光し出射面１２から出射するメニスカスレンズとし、メニスカスレンズを光を拡散する光散乱粒子が含有された光拡散体で形成している。発光装置１は、内部が充実体とされ、ＬＥＤ部材３から発せられる光が凹１１面から入射され出射面１２から出射する導光体２を有し、導光体２は、凹面１１を凹面とし、出射面１２を凸面としたメニスカスレンズとされ、このメニスカスレンズは、光を拡散する光拡散体で形成されている。
【解決手段】導光体２は、内部が充実体とされ、凹面１１から入射された光を導光し出射面１２から出射するメニスカスレンズとし、メニスカスレンズを光を拡散する光散乱粒子が含有された光拡散体で形成している。発光装置１は、内部が充実体とされ、ＬＥＤ部材３から発せられる光が凹１１面から入射され出射面１２から出射する導光体２を有し、導光体２は、凹面１１を凹面とし、出射面１２を凸面としたメニスカスレンズとされ、このメニスカスレンズは、光を拡散する光拡散体で形成されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学素子および発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）のハイパワー化、高効率化により、白熱電球および蛍光灯の代替えとして、ＬＥＤ照明装置が実用化されてきている。白熱電球または蛍光灯に比べて、ＬＥＤは大きさが小さく、光束密度が高い。また、白熱電球および蛍光灯が全方位に発光するのに対して、ＬＥＤは光線の指向性を高くし易いという特徴を有する。また、最近では、３Ｗさらには１０ＷというパワーＬＥＤも実用化されている。
【０００３】
このようなＬＥＤを光源とする電球として、特許文献１には、透光性のグローブの外表面に拡散シートを具備しているＬＥＤ電球が提案されている。このＬＥＤ電球は、その輝度をほぼ均一にできるものとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−９１１４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら特許文献１に提案されているＬＥＤ電球は、その設計によって配光角を調整できない。そのため、ハイパワーのＬＥＤを用いた場合には、まぶしさ（グレア）の大きいものとなる。
【０００６】
本発明は、このような背景の下に行われたものであって、グレアを低減できる光学素子および発光装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明の光学素子は、内部が充実体とされ、一方の面から入射された光を導光し他方の面から出射する光学素子において、一方の面を凹面とし、他方の面を凸面としたメニスカスレンズとし、メニスカスレンズを光を拡散する光拡散体で形成した。
【０００８】
ここで、他方の面側が球形をなし、一方の面と他方の面との境界部となるメニスカスレンズのコバが、球形の面とは反対側に突出した環状の面となっていることが好ましい。
【０００９】
また、一方の面は、光を散乱するシボ状になっていることが好ましい。
【００１０】
上記目的を達成するため、本発明の発光装置は、発光部材と、内部が充実体とされ、発光部材から発せられる光が一方の面から入射され他方の面から出射する光学素子とを有する発光装置において、光学素子は、一方の面を凹面とし、他方の面を凸面としたメニスカスレンズとされ、このメニスカスレンズは、光を拡散する光拡散体で形成されている。
【００１１】
ここで、一方の面と他方の面との境界部となるメニスカスレンズのコバが一方の面から進入してきた光を全反射することが好ましい。
【００１２】
また、光学素子を一方の面側から支える保持具を有し、保持具が、光を光学素子側に反射する反射面を有していることが好ましい。
【００１３】
また、コバまたは保持具によって反射され、メニスカスレンズ内に入射した光であって光散乱体が無いとした場合の光が他方の面に入射する入射角をθとし、他方の面の全反射臨界角をθｃとしたとき、（θｃ×１．７）＞θ＞（θｃ×０．９）の範囲となる入射角θのものを２０％以上とすることが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、グレアを低減できる光学素子および発光装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る発光装置の縦断面概要図である。
【図２】図１に示す導光体中の光散乱粒子となるシリコーン粒子の散乱原理を示す図で、単一真球粒子による散乱光強度の角度分布（Α、Θ）を示すグラフである。
【図３】図１に示す発光装置におけるＬＥＤ部材から出射された光の光路を示す図であり、凹面の特定の領域に照射される光の光路を示す図である。
【図４】図１に示す発光装置におけるＬＥＤ部材から出射された光の光路を示す図であり、ＬＥＤ部材から出射された光のうち、大きく広がった光が凹面の下部領域に照射された光の光路を示す図である。
【図５】図１に示す発光装置におけるＬＥＤ部材から出射された光の光路を示す図であり、ＬＥＤ部材から出射された光のうち、図４に示す光よりさらに大きく広がった光が傾斜面の鏡面シートに反射してコバの特定の領域に照射された光の光路を示す図である。
【図６】図１に示す発光装置においてＬＥＤから直接コバの特定の領域に向けて出射された光の光路を示す図である。
【図７】図１に示す発光装置の上面からの発光状態を示す図である。
【図８】図１に示す発光装置の側面からの発光状態を示す図である。
【図９】比較例の構成を示す図で、ＬＥＤ部材の外表面に拡散シートをを配置した比較例の発光装置の縦断面概要図を示す図である。
【図１０】図９に示す比較例の発光装置の上面からの発光状態を示す図である。
【図１１】図９に示す比較例の発光装置の側面からの発光状態を示す図である。
【図１２】本発明の第２の実施の形態に係る発光装置の縦断面概要図である。
【図１３】図１２に示す発光装置の上面からの発光状態を示す図である。
【図１４】図１２に示す発光装置の側面からの発光状態を示す図である。
【図１５】本発明の第３の実施の形態に係る発光装置の縦断面概要図である。
【図１６】図１５に示す発光装置の上面からの発光状態を示す図である。
【図１７】図１５に示す発光装置の側面からの発光状態を示す図である。
【図１８】本発明の第４の実施の形態に係る発光装置の縦断面概要図である。
【図１９】図１８に示す発光装置のＬＥＤ部材の平面図である。
【図２０】図１８に示す発光装置の上面からの発光状態を示す図である。
【図２１】図１８に示す発光装置の側面からの発光状態を示す図である。
【図２２】比較例２の発光装置の上面からの発光状態を示す図である。
【図２３】比較例２の発光装置の側面からの発光状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
（本発明の第１の実施の形態に係る発光装置１について）
本発明の第１の実施の形態に係る発光装置１および発光装置１に用いられる光学素子としての導光体２の構成について説明する。
【００１７】
図１は、発光装置１の縦断面概要図である。発光装置１は、発光部材となるチップ型のＬＥＤを円形板状の中央に配置したＬＥＤ部材３と、ＬＥＤ部材３から発せられる光を導光し内部が充実体とされる導光体２と、導光体２を保持する保持具４を有している。導光体２は、ＬＥＤ部材３から発せられる光が入射する三角錐状にえぐれた凹面１１を有している。この凹面１１が、一方の面となる。
【００１８】
そして、導光体２は、一方の面とは反対側に、球形をなしＬＥＤ部材３から発せられた光を出射するドーム形状の出射面１２（他方の面）を有している。すなわち、導光体２は、平滑な凹面１１と球形状の出射面１２を有するメニスカスレンズである。さらに、導光体２は、凹面１１と出射面１２とをつなぐために凹面１１の周囲を円錐台の周面状に取り囲むコバ１３を有している。すなわち、導光体２は、ＬＥＤ部材３から発せられ導光体２内に導光された光であって導光体２の中心軸Ｍに対して大きな角度（たとえば６０から８０度）でＬＥＤ部材３から出射される光を反射する環状の面であるコバ１３を有している。このコバ１３の面は、導光体２の周方向に若干突出する凸面となっている。すなわち、ＬＥＤ部材３側にわずかに突出する曲面となっている。
【００１９】
また、導光体２は、たとえば透明のポリメチルメタクリレート（以下、「ＰＭＭＡ」と略記する。）からなる樹脂成形体である。そして、ＰＭＭＡには、粒子径が２μｍ〜１０μｍの光散乱粒子となる透光性シリコーン粒子を分散させてある。これにより、導光体２は、光拡散体になっている。
【００２０】
以下、導光体２のシリコーン粒子について説明する。このシリコーン粒子は、体積的に一様な散乱能が与えられた導光体であり、散乱微粒子としての球形粒子を多数含んでいる。導光体２の内部に光が入射すると、その光は散乱微粒子によって散乱することになる。
【００２１】
ここで、シリコーン粒子の理論的な基礎を与えるＭｉｅ散乱理論について説明する。Ｍｉｅ散乱理論は、一様な屈折率を有する媒体（マトリックス）中に該媒体と異なる屈折率を有する球形粒子（散乱微粒子）が存在するケースについてマックスウェルの電磁方程式の解を求めたものである。光散乱粒子に相当する散乱微粒子によって散乱した散乱光の角度に依存した強度分布Ｉ（Α、Θ）は下記（１）式で表される。Αは、散乱微粒子の光学的大きさを示すサイズパラメータであり、マトリックス中での光の波長λで規格化された球形粒子（散乱微粒子）の半径ｒに相当する量である。角度Θは散乱角で、入射光の進行方向と同一方向をΘ＝１８０°にとる。
【００２２】
また、（１）式中のｉ１、ｉ２は（４）式で表される。そして、（２）〜（４）式中の下添字ν付のａおよびｂは（５）式で表される。上添字１および下添字νを付したＰ（ｃｏｓΘ）は、Ｌｅｇｅｎｄｒｅの多項式、下添字ν付のａ、ｂは１次、２次のＲｅｃａｔｔｉ−Ｂｅｓｓｅｌ関数Ψ＊、ζ＊（ただし、「＊」は下添字νを意味する。）とその導関数とからなる。ｍはマトリックスを基準にした散乱微粒子の相対屈折率で、ｍ＝ｎｓｃａｔｔｅｒ／ｎｍａｔｒｉｘである。
【００２３】
【数１】
【００２４】
図２は、上記（１）〜（５）式に基づいて、単一真球粒子による強度分布Ｉ（Α、Θ）を示すグラフである。この図２では、原点Ｇの位置に散乱微粒子としての真球粒子があり、下方から入射光が入射した場合の散乱光強度の角度分布Ｉ（Α、Θ）を示している。そして、原点Ｇから各曲線Ｓ１〜Ｓ３までの距離が、それぞれの散乱角方向の散乱光強度である。曲線Ｓ１はΑが１．７であるときの散乱光強度、曲線Ｓ２はΑが１１．５であるときの散乱光強度、曲線Ｓ３はΑが６９．２であるときの散乱光強度を示している。なお、図２においては、散乱光強度を対数目盛で示している。このため、図２では僅かな強度差として見える部分が、実際には非常に大きな差となる。
【００２５】
この図２に示すように、サイズパラメータΑが大きくなればなるほど（ある波長λで考えた場合は真球粒子の粒径が大きくなればなるほど）、上方（照射方向の前方）に対して指向性高く光が散乱されていることがわかる。また、実際のところ、散乱光強度の角度分布Ｉ（Α、Θ）は、入射光波長λを固定すれば、散乱子の半径ｒと、媒体および散乱微粒子の相対屈折率ｍとをパラメータとして制御することができる。なお、導光体２は、前方散乱が大きいものとなっている。
【００２６】
このような、単一真球粒子がＮ個含まれる光散乱導光体に光を入射させると、光は真球粒子により散乱される。散乱光は光散乱導光体中を進み、他の真球粒子により再度散乱される。ある程度以上の体積濃度で粒子を添加した場合には、このような散乱が逐次的に複数回行われた後、光が光散乱導光体から出射する。このような散乱光がさらに散乱されるような現象を多重散乱現象と呼ぶ。このような多重散乱においては、透明ポリマーでの光線追跡法による解析は容易ではない。しかし、モンテカルロ法により光の挙動を追跡し、その特性を解析することはできる。それによると、入射光が無偏光の場合、散乱角の累積分布関数Ｆ（Θ）は下記の（６）式で表される。
【００２７】
【数２】
【００２８】
ここで（６）式中のＩ（Θ）は、（１）式で表されるサイズパラメータΑの真球粒子の散乱強度である。強度Ｉｏの光が光散乱導光体に入射し、距離ｙを透過した後、光の強度が散乱によりＩに減衰したとすると、これらの関係は下記の（７）式で表される。
【００２９】
【数３】
【００３０】
この（７）式中のτは濁度と呼ばれ、媒体の散乱係数に相当するものであり、下記の（８）式のように粒子数Ｎに比例する。なお、（８）式中、σｓは散乱断面積である。
【００３１】
【数４】
【００３２】
（７）式から長さＬの光散乱導光体を散乱せずに透過する確率Ｐｔ（Ｌ）は下記の（９）式で表される。
【００３３】
【数５】
【００３４】
反対に光路長Ｌまでに散乱される確率Ｐｓ（Ｌ）は下記の（１０）式で表される。
【数６】
【００３５】
これらの式からわかるように、濁度τを変えることにより、光散乱導光体内での多重散乱の度合いを制御することができる。
【００３６】
以上の関係式により、散乱微粒子のサイズパラメータΑと濁度τとの少なくとも１つをパラメータとして、光散乱導光体内での多重散乱を制御可能であり、出射面１２における出射光強度と散乱角も適正に設定可能である。
【００３７】
図１に示す樹脂成形体の保持具４は、中央がくり抜かれた円環状の形状をしている。その円環状の内周面は、図１における上側から下側に向かうに従い円環状の径を小さくする傾斜面２１となっている。この傾斜面２１は、断面形状で直線となり、全体形状では凹面とされている。そして、この傾斜面２１には、鏡面となるように鏡面シート（図示省略）が貼付されている。よって、傾斜面２１は、凹面鏡の一部となっている。なお、傾斜面２１は、曲面状の凹部の一部として形成しても良い。このように傾斜面２１は、凹面鏡の一部を形成する構成としているが、傾斜面２１は、凹面鏡としなくても良い。
【００３８】
導光体２は、コバ１３が保持具４の傾斜面２１に対向するように配置されている。また、導光体２のコバ１３は、保持具４の上側の外周の縁部２２にて保持されている。ＬＥＤ部材３は、図１における保持具４の下側面の円形にくり抜かれたくり抜き部２３に対向するように固定されている。その結果、ＬＥＤ部材３の出射位置で導光体２の中心軸Ｍと交差する位置Ｎ１は、凹面１１の円錐状の頂点に対向するようにされている。この出射位置Ｎ１は、ＬＥＤ部材３の中央位置でもある。また、コバ１３と傾斜面２１との間は、凹面１１側から保持具４の上側の外周の縁部２２に向かうに従って隙間の狭くなる間隙２５となっている。
【００３９】
発光装置１におけるＬＥＤ部材３から出射された光の光路について説明する。図３から図６に、その光路の各例を示している。図３は、発光装置１において、ＬＥＤ部材３の中央位置Ｎ１ではなく、中央の出射位置Ｎ１から外周方向にずれた位置、すなわち凹面１１の円錐状の周面に向かう出射位置Ｎ２から出射された光が凹面１１の特定の領域Ｐに照射された場合の光路を示している。その光は、領域Ｐから導光体２に透過される光路Ｌ１と、領域Ｐにて反射される反射光の光路Ｌ２の２つの光路である。出射位置Ｎ１と出射位置Ｎ２を想定するのは、ＬＥＤ部材３の光の出射部位が点ではなく所定の面積を有する領域となるためである。
【００４０】
光路Ｌ１は、ＬＥＤ部材３から出射された光が領域Ｐのある部分に当たり、凹面１１から導光体２の内部へと進入し、出射面１２から外部へ出射する光路である。光路Ｌ２は、ＬＥＤ部材３から出射された光が領域Ｐの他の部分に当たり、凹面１１の領域Ｐで反射し、その後凹面１１の別の領域から導光体２の内部へと進入し、出射面１２から外部へ出射する光路である。なお、光が導光体２の内部へと進入し出射面１２から外部へ出射するまでの間は、光は光散乱粒子の影響を受け、多重散乱する。光路Ｌ１，Ｌ２は、共に散乱が生じていないとしたときの経路であると共に多重散乱を受けた場合であっても確率が高い経路でもある。
【００４１】
図４には、ＬＥＤ部材３の出射位置Ｎ２から出射された光のうち、大きく広がった光が凹面１１の下部領域に照射された光の光路Ｌ３を示している。この下部領域に照射された光は、凹面１１から導光体２の内部へと進入し、その後、コバ１３にて全反射する。このような経路を取る光は、中心軸Ｍに対する広がり角度が６０度を超えるものとなっている。しかし、凹面１１の形状を変えることによって４５度以上のものとしたり、６５度以上のものとしたりすることができる。コバ１３にて全反射した光は、さらに出射面１２にて全反射を繰り返す。このとき、光が導光体２の内部へと進入し出射面１２にて全反射を繰り返し、最後に導光体２の出射面から出射するまでの間は、光は光散乱粒子の影響を受け、多重散乱する。そのため、出射面１２にて全反射を繰り返す過程で、その光の一部は、全反射されずに出射面１２から光が出射されることとなる。この出射される光の光路Ｌ３１，Ｌ３２，Ｌ３３を破線で図４に示す。なお、コバ１３で全反射する光の全てが出射面１２で再度全反射する訳ではない。なお、このコバ１３の役割は、ＬＥＤ部材３の出射範囲を見かけ上広くするものである。
【００４２】
図５には、ＬＥＤ部材３の出射位置Ｎ２から出射された光のうち、図４に示す光よりさらに大きく広がった光が傾斜面２１の鏡面シートに反射してコバ１３の特定の領域Ｑに照射された光の光路を示している。ＬＥＤ部材３から出射された光が領域Ｑに照射されると、その光は、２つの光路Ｌ４，Ｌ５をとる。光路Ｌ４は、ＬＥＤ部材３から出射された光が領域Ｑに当たり、コバ１３から導光体２の内部へと進入する光路である。光路Ｌ５は、ＬＥＤ部材３から出射された光が領域Ｑに当たり、コバ１３の領域Ｑで反射し、その後再度傾斜面２１の鏡面シートに反射してコバ１３の別の領域から導光体２の内部へと進入する光路である。導光体２の内部へと進入した光は、出射面１２にて全反射を繰り返す。このとき、光が導光体２の内部へと進入し出射面１２にて全反射を繰り返し、最後に出射面１２から出射するまでの間は、光は光散乱粒子の影響を受け、多重散乱する。そのため、出射面１２にて全反射を繰り返す過程で、その光の一部は、全反射されずに出射面１２から出射されることとなる。この出射される光の光路Ｌ４１，Ｌ４２，Ｌ５１，Ｌ５２を破線で図５に示す。
【００４３】
ここで、図４、図５に示すように、コバ１３または保持具４によって反射され、導光体２内に入射した光であって光散乱粒子が無いとした場合の光が出射面１２に入射する入射角をθとし、出射面１２の全反射臨界角をθｃとしたとき、（θｃ×１．７）＞θ＞（θｃ×０．９）の範囲となる入射角θのものは、２０％以上となっている。
【００４４】
図６は、ＬＥＤ部材３から出射される光がＬＥＤ部材３の外周に近い側となる出射位置Ｎ４である場合の光路Ｌ６を示している。ＬＥＤ部材３から出射された光がコバ１３の特定の領域Ｒに照射されると、その光は、光路Ｌ６をとる。光路Ｌ６は、まず、コバ１３から導光体２の内部へと透過し、その後凹面１１を全反射し、さらにその後出射面１２から外部へ出射される。なお、光が導光体２の内部へと透過し出射面１２から外部へ出射するまでの間は、光は光散乱粒子の影響を受け、多重散乱する。さらに、ＬＥＤ部材３の出射位置は、凹面１１に複数向かうようにされていても良い。
【００４５】
図７は、発光装置１の上面からの発光状態を示す。また、図８は、発光装置１の側面からの発光状態を示す。図７および図８において、発光状態は、色が白に近づくに従い出射輝度が高くなり、色が黒に近づくに従い出射輝度が低くなるように示している。
【００４６】
また、図９は、比較対象の構成例を示す図であり、特許文献１に開示されているＬＥＤ電球の構成に近づけるべく、円形板状のＬＥＤ部材９１の外表面に拡散シート９２を配置した発光装置９３の縦断面概要図である。図１０は、発光装置９３の上面からの発光状態を示す。また、図１１は、発光装置９３の側面からの発光状態を示す。発光状態は、図７および図８と同様に示している。なお、発光装置１のＬＥＤ部材３と発光装置９３のＬＥＤ部材９１は同一のものを用い、供給電力も同一とした。よって、出射位置Ｎ１，Ｎ２なども発光装置１のそれと同一である。すなわち、出射範囲をＬＥＤ部材３，９１の全範囲とした場合である。これは、図に示すＬＥＤ部材３，９１の左右方向方向の長さを一辺とした四角形の範囲が出射範囲となることを意味する。
【００４７】
図７および図８と、図１０および図１１とを見比べると、発光装置９３よりも発光装置１の方が導光体２全体に光が拡散し、グレアが低減できていることがわかる。すなわち、発光装置９３は、図１０に示すように中央部に高輝度部分、すなわちＬＥＤ部材９１の出射範囲の中央に相当する部分が明確に現われているこれに対し、発光装置１では、図７に示すように中央には高輝度部分はなく、中央を囲むようにして、リング状の高輝度部分が現われている。
【００４８】
（本発明の第２の実施の形態に係る発光装置３１について）
本発明の第２の実施の形態に係る発光装置３１および発光装置３１に用いられる光学素子としての導光体３２の構成について説明する。
【００４９】
図１２は、発光装置３１の縦断面概要図である。発光装置３１は、発光装置１における導光体２の形状が異なる以外は発光装置１と同一の構成である。よって、導光体３２以外の部材については発光装置１と同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００５０】
導光体３２は、ＬＥＤ部材３から発せられる光を導光し内部が充実体とされるものである。導光体３２は、ＬＥＤ部材３から発せられる光が入射する部分の奥側が三角錐状にえぐれ、開口側がその三角錐状の底面から続くように円柱状の空間とされる凹面４１を有している。この凹面４１が、一方の面となる。
【００５１】
そして、導光体３２は、一方の面とは反対側に、球形をなしＬＥＤ部材３から発せられた光を出射する出射面４２（他方の面）を有している。すなわち、導光体３２は、凹面４１と出射面４２を有するメニスカスレンズである。さらに、導光体３２は、凹面４１の周囲を取り囲み凹面４１の開口側内周面と直角をなす円環状部４３と、発光装置１の導光体２におけるコバ１３と同様に円環状部４３を円錐台の周面状に取り囲む環状の面である円環状部４４を有している。これら円環状部４３，４４を総称してコバ４５ということにする。コバ４５は、ＬＥＤ部材３から発せられ導光体２内に導光された光を反射する。
【００５２】
発光装置３１におけるＬＥＤ部材３から出射された光の光路は、発光装置１のそれと略同様である。また、コバ４５または保持具４によって反射され、導光体３２内に入射した光であって光散乱粒子が無いとした場合の光が出射面４２に入射する入射角をθとし、出射面４２の全反射臨界角をθｃとしたとき、（θｃ×１．７）＞θ＞（θｃ×０．９）の範囲となる入射角θのものは、発光装置１同様２０％以上となっている。
【００５３】
図１３は、発光装置３１の上面からの発光状態を示す。また、図１４は、発光装置３１の側面からの発光状態を示す。発光状態は、図７および図８と同様に示している。なお、発光装置３１のＬＥＤ部材３と発光装置１のＬＥＤ装置３は同一のものを用い、供給電力も同一とした。図１３および図１４と、比較対象の図１０および図１１とを見比べると、発光装置９３よりも発光装置３１の方が導光体３２全体に光が拡散し、グレアが低減できていることがわかる。
【００５４】
（本発明の第３の実施の形態に係る発光装置５１について）
本発明の第３の実施の形態に係る発光装置５１および発光装置５１に用いられる光学素子としての導光体３２の構成について説明する。
【００５５】
図１５は、発光装置５１の縦断面概要図である。発光装置５１は、発光装置３１における保持具４の形状が異なり、導光体３２の厚みが若干大きいこと以外は発光装置３１と同一の構成である。よって、保持具５３以外の部材については発光装置３１と同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００５６】
保持具５３の図１５における上側から下側までの高さは、保持具４の３倍である。保持具５３は、中央がくり抜かれた円環状の形状をしている。その円環状の内周面は、図１４における上側から下側に向かうに従い円環状の径を小さくする凹形状かつ曲面形状の傾斜面６１となっている。この傾斜面６１には、鏡面となるように鏡面シート（図示省略）が貼付されている。傾斜面６１は、発光装置１の傾斜面２１と同様に凹面鏡となっている。しかし、傾斜面６１は、凹面鏡としなくても良い。
【００５７】
導光体３２は、コバ４５が保持具５３の傾斜面６１に対向するように配置されている。また、導光体３２のコバ４５は、保持具５３の縁部６２にて保持されている。ＬＥＤ部材３は、図１５における保持具５３の下側面の円形にくり抜かれたくり抜き部６３に対向するようにして固定されている。その結果、ＬＥＤ部材３の出射位置Ｎ１は、凹面４１に向かうように配置されている。また、コバ４５と傾斜面６１との間は、凹面６１側から縁部６２に向かうに従って隙間の狭くなる間隙６４となっている。
【００５８】
発光装置５１におけるＬＥＤ部材３から出射された光の光路は、発光装置１のそれと略同様である。また、コバ４５または保持具５３によって反射され、導光体３２内に入射した光であって光散乱粒子が無いとした場合の光が出射面４２に入射する入射角をθとし、出射面４２の全反射臨界角をθｃとしたとき、（θｃ×１．７）＞θ＞（θｃ×０．９）の範囲となる入射角θのものは、発光装置１同様２０％以上となっている。
【００５９】
図１６は、発光装置５１の上面からの発光状態を示す。また、図１７は、発光装置５１の側面からの発光状態を示す。発光状態は、図７および図８と同様に示している。なお、発光装置５１のＬＥＤ部材３と発光装置１のＬＥＤ部材３は同一のものを用い、供給電力も同一とした。図１６および図１７と、比較対象の図１０および図１１とを見比べると、発光装置９３よりも発光装置５１の方が導光部３２全体に光が拡散し、グレアが低減できていることがわかる。
【００６０】
（本発明の第４の実施の形態に係る発光装置７１について）
本発明の第４の実施の形態に係る発光装置７１および発光装置７１に用いられる光学素子としての導光体２の構成について説明する。
【００６１】
図１８は、発光装置７１の縦断面概要図である。発光装置７１は、発光装置１における光の出射位置が４箇所となったこと以外は発光装置１と同一の構成である。すなわち、１つのＬＥＤ部材３に４つのＬＥＤ３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄが配置される構成となっている。よって、各ＬＥＤ部材３Ａ〜３Ｄの中心となる出射中心位置Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４とＬＥＤ３Ａ〜３Ｄ以外については発光装置１と同一の符号を付し、その説明を省略する。ここで、出射中心位置Ｐ１〜Ｐ４は、コバ１３と凹面１１との境界位置に対向する位置である。
【００６２】
図１９は、発光装置７１のＬＥＤ部材３の平面図である。正方形の部位がＬＥＤ３Ａ〜３Ｄで、その各中心位置が出射中心位置Ｐ１〜Ｐ４となる。発光装置７１におけるＬＥＤ部材３から出射された光の光路は、発光装置１のそれと略同様である。
【００６３】
図２０は、発光装置７１の上面からの発光状態を示す。また、図２１は、発光装置７１の側面からの発光状態を示す。図２０および図２１において、発光状態は、色が白に近づくに従い出射輝度が高くなり、色が黒に近づくに従い出射輝度が低くなるように示している。
【００６４】
また、図２２は、比較例の発光装置９３において、図１８，図１９に示すＬＥＤ部材３を用いた比較例２を示すもので、発光装置の上面からの発光状態を示す。また、図２３は、比較例２の発光装置の側面からの発光状態を示す。発光状態は、図２０および図２１と同様に示している。なお、比較例２の発光装置では、発光装置７１のＬＥＤ部材３と同一のものを用い、供給電力も同一とした。
【００６５】
図２０および図２１と、図２２および図２３とを見比べると、比較例２の発光装置よりも発光装置７１の方が導光体２全体に光が拡散し、グレアが低減できていることがわかる。
【００６６】
（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導光体２，３２は、内部が充実体とされ、凹面１１，４１などから入射された光を導光し出射面１２，４２から出射するメニスカスレンズとし、メニスカスレンズを光を拡散する光散乱粒子が含有された光拡散体で形成した。このため、凹面１１，４１の形状を変えることで配光角を簡単に制御でき、しかもグレアを減少させることができる。また、発光装置１，３１，５１，７１は、出射面１２，４２において光の一部を全反射させ、一方、光の一部を出射させる光路を形成できる。すなわち、出射面１２，４２にて全反射を繰り返す過程で、全反射されずに出射面１２，４２から光が出射される光が存在する。また、全反射をせずに出射面１２，４２から出射する光の方向も拡散される。そのため、出射する光を拡散してグレアを低減できる。
【００６７】
また、出射面１２，４２側が球形をなし、凹面１１，４１と出射面１２，４２とをつなぐ境界部となるコバ１３，４５が、環状の凸面となっている。そのため、中心軸Ｍに対して大きな角度で導光体２，３２に進入してきた光をコバ１３，４５の環状の面にて全反射させやすい。
【００６８】
また、コバ１３，４５が凹面１１，４１から進入してきた光を全反射し、出射面１２，４２側へ光を導くため、ＬＥＤ部材３の出射部位外からも輝度を発生させ、輝度を均一にし、グレアをより防止する。
【００６９】
また、保持具４，５３が、光を導光体２，３２側に反射する反射面を有しているため、保持具４，５３の方向に漏れる光がある場合でも、その光を導光体２，３２へと戻し、発光装置１，３１，５１，７１の発光効率を高める。また、保持具４，５３の反射面によって光を全反射し、導光体２，３２側に導くため、ＬＥＤ部材３の出射部位外からも輝度を発生させ、輝度を均一にし、グレアをより防止できる。
【００７０】
また、発光装置１、３１，５１，７１において、コバ１３，４５または保持具４，５３によって反射され、導光体２，３２内に入射した光であって光散乱粒子が無いとした場合の光が出射面１２，４２に入射する入射角をθとし、出射面１２，４２の全反射臨界角をθｃとしたとき、（θｃ×１．７）＞θ＞（θｃ×０．９）の範囲となる入射角θのものは、２０％以上となっている。そのため、出射面１２，４２における光の全反射の確率が高まり、導光体２，３２の出射面１２，４２の全体から輝度を発生させることができる。この範囲内の光は、導光体２，３２内部で全反射する回数を抑えることができ、高い出射効率を維持できる。また、（θｃ×１．７）＞θ＞（θｃ×１．１）の範囲となる入射角θのものが、３０％以上となることが、より好ましい。この範囲の光は、散乱を受けた際でも全反射し導光体２，３２の側面に出射される確率が高くなり、側面から見た場合でも輝度が均一になる。
【００７１】
また、導光体２，３２には、透光性シリコーン粒子からなる光散乱粒子が含有されている。そのため、従来の光拡散シートを用いた場合の発光装置９３の全体の明るさ（図１０および図１１に示す）に比べて、発光装置１，３１，５１，７１の全体の明るさ（それぞれ図７および図８、図１３および図１４、図１６および図１７、図２０および図２１に示す）が明るい。これは、この光散乱粒子による光拡散は、光吸収の程度が低いためである。
【００７２】
（他の形態）
以上、本発明の実施の形態における導光体２，３２およびそれを用いた発光装置１，３１，５１，７１について説明したが、本発明の要旨を逸脱しない限り種々変更実施可能である。
【００７３】
本発明の実施の形態に係る導光体２，３２は、内部が充実体とされ、凹面１１，４１から入射された光を導光し出射面１２，４２から出射するメニスカスレンズとしている。そして、メニスカスレンズは、光を拡散する光散乱粒子を含有する光拡散体で形成している。しかし、メニスカスレンズは、たとえばポリカーボネート樹脂に光拡散体としてのシリコーン粒子を分散させたもの等としても良い。
【００７４】
また、光拡散体として光散乱粒子を用いる場合には、光散乱粒子の材質、形状、粒径等の諸条件を適宜設定できる。たとえば、光散乱粒子は、その粒子径が２μｍから９μｍの球状かつ透光性のシリコーン粒子としている。しかし、光散乱粒子は、導光体２内の光を多重散乱するものであれば、その材質、形状、粒子径等を問わず、種々のものを用いることができる。ただし、導光体２，３２において入射光の前方散乱を適切な範囲で大きくするためには、粒子径が２μｍから９μｍ、より好ましくは５μｍから９μｍの球状かつ透光性のシリコーン粒子を用いることが好ましい。
【００７５】
また、出射面１２，４２側が球形（ドーム状）をなし、凹面１１，４１と出射面１２，４２とをつなぎ、ＬＥＤ部材３側に突出するコバ１３，４５が、環状の面となっている。しかし、出射面１２，４２側は楕円球のような形状等としても良い。また、コバ１３，４５は、環状の面ではなく、たとえば一部環状が途切れていても良い。また、ＬＥＤ部材３側に突出するコバ１３，４５を設けないようにしても良い。
【００７６】
また、凹面１１，４１は、平滑面とされているが、光を散乱するシボ状になっていても良い。凹面１１，４１をシボ状とすることによって、導光体２，３２内における光の拡散・散乱が促進される。
【００７７】
また、凹面１１，４１と出射面１２，４２との境界部となるコバ１３，４５が凹面１１，４１から導光体２，３２へ進入してきた光を全反射している。しかし、たとえばコバ１３，４５にて光が透過され、保持具４，５３によって反射されることとしても良い。
【００７８】
また、発光装置１，３１，５１，７１は、導光体２，３２を凹面１１，４１側から支える保持具４，５３を有し、保持具４，５３が、光を導光体２，３２側に反射する反射面（傾斜面２１に貼付されている鏡面シート）を有している。しかし、発光装置１，３１，５１，７１は、保持具４，５３とその反射面を省略しても良い。たとえば、コバ１３，４５の面にプリズムを形成して、光を反射することとしても良い。また、傾斜面２１，６１に鏡面シートを貼付するのではなく、蒸着、磨き加工等によって鏡面を形成しても良い。
【００７９】
また、発光装置１、３１，５３において、コバ１３，４５または保持具４，５３によって反射され、導光体２，３２内に入射した光であって光散乱粒子が無いとした場合の光が出射面１２，４２に入射する入射角をθとし、出射面１２，４２の全反射臨界角をθｃとしたとき、（θｃ×１．７）＞θ＞（θｃ×０．９）の範囲となる入射角θのものは、 ２０％以上となっている。しかし、その値は２０％未満としても良い。
【００８０】
また、ＬＥＤ部材３の出射位置Ａ，Ｂは、凹面１１に向かうようにされている。そして、ＬＥＤ部材３の各ＬＥＤ３Ａ〜３Ｄの各出射中心位置Ｐ１〜Ｐ４は、凹面１１とコバ１３の境界位置に向かうようにされている。しかし、各ＬＥＤ３Ａ〜３Ｄの出射中心位置は、コバ１３，４５の部分に向かうようにされていても良い。また、ＬＥＤ部材３の出射位置は、凹面１１およびコバ１３，４５に向かうようにされていても良い。この場合、ＬＥＤは、複数個用いられる。
【００８１】
また、発光部材はＬＥＤに限定されず、有機エレクトロルミネッセンス（Organic Electro-Luminescence、OEL、有機EL）、無機エレクトロルミネッセンス（Inorganic Electro-Luminescence、IEL、無機EL）、レーザー光等の他の発光部材を用いることができる。さらに、ＬＥＤにはチップ型のものを用いているが、レンズ付きのＬＥＤを用いることができる。
【符号の説明】
【００８２】
１，３１，５１，７１ 発光装置
２，３２ 導光体（光学素子、メニスカスレンズ）
３ ＬＥＤ部材（発光部材）
４，５３ 保持具
１１，４１ 凹面（一方の面）
１２，４２ 出射面（他方の面）
１３，４５ コバ
θ 入射角
θｃ 全反射臨界角
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学素子および発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）のハイパワー化、高効率化により、白熱電球および蛍光灯の代替えとして、ＬＥＤ照明装置が実用化されてきている。白熱電球または蛍光灯に比べて、ＬＥＤは大きさが小さく、光束密度が高い。また、白熱電球および蛍光灯が全方位に発光するのに対して、ＬＥＤは光線の指向性を高くし易いという特徴を有する。また、最近では、３Ｗさらには１０ＷというパワーＬＥＤも実用化されている。
【０００３】
このようなＬＥＤを光源とする電球として、特許文献１には、透光性のグローブの外表面に拡散シートを具備しているＬＥＤ電球が提案されている。このＬＥＤ電球は、その輝度をほぼ均一にできるものとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−９１１４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら特許文献１に提案されているＬＥＤ電球は、その設計によって配光角を調整できない。そのため、ハイパワーのＬＥＤを用いた場合には、まぶしさ（グレア）の大きいものとなる。
【０００６】
本発明は、このような背景の下に行われたものであって、グレアを低減できる光学素子および発光装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明の光学素子は、内部が充実体とされ、一方の面から入射された光を導光し他方の面から出射する光学素子において、一方の面を凹面とし、他方の面を凸面としたメニスカスレンズとし、メニスカスレンズを光を拡散する光拡散体で形成した。
【０００８】
ここで、他方の面側が球形をなし、一方の面と他方の面との境界部となるメニスカスレンズのコバが、球形の面とは反対側に突出した環状の面となっていることが好ましい。
【０００９】
また、一方の面は、光を散乱するシボ状になっていることが好ましい。
【００１０】
上記目的を達成するため、本発明の発光装置は、発光部材と、内部が充実体とされ、発光部材から発せられる光が一方の面から入射され他方の面から出射する光学素子とを有する発光装置において、光学素子は、一方の面を凹面とし、他方の面を凸面としたメニスカスレンズとされ、このメニスカスレンズは、光を拡散する光拡散体で形成されている。
【００１１】
ここで、一方の面と他方の面との境界部となるメニスカスレンズのコバが一方の面から進入してきた光を全反射することが好ましい。
【００１２】
また、光学素子を一方の面側から支える保持具を有し、保持具が、光を光学素子側に反射する反射面を有していることが好ましい。
【００１３】
また、コバまたは保持具によって反射され、メニスカスレンズ内に入射した光であって光散乱体が無いとした場合の光が他方の面に入射する入射角をθとし、他方の面の全反射臨界角をθｃとしたとき、（θｃ×１．７）＞θ＞（θｃ×０．９）の範囲となる入射角θのものを２０％以上とすることが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、グレアを低減できる光学素子および発光装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る発光装置の縦断面概要図である。
【図２】図１に示す導光体中の光散乱粒子となるシリコーン粒子の散乱原理を示す図で、単一真球粒子による散乱光強度の角度分布（Α、Θ）を示すグラフである。
【図３】図１に示す発光装置におけるＬＥＤ部材から出射された光の光路を示す図であり、凹面の特定の領域に照射される光の光路を示す図である。
【図４】図１に示す発光装置におけるＬＥＤ部材から出射された光の光路を示す図であり、ＬＥＤ部材から出射された光のうち、大きく広がった光が凹面の下部領域に照射された光の光路を示す図である。
【図５】図１に示す発光装置におけるＬＥＤ部材から出射された光の光路を示す図であり、ＬＥＤ部材から出射された光のうち、図４に示す光よりさらに大きく広がった光が傾斜面の鏡面シートに反射してコバの特定の領域に照射された光の光路を示す図である。
【図６】図１に示す発光装置においてＬＥＤから直接コバの特定の領域に向けて出射された光の光路を示す図である。
【図７】図１に示す発光装置の上面からの発光状態を示す図である。
【図８】図１に示す発光装置の側面からの発光状態を示す図である。
【図９】比較例の構成を示す図で、ＬＥＤ部材の外表面に拡散シートをを配置した比較例の発光装置の縦断面概要図を示す図である。
【図１０】図９に示す比較例の発光装置の上面からの発光状態を示す図である。
【図１１】図９に示す比較例の発光装置の側面からの発光状態を示す図である。
【図１２】本発明の第２の実施の形態に係る発光装置の縦断面概要図である。
【図１３】図１２に示す発光装置の上面からの発光状態を示す図である。
【図１４】図１２に示す発光装置の側面からの発光状態を示す図である。
【図１５】本発明の第３の実施の形態に係る発光装置の縦断面概要図である。
【図１６】図１５に示す発光装置の上面からの発光状態を示す図である。
【図１７】図１５に示す発光装置の側面からの発光状態を示す図である。
【図１８】本発明の第４の実施の形態に係る発光装置の縦断面概要図である。
【図１９】図１８に示す発光装置のＬＥＤ部材の平面図である。
【図２０】図１８に示す発光装置の上面からの発光状態を示す図である。
【図２１】図１８に示す発光装置の側面からの発光状態を示す図である。
【図２２】比較例２の発光装置の上面からの発光状態を示す図である。
【図２３】比較例２の発光装置の側面からの発光状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
（本発明の第１の実施の形態に係る発光装置１について）
本発明の第１の実施の形態に係る発光装置１および発光装置１に用いられる光学素子としての導光体２の構成について説明する。
【００１７】
図１は、発光装置１の縦断面概要図である。発光装置１は、発光部材となるチップ型のＬＥＤを円形板状の中央に配置したＬＥＤ部材３と、ＬＥＤ部材３から発せられる光を導光し内部が充実体とされる導光体２と、導光体２を保持する保持具４を有している。導光体２は、ＬＥＤ部材３から発せられる光が入射する三角錐状にえぐれた凹面１１を有している。この凹面１１が、一方の面となる。
【００１８】
そして、導光体２は、一方の面とは反対側に、球形をなしＬＥＤ部材３から発せられた光を出射するドーム形状の出射面１２（他方の面）を有している。すなわち、導光体２は、平滑な凹面１１と球形状の出射面１２を有するメニスカスレンズである。さらに、導光体２は、凹面１１と出射面１２とをつなぐために凹面１１の周囲を円錐台の周面状に取り囲むコバ１３を有している。すなわち、導光体２は、ＬＥＤ部材３から発せられ導光体２内に導光された光であって導光体２の中心軸Ｍに対して大きな角度（たとえば６０から８０度）でＬＥＤ部材３から出射される光を反射する環状の面であるコバ１３を有している。このコバ１３の面は、導光体２の周方向に若干突出する凸面となっている。すなわち、ＬＥＤ部材３側にわずかに突出する曲面となっている。
【００１９】
また、導光体２は、たとえば透明のポリメチルメタクリレート（以下、「ＰＭＭＡ」と略記する。）からなる樹脂成形体である。そして、ＰＭＭＡには、粒子径が２μｍ〜１０μｍの光散乱粒子となる透光性シリコーン粒子を分散させてある。これにより、導光体２は、光拡散体になっている。
【００２０】
以下、導光体２のシリコーン粒子について説明する。このシリコーン粒子は、体積的に一様な散乱能が与えられた導光体であり、散乱微粒子としての球形粒子を多数含んでいる。導光体２の内部に光が入射すると、その光は散乱微粒子によって散乱することになる。
【００２１】
ここで、シリコーン粒子の理論的な基礎を与えるＭｉｅ散乱理論について説明する。Ｍｉｅ散乱理論は、一様な屈折率を有する媒体（マトリックス）中に該媒体と異なる屈折率を有する球形粒子（散乱微粒子）が存在するケースについてマックスウェルの電磁方程式の解を求めたものである。光散乱粒子に相当する散乱微粒子によって散乱した散乱光の角度に依存した強度分布Ｉ（Α、Θ）は下記（１）式で表される。Αは、散乱微粒子の光学的大きさを示すサイズパラメータであり、マトリックス中での光の波長λで規格化された球形粒子（散乱微粒子）の半径ｒに相当する量である。角度Θは散乱角で、入射光の進行方向と同一方向をΘ＝１８０°にとる。
【００２２】
また、（１）式中のｉ１、ｉ２は（４）式で表される。そして、（２）〜（４）式中の下添字ν付のａおよびｂは（５）式で表される。上添字１および下添字νを付したＰ（ｃｏｓΘ）は、Ｌｅｇｅｎｄｒｅの多項式、下添字ν付のａ、ｂは１次、２次のＲｅｃａｔｔｉ−Ｂｅｓｓｅｌ関数Ψ＊、ζ＊（ただし、「＊」は下添字νを意味する。）とその導関数とからなる。ｍはマトリックスを基準にした散乱微粒子の相対屈折率で、ｍ＝ｎｓｃａｔｔｅｒ／ｎｍａｔｒｉｘである。
【００２３】
【数１】
【００２４】
図２は、上記（１）〜（５）式に基づいて、単一真球粒子による強度分布Ｉ（Α、Θ）を示すグラフである。この図２では、原点Ｇの位置に散乱微粒子としての真球粒子があり、下方から入射光が入射した場合の散乱光強度の角度分布Ｉ（Α、Θ）を示している。そして、原点Ｇから各曲線Ｓ１〜Ｓ３までの距離が、それぞれの散乱角方向の散乱光強度である。曲線Ｓ１はΑが１．７であるときの散乱光強度、曲線Ｓ２はΑが１１．５であるときの散乱光強度、曲線Ｓ３はΑが６９．２であるときの散乱光強度を示している。なお、図２においては、散乱光強度を対数目盛で示している。このため、図２では僅かな強度差として見える部分が、実際には非常に大きな差となる。
【００２５】
この図２に示すように、サイズパラメータΑが大きくなればなるほど（ある波長λで考えた場合は真球粒子の粒径が大きくなればなるほど）、上方（照射方向の前方）に対して指向性高く光が散乱されていることがわかる。また、実際のところ、散乱光強度の角度分布Ｉ（Α、Θ）は、入射光波長λを固定すれば、散乱子の半径ｒと、媒体および散乱微粒子の相対屈折率ｍとをパラメータとして制御することができる。なお、導光体２は、前方散乱が大きいものとなっている。
【００２６】
このような、単一真球粒子がＮ個含まれる光散乱導光体に光を入射させると、光は真球粒子により散乱される。散乱光は光散乱導光体中を進み、他の真球粒子により再度散乱される。ある程度以上の体積濃度で粒子を添加した場合には、このような散乱が逐次的に複数回行われた後、光が光散乱導光体から出射する。このような散乱光がさらに散乱されるような現象を多重散乱現象と呼ぶ。このような多重散乱においては、透明ポリマーでの光線追跡法による解析は容易ではない。しかし、モンテカルロ法により光の挙動を追跡し、その特性を解析することはできる。それによると、入射光が無偏光の場合、散乱角の累積分布関数Ｆ（Θ）は下記の（６）式で表される。
【００２７】
【数２】
【００２８】
ここで（６）式中のＩ（Θ）は、（１）式で表されるサイズパラメータΑの真球粒子の散乱強度である。強度Ｉｏの光が光散乱導光体に入射し、距離ｙを透過した後、光の強度が散乱によりＩに減衰したとすると、これらの関係は下記の（７）式で表される。
【００２９】
【数３】
【００３０】
この（７）式中のτは濁度と呼ばれ、媒体の散乱係数に相当するものであり、下記の（８）式のように粒子数Ｎに比例する。なお、（８）式中、σｓは散乱断面積である。
【００３１】
【数４】
【００３２】
（７）式から長さＬの光散乱導光体を散乱せずに透過する確率Ｐｔ（Ｌ）は下記の（９）式で表される。
【００３３】
【数５】
【００３４】
反対に光路長Ｌまでに散乱される確率Ｐｓ（Ｌ）は下記の（１０）式で表される。
【数６】
【００３５】
これらの式からわかるように、濁度τを変えることにより、光散乱導光体内での多重散乱の度合いを制御することができる。
【００３６】
以上の関係式により、散乱微粒子のサイズパラメータΑと濁度τとの少なくとも１つをパラメータとして、光散乱導光体内での多重散乱を制御可能であり、出射面１２における出射光強度と散乱角も適正に設定可能である。
【００３７】
図１に示す樹脂成形体の保持具４は、中央がくり抜かれた円環状の形状をしている。その円環状の内周面は、図１における上側から下側に向かうに従い円環状の径を小さくする傾斜面２１となっている。この傾斜面２１は、断面形状で直線となり、全体形状では凹面とされている。そして、この傾斜面２１には、鏡面となるように鏡面シート（図示省略）が貼付されている。よって、傾斜面２１は、凹面鏡の一部となっている。なお、傾斜面２１は、曲面状の凹部の一部として形成しても良い。このように傾斜面２１は、凹面鏡の一部を形成する構成としているが、傾斜面２１は、凹面鏡としなくても良い。
【００３８】
導光体２は、コバ１３が保持具４の傾斜面２１に対向するように配置されている。また、導光体２のコバ１３は、保持具４の上側の外周の縁部２２にて保持されている。ＬＥＤ部材３は、図１における保持具４の下側面の円形にくり抜かれたくり抜き部２３に対向するように固定されている。その結果、ＬＥＤ部材３の出射位置で導光体２の中心軸Ｍと交差する位置Ｎ１は、凹面１１の円錐状の頂点に対向するようにされている。この出射位置Ｎ１は、ＬＥＤ部材３の中央位置でもある。また、コバ１３と傾斜面２１との間は、凹面１１側から保持具４の上側の外周の縁部２２に向かうに従って隙間の狭くなる間隙２５となっている。
【００３９】
発光装置１におけるＬＥＤ部材３から出射された光の光路について説明する。図３から図６に、その光路の各例を示している。図３は、発光装置１において、ＬＥＤ部材３の中央位置Ｎ１ではなく、中央の出射位置Ｎ１から外周方向にずれた位置、すなわち凹面１１の円錐状の周面に向かう出射位置Ｎ２から出射された光が凹面１１の特定の領域Ｐに照射された場合の光路を示している。その光は、領域Ｐから導光体２に透過される光路Ｌ１と、領域Ｐにて反射される反射光の光路Ｌ２の２つの光路である。出射位置Ｎ１と出射位置Ｎ２を想定するのは、ＬＥＤ部材３の光の出射部位が点ではなく所定の面積を有する領域となるためである。
【００４０】
光路Ｌ１は、ＬＥＤ部材３から出射された光が領域Ｐのある部分に当たり、凹面１１から導光体２の内部へと進入し、出射面１２から外部へ出射する光路である。光路Ｌ２は、ＬＥＤ部材３から出射された光が領域Ｐの他の部分に当たり、凹面１１の領域Ｐで反射し、その後凹面１１の別の領域から導光体２の内部へと進入し、出射面１２から外部へ出射する光路である。なお、光が導光体２の内部へと進入し出射面１２から外部へ出射するまでの間は、光は光散乱粒子の影響を受け、多重散乱する。光路Ｌ１，Ｌ２は、共に散乱が生じていないとしたときの経路であると共に多重散乱を受けた場合であっても確率が高い経路でもある。
【００４１】
図４には、ＬＥＤ部材３の出射位置Ｎ２から出射された光のうち、大きく広がった光が凹面１１の下部領域に照射された光の光路Ｌ３を示している。この下部領域に照射された光は、凹面１１から導光体２の内部へと進入し、その後、コバ１３にて全反射する。このような経路を取る光は、中心軸Ｍに対する広がり角度が６０度を超えるものとなっている。しかし、凹面１１の形状を変えることによって４５度以上のものとしたり、６５度以上のものとしたりすることができる。コバ１３にて全反射した光は、さらに出射面１２にて全反射を繰り返す。このとき、光が導光体２の内部へと進入し出射面１２にて全反射を繰り返し、最後に導光体２の出射面から出射するまでの間は、光は光散乱粒子の影響を受け、多重散乱する。そのため、出射面１２にて全反射を繰り返す過程で、その光の一部は、全反射されずに出射面１２から光が出射されることとなる。この出射される光の光路Ｌ３１，Ｌ３２，Ｌ３３を破線で図４に示す。なお、コバ１３で全反射する光の全てが出射面１２で再度全反射する訳ではない。なお、このコバ１３の役割は、ＬＥＤ部材３の出射範囲を見かけ上広くするものである。
【００４２】
図５には、ＬＥＤ部材３の出射位置Ｎ２から出射された光のうち、図４に示す光よりさらに大きく広がった光が傾斜面２１の鏡面シートに反射してコバ１３の特定の領域Ｑに照射された光の光路を示している。ＬＥＤ部材３から出射された光が領域Ｑに照射されると、その光は、２つの光路Ｌ４，Ｌ５をとる。光路Ｌ４は、ＬＥＤ部材３から出射された光が領域Ｑに当たり、コバ１３から導光体２の内部へと進入する光路である。光路Ｌ５は、ＬＥＤ部材３から出射された光が領域Ｑに当たり、コバ１３の領域Ｑで反射し、その後再度傾斜面２１の鏡面シートに反射してコバ１３の別の領域から導光体２の内部へと進入する光路である。導光体２の内部へと進入した光は、出射面１２にて全反射を繰り返す。このとき、光が導光体２の内部へと進入し出射面１２にて全反射を繰り返し、最後に出射面１２から出射するまでの間は、光は光散乱粒子の影響を受け、多重散乱する。そのため、出射面１２にて全反射を繰り返す過程で、その光の一部は、全反射されずに出射面１２から出射されることとなる。この出射される光の光路Ｌ４１，Ｌ４２，Ｌ５１，Ｌ５２を破線で図５に示す。
【００４３】
ここで、図４、図５に示すように、コバ１３または保持具４によって反射され、導光体２内に入射した光であって光散乱粒子が無いとした場合の光が出射面１２に入射する入射角をθとし、出射面１２の全反射臨界角をθｃとしたとき、（θｃ×１．７）＞θ＞（θｃ×０．９）の範囲となる入射角θのものは、２０％以上となっている。
【００４４】
図６は、ＬＥＤ部材３から出射される光がＬＥＤ部材３の外周に近い側となる出射位置Ｎ４である場合の光路Ｌ６を示している。ＬＥＤ部材３から出射された光がコバ１３の特定の領域Ｒに照射されると、その光は、光路Ｌ６をとる。光路Ｌ６は、まず、コバ１３から導光体２の内部へと透過し、その後凹面１１を全反射し、さらにその後出射面１２から外部へ出射される。なお、光が導光体２の内部へと透過し出射面１２から外部へ出射するまでの間は、光は光散乱粒子の影響を受け、多重散乱する。さらに、ＬＥＤ部材３の出射位置は、凹面１１に複数向かうようにされていても良い。
【００４５】
図７は、発光装置１の上面からの発光状態を示す。また、図８は、発光装置１の側面からの発光状態を示す。図７および図８において、発光状態は、色が白に近づくに従い出射輝度が高くなり、色が黒に近づくに従い出射輝度が低くなるように示している。
【００４６】
また、図９は、比較対象の構成例を示す図であり、特許文献１に開示されているＬＥＤ電球の構成に近づけるべく、円形板状のＬＥＤ部材９１の外表面に拡散シート９２を配置した発光装置９３の縦断面概要図である。図１０は、発光装置９３の上面からの発光状態を示す。また、図１１は、発光装置９３の側面からの発光状態を示す。発光状態は、図７および図８と同様に示している。なお、発光装置１のＬＥＤ部材３と発光装置９３のＬＥＤ部材９１は同一のものを用い、供給電力も同一とした。よって、出射位置Ｎ１，Ｎ２なども発光装置１のそれと同一である。すなわち、出射範囲をＬＥＤ部材３，９１の全範囲とした場合である。これは、図に示すＬＥＤ部材３，９１の左右方向方向の長さを一辺とした四角形の範囲が出射範囲となることを意味する。
【００４７】
図７および図８と、図１０および図１１とを見比べると、発光装置９３よりも発光装置１の方が導光体２全体に光が拡散し、グレアが低減できていることがわかる。すなわち、発光装置９３は、図１０に示すように中央部に高輝度部分、すなわちＬＥＤ部材９１の出射範囲の中央に相当する部分が明確に現われているこれに対し、発光装置１では、図７に示すように中央には高輝度部分はなく、中央を囲むようにして、リング状の高輝度部分が現われている。
【００４８】
（本発明の第２の実施の形態に係る発光装置３１について）
本発明の第２の実施の形態に係る発光装置３１および発光装置３１に用いられる光学素子としての導光体３２の構成について説明する。
【００４９】
図１２は、発光装置３１の縦断面概要図である。発光装置３１は、発光装置１における導光体２の形状が異なる以外は発光装置１と同一の構成である。よって、導光体３２以外の部材については発光装置１と同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００５０】
導光体３２は、ＬＥＤ部材３から発せられる光を導光し内部が充実体とされるものである。導光体３２は、ＬＥＤ部材３から発せられる光が入射する部分の奥側が三角錐状にえぐれ、開口側がその三角錐状の底面から続くように円柱状の空間とされる凹面４１を有している。この凹面４１が、一方の面となる。
【００５１】
そして、導光体３２は、一方の面とは反対側に、球形をなしＬＥＤ部材３から発せられた光を出射する出射面４２（他方の面）を有している。すなわち、導光体３２は、凹面４１と出射面４２を有するメニスカスレンズである。さらに、導光体３２は、凹面４１の周囲を取り囲み凹面４１の開口側内周面と直角をなす円環状部４３と、発光装置１の導光体２におけるコバ１３と同様に円環状部４３を円錐台の周面状に取り囲む環状の面である円環状部４４を有している。これら円環状部４３，４４を総称してコバ４５ということにする。コバ４５は、ＬＥＤ部材３から発せられ導光体２内に導光された光を反射する。
【００５２】
発光装置３１におけるＬＥＤ部材３から出射された光の光路は、発光装置１のそれと略同様である。また、コバ４５または保持具４によって反射され、導光体３２内に入射した光であって光散乱粒子が無いとした場合の光が出射面４２に入射する入射角をθとし、出射面４２の全反射臨界角をθｃとしたとき、（θｃ×１．７）＞θ＞（θｃ×０．９）の範囲となる入射角θのものは、発光装置１同様２０％以上となっている。
【００５３】
図１３は、発光装置３１の上面からの発光状態を示す。また、図１４は、発光装置３１の側面からの発光状態を示す。発光状態は、図７および図８と同様に示している。なお、発光装置３１のＬＥＤ部材３と発光装置１のＬＥＤ装置３は同一のものを用い、供給電力も同一とした。図１３および図１４と、比較対象の図１０および図１１とを見比べると、発光装置９３よりも発光装置３１の方が導光体３２全体に光が拡散し、グレアが低減できていることがわかる。
【００５４】
（本発明の第３の実施の形態に係る発光装置５１について）
本発明の第３の実施の形態に係る発光装置５１および発光装置５１に用いられる光学素子としての導光体３２の構成について説明する。
【００５５】
図１５は、発光装置５１の縦断面概要図である。発光装置５１は、発光装置３１における保持具４の形状が異なり、導光体３２の厚みが若干大きいこと以外は発光装置３１と同一の構成である。よって、保持具５３以外の部材については発光装置３１と同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００５６】
保持具５３の図１５における上側から下側までの高さは、保持具４の３倍である。保持具５３は、中央がくり抜かれた円環状の形状をしている。その円環状の内周面は、図１４における上側から下側に向かうに従い円環状の径を小さくする凹形状かつ曲面形状の傾斜面６１となっている。この傾斜面６１には、鏡面となるように鏡面シート（図示省略）が貼付されている。傾斜面６１は、発光装置１の傾斜面２１と同様に凹面鏡となっている。しかし、傾斜面６１は、凹面鏡としなくても良い。
【００５７】
導光体３２は、コバ４５が保持具５３の傾斜面６１に対向するように配置されている。また、導光体３２のコバ４５は、保持具５３の縁部６２にて保持されている。ＬＥＤ部材３は、図１５における保持具５３の下側面の円形にくり抜かれたくり抜き部６３に対向するようにして固定されている。その結果、ＬＥＤ部材３の出射位置Ｎ１は、凹面４１に向かうように配置されている。また、コバ４５と傾斜面６１との間は、凹面６１側から縁部６２に向かうに従って隙間の狭くなる間隙６４となっている。
【００５８】
発光装置５１におけるＬＥＤ部材３から出射された光の光路は、発光装置１のそれと略同様である。また、コバ４５または保持具５３によって反射され、導光体３２内に入射した光であって光散乱粒子が無いとした場合の光が出射面４２に入射する入射角をθとし、出射面４２の全反射臨界角をθｃとしたとき、（θｃ×１．７）＞θ＞（θｃ×０．９）の範囲となる入射角θのものは、発光装置１同様２０％以上となっている。
【００５９】
図１６は、発光装置５１の上面からの発光状態を示す。また、図１７は、発光装置５１の側面からの発光状態を示す。発光状態は、図７および図８と同様に示している。なお、発光装置５１のＬＥＤ部材３と発光装置１のＬＥＤ部材３は同一のものを用い、供給電力も同一とした。図１６および図１７と、比較対象の図１０および図１１とを見比べると、発光装置９３よりも発光装置５１の方が導光部３２全体に光が拡散し、グレアが低減できていることがわかる。
【００６０】
（本発明の第４の実施の形態に係る発光装置７１について）
本発明の第４の実施の形態に係る発光装置７１および発光装置７１に用いられる光学素子としての導光体２の構成について説明する。
【００６１】
図１８は、発光装置７１の縦断面概要図である。発光装置７１は、発光装置１における光の出射位置が４箇所となったこと以外は発光装置１と同一の構成である。すなわち、１つのＬＥＤ部材３に４つのＬＥＤ３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄが配置される構成となっている。よって、各ＬＥＤ部材３Ａ〜３Ｄの中心となる出射中心位置Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４とＬＥＤ３Ａ〜３Ｄ以外については発光装置１と同一の符号を付し、その説明を省略する。ここで、出射中心位置Ｐ１〜Ｐ４は、コバ１３と凹面１１との境界位置に対向する位置である。
【００６２】
図１９は、発光装置７１のＬＥＤ部材３の平面図である。正方形の部位がＬＥＤ３Ａ〜３Ｄで、その各中心位置が出射中心位置Ｐ１〜Ｐ４となる。発光装置７１におけるＬＥＤ部材３から出射された光の光路は、発光装置１のそれと略同様である。
【００６３】
図２０は、発光装置７１の上面からの発光状態を示す。また、図２１は、発光装置７１の側面からの発光状態を示す。図２０および図２１において、発光状態は、色が白に近づくに従い出射輝度が高くなり、色が黒に近づくに従い出射輝度が低くなるように示している。
【００６４】
また、図２２は、比較例の発光装置９３において、図１８，図１９に示すＬＥＤ部材３を用いた比較例２を示すもので、発光装置の上面からの発光状態を示す。また、図２３は、比較例２の発光装置の側面からの発光状態を示す。発光状態は、図２０および図２１と同様に示している。なお、比較例２の発光装置では、発光装置７１のＬＥＤ部材３と同一のものを用い、供給電力も同一とした。
【００６５】
図２０および図２１と、図２２および図２３とを見比べると、比較例２の発光装置よりも発光装置７１の方が導光体２全体に光が拡散し、グレアが低減できていることがわかる。
【００６６】
（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導光体２，３２は、内部が充実体とされ、凹面１１，４１などから入射された光を導光し出射面１２，４２から出射するメニスカスレンズとし、メニスカスレンズを光を拡散する光散乱粒子が含有された光拡散体で形成した。このため、凹面１１，４１の形状を変えることで配光角を簡単に制御でき、しかもグレアを減少させることができる。また、発光装置１，３１，５１，７１は、出射面１２，４２において光の一部を全反射させ、一方、光の一部を出射させる光路を形成できる。すなわち、出射面１２，４２にて全反射を繰り返す過程で、全反射されずに出射面１２，４２から光が出射される光が存在する。また、全反射をせずに出射面１２，４２から出射する光の方向も拡散される。そのため、出射する光を拡散してグレアを低減できる。
【００６７】
また、出射面１２，４２側が球形をなし、凹面１１，４１と出射面１２，４２とをつなぐ境界部となるコバ１３，４５が、環状の凸面となっている。そのため、中心軸Ｍに対して大きな角度で導光体２，３２に進入してきた光をコバ１３，４５の環状の面にて全反射させやすい。
【００６８】
また、コバ１３，４５が凹面１１，４１から進入してきた光を全反射し、出射面１２，４２側へ光を導くため、ＬＥＤ部材３の出射部位外からも輝度を発生させ、輝度を均一にし、グレアをより防止する。
【００６９】
また、保持具４，５３が、光を導光体２，３２側に反射する反射面を有しているため、保持具４，５３の方向に漏れる光がある場合でも、その光を導光体２，３２へと戻し、発光装置１，３１，５１，７１の発光効率を高める。また、保持具４，５３の反射面によって光を全反射し、導光体２，３２側に導くため、ＬＥＤ部材３の出射部位外からも輝度を発生させ、輝度を均一にし、グレアをより防止できる。
【００７０】
また、発光装置１、３１，５１，７１において、コバ１３，４５または保持具４，５３によって反射され、導光体２，３２内に入射した光であって光散乱粒子が無いとした場合の光が出射面１２，４２に入射する入射角をθとし、出射面１２，４２の全反射臨界角をθｃとしたとき、（θｃ×１．７）＞θ＞（θｃ×０．９）の範囲となる入射角θのものは、２０％以上となっている。そのため、出射面１２，４２における光の全反射の確率が高まり、導光体２，３２の出射面１２，４２の全体から輝度を発生させることができる。この範囲内の光は、導光体２，３２内部で全反射する回数を抑えることができ、高い出射効率を維持できる。また、（θｃ×１．７）＞θ＞（θｃ×１．１）の範囲となる入射角θのものが、３０％以上となることが、より好ましい。この範囲の光は、散乱を受けた際でも全反射し導光体２，３２の側面に出射される確率が高くなり、側面から見た場合でも輝度が均一になる。
【００７１】
また、導光体２，３２には、透光性シリコーン粒子からなる光散乱粒子が含有されている。そのため、従来の光拡散シートを用いた場合の発光装置９３の全体の明るさ（図１０および図１１に示す）に比べて、発光装置１，３１，５１，７１の全体の明るさ（それぞれ図７および図８、図１３および図１４、図１６および図１７、図２０および図２１に示す）が明るい。これは、この光散乱粒子による光拡散は、光吸収の程度が低いためである。
【００７２】
（他の形態）
以上、本発明の実施の形態における導光体２，３２およびそれを用いた発光装置１，３１，５１，７１について説明したが、本発明の要旨を逸脱しない限り種々変更実施可能である。
【００７３】
本発明の実施の形態に係る導光体２，３２は、内部が充実体とされ、凹面１１，４１から入射された光を導光し出射面１２，４２から出射するメニスカスレンズとしている。そして、メニスカスレンズは、光を拡散する光散乱粒子を含有する光拡散体で形成している。しかし、メニスカスレンズは、たとえばポリカーボネート樹脂に光拡散体としてのシリコーン粒子を分散させたもの等としても良い。
【００７４】
また、光拡散体として光散乱粒子を用いる場合には、光散乱粒子の材質、形状、粒径等の諸条件を適宜設定できる。たとえば、光散乱粒子は、その粒子径が２μｍから９μｍの球状かつ透光性のシリコーン粒子としている。しかし、光散乱粒子は、導光体２内の光を多重散乱するものであれば、その材質、形状、粒子径等を問わず、種々のものを用いることができる。ただし、導光体２，３２において入射光の前方散乱を適切な範囲で大きくするためには、粒子径が２μｍから９μｍ、より好ましくは５μｍから９μｍの球状かつ透光性のシリコーン粒子を用いることが好ましい。
【００７５】
また、出射面１２，４２側が球形（ドーム状）をなし、凹面１１，４１と出射面１２，４２とをつなぎ、ＬＥＤ部材３側に突出するコバ１３，４５が、環状の面となっている。しかし、出射面１２，４２側は楕円球のような形状等としても良い。また、コバ１３，４５は、環状の面ではなく、たとえば一部環状が途切れていても良い。また、ＬＥＤ部材３側に突出するコバ１３，４５を設けないようにしても良い。
【００７６】
また、凹面１１，４１は、平滑面とされているが、光を散乱するシボ状になっていても良い。凹面１１，４１をシボ状とすることによって、導光体２，３２内における光の拡散・散乱が促進される。
【００７７】
また、凹面１１，４１と出射面１２，４２との境界部となるコバ１３，４５が凹面１１，４１から導光体２，３２へ進入してきた光を全反射している。しかし、たとえばコバ１３，４５にて光が透過され、保持具４，５３によって反射されることとしても良い。
【００７８】
また、発光装置１，３１，５１，７１は、導光体２，３２を凹面１１，４１側から支える保持具４，５３を有し、保持具４，５３が、光を導光体２，３２側に反射する反射面（傾斜面２１に貼付されている鏡面シート）を有している。しかし、発光装置１，３１，５１，７１は、保持具４，５３とその反射面を省略しても良い。たとえば、コバ１３，４５の面にプリズムを形成して、光を反射することとしても良い。また、傾斜面２１，６１に鏡面シートを貼付するのではなく、蒸着、磨き加工等によって鏡面を形成しても良い。
【００７９】
また、発光装置１、３１，５３において、コバ１３，４５または保持具４，５３によって反射され、導光体２，３２内に入射した光であって光散乱粒子が無いとした場合の光が出射面１２，４２に入射する入射角をθとし、出射面１２，４２の全反射臨界角をθｃとしたとき、（θｃ×１．７）＞θ＞（θｃ×０．９）の範囲となる入射角θのものは、 ２０％以上となっている。しかし、その値は２０％未満としても良い。
【００８０】
また、ＬＥＤ部材３の出射位置Ａ，Ｂは、凹面１１に向かうようにされている。そして、ＬＥＤ部材３の各ＬＥＤ３Ａ〜３Ｄの各出射中心位置Ｐ１〜Ｐ４は、凹面１１とコバ１３の境界位置に向かうようにされている。しかし、各ＬＥＤ３Ａ〜３Ｄの出射中心位置は、コバ１３，４５の部分に向かうようにされていても良い。また、ＬＥＤ部材３の出射位置は、凹面１１およびコバ１３，４５に向かうようにされていても良い。この場合、ＬＥＤは、複数個用いられる。
【００８１】
また、発光部材はＬＥＤに限定されず、有機エレクトロルミネッセンス（Organic Electro-Luminescence、OEL、有機EL）、無機エレクトロルミネッセンス（Inorganic Electro-Luminescence、IEL、無機EL）、レーザー光等の他の発光部材を用いることができる。さらに、ＬＥＤにはチップ型のものを用いているが、レンズ付きのＬＥＤを用いることができる。
【符号の説明】
【００８２】
１，３１，５１，７１ 発光装置
２，３２ 導光体（光学素子、メニスカスレンズ）
３ ＬＥＤ部材（発光部材）
４，５３ 保持具
１１，４１ 凹面（一方の面）
１２，４２ 出射面（他方の面）
１３，４５ コバ
θ 入射角
θｃ 全反射臨界角
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部が充実体とされ、一方の面から入射された光を導光し他方の面から出射する光学素子において、
上記一方の面を凹面とし、上記他方の面を凸面としたメニスカスレンズとし、上記メニスカスレンズを上記光を拡散する光拡散体で形成したことを特徴とする光学素子。
【請求項２】
請求項１記載の光学素子において、
前記他方の面側が球形をなし、
前記一方の面と前記他方の面との境界部となる前記メニスカスレンズのコバが、球形の面とは反対側に突出した環状の面となっていることを特徴とする光学素子。
【請求項３】
請求項１または２記載の光学素子において、
前記一方の面は、前記光を散乱するシボ状になっていることを特徴とする光学素子。
【請求項４】
発光部材と、内部が充実体とされ、上記発光部材から発せられる光が一方の面から入射され他方の面から出射する光学素子とを有する発光装置において、
上記光学素子は、上記一方の面を凹面とし、上記他方の面を凸面としたメニスカスレンズとされ、このメニスカスレンズは、上記光を拡散する光拡散体で形成されていることを特徴とする発光装置。
【請求項５】
請求項４記載の発光装置において、
前記一方の面と前記他方の面との境界部となる前記メニスカスレンズのコバが前記一方の面から進入してきた光を全反射することを特徴とする発光装置。
【請求項６】
請求項４または５記載の発光装置において、
前記光学素子を前記一方の面側から支える保持具を有し、上記保持具が、前記光を前記光学素子側に反射する反射面を有していることを特徴とする発光装置。
【請求項７】
請求項５または６記載の発光装置において、
前記コバまたは前記保持具によって反射され、前記メニスカスレンズ内に入射した光であって光散乱体が無いとした場合の光が前記他方の面に入射する入射角をθとし、前記他方の面の全反射臨界角をθｃとしたとき、（θｃ×１．７）＞θ＞（θｃ×０．９）の範囲となる入射角θのものを２０％以上としたことを特徴とする発光装置。
【請求項１】
内部が充実体とされ、一方の面から入射された光を導光し他方の面から出射する光学素子において、
上記一方の面を凹面とし、上記他方の面を凸面としたメニスカスレンズとし、上記メニスカスレンズを上記光を拡散する光拡散体で形成したことを特徴とする光学素子。
【請求項２】
請求項１記載の光学素子において、
前記他方の面側が球形をなし、
前記一方の面と前記他方の面との境界部となる前記メニスカスレンズのコバが、球形の面とは反対側に突出した環状の面となっていることを特徴とする光学素子。
【請求項３】
請求項１または２記載の光学素子において、
前記一方の面は、前記光を散乱するシボ状になっていることを特徴とする光学素子。
【請求項４】
発光部材と、内部が充実体とされ、上記発光部材から発せられる光が一方の面から入射され他方の面から出射する光学素子とを有する発光装置において、
上記光学素子は、上記一方の面を凹面とし、上記他方の面を凸面としたメニスカスレンズとされ、このメニスカスレンズは、上記光を拡散する光拡散体で形成されていることを特徴とする発光装置。
【請求項５】
請求項４記載の発光装置において、
前記一方の面と前記他方の面との境界部となる前記メニスカスレンズのコバが前記一方の面から進入してきた光を全反射することを特徴とする発光装置。
【請求項６】
請求項４または５記載の発光装置において、
前記光学素子を前記一方の面側から支える保持具を有し、上記保持具が、前記光を前記光学素子側に反射する反射面を有していることを特徴とする発光装置。
【請求項７】
請求項５または６記載の発光装置において、
前記コバまたは前記保持具によって反射され、前記メニスカスレンズ内に入射した光であって光散乱体が無いとした場合の光が前記他方の面に入射する入射角をθとし、前記他方の面の全反射臨界角をθｃとしたとき、（θｃ×１．７）＞θ＞（θｃ×０．９）の範囲となる入射角θのものを２０％以上としたことを特徴とする発光装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【公開番号】特開２０１１−４９２３３（Ｐ２０１１−４９２３３Ａ）
【公開日】平成２３年３月１０日（２０１１．３．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１９４４５７（Ｐ２００９−１９４４５７）
【出願日】平成２１年８月２５日（２００９．８．２５）
【出願人】（０００２２７３６４）日東光学株式会社 (151)
【出願人】（５９１０６１０４６）
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年３月１０日（２０１１．３．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年８月２５日（２００９．８．２５）
【出願人】（０００２２７３６４）日東光学株式会社 (151)
【出願人】（５９１０６１０４６）
【Ｆターム（参考）】
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