光束制御部材、これを備えた光学装置および光束整形方法
【課題】所望の配光特性を簡便かつ確実に得ることができるとともに、得られる配光特性の多様化およびこれにともなう汎用性の向上を図ることができる光束制御部材、これを備えた光学装置および光束整形方法を提供すること。
【解決手段】入射領域２は、光源４から出射された光を、光軸全体を含む任意の仮想平面上における光軸を基準として対称な所定の２方向において光強度の最大値を示すような第１の配光特性を有する光に整形し、出射領域３は、入射領域２によって整形された第１の配光特性を有する光を、所望の配光特性である第２の配光特性を有する光に整形すること。
【解決手段】入射領域２は、光源４から出射された光を、光軸全体を含む任意の仮想平面上における光軸を基準として対称な所定の２方向において光強度の最大値を示すような第１の配光特性を有する光に整形し、出射領域３は、入射領域２によって整形された第１の配光特性を有する光を、所望の配光特性である第２の配光特性を有する光に整形すること。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光束制御部材、これを備えた光学装置および光束整形方法に係り、特に、光源から出射された光を所望の配光特性を有する光に整形して被照射面に照射するのに好適な光束制御部材、これを備えた光学装置および光束整形方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、薄型化および軽量化に適した光束制御部材として、光の入射領域が同心円環状（輪帯状）の複数の領域に分割された断面鋸刃状の形状（以下、フレネル形状と称する）を有する光束制御部材（いわゆるフレネルレンズ）が知られており、この種の光束制御部材は、薄型化が特に有利な用途（例えば、ルーペ、照明系）等に用いられていた（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
この種の光束制御部材を照明用途の製品に組み込む場合には、フレネル形状に形成された入射領域側に、ＬＥＤ（発光ダイオード：Light Emitting Diode）等の光源（発光素子）を、この光源から出射される光（光束）の中心軸（中心光）が光束制御部材の光軸と同軸となるように位置合わせを行った上で固定するようになっていた。
【０００４】
また、この種の光束制御部材におけるフレネル形状には、光源から出射された光を屈折させる屈折面のみを備えたタイプのものと、屈折面だけでなく反射面も備えたタイプのものとがあったが、後者は、光源から出射された光を効率良く利用する上で前者よりも有利であった。
【０００５】
具体的には、光源の一例としてのＬＥＤは、いわゆるランバーシアン分布にしたがった配光特性を有する広がり角が大きい光を出射するようになっており、この光を照明等の用途に効率的に利用するには、その光を光束制御部材によって光軸側に収束させて、指向性を高めたいという市場の要求がある。そこで、ＬＥＤから出射された光を収束させるべく、屈折面のみを備えたフレネル形状を用いる場合には、光束制御部材の入射領域における光の進行方向変化量は屈折面による屈折のみで決まるため、光束制御部材への入射時における光の進行方向（元の進行方向）に対して光束制御部材内を伝搬する光の進行方向は大きな変化を示さないものとなる。このため、特にＬＥＤから広角側に向かって出射された光を屈折によって被照射面側に向かわせることができず、光全体（光束）を十分に収束させることができないことになる。これに対して、反射面を備えたフレネル形状では、光束制御部材に屈折面から入射した光を全反射面で反射して大きく進行方向を変えることが可能であるため、ＬＥＤから広角側に向かって出射された光についても、被照射面側に向かわせることができる。これにより、ＬＥＤから出射された光を、例えば、光強度（光度）の半値幅が３０°〜５０°とされた配光特性を有する光に整形することは十分に可能であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−１３４３１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来は、光束制御部材によって得られる配光特性が、入射領域のフレネル形状に大きく依存していたため、得ようとする配光特性によっては、これを実現することが困難な場合があるといった問題が生じていた。例えば、半値幅２０°程度の配光特性を得ようとする場合には、これをフレネル形状のみで実現することは、たとえ反射面を備えたフレネル形状を用いる場合であっても難しかった。
【０００８】
すなわち、ＬＥＤから出射されたランバーシアン分布にしたがった配光特性を有する光の半値角は６０°であり、この全光束のうち、元々光軸から２０°の範囲内に存在する光（換言すれば、光束制御部材による収束を然程要しない中央側の光）は、全体の１２％程度である。このため、光軸から２０°よりも大きな角度で出射する残りの大部分の光を光束制御部材によって集光させることによって半値角２０°の配光特性とする必要がある。このとき、ＬＥＤからほぼ真横（光軸方向に対してほぼ垂直）に出射された光も光軸から２０°の範囲内に集光させようとすると７０°近く進行方向を変えなければならない。しかるに、このような光の光路を形成する場合には、フレネル形状を構成する突起部の寸法や角度に製造上無理が生じてしまい、この結果、半値幅２０°の配光特性を実現するためのフレネル形状を設計通りに形成することが困難となっていた。具体的には、光束制御部材を金型を用いて樹脂成形する場合には、半値幅２０°を実現するための尖鋭なフレネル形状では、金型製作が困難であることに加えて、射出成形等における突起部への樹脂材料の充填不足が生じてしまったり、金型からの離型が困難になってしまったりする虞があった。
【０００９】
かかる問題は、半値幅２０°の配光特性に限らず、所望の配光特性（通常は、用途に応じた形状または明るさの照射光パターンを得るために光強度の分布に規則性を持たせたもの）の形成を入射領域のフレネル形状に大きく依存しようとする場合には同様に起こり得る問題である。
【００１０】
また、従来は、フレネル形状が、ＬＥＤの光を光軸（０°）側に収束させるように機能していたため、出射領域において得られる配光特性のバリエーションに制約が課されてしまい、用途に応じた光束整形の自由度を確保することが困難であるといった問題も生じていた。
【００１１】
そこで、本発明は、このような問題点に鑑みなされたものであり、所望の配光特性を簡便かつ確実に得ることができるとともに、得られる配光特性の多様化およびこれにともなう汎用性の向上を図ることができる光束制御部材、これを備えた光学装置および光束整形方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前述した目的を達成するため、本発明の請求項１に係る光束制御部材の特徴は、光源から出射された光が入射する入射領域と、この入射領域に対して光軸方向において反対側に位置し、前記入射領域に入射した光を被照射面側へ向けて出射させる出射領域とを有し、前記光源から出射された光を、所望の配光特性を有する光に整形して前記被照射面に照射する光束制御部材であって、前記入射領域は、前記光源側から平面視した場合に前記光軸を中心とした同心円環状を呈するとともに、前記光軸全体を含む任意の仮想平面で切断した断面が鋸刃状を呈するような径方向において互いに隣接する複数の突起部を有し、前記突起部は、前記光源から出射された光が入射し、この入射した光を屈折させる入射部と、この入射部に対して前記光軸を基準とした前記径方向の外側位置に形成され、前記入射部に入射した光を前記出射領域に向けて全反射させる全反射部とを有し、前記入射領域は、前記光源から出射された光を、前記仮想平面上における前記光軸を基準として対称な所定の２方向において光強度の最大値を示すような第１の配光特性を有する光に整形し、前記出射領域は、前記入射領域によって整形された前記第１の配光特性を有する光を、所望の配光特性である第２の配光特性を有する光に整形する点にある。
【００１３】
そして、この請求項１に係る発明によれば、光源の配光特性に基づいて、光軸方向（０°）よりも広角側の所定の２方向にピーク強度を有するような第１の配光特性を形成した上で、この第１の配光特性に基づいて所望の配光特性（第２の配光特性）を形成することにより、所望の配光特性の形成を入射領域の各突起部に大きく依存しようとする場合に比べて、各突起部の形状の負担を軽減して設計通りの光束制御部材を製造することができるので、所望の配光特性を簡便かつ確実に得ることができる。また、入射領域において第１の配光特性を有する光を整形することにより、従来のフレネル形状のように光軸方向にピーク強度を有する光を整形する場合に比べて、出射領域において最終的に得られる所望の配光特性の態様を増やすことができる。
【００１４】
また、請求項２に係る光束制御部材の特徴は、請求項１において、更に、前記出射領域は、前記光軸を対称軸とした前記被照射面側に凸の円錐面形状に形成され、前記光軸に対して回転対称な円形の前記第２の配光特性が得られる点にある。
【００１５】
そして、この請求項２に係る発明によれば、プロジェクタ等の用途に好適な半値幅が狭い真円配光特性を所望する場合に、これを簡便かつ確実に得ることができる。
【００１６】
さらに、請求項３に係る光束制御部材の特徴は、請求項１において、更に、前記出射領域は、前記被照射面側から平面視した場合に前記光軸周りに中心角１８０°の２つの領域に区分されるとともに、前記２つの領域の境界線の延長方向から見た場合に前記光軸方向における前記光源側に凹のＶ字形状を呈するように形成され、前記光束制御部材からの出射光の前記被照射面における照射範囲が楕円形となるような前記第２の配光特性が得られる点にある。
【００１７】
そして、この請求項３に係る発明によれば、街路灯等の被照射面に対して斜め方向から光を照射して被照射面上に真円状の照射スポットを形成する用途等に好適な楕円配光特性を所望する場合に、これを簡便かつ確実に得ることができる。
【００１８】
さらにまた、請求項４に係る光束制御部材の特徴は、請求項１において、更に、前記出射領域は、前記被照射面側から平面視した場合に前記光軸周りに中心角４５°の８つの領域に区分され、前記８つの領域の各々が隣接する領域との間に形成する８本の境界線のうち４本は、前記光軸側から前記光束制御部材の外縁側に向かって前記光束制御部材の厚みを漸増するような稜線として前記光軸回りに一本置きに形成されるとともに、前記８本の境界線のうち残りの４本は、隣接する前記領域間の谷部に形成され、前記光束制御部材からの出射光の前記被照射面における照射範囲が矩形となるような前記第２の配光特性が得られる点にある。
【００１９】
そして、この請求項４に係る発明によれば、カメラのフラッシュ等の特定の矩形領域を照明する用途に好適な矩形配光特性を所望する場合に、これを簡便かつ確実に得ることができる。
【００２０】
また、請求項５に係る光束制御部材の特徴は、光源から出射された光が入射する入射領域と、この入射領域に対して光軸方向において反対側に位置し、前記入射領域に入射した光が内部入射し、この内部入射した光のうちの入射角が臨界角よりも大きな光を、径方向の外側に向けて全反射させる反入射領域と、この反入射領域に対して径方向の外側に位置し、前記反入射領域によって全反射された光を径方向の外側に向けて出射させる出射領域とを有し、前記光源から出射された光を、所望の配光特性を有する光に整形する光束制御部材であって、前記入射領域は、前記光源側から平面視した場合に前記光軸を中心とした同心円環状を呈するとともに、前記光軸全体を含む任意の仮想平面で切断した断面が鋸刃状を呈するような前記径方向において互いに隣接する複数の突起部を有し、前記突起部は、前記光源から出射された光が入射し、この入射した光を屈折させる入射部と、この入射部に対して前記光軸を基準とした前記径方向の外側位置に形成され、前記入射部に入射した光を前記反入射領域に向けて全反射させる全反射部とを有し、前記入射領域は、前記光源から出射された光を、前記仮想平面上における前記光軸を基準として対称な所定の２方向において光強度の最大値を示すような第１の配光特性を有する光に整形し、前記出射領域は、前記入射領域によって整形された前記第１の配光特性を有する光を、所望の配光特性である第２の配光特性を有する光に整形する点にある。
【００２１】
そして、この請求項５に係る発明によれば、請求項１と同様に、所望の配光特性を簡便かつ確実に得ることができるとともに、出射領域において最終的に得られる所望の配光特性の態様を増やすことができる。
【００２２】
さらに、請求項６に係る光学装置の特徴は、光を出射する光源と、請求項１〜５のいずれか１項に記載の光束制御部材とを備えた点にある。
【００２３】
そして、この請求項６に係る発明によれば、製造容易な構成によって所望の配光特性を確実に得ることができるとともに、真円配光特性、楕円配光特性、矩形配光特性、光源直上付近の輝度を抑えつつ径方向の外側に輝度分布が広がるような所定の配光特性等の得られる配光特性の多様化を実現することができる。
【００２４】
さらにまた、請求項７に係る光整形方法の特徴は、光源から出射された光を、光束制御部材の入射領域に入射させて前記光束制御部材の出射領域から被照射面側に向けて出射させる際に、前記光を所望の配光特性を有する光に整形する光束整形方法であって、前記光束制御部材として、前記入射領域が、前記光源側から平面視した場合に前記光軸を中心とした同心円環状を呈するとともに、前記光軸全体を含む任意の仮想平面で切断した断面が鋸刃状を呈するような径方向において互いに隣接する複数の突起部を有し、前記突起部が、前記光源から出射された光が入射し、この入射した光を屈折させる入射部と、この入射部に対して前記光軸を基準とした前記径方向の外側位置に形成され、前記入射部に入射した光を前記出射領域に向けて全反射させる全反射部とを有するものを使用し、前記入射領域において、前記光源から出射された光を、前記仮想平面上における前記光軸を基準として対称な所定の２方向において光強度の最大値を示すような第１の配光特性を有する光に整形し、次いで、前記出射領域において、前記第１の配光特性を有する光を、所望の配光特性としての第２の配光特性を有する光に整形することを特徴としている。
【００２５】
そして、この請求項７に係る発明によれば、光源から出射された光を、真円配光特性、楕円配光特性または矩形配光特性等の多様な所望の配光特性を有する光に簡便かつ確実に整形することができる。
【００２６】
また、請求項８に係る光整形方法の特徴は、光源から出射された光を、光束制御部材の入射領域に入射させて前記光束制御部材の反入射領域において径方向の外側に向けて全反射させた後に前記光束制御部材の出射領域から径方向の外側に向けて出射させる際に、前記光を所望の配光特性を有する光に整形する光束整形方法であって、前記光束制御部材として、前記入射領域が、前記光源側から平面視した場合に前記光軸を中心とした同心円環状を呈するとともに、前記光軸全体を含む任意の仮想平面で切断した断面が鋸刃状を呈するような前記径方向において互いに隣接する複数の突起部を有し、前記突起部が、前記光源から出射された光が入射し、この入射した光を屈折させる入射部と、この入射部に対して前記光軸を基準とした前記径方向の外側位置に形成され、前記入射部に入射した光を前記反入射領域に向けて全反射させる全反射部とを有するものを使用し、前記入射領域において、前記光源から出射された光を、前記仮想平面上における前記光軸を基準として対称な所定の２方向において光強度の最大値を示すような第１の配光特性を有する光に整形し、前記出射領域において、前記第１の配光特性を有する光を、所望の配光特性としての第２の配光特性を有する光に整形する点にある。
【００２７】
そして、この請求項８に係る発明によれば、光源から出射された光を、光源直上付近の輝度を抑えつつ径方向の外側に輝度分布が広がるような所定の配光特性を有する光に簡便かつ確実に整形することができる。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によれば、所望の配光特性を簡便かつ確実に得ることができるとともに、得られる配光特性の多様化およびこれにともなう汎用性の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明に係る光束制御部材およびこれを備えた光学装置の第１実施形態を示す概略構成図
【図２】図１の光束制御部材の下面図
【図３】図２のＡ−Ａ断面図
【図４】図３の部分拡大図を含む光学装置の要部拡大図
【図５】光軸を含む仮想平面上に光路を有する第１の配光特性の光強度分布図
【図６】第１の配光特性の光束を光軸に直交する仮想平面上に照射した場合の照度分布図
【図７】図５の光強度分布と、光軸と、図６の照度分布が得られる仮想平面との位置関係を説明するための複合座標系
【図８】実施例１の光束制御部材を示す正面図
【図９】図８の平面図
【図１０】図９のＡ−Ａ断面図
【図１１】光軸を含む仮想平面上に光路を有する実施例１における第２の配光特性の光強度分布図
【図１２】実施例１における第２の配光特性の光束を光軸に直交する仮想平面上に照射した場合の照度分布図
【図１３】実施例２の光束制御部材を示す正面図
【図１４】図１３の平面図
【図１５】図１４のＡ−Ａ断面図
【図１６】光軸を含む仮想平面上に光路を有する実施例２における第２の配光特性の光強度分布図
【図１７】実施例２における第２の配光特性の光束を光軸に直交する仮想平面上に照射した場合の照度分布図
【図１８】実施例３の光束制御部材を示す斜視図
【図１９】実施例３の光束制御部材を示す正面図
【図２０】図１９の平面図
【図２１】図１９のＡ−Ａ断面図
【図２２】光軸を含む仮想平面上に光路を有する実施例３における第２の配光特性の光強度分布図
【図２３】実施例３における第２の配光特性の光束を光軸に直交する仮想平面上に照射した場合の照度分布図
【図２４】本発明に係る光束制御部材およびこれを備えた光学装置の第２実施形態を示す概略構成図
【図２５】図２４の光束制御部材の平面図
【図２６】図２４の光束制御部材の下面図
【図２７】図２６のＡ−Ａ断面図
【図２８】光軸を含む仮想平面上に光路を有する第２実施形態における第１の配光特性の光強度分布図
【図２９】光軸を含む仮想平面上に光路を有する第２実施形態における第２の配光特性の光強度分布図
【図３０】第２実施形態の変形例を示す概略構成図
【図３１】図３０の光束制御部材の平面図
【図３２】図３０の光束制御部材の下面図
【図３３】図３２のＡ−Ａ断面図
【発明を実施するための形態】
【００３０】
（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態について、図１〜図２３を参照して説明する。
【００３１】
ここで、図１は、本実施形態における光束制御部材およびこれを備えた光学装置を示す概略構成図である。また、図２は、図１の光束制御部材の下面図である。さらに、図３は、図２のＡ−Ａ断面図である。さらにまた、図４は、図３の部分拡大図を含む光学装置の要部拡大図である。
【００３２】
図１に示すように、本実施形態における光束制御部材１は、光軸ＯＡ方向に所定の厚みを有する円板状の部材本体１ａを有している。この部材本体１ａは、例えば、ＰＭＭＡ（ポリメタクリル酸メチル）、ＰＣ（ポリカーボネート）、ＣＯＰ（シクロオレフィン樹脂）、ＥＰ（エポキシ樹脂）またはシリコーン樹脂等の透明樹脂材料を用いた射出成形法等によって、金型を用いて形成することができる。
【００３３】
また、図１および図２に示すように、部材本体１ａの光軸ＯＡ方向における一方（図１における下方）の端面には、下面図において光軸ＯＡと同心の円形状の外形を呈する入射領域２が形成されている。
【００３４】
さらに、図１に示すように、入射領域２の反対側である部材本体１ａの光軸ＯＡ方向における他方（図１における上方）の端面には、平面図において光軸ＯＡと同心かつ入射領域２と同径の円形状の外形を呈する出射領域３が形成されている。なお、出射領域３は、後述のように、コンセプトに応じた種々の具体的な形状を採ることができるので、図１および図３においては、便宜上、形状を特定しない破線想像線として図示している。
【００３５】
さらにまた、図１および図４に示すように、入射領域２に対して光軸ＯＡ方向に所定の間隔を設けて臨む位置には、ＬＥＤ等の光源４が配置されており、この光源４は、光束制御部材１とともに光学装置５を構成している。図４に示すように、光源４は、光束制御部材１側に向けて光軸ＯＡ方向に対して所定の広がり角を持つ光（光束）Ｌを出射させるようになっている。この光Ｌの中心軸（中心光）は、光束制御部材１の光軸ＯＡと一致している。なお、図４においては、光源４における光軸ＯＡ上の一つの発光点から発光された光Ｌの光路のみが示されているが、実際には、光源４全体では面発光が行われるようになっている。そして、このようにして光源４から出射された光Ｌは、入射領域２に入射し、その後、部材本体１ａの内部の光路上を進行するようになっている。
【００３６】
一方、出射領域３には、入射領域２に入射して部材本体１ａの内部を進行した光源４の光Ｌが、部材本体１ａの内側から入射（内部入射）するようになっている。そして、この内部入射した光Ｌは、出射領域３から被照射面側に出射されるようになっている。
【００３７】
次に、入射領域２について更に詳述すると、図２および図４に示すように、入射領域２は、光軸ＯＡと同心の円形の中央部６と、この中央部６を包囲する複数の突起部７とを有している。
【００３８】
図２および図４に示すように、複数の突起部７は、光軸ＯＡ方向に直交する径方向（図４における横方向）において互いに隣接している。
【００３９】
また、図２に示すように、各突起部７は、下面図において（光源４側から平面視した場合に）光軸ＯＡを中心とした同心円環状を呈するとともに、図３および図４に示すように、光軸ＯＡ全体を含む任意の仮想平面で切断した断面（縦断面）が鋸刃状を呈しており、全体でフレネル形状を構成している。
【００４０】
さらに、図４に示すように、各突起部７は、入射部としての入射面１０と、この入射面１０に対する光軸ＯＡを基準（径方向の内端）とした径方向の外側の位置に形成された全反射部としての全反射面１１とを有している。ここで、入射面１０は、光軸ＯＡを中心とした円筒面に形成されている。一方、全反射面１１は、光軸ＯＡ方向における光源４側（図４における下方）に向かうにしたがって径方向における内側に傾くような光軸ＯＡに対して所定の鋭角の傾斜角（テーパ角）を有する光軸ＯＡと同心のテーパ面に形成されている。これら入射面１０と全反射面１１とは、双方の先端部（図４における下端部）において互いに連接されている。なお、全反射面１１の傾斜角としては、光束制御部材１を金型を用いて樹脂成形する場合に金型における突起部７の先端部の転写面に樹脂材料の充填不足が生じない程度の傾斜角を設定することが望ましい。また、入射面１０は、円筒面に限る必要はなく、光軸ＯＡ方向における光源４側に向かうにしたがって径方向における外側に傾くような光軸ＯＡに対して所定の鋭角の傾斜角を有する光軸ＯＡと同心のテーパ面に形成してもよい。また、入射面１０および全反射面１１ともに、光軸ＯＡを含む断面において変曲点を有するような曲面等で形成してもよい。
【００４１】
ここで、図４に示すように、入射面１０には、光源４から出射された光Ｌが入射するようになっており、この入射した光Ｌは、入射面１０によって全反射面１１側に屈折されるようになっている。
【００４２】
一方、図４に示すように、全反射面１１には、入射面１０によって屈折された光源４の光Ｌが臨界角以上の入射角で内部入射するようになっており、この入射した光Ｌは、全反射面１１によって出射領域３側すなわち被照射面側に全反射されるようになっている。
【００４３】
このとき、全反射面１１は光軸ＯＡを対称軸とした回転対象形状に形成されているため、全反射面１１全体からは、回転対称形状の光束が出射されることになる。
【００４４】
そして、本実施形態においては、このようにして全反射面１１での全反射も利用して入射領域２全体から出射領域３側に向かって進行する光源４の光が、図５および図６に示すような第１の配光特性を有するようになっている。ただし、第１の配光特性とは、光軸ＯＡ全体を含む任意の仮想平面上における光軸ＯＡを基準として対称な所定の２方向において光強度（換言すれば、光度）の最大値を示すような配光特性である。
【００４５】
具体的には、図５には、第１の配光特性として、光束制御部材１内への入射領域２から入射後の光の強度（ｃｄ）の分布（すなわち、光束制御部材１内における配光特性）のシミュレーション結果が、光軸ＯＡを含む仮想平面であるＸＺ平面上のグラフとして表されている。このＸＺ平面は、Ｘ方向を光束制御部材１の径方向にとり、Ｚ方向を光軸ＯＡ方向にとったものである。また、図６は、図５の配光特性を、光軸ＯＡに直交する仮想平面であるＸＹ平面上に表したものである。このＸＹ平面のＸ方向は、図５と同じであり、Ｙ方向については、Ｘ方向に直交するような光束制御部材１の径方向にとられている。なお、図５において、グラフ最下端に示された角度０°は、光軸ＯＡ方向における前方（照射方向）に相当する。また、図５において、グラフの中心点（原点）は、光軸ＯＡと光源４の発光面との交点(発光点)を示している。さら、図６のグラフは、光軸ＯＡ上の光源４より１ｍ（図７中の符号Ｈ）離れた位置に原点がとられており、仮想平面（ＸＹ平面）を照射する光の光強度に応じて照度（グラフ上に示す色の濃淡）が異なっている。すなわち、図５のグラフの中心点にあたる光源４の発光点、光軸ＯＡ、図６の照度分布が得られる仮想平面の位置関係は図７に示す通りとなる。図５に示す第１の配光特性は、ＸＺ平面上において光束制御部材１内に入射した光の光度（ｃｄ）を−１８０°＜θ≦１８０°（角度θは光源４の発光点を原点においた球座標における光軸ＯＡ（Ｚ軸）からの角度）の範囲で測定した結果であり、図７中の角度ψが０°＜ψ≦３６０°内のいずれにおいても、図５に示したものとほぼ同形状のグラフを表すことができる。すなわち、第１の配光特性は、光軸ＯＡ回りにほぼ３６０°回転対称となっている。このことは、図６のイメージからも明らかである。
【００４６】
ここで、図５に示すように、第１の配光特性は、光軸ＯＡを基準（０°）として対称な所定の２方向としての＋２０°付近および−２０°付近の各方向（角度）において、入射領域２からの出射光の強度が最大値（ピーク強度）を示すことが分かる。
【００４７】
このような第１の配光特性は、光源４の発光面から入射領域２までの光軸ＯＡ上の距離を０．７ｍｍに設定し、光源４の発光面サイズを０．７５ｍｍ×０．７５ｍｍ四方に設定することによって実現されている。
【００４８】
このように、本実施形態においては、光源４から出射された光を、入射領域２において第１の配光特性を有する光に整形することができる。
【００４９】
そして、このようにして整形された第１の配光特性を有する光は、入射領域２から出射された後に出射領域３に到達（内部入射）して、この出射領域３の形状に応じた所望の配光特性としての第２の配光特性を有する光に整形されるようになっている。
【００５０】
さらに、このようにして整形された第２の配光特性を有する光は、出射領域３から被照射面側に向かって出射されるようになっている。
【００５１】
このような本実施形態の構成によれば、光源４の配光特性に基づいて第１の配光特性を形成し、次いで、第１の配光特性に基づいて所望の配光特性（第２の配光特性）を形成するといった２段階を踏んで所望の配光特性を得ることにより、光束制御部材全体の配光特性の形成を専ら入射領域に依存する場合に比べて、入射領域２の各突起部７の形状の負担を軽減して設計通りの（成形不良が少ない）光束制御部材を製造することができる。これにより、所望の配光特性を簡便かつ確実に得ることができる。
【００５２】
また、本実施形態によれば、入射領域２において第１の配光特性を有する光を整形することにより、従来に比べて出射領域３側での光束整形が行い易くなるため、出射領域３において最終的に得られる所望の配光特性の態様を増やすことができる。すなわち、従来のように、フレネル形状における収束によって１方向（光軸ＯＡ方向）に指向性（換言すれば、ピーク強度）を持たせた光の進行方向（換言すれば、配光特性）を、出射領域３側で変更調整できる自由度は、入射領域２側で指向性を２方向に持たせる場合よりも制限されることになる。このことは、出射領域３側で得ることができる所望の配光特性の態様が制限されることを意味している。かといって、入射領域２側で何等指向性を考慮しないで、出射領域３側で所望の配光特性を得ようとする場合には、出射領域３の面形状に著しい負担（複雑化）が生じてしまうことになり、製造上の観点から実現が困難となる。これに対して、本実施形態のように、入射領域２においてＸＺ平面上における所定の２方向に指向性を持たせた光を整形した方が、この光の進行方向を出射領域３側で変更調整できる自由度を広げることができ、また、出射領域３の面形状の負担が過大となることもない。したがって、本実施形態によれば、用途に応じた様々な態様の所望の配光特性を実現することができる。
【００５３】
このような本実施形態の構成によって得ることができる所望の配光特性の具体的な態様は、例えば、以下の実施例１〜３に示すようなものとなる。
【実施例１】
【００５４】
図８は、実施例１の光束制御部材１を示す正面図である。また、図９は、図８の平面図である。さらに、図１０は、図９のＡ−Ａ断面図である。
【００５５】
図８および図９に示すように、本実施例においては、出射領域３が、光軸ＯＡを対称軸とした被照射面側（図８における上側）に凸の簡易な円錐面形状に形成されている。
【００５６】
その他の構成および作用は、図１〜図６について説明したものと同様である。
【００５７】
このような本実施例の光束制御部材１によれば、規則性を持った所望の配光特性（第２の配光特性）として、図１１および図１２に示すような真円配光特性（光軸ＯＡに対して回転対称な円形の配光特性）を確実に得ることができる。ここで、図１１には、本実施例における光束制御部材１の配光特性として、出射領域３からの出射光の強度（ｃｄ）の分布（すなわち、配光特性）のシミュレーション結果が、ＸＺ平面上のグラフとして表されている。また、図１２は、図１１の配光特性をＸＹ平面上のグラフとして表したものである。なお、図１１において、グラフ最下端に示された角度０°は、図５と同様に、光軸ＯＡ方向における前方に相当する。また、図１１において、グラフの中心点（原点）は、光軸ＯＡと出射領域３との交点を示しており、この中心点から角度０°方向に延びる線分は、図５と同様に、光軸ＯＡと同一直線上に仮定した線分である。
【００５８】
ここで、図１１に示すように、本実施例における配光特性は、半値幅が２０°程度に抑えられた配光特性であり、このような配光特性は、プロジェクタ等の用途に好適である。
【実施例２】
【００５９】
図１３は、実施例２の光束制御部材１を示す正面図である。また、図１４は、図１３の平面図である。さらに、図１５は、図１４のＡ−Ａ断面図である。
【００６０】
図１４に示すように、本実施例においては、出射領域３が、平面図において（被照射面側から平面視した場合に）、光軸ＯＡに直交する１本の直線状の境界線ＢＬを以て光軸ＯＡ周りに中心角１８０°の２つの合同な半円形領域３ａ、３ｂに区分された円形状を呈している。なお、本実施例においては各区分領域が半円形で形成されているが、光束制御部材１の形状に応じて多角形で形成しても良い。
【００６１】
また、図１３に示すように、本実施例における出射領域３は、両半円形領域３ａ、３ｂの境界線ＢＬ方向から見た場合に、光軸ＯＡ方向における光源４側（図１３における下側）に凹のＶ字形状を呈している。
【００６２】
このような本実施例における出射領域３の形状は、実施例１と同様に簡易な形状である。その他の構成および作用は、図１〜図６について説明したものと同様である。
【００６３】
このような本実施例の光束制御部材１によれば、規則性を持った所望の配光特性（第２の配光特性）として、図１６および図１７に示すような楕円配光特性を確実に得ることができる。ここで、図１６の概要は、実施例１の図１１と同様であり、また、図１７の概要は、実施例１の図１２と同様である。
【００６４】
本実施例における配光特性は、街路灯等の被照射面に対して斜め方向から光を照射して被照射面上に真円状の照射スポットを形成する用途等に好適である。
【実施例３】
【００６５】
図１８は、実施例３の光束制御部材１を示す斜視図である。また、図１９は、本実施例の光束制御部材１を示す正面図である。さらに、図２０は、図１９の平面図である。さらにまた、図２１は、図１９のＡ−Ａ断面図である。
【００６６】
図２０に示すように、本実施例においては、出射領域３が、平面図において（被照射面側から平面視した場合に）、光軸ＯＡの周りに中心角４５°の８つの合同な扇形領域３Ａ〜３Ｈに区分された円形状を呈しており、これらの扇形領域３Ａ〜３Ｈは、いずれも光軸ＯＡと交わっている。なお、本実施例においては各区分領域が扇形で形成されているが、光束制御部材１の形状に応じて多角形で形成しても良い。
【００６７】
より具体的には、図１８に示すように、８つの扇形領域３Ａ〜３Ｈのうちの光軸ＯＡ回りに１つ飛びおきに配置された所定の４つの扇形領域３Ａ、３Ｃ、３Ｅ、３Ｇは、光軸ＯＡ回りの一方向としての出射領域３を被照射面側から平面視した状態における光軸ＯＡ右回り方向（以下、同様）に向かうにしたがって、光軸ＯＡ方向における被照射面側（図１８における上側）に傾くような上り傾斜面に形成されている。
【００６８】
一方、図１８に示すように、８つの扇形領域３Ａ〜３Ｈのうちの前述した所定の４つの扇形領域３Ａ、３Ｃ、３Ｅ、３Ｇ以外の他の４つの扇形領域３Ｂ、３Ｄ、３Ｆ、３Ｈは、光軸ＯＡ右回り方向に向かうにしたがって光軸ＯＡ方向における光源４側に傾くような下り傾斜面に形成されている。
【００６９】
そして、図１８に示すように、扇形領域３Ａ、３Ｃ、３Ｅ、３Ｇは、これらに光軸ＯＡ右回り方向においてそれぞれ隣位する扇形領域（３Ａに対する３Ｂ、３Ｃに対する３Ｄ、３Ｅに対する３Ｆ、３Ｇに対する３Ｈ）と、光軸ＯＡ側から光束制御部材１の外縁に向かって光束制御部材１の厚みを漸増するような（Ｚ方向の値が漸増するような）稜線で連接されている。また、扇形領域３Ｂ、３Ｄ、３Ｆ、３Ｈは、これらに光軸ＯＡ右回り方向においてそれぞれ隣位する扇形領域（３Ｂに対する３Ｃ、３Ｄに対する３Ｅ、３Ｆに対する３Ｇ、３Ｈに対する３Ａ）とＺ方向の値が一定となるような線で連接され、谷折り形状を呈するようにして連接されている。
【００７０】
このような本実施例における出射領域３の形状は、金型の製造やこれを用いた樹脂成形に支障がないような簡易な形状である。その他の構成および作用は、図１〜図６について説明したものと同様である。
【００７１】
このような本実施例の光束制御部材１によれば、規則性を持った所望の配光特性（第２の配光特性）として、図２２および図２３に示すような矩形配光特性を確実に得ることができる。ここで、図２２の概要は、実施例１の図１１と同様であり、また、図２３の概要は、実施例１の図１２と同様である。
【００７２】
本実施例における配光特性は、カメラのフラッシュ等の特定の矩形領域を照明する用途に好適である。
【００７３】
本実施形態における光束制御部材は、入射領域の反対側に形成された出射領域から出射する光によって第２の配光特性を得るのみでなく、出射領域に内部入射する光を全反射するようにして、出射領域から出射する光と、出射領域において全反射されて出射領域以外の面から出射する光とによって、第２の配光特性を得るようにしてもよい。
【００７４】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について、第１実施形態との差異を中心に、図２４〜図３３を参照して説明する。
【００７５】
なお、本実施形態においては、便宜上、第１実施形態における構成部と名称が同一の構成部については、同一の符号を用いて説明する。
【００７６】
ここで、図２４は、本実施形態における光束制御部材およびこれを備えた光学装置を示す概略構成図である。また、図２５は、図２４の光束制御部材の平面図である。さらに、図２６は、図２４の光束制御部材の下面図である。さらにまた、図２７は、図２６のＡ−Ａ断面図である。
【００７７】
本実施形態における光束制御部材１は、複数の突起部７（フレネル形状）が形成された入射領域２側の構成については、図２６に示すように、突起部７の外側に外周が矩形状に形成された光軸ＯＡに垂直な平坦面２ａが周設されている以外は、第１実施形態と同様である。
【００７８】
これに対して、図２４および図２７に示すように、出射領域３は、第１実施形態のように入射領域２に対して光軸ＯＡ方向における反対側ではなく、入射領域２の側方に形成されており、また、第１実施形態において出射領域３が形成されていた位置には、反入射領域１５が形成されている。
【００７９】
反入射領域１５について更に詳述すると、図２５に示すように、反入射領域１５は、平面図において、光軸ＯＡに直交する中央の１本の直線状の境界線ＢＬｓを以て２つの合同な矩形領域１５ａ、１５ｂに区分された矩形状を呈している。また、図２４および図２７に示すように、反入射領域１５は、両矩形領域１５ａ、１５ｂの境界線ＢＬｓ方向から見た場合に、光軸ＯＡ方向における光源４側（図２４における下側）に凹とされた光軸ＯＡを対称軸として線対称のＶ字形状を呈している。さらに、図２４および図２７に示すように、反入射領域１５は、左側の矩形領域１５ａの左端部が、入射領域２の左端部よりも右方に位置されているとともに、右側の矩形領域１５ｂの右端部が、入射領域２の右端部よりも左方に位置されている。さらにまた、図２５および図２６に示すように、反入射領域１５の前端部は、入射領域２の前端部と前方における形成位置が同位置とされているとともに、反入射領域１５の後端部は、入射領域２の後端部と後方における形成位置が同位置とされている。
【００８０】
このような反入射領域１５ａには、第１実施形態と同様に入射領域２（主に突起部７）において整形された第１の配光特性（図２８参照）を有する光が、部材本体１ａ内を伝播された後に内部入射する。そして、反入射領域１５ａは、この内部入射した光のうちの入射角が臨界角よりも大きな光を、図２４において符号Ｌで示すように、径方向の外側としての図２４および図２７における左右の両側方に向けて全反射させる。なお、反入射領域１５ａには、入射領域２において第１の配光特性を有するように整形された後の光であれば、入射領域２から直接到達した光以外にも、入射領域２の前端部と反入射領域１５の前端部とを接続する部材本体１ａの前側面１ａｆにおける全反射を経た上で到達した光や、入射領域２の後端部と反入射領域１５の後端部とを接続する部材本体１ａの後側面１ａｂにおける全反射を経た上で到達した光が含まれていてもよい。
【００８１】
次に、出射領域３について更に詳述すると、図２４、図２５および図２７に示すように、出射領域３は、反入射領域１５上の境界線ＢＬｓから左右にそれぞれ等距離の位置に分割配置された左側の出射領域３ａと右側の出射領域３ｂとによって構成されている。図２５に示すように、両出射領域３ａ、３ｂは、平面図において、互いに合同な矩形状を呈している。また、図２４および図２７に示すように、両出射領域３ａ、３ｂは、正面図および断面図において、入射領域２側から反入射領域１５側に向かうにしたがって光軸ＯＡ側に傾くような光軸ＯＡを対称軸として互いに線対称の傾斜直線形状を呈している。より具体的に説明すると、左側の出射領域３ａは、反入射領域１５における左側の矩形領域１５ａの左端部に連接されるとともに、入射領域２の左端部に連接された傾斜平面に形成されており、この左側の出射領域３ａは、部材本体１ａの左側面を兼ねている。また、右側の出射領域３ｂは、反入射領域１５における右側の矩形領域１５ｂの右端部に連接されるとともに、入射領域２の右端部に連接された傾斜平面に形成されており、この右側の出射領域３ｂは、部材本体１ａの右側面を兼ねている。さらに、左側の出射領域３ａと反入射領域１５における左側の矩形領域１５ａとの境界線ＢＬｌおよび右側の出射領域３ｂと反入射領域１５における右側の矩形領域１５ｂとの境界線ＢＬｒは、ともに、反入射領域１５上の境界線ＢＬｓに平行とされている。さらにまた、両出射領域３ａ、３ｂの前端部は、それぞれ部材本体１ａの前側面１ａｆにおける左右の端部を兼ねており、また、両出射領域３ａ、３ｂの後端部は、それぞれ部材本体１ａの後側面１ａｂにおける左右の端部を兼ねている。
【００８２】
このような出射領域３（３ａ、３ｂ）には、入射領域２において整形された第１の配光特性を有する光が、部材本体１ａ内を伝播された後に内部入射する。この内部入射する光は、主に、反入射領域１５（１５ａ、１５ｂ）において全反射された光であるが、これ以外にも、入射領域２において第１の配光特性を有するように整形された後の光であれば、入射領域２から直接到達した光や、部材本体１ａの前側面１ａｆまたは後側面１ａｂにおける全反射後に直接到達した光であってもよい。そして、出射領域３は、内部入射した光を、所望の配光特性としての第２の配光特性を有する光に整形して、側方に向けて出射させる。
【００８３】
図２９は、このような本実施形態の光束制御部材１によって整形される第２の配光特性を示したものであり、この配光特性は、光源４に対して径方向における左右の２方向（Ｘ方向）に輝度分布が広範囲にわたって広がるとともに、光源４の直上付近の輝度が抑えられた配光特性となっている。このような配光特性は、特に、複数の光束制御部材１を境界線ＢＬｓ方向に整列配置して面光源を構成する用途に好適である。
【００８４】
なお、反入射領域１５の矩形領域１５ａ、１５ｂは、平面に限る必要はなく、入射領域２からの光に対して臨界角よりも大きな入射角を確保するために好適な曲率を持った曲面に形成してもよい。また、左右の出射領域３ａ、３ｂについても、必要に応じて凸Ｒ面等の曲面に形成してもよい。
【００８５】
なお、本実施形態においては、以下のような変形例を考えることができる。
（変形例）
すなわち、図３０は、変形例として、本実施形態における光束制御部材およびこれを備えた光学装置を示す概略構成図である。また、図３１は、図３０の光束制御部材の平面図である。さらに、図３２は、図３０の光束制御部材の下面図である。さらにまた、図３３は、図３２のＡ−Ａ断面図である。
【００８６】
本変形例における光束制御部材１は、入射領域２に対して光軸ＯＡ方向における反対側に反入射領域１５が形成されているとともに、入射領域２の側方に出射領域３が形成されている点で、図２４〜図２９に示した基本構成と同様である。また、図３３に示すように、本変形例における反入射領域１５は、基本構成と同様に、断面図において、光源４側に凹のＶ字形状に形成されている。
【００８７】
ただし、本変形例においては、基本構成とは異なり、反入射領域１５が、光軸ＯＡを基準軸として回転対称の逆円錐面（テーパ面）に形成されているとともに、出射領域３が、反入射領域１５および入射領域２の外周に周設された円筒面（テーパ面）に形成されている。
【００８８】
このような本変形例の光束制御部材１によって整形される第２の配光特性（図示せず）は、ＸＺ平面上に限って言えば図２９と同様であるが、立体的に見た場合には、光源４に対して径方向における全方位に向けて輝度分布が広範囲にわたって広がるような回転対称形状の配光特性となる。
【００８９】
なお、本発明は、前述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の特徴を損なわない限度において種々変更することができる。
【符号の説明】
【００９０】
１ 光束制御部材
２ 入射領域
３ 出射領域
４ 光源
７ 突起部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光束制御部材、これを備えた光学装置および光束整形方法に係り、特に、光源から出射された光を所望の配光特性を有する光に整形して被照射面に照射するのに好適な光束制御部材、これを備えた光学装置および光束整形方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、薄型化および軽量化に適した光束制御部材として、光の入射領域が同心円環状（輪帯状）の複数の領域に分割された断面鋸刃状の形状（以下、フレネル形状と称する）を有する光束制御部材（いわゆるフレネルレンズ）が知られており、この種の光束制御部材は、薄型化が特に有利な用途（例えば、ルーペ、照明系）等に用いられていた（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
この種の光束制御部材を照明用途の製品に組み込む場合には、フレネル形状に形成された入射領域側に、ＬＥＤ（発光ダイオード：Light Emitting Diode）等の光源（発光素子）を、この光源から出射される光（光束）の中心軸（中心光）が光束制御部材の光軸と同軸となるように位置合わせを行った上で固定するようになっていた。
【０００４】
また、この種の光束制御部材におけるフレネル形状には、光源から出射された光を屈折させる屈折面のみを備えたタイプのものと、屈折面だけでなく反射面も備えたタイプのものとがあったが、後者は、光源から出射された光を効率良く利用する上で前者よりも有利であった。
【０００５】
具体的には、光源の一例としてのＬＥＤは、いわゆるランバーシアン分布にしたがった配光特性を有する広がり角が大きい光を出射するようになっており、この光を照明等の用途に効率的に利用するには、その光を光束制御部材によって光軸側に収束させて、指向性を高めたいという市場の要求がある。そこで、ＬＥＤから出射された光を収束させるべく、屈折面のみを備えたフレネル形状を用いる場合には、光束制御部材の入射領域における光の進行方向変化量は屈折面による屈折のみで決まるため、光束制御部材への入射時における光の進行方向（元の進行方向）に対して光束制御部材内を伝搬する光の進行方向は大きな変化を示さないものとなる。このため、特にＬＥＤから広角側に向かって出射された光を屈折によって被照射面側に向かわせることができず、光全体（光束）を十分に収束させることができないことになる。これに対して、反射面を備えたフレネル形状では、光束制御部材に屈折面から入射した光を全反射面で反射して大きく進行方向を変えることが可能であるため、ＬＥＤから広角側に向かって出射された光についても、被照射面側に向かわせることができる。これにより、ＬＥＤから出射された光を、例えば、光強度（光度）の半値幅が３０°〜５０°とされた配光特性を有する光に整形することは十分に可能であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−１３４３１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来は、光束制御部材によって得られる配光特性が、入射領域のフレネル形状に大きく依存していたため、得ようとする配光特性によっては、これを実現することが困難な場合があるといった問題が生じていた。例えば、半値幅２０°程度の配光特性を得ようとする場合には、これをフレネル形状のみで実現することは、たとえ反射面を備えたフレネル形状を用いる場合であっても難しかった。
【０００８】
すなわち、ＬＥＤから出射されたランバーシアン分布にしたがった配光特性を有する光の半値角は６０°であり、この全光束のうち、元々光軸から２０°の範囲内に存在する光（換言すれば、光束制御部材による収束を然程要しない中央側の光）は、全体の１２％程度である。このため、光軸から２０°よりも大きな角度で出射する残りの大部分の光を光束制御部材によって集光させることによって半値角２０°の配光特性とする必要がある。このとき、ＬＥＤからほぼ真横（光軸方向に対してほぼ垂直）に出射された光も光軸から２０°の範囲内に集光させようとすると７０°近く進行方向を変えなければならない。しかるに、このような光の光路を形成する場合には、フレネル形状を構成する突起部の寸法や角度に製造上無理が生じてしまい、この結果、半値幅２０°の配光特性を実現するためのフレネル形状を設計通りに形成することが困難となっていた。具体的には、光束制御部材を金型を用いて樹脂成形する場合には、半値幅２０°を実現するための尖鋭なフレネル形状では、金型製作が困難であることに加えて、射出成形等における突起部への樹脂材料の充填不足が生じてしまったり、金型からの離型が困難になってしまったりする虞があった。
【０００９】
かかる問題は、半値幅２０°の配光特性に限らず、所望の配光特性（通常は、用途に応じた形状または明るさの照射光パターンを得るために光強度の分布に規則性を持たせたもの）の形成を入射領域のフレネル形状に大きく依存しようとする場合には同様に起こり得る問題である。
【００１０】
また、従来は、フレネル形状が、ＬＥＤの光を光軸（０°）側に収束させるように機能していたため、出射領域において得られる配光特性のバリエーションに制約が課されてしまい、用途に応じた光束整形の自由度を確保することが困難であるといった問題も生じていた。
【００１１】
そこで、本発明は、このような問題点に鑑みなされたものであり、所望の配光特性を簡便かつ確実に得ることができるとともに、得られる配光特性の多様化およびこれにともなう汎用性の向上を図ることができる光束制御部材、これを備えた光学装置および光束整形方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前述した目的を達成するため、本発明の請求項１に係る光束制御部材の特徴は、光源から出射された光が入射する入射領域と、この入射領域に対して光軸方向において反対側に位置し、前記入射領域に入射した光を被照射面側へ向けて出射させる出射領域とを有し、前記光源から出射された光を、所望の配光特性を有する光に整形して前記被照射面に照射する光束制御部材であって、前記入射領域は、前記光源側から平面視した場合に前記光軸を中心とした同心円環状を呈するとともに、前記光軸全体を含む任意の仮想平面で切断した断面が鋸刃状を呈するような径方向において互いに隣接する複数の突起部を有し、前記突起部は、前記光源から出射された光が入射し、この入射した光を屈折させる入射部と、この入射部に対して前記光軸を基準とした前記径方向の外側位置に形成され、前記入射部に入射した光を前記出射領域に向けて全反射させる全反射部とを有し、前記入射領域は、前記光源から出射された光を、前記仮想平面上における前記光軸を基準として対称な所定の２方向において光強度の最大値を示すような第１の配光特性を有する光に整形し、前記出射領域は、前記入射領域によって整形された前記第１の配光特性を有する光を、所望の配光特性である第２の配光特性を有する光に整形する点にある。
【００１３】
そして、この請求項１に係る発明によれば、光源の配光特性に基づいて、光軸方向（０°）よりも広角側の所定の２方向にピーク強度を有するような第１の配光特性を形成した上で、この第１の配光特性に基づいて所望の配光特性（第２の配光特性）を形成することにより、所望の配光特性の形成を入射領域の各突起部に大きく依存しようとする場合に比べて、各突起部の形状の負担を軽減して設計通りの光束制御部材を製造することができるので、所望の配光特性を簡便かつ確実に得ることができる。また、入射領域において第１の配光特性を有する光を整形することにより、従来のフレネル形状のように光軸方向にピーク強度を有する光を整形する場合に比べて、出射領域において最終的に得られる所望の配光特性の態様を増やすことができる。
【００１４】
また、請求項２に係る光束制御部材の特徴は、請求項１において、更に、前記出射領域は、前記光軸を対称軸とした前記被照射面側に凸の円錐面形状に形成され、前記光軸に対して回転対称な円形の前記第２の配光特性が得られる点にある。
【００１５】
そして、この請求項２に係る発明によれば、プロジェクタ等の用途に好適な半値幅が狭い真円配光特性を所望する場合に、これを簡便かつ確実に得ることができる。
【００１６】
さらに、請求項３に係る光束制御部材の特徴は、請求項１において、更に、前記出射領域は、前記被照射面側から平面視した場合に前記光軸周りに中心角１８０°の２つの領域に区分されるとともに、前記２つの領域の境界線の延長方向から見た場合に前記光軸方向における前記光源側に凹のＶ字形状を呈するように形成され、前記光束制御部材からの出射光の前記被照射面における照射範囲が楕円形となるような前記第２の配光特性が得られる点にある。
【００１７】
そして、この請求項３に係る発明によれば、街路灯等の被照射面に対して斜め方向から光を照射して被照射面上に真円状の照射スポットを形成する用途等に好適な楕円配光特性を所望する場合に、これを簡便かつ確実に得ることができる。
【００１８】
さらにまた、請求項４に係る光束制御部材の特徴は、請求項１において、更に、前記出射領域は、前記被照射面側から平面視した場合に前記光軸周りに中心角４５°の８つの領域に区分され、前記８つの領域の各々が隣接する領域との間に形成する８本の境界線のうち４本は、前記光軸側から前記光束制御部材の外縁側に向かって前記光束制御部材の厚みを漸増するような稜線として前記光軸回りに一本置きに形成されるとともに、前記８本の境界線のうち残りの４本は、隣接する前記領域間の谷部に形成され、前記光束制御部材からの出射光の前記被照射面における照射範囲が矩形となるような前記第２の配光特性が得られる点にある。
【００１９】
そして、この請求項４に係る発明によれば、カメラのフラッシュ等の特定の矩形領域を照明する用途に好適な矩形配光特性を所望する場合に、これを簡便かつ確実に得ることができる。
【００２０】
また、請求項５に係る光束制御部材の特徴は、光源から出射された光が入射する入射領域と、この入射領域に対して光軸方向において反対側に位置し、前記入射領域に入射した光が内部入射し、この内部入射した光のうちの入射角が臨界角よりも大きな光を、径方向の外側に向けて全反射させる反入射領域と、この反入射領域に対して径方向の外側に位置し、前記反入射領域によって全反射された光を径方向の外側に向けて出射させる出射領域とを有し、前記光源から出射された光を、所望の配光特性を有する光に整形する光束制御部材であって、前記入射領域は、前記光源側から平面視した場合に前記光軸を中心とした同心円環状を呈するとともに、前記光軸全体を含む任意の仮想平面で切断した断面が鋸刃状を呈するような前記径方向において互いに隣接する複数の突起部を有し、前記突起部は、前記光源から出射された光が入射し、この入射した光を屈折させる入射部と、この入射部に対して前記光軸を基準とした前記径方向の外側位置に形成され、前記入射部に入射した光を前記反入射領域に向けて全反射させる全反射部とを有し、前記入射領域は、前記光源から出射された光を、前記仮想平面上における前記光軸を基準として対称な所定の２方向において光強度の最大値を示すような第１の配光特性を有する光に整形し、前記出射領域は、前記入射領域によって整形された前記第１の配光特性を有する光を、所望の配光特性である第２の配光特性を有する光に整形する点にある。
【００２１】
そして、この請求項５に係る発明によれば、請求項１と同様に、所望の配光特性を簡便かつ確実に得ることができるとともに、出射領域において最終的に得られる所望の配光特性の態様を増やすことができる。
【００２２】
さらに、請求項６に係る光学装置の特徴は、光を出射する光源と、請求項１〜５のいずれか１項に記載の光束制御部材とを備えた点にある。
【００２３】
そして、この請求項６に係る発明によれば、製造容易な構成によって所望の配光特性を確実に得ることができるとともに、真円配光特性、楕円配光特性、矩形配光特性、光源直上付近の輝度を抑えつつ径方向の外側に輝度分布が広がるような所定の配光特性等の得られる配光特性の多様化を実現することができる。
【００２４】
さらにまた、請求項７に係る光整形方法の特徴は、光源から出射された光を、光束制御部材の入射領域に入射させて前記光束制御部材の出射領域から被照射面側に向けて出射させる際に、前記光を所望の配光特性を有する光に整形する光束整形方法であって、前記光束制御部材として、前記入射領域が、前記光源側から平面視した場合に前記光軸を中心とした同心円環状を呈するとともに、前記光軸全体を含む任意の仮想平面で切断した断面が鋸刃状を呈するような径方向において互いに隣接する複数の突起部を有し、前記突起部が、前記光源から出射された光が入射し、この入射した光を屈折させる入射部と、この入射部に対して前記光軸を基準とした前記径方向の外側位置に形成され、前記入射部に入射した光を前記出射領域に向けて全反射させる全反射部とを有するものを使用し、前記入射領域において、前記光源から出射された光を、前記仮想平面上における前記光軸を基準として対称な所定の２方向において光強度の最大値を示すような第１の配光特性を有する光に整形し、次いで、前記出射領域において、前記第１の配光特性を有する光を、所望の配光特性としての第２の配光特性を有する光に整形することを特徴としている。
【００２５】
そして、この請求項７に係る発明によれば、光源から出射された光を、真円配光特性、楕円配光特性または矩形配光特性等の多様な所望の配光特性を有する光に簡便かつ確実に整形することができる。
【００２６】
また、請求項８に係る光整形方法の特徴は、光源から出射された光を、光束制御部材の入射領域に入射させて前記光束制御部材の反入射領域において径方向の外側に向けて全反射させた後に前記光束制御部材の出射領域から径方向の外側に向けて出射させる際に、前記光を所望の配光特性を有する光に整形する光束整形方法であって、前記光束制御部材として、前記入射領域が、前記光源側から平面視した場合に前記光軸を中心とした同心円環状を呈するとともに、前記光軸全体を含む任意の仮想平面で切断した断面が鋸刃状を呈するような前記径方向において互いに隣接する複数の突起部を有し、前記突起部が、前記光源から出射された光が入射し、この入射した光を屈折させる入射部と、この入射部に対して前記光軸を基準とした前記径方向の外側位置に形成され、前記入射部に入射した光を前記反入射領域に向けて全反射させる全反射部とを有するものを使用し、前記入射領域において、前記光源から出射された光を、前記仮想平面上における前記光軸を基準として対称な所定の２方向において光強度の最大値を示すような第１の配光特性を有する光に整形し、前記出射領域において、前記第１の配光特性を有する光を、所望の配光特性としての第２の配光特性を有する光に整形する点にある。
【００２７】
そして、この請求項８に係る発明によれば、光源から出射された光を、光源直上付近の輝度を抑えつつ径方向の外側に輝度分布が広がるような所定の配光特性を有する光に簡便かつ確実に整形することができる。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によれば、所望の配光特性を簡便かつ確実に得ることができるとともに、得られる配光特性の多様化およびこれにともなう汎用性の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明に係る光束制御部材およびこれを備えた光学装置の第１実施形態を示す概略構成図
【図２】図１の光束制御部材の下面図
【図３】図２のＡ−Ａ断面図
【図４】図３の部分拡大図を含む光学装置の要部拡大図
【図５】光軸を含む仮想平面上に光路を有する第１の配光特性の光強度分布図
【図６】第１の配光特性の光束を光軸に直交する仮想平面上に照射した場合の照度分布図
【図７】図５の光強度分布と、光軸と、図６の照度分布が得られる仮想平面との位置関係を説明するための複合座標系
【図８】実施例１の光束制御部材を示す正面図
【図９】図８の平面図
【図１０】図９のＡ−Ａ断面図
【図１１】光軸を含む仮想平面上に光路を有する実施例１における第２の配光特性の光強度分布図
【図１２】実施例１における第２の配光特性の光束を光軸に直交する仮想平面上に照射した場合の照度分布図
【図１３】実施例２の光束制御部材を示す正面図
【図１４】図１３の平面図
【図１５】図１４のＡ−Ａ断面図
【図１６】光軸を含む仮想平面上に光路を有する実施例２における第２の配光特性の光強度分布図
【図１７】実施例２における第２の配光特性の光束を光軸に直交する仮想平面上に照射した場合の照度分布図
【図１８】実施例３の光束制御部材を示す斜視図
【図１９】実施例３の光束制御部材を示す正面図
【図２０】図１９の平面図
【図２１】図１９のＡ−Ａ断面図
【図２２】光軸を含む仮想平面上に光路を有する実施例３における第２の配光特性の光強度分布図
【図２３】実施例３における第２の配光特性の光束を光軸に直交する仮想平面上に照射した場合の照度分布図
【図２４】本発明に係る光束制御部材およびこれを備えた光学装置の第２実施形態を示す概略構成図
【図２５】図２４の光束制御部材の平面図
【図２６】図２４の光束制御部材の下面図
【図２７】図２６のＡ−Ａ断面図
【図２８】光軸を含む仮想平面上に光路を有する第２実施形態における第１の配光特性の光強度分布図
【図２９】光軸を含む仮想平面上に光路を有する第２実施形態における第２の配光特性の光強度分布図
【図３０】第２実施形態の変形例を示す概略構成図
【図３１】図３０の光束制御部材の平面図
【図３２】図３０の光束制御部材の下面図
【図３３】図３２のＡ−Ａ断面図
【発明を実施するための形態】
【００３０】
（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態について、図１〜図２３を参照して説明する。
【００３１】
ここで、図１は、本実施形態における光束制御部材およびこれを備えた光学装置を示す概略構成図である。また、図２は、図１の光束制御部材の下面図である。さらに、図３は、図２のＡ−Ａ断面図である。さらにまた、図４は、図３の部分拡大図を含む光学装置の要部拡大図である。
【００３２】
図１に示すように、本実施形態における光束制御部材１は、光軸ＯＡ方向に所定の厚みを有する円板状の部材本体１ａを有している。この部材本体１ａは、例えば、ＰＭＭＡ（ポリメタクリル酸メチル）、ＰＣ（ポリカーボネート）、ＣＯＰ（シクロオレフィン樹脂）、ＥＰ（エポキシ樹脂）またはシリコーン樹脂等の透明樹脂材料を用いた射出成形法等によって、金型を用いて形成することができる。
【００３３】
また、図１および図２に示すように、部材本体１ａの光軸ＯＡ方向における一方（図１における下方）の端面には、下面図において光軸ＯＡと同心の円形状の外形を呈する入射領域２が形成されている。
【００３４】
さらに、図１に示すように、入射領域２の反対側である部材本体１ａの光軸ＯＡ方向における他方（図１における上方）の端面には、平面図において光軸ＯＡと同心かつ入射領域２と同径の円形状の外形を呈する出射領域３が形成されている。なお、出射領域３は、後述のように、コンセプトに応じた種々の具体的な形状を採ることができるので、図１および図３においては、便宜上、形状を特定しない破線想像線として図示している。
【００３５】
さらにまた、図１および図４に示すように、入射領域２に対して光軸ＯＡ方向に所定の間隔を設けて臨む位置には、ＬＥＤ等の光源４が配置されており、この光源４は、光束制御部材１とともに光学装置５を構成している。図４に示すように、光源４は、光束制御部材１側に向けて光軸ＯＡ方向に対して所定の広がり角を持つ光（光束）Ｌを出射させるようになっている。この光Ｌの中心軸（中心光）は、光束制御部材１の光軸ＯＡと一致している。なお、図４においては、光源４における光軸ＯＡ上の一つの発光点から発光された光Ｌの光路のみが示されているが、実際には、光源４全体では面発光が行われるようになっている。そして、このようにして光源４から出射された光Ｌは、入射領域２に入射し、その後、部材本体１ａの内部の光路上を進行するようになっている。
【００３６】
一方、出射領域３には、入射領域２に入射して部材本体１ａの内部を進行した光源４の光Ｌが、部材本体１ａの内側から入射（内部入射）するようになっている。そして、この内部入射した光Ｌは、出射領域３から被照射面側に出射されるようになっている。
【００３７】
次に、入射領域２について更に詳述すると、図２および図４に示すように、入射領域２は、光軸ＯＡと同心の円形の中央部６と、この中央部６を包囲する複数の突起部７とを有している。
【００３８】
図２および図４に示すように、複数の突起部７は、光軸ＯＡ方向に直交する径方向（図４における横方向）において互いに隣接している。
【００３９】
また、図２に示すように、各突起部７は、下面図において（光源４側から平面視した場合に）光軸ＯＡを中心とした同心円環状を呈するとともに、図３および図４に示すように、光軸ＯＡ全体を含む任意の仮想平面で切断した断面（縦断面）が鋸刃状を呈しており、全体でフレネル形状を構成している。
【００４０】
さらに、図４に示すように、各突起部７は、入射部としての入射面１０と、この入射面１０に対する光軸ＯＡを基準（径方向の内端）とした径方向の外側の位置に形成された全反射部としての全反射面１１とを有している。ここで、入射面１０は、光軸ＯＡを中心とした円筒面に形成されている。一方、全反射面１１は、光軸ＯＡ方向における光源４側（図４における下方）に向かうにしたがって径方向における内側に傾くような光軸ＯＡに対して所定の鋭角の傾斜角（テーパ角）を有する光軸ＯＡと同心のテーパ面に形成されている。これら入射面１０と全反射面１１とは、双方の先端部（図４における下端部）において互いに連接されている。なお、全反射面１１の傾斜角としては、光束制御部材１を金型を用いて樹脂成形する場合に金型における突起部７の先端部の転写面に樹脂材料の充填不足が生じない程度の傾斜角を設定することが望ましい。また、入射面１０は、円筒面に限る必要はなく、光軸ＯＡ方向における光源４側に向かうにしたがって径方向における外側に傾くような光軸ＯＡに対して所定の鋭角の傾斜角を有する光軸ＯＡと同心のテーパ面に形成してもよい。また、入射面１０および全反射面１１ともに、光軸ＯＡを含む断面において変曲点を有するような曲面等で形成してもよい。
【００４１】
ここで、図４に示すように、入射面１０には、光源４から出射された光Ｌが入射するようになっており、この入射した光Ｌは、入射面１０によって全反射面１１側に屈折されるようになっている。
【００４２】
一方、図４に示すように、全反射面１１には、入射面１０によって屈折された光源４の光Ｌが臨界角以上の入射角で内部入射するようになっており、この入射した光Ｌは、全反射面１１によって出射領域３側すなわち被照射面側に全反射されるようになっている。
【００４３】
このとき、全反射面１１は光軸ＯＡを対称軸とした回転対象形状に形成されているため、全反射面１１全体からは、回転対称形状の光束が出射されることになる。
【００４４】
そして、本実施形態においては、このようにして全反射面１１での全反射も利用して入射領域２全体から出射領域３側に向かって進行する光源４の光が、図５および図６に示すような第１の配光特性を有するようになっている。ただし、第１の配光特性とは、光軸ＯＡ全体を含む任意の仮想平面上における光軸ＯＡを基準として対称な所定の２方向において光強度（換言すれば、光度）の最大値を示すような配光特性である。
【００４５】
具体的には、図５には、第１の配光特性として、光束制御部材１内への入射領域２から入射後の光の強度（ｃｄ）の分布（すなわち、光束制御部材１内における配光特性）のシミュレーション結果が、光軸ＯＡを含む仮想平面であるＸＺ平面上のグラフとして表されている。このＸＺ平面は、Ｘ方向を光束制御部材１の径方向にとり、Ｚ方向を光軸ＯＡ方向にとったものである。また、図６は、図５の配光特性を、光軸ＯＡに直交する仮想平面であるＸＹ平面上に表したものである。このＸＹ平面のＸ方向は、図５と同じであり、Ｙ方向については、Ｘ方向に直交するような光束制御部材１の径方向にとられている。なお、図５において、グラフ最下端に示された角度０°は、光軸ＯＡ方向における前方（照射方向）に相当する。また、図５において、グラフの中心点（原点）は、光軸ＯＡと光源４の発光面との交点(発光点)を示している。さら、図６のグラフは、光軸ＯＡ上の光源４より１ｍ（図７中の符号Ｈ）離れた位置に原点がとられており、仮想平面（ＸＹ平面）を照射する光の光強度に応じて照度（グラフ上に示す色の濃淡）が異なっている。すなわち、図５のグラフの中心点にあたる光源４の発光点、光軸ＯＡ、図６の照度分布が得られる仮想平面の位置関係は図７に示す通りとなる。図５に示す第１の配光特性は、ＸＺ平面上において光束制御部材１内に入射した光の光度（ｃｄ）を−１８０°＜θ≦１８０°（角度θは光源４の発光点を原点においた球座標における光軸ＯＡ（Ｚ軸）からの角度）の範囲で測定した結果であり、図７中の角度ψが０°＜ψ≦３６０°内のいずれにおいても、図５に示したものとほぼ同形状のグラフを表すことができる。すなわち、第１の配光特性は、光軸ＯＡ回りにほぼ３６０°回転対称となっている。このことは、図６のイメージからも明らかである。
【００４６】
ここで、図５に示すように、第１の配光特性は、光軸ＯＡを基準（０°）として対称な所定の２方向としての＋２０°付近および−２０°付近の各方向（角度）において、入射領域２からの出射光の強度が最大値（ピーク強度）を示すことが分かる。
【００４７】
このような第１の配光特性は、光源４の発光面から入射領域２までの光軸ＯＡ上の距離を０．７ｍｍに設定し、光源４の発光面サイズを０．７５ｍｍ×０．７５ｍｍ四方に設定することによって実現されている。
【００４８】
このように、本実施形態においては、光源４から出射された光を、入射領域２において第１の配光特性を有する光に整形することができる。
【００４９】
そして、このようにして整形された第１の配光特性を有する光は、入射領域２から出射された後に出射領域３に到達（内部入射）して、この出射領域３の形状に応じた所望の配光特性としての第２の配光特性を有する光に整形されるようになっている。
【００５０】
さらに、このようにして整形された第２の配光特性を有する光は、出射領域３から被照射面側に向かって出射されるようになっている。
【００５１】
このような本実施形態の構成によれば、光源４の配光特性に基づいて第１の配光特性を形成し、次いで、第１の配光特性に基づいて所望の配光特性（第２の配光特性）を形成するといった２段階を踏んで所望の配光特性を得ることにより、光束制御部材全体の配光特性の形成を専ら入射領域に依存する場合に比べて、入射領域２の各突起部７の形状の負担を軽減して設計通りの（成形不良が少ない）光束制御部材を製造することができる。これにより、所望の配光特性を簡便かつ確実に得ることができる。
【００５２】
また、本実施形態によれば、入射領域２において第１の配光特性を有する光を整形することにより、従来に比べて出射領域３側での光束整形が行い易くなるため、出射領域３において最終的に得られる所望の配光特性の態様を増やすことができる。すなわち、従来のように、フレネル形状における収束によって１方向（光軸ＯＡ方向）に指向性（換言すれば、ピーク強度）を持たせた光の進行方向（換言すれば、配光特性）を、出射領域３側で変更調整できる自由度は、入射領域２側で指向性を２方向に持たせる場合よりも制限されることになる。このことは、出射領域３側で得ることができる所望の配光特性の態様が制限されることを意味している。かといって、入射領域２側で何等指向性を考慮しないで、出射領域３側で所望の配光特性を得ようとする場合には、出射領域３の面形状に著しい負担（複雑化）が生じてしまうことになり、製造上の観点から実現が困難となる。これに対して、本実施形態のように、入射領域２においてＸＺ平面上における所定の２方向に指向性を持たせた光を整形した方が、この光の進行方向を出射領域３側で変更調整できる自由度を広げることができ、また、出射領域３の面形状の負担が過大となることもない。したがって、本実施形態によれば、用途に応じた様々な態様の所望の配光特性を実現することができる。
【００５３】
このような本実施形態の構成によって得ることができる所望の配光特性の具体的な態様は、例えば、以下の実施例１〜３に示すようなものとなる。
【実施例１】
【００５４】
図８は、実施例１の光束制御部材１を示す正面図である。また、図９は、図８の平面図である。さらに、図１０は、図９のＡ−Ａ断面図である。
【００５５】
図８および図９に示すように、本実施例においては、出射領域３が、光軸ＯＡを対称軸とした被照射面側（図８における上側）に凸の簡易な円錐面形状に形成されている。
【００５６】
その他の構成および作用は、図１〜図６について説明したものと同様である。
【００５７】
このような本実施例の光束制御部材１によれば、規則性を持った所望の配光特性（第２の配光特性）として、図１１および図１２に示すような真円配光特性（光軸ＯＡに対して回転対称な円形の配光特性）を確実に得ることができる。ここで、図１１には、本実施例における光束制御部材１の配光特性として、出射領域３からの出射光の強度（ｃｄ）の分布（すなわち、配光特性）のシミュレーション結果が、ＸＺ平面上のグラフとして表されている。また、図１２は、図１１の配光特性をＸＹ平面上のグラフとして表したものである。なお、図１１において、グラフ最下端に示された角度０°は、図５と同様に、光軸ＯＡ方向における前方に相当する。また、図１１において、グラフの中心点（原点）は、光軸ＯＡと出射領域３との交点を示しており、この中心点から角度０°方向に延びる線分は、図５と同様に、光軸ＯＡと同一直線上に仮定した線分である。
【００５８】
ここで、図１１に示すように、本実施例における配光特性は、半値幅が２０°程度に抑えられた配光特性であり、このような配光特性は、プロジェクタ等の用途に好適である。
【実施例２】
【００５９】
図１３は、実施例２の光束制御部材１を示す正面図である。また、図１４は、図１３の平面図である。さらに、図１５は、図１４のＡ−Ａ断面図である。
【００６０】
図１４に示すように、本実施例においては、出射領域３が、平面図において（被照射面側から平面視した場合に）、光軸ＯＡに直交する１本の直線状の境界線ＢＬを以て光軸ＯＡ周りに中心角１８０°の２つの合同な半円形領域３ａ、３ｂに区分された円形状を呈している。なお、本実施例においては各区分領域が半円形で形成されているが、光束制御部材１の形状に応じて多角形で形成しても良い。
【００６１】
また、図１３に示すように、本実施例における出射領域３は、両半円形領域３ａ、３ｂの境界線ＢＬ方向から見た場合に、光軸ＯＡ方向における光源４側（図１３における下側）に凹のＶ字形状を呈している。
【００６２】
このような本実施例における出射領域３の形状は、実施例１と同様に簡易な形状である。その他の構成および作用は、図１〜図６について説明したものと同様である。
【００６３】
このような本実施例の光束制御部材１によれば、規則性を持った所望の配光特性（第２の配光特性）として、図１６および図１７に示すような楕円配光特性を確実に得ることができる。ここで、図１６の概要は、実施例１の図１１と同様であり、また、図１７の概要は、実施例１の図１２と同様である。
【００６４】
本実施例における配光特性は、街路灯等の被照射面に対して斜め方向から光を照射して被照射面上に真円状の照射スポットを形成する用途等に好適である。
【実施例３】
【００６５】
図１８は、実施例３の光束制御部材１を示す斜視図である。また、図１９は、本実施例の光束制御部材１を示す正面図である。さらに、図２０は、図１９の平面図である。さらにまた、図２１は、図１９のＡ−Ａ断面図である。
【００６６】
図２０に示すように、本実施例においては、出射領域３が、平面図において（被照射面側から平面視した場合に）、光軸ＯＡの周りに中心角４５°の８つの合同な扇形領域３Ａ〜３Ｈに区分された円形状を呈しており、これらの扇形領域３Ａ〜３Ｈは、いずれも光軸ＯＡと交わっている。なお、本実施例においては各区分領域が扇形で形成されているが、光束制御部材１の形状に応じて多角形で形成しても良い。
【００６７】
より具体的には、図１８に示すように、８つの扇形領域３Ａ〜３Ｈのうちの光軸ＯＡ回りに１つ飛びおきに配置された所定の４つの扇形領域３Ａ、３Ｃ、３Ｅ、３Ｇは、光軸ＯＡ回りの一方向としての出射領域３を被照射面側から平面視した状態における光軸ＯＡ右回り方向（以下、同様）に向かうにしたがって、光軸ＯＡ方向における被照射面側（図１８における上側）に傾くような上り傾斜面に形成されている。
【００６８】
一方、図１８に示すように、８つの扇形領域３Ａ〜３Ｈのうちの前述した所定の４つの扇形領域３Ａ、３Ｃ、３Ｅ、３Ｇ以外の他の４つの扇形領域３Ｂ、３Ｄ、３Ｆ、３Ｈは、光軸ＯＡ右回り方向に向かうにしたがって光軸ＯＡ方向における光源４側に傾くような下り傾斜面に形成されている。
【００６９】
そして、図１８に示すように、扇形領域３Ａ、３Ｃ、３Ｅ、３Ｇは、これらに光軸ＯＡ右回り方向においてそれぞれ隣位する扇形領域（３Ａに対する３Ｂ、３Ｃに対する３Ｄ、３Ｅに対する３Ｆ、３Ｇに対する３Ｈ）と、光軸ＯＡ側から光束制御部材１の外縁に向かって光束制御部材１の厚みを漸増するような（Ｚ方向の値が漸増するような）稜線で連接されている。また、扇形領域３Ｂ、３Ｄ、３Ｆ、３Ｈは、これらに光軸ＯＡ右回り方向においてそれぞれ隣位する扇形領域（３Ｂに対する３Ｃ、３Ｄに対する３Ｅ、３Ｆに対する３Ｇ、３Ｈに対する３Ａ）とＺ方向の値が一定となるような線で連接され、谷折り形状を呈するようにして連接されている。
【００７０】
このような本実施例における出射領域３の形状は、金型の製造やこれを用いた樹脂成形に支障がないような簡易な形状である。その他の構成および作用は、図１〜図６について説明したものと同様である。
【００７１】
このような本実施例の光束制御部材１によれば、規則性を持った所望の配光特性（第２の配光特性）として、図２２および図２３に示すような矩形配光特性を確実に得ることができる。ここで、図２２の概要は、実施例１の図１１と同様であり、また、図２３の概要は、実施例１の図１２と同様である。
【００７２】
本実施例における配光特性は、カメラのフラッシュ等の特定の矩形領域を照明する用途に好適である。
【００７３】
本実施形態における光束制御部材は、入射領域の反対側に形成された出射領域から出射する光によって第２の配光特性を得るのみでなく、出射領域に内部入射する光を全反射するようにして、出射領域から出射する光と、出射領域において全反射されて出射領域以外の面から出射する光とによって、第２の配光特性を得るようにしてもよい。
【００７４】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について、第１実施形態との差異を中心に、図２４〜図３３を参照して説明する。
【００７５】
なお、本実施形態においては、便宜上、第１実施形態における構成部と名称が同一の構成部については、同一の符号を用いて説明する。
【００７６】
ここで、図２４は、本実施形態における光束制御部材およびこれを備えた光学装置を示す概略構成図である。また、図２５は、図２４の光束制御部材の平面図である。さらに、図２６は、図２４の光束制御部材の下面図である。さらにまた、図２７は、図２６のＡ−Ａ断面図である。
【００７７】
本実施形態における光束制御部材１は、複数の突起部７（フレネル形状）が形成された入射領域２側の構成については、図２６に示すように、突起部７の外側に外周が矩形状に形成された光軸ＯＡに垂直な平坦面２ａが周設されている以外は、第１実施形態と同様である。
【００７８】
これに対して、図２４および図２７に示すように、出射領域３は、第１実施形態のように入射領域２に対して光軸ＯＡ方向における反対側ではなく、入射領域２の側方に形成されており、また、第１実施形態において出射領域３が形成されていた位置には、反入射領域１５が形成されている。
【００７９】
反入射領域１５について更に詳述すると、図２５に示すように、反入射領域１５は、平面図において、光軸ＯＡに直交する中央の１本の直線状の境界線ＢＬｓを以て２つの合同な矩形領域１５ａ、１５ｂに区分された矩形状を呈している。また、図２４および図２７に示すように、反入射領域１５は、両矩形領域１５ａ、１５ｂの境界線ＢＬｓ方向から見た場合に、光軸ＯＡ方向における光源４側（図２４における下側）に凹とされた光軸ＯＡを対称軸として線対称のＶ字形状を呈している。さらに、図２４および図２７に示すように、反入射領域１５は、左側の矩形領域１５ａの左端部が、入射領域２の左端部よりも右方に位置されているとともに、右側の矩形領域１５ｂの右端部が、入射領域２の右端部よりも左方に位置されている。さらにまた、図２５および図２６に示すように、反入射領域１５の前端部は、入射領域２の前端部と前方における形成位置が同位置とされているとともに、反入射領域１５の後端部は、入射領域２の後端部と後方における形成位置が同位置とされている。
【００８０】
このような反入射領域１５ａには、第１実施形態と同様に入射領域２（主に突起部７）において整形された第１の配光特性（図２８参照）を有する光が、部材本体１ａ内を伝播された後に内部入射する。そして、反入射領域１５ａは、この内部入射した光のうちの入射角が臨界角よりも大きな光を、図２４において符号Ｌで示すように、径方向の外側としての図２４および図２７における左右の両側方に向けて全反射させる。なお、反入射領域１５ａには、入射領域２において第１の配光特性を有するように整形された後の光であれば、入射領域２から直接到達した光以外にも、入射領域２の前端部と反入射領域１５の前端部とを接続する部材本体１ａの前側面１ａｆにおける全反射を経た上で到達した光や、入射領域２の後端部と反入射領域１５の後端部とを接続する部材本体１ａの後側面１ａｂにおける全反射を経た上で到達した光が含まれていてもよい。
【００８１】
次に、出射領域３について更に詳述すると、図２４、図２５および図２７に示すように、出射領域３は、反入射領域１５上の境界線ＢＬｓから左右にそれぞれ等距離の位置に分割配置された左側の出射領域３ａと右側の出射領域３ｂとによって構成されている。図２５に示すように、両出射領域３ａ、３ｂは、平面図において、互いに合同な矩形状を呈している。また、図２４および図２７に示すように、両出射領域３ａ、３ｂは、正面図および断面図において、入射領域２側から反入射領域１５側に向かうにしたがって光軸ＯＡ側に傾くような光軸ＯＡを対称軸として互いに線対称の傾斜直線形状を呈している。より具体的に説明すると、左側の出射領域３ａは、反入射領域１５における左側の矩形領域１５ａの左端部に連接されるとともに、入射領域２の左端部に連接された傾斜平面に形成されており、この左側の出射領域３ａは、部材本体１ａの左側面を兼ねている。また、右側の出射領域３ｂは、反入射領域１５における右側の矩形領域１５ｂの右端部に連接されるとともに、入射領域２の右端部に連接された傾斜平面に形成されており、この右側の出射領域３ｂは、部材本体１ａの右側面を兼ねている。さらに、左側の出射領域３ａと反入射領域１５における左側の矩形領域１５ａとの境界線ＢＬｌおよび右側の出射領域３ｂと反入射領域１５における右側の矩形領域１５ｂとの境界線ＢＬｒは、ともに、反入射領域１５上の境界線ＢＬｓに平行とされている。さらにまた、両出射領域３ａ、３ｂの前端部は、それぞれ部材本体１ａの前側面１ａｆにおける左右の端部を兼ねており、また、両出射領域３ａ、３ｂの後端部は、それぞれ部材本体１ａの後側面１ａｂにおける左右の端部を兼ねている。
【００８２】
このような出射領域３（３ａ、３ｂ）には、入射領域２において整形された第１の配光特性を有する光が、部材本体１ａ内を伝播された後に内部入射する。この内部入射する光は、主に、反入射領域１５（１５ａ、１５ｂ）において全反射された光であるが、これ以外にも、入射領域２において第１の配光特性を有するように整形された後の光であれば、入射領域２から直接到達した光や、部材本体１ａの前側面１ａｆまたは後側面１ａｂにおける全反射後に直接到達した光であってもよい。そして、出射領域３は、内部入射した光を、所望の配光特性としての第２の配光特性を有する光に整形して、側方に向けて出射させる。
【００８３】
図２９は、このような本実施形態の光束制御部材１によって整形される第２の配光特性を示したものであり、この配光特性は、光源４に対して径方向における左右の２方向（Ｘ方向）に輝度分布が広範囲にわたって広がるとともに、光源４の直上付近の輝度が抑えられた配光特性となっている。このような配光特性は、特に、複数の光束制御部材１を境界線ＢＬｓ方向に整列配置して面光源を構成する用途に好適である。
【００８４】
なお、反入射領域１５の矩形領域１５ａ、１５ｂは、平面に限る必要はなく、入射領域２からの光に対して臨界角よりも大きな入射角を確保するために好適な曲率を持った曲面に形成してもよい。また、左右の出射領域３ａ、３ｂについても、必要に応じて凸Ｒ面等の曲面に形成してもよい。
【００８５】
なお、本実施形態においては、以下のような変形例を考えることができる。
（変形例）
すなわち、図３０は、変形例として、本実施形態における光束制御部材およびこれを備えた光学装置を示す概略構成図である。また、図３１は、図３０の光束制御部材の平面図である。さらに、図３２は、図３０の光束制御部材の下面図である。さらにまた、図３３は、図３２のＡ−Ａ断面図である。
【００８６】
本変形例における光束制御部材１は、入射領域２に対して光軸ＯＡ方向における反対側に反入射領域１５が形成されているとともに、入射領域２の側方に出射領域３が形成されている点で、図２４〜図２９に示した基本構成と同様である。また、図３３に示すように、本変形例における反入射領域１５は、基本構成と同様に、断面図において、光源４側に凹のＶ字形状に形成されている。
【００８７】
ただし、本変形例においては、基本構成とは異なり、反入射領域１５が、光軸ＯＡを基準軸として回転対称の逆円錐面（テーパ面）に形成されているとともに、出射領域３が、反入射領域１５および入射領域２の外周に周設された円筒面（テーパ面）に形成されている。
【００８８】
このような本変形例の光束制御部材１によって整形される第２の配光特性（図示せず）は、ＸＺ平面上に限って言えば図２９と同様であるが、立体的に見た場合には、光源４に対して径方向における全方位に向けて輝度分布が広範囲にわたって広がるような回転対称形状の配光特性となる。
【００８９】
なお、本発明は、前述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の特徴を損なわない限度において種々変更することができる。
【符号の説明】
【００９０】
１ 光束制御部材
２ 入射領域
３ 出射領域
４ 光源
７ 突起部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源から出射された光が入射する入射領域と、
この入射領域に対して光軸方向において反対側に位置し、前記入射領域に入射した光を被照射面側へ向けて出射させる出射領域と
を有し、
前記光源から出射された光を、所望の配光特性を有する光に整形して前記被照射面に照射する光束制御部材であって、
前記入射領域は、前記光源側から平面視した場合に前記光軸を中心とした同心円環状を呈するとともに、前記光軸全体を含む任意の仮想平面で切断した断面が鋸刃状を呈するような径方向において互いに隣接する複数の突起部を有し、
前記突起部は、前記光源から出射された光が入射し、この入射した光を屈折させる入射部と、この入射部に対して前記光軸を基準とした前記径方向の外側位置に形成され、前記入射部に入射した光を前記出射領域に向けて全反射させる全反射部とを有し、
前記入射領域は、前記光源から出射された光を、前記仮想平面上における前記光軸を基準として対称な所定の２方向において光強度の最大値を示すような第１の配光特性を有する光に整形し、
前記出射領域は、前記入射領域によって整形された前記第１の配光特性を有する光を、所望の配光特性である第２の配光特性を有する光に整形すること
を特徴とする光束制御部材。
【請求項２】
前記出射領域は、前記光軸を対称軸とした前記被照射面側に凸の円錐面形状に形成され、前記光軸に対して回転対称な円形の前記第２の配光特性が得られること
を特徴とする請求項１に記載の光束制御部材。
【請求項３】
前記出射領域は、前記被照射面側から平面視した場合に前記光軸周りに中心角１８０°の２つの領域に区分されるとともに、前記２つの領域の境界線の延長方向から見た場合に前記光軸方向における前記光源側に凹のＶ字形状を呈するように形成され、前記光束制御部材からの出射光の前記被照射面における照射範囲が楕円形となるような前記第２の配光特性が得られること
を特徴とする請求項１に記載の光束制御部材。
【請求項４】
前記出射領域は、
前記被照射面側から平面視した場合に前記光軸周りに中心角４５°の８つの領域に区分され、
前記８つの領域の各々が隣接する領域との間に形成する８本の境界線のうち４本は、前記光軸側から前記光束制御部材の外縁側に向かって前記光束制御部材の厚みを漸増するような稜線として前記光軸回りに一本置きに形成されるとともに、前記８本の境界線のうち残りの４本は、隣接する前記領域間の谷部に形成され、
前記光束制御部材からの出射光の前記被照射面における照射範囲が矩形となるような前記第２の配光特性が得られること
を特徴とする請求項１に記載の光束制御部材。
【請求項５】
光源から出射された光が入射する入射領域と、
この入射領域に対して光軸方向において反対側に位置し、前記入射領域に入射した光が内部入射し、この内部入射した光のうちの入射角が臨界角よりも大きな光を、径方向の外側に向けて全反射させる反入射領域と、
この反入射領域に対して径方向の外側に位置し、前記反入射領域によって全反射された光を径方向の外側に向けて出射させる出射領域と
を有し、
前記光源から出射された光を、所望の配光特性を有する光に整形する光束制御部材であって、
前記入射領域は、前記光源側から平面視した場合に前記光軸を中心とした同心円環状を呈するとともに、前記光軸全体を含む任意の仮想平面で切断した断面が鋸刃状を呈するような前記径方向において互いに隣接する複数の突起部を有し、
前記突起部は、前記光源から出射された光が入射し、この入射した光を屈折させる入射部と、この入射部に対して前記光軸を基準とした前記径方向の外側位置に形成され、前記入射部に入射した光を前記反入射領域に向けて全反射させる全反射部とを有し、
前記入射領域は、前記光源から出射された光を、前記仮想平面上における前記光軸を基準として対称な所定の２方向において光強度の最大値を示すような第１の配光特性を有する光に整形し、
前記出射領域は、前記入射領域によって整形された前記第１の配光特性を有する光を、所望の配光特性である第２の配光特性を有する光に整形すること
を特徴とする光束制御部材。
【請求項６】
光を出射する光源と、
請求項１〜５のいずれか１項に記載の光束制御部材と
を備えたことを特徴とする光学装置。
【請求項７】
光源から出射された光を、光束制御部材の入射領域に入射させて前記光束制御部材の出射領域から被照射面側に向けて出射させる際に、前記光を所望の配光特性を有する光に整形する光束整形方法であって、
前記光束制御部材として、前記入射領域が、前記光源側から平面視した場合に前記光軸を中心とした同心円環状を呈するとともに、前記光軸全体を含む任意の仮想平面で切断した断面が鋸刃状を呈するような径方向において互いに隣接する複数の突起部を有し、前記突起部が、前記光源から出射された光が入射し、この入射した光を屈折させる入射部と、この入射部に対して前記光軸を基準とした前記径方向の外側位置に形成され、前記入射部に入射した光を前記出射領域に向けて全反射させる全反射部とを有するものを使用し、
前記入射領域において、前記光源から出射された光を、前記仮想平面上における前記光軸を基準として対称な所定の２方向において光強度の最大値を示すような第１の配光特性を有する光に整形し、
次いで、前記出射領域において、前記第１の配光特性を有する光を、所望の配光特性としての第２の配光特性を有する光に整形すること
を特徴とする光束整形方法。
【請求項８】
光源から出射された光を、光束制御部材の入射領域に入射させて前記光束制御部材の反入射領域において径方向の外側に向けて全反射させた後に前記光束制御部材の出射領域から径方向の外側に向けて出射させる際に、前記光を所望の配光特性を有する光に整形する光束整形方法であって、
前記光束制御部材として、前記入射領域が、前記光源側から平面視した場合に前記光軸を中心とした同心円環状を呈するとともに、前記光軸全体を含む任意の仮想平面で切断した断面が鋸刃状を呈するような前記径方向において互いに隣接する複数の突起部を有し、前記突起部が、前記光源から出射された光が入射し、この入射した光を屈折させる入射部と、この入射部に対して前記光軸を基準とした前記径方向の外側位置に形成され、前記入射部に入射した光を前記反入射領域に向けて全反射させる全反射部とを有するものを使用し、
前記入射領域において、前記光源から出射された光を、前記仮想平面上における前記光軸を基準として対称な所定の２方向において光強度の最大値を示すような第１の配光特性を有する光に整形し、
前記出射領域において、前記第１の配光特性を有する光を、所望の配光特性としての第２の配光特性を有する光に整形すること
を特徴とする光束整形方法。
【請求項１】
光源から出射された光が入射する入射領域と、
この入射領域に対して光軸方向において反対側に位置し、前記入射領域に入射した光を被照射面側へ向けて出射させる出射領域と
を有し、
前記光源から出射された光を、所望の配光特性を有する光に整形して前記被照射面に照射する光束制御部材であって、
前記入射領域は、前記光源側から平面視した場合に前記光軸を中心とした同心円環状を呈するとともに、前記光軸全体を含む任意の仮想平面で切断した断面が鋸刃状を呈するような径方向において互いに隣接する複数の突起部を有し、
前記突起部は、前記光源から出射された光が入射し、この入射した光を屈折させる入射部と、この入射部に対して前記光軸を基準とした前記径方向の外側位置に形成され、前記入射部に入射した光を前記出射領域に向けて全反射させる全反射部とを有し、
前記入射領域は、前記光源から出射された光を、前記仮想平面上における前記光軸を基準として対称な所定の２方向において光強度の最大値を示すような第１の配光特性を有する光に整形し、
前記出射領域は、前記入射領域によって整形された前記第１の配光特性を有する光を、所望の配光特性である第２の配光特性を有する光に整形すること
を特徴とする光束制御部材。
【請求項２】
前記出射領域は、前記光軸を対称軸とした前記被照射面側に凸の円錐面形状に形成され、前記光軸に対して回転対称な円形の前記第２の配光特性が得られること
を特徴とする請求項１に記載の光束制御部材。
【請求項３】
前記出射領域は、前記被照射面側から平面視した場合に前記光軸周りに中心角１８０°の２つの領域に区分されるとともに、前記２つの領域の境界線の延長方向から見た場合に前記光軸方向における前記光源側に凹のＶ字形状を呈するように形成され、前記光束制御部材からの出射光の前記被照射面における照射範囲が楕円形となるような前記第２の配光特性が得られること
を特徴とする請求項１に記載の光束制御部材。
【請求項４】
前記出射領域は、
前記被照射面側から平面視した場合に前記光軸周りに中心角４５°の８つの領域に区分され、
前記８つの領域の各々が隣接する領域との間に形成する８本の境界線のうち４本は、前記光軸側から前記光束制御部材の外縁側に向かって前記光束制御部材の厚みを漸増するような稜線として前記光軸回りに一本置きに形成されるとともに、前記８本の境界線のうち残りの４本は、隣接する前記領域間の谷部に形成され、
前記光束制御部材からの出射光の前記被照射面における照射範囲が矩形となるような前記第２の配光特性が得られること
を特徴とする請求項１に記載の光束制御部材。
【請求項５】
光源から出射された光が入射する入射領域と、
この入射領域に対して光軸方向において反対側に位置し、前記入射領域に入射した光が内部入射し、この内部入射した光のうちの入射角が臨界角よりも大きな光を、径方向の外側に向けて全反射させる反入射領域と、
この反入射領域に対して径方向の外側に位置し、前記反入射領域によって全反射された光を径方向の外側に向けて出射させる出射領域と
を有し、
前記光源から出射された光を、所望の配光特性を有する光に整形する光束制御部材であって、
前記入射領域は、前記光源側から平面視した場合に前記光軸を中心とした同心円環状を呈するとともに、前記光軸全体を含む任意の仮想平面で切断した断面が鋸刃状を呈するような前記径方向において互いに隣接する複数の突起部を有し、
前記突起部は、前記光源から出射された光が入射し、この入射した光を屈折させる入射部と、この入射部に対して前記光軸を基準とした前記径方向の外側位置に形成され、前記入射部に入射した光を前記反入射領域に向けて全反射させる全反射部とを有し、
前記入射領域は、前記光源から出射された光を、前記仮想平面上における前記光軸を基準として対称な所定の２方向において光強度の最大値を示すような第１の配光特性を有する光に整形し、
前記出射領域は、前記入射領域によって整形された前記第１の配光特性を有する光を、所望の配光特性である第２の配光特性を有する光に整形すること
を特徴とする光束制御部材。
【請求項６】
光を出射する光源と、
請求項１〜５のいずれか１項に記載の光束制御部材と
を備えたことを特徴とする光学装置。
【請求項７】
光源から出射された光を、光束制御部材の入射領域に入射させて前記光束制御部材の出射領域から被照射面側に向けて出射させる際に、前記光を所望の配光特性を有する光に整形する光束整形方法であって、
前記光束制御部材として、前記入射領域が、前記光源側から平面視した場合に前記光軸を中心とした同心円環状を呈するとともに、前記光軸全体を含む任意の仮想平面で切断した断面が鋸刃状を呈するような径方向において互いに隣接する複数の突起部を有し、前記突起部が、前記光源から出射された光が入射し、この入射した光を屈折させる入射部と、この入射部に対して前記光軸を基準とした前記径方向の外側位置に形成され、前記入射部に入射した光を前記出射領域に向けて全反射させる全反射部とを有するものを使用し、
前記入射領域において、前記光源から出射された光を、前記仮想平面上における前記光軸を基準として対称な所定の２方向において光強度の最大値を示すような第１の配光特性を有する光に整形し、
次いで、前記出射領域において、前記第１の配光特性を有する光を、所望の配光特性としての第２の配光特性を有する光に整形すること
を特徴とする光束整形方法。
【請求項８】
光源から出射された光を、光束制御部材の入射領域に入射させて前記光束制御部材の反入射領域において径方向の外側に向けて全反射させた後に前記光束制御部材の出射領域から径方向の外側に向けて出射させる際に、前記光を所望の配光特性を有する光に整形する光束整形方法であって、
前記光束制御部材として、前記入射領域が、前記光源側から平面視した場合に前記光軸を中心とした同心円環状を呈するとともに、前記光軸全体を含む任意の仮想平面で切断した断面が鋸刃状を呈するような前記径方向において互いに隣接する複数の突起部を有し、前記突起部が、前記光源から出射された光が入射し、この入射した光を屈折させる入射部と、この入射部に対して前記光軸を基準とした前記径方向の外側位置に形成され、前記入射部に入射した光を前記反入射領域に向けて全反射させる全反射部とを有するものを使用し、
前記入射領域において、前記光源から出射された光を、前記仮想平面上における前記光軸を基準として対称な所定の２方向において光強度の最大値を示すような第１の配光特性を有する光に整形し、
前記出射領域において、前記第１の配光特性を有する光を、所望の配光特性としての第２の配光特性を有する光に整形すること
を特徴とする光束整形方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２４】
【図２５】
【図２７】
【図３３】
【図５】
【図６】
【図１１】
【図１２】
【図１６】
【図１７】
【図２２】
【図２３】
【図２６】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２４】
【図２５】
【図２７】
【図３３】
【図５】
【図６】
【図１１】
【図１２】
【図１６】
【図１７】
【図２２】
【図２３】
【図２６】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【公開番号】特開２０１２−１６８５０１（Ｐ２０１２−１６８５０１Ａ）
【公開日】平成２４年９月６日（２０１２．９．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２００３８７（Ｐ２０１１−２００３８７）
【出願日】平成２３年９月１４日（２０１１．９．１４）
【出願人】（０００２０８７６５）株式会社エンプラス (403)
【公開日】平成２４年９月６日（２０１２．９．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月１４日（２０１１．９．１４）
【出願人】（０００２０８７６５）株式会社エンプラス (403)
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