光束制御部材およびこれを備えた光学装置
【課題】製造上無理のない設計によって不要光による配光特性の劣化を簡便かつ確実に抑制することができるとともに、光利用効率を向上させること。
【解決手段】突起部１１は、第１面１４（入射面）と第２面１５（全反射面）との間に第３面２３を有し、第３面２３は、第１面１４に連接された一方の端部が第２面１５に連接された他方の端部よりも光源６側に位置するような光軸ＯＡに対して傾きを有する傾斜面に形成され、複数の突起部１１ごとの第３面２３に入射した光を全体として正のパワーを以て出射領域５側に屈折させること。
【解決手段】突起部１１は、第１面１４（入射面）と第２面１５（全反射面）との間に第３面２３を有し、第３面２３は、第１面１４に連接された一方の端部が第２面１５に連接された他方の端部よりも光源６側に位置するような光軸ＯＡに対して傾きを有する傾斜面に形成され、複数の突起部１１ごとの第３面２３に入射した光を全体として正のパワーを以て出射領域５側に屈折させること。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光束制御部材およびこれを備えた光学装置に係り、特に、光源から出射された光を被照射面に照射するのに好適な光束制御部材およびこれを備えた光学装置に関する。
【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）の複数の分割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や不要光の発生による影響を無視できる用途（例えば、ルーペ、照明系）などに用いられていた（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）等の光源を、この光源から出射される光の中心軸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（例えば、ＬＥＤ）から大きな広がり角で出射された光を効率良く捕捉して収束させる上で前者よりも有利であった。
【０００５】
ここで、図１１は、この種の反射面を備えた光束制御部材１の従来の設計例を示したものである。
【０００６】
図１１に示すように、光束制御部材１は、光束の制御に関与する光軸ＯＡを含む円板状の光束制御部２と、この光束制御部２を包囲する円筒状のコバ部３とによって構成されている。この光束制御部材１は、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）、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、金型を用いて一体的に形成することができる。
【０００７】
図１１に示すように、光束制御部２は、光軸ＯＡ方向において互いに対向する入射領域４と出射領域５との２つの光束制御面４、５を有している。また、図１１に断面図で示す光束制御部材１の光束制御部２は、平面図において円形となるように形成される。
【０００８】
ここで、図１１に示すように、入射領域４には、光軸ＯＡ上における入射領域４に対向する位置に配置されたＬＥＤ等の光源６から出射された光Ｌが入射するようになっている。ただし、光源６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Ｌを出射するようになっている。また、光源６から出射される光Ｌの中心軸は、光束制御部材１の光軸ＯＡと設計上において一致している。なお、図１１においては、光源６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６全体では面発光が行われるようになっている。
【０００９】
一方、出射領域５には、入射領域４に入射した光源６の光Ｌが光束制御部２の内部を進行した後に光束制御部２の内側から入射（内部入射）するようになっており、この内部入射した光Ｌは、出射領域５から被照射面側に出射されるようになっている。
【００１０】
入射領域４について更に詳述すると、図１１に示すように、入射領域４は、光軸ＯＡを中心とした円形の中央部８と、この中央部８を包囲する複数の突起部１１とを有している。
【００１１】
図１１に示すように、複数の突起部１１は、径方向（図１１における横方向）において互いに隣接している。
【００１２】
また、各突起部１１は、光軸ＯＡ方向から見た形状が光軸ＯＡを中心とした同心円環状を呈するとともに、図１１に示すように、光軸ＯＡ方向の断面形状（縦断面形状）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。
【００１３】
さらに、図１２において断面拡大図に示すように、各突起部１１は、第１面１４と、この第１面１４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第２面１５とを有している。第１面１４は、光軸ＯＡを中心とした円筒面に形成されている。一方、第２面１５は、光源６側（図１２における下側）に向かうにしたがって光軸ＯＡ側に傾斜するような光軸ＯＡに対して所定の鋭角の傾斜角を有する光軸ＯＡを中心軸とした傾斜面（テーパ面）に形成されている。これら第１面１４と第２面１５とは、双方の先端部（図１２における下端部）において互いに連接されている。
【００１４】
ここで、第１面１４には、光源６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、第１面１４によって第２面１５側に屈折されるようになっている。
【００１５】
一方、第２面１５には、第１面１４によって屈折された光源６の光Ｌが突起部１１の内部側から臨界角以上の入射角で入射するようになっており、この入射した光Ｌは、第２面１５によって出射領域５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。
【００１６】
なお、第２面１５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、第２面１５全体からは、光軸方向に向かってコーン状（円錐状）の光が出射されることになる。
【００１７】
そして、このようにして第２面１５によって全反射された光は、出射領域５に到達した上で、出射領域５から被照射面に向けて出射されることになる。
【００１８】
このような光束制御部材１によれば、光軸ＯＡ方向に十分な高さ（例えば、０．１ｍｍ）に形成された尖鋭な突起部１１の第１面１４によって、光源６から出射された光を効率良く捕捉し、この捕捉された光の多くを第２面１５によって被照射面に向かう光路上へと全反射させるように光束を制御することができ、所望の配光特性を得ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１９】
【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】
【００２０】
しかしながら、図１１および図１２の光束制御部材１の配光特性を理想的な（設計上の）配光特性として、これを狙って実際に金型を用いて光束制御部材１を成形した場合には、金型における突起部１１の先端部の転写面に、樹脂材料の充填不足が生じる場合があった。
【００２１】
そして、このような充填不足が生じた場合に実際に得られる光束制御部材１’は、例えば、図１３および図１４に示すように、突起部１１（第１面１４）の高さが設計上の高さに対して例えば８５％に低減されるとともに、突起部１１の先端部に本来形成されるべきエッジが形成されておらず、その代わりに円孤形状部や曲面部等の成形不良部が形成されたものとなっていた。
【００２２】
ここで、図１３および図１４の光束制御部材１’においては、突起部１１の先端部の成形不良部がレンズ面のように作用することにより、成形不良部への入射光がその曲率中心付近に集光されることになる。そして、この集光された光は、第２面１５に入射せずに、第２面１５によって全反射される正規の光路とは異なる方向へと進行して、被照射面（有効な被照射範囲）に照射されない不要光（迷光）となる。この結果、得られる配光特性が理想的なものよりも劣化することになり、このような光束制御部材１’では、出射光による被照射範囲において十分な照度が得られない。
【００２３】
そして、このような配光特性の劣化は、所望の光学性能を得る観点ばかりでなく、光源の光を効率的に利用する観点からも大きな問題となっていた。
【００２４】
ここで、かかる問題は、元を正せば突起部１１の尖鋭過ぎる形状が成形上金型からの転写が困難であることによるので、初めから充填不足が生じないように金型形状の再現性が良好な突起部１１の形状を設計すれば容易に解決することが可能とも思われる。
【００２５】
そこで、このような観点から、例えば、図１５および図１６に示すような樹脂材料の充填性が改善された光束制御部材１”を考え出すことは難しくない。この光束制御部材１”は、図１１および図１２に示した光束制御部材１の突起部１１の先端部を、光軸ＯＡに垂直な切断線で単純に切り落としたものである。このような光束制御部材１”は、突起部１１の先端部が平坦になっているため、この先端部の転写面への樹脂材料の充填を適切に行うことができるものとなっている。
【００２６】
しかるに、このような光束制御部材１”は、樹脂材料の充填不足による配光特性の設計上からの劣化を抑制する点では前述の問題に対応することができるものの、突起部１１の先端部（平坦部）に入射した光が、第２面１５に入射せずに、第２面１５によって全反射される正規の光路（図１６破線部参照）とは異なる方向へと進行して被照射面に照射されない不要光となるため、図１３および図１４の光束制御部材１’と同様に、得られる配光特性が狙いと異なるものになる。
【００２７】
したがって、図１５および図１６に示したように単純に突起部１１の尖鋭度合いを緩和しただけでは、樹脂材料の充填不足の問題を解決できたとしても、不要光による配光特性の劣化の問題は依然として残ってしまう。
【００２８】
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、製造上無理のない設計によって不要光による配光特性の劣化を簡便かつ確実に抑制することができるとともに、光利用効率を向上させることができる光束制御部材およびこれを備えた光学装置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】
【００２９】
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に向けて出射させる出射領域とを有する光束制御部材であって、前記入射領域は、前記光軸方向から見た形状が光軸を中心とした同心円環状を呈するとともに光軸を含む断面形状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第１面と、この第１面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、前記第１面から入射した光を前記出射領域に向けて全反射させる第２面と、前記第１面と前記第２面との間に、これら両面のそれぞれの前記光源側の端部に連接されるように配置され、前記光源から出射された光が入射する第３面とを有し、前記第３面は、前記第１面に連接された一方の端部が前記第２面に連接された他方の端部よりも前記光軸方向において前記光源側に位置するような前記光軸に対して傾きを有する傾斜面に形成されているとともに、前記複数の突起部ごとの前記第３面に入射した光を、これら各第３面の全体によって正のパワーを以て前記出射領域側に屈折させる点にある。
【００３０】
そして、この請求項１に係る発明によれば、第１面と第２面との間に第３面を挟むことによって、突起部の尖鋭度合いが緩和された製造上無理のない設計を行うことができ、また、第３面を複数の第３面全体で正のパワーを有するような傾斜面に形成したことによって、第３面に入射した光を第２面における全反射を介さずとも被照射面に向かう光路上へと直接的に導光することができるので、不要光の発生を簡便かつ確実に抑制することができるとともに、光源から出射された光を十分に効率的に利用することができ、あわせて、製造性および歩留まりを向上させることができる。
【００３１】
また、請求項２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され、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を有し、前記反入射領域によって全反射された光が被照射面側に向かって進行する光束制御部材であって、前記入射領域は、前記光軸方向から見た形状が光軸を中心とした同心円環状を呈するとともに光軸を含む断面形状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第１面と、この第１面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、前記第１面から入射した光を前記反入射領域に向けて全反射させる第２面と、前記第１面と前記第２面との間に、これら両面のそれぞれの前記光源側の端部に連接されるように配置され、前記光源から出射された光が入射する第３面とを有し、前記第３面は、前記第１面に連接された一方の端部が前記第２面に連接された他方の端部よりも前記光軸方向において前記光源側に位置するような前記光軸に対して傾きを有する傾斜面に形成されているとともに、前記複数の突起部ごとの前記第３面に入射した光を、これら各第３面の全体によって正のパワーを以て前記反入射領域側に屈折させる点にある。
【００３２】
そして、この請求項２に係る発明によれば、第１面と第２面との間に第３面を挟むことによって、突起部の尖鋭度合いが緩和された製造上無理のない設計を行うことができ、また、第３面を複数の第３面全体で正のパワーを有するような傾斜面に形成したことによって、第３面に入射した光を第２面における全反射を介さずとも反入射領域に向かう光路上へと直接的に導光して反入射領域において被照射面側に向けて全反射させることができるので、不要光の発生を簡便かつ確実に抑制することができるとともに、光源から出射された光を十分に効率的に利用することができ、あわせて、製造性および歩留まりを向上させることができる。
【００３３】
さらに、請求項３に係る光束制御部材の特徴は、請求項１または２において、更に、前記第３面は、これに入射した光を、前記第１面および前記第２面のいずれにも入射させないようにして前記出射領域または前記反入射領域に向かわせるような方向に屈折させる点にある。
【００３４】
そして、この請求項３に係る発明によれば、光源から出射された光を被照射面に向かう光路上に導光する第３面の機能が、第１面または第２面によって阻害されることを防止することができるので、不要光の発生をさらに確実に抑制することができるとともに、光利用効率をさらに向上させることができる。
【００３５】
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１〜３のいずれか１項において、更に、次の（１）の条件式、θ１＜θ２＜９０°・・・（１）（但し、θ１：第１面に入射した光の第１面における屈折方向と第１面とのなす角度、θ２：第１面と第３面とのなす角度）を満足する点にある。
【００３６】
そして、この請求項３に係る発明によれば、第１面に入射した光が第３面によって全反射されることを防止することができるので、不要光の発生をさらに有効に防止することができる。
【００３７】
また、請求項５に係る光学装置の特徴は、光源から出射された光を被照射面に照射する光学装置であって、前記光源における前記光の出射側の位置に、請求項１〜４のいずれか１項に記載の光束制御部材が、その入射領域を前記光源側に向けるとともにその光軸を前記光源から出射される光の中心軸に位置合わせした状態で配置されている点にある。
【００３８】
そして、この請求項５に係る発明によれば、不要光の発生を簡便かつ確実に抑制することができるとともに、光源から出射された光を十分に効率的に利用することができ、あわせて、製造性および歩留まりを向上させることができる光学装置を実現することができる。
【００３９】
さらに、請求項６に係る光学装置の特徴は、請求項５において、更に、前記第３面は、前記光源から前記光軸に対して４５°以下の角度で出射された光が入射するような前記入射領域上の範囲内に配置されている点にある。
【００４０】
そして、この請求項５に係る発明によれば、光源から出射された光が第３面に適切に入射し得る入射領域上の範囲内に第３面を配置することによって、第３面を有効に機能させることが可能となる。
【発明の効果】
【００４１】
本発明によれば、製造上無理のない設計によって不要光による配光特性の劣化を簡便かつ確実に抑制することができるとともに、光利用効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明に係る光束制御部材の第１実施形態を示す正面図
【図２】図１の平面図
【図３】図１の下面図
【図４】図２のＡ−Ａ断面を光源とともに示す構成図
【図５】図４の第１の要部拡大図
【図６】図４の第２の要部拡大図
【図７】本発明に係る光束制御部材の第２実施形態を示す断面図
【図８】第２実施形態の実施例として、光束制御部材の配光特性を示すグラフ
【図９】第２実施形態の比較例として、成形不良が生じた光束制御部材を示す断面図
【図１０】図９の光束制御部材の配光特性を示すグラフ
【図１１】理想的な光束制御部材の設計例を示す断面図
【図１２】図１１の要部拡大図
【図１３】樹脂材料の充填不足による成形不良が生じた光束制御部材を示す断面図
【図１４】図１３の要部拡大図
【図１５】理想的な形状から設計を変更した光束制御部材を示す構成図
【図１６】図１５の要部拡大図
【発明を実施するための形態】
【００４３】
（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５を参照して説明する。
【００４４】
なお、図１１〜図１６において説明した従来の光束制御部材１、１’、１”と基本的構成が同一もしくはこれに類する箇所については、同一の符号を用いて説明する。
【００４５】
ここで、図１は、本実施形態における光束制御部材２１を示す正面図である。また、図２は、図１の平面図である。さらに、図３は、図１の下面図である。さらにまた、図４は、図２のＡ−Ａ断面図を光源６とともに示したものであり、この図４は、本実施形態における光学装置の概略構成図に相当する。また、図５は、図４の要部拡大図である。
【００４６】
図１〜４に示すように、本実施形態における光束制御部材２１は、平面図上において円形状の光束制御部２と、この光束制御部２を包囲する円筒状のコバ部３とによって構成され、また、光束制御部２が、フレネル形状を有する入射領域４と、この入射領域４に対して光軸ＯＡ方向において反対側に位置する出射領域５とを有する点で、従来の光束制御部材１、１’、１”と同様である。
【００４７】
また、本実施形態における光束制御部材２１は、図４に示すように、入射領域４に光軸ＯＡ方向において対向する位置に、ＬＥＤ等の所定の広がり角を持った光を発光する光源６（所定の発光面積を持つ点光源）を、その出射光の中心軸が光束制御部材２１の光軸ＯＡに一致するように位置合わせした状態で配置することによって、本実施形態における光学装置を構成するようになっている。そして、このような光束制御部材２１は、光源６からの出射光束を制御して被照射面上に照射するようになっている。
【００４８】
ただし、本実施形態における光束制御部材２１は、フレネル形状を形成する入射領域４の複数の突起部１１が、従来にない特徴的な構成を備えている。
【００４９】
すなわち、図５に示すように、本実施形態においては、突起部１１が、前述した第１面１４および第２面１５に加えて、これら両面１４、１５の間に両面１４、１５のそれぞれの光源６側の端部に連接するように配置された第３面２３を有している。なお、第１面１４および第２面１５は、従来と同一の符号が付されているが、両面１４、１５の光軸ＯＡに対する角度は、従来と同一であってもよいし、異なっていてもよい。また、突起部１１の高さは、図１１および図１２に示した従来の突起部１１の高さ（例えば、０．１ｍｍ）よりも低い高さ（例えば、０．０８ｍｍ）に形成することができる。
【００５０】
ここで、図５に示すように、第３面２３は、第１面１４に連接された一方の端部（図５における左端部）が第２面１５に連接された他方の端部（図５における右端部）よりも光軸ＯＡ方向において光源６側に位置するような光軸ＯＡに対して傾きを有する傾斜面（テーパ面）に形成されている。また、各突起部１１ごとの第３面２３は、全体として正のパワーを持つような傾斜面に形成されている。仮に、光束制御部材２１の第３面２３全体に光軸ＯＡに対して平行な光を入射した場合の光束制御部材２１内における入射光の光路は、光軸ＯＡに近づくような光路となる。このような特性を有する面であれば、第３面２３を直線の他、曲面で形成してもよい。
【００５１】
このように突起部１１を形成することにより、突起部１１の先端部の頂角を図１１および図１２に示した従来の突起部１１の場合よりも大きくすることができる。
【００５２】
すなわち、本実施形態によれば、突起部１１の高さを低く抑えることに加え、突起部１１の頂角を大きくすることができるため、成形時に金型形状を転写し易い製品形状とすることができる。
【００５３】
次に、所定の発光面積をもつ光源６の中心（光源６の発光面と光軸ＯＡとの交点）から出射された光に対する第１面１４、第２面１５および第３面２３による光束制御について説明する。
【００５４】
第１面１４および第３面２３には、光源６から出射された光のうちの互いに隣接する光が、互いに異なる入射角でそれぞれ入射するようになっている。そして、第１面１４に入射した光および第３面２３に入射した光は、各面１４、２３においてスネルの法則にしたがって屈折された上で、突起部１１の内部の光路上を進行するようになっている。
【００５５】
具体的には、第１面１４に入射した光は、第２面１５に臨界角以上の入射角で入射した上で、第２面１５によって出射領域５に向けて全反射されるようになっている。図５における破線は、このような光源６から出射されて第１面１４に入射した光Ｌの光路の１つを示している。
【００５６】
一方、図５に示すように、光源６から出射されて第３面２３に入射した光Ｌ（図５の実線部）は、各第３面２３全体によって正のパワーを以て出射領域５側に屈折されるようになっている。
【００５７】
したがって、本実施形態によれば、第１面１４と第２面１５との間に第３面２３を挟むことによって、突起部１１の尖鋭度合いが緩和された製造上無理のない設計を行うことができる。また、第３面２３を、複数の第３面２３全体で正のパワーを有するような傾斜面に形成したことによって、第３面２３に入射した光Ｌを第２面１５における全反射を介さずとも被照射面に向かう光路上へと直接的に導光することができる。このことは、図５において、実線部の光路が破線部の光路と突起部１１内においてほぼ平行になっていることからも分かる。これにより、不要光の発生を簡便かつ確実に抑制することができるとともに、光源６から出射された光を十分に効率的に利用することができ、あわせて、製造性および歩留まりを向上させることができる。
【００５８】
また、図５に示すように、本実施形態において、各第３面２３は、これらに入射した光Ｌを、第１面１４および第２面１５のいずれにも入射させないようにして出射領域５に向かわせるような方向に屈折させるようになっている。
【００５９】
そして、このような構成により、光源６から出射された光を被照射面に向かう光路上に導光する第３面２３の機能が、第１面１４または第２面１５によって阻害されることを防止することができるので、不要光の発生をさらに確実に抑制することができるとともに、光利用効率をさらに向上させることができる。
【００６０】
さらに、図６に示すように、本実施形態において、光束制御部材２１は、以下の（１）の条件式を満足するようになっている。
【００６１】
θ１＜θ２＜９０° （１）
【００６２】
但し、（１）式におけるθ１は、図６に示すように、光源６から出射されて第１面１４に入射した光Ｌ（破線部）の第１面１４における屈折方向と第１面１４とのなす角度〔°〕である。また、（１）式におけるθ２は、図６に示すように、第１面１４と第３面２３とのなす角度〔°〕である。例えば、最も光軸ＯＡに近い突起部１１は、θ１＝５３°、θ２＝７１°であってもよい。
【００６３】
そして、このような構成により、第１面１４に入射した光が第３面２３によって全反射されることを防止することができるので、不要光の発生をさらに有効に防止することができる。
【００６４】
さらにまた、各第３面２３は、光源６から光軸ＯＡに対して４０〜４５°以下の角度で出射された光が入射するような入射領域４上の範囲内に配置されていてもよい。
【００６５】
このようにすれば、光源６から出射された光が第３面２３に適切に入射し得る入射領域４上の範囲内に第３面２３を配置することによって、第３面２３を有効に機能させることが可能となる。
【００６６】
また、このような光源６からの光の出射角に応じた第３面２３の形成範囲の設定を行う場合には、一般的なＬＥＤが、出射角３０〜６０°において出射光量が多くなるようなランバート分布の配光特性を有するため、光利用効率を考慮して、第３面２３の形成範囲の下限（径方向における内端）を、光源６から出射角３０°で出射された光が入射する入射領域４上の位置としてもよい。このように少なくとも光源６からの出射光量が多い範囲の光が入射する位置の突起部１１に第３面２３が形成されるように入射領域４を構成すれば、その領域に入射する光は確実に方向制御できるため、入射領域４の全領域における突起部１１に第３面２３が形成されていなくても、図１４に示す成形不良の光束制御部材１’よりも光利用効率を向上させることができる。
【００６７】
さらに、上記構成以外にも、例えば、複数の突起部１１のうちの光軸ＯＡ寄りの所定数の突起部１１は、光源６の発光面における径方向の端部よりも径方向の内側位置に対向させて配置してもよい。このように構成すれば、光源６が光束制御部材２１の直近に配置された薄型の光学装置において、良好な配光特性および光利用効率を確実に得ることができる。
【００６８】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について、第１実施形態との相違点を中心に、図７〜図１０を参照して説明する。
【００６９】
なお、第１実施形態と基本的構成が同一もしくはこれに類する箇所については、同一の符号を用いて説明する。
【００７０】
図７は、本実施形態における光束制御部材３１を、光軸ＯＡを含む縦断面図およびこれの要部拡大図として示したものである。図７に示すように、本実施形態における光束制御部材３１は、第１実施形態における光束制御部材２１と入射領域４の基本構成が同様とされている。すなわち、本実施形態における光束制御部材３１も、第１実施形態と同様に、フレネル形状を有する入射領域４における突起部１１が、第１〜第３面１４、１５、２３を有している。そして、本実施形態における第１〜第３面１４、１５、２３も、入射領域４に光軸ＯＡ方向において対向する位置に配置された光源６から出射されたランバーシアン分布の光Ｌに対して、第１実施形態における第１〜第３面１４、１５、２３と同様の光束制御を行うようになっている。
【００７１】
ただし、本実施形態においては、第１〜第３面１４、１５、２３によって制御された後の光源６の光の光路が、本実施形態に特有の光束制御部材３１の形状に依存して第１実施形態とは異なっている。
【００７２】
すなわち、本実施形態における光束制御部材３１は、入射領域４に対して光軸ＯＡ方向において反対側に位置された反入射領域３２が、第１実施形態における出射領域５のような被照射面に向けた光の出射に特化したものではない。
【００７３】
具体的には、図７に示すように、反入射領域３２は、光軸ＯＡ方向における入射領域４と反対側（図７における上方）に向かうにしたがって内径が漸増するような光軸ＯＡを回転対称軸とした光軸ＯＡに対して所定の傾斜角（傾斜角の２倍のテーパ角）を有する円錐状のテーパ面に形成されている。反入射領域３２の傾斜角は、好ましくは、４５°（テーパ角９０°）とされている。このような反入射領域３２には、図７に示すように、各第２面１５による全反射後または各第３面２３による正のパワーでの屈折後に光束制御部材３１の内部の光路上を進行した光源６の光Ｌが内部入射するようになっている。そして、反入射領域３２は、内部入射した光Ｌのうち、入射角が臨界角よりも大きな光Ｌを、入射角に応じた反射角を以て径方向の外側に向けて全反射させるようになっている。
【００７４】
このようにして反入射領域３２によって全反射された光Ｌは、反入射領域３２および入射領域４に対する径方向の外側に配置された外周面３３（換言すれば、出射領域）に向けて光路変換されるようになっている。
【００７５】
このような光Ｌの光路を形成する本実施形態の構成においては、第１〜第３面１４、１５、２３によって不要光の発生を確実に抑制して、反入射領域３２における光Ｌの全反射方向を適切に制御することができる。また、光束制御部材の側方（径方向の外側）に向けた光度が大きくなるような所望の配光特性を狙った光束制御が求められる場合、本実施形態によれば、所望の配光特性を確実に得ることができる。
【００７６】
なお、このように、光束制御部材３１の側方に向けた光度が大となる配光特性を得るためには、入射領域４における配光特性を半値幅１０°以下に制御することが望ましい。
【００７７】
また、図７の構成においては、光束制御部材３１の径方向の外端が外周面３３とされ、この外周面３３が出射領域とされているが、外周面３３の代わりに、更に側方側に光Ｌを導光する不図示の導光部（導光板等）を連設した構成に対しても、本実施形態を有効に適用することができる。この場合には、導光部の構成如何によっては、光束制御部材３１からの光Ｌの出射方向が光軸ＯＡ方向と平行になることも想定される。
【００７８】
さらに、図７の構成においては、反入射領域３２が、設計・製造の容易性を考慮して、その光軸ＯＡを含む縦断面がなす外形（母線）が入射領域４と反対側に向かうにしたがって径方向の外側に傾く直線となるような線形テーパ状に形成されているが、反入射領域３２においてより多くの光を全反射させることを重視する場合には、反入射領域３２の母線を、入射角の最適化／好適化が可能な曲線に形成してもよい。ただし、コンセプトによっては、反入射領域３２において意図的にある程度の光量の漏れ光を形成して光軸ＯＡ方向においても若干の光度を有するような所望の配光特性を得る設計を行うことも可能である。
【００７９】
なお、図７における拡大図中の破線部に示すように、突起部１１の先端部を尖鋭な形状に形成することが金型による成形上現実的ではないことは、既に述べた通りである。
【実施例】
【００８０】
次に、図８には、本実施形態の実施例として、光束制御部材３１から出射される光の強度の分布（すなわち、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３１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８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（図７における上方）に相当する。さらに、図８において、グラフの中心点（原点）は、光束制御部材３１を無限遠から見たと仮定した光束制御部材３１の位置を示している。このような図８の配光特性は、光軸ＯＡ回りにほぼ３６０°回転対称となる。なお、図８に配光特性に対応する光束制御部材３１は、突起部１１の高さを０．０８ｍｍ、（１）式におけるθ１＝５３°、θ２＝７１°としたものである。
【００８１】
ここで、図８に示すように、光束制御部材３１の配光特性は、光束制御部材３１の側方としての光軸ＯＡを基準（０°）としたほぼ±８６°の方向において出射光の強度が最大値（ピーク強度）を示すことが分かる。一方、図８においては、光束制御部材３１の前方側においても、反入射領域３２における光漏れに相当する若干の光強度が確認できるが、側方側の光強度に比べれば低い値に（実使用上問題がない程度に）抑制されていることが分かる。このような光束制御部材３１は、±８０°〜１１０°近辺の方向において光強度のピーク値を示すような配光特性の形成に適していると言える。
【００８２】
一方、図９は、比較例として、成形不良の突起部１１（図１３、図１４参照）を本実施形態に適用した構成３１’を示している。このような光束制御部材３１’によって得られる配光特性は、図１０に示すものとなる。すなわち、図１０の配光特性においては、光束制御部材の前方側における光度が図８に比べて非常に大きくなり、反入射領域３２において顕著な光（不要光）漏れが発生していることが分かる。これは、図９の光束制御部材３１’が、入射領域４において光を適切に制御することができず、不要光を生じさせることによるものと推測される。
【００８３】
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。
【００８４】
例えば、本実施形態における光束制御部材２１は、スポット系照明、例えば、ショウウインドウの照明や携帯電話に搭載された撮像カメラ用の照明（フラッシュ）等に有効に適用することができる。
【符号の説明】
【００８５】
４ 入射領域
５ 出射領域
１１ 突起部
１４ 第１面
１５ 第２面
２１ 光束制御部材
２３ 第３面
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光束制御部材およびこれを備えた光学装置に係り、特に、光源から出射された光を被照射面に照射するのに好適な光束制御部材およびこれを備えた光学装置に関する。
【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）の複数の分割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や不要光の発生による影響を無視できる用途（例えば、ルーペ、照明系）などに用いられていた（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）等の光源を、この光源から出射される光の中心軸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（例えば、ＬＥＤ）から大きな広がり角で出射された光を効率良く捕捉して収束させる上で前者よりも有利であった。
【０００５】
ここで、図１１は、この種の反射面を備えた光束制御部材１の従来の設計例を示したものである。
【０００６】
図１１に示すように、光束制御部材１は、光束の制御に関与する光軸ＯＡを含む円板状の光束制御部２と、この光束制御部２を包囲する円筒状のコバ部３とによって構成されている。この光束制御部材１は、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）、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、金型を用いて一体的に形成することができる。
【０００７】
図１１に示すように、光束制御部２は、光軸ＯＡ方向において互いに対向する入射領域４と出射領域５との２つの光束制御面４、５を有している。また、図１１に断面図で示す光束制御部材１の光束制御部２は、平面図において円形となるように形成される。
【０００８】
ここで、図１１に示すように、入射領域４には、光軸ＯＡ上における入射領域４に対向する位置に配置されたＬＥＤ等の光源６から出射された光Ｌが入射するようになっている。ただし、光源６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Ｌを出射するようになっている。また、光源６から出射される光Ｌの中心軸は、光束制御部材１の光軸ＯＡと設計上において一致している。なお、図１１においては、光源６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６全体では面発光が行われるようになっている。
【０００９】
一方、出射領域５には、入射領域４に入射した光源６の光Ｌが光束制御部２の内部を進行した後に光束制御部２の内側から入射（内部入射）するようになっており、この内部入射した光Ｌは、出射領域５から被照射面側に出射されるようになっている。
【００１０】
入射領域４について更に詳述すると、図１１に示すように、入射領域４は、光軸ＯＡを中心とした円形の中央部８と、この中央部８を包囲する複数の突起部１１とを有している。
【００１１】
図１１に示すように、複数の突起部１１は、径方向（図１１における横方向）において互いに隣接している。
【００１２】
また、各突起部１１は、光軸ＯＡ方向から見た形状が光軸ＯＡを中心とした同心円環状を呈するとともに、図１１に示すように、光軸ＯＡ方向の断面形状（縦断面形状）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。
【００１３】
さらに、図１２において断面拡大図に示すように、各突起部１１は、第１面１４と、この第１面１４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第２面１５とを有している。第１面１４は、光軸ＯＡを中心とした円筒面に形成されている。一方、第２面１５は、光源６側（図１２における下側）に向かうにしたがって光軸ＯＡ側に傾斜するような光軸ＯＡに対して所定の鋭角の傾斜角を有する光軸ＯＡを中心軸とした傾斜面（テーパ面）に形成されている。これら第１面１４と第２面１５とは、双方の先端部（図１２における下端部）において互いに連接されている。
【００１４】
ここで、第１面１４には、光源６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、第１面１４によって第２面１５側に屈折されるようになっている。
【００１５】
一方、第２面１５には、第１面１４によって屈折された光源６の光Ｌが突起部１１の内部側から臨界角以上の入射角で入射するようになっており、この入射した光Ｌは、第２面１５によって出射領域５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。
【００１６】
なお、第２面１５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、第２面１５全体からは、光軸方向に向かってコーン状（円錐状）の光が出射されることになる。
【００１７】
そして、このようにして第２面１５によって全反射された光は、出射領域５に到達した上で、出射領域５から被照射面に向けて出射されることになる。
【００１８】
このような光束制御部材１によれば、光軸ＯＡ方向に十分な高さ（例えば、０．１ｍｍ）に形成された尖鋭な突起部１１の第１面１４によって、光源６から出射された光を効率良く捕捉し、この捕捉された光の多くを第２面１５によって被照射面に向かう光路上へと全反射させるように光束を制御することができ、所望の配光特性を得ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１９】
【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】
【００２０】
しかしながら、図１１および図１２の光束制御部材１の配光特性を理想的な（設計上の）配光特性として、これを狙って実際に金型を用いて光束制御部材１を成形した場合には、金型における突起部１１の先端部の転写面に、樹脂材料の充填不足が生じる場合があった。
【００２１】
そして、このような充填不足が生じた場合に実際に得られる光束制御部材１’は、例えば、図１３および図１４に示すように、突起部１１（第１面１４）の高さが設計上の高さに対して例えば８５％に低減されるとともに、突起部１１の先端部に本来形成されるべきエッジが形成されておらず、その代わりに円孤形状部や曲面部等の成形不良部が形成されたものとなっていた。
【００２２】
ここで、図１３および図１４の光束制御部材１’においては、突起部１１の先端部の成形不良部がレンズ面のように作用することにより、成形不良部への入射光がその曲率中心付近に集光されることになる。そして、この集光された光は、第２面１５に入射せずに、第２面１５によって全反射される正規の光路とは異なる方向へと進行して、被照射面（有効な被照射範囲）に照射されない不要光（迷光）となる。この結果、得られる配光特性が理想的なものよりも劣化することになり、このような光束制御部材１’では、出射光による被照射範囲において十分な照度が得られない。
【００２３】
そして、このような配光特性の劣化は、所望の光学性能を得る観点ばかりでなく、光源の光を効率的に利用する観点からも大きな問題となっていた。
【００２４】
ここで、かかる問題は、元を正せば突起部１１の尖鋭過ぎる形状が成形上金型からの転写が困難であることによるので、初めから充填不足が生じないように金型形状の再現性が良好な突起部１１の形状を設計すれば容易に解決することが可能とも思われる。
【００２５】
そこで、このような観点から、例えば、図１５および図１６に示すような樹脂材料の充填性が改善された光束制御部材１”を考え出すことは難しくない。この光束制御部材１”は、図１１および図１２に示した光束制御部材１の突起部１１の先端部を、光軸ＯＡに垂直な切断線で単純に切り落としたものである。このような光束制御部材１”は、突起部１１の先端部が平坦になっているため、この先端部の転写面への樹脂材料の充填を適切に行うことができるものとなっている。
【００２６】
しかるに、このような光束制御部材１”は、樹脂材料の充填不足による配光特性の設計上からの劣化を抑制する点では前述の問題に対応することができるものの、突起部１１の先端部（平坦部）に入射した光が、第２面１５に入射せずに、第２面１５によって全反射される正規の光路（図１６破線部参照）とは異なる方向へと進行して被照射面に照射されない不要光となるため、図１３および図１４の光束制御部材１’と同様に、得られる配光特性が狙いと異なるものになる。
【００２７】
したがって、図１５および図１６に示したように単純に突起部１１の尖鋭度合いを緩和しただけでは、樹脂材料の充填不足の問題を解決できたとしても、不要光による配光特性の劣化の問題は依然として残ってしまう。
【００２８】
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、製造上無理のない設計によって不要光による配光特性の劣化を簡便かつ確実に抑制することができるとともに、光利用効率を向上させることができる光束制御部材およびこれを備えた光学装置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】
【００２９】
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に向けて出射させる出射領域とを有する光束制御部材であって、前記入射領域は、前記光軸方向から見た形状が光軸を中心とした同心円環状を呈するとともに光軸を含む断面形状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第１面と、この第１面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、前記第１面から入射した光を前記出射領域に向けて全反射させる第２面と、前記第１面と前記第２面との間に、これら両面のそれぞれの前記光源側の端部に連接されるように配置され、前記光源から出射された光が入射する第３面とを有し、前記第３面は、前記第１面に連接された一方の端部が前記第２面に連接された他方の端部よりも前記光軸方向において前記光源側に位置するような前記光軸に対して傾きを有する傾斜面に形成されているとともに、前記複数の突起部ごとの前記第３面に入射した光を、これら各第３面の全体によって正のパワーを以て前記出射領域側に屈折させる点にある。
【００３０】
そして、この請求項１に係る発明によれば、第１面と第２面との間に第３面を挟むことによって、突起部の尖鋭度合いが緩和された製造上無理のない設計を行うことができ、また、第３面を複数の第３面全体で正のパワーを有するような傾斜面に形成したことによって、第３面に入射した光を第２面における全反射を介さずとも被照射面に向かう光路上へと直接的に導光することができるので、不要光の発生を簡便かつ確実に抑制することができるとともに、光源から出射された光を十分に効率的に利用することができ、あわせて、製造性および歩留まりを向上させることができる。
【００３１】
また、請求項２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され、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を有し、前記反入射領域によって全反射された光が被照射面側に向かって進行する光束制御部材であって、前記入射領域は、前記光軸方向から見た形状が光軸を中心とした同心円環状を呈するとともに光軸を含む断面形状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第１面と、この第１面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、前記第１面から入射した光を前記反入射領域に向けて全反射させる第２面と、前記第１面と前記第２面との間に、これら両面のそれぞれの前記光源側の端部に連接されるように配置され、前記光源から出射された光が入射する第３面とを有し、前記第３面は、前記第１面に連接された一方の端部が前記第２面に連接された他方の端部よりも前記光軸方向において前記光源側に位置するような前記光軸に対して傾きを有する傾斜面に形成されているとともに、前記複数の突起部ごとの前記第３面に入射した光を、これら各第３面の全体によって正のパワーを以て前記反入射領域側に屈折させる点にある。
【００３２】
そして、この請求項２に係る発明によれば、第１面と第２面との間に第３面を挟むことによって、突起部の尖鋭度合いが緩和された製造上無理のない設計を行うことができ、また、第３面を複数の第３面全体で正のパワーを有するような傾斜面に形成したことによって、第３面に入射した光を第２面における全反射を介さずとも反入射領域に向かう光路上へと直接的に導光して反入射領域において被照射面側に向けて全反射させることができるので、不要光の発生を簡便かつ確実に抑制することができるとともに、光源から出射された光を十分に効率的に利用することができ、あわせて、製造性および歩留まりを向上させることができる。
【００３３】
さらに、請求項３に係る光束制御部材の特徴は、請求項１または２において、更に、前記第３面は、これに入射した光を、前記第１面および前記第２面のいずれにも入射させないようにして前記出射領域または前記反入射領域に向かわせるような方向に屈折させる点にある。
【００３４】
そして、この請求項３に係る発明によれば、光源から出射された光を被照射面に向かう光路上に導光する第３面の機能が、第１面または第２面によって阻害されることを防止することができるので、不要光の発生をさらに確実に抑制することができるとともに、光利用効率をさらに向上させることができる。
【００３５】
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１〜３のいずれか１項において、更に、次の（１）の条件式、θ１＜θ２＜９０°・・・（１）（但し、θ１：第１面に入射した光の第１面における屈折方向と第１面とのなす角度、θ２：第１面と第３面とのなす角度）を満足する点にある。
【００３６】
そして、この請求項３に係る発明によれば、第１面に入射した光が第３面によって全反射されることを防止することができるので、不要光の発生をさらに有効に防止することができる。
【００３７】
また、請求項５に係る光学装置の特徴は、光源から出射された光を被照射面に照射する光学装置であって、前記光源における前記光の出射側の位置に、請求項１〜４のいずれか１項に記載の光束制御部材が、その入射領域を前記光源側に向けるとともにその光軸を前記光源から出射される光の中心軸に位置合わせした状態で配置されている点にある。
【００３８】
そして、この請求項５に係る発明によれば、不要光の発生を簡便かつ確実に抑制することができるとともに、光源から出射された光を十分に効率的に利用することができ、あわせて、製造性および歩留まりを向上させることができる光学装置を実現することができる。
【００３９】
さらに、請求項６に係る光学装置の特徴は、請求項５において、更に、前記第３面は、前記光源から前記光軸に対して４５°以下の角度で出射された光が入射するような前記入射領域上の範囲内に配置されている点にある。
【００４０】
そして、この請求項５に係る発明によれば、光源から出射された光が第３面に適切に入射し得る入射領域上の範囲内に第３面を配置することによって、第３面を有効に機能させることが可能となる。
【発明の効果】
【００４１】
本発明によれば、製造上無理のない設計によって不要光による配光特性の劣化を簡便かつ確実に抑制することができるとともに、光利用効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明に係る光束制御部材の第１実施形態を示す正面図
【図２】図１の平面図
【図３】図１の下面図
【図４】図２のＡ−Ａ断面を光源とともに示す構成図
【図５】図４の第１の要部拡大図
【図６】図４の第２の要部拡大図
【図７】本発明に係る光束制御部材の第２実施形態を示す断面図
【図８】第２実施形態の実施例として、光束制御部材の配光特性を示すグラフ
【図９】第２実施形態の比較例として、成形不良が生じた光束制御部材を示す断面図
【図１０】図９の光束制御部材の配光特性を示すグラフ
【図１１】理想的な光束制御部材の設計例を示す断面図
【図１２】図１１の要部拡大図
【図１３】樹脂材料の充填不足による成形不良が生じた光束制御部材を示す断面図
【図１４】図１３の要部拡大図
【図１５】理想的な形状から設計を変更した光束制御部材を示す構成図
【図１６】図１５の要部拡大図
【発明を実施するための形態】
【００４３】
（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５を参照して説明する。
【００４４】
なお、図１１〜図１６において説明した従来の光束制御部材１、１’、１”と基本的構成が同一もしくはこれに類する箇所については、同一の符号を用いて説明する。
【００４５】
ここで、図１は、本実施形態における光束制御部材２１を示す正面図である。また、図２は、図１の平面図である。さらに、図３は、図１の下面図である。さらにまた、図４は、図２のＡ−Ａ断面図を光源６とともに示したものであり、この図４は、本実施形態における光学装置の概略構成図に相当する。また、図５は、図４の要部拡大図である。
【００４６】
図１〜４に示すように、本実施形態における光束制御部材２１は、平面図上において円形状の光束制御部２と、この光束制御部２を包囲する円筒状のコバ部３とによって構成され、また、光束制御部２が、フレネル形状を有する入射領域４と、この入射領域４に対して光軸ＯＡ方向において反対側に位置する出射領域５とを有する点で、従来の光束制御部材１、１’、１”と同様である。
【００４７】
また、本実施形態における光束制御部材２１は、図４に示すように、入射領域４に光軸ＯＡ方向において対向する位置に、ＬＥＤ等の所定の広がり角を持った光を発光する光源６（所定の発光面積を持つ点光源）を、その出射光の中心軸が光束制御部材２１の光軸ＯＡに一致するように位置合わせした状態で配置することによって、本実施形態における光学装置を構成するようになっている。そして、このような光束制御部材２１は、光源６からの出射光束を制御して被照射面上に照射するようになっている。
【００４８】
ただし、本実施形態における光束制御部材２１は、フレネル形状を形成する入射領域４の複数の突起部１１が、従来にない特徴的な構成を備えている。
【００４９】
すなわち、図５に示すように、本実施形態においては、突起部１１が、前述した第１面１４および第２面１５に加えて、これら両面１４、１５の間に両面１４、１５のそれぞれの光源６側の端部に連接するように配置された第３面２３を有している。なお、第１面１４および第２面１５は、従来と同一の符号が付されているが、両面１４、１５の光軸ＯＡに対する角度は、従来と同一であってもよいし、異なっていてもよい。また、突起部１１の高さは、図１１および図１２に示した従来の突起部１１の高さ（例えば、０．１ｍｍ）よりも低い高さ（例えば、０．０８ｍｍ）に形成することができる。
【００５０】
ここで、図５に示すように、第３面２３は、第１面１４に連接された一方の端部（図５における左端部）が第２面１５に連接された他方の端部（図５における右端部）よりも光軸ＯＡ方向において光源６側に位置するような光軸ＯＡに対して傾きを有する傾斜面（テーパ面）に形成されている。また、各突起部１１ごとの第３面２３は、全体として正のパワーを持つような傾斜面に形成されている。仮に、光束制御部材２１の第３面２３全体に光軸ＯＡに対して平行な光を入射した場合の光束制御部材２１内における入射光の光路は、光軸ＯＡに近づくような光路となる。このような特性を有する面であれば、第３面２３を直線の他、曲面で形成してもよい。
【００５１】
このように突起部１１を形成することにより、突起部１１の先端部の頂角を図１１および図１２に示した従来の突起部１１の場合よりも大きくすることができる。
【００５２】
すなわち、本実施形態によれば、突起部１１の高さを低く抑えることに加え、突起部１１の頂角を大きくすることができるため、成形時に金型形状を転写し易い製品形状とすることができる。
【００５３】
次に、所定の発光面積をもつ光源６の中心（光源６の発光面と光軸ＯＡとの交点）から出射された光に対する第１面１４、第２面１５および第３面２３による光束制御について説明する。
【００５４】
第１面１４および第３面２３には、光源６から出射された光のうちの互いに隣接する光が、互いに異なる入射角でそれぞれ入射するようになっている。そして、第１面１４に入射した光および第３面２３に入射した光は、各面１４、２３においてスネルの法則にしたがって屈折された上で、突起部１１の内部の光路上を進行するようになっている。
【００５５】
具体的には、第１面１４に入射した光は、第２面１５に臨界角以上の入射角で入射した上で、第２面１５によって出射領域５に向けて全反射されるようになっている。図５における破線は、このような光源６から出射されて第１面１４に入射した光Ｌの光路の１つを示している。
【００５６】
一方、図５に示すように、光源６から出射されて第３面２３に入射した光Ｌ（図５の実線部）は、各第３面２３全体によって正のパワーを以て出射領域５側に屈折されるようになっている。
【００５７】
したがって、本実施形態によれば、第１面１４と第２面１５との間に第３面２３を挟むことによって、突起部１１の尖鋭度合いが緩和された製造上無理のない設計を行うことができる。また、第３面２３を、複数の第３面２３全体で正のパワーを有するような傾斜面に形成したことによって、第３面２３に入射した光Ｌを第２面１５における全反射を介さずとも被照射面に向かう光路上へと直接的に導光することができる。このことは、図５において、実線部の光路が破線部の光路と突起部１１内においてほぼ平行になっていることからも分かる。これにより、不要光の発生を簡便かつ確実に抑制することができるとともに、光源６から出射された光を十分に効率的に利用することができ、あわせて、製造性および歩留まりを向上させることができる。
【００５８】
また、図５に示すように、本実施形態において、各第３面２３は、これらに入射した光Ｌを、第１面１４および第２面１５のいずれにも入射させないようにして出射領域５に向かわせるような方向に屈折させるようになっている。
【００５９】
そして、このような構成により、光源６から出射された光を被照射面に向かう光路上に導光する第３面２３の機能が、第１面１４または第２面１５によって阻害されることを防止することができるので、不要光の発生をさらに確実に抑制することができるとともに、光利用効率をさらに向上させることができる。
【００６０】
さらに、図６に示すように、本実施形態において、光束制御部材２１は、以下の（１）の条件式を満足するようになっている。
【００６１】
θ１＜θ２＜９０° （１）
【００６２】
但し、（１）式におけるθ１は、図６に示すように、光源６から出射されて第１面１４に入射した光Ｌ（破線部）の第１面１４における屈折方向と第１面１４とのなす角度〔°〕である。また、（１）式におけるθ２は、図６に示すように、第１面１４と第３面２３とのなす角度〔°〕である。例えば、最も光軸ＯＡに近い突起部１１は、θ１＝５３°、θ２＝７１°であってもよい。
【００６３】
そして、このような構成により、第１面１４に入射した光が第３面２３によって全反射されることを防止することができるので、不要光の発生をさらに有効に防止することができる。
【００６４】
さらにまた、各第３面２３は、光源６から光軸ＯＡに対して４０〜４５°以下の角度で出射された光が入射するような入射領域４上の範囲内に配置されていてもよい。
【００６５】
このようにすれば、光源６から出射された光が第３面２３に適切に入射し得る入射領域４上の範囲内に第３面２３を配置することによって、第３面２３を有効に機能させることが可能となる。
【００６６】
また、このような光源６からの光の出射角に応じた第３面２３の形成範囲の設定を行う場合には、一般的なＬＥＤが、出射角３０〜６０°において出射光量が多くなるようなランバート分布の配光特性を有するため、光利用効率を考慮して、第３面２３の形成範囲の下限（径方向における内端）を、光源６から出射角３０°で出射された光が入射する入射領域４上の位置としてもよい。このように少なくとも光源６からの出射光量が多い範囲の光が入射する位置の突起部１１に第３面２３が形成されるように入射領域４を構成すれば、その領域に入射する光は確実に方向制御できるため、入射領域４の全領域における突起部１１に第３面２３が形成されていなくても、図１４に示す成形不良の光束制御部材１’よりも光利用効率を向上させることができる。
【００６７】
さらに、上記構成以外にも、例えば、複数の突起部１１のうちの光軸ＯＡ寄りの所定数の突起部１１は、光源６の発光面における径方向の端部よりも径方向の内側位置に対向させて配置してもよい。このように構成すれば、光源６が光束制御部材２１の直近に配置された薄型の光学装置において、良好な配光特性および光利用効率を確実に得ることができる。
【００６８】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について、第１実施形態との相違点を中心に、図７〜図１０を参照して説明する。
【００６９】
なお、第１実施形態と基本的構成が同一もしくはこれに類する箇所については、同一の符号を用いて説明する。
【００７０】
図７は、本実施形態における光束制御部材３１を、光軸ＯＡを含む縦断面図およびこれの要部拡大図として示したものである。図７に示すように、本実施形態における光束制御部材３１は、第１実施形態における光束制御部材２１と入射領域４の基本構成が同様とされている。すなわち、本実施形態における光束制御部材３１も、第１実施形態と同様に、フレネル形状を有する入射領域４における突起部１１が、第１〜第３面１４、１５、２３を有している。そして、本実施形態における第１〜第３面１４、１５、２３も、入射領域４に光軸ＯＡ方向において対向する位置に配置された光源６から出射されたランバーシアン分布の光Ｌに対して、第１実施形態における第１〜第３面１４、１５、２３と同様の光束制御を行うようになっている。
【００７１】
ただし、本実施形態においては、第１〜第３面１４、１５、２３によって制御された後の光源６の光の光路が、本実施形態に特有の光束制御部材３１の形状に依存して第１実施形態とは異なっている。
【００７２】
すなわち、本実施形態における光束制御部材３１は、入射領域４に対して光軸ＯＡ方向において反対側に位置された反入射領域３２が、第１実施形態における出射領域５のような被照射面に向けた光の出射に特化したものではない。
【００７３】
具体的には、図７に示すように、反入射領域３２は、光軸ＯＡ方向における入射領域４と反対側（図７における上方）に向かうにしたがって内径が漸増するような光軸ＯＡを回転対称軸とした光軸ＯＡに対して所定の傾斜角（傾斜角の２倍のテーパ角）を有する円錐状のテーパ面に形成されている。反入射領域３２の傾斜角は、好ましくは、４５°（テーパ角９０°）とされている。このような反入射領域３２には、図７に示すように、各第２面１５による全反射後または各第３面２３による正のパワーでの屈折後に光束制御部材３１の内部の光路上を進行した光源６の光Ｌが内部入射するようになっている。そして、反入射領域３２は、内部入射した光Ｌのうち、入射角が臨界角よりも大きな光Ｌを、入射角に応じた反射角を以て径方向の外側に向けて全反射させるようになっている。
【００７４】
このようにして反入射領域３２によって全反射された光Ｌは、反入射領域３２および入射領域４に対する径方向の外側に配置された外周面３３（換言すれば、出射領域）に向けて光路変換されるようになっている。
【００７５】
このような光Ｌの光路を形成する本実施形態の構成においては、第１〜第３面１４、１５、２３によって不要光の発生を確実に抑制して、反入射領域３２における光Ｌの全反射方向を適切に制御することができる。また、光束制御部材の側方（径方向の外側）に向けた光度が大きくなるような所望の配光特性を狙った光束制御が求められる場合、本実施形態によれば、所望の配光特性を確実に得ることができる。
【００７６】
なお、このように、光束制御部材３１の側方に向けた光度が大となる配光特性を得るためには、入射領域４における配光特性を半値幅１０°以下に制御することが望ましい。
【００７７】
また、図７の構成においては、光束制御部材３１の径方向の外端が外周面３３とされ、この外周面３３が出射領域とされているが、外周面３３の代わりに、更に側方側に光Ｌを導光する不図示の導光部（導光板等）を連設した構成に対しても、本実施形態を有効に適用することができる。この場合には、導光部の構成如何によっては、光束制御部材３１からの光Ｌの出射方向が光軸ＯＡ方向と平行になることも想定される。
【００７８】
さらに、図７の構成においては、反入射領域３２が、設計・製造の容易性を考慮して、その光軸ＯＡを含む縦断面がなす外形（母線）が入射領域４と反対側に向かうにしたがって径方向の外側に傾く直線となるような線形テーパ状に形成されているが、反入射領域３２においてより多くの光を全反射させることを重視する場合には、反入射領域３２の母線を、入射角の最適化／好適化が可能な曲線に形成してもよい。ただし、コンセプトによっては、反入射領域３２において意図的にある程度の光量の漏れ光を形成して光軸ＯＡ方向においても若干の光度を有するような所望の配光特性を得る設計を行うことも可能である。
【００７９】
なお、図７における拡大図中の破線部に示すように、突起部１１の先端部を尖鋭な形状に形成することが金型による成形上現実的ではないことは、既に述べた通りである。
【実施例】
【００８０】
次に、図８には、本実施形態の実施例として、光束制御部材３１から出射される光の強度の分布（すなわち、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３１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８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（図７における上方）に相当する。さらに、図８において、グラフの中心点（原点）は、光束制御部材３１を無限遠から見たと仮定した光束制御部材３１の位置を示している。このような図８の配光特性は、光軸ＯＡ回りにほぼ３６０°回転対称となる。なお、図８に配光特性に対応する光束制御部材３１は、突起部１１の高さを０．０８ｍｍ、（１）式におけるθ１＝５３°、θ２＝７１°としたものである。
【００８１】
ここで、図８に示すように、光束制御部材３１の配光特性は、光束制御部材３１の側方としての光軸ＯＡを基準（０°）としたほぼ±８６°の方向において出射光の強度が最大値（ピーク強度）を示すことが分かる。一方、図８においては、光束制御部材３１の前方側においても、反入射領域３２における光漏れに相当する若干の光強度が確認できるが、側方側の光強度に比べれば低い値に（実使用上問題がない程度に）抑制されていることが分かる。このような光束制御部材３１は、±８０°〜１１０°近辺の方向において光強度のピーク値を示すような配光特性の形成に適していると言える。
【００８２】
一方、図９は、比較例として、成形不良の突起部１１（図１３、図１４参照）を本実施形態に適用した構成３１’を示している。このような光束制御部材３１’によって得られる配光特性は、図１０に示すものとなる。すなわち、図１０の配光特性においては、光束制御部材の前方側における光度が図８に比べて非常に大きくなり、反入射領域３２において顕著な光（不要光）漏れが発生していることが分かる。これは、図９の光束制御部材３１’が、入射領域４において光を適切に制御することができず、不要光を生じさせることによるものと推測される。
【００８３】
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。
【００８４】
例えば、本実施形態における光束制御部材２１は、スポット系照明、例えば、ショウウインドウの照明や携帯電話に搭載された撮像カメラ用の照明（フラッシュ）等に有効に適用することができる。
【符号の説明】
【００８５】
４ 入射領域
５ 出射領域
１１ 突起部
１４ 第１面
１５ 第２面
２１ 光束制御部材
２３ 第３面
【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に向けて出射させる出射領域と
を有する光束制御部材であって、
前記入射領域は、前記光軸方向から見た形状が光軸を中心とした同心円環状を呈するとともに光軸を含む断面形状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第１面と、
この第１面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、前記第１面から入射した光を前記出射領域に向けて全反射させる第２面と、
前記第１面と前記第２面との間に、これら両面のそれぞれの前記光源側の端部に連接されるように配置され、前記光源から出射された光が入射する第３面と
を有し、
前記第３面は、
前記第１面に連接された一方の端部が前記第２面に連接された他方の端部よりも前記光軸方向において前記光源側に位置するような前記光軸に対して傾きを有する傾斜面に形成されているとともに、前記複数の突起部ごとの前記第３面に入射した光を、これら各第３面の全体によって正のパワーを以て前記出射領域側に屈折させること
を特徴とする光束制御部材。
【請求項２】
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され、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
を有し、前記反入射領域によって全反射された光が被照射面側に向かって進行する光束制御部材であって、
前記入射領域は、前記光軸方向から見た形状が光軸を中心とした同心円環状を呈するとともに光軸を含む断面形状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第１面と、
この第１面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、前記第１面から入射した光を前記反入射領域に向けて全反射させる第２面と、
前記第１面と前記第２面との間に、これら両面のそれぞれの前記光源側の端部に連接されるように配置され、前記光源から出射された光が入射する第３面と
を有し、
前記第３面は、
前記第１面に連接された一方の端部が前記第２面に連接された他方の端部よりも前記光軸方向において前記光源側に位置するような前記光軸に対して傾きを有する傾斜面に形成されているとともに、前記複数の突起部ごとの前記第３面に入射した光を、これら各第３面の全体によって正のパワーを以て前記反入射領域側に屈折させること
を特徴とする光束制御部材。
【請求項３】
前記第３面は、
これに入射した光を、前記第１面および前記第２面のいずれにも入射させないようにして前記出射領域または前記反入射領域に向かわせるような方向に屈折させること
を特徴とする請求項１または２に記載の光束制御部材。
【請求項４】
次の（１）の条件式、
θ１＜θ２＜９０° （１）
但し、
θ１：第１面に入射した光の第１面における屈折方向と第１面とのなす角度
θ２：第１面と第３面とのなす角度
を満足することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の光束制御部材。
【請求項５】
光源から出射された光を被照射面に照射する光学装置であって、
前記光源における前記光の出射側の位置に、請求項１〜４のいずれか１項に記載の光束制御部材が、その入射領域を前記光源側に向けるとともにその光軸を前記光源から出射される光の中心軸に位置合わせした状態で配置されていること
を特徴とする光学装置。
【請求項６】
前記第３面は、前記光源から前記光軸に対して４５°以下の角度で出射された光が入射するような前記入射領域上の範囲内に配置されていること
を特徴とする請求項５に記載の光学装置。
【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に向けて出射させる出射領域と
を有する光束制御部材であって、
前記入射領域は、前記光軸方向から見た形状が光軸を中心とした同心円環状を呈するとともに光軸を含む断面形状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第１面と、
この第１面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、前記第１面から入射した光を前記出射領域に向けて全反射させる第２面と、
前記第１面と前記第２面との間に、これら両面のそれぞれの前記光源側の端部に連接されるように配置され、前記光源から出射された光が入射する第３面と
を有し、
前記第３面は、
前記第１面に連接された一方の端部が前記第２面に連接された他方の端部よりも前記光軸方向において前記光源側に位置するような前記光軸に対して傾きを有する傾斜面に形成されているとともに、前記複数の突起部ごとの前記第３面に入射した光を、これら各第３面の全体によって正のパワーを以て前記出射領域側に屈折させること
を特徴とする光束制御部材。
【請求項２】
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され、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
を有し、前記反入射領域によって全反射された光が被照射面側に向かって進行する光束制御部材であって、
前記入射領域は、前記光軸方向から見た形状が光軸を中心とした同心円環状を呈するとともに光軸を含む断面形状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第１面と、
この第１面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、前記第１面から入射した光を前記反入射領域に向けて全反射させる第２面と、
前記第１面と前記第２面との間に、これら両面のそれぞれの前記光源側の端部に連接されるように配置され、前記光源から出射された光が入射する第３面と
を有し、
前記第３面は、
前記第１面に連接された一方の端部が前記第２面に連接された他方の端部よりも前記光軸方向において前記光源側に位置するような前記光軸に対して傾きを有する傾斜面に形成されているとともに、前記複数の突起部ごとの前記第３面に入射した光を、これら各第３面の全体によって正のパワーを以て前記反入射領域側に屈折させること
を特徴とする光束制御部材。
【請求項３】
前記第３面は、
これに入射した光を、前記第１面および前記第２面のいずれにも入射させないようにして前記出射領域または前記反入射領域に向かわせるような方向に屈折させること
を特徴とする請求項１または２に記載の光束制御部材。
【請求項４】
次の（１）の条件式、
θ１＜θ２＜９０° （１）
但し、
θ１：第１面に入射した光の第１面における屈折方向と第１面とのなす角度
θ２：第１面と第３面とのなす角度
を満足することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の光束制御部材。
【請求項５】
光源から出射された光を被照射面に照射する光学装置であって、
前記光源における前記光の出射側の位置に、請求項１〜４のいずれか１項に記載の光束制御部材が、その入射領域を前記光源側に向けるとともにその光軸を前記光源から出射される光の中心軸に位置合わせした状態で配置されていること
を特徴とする光学装置。
【請求項６】
前記第３面は、前記光源から前記光軸に対して４５°以下の角度で出射された光が入射するような前記入射領域上の範囲内に配置されていること
を特徴とする請求項５に記載の光学装置。
【図１】
【図２】
【図６】
【図７】
【図９】
【図３】
【図４】
【図５】
【図８】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図２】
【図６】
【図７】
【図９】
【図３】
【図４】
【図５】
【図８】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【公開番号】特開２０１２−９８６９１（Ｐ２０１２−９８６９１Ａ）
【公開日】平成２４年５月２４日（２０１２．５．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−４６１２６（Ｐ２０１１−４６１２６）
【出願日】平成２３年３月３日（２０１１．３．３）
【出願人】（０００２０８７６５）株式会社エンプラス (403)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年５月２４日（２０１２．５．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月３日（２０１１．３．３）
【出願人】（０００２０８７６５）株式会社エンプラス (403)
【Ｆターム（参考）】
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