JP6717011B2 - 光源装置、導光素子及び面照明装置 - Google Patents

Description

本発明は、光源とともに、光源から発した光を導光する導光素子を有する光源装置、そのような光源装置で利用される導光素子、及び、そのような光源装置を有する面照明装置に関する。

従来より、光源から発した光の利用効率を向上するために、光源とともに、光源から発した光を導光する導光素子を有する光源装置が提案されている（例えば、特許文献１を参照）。

例えば、特許文献１に開示された光源装置は、光源部と、第１の方向への出射光を反射させる第１の凹面ミラーと、第２の方向への出射光を反射させる第２の凹面ミラーとを備える。そして第１の凹面ミラーの断面形状が、焦点を有する曲面形状を有し、光源部の第１の方向への光の出射位置が焦点の位置と略一致し、第１の方向への出射光が第１の凹面ミラーで反射して外部に射出され、第２の方向への射出光が第２の凹面ミラーで反射し、さらに第１の凹面ミラーで反射して外部に射出される。また、第１及び第２の凹面ミラーはシリンドリカル面として形成される。

特開２０１３−２１８８２６号公報

しかしながら、特許文献１に開示された光源装置では、二つの凹面ミラーが何れもシリンドリカル面であるため、各凹面ミラーは、一方向にのみパワーを有し、そのパワーを有する方向と直交する方向についてはパワーを有さない。そのため、光源部から発した光のうち、凹面ミラーのパワーを有さない方向において凹面ミラーに垂直に入射する光については、凹面ミラーで反射されてもその方向の位置が変化しないため、二つの凹面ミラー間で反射されるのみで光源装置から出射せず、ロスとなる。そのため、より光の利用効率が高い光源装置が求められている。

そこで、本発明は、光の利用効率をより向上できる光源装置を提供することを目的とする。

本発明の一つの形態として、光源装置が提供される。この光源装置は、照明光を発する光源部と、透明な部材で平板状に形成される導光素子とを有する。そして導光素子は、光源部と対向し、光源部から発した照明光が導光素子内へ入射するように形成される入射面と、導光素子の一方の側面に形成され、導光素子内へ入射した照明光を反射する反射面と、反射面と反対側の導光素子の側面に形成され、反射面にて反射された照明光が出射する出射面とを有し、反射面は、その反射面の長手方向を含む面において反射面にて反射された照明光を平行光とする曲面に形成されるとともに、その反射面の短手方向を含む面において凹面鏡状に形成される。

この光源装置において、導光素子の入射面と出射面とは一体的に形成され、反射面は、その反射面の短手方向に沿って楕円形状となるように形成され、光源部は、反射面の短手方向における二つの焦点のうちの一方に配置されることが好ましい。

またこの光源装置において、導光素子の反射面は、その反射面の短手方向に沿って放物線形状となり、かつ、短手方向における反射面の頂点が、短手方向における導光素子の中心から短手方向に沿って何れか一方にずれた位置となるように形成され、導光素子の入射面と出射面とは一体的に形成され、かつ、反射面の頂点から入射面までの距離が短手方向における反射面の焦点距離となり、光源部は、短手方向における導光素子の中心から短手方向に沿って頂点とは反対側へずれた位置に配置されることが好ましい。

さらに、この光源装置は、導光素子の入射面と光源部との間に配置され、短手方向において導光素子よりも短く、かつ、不透明な材料で形成されるマスク板をさらに有し、マスク板は、光源部と対向する位置において短手方向に沿って延伸されるスリットを有することが好ましい。

またこの光源装置において、導光素子の反射面及び出射面の長手方向に沿って形成される二つの面のうちの一方において、反射面から出射面へ向かう奥行き方向に沿って反射面よりも出射面に近い位置に入射面が形成され、導光素子は、その二つの面のうちの他方において入射面と対向する位置に形成され、入射面を介して導光素子内に入射した照明光を反射面へ向けて反射するプリズムをさらに有することが好ましい。

この場合において、プリズムは、反射面の長手方向における焦点の位置に形成されることが好ましい。

さらに、導光素子は、導光素子の二つの面のうちの他方の面において、長手方向に沿ってプリズムの両側に設けられ、その二つの面のうちの入射面が設けられる面から入射した照明光を再帰反射させる再帰反射シートを有することが好ましい。

また、導光素子は、反射面に近づくほど短手方向に沿った長さが長くなるようにくさび状に形成されることが好ましい。

あるいは、この光源装置において、導光素子は、出射面の短手方向における一方の側において、長手方向に沿って形成される切欠け部と、切欠け部に取り付けられる直方体状の導光部材とを有することが好ましい。この場合において、導光部材の長手方向の一方の端面が入射面として形成され、かつ、導光部材の切欠け部と対向する面と反対側の面に、入射面を介して導光部材に入射した照明光を反射面へ向けて反射するプリズムが形成されることが好ましい。

本発明の他の形態によれば、面照明装置が提供される。この面照明装置は、照明光を発する光源装置と、透明な部材で平板状に形成される導光板であって、導光板内に入射した照明光を一方の面から出射させる導光板とを有する。そして光源装置は、照明光を発する光源部と、透明な部材で平板状に形成される導光素子とを有し、導光素子は、光源部と対向し、照明光が導光素子内へ入射するように形成される入射面と、導光素子の一方の側面に形成され、導光素子内へ入射した照明光を反射する反射面と、その反射面と反対側の導光素子の側面に形成され、反射面にて反射された照明光が出射する出射面とを有し、反射面は、その反射面の長手方向を含む面において反射面にて反射された照明光を平行光とする曲面に形成されるとともに、その反射面の短手方向を含む面において凹面鏡状に形成される。そして導光板は、導光素子の出射面と対向するように配置される入射面と、導光板の他方の面に形成され、導光板内を伝搬する照明光を一方の面へ向けて反射する複数のプリズムとを有する。

本発明のさらに他の形態によれば、透明な部材で平板状に形成される導光素子が提供される。この導光素子は、照明光を発する光源部と対向し、照明光が導光素子内へ入射するように形成される入射面と、導光素子の一方の側面に形成され、導光素子内へ入射した照明光を反射する反射面と、反射面と反対側の導光素子の側面に形成され、反射面にて反射された照明光が出射する出射面とを有し、反射面は、その反射面の長手方向を含む面において反射面にて反射された照明光を平行光とする曲面に形成されるとともに、その反射面の短手方向を含む面において凹面鏡状に形成される。

本発明に係る光源装置は、光の利用効率をより向上できるという効果を奏する。

本発明の一つの実施形態に係る光源装置を上方から見た概略平面図である。 光源装置を側方から見た概略構成図である。 光源部から発した光の経路の一例を示す図である。 （ａ）及び（ｂ）は、他の変形例による、光源装置の概略側面図である。 （ａ）は、さらに他の変形例による、光源装置の上方から見た概略平面図であり、（ｂ）は、この変形例による、光源装置の概略側面図である。 さらに他の変形例による、光源装置の上方から見た概略平面図である。 さらに他の変形例による、光源装置の概略側面図である。 光吸収部材が設けられる場合の導光素子から出射する光の指向性と光吸収部材が設けられない場合の導光素子から出射する光の指向性の一例を示すシミュレーション結果である。 さらに他の変形例による、光源装置の概略側面図である。 さらに他の変形例による、光源装置の概略側面図である。 （ａ）〜（ｃ）は、図１０に示される導光素子のさらなる変形例を示す分解斜視図である。 （ａ）は、さらに他の変形例による光源装置の分解斜視図であり、（ｂ）は、この変形例による光源装置の概略側面図である。 （ａ）は、さらに他の変形例による光源装置を下方から見た概略構成図である。（ｂ）は、各導光素子に対して共通利用される導光部材の概略斜視図である。（ｃ）は、導光部材の入射面近傍の概略斜視図である。 （ａ）及び（ｂ）は、さらに他の変形例による導光素子の概略正面図である。（ｃ）は、この変形例による導光素子が複数並べられた光源装置の概略正面図である。 さらに他の変形例による、光源装置を上方から見た概略平面図である。 （ａ）は、上記の実施形態または各変形例の何れかによる光源装置を用いた面照明装置の概略平面図であり、（ｂ）は、面照明装置の概略側面図である。

以下、本発明の実施形態による光源装置を、図を参照しつつ説明する。この光源装置は、光源部と、光源部から発した光を集光して所定方向へ出射させるための導光素子とを有する。導光素子は、平板状に形成される。そして導光素子の一方の側面が光源部と対向し、光源部から発した光を導光素子内へ入射させるとともに、導光素子内を伝搬した光が出射する入出面となる。一方、導光素子の入出面と反対側の側面が、入出面の長手方向に沿った方向及び入出面の短手方向に沿った方向の何れについても凹面鏡となるように曲面状に形成される反射面となる。これにより、この光源装置は、入出面の長手方向に沿った方向及び入出面の短手方向の両方について、光源部から発した光のうち、入出面から出射する光の光量を増加させることを可能にして、その光の利用効率向上を図る。

なお、以下では、説明の便宜上、導光素子の入出面及び反射面の短手方向を厚さ方向と呼び、導光素子の入出面及び反射面の長手方向を幅方向と呼ぶ。そして厚さ方向及び幅方向と直交し、入出面から反射面へ向かう方向を奥行き方向と呼ぶ。さらに、厚さ方向における長さを厚さと呼び、幅方向における長さを幅と呼び、奥行き方向における長さを奥行きと呼ぶ。

図１は、本発明の一つの実施形態に係る光源装置を上方から見た概略平面図である。また図２は、光源装置を側方から見た概略構成図である。光源装置１は、光源部１１と、導光素子１２とを有する。

光源部１１は、拡散する照明光を発する一つまたは複数の発光素子及び駆動回路を有する。光源部１１が有する発光素子は、例えば、白色あるいは所定の波長の光を発する発光ダイオード、レーザーダイオード、あるいは有機ＥＬ発光素子とすることができる。そして光源部１１は、制御回路（図示せず）から点灯を指示する信号を受けている間、点灯して、照明光を発する。なお、以下の説明では、光源部１１から発する照明光を、単に光と呼ぶ。

導光素子１２は、光源部１１から発する光に対して透明な部材、例えば、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリカーボネート、シクロオレフィンポリマーといった、透明な樹脂を成型することで平板状に形成される。導光素子１２の一方の側面は、光源部１１と対向し、光源部１１から発した光を導光素子１２内へ入射させるとともに、導光素子１２内を伝搬した光が出射する入出面１２ａとして形成される。また入出面１２ａは、例えば、平面状に形成される。一方、入出面１２ａと反対側の側面は、導光素子１２内を伝搬する光を反射する反射面１２ｂとして形成される。なお、反射面１２ｂには、全反射臨界角よりも小さい入射角で反射面１２ｂに入射する光も反射できるように、金属製の蒸着膜、あるいは、屈折率の異なる複数の材料により形成される多層反射膜が形成されてもよい。

本実施形態では、光源部１１は、幅方向について入出面１２ａの略中央に位置し、かつ、厚さ方向について入出面１２ａの一方の端部側において、光源部１１が有する発光素子の発光面が、入出面１２ａと対向するように配置される。そのため、光源部１１から発した光の大部分は、入出面１２ａを介して導光素子１２内に入射する。

反射面１２ｂは、幅方向及び厚さ方向のそれぞれについて凹面鏡となるように形成される。ここで、幅方向を含む面において、光源部１１が反射面１２ｂの焦点と略一致するように反射面１２ｂの曲率が設定される。すなわち、反射面１２ｂの幅方向の曲率半径Rは、導光素子１２の奥行きの２倍となるように反射面１２ｂは形成される。これにより、幅方向に関して、光源部１１から発した光は、反射面１２ｂで反射されることにより、奥行き方向に沿って略平行な平行光となる。なお、反射面１２ｂは、幅方向を含む面において光源部１１の位置が焦点となる放物線形状となるように形成されてもよい。これにより、幅方向を含む面において、光源部１１から発して反射面１２ｂで反射された光の平行度が向上する。

また、厚さ方向に関しては、例えば、光源部１１から発した光が入出面１２ａを介して入射してから反射面１２ｂで反射されて再度入出面１２ａへ達するまでの光路長が、反射面１２ｂの位置によらずに一定となるように、すなわち、楕円形状となるように、反射面１２ｂが設定される。

図３は、光源部１１から発した光の経路の一例を示す図である。図３に示されるように、便宜上、入出面１２ａの幅方向及び厚さ方向の中心に原点Oを設定する。そして幅方向をx軸、奥行き方向をy軸、厚さ方向をz軸として設定する。また、導光素子１２の厚さを2tとし、導光素子１２の奥行き、すなわち、幅方向についての反射面１２ｂの焦点距離をfとする。そして光源部１１から発した光が導光素子１２に入射する位置の座標を(0,0,-t)とする。この場合、反射面１２ｂ上の任意の点(x,y,z)で反射された光の光路長に関して、次式が成立する。
このように反射面１２ｂの曲率を設定することで、厚さ方向については反射面１２ｂは楕円となる。これにより、反射面１２ｂで反射された光は入出面に集光されるので、光の利用効率が向上する。

また、幅方向について、入出面１２ａから出射する光の照度分布のムラを軽減するために、光源部１１は、幅方向に沿って並べられた複数の発光素子を有することが好ましい。例えば、導光素子１２の厚さ2t=31mm、幅方向の焦点距離f=25mmとし、光源部１１が有する発光素子からの光がランバート分布に従うと仮定する。この場合において、入出面１２ａから出射する光の照度分布において、例えば、最大照度Lmaxと最小照度Lminの比(Lmin/Lmax)が1/2以上となるようにするためには、光源部１１が有する複数の発光素子は30mm〜40mmのピッチで幅方向に沿って並べられることが好ましい。

また、（１）式で表されるように、反射面１２ｂが厚さ方向に沿って楕円形状に形成される場合、厚さ方向に関して、光源部１１は、その楕円の一方の焦点と略一致するように配置されることが好ましい。この場合、厚さ方向に関して、光源部１１から発した光は、反射面１２ｂで反射されることで、入出面１２ａ近傍の他方の焦点の位置に集光される。したがって、光源部１１へ戻ってくる光をほぼ無くすことができる。また、その他方の焦点の位置に、光源装置１からの光を利用する装置、例えば、照明装置の導光板を配置することで、光源装置１からの光を有効に利用することが可能となる。

図４（ａ）及び図４（ｂ）は、他の変形例による、光源装置１の概略側面図である。図４（ａ）に示される変形例では、導光素子１２の反射面１２ｂは、厚さ方向に関して、放物線形状となり、かつ、反射面１２ｂの焦点が入出面１２ａ上に位置するように形成される。そして光源部１１は、厚さ方向に沿って、反射面１２ｂの焦点からずれた位置に配置される。図４（ａ）に示される例では、入出面１２ａの上端近傍に反射面１２ｂの焦点及び頂点が位置するように反射面１２ｂが形成され、一方、光源部１１は、入出面１２ａの下端近傍に配置される。この場合、厚さ方向に関して、光源部１１から発して入出面１２ａから導光素子１２内に入射した光は、反射面１２ｂで反射されることにより平行光となる。ただし、光源部１１の位置が焦点からずれているため、反射面１２ｂで反射された光は、奥行き方向に対して傾いた方向へ進む。そのため、反射面１２ｂで反射されて光源部１１の方へ戻る光をほぼ無くすことができる。

なお、焦点位置からの光源部１１の位置ずれ量は、導光素子１２の上面または下面に対する、反射面１２ｂで反射された光の角度が、全反射となる角度範囲に含まれるように設定されることが好ましい。

また、図４（ｂ）に示される例では、導光素子１２の反射面１２ｂは、厚さ方向に関して、コーナーキューブ状に形成され、かつ、光源部１１は、そのコーナーキューブの頂点よりも上側または下側にずらして配置される。この場合には、厚さ方向に関して、光源部１１から発して入出面１２ａから導光素子１２内に入射した光は、反射面１２ｂにて再帰反射される。その再帰反射された光が入出面１２ａに達する位置は、光源部１１の位置とは異なるので、反射面１２ｂで反射されて光源部１１の方へ戻る光をほぼ無くすことができる。

図５（ａ）は、さらに他の変形例による、光源装置１の上方から見た概略平面図であり、図５（ｂ）は、この変形例による、光源装置１の概略側面図である。この変形例では、導光素子１２の入出面１２ａと光源部１１との間に、不透明な部材で形成されるマスク板１３が配置される。そしてマスク板１３には、幅方向における反射面１２ｂの焦点近傍に、厚さ方向に沿って延伸されるスリット１３ａが形成される。そして光源部１１からの光は、スリット１３ａを通って入出面１２ａから導光素子１２内に入射する。ここで、スリット１３ａの幅Dは、光源部１１の発光面の幅よりも短いことが好ましい。これにより、幅方向に関して、光源部１１の発光素子の発光面より狭い範囲からの光が導光素子１２に入射する。そのため、反射面１２ｂにより反射された後の光の平行性がより向上する。

なお、マスク板１３の厚さ方向の長さは、光源部１１の厚さ方向の長さ以上となり、かつ、導光素子１２の厚さよりも小さくなるように、例えば、導光素子１２の厚さの1/2未満となるようにマスク板１３は設定される。これにより、導光素子１２内に入射した光が入出面１２ａから出射する際にマスク板１３にて遮られることが抑制される。

図６は、さらに他の変形例による、光源装置１の上方から見た概略平面図である。この変形例では、導光素子１２の入出面１２ａと反射面１２ｂ以外の両側面（以下、単に側面と呼ぶ）に光吸収性を持つ光吸収部材１４が設けられる。光吸収部材１４は、例えば、顔料、あるいは、光吸収性樹脂とすることができる。

この変形例によれば、導光素子１２内を伝搬する光のうち、何れかの側面に達した光は、光吸収部材１４により吸収される。そのため、幅方向に関して、導光素子１２から出射する光の平行性がより向上する。

図７は、さらに他の変形例による、光源装置１の概略側面図である。この変形例では、厚さ方向に関して、光源部１１が配置される側と反対側の導光素子１２の面に、光吸収性を持つ光吸収部材１５が設けられる。光吸収部材１５は、例えば、顔料、あるいは、光吸収性樹脂とすることができる。なお、図７に示される例では、光源部１１が導光素子１２の厚さ方向の中心よりも下側に光源部１１が配置されるので、光吸収部材１５は、導光素子１２の上面に設けられる。以下では、光吸収部材１５は導光素子１２の上面に設けられるものとして説明するが、光吸収部材１５は導光素子１２の下面に設けられてもよい。

この変形例によれば、導光素子１２内を伝搬する光のうち、上面に達した光は、光吸収部材１５により吸収される。そのため、厚さ方向に関して、導光素子１２から出射する光の平行性がより向上し、その結果として、厚さ方向に関して、導光素子１２から出射する光の指向性が向上する。

図８は、光吸収部材１５が設けられる場合の導光素子１２から出射する光の指向性と光吸収部材１５が設けられない場合の導光素子１２から出射する光の指向性の一例を示すシミュレーション結果である。図８において、横軸は、厚さ方向に関する角度を表し、縦軸は、導光素子１２から出射する光の照度をその最大値で正規化した値を表す。そしてパターン８００は、光吸収部材１５が設けられない場合の導光素子１２から出射する光の放射パターンを表し、一方、パターン８１０は、光吸収部材１５が設けられた場合の導光素子１２から出射する光の放射パターンを表す。パターン８００及びパターン８１０に示されるように、光吸収部材１５が設けられない場合よりも、光吸収部材１５が設けられた場合の方が、出射光の指向性が向上することが分かる。

図９は、さらに他の変形例による、光源装置１の概略側面図である。この変形例では、導光素子１２は、厚さ方向に関して、入出面１２ａから離れるほど、すなわち、反射面１２ｂに近づくほど厚くなるように、くさび状に形成される。特に、厚さ方向について、光源部１１が配置される側と反対側の導光素子１２の面が、入出面１２ａから離れるほど、厚さ方向に沿って光源部１１から離れるように形成されることが好ましい。図９に示される例では、光源部１１が導光素子１２の厚さ方向の中心よりも下側に光源部１１が配置されるので、導光素子１２の上面１２ｃが、入出面１２ａから離れるほど、すなわち、反射面１２ｂに近づくほど上方へ向かうように形成される。

これにより、矢印９００で示されるような、光源部１１から発して入出面１２ａから導光素子１２内に入射して上面１２ｃへ向かう光と上面１２ｃとのなす角が小さくなる。そのため、そのような光のうち、上面１２ｃで全反射される光の量が増える。その結果、光源装置１は、上面１２ｃから導光素子１２外へ出射する迷光を減らすことができる。またこの変形例によれば、光源装置１は、導光素子１２から出射する光の厚さ方向についての指向性をより向上できる。

さらに他の変形例によれば、導光素子には、光源部１１からの光が入射する入射面と、導光素子内を伝搬した光が導光素子から出射する出射面とが別途設けられてもよい。

図１０は、この変形例による光源装置１の概略側面図である。この変形例では、導光素子１２の下面側に入射面１２ｄが設けられ、反射面１２ｂと反対側の側面に出射面１２ｅが設けられる。また、入射面１２ｄの上方において、導光素子１２の上面、すなわち、入射面１２ｄと反対側の面には、入射面１２ｄを介して入射した光を反射面１２ｂへ向けて反射するプリズム１２ｆが形成される。プリズム１２ｆは、幅方向に沿って延伸される三角形状の溝として形成される。この場合、プリズム１２ｆは、出射光を幅方向について平行光とするために、反射面１２ｂの幅方向についての焦点位置に設けられることが好ましい。そして光源部１１は、光源部１１が有する発光素子の発光面が入射面１２ｄと対向するように、入射面１２ｄの下側に配置される。またこの例では、厚さ方向について、反射面１２ｂの形状は、プリズム１２ｆの位置が光源部１１の位置に対応するものとして、上記の実施形態または変形例の何れかにおける反射面１２ｂの形状と同様となるように、反射面１２ｂは形成されればよい。

この変形例では、入射面１２ｄを介して入射した光のうち、プリズム１２ｆで反射されて反射面１２ｂへ向かう光のみが、反射面１２ｂで反射されて出射面１２ｅから出射する。したがって、プリズム１２ｆのサイズが小さいほど、導光素子１２から出射する光の平行度は高くなる。そこで、光源装置１に要求される光の利用効率と出射光の平行度とに応じて適切にプリズム１２ｆのサイズが決定されればよい。

図１１（ａ）〜図１１（ｃ）は、図１０に示される導光素子１２のさらなる変形例を示す分解斜視図である。

図１１（ａ）に示される例では、プリズム１２ｆは、導光素子１２本体とは別個に形成される。そして導光素子１２本体には、出射面１２ｅの幅方向についての略中心に、プリズム１２ｆを取り付けるための切欠け部１２ｇが形成される。そしてプリズム１２ｆは、切欠け部１２ｇに取り付けられる。そして光源部１１は、プリズム１２ｆの下面に設けられる入射面１２ｄと対向するように配置される。

図１１（ｂ）に示される例では、プリズム１２ｆは、導光素子１２本体の出射面１２ｅの外側に、幅方向の中央付近に取り付けられる。この例でも、光源部１１は、プリズム１２ｆの下面に設けられる入射面１２ｄと対向するように配置される。またこの例では、プリズム１２ｆが導光素子１２本体から突出しているので、光源部１１から発した光のうち、プリズム１２ｆを介していない光が導光素子１２に入射することが抑制される。そのため、この変形例では、迷光が抑制される。

図１１（ｃ）に示される例では、導光素子１２は、導光素子１２本体とともに、プリズム１２ｆを取り付けるための導光部材１２ｈを有する。導光部材１２ｈも、導光素子１２本体と同様に、光源部１１からの光に対して透明な材料で平板状に形成される。そして導光部材１２ｈは、導光素子１２の幅及び厚さと同じ幅及び厚さを有し、反射面１２ｂと反対側の側面に取り付けられる。この場合、導光部材１２ｈの導光素子１２本体と対向する面の反対側の面が出射面１２ｅとなる。また、導光部材１２ｈには、図１１（ａ）に示される例と同様に、出射面１２ｅの幅方向についての略中心に、プリズム１２ｆを取り付けるための切欠け部１２ｇが形成される。そしてプリズム１２ｆは、切欠け部１２ｇに取り付けられる。なお、プリズム１２ｆは、導光部材１２ｈと一体的に形成されてもよい。そしてプリズム１２ｆは、その下面に対向して配置される光源部１１からの光を導光素子１２本体へ向けて反射する。なお、この例でも、プリズム１２ｆは反射面１２ｂの幅方向についての焦点位置に設けられることが好ましい。

また、図１１（ｃ）に示される変形例では、導光部材１２ｈの上面側、すなわち、光源部１１と対向する面と反対側の面に、下方から上方へ向けて入射した光を下方へ向けて再帰反射させる再帰反射シート１２ｉが形成されてもよい。この場合、光源部１１から発してプリズム１２ｆ以外の導光部材１２ｈに入射した光は、再帰反射シート１２ｉにて下方へ向けて反射される。そのため、導光素子１２に入射する迷光が抑制される。なお、再帰反射シート１２ｉとして、例えば、その内部に複数のプリズムまたはビーズが含まれるものが用いられる。
なお、導光部材１２ｈの上面には、再帰反射シート１２ｉの代わりに、ミラーを形成する金属蒸着膜あるいは多層反射膜が設けられてもよい。この場合には、プリズム１２ｆの上面にも、ミラーを形成する金属蒸着膜あるいは多層反射膜が設けられてもよい。

また他の変形例によれば、光源部１１からの光は、導光素子１２本体とは別個に設けられた導光部材１２ｊを介して導光素子１２内へ導光されてもよい。

図１２（ａ）は、この変形例による光源装置１の分解斜視図であり、図１２（ｂ）は、この変形例による光源装置１の概略側面図である。この変形例では、導光素子１２本体の出射面１２ｅの下端近傍に、幅方向に沿って切欠け部１２ｋが形成される。そして切欠け部１２ｋに、光源部１１からの光を導光素子１２本体へ導光させる導光部材１２ｊが取り付けられる。そして導光素子１２本体と導光部材１２ｊとにより、導光素子が構成される。

導光部材１２ｊは、光源部１１からの光に対して透明な材料により直方体状に形成される。そして導光部材１２ｊの長手方向の一方の側面である出射面が、導光素子１２本体の切欠け部１２ｋの厚さ方向に沿った面と対向するように、導光部材１２ｊは配置される。また、導光部材１２ｊの出射面と反対側の面において、幅方向における略中央に、プリズム１２ｍが形成される。プリズム１２ｍは、入射面となる、導光部材１２ｊの一方の端面と対向するように配置された光源部１１から発して、その端面から導光部材１２ｊ内に入射した光を、導光素子１２側へ向けて反射する。そのために、プリズム１２ｍは、厚さ方向に沿って延伸される略三角形状の溝として形成される。そしてプリズム１２ｍにより反射された光は、導光部材１２ｊの出射面及び導光素子１２の切欠け部１２ｋを介して導光素子１２本体内に入射する。なお、この例でも、プリズム１２ｍは反射面１２ｂの幅方向についての焦点位置に設けられることが好ましい。

この変形例でも、導光部材１２ｊに入射した光のうち、プリズム１２ｍで反射されて反射面１２ｂへ向かう光のみが、反射面１２ｂで反射されて出射面１２ｅから出射する。したがって、プリズム１２ｍのサイズが小さいほど、導光素子１２から出射する光の平行度は高くなる。そこで、光源装置１に要求される光の利用効率と出射光の平行度とに応じて適切にプリズム１２ｍのサイズが決定されればよい。

上記の実施形態または変形例による光源装置は、幅方向に沿って複数並べて使用されてもよい。これにより、供給される光の幅を広げることが可能となる。特に、図１２（ａ）及び図１２（ｂ）に示される光源装置が幅方向に沿って複数並べられる場合には、各導光素子について、光源部及び導光部材は共通利用可能なように構成されてもよい。

図１３（ａ）は、この変形例による光源装置を下方から見た概略構成図である。図１３（ｂ）は、各導光素子に対して共通利用される導光部材の概略斜視図である。

図１３（ａ）に示されるように、この変形例では、複数の導光素子１２が幅方向に沿って並べられている。なお、各導光素子１２は、図１２（ａ）に示される導光素子とすることができる。また、各導光素子１２は、一体的に形成されてもよく、あるいは個別に形成された後、接着剤などで互いに固定されてもよい。そして各導光素子１２の切欠け部に、直方体状の導光部材１２ｎが取り付けられる。

導光部材１２ｎでは、図１２（ｂ）に示される導光部材１２ｊと同様に、一方の端面が入射面として形成され、光源部１１が有する発光素子の発光面がその入射面と対向するように光源部１１が配置される。そして光源部１１から発した光は、入射面を介して導光部材１２ｎへ入射し、導光部材１２ｎ内で全反射を繰り返しながら伝搬する。また、導光部材１２ｎには、各導光素子１２の切欠け部のうちの厚さ方向に沿った面と対向する面と反対側の面に、導光素子１２ごとに、光源部１１からの光をその導光素子１２へ導光するためのプリズム１２ｍが形成される。各プリズム１２ｍは、厚さ方向に沿って延伸される略三角形状の溝として形成され、対応する導光素子１２の反射面１２ｂの幅方向についての焦点位置に設けられる。

これにより、一つの光源部１１及び一つの導光部材１２ｎを用いて、複数の導光素子１２に光源部１１からの光が供給される。

なお、導光部材１２ｎの入射面と反対側の端面は、反射面として形成されてもよい。そのために、入射面と反対側の端面に、金属蒸着膜あるいは多層反射膜が形成されてもよい。そして各プリズム１２ｍは、その反射面で反射され、導光部材１２ｎの入射面側へ向かう光も導光素子１２へ導光できるように、略２等辺三角形状の溝として形成されてもよい。

また、図１３（ｃ）に示されるように、導光部材１２ｎは、その入射面近傍において、入射面に近づくにつれて厚さ方向の長さが大きくなるようにテーパ状に形成されてもよい。これにより、光源部１１から発して導光部材１２ｎ内を伝搬する光の光量が増加する。

またこの場合において、図１４（ａ）または図１４（ｂ）に示されるように、個々の導光素子１２は、その幅が、上側に行くにつれて、すなわち、光源部１１からの光が入射する位置から厚さ方向に沿って離れるにつれて広くなるように、両方の側面がテーパ状に形成されてもよい。なお、図１４（ａ）に示される例では、導光素子１２の下端から上端までテーパ状に形成されており、図１４（ｂ）に示される例では、導光素子１２の下端と上端の間の所定の位置よりも下方において導光素子１２の両側面はテーパ状に形成されている。そのため、図１４（ａ）に示される導光素子１２よりも、図１４（ｂ）に示される導光素子１２の方が、図１４（ｃ）に示されるように幅方向に沿って複数の導光素子１２を並べたときの導光素子１２間の境界近傍での出射光の輝度低下が抑制される。その結果として、幅方向における、出射光の輝度ムラが抑制される。

このように導光素子１２を形成することで、光源部１１から発して導光素子１２に入射した光のうち、一旦側面により反射された光は、導光素子１２の上面で反射され、反対側の側面の下方側に集まり易くなる。そのため、図１４（ｃ）に示されるように、光源装置は、幅方向に並べて配置された各導光素子１２のテーパ部分間に係合するように形成された突起部を有する、光吸収性の材料により形成された支持部材１６をさらに有し、支持部材１６で各導光素子１２を支持してもよい。これにより、矢印１４００で示されるような、側面に達した迷光が外部に漏れることが抑制され、その結果として幅方向についての出射光の平行性がより向上する。

さらに他の変形例によれば、幅方向に関して、光源部１１からの光が導光素子１２に対して斜入射するように光源部１１は配置されてもよい。

図１５は、この変形例による光源装置１を上方から見た概略平面図である。この変形例では、導光素子１２の出射面１２ｅの一端が斜め方向にカットされ、入射面１２ｄとなっている。そして光源部１１が有する発光素子の発光面が入射面１２ｄと対向するように光源部１１が配置される。すなわち、光源部１１は、奥行き方向に対して傾けて配置される。そしてこの場合、幅方向に関して、反射面１２ｂは、例えば、入射面１２ｄが形成される側の一端が頂点となる放物線形状となるように形成される。なお、この例でも、光源部１１は、反射面１２ｂの幅方向についての焦点と略一致するように配置されることが好ましい。また厚さ方向に関して、反射面１２ｂは、楕円形状、円形状、放物線形状、あるいはコーナーキューブ状となるように形成されればよい。

この変形例では、反射面１２ｂで反射された光が光源部１１で遮られることがなく、また、反射面１２ｂの反対側の端面のうち、入射面１２ｄを除いた残りの部分全体を出射面１２ｅとすることができる。そのため、この光源装置１は、光源部１１から導光素子１２内に入射した光のほぼ全てを出射光として利用することができる。

図１６（ａ）は、上記の実施形態または各変形例の何れかによる光源装置を用いた面照明装置の概略平面図であり、図１６（ｂ）は、面照明装置の概略側面図である。面照明装置２は、光源装置２１と、導光板２２とを有する。そして面照明装置２は、光源装置２１から発した光を導光板２２内で伝搬させ、その光を導光板２２の一方の面である拡散面で反射させて拡散面の反対側の面である出射面から出射させることで、導光板２２の出射面全体から光が出るようにして面照明を行う。

光源装置２１は、上記の実施形態または各変形例による光源装置の何れかである。そして光源装置２１は、光源装置２１が有する光源部からの光を導光素子により幅方向について平行光としてその入出面あるいは出射面から出射させる。

導光板２２は、平板状の部材であり、例えば、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリカーボネート、シクロオレフィンポリマーといった、光源装置２１が有する光源部が発する光に対して透明な樹脂を成型することで形成される。

導光板２２の側壁のうちの一面は、入射面２２ａとして形成される。そして入射面２２ａが光源装置２１の入出面または出射面と対向するように、光源装置２１及び導光板２２は配置される。これにより、光源装置２１から出射した光は、入射面２２ａを介して導光板２２内に入射する。

導光板２２の一方の面である拡散面２２ｂには、複数のプリズム２３が所定のピッチで格子状に配置されている。なお、複数のプリズム２３は、所定のピッチで千鳥足状に配置されてもよい。各プリズム２３は、例えば、拡散面２２ｂにおいて、幅方向に延伸される略三角形状の溝として形成される。各プリズム２３は、入射面２２ａから入射した、光源装置２１からの光を反射して、拡散面２２ｂの反対側の面である出射面２２ｃに対して略垂直に出射させる。これにより、面照明装置２は、導光板２２の拡散面２２ｂ全体から光を出射させることができるので、拡散面２２ｂを発光面とする面照明を行うことができる。

このように、当業者は、本発明の範囲内で、実施される形態に合わせて様々な変更を行うことができる。

１、２１ 光源装置
２ 面照明装置
１１ 光源部
１２ 導光素子
１３ マスク板
１４、１５ 光吸収部材
２２ 導光板
１２ａ 入出面
１２ｂ 反射面
１２ｃ 上面
１２ｄ 入射面
１２ｅ 出射面
１２ｇ 切欠け部
１２ｈ 導光部材
１２ｉ 再帰反射シート
１２ｊ 導光部材
１２ｋ 切欠け部
１２ｍ プリズム
１２ｎ 導光部材
１３ａ スリット

Claims (12)

1. 照明光を発する光源部と、
   透明な部材で平板状に形成される導光素子と、
   を有し、
   前記導光素子は、
   前記光源部と対向し、前記照明光が前記導光素子内へ入射するように形成される入射面と、
   前記導光素子の一方の側面に形成され、前記導光素子内へ入射した前記照明光を反射する反射面と、
   前記反射面と反対側の前記導光素子の側面に形成され、前記反射面にて反射された光が出射する出射面とを有し、
   前記反射面は、当該反射面の長手方向を含む面において前記反射面にて反射された前記照明光を平行光とする曲面に形成されるとともに、当該反射面の短手方向に沿って楕円形状となるように形成され、
   前記光源部は、前記反射面の短手方向における二つの焦点のうちの一方に配置される、
   光源装置。
2. 前記入射面と前記出射面とは一体的に形成される、請求項１に記載の光源装置。
3. 照明光を発する光源部と、
   透明な部材で平板状に形成される導光素子と、
   を有し、
   前記導光素子は、
   前記光源部と対向し、前記照明光が前記導光素子内へ入射するように形成される入射面と、
   前記導光素子の一方の側面に形成され、前記導光素子内へ入射した前記照明光を反射する反射面と、
   前記反射面と反対側の前記導光素子の側面に形成され、前記反射面にて反射された光が出射する出射面とを有し、
   前記反射面は、当該反射面の長手方向を含む面において前記反射面にて反射された前記照明光を平行光とする曲面に形成されるとともに、当該反射面の短手方向に沿って放物線形状となり、かつ、前記短手方向における前記反射面の頂点が、前記短手方向における前記導光素子の中心から前記短手方向に沿って何れか一方にずれた位置となるように形成され、
   前記入射面と前記出射面とは一体的に形成され、かつ、前記反射面の前記頂点から前記入射面までの距離が前記短手方向における前記反射面の焦点距離となり、
   前記光源部は、前記短手方向における前記導光素子の中心から前記短手方向に沿って前記頂点とは反対側へずれた位置に配置される、
   光源装置。
4. 前記入射面と前記光源部との間に配置され、前記短手方向において前記導光素子よりも短く、かつ、不透明な材料で形成されるマスク板をさらに有し、
   前記マスク板は、前記光源部と対向する位置において前記短手方向に沿って延伸されるスリットを有する、請求項２または３に記載の光源装置。
5. 前記反射面及び前記出射面の長手方向に沿って形成される二つの面のうちの一方において、前記反射面から前記出射面へ向かう奥行き方向に沿って前記反射面よりも前記出射面に近い位置に前記入射面が形成され、
   前記導光素子は、前記二つの面のうちの他方において前記入射面と対向する位置に形成され、前記入射面を介して前記導光素子内に入射した前記照明光を前記反射面へ向けて反射するプリズムをさらに有する、請求項１に記載の光源装置。
6. 前記プリズムは、前記反射面の前記長手方向における焦点の位置に形成される、請求項５に記載の光源装置。
7. 前記導光素子は、前記二つの面のうちの前記他方の面において、前記長手方向に沿って前記プリズムの両側に設けられ、前記二つの面のうちの前記入射面が設けられる面から入射した前記照明光を再帰反射させる再帰反射シートをさらに有する、請求項５または６に記載の光源装置。
8. 前記導光素子は、前記反射面に近づくほど前記短手方向に沿った長さが長くなるようにくさび状に形成される、請求項１〜７の何れか一項に記載の光源装置。
9. 前記導光素子は、
   前記出射面の前記短手方向における一方の側において、前記長手方向に沿って形成される切欠け部と、
   前記切欠け部に取り付けられる直方体状の導光部材とを有し、
   前記導光部材の前記長手方向の一方の端面が前記入射面として形成され、かつ、前記導光部材の前記切欠け部と対向する面と反対側の面に、前記入射面を介して前記導光部材に入射した前記照明光を前記反射面へ向けて反射するプリズムが形成される、請求項１に記載の光源装置。
10. 照明光を発する光源装置と、
    透明な部材で平板状に形成される導光板であって、当該導光板内に入射した前記照明光を一方の面から出射させる導光板と、
    を有し、
    前記光源装置は、
    前記照明光を発する光源部と、
    透明な部材で平板状に形成される導光素子と、
    を有し、
    前記導光素子は、
    前記光源部と対向し、前記照明光が前記導光素子内へ入射するように形成される入射面と、
    前記導光素子の一方の側面に形成され、前記導光素子内へ入射した前記照明光を反射する反射面と、
    前記反射面と反対側の前記導光素子の側面に形成され、前記反射面にて反射された前記照明光が出射する出射面とを有し、
    前記反射面は、当該反射面の長手方向を含む面において前記反射面にて反射された前記照明光を平行光とする曲面に形成されるとともに、当該反射面の短手方向に沿って楕円形状となるように形成され、
    前記光源部は、前記反射面の短手方向における二つの焦点のうちの一方に配置され、
    前記導光板は、
    前記導光素子の前記出射面と対向するように配置される入射面と、
    前記導光板の他方の面に形成され、前記導光板内を伝搬する前記照明光を前記一方の面へ向けて反射する複数のプリズムと、
    を有する面照明装置。
11. 透明な部材で平板状に形成される導光素子であって、
    照明光を発する光源部と対向し、前記照明光が前記導光素子内へ入射するように形成される入射面と、
    前記導光素子の一方の側面に形成され、前記導光素子内へ入射した前記照明光を反射する反射面と、
    前記反射面と反対側の前記導光素子の側面に形成され、前記反射面にて反射された前記照明光が出射する出射面とを有し、
    前記反射面は、当該反射面の長手方向を含む面において前記反射面にて反射された前記照明光を平行光とする曲面に形成されるとともに、当該反射面の短手方向に沿って楕円形状となり、かつ、当該反射面の短手方向における二つの焦点のうちの一方に前記光源部が位置するように形成される、
    導光素子。
12. 照明光を発する光源装置と、
    透明な部材で平板状に形成される導光板であって、当該導光板内に入射した前記照明光を一方の面から出射させる導光板と、
    を有し、
    前記光源装置は、
    前記照明光を発する光源部と、
    透明な部材で平板状に形成される導光素子と、
    を有し、
    前記導光素子は、
    前記光源部と対向し、前記照明光が前記導光素子内へ入射するように形成される入射面と、
    前記導光素子の一方の側面に形成され、前記導光素子内へ入射した前記照明光を反射する反射面と、
    前記反射面と反対側の前記導光素子の側面に形成され、前記反射面にて反射された前記照明光が出射する出射面とを有し、
    前記反射面は、当該反射面の長手方向を含む面において前記反射面にて反射された前記照明光を平行光とする曲面に形成されるとともに、当該反射面の短手方向に沿って放物線形状となり、かつ、前記短手方向における前記反射面の頂点が、前記短手方向における前記導光素子の中心から前記短手方向に沿って何れか一方にずれた位置となるように形成され、
    前記入射面と前記出射面とは一体的に形成され、かつ、前記反射面の前記頂点から前記入射面までの距離が前記短手方向における前記反射面の焦点距離となり、
    前記光源部は、前記短手方向における前記導光素子の中心から前記短手方向に沿って前記頂点とは反対側へずれた位置に配置され、
    前記導光板は、
    前記導光素子の前記出射面と対向するように配置される入射面と、
    前記導光板の他方の面に形成され、前記導光板内を伝搬する前記照明光を前記一方の面へ向けて反射する複数のプリズムと、
    を有する面照明装置。