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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】5853739
(24)【登録日】2015年12月18日
(45)【発行日】2016年2月9日
(54)【発明の名称】コリメート光源及び面光源装置
(51)【国際特許分類】
F21S 2/00 20160101AFI20160120BHJP
F21Y 115/10 20160101ALN20160120BHJP
【ＦＩ】
F21S2/00 441
F21Y101:02
【請求項の数】12
【全頁数】21
(21)【出願番号】特願2012-22250(P2012-22250)
(22)【出願日】2012年2月3日
(65)【公開番号】特開2013-161639(P2013-161639A)
(43)【公開日】2013年8月19日
【審査請求日】2015年1月7日
(73)【特許権者】
【識別番号】000002945
【氏名又は名称】オムロン株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100094019
【弁理士】
【氏名又は名称】中野 雅房
(72)【発明者】
【氏名】石川 貴子
(72)【発明者】
【氏名】篠原 正幸
【審査官】
竹中 辰利
(56)【参考文献】
【文献】
特開２００４−３１０００２（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特表２０１０−５０９６２２（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２００９−１９９９２７（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）
Ｆ２１Ｓ ２／００
Ｆ２１Ｙ １０１／０２
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
複数個の光源と、前記光源から放射された光を平行光化して出射する複数個のコリメートレンズとを有するコリメート光源であって、
前記コリメートレンズは、それぞれ、
前記光源からの光を導入する入光面と、
前記入光面と反対側に位置する出光面と、
前記入光面の両側から前記出光面へ向けて延出されていて、前記入光面から導入された光を反射させる光反射壁と、
前記入光面と前記出光面の中間に形成された、前記コリメートレンズの厚み方向に貫通した貫通孔と、
前記入光面から導入されて前記貫通孔を通過する光を平行光化するための、前記貫通孔の縁に形成された光屈折面とを備え、
複数個の前記コリメートレンズは幅方向に並べて配置され、隣接するコリメートレンズは互いに側面の一部が連続していることを特徴とするコリメート光源。
前記コリメートレンズは、それぞれ、
前記光源からの光を導入する入光面と、
前記入光面と反対側に位置する出光面と、
前記入光面の両側から前記出光面へ向けて延出されていて、前記入光面から導入された光を反射させる光反射壁と、
前記入光面と前記出光面の中間に形成された、前記コリメートレンズの厚み方向に貫通した貫通孔と、
前記入光面から導入されて前記貫通孔を通過する光を平行光化するための、前記貫通孔の縁に形成された光屈折面とを備え、
複数個の前記コリメートレンズは幅方向に並べて配置され、隣接するコリメートレンズは互いに側面の一部が連続していることを特徴とするコリメート光源。
【請求項2】
前記貫通孔の縁のうち前記入光面に近い側の光屈折面と前記入光面から遠い側の光屈折面との距離が、前記貫通孔の中央部で前記貫通孔の両端部よりも小さくなっていることを特徴とする、請求項１に記載のコリメート光源。
【請求項3】
前記貫通孔の縁のうち前記入光面に近い側の光屈折面は、曲面、円弧状に湾曲した面又は複数の平面によって構成されていることを特徴とする、請求項１に記載のコリメート光源。
【請求項4】
前記貫通孔の縁のうち前記入光面に近い側の光屈折面は、中央部が前記貫通孔内に向けて張り出すように膨らんでいることを特徴とする、請求項３に記載のコリメート光源。
【請求項5】
前記貫通孔の縁のうち前記入光面から遠い側の光屈折面は、前記出光面に平行な平面と、前記出光面に対して傾いた傾斜面によって構成されていることを特徴とする、請求項３に記載のコリメート光源。
【請求項6】
前記貫通孔の縁のうち前記入光面から遠い側の光屈折面の中央部は、前記出光面に平行な平面となり、
前記貫通孔の縁のうち前記入光面から遠い側の光屈折面の両側部は、前記中央部に近い端が前記入光面に近く、前記中央部から遠い端が前記入光面から遠くなるように傾いた傾斜面となっていることを特徴とする、請求項５に記載のコリメート光源。
前記貫通孔の縁のうち前記入光面から遠い側の光屈折面の両側部は、前記中央部に近い端が前記入光面に近く、前記中央部から遠い端が前記入光面から遠くなるように傾いた傾斜面となっていることを特徴とする、請求項５に記載のコリメート光源。
【請求項7】
前記光反射壁が、前記コリメートレンズの外側へ向けて膨らんだ曲面又は複数の平面によって構成されていることを特徴とする、請求項１に記載のコリメート光源。
【請求項8】
前記入光面は、拡散パターンを設けた領域と、拡散パターンを設けられていない平坦な領域とを有することを特徴とする、請求項１に記載のコリメート光源。
【請求項9】
前記拡散パターンは、前記コリメートレンズの厚み方向に伸びた凹溝又は凸条であることを特徴とする、請求項８に記載のコリメート光源。
【請求項10】
導光板と、前記導光板の光入射端面に沿って配置された請求項１に記載したコリメート光源とからなり、前記コリメート光源の出光面が前記導光板の光入射端面に接合又は一体的に形成されていることを特徴とする面光源装置。
【請求項11】
複数個の光源と、導光板と、前記導光板の端部と一体的に形成されていて前記光源から放射された光を平行光化して前記導光板へ入射させる複数個のコリメートレンズとを有する面光源装置であって、
複数個の前記コリメートレンズ及び導光板が一体化された部材は、
前記光源からの光を導入する入光面と、
前記入光面の両側から前記導光板側へ向けて延出されていて、前記入光面から導入された光を反射させる光反射壁と、
前記コリメートレンズの厚み方向に貫通した貫通孔と、
前記入光面から導入されて前記貫通孔を通過する光を平行光化するための、前記貫通孔の縁に形成された光屈折面と、
を備え、
複数個の前記コリメートレンズは幅方向に並べて配置され、隣接するコリメートレンズは互いに側面の一部が連続していることを特徴とする面光源装置。
複数個の前記コリメートレンズ及び導光板が一体化された部材は、
前記光源からの光を導入する入光面と、
前記入光面の両側から前記導光板側へ向けて延出されていて、前記入光面から導入された光を反射させる光反射壁と、
前記コリメートレンズの厚み方向に貫通した貫通孔と、
前記入光面から導入されて前記貫通孔を通過する光を平行光化するための、前記貫通孔の縁に形成された光屈折面と、
を備え、
複数個の前記コリメートレンズは幅方向に並べて配置され、隣接するコリメートレンズは互いに側面の一部が連続していることを特徴とする面光源装置。
【請求項12】
側面から見たとき、前記光反射壁の前記入光面から遠い側の端は、前記貫通孔の前記入光面から遠い側の端よりも前記入光面から遠くに位置していることを特徴とする、請求項１１に記載の面光源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明はコリメート光源及び面光源装置に関し、具体的には面光源装置の導光板に平行光を入射させるためのコリメート光源と、当該コリメート光源を用いた面光源装置に関する。
【背景技術】
【0002】
アミューズメント用機器などのディスプレイに用いられる面光源装置では、点灯する光源を切り替えて発光面の一部だけを光らせられるようにしたものがある。このような面光源装置では、導光板の端面に沿って複数個の光源を一列に並べて配置してある。その光源の一部だけを点灯した場合には、点灯した光源から出射した光が平行光として導光板内に導入される。このような面光源装置では、導光板内に入射した平行光が光源の前方へほぼまっすぐに導光されるので、任意の光源の前方だけを発光させることができ、光による様々な演出が可能になる。また、各光源の前方へまっすぐに光が導光されるので、他の光源の前方へ光が出射されて他の光源の前方を光らせにくく、光っている領域と光っていない領域との境界をくっきりさせることができる。さらに、各光源には、赤色光、緑色光、青色光のＬＥＤチップが内蔵されており、点灯させるＬＥＤチップを切り替えることにより、導光板を種々の色に発光させることができる。
【0003】
（特許文献１の面光源装置）このようなタイプの面光源装置としては、たとえば特許文献１に開示されたものがある。図１は特許文献１に記載された面光源装置１１の斜視図である。この面光源装置１１は、コリメート光源１２と導光板１３からなる。
【0004】
コリメート光源１２は、赤色光、緑色光、青色光のＬＥＤチップを内蔵した複数個の光源１４とコリメートレンズアレイ１５とからなる。コリメートレンズアレイ１５は、複数個のコリメートレンズ１６を横に並べて一体化したものであって、透明樹脂によって均一な厚みの板状に成形されている。
【0005】
このコリメートレンズアレイ１５のうちの１つのコリメートレンズ１６と１つの光源１４を図２に示す。コリメートレンズ１６は、後端面が入光面１７となっており、入光面１７の中央部には拡散パターン領域１８が形成されている。入光面１７の両端から前方へ延びた側面部分は、それぞれ反射壁１９とステップ面２０からなる。反射壁１９は前方へ向かうに従って外側へ広がった平らな面であり、ステップ面２０は入光面１７と平行な平らな面である。また、コリメートレンズ１６の前面は、厚み方向から見て円弧状をした出射側レンズ２１（凸レンズ）によって構成されている。
【0006】
導光板１３は、高屈折率の透明樹脂によって平板状に成形されており、裏面１３ａの適宜箇所には光を全反射させて表面１３ｂ（光出射面）から出射させるための光出射パターン２３（図４参照）が形成されている。
【0007】
この面光源装置１１では、図１に示すように、コリメートレンズアレイ１５は、各コリメートレンズ１６の前端面を導光板１３の光入射端面１３ｃに当接させて位置決めされており、光源１４は各コリメートレンズ１６の入光面１７に近接させて対向配置されている。
【0008】
面光源装置１１においては、光源１４から出射された光のうち入光面１７の両端部（平坦な領域）からコリメートレンズ１６に入射する光は、入光面１７で屈折して前方へ向けて進む。また、拡散パターン領域１８からコリメートレンズ１６に入射する光は、拡散パターン領域１８で拡散されて左右に広げられ、コリメートレンズ１６の両側面へ向けて拡散された光は反射壁１９で全反射して前方へ向けられる。そして、コリメートレンズ１６から出射する光は、出射側レンズ２１によってコリメート化され、ほぼ平行光となって出射側レンズ２１から出射される。したがって、コリメートレンズ１６の中央部では、拡散パターン領域１８によって光が拡散するために配光される光量が少なくなり、コリメートレンズ１６の両側部では拡散パターン領域１８で拡散された光が分配されるために光量が増加し、コリメートレンズ１６から出射する平行光の強度がコリメートレンズ１６の全幅にわたってほぼ均一化される。コリメートレンズアレイ１５から導光板１３内に入射した光は、導光板１３内を導光し、光出射パターン２３で反射されると導光板１３の表面１３ｂから出射され、光出射パターン２３の形成された領域が発光する。
【0009】
（特許文献１の面光源装置からの派生的形態）上記のような面光源装置１１では、面光源装置１１を機器に組み込んだ後に振動などによってコリメートレンズアレイ１５と導光板１３の間に位置ずれが発生する恐れがある。これを防ぐため、図３及び図４に示すようにコリメートレンズアレイ１５と導光板１３を一体化し、各コリメートレンズ１６の前端面を導光板１３の光入射端面１３ｃと連続的に形成することがある。この場合には、コリメートレンズ１６の出射側レンズ２１のために、隣接するコリメートレンズ１６の出射側レンズ２１間に略三角形状の貫通孔２２が形成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0010】
【特許文献1】特開２０１１−２３３４１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0011】
上記のような面光源装置においても、より高品質なものが求められるようになると、図５に示すような放射状の輝度むらや縞状の色むらが問題となってくる。ここで言う放射状の輝度むらとは、各コリメートレンズ１６の直前（導光板１３の端部）において左右斜め方向の輝度が高くなるものである。このような放射状の輝度むらが発生する原因は、つぎのように考えられる。
【0012】
図３のようにコリメートレンズアレイ１５と導光板１３を射出成形により一体化した場合、射出成形の都合上、コリメートレンズ１６の前端面と導光板１３のつながった部分は、約３ｍｍの幅を必要とする。図３に示す光線Ｌ１のように、このつながった部分では出射側レンズ２１が部分的に消失しているので、ここを通過する光線は、出射側レンズ２１による屈折作用を受けない。そのため光線Ｌ１は平行光化されずに斜め方向へ出射し、導光板１３の端部では光源１４のまっすぐ前方が暗くなり、図５のように前方斜め方向には光線Ｌ１による輝線が生じる。また、コリメートレンズ１６と導光板１３が一体化されていない特許文献１の面光源装置でも、コリメートレンズ１６の前端面が導光板１３の光入射端面１３ｃに密着していると、同様な理由により、密着した部分を通過する光線は、出射側レンズ２１によって平行光化されず、まっすぐ前方が暗くなり、前方斜め方向に輝線が生じる。
【0013】
また、縞状の色むらとは、赤色光、緑色光、青色光のＬＥＤチップを点灯させて光源１４を白色発光させても、導光板１３の光入射端面１３ｃの近傍（光入射端面１３ｃから１０−４０ｍｍ程度の領域）で赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）にうっすらと色づいた縞模様が見えるものである。このような色むらは、特に導光板の光入射端面のすぐ近くで目立っている。縞状の色むらが発生する原因は、つぎのように考えられる。
【0014】
赤色光、緑色光、青色光のＬＥＤチップを幅方向に並べて光源内に配置すると、導光板の光出射面に垂直な方向（厚み方向）から見たとき、導光板内における各色の平行光の角度がずれ、光入射端面から離れた箇所では各色のずれが大きくなる。そのため、図４に示すように、光源１４内においては、緑色光のＬＥＤチップ２４Ｇ、赤色光のＬＥＤチップ２４Ｒ、青色光の２４Ｂは導光板１３の厚み方向に沿って一列に配列されている。一方、コリメートレンズアレイ１５を導光板１３と一体化した場合、あるいは導光板１３の光入射端面１３ｃと密着させた場合には、隣り合ったコリメートレンズ１６の出射側レンズ２１間に比較的大きな貫通孔２２が生じる。この貫通孔２２は、厚み方向から見て略三角形状をしており、前後方向における最大の長さＤが４ｍｍ程度ある。
【0015】
そのため、図３に示す光線Ｌ２のように出射側レンズ２１を通過する光は、平行光化されて導光板１３内に入射するが、一部の光は図４に示すように導光板１３に入射することなく貫通孔２２を通って上方へ漏れる。このようにして漏れる光は、図４に示すようにＬＥＤチップ２４Ｇの緑色光（Ｇ）とＬＥＤチップ２４Ｒの赤色光（Ｒ）とＬＥＤチップ２４Ｂの青色光（Ｂ）でずれているため、図５のような色むらとなって現れる。
【0016】
本発明は、このような技術的課題に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、コリメート光源やコリメート光源を用いた面光源装置において、輝度むらや色むらの発生を低減することにある。
【課題を解決するための手段】
【0017】
本発明に係るコリメート光源は、複数個の光源と、前記光源から放射された光を平行光化して出射する複数個のコリメートレンズとを有するコリメート光源であって、前記コリメートレンズは、それぞれ、前記光源からの光を導入する入光面と、前記入光面と反対側に位置する出光面と、前記入光面の両側から前記出光面へ向けて延出されていて、前記入光面から導入された光を反射させる光反射壁と、前記入光面と前記出光面の中間に形成された、前記コリメートレンズの厚み方向に貫通した貫通孔と、前記入光面から導入されて前記貫通孔を通過する光を平行光化するための、前記貫通孔の縁に形成された光屈折面とを備え、複数個の前記コリメートレンズは幅方向に並べて配置され、隣接するコリメートレンズは互いに側面の一部が連続していることを特徴とする。
【0018】
本発明に係るコリメート光源にあっては、入光面からコリメートレンズ内に導入されて横に広がった光は、光反射壁によって反射され、前方へ向けて出光面から出射される。また、入光面からほぼ前方へ向けてコリメートレンズ内に導入された光は、貫通孔を通過することによって平行光化され、前方へ向けて出光面から出射される。しかも、このコリメート光源にあっては、通過する光を平行光化するための貫通孔を入光面と出光面の中間に形成しているので、コリメート光源の出射面が導光板の入射面に密着していたり、導光板と一体に形成されていたりした場合でも、光線を平行光化するための貫通孔の縁の光屈折面が消失することがなく、導光板の端部に輝度むらが生じにくくなる。また、貫通孔を入光面と出光面の間に配置することで、入光面に垂直な方向における貫通孔の長さを短くすることができるので、貫通孔から光が漏れにくくなり、輝度むらも軽減される。さらに、本発明に係るコリメート光源では、コリメートレンズが幅方向に並べて配置され、隣接するコリメートレンズは互いに側面の一部が連続しているので、複数個のコリメートレンズが一体化されており、その取り扱いが容易になる。
【0019】
本発明に係るコリメート光源のある実施態様は、前記貫通孔の縁のうち前記入光面に近い側の光屈折面と前記入光面から遠い側の光屈折面との距離が、前記貫通孔の中央部で前記貫通孔の両端部よりも小さくなっていることを特徴とする。かかる実施態様では、コリメートレンズの厚み方向から見たとき、貫通孔の形状が略凹状となっていて光学的には凸レンズとして機能するので、通過する光を平行光化することが可能になる。また、貫通孔の中央部で、入光面に垂直な方向における貫通孔の長さが短くなるので、貫通孔の中央部における光の漏れが小さくなる。
【0020】
本発明に係るコリメート光源の別な実施態様は、前記貫通孔の縁のうち前記入光面に近い側の光屈折面が、曲面、円弧状に湾曲した面又は複数の平面によって構成されていることを特徴とする。かかる実施態様によれば、貫通孔の縁のうち入光面に近い側の面に形成された光屈折面によって光を屈折させることができるので、貫通孔の入光面に近い側の光屈折面を適宜形状の面、たとえば中央部が貫通孔内に張り出すようにして膨らんだ面とすることにより、光を平行光化することができる。
【0021】
さらに、当該実施態様においては、前記貫通孔の縁のうち前記入光面から遠い側の光屈折面が、前記出光面に平行な平面と、前記出光面に対して傾いた傾斜面によって構成されていることが望ましい。このような構成によれば、入光面から遠い側の光屈折面でも光を屈折させて平行光化することができるので、入光面に近い側の光屈折面の形状をシンプルにすることができる。特に、前記貫通孔の縁のうち前記入光面から遠い側の光屈折面の中央部は、前記出光面に平行な平面となり、前記貫通孔の縁のうち前記入光面から遠い側の光屈折面の両側部が、前記中央部に近い端が前記入光面に近く、前記中央部から遠い端が前記入光面から遠くなるように傾いた傾斜面となっていることが望ましい。
【0022】
本発明に係るコリメート光源のさらに別な実施態様は、前記光反射壁が、前記コリメートレンズの外側へ向けて膨らんだ曲面又は複数の平面によって構成されていることを特徴とする。かかる実施態様によれば、光反射壁をほぼ放物面鏡状もしくは凹面鏡状とすることができるので、前方へ向けて反射する光を平行光化できる。
【0023】
本発明に係るコリメート光源のさらに別な実施態様は、前記入光面が、拡散パターンを設けた領域と、拡散パターンを設けられていない平坦な領域とを有することを特徴とする。かかる実施態様によれば、拡散パターンを設けた領域に入射した光は拡散パターンによって拡散され、平坦面に入射した光は拡散されることなく入光面を通過するので、拡散パターンを設ける領域を調整することにより、光源からコリメートレンズに入る光の分布を適正化できる。たとえば、前記拡散パターンとしては、前記コリメートレンズの厚み方向に伸びた凹溝又は凸条を設ければよい。
【0026】
本発明に係る第１の面光源装置は、導光板と、前記導光板の光入射端面に沿って配置された本発明に係る上記コリメート光源とからなり、上記コリメート光源の出光面が前記導光板の光入射端面に接合又は一体的に形成されていることを特徴とする。かかる面光源装置によれば、複数個のコリメートレンズが一体化されているので、面光源装置を組み立てる際の取り扱いが容易になる。また、導光板の端部に生じる輝度むらや色むらを低減することができる。
【0027】
本発明に係る第２の面光源装置は、複数個の光源と、導光板と、前記導光板の端部と一体的に形成されていて前記光源から放射された光を平行光化して前記導光板へ入射させる複数個のコリメートレンズとを有する面光源装置であって、複数個の前記コリメートレンズ及び導光板が一体化された部材は、前記光源からの光を導入する入光面と、前記入光面の両側から前記導光板側へ向けて延出されていて、前記入光面から導入された光を反射させる光反射壁と、前記コリメートレンズの厚み方向に貫通した貫通孔と、前記入光面から導入されて前記貫通孔を通過する光を平行光化するための、前記貫通孔の縁に形成された光屈折面とを備え、複数個の前記コリメートレンズは幅方向に並べて配置され、隣接するコリメートレンズは互いに側面の一部が連続していることを特徴とする。かかる面光源装置では、複数個のコリメートレンズと導光板が一体となっているので、コリメートレンズと導光板との間にずれが生じることがなく、またコリメートレンズを導光板に取り付ける手間を省ける。また、導光板の端部に生じる輝度むらや色むらを低減することができる。さらに、本発明に係る面光源装置では、コリメートレンズが幅方向に並べて配置され、隣接するコリメートレンズは互いに側面の一部が連続しているので、複数個のコリメートレンズが一体化されており、その取り扱いが容易になる。
【0028】
本発明に係る第２の面光源装置のある実施態様は、側面から見たとき、前記光反射壁の前記入光面から遠い側の端が、前記貫通孔の前記入光面から遠い側の端よりも前記入光面から遠くに位置していることを特徴とする。かかる実施態様によれば、貫通孔を通過しない光をより確実に光反射壁で前方へ向けて反射させることができる。
【0029】
なお、本発明における前記課題を解決するための手段は、以上説明した構成要素を適宜組み合せた特徴を有するものであり、本発明はかかる構成要素の組合せによる多くのバリエーションを可能とするものである。
【図面の簡単な説明】
【0030】
【発明を実施するための形態】
【0031】
以下、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態を説明する。但し、本発明は以下の実施形態に限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々設計変更することができる。
【0033】
図６は、本発明の実施形態１によるコリメート光源３１を示す平面図であって、コリメート光源３１は、コリメートレンズアレイ３２と光源３３からなる。図７は、図６のＱ−Ｑ線に沿った断面を示す拡大図である。図８は、コリメートレンズアレイ３２の斜視図である。図９は、コリメートレンズアレイ３２のうちの１つのコリメートレンズ３４を示す拡大平面図である。図１０Ａは、コリメートレンズ３４の入光面３５の構造を示す斜視図、図１０Ｂは、コリメートレンズ３４の入光面３５の異なる構造を示す斜視図である。
【0034】
図６に示すように、コリメート光源３１は、コリメートレンズアレイ３２と複数個の光源３３によって構成されている。コリメートレンズアレイ３２は、複数個の同一形状をしたコリメートレンズ３４を横一列に並べて一体成形したものである。図６では４個のコリメートレンズ３４が一体化されているが、コリメートレンズアレイ３２は導光板の幅に応じて多数個のコリメートレンズ３４が一体化されている場合もある。コリメートレンズアレイ３２は、ポリカーボネイト樹脂（ＰＣ）やアクリル樹脂（ＰＭＭＡ）、ポリスチレン樹脂（ＰＳ）などの屈折率の大きな透明樹脂を原料として射出成形により作製される。また、コリメートレンズアレイ３２は、切削加工によって作製することも可能である。
【0035】
図８に示すように、コリメートレンズアレイ３２は、各コリメートレンズ３４の端面に、光源３３を対向配置させるための入光面３５を備えており、入光面３５の反対側の端面に入光面３５と平行な出光面３６を備えている。出光面３６はコリメートレンズアレイ３２の端から端まで連続した平坦面となっている。また、コリメートレンズアレイ３２は、出光面３６の厚み（高さ）ｈが後述する導光板の光入射端面の厚みと等しくなっており、入光面３５の厚みＨが出光面３６の厚みｈよりも大きくなっている。したがって、コリメートレンズアレイ３２は、図７に示すように、前後方向の断面（後述のＸＺ平面と平行な断面）がクサビ状となっていて、表裏両面４０ｂ、４０ａがいずれも傾斜面となっている。なお、以下においては、出光面３６に垂直な方向にＸ軸方向を定め、Ｘ軸方向に直交するコリメートレンズアレイ３２の幅方向にＹ軸方向を定め、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に直交するコリメートレンズアレイ３２の厚み方向にＺ軸方向を定めるものとする。
【0036】
図８及び図９に示すように、入光面３５の中央部には拡散パターン領域３７が形成されており、拡散パターン領域３７の両側にはパターンのない平坦面領域４５が形成されている。図１０Ａを参照すると、入光面３５の左右両端部は平滑な平坦面領域４５となっており、左右の平坦面領域４５の間に拡散パターン領域３７が形成されている。拡散パターン領域３７は、コリメートレンズアレイ３２の厚み方向に伸びたＶ溝状の拡散パターン４７を形成された領域である。拡散パターン領域３７は、さらに２つの領域に分かれている。拡散パターン領域３７の中央部は拡散パターン４７の密度の小さい領域４６ａとなっており、ここでは拡散パターン４７と短冊状の平面４８とが交互に、かつ規則的に配列されている。この領域４６ａと平坦面領域４５の間は、拡散パターン４７の密度の大きい領域４６ｂとなっており、ここには拡散パターン４７が隙間なく配列されている。
【0037】
なお、拡散パターン領域３７は、図１０ＡのＶ溝状の拡散パターン４７に代えて、図１０Ｂに示すように、コリメートレンズアレイ３２の厚み方向に伸びたプリズム状や半円筒状などの凸条からなる拡散パターン４９を設けてあってもよい。
【0038】
図９に示すように、各コリメートレンズ３４の両側面は、入光面３５の両端から出光面３６へ向けて延びた光反射壁３８によって形成されており、隣接するコリメートレンズ３４どうしは、光反射壁３８の先端部分に設けられた連続部分４１によって互いに連続していて一体となっている。隣接する光反射壁３８の端部どうしは曲面によって滑らかにつながっている。光反射壁３８は、コリメートレンズ３４の幅方向外側へ向けて膨らんでいる。たとえば、光反射壁３８は、Ｚ軸方向から見て円弧状、放物線状などの曲面によって構成された湾曲面でもよく、複数の平面によって構成されていてＺ軸方向から見て折れ線状に屈曲していてもよい。また、左右の光反射壁３８間の距離（出光面３６と平行な方向の距離）は、出光面３６へ向かうに従って広くなっている。
【0039】
入光面３５と出光面３６の中間、特に入光面３５と出光面３６のＸ軸方向の中央よりも入光面３５に近い箇所には、各コリメートレンズ３４の厚み方向（Ｚ軸方向）に貫通した略凹形状をした貫通孔３９が開口されている。貫通孔３９の入光面３５に近い側の縁は、中央部が貫通孔３９内へ張り出すように膨らんだほぼ円弧状の第１光屈折面４２となっている。第１光屈折面４２は、Ｚ軸方向から見て円弧状となるように湾曲していてもよく、複数の平面によって折線状に屈曲していてもよい。また、貫通孔３９の出光面３６に近い側の縁も、中央部が貫通孔３９内へ張り出すように突出した第２光屈折面４３となっている。第２光屈折面４３は、中央部がＸ軸方向に垂直な平面４３ａとなっており、平面４３ａの両側は、平面４３ａに近い部分ほど出光面３６から遠くなるように傾いた傾斜面４３ｂとなっている。こうして、貫通孔３９のＸ軸方向の長さは、貫通孔３９の中央で最も短くなっている。貫通孔３９の最短長さＤは、貫通孔３９からの光漏れを最小限にするためには、できるだけ短くする必要がある。射出成形による量産を想定した場合には、金型の耐久性を考慮すれば、貫通孔３９の最短長さＤは約１ｍｍ程度必要となる。
【0040】
貫通孔３９の両側面４４は、光反射壁３８とほぼ平行となるように傾いた平面となっている。貫通孔３９の側面４４と光反射壁３８との距離は、射出成形によりコリメートレンズアレイ３２を量産することを想定した場合には、最低でも１.５ｍｍ程度は必要となる。
【0041】
さらに、第１光屈折面４２と側面４４の間のコーナー部や、傾斜面４３ｂと側面４４の間のコーナー部は適宜曲率で湾曲している。これはコリメートレンズアレイ３２を射出成形する場合には、射出成形用金型の耐久性を考慮すれば、貫通孔３９のコーナー部にあたる箇所に半径０.２ｍｍ程度のアールが必要となるので、コリメートレンズアレイ３２を成形すると、貫通孔３９のコーナー部が曲面となるのである。
【0042】
光源３３内には、図７に示すように、発光色が緑色のＬＥＤチップ５１Ｇ、赤色のＬＥＤチップ５１Ｒ、青色のＬＥＤチップ５１Ｂが実装されており、各ＬＥＤチップ５１Ｇ、５１Ｒ、５１Ｂは透明樹脂５２内に封止されている。これらのＬＥＤチップ５１Ｇ、５１Ｒ、５１Ｂは、Ｚ軸方向に沿って配列されている。さらに透明樹脂５２は、前面を除く外周面を白色樹脂からなる被覆部５３によって覆われており、前面の透明樹脂５２が露出した部分が光を出射させるための出射窓５４となっている。しかして、この光源３３は、各ＬＥＤチップ５１Ｇ、５１Ｒ、５１Ｂを同時に点灯させることによって白色光を出射窓５４から出射し、また任意の１個又は２個のＬＥＤチップを発光させることにより、色づいた光を出射する。光源３３は、コリメートレンズ３４の入光面３５に近接させて対向配置されている。光源３３の出射窓５４の高さは、コリメートレンズ３４の入光面３５の高さよりも小さくなっている。
【0043】
ここで、コリメートレンズアレイ３２を構成するコリメートレンズ３４の寸法例を述べておく（図９参照）。ただし、この寸法は一例であって、これらの寸法に限るものではない。コリメートレンズ３４の配列ピッチ： １０.８ｍｍ
コリメートレンズ３４の幅Ｗ： １０.８ｍｍ
コリメートレンズ３４の長さＳ： ９ｍｍ
光源３３の出射窓５４の幅： ２.５ｍｍ
入光面３５の幅ｗ： ４.４ｍｍ
拡散パターン密度の小さな領域４６ａの幅Ｍ： ２.２ｍｍ
領域４６ａにおける拡散パターン密度（面積密度）： ５０％
拡散パターン４７の頂角： ８０度
光反射壁３８の曲率半径： 約２７ｍｍ
貫通孔３９の中央の長さＤ： １ｍｍ程度
第１光屈折面４２の曲率半径： 約２.３ｍｍ
第２光屈折面４３における傾斜面４３ｂの傾きθ： 約２１度
【0044】
つぎに、図１１−図１３を参照しながら、上記のような構造を有する実施形態１のコリメート光源３１の作用効果を説明する。図１１Ａは、コリメートレンズアレイ３２がクサビ状をした実施形態１のコリメート光源３１を表し、図１１Ｂは実施形態１のコリメート光源３１との比較例を表す。
【0045】
図１１Ｂに示す比較例では、コリメートレンズアレイ３２は均一な厚みを有している。この比較例のようにコリメートレンズアレイ３２の厚みが均一であると、導光板の厚みを薄くした場合には、コリメートレンズアレイ３２の厚みも薄くなる。そのため、コリメートレンズアレイ３２の入光面３５の厚みが光源３３の出射窓の高さよりも薄くなり、図１１Ｂに示すように、光源３３から出射する光の一部が入光面３５に入射しなくなり、光の利用効率が低下する。また、発光色の異なるＬＥＤチップ５１Ｇ、５１Ｒ、５１Ｂを厚み方向に配列している場合には、光源３３を白色発光させようとしても、一部の光（たとえば、緑色や青色の光の一部）が入光面３５に入射しなくなることにより入光面３５に入射する光の色バランスが崩れ、コリメートレンズアレイ３２から出射する光が色づくことになる。
【0046】
これに対し、実施形態１のコリメート光源３１の場合には、コリメートレンズアレイ３２がクサビ状をしているので、導光板の厚みが薄くなっても入光面３５の厚みを光源３３の出射窓の高さよりも大きくすることができる。そのため、図１１Ａに示すように、光源３３から出射する光の漏れが小さくなり、光の利用効率が向上する。また、発光色の異なるＬＥＤチップ５１Ｇ、５１Ｒ、５１Ｂを厚み方向に配列していても、いずれの発光色の光も入光面３５から漏れにくくなるので、コリメートレンズアレイ３２に入射する光の色バランスが崩れて出射光が色づくのを防ぐことができる。
【0047】
また、入光面３５は、図１０Ａのような構造を有しているので、入光面３５から入射する光は拡散パターン領域３７によって幅方向へ広げられる。すなわち、光源３３から出射される光は、光源３３の前方では輝度が高く、左右斜め方向では輝度が低くなっている。しかし、光源３３から前方へ出射された光は拡散パターン４７によって散乱されるので、入光面３５の中央部に入射した光はコリメートレンズ３４の端へも送られる。一方、光源３３から左右斜め方向へ出射された光は、入光面３５の側端部にある平坦面領域４５からコリメートレンズ３４内に入射する。この結果、コリメートレンズ３４内に入射する光の、幅方向における強度分布が均一化される。
【0048】
拡散パターン４７の配置は、入光面３５を通過した光の強度分布がＹ軸方向でほぼ均一になるように適宜設計すればよい。実施形態１では、拡散パターン領域３７の中央の領域４６ａは、拡散パターン領域３７の両端部の領域４６ｂよりも拡散パターン密度が小さくなっており、コリメートレンズ３４から出射する光の強度が中心部（光源３３のまっすぐ前方）で小さくなり過ぎないようにしている。
【0049】
こうしてコリメートレンズ３４内に入射した光線Ｌ３は、図１１Ａに示すように、コリメートレンズ３４の裏面４０ａと表面４０ｂで全反射しながら導光し、出光面３６から出射する。第１光屈折面４２は凸レンズとして働くので、この光線Ｌ３のうち第１光屈折面４２の中央部に入射した光線Ｌ３ａは、図１２Ａに示すように、貫通孔３９を通過する際に、第１光屈折面４２で屈折して平行光化される。そして、第２光屈折面４３の平面４３ａをそのまま透過し、出光面３６からＸ軸方向で平行光化された光線Ｌ３ａが出射される。
【0050】
また、第１光屈折面４２の端部に入射した光線Ｌ３ｂは、図１２Ｂに示すように、貫通孔３９を通過する際に、第１光屈折面４２で屈折して平行光化される。しかし、第１光屈折面４２で平行光化された光線はＸ軸方向から傾いているが、第２光屈折面４３の傾斜面４３ｂで屈折することによってＸ軸方向と平行な方向へ曲げられ、出光面３６から平行光化された光線Ｌ３ｂが出射される。
【0051】
また、貫通孔３９から外れた方向へ導光された光線Ｌ３ｃは、図１２Ａに示すように光反射壁３８に入射し、光反射壁３８で全反射されて平行光化され、出光面３６から平行光化された光線Ｌ３ｃが出射される。このようにして、出光面３６のほぼ全体から出射される光の大部分が平行光化される。
【0052】
なお、貫通孔３９の両側面４４は、光反射壁３８とほぼ平行に傾斜しているので、光反射壁３８へ向かう光を妨げにくくなっている。また、円弧状の第１光屈折面４２の端における傾斜が出光面と直交する方向に近づくにつれて、第１光屈折面４２の端に入射する光が全反射してロス光となる割合が増加するので、第１光屈折面４２の端の形状は全反射ロスがないような緩やかな傾斜となるようにしている。
【0053】
このような構造のコリメートレンズ３４では、光反射壁３８と貫通孔３９の位置関係によっては、図１３Ａに示すように、貫通孔３９にも光反射壁３８にも当たらないままで出光面３６から出射する光線Ｌ４が生じることがある。たとえば、上記寸法例のコリメートレンズ３４の場合では、Ｘ軸方向に対して２０−３２度の角度をなす方向へ出射された光は、貫通孔３９にも光反射壁３８にも当たらないまま出光面３６から出射される。このような光は出射方向を制御することができないので、このような非制御光が発生すると、隣合った光源３３を異なる色で発光させたとき、導光板内において異なる色の光が混じりあってしまい、演色性が損なわれる。
【0054】
このような場合には、図１３Ｂに示すように、コリメートレンズ３４の幅を大きくして（たとえば、前記寸法例では、幅Ｗを１０.８ｍｍから１１.８ｍｍに広げる。）光反射壁３８の端が出光面３６により近くなるようにし、光源３３の出射窓の端から出た光線のうち貫通孔３９に接する光線が光反射壁３８で反射されるようにすればよい。こうすれば、非制御光の発生を抑制し、上記のような光線Ｌ４も平行光化することができる。また、光反射壁３８や貫通孔３９の形状を設計変更することによって非制御光を抑制できるようにしてもよい。
【0055】
図１４は、光源３３から出射される光線の軌跡をシミュレーションしたものである。この図からは、出光面３６から出射される光が、完全な平行光ではないにしても、かなり良く平行光化されていることが分かる。
【0056】
図１５は本発明の実施形態１による面光源装置６１を示す斜視図、図１６は面光源装置６１の平面図である。この面光源装置６１は、導光板６２と、実施形態１の上記コリメート光源３１からなる。導光板６２は、屈折率の高い透明樹脂によって射出成形されており、光入射端面６３ｃから入射した光を導光させ、裏面６３ａの適宜箇所に設けた光出射パターンで光を反射させることによって光出射面６３ｂから光を出射させるものである。
【0057】
コリメートレンズアレイ３２と導光板６２は、同じ屈折率を有する透明樹脂の成形品である。コリメートレンズアレイ３２は、その出光面３６と導光板６２の光入射端面６３ｃとの間に空気を挟み込まないように密着させて、導光板６２の光入射端面６３ｃに接合されている。たとえば、コリメートレンズアレイ３２の出光面３６を、コリメートレンズアレイ３２及び導光板６２と同じ屈折率の透明な紫外線（ＵＶ）硬化型の光学用接着剤を用いて導光板６２の光入射端面６３ｃに接着している。あるいは、コリメートレンズアレイ３２の出光面３６を、コリメートレンズアレイ３２及び導光板６２と同じ屈折率の光学用オイルを用いて導光板６２の光入射端面６３ｃに貼り付けてもよい。
【0058】
よって、この面光源装置６１にあっては、コリメート光源３１から出射されたほぼ平行光化された光は、光入射端面６３ｃから導光板６２内に入射する。導光板６２内に入射した光は、導光板６２内をほぼＸ軸方向に沿って導光され、各コリメート光源３１の前方を個々に発光させる。たとえば、各光源３３を異なる色に発光させると、導光板６２は各色で区分的に発光するので、面光源装置６１に演色性や演出性を持たせることができる。
【0059】
また、この面光源装置６１では、光を平行光化するための貫通孔３９が入光面３５と出光面３６の中間に設けられているので、コリメート光源３１を面光源装置６１に接合させて一体化しても貫通孔３９の形状が損なわれない。そのため、従来例のような輝度むらを解消させることができる。
【0060】
図１７は、いずれかの光源を点灯させ、点灯している光源の前方（たとえば、図１６のＥ部分）における導光板端部での指向特性を測定した結果を示す図である。横軸は、Ｘ軸方向から測った角度を示し、縦軸は輝度を示す。また、破線は図３の従来例の場合を示し、実線は実施形態１の面光源装置６１の場合を示す。図１７によれば、従来例も実施形態１の場合もほぼ同様な指向特性を示し、幅方向における指向性半値角は約６度となっている。
【0061】
図１８は、隣り合う光源を点灯させ、点灯している光源の中間の前方（たとえば、図１６のＦ部分）における導光板端部での指向特性を測定した結果を示す図である。横軸は、Ｘ軸方向から測った角度を示し、縦軸は輝度を示す。また、破線は図３の従来例の場合を示し、実線は実施形態１の面光源装置６１の場合を示す。図１８から分かるように、従来例の場合には±１０度あたりに２つの大きな輝度のピークを示し、顕著な輝度むらが見られる。これに対し、実施形態１の場合には、Ｘ軸方向（角度０°）のピークの両側にもピークが見られるが、従来例に比較してかなり小さくなっていて輝度むらが低減されている。
【0062】
図１９Ａは、図３のような従来例の面光源装置において、導光板の端部における発光時の輝度分布を表した図（導光板の写真に光源とコリメートレンズを書き加えたもの）である。また、図１９Ｂは、本発明の実施形態１の面光源装置６１において、導光板の端部における発光時の輝度分布を表した図（導光板の写真に光源とコリメートレンズを書き加えたもの）である。図１９Ａ及び図１９Ｂに示す観察領域は、いずれも幅方向（Ｙ軸方向）がコリメートレンズ２個分（２１.６ｍｍ）の幅で、長さ方向（Ｘ軸方向）が光入射端面から測って４５ｍｍの長さの矩形領域である。
【0063】
光入射端面から測って３０ｍｍ以下の領域では、図１９Ａより求めた従来例の輝度むらは約５０％であるのに対し、図１９Ｂから求めた実施形態１の輝度むらは約８０％となっており、実施形態１により輝度むらが改善されている。また、光入射端面から測って３０ｍｍ以上の領域では、図１９Ａより求めた従来例の輝度むらと、図１９Ｂから求めた実施形態１の輝度むらは、いずれも約８０％となっている。これは、光入射端面から３０ｍｍ以上の領域では、もともと従来例でも輝度むらが大きくないためである。なお、ここでいう輝度むらとは、〔（最小輝度）／（最大輝度）〕×１００％
で定義されるものである。
【0064】
図２０は、図１９Ａ及び図１９Ｂに基づいて、光入射端面から１０ｍｍの位置において、Ｙ軸方向に沿った輝度の変化を求めたものである。横軸は、コリメートレンズ２個分におけるＹ軸方向の位置を示し、縦軸が輝度を示す。また、破線は図１９Ａに基づいて求めた従来例の輝度分布を示し、実線は図１９Ｂに基づいて求めた実施形態１の輝度分布を示す。この図２０からも、本発明の実施形態１による輝度むらの改善効果は明らかである。
【0065】
つぎに、色むらについていうと、従来例においては、貫通孔２２の中央部で開口長さＤが４ｍｍ程度あったのに対し、実施形態１では、貫通孔３９の中央部で開口長さＤが１ｍｍ程度まで狭くすることができるので、従来例に比べて実施形態１では貫通孔３９からの光の漏れを少なくでき、それによって色むらの発生を抑制することができる。
【0066】
（実施形態２）図２１Ａは、本発明の実施形態２によるコリメート光源７１を示す平面図である。図２１Ｂは、コリメート光源７１の断面図である。このコリメート光源７１は、１つの光源３３と、１つの独立したコリメートレンズ３４によって構成されている。この実施形態２のコリメートレンズ３４も、実施形態１のコリメートレンズアレイ３２の一部を構成するコリメートレンズ３４と同じ形状及び構造を有しているので、詳細は省略する。ただし、実施形態２のコリメートレンズ３４では、光反射壁３８が入光面３５の両端から出光面３６まで延びている点で、実施形態１のコリメートレンズ３４と異なっている。
【0067】
図２２は、本発明の実施形態２による面光源装置７２の平面図である。この面光源装置７２では、導光板６２の光入射端面６３ｃに沿って複数個のコリメート光源７１が配列されており、各コリメート光源７１のコリメートレンズ３４の出光面３６が導光板６２の光入射端面６３ｃに接合されている。
【0068】
実施形態２のような面光源装置７２では、各コリメートレンズ３４が独立しているので、コリメートレンズ３４内の光が隣接するコリメートレンズ３４内へ漏れて異なる色の光が混じり合うのを防ぐことができる。
【0069】
（実施形態３）図２３は、本発明の実施形態３による面光源装置８１を示す平面図である。この面光源装置８１では、実施形態１で説明したような構造を有する複数個のコリメートレンズ３４（コリメートレンズアレイ３２）と導光板６２を射出成形により一体成形している。
【0070】
また、この面光源装置８１では、コリメートレンズ３４と導光板６２を側面から見た場合、光反射壁３８の入光面３５から遠い側の端（図２３に示すＪ点）は、貫通孔３９の入光面３５から遠い側の端（図２３に示すＫ点）よりも入光面３５から遠くに位置している。このような構成によれば、貫通孔３９を通過しない光をより確実に光反射壁３８で前方へ向けて反射させることができる。
【0071】
この面光源装置８１では、複数個のコリメートレンズ３４と導光板６２を一体成形しているので、組み立てる手間が省けて量産性が向上する。また、コリメートレンズ３４と導光板６２との間に位置ずれが発生する恐れもない。
【符号の説明】
【0072】
３１ コリメート光源３２ コリメートレンズアレイ
３３ 光源
３４ コリメートレンズ
３５ 入光面
３６ 出光面
３７ 拡散パターン領域
３８ 光反射壁
３９ 貫通孔
４２ 第１光屈折面
４３ 第２光屈折面
４７、４９ 拡散パターン
６１ 面光源装置
６２ 導光板
６３ｃ 光入射端面
７１ コリメート光源
７２ 面光源装置
８１ 面光源装置