JP2007134316A - 照明装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】光の有効利用効率を増加しつつ、大光量化を実現することができ、色斑や輝度斑を減少することができ、配光制御レンズの製作を容易に実現する照明装置を提供する。
【解決手段】照明装置１において、半導体発光素子（第１の光源）１０と、蛍光体（第２の光源）２０と、平行光に近づける第１のレンズ面３１と、第１の縮小レンズ面３２１をその面方向に複数並列に配設した第２のレンズ面３２と、第１の縮小レンズ面３２１に対応する第２の縮小レンズ面４１１をその面方向に複数並列に配設した第３のレンズ面４１とを備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、照明装置に関し、特に半導体発光素子及びその配光制御を行う光学系を備えた照明装置に関する。更に詳細には、本発明は、発光ダイオード及びその配光制御を行う光学系を備え、店舗照明、オフィス照明、住居照明等の照明装置に適用して有効な技術に関する。
白色ＬＥＤ（発光ダイオード：light emitting diode）を光源とする照明装置において、配光制御レンズには、砲弾型レンズ、全反射複合レンズ又はフライアイレンズが一般的に使用されている。
砲弾型レンズはインジケータ用途に最も多く用いられるタイプである。例えば、下記特許文献１に記載されているように、砲弾型レンズは楕円形状或いは球と円柱とを組み合わせた形状を有する樹脂製レンズである。図２５に示すように、照明装置（ＬＥＤランプ）１００は、砲弾型レンズ１０１の内部に発光ダイオードチップ１０２を埋め込むことによって製作されている。発光ダイオードチップ１０２はリード１０３のインナー部において実装され、発光ダイオードチップ１０２の一方の主電極端子とリード１０３との間は電気的に接続されている。発光ダイオードチップ１０２の他方の主電極端子はリード１０４にワイヤ１０５を通して電気的に接続されている。砲弾型レンズ１０１は、発光ダイオードチップ（光源）１０２から発せられる光の大半を前方（照射方向Ｄ１）の狭角内に集中させ、狭い配光特性を有する照明装置１００を容易に製作することができる。
ところが、この種の砲弾型レンズ１０１を使用する照明装置１００においては、発光ダイオードチップ１０２の照射方向Ｄ１の周囲方向Ｄ２に発せられた光を有効に利用することができず、これらの光は損失となって光の利用効率を十分に得ることができない。また、砲弾型レンズ１０１を使用する照明装置１００においては、発光ダイオードチップ１０２を樹脂製レンズである砲弾型レンズ１０１の内部に埋め込んでしまうので放熱性が悪くなり、消費電力が大きく、発熱量の大きな大光量発光ダイオードを使用することが難しい。このような技術的な課題から、店舗照明、オフィス照明、住居照明等、大光量を必要とする照明装置として、弾丸型レンズ１０１を使用する照明装置１００は不向きである。
このような砲弾型レンズ１０１に代えて、大光量を必要とする照明装置には、下記特許文献２乃至特許文献４に記載されている全反射複合レンズ、又は下記特許文献５に記載されている発光ダイオードから発せられた光を単レンズや単ミラー等によってコリメートさせる方式が採用される傾向にある。図２６に示すように、照明装置２００は、屈折レンズとその周囲に全反射面とを組み合わせた形状を有する全反射複合レンズ２０１を基板２０３に実装された発光ダイオードチップ２０２上に搭載することによって製作されている。この全反射複合レンズ２０１を使用する照明装置２００においては、発光ダイオードチップ２０２から照射方向Ｄ１に発せられた光は屈折レンズによってコリメートされ、照射方向Ｄ１の周囲方向Ｄ２に発せられた光は全反射面によって照射方向Ｄ１に向かって反射させることができる。すなわち、発光ダイオードチップ２０２から発せられたあらゆる方向の光の大半が照射方向Ｄ１にコリメートされるので、光の有効利用効率が非常に高い。また、全反射複合レンズ２０１を採用する照明装置２００においては、発光ダイオードチップ２０２の発光動作によって発生する熱を基板２０３を通して放熱することができるので、大光量発光ダイオードを使用することができ、大光量を必要とする照明装置への応用が期待されている。
フライアイレンズを使用する照明装置は例えば下記特許文献６に記載されている。この照明装置においては、フライアイレンズを使用することによって特定の被照射範囲にのみ光照射を行うことができるとともに、装置全体の薄型化を実現することができる特徴がある。
特許第３０６５２６３号公報 特公平４−３６５８８号公報 特開２００３−２８１９０９号公報 米国特許第５，７５７，５５７号 米国特許第６，８９６，３８１号 特開２００５−１９０９５４号公報 特開平５−１５２６０９号公報 特開平７−９９３４５号公報
しかしながら、前述の全反射複合レンズ２０１を採用する照明装置２００においては、以下の点について配慮がなされていなかった。この種の照明装置２００は基本的には光源像を無限遠に投影するクリティカル照明の光学系を採用しているので、光源上に色斑や輝度斑が存在すると、この色斑や輝度斑はそのまま被照射面上に投影されてしまう。白色発光ダイオードの代表的な発光方式は下記の通りである。
（１）上記特許文献７、特許文献８等に記載されているように、青色光発光ダイオードチップの周囲に黄色蛍光層を配設し、発光ダイオードから発せられた青色光の一部を黄色光に変換し、青色光と黄色光とを混合させて白色光を発する方式
（２）赤色光、緑色光、青色光の３色の発光ダイオードを発光させ、これら３色光を混合させて白色光を発する方式
（３）近紫外光発光ダイオードチップの周囲にＲＧＢの蛍光層を配設し、発光ダイオードから発せられた近紫外光を蛍光層を通して白色光に変換する方式
これらの発光方式のうち、上記（１）の発光方式は、他の発光方式に比べて発光効率が約３割以上高く、店舗照明、オフィス照明、住居照明等、大光量を必要とする照明装置において現実的な選択肢となっている。ところが、全反射複合レンズ２０１を採用する照明装置２００において、上記（１）の発光方式を採用した結果、発光ダイオードチップ２０２から発せられる青色光とその周囲の黄色蛍光層から発せられる黄色光との色斑や輝度斑が全反射複合レンズ２０１を通してそのまま被照射面に投影されてしまい、均一な白色光を得ることが難しかった。また、上記（２）の発光方式を採用しても同様に均一な白色光を得ることが難しかった。
また、全反射複合レンズ２０１は屈折レンズと全反射面とを組み合わせた立体的形状を有するレンズであり、この全反射複合レンズ２０１の製作コスト（成型コスト）が高く、照明装置２００の製品価格の上昇を避けることが難しかった。また、全反射複合レンズ２０１は複雑な立体的形状を有するレンズであるために、複数の全反射複合レンズ２０１を一体的に製作するモジュール化に適していない。
更に、前述の特許文献６に記載されたフライアイレンズを採用する照射装置は、発光ダイオードとフライアイレンズとの間にコリメーションレンズを配置し、このコリメーションレンズによって発光ダイオードから発せられる光を平行光に屈折し、フライアイレンズを出射後の光の配光角度を３０度未満に設定している。ところが、設定された配光角度以上の光は拾わられずに損失になってしまうので、光の有効利用効率を十分に得ることができなった。
また、フライアイレンズのレンズ表面は細かな凹凸が存在しているので、汚れや埃が溜まり易く、この汚れや埃は光を遮ってしまうので、光の有効利用効率を低下する要因になっている。
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、色斑を減少することができる照明装置を提供することである。
更に、本発明の目的は、色斑を減少しつつ、光の有効利用効率を向上することができる照明装置を提供することである。
本発明の実施の形態に係る第１の特徴は、照明装置において、第１の光を発光する第１の光源と、その発光する位置の少なくとも一部が第１の光源と異なり、第１の光とは異なる波長を有する第２の光を発光する第２の光源と、第１の光及び第２の光を屈折させて平行光に近づける第１のレンズ面と、第１のレンズ面において屈折される第１の光及び第２の光を屈折させる第１の縮小レンズ面をその面方向に複数並列に配設した第２のレンズ面と、第２のレンズ面において屈折される第１の光及び第２の光を屈折させ、第１の縮小レンズ面に対応する第２の縮小レンズ面をその面方向に複数並列に配設した第３のレンズ面と、を備え、第１の縮小レンズ面はそれに対応する第２の縮小レンズ面に第１の光及び第２の光を集光し、１つの第１の縮小レンズ面及び１つの第２の縮小レンズ面によって屈折される第１の光及び第２の光の第１の照射領域の一部は、他の１つの第１の縮小レンズ面及び他の１つの第２の縮小レンズ面によって屈折される第１の光及び第２の光の第２の照射領域の一部に重なることである。
本発明の実施の形態に係る第２の特徴は、照明装置において、青色光を発光する発光ダイオードと、発光ダイオードの青色光の発光する領域を覆い、青色光を受けて黄色光を発光する蛍光体と、青色光及び黄色光を屈折させて平行光に近づけるフレネルレンズ面と、フレネルレンズ面を透過する青色光及び黄色光を屈折させ、複数の凸面を有する第１のフライアイレンズ面と、第１のフライアイレンズ面を透過する青色光及び黄色光を屈折させ、複数の凸面を有する第２のフライアイレンズ面と、を備えたことである。
本発明の実施の形態に係る第３の特徴は、照明装置において、第１の光を発光する第１の光源と、その発光する位置の少なくとも一部が第１の光源と異なり、第１の光とは異なる波長を有する第２の光を発光する第２の光源と、第１の光及び第２の光を屈折させて平行光に近づける屈折領域と第１の光及び第２の光を反射させて平行光に近づける反射領域とを有する第１のレンズ面と、第１のレンズ面において屈折並びに反射される第１の光及び第２の光を屈折させる第１の縮小レンズ面をその面方向に複数並列に配設した第２のレンズ面と、第２のレンズ面において屈折される第１の光及び第２の光を屈折させ、第１の縮小レンズ面に対応する第２の縮小レンズ面をその面方向に複数並列に配設した第３のレンズ面と、を備え、第１の縮小レンズ面はそれに対応する第２の縮小レンズ面に第１の光及び第２の光を集光し、１つの第１の縮小レンズ面及び１つの第２の縮小レンズ面によって屈折される第１の光及び第２の光の第１の照射領域の一部は、他の１つの第１の縮小レンズ面及び他の１つの第２の縮小レンズ面によって屈折される第１の光及び第２の光の第２の照射領域の一部に重なることである。
本発明によれば、色斑を減少することができる照明装置を提供することができる。
更に、本発明によれば、色斑を減少しつつ、光の有効利用効率を向上することができる照明装置を提供することができる。
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
（第１の実施の形態）
［照明装置の構成］
図１に示すように、本発明の第１の実施の形態に係る照明装置１は、第１の光を発光する半導体発光素子１０（第１の光源）と、半導体発光素子１０の第１の光の発光する領域を覆い、第１の光を受けて第１の光とは異なる波長を有する第２の光を発光する蛍光体２０（第２の光源）と、第１の光及び第２の光を屈折させて平行光に近づける第１のレンズ面３１と、第１のレンズ面３１において屈折される第１の光及び第２の光を屈折させる第１の縮小レンズ面３２１をその面方向に複数並列に配設した第２のレンズ面３２と、第２のレンズ面３２において屈折される第１の光及び第２の光を屈折させ、第１の縮小レンズ面３２１に対応する第２の縮小レンズ面４１１をその面方向に複数並列に配設した第３のレンズ面４２とを備えている。照明装置１において、第２のレンズ面３２の第１の縮小レンズ面３２１は、それに対応する第３のレンズ面４１の第２の縮小レンズ面４１１に第１の光及び第２の光を集光する。更に、照明装置１においては、第２のレンズ面３２の１つの第１の縮小レンズ面３２１及び第３のレンズ面４１の１つの第２の縮小レンズ面４１１によって屈折される第１の光及び第２の光の第１の照射領域５１の一部は、他の１つの第１の縮小レンズ面３２１及び他の１つの第２の縮小レンズ面４１１によって屈折される第１の光及び第２の光の第２の照射領域５２の一部に重なる。第１の照射領域５１、第２の照射領域５２はいずれも照明装置１から発せられた第１の光及び第２の光が無限遠において被照射面５０に投影された領域である。
ここで、無限遠とは、点光源から発した光線が平行になると考えられる極限点を意味し、実際には室内天井に照明装置１を設置した場合に照明装置１から十分離れた面、例えば机上や床面、壁面に相当する。
第１の実施の形態に係る照明装置１は、店舗照明、オフィス照明、住居照明等、大光量を必要とする照明装置として構築されている。従って、照明装置１には、他の白色光の発光方式に比べて発光効率が高い、青色光（波長＝４００ｎｍ〜５００ｎｍ）を発する半導体発光素子１０とそれから発する青色光の一部を波長が異なる黄色光（波長＝５００ｎｍ〜７００ｎｍ）に変換する黄色蛍光層により形成された蛍光体２０とを備え、青色光と黄色光とを混合させて白色光を発する方式が採用されている。図６には青色光並びに黄色光について波長と発光強度との関係を示す。図中、横軸は波長（ｎｍ）、縦軸は発光強度である。なお、蛍光体２０は、黄色光と赤色光とを合成した波長を有する第２の光を発するようにしてもよい。
半導体発光素子１０には第１の実施の形態において青色光発光ダイオード（半導体チップ）が使用されている。具体的には、窒化ガリウム（ＧａＮ）を主組成とする青色光発光ダイオード、酸化亜鉛（ＺｎＯ）を主成分とする青色光発光ダイオード又はセレン化亜鉛（ＺｎＳｅ）を主組成とする青色光発光ダイオードを実用的に使用することができる。
図２に示すように、半導体発光素子１０は基板１１上に実装され、この実装された半導体発光素子１０上には蛍光体２０が配設されている。蛍光体２０は、半導体発光素子１０の上面及び側面を覆い、半導体発光素子１０を埋設するように設けられている。基板１１は、ベース１１０と、ベース１１０上の絶縁体１１１と、絶縁体１１１上の回路パターン１１２と、反射面１１３Ｒを有する反射体１１３と、反射面１１３Ｒによって側面周囲を取り囲みベース１１０の一部の表面（実質的には回路パターン１１２の一部の表面）を底面とする窪み（凹部）１１４とを備えている。
基板１１のベース１１０は、半導体発光素子１０の発光動作によって発生する熱をその裏面から効率良く放熱することができるように、高熱伝導率材料、具体的にはアルミニウム基板により形成されている。また、ベース１１０には、ガラスエポキシ樹脂、エンジニアリングプラスチック、窒化アルミニウム等の高熱伝導率材料を実用的に使用することができる。
絶縁体１１１は回路パターン１１２とベース１１０との間の電気的短絡を防止する。絶縁体１１１は、ベース１１０までの熱抵抗を減少するために薄膜化しても十分な絶縁耐圧を確保することができるシリコン酸化膜やシリコン窒化膜により形成されている。
回路パターン１１２は、その平面レイアウトを示していないが、半導体発光素子１０の表面の主電極端子にワイヤを通して電気的に接続される第１の配線経路と、半導体発光素子１０の裏面の主電極端子に接合材を通して電気的に接続される第２の配線経路とを構築する。回路パターン１１２は、第１の実施の形態において、３層の金属層により構成されている。回路パターン１１２の最下層は、絶縁体１１２上に直接形成され、高電気伝導率材料並びに高熱伝導率を有する例えば銅箔により形成されている。中間層は、銅箔表面上に形成され、高光反射率を有する例えばニッケルめっき層により形成されている。最上層は、ニッケルめっき層上に形成され、高電気伝導率並びに高熱伝導率を有し更に半導体発光素子１０の裏面との接合性の良い銅めっき層により形成されている。また、回路パターン１１２は、金、銀等の貴金属材料により形成してもよい。
反射体１１３は、半導体発光素子１０を実装する領域となる窪み１１４を生成するとともに、基板１１の表面に対して垂直な照射方向Ｄ１に向かって、半導体発光素子１０から周囲方向Ｄ２に向かって発せられる光を反射する反射面１１３Ｒを生成する。反射体１１３は、反射面１１３Ｒ並びに窪み１１４を成型法によって容易に製作することができ、光反射率が高い、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリカーボネート（ＰＣ）等の樹脂材料によって形成されている。
蛍光体２０は、蛍光材料例えばイットリウムアルミニウムガーネット（ＹＡＧ）等をシリコーン樹脂、エポキシ樹脂、変形エポキシ樹脂等の透明性の高い樹脂中に分散したものを窪み１１４に充填し硬化させることにより形成されている。図３（Ａ）、図３（Ｂ）及び図３（Ｃ）に示すように、例えば半導体発光素子１０のサイズ（発光ダイオードチップの一辺の長さ）が０．３ｍｍ〜１．０ｍｍのとき、蛍光体２０は、直径Ｌが２．５ｍｍ〜３．５ｍｍの円形上面と、高さＨが０．５ｍｍ〜１．０ｍｍの傾斜側面（テーパ面）と、上面に比べて直径が小さい円形下面とを有する円柱形状（正確には、頂点側の一部を底面に対して平行に切り落とした逆円錐形状）により形成されている。
図１に示すように、第１の実施の形態において、照明装置１の配光制御レンズつまり光学系を構築する第１のレンズ面３１及び第２のレンズ面３２は第１のレンズ３０の対向面にそれぞれ配設され、第３のレンズ面４１は第２のレンズ４０の１面に配設されている。第２のレンズ４０の第３のレンズ面４１に対向する他の一面には第４のレンズ面４２が配設されている。
第１のレンズ面３１は、半導体発光素子１０に対向配置され、半導体発光素子１０側に突出した凸レンズの作用を持つ面である。第１のレンズ面３１は、半導体発光素子１０から発せられた第１の光並びに蛍光体２０から発せられた第２の光をより多く集光し、照射方向Ｄ１に向かって平行光に近づける機能を有する。図１及び図４に示すように、第１のレンズ面３１は、更に第１のレンズ３０自体の薄型化を実現するために、フレネルレンズ面により構築されている。フレネルレンズ面は、図５に示すように、同心円とする縞状に１つの凸レンズ面３１Ｂをレンズ面の曲率半径はそのままとして細分化して複数の輪帯状のレンズ面を生成し、中心位置の輪帯状のレンズ面に向かって周縁の輪帯状のレンズ面をレンズの厚さ方向に平行移動させるような断面形状を有する。
第２のレンズ面３２は、第１のレンズ３０の第１のレンズ面３１に対向配置される。また、第１の縮小レンズ３２１は、第２のレンズ４０の第３のレンズ面４１側に向かって突出する凸レンズ面である。すなわち、第２のレンズ面３２は、第１のレンズ面３１と第３のレンズ面４１との間に配設され、第１のレンズ面３１及び第３のレンズ面４１の双方に対向配置されている。第２のレンズ面３２は、図１に示すように、第１のレンズ面３１において屈折され平行光に近づけられた第１の光及び第２の光を集光し、第３のレンズ面４１に光源像を結ぶ機能を有する。図１及び図４に示すように、第２のレンズ面３２は、開口値を狭くし、第１のレンズ３０の厚さを薄くするために、平面方形形状の第１の縮小レンズ３２１をレンズ面方向に行列状に配列したフライアイレンズ面において構成されている。
このような第１のレンズ面３１及び第２のレンズ面３２を有する第１のレンズ３０は、光透過率が高く、成型加工が容易に行えるアクリル、ポリカーボネート等の樹脂材料により形成されている。
第３のレンズ面４１は、第２のレンズ４０の第４のレンズ面に対向配置される。また、第２の縮小レンズ面４１１は、第２のレンズ面３２に向かって突出する凸レンズ面である。第３のレンズ面４１は、図１に示すように、第２のレンズ面３２において屈折され集光された第１の光及び第２の光を被照射面５０に向かって無限遠方に放出する。すなわち、第３のレンズ面４１は、コンデンサレンズと等価であり、配光制御を行う。第３のレンズ面４１は、図１及び図４に示すように、第２のレンズ面３２の複数の第１の縮小レンズ面３２１に、各々、一対一対応において配設された複数の第２の縮小レンズ面４１１をレンズ面方向に行列状に配列したフライアイレンズ面において構成されている。前述の第１の縮小レンズ面３２１は、第２の縮小レンズ面４１１までの間の短い距離において光源像を結ぶために、レンズ面の曲率半径を小さく設定してある。これに対して、第２の縮小レンズ面４１１は、レンズ面上に結ばれた光源像を無限遠方に放出するために、レンズ面の曲率半径を第１の縮小レンズ面３２１に比べて大きく設定してある。
第４のレンズ面４２は、図１に示すように、第３のレンズ面４１に対向配置されるとともに、被照射面５０に対向配置される。図１及び図４に示すように、第４のレンズ面４２は平面レンズである。平面レンズの表面には汚れや埃が付着しにくいので、照明装置１の長時間の使用に伴う、汚れや埃の付着に起因する光有効利用率の低下を防止することができる。更に、必要に応じて第４のレンズ面４２には光を拡散させる光拡散処理を施すことができる。具体的には、レンズ面４２の表面粗さを大きくする処理や光拡散処理を目的とするコーティング材のコーティング処理、光拡散処理を目的とするフィルムのラミネート処理であり、第４のレンズ面４２に入射した第１の光及び第２の光を拡散することを目的としている。
このような第３のレンズ面４１及び第４のレンズ面４２を有する第２のレンズ４０は、第１のレンズ３０と同様に、光透過率が高く、成型加工が容易に行えるアクリル、ポリカーボネート等の樹脂材料により形成されている。
［照明装置の配光制御方法］
次に、前述の照明装置１において、配光制御方法を説明する。まず最初に、前述の図２３に示す全反射複合型レンズ２０１を採用する照明装置２００は、青色光発光ダイオード２０２と黄色蛍光層とを組み合わせて白色光を発しており、光有効利用効率に優れている。図７はこの照明装置２００から照射される光の配光分布を示す。図中、横軸は配光角度、縦軸は光強度を示す。図７に示すように、中心付近の配光角度が狭い領域において青色光の光強度が強く、青色光の周囲の配光角度が広い領域において黄色味を帯びている。レンズ形状により数値は変化するが、例えば青色光の光強度は黄色光の光強度に対して２倍〜４倍程度強い。このような配光分布を有する光を全反射型複合レンズ２０１のようなクリティカル照明タイプのレンズを用いて配光制御を行うと、特定方向に青味が強い照明となり、被照射面上に強い色斑や輝度斑が発生する。
これは、青色発光ダイオード２０２のサイズが蛍光体２０のサイズに比べて非常に小さい、すなわち第１の光（青色光）の発光する部分の位置と第２の光（黄色光）の発光する位置とに異なる部分があることに起因する。従って、第１の光源において発光される第１の光と第２の光源において発光される第２の光とを混合する照明装置であって、第１の光の発光する部分の位置と第２の光（黄色光）の発光する位置とに異なる部分がある照明装置に、全反射複合レンズ２０１のようなクリティカル照明タイプのレンズを用いて配光制御を行うと、特定方向に第１の光または第２の光の成分が強い照明となり、被照射面上に強い色斑や輝度斑が発生する。
これに対して、第１の実施の形態に係る照明装置１においては、図１に示すように、半導体発光素子１０から発せられた第１の光（青色光）及び第１の光を受けて蛍光体２０から発せられる第２の光（黄色光）は第１のレンズ面（フレネルレンズ面）３１によって屈折され平行光に近づけられ、この平行光は第２のレンズ面（フライアイレンズ面）３２の全体的に照射される。第２のレンズ面３２は、このように全体的に照射された平行光を更に屈折させかつ集光させ、第３のレンズ面（フライアイレンズ面）４１又は第３のレンズ面４１付近に光源像を結ぶ。第３のレンズ面４１は、第２のレンズ面３２上の各第１の宿小レンズ面３２１のややボケた像を無限遠に投影し、結果的に第１の光及び第２の光をほぼ同じ分布形状で被照射面５０に照射することができる。
また、第２のレンズ面３２の第１の縮小レンズ面３２１によって集光された光源像を対応する第３のレンズ面４１の第２の縮小レンズ面４１１の開口中に結ぶように制御すると、第１の縮小レンズ面３２１を透過した光は第２の縮小レンズ面４１１を透過する。従って、第１の縮小レンズ面３２１と第２の縮小レンズ面４１１との間において、光損失が減少し、光有効利用率を向上することができる。
また、図８に示すフライアイレンズを使用した配光制御レンズにおいては、第１の縮小レンズ面３２１（２）及びそれに対応する第２の縮小レンズ面４１１（２）の共通の光軸（中心軸）Ｌａ上に光源１５が存在しない場合、光源１５から発せられた光は第１の縮小レンズ面３２１（２）を透過し双方の延長上の他の第２の縮小レンズ面４１１（１）に光源像を結ぶ。このような場合には光の損失になる。これに対して、第１の実施の形態に係る照明装置１においては、光源１５（半導体発光素子１０）と第２のレンズ面３２の第１の縮小レンズ面３２１との間に第１のレンズ面（フレネルレンズ面）３１を配設し、第１の縮小レンズ面３２１（１）及びそれに対応する第２の縮小レンズ面４１１（１）の共通の光軸Ｌａ上、第１の縮小レンズ面３２１（２）及びそれに対応する第２の縮小レンズ面４１１（２）の共通の光軸Ｌａ上、…のすべての光軸Ｌａ上に半導体発光素子１０が見かけ上存在するように設定されている。すなわち、半導体発光素子１０から発せられた光は第１の縮小レンズ面３２１を透過しそれに一対一対応の第２の縮小レンズ面４１１に光源像を結ぶ。従って、第１の縮小レンズ面３２１と第２の縮小レンズ面４１１との間において、光損失が減少し、光有効利用率を向上することができる。
ここで、前述の全反射複合レンズ２０１を採用する照明装置２００において利用するクリティカル照明と第１の実施の形態に係る照明装置１において利用するケーラー照明との違いについて、簡単に説明する。なお、ここでは説明の都合上、後述するコンタクトレンズやコンデンサレンズ、平行化レンズの各レンズにおける乱反射や減衰等の外乱をゼロと仮定した、理想状態の光学系を前提として説明する。すなわち、第１の実施の形態に係る照明装置１では、外乱による光有効利用効率の減少や光の損失が存在する。
まず、クリティカル照明は、図９に示すように、光源１５と被照射面５０とが光学的に共役な関係（結像関係）になる照明方式であり、光源１５と被照射面５０との間にコンデンサレンズ４５が配置されている。光源１５の発光面内に色斑や輝度斑が存在する場合には、被照射面５０にも同様の色斑や輝度斑が発生する。前述の図２３に示す全反射複合型レンズ２０１を使用する照明装置２００はこのクリティカル照明に近い構成である。
一方、ケーラー照明は、図１０に示すように、コレクタレンズ３５及びコンデンサレンズ４５の２枚のレンズを使用し、光源１５とコンデンサレンズ４５とが光学的に共役な関係になり、コレクタレンズ３５と被照射面５０とが光学的に共役な関係になる照明方式である。光源１５において発光位置毎に色斑や輝度斑が存在する場合であっても、色や輝度の方向依存性は比較的緩やかに変化する場合が多い。コレクタレンズ３５は、細かな斑を持たないように、光源によって比較的一様に照明される。このコレクタレンズ３５の開口内の照度分布が被照射面５０に投影されるので、被照射面５０はコレクタレンズ３５と同様にほぼ一様に照明される。また、コレクタレンズ３５によって光源１５の像がコンデンサレンズ４５の開口内に結ばれる場合には、コレクタレンズ３５を通過した光はすべてコンデンサレンズ４５を通過することになる。従って、光の損失を減少することができるので、光有効利用効率を向上することができる。
そして、このケーラー照明を更に高度化した照明方式がフライアイインテグレータと呼ばれる照明方式であり、第１の実施の形態に係る照明装置１に利用されている照明方式である。図１１に示すように、フライアイインテグレータ照明においては、コンタクトレンズ３５に相当するフライアイレンズの個々の縮小レンズ３５１と、それに対応するコンデンサレンズ４５に相当するフライアイレンズの個々の縮小レンズ４５１との組が各々ケーラー照明方式を担っている。光源１５から発せられた光は平行化レンズ３６によって屈折され平行に近づけられる。この平行に近づけられた光は縮小レンズ３５１によって屈折かつ集光され、縮小レンズ４５１に光源像が結ばれる。この光源像は縮小レンズ４５１によって無限遠に投影される。
このフライアイインテグレータ照明方式を採用する照明装置の全体の大きさに比べて、被照射面５０に投影される照射領域の大きさは充分に大きい。従って、各組の縮小レンズ４５１から無限遠方に投影される照射領域は互いに重なり合い、被照射面５０において同一領域を照明することができる。
［照明装置の利点］
図１２は図１等に示す第１の実施の形態に係る照明装置１から照射される光の配光分布を示す。図中、横軸は配光角度、縦軸は光強度を示す。図１２に示すように、半導体発光素子（青色光発光ダイオード）１０から発せられる青色光の光強度並びに配光角度は、蛍光体（黄色蛍光層）２０から発せられる黄色光の光強度並びに配光角度とほぼ一致する。つまり、双方の配光分布は一致しており、結果として、色斑や輝度斑が殆ど発生しない、すなわち色温度の照射位置によるばらつきの少ない店舗照明、オフィス照明、住居照明等、大光量を必要とする照明装置１を実現することができる。
更に、第１の実施の形態に係る照明装置１においては、第１のレンズ面３１をフレネルレンズ面とし、第２のレンズ面３２をフライアイレンズ面としているので、第１のレンズ３０を薄肉板状に製作することができ、第３のレンズ面４１をフライアイレンズ面とし、第４のレンズ面４２を平面レンズとしているので、第２のレンズ４０を同様に薄肉板状に製作することができる。すなわち、照明装置１の配光制御レンズを薄肉板状のレンズのみにより構成することができるので、照明装置１の製作コスト特に第１のレンズ３０及び第２のレンズ４０の製作コストを減少することができる。また、照明装置１を複数個配列したモジュール化を実現することができる。
例えば、第１のレンズ３０、第２のレンズ４０のそれぞれを射出成形法によって製作する場合、樹脂製レンズは表面から内部に向かって徐々に硬化する。樹脂製レンズが薄肉板状であれば、硬化の際に発生する収縮や歪みが小さくなり、樹脂製レンズの形状に歪みが発生しにくく、更に複屈折の発生を防止することができる。また、成形性が向上し、モジュール化が容易になる。
また、樹脂製レンズの内部の硬化が完了するまでに要する時間は、例えば樹脂製レンズの厚みの二乗に略比例する。前述の全反射複合型レンズ２０１は厚みがあるので樹脂の硬化に時間を必要とする。これに対して、第１の実施の形態に係る照明装置１の第１のレンズ３０、第２のレンズ４０はいずれも薄肉板状に製作されているので、樹脂の硬化時間が短くなり、射出成形装置の製作時間が短くなる。従って、照明装置１の製作コストの低減並びに製作時間の短縮に寄与する。
更に、第４のレンズ面４２は平面レンズであるので、汚れや埃が付着しにくく、又付着しても拭き取り易い。従って、照明装置１の汚れや埃に起因する光有効利用効率の低下を防止することができる。
（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態は、前述の第１の実施の形態に係る照明装置１を複数個集積してモジュール化した例を説明するものである。なお、第２の実施の形態並びに後述する実施の形態において、前述の第１の実施の形態において説明した構成要素と同一の構成要素には同一符号を付け、その同一の構成要素の説明は重複するので省略する。
第２の実施の形態に係る照明装置１は、図１３に示すように、半導体発光素子（発光ダイオード）１０、蛍光体２０、反射体１１３、第１のレンズ３０及び第２のレンズ４０を備えた照明ユニット１Ａ〜１Ｆを基板１１に複数個集積し、モジュール化されている。第２の実施の形態においては合計６個の照明ユニット１Ａ〜１Ｆが行列状に配列されているが、本発明はこの照明ユニット数に限定されるものではなく、必要とする光量や用途に応じて照明ユニット数を変更することができる。
基板１１は各々の照明ユニット１Ａ〜１Ｆに共通である。また、図１３、図１４及び図１５に示すように、各々の照明ユニット１Ａ〜１Ｆの、第１のレンズ面（フレネルレンズ面）３１及び第２のレンズ面（フライアイレンズ面）３２を有する第１のレンズ３０は一体成型されている。更に、図１３、図１５及び図１６に示すように、各々の照明ユニット１Ａ〜１Ｆの、第３のレンズ面（フライアイレンズ面）４１及び第４のレンズ面（平面レンズ）４２を有する第２のレンズ４０は同様に一体成型されている。第１のレンズ３０、第２のレンズ４０は、いずれも薄肉板状に製作することができるので、各々の照明ユニット１Ａ〜１Ｆ間において一体成型により製作することができる。第１のレンズ３０及び第２のレンズ４０は、基板１１の周縁部に取り付けられた枠体６０に取り付けられ、支持されている。
第２の実施の形態に係る照明装置１においては、店舗照明、オフィス照明、住居照明等、必要な光量に応じて、照明ユニット１Ａ〜１Ｆを容易にモジュール化することができる。
（第３の実施の形態）
本発明の第３の実施の形態は、前述の第１の実施の形態に係る照明装置１又は第２の実施の形態に係る照明装置１の光有効利用効率を向上する例を説明するものである。
［照明装置の第１の構成］
図１７に示すように、第３の実施の形態に係る照明装置１は、基本的には前述の図１に示す照明装置１と同様の構造を備え、第１の光を発光する半導体発光素子１０（第１の光源）と、半導体発光素子１０の第１の光の発光する領域を覆い、第１の光を受けて第１の光とは異なる波長を有する第２の光を発光する蛍光体２０（第２の光源）と、第１の光及び第２の光を屈折させて平行光に近づける屈折領域３１１と第１の光及び第２の光を反射させて平行光に近づける反射領域３１２とを有する第１のレンズ面３１と、第１のレンズ面３１において屈折並びに反射される第１の光及び第２の光を屈折させる第１の縮小レンズ面３２１をその面方向に複数並列に配設した第２のレンズ面３２と、第２のレンズ面３２において屈折される第１の光及び第２の光を屈折させ、第１の縮小レンズ面３２１に対応する第２の縮小レンズ面４１１をその面方向に複数並列に配設した第３のレンズ面４２とを備えている。第２のレンズ面３２の第１の縮小レンズ面３２１は、それに対応する第３のレンズ面４１の第２の縮小レンズ面４１１に第１の光及び第２の光を集光する。更に、照明装置１においては、第２のレンズ面３２の１つの第１の縮小レンズ面３２１及び第３のレンズ面４１の１つの第２の縮小レンズ面４１１によって屈折される第１の光及び第２の光の第１の照射領域５１の一部は、他の１つの第１の縮小レンズ面３２１及び他の１つの第２の縮小レンズ面４１１によって屈折される第１の光及び第２の光の第２の照射領域５２の一部に重なる（図１参照。）。第１の照射領域５１、第２の照射領域５２はいずれも照明装置１から発せられた第１の光及び第２の光が無限遠において被照射面５０に投影された領域である。
第１のレンズ３０の第１のレンズ面３１においては、第１の光及び第２の光の光軸Ｌａ中心部分に屈折作用を利用する屈折領域３１１が配設され、この屈折領域３１１の周辺部分に全反射作用を利用する反射領域３１２が配設されている。第３の実施の形態に係る屈折領域３１１には、更に光軸Ｌａ中心及びその周囲に半導体発光素子１０及び蛍光体２０側に突出する突出面３１１１と、この突出面３１１１の周囲であって光軸Ｌａに対し交差する方向（ここでは垂直方向）に第１の光及び第２の光を屈折させる屈折面３１１２ｂと段差面３１１２ａとを交互に連続配列させた第１のプリズム連続面３１１２とが配設されている。
屈折領域３１１の突出面３１１１は、光軸Ｌａと光源（半導体発光素子１０及び蛍光体２０）から発せられる第１の光及び第２の光とのなす角度θが例えば１０度以下と小さく、略平行光に近い領域に配設されている。突出面３１１１は、第１の構造において、例えば１５０度〜１８０度の範囲内の頂角を有する円錐形状により構成されている。
屈折領域３１１の第１のプリズム連続面３１１２はフレネルレンズ面である。この第１のプリズム連続面３１１２は、図１８に示すように、光源を中心に光軸Ｌａに対して屈折面３１１２ｂがなす角度を３０度以下に設定している。つまり、光源から発せられる第１の光及び第２の光は屈折面３１１２ｂに入射され、この入射された第１の光及び第２の光は平行光に近づけられる。段差面３１１２ａは前述の図５に示す理論に従い光軸Ｌａに一致させている。
図１９に示す屈折面３１１２ｂの傾き角度θＵは、光源中心から屈折面３１１２ｂに至る光線と光軸との成す角度θ、レンズの屈折率ｎに対して、下記に示す（１）式を満たすように決めることが理想的である。
Figure 2007134316
これに対して、反射領域３１２には、同図１８に示すように、光源から３０度以上の角度をもって発せられる第１の光及び第２の光を有効に利用するために、光軸Ｌａに対して交差する方向（ここでは垂直方向）に、第１の光及び第２の光を入射する入射面３１２１ａとこの入射された第１の光及び第２の光を反射する反射面３１２１ｂとを交互に連続配列させた第２のプリズム連続面３１２１が配設されている。第２のプリズム連続面３１２１はフレネルレンズ面である。第２のプリズム連続面３１２１の入射面３１２１ａには第１の光及び第２の光が光源から入射され、光軸Ｌａから屈折領域３１１側に向かって若干の傾斜面を備えている。反射面３１２１ｂの角度は３０度以上に設定されており、この反射面３１２１ｂは入射面３１２１ａを透過した第１の光及び第２の光を平行光に近づける。反射面３１２１ｂは全反射面である。
上述の通り、光源から発せられる第１の光及び第２の光は入射面３１２１ａに入射され、屈折したあと、反射面３１２１ｂにて全反射され、光軸Ｌａ方向の平行光に近づけられる。このときの図２０に示す入射面３１２１ａと反射面３１２１ｂの傾き角θＬとθＵは、光源中心から入射面３１２１ａに至る光線と光軸との成す角度θ、レンズの屈折率ｎに対して、下記に示す（２）式を満たすように決めることが理想的である。
Figure 2007134316
こうすることで、屈折後の第１の光及び第２の光ははほぼ光軸Ｌａに近い方向に進む平行光に近づけられる。
ここで、全反射とは、以下のように定義される。光は、屈折率の異なる２つの透明な媒質間を通過するとき、その媒質間の境界面において屈折する。例えば、一方の媒質の屈折率をｎ１、他方の媒質の屈折率をｎ２（但し、ｎ１＞ｎ２）とし、境界面への光の入射角をθとすると、θが小さいとき（すなわち、入射角θが臨界角より小さいとき）、光は境界面において屈折して進む。入射角θが大きくなるに従って屈折角は９０°に近づき、ｓｉｎθ＝ｎ２／ｎ１のとき、屈折角は９０°になる。このときの入射角は臨界角という。更に、入射角θが大きくなると、（すなわち、入射角θを臨界角より大きくする）と、光は境界面においてすべて反射される。このような現象を全反射という。第３の実施の形態において、屈折率ｎ２には屈折率「１」の空気が使用されるので、上記条件式はｓｉｎθ＝１／ｎ１になる。
また、反射領域３１２の第２のプリズム連続面３１２１の入射面３１２１ａと反射面３１２１ｂとがなす頂角はすべてにおいて同一角度である。図２１に前述の（２）式の関係を示す。
光線の入射角θに応じて、多数の曲線が描かれている。このグラフから分かるように、θとｎを与えただけではθＵとθＬの値は一意には決まらず、１つ自由度が余っている。この式にさらにバイト角一定の条件、すなわちθＵ+θＬ=一定という条件を付加することで、θＵとθＬの値は一意に決まる。図２１ではθＵ+θＬ=４５°という直線を書き込んである。あるθに対応する曲線と、バイト角４５°に対応する直線との交点により、θＵとθＬが両方とも決まる。θＵ+θＬの値は０〜９０°のいずれであっても、任意のθに対して解をもつ。したがって、バイト角は０〜９０°の任意の角度に揃えることが可能である。
更に、屈折領域３１１の第１のプリズム連続面３１１２の屈折面３１１２ｂと段差面３１１２ａとがなす最下点と、反射領域３１２の第２のプリズム連続面３１２１の入射面３１２１ａと反射面３１２１ｂとがなす最下点とが、同一平面上（光軸Ｌａに対して垂直な平面上）に存在する。
このような構造を有する第１のレンズ３０においては、光軸Ｌａの位置を中心に切削工具例えば１本の高価なダイヤモンド切削工具を回転させることにより、容易に製作することができる。ここでの回転とは、相対的なことを意味し、切削工具を回転させること、第１のレンズ３０を回転させることのいずれも含む意味において使用される。ダイヤモンド切削工具の刃先の形状は、例えば反射領域３１２の第２のプリズム連続面３１２１の１つの入射面３１２１ａと１つの反射面３１２１ｂとを削り取る三角形状を備えていればよい。このダイヤモンド切削工具は、切削角度を調節することにより、屈折領域３１１の突出面３１１１並びに第１のプリズム連続面３１１２の加工にも代用することができる。
更に、このような構造を有する第１のレンズ３０においては、屈折領域３１１の突出面３１１１、第１のプリズム連続面３１１２、反射領域３１２の第２のプリズム連続面３１２１の断面の輪郭形状がすべて直線であるため、金型が製作し易く、射出成型により製作することができる。
このように構成される第３の実施の形態の第１の構造に係る照明装置１においては、第１の実施の形態に係る照明装置１により得られる効果と同様の効果を得ることができるとともに、第１のレンズ３０の第１のレンズ面３１に屈折領域３１１及び反射領域３１２を配設し、第１のレンズ面３１の周辺部分のフレネルレンズ面であるがゆえに屈折しきれない第１の光及び第２の光を反射により平行光に近づけることができるので、第１のレンズ面３１の周辺部分の光有効利用効率を高めることができる。
［照明装置の第２の構成］
第３の実施の形態に係る照明装置１は、図２２に示すように、第１のレンズ３０の第１のレンズ面３１において、屈折領域３１１の突出面３１１１を凸レンズのように光源側に突出する曲面とし、第１のプリズム連続面３１１２の屈折面３１１２ｂと段差面３１１２ａとがなす最上点（頂角の位置）と、反射領域３１２の第２のプリズム連続面３１２１の入射面３１２１ａと反射面３１２１ｂとがなす最上点（頂角の位置）とが同一平面上に存在する構成としてもよい。この第１のレンズ３０においては、特に射出成型の金型が製作し易い。
このように構成される第３の実施の形態の第２の構造に係る照明装置１においては、第１の構造に係る照明装置１により得られる効果と同様の効果を得ることができる。
［照明装置の第３の構成］
第３の実施の形態に係る照明装置１は、図２３に示すように、第１のレンズ３０の第１のレンズ面３１において、屈折領域３１１の第１のプリズム連続面３１１２の屈折面３１１２ｂと段差面３１１２ａとがなす最上点（頂角の位置）と、反射領域３１２の第２のプリズム連続面３１２１の入射面３１２１ａと反射面３１２１ｂとがなす最上点（頂角の位置）とが同一平面上に存在しつつ、光軸Ｌａ（中心）から周辺に向かって最上点と最下点との間の距離が徐々に増加する構成としてもよい。この第１のレンズ３０においては、反射領域３１２の第２のプリズム連続面３１２１の入射面３１２１ａの面積及び入射角度、並びに反射面３１２１ｂの面積を周辺に行くほど大きくすることができるので、光有効利用効率を更に向上することができる。
このように構成される第３の実施の形態の第２の構造に係る照明装置１においては、第１の構造に係る照明装置１により得られる効果と同様の効果を得ることができる。
なお、第３の実施の形態に係る照明装置１においては、第１のレンズ３０の第１のレンズ面３１の屈折領域３１１の突出面３１１１を、平行光に近づけられる範囲内において平面としてもよい。
（第４の実施の形態）
本発明の第４の実施の形態は、前述の第１の実施の形態に係る照明装置１乃至第３の実施の形態に係る照明装置１の光有効利用効率を向上する例を説明するものである。
図２４（Ａ）及び図２４（Ｂ）に示すように、第４の実施の形態に係る照明装置１は、第１のレンズ３０の第２のレンズ面（フライアイレンズ面）３２の第１の縮小レンズ面３２１、又は第２のレンズ面４０の第３のレンズ面（フライアイレンズ面）４１の第２の縮小レンズ面４１１のそれぞれの配設密度を高めいている。すなわち、第２のレンズ面３２においては、第１の縮小レンズ面３２１間のデッドスペース（平面領域）をできる限り縮小し、第１の縮小レンズ面３２１そのものの配設密度を高めている。同様に、第３のレンズ面４０においては、第２の縮小レンズ面４１１間のデッドスペース（平面領域）をできる限り縮小し、第２の縮小レンズ面４１１そのものの配設密度を高めている。第１の縮小レンズ面３２１の配設密度が高いほど、光の有効利用効率を向上することができる。同様に、第２の縮小レンズ面４１１の配設密度が高いほど、光の有効利用効率を向上することができる。
このような第２のレンズ面３２並びに第３のレンズ面４１を製作には、フライアイピッチ（縮小レンズ間ピッチ）ａ、フライアイ曲率半径ｒ、フライアイ高さｈと定義したとき、下記に示す（３）式を満たせばよい。
Figure 2007134316
このように構成される第４の実施の形態に係る照明装置１においては、第２のレンズ面３２の第１の縮小レンズ面３２１の配設密度を向上することができ、又第３のレンズ面４１の第２の縮小レンズ面４１１の配設密度を向上することができるので、光の有効利用効率を向上することができる。
（その他の実施の形態）
なお、本発明は前述の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において、変更可能である。
例えば、前述の実施の形態において、照明装置１の半導体発光素子１０には青色光発光ダイオードが使用されているが、本発明は、発光する位置の異なる複数の光源を組み合わせて、例えば半導体発光素子１０に赤色光、緑色光及び青色光の各色の発光ダイオードを組み合わせて白色光を発するようにしてもよい。また、本発明は、半導体発光素子１０に半導体レーザを使用してもよい。
更に、前述の実施の形態において、第１の縮小レンズ面３２１及び第２の縮小レンズ面４１１には凸レンズを採用したが、本発明は第１の縮小レンズ面３２１及び第２の縮小レンズ面４１１のいずれか一方又は両方にフレネルレンズ面を採用しても良い。具体的には、曲率半径の小さい凸レンズに代えて第１の縮小レンズ面３２１を等価のフレネルレンズ、第２の縮小レンズ面４１１に凸レンズを使用することができる。この場合、第１のレンズ３０をより薄肉板状に製作することができ、更なる歩留まりの向上、製作コスト並びに製作時間を短縮することができる。
更に、前述の実施の形態において、照明装置１の第１のレンズ面３１には単純なフレネルレンズ面を採用したが、本発明は、より複雑なフレネルレンズ面を採用してもよい。また、本発明は、各輪帯状毎のレンズ面を個別に設計するフレネルレンズを使用してもよい。
更に、本発明は、前述の第１の実施の形態に係る照明装置１乃至第４の実施の形態に係る照明装置１のいずれか２以上を組み合わせてもよい。
本発明の第１の実施の形態に係る照明装置の概略構成図である。 図１に示す照明装置の半導体発光素子及び蛍光体を搭載する基板の拡大断面図である。 （Ａ）は図１に示す照明装置の蛍光体の斜視図、（Ｂ）は蛍光体の断面図、（Ｃ）は蛍光体の平面図である。 図１に示す照明装置の配光制御レンズ（光学系レンズ）の斜視図である。 図１及び図４に示す配光制御レンズのフレネルレンズ面の製作法を示す断面図である。 図１に示す照明装置の半導体発光素子並びに蛍光体の波長と発光強度との関係を示す図である。 第１の実施の形態に係る照明装置の比較例の配光分布を示す図である。 第１の実施の形態に係る照明装置の比較例の配光制御レンズ（フライアイレンズ）の概略構造図である。 第１の実施の形態に係る照明装置の比較例のクリティカル照明を利用する配光制御レンズの概略構成図である。 第１の実施の形態に係る照明装置に利用されるケーラー照明を説明する配光制御レンズの概略構成図である。 第１の実施の形態に係る照明装置に利用されるフライアイインテグレータ照明を説明する配光制御レンズの概略構成図である。 第１の実施の形態に係る照明装置の配光分布を示す図である。 本発明の第２の実施の形態に係る照明装置の概略構成図である。 図１３に示す照明装置の配光制御レンズ（フレネルレンズ）の平面図である。 図１３に示す照明装置の配光制御レンズ（フライアイレンズ）の平面図である。 図１３に示す照明装置の配光制御レンズ（平面レンズ）の平面図である。 本発明の第３の実施の形態の第１の構成に係る照明装置の概略構成図である。 図１７に示す照明装置の要部拡大構成図である。 屈折型フレネルコリメータの光線角度とレンズ面傾き角度の関係を示す平面図である。 全反射フレネルコリメータの光線入射角とレンズ面傾き角の関係を示す平面図である。 バイト角一定の場合の全反射フレネルレンズの角度の決め方の説明に供する特性曲線図である。 第３の実施の形態の第２の構成に係る照明装置の概略構成図である。 第３の実施の形態の第３の構成に係る照明装置の概略構成図である。 （Ａ）は本発明の第４の実施の形態に係る照明装置の配光制御レンズの要部平面図、（Ｂ）は（Ａ）の２１Ｂ−２１Ｂ切断線で切った配光制御レンズの要部断面図である。 本発明の先行技術に係る砲弾型レンズを採用した照明装置の構成図である。 本発明の先行技術に係る全反射型複合レンズを採用した照明装置の構成図である。
符号の説明
１ 照明装置
１Ａ〜１Ｆ 照明ユニット
１１ 基板
１１３ 反射体
１１３Ｒ 反射面
１０ 半導体発光素子
２０ 蛍光体
３０ 第１のレンズ
３１ 第１のレンズ面（フレネルレンズ面）
３１１ 屈折領域
３１１１ 突出面
３１１２ 第１のプリズム連続面
３１１２ａ 段差面
３１１２ｂ 屈折面
３１２ 反射領域
３１２１ 第２のプリズム連続面
３１２１ａ 入射面
３１２１ｂ 反射面
３２ 第２のレンズ面（フライアイレンズ面）
３２１ 第１の縮小レンズ面
４０ 第２のレンズ
４１ 第３のレンズ面（フライアイレンズ面）
４１１ 第２の縮小レンズ面
４２ 第４のレンズ面（平面レンズ）
５０ 被照射面
５１ 第１の照射領域
５２ 第２の照射領域

Claims (23)

  1. 第１の光を発光する第１の光源と、
    その発光する位置の少なくとも一部が前記第１の光源と異なり、前記第１の光とは異なる波長を有する第２の光を発光する第２の光源と、
    前記第１の光及び前記第２の光を屈折させて平行光に近づける第１のレンズ面と、
    前記第１のレンズ面において屈折される前記第１の光及び前記第２の光を屈折させる第１の縮小レンズ面をその面方向に複数並列に配設した第２のレンズ面と、
    前記第２のレンズ面において屈折される前記第１の光及び前記第２の光を屈折させ、前記第１の縮小レンズ面に対応する第２の縮小レンズ面をその面方向に複数並列に配設した第３のレンズ面と、を備え、
    前記第１の縮小レンズ面はそれに対応する第２の縮小レンズ面に前記第１の光及び前記第２の光を集光し、
    １つの前記第１の縮小レンズ面及び１つの前記第２の縮小レンズ面によって屈折される前記第１の光及び前記第２の光の第１の照射領域の一部は、他の１つの前記第１の縮小レンズ面及び他の１つの前記第２の縮小レンズ面によって屈折される前記第１の光及び前記第２の光の第２の照射領域の一部に重なることを特徴とする照明装置。
  2. 前記第１の光源は半導体発光素子であり、前記第２の光源は、前記半導体発光素子の前記第１の光の発光する領域を覆い、前記第１の光を受けて前記第２の光を発光する蛍光体であることを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
  3. 前記第１のレンズ面は、前記半導体発光素子に対向配置され、前記半導体発光素子側に突出する凸レンズ面であることを特徴とする請求項２に記載の照明装置。
  4. 前記第１のレンズ面は、前記半導体発光素子に対向配置され、前記半導体発光素子側に突出するフレネルレンズ面であることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の照明装置。
  5. 前記第２のレンズ面は、前記第１のレンズ面と前記第３のレンズ面との間に、前記第１のレンズ面及び前記第３のレンズ面に対向配置され、前記第１の縮小レンズ面は前記第３のレンズ面側に突出する凸レンズ面であることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の照明装置。
  6. 前記第３のレンズ面は前記第２のレンズ面に対向配置され、前記第２の縮小レンズ面は前記第２のレンズ面側に突出する凸レンズ面であることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の照明装置。
  7. 前記第１の縮小レンズ面はフレネルレンズ面であり、前記第２のレンズ面はフライアイレンズ面であることを特徴とする請求項５に記載の照明装置。
  8. 前記第２の縮小レンズ面はフレネルレンズ面であり、前記第３のレンズ面はフライアイレンズ面であることを特徴とする請求項６に記載の照明装置。
  9. 前記半導体発光素子は青色波長を有する前記第１の光を発光する発光ダイオードであることを特徴とする請求項２乃至請求項８のいずれかに記載の照明装置。
  10. 前記蛍光体は黄色波長、又は黄色光と赤色光とを合成した波長を有する前記第２の光を発光することを特徴とする請求項２乃至請求項９のいずれかに記載の照明装置。
  11. 青色光を発光する発光ダイオードと、
    前記発光ダイオードの前記青色光を受けて黄色光を発光する蛍光体と、
    前記青色光及び前記黄色光を屈折させて平行光に近づけるフレネルレンズ面と、
    前記フレネルレンズ面を透過する前記青色光及び前記黄色光を屈折させ、複数の凸面を有する第１のフライアイレンズ面と、
    前記第１のフライアイレンズ面を透過する前記青色光及び前記黄色光を屈折させ、複数の凸面を有する第２のフライアイレンズ面と、
    を備えたことを特徴とする照明装置。
  12. １つの面に前記フレネルレンズ面を有し、他の１つの面に前記第１のフライアイレンズ面を有する第１のレンズと、
    １つの面に前記第２のフライアイレンズ面を有する第２のレンズと、を備えたことを特徴とする請求項１１に記載の照明装置。
  13. 前記第２のレンズの他の１つの面が平面であることを特徴とする請求項１２に記載の照明装置。
  14. 前記第２のレンズの平面に光を拡散させる光拡散処理が施されていることを特徴とする請求項１３に記載の照明装置。
  15. 前記発光ダイオードを表面の中央部に実装する基板と、
    前記基板表面の周辺部に配設され、前記発光ダイオードから発光される前記青色光を反射する反射体と、
    前記基板表面の中央部及び前記反射体に囲まれた窪みに充填され、前記発光ダイオードを埋設する前記蛍光体と、を更に備えたことを特徴とする請求項１１乃至請求項１４のいずれかに記載の照明装置。
  16. 前記発光ダイオード、前記蛍光体、前記反射体、前記第１のレンズ及び第２のレンズを備えた照明ユニットを、前記基板に複数個集積し、モジュール化したことを特徴とする請求項１５に記載の照明装置。
  17. 前記第１のレンズ面は、前記第１の光及び前記第２の光を屈折させて平行光に近づける屈折領域と前記第１の光及び前記第２の光を反射させて平行光に近づける反射領域とを有することを特徴とする請求項１乃至請求項１０のいずれかに記載の照明装置。
  18. 前記第１のレンズ面において、前記第１の光及び前記第２の光の光軸中心部分に屈折作用を利用する前記屈折領域を有し、前記屈折領域の周辺部分に全反射作用を利用する前記反射領域を有することを特徴とする請求項１７に記載の照明装置。
  19. 前記第１のレンズ面は、前記屈折領域において、前記第１の光源側及び第２の光源側に突出する突出面、前記光軸に対して交差する平面、又は前記第１の光及び前記第２の光を屈折させる屈折面と段差面とを前記光軸に対し交差する方向に交互に連続配列させた第１のプリズム連続面を有し、前記反射領域において、前記第１の光及び前記第２の光を入射する入射面とこの入射された前記第１の光及び前記第２の光を反射する反射面とを前記光軸に対して交差する方向に交互に連続配列させた第２のプリズム連続面を有するフレネルレンズ面であることを特徴とする請求項１７又は請求項１８に記載の照明装置。
  20. 前記第１のレンズ面において、前記屈折領域の前記第１のプリズム連続面の前記屈折面と前記段差面とがなす最上点と、前記反射領域の前記第２のプリズム連続面の前記入射面と前記反射面とがなす最上点とが、同一平面上に存在することを特徴とする請求項１９に記載の照明装置。
  21. 前記第１のレンズ面において、前記屈折領域の前記第１のプリズム連続面の前記屈折面と前記段差面とがなす最下点と、前記反射領域の前記第２のプリズム連続面の前記入射面と前記反射面とがなす最下点とが、同一平面上に存在することを特徴とする請求項１９に記載の照明装置。
  22. 前記第１のレンズ面において、前記反射領域の前記第２のプリズム連続面の前記入射面と前記反射面とがなす頂角がすべてにおいて同一であることを特徴とする請求項１９乃至請求項２１のいずれかに記載の照明装置。
  23. 前記第１のフライアイレンズ面又は前記第２のフライアイレンズ面は、フライアイピッチａ、フライアイ曲率半径ｒ、フライアイ高さｈと定義したとき、下記式を満たすことを特徴とする請求項１１に記載の照明装置。
    Figure 2007134316
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