JP2010107844A - 照明用レンズおよびこれを備えた照明装置 - Google Patents

照明用レンズおよびこれを備えた照明装置 Download PDF

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Abstract

【課題】色むらを十分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照明用レンズおよび照明装置を提供すること。
【解決手段】光軸に直交する第１の入射面２０と、発光装置８側に向かうにしたがって径が拡大する第２の入射面２１と、出射側に向かうにしたがって径が拡大する全反射面２２と、主として第１の入射面２１に入射した光を被照射面１８側に向かって出射させる第１の出射面２４と、第２の入射面に入射した光を被照射面１８側に向かって出射させる第２の出射面２５とを有し、第２の出射面２５を、第１の出射面２４よりも正のパワーが弱くなるように形成すること。
【選択図】図１

Description

本発明は、照明用レンズおよびこれを備えた照明装置に係り、特に、白色光を発光する発光装置から出射された光の配光特性を制御するのに好適な照明用レンズおよびこれを備えた照明装置に関する。
従来から、補助照明、天井照明またはショーケース用の照明等の用途には、特定の方向に光を照射することによって特定の領域を照明するスポット照明装置が用いられていた。
また、近年においては、消費電力削減や環境保全の観点から、スポット照明装置の光源として、白色発光ダイオード（白色ＬＥＤ）が用いられるようになった。
現在の白色発光ダイオードの主流は蛍光体を用いた方式であり、一般に青黄色系擬似白色発光ダイオードと称されている。
ここで、図２９は、この種の白色発光ダイオードの一例を示したものであり、この白色発光ダイオード１は、基板２上に整列配置された複数の青色ダイオードの発光素子３をＹＡＧ系の蛍光体４で覆うことによって構成されている。そして、このような白色発光ダイオード１は、発光素子３から出射されて蛍光体４に入射した青色光と、蛍光体４において蛍光として発生した黄色光とを混合させることによって白色光を得るようになっていた。
ただし、このような白色発光ダイオード１は、その白色光の出射面５から出射される光束が、出射面５の面法線方向に出射される出射角０〔°〕の白色光（中心光）に対して広い角度にわたって発散してしまうため、スポット照明装置に適用するには、出射面５から出射された白色光を被照射面の方向に集光させる手段が必要であった。
また、このような白色発光ダイオード１の特性としては、出射面５から出射される光束のうち、出射面５からの出射角が小さい中央部分の白色光が、青みを帯びた白色光となり、出射面５からの出射角が大きい周辺部分の白色光が、黄色みを帯びた白色光となることが知られている。これは、出射角が小さい白色光については、発光素子３から青色光として出射された後に通った発光素子３と出射面５とを結ぶ蛍光体４内の光路が短いため、蛍光体４内を通る過程で黄色光と混合された割合が低いことが原因とされている。また、出射角が大きい白色光については、発光素子３から青色光として出射された後に通った発光素子３と出射面５とを結ぶ蛍光体４内の光路が長いため、蛍光体４内を通る過程で黄色光と混合された割合が高いことが原因とされている。
そして、このような白色発光ダイオード１の特性に鑑みれば、白色発光ダイオード１をスポット照明装置に適用するためには、被照射面において青みを帯びた白色光と黄色みを帯びた白色光とによる色むらが発生することを抑制するための手段を講じることが必要であった。
そこで、これまでにも、例えば、特許文献１に示すように、白色発光ダイオード１の出射側にレンズを配置し、黄色みを帯びた白色光の光路上に存在するレンズ構成面に光拡散処理を施すことにより、黄色みを帯びた白色光を拡散させて、白色発光ダイオードから出射された白色光を被照射面側に向かって集光させるとともに、被照射面に到達した青みを帯びた白色光と黄色みを帯びた白色光とを混ざり合わせて色むらを抑制する技術が提案されている（例えば、特許文献１段落００２０参照）。
特開２００７−５２１８号公報
しかしながら、特許文献１に示すレンズは、白色発光ダイオード側に向けて曲率が大きな凸面が形成されており、この凸面に対する白色光の入射角度が大きくなるため、屈折率の波長依存性により、白色光を構成する青色光と黄色光との屈折角が互いにずれることになって、白色光が青色光と黄色光とに分離する色分離が生じてしまっていた。
これにより、特許文献１に記載のレンズにおいても、被照射面における色むらを十分に抑制することは困難であった。
また、特許文献１に記載のレンズは、黄色みを帯びた白色光を拡散させることで、必要な方向以外へも光が散ってしまうため、ロスが多く、明るい照射光が得られないという問題があった。
また、このような特許文献１に記載のレンズの不具合を解消するために、例えば、白色発光ダイオード側に平坦面を向け、被照射面側に凸面を向けた平凸レンズを配置することが考えられる。
しかるに、このような平凸レンズを以てしても、平凸レンズの凸面の外周縁部に入射する白色光の入射角度が大きくなるため、やはり、色分離の発生によって被照射面における色むらの抑制が困難となっていた。更に、このような凸面への入射角度が大きい光は、凸面の表面における表面反射率が高く、レンズ内に取り込むことができないため、光利用効率が悪いといった問題があった。
そこで、本発明は、このような点に鑑みなされたものであり、色むらを十分に抑制することができる光利用効率が良好な照明用レンズおよびこれを備えた照明装置を提供することを目的とするものである。
前述した目的を達成するため、本発明の請求項１に係る照明用レンズの特徴は、点状の発光装置から出射された白色光が入射され、この入射された白色光を所望の配光特性を有する光に制御した上で被照射面側に向かって出射させる照明用レンズであって、前記照明用レンズは、前記発光装置に対向して配置される発光装置対向面部と、前記発光装置対向面部に対して前記発光装置とは反対側に形成された出射面部と、前記発光装置対向面部の外周端部から前記出射面部の外周端部へ向かって延出された側面部とを備え、前記発光装置対向面部には、前記白色光を前記照明用レンズ内へ入射させるための凹部が形成され、前記凹部は、光軸に直交する平面として形成された第１の入射面と、この第１の入射面の外周端部から前記発光装置側に向かって延出され、前記発光装置側に向かうにしたがって、漸次、直径が拡大するように形成された第２の入射面とを有し、前記側面部は、前記第２の入射面に入射した光を前記出射面部に向けて全反射させるように、前記発光装置対向面部側から前記出射面部側に向かって、漸次、直径が拡大するように形成された全反射面を有し、前記出射面部は、主として前記第１の入射面に入射した光が入射され、この入射された光を前記被照射面側に向かって出射させる第１の出射面と、この第１の出射面の外周端部に前記第１の出射面を包囲するように連設され、前記第２の入射面に入射して前記全反射面によって全反射された光が入射され、この入射された光を前記被照射面側に向かって出射させる第２の出射面とを有し、前記第２の出射面が、前記第１の出射面よりも正のパワーが弱くなるように形成され、前記第１の出射面から出射された光と前記第２の出射面から出射された光とを互いに混合された状態として前記被照射面に照射させる点にある。
そして、この請求項１に係る発明によれば、第１の入射面に対する光の入射角度が大きくなるのを抑えることができるとともに、第２の出射面に対する光の入射角度を抑えることができるので、第１の入射面および第２の出射面における色分離の発生を抑制することができ、ひいては、被照射面における照射光の色むらを十分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。
また、請求項２に係る照明用レンズの特徴は、請求項１において、前記第１の入射面に入射した光が前記第１の出射面から出射される際における配光特性と、前記前記第２の入射面に入射した光が前記出射面部から出射される際における配光特性とを互いに一致または近似させる点にある。
そして、この請求項２に係る発明によれば、被照射面における照射光の色むらをさらに有効に抑制することができる。
さらに、請求項３に係る照明用レンズの特徴は、請求項１または２において、次の（１）に示す条件式、
θ１ｍａｘ＞θ２ｍａｘ （１）
但し、
θ１ｍａｘ：発光装置の発光点から出射された光のうちの第１の入射面に入射した光がレンズ内部において光軸となす角度θ１についての最大値
θ２ｍａｘ：発光装置の発光点から出射された光のうちの全反射面によって全反射された光がレンズ内部において光軸となす角度θ２についての最大値
を満足する点にある。
そして、この請求項３に係る発明によれば、（１）の条件式を満足することにより、第２の出射面に対する光の入射角度を十分に抑えて色分離の発生をさらに有効に抑制することができるとともに、第１の出射面から出射された光と第２のい出射面から出射された光とを被照射面において十分に混合させることができるので、被照射面における照射光の色むらをさらに十分に抑制することができる。
さらにまた、請求項４に係る照明装置の特徴は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の照明用レンズと発光装置とを備えた点にある。
そして、この請求項４に係る発明によれば、第１の入射面に対する光の入射角度が大きくなるのを抑えることができるとともに、第２の出射面に対する光の入射角度を抑えることができるので、第１の入射面および第２の出射面における色分離の発生を抑制することができ、ひいては、被照射面における照射光の色むらを十分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。
本発明によれば、色むらを十分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。
以下、本発明に係る照明用レンズとしてのスポット照明装置に用いられるスポット照明用レンズの実施形態について、図１〜４を参照して説明する。
なお、従来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。
図１に示すように、本実施形態におけるスポット照明用レンズ７は、白色光を発光する点状の発光装置としての白色発光ダイオード８に対向配置されるようになっており、この白色発光ダイオード８とともにスポット照明装置を構成するようになっている。
なお、本実施形態における白色発光ダイオード８は、例えば、図２９に示したものと同様に、青色発光ダイオードの発光素子と蛍光体とを組み合わせたもの等からなる発光部１０を有しており、この発光部１０の出射面１１からは、出射角０〔°〕の白色光（出射面１１の面法線方向に向かって出射される光）ＷＬ０を中心とした所定の角度範囲にわたる白色光の光束が出射されるようになっている。
そして、本実施形態においても、出射面１１から出射される白色光のうち、出射角０〔°〕の白色光ＷＬ０を中心とした出射面１１からの出射角が小さい中央部分の白色光（図１において破線枠で束ねられた光）が、青みを帯びた白色光ＷＬＢとなり、出射面１１からの出射角が大きい周辺部分の白色光（図１において二点鎖線枠で束ねられた光）が、黄色みを帯びた白色光ＷＬＹとなっている。
また、本実施形態における白色発光ダイオード８は、発光部１０に対して白色光の出射側の位置に、発光部１０側に平坦面１４を向け、スポット照明用レンズ７側に凸面１５を向けた平凸の集光レンズ１６を有しており、この集光レンズ１６は、発光部１０とともに筐体１７内に収容されている。
したがって、発光部１０から出射された白色光は、集光レンズ１６によって集光された上で白色発光ダイオード８から出射されるようになっている。なお、発光部１０から出射された白色光のうちの出射角０〔°〕の白色光は、集光レンズ１６の不図示の光軸上を通って凸面１５の面頂点から出射角０〔°〕を維持しながら出射されるようになっている。
なお、この白色発光ダイオード８から出射される光の配光分布は、後述する図６に示す通りである。
そして、本実施形態におけるスポット照明用レンズ７は、白色発光ダイオード８から出射された白色光が入射され、この入射された白色光を所望の配光特性を有する白色光に制御した上で被照射面１８側に向かって出射させるように構成されている。
すなわち、本実施形態におけるスポット照明用レンズ７は、発光装置対向面部としての白色発光ダイオード８に対向して配置される発光ダイオード対向面部と、発光ダイオード対向面部に対して白色発光ダイオード８とは反対側に形成された出射面部と、発光ダイオード対向面部の外周端部から出射面部の外周端部へ向かって延出された側面部とを備えている。
発光ダイオード対向面部には、白色発光ダイオード８から出射された白色光をスポット照明用レンズ７の内部へ入射させるための凹部が形成されており、この凹部は、図１に示すように、第１の入射面２０と第２の入射面２１との２つの入射面２１を有している。
図１および図２に示すように、第１の入射面２０は、スポット照明用レンズ７の光軸ＯＡ（図１、図２の一点鎖線部）に平行な方向から見た場合の平面図において円形状の平面として形成されており、この第１の入射面２０は、スポット照明用レンズ７を白色発光ダイオード８に対向配置させた状態において、集光レンズ１６および発光部１０に臨むようになっている。
なお、スポット照明用レンズ７の光軸ＯＡは、スポット照明用レンズ７から出射される立体的な光束の中心上に仮定された中心線をいい、この光軸ＯＡは、第１の入射面２０の中心点を通るようになっている。また、図１の状態において、スポット照明用レンズ７の光軸ＯＡは、集光レンズ１６から出射される立体的な光束の中心上に仮定された中心線（すなわち、集光レンズ１６の光軸）と一致している。
そして、第１の入射面２０には、発光部１０から出射された白色光のうち、中央部分の青みを帯びた白色光ＷＬＢが集光レンズ１６を経た上で入射するようになっており、この入射した白色光ＷＬＢは、光軸ＯＡ側に向かってスネルの法則にしたがった所定の屈折角で屈折した上でレンズ７内部を進行（透過）するようになっている。ただし、この青みを帯びた白色光ＷＬＢのうちの出射角０〔°〕の白色光ＷＬ０は、第１の入射面２０の中心点に入射後、屈折されずにスポット照明用レンズ７の光軸ＯＡ上を通ってレンズ７内を進行するようになっている。
なお、図１においては、便宜上、スポット照明用レンズ７のうちの光軸ＯＡに対する上側の半部のみについての光路が示されているが、スポット照明用レンズ７が光軸ＯＡを中心とした回転対称形状に形成されていることを考慮すれば、スポット照明用レンズ７における光軸ＯＡの下側の半部については、上側の半部の光路を光軸ＯＡを基準に反転させた線対称の光路が図１上に呈されると理解すればよい。
ここで、図１に示すように、本実施形態においては、第１の入射面２０が平面に形成されているため、第１の入射面２０に対する青みを帯びた白色光ＷＬＢの入射角度が小さく（白色光ＷＬ０は０〔°〕）抑えられている。そして、このことは、第１の入射面２０における青みを帯びた白色光ＷＬＢの屈折角が小さく抑えられることに他ならない。
これにより、本実施形態においては、第１の入射面２０に入射した青みを帯びた白色光ＷＬＢが、青色光と黄色光とに色分離することを抑制することができる。
一方、図１および図２に示すように、第２の入射面２１は、第１の入射面２０に連接されていて、この第１の入射面２０の外周端部から白色発光ダイオード８側に向かって延出されるとともに、白色発光ダイオード８側に向かうにしたがって、漸次、直径が拡大するように形成されている。より具体的には、第２の入射面２１は、白色発光ダイオード８側に向かうにしたがって径が大きくなるような光軸ＯＡを中心軸とするテーパ面に形成されている。
そして、この第２の入射面２１には、発光部１０から出射された白色光のうち、周辺部分の黄色みを帯びた白色光ＷＬＹが集光レンズ１６を経た上で入射するようになっており、この入射した白色光ＷＬＹは、光軸ＯＡから離間する側に向かって所定の屈折角で屈折した上で後述する全反射面２２に向かうようにしてレンズ７内部を進行するようになっている。
ここで、第２の入射面２１は、白色発光ダイオード８側に向かうにしたがって径が大きくなるようなテーパ面に形成されていることによって、出射面１１からの出射角が大きい黄色みを帯びた白色光ＷＬＹが第２の入射面２１に入射する際の入射角を抑えている。そして、このことは、第２の入射面２１における黄色みを帯びた白色光ＷＬＹの屈折角が小さく抑えられることに他ならない。
これにより、本実施形態においては、第２の入射面２１に入射する黄色みを帯びた白色光ＷＬＹが、青色光と黄色光とに色分離することを抑制することができる。
また、発光装置対向面部は、図１に示すように、白色発光ダイオード８の筐体１７にスポット照明用レンズ７を固定するための位置決め部となる平坦面２７を有しており、この平坦面２７は、第２の入射面２１における白色発光ダイオード８側の端部に連設されるようにしてスポット照明用レンズ７の光軸ＯＡに直交する環状に形成されている。すなわち、図１に示すように、平坦面２７は、白色発光ダイオード８の筐体１７におけるスポット照明用レンズ７側の端面に当接されており、これによって、白色発光ダイオード８の配置位置の位置決めがなされている。
さらに、本実施形態において、側面部は、図１に示すような全反射面２２とフランジ部２８とを有している。
全反射面２２は、発光装置対向面部側から出射面部側（図１における右方向）に向かって、漸次、直径が拡大するように形成されている。換言すれば、全反射面２２は、平坦面２７の外周端部から被照射面１８側に向かってフランジ部２８まで延出されるとともに、被照射面１８側に向かうにしたがって径が大きくなるような光軸ＯＡを中心軸とするテーパ面に形成されている。また、全反射面２２は、スポット照明用レンズ７における外周面のほぼ全域にわたって形成されている。
この全反射面２２には、第２の入射面２１に入射してレンズ７内部を進行してきた黄色みを帯びた白色光ＷＬＹが、臨界角を超える入射角で入射するようになっている。そして、このような全反射面２２に入射した白色光ＷＬＹは、全反射面２２によって出射面部側に向けて全反射されるようになっている。この全反射面２２によって全反射された黄色みを帯びた白色光ＷＬＹは、出射面部側に向かってレンズ７内部を進行するようになっている。
このとき、全反射面２２では屈折が生じないため、全反射面２２に入射した黄色みを帯びた白色光ＷＬＹの色分離は生じない。
さらにまた、本実施形態において、出射面部は、第１の入射面２０および第２の入射面２１にレンズ厚を隔てて光軸ＯＡ方向において対向する位置に、被照射面１８側を向く凸の非球面に形成された出射面２３を有している。
図１および図３に示すように、本実施形態における出射面２３は、平面図において円形状に形成されているとともに、その中心点が光軸ＯＡと交わる面頂点とされている。
より具体的には、本実施形態における出射面２３は、その光軸ＯＡ側（中心側）の大部分の領域が被照射面１８側を向く凸面に形成されているとともに、周辺側（径方向外側）の領域に被照射面１８側を向く凹面を有するような部分的に凹の凸非球面に形成されている。
なお、このような構成以外にも、例えば、出射面２３を、光軸ＯＡ側から周辺側に向かうにしたがって正のパワーが弱くなる全面凸の非球面に形成してもよい。この場合、出射面２３の非球面形状は、周辺側に向かうにしたがって正のパワーが連続的に弱くなるような面形状であってもよいし、あるいは、周辺側に向かうにしたがって正のパワーが段階的に弱くなるような面形状であってもよい。なお、段階的に弱くなる面形状の例としては、一定の正のパワーを持った光軸ＯＡ側の面形状と、この面形状のパワーよりも弱い一定の正のパワーを持った周辺側の面形状とを繋ぎ合わせた面形状を挙げることができる。
さらに、本実施形態において、出射面２３のうちの光軸ＯＡ側の所定範囲の領域は、第１の出射面２４とされており、この第１の出射面２４には、第１の入射面２０に入射してレンズ７内部を進行してきた青みを帯びた白色光ＷＬＢが入射するようになっている。そして、この第１の出射面２４に入射した白色光ＷＬＢは、第１の出射面２４において所定の屈折角で屈折された上で、第１の出射面２４から被照射面１８側に向かって出射されるようになっている。
また、本実施形態において、出射面２３のうちの周辺側の所定範囲の領域であって第１の出射面２４の外周端部に第１の出射面２４を包囲するように連設された領域は、第２の出射面２５とされており、この第２の出射面２５は、第１の出射面２４よりも正のパワーが弱くなるように形成されている。なお、本明細書において、正のパワーが弱いということには、パワーが負であること（凹面であること）も含まれるものとする。
この第２の出射面２５には、第２の入射面２１に入射後、全反射面２２によって全反射されてレンズ７内部を進行してきた黄色みを帯びた白色光ＷＬＹが入射するようになっている。そして、この第２の出射面２５に入射した白色光ＷＬＹは、第２の出射面２５において所定の屈折角で屈折された上で、第２の出射面２５から被照射面１８側に向かって出射されるようになっている。
このとき、第２の出射面２５は、正のパワーが抑えられているため、第２の出射面２５に対する黄色みを帯びた白色光ＷＬＹの入射角を抑えることができる。
これにより、本実施形態においては、第２の出射面２５に入射した黄色みを帯びた白色光ＷＬＹが、青色光と黄色光とに色分離することを抑制することができる。
そして、第１の出射面２４から出射された青みを帯びた白色光ＷＬＢと、第２の出射面２５から出射された黄色みを帯びた白色光ＷＬＹとは、スポット照明用レンズ７から光軸ＯＡ方向に所定の距離だけ離間された被照射面１８に、互いに混合された状態として、白色の円形の照射光として照射させるようになっている。
このように、本実施形態におけるスポット照明用レンズ７によれば、特に、第１の入射面２０および第２の出射面２５における色分離の発生を極めて有効に抑制することができるので、被照射面１８における照射光の色むらを十分に抑制することができる。具体的には、例えば、被照射面１８に照射された照射光の外周縁部に濃い黄色の部分（イエローリング）が形成されることを抑制することができる。
なお、第２の入射面２１に入射した黄色みを帯びた白色光ＷＬＹの一部を、第１の出射面２４に入射させて第１の出射面２４から出射させるようにしてもよい。
より好ましくは、第１の入射面２０に入射した青みを帯びた白色光ＷＬＢが第１の出射面２４から出射される際における白色光ＷＬＢの配光特性と、第２の入射面２１に入射した黄色みを帯びた白色光ＷＬＹが出射面２３（出射面部）から出射される際における白色光ＷＬＹの配光特性とを互いに一致または特性の差（例えば、光束の広がり方と後述する各測定角度における光度〔ｃｄ〕或いは照度〔ｌｘ〕の差）が所定値以内に収まる程度に近似させるようにする。このとき、第１の出射面２４から出射される光束の広がりと第２の出射面２５から出射される光束の広がりとの重なりの程度が色むらの抑制の程度に大きな影響を与えるため、２つの白色光ＷＬＢ、ＷＬＹの配光特性を互いに一致または近似させることは重要となる。
このように構成すれば、被照射面１８における照射光の色むらをさらに有効に抑制することができる。
より好ましくは、次の（１）に示す条件式を満足するようにする。
θ１ｍａｘ＞θ２ｍａｘ （１）
但し、（１）式におけるθ１ｍａｘは、白色発光ダイオード８の発光点から出射された光のうちの第１の入射面２０に入射した光（青みを帯びた白色光ＷＬＢ）がレンズ７内部において光軸ＯＡとなす角度θ１（鋭角）の最大値である。また、（１）式におけるθ２ｍａｘは、白色発光ダイオード８の発光点から出射された光のうちの全反射面２２によって全反射された光（黄色みを帯びた白色光ＷＬＹ）がレンズ７内部において光軸ＯＡとなす角度θ２（鋭角）の最大値である。
ここで、発光点とは、白色発光ダイオード８の光軸と白色発光ダイオード８の発光部１０における出射面１１とが交わる点と定義する。なお、白色発光ダイオード８のような点状の光源であっても実際には面で発光しているが、本実施形態のように発光点を定義して、この発光点から出射される光に白色発光ダイオード８の光束を代表させて扱うことが簡便かつ高精度な光学設計を行う上で望ましい。
また、図４に示すように、スポット照明用レンズ７上に、点Ｐ１として、第１の入射面２０と第２の入射面２１との交点Ｐ１をとるとともに、点Ｐ２として、第１の入射面２０上の点Ｐ１直近に入射した光の出射面２３（出射面部）への到達点Ｐ２をとった場合に、（１）式におけるθ１ｍａｘは、線分Ｐ１Ｐ２がスポット照明用レンズ７の光軸ＯＡとなす角度であることが好ましい。なお、θ１ｍａｘは、光軸ＯＡに対して図４における反時計回りに形成される角度を正とするような角度の正負の規則にしたがった場合における正の鋭角である。
さらに、図４に示すように、スポット照明用レンズ７上に、点Ｐ４として、第２の入射面２１上の点Ｐ１直近に入射した光の全反射面２２への到達点Ｐ４をとるとともに、点Ｐ５として、点Ｐ１および点Ｐ４を経由した光の出射面２３への到達点Ｐ５をとった場合に、（１）式におけるθ２ｍａｘは、線分Ｐ４Ｐ５がスポット照明用レンズ７の光軸ＯＡとなす角度であることが好ましい。なお、θ２ｍａｘは、θ１ｍａｘと同様の正負の規則にしたがった場合における正の鋭角である。
このような（１）式を満足するように構成すれば、より確実に、黄色みを帯びた白色光ＷＬＹを出射させる面となる第２の出射面２５を第１の出射面２４よりも正のパワーが弱くなるように形成して、第２の出射面２５から出射される光（拡散光）の屈折量を抑えることができる。この結果、色分離の発生をさらに有効に抑制することができるとともに、被照射面１８において出射面２３（主として第１の出射面２４）から出射された青みを帯びた白色光ＷＬＢと第２の出射面２５から出射された黄色みを帯びた白色光ＷＬＹとを十分に混合させることができ、被照射面１８における照射光の色むらをさらに十分に抑制することができる。
より好ましくは、次の（２）に示す条件式を満足するようにする。
θＰ２Ｐ３＞θＰ５Ｐ６＞θＰ９Ｐ１０ （２）
但し、（２）式におけるθＰ２Ｐ３は、図４に示すように、スポット照明用レンズ７上に、点Ｐ３として、点Ｐ１と点Ｐ２とを経由した光の被照射面１８への到達点Ｐ３をとった場合における線分Ｐ２Ｐ３がスポット照明用レンズ７の光軸ＯＡとなす角度である。このθＰ２Ｐ３は、θ１ｍａｘと同様の正負の規則にしたがった場合における正の鋭角である。
また、（２）式におけるθＰ５Ｐ６は、図４に示すように、スポット照明用レンズ７上に、点Ｐ６として、点Ｐ１、点Ｐ４および点Ｐ５を経由した光の被照射面１８への到達点Ｐ６をとった場合における線分Ｐ５Ｐ６がスポット照明用レンズ７の光軸ＯＡとなす角度である。このθＰ５Ｐ６は、θ１ｍａｘと同様の正負の規則にしたがった場合における正の鋭角である。
さらに、（２）式におけるθＰ９Ｐ１０は、図４に示すように、スポット照明用レンズ７上に点Ｐ９と点Ｐ１０とをとった場合における線分Ｐ９Ｐ１０がスポット照明用レンズ７の光軸ＯＡとなす角度である。このθＰ９Ｐ１０は、θ１ｍａｘと同様の正負の規則にしたがった場合における負の鋭角である。但し、点Ｐ９および点Ｐ１０は、図４に示すようにスポット照明用レンズ７上にとられた点Ｐ７および点Ｐ８と同一光路上の点である。すなわち、点Ｐ７は、白色発光ダイオード８の配光分布において最大光度（或いは最大照度）を相対値１とした場合における相対値０．５の光度（或いは照度）が得られる角度に出射させる光の第２の入射面２１への入射点Ｐ７である。また、点Ｐ８は、点Ｐ７に入射した光の全反射面２２への到達点Ｐ８である。そして、点Ｐ９は、点Ｐ７および点Ｐ８を経由した光の出射面２３への到達点Ｐ９である。また、点Ｐ１０は、点Ｐ７、点Ｐ８および点Ｐ９を経由した光の被照射面１８への到達点Ｐ１０である。
そして、このような（２）式を満足するように構成すれば、被照射面１８において出射面２３（主として第１の出射面２４）から出射された青みを帯びた白色光ＷＬＢと第２の出射面２５から出射された黄色みを帯びた白色光ＷＬＹとをさらに十分に混合させることができ、被照射面１８上における色むらの発生をさらに有効に抑制することができる。
なお、スポット照明用レンズ７は、ＰＭＭＡ（ポリメタクリル酸メチル樹脂）等の樹脂材料の射出成形によって安価に形成してもよい。
次に、白色発光ダイオード８を備えた比較例１〜３および実施例１〜５の合計８つのスポット照明装置の試料を用意し、これら８つの試料のそれぞれに対して図５に示すような測定系を用いて、色度・照度測定試験を行った。
この色度・照度測定試験においては、試料の光軸が鉛直方向に平行になるように試料を水平に設置した上で、試料の発光部１０の出射面１１から半径５０ｃｍの位置に設置した色彩照度計２９によって、試料から出射された白色光の色度および照度を測定した。
このとき、試料の光軸に対する色彩照度計２９の受光面の面法線のなす角度（以下、測定角度と称する）α〔°〕を、試料の光軸上を基準（０〔°〕）として−８０〔°〕から＋８０〔°〕までの範囲で変更し、各測定角度α〔°〕における色彩照度計２９の測定結果を、照度および色度の角度依存性を示す一つのグラフとしてまとめた。
以下、本測定試験の試験結果を、各試料ごとに順次説明する。
＜比較例１＞
比較例１の試料は、白色発光ダイオード８そのものであり、この比較例１の試料に対する本測定試験の試験結果は図６に示すものとなった。
ここで、図６における横軸の値は、測定角度α〔°〕を示している。また、図６における縦軸の値は、最大値を１に規格化した相対照度と、ｘｙ色度とを示している。なお、図６においては、ＸおよびＹの色度が低いほど白色光の青みが強く、ＸおよびＹの色度が高いほど白色光の黄色みが強いことになる。
図６に示すように、比較例１の試験結果においては、０〔°〕から±８０〔°〕に向かうにしたがって色度が上昇している。
また、図６に示すように、比較例１の測定結果においては、広い角度にわたって、高い相対照度が維持されており、この比較例１における相対照度のＦＷＨＭ（Full Width at Half Maximum：半値全角）〔°〕は、９０〔°〕となっている。
そして、このような比較例１の試料によって、図５に示すような発光部１０から光軸（鉛直）方向に５０ｃｍの位置に設置された被照射面１８に対して白色光を照射した場合には、その照射光は、中心側から周辺側に向かって青みを帯びた白色から黄色みを帯びた白色へとグラデーションのように変化する色むらを有した照射光となった。また、比較例１における照射光は、広範囲にわたって明るい光になるため、特定の領域を照明するスポット照明には適さないものとなった。
＜比較例２＞
図７に示すように、比較例２の試料は、白色発光ダイオード８と、この白色発光ダイオード８に対する出射側の近傍位置に対向配置された平凸レンズ３３とによって構成されている。
なお、平凸レンズ３３は、白色発光ダイオード８側を向く平面円形状の平坦面３１と、被照射面１８側を向く平面図において円形状の凸面３２とを有している。また、図７において、平凸レンズ３３と白色発光ダイオード８とは光軸が互いに一致した状態に配置されている。
また、図８に示すように、本比較例における平凸レンズ３３は、図８においてφ１で示される平坦面３１の直径が１９．４〔ｍｍ〕、φ２で示される凸面３２の直径が１３．４〔ｍｍ〕、Ｌで示される全長が７〔ｍｍ〕、ｚで示される凸面３２における外周端部から面頂点までの光軸ＯＡ方向の距離が５．８４０２〔ｍｍ〕とされている。
さらに、凸面３２の面形状は、光軸ＯＡ方向にＺ軸、光軸ＯＡに直交する方向にＸ軸をとり、光の進行方向を正とし、ｋを円錐係数、Ａ１、Ａ２、Ａ３・・・Ａ８を非球面係数、ｃを曲率としたとき次式で表される。
Ｚ（Ｘ）＝ｃＸ２／［１＋｛１−（ｋ＋１）ｃ２Ｘ２｝１／２］
＋Ａ１Ｘ＋Ａ２Ｘ２＋Ａ３Ｘ３＋・・・＋ Ａ８Ｘ８ （４）
ただし、本比較例において、（４）式の各係数は、ｃ＝−１．８８３３８×１０−１、ｋ＝−９．１２０３１×１０−１、Ａ１＝０、Ａ２＝０、Ａ３＝−１．８０５２７×１０−３、Ａ４＝−２．０１３９０×１０−４、Ａ５＝７．６８４０３×１０−５、Ａ６＝−１．０６７４７×１０−５、Ａ７＝−４．０８２４７×１０−６、Ａ８＝４．６７３３５×１０−７とされている。
この比較例２の試料に対する本測定試験の試験結果は図９に示すものとなった。なお、図９における横軸および縦軸の値は、図６と同様である。
図９に示すように、比較例２の試験結果においては、±１０〔°〕近辺において、ｘｙ色度が急峻に変化している。
このような比較例２の試料によって図５に示す被照射面１８に照射された照射光は、スポットの外周縁部において濃いイエローリングが現れるものとなり、特定の領域を均一な白色で照明するスポット照明には適さないものとなった。
＜比較例３＞
図１０に示すように、比較例３の試料も、比較例２と同様に、白色発光ダイオード８と、この白色発光ダイオード８側に平坦面３１を向け、被照射面１８側に凸面３２を向けた平凸レンズ３３とによって構成されている。
また、図１１に示すように、本比較例における平凸レンズ３３は、図１１においてφ１で示される平坦面３１の直径が１９．４〔ｍｍ〕、φ２で示される凸面３２の直径が１３．８〔ｍｍ〕、Ｌで示される全長が７〔ｍｍ〕、ｚで示される凸面３２における外周端部から面頂点までの光軸ＯＡ方向の距離が５．８１３５〔ｍｍ〕とされている。
さらに、本比較例においても、凸面３２の面形状が（２）式を用いて表されるようになっている。但し、本比較例においては、（２）式の各係数が、ｃ＝−１．５５９２１×１０−１、ｋ＝−７．９０２４４×１０−１、Ａ１＝０、Ａ２＝０、Ａ３＝−６．１１１０４×１０−５、Ａ４＝−１．４１６０２×１０−３、Ａ５＝２．４４７２２×１０−４、Ａ６＝１．２５８７９×１０−６、Ａ７＝−７．６８６５０×１０−６、Ａ８＝６．１２２８７×１０−７とされている。
この比較例３の試料に対する本測定試験の試験結果は図１２に示すものとなった。なお、図１２における横軸および縦軸の値は、図６と同様である。
図１２に示すように、比較例３の測定結果も、比較例２と同様に、±１０〔°〕近辺において、ｘｙ色度が急峻に変化している。
したがって、このような比較例３の試料によって図５に示す被照射面１８に照射された照射光も、スポットの外周縁部において濃いイエローリングが現れるものとなり、特定の領域を均一な白色で照明するスポット照明には適さないものとなる。
＜実施例１＞
実施例１の試料は、図１に示したものと同様の構成の試料であり、この試料は、白色発光ダイオード８と、この白色発光ダイオード８の出射側に対向配置されたスポット照明用レンズ７とによって構成されている。
以下、本実施例のスポット照明装置に用いられるスポット照明用レンズ７について、図１３を用いて説明する。
本実施例におけるスポット照明用レンズ７を製造するに際しては、まず、白色発光ダイオード８から出射された光をスポット照明用レンズ７に入射させるために、発光ダイオード対向面部の構成として、第１の入射面２０および第２の入射面２１からなる凹部を設計した。
この凹部の設計にあたり、第１の入射面２０の大きさは、主に、スポット照明装置から出射される光のＦＷＨＭや被照射面１８における照射光の照度分布等、スポット照明装置として要求される仕様等に基づいて決定する。なお、本実施例における第１の入射面２０の大きさは、ＦＷＨＭ１０〔°〕を想定して決定した。また、本実施例においては、このようなスポット照明装置の仕様（ＦＷＨＭ１０〔°〕）を満足させるように、白色発光ダイオード８から出射された光束が、第１の入射面２０と第２の入射面２１とに最適な割合で振り分けられて入射されるように凹部を設計した。
より具体的には、図１３に示すように、本実施例においては、第１の入射面２０を、光軸ＯＡ上に中心を置き、かつ、その直径φ１が５〔ｍｍ〕となるように設計した。
また、本実施例においては、第１の入射面２０が、凹部における白色発光ダイオード８側の端部からの距離ｚ１が２．４〔ｍｍ〕となる位置に配置されるように設計した。
さらに、本実施例においては、第１の入射面２０の外周端部から白色発光ダイオード８側に向かって直径が拡大されるような第２の入射面２１を、この面２１と光軸ＯＡとのなす角度θが１５〔°〕となるように設計した。
このようにして凹部を設計した上で、さらに、本実施例においては、発光ダイオード対向面部における平坦面２７が、白色発光ダイオード８の発光部１０における出射面１１の位置を高さ０〔ｍｍ〕とし、この高さ０〔ｍｍ〕の位置から光軸ＯＡに沿って被照射面１８側に向かう方向を正とした場合に、高さ１．２７８〔ｍｍ〕の位置に配置されるように設計した。
さらに、本実施例においては、全反射面２２、第１の出射面２４および第２の出射面２５を、θ１ｍａｘ＝１９．３１〔°〕、θ２ｍａｘ＝１０．１８〔°〕、θＰ２Ｐ３＝１８．３１〔°〕、θＰ５Ｐ６＝３．７０〔°〕、θＰ９Ｐ１０＝−９．７４〔°〕となるように設計した。すなわち、本実施例においては、（１）および（２）の各条件式が満足されるように各面２２、２４、２５を設計した。このようなθ１ｍａｘ、θ２ｍａｘ、θＰ２Ｐ３、θＰ５Ｐ６、θＰ９Ｐ１０の設計に際しては、白色発光ダイオード８から出射される光を、前述した１つの発光点から出射される光に代表させて、この代表させた光を用いて設計した。
なお、全反射面２２は、全反射面２２上における光の反射位置が図４におけるＰ４からＰ８に近づくほど、前述したθ２の値が小さくなるように設計することが好ましい。
また、本実施例においては、第１の出射面２４を正のパワーを有するように設計し、第２の出射面２５が負のパワーを有するように設計した。
さらに、本実施例においては、図１４に示すように、青みを帯びた白色光ＷＬＢ、黄色みを帯びた白色光ＷＬＹおよび合計光ＷＬＢ＋ＷＬＹのそれぞれについての配光分布を設計した。
なお、図１４における横軸の値は、スポット照明用レンズ７の光軸ＯＡ方向を９０〔°〕とした場合におけるスポット照明用レンズ７の出射面２３からの光の出射角〔°〕を示しており、図１４における縦軸の値は、最大値を１と規格化した相対光度を示している。
そして、このような設計に基づいて製造されたスポット照明用レンズ７を備えた実施例１の試料に対する本測定試験の試験結果は図１５に示すものとなった。なお、図１５における横軸および縦軸の値は、図６と同様である。
図１５に示すように、本実施例においては、比較例１に比べて、測定角度α〔°〕が０〔°〕付近において高い相対照度の値が得られている。
このことは、本実施例における試料が、比較例１における試料に比べて特定の領域に明るい白色光を照射するスポット照射に適していることを示している。
また、図１５に示すように、本実施例においては、比較例１〜３に比べてｘｙ色度の特性を色度０．３３付近においてフラットに近づけることができる。このことは、本実施例における試料が、比較例１〜３における試料に比べて色むらが少なく、かつ真白色に近い照射光を照射するのに適していることを示している。
＜実施例２＞
実施例２の試料は、図１６に示す構成の試料であり、この試料は、白色発光ダイオード８と、この白色発光ダイオード８の出射側に対向配置されたスポット照明用レンズ７とによって構成されている。
以下、本実施例のスポット照明装置に用いられるスポット照明用レンズ７について、図１７を用いて説明する。なお、この説明にあたり、第１実施例と同様の事項は説明を簡略化する。
本実施例におけるスポット照明用レンズ７を製造するに際しても、まず、第１の入射面２０および第２の入射面２１からなる凹部を設計した。
この凹部の設計にあたり、本実施例における第１の入射面２０の大きさは、ＦＷＨＭ１３〔°〕を想定して決定した。また、本実施例においても、このようなスポット照明装置の仕様（ＦＷＨＭ１３〔°〕）を満足させるように、白色発光ダイオード８から出射された光束が、第１の入射面２０と第２の入射面２１とに最適な割合で振り分けられて入射されるように凹部を設計した。
より具体的には、図１７に示すように、本実施例においては、第１の入射面２０を、光軸ＯＡ上に中心を置き、かつ、その直径φ１が４〔ｍｍ〕となるように設計した。
また、本実施例においては、第１の入射面２０が、凹部における白色発光ダイオード８側の端部からの距離ｚ１が２．９〔ｍｍ〕となる位置に配置されるように設計した。
さらに、本実施例においては、第１の入射面２０の外周端部から白色発光ダイオード８側に向かって直径が拡大されるような第２の入射面２１を、この面２１と光軸ＯＡとのなす角度θが１５〔°〕となるように設計した。
このようにして凹部を設計した上で、さらに、本実施例においては、発光ダイオード対向面部における平坦面２７が、白色発光ダイオード８の発光部１０における出射面１１の位置を高さ０〔ｍｍ〕とし、この高さ０〔ｍｍ〕の位置から光軸ＯＡに沿って被照射面１８側に向かう方向を正とした場合に、高さ１．２７８〔ｍｍ〕の位置に配置されるように設計した。
なお、本実施例においても、図１６に記載の光路から分かるように、（１）式および（２）式の双方が満足されるように設計がなされている。
そして、このような設計に基づいて製造されたスポット照明用レンズ７を備えた実施例２の試料に対する本測定試験の試験結果は図１８に示すものとなった。なお、図１８における横軸および縦軸の値は、図６と同様である。
図１８に示すように、本実施例においては、比較例１に比べて、測定角度α〔°〕が０〔°〕付近において高い相対照度の値が得られている。
このことは、実施例１同様、本実施例における試料も、比較例１における試料に比べて特定の領域に明るい白色光を照射するスポット照射に適していることを示している。
また、図１８に示すように、本実施例においては、比較例１〜３に比べてｘｙ色度の特性を色度０．３３付近においてフラットに近づけることができる。このことは、実施例１同様、本実施例における試料も、比較例１〜３における試料に比べて色むらが少なく、かつ真白色に近い照射光を照射するのに適していることを示している。
＜実施例３＞
実施例３の試料は、図１９に示す構成の試料であり、この試料は、白色発光ダイオード８と、この白色発光ダイオード８の出射側に対向配置されたスポット照明用レンズ７とによって構成されている。
以下、本実施例のスポット照明装置に用いられるスポット照明用レンズ７について、図２０を用いて説明する。なお、この説明にあたり、第１実施例と同様の事項は説明を簡略化する。
本実施例におけるスポット照明用レンズ７を製造するに際しても、まず、第１の入射面２０および第２の入射面２１からなる凹部を設計した。
この凹部の設計にあたり、本実施例における第１の入射面２０の大きさは、ＦＷＨＭ１２〔°〕を想定して決定した。また、本実施例においても、このようなスポット照明装置の仕様（ＦＷＨＭ１２〔°〕）を満足させるように、白色発光ダイオード８から出射された光束が、第１の入射面２０と第２の入射面２１とに最適な割合で振り分けられて入射されるように凹部を設計した。
より具体的には、図２０に示すように、本実施例においては、第１の入射面２０を、光軸ＯＡ上に中心を置き、かつ、その直径φ１が５〔ｍｍ〕となるように設計した。
また、本実施例においては、第１の入射面２０が、凹部における白色発光ダイオード８側の端部からの距離ｚ１が２．９〔ｍｍ〕となる位置に配置されるように設計した。
さらに、本実施例においては、第１の入射面２０の外周端部から白色発光ダイオード８側に向かって直径が拡大されるような第２の入射面２１を、この面２１と光軸ＯＡとのなす角度θが５〔°〕となるように設計した。
このようにして凹部を設計した上で、さらに、本実施例においては、発光ダイオード対向面部における平坦面２７が、白色発光ダイオード８の発光部１０における出射面１１の位置を高さ０〔ｍｍ〕とし、この高さ０〔ｍｍ〕の位置から光軸ＯＡに沿って被照射面１８側に向かう方向を正とした場合に、高さ１．２７８〔ｍｍ〕の位置に配置されるように設計した。
なお、本実施例においても、図１９に記載の光路から分かるように、（１）式および（２）式の双方が満足されるように設計がなされている。
また、図２１に示すように、本実施例においては、青みを帯びた白色光ＷＬＢと黄色みを帯びた白色光ＷＬＹとの配光分布（配光特性）がほとんど一致（換言すれば近似）するように設計を行った。具体的には、両光ＷＬＢ、ＷＬＹの配光特性の差は、最大でも色度差０．１程度に収まるようにした。なお、図２１における横軸および縦軸の値は、実施例１における図１４と同様である。
そして、このような設計に基づいて製造されたスポット照明用レンズ７を備えた実施例３の試料に対する本測定試験の試験結果は図２２に示すものとなった。なお、図２２における横軸および縦軸の値は、図６と同様である。
図２２に示すように、本実施例においては、比較例１に比べて、測定角度α〔°〕が０〔°〕付近において高い相対照度の値が得られている。
このことは、実施例１同様、本実施例における試料も、比較例１における試料に比べて特定の領域に明るい白色光を照射するスポット照射に適していることを示している。
また、図２２に示すように、本実施例においては、比較例１〜３および実施例１、２に比べてｘｙ色度の特性を色度０．３３付近においてフラットに近づけることができる。このことは、本実施例における試料が、色むらが少なく、かつ真白色に近い照射光を照射するのに極めて適していることを示している。
＜実施例４＞
実施例４の試料は、図２３に示す構成の試料であり、この試料は、白色発光ダイオード８と、この白色発光ダイオード８の出射側に対向配置されたスポット照明用レンズ７とによって構成されている。
以下、本実施例のスポット照明装置に用いられるスポット照明用レンズ７について、図２４を用いて説明する。なお、この説明にあたり、第１実施例と同様の事項は説明を簡略化する。
本実施例におけるスポット照明用レンズ７を製造するに際しても、まず、第１の入射面２０および第２の入射面２１からなる凹部を設計した。
この凹部の設計にあたり、本実施例における第１の入射面２０の大きさは、ＦＷＨＭ３０〔°〕を想定して決定した。また、本実施例においても、このようなスポット照明装置の仕様（ＦＷＨＭ３０〔°〕）を満足させるように、白色発光ダイオード８から出射された光束が、第１の入射面２０と第２の入射面２１とに最適な割合で振り分けられて入射されるように凹部を設計した。
より具体的には、図２４に示すように、本実施例においては、第１の入射面２０を、光軸ＯＡ上に中心を置き、かつ、その直径φ１が６〔ｍｍ〕となるように設計した。また、本実施例においては、第１の入射面２０が、凹部における白色発光ダイオード８側の端部からの距離ｚ１が２．４〔ｍｍ〕となる位置に配置されるように設計した。
さらに、本実施例においては、第１の入射面２０の外周端部から白色発光ダイオード８側に向かって直径が拡大されるような第２の入射面２１を、この面２１と光軸ＯＡとのなす角度θが５〔°〕となるように設計した。
このようにして凹部を設計した上で、さらに、本実施例においては、発光ダイオード対向面部における平坦面２７が、白色発光ダイオード８の発光部１０における出射面１１の位置を高さ０〔ｍｍ〕とし、この高さ０〔ｍｍ〕の位置から光軸ＯＡに沿って被照射面１８側に向かう方向を正とした場合に、高さ１．２７８〔ｍｍ〕の位置に配置されるように設計した。
なお、本実施例においても、図２３に記載の光路から分かるように、（１）式および（２）式の双方が満足されるように設計がなされている。
そして、このような設計に基づいて製造されたスポット照明用レンズ７を備えた実施例４の試料に対する本測定試験の試験結果は図２５に示すものとなった。なお、図２５における横軸および縦軸の値は、図６と同様である。
図２５に示すように、本実施例においては、比較例１に比べて、測定角度α〔°〕が０〔°〕付近において高い相対照度の値が得られている。
このことは、実施例１同様、本実施例における試料も、比較例１における試料に比べて特定の領域に明るい白色光を照射するスポット照射に適していることを示している。
また、図２５に示すように、本実施例においては、比較例１〜３に比べてｘｙ色度の特性を色度０．３３付近においてフラットに近づけることができる。このことは、実施例１同様、本実施例における試料も、比較例１〜３における試料に比べて色むらが少なく、かつ真白色に近い照射光を照射するのに適していることを示している。
＜実施例５＞
実施例５の試料は、図２６に示す構成の試料であり、この試料は、白色発光ダイオード８と、この白色発光ダイオード８の出射側に対向配置されたスポット照明用レンズ７とによって構成されている。
以下、本実施例のスポット照明装置に用いられるスポット照明用レンズ７について、図２７を用いて説明する。なお、この説明にあたり、第１実施例と同様の事項は説明を簡略化する。
本実施例におけるスポット照明用レンズ７を製造するに際しても、まず、第１の入射面２０および第２の入射面２１からなる凹部を設計した。
この凹部の設計にあたり、本実施例における第１の入射面２０の大きさは、ＦＷＨＭ３２〔°〕を想定して決定した。また、本実施例においても、このようなスポット照明装置の仕様（ＦＷＨＭ３２〔°〕）を満足させるように、白色発光ダイオード８から出射された光束が、第１の入射面２０と第２の入射面２１とに最適な割合で振り分けられて入射されるように凹部を設計した。
より具体的には、図１７に示すように、本実施例においては、第１の入射面２０を、光軸ＯＡ上に中心を置き、かつ、その直径φ１が６〔ｍｍ〕となるように設計した。
また、本実施例においては、第１の入射面２０が、凹部における白色発光ダイオード８側の端部からの距離ｚ１が２．８〔ｍｍ〕となる位置に配置されるように設計した。
さらに、本実施例においては、第１の入射面２０の外周端部から白色発光ダイオード８側に向かって直径が拡大されるような第２の入射面２１を、この面２１と光軸ＯＡとのなす角度θが５〔°〕となるように設計した。
このようにして凹部を設計した上で、さらに、本実施例においては、発光ダイオード対向面部における平坦面２７が、白色発光ダイオード８の発光部１０における出射面１１の位置を高さ０〔ｍｍ〕とし、この高さ０〔ｍｍ〕の位置から光軸ＯＡに沿って被照射面１８側に向かう方向を正とした場合に、高さ１．２７８〔ｍｍ〕の位置に配置されるように設計した。
なお、本実施例においても、図２６に記載の光路から分かるように、（１）式および（２）式の双方が満足されるように設計がなされている。
そして、このような設計に基づいて製造されたスポット照明用レンズ７を備えた実施例５の試料に対する本測定試験の試験結果は図２８に示すものとなった。なお、図２８における横軸および縦軸の値は、図６と同様である。
図２８に示すように、本実施例においては、比較例１に比べて、測定角度α〔°〕が０〔°〕付近において高い相対照度の値が得られている。
このことは、実施例１同様、本実施例における試料も、比較例１における試料に比べて特定の領域に明るい白色光を照射するスポット照射に適していることを示している。
また、図２８に示すように、本実施例においては、比較例１〜３に比べてｘｙ色度の特性を色度０．３３付近においてフラットに近づけることができる。このことは、実施例１同様、本実施例における試料も、比較例１〜３における試料に比べて色むらが少なく、かつ真白色に近い照射光を照射するのに適していることを示している。
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、必要に応じて種々の変更が可能である。
例えば、発光装置は、前述した実施形態に示した白色発光ダイオード８から集光レンズ１６を除外した構成のものであってもよく、あるいは、発光部１０として、青色発光ダイオードと蛍光体との組み合わせでなく、紫外線を発するダイオードと、赤色、緑色および青色の３色を発光する蛍光体とを用いて白色光を出射させる発光部１０を備えたものであってもよい。
また、全反射面２２は、光軸ＯＡを含む断面図において直線で示されるような面に限らず、曲線で示されるような面であってもよい。
本発明に係る照明用レンズおよび照明装置の実施形態を示す構成図 図１の照明用レンズを白色発光ダイオード側から見た図 図１の照明用レンズを被照射面側から見た図 本発明に係る照明用レンズの実施形態において、（１）〜（３）式を説明するための説明図 本発明に係る照明用レンズの実施形態において、比較例１〜３および実施例１〜５の各試料に対する色度・照度測定試験に用いる測定系を示す図 比較例１の試料に対する色度・照度測定試験の結果を示すグラフ 比較例２の試料を示す構成図 比較例２の試料の具体的構成を説明するための説明図 比較例２の試料に対する色度・照度測定試験の結果を示すグラフ 比較例３の試料を示す構成図 比較例３の試料の具体的構成を説明するための説明図 比較例３の試料に対する色度・照度測定試験の結果を示すグラフ 実施例１の試料の具体的構成を説明するための説明図 実施例１の試料の配光分布設計値を示すグラフ 実施例１の試料に対する色度・照度測定試験の結果を示すグラフ 実施例２の試料を示す構成図 実施例２の試料の具体的構成を説明するための説明図 実施例２の試料に対する色度・照度測定試験の結果を示すグラフ 実施例３の試料を示す構成図 実施例３の試料の具体的構成を説明するための説明図 実施例３の試料の配光分布設計値を示すグラフ 実施例３の試料に対する色度・照度測定試験の結果を示すグラフ 実施例４の試料を示す構成図 実施例４の試料の具体的構成を説明するための説明図 実施例４の試料に対する色度・照度測定試験の結果を示すグラフ 実施例５の試料を示す構成図 実施例５の試料の具体的構成を説明するための説明図 実施例５の試料に対する色度・照度測定試験の結果を示すグラフ 白色発光ダイオードの一例を示す模式図
符号の説明
７ スポット照明用レンズ
８ 白色発光ダイオード
１８ 被照射面
２０ 第１の入射面
２１ 第２の入射面
２２ 全反射面
２３ 出射面
２４ 第１の出射面
２５ 第２の出射面

Claims (4)

  1. 点状の発光装置から出射された白色光が入射され、この入射された白色光を所望の配光特性を有する光に制御した上で被照射面側に向かって出射させる照明用レンズであって、
    前記照明用レンズは、
    前記発光装置に対向して配置される発光装置対向面部と、前記発光装置対向面部に対して前記発光装置とは反対側に形成された出射面部と、前記発光装置対向面部の外周端部から前記出射面部の外周端部へ向かって延出された側面部とを備え、
    前記発光装置対向面部には、
    前記白色光を前記照明用レンズ内へ入射させるための凹部が形成され、
    前記凹部は、
    光軸に直交する平面として形成された第１の入射面と、この第１の入射面の外周端部から前記発光装置側に向かって延出され、前記発光装置側に向かうにしたがって、漸次、直径が拡大するように形成された第２の入射面とを有し、
    前記側面部は、
    前記第２の入射面に入射した光を前記出射面部に向けて全反射させるように、前記発光装置対向面部側から前記出射面部側に向かって、漸次、直径が拡大するように形成された全反射面を有し、
    前記出射面部は、
    主として前記第１の入射面に入射した光が入射され、この入射された光を前記被照射面側に向かって出射させる第１の出射面と、この第１の出射面の外周端部に前記第１の出射面を包囲するように連設され、前記第２の入射面に入射して前記全反射面によって全反射された光が入射され、この入射された光を前記被照射面側に向かって出射させる第２の出射面とを有し、
    前記第２の出射面が、
    前記第１の出射面よりも正のパワーが弱くなるように形成され、
    前記第１の出射面から出射された光と前記第２の出射面から出射された光とを互いに混合された状態として前記被照射面に照射させること
    を特徴とする照明用レンズ。
  2. 前記第１の入射面に入射した光が前記第１の出射面から出射される際における配光特性と、前記前記第２の入射面に入射した光が前記出射面部から出射される際における配光特性とを互いに一致または近似させること
    を特徴とする請求項１に記載の照明用レンズ。
  3. 次の（１）に示す条件式、
    θ１ｍａｘ＞θ２ｍａｘ （１）
    但し、
    θ１ｍａｘ：発光装置の発光点から出射された光のうちの第１の入射面に入射した光がレンズ内部において光軸となす角度θ１についての最大値
    θ２ｍａｘ：発光装置の発光点から出射された光のうちの全反射面によって全反射された光がレンズ内部において光軸となす角度θ２についての最大値
    を満足することを特徴とする請求項１または２に記載の照明用レンズ。
  4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の照明用レンズと発光装置とを備えたこと
    を特徴とする照明装置。
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