JP2012022963A - Ｌｅｄ照明装置及びそのレンズ - Google Patents

Abstract

【課題】指向性の強いＬＥＤを用いても天井や壁面を照明できる配光特性を有し、これにより同じルクスの照明光を人間が浴びた場合でも、より明るく感じるＬＥＤ照明装置及びそのレンズを提供する。
【解決手段】ＬＥＤ照明装置１０から出射された第１のピークＰＫ１にかかる照明光ＬＴ１は、壁面ＷＬ及び直下の床面ＦＲを照明する。一方、ＬＥＤ照明装置１０から出射された第２のピークＰＫ２にかかる照明光ＬＴ２は、天井ＣＧ及び部屋の中央を照明する。これにより、部屋内が明るく感じられるように照明できる。
【選択図】図３

Description

本発明は、ＬＥＤ照明装置及びそのレンズに関し、特に屋内照明に用いられると好適なＬＥＤ照明装置及びそのレンズに関する。

従来から、ＬＥＤ光源（発光ダイオード）とＬＥＤ光源から照射される光を配光するためのレンズを有するＬＥＤ照明装置が知られている。ところで、ＬＥＤ光源は一般的に指向性が強いので、屋内用の照明装置に用いる場合、ダウンライトやスポットライトなどの光源としては適しているが、屋内一般照明用の光源には適していないことが多い。その理由を説明する。

照明器具によって照らされる屋内等の照明空間を全体として明るく感じるかどうかを数値化して表す場合、「Ｆｅｕ値」を用いることができる。即ち、「Ｆｅｕ値」とは、照明空間を観察したときに、当該空間に対して感じられる明るさの総合評価である明るさ感覚指標の単位であり、この明るさ感覚指標は、照明認識視空間の概念における色モード境界輝度に基づいて算出され、この値が大きいほど照明空間の明るさ感が高くなり、明るく感じられる（特許文献１参照）。

この「Ｆｅｕ値」に従う場合、人間が照明空間を明るいと感じるためには、照明光の強度のみならず、その配光特性が大きく影響する。例えば、天井や壁面が明るく照明されると、「Ｆｅｕ値」は増大する傾向にあるが、逆に天井や壁面が暗い場合、人間が浴びる照明光が同じルクスでも「Ｆｅｕ値」は減少する。しかしながら、一般照明の他に、天井や壁面を照明するための専用の照明装置を設けるとコストが増大し、配線が複雑となる。

特開２００８−２９２４３３号公報 特開２００９−２１８１５８号公報

これに対し特許文献２には、複数方向に配光のピークを持つ照明装置が開示されている。しかしながら、特許文献２の照明装置は、床面の明るさを均一に照らす事を目的としており、照明装置を天井に設置した場合、その直下の床面と離れた床面を同じ明るさに照らすものであり、天井や壁面を照明するのに適していない。

本発明は、かかる従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、天井や壁面を照明する配光特性を有し、これにより同じルクスの照明光を人間が浴びた場合でも、より明るく感じることが出来、且つ指向性を残しスポットライトの機能を有し、照らしたい範囲を効率よく照らす事が出来るＬＥＤ照明装置及びそのレンズを提供することを目的とする。

請求項１に記載のＬＥＤ照明装置は、
ＬＥＤ光源と、
前記ＬＥＤ光源の少なくとも光放出側に配置されたレンズと、を有する屋内用のＬＥＤ照明装置であって、
前記ＬＥＤ光源の出射面に直交する垂線を含む面において、１１０度の相対角度範囲内に、前記ＬＥＤ光源から前記レンズを介して出射される出射光の配光における最も光強度が高い第１ピークと、前記第１ピークの次に光強度が高い第２ピークが形成されることを特徴とする。

本発明によれば、前記ＬＥＤ光源の出射面に直交する垂線を含む面において、１１０度の相対角度範囲内に、前記ＬＥＤ光源から前記レンズを介して出射される出射光の配光における最も光強度が高い第１ピークと、前記第１ピークの次に光強度が高い第２ピークが形成されるので、例えば前記第１ピークの照明光を用いて壁面又は天井を照明し、また前記第２ピークの照明光を用いて床面を照明することができる（または、第１ピークの照明光で床面を照明し、第２ピークの照明光で壁面又は天井を照明できる）から、同じルクスの照明光を人間が浴びた場合でも、実際により明るく感じるようになる。従って、ＬＥＤ照明装置の数を減少し、配線を簡略化することができる。

請求項２に記載のＬＥＤ照明装置は、請求項１に記載の発明であって、前記垂線を含む面において、前記垂線の角度を０度としたときに、前記第１ピークは、−２０度〜＋２０度の範囲に形成され、前記第２ピークは、＋６０度〜＋８０度の範囲に形成されることを特徴とする。これにより前記照明装置を壁面上部に取り付けたとき、前記第１ピークの照明光を用いて壁面及び直下を有効に照明し、また前記第２ピークの照明光を用いて天井及び斜方の床面を有効に照明することができる。

請求項３に記載のＬＥＤ照明装置は、請求項２に記載の発明であって、前記出射光の配光における第３ピークが、−６０度〜−８０度の範囲に形成されることを特徴とする。これにより、前記照明装置を屋内中央の天井に取り付けたとき、前記第１ピークの照明光を用いて直下を有効に照明し、また前記第２ピーク及び前記第３ピークの照明光を用いて天井や壁面を有効に照明することができる。

請求項４に記載のＬＥＤ照明装置は、請求項１〜３の何れかに記載の発明であって、前記レンズはプラスチック製であり、前記レンズの出射面は凸形状であることを特徴とする。本発明者は、凸形状のような単純な出射面の形状でも、複数の配光ピークを持たせることが可能であることを見出した。このような単純な出射面の形状で、複数の配光ピークを持たせることにより成形性に優れたレンズとなり、また配光を調整するための設計変更も容易となる。さらに、出射面に凹部等を設けない単純な形状とできるため、前記出射面に塵埃などの付着が防止され、長期間にわたって綺麗な状態を維持できる。

請求項５に記載のＬＥＤ照明装置のレンズは、ＬＥＤ光源と、前記ＬＥＤ光源の少なくとも光放出側に配置されたレンズと、を有する屋内用のＬＥＤ照明装置のレンズであって、
前記ＬＥＤ光源の出射面に直交する垂線を含む面において、１１０度の相対角度範囲内に、前記ＬＥＤ光源から前記レンズを介して出射される出射光の配光における最も光強度が高い第１ピークと、前記第１ピークの次に光強度が高い第２ピークが形成されることを特徴とする。本発明の作用効果は、請求項１にかかる発明と同様である。

請求項６に記載のＬＥＤ照明装置のレンズは、請求項５に記載の発明において、前記垂線を含む面において、前記垂線の角度を０度としたときに、前記第１ピークは、−２０度〜＋２０度の範囲に形成され、前記第２ピークは、＋６０度〜＋８０度の範囲に形成されることを特徴とする。本発明の作用効果は、請求項２にかかる発明と同様である。

請求項７に記載のＬＥＤ照明装置のレンズは、請求項６に記載の発明において、前記出射光の配光における第３ピークが、−６０度〜−８０度の範囲に形成されることを特徴とする。本発明の作用効果は、請求項３にかかる発明と同様である。

請求項８に記載のＬＥＤ照明装置のレンズは、請求項５〜７に記載の発明において、前記レンズはプラスチック製であり、前記レンズの出射面は凸形状であることを特徴とする。本発明の作用効果は、請求項４にかかる発明と同様である。

本発明に係るＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）照明装置は、ＬＥＤ光源と、レンズと、を有するものである。

ＬＥＤ光源は、単数のＬＥＤを用いても、複数のＬＥＤを用いてもよい。ＬＥＤとしては、白色ＬＥＤが好ましいが、照明の用途に応じてこれに限られない。

複数のＬＥＤを用いる場合、各々のＬＥＤを、レンズの光軸に対して対称に配置しても良いし、非対称に配置しても良い。

ＬＥＤ光源は、高出力ＬＥＤ光源であることが好ましい。ここで、高出力ＬＥＤ光源としては、出力が０．５ワット以上のＬＥＤにより構成することができる。

レンズは、ＬＥＤ光源の少なくとも光放出側に配置されており、ＬＥＤ光源からの発光光を外部に出射する出射面を有する。また、レンズとＬＥＤ光源は接触しているが、非接触でも良い。

レンズは、ＬＥＤ光源の出射面に直交する垂線を含む面において、１１０度の相対角度範囲内に、ＬＥＤ光源から前記レンズを介して出射される出射光の配光における最も光強度が高い第１ピークと、第１ピークの次に光強度が高い第２ピークが形成されるような形状を有する。１１０度の相対角度範囲内に、第１ピークと第２ピークよりも光強度が低いピークは存在しても良い。第１ピークは、−２０度〜＋２０度の範囲に形成され、第２ピークは、＋６０度〜＋８０度の範囲に形成されると望ましい（このような２つのピークを有するＬＥＤ照明装置は、壁と斜方の床面、天井とを照明できるため、壁に近い天井に設けることが好ましい）。例えば、それ以外の角度範囲に出射される光の強度を抑えることで、光の指向性を高めて効率的な照明を行える。このような配光特性は、レンズの出射面を、光軸に非点対称の形状とすることで得られる。また、角度の＋、−の符号は、あくまでも相対的なものであり、何れを＋の方向とし、何れを−の方向とするかは、任意に選択できる。

更に、１１０度の相対角度範囲外において、出射光の配光における第３ピークが存在すると好ましい。より好ましくは、第３ピークが−６０度〜−８０度の範囲に形成されることである（このような３つのピークを有するＬＥＤ照明装置は、天井と床面を広く照明できるため、壁から離れた天井に設けることが好ましい）。第３ピークを形成する場合には、第１ピークを挟んで対称位置の第２ピークと同じレベルの光強度であるのが良く、好ましくはレンズの出射面を光軸に点対称の形状とすることで、光軸回りに一様な光強度の第２ピーク＝第３ピークを得ることができ、それにより均等な照明を行える。但し、これに限らず第３ピークは、第１ピーク及び第２ピークより低くしても良いが、その場合でも、少なくとも第１ピーク及び第２ピーク以外では、最も光強度が高くすることが望ましい。

レンズの出射面としては、正の屈折力を有するレンズ面により構成されていることが好ましい。また、レンズの出射面の形状を球面又は非球面形状としても良い。さらに、レンズの出射面の形状としては、レンズに入射した光の一部を全反射してレンズの先端側に光を導く形状としても良い。尚、製造の容易性、設計の容易性、更には、塵埃等の付着防止やデザイン上の観点から、出射面は変曲点を有しないことが望ましい。尚、このようにシンプルな形状を有し、第１ピーク及び第２ピークを有するレンズ形状、又は、第１ピーク、第２ピーク及び第３ピークを有するレンズ形状は、必要な仕様を入力することで、照明シミュレーションソフト（例えば「Ｌｉｇｈｔｔｏｏｌｓ」）により任意に設計できる。

レンズは、プラスチックで構成されていると好ましい。レンズを構成するプラスチックとしては、環状ポリオレフィン、ポリカーボネート等の熱可塑性プラスチック、熱硬化性プラスチック、光硬化性プラスチック、ＵＶ硬化性プラスチックなどを用いることができる。環状ポリオレフィンやポリカーボネート等の熱可塑性プラスチックを用いる場合、射出成形により製造でき、製造コストを大幅に低減させることができるため、より好ましく用いることができる。特に、ポリカーボネートをより好ましく用いることができる。

本発明によれば、指向性の強いＬＥＤを用いても天井や壁面を照明できる配光特性を有し、これにより同じルクスの照明光を人間が浴びた場合でも、より明るく感じるＬＥＤ照明装置及びそのレンズを提供することができる。

本実施の形態にかかるＬＥＤ発光装置の断面図である。 本実施の形態にかかるレンズ１の配光特性を示す図である。 図２の配光特性を有するレンズ１を備えたＬＥＤ照明装置１０を、部屋の壁面ＷＬの上部の天井ＣＧに取り付けた状態を示す図である。 変形例にかかるレンズ１の配光特性を示す図である。 図４の配光特性を有するレンズ１を備えたＬＥＤ照明装置１０を、部屋の中央の天井ＣＧに取り付けた状態を示す図である。

以下、添付した図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。なお、図面の寸法比率は、説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる場合がある。図１は、本実施の形態にかかるＬＥＤ照明装置１０を、垂線ＶＸ（これが、ＬＥＤ光源の出射面に直交する垂線である）を含む断面で切断して示す断面図である。本実施の形態にかかるＬＥＤ照明装置１０は、レンズ１とＬＥＤ光源２を有している。但し、垂線ＶＸは、ＬＥＤ光源２の出射面２ａに直交している。

ＬＥＤ光源２は、基板３に取り付けられた白色ＬＥＤ（又は青色ＬＥＤ及び該青色ＬＥＤの光で励起して黄色蛍光を発する蛍光材の組み合わせ）を１つ有しており、例えばインサート成形などによりレンズ１に密着する形で形成されている。但し、ＬＥＤ光源２は完全にレンズ１内に内挿されていても良い。また、ＬＥＤ光源２を構成するＬＥＤの出力は０．５ワット以上となっている。

レンズ１は、プラスチックで構成されており、本実施の形態では、プラスチックとしてポリカーボネートを用いている。又レンズ１は、ＬＥＤ光源２の出射面２ａ側に配置されており、ＬＥＤ光源２からの発光光が出射する出射面５を有している。出射面５の形状は、変曲点を有さない非球面凸形状であるが、後述するような配光特性を有する形状となっている。

図２は、レンズ１の配光特性を示す図である。図２において、原点はレンズ１の位置であり、０度の角度方向が垂線ＶＸと一致し、それから＋９０度までの範囲の配光特性を実線で示している。即ち、図２における０度の角度方向が、ＬＥＤ光源の出射面に直交する垂線である。尚、半径方向の長さは、光の強度である。図２の配光特性によれば、レンズ１の配光は垂線ＶＸに非対称であり、具体的には０度方向に第１のピークＰＫ１を有し、＋７０度方向に第２のピークＰＫ２を有する。第１のピークＰＫ１の光強度を１００とすると、第２のピークＰＫ２の光強度は５６であるが、光強度の大小は逆でも良い。尚、図示していないが、これ以外にも第１のピークＰＫ１、第２のピークＰＫ２よりも小さい強度の光は発生する。

本実施の形態によれば、ＬＥＤ光源２から出射した光は、レンズ１内を進行し、さらに凸形状の出射面５で屈折して集光された光となり、レンズ１の外部に出射されることとなる。

図３は、図２の配光特性を有するレンズ１を備えたＬＥＤ照明装置１０を、部屋の壁面ＷＬの上部の天井ＣＧに取り付けた状態を示す図である。ＬＥＤ照明装置１０から出射された第１のピークＰＫ１にかかる照明光ＬＴ１は、壁面ＷＬ及び直下の床面ＦＲを照明する。一方、ＬＥＤ照明装置１０から出射された第２のピークＰＫ２にかかる照明光ＬＴ２は、天井ＣＧ及び部屋の中央を照明する。これにより、部屋内が明るく感じられるように照明できる。

図４は、変形例にかかるレンズ１の配光特性を示す図である。図４において、原点はレンズ１の位置であり、０度の角度方向が垂線ＶＸと一致し、それを挟んで−９０度から＋９０度までの範囲の配光特性を実線で示している。図４の配光特性によれば、レンズ１の配光は垂線ＶＸに対称であり、具体的には０度方向に第１のピークＰＫ１を有し、＋７０度方向に第２のピークＰＫ２を有し、−７０度方向に第３のピークＰＫ３を有する。第１のピークＰＫ１の光強度を１００とすると、第２のピークＰＫ２及び第３のピークＰＫ３の光強度は５６である。

図５は、図４の配光特性を有するレンズ１を備えたＬＥＤ照明装置１０を、部屋の中央の天井ＣＧに取り付けた状態を示す図である。ＬＥＤ照明装置１０から出射された第１のピークＰＫ１にかかる照明光ＬＴ１は、直下の床面ＦＲを照明する。一方、ＬＥＤ照明装置１０から出射された第２のピークＰＫ２にかかる照明光ＬＴ２と、第３のピークＰＫ３にかかる照明光ＬＴ３は、天井ＣＧ及び部屋の周囲を照明する。これにより、部屋内が明るく感じられるように照明できる。

本発明は、明細書に記載の実施例に限定されるものではなく、他の実施例・変形例を含むことは、本明細書に記載された実施例や思想から本分野の当業者にとって明らかである。例えば、レンズとＬＥＤ光源とは別体としても良い。

１ レンズ
２ ＬＥＤ光源
３ 基板
５ 出射面
１０ 照明装置
ＣＧ 天井
ＦＲ 床面
ＬＴ１ 照明光
ＬＴ２ 照明光
ＬＴ３ 照明光
ＰＫ１ ピーク
ＰＫ２ ピーク
ＰＫ３ ピーク
ＶＸ 垂線
ＷＬ 壁面

Claims (8)

1. ＬＥＤ光源と、
   前記ＬＥＤ光源の少なくとも光放出側に配置されたレンズと、を有する屋内用のＬＥＤ照明装置であって、
   前記ＬＥＤ光源の出射面に直交する垂線を含む面において、１１０度の相対角度範囲内に、前記ＬＥＤ光源から前記レンズを介して出射される出射光の配光における最も光強度が高い第１ピークと、前記第１ピークの次に光強度が高い第２ピークが形成されることを特徴とするＬＥＤ照明装置。
2. 前記垂線を含む面において、前記垂線の角度を０度としたときに、前記第１ピークは、−２０度〜＋２０度の範囲に形成され、前記第２ピークは、＋６０度〜＋８０度の範囲に形成されることを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ照明装置。
3. 前記出射光の配光における第３ピークが、−６０度〜−８０度の範囲に形成されることを特徴とする請求項２に記載のＬＥＤ照明装置。
4. 前記レンズはプラスチック製であり、前記レンズの出射面は凸形状であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のＬＥＤ照明装置。
5. ＬＥＤ光源と、前記ＬＥＤ光源の少なくとも光放出側に配置されたレンズと、を有する屋内用のＬＥＤ照明装置のレンズであって、
   前記ＬＥＤ光源の出射面に直交する垂線を含む面において、１１０度の相対角度範囲内に、前記ＬＥＤ光源から前記レンズを介して出射される出射光の配光における最も光強度が高い第１ピークと、前記第１ピークの次に光強度が高い第２ピークが形成されることを特徴とするＬＥＤ照明装置のレンズ。
6. 前記垂線を含む面において、前記垂線の角度を０度としたときに、前記第１ピークは、−２０度〜＋２０度の範囲に形成され、前記第２ピークは、＋６０度〜＋８０度の範囲に形成されることを特徴とする請求項５に記載のＬＥＤ照明装置のレンズ。
7. 前記出射光の配光における第３ピークが、−６０度〜−８０度の範囲に形成されることを特徴とする請求項６に記載のＬＥＤ照明装置のレンズ。
8. 前記レンズはプラスチック製であり、前記レンズの出射面は凸形状であることを特徴とする請求項５〜７のいずれかに記載のＬＥＤ照明装置のレンズ。

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