JP2012043538A - 照明装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】光損失を低減でき、且つ光の配向特性の低下を抑制可能な、発光素子から入射された光を出射するレンズを複数個連結した照明装置を提供する。
【解決手段】入射面３１１、外縁部に沿ってリング形状の導出レンズ３０３が形成された出射面３１３、及び入射面３１１と出射面３１３を接続する外周部３１２をそれぞれ有する複数のバルク型のレンズ本体３１と、導出レンズ３０３の外端部下方の第１接触点４０１で第１の主面３２１が外周部３１２と接し、第１接触点４０１よりも下方の第２接触点４０２で第２の主面３２２が外周部３１２と接して、複数のレンズ本体３１を連結する連結部３２とを備え、入射面３１１から入射して第２接触点４０２に照射される出射光の光線の延長部Ｌｐが第１の主面３２１の延長部と交差する交点Ｐよりも、第１接触点４０１がレンズ本体３１の中心からみて第１の主面３２１に沿って外側である。
【選択図】図２

Description

本発明は、複数の発光素子から出射された光を放射する照明装置に関する。
近年、発光ダイオード（ＬＥＤ）などの発光素子を光源に用いた照明装置が用いられている。放射状に光を出射するＬＥＤなどの発光素子を、所定の方向に制御された光を放射する照明装置の光源に使用するために、発光素子からの光を集光する必要がある。
この場合、複数の発光素子を用い、各発光素子の出射光をそれぞれ集光する複数のレンズが配置され、これらのレンズを連結した照明装置が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００７−２６５７２２号公報
しかしながら、発光素子からの光がレンズ間を連結する連結部に入射すると、連結部の表面で光が全反射されて、連結部に入射した光が出射されない場合や、所定の方向に出射されない場合がある。このため、発光素子からの光が有効に外部に導出されず、所定の方向の光の出射が減少（以下において「光損失」という。）するという問題があった。
上記問題点に鑑み、本発明は、光損失を低減でき、且つ光の配向特性の低下を抑制可能な、発光素子から入射された光を出射するレンズを複数個連結した照明装置を提供することを目的とする。
本発明の一態様によれば、（イ）発光素子の出射光が入射する入射面、入射面に対向し、且つ外縁部に沿ってリング形状の導出レンズが形成された出射面、及び入射面と出射面とを接続する外周部をそれぞれ有する複数のバルク型のレンズ本体と、（ロ）第１の主面及びその第１の主面に対向した第２の主面を有し、導出レンズの外端部下方の第１接触点で第１の主面が外周部と接し、第１接触点よりも下方の第２接触点で第２の主面が外周部と接して、複数のレンズ本体を連結する連結部とを備え、入射面から入射して第２接触点に照射される出射光の光線の延長部が第１の主面の延長部と交差する交点よりも、第１接触点がレンズ本体の中心からみて第１の主面に沿って外側である照明装置が提供される。
本発明によれば、光損失を低減でき、且つ光の配向特性の低下を抑制可能な、発光素子から入射された光を出射するレンズを複数個連結した照明装置を提供できる。
本発明の実施形態に係る照明装置の平面図である。 図１のII−II方向に沿った断面図である。 関連技術に係る照明装置の構造を示す断面図である。 本発明の実施形態の変形例に係る照明装置の平面図である。 本発明の実施形態の他の変形例に係る照明装置の平面図であり、図５（ａ）は複数のレンズ本体を一列に配置した例、図５（ｂ）は複数のレンズ本体をマトリックス状に配置した例を示す。
次に、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。又、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることはもちろんである。
又、以下に示す実施形態は、この発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。この発明の実施形態は、特許請求の範囲において、種々の変更を加えることができる。
本発明の実施形態に係る照明装置１の平面図を図１に、断面構造図を図２に示す。図１、図２に示すように、基板１０上に複数の発光素子２０が配置されている。発光素子２０には、例えばＬＥＤなどの発光源が採用される。発光素子２０から出射された光が入射するレンズ３０が、発光素子２０上にそれぞれ配置されている。レンズ３０は、発光素子２０から出射された出射光を集光し、所定の方向に出射する。なお、図２に示すように、基板１０の延伸する方向をｘ方向、基板１０の厚さ方向をｚ方向とする。したがって、図１において紙面に垂直な方向がｚ方向である。レンズ３０から出射される光は、ｚ方向に集光される。
図１に示したように、レンズ本体３１の入射面３１１と出射面３１３は円形である。また、図２に示したように、入射面３１１及び出射面３１３と垂直な面に沿った外周部３１２の断面形状は、入射面３１１側よりも出射面３１３側が広い椀型である。
レンズ３０は、複数のバルク型のレンズ本体３１と、複数のレンズ本体３１を連結する連結部３２とから構成されている。
レンズ本体３１は、発光素子２０の出射光が入射する入射面３１１、入射面３１１に対向し、且つ外縁部に沿ってリング形状の導出レンズ３０３が形成された出射面３１３、及び入射面３１１と出射面３１３とを接続する外周部３１２をそれぞれ有する。レンズ本体３１に入射した発光素子２０の出射光は、出射面３１３からレンズ３０の外部に出射される。
図２に示すように、出射面３１３は中央に凹部が形成された形状である。出射面３１３に形成された凹部の底面に中央レンズ３０１が配置され、凹部の側壁に階段形状の階段形状レンズ３０２が配置されている。
中央レンズ３０１は、入射面３１１の上方において、光の集光方向に頂部が向けられた半球状の凸部である。なお、中央レンズ３０１の頂部は、導出レンズ３０３の頂部より下方である。また、中央レンズ３０１の周辺から導出レンズ３０３に向かって階段形状に形成された階段形状レンズ３０２は、基板面に概して平行な面と垂直な面とで構成されている。このため、外周部３１２で反射した後に階段形状レンズ３０２からレンズ３０の外部に出射される光は、所定の方向、即ちｚ方向に集光される。
連結部３２は、第１の主面３２１及び第１の主面３２１に対向した第２の主面３２２とを有する。導出レンズ３０３の外端部下方の第１接触点４０１で第１の主面３２１がレンズ本体３１の外周部３１２と接し、第１接触点４０１よりも外周部３１２に沿って下方の第２接触点４０２で第２の主面３２２が外周部３１２と接する。
図２に示すように、レンズ本体３１の入射面３１１から入射して第２接触点４０２に照射される発光素子２０の出射光の光線の延長部Ｌｐが、連結部３２の第１の主面３２１の延長部と交差する交点を交点Ｐとする。このとき、レンズ本体３１の中心からみて、第１接触点４０１が交点Ｐよりも第１の主面３２１に沿って外側である。
図２に示した例では、発光素子２０の発光面とレンズ本体３１の入射面３１１とが接しており、発光素子２０の出射光は効率よくレンズ本体３１に入射する。レンズ本体３１に入射した光は、出射光Ｌ１のように入射面３１１から直接に出射面３１３から出射され、或いは出射光Ｌ２１、Ｌ２２のように外周部３１２で反射された後に出射面３１３から出射される。
上記のように、外周部３１２で反射された光は階段形状レンズ３０２又は導出レンズ３０３からレンズ３０の外部へ出射され、ｚ方向に集光される。また、入射面３１１から中央レンズ３０１に入射した光は、中央レンズ３０１からレンズ３０の外部へ出射され、ｚ方向に集光される。つまり、レンズ本体３１に入射された光は、すべてｚ方向に集光される。このため、照明装置１は、直上が最も光の強度が強いという光の指向性を有する。
本発明の実施形態に係る照明装置１においては、以下に説明するように、入射面３１１からレンズ本体３１に入射した光が連結部３２に入射されない。
図３に、複数のレンズ本体３１ａを連結部３２ａで接続した関連技術において、基板１０ａ上に配置された発光素子２０ａから出射された光が、レンズ本体３１ａに入射する例を示す。レンズ本体３１ａの入射面から入射した光が連結部３２ａに最も入射しやすいケースは、発光素子２０ａの端部から出射された出射光Ｌ３ａが、入射面を挟んで対向する外周部の上方で連結部３２ａに入射する場合である。連結部３２ａに入射した出射光Ｌ３ａは、例えば図３に示すように、連結部３２ａの表面で全反射されて連結部３２ａの外部に出射されない。或いは、連結部３２ａに進入した出射光Ｌ３ａは所定の方向に出射されずに、光の配向特性を低下させる。
これに対し、図２に示したレンズ３０では、発光素子２０の端部から出射された出射光Ｌ３が、連結部３２に入射することなく、導出レンズ３０３を通過してレンズ３０の外部に出射される。
発光素子２０の出射光が連結部３２に入射しない理由は、図２に示したように、入射面３１１から入射して直接に第２接触点４０２に照射される発光素子２０の出射光の光線の延長部Ｌｐが第１の主面３２１の延長部と交差する交点Ｐよりも、第１接触点４０１が第１の主面３２１に沿って外側に配置されているためである。
つまり、入射面３１１に入射した光が照射しない影の領域において、レンズ本体３１と連結部３２の第１の主面３２１とが接続されている。これにより、発光素子２０からの出射光は、レンズ本体３１の出射面３１３と外周部３１２のいずれかに照射される。
ここで、図２に示したように、発光素子２０の出射光の光線の延長部Ｌｐが外周部３１２と交差する交点Ｑとする。このとき、連結部３２の厚み、即ち第１の主面３２１と第２の主面３２２間の距離は、入射面３１１に入射した光が照射されない影部分の領域、即ち、交点Ｑと第２の主面３２２間の距離よりも短くする。
導出レンズ３０３及び外周部３１２の形状を予め最適化することによって、外周部３１２で反射されて導出レンズ３０３に入射した出射光Ｌ３は、所定の方向、即ち図２に示したｚ方向に集光される。導出レンズ３０３の入射面３１１に沿った切断面の形状は略円形である。
また、レンズ本体３１と連結部３２との接続は、レンズ本体３１の上部、即ち導出レンズ３０３に近い部分で行うことが好ましい。レンズ本体３１の下部でレンズ本体３１と連結部３２とを接続する場合には、入射面３１１からレンズ本体３１に入射した光を連結部３２に入射させないために、入射面３１１と外周部３１２とのなす角を広く設定しなければならず、レンズ３０の面積が大きくなる。
なお、複数のレンズ本体３１と連結部３２を一体的に成型してレンズ３０を製造することにより、製造コストを低減することができる。図２に示したように、第１接触点４０１において、レンズ本体３１の外周部３１２の外側と連結部３２の第１の主面３２１とのなす角は９０度以上とする。これにより、レンズ３０の上方からの型抜きが可能である。更に、第２接触点４０２において、レンズ本体３１の外周部３１２の外側と連結部３２の第２の主面３２２とのなす角は９０度以上とする。これにより、レンズ３０の下方からの型抜きが可能である。したがって、複数のレンズ本体３１と連結部３２を一体的に成型することが可能である。
レンズ３０の材料には、透明で加工しやすい材料、例えばポリカーボネイト樹脂やアクリル樹脂、エポキシ樹脂などが採用可能である。ただし、発光素子２０の出射光の種類に応じて、例えば耐紫外線性なども考慮して、レンズ３０の材料を選択する必要がある。例えばシリコーン樹脂は、柔らかく且つ耐紫外線性のよい材料であるため、レンズ３０の材料に好適である。
以上に説明したように、本発明の実施形態に係る照明装置１では、入射面３１１からレンズ本体３１に入射したすべての光は、連結部３２に入射することなく出射面３１３から出射され、所定の方向に集光される。つまり、発光素子２０からそれぞれ入射される光を出射する複数のレンズ本体３１を連結部３２で連結した照明装置１であって、且つ、光損失を低減すると共に、光の配向特性の低下を抑制可能な照明装置１を実現できる。
＜変形例＞
図１、図２に示した例では、連結部３２の短手方向の幅がレンズ本体３１の直径よりも短い。しかし、図４に示すように、連結部３２の短手方向の幅がレンズ本体３１の直径よりも長くてもよい。
また、図１、図２では、２個のレンズ本体３１を連結部３２で連結する例を示した。しかし、レンズ本体３１の個数が２個に限られないことはもちろんである。例えば図５（ａ）に示すように、３個以上のレンズ本体３１を配列してもよい。或いは、図５（ｂ）に示したように、複数のレンズ本体３１をマトリックス状に配置してもよい。
（その他の実施形態）
上記のように、本発明は実施形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。
既に述べた実施形態の説明においては、複数のレンズ本体３１からそれぞれ出射される光が同一方向に集光される例を示したが、複数のレンズ本体３１から出射される光がそれぞれ異なる方向に集光されるようにしてもよい。これにより、１の照明装置１によって照射できる範囲を拡大することができる。また、発光素子２０の発光面とレンズ本体３１の入射面３１１とが接していなくてもよい。また、発光素子２０の発光面とレンズ本体３１の入射面３１１が曲面であってもよい。
このように、本発明はここでは記載していない様々な実施形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。
１…照明装置
１０…基板
２０…発光素子
３０…レンズ
３１…レンズ本体
３２…連結部
３０１…中央レンズ
３０２…階段形状レンズ
３０３…導出レンズ
３１１…入射面
３１２…外周部
３１３…出射面
３２１…第１の主面
３２２…第２の主面
４０１…第１接触点
４０２…第２接触点

Claims (4)

  1. 発光素子の出射光が入射する入射面、前記入射面に対向し、且つ外縁部に沿ってリング形状の導出レンズが形成された出射面、及び前記入射面と前記出射面とを接続する外周部をそれぞれ有する複数のバルク型のレンズ本体と、
    第１の主面及び該第１の主面に対向した第２の主面を有し、前記導出レンズの外端部下方の第１接触点で前記第１の主面が前記外周部と接し、前記第１接触点よりも下方の第２接触点で前記第２の主面が前記外周部と接して、前記複数のレンズ本体を連結する連結部と
    を備え、前記入射面から入射して前記第２接触点に照射される前記出射光の光線の延長部が前記第１の主面の延長部と交差する交点よりも、前記第１接触点が前記レンズ本体の中心からみて前記第１の主面に沿って外側であることを特徴とする照明装置。
  2. 前記発光素子が発光ダイオードであることを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
  3. 前記入射面から入射した前記出射光が、前記出射面と前記外周部のいずれかに照射されることを特徴とする請求項１又は２に記載の照明装置。
  4. 前記第１接触点において前記外周部の外側と前記第１の主面とのなす角が９０度以上であり、前記第２接触点において前記外周部の外側と前記第２の主面とのなす角が９０度以上であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の照明装置。
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