JP2012173661A - 照明装置用レンズおよび照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】照明装置が使用される用途等に応じて照明装置の配光角をより適切に設定するとともに照明光が照射される被照射部の明るさをより適切に設定することが可能な照明装置用レンズを提供する。
【解決手段】平板状に形成される照明装置用レンズ５は、一方の面５ａにフレネルレンズからなるフレネルレンズ面５ｂが形成され、他方の面５ｃにフライアイレンズからなるフライアイレンズ面５ｄと、１つの凸レンズからなる凸レンズ面５ｅとが形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、照明装置に用いられる照明装置用レンズ、および、この照明装置用レンズを備える照明装置に関する。

従来、発光ダイオードを光源とする照明装置が知られている（たとえば、特許文献１参照）。特許文献１に記載の照明装置では、発光ダイオードは、基板に実装され、発光ダイオード上には、蛍光体が配置されている。また、発光ダイオードからの光の出射側には、第１のレンズと第２のレンズとの２枚のレンズが光の進行方向にこの順番で配置されている。第１のレンズの入射面は、フレネルレンズで構成され、第１のレンズの出射面は、フライアイレンズで構成されている。また、第２のレンズの入射面は、フライアイレンズで構成され、第２のレンズの出射面は、平面レンズで構成されている。

特開２００７−１３４３１６号公報

照明装置においては、照明装置が使用される用途等に応じて、配光角（照射角）の広い照明装置（すなわち、照明装置からの照明光が照射される被照射部の範囲が広い照明装置）が要求されることもあれば、配光角の狭い照明装置（すなわち、被照射部の範囲が狭い照明装置）が要求されることもある。

そこで、本発明の課題は、照明装置が使用される用途等に応じて照明装置の配光角をより適切に設定するとともに照明光が照射される被照射部の明るさをより適切に設定することが可能な照明装置用レンズを提供することにある。また、本発明の課題は、かかる照明装置用レンズを備える照明装置を提供することにある。

上記の課題を解決するため、本発明の照明装置用レンズは、略平板状に形成される照明装置用レンズであって、一方の面にフレネルレンズからなるフレネルレンズ面が形成され、他方の面にフライアイレンズからなるフライアイレンズ面が形成され、一方の面または他方の面の中心に１つの凸レンズからなる凸レンズ面が形成されていることを特徴とする。また、本発明において、凸レンズは、たとえば、非球面形状に形成されている。

本発明の照明装置用レンズでは、照明装置用レンズの一方の面にフレネルレンズからなるフレネルレンズ面が形成されるとともに、照明装置用レンズの一方の面または他方の面の中心に１つの凸レンズからなる凸レンズ面が形成されている。そのため、フレネルレンズ面と凸レンズ面との２つのレンズ面を利用して、この照明装置用レンズが取り付けられる照明装置の配光角を制御すること、および、この照明装置用レンズが取り付けられる照明装置の照明光が照射される被照射部の明るさを制御することが可能になる。したがって、たとえば、特許文献１に記載の照明装置のように、フレネルレンズ面のみを利用して、照明装置の配光角や被照射部の明るさを制御する場合と比較して、照明装置の配光角および被照射部の明るさをより適切に制御することが可能になる。その結果、本発明の照明装置用レンズを用いれば、照明装置が使用される用途等に応じて照明装置の配光角をより適切に設定するとともに被照射部の明るさをより適切に設定することが可能になる。

また、本発明では、フレネルレンズ面とフライアイレンズ面と凸レンズ面とが１枚の照明装置用レンズに形成されているため、たとえば、フレネルレンズ面およびフライアイレンズ面が形成される照明装置用レンズと、凸レンズ面が形成される照明装置用レンズとが個別に設けられている場合と比較して、照明装置用レンズを透過する光量のロスを低減することができる。したがって、本発明では、被照射部の明るさを確保することが可能になる。

本発明において、凸レンズ面は、照明装置用レンズの他方の面の中心に形成されていることが好ましい。このように構成すると、フレネルレンズ面が形成される照明装置用レンズの一方の面の中心に凸レンズ面が形成されている場合と比較して、照明装置用レンズが取り付けられる照明装置の配光角や被照射部の明るさを制御しやすくなる。すなわち、照明装置用レンズの一方の面にフレネルレンズ面と凸レンズ面とが形成されている場合には、照明装置用レンズが取り付けられる照明装置の配光角や被照射部の明るさを照明装置用レンズの一方の面で同時に制御する必要があり、照明装置の配光角や被照射部の明るさの制御が難しくなるが、このように構成すると、照明装置用レンズの一方の面に形成されるフレネルレンズ面と、他方の面に形成される凸レンズ面とによって順次、照明装置の配光角や被照射部の明るさを制御することができるため、照明装置の配光角や被照射部の明るさを制御しやすくなる。

本発明の照明装置用レンズは、光源と、光源から出射された光の一部を前方へ反射する反射面が形成されたリフレクタとを備える照明装置であって、照明装置用レンズがリフレクタの前側に配置されている照明装置に用いることができる。この照明装置では、照明装置が使用される用途等に応じてその配光角をより適切に設定するとともに被照射部の明るさをより適切に設定することが可能になる。また、この照明装置では、被照射部の明るさを確保することが可能になる。

本発明において、光源から出射された光の一部が直接入射するとともにリフレクタの反射面で反射された光が入射する照明装置用レンズの入射面に、フレネルレンズ面が形成され、入射面から入射した光が出射する照明装置用レンズの出射面に、フライアイレンズ面が形成されていることが好ましい。このように構成すると、照明装置用レンズの入射面にフライアイレンズ面が形成され、照明装置用レンズの出射面にフレネルレンズ面が形成されている場合と比較して、照明装置の配光角や被照射部の明るさを制御しやすくなる。すなわち、照明装置用レンズの入射面にフライアイレンズ面が形成され、出射面にフレネルレンズ面が形成されている場合には、フライアイレンズ面を透過した光の進行方向が一定ではないため、フレネルレンズ面による照明装置の配光角や被照射部の明るさの制御が難しくなるが、このように構成すると、照明装置の配光角や被照射部の明るさを制御しやすくなる。

本発明において、凸レンズ面は、照明装置用レンズの出射面の中心に形成されていることが好ましい。このように構成すると、フレネルレンズ面が形成される照明装置用レンズの入射面の中心に凸レンズ面が形成されている場合と比較して、照明装置の配光角や被照射部の明るさを制御しやすくなる。すなわち、照明装置用レンズの入射面にフレネルレンズ面と凸レンズ面とが形成されている場合には、照明装置の配光角や被照射部の明るさを照明装置用レンズの入射面で同時に制御する必要があり、照明装置の配光角や被照射部の明るさの制御が難しくなるが、このように構成すると、照明装置用レンズの入射面に形成されるフレネルレンズ面と、出射面に形成される凸レンズ面とによって順次、照明装置の配光角や被照射部の明るさを制御することができるため、照明装置の配光角や被照射部の明るさを制御しやすくなる。

本発明において、リフレクタの反射面は、回転楕円面となっていることが好ましい。このように構成すると、リフレクタ内の所定の位置に光源を配置することで、光源から出射された光をリフレクタの反射面によって一定方向に向かって反射することが可能になる。

本発明において、リフレクタの反射面は、特定範囲の波長の可視光を透過させるダイクロイックミラー膜によって形成されていることが好ましい。このように構成すると、リフレクタの後方へ所定の色の可視光を照射することが可能になる。したがって、照明装置の装飾的効果を高めることが可能になる。なお、リフレクタの反射面がダイクロイックミラー膜によって形成されていると、リフレクタの反射面で反射される可視光の光量が減るため、照明光が照射される被照射部が暗くなりやすくなるが、本発明では、フレネルレンズ面と凸レンズ面との２つのレンズ面を利用して、被照射部の明るさをより適切に制御することが可能になるため、被照射部の明るさを確保することが可能になる。

本発明において、光源は、たとえば、発光ダイオードである。光源が発光ダイオードである場合には、被照射部に輝度ムラや色ムラが発生しやすくなるが、本発明では、照明装置用レンズにフライアイレンズ面が形成されているため、被照射部での輝度ムラや色ムラの発生を抑制することが可能になる。

以上のように、本発明の照明装置用レンズを用いれば、照明装置が使用される用途等に応じて照明装置の配光角をより適切に設定するとともに被照射部の明るさをより適切に設定することが可能になる。また、本発明の照明装置では、照明装置が使用される用途等に応じてその配光角をより適切に設定するとともに被照射部の明るさをより適切に設定することが可能になる。

本発明の実施の形態にかかる照明装置の概略構成を示す概略図である。 図１に示す照明装置用レンズの入射面を示す平面図である。 図１に示す照明装置用レンズの出射面を示す平面図である。 図３に示すフライアイレンズ面の一部の拡大平面図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態を説明する。

（照明装置の構成）
図１は、本発明の実施の形態にかかる照明装置１の概略構成を示す概略図である。図２は、図１に示す照明装置用レンズ５の入射面５ａを示す平面図である。図３は、図１に示す照明装置用レンズ５の出射面５ｃを示す平面図である。図４は、図３に示すフライアイレンズ面５ｄの一部の拡大平面図である。

本形態の照明装置１は、図１に示すように、光源である発光ダイオード２と、リフレクタ３と、照明装置用レンズ５（以下、「レンズ５」とする）とを備えている。発光ダイオード２は、面発光ダイオードであり、基板６に実装されている。発光ダイオード２および基板６は、リフレクタ３の内部に配置され、リフレクタ３の内部に固定されている。本形態の発光ダイオード２は、白色光を出射する。

リフレクタ３には、発光ダイオード２から出射された光の一部を前方へ反射する反射面３ａが形成されている。反射面３ａは、回転楕円面となっている。すなわち、反射面３ａは、照明装置１の光軸Ｌを中心に所定形状の略半楕円弧を回転させたときの軌跡によって形成される曲面となっている。リフレクタ３の内周面には、特定範囲の波長の可視光を透過させるダイクロイックミラー膜がコーティングされており、反射面３ａは、このダイクロイックミラー膜によって形成されている。本形態の反射面３ａは、たとえば、発光ダイオード２から出射された白色光のうちの緑色光成分を透過させるダイクロイックミラー膜によって形成されている。また、リフレクタ３の本体は、ガラス等の透光性材料で形成されている。そのため、本形態では、発光ダイオード２から白色光が出射されると、リフレクタ３の外周面から緑色の可視光が漏れる。なお、反射面３ａは、照明装置１の用途等に応じて、青色光成分や赤色光成分を透過させるダイクロイックミラー膜によって形成されても良い。

レンズ５は、略平板状に形成されている。具体的には、レンズ５は、略円板状に形成されている。また、レンズ５は、リフレクタ３の前側に配置されている。本形態では、レンズ５の外周端部分は、リフレクタ３の開口側の外周端部分に固定されており、レンズ５は、リフレクタ３の出射面に配置されている。レンズ５は、その光軸と照明装置１の光軸Ｌとが一致するようにリフレクタ３に固定されている。レンズ５には、発光ダイオード２から出射された光の一部が直接、入射するとともに、発光ダイオード２から出射されリフレクタ３の反射面３ａで反射された光が入射する。

発光ダイオード２から出射された光およびリフレクタ３の反射面３ａで反射された光が入射するレンズ５の入射面５ａには、図１、図２に示すように、フレネルレンズからなるフレネルレンズ面５ｂが形成されている。入射面５ａから入射した光が出射するレンズ５の出射面５ｃには、図１、図３に示すように、フライアイレンズからなるフライアイレンズ面５ｄと、１つの凸レンズからなる凸レンズ面５ｅとが形成されている。

フレネルレンズ面５ｂは、入射面５ａのほぼ全域に形成されている。凸レンズ面５ｅを構成する凸レンズは、非球面形状に形成されている。凸レンズ面５ｅは、出射面５ｃの中心に形成されている。この凸レンズ面５ｅは、光軸Ｌの方向（光軸方向）から見たときの形状が円形状となるように形成されている。フライアイレンズ面５ｄは、凸レンズ面５ｅを囲むように形成されている。また、フライアイレンズ面５ｄは、凸レンズ面５ｅを除く出射面５ｃのほぼ全域に形成されている。フライアイレンズ面５ｄを構成する複数の微小レンズ５ｆは、図４に示すように、光軸方向から見たときの形状が円形状となるように形成されている。なお、本形態の微小レンズ５ｆは、凸レンズであるが、微小レンズ５ｆは、凹レンズであっても良い。

図１に示すように、出射面５ｃにおいて、凸レンズ面５ｅは、フライアイレンズ面５ｄよりも突出するように形成されている。また、図２、図３に示すように、光軸方向から見たときの凸レンズ面５ｅの直径は、フレネルレンズ面５ｂを構成するフレネルレンズの中心部５ｇの直径およびフライアイレンズ面５ｄを構成する微小レンズ５ｆの直径よりも大きくなっている。

フライアイレンズ面５ｄは、主として、照明装置１から出射される照明光を均一化して、照明装置１の照明光が照射される被照射部（図示省略）での輝度ムラや色ムラの発生を抑制する機能を果たしている。すなわち、フライアイレンズ面５ｄを構成する微小レンズ５ｆは、被照射部での輝度ムラや色ムラの発生を抑制することができるように、その曲率、直径および厚さ等が設定されている。

フレネルレンズ面５ｂおよび凸レンズ面５ｅは、主として、照明装置１の配光角（照射角）および被照射部の明るさを制御する機能を果たしている。たとえば、配光角が比較的狭い照明装置１の場合には、フレネルレンズ面５ｂは、配光角が狭くなるように配光角を制御する機能を果たしており、凸レンズ面５ｅは、フレネルレンズ面５ｂで制御された配光角がさらに狭くなるように配光角を制御して、比較的狭い領域となる被照射部の照度を高める機能を果たしている。また、たとえば、配光角が比較的広い照明装置１の場合には、フレネルレンズ面５ｂは、配光角が広くなるように配光角を制御する機能を果たしており、凸レンズ面５ｅは、フレネルレンズ面５ｂで制御された配光角が若干狭くなるように配光角を制御して、被照射部の光軸Ｌに近い部分の照度の低下を抑制する機能を果たしている。すなわち、フレネルレンズ面５ｂおよび凸レンズ面５ｅは、照明装置１に要求される配光角や被照射部の明るさに、照明装置１の配光角や被照射部の明るさが設定されるように、その曲率、直径、厚さ等が設定されている。なお、リフレクタ３に対する発光ダイオード２の配置位置を変えることで照明装置１の配光角を変化させることも可能である。

（本形態の主な効果）
以上説明したように、本形態では、レンズ５の入射面５ａにフレネルレンズ面５ｂが形成され、レンズ５の出射面５ｃに凸レンズ面５ｅが形成されている。そのため、フレネルレンズ面５ｂと凸レンズ面５ｅとの２つのレンズ面を利用して、照明装置１の配光角および被照射部の明るさを制御することができる。たとえば、配光角が比較的狭い照明装置１の場合や配光角が比較的広い照明装置１の場合に、フレネルレンズ面５ｂおよび凸レンズ面５ｅのそれぞれを上述のように機能させて、照明装置１の配光角および被照射部の明るさを制御することができる。したがって、フレネルレンズ面５ｂのみを利用して、照明装置１の配光角や被照射部の明るさを制御する場合と比較して、照明装置１の配光角および被照射部の明るさをより適切に制御することが可能になる。その結果、本形態では、照明装置１が使用される用途等に応じて照明装置１の配光角をより適切に設定するとともに被照射部の明るさをより適切に設定することが可能になる。

また、本形態では、レンズ５の入射面５ａにフレネルレンズ面５ｂが形成され、出射面５ｃに凸レンズ面５ｅが形成されているため、フレネルレンズ面５ｂおよび凸レンズ面５ｅが入射面５ａに形成されている場合と比較して、照明装置１の配光角や被照射部の明るさを制御しやすくなる。すなわち、入射面５ａにフレネルレンズ面５ｂと凸レンズ面５ｅとが形成されている場合には、照明装置１の配光角や被照射部の明るさを、曲率等の異なるフレネルレンズ面５ｂと凸レンズ面５ｅとによって入射面５ａで同時に制御する必要があり、照明装置１の配光角や被照射部の明るさの制御が難しくなるが、本形態では、入射面５ａに形成されるフレネルレンズ面５ｂと、出射面５ｃに形成される凸レンズ面５ｅとによって順次、照明装置１の配光角や被照射部の明るさを制御することができるため、照明装置１の配光角や被照射部の明るさを制御しやすくなる。

また、本形態では、入射面５ａにフレネルレンズ面５ｂが形成され、出射面５ｃにフライアイレンズ面５ｄが形成されているため、入射面５ａにフライアイレンズ面５ｄが形成され、出射面５ｃにフレネルレンズ面５ｂが形成されている場合と比較して、照明装置１の配光角や被照射部の明るさを制御しやすくなる。すなわち、入射面５ａにフライアイレンズ面５ｄが形成され、出射面５ｃにフレネルレンズ面５ｂが形成されている場合には、フライアイレンズ面５ｄを透過した光の進行方向が一定ではないため、フレネルレンズ面５ｂによる照明装置１の配光角や被照射部の明るさの制御が難しくなるが、本形態では、このような問題が生じなくなり、照明装置１の配光角や被照射部の明るさを制御しやすくなる。

本形態では、フレネルレンズ面５ｂとフライアイレンズ面５ｄと凸レンズ面５ｅとが１枚のレンズ５に形成されている。そのため、たとえば、フレネルレンズ面５ｂおよびフライアイレンズ面５ｄが形成されるレンズと、凸レンズ面５ｅが形成されるレンズとが個別に設けられている場合と比較して、レンズ５を透過する光量のロスを低減することができる。すなわち、フレネルレンズ面５ｂおよびフライアイレンズ面５ｄが形成されるレンズと、凸レンズ面５ｅが形成されるレンズとが個別に設けられている場合には、２枚のレンズのそれぞれで照明光が反射され、照明光はレンズを通過する際に４回反射されるが、本形態では、照明光がレンズ５を通過する際の反射回数が２回となるため、レンズ５を透過する光量のロスを低減することができる。したがって、本形態では、被照射部の明るさを確保することが可能になる。

本形態では、リフレクタ３の反射面３ａは、回転楕円面となっている。そのため、リフレクタ３内の所定の位置に発光ダイオード２を配置することで、発光ダイオード２から出射された光をリフレクタ３の反射面３ａによって一定方向に向かって反射することが可能になる。

本形態では、リフレクタ３の反射面３ａは、特定範囲の波長の可視光を透過させるダイクロイックミラー膜によって形成されている。そのため、たとえば、リフレクタ３の外周面から漏れる緑色の可視光をリフレクタ３の後方へ照射することができる。したがって、本形態では、照明装置１の装飾的効果を高めることができる。なお、反射面３ａがダイクロイックミラー膜によって形成されていると、反射面３ａで反射される可視光の光量が減るため、被照射部が暗くなりやすくなるが、本形態では、フレネルレンズ面５ｂと凸レンズ面５ｅとの２つのレンズ面を利用して、被照射部の明るさをより適切に制御することが可能になるため、被照射部の明るさを確保することが可能になる。

本形態の照明装置１では、光源として、発光ダイオード２が用いられている。そのため、照明装置１の省電力化を図ることができる。一方、本形態の発光ダイオード２は、面発光ダイオードであるため、被照射部に輝度ムラや色ムラが発生しやすくなるが、本形態では、レンズ５の出射面５ｃにフライアイレンズ面５ｄが形成されているため、被照射部での輝度ムラや色ムラの発生を抑制することが可能になる。

（他の実施の形態）
上述した形態では、レンズ５の出射面５ｃの中心に凸レンズ面５ｅが形成されているが、レンズ５の入射面５ａの中心に凸レンズ面５ｅが形成されても良い。また、上述した形態では、入射面５ａにフレネルレンズ面５ｂが形成され、出射面５ｃにフライアイレンズ面５ｄおよび凸レンズ面５ｅが形成されているが、入射面５ａにフライアイレンズ面５ｄおよび凸レンズ面５ｅが形成され、出射面５ｃにフレネルレンズ面５ｂが形成されても良い。

上述した形態では、凸レンズ面５ｅを構成する凸レンズは、非球面形状に形成されているが、凸レンズ面５ｅを構成する凸レンズは、球面形状に形成されても良い。また、上述した形態では、フライアイレンズ面５ｄを構成する微小レンズ５ｆは、光軸方向から見たときの形状が円形状となるように形成されているが、微小レンズ５ｆは、光軸方向から見たときの形状が六角形状等の多角形状となるように形成されても良い。また、上述した形態では、フライアイレンズ面５ｄは、凸レンズ面５ｅを除く出射面５ｃのほぼ全域に形成されているが、被照射部の輝度ムラや色ムラに影響を与える光が透過する部分のみにフライアイレンズ面５ｄが形成されても良い。

上述した形態では、レンズ５は、発光ダイオード２を光源とする照明装置１に用いられているが、レンズ５は、ハロゲンランプやメタルハライドランプ等のランプを光源とする照明装置に用いられても良い。また、上述した形態では、レンズ５は、リフレクタ３を備える照明装置１に用いられているが、レンズ５は、リフレクタ３を備えていない照明装置に用いられても良い。また、上述した形態では、リフレクタ３の反射面３ａは、ダイクロイックミラー膜によって形成されているが、反射面３ａは、アルミニウムの薄膜等によって形成されても良い。

なお、上述した形態では、レンズ５の出射面５ｃに凸レンズ面５ｅが形成されているが、照明装置１に要求される配光角や被照射部の明るさによっては、出射面５ｃに凸レンズ面５ｅが形成されていないレンズ（すなわち、出射面５ｃにフライアイレンズ面５ｄのみが形成されているレンズ）を用いることも可能である。

１ 照明装置
２ 発光ダイオード（光源）
３ リフレクタ
３ａ 反射面
５ レンズ（照明装置用レンズ）
５ａ 入射面（一方の面）
５ｂ フレネルレンズ面
５ｃ 出射面（他方の面）
５ｄ フライアイレンズ面
５ｅ 凸レンズ面

Claims (9)

1. 略平板状に形成される照明装置用レンズであって、
   一方の面にフレネルレンズからなるフレネルレンズ面が形成され、
   他方の面にフライアイレンズからなるフライアイレンズ面が形成され、
   前記一方の面または前記他方の面の中心に１つの凸レンズからなる凸レンズ面が形成されていることを特徴とする照明装置用レンズ。
2. 前記凸レンズは、非球面形状に形成されていることを特徴とする請求項１記載の照明装置用レンズ。
3. 前記凸レンズ面は、前記他方の面の中心に形成されていることを特徴とする請求項１または２記載の照明装置用レンズ。
4. 請求項１から３のいずれかに記載の照明装置用レンズと、光源と、前記光源から出射された光の一部を前方へ反射する反射面が形成されたリフレクタとを備え、
   前記照明装置用レンズは、前記リフレクタの前側に配置されていることを特徴とする照明装置。
5. 前記光源から出射された光の一部が直接入射するとともに前記リフレクタの前記反射面で反射された光が入射する前記照明装置用レンズの入射面に、前記フレネルレンズ面が形成され、
   前記入射面から入射した光が出射する前記照明装置用レンズの出射面に、前記フライアイレンズ面が形成されていることを特徴とする請求項４記載の照明装置。
6. 前記凸レンズ面は、前記出射面の中心に形成されていることを特徴とする請求項５記載の照明装置。
7. 前記リフレクタの前記反射面は、回転楕円面となっていることを特徴とする請求項４から６のいずれかに記載の照明装置。
8. 前記リフレクタの前記反射面は、特定範囲の波長の可視光を透過させるダイクロイックミラー膜によって形成されていることを特徴とする請求項４から７のいずれかに記載の照明装置。
9. 前記光源は、発光ダイオードであることを特徴とする請求項４から８のいずれかに記載の照明装置。

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