JP2012185949A - レンズおよび照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＬＥＤの実装が簡易、かつ光の出射の輝度むらを防止して略球面状に均一に光を出射させるレンズ及びそれを用いた照明装置を実現することを目的とする。
【解決手段】基板と、該基板の上面側に設けられた発光体と、該発光体の側方から上方にかけて覆うレンズと、を有する照明装置において、レンズは、発光体の発光面と対向する面と、発光体の発光面と対向する面の反対側にレンズの内側に凹んだ面とを有し、レンズの内側へ凹んだ面は、曲面からレンズ内に入射した光をレンズの上方に出射する機能とレンズの側方や下方に反射する機能とを有し、発光体の発光面と対向する面の一部には凹部が設けられており、凹部は、凹部からレンズ内に入射した光が凹面にてレンズの上方に出射するよりもレンズの側方や下方に反射するような形状である。
【選択図】 図１

Description

本発明は、照明装置に関し、特に光源としてＬＥＤ（Light Emitting Diode）などの半導体発光素子を備え、主に白熱電球の代替品として用いられる照明装置に関するものである。

近年、地球温暖化の防止のために省エネルギ化が進められており、照明分野においては、従来の白熱電球の代替としてＬＥＤを用いたランプの研究・開発が行われている。既存の白熱電球と比べて、ＬＥＤを用いたランプは高いエネルギ効率を持つためである。ＬＥＤを用いたランプの用途拡大を考える場合、既存の白熱電球のソケットをそのまま利用ができることが求められ、従来の白熱電球と同等に用いられることが望ましい。また、白熱電球は白熱電球の前方から後方まで略球面状に光が均等に出射されるため、ＬＥＤを用いたランプには、白熱電球を照明器具に取り付けた場合と同等の光の照射を演出することが求められている。ただし、ＬＥＤは出射光の直進性が強いため、従来の白熱電球と同等に用いる場合には、光の照射範囲（配光）を輝度むらなく広げる必要がある。

光の配光を広げる手段の一例として、特許文献１に記載されているように、略円柱状の基体の外表面にＬＥＤを配設し、前記基体と前記ＬＥＤとを覆うように透光性のカバーを設けることにより、配光を広げる方法がある。しかし、基体を略円柱状に作製する必要があることや略円柱状の基体にＬＥＤを配設する必要があることなどから製造工程が複雑となる恐れがあった。

配光を広げる手段にはレンズを用いるものもある。レンズを用いて配光を広げる先行技術としては、特許文献２や特許文献３に示すものがある。特許文献２には、発光素子の上部に光束制御部材（レンズ）を設け、光束制御部材には発光素子と対向する面に凹みと通気溝を設けることで輝度むらの発生を防止し、平面上に光を出射させるレンズの形状が開示されている。また、特許文献３には、底面，反射面，レンズの中心軸に対して傾いた角度の第１の屈折面、及び底面から第１の屈折面にスムーズな曲面として延びる第２の屈折面を有したレンズを発光素子の上部に設けることで側方へ光を出射させるレンズの形状が開示されている。

特開２００８−１０３１１２号公報 特開２００９−２１１９９０号公報 特開２００４−１３３３９１号公報

しかしながら、特許文献２に示されているレンズは、発光素子から照射された光を照射方向（前方）に均一に広げ、輝度ムラの発生を防止することはできるが、発光素子の照射方向に対して側方と後方への光の出射がほとんど無い。そのため、特許文献２に示されているレンズを用いた照明装置では、側方や後方への光の出射が可能である白熱電球の代替品として用いる場合には適さない。また、特許文献３に示されているレンズは、側面方向への光の出射は可能だが前方と後方への光の出射がほとんど無いため、白熱電球の代替品として用いる場合には適さない。また、特許文献２と特許文献３を単純に組み合わせた場合の光の出射の様子を図１０に示す。側方へ出射される光が多く、前方や後方への光の出射量が少ないことから、白熱電球代替品に必要とされる、略球面状に光が均等に出射される効果を得ることは難しい。

本発明は、ＬＥＤの実装が簡易、かつ光の出射の輝度むらを防止して略球面状に均一に光を出射させるレンズ及びそれを用いた照明装置を実現することを目的とする。

本発明の照明装置は、基板と、基板の上面側に設けられた発光体と、発光体の上方を覆うレンズと、を有する照明装置において、レンズは、発光体の発光面と対向する面と、発光体の発光面と対向する面の反対側にレンズの内側に凹んだ面とを有し、レンズの内側へ凹んだ面は、発光体の発光面と対向する面からレンズ内に入射した光をレンズの上方に出射する機能とレンズの側方や下方に反射する機能とを有し、発光体の発光面と対向する面の一部には凹部が設けられており、凹部は、凹部からレンズ内に入射した光がレンズの内側に凹んだ面にてレンズの上方に出射するよりもレンズの側方や下方に多く反射するような形状であることを特徴とする。

または、本発明の照明装置は、基板と、基板の上面側に設けられた発光体と、発光体の上方を覆うレンズと、を有する照明装置において、レンズは、発光体の発光面と対向する面と、発光体の発光面と対向する面の反対側にレンズの内側に凹んだ面とを有し、レンズの内側に凹んだ面は、レンズの内側に凹んだ面の底部から頂部に向かいレンズの上方に膨らむような傾斜を有し、発光体の発光面と対向する面にレンズの内側に凹んだ凹部が設けられていることを特徴とする。

または、本発明のレンズは、当該レンズの内側に凹んだ面と、レンズの内側に凹んだ面の反対側の面とを有し、レンズの内側に凹んだ面は、レンズの内側に凹んだ面の底部から頂部に向かい当該レンズの上方に膨らむような傾斜を有し、反対側の面に当該レンズの内側に凹んだ凹部が設けられていることを特徴とする。

または、本発明の照明装置は、基板と、基板の上方向に設けられる複数の半導体発光素子と、半導体発光素子を覆うよう基板の上方に設けられるレンズと、を有する照明装置において、レンズは、上部，側部，底部からなり、底部はレンズの第１の面を有し、側部はレンズの第２の面と第３の面を有し、上部はレンズの第４の面と第５の面とを有し、第１の面はレンズの内方へと凹む半球状の曲面であり、半導体発光素子を覆うよう設けられ、第２の面の一端は第１の面の端とつながっており、第２の面は第１の面の側部を覆うような曲面であり、第３の面の一端は第２の面の他端とつながっており、第４の面の一端は第３の面の他端とつながっており、第４の面はレンズの内方へと凹む曲面であり、第５の面は第４の面の他端とつながっており、基板に対して略平行な面であり、半導体発光素子からの光は第１の面からレンズ内に入射し、第１の面から入射した光は、第２，第３，第４，第５の面に向かい、第２の面は、第１の面から入射した光を照明装置の上方向に向かうよう屈折させてレンズから出射し、第３の面は、第１の面から入射した光を第４の面に向かうようレンズ内に反射させて、第４の面から反射された光を照明装置の側方や下方へ向かうよう屈折させてレンズから出射し、第４の面は、第１の面から入射した光を第３の面に向かうようレンズ内に反射させて、第３の面から反射された光を照明装置の上方へ向かうよう屈折させてレンズから出射し、第５の面は、第１の面から入射した光を照明装置の上方へ向かうようレンズから出射し、第１の面はレンズの内方へ凹む凹部を有し、半導体発光素子から凹部へ入射した光は第５の面よりも第４の面に多く向かうことを特徴とする。

本発明によれば、基板と、基板の上面側に設けられた発光体と、発光体の上方を覆うレンズと、を有する照明装置において、レンズは、発光体の発光面と対向する面と、発光体の発光面と対向する面の反対側にレンズの内側に凹んだ面とを有し、レンズの内側へ凹んだ面は、発光体の発光面と対向する面からレンズ内に入射した光をレンズの上方に出射する機能とレンズの側方や下方に反射する機能とを有し、発光体の発光面と対向する面の一部には凹部が設けられており、凹部は、凹部からレンズ内に入射した光がレンズの内側に凹んだ面にてレンズの上方に出射するよりもレンズの側方や下方に多く反射するような形状であることにより、ＬＥＤの実装が簡易、かつ輝度むらを防止して略球面状に均一に光を出射させることができる照明装置を実現できる。

あるいは、本発明によれば、基板と、基板の上面側に設けられた発光体と、発光体の上方を覆うレンズと、を有する照明装置において、レンズは、発光体の発光面と対向する面と、発光体の発光面と対向する面の反対側にレンズの内側に凹んだ面とを有し、レンズの内側に凹んだ面は、レンズの内側に凹んだ面の底部から頂部に向かいレンズの上方に膨らむような傾斜を有し、発光体の発光面と対向する面にレンズの内側に凹んだ凹部が設けられていることにより、ＬＥＤの実装が簡易、かつ輝度むらを防止して略球面状に均一に光を出射させることができる照明装置を実現できる。

あるいは、本発明によれば、当該レンズの内側に凹んだ面と、レンズの内側に凹んだ面の反対側の面とを有し、レンズの内側に凹んだ面は、レンズの内側に凹んだ面の底部から頂部に向かい当該レンズの上方に膨らむような傾斜を有し、反対側の面に当該レンズの内側に凹んだ凹部が設けられていることにより、ＬＥＤの実装が簡易、かつ輝度むらを防止して略球面状に均一に光を出射させることができるレンズを実現できる。

あるいは、本発明によれば、基板と、基板の上方向に設けられる複数の半導体発光素子と、半導体発光素子を覆うよう基板の上方に設けられるレンズと、を有する照明装置において、レンズは、上部，側部，底部からなり、底部はレンズの第１の面を有し、側部はレンズの第２の面と第３の面を有し、上部はレンズの第４の面と第５の面とを有し、第１の面はレンズの内方へと凹む半球状の曲面であり、半導体発光素子を覆うよう設けられ、第２の面の一端は第１の面の端とつながっており、第２の面は第１の面の側部を覆うような曲面であり、第３の面の一端は第２の面の他端とつながっており、第４の面の一端は第３の面の他端とつながっており、第４の面はレンズの内方へと凹む曲面であり、第５の面は第４の面の他端とつながっており、基板に対して略平行な面であり、半導体発光素子からの光は第１の面からレンズ内に入射し、第１の面から入射した光は、第２，第３，第４，第５の面に向かい、第２の面は、第１の面から入射した光を照明装置の上方向に向かうよう屈折させてレンズから出射し、第３の面は、第１の面から入射した光を第４の面に向かうようレンズ内に反射させて、第４の面から反射された光を照明装置の側方や下方へ向かうよう屈折させてレンズから出射し、第４の面は、第１の面から入射した光を第３の面に向かうようレンズ内に反射させて、第３の面から反射された光を照明装置の上方へ向かうよう屈折させてレンズから出射し、第５の面は、第１の面から入射した光を照明装置の上方へ向かうようレンズから出射し、第１の面はレンズの内方へ凹む凹部を有し、半導体発光素子から凹部へ入射した光は第５の面よりも第４の面に多く向かうことにより、ＬＥＤの実装が簡易、かつ輝度むらを防止して略球面状に均一に光を出射させることができる照明装置を実できる。

（ａ）本発明の実施例１の発光部の側方から見た断面図である。（ｂ）本発明の実施例１のレンズの等角投影図である。 本発明の実施例１の光線の様子を表した図である。 （ａ）本発明実施例１のレンズの取り付けを変更した場合における、発光部の側方から見た断面図である。（ｂ）図３（ａ）のレンズの等角投影図である。 （ａ）本発明実施例１のレンズの取り付けを変更した場合における、発光部の側方から見た断面図である。（ｂ）図５（ａ）のレンズの等角投影図である。 本発明の実施例１を白熱電球代替品として用いた場合における側方から見た断面図である。 本発明の実施例２の発光部の側方から見た断面図である。 （ａ）本発明の実施例３の発光部の側方から見た断面図である。（ｂ）図７（ａ）のレンズの等角投影図である。 本発明の実施例４を白熱電球代替品として用いた場合における側方から見た断面図である。 本発明の実施例５を白熱電球代替品として用いた場合における側方から見た断面図である。 従来例におけるレンズの断面図である。

本発明に係る照明装置では、ひとつの基板上に少なくともひとつの発光体が設置され、発光体を保護し、透光性があるカバーがあり、発光体の発光面の上方かつカバー内部にレンズを有し、レンズにおいて、発光面との対向面の略中心に、略円錐状の凹部があり、凹部底面の大きさが発光面の面積よりも小さいレンズを有することを特徴とする。

別例として、発光面の対向面が曲面であり、対向面の反対側にじょうご型の凹部を持つことを特徴とする。また別例として、前記じょうご型の凹部底面に平坦部を持つレンズを有することを特徴とする。前記レンズは、発光面の対向面に、発光面よりも小さい底面を持つ略円錐状の凹部を形成することにより、カバー表面に出射する光の輝度むらを抑制する。また、発光面の反対側に形成されたじょうご型の凹部は、後方への光の出射を増加させる。また、じょうご型凹部の底面を平坦部にすることにより、前方への光の出射を増加させる。これらの効果を組み合わせることにより、カバー表面に対して均一に光が出射されるレンズを得ることができる。また、カバーに散乱特性を持たせることにより、さらに光の均一性を増すことができる。また、本発明に係る照明装置では、白熱電球の代替用途として用いることを考えると、電球と類似形状を持つことが望ましい。実施の一例として、発光体としてＬＥＤモジュールを用い、ＬＥＤモジュールを搭載した基板の裏側に空洞の筐体があり、従来の白熱電球のソケットと接続するための口金を持つ構造がある。また、筐体の空洞部には、ＬＥＤモジュールを駆動させるための電気回路が収納されている。

以下、実施例１から５について図面を用いて説明する。基本構成として基板４の一方の面に発光体であるＬＥＤモジュール２が設けられている。以下、実施例１から５において、基板４を基準としてＬＥＤモジュール２が設けられている一方の面の方向を前方（上方）、他方の面の方向を後方（下方）とする。前方と下方以外の方向を側方とする。電球においてグローブ側と口金側とした場合、グローブ側が上方であり口金側が下方となる。

本実施例では、輝度むらを防ぎ、かつ配光を広げるレンズの例を説明する。

図１（ａ）は本発明の実施例１の発光部の側方から見た断面図である。基板４の一方の面にＬＥＤモジュール２が搭載され、ＬＥＤモジュール２の発光面３は基板４とは反対方向である前方（上方）を向いている。また、レンズ１はＬＥＤモジュール２の発光面３の前方（上方）にレンズ１の大部分がくるよう設置されている。基板４はＬＥＤモジュール２を搭載するためのものである。ＬＥＤモジュール２は電気回路から電力を供給され、発光面３からＬＥＤモジュール２の前方（上方）に光を照射する。発光面３から照射された光はレンズ１に入射する。

レンズ１は、ＬＥＤモジュール２を覆うように設置されている。本実施例において、レンズ１は平坦部ａ（第５の面）と凹面ｂ（第４の面）と屈折面ｃ（第３の面）と曲面ｄ（第２の面）と曲面ｅ（第１の面）と凹部ｆと取っ掛かり部６とから構成される。レンズ１において、曲面ｅは、ＬＥＤモジュール２と対向する面である。ＬＥＤモジュール２は曲面ｅと基板４とにより囲まれている。曲面ｅは、平面である基板４の一方の面に配置されたＬＥＤモジュール２を覆うような半球状をしている。曲面ｅには円錐状の凹部ｆが形成されている。ＬＥＤモジュール２の発光面３から照射される光の中で代表的な光線を光軸５とすると、光軸５と曲面ｅとが交差する部分に凹部ｆが形成されている。曲面ｅにおいて、基板４から最も離れている箇所を曲面部ｅ１とする。本実施例において光軸５が曲面部ｅ１を通過するため凹部ｆは曲面部ｅ１に設けられている。凹部ｆはレンズ１の内側に凹むように設けられている。凹部ｆは円錐状の凹みである。ＬＥＤモジュール２の発光面３からの光は曲面ｅと凹部ｆとに向かい、曲面ｅと凹部ｆからレンズ１内に入射する。レンズ１における光の出射面は平坦部ａと凹面ｂと屈折面ｃと曲面ｄとからなる。平坦部ａと凹面ｂとはレンズ１の上部に位置し、屈折面ｃと曲面ｄとはレンズ１の側部に位置する。凹面ｂは、平坦部ａから凹面ｂと屈折面ｃとが接する部分に向かってレンズの上方向に膨らむような傾斜を有している。平坦部ａと凹面ｂと屈折面ｃにより略じょうご型が形成されている。屈折面ｃは凹面ｂの側方から後方にかけて位置する。凹面ｂで囲まれた底面には平坦部ａが設けられている。凹面ｂは、曲面ｅや凹部ｆからレンズ１内に入射した光をレンズ１の側方や後方にあたる屈折面ｃの方向へと反射する面としての機能と、屈折面ｃで反射された光を透過させレンズ１の前方に出射させる機能とを持つ。平坦部ａは、曲面ｅや凹部ｆからレンズ１内に入射した光を照明装置前方へと透過させる機能を持つ。平坦部ａにより、照明装置の前方への光の出射量を増やしている。また、屈折面ｃは凹面ｂで反射された光を屈折させて、レンズ１から照明装置の側方や後方に出射させる機能と、曲面ｅから入射した光を凹面ｂ方向へと反射させる機能を持つ。曲面ｄは曲面ｅからレンズ１内に入射した光を屈折させてレンズ１から出射する機能を持つ。曲面ｄからは照明装置の前方から側方にかけて光が出射される。曲面ｅに円錐状の凹部ｆを形成することにより、凹面ｂへ当たる光の量を増やすことができる。凹面ｂへ当たる光の量を増やすことで凹面ｂからの光の反射量を増やすことができるので、電球の前方・側方・後方へと光を照射することができるようになり輝度むらを防止することができる。凹部ｆから入射した光は凹面ｂで反射され、単に曲面ｅだけが設けられた場合に比べ照明装置の側方から後方への光の出射を増加させることになる。照明装置の側方から後方への光の出射を増加させることで、照明装置全体の輝度むらを減少させる機能を持つ。

光軸５と、円錐状の凹部ｆがなす角度θ１は、凹面ｂへの光の当たり方を考慮すると１０〜５０°前後が望ましい。例えば、θ１の角度が４８°である時、平坦部ａの長さを０.６mm、凹面ｂの大きさを半径６mm×１２mmの楕円形状の１／４がなす弧であることが望ましい。しかし、θ１の角度や平坦部ａの大きさが変化すれば、凹面ｂの大きさも変化する。また、曲面ｅの凹部ｆの開口部を円錐状の凹部ｆの底面と呼ぶことにすると、凹部ｆの底面の大きさＸ₁は、発光面３の大きさＸ₂よりも小さいことが望ましい。Ｘ₁＜Ｘ₂とすることにより、凹部ｆを経由して凹面ｂで反射される光と、曲面ｅを経由して凹面ｂで反射される光の２種類ができることにより、側方から後方への出射光を輝度むらを防止して広げることができる。Ｘ₁とＸ₂の大きさの比率は、凹面ｂへの光の当たり方を考慮すると、１：２前後が望ましい。例えば、Ｘ₁が３.４mmである時、Ｘ₂の大きさは８mm程度であると良い。また、θ１の角度が４８°である時、平坦部ａの長さが０.６mm、凹部ｂの大きさは半径６×１２mmの楕円形状の１／４が成す弧、凹部ｂと屈折面ｃが成す角度は５５°、曲面ｄと曲面ｅの垂直底面は１mm、曲面ｄは半径９mm×１２mmの楕円形状の一部の弧、曲面ｅは半径３mm×８mmの楕円形状の一部の弧、レンズ１中心部の厚さは０.５mmであることが望ましい。ただし、凹面ｂの曲率を調整し、後方への光の出射量を調整するならば、その他の比率でも良い。

レンズ１の外形は略じょうご型と略おわん型とをそれぞれの面積が小さい部分が向かい合うように組み合わせた形状をしている。レンズ１を側面から見ると略砂時計形状である。略じょうご型の外周側面は本実施例でいうところの屈折面ｃであり、略じょうご型の内周側面は本実施例でいうところの凹面ｂである。略じょうご型の内周側面で囲まれた部分は本実施例でいうところの底面ａである。略おわん形の外周側面は本実施例でいうところの曲面ｄであり、略おわん形の円錐台の内周側面は本実施例でいうところの曲面ｅである。曲面ｅの一部には凹部が設けられている。曲面ｅの一部に設けられている凹部は本実施例でいうところの凹部ｆである。本実施例において凹部ｆの形状は円錐状である。曲面ｄの一端は曲面ｅの端とつながっており、屈折面ｃの一端と曲面ｄの他端はつながっている。凹面ｂの一端と屈折面ｃの他端はつながっており、底面ａは凹面ｂの他端とつながっている。本実施例において、略じょうご型、略おわん型を表現したが、この限りでない。それぞれの面の機能を達する形状であればレンズ１の外形はこれに限るものではない。

レンズ１は曲面ｅによりＬＥＤモジュール２を覆うように設けられている。ＬＥＤモジュール２の発光面３からの光は曲面ｅや凹部ｆに入射する。曲面ｅに入射した光は曲面ｅの曲率とレンズ１の屈折率に従い屈折する。直進性が強いＬＥＤモジュール２からの光は曲面ｅにより前方への配光が広がる。また、凹部ｆに入射した光も屈折する。曲面ｅを通過した光は、平坦面ａ，曲面ｂ，屈折面ｃ，曲面ｄへと至る。凹部ｆを通過した光は曲面ｂへと至る。平坦面ａに至った光は前方へと光を出射する。曲面ｂへと至った光のうち、一部の光は曲面ｂから前方へと光を出射し、他の光は再びレンズ１内へと光を反射させる。曲面ｅや凹面ｂから屈折面ｃや曲面ｄに至った光は屈折し、前方や側方や後方へと光を出射する。曲面ｅはＬＥＤモジュール２からの光の配向を広げるために設けられる。凹部ｂは光を前方に透過したりレンズ１内に反射するために設けられる。平坦面ａは光をレンズ１の前方に透過するために設けられる。屈折面ｃは光をレンズ１の側方や後方に向けるために設けられる。曲面ｄは光を前方や側方に向けるために設けられる。

レンズ１は、旋盤，射出成型，光造形及び鋳造などの多数の良く知られた技術を利用して製造することができる。レンズ１は、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ、通称アクリル）やポリカーボネート（ＰＣ、通称ポリカ）などから作られる。ただし、透光性材料であれば良く、これらの材料に限定されないが、レンズでの光のロスが少ない材料のほうが省エネの観点から望ましい。また、複数の材料を用いても良いし、レンズ１内部にポリメチルメタクリレートやポリカーボネートなどから成る１０００ｎｍ程度の大きさの微粒子を混合することによって、散乱特性を持たせても良い。レンズ１に散乱特性を持たせることにより、散乱によって光のロスは大きくなるが、より均一な輝度むらの少ない光を有することができる。

レンズ１の屈折率は、一般的な透明部材が有する１.５４前後であることが好ましいが、使用する材料に基づいて、これより高いか又はより低い屈折率を有することができる。レンズ１内の光の屈折や反射角度は、屈折率に依存するため、レンズ１で使用する材料の屈折率によって、形状の変更が必要である。

図１（ｂ）にレンズ１の等角投影図を示す。レンズ１を基板４に取り付ける手段の一例として、基板４に少なくとも２ヶ所の孔をあけ、レンズ１底面から延びる円柱状の部分に取っ掛かり部６を形成することにより、レンズの抜けを防止する取り付け方法を示す。レンズ１の上下方向のずれを防止するためには、円柱状部分の基板４と接する部分の基板４に対して上側と下側の両側に、取っ掛かり部６を形成したほうが好ましい。（図１（ａ）では、下部の取っ掛かり部６のみ図示している。）また、取っ掛かり部６は形成せずに、レンズの円柱状部分の太さと、基板の孔の大きさの嵌め合いを調整して、レンズ１を基板４に取り付けても良い。

図２は本発明の実施例１の光線の様子を表した図である。ＬＥＤモジュール２の発光面３から出た光は曲面ｅや凹部ｆからレンズ１内に入射し、平坦部ａ・凹面ｂ・屈折面ｃ・曲面ｄからレンズ１の外に出射される。

取り付け方法の別例として、レンズ１００を基板４に取り付ける方法を図３に示す。レンズ１とレンズ１００では基本構成は同じである。レンズ１００の底面から基板４の上面に沿って平坦状に延びる部材１０６があり、部材１０６の両端を基板４の端面に嵌め込んで固定する。レンズ１００の固定には、シリコーンなどの接着剤を用いることができるが、前述の取り付け例と同様に、取っ掛かり部６を形成して抜け防止を行っても良い。本実施例に示す方法によると、ＬＥＤモジュール２近傍の基板４に孔を空ける図１の場合と比べて、発熱体であるＬＥＤモジュール２近傍の基板４の面積が大きくなるので、基板４を通じてＬＥＤモジュール２からの熱を逃がし易くする効果がある。

また、取り付け方法の別例として、レンズ２００を基板４に取り付ける方法を図４に示す。レンズ１とレンズ２００では基本構成は同じである。レンズ１の底部に少なくとも２ヶ所以上の出っ張り部分７を形成し、出っ張り部分７を押さえ板２０で基板４上に押さえて、基板４と押さえ板２０をねじ２１で締結することにより、レンズ２００を基板４にとりつける。本実施例は、基板４とレンズ２００の取り付けをねじ２１で行っており、接着にシリコーンなどの樹脂を用いないため、熱などによる接着剤の経年劣化を防ぐ効果がある。

基板４の材質は、放熱性を考慮して、熱伝導率が高い部材を用いることが望ましい。例えば、アルミニウムやアルミニウム合金，銅などの金属材料を用いることが望ましいが、熱伝導率が高い部材であればその他の材料でも構わない。

図５に本発明のレンズを、白熱電球の代替品照明装置として利用した場合の断面図を示す。基本構成は、基板４にＬＥＤモジュール２が搭載され、ＬＥＤモジュール２の上部にレンズ１が設置され、基板４を覆う透光性のカバー１３が有り、基板４のＬＥＤモジュール２搭載面の裏側に空洞の筐体１０が有り、筐体１０の内部に電気回路１１が備わっており、従来の白熱電球のソケットと接続するための口金１２を持つ構成である。白熱電球の形状だけを模擬するのではなく、レンズ１で配光を輝度むらなく広げ、白熱電球に配光を近づけることにより、白熱電球の代替を図る。

透光性のカバー１３は、ＬＥＤ基板４または筺体１０と連結される。カバー１３の材料はポリメチルメタクリレートやポリカーボネートなどの樹脂でも良いし、ガラスを用いてもよい。カバー１３は透明でも有色のどちらでも構わないが、レンズから出射された光の均一性を増加させるために、二酸化ケイ素やポリカーボネートなどの１０００ｎｍ程度の大きさの微粒子を混合することにより、散乱特性を持たせることが望ましい。また、カバー１３の材質にガラスを用いた場合は、カバー内面にＳｉＯ₂などの微粒子を塗布することにより、散乱特性を持たせることができる。ろうそくの炎のような、きらめき感を出したい場合には、透光性のカバー１３は散乱性を持たなくても良い。

筺体１０は、電気回路１１の収納と、ＬＥＤモジュール２で発生する熱のヒートシンクも兼ねているため、熱伝導性の高い材料、例えば、アルミニウムやアルミ合金，銅などの金属材料を用いることが望ましいが、その他の材料でも構わない。また筐体１０の空洞部は、シリコーンなどの樹脂を充填しても良い。

電気回路１１は、ＬＥＤモジュール２を駆動するために、交流電源を直流電源に変換する役目を持っている。電気回路１１は、トランス，コンデンサなどで構成されるが、利用するＬＥＤモジュール２の仕様によって、電気回路１１の構成は異なる。

この形態については、白熱電球用のソケットに取り付ける照明装置を例に説明したが、前述したレンズは、このような白熱電球用に限定されず、他タイプの照明装置にも適用可能であり、特許請求項の範囲に記載した事項において、様々に変更した形態にて実施可能である。

また、以上の実施形態において、光源として表面実装型のＬＥＤモジュール２を用いているが、これに限定されず、他タイプのＬＥＤやその他の発光素子、例えば有機ＥＬ，無機ＥＬなどを用いても良い。

本実施例２では、実施例１の別方式について説明する。図６は、本発明の実施例２の発光部の側方から見た断面図である。レンズの材質や製法は実施例１と同様である。また、平坦部ａと凹面ｂと屈折面ｃと曲面ｄと曲面ｅは実施例１のレンズ１と同様の構成である。レンズ３００においてレンズ１と異なる構成は、ＬＥＤモジュール２の発光面３との対向面に設けられた円錐台形の凹部ｇである。凹部ｇは側面部ｇ１と底面部ｇ２を有している。凹部ｇは発光面側から前方に行くに従って断面積が小さくなる円錐台形である。発光面３との対向面に、平坦部である底面部ｇ２を設けることにより、平坦部であるｇ２とａとが向き合うことになりｇ２からａへの光量を増加させることができる。凹部ｇは、光軸５に対して垂直方向に平坦部を持つが、その他の形状、例えば放物線を描くような半球状でも構わない。半球状であると光を屈折により、より均一に曲げることができる。また、前方への光の出射が多くなりすぎないように、凹部ｇの底面部ｇ２の大きさＸ₃は、発光面３の大きさＸ₄よりも小さいことが望ましい。Ｘ₃とＸ₄の大きさの比率は、凹面ｂへの光の当たり方を考慮すると、２：３前後が望ましい。ただし、凹面ｂの曲面を調整し、後方への光の出射を制御するならば、その他の比率でも良い。

本実施例３では、実施例１の別方式について説明する。図７（ａ）は、本発明の実施例３の発光部の側方から見た断面図である。レンズの材質や製法は実施例１と同様である。また、平坦部ａと凹面ｂと屈折面ｃと曲面ｄと曲面ｅは実施例１のレンズ１と同様の構成である。レンズ４００は、ＬＥＤモジュール２との対向面に円錐状の凹部ｆがあり、さらに複数の円錐状の凹部ｈが存在する点でレンズ１００と異なる。複数の円錐状の凹部ｈを設けることにより、凹部ｈで屈折が起こり、じょうご型の凹面ｂへの光の当たり方の均一度が増すため、結果的に光の配光の均一性が良くなる。図７（ｂ）にレンズ４００の等角投影図を示す。複数の円錐状の凹部ｈは同心円状に配置している。複数の円錐状の凹部ｈの配置は、光が均一に広がるためには、光軸５を中心線として見た場合に、対称であることが望ましい。図７（ａ）で示した円錐状の凹部ｆは、実施例２と同様に円錐台形や放物線を描くような半球状の形状でも構わない。また、複数の円錐状の凹部ｈは、図７中では、円錐状で示したが、その他の形状、例えば富士山型のような形状や、放物線を描く半球状でも構わない。

本実施例４では、実施例１の別方式について説明する。図８は、本発明実施例４の発光部の側方から見た断面図である。レンズの材質や製法は実施例１と同様である。ＬＥＤモジュール２が搭載されている基板１５０の端が、ＬＥＤモジュールが搭載されている面よりも低い位置に折り曲げられていることを特徴とする。平面状の基板４では、ＬＥＤモジュール２からの光が基板４の端で散乱されるため、後方への出射光量が減少するが、基板１５０を用いると、後方への光が遮られないため、後方への光の出射量を増加させることができる。基板１５０の材質は、アルミやアルミの合金など、熱伝導性が高く加工しやすい材料を用いることが望ましい。基板１５０と筐体１５１の端を接合すると、熱伝導性が良くなる。

本実施例５では、実施例１の別方式について説明する。図９は、本発明実施例５を白熱電球代替品として用いた場合の側方から見た断面図である。実施例１では、レンズを基板４に固定していたが、本実施例では、レンズ５００をカバー５０に固定している。ＬＥＤモジュール２とレンズの距離を離すことにより、発熱によるレンズ５００の劣化を防止することができる。また、光の出射位置が実施例１と比べて上部になるため、後方への光の出射を増やすことができる。

レンズ５００の材質や製造方法は、実施例１と同様である。レンズ５００のカバー５０への固定は、透明な接着剤を用いて、レンズ５００が影としてカバー５０に投影されるのを防止したほうが良い。透明な接着剤の例としては、シリコーン，アクリル，脂環式エポキシ樹脂，ウレタンなどの接着剤を用いることができるが、その他の接着剤を用いても構わない。また、レンズ５００は、光造形や鋳造などの多数の良く知られた技術を利用して、カバー５０と一体形成で製造しても良い。一体形成する場合は、レンズ５００とカバー５０の材質は同じであることが望ましいが、違う材料でも構わない。

１ レンズ
２ ＬＥＤモジュール
３ 発光面（蛍光体面）
４ 基板
５ 光軸
６ 取っ掛かり部
７ 出っ張り部分
１０，１５１ 筐体
１１ 電気回路
１２ 口金
１３，５０ カバー
２０ レンズ押さえ板
２１ ねじ
１００ 取り付け部を含むレンズ
１５０ 基板の別形態
２００ 取り付け部を含むレンズの別形態
３００，４００，５００ レンズの別形態
５０１ 光線
６００ 従来例のレンズ
ａ 平坦部
ｂ じょうご型の凹面
ｃ 屈折面
ｄ おわん型の曲面
ｅ 曲面
ｆ 円錐状の凹部
ｇ 富士山型の凹面
ｈ 複数の円錐状の凹部

Claims (10)

1. 基板と、該基板の上面側に設けられた発光体と、該発光体の上方を覆うレンズと、を有する照明装置において、
   前記レンズは、前記発光体の発光面と対向する面と、前記発光体の発光面と対向する面の反対側に前記レンズの内側に凹んだ面とを有し、
   前記レンズの内側へ凹んだ面は、前記発光体の発光面と対向する面から前記レンズ内に入射した光を前記レンズの上方に出射する機能と前記レンズの側方や下方に反射する機能とを有し、
   前記発光体の発光面と対向する面の一部には凹部が設けられており、
   前記凹部は、前記凹部から前記レンズ内に入射した光が前記レンズの内側に凹んだ面にて前記レンズの上方に出射するよりも前記レンズの側方や下方に多く反射するような形状であることを特徴とする照明装置。
2. 基板と、該基板の上面側に設けられた発光体と、該発光体の上方を覆うレンズと、を有する照明装置において、
   前記レンズは、前記発光体の発光面と対向する面と、前記発光体の発光面と対向する面の反対側に前記レンズの内側に凹んだ面とを有し、
   前記レンズの内側に凹んだ面は、前記レンズの内側に凹んだ面の底部から頂部に向かい前記レンズの上方に膨らむような傾斜を有し、
   前記発光体の発光面と対向する面に前記レンズの内側に凹んだ凹部が設けられていることを特徴とする照明装置。
3. 請求項１または２に記載されている照明装置において、前記レンズの内側へ凹んだ面の底部に平坦部が形成されていることを特徴とする照明装置。
4. 請求項１乃至３の何れかに記載の照明装置において、
   前記発光体の発光面と対向する面は半球状の曲面であることを特徴とする照明装置。
5. 請求項１乃至３の何れかに記載の照明装置において、
   前記凹部は略円錐状であり、前記発光体の発光面と対向する面における前記凹部の開口部の面積は前記発光体の発光面の面積よりも小さいことを特徴とする照明装置。
6. 請求項５に記載の照明装置において、前記開口部の面積は前記発光面の面積の１／２以下であることを特徴とする照明装置。
7. 当該レンズの内側に凹んだ面と、前記レンズの内側に凹んだ面の反対側の面とを有し、
   前記レンズの内側に凹んだ面は、前記レンズの内側に凹んだ面の底部から頂部に向かい当該レンズの上方に膨らむような傾斜を有し、
   前記反対側の面に当該レンズの内側に凹んだ凹部が設けられていることを特徴とするレンズ。
8. 請求項７に記載されているレンズにおいて、
   前記レンズは発光体とともに用いられ、前記反対側の面は前記発光体の発光面と対向し、
   前記凹部は略円錐状であり、前記反対側の面における前記凹部の開口部の面積は前記発光体の発光面の面積よりも小さいことを特徴とするレンズ。
9. 請求項８に記載のレンズにおいて、
   前記開口部の面積は前記発光面の面積の１／２以下であることを特徴とするレンズ。
10. 基板と、該基板の上方向に設けられる複数の半導体発光素子と、該半導体発光素子を覆うよう前記基板の上方に設けられるレンズと、を有する照明装置において、
    前記レンズは、上部，側部，底部からなり、
    前記底部は前記レンズの第１の面を有し、
    前記側部は前記レンズの第２の面と第３の面を有し、
    前記上部は前記レンズの第４の面と第５の面とを有し、
    前記第１の面は前記レンズの内方へと凹む半球状の曲面であり、前記半導体発光素子を覆うよう設けられ、
    前記第２の面の一端は前記第１の面の端とつながっており、前記第２の面は前記第１の面の側部を覆うような曲面であり、
    前記第３の面の一端は前記第２の面の他端とつながっており、
    前記第４の面の一端は前記第３の面の他端とつながっており、前記第４の面は前記レンズの内方へと凹む曲面であり、
    前記第５の面は前記第４の面の他端とつながっており、前記基板に対して略平行な面であり、
    前記半導体発光素子からの光は前記第１の面から前記レンズ内に入射し、
    前記第１の面から入射した光は、前記第２，第３，第４，第５の面に向かい、
    前記第２の面は、前記第１の面から入射した光を前記照明装置の上方向に向かうよう屈折させて前記レンズから出射し、
    前記第３の面は、前記第１の面から入射した光を前記第４の面に向かうよう前記レンズ内に反射させて、前記第４の面から反射された光を前記照明装置の側方や下方へ向かうよう屈折させて前記レンズから出射し、
    前記第４の面は、前記第１の面から入射した光を前記第３の面に向かうよう前記レンズ内に反射させて、前記第３の面から反射された光を前記照明装置の上方へ向かうよう屈折させて前記レンズから出射し、
    前記第５の面は、前記第１の面から入射した光を前記照明装置の上方へ向かうよう前記レンズから出射し、
    前記第１の面には前記レンズの内方へ凹む凹部が設けられており、
    前記半導体発光素子から前記凹部へ入射した光は前記第５の面よりも前記第４の面に多く向かうことを特徴とする照明装置。

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