JP2012204211A - 照明器具 - Google Patents

Abstract

【課題】照度分布の対称性を向上可能な照明器具を提供する。
【解決手段】照明器具は、光源を備える。照明器具は、光源の前側に少なくとも一部が対向する前面部20を備える。照明器具は、光源の発光面形状と異なる形状に形成し光源の周囲に対向する入射面28、および、入射面28の周囲に対向し入射面28から入射した光線を全反射させる全反射面29を備えた側面部21を備える。側面部21は、入射面28と全反射面29との少なくともいずれかの傾斜が所定の一断面位置と一断面位置に対して略直交する他断面位置とで異なる。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、光源を備えた照明器具に関する。

従来、ＬＥＤ素子を用いる例えばダウンライトやスポットライトなどの照明器具では、ＬＥＤ素子をパッケージ内に収容するとともに封止樹脂で封止した固体発光素子である表面実装形のＳＭＤ（Surface Mount Device）パッケージを基板に複数個搭載した光源や、基板に固体発光素子である複数のＬＥＤ素子を実装するとともにこれら複数のＬＥＤ素子を蛍光体が混入された封止層で覆ったＣＯＢ（Chip On Board）モジュールなどの光源が用いられている。そして、これらの光源には、放射される光を制御するための反射体やレンズなどの光学部材が取り付けられている。

特開２０１０−２５１６１７号公報

複数のＳＭＤあるいはＣＯＢを用いる照明器具では、その全光束や電気的な制約などにより、それらの配置が楕円あるいは長方形などとなり、このような配置によって、照度分布がいびつになったり、対称性が低くなったりするおそれがある。

本発明は、このような点に鑑みなされたもので、照度分布の対称性を向上可能な照明器具を提供することを目的とする。

実施形態の照明器具は、光源を備える。また、照明器具は、光源の前側に少なくとも一部が対向するカバー部を備える。また、照明器具は、光源の発光面形状と異なる形状に形成され光源の周囲に対向する入射面、および、この入射面の周囲に対向しこの入射面から入射した光線を全反射させる全反射面を備えた配光制御部を備える。配光制御部は、入射面と全反射面との少なくともいずれかの傾斜が所定の一断面位置とこの一断面位置に対して略直交する他断面位置とで異なる。

本発明によれば、光源の発光面形状と異なる形状に形成され光源の周囲に対向する入射面と、この入射面から入射した光線を全反射させる全反射面との少なくともいずれかの傾斜を、所定の一断面位置とこの一断面位置に対して略直交する他断面位置とで異ならせることにより、光源の発光面形状を配光制御部で補正し、照度分布の対称性を向上することが期待できる。

一実施形態の照明器具の光源部を示す斜視図である。 同上光源部の縦断面図である。 同上光源部の横断面図である。 同上照明器具の断面図である。 同上光源部の一部を拡大して示す断面図である。 同上照明器具の光学部材の配光分布を示す説明図である。 同上照明器具の光源の中心位置からの光線に対する照度分布を示す説明図である。

以下、一実施形態を、図１ないし図７を参照して説明する。

図４に示す照明器具11は、例えば天井面などに埋設されるダウンライトなどであり、天井などに埋め込まれる器具本体12と、この器具本体12に取り付けられた光源部13および例えば円筒状の遮光板14とを備えている。なお、以下、図１ないし図４に示すように、横幅方向（Ｘ方向）を矢印Ｘに示す方向とし、縦幅方向（Ｙ方向）を矢印Ｙに示す方向とし、奥行き（光軸の前後方向）すなわち上下方向（Ｚ方向）を矢印Ｚ方向として説明する。

器具本体12は、光源部13を保持しており、図示しない点灯装置などと電気的に接続可能となっている。

また、光源部13は、器具本体12の下端側内部に配置されており、光源15およびこの光源15に取り付けられた光学部材16を備えている。

光源15は、例えばＣＯＢ（Chip On Board）モジュールであり、基板17およびこの基板17の一面の中央領域に形成された発光部18を有している。

基板17は、例えば、アルミニウムなどの金属やセラミックスなど熱伝導性に優れた材料で、例えば円板状に形成されている。基板17は、一面である前面が実装面となっており、この実装面に図示しない配線パターンが形成されている。基板17が金属製の場合には基板17の実装面に絶縁層が形成され、この絶縁層上に配線パターンが形成されている。なお、基板17は、円板状に限らず、正方形状、長方形状など、他の形状に形成されていてもよい。

発光部18は、その中心を光源15の光軸に一致させた状態で配置され、基板17の実装面側から見た形状が例えば楕円形で、その形状領域内に１つ以上、例えば複数の図示しない固体発光素子、例えばＬＥＤ素子が接着剤などで接着されて実装され、これら複数の固体発光素子がワイヤボンディングによって直列に電気接続されるとともに基板17の配線パターンに電気接続されている。さらに、蛍光体が混入された例えばシリコーン樹脂などの透明樹脂で構成される蛍光体層としての封止層で、複数の固体発光素子が一体に覆われて封止されている。そして、固体発光素子には例えば青色光を発するＬＥＤ素子が用いられ、封止層の蛍光体には固体発光素子からの青色光の一部により励起されて黄色光を放射する蛍光体が用いられている。したがって、固体発光素子および封止層などによって発光部18が形成され、この発光部18の前面である封止層の前面が発光面となり、この発光面から白色系の照明光が楕円形状に放射される。すなわち、光源15は、異方性を有する、楕円形状の発光面形状を有している。この発光部18の楕円形状は、例えば縦幅方向（Ｙ方向）に沿って長軸方向を有し、横幅方向（Ｘ方向）に沿って短軸方向を有しており、これら長軸および短軸のそれぞれに対して線対称となっている。

そして、光源15には、図示しない点灯装置から固体発光素子に点灯電源を供給する配線が接続されている。

また、図１ないし図３に示すように、光学部材16は、例えば、ポリカーボネートなどの透明樹脂にて一体に形成されたフレネルレンズであり、発光部18の前面に対向するカバー部としてのフレネルレンズ部である前面部20、および発光部18の周囲に対向する枠状の配光制御部である側面部21を備えている。さらに、この光学部材16は、例えば光源15に対して図示しないねじなどの取付手段を介して固定されている。

前面部20は基板17の実装面より大きく形成され、正面視で例えば円形状となっている。また、この前面部20には発光部18に対向する内面に発光部18からの光が入射する前側入射面でもある配光制御面としてのフレネルレンズ面24が形成され、このフレネルレンズ面24とは反対側となる前面部20の外面に光が出射する出射面25が形成されている。フレネルレンズ面24は、通常のレンズを同心円状の領域に分割し、厚みを減らしたレンズであり、径方向にのこぎり状の断面を有し、分割数を多くすればするほど薄くでき、使用材料を減らして軽量化もできる。そして、フレネルレンズ面24は、側面部21により囲まれる領域、すなわち光源15に直接対向する領域である対向領域としての例えば楕円形状の中央領域24aと、側面部21の外方に位置する領域、すなわち光源15に直接対向しない領域である非対向領域としての例えば楕円環状の外部領域24bとを有している。中央領域24aは、発光部18から入射した光を所定の出射方向へ向けて出射させるもので、出射面25から出射する光の出射方向が、例えば、発光部18の前面に垂直な光軸方向と平行となるように制御する。また、外部領域24bは、図５に示すように、側面部21の縁部前方に位置する出射面25により反射された光を再反射させて出射面25から発光部18（図２）の前面に垂直な光軸方向と平行となるように制御する。

また、図１ないし図３に示すように、側面部21は、光源15の発光部18の周囲に対向された入射面28と、この入射面28の周囲に位置する全反射面29とを備えている。そして、この側面部21は、正面視で光源15の発光面形状と異なる枠状、本実施形態では楕円状に形成されている。この側面部21は、入射面28および全反射面29を含めて、横幅方向（Ｘ方向）に沿って長軸方向を有し、縦幅方向（Ｙ方向）に沿って短軸方向を有しており、これら長軸および短軸のそれぞれに対して線対称となっている。したがって、この側面部21（入射面28および全反射面29）は、光源15の発光部18の発光面形状の長軸および短軸に対して長軸および短軸が直交する形状となっている。換言すれば、この側面部21（入射面28および全反射面29）は、光源15の発光部18の発光面形状と異なる形状を有している。ここで、異なる形状とは、単に形状が異なる（合同あるいは相似でない）場合だけでなく、互いに合同あるいは相似な形状であってもその配置が異なる場合も含むものとする。

入射面28は、本実施形態では、一断面位置、例えば長軸を含む断面（ＸＺ平面での断面）位置において、光軸に対して略平行な直線状に、すなわち相対的に傾斜が小さく形成され（図３）、一断面位置に（略）直交する他断面位置、例えば短軸を含む断面（ＸＹ平面での断面）位置において、光軸方向の前側から後側、すなわち下側から上側へと、徐々に拡開するように（外方へと傾斜するように）傾斜状に、すなわち相対的に傾斜が大きく形成されており（図２）、これらの断面位置間の各断面位置において傾斜が連続的に変化している。すなわち、この入射面28は、長軸の一端位置から、短軸の一端位置へと徐々に傾斜が大きくなり、この短軸の一端位置から長軸の他端位置へと徐々に傾斜が小さくなり、この長軸の他端位置から短軸の他端位置へと徐々に傾斜が大きくなり、かつ、この短軸の他端位置から長軸の一端位置へと徐々に傾斜が小さくなるように形成されている。

また、全反射面29は、入射面28に入射した発光部18から周囲の方向へ向かう光線を全反射させるものであり、本実施形態では、放物面状に形成されている。さらに、全反射面29は、光軸方向の後側から前側、すなわち上側から下側へと、徐々に拡開するように（外方へと傾斜するように）傾斜状に形成されている。すなわち、この全反射面29は、入射面28に対して交差する方向に傾斜している。また、この全反射面29は、長軸を含む断面（ＸＺ平面での断面）位置において、相対的に傾斜が小さく形成され（図３）、短軸を含む断面（ＸＹ平面での断面）位置において、相対的に傾斜が大きく形成されており（図２）、これらの断面位置間の各断面位置において傾斜が連続的に変化している。すなわち、この全反射面29は、短軸の一端位置から、長軸の一端位置へと徐々に傾斜が小さくなり、この長軸の一端位置から短軸の他端位置へと徐々に傾斜が大きくなり、この短軸の他端位置から長軸の他端位置へと徐々に傾斜が小さくなり、かつ、この長軸の他端位置から短軸の一端位置へと徐々に傾斜が大きくなるように形成されている。

この結果、入射面28と全反射面29とのそれぞれの傾斜、および、互いの相対的な傾斜（互いになす傾斜角度）は、各断面においてそれぞれ異なっている。したがって、光学部材16は、図６に示すように、側面部21の長軸を含む断面位置での配光分布A1と、側面部21の短軸を含む位置での配光分布A2とが互いに異なっており、配光分布に異方性が生じている。具体的に、光学部材16の配光分布は、図７に示すように、横幅方向（Ｘ方向）に相対的に広くなり、縦幅方向（Ｙ方向）に相対的に狭くなり、これらの間で連続的に変化している。

なお、入射面28および全反射面29の各断面位置での傾斜（角度）とは、入射面28あるいは全反射面29が平面状の場合にはその断面位置での傾斜角度をいい、入射面28あるいは全反射面29が放物面などの曲面状の場合には、その断面位置での曲率をいうものとする。また、これら入射面28と全反射面29とがなす傾斜角度とは、その断面位置での接線のなす角度とする。

そして、図４に示す遮光板14は、光源15からの光を使用者が直視することを避けてグレアを防止する反射部材であり、例えばアルミニウムなどの金属により形成され、光軸方向後側から前側、すなわち上端に位置し光源部13が挿入された入射開口31側から下端に位置し光が出射する出射開口32側へと徐々に拡開状の反射面33を内部に有している。すなわち、この遮光板14は、光源15の前側に突出して上端側が器具本体12に取り付けられ、この上端側の内方に光学部材16の前面部20の出射面25側（前側）が挿入されて位置している。さらに、この遮光板14の外部には、この遮光板14を天井などに取り付けるための取付板34が突設されている。

そして、このように構成された照明器具11では、点灯装置から光源15の複数の固体発光素子に点灯電源を供給することにより、複数の固体発光素子が点灯して発光部18の発光面から光が放射され、この光が光学部材16に入射し、この光学部材16から外部へ出射して、遮光板14の反射面33により反射（規制）されて所定のビーム角となるように出射開口32から出射する。

光学部材16のフレネルレンズ面24が形成された前面部20に入射した発光部18からの光は、前面部20のフレネルレンズ面24により屈折、あるいは全反射などされることにより、出射面25から例えば光軸方向と平行な方向へ向けて出射される。また、発光部18からこの発光部18の周囲へ向かい前面部20（フレネルレンズ面24）に入射しない光は、側面部21の入射面28に入射した後、全反射面29で全反射されて出射面25から出射される。

このとき、例えば光源15の長軸に対応する位置、すなわち発光面形状の幅が最も広い位置からの光線は、入射面28の短軸に対応する位置に入射して、全反射面29の短軸に対応する位置で、図６に示す最も狭い配光分布A2（図２）で全反射される。また、光源15の短軸に対応する位置、すなわち発光面形状の幅が最も狭い位置からの光線は、入射面28の長軸に対応する位置に入射して、全反射面29の長軸に対応する位置で、図６に示す最も広い配光分布A1（図３）で全反射される。これらの間の領域では、全反射面29の短軸に対応する位置から長軸に対応する位置に亘って、連続的に配光分布が変化するように全反射される。したがって、光源15の相対的に発光面形状の幅が狭い位置が相対的に発光面形状の幅が広い位置に対して広げられることにより、発光面形状の異方性が、側面部21の異方性を有する配光分布によって矯正され、光源15の発光部18全体からの光線に対して、円形状、あるいは実質的に円形状の照度分布が得られる。

また、発光部18からの光のうち、図５に示すように入射面28とフレネルレンズ面24との境界位置から全反射面29とフレネルレンズ面24との境界位置までの間に入射した光は、光学部材16の出射面25で全反射された後、フレネルレンズ面24により前方へと再反射されて出射面25から光軸と平行な方向へ向けて出射する。

以上説明した一実施形態によれば、光源15の発光面形状と異なる形状に形成され光源15の周囲に対向する入射面28と、この入射面28から入射した光線を全反射させる全反射面29との少なくともいずれかの傾斜を、所定の一断面位置とこの一断面位置に対して略直交する他断面位置とで異ならせることで、光源15から等角度で出射した光を異なる断面毎に異なる角度で全反射させることができる。したがって、光源15の発光面形状を側面部21で補正でき、照度分布の対称性を向上できる。

また、前面部20の光源15側にフレネルレンズ面24を有することで、より効率よく配光制御できるとともに、通常のレンズ面などを用いる場合と比較して、光学部材16を薄く、軽量化できる。

さらに、前面部20の全反射面29の外方に位置する部分の光源15側に、光線を前側へと反射させる凹凸をフレネルレンズ面24（外部領域24b）により形成することで、フレネルレンズ面24の中央領域24aおよび全反射面29に入射しない光を出射面25から出射させることができ、出射面25から光を取り出す光取出効率を向上できる。

なお、上記一実施形態において、固体発光素子は、ＣＯＢモジュールを構成するＬＥＤ素子に限定されず、表面実装形のＳＭＤ素子などでもよい。

また、光源15の発光面形状は任意に設定でき、その発光面形状に対応して、光学部材16の入射面28および全反射面29の形状を発光面形状と異なる形状に形成することで、対称性を向上した照度分布を得ることが可能になる。

さらに、前面部20の全反射面29の外方に位置する部分の光源15側の凹凸は、フレネルレンズ面24に限定されず、例えばプリズム面などとすることもできる。

そして、光源は複数用いてもよい。この場合、これら光源全体を１つの光源と見た場合の仮想的な発光面形状を光源全体としての発光面形状とする。例えば円形状の発光面形状を有する光源を２つ並べた場合には、それらの発光面形状を内部に含んで外接する楕円形状を光源全体としての発光面形状と見ることができ、例えば長方形状の発光面形状を有する光源を２つ並べた場合には、それらの発光面形状を内部に含んで外接する長方形状を光源全体としての発光面形状と見ることができる。そして、このように複数の光源を用いる場合、光源全体としての発光面形状と異なる形状の１つの配光制御部によって光源全体を覆うように構成することで、上記一実施形態と同様の作用効果を奏することができる。

本発明の一実施形態を説明したが、この実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。この実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

11 照明器具
15 光源
20 カバー部としての前面部
21 配光制御部としての側面部
24 フレネルレンズ面
28 入射面
29 全反射面

Claims (3)

1. 光源と；
   光源の前側に少なくとも一部が対向するカバー部と；
   光源の発光面形状と異なる形状に形成され光源の周囲に対向する入射面、および、この入射面の周囲に対向しこの入射面から入射した光線を全反射させる全反射面を備え、これら入射面と全反射面との少なくともいずれかの傾斜が所定の一断面位置とこの一断面位置に対して略直交する他断面位置とで異なる配光制御部と；
   を具備していることを特徴とする照明器具。
2. カバー部は、光源側にフレネルレンズ面を有している
   ことを特徴とする請求項１記載の照明器具。
3. カバー部は、全反射面の外方に位置する部分の光源側に、光線を前側へと反射させる凹凸を有している
   ことを特徴とする請求項１または２記載の照明器具。