JP2013045530A - 発光装置及び照明器具 - Google Patents

Abstract

【課題】発光装置において、出射光が照射面に照射されたときの色ムラが少なく、光源の直下照度の低下を抑制する。
【解決手段】発光装置１は、光源２と、出射光を配光制御する光学レンズ３とを備える。光学レンズ３は、光源２からの出射光を集光する第１のレンズ４と、集光された光を平行光とする第２のレンズ５とを備える。第１のレンズ４は、入射面４１から入射した光を集光面４３に集光する断面形状が放物線形状の第１の反射面４２を有する。第２のレンズ５は、集光面４３との連接面５１から入射した光を反射して平行光として出射面へ反射する断面形状が放物線形状の第２の反射面５２を有する。この構成によれば、第１の反射面４２が集光面４３に光を集光させて混光することで出射光の色ムラを少なくし、集光面４３を擬似光源として、集光面４３からの光を第２の反射面５２で平行光とすることで光源２の直下照度の低下を抑制することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、光源の前面に光学レンズを設けた発光装置及びそれを用いた照明器具に関する。

発光ダイオード（以下、ＬＥＤ）は、低電力で高輝度の発光が可能であり、表示等や照明器具等の様々な電気機器の光源として使用されている。近年では、赤色ＬＥＤ及び緑色ＬＥＤに加えて、青色ＬＥＤが実用化され、これらＲＧＢ３色のＬＥＤを組み合わせることにより、様々な光色を発光することができる。また、青色ＬＥＤの光を蛍光体に当てて黄色の光を出力し、青色光と黄色光とを混色させて白色光を作り出す、いわゆる白色ＬＥＤが知られている。ＬＥＤは発光強度及び発光効率に優れ、これを光源とする発光装置がダウンライトやスポットライト、ベースライト等の照明器具に利用されている。

ＬＥＤは発光面の面積が白熱電球や蛍光灯等に比べて小さく、また片側面発光である。そこで、ＬＥＤを光源とする発光装置においては、ＬＥＤの前面に出射光の配光を制御する光学レンズを用いて光源の正面照度を向上させている（例えば、特許文献１参照）。ところが、光学レンズを用いると、レンズの結像効果により、照射面に光源像が写ることがある。一般的な白色ＬＥＤは、青色ＬＥＤチップに黄色蛍光体を含有する透光性樹脂を被覆させているので、青色光の発光領域よりも、黄色光の発光領域の方が大きく、光出射の位置及び角度によって発光スペクトルが異なる。そのため、図１３（ａ）に示す発光装置１０１において、白色ＬＥＤ１０２からの出射光を、レンズ１０３で青色光（実線矢印）を平行光とした場合、照射面において青色光が中央領域に照射され、黄色光がその周辺部に照射されて色ムラが生じる。また、図１３（ｂ）に示すように、白色ＬＥＤ１０２から出射された光を、レンズ１０３によって黄色光（破線矢印）を平行光とした場合も、上述の場合と同様である。更に、図１３（ｃ）に示すように、屈折反射レンズ１０３を用いて青色光及び黄色光の両方を平行光とした場合も、照射面において色ムラが生じる。

ところで、従来のスポットライトやダウンライト等の狭角配光を行うＬＥＤ照明器具では、電力１Ｗ程度のＬＥＤパッケージが複数用いられている。しかし、ＬＥＤパッケージは、放熱性等を考慮して所定の間隔をあけて配置する必要があるので器具の小型化が難しく、小型化のためにパッケージ数を少なくすると、高出力化を実現できなくなる。また、複数のＬＥＤパッケージが互いに離れた位置から光を出射するので、複数の影を発生させてしまう。そこで、近年では、複数の青色ＬＥＤチップをマトリクス上に並べて、それらを蛍光体含有樹脂で被覆させた高出力ＬＥＤパッケージが用いられている。

しかしながら、図１４に示すような複数の青色ＬＥＤチップを用いた高出力ＬＥＤパッケージ１０２は、照射面において各青色ＬＥＤチップから出射された青色光が結像されて、色ムラを生じさせることがある。図１５（ａ）乃至（ｄ）は、この種の高出力ＬＥＤパッケージ１０２を光源として用い、これに汎用レンズ１０３を配置したときの光の導出パターン、及び光源から５０ｃｍの距離における正面照度分布、色度ｘ分布、並びに色度ｙ分布を示す。同図によれば、同パッケージによる正面の照度分布（数値はｌｘ）が疎らであり、照射面においてＬＥＤチップから出射された青色光（色度（ｘ：０．２８−０．３１、ｙ：０．２８−０．３２））が結像して色ムラを生じていることが分かる。また、照射面に映る光の形状が長方形状になり、見栄えが悪い。この種の高出力ＬＥＤパッケージは、青色ＬＥＤチップをマトリクス状に並べて発光面積を大きくしているので、蛍光体及び封止材の最適化が容易でなく、パッケージそのものを工夫して色ムラを生じ難いものとすることが困難である。

そこで、出射面に複数の凸レンズを形成する等の拡散処理を施した光学レンズを用いて、光を拡散させることにより、色ムラを抑制することができる発光装置が知られている（例えば、特許文献２参照）。図１６（ａ）乃至（ｃ）は、光学レンズの出射面に完全拡散５°となる拡散処理を施した光源を用いたときの正面照度分布、色度ｘ分布及び色度ｙ分布のシミュレーション結果を示す。また、図１７（ａ）乃至（ｃ）は、完全拡散１０°となる拡散処理を施した光源を用いたときの正面照度分布、色度ｘ分布，色度ｙ分布のシミュレーション結果を示す。図１６（ｂ）（ｃ）に示すように、光学レンズの出射面に完全拡散５°となる拡散処理を施した場合、拡散処理が施されていない場合（図１５（ｂ）（ｃ）参照）に比べれば色ムラが改善されたが、照射面における色ムラは依然として発生した。これに対して、図１７（ｂ）（ｃ）に示すように、光学レンズの出射面に完全拡散１０°となる拡散処理を施した場合、照射面における色度分布はｘ：０．３１−０．３７、ｙ：０．３２−０．４の範囲で、概ね白色光となり、色ムラは殆ど生じなかった。つまり、光学レンズの出射面の完全拡散性を高めれば、照射面における色ムラの発生を抑制することができる。また、図１６（ａ）及び図１７（ａ）に示すように、完全拡散性を高めるほど照射面に映る光の形状は円形になる。

特開２００３−２８１９０８号公報 特開２００７−２６５９６４号公報

しかしながら、完全拡散５°の拡散処理を施した場合、正面照度の最高値は１６０００〜１８０００ｌｘがであったのに対して（図１６（ａ）参照）、完全拡散１０°の場合、正面照度の最高値は１００００〜１２０００ｌｘであった（図１７（ａ）参照）。すなわち、色ムラを抑制するために光学レンズの出射面の完全拡散性を高めると、照射範囲が広くなり狭角配光ができず、光源の直下照度が低くなってしまう。

また、上記特許文献１，２に記載された光学レンズは、光源の発光面の中心部からの出射光に最適化されて設計されており、複数のＬＥＤチップを用いる等により光源の発光面の面積が大きい場合、発光面の周縁部からの出射光を効果的に配光制御できない。特に、上述した高出力ＬＥＤパッケージのように、光出射の位置及び角度によって発光スペクトルが異なる光源を用いた場合には、照射面において色ムラを生じ易い。

本発明は、上記課題を解決するものであり、出射光が照射面に照射されたときに色ムラを生じ難く、しかも光源の直下照度の低下を抑制することができる発光装置及びそれを用いた照明器具を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明に係る発光装置は、光源と、前記光源からの出射光の配光を制御する光学レンズと、を備えた発光装置であって、前記光源は、光出射の位置及び角度によって発光スペクトルが異なり、前記光学レンズは、前記光源からの出射光を集光する第１のレンズと、該第１のレンズにより集光された光を平行光とする第２のレンズと、を備え、前記第１のレンズは、前記光源からの出射光が入射する入射面と、前記入射面から入射した光を反射して集光する断面形状が放物線形状の第１の反射面と、前記入射面から入射した光及び前記第１の反射面により集光された光を前記第２のレンズへ出射する集光面と、を有し、前記第２のレンズは、前記集光面に連接される連接面と、該連接面から立設されて入射した光を反射して平行光とする断面形状が前記光源方向に凸となる放物線形状の第２の反射面と、前記連接面から入射した光及び前記第２の反射面によって反射された平行光を出射する出射面と、を有することを特徴とする。

上記発光装置において、前記出射面は、前記連接面から入射し、前記出射面に直接的に到達する光を屈折させて平行光とする非球面の凸状面を有することが好ましい。

上記発光装置において、前記第１の反射面及び前記第２の反射面に反射処理が施されていることが好ましい。

上記発光装置において、前記光源は、第１の分光分布を有する光を発光する固体発光素子と、前記固体発光素子の光を受けて前記第１の分光分布と異なる第２の分光分布を有する光を発光する波長変換部材と、を備えることが好ましい。

上記発光装置において、前記固体発光素子が複数設けられていることが好ましい。

上記発光装置において、前記光源は、色温度の異なる複数のＬＥＤパッケージを並べたものであることが好ましい。

上記発光装置において、前記光源は、発光色が夫々赤、緑、青である固体発光素子を並べたＬＥＤパッケージであることが好ましい。

上記発光装置は、照明器具に用いられることが好ましい。

本発明によれば、第１のレンズの第１の反射面が入射面から入射した光を集光面に集光させて混光させるので、出射光が照射面に照射されたときに色ムラを生じ難くすることができる。また、集光面を第２のレンズの擬似光源とし、集光面からの光を第２のレンズの第２の反射面で平行光として配光を効率的に狭角とするので、光源の直下照度の低下を抑制することができる。

本発明の第１の実施形態に係る発光装置の斜視図。 （ａ）（ｂ）は同発光装置に用いられる光学レンズの側断面図。 （ａ）（ｂ）は同光学レンズの第１のレンズに入射した光の光路を示す側面図。 （ａ）（ｂ）は同光学レンズに入射及び出射する光の光路を示す側面図。 同光学レンズの第２のレンズから出射する光の光路を示す側面図。 同光学レンズに入射及び出射する光の光路を示す側面図。 （ａ）は同光学レンズを用いたときの照射面における正面照度分布シミュレーション結果を示す図、（ｂ）（ｃ）は夫々上記照射面における色度ｘ分布及び色度ｙ分布のシミュレーション結果を示す図。 （ａ）乃至（ｄ）は夫々光源の変形例を示す図。 （ａ）（ｂ）は上記第１の実施形態における漏れ光の光路を説明するための側面図。 （ａ）（ｂ）は本発明の第２の実施形態に係る発光装置において漏れ光が無いことを説明するための側面図。 同光学レンズに入射及び出射する光の光路を示す側面図。 （ａ）は同光学レンズを用いたときの照射面における正面照度分布シミュレーション結果を示す図、（ｂ）（ｃ）は夫々上記照射面における色度ｘ分布及び色度ｙ分布のシミュレーション結果を示す図。 （ａ）乃至（ｃ）は従来の発光装置において、照射面における色ムラの発生を説明するための図。 複数のＬＥＤを用いた従来の発光装置において、照射面における色ムラの発生を説明するための図。 （ａ）は複数のＬＥＤを用いた従来の発光装置において汎用のレンズを用いたときの光路を示す側面図、（ｂ）は照射面における正面照度分布シミュレーション結果を示す図、（ｃ）（ｄ）は夫々上記照射面における色度ｘ分布及び色度ｙ分布のシミュレーション結果を示す図。 （ａ）は同レンズに完全拡散５°の拡散処理を施したときの照射面における正面照度分布シミュレーション結果を示す図、（ｂ）（ｃ）は夫々上記照射面における色度ｘ分布及び色度ｙ分布のシミュレーション結果を示す図。 （ａ）は同レンズに完全拡散１０°の拡散処理を施したときの照射面における正面照度分布シミュレーション結果を示す図、（ｂ）（ｃ）は夫々上記照射面における色度ｘ分布及び色度ｙ分布のシミュレーション結果を示す図。

本発明の第１の実施形態に係る発光装置について、図１〜図８を参照して説明する。図１に示すように、本実施形態の発光装置１は、光源２と、この光源２の前面に設けられ、光源２からの出射光の配光を制御する透光性部材から成る光学レンズ３と、を備える。光源２は、青色領域の光を出射する複数のＬＥＤチップ２１を備えたＬＥＤパッケージが用いられる。光学レンズ３は、光源２の発光面の中心を通る法線（光軸Ｌ）を中心軸とした回転対称形状であり、光源２からの出射光を集光する第１のレンズ４と、この第１のレンズ４により集光された光を平行光とする第２のレンズ５と、を備える。ここで、「集光」とは、「限定された面積に光を集めること」と意味し、特定の点に光を集めることに限られない。発光装置１は、光源２及び光学レンズ３を所定間隔に保持する保持部材（不図示）を備え、この保持部材に保持された状態でスポットライト等の照明器具に組み込まれる。

光学レンズ３は、アクリル樹脂、ポリカーボネート又はガラス等の透光性材料を用いて、金型、射出成型又は切削加工等によって後述する形状に成型される。光学レンズ３を構成する第１のレンズ４及び第２のレンズ５は、一体的に形成されてもよく、また、夫々が個別に形成された後、第１のレンズ４及び第２のレンズ５を構成する材料と同じ屈折率の透明接着剤等により隙間なく連接されてもよい。このように、第１のレンズ４及び第２のレンズ５が一体形成、又は実質的に一体的に形成されることにより、第１のレンズ４によって集光された光が、ロスすることなく第２のレンズ５に取り込まれる。

第１のレンズ４は、光源２からの出射光が入射する入射面４１と、入射面４１から入射した光を反射して集光する第１の反射面４２と、入射面４１から入射した光及び第１の反射面４２により集光された光を第２のレンズ５へ出射する集光面４３と、を有する。第２のレンズ５は、第１のレンズ４の集光面４３と連接される連接面５１と、連接面５１から入射した光を反射して平行光とする第２の反射面５２と、連接面５１から入射した光及び第２の反射面５２によって反射された平行光を出射する出射面５３と、を有する。第１の反射面４２及び第２の反射面５２は、夫々断面形状が放物線形状となるように形成されている。また、出射面５３の中央部には凹部５４が形成され、この凹部５４に非球面の凸状面５５が形成されている。

光源２は、上面視矩形状のマウント基材２０と、マウント基材２０上に実装された固体発光素子（ＬＥＤチップ）２１と、ＬＥＤチップ２１の発光面を被覆する波長変換部材２２と、を備える。ＬＥＤチップ２１には、青色光を放射するＧａＮ系青色ＬＥＤチップが用いられる。波長変換部材２２は、シリコーン樹脂等の透光性樹脂材料から成る充填材に、ＬＥＤチップ２１からの出射光の波長を変換する蛍光体を含有させたものである。本実施形態において、光源２は、複数のＬＥＤチップ２１がマウント基材２０上においてマトリクス状に配されているので、単一のＬＥＤを備えたパッケージに比べて、発光面の面積が大きく、複数のＬＥＤチップ２１が波長変換部材２２によって被覆されている。そのため、光源２は、光出射の位置及び角度によって発光スペクトルが異なり、それ単体では、図１４等に示したように照射面において色ムラを生じさせることがある。なお、マウント基材２０の一側面にはカソード電極が、他側面にはアノード電極が設けられ、マウント基材２０の下面両端部に形成された外部接続電極に夫々接続される（不図示）。マウント基材２０の実装面は、光反射又は光拡散機能を有するように構成されていてもよい。蛍光体には、黄色蛍光体として汎用されるＹＡＧ系蛍光体が樹脂材料に混練され、所定形状の波長変換部材２２が作成される。なお、蛍光体に加えて、又はそれに換えて所定の波長の光を選択的に透過させることによってＬＥＤチップ２１の出射光の波長を変換するフィルタ（不図示）が用いられてもよい。

上記のように構成された光源２は、ＬＥＤチップ２１から出射される第１の分光分布を有する光と、ＬＥＤチップ２１の光を受けて、波長変換部材２２から出射される第２の分光分布の光とを混色させた混色光を出射する。第１の分光分布及び第２の分光分布は互いに異なるものであり、例えば、第１の分光分布のピーク波長は４３０〜４６０ｎｍ（紫〜青）の範囲、第２の分光分布のピーク波長は５５０〜６００ｎｍ（緑〜黄）の範囲とすることが好ましい。これらの光を混色することにより、自然な白色光を得ることができる。

光学レンズ３の第１のレンズ４及び第２のレンズ５の形状について、図２乃至図５を参照してより詳細に説明する。第１のレンズ４の入射面４１は円形状の平坦面であり、光源２からの出射光を無駄なく光学レンズ３に取り込むため、その直径が少なくとも光源２の対角線よりも大きく、光源２の発光面全面を包含する大きさになるように形成されている。集光面４３は、入射面４１よりも直径が小さな円形状の平坦面であり、その周縁が第１の反射面４２によって入射面４１の周縁と繋がれている。

第１の反射面４２は、断面形状が集光面４３の周縁に焦点Ｆ１を有する放物線Ｐ１の形状であり、この放物線Ｐ１の一部を光軸Ｌを中心にスイープさせた形状から成る。放物線Ｐ１の軸Ｘ１は、入射面４１に対して所定の傾け角度θだけ傾斜している。この角度θは、第１のレンズ４の入射面４１に入射する光の屈折角を考慮して定められる。ここで、図３（ａ）に示すように、光源２（図１参照）から出射された光Ｒ１の入射面４１に対する入射角をθ_１、第１のレンズ４内に入射した光の屈折角をθ_２、光学レンズ３の外部（空気）の屈折率をｎ_１、光学レンズ３の構成材料の屈折率をｎ_２とする。このとき、屈折角θ_２はスネルの法則に基づき下記式（１）に従って算出される。

[数１]
ｓｉｎθ_１・ｎ_１＝ｓｉｎθ_２・ｎ_２ ・・・（１）

入射角θ_１の最大角度は９０°であり、外部（空気）の屈折率ｎ_１は１であるから、光学レンズ３の構成材料の屈折率ｎ_２を１．５すると、屈折角θ_２は４１．８°である。放物線の軸に平行な光は、放物線の焦点に集光される。つまり、屈折率ｎ_２が１．５である光学レンズ３では、放物線Ｐ１の傾け角度θを４１．８°にすれば、同じ屈折角で第１のレンズ４内に進行した光は、入射面４１のいずれの位置から入射しても、第１の反射面４２によって反射されて焦点Ｆ１に集光される。そして、集光面４３の周縁より外側へは出射されない。また、図３（ｂ）に示すように、光Ｌ１の入射角θ_１よりも小さい入射角θ_３で入射面４１へ入射した光Ｌ２は、その屈折角θ_４が上記光Ｌ１の屈折角θ_２よりも小さくなるので、集光面４３の周縁よりも内側へ出射される。従って、放物線形状から成る第１の反射面４２は、入射面４１に入射した光を、集光面４３の周縁よりも内側に集光することができ、この集光面４３を第２のレンズ５の擬似光源とすることができる。集光面４３の面積は、第２のレンズ５で平行光とする反射効率を高めるため、なるべく小さく設計されることが好ましい。なお、集光面４３及び入射面４１の大きさは互いに影響し合うので、これらの大きさは、例えば、３Ｄ−ＣＡＤ等によりモデリングと光学シミュレーションを繰り返して決定されることが好ましい。

この第１のレンズ４によれば、光源２の発光面積が広く、光出射の位置及び角度によって発光スペクトルが異なる場合であっても、光源２から入射面４１に入射した光を集光面４３に集光させることができる。特に、図４（ａ）に示すように、入射面４１の周縁部からの入射した光を効果的に集光面４３に集光させることができる。なお、図４（ｂ）に示すように、光源２の中央部から入射面４１に入射して第１のレンズ３内を進行する光は、第１の反射面４２に対する入射角が小さく、第１の反射面４２で全反射されず、レンズ外へ出射されることがある。そこで、同図に示したように、第２のレンズ５の連接面５１は、その直径が集光面４３よりも大きく、第１の反射面４２からレンズ外へ出射された光を第２のレンズ５内に取り込むように設計されることが好ましい。

第２のレンズ５の連接面５１は、円形状の平坦面であり、図２（ｂ）に示すように、その直径が第１のレンズ４の集光面４３よりも大きく、周縁が第２の反射面５２と繋がっている。第２の反射面５２は、断面形状が光源２の方向に凸である放物線Ｐ２の形状であり、この放物線Ｐ２の一部を光軸Ｌを中心にスイープさせた形状から成る。放物線Ｐ２は、光軸Ｌを軸Ｘ２とし、集光面４３と光軸Ｌとの交点を焦点Ｆ２とする。つまり、第１のレンズ４から、焦点Ｆ２を通って第２の反射面５２に入射した光は、第２の反射面５２によって反射されて軸Ｘ２（光軸Ｌ）と平行な平行光となる。

出射面５３は、連接面５１と平行で、連接面５１よりも直径が大きな円形状の平坦面である。第２の反射面５２によって反射された平行光は、出射面５３で屈折することなく、平行光のままレンズ外へ出射される。また、第２のレンズ５の出射面５３には、連接面５１から入射し、第２の反射面によって反射されることなく直接的に出射面５３に到達する光を屈折させて平行光とする非球面の凸状面５５が形成されている。この凸状面５５によれば、連接面５１（集光面４３）から比較的狭角配光で出射され、第２の反射面５２によって反射されない光を平行光にすることができる。また、非球面の凸状面５５を、出射面５３に形成された凹部５４内に形成する、つまり凸状面５５をフレネル構造とすることで、第２のレンズ５の光軸Ｌ方向の突出量を小さくすることができる。上記のように構成された第２のレンズ５は、図５に示すように、第２の反射面５２及び非球面の凸状面５５で、連接面５１から入射され、第２のレンズ５内を進行する光を反射又は屈折させることにより、それらを平行光とすることができる。また、第２の反射面５２のうち、出射面５３の周縁と近接する部分は、面取り面５６とされている。この部分を面取り面５６とすることにより、複数の光学レンズ３が併設されて各レンズ同士を当接させたときに、第２の反射面５２及び出射面５３が破損することを防止することができる。

すなわち、第１のレンズ４は、入射面４１により光源２からの光を無駄なく光学レンズ３内に取り込み、第１の反射面４２により集光面４３に集光させる。このとき、光源２が、光出射の位置及び角度によって発光スペクトルが異なるものであっても、各位置及び各角度の光が集光面４３に集光される際に混光されるので、集光面４３を色ムラや輝度ムラの少ない光を出射する擬似光源として機能させることができる。そして、第２のレンズ５は、連接面５１において集光面４３からの光をそのまま第２のレンズ内に取り込み、第２の反射面５２及び非球面の凸状面５５で、それらの光を平行光として出射面５３及び非球面の凸状面５５の表面から出射することができる。

図６は、本実施形態の光学レンズ３を用いたときの光路のシミュレーション結果を示す。同図から明らかなように、発光装置１は、光学レンズ３を用いることにより、出射面５３及び非球面の凸状面５５の表面から平行光を出射することができ、スポットライトやダウンライト等の照明器具に適した狭角配光の光を照射することができる。

また、図７（ａ）乃至（ｃ）は、同じく光学レンズ３を用いたときの光源２から５０ｃｍの距離における正面照度分布、色度ｘ分布、及び色度ｙ分布のシミュレーション結果を示す。本実施形態によれば、図７（ａ）に示すように、照射面に映る光の形状は、汎用のレンズを用いたときのシミュレーション結果（図１５（ａ）参照）に比べて、整った円形になった。また、正面照度の最高値は光源２の直下位置において１６０００〜１８０００ｌｘであり、色ムラを抑制できる完全拡散１０°の拡散処理を施した場合（図１７（ａ）参照）に比べて、直下照度が高くなった。更に、図７（ｂ）（ｃ）に示すように、照射面における色度分布はｘ：０．３１−０．３７、ｙ：０．３２−０．４の範囲で、概ね白色光となり、色ムラもほとんど確認されなかった。これらの結果は、汎用のレンズを用いたときのシミュレーション結果（図１５（ｂ）（ｃ）参照）を上回るものであり、本実施形態の発光装置１は、照射面における色ムラを抑制することができ、しかも光源の直下照度の低下を抑制できることを示す。

本実施形態において、光源２は、図８（ａ）に示すような複数のＬＥＤチップ２１（固体発光素子）を波長変換部材２２で被覆させた高出力ＬＥＤパッケージ２ａが好適に用いられるが、これに限られない。例えば、図８（ｂ）に示すように、一つのＬＥＤチップ２１が波長変換部材２２と組み合わされたＬＥＤパッケージ２ｂであってもよい。上記図１３で示したように、ＬＥＤチップに波長変換部材を被覆させたＬＥＤ光源は、その構造上、ＬＥＤが１つであっても色ムラを生じ易いが、このような光源２であっても、本実施形態のような光学レンズ３を用いれば、出射光の色ムラを少なくすることができる。また、図８（ｃ）に示すように、色温度の異なる複数のＬＥＤパッケージ２ｃ，２ｄを基板２０ａ上に並べた光源２’であってもよい。この例としては、昼白色光を出射するＬＥＤパッケージ２ｃと、電球色光を出射するＬＥＤパッケージ２ｄとを組み合わせることが挙げられる。光学レンズ３は、入射面４１の面積が大きく、この入射面４１に入射した光の位置や角度等が異なり、発光スペクトルが不一致であっても、これらを集光面４３に集光することで色ムラを抑制でき、所望の色温度の照明光が得られる。

また、図８（ｄ）に示すように、発光色が夫々赤、緑、青であるＬＥＤチップ２１ｒ，２１ｇ，２１ｂを基板２０ｂ上の１ｍｍ以内の範囲に並べ、これらを封止材２２ａで封止したＬＥＤパッケージ２ｅであってもよい。このようなＬＥＤパッケージ２ｅは、それ単体では、照射面の中央寄りの領域には各光色が混光された白色光が照射されるが、その周辺領域には各光色が混光されず個々に照射されて色ムラを生じる。これに対して、本実施形態の光学レンズ３によれば、これらを混光して色ムラの少ない照明光を得ることができる。なお、光源２はＬＥＤに限らず、例えば、有機ＥＬ素子が用いられてもよい。

次に、本発明の第２の実施形態に係る発光装置１について、図９乃至図１２を参照して説明する。本実施形態の発光装置１は、光学レンズ３の第１の反射面４２及び第２の反射面５２に反射処理が施されているものである。反射処理は、例えば、第１の反射面４２及び第２の反射面５２の表面に、アルミニウム等の高反射性を有する金属材料をめっき処理又は蒸着すること等によって行われる。

上記第１の実施形態において、第１の反射面４２及び第２の反射面５２は、その内表面（レンズ外部との界面）において光学レンズ３内を進行する光を全反射することにより、光を集光し又は平行光としていた。そのため、図９（ａ）（ｂ）に示すように、第１の反射面４２及び第２の反射面５２への入射角が臨界角以内であると、全反射することなく屈折透過され、一部の光が漏れ光としてロスすることがある。

これに対して、本実施形態においては、図１０（ａ）（ｂ）に示すように、第１の反射面４２及び第２の反射面５２が反射処理されているので、全反射しない光も反射することができ、漏れ光を無くすことができる。従って、光源２からの光を無駄なく出射面５３及び凸状面５５から出射することができ、発光装置１の直下照度を向上させることができる。

図１１は、本実施形態の光学レンズ３を用いたときの光路のシミュレーション結果を示す。発光装置１は、本実施形態の光学レンズ３を用いることにより、上記第１の実施形態よりも効果的に出射面５３及び非球面の凸状面５５の表面から平行光を出射することができる。また、図１２（ａ）乃至（ｃ）は、同じく光学レンズ３を用いたときの光源２から５０ｃｍの距離における正面照度分布、色度ｘ分布、及び色度ｙ分布のシミュレーション結果を示す。本実施形態によれば、照射面に映る光の形状は、上記第１の実施形態よりも整った円形であり、正面照度の最高値は光源２の直下位置において１６０００〜１８０００ｌｘであり、その範囲が上記第１の実施形態よりも広がった。また、照射面における色ムラはほとんど確認されなかった。なお、本実施形態のおいては、第１の反射面４２及び第２の反射面５２の両方に反射処理が施されている例を示したが、いずれか一方のみに反射処理が施されてもよい。また、第１の反射面４２又は第２の反射面５２のうち、特に漏れ光が生じ易い箇所に局所的に反射処理が施されてもよい。

本発明は、上述した実施形態に限らず、種々の変形が可能である。断面形状が放物線形状である少なくとも２種の反射面を有し、一方の反射面で光を集光して擬似的な光源を作り、他方の反射面で擬似光源からの光を平行光とすることにより、色ムラを抑えて狭角配光を実現したものであればよい。

１ 発光装置
２ 光源（ＬＥＤパッケージ）
２ａ ＬＥＤパッケージ
２ｂ ＬＥＤパッケージ
２ｃ ＬＥＤパッケージ
２ｄ ＬＥＤパッケージ
２ｅ ＬＥＤパッケージ
２１ ＬＥＤチップ（固体発光素子）
２１ｂ ＬＥＤチップ（青色）
２１ｇ ＬＥＤチップ（緑色）
２１ｒ ＬＥＤチップ（赤色）
２２ 波長変換部材
３ 光学レンズ
４ 第１のレンズ
４１ 入射面
４２ 第１の反射面
４３ 集光面
５ 第２のレンズ
５１ 連接面
５２ 第２の反射面
５３ 出射面
５５ 非球面の凸状面

Claims (8)

1. 光源と、前記光源からの出射光の配光を制御する光学レンズと、を備えた発光装置であって、
   前記光源は、光出射の位置及び角度によって発光スペクトルが異なり、
   前記光学レンズは、前記光源からの出射光を集光する第１のレンズと、該第１のレンズにより集光された光を平行光とする第２のレンズと、を備え、
   前記第１のレンズは、前記光源からの出射光が入射する入射面と、前記入射面から入射した光を反射して集光する断面形状が放物線形状の第１の反射面と、前記入射面から入射した光及び前記第１の反射面により集光された光を前記第２のレンズへ出射する集光面と、を有し、
   前記第２のレンズは、前記集光面に連接される連接面と、該連接面から立設されて入射した光を反射して平行光とする断面形状が前記光源方向に凸となる放物線形状の第２の反射面と、前記連接面から入射した光及び前記第２の反射面によって反射された平行光を出射する出射面と、を有することを特徴とする発光装置。
2. 前記出射面は、前記連接面から入射し、前記出射面に直接的に到達する光を屈折させて平行光とする非球面の凸状面を有することを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
3. 前記第１の反射面及び前記第２の反射面に反射処理が施されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の発光装置。
4. 前記光源は、第１の分光分布を有する光を発光する固体発光素子と、前記固体発光素子の光を受けて前記第１の分光分布と異なる第２の分光分布を有する光を発光する波長変換部材と、を備えることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の発光装置。
5. 前記固体発光素子が複数設けられていることを特徴とする請求項４に記載の発光装置。
6. 前記光源は、色温度の異なる複数のＬＥＤパッケージを並べたものであることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の発光装置。
7. 前記光源は、発光色が夫々赤、緑、青である固体発光素子を並べたＬＥＤパッケージであることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の発光装置。
8. 請求項１乃至請求項７のいずれか一項に記載の発光装置を用いた照明器具。