JP2013069478A - レンズ、照明装置、電球形ランプおよび照明器具 - Google Patents

Abstract

【課題】光軸方向の光度および光軸方向に交差する方向の光度とも高く、広角の配光特性を得て、さらにレンズ越しにＬＥＤ素子を直視した場合の眩しさを低減する。
【解決手段】レンズ14は、一体に形成された第１のレンズ部46と第２のレンズ部48とを備える。第１のレンズ部46は、面光源34からの光が入射する光軸方向の一方に向けて開口する第１の凹部45を有する半球殻状に形成する。第２のレンズ部48は、光軸方向の他方側に向けて開口する第２の凹部47を有する半球殻状に形成する。さらに、第１のレンズ部46には光拡散特性を持たせるためのシボ処理が施されている。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、光源からの光を制御するレンズ、このレンズをそれぞれ用いた照明装置および電球形ランプ、この電球形ランプを用いた照明器具に関する。

従来、白熱電球に代替可能で、光源にＬＥＤ素子を用いた電球形ランプがある。この電球形ランプでは、基体の一端面に、ＬＥＤ素子を実装して光源を形成した基板を取り付け、さらに、基体の一端に、光源を覆うグローブを取り付けている。

一般に、白熱電球は、光軸方向の光度および光軸方向に交差する方向の光度とも高く、広角の配光特性を有するが、前記電球形ランプの場合、光源の正面に対向する光軸方向の光度が高く、光軸方向に交差する方向の光度が低い配光特性となるため、照明器具によっては使用が適さない場合がある。

そのため、電球形ランプにおいても、白熱電球と同様に、光軸方向の光度および光軸方向に交差する方向の光度とも高く、広角の配光特性を有することが理想的である。電球形ランプでは、光源を覆うグローブに拡散性を持たせていることが多いが、このグローブによる拡散では光軸方向に交差する方向の十分な光度の向上を得ることは難しい。

そこで、光源に対向するようにレンズを配置し、このレンズによって光源から光軸方向へ向かう光を光軸方向に交差する方向へ反射させ、光軸方向に交差する方向への光度を高めたものがある。

特に、グローブを透明材料で形成した場合にはレンズに映り込むＬＥＤが浮いて見えるため、白熱電球のフィラメントに似せることができ、一種のきらめき感を再現することが可能となる。

米国特許第６，８０３，６０７号明細書

しかしながら、従来のレンズでは、光軸方向に交差する方向の光度を高くできるものの、それと引き換えに光軸方向の光度が著しく低下してしまい、理想的とする光軸方向の光度および光軸方向に交差する方向の光度とも高く、広角の配光特性が得られない。

また、レンズに映り込むＬＥＤ素子よりも、レンズ越しに直視されるＬＥＤ素子の方が相対的に高光度になることがある。そのため、光源であるＬＥＤの眩しさ（グレア）のみが強調されてしまい、レンズへのＬＥＤの写り込みによるきらめき感の効果を十分に生かすことができなかった。

本発明は、このような点に鑑みなされたもので、光軸方向の光度および光軸方向に交差する方向の光度とも高く、広角の配光特性が得られ、さらにレンズ越しにＬＥＤ素子を直視した場合の眩しさを低減することのできるレンズ、このレンズをそれぞれ用いた照明装置および電球形ランプ、この電球形ランプを用いた照明器具を提供することを目的とする。

実施形態のレンズは、一体に形成された第１のレンズ部と第２のレンズ部とを備える。第１のレンズ部は、光源からの光が入射する光軸方向の一方に向けて開口する第１の凹部を有する半球殻状に形成する。第２のレンズ部は、光軸方向の他方側に向けて開口する第２の凹部を有する半球殻状に形成する。また、第１のレンズ部の少なくとも一部は光拡散特性を備えている。

一実施形態を示す電球形ランプの断面図である。 同上電球形ランプの分解状態の斜視図である。 同上電球形ランプのグローブを外した状態の平面図である。 同上電球形ランプの基体、カバーおよび点灯回路を示す平面図である。 同上電球形ランプを用いた照明装置の断面図である。 レンズの実施形態を示す断面図および平面図である。 レンズの他の実施形態を示す断面図および平面図である。 レンズの他の実施形態を示す断面図および平面図である。 同上電球形ランプの面光源の中心部から出る光をレンズで配光する様子を示す説明図である。 同上電球形ランプの面光源の周辺部から出る光の進路をレンズで配光する様子を示す説明図である。 同上電球形ランプの面光源の中心部から出る光の進路をレンズおよびグローブで配光する様子を示す説明図である。 同上面光源の単体での配光を示す配光図である。 同上面光源とグローブとを組み合わせた配光を示す配光図である。 同上面光源とレンズとを組み合わせた配光を示す配光図である。 同上面光源とレンズとグローブとを組み合わせた配光を示す配光図である。

以下、一実施形態を、図面を参照して説明する。

図１および図２において、11は照明装置としての電球形ランプで、この電球形ランプ11は、円筒状の基体12、この基体12の一端側（電球形ランプ11のグローブと口金とを結ぶランプ軸の一端側）に取り付けられた光源ユニット13、光源ユニット13に取り付けられたレンズ14、光源ユニット13およびレンズ14を覆って基体12の一端側に取り付けられたグローブ15、基体12内に配置されたカバー16、基体12の他端側であってカバー16の他端に取り付けられた口金17、およびカバー16内に配置された点灯回路18を備えている。そして、この電球形ランプ11は、ランプ軸方向の長さおよびグローブ15の最大径部分の外径がミニクリプトン電球と同等の寸法で、そのミニクリプトン電球の形状に近似した形状に形成されている。

そして、図１ないし図４に示すように、基体12は、熱伝導性および放熱性に優れた例えばアルミニウムなど金属やセラミックスにて、他端側から一端側に向けて拡径する円筒状に形成された基体部20を有している。

基体12の一端側の内周部には、光源ユニット13を取り付ける環状の取付面21が基体12の一端側に臨んで形成されている。この取付面21には、基体12の中心に対して対称位置に位置する一対のレンズ取付用の窪み部22、カバー取付用の窪み部23、および配線用の窪み部24がそれぞれ形成されている。

基体12の一端側の内周部には、取付面21の一部を構成する複数のボス部25が基体12の内面から突出して形成されている。これらボス部25には光源ユニット13を取り付けるためのねじ26が螺着する取付孔27が形成されている。本実施形態では、３つのボス部25を備えているが、これらボス部25は基体12の周方向に等間隔には配置されておらず、隣り合うボス部25のなす周方向の３箇所の間隔のうち、１箇所の間隔L1のみが他の２箇所の間隔L2より広くなるように配置されている。すなわち、隣り合うボス部25のなす３箇所の角度のうち、１箇所の角度a1が他の角度a2より広くなるように配置されている。なお、他の２箇所の間隔L2および角度a2は同じである。

基体12の一端側の内周部には、グローブ15を取り付ける爪状のグローブ取付部28が突出形成されている。このグローブ取付部28のうち各窪み部22，24に対応する箇所は切欠形成されている。

基体12のボス部25の箇所を除く基体部20の肉厚は、ねじ26を止める取付孔27を形成するのに必要とする肉厚よりも薄く、すなわち取付孔27を構成するボス部25の直径寸法よりも薄く形成されている。これにより、基体12の外形をミニクリプトン電球サイズに小形化しながら、基体12の内側に点灯回路18などを収容するのに必要な空間が確保されている。

なお、基体12の表面には放熱性の向上のためにアルマイト処理や放熱フィンを設けてもよい。

また、光源ユニット13は、発光モジュール31と放熱板32とで構成されている。

発光モジュール31は、熱伝導性に優れた例えばアルミニウムなどの金属あるいはセラミックスで形成された円板状の基板（モジュール基板）33、この基板33の一面の中央域に形成された光源としての面光源34、および基板33の一面の周辺域に実装されたコネクタ35を有している。 面光源34には、直径２ｍｍ以上の面状の発光面を有するもので、例えばＬＥＤ素子やＥＬ素子などの半導体発光素子が用いられている。本実施形態では、半導体発光素子としてＬＥＤ素子が用いられ、基板33上に複数のＬＥＤ素子を実装するＣＯＢ（Chip On Board）方式が採用されている。すなわち、基板33上に複数のＬＥＤ素子が実装され、これら複数のＬＥＤ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、蛍光体を混入し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で複数のＬＥＤ素子が一体に覆われて封止されている。ＬＥＤ素子には例えば青色光を発するＬＥＤ素子が用いられ、蛍光体層にはＬＥＤ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混入されている。したがって、ＬＥＤ素子および蛍光体層などによって面光源34が構成され、この面光源34の表面である蛍光体層の表面が発光面となり、この発光面から白色系の照明光が放射される。本実施形態では、面光源34の発光面は長方形に形成されているが、これに限らず、正方形や丸形、あるいはその他の形状でもよい。

基板33の一面には、図示しない配線パターンが形成され、この配線パターンに、複数のＬＥＤ素子、およびコネクタ35が接続されている。基板33の周辺部には、基体12の各ボス部25の位置に対応して各ボス部25に螺着するねじ26が挿通される複数の挿通孔36が形成されているとともに、基体12の配線用の窪み部24に対応して切欠部37が形成されている。挿通孔36は、基板33の外径方向に開口する挿通溝にて形成されている。

放熱板32は、熱伝導性に優れた例えばアルミニウムなどの金属あるいはセラミックスで形成され、この放熱板32の一面に発光モジュール31の基板33の他面が熱伝導可能に接触される。

放熱板32の周辺部には、基体12の各ボス部25の位置に対応して各ボス部25に螺着するねじ26が挿通される複数の挿通孔38、基体12のレンズ取付用の窪み部22の位置に対応してレンズ14を取り付けるための窪み状の一対のレンズ取付部39、および基体12の配線用の窪み部24に対応して切欠部40がそれぞれ形成されている。挿通孔38は、放熱板32の外径方向に開口する挿通溝にて形成されている。

放熱板32と発光モジュール31の基板33とを組み合わせた際、放熱板32の各レンズ取付部39の位置に対応して基板33の外形が小さく、各レンズ取付部39が基板33より外径方向に突出して配置されるように構成されている。放熱板32および発光モジュール31の基板33の外側部の一部には、これらが基体12に対して正しく組み立てられた状態で一致する平坦状の位置決め面32a，33aがそれぞれ形成されている。

また、レンズ14は、屈折率１．４５〜１．６のポリカーボネートなどの透明樹脂にて一体に形成され、面光源34に対向して面光源34からの光を制御するレンズ本体43、およびこのレンズ本体43を光源ユニット13に取り付ける一対の取付脚44を有している。

レンズ本体43は、面光源34からの光が入射する光軸方向の一方すなわちランプ軸方向の他端側に向けて開口する第１の凹部45を有する半球殻状または回転楕円状の第１のレンズ部46と、光軸方向の他方側すなわちランプ軸方向の一端側に向けて開口する第２の凹部47を有する半球殻状または回転楕円状の第２のレンズ部48とを有し、これら第１のレンズ部46のランプ軸方向の一端側と第２のレンズ部48のランプ軸方向の他端側とを向かい合わせて一体化した形状に形成されている。

なお、面光源34の発光面の一辺の長さ（または直径）をＬとし、第１のレンズ部46の第１の凹部45と面光源34との光軸中心距離をＲとしたとき、Ｌ≧Ｒ／２となるように面光源34の発光面の面積が設計されている。前述のとおり、本実施形態では発光面がφ２ｍｍ以上の半導体発光素子が用いられている。

各レンズ部46，48の各凹部45，47は真円が含まれる回転楕円面で構成され、各レンズ部46，48の外面は各凹部45，47に相似形となる回転楕円面で構成されている。第２の凹部47の半径は、第１の凹部45の半径より大きく形成されている。さらに、第２のレンズ部48の半径は、第１のレンズ部46の半径より大きく形成されている。そして、第１のレンズ部46の厚みは面光源34から遠ざかるに従って徐々に大きくなり、第２のレンズ部48の厚みは徐々に小さくなっている。

また、第１のレンズ部46の他端側の端部には、一対の取付脚44の箇所を除いて、面光源34から離反する溝状の逃げ部49が形成されている。

第１のレンズ部46の外面と第２のレンズ部48の外面との接続箇所には、これら第１のレンズ部46の外面と第２のレンズ部48の外面とを連続させる連続部50が形成されている。この連続部50は、図１に示される円筒形状などに形成されることにより、第１のレンズ部46の外面と第２のレンズ部48の外面との交点が鋭角とならないように、平面、曲面、あるいは平面と曲面とを組み合わせて滑らかに連続する非鋭角形状に形成されている。なお、後述する図６ないし図８に示されるように鋭角形状とすることも可能である。

なお、各レンズ部46，48の各凹部45，47および外面の回転楕円面の曲率、各レンズ部46，48のランプ軸方向の位置、連続部50などの形状や寸法は、必要とする配光やその他の条件に応じて適宜設定される。

また、第１のレンズ部46の少なくとも一部に光拡散特性を持たせるべく、図６ないし図８に示すような状態に表面処理が施されている。光拡散特性が施された領域は、ＬＥＤ素子から照射された光を適宜拡散させるため、レンズ本体43越しに直視されるＬＥＤ素子の光度を低減する。

図６では、第１のレンズ部46の凹部45の内表面のうち中心領域71には表面処理は施さず、周辺領域72のみにシボ処理を施している。シボ処理とは一種の表面処理であり、例えば機械加工あるいは印刷等で梨地面を形成するなどといった公知の手法により、光学的に光拡散特性を持たせることができる。この構成により、ＬＥＤ素子の光度をランプ軸方向の狭い範囲に対してのみ維持し、一方でランプ軸から離れた角度では光拡散特性により光度を落としてＬＥＤ素子の眩しさを感じにくくすることができる。

図７では、第１のレンズ部46の凹部45の内表面全面82にシボ処理を施している。この構成では、図１３における周辺領域72に加えて中心領域71にも光拡散特性を持たせているため、広い角度範囲においてＬＥＤ素子の眩しさを感じにくくすることができる。

図８では、第１のレンズ部46の凹部45の内表面全面に多数の交差する溝91からなるファセット処理が施されている。ファセット処理も光拡散特性を実現するための表面処理の一種であり、例えば機械加工または一体成形により断面Ｖ字の浅い溝を形成してなるものである。このようにＶ溝を形成した場合でも内表面全面での光拡散特性が得られるため、広い角度範囲においてＬＥＤ素子の眩しさを感じにくくすることができる。

各取付脚44は、第１のレンズ部46の軸方向の他端側でレンズ14の中心に対して対称位置からランプ軸方向に対して交差する側方へ突出され、発光モジュール31の基板33の一面に接触して取り付けられる。各取付脚44の先端にはランプ軸方向の他端方向へ向けて突出して放熱板32のレンズ取付部39の外側面に嵌り込む略Ｌ字形の係止部51が突設され、この係止部51の先端に放熱板32の他面に引っ掛かる爪部52が形成されている。なお、光源ユニット13に取り付けられる各取付脚44の係止部51は基体12のレンズ取付用の窪み部22に収容される。また、一方の取付脚44は幅が広く２つの係止部51が設けられるが、他方の取付脚44は幅が狭く１つの係止部51が設けられている。この他方の取付脚44は、発光モジュール31のコネクタ35の側部に配置されるために、そのコネクタ35との干渉を防止するために幅が狭く形成されている。

なお、レンズ14のレンズ本体43はガラス材料で形成してもよい。この場合、取付脚44は、別体にて形成し、レンズ本体43を保持する構造を備えればよい。

また、グローブ15は、例えば、透光性および光拡散性を有する合成樹脂あるいはガラスなどの材料で、ランプ軸方向の他端側に向けて開口されたドーム形状に形成されている。グローブ15の他端側の開口縁部には、基体12のグローブ取付部28の内側に嵌合される嵌合部55が突出形成されているとともに、嵌合部55をグローブ取付部28の内側に嵌合した状態でグローブ取付部28に係止される複数の係止爪56が形成されている。さらに、嵌合部55には、レンズ14の各取付脚44の係止部51に係合して基体12に対するグローブ15の回転止めをする一対の位置決め溝57が形成されているとともに、この位置決め溝57の部分にレンズ14の各取付脚44の係止部51に当接して各取付脚44を光源ユニット13に押え込む押え部58が形成されている。また、グローブ15の開口部側である他端側の外径寸法は、基体12の外径寸法より大きく形成されている。

また、カバー16は、例えばＰＢＴ樹脂などの絶縁材料により、ランプ軸方向の一端側へ向けて開口するとともに他端側が閉塞された円筒状に形成されている。カバー16には、基体12の内側に配置されるカバー本体61、および基体12の他端側から突出する口金取付部62が形成されている。

カバー本体61は、基体12の内面に沿って配置されるように、基体12の内面形状に相似形となるランプ軸方向の一端側に向けて拡開する形状に形成されており、カバー本体61の外面に基体12の各ボス部25が嵌合する複数の窪み部63が形成されている。カバー本体61の他端側には、基体12のカバー取付用の窪み部23に嵌合するとともに光源ユニット13の基板33および放熱板32の位置決め面33a，32aに接触してこれらを位置決めする位置決め部64が突出形成されているとともに、配線ガイド65が突出形成されている。カバー本体61の他端の一部は基体12から突出され、この突出部分の外周面に基体12の他端に係止する環状の係止部66が形成されている。

カバー本体61から口金取付部62の内面に亘って、互いに対向する一対の基板取付溝67がランプ軸方向に沿って形成されている。これら一対の基板取付溝67は、基体12の隣り合うボス部25間の間隔の広い領域に対して交差する位置で、かつその基体12の隣り合うボス部25間の間隔の広い領域から離反するようにカバー16の中心からオフセットした位置に形成されている。カバー本体61の内面には、基板取付溝67を形成する一対の基板保持部68が形成されている。

口金取付部62の端面には口金17と点灯回路18とをリード線で接続するための一対の配線孔69が形成されている。

また、口金17は、Ｅ１７形の一般照明電球用のソケットに接続可能なもので、カバー16の口金取付部62の周面に螺合されて固定されるシェル72、このシェル72の他端側に設けられる絶縁部73、およびこの絶縁部73の頂部に設けられるアイレット74を有している。

また、点灯回路18は、発光モジュール31のＬＥＤ素子に対して定電流を供給する回路であり、点灯回路基板77、およびこの点灯回路基板77に実装された複数の点灯回路部品78を有している。

点灯回路基板77は、一面を主な点灯回路部品78が実装される実装面とし、他面を点灯回路部品78が電気的に接続される配線パターンが形成された配線パターン面としている。

点灯回路基板77は、カバー16の一端側から差し込まれ、点灯回路基板77の両側が基板取付溝67に嵌め込まれて保持されている。したがって、点灯回路基板77は、カバー16内にランプ軸方向に沿って縦形に配置され、実装面が基体12の隣り合うボス部25間の間隔の広い領域に対向され、配線パターン面が基体12の隣り合うボス部25間の間隔の広い領域に対して反対側に向けられ、かつ、実装面とカバー16の内面との距離が配線パターン面とカバー16の内面との距離より広くなるように基体12およびカバー16の中心からオフセット位置に配置されている。

点灯回路基板77の実装面には、リード線を有するディスクリート部品である複数の点灯回路部品78が実装されている。これら点灯回路部品78は、リード線が点灯回路基板77を貫通して配線パターン面の配線パターンにはんだ付け接続されている。この点灯回路基板77の実装面に実装される点灯回路部品78には、交流電圧を整流・平滑する整流平滑回路の電解コンデンサ、整流平滑された電圧を所定の電圧に変換するチョッパ回路のインダクタ、その他の回路に用いられる抵抗器などの大形や、その他のチョッパ回路のスイッチング素子、コンデンサ、ダイオードなどの小形の部品なども含まれる。点灯回路基板77の実装面に実装される点灯回路部品78のうち、大形の部品ほどカバー16の内径が大きくなる一端側に配置され、小形の部品ほどカバー16の内径が小さくなる他端側に配置されている。そして、点灯回路基板77の実装面に実装される点灯回路部品78は、基体12の隣り合うボス部25間の間隔の広い領域に配置される。

点灯回路基板77の配線パターン面には、点灯回路部品78のうちの面実装部品が面実装されている。この面実装部品としては、チップ抵抗器、チップコンデンサなどが含まれる。

点灯回路18の入力側には、カバー16の配線孔69を通じて口金17のシェル72およびアイレット74とそれぞれ電気的に図示しない入力用のリード線が接続されている。また、点灯回路18の出力側には発光モジュール31のコネクタ35に接続される図示しないコネクタを有する出力用のリード線が接続されている。

そして、電球形ランプ11を組み立てるには、点灯回路18をカバー16の一端側からカバー16内に挿入し、カバー16の配線孔69に挿通させた入力用のリード線を口金17に接続し、口金17をカバー16の口金取付部62に取り付ける。

点灯回路18および口金17を組み込んだカバー16を基体12の一端側から挿入し、口金17を含むカバー16の他端側を基体12の他端側から突出させ、カバー16の係止部66を基体12の他端に係止させ、抜け止めする。このとき、カバー16の各窪み部63を基体12の各ボス部25の位置に合わせて嵌合するとともに、カバー16の位置決め部64および配線ガイド65を基体12の窪み部23および窪み部24に合わせて嵌合する。これにより、基体12に対して、カバー16を位置決め嵌合できるとともに、嵌合後のカバー16の回転止めとなる。

カバー16などを組み込んだ基体12の一端側から、光源ユニット13を構成する放熱板32および発光モジュール31の基板33を順に組み込んで、取付面21上に配置する。このとき、基体12の組み込んだカバー16の位置決め部64が取付面21より突出しているため、この位置決め部64に放熱板32の位置決め面32aおよび基板33の位置決め面33aをそれぞれ合わせることにより、基体12に対して放熱板32および基板33を位置決めして組み込むことができる。これにより、放熱板32の各挿通孔38および基板33の各挿通孔36が基体12の各ボス部25の取付孔27と同軸に配置される。そして、各ねじ26を基板33の各挿通孔36および放熱板32の各挿通孔38を通じて各ボス部25の取付孔27に螺着し、基体12の取付面21と放熱板32と基板33とが互いに熱伝導可能に密着させ、光源ユニット13を基体12に固定する。

この光源ユニット13の基体12に組み込む際、点灯回路18の出力用のリード線を、放熱板32の切欠部40および基板33の切欠部37、さらにカバー16の配線ガイド65を通じて発光モジュール31の一面側に引き出しておき、光源ユニット13の基体12に組み込んだ後、そのリード線の先端のコネクタを発光モジュール31のコネクタ35に接続する。

レンズ14の各取付脚44の係止部51を基体12のレンズ取付用の各窪み部22を通じて光源ユニット13の放熱板32の各レンズ取付部39に差し込み、係止部51の爪部52を放熱板32の他面に引っ掛ける。これにより、レンズ14の各取付脚44の係止部51が放熱板32の各レンズ取付部39に嵌合し、基板33および放熱板32の面に平行な方向に対するレンズ14の位置を位置決めできるとともに、取付脚44と爪部52との間で基板33および放熱板32を挟み込み、基板33および放熱板32の面に垂直な方向に対するレンズ14の位置を位置決めでき、レンズ14を光源ユニット13に正確に位置決め保持できる。基体12のレンズ取付用の各窪み部22に例えばシリコーン樹脂やセメントなどの接着剤を塗布あるいは充填することにより、レンズ14の各取付脚44を光源ユニット13や基体12に接着固定してもよく、この接着剤はグローブ15を基体12に取り付けるのに用いる接着剤を用いてもよい。

基体12のグローブ取付部28の内周にシリコーン樹脂やセメントなどの接着剤を塗布し、グローブ15の各位置決め溝57をレンズ14の各取付脚44の係止部51に位置決めしてグローブ15を基体12に被着することにより、グローブ15の各係止爪56がグローブ取付部28に係止され、グローブ15が基体12に嵌合固定される。このようにグローブ15の基体12に対する固定は、嵌合係止構造を採用しているため、接着剤を併用する場合には従来に比べて接着剤の使用量を削減でき、あるいは接着剤も併用しなくてもグローブ15を基体12に確実に固定することができる。また、グローブ15を基体12に取り付けることにより、グローブ15の押え部58がレンズ14の各取付脚44の係止部51に当接し、各取付脚44を光源ユニット13に押え込む。

なお、電球形ランプ11の組立手順はこれに限定されるものではなく、別の取付順序でもよい。

また、図５には、電球形ランプ11を使用するダウンライトである照明器具81を示し、この照明器具81は、器具本体82を有し、この器具本体82内に、電球形ランプ11をランプ軸が斜め横向きとなる状態で装着するソケット83、および電球形ランプ11から放射される光を下方へ反射させる反射体84が配設されている。なお、図５中、85は端子台である。

そして、電球形ランプ11を照明器具81のソケット83に装着して通電すると、点灯回路18が動作し、発光モジュール31の複数のＬＥＤチップに電力が供給され、複数のＬＥＤチップが点灯して面光源34から光が放射され、面光源34から放射される光がレンズ14に入射し、このレンズ14の配光を制御された光がグローブ15を通じて外部に放射される。

発光モジュール31の複数のＬＥＤチップの点灯時に発生する熱は、主に、基板33に熱伝導されるとともにこの基板33から放熱板32に熱伝導され、さらに、この放熱板32から基体12に熱伝導され、基体12の表面から空気中に放熱される。

次に、電球形ランプ11のレンズ14による光制御について説明する。ここではレンズ14の形状に依存する特性を判り易く理解するために、レンズ14の表面がシボ処理されていない状態を前提に説明する。

図９ないし図１１に示すように、面光源34の発光面から出た光は、第１のレンズ部46の第１の凹部45内の空間を通過して第１のレンズ部46に入射する。第１のレンズ部46に入射した光は、それぞれ空気層（屈折率＝１）との界面である第２のレンズ部48の第２の凹部47の内面、第２のレンズ部48の外面、および第１のレンズ部46の外面に突入し、それらの突入角に応じて屈折されてレンズ14の外部に出射される。

第１のレンズ部46に入射した光が第２のレンズ部48の第２の凹部47の内面に突入するとき、その突入角が大きい光は全反射を起こし、光の進行方向が大きく変化する。

図９は面光源34の中心部から出る光の進路をレンズ14で配光する様子を示す。第２のレンズ部48の第２の凹部47の内面、第２のレンズ部48の外面、および第１のレンズ部46の外面に突入する突入角の小さい光は、進行方向の変化が少なく、主に、面光源34に対向する正面方向に向けて出射され、さらに面光源34に平行な側面方向に向けても出射される。それに対して、第２のレンズ部48の第２の凹部47の内面に突入する突入角の大きい光は、全反射して進行方向が大きく変化し、側面方向に加えて、正面方向に対して反対の背面方向に向けても出射される。したがって、レンズ14により、面光源34の中心部から出る光を正面方向から側面方向および背面方向に亘って広角に配光することができる。

図１０は面光源34の周辺部から出る光の進路をレンズ14で配光する様子を示す。この場合にも、第２のレンズ部48の第２の凹部47の内面、第２のレンズ部48の外面、および第１のレンズ部46の外面に突入する突入角の小さい光は、進行方向の変化が少なく、主に、面光源34に対向する正面方向に向けて出射され、さらに面光源34に平行な側面方向に向けても出射される。それに対して、第２のレンズ部48の第２の凹部47の内面に突入する突入角の大きい光は、全反射して進行方向が大きく変化し、側面方向および背面方向に向けて出射される。したがって、レンズ14により、面光源34の周辺部から出る光を正面方向から側面方向および背面方向に亘って広角に配光することができる。

レンズ14は、第２の凹部47の半径が第１の凹部45の半径より大きく形成されているため、第２の凹部47の内面に突入する光の突入角が大きくなる領域を増やすことができ、側面方向および背面方向に向けて出射される光を多くできる。

図１１は面光源34の中心部から出る光の進路をレンズ14およびグローブ15で配光する様子を示す。レンズ14を通過した光がグローブ15に入射し、このグローブ15に入射した光がグローブ15の乳白面（梨地面）から拡散されて外部に放射される。このとき、レンズ14から側面方向および背面方向に出射された光は、グローブ15から側面方向および背面方向に向けて放射されやすい。したがって、レンズ14およびグローブ15により、面光源34の光を正面方向から側面方向および背面方向に亘って広角に配光することができる。

グローブ15の開口部側である他端側の外径寸法が基体12の外径寸法より大きく形成されているので、グローブ15から背面方向へ照射可能であり、より広角配光が得られやすくなっている。

また、図１２ないし図１５にはそれぞれ条件を代えて配光を測定した結果を示し、０°方向が面光源34に対向する正面方向、９０°方向が側面方向、１８０°方向が背面方向である。

図１２は面光源34の単体での配光を示す配光図であり、面光源34に対向する正面方向の光度が高く、側面方向への配光の広がりが小さく、背面方向へは光が出ない。

図１３は面光源34とグローブ15とを組み合わせた配光を示す配光図であり、グローブ15の拡散性により、図１２の場合に比べて側面方向や背面方向への配光が広くなる。

図１４は面光源34とレンズ14とを組み合わせた配光を示す配光図であり、レンズ14により、正面方向への配光が確保されながら、図１２や図１３の場合に比べて特に側面方向への配光が広くなる。

図１５は面光源34とレンズ14とグローブ15とを組み合わせた配光を示す配光図であり、正面方向および側面方向とも同程度に光度が高く、さらに背面方向への配光も得られ、ミニクリプトン電球の配光特性に近似した配光特性が得られる。

このような光制御が可能なレンズ14を搭載した本実施形態においては、さらに図６ないし図８に示したように、第１のレンズ部46の一部に光拡散特性を持たせている。そのため、図１４あるいは図１５に示された配光の広がりを確保しつつ、ＬＥＤ素子を直視する方向に対する光度を適宜に落とすことができる。

このように、本実施形態のレンズ14によれば、レンズ14の半球殻状または回転楕円状の第１のレンズ部46から半球殻状または回転楕円状の第２のレンズ部48に突入する面光源34からの光の突入角に応じて、レンズ14から光軸方向に向かう光を確保しながら、レンズ14から光軸方向に交差する方向に向かう光を多くすることができ、光軸方向の光度および光軸方向に交差する方向の光度とも高く、広角の配光特性が得られる。さらに第１のレンズ部46の少なくとも一部に光拡散特性を備えたことから、レンズ14越しにＬＥＤ素子を直視した場合でもその光が適宜拡散されるため、眩しさを低減することができる。

なお、光拡散特性を実現する方法としては、上記のシボ処理やファセット処理の他、公知の表面処理を用いることができる。また、レンズ14の中に粒子状の光拡散材料を含有させることにより同等の効果を持たせることもできる。ここで光拡散材料としては、ガラスビーズ、中空ガラスビーズ、ガラス粉、シリカ（酸化ケイ素）、天然雲母粉末、合成雲母粉末、シリコーン樹脂ビーズ、シリコーン樹脂粉末、（架橋）アクリル系樹脂ビーズ、（架橋）アクリル系樹脂粉末、（架橋）ポリスチレン系樹脂ビーズ、（架橋）ポリスチレン系樹脂粉末、（高密度）ポリエチレン系樹脂ビーズ、（高密度）ポリエチレン系樹脂粉末、エポキシ樹脂ビーズ、エポキシ樹脂粉末、ベンゾグアナミン樹脂ビーズ、ベンゾグアナミン樹脂粉末などが挙げられる。

また、光拡散特性を持たせる領域としては、第１のレンズ部46の少なくとも一部であればよく、内表面に代えて外表面に加工を施してもよい。また、第１のレンズ部46だけでなくレンズ部46の他の場所（例えば第２のレンズ部48の内表面や外表面など）に加工を施してもよい。

また、発光面の面積が例えば直径２ｍｍ以上となる広い面積の面光源34であっても、広角の配光特性が得られる。

さらに、第１の凹部45および第２の凹部47は回転楕円面に形成されているため、光軸を中心とする周囲に対して均一となる広角の配光特性が得られる。

さらに、第２の凹部47の半径が第１の凹部45の半径より大きく形成されているため、レンズ14から光軸方向に交差する方向に向かう光を多くするための第２の凹部47の領域を増やし、広角の配光特性が得られる。

また、半球殻状の第１のレンズ部46の外面と半球殻状の第２のレンズ部48の外面とを連続部50で連続させ、この連続部50に円筒形状などを形成することにより、非鋭角形状に形成し、第１のレンズ部46の外面と第２のレンズ部48の外面との交点が鋭角とならないようにした場合には、レンズ14の成形を容易にできる。

また、本実施形態のレンズ14は、Ｅ２６形の口金を使用する電球形ランプにも適用できる。

また、本実施形態のレンズ14は、電球形ランプ以外にも、例えばＧＸ５３口金を使用するフラット形の照明装置など、光源として半導体発光素子を用いる各種の照明装置に適用できる。

また、本実施形態のレンズ14は、第１および第２の凹部45，47の形状が真円を含む回転楕円面のほか、長円、放物線あるいはその他の回転２次曲面であってもよい。これらはいずれも回転楕円形状ということができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、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。これら新規な実施形態は、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。これら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 照明装置としての電球形ランプ
12 基体
13 光源ユニット
14 レンズ
15 グローブ
16 カバー
17 口金
18 点灯回路
34 光源としての面光源
45 第１の凹部
46 第１のレンズ部
47 第２の凹部
48 第２のレンズ部
50 連続部
81 照明器具
82 器具本体
83 ソケット

Claims (10)

1. 光源からの光が入射する光軸方向の一方に向けて開口する第１の凹部を有する半球殻状の第１のレンズ部と、
   前記第１のレンズ部の光軸方向の他方側に一体に形成され、光軸方向の他方に向けて開口する第２の凹部を有する半球殻状の第２のレンズ部と、を有するレンズにおいて、
   前記第１のレンズ部の少なくとも一部は光拡散特性を備えたことを特徴とするレンズ。
2. 前記第１の凹部および前記第２の凹部は回転楕円面に形成されていることを特徴とする請求項１記載のレンズ。
3. 前記第２の凹部の半径が前記第１の凹部の半径より大きく形成されていることを特徴とする請求項２記載のレンズ。
4. 前記第１のレンズ部の表面はシボ処理されていることを特徴とする請求項１記載のレンズ。
5. 前記第１のレンズ部の表面はファセット処理されていることを特徴とする請求項１記載のレンズ。
6. 前記第１のレンズ部の少なくとも内表面の周辺領域に光拡散特性を備えたことを特徴とする請求項１記載のレンズ。
7. 光源からの光が入射する光軸方向の一方に向けて開口する第１の凹部を有する回転楕円状の第１のレンズ部と、
   第１のレンズ部の光軸方向の他方側に一体に形成され、光軸方向の他方に向けて開口する第２の凹部を有する回転楕円状の第２のレンズ部と、を有するレンズにおいて、
   前記第１のレンズ部の少なくとも一部は光拡散特性を備えたことを特徴とするレンズ。
8. 半導体発光素子を有する光源と；
   前記光源に前記第１のレンズ部の前記第１の凹部が対向するように配置された請求項１ないし７いずれか一記載のレンズと；
   を具備していることを特徴とする照明装置。
9. 基体と；
   半導体発光素子を有し、前記基体の一端側に配置された光源と；
   前記光源に前記第１のレンズ部の前記第１の凹部が対向するように配置された請求項１ないし７いずれか一記載のレンズと；
   前記光源および前記レンズを覆って前記基体の一端側に取り付けられたグローブと；
   前記基体の他端側に設けられた口金と；
   前記基体と前記口金との間に収容された点灯回路と；
   を具備していることを特徴とする電球形ランプ。
10. ソケットを有する器具本体と；
    前記ソケットに装着される請求項９記載の電球形ランプと；
    を具備していることを特徴とする照明器具。

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