JP2014160616A - Illumination device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、LED(Light Emitting Diode)等の発光素子を光源として備えるダウンライト型の照明装置に関する。本発明は特に、集光型の照明装置に関する。 The present invention relates to a downlight type illumination device including a light emitting element such as an LED (Light Emitting Diode) as a light source. The present invention particularly relates to a concentrating illumination device.
近年、省エネルギーの観点から、高効率・長寿命なLED等の半導体発光素子を光源として利用した照明装置が開発されている。特に近年ではLED発光モジュールの広い発光面積を利用したダウンライトやスポットライトが提案されている。例えば特許文献1では、面状発光部を有するLED発光モジュールとフレネルレンズを具備した集光型の照明装置が提案されている。
In recent years, from the viewpoint of energy saving, lighting devices using semiconductor light emitting elements such as LEDs with high efficiency and long life as light sources have been developed. Particularly in recent years, downlights and spotlights using a wide light emitting area of LED light emitting modules have been proposed. For example,
図19の断面図に特許文献1記載の照明装置800の構成を示す。照明装置800は、筐体801と、筐体801の内部に収納された発光モジュール802と、光路上に配されたフレネルレンズ803とを備える。発光モジュール802は板状の基体8020と、基体8020上に実装された発光素子(LED)8021と、発光素子8021の前方の配された蛍光体層8022とを備える。照明装置800に電力供給することにより各発光素子8021が点灯する。発光素子8021から出射された光L1、L2はフレネルレンズ803を透過する。光L1、L2はフレネルレンズ803にて平行光に調整され、外部に照射される。
The cross-sectional view of FIG. 19 shows the configuration of the
しかしながら従来の集光方式の照明装置では、一定の配光角で集光するために光源からレンズまでの間に所定の長さの光路を確保することが必要である。その結果、照明装置の薄型化と狭配向とを同時に実現することは難しかった。
例えば、特許文献1記載の従来の照明装置800では、配向性を評価するための指標のひとつである1/2ビーム角を45°とした場合には、光源の発光部からレンズ表面までの光路長に27mmの長さが必要であった。他方、上記光路長を10mmに短縮した場合には1/2ビーム角は100°となり、薄型と狭配向との両立に向けては、さらなる改善が必要であった。
However, in the conventional condensing type illumination device, it is necessary to secure an optical path having a predetermined length between the light source and the lens in order to condense at a constant light distribution angle. As a result, it has been difficult to simultaneously realize the thinning and narrow orientation of the lighting device.
For example, in the
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであって、薄型で狭配向を実現可能な照明装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to provide a lighting device that is thin and capable of realizing narrow orientation.
上記目的を達成するために、本発明の一態様に係る照明装置は、複数の発光素子と、前記複数の発光素子から出射した光を板内において導光する導光板と、前記導光板の主面の少なくとも一部を覆う集光カバーとを備え、前記導光板は、前記主面と背向する裏面の一部を凹入させ且つ前記導光板の板内に導光される光を前記集光カバー側に反射させる複数の凹状反射部を有し、前記集光カバーは、前記各凹状反射部と個別に光学的な対向関係を保って配置され且つ前記各凹状反射部からの反射光を前記導光板の主面に垂直な主出射方向に集光する複数のレンズ部とを有し、前記レンズ部は、光軸上の基準位置からレンズ表面の任意位置までの距離と、前記基準位置及びレンズ表面の任意位置を通る直線と前記光軸とのなす角度とを関係付ける関係式により、表面形状が規定される非球面レンズであり、前記レンズ部の頂部を含む第1レンズ領域と、前記レンズ部の基部を含み且つ前記第1レンズ領域と隣り合う第2レンズ領域とを有し、前記第1レンズ領域の表面形状が第1関係式で規定され、前記第2レンズ領域の表面形状が、前記第1関係式で規定した場合に比べて前記距離が長くなる第2関係式で規定されている照明装置とする。 In order to achieve the above object, an illumination device according to one embodiment of the present invention includes a plurality of light-emitting elements, a light guide plate that guides light emitted from the plurality of light-emitting elements in the plate, and a main part of the light guide plate. A light collecting cover that covers at least a part of the surface, wherein the light guide plate has a part of the back surface facing away from the main surface and the light guided into the plate of the light guide plate. A plurality of concave reflecting portions that are reflected on the light cover side, and the light collecting cover is disposed in an optically opposed relationship with each concave reflecting portion and reflects light from each concave reflecting portion. A plurality of lens portions that condense in a main emission direction perpendicular to the main surface of the light guide plate, and the lens portion includes a distance from a reference position on the optical axis to an arbitrary position on the lens surface, and the reference position. And an angle formed by a straight line passing through an arbitrary position on the lens surface and the optical axis. The aspherical lens whose surface shape is defined by the equation, a first lens region including a top portion of the lens portion, and a second lens region including a base portion of the lens portion and adjacent to the first lens region And the surface shape of the first lens region is defined by a first relational expression, and the surface shape of the second lens region is longer than that defined by the first relational expression. The lighting device is defined by the relational expression.
本発明の別の態様に係る照明装置では、前記集光カバーは、主面に前記各レンズ部が配置された板状のベース部をさらに有し、前記集光カバーは、前記ベース部の主面と背向する裏面において前記導光板の主面と対向配置され、前記各レンズ部のピッチをW、前記導光板の板厚をDとするとき、1.5≦W/D≦2.5の関係が成立する構成とすることもできる。 In the illumination device according to another aspect of the present invention, the light collecting cover further includes a plate-like base portion in which the lens portions are arranged on a main surface, and the light collecting cover is a main portion of the base portion. 1.5 ≦ W / D ≦ 2.5, where the back surface opposite to the surface is opposed to the main surface of the light guide plate, the pitch of the lens portions is W, and the thickness of the light guide plate is D. It is also possible to adopt a configuration in which
本発明の別の態様に係る照明装置では、前記導光板中の基準位置Aから前記第1レンズ領域の表面の任意位置までの距離をr1、前記基準位置Aから前記頂部までの距離をt1、前記距離r1を通る直線と前記レンズ部の光軸との間の角度をθ1、nを前記導光板の屈折率とするとき、前記第1関係式としてr1=(n−1)×t1/(n−cosθ1)が成立する構成とすることもできる。 In the illumination device according to another aspect of the present invention, the distance from the reference position A in the light guide plate to an arbitrary position on the surface of the first lens region is r 1 , and the distance from the reference position A to the top is t. 1 , where θ 1 is the angle between the straight line passing through the distance r 1 and the optical axis of the lens unit, and n is the refractive index of the light guide plate, r 1 = (n−1) ) × t 1 / (n−cos θ 1 ).
本発明の別の態様に係る照明装置では、前記導光板中の基準位置Aから前記第2レンズ領域の表面の任意位置までの距離をr2、基準位置Aから前記第1レンズ領域の表面までの最大高さをt1、前記距離r2を通る直線と前記レンズ部の光軸との間の角度をθ2、nを前記導光板の屈折率、k1、k2を正の定数、基準位置Aから前記レンズ部の表面における前記第1レンズ領域と前記第2レンズ領域との境界を通る直線と前記レンズ部の光軸との間の角度をθchとするとき、前記第2関係式としてr2=(n−1){t1+k1(θ2−θch)k2/(n−cosθ2)が成立する構成とすることもできる。 In the illumination device according to another aspect of the present invention, the distance from the reference position A in the light guide plate to an arbitrary position on the surface of the second lens region is r 2 , and from the reference position A to the surface of the first lens region. T 1 , the angle between the straight line passing through the distance r 2 and the optical axis of the lens unit is θ 2 , n is the refractive index of the light guide plate, k 1 and k 2 are positive constants, When the angle between the straight line passing through the boundary between the first lens region and the second lens region on the surface of the lens unit from the reference position A and the optical axis of the lens unit is θ ch , the second relationship It is also possible to adopt a configuration in which r 2 = (n−1) {t 1 + k 1 (θ 2 −θ ch ) k 2 / (n−cos θ 2 ) is established as an expression.
本発明の別の態様に係る照明装置では、前記集光カバーは、前記導光板の主面と対向するように配置された複数の補助レンズ部をさらに有し、前記各補助レンズ部は前記各レンズ部と個別に互いの光軸が一致するように配置されている構成とすることもできる。
本発明の別の態様に係る照明装置では、前記補助レンズ部の光軸に沿った前記導光板中の基準位置Bから前記補助レンズ部の表面の任意位置までの距離をr3、前記基準位置Bから前記補助レンズの頂部までの距離をt3、前記距離r3を通る直線と前記補助レンズ部の光軸との間の角度をθ3、nを前記集光カバーの屈折率とするとき、第3関係式としてr3=(n−1)×t3×cosθ3/((n×cos−1)×√n2−sin2θ3)が成立する構成とすることもできる。
In the illumination device according to another aspect of the present invention, the light collection cover further includes a plurality of auxiliary lens portions arranged so as to face the main surface of the light guide plate, and each of the auxiliary lens portions is the It can also be set as the structure arrange | positioned so that a mutual optical axis may correspond with a lens part separately.
In the illumination device according to another aspect of the present invention, the distance from the reference position B in the light guide plate along the optical axis of the auxiliary lens unit to an arbitrary position on the surface of the auxiliary lens unit is r 3 , and the reference position When the distance from B to the top of the auxiliary lens is t 3 , the angle between the straight line passing through the distance r 3 and the optical axis of the auxiliary lens part is θ 3 , and n is the refractive index of the light collecting cover. As a third relational expression, r 3 = (n−1) × t 3 × cos θ 3 / ((n × cos−1) × √n 2 −sin 2 θ 3 ) may be established.
本発明の別の態様に係る照明装置では、前記凹状反射部を円錐状とすることもできる。
本発明の別の態様に係る照明装置では、基板表面に前記複数の発光素子が実装されてなる実装基板をさらに備え、前記複数の発光素子は前記基板上において環状の素子列を形成し、前記導光板は、前記素子列に沿って環状に配された環状部と、前記環状部の内側に前記環状部と連続して配された環内部とを有する円盤状であり、前記凹状反射部が少なくとも前記環状部に存在している構成とすることもできる。
In the illumination device according to another aspect of the present invention, the concave reflecting portion may be conical.
The lighting device according to another aspect of the present invention further includes a mounting substrate in which the plurality of light emitting elements are mounted on a surface of the substrate, the plurality of light emitting elements forming an annular element array on the substrate, The light guide plate has a disc shape having an annular portion arranged annularly along the element row and an inside of the annular portion continuously arranged with the annular portion inside the annular portion, and the concave reflecting portion is It can also be set as the structure which exists in the said annular part at least.
本発明の別の態様に係る照明装置では、前記発光素子をLEDとすることもできる。
本発明の別の態様に係る照明装置では、前記発光素子に電力供給するための電源ユニットを有する構成とすることもできる。
In the illumination device according to another aspect of the present invention, the light-emitting element may be an LED.
The lighting device according to another aspect of the present invention may include a power supply unit for supplying power to the light emitting element.
本発明の一態様に係る照明装置では、導光板と、導光板の主面の少なくとも一部を覆うように配される集光カバーとを用いることで、発光素子からレンズ部に至る光路の短縮を図れる。この光路の短縮によって照明装置の薄型化を実現できる。
また、集光カバーに設けられたレンズ部は、光軸上の基準位置からレンズ表面の任意位置までの距離と、基準位置及びレンズ表面の任意位置を通る直線と光軸とのなす角度とを関係付ける関係式により、表面形状が規定される。レンズ部は、レンズ部の頂部を含み且つ表面形状が第1関係式で規定される第1レンズ領域と、レンズ部の基部を含み且つ第1レンズ領域と隣り合い、表面形状が第2関係式で規定される第2レンズ領域とを有する。ここで第2関係式は、第2レンズ領域の表面形状を第1関係式で規定した場合に比べて前記距離が長くなる関係式である。
In the lighting device according to one embodiment of the present invention, the light path from the light emitting element to the lens unit is shortened by using the light guide plate and the light collecting cover arranged to cover at least a part of the main surface of the light guide plate. Can be planned. By shortening the optical path, the lighting device can be made thinner.
Further, the lens portion provided in the light collecting cover has a distance from a reference position on the optical axis to an arbitrary position on the lens surface, and an angle formed by a straight line passing through the reference position and the arbitrary position on the lens surface and the optical axis. The surface shape is defined by the relational expression to be related. The lens portion includes a top portion of the lens portion and the surface shape is defined by the first relational expression, and includes a base portion of the lens portion and is adjacent to the first lens area, and the surface shape is the second relational expression. And a second lens region defined by Here, the second relational expression is a relational expression in which the distance becomes longer than that in the case where the surface shape of the second lens region is defined by the first relational expression.
このような形状のレンズ部によれば、導光板から集光カバーに光を入射させた場合、第2レンズ領域の表面への光の入射角を小さくできる。これにより、第2レンズ領域の表面で正反射されて戻る光や、第2レンズ領域の表面で正反射されて拡散する光が低減し、第2レンズ領域から外部に向けて効率よく光を出射できる。
従ってレンズ部からは、第2レンズ領域から外部に出射させる光と、レンズ部の頂部を含む第1レンズ領域から外部に出射される光とを、導光板の主面に垂直な主出射方向に集光して出射できる。結果として、優れた狭配向の集光特性を得ることが可能な照明装置を提供できる。
According to the lens portion having such a shape, when light is incident on the light collecting cover from the light guide plate, the incident angle of light on the surface of the second lens region can be reduced. This reduces the light that is reflected back from the surface of the second lens region and the light that is reflected back and diffused from the surface of the second lens region, and efficiently emits light from the second lens region to the outside. it can.
Therefore, from the lens unit, the light emitted to the outside from the second lens region and the light emitted to the outside from the first lens region including the top of the lens unit are transmitted in the main emission direction perpendicular to the main surface of the light guide plate. It can be condensed and emitted. As a result, it is possible to provide an illuminating device that can obtain excellent narrow orientation light condensing characteristics.
以下、本発明の実施の形態に係る照明装置について図面を参照しながら説明する。
<実施の形態>
(照明装置100)
図1の一部断面図に示すように、照明装置100は、照明器具1と、掛止部材3と、電源ユニット4とを備えてなる。掛止部材3は板バネであり、照明器具1の背面側にあるベース10に取着される。電源ユニット4は照明器具1を点灯させる。電源ユニット4は配線23において照明器具1と電気接続されている。照明装置100は、天井等の造営材に設置する埋設型のダウンライトである。
Hereinafter, a lighting device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
<Embodiment>
(Lighting device 100)
As illustrated in the partial cross-sectional view of FIG. 1, the
図1に示す照明装置100では、電源ユニット4が天井2に設けた貫通孔2aを介し、天井2の裏面2bに載置される。貫通孔2aにベース10が収納されるように照明器具1が配置される。掛止部材3は貫通孔2aの周縁に掛止される。これにより照明装置100が天井2に設置される。
照明器具1は、外観的には図2に示すように、ベース10と、集光カバー50と、拡散カバー60とで構成される。ベース10に設けられた切欠部16からは配線23が外部に延出されている。図2中の点線は、照明器具1に内蔵された実装基板20と、実装基板20における基板21と、発光素子22の各位置を示す。照明器具1は、正面から見ると図3に示すように、集光カバー50の周囲が拡散カバー60で覆われている。照明器具1のサイズは、一例として外径約136mm、厚み約18mmである。
(照明器具1)
照明器具1は分解図の図4に示すように、ベース10と、実装基板20と、反射部材30と、導光板40と、集光カバー50と、拡散カバー60とを有する。照明器具1は全体形状が円盤状である。ベース10と、実装基板20と、反射部材30と、導光板40と、集光カバー50と、拡散カバー60とは、外周が円形状に形成される。
[ベース10]
ベース10は放熱特性に優れる材料、例えばアルミニウム等の金属材料で構成される。ベース10は、本体部11と、フランジ部12とを有する。フランジ部12には切欠部16が存在する。
In the
As shown in FIG. 2, the
(Lighting fixture 1)
As illustrated in FIG. 4 of the exploded view, the
[Base 10]
The
本体部11は、中央側から周縁側に向けて、円盤状の内側底部13と、内側底部13の周縁に立設された側壁部14と、側壁部14の周囲に配された環状の外側底部15とを有する。
内側底部13には実装基板20と反射部材30とが順次重ねて載置される。外側底部15には導光板40の環状外周部43が載置される。
The
The mounting
フランジ部12は本体部11の周囲に立設される。ベース10はフランジ部12のZ方向頂部付近において、拡散カバー60の側壁部62と接着剤やシール部材等を用いて接合される。
[実装基板20]
実装基板20は、環状の基板21と、複数の発光素子22と、配線23とを有する。
The
[Mounting board 20]
The mounting
基板21は、例えば、セラミックス材料や熱伝導樹脂等からなる絶縁層と、アルミニウム等からなる金属層とを積層した構造を有する。基板21の表面には発光素子22と配線23とを電気接続するための配線パターン(不図示)が形成される。
発光素子22は、一例としてLEDである。基板21の反射部材30と対向する表面に対し、発光素子22がその主出射方向を垂直(Z)方向に合わせて実装される。基板21上で各発光素子22は、互いに一定間隔をおいて円周状の素子列を形成する。実装基板20では、一例として合計18個の発光素子22が配線パターンに対し、COB(Chip on Board)技術を用いてフェイスアップ実装されている。
The
The
尚、基板21の表面は、発光素子22の出射光を効率良く導光板40側へ反射させるために光反射性を有する反射面となっている。
配線23は、電源ユニット4側より発光素子22に電力供給を行うために用いられる。配線23の両端は、基板21の配線パターンと、電源ユニット4とに電気接続されている。
[反射部材30]
反射部材30は板状部材であり、導光板40からの戻り光を導光板40側に反射する。反射部材30は実装基板20と導光板40との間に挟設される。反射部材30は、高光反射特性を有する材料、例えばポリブチレンテレフタレート(PBT)樹脂、ポリカーボネート(PC)樹脂、ナイロン樹脂、発泡樹脂等を用いて構成される。これらの樹脂材料で反射部材30を射出成形することで、高精度で反射部材30を構成できる。反射部材30は、少なくともその表面において光反射特性を有していれば良い。
The surface of the
The
[Reflection member 30]
The
照明器具1の断面図(図5)と、反射部材30の正面図(図6)と、図5の領域Aの拡大断面図(図7)に反射部材30の具体的構成を示す。反射部材30は中央側から外側に向けて、内側反射部31と、凹入部32と、外側反射部33とを有する。反射部材30の外径はベース10の側壁部14の内径と略一致する。内側反射部31は上面310において導光板40と対向する。また外側反射部33は上面320において導光板40と対向する。
A specific configuration of the reflecting
図5のように内側反射部31は、実装基板20の発光素子22の実装位置より内側の位置に設けられる。また外側反射部33は、実装基板20の発光素子22の実装位置より外側の位置に設けられる。内側反射部31と外側反射部33とは、導光板40からの戻り光を再度、導光板40側に反射させる。
凹入部32は図5と図7とに示すように、実装基板20の各発光素子22の実装位置に対応する反射部材30の領域を、厚み(Z)方向に沿って実装基板20側に凹入させてなる。
As shown in FIG. 5, the
As shown in FIG. 5 and FIG. 7, the recessed
図7に示すように、凹入部32の内部には、反射部材30の厚み(Z)方向を貫通する複数の開口34が一定間隔をおいて存在する。開口34の位置は、実装基板20上の各発光素子22の位置と一致する。
[導光板40]
導光板40は、発光素子22から出射した光をその板内において導光する。図4のように導光板40は、反射部材30と集光カバー50(拡散カバー60)との間に介設される。これにより、導光板40の上方から出射される光は集光カバー50と拡散カバー60とに入射される。導光板40は透光性に優れる材料、例えばアクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリスチレン樹脂、ガラスのいずれか等からなる。具体的構成として、導光板40は中央側から外側に向けて、環内部41と、環状部42と、環状外周部43とを有する。一例として、導光板40の外径は約128mm、板厚D3(図9)は約1.5mmである。
As shown in FIG. 7, a plurality of
[Light guide plate 40]
The
(i)環内部41
環内部41は円盤状であり、環状部42より導光板40の板内に入射された発光素子22の光を発光素子22の実装位置よりも内側に導光する。環内部41の直径は約80mmである。図5の領域Bの拡大断面図(図8)に示すように、環内部41の裏面401には複数の凹状反射部403が存在する。凹状反射部403は裏面401の一部を凹入させてなり、導光板40の板内を導光される光を主面402側に反射させる。凹状反射部403は裏面401側より主面402に向けて、円錐体状に形成されてなる。凹状反射部403の斜面間のテーパー角(頂角)は例えば60°である。各凹状反射部403の重心は、凹状反射部403の真上に位置する集光カバー50の下レンズ部502及び上レンズ部501の光軸上とそれぞれ重なるように配置されている。
(I)
The
凹状反射部403は環内部41において多数(ここでは合計491個)にわたり、環内部41の中心から周囲に向かって同心円状に形成されている。一例として、環内部41の直径方向に沿った凹状反射部403のピッチは約3mmである。また一例として、凹状反射部403のZ方向高さは0.4mm以上1.0mm以下である。
尚、凹状反射部403のサイズを大きくすると、表面積の増加により凹状反射部403で反射される光量が増大する。凹状反射部403のサイズが大き過ぎると、拡散光の量も増加する。凹状反射部403の真上の下レンズ部502及び上レンズ部501に光を適切に入射させるために、凹状反射部403のサイズは少なくとも真上に位置する上レンズ部501の直径を超えない程度にすべきである。
A large number of
If the size of the
尚、環内部41の主面402と集光カバー50の裏面とには、互いに嵌合可能な微小サイズの凸部と凹部(不図示)とが同順に設けられる。凸部と凹部とは、例えば集光カバー50の中心Oの付近において、互いに約120°ずつ円周角を異ならせた3か所の位置に対応して設けられる。これにより導光板40と集光カバー50との位置合わせが行われる。
The
(ii)環状部42
環状部42は、発光素子22の出射光を導光板40側に導光する入光部である。図4に示すように環状部42は、反射部材30の凹入部32と重ねて配置される。これにより環状部42は、実装基板20上の各発光素子22の実装位置に亘るように形成される。
具体的な構成として環状部42は、図7に示すように、素子対向部420と、内側傾斜部421Aと、外側傾斜部421Bとを有してなる。環状部42は全体として略V字断面形状を有する。
(Ii)
The
As a specific configuration, as shown in FIG. 7, the
素子対向部420は、発光素子22と近接配置される。素子対向部420の表面は一例として平坦面である。
内側傾斜部421Aと外側傾斜部421Bは、素子対向部420より遠ざかるにつれて滑らかに傾斜角度が漸増する断面形状を有する。内側傾斜部421Aは環内部41と連続している。外側傾斜部421Bは環状外周部43と連続している。内側傾斜部421Aと外側傾斜部421Bとは、垂直(Z)方向に対して互いに逆方向に傾斜する。これにより内側傾斜部421Aと外側傾斜部421Bは、素子対向部420より直上(Z)方向に沿って入射した入射光をその内部で同順に環内部41と環状外周部43とに効率よく導光させる。
The
The inner
尚、照明器具1では意匠上の理由により、内側傾斜部421AのZ方向高さを外側傾斜部421BのZ方向高さより高くしている。内側傾斜部421Aと外側傾斜部421BのZ方向高さを揃えることで、照明器具1をさらに薄型化することが可能である。
(iii)環状外周部43
環状外周部43は、環状部42より導光板40の内部に入射された発光素子22の光を、発光素子22の実装位置よりも外側に導光する。
In the
(Iii) An annular outer
The annular outer
図7に示すように、環状外周部43の裏面430には、Z方向に向けて複数の凹状反射部404が存在している。凹状反射部404は頂角が60°の円錐体状の凹陥部であり、Z方向高さは凹状反射部403と同一である。
[集光カバー50]
集光カバー50は、導光板40からの出射光を集光して前方に出射させる。集光カバー50は導光板40の少なくとも一部を覆うように配される集光カバー50は、全体として透光性に優れる材料、例えばシリコーン樹脂、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ガラス等を用いて構成される。照明器具1において、集光カバー50は導光板40と接するように配される。
As shown in FIG. 7, a plurality of concave reflecting
[Condensing cover 50]
The condensing
図9の拡大断面図に示すように、集光カバ−50は、ベース部500と、上レンズ部501と、下レンズ部502とを有する。
(i)ベース部500
ベース部500は、XY方向を平面方向とする板状部である。ベース部500の主面には上レンズ部501が形成される。ベース部500の裏面には下レンズ部502が形成される。ベース部500の裏面は導光板40の主面402と対向配置される。
As shown in the enlarged sectional view of FIG. 9, the condensing
(I)
The
ベース部500の板厚D1はできるだけ薄くすることが望ましい。一例として、ベース部500の板厚D1は0.5mm、レンズピッチWは3.05mmである。また、下レンズ部502の頂部5020aから上レンズ部501の頂部5010aまでの高さD2は2.5mmである。
(ii)上レンズ部501
上レンズ部501は微小な非球面レンズであり、ベース部500の上面から上方(Z方向)に形成される。上レンズ部501は、光軸上の基準位置からレンズ表面の任意位置までの距離と、基準位置及びレンズ表面の任意位置を通る直線と光軸とのなす角度とを関係付ける関係式により、表面形状が規定される。集光カバー50において、上レンズ部501は導光板40からの出射光を集光するレンズ部として用いる。上レンズ部501は、第1レンズ領域5010と、第2レンズ領域5011とを有してなる。
It is desirable to make the plate thickness D 1 of the
(Ii)
The
第1レンズ領域5010は、上レンズ部501の頂部5010aを含む領域である。第1レンズ領域5010は、例えば以下に示す形状を有する。図9のように上レンズ部501の光軸に沿った導光板40中の基準位置Aから第1レンズ領域5010の表面の任意位置までの距離をr1、基準位置Aから上レンズ部501の頂部5010aまでの高さをt1とする。さらに距離r1を通る直線と第1レンズ領域5010の光軸との間の角度をθ1、導光板40の屈折率をnとする。このとき、光軸に沿った第1レンズ領域5010の断面形状は、以下の関係式1(式1)で規定される。
The
(式1)
r1=(n−1)×t1/(n−cosθ1)
第2レンズ領域5011は、上レンズ部501の基部5011aを含み且つ、第1レンズ領域5010と連続し、第1レンズ領域5010よりも緩やかな表面形状を有する。第2レンズ領域5011は、例えば以下に示す形状を有する。上レンズ部501の光軸に沿った導光板40中の基準位置Aから第2レンズ領域5011の表面の任意位置までの距離をr2、導光板40の主面に垂直な方向に沿った基準位置Aから上レンズ部501の頂部5010aまでの高さをt1とする。さらに距離r2を通る直線と上レンズ部501の光軸との間の角度をθ2、nを導光板40の屈折率、k1、k2を正の定数、基準位置Aから上レンズ部501の表面における第1レンズ領域5010と第2レンズ領域5011との境界を通る直線(距離r0に沿った直線)と上レンズ部501の光軸との間の角度をθchとする。このとき第2レンズ領域5011の表面形状は、以下の第2関係式(式2)で規定される。
(Formula 1)
r 1 = (n−1) × t 1 / (n−cos θ 1 )
The
(式2)
r2=(n−1){t1+k1(θ2−θch)k2/(n−cosθ2)
第2関係式(式2)で第2レンズ領域5011の表面形状を規定することにより、第2レンズ領域5011を第1関係式で規定した場合に比べ、基準位置Aから第2レンズ領域5011の表面の任意位置までの距離が長くなる。ここでは一例として、t2>t1となる第2レンズ領域5011の基準高さをt2とし、k2=1、k1=(t2−t1)/(cos-1(1/n)−θch)とした。
(Formula 2)
r 2 = (n−1) {t 1 + k 1 (θ 2 −θ ch ) k 2 / (n−cos θ 2 )
By defining the surface shape of the
図10は、第1レンズ領域5010と第2レンズ領域5011の各表面形状を示すグラフであり、光軸(縦軸)に沿った上レンズ部501の表面形状の一部を示す。縦軸のレンズ高さと横軸のレンズ半径(r)とはそれぞれ相対値で示している。境界Qの位置は、θch=25°となる位置としている。ここで、第2レンズ領域5011の表面(実線で示される部分)は、表面形状を第1関係式で規定したときの第2レンズ領域5011の表面(点線Vで示される部分)に比べて外側に位置する。
FIG. 10 is a graph showing the surface shapes of the
図10に示すように、θchの角度を変化させ、境界Qの位置を縦軸に沿ったいずれかの方向に移動させることにより、上レンズ部501の第1レンズ領域5010の高さh3と、第2レンズ領域5011の高さh4との比率を調整できる。θchの角度を小さくすることにより、上レンズ部501の表面で正反射する光の割合を小さくすることが可能となるが、配光角度0°における放射強度が下がり、1/2ビーム角度も大きくなる。θchの適正角度は導光板40の厚みと凹状反射部403の大きさに起因する。例えば導光板40の厚みが1.5mmで凹状反射部403の径がφ0.9mmの場合、θchの角度を20°以上にすることにより、第1レンズ領域5010の表面で正反射する光は存在しなくなる。また、図9に示したt2の値を大きくすることにより、上レンズ部501の表面で正反射する光の割合を小さくすることが可能となるが、配光角度0°における放射強度が下がり、1/2ビーム角度も大きくなる。
As shown in FIG. 10, the height h 3 of the
上記より、θchの値は20°〜30°の範囲が効果的であり、本実施形態ではθch=25°とした。またt2は1<t2/t1<1.1の範囲が効果的であり、本実施形態ではt1=3.9mmに対してt2/t1=1.05とした。
(iii)下レンズ部502
下レンズ部502は微小な非球面レンズ(凸レンズ)であり、上レンズ部501の第2レンズ領域5011よりも曲率が大きい。下レンズ部502は導光板40からの出射光を上レンズ部501で集光する際、集光カバー50内で正反射を繰り返す光を低減し、集光特性を向上させるための補助レンズとして用いられる。下レンズ部502は導光板40と対向配置されるベース部500の裏面に形成される。
From the above, the value of θ ch is effective in the range of 20 ° to 30 °, and θ ch = 25 ° in this embodiment. Further, t 2 is effective in the range of 1 <t 2 / t 1 <1.1. In this embodiment, t 2 / t 1 = 1.05 with respect to t 1 = 3.9 mm.
(Iii)
The
下レンズ部502は、例えば以下の関係式が成立する形状を有する。図11は、下レンズ部502の表面形状を示すグラフである。下レンズ部502の光軸に沿った集光カバー50の下方向の基準位置Bから下レンズ部502の表面の任意位置までの下レンズ部502の距離をr3、基準位置Bから下レンズ部502の頂部5020aまでの距離をt3とする。さらに導光板40の屈折率をn、下レンズ部502の光軸(軸P)と距離r3を通る直線との間の角度をθ3とする。このとき下レンズ部502では、以下の第3関係式(式3)が成立する。
The
(式3)
r3=(n−1)×t3×cosθ3/((n×cos−1)×√n2−sin2θ3)
下レンズ部502の高さ(図9に示すD2−(h3+h4))は、一例として(0.2)mmである。また、下レンズ部502のt3値は一例としてt3=80mmである。t3値が小さい場合、t1値の適正値が小さくなり、レンズピッチが小さくなる。これにより、隣のレンズに入射される光の割合が増大するため、t3値としては出来るだけ大きい値が望まれる。
(Formula 3)
r 3 = (n−1) × t 3 × cos θ 3 / ((n × cos−1) × √n 2 −sin 2 θ 3 )
The height of the lower lens portion 502 (D 2 − (h 3 + h 4 ) shown in FIG. 9) is (0.2) mm as an example. The t 3 value of the
尚、発明者らの検討によれば、集光カバー50と導光板40とを接するように配置し、集光カバー50と導光板40との距離を0mmとすることが望ましい。この構成によれば、上レンズ部501と下レンズ部502のレンズ形状を調整することで、1/2ビーム角を10°以下100°以上の範囲に制御できる。
(iv)集光カバー50の全体的形状
照明器具1において、上レンズ部501と下レンズ部502とは導光板40の凹状反射部403の各々と個別に光学的な対向関係を保って配置される。さらに集光カバー50において、上レンズ部501と下レンズ部502とは、各光軸が集光カバー50の厚み(Z)方向に沿った軸P上に重なるように、ベース部500を挟んで個別に対応する位置に配置される(図8)。
According to the studies by the inventors, it is desirable that the
(Iv) Overall shape of the condensing
集光カバー50を作製する際、ベース部500と、上レンズ部501と、下レンズ部502とは一体的に射出成形される。図3に示すように、上レンズ部501は多数(ここでは491個)にわたり、集光カバー50の中央点Oから周縁に向けて同心円状に密集して形成される。XY平面に沿った各上レンズ部501のピッチと各下レンズ部502のピッチは、いずれも一例として3.05mmである。ここで図9のように導光板40の板厚をD3とし、図8のように隣接する上レンズ部501のピッチ(下レンズ部502のピッチ)をWとするとき、板厚D3及びレンズピッチWは1.5≦W/D≦2.5の関係が成立するように設定される。
[拡散カバー60]
拡散カバー60は、導光板40の環状外周部43からの出射光を散乱光とする。拡散カバー60は透光性材料、例えばシリコーン樹脂、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ガラス等を用いて構成される。
When the
[Diffusion cover 60]
The
具体的構成としては図3と図4とに示すように、拡散カバー60は本体部61と、側壁部62とを有する。
本体部61は円環状であり、光散乱処理が施されて導光板40からの出射光を効率よく散乱する。光散乱処理としては、例えば導光板40と対向する本体部61の表面を微細に凹凸処理する。本体部61は導光板40の環状外周部43を覆うように配される。本体部61の中央に存在する開口63からは、集光カバー50の上レンズ部501が外部露出される。開口63の直径は、一例として約80mmである。
Specifically, as shown in FIGS. 3 and 4, the
The
側壁部62は本体部61の周縁に配される。側壁部62はベース10のフランジ部12と接合される。
(照明装置100の基本動作)
以上の構成を有する照明装置100に電源投入すると、商業用電源に接続された電源ユニット4から配線23を介して各発光素子22に電力供給がなされる。これにより各発光素子22が駆動される。各発光素子22で生じた出射光は、反射部材30の各開口34を介して環状部42より導光板40に入射する。入射光は導光板40の板内で正反射を繰り返し、環内部41と環状外周部43の両方に導光される。導光板40より下方に漏れ出た戻り光は反射部材30の上面310、320において反射され、導光板40に再度入射される。
The
(Basic operation of lighting device 100)
When the
導光板40の環内部41に導光された発光素子22の出射光は、凹状反射部403において真上(Z)方向またはその近傍方向に反射され、各凹状反射部403の真上に位置する下レンズ部502と上レンズ部501とに順次入射される。入射光は下レンズ部502と上レンズ部501で集光される。凹状反射部403の中心付近から下レンズ部502と上レンズ部501とに入射された光は、平行光として出射される。凹状反射部403の中心より離れた位置から下レンズ部502と上レンズ部501とに入射された光は、軸Pに対してやや傾斜した方向に集光される。このように集光された光は距離約2000mm先にある照射面において、配光角±約5°以内に照度ピークを有する狭配向の照明光となる。
The light emitted from the
一方、導光板40の環状外周部43に導光された発光素子22の出射光は、凹状反射部404において厚み(Z)方向またはその近傍方向に反射される。その後、出射光は上方の拡散カバー60に入射される。入射光は光散乱処理された本体部61で拡散され、外部に出射される。
(照明装置100で奏される効果)
照明装置100では、主として以下の諸効果を期待できる。
On the other hand, the emitted light of the
(Effects produced by lighting device 100)
In the
[1]上レンズ部501により奏される効果
図12に、比較例の集光カバー50Aを用いた場合の様子を示す。集光カバー50Aは、単一の焦点距離の上レンズ部501Aを有する。図12中、導光板40の主面として裏面401Aと、主面402Aとを示す。上レンズ部501Aの曲率は第1レンズ領域5010の曲率と同一である。また上レンズ部501AのZ方向高さは上レンズ部501の高さ(h3+h4)と同一である。
[1] Effects exhibited by the
集光カバー50Aを用いると、レンズ焦点Cより照射された光は、上レンズ部501Aの表面で屈折し、Laのように光軸に対して平行に放射される。しかしながら、レンズ焦点Cよりずれた位置から照射し、上レンズ部501Aの表面に当たった光L3は、上レンズ部501Aの表面への入射角θ3が大きいために正反射を繰り返し、導光板40Aに入射される戻り光となる場合がある。また同様に、上レンズ部501Aの表面への入射角θ4が大きいために、上レンズ部501Aから周囲に拡散する光L4が発生する場合がある。
When the condensing
これらの問題に対し、集光カバー50を用いることで奏される効果を図13に示す。上レンズ部501において、第2レンズ領域5011の曲率は第1レンズ領域5010の曲率よりも小さい。第2レンズ領域5011の表面は第1レンズ領域5010の表面よりも緩やかに傾斜している。従って、図12に示したL3やL4のように進行する光を第2レンズ領域5011に入射させた場合には、入射の際の入射角を小さく抑制し、正反射を防止できる。図13では、光L3やL4と同じ方向より進行する光L5、L6が、図12の入射角θ3、θ4よりも小さな入射角θ5、θ6で第2レンズ領域5011にそれぞれ入射される様子を示す。光L5、L6は外部に突き抜け、真上方向またはその近傍方向に向けて出射される。但し、レンズ焦点Cより照射された光は、上レンズ部501Aの表面で屈折し、Laのように光軸に対して少し外に広がった方向に放射される。
FIG. 13 shows the effects obtained by using the
さらに集光カバー50では、第2レンズ領域5011の上に第1レンズ領域5010を位置させることで、第2レンズ領域5011の内側から上レンズ部501に入射する光L7を十分に小さな入射角θ7で入射させることができる。この光L7は第1レンズ領域5010から外部に突き抜け、真上方向またはその近傍方向に向けて出射される。このように第2レンズ領域5011から外部に出射させる光と、上レンズ部501の頂部5010aを含む第1レンズ領域5010から外部に出射される光とにより、導光板40の主面に垂直な主出射方向(Z方向)に光を集光して効率よく出射できる。結果として、優れた狭配向の集光特性を得ることが可能な照明装置100を提供できる。
Further, in the
[2]導光板40の板厚により奏される効果
図14に、比較例の導光板40B及び集光カバー50Bを用いた場合の様子を示す。導光板40Bの板厚D4は、導光板40板厚D3よりも厚い。上レンズ部501Bの曲率は図10の上レンズ部501Aと同一である。また上レンズ部501BのZ方向高さは上レンズ部501の高さ(h3+h4)と同一である。この場合、上レンズ部501Bの表面で正反射した光L8が戻り光となり、斜め方向より導光板40Bに入射されることがある。このとき、導光板40B内の光路が比較的長いために、光Lが導光板40Bの裏面401Bで反射されて別の上レンズ部501Bに入射されることにより、拡散光となるおそれがある。
[2] Effect produced by the thickness of the
この問題に対し、導光板40の板厚により奏される効果を図15に示す。照明装置100では、導光板40の板厚D3に対する上レンズ部501のピッチ(下レンズ部502のピッチ)Wが1.5≦W/D3≦2.5を満たすように設定されるので、この範囲で上レンズ部501のピッチ(下レンズ部502のピッチ)Wと導光板40の板厚D3とを小さくできる。これにより厚み(Z)方向付近に沿った導光板40の光路を短くできる。
FIG. 15 shows the effect produced by the thickness of the
ここで図15に示すように、光L8と同じ方向に進行し、上レンズ部501の表面で正反射した光L9を想定する。光L9が戻り光となって斜め方向より導光板40Bに入射された場合、導光板40内の光路が短いと、光L9は導光板40の裏面401で反射されたのち、再度、真上の上レンズ部501に入射され易くなる。これにより光L9が拡散光となるのを防ぎ、光L9を照射光として有効利用できる。尚、発明者らの行った実験によれば、導光板40の板厚D3を1.5mmから1.2mmまで薄くすると、光取り出し効率が10%程度向上することが確認された。従って作製可能な範囲において、導光板40の板厚D3を薄くすることが望ましい。
Here, as shown in FIG. 15, a light L 9 that travels in the same direction as the light L 8 and is regularly reflected by the surface of the
また、上レンズ部501の径が2.7mm以上の場合、板厚D1を0.5mmとすると、光L8のような拡散光を効果的に防止できる。レンズ製作上の課題を考慮しなければ、板厚D1が小さいほど拡散光を効果的に防止できる。一方、上レンズ部501に対する光の入射角が全反射角に近くなると透過率が低くなるのを避ける目的で、上レンズ部501の径を2.7mm以下としてもよい。
When the diameter of the
以上の各効果を奏することにより、照明装置100では配光角0°付近に照度が集中する照度分布を実現できる。よって、優れた集光特性を得ることが可能な照明装置100を提供できる。
[3]照明装置100の薄型化に関する効果
図19に示した従来の照明装置800では、例えば照度分布において光度が最大光度の1/2以上となる角度範囲の配向角(以下、「1/2ビーム角」と称する。)を±45°以内に設定する場合、蛍光体層8022の径を60mmとすると、フレネルレンズ803の径は162mmとなる。このとき、発光素子8021とフレネルレンズ803との間の光路(距離h1)として27mmを確保しなければならない。これにより照明装置800において薄型化を図ることは困難である。
By producing the above effects, the
[3] Effect Regarding Thinning of
これに対して照明装置100では、各凹状反射部403の真上(Z)方向に位置する上レンズ部501及び下レンズ部502に対し、各凹状反射部403より近距離より平行光を入射できる。従って図7に示すように、照明器具1の厚み(Z)方向における発光素子22と集光カバー50との間の光路(距離h2)を比較的短くできる。これにより照明器具1の厚みを18mm程度以下にまで抑制でき、照明装置100の薄型化を良好に図ることが可能である。
<性能確認>
照明装置100の性能を確認するため、照度分布における配光特性についてシミュレーションによる計算を行った。
On the other hand, in the
<Performance confirmation>
In order to confirm the performance of the
実施例として照明装置100を用いた。比較例として、集光カバーに単一の焦点距離を有する上レンズ部を設けたこと以外は実施例と同一構成の照明装置を用いた。実施例と比較例とでは、いずれも集光カバーのベース部の厚みを0.5mm、ベース部上面からの上レンズ部の高さを1.8mm、ベース部裏面からの下レンズ部の高さを0.2mmとした。実施例では、第1レンズ領域5010と第2レンズ領域5011の切り替わり角度θch=25°とした。実施例と比較例の照射面の位置は無限遠に設定した。
The
図16は、実施例と比較例の照度分布における配光特性についてのシミュレーション結果を直交座標における180°配向分布で示したグラフである。図17は図16における配向角度±30°以内の曲線を拡大したグラフである。図16、図17の縦軸は対数表示の照射強度とした。図18はシミュレーション結果に基づき算出した、実施例と比較例の±10°及び±20°の範囲の光束を比較したグラフである。 FIG. 16 is a graph showing a simulation result of the light distribution characteristics in the illuminance distributions of the example and the comparative example as a 180 ° orientation distribution in orthogonal coordinates. FIG. 17 is a graph obtained by enlarging the curve within the orientation angle ± 30 ° in FIG. The vertical axis | shaft of FIG. 16, FIG. 17 was made into the irradiation intensity | strength of logarithm display. FIG. 18 is a graph comparing light fluxes in the range of ± 10 ° and ± 20 ° between the example and the comparative example calculated based on the simulation result.
図16を見ると、比較例では配向角±70°付近において、照射強度が急激に高くなり、ピークが見られる。さらに図17の結果を見ると、比較例では配向角±10°付近においても照射強度に若干のピークが見られる。配向角±70°付近のピークは、図12に示したような、レンズ表面で正反射し、対峙した面から放射されたL4の光に起因するものと推測される。このようなピークは照射面において不要なリング光を形成し、集光特性を低下させる原因になる。 Referring to FIG. 16, in the comparative example, the irradiation intensity is rapidly increased and a peak is observed in the vicinity of the orientation angle ± 70 °. Further, when the result of FIG. 17 is seen, in the comparative example, a slight peak is observed in the irradiation intensity even in the vicinity of the orientation angle ± 10 °. The peak in the vicinity of the orientation angle ± 70 ° is presumed to be caused by L 4 light that is regularly reflected on the lens surface as shown in FIG. Such a peak forms unnecessary ring light on the irradiated surface and causes a reduction in light collection characteristics.
これに対し実施例では、図16に示す配向角±30°〜±90°の範囲においては比較例のような目立ったピークは見られず、配向角の絶対値の増大に伴って照射強度が連続的に滑らかに低下している。また図17に示すように、配向角がおよそ±3°以上から±23°以下の配光角度の範囲内において、比較例よりも照射強度が高くなっているが、比較例のような不要なピークは見られない。このため、実施例ではリング光の形成が比較例よりも抑制されている。 On the other hand, in the example, in the range of the orientation angle ± 30 ° to ± 90 ° shown in FIG. 16, no conspicuous peak as in the comparative example is seen, and the irradiation intensity increases with the increase in the absolute value of the orientation angle. It decreases continuously and smoothly. Further, as shown in FIG. 17, the irradiation intensity is higher than that of the comparative example in the range of the light distribution angle where the orientation angle is about ± 3 ° or more and ± 23 ° or less. No peak is seen. For this reason, in an Example, formation of ring light is suppressed rather than a comparative example.
図18の結果では、実施例は配向角が±10°範囲及び±20°範囲のいずれにおいても比較例より高い光束を呈している。このような結果が得られた理由として、実施例では上レンズ部501を第1レンズ領域5010と第2レンズ領域5011の組み合わせで構成したことにより、出射光が効率よく光軸方向に放射され、配向角±20°以内における光束が増加したものと推測される。
<その他の事項>
本発明に係る照明装置は、埋設型のシーリングライトに限定されない。例えば造営材の表面に設置されるシーリングライトであってもよい。また、ダウンライト、バックライトなど、照明用途の全般に広く利用可能である。
In the results of FIG. 18, the example exhibits a higher luminous flux than the comparative example in both the ± 10 ° and ± 20 ° orientation angles. As a reason why such a result is obtained, in the embodiment, the
<Other matters>
The lighting device according to the present invention is not limited to a buried ceiling light. For example, a ceiling light installed on the surface of the construction material may be used. Moreover, it can be widely used for general lighting applications such as downlights and backlights.
本発明において、掛止部材3は必須ではない。照明器具1はネジ止めやリベット、接着等を用いて造営材に固定してもよい。
照明装置100では、電源ユニット4と照明器具1とを別個の構成としたが、本発明はこの構造に限定されない。すなわち本発明の照明装置は、照明器具1が電源ユニット4を内蔵してなる構成としてもよい。
In the present invention, the
In the
本発明に係る発光素子は、例えば、LD(レーザダイオード)や、EL素子(エレクトリックルミネッセンス素子)であっても良い。また本発明に係る発光素子としては、SMD(Surface Mount Device)型でもよい。
また本発明に係る照明装置では、導光板の環状外周部と拡散カバーは必須ではない。従って、導光板の環状外周部と拡散カバーとを省略することもできる。
The light emitting element according to the present invention may be, for example, an LD (laser diode) or an EL element (electric luminescence element). The light emitting device according to the present invention may be an SMD (Surface Mount Device) type.
Moreover, in the illuminating device which concerns on this invention, the cyclic | annular outer peripheral part and diffusion cover of a light-guide plate are not essential. Therefore, the annular outer peripheral portion of the light guide plate and the diffusion cover can be omitted.
上記実施の形態では、反射部材30を一体型として構成した。しかしながら本発明では、隣接する開口34同士を互いに連通させてもよい。この場合、反射部材30は内側反射部31と外側反射部33の2部材で構成することができる。
上記各実施の形態では、実装基板20の上方に設ける板状部材として反射部材30を例示した。しかしながら本発明では板状部材の構成を反射部材に限定しない。すなわち、板状部材を反射性を有さない構成とすることもできる。
In the above embodiment, the reflecting
In each of the above embodiments, the reflecting
上記各実施の形態では照明器具1を円盤状としているが、照明器具1はこの形状に限定されない。例えば長尺状の基板本体に複数の発光素子を配列させて実装基板20を構成してもよい。この場合、ベース10、反射部材30、導光板40、集光カバー50、拡散カバー60をそれぞれ実装基板20と同様に長尺状に構成する。これにより照明器具1を長尺状とすることもできる。
In each of the above embodiments, the
導光板40において、凹状反射部403は少なくとも上レンズ部501及び下レンズ部502の配設位置に合わせて設ければよい。
また、凹状反射部404は必須の構成ではないので、設けなくてもよい。さらに凹状反射部404は、凹状反射部403と同一の構成としてもよい。
集光カバー50において、下レンズ部502は省略してもよい。すなわち、集光カバー50に設けるレンズ部は、少なくとも導光板40との対向面と背向する面上に形成されていればよい。しかしながら、集光カバー50と導光板40とが過度に密着すると、導光板40の主面402で光の正反射が増えることがある。従って、戻り光の増加を防止するためにも集光カバー50に下レンズ部502を設けることは好適である。
In the
In addition, the concave reflecting
In the
1 照明器具
2 天井
4 電源ユニット
10 ベース
20 実装基板
21 基板
22 発光素子
30 反射部材
31 内側反射部
32 凹入部
33 外側反射部
34 開口
40、40A、40B、940 導光板
41 内側導光部
42 環状部
43 外側導光部
50 集光カバー
60 拡散カバー
100 照明装置
401、401B 裏面
402、402B 主面
403、403A、403B、404 凹状反射部
500 ベース部
501 上レンズ部
502 下レンズ部
5010 第1レンズ領域
5010a 上レンズ部の頂部
5011 第2レンズ領域
5011a 基部
5020a 下レンズ部の頂部
DESCRIPTION OF
Claims (10)
前記複数の発光素子から出射した光を板内において導光する導光板と、
前記導光板の主面の少なくとも一部を覆う集光カバーとを備え、
前記導光板は、前記主面と背向する裏面の一部を凹入させ且つ前記導光板の板内に導光される光を前記集光カバー側に反射させる複数の凹状反射部を有し、
前記集光カバーは、前記各凹状反射部と個別に光学的な対向関係を保って配置され且つ前記各凹状反射部からの反射光を前記導光板の主面に垂直な主出射方向に集光する複数のレンズ部とを有し、
前記レンズ部は、光軸上の基準位置からレンズ表面の任意位置までの距離と、前記基準位置及びレンズ表面の任意位置を通る直線と前記光軸とのなす角度とを関係付ける関係式により、表面形状が規定される非球面レンズであり、前記レンズ部の頂部を含む第1レンズ領域と、前記レンズ部の基部を含み且つ前記第1レンズ領域と隣り合う第2レンズ領域とを有し、
前記第1レンズ領域の表面形状が第1関係式で規定され、
前記第2レンズ領域の表面形状が、前記第1関係式で規定した場合に比べて前記距離が長くなる第2関係式で規定されている
ことを特徴とする照明装置。 A plurality of light emitting elements;
A light guide plate for guiding light emitted from the plurality of light emitting elements in the plate;
A light collecting cover that covers at least a part of the main surface of the light guide plate;
The light guide plate has a plurality of concave reflecting portions that have a part of the back surface facing away from the main surface and that reflect the light guided into the plate of the light guide plate toward the light collection cover side. ,
The condensing cover is disposed in an optically opposing relationship with each concave reflecting portion and collects the reflected light from each concave reflecting portion in a main emission direction perpendicular to the main surface of the light guide plate. A plurality of lens parts,
The lens unit has a relational expression that relates a distance from a reference position on the optical axis to an arbitrary position on the lens surface, and an angle formed between the reference position and a straight line passing through the arbitrary position on the lens surface and the optical axis, An aspherical lens whose surface shape is defined, and includes a first lens region including a top portion of the lens portion, and a second lens region including a base portion of the lens portion and adjacent to the first lens region,
The surface shape of the first lens region is defined by a first relational expression,
The illumination device characterized in that the surface shape of the second lens region is defined by a second relational expression in which the distance becomes longer than that defined by the first relational expression.
前記集光カバーは、前記ベース部の主面と背向する裏面において前記導光板の主面と対向配置され、
前記各レンズ部のピッチをW、前記導光板の板厚をDとするとき、1.5≦W/D≦2.5の関係が成立する
請求項2に記載の照明装置。 The condensing cover further includes a plate-like base portion in which the lens portions are arranged on the main surface,
The condensing cover is disposed opposite to the main surface of the light guide plate on the back surface opposite to the main surface of the base portion,
The lighting device according to claim 2, wherein a relationship of 1.5 ≦ W / D ≦ 2.5 is established, where W is a pitch between the lens portions and D is a thickness of the light guide plate.
r1=(n−1)×t1/(n−cosθ1)が成立する
請求項1または2に記載の照明装置。 The distance from the reference position A in the light guide plate to an arbitrary position on the surface of the first lens region is r 1 , the distance from the reference position A to the top is t 1 , and the straight line passing through the distance r 1 and the lens When the angle between the optical axis of the portion is θ 1 and n is the refractive index of the light guide plate, r 1 = (n−1) × t 1 / (n−cos θ 1 ) as the first relational expression. The lighting device according to claim 1 or 2.
r2=(n−1){t1+k1(θ2−θch)k2/(n−cosθ2)
が成立する
請求項1〜3のいずれかに記載の照明装置。 The distance from the reference position A in the light guide plate to an arbitrary position on the surface of the second lens region is r 2 , the maximum height from the reference position A to the surface of the first lens region is t1, and the distance r 2 is The angle between the straight line passing through and the optical axis of the lens unit is θ 2 , n is the refractive index of the light guide plate, k 1 and k 2 are positive constants, and the first position on the surface of the lens unit from the reference position A When the angle between the straight line passing through the boundary between the lens region and the second lens region and the optical axis of the lens unit is θ ch , r 2 = (n−1) {t 1 + K 1 (θ 2 −θ ch ) k 2 / (n−cos θ 2 )
The lighting device according to any one of claims 1 to 3.
前記各補助レンズ部は前記各レンズ部と個別に互いの光軸が一致するように配置されている
請求項1〜4のいずれかに記載の照明装置。 The light collecting cover further includes a plurality of auxiliary lens portions arranged to face the main surface of the light guide plate,
The illuminating device according to any one of claims 1 to 4, wherein the auxiliary lens units are arranged so that the optical axes of the auxiliary lens units individually match the lens units.
r3=(n−1)×t3×cosθ3/((n×cos−1)×√n2−sin2θ3)が成立する
請求項5に記載の照明装置。 The distance from the reference position B in the light guide plate along the optical axis of the auxiliary lens portion to an arbitrary position on the surface of the auxiliary lens portion is r 3 , and the distance from the reference position B to the top of the auxiliary lens is t 3 , where θ 3 is the angle between the straight line passing through the distance r 3 and the optical axis of the auxiliary lens unit, and n is the refractive index of the light collecting cover, r 3 = (n− The lighting device according to claim 5, wherein 1) × t 3 × cos θ 3 / ((n × cos−1) × √n 2 −sin 2 θ 3 ) is established.
請求項1〜6のいずれかに記載の照明装置。 The illuminating device according to claim 1, wherein the concave reflecting portion has a conical shape.
前記複数の発光素子は前記基板上において環状の素子列を形成し、
前記導光板は、前記素子列に沿って環状に配された環状部と、前記環状部の内側に前記環状部と連続して配された環内部とを有する円盤状であり、
前記凹状反射部が少なくとも前記環状部に存在している
請求項1〜7のいずれかに記載の照明装置。 Further comprising a mounting substrate in which the plurality of light emitting elements are mounted on the substrate surface,
The plurality of light emitting elements form an annular element array on the substrate,
The light guide plate has a disc shape having an annular portion arranged annularly along the element row and an inside of the ring continuously arranged with the annular portion inside the annular portion,
The illuminating device according to claim 1, wherein the concave reflection portion is present at least in the annular portion.
請求項1〜8のいずれかに記載の照明装置。 The lighting device according to claim 1, wherein the light emitting element is an LED.
請求項1〜9のいずれかに記載の照明装置。 The lighting device according to claim 1, further comprising a power supply unit for supplying power to the light emitting element.
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