JP2015161872A - 配光制御部材及び照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】、被照射面内で直交するＸＹ方向での照射光の配光特性がＸ及びＹ方向で、非回転対称に且つ所望の配光特性となるように制御することができ、所定の被照射基準面に光を照射した場合に、基準面の中心から所望範囲の四隅における照度を、任意に制御し、且つ、中心照度に対して十分な照度を確保することができる光束制御部材及び照明装置を提供する。
【解決手段】発光素子から出射された光の配光制御を行う配光制御部材であって、配光制御部材は、発光素子に対峙する頂部１０、頂部から末広がり状に形成された側部２０、及び光の出射面となる底部３０、を備える多角錐体１１０と、多角錐体の外周を囲むように形成されるプリズム部と、を有する。
【選択図】図２

Description

本発明は、ＬＥＤ（発光ダイオード）などの発光素子から出射する光の配光特性を制御する配光制御部材及びそれを用いた照明装置に関する。

近年、ＬＥＤ（発光ダイオード）などの半導体発光素子を用いた照明装置（発光装置）が普及しつつある（例えば、特許文献１）。

特開２０１３−２０７１６号公報

特許文献１に記載の発光装置は、発光素子と、発光素子から出射した光が所望の配光特性となるように光の進行方向を制御する光束制御部材とを有している。光束制御部材は、例えば、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）やポリカーボネート（ＰＣ）などの光透過性樹脂からなり、中心軸方向に所定の厚さを有した回転対象な円盤状とされる。また、円盤面の１面には全反射面が形成されると共に、円盤内部の外周近傍に円盤内部を伝搬してきた光を円盤面から光軸方向に反射する反射面が形成されている。

光束制御部材に対向し、その回転軸中心付近に配置された発光素子から照射された光は、光束制御部材の回転軸近辺から円盤内に入射し、円盤面の１面に形成された全反射面で全反射して、円盤面内を伝搬し、１部の光は、光束制御部材の外側面から出射する。また、その他の光は、円盤内の外周近傍に形成された反射面で反射して円盤面の外側面近傍から回転軸方向に出射する。

特許文献１の光束制御部材は、発光素子から出射された光を、光束制御部材の外周部に形成された出射部から出射するように光の伝搬方向が制御できるために、直視しても眩しくないなどの照明装置の用途に応じた所望の配光特性が得られることとなる。

しかしながら、このような従来の光束制御部材は、配光特性を制御する構成が回転対象であるために、被照射面内で直交するＸＹ方向での照射光の配光特性がＸ及びＹ方向で、非回転対象に且つ所望の配光特性となるように制御することができないという問題がある。すなわち、所定の被照射基準面の中心に光を照射した場合に、基準面の中心から所望範囲の四隅における照度を、任意に制御し、且つ、中心照度に対して十分な照度を確保することできないという問題があった。

本発明は上記従来における問題点を解決し、以下の目的を達成することを課題とする。即ち、本発明は、被照射面内で直交するＸＹ方向での照射光の配光特性がＸ及びＹ方向で、非回転対象に且つ所望の配光特性となるように制御することができ、所定の被照射基準面に光を照射した場合に、基準面の中心から所望範囲の四隅における照度を、任意に制御し、且つ、中心照度に対して十分な照度を確保することができる光束制御部材及び照明装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するための手段としては、以下の通りである。即ち、本発明は、発光素子から出射された光の配光制御を行う配光制御部材であって、前記配光制御部材は、前記発光素子に対峙する頂部、該頂部から末広がり状に形成された側部、及び光の出射面となる底部、を備える多角錐体と、前記多角錐体の外周を囲むように形成されるプリズム部と、を有する。

また、上記発明において、前記プリズム部は、平面視が矩形の第１のプリズム部と、前記第１のプリズム部と前記多角錐体との間であって、前記第１のプリズム部の向かい合う２辺に平行して、該多角錐体を挟み込むように形成された第２のプリズム部と、を有していてもよい。

また、本発明の照明装置は、前記配光制御部材と、発光素子と、を有する。

本発明によれば、被照射面内で直交するＸＹ方向での照射光の配光特性がＸ及びＹ方向で、非回転対象に且つ所望の配光特性となるように制御することができ、所定の被照射基準面の中心に光を照射した場合に、基準面の中心から所望範囲の四隅における照度を、任意に制御し、且つ、中心照度に対して十分な照度を確保することができる。

本発明の配光制御部材の外観を示す斜視図 配光制御部材の１部を構成する多角錐体の斜視図 図３は、配光制御部材の（Ａ）平面図、（Ｂ）Ａ―Ａ線断面図、（Ｃ）Ｂ−Ｂ線断面図である。 図４は、本発明の錐体単体からの出射光の配光特性を示す図である。

〔第１の実施の形態〕
以下、本発明の実施の形態にかかる配光制御部材について図面を参照して説明する。
図１は、配光制御部材の外観を示す斜視図、図２は、本発明の実施の形態にかかる多角錐体の斜視図を示す。図３は、本発明の実施の形態にかかる配光制御部材の（Ａ）平面図、（Ｂ）Ａ―Ａ線断面図、（Ｃ）Ｂ−Ｂ線断面図である。

本発明の実施の形態にかかる配光制御部材１００は、図１に示すように、中心部分に多角錐体１１０を有している。また、多角錐体１１０の外周には、多角錐体１１０を囲むプリズム部１２０、１３０、１４０を有している。

多角錐体１１０は、図２に示すように、平面視で長方形の底部を有する四角錐体１１０（長方錐）とされる。四角錐体１１０は、発光素子（図示せず）に対峙する頂部１０、該頂部１０から末広がり状に形成された側部２０、及び光の出射面となる長方形の底部３０を備えている。また、四角錐体１１０において、頂部１０は、上面が平坦とされ、この平坦面が図示しない発光素子に対峙する。

四角錐体１１０の外周には、図１に示すように、四角錐体１１０の長手方向及び短手方向の外周に、四角錐体１１０を囲むように矩形の第１のプリズム部１２０が形成される。また、第１のプリズム部１２０と四角錐体１１０との間には、第１のプリズム部の向かい合う２辺に平行して、四角錐体１１０を挟み込むように第２のプリズム部１３０ａ及び１３０ｂが形成される。また、プリズム部１２０の外周には、プリズム部１２０を囲むように矩形の第３のプリズム部１４０ａ及びプリズム部１４０ｂが形成される。

各プリズム部１２０、１３０ａ、１３０ｂ、及び１４０ａ、１４０ｂの断面形状は、図３の（Ｂ）及び（Ｃ）に示すように、それぞれ、配光制御部材１００の中心側に面し、且つ光軸方向にほぼ垂直に近い斜面の入射面と、配光制御部材１００の外周側に面し、且つ光軸に対して所定の角度で傾斜する反射面とを備える反射型フレネルレンズ形状とされる。

各プリズム部１２０、１３０、及び１４０の反射面は、錐体１１０に最も近接して配置されるプリズム部１２０から、最も離れて配置されるプリズム部１４０に向かって、その傾斜角度が緩やかになるように、各プリズム部の傾斜面が形成される。

また、本実施の形態にかかるプリズム部１４０ａ及びプリズム部１４０ｂは、図１に示すように、配光制御部材１００の内部、即ち、錐体１１０側に窪むＶ字状の２平面から形成されている。

本実施の形態にかかる配光制御部材は、図示しない発光素子から配光制御部材１００に向けて出射した光線は、錐体１１０の頂部１０及び側部２０に入射する。頂部１０側から側部２０に入射する光は、スネルの法則に従って、光軸方向に光線の方向が変えられて、錐体１１０の底部３０から出射することになる。

また、図示しない発光素子から出射した光線の１部は、各プリズム部１２０、１３０及び１４０の各入射面（屈折面）からプリズム部内に入射し、各プリズム部１２０、１３０及び１４０の各反射面（または全反射面）で反射され、光軸方向に光線の方向が変えられて出射する。従って、錐体１１０の配光特性と各プリズム部１２０、１３０及び１４０の配光特性とが合わされて、効果的に、仮想平面上での配光特性が制御され、仮想平面の中心から所望範囲の四隅における照度を更に十分確保することができる。

本発明の実施の形態にかかる配光制御部材１００を構成する錐体１１０及び各プリズム部１２０、１３０及び１４０は、エポキシ樹脂系（ＥＰ）のＵＶ硬化性の光透過性樹脂からなり、型に樹脂を充填後にＵＶを照射して硬化させることにより成型される。

図５のグラフは、本発明の実施の形態にかかる配光制御部材１００から出射する光の配光特性を、光軸上の光源（図示せず）より１ｍ離れた位置を原点とする光軸に直交する仮想平面であるＸＹ平面上（位置空間）での、光の強度に応じた照度分布（グラフ上に示す濃淡）によって示す図である。図５に示す通り、本発明の実施の形態にかかる配光制御部材１００を通過した光は、仮想平面上で矩形形状に配光特性が制御され、且つ、仮想平面の中心から所望範囲の四隅における照度を十分確保することができる。

本発明の実施の形態にかかる照明装置は、図示しない発光素子と、上記実施の形態にかかる配光制御部材を有している。発光素子としては、例えば、ＬＥＤ（発光ダイオード）などの半導体発光素子を用いることができるが、発光ダイオードの数や配置などは特に限定されず、例えば、複数の発光ダイオードを所定の位置に配置した面状光源としてもよく、単一の発光ダイオードを用いてもよい。そして、発光素子（図示せず）は、プリズム部１２０の先端より錐体１１０側の空間であって、頂部１０に対峙する位置に配置されることが好ましい。

また、本発明の錐体１１０は、錐体１１０の側部２０上又は底面３０上に、求められる配光特性に応じて、所望の形状のフレネルレンズを形成してもよい。

また、本発明の錐体１１０は、四角錐体に限定されることはなく、求められる配光特性に応じて、五角錐体、六角錐体などの所定の多角錐形状とすることができる。

本実施の形態では、配光制御部材１００は、エポキシ樹脂系（ＥＰ）のＵＶ硬化性の光透過性樹脂によりＵＶ硬化して成型されるが、特に、この例に限定されるものではなく、例えば、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）やポリカーボネート（ＰＣ）、エポキシ樹脂（ＥＰ）などの光透過性樹脂を用いて射出成型により成型してもよい。

本発明にかかる照明装置は、光源から出射される光を、矩形配光特性とすることが出来るので、カメラフラッシュ等の特定の矩形領域を照明する用途に特に好適である。また、所定の被照射基準面に光を照射した場合に、基準面の中心から所望範囲の四隅における照度を、任意に制御し、且つ、中心照度に対して十分な照度を確保することができるので、フラットパネルディスプレイのバックライトや車両の灯火類などの用途に広く使用することができる。

１００ 配光制御部材
１１０ 多角錐体
１０ 頂部
２０ 側部
３０ 底部
１２０、１３０、１４０ プリズム部

Claims (3)

1. 発光素子から出射された光の配光制御を行う配光制御部材であって、
   前記配光制御部材は、
   前記発光素子に対峙する頂部、該頂部から末広がり状に形成された側部、及び光の出射面となる底部、を備える多角錐体と、
   記多角錐体の外周を囲むプリズム部と、
   を有する配光制御部材。
2. 前記プリズム部は、平面視が矩形の第１のプリズム部と、前記第１のプリズム部と前記多角錐体との間であって、前記第１のプリズム部の向かい合う２辺に平行して、該多角錐体を挟み込むように形成された第２のプリズム部と、を有する請求項１に記載の配光制御部材
3. 請求項１または２のいずれかに記載の配光制御部材と、発光素子と、を有する照明装置。