JP2015201281A - 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。【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、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、及び出射面となる底部を備える錐体を有し、前記錐体の側部には、該錐体の内部側に窪む、対向する２対以上の窪み部が形成されると共に、該側部の表面に、所望の配列で、突部又は溝部が形成されてなる。【選択図】図１

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、及び出射面となる底部を備える錐体を有し、前記錐体の側部には、該錐体の内部側に窪む、対向する２対以上の窪み部が形成されると共に、該側部の表面に、所望の配列で、突部又は溝部が形成されてなる。

また、上記発明において、前記窪み部は、略Ｖ字状に配置される少なくとも２平面により形成してもよい。

また、上記発明において、前記窪み部は、谷底部の断面形状がＲ形状でもよい。

また、上記発明において、前記窪み部は、前記錐体の内部側に窪む曲面でもよい。

また、上記発明において、前記突部が突条でもよい。

また、上記発明において、前記溝部が溝条でもよい。

また、上記発明において、前記窪み部は、前記錐体の底部が矩形でもよい。

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。

第１の実施の形態にかかる配光制御部材の外観を示す斜視図 第１の実施の形態にかかる配光制御部材の１部を構成する錐体の斜視図 錐体の（Ａ）平面図、（Ｂ）Ａ―Ａ線断面図、（Ｃ）Ｂ−Ｂ線断面図である。 第１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、（Ｄ）Ｃ―Ｃ線断面図である。 第２の実施の形態にかかる配光制御部材の外観を示す斜視図 第２の実施の形態にかかる配光制御部材の１部を構成する錐体の斜視図 錐体の（Ａ）平面図、（Ｂ）Ａ―Ａ線断面図、（Ｃ）Ｂ−Ｂ線断面図である。 第２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、（Ｄ）Ｃ―Ｃ線断面図である。 第３の実施の形態にかかる配光制御部材の外観を示す斜視図 第３の実施の形態にかかる配光制御部材の１部を構成する錐体の斜視図 錐体の（Ａ）平面図、（Ｂ）Ａ―Ａ線断面図、（Ｃ）Ｂ−Ｂ線断面図である。 第３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、（Ｄ）Ｃ―Ｃ線断面図である。 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、本発明の第１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、配光制御部材としての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としての錐体１１０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、（Ｄ）Ｃ―Ｃ線断面図である。

本実施の形態にかかる配光制御部材１００を構成する錐体１１０は、図２に示すように、平面視で長方形の底部を有する。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底部３０を備えている。また、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。また、頂部１０から末広がり状に形成された側部２０は、錐体１１０の内部側に窪む、第１の対向する窪み部２１と、第２の対向する窪み部２２とを備える。

第１の対向する窪み部２１は、図２及び図３に示すように、谷底部２１ａを挟んでＶ字状に配置される２つの平面２１ｂ及び２１ｃより形成される。なお、図３に示すように、第２の窪み部２２も同様の構成とされる。

第１の窪み部２１及び第２の窪み部２２は、その形状を、窪み部の深さや、平面２１ｂ、ｃ及び平面２２ｂ、ｃの形状を任意に設定することにより、所定の被照射基準面で所望の配光特性を得ることができる。

錐体１１０の側部２０の表面には、図２及び図３に示すように、平面視で矩形の環状溝部４０ａ及び４０ｂが同心状に形成される。

環状溝部４０ａ及び４０ｂは、開口部が頂部１０側に向かう断面コの字状の溝条とされる。

本実施の形態において、環状溝４０ａ及び４０ｂは、平面視で矩形の環状溝とされるが、その形状については、特に制限されることはなく、例えば、頂部１０を両側から挟み込むような平行溝条としてもよく、ドット状の溝部としてもよい。また、環状溝部４０ａ及び４０ｂの断面形状についても、同様に、特に制限されることはなく、例えば、断面がＶ字状でもよく、半円状でもよい。

本発明の実施の形態にかかる配光制御部材は、これら第１の窪み部２１及び、第２の窪み部２２により、頂部１０側から平面２１ｂ、ｃ及び平面２２ｂ、ｃに入射する光はスネルの法則に従って、錐体１１０の底部３０から出射することになる。このとき、第１及の窪み部２１及び第２の窪み部２２の深さや、平面２１ｂ、ｃ及び平面２２ｂ、ｃの形状を任意に設定することにより、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。

また、錐体１１０の側部２０の表面に環状溝４０ａ及び４０ｂが形成されているので、ＬＥＤ発光素子の基板構造などが錐体１１０を介して直接視認されることが防止できる。

本発明の実施の形態にかかる配光制御部材においては、図４に示すように、錐体１１０の長手方向及び短手方向の外周に、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、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４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。

本発明の実施の形態にかかる配光制御部材１００は、図示しない発光素子から出射した光線は、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出射する。従って、本発明の配光制御部材としての錐体１１０の配光特性と合わせて、更に効果的に、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十分確保することができる。

〔第２の実施の形態〕
以下、本発明の第２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５は、配光制御部材の外観を示す斜視図、図６は、配光制御部材としての錐体の斜視図を示す。図７は、本発明の実施の形態にかかる配光制御部材としての錐体１１０の（Ａ）平面図、（Ｂ）Ａ―Ａ線断面図、（Ｃ）Ｂ−Ｂ線断面図である。図８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、（Ｄ）Ｃ―Ｃ線断面図である。

本実施の形態にかかる配光制御部材１００及び錐体１１０は、図５及び図６に示すように、その基本構成は、第１の実施の形態にかかる配光制御部材１００及び錐体１１０と同様である。従って、第１の実施の形態にかかる配光制御部材１００及び錐体１１０と同一の構成要素については、同一の符号を付してその説明を省略する。

錐体１１０の側部２０の表面には、図６に示すように、平面視で矩形の環状突部４１ａ及び４１ｂが同心状に形成される。

本実施の形態において、環状突部４１ａ及び４１ｂは、上面が平坦で断面形状が箱型の突条とされる。

本実施の形態において、環状突部４１ａ及び４１ｂは、平面視で矩形の環状突部とされるが、その形状については、特に制限されることはなく、例えば、頂部１０を両側から挟み込むような平行突条としてもよく、複数のドット状の突起の配列としてもよい。また、環状凸部４１ａ及び４１ｂの断面形状についても、同様に、特に制限されることはなく、例えば、上面が平坦で断面形状が台形でもよい。

本発明の実施の形態にかかる配光制御部材においては、図５に示すように、第１の実施の形態と同様に、第１のプリズム部１２０、第２のプリズム部１３０ａ及び１３０ｂ、並びに、第３のプリズム部１４０ａ及びプリズム部１４０ｂが形成される。それぞれの構成については、第１の実施の形態における各プリズム部と同様であるので、同一の符号を付してその説明を省略する。

〔第３の実施の形態〕
以下、本発明の第３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９は、配光制御部材の外観を示す斜視図、図１０は、配光制御部材としての錐体の斜視図を示す。図１１は、本発明の実施の形態にかかる配光制御部材としての錐体１１０の（Ａ）平面図、（Ｂ）Ａ―Ａ線断面図、（Ｃ）Ｂ−Ｂ線断面図である。図１２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、（Ｄ）Ｃ―Ｃ線断面図である。

本実施の形態にかかる配光制御部材１００及び錐体１１０は、図９及び図１０に示すように、その基本構成は、第１の実施の形態にかかる配光制御部材１００及び錐体１１０と同様である。従って、第１の実施の形態にかかる配光制御部材１００及び錐体１１０と同一の構成要素については、同一の符号を付してその説明を省略する。

錐体１１０の側部２０の表面には、図１０に示すように、平面視で矩形の環状突部４２ａ及び４２ｂが同心状に形成される。

本実施の形態において、環状突部４２ａ及び４２ｂは、断面形状がかまぼこ型の突条とされる。

本実施の形態において、環状突部４２ａ及び４２ｂは、平面視で矩形の環状突部とされるが、その形状については、特に制限されることはなく、例えば、頂部１０を両側から挟み込むような平行突条としてもよく、複数のドット状の突起の配列としてもよい。

本発明の実施の形態にかかる配光制御部材においては、図９に示すように、第１の実施の形態と同様に、第１のプリズム部１２０、第２のプリズム部１３０ａ及び１３０ｂ、並びに、第３のプリズム部１４０ａ及びプリズム部１４０ｂが形成される。それぞれの構成については、第１の実施の形態における各プリズム部と同様であるので、同一の符号を付してその説明を省略する。

本発明の照明装置は、図示しない発光素子と、第１乃至第３の各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。

第１乃至第３の各実施の形態では、錐体１１０は、その内部側に窪む、第１の対向する窪み部２１と、第２の対向する窪み部２２の２対の窪み部を有しているが、特に、この例に限定されるものではなく、求められる配光特性に応じて、２対以上の窪み部を有していてもよい。また、その形状についても、各窪み部が、Ｖ字状の２平面から形成されていてもよく、曲面から形成されていてもよい。また、各窪み部が、多平面から形成されていてもよい。

また、錐体１１０の第１の窪み部２１及び第２の窪み部２２の形状は、曲面としてもよい。また、その曲面形状については、特に制限されることはなく、所望の非球面係数で特定される非球面、自由曲面、又はトロイダル面などとしてもよい。

また、錐体１１０の側部２０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、錐体１１０の底部３０の形状としては、特に限定されることはなく、矩形や所定の多角形状とすることができる。

第１乃至第３の各実施の形態にかかる配光制御部材１００を構成する錐体１１０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。

第１乃至第３の各実施の形態では、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。

図１３のグラフは、本発明の実施の形態にかかる配光制御部材としての錐体１１０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錐体１１０を通過した光は、各窪み部２１及び２２を形成する平面２１ｂ、ｃ及び平面２２ｂ、ｃによって、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 錐体
１０ 頂部
２０ 側部
３０ 底部
２１、２２ 窪み部
４０ａ、４０ｂ 溝部（溝条）
４１ａ、４１ｂ、４２ａ、４２ｂ 突部（突条）

Claims (8)

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、及び出射面となる底部を備える錐体を有し、
   前記錐体の側部には、該錐体の内部側に窪む、対向する２対以上の窪み部が形成されると共に、該側部の表面に、所望の配列で、突部又は溝部が形成されてなる配光制御部材。
2. 前記窪み部は、略Ｖ字状に配置される少なくとも２平面により形成してなる請求項１に記載の配光制御部材
3. 前記窪み部は、谷底部の断面形状がＲ形状である請求項２に記載の配光制御部材。
4. 前記窪み部は、前記錐体の内部側に窪む曲面からなる請求項１に記載の配光制御部材。
5. 前記突部が突条である請求項１乃至４のいずれかに記載の配光制御部材。
6. 前記溝部が溝条である請求項１乃至４のいずれかに記載の配光制御部材。
7. 前記錐体の底部が矩形である請求項１乃至６のいずれかに記載の配光制御部材。
8. 請求項１乃至７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。