JP2015212762A - 光束制御部材、発光装置および照明装置 - Google Patents

光束制御部材、発光装置および照明装置 Download PDF

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Abstract

【課題】大型化することなく、基板に固定される際の接着剤の付着による光学性能の低下を防ぐことができる、光束制御部材を提供すること。
【解決手段】本発明に係る光束制御部材は、入射領域および出射領域を有する。入射領域は、入射面、反射面および稜線を有する凸条を複数含む。最も外側に配置されている反射面は、入射面で入射した光を出射領域に向けて反射させる複数の分割反射面と、隣接した2つの分割反射面の間であって、入射面で入射した光の進行方向に対して死角の位置に配置された1または2以上の段差面と、を有する。最も外側に配置されている凸条は、中心軸に沿う方向に突出し、かつ中心軸に沿う方向において、その先端部が光束制御部材の発光素子側の端部よりも出射領域側にある突起部を有する。
【選択図】図8

Description

本発明は、発光素子から出射された光の配光を制御する光束制御部材、この光束制御部材を有する発光装置および照明装置に関する。
近年、省エネルギーや小型化の観点から、撮像カメラ用の発光装置として、発光ダイオード(以下「LED」ともいう)を光源とする発光装置(LEDフラッシュ)が使用されるようになってきた。このような発光装置としては、LEDと、フレネルレンズとを組み合わせたものがよく知られている。
一般的に、LEDとフレネルレンズとを組み合わせる方法として、LEDを実装された基板上に接着剤を用いてフレネルレンズを固定する方法が採用されている。このとき、フレネルレンズは、基板に接合されている支持部を介して基板に固定される。このように接着剤を用いてフレネルレンズを固定する場合、接着剤がフレネルレンズの光学面に付着してしまい、発光装置の光学性能が低下するおそれがある。このような問題を解決する手段として、被接着部が光学面の外側に設けられたフレネルレンズが提案されている(例えば、特許文献1参照)。
図1は、特許文献1に記載のフレネルレンズ10の構成を示す模式図である。図1Aは、フレネルレンズ10の側面図であり、図1Bおよび図1Cは、フレネルレンズ10を、支持台20に接着する様子を示す側面図である。図1Aに示されるように、フレネルレンズ10は、フレネルレンズ10を支持するための基板12と、基板12上に配置されたレンズ部14と、基板12上においてレンズ部14の外側に配置された突出部16とを有する。図1Bに示されるように、フレネルレンズ10を支持台20に接着する場合、まず、基板12上において突出部16よりも外側に位置する支持台取付面18に接着剤30を塗布する。次いで、図1Cに示されるように、支持台20の端面を支持台取付面18に押し当てた状態で、接着剤30を硬化させることにより、フレネルレンズ12と支持台20とを接着することができる。このとき、突出部16は、接着剤30が押し広げられてレンズ部14に到達することを阻止する。これにより、接着剤30の付着による光学性能の低下を防ぐことができる。
特開平3−289602号公報
しかしながら、特許文献1に記載のフレネルレンズ10(光束制御部材)には、支持台取付面18(被接着部)がレンズ部14(光学面)の外側に配置されているため、フレネルレンズ10が大きくなってしまうという問題がある。
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、大型化することなく、接着剤の付着による光学性能の低下を防ぐことができる光束制御部材を提供することを目的とする。また、本発明は、この光束制御部材を有する発光装置および照明装置を提供することも目的とする。
本発明者らは、光束制御部材の光学面において発光素子からの光の死角になる位置に、被接着部となる突起部を形成することで上記課題を解決できることを見出し、さらに検討を加えて本発明を完成させた。
すなわち、本発明は、以下の光束制御部材に関する。
[1]発光素子から出射された光の配光を制御する光束制御部材であって、発光素子から出射された光を入射させる入射領域と、前記入射領域の反対側に形成され、前記入射領域で入射した光を出射させる出射領域と、を有し、前記入射領域は、その内側に配置され、前記発光素子から出射された光の一部を入射させる入射面と、その外側に配置され、入射した光を前記出射領域に向けて反射させる反射面と、前記入射面および前記反射面の間に配置された稜線とを有し、前記光束制御部材の中心軸を囲むように配置された複数の凸条を含み、最も外側に配置されている前記反射面は、互いに離間して配置された、前記入射面で入射した光を前記出射領域に向けて反射させる複数の分割反射面と、隣接した前記2つの分割反射面の間であって、前記入射面で入射した光の進行方向に対して死角の位置に配置された1または2以上の段差面と、を有し、最も外側に配置されている前記凸条は、前記段差面から前記中心軸に沿う方向に突出し、かつ、前記中心軸に沿う方向において、その先端部が前記光束制御部材の前記発光素子側の端部よりも前記出射領域側にある突起部を有する、光束制御部材。
[2]前記段差面は、前記突起部の内側に隣接して配置されている第1段差面と、前記突起部の外側に隣接して配置されている第2段差面とを有し、前記中心軸に沿う方向において、前記第2段差面と前記突起部の先端部との間隔は、前記第1段差面と前記突起部の先端部との間隔よりも長い、[1]に記載の光束制御部材。
[3]前記中心軸に沿う方向における前記第1段差面と前記第2段差面との間隔は、10μm以上かつ50μm以下である、[2]に記載の光束制御部材。
[4]前記段差面は、前記突起部の内側に隣接して配置されている第1段差面と、前記突起部の外側に隣接して配置されている第2段差面とを有し、前記中心軸に沿う方向において、前記第1段差面と前記突起部の先端部との間隔および前記第2段差面と前記突起部の先端部との間隔は、同じである、[1]に記載の光束制御部材。
[5]前記突起部は、前記段差面の外周部に配置されている、[1]に記載の光束制御部材。
また、本発明は、以下の発光装置に関する。
[6]基板と、前記基板上に配置された支持部と、前記基板上に配置された発光素子と、前記基板上に前記発光素子の光軸とその中心軸が合致するように配置され、前記支持部に固定された、[1]〜[5]のいずれか一項に記載の光束制御部材と、を有し、前記支持部および前記突起部は、接着されている、発光装置。
さらに、本発明は、以下の照明装置に関する。
[7][6]に記載の発光装置と、前記発光装置からの出射光を拡散させつつ透過させるカバーと、を有する、照明装置。
本発明に係る光束制御部材は、大型化することなく、基板に固定される際の接着剤の付着による光学性能の低下を防ぐことができる。したがって、本発明に係る発光装置および照明装置は、大型化することなく、高い歩留まりで製造されうる。
図1Aは、特許文献1に記載のフレネルレンズの側面図であり、図1Bおよび図1Cは、特許文献1に記載のフレネルレンズを支持台に接着する様子を示す側面図である。 図2A、Bは、実施の形態1に係る発光装置の断面図である。 図3は、実施の形態1に係る光束制御部材の斜視図である。 図4A〜Cは、実施の形態1に係る光束制御部材の構成を示す図である。 図5A、Bは、実施の形態1に係る光束制御部材の屈折部、フレネルレンズ部および最外レンズ部を省略した底面図である。 図6A〜Cは、実施の形態1に係る光束制御部材の断面図である。 図7は、第2凸条および角部の配置を説明するための図である。 図8A、Bは、光束制御部材における光路図の一部である。 図9は、実施の形態1に係る照明装置の断面図である。 図10は、実施の形態2に係る光束制御部材の斜視図である。 図11A〜Cは、実施の形態2に係る光束制御部材の構成を示す図である。 図12は、実施の形態3に係る光束制御部材の斜視図である。 図13A〜Cは、実施の形態3に係る光束制御部材の構成を示す図である。 図14は、実施の形態4に係る光束制御部材の斜視図である。 図15A〜Cは、実施の形態4に係る光束制御部材の構成を示す図である。 図16A〜Cは、実施の形態4に係る光束制御部材の断面図である。
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
[実施の形態1]
(光束制御部材および発光装置の構成)
図2Aは、本発明の実施の形態1に係る発光装置100の断面図である。図2Bは、図2Aにおいて破線で示される領域の部分拡大断面図である。図2Aに示されるように、発光装置100は、基板110、発光素子120、支持部130および光束制御部材140を有する。
基板110は、発光素子120および光束制御部材140を支持する。基板110の種類は、特に限定されない。基板110は、例えばガラスコンポジット基板やガラスエポキシ基板などである。
発光素子120は、発光装置100の光源であり、基板110上に固定されている。発光素子120は、例えば白色発光ダイオードなどの発光ダイオード(LED)である。
支持部130は、基板110上に固定されており、光束制御部材140を所定の位置に位置決めする(支持する)。支持部130の先端部には、光束制御部材140が接着される。支持部130の高さは、発光装置100の特性および光束制御部材140の特性に応じて適宜設定されうる。また、支持部130は、中心軸CAを全周に亘って囲うように形成されていてもよいし、全周のうちの一部にのみ形成されていてもよい。支持部130の形状は、光束制御部材140の突起部181(後述)のみと接触した状態で光束制御部材140を支持することができれば特に限定されない。支持部130の形状は、例えば角柱や円柱、角筒、円筒などである。本実施の形態では、支持部130の形状は、四角柱である。支持部130は、基板110と一体化されていてもよいし、別体であってもよい。支持部130の数も、光束制御部材140を支持することができれば特に限定されない。本実施の形態では、支持部130の数は、4つである。
光束制御部材140は、発光素子120から出射された光の配光を制御する。光束制御部材140は、その中心軸CAが発光素子120の光軸LAに合致するように、支持部130上に接着剤131を用いて固定される。光束制御部材140の材料は、所望の波長の光を通過させ得るものであれば特に限定されない。光束制御部材140の材料は、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)、エポキシ樹脂(EP)などの光透過性樹脂、シリコーン樹脂、またはガラスである。光束制御部材140は、例えば射出成形により製造することができる。
図3〜図7は、実施の形態1に係る光束制御部材140の構成を示す図である。図3は、実施の形態1に係る光束制御部材140の斜視図である。図4Aは、光束制御部材140の平面図であり、図4Bは、光束制御部材140の底面図であり、図4Cは、光束制御部材140の側面図である。図5Aは、第1仮想四角形S1のみを示した光束制御部材140の底面図であり、図5Bは、第1仮想四角形S1および第2仮想四角形S2のみを示した光束制御部材140の底面図である。図6Aは、図4Bに示されるA−A線の断面図であり、図6Bは、図6Aにおいて破線で示される領域の部分拡大断面図であり、図6Cは、図6Bにおいて破線で示される領域の部分拡大断面図である。また、図7は、第2凸条171および角部172の配置を説明するための図である。
図3〜図7に示されるように、光束制御部材140は、発光素子120から出射された光を入射させる入射領域141と、入射領域141の反対側に位置し、入射領域141で入射した光を出射させる出射領域142とを有する。入射領域141と出射領域142との間には、フランジ143が設けられていてもよい。
光束制御部材140の平面視形状は、特に限定されない。図4Aに示されるように、本実施の形態では、光束制御部材140の平面視形状は、正方形である。また、本実施の形態における光束制御部材140の一辺の長さは、例えば4.7mm程度である。
入射領域141は、発光素子120から出射された光を入射させる。入射領域141は、入射領域141の中央部分に位置する屈折部150と、屈折部150の外側に位置するフレネルレンズ部160と、フレネルレンズ部160の外側に位置する最外レンズ部170とを有する。入射領域141は、2回対称または4回対称である。入射領域141の外形は、例えば長方形または正方形である。
屈折部150は、発光素子120から出射された光の一部(光軸LAに対して小さな角度で出射された光)を光束制御部材140内に入射させるとともに、入射した光を出射領域142に向かって屈折させる。図2Aに示されるように、屈折部150は、発光素子120と対向する位置に、光束制御部材140の中心軸CA(発光素子120の光軸LA)と交わるように配置されている。なお、屈折部150の形状は、上記の機能を発揮することができれば、特に限定されない。たとえば、屈折部150の形状は、屈折型フレネルレンズであってもよい。また、屈折部150の表面は、球面または非球面であってもよい。図2Aおよび図3に示されるように、本実施の形態では、屈折部150の表面は非球面であり、屈折部150の形状は略四角錐状である。
フレネルレンズ部160は、発光素子120から出射された光の一部(光軸LAに対して比較的大きな角度で出射された光)を光束制御部材140内に入射させるとともに、入射した光を出射領域142に向けて反射させる。フレネルレンズ部160は、発光素子120から出射された光の進行方向を制御するための複数の第1凸条(凸条)161を有する。
図5Aに示されるように、フレネルレンズ部160に、第1仮想四角形(仮想四角形)S1が配置されていると仮定する。第1仮想四角形S1の中心O1(第1対角線L1の交点)は、光束制御部材140の中心軸CAと合致している。第1仮想四角形S1および4本の第1対角線L1は、複数の第1凸条161の配置の基準となる。複数の第1凸条161は、光束制御部材140の中心軸CAを囲むように配置される。本実施の形態では、複数の第1凸条161は、隣接する2本の第1対角線L1間を繋ぐように配置される。複数の第1凸条161は、直線状であってもよいし、曲線状であってもよい。また、図6Bに示されるように、複数の第1凸条161は、隣接する2本の第1対角線L1間の領域において隣接する2つの第1凸条161間に谷部が形成されるように配置される。
第1凸条161の形状および大きさは、特に限定されず、それぞれ同じであってもよいし、異なっていてもよい。図6Bに示されるように、本実施の形態では、複数の第1凸条161の大きさは、それぞれ異なっている。また、光軸LA方向における、光束制御部材140の発光素子120側の端部と各第1凸条161の第1稜線165との距離d(基準面から第1稜線165までの距離d)は、内側から外側に向かうにつれて徐々に短くなっている。ここで「光束制御部材140の発光素子120側の端部」とは、後述する第2凸条171の頂部(第2稜線176)を意味し、「基準面」とは、第2凸条171の頂部(第2稜線176)を含む平面を意味する。
第1凸条161は、第1入射面162、第1反射面163、第1接続面164および第1稜線165を有する。図6Bに示されるように、第1凸条161において、第1入射面162は内側(中心軸CA側)に配置され、第1反射面163は外側に配置される。
第1入射面162は、発光素子120から出射された光の一部を入射させるとともに、第1反射面163側に屈折させる。第1入射面162は、平面であってもよいし、曲面であってもよい。本実施の形態では、第1入射面162は、曲面である。また、第1入射面162は、光束制御部材140を成形する観点から、中心軸CAに対して僅かに傾斜していることが好ましい。第1入射面162は、光束制御部材140の発光素子120側の端部(基準面)に近づくにつれて、中心軸CAから離れるように傾斜している。第1入射面162の傾斜角度は、中心軸CAを含む任意の断面において、中心軸CAに対して0°超であって、10°以下の範囲内であることが好ましい。第1入射面162の傾斜角度は、5°以下であることが好ましく、3°以下であることがさらに好ましい。
第1反射面163は、第1入射面162と対に形成され、第1入射面162で入射した光を出射領域142に向けて反射させる。第1反射面163は、平面であってもよいし、曲面であってもよい。本実施の形態では、第1反射面163は、曲面である。また、第1反射面163は、到達した光を全反射させる観点から、中心軸CAに対して傾斜していることが好ましい。第1反射面163は、光束制御部材140の発光素子120側の端部(基準面)に近づくにつれて、中心軸CAに近づくように傾斜している。
第1接続面164は、第1入射面162および第1反射面163の間に配置されている。第1接続面164は、第1入射面162および第1反射面163を繋ぐ。第1接続面164は、平面であってもよいし、曲面であってもよい。本実施の形態では、第1接続面164は、平面である。また、第1接続面164を形成せずに、第1入射面162と第1反射面163とを直接繋いでもよい。
第1稜線165は、第1入射面162および第1接続面164の境界線である。第1稜線165は、第1仮想四角形S1の隣接する2つの第1対角線L1を繋ぐように配置されている。なお、第1接続面164を形成しない場合、第1稜線165は、第1入射面162および第1反射面163の境界線である。第1入射面162と第1反射面163との間に第1接続面164を設けた場合、鋭角部分を無くすことで、製造性を向上させることができる。入射領域141を平面視したとき、第1稜線165は、直線であってもよいし、曲線であってもよい。本実施の形態では、入射領域141を平面視したとき、第1稜線165は、中心軸CA側に凸の曲線である。
最外レンズ部170は、発光素子120から出射された光の一部(光軸LAに対して大きな角度で出射された光)を光束制御部材140内に入射させるとともに、入射した光を出射領域142に向けて反射させる。最外レンズ部170は、4つの第2凸条171と、4つの角部172とを有する。
図5Bに示されるように、最外レンズ部170に第2仮想四角形S2が配置されていると仮定する。第2仮想四角形S2の中心O2(第2対角線L2の交点)は、光束制御部材140の中心軸CAと合致している。第2仮想四角形S2は、4つの第2凸条171および4つの角部172の配置の基準となる。第2仮想四角形S2は、第1仮想四角形S1の外側に配置されている。第2仮想四角形S2および第1仮想四角形S1は、互いに相似し、同心かつ各辺が平行となるように配置されている。前述の通り、第1稜線165は、第1仮想四角形S1の隣接する2つの第1対角線L1を繋ぐように配置されていればよい。よって、第1稜線165および後述の第2稜線176は、曲線で形成される場合もあるため、平行でなくてもよい。
4つの第2凸条171は、4つの角部172とともに光束制御部材140の中心軸CAを囲むように配置される。4つの第2凸条171は、第2仮想四角形S2の各辺上にそれぞれ配置されている。当該第2凸条171が配置されている辺に直交する面の第2凸条171の断面積は、当該第2凸条171が配置されている辺に直交する面の第1凸条161の断面積より大きい。第2凸条171の両端には、角部172がそれぞれ接続されている。第2仮想四角形S2の辺と平行な方向における第2凸条171の長さは、最も外側に配置された第1凸条161の長さより短い。光束制御部材140が上記の発光装置100に用いられる場合、第2仮想四角形S2の辺と平行な方向における第2凸条171の長さは、発光装置100に用いられる発光素子120の幅より長いことが好ましい。
第2凸条171は、略三角柱形状に形成されている。当該第2凸条171が配置されている辺に直交する面の第2凸条171の断面形状は、略三角形である。図6Bに示されるように、4つの第2凸条171は、それぞれ、第2入射面173、第2反射面174、第2接続面175、第2稜線176および突起部181を有する。第2凸条171において、第2入射面173は内側(中心軸CA側)に配置され、第2反射面174は外側に配置される。
第2入射面173は、発光素子120から出射された光を入射させるとともに、第2反射面174側に屈折させる。第2入射面173は、平面であってもよいし、曲面であってもよい。本実施の形態では、第2入射面173は、平面である。また、第2入射面173は、中心軸CAに平行な垂直面であってもよいし、中心軸CAに対して傾斜している傾斜面であってもよい。本実施の形態では、第2入射面173は、光束制御部材140の発光素子120側の端部(基準面)に近づくにつれて、中心軸CAから離れるように傾斜している。
第2反射面174は、第2入射面173と対に形成され、第2入射面173で入射した光を出射領域142に向けて反射させる。第2反射面174は、複数の分割反射面177および段差面178を有する。分割反射面177は、中心軸CAに直交する方向において互いに離間して配置されている。具体的には、分割反射面177および段差面178は、発光素子120側から出射領域142側に向かって、第2反射面174の表面をなぞるように交互に配置されている。
分割反射面177は、第2入射面173で入射した光を出射領域142に向かって反射させる。分割反射面177は、第2凸条171の延在方向と平行に配置されている。分割反射面177の数は、複数であれば特に限定されない。本実施の形態では、分割反射面177の数は、3つである。分割反射面177は、第2凸条171の延在方向の一方の端部から他方の端部まで、同じ幅で形成されていてもよいし、異なる幅で形成されていてもよい。本実施の形態では、分割反射面177は、一端から他端まで同じ幅に形成されている。また、複数の分割反射面177は、全て同じ幅に形成されていてもよいし、それぞれ異なる幅に形成されていてもよい。本実施の形態では、複数の分割反射面177は、それぞれ異なる幅に形成されている。また、分割反射面177は、平面であってもよいし、曲面であってもよい。本実施の形態では、分割反射面177は、平面である。具体的には、分割反射面177は、中心軸CAに直交する断面(水平断面)において直線である。また、分割反射面177は、中心軸CAを含む断面(垂直断面)において直線である。分割反射面177は、光束制御部材140の発光素子120側の端部(基準面)に近づくにつれて、中心軸CAに近づくように傾斜している。
段差面178は、隣接する2つの分割反射面177の間に配置されている。本実施の形態では、段差面178は、第1段差面179および第2段差面180を有する。第1段差面179は、突起部181の内側に突起部181に隣接して配置されている。第2段差面180は、突起部181の外側に突起部181に隣接して配置されている。また、本実施の形態では、中心軸CAに沿う方向において、第1段差面179と突起部181の先端部との間隔、および第2段差面180と突起部181の先端部との間隔は、同じである。段差面178は、第2入射面173で入射した光の進行方向に対して死角の位置に配置されている。ここで、「死角」とは、入射した光が直接的に通ることのない領域をいう。すなわち、第2入射面173で入射した光は、段差面178に直接的に到達しない。段差面178の数は、1つまたは2つ以上である。例えば、分割反射面177が2つの場合には、段差面178は1つである。また、分割反射面177が3つの場合には、段差面178は2つである。段差面178は、第2凸条171の延在方向の一方の端部から他方の端部まで、同じ幅で形成されていてもよいし、異なる幅で形成されていてもよい。本実施の形態では、段差面178は、分割反射面177の幅に対応して形成されている。また、段差面178は、平面であってもよいし、曲面であってもよい。本実施の形態では、段差面178は、平面である。段差面178の傾斜角度は、第2入射面173で入射した光が直接的に到達しなければ特に限定されない。図8Bに示されるように、段差面178の傾斜角度は、第2仮想四角形S2に直交する方向の直線を含む断面において、第2入射面173で入射した光のうち、分割反射面177の上端部(出射領域142側の端部)を進行する光と、第2仮想四角形S2に垂直な方向の直線(中心軸CA)とがなす角度より大きい。本実施の形態では、段差面178の第2仮想四角形S2に垂直な方向の直線に対する角度は、90°(第2仮想四角形S2と平行)である。
第2稜線176は、第2入射面173および第2接続面175の境界線である。なお、第2稜線176は、第2接続面175を形成しない場合、第2入射面173および第2反射面174(分割反射面177)の境界線である。このように、第2入射面173と第2反射面174との間に第2接続面175を設けた場合、鋭角部分を無くすことで、製造性を向上させることができる。また、図7に示されるように、第2稜線176の端部間距離d1は、最も外側に位置する第1凸条161の第1稜線165の端部間距離d2よりも短い。また、光束制御部材140が上記の発光装置100に用いられる場合、第2稜線176の端部間距離d1は、発光装置100に用いられる発光素子120の幅より長いことが好ましい。
突起部181は、段差面178から中心軸CAに沿う方向に突出している凸部である。図2Bに示されるように、突起部181は、光束制御部材140を支持部130に接着するときの被接着部となる。突起部181は、段差面178に形成されており、第2入射面173で入射した光に対して死角に位置するため、発光装置100の光学性能に影響を与えない。突起部181は、第1段差面179および第2段差面180の間に配置されている。中心軸CAに沿う方向において、突起部181の先端部は、光束制御部材140の発光素子120側の端部(基準面)よりも出射領域142側に位置する。突起部181の高さは、前述の要件を満たせば特に限定されない。
突起部181の形状は、支持部130と接着されることができ、かつ接着剤131が光学面(分割反射面177)に付着することを防ぐことができれば特に限定されない。突起部181の形状は、例えば角柱、半円柱、角筒、円筒などである。本実施の形態では、突起部181の形状は、第2稜線176の長さ方向に段差面178と略同一の長さを有する四角柱である。また、突起部181の位置および数は、支持部130上に光束制御部材140を適切に固定することができれば特に限定されない。本実施の形態では、1つの段差面178につき1つの突起部181が配置されている。
4つの角部172は、第2仮想四角形S2の四隅にそれぞれ配置されている。角部172は、第2仮想四角形S2の中心O2側に頂点が配置された略錐体の一部である。角部172は、第3入射面182、第3反射面183および第3稜線184を有する。ここで「略錐体(錐状体)」とは、頂点から底面の外周縁を直線または曲線で結ぶことにより形成される立体形状をいう。略錐体(錐状体)の例には、角錐、頂点と底面の周上の点とを結ぶ線が外側に凸の略角錐、頂点と底面の周上の点とを結ぶ線が内側に凸の略角錐、円錐、母線が外側に凸の略円錐、母線が内側に凸の略円錐などが含まれる。本実施の形態では、略錐体(錐状体)は、母線が外側に凸の略円錐である。
第3入射面182は、発光素子120から出射された光の残部のさらに一部を入射させるとともに、第3反射面183側に屈折させる。第3入射面182は、平面であってもよいし、曲面であってもよい。本実施の形態では、第3入射面182は、2つの平面からなる。また、2つの平面は、それぞれ中心軸CAに対して傾斜していることが好ましい。2つの平面は、それぞれ光束制御部材140の発光素子120側の端部(基準面)に近づくにつれて、中心軸CAから離れるように傾斜している。また、第3入射面182を構成する2つの平面は、それぞれ隣接する第2入射面173と同一平面上に形成されていてもよい。
第3反射面183は、第3入射面182と対に形成され、第3入射面182で入射した光を出射領域142に向けて反射させる。本実施の形態では、第3反射面183は、曲面である。第3反射面183の中心軸CAに直交する断面(水平断面)における外側縁部は、外側に凸となるような曲線である。また、第3反射面183の中心軸CAを含む断面(垂直断面)における外側縁部も、外側に凸となるような曲線である。第3反射面183は、略円錐の側面の一部に対応し、隣接する2つの第2反射面174間を繋ぐように接続する。
第3稜線184は、第3入射面182および第3反射面183の境界線である。第3稜線184は、後述するように、第2凸条171側から第2仮想四角形S2の第2対角線L2に近づくにつれて、出射領域142との距離が漸減するように形成された曲線である。また、図7に示されるように、入射領域141を平面視した場合に、第3反射面183の最外縁と第3稜線184との距離d3は、第2仮想四角形S2の第2対角線L2に近づくにしたがって漸減する。このように角部172と第2仮想四角形S2の第2対角線L2とが交わる位置には、凹み部分が形成されている。なお、第3入射面182および第3反射面の境界を面取りすることにより接続面(第3接続面)を形成してもよい。この場合、第3稜線184は、第3入射面182および第3接続面の境界線である。
図2Aに示されるように、出射領域142は、発光素子120とは反対側の、被照射領域側に形成された平面である。出射領域142は、光束制御部材140の中心軸CAと交わるように形成されている。出射領域142は、屈折部150で入射した光、第1入射面162で入射し、第1反射面163で反射した光、第2入射面173で入射し、第2反射面174で反射した光および第3入射面182で入射し、第3反射面183で反射した光を被照射領域に向けて出射させる。
図8は、光束制御部材140内における光路図の一部である。図8Aは、図4Bに示されるA−A線の断面図の一部における光の光路を示しており、図8Bは、図8Aにおいて一点鎖線で示される領域の部分拡大図である。図8Aおよび図8Bでは、光路を示すために、ハッチングを省略している。
図8Aに示されるように、第2入射面173で入射した光は、第2反射面174に向けて屈折する。そして、第2反射面174の分割反射面177に到達した光は、出射領域142に向かって反射される。このとき、図8Bに示されるように、段差面178は、入射した光の進行方向に対して死角(図8Bの網掛け部分参照)に位置する(反射面や屈折面として機能しない。)。すなわち、第2入射面173で入射した光は、段差面178に直接的に到達しない。
前述のとおり、突起部181は段差面178に形成されているため、突起部181は、光束制御部材140の配光の制御に影響を及ぼさない。また、前述のとおり、突起部181は、接着剤131により支持部130に接着される。これにより、第2反射面174の出射領域142側の端部より内側(光学面内)において、基板110(支持部130)と光束制御部材140とを固定することができる。より具体的には、図2Bに示されるように、突起部181の外周面および支持部130の端面が接着剤131により接着される。突起部181の外周面に接着剤131を塗布することによって、接着剤131が突起部181の内側に回り込み、光学面(分割反射面177)に付着することを防止することができる。これに対し、特許文献1に記載されている従来の光束制御部材(フレネルレンズ)10では、レンズ部14への接着剤30の付着を防ぐために、被接着部が光束制御部材10の光学面の外側に配置されている。このため、光束制御部材10は、大型化してしまう。すなわち、本発明に係る光束制御部材140は、大型化することなく接着剤131の付着による光学性能の低下を防ぐことができる。なお、第2入射面173で入射した光に対して死角に位置していれば、接着剤131は、第2反射面174に付着してもよい。
(照明装置の構成)
次に、本実施の形態に係る発光装置100を有する照明装置500について説明する。
図9は、本実施の形態に係る照明装置500の構成を示す図である。図9に示されるように、照明装置500は、発光装置100およびカバー510を有する。前述したように、発光装置100は、基板110、発光素子120、支持部130および光束制御部材140を含む。
カバー510は、発光装置100からの出射光を拡散させつつ透過させるとともに、発光装置100を保護する。カバー510は、発光装置100から出射される光の光路上に配置されている。カバー510の材料は、上記の機能を発揮することができれば特に限定されない。カバー510の材料は、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、またはガラスである。
(効果)
以上のように、本実施の形態に係る光束制御部材140では、光束制御部材140を基板110(支持部130)に固定するための突起部181(被接着部)が、光学面内であり、かつ第2入射面173で入射した光に対して死角となる位置に配置されている。したがって、本実施の形態に係る光束制御部材140は、大型化することなく、基板110に固定される際の接着剤131の付着による光学性能の低下を防ぐことができる。さらに、この光束制御部材140を有する発光装置100および照明装置500は、大型化することなく、高い歩留まりで製造されうる。
なお、本実施の形態では、4つの角部172の第3反射面183の全てが、光束制御部材140の中心軸CA上に頂点を有する1つの略円錐の側面の一部である(光束制御部材140の中心軸CAと略円錐の中心軸が一致している)として説明した。しかしながら、4つの第3反射面183は、それぞれ中心軸の異なる略錐体の側面の一部であってもよい。
[実施の形態2]
実施の形態2に係る発光装置および照明装置は、光束制御部材240の形状が実施の形態1に係る発光装置100および照明装置500とそれぞれ異なる。実施の形態2に係る光束制御部材240は、最外レンズ部270の第2反射面274における段差面278の形状のみが、実施の形態1に係る光束制御部材140と異なる。そこで、実施の形態1に係る発光装置100および照明装置500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し、光束制御部材140と異なる構成要素を中心に説明する。
(光束制御部材および発光装置の構成)
図10および図11は、実施の形態2に係る光束制御部材240の構成を示す図である。図10は、実施の形態2に係る光束制御部材240の斜視図である。図11Aは、光束制御部材240の底面図であり、図11Bは、図11Aに示されるA−A線の断面図であり、図11Cは、図11Bにおいて破線で示される領域の部分拡大断面図である。
図10および図11に示されるように、実施の形態2に係る光束制御部材240の入射領域241は、屈折部150、フレネルレンズ部160および最外レンズ部270を有する。
最外レンズ部270は、4つの第2凸条271と、4つの角部172とを有する。4つの第2凸条271は、それぞれ、第2入射面173、第2反射面274および突起部281を有する。第2反射面274は、分割反射面277および段差面278を有する。分割反射面277は、中心軸CAに直交する方向において互いに中心軸CAに沿う方向において互いに離間して配置されている。具体的には、分割反射面277および段差面278は、発光素子120側から出射領域142側に向かって、第2反射面274の表面において交互に配置されている。
図11Cに示されるように、実施の形態2に係る光束制御部材240の段差面278は、第1段差面279および第2段差面280を有する。本実施の形態では、光束制御部材240の中心軸CAに沿う方向において、第2段差面280と突起部281の先端部との間隔は、第1段差面279と突起部281の先端部との間隔よりも長い。これにより、突起部281の外周面と、支持部130とを接着する際の接着剤131溜りとして利用可能な空間を大きくすることができる。したがって、接着剤131が第2反射面274に付着するのを抑制することができる。さらに、より安定に光束制御部材240と基板110(支持部130)とを固定することもできる。光束制御部材240中心軸CAに沿う方向において、第1段差面279および第2段差面280の間隔は、第2段差面280が第2入射面173で入射した光の進行方向に対して死角に位置していれば特に限定されない。光束制御部材240の中心軸CAに沿う方向において、第1段差面279と、第2段差面280との間隔は、例えば10μm以上かつ50μm以下であることが好ましい。
(効果)
以上のように、本実施の形態に係る光束制御部材240は、大型化することなく、基板110(支持部130)に固定される際の接着剤131の付着による光学性能の低下を防ぐことができることに加えて、さらに光束制御部材240および基板110(支持部130)をより安定に固定することができる。
[実施の形態3]
(光束制御部材および発光装置の構成)
実施の形態3に係る発光装置および照明装置は、光束制御部材340の形状が実施の形態1に係る発光装置100および照明装置500とそれぞれ異なる。実施の形態3に係る光束制御部材340は、最外レンズ部370の第2反射面374における段差面378の形状のみが、実施の形態1に係る光束制御部材140と異なる。そこで、実施の形態1に係る発光装置100および照明装置500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し、光束制御部材140と異なる構成要素を中心に説明する。
図12および図13は、実施の形態3に係る光束制御部材340の構成を示す図である。図12は、実施の形態3に係る光束制御部材340の斜視図である。図13Aは、光束制御部材340の底面図であり、図13Bは、図13Aに示されるA−A線の断面図であり、図13Cは、図13Bにおいて破線で示される領域の部分拡大断面図である。
図12および図13に示されるように、実施の形態3に係る光束制御部材340の入射領域341は、屈折部150、フレネルレンズ部160および最外レンズ部370を有する。
最外レンズ部370は、4つの第2凸条371と、4つの角部172とを有する。4つの第2凸条371は、それぞれ、第2入射面173、第2反射面374および突起部381を有する。第2反射面374は、分割反射面377および段差面378を有する。分割反射面377は、中心軸CAに直交する方向において互いに離間して配置されている。具体的には、分割反射面377および段差面378は、発光素子120側から出射領域142側に向かって、第2反射面374の表面において交互に配置されている。
図13Cに示されるように、実施の形態3に係る光束制御部材340の突起部381は、段差面378の外周部に配置されている。この場合でも、段差面378および突起部381は、第2入射面173で入射した光の進行方向に対して死角に位置している。
(効果)
実施の形態3に係る発光装置および照明装置は、実施の形態1と同様の効果を有する。
[実施の形態4]
(光束制御部材および発光装置の構成)
実施の形態4に係る発光装置および照明装置は、光束制御部材440の形状が実施の形態1に係る発光装置100および照明装置500とそれぞれ異なる。実施の形態4に係る光束制御部材440は、平面視形状が円形である点が、実施の形態1に係る光束制御部材140と異なる。そこで、実施の形態1に係る発光装置100および照明装置500と同一の構成要素については、その説明を省略し、光束制御部材140と異なる構成要素を中心に説明する。
図14〜図16は、実施の形態4に係る光束制御部材440の構成を示す図である。図14は、実施の形態4に係る光束制御部材440の斜視図である。図15Aは、光束制御部材440の平面図であり、図15Bは、光束制御部材440の底面図あり、図15Cは、光束制御部材440の側面図である。図16Aは、図15Bに示されるA−A線の断面図であり、図16Bは、図16Aにおいて破線で示される領域の部分拡大断面図であり、図16Cは、図16Bにおいて破線で示される領域の部分拡大断面図である。
図14〜図16に示されるように、光束制御部材440は、発光素子120(図示省略)から出射された光を入射させる入射領域441と、入射領域441の反対側に位置し、入射した光を出射させる出射領域442とを有する。入射領域441と出射領域442との間には、フランジ443が設けられていてもよい。
図15Aに示されるように、本実施の形態では、光束制御部材440の平面視形状は、円形である。また、本実施の形態における光束制御部材440の直径は、例えば4.7mm程度である。
入射領域441は、発光素子120から出射された光を入射させる。入射領域441は、入射領域441の中央部分に位置する屈折部450と、屈折部450の外側に位置するフレネルレンズ部460と、フレネルレンズ部460の外側に位置する最外レンズ部470とを有する。本実施の形態では、入射領域441の外形は、円形である。
屈折部450は、発光素子120から出射された光の一部(光軸LAに対して小さな角度で出射された光)を光束制御部材440内に入射させるとともに、入射した光を出射領域442に向かって屈折させる。図16Aに示されるように、屈折部450は、発光素子120と対向する位置に、光束制御部材440の中心軸CA(発光素子120の光軸LA)と交わるように配置されている。なお、屈折部450の形状は、上記の機能を発揮することができれば、特に限定されない。本実施の形態では、屈折部450の表面は非球面であり、屈折部450の形状は略円錐状である。
フレネルレンズ部460は、発光素子120から出射された光の一部(光軸LAに対して比較的大きな角度で出射された光)を光束制御部材440内に入射させるとともに、入射した光を出射領域442に向けて反射させる。本実施の形態では、フレネルレンズ部460は、光束制御部材440の中心軸CAを全周に亘って囲うように配置されている。フレネルレンズ部460は、発光素子120から出射された光の進行方向を制御するための複数の第1凸条461を有する。
複数の第1凸条461は、光束制御部材440の中心軸CAを全周に亘って囲うように配置されている。また、図16Bに示されるように、複数の第1凸条461は、隣接する2つの第1凸条461間に谷部が形成されるように配置される。第1凸条461は、第1入射面462、第1反射面463、第1接続面464および第1稜線465を有する。図16Bに示されるように、第1凸条461において、第1入射面462は内側(中心軸CA側)に配置され、第1反射面463は外側に配置される。
第1入射面462は、発光素子120から出射された光の一部を入射させるとともに、第1反射面463側に屈折させる。第1入射面462は、中心軸CAを全周に亘って囲うように配置されている。このため、本実施の形態では、第1入射面462は、曲面である。光束制御部材440を成形する観点から、中心軸CAに対して僅かに傾斜していることが好ましい。
第1反射面463は、第1入射面462と対に形成され、第1入射面462で入射した光を出射領域442に向けて反射させる。第1反射面463は、中心軸CAを全周に亘って囲うように配置されている。このため、本実施の形態では、第1反射面463は、曲面である。また、第1反射面463は、到達した光を全反射させる観点から、中心軸CAに対して傾斜していることが好ましい。第1反射面463は、光束制御部材440の発光素子120側の端部(基準面)に近づくにつれて、中心軸CAに近づくように傾斜している。
第1接続面464は、第1入射面462および第1反射面463の間に配置されている。第1接続面464は、第1入射面462および第1反射面463を繋ぐ。第1接続面464は、平面であってもよいし、曲面であってもよい。また、第1接続面464を形成せずに、第1入射面462と第1反射面463とを直接繋いでもよい。
第1稜線465は、第1入射面462および第1接続面464の境界線である。なお、第1接続面464を形成しない場合、第1稜線465は、第1入射面462および第1反射面463の境界線である。本実施の形態では、入射領域441を平面視したとき、第1稜線465は、円形である。
最外レンズ部470は、発光素子120から出射された光の一部(光軸LAに対して大きな角度で出射された光)を光束制御部材440内に入射させるとともに、入射した光を出射領域442に向けて反射させる。最外レンズ部470は、1つの第2凸条471からなる。最外レンズ部470(第2凸条471)は、光束制御部材440の中心軸CAを全周に亘って囲うように配置されている。
中心軸CAを含む断面(垂直断面)における第2凸条471の断面形状は、略三角形である。図16Bに示されるように、第2凸条471は、第2入射面473、第2反射面474、第2接続面475、第2稜線476および突起部481を有する。第2凸条471において、第2入射面473は内側(中心軸CA側)に配置され、第2反射面474は外側に配置される。
第2入射面473は、発光素子120から出射された光を入射させるとともに、第2反射面474側に屈折させる。第2入射面473は、光束制御部材440の中心軸CAを全周に亘って囲うように配置されている。このため、本実施の形態では、第2入射面473は、曲面である。また、第2入射面473は、中心軸CAに平行な垂直面であってもよいし、中心軸CAに対して傾斜している傾斜面であってもよい。本実施の形態では、第2入射面473は、光束制御部材440の発光素子120側の端部(基準面)に近づくにつれて、中心軸CAから離れるように傾斜している。
第2反射面474は、第2入射面473と対に形成され、第2入射面473で入射した光を出射領域442に向けて反射させる。第2反射面474は、光束制御部材440の中心軸CAを全周に亘って囲うように配置されている。第2反射面474は、複数の分割反射面477および段差面478を有する。分割反射面477は、中心軸CAに直交する方向において互いに離間して配置されている。具体的には、分割反射面477および段差面478は、発光素子120側から出射領域442側に向かって、第2反射面474の表面をなぞるように交互に配置されている。
分割反射面477は、第2入射面473で入射した光を出射領域442に向かって反射させる。分割反射面477の数は、複数であれば特に限定されない。本実施の形態では、分割反射面477の数は、3つである。分割反射面477は、中心軸CAを全周に亘って囲うように形成されている。分割反射面477は、光束制御部材440の発光素子120側の端部(基準面)に近づくにつれて、中心軸CAに近づくように傾斜している。
段差面478は、隣接する2つの分割反射面477の間に配置されている。本実施の形態では、段差面478は、第1段差面479および第2段差面480を有する。第1段差面479は、突起部481の内側に突起部481に隣接して配置されている。第2段差面480は、突起部481の外側に突起部481に隣接して配置されている。また、本実施の形態では、中心軸CAに沿う方向において、第1段差面479と突起部481の先端部との間隔、および第2段差面480と突起部481の先端部との間隔は、同じである。段差面478は、第2入射面473で入射した光の進行方向に対して死角の位置に配置されている。段差面478の数は、1つまたは2つ以上である。段差面478は、中心軸CAを全周に亘って囲うように形成されていてもよいし、全周に亘って囲うように形成されていなくてもよい。本実施の形態では、段差面478は、中心軸CAを全周に亘って囲うように形成されている。段差面478は、平面であってもよいし、曲面であってもよい。本実施の形態では、段差面478は、平面である。段差面478の傾斜角度は、第2入射面473で入射した光が直接的に到達しなければ特に限定されない。本実施の形態では、段差面478の中心軸CAに対する角度は、90°である。
第2稜線476は、第2入射面473および第2接続面475の境界線である。なお、第2稜線476は、第2接続面475を形成しない場合、第2入射面473および第2反射面474(分割反射面477)の境界線である。本実施の形態では、入射領域441を平面視したとき、第2稜線476は、円形である。
突起部481は、段差面478から中心軸CAに沿う方向に突出している凸部である。突起部481は、光束制御部材440と基板とを固定するときの被接着部となる。突起部481は、段差面478に形成されており、第2入射面473で入射した光に対して死角に位置するため、発光装置の光学性能に影響を与えない。突起部481は、第1段差面479および第2段差面480の間に配置されている。中心軸CAに沿う方向において、突起部481の先端部は、光束制御部材440の発光素子420側の端部(基準面)よりも出射領域442側に位置する。突起部481の高さは、前述の要件を満たせば特に限定されない。
突起部481は、中心軸CAを全周に亘って囲うように形成されていてもよいし、全周に亘って囲うように形成されていなくてもよい。本実施の形態では、中心軸CAを含む断面(垂直断面)において、その断面形状が矩形である1つの突起部481が、中心軸CAを全周に亘って囲うように形成されている。
図16Aに示されるように、出射領域442は、発光素子120とは反対側の、被照射領域側に形成された平面である。出射領域442は、光束制御部材440の中心軸CAと交わるように形成されている。出射領域442は、屈折部450で入射した光、第1入射面462で入射し、第1反射面463で反射した光、および第2入射面473で入射し、第2反射面474で反射した光を被照射領域に向けて出射させる。
(効果)
実施の形態4に係る発光装置および照明装置は、被照射領域を円形形状に照らすこと以外は、実施の形態1と同様の効果を有する。
なお、本実施の形態では、中心軸CAに沿う方向において、第1段差面479と突起部481の先端部との間隔および第2段差面480と突起部481の先端部との間隔が同じである光束制御部材440について説明した。しかし、第2段差面と突起部の先端部との間隔は、第1段差面と突起部の先端部との間隔より長くてもよい。また、第2の段差面を有さず、突起部が、第1の段差面の外周部に配置されていてもよい。
また、本実施の形態では、その平面視形状が円形である光束制御部材440について説明したが、光束制御部材440の平面視形状は楕円形であってもよい。
また、実施の形態1〜3において、第1凸条161の第1稜線165は、直線であってもよいし、外側に凸の曲線であってもよい。
本発明に係る光束制御部材は、大型化することなく、基板に固定される際の光学性能の低下を防ぐことができる。この光束制御部材を有する発光装置および照明装置は、大型化することなく、高い歩留まりで製造されうる。本発明に係る発光装置は、例えば、カメラのフラッシュなどとして有用である。また、本発明に係る照明装置は、例えば、室内の一般照明、液晶パネルを被照射面とする面光源装置などとして有用である。
10 フレネルレンズ
12 基板
14 レンズ部
16 突出部
18 支持台取付面
20 支持台
30 接着剤
100 発光装置
110 基板
120 発光素子
130 支持部
131 接着剤
140、240、340、440 光束制御部材
141、241、341、441 入射領域
142、442 出射領域
143、443 フランジ
150、450 屈折部
160、460 フレネルレンズ部
161、461 第1凸条
162、462 第1入射面
163、463 第1反射面
164、464 第1接続面
165、465 第1稜線
170、270、370、470 最外レンズ部
171、271、371、471 第2凸条
172 角部
173、473 第2入射面
174、274、374、474 第2反射面
175、475 第2接続面
176、476 第2稜線
177、277、377、477 分割反射面
178、278、378、478 段差面
179、279、479 第1段差面
180、280、480 第2段差面
181、281、381、481 突起部
182 第3入射面
183 第3反射面
184 第3稜線
500 照明装置
510 カバー
L1 第1対角線
L2 第2対角線
S1 第1仮想四角形
S2 第2仮想四角形
CA 中心軸
LA 光軸

Claims (7)

  1. 発光素子から出射された光の配光を制御する光束制御部材であって、
    発光素子から出射された光を入射させる入射領域と、
    前記入射領域の反対側に形成され、前記入射領域で入射した光を出射させる出射領域と、
    を有し、
    前記入射領域は、その内側に配置され、前記発光素子から出射された光の一部を入射させる入射面と、その外側に配置され、入射した光を前記出射領域に向けて反射させる反射面と、前記入射面および前記反射面の間に配置された稜線とを有し、前記光束制御部材の中心軸を囲むように配置された複数の凸条を含み、
    最も外側に配置されている前記反射面は、
    互いに離間して配置された、前記入射面で入射した光を前記出射領域に向けて反射させる複数の分割反射面と、
    隣接した前記2つの分割反射面の間であって、前記入射面で入射した光の進行方向に対して死角の位置に配置された1または2以上の段差面と、
    を有し、
    最も外側に配置されている前記凸条は、前記段差面から前記中心軸に沿う方向に突出し、かつ前記中心軸に沿う方向において、その先端部が前記光束制御部材の前記発光素子側の端部よりも前記出射領域側にある突起部を有する、
    光束制御部材。
  2. 前記段差面は、前記突起部の内側に隣接して配置されている第1段差面と、前記突起部の外側に隣接して配置されている第2段差面とを有し、
    前記中心軸に沿う方向において、前記第2段差面と前記突起部の先端部との間隔は、前記第1段差面と前記突起部の先端部との間隔よりも長い、
    請求項1に記載の光束制御部材。
  3. 前記中心軸に沿う方向における前記第1段差面と前記第2段差面との間隔は、10μm以上かつ50μm以下である、請求項2に記載の光束制御部材。
  4. 前記段差面は、前記突起部の内側に隣接して配置されている第1段差面と、前記突起部の外側に隣接して配置されている第2段差面とを有し、
    前記中心軸に沿う方向において、前記第1段差面と前記突起部の先端部との間隔および前記第2段差面と前記突起部の先端部との間隔は、同じである、
    請求項1に記載の光束制御部材。
  5. 前記突起部は、前記段差面の外周部に配置されている、請求項1に記載の光束制御部材。
  6. 基板と、
    前記基板上に配置された支持部と、
    前記基板上に配置された発光素子と、
    前記基板上に前記発光素子の光軸とその中心軸が合致するように配置され、前記支持部に固定された、請求項1〜5のいずれか一項に記載の光束制御部材と、
    を有し、
    前記支持部および前記突起部は、接着されている、
    発光装置。
  7. 請求項6に記載の発光装置と、
    前記発光装置からの出射光を拡散させつつ透過させるカバーと、
    を有する、照明装置。
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