JP2016018202A - 光束制御部材、発光装置及び照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】所望の配光特性を得らえる光束制御部材を提供すること。【解決手段】中心軸に沿って貫通孔を有し、光源から出射された光の配光を制御する光束制御部材１であって、貫通孔の内径が最小となる部分に位置する光通過部Ａと、光通過部から貫通孔の一端側に向かって貫通孔の内径が拡径された入射領域Ｂと、光通過部から貫通孔の他端側に向かって貫通孔の内径が拡径された出射領域Ｄと、一端側から他端側に向かって外径が拡径する反射領域Ｃを有し、光通過部は、中心軸と光源の光軸とを一致させた場合に光源の中心から出射された光のうち、所定の範囲の内側光束を、出射された時の出射角のまま通過させ、入射領域は、光源の中心から出射された光のうち、所定の範囲よりも大きい外側光束を入射させ、反射領域は、該入射外側光束を全反射させ、出射領域は、反射領域で反射した該外側光束を出射し、出射領域から出射した該外側光束は、中心軸にピークを有する。【選択図】図１

Description

本発明は、光源から出射された光の配光を制御する光束制御部材に関し、特に光軸方向に強い光強度を有する配光特性を得るための光束制御部材に関する。

従来から、発光ダイオード（Light Emitting Diode：ＬＥＤ）が光源として利用されている。個々のＬＥＤチップは光量が少ないため、照明装置の光源として用いる場合、通常は複数のＬＥＤチップをアレイ状に配列し、面光源を構成することにより所望の光量を確保している。

このようなＬＥＤ光源は、一般には、例えば、ランバート分布に従って、比較的広い出射角をもって光を照射するように構成される。このため、ＬＥＤ光源を照明の用途に用いる場合、レンズなどの光束制御部材によって、広がり角が大きい光を集束させて所望の配光特性を有する光に整形する必要がある。

例えば、特許文献１には、所望の配光特性を簡便かつ確実に得ることができるとともに、得られる配光特性の多様化及びこれに伴う汎用性の向上を図ることができる光束制御部材が開示されている。特許文献１に記載の光束制御部材は、フレネル形状の突起部を有する入射領域と、凸の円錐面形状、凹のＶ字形状などの出射領域を有し、入射領域において第１の配光特性を形成した後、出射領域において第２の配光特性を形成する２段階の光束整形を実施することができる。

また、特許文献２には、平面状の発光面を光源とする場合に、明暗の明確なスポットライトを生成するレンズが開示されている。特許文献２に記載のレンズは、内側の中心部分と外側の中心部分とを有し、中心部分は発光面から入射した光に対するコリメータレンズとして機能する輪郭を有し、周辺部分は、入射面側に発光面から入射した光が周面において全反射してから出射面側からコリメート光を出射するように形成された輪郭を有する。

また、特許文献３には、ＬＥＤからの光の方向を変える光学素子が開示されている。特許文献３に記載の光学素子は、ＬＥＤからの光の一部を通過させる光軸周りに設けられた開口を備え、光軸に対して±４５°程度の範囲に広がって放射されるＬＥＤからの光を、±１５°程度の範囲に収束することができる。

特開２０１２−１６８５０１ 特開２０１４−２２０７７ 特開平９−１６７５１５

特許文献１に記載の光束制御部材に一例によれば、光軸方向に光度の最大値を示し、半値角が２０°程度の配光特性を実現することが可能である。しかしながら、かかる光束制御部材は、微細なフレネル形状の入射領域を必要とするので、精密な加工が必要となるか高価な金型が必要であり、製造コストが高くなるという問題がある。また、入射領域においてＬＥＤ光源から広い角度で放射される光を受けなくてならないため、ある程度の面積が必要となり、小型化が難しい。

特許文献２に記載のスポットライト装置用のレンズの一例では、半値角が２．９５°〜５．６８°となる配光特性を実現することができる。しかしながら、出射面において、内側範囲に凸面部が形成され、外側範囲に傾斜面部が形成されているため、レンズ半径の設定にもよるが、スポット照明の被照射面において、凸面部からの中心部コリメート光と傾斜面部からの周辺部コリメート光との境界が明るさの変化点として現れるおそれがある。

さらに、スポット照明の被照射面において、最も照度が大きくなる中央領域から外縁に向けて明るさを徐々に漸減させて、やわらかな自然な照明としたい用途には不向きである。加えて、光束制御部材が光源を覆うように配置されるため、光の利用効率が低くなるとともに、光源から発生した熱が蓄積し、光束制御部材が高温になるおそれもある。

一方、特許文献３に記載の光学素子は、光軸周りの部材がくり貫かれた構造であるため、特許文献２に記載のレンズに比べて、熱の蓄積、光の利用効率の問題については改善されている。しかしながら、かかる光学素子は、上面が広く、底面に向けて尻窄まりの形状となっているため、底面側の径に対して上面側の径が比較的大きく、コンパクトに設計できない。また、底面側の開口が小さいので（実施例１では３．２ｍｍ）。比較的大きなＬＥＤチップを実装することが難しく、強い光量を必要とする用途に適していない。面発光のＬＥＤを採用できるか、具体的には記載されていない。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであって、所望の配光特性を得らえる小型の光束制御部材を提供することを目的とする。また、従来よりも簡単に低コストで製造可能な光束制御部材を提供することを目的とする。

前述した課題を解決するため、本発明の光束制御部材は、中心軸に沿って貫通孔を有し、前記貫通孔の一端側に配置された光源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、前記貫通孔の内径が最小となる部分に位置する光通過部と、前記光束制御部材の内表面の少なくとも一部において、前記光通過部から前記貫通孔の前記一端側に向かって前記貫通孔の内径が拡径された入射領域と、前記内表面の少なくとも一部において、前記光通過部から前記貫通孔の他端側に向かって前記貫通孔の内径が拡径された出射領域と、前記光束制御部材の外表面の少なくとも一部に形成され、前記一端側から前記他端側に向かって外径が拡径する反射領域と、を有し、前記光通過部は、前記中心軸と前記光源の光軸とを一致させた場合に前記光源の中心から出射された光のうち、出射角が光軸を含む所定の範囲内の内側光束を、出射された時の出射角を持ったまま通過させ、前記入射領域は、前記光源の中心から出射された光のうち、出射角が前記所定の範囲よりも大きい外側光束を入射させ、前記反射領域は、前記入射領域から入射した前記外側光束を全反射させ、前記出射領域は、前記反射領域で反射した外側光束を出射し、前記出射領域から出射した外側光束は、前記中心軸にピークを有することを特徴とする。

また、本発明の他の光束制御部材は、中心軸に沿って貫通孔を有し、前記貫通孔の一端側に配置された光源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、前記貫通孔の内径が最小となる部分に位置する光通過部と、前記光束制御部材の内表面の少なくとも一部において、前記光通過部から前記貫通孔の前記一端側に向かって前記貫通孔の内径が拡径された入射領域と、前記内表面の少なくとも一部において、前記光通過部から前記貫通孔の他端側に向かって前記貫通孔の内径が拡径された出射領域と、前記光束制御部材の外表面の少なくとも一部に形成され、前記一端側から前記他端側に向かって外径が拡径する反射領域と、を有し、前記光通過部は、前記中心軸と前記光源の光軸とを一致させた場合に前記光源の中心から出射された光のうち、出射角が光軸を含む所定の範囲内の内側光束を、出射された時の出射角を持ったまま通過させ、前記入射領域は、前記光源の中心から出射された光のうち、出射角が前記所定の範囲よりも大きい外側光束を入射させ、 前記反射領域は、前記入射領域から入射した前記外側光束を全反射させ、前記出射領域は、前記反射領域で反射した外側光束を出射し、前記出射領域から出射した時の外側光束の出射角が、前記所定の範囲内であることを特徴とする。

さらに、上記光束制御部材において、前記出射領域から出射した外側光束は、前記光通過部を通過した内側光束のスポット径の内側に照射されてもよい。また、前記出射領域の少なくとも一部が凹曲面により形成されてもよい。また、前記入射領域は、中心軸を含む断面において直線状に形成されてもよい。また、前記反射領域の少なくとも一部が凸曲面により形成されてもよい。また、前記入射領域よりも前記一端側の内表面の少なくとも一部と、前記反射領域よりも前記一端側の外表面の少なくとも一部とで構成される平面部を有していてもよい。

また、本発明の発光装置は、光源と、上記光束制御部材とを含むものである。また、本発明の照明装置の一つは、かかる発光装置と、前記光束制御部材によって配光が制御された光を受けて、ろうそくの炎を模した配光分布に制御する光学部材とを含むものである。

本発明によれば、光軸方向に指向性の高い配光特性を実現できる簡単な構造の光束制御部材を得ることができる。また、かかる光束制御部材は、射出成型により容易に製造することができ、大量に安価で提供することができる。その他の効果については、発明を実施するための形態において述べる。

（Ａ）及び（Ｂ）は、本発明の光束制御部材の一実施形態の光束制御部材の断面図及び上面図 （Ａ）〜（Ｃ）は、内側光束及び外側光束の光路を示す図 （Ａ）及び（Ｂ）は、実施例１の光束制御部材の断面図及び斜視図 （Ａ）は光源のみの、（Ｂ）は実施例１の配光曲線の計測値を示す図 （Ａ）は光源のみの、（Ｂ）は実施例１の配光曲線の計測値を示す図 （Ａ）及び（Ｂ）は、実施例１の配光特性のシミュレーション結果を示す図 （Ａ）は実施例２の光束制御部材の断面図、（Ｂ）及び（Ｃ）は実施例２の配光特性及び照度分布を示す図、（Ｄ）及び（Ｅ）は実施例１の配光特性及び照度分布を示す図 実施例３の光束制御部材の断面図 （Ａ）及び（Ｂ）は、実施例４のろうそく風照明装置の点灯状態の写真 （Ａ）及び（Ｂ）は、実施例４のろうそく風照明装置の配光曲線の計測値を示す図 （Ａ）及び（Ｂ）は、実施例４のろうそく風照明装置の配光曲線の計測値を示す図

図１は、本発明の光束制御部材１の概略構成図を示すものである。図１（Ａ）は、本光束制御部材１の中心軸に沿った断面図が光源１０と共に示されている。図１（Ｂ）は、本光束制御部材１の上面図である。図１（Ａ）に示すように、光束制御部材１は、中心軸Ｌに沿って貫通孔を有しており、貫通孔の一端側に配置された光源１０から出射された光の配光を制御する。光源１０と光束制御部材１とを含む発光装置は、指向性の高い光を供給することができ、照明用を含む様々な用途における光源として利用することができる。以下の説明においては、光束制御部材１の中心軸Ｌと光源１０の光軸とが一致している場合を前提とし、光の出射角（放射角）、配光特性などについては、光源（面光源を含む）から射出される光のうち光軸上の点光源Ｏからの光について、光軸を基準として規定する。また、本明細書においては、光束制御部材１の中心軸Ｌに直交する方向の内径を決定する表面を「内表面」と呼び、外径を決定する表面を「外表面」と呼ぶ。さらに、光束制御部材１の中心軸と平行な軸において、光源が配置された方向を「一端側」と呼び、その反対方向を「他端側」と呼ぶ。なお、他端側は、光軸に沿った光の進行方向である。

光源１０としては、光源からの光が比較的広い出射角を有する光源、例えばランバート分布に従った配光状態の光源に適用することが好ましい。光源１０としては、例えば面発光型のＬＥＤ光源を採用することができる。

本発明の光束制御部材１は、中心軸Ｌに光軸が一致するように配置された光源１０からの光を所望の配光特性を有する光に整形して被照射面２０に向けて出射するものであり、光源１０からの光のうち比較的射出角が小さい光束（すなわち中心に照射される）については、光束制御部材１の中心軸Ｌ周りに設けられた貫通孔の内径が最小となる光通過部Ａにおいて、出射された時の出射角を持ったまま通過させ、拡散光として被照射面２０の中心から周辺に向けて自然な分布の配光とする。光源１０からの光のうち比較的射出角が大きい光束については、光通過部Ａよりも一端側に位置する内表面２の一部に形成された入射領域４に入射させた後、光束制御部材内における外表面３の反射領域５で被照射面側に全反射させ、さらに光通過部Ａよりも他端側に位置する内表面２の出射領域６で他端側に向けて、中心軸（光軸）Ｌにピークを有するように出射する。このような光束制御部材によって、中心軸において最も強いピークを有し、中心から周辺に向けて徐々に光量が小さくなる配光を実現できる。

本発明の光束制御部材１は、透光性を有する材料であればよく、例えば、プラスチック、ガラスなどを採用することができる。また、光束制御部材１は、中心軸Ｌ周りに回転対称であることが好ましく、特に中心軸Ｌを中心とした回転体であることが好ましい。図１においては、光束制御部材１の内表面及び外表面は、中心軸Ｌに垂直な断面において円形である。ただし、必要となる光の配光、使用される照明装置、光学部材の形状等に応じて、種々の形状とすることができ、例えば中心軸Ｌに垂直な断面形状が多角形、楕円形であってもよい。光束制御部材１は、中心軸Ｌが光源１０の光軸に一致するように配置されることが好ましい。なお、光の出射角θは、光軸Ｌ（０°）を基準に時計周りの方向をプラス側、反時計回りの方向をマイナス側とする。

光束制御部材１には、中心軸Ｌを取り囲む貫通孔が形成されており、貫通孔の表面が光束制御部材の内表面２となる。貫通孔の中心軸Ｌに垂直な断面形状は、光束制御部材１の外表面と相似形であることが好ましい。貫通孔の一端側に光源１０が配置されるが、光源１０は、貫通孔の端部近傍において、貫通孔の内部又は外部に配置される。

光束制御部材１は、貫通孔の中心軸方向の中間位置において、内径が最小の位置に、中心軸Ｌの周りに光源１０から射出した光の射出角を変更せずに通過させる光通過部Ａを有している。また、光束制御部材１は、光通過部Ａよりも一端側に位置する内表面２の一部に入射領域Ｂを有しており、光通過部Ａよりも他端側の内表面２の一部に出射領域Ｄを有している。さらに、光束制御部材１は、外表面３の一部に反射領域Ｃを有している。なお、光通過部Ａを通過する光を「内側光束」と呼び、入射領域Ｂに入射する光を「外側光束」と呼ぶ。

図２（Ａ）は、内側光束の光路を示し、図２（Ｂ）は、外側光束の光路を示す。図２（Ｃ）は、内側光束１２と外側光束１３とを重ねわせた光束の光路を示す。なお、図２では、説明のため、光源１０の発光面における光軸上の仮想的な点光源からの光の光路（光軸に対して左半面分）のみが示されているが、実際には、光源１０の面全体から出射された光が光束制御部材１によって配光が制御される。

光通過部Ａは、図１及び図２（Ａ）、（Ｃ）に示すように、光源１０からの光１１のうち、光軸を含む所定の範囲（−θ２≦θ≦θ２）の出射角の内側光束１２を通過させる。内側光束１２は、光源１０から射出した時の射出角を有しているため、拡散光として被照射面２０に照射される。所定の範囲（−θ２≦θ≦θ２）は、光源１０から光通過部Ａまでの距離、光通過部Ａの内径等で変更することができ、必要な距離における被照射面におけるスポット径、光量、配光特性等に応じて適宜設計される。所定の範囲のθ２としては、例えば、１５〜４５°の範囲であることが好ましく、２０〜３０°程度であることがさらに好ましい。

光通過部Ａは、光源からの光をそのまま通過するため、光の利用効率を高めることができる。特に、不自然な明るさの変化を減らすために、光通過部Ａにおいて内径を最小とし、光通過部Ａから連続して一端側に入射領域Ｂを設けることが好ましい。ただし、利用の態様、目的、機能（例えば埃、水分対策、着色、模様等）に応じて、中心軸Ｌに対して垂直に配置された薄い平板状の透明部材を窓として貫通孔の光通過部Ａに設けてもよい。この場合、光通過部Ａに設けられた窓は、一端側の表面と他端側の表面とが平行な平面で構成されているため、光源からの所定の範囲（−θ２≦θ≦θ２）の光は、窓に入射することによって一旦屈折するものの、窓から射出する際に、再び元の出射角に戻るので、出射された時の出射角を持ったまま通過させることができる。また、窓に着色したり、半透明又は不透明としたりすることで、照明の色合いや雰囲気を変化させることができる。なお、窓の着色、半透明又は不透明な部分によって、模様、文字、ロゴなどを描いてもよい。

入射領域Ｂは、内表面２に形成され、光源１０から出射された光１１のうち、光通過部Ａを通過する所定の範囲（−θ２≦θ≦θ２）の光１２よりも大きな出射角（−θ１≦θ≦−θ２、θ２≦θ≦θ１）の外側光束１３が入射する領域である（図２（Ｂ）参照）。入射領域Ｂは、入射した外側光束１３の大半を外表面３の反射領域Ｃに向かうように構成されており、反射領域Ｃの範囲や形状にもよるが、入射領域Ｂの内径が、光通過部から前記一端側に向かって、徐々に大きくなっていることが好ましい。また、入射領域Ｂの中心軸を含む断面において、図１に示すように、入射面を直線状とすれば、配光状態を保ちつつ反射領域Ｃが広がり過ぎないように設計できるので好ましい。さらに、入射面を直線状に構成した場合、光束制御部材の製造に際して、加工や他部材との組付けが容易となる。外側光束１３の出射角の外側の範囲±θ１は、入射領域Ｂの一端側の端部と光源１０との位置関係によって決定され、入射領域Ｂの一端側の端部又は光源の配置によって設計できる。出射角の外側の範囲±θ１としては、光源１０から射出される光の出射角の広がりに応じて設定すればよく、例えば、４５〜９０°の範囲であることが好ましく、５５〜８０°程度であることがさらに好ましい。

反射領域Ｃは、外表面３に形成され、入射領域Ｂから入射した外側光束１３を出射領域Ｄに向けて全反射させる領域である（図２（Ｂ）参照）。反射領域Ｃは、入射領域Ｂから入射した外側光束の全てについて全反射することが好ましく、さらに出射領域Ｄにおいて他端側に出射されずに反射した一部の光を出射領域Ｄに向けて反射することが好ましい。反射領域Ｃは、後述する平面部Ｅを除く外表面全部であってもよいし、その一部であってもよい。反射領域Ｃは、一端側から他端側に向かって、その外径が徐々に大きくなっていることが好ましく、反射領域Ｃの少なくとも一部が凸曲面により形成されていてもよい。

出射領域Ｄは、内表面２に形成され、外側光束１３の少なくとも一部を屈折させて被照射面に向けて出射する領域である（図２（Ｂ）参照）。出射領域Ｄから出射した外側光束１３の出射角は、内側光束１２の出射角の範囲内（−θ２≦θ≦θ２）であることが好ましい。また、出射領域Ｄから出射した外側光束は、中心軸にピークを有する配光状態であることが好ましい。さらに、出射領域Ｄから出射した外側光束は、光通過部Ａを通過した内側光束のスポット径の内側に照射されることが好ましい（図２（Ｃ）参照）。出射領域Ｄは、一端側から他端側に向かって、その内径が徐々に大きくなっていることが好ましく、他端側の端部における出射領域Ｄの内径（出射領域Ｄでの最大内径）は、一端側の端部における入射領域Ｂの内径（入射領域Ｂでの最大内径）よりも大きく設計されることが好ましい。出射領域Ｄの少なくとも一部は、凹曲面により形成されていることが好ましい。出射領域Ｄを凹曲面で形成すると、平面で形成した場合に比べて、反射領域Ｃで反射された外側光束を中心軸Ｌ側へ大きく屈性させることができ、被照射面２０における照射点Ｐへ向けて効率よく外側光束を収束することができる。ただし、出射領域Ｄの中心軸を含む断面において、図７（Ａ）に示すように、出射領域Ｄを直線状とすれば、多少効率は劣るが、光束制御部材の製造に際して、加工や他部材との組付けが容易となる。

さらに、光束制御部材１は、入射領域Ｂよりも一端側の内表面２の少なくとも一部と、反射領域Ｃよりも一端側の外表面３の少なくとも一部とで構成される平面部Ｅを有していてもよい。平面部Ｅは、外側光束よりもさらに大きい出射角の光の一部を内表面から入射し、それを外表面から横方向に射出させる。平面部Ｅの中心軸に沿った断面は、内表面も外表面も直線状であり、内表面と外表面とが平行な円筒形状であることが好ましいが、平面部の内表面に入射した光を外表面から出射できればよく、内表面又は／及び外表面が傾斜していてもよい。平面部Ｅを設けることにより、光源の周囲を弱く照らすことができ、強い指向性を持たせた光と併せて、多彩な照明を行うことができる。

このように、本光束制御部材１によれば、光源１０から射出された光１１のうち、出射角が−θ２≦θ≦θ２の範囲の内側光束１２は、光通過部Ａを通過し、わずかに拡散する光として被照射面２０に照射され、出射角が−θ１≦θ≦−θ２及びθ２≦θ≦θ１の範囲の外側光束１３は、入射領域Ｂから部材本体に入射し、反射領域Ｃで全反射し、出射領域Ｄから被照射面２０に向けて出射する。なお、照明の利用態様によっては、外側光束１３の一部を、被照射面２０に向けずに、外表面３の一部から側方へ向けて出射するように構成してもよい。

本発明の光束制御部材では、光通過部Ａの径が入射領域Ｂの内径や出射領域Ｄの内径よりも小さくなるように構成されているので、コンパクトに設計することができる。また、本発明の光束制御部材は、被照射面におけるスポット径、配光特性について種々設定することができるが、例えば、光源からの距離ｈが３００ｍｍの被照射面２０において、１００〜２００ｍｍのスポット径で、中心軸に最も強いピークを有し、半値角が１０〜３０°の範囲の配光特性の光に成形することができる。

また、光束制御部材の光通過部Ａとして、中心軸方向に貫通した開口とすることにより、内側光束が光束制御部材の材料によって減衰せず、全体として光の利用効率を向上させることができる。さらに、光源が開口によって開放されているので、放熱効果が期待できる。

[実施例１]
図３（Ａ）及び（Ｂ）は、各々、光束制御部材１として作製した盃形状のレンズの断面図及び斜視図である。レンズの高さは６．８ｍｍであり、最大外径は７．８ｍｍと非常に小型にすることができた。底面側の開口は３．２ｍｍである。光通過部Ａは、内径が最も狭くなる部分であり、２．７ｍｍであり、光軸から出射角±２１．５°の範囲の光を内側光束として通過させる。入射領域Ｂは、出射角＋２１．５°〜＋６０°及び−２１．５°〜−６０°の範囲の光を外側光束として入射させ、外側光束は凸曲面を有する反射領域Ｃによって全反射され、凹曲面を有する出射領域Ｄから中心軸においてピークを有するように出射される。また、レンズの一端側には、平面部Ｅを有している。

図４（Ａ）は、光束制御部材を使用しない場合のＬＥＤ光源１０の配光曲線の計測値であり、図４（Ｂ）は、図３の光束制御部材１を使用した場合の配光曲線の計測値である。ＬＥＤ光源１０では、０°方向に１４．９０ｃｄの光度を有するのに対し、本光束制御部材１を用いた場合は、０°方向に１２９．６４ｃｄのピークを有する指向性の高い配光を実現できた。

図５（Ａ）及び（Ｂ）は、それぞれ図４（Ａ）及び（Ｂ）とは表示の仕方を変えたＬＥＤ光源及び光束制御部材の配光曲線の計測値であり、横軸が光源を中心とした放射角（°）であり、縦軸は、放射角度ごとの光の光度（ｃｄ）である。図５に示すように、ＬＥＤ光源１０から出射した光は、全光束が４４．２ｌｍ、半値角が１２０°（±６０°）であるのに対して、光束制御部材１を使用した場合では、全光束が４０．５ｌｍと若干減衰したものの光利用効率９２％を実現し、半値角２０°（±１０°）という指向性が高く、光軸にピークを有する配光に制御することができた。なお、図５（Ｂ）において、±６０°〜７５°の範囲において、平面部Ｅを通じて外側に照射した光も観察されている。

図６（Ａ）及び（Ｂ）は、外側光束の配光状態を確認するため、光束制御部材の光通過部を遮光した場合の配光特性と被照射面の照度分布をシミュレーションした結果（実線）である。図６（Ａ）は、光源を中心とした放射角（°）を横軸、放射角度ごとの光の光度（ｃｄ）を縦軸で表示し、図６（Ｂ）は、光源からの距離ｈ＝３００ｍｍの被照射面における照度分布（横軸：位置（ｍｍ）、縦軸：照度（ｌｘ））である。図６（Ａ）及び（Ｂ）において、一点鎖線は光通過部を遮光していない場合（内側光束を含む）の配光特性のシミュレーション結果である。なお、図６（Ａ）の破線は光源の配光である。図６に示すように、外側光束は、半値角２０°（±１０°）という指向性が高く、光軸にピークを有する配光に制御されている。また、一点鎖線で示すように、内側光束を含む場合には、ピークが高くなるとともに、若干スポットが広がっており、内側光束のスポット内に外側光束を集光させていることが確認された。

[実施例２]
実施例２は、図７（Ａ）に示すように、図３の光束制御部材において、出射領域を凹曲面ではなく、他端側に向かって中心軸を含む断面が直線状に内径が拡径する光束制御部材である。図７（Ｂ）は、実施例２の配光特性を示し、図７（Ｃ）は、光源から３００ｍｍ離れた位置の被照射面における照度分布を示すものである。また、図７（Ｄ）は実施例１の同様な配光特性を示し、図７（Ｅ）は、光源から３００ｍｍ離れた位置の被照射面における照度分布を示すものである。図７（Ｂ）及び（Ｄ）は、光度を比較するため、光度のスケールを合わせて配光特性を極座標で示している。図７（Ｃ）に示すように、実施例２では、最大照度が１７００ｌｘであり、図７（Ｅ）に示す実施例１の最大照度２１５０ｌｘに比べ低くなっているが、出射領域から外側光束を中心軸近辺に集光させて出射しており、所望の配光特性を得ることができている。さらに、図７（Ａ）に示すように、出射領域の中心軸を含む断面が直線状であるので、加工等が容易であり、設計も容易である。
［実施例３］
図８は、光束制御部材１として作製した実施例３のレンズの断面図である。レンズの高さは１０ｍｍであり、最大外径は７．７ｍｍと非常に小型にすることができた。光通過部Ａは、内径が最も狭くなる部分であり、光軸から出射角±３０°の範囲の光を内側光束として通過させる。入射領域Ｂは、出射角＋３０°〜＋６０°及び−３０°〜−６０°の範囲の光を外側光束として入射させ、外側光束は２段階の凸曲面を有する反射領域Ｃによって全反射され、凹曲面を有する出射領域Ｄから中心軸においてピークを有するように出射される。なお、実施例３においては、平面部Ｅは設けていない。

[実施例４]
本発明の光束制御部材は、光軸方向への強いピークを有し、半値角２０°程度に指向性の高い配光特性を実現できるとともに、極めて小型に構成することができる。このため、種々の照明の用途に利用できるが、例えば、ろうそくの炎を模した照明装置用のレンズに好適である。ろうそく風照明装置は、炎を模した発光状態とするため、炎を模した形状の光学部材を利用することがあり、光学部材の中心付近に高輝度の内炎領域を形成し、その周囲に淡い明るさの外縁領域を形成することで、ろうそくの炎に近い視覚効果を実現したものである。ろくそく風照明装置には指向性の高い光源が適するが、本光束制御部材を組み合わせることにより、出射角の配光分布が広い面発光型のＬＥＤ光源も採用できる。本例では、ろうそく風照明装置の光源に面発光型のＬＥＤ光源と本光束制御部材を適用した。

図９（Ａ）は、面発光型のＬＥＤ光源のみを用いたろうそく風照明装置であり、図９（Ｂ）は、面発光型のＬＥＤ光源１０と実施例１の光束制御部材１とを組み合わせて用いたろうそく風照明装置を点灯した状態の写真である。

図１０（Ａ）及び（Ｂ）は、それぞれ図９（Ａ）及び（Ｂ）に示したろうそく照明装置の配光曲線を示す図であり、図１１（Ａ）及び（Ｂ）は、それぞれ図１０（Ａ）及び（Ｂ）とは表示の仕方を変えたＬＥＤ光源及び光束制御部材の配光曲線の計測値であり、横軸が光源を中心とした放射角（°）であり、縦軸は、放射角度ごとの光の光度（ｃｄ）である。

図９（Ａ）のＬＥＤ光源１０のみ場合では、図１０（Ａ）及び図１１（Ａ）に示すように、０°方向の光度が約６ｃｄであり、±３０°方向の２つのピークにおいて約１７ｃｄであるのに対し、図９（Ｂ）の本光束制御部材１を用いた場合では、図１０（Ｂ）及び図１１（Ｂ）に示すように、０°方向の光度は約７．４ｃｄに向上した一方で、ピークの位置が±２０°付近に移動し、光度も約１３ｃｄとなった。このように、本光束制御部材１によって、図１０（Ｂ）に示すろうそく照明装置の内側カバーの先端部分において高輝度の領域（内炎領域）を得ることができ、ろうそくの炎の配光により近づけることができた。

１ 光束制御部材
２ 内表面
３ 外表面
Ａ 光通過部
Ｂ 入射領域
Ｃ 反射領域
Ｄ 出射領域
１０ 光源
２０ 被照射面

Claims (9)

1. 中心軸に沿って貫通孔を有し、前記貫通孔の一端側に配置された光源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、
   前記貫通孔の内径が最小となる部分に位置する光通過部と、
   前記光束制御部材の内表面の少なくとも一部において、前記光通過部から前記貫通孔の前記一端側に向かって前記貫通孔の内径が拡径された入射領域と、
   前記内表面の少なくとも一部において、前記光通過部から前記貫通孔の他端側に向かって前記貫通孔の内径が拡径された出射領域と、
   前記光束制御部材の外表面の少なくとも一部に形成され、前記一端側から前記他端側に向かって外径が拡径する反射領域と、を有し、
   前記光通過部は、前記中心軸と前記光源の光軸とを一致させた場合に前記光源の中心から出射された光のうち、出射角が光軸を含む所定の範囲内の内側光束を、出射された時の出射角を持ったまま通過させ、
   前記入射領域は、前記光源の中心から出射された光のうち、出射角が前記所定の範囲よりも大きい外側光束を入射させ、
   前記反射領域は、前記入射領域から入射した前記外側光束を全反射させ、
   前記出射領域は、前記反射領域で反射した外側光束を出射し、
   前記出射領域から出射した外側光束は、前記中心軸にピークを有することを特徴とする光束制御部材。
2. 中心軸に沿って貫通孔を有し、前記貫通孔の一端側に配置された光源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、
   前記貫通孔の内径が最小となる部分に位置する光通過部と、
   前記光束制御部材の内表面の少なくとも一部において、前記光通過部から前記貫通孔の前記一端側に向かって前記貫通孔の内径が拡径された入射領域と、
   前記内表面の少なくとも一部において、前記光通過部から前記貫通孔の他端側に向かって前記貫通孔の内径が拡径された出射領域と、
   前記光束制御部材の外表面の少なくとも一部に形成され、前記一端側から前記他端側に向かって外径が拡径する反射領域と、を有し、
   前記光通過部は、前記中心軸と前記光源の光軸とを一致させた場合に前記光源の中心から出射された光のうち、出射角が光軸を含む所定の範囲内の内側光束を、出射された時の出射角を持ったまま通過させ、
   前記入射領域は、前記光源の中心から出射された光のうち、出射角が前記所定の範囲よりも大きい外側光束を入射させ、
   前記反射領域は、前記入射領域から入射した前記外側光束を全反射させ、
   前記出射領域は、前記反射領域で反射した外側光束を出射し、
   前記出射領域から出射した時の外側光束の出射角が、前記所定の範囲内であることを特徴とする光束制御部材。
3. 前記出射領域から出射した外側光束は、前記光通過部を通過した内側光束のスポット径の内側に照射されることを特徴とする請求項１又は２に記載の光束制御部材。
4. 前記出射領域の少なくとも一部が凹曲面により形成されていることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の光束制御部材。
5. 前記入射領域は、中心軸を含む断面において直線状に形成されることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の光束制御部材。
6. 前記反射領域の少なくとも一部が凸曲面により形成されていることを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の光束制御部材。
7. 前記入射領域よりも前記一端側の内表面の少なくとも一部と、前記反射領域よりも前記一端側の外表面の少なくとも一部とで構成される平面部を有することを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項に記載の光束制御部材。
8. 光源と、請求項１乃至７に記載の光束制御部材とを含む発光装置。
9. 請求項８に記載の発光装置と、前記光束制御部材によって配光が制御された光を受けて、ろうそくの炎を模した配光分布に制御する光学部材とを含むことを特徴とする照明装置。