JP2016033886A

JP2016033886A - 照明装置

Info

Publication number: JP2016033886A
Application number: JP2014156682A
Authority: JP
Inventors: 恭平中村; Kyohei Nakamura; 央青山; Hiroshi Aoyama
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2014-07-31
Filing date: 2014-07-31
Publication date: 2016-03-10
Also published as: CN204879546U

Abstract

【課題】ＬＥＤを収容する凹部を有するレンズを備えた照明装置において、レンズの製造コストを低く抑え、また、ＬＥＤを密に配置する。【解決手段】本発明の照明装置は、ＬＥＤ３１と、ＬＥＤ３１から出射された光の配光を制御するレンズ６と、を備える。レンズ６は、ＬＥＤ３１から出射された光が入射する凹部６２と、凹部６２の周縁部からザグリ状に形成されＬＥＤ３１を収容するＬＥＤ収容部６３と、を有する。この構成によれば、ＬＥＤ３１の実装位置が多少ずれたとしても、ＬＥＤ３１がＬＥＤ収容部６３に収容されるので、凹部６２を大きくしなくてもＬＥＤ３１と凹部６２との接触が抑制される。そのため、レンズ６を小さく構成できるので、レンズ６の製造コストを低く抑えることができ、また、ＬＥＤ３１を密に配置することができる。【選択図】図３

Description

本発明は、ＬＥＤを光源とする照明装置に関する。

ＬＥＤは、低電力で高輝度の発光が可能であり、しかも長寿命であることから、白熱灯や蛍光灯に代わる光源として注目されている。このようなＬＥＤを光源とするバックライト（照明装置）として、複数のＬＥＤと、これらＬＥＤの各々に相対して設けられ該ＬＥＤから出射された光の配光を制御する複数のレンズと、を備えたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。複数のレンズは、それぞれＬＥＤと相対する面にドーム状の凹部を有し、その凹部にＬＥＤを収容した状態で配置される。ＬＥＤから出射した光は、凹部からレンズに入射してレンズ内を伝播した後、レンズの外側面（出射面）から外部へ出射する。

特開２０１３−７７８３０号公報

上述したような照明装置では、各々のＬＥＤに対してレンズが個別に設けられているので、仮に製造過程においてＬＥＤの実装位置がずれたとしても、ＬＥＤが凹部に収容されるように各々のレンズ位置を微調整すればよい。しかしながら、このようなレンズ位置の微調整は、ＬＥＤ及びレンズの数が多い場合には非常に手間がかかる。また、複数のレンズが互いに一体に構成されている場合には、各々のレンズ位置を個別に調整することができないので、ＬＥＤの実装位置がずれるとＬＥＤが凹部に接触してレンズを装着できなくなることがある。

そこで、凹部を大きく形成して、ＬＥＤと凹部との接触を回避することが考えられる。しかしながら、そうすると、レンズによる配光制御は、凹部の大きさとレンズの出射面の大きさとのバランスにより決定されるので、所望の配光を得るにはレンズ自体が大きくなってしまう。レンズが大きくなると、レンズの製造コストが高くなり、また、レンズを配置するためにＬＥＤ間の距離を大きく取る必要があるのでＬＥＤを密に配置することができない。

本発明は、上記課題を解決するものであって、ＬＥＤを収容する凹部を有するレンズを備えた照明装置において、レンズの製造コストを低く抑えることができ、また、ＬＥＤを密に配置することができる照明装置を提供することを目的とする。

本発明の照明装置は、ＬＥＤと、前記ＬＥＤから出射された光の配光を制御するレンズと、を備え、前記レンズは、前記ＬＥＤと相対する相対面に設けられ該ＬＥＤから出射された光が入射する凹部と、前記相対面において前記凹部の周縁部からザグリ状に形成され前記ＬＥＤを収容することで該ＬＥＤと前記凹部との接触を抑制するＬＥＤ収容部と、を有し、前記ＬＥＤ収容部と前記凹部とは、前記ＬＥＤに対して凸となった凸曲面により滑らかに連続していることを特徴とする。

本発明によれば、ＬＥＤの実装位置が多少ずれしたとしても、ＬＥＤがＬＥＤ収容部に収容されるので、凹部を大きくしなくてもＬＥＤと凹部との接触が抑制される。そのため、レンズを小さく構成できるので、レンズの製造コストを低く抑えることができ、また、ＬＥＤを密に配置することができる。

本発明の一実施形態に係る照明装置の分解斜視図。（ａ）は上記照明装置を構成するレンズ及びＬＥＤの断面図、（ｂ）は同レンズを相対面側から見た平面図。上記レンズとＬＥＤとの間で位置ずれが起こった場合を示す断面図。（ａ）は曲率半径Ｒ＝０．５ｍｍの凸曲面を有する上記レンズから出射される光の配光を示す図、（ｂ）は（ａ）のレンズから出射される光の配光曲線を示す図、（ｃ）は（ｂ）の点線で囲んだ領域の拡大図。（ａ）は曲率半径Ｒ＝１．０ｍｍの凸曲面を有する上記レンズから出射される光の配光を示す図、（ｂ）は（ａ）のレンズから出射される光の配光曲線を示す図、（ｃ）は（ｂ）の点線で囲んだ領域の拡大図。（ａ）は曲率半径Ｒ＝１．５ｍｍの凸曲面を有する上記レンズから出射される光の配光を示す図、（ｂ）は（ａ）のレンズから出射される光の配光曲線を示す図、（ｃ）は（ｂ）の点線で囲んだ領域の拡大図。（ａ）は曲率半径Ｒ＝２．０ｍｍの凸曲面を有する上記レンズから出射される光の配光を示す図、（ｂ）は（ａ）のレンズから出射される光の配光曲線を示す図、（ｃ）は（ｂ）の点線で囲んだ領域の拡大図。凸曲面を有さないレンズの断面図。（ａ）は凸曲面を有さない上記レンズから出射される光の配光を示す図、（ｂ）は（ａ）のレンズから出射される光の配光曲線を示す図、（ｃ）は（ｂ）の点線で囲んだ領域の拡大図。

本発明の一実施形態に係る照明装置について図１乃至図７を参照して説明する。本照明装置は、天井面に取り付けられるシーリングライトである。

図１に示すように、照明装置１は、円板状に形成された筐体２と、筐体２の一面（実装面２１）に取り付けられた光源部３と、光源部３から出射された光の配光を制御する光学部材４と、光学部材４から出射された光を拡散する拡散カバー５と、を備える。

筐体２は、実装面２１とは反対側の面を介して天井面に取り付けられる。筐体２は、その中央に設けられた円形状の開口２２と、開口２２に係合して天井面への取り付けに用いられるアダプタ２３と、拡散カバー５の保持に用いられる複数の拡散カバー保持部２４と、を有する。アダプタ２３は、天井面に設けられた引掛シーリング（不図示）に係合することで筐体２を天井面に固定し、光源部３の点灯を制御する回路部（不図示）を内蔵している。回路部は、アダプタ２３が引掛シーリングに係合することで引掛シーリングを介して商用電源に接続され、この商用電源から光源部３への給電を制御する。拡散カバー保持部２４は、拡散カバー５の係合部（後述参照）と係合することで拡散カバー５を保持する。拡散カバー保持部２４は、実装面２１の周縁部に設けられ、図例では互いに１２０度ずつ角度を隔てて配置されている。実装面２１は、白色塗料の塗布又は光反射性金属材料の蒸着により、例えば、７５〜９５％の可視光反射性を有するように構成されている。筐体２は、例えば、所定の剛性を有するアルミニウム板又は鋼板をプレス加工及び切削加工することで形成される。

光源部３は、複数のＬＥＤ３１と、これらＬＥＤ３１を実装する配線基板３２と、を有する。配線基板３２は、ドーナツ板状に形成され、その中心が筐体２の中心と一致するようにして筐体２の実装面２１に取り付けられている。複数のＬＥＤ３１は、配線基板３２の実装面２１に取り付けられている面とは反対側の面に搭載され、筐体２の中心を中心とする４つの同心円上において所定間隔毎に配置されている。これらＬＥＤ３１は、それぞれの光軸が配線基板３２と直交するようにして配置されている。ＬＥＤ３１は、例えば、青色光を出射するＬＥＤチップと、このＬＥＤチップを封止する封止材と、この封止材中に分散され青色光を黄色光に変換する蛍光体と、を有し、青色光と黄色光とを互いに混色させることで白色光を出射する白色ＬＥＤにより構成される。配線基板３２は、ガラスエポキシ樹脂等の絶縁性材料により構成され、各々のＬＥＤ３１と接続された配線パターン（不図示）を有する。各々の配線パターンは、アダプタ２３の回路部に接続されている。

光学部材４は、配線基板３２とほぼ同じ大きさのドーナツ板状に形成され、ＬＥＤ３１を覆うように設けられている。光学部材４は、ＬＥＤ３１の各々に相対して設けられた複数のレンズ６と、複数のレンズ６同士を接続する接続部４１と、を有し、一つの部材として構成されている。このように光学部材４を一つの部材として構成することで、照明装置１の組み立てが容易になる。光学部材４は、例えば、透明ポリカーボネート樹脂、透明アクリル樹脂又は透明ポリスチレン樹脂といった透光性及び電気絶縁性を有する樹脂により構成され、筐体２にネジ止めされている。

拡散カバー５は、筐体２とほぼ同じ直径を有し、光出射方向側（図１において上側）に凸となった円形ドーム状に形成されている。拡散カバー５は、その内周面端部に筐体２の拡散カバー保持部２４と係合する複数の係合部（不図示）を有し、光源部３及び光学部材４を内含した状態で筐体２に取り付けられる。

図２（ａ）（ｂ）に示すように、レンズ６は、ＬＥＤ３１と相対して平面状に形成された相対面６１と、相対面６１に設けられた凹部６２と、相対面６１において凹部６２の周縁部６２ａからザグリ状に形成されたＬＥＤ収容部６３と、を有する。レンズ６は、その光軸がＬＥＤ３１の光軸Ａｘと一致するようにして配置されている。凹部６２は、円形ドーム状に形成され、ＬＥＤ３１を覆うようにして配置されている。凹部６２は、ＬＥＤ３１から出射された光が入射する入射面として機能する。ＬＥＤ収容部６３は、相対面６１側から見たときに円形状に形成されている。ＬＥＤ収容部６３の底面６３ａから配線基板３２までの距離Ｄ１（図２（ａ）参照）は、ＬＥＤ３１の頂面から配線基板３２までの距離Ｄ２よりも大きく、ＬＥＤ収容部６３は、ＬＥＤ３１を収容できる大きさに構成されている。距離Ｄ１、Ｄ２は、例えば、それぞれ０．７ｍｍ及び０．５ｍｍに設定される。

ＬＥＤ収容部６３の底面６３ａと凹部６２とは、ＬＥＤ３１に対して凸となった凸曲面６４により滑らかに連続している。凸曲面６４は、例えば、相対面６１側から見たときにＬＥＤ３１の最大外径が４．２ｍｍで、且つ凹部６２及びＬＥＤ収容部６３の直径（外径）がそれぞれ４．６ｍｍ及び６．７ｍｍであるとき、曲率半径Ｒが０．５〜２．０ｍｍの曲面により構成される。ＬＥＤ収容部６３の直径は、好ましくは凹部６２の直径よりも０．１ｍｍ以上大きく、より好ましくは凹部６２の直径よりも０．１〜３ｍｍ大きくなるように構成される。なお、ＬＥＤ収容部６３は、相対面６１の端部まで延設されていてもよい。

また、レンズ６は、凹部６２から入射した光が伝播する媒質部６５と、媒質部６５を伝播してきた光が出射する出射面６６と、を有する。出射面６６は、ＬＥＤ３１に対して凹となった滑らかな凹曲面に形成されている。

図３に示すように、上記のように構成されたレンズ６によれば、例えば、ＬＥＤ３１を配線基板３２に実装する際にＬＥＤ３１が所定位置（点線で示す）から多少位置ずれしたとしても、ＬＥＤ３１がＬＥＤ収容部６３に収容される。これにより、凹部６２を大きくしなくてもＬＥＤ３１と凹部６２との接触が抑制されるので、レンズ６を小さく構成することができる。そのため、レンズ６の製造コストを低く抑えることができ、また、レンズ６を配置するためにＬＥＤ３１間の距離を大きく取る必要がないのでＬＥＤ３１を密に配置することができる。更に、ＬＥＤ３１が多少位置ずれしてもレンズ６を装着することができるので、照明装置１の歩留まりを向上させることができる。このような歩留まりの向上は、配線基板３２に実装するＬＥＤ３１の数が多くなるほどＬＥＤ３１の実装位置ずれの頻度は高くなるので、照明装置１のように多くのＬＥＤ３１が実装される場合において特に重要となる。また、この歩留まりの向上は、照明装置１のように複数のレンズ６が互いに一体に構成され、各々のレンズ６の位置を微調整できない場合においても特に重要となる。

次に、レンズ６から出射される光の配光について説明する。図４（ａ）乃至（ｃ）に示すように、凸曲面６４の曲率半径Ｒを０．５ｍｍとしてレンズ６を構成した場合、レンズ６から出射される光の最大光度角度は、光軸Ａｘに対して略７６度となる。このとき、凸曲面６４が設けられているので、ＬＥＤ３１から出射され直接に凹部６２に入射した光とＬＥＤ３１から出射され直接にＬＥＤ収容部６３に入射した光との間で配光が急激に変化しない。そのため、ユーザがレンズ６の出射面６６を見たときに、見る角度によって出射光の輝度が大きく変化せず、輝線の少ない自然な光がレンズ６から出射されているように見える。このような輝線の少なさは、配光曲線が滑らかに変化していることからも明確である。

図５（ａ）乃至（ｃ）は、凸曲面６４の曲率半径Ｒを１．０ｍｍとしてレンズ６を構成した場合を示す。この場合も、上述した曲率半径Ｒを０．５ｍｍした場合と同様の効果が得られ、また、レンズ６から出射される光の最大光度角度は、ＬＥＤ３１の光軸Ａｘに対して略７６度となる。

図６（ａ）乃至（ｃ）は、凸曲面６４の曲率半径Ｒを１．５ｍｍとしてレンズ６を構成した場合を示す。この場合、レンズ６から出射される光の最大光度角度は、曲率半径Ｒを０．５ｍｍ又は１．０ｍｍとした場合に比べて少し小さくなり、ＬＥＤ３１の光軸Ａｘに対して略７４度となる。このレンズ６でも、上述した曲率半径Ｒを０．５ｍｍとしたレンズ６と同様の効果が得られる。

図７（ａ）乃至（ｃ）は、凸曲面６４の曲率半径Ｒを２．０ｍｍとしてレンズ６を構成した場合を示す。この場合、レンズ６から出射される光の最大光度角度は、曲率半径Ｒを１．５ｍｍとした場合に比べて更に小さくなり、ＬＥＤ３１の光軸Ａｘに対して略７２度となる。このレンズ６でも、上述した曲率半径Ｒを０．５ｍｍとしたレンズ６と同様の効果が得られる。

一方、図８は、参考例として、上述したような凸曲面６４を有さないレンズ６を示す。このようなレンズ６では、凹部６２とＬＥＤ収容部６３の底面６３ａとの境界に、変曲点Ｐが生じる。そのため、図９（ａ）乃至（ｃ）に示すように、レンズ６から出射される光の配光が変曲点Ｐを境界に大きく変化し、また、輝線が生じ易くなる（特に、図９（ｃ）の一点鎖線で囲んだ領域参照）。更に、レンズ６内を接続部４１の方に伝播する光が増え、図４乃至図７に示したレンズ６に比べて、レンズ６から出射する光が少なくなってしまう。

上述のようにレンズ６に凸曲面６４を設けることで、レンズ６から輝線の少ない自然な光を出射することができ、また、レンズ６からの出射光を増大することができる。更に、レンズ６からの光が光軸Ａｘに対して略７２〜７６度の方向に強く出射されるので、照明装置１を拡散カバー５側から見たときに、ユーザがＬＥＤ３１の粒感を感じ難くなる。

なお、本発明に係る照明装置は、上記実施形態に限定されず種々の変形が可能である。例えば、レンズは、必ずしも各々のＬＥＤに対してそれぞれ設けられる必要はなく、一つの同心円上に配置されたＬＥＤを一括して覆う円形樋状に形成され、その半径方向の両端部にＬＥＤ収容部を有する構成とされてもよい。また、ＬＥＤを、例えば、昼光色の光を発するものと電球色の光を発するものの２種により構成し、これら２種のＬＥＤを互いに独立して調光制御することで照射光の光色を可変とした構成としてもよい。

１照明装置
３１ＬＥＤ
４１接続部
６レンズ
６１相対面
６２凹部
６３ＬＥＤ収容部
６４凸曲面

Claims

ＬＥＤと、前記ＬＥＤから出射された光の配光を制御するレンズと、を備えた照明装置であって、
前記レンズは、前記ＬＥＤと相対する相対面に設けられ該ＬＥＤから出射された光が入射する凹部と、前記相対面において前記凹部の周縁部からザグリ状に形成され前記ＬＥＤを収容することで該ＬＥＤと前記凹部との接触を抑制するＬＥＤ収容部と、を有し、
前記ＬＥＤ収容部と前記凹部とは、前記ＬＥＤに対して凸となった凸曲面により滑らかに連続していることを特徴とする照明装置。
前記ＬＥＤ及び前記レンズは、それぞれ複数設けられ、
複数の前記レンズは、前記レンズ同士を接続する接続部を介して一つの部材として構成されていることを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
前記レンズは、複数の前記ＬＥＤの各々に対してそれぞれ設けられていることを特徴とする請求項２に記載の照明装置。