JP2017004619A - 光源ユニット、及び照明器具 - Google Patents

Abstract

【課題】配光パターンを変更できる光源ユニット、及び照明器具を提供すること。【解決手段】発光面３０Ａと、前記発光面３０Ａを包囲し、前記発光面３０Ａの放射光を広角に配光する反射ミラー３２と、前記反射ミラー３２に選択的に設けられ、前記反射ミラー３２の出射開口３３から出射される出射光を中角に配光する中角配光用レンズ５５と、を備えた光源ユニット７０を構成した。【選択図】図２１

Description

本発明は、配光を変更可能な光源ユニット、及び照明器具に関する。

従来、広角や中角などの所望の配光が得られる照明器具が知られている（例えば、特許文献１〜３参照）。
所望の配光を得る手法として、特許文献１には、反射鏡を可変に構成して、広角、中角、狭角な配光を得る技術が示されている。また特許文献２には、複数種類のフライアイレンズを組み合わせて照射光全体としての最終的な配光パターンを構成する技術が示されている。特許文献３には、反射体に加え、当該反射体に選択して装着され光源の光の照射角度を変更する照射角調整用反射体を設けることで、配光パターンを必要に応じて変更する技術が示されている。

特開平７-４５１１３号公報 特開２００７-９５６４７号公報 特開２０１０-７３６２７号公報

しかしながら、従来のいずれの手法においても、光源の発光部が大きい場合について、配光パターンを変更可能にする適切な構成については考えられていなかった。
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、配光パターンを変更できる光源ユニット、及び照明器具を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、発光部と、前記発光部を包囲し、前記発光部の光を広角に配光する反射ミラーと、前記反射ミラーに選択的に設けられ、前記反射ミラーの出射開口から出射される出射光を中角に配光する透過型光学素子と、を備えたことを特徴とする光源ユニットを提供する。

また本発明は、上記光源ユニットにおいて、前記反射ミラーは、前記発光部の放射光のうち、光軸を中心に前記広角の配光の１／２ビーム角、または当該１／２ビーム角以上に相当する範囲の光を直接光により出射することを特徴とする。

また本発明は、上記光源ユニットにおいて、前記反射ミラーが、前記発光部が設けられた基板を押圧していることを特徴とする。

また本発明は、上記光源ユニットにおいて、前記透過型光学素子は、前記反射ミラーの出射開口に設けられる素子本体部を備え、前記素子本体部の表面には、前記出射開口から入射する光を、光軸に近づく方向に屈折して前記中角に配光する凹凸が形成されている、ことを特徴とする。

また本発明は、上記光源ユニットにおいて、前記透過型光学素子は、前記凹凸の凹部の最下点、及び凸部の頂点が所定の曲率半径の曲面形状であることを特徴とする。

また本発明は、上記光源ユニットにおいて、前記透過型光学素子は、前記光軸を中心に開口した孔部が設けられていることを特徴とする。

また本発明は、上記光源ユニットにおいて、前記発光部は、面状光源であることを特徴とする。

また本発明は、上記のいずれかに記載の光源ユニットと、前記光源ユニットを内蔵する筐体と、前記筐体に設けられるグローブと、を備えたことを特徴とする照明器具を提供する。

また本発明は、上記のいずれかに記載の光源ユニットと、前記光源ユニットを内蔵する筐体と、前記筐体に設けられるグローブと、を備え、前記透過型光学素子は、前記グローブに設けられていることを特徴とする照明器具を提供する。

本発明によれば、透過型光学素子を反射ミラーに設けることで、反射ミラーから出射される出射光を中角の配光に簡単に変更できる。また、広角配光と中角配光で反射ミラーを共通して用いることができる。
これに加えて、反射ミラーが広角に配光するものであるため、発光部が大きい場合でも、当該反射ミラーが中角に配光する構成に比べ、反射ミラーの高さが抑えられる。

本発明の実施形態に係る高天井照明器具の全体構成を示す斜視図である。 高天井照明器具の構成を示す図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は側面図、（Ｃ）は底面図である。 天板を除いた状態の照明器具本体の構成を示す図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は側面図、（Ｃ）は底面図である。 リングの構成を示す図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＡ−Ａ断面図、（Ｃ）は（Ｂ）の矢印Ｂで示した部位の拡大図である。 高天井照明器具の組立図である。 照明ユニットの構成を示す斜視図である。 照明ユニットの平面図である。 図７のＣ−Ｃ断面図である。 照明ユニットの分解斜視図である。 照明ユニットの配光を変更する手法を示す図である。 照明ユニットの構成を模式的に示す図である。 光源ユニットの光線図である。 照明ユニットの広角配光のシミュレーション結果を示す配光図である。 反射ミラーに中角配光用レンズを設けた照明ユニットの構成を模式的に示す図である。 中角配光用レンズの拡大断面図である。 中角配光用レンズ表面凹凸の曲面形成の説明図である。 中角配光用レンズの頂点、及び最下点の曲率半径Ｒと、照明ユニットの１／２ビーム角の実測値との関係を示す図である。 中角配光用レンズの孔部の直径Φと、照明ユニットの１／２ビーム角の実測値との関係を示す図である。 照明ユニットの中角配光のシミュレーション結果を示す配光図である。 中角配光用の照明ユニットの斜視図である。 中角配光用の照明ユニットの分解図である。 中角配光用レンズユニットの斜視図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
この実施形態では、本発明に係る照明器具の一例として高天井照明器具を説明する。天井照明器具は、建物の天井面から吊下げられて設置されて室内を照明する器具であり、高天井照明器具は、室内の天井高が住戸やオフィス等の一般的な居室よりも大きい工場や倉庫、体育館等の天井面に設置される器具である。

図１は、本実施形態に係る高天井照明器具１の全体構成を示す斜視図である。図２は高天井照明器具１の構成を示す図であり、図２（Ａ）は平面図、図２（Ｂ）は側面図、図２（Ｃ）は底面図である。
高天井照明器具１は、図１に示すように、照明器具本体２と、電気回路ボックス３と、固定具４と、を備えている。
この照明器具本体２は、複数（図示例では２つ）の照明ユニット１０と、天板１２と、リング状外枠１４とを備え、これら照明ユニット１０は、天板１２から垂下され、かつ、下端部側がリング状外枠１４によって包囲されている。

照明ユニット１０は、光源を内蔵し、光源の光を出射する光出射部１１を有したユニットである。
天板１２は円盤状の板材であり、複数の照明ユニット１０の重量を支えるに足る剛性を有し、この天板１２の下面１２Ａから複数の照明ユニット１０が垂下される。照明ユニット１０の下端部には光出射部１１が位置し、この光出射部１１から出射される光によって室内が照明される。
リング状外枠１４は、複数の照明ユニット１０の下端部を纏めるように包囲する環状部材である。

電気回路ボックス３は、照明ユニット１０が備える光源の点滅に要する電気回路を収めた略直方体の箱体である。この照明器具本体２では、照明ユニット１０の光源に発光素子が用いられており、電気回路ボックス３には、発光素子に直流電力を供給する電源回路、及び、点滅や調光を制御する制御回路が収められている。なお、これらの電気回路の他にも、各種の電気回路を電気回路ボックス３に収めることができる。
この高天井照明器具１では、電気回路ボックス３が照明器具本体２の天板１２の上面１２Ｂ（図２（Ａ））に載置されて固定されている。
高天井照明器具１において、電気回路ボックス３を照明器具本体２に設けずに、照明器具本体２から離れた箇所に別置し、当該電気回路ボックス３と照明器具本体２を配線する構成としても良い。

固定具４は、照明器具本体２を建物の天井面に固定する部品であり、照明器具本体２の天板１２に取付け固定されている。この固定具４には、図１、及び図２に示すように、コ字状のアーム型の金具が用いられている。このアーム型の金具に代えて、固定具４には、天井面から垂下され下端に照明器具本体２が結合される棒状部材やチェーン部材を用いることもできる。

図３は天板１２を除いた状態の照明器具本体２の構成を示す図であり、図３（Ａ）は平面図、図３（Ｂ）は側面図、図３（Ｃ）は底面図である。
照明器具本体２は、複数の照明ユニット１０を相互に連結する部材として上記リング状外枠１４、及び、連結具１６を備えている。
具体的には、全ての照明ユニット１０は、その光出射部１１の出射開口端部を構成するフランジ部１１Ａが、図３（Ａ）に示すように、ネジ１５によってリング状外枠１４に締結されている。
さらに、全ての照明ユニット１０は、図３（Ａ）〜図３（Ｃ）に示すように、これら照明ユニット１０の配列の平面視中央に配置された連結具１６によって相互に連結されている。連結具１６は、その周囲に配置された照明ユニット１０のフランジ部１１Ａがネジ止めされることで、これらの照明ユニット１０を相互に連結する板状の部材である。
これにより、照明ユニット１０が個々にグラつく事が防止されるため、工場や体育館等の振動が多い場所に設置された場合でも、振動によって照明ユニット１０が個々にグラつき互いに衝突する、といった事が抑制される。

また、高天井照明器具１は、天井高が高い天井面に設置されることから、一般需要者は、専ら高天井照明器具１の底面を視認することになる。高天井照明器具１の底面視においては、図２（Ｃ）に示すように、複数の照明ユニット１０の周囲をリング状外枠１４が縁取っているので、これら照明ユニット１０に一体感を持たせ、一般需要者に美観を持たせることができる。
さらに、図２（Ｂ）、及び図３（Ｂ）に示すように、リング状外枠１４の高さＨは、照明器具本体２の側面視において、各々の照明ユニット１０の側面を外部に十分に露出させる程度に制限されているため、露出部分を通じて照明ユニット１０のそれぞれの熱を外部に十分に放熱できる。

図４はリング状外枠１４の構成を示す図であり、図４（Ａ）は平面図、図４（Ｂ）は図４（Ａ）のＡ−Ａ断面図、図４（Ｃ）は図４（Ｂ）の矢印Ｂで示した部位の拡大図である。
リング状外枠１４は、図４（Ａ）に示すように、平面視円環状を成し、また、図４（Ｂ）、及び図４（Ｃ）に示すように、円環板状の天面部１７と、天面部１７の外周縁を垂直に折り曲げて成る側面部１８とを有し、断面がＬ字状を成している。断面がＬ字を成すことで、剛性が高められている。
リング状外枠１４の天面部１７には、複数のネジ孔１９が設けられており、各ネジ孔１９に通したネジ１５によって照明ユニット１０の各々がリング状外枠１４に結合される。

図５は、高天井照明器具１の組立図である。
この図に示すように、複数の照明ユニット１０は、上記リング状外枠１４、及び連結具１６によって相互に結合され、かつ、照明ユニット１０が個々に天板１２に支持ボルト７で支持される。
このように、この高天井照明器具１にあっては、これら照明ユニット１０が相互に結合される構成に加え、これら照明ユニット１０が個々に天板１２に固定された構成となっている。これにより、これら照明ユニット１０の一部に、天板１２との間の支持力の低下が生じたとしても、当該支持力の低下が他の照明ユニット１０の支持力によって補われ、天板１２からの照明ユニット１０の脱落が防止される。

図６は照明ユニット１０の構成を示す斜視図であり、図７は照明ユニット１０の平面図である。図８は図７のＣ−Ｃ断面図である。図９は照明ユニット１０の分解斜視図である。
照明ユニット１０は、図６に示すように、ユニット本体たる筐体２０と、グローブ２１とを備えている。
筐体２０は、アルミダイカストによって成型されたものであり、有底円筒状の本体部２２を備え、図８、及び図９に示すように、この本体部２２には、照明ユニット１０の光源２５と、光制御体たる反射カバー２６とが収められている。本体部２２の出射開口の開口端がフランジ状に形成されて光出射部１１のフランジ部１１Ａが構成されている。
このフランジ部１１Ａには、図９に示すように、透明な略円板状のグローブ２１がネジ止め固定されている。このグローブ２１は、パッキン２７を挟んでフランジ部１１Ａに固定されることで、本体部２２の出射開口を防水状態で閉塞する。このグローブ２１の材質には、比較的容易に高い防水性が得られるガラス材や透明樹脂材が用いられている。

光源２５は、図９に示すように、略矩形の光源基板２９を備え、この光源基板２９に発光部３０が設けられている。発光部３０は、複数のＬＥＤを集合させて光源基板２９に実装して成り、見た目がＣＯＢ（Chip on board）型ＬＥＤ光源のような面状光源である。すなわち、ＣＯＢ型ＬＥＤは、密集配置された多数のＬＥＤ（発光素子）によって発光面が構成されており、この発光部３０においても、複数のＬＥＤの集合によって発光面３０Ａが構成されている。この発光面３０Ａは、光源基板２９の略中央に配置され、所定面積を有した平面視円形であり、光軸Ｋは発光面３０Ａに垂直となっている。
そして、筐体２０の底面２３に凸状に設けられた取付台座２４には、図８に示すように、照明ユニット１０の光出力の設計値に応じた数の光源２５が配置されている。
複数の光源２５が凸状の取付台座２４にそれぞれ設けられているので、これらの光源２５を底面２３の同一面内に設けた場合に比べ、底面２３の面内方向への熱の伝達が弱められる。これにより、光源２５同士の熱の干渉が抑えられ、また、底面２３に熱的に結合させて設けられたフィン部４７に光源２５の熱が効率よく伝達される。
反射カバー２６は、図９に示すように、光源２５ごとに設けられた反射ミラー３２を一体に備え、光源２５の放射光を制御する。

この筐体２０は、本体部２２の上面２２Ａ（図７）に、放熱フィンユニット４０、及び支持脚ユニット４１を備えている。放熱フィンユニット４０は、アルミダイカスト製の本体部２２とは異なり、高熱導電性を有する薄い板材から形成されている。具体的には、この放熱フィンユニット４０は、図９に示すように、多数の金属板状の放熱フィン４２を一体に備え、本体部２２の上面２２Ａにネジ止め固定されている。
放熱フィンユニット４０を本体部２２に別体に備えることで、放熱フィンユニット４０を本体部２２に一体にアルミダイカスト成型した場合に比べ、筐体２０の大きな軽量化が図られる。

支持脚ユニット４１は、図９に示すように、天板１２に支持ボルト７で固定される２本の支持脚４４を備え、２本の支持脚４４の間に板状のフィン部４５を備えている。支持脚ユニット４１は、筐体２０の本体部２２と同じくアルミダイカスト製であり、フィン部４５に高い放熱性が得られ、また支持脚４４がフィン部４５で連結されることで、高い剛性が確保されている。

また、本体部２２の上面２２Ａには、放熱フィンユニット４０を囲む位置に多数のフィン部４７が立設されている。これらフィン部４７は、アルミダイカスト成型により本体部２２の一部として一体に成型され、高い剛性、及び放熱性が確保されている。
放熱フィンユニット４０の周囲にフィン部４７が設けられることで、これらフィン部４７によって放熱フィンユニット４０がガードされている。

ところで、この照明ユニット１０は、同じ筐体２０を用いながらも、配光を広角と中角とで変更可能に構成されている。

図１０は、照明ユニット１０の配光を変更する手法を示す図である。
同図に示すように、照明ユニット１０の配光を変更する手法として、少なくとも手法（Ａ）〜手法（Ｅ）の５つが挙げられる。

手法（Ａ）は、広角、及び中角の配光ごとに設計された反射ミラー３２を用意し、筐体２０に内蔵する反射ミラー３２を選択して広角、又は中角の配光を得る手法である。
この手法（Ａ）には次の欠点がある。
すなわち、中角配光用の反射ミラー３２が広角配光用の反射ミラー３２に比べ、高さＨｍが大きくなる点である。このため、同じ筐体２０を共通して使用する場合、筐体２０のサイズは、高さＨｍが大きな中角配光用の反射ミラー３２に合せたサイズとする必要がある。したがって、筐体２０が大型化して高コストとなる。加えて、広角、及び中角の配光ごとに専用の反射ミラー３２が必要となりコストがかかる。
また、筐体２０は、広角配光用の反射ミラー３２に対して過度に大きなサイズとなっているため、反射ミラー３２の先端３２Ａからグローブ２１までの距離Ｌａも必要以上に大きくなる。このため、反射ミラー３２の先端３２Ａとグローブ２１の間から筐体２０の中に漏れる光が増え、筐体２０の内面での損失が大きくなり、光学系による光取り出し効率が悪くなる。
これらの欠点は、光源２５の発光部たる発光部３０の発光面３０Ａが大きくなるほど顕著になる。

手法（Ｂ）は、広角、及び中角の配光ごとに設計した、側面での全反射現象を利用したレンズ５０を用意し、筐体２０に内蔵するレンズ５０を選択して広角、又は中角の配光を得る手法である。
この手法（Ｂ）には次の欠点がある。
すなわち、中角配光用のレンズ５０が、手法（Ａ）と同様に、広角配光用のレンズ５０に比べ、高さＨｍが大きくなる点である。このため、手法（Ａ）が有する欠点と同じ欠点を有する。また、光源面積が大きい程、全体サイズの大きな厚肉レンズとなるため、レンズ成型製造コストが比較的高くなってしまう。

手法（Ｃ）は、広角、及び中角の配光ごとに設計したレンズ部５２を備えるグローブ２１を用意し、筐体２０に設けるグローブ２１を選択して広角、及び中角の配光を得る手法である。レンズはフレネルレンズに似た形状の場合も含んでいる。
この手法（Ｃ）は、配光制御部材たるレンズ部５２がグローブ２１に一体に設けられているため、部品点数が削減されコストダウンに有利である。
しかしながら、光源２５は、ＣＯＢ型やＳＭＤ（Surface Mount Device）型のＬＥＤである場合、ランバート配光（コサイン配光）を有し、光軸Ｋとの角度が大きな広角出射成分（すなわち横方向に放射される光）が迷光となり、筐体２０の内面での損失が大きくなることから光学系による光取り出し効率が悪くなり、また、配光制御も難しくなる。
これに加えて、筐体２０の開口の防水性を高めるために、グローブ２１の材質をガラス材とすると、レンズ部５２を有したグローブ２１の成形が容易ではなく高コストになってしまう。

手法（Ｄ）、及び手法（Ｅ）はいずれも、出射光を広角の配光とする反射ミラー３２を筐体２０に内蔵し、中角の配光に変更する場合には、反射ミラー３２の出射光を中角配光とする透過型光学素子を光学系に付加する手法である。
手法（Ｄ）と手法（Ｅ）の違いは、手法（Ｄ）では透過型光学素子たるレンズ部５４がグローブ２１に一体に設けられるのに対し、手法（Ｅ）では透過型光学素子たる中角配光用レンズ５５がグローブ２１とは別体に設けられる点である。
これら手法（Ｄ）、及び手法（Ｅ）によれば、広角、及び中角の配光に共通して同じ反射ミラー３２が用いられることから、部品が共通化されて低コスト化が図られる。
これに加えて、この反射ミラー３２が広角配光用のものであるから、透過型光学素子が薄型であれば、手法（Ａ）〜手法（Ｃ）に比べて高さＨｍが抑えられ、筐体２０を小型化、及び低コスト化できる。
また、中角配光用レンズ５５は、中角配光とする照明ユニット１０内の光源搭載数分だけ製造すれば良いから更にコストダウン効果が期待できる。
また、手法（Ｅ）を採用することで、筐体２０の開口の防水性を高める等のために、グローブ２１の材質をガラス材とする場合であっても、比較的安価に製造できる平板ガラスをグローブ２１に用いることができるので、コストが抑えられる。

このように、手法（Ｄ）、及び手法（Ｅ）は、手法（Ａ）〜手法（Ｃ）に対して、筐体２０の小型化、及び低コスト化の点で有利となる。
この照明ユニット１０では、これら手法（Ｄ）、及び手法（Ｅ）のうち、筐体２０に防水性を持たせるために、平板ガラスをグローブ２１に使用できる手法（Ｅ）が採用されている。
以下、手法（Ｅ）を用いた照明ユニット１０について更に詳しく説明する。

図１１は、照明ユニット１０の構成を模式的に示す図である。
同図に示すように、光源２５は、高熱伝導性材から成る筐体２０の本体部２２の底面２３に凸設された取付台座２４に放熱シート６３を挟んで固定されている。反射ミラー３２は、上述した反射カバー２６（図９）の面内に凹状に一体形成されている。光源２５は、上述したように、発光部３０を備え、この発光部３０は、ＣＯＢ型ＬＥＤのように発光面３０Ａを備えている。反射ミラー３２は、この発光面３０Ａの中心Ｏを通る光軸Ｋを中心に、当該発光面３０Ａの全周を包囲する反射面６２を備えている。この反射面６２は、発光面３０Ａの側の底端６２Ａよりも先端６２Ｂの側が拡径した円錐台（いわゆる、逆円錐台）状である。
そして、これら反射ミラー３２と、光源２５とを備えて、照明ユニット１０の配光変更自在な光源ユニット７０が構成されている。
なお、反射ミラー３２の反射面６２の形状は、発光面３０Ａの平面視形状、及び寸法等に合せて適宜に変更可能される。

反射ミラー３２は、反射カバー２６を筐体２０に装着するに伴い、底端６２Ａの全周が光源２５の光源基板２９に隙間無く密着して押圧する。これにより、反射ミラー３２の底端６２Ａと光源基板２９の隙間からの漏れ光が抑えられ、かつ、光源２５を筐体２０に押圧固定する部品を削減できる。
ただし、光源２５は、複数のＬＥＤを集合配置することで発熱が比較的大きな発光部３０を備えることから、点灯時には光源基板２９の表面温度が高温になる。このため、反射ミラー３２の材料には、耐熱性能が高く、また、比較的容易に高い反射率が得られるものが用いられている。この材料の例としては、耐熱性能が高く、白色であり、かつ鏡面状態の反射面がアルミニウム蒸着面よりも高い反射率となる、ポリアリレート等の樹脂材が挙げられる。なお、樹脂材の他にも、反射用シリコン材（例えば、東レ・ダウコーニング株式会社製光学反射用シリコン材：ＭＳ−２００２）を用いることもできる。

なお、反射カバー２６の反射ミラー３２以外の部位は、光源基板２９に接触しないため、反射ミラー３２ほどの耐熱性能を備える必要はない。したがって、反射ミラー３２と、反射カバー２６のそれ以外の部位とで異なる材料を用いても良い。反射ミラー３２以外の部位の材料としては、例えばポリカーボネートの樹脂材が挙げられる。

図１２は光源ユニット７０の光線図である。
反射ミラー３２の先端３２Ａの出射開口３３から出射される出射光には、反射面６２の反射光の他に、図１１に示すように、光源２５の放射光のうち反射面６２に入射せずに出射される直接光が含まれている。
詳述すると、この反射ミラー３２の反射面６２の高さＨｆは、光源２５の放射光のうち、光軸Ｋを中心とした角度θ１の範囲の放射光成分を直接光として出射する高さに設定されている。また、光源２５の放射光の残余の成分は、光軸Ｋに対して傾きθ２で傾斜した反射面６２に入射して反射され出射開口３３から出射される。この傾きθ２は、図１２に示すように、光源設計中心点から出射した光線が、平面の反射面６２で正反射した全ての正反射光Ｅが必ず光軸Ｋに交わる角度に設定されている。

ここで、この光源ユニット７０では、角度θ１が照明ユニット１０の広角配光の１／２ビーム角の目標値と同じ、又は、当該１／２ビーム角の目標値以上の角度とされている。
詳述すると、白色樹脂材から形成された反射ミラー３２にあっては、その反射面６２による反射光の殆どが拡散反射（乱反射）成分となるため、当該反射面６２の反射光を主として所望の配光を正確に得ることは難しい。
これに対し、反射ミラー３２が、広角配光の１／２ビーム角の目標値、又は、当該１／２ビーム角の目標値以上の光を発光部３０の直射光として出射することで、当該直射光によって照明ユニット１０の主ビームの開きが比較的容易に作られる。そして、上記傾きθ２の反射面６２による拡散反射光によって、光軸Ｋの周辺の光束、すなわち主ビームの開きの間が補われ、所望の広角の配光が比較的容易に得られることとなる。
なお、本実施形態の光源ユニット７０は、１／２ビーム角の目標値が９０度であり、角度θ１は９５．７度となっている。角度θ１には、１／２ビーム角の目標値＋２０度程度までの値を好適に設定できる。

ただし、反射面６２の反射光の殆どが拡散反射成分であると、反射光の一部が発光部３０の側に戻ったり、筐体２０の内面などに入射したりして、外に取り出されないで無駄になる光が増加し光利用効率が低下する。また、このとき光軸Ｋ周辺への反射光が弱まることで、相対的に光軸Ｋの方向の光度が増し、光軸Ｋの方向の床面照度が過度に高い照度分布にもなりやすい。
そこで、この光源ユニット７０では、反射面６２を鏡面仕上げとすることで、反射光に占める正反射成分を所定割合（本実施形態では２割）以上確保し、光の利用効率低下を抑えている。
これにより、図１３の照明ユニット１０の配光を実測した配光図に示すように、光軸Ｋの方向の光度が過度に高くなるのを抑えた所望の広角の配光が得られる。
照明ユニット１０は、当該光源ユニット７０を光源に備えることで、広角配光による照明時に、直下の床面照度が周辺に比べて過度に高くなることなく、広範囲を適切な照度で照明できる。
なお、反射面６２の表面にアルミニウムを蒸着する等して正反射面を形成し、反射光の殆どが正反射成分となるようにしてもよい。

さらに、この照明ユニット１０では、反射ミラー３２を一体に備えた反射カバー２６が光出射部１１の出射開口の略全面を覆い、その上にグローブ２１が設けられている。反射カバー２６は、グローブ２１に対向する表面が鏡面仕上げ等の反射面に形成されている。これにより、光源ユニット７０からグローブ２１への入射の際に反射した戻り光が、当該反射カバー２６によって再反射されてグローブ２１から出射されるため、光の取出効率が更に向上することとなる。

図１４は、反射ミラー３２に中角配光用レンズ５５を設けた照明ユニット１０の構成を模式的に示す図である。
中角配光用レンズ５５は、照明ユニット１０の配光を中角に変更するか否かの選択によって選択的に設けられる透過型光学素子であり、反射ミラー３２の出射光を屈折により中角に配光する。反射ミラー３２の出射光とは、上述のとおり、反射面６２の全反射光のみならず、発光部３０の直接光を含む光束であり、換言すれば、反射ミラー３２の先端６２Ｂの開口を通る全光束である。
この中角配光用レンズ５５は、光透過性樹脂材から形成された板状の素子本体部５６を備え、素子本体部５６の両面のうち、グローブ２１に面する側の表面５８には、光軸Ｋを中心に同心状に複数の凹部６０、及び凸部６１が交互に配置された凹凸が形成されている。この凹凸によって光軸Ｋを中心に拡がる、いわゆる波面５９が形成されている。

図１５は中角配光用レンズ５５の拡大断面図である。
表面５８の波面５９は、光軸Ｋとの角度が小さくなるように入射光を屈折させて中角に配光する光学的作用を有する。具体的には、凸部６１は頂点６１Ｔを挟んだ両側に傾斜面６１Ａ、６１Ｂを有し、これら傾斜面６１Ａ、６１Ｂは、その面の垂線と光軸Ｋが成す角度が９０度以上にならないように光軸Ｋに対して傾斜している。頂点６１Ｔからみて光軸Ｋに近い側の傾斜面６１Ａは、反射面６２で反射した反射光成分Ｍａを、入射方向よりも光軸Ｋの方向に近づく向きに屈折する。一方、頂点６１Ｔからみて光軸Ｋから遠い側の傾斜面６１Ｂは、発光部３０の直接光成分Ｍｂを、入射方向よりも光軸Ｋの方向に近づく向きに屈折する。これにより、反射ミラー３２の出射光は、波面５９を透過するときに凸部６１の各々で光軸Ｋの方向に近づくように屈折される光成分が多くなり、中角に配光されることとなる。

ここで、この中角配光用レンズ５５では、凸部６１の頂点６１Ｔ、及び凹部６０の最下点６０Ｓが断面鋭角形状ではなく曲面形状に成されている。
図１６は、中角配光用レンズ５５の波面５９の設計上の説明図である。
中角配光用レンズ５５の表面５８には、フレネルレンズのような断面のこぎり状とする凹部６０、及び凸部６１が最初に形成される。ついで、これら凹部６０の最下点６０Ｓ、及び凸部６１の頂点６１Ｔに対して、所定の曲率半径Ｒの断面曲面形状とする処理が施されて、頂点６１Ｔが断面曲面形状とされる。

図１７は、図１６に示す中角配光用レンズ５５の頂点６１Ｔ、及び最下点６０Ｓの曲率半径Ｒと、照明ユニット１０の１／２ビーム角の関係をシミュレーションした結果示す図である。
同図に示すように、中角配光用レンズ５５は、頂点６１Ｔ、及び最下点６０Ｓの曲率半径Ｒが大きくなるほど、１／２ビーム角の値が増加し、また、光学系効率（光取り出し効率）も高くなる。これに加え、実験を通じて、曲率半径Ｒが大きくなるほど、光度図における配光形状も滑らかに均されるとの知見が得られている。
したがって、曲率半径Ｒは、中角配光の１／２ビーム角の値が目標値を超えない範囲の最大値Ｔｂに設定されることで、中角の配光を得つつ、光学系効率が高められる。
曲率半径Ｒの変化に伴う係る傾向は、照明ユニット１０に内蔵する反射ミラー３２の反射面６２が反射光に正反射成分を多分に含む正反射面である場合、及び反射面６２が拡散反射成分を多分に含む拡散反射面である場合のいずれでも見られる。

ところで、曲率半径Ｒによって光学系効率の向上効果が得るものの、１／２ビーム角も増大してしまう。したがって、曲率半径Ｒを凹部６０、及び凸部６１に設ける前の状態においては、１／２ビーム角の値が中角配光の１／２ビーム角の目標値よりも小さくなるように波面５９の凹部６０、及び凸部６１の寸法が設定されている。
図１６に示す中角配光用レンズ５５では、板厚Ｐａが２．５ｍｍ、内周側から順に凸部６１の頂点６１Ｔ間の間隔Ｐｂ１、Ｐｂ２、Ｐｂ３が３ｍｍ、２．５ｍｍ、２．２５ｍｍ、中角配光用レンズ５５の底面から頂点６１Ｔまでの高さＰｃが４．５ｍｍ、後述する孔部５７の直径Φが１５ｍｍである。また、中角配光の１／２ビーム角の目標値は６０度であるのに対し、１／２ビーム角の実測値は約４５度である。そして、曲率半径Ｒには０．７ｍｍが用いられている。

さらに、この中角配光用レンズ５５は、図１４に示すように、その面内に、反射ミラー３２の先端６２Ｂの出射開口３３と同心（すなわち、光軸Ｋを中心）に、かつ当該開口を縮小した形状（いわゆる相似形状）の孔部５７が設けられている。この中角配光用レンズ５５では孔部５７の形状は円形である。中角配光用レンズ５５に孔部５７が設けられることで、反射ミラー３２の出射光のうち、光軸Ｋの付近の光（図示例では、角度θ３の範囲の光）をロスなく出射させることができる。これにより、中角配光用レンズ５５を設けた場合でも、光学系効率の低下を抑えることができる。これに加え、反射ミラー３２の開口を中角配光用レンズ５５で覆った場合でも、孔部５７が通気口となって反射ミラー３２の内部への熱溜まりが防止され、発光部３０や反射ミラー材への熱負荷が軽減される。また中角配光用レンズ５５が光源２５から十分に離れていることとあいまって、孔部５７も設けられているので、当該中角配光用レンズ５５の熱膨張による配光への影響も抑えられる。

図１８は、図１６に示す中角配光用レンズ５５の孔部５７の直径Φと、照明ユニット１０の１／２ビーム角の値との関係をシミュレーションした結果を示す図である。なお、この値は、反射ミラー３２の高さＨｆが１１．９ｍｍであり、中角配光の１／２ビーム角の目標値が６０度である照明ユニット１０を測定したものである。
同図に示すように、孔部５７の直径Φが所定値Ｔａ（実測値では１５ｍｍ）以下の範囲においては、１／２ビーム角の実測値は、直径Φが０ｍｍの場合（すなわち、孔部５７が無い場合）と略同じ値となる。このことは、孔部５７の直径Φが所定値Ｔａ以下の範囲では、中角配光用レンズ５５の配光制御が主として波面５９の凹凸によって行われ、孔部５７が配光に及ぼす影響は小さいことを示している。

一方、孔部５７の直径Φが所定値Ｔａよりも大きくなると、１／２ビーム角の実測値が急激に大きくなり、目標値である６０度を超えてしまっている。このことは、孔部５７の直径Φが所定値Ｔａ以上となると、波面５９の凹凸による配光制御が孔部５７を通過する光によって阻害されて中角の配光が維持されなくなること、換言すれば、波面５９の凹凸よりも孔部５７による配光制御が支配的となることを示している。
光学系効率（光取り出し効率）は、孔部５７の直径Φが大きいほど高くなることから、この孔部５７の直径Φは、波面５９による配光制御によって中角の配光が維持される限度の大きさ、すなわち、上記所定値Ｔａとすることが最良となる。

なお、孔部５７の直径Φの変化に伴う係る傾向は、照明ユニット１０に内蔵する反射ミラー３２の反射面６２が反射光に正反射成分を多分に含む正反射面である場合、及び反射面６２が拡散反射成分を多分に含む拡散反射面である場合のいずれでも見られるものである。
また、所定値Ｔａは、少なくとも反射ミラー３２の反射面６２の高さＨｆ、及び配光の目標とする１／２ビーム角に応じて変わる値である。また、所定値Ｔａは発光部３０の発光面３０Ａの大きさによっても影響され得る。
この照明ユニット１０にあっては、孔部５７の直径Φは、定性的には、角度θ３が目標とする１／２ビーム角に近くなるような値に絞ることもできる。（なお、本実施形態では、１／２ビーム角の目標値が６０度であるのに対し、角度θ３は５１．９度である）。本実施形態では、図１８に示す結果に基づいて、１５ｍｍとされている。これにより、図１９の配光図に示すような中角の配光の照明ユニット１０が得られる。

図２０は中角配光用の照明ユニット１０の斜視図であり、図２１は中角配光用の照明ユニット１０の分解図である。図２２は中角配光用レンズユニット６５の斜視図である。なお、図２１ではパッキン２７の図示を省略している。

図２０、及び図２１に示すように、中角配光用の照明ユニット１０は、中角の配光に変更する中角配光用レンズユニット６５を備えている。中角配光用レンズユニット６５は、複数（図示例では３つ）の中角配光用レンズ５５を一体に備えたユニットであり、図２１、及び図２２に示すように、中角配光用レンズ５５の間を繋ぐ連結部６６と、複数の爪部６７とを備えている。
図２１に示すように、反射カバー２６の面内には、複数の掛合孔６９が設けられており、これらの掛合孔６９に中角配光用レンズユニット６５の爪部６７が挿入されて掛合することで、反射カバー２６に中角配光用レンズユニット６５が装着される（いわゆる、スナップイン構造）。中角配光用レンズユニット６５の装着により、反射ミラー３２の出射開口３３を覆うように中角配光用レンズ５５が配置される。
また、中角配光用レンズユニット６５の連結部６６には、ネジ６８が通されて反射カバー２６とともに筐体２０に締結される。

係る中角配光用の照明ユニット１０によれば、中角配光用レンズユニット６５を反射カバー２６に装着するだけで、広角配光の照明ユニット１０の配光を中角に変更できる。
また、中角配光用レンズユニット６５は、複数の中角配光用レンズ５５を一体に備えているので、これら中角配光用レンズ５５を一度に装着できる。

なお、中角配光用レンズユニット６５が一体に備える中角配光用レンズ５５の数は任意である。また、照明ユニット１０に装着する中角配光用レンズユニット６５の数、より正確には、中角配光用レンズ５５の数を変えることで、照明ユニット１０の配光を、広角と中角の間の配光に変更することもできる。

以上説明したように、本実施形態によれば次の効果を奏する。
本実施形態の照明ユニット１０、及び光源ユニットによれば、中角配光用レンズ５５を反射ミラー３２に設けることで、反射ミラー３２から出射される出射光を中角の配光に簡単に変更できる。また、広角配光と中角配光で反射ミラー３２を共通して用いることができるため、低コスト化できる。
これに加えて、反射ミラー３２が広角に配光するものであるため、光源２５の発光部たる発光面３０Ａが大きい場合でも、当該反射ミラー３２が中角に配光する構成に比べ、反射ミラーの高さＨｆが抑えられる。これにより、広角配光と中角配光とで同じ筐体２０を使用する場合に、筐体２０の小型化、低コスト化が可能になる。

また本実施形態によれば、反射ミラー３２は、光源２５の発光面３０Ａから出射開口３３までの高さＨｆが、発光面３０Ａの放射光のうち、光軸Ｋを中心に広角の配光の１／２ビーム角の目標値に相当する範囲の光を直接光により出射する高さとした。
これにより、広角配光の１／２ビーム角が直接光により作られるので、この直射光によって照明ユニット１０の主ビームの開きを比較的容易に作ることができる。
加えて、反射ミラー３２の高さＨｆを、上記の直接光を出射する高さに制限することで、反射ミラー３２の高さＨｆを抑えながら、照明ユニット１０の主ビームの開きを正確に作ることができる。

また本実施形態によれば、反射ミラー３２が、発光部３０が設けられた光源２５の光源基板２９を押圧する構成としたため、当該光源２５を筐体２０に押さえつけるための部材を削減できる。

また本実施形態によれば、反射ミラー３２の出射開口３３から入射する光を、光軸Ｋに近づく方向に屈折して中角に配光する凹凸が表面５８に形成された中角配光用レンズ５５を、透過型光学素子として用いる構成とした。
これにより、例えば凸レンズなどの一般的な集光レンズに比べて厚みが抑えられため、中角配光用レンズ５５を配置するためにグローブ２１と反射ミラー３２の間に設ける隙間を小さくできる。隙間が小さくなることで、中角配光用レンズ５５の非装着時の光漏れを抑えられる。

また本実施形態によれば、中角配光用レンズ５５の凹凸の凹部６０の最下点６０Ｓ、及び凸部６１の頂点６１Ｔが所定の曲率半径Ｒの曲面形状である構成とした。
これにより、曲面形状としない場合に比べて、光学系効率（光取り出し効率）を高くし、また光度図における配光形状も滑らかに均すことができる。

また本実施形態によれば、中角配光用レンズ５５は、光軸Ｋを中心に開口した孔部５７を有する構成とした。
これにより、反射ミラー３２の出射光のうち、光軸Ｋの付近の光をロスなく出射させることができ、光学系効率の低下を防止できる。これに加え、反射ミラー３２の開口を中角配光用レンズ５５で覆った場合でも、孔部５７が通気口となって反射ミラー３２の内部への熱溜まりが防止される、ＣＯＢや反射ミラー材への熱負荷が軽減される。また中角配光用レンズ５５が光源２５から十分に離れていることとあいまって、孔部５７も設けられているので、当該中角配光用レンズ５５の熱膨張による配光への影響も抑えられる。

また本実施形態によれば、発光部３０が、面状光源であるため、反射ミラー３２の高さＨｆを抑制し、筐体２０の小型化を実現しつつ、高出力化が可能になる。

なお、上述した実施形態は、あくまでも本発明の一態様を例示したものであって、本発明の要旨の範囲において任意に変形、及び応用が可能である。

例えば、上述した実施形態において、光源２５には、面状光源の一例であるＣＯＢ型ＬＥＤを用いてもよい。また、ＣＯＢ型ＬＥＤに代えて、有機ＥＬ等の発光素子を用いて面状の発光面が構成されたものを光源２５に用いてもよい。
また光源２５には、面状光源に限らない。このとき、光源２５の発光部が点光源よりも大きいほど、反射ミラー３２、及び筐体２０のコンパクト化が図られる。

また例えば、反射ミラー３２の出射光を中角に配光する透過型光学素子として、中角配光用レンズ５５を例示したが、これに限らない。例えばフレネルレンズや凸レンズ等の集光型レンズを透過型光学素子として用いることもできる。

また、図１０の手法（Ｄ）に示したように、グローブ２１に透過型光学素子を一体成型してもよい。グローブ２１や透過型光学素子の材料には、樹脂材やガラス材等の成形が容易な材料を好適に用いることができる。
なお、同種、或いは異種の材料から個別に成形されたグローブ２１と透過型光学素子を接合して、グローブ２１に透過型光学素子を設けてもよい。

また照明ユニット１０の広角、及び中角の配光の１／２ビーム角の目標値として、９０度、及び６０度を例示したが、この角度に限定されるものではない。すなわち、照明ユニット１０の使用の目的や照射対象等に応じて、広角、及び中角の配光の１／２ビーム角の目標値も適宜に決定される。

また光源ユニット７０、及び照明ユニット１０の用途は、高天井照明に限らず、通常の天井高の天井照明や、その他の室内照明の用途にも用いることができる。また投光照明や街路照明等といった、配光を変更する必要性がある任意の用途に用いることができる。さらには、屋内、及び屋外のいずれの照明にも用いることができる。

１０ 照明ユニット（照明器具）
１１ 光出射部
２０ 筐体
２１ グローブ
２２ 本体部
２５ 光源
２６ 反射カバー
２９ 回路基板
３０ 発光部
３０Ａ 発光面
３２ 反射ミラー
３３ 出射開口
５５ 中角配光用レンズ（透過型光学素子）
５６ 素子本体部
５７ 孔部
５８ 表面
５９ 波面
６０ 凹部
６０Ｓ 最下点
６１ 凸部
６１Ｔ 頂点
６２ 反射面
６２Ａ 底端
６５ 中角配光用レンズユニット
７０ 光源ユニット
Ｋ 光軸
Ｒ 曲率半径

Claims (9)

1. 発光部と、
   前記発光部を包囲し、前記発光部の光を広角に配光する反射ミラーと、
   前記反射ミラーに選択的に設けられ、前記反射ミラーの出射開口から出射される出射光を中角に配光する透過型光学素子と、
   を備えたことを特徴とする光源ユニット。
2. 前記反射ミラーは、
   前記発光部の放射光のうち、光軸を中心に前記広角の配光の１／２ビーム角、または当該１／２ビーム角以上に相当する範囲の光を直接光により出射する
   ことを特徴とする請求項１に記載の光源ユニット。
3. 前記反射ミラーが、前記発光部が設けられた基板を押圧していることを特徴とする請求項１または２に記載の光源ユニット。
4. 前記透過型光学素子は、
   前記反射ミラーの出射開口に設けられる素子本体部を備え、
   前記素子本体部の表面には、前記出射開口から入射する光を、光軸に近づく方向に屈折して前記中角に配光する凹凸が形成されている、
   ことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の光源ユニット。
5. 前記透過型光学素子は、
   前記凹凸の凹部の最下点、及び凸部の頂点が所定の曲率半径の曲面形状であることを特徴とする請求項４に記載の光源ユニット。
6. 前記透過型光学素子は、
   前記光軸を中心に開口した孔部が設けられている
   ことを特徴とする請求項４または５に記載の光源ユニット。
7. 前記発光部は、面状光源であることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の光源ユニット。
8. 請求項１〜７のいずれかに記載の光源ユニットと、
   前記光源ユニットを内蔵する筐体と、
   前記筐体に設けられるグローブと、
   を備えたことを特徴とする照明器具。
9. 請求項１〜３のいずれかに記載の光源ユニットと、
   前記光源ユニットを内蔵する筐体と、
   前記筐体に設けられるグローブと、を備え、
   前記透過型光学素子は、前記グローブに設けられている
   ことを特徴とする照明器具。

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