JP2018198149A - 照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】広い配光分布を目指しながら、外周面で不用意な反射や漏洩が起こりにくいレンズを備えた照明装置を提供する。【解決手段】円環状に配列した複数のＬＥＤ２１を覆う環状のレンズ１０は、平坦な入射面１１と、上方に張り出す外周面１２及び内周側１３と、上部に外周側反射面１４、内周側反射面１５及び上部出斜面１６とを備えている。このとき、外周面１２の傾斜は、ＬＥＤ２１の内周端から出射し、入射面１１の外周端に入射する１つの光線Ｌ８がレンズ内を進む方向と平行である。【選択図】図２

Description

本発明は、ＬＥＤの上部に配置され、配光分布を調整するレンズを備えた照明装置に関する。

光源としてＬＥＤを使用するＬＥＤ電球（照明装置）が広く上市されている。ところが、ＬＥＤには強い指向性があるため、ＬＥＤ電球の口金方向（背面側）が暗くなりやすい。そこで、ＬＥＤの直上にレンズを配置し、配光分布が広がるように調整することがある。

例えば、特許文献１には、ＬＥＤが発する光の一部を下方に向かわせることにより配光分布を改善させることを目的として、円環状に配列したＬＥＤの上部に円環状のレンズを配した照明用光源（照明装置）が示されている。この照明用光源では、レンズの入射面の一部が斜面となっている。この斜面から入射した光は、レンズの外周側に屈折した後、レンズ上面（反射面）で反射し、レンズの外周面から下側の空間に放射される。

特開２０１５−２０１８号公報 （図６）

しかしながら、特許文献１に示された照明用光源では、レンズの外周面が直立しているため、レンズの底面（入射面以外の面を含む）から入射し、レンズの反射面に当たらない光が、外周面で全反射し、上方を明るくしすぎてしまうことがある。また、レンズの底面から入射し、レンズの反射面に当たらない光が、外周面から漏れ出してしまうことがある。これらの光は、滑らかに変化すべき配光分布を乱す要因となる。

そこで本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、広い配光分布を目指しながら、外周面で不用意な反射や漏洩が起こりにくいレンズを備えた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、本発明の照明装置は、円環状に配列した複数のＬＥＤと前記ＬＥＤを覆う環状のレンズとを備えた照明装置において、前記レンズは、底部に設けられている平坦な入射面と、前記入射面の外周側の端部から外周側上方に張り出す斜面からなる外周面と、前記入射面の内周側の端部から内周側上方に張り出す斜面からなる内周面と、前記外周面の上端部から内周側下方に傾斜する斜面からなる外周側反射面と、前記内周面の上端部から外周側下方に傾斜する斜面からなる内周側反射面とを備え、前記外周面の傾斜する方向は、前記ＬＥＤの中心から内周端までの領域で出射して前記入射面の外周端に入射する１つの光線が、レンズ内を進む方向と平行であることを特徴とする。

本発明の照明装置において、ＬＥＤを出射し、レンズの入射面から入射した大部分の光は、上方に向い、外周側反射面又は内周側反射面で反射し、外周面又は内周面からそれぞれの側方に放射される。このとき、外周面の傾斜を、ＬＥＤの中心から内周端までの領域で出射し、入射面の外周端に入射する１つの光がレンズ内を進む方向と平行にすると、入射面から入射する他の光線は、直接外周面に当たることがなくなるか、又は、直接外周面
に当たっても大きな入射角となり、外周面と略平行に進むようになる。

前記レンズは、前記外周側反射面の下端部及び前記内周側反射面の下端部をそれぞれ外周側の端部及び内周側の端部とする上部出射面を備えていても良い。

前記内周面の傾斜する方向は、前記ＬＥＤの中心から外周端までの領域で出射して前記入射面の内周端に入射する１つの光線が、レンズ内を進む方向と平行であると良い。

以上のように、本発明の照明装置は、入射面から入射し外周面に直接当たる光が存在しないか、外周面に直接当たる光が外周面を略平行に進行し外周側反射面で反射されるため、広い配光分布を目指しながらも、外周面における不用意な反射や漏洩が起こらない。

本発明の実施形態として示す照明装置に含まれる発光部の斜視図である。 図１に示した発光部の断面図である。 図２に示した発光部における光線の説明図である。 図２に示した発光部における光線の説明図である。 図２に示した発光部における光線の説明図である。 本発明の実施形態として示す照明装置の側面図である。

以下、図１〜６を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明において、同一又は相当要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。（）には特許請求の範囲に記載した発明特定事項を示す。

図１は、本発明の実施形態として示すＬＥＤ電球４０（照明装置。図６参照。）に含まれる発光部２０の斜視図である。図１に示すように、円盤状の基板２２上にＬＥＤ２１が円環状に配列し、その上部をレンズ１０が覆っている。なお、図１では、ＬＥＤ２１の配列状況を明示するため、ＬＥＤ２１のサイズを大きくして描いている（本来のサイズでＬＥＤ２１を描くと、各ＬＥＤ２１がレンズ１０で隠されてしまう。レンズ１０とＬＥＤ２１のサイズの関係は図２を参照。）。

図１に示すように、レンズ１０の上部に、外周側反射面１４、内周側反射面１５、上部出射面１６が観察される。またレンズ１０の奥側で内周面１３、手前側で外周面１２が観察される。レンズ１０は、円環状の筒（中空円筒）が変形したものともいえる。この場合、中空円筒は、外周面１２及び内周面１３が斜面となっており、上部にＶ字溝（外周側反射面１４、内周側反射面１５が斜面に相当し、上部出射面１６からなる平坦な底部を備えている。）が掘られている。

ＬＥＤ２１は、サブマウント基板上にＬＥＤダイを実装し、ＬＥＤダイを蛍光樹脂で被覆したパッケージ品である。基板２２は、白色のセラミックや、表全を絶縁処理したアルミニウムなどを基材とし、上面に配線が形成されている。レンズ１０は、ピン２３、２４により基板２２に固定されている。環状のレンズ１０は、一部分が切り取られ、ピン２３、２４が嵌め込まれている。

図２は、図１のＡＡ´線に沿って描いた発光部２０の断面図である。前述のように基板２２上にＬＥＤ２１が実装されるとともに、各ＬＥＤ２１を覆うようにレンズ１０が配置されている。レンズ１０の底面は、入射面１１となっている。入射面１１は、ＬＥＤ２１の直上部に配され、基板２２の上面と平行な平坦面である。

外周面１２は、入射面１１の外周側の端部から外周側上方に張り出す斜面である。同様に、内周面１３は、入射面１１の内周側の端部から内周側上方に張り出す斜面である。外周側反射面１４は、外周面１２の上端部から内周側下方に傾斜する斜面である。内周側反射面１５は、内周面１３の上端部から外周側下方に傾斜する斜面である。上部出射面１６は、外周側反射面１４及び内周側反射面１５の下端部をそれぞれ外周側及び内周側の端部とする平坦面である。この結果、上部出射面１６の幅は、入射面１１の幅より狭くなる。

なお、図２では、外周側反射面１４、内周側反射面１５及び上部出射面１６からなるＶ字溝のなかに外周側反射面１４が観察される。２つのＬＥＤ２１の間からは内周面１３が観察される。ＬＥＤ２１の幅は、入射面１１の幅よりやや狭い。

図３、図４、図５は、図２に示した断面図の左側の部分について代表的な光線Ｌ１〜Ｌ９を書き加えたものであり、光線Ｌ１〜Ｌ９の説明図である。図３は、ＬＥＤ２１の中央から出射した光線Ｌ１〜Ｌ７の挙動を示す。図４は、ＬＥＤ２１の内周端から出射し、入射面１１の外周端で入射する光線Ｌ８の挙動を示す。図５は、ＬＥＤ２１の外周端から出射し、入射面１１の内周端で入射する光線Ｌ９の挙動を示す。

図３に示すように、ＬＥＤ２１の中央から図の左斜め上方に出射する光線Ｌ１は、入射面１１で屈折し、外周側反射面１４での反射を経て外周面１２から側方（図の左側）に放射される。光線Ｌ１より低い角度でＬＥＤ２１の中央から図の左斜め上方に出射する光線Ｌ２は、入射面１１の外周端付近で屈折し、光線Ｌ１より外周側反射面１４の上側で反射したのち外周面１２から側方（図の左側）に放射される。光線Ｌ２よりさらに低い角度でＬＥＤ２１の中央から図の左斜め上方に出射する光線Ｌ３は、レンズ１０に入射せず、側方（図の左側）に放射される。

同様に、ＬＥＤ２１の中央から図の右斜め上方に出射する光線Ｌ４は、入射面１１で屈折し、内周側反射面１５での反射を経て内周面１３から側方（図の右側）に放射される。光線Ｌ４より低い角度でＬＥＤ２１の中央から図の右斜め上方に出射する光線Ｌ５は、入射面１１の内周端付近で屈折し、光線Ｌ４より内周側反射面１５の上側で反射したのち内周面１３から側方（図の右側）に放射される。光線Ｌ５よりさらに低い角度でＬＥＤ２１の中央から図の右斜め上方に出射する光線Ｌ６は、レンズ１０に入射せず、側方（図の右側）に放射される。

ＬＥＤ２１の中央から直上方向に出射する光線Ｌ７は、入射面１１から上部出射面１６を経て上方に放射される。

すなわち、レンズ１０は、ＬＥＤ２１の正面（直上方向）に出た光を左右にバランスよく振り分けて指向性を広げている。また、ＬＥＤ２１の左右方向にレンズ構造がないため、ＬＥＤ２１から広い配光角（例えば６０°〜９０）で出射する光（例えば、光線Ｌ３、Ｌ６）は、レンズ等の損失なくそのまま外部に放射される。

図４に示すように、ＬＥＤ２１の内周端から左斜め上方に出射し、入射面１１の外周端からレンズ１０に入射する光線Ｌ８は、入射面１１で屈折し、外周面１２と平行に進み、外周側反射面１４での反射を経て外周面１２から側方（図の左側）に放射される。同様に、図５に示すように、ＬＥＤ２１の外周端から右斜め上方に出射し、入射面１１の内周端からレンズ１０に入射する光線Ｌ９は、入射面１１で屈折し、内周面１３と平行に進み、内周側反射面１５での反射を経て内周面１３から側方（図の右側）に放射される。

すなわち、外周面１２の傾斜を、ＬＥＤ２１の内周端から出射し、入射面１１の外周端
で入射する光線Ｌ８がレンズ１０内を進む方向と平行にすると、ＬＥＤ２１から出射する光線が外周面１２に当たることがなくなる。同様に、内周面１３の傾斜を、ＬＥＤ２１の外周端から出射し、入射面１１の内周端で入射する光線Ｌ９がレンズ１０内を進む方向と平行にすると、ＬＥＤ２１から出射する光線が内周面１３に当たることがなくなる。

言い換えると、外周面１２の傾斜を上記の条件より大幅に急峻にすると、ＬＥＤ２１から出射した一部の光線が外周面１２に直接当たることとなり、さらにその一部の光線が外周面１２で不用意に反射し上部に放射される。また、外周面１２から直接側方に漏れ出す光の成分も現れる。この結果、本来滑らかに変化すべき配光分布に対し、局所的に強度の強い領域が現れてしまうこととなる。なお、内周面１３についても同様である。

また、外周面１２の傾斜を上記の条件より緩やかにしても、ＬＥＤ２１から出射した光線が外周面１２に直接当たることはない。しかしながら、このように傾斜を設定するとレンズ１０が大型化してしまう。

以上のように、レンズ１０は、ＬＥＤ２１から出射した光が外周面１２又は内周面１３に当たらないので、適正なサイズのもと、外周面１２又は内周面１３における不用意な反射や漏れ出しが無くなり所望の配光分布が得やすくなる。

なお、図３〜５に示した傾斜に係る条件は最適条件である。実際のレンズ設計において、傾斜に係る条件を緩められる。すなわち、外周面１２の傾斜は、ＬＥＤ２１の中心から内周端までの領域で出射し、入射面の外周端に入射する１つの光線がレンズ内を進む方向と平行となるようにしても良い。この場合、直接外周面１２に当たる光が現れる。しかしながら、この光は、外周面１２に対し大きな入射角（略９０°）となり、外周面１２で全反射し、外周面１２と略平行に進む。すなわち、図４に示した光線Ｌ８と似た挙動を示す。したがって、この光は、外周面１２で反射して上方に向ったり、外周面１２から漏洩したりすることはない。このように外周面１２の傾斜を設定しても、図１から図５で示したレンズ１０と同等の効果が得られる。内周面１３の傾斜の設定についても同様である。

外周面１２から放射される光が照明装置の配光分布に大きな影響を与えることから、外周面１２の斜面についてだけ前述の制限を加えても相当な効果が得られる。内周面１３の斜面についても前述の制限を加えるとさらに所望の配光分布が得られやすくなる。

図６は、本発明の実施形態として示すＬＥＤ電球４０（照明装置）の側面図である。図６では、グローブ４１の内部を示すため、図の上部をグローブ４１の頂部を通る断面図としている。

図６に示すように、ＬＥＤ電球４０は、グローブ４１と、グローブ４１を支持するケース４２と、ケース４２に取り付けられた口金４３を備えている。ケース４２の上部にヒートシンク４４が取り付けられている。発光部２０は、ヒートシンク４４上に載置されている。

前述のように、ＬＥＤ２１からレンズ１０に入射する光は、外周面１２又は内周面１３に当たらない。このため外周面１２又は内周面１３で反射し上方へ放射される光、及び、外周面１２又は内周面１３から漏れ出す光は存在しない。この結果、ＬＥＤ電球４０は、レンズ１０により側方から口金４３方向に向かう光を確保する一方で、不用意な反射や漏洩による配光分布の乱れが生じない。

１０…レンズ、
１１…入射面、
１２…外周面、
１３…内周面、
１４…外周側反射面、
１５…内周側反射面、
１６…上部出射面、
２０…発光部、
２１…ＬＥＤ、
２２…基板、
２３、２４…ピン、
４０…ＬＥＤ電球（照明装置）、
４１…グローブ、
４２…ケース、
４３…口金、
４４…ヒートシンク、
Ｌ１〜Ｌ９…光線。

Claims (3)

1. 円環状に配列した複数のＬＥＤと前記ＬＥＤを覆う環状のレンズとを備えた照明装置において、
   前記レンズは、
   底部に設けられている平坦な入射面と、
   前記入射面の外周側の端部から外周側上方に張り出す斜面からなる外周面と、
   前記入射面の内周側の端部から内周側上方に張り出す斜面からなる内周面と、
   前記外周面の上端部から内周側下方に傾斜する斜面からなる外周側反射面と、
   前記内周面の上端部から外周側下方に傾斜する斜面からなる内周側反射面とを備え、
   前記外周面の傾斜する方向は、前記ＬＥＤの中心から内周端までの領域で出射して前記入射面の外周端に入射する１つの光線が、レンズ内を進む方向と平行であることを特徴とする照明装置。
2. 前記レンズは、前記外周側反射面の下端部及び前記内周側反射面の下端部をそれぞれ外周側の端部及び内周側の端部とする上部出射面を備えていることを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
3. 前記内周面の傾斜する方向は、前記ＬＥＤの中心から外周端までの領域で出射して前記入射面の内周端に入射する１つの光線が、レンズ内を進む方向と平行であることを特徴とする請求項１又は２に記載の照明装置。