JP2019212368A

JP2019212368A - 照明装置、及びレンズ

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Publication number: JP2019212368A
Application number: JP2018104486A
Authority: JP
Inventors: 征史竹田; Masashi Takeda
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2018-05-31
Filing date: 2018-05-31
Publication date: 2019-12-12
Anticipated expiration: 2038-05-31
Also published as: JP7065316B2; CN209839821U

Abstract

【課題】光源からの光を適度に広げることができて設定された照射領域を適切に照らすことができ、人が見上げたときの眩しさも抑制できる照明装置、及びレンズを提供すること。【解決手段】照明装置１が、筐体５内に配置される光源２０と、光源２０からの光が入射する入射部５２、及び光を出射する出射部５３を有するレンズ５０を備えるようにする。レンズ５０の光出射側の出射面５６が、径方向の中央部に位置する凹面部５４、及びその凹面部５４と周縁との間に位置する凸面部５５を有するようにする。【選択図】図３

Description

本開示は、照明装置に関する。また、本開示は、照明装置に用いられるレンズに関する。

従来、照明装置としては、特許文献１に記載されているものがある。この照明装置は、筐体、筐体内に配置される光源、及び筐体内に配置されるフレネルレンズを備える。フレネルレンズは、中心軸を含む断面においてノコギリ歯形状を有する複数のフレネルを入射側の径方向中央側から縁部側まで有する。フレネルレンズは、筐体内における光源よりも下側（前側）に配置され、光源からの光を受けて投光領域に光を投光する。筐体は、フレネルレンズよりも下側に筒状部材を有する。筒状部材は、入射開口部、出射開口部、及びそれらの間に位置する円錐台状の内周面を含む。フレネルレンズからの光は、入射開口部に入射し、出射開口部から出射される。また、筒状部材の内周面は、そこに到達した光を投光領域側に反射する。上記照明装置は、光をフレネルで全反射させることにより、１／２ビーム角を広げる拡散配光を実現している。

特開２０１７−５０１８８号公報

拡散光が所望される仕様では、光源からの光を広げて拡散させる必要がある。しかし、光源からの光を過度に拡散させると、大きな光量の光が筒状部材の内周面で反射する。そして、人が照明装置を見上げた場合に、大きな光量の反射光が、目に入射し、人が眩しさを感じ易い。

そこで、本開示の目的は、光源からの光を適度に広げることができて設定された照射領域を適切に照らすことができ、人が見上げたときの眩しさも抑制できる照明装置、及びレンズを提供することにある。

上記課題を解決するため、本開示に係る照明装置は、筐体内に配置される光源と、光源からの光が入射する入射部、及び光を出射する出射部を有するレンズと、を備え、レンズの光出射側の出射面は、径方向の中央部に位置する凹面部、及びその凹面部と周縁との間に位置する凸面部を有する。

また、本開示に係るレンズは、照明装置に内蔵され、その照明装置の光源からの光が透過するレンズであって、光源からの光が入射する入射部、及び光を出射する出射部を備え、光出射側の出射面が、径方向の中央部に位置する凹面部、及びその凹面部と周縁との間に位置する凸面部を有する。

本開示に係る照明装置及びレンズによれば、光源からの光を適度に広げることができて設定された照射領域を適切に照らすことができ、人が見上げたときの眩しさも抑制できる。

本開示の一実施形態に係る照明装置の斜視図である。照明装置の主要部の分解斜視図である。照明装置を補助反射部材の中心軸を含む平面で切断したときのレンズを含む領域の断面図である。レンズを、その中心軸を含む平面で切断したときの模式断面図である。レンズを下側から見たときの斜視図である。レンズを上側から見たときの斜視図である。図３におけるレンズの中央部付近の拡大断面図である。図３におけるレンズの周縁部付近の拡大断面図である。

以下に、本開示に係る実施の形態について添付図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下において複数の実施形態や変形例などが含まれる場合、それらの特徴部分を適宜に組み合わせて新たな実施形態を構築することは当初から想定されている。また、以下の実施例では、図面において同一構成に同一符号を付し、重複する説明を省略する。また、複数の図面には、模式図が含まれ、異なる図間において、各部材における、縦、横、高さの寸法比は、必ずしも一致しない。また、本明細書では、下側とは、高さ方向の投光側のことを指し、上側とは、高さ方向の投光側とは反対側を指す。より詳しくは、以下の説明で、上下方向に関連する文言、例えば、下側、上側、水平方向等を用いた場合、それらの文言は、照明装置１からの出射光が鉛直方向下側に照射され、その出射光の光軸が鉛直方向に一致している状態で表現されている。すなわち、本実施例では、照明装置１が、高さ方向が鉛直方向に一致するように配置される場合を例に説明を行う。なお、照明装置１は、高さ方向が鉛直方向に傾斜する方向に一致する状態で用いられてもよい。

図１は、本開示の一実施形態に係る照明装置１の斜視図である。照明装置１は、埋込型ダウンライトであり、ホール等の建物の天井に埋め込み配置され、下方を照明する。図１に示すように、照明装置１は、筐体５、及び取付部９０を備え、筐体５は、基台１０と、枠体８０を有する。基台１０は、照明装置１の外郭部材であり、有底円筒状部１１を有する。基台１０は、有底円筒状部１１内に光源２０（図２参照）を取り付ける取付台として機能する。また、基台１０は、上方に突出する複数のフィン１２を有する。基台１０は、光源２０で発生する熱を放散させるヒートシンクとしても機能し、特にフィン１２が光源２０からの熱を外気に放熱する。このため、基台１０は、金属材料等の熱伝導率の高い材料によって構成されると好ましい。有底円筒状部１１と、フィン１２は、アルミダイカスト等で一体成形されてもよく、接合によって一体化されてもよい。この場合、例えば、有底円筒状部に設けた突起を、フィンに設けられた孔に挿入した後に塑性変形させることで、有底円筒状部とフィンを接続してもよい。なお、基台は、フィンを有さなくてもよい。

枠体８０は、例えばアルミニウム等の金属材料又はポリブチレンテレフタレート等の樹脂材料によって形成される。枠体８０は、略円筒状の部材であり、光源２０からの光は、枠体８０の内部を通って照明装置１の外部に出射される。枠体８０の外径は、基台１０の外径と同程度である。取付部９０は、３つの取付バネ９１を有する。３つの取付バネ９１は、枠体８０に取り付けられ、例えば枠体８０の外側に枠体８０の周方向に略等間隔に配置される。各取付バネ９１は、天井の埋め込み孔に固定される前の状態において高さ方向に略直交する方向に延在する。取付バネ９１は、例えば、長尺状の金属板によって構成され、板バネ構造を有する。取付バネ９１は、埋め込み孔の周囲に当接して、埋め込み孔の内周面等に径方向外方の力を付与する。照明装置１は、その径方向外方の力の反力を該内周面等から受けることで埋め込み孔に固定される。なお、取付バネ９１は２つ又は４つ以上設けられてもよい。また、取付部の構造は、図１に示す構造に限定されず、取付部は、取付ばねを有さなくてもよい。取付部の構造は、照明装置において取付部を除いた部分である照明本体を天井に固定できる構造であれば如何なる構造でもよい。

図２は、照明装置１の主要部の分解斜視図である。次に図２を用いて、照明装置１の基本構造、及び照明装置１が備える主要部材の固定構造について簡単に説明する。図２に示すように、照明装置１は、基台１０と枠体８０の他に、光源２０、光源ホルダ３０、反射部材４０、レンズ５０、及び補助反射部材７０を備える。反射部材４０、及び補助反射部材７０は、筐体５（図１参照）に含まれる。

光源２０は、基板２１と、発光部２２を有する。基板２１は、平面視で略正方形の形状を有し、発光部２２は、円板状の形状を有する。発光部２２は、基板２１の下面（実装面）の略中央に配設される。光源２０は、例えば、ＣＯＢ（Chip On Board）構造を有し、発光部２２は、基板２１に実装された複数のＬＥＤ（light emitting diode）と、複数のＬＥＤを封止する封止部材を含む。

基板２１は、例えば、セラミックス基板、樹脂基板、又はメタルベース基板等で構成される。詳述しないが、基板２１には、一対の電極端子と、所定パターンのＬＥＤ駆動回路が形成される。また、ＬＥＤ駆動回路は、ＬＥＤを駆動するための回路であり、ＬＥＤ同士を電気的に接続する。外部からの直流電力を、一対の電極端子を介してＬＥＤ駆動回路に供給し、ＬＥＤ駆動回路に電流を流すことで、ＬＥＤを発光させる。

ＬＥＤは、例えば、単色の可視光を発するベアチップで構成され、通電されれば青色光を発する青色ＬＥＤチップで構成される。複数のＬＥＤは、例えば基板２１にマトリクス状に配置される。なお、ＬＥＤは、基板に１つのみ実装されてもよい。封止部材は、例えば、透光性樹脂で構成され、蛍光体を含む。蛍光体は、ＬＥＤからの光を波長変換する役割を果たす。封止部材は、例えば、シリコーン樹脂に蛍光体粒子を分散させた蛍光体含有樹脂で構成される。光源２０が白色光を出射し、ＬＥＤが青色光を発光する青色ＬＥＤチップである場合、蛍光体粒子は、例えばＹＡＧ系の黄色蛍光体で構成される。封止部材は、全てのＬＥＤを一括封止してもよく、複数のＬＥＤを列ごとにライン状に封止してもよく、各ＬＥＤを１つずつ個別に封止してもよい。

光源ホルダ３０は、平面視で基板２１に対応する矩形状の開口を上側に有する光源収容室を含み、光源２０は、発光部２２を下側に向けた状態で光源収容室に収容される。照明装置１は、基板係止部材３１を更に備え、基板係止部材３１の一部で構成される基板受部が高さ方向から見たとき光源収容室に重なるように光源ホルダ３０の下側に配置される。光源収容室は、高さ方向から見たとき光源２０に重なる位置に貫通孔を有し、光源２０からの光は、該貫通孔の下側開口を介して下側に出射される。基板２１の下面の周辺部の一部は、基板受部の上面で支持される。不図示のボルトが、下側から、基板係止部材３１、光源ホルダ３０、及び基台１０の主面１４の順に締め込まれ、その結果、基板係止部材３１、光源ホルダ３０、及び光源２０が、基台１０に取り付けられる。

反射部材４０は、環状部材であり、その内周面が光源２０から出射された光を反射することで、光源２０からの光を迷光が略生じない状態でレンズ５０側に導き、光源２０からの光の配光を制御する。反射部材４０は、例えば白色樹脂材料によって形成される。反射部材４０を構成する樹脂材料としては、ポリブチレンテレフタレート等を好適に使用できる。なお、反射部材４０は、アルミニウム等の金属材料によって形成されてもよく、樹脂成型品の内面にアルミニウム等の金属膜を形成したものでもよい。反射部材４０は、外周側に周方向に間隔をおいて配置される複数のレンズ係止部４１を有する。

レンズ５０は、透光性を有する透光部材であり、反射部材４０からの光を透過する。レンズ５０は、透光性を有する透光性材料によって構成され、例えば、アクリル、シリコーン系樹脂材料、又はポリカーボネート等の透明樹脂材料、ないしは、ガラス材料によって形成されると好ましい。レンズ５０は、反射部材４０の下側開口を覆い、その結果、光源２０の下側がレンズ５０で覆われ、光源２０が保護される。レンズ５０は、経方向外側に突出する複数の係合爪５１を外周側に含む。複数の係合爪５１は、周方向に間隔をおいて配置される。各係合爪５１は、反射部材４０において対応するレンズ係止部４１にスナップフィットにより固定され、その結果、レンズ５０が、反射部材４０に取り付けられる。

補助反射部材７０は、枠体８０の内側に配置される。補助反射部材７０は、例えばアルミニウム等の薄い金属板で構成された環状の枠体であり、内径が下側に行くにしたがってしだいに大きくなるカップ状部７６を有する。カップ状部７６の略全ては、レンズ５０の下側に配置される。カップ状部７６の内周面は、レンズ５０から出射された光を反射し、照射領域に導光する。補助反射部材７０は、周方向に間隔をおいて配置されると共に径方向外側に延在する複数の係合爪７７を上側端部に有する。

図示しないが、枠体８０は、上側端部に径方向内側に広がる環状のフランジ部を有し、そのフランジ部には、周方向に間隔をおいて配置される複数の係合凹部が設けられる。補助反射部材７０の係合爪７７を、枠体８０の係合凹部に係合することにより、補助反射部材７０が枠体８０に対して位置決めされる。

照明装置１は、更に複数のボルト８（図１も参照）を備える。このボルト８は、基台１０、反射部材４０、及び枠体８０を一体化するのに用いられる。詳しくは、基台１０、反射部材４０、及び枠体８０の上記フランジ部の夫々は、高さ方向から見たときに互いに重なる複数のボルト締結孔を有する。図１及び図２を参照して、ボルト８を、基台１０においてフィン１２が延在する上面１９（図１参照）から、反射部材４０、及び枠体８０の各ねじ孔に締め込む。その結果、基台１０、反射部材４０、及び枠体８０が、一体に締結され、照明装置１の主要部が組み立てられる。

次に、レンズ５０における配光や、その配光を実現できるレンズ構造について説明する。図３は、照明装置１を補助反射部材７０の中心軸を含む平面で切断したときのレンズ５０を含む領域の断面図であり、図４は、レンズ５０を、その中心軸を含む平面で切断したときの模式断面図である。また、図５は、レンズ５０を下側から見たときの斜視図であり、図６は、レンズ５０を上側から見たときの斜視図である。また、図７は、図３におけるレンズ５０の中央部付近の拡大断面図であり、図８は、図３におけるレンズ５０の周縁部付近の拡大断面図である。なお、図５、及び図６では、レンズ５０の配光機能に殆ど関係しない係合爪５１の図示を省略している。

図３及び図４に示すように、レンズ５０は、光源からの光が入射する入射部５２、及び光を出射する出射部５３を有する。また、レンズ５０の光出射側の出射面５６は、径方向の中央部に設けられる凹面部５４、及びその凹面部５４と周縁との間に設けられる凸面部５５を含み、凸面部５５は、凹面部５４に連続的かつ滑らかに繋がる。

図５を参照して、凹面部５４は、平面視における縁が略円形の凹面で構成され、凸面部５５は、凹面部５４の外周縁部に滑らかに繋がる環状の畝状の形状を有する。図４に示すように、出射面５６における凸面部５５の径方向外方側には、環状の平面部５７が設けられる。平面部５７は、環状の凸面部５５の径方向外方側の端部に滑らかに繋がり、凹面部５４の中心軸に略垂直な方向に広がる。

図４及び図６に示すように、レンズ５０は、光入射側の径方向の中央部に縁が円形の平面部５８を有し、その径方向外方側の環状の周囲部にフレネル５９を有する。フレネル５９は、レンズ５０の中心軸（凹面部５４の中心軸に一致）を含む断面においてノコギリの歯状の形状を有し、そのノコギリの歯は、高さ方向上側に突出している。図４に示すように、凹面部５４は、フレネル５９の径方向内方側の端（径方向位置をａで示す）よりも径方向の内方に設けられると好ましく、高さ方向から見たとき、フレネル５９が、凹面部５４に重ならないと好ましい。また、凸面部５５と平面部５７は、出射面５６において最も径方向外方に位置するフレネル５９の先端（径方向位置をｂで示す）に高さ方向に重なる位置の周辺で接続されると好ましい。

図３に示す断面において、遮光角θは、補助反射部材７０の下側開口の一端７５とレンズ５０の下面６２におけるその一端７５側とは反対側の端６３を結んだ直線７２と、補助反射部材７０の下側開口が描く直線７３とがなす角として定義される。遮光角θは、如何なる値でもよいが、５°以上４０°以下であると好ましく、１０°以上３０°以下であると更に好ましく、１３°以上２０°以下であると最も好ましい。

以上、照明装置１は、筐体５内に配置される光源２０と、光源２０からの光が入射する入射部５２、及び光を出射する出射部５３を有するレンズ５０を備える。そして、レンズ５０の光出射側の出射面５６は、径方向の中央部に位置する凹面部５４、及びその凹面部５４と周縁との間に位置する凸面部５５を有する。

本構成によれば、レンズ５０の光出射側の出射面５６が、径方向の中央部に凹面部５４を有する。したがって、図３及び図７に二点鎖線で示す光６４や、図３に一点鎖線で示す光６５のように、光源２０から出射されて凹面部５４に到達した光を、凹面部５４で径方向外側に屈曲させることができる。よって、凹面部５４で配光角度を大きくでき、光源２０からの光を適度に広げることができるので、適切な拡散光を生成でき、設定された照射領域を適切に照らすことができる。

また、中心部に位置する凹面部５４で光源２０からの光を適度に広げることができるので、照射光の直下光度を低減できる。その結果、人が照明装置１を見上げた場合の照明装置１の中心部の眩しさを抑制できる。

更には、出射面５６が、凹面部５４と周縁との間に凸面部５５を有する。したがって、図３及び図８に実線で示す光６７のように、光源２０から出射されて凸面部５５に到達した光の進行方向を、凸面部５５の代わりに凹面部が形成されている場合との比較で、凸面部５５で径方向内側に変更できる。よって、凸面部５５の代わりに凹面部が形成されている場合との比較で、出射面５６の外周側に到達した光が、外側に拡散するのを抑制でき、補助反射部材の反射面７９（図３参照）に到達することを抑制できる。その結果、反射面７９で反射する光の光量を低減できるため、人が照明装置１を見上げた場合に、反射面７９からの反射光が、目に入射することを抑制でき、人が眩しさを感じにくくなる。

また、レンズ５０の光入射側には、径方向の中央部に平面部５８が設けられる一方、環状の周囲部に中心軸を含む断面においてノコギリの歯状の形状を有するフレネル５９が設けられてもよい。

照明装置は、１／２ビーム角が比較的大きな拡散配光が所望される場合、そのような拡散配光を実現するため、光を全反射させるフレネルをレンズに設けることが多い。しかし、フレネルを、光入射側の径方向中央部まで形成してしまうと、図３に点線で示す光６８のように、フレネルで径方向内側に全反射する光が増え、径方向外側に拡散する光（例えば、６４,６５,６７で示すような光）と交差する光が増える。そして、このような他の光と交差する光６８は、特に照明装置の中央部での輝度を不必要な値まで大きくする一因となり、照明装置を見上げたときに目線に向かってくる光線量を増やし、特に３０°程度の仰角で照明装置を見上げたときの眩しさの原因となる。

これに対し、上記構成によれば、フレネル５９は、光入射側における環状の周囲部のみに設けられ、光入射側における径方向中央部に設けられることがない。したがって、外周側に位置するフレネル５９で周辺光をピックアップできて、適切な輝度の照明光を実現できるだけでなく、出射側領域のレンズ中央部付近で、他の光と交差する交差光（点線で示すような光６８）を低減できる。その結果、照明装置の中央部付近を見上げたときに目線に向かってくる光線量を抑制できて、特に３０°程度の仰角で照明装置を見上げたときの光の最大輝度を効果的に抑制でき、眩しさを効果的に抑制できる。

更には、上述のように、出射側中央部の凹面部５４により照射光の直下光度を低減できる。よって、フレネル５９の形成位置による交差光の低減と、凹面部５４の形成による直下光度の低減の相乗効果により、照明装置の中央部付近を見上げたときの眩しさを大きく抑制でき、美しくて心地良い照明光を実現できる。

また、筐体５に遮られることでレンズ５０が視認不可能となる遮光角θが、５°以上かつ４０°以下でもよい。

上記構成によれば、遮光角θが４０°以下であるので、照明装置１による照射領域が狭くなりにくく、適切な拡散配光を実現し易い。また、遮光角θが５°以上であるので、レンズ５０の出射側領域を筐体５で適切に覆うことができ、レンズ５０から投光された光が直接目に入ることを抑制できる。よって、筐体５の配置の面からも照明光の眩しさを抑制できる。

また、凹面部５４と、凸面部５５は、滑らかに繋がってもよい。

上記構成によれば、凹面部と凸面部との接続部に角部が生じている場合との比較で、その角部に起因する輝度ムラが生じることがない。よって、所望の配光制御を実現し易く、美しい照明光を生成し易い。

また、レンズ５０は、照明装置１に内蔵され、照明装置１の光源２０からの光を透過させる。また、レンズ５０は、光源２０からの光が入射する入射部５２、及び光を出射する出射部５３を備える。また、レンズ５０の光出射側の出射面５６は、径方向の中央部に位置する凹面部５４、及び凹面部５４と周縁との間に位置する凸面部５５を有する。

本構成によれば、照明装置１の光源２０からの光を適切に拡散させることができ、人が見上げたときの眩しさも抑制できる。

なお、本開示は、上記実施形態およびその変形例に限定されるものではなく、本願の特許請求の範囲に記載された事項およびその均等な範囲において種々の改良や変更が可能である。

例えば、上記実施形態では、発光素子として、ＬＥＤを採用したが、発光素子は、半導体レーザ素子でもよく、半導体レーザ素子からのレーザ光を蛍光体に照射することで、照明光を生成してもよい。また、光源の発光部を、半導体発光素子以外の発光部、例えば、白熱電球等を用いて構成してもよい。

また、レンズ５０の光入射側における径方向の中央部に平面部５８を設ける場合について説明した。しかし、レンズの光入射側における径方向の中央部に平面部を設けなくてもよく、例えば、レンズの光入射側における径方向の中央部に、平面部の代わりにフレネルを設けてもよい。また、凹面部５４と、凸面部５５とが、滑らかに繋がる場合について説明した。しかし、凹面部と凸面部の接続部に角部が含まれてもよい。これらの場合においても、レンズの光出射側の出射面が、径方向の中央部に位置する凹面部、及びその凹面部と周縁との間に位置する凸面部を含むようにすることで、光源からの光を適度に広げることができ、人が見上げたときの眩しさを抑制できる。

また、照明装置１が、埋め込み型ライトである場合について説明した。しかし、照明装置は、レールに吊り下げされる形式や、天井に吊り下げされる形式のダウンライトでもよい。又は、照明装置は、ダウンライトでなくてもよい。また、照明装置の構成部品も、上述した構成部品に限らず、例えば、上述した構成部品から１以上の構成部品を削除してもよく、逆に、上述した構成部品に１以上の構成部品を追加してもよい。また、各構成の固定構造も、上述した固定構造に限らず、如何なる固定構造が採用されてもよい。要は、本開示の照明装置は、筐体内に配置される光源と、光源からの光が入射する入射部、及び光を出射する出射部を有するレンズと、を備えればよい。そして、レンズの光出射側の出射面が、径方向の中央部に位置する凹面部、及びその凹面部と周縁との間に位置する凸面部を含んでいればよい。

１照明装置、５筐体、２０光源、５０レンズ、５２入射部、５３出射部、５４凹面部、５５凸面部、５６出射面、５８平面部、５９フレネル、 θ 遮光角。

Claims

筐体内に配置される光源と、
前記光源からの光が入射する入射部、及び光を出射する出射部を有するレンズと、
を備え、
前記レンズの光出射側の出射面は、径方向の中央部に位置する凹面部、及びその凹面部と周縁との間に位置する凸面部を有する、照明装置。
前記レンズの光入射側には、前記径方向の中央部に平面部が設けられる一方、環状の周囲部に中心軸を含む断面においてノコギリの歯状の形状を有するフレネルが設けられる、請求項１に記載の照明装置。
前記筐体に遮られることで前記レンズが視認不可能となる遮光角が、５°以上かつ４０°以下である、請求項１又は２に記載の照明装置。
前記凹面部と、前記凸面部が、滑らかに繋がっている、請求項１乃至３のいずれか１つに記載の照明装置。
照明装置に内蔵され、その照明装置の光源からの光が透過するレンズであって、
光源からの光が入射する入射部、及び光を出射する出射部を備え、
光出射側の出射面が、径方向の中央部に位置する凹面部、及びその凹面部と周縁との間に位置する凸面部を有する、レンズ。