JP2020004477A - 照明装置及び光学部材 - Google Patents
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Description
特許文献1に記載の照明装置は、「光源と、前記光源側に配置される第一面、及び、前記第一面から入射した光が出射する第二面を備え、前記光源から入射した光の配光を制御する透光性の光学部材とを備え、前記光学部材は、前;記光源から入射した光の少なくとも一部を全反射させることによって、当該光の光路を制御する全反射部を備え、前記第二面は、前記全反射部に入射した光のうち、全反射した光が出射する制御光領域と、全反射しなかった光が出射する領域である非制御光領域とを備え、前記非制御光領域の少なくとも一部は、前記制御光領域の少なくとも一部より、出射する光を大きく拡散させる」とされている。
本発明は、汎用性の高い光学部材を備える照明装置及び汎用性の高い光学部材を提供することを目的とする。
前記小凸条群は前記平坦部側に位置し、前記小凸条群に含まれる凸条は、前記中心軸と平行に延伸する周面部と、周面部における前記光源ユニット側に位置する端部から当該凸条の外周側に隣接する他の凸条の周面部における前記光源ユニットと反対側に位置する端部へと曲面状に延伸するフレネルレンズ部とを有し、前記小凸条群に含まれる凸条の周面部における前記中心軸方向の高さは、当該凸条の径方向の長さに対して0.4倍以上0.6倍以下の範囲内にある。
実施形態の一態様に係る照明装置は、光源としての発光素子を備える光源ユニットと、前記光源ユニットから発生された光を配向制御する光学部材と、前記光学部材から出射された光を反射させる反射部材とを備え、前記光学部材は、前記光源ユニットから発せられた光を、前記反射部材に向かわない範囲で当該光学部材の中心軸から離れる向きに出射する。
実施形態の別態様に係る照明装置において、前記光学部材は、前記光源ユニット対向する部位に形成された平坦部と、前記光源ユニットと反対側に凸の状態であって前記平坦部の周縁から前記光源ユニットが存在する側に湾曲する湾曲部とを有し、前記湾曲部における前記光源ユニット側の面に、前記中心軸を中心とする同心円状の多重の凸条からなるフレネルレンズが形成されている。これにより、光学部材単体で1/2照度角を60[°]以上確保できる。
1.概要
実施形態に係る照明装置1は、図1に示すように、天井壁等の設置面の開口(図示省略)に嵌合する状態で使用する、所謂、ダウンライトである。
照明装置1は設置面に対して直交する方向の一方側を照射する装置である。設置面が天井壁の場合、照射方向は下方となる。ここで、光の出射方向を表側や下側とし、設置面側を裏側や上側とする。
照明装置1は、図2及び図3に示すように、光源ユニット2、光学部材3及び反射部材4を備える。照明装置1は、光源ユニット2から出射された光が光学部材3で配向制御され、制御された光の一部と反射部材4で反射した光を、装置から出射する。
つまり、一例である照明装置1は、光源ユニット2と、光源ユニット2を表面に搭載する放熱部材5と、光源ユニット2を放熱部材5に固定するためのホルダ6と、光源ユニット2から出射された光を配光制御する光学部材3と、光学部材3から出射された光の一部を反射させる反射部材4と、光学部材3と反射部材4とを保持するフレーム7とを備える。
照明装置1は装置を設置面に装着するための複数本(ここでは2本)の装着ばね81を備える。
以下、各部について説明する。
(1)光源部
主に、図2及び図3を用いて説明する。
光源ユニット2は光源としてのLED素子を1個又は複数個備え、当該LED素子は基板21に実装されている。LED素子は透光性樹脂23により被覆されている。このため、LED素子は図2に現れていない。なお、LED素子の配置関係については、図5を用いて後述する。
放熱部材5は、図2及び図3に示すように、搭載部材51及び複数のフィン53を有する。ここでの放熱部材5は、複数のフィン53の干渉を防止する位置決め板52を有している。なお、搭載部材51には光源ユニット2が絶縁シート82を介して搭載される。
搭載部材51は、円板状をし、その中央部分に光源ユニット搭載部511を有する。搭載部材51はフィン固定用の複数個のねじ孔513を有する。搭載部材51はホルダ固定用のねじ孔515を有する。搭載部材51は組み立て用の貫通孔516を有する。搭載部材51は、光源ユニット2に給電するための給電ケーブル(図示省略)を固定するための固定具83用の欠け部517を有する。搭載部材51はアース線84を固定するねじ91用のねじ孔519を有する。
フィン53は薄板材から構成される。フィン53は複数個のフィン板55,57からなる。フィン板55は、一対のフィン部551と、一対のフィン部551を連結する連結部553とを有する「コ」字に加工されている。フィン板57は、長辺のフィン部571と短辺のフィン部573とを有する「L」字状に加工されている。
2個のフィン板57と3個のフィン板55は、並設する3個のフィン板55を並設方向の外側から挟む状態で、搭載部材51のねじ孔513に螺合するねじ92より固定されている。
以下、主に図3及び図4を用いて説明する。
ホルダ6は、放熱部材5(搭載部材51)の表面に搭載された光源ユニット2を保持する機能を有する。光源ユニット2は透光性樹脂23が表側に露出するよう取り付けられている。
ホルダ6は、光源ユニット2の透光性樹脂23用の開口61を有する板状部62を有する。ホルダ6は複数個の貫通孔63を板状部62に有し、当該貫通孔63を挿通するねじ93が搭載部材51のねじ孔515に螺合する。これにより、光源ユニット2は、基板21を搭載部材51に押圧(支持)する状態で、搭載部材51に取り付けられる。
ホルダ6は、給電ケーブルを固定するための固定具83用の欠け部64を板状部62に有する。ホルダ6は、フレーム7を放熱部材5(搭載部材51)に固定するためのねじ94用の欠け部65を周方向に間隔をおいて複数個(例えば3個)板状部62に有する。
図6を用いて光学部材3について説明する。
光学部材3は透光性樹脂からなる。光学部材3は、全体として球冠状をし、光源ユニット2と対向する平坦部31と、平坦部31の周縁から裏側に湾曲する湾曲部32とを有する。
平坦部31及び湾曲部32の表面には、図6の(a)の拡大図に示すように、不定形のディンプル33が形成されている。湾曲部32の裏面にはフレネルレンズを構成する凸条(溝)34が同心円状に複数形成されている。
光学部材3は湾曲部32の外周縁には段差部35(図4参照)が形成されている。光学部材3は、段差部35を利用してホルダ6に取り付けられる。
光学部材3は、反射部材4を備えない照明装置において、3[m]離れた照度面での1/2照度角が60[°]以上となるように構成されている。
なお、ディンプル33と凸条34については後で詳細に説明する。
反射部材4は、表側拡がりの円筒状をする筒部41と、筒部41の内周面に形成された反射面43とを有する。反射部材4は筒部41の裏側端部に径方向の外方へ張り出す張出部45を周方向に等間隔を置いて複数個(3個)有している。張出部45は後述のフレーム7の裏内鍔部74の係合部分741に係合する。ここでの反射面43は筒部41の内周面に塗布された高反射率の白色塗料により構成される。
反射部材4の筒部41の裏側開口は、図4に示すように、光学部材3、反射部材4、フレーム7が放熱部材5に装着される際に、光学部材3の段差部35と嵌合する。
主に図2及び図3を用いて説明する。
フレーム7は内部に反射部材4を収容できる筒部71を有する。
フレーム7は径方向の外方へ張り出す表外鍔部72を筒部71の表側端部に有する。表外鍔部72は、照明装置1を設置面の開口に取り付けた際に、設置面の開口周辺部と対向する。
フレーム7は装着ばね81を固定するための固定部73を筒部71の外周面に有している。固定部73は装着ばね81の取付部811と嵌合する嵌合溝等により構成される。
フレーム7は、図3に示すように、径方向の内方へ張り出す裏内鍔部74を筒部71の裏側端に近い部位に有する。フレーム7は、反射部材4の張出部45と係合する係合部分741と、張出部45を受け入れる欠け部分742とをそれぞれ周方向に間隔を置いて複数個(3個)有している。
フレーム7は裏側に突出するボス部75を裏内鍔部74に有する。ボス部75にはねじ孔751が設けられ、搭載部材51の貫通孔516を挿通するねじ94がねじ孔751に螺合する。これにより、光学部材3、反射部材4及びフレーム7が放熱部材5側に取り付けられる。
光学部材3は、光源ユニット2から出射された光を反射、屈折させて、反射部材4に向かう光を少なくするように光学設計されている。具体的には、LED素子の主出射方向(LEDの発光層と直交する方向であり、平行な方向も含む)に対して傾斜して入射した光を光学部材3の中心軸に対して広がるように屈折させている。これにより、光学部材3から反射部材4に到達する光を少なくして、反射部材4の異なる照明装置に光学部材を使用しても、反射部材の影響を少なくできる。
(1)光源ユニット
まず、光源ユニット2のLED素子の配置について説明する。光源ユニット2は、図5に示すように、18個のLED素子25を備える。18個のLED素子25は、光の出射方向から見ると一辺が1.3[mm]の方形状をする。18個のLED素子25は、同じタイプであり、4個のLED素子25がLED基板の中央に一直線上に配されている(図5のA列)。この4個のLED素子25を第A群とする。第A群内の中央側の2個のLED素子25のピッチは2.2[mm]であり、中央の2個のLED素子25とその外側のLED素子25とのピッチは2.1[mm]である。
なお、透光性樹脂23は光の出射方向から見ると円形状をし、その直径D(図6参照)が9.8[mm]である。
18個のLED素子25の第A群の配置方向のピッチの平均は1.78[mm]であり、配置方向と直交する方向のピッチは1.46[mm]である。
18個のLED素子25おいて外側に位置する12個のLED素子25は、直径6.4[mm]の円周上に中心が略位置するように、配されている。この12個のLED素子25が位置する円をLED素子の実装円ともいう。
光学部材3は、上述のように、平坦部31と湾曲部32とを有し、表面に不定形のディンプル33(図7の(a)参照)が形成され、裏面にフレネルレンズ用の凸条34(図7の(b)参照)が形成されている。
平坦部31は、図7に示すように円形状をし、図6に示すようにその直径は光源ユニット2の透光性樹脂23の直径よりも大きい。ここでは、平坦部31の直径D1は12.9[mm]であり、透光性樹脂23の直径Dに対して、1.1倍以上1.5倍以下の範囲、好ましくは1.2倍以上1.4倍以下の範囲内がよい。LED素子25の実装円を基準にすると、平坦部31の直径D1は、実装円の直径に対して約2倍であり、1.5倍以上2.5倍以下の範囲が好ましい。これにより直下照度を確保できる。
平坦部31と光源ユニット2の界面(表面)との距離は、5.4[mm]であり、透光性樹脂23の直径Dに対して0.4倍以上0.7倍以下の範囲内が好ましく、実装円の直径に対して0.6倍以上1.0倍以下の範囲内が好ましい。これにより直下照度を確保できる。
平坦部31は、その表面と裏面とで凹レンズを構成しており、光源ユニット2から平坦部31に入射したほとんどの光が中心軸との間の角度が広がる状態で出射することとなる(例えば、図8に示す、光路L1、光路L2である)。これにより、平坦部31から出射する光の多くは反射部材4による影響を受け難くできる。
湾曲部32の断面の表面は円弧状をしている(図6参照)。これにより、表側から照明装置1を見たときの光学部材3の意匠性を高めることができる。
湾曲部32は、光源ユニット2から発せられて中心軸から離れる方向に向かう光を裏面の凸条34と表面とで、中心軸に近い領域では反射面43に向かわない範囲で中心軸から離れるように、中心軸から離れた領域では反射面43に向かわない範囲であって中心軸から離れるように又は中心軸に近づくように、構成されている。
凸条34は、内周側から、第1凸条341、第2凸条342、第3凸条343、第4凸条344、第5凸条345、第6凸条346、第7凸条347とし、同心円状で合計で7個(7重)ある。
図6に示すように、複数の凸条34は、突出量が小さい(中心軸方向の寸法が小さい)小凸条群36に属するものと、突出量が小凸条群よりも大きい(中心軸方向の寸法が大きい)大凸条群37に属するものとがある。
ここでは、小凸条群36に属する凸条34は第1凸条341〜第4凸条344の4個であり、大凸条群37に属する凸条34は第5凸条345〜第7凸条347の3個である。
また、略一定とは、全凸条34のピッチの平均(1.6[mm])に対して、各凸条34のピッチが、平均値の0.85倍から1.15倍の範囲内にあることをいう。
ここで、第1凸条341の頂点の直径D1は平坦部31の直径と同じであり、12.9[mm]である。第2凸条342の頂点の直径D2は15.9[mm]であり、第3凸条343の頂点の直径D3は19.2[mm]であり、第4凸条344の頂点の直径D4は22.5[mm]であり、第5凸条345の頂点の直径D5は25.6[mm]であり、第6凸条346の頂点の直径D6は28.8[mm]であり、第7凸条347の頂点の直径D6は32.0[mm]であり、第7凸条347のフレネルレンズ部の表側端の直径D8は35.3[mm]である。
なお、凸条34のピッチの平均は、複数個のLED素子25のピッチに対して、0.6倍以上1.3倍以下の範囲内にある。これにより、光源ユニット2からの多くの光を拡散できる。
第1凸条341から第4凸条344において、高さは径方向長さに対して0.4倍以上0.6倍以下の範囲内にある。これにより、光源ユニット2から凸条34の周面部に入射する光を少なくでき、光源ユニット2からの光の取り出し効率を高めることができる。なお、光源ユニット2から小凸条群36の各フレネルレンズ部に入射した光は、中心軸から広がる状態で出射することとなる(例えば、図8に示す、光路L3〜L6である)。
第5凸条345から第7凸条347において、高さHは径方向の長さに対して、1.4倍以上1.8倍以下の範囲内にある。これにより、光源ユニット2から大凸条群37の凸条の周面部に入射した光は、そのフレネルレンズ部で反射して中心軸に近づく状態(例えば、図8に示す光路L8である)又は中心軸から広がる状態((例えば、図8に示す、光路L9である)で出射することとなる。
ディンプル33は、図7の(a)に示すように、不定形をしている。ここでいう不定形とは、任意のディンプル33aにおいて、当該ディンプル33aの周囲に隣接する他のディンプル33b〜33gの形状が異なることをいう。ディンプル33の1個を表側から見たときの面積は0.39[mm2]以上0.75[mm2]以下の範囲内にある。これにより拡散効果を高めることができる。
図8は、実施形態で説明した光学部材3と光源ユニット2を用いた照明装置から出射される光路を示す図である。
光学部材3は、反射面43に向かう光を少なくなるように設計されている。
図8に示すように、光源ユニット2から光学部材3の平坦部31に向かう光は、光路L1,L2のように、照明装置1(光学部材3)の中心軸に対して傾斜して入射した光は、中心軸から離れる(拡散する)ようにして光学部材3から出射される。この場合、光学部材3から出射する光は反射面43で反射されない。
光源ユニット2から小凸条群36の周面部に向かう光は、光路L9〜L12に示すように、湾曲部32の表面で裏側へと反射する。この際、小凸条群36の周面部の高さと径方向の長さとの比(高さ/長さ)が1より小さく、小凸条群36が光源ユニット2よりも大きい平坦部31の外周側に位置することから、光源ユニット2から小凸条群36の周面部に入射する光を少なくできる。
光源ユニット2から大凸条群37の周面部に向かう光は、光路L7,L8に示すように、周面部から入射してフレネルレンズ部で反射して中心軸から離れる(光路L7)又は近づく(光路L8)ように湾曲部32から出射される。なお、光源ユニット2から大凸条群37のフレネルレンズ部に向かう光は、LED素子25の発光特性により、ほとんどない。
このように、光学部材3を反射面43の影響を受け難くできる。
図9は反射部材を備えない照明装置の配向特性図である。
なお、配向特性図は解析結果であり、後述の1/2照度角も解析結果である。
照明装置は上記の光学部材3を備える。図9に示すように、反射部材を備えない照明装置において、1/2照度角が68.8[°]となっており、目標の1/2照度角が60[°]以上となっている。
なお、1/2照度角は、照明装置直下を結んだ線と、照明装置直下の水平面照度の1/2の水平面照度となる点を結んだ線との間の角度をいう。なお、解析の照度面は、照明装置から3,000[mm]下方に離れた面である。
図10は、反射部材のサイズが異なる3種類の照明装置の配向特性図である。
照明装置は上記光学部材を備える。
同図の(a)は、図6の高さH8が30.2[mm]、直径D9が70[mm]、中心軸に対する反射面43の角度は22.8[°]であり、1/2照度角が63.5[°]である。
同図の(b)は、図6の高さH8が42.0[mm]、直径D9が100[mm]、中心軸に対する反射面の角度は32.1[°]であり、1/2照度角が62.8[°]である。
同図の(c)は、図6の高さH8が64.0[mm]、直径D9が150[mm]、中心軸に対する反射面の角度は39.5[°]であり、1/2照度角が65.8[°]である。このように、上記の光学部材3を備える照明装置では、反射部材4の影響を受け難く、1/2照度角が60[°]以上の配向特性が得られる。
2 光源ユニット
3 光学部材
4 反射部材
Claims (4)
- 光源としての発光素子を備える光源ユニットと、
前記光源ユニットから発生された光を配向制御する光学部材と、
前記光学部材から出射された光を反射させる反射部材とを
備え、
前記光学部材は、前記光源ユニットから発せられた光を、前記反射部材に向かわない範囲で当該光学部材の中心軸から離れる向きに出射する
照明装置。 - 前記光学部材は、
前記光源ユニット対向する部位に形成された平坦部と、
前記光源ユニットと反対側に凸の状態であって前記平坦部の周縁から前記光源ユニットが存在する側に湾曲する湾曲部と
を有し、
前記湾曲部における前記光源ユニット側の面に、前記中心軸を中心とする同心円状の多重の凸条からなるフレネルレンズが形成されている
請求項1に記載の照明装置。 - 前記多重の凸条は、当該凸条の前記中心軸と平行な方向の高さが低い小凸条群と、前記高さが高い大凸条群とがあり、
前記小凸条群は前記平坦部側に位置し、
前記小凸条群に含まれる凸条は、前記中心軸と平行に延伸する周面部と、周面部における前記光源ユニット側に位置する端部から当該凸条の外周側に隣接する他の凸条の周面部における前記光源ユニットと反対側に位置する端部へと曲面状に延伸するフレネルレンズ部とを有し、
前記小凸条群に含まれる凸条の周面部における前記中心軸方向の高さは、当該凸条の径方向の長さに対して0.4倍以上0.6倍以下の範囲内にある
請求項2に記載の照明装置。 - 光源ユニットから発生された光を配向制御する光学部材において、
前記光源ユニット対向する部位に形成された平坦部と、
前記光源ユニットと反対側に凸の状態であって前記平坦部の周縁から前記光源ユニットが存在する側に湾曲する湾曲部と
を有し、
前記湾曲部における前記光源ユニット側の面に、前記中心軸を中心とする同心円状の多重の凸条からなるフレネルレンズが形成され、
前記多重の凸条は、当該凸条の前記中心軸と平行な方向の高さが低い小凸条群と、前記高さが高い大凸条群とがあり、
前記小凸条群は前記平坦部側に位置し、
前記小凸条群に含まれる凸条は、前記中心軸と平行に延伸する周面部と、周面部における前記光源ユニット側に位置する端部から当該凸条の外周側に隣接する他の凸条の周面部における前記光源ユニットと反対側に位置する端部へと曲面状に延伸するフレネルレンズ部とを有し、
前記小凸条群に含まれる凸条の周面部における前記中心軸方向の高さは、当該凸条の径方向の長さに対して0.4倍以上0.6倍以下の範囲内にある
光学部材。
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