JP2020064181A

JP2020064181A - 配光制御レンズ及び照明器具

Info

Publication number: JP2020064181A
Application number: JP2018195883A
Authority: JP
Inventors: 賢二糸賀; Kenji Itoga; 健吾石井; Kengo Ishii; 純一布施; Junichi Fuse
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2018-10-17
Filing date: 2018-10-17
Publication date: 2020-04-23
Anticipated expiration: 2038-10-17
Also published as: JP7258512B2; JP2023089066A

Abstract

【課題】レンズの外側に隔壁等の障害物がある場合でも光量の低下を抑制しつつ、出射光の光度のピークを広角側にできる配光制御レンズを提供する【解決手段】光が入射する入射面２０と光が出射する出射面１０とを有し、底面から出射面側へ凹むように形成された主凹部４０と、主凹部を囲むように、底面から出射面側へ凹んだリング状の溝である副凹部５０と、を有し、出射面は、主凹部の上方に主凹部よりも広範囲に設けられ、配光制御レンズの中心軸から離れるほど底面に近くなるように中心軸と垂直な面から傾斜した出射第１傾斜面１１と、出射第１傾斜面を囲むように設けられ、出射第１傾斜面よりも急峻な出射第２傾斜面１２と、を有し、主凹部、及び、底面における主凹部と副凹部との間の底面部は、入射面であり、副凹部の中心軸側の内側面は、中心軸に沿った配光制御レンズの断面において中心軸方向に延びており、底面部を介して入射した光を全反射する。【選択図】図１

Description

本発明は、光源が発した光の配光を制御する配光制御レンズ及びこの配光制御レンズを備えた照明器具に関する。

配光制御レンズは、光源が発した光の配光を制御するものであり、従来、光源とともに照明器具等に使用される（例えば、特許文献１参照）。特許文献１には、天井等の被取付部に形成された埋込穴に本体部が挿入されて設置される埋め込み式の照明器具が開示されている。特許文献１の照明器具において、レンズの入射面は、出射面側に略擂り鉢状に凹んだ形状に形成されており、レンズの出射面は、外方に向かって凸形状に形成されている。レンズの出射面は、中央から側面にかけて、第１出射面、第２出射面及び第３出射面で形成されており、第２出射面の傾きは第１出射面の傾きより大きく、第３出射面の傾きは第２出射面の傾きより大きい。特許文献１において、第１出射面、第２出射面及び第３出射面は、それぞれ出射する光のピークが異なる角度になるように形成されており、図８には、レンズ全体の出射光の光度のピークは、角度５８°程度の位置にあることが示されている。

ところで、配光制御レンズは非常灯に用いられることがある。非常用照明器具に関する基準は、社団法人日本照明器具工業会発行の「非常用照明器具技術基準（ＪＩＬ５５０１−２００９）」付属書８「建設省告示第１８３０号に適合するＬＥＤ光源を用いた非常用照明器具に関する技術基準」に定められている。照明器具において非常灯を常用光源と並べて配置する場合、非常用照明器具技術基準に準拠して、非常灯と常用光源との間に隔壁が設けられる。

特開２０１６−１５７６５６号公報

一般に、一定の広さの空間に照明器具が複数設置される場合には、設置台数を少なくするために、出射光の配光角におけるピークが広角側に位置するようなレンズが望まれる。特許文献１の照明器具は、出射光の光度のピークが角度５８°程度の位置にあり、さらにピークが広角側となるようなレンズが望まれていた。また、常用光源と併設される非常灯として特許文献１の照明器具が用いられる場合、レンズの外側に隔壁が設置されることになる。レンズの中心から隔壁までの距離を十分に確保できない場合には、レンズからの出射光が隔壁によって遮られる割合が増え、意図する光量が得られない場合がある。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、レンズの外側に隔壁等の障害物がある場合でも光量の低下を抑制しつつ、従来よりも出射光の光度のピークを広角側にできる配光制御レンズ及び照明器具を提供することを目的とする。

本発明に係る配光制御レンズは、光が入射する入射面と光が出射する出射面とを有し、光の配光を制御する配光制御レンズにおいて、底面から前記出射面側へ凹むように形成された主凹部と、前記主凹部を囲むように、前記底面から前記出射面側へ凹んだリング状の溝である副凹部と、を有し、前記出射面は、前記主凹部の上方に前記主凹部よりも広範囲に設けられ、前記配光制御レンズの中心軸から離れるほど前記底面に近くなるように前記中心軸と垂直な面から傾斜した出射第１傾斜面と、前記出射第１傾斜面を囲むように設けられ、前記出射第１傾斜面よりも急峻な出射第２傾斜面と、を有し、前記主凹部、及び、前記底面における前記主凹部と前記副凹部との間の底面部は、前記入射面であり、前記副凹部の前記中心軸側の内側面は、前記中心軸に沿った前記配光制御レンズの断面において前記中心軸方向に延びており、前記底面部を介して入射した光を全反射する。

また、本発明に係る照明器具は、前記配光制御レンズと、前記配光制御レンズの前記底面部に対して前記主凹部の凹み方向と反対側の位置に配置され、光を発する光源と、前記配光制御レンズの外周よりも外側に配置され、前記配光制御レンズの中心軸に沿って延びる壁部と、を備える。

本発明の配光制御レンズ及び照明器具によれば、出射第１傾斜面によって光を広角側に偏向するとともに、出射第１傾斜面よりも急峻な出射第２傾斜面によって出射面の下部からの光を正面側に偏向することができる。また主凹部の外側に設けられた副凹部の内側面によって、光源から広角で放射されて底面部よりレンズに入射した光を反射し、光の進行方向を変えて出射面の上部の出射第１傾斜面より光を出射することができる。結果、レンズの外側に壁等の障害物がある場合でも光量の低下を抑制しつつ、従来よりも出射光の光度のピークを広角側にできる。

本発明の実施の形態１に係る照明器具の光源の中心より放射される光の軌跡を説明する説明図である。本発明の実施の形態１に係る照明器具の光源及び光源モジュール基板の平面図である。本発明の実施の形態１に係る照明器具の光源の左端部より放射される光の軌跡を説明する説明図である。本発明の実施の形態１に係る照明器具の光源の右端部より放射される光の軌跡を説明する説明図である。本発明の実施の形態１に係る照明器具の配光分布を示す図である。本発明の実施の形態１に係る照明器具の変形例を示す断面図である。本発明の実施の形態２に係る照明器具の光源の右端部より放射される光の軌跡を説明する説明図である。本発明の実施の形態２に係る照明器具の配光分布を示す図である。本発明の実施の形態３に係る照明器具の断面図である。本発明の実施の形態３に係る照明器具の変形例を示す分解斜視図である。本発明の実施の形態３に係る照明器具の変形例を示す外観斜視図である。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る照明器具の光源の中心より放射される光の軌跡を説明する説明図である。図１には、レンズ３の中心軸ＣＡに沿った照明器具の光学系部分の断面が示されている。図中、矢印Ｘ方向はレンズ３の幅方向を表し、矢印Ｚ方向はレンズ３の高さ方向を表している。照明器具の光学系１００は、光源１と、光源モジュール基板２と、レンズ３と、ソケット４とにより構成され、照明器具の収容部５に収容されている。図１に示される例では、光源１は、発光面と略垂直方向に光軸を有しており、光軸は発光面の中心Ｐ０を通る。図中、光源１は、レンズ３の中心軸ＣＡに光軸が沿うように配置されており、光軸方向の光の進行方向が矢印Ｚ１で示されている。以下、レンズ３を、配光制御レンズと称する場合がある。

光源１は、例えば、複数の表面実装型のＬＥＤを配列させたもの、又はＣＯＢ（ＣｈｉｐＯｎＢｏａｒｄ）等の面光源を回路基板上に実装させたＬＥＤパッケージである。また光源１として、１又は複数のＣＳＰ（ＣｈｉｐＳｃａｌｅＰａｃｋａｇｅ）と呼ばれるＬＥＤパッケージを用いてもよい。光源モジュール基板２は光源１を点灯させるための回路が実装されたプリント基板であり、放熱性を考慮して例えばアルミニウム等により構成されている。

図２は、本発明の実施の形態１に係る照明器具の光源及び光源モジュール基板の平面図である。図中、レンズ３の輪郭が破線により示されており、矢印Ｙ方向はレンズ３の奥行き方向を表す。図２に示される例では、光源１は、発光部１ａとして４個の四角形状のＣＳＰが縦と横にそれぞれ２列配置され構成された四角形状の発光面を有する。このように、光源１が、複数の発光部１ａの配列により構成されている場合、光源１には、発光部１ａ間に、発光しない暗部１ｂが存在する。光源１は、光源モジュール基板２の上面に取り付けられ、レンズ３の下側に配置される。なお、発光部１ａの形状、個数及び配置は特にこれに限定されず、照明器具に求められる明るさ及び色み等により適宜選択するとよい。

レンズ３は、透明なガラス等で構成され、例えば中心軸ＣＡを中心とする回転対称形状に形成されている。レンズ３は、光が入射する入射面２０と、光が出射する出射面１０とを有し、光源１が発する光の配光を制御する。レンズ３の入射面２０は、高さ方向（矢印Ｚ方向）の底面３０側に、光源１と対向するように設けられている。

ソケット４は、レンズ３と光源１との間に配置され、光源モジュール基板２とレンズ３とを固定する。具体的には、ソケット４は、光源モジュール基板２の上面とレンズ３の底面３０との間隔が一定に保たれ、レンズ３の中心軸ＣＡと光源１の光軸とが一致するように、光源１が取り付けられた光源モジュール基板２とレンズ３とを固定する。

またソケット４は、高反射材で形成されており、入射面２０に対応する入光穴４ａを有している。入光穴４ａは、入射面２０の底面３０側への投影面と同じ形状を有する。入光穴４ａのレンズ側の開口幅Ｗ１は、レンズ３の幅方向（矢印Ｘ方向）における入射面２０の幅と同じである。これにより、ソケット４は、入光穴４ａを介してレンズ３の入射面２０へ光源１からの光を通し、入光穴４ａよりも外側の部分により、レンズ３の入射面２０以外の面へ光源１からの光が入射するのを遮る。以下、ソケット４を、入光制御部材という場合がある。

収容部５は、光源１が取り付けられた光源モジュール基板２とソケット４により固定されたレンズ３の、底面３０、及び中心軸ＣＡに沿って延びる側面を覆う。収容部５の上面は開口しており、レンズ３から出射した光は収容部５の開口から照射される。収容部５においてレンズ３の側面の外側に設けられた壁部５ａは、実施の形態１の光学系１００が常用光源と併設され非常灯として使用される場合には、常用光源との隔壁として機能する。壁部５ａは、レンズ３の高さＨ１と同程度の高さを有し、レンズ３の外周を囲むように、例えば筒形状に形成されている。なお、壁部５ａは、レンズ３の全周囲を囲む必要は無く、レンズ３よりも外側の常用光源との間にのみ設けられてもよい。法規則に従えば常用光源との間にのみ隔壁が設けられていれば足る。壁部５ａを回転対称形状にした場合でも所望の配光が得られるように実施の形態１の光学系１００を構成すれば、光学系１００を埋め込み形の照明器具に適用し、レンズ３が天井面から突出しない構造にした場合でも、光が周囲の壁で遮られるのを抑制できる。

図１に基づき、レンズ３の形状及び作用について詳細に説明する。レンズ３は、底面３０から出射面１０側へ凹むように形成された主凹部４０と、主凹部４０を囲むように、底面３０から出射面１０側へ凹んだリング状の溝である副凹部５０と、を有している。ここで、主凹部４０、及び、底面３０における主凹部４０と副凹部５０との間の底面部３１が、レンズ３の入射面２０である。

主凹部４０は、中心軸ＣＡを含む主凹部４０の中央部に設けられた凸部４１と、凸部４１の外側に設けられた入射第１傾斜面４２と、入射第２傾斜面４３と、入射第３傾斜面４４と、を有している。凸部４１は、底面３０側すなわち下方に膨らんで形成されている。入射第１傾斜面４２は、凸部４１の外周を囲むように設けられ、中心軸ＣＡから離れるほど底面３０に近づくように、中心軸ＣＡと垂直な面から傾いて形成されている。入射第２傾斜面４３は、入射第１傾斜面４２を囲むように設けられ、入射第１傾斜面４２よりも急峻な傾斜面である。入射第３傾斜面４４は、入射第２傾斜面４３を囲むように設けられ、入射第２傾斜面４３よりも緩やかな傾斜面である。入射第３傾斜面４４は、入射第２傾斜面４３の下縁部と、底面部３１の中心軸ＣＡ側の縁部とを接続している。

凸部４１は、中心軸ＣＡを含む中央部に設けられた平坦面４１ａと、平坦面４１ａの外周部に設けられ、平坦面４１ａと入射第１傾斜面４２とを接続する凸部外周面４１ｂとを有する。凸部外周面４１ｂは、レンズ３の中心軸ＣＡから離れるほど出射面１０に近くなるように中心軸ＣＡと垂直な面から傾いた急峻な傾斜面である。凸部外周面４１ｂの下縁部と平坦面４１ａ、及び凸部外周面４１ｂの上縁部と入射第１傾斜面４２とは、滑らかにつながっている。

このように、入射面２０の凸部４１よりも外側の面は互いに傾きが異なる複数の面で構成されている。よって、従来のように入射面が略擂り鉢状に形成される場合と比べ、レンズ３では、入射面２０の一定の範囲に入射する光を予め決められた出射面１０の位置範囲へ導く制御がし易く、各面を通る光の広がりが抑えられ、所望の角度に光を偏向させることができる。

副凹部５０は、実施の形態１において、中心軸ＣＡ側の内側面５１と、内側面５１よりも中心軸ＣＡから遠い面５２とを有し、図１に示されるように略三角形の断面を有している。副凹部５０の中心軸ＣＡ側の内側面５１は、中心軸ＣＡに沿ったレンズ３の断面において中心軸方向（矢印Ｚ方向）に延びており、底面部３１を介してレンズ３に入射した光を全反射する。内側面５１は、厳密に中心軸ＣＡと平行でなくてもよく、光源１から底面部３１を介してレンズ３内に入射した光が、内側面５１により全反射されれば、中心軸ＣＡに対して傾斜していてもよい。また内側面５１は、入射第３傾斜面４４を介してレンズ３に入射した光を全反射する。

レンズ３の出射面１０は、傾斜の異なる出射第１傾斜面１１及び出射第２傾斜面１２の２つの傾斜面を有している。出射第１傾斜面１１及び出射第２傾斜面１２は、傾斜の異なる平面でもよいし、曲率の異なる湾曲面でもよい。出射第１傾斜面１１は、レンズ３の中心軸ＣＡを含んで設けられ、出射面１０は、複数の傾斜面が連なって、中心軸ＣＡと交わる点を頂点とする曲面になっている。出射第１傾斜面１１は、主凹部４０の上方に平面視において主凹部４０よりも広範囲に設けられ、レンズ３の中心軸ＣＡから離れるほど底面３０に近くなるように中心軸ＣＡと垂直な面から傾斜している。出射第１傾斜面１１は、入射第１傾斜面４２を介して入射した光の少なくとも一部を出射する。出射第１傾斜面１１の中心軸ＣＡと垂直な面からの傾斜は、入射第１傾斜面４２の傾斜よりも緩やかである。このような構成により、出射第１傾斜面１１は、入射第１傾斜面４２を介して入射した光を、中心軸ＣＡから離れるように屈折させ出射する（領域Ｂ０の光を参照）。

出射第２傾斜面１２は、出射第１傾斜面１１を囲むように設けられ、出射第１傾斜面１１よりも中心軸ＣＡと垂直な面からの傾斜が大きい。出射第２傾斜面１２は、出射第１傾斜面１１の外周縁と滑らかにつながっている。出射第１傾斜面１１と出射第２傾斜面１２とは、入射第２傾斜面４３を介して入射した光を屈折させ出射する（領域Ｃ０１の光及び領域Ｃ０２の光を参照）。

図１には、光源１の中心Ｐ０を通り、レンズ３の中心軸ＣＡすなわち光源１の光軸に沿った光学系部分の断面が示されている。また図１には、光源１の中心Ｐ０から放射された光がレンズ３によって偏向される様子が、複数の矢印で示されている。光源１の光は発光面から拡散するように進行する。光源１は、底面部３１に対して主凹部４０の凹み方向（矢印Ｚ１方向）と反対側の位置に配置されている。以下、光源１の中心Ｐ０から異なる角度で放射され、レンズ３の入射面２０の、凸部４１、入射第１傾斜面４２、入射第２傾斜面４３、及び底面部３１にそれぞれ入射する複数の光の軌跡について説明する。なお、図１には、光源１の中心Ｐ０からレンズ左側に入射する光の軌跡のみ示されているが、レンズ右側に入射する光の軌跡は、レンズ左側に入射する光の軌跡と中心軸ＣＡについて対称であるため、説明を割愛する。

図１の領域Ａ０に示されるように、光源１の中心Ｐ０から上方へ放射され、凸部４１へ入射する光は、レンズ３を通って上方へ照射される。光源１の中心Ｐ０から凸部４１へ放射された光の大部分は、平坦面４１ａを介してレンズ３に入射する。平坦面４１ａを介してレンズ３に入射する光の入射角は極めて小さいため、光は平坦面４１ａを直進し、レンズ３内を進んで出射第１傾斜面１１に到達する。出射第１傾斜面１１は出射第２傾斜面１２面よりも傾斜が緩やかであるため、平坦面４１ａから出射第１傾斜面１１に到達した光は平坦面４１ａに入射したときの進行方向を維持したまま出射第１傾斜面１１を通過し、レンズ３の上方へ照射される。

光源１の中心Ｐ０から放射され、凸部外周面４１ｂを介してレンズ３に入射する光は、凸部外周面４１ｂを通る際、中心軸ＣＡへ近づくように屈折され、出射第１傾斜面１１に到達する。凸部外周面４１ｂから出射第１傾斜面１１に到達した光は、出射第１傾斜部を直進し、レンズ３の上方へ照射される。なお、レンズ３に入射する光は、凸部外周面４１ｂを通る際、幅方向（矢印Ｘ方向）において進行方向と反対方向に屈折されてもよい。

このように、凸部４１の中央部に設けられた平坦面４１ａから入射する光の進行方向は、レンズ３を通過してもほとんど変わらず、凸部外周面４１ｂから入射する光の進行方向は、中心軸ＣＡに近づく方向に屈折される。よって、光源１の中心Ｐ０から凸部４１に放射された光の広がりは抑制され、レンズ３の上方での光量が確保される。

図１の領域Ｂ０に示されるように、光源１の中心Ｐ０から、領域Ａ０の光よりも外側へ放射されて入射第１傾斜面４２へ入射する光は、レンズ３によって広角側へ偏向される。入射第１傾斜面４２を介して入射する光は、入射第１傾斜面４２にほぼ垂直に入射するため、入射第１傾斜面４２を直進し、レンズ３内を進んで出射第１傾斜面１１に到達する。入射第１傾斜面４２から出射第１傾斜面１１に到達した光は、出射第１傾斜面１１によって中心軸ＣＡから離れる方向へ屈折され、広角で照射される。出射第１傾斜面１１の中心軸ＣＡに垂直な面からの傾斜が小さいほど、領域Ｂ０の光の広角への屈折角が大きくなる。ただし、出射第１傾斜面１１の傾斜が緩やかになると、入射第１傾斜面４２の傾斜角度との差が大きくなることから、領域Ｂ０の中心軸ＣＡ側の光が出射第１傾斜面１１により反射されレンズ３内に戻される割合が増す。

図１の領域Ｃ０に示されるように、光源１の中心Ｐ０から、領域Ｂ０の光よりも外側へ放射されて入射第２傾斜面４３へ入射する光は、出射第１傾斜面１１又は出射第２傾斜面１２を通って照射される。入射第２傾斜面４３を介して入射する光は、入射第２傾斜面４３にほぼ垂直に入射するため、入射第２傾斜面４３に入射したときの進行方向を維持したままレンズ３内を直進し、図１の領域Ｃ０１に示されるように、一部が出射第１傾斜面１１に到達する。入射第２傾斜面４３から出射第１傾斜面１１に到達した光は、緩やかな出射第１傾斜面１１において中心軸ＣＡから離れる方向へ屈折される。一方、入射第２傾斜面４３から出射第２傾斜面１２に到達した光は、図１の領域Ｃ０２に示されるように、急峻な出射第２傾斜面１２において中心軸ＣＡに近づく方向に屈折される。

このように、入射第２傾斜面４３を介してレンズ３に入射した光のうち、一部は、出射面１０の上部の出射第１傾斜面１１により広角側へ偏向されて広角側への配光に寄与する。また入射第２傾斜面４３を介してレンズ３に入射した光のうち、残りの一部は、出射面１０の下部の出射第２傾斜面１２により正面側（矢印Ｚ１方向）に偏向されて壁部５ａを回避する。

図１の領域Ｄ０に示されるように、光源１の中心Ｐ０から、領域Ｃ０の光よりも外側へ放射されて底面部３１より入射する光は、レンズ３により大きく偏向される。底面部３１を介して入射する光は、略水平な底面部３１によって正面側に屈折され、副凹部５０の内側面５１に到達する。底面部３１から内側面５１に到達した光は、内側面５１で全反射されることにより、中心軸ＣＡと垂直な方向（矢印Ｘ方向）において進行方向が反対方向（図１において右側）に変えられる。内側面５１により全反射された光は、レンズ左側から出射第１傾斜面１１に到達する。内側面５１から出射第１傾斜面１１に到達した光は、出射第１傾斜面１１において中心軸ＣＡに近づく方向に屈折され、レンズ３の上方の右側へ向かって照射される。

図３は、本発明の実施の形態１に係る照明器具の光源の左端部より放射される光の軌跡を説明する説明図である。図３には、光源１の発光面の左端部Ｐ１から放射された光がレンズ３によって偏向される様子が、複数の矢印で示されている。以下、光の軌跡を、凸部４１へ入射する領域Ａ１の光と、入射第１傾斜面４２へ入射する領域Ｂ１の光と、入射第２傾斜面４３へ入射する領域Ｃ１の光と、底面部３１に入射する領域Ｄ１の光とに分けて説明する。

凸部４１に入射する領域Ａ１の光は、光軸方向（矢印Ｚ１方向）から右側へ傾いて光源１の左端部Ｐ１から放射された光であるため、レンズ３により、中心Ｐ０を起点とする領域Ａ０の光よりも広がり角度が大きくなるように偏向される。特に、領域Ａ１の光のうち平坦面４１ａと凸部外周面４１ｂとの図面左側の接続部分に入射する光は、領域Ａ１の接続部分以外の領域に入射する光よりも大きい角度で広角側に偏向される。

入射第１傾斜面４２に入射する領域Ｂ１の光は、光源１の左端部Ｐ１から光軸方向（矢印Ｚ１）に放射された光であるため、レンズ３によって光が偏向される角度は、中心Ｐ０を起点とする領域Ｂ０の光に比べて小さい。

領域Ｃ１の光において、光源１の左端部Ｐ１から入射第２傾斜面４３に進む光の光軸からの傾きは、光源１の中心Ｐ０から入射第２傾斜面４３に進む光の傾きよりも小さい。このため、入射第２傾斜面４３から入射した領域Ｃ１の光は、出射面１０の上部の出射第１傾斜面１１に到達し、出射第１傾斜面１１において、光源１の中心Ｐ０を起点とする領域Ｃ０１の光よりも小さい角度で、広角側へ偏向される。光源１の左端部Ｐ１を起点とし、出射面１０から照射される領域Ｃ１の光の最大広がり角は、光源１の中心Ｐ０を起点とする領域Ｃ０の光に比べて小さく、領域Ｃ１の光は壁部５ａによって遮られることなく照射される。

光源１の左端部Ｐ１を起点として底面部３１に入射する領域Ｄ１の光も、中心Ｐ０を起点として底面部３１に入射する領域Ｄ０の光と同様に、レンズ３により大きく偏向され、中心軸ＣＡと垂直な方向（矢印Ｘ方向）において進行方向が反対側に変わる。光源１の左端部Ｐ１から底面部３１に入射する光の立体角は、光源１の中心Ｐ０から底面部３１に入射する光の立体角よりも大きくなる。このため、左側の底面部３１から入射する光のうち、光源１の左端部Ｐ１を起点とする光の割合は、光源１の中心Ｐ０を起点とする光の割合よりも大きい。

図４は、本発明の実施の形態１に係る照明器具の光源の右端部より放射される光の軌跡を説明する説明図である。図４には、光源１の発光面の右端部Ｐ２から放射された光がレンズ３によって偏向される様子が、複数の矢印で示されている。以下、光の軌跡を、凸部４１へ入射する領域Ａ２の光と、入射第１傾斜面４２へ入射する領域Ｂ２の光と、入射第２傾斜面４３へ入射する領域Ｃ２の光と、底面部３１に入射する領域Ｄ２の光とに分けて説明する。

凸部４１に入射する領域Ａ２の光は、図３の領域Ａ１の光を、中心軸ＣＡについて左右反転させた軌跡を描く。

光源１の右端部Ｐ２から入射第１傾斜面４２に入射する領域Ｂ２の光も、光源１の中心Ｐ０及び左端部Ｐ１から入射第１傾斜面４２に入射する光と同様に、出射第１傾斜面１１を介して出射される。ただし、光源１の右端部Ｐ２から入射第１傾斜面４２に進む光の光軸からの傾きは、光源１の中心Ｐ０又は左端部Ｐ１から入射第１傾斜面４２に進む光の光軸からの傾きよりも大きい。

領域Ｃ２の光において、光源１の右端部Ｐ２から入射第２傾斜面４３に進む光の光軸からの傾きは、中心Ｐ０から入射第２傾斜面４３に進む光の光軸からの傾きよりも大きい。このため、入射第２傾斜面４３を介して入射した光は、出射面１０の下部の出射第２傾斜面１２に到達する。領域Ｃ２の光は、出射第１傾斜面１１よりも急峻な出射第２傾斜面１２を通る際、レンズ３の正面側に偏向され、壁部５１ａに当たることなく照射される。

光源１の右端部Ｐ２を起点として底面部３１に入射する領域Ｄ２の光も、中心Ｐ０を起点として底面部３１に入射する領域Ｄ０の光と同様に、レンズ３により大きく偏向され、中心軸ＣＡと垂直な方向（矢印Ｘ方向）において進行方向が反対側に変わる。光源１の右端部Ｐ２から底面部３１に入射する光の立体角は、光源１の中心Ｐ０から底面部３１に入射する光の立体角よりも小さい。このため、左側の底面部３１から入射する光のうち、光源１の右端部Ｐ２を起点とする光の割合は、光源１の中心Ｐ０を起点とする光の割合よりも小さい。

図５は、本発明の実施の形態１に係る照明器具の配光分布を示す図である。図の横軸は光の進行方向の角度を示し、レンズ３の正面方向（図１の矢印Ｚ１方向）を０°としている。縦軸は光度Ｉを表している。ここで、光度Ｉは各角度方向へ照射される光の明るさを相対的に表した物理量であり、任意単位で表される。

図５に示されるように、目標とする配光分布Ｉｔにおいて、光度Ｉのピークが約６５°に設定されている。分布Ｉａ、Ｉｂ、Ｉｃ、Ｉｄ、Ｉ１は、実施の形態１の照明器具で得られる分布である。分布Ｉａは領域Ａの光の分布であり、分布Ｉｂは領域Ｂの光の分布であり、分布Ｉｃは領域Ｃの光の分布であり、分布Ｉｄは領域Ｄの光の分布である。配光分布Ｉ１は、４つの領域の光の分布Ｉａ、Ｉｂ、Ｉｃ、Ｉｄの総和により形成される配光分布である。

分布Ｉｂに示されるように、領域Ｂの光すなわち入射第１傾斜面４２を介してレンズ３に入射し出射面１０より照射される光は、角度２０〜９０°にわたり分布する。なお、分布Ｉｂは角度６５°近傍において周囲の角度よりも光度Ｉが低下しているが、これは光源１の暗部１ｂによって生じたものである。また分布Ｉｃに示されるように、領域Ｃの光すなわち入射第２傾斜面４３を介してレンズ３に入射して出射面１０より照射される光は、角度５０〜８０°にわたり分布する。分布Ｉｄに示されるように、領域Ｄの光すなわち底面部３１を介してレンズ３に入射して出射面１０より照射される光は、角度４０〜７０°にわたり分布する。

図１、３、４及び５に示されるように、実施の形態１のレンズ３によれば、レンズ３の高さＨ１の上部４０％程の部分から光を出射でき、且つ、従来よりも広角側の角度６５°にピーク値を持つ、目標とする配光分布Ｉｔに似た分布が得られる。

なお、レンズ３の副凹部５０に関しては、前述の通りレンズ３の中心軸ＣＡ側の内壁のみを必要とし、内側面５１よりも中心軸ＣＡから遠い面５２の形状はどのような形状であってもよい。副凹部５０の断面形状は略三角形として説明したが、図１に示されるように、副凹部５０の内面において鋭角となる面を排除し、且つ、内側面５１よりも遠い面５２が、対向する出射面１０とほぼ平行になるように形成してもよい。このような形状のレンズ３では、レンズ３の成形性が良くなる。

図６は、本発明の実施の形態１に係る照明器具の変形例を示す断面図である。レンズ３の入射面２０の平坦面４１ａの中央には、出射面１０側へ凹んだ凹み４１ｃが形成されている。凹み４１ｃの幅及び高さは、レンズ３の厚みを測定する、例えばキャリパーゲージ等の測定器具の測定子が挿入できるように設定されていればよい。レンズ３が成形された後、レンズ３の厚みが測定される際、測定器具のアームの先端に設けられた測定子が平坦面４１ａの凹み４１ｃに挿入される。これにより、レンズ３に対して計測器具のアームが固定され、アームの先端がレンズ３の表面、特に平坦面４１ａを滑るのを防止でき、レンズ３の厚みの測定が容易にできる。

また、出射第１傾斜面１１及び出射第２傾斜面１２を設ける範囲及び各傾斜角度は、光源１の大きさによって適宜設定されるとよい。また図１に示されるように、副凹部５０の溝の深さＨ２は、溝の底面が、光源１の中心Ｐ０と、隔壁である壁部５ａの上端部５ａ１とを結ぶ仮想線Ｌに接する程度に設定されるとよい。また出射第２傾斜面１２は、出射面１０において出射面１０と仮想線Ｌとの交点ＰＬを含む領域に設けられる。

以上のように、実施の形態１の配光制御レンズ３によれば、主凹部４０と底面部３１とが入射面２０であり、主凹部４０の外側に副凹部５０が設けられ、出射面１０は傾斜が異なる２つの傾斜面を有している。これにより、レンズ３上部から広角に偏向した光を出射し、光源１から広角で放射されてレンズ３に入射する光（例えば、領域Ｃ０２の光及び領域Ｄ０の光）を大きく偏向し出射光として利用することができる。結果、レンズ３の外側に隔壁等の障害物がある場合でも光量の低下を抑制しつつ、従来よりも出射光の光度Ｉのピークを広角側にできる。

また配光制御レンズ３において、出射第１傾斜面１１は、入射第１傾斜面４２を介して入射した光の少なくとも一部を出射し、出射第１傾斜面１１と出射第２傾斜面１２とは、入射第２傾斜面４３を介して入射した光を出射する。これにより、配光分布の光度Ｉのピークを広角にしつつ隔壁（壁部５ａ）を回避して光度Ｉを確保する配光制御を、出射面１０及び入射面２０のそれぞれに設けられた複数の傾斜面の組み合わせにより容易に実現できる。

実施の形態２．
図７は、本発明の実施の形態２に係る照明器具の光源の右端部より放射される光の軌跡を説明する説明図である。実施の形態２の光学系１００ａにおいて、レンズ３の副凹部１５０は台形形状の断面を有し、実施の形態１の場合に比べて副凹部１５０の溝幅Ｗ２が広い構成となっている。なお、実施の形態２において、特に記述しない項目については実施の形態１と同様とし、同一の機能及び構成については同一の符号を用いて述べることとする。

副凹部１５０は、中心軸ＣＡ側の内側面１５１と、内側面１５１よりも中心軸ＣＡから遠く、内側面１５１と対向する対向面１５２と、内側面１５１と対向面１５２とを接続する全反射面１５３とを有する。内側面１５１は、実施の形態１の内側面５１に相当する。対向面１５２は、レンズ３の中心軸ＣＡから離れるほど底面３０に近くなるように中心軸ＣＡから傾斜している。全反射面１５３は、副凹部１５０の溝底面であり、出射面１０において全反射面１５３の上方に設けられた出射第１傾斜面１１と略平行となるように傾斜している。全反射面１５３は、入射第１傾斜面４２を介して入射した光のうち出射第１傾斜面１１で反射された光を全反射する。

図７には、光源１の右端部Ｐ２から入射第１傾斜面４２へ入射し、レンズ３により偏向される領域Ｂの光の軌跡が、２つの領域Ｂ２，Ｂ３に分けて示されている。領域Ｂの光は、図５に示されるように角度２０〜９０°に広がった分布を形成する。図４の領域Ｂ２に示されるように、光源１の右端部Ｐ２から入射第１傾斜面４２に入射する光はレンズ３によって広角側へ偏向され、分布Ｉｂの主に７０〜９０°の配光を形成している。領域Ｂの光は、出射第１傾斜面１１に対して臨界角に近い角度で入射するため、図７の領域Ｂ３に示されるように、光源１の右端部Ｐ２から入射第１傾斜面４２の上部に入射した光は、出射第１傾斜面１１により反射され、出射面１０から出射されない。

上述したように、実施の形態２において、副凹部１５０の内側面１５１よりも中心軸ＣＡから遠い面は、対向面１５２と、全反射面１５３とを有している。これにより、出射第１傾斜面１１でレンズ３内に戻された領域Ｂ３の光が、副凹部１５０の全反射面１５３によって再び全反射され、出射第１傾斜面１１の外側に設けられた出射第２傾斜面１２より照射される。

結果、実施の形態２では、領域Ｂの光として、入射第１傾斜面４２から入射し、出射第１傾斜面１１より照射される成分すなわち領域Ｂ２の光に、さらに、入射第１傾斜面４２から入射し、出射第２傾斜面１２より照射される成分すなわち領域Ｂ３の光が加わる。

図８は、本発明の実施の形態２に係る照明器具の配光分布を示す図である。配光分布Ｉ２は、実施の形態２の照明器具で得られる配光分布である。図８に示される例では、配光分布Ｉ２において、実施の形態１の照明器具で得られる配光分布Ｉ１に比べ、角度４０〜６０°において光度Ｉが高い。つまり、配光分布のピークを広角側に設定し、入射第１傾斜面４２から入射して出射第２傾斜面１２より照射される成分で角度４０〜６０°の光を補うようにレンズ３を構成することで、出射光における広角側の光量の割合を増やすことができる。その結果、光学系１００ａを備える照明器具を配置する間隔を大きくすることができ、従来よりも少ない配置台数で、一定の広さの空間を照らすことができる。

実施の形態３．
図９は、本発明の実施の形態３に係る照明器具の断面図である。実施の形態３において、実施の形態２のレンズ３に相当するレンズ体３ａ、３ｂが２つ繋がって一つのレンズ１３０が構成されている。なお、実施の形態３において、特に記述しない項目については実施の形態２と同様とし、同一の機能及び構成については同一の符号を用いて述べることとする。

実施の形態３のレンズ１３０は、実施の形態２のレンズ３の主凹部４０と、副凹部１５０と、底面部３１と、出射第１傾斜面１１と、出射第２傾斜面１２を１組とするレンズ体３ａ、３ｂを複数備える。レンズ体３ａ、３ｂは、回転対称形状を有する。レンズ１３０は、レンズ体３ａ、３ｂが複数つながった形状となっている。具体的には、レンズ体３ａとレンズ体３ｂとは、底面３０が一続きの面となるように幅方向（矢印Ｘ方向）に隣接し、各レンズ体３ａ、３ｂの副凹部１５０間でつながっている。このように、求められる光量が大きい場合にはレンズ体３ａ、３ｂの数を増やし、所望の光量が得られるように構成することができる。またレンズ１３０は、レンズ体３ａ、３ｂが複数つながった形状に一体成形されてもよい。

図１０は、本発明の実施の形態３に係る照明器具の変形例を示す分解斜視図である。図１１は、本発明の実施の形態３に係る照明器具の変形例を示す外観斜視図である。図１０及び図１１には、光学系１００ｂを備えた、非常灯としての照明器具２００が例示されている。照明器具２００は、レンズ１３０と、各レンズ体３ａ，３ｂに対応する複数の光源１と、光源モジュール基板２と、光源モジュール基板２とレンズ３とを固定するソケット４とにより構成される光学系１００ｂを備える。また照明器具２００は、放熱シート６と、光学系１００ｂを支持する支持台７と、光学系１００ｂ全体を支持台７に取り付けるためのネジ８とを備える。

各光源１及び光源モジュール基板２は、実施の形態１の場合と同じであるため、説明を省略する。実施の形態２において、ソケット４には、各光源１に対応して入光穴４ａが形成されている。放熱シート６は、光源モジュール基板２の下に配置され、光源モジュール基板２からの熱を放射することにより光源１及び光源モジュール基板２を冷却する。

また照明器具２００は筐体９を備えている。実施の形態３の光学系１００ｂは、支持台７に取り付けられて、筐体９に収容される。図１１に示されるように、照明器具２００において、レンズ１３０とネジ８とは、筐体９の上面９ａより上方（矢印Ｚ１方向）に突出しないように、筐体９の開口から露出している。このような照明器具２００において、開口壁部９ｂを含む筐体９は、常用光源との隔壁として機能する。

なお、本発明の実施の形態は上記実施の形態に限定されず、種々の変更を行うことができる。例えば、レンズ３は、ガラスで構成する代わりに樹脂で構成してもよい。

また、実施の形態２、３のレンズ３、１３０においても、主凹部４０の中央部に設けられた凸部４１の平坦面４１ａに、図６に示されるような凹み４１ｃが設けられていても良い。

また、実施の形態３では、照明器具２００が光学系１００ｂを備える場合を例に説明したが、照明器具２００の光学系として、実施の形態１又は実施の形態２の光学系１００、１００ａが採用されてもよい。

１光源、１ａ発光部、１ｂ暗部、２光源モジュール基板、３、１３０レンズ（配光制御レンズ）、３ａ、３ｂレンズ体、４ソケット、４ａ入光穴、５収容部、５ａ壁部、５ａ１上端部、６放熱シート、７支持台、８ネジ、９筐体、９ａ（筐体の）上面、９ｂ開口壁部、１０出射面、１１出射第１傾斜面、１２出射第２傾斜面、２０入射面、３０底面、３１底面部、４０主凹部、４１凸部、４１ａ平坦面、４１ｂ凸部外周面、４１ｃ凹み、４２入射第１傾斜面、４３入射第２傾斜面、４４入射第３傾斜面、５０、１５０副凹部、５１内側面、５２面、１００、１００ａ、１００ｂ光学系、１５１内側面、１５２対向面、１５３全反射面、２００照明器具、Ｉ光度、Ｈ１、Ｈ２高さ、Ｐ０中心、Ｐ１左端部、Ｐ２右端部、Ｗ１開口幅、Ｗ２溝幅。

Claims

光が入射する入射面と光が出射する出射面とを有し、光の配光を制御する配光制御レンズにおいて、
底面から前記出射面側へ凹むように形成された主凹部と、
前記主凹部を囲むように、前記底面から前記出射面側へ凹んだリング状の溝である副凹部と、
を有し、
前記出射面は、
前記主凹部の上方に前記主凹部よりも広範囲に設けられ、前記配光制御レンズの中心軸から離れるほど前記底面に近くなるように前記中心軸と垂直な面から傾斜した出射第１傾斜面と、
前記出射第１傾斜面を囲むように設けられ、前記出射第１傾斜面よりも急峻な出射第２傾斜面と、
を有し、
前記主凹部、及び、前記底面における前記主凹部と前記副凹部との間の底面部は、前記入射面であり、
前記副凹部の前記中心軸側の内側面は、前記中心軸に沿った前記配光制御レンズの断面において前記中心軸方向に延びており、前記底面部を介して入射した光を全反射する
配光制御レンズ。
前記主凹部は、
前記中心軸を含む前記主凹部の中央部に設けられ、前記底面側に膨らんだ凸部と、
前記凸部の外周を囲むように設けられ、前記中心軸に沿った前記配光制御レンズの断面において前記中心軸と垂直な面から傾斜した入射第１傾斜面と、
前記入射第１傾斜面を囲むように設けられ、前記入射第１傾斜面よりも急峻な入射第２傾斜面と、
を有し、
前記出射第１傾斜面は、前記入射第１傾斜面を介して入射した光の少なくとも一部を出射し、
前記出射第１傾斜面と前記出射第２傾斜面とは、前記入射第２傾斜面を介して入射した光を出射する
請求項１記載の配光制御レンズ。
前記副凹部の前記内側面よりも前記中心軸から遠い面は、
前記内側面と対向し、前記中心軸から離れるほど前記底面に近くなるように前記中心軸から傾斜した対向面と、
前記内側面と前記対向面とを接続し、前記入射第１傾斜面を介して入射した光のうち前記出射第１傾斜面で反射された光を全反射する全反射面と、
を有する
請求項２記載の配光制御レンズ。
前記主凹部と、前記副凹部と、前記底面部と、前記出射第１傾斜面と、前記出射第２傾斜面とを複数組備え、隣り合う前記複数組は、前記副凹部間でつながっている
請求項１〜３のいずれか一項記載の配光制御レンズ。
前記主凹部の中央には、前記出射面側へ凹んだ凹みが形成されている
請求項１〜４のいずれか一項記載の配光制御レンズ。
請求項１〜５のいずれか一項記載の前記配光制御レンズと、
前記配光制御レンズの前記底面部に対して前記主凹部の凹み方向と反対側の位置に配置され、光を発する光源と、
前記配光制御レンズの外周よりも外側に配置され、前記配光制御レンズの中心軸に沿って延びる壁部と、
を備える照明器具。
前記配光制御レンズと前記光源との間に配置され、前記入射面に対応する入光穴を有し、前記光源が発した光が前記副凹部へ入射するのを遮る入光制御部材をさらに備える
請求項６記載の照明器具。