JP5810327B2

JP5810327B2 - 照明器具

Info

Publication number: JP5810327B2
Application number: JP2011183883A
Authority: JP
Inventors: 後藤　芳朗; 芳朗後藤; 友樹白川
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2011-08-25
Filing date: 2011-08-25
Publication date: 2015-11-11
Anticipated expiration: 2031-08-25
Also published as: JP2013045707A

Description

本発明は、光源であるＬＥＤ（Light Emitting Diode）の前方に光学レンズを備えた照明器具に関するものである。

従来より、光源であるＬＥＤの前方に光学レンズを設けた照明器具が知られている（例えば、特許文献１参照）。
図１１に示すように、特許文献１に記載の照明器具１００は、Ｘ方向に延び下方に開口した矩形箱状の器具本体１０１と、Ｘ方向に並設された複数の光源であるＬＥＤ１０２を有する。各ＬＥＤ１０２の前方には、光学レンズである第１レンズ１０３および第２レンズ１０４を有し、第１レンズ１０３と第２レンズ１０４との間には拡散レンズ１０５が設けられている。また、ＬＥＤ１０２の前方には、各ＬＥＤ１０２の光を下方に向かって反射する反射シート１０６が設けられている。

第１レンズ１０３および第２レンズ１０４は各ＬＥＤ１０２の光を、集光位置Ｌ１に直線状に集光する。
拡散レンズ１０５は、シート状の基板（図示省略）を有しており、基板の上面に並ぶように複数のレンズ部（図示省略）を有する。各レンズ部は、基板の上面に形成されるとともに、Ｙ方向に長い略楕円形状に形成された凸レンズまたは凹レンズから成る。

これにより、各ＬＥＤ１０２の光は、第１レンズ１０３、拡散レンズ１０５および第２レンズ１０４を通過して、集光位置Ｌ１に集光される。
このとき、拡散レンズ１０５は、各ＬＥＤ１０２の光をＸ方向に不規則に拡散するので、Ｘ方向への光の拡散が効果的に行われる。

特開２００７−２２５５９１号公報（第１図、段落００３３）

しかしながら、従来の照明器具においては、直線状に集光する光において光のムラを減少させるものであり、平面的に照射される光におけるムラの減少は考えられていないという問題があった。

本発明は、従来の問題を解決するためになされたもので、配光ムラをさらに改善できる照明器具を提供することを目的とする。

本発明の照明器具は、光源であるＬＥＤと、前記ＬＥＤの照射方向前方に設けられた複数の光学レンズと、を有し、前記光学レンズは隙間なく配置されており、前記光学レンズの出射面側に複数の微小レンズが隙間なく、かつ均一に設けられ、前記各微小レンズが、凹状の球面の一部を備える凹レンズであるものである。

また、本発明の照明器具は、前記微小レンズの直径をＤ１とし、表面の曲率をｒとすると、Ｓｉｎ（臨界角）＞Ｄ１／ｒであり、かつ、前記微小レンズの直径Ｄ１が、前記ＬＥＤの配光制御部の直径Ｄ２に対して、Ｄ２／４＞Ｄ１であるものである。

本発明は、光源であるＬＥＤが発した光は、光学レンズにより集光したり拡散したりする。このとき、光学レンズの出射面側に複数の略球面の凹レンズである微小レンズを設けたので、均等に発光していない光源からの光の配光ムラを改善することができるという効果を有する照明器具を提供できる。

本発明に係る実施形態の照明器具の斜視図ＬＥＤパッケージの構成を示す断面図光学レンズの並びを示す斜視図（Ａ）は図３中ＩＶ方向から見た平面図であり、（Ｂ）は光学レンズの配列を示す平面図（Ａ）は微小レンズを凹レンズとした時の光の屈折を示す説明図であり、（Ｂ）は微小レンズを凸レンズとした時の光の屈折を示す説明図（Ａ）は微小レンズを凹レンズとした時の光の経路を示す側面図であり、（Ｂ）は微小レンズを凸レンズとした時の光の経路を示す側面図光源と微小レンズの焦点との関係を示す説明図（Ａ）は微小レンズを凹レンズとして微小レンズの曲率が臨界角以内の場合の光の様子を示す断面図であり、（Ｂ）は微小レンズを凹レンズとして微小レンズの曲率が臨界角以上の場合の光の様子を示す断面図であり、（Ｃ）は微小レンズを凸レンズとした場合の光の様子を示す断面図（Ａ）は微小レンズを三角形としたときの配列を示す平面図であり、（Ｂ）は微小レンズを正方形としたときの配列を示す平面図（Ａ）はＬＥＤパッケージの変形例を示す断面図であり、（Ｂ）はさらに別の変形例を示す断面図従来の照明器具の斜視図

以下、本発明に係る実施形態の照明器具について、図面を用いて説明する。
図１に示すように、本発明に係る実施形態の照明器具１０は、例えば、天井等に取り付けて、下方を照明するスポットライトとすることができる。
この照明器具１０では、天井等に移動可能に取り付けられる矩形箱状の電源部１１を有し、電源部１１には、灯具２０が設けられている。灯具２０は、コ字状の支持部材１２の下端部に回動可能に設けられており、支持部材１２は電源部１１に回動可能に設けられている。
従って、灯具２０は、上下方向（図１中矢印Ａ参照）および水平方向（図１中矢印Ｂ参照）に回動可能となっており、照射方向の調整が可能となっている。

灯具２０は、複数個のＬＥＤパッケージ３０（図２参照）を収容する円柱状の灯具本体２１を有しており、灯具本体２１には、ＬＥＤパッケージ３０が発した熱を放出するための薄板状の複数の放熱フィン２２が一体的に設けられている。

図２に示すように、ＬＥＤパッケージ３０では、光源であるＬＥＤ３１（以後、ＬＥＤチップ３１という。）が基板３２に実装されており、ＬＥＤチップ３１の照射方向前方（図２において上方）には光学レンズ３３が設けられている。ここで、光学レンズ３３の配光制御部である出射面３６の直径をＤ２とする。
なお、光学レンズ３３は、灯具本体２１に取り付けられており（図３参照）、光学レンズ３３は、隙間３４を介してＬＥＤチップ３１に対向している。光学レンズ３３において、ＬＥＤチップ３１からの光を一括して入射させる入射面３５は、凸レンズ状に形成されている。

また、図２、図４（Ａ）および図４（Ｂ）に示すように、光学レンズ３３の出射面３６には、複数の微小レンズ３７が設けられている。微小レンズ３７は、略球面の一部で構成される凹レンズである。
図５（Ａ）に示すように、出射面３６に凹レンズの微小レンズ３７を有する光学レンズ３３を透過した光Ｌ１は、平行にならずに拡がる。このため、図６（Ａ）に示すように、光Ｌ１は光ムラの発生が抑えて拡がる。

これは、光学レンズ３３の基本カーブと、微小レンズ３７のカーブで構成される仮想レンズの焦点位置との関係に基づく。
すなわち、図７に示すように、微小レンズ３７の基本カーブＣ１の焦点位置Ｓ１に対して、微小レンズ３７を凹レンズにした場合の基本カーブＣ１と微小レンズ３７で構成される仮想レンズの焦点Ｓ２は、ＬＥＤチップ３１から遠い位置になる。このため、光ムラが発生しにくい。

一方、図５（Ｂ）に示すように、凸レンズの微小レンズ３７Ｂを有する光学レンズ３８を透過した光Ｌ２は平行となる。このため、図６（Ｂ）に示すように、光ムラが生じる。すなわち、図６（Ｂ）中丸印で示す位置では、光が平行となって集中しているため明るく、その周囲は暗くなるので、光りムラが生じる。
これは、図７に示すように、基本カーブＣ１の焦点位置Ｓ１に対して、微小レンズ３７Ｂを凸レンズで構成した場合の基本カーブＣ１と微小レンズ３７Ｂで構成される仮想レンズの焦点Ｓ３は、ＬＥＤチップ３１に近い位置になる。このため、光ムラが発生しやすくなる。

ここで、図２に示すように、微小レンズ３７の出射面３６における直径をＤ１、微小レンズ３７の曲率をｒ、光学レンズ３３の出射面３６側の直径をＤ２とすると、Ｓｉｎ（臨界角）＞Ｄ１／ｒ、かつ、Ｄ２／４＞Ｄ１となるように設定する。
これにより、確実に配光ムラが少なくなる。

図８（Ａ）には、上述した式を満足する微小レンズ３７を用いた場合の光の様子が示されており、図８（Ｂ）には、上述した式を満足しない微小レンズ３７を用いた場合の光の様子が示されている。また、図８（Ｃ）には、微小レンズ３７Ｂを凸レンズとした場合の光の様子が示されている。

すなわち、図８（Ｂ）に示すように、微小レンズ３７の曲率ｒが上式を満足しない場合には、ムラ消しの効果はあるが、効率が低下しすぎるという問題がある。
また、図８（Ｃ）に示すように、微小レンズ３７Ｂを凸レンズとした場合には、効率は維持できるが、光ムラが発生するという問題がある。
本件の照明器具１０によれば、図８（Ａ）に示すように、光ムラを押えながら、効率も維持できる。

次に、微小レンズ３７の配列について説明する。
図４（Ｂ）に示すように、出射面３６は、例えば六角形に形成することにより、６個の光学レンズ３３が隙間なく配置することができる。
このとき、図４（Ａ）に示すように、微小レンズ３７の外形を六角形とすることにより、光学レンズ３３の出射面３６に、微小レンズ３７をハニカム構造のように隙間なく、かつ、均一に設けることができる。

また、図９（Ａ）に示すように、微小レンズ３７Ｃの直径を三角形に形成することによっても、隙間なく、かつ、均一に設けることができる。
さらに、図９（Ｂ）に示すように、微小レンズ３７Ｄの直径を正方形に形成することによっても、隙間なく、かつ、均一に設けることができる。

以上、説明した本発明に係る実施形態の照明器具１０によれば、ＬＥＤチップ３１が発した光は、光学レンズ３３により集光したり拡散したりする。
このとき、光学レンズ３３の出射面３６側に複数の略球面の凹レンズである微小レンズ３７を設けたので、均等に発光していないＬＥＤチップ３１からの光の配光ムラを改善することができる。

また、微小レンズ３７の直径をＤ１とし、表面の曲率をｒとしたときに、Ｓｉｎ（臨界角）＞Ｄ１／ｒであり、かつ、微小レンズ３７の直径Ｄ１が、光学レンズ３３の出射面３６の直径Ｄ２に対して、Ｄ２／４＞Ｄ１となるようにした。
このため、ＬＥＤパッケージ３０からの光の配光ムラを改善することができる。

なお、本発明の照明器具は、前述した実施形態に限定されるものでなく、適宜な変形，改良等が可能である。
すなわち、前述した実施形態においては、ＬＥＤチップ３１の直前に対向する凸状の入射面３５を設けたＬＥＤパッケージ３０について説明した。
このほか、図１０（Ａ）に示すように、ＬＥＤチップ３１から離れて平板状の光学レンズ３３Ｂを設け、入射面３５Ｂの中央部に凸部を設ける。そして、ＬＥＤチップ３１と光学レンズ３３Ｂとの間に、反射板３９を設けたＬＥＤパッケージ３０Ｂを用いることもできる。なお、前述したＬＥＤパッケージ３０と共通する部位には同じ符号を付して、重複する説明を省略することとする。
さらに、図１０（Ｂ）に示すように、ＬＥＤチップ３１から離れて平板状の光学レンズ３３Ｃを設け、入射面３５Ｃ全体にわたる凸部を設けたＬＥＤパッケージ３０Ｃを用いることもできる。

１０照明器具
３１ＬＥＤチップ（ＬＥＤ）
３３、３３Ｂ光学レンズ
３６出射面（配光制御部）
３７微小レンズ
Ｄ１微小レンズの直径
Ｄ２光学レンズの直径
ｒ曲率

Claims

光源であるＬＥＤと、
前記ＬＥＤの照射方向前方に設けられた複数の光学レンズと、を有し、
前記光学レンズは隙間なく配置されており、
前記光学レンズの出射面側に複数の微小レンズが隙間なく、かつ均一に設けられ、
前記各微小レンズが、凹状の球面の一部を備える凹レンズである照明器具。
請求項１に記載の照明器具において、
前記微小レンズの直径をＤ１とし、表面の曲率をｒとすると、
Ｓｉｎ（臨界角）＞Ｄ１／ｒ
であり、
かつ、前記微小レンズの直径Ｄ１が、前記ＬＥＤの配光制御部の直径Ｄ２に対して、Ｄ２／４＞Ｄ１
である照明器具。