JP5944801B2

JP5944801B2 - 照明装置

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Publication number: JP5944801B2
Application number: JP2012199464A
Authority: JP
Inventors: 中村　真人; 真人中村
Original assignee: Enplas Corp
Current assignee: Enplas Corp
Priority date: 2012-09-11
Filing date: 2012-09-11
Publication date: 2016-07-05
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Description

本発明は、発光素子を有する照明装置に関する。

近年、省エネルギーや環境保全の観点から、発光ダイオード（以下「ＬＥＤ」ともいう）を光源とする照明装置（例えば、ＬＥＤ電球）が、白熱電球に代えて使用されている。しかしながら、従来のＬＥＤを光源とする照明装置は、前方方向のみに光を出射し、白熱電球のように幅広い方向に光を出射することができない。このため、従来の照明装置は、白熱電球のように天井や壁面からの反射光を利用して室内を広範囲に照らすことができない。

ＬＥＤを光源とする照明装置の配光特性を白熱電球の配光特性に近づけるため、ＬＥＤを覆うカバーの形状によって、ＬＥＤからの出射光をＬＥＤよりも後方に配光させることが提案されている（例えば、特許文献１および２参照）。

図１は、特許文献１に記載の照明装置の構成を示す模式図である。図１に示されるように、ＬＥＤ電球１０１は、ＬＥＤモジュール１０２と、ＬＥＤモジュール１０２が設置された基体部１０３と、基体部１０３に取り付けられたグローブ１０４とを有する。グローブ１０４の断面形状は、ドーム型形状であり、基体部１０３への取り付け部の外径Ｄ１が最大の部分の外径Ｄ２よりも小さい形状である。このように特許文献１には、取り付け部の外径Ｄ１が最大外径Ｄ２よりも小さくなるようにグローブ１０４を形成することによって、後方への配光を増加させる例が記載されている。

図２は、特許文献２に記載の照明装置の構成を示す模式図である。図２に示されるように、照明装置は、少なくとも一つ以上の光源１０５と、光源１０５を実装する光源基板１０６と、光源１０５の出光部の周囲を覆い、かつ透光性及び光拡散性を有するカバー部材１０７とを備えている。カバー部材１０７の中心軸Ａに直交する方向の最大外径Ｗの部分は、中心軸Ａ方向におけるカバー部材１０７の中央Ｃよりも光源１０５側に位置している。このように特許文献２には、カバー部材１０７の最大外径Ｗの部分が、中心軸Ａ方向におけるカバー部材１０７の寸法の中央Ｃよりも光源１０５側に位置するようにカバー部材１０７を形成することによって、後方への配光を増加させる例が記載されている。

特開２０１２−６４５６８号公報特開２０１２−７４２４８号公報

上記特許文献に記載された技術では、ランバーシアン配光特性を有するＬＥＤ光源からの出射光をカバー（グローブ）によって拡げることで、後方への出射光を生成している。しかしながら、ＬＥＤ光源からの出射光に含まれる側方方向および後方方向への出射成分は、極端に少ない。このため、カバーの拡散性能のみでは、十分な全方位配光を実現することは困難である。

ＬＥＤ照明装置の側方方向および後方方向の光量を増やす手段としては、ＬＥＤ光源からの出射光の配光を光束制御部材で制御することが考えられる。しかしながら、側方方向および後方方向の光の光量を光束制御部材によって増やすと、全方位の配光特性では著しいばらつきが生じることがある。したがって、このような光束制御部材を用いる場合では、光束制御部材からの出射光の配光特性を、全方位において均整度の高い配光とするためのさらなる手段が必要となる。

本発明の目的は、発光素子を有する照明装置であって、前方方向、側方方向および後方方向のすべてにバランスよく配光することができる照明装置を提供することである。

本発明の照明装置は、基板上に配置され、基板の法線に沿う光軸を有する１または２以上の発光素子と、前記基板上に配置され、前記発光素子から出射された光の配光を制御する光束制御部材と、少なくとも前記発光素子および前記光束制御部材を覆い、前記光束制御部材から出射された光を拡散させつつ透過させるカバーと、を有し、
前記光束制御部材は、前記発光素子に対向して配置される第１光束制御部材と、前記第１光束制御部材に対向して配置される第２光束制御部材と、を有し、
前記第１光束制御部材は、前記発光素子から出射された光の一部を入射する入射面と、前記入射面に入射した光の一部を前記第２光束制御部材に向けて反射する全反射面と、前記入射面に入射した光の一部および前記全反射面で反射された光を前記第２光束制御部材に向けて出射する出射面と、を有し、
前記第２光束制御部材は、前記第１光束制御部材の出射面と対向し、前記第１光束制御部材から出射され前記第２光束制御部材に到達した光の一部を反射させ、残部を透過させる反射面を有し、
前記反射面は、前記光軸を回転軸とする回転対称面であり、前記回転対称面の母線が前記第１光束制御部材に対して凹の曲線となるように形成され、
前記反射面の外周部は、前記反射面の中心部と比較して、前記光軸の方向Ｘにおける前記発光素子からの距離が離れた位置に形成され、
前記方向Ｘにおいて、前記光束制御部材上の前記基板から最も離れた点から、前記カバーの内面上の前記基板から最も離れた点までの前記方向Ｘにおける距離をＯとし、前記光軸を含む断面において、前記全反射面の最外縁部を通り前記光軸に直交する直線と前記カバーの内面との交点から前記光束制御部材の前記光軸から最も離れた点までの前記光軸に直交する方向Ｙにおける距離をＲとしたときに、Ｏに対するＲの比Ｒ／Ｏが０．３３よりも大きく１．２よりも小さい、構成を採る。

本発明の照明装置は、全方位にバランスよく配光させることができる。したがって、本発明の照明装置は、白熱電球のように天井や壁面からの反射光を利用して室内を広範囲に照らすことができる。

特許文献１に記載の照明装置の構成を示す模式図である。特許文献２に記載の照明装置の構成を示す模式図である。本発明の一実施形態に係る照明装置の要部断面図である。本発明の一実施形態に係る光束制御部材の断面図である。図５Ａ〜Ｄは、本発明の一実施形態に係る第１光束制御部材およびホルダーの構成を示す図である。図６Ａ〜Ｄは、本発明の一実施形態に係る第２光束制御部材の構成を示す図である。図７Ａ〜Ｄは、本発明の他の実施形態に係る第１光束制御部材およびホルダーの構成を示す図である。光束制御部材の配光特性を測定するための照明装置の構成を示す模式図である。図８に示される照明装置の全方位の相対照度を示すグラフである。実施例１に係る照明装置の構成を示す模式図である。実施例１に係る照明装置の全方位の相対照度を示すグラフである。実施例２に係る照明装置の構成を示す模式図である。実施例２に係る照明装置の全方位の相対照度を示すグラフである。実施例３に係る照明装置の構成を示す模式図である。実施例３に係る照明装置の全方位の相対照度を示すグラフである。実施例４に係る照明装置の構成を示す模式図である。実施例４に係る照明装置の全方位の相対照度を示すグラフである。実施例５に係る照明装置の構成を示す模式図である。実施例５に係る照明装置の全方位の相対照度を示すグラフである。実施例６に係る照明装置の構成を示す模式図である。実施例６に係る照明装置の全方位の相対照度を示すグラフである。実施例７に係る照明装置の構成を示す模式図である。実施例７に係る照明装置の全方位の相対照度を示すグラフである。実施例８に係る照明装置の構成を示す模式図である。実施例８に係る照明装置の全方位の相対照度を示すグラフである。実施例９に係る照明装置の構成を示す模式図である。実施例９に係る照明装置の全方位の相対照度を示すグラフである。実施例１０に係る照明装置の構成を示す模式図である。実施例１０に係る照明装置の全方位の相対照度を示すグラフである。実施例１１に係る照明装置の構成を示す模式図である。実施例１１に係る照明装置の全方位の相対照度を示すグラフである。実施例１２に係る照明装置の構成を示す模式図である。実施例１２に係る照明装置の全方位の相対照度を示すグラフである。実施例１３に係る照明装置の構成を示す模式図である。実施例１３に係る照明装置の全方位の相対照度を示すグラフである。実施例１４に係る照明装置の構成を示す模式図である。実施例１４に係る照明装置の全方位の相対照度を示すグラフである。実施例１５に係る照明装置の構成を示す模式図である。実施例１５に係る照明装置の全方位の相対照度を示すグラフである。比較例１に係る照明装置の構成を示す模式図である。比較例１に係る照明装置の全方位の相対照度を示すグラフである。比較例２に係る照明装置の構成を示す模式図である。比較例２に係る照明装置の全方位の相対照度を示すグラフである。比較例３に係る照明装置の構成を示す模式図である。比較例３に係る照明装置の全方位の相対照度を示すグラフである。比較例４に係る照明装置の構成を示す模式図である。比較例４に係る照明装置の全方位の相対照度を示すグラフである。比較例５に係る照明装置の構成を示す模式図である。比較例５に係る照明装置の全方位の相対照度を示すグラフである。比較例６に係る照明装置の構成を示す模式図である。比較例６に係る照明装置の全方位の相対照度を示すグラフである。比較例７に係る照明装置の構成を示す模式図である。比較例７に係る照明装置の全方位の相対照度を示すグラフである。実施例１〜１５および比較例１〜７に係る照明装置におけるＲ／ＯとＥａ／Ｅｍａｘとの相関を示すグラフである。実施例１〜１５および比較例１〜７に係る照明装置におけるＲ／ＯとＥｄ／Ｅｍａｘとの相関を示すグラフである。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。以下の説明では、本発明の照明装置の代表例として、白熱電球に代えて使用されうる照明装置について説明する。

［照明装置の構成］
図３は、本発明の一実施形態に係る照明装置の構成を示す断面図である。図３に示されるように、照明装置１００は、筐体１１０、基板１２０、発光素子１３０、光束制御部材１４０およびカバー１６０を有する。以下、各構成要素について説明する。

（１）筐体、基板および発光素子
筐体１１０は、筐体１１０の一端面の縁から筐体１１０の他端側に向けて傾斜する傾斜面１１０ａと、筐体１１０の他端に配置される口金１１０ｂと、を有する。さらに筐体１１０は、発光素子１３０からの熱を放出するためのヒートシンクを兼ねている。口金１１０ｂおよびヒートシンク内部には、口金１１０ｂと発光素子１３０とを電気的に接続する不図示の電源回路が配設されている。傾斜面１１０ａは、カバー１６０から後方方向へ出射された光を遮らないために形成されている。基板１２０は、筐体１１０の一端面上に配置されている。基板１２０の形状は、発光素子１３０を実装することができれば特に限定されず、板状でなくてもよい。発光素子１３０は、照明装置１００の光源であり、筐体１１０上に固定された基板１２０上に実装されている。発光素子１３０は、発光素子１３０の光軸ＬＡが基板１２０の法線に沿うように、基板１２０上に配置される。たとえば、発光素子１３０は、白色発光ダイオードなどの発光ダイオード（ＬＥＤ）である。「発光素子の光軸」とは、発光素子からの立体的な光束の中心における光の進行方向を言う。発光素子が複数ある場合は、複数の発光素子からの立体的な光束の中心における光の進行方向を言う。

（２）光束制御部材
図４は、光束制御部材１４０の断面図である。光束制御部材１４０は、発光素子１３０から出射された光の配光を制御する。図４に示されるように、光束制御部材１４０は、発光素子１３０に対向して配置される第１光束制御部材１４１、第１光束制御部材１４１に対向して配置される第２光束制御部材１４２およびホルダー１５０を含む。

（２−１）第１光束制御部材
図５Ａ〜Ｄは、第１光束制御部材１４１およびホルダー１５０の構成を示す図である。図５Ａは平面図であり、図５Ｂは側面図であり、図５Ｃは底面図であり、図５Ｄは図５Ａに示されるＡ−Ａ線の断面図である。第１光束制御部材１４１は、発光素子１３０から出射された光の一部の進行方向を制御する。第１光束制御部材１４１は、第１光束制御部材１４１からの出射光が発光素子１３０からの出射光よりも配光が狭まるように機能する。図５Ａに示されるように、第１光束制御部材１４１は、平面視形状が略円形に形成されている。第１光束制御部材１４１は、ホルダー１５０と一体的に形成されており、その中心軸ＣＡ１が発光素子１３０の光軸ＬＡと一致するように、発光素子１３０に対して空気層を介して配置されている（図４参照）。

図４および図５Ｄに示されるように、第１光束制御部材１４１は、屈折部１６１と、フレネルレンズ部１６２と、出射面１６３とを有する。出射面１６３側を第１光束制御部材１４１の表側とすると、屈折部１６１は、第１光束制御部材１４１の裏側面における中心部に形成されている。屈折部１６１は、発光素子１３０から出射された光の一部を入射して出射面１６３に向けて屈折させる。このように屈折部１６１は、第１光束制御部材１４１に入射する光の入射面として機能する。

フレネルレンズ部１６２は、屈折部１６１の周囲に形成されている。フレネルレンズ部１６２は、同心円状に配置された円環状の突起１６２ａを複数有する。円環状の突起１６２ａは、内側の第１傾斜面１６２ｂと外側の第２傾斜面１６２ｃとを有する。第１傾斜面１６２ｂは、発光素子１３０から出射された光を入射する。このように第１傾斜面１６２ｂは、第１光束制御部材１４１に入射する光の入射面として機能する。第２傾斜面１６２ｃは、第１傾斜面１６２ｂに入射した光の一部を第２光束制御部材１４２に向けて全反射する。このように第２傾斜面１６２ｃは、第１傾斜面１６２ｂから入射した光の一部を全反射する全反射面として機能する。すなわち、フレネルレンズ部１６２は反射型のフレネルレンズとして機能する。

第１光束制御部材１４１は、例えば射出成形により形成される。第１光束制御部材１４１の材料は、所望の波長の光を通過させ得る透過性の高いものであれば特に限定されない。たとえば、第１光束制御部材１４１の材料は、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）やポリカーボネート（ＰＣ）、エポキシ樹脂（ＥＰ）などの光透過性樹脂、またはガラスである。

屈折部１６１および第１傾斜面１６２ｂは、発光素子１３０から出射された光の一部を第１光束制御部材１４１の内部に入射させる。屈折部１６１は、平面視形状が円形の面である。屈折部１６１は、例えば、平面、球面、非球面または屈折型のフレネルレンズである。屈折部１６１の形状は、中心軸ＣＡ１を中心軸とする回転対称（円形）である。

第１傾斜面１６２ｂは、円環状の突起１６２ａの頂縁から円環状の突起１６２ａの内側の底縁に至る面であり、第１光束制御部材１４１の中心軸ＣＡ１を中心とする回転対称面である。すなわち、第１傾斜面１６２ｂは、中心軸ＣＡ１を中心軸とする円環形状に形成されている。第１傾斜面１６２ｂの傾斜角は、それぞれ異なっていてもよいし、光軸ＬＡと平行（傾斜角９０°）の場合を含みうる。第１傾斜面１６２ｂの母線は、直線であってもよいし、曲線であってもよい。第１傾斜面１６２ｂが曲面である場合における第１傾斜面１６２ｂの傾斜角は、第１傾斜面１６２ｂの接線の、中心軸ＣＡ１に対する角度である。

第２傾斜面１６２ｃは、第１傾斜面１６２ｂから入射した光の一部を第２光束制御部材１４２に向けて全反射する。第２傾斜面１６２ｃは、円環状の突起１６２ａの頂縁から円環状の突起１６２ａの外側の底縁に至る面である。最も外側の第２傾斜面１６２ｃの外縁と出射面１６３の外縁との間には、フランジ１４８が設けられている。このフランジ１４８は設けられなくてもよい。第２傾斜面１６２ｃは、第１光束制御部材１４１の中心軸ＣＡ１を取り囲むように形成された回転対称面である。第２傾斜面１６２ｃの直径は、円環状の突起１６２ａの頂縁から底縁に向けて漸増している。第２傾斜面１６２ｃを構成する母線は、外側（中心軸ＣＡ１から離れる側）に凸の円弧状曲線である。また、照明装置１００に求められる配光特性に応じて、第２傾斜面１６２ｃを構成する母線を直線としてもよい。すなわち、第２傾斜面１６２ｃは、テーパー形状であってもよい。なお、「母線」とは、一般的に線織面を描く直線を意味するが、本発明では回転対称面である第２傾斜面１６２ｃを描くための曲線を含む語として用いる。第２傾斜面１６２ｃの傾斜角は、個々の第２傾斜面１６２ｃで異なっていてもよい。第２傾斜面１６２ｃが曲面である場合における第２傾斜面１６２ｃの傾斜角は、第２傾斜面１６２ｃの接線の、中心軸ＣＡ１に対する角度である。

出射面１６３は、屈折部１６１および第１傾斜面１６２ｂから入射した光の一部および第２傾斜面１６２ｃで全反射された光を第２光束制御部材１４２に向けて出射する。出射面１６３は、第１光束制御部材１４１において、裏側に形成されるフレネルレンズ部１６２の反対側（表側）に位置する面である。すなわち、出射面１６３は、第２光束制御部材１４２と対向するように配置されている。

（２−２）第２光束制御部材
図６Ａ〜Ｄは、第２光束制御部材１４２の構成を示す図である。図６Ａは平面図であり、図６Ｂは側面図であり、図６Ｃは底面図であり、図６Ｄは図６Ａに示されるＡ−Ａ線の断面図である。

第２光束制御部材１４２は、第１光束制御部材１４１から出射され第２光束制御部材１４２に到達した光のうち、一部の光の進行方向を制御して反射させ、残部を透過させる。図６Ａに示されるように、第２光束制御部材１４２は、平面視形状が略円形に形成された部材である。第２光束制御部材１４２は、ホルダー１５０により支持されており、その中心軸ＣＡ２が発光素子１３０の光軸ＬＡと一致するように、第１光束制御部材１４１に対して空気層を介して配置されている。

第２光束制御部材１４２に前述した部分反射、部分透過の機能を付与する手段は、特に限定されない。たとえば、光透過性の材料からなる第２光束制御部材１４２の表面（発光素子１３０および第１光束制御部材１４１に対向する面）に透過反射膜を形成すればよい。光透過性の材料の例には、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）やポリカーボネート（ＰＣ）、エポキシ樹脂（ＥＰ）などの透明樹脂材料や、ガラスなどが含まれる。透過反射膜の例には、ＴｉＯ_２およびＳｉＯ_２の多層膜、ＺｎＯ_２およびＳｉＯ_２の多層膜、Ｔａ_２Ｏ_５およびＳｉＯ_２の多層膜などの誘電体多層膜や、アルミニウム（Ａｌ）などからなる金属薄膜などが含まれる。また、光透過性の材料からなる第２光束制御部材１４２の内部にビーズなどの光散乱子を分散させてもよい。すなわち、第２光束制御部材１４２は、一部の光を反射させ、一部の光を透過させる材料により形成されていてもよい。また、光反射性の材料からなる第２光束制御部材１４２に光透過部を形成してもよい。光反射性の材料の例には、白色樹脂や金属などが含まれる。光透過部の例には、貫通孔や有底の凹部などが含まれる。後者の場合、発光素子１３０および第１光束制御部材１４１からの出射光は、凹部の底部（厚みが薄くなっている部分）を透過する。たとえば、可視光の透過率が２０％程度であり、反射率が７８％程度である白色のポリメタクリル酸メチルを用いて、光反射性および光透過性の機能を併せ持つ第２光束制御部材１４２を形成することができる。第２光束制御部材１４２の第１光束制御部材１４１と対向する面（この後説明する反射面１４５）は、入射光の正反射方向の反射強度が他の方向の反射強度よりも大きくなるように形成されていることが好ましい。したがって、第２光束制御部材１４２の第１光束制御部材１４１と対向する面は、光沢面となるように形成されている。

第２光束制御部材１４２は、第１光束制御部材１４１と対向し、かつ第１光束制御部材１４１から出射された光の一部を反射させる反射面１４５を有する。反射面１４５は、第１光束制御部材１４１からの出射光の一部をホルダー１５０に向けて反射させる。反射した光は、ホルダー１５０を透過してカバー１６０の中部（側部）および下部に到達する。

第２光束制御部材１４２の反射面１４５は、第２光束制御部材１４２の中心軸ＣＡ２を中心とする回転対称（円対称）面である。また、図４に示されるように、この回転対称面の中心から外周部にかけての母線は、発光素子１３０および第１光束制御部材１４１に対して凹の曲線であり、反射面１４５は、この母線を３６０°回転させた状態の曲面である。すなわち、反射面１４５は、中心から外周部に向かうにつれて発光素子１３０からの高さが高くなる非球面形状の曲面を有する。また、反射面１４５の外周部は、反射面１４５の中心と比較して、発光素子１３０の光軸ＬＡ方向における発光素子１３０からの距離（高さ）が離れた位置に形成されている。たとえば、反射面１４５は、中心から外周部に向かうにつれて発光素子１３０からの高さが高くなる非球面形状の曲面であるか、または、中心部から所定の地点までは中心部から外周部に向かうにつれて発光素子１３０（基板１２０）からの高さが高くなり、前記所定の地点から外周部までは中心部から外周部に向かうにつれて発光素子１３０からの高さが低くなる非球面形状の曲面である。前者の場合、基板１２０の面方向に対する反射面１４５の傾斜角度は、中心から外周部に向かうにつれて小さくなる。一方、後者の場合、反射面１４５には、中心と外周部との間であって、かつ外周部に近い位置に、基板１２０の面方向に対する傾斜角度が零（基板１２０と平行）となる点が存在する。なお、前述の通り、「母線」とは、一般的に線織面を描く直線を意味するが、本発明では回転対称面である反射面１４５を描くための曲線を含む語として用いる。

（３）ホルダー
ホルダー１５０は、基板１２０に位置決めされるとともに、発光素子１３０に対して第１光束制御部材１４１および第２光束制御部材１４２を位置決めする。

ホルダー１５０は、略円筒形状に形成された光透過性を有する部材である。ホルダー１５０の一方の端部には、第２光束制御部材１４２が固定される。ホルダー１５０の他方の端部は、基板１２０に固定される。以下の説明では、ホルダー１５０の２つの端部のうち、第２光束制御部材１４２が固定される端部を「上端部」と呼び、基板１２０に固定される端部を「下端部」と呼ぶ。

ホルダー１５０は、第１光束制御部材１４１と共に一体成形により形成されている。ホルダー１５０の材料は、所望の波長の光を通過させ得るものであれば特に限定されない。たとえば、ホルダー１５０の材料は、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）やポリカーボネート（ＰＣ）、エポキシ樹脂（ＥＰ）などの光透過性樹脂、またはガラスである。ホルダー１５０に光拡散能を付与する場合には、これらの光透過性の材料に散乱子を含ませてもよいし、ホルダー１５０の表面に光拡散処理を施してもよい。

図５に示されるように、ホルダー１５０の上端部には、上端部の端面１５１上に第２光束制御部材１４２を固定するための、ガイド突起１５２および爪部１５３が設けられている。

ガイド突起１５２は、上端部の端面１５１の外周部の一部に形成されており、第２光束制御部材１４２がホルダー１５０の径方向に移動することを防止する。ガイド突起１５２の数は、特に限定されないが、通常は２つ以上である。図５に示される例では、ホルダー１５０は、互いに対向する２つのガイド突起１５２を有している。また、ガイド突起１５２の形状は、第２光束制御部材１４２と径嵌合することができれば特に限定されない。図５に示される例では、平面視したときのガイド突起１５２の形状は、円弧状である。

爪部１５３は、上端部の端面１５１に形成されている。後述するように、爪部１５３は、第２光束制御部材１４２の嵌合部１４３（凹部１４４）に嵌合して、第２光束制御部材１４２が外れることおよび回転することを防止する。爪部１５３の数は、特に限定されないが、通常は２つ以上である。図５に示される例では、ホルダー１５０は、互いに対向する２つの爪部１５３を有している。また、爪部１５３の形状は、第２光束制御部材１４２を回転させたときに、爪部１５３を第２光束制御部材１４２の凹部１４４に嵌合させることができれば特に限定されない。

ホルダー１５０の上端部には、全周にわたり、第２光束制御部材１４２を載せるための端面１５１が形成されている。すなわち、ガイド突起１５２の内側および爪部１５３の内側にも端面１５１は存在する（図５Ａ参照）。したがって、光束制御部材１４０を平面視したとき、第２光束制御部材１４２の外周部（フランジ１４６）は、上端部の端面１５１に、全周にわたり重なる。このため、第２光束制御部材１４２とホルダー１５０との隙間から光が漏れることが防止される。

ホルダー１５０の下端部には、ホルダー１５０を筐体１１０に位置決めするためのボス１５５と、筐体１１０または基板１２０の一端面に形成された不図示の係止用の孔に係止する係止爪１５７が設けられている。また、第１光束制御部材１４１の周囲の空気を換気するための換気口１５６も設けられている。

光束制御部材１４０の製造方法は、特に限定されない。たとえば、光束制御部材１４０は、第１光束制御部材１４１とホルダー１５０との一体成形物に第２光束制御部材１４２を組み付けることによって製造されうる。第２光束制御部材１４２を組み付ける際には、接着剤などを使用してもよい。第１光束制御部材１４１とホルダー１５０の一体成形物は、例えば無色透明の樹脂材料を用いて射出成形により作製されうる。第２光束制御部材１４２は、例えば、無色透明の樹脂材料を用いて射出成形した後に、反射面１４５となる面に透過反射膜を蒸着することによって、または、白色の樹脂材料を用いて射出成形することによって、作製されうる。第２光束制御部材１４２は、第１光束制御部材１４１の爪部１５３を第２光束制御部材１４２の凹部１４４に嵌合させて第２光束制御部材１４２を回転させることによって、第１光束制御部材１４１およびホルダー１５０の一体成形物に組み付けられる。

なお、第１光束制御部材１４１とホルダー１５０とを別々に成形してもよい。この場合は、第１光束制御部材１４１をホルダー１５０に組み付け、また第２光束制御部材１４２をホルダー１５０に組み付けることで、光束制御部材１４０を製造することができる。第１光束制御部材１４１とホルダー１５０とを別々に成形することにより、ホルダー１５０および第１光束制御部材１４１を形成する材料の選択の自由度が向上する。たとえば、散乱子を含む光透過性の材料でホルダー１５０を形成し、散乱子を含まない光透過性の材料で第１光束制御部材１４１を形成することが容易となる。

次に、光束制御部材１４０における、発光素子１３０から出射された光の光路について説明する。

発光素子１３０の光軸ＬＡに対する角度が大きい光は、第１傾斜面１６２ｂから第１光束制御部材１４１に入射する。第１光束制御部材１４１に入射した光は、第２傾斜面１６２ｃで第２光束制御部材１４２に向けて反射し、出射面１６３から出射される。そして、第２光束制御部材１４２に到達した光の一部は、第２光束制御部材１４２を透過してカバー１６０の上部に到達する。また、第２光束制御部材１４２に到達した光の一部は、第２光束制御部材１４２の反射面１４５で反射して、ホルダー１５０を介してカバー１６０の中部（側部）および下部に到達する。このとき、第２光束制御部材１４２の中心部において反射した光は、カバー１６０の中部に向かう。一方、第２光束制御部材１４２の外周部において反射した光は、カバー１６０の下部に向かう。

発光素子１３０の光軸ＬＡに対する角度が小さい光は、屈折部１６１から第１光束制御部材１４１に入射し、出射面１６３から出射して第２光束制御部材１４２に到達する。そして、第２光束制御部材１４２に到達した光の一部は、第２光束制御部材１４２を透過してカバー１６０の上部に到達する。一方、第２光束制御部材１４２に到達した光の一部は、第２光束制御部材１４２の反射面１４５で反射して、ホルダー１５０を介してカバー１６０の中部および下部に到達する。このとき、第２光束制御部材１４２の中心部において反射した光は、カバー１６０の中部に向かう。また、第２光束制御部材１４２の外周部において反射した光は、カバー１６０の下部に向かう。こうして、発光素子１３０からの出射光は、前方方向、側方方向および後方方向に配光される（図９参照）。

（４）カバー
カバー１６０は、光束制御部材１４０により進行方向を制御された光（反射光および透過光）を拡散させつつ透過させる。カバー１６０は、開口部を有する中空領域が形成された部材である。基板１２０、発光素子１３０および光束制御部材１４０は、カバー１６０の中空領域内に配置される。

カバー１６０に光拡散能を付与する手段は、特に限定されない。たとえば、カバー１６０の内面または外面に光拡散処理（例えば、粗面化処理）を行ってもよいし、光拡散性の材料（例えば、ビーズなどの散乱子を含む光透過性の材料）を用いてカバー１６０を作製してもよい。

カバー１６０は、方向Ｙにおけるカバー１６０の開口部上の点をＰ０とし、方向Ｙにおける光軸ＬＡから最大径となる点をＰ５としたとき、Ｐ０からＰ５に向かって、カバー１６０の内径が漸増するように形成される。カバー１６０の形状は、さらに下記式（１）を満たす。カバー１６０の形状は、例えば球冠形状（球面の一部を平面で切り取った形状）でありうるが、下記式（１）をさらに満たす範囲において特に限定されない。
０．３３＜Ｒ／Ｏ＜１．２（１）

上記式中、「Ｏ」は、光軸ＬＡに沿う方向Ｘにおいて、光束制御部材１４０上の基板１２０から最も離れた点から、カバー１６０の内面上の基板１２０から最も離れた点までの方向Ｘにおける距離である（図３参照）。「方向Ｘにおいて光束制御部材上の基板から最も離れた点」とは、光束制御部材１４０の出射光の配光を制御する機能を有する部分のうち、方向Ｘにおいて基板から最も離れた位置にある点である。たとえばガイド突起１５２上の点または第２光束制御部材１４２の外周部上の点（図４中のＰ１）である。「方向Ｘにおいてカバーの内面上の基板から最も離れた点」は、例えばカバー１６０の内面と光軸ＬＡとの交点（図３中のＰ２）である。これらの点間の「方向Ｘにおける距離」とは、例えば、Ｐ２から基板１２０の表面までの距離と、Ｐ１から基板１２０の表面までの距離との差である。

上記式中、「Ｒ」は、光軸ＬＡを含む断面において、光束制御部材１４０の光軸ＬＡから最も離れた点から全反射面の最外縁部を通り光軸ＬＡに直交する直線とカバーの内面との交点までの光軸ＬＡに直交する方向Ｙにおける距離である（図３参照）。「方向Ｙにおいて光束制御部材の、光軸から最も離れた点」とは、光束制御部材１４０の出射光の配光を制御する機能を有する部分のうち、方向Ｙにおいて光軸から最も離れた位置にある点である。たとえばホルダー１５０の上端部における側面上の点（図４中のＰ３）である。「全反射面の最外縁部を通り光軸ＬＡに直交する直線とカバーの内面との交点」とは、例えば光軸ＬＡを含む断面において光束制御部材１４０の全反射面の最外縁部（フレネルレンズ部１６２の最外縁に位置する第２傾斜面１６２ｃの底縁）を通り光軸ＬＡに直交する直線とカバー１６０の部分における内面との交点（図３中のＰ４）である。これらの点間の「方向Ｙにおける距離」とは、例えば、Ｐ４から光軸ＬＡまでの距離と、Ｐ３から光軸ＬＡまでの距離との差である。光束制御部材１４０の全反射面の最外縁部を通る面は、全反射面である第２傾斜面１６２ｃの形成基準面と言い換えることもできる。

Ｒ／Ｏが０．３３以下であると、光束制御部材１４０から出射した光のうち、発光素子１３０の発光中心を基準として光軸ＬＡに対して０°以上３０°以下の光におけるカバー１６０への入射角が大きくなり、この光がカバー１６０から出射しにくくなる。このため、カバー１６０から出射する光のうち、光軸ＬＡに対して０°以上３０°以下の光の光量が少なくなってしまう。

Ｒ／Ｏが１．２以上であると、カバー１６０から出射する光のうち、発光素子１３０の発光中心を基準として光軸ＬＡに対して０°以上３０°以下の光の光量は多くなるが、９０°超１２０°以下の光の光量が相対的に少なくなる。このため、カバー１６０から出射する光の配光が狭くなることがある。

照明装置１００は、照明装置として全方位に適切な配光を実現する観点から、下記式（２）および式（３）の関係を満たすことが好ましい。
０．８＜Ｅａ／Ｅｍａｘ≦１（２）
０．６＜Ｅｄ／Ｅｍａｘ≦１（３）

上記式中、Ｅａは、カバー１６０から出射された光のうち、発光素子１３０の発光中心を基準として光軸ＬＡに対して０°以上３０°以下の領域に出射された光の相対照度の和を表し、Ｅｄは、９０°超１２０°以下の領域に出射された光の相対照度の和を表す。また、Ｅｍａｘは、カバー１６０から出射された光の、発光素子１３０の発光中心を基準として光軸ＬＡに対して３０°超〜６０°以下の領域に出射された光の相対照度の和をＥｂ、６０°超９０°以下の領域に出射された光の相対照度の和をＥｃ、１２０°超１５０°以下の領域に出射された光の相対照度の和をＥｅとしたときの、Ｅａ〜Ｅｅのうちの最大値を表す。「相対照度」とは、発光素子の発光中心から等距離の位置における照度である。相対照度は、実測値であってもよいし、仮想面における照度の計算値であってもよい。

上記式（２）において、Ｅａ＝Ｅｍａｘのとき、Ｅａ／Ｅｍａｘは最大値１となる。Ｅａ／Ｅｍａｘが０．８以下であると、カバー１６０から出射する光のうち、光軸ＬＡに対して０°以上３０°以下の光の光量が少なくなる。このため、カバー１６０からの出射光の配光分布は、０°付近で暗い配光分布となり、好ましくない。

上記式（３）において、Ｅｄ＝Ｅｍａｘのとき、Ｅｄ／Ｅｍａｘは最大値１となる。Ｅｄ／Ｅｍａｘが０．６以下であると、カバー１６０から出射する光のうち、光軸ＬＡに対して９０°超１２０°以下の光の光量が少なくなる。このため、カバー１６０からの出射光が、照明装置の後方（筐体１１０の他端側）まで十分に届かない。よって照明装置として最適な全方位配光が得られないことがある。

Ｅａ／ＥｍａｘおよびＥｄ／Ｅｍａｘは、前述したＲ／Ｏや、光軸ＬＡの方向Ｙにおける基板１２０表面からカバー１６０内面上において最大径となる点Ｐ５（図３参照）までの距離によって調整されうる。たとえば、光軸ＬＡの方向において、Ｐ５がＰ１よりも基板１２０側にある場合では、前方方向の光の光量が増加し、側方方向および後方方向の光の光量が減少する傾向にある。光軸ＬＡの方向において、Ｐ５がＰ１よりも基板１２０から遠い位置にある場合では、側方方向および後方方向の光の光量が増加し、前方方向の光の光量が減少する傾向にある。

［効果］
照明装置１００では、発光素子１３０の光軸ＬＡに対する角度が大きい発光素子１３０からの出射光を、第１光束制御部材１４１の第２傾斜面１６２ｃで反射させることで、第２光束制御部材１４２に到達する光の光量を増やしている。そして、第２光束制御部材１４２に到達した光の一部をカバー１６０の中部および下部に向けて反射させることで、側方方向および後方方向への出射光の光量を増やしている。さらに、光束制御部材１４０からの出射光を、前述の式（１）を満たす形状のカバー１６０に通すことによって、カバー１６０から前方方向、側方方向および後方方向の各方向への出射光量を均等にする。このため、照明装置１００は、白熱電球に近い配光特性を実現することができる。照明装置１００は、白熱電球に代えて室内照明などに使用されうる。また、照明装置１００は、白熱電球よりも消費電力を少なくすることができるとともに、白熱電球よりも長期間使用することができる。

［光束制御部材の変形例］
光束制御部材１４０に代えて、図７に示されるように、フレネルレンズ部１６２を含まない光束制御部材７４０を用いることができる。図７は、本発明の他の実施形態に係る第１光束制御部材およびホルダーの構成を示す図である。図７Ａは平面図であり、図７Ｂは側面図であり、図７Ｃは底面図であり、図７Ｄは図７Ａに示すＢ−Ｂ線の断面図である。図４に示した第１光束制御部材１４１およびホルダー１５０と同じ構成要素を同じ符号で示し、その説明を省略する。

光束制御部材７４０は、図示しない第２光束制御部材１４２に加えて、第１光束制御部材７４１およびホルダー１５０を有する。第１光束制御部材７４１は、発光素子１３０から出射された光を入射する入射面７６１と、入射面７６１から入射した光の一部を全反射する全反射面７６２と、入射面７６１から入射した光の一部および全反射面７６２で反射した光を出射する出射面１６３とを有する。

入射面７６１は、第１光束制御部材７４１の底部に形成された凹部の内面である。入射面７６１は、凹部の天面を構成する内天面と、凹部の側面を構成するテーパー状の内側面とを有する。内側面は、内天面側の縁の内径寸法よりも開口縁側の内径寸法の方が大径となるように、内天面側から開口縁側に向かうに従って内径が漸増している（図７Ｄ参照）。

全反射面７６２は、第１光束制御部材７４１の底部の外縁から出射面１６３の外縁に延びる面である。全反射面７６２は、第１光束制御部材７４１の中心軸ＣＡ１を取り囲むように形成された回転対称面である。全反射面７６２の直径は、底部側から出射面１６３側に向けて漸増している。全反射面７６２を構成する母線は、外側（中心軸ＣＡ１から離れる側）に凸の円弧状曲線である。全反射面７６２を構成する母線を直線とし、全反射面７６２をテーパー形状としてもよい。本変形例における「Ｒ」も、光軸ＬＡを含む断面において、全反射面７６２の最外縁部を通り光軸ＬＡに直交する直線とカバーの内面との交点から光束制御部材７４０の光軸ＬＡから最も離れた点までの光軸ＬＡに直交する方向Ｙにおける距離として、光束制御部材１４０を有する照明装置と同様に定義することができる。全反射面７６２の最外縁部とは、全反射面７６２の上端縁であり、例えば図７中では点Ｐ６で示される。光束制御部材７４０の全反射面７６２の最外縁部を通る面は、全反射面７６２の形成基準面と言い換えることもできる。このような光束制御部材７４０を用いても、照明装置１００は、白熱電球に近い配光特性を実現しうる。

形状の異なるカバーを装着した照明装置の配光特性をシミュレーションによって求めた。具体的には、発光素子１３０の発光中心を基準点として、光軸ＬＡを含む平面における全方位の相対照度を求めた。本シミュレーションでは、発光素子１３０の発光中心から１０００ｍｍの距離にある仮想面における照度を算出した。

（光束制御部材の配光特性）
図８に示すように、カバー１６０を有さない照明装置を用いて、光束制御部材１４０の配光特性を調べた。図９は、上記照明装置（光束制御部材１４０）の配光特性を示すグラフである。このグラフでは、最大照度を「１」として、各方位における相対照度を示している（以下のグラフも同じ）。０°は前方方向（図８における上方方向）を意味し、９０°は側方方向（図８における水平方向）を意味し、１８０°は後方方向（図８における下方方向）を意味する。このグラフから、発光素子１３０からの出射光の配光が光束制御部材１４０によって制御され、側方方向（約６０°）および後方方向（１２０°超１５０°以下）の光量が多くなっていることがわかる。一方で、前方方向（０°以上３０°以下）および後方方向（９０°超１２０°以下）の光量が相対的に少なく、光束制御部材１４０だけではバランスのよい配光を行えないことがわかる。

（実施例１）
図１０に示す形状のカバーを有する照明装置１の配光特性を求めた。照明装置１において、光束制御部材における基板から最も離れた点（前述のＰ１）から、カバーの内面における基板から最も離れた（前述の点Ｐ２）までの、方向Ｘにおける距離（Ｏ）は１７．８ｍｍである。また、光束制御部材における光軸から最も離れた点（前述のＰ３）から、全反射面の形成基準面と同一高さに位置するカバーの内面における点（前述のＰ４）までの、方向Ｙにおける距離（Ｒ）は１３．４４ｍｍである。また、点Ｐ１からカバー内面の最大径の点Ｐ５までの方向Ｘにおける距離（Ｑ）は１２．７ｍｍである。

照明装置１の配光特性を図１１に示す。さらに、照明装置１の、Ｒ／ＯとＥａ／Ｅｍａｘとの相関を示すグラフを図５４に、照明装置１の、Ｒ／ＯとＥｄ／Ｅｍａｘとの相関を示すグラフを図５５に、それぞれ示す。図１１から、照明装置１は、広くかつバランスのよい配光特性を有することがわかる。

（実施例２〜１５）
照明装置１を照明装置２〜１５に代える以外は実施例１と同様にして、照明装置２〜１５の配光特性を求めた。照明装置２〜１５のカバーの形状を図１２，１４，１６，１８，２０，２２，２４，２６，２８，３０，３２，３４，３６および３８に示す。また、照明装置２〜１５におけるＯ，ＲおよびＱを以下の表１に示す。また、照明装置２〜１５の配光特性を図１３，１５，１７，１９，２１，２３，２５，２７，２９，３１，３３，３５，３７および３９に示す。さらに、照明装置２〜１５の、Ｒ／ＯとＥａ／Ｅｍａｘとの相関を示すグラフを図５４に、照明装置２〜１５の、Ｒ／ＯとＥｄ／Ｅｍａｘとの相関を示すグラフを図５５に、それぞれ示す。実施例１５における照明装置１５のカバーおよび光束制御部材は、他の実施例における照明装置のカバーおよび光束制御部材よりも、大きめに形成されている。このような照明装置であっても、Ｒ／Ｏが前述の式（１）を満たすことにより、白熱電球に近い配光特性を実現しうる。

（比較例１〜７）
照明装置１を照明装置１６〜２２に代える以外は実施例１と同様にして、照明装置１６〜２２の配光特性を求めた。照明装置１６〜２２のカバーの形状を図４０，４２，４４，４６，４８，５０および５２に示す。また、照明装置１６〜２２におけるＯ，ＲおよびＱを以下の表１に示す。また、照明装置１６〜２２の配光特性を図４１，４３，４５，４７，４９，５１および５３に示す。さらに、照明装置１６〜２２の、Ｒ／ＯとＥａ／Ｅｍａｘとの相関を示すグラフを図５４に、照明装置１６〜２２の、Ｒ／ＯとＥｄ／Ｅｍａｘとの相関を示すグラフを図５５に、それぞれ示す。

図１１〜図３９、図５４および図５５に示されるように、照明装置１〜１５では、全方位の各角度範囲における光量（Ｅａ〜Ｅｅ）の最大値（Ｅｍａｘ）に対して８０％以上の光量が前方方向（０°以上３０°以下）で得られ、かつ後方方向（９０°超１２０°以下）でも６０％以上の光量が得られる。これらのことから、上記式（１）を満たすカバー１６０を使用することで、光束制御部材１４０による配光制御では光量が相対的に少なくなる前方方向（０°以上３０°以下）および後方方向（９０°超１２０°以下）の光量を多くして、バランスのよい配光を実現できることがわかる。

一方で、図４０〜４７に示されるように、照明装置１６〜１９では、Ｒに対してＯが大きすぎ、前方方向（０°以上３０°以下）の光量が少ないままであるため、バランスのよい配光を実現できない。また、図４８〜５３および図５５に示されるように、照明装置２０〜２２では、ＲがＯに対して大きすぎ、後方方向（９０°超１２０°以下）の光量が少ないままであるため、バランスのよい配光を実現できない。

また、例えば実施例１〜３および７より、Ｏを実質的に固定して、基板１２０の表面からＰ５（最大径位置）までの方向Ｘにおける距離を大きくする（Ｐ５の位置をより高くする）と、後方方向の光量が増加することがわかる。

また、例えば実施例３，１３および比較例４より、ＯとＱを実質的に固定して、Ｒを大きくすると、３０°超１５０°以下の光量が低下し、Ｒを小さくすると、前方方向（０°以上３０°以下）および後方方向（１５０°超１８０°以下）の光量が低下することがわかる。

また、例えば実施例１，４，比較例１および４より、Ｏを実質的に固定して、Ｒを小さくし、かつＰ５の位置をより高くすると、前方方向（０°以上６０°以下）の光量が低下し、かつ後方方向（１５０°超１８０°以下）の光量が増加することがわかる。

また、例えば実施例３，５および８より、Ｏを実質的に固定して、Ｒを大きくし、かつ、かつＰ５の位置をより高くすると、前方方向（０°以上６０°以下）の光量および後方方向（１２０°超１８０°以下）の光量がともに増加することがわかる。

本発明の照明装置は、白熱電球に代えて使用されうるため、シャンデリアや間接照明装置などの各種照明機器に幅広く適用されうる。

１〜２２，１００照明装置
１０１ＬＥＤ電球
１０２ＬＥＤモジュール
１０３基体部
１０４グローブ
１０５光源
１０６光源基板
１０７カバー部材
１１０筐体
１１０ａ傾斜面
１１０ｂ口金
１２０基板
１３０発光素子
１４０，７４０光束制御部材
１４１，７４１第１光束制御部材
１４２第２光束制御部材
１４３嵌合部
１４４凹部
１４５反射面
１４６，１４８フランジ
１５０ホルダー
１５１端面
１５２ガイド突起
１５３爪部
１５５ボス
１５６換気口
１５７係止爪
１６０カバー
１６１屈折部
１６２フレネルレンズ部
１６２ａ円環状の突起
１６２ｂ第１傾斜面
１６２ｃ第２傾斜面
１６３出射面
７６１入射面
７６２全反射面
Ａ，ＣＡ１，ＣＡ２中心軸
Ｃ中央
ＬＡ光軸
Ｐ０カバー１６０の開口部上の点
Ｐ１方向Ｘにおいて基板１２０から最も離れた光束制御部材１４０上の点
Ｐ２方向Ｘにおいて基板１２０から最も離れたカバー１６０の内面上の点
Ｐ３方向Ｙにおいて光軸ＬＡから最も離れた光束制御部材１４０の点
Ｐ４方向Ｙにおいて全反射面の最外縁部を通る直線とカバー１６０の内面との交点
Ｐ５方向Ｙにおいて光軸ＬＡから最も離れたカバー１６０の内面上の点
Ｐ６光軸ＬＡを含む断面における全反射面７６２の最外縁部を示す点

Claims

基板上に配置され、基板の法線に沿う光軸を有する１または２以上の発光素子と、
前記基板上に配置され、前記発光素子から出射された光の配光を制御する光束制御部材と、
少なくとも前記発光素子および前記光束制御部材を覆い、前記光束制御部材から出射された光を拡散させつつ透過させるカバーと、
を有し、
前記光束制御部材は、前記発光素子に対向して配置される第１光束制御部材と、前記第１光束制御部材に対向して配置される第２光束制御部材と、を有し、
前記第１光束制御部材は、前記発光素子から出射された光の一部を入射する入射面と、前記入射面に入射した光の一部を前記第２光束制御部材に向けて反射する全反射面と、前記入射面に入射した光の一部および前記全反射面で反射された光を前記第２光束制御部材に向けて出射する出射面と、を有し、
前記第２光束制御部材は、前記第１光束制御部材の出射面と対向し、前記第１光束制御部材から出射され前記第２光束制御部材に到達した光の一部を反射させ、残部を透過させる反射面を有し、
前記反射面は、前記光軸を回転軸とする回転対称面であり、前記回転対称面の母線が前記第１光束制御部材に対して凹の曲線となるように形成され、
前記反射面の外周部は、前記反射面の中心部と比較して、前記光軸の方向Ｘにおける前記発光素子からの距離が離れた位置に形成され、
前記方向Ｘにおいて、前記光束制御部材上の前記基板から最も離れた点から、前記カバーの内面上の前記基板から最も離れた点までの前記方向Ｘにおける距離をＯとし、
前記光軸を含む断面において、前記全反射面の最外縁部を通り前記光軸に直交する直線と前記カバーの内面との交点から前記光束制御部材の前記光軸から最も離れた点までの前記光軸に直交する方向Ｙにおける距離をＲとしたときに、
Ｏに対するＲの比Ｒ／Ｏが０．３３よりも大きく１．２よりも小さい、
照明装置。
前記第１光束制御部材は、同心円状に配置された円環状の突起を複数有するフレネルレンズ部を有し、
前記円環状の突起は、前記入射面として機能する内側の第１傾斜面と、前記全反射面として機能する外側の第２傾斜面と、を有する、
請求項１に記載の照明装置。
前記カバーから出射された光のうち、前記発光素子の発光中心を基準として前記光軸に対して０°以上３０°以下の領域に出射された光の相対照度の和をＥａ、３０°超６０°以下の領域に出射された光の相対照度の和をＥｂ、６０°超９０°以下の領域に出射された光の相対照度の和をＥｃ、９０°超１２０°以下の領域に出射された光の相対照度の和をＥｄ、１２０°超１５０°以下の領域に出射された光の相対照度の和をＥｅとし、前記Ｅａ〜Ｅｅのうちの最大値をＥｍａｘとしたときに、
Ｅａ／Ｅｍａｘが０．８より大きく１以下であり、Ｅｄ／Ｅｍａｘが０．６より大きく１以下である、
請求項１に記載の照明装置。