JP5977636B2 - 光束制御部材、発光装置および照明装置 - Google Patents
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Description
(照明装置の構成)
図3は、実施の形態1に係る照明装置100の構成を示す要部断面図である。図3に示されるように、照明装置100は、筐体110、基板120、複数の発光素子130、光束制御部材140およびカバー180を有する。図4Aは、複数の発光素子130の配置を示す平面図である。図4Bは、光束制御部材140の断面図である。以下、各構成要素について説明する。
筐体110は、カバー180側に設けられた傾斜面111と、その反対側に設けられた口金112とを有する。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として機能する。筐体110の内部には、口金112と発光素子130とを電気的に接続する電源回路が配置されている。傾斜面111は、カバー180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。
光束制御部材140は、その中心軸CAが発光素子の光軸LAと合致するように配置され、発光素子130から出射された光の配光を制御する。図4B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150と、第1光束制御部材150に対向して配置される第2光束制御部材160と、第1光束制御部材150および第2光束制御部材160を位置決めするホルダー170とを有する。本実施の形態に係る光束制御部材140では、第1光束制御部材150およびホルダー170は、一体的に形成されている。第1光束制御部材150、第2光束制御部材160およびホルダー170の形状は、いずれも回転対称(円対称)である。第1光束制御部材150の中心軸CA1、第2光束制御部材160の中心軸CA2、およびホルダー170の中心軸CA3は、光束制御部材140の中心軸CAと合致する。
図5A〜Dは、第1光束制御部材150およびホルダー170の構成を示す図である。図5Aは平面図であり、図5Bは正面図であり、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。
図6A〜Dは、第2光束制御部材160の構成を示す図である。図6Aは平面図であり、図6Bは正面図であり、図6Cは底面図であり、図6Dは図6Aに示されるB−B線の断面図である。
ホルダー170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170は、筐体110に固定されるとともに、発光素子130に対して第1光束制御部材150および第2光束制御部材160を位置決めする。また、ホルダー170は、ホルダー170を透過する光の出射方向を制御する。
カバー180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180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180の中空領域内に配置される。
次に、本実施の形態に係る照明装置100における、発光素子130から出射された光の進路について説明する。
本実施の形態に係る光束制御部材140の効果(特に、複数の凹部173の効果)を確認するために、複数の発光素子130および光束制御部材140を有する発光装置100’(カバー180を取り外した照明装置100)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、複数の発光素子130の発光中心(図4Aに示される点CP)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CPから1000mmの距離にある仮想面における照度を算出した。
実施の形態1に係る発光装置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150の第2傾斜面154b(全反射面)で反射させることで、第2光束制御部材160に到達する光の量を増やしている。このため、実施の形態1に係る発光装置100’は、カバー180の上部に到達する光を増やすことができる。また、実施の形態1に係る発光装置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150の第2傾斜面154b(全反射面)で反射させることで、カバー180の中部および下部に到達する光の量を減らしている。カバー180の上部に到達する光の量とカバー180の中部および下部に到達する光の量とのバランスは、第2光束制御部材160における光透過率および光反射率を制御することで調整されうる。
(照明装置の構成)
図11は、実施の形態2に係る発光装置200’の構成を示す要部断面図である。図11に示されるように、発光装置200’は、複数の発光素子130および光束制御部材240を有する。光束制御部材240は、第1光束制御部材150、第2光束制御部材160およびホルダー270を含む。実施の形態2に係る発光装置200’は、ホルダー270に形成されている凹部273の断面形状が直角三角形である点で、実施の形態1の発光装置100’と異なる。そこで、実施の形態1の発光装置100’と同じ構成要素については同一の符号を付し、説明を省略する。
本実施の形態に係る光束制御部材240の効果(特に、複数の凹部273の効果)を確認するために、実施の形態1と同様の手順で、発光装置200’の配光特性をシミュレーションによって求めた。
実施の形態2に係る光束制御部材240は、実施の形態1に係る光束制御部材140と同様の効果を有する。なお、実施の形態2に係る光束制御部材240は、実施の形態1に係る光束制御部材140に比べて配光バランスが悪いように見えるが、用途によっては実施の形態1に係る光束制御部材140よりも実施の形態2に係る光束制御部材240の方が好ましい。
(照明装置の構成)
図13は、実施の形態3に係る発光装置300’の構成を示す要部断面図である。図13に示されるように、発光装置300’は、複数の発光素子130および光束制御部材340を有する。光束制御部材340は、第1光束制御部材150、第2光束制御部材160およびホルダー370を含む。実施の形態3に係る発光装置300’は、ホルダー370に形成されている凹部373の断面形状が直角三角形である点で、実施の形態1の発光装置100’と異なる。そこで、実施の形態1の発光装置100’と同じ構成要素については同一の符号を付し、説明を省略する。
本実施の形態に係る光束制御部材340の効果(特に、複数の凹部373の効果)を確認するために、実施の形態1と同様の手順で、発光装置300’の配光特性をシミュレーションによって求めた。
実施の形態3に係る光束制御部材340は、実施の形態1に係る光束制御部材140と同様の効果を有する。なお、実施の形態3に係る光束制御部材340は、実施の形態1に係る光束制御部材140に比べて配光バランスが悪いように見えるが、用途によっては実施の形態1に係る光束制御部材140よりも実施の形態3に係る光束制御部材340の方が好ましい。
(照明装置の構成)
図15は、実施の形態4に係る発光装置400’の構成を示す要部断面図である。図15に示されるように、発光装置400’は、複数の発光素子130および光束制御部材440を有する。光束制御部材440は、第1光束制御部材450、第2光束制御部材160およびホルダー470を含む。実施の形態4に係る発光装置400’は、第1光束制御部材450およびホルダー470の形状が実施の形態1の発光装置100’と異なる。そこで、実施の形態1の発光装置100’と同じ構成要素については同一の符号を付し、説明を省略する。
本実施の形態に係る光束制御部材440の効果(特に、複数の凹部473の効果)を確認するために、実施の形態1と同様の手順で、発光装置400’の配光特性をシミュレーションによって求めた。
実施の形態4に係る光束制御部材440は、実施の形態1に係る光束制御部材140と同様の効果を有する。
(照明装置の構成)
図17は、実施の形態5に係る発光装置500’の構成を示す要部断面図である。図17に示されるように、発光装置500’は、複数の発光素子130および光束制御部材540を有する。光束制御部材540は、第1光束制御部材150、第2光束制御部材160およびホルダー570を含む。実施の形態5に係る発光装置500’は、ホルダー570に形成されている凹部573の断面形状が半円である点で、実施の形態1の発光装置100’と異なる。そこで、実施の形態1の発光装置100’と同じ構成要素については同一の符号を付し、説明を省略する。
本実施の形態に係る光束制御部材540の効果(特に、複数の凹部573の効果)を確認するために、実施の形態1と同様の手順で、発光装置500’の配光特性をシミュレーションによって求めた。
実施の形態5に係る光束制御部材540は、実施の形態1に係る光束制御部材140と同様の効果を有する。なお、実施の形態5に係る光束制御部材540は、実施の形態1に係る光束制御部材140に比べて配光バランスが悪いように見えるが、用途によっては実施の形態1に係る光束制御部材140よりも実施の形態5に係る光束制御部材540の方が好ましい。
(照明装置の構成)
図19は、実施の形態6に係る発光装置600’の構成を示す要部断面図である。図19に示されるように、発光装置600’は、複数の発光素子130および光束制御部材640を有する。光束制御部材640は、第1光束制御部材150、第2光束制御部材160およびホルダー670を含む。実施の形態6に係る発光装置600’は、ホルダー670に凸部673が形成されている点で、実施の形態1の発光装置100’と異なる。そこで、実施の形態1の発光装置100’と同じ構成要素については同一の符号を付し、説明を省略する。
本実施の形態に係る光束制御部材640の効果(特に、複数の凸部673の効果)を確認するために、実施の形態1と同様の手順で、発光装置600’の配光特性をシミュレーションによって求めた。
実施の形態6に係る光束制御部材640は、実施の形態1に係る光束制御部材140と同様の効果を有する。
(照明装置の構成)
図21は、実施の形態7に係る発光装置700’の構成を示す要部断面図である。図21に示されるように、発光装置700’は、複数の発光素子130および光束制御部材740を有する。光束制御部材740は、第1光束制御部材750、第2光束制御部材160およびホルダー770を含む。実施の形態7に係る発光装置700’は、第1光束制御部材750およびホルダー770の形状が実施の形態1の発光装置100’と異なる。そこで、実施の形態1の発光装置100’と同じ構成要素については同一の符号を付し、説明を省略する。
本実施の形態に係る光束制御部材740の効果(特に、複数の凹部773の効果)を確認するために、実施の形態1と同様の手順で、発光装置700’の配光特性をシミュレーションによって求めた。
実施の形態7に係る光束制御部材740は、実施の形態1に係る光束制御部材140と同様の効果を有する。なお、実施の形態7に係る光束制御部材740は、実施の形態1に係る光束制御部材140に比べて配光バランスが悪いように見えるが、用途によっては実施の形態1に係る光束制御部材140よりも実施の形態7に係る光束制御部材740の方が好ましい。
上記各実施の形態に係る発光装置100’〜700’を比較すると、実施の形態1に係る発光装置100’(図9)、実施の形態4に係る発光装置400’(図15)、実施の形態6に係る発光装置600’(図19)の配光特性が特に優れている。これら3つの発光装置は、以下の(1)および(2−1)の条件を満たすか、または(1)および(2−2)の条件を満たしている。条件(1)は、ホルダーの上半分(第1光束制御部材よりも上側の部分)についての条件であり、条件(2−1)および(2−2)は、ホルダーの下半分(第1光束制御部材よりも下側の部分)についての条件である。
(2−1)ホルダーの下半分に、図23Bに示されるような、発光素子からホルダーに直接到達した光の進行方向を、発光素子の光軸LAに直交する方向に近づくように変えるための傾斜面が存在する。
(2−2)ホルダーの下半分に上記(2−1)の条件を満たす傾斜面が存在する代わりに、フレネルレンズ部の外縁がフレネルレンズ部の内縁よりも発光素子に近い。これは、発光素子からホルダーに直接到達する光が少ないことを意味する。
上記各実施の形態では、第1光束制御部材がフレネルレンズ部を有する例について説明したが、第1光束制御部材はフレネルレンズ部を有していなくてもよい。図24は、フレネルレンズ部を含まない第1光束制御部材850の構成を示す図である。図24Aは平面図であり、図24Bは正面図であり、図24Cは底面図であり、図24Dは図24Aに示されるC−C線の断面図である。図24に示される第1光束制御部材850は、ホルダーとは別部材として作製されているが、ホルダーと一体として作製されていてもよい。図5に示される第1光束制御部材150と同じ構成要素については、同じ符号を付して、その説明を省略する。
12 LED
14 ケース
16 アルミ板
18 透過窓
20 カバー
30 比較例の発光装置
100 照明装置
100’,200’,300’,400’,500’,600’,700’ 発光装置
110 筐体
111 傾斜面
112 口金
120 基板
130 発光素子
140,240,340,440,540,640,740 光束制御部材
150,450,750,850 第1光束制御部材
151 屈折部
152 フレネルレンズ部
153 出射面
154 突起
154a 第1傾斜面
154b 第2傾斜面
160 第2光束制御部材
161 反射面
170,270,370,470,570,670,770 ホルダー
171 上側段部
172 下側段部
173,273,373,473,573,773 凹部
173a 第3傾斜面
173b 第4傾斜面
180 カバー
673 凸部
CA 光束制御部材の中心軸
CA1 第1光束制御部材の中心軸
CA2 第2光束制御部材の中心軸
CA3 ホルダーの中心軸
LA 発光素子の光軸
Claims (8)
- 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であって、
発光素子から出射された光の少なくとも一部を入射し、入射した光を所定の配光特性を有する光に制御して出射する第1光束制御部材と、
前記第1光束制御部材から到達した光の一部を反射し、残部を透過させる第2光束制御部材と、
前記第1光束制御部材および前記第2光束制御部材を位置決めする、光透過性を有する略円筒形状のホルダーと、
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少なくとも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させる全反射面と、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させる出射面と、を有し、
前記第2光束制御部材は、前記出射面と対向し、かつ前記第1光束制御部材から到達した光の一部を反射させる反射面を有し、
前記反射面は、前記ホルダーの中心軸を回転軸とする回転対称面であり、かつ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の位置と比較して、前記発光素子の光軸の方向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、
前記ホルダーの外周面には、前記ホルダーを透過する光の出射方向を変化させる凸部または凹部が形成されており、
前記凸部または凹部の形状は、前記ホルダーの中心軸を回転軸とする回転対称である、
光束制御部材。 - 前記ホルダーの外周面には、同一形状の前記凸部または凹部が複数配置されている、請求項1に記載の光束制御部材。
- 前記複数の凸部または凹部は、一定間隔で配置されている、請求項2に記載の光束制御部材。
- 前記凸部または凹部は、前記第2光束制御部材から前記ホルダーに到達した光の進行方向を、前記発光素子の光軸に直交する方向に近づくように変えるための傾斜面を有する、請求項1に記載の光束制御部材。
- 前記凸部または凹部は、前記発光素子から前記ホルダーに直接到達した光の進行方向を、前記発光素子の光軸に直交する方向に近づくように変えるための傾斜面を有する、請求項1に記載の光束制御部材。
- 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に記載の光束制御部材。 - 1または2以上の発光素子と、
請求項1〜6のいずれか一項に記載の光束制御部材と、を有し、
前記光束制御部材は、前記ホルダーの中心軸が前記1または2以上の発光素子の光軸と合致するように配置されている、
発光装置。 - 請求項7に記載の発光装置と、
前記発光装置からの出射光を拡散させつつ透過させるカバーと、
を有する、照明装置。
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