JP6091789B2 - 光束制御部材、発光装置および照明装置 - Google Patents

Description

本発明は、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に関する。また、本発明は、前記光束制御部材を有する発光装置、および前記発光装置を有する照明装置に関する。

近年、省エネルギーの観点から、照明用の光源として、蛍光灯やハロゲンランプなどに代わり、発光ダイオード（以下「ＬＥＤ」という）が使用されるようになってきている。このようなＬＥＤを光源とする発光装置は、用途によっては被照射面の直上ではなく、被照射面に対して斜めに配置されることがある。

たとえば、屋内に設置した栽培棚を使用して植物を栽培する場合、棚板に対して斜めに発光装置を配置して、棚板の上に配置された植物を照らすことがある。このように発光装置を平面状の被照射面に対して斜めに配置する場合、発光装置としてＬＥＤをそのまま使用すると、ＬＥＤから出射される光の多くは被照射面に向かわない不要光となってしまうため、被照射面を効率的に照らすことができない。また、作業者の目に不要光が入るため、作業者が作業しにくくなる。上記問題を解消する手段としては、ＬＥＤから出射された光の配光を制御するレンズをＬＥＤと組み合わせて使用することが考えられる（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１には、平面状の被照射面と、被照射面に平行な直線上に一列に配置された複数のＬＥＤと、複数のＬＥＤを覆う１つの複合レンズとを有する照明装置が記載されている。特許文献１の照明装置では、ＬＥＤの発光面および複合レンズの出射面がいずれも被照射面に対して垂直になるように、複数のＬＥＤおよび複合レンズが配置されている。ＬＥＤの配列方向に直交する方向の複合レンズの断面形状は、複合レンズのどの点においても同じである。また、複合レンズの入射領域（ＬＥＤと対向する領域）の形状は、ＬＥＤの光軸を通り、かつＬＥＤの配列方向に平行な平面に対して非対称である。このように、特許文献１に記載の照明装置は、複合レンズの形状が被照射面側と反被照射面側とで非対称であるため、被照射面の直上に配置されていなくても、被照射面をある程度均一に照らすことができる。

特開２００８−１５３１５４号公報

特許文献１の照明装置では、ＬＥＤの配列方向に直交する方向の複合レンズの断面形状が変化しないため、ＬＥＤの配列方向の光の配光を制御することができない。このため、被照射面に光を集めることができず、被照射面に向かわない不要光が生じてしまうおそれがある。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、被照射面に対して斜めに配置されている場合に、被照射面に光を均一かつ効率的に照射することができるように、発光素子から出射された光の配光を制御することができる光束制御部材を提供することを目的とする。また、本発明は、この光束制御部材を有する発光装置および照明装置を提供することも目的とする。

本発明の光束制御部材は、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を入射させる入射領域と、前記入射領域から入射した光を出射させる出射領域と、を有し、前記入射領域は、前記発光素子から出射された光の一部を入射させる第１傾斜面および前記第１傾斜面から入射した光を前記出射領域に向けて反射させる第２傾斜面を有する平面視形状が円弧状の複数の第１突起が同心に配置された第１フレネルレンズ部を有するか、または前記発光素子から出射された光の一部を前記出射領域に向けて屈折させる平面視形状が扇形の屈折部を有する第１レンズ領域と、前記発光素子から出射された光の他の一部を入射させる第３傾斜面および前記第３傾斜面から入射した光を前記出射領域に向けて反射させる第４傾斜面を有する平面視形状が円弧状の複数の第２突起が同心に配置された第２フレネルレンズ部を有する第２レンズ領域と、を含み、前記発光素子からその光軸に対して角度θで出射され、前記第２フレネルレンズ部を経由する光の光路変換角度は、前記発光素子からその光軸に対して前記角度θで出射され、前記第１フレネルレンズ部または前記屈折部を経由する光の光路変換角度よりも大きい構成を採る。

本発明の発光装置は、前記光束制御部材と発光素子とを有し、前記発光素子の光軸と前記光束制御部材の中心軸とは合致している構成を採る。

本発明の照明装置は、前記発光装置と平面状の被照射面とを有し、前記発光装置は、前記発光素子の光軸と前記被照射面とが鋭角に交わり、かつ前記第１レンズ領域よりも前記第２レンズ領域が前記被照射面に近くなるように配置されている構成を採る。

本発明の光束制御部材を有する発光装置は、被照射面に対して斜めに配置されている場合に、被照射面に光を均一かつ効率的に照射することができる。また、本発明の照明装置は、被照射面に光を均一かつ効率的に照射することができる。

図１Ａ，Ｂは、実施の形態１の発光装置の構成を示す図である。 図２Ａ，Ｂは、実施の形態１の光束制御部材の外観図である。 実施の形態１の光束制御部材の断面図である。 実施の形態１の発光装置の光路図である。 実施の形態１の照明装置の構成を示す図である。 図６Ａ〜Ｄは、従来の光束制御部材の構成を示す図である。 図７Ａ〜Ｄは、実施の形態２の光束制御部材の構成を示す図である。 実施の形態２の変形例の光束制御部材の底面図である。 図９Ａ〜Ｃは、被照射面の照度分布のシミュレーション結果を示す模式図およびグラフである。 図１０Ａ〜Ｄは、実施の形態３の光束制御部材の構成を示す図である。 図１１Ａ，Ｂは、実施の形態３の発光装置の光路図である。

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。

（実施の形態１）
実施の形態１では、第１レンズ領域が第１フレネルレンズ部および屈折部を有し、第２レンズ領域が第２フレネルレンズ部を有する光束制御部材について説明する。

［発光装置および光束制御部材の構成］
図１は、本発明の実施の形態１の発光装置１００の構成を示す図である。図１Ａは、発光装置１００の断面図であり、図１Ｂは、発光装置１００の底面図である。図１Ａでは、発光装置１００が基板１２０上に固定されている様子を図示している。図１Ｂでは、基板１２０を取り除いており、発光装置１００における発光素子１４０の位置を示している。

図１に示されるように、発光装置１００は、発光素子１４０と、光束制御部材１６０とを有する。発光素子１４０は、例えば白色発光ダイオードなどの発光ダイオード（ＬＥＤ）である。光束制御部材１６０は、発光素子１４０から出射された光の配光を制御する。光束制御部材１６０は、中心軸ＣＡが発光素子１４０の光軸ＬＡに合致するように、配置される。

図２および図３は、実施の形態１の光束制御部材１６０の構成を示す図である。図２Ａは、光束制御部材１６０の平面図であり、図２Ｂは、光束制御部材１６０の底面図である。図３は、図２Ａおよび図２ＢにおけるＡ−Ａ線の断面図である。

図２および図３に示されるように、光束制御部材１６０は、発光素子１４０から出射された光を入射させる入射領域１６２と、入射領域１６２の反対側に位置し、入射領域１６２から入射した光を出射させる出射領域１６４と、入射領域１６２および出射領域１６４を位置決めする脚部１６６とを有する。

光束制御部材１６０は、有底の円筒のような形状をしている。底板に相当する円形の板状部の一方の面（円筒の内部に対向する面）には入射領域１６２が形成されており、他方の面には出射領域１６４が形成されている。また、略円筒形状の脚部１６６は、入射領域１６２および出射領域１６４が形成された板状部を入射領域１６２側から支持している。

光束制御部材１６０は、一体成形により形成されている。光束制御部材１６０の素材は、所望の波長の光を通過させるものであれば特に限定されない。たとえば、光束制御部材１６０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。

入射領域１６２は、発光素子１４０から出射された光の一部を光束制御部材１６０に入射させる領域である。入射領域１６２は、発光装置１００において発光素子１４０と対向する光束制御部材１６０の対向部（出射領域１６４の反対側に位置する）に形成される。入射領域１６２は、対向部の一部に配置された第１レンズ領域１０と、対向部の残部に配置された第２レンズ領域５０とを有する。

第１レンズ領域１０は、第１フレネルレンズ部１７０および屈折部１６８を有する。第１フレネルレンズ部１７０は、発光素子１４０から出射された光の一部を光束制御部材１６０内に入射させ、入射した光を出射領域に向けて所定の角度で反射させる。第１フレネルレンズ部１７０は、平面視したときに、半円環形状である。第１フレネルレンズ部１７０は、同心に配置された平面視形状が円弧状の複数の第１突起１７２を有する。すなわち、第１フレネルレンズ部１７０は、同心円状に配置された複数の円環状突起を有する反射型フレネルレンズの一部ともいえる。本明細書では、前記同心円の中心を通り、かつ発光素子１４０の光軸ＬＡに平行な直線を光束制御部材１６０の中心軸ＣＡとする。

複数の第１突起１７２は、それぞれ、発光素子１４０から出射された光を入射させる入射面である第１傾斜面１７４と、第１傾斜面１７４から入射した光を出射領域１６４に向けて反射させる反射面である第２傾斜面１７６とを有する。各第１突起１７２において、第１傾斜面１７４は内側（中心軸ＣＡ側）に位置し、第２傾斜面１７６は外側（脚部１６６側）に位置する。また、各第１突起１７２において、第１傾斜面１７４と第２傾斜面１７６とは、連続していてもよいし、不連続であってもよい。前者の場合、第１傾斜面１７４と第２傾斜面１７６との間に稜線が形成される。後者の場合、第１傾斜面１７４と第２傾斜面１７６との間に別の面が形成される。第１傾斜面１７４と第２傾斜面１７６との間に別の面を設け、鋭角部分（稜線部分）を無くすことで、製造性を向上させることができる。

第１傾斜面１７４の母線（第１突起１７２の断面（中心軸ＣＡを含む光束制御部材１６０の断面）における第１傾斜面１７４）は、直線であってもよいし、曲線であってもよい。発光素子１４０の光軸ＬＡに対する第１傾斜面１７４の角度は、第１傾斜面１７４から入射した光を第２傾斜面１７６側に屈折させることができれば特に限定されず、発光素子１４０の大きさや位置などに応じて適宜設定されうる。なお、第１傾斜面１７４の母線が曲線の場合、「第１傾斜面１７４の角度」とは、第１傾斜面１７４の母線の接線の角度をいう。製造性の観点からは、第１傾斜面１７４は、入射領域１６２側よりも出射領域１６４側が発光素子１４０の光軸ＬＡに近くなるように、発光素子１４０の光軸ＬＡに対して０〜２０°程度傾斜していることが好ましい。光束制御部材１６０を射出成形する際の金型からの抜き勾配や第１傾斜面１７４から入射した光の第２傾斜面１７６への光の伝播効率などを考慮すると、第１傾斜面１７４は、３〜５°程度傾斜していることがより好ましい。なお、各第１突起１７２の第１傾斜面１７４の角度は、同一であってもよいし、異なっていてもよい。

第２傾斜面１７６の母線（第１突起１７２の断面（中心軸ＣＡを含む光束制御部材１６０の断面）における第２傾斜面１７６）は、直線であってもよいし、曲線であってもよい。発光素子１４０の光軸ＬＡに対する第２傾斜面１７６の角度は、第１傾斜面１７４から入射した光を出射領域１６４側に所定の角度で反射させることができれば特に限定されず、目的とする配光特性などに応じて適宜設定されうる。なお、第２傾斜面１７６の母線が曲線の場合、「第２傾斜面１７６の角度」とは、第２傾斜面１７６の母線の接線の角度をいう。通常は、出射領域１６４側よりも入射領域１６２側が発光素子１４０の光軸ＬＡに近くなるように、発光素子１４０の光軸ＬＡに対して２０〜６０°程度傾斜しており、第１傾斜面１７４から入射した光を全反射させるように形成されている。各第１突起１７２の第２傾斜面１７６の角度は、同一であってもよいし、異なっていてもよい。

屈折部１６８は、発光素子１４０と対向する位置に、光束制御部材１６０の中心軸ＣＡと交わるように形成されている。屈折部１６８は、発光素子１４０から出射された光の一部（主として前方方向に出射された、発光素子１４０の光軸ＬＡ近傍の光）を光束制御部材１６０内に入射させるとともに、入射した光を出射領域１６４に向けて屈折させる。屈折部１６８の形状は、特に限定されず、平面、球面または非球面であってもよいし、屈折型フレネルレンズであってもよい。

第２レンズ領域５０は、第２フレネルレンズ部１８０を有する。第２フレネルレンズ部１８０は、発光素子１４０から出射された光の他の一部を光束制御部材１６０内に入射させ、入射した光を出射領域に向けて所定の角度で反射させる。第２フレネルレンズ部１８０は、平面視したときに、半円環形状である。第２フレネルレンズ部１８０は、同心に配置された平面視形状が円弧状の複数の第２突起１８２を有する。すなわち、第２フレネルレンズ部１８０は、同心円状に配置された複数の円環状突起を有する反射型フレネルレンズの一部ともいえる。ここで、円弧状の第２突起１８２の中心軸（前記同心円の中心を通り、かつ発光素子１４０の光軸ＬＡに平行な直線）は、円弧状の第１突起１７２の中心軸（光束制御部材１６０の中心軸ＣＡ）と合致する。

複数の第２突起１８２は、それぞれ、発光素子１４０から出射された光を入射させる入射面である第３傾斜面１８４と、第３傾斜面１８４から入射した光を出射領域１６４に向けて反射させる反射面である第４傾斜面１８６とを有する。各第２突起１８２において、第３傾斜面１８４は内側（中心軸ＣＡ側）に位置し、第４傾斜面１８６は外側（脚部１６６側）に位置する。また、各第２突起１８２において、第３傾斜面１８４と第４傾斜面１８６とは、連続していてもよいし、不連続であってもよい。前者の場合、第３傾斜面１８４と第４傾斜面１８６との間に稜線が形成される。後者の場合、第３傾斜面１８４と第４傾斜面１８６との間に別の面が形成される。第３傾斜面１８４と第４傾斜面１８６との間に別の面を設け、鋭角部分（稜線部分）を無くすことで、製造性を向上させることができる。

第３傾斜面１８４の母線（第２突起１８２の断面（中心軸ＣＡを含む光束制御部材１６０の断面）における第３傾斜面１８４）は、直線であってもよいし、曲線であってもよい。発光素子１４０の光軸ＬＡに対する第３傾斜面１８４の角度は、第３傾斜面１８４から入射した光を第４傾斜面１８６側に屈折させることができれば特に限定されず、発光素子１４０の大きさや位置などに応じて適宜設定されうる。なお、第３傾斜面１８４の母線が曲線の場合、「第３傾斜面１８４の角度」とは、第３傾斜面１８４の母線の接線の角度をいう。製造性の観点からは、第３傾斜面１８４は、入射領域１６２側よりも出射領域１６４側が発光素子１４０の光軸ＬＡに近くなるように、発光素子１４０の光軸ＬＡに対して０〜２０°程度傾斜していることが好ましい。光束制御部材１６０を射出成形する際の金型からの抜き勾配や第３傾斜面１８４から入射した光の第４傾斜面１８６への光の伝播効率などを考慮すると、第３傾斜面１８４は、３〜５°程度傾斜していることがより好ましい。なお、各第２突起１８２の第３傾斜面１８４の角度は、同一であってもよいし、異なっていてもよい。

第４傾斜面１８６の母線（第２突起１８２の断面（中心軸ＣＡを含む光束制御部材１６０の断面）における第４傾斜面１８６）は、直線であってもよいし、曲線であってもよい。発光素子１４０の光軸ＬＡに対する第４傾斜面１８６の角度は、第３傾斜面１８４から入射した光を出射領域１６４側に所定の角度で反射させることができれば特に限定されず、目的とする配光特性などに応じて適宜設定されうる。なお、第４傾斜面１８６の母線が曲線の場合、「第４傾斜面１８６の角度」とは、第４傾斜面１８６の母線の接線の角度をいう。通常は、出射領域１６４側よりも入射領域１６２側が発光素子１４０の光軸ＬＡに近くなるように、発光素子１４０の光軸ＬＡに対して２０〜６０°程度傾斜しており、第３傾斜面１８４から入射した光を全反射させるように形成されている。各第２突起１８２の第４傾斜面１８６の角度は、同一であってもよいし、異なっていてもよい。

出射領域１６４は、入射領域１６２から入射した光を出射させる領域である。出射領域１６４は、発光素子１４０とは反対側の、被照射面側に形成された平面である。本実施の形態において、出射領域１６４は、発光素子１４０の光軸ＬＡと直交するように形成されている。

脚部１６６は、光束制御部材１６０を発光素子１４０に対して位置決めする部材である。脚部１６６は、光束制御部材１６０の外周部に位置し、略円筒形状に形成されている。脚部１６６は、入射領域１６２および出射領域１６４が形成された円形の板状部を支持すると共に、入射領域１６２に入射しなかった発光素子１４０からの光を外部に透過させる。脚部１６６の下端部には、基板に対する設置面積を広くする設置部１６７が設けられている（図３参照）。設置部１６７は、脚部１６６の下端から径方向に延在した環状板である。

図４は、実施の形態１の発光装置の光路図である。第１フレネルレンズ部１７０（第１レンズ領域１０）および第２フレネルレンズ部１８０（第２レンズ領域５０）に入射した光は、いずれも発光素子１４０の光軸ＬＡに近づく方向または交わる方向に光路変換され、出射領域１６４から出射される。図４は、第１フレネルレンズ部１７０（第１レンズ領域１０）および第２フレネルレンズ部１８０（第２レンズ領域５０）のそれぞれにおいて、光軸ＬＡに対して同一角度θで出射された光Ｒ１０およびＲ２０が、光束制御部材１６０によってどのように光路変換されるかを示している。

発光素子１４０から角度θで出射され、第２フレネルレンズ部１８０を介して出射領域１６４から出射された光Ｒ２１の入射光Ｒ２０に対する光路変換角度θ２は、発光素子１４０から同一角度θで出射され、第１フレネルレンズ部１７０を介して出射領域１６４から出射された光Ｒ１１の入射光Ｒ１０に対する光路変換角度θ１よりも大きい。θ２をθ１より大きくする方法は、特に限定されない。たとえば、第１傾斜面１７４の発光素子１４０の光軸ＬＡに対する角度と、第３傾斜面１８４の発光素子１４０の光軸ＬＡに対する角度を同じ角度にし、かつ第２傾斜面１７６の発光素子１４０の光軸ＬＡに対する角度を、第４傾斜面１８６の発光素子１４０の光軸ＬＡに対する角度よりも大きくすればよい。また、第１傾斜面１７４の発光素子１４０の光軸ＬＡに対する角度と第３傾斜面１８４の発光素子１４０の光軸ＬＡに対する角度を同じ角度にしなくても、第１傾斜面１７４の発光素子１４０の光軸ＬＡに対する角度と第２傾斜面１７６の発光素子１４０の光軸ＬＡに対する角度、および第３傾斜面１８４の発光素子１４０の光軸ＬＡに対する角度と第４傾斜面１８６の発光素子１４０の光軸ＬＡに対する角度を適宜調整することで、θ２をθ１より大きくすることができる。最も内側の第１突起１７２には、外側の第１突起１７２に比べて、発光素子１４０の出射光の配光特性において高い光度が得られる方向に出射された光が入射する。同様に、最も内側の第２突起１８２には、外側の第２突起１８２に比べて、発光素子１４０の出射光の配光特性において高い光度が得られる方向に出射された光が入射する。発光素子１４０から角度θで出射された光が、最も内側の第１突起１７２および最も内側の第２突起１８２にそれぞれ入射する場合、第１フレネルレンズ部１７０および第２フレネルレンズ部１８０に入射する光のうち、少なくとも高光度の光がθ２＞θ１を満たすように、第１突起１７２および第２突起１８２が形成されている。

［照明装置の構成］
次に、実施の形態１の発光装置１００を有する実施の形態１の照明装置１９０について説明する。

図５は、実施の形態１の照明装置１９０の構成を示す図である。図５Ａは、照明装置１９０の側面図であり、図５Ｂは、照明装置１９０の平面図である。図５に示されるように、照明装置１９０は、複数の発光装置１００と、平面状の被照射面１９２とを有する。前述したように、発光装置１００は、光束制御部材１６０および発光素子１４０を含む。

複数の発光装置１００は、それぞれ、発光素子１４０の光軸ＬＡと被照射面１９２とが鋭角θ３に交わり、かつ第１レンズ領域１０よりも第２レンズ領域５０が被照射面１９２に近くなるように配置されている。具体的には、発光装置１００は、被照射面１９２の一対の長辺の直上に、それぞれ一定間隔で配置される。各発光装置１００は、被照射面１９２から所定の高さとなるように、かつ被照射面１９２および発光素子１４０の光軸ＬＡが４５°で交わるように、図外の支持部材によって支持される。なお、被照射面１９２と、発光素子１４０の光軸ＬＡとが交わる角度θ３は、特に限定されず、０°超かつ９０°未満であって、被照射面１９２の照度の均一性が高くなるような角度に調整される。

［効果］
実施の形態１の光束制御部材１６０では、第１レンズ領域１０（第１フレネルレンズ部１７０および屈折部１６８）と第２レンズ領域５０（第２フレネルレンズ部１８０）の形状が非対称であるため、それぞれを介して出射された光の発光素子１４０の光軸ＬＡに対する角度が互いに異なる（図４参照）。実施の形態１の光束制御部材１６０を有する発光装置１００は、被照射面１９２に対して斜めに配置された場合に、被照射面側（下側）に配置される第２レンズ領域５０を通過する光の光路変換角度θ２が、反被照射面側（上側）に配置される第１レンズ領域１０を通過する光の光路変換角度θ１よりも大きいため、被照射面１９２の発光装置１００近傍の領域に高光度の光を到達させずに、被照射面１９２を均一に効率よく照らすことができる。

また、実施の形態１の光束制御部材１６０では、光の配光を制御するための第１フレネルレンズ部１７０および第２フレネルレンズ部１８０の突起（第１突起１７２および第２突起１８２）が円弧状に形成されているため、発光素子１４０の光軸ＬＡに対して大きな角度で出射された光が適度に集光される。このため、実施の形態１の光束制御部材１６０を有する発光装置１００は、被照射面１９２をより均一に効率よく照射することができる。

図６は、従来の光束制御部材の構成を示す図である。図６Ａおよび図６Ｂは、入射領域にフレネル構造を有していない光束制御部材（保護カバー）の構成を示す図である。図６Ｃおよび図６Ｄは、入射領域に回転対称（円対称）のフレネル構造を有する光束制御部材の構成を示す図である。図６Ａおよび図６Ｃは、断面図であり、図６Ｂおよび図６Ｄは、底面図である。図６Ａおよび図６Ｂに示される従来の光束制御部材は、入射領域にフレネル構造を有しておらず、発光素子から出射された光を被照射面に効率よく照射することができない。また、図６Ｃおよび図６Ｄに示される従来の光束制御部材は、フレネル構造の形状が回転対称であるため、発光装置を被照射面に対して斜めに配置した場合に、被照射面を均一に照射することができない。一方、実施の形態１の光束制御部材１６０では、被照射面側（下側）および反被照射面側（上側）でフレネル構造の形状が非対称であるため、被照射面１９２を均一に効率よく照射することができる。

（実施の形態２）
実施の形態２では、第１レンズ領域が第１フレネルレンズ部および屈折部を有し、第２レンズ領域が第２フレネルレンズ部を有し、かつ第１フレネルレンズ部と第２フレネルレンズ部とが離間している光束制御部材について説明する。

本発明の実施の形態２の照明装置および発光装置は、実施の形態１の光束制御部材１６０の代わりに実施の形態２の光束制御部材２６０を有する点において、実施の形態１の照明装置１９０および発光装置１００と異なる。そこで、本実施の形態では、実施の形態２の光束制御部材２６０についてのみ説明する。

［光束制御部材の構成］
図７は、実施の形態２の光束制御部材２６０の構成を示す図である。図７Ａは、光束制御部材２６０の平面図であり、図７Ｂは、光束制御部材２６０の底面図であり、図７Ｃは、図７Ａおよび図７ＢにおけるＢ−Ｂ線の断面図であり、図７Ｄは、図７Ａおよび図７ＢにおけるＣ−Ｃ線の断面図である。なお、実施の形態１の光束制御部材１６０と同一の構成要素については、同一の符号を付してその説明を省略する。

図７Ａ〜Ｄに示されるように、光束制御部材２６０は、入射領域２６２と、出射領域１６４と、脚部１６６とを有する。

入射領域２６２は、第１レンズ領域２０と、第２レンズ領域６０とを有する。第１レンズ領域２０は、平面視したときに、半円状の領域であり、第１フレネルレンズ部２７０および屈折部１６８を有する。第２レンズ領域６０は、平面視したときに、半円状の領域であり、第２フレネルレンズ部２８０を有する。図７Ｂに示されるように、第１フレネルレンズ部２７０と、第２フレネルレンズ部２８０とは、離間している。

第１フレネルレンズ部２７０および第２フレネルレンズ部２８０が離間することにより生じる間隙２８２の形状は、第１フレネルレンズ部２７０と、第２フレネルレンズ部２８０とが連続しないように配置されていれば特に限定されない。たとえば、図７Ｂに示されるように、第１フレネルレンズ部２７０および第２フレネルレンズ部２８０の中心角を、それぞれ１８０°未満とすることで構成してもよい。なお、間隙２８２は、平面状に形成される。このとき、間隙２８２の中心角は、１０〜６０°（例えば３０°）であることが好ましい。この場合、第１フレネルレンズ部２７０および第２フレネルレンズ部２８０の中心角を、それぞれ１７０〜１２０°（例えば１５０°）とすればよい。図７Ｂでは、第１フレネルレンズ部２７０の端部および第２フレネルレンズ部２８０の端部の間の角度が３０°の光束制御部材２６０を図示している。また、間隙２８２の形状は、図８に示される形状であってもよい。

なお、本実施の形態では、間隙２８２の形状が、図７ＢのＣ−Ｃ線に対して対称である場合について示したが、間隙２８２の形状は、Ｃ−Ｃ線に対して非対称であってもよい。

［照度分布シミュレーション］
図７に示される実施の形態２の光束制御部材２６０を有する発光装置２００について、被照射面における照度分布をシミュレーションした。また、比較のため、従来技術を模した光束制御部材（短軸方向の断面形状がいずれの点においても図７Ｄの断面であり、複数の第１突起および複数の第２突起が互いに平行である光束制御部材）を有する発光装置についても、被照射面１９２の照度分布をシミュレーションした。いずれの発光装置も、図５Ａに示されるように、発光素子１４０の光軸ＬＡと被照射面との角度が４５°となるように、被照射面から２２０ｍｍの高さに設置したものと仮定した。

図９Ａは、照度の測定場所を説明するための平面模式図である。図９Ａに示されるように、発光装置２００の直下の点と、発光素子１４０の光軸ＬＡおよび被照射面の交点とを通る直線（Ｙ軸）において、発光装置２００の直下の点から４５０ｍｍの点を基準位置とした。基準位置を中心として、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に±８００ｍｍの範囲内で照度をシミュレーションした。

図９Ｂは、実施の形態２の光束制御部材２６０を有する発光装置２００のシミュレーション結果であり、図９Ｃは、従来技術を模した光束制御部材を有する発光装置のシミュレーション結果である。

図９Ｂおよび図９Ｃにおいて、Ｘ軸方向の照度分布（破線）を比較してみると、従来技術を模した光束制御部材に比べて、実施の形態２の光束制御部材２６０の方が、光を集光していることがわかる（ピーク幅が狭くなっている）。一方、Ｙ軸方向の照度分布（実線）を比較してみると、従来技術を模した光束制御部材に比べて、実施の形態２の光束制御部材２６０の方が、基準位置の照度が高くなっていることがわかる。また、Ｙ軸方向の照度分布の比較において、従来技術を模した光束制御部材に比べて、実施の形態２の光束制御部材２６０の方が、分布曲線の裾野の幅が広がっており、所定の照度値の得られる範囲がＹ軸方向に広がっていることがわかる。たとえば、約３５ｌｕｘ以上が得られる範囲を比較すると、従来技術を模した光束制御部材では−５００ｍｍから０ｍｍの範囲であるが、実施の形態２の光束制御部材２６０では−５００ｍｍから＋１００ｍｍの範囲である。

これらの結果から、本発明の光束制御部材は、Ｘ軸方向の出射光の拡がりをある程度抑制するとともに、被照射面の発光装置近傍の領域に向かう光を発光装置から遠い位置に向かわせることで、発光装置近傍における明部の発生および発光装置から遠い位置における暗部の発生を抑制できることがわかる。

［効果］
実施の形態２の光束制御部材２６０を有する発光装置２００は、実施の形態１の発光装置１００の効果に加え、間隙２８２から入射した光が集光されないため、発光装置２００の側方方向にも適度に光を拡げ、被照射面１９２をより均一に照らすことができる。

（実施の形態３）
実施の形態３では、第１レンズ領域が屈折部および第１突起を有し、第２レンズ領域が第２フレネルレンズ部を有する光束制御部材について説明する。

本発明の実施の形態３の照明装置および発光装置は、実施の形態１の光束制御部材１６０の代わりに実施の形態３の光束制御部材３６０を有する点において、実施の形態１の照明装置１９０および発光装置１００と異なる。そこで、本実施の形態では、実施の形態３の光束制御部材３６０についてのみ説明する。

［光束制御部材の構成］
図１０は、実施の形態３の光束制御部材３６０の構成を示す図である。図１０Ａは、光束制御部材３６０の平面図であり、図１０Ｂは、光束制御部材３６０の底面図であり、図１０Ｃは、図１０ＡにおけるＥ−Ｅ線の断面図であり、図１０Ｄは、図１０Ａおよび図１０ＢにおけるＦ−Ｆ線の断面図である。なお、実施の形態１の光束制御部材１６０と同一の構成要素については、同一の符号を付してその説明を省略する。

図１０Ａ〜Ｄに示されるように、光束制御部材３６０は、入射領域３６２と、出射領域１６４と、脚部３６６とを有する。

入射領域３６２は、第１レンズ領域３０および第２レンズ領域７０を有する。第１レンズ領域３０は、屈折部２６８および屈折部２６８の外側に配置された第１突起３７０を有する。

屈折部２６８は、発光素子１４０から出射された光の一部を光束制御部材３６０内に入射させると共に、入射した光を出射領域１６４に向けて所定の角度で屈折させる。屈折部２６８は、平面視したときに、中心角が１８０°の扇形（半円）の形状である。屈折部２６８における光束制御部材３６０の厚みは、発光素子１４０の光軸ＬＡから離れるにつれて漸減している。すなわち、屈折部２６８は、円錐面の一部ともいえる。屈折部２６８の母線（屈折部２６８の断面（中心軸ＣＡを含む光束制御部材３６０の断面）は、直線である。

第１突起３７０は、発光素子１４０から光軸ＬＡに対して大きい角度で出射される光を光束制御部材３６０内に入射させ、入射した光を出射領域１６４に向けて所定の角度で反射させる。第１突起３７０は、発光素子１４０から出射された光を入射させる入射面である第１傾斜面３７４と、第１傾斜面３７４から入射した光を出射領域１６４に向けて反射させる反射面である第２傾斜面３７６とを有する。第１突起３７０において、第１傾斜面３７４は内側（中心軸ＣＡ側）に位置し、第２傾斜面３７６は外側（脚部３６６側）に位置する。また、第１突起３７０において、第１傾斜面３７４と第２傾斜面３７６とは、連続していてもよいし、不連続であってもよい。前者の場合、第１傾斜面３７４と第２傾斜面３７６との間に稜線が形成される。後者の場合、第１傾斜面３７４と第２傾斜面３７６との間に別の面が形成される。第１傾斜面３７４と第２傾斜面３７６との間に別の面を設け、鋭角部分（稜線部分）を無くすことで、製造性を向上させることができる。なお、実施の形態３では、第１突起３７０が１つのものを示しているが、第１突起３７０が複数形成されていてもよい。これにより、被照射面に向かう光を増やすことができる。

第２レンズ領域７０は、第２フレネルレンズ部２８０を有する。なお、第２フレネルレンズ部２８０の中心部に、屈折面２６９が形成されていてもよい。屈折面２６９は、平面視したときに、中心角が１８０°の扇形（半円）の形状である。屈折面２６９における光束制御部材３６０の厚みは、発光素子１４０の光軸ＬＡから離れるにつれて漸減している。すなわち、屈折面２６９は、円錐面の一部ともいえる。屈折面２６９の母線（屈折面２６９の断面（中心軸ＣＡを含む光束制御部材３６０の断面）は、直線である。

脚部３６６には、設置部１６７の裏面に光束制御部材３６０を設置する向きを決める突起１６９が形成されている。

図１１は、実施の形態３の発光装置の光路図である。図１１Ａは、発光素子１４０から光軸ＬＡに対して小さい角度（角度θ’）で出射された光の光路図であり、図１１Ｂは、発光素子１４０から光軸ＬＡに対して大きい角度（角度θ”）で出射された光の光路図である。

図１１Ａは、発光素子１４０から同一角度θ’で出射され、屈折部２６８または第２フレネルレンズ部２８０に入射する光Ｒ３０およびＲ４０が、光束制御部材３６０によってどのように光路変換されるかを示している。図１１Ｂは、発光素子１４０から角度θ”で出射され、第１突起３７０または第２フレネルレンズ部２８０に入射する光Ｒ５０およびＲ６０が、光束制御部材３６０によってどのように光路変換されるかを示している。

図１１Ａに示されるように、発光素子１４０から角度θ’で出射され、第２フレネルレンズ部２８０を介して出射領域１６４から出射された光Ｒ４１の入射光Ｒ４０に対する光路変換角度θ４は、発光素子１４０から角度θ’で出射され、屈折部２６８を介して出射領域１６４から出射された光Ｒ３１の入射光Ｒ３０に対する光路変換角度θ３よりも大きい。全反射を利用した光路変換は、屈折による光路変換よりも光路変換角度を大きくすることができる。そのため、発光素子１４０から被照射面外へ向かう方向へ出射する光を大きく角度変換して被照射面内に向かわせるようにするための第２フレネルレンズ部２８０には、内部入射する光を全反射させる傾斜面（第４傾斜面）が必須である。一方、第１レンズ領域３０は、被照射面内において発光装置１００の近傍領域から離間する領域へ向かう光とする程度の角度変換で十分であるため、全反射させるための傾斜面は必須ではない。第２フレネルレンズ部２８０における複数の第２突起の入射傾斜面（第３傾斜面）、全反射傾斜面（第４傾斜面）および第１レンズ領域３０の屈折部２６８の傾斜角度を調整することにより、θ４＞θ３となるように調整すればよい。

また、図１１Ｂに示されるように、発光素子１４０から角度θ”で出射され、第２フレネルレンズ部２８０を介して出射領域１６４から出射された光Ｒ６１の入射光Ｒ６０に対する光路変換角度θ６は、発光素子１４０から角度θ”で出射され、第１突起３７０を介して出射領域１６４から出射された光Ｒ５１の入射光Ｒ５０に対する光路変換角度θ５よりも大きい。θ６をθ５より大きくする方法は、実施の形態１の光束制御部材１６０と同じである。

［効果］
実施の形態３の光束制御部材３６０を有する発光装置は、実施の形態１の発光装置１００と同じ効果を有する。

本発明の光束制御部材、発光装置および照明装置は、平面形状の被照射面に発光素子から出射された光を均一かつ効率的に照射することができる。本発明の発光装置および照明装置は、例えば、植物栽培用の照明やタスクライト（卓上照明）、読書灯などとして有用である。

１０、２０、３０ 第１レンズ領域
５０、６０、７０ 第２レンズ領域
１００、２００ 発光装置
１２０ 基板
１４０ 発光素子
１６０、２６０、３６０ 光束制御部材
１６２、２６２、３６２ 入射領域
１６４ 出射領域
１６６、３６６ 脚部
１６７ 設置部
１６８、２６８ 屈折部
１６９ 突起
１７０、２７０ 第１フレネルレンズ部
１７２、３７０ 第１突起
１７４、３７４ 第１傾斜面
１７６、３７６ 第２傾斜面
１８０、２８０ 第２フレネルレンズ部
１８２ 第２突起
１８４ 第３傾斜面
１８６ 第４傾斜面
１９０ 照明装置
１９２ 被照射面
２６９ 屈折面
２８２ 間隙
ＣＡ 中心軸
ＬＡ 光軸

Claims (8)

1. 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を入射させる入射領域と、
   前記入射領域から入射した光を出射させる出射領域と、を有し、
   前記入射領域は、
   前記発光素子から出射された光の一部を入射させる第１傾斜面および前記第１傾斜面から入射した光を前記出射領域に向けて反射させる第２傾斜面を有する平面視形状が円弧状の複数の第１突起が同心に配置された第１フレネルレンズ部を有するか、または前記発光素子から出射された光の一部を前記出射領域に向けて屈折させる平面視形状が扇形の屈折部を有する第１レンズ領域と、
   前記発光素子から出射された光の他の一部を入射させる第３傾斜面および前記第３傾斜面から入射した光を前記出射領域に向けて反射させる第４傾斜面を有する平面視形状が円弧状の複数の第２突起が同心に配置された第２フレネルレンズ部を有する第２レンズ領域と、
   を含み、
   前記発光素子からその光軸に対して角度θで出射され、前記第２フレネルレンズ部を介して前記出射領域から出射された光の、前記発光素子から出射された光に対する光路変換角度は、前記発光素子からその光軸に対して前記角度θで出射され、前記第１フレネルレンズ部または前記屈折部を介して前記出射領域から出射された光の、前記発光素子から出射された光に対する光路変換角度よりも大きく、
   前記発光素子からその光軸に対して角度θで出射され、前記第２フレネルレンズ部を介して前記出射領域から出射される光と、前記発光素子からその光軸に対して前記角度θで出射され、前記第１フレネルレンズ部または前記屈折部を介して前記出射領域から出射される光は、いずれも前記光軸に近づく方向または交わる方向に光路変換される、
   光束制御部材。
2. 前記第１レンズ領域は、前記屈折部および前記屈折部の外側に配置された前記第１突起を有する、請求項１に記載の光束制御部材。
3. 前記第１レンズ領域は、前記第１フレネルレンズ部を有する、請求項１に記載の光束制御部材。
4. 前記第１傾斜面および前記第３傾斜面は、入射する光をそれぞれ前記第２傾斜面および前記第４傾斜面に向かうように屈折可能な角度に形成されており、
   前記第２傾斜面の前記発光素子の光軸に対する角度は、前記第４傾斜面の前記発光素子の光軸に対する角度より大きい、
   請求項３に記載の光束制御部材。
5. 前記第１フレネルレンズ部と、前記第２フレネルレンズ部とは、離間している、請求項３に記載の光束制御部材。
6. 前記第１レンズ領域は、前記屈折部を有し、
   前記屈折部における前記光束制御部材の厚みは、前記発光素子の光軸から離れるにつれて漸減する、請求項１に記載の光束制御部材。
7. 請求項１〜６のいずれか一項に記載の光束制御部材と、発光素子とを有し、
   前記発光素子の光軸と、前記光束制御部材の中心軸とは、合致している、
   発光装置。
8. 請求項７に記載の発光装置と、平面状の被照射面と、を有し、
   前記発光装置は、前記発光素子の光軸と前記被照射面とが鋭角に交わり、かつ前記第１レンズ領域よりも前記第２レンズ領域が前記被照射面に近くなるように配置されている、
   照明装置。