JP6310616B2 - 照明器具用レンズ - Google Patents

Description

本発明は、ダウンライト、スポットライト等に使用されて均斉性の高い照射領域を作り出す照明器具用レンズに関する。

照明器具において、照射領域（照射面）の照度の均斉性を高めるために、インテグレータレンズ（フライアイレンズ）を使用することがある（特許文献１参照）。

このものは、六角形状の同じサイズの小さなレンズ素子を多数、平面状に密に配列して、全体として大きな六角形状のインテグレータレンズを構成している。

このような六角形状のインテグレータレンズは、例えば、ダウンライト、スポットライト等の照明器具に装着して使用される。

これらの照明器具に、一般的な凸レンズや凹レンズを使用した場合は、照射領域の中心部と周辺部とで照度の差が大きくなり、中心部では明るく、周辺部では暗くなってしまう。これに対し、インテグレータレンズを使用した場合には、各レンズ素子による小さな照射領域が少しずつ位置をずらして重ね合わされることで全体の照射領域が形成されるため、中心部と周辺部との照度差が小さい。つまり、均斉性の高い照射領域が得られる。

特開２００５−４３５１７号公報

しかしながら、上述のインテグレータレンズを使用した場合の照射領域には、その外周縁近傍（周辺部）に、六角形状のレンズ素子の照射の積み重ねが、大きな六角形状の不要な環状の模様（図５（Ａ）参照）として発生するという問題があった。なお、インテグレータレンズが正方形状の小さなレンズ素子を多数、縦横マトリクス状に配列して構成されたものである場合には、外周縁近傍に、正方形状に対応した形状の不要な環状の模様が形成されてしまう。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、均斉性の高い照射領域を得ることができ、しかも、照射領域の外周縁近傍に形成されがちな、不要な環状の模様の発生を防止又は抑制することができる照明器具用レンズを提供することを目的とする。

請求項１に係る発明は、照明器具用レンズにおいて、射面側における、光軸を中心とするほぼ円形の仮想の境界線の外側に、凸レンズ状で六角形状のレンズ面を有する多数のレンズ素子を周方向に密に配列した環状列を、同心円状に複数列、密に配列することにより環状に形成されたパターン部を備え、前記境界線の内側に、凸レンズ状で六角形状のレンズ面を有する多数の別のレンズ素子を、縦方向及び横方向に密に配列して形成されて入射光を拡散させる別のパターン部とを備え、前記パターン部は、それぞれの前記環状列の前記レンズ素子の配設個数が同数で、外側に位置する前記環状列ほど前記レンズ素子及び曲率半径が大きく、前記別のパターン部は、同じ大きさの前記別のレンズ素子を、縦方向及び横方向に密に配列して形成されており、前記入射面側に対向する出射面側に、前記光軸を含む平面で切った断面形状が三角形状でかつ前記光軸を基準とした同心円状の複数の環状プリズムが形成され、前記複数の環状プリズムのうち、前記入射面側の前記境界線の外側に対応するものは、深さが一定で、前記パターン部の前記環状列に対応して、外側に位置するものほど頂部のピッチが大きい、ことを特徴とする。

請求項２に係る発明は、請求項１に係る照明器具用レンズにおいて、前記複数の環状プリズムのうち、前記入射面側の前記境界線の外側に対応するものは、前記パターン部の前記環状列に対応して、外側に位置するものほど傾斜角が小さい、ことを特徴とする。

本発明によれば、照明器具用レンズにおいて、入射面側の少なくとも一部に、凸レンズ状のレンズ面を有する多数のレンズ素子を、光軸を基準として周方向及び放射方向に密に配列したパターン部を備える。

このようなパターン部を備えることにより、均斉性の高い照射領域を得ることができ、しかも、同形、同サイズのレンズ素子を多数、縦横に配列した従来のパターン部とは異なり、照射領域の外周縁近傍に形成されがちな、不要な環状の模様の発生を防止又は抑制することができる。

本発明によれば、パターン部は、光軸を中心とするほぼ円形の仮想の境界線の外側に、多数のレンズ素子を周方向に密に配列した環状列を、同心円状に複数列、密に配列することにより環状に形成されている。

これにより、パターン部は、照射領域の外周縁近傍に不要な環状の模様の発生を防止又は抑制しつつ、環状の照射領域を構成することができる。

本発明によれば、それぞれの環状列は、レンズ素子の配設個数が同数で、外側に位置する環状列ほどレンズ素子が大きい。なお、ここでは「レンズ素子の大きさ」とは、照明器具用レンズの正面図における、レンズ素子の面積をいうものとする。

ここで、それぞれの環状列を構成するレンズ素子の配設個数を同数とした場合、仮に、それぞれの環状列に配列されるレンズ素子の大きさが同じであったとすると、これらを周方向に沿って密に配設することができず、周方向に隣接するレンズ素子の間に不要な間隙が形成されてしまう。

そこで、外側に位置する環状列ほどレンズ素子を大きくすることにより、周方向に隣接するレンズ素子を密に配設することが可能となる。

本発明によれば、多数のレンズ素子は、外側に位置する環状列のものほど曲率半径が大きい。

これにより、レンズ素子の配光角を、外側の環状列のものほど小さくし、これに対応して、外側の環状列のものほど、光の拡散度を抑制することができる。なお、拡散度とは、光を拡散させる際の程度をいうものとする。

本発明によれば、多数のレンズ素子は、四角形状又は六角形状に形成されている。

これにより、多数のレンズ素子は、周方向及び放射方向に密に配列することが可能となる。

また、六角形状とは、６つの辺のうちの一対の対辺がいずれも放射方向を向き、残る４つの辺のうちの内側に位置する２辺が、内側の環状列のうちの周方向に隣接する２個の第２レンズ素子の間に外側から入り込み、同様に外側に位置する２辺が、外側の環状列のうちの周方向に隣接する２個の第２レンズ素子の間に内側から入り込むような六角形である。

本発明によれば、入射面側の境界線の内側に、入射光を拡散させる別のパターン部を備える、ことを特徴とする。

これにより、照射領域を、パターン部と、別のパターン部とによって光を重ね合わせるようにして照射することができる。

本発明によれば、別のパターン部は、凸レンズ状で六角形状のレンズ面を有する多数の別のレンズ素子を、縦方向及び横方向に密に配列して形成されている。

これにより、別のパターン部によって形成されがちな照射領域の周縁部近傍の不要な模様を、パターン部によって照射して、両パターン部の光を重ね合わせることができるので、不要な模様の発生を抑制することができる。

本発明によれば、出射面側に、光軸を含む平面で切った断面形状が三角形状でかつ光軸を基準とした同心円状の複数の環状プリズムが形成されている、ことを特徴とする。

これにより、環状プリズムごとに傾斜角を変更することにより、出射される光の拡散度を変更して、適宜に調整することができる。例えば、入射面側だけでは、拡散度が不足するような場合には、傾斜角を大きくすることによって、不足を補うことができ、また逆に入射面側での拡散度が大きすぎる場合には、傾斜角を小さくすることで、拡散度を抑制することができる。

（Ａ）は照明器具用レンズ１の正面図、（Ｂ）は右側面図、（Ｃ）は平面図、（Ｄ）はＡ−Ａ線矢視拡大図である。 （Ａ）は照明器具用レンズ１の背面図、（Ｂ）は正面側から見た斜視図、（Ｃ）は背面側から見た斜視図、（Ｄ）は図１（Ａ）中のＢ−Ｂ線矢視拡大図である。 （Ａ）は照明器具用レンズ１による光の光路を説明する図であり、（Ｂ）は（Ａ）中の一部拡大図である。 第１パターン部Ａによる照射領域ＳＡ、第２パターン部Ｂによる照射領域ＳＢ、及び環状プリズムＫ０，Ｋ１〜Ｋ４による照射領域ＳＣを説明する模式図である。 （Ａ）は第１パターン部Ａによる照射領域ＳＡのうちの外周縁近傍の照射領域を示す図であり、（Ｂ）は第２パターン部Ｂによる照射領域ＳＢのうちの外周縁近傍の照射領域を示す図である。 第１レンズ素子Ｅ０に入射される入射光Ｌ１と、環状プリズムＫ０から出射される出射光Ｌ３とを説明する模式図である。

以下、本発明を適用した実施形態を、図面に基づいて詳述する。なお、各図面において、同じ符号を付した部材等は、同一又は類似の構成のものであり、これらについての重複説明は適宜省略するものとする。また、各図面においては、説明に不要な部材等は適宜、図示を省略している。

＜実施形態１＞
図１〜図６を参照して本発明を適用した実施形態１に係る照明器具用レンズ１について説明する。

このうち、図１（Ａ）は照明器具用レンズ１の正面図、（Ｂ）は右側面図、（Ｃ）は平面図、（Ｄ）はＡ−Ａ線矢視拡大図である。

また、図２（Ａ）は照明器具用レンズ１の背面図、（Ｂ）は正面側から見た斜視図、（Ｃ）は背面側から見た斜視図、（Ｄ）は図１（Ａ）中のＢ−Ｂ線矢視拡大図である。

また、図６は、第１レンズ素子Ｅ０に入射される入射光Ｌ１と、環状プリズムＫ０から出射される出射光Ｌ３とを説明する模式図である。

図１、図２に示すように照明器具用レンズ１は、ほぼ円盤状に形成されていて、光源５２（図３（Ａ）参照）からの直射光（直接光）及び反射光（間接光）が入射される入射面１１と、この入射面１１に対向し、入射面１１に入射された光が出射される出射面１２とを備えている。これら入射面１１及び出射面１２は、平面状ではなく、凸凹に形成されている。すなわち、入射面１１は、後述するレンズ素子Ｅ（第１レンズ素子Ｅ０、第２レンズ素子Ｅ１〜Ｅ１０）の凸状（球面の一部）のレンズ面Ｅａ（図６参照）の集合によって構成されている。一方、出射面１２は、ほぼ後述する環状プリズムＫ（環状プリズムＫ０，Ｋ１〜Ｋ４の表面の集合によって構成されている。

ここで、以下の説明では、図１、図２、図６に示すように、軸心（光軸）Ｃ０が通る入射面１１の中心をＣ、出射面１２の中心をＣ３とする。入射面１１の中心Ｃは、多数の第１レンズ素子Ｅ０のうちの中心に位置する第１レンズ素子Ｅ０のレンズ面Ｅａの頂部Ｔｃと一致する。また、出射面１２の中心Ｃ３は、複数の同心円状の環状プリズムＫ０，Ｋ１〜Ｋ４の中心と一致する。また、レンズ面Ｅａの基準となる中心Ｏａを通って軸心Ｃ０に直交する仮想平面を第１基準面Ｈ１とする。この第１基準面Ｈ１上に位置して、中心Ｃで相互に直交する２本の直線を中心線Ｃ１，Ｃ２とする。さらに、出射面１２の中心Ｃ３近傍は、ほぼ円錐形状に形成されていて、中心Ｃ３は円錐形状の頂部Ｔ０と一致している。中心Ｃ３を通って軸心Ｃ０に直交する仮想平面を第２基準面Ｈ２とする。

なお、後述する第１レンズ素子Ｅ０、第２レンズ素子Ｅ１〜Ｅ１０について、特に区別する必要がなかったり、総称したりする場合には、単に、レンズ素子Ｅという。この点については、曲率半径Ｒ、レンズ素子Ｅの配光角θ、傾斜角β、環状プリズムＫ、環状プリズムＫの配光角γ等についても同様である。

図１，図２に示すように、照明器具用レンズ１は、全体としてほぼ円盤状に形成されている。照明器具用レンズ１のサイズは、例えば、外径が７６．２ｍｍ程度、厚さｔが３ｍｍ程度であり、また、材質は、ガラス又は合成樹脂である。

入射面１１側には、その全周にわたって環状凸部１３が突設されている。

環状凸部１３は、土手状に形成されており、上面１３ａは、平面状に形成されている。また、出射面１２側における、この上面１３ａに対応する部分は、上面１３ａと同様、環状で平面状の下面１３ｂとなっている。なお、この下面１３ｂは、上述の第２基準面Ｈ２上に位置している。上面１３ａと下面１３ｂとの距離が、照明器具用レンズ１の厚さｔとなっている。

入射面１１側には、ほぼ円形の仮想の境界線Ｍの内側と外側とにそれぞれ第１パターン部（別のパターン部）Ａと第２パターン部（パターン部）Ｂが設けられている。第１パターン部Ａの外周は、境界線Ｍに内接し、第２パターン部Ｂの内周は、境界線Ｍに外接している。なお、第１パターン部Ａは、一般的なインテグレータレンズと同様な構成である。

境界線Ｍは、軸心Ｃ０を基準として入射面１１側に、ほぼ円形の仮想の境界線として設定されている。

別のパターン部としての第１パターン部Ａは、多数の第１レンズ素子（別のレンズ素子）Ｅ０を縦方向及び横方向（図１（Ａ）中の左右方向）に密に配列させて構成されている。詳しくは、横方向、及びこの横方向に対して６０度傾斜した方向に配列されている。多数の第１レンズ素子Ｅ０は、同じ大きさの正六角形に形成されている。図示例では、第１パターン部Ａは、これら第１レンズ素子Ｅ０を横方向に１５列、隙間なく密に配列することにより、全体として大きな正六角形を構成している。ただし、大きな正六角形の６個の角部に位置する第１レンズ素子Ｅ０は省略し、かつこれに隣接するそれぞれ２個の第１レンズ素子Ｅ０は、変形させている。これにより、第１パターン部Ａの外周縁と第２パターン部Ｂの内周縁との間に形成される不要な間隙の面積をほぼなくしている。

各第１レンズ素子Ｅ０のレンズ面Ｅａは、頂部Ｔｃの直下に位置する中心Ｏａを基準とした曲率半径Ｒ０の球面の一部によって構成されている。さらに、これら中心Ｏａは、上述の第１基準面Ｈ１上に載るように構成されている。これにより、各第１レンズ素子Ｅ０は、それぞれのレンズ面Ｅａの頂部Ｔｃが第１基準面Ｈ１と平行な平面上（不図示）に載る。また、相互に隣接する第１レンズ素子Ｅ０間の接合部Ｇにおける最も低い部分を谷部Ｔａとすると、各谷部Ｔａも、第１基準面Ｈ１と平行な別の同一平面上に載るように構成されている。各第１レンズ素子Ｅ０の配光角θについては、いずれも同じ配光角θ０となっている。

なお、以上説明した第１パターン部Ａは、全体として入射光を拡散することができるものであれば、上述の構成に代えて、例えば、１枚の凹レンズや、焦点距離が比較的短い凸レンズ、これら凹レンズや凸レンズをフレネルレンズとしたもの等を使用することも可能である。

ただし、照明器具用レンズ１の厚さｔを薄く構成し、また、均斉性の高い照射を実現するには、上述の多数の第１レンズ素子Ｅ０を配列させた構成は有効である。

以上説明した第１パターン部Ａに対し、第２パターン部Ｂは、全体として、内側の境界線Ｍと外側の環状凸部１３との間に環状に設けられている。

パターン部としての第２パターン部Ｂは、レンズ素子Ｅとしての第２レンズ素子Ｅ１〜Ｅ１０を多数、周方向及び放射方向に密に配列させて構成されている。

第２パターン部Ｂは、図示例では、軸心Ｃ０を基準として同心円状に形成された複数の環状列Ｂ１〜Ｂ１０によって構成されている。最内側（第１列）の環状列Ｂ１は、多数の第２レンズ素子Ｅ１を境界線Ｍに沿った周方向に隙間なく密に配列して構成されている。第２列の環状列Ｂ２は、環状列Ｂ１の外側に、多数の第２レンズ素子Ｅ２を環状列Ｂ１に沿った周方向に隙間なく密に配列して構成されている。同様にして、第３列〜第９列の環状列Ｂ３〜Ｂ９が構成されている。そして、最外側（第１０列）の環状列Ｂ１０は、環状列Ｂ９の外側に、多数の第２レンズ素子Ｅ１０を環状列Ｂ９に沿った周方向に隙間なく密に配列して構成されている。

上述の各環状列Ｂ１〜Ｂ１０における第２レンズ素子Ｅ１〜Ｅ１０の配設個数ｍは、図示例では、ｍ＝６３となっている。つまり、各環状列Ｂ１〜Ｂ１０には、それぞれ６３個の第２レンズ素子Ｅ１〜Ｅ１０が隙間なく密に配列されている。また、環状列Ｂ１〜Ｂ１０は、放射方向についても第２レンズ素子Ｅ１〜Ｅ１０が隙間なく密に配列されている。

ここで、各環状列Ｂ１〜Ｂ１０を構成している第２レンズ素子Ｅ１〜Ｅ１０について説明する。

第２レンズ素子Ｅ１〜Ｅ１０は、形状については、いずれもほぼ六角形状に形成されているものの、大きさについては、周方向に沿った幅寸法、及び放射方向に沿った長さ寸法ともに、第２レンズ素子Ｅ１〜Ｅ１０の順に徐々に大きくなるように構成されている。ただし、最外側の第１０列の第２レンズ素子Ｅ１０の長さ寸法については、環状凸部１３と交差して外側部分が欠如しているためこの限りではない。

さらに、具体的には、奇数列（第１列，第３列，…，第９列）の環状列Ｂ１，Ｂ３，…、Ｂ９を構成する各第２レンズ素子Ｅ１，Ｅ３，…，Ｅ９は、いずれも中心Ｃを基準とする中心角ａの範囲内に配列されている。同様に、偶数列（第２列，第４列，…，第１０列）の環状列Ｂ２，Ｂ４，…，Ｂ１０を構成する各第２レンズ素子Ｅ２，Ｅ４，…，Ｅ１０は、いずれも中心Ｃを基準とする別の中心角ａの範囲内に配列されている。

つまり、ほぼ六角形状に形成された第２レンズ素子Ｅ１〜Ｅ１０は、大きさは異なるものの、いずれも６つの辺のうちの相互に対向する一対の辺が、上述の中心角ａを構成する２本の直線上に位置することになる。なお、図示例では、中心角ａ＝３６０度／６３である。

さらに、奇数列の環状列Ｂ１，Ｂ３，…，Ｂ９を構成する第２レンズ素子Ｅ１，Ｅ３，…，Ｅ９と、偶数列の環状列Ｂ２，Ｂ４，…Ｂ１０を構成する第２レンズ素子Ｅ２，Ｅ４，…，Ｅ１０とは、周方向に半ピッチ分ずれて配列されている。

ここで、第２レンズ素子Ｅ１〜Ｅ１０のレンズ面Ｅｂの曲率半径Ｒを、この順に曲率半径Ｒ１〜Ｒ１０とすると、曲率半径Ｒ１〜Ｒ１０の順に大きくなるように設定されている。すなわち、これら曲率半径Ｒ１〜Ｒ１０の間に、
Ｒ１＜Ｒ２＜…＜Ｒ１０…………式（１）
が成立する。

また、第２レンズ素子Ｅ１〜Ｅ１０の配光角θを、この順に配光角θ１〜θ１０とすると、これら配光角θ１〜θ１０の間には、上述の式（１）に対応して、
θ１＞θ２＞…＞θ１０…………式（２）
を満たすようになっている。

すなわち、第２レンズ素子Ｅ１〜Ｅ１０は、外側に位置するものほど、曲率半径Ｒが、曲率半径Ｒ１〜Ｒ１０の順に大きくなり、また、配光角θはこの逆に配光角θ１〜θ１０の順に小さくなるように構成されている。

第２レンズ素子Ｅ１〜Ｅ１０は、このように各レンズ面Ｅｂの曲率半径Ｒ１〜Ｒ１０は異なるものの、各レンズ面Ｅｂの中心Ｏａは、いずれも上述の第１基準面Ｈ１に載るようになっている。

これに伴い、第２レンズ素子Ｅ１〜Ｅ１０のレンズ面Ｅｂの頂部Ｔｄは、外側に位置するものほど第１基準面Ｈ１からの高さが高くなっている。ただし、最も高い頂部Ｔｄであっても、上述の入射面１１側の環状凸部１３の上面１３ａを越えないものとする。なお、第２レンズ素子Ｅ１〜Ｅ１０のレンズ面Ｅｂにおける最も低い位置を谷部Ｔｂとすると、谷部Ｔｂは、他の条件によっては異なるものの、ほぼ頂部Ｔｄと同様に、外側ほど高くなる傾向にある。

ここで、第１レンズ素子Ｅ０の曲率半径Ｒ０と、第１列の環状列Ｂ１の第２レンズ素子Ｅ１の曲率半径Ｒ１については、
（１）Ｒ０＜Ｒ１
（２）Ｒ１＜Ｒ０＜Ｒ１０
の場合がある。

（１）が成立する場合には、第１レンズ素子Ｅ０と、第２レンズ素子Ｅ１〜Ｅ１０とを全体として比較した場合、つまり、第１パターン部Ａと第２パターン部Ｂとを比較した場合、第１パターン部Ａの曲率半径Ｒ０が、第２パターン部Ｂの曲率半径Ｒ１〜Ｒ１０よりも小さくなる。そして、これに伴って、第１パターン部Ａの配光角θ０が、第２パターン部Ｂの配光角θ１〜θ１０よりも大きくなる。

一方、（２）が成立する場合には、この範囲内で、曲率半径Ｒ０の大きさを変化させて配光角θ０を変化させることで、第１パターン部Ａに基づく照射領域の広がり（拡散度）を種々に変化させることが可能となる。

図１、図２に示すように、照明器具用レンズ１の出射面１２側には、その中心Ｃ３を基準とした、同心円状の複数の環状プリズムＫが形成されている。

環状プリズムＫは、図２（Ｄ）に示す断面形状が、三角形状で、かつ中心Ｃ３を基準として全周にわたって環状に形成されている。

ここで図６は、上述のように、第１レンズ素子Ｅ０に入射される入射光Ｌ１と、環状プリズムＫ０から出射される出射光Ｌ３とを説明する模式図である。

環状プリズムＫのうち、環状プリズムＫ０は、図６に示すように、環状の２つの傾斜部（傾斜面）Ｋａ，Ｋｂを有していて、これら傾斜部Ｋａ，Ｋｂの交差部は、環状の頂部Ｔ０を形成している。なお、これら傾斜部Ｋａ，Ｋｂは、出射面１２の一部を構成している。２つの傾斜部Ｋａ，Ｋｂのうち、内側に位置する傾斜部Ｋａは、軸心Ｃ０から遠い外側部分ほど、頂部Ｔ０に近づくように傾斜している。一方、外側に位置する傾斜部Ｋｂは、内側の傾斜部Ｋａとは逆向きに傾斜している。すなわち、外側の傾斜部Ｋｂは、軸心Ｃ０から遠い外側部分ほど、頂部Ｔ０から離れるように傾斜している。

複数の環状プリズムＫ０は、入射面１１側の第１パターン部Ａに対応して配置されている。環状プリズムＫ０は、図１（Ａ）に示す中心線Ｃ２上の１３個の第１レンズ素子Ｅ０のうちの、中心の第１レンズ素子Ｅ０を除いた下側（又は上側）の６個の第１レンズ素子Ｅ０に対応した位置に、６本形成されている。６本の環状プリズムＫ０は、それぞれの頂部Ｔ０が上述の第２基準面Ｈ２上に位置している。また、隣接する２個の環状プリズムＫ０間の頂部Ｔ０は、いずれも放射方向に沿って同じ幅（ピッチ）に形成されている。これに対し、環状プリズムＫ０の高さ（深さ）については、内側に位置する谷部Ｔａよりも、外側に位置する谷部Ｔａの方が浅くなるように形成されている。このため、第２基準面Ｈ２に対する環状プリズムＫ０の傾斜角β０は、外側に位置する環状プリズムＫ０ほど、小さくなっている。

一方、環状プリズムＫのうち、環状プリズムＫ１〜Ｋ４は、入射面１１側の第２パターン部Ｂに対応して配置されている。環状プリズムＫ１〜Ｋ４は、環状プリズムＫ０と同様、いずれも環状の、内側の傾斜部Ｋａ、外側の傾斜部Ｋｂ、及びこれらの交差部である頂部Ｔ１〜Ｔ４によって構成されている。また、相互に隣接する環状プリズムＫの間には、環状の底部が形成されている。

環状プリズムＫ１〜Ｋ４は、この順に内側から外側に配設され、外側のものほど頂部Ｔ間のピッチ（放射方向の幅）が増加している。環状プリズムＫ１〜Ｋ４のうち、環状プリズムＫ１は、第２パターン部Ｂの２本の環状列Ｂ１，Ｂ２に対応し、また、環状プリズムＫ２は２本の環状列Ｂ３，Ｂ４に、また、環状プリズムＫ３は２本の環状列Ｂ５，Ｂ６に、そして、環状プリズムＫ４は２本の環状列Ｂ７，Ｂ８に対応して配置されている。

環状プリズムＫ１〜Ｋ４は、その傾斜角β１〜β４が、この順に（外側に位置するものほど）小さくなっていく。

ここで、環状プリズムＫ０の傾斜角β０と、第１列の環状列Ｂ１の環状プリズムＫ１の傾斜角β１については、
（３）β０＞β１
（４）β１＞β０＞β４
の場合がある。

（３）が成立する場合には、環状プリズムＫ０〜Ｋ１０は全体を通してみても、外側に位置するものほど、傾斜角βが小さくなっていく。そして、これに伴って、出射面１２における配光角γは、外側に位置するものほど、配光角γが小さくなっていく。

すなわち、傾斜角βは、
β０＞β１＞β２＞β３＞β４
を満たす。ただし、β０については、外側に位置する第１レンズ素子Ｅ０ほど、小さくなっている。

これに伴い、出射面１２についてだけみた場合の配光角γは、
γ０＞γ１＞γ２＞γ３＞γ４
となる。

一方、（４）が成立する場合には、この範囲内で、傾斜角β０の大きさを変化させて配光角γ０を変化させることで、環状プリズムＫ０に基づく照射領域の広がり（拡散度）を種々に変化させることが可能となる。

図６を参照して、第１レンズ素子Ｅ０の形状と、環状プリズムＫ０の傾斜角β０との関係を説明する。なお、同図では、照明器具用レンズ１内を通過する光Ｌ２が、環状プリズムＫ０の２つの傾斜部（傾斜面）Ｋａ，Ｋｂが交差する頂部Ｔ０を通るように図示しているが、これは限界の状態を示すものであり、実際には、光Ｌ２が、軸心Ｃ０に近い側の傾斜部Ｋａから出射されるように構成されている。

まず、図６中の各符号について説明する。

光については、入射光Ｌ１、照明器具用レンズ１内を進む光Ｌ２、及び出射光Ｌ３である。なお、出射光Ｌ３´は、光Ｌ２が、軸心Ｃ０に直交する第２基準面Ｈ２から出射されると仮定した場合の出射光である。

入射光Ｌ１は、軸心Ｃ０に平行な光であり、入射面１１の一部を構成する第１レンズ素子Ｅ０のレンズ面Ｅａの点Ｓａに入射される。なお、レンズ面Ｅａの中心Ｏａは、上述のように第１基準面Ｈ１上に配設されている。

上述の点Ｓａは、仮想の単位円Ｃａの中心である。この単位円Ｃａ近傍の符号は以下の通りである。

Ｍ１ ：点Ｓａを通るレンズ面Ｅａの接線
Ｈａ ：点Ｓａにおける法線
αａ ：入射角
αｂ ：出射角
ｇ１ ：単位円Ｃａと入射光Ｌ１との交点
ｇ２ ：点ｇ１から法線Ｈａに下ろした垂線の足
ｇ３ ：単位円Ｃａと光Ｌ２との交点
ｇ４ ：点ｇ３から法線Ｈａにおろした垂線の足
ここで、照明器具用レンズ１の屈折率をｎとし、点ｇ１，ｇ２間の長さをｘ１、また点ｇ３，ｇ４間の長さをｘ２とすると、
ｎ＝ｓｉｎαａ／ｓｉｎαｂ＝ｘ１／ｘ２
となる。

一方、単位円Ｃｂは、環状プリズムＫ０の頂部Ｔ０を中心とする円である。この単位円Ｃｂ近傍の符号は以下の通りである。

β０ ：環状プリズムＫ０の傾斜部Ｋａの、第２基準面Ｈ２に対する傾斜角
Ｈｂ ：傾斜部Ｋａに対する、頂部Ｔ０における法線
αｃ ：入射角
αｃ´：仮定の入射角
αｄ ：出射角
αｄ´：仮定の出射角
ｇ５ ：単位円Ｃｂと光Ｌ２との交点
ｇ６ ：点ｇ５から法線Ｈｂに下ろした垂線の足
ｇ６´：点ｇ５から直線Ｈｃに下ろした垂線の足
ｇ７ ：単位円Ｃｂと出射光Ｌ３との交点
ｇ７´：単位円Ｃｂと出射光Ｌ３´との交点
ｇ８ ：点ｇ７から法線Ｈｂに下ろした垂線の足
ｇ８´：点ｇ７´から直線Ｈｃに下ろした垂線の足
ここで、点ｇ５，ｇ６間の長さをｘ３、点ｇ７，ｇ８間の長さをｘ４、また、点ｇ５，ｇ６´間の長さをｘ５、点ｇ７´，ｇ８´間の長さをｘ６とすると、
ｎ＝ｓｉｎαｄ／ｓｉｎαｃ＝ｘ４／ｘ３
＝ｓｉｎαｄ´／ｓｉｎαｃ´＝ｘ６／ｘ５
となる。

図６に示すレンズ面Ｅａにおいて、中心Ｏａにおける中心角を、中心角αｅとすると、この中心角αｅと上述の入射角αａとの間には、
αｅ＝２×αａ
の関係が成り立つ。

以上説明した関係においては、照明器具用レンズ１による光の拡散度を増加させるためには、入射角αａを大きくし、また、傾斜角β０を大きくとることが好ましい。

これに対し、入射角αａ（中心角αｅ）が大きすぎると、入射光Ｌ１のロスが増加し、また、傾斜角β０が大きすぎると、出射面１２から出射されない光が発生するという問題が発生する。

まず、入射角αａについて説明する。

本実施形態では、入射角αａ、傾斜角β０を以下のように設定した。

中心角αｅを大きくして、レンズ面Ｅａの長さを長くすると、これに比例して入射角αａも増加する。

ところで、相互に隣接する２つのレンズ面Ｅａの間には、接合部Ｇが形成され、この接合部Ｇには、照明器具用レンズ１の加工上の理由で、例えば、０．２ｍｍ程度のＲ加工を施す必要がある。このようにＲ加工された接合部Ｇの幅は、中心角αｅが大きいほど大きくなり、これに対応して、入射光Ｌ１のロスが増加することになる。一方、光の拡散度を高めるためには、入射角αａは大きい方が好ましい。つまり、中心角αｅは大きい方が好ましい。

そこで、本実施形態では、例えば、入射角αａ≦６０度（中心角αｅ≦１２０度）となるように、構成した。

次に、傾斜角β０について説明する。

ここで、照明器具用レンズ１は、材質としてガラスや合成樹脂が使用されている。ガラスや合成樹脂の種類は、使用目的等に応じて、種々のものがあり、それぞれ屈折率が異なっている。一方、レンズの設計においては近似として材料の屈折率に１．５を使用することが一般的である。そこで、本実形態においても、これに倣って、屈折率ｎ＝１．５を採用した。また、照明器具用レンズ１の厚さｔが、ｔ＝３ｍｍ、さらに、入射角αａは、上述のようにαａ≦６０度とした。

上述のように、αａ≦６０度、ｎ＝１．５、ｔ＝３ｍｍに設定したときには、仮に出射面１２が第２基準面Ｈ２と一致した平面状であるとした場合には、照明器具用レンズ１内を進んだ光Ｌ２は、出射面１２から出射されて出射光Ｌ３´となる。

一方、出射面１２が環状プリズムＫ０の内側の傾斜部Ｋａである場合、その傾斜角β０が大きすぎると、光Ｌ２の一部が、傾斜部Ｋａから出射されないことになる。

そこで、上述の条件を基に計算したところ、傾斜角β０≦１５度であれば、光２が傾斜部Ｋａから出射光Ｌ３として出射されることが分かった。

これを踏まえ、本実施形態では、照明器具用レンズ１の入射面１１側の第１レンズ素子Ｅ０，及び第２レンズ素子Ｅ１〜Ｅ１０については、入射角α０≦６０度を満たし、一方、出射面１２側の環状プリズムＫ０，Ｋ１〜Ｋ４については、傾斜角β≦１５度（傾斜角β０，β１〜β４≦１５度）を満たすようにした。

ここで、図３（Ａ）は照明器具用レンズ１による光の光路を説明する図であり、（Ｂ）は（Ａ）中の一部拡大図である。

つづいて、図３を参照して、上述した、入射面１１側の第２パターン部Ｂの２本の環状列に、出射面１２側の１本の環状プリズムＫが対応している点についてさらに詳述する。

例えば、図３（Ｂ）に示すように、入射面１１側の環状列Ｂ３，Ｂ４に対応して、出射面１２側に環状プリズムＫ２が形成されている。つまり、環状プリズムＫ２の頂部Ｔ２を境とした２つの傾斜部Ｋａ，Ｋｂのうち、内側に位置して外側ほど第２基準面Ｈ２に近づく方向に傾斜する傾斜部Ｋａに対応して、内側の環状列Ｂ３が形成され、また、外側に位置して、内側の傾斜部Ｋａとは逆に、外側ほど第２基準面Ｈ２から遠ざかる方向に傾斜する傾斜部Ｋｂに対応して、外側の環状列Ｂ４が形成されている。

これにより、環状列Ｂ３を通って、内側の傾斜部Ｋａから出射される出射光は、拡散度が増加させることになる。一方、環状列Ｂ４を通って、外側の傾斜部Ｋｂから出射される出射光は、拡散度が抑制されることになる。なお、他の環状列Ｂ１，Ｂ２に対応する環状プリズムＫ１、環状列Ｂ５，Ｂ６に対応する環状プリズムＫ３、及び環状列Ｂ７，Ｂ８に対応する環状プリズムＫ４についても同様である。

すなわち、奇数列の環状列Ｂ１，Ｂ３，Ｂ５，Ｂ７を通って、環状プリズムＫ１〜Ｋ４から出射される出射光は、拡散度が増加される傾向にある。これに対し、偶数列の環状列Ｂ２，Ｂ４，Ｂ６，Ｂ８を通って、環状プリズムＫ１〜Ｋ４から出射される出射光は、拡散度が抑制される傾向にある。

ここで、上述の複数の環状プリズムＫ０、及び環状プリズムＫ１〜Ｋ４について整理する。

・複数の環状プリズムＫ０は、入射面１１側の第１パターン部Ａに対応する領域に形成されている。一方、環状プリズムＫ１〜Ｋ４は、入射面１１側の第２パターン部Ｂに対応する領域に形成されている。

これにより、複数の環状プリズムＫ０は、第１パターン部Ａからの光の拡散度を増加又は抑制し、環状プリズムＫ１〜Ｋ４は、第２パターン部Ｂからの光の拡散度を増加または抑制する。

・複数の環状プリズムＫ０は、それぞれ入射面１１側の１つの第１レンズ素子Ｅ０に対応するように形成され、また、ピッチ（隣接する頂部Ｔｃ間の距離）が同じになるように形成されている。

これにより、それぞれの環状プリズムＫ０は、第１レンズ素子Ｅ０の１つの単位ごとに、光の拡散度を増加又は抑制している。

・複数の環状プリズムＫ０は、それぞれの頂部Ｔ０が第２基準面Ｈ２上に配置されている。また、内側に位置する環状プリズムＫ０ほど、傾斜角β０が大きく、外側に位置する環状プリズムＫ０ほど、傾斜角β０が小さくなっている。この点と、上述のピッチが同じである点から、複数の環状プリズムＫ０は、内側に位置する環状プリズムＫ０ほど、谷部Ｔａの深さＤが深くなっている。このように、ピッチが同じで、かつ内側に位置する環状プリズムＫ０ほど傾斜角β０を大きくとるために、その分、深さＤが深くなりがちであるものの、環状プリズムＫ１〜Ｋ４と比較して、ピッチが小さいため、深くなる度合いが小さくなっている。

これにより、深さＤが深くなってその部分での照明器具用レンズ１の実質的な厚さが薄くなって、強度が低下することを防止している。
・環状プリズムＫ１〜Ｋ４は、それぞれの頂部Ｔ１〜Ｔ４が、第２基準面Ｈ２上に配置され、またそれぞれの谷部Ｔｂが同一平面上に配置されている。つまり、深さＤが一定となっている。

また、環状プリズムＫ１，Ｋ２，Ｋ３，Ｋ４は、この順に入射面１１側の環状列Ｂ１及びＢ２，Ｂ３及びＢ４，Ｂ５及びＢ６，Ｂ７及びＢ８に対応している。環状プリズムＫ１〜Ｋ４は、これに伴って、外側ほどピッチが大きくなっている。
・環状プリズムＫ１〜Ｋ４は、深さＤが一定で、外側ほどピッチが大きいため、これに対応して、傾斜角β１〜β４は、外側のものほど小さくなる。環状プリズムＫ１〜Ｋ４は、これに伴って、外側のものほど、拡散度が抑制される。

次に、図３を参照して、上述構成の照明器具用レンズ１が装着される照明器具５０について説明する。ここで、図３は、上述構成の照明器具用レンズ１を装着した照明器具の一例として、リフレクター５４を有する照明器具５０の、軸心Ｃ０を含む平面で切った断面図である。

図３に示すように、照明器具５０は、ソケット５１、光源５２、ボディ５３、リフレクター５４、フード５５、及び照明器具用レンズ１を備えている。

ソケット５１は、ヒートシンク５１ａ、放熱フィン５１ｂ等を有している。

光源５２は、面状の発光面５２ａを有しており、ヒートシンク５１ａに固定されている。

ボディ５３は、ソケット５１の端部に固定されており、内側にリフレクター５４を収納している。

リフレクター５４は、反射面５４ａ、光源５２に近い側に光入射口５４ｂ、及び遠い側に光出射口５４ｃを有している。反射面５４ａは、回転放物面状に形成されていて、発光面５２ａからの光を軸心Ｃ０とほぼ平行な平行光として反射する。

フード５５は、円筒状に形成されていて、照明器具用レンズ１を保持している。

図４、図５を参照して、照明器具用レンズ１による照射領域Ｓについて説明する。

ここで、図４は、第１パターン部Ａによる照射領域ＳＡ、第２パターン部Ｂによる照射領域ＳＢ、及び環状プリズムＫ０，Ｋ１〜Ｋ４による照射領域ＳＣを説明する模式図（イメージ図）である。

また、図５（Ａ）は、第１パターン部Ａによる照射領域ＳＡのうちの外周縁近傍の照射領域を示す図であり、（Ｂ）は第２パターン部Ｂによる照射領域ＳＢのうちの外周縁近傍の照射領域を示す図である。

図３に示すように、軸心Ｃ０を基準（中心）とする照明器具５０において、光源５２の発光面５２ａと、リフレクター５４の光入射口５４ｂと、照明器具用レンズ１の入射面１１側の第１パターン部Ａと、出射面１２の環状プリズムＫ０とは、位置的及び面積的にほぼ対応している。一方、リフレクター５４の反射面５４ａと、照明器具用レンズ１の入射面１１側の第２パターン部Ｂと、出射面１２の環状プリズムＫ１〜Ｋ４とは、位置的及び面積的にほぼ対応している。なお、反射面５４ａの面積とは、照明器具用レンズ１側から見た場合の面積をいう。

このような照明器具５０においては、発光面５２ａから発光されて、軸心Ｃ０に平行に進む直射光Ｌａは、第１パターン部Ａに入射されて、環状プリズムＫ０から出射光Ｌａ´として出射される。一方、発光面５２ａから発光されて軸心Ｃ０に対して斜めに広がるように進む直射光Ｌｂ及び発光面５２ａから発光されて反射面５４ａで反射された反射光Ｌｃは、第２パターン部Ｂに入射されて、環状プリズムＫ１〜Ｋ４から出射光Ｌｂ´，Ｌｃ´として出射される。

ここで、上述のように第１パターン部Ａの第１レンズ素子Ｅ０の配光角θ０が、第２パターン部Ｂの第２レンズ素子Ｅ１〜Ｅ１０の配光角θ１〜θ１０よりも大きく、さらに、環状プリズムＫ０の傾斜角β０が、環状プリズムＫ１〜Ｋ４の傾斜角β１〜β４よりも大きい場合、出射光Ｌａ´の配光角θが、出射光Ｌｂ´，Ｌｃ´の配光角θよりも大きくなって、第１パターン部Ａを通って出射される出射光Ｌａ´の広がりが、第２パターン部Ｂを通って出射される出射光Ｌｂ´，Ｌｃ´の広がりよりも広くなる。

これにより、広がりが大きい出射光Ｌａ´の照射領域ＳＡの少なくとも外周縁近傍を全周にわたって、出射光Ｌｂ´，Ｌｃ´による照射領域ＳＢ内に確実に含めることができる。図５（Ａ）に示すように、第１パターン部Ａを通過した光によって形成される照射領域ＳＡの外周縁近傍には、外周縁に沿って不要な六角形状の模様が形成されがちである。この不要な模様を、第１パターン部Ａとは配光パターンが異なる第２パターン部Ｂを通過した比較的光量の多い光によって照射することができるため、不要な模様の発生を抑制することができる。

なお、以上では、照明器具用レンズ１の出射面１２に環状プリズムＫ０，Ｋ１〜Ｋ４が形成されている場合を例に説明したが、出射面１２にこのような環状プリズムＫ０、Ｋ１〜Ｋ４が形成されていない平面状の場合であっても、原理的には、上述と同様に、不要な模様の発生を抑制することが可能である。なお、出射面１２が、曲率半径Ｒの大きい凸レンズ状、あるいは凹レンズ状に形成されている場合もほぼ同様である。

図４に示すように、環状プリズムＫ０，Ｋ１〜Ｋ４は、主に照射領域ＳＣ全体を広げるように作用し、不要な模様の抑制は、主に第１パターン部Ａと第２パターン部Ｂとの構成によって行い得る。

また、以上では、第２パターン部Ｂを構成する第２レンズ素子Ｅ１〜Ｅ１０の形状が六角形状である場合を説明したが、これに代えて四角形状であってもよい。ここで、四角形状とは、ほぼ扇型のことをいう。

以下に、本発明の一例である実施形態１の照明器具用レンズ１の効果を整理する。

・照明器具用レンズ１は、入射面１１側の少なくとも一部に、凸レンズ状のレンズ面Ｅｂを有する多数の第２レンズ素子（レンズ素子）Ｅ１〜Ｅ１０を、軸心（光軸）Ｃ０を基準として周方向及び放射方向に密に配列した第２パターン部（パターン部）Ｂを備える。

このような第２パターン部Ｂを備えることにより、多数のレンズ素子Ｅを縦横に配列した従来のパターン部とは異なり、照射領域の外周縁近傍に形成されがちな、不要な環状の模様の発生を防止又は抑制することができる。

・第２パターン部Ｂは、軸心（光軸）Ｃ０を中心とするほぼ円形の仮想の境界線Ｍの外側に、多数の第２レンズ素子Ｅ１〜Ｅ１０を周方向に密に配列した環状列Ｂ１〜Ｂ１０を、同心円状に複数列、密に配列することにより環状に形成されている。

これにより、第２パターン部Ｂは、照射領域の外周縁近傍に不要な環状の模様を発生させることなく、環状の照射領域を構成することができる。

・それぞれの環状列Ｂ１〜Ｂ１０は、第２レンズ素子Ｅ１〜Ｅ１０の配設個数ｍが同数で、外側に位置する環状列ほど第２レンズ素子（レンズ素子）Ｅ１〜Ｅ１０が大きい。なお、ここでは「レンズ素子の大きさ」とは、照明器具用レンズ１の正面図（図１（Ａ）参照）における、レンズ素子の面積をいうものとする。

ここで、それぞれの環状列Ｂ１〜Ｂ１０を構成する第２レンズ素子Ｅ１〜Ｅ１０の配設個数ｍを同数とした場合、仮に、それぞれの環状列Ｂ１〜Ｂ１０に配列される第２レンズ素子Ｅ１〜Ｅ１０の大きさが同じであったとすると、これらを周方向に沿って密に配設することができず、周方向に隣接する第２レンズ素子Ｅ１〜Ｅ１０の間に不要な間隙が形成されてしまう。

そこで、外側に位置する環状列ほど第２レンズ素子Ｅ１〜Ｅ１０を大きくすることにより、周方向に隣接する第２レンズ素子Ｅ１〜Ｅ１０を密に配設することが可能となる。

・多数の第２レンズ素子Ｅ１〜Ｅ１０は、外側に位置する環状列のものほど曲率半径Ｒ１〜Ｒ１０が大きい。

これにより、第２レンズ素子Ｅ１〜Ｅ１０の配光角θ１〜θ１０を、外側の環状列のものほど小さくし、これに対応して、外側の環状列のものほど、光の拡散度を抑制することができる。

・多数の第２レンズ素子Ｅ１〜Ｅ１０は、四角形状又は六角形状に形成されている。

これにより、多数の第２レンズ素子Ｅ１〜Ｅ１０は、周方向及び放射方向に密に配列することが可能となる。

・入射面１１は、入射光を拡散させる第１パターン部Ａを備える。

これにより、照射領域を、第２パターン部Ｂと、第１パターン部Ａとによって光を重ね合わせるようにして照射することができる。

・第１パターン部Ａは、凸レンズ状のレンズ面Ｅａを有する多数の第１レンズ素子Ｅ０を、縦方向及び横方向に密に配列して形成されている。

これにより、第１パターン部Ａによって形成されがちな照射領域の周縁部近傍の不要な模様を、第２パターン部Ｂによって照射して、両パターン部Ａ，Ｂの光を重ね合わせることができるので、不要な模様の発生を抑制することができる。

・照明器具用レンズ１は、出射面１２側に、軸心（光軸）Ｃ０を含む平面で切った断面形状が三角形状でかつ軸心（光軸）Ｃ０を基準とした同心円状の複数の環状プリズムＫ０，Ｋ１〜Ｋ４が形成されている。

これにより、環状プリズムＫ０，Ｋ１〜Ｋ４ごとに傾斜角β０，β１〜β４を変更することにより、出射される光の拡散度を変更して、適宜に調整することができる。例えば、入射面１１側だけでは、拡散度が不足するような場合には、傾斜角β０，β１〜β４を大きくすることによって、拡散度の不足を補うことができ、また逆に入射面１１側での拡散度が大きすぎる場合には、傾斜角β０，β１〜β４を小さくすることで、拡散度を抑制することができる。

１ 照明器具用レンズ
１１ 入射面
１２ 出射面
Ａ 第１パターン部（別のパターン部）
Ｂ 第２パターン部（パターン部）
Ｂ１〜Ｂ１０ 環状列
Ｃ０ 軸心（光軸）
Ｅ レンズ素子
Ｅ０ 第１レンズ素子（別のレンズ素子）
Ｅ１〜Ｅ１０ 第２レンズ素子（レンズ素子）
Ｋ，Ｋ０，Ｋ１〜Ｋ４ 環状プリズム
Ｅａ，Ｅｂ レンズ面
Ｍ 境界線
ｍ 配設個数
Ｒ，Ｒ０〜Ｒ１０ 曲率半径
Ｓ，ＳＡ，ＳＢ 照射領域

Claims (2)

1. 入射面側における、光軸を中心とするほぼ円形の仮想の境界線の外側に、凸レンズ状で六角形状のレンズ面を有する多数のレンズ素子を周方向に密に配列した環状列を、同心円状に複数列、密に配列することにより環状に形成されたパターン部を備え、
   前記境界線の内側に、凸レンズ状で六角形状のレンズ面を有する多数の別のレンズ素子を、縦方向及び横方向に密に配列して形成されて入射光を拡散させる別のパターン部とを備え、
   前記パターン部は、それぞれの前記環状列の前記レンズ素子の配設個数が同数で、外側に位置する前記環状列ほど前記レンズ素子及び曲率半径が大きく、
   前記別のパターン部は、同じ大きさの前記別のレンズ素子を、縦方向及び横方向に密に配列して形成されており、
   前記入射面側に対向する出射面側に、前記光軸を含む平面で切った断面形状が三角形状でかつ前記光軸を基準とした同心円状の複数の環状プリズムが形成され、
   前記複数の環状プリズムのうち、前記入射面側の前記境界線の外側に対応するものは、深さが一定で、前記パターン部の前記環状列に対応して、外側に位置するものほど頂部のピッチが大きい、
   ことを特徴とする照明器具用レンズ。
2. 前記複数の環状プリズムのうち、前記入射面側の前記境界線の外側に対応するものは、前記パターン部の前記環状列に対応して、外側に位置するものほど傾斜角が小さい、
   ことを特徴とする請求項１に記載の照明器具用レンズ。

Images