JP6437252B2 - 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、当該光束制御部材を有する発光装置および照明装置に関する。

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電球やＬＥＤ蛍光管など）が、電球や蛍光管などに代わる照明装置として使用されるようになってきた。

ＬＥＤ蛍光管としては、基板上に複数のＬＥＤを所定間隔で配置し、これらのＬＥＤを覆うようにカバーを配置したものが一般的である（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１には、基板上に配置されたＬＥＤをカバーで覆ったＬＥＤ照明燈装置が記載されている。特許文献１に記載のＬＥＤ照明燈装置は、基板と、基板上に一列に配置された複数のＬＥＤと、ＬＥＤの配列方向に沿う稜線を有する１つのシリンドリカルレンズと、複数のＬＥＤおよび１つのシリンドリカルレンズを覆うように配置された光透過カバーとを有する。

特許文献１に記載のＬＥＤ照明燈装置では、ＬＥＤから出射された光は、シリンドリカルレンズによって、ＬＥＤの配列方向に垂直な方向に広げられる。そして、シリンドリカルレンズを透過した光は、光透過カバーを透過して外部に出射される。

特表２０１１−５１３９１３号公報

しかしながら、特許文献１に記載のＬＥＤ照明燈装置では、ＬＥＤの配列方向に垂直な方向への光の配光は制御されるが、ＬＥＤの配列方向への光の配光は制御されない。したがって、ＬＥＤの配列方向について配光を調べると、ＬＥＤの直上部では明るくなりすぎてしまい、ＬＥＤ間では暗くなりすぎてしまっていた。このように、特許文献１に記載のＬＥＤ照明燈装置には、ＬＥＤの配列方向において輝度ムラが生じるという問題があった。

そこで、本発明の目的は、複数の発光素子およびカバーを有する照明装置（例えば、ＬＥＤ蛍光管）に適用した場合に、ＬＥＤの配列方向およびＬＥＤの配列方向に垂直な方向において光の配光を均一にすることで、少数の発光素子でカバーに均一に光を照射できるように、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。

本発明に係る光束制御部材は、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、前記発光素子の光軸を含む仮想平面を境界として両側に配置され、前記発光素子から出射された光の一部を入射させる２つの入射面と、第１傾斜面と、前記第１傾斜面と対に形成された第２傾斜面と、前記第１傾斜面および前記第２傾斜面を繋ぐ第１稜線とを有し、前記２つの入射面の間において前記第１稜線が前記仮想平面に沿って前記発光素子を覆うように配置され、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１凸条と、前記入射面を挟んで前記発光素子と対向する位置に形成され、前記入射面から入射した光の一部を、前記光軸と略垂直であり、かつ互いに反対向きである２つの方向に反射させる２つの全反射面と、前記入射面、前記第１凸条および前記全反射面を挟んで相対する位置にそれぞれ配置され、前記入射面で入射した光の一部および前記全反射面で反射した光を導光する２つの導光部と、前記導光部の外面にそれぞれ形成され、前記導光部により導光された光を外部に出射する２つの出射面と、を含む光束制御部材本体を有する。

また、本発明に係る発光装置は、発光素子と、本発明に係る光束制御部材と、を有する。

また、本発明に係る照明装置は、本発明に係る複数の発光装置と、前記複数の発光装置を覆うように前記複数の発光装置のそれぞれに対して空気層を介して配置されたカバーと、を有する。

本発明によれば、輝度ムラが小さい照明装置（例えば、ＬＥＤ蛍光管）を提供することができる。

図１Ａ〜Ｃは、実施の形態に係る照明装置の構成を示す図である。 図２は、実施の形態に係る光束制御部材の断面図である。 図３Ａ、Ｂは、第１光束制御部材の構成を示す斜視図である。 図４Ａ〜Ｃは、第１光束制御部材の構成を示す図である。 図５Ａ〜Ｄは、第１光束制御部材の構成を示す図である。 図６Ａ〜Ｅは、全反射面を説明するための図である。 図７Ａ〜Ｃは、第２光束制御部材の構成を示す図である。 図８Ａ〜Ｃは、第２光束制御部材の構成を示す図である。 図９Ａ〜Ｃは、光束制御部材Ａ、光束制御部材Ｂおよび光束制御部材Ｃを用いた場合の発光素子の発光面の中心から出射された光の光路を示す図である。 図１０Ａ〜Ｃは、光束制御部材Ａ、光束制御部材Ｂおよび光束制御部材Ｃを用いた場合の発光素子の発光面の中心以外の領域から出射された光の光路を示す図である。 図１１Ａ〜Ｃは、光束制御部材Ｄ、光束制御部材Ｅおよび光束制御部材Ｆを用いた場合の発光素子の発光面の中心から出射された光の光路を示す図である。 図１２Ａ〜Ｃは、光束制御部材Ｄ、光束制御部材Ｅおよび光束制御部材Ｆを用いた場合の発光素子の発光面の中心以外の領域から出射された光の光路を示す図である。 図１３Ａは、光束制御部材Ａ、光束制御部材Ｂ、光束制御部材Ｃおよび光束制御部材Ｇを用いた場合の照明装置における輝度分布を示したグラフであり、図１３Ｂは、光束制御部材Ｄ、光束制御部材Ｅ、光束制御部材Ｆおよび光束制御部材Ｇを用いた場合の照明装置における輝度分布を示したグラフである。 図１４Ａは、光束制御部材Ａ、光束制御部材Ｂ、光束制御部材Ｃおよび光束制御部材Ｇを用いた場合の照明装置における輝度分布を示したグラフであり、図１４Ｂは、光束制御部材Ｄ、光束制御部材Ｅ、光束制御部材Ｆおよび光束制御部材Ｇを用いた場合の照明装置における輝度分布を示したグラフである。

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、本発明に係る照明装置の代表例として、蛍光管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１は、本発明の一実施の形態に係る照明装置１００の構成を示す図である。図１Ａは、照明装置１００の平面図であり、図１Ｂは、図１Ａに示されるＡ−Ａ線の断面図であり、図１Ｃは、図１Ｂにおいて破線で囲まれた領域の部分拡大図である。

図１に示されるように、照明装置１００は、フレーム（筐体）１１０と、基板１２０と、発光素子１４０および光束制御部材１５０をそれぞれ有する複数の発光装置１３０と、カバー１８０とを有する。複数の光束制御部材１５０は、それぞれ１つの発光素子１４０と対になるように基板１２０上に一列に配置されている。

複数の発光素子１４０は、照明装置１００の光源であり、フレーム１１０に取り付けられた基板１２０上に一列に配置されている。各発光素子１４０は、後述する光束制御部材１５０の入射面１５３と対向する位置に配置されている。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。フレーム１１０および基板１２０は、例えば、アルミニウムや銅などの熱伝導性の高い金属からなる。基板１２０に高い熱伝導性を要しない場合は、基板１２０として、ガラス不織布にエポキシ樹脂を含浸させた樹脂製基板を用いてもよい。

カバー１８０は、光束制御部材１５０から出射された光を拡散させつつ外部に透過させる。カバー１８０は、すべての発光装置１３０を覆うように、複数の発光装置１３０のそれぞれに対して空気層を介して配置されている。カバー１８０の外面は、有効発光領域となる。

カバー１８０の形状は、空気層を介してすべての発光装置１３０を覆うことができれば、特に限定されない。カバー１８０の形状は、円筒形であってもよいし、円筒の一部を切り欠いた形状であってもよい。本実施の形態では、カバー１８０は、円筒の一部を切り欠いた形状である。カバー１８０の材料は、光透過性を有するものであれば、特に限定されない。カバー１８０の材料の例には、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリスチレン（ＰＳ）、スチレン・メチルメタクリレート共重合樹脂（ＭＳ）などの光透過性樹脂や、光透過性のガラスなどが含まれる。また、カバー１８０に光拡散能を付与する手段も、特に限定されない。たとえば、カバー１８０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、光透過性樹脂中にビーズなどの散乱子を分散させてもよい。

（光束制御部材の構成）
図２は、本実施の形態に係る光束制御部材１５０の断面図である。図２に示されるように、光束制御部材１５０は、第１光束制御部材（光束制御部材本体）１５１および第２光束制御部材（拡散透過部材）１５２を有する。光束制御部材１５０は、発光素子１４０から出射された光の配光を制御する。第１光束制御部材１５１および第２光束制御部材１５２は、それぞれ一体成形により別個に形成されている。第１光束制御部材１５１および第２光束制御部材１５２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。第１光束制御部材１５１および第２光束制御部材１５２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）などの光透過性樹脂や、光透過性のガラスなどが含まれる。また、第１光束制御部材１５１および第２光束制御部材１５２の内部にビーズなどの光散乱子を分散させてもよい。

図３〜図５は、第１光束制御部材１５１の構成を示す図である。図３Ａは、第１光束制御部材１５１を上側からみた斜視図であり、図３Ｂは、下側からみた斜視図である。図４Ａは、第１光束制御部材１５１の正面図であり、図４Ｂは、底面図であり、図４Ｃは、平面図である。図５Ａは、第１光束制御部材１５１の側面図であり、図５Ｂは、図４Ｂに示されるＡ−Ａ線の断面図であり、図５Ｃは、図４Ｂに示されるＢ−Ｂ線の断面図であり、図５Ｄは、図５Ｃにおいて破線で囲まれた領域の部分拡大図である。

図３〜図５に示されるように、第１光束制御部材（光束制御部材本体）１５１は、２つの入射面１５３、第１凸条１５４、２つの全反射面１５８、２つの導光部１５９、２つの出射面１６０および第２凸条１６１を有する。第１光束制御部材１５１は、発光素子１４０の光軸ＬＡが第１凸条１５４の第１稜線１５７を通るように配置される。ここで、「発光素子の光軸」とは、発光素子１４０からの立体的な光束の中心における光の進行方向をいう。

２つの入射面１５３は、それぞれ、ＬＥＤなどの点状光源である発光素子１４０から出射された光の一部を第１光束制御部材１５１内に入射させる。入射面１５３は、第１光束制御部材１５１の底面（発光素子１４０側の面）の中央部に形成されている第１凹部１６５の内面の一部である。２つの入射面１５３は、発光素子の光軸ＬＡを含み、かつ基板１２０に垂直な仮想平面を境界として両側に配置されている。第１凹部１６５の形状は、特に限定されない。第１凹部１６５の形状は、エッジを含まない曲面であることが好ましい。
第１凸条１５４は、発光素子１４０から出射された光の他の一部を第１光束制御部材１５１内に入射させ、入射した光を屈折させる。第１凸条１５４は、第１傾斜面１５５と、第１傾斜面１５５と対に形成された第２傾斜面１５６と、第１傾斜面１５５および第２傾斜面１５６を繋ぐ第１稜線１５７とを有する（図５Ｄ参照）。第１凸条１５４は、２つの入射面１５３の間において第１稜線１５７が仮想平面に沿って発光素子１４０を覆うように配置されている。すなわち、第１稜線１５７は、仮想平面上に位置する。第１傾斜面１５５および第２傾斜面１５６は、第１凹部１６５の内面の一部でもある。第１凸条１５４の形状は、前述した機能を発揮することができれば特に限定されない。第１稜線１５７に直交する第１凸条１５４の断面形状は、例えば三角形である。この場合、第１稜線１５７を含む角は、面取りされていてもよい。本実施の形態では、第１凸条１５４の断面形状は、第１稜線１５７を含む角が面取りされた略三角形である。第１傾斜面１５５および第２傾斜面１５６がなす角度のうち小さい角度（以下、「第１角度」ともいう）は、前述の機能を発揮することができれば、特に限定されない。本実施の形態では、第１角度は、４０°〜１６０°の範囲内である。使用する発光素子１４０の種類によっては第１角度が４０°未満の第１凸条１５４を有する第１光束制御部材を組み合わせた場合、第２凸条１６１に到達する光が少なくなり、第１光束制御部材１５１とカバー１８０との間に第２光束制御部材１５２を配置すると、カバー１８０における発光素子１４０の直上部に暗部が生じてしまうおそれがある。このような場合には、第２光束制御部材１５２を配置せず、第１光束制御部材１５１から出射した光を直接、カバー１８０に到達させることで、光量の減衰を抑えることができ、第１光束制御部材１５１のみでカバー１８０上の明るさの均斉度を向上させることができる。一方、第１角度が１６０°超の場合、第２凸条１６１に到達する光が多くなりすぎてしまい、発光素子１４０の直上部に明部が生じてしまうおそれがある。また、仮想平面において、第１稜線１５７は、カバー１８０側に向かって凸の曲線である。なお、第１角度は、照明装置１００において、発光素子１４０の直上に到達させるべき光量に応じて適宜設定されうる。また、第１凸条１５４は、仮想平面において、発光素子１４０の光軸ＬＡに対して、少なくとも４５°までの角度で発光素子１４０から出射された光を入射させることが好ましい。第１凸条１５４に到達した光は、第１傾斜面１５５または第２傾斜面１５６により仮想平面側に向かって屈折される。

２つの全反射面１５８は、それぞれ、入射面１５３から入射した光の一部を、発光素子１４０の光軸ＬＡおよび仮想平面と略垂直であり、かつ互いに反対向きである２つの方向（２つの導光部１５９の方向）に反射させる。すなわち、２つの全反射面１５８は、到達した光を２つの導光部１５９に向けて反射させる。２つの全反射面１５８は、入射面１５３を挟んで発光素子１４０と対向する位置に形成されている。２つの全反射面１５８は、仮想平面を境界として両側に配置されている。

図６を用いて、全反射面１５８の形状について説明する。図６Ａおよび図６Ｂは、発光素子を光源とするスポットライトに用いられる光束制御部材１０の構成を示す図である。図６Ａは、光束制御部材１０の斜視図であり、図６Ｂは、光束制御部材１０の断面図である。図６Ａおよび図６Ｂに示されるように、光束制御部材１０は、発光素子から出射された光を入射する入射面１２と、入射面１２から入射した光の一部を全反射する全反射面１４と、入射面１２から入射した光の一部および全反射面１４で反射した光を出射する出射面１６とを有する。入射面１２は、光束制御部材１０の底部に形成された円錐台状の凹部の内面である。全反射面１４は、光束制御部材１０の底部の外縁から出射面１６の外縁に延びる面であり、光束制御部材１０の中心軸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１４の直径は、入射面１２側（底部側）から出射面１６側に向けて漸増している。全反射面１４を構成する母線は、外側に凸の円弧状曲線である。出射面１６は、光束制御部材１０において入射面１２（底部）の反対側に位置する平面である。

図６Ｃは、光束制御部材１０を使用したときの光路を示す図である。図６Ｃに示されるように、所定の位置に配置された点光源から出射された光は、入射面１２から光束制御部材１０内に入射する。光束制御部材１０内に入射した光の一部は、そのまま出射面１６から外部に向けて出射される。光束制御部材１０内に入射した光の残部は、全反射面１４で出射面１６方向に反射され、出射面１６から外部に向けて出射される。このように、点光源から出射された光は、配光を制御されて出射面１６から出射される。

この光束制御部材１０を、図６Ｂに示されるＡ−Ａ線で２分割し、２つの分割片の底部同士を接合させると、図６Ｄに示される光束制御部材１０’となる。図６Ｅに示されるように、このような光束制御部材１０’では、点光源から出射された光は、２つの全反射面１４で反射されて、互いに反対向きである２つの方向に進む光となる。本実施の形態の第１光束制御部材１５１の全反射面１５８の形状は、基本的には、図６Ｄに示される光束制御部材１０’の全反射面１４の形状と同じである。なお、以後の説明では、図６Ｄおよび図６Ｅにおいて符番「１８」で示される、２つの全反射面１４の境界線近傍の部位を「全反射面の接続部」と称することがある。また、このとき、全反射面１４の境界線は、弧である。

２つの導光部１５９は、入射面１５３、第１凸条１５４、全反射面１５８および第２凸条１６１を挟んで相対する位置（仮想平面の両側）にそれぞれ配置されている。導光部１５９は、入射面１５３で入射した光の一部および全反射面１５８で反射した光を、少しずつ外部に出射させながら、入射面１５３および全反射面１５８から離れる方向に導光する。導光部１５９は、導光部本体１６６、一対の補強部材１６７および４つのガイド係合溝１６９を有する。導光部本体１６６の外面は、導光された光を外部に出射する出射面１６０として機能する。

出射面１６０から出射される光量を均一にする観点から、導光部１５９内にはビーズなどの散乱子が分散していることが好ましい。また、出射面１６０に光拡散処理（例えば、粗面化処理）が施されていてもよい。

導光部１５９の形状は、特に限定されない。本実施の形態では、導光部１５９の形状は、ロッド状である。２つの導光部１５９は、図６Ｄに示される光束制御部材１０’の出射面１６にそれぞれ接続されている。導光部１５９の短軸方向の断面積は、特に限定されない。本実施の形態では、導光部１５９は、断面積が全反射面１５８から離れるにつれて小さくなるように形成されている。なお、導光部１５９の短軸方向の断面積は、導光部１５９の長軸方向のいずれの位置においても同じであってもよい。導光部１５９の短軸方向の断面積が全反射面１５８から離れるにつれて、小さくなる場合には、導光部１５９の厚みおよび幅の両方を調整することで制御してもよいし、厚みおよび幅のいずれか一方のみを調整することで制御してもよい。また、導光部１５９の短軸方向の断面形状は、特に限定されず、必要とする配光特性に応じて適宜選択される。本実施の形態では、仮想平面において、導光部１５９の形状は、略半円である。

また、導光部本体１６６の底面（発光素子１４０の光軸ＬＡ方向についての発光素子１４０側の面）には、第２凹部１７０がそれぞれ形成されている。第２凹部１７０を形成することで、射出成形時におけるヒケの発生を抑制することができるとともに、製造コストを削減することができる。２つの第２凹部１７０は、いずれも第１光束制御部材１５１の長軸方向の両端部に形成されており、第１凹部１６５と連通している。

第２凹部１７０の大きさおよび形状は、所望の配光特性（本発明の効果を損ねない配光特性）が得られ、かつ第１光束制御部材１５１に要求される強度を確保することができれば、特に限定されない。本実施の形態において、第２凹部１７０の平面視形状は、底辺が発光素子１４０側に位置する略台形である（図３Ｂ参照）。また、第２凹部１７０の深さも特に限定されず、適宜設定されうる。なお、第１光束制御部材１５１を射出成形により成形する場合、第２凹部１７０は、ヒケが発生するおそれがある部位に形成することが好ましい。

補強部材１６７は、第１光束制御部材１５１の強度を向上させる。補強部材１６７の位置および形状は、第１光束制御部材１５１の全反射面１５８の機能を大きく阻害せず、かつ第１光束制御部材１５１の強度を向上させることができれば、特に限定されない。本実施の形態では、補強部材１６７は、第１光束制御部材１５１の底面（発光素子１４０側の面）側に配置されており、導光部１５９の側面同士を連接している。なお、特に図示しないが、補強部材１６７の裏面には、基板１２０に対して光束制御部材１５０を位置決めするための位置決め凸部が配置されている。

ガイド係合溝１６９は、発光素子１４０から離れた位置に配置されている。ガイド係合溝１６９は、後述する第２光束制御部材１５２の係合突起１７１が係合することで、第１光束制御部材１５１に対して第２光束制御部材１５２を位置決めするための溝である。

第２凸条１６１は、第１凸条１５４で入射した光の一部を屈折させながら第１光束制御部材１５１の外部に出射させる。第２凸条１６１は、第３傾斜面１６２と、第３傾斜面１６２と対に形成された第４傾斜面１６３と、第３傾斜面１６２および第４傾斜面１６３を繋ぐ第２稜線１６４とを有する（図５Ｄ参照）。第２凸条１６１は、２つの全反射面１５８の間において第２稜線１６４が仮想平面に沿って第１凸条１５４を覆うように配置されている。すなわち、第２稜線１６４は、仮想平面上に位置する。第２凸条１６１の形状は、前述した機能を発揮することができれば特に限定されない。第２稜線１６４に直交する第２凸条１６１の断面形状は、例えば三角形である。この場合、第２稜線１６４を含む角は、面取りされていてもよい。本実施の形態では、第２凸条１６１の断面形状は、第２稜線１６４を含む角が面取りされた略三角形である。第３傾斜面１６２および第４傾斜面１６３がなす角度のうち小さい角度（以下、「第２角度」ともいう）は、前述の機能を発揮することができれば、特に限定されない。本実施の形態では、第２角度は、６０°〜１６０°の範囲内である。使用する発光素子１４０の種類によっては第２角度が６０°未満の第２凸条１６１を有する第１光束制御部材を組み合わせた場合、出射する光が過度に屈折されるため、第１光束制御部材１５１とカバー１８０との間に第２光束制御部材１５２を配置すると、カバー１８０における発光素子１４０の直上部に暗部が生じてしまうおそれがある。このような場合には、第２光束制御部材１５２を配置せず、第１光束制御部材１５１から出射した光を直接、カバー１８０に到達させることで、光量の減衰を抑えることができ、第１光束制御部材１５１のみでカバー１８０上の明るさの均斉度を向上させることができる。一方、第２角度が１６０°超の場合、出射する光を十分に屈折させることができず、発光素子１４０の直上部に明部が生じてしまうおそれがある。また、仮想平面において、第２稜線１６４は、カバー１８０側に向かって凸の曲線である。

図２に示されるように、第２光束制御部材（拡散透過部材）１５２は、入射面１５３、第１凸条１５４および全反射面１５８を覆い、仮想平面と交わる（光軸ＬＡと交わる）ように第１光束制御部材１５１上に空気層を介して配置され、第１光束制御部材１５１（主として第２凸条１６１）から出射した光を拡散させつつ透過させる。第２光束制御部材１５２の形状は、前述の機能を発揮することができれば特に限定されない。第２光束制御部材１５２の形状の例には、仮想平面に沿う断面が半円筒形や釣り鐘様の形状（逆Ｕ字型）などが含まれる。本実施の形態では、第２光束制御部材１５２の形状は、仮想平面に沿う断面が釣り鐘様の形状（逆Ｕ字型）である。

図７および図８は、第２光束制御部材１５２の構成を示す図である。図７Ａは、第２光束制御部材１５２の正面図であり、図７Ｂは、平面図であり、図７Ｃは、底面図である。図８Ａは、第２光束制御部材１５２の側面図であり、図８Ｂは、図７Ｂに示されるＡ−Ａ線の断面図であり、図８Ｃは、図７Ｂに示されるＢ−Ｂ線の断面図である。図７および図８に示されるように、第２光束制御部材１５２は、半円筒部１７２および２つの側壁部１７３を有する。

半円筒部１７２は、全反射面１５８の直上近傍に配置される。半円筒部１７２の内面には、複数の凹条（拡散透過部）１７４が形成されている。複数の凹条１７４は、第２光束制御部材１５２の軸方向に垂直な方向（仮想平面に沿う方向）に半円環状に配置されている。ここで、「第２光束制御部材１５２の軸」とは、半円筒部１７２の軸線をいう。

２つの側壁部１７３は、それぞれ半円筒部１７２の側縁に連接している。側壁部１７３の内面の中央部分には、複数の凹条１７４（拡散透過部）が形成されている。複数の凹条１７４は、第２光束制御部材１５２の軸方向に垂直な方向（仮想平面に沿う方向）に直線状に配置されている。また、半円筒部１７２に配置された複数の凹条１７４と、半円筒部１７２に配置された複数の凹条１７４に対応した側壁部１７３に配置された複数の凹条１７４とは、それぞれ連なるように配置されている。凹条１７４は、到達した光を拡散させつつ透過させる。凹条１７４の断面形状は、特に限定されない。凹条１７４の断面形状の例には、半円形や三角形などが含まれる。本実施の形態では、凹条１７４の断面形状は、半円形である。各凹条１７４は、同一の形状であってもよいし、異なった形状であってもよい。本実施の形態では、各凹条１７４は、同一形状に形成されている。

また、側壁部１７３の両端部の内側には、４つの係合突起１７１が配置されている。４つの係合突起１７１は、第１光束制御部材１５１に配置された４つのガイド係合溝１６９に係合することで、第２光束制御部材１５２を第１光束制御部材１５１に位置決めする。半円筒部１７２が連接していない側壁部１７３の端部には、第２光束制御部材１５２を基板１２０に位置決めおよび固定するための突起部１７６が配置されている。基板１２０に固定された第１光束制御部材１５１のガイド係合溝１６９に第２光束制御部材１５２の係合突起１７１を係合しつつ、第２光束制御部材１５２の突起部１７６を基板１２０の係合凹部（図示省略）にはめ込むことにより、第２光束制御部材１５２を基板１２０および第１光束制御部材１５１に固定することができる。

発光素子１４０から出射された光の一部は、入射面１５３から第１光束制御部材１５１内に入射する。光束制御部材１５０内に入射した光は、全反射面１５８において導光部１５９に向けて反射される。さらに、第１光束制御部材１５１内に入射した光の他の一部（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）は、そのまま導光部１５９に到達する。また、発光素子１４０から出射し、第１凸条１５４で入射した光の一部は、全反射面１５８に向かって屈折され、導光部１５９に導かれる。また、第１凸条１５４で入射した光の他の一部は、第２凸条１６１に向かって屈折される。

導光部１５９に入射した光は、少しずつ出射面１６０から外部に出射されながら、導光部１５９の端部に向けて導光される。結果として、光束制御部材１５０の外面全体から略均一に光が出射される。一方、第２凸条１６１から出射した光および発光素子１４０の中心から出射した光は、第２光束制御部材１５２に到達する。第２光束制御部材１５２に入射した光は、複数の凹条１７４で拡散されつつ光束制御部材１５０の外部に透過する。光束制御部材１５０の出射面１６０から出射された光は、空気層を透過してカバー１８０の内面に到達する。カバー１８０の内面に到達した光は、拡散されつつカバー１８０を透過する。結果として、カバー１８０の外表面全面から略均一に光が出射される。このようにして、点状光源である発光素子１４０からの出射光を光束制御部材１５０によって線状の光に変換することができる。

（光束制御部材の配光特性のシミュレーション）
前述した第１凸条１５４の第１角度および第２凸条１６１の第２角度がそれぞれ異なる複数の光束制御部材１５０における配光特性について調べた。配光特性のシミュレーションでは、第１角度が４０°、第２角度が６０°の光束制御部材（以下、「光束制御部材Ａ」ともいう）と、第１角度が４０°、第２角度が１００°の光束制御部材（以下、「光束制御部材Ｂ」ともいう）と、第１角度が４０°、第２角度が１６０°の光束制御部材（以下、「光束制御部材Ｃ」ともいう）と、第１角度が１６０°、第２角度が６０°の光束制御部材（以下、「光束制御部材Ｄ」ともいう）と、第１角度が１６０°、第２角度が１００°の光束制御部材（以下、「光束制御部材Ｅ」ともいう）と、第１角度が１６０°、第２角度が１６０°の光束制御部材（以下、「光束制御部材Ｆ」ともいう）とについて調べた。

図９〜図１２は、光束制御部材Ａ〜Ｆにおける光路のシミュレーション結果である。図９Ａ〜Ｃは、光束制御部材Ａ、光束制御部材Ｂおよび光束制御部材Ｃ（いずれも第１凸条１５４の第１角度が４０°）を用いた場合の発光素子１４０の発光面の中心から出射される光の光路のシミュレーション結果である。図１０Ａ〜Ｃは、光束制御部材Ａ、光束制御部材Ｂおよび光束制御部材Ｃ（いずれも第１凸条１５４の第１角度が４０°）を用いた場合の発光素子１４０の発光面の中心以外の領域から出射される光の光路のシミュレーション結果である。図１１Ａ〜Ｃは、光束制御部材Ｄ、光束制御部材Ｅおよび光束制御部材Ｆ（いずれも第１凸条１５４の第１角度が１６０°）を用いた場合の発光素子１４０の発光面の中心から出射される光の光路のシミュレーション結果である。図１２Ａ〜Ｃは、光束制御部材Ｄ、光束制御部材Ｅおよび光束制御部材Ｆ（いずれも第１凸条１５４の第１角度が１６０°）を用いた場合の発光素子１４０の発光面の中心以外の領域から出射される光の光路のシミュレーション結果である。なお、図９〜図１２では、第１傾斜面１５５側（図中左側）に配置された全反射面を第１全反射面１５８ａとし、第２傾斜面１５６側（図中右側）に配置された全反射面を第２全反射面１５８ｂとして説明する。また、第１傾斜面１５５側（図中左側）に配置された導光部を第１導光部１５９ａとし、第２傾斜面１５６側（図中右側）に配置された導光部を第２導光部１５９ｂとして説明する。さらに、図９〜図１２では、仮想平面（光軸ＣＡ）より第１傾斜面１５５側（図中左側）に出射された光線を実線で示し、仮想平面（光軸ＣＡ）より第２傾斜面１５６側（図中右側）に出射された光線を破線で示している。また、図９〜図１２では、光路を示すため、光束制御部材Ａ〜Ｆのハッチングを省略している。

図９Ａ〜Ｃに示されるように、光束制御部材Ａ、光束制御部材Ｂおよび光束制御部材Ｃ（第１凸条１５４の第１角度が４０°）を用いた場合、発光素子１４０の発光面の中心から出射し、第１凸条１５４で入射した光の一部は、仮想平面側に大きく屈折する。具体的には、第１凸条１５４の第１傾斜面１５５から入射した光の一部は、第２導光部１５９ｂに到達する。また、第１傾斜面１５５から入射した光の他の一部は、第２凸条１６１の第４傾斜面１６３に到達する。同様に、第１凸条１５４の第２傾斜面１５６から入射した光の一部は、第１導光部１５９ａに到達する。また、第２傾斜面１５６から入射した他の一部の光は、第２凸条１６１の第３傾斜面１６２に到達する。

また、図１０Ａ〜Ｃに示されるように、光束制御部材Ａ、光束制御部材Ｂおよび光束制御部材Ｃ（第１凸条１５４の第１角度が４０°）を用いた場合、発光素子１４０の発光面の中心以外の領域から出射し、第１凸条１５４で入射した光は、仮想平面側に大きく屈折する。具体的には、第１凸条１５４の第１傾斜面１５５から入射した光の一部は、第２傾斜面１５６で反射して、第２凸条１６１の第３傾斜面１６２または第１導光部１５９ａに到達する。また、第１凸条１５４の第１傾斜面１５５から入射した光の他の一部は、第２凸条１６１の第４傾斜面１６３または第２導光部１５９ｂに到達する。同様に、第１凸条１５４の第２傾斜面１５６から入射した光の一部は、第１傾斜面１５５で反射して、第２凸条１６１の第４傾斜面１６３または第２導光部１５９ｂに到達する。また、第１凸条１５４の第２傾斜面１５６から入射した光の他の一部は、第２凸条１６１の第３傾斜面１６２または第１導光部１５９ａに到達する。

また、図１１Ａ〜Ｃに示されるように、光束制御部材Ｄ、光束制御部材Ｅおよび光束制御部材Ｆ（第１凸条１５４の第１角度が１６０°）を用いた場合、発光素子１４０の発光面の中心から出射し、第１凸条１５４で入射した光は、仮想平面側に小さく屈折して、第２凸条１６１（第３傾斜面１６２または第４傾斜面１６３）に到達する。また、図１２Ａ〜Ｃに示されるように、光束制御部材Ｄ、光束制御部材Ｅおよび光束制御部材Ｆ（第１凸条１５４の第１角度が１６０°）を用いた場合、発光素子１４０の発光面の中心以外の領域から出射し、第１凸条１５４で入射した光は、仮想平面側に小さく屈折して、第２凸条１６１（第３傾斜面１６２または第４傾斜面１６３）に到達する。

第２凸条１６１から出射される光の方向は、第１凸条１５４の第１角度および第２凸条１６１の第２角度によって大きく変化する。たとえば、図９Ａ〜Ｃに示されるように、発光素子１４０の発光面の中心から出射され、第１角度が４０°の第１凸条１５４から入射し、第２凸条１６１から出射される光の光軸ＬＡに対する出射角度は、第２凸条１６１の第２角度が大きくなるにつれて大きくなる。また、図１１Ａ〜Ｃに示されるように、発光素子１４０の発光面の中心以外の領域から出射され、第１角度が４０°の第１凸条１５４から入射し、第２凸条１６１から出射される光の光軸ＬＡに対する出射角度は、第２凸条１６１の第２角度が大きくなるにつれて小さくなる。

一方、図１０Ａ〜Ｃに示されるように、発光素子１４０の発光面の中心から出射され、第１角度が１６０°の第１凸条１５４から入射し、第２凸条１６１から出射される光の光軸ＬＡに対する出射角度は、第２凸条１６１の第２角度が大きくなるにつれて小さくなる。また、図１２Ａ〜Ｃに示されるように、発光素子１４０の発光面の中心以外の領域から出射され、第１角度が１６０°の第１凸条１５４から入射し、第２凸条１６１から出射される光の光軸ＬＡに対する出射角度は、第２凸条１６１の第２角度が大きくなるにつれて小さくなる。

図９〜図１２に示されるように、本実施の形態に係る光束制御部材Ａ〜Ｆでは、第１凸条１５４の第１角度を調整することで発光素子１４０の直上部に向かう光の量を大きく調整することができ、第２凸条１６１の第２角度を調整することで発光素子１４０の直上部に向かう光の量を細かく調整することができる。

（照明装置の輝度分布のシミュレーション１）
シミュレーション１では、基板１２０表面からカバー１８０の最も高い部分の内表面までの間隔（空間距離）が１６ｍｍである、本実施の形態に係る照明装置１００における輝度分布をシミュレーションした。シミュレーション１では、光束制御部材Ａ〜Ｆを使用した。また、比較のため、第１凸条１５４および第２凸条１６１を有さない比較例に係る光束制御部材Ｇを有する比較例に係る照明装置における輝度分布もシミュレーションした。なお、光束制御部材Ｇにおいて、２つの全反射面１５８は、平面で繋がっている。

本シミュレーションでは、基板１２０上に発光素子１４０（白色ＬＥＤ）を中心間距離が２８ｍｍとなるように２個配置し、各発光素子１４０の上に長さ３８ｍｍ、高さ６．７ｍｍの光束制御部材１５０（光束制御部材Ａ〜Ｇ）を配置した。また、空間距離を１６ｍｍとし、カバー１８０の内径を２４ｍｍとした。

図１３は、照明装置の輝度分布のシミュレーション結果を示すグラフである。図１３Ａは、第１凸条１５４の第１角度が４０°の光束制御部材Ａ〜Ｃを用いた場合のシミュレーション結果を示すグラフである。図１３Ａの実線は、比較例に係る光束制御部材Ｇのシミュレーション結果を示している。図１３Ａの破線は、光束制御部材Ａを使用した場合のシミュレーション結果を示しており、一点鎖線は、光束制御部材Ｂを使用した場合のシミュレーション結果を示しており、二点鎖線は、光束制御部材Ｃを使用した場合のシミュレーション結果を示している。図１３Ｂは、第１凸条１５４の第１角度が１６０°の光束制御部材Ｄ〜Ｆを用いた場合のシミュレーション結果を示すグラフである。図１３Ｂの実線は、比較例に係る光束制御部材Ｇのシミュレーション結果を示している。図１３Ｂの破線は、光束制御部材Ｄを使用した場合のシミュレーション結果を示しており、一点鎖線は、光束制御部材Ｅを使用した場合のシミュレーション結果を示しており、二点鎖線は、光束制御部材Ｆを使用した場合のシミュレーション結果を示している。また、図１３Ａ、Ｂにおいて、縦方向に伸びる直線は、２つの発光素子１４０の光軸ＬＡの位置を示している。

図１３Ａ、Ｂに示されるように、本シミュレーションでは、第１凸条１５４および第２凸条１６１を有していない光束制御部材Ｇを使用した場合、隣接する発光素子１４０の間に明部が生じており、発光素子１４０の直上部に暗部が生じていることがわかった。また、空間距離が長い照明装置１００では、第１凸条１５４の第１角度および第２凸条１６１の第２角度をそれぞれ大きくして、発光素子１４０の直上部に光を集めることで、照明装置１００全体として、均一な輝度を得ることができることがわかった（図１３Ａの光束制御部材Ｃ（二点鎖線）および図１３Ｂの光束制御部材Ｆ（二点鎖線）参照）。

（照明装置の輝度分布のシミュレーション２）
次に、シミュレーション２では、空間距離が１３ｍｍである本実施の形態に係る照明装置１００における輝度分布をシミュレーションした。シミュレーション２でも、光束制御部材Ａ〜Ｇを使用した。シミュレーション２の条件は、空間距離が１３ｍｍであること以外、シミュレーション１と同様である。

図１４は、照明装置の輝度分布のシミュレーション結果を示すグラフである。図１４Ａは、第１凸条１５４の第１角度が４０°の光束制御部材Ａ〜Ｃを用いた場合のシミュレーション結果を示すグラフである。図１４Ａの実線は、比較例に係る光束制御部材Ｇのシミュレーション結果を示している。図１４Ａの破線は、光束制御部材Ａを使用した場合のシミュレーション結果を示しており、一点鎖線は、光束制御部材Ｂを使用した場合のシミュレーション結果を示しており、二点鎖線は、光束制御部材Ｃを使用した場合のシミュレーション結果を示している。図１４Ｂは、第１凸条１５４の第１角度が１６０°の光束制御部材Ｄ〜Ｆを用いた場合のシミュレーション結果を示すグラフである。図１４Ｂの実線は、比較例に係る光束制御部材Ｇのシミュレーション結果を示している。図１４Ｂの破線は、光束制御部材Ｄを使用した場合のシミュレーション結果を示しており、一点鎖線は、光束制御部材Ｅを使用した場合のシミュレーション結果を示しており、二点鎖線は、光束制御部材Ｆを使用した場合のシミュレーション結果を示している。また、図１４Ａ、Ｂにおいて、縦方向に伸びる直線は、２つの発光素子１４０の光軸ＬＡの位置を示している。

図１４Ａ、Ｂに示されるように、本シミュレーションでは、第１凸条１５４および第２凸条１６１を有していない光束制御部材Ｇを使用した場合、発光素子１４０の両側に暗部が生じていることが分かった。また、空間距離が短い照明装置１００では、第１凸条１５４の第１角度および第２凸条１６１の第２角度をそれぞれ小さくして、発光素子１４０の両側に出射する光を多くすることで、照明装置１００全体として、均一な輝度を得られることがわかった（図１４Ａの光束制御部材Ａ（破線）および図１４Ｂの光束制御部材Ｄ（破線）参照）。

（効果）
以上のように、本実施の形態に係る照明装置１００では、第１凸条１５４の第１角度および第２凸条１６１の第２角度を適宜調整することで、発光素子１４０の直上部分の明るさを適宜調整することができ、発光素子１４０の配列方向の輝度ムラを少なくすることができる。また、全反射面１５８および導光部１５９により発光素子１４０間の明るさも適宜調整することができる。さらに、第２凸条１６１を通る光の光路上に凹条（拡散透過部）１７４を有する第２光束制御部材（拡散透過部材）１５２を配置することで、照明装置１００の有効発光領域から出射される光の光量を均一にすることができる。

なお、前述した実施の形態では、第１凸条１５４および第２凸条１６１を有する光束制御部材１５０について説明したが、第２凸条１６１がなくてもよい。この場合、２つの全反射面１５８の間には、光軸ＬＡに垂直な平面が配置される。この場合においても、発光素子１４０の配列方向の輝度ムラを少なくすることができる。

また、前述した実施の形態では、第１光束制御部材（光束制御部材本体）１５１および第２光束制御部材（拡散透過部材）１５２を有する光束制御部材１５０について説明したが、本発明に係る光束制御部材１５０は、第２光束制御部材（拡散透過部材）１５２を有していなくてもよい。この場合においても、発光素子１４０の配列方向の輝度ムラを少なくすることができる。

本発明の照明装置は、蛍光管などに代えて使用されうるため、各種照明機器に幅広く適用されうる。

１０、１０’ 光束制御部材
１２ 入射面
１４ 全反射面
１６ 出射面
１８ 全反射面の境界線近傍
１００ 照明装置
１１０ フレーム
１２０ 基板
１３０ 発光装置
１４０ 発光素子
１５０ 光束制御部材
１５１ 第１光束制御部材（光束制御部材本体）
１５２ 第２光束制御部材（拡散透過部材）
１５３ 入射面
１５４ 第１凸条
１５５ 第１傾斜面
１５６ 第２傾斜面
１５７ 第１稜線
１５８ 全反射面
１５９ 導光部
１６０ 出射面
１６１ 第２凸条
１６２ 第３傾斜面
１６３ 第４傾斜面
１６４ 第２稜線
１６５ 第１凹部
１６６ 導光部本体
１６７ 補強部材
１６９ ガイド係合溝
１７０ 第２凹部
１７１ 係合突起
１７２ 半円筒部
１７３ 側壁部
１７４ 凹条
１７６ 突起部
１８０ カバー

Claims (4)

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、
   光束制御部材本体および拡散透過部材を有し、
   前記光束制御部材本体は、
   前記発光素子の光軸を含む仮想平面を境界として両側に配置され、前記発光素子から出射された光の一部を入射させる２つの入射面と、
   第１傾斜面と、前記第１傾斜面と対に形成された第２傾斜面と、前記第１傾斜面および前記第２傾斜面を繋ぐ第１稜線とを有し、前記２つの入射面の間において前記第１稜線が前記仮想平面に沿って前記発光素子を覆うように配置され、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１凸条と、
   前記入射面を挟んで前記発光素子と対向する位置に形成され、前記入射面から入射した光の一部を、前記光軸と略垂直であり、かつ互いに反対向きである２つの方向に反射させる２つの全反射面と、
   前記入射面、前記第１凸条および前記全反射面を挟んで相対する位置にそれぞれ配置され、前記入射面で入射した光の一部および前記全反射面で反射した光を導光する２つの導光部と、
   前記導光部の外面にそれぞれ形成され、前記導光部により導光された光を外部に出射する２つの出射面と、
   第３傾斜面と、前記第３傾斜面と対に形成された第４傾斜面と、前記第３傾斜面および前記第４傾斜面を繋ぐ第２稜線とを有し、前記２つの全反射面の間において前記第２稜線が前記仮想平面に沿って前記第１凸条を覆うように配置され、前記第１凸条で入射した光の一部を外部に出射する第２凸条と、
   を含み、
   前記拡散透過部材は、前記入射面、前記第１凸条および前記全反射面を覆うように、前記光束制御部材本体上に空気層を介して配置され、かつ前記第１凸条で入射して前記第２凸条から出射した光を拡散させつつ透過させる拡散透過部を含む、
   光束制御部材。
2. 前記第１凸条は、前記仮想平面において、前記発光素子の光軸に対して、少なくとも４５°までの角度で前記発光素子から出射された光を入射させる、請求項１に記載の光束制御部材。
3. 発光素子と、
   請求項１または請求項２に記載の光束制御部材と、
   を有する、発光装置。
4. 複数の請求項３に記載の発光装置と、
   前記複数の発光装置を覆うように前記複数の発光装置のそれぞれに対して空気層を介して配置されたカバーと、
   を有する、照明装置。