JP6440512B2 - Ｌｅｄ照明装置 - Google Patents

Description

本発明はレンズにより所望の配光を得るＬＥＤ照明装置に関し、詳しくはレンズから出射した光をいったん天井等に当て、その反射光で室内を照明する間接照明用のＬＥＤ照明装置に関する。

照明装置から得た光をいったん天井や壁などに当て、その反射光で部屋の照明を行う間接照明が広く採用されている。例えば、照明装置を直接視認できないよう天井と壁との隙間に棒状の蛍光管を配置し、その隙間から天井を照らすことがある。

そこで図１１に、このような間接照明が行われている室内の様子を模式的に示した斜視図を示す。図１１に示すようにこの室内では、天井７１０と壁７２０のコーナーに隙間７４０を設け、隙間７４０内に蛍光管７５０を配置している。このようにすると隙間７４０内の蛍光管７５０が直接目に触れないので、眩しくなく、自然な間接照明７６０が実現できる。

最近では、電力の低減と長寿命化のため蛍光管をＬＥＤ照明装置に置き換えることが進められている。前述の間接照明においても、蛍光管から管状のＬＥＤ照明装置に置き換えれば電力低減と長寿命化を図ることができる。

しかしながら管状の照明装置は収納するために大きな空間が必要になる。これは管状のＬＥＤ照明装置でも同じであり、照明装置本体及び設置に係る部材も高価になる。

間接照明用のＬＥＤ照明装置を小型化する手法として、ＬＥＤ光源が点状であることに着目し、ＬＥＤ光源にレンズや反射板を組み合わせることが考えられる。つまりＬＥＤ光源に特定の形状をしたレンズをかぶせたり反射板を配置したりすることにより特定の配光分布が得られる（例えば特許文献１参照。）。

そこで特許文献１の図５Ａ及び図５Ｅを図１０に再掲示し、その構造と光線の状況を説明する。図１０（ａ）はＬＥＤパッケージ６００の断面を示し、図１０（ｂ）にはＬＥＤパッケージ６００に含まれるレンズ５００の断面が示されているとともに光線トレースが描かれている。尚、図１０は説明し易いように一部符号を変更している。

図１０（ａ）においてＬＥＤパッケージ６００に用いるレンズ５００は、上部に全内反射（ＴＩＲ）性のじょうご部５０１と、側部に屈折を利用した鋸歯状部５０２とを備えている。レンズ５００の下部には容積（凹部）５０４があり、容積５０４に存在する焦点にダイ５２０（光源）が配置される。

図１０（ｂ）において、焦点５１０を発した光のうちパッケージ縦軸５３０に対し±４０°以下で出射する成分は、じょうご部５０１で反射し、表面Ｗから出射し側方に向かう（ｇ１、ｇ２）。焦点５１０を発した光のうちパッケージ縦軸５３０に対し４５°〜７５°の成分は鋸歯状部５０２から出射する。

例えば、パッケージ縦軸５３０に垂直な線から５０°及び６０°で焦点を発する光線はそれぞれ表面Ｖ、Ｒから側方に出射する（ｊ１、ｊ２）。尚、表面Ｕ、Ｎは焦点５１０から発した光を蹴らないようにしている。又、パッケージ縦軸５３０に垂直な線５４０から１０°及び２０°で焦点を発する光線はそれぞれ表面Ｍ、Ｌから側方に出射する（ｋ１、ｋ２）。

このように特許文献１に示された従来技術のＬＥＤパッケージ６００は、ダイ５２０を発したほとんどの光線が側方に向かうため、天井に取り付ければ直接光が天井や壁の上部を照らす間接照明が可能となる。

特開２００３−８０６８号公報 （８頁、図５Ａ、図５Ｅ）

図１０に示したようなレンズを用いたＬＥＤパッケージ６００は、軸対称な配光分布をもち直接光がパッケージ軸に垂直な方向に放射される。図１２に示すように、このような配光分布を備えるＬＥＤパッケージ６００を天井７１０と１つの壁７２０が接するコーナー部に配置すると、ＬＥＤ６００を中心に半円状の配光分布７７０となり、照射範囲が狭く間接照明としては好ましくない状態になる。

すなわち特許文献１に示されたＬＥＤパッケージ６００を間接照明に適用する場合、たとえＬＥＤパッケージ６００が光を縦軸に垂直な方向に放射させられるとしても、図１１で示したような蛍光管による幅の広い配光分布が得られないため自然な間接照明とすることはできない。

そこで本発明は、上記課題に鑑みて為されたものであり、天井と壁のコーナー部等に配置しても自然な間接照明が実現できるＬＥＤ照明装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため本発明のＬＥＤ照明装置の構成は以下の通りである。

レンズ体と光源とを有するＬＥＤ照明装置において、レンズ体は、平坦な底面と、底面に垂直な基準軸と、じょうご型の反射面を有する円筒状のレンズを第１の中心軸に沿って２分割した１片の第１のレンズ部と、砲弾型の反射面を有するレンズを第２の中心軸に沿って４分割した２片の第２のレンズ部と、を有し、
第１のレンズ部の反射面と第２のレンズ部の反射面とが連続するように、第１のレンズ部の分割面と、第２のレンズ部の分割面とを接合して一体化した形状をなし、
光源は前記レンズ体の底部であって基準軸上に設けられている
ことを特徴とする。

レンズ体により水平方向に広角な配光分布を得られるので、照明する壁の幅に合わせて光を適切に広げられる。

又、第１のレンズ部の反射面及び第２のレンズ部の反射面は、放物曲面であるとよい。

第１のレンズ部及び第２のレンズ部から出射する光は、底面に対して略平行な配光分布を得られる。

砲弾型の反射面は、先端に平坦部を有する砲弾の第２の中心軸を含まない面であるとよい。

レンズ体の基準軸上に形成されるじょうご型の深さを適切に制御して光源と反射面との位置関係を変化させることにより配光分布を調整できる。

平坦な底面は凹部を備え、凹部に光源が収納されるとよい。

第１のレンズ部の反射面及び第２のレンズ部の反射面の略焦点位置に光源を配置できるので、適切な配光分布を得ることができる。

２片の第２のレンズ部の出射面に第３のレンズ部を設けるとよい。

第３のレンズがないときに第２のレンズ部から側方に出射する光を、第３のレンズを設けることによりやや前方に配光させられる。

第３のレンズ部はシリンドリカルレンズであるとよい。

第２のレンズ部から出射される光の集光を調整することができる。

第３のレンズ部はフレネルレンズであるとよい。

第３のレンズ部はレンズ形状が平板状になるため、光の集光方向と配光分布を調整する際、レンズ体を小型化できる。

以上のように、本発明のＬＥＤ照明装置は、光源の発光を、第１のレンズ部により前方から斜め前方に放射するとともに、第２のレンズ部から側方に放射する。この結果、天井のコーナー部に配置されたときに幅の広い配光分布が得られ、自然な間接照明が実現できる。

第１の実施形態に含まれる第１のレンズ部の形状例を説明するための斜視図及び断面図である。 第１の実施形態に含まれる第２のレンズ部の形状例を説明するための斜視図及び断面図である。 第１の実施形態に含まれる第３のレンズ部の形状例を説明するための斜視図及び断面図である。 第１の実施形態に含まれるレンズ体の形状例を説明するための斜視図及び凹部を説明するための断面図である。 第１の実施形態のＬＥＤ照明装置における水平方向の光線トレース及び配光分布図である。 第１の実施形態のＬＥＤ照明装置における垂直方向の光線トレース及び配光分布図である。 第１の実施形態のＬＥＤ照明装置で室内を間接照明する様子を模式的に示した斜視図である。 第２の実施形態のＬＥＤ照明装置を示す斜視図である。 第３の実施形態のＬＥＤ照明装置を示す斜視図及び断面図である。 従来のＬＥＤ照明装置及び光線トレースを示す断面図である。 従来の蛍光管を用いた間接照明の様子を模式的に示す斜視図である。 従来のＬＥＤパッケージによる間接照明の様子を模式的に示す斜視図である。

以下に示す実施形態は、本発明の思想を具体化するためのＬＥＤ照明装置を例示するものであって、本発明は以下に説明する構成に特定するものではない。特に実施形態に記載されている構成部材の材質、形状、その相対的配置等は、特定的な記載がない限り本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく説明例に過ぎない。又、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は説明をわかりやすくするために誇張していることがある。

本発明は、レンズにより所望の配光を得るＬＥＤ照明装置であって、複数のレンズ部を組合せることにより水平方向に広角な配光分布を得られ、天井と壁のコーナー部などに配置することにより、自然な間接照明が可能となるＬＥＤ照明装置を提供しようとするものである。

このようなＬＥＤ照明装置を実現する手段として、じょうご型の反射面を有する円筒状のレンズを第１の中心軸に沿って２分割した１片の第１のレンズ部と、砲弾型の反射面を有するレンズを第２の中心軸に沿って４分割した２片の第２のレンズ部とを接合して一体化した形状のレンズ体を用いている。

又、第２のレンズ部の出射面に第３のレンズ部を設けることにより、側方への配光分布を調整している。さらに第１のレンズ部の形状を変化させることによっても配光分布を調整できるようにしている。

以下、図面を用いてレンズを用いたＬＥＤ照明装置について詳述する。
説明にあっては、同一要素には同一番号を付し重複する説明は省略する。又、発明に関係のない部分は省略している。

まず、図１〜図７を用いて第１の実施形態を説明し、図８を用いて第２の実施形態を説明し、図９を用いて第３の実施形態を説明する。

第１の実施形態では、第１、第２、第３のレンズ部を接合して一体化した形状のレンズ体及びそれを用いたＬＥＤ照明装置の構成と光線トレース及び配光分布について説明する。第２の実施形態では、第３のレンズ部にフレネルレンズを用いたレンズ体及びそれを用いたＬＥＤ照明装置の構成について説明する。第３の実施形態では、第１のレンズ部の形状を変化させることによって側方への配光分布を調整できるようにしたレンズ体及びそれを用いたＬＥＤ照明装置の構成について説明する。

［第１の実施形態の説明：図１〜図７］
まず、図１〜図７を用いて第１の実施形態のＬＥＤ照明装置１００を説明する。
図１では第１の実施形態の第１のレンズ部の形状例、図２では第２のレンズ部の形状例、図３では第３のレンズ部の形状例を説明する。さらに図４では第１〜第３のレンズ部を接合して一体化した形状のレンズ体及びそれを用いたＬＥＤ照明装置、図５、図６ではＬＥＤ照明装置の光線トレースと配光分布、図７ではＬＥＤ照明装置の使用例を説明する。

第１の実施形態の骨子は、レンズ体ついて、１片の第１のレンズ部と２片の第２のレンズ部とを接合して一体化した形状とし、さらに第２のレンズ部の出射面に第３のレンズ部を設けることにより、よりいっそう水平方向に広角な配光分布を得るものである。

以下に説明する第１〜第３のレンズ部から構成されるレンズ体は、アクリル又はポリカーボネートなどの透明性のプラスチック材料等を用い、射出成形やプレス成形など周知の製造方法によって製造することができる。

［第１のレンズ部の説明：図１］
図１（ａ）は、第１のレンズ部の基になるじょうご型の反射面を有する円筒状のレンズの斜視図、図１（ｂ）は、円筒状のレンズの切断面における片側の断面形状を示す断面図、図１（ｃ）は、円筒状レンズを２分割してできる第１のレンズ部の斜視図である。

図１（ａ）において、円筒状レンズ５は、第１の中心軸ｔ１を中心にして断面ｄ１を３６０°回転したときに形成される立体形状である。このとき、底面１ａは第１の中心軸ｔ１に垂直な平坦面となる。又、上面は断面ｄ１の上部を形成する曲線によってじょうご型の反射面ｃｖ１となる。

ここで、断面ｄ１は、円筒状のレンズ５を第１の中心軸ｔ１に沿った分割平面ｓ１によって分割したときの断面の半分でもある。断面ｄ１は後述する第２のレンズ部との接合面になる。

次に、図１（ｂ）を用いて、断面ｄ１の詳細を説明する。断面ｄ１は、ＸＹ座標において、原点Ｏ（０，０）を通過する曲線ｃ１と、Ｙ軸から距離ｘ１だけ離れ、曲線ｃ１上の点Ｐ１（ｘ１、ｙ１）を通過する第１の中心軸ｔ１と、Ｙ軸から距離ｘ２だけ離れ曲線ｃ１上の点Ｐ２（ｘ２、ｙ２）を通過する中心軸ｔ１に平行な直線と、Ｘ軸と、に囲まれた領域である。尚、第１の中心軸ｔ１はＹ軸に平行であり、Ｙ軸からの距離ｘ１は反射特性等を考慮して決める。

ここで、曲線ｃ１は原点を頂点とする放物線である。第１の中心軸ｔ１を中心にして断面ｄ１を３６０°回転させて得られる立体形状が前述した図１（ａ）に示す円筒状のレンズ５である。円筒状のレンズ５の上部には放物線の一部である曲線ｃ１によってじょうご型の反射面ｃｖ１が形成され、その最も低い点がＰ１であり、底面１ａからの高さはｙ１である。
尚、以下、放物線の一部の曲線を回転して得られる曲面（分割した場合も含む）を放物曲面と呼ぶ。曲線ｃ１を表わす一般的な式については後述する。

図１（ｃ）において、第１のレンズ部１０は、円筒状のレンズ５を図１（ａ）に示す第１の中心軸ｔ１に沿った分割平面ｓ１によって２分割した任意の１片である。尚、じょうご型の反射面ｃｖ１は後述するＬＥＤ光源に対しては反射面となる。又、円筒部２は後述する出射面となる。分割面３は後述する第２のレンズ部との接合面となる。

［第２のレンズ部の説明：図２］
図２（ａ）は、第２のレンズ部の基になる砲弾型の反射面を有する砲弾型のレンズ１５の斜視図、図２（ｂ）は、砲弾型のレンズ１５の切断面における断面形状を示す断面図、図２（ｃ）は、砲弾型のレンズ１５を４分割して形成される第２のレンズ部の斜視図である。

図２（ａ）において、砲弾型のレンズ１５は、第２の中心軸ｔ２を中心にして断面ｄ２を３６０°回転したときに形成される立体形状である。このとき、外周面は断面ｄ２を形成する曲線によって砲弾型の反射面ｃｖ２が形成されている。尚、反射面ｃｖ２も放物曲面である。又、平坦面２２は後述するＬＥＤ素子の発光に基づく光線の出射面となる。

ここで、断面ｄ２は、砲弾型のレンズ１５を第２の中心軸ｔ２に沿った分割平面ｓ２、及びｓ３によって４分割したときの断面の一つを示している。砲弾型のレンズ１５は、分割平面ｓ２及びｓ３によって４分割され、そのうちの１片が第２のレンズ部２０となる。

次に、図２（ｂ）を用いて、断面ｄ２の詳細を説明する。断面ｄ２は、ＸＹ座標において、原点Ｏ（０，０）を通過する曲線ｃ２と、Ｙ軸から距離ｘ３だけ離れ曲線ｃ２上の点Ｐ３（ｘ３、ｙ３）を通過するＹ軸に平行な直線と、Ｙ軸から距離ｘ４だけ離れ曲線ｃ２上の点Ｐ４（ｘ４、ｙ４）を通過するＹ軸に平行な直線と、Ｘ軸と、に囲まれた領域である。尚、点Ｐ３を通過しＹ軸に平行な直線のＹ軸からの距離ｘ３は、図１（ｂ）のｘ１と等しい。

ここで、曲線ｃ２は原点を頂点とする放物線である。断面ｄ２を第２の中心軸ｔ２を中心にして３６０°回転させて得られる立体が前述した図２（ａ）に示す砲弾型のレンズ１５である。砲弾型のレンズ１５の外周面は放物線ｃ２によって放物曲面ｃｖ２が形成される。
尚、曲線ｃ２は放物線の一部であるが、曲線ｃ２を一般化して表わす式については後述する。

図２（ｃ）には砲弾型のレンズ１５を分割平面ｓ２及びｓ３によって４分割した任意の２片が示されている。各片は第２レンズ部２０を構成する。尚、平坦面２２はそれぞれ後述する出射面となる。又、分割面２３はいずれか一方が後述する第１のレンズ部１０との接合面となり、他方が後述するレンズ体の底面の一部となる。放物曲面ｃｖ２はそれぞれが後述する反射面となる。

［第３のレンズ部の説明：図３］
図３（ａ）は、第３のレンズ部の基になり、図の縦方向の外周面が円筒形のシリンドリカルレンズ２５の斜視図である。図３（ｂ）は４分割時のシリンドリカルレンズ２５の一方の断面ｄ３、図３（ｃ）は他方の断面ｄ４を示す。図３（ｄ）は、シリンドリカルレンズ２５を４分割して形成される第３のレンズ部３０の斜視図である。

図３（ａ）において、シリンドリカルレンズ２５はＹ１軸を中心軸とする円筒（図の縦方向の外周面を構成する）とＸ軸を中心とする円筒（ＹＺ断面が図２に示す砲弾型レンズの底面一致する）の交差部からなる立体を、さらに平坦面３２で切断した部分（Ｘ≧０側）となる。シリンドリカルレンズ２５の平坦面３２は、原点Ｏを含むＹＺ平面に一致している。又、平坦面３２の反対側の曲面３３は略円筒状の曲面ｃｖ３を有している。このような形状を有するシリンドリカルレンズ２５では、平坦面３２側から平坦面３２に垂直に入射する光がＸ軸方向に集光するようになっている。

又、シリンドリカルレンズ２５は、Ｘ軸及びＹ軸を含む分割平面ｓ４と、Ｙ軸及びＺ軸を含む分割平面ｓ５によって４分割され、各片が断面ｄ３と断面ｄ４を有する第３のレンズ部３０となる。

次に、図３（ｂ）を用いて、断面ｄ３の詳細を説明する。断面ｄ３は、ＸＹ平面において、Ｙ軸に平行で距離ｘ５離れた直線ｃ３と、Ｘ軸に平行で距離ｙ５離れた直線と、Ｘ軸と、Ｙ軸とに囲まれた領域である。

次に、図３（ｃ）を用いて、断面ｄ４の詳細を説明する。断面ｄ４は、ＸＺ平面において、Ｚ軸上で原点から距離ｚ６だけ離れた点Ｐ５及びＸ軸上で原点から距離ｘ６だけ離れた点Ｐ６を通過する曲線ｃ４と、Ｘ軸とＺ軸とに囲まれた領域である。尚、曲線ｃ４は円弧であり、シリンドリカルレンズ２５の平坦面３２に垂直に入射する光をＸ軸方向に集光する曲面の基になる。

図３（ｄ）にはシリンドリカルレンズ２５を分割平面ｓ４及びｓ５によって４分割し任意の隣り合う２片が示されている。なお図中に示した２片の第３のレンズ部３４は対称であっても同一形状ではない。後述するように第３のレンズ部３０は、図２で示した第２のレンズ部２０の平坦面２２に貼り付けるようにして一体化するものであり、一方の第２のレンズ部２０には一方の第３のレンズ部３０｛例えば図３（ｄ）の左側｝を組み合せ、他方の第２のレンズ部２０には他方の第３のレンズ部３０｛例えば図３（ｄ）の右側｝を組み合わせる。すなわち第３のレンズ部３０の平坦面３２は第２のレンズ部２０との接合面となり、曲面ｃｖ３は後述するレンズ体５０（図４参照）の出射面となる。

［レンズ体の説明：図４］
図４（ａ）は、１片の第１のレンズ部と、２片の第２のレンズ部と、２片の第３のレンズ部の各分割面が向き合って配置された状態示す斜視図である。図４（ｂ）は、１片の第１のレンズ部と、２片の第２のレンズ部と、２片の第３のレンズ部とが各面で接合したレンズ体の斜視図である。図４（ｃ）は、取り付け板にＬＥＤ光源とレンズ体が組付けられたＬＥＤ照明装置の斜視図である。図４（ｄ）、図４（ｅ）はレンズ体に設ける凹部の形状を説明する断面図である。

図４（ａ）に示すように、第１のレンズ部１０の分割面３と２片の第２のレンズ部２０の分割面２３とが向き合い、２片の第２のレンズ部２０は先端同士が互いに向き合っている。２片の第２のレンズ部２０の平坦面２２に対しては、前述のように形状の異なる２片の第３のレンズ部３０の平坦面３２が向き合っている。

尚、第１のレンズ部１０のじょうご型の曲面ｃｖ１と第２のレンズ部の砲弾型の曲面ｃｖ２は、曲線ｃ１｛図１（ｂ）参照｝が曲線ｃ２｛図２（ｂ）参照｝と同じ形状となるので連続して接続する。同様に、第２のレンズ部２０の砲弾型の曲面ｃｖ２と第３のレンズ部３０の曲面３４も連続して接続する。

図４（ｂ）に示すようにレンズ体５０は、１片の第１のレンズ部１０と２片の第２のレンズ部２０と２片の第３のレンズ部３０がそれぞれ向かい合った面｛図４（ａ）参照｝で接合し、一体化した形状となる。尚、第１のレンズ部１０の底面１ａ、第２のレンズ部２０の下面及び第３のレンズ部３０の下面はレンズ体５０の底面１を構成し、この底面１には後述する凹部４０｛図４（ｃ）参照｝が設けられる。

前述のように図４（ｂ）に示すレンズ体５０の第１のレンズ部１０の反射面ｃｖ１と第２のレンズ部２０の反射面ｃｖ２は連続した反射面となる。さらに第２のレンズ部の反射面ｃｖ２と第３のレンズ部３０の円筒状の曲面３４も連続した反射面となる。

レンズ体５０において第１のレンズ部１０の曲面ｃｖ１と第２のレンズ部２０の曲面ｃｖ２が連続した反射面となる条件は、図１（ｂ）に示す断面ｄ１、及び図２（ｂ）に示す断面ｄ２おいて、点Ｐ１~４及び曲線ｃ１、ｃ２が
Ｐ１（ｘ１、ｙ１）＝Ｐ３（ｘ３、ｙ３） ・・・式１
Ｐ２（ｘ２、ｙ２）＝Ｐ４（ｘ４、ｙ４） ・・・式２
ｃ１＝ｃ２ ・・・式３
という関係になるときである。なお曲面ｃｖ１と曲面ｃｖ２はＸ方向及びＺ方向（ＸＹ平面に垂直な方向）の微分係数が等しいので滑らかに接続している。

レンズ体５０において第２のレンズ部２０の反射面ｃｖ２と第３のレンズ部３０の外周面３４が連続し反射面となるための条件は、図２（ｂ）に示す断面ｄ２及び図３（ｂ）に示す断面ｄ３並びに図３（ｃ）に示す断面ｄ４において、レンズ部の半径が、
ｙ４＝ｙ５＝ｚ６ ・・・式４
という関係を満たしているときである。

以上に示した、式１〜式４を同時に満たすことによって、レンズ体５０は、反射面ｃｖ１、反射面ｃｖ２、及び、外周面３４が連続するように一体化した形状となる。

［放物曲面を含む非球面の基になる曲線の式の説明：図１、図２］
本実施形態では曲線ｃ１、ｃ２｛図１（ｂ）、図２（ｂ）参照｝は放物線の一部分であった。しかしながら放物線では所望の反射特性が得られない場合があるので、曲線ｃ１、ｃ２を調整する必要がある。そこで、本実施形態にて採用する放物曲面を含む非球面の基になる式について説明する。
曲線の基本式は、

式５、式６より

ここで、各定数は以下の通りである。
Ｒ：基となる球面の半径
Ｋ：コ―ニック定数
Ａ〜Ｅ：非球面係数

式７において、これらの定数を目的とする特性に合わせて微調整する。本実施形態でも配光特性の改善にあたり、上述の式に基づいてシミュレーションや試作を行い定数を決定した。

［ＬＥＤ照明装置の構成の説明：図４（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）］
図４（ｃ）は、取り付け板７０にＬＥＤ光源（ＬＥＤ素子８０）とレンズ体５０が組付けられたＬＥＤ照明装置の斜視図である。図４（ｄ）は、凹部８０を有するレンズ体５０の断面を示し、図４（ｅ）は派生例として別の形状の凹部４５を有するレンズ体５０ａの断面を示す。

図４（ｃ）に示すＬＥＤ照明装置１００には、レンズ体５０の基準軸ｔ０上に凹部４０が設けられている。凹部４０は、レンズ体５０の底面１を穿ったものであり、光源としてのＬＥＤ素子８０が配置できるようにするためのものである。ここで、基準軸ｔ０は、図１（ａ）で示した第１の中心軸ｔ１と同一である。ＬＥＤ素子８０は発光部が円形になる。

取り付け板７０にはＬＥＤ素子８０が固定されている。さらにＬＥＤ素子８０を同心状に覆うように凹部４０を位置決めし、レンズ体５０を取り付け板７０に固定する。尚、凹部４０の位置及びＬＥＤ素子８０の位置はレンズ体５０の各反射面の焦点位置であることが望ましい。

ＬＥＤ素子８０からの光は、各反射面で反射され、円筒部５０Ｂ及び、曲面部５０Ｃから出射する。尚、ＬＥＤ素子８０は、よく知られたＣＯＢ（Ｃｈｉｐ Ｏｎ Ｂｏａｄ）型ＬＥＤを用いているが、ここでは放熱板、外部との配線等についての図示及び詳細説明を省略する。

図４（ｄ）は、図４（ｃ）に示す切断線Ａ−Ａ´による断面図である。これに対し図４（ｅ）は、派生例として、曲線ｃ１等がレンズ体５０と異なり、さらに凹部の形状も異なるレンズ体５０ａの断面形状を示している。

図４（ｄ）に示すレンズ体５０においてじょうご型の反射面の最も深い部分のＹ座標はｙ７である。これに対して、凹部４０は底面１からの高さが４０ｈであり、凹部４０の上面は反射面ｃｖ１（じょうご型の曲面）のもっとも深い部分より低い位置にある。レンズ体５０のように、ＬＥＤ素子８０を収容する凹部の高さ４０ｈに余裕がある場合は、底面１から上部にいくにつれ凹部４０の側面について曲面で広がる形状（逆テーパー）を設けることができる。このような曲面形状を有する凹部４０では、ＬＥＤ素子８０から水平方向に発した光が底面１側に大きく屈折するため配光分布が改善する。

図４（ｅ）に示すレンズ体５０ａにおいてじょうご型の反射面の最も深い部分のＹ座標はｙ８である。位置ｙ８は前述のレンズ体５０の位置ｙ７よりも低い位置にある。このように放物曲面を設定すると、凹部を設ける余裕が少なくなるので、凹部４５の上面について底面１からの高さ４５ｈを前述の高さ４０ｈより小さくし、且つ凹部４５を単純な形状としてもよい。

尚、凹部の形状は説明した形状に限定されず目的を同一とする他の形状でも良い。又、場合によっては凹部を設けないでレンズ体の底面１に直接ＬＥＤ素子８０を配設してもよい。

［ＬＥＤ照明装置の動作及び使用例の説明：図５、図６、図７］
図５（ａ）は、ＬＥＤ照明装置１００の水平方向の光線トレースを描いた平面図である。図５（ａ）において、代表的な光線トレースを示し説明する。

図５（ａ）において、ＬＥＤ素子８０から出射する光のうち１００ａで示す範囲の光線は、主にレンズ体５０のじょうご型の反射面ｃｖ１｛図４（ｂ）参照）で反射され円筒部５０Ｂから出射したものである。その他、ＬＥＤ素子８０から直接円筒部５０に向かう光線も存在する。

１００ｂで示す範囲の光線は、主にレンズ体５０に含まれる第２のレンズ部２０の反射面ｃｖ２｛図４（ｂ）参照｝で反射され、シリンドリカルレンズ部５０Ｃから出射するものである。その他、ＬＥＤ素子８０から直接的にシリンドリカルレンズ部５０Ｃに向かう光線（図示せず）も存在する。

図５（ｂ）は、ＬＥＤ照明装置１００の水平方向｛基準軸ｔ０を垂直方向としている。図４（ｃ）参照。以下同様｝の配光分布図である。図５（ｂ）に示すようにＬＥＤ照明装置１００の配光分布は略水平方向に広がり、その幅が一定になる。尚、後方にはほとんど放射しない。

図６（ａ）は、ＬＥＤ照明装置１００の垂直方向の光線トレースを描いた側面図である。図６（ａ）により代表的な光線トレースを示し説明する。

図６（ａ）においてＬＥＤ素子８０から出射する光のうち１００ａで示す範囲の光は、レンズ体５０に含まれる第１のレンズ部１０のじょうご型の反射面ｃｖ１｛図４（ｂ）参照｝で反射され円筒部５０Ｂから出射したものである。

図６（ａ）において１００ｂで示す範囲の光は、レンズ体５０に含まれる第２のレンズ部２０の反射面ｃｖ２｛図４（ｂ）参照｝で反射されシリンドリカルレンズ部５０Ｃから出射したものである。なおＬＥＤ素子８０から第１のレンズ部１０の円筒部２｛図４（ａ）参照｝に向かう光線であって範囲１００ａに入るものは図示していない。

図６（ｂ）は、ＬＥＤ照明装置１００の垂直方向の配光分布図である。図６（ｂ）に示すようにＬＥＤ照明装置１００の配光分布は垂直方向に略平行で一定の幅を有している。

図７（ａ）は、ＬＥＤ照明装置１００を天井７１０と壁７２０のコーナー部の天井７１０側に配設し配光分布が壁７２０とは反対側に向くように取り付けた使用例を示し、ＬＥＤ照明装置６００により照明する室内の様子を模式的に示した斜視図である。

図７（ａ）に示したように、ＬＥＤ照明装置１００を天井７１０と壁７２０のコーナー部に設けると、直接光が天井７１０の幅いっぱいに広がり自然な間接照明７６０が得られる。又、壁７２０側への配光は少ない。垂直方向の配光分布は略平行なので直接光は目に触れることが少なく眩しくない。

図７（ｂ）は、ＬＥＤ照明装置１００を天井７１０と壁７２０のコーナー部の壁７２０側に配設し配光分布が天井７１０側に向くように取り付けた使用例を示し、ＬＥＤ照明装置６００により照明する室内の様子を模式的に示した斜視図である。

前述した図７（ａ）と同様に、ＬＥＤ照明装置１００を天井７１０と壁７２０のコーナー部に設けると、直接光が壁の幅いっぱいに広がり自然な間接照明７６０が得られる。又、壁７２０の下方への配光は少ない。

以上、本実施形態として示したＬＥＤ照明装置１００は、複数のレンズ部を組合せた形状のレンズ体５０を用いることにより、水平方向に広角な配光分布を得られ、天井と壁のコーナー部などに配置することにより自然な間接照明を行うことが可能となる。

又、室内の広さによって複数のＬＥＤ照明装置１００を備えるようにしても良い。すなわち既存の室内空間において、隙間を設け間接照明を行っている照明装置はＬＥＤ照明装置１００に置き換えられる。

尚、レンズ体に用いる主な透明性の材料は、例えば、アクリル、ポリカ―ボネート、シリコーン、オレフィン系樹脂、ガラスなどである。

又、レンズ体を形成する製造工程は、例えば、射出成形法、プレス成形法などであり、製造は容易で量産に適している。又、凹部などで凹部の側面が逆テーパーとなっているような複雑な形状がある場合はレンズ体を分割して成形し、後行程で接着等によって接合してもよい。

又、レンズ体を構成する２ヶ所の第３のレンズ部は、目的とする配光分布によっては断面ｄ３を形成する直線ｃ３｛図３（ａ）参照｝を曲線にしてもよく（第３のレンズ部を凸レンズとすること）、又、シリンドリカルの形状｛曲線ｃ４、図３（ａ）、（ｂ）参照｝を調整してもよい。又、第３のレンズ部は目的とする配光分布によっては省略してもよい。

又、ＬＥＤ素子８０はＣＯＢ型ＬＥＤを用いているが、パッケージが矩形であったり砲弾型であったりする他の構成のＬＥＤ素子を用いてもよい。

［第２の実施形態の説明：図８］
図８を用いて第２の実施形態のＬＥＤ照明装置２００を説明する。
図８（ａ）は、１片の第１のレンズ部と、２片の第２のレンズ部と、２片の第３のレンズ部の各分割面が向き合って配置された状態の斜視図、図８（ｂ）は、１片の第１のレンズ部と、２片の第２のレンズ部と、２片の第３のレンズ部とが各分割面で接合したレンズ体の斜視図、図８（ｃ）は、取り付け板にＬＥＤ光源とレンズ体が組み付けられたＬＥＤ照明装置２００の斜視図である。

ＬＥＤ照明装置２００の骨子は、レンズ体５１の第３のレンズ部がフレネルレンズになっている点であり、第３のレンズ部のフレネル化によりレンズ体５１の幅を小さくしてＬＥＤ装置１００（図４参照）と同等の配光分布を得ようというものである。

図８（ａ）に示すようにＬＥＤ照明装置２００に含まれるレンズ体５１では、１片の第１のレンズ部１０の分割面３と、２片の第２のレンズ部２０の分割面２３とが向き合い、又２片の第２のレンズ部２０の先端側が互いに向き合うように配置されている。さらに２片の第２のレンズ部２０の平坦面２２に対して、２片の第３のレンズ部３０ａの平坦面３２がそれぞれ向き合って配置されている。

ここで、図８に示すレンズ体５１及びＬＥＤ装置２００と図４に示すレンズ体５０及びＬＥＤ装置１００との違いは、ＬＥＤ照明装置２００において第３のレンズ部３０ａがフレネルレンズとなった点だけである。図８（ｂ）に示すように、レンズ体５１に含まれる第３のレンズ部３０ａの出射面３３ａは複数の平行直線状の溝が形成されている。この溝は後述するようにシリンドリカルレンズ２５（図３参照）を周知の手法でフレネル化したものである。尚、図８（ｃ）において、ＬＥＤ照明装置２００の出射面は５１Ｂ及び５１Ｃとした。他の構成は第１の実施形態と同様であり重複する説明は省略する。

フレネルレンズには、溝が同心円状に配置されていて１点に集光するタイプや、溝が平行直線状に配置されていて直線状に集光するタイプなどがある。本実施形態では、溝が平行直線状で直線状に集光するタイプを用いている。尚、図示はしないが、第３のレンズ部３０ａは、図３（ａ）に示す円板状のシリンドリカルレンズを円板状のフレネルレンズに置き換えて、同様に４分割した形状としたものである。

フレネルレンズからなる第３のレンズ部３０ａを用いることにより、レンズ体５１の横方向の幅を小さくすることができる。又、曲面を有するシリンドリカルレンズに比べて集光方向を容易に調整できる利点がある。

レンズ体５１は金型でフレネル形状を作成することができるので、レンズ体５０と同等の製造工程により製造できる。

以上、ＬＥＤ照明装置２００は、フレネルレンズを用いてレンズ体５１を構成することにより、小型化が図れるとともに集光方向の調整が容易となる。

［第３の実施形態の説明：図９］
次に、図９を用いて第３の実施形態のＬＥＤ照明装置３００を説明する。
図９（ａ）は、ＬＥＤ照明装置３００を構成するレンズ体５２の斜視図、図９（ｂ）は、レンズ体５２の第１のレンズ部１０ａにおける断面を説明する斜視図、図９（ｃ）は２ヶ所の断面形状を示す断面図、図９（ｄ）は、ＬＥＤ照明装置３００の斜視図である。

ＬＥＤ照明装置３００の骨子は、レンズ体５０｛図４（ｃ）参照｝に含まれる第１のレンズ部１０と比較して、レンズ体５２に含まれる第１のレンズ部を変形させたことである。この変形により、配光分布について横方向への広がりを増やすことができる。

図９（ａ）に示すレンズ体５２は第１のレンズ部１０ａの平面形状が半円形でない。すなわち図４（ｃ）に示した第１のレンズ部１０の平面形状は半円形であったのに対し、第１のレンズ部１０ａの平面形状はつぶれたように変形している。この様子を図９（ｂ）で説明する。図９（ｂ）では、平面形状の違いが分かる様に、第１のレンズ部１０ａの断面とＬＥＤ装置１００に含まれるレンズ体５０の第１のレンズ部１０（図４参照）の断面を重ねて表示している。

図９（ｂ）に示すように、断面ｄ１´は断面ｄ１に垂直な位置にあり、断面ｄ１´の底辺は断面ｄ１の底辺より短くなっている。すなわち第１のレンズ部１０、１０ａを平面視した場合、第１のレンズ部１０が半円であるのに対し、第１のレンズ部１０ａはつぶれた１／２楕円である。このつぶれ具合は距離ｍで示される。つまり第１のレンズ部１０ａは、断面ｄ１から断面ｄ１´まで断面形状が連続的に変化し、その後、断面ｄ１´から断面ｄ１に戻るように変化する立体形状を成している。

図９（ｃ）を用いて、断面ｄ１と断面ｄ１´についてさらに詳細に説明する。
図９（ｃ）における断面ｄ１は、前述した図１（ｂ）において示した断面ｄ１と同一のものである。なお説明の便宜のため動径方向をＸとしている。

これに対して、断面ｄ１´は第１の中心軸ｔ１を基準として底辺が距離ｍだけ短くなっている。ここで、断面ｄ１´の左端の高さｙ２は断面ｄ１の左端の高さと変わらないので、断面が断面ｄ１から断面ｄ１´に変わるのに合わせて断面の上部の曲線は曲線ｃ１から曲線ｃ１´に変わる。なお第１のレンズ部１０ａは、前述のように断面ｄ１から断面ｄ１´まで断面形状が連続的に変化する。

図９（ｄ）に示すＬＥＤ照明装置３００では、第１のレンズ部１０ａが上述のように変形している。この結果、レンズ体５２に含まれる第１のレンズ部１０ａの側面から放射される光はＬＥＤ照明装置１００よりも横方向（取り付け板７０と平行な方向）へ広がる。すなわち第１のレンズ部１０ａをつぶれるように変形すれば横方向の配光を増やすことができる。反対に第１のレンズ部１０ａを伸ばすように変形すれば横方向の配光を絞ることができる。なお他の構成部材は第１の実施形態のＬＥＤ照明装置１００｛図４（ｃ）参照｝と同様であり重複する説明は省略する。

以上のようにＬＥＤ装置３００は、第１のレンズ部１０ａの断面形状を半円から１／２楕円に変えて横方向への配光分布を増やす調整を行った。すなわち第１のレンズ部の平面形状を変更すれば、多様な室内空間に適用できる間接照明用のＬＥＤ照明装置を提供することができる。

本発明は、間接照明を必要とする室内空間、例えば式場、劇場、展示場、ロビー、一般住宅などに適用することができる。特に通常の室内空間において照明装置を配置する隙間を設置しないで容易に間接照明を行いたい場合に好適である。

１、１ａ 底面
２ 円筒部
３、２３ 分割面
５ 円筒状のレンズ
１０ 第１のレンズ部
１５ 砲弾型のレンズ
２０ 第２のレンズ部
２２、３２ 平坦面
２５ シリンドリカルレンズ
３０ 第３のレンズ部
３０ａ フレネルレンズ
４０、４５ 凹部
４０ｈ、４５ｈ 凹部の深さ
５０、５０ａ、５１、５２ レンズ体
５０Ｂ、５０Ｃ、５１Ｂ、５１Ｃ 出射面
７０ 取り付け板
８０ ＬＥＤ素子（光源）
Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４、Ｐ５、Ｐ６ 点
ｃ１、ｃ２、ｃ３、ｃ４ 曲線（又は直線）
ｃｖ１、ｃｖ２、ｃｖ３ 反射面
ｄ１、ｄ２、ｄ３、ｄ４ 断面
ｓ１、ｓ２、ｓ３、ｓ４、ｓ５ 分割平面
ｔ０ レンズ体の基準軸
ｔ１ 第１の中心軸
ｔ２ 第２の中心軸
１００、２００、３００ ＬＥＤ照明装置
１００ａ、１００ｂ 範囲

Claims (7)

1. レンズ体と光源とを有するＬＥＤ照明装置において、
   前記レンズ体は、
   平坦な底面と、
   前記底面に垂直な基準軸と、
   じょうご型の反射面を有する円筒状のレンズを第１の中心軸に沿って２分割した１片の第１のレンズ部と、
   砲弾型の反射面を有するレンズを第２の中心軸に沿って４分割した２片の第２のレンズ部と、を有し、
   前記第１のレンズ部の反射面と前記第２のレンズ部の反射面とが連続するように、前記第１のレンズ部の分割面と、前記第２のレンズ部の分割面とを接合して一体化した形状をなし、
   前記光源は前記レンズ体の底部であって前記基準軸上に設けられている
   ことを特徴とするＬＥＤ照明装置。
2. 前記第１のレンズ部の反射面及び前記第２のレンズ部の反射面は、放物曲面であることを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ照明装置。
3. 前記砲弾型の反射面は、先端に平坦部を有する砲弾の前記第２の中心軸を含まない面であることを特徴とする請求項１又は２に記載のＬＥＤ照明装置。
4. 前記平坦な底面は凹部を備え、前記凹部に前記光源が収納されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のＬＥＤ照明装置。
5. 前記２片の第２のレンズ部の出射面に第３のレンズ部を設けたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のＬＥＤ照明装置。
6. 前記第３のレンズ部はシリンドリカルレンズであることを特徴とする請求項５に記載のＬＥＤ照明装置。
7. 前記第３のレンズ部はフレネルレンズであることを特徴とする請求項５に記載のＬＥＤ照明装置。
   

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