JP6589293B2 - 照明器具およびレンズ - Google Patents

Description

本発明は、照明器具およびこれに用いるレンズに関する。

ＬＥＤ素子等を実装した光源モジュールと、この光源モジュールからの光を広角へ配光するレンズと、を備えた照明器具が知られている。例えば、床面などの平面を照らす非常用照明器具などは、法規で定められた照度で照射面を広範囲に照らすことが求められている。

広角な配光を行うために、バッドウィング状の配光特性を有するレンズが好ましく使用される。バッドウィング状の配光特性では、光源モジュールの光軸に対して角度が大きいほど、光度が大きくなる。下記の特許文献１（特開２０１４−２６９３３号公報）に記載の照明器具は、光源モジュールの前面に略円柱状レンズが配設されている。この円柱状レンズは、光源モジュールの発光面と向かい合う平坦な円形の底面と、この底面と対向し中央が凹んだ出射面と、底面と出射面を接続する側面とを有している。光源モジュールが発した光は、底面にほぼ垂直あるいは小さな入射角で入射する光と、底面に大きな入射角で入射する光とに分かれる。前者の光はそのまま出射面から出射し、後者の光は、レンズ内側面で反射してから出射面を通って出射し、より広角方向へと進む光となる。これらの配光制御によりバッドウィング状の配光が実現されている。

広角な配光を行う他の従来技術として、下記の特許文献２（特開２０１２−６４６５４号公報）に記載された発光装置もある。特許文献１のレンズのような円筒形状とは異なり、特許文献２のレンズは略楕円半球をカットしたような形状である。このレンズは出射面が全体として凸曲面である。なお、出射面の中央頂部は僅かに凹んでいる。特許文献２のレンズは、底面の一部を釣鐘形状に凹ませた凹面を備えている。この凹面は開口縁に向けて裾広がり形状となっている。釣鐘形状は、凹面の深い側ほど凹面の径が小さくなる先細りの側面を有し、底部が凹曲面となっている形状である。その具体例は特許文献２の図５などに示されている。レンズが光源モジュールに被せられたときに凹面が発光面と対向し、凹面が入射面となる。レンズの入光用の凹面を底部側で先細りとすることで、入射面を砲弾形状あるいは釣鐘形状として、光の拡散性を高めることができる。また、凹面の開口縁に向けて入射面を裾広がり形状とすることで、凹面と光源モジュール端部とが接触干渉するのを避けることもできる。

特開２０１４−２６９３３号公報 特開２０１２−６４６５４号公報

発光装置および照明器具の小型化が検討されており、そのためにはレンズを小さくすることが効果的である。レンズ自体の小型化のメリットのみならず、レンズを収納する器具本体も小型化でき、照明器具全体の材料、重量、およびコストを節減できるからである。

小型化のしやすさはレンズの形状によって違う。特許文献１に記載の円柱状レンズは、側面の高さと底面の直径とが略同等の大きさに設計されている。ＣＯＢ（チップオンボード）など大型な光源モジュールを用いる場合には、レンズ底面の直径も大きくすべきであり、比例的に側面高さも増大する。このように光源モジュールのサイズに制約されるのでレンズ全体の小型化が難しかった。

特許文献２のレンズは、広角な配光特性を得るために、光入射用の凹面つまり入射凹面の形状を釣鐘形状としている。出射面の中央頂部に設けた凹みにより、出射面の中央頂部と入射凹面の底との間がよりいっそう薄くなる。

レンズの加工、成形技術には様々な従来技術があるものの、レンズの一部分を極端に薄く形成することは製造上の困難性を伴う。例えばレンズ成形技術として、金型内に加熱溶融させたレンズ材料を注入する射出成形などがある。射出成形を用いて上述したような極端に薄い部分を持つレンズを製造しようとすると、ボイドおよびウェルドラインなどの成形不良が起こりやすいという問題があった。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、製造不良を抑制しつつ小型化可能なレンズ、およびこれを用いた照明器具を提供することを目的とする。

本発明にかかる照明器具は、光源と、前記光源が発した光を制御して出射するレンズと、を備え、前記レンズは、底面と、前記底面の中央上方に頂点を有する凸曲面からなる出射面と、前記底面の中央を凹ませて形成された入射凹面と、を備え、前記入射凹面が前記光源と対向するように、前記レンズが前記光源に被せられ、前記入射凹面の深い側ほど、前記入射凹面の径が小さくされており、前記入射凹面の底に、前記入射凹面の深さよりも小さく盛り上がった第一凸面を備え、前記第一凸面の先端が前記入射凹面の前記深さの半分の位置を超えないように前記第一凸面の高さが定められ、前記入射凹面は、前記第一凸面の周縁と前記入射凹面の開口端とを接続する面である入射側面を備え、前記入射側面は、前記第一凸面の側に設けられた部分である第一領域側面と、前記入射凹面の前記開口端の側の部分である第二領域側面と、を含み、前記第二領域側面は、凸曲面である。

本発明にかかるレンズは、光源に被さるように配置され、前記光源が発した光を制御して出射するレンズであって、前記レンズは、底面と、前記底面の中央上に頂点を有する凸曲面からなる出射面と、前記底面の中央を凹ませて形成された入射凹面と、を備え、前記入射凹面の深い側ほど前記入射凹面の径が小さくされており、前記入射凹面の底中央に、前記入射凹面の深さよりも小さく盛り上がった第一凸面を備え、前記第一凸面の先端が前記入射凹面の前記深さの半分の位置を超えないように前記第一凸面の高さが定められ、前記入射凹面は、前記第一凸面の周縁と前記入射凹面の開口端とを接続する面である入射側面を備え、前記入射側面は、前記第一凸面の側に設けられた部分である第一領域側面と、前記入射凹面の前記開口端の側の部分である第二領域側面と、を含み、前記第二領域側面は、凸曲面である。

本発明によれば、入射凹面の底に第１凸面を備えることにより、レンズを小型化した場合であっても、出射面と入射凹面の底付近との間が薄くなりすぎるのを抑制することができる。これにより、製造不良を抑制しつつレンズの小型化が可能となる。

本発明の実施の形態１にかかる照明器具の斜視図である。 本発明の実施の形態１にかかる照明器具の断面図である。 本発明の実施の形態１にかかる照明器具の分解斜視図である。 本発明の実施の形態１にかかる発光装置の分解斜視図である。 本発明の実施の形態１にかかる発光装置の断面図である。 本発明の実施の形態１にかかるレンズの断面および底面を示す図である。 本発明の実施の形態１にかかる入射側面の形状を説明するための図である。 本発明の実施の形態１にかかる発光装置において、発光素子が照射する光の光度ＩＬ（θ）と、必要な光度ＩＳ（θ）との関係の一例を示すグラフである 本発明の実施の形態１にかかる発光装置の発光中心における光線図である。 本発明の実施の形態１にかかる発光装置の発光中心における光線図である。 本発明の実施の形態１にかかる発光装置の発光中心における光線図である。 本発明の実施の形態１にかかるレンズの配光特性図である。 実施の形態に対する比較例にかかるレンズを示す図である。 本発明の実施の形態２にかかる発光装置の断面図である。 本発明の実施の形態２にかかるレンズの断面および底面を示す図である。 本発明の実施の形態２にかかるレンズの拡大断面図である。

実施の形態１．
以下、本発明の実施の形態１にかかる照明器具１、発光装置１０、およびレンズ２００を説明する。以下の説明においては、発光装置１０が備える光源モジュール１００の光軸Ｌとレンズ２００の中心軸Ｐ１とが一致するものとする。

［照明器具１の構造］
図１は、本発明の実施の形態１にかかる照明器具１の斜視図である。図２は、照明器具１の断面図である。図１には、照明器具１の光軸Ｌが図示されている。光軸Ｌを含む光軸Ｌと平行な面で図１の照明器具１を切断したものが、図２の断面図である。図３は、照明器具１の分解斜視図である。

照明器具１は、器具本体５００を備えている。器具本体５００は、一方が開口した円筒形の構造体である。器具本体５００は、筒部５１０と、筒部５１０の外周面の二箇所に設けられた係止具５０２と、筒部５１０の開口端側に設けられた鍔部５２０とを有する。筒部５１０の内部空間にはバッテリ４００が収容される。鍔部５２０には、レンズ２００を備える発光装置１０、取付枠３００、および外枠カバー６００の組立体が取り付けられる。

筒部５１０は、天井などの被取付部に固定される。具体的には、天井など被取付部に成された埋込穴に筒部５１０が挿し込まれ、鍔部５２０が埋込穴周囲の室内側面と接触した状態で、係止具５０２または固定具等（図示なし）により被取付部に固定される。これにより、照明器具１は、床面などを照らす照明器具として用いることができ、一例として非常用照明器具として用いることができる。照明器具１は、図８を用いて後述するように、法規で定められた照度で照射面を広範囲に照らすことができるように設計されている。

図２の断面図および図３の分解斜視図からわかるように、円盤状の外枠カバー６００、発光装置１０、およびリング状の取付枠３００を重ねた組立体が、鍔部５２０に固定される。発光装置１０は、レンズ２００、ソケット１１０、光源モジュール１００、およびソケット板１２０がこの順に重ねられたものである。図２の断面図に示すように、外枠カバー６００と取付枠３００とが、レンズ２００および光源モジュール１００などの構成部品を挟み込んでいる。

外枠カバー６００は全体として円盤形状をしている。外枠カバー６００の中央には円形の開口が設けられている。この開口の径はレンズ２００の出射面２２０の裾部分の径程度であり、かつレンズ２００の縁部２２２より小さくされている。これにより縁部２２２が外枠カバー６００の開口に引っかかるようになっている。外枠カバー６００の外周縁の直径は、鍔部５２０の外周縁と略同径である。外枠カバー６００が鍔部５２０に固定されることで、発光装置１０（言い換えると、レンズ２００と光源モジュール１００の組立体）が、鍔部５２０に装着される。外枠カバー６００が鍔部５２０に装着されることで筒部５１０に蓋がされ、バッテリ４００、発光装置１０、および図示しない点灯装置が筒部５１０内に収納される。外枠カバー６００の開口からは、収納された発光装置１０のレンズ２００が突き出ている。

バッテリ４００は、非常時に光源モジュール１００に電力供給するためのものである。通常時は、点灯装置（図示なし）を介して商用電源からの電力がバッテリ４００に供給され、バッテリ４００が充電される。充電された電力は、非常時に点灯装置を介して光源モジュール１００へ提供される。点灯装置は筒部５１０の内部に設けられていても良いし、筒部５１０の外部に設けられていてもよい。バッテリ４００の充電状態は、点検スイッチ（図示なし）により確認できることが好ましい。

［発光装置１０の構造］
図４は、本発明の実施の形態１にかかる発光装置１０の分解斜視図である。発光装置１０は、レンズ２００、ソケット１１０、光源モジュール１００、およびソケット板１２０とが重ねられたものである。発光装置１０は、光源モジュール１００と、この光源モジュール１００が出射する光を制御して出射するレンズ２００と、光源モジュール１００を挟み込むソケット１１０およびソケット板１２０と、を備えている。

光源モジュール１００は、一例としてＣＯＢ（チップオンボード）としている。光源モジュール１００は、全体として略平板上の実装基板１０２と、この実装基板１０２に実装されたＬＥＤチップ（図示せず）と、ＬＥＤチップを被うように封止樹脂で構成された発光部１０１とを備える。ＬＥＤチップは１つあるいは複数個実装されている。発光部１０１は円形に設けられており、この発光部１０１の表面が発光面１０１ａとなる。実装基板１０２のＬＥＤチップ実装面には、上記ＬＥＤチップに給電する給電端子１０３が設けられている。

なお、本発明の光源モジュール１００はＣＯＢ以外であってもよい。各種の構造の光源モジュール１００を用いることができる。実装基板の裏面に給電端子を設けたＬＥＤパッケージであるＳＭＤ（表面実装型デバイス）を、１つあるいは複数個配置しても良い。発光面を備える様々な発光素子を適宜に使用できる。光源モジュール１００の光学的特性は、図８を用いて後述する。また、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）を用いてもよい。

ソケット１１０は、光源モジュール１００の発光面１０１ａ側から光源モジュール１００に被さり、ソケット開口１１２から発光面１０１ａを露出させる。ソケット１１０は、ソケット板１２０とともに光源モジュール１００を挟む。ソケット板１２０は薄平板の外形を有し、その表面中央に光源モジュール１００が取り付けられている。ソケット１１０及びソケット板１２０は、放熱性と絶縁性を備えたセラミックで形成されることが好ましい。

レンズ２００は、略半球、楕円球体の外形を備えている。レンズ２００は、光透過性を有する透明材料を用いて形成されている。透明材料は、例えばアクリル樹脂、ポリカーボネート又はガラス等を用いることができる。

図５は、発光装置１０の断面図である。図６は、レンズ２００の断面図および底面図を並べて図示したものである。レンズ２００は、光源モジュール１００から照射される光を所望の向きに配光制御する配光制御部材である。図５に示すように、レンズ２００は、ソケット１１０のソケット開口１１２から露出した光源モジュール１００を被う。

レンズ２００は、直径Ｒ０を有し、底面２１０から頂点までの垂直高さＨ０を有している。図５および図６に示すように、レンズ２００は、底面２１０と、出射面２２０と、入射凹面２３０とを備えている。出射面２２０は、底面２１０の中央上方に頂点Ｔ０を有する凸曲面からなる。底面２１０のうち入射凹面２３０の開口端２３６よりも外周側は、平らな面となっている。この平らな面が、ソケット１１０と当接する当接面となる。

レンズ２００は、光源モジュール１００の発光中心を通る法線を光軸Ｌとし、光軸Ｌがレンズ２００の中心軸Ｐ１と一致するように配置されている。レンズ２００は、図６に示すように、光軸Ｌを軸に回転させた回転体形状である。図６に示すように、入射凹面２３０と出射面２２０は光軸Ｌを回転に軸として回転対称形状に形成されている。

入射凹面２３０は、底面２１０の中央を凹ませて形成されたものである。入射凹面２３０は、好ましい形態の一例として、滑らかな曲面からなる釣鐘形状とされている。入射凹面２３０の径は、入射凹面２３０の深い側ほど小さくされており、逆に入射凹面２３０の開口端２３６側に行くほど大きくなる。レンズ２００は、この入射凹面２３０が発光面１０１ａと対向するように、光源モジュール１００に被せられている。

レンズ２００は、入射凹面２３０の底に第１凸面２４０を備える。第１凸面２４０は、入射凹面２３０の深さＤ０よりも小さく盛り上がっている。実施の形態１にかかる第１凸面２４０は滑らかな凸曲面である。

入射凹面２３０は、入射側面２３２を備えている。入射側面２３２は、第１凸面２４０の周縁と入射凹面２３０の開口端２３６とを接続する面である。入射側面２３２は、第１領域側面２３２ａと、第２領域側面２３２ｂとを備えている。第１領域側面２３２ａと第２領域側面２３２ｂの違いは、曲面の凸凹の方向が逆方向ということである。第１領域側面２３２ａはレンズ内部に引っ込む凹状の曲面であり、第２領域側面２３２ｂはレンズ外部に向かって膨らむ凸状の曲面である。第１領域側面２３２ａは第１凸面２４０の周囲に接続しており、入射側面２３２の殆どの領域（半分以上）を占める。第２領域側面２３２ｂは、第１領域側面２３２ａの端と開口端２３６とを結ぶ領域であり、入射側面２３２の開口端２３６近傍に設けられている。

図５に示すように、入射側面２３２は、中心軸Ｐ１を含む中心軸Ｐ１と平行な断面（以下、「基準断面」と記載する）において、入射凹面２３０の開口端２３６に向けて裾が広がった曲線形状である。交点Ｏは、光源モジュール１００の発光面１０１ａと中心軸Ｐ１との交点である。直線Ｇは、交点Ｏと入射側面２３２上の任意の点とを結ぶ直線である。また、角度θは、直線Ｇの中心軸Ｐ１に対する角度である。また、距離ｒは、交点Ｏと入射側面２３２上の任意の点との距離である。角度θは、９０°より小さい角度である。図５において、先端Ｔ１は、中心軸Ｐ１と第１凸面２４０との交点である。図５において、点Ｕは、入射側面２３２の開口端２３６上の点である。図５には、開口端点Ｕと、第１領域側面２３２ａと第２領域側面２３２ｂとの境界である変曲点Ｑと、入射凹面２３０の底である裾点Ｆとが図示されている。図５には、開口端点Ｕと、第１領域側面２３２ａと第２領域側面２３２ｂとの境界である変曲点Ｑと、入射凹面２３０の底と第１凸面２４０の裾とが接続する裾点Ｆとが図示されている。

図５には、第１凸面２４０の幅ＷＡと、発光面１０１ａの幅ＷＢとが図示されている。幅ＷＡ，ＷＢは、中心軸Ｐ１に直交する方向を幅方向としている。実施の形態１では、幅ＷＡと幅ＷＢは等しく設計されており、第１凸面２４０が発光面１０１ａの端から端までと対向する。これに限られず、幅ＷＡが幅ＷＢよりも大きくてもよく、逆に幅ＷＡが幅ＷＢより小さくとも良い。

［レンズ２００の構造］
図６は、本発明の実施の形態１にかかるレンズ２００の断面および底面を示す図である。第１凸面２４０の盛り上がりの大きさは、つまり第１凸面２４０の高さＨＡである。高さＨＡは、盛り上がりの裾と平行な仮想平面Ｓ（図６の破線）から、先端Ｔ１までの最短距離である。入射凹面２３０は、深さＤ０を有している。深さＤ０は、底面２１０を基準とする垂直深さである。第１凸面２４０の高さＨＡは、入射凹面２３０の深さＤ０よりも小さく、第１凸面２４０の先端Ｔ１は、入射凹面２３０の内側に位置している。図６では第１凸面２４０の高さＨＡが入射凹面２３０の深さＤ０の半分近くとなっているが、本発明はこれに限られない。高さＨＡは必要な光学特性に応じて任意に定めることができ、高さＨＡを深さＤ０の１／２より大きくしてもよく、逆に１／２より小さくしてもよい。

レンズ２００では、第１凸面２４０の高さＨＡは第１領域側面２３２ａの深さＤ１よりも小さいので、第１凸面２４０の先端Ｔは変曲点Ｑよりも入射凹面２３０の底の側に位置している。しかし本発明はこれに限られない。例えば、実施の形態１に比べて第１領域側面２３２ａを縮小した場合、例えば深さＤ１を深さＤ０の半分以下とした場合などに、第１凸面２４０の高さＨＡを第１領域側面２３２ａの深さＤ１よりも大きくしてもよい。つまり、第１凸面２４０の先端Ｔ１が変曲点Ｑよりも入射凹面２３０の開口端２３６の側に飛び出していてもよい。また、第１凸面２４０の高さＨＡと第１領域側面２３２ａの深さＤ１とを一致させてもよく、この場合は先端Ｔ１と変曲点Ｑとが同一の高さとなる。

図７は、本発明の実施の形態１にかかる入射側面の変曲点を説明するための図である。図７に示すＹＺ平面において、Ｚ軸が中心軸Ｐ１に対応する。図７のグラフの原点（０，０）は、光源モジュール１００の発光中心、つまり交点Ｏに対応する。第１領域側面２３２ａと第２領域側面２３２ｂは、次の式（１）により定義される曲線であってもよい。ただし、変曲点をＺ０，Ｙ０とし、変数を文字ｃ、ｄで表している。
Ｙ（Ｚ）＝ｃ×ｔａｎ（ｄ×（Ｚ−Ｚ０））＋Ｙ０ ・・・（１）

出射面２２０は、入射凹面２３０より入射された光を出射するものであり、光軸Ｌを軸として回転させた略楕円体の表面形状に形成されている。出射面２２０は、短軸が光軸となる楕円面で形成されてもよく、次の式（２）で定義される偏球面であってもよい。

楕円の短径をａ、長径をｂとしたとき、曲率およびコーニック定数ｋは下記の式（３）、（４）のとおりとなる。
曲率 ｃ＝ｂ／ａ＾２ ・・・（３）
コーニック定数 ｋ＝ａ＾２／ｂ＾２−１ （但し−１＜ｋ＜０） ・・・（４）

［実施の形態１の装置の動作および作用効果］
光源モジュール１００は、発光面１０１ａの正面方向に最も強い光度の光を照射する。光源モジュール１００の配光特性は、正面方向からの角度が大きいほど光度が低くなり光軸Ｌに対して回転対称な分布を有する。θ方向に照射する光の光度ＩＬ（θ）は、例えば、次の式（５）で与えられる。

ただし、Ｉ０は、正面方向（θ＝０）の光度。Ｌ０は、ＬＥＤが発する全光束である。

図８は、本発明の実施の形態１にかかる発光装置１０において、光源モジュール１００が照射する光の光度ＩＬ（θ）と、必要な光度ＩＳ（θ）との関係の一例を示すグラフである。図８の横軸は、角度θを示す、左端が光軸Ｌ方向（θ＝０度）を示し、右端が被照射面（例えば床面）に平行な方向（θ＝９０度）を示す。縦軸は、光度を示す。

図８において、θ＜θ１の領域は照射範囲の中央部分であり、この領域では光度ＩＬ（θ）が光度ＩＳ（θ）を上回っていて十分な照度が得られている。これに対し、θ１≦θ≦θ２の領域は照射範囲の周辺付近であるが、この領域では光度ＩＬ（θ）が光度ＩＳ（θ）を下回っていて十分な照度が得られていない。また、θ２＜θの領域は照射範囲外の領域であるにもかかわらず、光が照射されている。そこで、実施の形態１では、θ＜θ１の領域で光度ＩＬ（θ）が光度ＩＳ（θ）を上回る光と、θ２＜θの領域の光とを、角度θがθ１からθ２の間の領域に振り向けることにより照度不足を補い、必要な照度を得る。

光源モジュール１００が発した光は、レンズ２００の入射凹面２３０に入る。その光はレンズ２００の内部を伝播した後、出射面２２０から外部（空気中）に出射する。レンズ２００内部とレンズ２００外部との境界では、スネルの法則にしたがって光線の方向が変わる。

図９〜図１１は、本発明の実施の形態１にかかる発光装置１０の発光中心からの光線図である。図１２は、レンズ２００の配光特性図である。これらの図を用いて、実施の形態１にかかる発光装置１０に好適に適用される各入射面の配光特性の一例について説明をする。

図９〜図１１に記載した角度θ３ａ〜θ３ｃ、θ４ａ〜θ４ｃ、θ５ａ〜θ５ｃは、裾点Ｆ、変曲点Ｑ、および開口端点Ｕとの関係で、次のように定義される。直線Ｇが裾点Ｆと交点Ｏを結ぶ直線（直線ＯＦ）であるときの、この直線ＯＦと光軸Ｌとが成す角度を、角度θＦとする。線Ｇが変曲点Ｑと交点Ｏとを結ぶ直線（直線ＯＱ）であるときの、この直線ＯＱと光軸Ｌとが成す角度を、角度θＱとする。直線Ｇが開口端点Ｕと交点Ｏとを結ぶ直線（直線ＯＵ）であるときの、この直線ＯＵと光軸Ｌとが成す角度を、角度θＵとする。角度θ３ａは、０度＜θ３ａ≦θＦの範囲における任意の角度である。角度θ３ｂは、０度＜θ３ｂ≦θＱの範囲における任意の角度である。角度θ３ｃは、０度＜θ３ｃ≦θＵの範囲における任意の角度である。

（第１凸面２４０）
第１凸面２４０に入射する光は、角度θ３ａに属する。第１凸面２４０に入射した光は、図６に示すように中心軸Ｐ１（光軸Ｌ）を横切って反対側へ向かうように方向転換して、レンズ内部を進む。この光が出射面２２０に達するとさらに広角に出射する。θ４ａは、第１凸面２４０から入射してレンズ内を進む光線と光軸Ｌとが成す角度であり、θ５ａは、この光が出射面２２０から出射したときの光線と光軸Ｌとがなす角度である。θ４ａは、０度からある最大角度までの値を取る。θ４ａの最大角度は、第１凸面２４０の最も裾にある部分に入射してレンズ２００内部を進む光線が光軸Ｌと成す角度である。θ＝０度付近の入射光を除いて、θ４ａおよびθ５ａは、光軸Ｌに向かうある程度大きな角度となる。これにより、第１凸面２４０は、中央付近の光を抑制し広角への配光を実現する。

（第１領域側面２３２ａ）
入射側面２３２の第１領域側面２３２ａに入射する光は、角度θ３ｂに属する。第１領域側面２３２ａに入った光は、図１０に示すように、第１領域側面２３２ａにおいてさらに広角（θ４ｂ）となるように方向転換してレンズ内部を進む。この光が出射面２２０に達すると、さらに広角（θ５ｂ）に広がるように出射する。θ４ｂは、第１領域側面２３２ａから入射してレンズ内を進む光線と光軸Ｌとが成す角度であり、θ５ｂは、この光が出射面２２０から出射したときの光線と光軸Ｌとがなす角度である。θ４ｂは、ある最小角度からある最大角度までの値を取る。θ４ｂの最小角度は、裾点Ｆの直近傍で第１領域側面２３２ａに入射してレンズ２００内部を進む光線が光軸Ｌと成す角度である。θ４ｂの最大角度は、変曲点Ｑ（第１領域側面２３２ａと第２領域側面２３２ｂの境界点Ｑとも称す）に入射してレンズ２００内部を進む光線が光軸Ｌと成す角度である。

（第２領域側面２３２ｂ）
入射側面２３２の第２領域側面２３２ｂに入射する光は、角度θ３ｃに属する。第２領域側面２３２ｂに入った光は、図１１に示すように、第２領域側面２３２ｂにおいてさらに広角（θ４ｃ）となるように方向転換してレンズ内部を進む。この光が出射面２２０に達すると、さらに広角（θ５ｃ）に広がるように出射する。θ４ｃは、第２領域側面２３２ｂから入射してレンズ内を進む光線と光軸Ｌとが成す角度であり、θ５ｃは、この光が出射面２２０から出射したときの光線と光軸Ｌとがなす角度である。θ４ｃは、ある最小角度からある最大角度までの値を取る。θ４ｃの最小角度は、変曲点Ｑの直近傍で第２領域側面２３２ｂに入射してレンズ２００内部を進む光線が光軸Ｌと成す角度である。θ４ｃの最大角度は、開口端点Ｕに入射してレンズ２００内部を進む光線が光軸Ｌと成す角度である。

図１０を参照して説明すると、第１領域側面２３２ａに入射する光については、交点Ｏから角度θ３ｂで出射した光が第１領域側面２３２ａに入射し、その後、第１領域側面２３２ａに入射した光は角度θ４ｂでレンズ２００内を進む。これらの角度の比θ４ｂ／θ３ｂは、交点Ｏから出射した光が第１領域側面２３２ａにおいてその進行方向を変化させられた量を表わしている。同様に、図１１を参照して説明すると、第２領域側面２３２ｂに入射する光については、交点Ｏから角度θ３ｃで出射した光が第２領域側面２３２ｂに入射し、その後、第２領域側面２３２ｂに入射した光は角度θ４ｃでレンズ２００内を進む。これらの角度の比θ４ｃ／θ３ｃは、交点Ｏから出射した光が第２領域側面２３２ｂにおいてその進行方向を変化させられた量を表わしている。実施の形態１にかかるレンズ２００では、第２領域側面２３２ｂでの方向変化量を意味するθ４ｃ／θ３ｃの値が、第１領域側面２３２ａでの方向変化量を意味するθ４ｂ／θ３ｂの値よりも小さくなっている。

（バッドウイング配光）
図１２の特性カーブＡは、第１凸面２４０に入射して出射面２２０から出射した光の配光特性を示している。特性カーブＡは、θ＝０度〜３０度までは光度が大きく、３０度以降で急激に光度が低下し、θ＝６０度付近より大きい角度領域ではほぼゼロの光度を示している。図１２の特性カーブＢは、第１領域側面２３２ａに入射して出射面２２０から出射した光の配光特性を示している。特性カーブＢは、θ＝０度〜５０度付近までほぼリニアに光度が増大する特性を示している。θ＝５０度付近で特性カーブＢのピーク値があり、５０度＜θ≦９０度では急に光度が低下する。図１２の特性カーブＣは、第２領域側面２３２ｂに入射して出射面２２０から出射した光の配光特性を示している。特性カーブＣは、θ＝０度〜４５度付近までは低光度でフラットな特性を示し、θ＝４５度付近〜７０度付近まで急峻に光度が増大する特性を示している。θ＝７０度付近で特性カーブＣのピーク値があり、７０度を超えると急に光度が低下する。特性カーブＢ、Ｃを見比べると、特性カーブＣのほうが全体的に尖った形状の山を描いている。また、ピーク値は特性カーブＢが最も大きく、特性カーブＣ、Ａの順で小さくなる。特性カーブＤは、発光装置１０の出射光全体での配光特性を示している。第１凸面２４０、第１領域側面２３２ａ、第２領域側面２３２ｂ、および出射面２２０によって配光特性カーブＡ、Ｂ，Ｃを得ることにより、特性カーブＤに示すバッドウィング型配光を実現することができる。

なお、ここでは発光面１０１ａの光軸Ｌからの出射光、つまり交点Ｏから出る光をレンズ２００で配光制御する説明を行っているが、光源モジュール１００の端部からの光に対しても配光制御を行うことができる。

第１領域側面２３２ａと第２領域側面２３２ｂのそれぞれで光を広角化できる。広角化の程度を比べると、第２領域側面２３２ｂのほうが広角に位置する。

なお、入射側面２３２を第１領域側面２３２ａだけで（つまり凹曲面だけで）、構成する場合が考えられる。説明の便宜上、区別のため、入射側面２３２を第２領域側面２３２ｂを設けずに第１領域側面２３２ａだけで構成するように入射凹面２３０を変形したものを「入射凹面２３０′」と記載する。入射凹面２３０′は第２領域側面２３２ｂを設けていないので、入射凹面２３０′の開口がソケット１１０の開口より小さくなる。この場合、光源モジュール１００から出射される広角の光がレンズ２００′の底面２１０′に出射されてしまい、効率性が下がってしまう。光の損失を抑制する為には、入射凹面２３０′を大きくすることが考えられるが、入射凹面２３０′を大きくするとレンズ２００´も大きくなってしまった。この点、実施の形態１にかかる入射凹面２３０では、入射側面２３２が第２領域側面２３２ｂを有することにより、光の効率性を保ちながら、レンズ２００の大型化を抑制することができる。

［比較例］
図１３は、実施の形態に対する比較例にかかるレンズ２００´´を示す図である。比較例にかかるレンズ２００´´は、入射凹面２３０の底が凹曲面である。このような入射凹面２３０のサイズは一定としたままレンズ２００´´を小型化することが考えられる。そのような場合には、レンズ外形を縮小していくにつれて入射凹面２３０の底と出射面２２０とが近づくので、レンズ全体のうち入射凹面２３０の底付近が特に薄くなる。その底付近のレンズ厚Ｗ１は、開口端２３６と出射面２２０との間のレンズ厚Ｗ２と比べて顕著に小さく、例えば１／５程度である。

レンズの加工、成形技術は様々な従来技術があるが、レンズの一部を極端に薄く形成することは製造上の困難性を伴う。例えばレンズの成形技術については、金型内に加熱溶融させたレンズ材料を注入する射出成形などがある。肉薄部分を射出成形により製造しようとすると、ボイドおよびウェルドラインなどの成形不良が起こりやすい。

この点、実施の形態１によれば、図５等に示すように、入射凹面２３０の底に第１凸面２４０を備えている。第１凸面２４０によれば、レンズ２００を小型化した場合であっても、入射凹面２３０の底付近が薄くなりすぎるのを抑制することができる。これにより、製造不良を抑制しつつレンズ２００の小型化が可能となる。図６の寸法Ｅは、裾点Ｆつまり入射凹面２３０の底から出射面２２０までのレンズ２００の厚さである。レンズ厚Ｅは、図１３のレンズ厚Ｗ１と比べて厚くなっている。

［変形例］
発光装置１０およびレンズ２００は、非常用照明器具に限らず、常用照明器具、あるいは常用非常用兼用の照明器具に用いても良い。実施の形態では、レンズ２００を備えた照明器具の一例として非常用照明器具を用いて説明を行っており、レンズ２００でバッドウイング配光を行っている。しかしながら、ダウンライト、スポットライトな光源モジュールから照射される光を所定配光に制御する照明器具に対してもレンズ２００および発光装置１０を適用してもよく、バッドウイング配光に限られず所望の配光制御を行えばよい。

本発明における第１凸面２４０、および入射側面２３２は、連続する滑らかな曲面である「真正曲面」で形成されていてもよいし、曲面に近似させて複数の微小平面を多数繋ぎ合わせた「擬似曲面」で形成されていてもよい。

入射凹面２３０は、釣鐘形状でなくとも良い。たとえば、入射凹面２３０は円錐台形であってもよく、円錐台の上底面（径の小さいほうの面）に半球を繋ぎ合わせた半球円錐台形であってもよい（これはいわば擂り鉢形状である）。また、入射凹面２３０は、円柱上面に半球面を接続した砲弾形状であってもよく、この場合には入射凹面２３０の開口端２３６の側に直径が一定となる円柱側面部分が含まれていても良い。これらのいずれの形状も、入射凹面の底側において深いほど径が小さくなる。これらのいずれの形状を有する入射凹面の底に第１凸面２４０を設ければよい。

第１領域側面２３２ａは、曲面ではなくともよい。第１領域が、凹曲面を近似して複数の平面を繋ぎ合わせた多角面であってもよい。第２領域側面２３２ｂは平面であってもよい。第１領域側面２３２ａと第２領域側面２３２ｂの一方あるいは両方が、断面視で凸とも凹ともならない平らな斜面領域があってもよい。つまり、第１領域側面２３２ａおよび第２領域側面２３２ｂの一方あるいは両方は、第１凸面２４０の中心側に向かって平らに傾斜する環状斜平面であってもよい。また、第１領域側面２３２ａと第２領域側面２３２ｂとの間に、断面視で凸とも凹ともならない平らな斜面領域があってもよい。

レンズ２００を図６の底面図のごとく中心軸Ｐ１と垂直な平面で視た状態を、「レンズ２００の平面視」とする。この平面視で、実施の形態１にかかるレンズ２００は、中心軸Ｐ１まわりで完全な対称形状となっている。よって、図６の底面図に示すように底面２１０の輪郭および入射凹面２３０の開口端２３６の輪郭が、円形である。しかしながら、本発明はこれに限られない。レンズ２００は、平面視（つまり図６下方の底面視）での底面の輪郭が、楕円形、多角形その他の円形以外とされていてもよい。また、平面視（つまり図６下方の底面視）での入射凹面の輪郭が、楕円形、多角形その他の円形以外とされていてもよい。

実施の形態２．
実施の形態２にかかる照明器具１は、発光装置１０を図１４の発光装置１０１０に置換した点を除き、実施の形態１にかかる照明器具１と同様の構造を備えている。また、実施の形態２にかかる発光装置１０１０は、レンズ２００を下記のレンズ１２００に置換した点を除き、実施の形態１にかかる発光装置１０と同様の構造を備えている。したがって、以下の説明では実施の形態１と同一または相当する構成については同一の符号を付して説明を行うとともに、実施の形態１との相違点を中心に説明し、共通事項は説明を簡略化ないしは省略する。

図１４は、本発明の実施の形態２にかかる発光装置１０１０の断面図である。レンズ１２００は、楕円球をカットした半楕円球体の外形を有する。レンズ１２００は、底面２１０と、出射面２２０と、入射凹面１２３０とを備えている。出射面２２０は、底面２１０の中央上方に頂点Ｔ０を有する凸曲面からなる。入射凹面１２３０は、底面２１０の中央を凹ませて形成されたものである。入射凹面１２３０は、より具体的には滑らかな曲面からなる略釣鐘形状である。入射凹面１２３０の深い側ほど入射凹面１２３０の径が小さくされており、入射凹面１２３０の開口端２３６側に行くほど径が大きくなる。入射凹面１２３０が発光面１０１ａと対向するように、レンズ１２００が光源モジュール１００に被せられている。

レンズ１２００は、入射凹面１２３０の底に、入射凹面１２３０の深さＤ０よりも小さく盛り上がった第１凸面１２４０を備える。実施の形態２にかかる第１凸面１２４０も、実施の形態１にかかる第１凸面２４０と同様に、外側に膨らんだ凸曲面である。このため、第１凸面１２４０も、第１凸面２４０で得られたのと同様の配光制御機能を有している。ただし、第１凸面１２４０は、実施の形態１にかかる第１凸面２４０よりも、高さおよび幅が小さい。

レンズ１２００は、入射凹面１２３０の底に、第１凸面１２４０を囲う環状に設けられた第２凸面１２５０を更に備える。第２凸面１２５０は、入射側面２３２と第１凸面１２４０との間に挟まれている。

入射凹面１２３０は、実施の形態１と同様に、第１領域側面２３２ａおよび第２領域側面２３２ｂからなる入射側面２３２を備えている。よって、図１０〜図１２に示したのと同様の配光制御が可能である。

第２凸面１２５０は、第１凸面１２４０よりも、入射凹面１２３０の開口端２３６側に向かって突き出ている。図１４、１５に示すように、仮想平面Ｓを基準としたときに、第２凸面１２５０の高さＨＡ２は、第１凸面１２４０の高さＨＡ１よりも大きい。ただし、本発明はこれに限られず、これとは反対に、高さＨＡ１のほうが高さＨＡ２よりも大きくともよく、第１凸面１２４０が第２凸面１２５０よりも突き出ていてもよい。

図１５は、本発明の実施の形態２にかかるレンズ１２００の断面および底面を示す図である。出射面２２０の頂点Ｔ０および第１凸面１２４０の先端Ｔ１を通る直線を、レンズ１２００の中心軸Ｐ１とする。図１５下方の底面図からわかるように、第２凸面１２５０は、中心軸Ｐ１を中心とする円環形状を有する。第２凸面１２５０は、第１凸面１２４０側を向く内周面１２５１と、入射側面２３２側を向く外周面１２５２とを備えている。この底面図からわかるように、底面２１０、第２領域側面２３２ｂ、第１領域側面２３２ａ、内周面１２５１、および外周面１２５２が、それぞれ、中心を共通とし互いに直径の異なる同心円状の円環面となっている。

実施の形態１とは異なり、第１凸面２４０の幅は発光部１０１の幅ＷＢよりも小さい。その代わりに、第２凸面１２５０の外形の幅ＷＡが、発光部１０１の幅ＷＢと同じとされている。

図１６は、レンズ１２００における、図１５の破線Ｘ部分を拡大した拡大断面図である。内周面１２５１は凹曲面である。図１６の破線Ｎ２は参照用に図示した直線であり、第２凸面１２５０の先端Ｔ２と第２凸面１２５０の裾とを結んでいる。内周面１２５１は、破線Ｎ２に対して第２凸面１２５０の内部側へと滑らかに凹む曲面となっている。その凹み方は第１領域側面２３２ａと類似しており、釣鐘形状の側面と同じ形状とされている。第１領域側面２３２ａと同様に、内周面１２５１は入射光を広げられるようになっている。外周面１２５２の断面は、図１６に示すように、中心軸Ｐ１を含む中心軸Ｐ１と平行な断面においてほぼ直線状である。これにより、光源モジュール１００の光が第１領域側面２３２ａの端と第２凸面１２５０の裾との境界部分へ到達するので、第１領域側面２３２ａの端から端まで、交点Ｏからの光を入射させることができる。

実施の形態２では、一例として第２凸面１２５０の内周面１２５１を滑らかな凹曲面としている。内周面１２５１と第１凸面１２４０の裾とが接続部１２６０を介して滑らかに接続する。

図１６には、第２凸面１２５０の環の太さが寸法線Ｗ３で示されている。太さＷ３は、中心軸Ｐ１を含む中心軸Ｐ１と平行な断面において、高さＨＡ２に対して垂直な方向の、内周面１２５１と外周面１２５２との間の幅を意味している。第２凸面１２５０は、太さＷ３が開口端２３６の側にいくほど減少する。言い換えると、第２凸面１２５０は、入射凹面１２３０の底において第１凸面１２４０の隣に設けた突起部を中心軸Ｐ１周りに回転させた形状を有しており、この突起部は入射凹面１２３０の開口側（言い換えると開口端２３６の側）に向かって先細りである。

実施の形態２では、実施の形態１の第１凸面２４０が行う光制御を、第１凸面１２４０と第２凸面１２５０により行っている。このように入射凹面１２３０の底に２つの凸面を設けることで、凸面の高さＨＡ１、ＨＡ２の両方を、第１凸面２４０の高さＨＡよりも小さくすることができる。よって、レンズ１２００の各部分の肉厚を均一に近づけることができる。

実施の形態１では照明器具１、発光装置１０、レンズ２００、および光源モジュール１００についてそれぞれ変形例を説明した。実施の形態２にかかる照明器具、発光装置１０１０、レンズ１２００およびそれらの構成部品においても、実施の形態１と対応する部品に対して同様の変形を行ってもよい。

１ 照明器具、１０、１０１０ 発光装置、１００ 光源モジュール、１０１ 発光部、１０１ａ 発光面、１０２ 実装基板、１０３ 給電端子、１１０ ソケット、１１２ ソケット開口、１２０ ソケット板、２００、２００´´、１２００ レンズ、２１０ 底面、２２０ 出射面、２３０、１２３０ 入射凹面、２３２ 入射側面、２３２ａ 第１領域側面、２３２ｂ 第２領域側面、２３６ 開口端、２４０、１２４０ 第１凸面、３００ 取付枠、４００ バッテリ、５００ 器具本体、５０２ 係止具、５１０ 筒部、５２０ 鍔部、６００ 外枠カバー、１２５０ 第２凸面、１２５１ 内周面、１２５２ 外周面、Ｌ 光軸、Ｏ 交点、Ｐ１ 中心軸、Ｑ 変曲点、Ｔ１、Ｔ２ 先端、Ｔ０ 頂点、Ｕ 開口端点

Claims (13)

1. 光源と、
   前記光源が発した光を制御して出射するレンズと、
   を備え、
   前記レンズは、
   底面と、
   前記底面の中央上方に頂点を有する凸曲面からなる出射面と、
   前記底面の中央を凹ませて形成された入射凹面と、
   を備え、
   前記入射凹面が前記光源と対向するように、前記レンズが前記光源に被せられ、
   前記入射凹面の深い側ほど、前記入射凹面の径が小さくされており、
   前記入射凹面の底に、前記入射凹面の深さよりも小さく盛り上がった第一凸面を備え、
   前記第一凸面の先端が前記入射凹面の前記深さの半分の位置を超えないように前記第一凸面の高さが定められ、
   前記入射凹面は、前記第一凸面の周縁と前記入射凹面の開口端とを接続する面である入射側面を備え、
   前記入射側面は、前記第一凸面の側に設けられた部分である第一領域側面と、前記入射凹面の前記開口端の側の部分である第二領域側面と、を含み、
   前記第二領域側面は、凸曲面である照明器具。
2. 前記第一領域側面は、凹曲面である請求項１に記載の照明器具。
3. 前記入射凹面の底において前記第一凸面を囲う環状に設けられた第二凸面を更に備える請求項１に記載の照明器具。
4. 前記第二凸面が、前記第一凸面よりも、前記入射凹面の開口端側に向かって突き出ている請求項３に記載の照明器具。
5. 前記頂点および前記第一凸面の先端を通る直線を前記レンズの中心軸とし、
   前記第二凸面は、前記中心軸を中心とする円環形状を有する請求項３または４に記載の照明器具。
6. 前記第二凸面の環の太さが、前記第二凸面の先端側にいくほど減少する請求項５に記載の照明器具。
7. 光源と、
   前記光源が発した光を制御して出射するレンズと、
   を備え、
   前記レンズは、
   底面と、
   前記底面の中央上方に頂点を有する凸曲面からなる出射面と、
   前記底面の中央を凹ませて形成された入射凹面と、
   を備え、
   前記入射凹面が前記光源と対向するように、前記レンズが前記光源に被せられ、
   前記入射凹面の深い側ほど、前記入射凹面の径が小さくされており、
   前記入射凹面の底に、前記入射凹面の深さよりも小さく盛り上がった第一凸面を備え、
   前記入射凹面の底において前記第一凸面を囲う環状に設けられた第二凸面を更に備え、
   前記頂点および前記第一凸面の先端を通る直線を前記レンズの中心軸とし、
   前記第二凸面は、前記中心軸を中心とする円環形状を有し、
   前記第二凸面の環の太さが、前記第二凸面の先端側にいくほど減少し、
   前記第一凸面の裾と前記第二凸面の裾とが凹曲面を介して滑らかに接続する照明器具。
8. 前記頂点および前記第一凸面の先端を通る直線を前記レンズの中心軸とし、
   前記光源の光軸と同心に前記中心軸が位置するように前記光源および前記レンズが配置され、
   前記中心軸を含む前記中心軸と平行な断面において、前記中心軸に直交する方向を幅方向としたときに、前記第一凸面の幅が前記光源の幅よりも大きい請求項１〜７のいずれか１項に記載の照明器具。
9. 前記頂点および前記第一凸面の先端を通る直線を、前記レンズの中心軸とし、
   前記レンズは、前記中心軸を基準とする回転対称性を有する請求項１〜８のいずれか１項に記載の照明器具。
10. 少なくとも一方の端部が開口し内部に空間を備える筒部と、前記端部に設けられた鍔部と、を有する器具本体と、
    前記光源を点灯させる点灯装置と、
    前記光源と前記レンズとの組立体を前記鍔部に装着させるための枠部材と、
    を備える請求項１〜９のいずれか１項に記載の照明器具。
11. 光源に被さるように配置され、前記光源が発した光を制御して出射するレンズであって、
    前記レンズは、
    底面と、
    前記底面の中央上に頂点を有する凸曲面からなる出射面と、
    前記底面の中央を凹ませて形成された入射凹面と、
    を備え、
    前記入射凹面の深い側ほど前記入射凹面の径が小さくされており、
    前記入射凹面の底中央に、前記入射凹面の深さよりも小さく盛り上がった第一凸面を備え、
    前記第一凸面の先端が前記入射凹面の前記深さの半分の位置を超えないように前記第一凸面の高さが定められ、
    前記入射凹面は、前記第一凸面の周縁と前記入射凹面の開口端とを接続する面である入射側面を備え、
    前記入射側面は、前記第一凸面の側に設けられた部分である第一領域側面と、前記入射凹面の前記開口端の側の部分である第二領域側面と、を含み、
    前記第二領域側面は、凸曲面であるレンズ。
12. 前記第一領域側面は、凹曲面である請求項１１に記載のレンズ。
13. 前記入射凹面の底において前記第一凸面を囲う環状に設けられた第二凸面を更に備える請求項１１または１２に記載のレンズ。

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