JP6689590B2 - 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）が、白熱電球に代わるものとして使用されている。しかしながら、従来のＬＥＤを光源とする照明装置は、前方方向のみに光を出射し、白熱電球のように幅広い方向に光を出射することができない。このため、従来の照明装置は、白熱電球のように天井や壁面からの反射光を利用して室内を広範囲に照らすことができない。

従来のＬＥＤを光源とする照明装置の配光特性を白熱電球の配光特性に近づけるため、ＬＥＤからの出射光の配光を光束制御部材で制御することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。図１は、特許文献１に記載の照明装置１０の構成を示す模式図である。図１に示されるように、照明装置１０は、基板上に配置された複数のＬＥＤ１２と、ＬＥＤ１２の周囲に配置された光透過性材料からなる円筒形のケース１４とを有する。ケース１４の上面は、逆円錐台形状に形成されている。円錐台の斜面は、光を反射させるアルミ板（光束制御部材）１６が貼り付けられており、反射面として機能する。一方、円錐台の平面は、光を透過させる透過窓１８として機能する。図１において矢印で示されるように、中心部に配置されたＬＥＤ１２から出射された光の一部は、透過窓１８を通過して前方方向（上方向）への出射光となる。また、ＬＥＤ１２から出射された光の一部は、アルミ板１６で反射して側方方向（水平方向）および後方方向（下方向）への出射光となる。

このように光束制御部材を用いて中心部に配置されたＬＥＤからの出射光の進行方向を制御することにより、前方方向だけでなく、側方方向および後方方向への出射光を得ることができる。したがって、特許文献１に記載の光束制御部材（アルミ板）を使用することで、照明装置（ＬＥＤ電球）の配光特性を白熱電球の配光特性にある程度近づけることができる。

特開２００３−２５８３１９号公報

しかしながら、特許文献１に記載の照明装置１０では、中心部に配置されたＬＥＤ１２から出射された光を制御するように構成されているため、中心部以外に配置されたＬＥＤ１２から出射された光を適切に制御できない。また、発光面の大きいＬＥＤ１２を用いた場合にも同様に、発光面の外周部から出射された光を適切に制御できない。結果として、特許文献１に記載の照明装置１０では、この場合に配光特性のバランスが悪いという問題がある。

そこで、本発明の目的は、発光素子を有する照明装置に用いられる光束制御部材であって、複数の発光素子を配置した場合、または発光面の大きい発光素子を用いた場合であっても前方方向、側方方向および後方方向のすべてにバランスよく配光することができる光束制御部材を提供することである。また、本発明の別の目的は、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である。

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、前記光束制御部材の中心軸を取り囲むように、前記中心軸から離間して配置された第１入射面と、前記第１入射面を取り囲むように配置された第２入射面とを含み、前記発光素子から出射された光を、前記光束制御部材の内部に入射させる入射面と、前記中心軸に沿って上側に向かうにつれて、前記中心軸からの距離が漸増するように、前記入射面の反対側に配置され、前記入射面で入射した光の一部を、前記中心軸から離れる方向に向けて反射させる上側全反射面と、前記中心軸を取り囲むように前記中心軸および前記第１入射面の間に配置され、前記第１入射面で入射した光の一部を前記上側全反射面に向けて反射させる下側全反射面と、前記中心軸を取り囲むように前記上側全反射面より外側に配置され、主として前記上側全反射面で反射した光を外部に出射させる出射面と、を有し、前記入射面、前記上側全反射面、前記下側全反射面および前記出射面は、前記中心軸を回転軸とする回転対称である。

また、本発明に係る発光装置は、１または２以上の発光素子と、本発明に係る光束制御部材と、を有し、前記光束制御部材は、前記光束制御部材の中心軸が前記１または２以上の発光素子の光軸と合致するように配置されており、前記中心軸から最も離れた位置における前記１または２以上の発光素子の発光面は、前記第２入射面と向かい合って配置されている。

また、本発明に係る照明装置は、本発明に係る発光装置と、前記発光装置からの出射光を拡散させつつ透過させるカバーと、を有する。

本発明の光束制御部材を有する照明装置は、従来の照明装置に比べて、より白熱電球に近い配光特性を示す。

図１は、特許文献１に記載の照明装置の構成を示す模式図である。 図２は、実施の形態１に係る照明装置の部分断面図である。 図３Ａ、Ｂは、実施の形態１に係る光束制御部材の斜視図である。 図４Ａ〜Ｃは、実施の形態１に係る光束制御部材の構成を示す図である。 図５Ａ、Ｂは、実施の形態１に係る光束制御部材の断面図である。 図６は、実施の形態１に係る光束制御部材における光の光路を示した図である。 図７は、実施の形態１に係る発光素子、発光装置および照明装置の配光特性を示すグラフである。 図８Ａは、実施の形態２に係る照明装置の部分断面図であり、図８Ｂは、実施の形態２に係る照明装置における発光素子の配置を示す図である。 図９Ａ〜Ｃは、実施の形態２に係る光束制御部材の構成を示す図である。 図１０は、実施の形態２に係る光束制御部材の断面図である。 図１１Ａ、Ｂは、実施の形態２に係る光束制御部材における光の光路を示した図である。

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。以下の説明では、本発明の照明装置の代表例として、白熱電球に代えて使用されうる照明装置について説明する。

［実施の形態１］
（照明装置の構成）
図２は、本発明の実施の形態１に係る照明装置１００の構成を示す断面図である。なお、図２では、発光装置１３０およびカバー１６０のみを断面で示している。図２に示されるように、照明装置１００は、発光素子１１０および光束制御部材１２０を含む発光装置１３０と、カバー１６０および筐体１７０を有する。以下、各構成要素について説明する。

発光素子１１０は、照明装置１００の光源であり、筐体１７０に実装されている。たとえば、発光素子１１０は、白色発光ダイオードなどの発光ダイオード（ＬＥＤ）である。発光素子１１０の数は、単数でも複数でもよい。また、発光素子１１０の発光面の大きさも特に限定されない。本実施の形態では、発光素子１１０の数は１つであり、発光素子１１０の大きさは、後述の光束制御部材１２０の第３入射面１３１および第１入射面１３２より大きい。また、中心軸ＣＡから最も離れた位置における発光素子１１０の発光面（発光点）は、後述の第２入射面１３３と向かい合って配置されている。発光素子１１０は、その光軸ＯＡが光束制御部材１２０の中心軸ＣＡと一致す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１１０からの立体的な光束の中心における光の進行方向を言う。発光素子１１０が複数ある場合は、複数の発光素子１１０からの立体的な光束の中心における光の進行方向を言う。以下、発光素子１１０の光軸ＯＡに沿う出射方向を前方とし、その反対の方向を後方とする。

光束制御部材１２０は、発光素子１１０から出射された光の配光を制御する。光束制御部材１２０は、その中心軸ＣＡが発光素子１１０の光軸ＯＡと一致するように筐体１７０に配置される。本発明の特徴の一つは、光束制御部材１２０の形状であるため、光束制御部材１２０の詳細は、後述する。

カバー１６０は、開口部を含む中空領域を有する。発光装置１３０は、カバー１６０の中空領域内に配置される。

カバー１６０は、光束制御部材１２０を覆い、光束制御部材１２０から出射した光を拡散させつつ透過させる。カバー１６０は、光透過性を有する。たとえば、カバー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。カバー１６０は、光拡散性も有する。カバー１６０に光拡散能を付与する手段は、特に限定されない。たとえば、透明な材料で作製されたカバー１６０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、上記の透明な材料に、ビーズなどの散乱子を含む光拡散性の材料を配合してカバー１６０を作製してもよい。

カバー１６０は、光軸ＯＡに対して回転対称な形状を有することが好ましい。カバー１６０の形状は、例えば、回転対称な形状のみからなる形状であってもよいし、回転対称な形状の一部分を含む形状であってもよい。カバー１６０の形状は、光束制御部材１２０からの出射光の配光のバランスをさらに改善することができる形状であることが好ましい。たとえば、カバー１６０の形状は、後方への光の光量をより多くする観点から、カバー１６０の最大外径に比べてカバー１６０の開口部の径が小さい形状であることが好ましい。カバー１６０の形状は、例えば球冠形状（球面の一部を平面で切り取った形状）である。カバー１６０の最大外径は、例えば６０ｍｍであり、カバー１６０の開口径は、例えば３８ｍｍである（図２参照）。

筐体１７０は、発光素子１１０、光束制御部材１２０およびカバー１６０を、筐体１７０の前方端部でそれぞれ支持する。筐体１７０は、光軸ＯＡを回転軸とする回転対称体である。筐体１７０は、口金１７１と、口金１７１の前方に配置され、前方に向かうにつれて中心軸ＣＡからの距離が漸増する第１テーパー面１７２と、第１テーパー面１７２の前端縁から前方に向かうにつれて中心軸ＣＡからの距離が漸減する第２テーパー面１７３と、第２テーパー面１７３の前端縁から内側に形成される、中心軸ＣＡに垂直な円環状の平面で構成される環状端面１７４と、環状端面１７４の内周縁から前方に突出する円柱状の突出部１７５と、を有している。

突出部１７５の円形の前端面には基板（図示せず）が取り付けられ、その基板には発光素子１１０が実装されている。環状端面１７４から突出部１７５の前端面までの距離（突出部１７５の突出長さ）は、例えば３ｍｍである。環状端面１７４には、カバー１６０の開口部が当接している。環状端面１７４の外径は、カバー１６０の開口部の外径とほぼ同じである。環状端面１７４は、カバー１６０の開口部が当接する台座となっている。第２テーパー面１７３は、上記台座の周縁から後方に向かうにつれて中心軸ＣＡからの距離が漸増するテーパー面となっている。

筐体１７０の第１テーパー面１７２および第２テーパー面１７３で囲まれる部分の内部には、口金１７１と発光素子１１０とを電気的に接続する不図示の電源回路が配設されている。また、筐体１７０は、発光素子１１０からの熱を放出するためのヒートシンクを兼ねている。このため、筐体１７０は、アルミニウムや銅などの熱伝導性の高い金属によって構成されていることが好ましい。

発光素子１１０から出射された光は、光束制御部材１２０によって全方向に向かうように制御される。光束制御部材１２０から出射された光は、カバー１６０を拡散しつつ透過する。

（光束制御部材の構成）
ここで、光束制御部材１２０について詳細に説明する。図３Ａ、Ｂ、図４Ａ〜Ｃおよび図５Ａ、Ｂは、光束制御部材１２０の構成を示す図である。図３Ａは、光束制御部材１２０を前方から見た斜視図であり、図３Ｂは、後方から見た斜視図である。図４Ａは、光束制御部材１２０の平面図であり、図４Ｂは、底面図であり、図４Ｃは、側面図である。図５Ａは、図４Ａに示されるＡ−Ａ線の断面図であり、図５Ｂは、図５Ａの部分拡大図である。なお、図３〜図５では、脚部１２５を省略している。

図３Ａ、Ｂに示されるように、光束制御部材１２０は、入射面１２１と、第１全反射面１５１および第２全反射面１５２を含む上側全反射面１２２と、下側全反射面１２３と、出射面１２４と、を有する。光束制御部材１２０は、中心軸ＣＡを回転軸とした回転対称である。また、本実施の形態では、光束制御部材１２０は、発光素子１１０から発せられる熱を外部に逃がすための間隙を形成するとともに、筐体１７０に固定するための脚部１２５を有している（図２参照）。

入射面１２１は、発光素子１１０から出射された光を光束制御部材１２０の内部に入射させる。入射面１２１は、第３入射面１３１と、第１入射面１３２と、第２入射面１３３と、を有する。本実施の形態では、入射面１２１は、光束制御部材１２０の裏側に形成された凹部の内面の少なくとも一部である。

第３入射面１３１は、中心軸ＣＡ（発光素子１１０の光軸ＯＡ）と交わるように発光素子１１０と対向して配置される。第３入射面１３１の形状は特に限定されない。第３入射面１３１の形状は、平面状であってもよいし、曲面状であってもよい。本実施の形態では、第３入射面１３１は、平面状である。また、第３入射面１３１の平面視形状は、円形である。すなわち、第３入射面１３１は、中心軸ＣＡを回転軸とする回転対称である。第３入射面１３１は、発光素子１１０の中央部分から出射された光のうち、多くの光を入射させる。

第１入射面１３２は、第３入射面１３１を取り囲むように配置される。言い換えると、第１入射面１３２は、中心軸ＣＡを取り囲むように、中心軸ＣＡから離間して配置されている。第１入射面１３２は、中心軸ＣＡを回転軸とした回転対称である。第１入射面１３２は、中心軸ＣＡを取り囲む環状凹部１４１内に配置された、第１内側傾斜面１４５および第１外側傾斜面を含む環状凸部１４４における第１外側傾斜面である。

環状凹部１４１は、第３入射面１３１を取り囲むように配置される。環状凹部１４１は、中心軸ＣＡ側（内側）に配置された円環状の第２内側傾斜面１４２と、外縁部側（外側）に配置された円環状の第２外側傾斜面１４３と、を有する。環状凹部１４１の深さは、環状凸部１４４の高さと同じである。環状凹部１４１の深さは、第３入射面１３１で入射して、上側全反射面１２２で全反射した光が直接到達しない程度の深さであることが好ましい。第３入射面１３１で入射して、上側全反射面１２２で全反射した光が第２内側傾斜面１４２に直接到達すると、配光を適切に制御できないおそれがある。

第２内側傾斜面１４２は、中心軸ＣＡを回転軸とする回転対称である。第２内側傾斜面１４２は、中心軸ＣＡから離れるにつれて、中心軸ＣＡに直交し、かつ第３入射面１３１と中心軸ＣＡとの交点を通る基準平面から離れるように形成されている。第２内側傾斜面１４２の中心軸ＣＡから外縁部にかけての母線は、直線であってもよいし曲線であってもよい。本実施の形態では、第２内側傾斜面１４２の中心軸ＣＡから外縁部にかけての母線は、直線である。中心軸ＣＡに対する第２内側傾斜面１４２の傾斜角度は、特に限定されないが、第３入射面１３１で入射する光を考慮して設定されることが好ましい。すなわち、中心軸ＣＡに対する第２内側傾斜面１４２の傾斜角度は、発光素子１１０から出射され、第３入射面１３１で入射した光が直接到達しない角度であることが好ましい。第３入射面１３１から入射した光が第２内側傾斜面１４２に直接到達すると、配光を適切に制御することができないおそれがある。

第２外側傾斜面１４３は、中心軸ＣＡを回転軸とする回転対称である。第２外側傾斜面１４３は、中心軸ＣＡから離れるにつれて、基準平面に近づくように形成されている。第２外側傾斜面１４３の中心側から外縁部にかけての母線は、直線であってもよいし曲線であってもよい。本実施の形態では、第２外側傾斜面１４３の中心軸ＣＡから外縁部にかけての母線は、直線である。中心軸ＣＡに対する第２外側傾斜面１４３の傾斜角度は、特に限定されず適宜設定される。また、第２外側傾斜面１４３の外縁は、光軸ＯＡを含む断面の光軸ＯＡに直交する方向において、第１全反射面１５１および第２全反射面１５２の境界より前記中心軸ＣＡから離れた位置に配置されている。

前述の通り、環状凸部１４４は、環状凹部１４１の内部に配置されている。環状凸部１４４は、中心軸ＣＡ側（内側）に配置された円環状の第１内側傾斜面１４５と、外縁部側（外側）に配置された円環状の第１外側傾斜面と、を有する。なお、第１内側傾斜面１４５および第１外側傾斜面の間には、第１接続面１４７が配置されていてもよい。

第１内側傾斜面１４５は、中心軸ＣＡを回転軸とする回転対称である。第１内側傾斜面１４５は、第２内側傾斜面１４２の外縁部に接続されている。第１内側傾斜面１４５は、中心軸ＣＡから離れるにつれて、基準平面に近づくように形成されている。第１内側傾斜面１４５の中心軸ＣＡから外縁部にかけての母線は、直線であることが好ましい。なお、詳細は後述するが、第１内側傾斜面１４５は、第１外側傾斜面で入射した光を反射させる下側全反射面１２３の一部として機能する。

第１外側傾斜面（第１入射面１３２）は、中心軸ＣＡを回転軸とする回転対称である。第１外側傾斜面は、第２外側傾斜面１４３の内縁部に接続されている。第１外側傾斜面は、中心軸ＣＡから離れるにつれて、基準平面から離れるように形成されている。第１外側傾斜面の中心軸ＣＡから外縁部にかけての母線は、直線であってもよいし曲線であってもよい。本実施の形態では、第１外側傾斜面（第１入射面１３２）の中心軸ＣＡから外縁部にかけての母線は、直線である。また、第１外側傾斜面の内縁部は、第３入射面１３１と同一平面上に配置されることが好ましい。第１外側傾斜面（第１入射面１３２）は、発光装置１３０が複数の発光素子１１０を有する場合には、突出部１７５の外周部に配置された発光素子１１０から出射された光のうち、光軸ＯＡ側に向かう光を入射させ、発光素子１１０が大きな発光面を含む発光素子１１０を有する場合には、発光面の外周部から出射された光のうち、光軸ＯＡ側に向かう光を入射させる。

第１接続面１４７は、第１内側傾斜面１４５および第１外側傾斜面（第１入射面１３２）を接続する。第１接続面１４７と、第１外側傾斜面との境界には、稜線１４８が形成される。稜線１４８は、第３入射面１３１と同一平面上に配置されることが好ましい。なお、環状凸部１４４が第１接続面１４７を有さない場合、第１内側傾斜面１４５と第１外側傾斜面（第１入射面１３２）との境界が稜線１４８となる。また、第１内側傾斜面１４５および第１接続面１４７は、下側全反射面１２３を構成する。

第２入射面１３３は、第１入射面１３２を取り囲むように配置されている。第２入射面１３３の形状は特に限定されない。第２入射面１３３の形状は、平面状であってもよいし、曲面状であってもよい。本実施の形態では、第２入射面１３３は、平面状である。また、第２入射面１３３の平面視形状は、円環状である。第２入射面１３３は、発光装置１３０が複数の発光素子１１０を有する場合には、突出部１７５の外周部に配置された発光素子１１０から出射された光のうち、他の一部の光（第１入射面１３２に向かわない）を入射させ、発光素子１１０が大きな発光面を含む発光素子１１０を有する場合には、発光面の外周部から出射された光のうち、他の一部の光（第１入射面１３２に向かわない）を入射させる。すなわち、第２入射面１３３は、中心軸ＣＡから最も離れた位置における発光素子１１０の発光点と向かい合って配置されている。また、第２入射面１３３は、中心軸ＣＡの方向において、第３入射面１３１と同じ位置（高さ）に配置されていてもよく、異なる位置（高さ）に配置されていてもよい。本実施の形態では、中心軸ＣＡの方向において、第２入射面１３３と、第３入射面１３１との位置（高さ）は、同じである。

上側全反射面１２２は、中心軸ＣＡから外縁部に向かうにつれて基準平面から離れるように入射面１２１の反対側に配置される。言い換えると、上側全反射面１２２は、中心軸ＣＡに沿い、かつ上側に向かうにつれて、中心軸ＣＡからの距離が漸増するように配置されている。上側全反射面１２２は、中心軸ＣＡを回転軸とする回転対称である。上側全反射面１２２は、入射面１２１で入射した光の一部を、中心軸ＣＡから離れる方向に向けて反射させる。本実施の形態では、上側全反射面１２２は、中心軸ＣＡ側に配置された第１全反射面１５１と、外縁部に配置された第２全反射面１５２とを有する。

第１全反射面１５１は、中心軸ＣＡ側に配置される。第１全反射面１５１は、中心軸ＣＡを回転軸とする回転対称である。本実施の形態では、第１全反射面１５１は、回転対称な非球面形状である。第１全反射面１５１の中心軸ＣＡから外縁部にかけての母線は、中心軸ＣＡから外縁部に向かうにつれて基準平面から離れる曲線である。より具体的には、中心軸ＣＡを含む断面において、第１全反射面１５１は、中心軸ＣＡから外縁部に向かうにつれて接線の傾きが除々に小さくなる曲線である。当該曲線は、本実施の形態のように円弧でなくてもよく、円弧であってもよい。すなわち、中心軸ＣＡを含む断面において、中心軸ＣＡを境界とした一方の曲線は、所定の第１の曲率で形成されてもよい。第１全反射面１５１は、第３入射面１３１で入射した光のうち、多くの光（中心軸ＣＡに対する角度が小さい光）を出射面１２４に向けて反射させる。

第２全反射面１５２は、第１全反射面１５１を取り囲むように配置される。第２全反射面１５２は、中心軸ＣＡを回転軸とする回転対称である。本実施の形態では、第２全反射面１５２は、回転対称な非球面形状である。第２全反射面１５２の中心から外縁部にかけての母線は、中心軸ＣＡから外縁部に向かうにつれて基準平面から離れる曲線である。より具体的には、中心軸ＣＡを含む断面において、第２全反射面１５２は、中心軸ＣＡから外縁部に向かうにつれて接線の傾きが除々に小さくなる曲線である。当該曲線は、本実施の形態のように円弧でなくてもよく、円弧であってもよい。すなわち、中心軸ＣＡを含む断面において、中心軸ＣＡを境界とした一方の曲線は、第１の曲率と異なる第２の曲率で形成されていてもよい。第１全反射面１５１および第２全反射面１５２がそれぞれ所定の曲率の円弧で形成される場合、第１全反射面１５１を、第２の曲率より大きな曲率で形成してもよく、第１全反射面１５１および第２全反射面１５２を曲率中心の位置をずらして同じ曲率で形成していてもよい。第１全反射面１５１および第２全反射面１５２が円弧ではない場合、第２全反射面１５２の最も中心軸ＣＡ側における接線の傾きは、第１全反射面１５１の最も中心軸ＣＡから離れた位置における接線の傾きよりも大きい。第２全反射面１５２は、第１入射面１３２で入射して、後述の下側全反射面１２３で反射した光と、第３入射面１３１で入射した光のうち、第１全反射面１５１に到達しなかった光（中心軸ＣＡに対する角度が大きい光）とを出射面１２４に向けて反射させる。

第１全反射面１５１と第２全反射面１５２との境界は、適宜設定される。前述したように、主として第１入射面１３２で入射して、下側全反射面１２３で反射した光は、第２全反射面１５２で反射させる。よって、中心軸ＣＡに直交する方向における第１全反射面１５１および第２全反射面１５２の境界は、後述の下側全反射面１２３より外周部に位置するように配置される。

下側全反射面１２３は、前述したように、第１内側傾斜面１４５を有する。本実施の形態では、下側全反射面１２３は、第１内側傾斜面１４５および第１接続面１４７で構成される。下側全反射面１２３は、中心軸ＣＡを取り囲むように第３入射面１３１および第１入射面１３２の間に配置される。下側全反射面１２３は、第１入射面１３２で入射した光を第２全反射面１５２に向けて反射させる。なお、環状凸部１４４が第１接続面１４７を有しない場合には、第１内側傾斜面１４５が下側全反射面１２３として機能する。また、下側全反射面１２３は、中心軸ＣＡに沿う方向において曲率を変化させた曲面で形成されていてもよい。

出射面１２４は、中心軸ＣＡを取り囲むように上側全反射面１２２より外側に配置される。出射面１２４は、中心軸ＣＡを回転軸とする回転対称である。出射面１２４は、上側全反射面１２２で反射した光を外部に出射させる。出射面１２４は、第１出射面１５３と、第２出射面１５４とを有する。

第１出射面１５３は、中心軸ＣＡに沿う方向において、前方に配置される。第１出射面１５３は、円筒状である。

第２出射面１５４は、中心軸ＣＡに沿う方向において、後方に配置される。第２出射面１５４は、中心軸ＣＡから離れるにつれて、基準平面に近づくように形成されている。第２出射面１５４の中心軸ＣＡ側から外縁部に向けての母線は、直線である。

第１出射面１５３と、第２出射面１５４との間には、段差面１５５が形成されている。段差面１５５は、第３入射面１３１（第２入射面１３３）と平行に配置されている。中心軸ＣＡに沿う方向において、出射面１２４における段差面１５５の位置は、特に限定されない。本実施の形態では、段差面１５５は、中心軸ＣＡに沿う方向において、第１全反射面１５１と同じ高さに形成されている。

なお、出射面１２４は、段差面１５５を有していなくてもよい。この場合第１出射面１５３および第２出射面１５４が接続される。

図６は、発光素子１１０から出射された光の脚部１２５を有さない光束制御部材１２０における光路図である。図６の破線は、発光素子１１０の中心から出射された光の光路を示しており、点線は、発光素子１１０の端部から出射された光の光路を示している。なお、本実施の形態に係る光束制御部材１２０は、中心軸ＣＡを回転軸とした回転対称であるため、図６では中心軸ＣＡを含む断面において光束制御部材１２０の左半分における光路のみ示している。

図５Ｂおよび図６に示されるように、発光素子１１０の中心から出射された光のうち、多くの光は、第３入射面１３１で光束制御部材１２０内に入射する。第３入射面１３１の中心軸ＣＡ側で入射した光（光軸ＯＡに対する出射角度が小さな光）は、第１全反射面１５１（上側全反射面１２２）に向けて進行する。第１全反射面１５１に到達した光は、出射面１２４（第２出射面１５４）に向けて全反射される。また、発光素子１１０の中心から出射され、第３入射面１３１の外縁部で入射した光（光軸ＯＡに対する出射角度が大きな光）は、第２全反射面１５２（上側全反射面１２２）に向けて進行する。第２全反射面１５２に到達した光は、出射面１２４（第１出射面１５３）に向けて全反射される。出射面１２４（第１出射面１５３および第２出射面１５４）に到達した光のうち、多くの光は、光束制御部材１２０の後方に向けて出射される。

また、図５Ｂおよび図６に示されるように、発光素子１１０の発光面の端部から出射された光のうち、多くの光は、第１入射面１３２および第２入射面１３３で光束制御部材１２０内に入射する。第１入射面１３２（第１外側傾斜面）で入射した光は、下側全反射面１２３で全反射して第２全反射面１５２（上側全反射面１２２）に向けて進行する。第２全反射面１５２に到達した光は、出射面１２４（第２出射面１５４）に向けて全反射される。また、発光素子１１０の端部から出射され、第２入射面１３３で入射した光は、第２全反射面１５２（上側全反射面１２２）に向けて進行する。第２全反射面１５２に到達した光は、出射面１２４（第１出射面１５３）に向けて全反射される。出射面１２４（第１出射面１５３および第２出射面１５４）に到達した光のうち、多くの光は、光束制御部材１２０の後方に向けて出射される。なお、複数の発光素子１１０を有する場合であっても、発光素子１１０から出射された光は、同様に制御される。この場合、突出部１７５の前端面の外周部に配置された発光素子１１０から出射された光は、本実施の形態において、発光素子１１０の端部から出射された光に相当する。

（発光装置および照明装置の配光特性）
次に、本実施の形態に係る光束制御部材１２０の効果を確認するために、１個の発光素子１１０および１個の光束制御部材１２０を有する発光装置１３０の配光特性と、発光装置１３０にカバー１６０を取り付けた照明装置１００の配光特性をそれぞれシミュレーションした。具体的には、発光素子１１０の発光中心を基準点として、光軸ＯＡを含む平面における全方位の相対照度を求めた。本シミュレーションでは、発光素子１１０の発光中心から１０００ｍｍの距離にある仮想面における照度を算出した。また、比較として、発光素子１１０のみの配光特性についてもシミュレーションした。

図７は、発光素子１１０、発光装置１３０および照明装置１００の配光特性を示すグラフである。グラフの外側に記載されている数値は、発光素子１１０の発光中心に対する角度（°）を示している。０°は光軸方向（前方方向）、９０°は水平方向（側方方向）、１８０°は、後方方向を示している。また、グラフの内側に記載されている数値は、各方向の相対照度（最大値１）を示している。グラフの点線は、発光素子１１０のみを用いた場合の結果を示しており、実線は、発光素子１１０および光束制御部材１２０を組み合わせた場合（発光装置１３０）の結果を示しており、破線は、発光素子１１０と、光束制御部材１２０と、カバー１６０を組み合わせた場合（照明装置１００）の結果を示している。

図７に示されるように、発光装置１３０では、前方に向かう光に加えて、±１２０〜１５０°方向に向かう光を適切に生成することが分かった。これは、下側全反射面１２３により発光素子１１０の端部から出射された光を適切に後方方向に向けて制御できたためだと考えられる。また、発光装置１３０にカバー１６０を取り付けた照明装置１００では、前方方向、側方方向および後方方向へ向かう出射光量を均等にすることにより光のムラを低減できることがわかった。

（効果）
以上のように、本発明の実施の形態１に係る光束制御部材１２０を有する照明装置１００は、発光素子１１０の外周部から出射された光を制御するための下側全反射面１２３を有しているため、発光素子１１０の中心から出射された光だけでなく、発光素子１１０の外周部から出射された光も適切に制御できる。よって、本発明に係る照明装置１００は、従来の照明装置に比べて、より白熱電球に近い配光特性を示すことができる。なお、複数の発光素子１１０を有する照明装置１００でも同様の効果を有する。

［実施の形態２］
実施の形態２に係る照明装置２００は、発光装置２３０の構成が実施の形態１に係る照明装置１００と異なる。そこで、実施の形態１と同様の構成については、同一の符号を付してその説明を省略する。

（照明装置の構成）
図８Ａは、本発明の実施の形態２に係る照明装置２００の構成を示す断面図であり、図８Ｂは、実施の形態２に係る照明装置２００における発光素子１１０の配置を示す平面図である。なお、図８Ａでは、発光装置２３０およびカバー１６０のみを断面で示している。図８Ａに示されるように、照明装置２００は、発光素子１１０および光束制御部材２２０を含む発光装置２３０と、カバー１６０と、筐体１７０とを有する。

発光素子１１０は、筐体１７０に取り付けられた基板（図示せず）上に実装されている。発光素子１１０の数は、複数であれば特に限定されない。本実施の形態では、発光素子１１０の数は８つであり、周方向に等間隔に配置されている。各発光素子１１０の光軸ＯＡは、光束制御部材２２０に交わるように配置されている。また、発光素子１１０の発光面は、それぞれ第２入射面１３３と向かい合って配置されている。

（光束制御部材の構成）
図９Ａ〜Ｃおよび図１０は、光束制御部材２２０の構成を示す図である。図９Ａは、光束制御部材２２０の平面図であり、図９Ｂは、底面図であり、図９Ｃは、側面図である。図１０は、図９Ａに示されるＡ−Ａ線の断面図である。なお、図９Ａ〜Ｃおよび図１０では、脚部１２５を省略している。

図９Ａ〜Ｃおよび図１０に示されるように、光束制御部材２２０は、入射面２２１と、第２全反射面１５２を含む上側全反射面２２２と、下側全反射面１２３と、出射面２２４と、を有する。また、本実施の形態では、光束制御部材２２０は、脚部１２５を有している。入射面２２１は、第１入射面１３２と、第２入射面１３３とを有する。

第１入射面１３２は、第１内側傾斜面１４５、第１接続面１４７、稜線１４８および第１外側傾斜面を含む環状凸部１４４における第１外側傾斜面である。また、第１入射面１３２の外側には、円環状の第２外側傾斜面１４３が配置されている。第２全反射面１５２（上側全反射面２２２）は、中心軸ＣＡに沿って上側（発光素子１１０から出射された光の出射方向）に向かうにつれて、中心軸ＣＡからの距離が漸増するように形成されている。

出射面２２４は、中心軸ＣＡを回転軸とする回転対称であり、円筒状に形成されている。なお、出射面２２４は、複数の面で構成されていてもよい。

このように、本実施の形態では、光束制御部材２２０は、中心に貫通孔を有しており、第３入射面１３１および第１全反射面１５１を有していない。そして、上側全反射面２２２（第２全反射面１５２）の中心軸ＣＡ側の端部と、入射面２２１（第１内側傾斜面１４５）の中心軸ＣＡ側の端部とは、第２接続面２４７で接続されている。

第２入射面１３３と、第１内側傾斜面１４５、第１接続面１４７、稜線１４８および第１外側傾斜面を含む環状凸部１４４と、第２外側傾斜面１４３との機能および形状は、実施の形態１と同様であるため、その説明を省略する。

図１１Ａ、Ｂは、発光素子１１０から出射された光の光束制御部材２２０における光路図である。図１１Ａは、発光素子１１０から出射され、発光素子１１０の光軸ＯＡより中心軸ＣＡ側に向かって出射された光の光路を示しており、図１１Ｂは、発光素子１１０から出射され、発光素子１１０の光軸ＯＡより外縁部側に向かって出射された光の光路を示している。なお、本実施の形態に係る光束制御部材２２０は、中心軸ＣＡを回転軸とした回転対称であるため、図１１Ａ、Ｂでは中心軸ＣＡを含む断面において光束制御部材２２０の左半分における光路のみ示している。また、図１１Ａ、Ｂでは、脚部１２５を省略している。

図１１Ａに示されるように、発光素子１１０から出射され、発光素子１１０の光軸ＯＡより中心軸ＣＡ側に向かって出射された光のうち、出射角度の小さい光は、第１入射面１３２で光束制御部材２２０内に入射する。第１入射面１３２（第１外側傾斜面）で入射した光は、下側全反射面１２３で全反射して第２全反射面１５２（上側全反射面１２２）に向けて進行する。第２全反射面１５２に到達した光は、出射面２２４に向けて全反射される。第２全反射面１５２で全反射された光は、光束制御部材２２０の側方または後方に向けて出射される。また、発光素子１１０から出射され、発光素子１１０の光軸ＯＡより中心軸ＣＡ側に向かって出射された光のうち、出射角度の大きな光は、中心軸ＣＡを挟んで反対側に位置する部分に入射して、光束制御部材２２０の側方または後方に向けて出射される。なお、発光素子１１０から出射され、発光素子１１０の光軸ＯＡより中心軸ＣＡ側に向かって出射された光のうち、一部の光は、第２外側傾斜面１４３で入射して、第２全反射面１５２から外部に出射される。

図１１Ｂに示されるように、発光素子１１０から出射され、発光素子１１０の光軸ＯＡより外縁部側に向かって出射された光のうち、大部分の光は、第２入射面１３３または第２外側傾斜面１４３で光束制御部材２２０内に入射する。第２入射面１３３または第２外側傾斜面１４３で入射した光のうち、大部分の光は、出射面１２４（第２出射面１５４）に向けて第２全反射面１５２で全反射される。第２全反射面１５２で全反射された光は、光束制御部材２２０の側方または後方に向けて出射される。

（効果）
以上のように、本発明の実施の形態２に係る光束制御部材２２０を有する照明装置２００では、下側全反射面１２３を有しているため、発光素子１１０が周方向に配置されている場合であっても、発光素子１１０から出射された光を適切に制御できる。よって、本発明に係る照明装置２００は、従来の照明装置に比べて、より白熱電球に近い配光特性を示すことができる。

本発明の照明装置は、白熱電球に代えて使用されうるため、シャンデリアや間接照明装置などの各種照明機器に幅広く適用されうる。

１０ 照明装置
１２ ＬＥＤ
１４ ケース
１６ アルミ板
１８ 透過窓
１００、２００ 照明装置
１１０ 発光素子
１２０、２２０ 光束制御部材
１２１、２２１ 入射面
１２２、２２２ 上側全反射面
１２３ 下側全反射面
１２４、２２４ 出射面
１２５ 脚部
１３０、２３０ 発光装置
１３１ 第３入射面
１３２ 第１入射面（第１外側傾斜面）
１３３ 第２入射面
１４１ 環状凹部
１４２ 第２内側傾斜面
１４３ 第２外側傾斜面
１４４ 環状凸部
１４５ 第１内側傾斜面
１４７ 第１接続面
１４８ 稜線
１５１ 第１全反射面
１５２ 第２全反射面
１５３ 第１出射面
１５４ 第２出射面
１５５ 段差面
１６０ カバー
１７０ 筐体
１７１ 口金
１７２ 第１テーパー面
１７３ 第２テーパー面
１７４ 環状端面
１７５ 突出部
２４７ 第２接続面

Claims (6)

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、
   前記光束制御部材の中心軸を取り囲むように、前記中心軸から離間して配置された第１入射面と、前記第１入射面を取り囲むように配置された第２入射面と、前記中心軸と交わるように配置された第３入射面とを含み、前記発光素子から出射された光を、前記光束制御部材の内部に入射させる入射面と、
   前記中心軸と交わり、前記中心軸に沿って上側に向かうにつれて、前記中心軸からの距離が漸増するように、前記入射面の反対側に配置され、前記入射面で入射した光の一部を、前記中心軸から離れる方向に向けて反射させる上側全反射面と、
   前記中心軸を取り囲むように前記第１入射面および前記第３入射面の間に配置され、前記第１入射面で入射した光の一部を前記上側全反射面に向けて反射させる下側全反射面と、
   前記中心軸を取り囲むように前記上側全反射面より外側に配置され、主として前記上側全反射面で反射した光を外部に出射させる出射面と、を有し、
   前記入射面、前記上側全反射面、前記下側全反射面および前記出射面は、前記中心軸を回転軸とする回転対称である、
   光束制御部材。
2. 前記中心軸を含む断面において、前記上側全反射面は、前記中心軸側に配置された曲線である第１全反射面と、前記第１全反射面の外側に配置された前記第１全反射面に接続する曲線である第２全反射面と、を含み、
   前記中心軸を含む断面において、前記第１全反射面および前記第２全反射面は、それぞれ前記中心軸から外縁部に向かうにつれて接線の傾きが除々に小さくなるように形成され、
   前記第２全反射面の最も前記中心軸側における接線の傾きは、前記第１全反射面の最も前記中心軸から離れた位置における接線の傾きよりも大きく、
   前記第１入射面は、前記中心軸を取り囲む環状凹部内に配置された、第１内側傾斜面および第１外側傾斜面を含む環状凸部における前記第１外側傾斜面であり、
   前記下側全反射面は、前記第１内側傾斜面を含み、前記第１入射面で入射した光の一部を前記第２全反射面に向けて反射させる、
   請求項１に記載の光束制御部材。
3. 前記環状凹部は、第２内側傾斜面および第２外側傾斜面を含み、
   前記下側全反射面は、前記中心軸に沿う方向において、前記第３入射面で入射して、前記第１全反射面で全反射した光が直接到達しない位置に配置され、
   前記第２内側傾斜面は、前記第３入射面で入射した光が直接到達しない角度に配置されており、
   前記第２外側傾斜面の外縁端は、前記中心軸を含む断面の前記中心軸に直交する方向において、前記第１全反射面および前記第２全反射面の境界より前記中心軸から離れた位置に配置されている、
   請求項２に記載の光束制御部材。
4. 前記第２入射面および前記第３入射面は、それぞれ前記中心軸に垂直な平面である、請求項１〜３のいずれか一項に記載の光束制御部材。
5. １または２以上の発光素子と、
   請求項１〜４のいずれか一項に記載の光束制御部材と、を有し、
   前記光束制御部材は、前記光束制御部材の中心軸が前記１または２以上の発光素子の光軸と合致するように配置されており、
   前記中心軸から最も離れた位置における前記１または２以上の発光素子の発光面は、前記第２入射面と向かい合って配置されている、
   発光装置。
6. 請求項５に記載の発光装置と、
   前記発光装置からの出射光を拡散させつつ透過させるカバーと、
   を有する、照明装置。

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