JP6843547B2 - 光束制御部材、発光装置および照明装置 - Google Patents

Description

本発明は、光束制御部材、当該光束制御部材を有する発光装置、および当該発光装置を有する照明装置に関する。

近年、省エネルギーの観点から、照明用の光源として、蛍光灯やハロゲンランプなどに代わり、発光ダイオード（以下「ＬＥＤ」という）が使用されている。また、近年では、人工光による植物、キノコの栽培が盛んに検討されており、当該人工光の光源として、ＬＥＤが使用されている。さらに、ＬＥＤは、従来の光源に比べて高価であることもあり、そのため、より少ないＬＥＤでより広い領域を均一に照らすことが求められている。

ＬＥＤによってより広い領域を均一に照らすための技術には、図１２および図１３Ａ〜図１３Ｅに示されるような、二つの入射領域を有し、それぞれの入射領域には、入射面となる内側の傾斜面と全反射面となる外側の傾斜面とによって構成される複数の突条が形成されている光束制御部材が知られている。この光束制御部材は、被照射面に対して斜めに配置されたＬＥＤの出射光をより遠方に、そしてより均一に出射することができる（例えば、特許文献１参照）。

また、ＬＥＤを用いる植物栽培用の照明装置には、図１５Ａおよび図１５Ｂに示されるように、被照射面から所定の高さで、被照射面よりも外側に対向して列状に、かつ被照射面に対して斜めに配置される複数の発光装置を有する照明装置が知られている（例えば、特許文献２参照）。なお、図１５Ａ、図１５Ｂ中、符号１０は栽培棚を、２０は栽培用容器を、２５は栽培用容器の開口部を、３０は被照射面を、４０は基板を、そして５０は発光装置をそれぞれ示している。

特開２０１５−０１８７３３号公報 特開２０１５−１３０８３８号公報

上記照明装置では、発光装置５０に、例えば特許文献１に記載の光束制御部材と発光素子とを有する発光装置を用いることができる。上記照明装置では、被照射面における発光装置により近い部分をも均一に照らすために、図１５Ａ、図１５Ｂに示されるように、発光装置が平面方向における被照射面の外側に配置されることがある。したがって、上記照明装置では、照明装置またはそれを用いる植物栽培における空間の有効利用の観点から検討の余地が残されている。

本発明は、被照射面を斜めに照らしたときに被照射面における光源の近傍から遠方までを光で均一に照らすことが可能な光束制御部材および発光装置を提供することを第１の課題とする。

また、本発明は、被照射面における光源の近傍から遠方までが均一に照らされる照明装置を提供することを第２の課題とする。

本発明は、上記第１の課題を解決するための第１の手段として、発光素子から出射された光の配光を制御するための光束制御部材であって、上記発光素子に対向して配置されたときに上記発光素子からの出射光を入射させるための入射領域と、上記入射領域に対して上記発光素子とは反対側に配置され、上記入射領域に入射した光を出射する出射領域と、を有し、上記入射領域は、少なくとも上記発光素子の光軸と重なる上記光束制御部材の光学的な基準となる基準軸を含む上記光束制御部材の断面における上記基準軸によって分けられる二つの領域のうちの一方側に配置され、上記入射領域に入射した光が上記基準軸よりも一方側に傾く向きで上記出射領域から出射されるように上記発光素子からの出射光を制御するための第１制御部と、少なくとも上記断面における上記二つの領域のうちの他方側に配置され、上記入射領域に入射した光が上記基準軸よりも他方側に傾く向きで上記出射領域から出射されるように上記発光素子からの出射光を制御するための第２制御部と、を含み、上記第２制御部は、上記発光素子からの出射光を上記基準軸に対する角度が小さくなるように上記光束制御部材内へ屈折して入射させる屈折入射面を有し、上記断面における上記出射領域からの出射光の出射方向ごとの光度を示す配光曲線は、上記第１制御部を経た光の上記出射領域からの出射光による第１のピークと、上記第２制御部を経た光の上記出射領域からの出射光による第２のピークとを含み、上記第１のピークの上記基準軸に対する角度θ１の絶対値は、上記第２のピークの上記基準軸に対する角度θ２の絶対値よりも小さい光束制御部材、を提供する。

また、本発明は、上記第１の課題を解決するための第２の手段として、上記の光束制御部材と、発光素子とを有する発光装置、を提供する。

さらに、本発明は、上記第２の課題を解決するための一手段として、平面状の被照射面と、上記被照射面の直上に、上記被照射面に対して上記光軸が斜めに交差する向きで、上記第２制御部が上記第１制御部に対して上記被照射面側に位置するように配置されている上記の発光装置とを有する照明装置、を提供する。

本発明の光束制御部材は、被照射面を斜めに照らしたときに被照射面における光源の近傍から遠方までを光で均一に照らすことができる。よって、この光束制御部材と発光素子とを有する本発明の発光装置もまた、被照射面を斜めに照らしたときに被照射面における光源の近傍から遠方までを光で均一に照らすことができる。さらに、この発光装置によって被照射面を斜めに照らす本発明の照明装置は、被照射面における光源の近傍から遠方までの当該被照射面を均一に照らすことが可能である。

図１Ａは、本発明の一実施形態の照明装置の構成を模式的に正面図であり、図１Ｂは、上記照明装置の構成を模式的に示す平面図である。 本発明の一実施形態の発光装置の構成を模式的に示す断面図である。 図３Ａは、本発明の一実施形態の光束制御部材の平面図であり、図３Ｂは、上記光束制御部材の底面図であり、図３Ｃは、上記光束制御部材の、図３ＢのＣ−Ｃ線に沿っての断面を示す図であり、図３Ｄは、上記光束制御部材の、図３ＢのＤ−Ｄ線に沿っての断面を示す図であり、図３Ｅは、上記光束制御部材の、図３ＢのＥ−Ｅ線に沿っての断面を示す図である。 図４Ａは、図３ＢにおけるＣ−Ｃ線に沿っての上記光束制御部材の断面を拡大して示す図であり、図４Ｂは、図３ＢにおけるＤ−Ｄ線に沿っての上記光束制御部材の断面を拡大して示す図であり、図４Ｃは、図３ＢにおけるＥ−Ｅ線に沿っての上記光束制御部材の断面を拡大して示す図である。 図５Ａは、上記発光装置の被照射面に対する向きを示すための図であり、図５Ｂは、上記発光装置の出射光の配光曲線の一例を示すグラフである。 図６Ａは、上記発光装置の出射光の出射方向における光度（配光特性）の一例を示すグラフであり、図６Ｂは、図６Ａの図中の配光特性を示す曲線の傾きを示すグラフである。 図７Ａは、上記発光装置からの距離Ｄｚが５０ｍｍである被照射面３１０のＹ方向における照度分布を示す図であり、図７Ｂは、当該距離Ｄｚが１００ｍｍである上記照度分布を示す図であり、図７Ｃは、当該距離Ｄｚが１２５ｍｍである上記照度分布を示す図である。 図８Ａは、上記距離Ｄｚが１５０ｍｍである上記照度分布を示す図であり、図８Ｂは、当該距離Ｄｚが２００ｍｍである上記照度分布を示す図であり、図８Ｃは、当該距離Ｄｚが２５０ｍｍである上記照度分布を示す図である。 図９Ａは、上記照明装置のＹ方向における上記発光装置間の距離Ｄｙが２５０ｍｍの場合の被照射面のＹ方向における照度分布を示す図であり、図９Ｂは、上記距離Ｄｙが１０００ｍｍの場合の被照射面のＹ方向における照度分布を示す図である。 図１０Ａは、上記照明装置のＸ方向における上記発光装置間の距離Ｄｘが２１ｍｍの場合の被照射面のＸ方向における照度分布を示す図であり、図１０Ｂは、上記距離Ｄｘが６０ｍｍの場合の被照射面のＸ方向における照度分布を示す図である。 図１１Ａは、上記発光装置の光軸が被照射面となす角度θａが４０°で設置された一対の上記発光装置による被照射面のＸＹ方向における照度分布を示す図であり、図１１Ｂは、上記角度θａが４５°で設置された一対の上記発光装置による被照射面のＸＹ方向における照度分布を示す図であり、図１１Ｃは、上記角度θａが３５°で設置された一対の上記発光装置による被照射面のＸＹ方向における照度分布を示す図である。 従来の発光装置の一例の構成を模式的に示す断面図である。 図１３Ａは、従来の光束制御部材の一例の平面図であり、図１３Ｂは、上記光束制御部材の一例の底面図であり、図１３Ｃは、上記光束制御部材の一例の、図１３ＢのＣ−Ｃ線に沿っての断面を示す図であり、図１３Ｄは、上記光束制御部材の一例の、図１３ＢのＤ−Ｄ線に沿っての断面を示す図であり、図１３Ｅは、上記光束制御部材の一例の、図１３ＢのＥ−Ｅ線に沿っての断面を示す図である。 図１４Ａは従来の発光装置の出射光の配光曲線の一例で示すグラフを示し、図１４Ｂは、従来の発光装置の光軸が被照射面となす角度θａが４５°で設置された一対の従来の発光装置よる被照射面のＸＹ方向における照度分布を示す図である。 図１５Ａは、従来の照明装置の一例の構成を模式的に示す正面図であり、図１５Ｂは、従来の照明装置の一例の構成を模式的に示す平面図である。

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。

図１群は、本実施の形態における照明装置の構成を模式的に示す図である。図１Ａは、照明装置３００の正面図であり、図１Ｂは、照明装置３００の平面図である。図１に示されるように、照明装置３００は、複数の発光装置２００と、平面状の被照射面３１０とを有する。発光装置２００は、光束制御部材１００および不図示の発光素子を含む。なお、図１Ａと図１Ｂとでは縮尺が異なっている。

発光装置２００は、いずれも、被照射面３１０から所定の高さに配置されており、被照射面３１０の一対の辺のそれぞれに沿って被照射面３１０の直上に一列に配置されている。より詳しくは、発光装置２００は、その下端が被照射面３１０の上記辺上にあり、当該辺上から内側に傾けて配置されている。発光装置２００は、被照射面３１０の大きさに比べて十分に小さいことから、発光装置２００は、実質的には上記の辺上に配置されている、と言える。

上記の列には、例えば六個の発光装置２００が配置されている。各列の発光装置２００は、等間隔で配置されている。なお、発光装置２００が配列する方向をＸ方向とし、発光装置２００が対向する方向をＹ方向とし、発光装置２００の被照射面３１０からの高さ方向をＺ方向とする。なお、各発光装置２００の被照射面３１０からの高さは、自在に調整可能である。

それぞれの発光装置２００は、後述する第２制御部が第１制御部に対して被照射面３１０側に位置するように配置されている。また、それぞれの発光装置２００は、被照射面３１０に対して発光素子（図２中の符号２１０）の光軸ＯＡが斜めに交差する向きで配置されている。たとえば、発光装置２００は、被照射面３１０および発光素子（図２中の符号２１０）の光軸ＯＡが角度θａ（例えば４０°）で交わるように、基板２２０によって支持されている。なお、被照射面３１０と、光軸ＯＡとが交わる角度θａは、０°超かつ９０°未満の範囲において、被照射面３１０の照度の均一性が高くなる角度に適宜に調整され得る。

図２は、発光装置２００の構成を模式的に示す断面図である。図２に示されるように、発光装置２００は、基板２２０に配置されている発光素子２１０と、基板２２０および発光素子２１０上に配置されている光束制御部材１００とを有する。発光素子２１０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。光束制御部材１００は、発光素子２１０から出射された光の配光を制御する部材である。光束制御部材１００は、発光素子２１０に対して、発光素子２１０の光軸ＯＡが光束制御部材１００の中心軸ＣＡと一致するように、配置されている。中心軸ＣＡは、光束制御部材１００に所期の光学的な機能を付与し、またはそれを制御するための、光束制御部材１００の設計における基準となる軸（基準軸）である。

図３群および図４群は、光束制御部材１００の構成を模式的に示す図である。図３Ａは、光束制御部材１００の平面図であり、図３Ｂは、光束制御部材１００の底面図である。図３Ｃは、図３ＢにおけるＣ−Ｃ線に沿っての光束制御部材１００の断面図であり、図３Ｄは、図３ＢにおけるＤ−Ｄ線に沿っての光束制御部材１００の断面図であり、図３Ｅは、図３ＢにおけるＥ−Ｅ線に沿っての光束制御部材１００の断面図である。図４Ａは、図３ＢにおけるＣ−Ｃ線に沿っての光束制御部材１００の断面を拡大して示す図であり、図４Ｂは、図３ＢにおけるＤ−Ｄ線に沿っての光束制御部材１００の断面を拡大して示す図であり、図４Ｃは、図３ＢにおけるＥ−Ｅ線に沿っての光束制御部材１００の断面を拡大して示す図である。

図３群および図４群に示されるように、光束制御部材１００は、有底の円筒体の形状（カップ状）を有している。光束制御部材１００は、発光素子２１０に対向して配置されたときに発光素子２１０からの出射光を入射させるための入射領域１１０と、入射領域１１０に対して発光素子２１０とは反対側に配置され、入射領域１１０に入射した光を出射する出射領域１５０とを有する。上記円筒体の底板に相当する円形の板状部の一方の面（円筒の内部に対向する面）が入射領域１１０であり、他方の面が出射領域１５０である。入射領域１１０および出射領域１５０の平面形状は、いずれも円形である。

また、光束制御部材１００は、上記円筒体の周壁に相当する筒部１６０を有している。筒部１６０の形状は、略円筒形状である。筒部１６０は、上記板状部を入射領域１１０側から支持して、入射領域１１０および出射領域１５０の発光素子２１０に対する位置を決めている。

さらに、光束制御部材１００は、筒部１６０の開口端から上記周壁の径方向に延出する環板状のフランジ部１７０と、フランジ部１７０から突出する三つのボス１７２とを有している。ボス１７２は、フランジ部１７０の平面から筒部１６０とは反対側に向けて突出する円柱体である。ボス１７２は、フランジ部１７０を周方向に四等分割したときの三箇所にそれぞれ配置されている。

光束制御部材１００は、その中心軸ＣＡを有する。中心軸ＣＡは、光束制御部材１００の幾何学的な中心軸である。中心軸ＣＡは、入射領域１１０の平面形状（円形）の中心を通り、また、筒部１６０の中心軸でもある。

光束制御部材１００は、一体成形により形成されている。光束制御部材１００の材料は、所望の波長の光を通過させる透光性を有する材料から適宜に選ばれる。光束制御部材１００の材料には、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、および、ガラスが含まれる。

入射領域１１０は、第１制御部１２０および第２制御部１３０を含む。第１制御部１２０は、入射領域１１０に入射した光が、入射領域１１０のうちの、発光素子２１０の光軸ＯＡを含む光束制御部材１００の断面における光軸ＯＡによって分けられる二つの領域のうちの一方側に傾く向きで出射領域１５０から出射されるように発光素子２１０からの出射光を制御する（出射光の進行方向を変える）ための部分である。出射光の制御は、屈折や全反射などによって行われる。第１制御部１２０は、上記断面における光軸ＯＡによって分けられる二つの領域のうちの一方側（図２中であれば光軸ＯＡよりも上側）に配置されている部分を含む。より具体的には、第１制御部１２０は、第１傾斜面部１２１、部分環状フレネルレンズ部１２２、内側溝壁部１２３および部分環状突条部１２４を含む。

第１傾斜面部１２１は、光軸ＯＡを中心とする扇形（半円）の平面形状を有する。また、第１傾斜面部１２１は、平面方向において上記中心から離れるに連れて光軸ＯＡ（中心軸ＣＡ）に沿う方向における発光素子２１０までの距離が増加する部分である。第１傾斜面部１２１は、内側傾斜面部１２１ａと外側傾斜面部１２１ｂとによって構成されている。内側傾斜面部１２１ａは、上記中心から拡がる、より小さな傾斜角で傾斜している部分である。外側傾斜面部１２１ｂは、内側傾斜面部１２１ａの外側に連なり、より大きな傾斜角で傾斜している部分である。「より小さな（大きな）傾斜角で傾斜している」とは、平面方向において上記中心から離れるに連れて光軸ＯＡ（中心軸ＣＡ）に沿う方向における発光素子２１０までの距離が増加する割合が小さい（大きい）ことを言う。

部分環状フレネルレンズ部１２２は、第１傾斜面部１２１の円弧の外側に当該円弧に沿って配置されている。部分環状フレネルレンズ部１２２は、複数の突条で構成されており、それぞれの突条は、円弧状の稜線と、当該稜線を境として上記中心側の内側周壁部１２２ａと、その反対側の外側周壁部１２２ｂとを有する。上記複数の突条は、その稜線が同心円上に位置するように配置されている。外側周壁部１２２ｂは、全反射面として構成されている。このように、部分環状フレネルレンズ部１２２は、反射型のフレネルレンズ部を構成している。

内側溝壁部１２３は、入射領域１５０の平面形状における第１傾斜面部１２１および部分環状フレネルレンズ部１２２以外の、もう一方の半円部分のうちの最も中心側に配置されている。内側溝壁部１２３は、光軸ＯＡを中心とする円弧状の平面形状を有するＶ字溝における二つの対向する溝壁のうちの内側、すなわちより中心側の溝壁の部分である。内側溝壁部１２３は、すなわち、光軸ＯＡから上記Ｖ字溝の底まで拡がる、平面形状が半円の傾斜面である。内側溝壁部１２３の頂部は、第１傾斜面部１２１の頂部に比べて、光軸ＯＡ方向において発光素子２１０よりも遠い位置にある。このように、内側溝壁部１２３の中心は、第１傾斜面部１２１の中心に対して一段低い（発光素子２１０から一段離れた）位置にある。

部分環状突条部１２４は、上記もう一方の半円部分のうちの最も外側に配置されている。部分環状突条部１２４は、円弧上の稜線を有し、より中心側の内周壁部１２４ａと、その反対側の外周壁部１２４ｂとを有する。外周壁部１２４ｂも、部分環状フレネルレンズ部１２２全反射面と同様に、全反射面として構成されている。

第２制御部１３０は、入射領域１１０に入射した光が、入射領域１１０のうちの、上記断面における光軸ＯＡによって分けられる二つの領域の他方側（図２中であれば光軸ＯＡよりも下側）に傾く向きで出射領域１５０から出射されるように発光素子２１０からの出射光を制御する（出射光の進行方向を変える）ための部分である。この出射光の制御も、屈折や全反射などによって行われる。第２制御部１３０は、上記断面における光軸ＯＡによって分けられる二つの領域の他方側（図２中であれば光軸ＯＡよりも下側）に配置されている部分を含む。より具体的には、第２制御部１３０は、外側溝壁部１３１および第２傾斜面部１３２を含む。

外側溝壁部１３１は、上記Ｖ字溝における二つの対向する溝壁のうちの外側、すなわち上記中心側とは反対側の溝壁の部分である。

第２傾斜面部１３２は、外側溝壁部１３２の外側に連なって配置され、平面方向において上記中心から離れるに連れて光軸ＯＡ方向における発光素子２１０までの距離が増加する部分である。第２傾斜面部１３２は、中心軸ＣＡから第２傾斜面部１３２を含む扇形からその中心寄りの、外側溝壁部１３１の外周縁部を含むより小さな扇形を切り欠いた形状の平面形状を有している。

前述の部分環状突条部１２４は、第２傾斜面部１３２の外側の円弧の外側に当該外側の円弧に沿って配置されている。たとえば、部分環状突条部１２４は、第２傾斜面部１３２の外側に連なって配置されている。

なお、ボス１７２は、フランジ部における第１制御部１２０側、第２制御部１３０側、およびこれらの境界部、の三箇所に配置されている。ボス１７２およびそれに嵌合する基板２２０の穴によって、光束制御部材１００は、発光装置２００において、第２制御部１３０が第１制御部１２０に対して被照射面３１０側（図２における下方）に位置するように配置される。

図５Ａは、発光装置２００の被照射面に対する向きを示すための図であり、図５Ｂは、図５Ａに示す向きの発光装置２００の出射光の配光曲線の一例を相対強度で示すイメージ図である。発光素子２１０から出射された光は、入射領域１１０に入射し、その配向が制御され、出射領域１５０から所定の方向に出射する。図５Ａおよび図５Ｂ中、一点鎖線は発光素子２１０の光軸ＯＡを表す。また、図５Ａ中、θａは、前述したように、光軸ＯＡ（中心軸ＣＡ）が被照射面となす角度を表す。θａは、被照射面の大きさによって調整され、本実施の形態の大きさでは、例えば３５〜４５°である。以下、図２の光軸ＯＡよりも第１傾斜面部１２１側の向きを上方（正）とし、第２傾斜面部１３２側の向きを下方（負）として、光束制御部材１００による光の配向の制御を説明する。

上記の第１制御部１２０、すなわち第１傾斜面部１２１、部分環状フレネルレンズ部１２２、内側溝壁部１２３および部分環状突条部１２４を経た出射光は、いずれも、発光装置２００からＹ方向における遠方に向けて出射される。この遠方への出射光は、発光装置２００の配光曲線において光軸ＯＡよりも上方に第１のピークを形成する。また、上記の第２制御部１３０、すなわち第２傾斜面部１３２および外側溝壁部１３１を経た出射光は、いずれも、発光装置２００の真下（Ｚ方向）に向けて出射される。この下方への出射光は、発光装置２００の配光曲線において光軸ＯＡよりも下方に第２のピークを形成する。

図５Ｂに示されるように、発光装置２００におけるθ１は、例えば＋１１°であり、θ２は、例えば−３５°である。θ１の絶対値は、θ２の絶対値よりも小さく、また、θ１における光度（第１のピークの強度）は、θ２における光度（第２のピークの強度）よりも大きい。

なお、上記「第１ピーク」とは、出射光成分の光度の増減が入れ替わる部分のうちの、光度が最大値となる部分である。第１ピークは、図６Ａおよび図６Ｂでは、矢印Ｐ１で指し示される。図６Ａは、横軸に角度をとり、各角度における光度をプロットした点を繋いで描かれた発光装置２００の配光特性を示す曲線であり、当該曲線において、第１ピークにおける接線の傾きはゼロになる。また、上記「第２ピーク」とは、第１ピークよりも負（−）側であって、かつ第１ピークに最も近い位置に位置する、配光特性（光度）を示す曲線の傾きが増加から減少に転じる部分である。第２ピークは、図６Ａおよび図６Ｂでは、矢印Ｐ２で指し示される。

このように、光束制御部材１００は、発光素子２１０の光軸ＯＡの光束が到達する位置よりもやや遠方に向けて、発光素子２１０の出射光の大部分の光束の向きを制御するとともに、発光装置２００の直下となる位置に向けて一部の光束の向きを制御している。遠方への光の方向性は、例えば図１Ａでは、光軸ＯＡに対して＋θ１の角度をなす矢印で表され、直下への光の方向性は、光軸ＯＡに対して−θ２の角度をなす矢印で表される。なお、角度θ２は、通常、被照射面３１０の端（被照射面３１０と発光装置２００を支持するフレームとの交点）をＰとし、発光素子２１０の発光面の中心をＯとしたときの線分ＯＰの光軸ＯＡとなす角度θ３よりも、絶対値において小さくなる。したがって、照明装置３００では、光軸ＯＡの上側を正、下側（被照射面３１０側）を負とすると、θ１＞０°かつθ２＜０°となり、また、｜θ１｜＜｜θ２｜＜｜θ３｜となる。

ここで、照明装置３００において、Ｘ方向における発光装置２００の配列個数を５とし、Ｘ方向における発光装置２００間の間隔Ｄｘ（中心間距離）を２１ｍｍとし、Ｙ方向における対向する発光装置２００間の距離Ｄｙを４１０ｍｍとする。なお、当該Ｄｙは、図１Ａ中のＤ１と同じである。このときの図１Ａ中のＤ２は、例えば４５０ｍｍである。発光装置２００の位置の基準は、発光素子２１０の発光面における中心である。上記の照明装置３００において、Ｚ方向における発光装置２００から被照射面３１０までの距離（高さ）Ｄｚを変えたときのＹ方向における照度の分布の一例を図７群および図８群に示す。

図７Ａは、発光装置２００からの距離Ｄｚが５０ｍｍである被照射面３１０のＹ方向における照度分布を示す図である。図７Ｂは当該距離Ｄｚが１００ｍｍである上記照度分布を示す図であり、図７Ｃは当該距離Ｄｚが１２５ｍｍである上記照度分布を示す図である。また、図８Ａは当該距離Ｄｚが１５０ｍｍである上記照度分布を示す図であり、図８Ｂは当該距離Ｄｚが２００ｍｍである上記照度分布を示す図であり、図８Ｃは当該距離Ｄｚが２５０ｍｍである上記照度分布を示す図である。

また、上記の照明装置３００における発光装置２００から被照射面３１０までの距離Ｄｚを変えたときの被照射面３１０のＹ方向における照度分布の均斉度を表１に示す。均斉度は、各照度分布における上記照度の最小値を当該照度の平均値で除した値であり、１に近いほど照度分布が均一であると言える。図７Ａ〜図８Ｃおよび下記表１より、上記距離Ｄｚが１２５〜２５０ｍｍである場合に、上記照度分布は、上記均斉度が０．７５以上である十分に均一な分布を有していることであることがわかる。

次に、照明装置３００のＹ方向における発光装置２００間の距離Ｄｙを変えたときの被照射面３１０のＹ方向における照度分布の均斉度を表２に示す。また、上記距離Ｄｙが２５０ｍｍの場合の被照射面３１０のＹ方向における照度分布を図９Ａに示し、上記距離Ｄｙが１０００ｍｍの場合の被照射面３１０のＹ方向における照度分布を図９Ｂに、それぞれ示す。なお、上記の照明装置３００におけるＤｘは２１ｍｍであり、Ｄｚは２５０ｍｍである。

上記の照明装置３００では、いずれの上記Ｄｙにおいても均斉度が０．７５以上の十分に均一な照度分布が達成される。特に、上記の照明装置３００では、上記ＤｙがＤｚの２〜８倍の範囲において、均斉度が０．８０以上のより一層均一な照度分布が達成される。

次に、照明装置３００のＸ方向における発光装置２００間の距離Ｄｘを変えたときの被照射面３１０のＸ方向における照度分布の均斉度を表３に示す。また、上記距離Ｄｘが２１ｍｍの場合の被照射面３１０のＸ方向における照度分布を図１０Ａに、上記距離Ｄｘが６０ｍｍの場合の被照射面３１０のＸ方向における照度分布を図１０Ｂに、それぞれ示す。なお、上記の照明装置におけるＤｙは４１０ｍｍであり、Ｄｚは２５０ｍｍである。また、上記の照度分布は、上記Ｄｙの中央（Ｙ方向における発光装置２００からの距離が２０５ｍｍの位置）におけるＸ方向の照度分布である。

上記の照明装置３００では、上記Ｄｘが７０ｍｍ以下の範囲において、均斉度が０．７５以上の十分に均一な照度分布が達成される。特に、上記の照明装置３００では、上記Ｄｘが６０ｍｍ以下の範囲において、均斉度が０．８０以上のより一層均一な照度分布が達成される。

次に、上記の照明装置３００において、Ｙ方向に対向する一対の発光装置２００の設置角度を変えたときの当該発光装置２００による被照射面３１０のＸＹ方向における照度分布を図１１群に示す。

図１１Ａは、発光装置２００の光軸ＯＡが被照射面３１０となす角度θａが４０°で設置された一対の発光装置２００による被照射面３１０のＸＹ方向における照度分布を示す図であり、図１１Ｂは、上記角度θａが４５°で設置された一対の発光装置２００による被照射面３１０のＸＹ方向における照度分布を示す図であり、図１１Ｃは、上記角度θａが３５°で設置された一対の発光装置２００による被照射面３１０のＸＹ方向における照度分布を示す図である。なお、上記の照明装置３００におけるＤｙは４１０ｍｍであり、Ｄｚは２５０ｍｍである。

図１１Ａ〜図１１Ｃから明らかなように、上記θａが３５〜４５°の範囲において、十分に均一な照度分布が達成され、上記θａが４０°のときにより一層均一な照度分布が達成される。

次に、発光装置２００に対する先行技術との対比として、特許文献１に記載の発光装置の一例の構成およびそれによる照度分布を説明する。図１２は、特許文献１に記載の発光装置の一例の構成を模式的に示す断面図である。また、図１３Ａは、特許文献１に記載の光束制御部材の一例の平面図であり、図１３Ｂは、上記光束制御部材の一例の底面図であり、図１３Ｃは、上記光束制御部材の一例の、図１３ＢのＣ−Ｃ線に沿っての断面を示す図であり、図１３Ｄは、上記光束制御部材の一例の、図１３ＢのＤ−Ｄ線に沿っての断面を示す図であり、図１３Ｅは、上記光束制御部材の一例の、図１３ＢのＥ−Ｅ線に沿っての断面を示す図である。Ｅ−Ｅ線は、Ｃ−Ｃ線またはＤ−Ｄ線に対して４５°の角度で交差している

発光装置６００は、図１２に示されるように、光束制御部材１００に代えて光束制御部材５００を有する以外は、前述の発光装置２００と同じ構成を有している。光束制御部材５００は、図１３Ａから図１３Ｅに示されるように、入射領域１１０に代えて入射領域５１０を有する以外は、前述の光束制御部材１００と同じ構成を有している。

入射領域５１０は、第１レンズ領域５２０および第２レンズ領域５３０を含む。第１レンズ領域５２０および第２レンズ領域５３０の平面視形状は、それぞれ、光束制御部材５００の中心軸ＣＡを中心とする扇形である。第１レンズ領域５２０の上記扇形の中心角は、例えば２２０°であり、第２レンズ領域５３０の上記扇形の中心角は、例えば１４０°である。

第１レンズ領域５２０は、上記扇形における中心側に位置する第１制御部５２１と、その外周側に位置する複数の第１突起５２２とを含む。第１制御部５２１は、第２レンズ領域５３０側に中心軸が１０°傾いている略円錐体を、当該略円錐体の頂点を残して第２レンズ領域５３０の上記扇形で鉛直方向に切り欠いた形状である。第１制御部５２１の頂点は、第１制御部５２１内に位置する。

第１突起５２２は、１０°傾けた反射型フレネルレンズ部と同じ凹凸を形成している。第１突起５２２のそれぞれの平面形状は、弧状である。第１突起５２２のそれぞれは、その稜線よりも内側の第１傾斜面と、当該稜線よりも外側の第２傾斜面とを有する。当該第２傾斜面は、全反射面として構成されている。

第２レンズ領域５３０は、上記扇形における中心側に位置する第２制御部５３１と、その外周側に位置する複数の第２突起５３２とを含む。第２制御部５３１は、円錐を、その頂点からその中心軸に沿って、第１レンズ領域５２０における上記扇形で切り欠いた形状を有する。上記円錐の上記中心軸は、中心軸ＣＡに一致する。

第２突起５３２のそれぞれの平面形状は、中心軸ＣＡを曲率中心とする円弧状である。第２突起５３２のそれぞれは、その稜線よりも内側の第３傾斜面と、当該稜線よりも外側の第４傾斜面とを有する。当該第４傾斜面は、全反射面として構成されている。

発光装置６００において、発光素子２１０の出射光は、入射領域５１０に入射し、その配向が制御され、所定の方向に向けて出射領域１５０から出射される。第１制御部５２１および第２制御部５３１に入射した光は、いずれも、上方に向けて出射領域１５０から出射する。第１突起５２２の第１傾斜面に入射した光は、その第２傾斜面で全反射して、上方に向けて出射領域１５０から出射する。第２突起５３２の第３傾斜面に入射した光は、その第４傾斜面で全反射して、上方に向けて出射領域１５０から出射する。このように、光束制御部材５００の入射領域５１０に入射した光は、いずれも上方に向けて出射領域１５０から出射されるように、その配向が制御される。光束制御部材５００の出射光の配光曲線には、上記第１のピークに相当するピークは存在するが、上記第２のピークに相当するピークは存在しない。光束制御部材５００の上記配光曲線におけるピークと光軸ＯＡの始点とを結ぶ直線の光軸ＯＡとなす角度θ３は、図１４Ａに示されるように、例えば２１°である。

図１４Ｂは、発光装置６００の光軸ＯＡが被照射面３１０となす角度θａが４５°で設置された一対の発光装置６００による被照射面３１０のＸＹ方向における照度分布を示す図である。なお、一対の発光装置６００は、Ｙ方向における被照射面３１０の外縁（図１４Ｂ破線）よりもそれぞれ２０ｍｍ内側（すなわち前述の発光装置２００のそれと同じ位置）に配列している。

発光装置６００は、発光装置２００と同様に、遠方まで光を照射し、かつ、被照射面３１０のＹ方向における端部にも光を照射している。しかしながら、発光装置６００による被照射面３１０における照度は、発光装置２００のそれに比べると明らかに低い。また、発光装置６００による被照射面３１０における照度の高い部分は、Ｙ方向における被照射面３１０の中央部で途絶えており、発光装置２００よりも均斉度が低い。

上述の発光装置６００の光束制御部材５００に比べて、本実施の形態に係る発光装置２００の光束制御部材１００は、発光素子２１０の光軸ＯＡ近傍の比較的強い出射光の一部を遠方と近辺とに向けて配向させ、発光素子２１０の出射光の残りを遠方に向けて配向させる。このため、光束制御部材１００を有する発光装置２００は、適度なバランスで遠方と直下との両方を照らすことが可能となる。よって、発光装置２００は、被照射面３１０の直上に配置されても、被照射面３１０におけるＹ方向の端から遠方までを十分かつ均等に照らすことが可能である。

なお、本実施の形態における光束制御部材１００は、前述した光学特性を有する範囲において、さらなる構成要素を含んでいてもよい。

たとえば、光束制御部材１００における入射領域１１０中の壁面および筒部１６０の壁面は、いずれも、光軸ＯＡに対して０°より大きな角度で傾斜していることが、アンダーカット部の形成によって金型から製品を取り出すことが困難になることを防止する観点から好ましい。

また、部分環状フレネルレンズ部１２２における複数の内側周壁部１２２ａの傾斜角は同じであってもよいし、異なっていてもよい。複数の外側周壁部１２２ｂの傾斜角も、同様に、同じであってもよいし、異なっていてもよい。

また、入射領域１１０における隣り合う面部（例えば、内側周壁部１２２ａと外側周壁部１２２ｂなど）は、曲面などの別の面を介して連なっていてもよい。このような別の面を配置することは、光束制御部材１００の射出成形による生産をより容易にする観点から好適である。

また、入射領域１１０における面部の母線（当該面部における傾斜方向に沿う線）は、直線であってもよいし、曲線であってもよい。

また、第１傾斜面部１２１および第２傾斜面部１３２の平面形状は、半円でなくてもよい。たとえば、第１傾斜面部１２１に比べて第２傾斜面部１３２の方が、その中心角がより小さな扇形であってもよい。なお、第１傾斜面部１２１および第２傾斜面部１３２の平面形状がいずれも半円であることは、金型の製造を容易にし、また、光束制御部材１００の向きの確認を容易にする観点から好適である。

また、第１傾斜面部１２１および第２傾斜面部１３２の平面形状は、いずれも、中心軸ＣＡを中心とする扇形でなくてもよい。たとえば、当該平面形状は、中心軸ＣＡから末広がりに拡がる多角形であってもよいし、中心軸ＣＡを越えて拡がる形状であっても（当該平面形状内に中心軸ＣＡが位置していても）よい。

また、入射領域１１０は、第１制御部１２０および第２制御部１３０以外の他の制御部をさらに含んでいてもよい。

また、上記制御部は、所期の機能を実現する範囲において、傾斜面で形成されていなくてもよい。たとえば、第１傾斜面部１２１は、フレネルレンズ部で構成されていてもよい。

また、出射領域１５０は、平滑な面であってもよいし、粗面化された面であってもよい。出射領域１５０が粗面化されていることは、入射領域１１０によって制御された配光を実質的に乱さずに被照射面３１０の照度ムラを小さく観点から好適である。出射領域１５０の表面粗さは、十点平均粗さＲｚ_ＪＩＳ、算術平均粗さＲａおよび最大高さ粗さＲｚ（いずれもＪＩＳ Ｂ０６０１：２０１３に規定される粗さパラメータ）などで規定することができる。たとえば、照度ムラの抑制と配光の精密な制御との観点から、出射領域１５０の十点平均粗さＲｚ_ＪＩＳは、３μｍ以下であることが好ましく、加えて出射光の適度な拡散効果を得る観点から、１μｍ以上であることが好ましい。

以上の説明から明らかなように、光束制御部材１００は、発光素子２１０に対向して配置されたときに発光素子２１０からの出射光を入射させるための入射領域１１０と、入射領域１１０に対して発光素子２１０とは反対側に配置され、入射領域１１０に入射した光を出射する出射領域１５０と、を有し、入射領域１１０は、少なくとも発光素子２１０の光軸ＯＡと重なる光束制御部材１００の光学的な基準となる中心軸ＣＡを含む光束制御部材１００の断面における中心軸ＣＡによって分けられる二つの領域のうちの一方側に配置され、入射領域１１０に入射した光が中心軸ＣＡよりも一方側に傾く向きで出射領域１５０から出射されるように発光素子２１０からの出射光を制御するための第１制御部１２０と、少なくとも断面における二つの領域のうちの他方側に配置され、入射領域１１０に入射した光が中心軸ＣＡよりも他方側に傾く向きで出射領域１５０から出射されるように発光素子２１０からの出射光を制御するための第２制御部１３０と、を含み、第２制御部１３０は、発光素子２１０からの出射光を中心軸ＣＡに対する角度が小さくなるように光束制御部材１００内へ屈折して入射させる屈折入射面を有し、断面における出射領域１５０からの出射光の出射方向ごとの光度を示す配光曲線は、第１制御部１２０を経た光の出射領域１５０からの出射光による第１のピークと、第２制御部１３０を経た光の出射領域１５０からの出射光による第２のピークとを含み、第１のピークの中心軸ＣＡに対する角度θ１の絶対値は、第２のピークの中心軸ＣＡに対する角度θ２の絶対値よりも小さい。よって、光束制御部材１００は、照明装置３００に適用されたときに被照射面３１０を光源の近傍から遠方まで均一に照らすことができる。

また、入射領域１１０の平面形状が中心軸ＣＡを中心とする円形であり、入射領域１１０が、中心軸ＣＡ側からその外縁に向けて拡がる平面形状を有し、外縁に近づくに連れて中心軸ＣＡに沿う方向における発光素子２１０までの距離が増加する第１傾斜面部１２１と、径方向において第１傾斜面部１２１の外縁のさらに外側に配置されている反射型の部分環状フレネルレンズ部１２２と、入射領域の平面形状における第１傾斜面部１２１および部分環状フレネルレンズ部１２２以外の部分に配置され、中心軸ＣＡ側からその外縁に向けて拡がる平面形状を有し、外縁に近づくに連れて中心軸ＣＡに沿う方向における発光素子２１０までの距離が増加する第２傾斜面部１３２と、径方向において第２傾斜面部１３２の外縁のさらに外側に配置され、内周壁部と外周壁部とを有する部分環状突条部１２４と、を含み、第１制御部１２０が第１傾斜面部１２１、部分環状フレネルレンズ部１２２、および部分環状突条部１２４を含み、第２制御部１３０が第２傾斜面部１３２を含むことは、入射領域１１０の形状の簡略化の観点から好ましい。

また、第１傾斜面部１２１が、中心軸ＣＡから拡がり、前述の発光素子２１０までの距離の増加の割合がより小さい内側傾斜面部１２１ａと、内側傾斜面部１２１ａの外側に連なり、前述の発光素子２１０までの距離の増加の割合がより大きい外側傾斜面部１２１ｂとを含むことは、遠方へ照射される光の強度を高める観点から好ましい。

また、第１傾斜面部１２１の平面形状が半円であることは、入射領域１１０の形状およびその設計の簡略化と発光素子２１０に対する光束制御部材１００の設置作業の効率向上との観点から好ましい。

また、発光装置２００は、光束制御部材１００と発光素子２１０とを有することから、照明装置３００に適用されたときに被照射面３１０を光源の近傍から遠方まで均一に照らすことができる。

また、照明装置３００は、平面状の被照射面３１０と、被照射面３１０の直上に、被照射面３１０に対して中心軸ＣＡが斜めに交差する向きで、第２制御部１３０が第１制御部１２０に対して被照射面３１０側に位置するように配置されている発光装置２００とを有することから、被照射面３１０における光源の近傍から遠方まで均一に照らされる照明装置３００を提供することができる。

本発明の光束制御部材、発光装置および照明装置は、平面形状の被照射面に発光素子から出射された光を均一かつ効率的に照射することができる。本発明の発光装置および照明装置は、例えば、植物栽培用の照明やタスクライト（卓上照明）、読書灯など、被照射面に対して斜めの方向から均一な光の照射を要する用途に有用である。

１０ 栽培棚
２０ 栽培用容器
２５ 開口部
３０、３１０ 被照射面
４０、２２０ 基板
５０、２００、６００ 発光装置
１００、５００ 光束制御部材
１１０、５１０ 入射領域
１２０、５２１ 第１制御部
１２１ 第１傾斜面部
１２１ａ 内側傾斜面部
１２１ｂ 外側傾斜面部
１２２ 部分環状フレネルレンズ部
１２２ａ 内側周壁部
１２２ｂ 外側周壁部
１２３ 内側溝壁部
１２４ 部分環状突条部
１２４ａ 内周壁部
１２４ｂ 外周壁部
１３０、５３１ 第２制御部
１３１ 外側溝壁部
１３２ 第２傾斜面部
１５０ 出射領域
１６０ 筒部
１７０ フランジ部
１７２ ボス
２１０ 発光素子
３００ 照明装置
５２０ 第１レンズ領域
５２２ 第１突起
５３０ 第２レンズ領域
５３２ 第２突起
ＣＡ 中心軸
ＯＡ 光軸

Claims (6)

1. 発光素子から出射された光の配光を制御するための光束制御部材であって、
   前記発光素子に対向して配置されたときに前記発光素子からの出射光を入射させるための入射領域と、前記入射領域に対して前記発光素子とは反対側に配置され、前記入射領域に入射した光を出射する出射領域と、を有し、
   前記入射領域は、少なくとも前記発光素子の光軸と重なる前記光束制御部材の光学的な基準となる基準軸を含む前記光束制御部材の断面における前記基準軸によって分けられる二つの領域のうちの一方側に配置され、前記発光素子の発光面の中心から出射され前記入射領域に入射した光が前記基準軸よりも一方側に傾く向きで前記出射領域から出射されるように前記発光素子からの出射光を制御するための第１制御部と、少なくとも前記断面における前記二つの領域のうちの他方側に配置され、前記発光素子の前記発光面の中心から出射され前記入射領域に入射した光が前記基準軸よりも他方側に傾く向きで前記出射領域から出射されるように前記発光素子からの出射光を制御するための第２制御部と、を含み、
   前記第２制御部は、前記発光素子からの出射光を前記基準軸に対する角度が小さくなるように前記光束制御部材内へ屈折して入射させる屈折入射面を有し、
   前記断面における前記出射領域からの出射光の出射方向ごとの光度を示す配光曲線は、前記第１制御部を経た光の前記出射領域からの出射光による第１のピークと、前記第２制御部を経た光の前記出射領域からの出射光による第２のピークとを含み、
   前記第１のピークの前記基準軸に対する角度θ１の絶対値は、前記第２のピークの前記基準軸に対する角度θ２の絶対値よりも小さい、
   光束制御部材。
2. 前記入射領域の平面形状は、前記基準軸を中心とする円形であり、
   前記入射領域は、
   前記中心側からその外縁に向けて拡がる平面形状を有し、前記外縁に近づくに連れて前記基準軸に沿う方向における前記発光素子までの距離が増加する第１傾斜面部と、
   径方向において前記第１傾斜面部の前記外縁のさらに外側に配置されている反射型の部分環状フレネルレンズ部と、
   前記入射領域の平面形状における前記第１傾斜面部および前記部分環状フレネルレンズ部以外の部分に配置され、前記中心側からその外縁に向けて拡がる平面形状を有し、前記外縁に近づくに連れて前記基準軸に沿う方向における前記発光素子までの距離が増加する第２傾斜面部と、
   径方向において前記第２傾斜面部の前記外縁のさらに外側に配置され、内周壁部と外周壁部とを有する部分環状突条部と、を含み、
   前記第１制御部は、前記第１傾斜面部、前記部分環状フレネルレンズ部、および前記部分環状突条部を含み、
   前記第２制御部は、前記第２傾斜面部を含む、請求項１に記載の光束制御部材。
3. 前記第１傾斜面部は、前記中心から拡がる内側傾斜面部と、前記内側傾斜面部の外側に連なる外側傾斜面部と、を含み、
   前記内側傾斜面部における前記発光素子までの前記距離の増加の割合は、前記外側傾斜面部における前記発光素子までの前記距離の増加の割合よりも小さい、
   請求項２に記載の光束制御部材。
4. 前記第１傾斜面部の平面形状は、半円である、請求項２または３に記載の光束制御部材。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の光束制御部材と、発光素子と、を有する発光装置。
6. 平面状の被照射面と、
   前記被照射面の直上に、前記被照射面に対して前記光軸が斜めに交差する向きで、前記第２制御部が前記第１制御部に対して前記被照射面側に位置するように配置されている請求項５に記載の発光装置と、
   を有する照明装置。