JP6886340B2 - レンズ及びそれを備えた照明装置 - Google Patents

Description

本発明は、ＬＥＤの上部に配置され、配光分布を調整するレンズ及びそのレンズを備えた照明装置に関する。

光源としてＬＥＤを使用するＬＥＤ電球が、広く上市されている。ところが、ＬＥＤは強い指向性があるため、ＬＥＤ電球の口金方向（背面側）が暗くなりやすい。そこで、ＬＥＤの直上にレンズを配置し、配光分布が口金方向まで広がるように調整することがある。

例えば、特許文献１には、環状に配列したＬＥＤを覆うように配置された環状のレンズが示されている。このレンズは、ＬＥＤの発光がレンズ内に入り込む背面側入射面と、背面側入射面を透過した光が半径方向外方に反射される内部反射面と、内部反射面で反射された光を背面側に出射させる外周出射面を備えている。特許文献１に示された光学ユニット（ＬＥＤ電球）は、ＬＥＤの発光の一部をレンズに取り込み、この光を、屈折と反射により背面方向（口金方向）及び半径方向外方（側方）に向かわせ、配光分布を調整している。

特開２０１３−１４２８９２号公報 （図１）

しかしながら、特許文献１に示されたＬＥＤ電球では、レンズがＬＥＤに対し位置ずれを起こすと、配光分布の変動が目立ってしまう。つまり、レンズがずれたとき、レンズの内周側に位置するようになるＬＥＤからは、レンズを通らずにレンズのずれ方向とは反対側上方に放射させる光が増加する。この一方で、ずれた結果、レンズの外周側に位置するようになるＬＥＤからは、レンズを通って、ずれ方向の反対側上方に放射される光が増加する。例えば、レンズが右側にずれると、右側のＬＥＤからは左斜め上方に向う放射光が増加するとともに、左側のＬＥＤからも左斜め上方に向う放射光が増加する（反対に右斜め上方に放射される光は減少する）。すなわち、特許文献１に示されたＬＥＤ電球は、レンズに位置ずれが生じたとき、環状に配列したＬＥＤのうち中心線上で対となるＬＥＤの相乗効果により、配光に係る左右のバランスが大きく崩れるという課題を有している。

そこで、本発明は、上記課題に鑑みて為されたものであり、配光分布を調整するレンズに位置ずれが生じても、配光分布のバランスが大きく崩れないレンズ及びそのレンズを備えた照明装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明のレンズは、配光分布を調整する環状のレンズにおいて、下部入射面と、前記下部入射面の上方に設けられた上部反射面と、前記上部反射面の外周側端部から下方に向って垂れ下がようにして設けられた外周側出射面と、前記下部入射面より内周側であって、下方に垂れ下がるようにして設けられた内周側入射面と、前記上部反射面の内周側端部から内周側に広がるようにして設けられた内周側出射面と、前記内周側入射面よりさらに内周側に設けられた内周側反射面とを備えていることを特徴とする。

前記下部入射面、前記上部反射面、前記外周側出射面又は前記内周側反射面のうち、少なくとも１つは、凸面であっても良い。

上記課題を解決するため、本発明の照明装置は、配光分布を調整するために環状に配列したＬＥＤを覆うように配置される環状のレンズを備える照明装置において、前記レンズは、前記ＬＥＤの直上部から外周側に至るよう設けられる下部入射面と、前記下部入射面の上方に設けられ、凸面となる上部反射面と、外周面に設けられる外周側出射面と、前記ＬＥＤより内周側であって、前記ＬＥＤに対し直立するように形成された内周側入射面と、前記上部反射面より内周側で、前記内周側入射面の上方に設けられる内周側出射面と、前記内周側入射面よりさらに内周側に設けられる内周側反射面とを備えていることを特徴とする。

本発明のレンズにおいて、ＬＥＤの外周側から上方に出射する光は、下部入射面からレンズに入射し、主に、上部反射面で外周方向に反射し、外周側出射面から外周外方及び外周下方に放射される。ＬＥＤの内周側から出射する光のうち内周側入射面からレンズに入射する光は、一部分が内周側反射面で反射し内周側出射面から外周側斜め上方に放射され、残りの部分が内周側出射面から内周側斜め上方に放射される。ＬＥＤの内周側から下部入射面の内周側端部周辺に入射する光は、その一部分が下部入射面で屈折し外周側斜め上方に放射され、残りの一部分が内周側出射面から内周側斜め上方に放射される。

以上のように、本発明のレンズは、ＬＥＤの外周側から発する光を、外周外側から外周下側に向けて放射し、配光を改善する。これと並行して、ＬＥＤの内周側から発する光を外周側斜め上方と内周側斜め上方に放射する。このとき、ＬＥＤの内周側からレンズを通って放射される光が外周側斜め上方と内周側斜め上方に向う成分を有するため、ＬＥＤに対しレンズの位置ずれが生じたとき、円環状の配列で対となるＬＥＤ同士が放射光の量を補い合いあう。したがって、本発明のレンズ及びそのレンズを備えた照明装置は、レンズに位置ずれが生じても配光分布のバランスが大きく崩れない。

本発明の第１実施形態として示すレンズを備えた発光部の斜視図である。 図１に示した発光部の断面図である。 図２に示した断面図の拡大図である。 本発明の第２実施形態として示すＬＥＤ電球の側面図である。

以下、図１〜４を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明において、同一又は相当要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。（）には特許請求の範囲に記載した発明特定事項を示す。

（第１実施形態）
図１は、本発明の実施形態として示すレンズ１０を組み込んだ発光部２０の斜視図である。なお、レンズ１０は円環状であるが、レンズ１０の下部の状態を明示するため、レンズ１０の一部分を切断して描いている。図１に示すように、円盤状の基板２２上にはＬＥＤ２１が円環状に配列して配置されている。基板２２は、白色のセラミックや、表全を絶縁処理したアルミニウムなどを基材とし、上面に配線が形成されている。ＬＥＤ２１は、サブマウント基板上にＬＥＤダイを実装し、ＬＥＤダイを蛍光樹脂で被覆したパッケージ品である。

図２は、図１のＡＡ´線に沿って描いた発光部２０の断面図である。レンズ１０は、下面の一部分に、下方に向って凸面となる下部入射面１１を備えている。下部入射面１１の上方には、上方に向って凸面となる上部反射面１２が設けられている。レンズ１０の外周面として、上部反射面１２の外周側端部から下方に向って垂れ下がり、外周外側に向って凸面となる外周側出射面１３が設けられている。

下部入射面１１より内周側には、下部入射面１１の内周側端部から内周側に平坦面が広がり、その平坦面から下方に垂れ下がるようにして内周側入射面１４が設けられている。上部反射面１２の内周側端部からは、内周側に広がるようにして内周側出射１５が設けられている。内周側入射面１４よりさらに内周側には、凸面となる内周側反射面１６が設けられている。

基板２２上には、前述のようにＬＥＤ２１が実装されるとともに、レンズ１０が配置されている。レンズ１０は、ＬＥＤ２１の直上部から外周側に至る部分に下部入射面１１が設けられている。下部入射面１１の上方に設けられた上部反射面１２の内周側端部は、下部入射面１１の内周側端部よりも外周側にある。同様に下部入射面１１の外周側端部は、上部反射面１２の外周側端部よりも内周側にある。上部反射面１２の外周側端部を上端として、レンズ１０の外周面が外周側出射面１３となっている。

ＬＥＤ２１より内周側には、ＬＥＤ２１（図の横方向）に対し直立（図の縦方向）するように内周側入射面１４が形成されている。前述のように、下部入射面１１の内周側端部と内周側入射面１４の上端との間には平坦な領域がある。上部反射面１２より内周側で内周側入射面１４の上方には内周側出射面１５が設けられている。内周側入射面１４よりさらに内周側には内周側反射面１６が存在する。内周側出射面１５は、下部入射面１１の内周側端部、内周側入射面１４及び内周側反射面１６を覆っている。内周側反射面１６の上端は、内周側出射面１５の内周側端部と接続し、内周側反射面１６の下端は、内周側入射面１４の下端と接続している。なお、これらの面１１〜１６はそれぞれ円環を為している。

図３は、図２に示した断面図の左側の部分を拡大した拡大図であり、代表的な光線Ｌ１〜Ｌ６を書き加えたものである。図３に示すように、ＬＥＤ２１の外周側（図の左側）から発した光線Ｌ１は、下部入射面１１からレンズ１０に入射し、上部反射面１２での反射を経て外周側出射面１３からレンズ１０の外周下方に向って放射される。ＬＥＤ２１の外周側であって、光線Ｌ１の発した位置より内側の位置から、やや内周側に向って発した光線Ｌ２は、下部入射面１１からレンズ１０に入射し、上部反射面１２での反射を経て外周側出射面１３からレンズ１０の外周外方（図の左方向）に放射される。すなわち、ＬＥＤ２１の外周側から出射する大部分の光は、レンズ１０の外周下方から外周外方に至る空間に放射される。

ＬＥＤ２１の内周側（図の右側）から上方に発する光線Ｌ３は、内周側入射面１４からレンズ１０に入射し、内周側反射面１６での反射を経て内周側出射面１５から外周側斜め上方に向って放射される。ＬＥＤ２１の内周側であって、光線Ｌ３が発した位置よりやや外周側の位置から図の右上方に向って発する光線Ｌ４は、下部入射面１１と内周側入射面１４の間からレンズ１０に入射し、内周側出射面１５から内周側斜め上方に放射される。さらにＬＥＤ２１の内周側から出射し、下部入射面１１を経て内周側出射面１５からレンズ１０の外周側斜め上方に放射される光線Ｌ５や、内周側入射面１４に入射し内周側出射面１５から内周側斜め上方に放射される光線Ｌ６も存在する。すなわち、ＬＥＤ２１の内周側（図の右側）から出射する光は、レンズ１０の外周側斜め上方に放射される成分と、内周側斜め上方に放射される成分を有する。

以上のように、レンズ１０は、ＬＥＤ２１の外周側から発する光を、外周外方から外周下方の空間に放射し配光を改善している。これと並行して、図３に示すようにレンズ１０は、ＬＥＤ２１の内周側から発する光を、外周側斜め上方と内周側斜め上方に振り分けて放射する。図３においてレンズ１０が右側にずれると、ＬＥＤ２１が外周側出射面１３に近づく。このため、外周側出射面１５で屈折し外周側斜め上方（図の左斜め上方向）へ向かう光や、内周側反射面１６で反射して外周側斜め上方へ向かう光は減少する。このとき内周側斜め上方（図の右斜め上方向）に放射される光も減少する。

一方、この位置ずれに対し、図示していない反対側のＬＥＤ２１（円環配列で対となるＬＥＤ２１であり、図２で右側に記載したＬＥＤ２１。）は、内周側反射面１６に近づく。このとき、ＬＥＤ２１の周りでは、内周側反射面１６で反射し、外周側斜め上方に向かう光（図の右側斜め上方）が増加し、内周側斜め上方（図の左側斜め上方）に向かう光も増加する。

この結果、レンズ１０の位置ずれが生じても、１つのＬＥＤ２１と円環配列で対となる他のＬＥＤ２１が、上方に向う放射光の変化量を補い合う。このようにして発光装置２０は、位置ずれに対してレンズ１０の上方における配光分布のバランスが大きく崩れることがなくなる。このレンズ１０の作用効果は、主に内周側入射面１４と内周側反射面１６を含む断面鎌形の部分が担っている。つまり、この断面鎌形の部分が、ＬＥＤ２１の内周側の部分からレンズの内周側に向って出射する光をレンズ１０に入射させ、当該作用効果を達成している。

なお、レンズ１０では、下部入射面１１、上部反射面１２、外周側出射面１３及び内周側反射面１６を凸面としていたが、これらの面は平坦な斜面であっても良い。しかしながらこれらの面を凸面とすると、屈折や反射を場所によって制御できるようになり所望の特性を得られやすくなる。

以上の説明では、ＬＥＤ２１の外周側から低い角度（基板２２面に近い方向）で外周に向って出射する光、ＬＥＤ２１の外周側から低い角度で内周に向って出射する光、ＬＥＤ２１の内周側から低い角度で外周側に向かう光を無視し、レンズ１０の定性的な挙動を説明してきた。なお、ＬＥＤ２１の外周側から低い角度で外周に向って出射する光は、外周外方に向かう。ＬＥＤ２１の外周側から低い角度で内周に向って出射する光は、光線Ｌ３と類似した挙動を示す。ＬＥＤ２１の内周側から低い角度で外周側に向かう光は、外周外方及び外周下方に放射される。

（第２実施形態）
図４は、本発明の第２実施形態として示すＬＥＤ電球４０（照明装置）の側面図である。ＬＥＤ電球４０は、図１に示した発光部２０を含んでいる。また、図４では、グローブ４１の内部を示すため、ＬＥＤ電球４０の上部を、グローブ４１を通る断面図としている。

図４に示すように、ＬＥＤ電球４０は、グローブ４１と、グローブ４１を支持するケース４２と、ケース４２に取り付けられた口金４３を備えている。ケース４２の上部にはヒートシンク４４が取り付けられている。発光部２０は、ヒートシンク４４上に載置されている。

前述したように、ＬＥＤ２１の外周側から発した光は、レンズ１０を介してＬＥＤ電球４０の側方から口金４３方向に至る空間に放射される。ＬＥＤ２１の内周側から発した光は、レンズ１０を介してＬＥＤ電球４０の上方に向かう。このＬＥＤ電球４０の上方における配光分布のバランスは、組み立て時にレンズ１０の位置が多少ずれても大きく崩れな
い。

１０…レンズ、
１１…下部入射面、
１２…上部反射面、
１３…外周側出射面、
１４…内周側入射面、
１５…内周側出射面、
１６…内周側反射面、
２０…発光部、
２１…ＬＥＤ、
２２…基板、
４０…ＬＥＤ電球（照明装置）、
４１…グローブ、
４２…ケース、
４３…口金、
４４…ヒートシンク、
Ｌ１〜Ｌ６…光線。

Claims (3)

1. 光源の配光分布を調整する環状のレンズにおいて、
   下方に向って凸面となり、外周側端部と内周側端部とを有する下部入射面と、
   前記下部入射面の上方に設けられ上方に向って凸面となり、外周側端部と内周側端部とを有する上部反射面と、
   前記上部反射面の外周側端部から下方に向って垂れ下がようにして設けられた外周側出射面と、
   前記下部入射面の内周側端部より内周側であって、下方に垂れ下がるようにして設けられた内周側入射面と、
   前記上部反射面の内周側端部から内周側に広がるようにして設けられた内周側出射面と、
   前記内周側入射面よりさらに内周側に設けられた内周側反射面と、を備え、
   前記下部入射面の内周側端部が前記上部反射面の内周側端部よりも内周側にあり、前記
   光源から出射して、前記下部入射面の前記内周側端部周辺に入射した光は、前記内周側出
   射面から上方に出射することを特徴とするレンズ。
2. 前記下部入射面の内周側端部と前記内周側入射面の上端との間には、平坦な領域が設けられる請求項１に記載のレンズ。
3. 前記請求項１又は請求項２に記載のレンズを用いた照明装置。

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