JPWO2017204217A1 - 照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光源とレンズとの間の距離を変えて照明のスポット径を変えた場合においても、スポット径に関わらず照明の照度の斑の少ない照明装置を提供する。【解決手段】光源（２）と、光源（２）から発せられた光が入射し、この入射した光の配光を制御して出射する照明用レンズ（３）を有する。照明用レンズ（３）は、光源（２）から発せられた光が照明用レンズ（３）内に入射する入射面（４）と、入射面（４）から照明用レンズ（３）内に入射した光の一部を照射方向Ｂに向けて反射する反射面（５）と、入射面（４）および反射面（５）からの光を照明方向Ｂに向けて出射する出射面（６）と、を有する。そして光源（２）は、光軸Ｌに沿って、入射面（４）から最も離れた後端位置Ｒから、入射面（４）に最も近い前端位置Ｆまで移動が可能である。光源（２）が後端位置Ｒから前端位置Ｆに移動するに従い、反射光が光軸Ｌと大きい角度で交差するようになる。光源（２）が後端位置Ｒに配置された状態では、第１反射光Ｐ１と第３反射光Ｐ３とが、出射面（６）から出射した後に交差しない。【選択図】 図１

Description

本発明は、照明装置に関する。

光源とレンズとを光軸に沿って相対的に移動させ、両者の距離を変化させることで、照明のスポット径を変えることができる照明装置が、たとえば、特許文献１に開示されている。

特開平１０−６９８０１号公報

照明光の被照明面における照度の斑は、できるだけ少ないことが好ましい。また、光源とレンズとの間の距離を変えて照明のスポット径を変える場合においても、スポット径に関わらず照明の照度の斑は少ないことが好ましい。

そこで本発明の目的は、光源とレンズとの間の距離を変えて照明のスポット径を変えた場合においても、スポット径に関わらず照明の照度斑が少ない照明装置を提供することである。

上記目的を達成するため、本発明の照明装置は、光源と照明用レンズとの間の距離を光軸に沿って所定の範囲内で変えることができ、この距離を変えることで照明用レンズから出射される照明光の照明範囲を変えることができる照明装置であって、照明用レンズは、光源から発せられた光が照明用レンズ内に入射する入射面と、入射面から照明用レンズ内に入射した光の一部を照明方向に向けて反射する凹面形状の反射面と、入射面から入射した光を照明方向に向けて出射する出射面と、を有し、入射面は、光源が配置される側に光源からの光が進入可能に形成される開口部を有すると共に光源が配置される方向に対して反対の方向に凹む凹部の内面に形成される第１入射面と第２入射面とを有し、第１入射面は、凹部の底面に配置され、光源からの光を集光させるように光源側に凸面を有する集光レンズ面であり、第２入射面は、光源からの光を反射面に向けて透過することができるように、照明用レンズの光軸の周囲に形成される凹部の内側面であり、第１入射面は、光源と照明用レンズとが相対的に近づく方向に移動するにしたがって、主照明光のうち、第１入射面を透過し出射面から出射する光である非反射照明光の配光角を大きくする形状であり、反射面および第２入射面は、主照明光のうち、第２入射面を透過し反射面で反射され出射面から出射する光である反射照明光に対して下記（１）（２）（３）の条件を満たす形状である。
（１）光源と照明用レンズとが相対的に近づく方向に移動するにしたがって、出射面から出射する反射照明光の出射方向が、反射照明光の出射面における出射位置に対して、光軸を挟んだ反対側に向けて傾斜させていく。
（２）光源と照明用レンズとが相対的に近づく方向に移動するにしたがって、反射照明光の配光角を大きくする。
（３）反射面で反射する反射照明光のうち、光源から第２入射面に到達するまでの光の光軸に対する照射角が最小のものを第１反射光とし、光源から第２入射面に到達するまでの光の光軸に対する照射角が最大のものを第２反射光とし、光源から第２入射面に到達するまでの光の光軸に対する照射角が、第１反射光と第２反射光との中間のものを第３反射光としたとき、光源と照明用レンズとが所定の範囲内で最も離れている状態で、第１から第３反射光のうち、第１反射光が、被照明面において最も光軸の近くを照明する。

また、反射面および第２入射面は、光源と照明用レンズとが所定の範囲内で最も離れている状態で、第１反射光と第３反射光とが、出射面から出射した後に交差させない形状である、こととしてもよい。

また、第１入射面は、この第１入射面を通過する光線の出射角が所定の角度までの範囲で、出射角が大きくなるほど像高を高くし、所定の出射角を越えると、逆に出射角が大きくなるほど像高を低くする形状であることとしてもよい。

また、照明レンズの出射面にはフライアイレンズが配置されることとしてもよい。

本発明では、光源とレンズとの間の距離を変えて照明のスポット径を変えた場合においても、スポット径に関わらず照明の照度の斑の少ない照明装置を提供することができる。

本発明の実施の形態に係る照明装置を出射面側から見た平面図である。 図１のＡ−Ａ断面図である。 本発明の実施の形態に係る照明装置の照明用レンズを前端位置に配置させた状態で光源を発光させたときの反射照明光のうち、第１反射光、第２反射光および第３反射光の光路を示す照明装置の断面図である。 図３に示す第１反射光、第２反射光および第３反射光の光路を出射面から１メートル先の被照明面まで伸ばして示した図である。 本発明の実施の形態に係る照明装置の照明用レンズを中間位置に配置させた状態で光源を発光させたときの反射照明光のうち、第１反射光、第２反射光および第３反射光の光路を示す照明装置の断面図である。 図５に示す第１反射光、第２反射光および第３反射光の光路を出射面から１メートル先の被照明面まで伸ばして示した図である。 本発明の実施の形態に係る照明装置の照明用レンズを後端位置に配置させた状態で光源を発光させたときの反射照明光のうち、第１反射光、第２反射光および第３反射光の光路を示す照明装置の断面図である。 図７に示す第１反射光、第２反射光および第３反射光の光路を出射面から１メートル先の被照明面まで伸ばして示した図である。 本発明の実施の形態に係る照明装置の照明用レンズの反射面の非球面形状の延長線を示す図である。 本発明の実施の形態に係る照明装置の照明用レンズを前端位置に配置させた状態で光源を発光させたときに第１入射面から入射し、反射面を経由せずに出射面を出射する非反射照明光の光路を示す照明装置の断面図である。 本発明の実施の形態に係る照明装置の照明用レンズを中間位置に配置させた状態で光源を発光させたときの非反射照明光の光路を示す照明装置の断面図である。 本発明の実施の形態に係る照明装置の照明用レンズを後端位置に配置させた状態で光源を発光させたときの非反射照明光の光路を示す照明装置の断面図である。 本発明の実施の形態に係る非反射照明光が第１入射面を透過する際の光路を詳細に示す図である。 本発明の実施の形態に係る照明用レンズの図２に示した断面図と、比較例に係る照明用レンズの断面図とを重ね合わせた図である。 比較例に係る照明装置の照明用レンズを前端位置に配置させた状態で光源を発光させたときの反射照明光のうち、第１反射光、第２反射光および第３反射光の光路を示す照明装置の断面図である。 図１５に示す第１反射光、第２反射光および第３反射光の光路を出射面から１メートル先の被照明面まで伸ばして示した図である。 比較例に係る照明装置の照明用レンズを中間位置に配置させた状態で光源を発光させたときの反射照明光のうち、第１反射光、第２反射光および第３反射光の光路を示す照明装置の断面図である。 図１７に示す第１反射光、第２反射光および第３反射光の光路を出射面から１メートル先の被照明面まで伸ばして示した図である。 比較例に係る照明装置の照明用レンズを後端位置に配置させた状態で光源を発光させたときの反射照明光のうち、第１反射光、第２反射光および第３反射光の光路を示す照明装置の断面図である。 図１９に示す第１反射光、第２反射光および第３反射光の光路を出射面から１メートル先の被照明面まで伸ばして示した図である。 本発明の実施の形態に係る照明装置と比較例に係る照明装置の照明用レンズを前端位置に配置したときの被照明面における照度分布を示す図である。 本発明の実施の形態に係る照明装置と比較例に係る照明装置の照明用レンズを中間位置に配置したときの被照明面における照度分布を示す図である。 本発明の実施の形態に係る照明装置と比較例に係る照明装置の照明用レンズを後端位置に配置したときの被照明面における照度分布を示す図である。 本発明の実施の形態に係る照明装置の出射面にフライアイレンズを配置した変形例に係る照明装置の照明用レンズを前端位置に配置したときの被照明面における照度分布を示す図である。 本発明の実施の形態に係る変形例の照明装置の照明用レンズを中間位置に配置したときの被照明面における照度分布を示す図である。 本発明の実施の形態に係る変形例の照明装置の照明用レンズを後端位置に配置したときの被照明面における照度分布を示す図である。

以下、本発明の実施の形態に係る照明装置について、図面を参照しながら説明する。

（本発明の実施の形態に係る照明装置の構成）
図１は、本発明の実施の形態に係る照明装置を出射面側から見た平面図である。図２は、図１のＡ−Ａ断面図である。なお、図２に示すべきハッチングは省略している。以降の同様の断面図についてもハッチングを省略する。

本発明の実施の形態に係る照明装置１は、光源２と、光源２から発せられた光が入射し、この入射した光の配光を制御して出射する照明用レンズ３と、照明用レンズ３を光軸Ｌに沿って移動させる移動機構２１とを有する。光源２は、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）のチップ部品を用いている。また照明用レンズ３は、アクリル樹脂、ポリカーボネイト樹脂あるいはガラスなどの透明な材料（レンズ素材）の一体成型物である。

移動機構２１は、照明用レンズ３を保持するレンズ保持筒２２と、固定筒２３とを有する。レンズ保持筒２２と固定筒２３とは、ネジ部２４にて結合している。レンズ保持筒２２は、光軸Ｌの周りに回転させられると、ネジ部２４にリードされて光軸Ｌに沿って移動する。レンズ保持筒２２が光軸Ｌに沿って移動することで、照明用レンズ３が光軸Ｌに沿って移動し、光源２と照明用レンズ３との間の距離（間隔）を光軸Ｌに沿って変えることができる。なお、図３以降においては、図面を解り易くするため、移動機構２１の図示を省略する。光源２と照明用レンズ３との間の距離を光軸Ｌに沿って変える機構は、光源２を光軸Ｌに沿って移動させる機構としてもよい。また、照明用レンズ３と光源２との双方を移動させる構成としてもよい。

照明用レンズ３は、光源２から発せられた光が照明用レンズ３内に入射する入射面４と、入射面４から照明用レンズ３内に入射した光の一部を照明方向Ｂに向けて反射する凹面形状の反射面としての反射面５と、入射面４から照明用レンズ３内に入射した光を照明方向Ｂに向けて出射する出射面６と、を有する。反射面５は、光軸Ｌ側に曲率中心を有る非球面形状の凹面鏡である。照明方向Ｂは、照明装置１から、この照明装置１が照明する被照明面９に向かう方向である。以下の説明において、照明方向Ｂを前方（前側）として説明することがある。また、照明方向Ｂの反対方向を後方（後側）として説明することもある。

照明用レンズ３は、後方の端部に開口部７が形成され前方に向けて凹む凹部８を有している。凹部８は、光源２が配置される側に光源２から発せられた光が進入可能に形成される。凹部８の内面は、入射面４となる。入射面４は、第１入射面４Ａと第２入射面４Ｂとを有する。ここで第１入射面４Ａは、凹部８の底面に配置され、光源２からの光を集光させるように光源２側に（後方に向けて）凸面を有する集光レンズ面である。そして第２入射面４Ｂは、光源２からの光を反射面５に向けて透過することができるように、凹部８に照明用レンズ３の光軸Ｌの周囲に形成される内側面である。

光源２は、ＬＥＤチップ部を封入する蛍光樹脂を介して光を出射させる。つまり、光源２の光の出射部は面積を有する。そのため、照明光の光路追跡を行うことで所望の照度分布を得ることができる照明レンズ３を設計することは難しい。そこで、照明用レンズ３は、面積を有する出射部から出射する光が被照明面９において所望の照度分布になるように、シミュレーションソフトや実測の結果に基づいて設計される。

また、光源２の出射部から出射される全ての光を照明したい範囲（被照明面）に導き、この照明範囲を所望の照度分布とするように照明用レンズ３を構成することは困難である。そのため、照明用レンズ３は、光源２から発せられる光が全体として被照明面９において所望の照度分布になるように設計される。

また、光源２の出射部の全面から出射する光と照明用レンズ３の構成との関係を説明することは困難である。そこで、ここでは、光源２の出射部のうち照度分布に大きな影響を与える光として、点光源２Ａから所定の照射角で照射される光を主照明光とし、この主照明光の被照明面９における照度分布が所望の照度分布となる照明用レンズ３の構成について説明する。

点光源２Ａは、ＬＥＤチップの光軸Ｌ上の点であり、照明装置１においては、照明用レンズ３が後述する前端位置Ｆに配置されているときに、入射面４に入射することができる光を主照明光としている。照明装置１においては、主照明光の所定の照射角を１４８°としている。この所定の照射角は、光源２と照明用レンズ３の間隔を光軸Ｌに沿って変えたとしても変化しない固定値となる。また、主照明光のうち、第２入射面４Ｂから入射し反射面５で反射した後に出射面６から出射する光を「反射照明光」と言い、第１入射面４Ａから入射し反射面５で反射しないで出射面６から出射する光を「非反射照明光」と言う。

光源２と照明用レンズ３の出射面６との間隔は、移動機構２１により光軸Ｌに沿って所定の範囲内で変えることができる。光源２と出射面６との間隔が長くなるほど被照明面９における照明範囲が狭くなり、逆に、光源２と出射面６との間隔が短くなるほど被照明面９における照明範囲が広くなる。また、照明範囲は、光源２と出射面６との間隔に加えて、入射面４および出射面６の面積の大小を含めた形状等にも依存する。

したがって、光源２と出射面６との間隔の所定の範囲は、入射面４および出射面６の面積の大小を含めた形状等に応じて、被照明面９における照明範囲が所望の広さになるように設定される。所望の広さの照明範囲において、最も狭い照明範囲となるときの光源２と出射面６との間隔が、光源２と出射面６とが最も離れた状態であり、照明範囲が最も広くなるときの光源２と出射面６との間隔が、光源２と出射面６とが最も近づいた状態である。

反射面５は、第２入射面４Ｂから照明用レンズ３内に入射した主照明光の一部を照明方向Ｂに向けて全反射させる全反射面である。そして照明用レンズ３は、光軸Ｌに沿って、第１入射面４Ａが光源２から最も離れた前端位置Ｆから、第１入射面４Ａが光源２に最も近づき、光源２が凹部８内に配置される後端位置Ｒまで移動が可能である。

（本発明の実施の形態に係る照明装置における照明光の光路）
図３は、照明装置１の照明用レンズ３を前端位置Ｆに配置したときに、反射照明光の光路を説明するための照明装置１の断面図である。図３は図２に示した照明装置１の断面図に反射照明光の一部の光線を追加した図である。

照明装置１から出射する主照明光は、光軸Ｌを中心とする回転対象の配光で出射する。図面および説明を判り易くするため、図３，４（図４は後述する）における反射照明光の光路は光軸Ｌに対して片側（一方側）のみ図示し、該片側に対して光軸Ｌの反対側（他方側）を図示していない。図３，４には、第１反射光Ｐ１、第２反射光Ｐ２および第３反射光Ｐ３の３光線が例示されている。以上の図３，４に関する図示の方法は、後述する図５，図６，図７，図８，図９，図１５，図１６，図１７，図１８，図１９および図２０についても同様とする。

ここで、第１反射光Ｐ１、第２反射光Ｐ２および第３反射光Ｐ３は、反射面５で反射する反射照明光のうち、光源２から発せられ第２入射面４Ｂに入射する光の光軸Ｌに対する出射角が、
（１）最小のものを第１反射光Ｐ１とし、
（２）最大のものを第２反射光Ｐ２とし、
（３）第１反射光Ｐ１と第２反射光Ｐ２の中間のものを第３反射光Ｐ３とする。

照明用レンズ３が前端位置Ｆに配置されているとき、第１反射光Ｐ１の光軸Ｌに対する出射角は約２６°、第２反射光Ｐ２の光軸Ｌに対する出射角は約７４°、そして、第３反射光Ｐ３の光軸Ｌに対する出射角は約５０°である。

第１反射光Ｐ１、第２反射光Ｐ２、および第３反射光Ｐ３の光軸Ｌに対する角度出射角は、照明用レンズ３と光源２との間隔により異なる。つまり、照明装置１において、照明用レンズ３が後端位置Ｒに配置されているとき、第１反射光Ｐ１の光軸Ｌに対する出射角は約３８°、第２反射光Ｐ２の光軸Ｌに対する出射角は約７４°、そして、第３反射光Ｐ３の光軸Ｌに対する出射角は約５６°である。

また、照明用レンズ３が中間位置Ｍに配置されているとき、第１反射光Ｐ１の光軸Ｌに対する出射角は約３０°、第２反射光Ｐ２の光軸Ｌに対する出射角は約７４°、そして、第３反射光Ｐ３の光軸Ｌに対する出射角は約５２°である。なお、中間位置Ｍは、前端位置Ｆと後端位置Ｒとの間の位置である。この中間位置Ｍは、前端位置Ｆと後端位置Ｒとの間の厳密な中央（真ん中）の位置である必要はない。たとえば、前端位置Ｆと後端位置Ｒとの間の中央位置から、前端位置Ｆと後端位置Ｒとの間の距離の３割程度前後していてもよい。

照明装置１は、たとえば、被照明面を出射面６から約１メートル離れた位置に設定され、この位置で所望の照明範囲で所望の照度分布となるように構成されるものである。図４は、図３に示す第１反射光Ｐ１、第２反射光Ｐ２および第３反射光Ｐ３の光路を出射面６から約１メートル先の被照明面９まで伸ばして示した図である。なお、被照明面９は、該１メートルに限らず、所望の距離とすることができ、この距離に応じて、照明用レンズ３の大きさを含む形状、光源２の形状等を設定する。「所定の距離」は、照明装置１の用途等に応じて決定できる距離である。たとえば、照明装置１をベッドサイドの読書灯として用いる場合には、１メートル前後を所定の距離とすることができ、また、照明装置１を天井から床面を照明する室内照明として用いる場合には、２．５メール前後を所定の距離とすることができる。さらに、壁面に飾られた絵画を天井側から照明するために照明装置１を用いる場合には、２メート前後を所定の距離とすることができる。

また図５は、照明装置１の照明用レンズ３を後端位置Ｒと前端位置Ｆとの間の位置である中間位置Ｍに配置したときの反射照明光の光路を示す照明装置１の断面図である。そして図６は、図５に示す第１反射光Ｐ１、第２反射光Ｐ２および第３反射光Ｐ３の光路を出射面６から１メートル先の被照明面９まで伸ばして示した図である。

また図７は、照明装置１の照明用レンズ３を後端位置Ｒに配置したときの反射照明光の光路を示す照明装置１の断面図である。そして図８は、図７に示す第１反射光Ｐ１、第２反射光Ｐ２および第３反射光Ｐ３の光路を出射面６から１メートル先の被照明面９まで伸ばして示した図である。

反射面５および第２入射面４Ｂは、以下の条件（１）（２）（３）を満たす形状とされている。

条件（１）
反射面５および第２入射面４Ｂは、図３，図４，図５，図６，図７および図８からわかるように、光源２から発せられ、入射面４、反射面５および出射面６を経由して出射する反射照明光の出射方向を、照明用レンズ３の前端位置Ｆから後端位置Ｒへの移動（光源２と照明用レンズ３とが相対的に近づく移動）にしたがって、光軸Ｌの一方側から他方側に向けて傾斜させられていく形状とされている。

条件（２）
また、図４，図６および図８からわかるように、反射面５および第２入射面４Ｂは、照明用レンズ３の前端位置Ｆから後端位置Ｒへの移動（光源２と照明用レンズ３とが相対的に近づく移動）にしたがって、出射面６から出射する反射照明光の配光角（照射範囲）を広くする形状とされている。

条件（３）
照明用レンズ３が前端位置Ｆに配置されている状態で、反射面５で反射する第１反射光Ｐ１、第２反射光Ｐ２および第３反射光Ｐ３のうち、第１反射光Ｐ１が、被照明面９において光軸Ｌの最も近くを照明する。つまり、第１反射光Ｐ１が被照明面９において光軸Ｌの近くを照明する。

なお、照明装置１に使用される照明用レンズ３は以下の条件を満たす構成とされている。つまり、図９に示すように、光軸Ｌ上に配置される反射面５の非球面形状の延長線５Ａ（図９には一点鎖線で円弧状に描写した）上における頂点５Ｂに光源２が配置されたとしたときに、第１反射光Ｐ１の光軸Ｌに対する角度（出射角）ａ１が２０°以上２５°以下となるように、かつ、第２反射光Ｐ２の光軸Ｌに対する出射角ａ２が５５°以上６５°以下となるように、反射面５の非球面形状および第２入射面４Ｂの光軸Ｌに対する角度等が設定される。

また図３，４からわかるように、反射面５および第２入射面４Ｂは、照明用レンズ３が前端位置Ｆに配置された状態では、第１反射光Ｐ１と第３反射光Ｐ３とを、出射面６から出射した後に交差させない形状とされている。

また、第１入射面４Ａは、光源２と照明用レンズ３とが相対的に近づく方向に移動するにしたがって、非反射照明光の配光角を大きくする形状とされている。

図１０は、照明装置１の照明用レンズ３が前端位置Ｆに配置させたときの、第１入射面４Ａから入射し、反射面５を経由せずに出射面６を出射する非反射照明光の光路を示す照明装置１の断面図である。図１０は図２に示した照明装置１の断面図に非反射照明光の光路を追加したものである。以上の図１０に関する図示の方法は、後述する図１１および図１２についても同様とする。

図１１は、照明装置１の照明用レンズ３を後端位置Ｒと前端位置Ｆとの間の位置である中間位置Ｍに配置させたときの非反射照明光の光路を示す照明装置１の断面図である。図１２は、照明装置１の照明用レンズ３を後端位置Ｒに配置させたときの非反射照明光の光路を示す照明装置１の断面図である。

第１入射面４Ａから入射した光源２からの光（非反射照明光）は集光させられる。また、図１０，図１１および図１２からわかるように、照明用レンズ３が前方から後方に移動するに従って非反射照明光の照明範囲は広くなっていく。光路Ｐ４および光路Ｐ５は、非反射照明光の光軸Ｌを挟んだ周端の光線を示している。

第１入射面４Ａの形状は、点光源２Ａから出射し第１入射面４Ａを透過する各光線（非反射照明光の光線）の被照明面９における像高を、該各光線の光軸Ｌに対する角度（出射角）に応じて、次のように変える形状となっている。つまり、第１入射面４Ａの形状は、該各光線の出射角が０°（光軸Ｌと一致）から所定の角度までの範囲で、出射角が大きくなるほど像高が高くなり、所定の出射角を越えると、逆に出射角が大きくなるほど像高が低くなる形状となっている。このように第１入射面４Ａの形状を形成することで、被照明面９における非反射照明光による照明範囲の周縁側の照度を高めることができ、反射照明光と相まって被照明面９の照明範の照度の均一化を図ることができる。

本実施の形態においては、該所定の出射角は、第１入射面４Ａに入射する非反射照明の最大出射角の５／１０程度としている。つまり、出射角が０°から最大出射角の５／１０程度までは各光線の出射角が大きくなるほど各光線の像高は高くなり、最大出射角の５／１０程度以上の各光線については、逆に出射角が大きくなるほど像高が低くなるように、第１入射面４Ａの形状を形成する。

なお、該所定の角度（最大出射角の５／１０）の前後で照度分布が急激に変わることはなく、該所定の出射角は、最大出射角の４／１０以上７／１０以下の範囲であれば照度の均一化を好適に図ることができ、好ましくは５／１０以上６／１０以下の範囲であることが好ましい。上述したように、該所定の出射角を越える光線について出射角が大きくなるほど被照明面９における像高が低くなるように第１入射面４の形状を形成することにより、図１３に示すように、図中Ｘで囲われた領域（非反射照明光のうち該所定の出射角を越える領域）内の光は、この領域内の内側の光線と外側の光線とが出射面６と被照明面９との間で互いに交差する。

（比較例に係る照明装置の構成）
図１４は、本発明の実施の形態に係る照明用レンズ３の図２に示した断面図と、比較例に係る照明用レンズ３’の断面図とを重ね合わせた図である。実線で示しているのが本発明の実施の形態に係る照明用レンズ３であり、破線でで示しているのが比較例に係る照明用レンズ３’である。本発明に係る照明用レンズ３の反射面５の方が、比較例に係る照明用レンズ３’の反射面５’よりも若干凹部８側（前方から後方）に向かうに従い曲率が小さくなっている。

この反射面５’の形状以外の比較例に係る照明用レンズ３’の形状は、本発明の実施の形態に係る照明用レンズ３の形状と同一である。また、比較例に係る照明装置１１（図１５参照）は、本発明の実施の形態に係る照明装置１と同様に光源２を使用し、光源２の移動範囲も照明装置１と同一である。そのため、比較例に係る照明装置１１の説明に際しては、各部材に付する符号のうち、比較例に係る照明装置１１そのものを示す「照明装置１１」およびその構成要素の「照明用レンズ３’」「反射面５’」を除き、本発明の実施の形態に係る照明装置１の各要素に相当する符号を付して説明し、また各要素の説明を省略する。

（比較例に係る照明装置の光路）
ここで、比較例に係る反射光のうち、上述の第１反射光Ｐ１に相当するものを第１反射光Ｐ１’とし、上述の第２反射光Ｐ２に相当するものを第２反射光Ｐ２’とし、上述の第３反射光Ｐ３に相当するものを第３反射光Ｐ３’とする。なお、光源２から第２入射面４Ｂに到達するまでの第１反射光Ｐ１’、第２反射光Ｐ２’および第３反射光Ｐ３’の光軸Ｌに対する照射角は、それぞれ上述の第１反射光Ｐ１、上述の第２反射光Ｐ２および上述の第３反射光Ｐ３と同一である。

図１５は、照明装置１１の照明用レンズ３を前端位置Ｆに配置させたときの反射照明光の光路を説明するための照明装置１１の断面図である。図１６は、図１５に示す第１反射光Ｐ１’、第２反射光Ｐ２’および第３反射光Ｐ３’の光路を出射面６から１メートル先の被照明面９まで伸ばして示した図である。

図１７は、照明装置１１の照明用レンズ３を後端位置Ｒと前端位置Ｆとの中間の中間位置Ｍに配置したときの反射照明光の光路を説明するための照明装置１の断面図である。そして図１８は、図１７に示す第１反射光Ｐ１’、第２反射光Ｐ２’および第３反射光Ｐ３’の光路を出射面６から１メートル先の被照明面９まで伸ばして示した図である。

また図１９は、照明装置１１の照明用レンズ３を後端位置Ｒに配置させたときの反射照明光の光路を説明するための照明装置１１の断面図である。そして図２０は、図１９に示す第１反射光Ｐ１’、第２反射光Ｐ２’および第３反射光Ｐ３’の光路を出射面６から１メートル先の被照明面９まで伸ばして示した図である。

反射面５および第２入射面４Ｂは、図１５，図１７および図１９からわかるように、光源２から発せられ、入射面４、反射面５’および出射面６を経由して出射する反射照明光の出射方向を、照明用レンズ３の前端位置Ｆから後端位置Ｒへの移動（光源２と照明用レンズ３とが相対的に近づく移動）に従って、光軸Ｌの一方側から他方側に向かわせる（振る）形状とされるとともに、照射範囲（配光角）を広くする形状とされ、また、第１反射光Ｐ１’が被照明面９において光軸Ｌの近傍を照明している。これらの点については、照明装置１と照明装置１１とは同様である。

しかしながら、照明装置１１においては、図１５からわかるように、反射面５および第２入射面４Ｂは、照明用レンズ３が前端位置Ｆに配置された状態では、第１反射光Ｐ１’と第３反射光Ｐ３’とを、出射面６から出射した後に交差させる形状とされている。この点が比較例に係る照明装置１１と本発明の実施の形態に係る照明装置１との違いである。

なお比較例に係る照明装置１１の非反射照明光の光路は、図１０，図１１および図１２に示す本発明の実施の形態に係る照明装置１の非反射照明光の光路と同一である。

（本発明の実施の形態および比較例に係る照明装置の照度分布）
図２１は、本発明の実施の形態に係る照明装置１と比較例に係る照明装置１１とにおいて、照明用レンズ３を前端位置Ｆに配置したときの照度分布を示す図である。図２２は、本発明の実施の形態に係る照明装置１と比較例に係る照明装置１１とにおいて、照明用レンズ３を後端位置Ｒと前端位置Ｆとの中間の中間位置Ｍに配置したときの照度分布を示す図である。図２３は、本発明の実施の形態に係る照明装置１と比較例に係る照明装置１１とにおいて、光源２を照明用レンズ３を後端位置Ｒに配置したときの照度分布を示す図である。これらの照度分布は、出射面６から１メートル先の被照明面９における照度分布である。

なお、図２１，図２２と図２３のうち、照度分布の下に文字「本発明」が付されたもの（たとえば（本発明−Ｒ反射光）など）は、本発明の実施の形態に係る照明装置１の照度分布である。また、図２１，図２２と図２３のうち、照度分布の下に文字「比較例」が付されたもの（たとえば（比較例−Ｒ反射光）など）は、比較例に係る照明装置１１の照度分布である。

また、図２１，図２２と図２３のうち、照度分布の下に数字「反射照明光」が付されたもの（たとえば（本発明−Ｒ反射照明光）など）は、本発明の実施の形態に係る照明装置１と比較例に係る照明装置１１の「反射照明光」の照度分布である。また、図２１，図２２と図２３のうち、照度分布の下に文字「非反射照明光」が付されたもの（たとえば（本発明−Ｒ非反射照明光）など）は、本発明の実施の形態に係る照明装置１と比較例に係る照明装置１１の「非反射照明光」の照度分布である。さらに、図２１，図２２と図２３のうち、照度分布の下に文字「合成照明光」が付されたもの（たとえば（本発明−Ｒ合成照明光）など）は、本発明の実施の形態に係る照明装置１と比較例に係る照明装置１１の実際の使用時に出射される光である、「反射照明光」と「非反射照明光」を合成した「合成照明光」の照度分布である。

本発明の実施の形態に係る照明装置１の照度分布は、特に照明用レンズ３を中間位置Ｍまたは後端位置Ｒに配置したときに、比較例に係る照明装置１１に比べて合成光の照度分布が均一になり、また照度分布の変化が滑らかになっていることがわかる。ここで図２２に示すように、照明用レンズ３を中間位置Ｍに配置したときは、照明装置１の合成照明光の照明範囲がほぼ均一に明るいのに対して、照明装置１１の合成照明光の照明範囲は、明るい箇所が照明範囲全体の僅か中央部に限られていることがわかる。この傾向は図２３に示すように、照明用レンズ３を後端位置Ｒに配置したときの照度分布でも表れている。

この理由は、光源２を中間位置Ｍに配置したときの反射照明光の光路を示す図６と図１８を比較すればわかりやすい。照明装置１の第３反射光Ｐ３は、照明装置１１の第３反射光Ｐ３’に比べて、光軸Ｌから離れた照明範囲の外縁の光路をとっている（図６，１８参照）。光の強さは、第１反射光Ｐ１，Ｐ１’が最も強く、次いで第３反射光Ｐ３，Ｐ３’、最も弱い光が第２反射光Ｐ２，Ｐ２’である。照明装置１は、第３反射光Ｐ３の光路を、照明装置１１の第３反射光Ｐ３’よりも外側（第２反射光Ｐ２側）に配光している。つまり照明装置１は、照度の弱い光である第２反射光Ｐ２の照度を補うように第３反射光Ｐ３を配光している。これに対し、照明装置１１の第２反射光Ｐ２’は、照明装置１の第２反射光Ｐ２に比べて照明範囲の中央側に配光されている。そのため図２２に示す照度分布の違いとなる。

このような照明装置１の光路の特徴は、照明用レンズ３を後端位置Ｒに配置したときにも同様にみられる（図８，図２０，図２３参照）。この点が照明装置１の照度分布が比較例に係る照明装置１１に比べて、合成光の照度分布が均一になることの一因である。そしてこのような照明装置１の光路の特徴は、照明用レンズ３を前端位置Ｆに配置した状態で、第１反射光Ｐ１と第３反射光Ｐ３とが、出射面６から出射した後に交差しないように第２入射面４Ｂおよび反射面５の形状を設定することで得られることが、本発明者の鋭意検討により判明した。

（本発明の実施の形態によって得られる主な効果）
本発明の実施の形態に係る照明装置１は、光源１と照明用レンズ３との間の距離を光軸Ｌに沿って所定の範囲内で変えることができ、この距離を変えることで照明用レンズ３から出射する照明光の照明範囲を変えることができる照明装置である。照明用レンズ３は、光源２から発せらた光が照明用レンズ３内に入射する入射面４と、入射面４から照明用レンズ３内に入射した光の一部を照明方向に向けて反射する凹面形状の反射面としての反射面５と、入射面４から入射した光を照明方向に向けて出射する出射面６とを有する。

入射面４は、光源２が配置される側に光源２からの光が進入可能に形成される開口部７を有すると共に光源２が配置される方向に対して反対の方向に凹む凹部８の内面に形成される第１入射面４Ａと第２入射面４Ｂとを有する。第１入射面４Ａは、凹部８の底面に配置され、光源２からの光を集光させるように光源２側に凸面を有する集光レンズ面である。第２入射面４Ｂは、光源２からの光を反射面５に向けて透過することができるように、照明用レンズ３の光軸の周囲に形成される凹部８の内側面である。

第１入射面４Ａは、光源２と照明用レンズ３とが相対的に近づく方向に移動するにしたがって、主照明光のうち、第１入射面４Ａを透過し出射面６から出射する光である非反射照明光の配光角を大きくする形状である。反射面５および第２入射面４Ｂは、主照明光のうち、第２入射面４Ｂを透過し反射面５で反射され出射面６から出射する光である反射照明光に対して下記（１）（２）（３）の条件を満たす形状である。

（１）光源２と照明用レンズ３とが相対的に近づく方向に移動するにしたがって、出射面６から出射する反射照明光の出射方向が、反射照明光の出射面６における出射位置に対して、光軸２を挟んだ反対側に向けて傾斜させていく。
（２）光源２と照明用レンズ３とが相対的に近づく方向に移動するにしたがって、反射照明光の配光角を大きくする。
（３）光源２と照明用レンズ３とが所定の範囲内で最も離れている状態（照明用レンズ３が前端位置Ｆに配置されている状態）で、反射面５で反射する第１反射光Ｐ１、第２反射光Ｐ２および第３反射光Ｐ３のうち、第１反射光Ｐ１が、被照明面９において光軸Ｌの最も近くを照明する。つまり、第１反射光Ｐ１が被照明面９において光軸Ｌの近くを照明する。

照明装置１は、上述の構成を有しているため、光源２と照明用レンズ３との間の距離を変えて照明のスポット径を変える場合においても、スポット径に関わらず照度の斑と照度分布の変化の少ない照明とすることができる。

また、本発明の実施の形態に係る照明装置１において、反射面５で反射する反射照明光のうち、光源２から第２入射面４Ｂに到達するまでの光の光軸Ｌに対する出射角が最小のものを第１反射光Ｐ１とし、光源２から第２入射面４Ｂに到達するまでの光の光軸Ｌに対する出射角が最大のものを第２反射光Ｐ２とし、光源２から第２入射面４Ｂに到達するまでの光の光軸Ｌに対する出射角が、第１反射光Ｐ１と第２反射光Ｐ２との中間のものを第３反射光Ｐ３としたとき、反射面５および第２入射面４Ｂは、光源２と照明用レンズ３とが所定の範囲内で最も離れている状態で、第１反射光Ｐ１と第３反射光Ｐ３とが、出射面６から出射した後に交差させない形状としている。

照明装置１は、上述の構成を有することで、光源２と照明用レンズ３との間の距離を変えて照明範囲を変化させる場合、図２１から図２３に示すように、照明範囲の照度分布の斑の発生を抑えながら照明範囲を変化させることができる。

また、図２２および図２３に示されるように、反射照明光の中心部分に生じる暗部の照度を、非反射照明光で効果的に補完することにより、被照明面９における主照明光の照度分布をより均一化できることを、本発明者は、鋭意検討により見出した。

図２２，２３に示すように、照明用レンズ３が中間位置Ｍあるいは後端位置Ｒに配置された状態のとき、被照明面９における反射照明光の照度分布は、中央部の照度が低いものとなる。一方、第１入射面４Ａを透過する非反射照明光の被照明面９における照度分布は、中央側ほど照度の高いものとなる。したがって、照明装置１は、被照明面９において、反射照明光の中央部の照度分布の低い部分を非反射照明光により補うことで、主照明光の照度分布の均一化を図ることができる。しかしながら、非反射照明光の中央部の照度が高すぎると、主照明光の照度分布の均一化を好適に図ることができない。

そこで、本発明の実施の形態に係る照明装置１の第１入射面４Ａは、この第１入射面４Ａを通過する光線の出射角が所定の角度までの範囲で、出射角が大きくなるほど像高を高くし、所定の出射角を越えると、逆に出射角が大きくなるほど像高を低くする形状とされている。これにより、非反射照明光は、被照明面９における照明範囲の中央側の照度の高まりが抑えられながら周縁側の照度が高められている。このため、反射照明光の中央部の照度分布の低い部分を非反射照明により補う際に、適度に中央部の照度を高めつつ、周縁側の照度も高めることができる。したがって、主照明光全体の被照明面９における照度分布の均一化を好適に図ることができる。

（他の形態）
上述した本発明の実施の形態に係る照明装置１は、本発明の好適な形態の一例ではあるが、これに限定されるものではなく本発明の要旨を変更しない範囲において種々の変形実施が可能である。

たとえば、本発明の実施の形態に係る照明装置１の出射面６にフライアイレンズを配置する構成としてもよい。図２４は、本発明の実施の形態に係る照明装置１の出射面６にフライアイレンズを配置した変形例に係る照明装置の照明用レンズを前端位置Ｆに配置したときの照度分布を示す図である。図２５は、変形例の照明装置の照明用レンズを後端位置Ｒと前端位置Ｆとの中間の中間位置Ｍに配置したときの照度分布を示す図である。図２６は、変形例の照明装置の照明用レンズを後端位置Ｒに配置したときの照度分布を示す図である。これらの照度分布は、出射面６から１メートル先の被照明面９における照度分布である。

ここで、図２４，図２５と図２６のうち、照度分布の下に文字「変形例」が付されたもの（たとえば（変形例−Ｒ反射照明光）など）は、本発明の実施の形態に係る変形例の照明装置の照度分布である。

また、図２４，図２５と図２６のうち、照度分布の下に文字「反射光」が付されたもの（たとえば（変形例−Ｒ反射照明光）など）は、本発明の実施の形態に係る変形例の照明装置の「反射照明光」の照度分布である。また、図２４，図２５と図２６のうち、照度分布の下に文字「非反射照明光」が付されたもの（たとえば（変形例−Ｒ非反射照明光）など）は、変形例の照明装置の「非反射照明光」の照度分布である。さらに、図２４，図２５と図２６のうち、照度分布の下に文字「合成照明光」が付されたもの（たとえば（変形例−Ｒ合成照明光）など）は、変形例の照明装置の実際の使用時に出射される光である、「反射照明光」と「非反射照明光」を合成した「合成照明光」の照度分布である。

また、図２４，図２５と図２６には、フライアイレンズの効果を確認しやすいように、本発明の実施の形態に係る照明装置１の照度分布も併せて示した。この照明装置１の照度分布は、それぞれ図２１，図２２および図２３からの転載である。

フライアイレンズを出射面６に配置し、出射光がフライアイレンズを透過するようにすることで、照度分布の変化がより滑らかになっていることがわかる。

また照明用レンズ３は、光軸Ｌに沿って、光源２から最も離れた前端位置Ｆから、光源２が第１入射面４Ａに近づき凹部８内に入り込む位置の後端位置Ｒまで移動が可能としている。すなわち照明用レンズ３が移動する範囲は光源２が凹部８の外に配置される位置から光源２が凹部８内に入り込む位置までである。しかしながら、照明用レンズ３が移動する範囲は、光源２が凹部８の外に配置される範囲に限定しても良いし、光源２が凹部８内に配置される範囲に限定しても良い。

また光源２には、ＬＥＤのチップ部品を用いているが、有機ＥＬ等の他の発光素子を用いても良く、発光素子の形状もチップ部品でなくリード付き部品等であっても良い。

１ 照明装置
２ 光源
３ 照明用レンズ
４ 入射面
５ 反射面
６ 出射面
７ 開口部
８ 凹部

Claims (4)

1. 光源と照明用レンズとの間の距離を光軸に沿って所定の範囲内で変えることができ、上記距離を変えることで上記照明用レンズから出射される照明光の照明範囲を変えることができる照明装置であって、
   上記照明用レンズは、
   上記光源から発せられた光が上記照明用レンズ内に入射する入射面と、
   上記入射面から上記照明用レンズ内に入射した光の一部を照明方向に向けて反射する凹面形状の反射面と、
   上記入射面から入射した光を照明方向に向けて出射する出射面と、を有し、
   上記入射面は、上記光源が配置される側に上記光源からの光が進入可能に形成される開口部を有すると共に上記光源が配置される方向に対して反対の方向に凹む凹部の内面に形成される第１入射面と第２入射面とを有し、
   上記第１入射面は、上記凹部の底面に配置され、上記光源からの光を集光させるように上記光源側に凸面を有する集光レンズ面であり、
   上記第２入射面は、上記光源からの光を上記反射面に向けて透過することができるように、上記照明用レンズの光軸の周囲に形成される上記凹部の内側面であり、
   上記第１入射面は、上記光源と上記照明用レンズとが相対的に近づく方向に移動するにしたがって、主照明光のうち、上記第１入射面を透過し上記出射面から出射する光である非反射照明光の配光角を大きくする形状であり、
   上記反射面および上記第２入射面は、上記主照明光のうち、上記第２入射面を透過し上記反射面で反射され上記出射面から出射する光である反射照明光に対して下記（１）（２）（３）の条件を満たす形状である、
   ことを特徴とする照明用レンズ。
   （１）上記光源と上記照明用レンズとが相対的に近づく方向に移動するにしたがって、上記出射面から出射する上記反射照明光の出射方向が、上記反射照明光の上記出射面における出射位置に対して、上記光軸を挟んだ反対側に向けて傾斜させていく。
   （２）上記光源と上記照明用レンズとが相対的に近づく方向に移動するにしたがって、上記反射照明光の配光角を大きくする。
   （３）上記反射面で反射する反射照明光のうち、上記光源から上記第２入射面に到達するまでの光の上記光軸に対する照射角が最小のものを第１反射光とし、上記光源から上記第２入射面に到達するまでの光の上記光軸に対する照射角が最大のものを第２反射光とし、
   上記光源から上記第２入射面に到達するまでの光の上記光軸に対する照射角が、上記第１反射光と上記第２反射光との中間のものを第３反射光としたとき、上記光源と上記照明用レンズとが上記所定の範囲内で最も離れている状態で、上記第１から第３反射光のうち、上記第１反射光が、被照明面において最も上記光軸の近くを照明する。
2. 請求項１記載の照明装置において、
   上記反射面および上記第２入射面は、上記光源と上記照明用レンズとが上記所定の範囲内で最も離れている状態で、上記第１反射光と上記第３反射光とが、上記出射面から出射した後に交差させない形状である、
   ことを特徴とする照明装置。
3. 請求項１または２に記載の照明装置において、
   第１入射面は、この第１入射面を通過する光線の出射角が所定の角度までの範囲で、出射角が大きくなるほど像高を高くし、前記所定の出射角を越えると、逆に出射角が大きくなるほど像高を低くする形状である、
   ことを特徴とする照明装置。
4. 請求項１から３のいずれか１項に記載の照明装置において、
   上記照明レンズの前記出射面にはフライアイレンズが配置されることを特徴とする照明装置。