WO2009131050A1 - レンズ付発光ユニット - Google Patents

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WO2009131050A1
WO2009131050A1 PCT/JP2009/057634 JP2009057634W WO2009131050A1 WO 2009131050 A1 WO2009131050 A1 WO 2009131050A1 JP 2009057634 W JP2009057634 W JP 2009057634W WO 2009131050 A1 WO2009131050 A1 WO 2009131050A1
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light
circle
lens
exit surface
led elements
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PCT/JP2009/057634
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関井　広行
容子 松林
田中　健一郎
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パナソニック電工株式会社
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    • F21V7/0091—Reflectors for light sources using total internal reflection
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    • F21—LIGHTING
    • F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • H01L33/58—Optical field-shaping elements

Definitions

  • the present invention relates to a light-emitting unit with a lens that mixes light emitted from a plurality of light-colored LED elements such as red, blue, and green with a single lens.
  • the color mixing property is improved by increasing the number of reflections, but the amount of emitted light is reduced by the increase in the number of reflections due to absorption at the reflection surface. . Furthermore, since the emitted light is scattered at various angles, it becomes a wide-angle light distribution. Further, in the case where the diffusion layer is formed of fine particles or the like, the diffusibility is improved depending on the concentration, but the transmittance is lowered. Furthermore, since the emitted light is scattered at various angles, it has a wide-angle light distribution.
  • the LED element is changed to a wide angle light distribution to a narrow angle light distribution.
  • a condensing lens combining these has been proposed.
  • This condenser lens has an optical path for emitting lens incident light from an LED element arranged at the center as light substantially parallel to the lens central axis (optical axis) by total reflection by the reflecting surface, and refraction by the convex incident surface.
  • optical paths there are two types of optical paths: light paths that are condensed and emitted as substantially parallel light with respect to the optical axis.
  • a light source unit with a narrow-angle light distribution that emits substantially parallel light with respect to the optical axis is realized by both optical paths. If there is only one LED element, the LED element is placed in the center, so that the light emitted from the LED element is refracted by the convex incident surface and emitted as substantially parallel light that is symmetric with respect to the lens center axis.
  • an object of the present invention is to enable narrow-angle light distribution and to improve color mixing properties in a light-emitting unit with a lens including a plurality of light-colored LED elements.
  • the present invention provides a rotating body having a substrate, a plurality of LED elements arranged on the substrate, and a normal line of the substrate passing through the approximate center of gravity of the plurality of LED elements as a rotational symmetry axis.
  • the lens unit includes an exit surface orthogonal to the normal line, a reflective surface that extends convexly from the exit surface toward the substrate, a side entrance surface that is folded back from the substrate side of the reflective surface to the exit surface, An upper incident surface that connects an end portion of the side incident surface that is not in contact with the reflecting surface; and for any contact between the side incident surface and the upper incident surface, the LED farthest from the contact
  • the light from the element is in front
  • the diffusion angle of the exit surface inside the circle formed by continuously connecting the intersection between the light path refracted at the contact point and the exit surface is larger than the diffusion angle of the exit surface outside the circle.
  • the intersection of the light path from which the light from the light emitting diode package farthest from the contact is refracted by the contact and the exit surface is connected.
  • the diffusion angle of the portion on the exit surface inside the circle is made larger than the diffusion angle of the portion on the exit surface outside the circle, so that the narrow angle light distribution by the condensing lens is possible and the upper entrance surface. The color mixing of the light incident on the light becomes sufficient, and the color mixing property of the light emitting unit can be improved.
  • the upper incident surface is a plane orthogonal to the normal line, and the diffusion angle of the exit surface inside the circle is larger than the center portion of the circle. Is the bigger one.
  • the upper incident surface is a convex surface orthogonal to the normal line
  • the diffusion angle of the exit surface inside the circle is a peripheral portion of the circle rather than the central portion of the circle. Is smaller.
  • the color mixing property can be improved with a minimum diffusion angle by increasing the diffusion of the central portion of the circle and reducing the diffusion of the peripheral portion of the circle.
  • FIG. 1 is a top view of the lens-equipped light emitting unit according to the first embodiment of the present invention.
  • 2A is a cross-sectional view taken along line X-X ′ of FIG. 1 showing an optical path passing through the upper incident surface of the unit
  • FIG. 2B is a cross-sectional view showing an optical path passing through the side incident surface.
  • 3A is a cross-sectional view showing an optical path passing through the upper incident surface when the diffusing means of the present embodiment is not provided on the exit surface
  • FIG. 3B shows an optical path passing through the side incident surface in the same case. It is sectional drawing.
  • FIG. 1 is a top view of the lens-equipped light emitting unit according to the first embodiment of the present invention.
  • 2A is a cross-sectional view taken along line X-X ′ of FIG. 1 showing an optical path passing through the upper incident surface of the unit
  • FIG. 2B is a cross-sectional view showing an optical path passing through the side incident surface.
  • 3A is a
  • FIG. 4A is a light distribution curve diagram of the light transmitted through the inner emission surface of the circle in the light emitting unit with a lens according to the first embodiment of the present invention
  • FIG. 4B is the light transmitted through the outer emission surface of the circle in the unit
  • FIG. 5A is a light distribution curve diagram of the light transmitted through the inner exit surface of the circle in the case where the exit surface does not have the diffusing means of this embodiment
  • FIG. 5B is the distribution of the light transmitted through the outer exit surface of the circle in the same case.
  • FIG. FIG. 6 is a top view of the light emitting unit with lens according to the second embodiment of the present invention. 7 is a cross-sectional view of the unit taken along line X-X ′ of FIG. FIG.
  • FIG. 8A is a cross-sectional view showing an optical path passing through the upper incident surface when the exit surface does not have the diffusing means of the present embodiment
  • FIG. 8B shows the central axis of the lens passing through the upper incident surface in the same case. It is sectional drawing which shows a substantially parallel optical path.
  • FIG. 9A is a light distribution curve diagram of light transmitted through the exit surface of the center part inside the circle in the light emitting unit with a lens according to the second embodiment of the present invention
  • FIG. 9B is the inside of the circle in the unit. It is a light distribution curve figure of the outgoing surface transmission light of the peripheral part.
  • FIG. 9A is a light distribution curve diagram of light transmitted through the exit surface of the center part inside the circle in the light emitting unit with a lens according to the second embodiment of the present invention
  • FIG. 9B is the inside of the circle in the unit. It is a light distribution curve figure of the outgoing surface transmission light of the peripheral part.
  • FIG. 10A is a light distribution curve diagram of light transmitted through the exit surface of the central portion inside the circle when the exit surface does not have the diffusing means of the present embodiment
  • FIG. 10B is a peripheral edge inside the circle in the same case. It is a light distribution curve figure of the outgoing surface transmission light of a part.
  • FIG. 11 is a top view of a light emitting unit with a lens according to a third embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 is a cross-sectional view of the unit taken along line X-X ′ of FIG. 11.
  • FIG. 13A is a cross-sectional view showing an optical path passing through the upper incident surface when the exit surface does not have the diffusing means of the present embodiment, and FIG.
  • FIG. 13B shows the central axis of the lens passing through the upper incident surface in the same case. It is sectional drawing which shows the optical path of the light which passes substantially parallel light and the convex lens focus.
  • FIG. 14A is a light distribution curve diagram of light transmitted through the exit surface of the center part inside the circle in the light emitting unit with a lens according to the third embodiment of the present invention
  • FIG. 14B is the inside of the circle in the unit. It is a light distribution curve figure of the outgoing surface transmission light of the peripheral part.
  • FIG. 15A is a light distribution curve diagram of light transmitted through the exit surface of the center portion inside the circle when the exit surface does not have the diffusing means of the present embodiment
  • FIG. 15B is a peripheral edge inside the circle in the same case.
  • FIG. 16A is a top view of a modified example of the lens-mounted light emitting unit of the present invention
  • FIG. 16B is a cross-sectional view taken along the line X-X ′ of the modified example.
  • FIG. 1 shows an upper surface of the lens-equipped light emitting unit of the present embodiment
  • FIGS. 2A and 2B show cross sections of the unit. In the figure, hatching of the lens cross section is omitted (the same applies hereinafter).
  • the lens-mounted light emitting unit 10 is a method of the substrate 11 passing through the substantial center of gravity of the substrate 11, the plurality of LED elements 12A to 12D (collectively referred to as LED elements 12) disposed on the substrate 11, and the plurality of LED elements 12.
  • a lens unit 13 having a rotating body having a line as a rotational symmetry axis.
  • the plurality of LED elements 12 include a plurality of light-colored LED elements 12, and the lens unit 13 mixes and emits light from the LED elements 12.
  • the substrate 11 is a plate whose base material is made of glass epoxy, aluminum, and the like, and is provided with a wiring pattern of the LED elements 12, and provides an arrangement surface for the LED elements 12.
  • the LED element 12 is a semiconductor element that emits light when a voltage is applied in the forward direction.
  • the light colors of the plurality of LED elements 12A to 12D are, for example, red (R), blue (B), green (G), yellow (Y), and the like. Alternatively, LED elements of the same light color may be included.
  • a light emitting diode package may be used in which a plurality of LED elements are housed in one package.
  • the lens unit 13 is made of a light-transmitting material such as acrylic or glass, and is disposed on the front surface of the LED element 12 and has a function of condensing light from the LED element 12 and a function of diffusing.
  • the lens unit 13 is a condensing lens.
  • This condensing lens is described in Japanese Patent Publication No. 60-130001, and includes an exit surface 14a orthogonal to the normal line of the substrate 11, and an exit surface.
  • Reflective surface 14b that extends convexly from 14a toward substrate 11, side incident surface 14c that folds back from substrate 11 side of reflective surface 14b to exit surface 14a, and end that is not in contact with reflective surface 14b of side incident surface 14c 14 d of upper entrance surfaces which connect a part.
  • the exit surface 14 a is a surface designed to take out the light incident on the lens unit 13 to the outside of the lens unit 13.
  • the exit surface 14a is provided with a diffusion function by attaching a diffusion sheet or forming an uneven shape.
  • the reflection surface 14b is incident on the total reflection surface, that is, when the light is incident on a small medium from a medium having a large refractive index so that the incident light is reflected entirely without passing through the boundary surface of the different medium.
  • the surface is designed so that the angle is greater than the critical angle.
  • a reflecting member may be provided on the reflecting surface 14b in order to further eliminate leakage light.
  • the reflective member includes a member subjected to silver vapor deposition or multilayer film treatment so as to reflect light.
  • the side incident surface 14c is a surface designed so that almost all incident light reaches the reflecting surface 14b by being a surface substantially perpendicular to the arrangement surface of the LED elements 12.
  • the upper incident surface 14d is substantially parallel to the arrangement surface of the LED elements 12, and is a surface designed so that almost all of the light incident on this surface reaches the emission surface 14a.
  • an intersection P2 between the light path L1 formed by refracting the light from the LED element 12A farthest from the contact P1 at the contact P1 and the exit surface 14a is made larger than the diffusion angle of the exit surface 14a outside the circle C1.
  • the diffusion angle is an angle at which the emitted light spreads when parallel light is incident, and the angle is defined by a 1/2 beam angle of the central luminous intensity.
  • a diffusion sheet having a different diffusion angle provided on the surface with a micro-order uneven shape, or a diffusion sheet having a different diffusion angle depending on the concentration of the diffusion material may be used.
  • An uneven shape having a different shape may be provided directly on the surface of the lens unit 13.
  • the irregular shape may be a spherical shape or an elliptic curve, a hyperbola, a parabola, or a sine curve that is axially rotated.
  • FIGS. 3A and 3B show the optical paths when the exit surface 14a does not have the diffusing means of the present embodiment.
  • the light emitted from the LED element 12 and passing through the side incident surface 14c is totally reflected once by the reflecting surface 14b in the lens 13 and becomes substantially parallel to the lens central axis AX. Then, the light passes through the emission surface 14a outside the circle C1 having the radius D1. In this optical path, there is almost no deviation in the light distribution of the light emitted from the different LED elements 12A and 12B.
  • FIG. 3B shows the light emitted from the LED element 12 and passing through the side incident surface 14c.
  • the light emitted from the LED element 12 and passing through the upper incident surface 14d passes through the emission surface 14a inside the circle C1 by the light distribution of the LED element 12 itself. Emitted.
  • the positional deviation from the lens center axis AX of the different LED elements 12A and 12B becomes a deviation in light distribution. Due to a shift in light distribution, color mixing is low when the color mixture of light from the plurality of LED elements 12A and 12B that emit different color lights is low and the diffusing means of this embodiment is not provided.
  • the light emitted from the LED element 12 and passing through the upper incident surface 14d is emitted through the emission surface 14a inside the circle C1. Since this light does not pass through the reflecting surface 14b and the color mixing property is low, the diffusion angle of the emitting surface 14a inside the circle C1 is increased. Therefore, in this optical path, the light diffuses on the emitting surface 14a and the color mixing property is reduced. improves.
  • the light distribution curve indicates the light intensity distribution in each direction of the space of the light source or the instrument.
  • 4 (a) and 4 (b) show the light distribution curve when the diffusing means of the present embodiment is provided
  • FIGS. 5 (a) and 5 (b) show the light distribution curve when the diffusing means of the present embodiment is not provided.
  • the horizontal axis is the angle of the emitted light from the lens center axis AX
  • the vertical axis is the luminous intensity at that angle.
  • 4 (a) and 5 (a) show that light passes through the exit surface 14a inside the circle C1, and FIGS.
  • 4 (b) and 5 (b) show that the light passes through the exit surface 14a outside the circle C1. Indicates the case of passing. Comparing FIG. 4 (a) and FIG. 5 (a), it is a case where the light passes through the exit surface 14a inside the circle C1, and when there is a diffusing means for the exit surface 14a, the LED element as compared with the case where there is no light. The difference between the light distribution curves of 12A and 12B is small. 4B and 5B, when light passes through the emission surface 14a outside the circle C1, the difference in the light distribution curves of the LED elements 12A and 12B regardless of the presence or absence of the diffusing means. Is small, and the light distribution is hardly spread by the diffusion means of the emission surface 14a.
  • the light reflected by the reflecting surface 14b of the lens unit 13 has almost no deviation in the light distribution of the light emitted from the different LED elements 12A and 12B. Therefore, since the diffusion angle of the exit surface 14a where the reflected light is emitted is not increased, narrow-angle light distribution is possible. Further, the light passing through the upper incident surface 14d of the lens unit 13 is emitted because the positional deviation from the lens center axis AX of the different LED elements 12A and 12B becomes a deviation in light distribution. Since the diffusion angle of the part of the exit surface 14a is increased, the color mixing property can be improved and color unevenness can be prevented. That is, while allowing narrow-angle light distribution by the condensing lens, the color mixing of the light incident on the upper incident surface 14d becomes sufficient, and the color mixing property of the lens-mounted light emitting unit 10 can be improved.
  • FIG. 6 shows an upper surface of the lens-mounted light emitting unit of the present embodiment
  • FIG. 7 shows a cross section of the unit.
  • the lens-mounted light emitting unit 20 of the present embodiment has the same configuration as that of the first embodiment, and the upper incident surface 14d is a plane orthogonal to the normal line of the substrate 11, and the emission surface 14a inside the circle C1. Is larger in the peripheral portion of the circle C1 than in the central portion of the circle C1.
  • a circle formed by continuously connecting the positions where light from the LED element 12 passes through the upper incident surface 14d and substantially parallel to the lens center axis AX reaches the emission surface 14a is represented by a circle C2 having a distance D2 from the lens center.
  • the diffusion angle outside the circle C2 and inside the circle C1 is made larger than the diffusion angle of the exit surface 14a inside the circle C2.
  • FIGS. 8A and 8B show an optical path when the exit surface 14a does not have the diffusing means of the present embodiment.
  • a circle C1 having a radius D1 is the same as that in the first embodiment.
  • the light L2 emitted from the LED element 12 and substantially parallel to the lens central axis AX enters the upper incident surface 14d perpendicularly, and therefore has a refractive index n and a refractive index.
  • the exit angle does not change at the boundary surface (upper entrance surface 14d), and the exit surface 14a remains substantially parallel to the lens center axis AX.
  • the LED element 12 outputs a substantially constant intensity within the light emitting surface area, and the light distribution shape is a substantially Lambertian shape. Therefore, in this optical path, the plurality of LED elements 12 are symmetrical about the central axis. If they are arranged close to each other, the color mixing property near the lens center axis AX is improved.
  • FIG. 7 shows an optical path when the diffusing means of the present embodiment is provided on the exit surface 14a.
  • the light emitted from the LED element 12 and substantially parallel to the lens center axis AX reaches the emission surface 14a inside the circle C2 and is emitted without changing the emission angle on the upper incident surface 14d. Since this light has a good color mixing property, the diffusion angle of the exit surface 14a inside the circle C2 is not increased. Therefore, in this optical path, the diffusion of light on the exit surface 14a is suppressed, and the light distribution does not spread more than necessary.
  • light that is emitted from the LED element 12 and passes through the upper incident surface 14d and is not substantially parallel to the lens central axis AX is emitted through the emission surface 14a outside the circle C2 and inside the circle C1. Since the emission angle of the light changes at the upper incident surface 14d and the color mixing property is low, the diffusion angle of the emission surface 14a outside the circle C2 and inside the circle C1 is increased. Therefore, in this optical path, the light is emitted from the emission surface 14a. Diffuses and color mixing improves.
  • FIGS. 9A and 9B show a light distribution curve when the diffusing unit of the present embodiment is provided
  • FIGS. 10A and 10B show a light distribution curve when the diffusing unit of the present embodiment is not provided.
  • 9 (a) and 10 (a) show that light passes through the exit surface 14a inside the circle C2
  • FIGS. 9 (b) and 10 (b) show that the light is outside the circle C2 and inside the circle C1. A case of passing through the emission surface 14a is shown.
  • the upper incident surface 14d is a flat surface
  • the light L2 incident on the upper incident surface 14d substantially parallel to the lens center axis AX is emitted from the emission surface 14a near the lens center axis AX while remaining substantially parallel.
  • the diffusion angle of the exit surface 14a in the vicinity of the lens central axis AX is not increased, so that the light distribution is not spread more than necessary. Can be.
  • the diffusion angle of the exit surface 14a of the portion from which the light is emitted is increased, so that the color mixing property is improved and color unevenness is caused. Can be prevented. That is, when the upper incident surface 14d is a plane orthogonal to the normal line of the substrate 11, since the color mixing property of the lens center is high, the light condensing property can be improved by suppressing the diffusion of the portion.
  • FIG. 11 shows an upper surface of the lens-mounted light emitting unit of the present embodiment
  • FIG. 12 shows a cross section of the unit.
  • the lens-mounted light emitting unit 30 of the present embodiment has the same configuration as that of the first embodiment, and the upper incident surface 34d is a convex surface orthogonal to the normal line of the substrate 11, and the emission surface 14a inside the circle C1. Is smaller in the peripheral portion of the circle C1 than in the central portion of the circle C1.
  • a circle formed by continuously connecting positions where light from the LED element 12 passes through the upper incident surface 34d and substantially parallel to the lens center axis AX reaches the exit surface 14a is a circle C3 having a distance D3 from the lens center.
  • the diffusion angle outside the circle C3 and inside the circle C1 is made smaller than the diffusion angle of the exit surface 14a inside the circle C3.
  • the upper incident surface 34d has a downward convex shape and is a convex lens.
  • FIGS. 13A and 13B show the optical paths when the exit surface 14a does not have the diffusing means of the present embodiment.
  • a circle C1 having a radius D1 is the same as that in the first embodiment.
  • the light L3A emitted from the LED element 12 and incident from the vicinity of the focal point of the upper incident surface 34d (convex lens) is refracted into light substantially parallel to the lens central axis AX.
  • Light L3B emitted from the LED element 12 and substantially parallel to the lens center axis AX is collected at the focal point. For this reason, the light is collected within the outer periphery of the convex shape and emitted from the emission surface 14a.
  • the difference in the light distribution shape of the light from the different LED elements 12A and 12B becomes large.
  • FIG. 12 shows an optical path when the diffusing means of the present embodiment is provided on the exit surface 14a. Since the light emitted from the different LED elements 12A and 12B and emitted through the emission surface 14a inside the circle C3 has a large difference in light distribution shape, the diffusion angle of the emission surface 14a inside the circle C3 is set. Since the size is increased, in this optical path, light diffuses on the exit surface 14a, and the color mixing property is improved. In addition, since the diffusion angle of the exit surface 14a outside the circle C3 and inside the circle C1 is reduced, light diffusion on the exit surface 14a is suppressed in the optical path passing through this portion, and the light distribution does not spread more than necessary.
  • FIGS. 14A and 14B show a light distribution curve when the diffusing unit of the present embodiment is provided
  • FIGS. 15A and 15B show a light distribution curve when the diffusing unit of the present embodiment is not provided.
  • FIGS. 14A and 15A show the case where the light passes through the emission surface 14a inside the circle C3.
  • FIGS. 14B and 15B show that the light is outside the circle C3 and the circle C1. A case where the light passes through the inner emission surface 14a is shown. Comparing FIG. 14 (a) and FIG.
  • the upper incident surface 14d is a convex surface
  • the light L3A incident on the upper incident surface 14d from the vicinity of the focal point of the convex lens formed by the convex surface is substantially parallel to the lens central axis AX, and the lens central axis AX.
  • the light L3B incident substantially in parallel is condensed at the focal point, and both are emitted from the emission surface 14a near the lens center axis AX, and the difference in the light distribution shape from the different LED elements 12A and 12B is large, resulting in color mixing. Since it is low, the diffusion angle of the exit surface 14a in the vicinity of the lens center axis AX is increased, so that the color mixing property can be improved and uneven color can be prevented.
  • the diffusion angle of the exit surface 14a of the portion where the light is emitted is reduced, so that the light distribution is not spread more than necessary.
  • the color mixing property can be improved with a minimum diffusion angle by increasing the diffusion of the central portion of the circle C1 and decreasing the diffusion of the peripheral portion of the circle C1.
  • FIG.16 (a) shows the upper surface of the light emitting unit with a lens
  • FIG.16 (b) shows the cross section of the unit.
  • a silicon-like sealing cap 19 may be provided on the LED element 12 emission surface side of the substrate 11.
  • the sealing cap 19 has a substantially semispherical shape.
  • the light colors of the LED elements 12 are not limited to four colors, but may be three colors by the three LED elements 12.
  • the present invention is based on Japanese Patent Application No. 2008-113516, and the contents thereof should be incorporated into the present invention as a result by referring to the specification and drawings of the above patent application.

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Abstract

　複数の光色のＬＥＤ素子を備えるレンズ付発光ユニットにおいて、狭角配光を可能とすると共に、混色性を向上する。レンズ付発光ユニット１０は、基板１１上に配置される複数の光色のＬＥＤ素子１２（１２Ａ～１２Ｄ）と、ＬＥＤ素子１２からの光を混色して出射する回転体形状のレンズユニット１３とを備える。レンズユニット１３の側方入射面１４ｃと上方入射面１４ｄとの任意の接点Ｐ１について、接点Ｐ１と最も離れたＬＥＤ素子１２Ａからの光が接点Ｐ１で屈折させられてなる光路Ｌ１と出射面１４ａとの交点Ｐ２を連続的に結んでなる円Ｃ１の内部の出射面１４ａの拡散角を、円Ｃ１の外部の出射面の拡散角よりも大きくした。これにより、狭角配光ができると共に、混色性を向上することができる。

Description

レンズ付発光ユニット
　本発明は、赤、青、緑などの複数の光色のＬＥＤ素子からの出射光を１つのレンズで混色させるレンズ付発光ユニットに関する。
　従来から赤、青、緑などの単色ＬＥＤからの光を色むら無く混色させる装置として、例えば、日本国特許公開平１０－２９００２８号公報に記載されているように、ＬＥＤからの出射光を全て、反射板に当てて多重反射させ、間接光のみを取り出すことによって光の混色性を向上する装置が知られている。また、例えば、日本国特許公開２００２－１３３９３２号公報に記載されているように、導光部材と拡散層を付加して、個々のＬＥＤからの光を導光部材の全反射を利用して一方向から出射させ、拡散層により均一に散乱性を高め、その出射光の混色性を向上する装置が提案されている。
　しかし、上述したような反射光を利用する混色では、反射回数が増加することによって混色性は向上するが、反射面での吸収があるため、出射光量は、反射回数が増加することにより低下する。さらに、出射光は、様々な角度での散乱がおこるため、広角配光となる。また、拡散層を微粒子などで形成したものは、その濃度によって拡散性は向上するが、透過率が低下する。さらに、出射光は、様々な角度での散乱が起こるため、広角配光となる。
　また、ＬＥＤ素子の広角配光を狭角配光に変化させて輝度を高めるものとして、例えば、日本国特許公開昭６０－１３０００１号公報に記載されているように、凸入射面と全反射面を組み合わせた集光レンズが提案されている。この集光レンズは、中央に配置されたＬＥＤ素子からのレンズ入射光を、反射面による全反射によってレンズ中心軸（光軸）に対して略平行光として出射させる光路と、凸入射面による屈折によって光軸に対して略平行光とし集光して出射させる光路の２種類の光路を有する。両光路により、光軸に対して略平行光が出射する狭角配光の光源ユニットが実現される。ＬＥＤ素子が一つの場合は、そのＬＥＤ素子を中央に配置することによって、ＬＥＤ素子から出射された光が凸入射面で屈折し、レンズ中心軸に対して対称な略平行光となって出射される。
　しかし、ＬＥＤ素子を複数にすると、中央に一つのＬＥＤ素子を配置することができない。そのため、集光レンズに複数の単色ＬＥＤ素子を適用した場合、複数の光色のＬＥＤ素子の位置が、レンズ中心軸に対してそれぞれ片側にずれ、それぞれのＬＥＤ素子から出射されて凸入射面を通過する光路がレンズ中心軸に対して非対称となり、色むらが生じる。また、凸入射面をフラットとしても、このような非軸対称性は残り、色むらが生じる。
　上記の問題点を解決するため、本発明の目的は、複数の光色のＬＥＤ素子を備えるレンズ付発光ユニットにおいて、狭角配光を可能とすると共に、混色性を向上することにある。
　上記目的を達成するために本発明は、基板と、前記基板上に配置される複数のＬＥＤ素子と、前記複数のＬＥＤ素子の略重心を通る前記基板の法線を回転対称軸とする回転体形状のレンズユニットと、を備え、前記複数のＬＥＤ素子には複数の光色のＬＥＤ素子が含まれ、前記レンズユニットが前記ＬＥＤ素子からの光を混色して出射するレンズ付発光ユニットであって、前記レンズユニットは、前記法線と直交する出射面と、前記出射面から基板に向かって凸状に延びる反射面と、前記反射面の基板側から前記出射面に折り返す側方入射面と、前記側方入射面の前記反射面と接していない端部をつなぐ上方入射面と、を備え、前記側方入射面と前記上方入射面との任意の接点について、前記接点と最も離れた前記ＬＥＤ素子からの光が前記接点で屈折させられてなる光路と前記出射面との交点を連続的に結んでなる円の内部の出射面の拡散角を、前記円の外部の出射面の拡散角よりも大きくしたものである。
　この構成によれば、側方入射面と上方入射面の任意の接点について、前記接点と最も離れた発光ダイオードパッケージからの光が前記接点で屈折させられてなる光路と出射面との交点を結んでなる円の内部の出射面上の部分の拡散角を前記円の外部の出射面上の部分の拡散角よりも大きくしたので、集光レンズによる狭角配光を可能としつつ、上方入射面に入射する光の混色が十分となり、発光ユニットの混色性を向上することができる。
　本発明は、上述の改良された発明において、前記上方入射面は、前記法線と直交する平面であり、前記円の内部の出射面の拡散角は、円の中心部分よりも円の周縁部分の方が大きいものである。
　この構成によれば、上方入射面が基板の法線と直交する平面である場合には、レンズ中心の混色性が高いため、当該部分の拡散を抑えることにより、集光性を向上させることができる。
　本発明は、上述の改良された発明において、前記上方入射面は、前記法線と直交する凸面であり、前記円の内部の出射面の拡散角は、円の中心部分よりも円の周縁部分の方が小さいものである。
　この構成によれば、上方入射面が基板の法線と直交する凸面である場合には、レンズ中心軸に対して略平行光が増加し、レンズ中心軸からずれた集光となるため最も混色性が低くなるが、円の中心部分の拡散を高め、円の周縁部分の拡散を低くすることにより最小限の拡散角で混色性を向上させることができる。
図１は本発明の第１の実施形態に係るレンズ付発光ユニットの上面図である。 図２（ａ）は同ユニットの上方入射面を通過する光路を示す図１のＸ－Ｘ’線断面図、図２（ｂ）は側方入射面を通過する光路を示す断面図である。 図３（ａ）は出射面に本実施形態の拡散手段が無い場合における上方入射面を通過する光路を示す断面図、図３（ｂ）は同場合における側方入射面を通過する光路を示す断面図である。 図４（ａ）は本発明の第１の実施形態に係るレンズ付発光ユニットにおける円の内部出射面透過光の配光曲線図、図４（ｂ）は同ユニットにおける円の外部出射面透過光の配光曲線図である。 図５（ａ）は出射面に本実施形態の拡散手段が無い場合における円の内部出射面透過光の配光曲線図、図５（ｂ）は同場合における円の外部出射面透過光の配光曲線図である。 図６は本発明の第２の実施形態に係るレンズ付発光ユニットの上面図である。 図７は同ユニットの図６のＸ－Ｘ’線断面図である。 図８（ａ）は出射面に本実施形態の拡散手段が無い場合における上方入射面を通過する光路を示す断面図、図８（ｂ）は同場合における上方入射面を通過するレンズ中心軸に対して略平行な光路を示す断面図である。 図９（ａ）は本発明の第２の実施形態に係るレンズ付発光ユニットにおける円の内部の中心部分の出射面透過光の配光曲線図、図９（ｂ）は同ユニットにおける円の内部の周縁部分の出射面透過光の配光曲線図である。 図１０（ａ）は出射面に本実施形態の拡散手段が無い場合における円の内部の中心部分の出射面透過光の配光曲線図、図１０（ｂ）は同場合における円の内部の周縁部分の出射面透過光の配光曲線図である。 図１１は本発明の第３の実施形態に係るレンズ付発光ユニットの上面図。 図１２は同ユニットの図１１のＸ－Ｘ’線断面図である。 図１３（ａ）は出射面に本実施形態の拡散手段が無い場合における上方入射面を通過する光路を示す断面図、図１３（ｂ）は同場合における上方入射面を通過するレンズ中心軸に対して略平行な光及び凸レンズ焦点を通過する光の光路を示す断面図である。 図１４（ａ）は本発明の第３の実施形態に係るレンズ付発光ユニットにおける円の内部の中心部分の出射面透過光の配光曲線図、図１４（ｂ）は同ユニットにおける円の内部の周縁部分の出射面透過光の配光曲線図である。 図１５（ａ）は出射面に本実施形態の拡散手段が無い場合における円の内部の中心部分の出射面透過光の配光曲線図、図１５（ｂ）は同場合における円の内部の周縁部分の出射面透過光の配光曲線図である。 図１６（ａ）は本発明のレンズ付発光ユニットの変形例の上面図、図１６（ｂ）は同変形例のＸ－Ｘ’線断面図である。
１０、２０、３０　レンズ付発光ユニット
１１　基板
１２　ＬＥＤ素子
１３、３３　レンズユニット
１４ａ　出射面
１４ｂ　反射面
１４ｃ　側方入射面
１４ｄ、３４ｄ　上方入射面
　以下、本発明を具体化した第１の実施形態に係るレンズ付発光ユニットについて説明する。図１は、本実施形態のレンズ付発光ユニットの上面を示し、図２（ａ）（ｂ）は、同ユニットの断面を示す。同図においてレンズ断面のハッチングは省いている（以下、同様）。レンズ付発光ユニット１０は、基板１１と、基板１１上に配置される複数のＬＥＤ素子１２Ａ乃至１２Ｄ（総称してＬＥＤ素子１２という）と、複数のＬＥＤ素子１２の略重心を通る基板１１の法線を回転対称軸とする回転体形状であるレンズユニット１３とを備える。複数のＬＥＤ素子１２には複数の光色のＬＥＤ素子１２が含まれ、レンズユニット１３がＬＥＤ素子１２からの光を混色して出射する。
　基板１１は、母材がガラスエポキシとアルミなどから成る板であり、ＬＥＤ素子１２の配線パターンが施されており、ＬＥＤ素子１２の配置面を提供する。ＬＥＤ素子１２は、順方向に電圧を加えた際に発光する半導体素子である。複数のＬＥＤ素子１２Ａ乃至１２Ｄの光色は、例えば、それぞれ赤色（Ｒ）、青色（Ｂ）、緑色（Ｇ）、黄色（Ｙ）などであり、このように全て互いに異なる光色であってもよいし、同じ光色のＬＥＤ素子が含まれていてもよい。複数のＬＥＤ素子を１つのパッケージに収納して、発光ダイオードパッケージを構成したものを用いてもよい。レンズユニット１３は、アクリル又はガラスなどの透光性の材質からなり、ＬＥＤ素子１２の前面に配置されてＬＥＤ素子１２からの光を集光する機能と拡散する機能とを有する。
　レンズユニット１３は、集光レンズであり、この集光レンズは、日本国特許公開昭６０－１３０００１号公報に記載のものであって、基板１１の法線と直交する出射面１４ａと、出射面１４ａから基板１１に向かって凸状に延びる反射面１４ｂと、反射面１４ｂの基板１１側から出射面１４ａに折り返す側方入射面１４ｃと、側方入射面１４ｃの反射面１４ｂと接していない端部をつなぐ上方入射面１４ｄとを備える。出射面１４ａは、レンズユニット１３に入射した光をレンズユニット１３外部に取り出すように設計した面である。出射面１４ａは、拡散シートの貼付、又は、凹凸形状の形成などによって拡散機能が付与される。反射面１４ｂは、全反射面、すなわち、屈折率が大きい媒質から小さい媒質に光が入射するときに、入射光が異なる媒質の境界面を透過せず全て反射するように、面の傾斜を入射角が臨界角以上になるように設計した面である。反射面１４ｂには、漏れ光をさらに無くすため、反射部材を設けてもよい。反射部材は、光を反射するように銀蒸着や多層膜処理を施したものなどがある。側方入射面１４ｃは、ＬＥＤ素子１２の配置面に対して略垂直な面とすることによって、入射した光がほぼ全て反射面１４ｂに到達するように設計した面である。上方入射面１４ｄは、ＬＥＤ素子１２の配置面に対して略平行であり、この面を入射した光はほぼ全て出射面１４ａに到達するよう設計した面である。
　側方入射面１４ｃと上方入射面１４ｄとの任意の接点Ｐ１について、接点Ｐ１と最も離れたＬＥＤ素子１２Ａからの光が接点Ｐ１で屈折させられてなる光路Ｌ１と出射面１４ａとの交点Ｐ２を連続的に結んでなる半径Ｄ１の円Ｃ１の内部の出射面１４ａの拡散角を、円Ｃ１の外部の出射面１４ａの拡散角よりも大きくしている。拡散角とは、平行光を入射した場合、出射される光が広がる角度のことであり、その角度は、中心光度の１／２ビーム角で定義される。出射面１４ａに異なる拡散角を設ける手段としては、ミクロオーダーの凹凸形状を表面に設けた拡散角の異なる拡散シート、又は、拡散材の濃度による拡散角の異なる拡散シートを用いてもよいし、レンズユニット１３の表面に直接異なる形状の凹凸形状を設けてもよい。この凹凸形状は、球面形状でも楕円曲線、双曲線、放物線、サイン（ｓｉｎ）曲線を軸回転させたものでもよい。
　ここで、出射面１４ａに本実施形態の拡散手段が無い場合について説明する。図３（ａ）（ｂ）は、出射面１４ａに本実施形態の拡散手段が無い場合の光路を示す。図３（ｂ）に示すように、ＬＥＤ素子１２から出射され、側方入射面１４ｃを通過する光は、レンズ１３内の反射面１４ｂで一度全反射されてレンズ中心軸ＡＸに略平行になって半径Ｄ１の円Ｃ１外部の出射面１４ａを通過して出射される。この光路では、異なるＬＥＤ素子１２Ａ、１２Ｂから出射される光の配光でのズレはほとんど無い。それに対し、図３（ａ）に示すように、ＬＥＤ素子１２から出射され、上方入射面１４ｄを通過する光は、ＬＥＤ素子１２自身の配光で、円Ｃ１内部の出射面１４ａを通過して出射される。この光路では、異なるＬＥＤ素子１２Ａ、１２Ｂのレンズ中心軸ＡＸからの位置ズレが、配光でのズレとなる。配光でのズレのために、互いに異なる色光を出射する複数のＬＥＤ素子１２Ａ、１２Ｂからの光の混色が低く、本実施形態の拡散手段が無い場合、色むらが生じる。
　一方、出射面１４ａに本実施形態の拡散手段が有る場合について説明する。図２（ａ）（ｂ）は、出射面１４ａに本実施形態の拡散手段が有る場合の光路を示す。図２（ｂ）に示すように、ＬＥＤ素子１２から出射され、側方入射面１４ｃを通過する光は、反射面１４ｂで全反射されて円Ｃ１外部の出射面１４ａを通過して出射される。円Ｃ１外部の出射面１４ａの拡散角を大きくしないので、この光路では、出射面１４ａでの光の拡散が抑えられ、必要以上に配光が広がらない。それに対し、図２（ａ）に示すように、ＬＥＤ素子１２から出射され、上方入射面１４ｄを通過する光は、円Ｃ１内部の出射面１４ａを通過して出射される。この光は、反射面１４ｂを経由せず、混色性が低いことから、円Ｃ１内部の出射面１４ａの拡散角を大きくしたので、この光路では、出射面１４ａで光が拡散し、混色性が向上する。
　次に、レンズ付発光ユニット１０から出射される光の配光曲線を説明する。配光曲線は、光源や器具の空間の各方向への光度分布を示すものである。図４（ａ）（ｂ）は、本実施形態の拡散手段が有る場合の配光曲線、図５（ａ）（ｂ）は、本実施形態の拡散手段が無い場合の配光曲線を示し、横軸は、出射される光のレンズ中心軸ＡＸからの角度、縦軸は、その角度における光度である。図４（ａ）及び図５（ａ）は、光が円Ｃ１内部の出射面１４ａを通過する場合、図４（ｂ）及び図５（ｂ）は、光が円Ｃ１外部の出射面１４ａを通過する場合を示す。図４（ａ）と図５（ａ）を比較すると、光が円Ｃ１内部の出射面１４ａを通過する場合であって、出射面１４ａの拡散手段が有る場合は、無い場合に比べてＬＥＤ素子１２Ａ、１２Ｂの配光曲線の差異が小さくなっている。また、図４（ｂ）と図５（ｂ）を見ると、光が円Ｃ１外部の出射面１４ａを通過する場合、拡散手段の有無に関わらず、ＬＥＤ素子１２Ａと１２Ｂの配光曲線の差異が小さく、出射面１４ａの拡散手段が有ることによって配光がほとんど広げられていない。
　このように、本実施形態のレンズ付発光ユニット１０では、レンズユニット１３の反射面１４ｂで反射される光は、異なるＬＥＤ素子１２Ａ、１２Ｂから出射される光の配光でのズレがほとんど無いことから、その反射光が出射される部分の出射面１４ａの拡散角を大きくしないので、狭角配光が可能となる。また、レンズユニット１３の上方入射面１４ｄを通過する光は、異なるＬＥＤ素子１２Ａ、１２Ｂのレンズ中心軸ＡＸからのそれぞれの位置ズレが配光でのズレとなることから、その光が出射される部分の出射面１４ａの拡散角を大きくしたので、混色性を向上し、色むらを防ぐことができる。すなわち、集光レンズによる狭角配光を可能としつつ、上方入射面１４ｄに入射する光の混色が十分となり、レンズ付発光ユニット１０の混色性を向上することができる。
　次に、本発明を具体化した第２の実施形態に係るレンズ付発光ユニットについて説明する。図６は、本実施形態のレンズ付発光ユニットの上面を示し、図７は、同ユニットの断面を示す。本実施形態のレンズ付発光ユニット２０は、第１の実施形態と同様の構成を有すると共に、上方入射面１４ｄは、基板１１の法線と直交する平面であり、円Ｃ１の内部の出射面１４ａの拡散角は、円Ｃ１の中心部分よりも円Ｃ１の周縁部分の方を大きくしている。詳しくは、ＬＥＤ素子１２から上方入射面１４ｄを通過してレンズ中心軸ＡＸに略平行な光が出射面１４ａに到達する位置を連続して結んでなる円を、レンズ中心から距離Ｄ２の円Ｃ２とした場合、円Ｃ２内部の出射面１４ａの拡散角よりも、円Ｃ２外部かつ円Ｃ１内部の拡散角の方を大きくした。
　ここで、出射面１４ａに本実施形態の拡散手段が無い場合について説明する。図８（ａ）（ｂ）は、出射面１４ａに本実施形態の拡散手段が無い場合の光路を示す。図８（ａ）に示すように、半径Ｄ１の円Ｃ１については、第１の実施形態と同様である。それに対し、図８（ｂ）に示すように、ＬＥＤ素子１２から出射され、レンズ中心軸ＡＸに略平行な光Ｌ２は、上方入射面１４ｄに対して鉛直に入射するため、屈折率ｎと屈折角θに関するスネルの法則（ｎ・ｓｉｎθ＝n’・ｓｉｎθ’）により、境界面（上方入射面１４ｄ）でその出射角が変化することがなく、レンズ中心軸ＡＸに略平行なまま出射面１４ａに到達して出射される。ＬＥＤ素子１２は、発光面領域内で略一定の強度が出力され、配光形状は略ランバーティアン（Lambertian）形状となっていることから、この光路では、複数のＬＥＤ素子１２が中心軸対称に近接して配置されていれば、レンズ中心軸ＡＸ近傍の混色性は良くなる。
　一方、出射面１４ａに本実施形態の拡散手段が有る場合について説明する。図７は、出射面１４ａに本実施形態の拡散手段が有る場合の光路を示す。ＬＥＤ素子１２から出射され、レンズ中心軸ＡＸに略平行な光は、上方入射面１４ｄで出射角が変化せずに、円Ｃ２内部の出射面１４ａに到達して出射される。この光は混色性が良いことから、円Ｃ２内部の出射面１４ａの拡散角を大きくしないので、この光路では、出射面１４ａでの光の拡散が抑えられ、必要以上に配光が広がらない。また、ＬＥＤ素子１２から出射され、上方入射面１４ｄを通過するレンズ中心軸ＡＸに略平行でない光は、円Ｃ２外部かつ円Ｃ１内部の出射面１４ａを通過して出射される。この光は、上方入射面１４ｄで出射角が変化し、混色性が低いことから、円Ｃ２外部かつ円Ｃ１内部の出射面１４ａの拡散角を大きくしたので、この光路では、出射面１４ａで光が拡散し、混色性が向上する。
　次に、本実施形態のレンズ付発光ユニット２０から出射される光の配光曲線を説明する。図９（ａ）（ｂ）は、本実施形態の拡散手段が有る場合の配光曲線、図１０（ａ）（ｂ）は、本実施形態の拡散手段が無い場合の配光曲線を示す。図９（ａ）及び図１０（ａ）は、光が円Ｃ２内部の出射面１４ａを通過する場合、図９（ｂ）及び図１０（ｂ）は、光が円Ｃ２外部かつ円Ｃ１内部の出射面１４ａを通過する場合を示す。図９（ａ）と図１０（ａ）を見ると、光が円Ｃ２内部の出射面１４ａを通過する場合、拡散手段の有無に関わらず、ＬＥＤ素子１２Ａ、１２Ｂの配光曲線の差異が小さく、出射面１４ａの拡散手段が有ることによって配光がほとんど広げられていない。また、図９（ｂ）と図１０（ｂ）を比較すると、光が円Ｃ２外部かつ円Ｃ１内部の出射面１４ａを通過する場合であって、出射面１４ａの拡散手段が有る場合は、無い場合に比べてＬＥＤ素子１２Ａ、１２Ｂの配光曲線の差異が小さくなっている。
　このように、上方入射面１４ｄが平面である場合には、レンズ中心軸ＡＸに略平行に上方入射面１４ｄに入射する光Ｌ２は、略平行のままレンズ中心軸ＡＸ近傍の出射面１４ａから出射され、複数のＬＥＤ素子１２Ａ、１２Ｂの中心軸対称な近接配置により混色性が高いことから、レンズ中心軸ＡＸ近傍の出射面１４ａの拡散角を大きくしないので、必要以上に配光を広げないようにすることができる。また、それ以外の上方入射面１４ｄを通過する光は、混色性が低いことから、その光が出射される部分の出射面１４ａの拡散角を大きくしたので、混色性を向上し、色むらを防ぐことができる。すなわち、上方入射面１４ｄが基板１１の法線と直交する平面である場合には、レンズ中心の混色性が高いため、当該部分の拡散を抑えることにより、集光性を向上させることができる。
　次に、本発明を具体化した第３の実施形態に係るレンズ付発光ユニットについて説明する。図１１は、本実施形態のレンズ付発光ユニットの上面を示し、図１２は、同ユニットの断面を示す。本実施形態のレンズ付発光ユニット３０は、第１の実施形態と同様の構成を有すると共に、上方入射面３４ｄは、基板１１の法線と直交する凸面であり、円Ｃ１の内部の出射面１４ａの拡散角は、円Ｃ１の中心部分よりも円Ｃ１の周縁部分の方が小さい。詳しくは、ＬＥＤ素子１２から上方入射面３４ｄを通過してレンズ中心軸ＡＸに略平行な光が出射面１４ａに到達する位置を連続して結んで成る円を、レンズ中心から距離Ｄ３の円Ｃ３とした場合、円Ｃ３内部の出射面１４ａの拡散角よりも、円Ｃ３外部かつ円Ｃ１内部の拡散角の方を小さくした。上方入射面３４ｄは、下に凸の形状であり、凸レンズとなっている。
　ここで、出射面１４ａに本実施形態の拡散手段が無い場合について説明する。図１３（ａ）（ｂ）は、出射面１４ａに本実施形態の拡散手段が無い場合の光路を示す。図１３（ａ）に示すように、半径Ｄ１の円Ｃ１については、第１の実施形態と同様である。それに対し、図１３（ｂ）に示すように、ＬＥＤ素子１２から出射され、上方入射面３４ｄ（凸レンズ）の焦点近傍から入射した光Ｌ３Ａは、レンズ中心軸ＡＸに略平行な光に屈折される。ＬＥＤ素子１２から出射され、レンズ中心軸ＡＸに対して略平行な光Ｌ３Ｂは焦点に集光される。そのため、凸形状の外周内に光が集光されて、出射面１４ａから出射されるが、この光路では、異なるＬＥＤ素子１２Ａ、１２Ｂからの光の配光形状の違いが大きくなる。
　一方、出射面１４ａに本実施形態の拡散手段が有る場合について説明する。図１２は、出射面１４ａに本実施形態の拡散手段が有る場合の光路を示す。異なるＬＥＤ素子１２Ａ、１２Ｂから出射され、円Ｃ３内部の出射面１４ａを通過して出射される光は、互いの配光形状の違いが大きいことから、円Ｃ３内部の出射面１４ａの拡散角を大きくしたので、この光路では、出射面１４ａで光が拡散し、混色性が向上する。また、円Ｃ３外部かつ円Ｃ１内部の出射面１４ａの拡散角は小さくしたので、この部分を通過する光路では、出射面１４ａでの光の拡散が抑えられ、必要以上に配光が広がらない。
　次に、本実施形態のレンズ付発光ユニット３０から出射される光の配光曲線を説明する。図１４（ａ）（ｂ）は、本実施形態の拡散手段が有る場合の配光曲線、図１５（ａ）（ｂ）は、本実施形態の拡散手段が無い場合の配光曲線を示す。図１４及（ａ）び図１５（ａ）は、光が円Ｃ３内部の出射面１４ａを通過する場合、図１４及（ｂ）び図１５（ｂ）は、光が円Ｃ３外部かつ円Ｃ１内部の出射面１４ａを通過する場合を示す。図１４（ａ）と図１５（ａ）を比較すると、光が円Ｃ３内部の出射面１４ａを通過する場合であって、出射面１４ａの拡散手段が有る場合は、無い場合に比べてＬＥＤ素子１２Ａ、１２Ｂの配光曲線の差異が小さくなっている。また、図１４（ｂ）と図１５（ｂ）を見ると、光が円Ｃ３外部かつ円Ｃ１内部の出射面１４ａを通過する場合、拡散手段の有無に関わらず、ＬＥＤ素子１２Ａ、１２Ｂの配光曲線の差異が比較的小さく、出射面１４ａの拡散手段が有ることによって配光があまり広げられていない。
　このように、上方入射面１４ｄが凸面である場合には、凸面で形成される凸レンズの焦点近傍から上方入射面１４ｄに入射した光Ｌ３Ａはレンズ中心軸ＡＸに略平行となり、レンズ中心軸ＡＸに対して略平行に入射した光Ｌ３Ｂは焦点に集光し、どちらもレンズ中心軸ＡＸ近傍の出射面１４ａから出射され、異なるＬＥＤ素子１２Ａ、１２Ｂからの配光形状の違いが大きく、混色性が低いことから、レンズ中心軸ＡＸ近傍の出射面１４ａの拡散角を大きくしたので、混色性を向上し、色むらを防ぐことができる。また、それ以外の上方入射面１４ｄを通過する光は、混色性が低くないことから、その光が出射される部分の出射面１４ａの拡散角を小さくしたので、必要以上に配光を広げないようにすることができる。すなわち、上方入射面１４ｄが基板１１の法線と直交する凸面である場合には、レンズ中心軸に対して略平行光が増加し、レンズ中心軸ＡＸからずれた集光となるため最も混色性が低くなるが、円Ｃ１の中心部分の拡散を高め、円Ｃ１の周縁部分の拡散を低くすることにより最小限の拡散角で混色性を向上させることができる。
　次に、本発明のレンズ付発光ユニット１０、２０、３０の変形例について説明する。図１６（ａ）は、レンズ付発光ユニットの上面を示し、図１６（ｂ）は、同ユニットの断面を示す。ＬＥＤ素子１２の光取出し効率を改善するため、シリコン状の封止キャップ１９が基板１１のＬＥＤ素子１２出射面側に設けられることがあるが、この封止キャップ１９を略半円球形状にすることによって、ＬＥＤ素子１２からの配光形状は、やや集光されるものの、ほぼランバーティアン（Lambertian）形状となることから、前記の各実施形態の特徴はそのまま適用することができる。
　なお、本発明は、上記の実施形態の構成に限られず、種々の変形が可能である。例えば、ＬＥＤ素子１２の光色は、４色に限定されるものではなく、３つのＬＥＤ素子１２による３色であってもよい。
　本発明は、日本国特許出願２００８－１１３５１６に基づいており、その内容は、上記特許出願の明細書及び図面を参照することによって結果的に本発明に合体されるべきものである。
　また、本発明は、添付した図面を参照した実施の形態により十分に記載されているけれども、さまざまな変更や変形が可能であることは、この分野の通常の知識を有するものにとって明らかであろう。それ故、そのような変更及び変形は、本発明の範囲を逸脱するものではなく、本発明の範囲に含まれると解釈されるべきである。

Claims (3)

  1. １．　基板と、前記基板上に配置される複数のＬＥＤ素子と、前記複数のＬＥＤ素子の略重心を通る前記基板の法線を回転対称軸とする回転体形状のレンズユニットと、を備え、前記複数のＬＥＤ素子には複数の光色のＬＥＤ素子が含まれ、前記レンズユニットが前記ＬＥＤ素子からの光を混色して出射するレンズ付発光ユニットであって、
    　前記レンズユニットは、前記法線と直交する出射面と、前記出射面から基板に向かって凸状に延びる反射面と、前記反射面の基板側から前記出射面に折り返す側方入射面と、前記側方入射面の前記反射面と接していない端部をつなぐ上方入射面と、を備え、
    　前記側方入射面と前記上方入射面との任意の接点について、前記接点と最も離れた前記ＬＥＤ素子からの光が前記接点で屈折させられてなる光路と前記出射面との交点を連続的に結んでなる円の内部の出射面の拡散角を、前記円の外部の出射面の拡散角よりも大きくしたことを特徴とするレンズ付発光ユニット。
  2. ２．　前記上方入射面は、前記法線と直交する平面であり、
    　前記円の内部の出射面の拡散角は、円の中心部分よりも円の周縁部分の方が大きいことを特徴とする請求項１に記載のレンズ付発光ユニット。
  3. ３．　前記上方入射面は、前記法線と直交する凸面であり、
    　前記円の内部の出射面の拡散角は、円の中心部分よりも円の周縁部分の方が小さいことを特徴とする請求項１に記載のレンズ付発光ユニット。
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