WO2012008154A1

WO2012008154A1 - 照明装置

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Publication number: WO2012008154A1
Application number: PCT/JP2011/004011
Authority: WO
Inventors: 洋 ▲高▼鳥; 晃伸関; 紀之河原
Original assignee: 株式会社エンプラス
Priority date: 2010-07-14
Filing date: 2011-07-13
Publication date: 2012-01-19
Also published as: US8827491B2; CN103003621A; JPWO2012008154A1; CN103003621B; JP5736372B2; US20130114258A1

Abstract

　所定の位置に配置された被照射面における照度ムラの発生を抑制する照明装置。この照明装置では、出射面部（１０２）が、被照射面（８０１ａ）に対して直交し且つ照明用レンズ（１００）の中心軸を含む断面との交線である母線の断面に対する角度θの第１角度領域（－θ１≦θ≦θ１）において前記中心軸を回転軸として前記母線を回転させて形成された錐面である第１の出射面部（１０２ａ）と、出射面部（１０２）における前記角度θの全角度領域（０°≦θ＜３６０°）に第１の出射面部（１０２ａ）が形成された場合と比較して被照射面（８０１ａ）へ向けて出射される光束が多くなるように前記角度θの第２角度領域（θ１≦θ≦１８０°及び－１８０°≦θ≦－θ１）に形成された第２の出射面部（１０２ｂ）と、第１の出射面部（１０２ａ）と第２の出射面部（１０２ｂ）との段差により形成される第３の出射面部（１０２ｃ）と、を有する。

Description

照明装置

　本発明は、発光素子から出射された光の配光特性を制御する照明装置に関する。

　従来から、補助照明、天井照明またはショーケース用の照明等の用途には、特定の方向に光を照射することによって特定の領域を照明するスポット照明用の発光装置が用いられている。そして、近年、スポット照明用の発光装置の光源として、白色発光ダイオード（白色ＬＥＤ）が用いられている。

　白色発光ダイオードは、小型で電力効率が良く鮮やかな色の発光をする、半導体素子であるため球切れなどの心配がない、初期駆動特性が優れ、振動やオン・オフ点灯の繰り返しに強い、等の特徴を有する。

　現在の白色発光ダイオードの主流は蛍光体を用いた方式であり、この種の白色発光ダイオードは一般に青黄色系擬似白色発光ダイオードと称される。

　また、表示装置用の面光源装置として、シリンダ形状の照明用レンズを用いて、発光ダイオードから出射された光の配光特性を制御するものが知られている（例えば、特許文献１）。しかしながら、特許文献１の照明用レンズを用いた場合には、重量が重いので取り扱い難いという課題があるとともに、サイズが大きいので金型が高価になり、製造コストが増大するという課題がある。

　このような課題を解決するものとして、発光ダイオードの光軸に対して対称形状の照明用レンズを複数用いて、発光ダイオードから出射された光の配光特性を制御するものがある（例えば、特許文献２）。特許文献２では、発光ダイオードの出射側に複数の照明用レンズを配列し、発光ダイオードから出射された光を被照射面側に向かって集光させる。

　図１は、特許文献２の発光ダイオードの光軸に対して対称形状に形成した照明用レンズ１０を用いた照明装置１を示す図である。

　図１に示すように、照明装置１は、看板の絵または文字等を記載した互いに対向する被照射面１１ａ及び被照射面１１ｂを有する矩形状の被照射面部１１を有する。照明装置１において、図示しない発光ダイオードから出射された光は、照明用レンズ１０に入射し、照明用レンズ１０により配光特性を制御されて被照射面部１１に照射される。

特開２００９－２８９５０６号公報特開２００７－５２１８号公報

　しかしながら、特許文献２においては、発光ダイオードから出射された光を被照射面の全体、特に発光ダイオードから離れた位置まで十分に届かせるために配光を狭くする必要があり、隣り合う発光ダイオードの中間付近では照度ムラが生じるという問題がある。即ち、図１のｒ１の領域において照度ムラが生じる。

　本発明の目的は、入射した光を被照射面に向けてバランス良く振り分けて出射する複数の光束制御部材を、発光素子と組み合わせて所定の向きで配列することにより、所定の位置に配置された被照射面における照度ムラの発生を抑制することができる照明装置を提供することである。

　本発明の照明装置は、発光素子と、この発光素子から出射された光の進行方向を制御する光束制御部材とを備えるとともに、所定の間隔で配列される複数の発光装置と、前記光束制御部材から出射された光により照明される被照射面部と、前記被照射面部と対向するように配置される対向被照射面部と、有する照明装置であって、前記発光装置は、前記光束制御部材の中心軸が前記発光素子の光軸に合致するように前記光束制御部材及び前記発光素子が配置され、前記被照射面部は、前記光束制御部材から出射された光のうち、前記光軸に対して大きな角度で出射する光ほど前記被照射面部への入射角が小さくなるように配置され、前記光束制御部材は、前記発光素子から出射された光を入射する入射部と、前記入射部から入射した光の一部を全反射する全反射面部と、前記全反射面部で反射された光及び前記入射部から直接到達した光を所望の配光特性を有する光に制御して出射する出射面部と、を有し、前記入射部は、前記光束制御部材の前記発光素子に対向する底面を内部に凹ませた凹みの内天面に形成する第１の入射面部と、この第１の入射面部の外縁から前記凹みの開口縁の間に位置する第２の入射面部と、を有し、前記全反射面部は、前記底面と前記出射面部との間に、前記光軸を取り囲むように形成され、前記入射部のうちの主に前記第２の入射面部から入射した光を前記出射面部へ向けて全反射し、前記出射面部は、前記被照射面部に対して直交し且つ前記中心軸を含む断面との交線である母線の前記断面に対する角度θの第１角度領域（－θ１≦θ≦θ１）において、前記中心軸を回転軸として前記母線を回転させて形成された錐面である第１の出射面部と、前記出射面部における前記角度θの全角度領域（０°≦θ＜３６０°）に前記第１の出射面部が形成された場合と比較して、前記被照射面部と対向被照射面部のうち前記第１の出射面部側の一方へ向けて出射される光束が多くなるように前記角度θの第２角度領域（θ１≦θ≦１８０°及び－１８０°≦θ≦－θ１）に形成された第２の出射面部と、前記第１の出射面部と前記第２の出射面部との段差により形成される第３の出射面部と、を有する構成を採る。

　本発明によれば、発光素子から出射された光を被照射面に向けてバランス良く振り分ける複数の光束制御部材を、発光素子と組み合わせて所定の向きで配列することにより、所定の位置に配置された被照射面における照度ムラの発生を抑制することができる。

特許文献２の発光ダイオードの光軸に対して対称形状に形成したレンズを用いた照明装置を示す図本発明の実施の形態における光束制御部材の斜視図本発明の実施の形態における光束制御部材の平面図本発明の実施の形態における光束制御部材の側面図図３ＡのＡ－Ａ線断面図本発明の実施の形態における光束制御部材の正面図本発明の実施の形態における光束制御部材の底面図本発明の実施の形態における光束制御部材を用いた場合の発光装置からの出射光の進路を示す図従来の照明用レンズを用いた場合の光の進路の図４の各測定点における位置を示す図本発明の実施の形態における光束制御部材を用いた場合において、Ｙ軸＋側に第１の出射面部を配置した際の光の進路の図４の各測定点における位置を示す図本発明の実施の形態における光束制御部材を用いた場合において、Ｙ軸＋側に第２の出射面部を配置した際の光の進路の図４の各測定点における位置を示す図本発明の実施の形態に係る照明装置の正面図本発明の実施の形態に係る照明装置の平面図本発明の実施の形態における被照射面と出射面部とを平面視した図本発明の実施の形態における光束制御部材を収納したホルダーの側断面図本発明の実施の形態に係る照明装置の被照射面における照度の各測定点を示す図本発明の実施の形態に係る照明装置の被照射面及び対向被照射面における照度の各測定点における測定結果を示す図従来の照明用レンズを用いた場合の相対照度を示す図本発明の実施の形態に係る照明用レンズを用いた場合の第１の出射面部側の被照射面の相対照度を示す図本発明の実施の形態に係る照明用レンズを用いた場合の第２の出射面部側の対向被照射面の相対照度を示す図本発明の実施の形態における被照射面（対向被照射面）とＸ軸及びＺ軸との関係を示す図本発明の実施の形態における第１の出射面部側の被照射面における、従来の黒色ホルダーを使用した場合と比較した、照度上昇率を示す図本発明の実施の形態における第２の出射面部側の対向被照射面における、従来の黒色ホルダーを使用した場合と比較した、照度上昇率を示す図

　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。

　（実施の形態）
　（光束制御部材の構成）
　以下に、光束制御部材としての照明用レンズ１００の構成について、詳細に説明する。図２は、本発明の実施の形態に係る照明用レンズ１００の斜視図である。図３Ａは、本発明の実施の形態に係る照明用レンズ１００の平面図である。図３Ｂは、本発明の実施の形態に係る照明用レンズ１００の側面図である。図３Ｃは、図３ＡのＡ－Ａ線断面図である。図３Ｄは、本発明の実施の形態に係る照明用レンズ１００の正面図である。図３Ｅは、本発明の実施の形態に係る照明用レンズ１００の底面図である。なお、図３Ｄには、発光素子２００も共に示す。

　照明用レンズ１００は、入射面部１０１と、出射面部１０２と、全反射面部１０３と、鍔部１０４と、底面部１０５とを有する。

　照明用レンズ１００は、例えば、ＰＭＭＡ（ポリメタクリル酸メチル）、ＰＣ（ポリカーボネート）、ＥＰ（エポキシ樹脂）等の透明樹脂材料や透明なガラスで形成される。また、照明用レンズ１００は、中心軸Ｐ１が発光ダイオード等の発光素子２００の光軸に合致するように、発光素子２００が固定された図示しない基板上に取り付けられて発光装置を構成する（図３Ｄ参照）。また、照明用レンズ１００は、平面形状が円形形状である。

　入射面部１０１は、発光素子２００に対向する底面部１０５を内部に凹ませた凹み１１１の内面に形成され、中心軸Ｐ１の回りに回転対称となるように形成されている。また、入射面部１０１は、凹み１１１の内天面である第１の入射面部１０１ａと、第１の入射面部１０１ａから凹み１１１の開口縁まで延びるテーパ状円筒面である第２の入射面部１０１ｂとを有する。ここで、第２の入射面部１０１ｂは、第１の入射面部１０１ａ側の端縁の内径寸法よりも開口縁側の内径寸法の方が大径となるように、第１の入射面部１０１ａ側から開口縁側へ向かうにしたがって内径が漸増している。

　出射面部１０２は、平面に投影された形状が円形形状である。また、出射面部１０２は、平面に投影された円形の中心点から、中心軸Ｐ１に沿った方向の所定の高さに位置するとともに、外周部１１３よりも上方（被照射面側）に突出する頂点１１２と、頂点１１２から外周部１１３に向かって傾斜するとともに上方に凸形状に湾曲する第１の出射面部１０２ａと、平面に投影された円形の直径から、中心軸Ｐ１に沿った方向の所定の高さに位置する直線である稜線１１５と、稜線１１５から外周部１１３に向かって傾斜する第２の出射面部１０２ｂと、平面に投影された円形の直径と稜線１１５との間において、第１の出射面部１０２ａと第２の出射面部１０２ｂとの段差により形成される第３の出射面部１０２ｃとを有する。

　第１の出射面部１０２ａは、中心軸Ｐ１の回りに１８０°の角度範囲で形成された略半円錐の非球面であり、平面に投影された形状が半円形状である。

　第２の出射面部１０２ｂは、稜線１１５を形成する端部が頂点と同一高さになるように形成され、且つ、稜線１１５に直交する方向へ向かうにしたがって高さ（鍔部１０４の上面から中心軸Ｐ１に沿った方向の高さ）を漸減させるように形成された傾斜面であって、中心軸Ｐ１の回りに１８０°の角度範囲で形成されたシリンダ形状（稜線１１５に直交する方向には曲率を有し、稜線１１５と平行な方向には曲率を有さない形状）を有する。なお、第２の出射面部１０２ｂの形状は、シリンダ形状に限定されず、トロイダル形状（トーラス面）のような、第２の出射面部１０２ｂと中心軸Ｐ１を含む断面との第１交線、及び第２の出射面部１０２ｂと中心軸Ｐ１に直交する断面との第２交線がともに曲線となるように形成されてもよい。その際、特に頂点１１２近傍において中心軸Ｐ１に直交する断面では、第１交線の曲率半径よりも第２交線の曲率半径の方が大きくなるように形成されることが好ましい。

　また、第２の出射面部１０２ｂは、平面に投影された形状が第１の出射面部１０２ａと反対側の半円形状である。ここで、第２の出射面部１０２ｂが半円錐形状である場合、第２の出射面部１０２ｂと中心軸Ｐ１に直交する仮想平面１１６とのなす角β２は、第１の出射面部１０２ａの母線と中心軸Ｐ１に直交する仮想平面１１６とのなす角β１よりも大きくなっている（β２＞β１）（図３Ｂ参照）。

　第３の出射面部１０２ｃは、一対形成され、各々が中心軸Ｐ１を中心とする線対称の形状を有する。また、第３の出射面部１０２ｃは、図３Ｃ及び図３Ｄに示すように、正面側の形状が三角形状であり、中心軸Ｐ１に沿って立ち上がっている。

　全反射面部１０３は、底面部１０５の外周部から鍔部１０４の下面まで延びる外表面であり、中心軸Ｐ１を取り囲むように形成された回転対称面である。また、全反射面部１０３は、底面部１０５から鍔部１０４に向かうに従って外径が漸増しており、その母線が外側（中心軸Ｐ１から離れる側）へ凸の円弧状曲線を有する。

　鍔部１０４は、出射面部１０２の径方向外方側に突出して形成され、略円環状である。

　底面部１０５は、凹み１１１の開口縁の周囲に形成されたリング状の平面である。

　頂点１１２は、中心軸Ｐ１上に位置するように突出形成され、第１の出射面部１０２ａと、第２の出射面部１０２ｂと、第３の出射面部１０２ｃとに接している。

　図４は、照明用レンズ１００により配光特性を制御する場合の光の進路Ｓ１、Ｓ２を示す図である。図４において、Ｙ軸は、底面部１０５の延長線上であり、左方向が＋方向であり、右方向が－方向である。また、図４において、Ｚ軸は、発光素子２００の光軸であり、上方向が＋方向である。また、図４において、Ｘ軸は、Ｙ軸とＺ軸との交点を通るとともに、Ｙ軸及びＺ軸と直交する直線であり、紙面手前側が－方向であり、紙面奥側が＋方向である。また、図４において、Ｘ軸とＹ軸とＺ軸とが交わる交点を原点ａ（座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）＝（０．０００,０．０００,０．０００））とする。また、図４において、測定点ｅ、ｅ’は、Ｘ－Ｙ平面に平行で且つＸ－Ｙ平面からＺ軸方向に沿って２００ｍｍ離れて位置する測定面４００上の点である。また、図４において、進路Ｓ１は、光軸Ｚに対して左側に第１の出射面部１０２ａを配置した場合に、第１の出射面部１０２ａから出射される光の進路を示す。また、図４において、進路Ｓ２は、光軸Ｚに対して左側に第２の出射面部１０２ｂを配置した場合に、第２の出射面部１０２ｂから出射される光の進路を示す。

　上記の構成を有する照明用レンズ１００は、図４に示すように、発光素子２００から出射された光のうち、第１の入射面部１０１ａから入射した光が第１の出射面部１０２ａ及び第２の出射面部１０２ｂに直接到達するとともに、第２の入射面部１０１ｂに入射した光が全反射面部１０３で全反射されて集光された後に第１の出射面部１０２ａ及び第２の出射面部１０２ｂに到達する。

　第１の出射面部１０２ａからは、図示しない被照射面を照明する光（図４において進路Ｓ１の光）が出射される。

　第２の出射面部１０２ｂからは、図示しない被照射面に向かう光であって、且つ、第１の出射面部１０２ａから出射した光よりも光軸Ｚに直交する方向に拡げて被照射面を照明できる光（図４において進路Ｓ２の光）が出射される。第２の出射面部１０２ｂより出射される光は、従来の照明用レンズより出射される光、または第１の出射面部１０２ａより出射される光に比べて、光軸Ｚに対して、光が入射した側と反対側に向けて大きく屈折する。これにより、被照射面を広範囲に照明することができる。

　第３の出射面部１０２ｃからは、中心軸Ｐ１と直交する方向、且つ、発光素子２００から第３の出射面部１０２ｃまでの高さｈ（図３Ｄ参照）と同程度の高さの被照射面とその近傍を照明する光が出射される（図４において図示省略）。すなわち、第３の出射面部１０２ｃからは、発光素子２００から出射された光を狭い配光特性となるように制御する従来の光束制御部材を用いた場合の照明装置において暗くなり易い領域に向けて光が出射される。

　図５は、従来の照明用レンズを用いた場合の光の進路の図４の各測定点における位置を示す図である。また、図６は、本実施の形態の照明用レンズ１００を用いた場合において、Ｙ軸の＋側（図４において、Ｙ軸上の原点ａよりも左側の領域）に第１の出射面部１０２ａを配置した際の光の進路の図４の各測定点における位置を示す図である。また、図７は、本実施の形態の照明用レンズ１００を用いた場合において、Ｙ軸の＋側に第２の出射面部１０２ｂを配置した際の光の進路の図４の各測定点における位置を示す図である。

　第２の出射面部１０２ｂから出射される光の測定点ｅ’のＸ軸及びＹ軸の位置は（図７参照）、従来及び第１の出射面部１０２ａから出射される光の測定点ｅのＸ軸及びＹ軸の位置に比べて（図５及び図６参照）、Ｘ軸の－側（図４において、Ｘ軸上の原点ａよりも紙面に対して奥側）及びＹ軸の－側（図４において、Ｙ軸上の原点ａよりも右側）に大きくなっている。

　（照明装置の構成）
　以下に、照明装置８００の構成について、詳細に説明する。図８は、本発明の実施の形態に係る照明装置８００の正面図である。また、図９は、本発明の実施の形態に係る照明装置８００の平面図である。図８及び図９において、照明用レンズ１００－１～１００－５は、図２～図３Ｅに示す構成と同一である。なお、図８において、照明領域ｒ１１～ｒ１５は、照明用レンズ１００－１～１００－５からの出射光による被照射面８０１ａにおける照明領域を示す。

　照明用レンズ１００－１～１００－５は、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸のＸ軸に沿って配列され、被照射面８０１はＸ－Ｚ平面と平行に配置される。Ｚ軸は、照明用レンズ１００－３の中心軸Ｐ１と一致する。

　被照射面８０１ａは、Ｘ－Ｚ平面に平行であり、且つＸ－Ｚ平面からＹ軸の＋方向（図８において、Ｙ軸上のＹ軸とＺ軸との交点よりも紙面手前方向）に、例えば４０ｍｍ離れた位置に設けられる平面である。また、対向被照射面８０１ｂは、Ｘ－Ｚ平面に平行であり、且つＸ－Ｚ平面からＹ軸の－方向（図８において、Ｙ軸上のＹ軸とＺ軸との交点よりも紙面奥方向）に、例えば４０ｍｍ離れた位置に設けられる平面である。なお、Ｙ軸上の被照射面８０１ａ及び被照射面８０１ｂを設けるＸ－Ｙ平面からの距離は、上記の距離に限らず、任意の距離にすることができる。このように配置された被照射面８０１ａおよび対向被照射面８０１ｂを照射する光の入射角は、中心軸Ｐ１（光軸Ｚ）に対して大きな角度で照明用レンズ１００－１～１００－５から出射する光ほど小さくなる。

　照明装置８００は、図２～図３Ｅの構成を有する複数の照明用レンズ１００－１～１００－５と、発光素子２００－１～２００－５と、矩形状の被照射面部８０１とを有する。また、照明用レンズ１００－１～１００－５と発光素子２００－１～２００－５とにより発光装置８５０－１～８５０－５を構成する。また、被照射面部８０１は、被照射面８０１ａと、被照射面８０１ａと平行且つ被照射面８０１ａに対向して配置される対向被照射面８０１ｂとを有する。なお、照明装置８００において、配列する照明用レンズ１００－１～１００－５の数は５つに限らず、被照射面８０１ａ及び対向被照射面８０１ｂの面積に応じて、任意の数の照明用レンズ１００－１～１００－５を配列する。

　照明用レンズ１００－１～１００－５は、被照射面部８０１の図示しない仮想底面部と対向する位置において、被照射面部８０１の長手方向（図８において左右方向）に沿って、所定の間隔で複数設けられる。また、照明用レンズ１００－１～１００－５は、稜線１１５が照明用レンズ１００－１～１００－５の配列方向（図８において左右方向）と平行になるように配置するとともに、隣り合う照明用レンズ１００－１～１００－５において、発光素子２００の光軸に対して直交する平面上で１８０°回転させた状態で配置する。即ち、被照射面８０１ａ側に第１の出射面部１０２ａが位置する照明用レンズ１００－１、１００－３、１００－５と、被照射面８０１ａ側に第２の出射面部１０２ｂが位置する照明用レンズ１００－２、１００－４とが隣り合うように照明用レンズ１００－１～１００－５を配列する。

　具体的には、被照射面８０１ａを照明用レンズ１００－１～１００－５と対向する位置まで延長した仮想平面（以下「第１の仮想平面」と記載する）を設けた場合に、第１の出射面部１０２ａが第１の仮想平面と対向する配置（図８において第１の出射面部１０２ａを手前側に向けて配置）と、被照射面８０１ａを照明用レンズ１００－１～１００－５と対向する位置まで延長した場合の仮想平面（以下「第２の仮想平面」と記載する）を設けた場合に、第２の出射面部１０２ｂが第２の仮想平面と対向する配置（図８において第２の出射面部１０２ｂを手前側に向けて配置）とを、交互に繰り返すように配置する。即ち、照明用レンズ１００－１、１００－３、１００－５は、第１の出射面部１０２ａが第１の仮想平面と対向し、且つ第２の出射面部１０２ｂが第２の仮想平面と対向するように配置される。また、照明用レンズ１００－２、１００－４は、第１の出射面部１０２ａが第２の仮想平面と対向し、且つ第２の出射面部１０２ｂが第１の仮想平面と対向するように配置される。

　被照射面８０１ａ、対向被照射面８０１ｂは、看板の絵または文字等が記載されており、発光素子２００から出射された光により、照明用レンズ１００－１～１００－５を介して照明される。

　以上のように構成された照明装置８００は、被照射面８０１ａにおいて、照明用レンズ１００－１、１００－３、１００－５の第１の出射面部１０２ａ及び第２の出射面部１０２ｂにより、第１の出射面部１０２ａのみにより照明される場合に比べて広範囲（エリアｒ１１、エリアｒ１３及びエリアｒ１５）を照明することができる。また、照明装置８００は、対向被照射面８０１ｂにおいて、照明用レンズ１００－２、１００－４の第１の出射面部１０２ａ及び第２の出射面部１０２ｂにより、第１の出射面部１０２ａのみにより照明される場合に比べて広範囲を照明することができる。これにより、従来は十分に照明できなかった図１のｒ１の領域を照明することができるようになり、被照射面８０１ａ及び対向被照射面８０１ｂにおける照度ムラを防ぐことができる。

　また、照明装置８００は、第３の出射面部１０２ｃにより被照射面８０１ａ及び対向被照射面８０１ｂを照明することにより、被照射面８０１ａ及び対向被照射面８０１ｂにおいて助走距離を小さくすることができる。ここで、助走距離とは、光源から照明用レンズ１００を介して出射される光の照度が所定値以上となる位置と光源との距離である。通常、発光素子からの出射光の配光特性を狭めて光軸方向を明るく照らすようなスポット照明では、照射領域を狭くするので、発光素子から離れた位置にある被照射面の照度を上げることはできるものの、発光素子近辺の照度が低下して上記の助走距離が長くなる。しかしながら、本実施の形態では、第１の出射面部１０２ａ及び第２の出射面部１０２ｂに加えて、第３の出射面部１０２ｃから出射された光により被照射面８０１ａ及び対向被照射面８０１ｂを照明するので、上記の助走距離を短くすることができる。また、助走距離を短くすることにより、被照射面８０１ａ及び対向被照射面８０１ｂにおける額縁部分を狭くすることができる。

　（照明装置における出射面部と被照射面との位置関係）
　次に、出射面部１０２について、図１０を用い、被照射面部８０１と関連づけて説明する。図１０は、被照射面８０１ａと出射面部１０２とを平面視した図である。なお、図１０におけるＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸の座標軸は、図８におけるＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸の座標軸と一致する。

　第１の出射面部１０２ａは、被照射面８０１ａに直交し、且つ中心軸Ｐ１を含む断面Ｄ１との交線を母線Ｇとし、中心軸Ｐ１を回転軸として母線Ｇを回転させることにより形成される。このときの母線Ｇの回転領域は、被照射面８０１ａに直交し且つ中心軸Ｐ１を含む断面Ｄ１との角度θが、－θ１≦θ≦θ１（第１角度領域）の範囲であり、本実施の形態では、θ１＝９０°である。第１の出射面部１０２ａを形成する際の母線Ｇの回転領域は、被照射面８０１ａもしくはこれに対向配置される対向被照射面８０１ｂの大きさ等に応じて変更してもよい。なお、図１０では、中心軸Ｐ１からＹ軸の＋方向に延びる母線Ｇの回転領域である第１角度領域を決定し、第１の出射面部１０２ａが被照射面８０１ａ側に位置するように形成する場合について示したが、本実施の形態はこれに限らず、中心軸Ｐ１からＹ軸の－方向に延びる母線Ｇについて第１角度領域を決定し、第１の出射面部１０２ａが対向被照射面８０１ｂ側に位置するように形成してもよい。

　第２の出射面部１０２ｂは、出射面部１０２を平面視した場合の第１角度領域以外の領域（第２角度領域）内に形成される。この際、第２角度領域は、θ１≦θ≦１８０°及び－１８０°≦θ≦－θ１で表わされ、本発明の実施の形態では、θ１＝９０°である。また、第２の出射面部１０２ｂは、第１の出射面部１０２ａ側の被照射面部８０１へ向けて出射される光束が、θ１＝３６０°の範囲（出射面部１０２全面）に第１の出射面部１０２ａが形成された場合よりも多くなるように形成される。

　図１０に示す中心軸Ｐ１からＹ軸の＋側に延びる母線Ｇについて第１角度領域を決定し、第１の出射面部１０２ａが被照射面８０１ａ側に位置するように形成した場合、第１の出射面部１０２ａと第２の出射面部１０２ｂとの段差によって形成される第３の出射面部１０２ｃは、被照射面８０１ａと対向するように立ち上がって形成される。

　（ホルダーの構成）
　以下に、ホルダー９００の構成について、詳細に説明する。図１１は、照明用レンズ１００を収納した状態のホルダー９００の側断面図である。

　ホルダー９００は、透明であり、照明用レンズ１００を収納する収納部９０１と、開口端部９０２と、貫通孔９０３とを有する。

　収納部９０１は、照明用レンズ１００の鍔部１０４より下側を収納可能な大きさに形成される。

　開口端部９０２は、収納部９０１の内壁の上端部に形成され、収納部９０１の内径よりも大径に形成される。また、開口端部９０２は、照明用レンズ１００の鍔部１０４の下端部と当接して照明用レンズ１００の下方向への移動を規制する。

　貫通孔９０３は、収納部９０１の底部において上下方向に貫通して形成されるとともに、発光素子２００を挿通可能な大きさに形成される。

　上記の構成を有するホルダー９００は、発光素子２００及び照明用レンズ１００と共に基板９５０に取り付けられる。この状態において、発光素子２００から出射された光は、照明用レンズ１００を介して図１１の上方に出射されるとともに、照明用レンズ１００及び透明なホルダー９００を介して図１１の左右方向にも出射される。透明なホルダー９００内に入射する光は、主として照明用レンズ１００に入射されず漏れ光となるような、発光素子２００の光軸Ｚに対して大きな角度で発光素子２００から出射される低光度の光である。このような低光度の光であっても、被照射面８０１ａ及び対向被照射面８０１ｂ上の入射角の小さな領域（被照射面８０１ａおよび対向被照射面８０１ｂの発光素子２００に近い領域）にホルダー９００を介して照射することで、上記の領域における光量不足を補うことができる。これにより、発光素子２００から照明用レンズ１００及びホルダー９００を介して出射される光が所定値以上となる位置と、発光素子２００との助走距離を短くすることができる。なお、本実施の形態における透明なホルダー９００とこれを黒色としたホルダーとの比較は後述する。

　（照明装置における測定結果）
　次に、照明装置８００における照度の測定結果について、図１２及び図１３を用いて説明する。図１２は、照明装置８００の被照射面８０１ａにおける照度の各測定点を示す図である。また、図１３は、照明装置８００の被照射面８０１ａ及び対向被照射面８０１ｂにおける照度の各測定点における測定結果を示す図であり、単位はルクス（lx）である。図８及び図９に示すＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸の座標軸と、図１２に示すＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸の座標軸とは一致する。図１２において、Ｘ－Ｙ平面上に、被照射面８０１ａの下端部を配置し、発光素子２００の光軸をＺ軸とする。また、Ｘ－Ｙ平面とＺ軸との交点を原点Ｏとし、この原点ＯにおいてＺ軸に直交し、且つ被照射面８０１ａと平行な軸をＸ軸とする。なお、対向被照射面８０１ｂの測定結果は、被照射面８０１ａの測定結果と１ピッチずれるのみで略同一であるので、その説明を省略する。

　図１２の各測定点において、発光素子のみで照明した場合（以下「ケース１」と記載する）の被照射面の照度、従来の照明用レンズを介して照明した場合（以下「ケース２」と記載する）の被照射面の照度、本実施の形態の照明用レンズ１００を介して照明した場合（以下「ケース３」と記載する）の第１の出射面部１０２ａ側の被照射面８０１ａの照度と、ケース３の第２の出射面部１０２ｂ側の対向被照射面８０１ｂの照度とは、図１３に示すようになる。ここで、図１３は、Ｚ軸上に配置された発光素子２００の１つのみを点灯した場合の結果を示す。第１の出射面部１０２ａ側の被照射面とは、第１の出射面部１０２ａと対向する第１の仮想平面上の被照射面である。

　図１３より、光軸Ｚ上において、ケース１に比べてケース２の方が発光素子から遠い位置の照度が高くなっており、従来の照明用レンズによってＺ軸上における照度の均一性は向上していることがわかる。しかしながら、図１に示される暗部（複数の発光素子２００を点灯させた場合の発光素子２００のピッチ間の暗部（図１の領域ｒ１））を解消するには、Ｘ軸方向においても照度の均一性を向上させる必要がある。本実施の形態の照明用レンズ１００を用いることによって、Ｘ軸方向の照度の均一性も向上していることは、光軸Ｚ及び発光素子２００の双方から離れた測定点ｄにおいて、ケース３の方が、ケース１及びケース２に比べて、照度が上がっていることより明らかである。これより、本実施の形態では、Ｘ軸方向およびＺ軸方向ともに、従来に比べて照度の均一性が向上していると言える。

　具体的には、測定点ａにおいて、ケース３の第１の出射面部１０２ａ側の被照射面の照度は、ケース２に比べて、１２７％の上昇率を示し、ケース３の第２の出射面部１０２ｂ側の被照射面の照度は、ケース２に比べて、１４６％の上昇率を示す。また、測定点ｄにおいて、ケース３の第１の出射面部１０２ａ側の被照射面の照度は、ケース２に比べて、１３７％の上昇率を示し、ケース３の第２の出射面部１０２ｂ側の被照射面の照度は、ケース２に比べて、１４１％の上昇率を示す。

　次に、照明装置８００における照度の測定結果について、図１４～図１６を用いて、さらに詳細に説明する。図１４は、従来の照明用レンズを用いた場合の相対照度を示す図である。また、図１５は、本実施の形態の照明用レンズ１００を用いた場合の第１の出射面部１０２ａ側の被照射面８０１ａの相対照度を示す図である。また、図１６は、本実施の形態の照明用レンズ１００を用いた場合の第２の出射面部１０２ｂ側の対向被照射面８０１ｂの相対照度を示す図である。図１４～図１６において、相対照度は、図１４の従来の照明用レンズを用いた場合の照度の最大値を１００％とした場合の割合を示す。また、図１４～図１６において、Ｘ軸及びＺ軸は、図１２と同一であるので、その説明を省略する。

　図１４より、従来は、相対照度が２５％以上の領域（図１４において太線部分）はＸ軸上の座標０～約６５の狭い範囲に集中している。一方、図１５及び図１６より、本実施の形態は、相対照度の最大値は従来に比べて低いものの、相対照度が２５％以上の領域（図１５及び図１６において太線部分）はＸ軸上の座標０～約７５の広範囲になる。また、本実施の形態において、相対照度の最大値が従来に比べて低い点については、従来の過剰な照度を低下し、その分広範囲のエリアを照明するものであって、被照射面及び対向被照射面における照度の著しい低下を招くことはない。

　（ホルダーにおける測定結果）
　次に、図１１に示す透明なホルダー９００を用いた場合の照度の測定結果について、図１７～図１９を用いて説明する。図１７は、被照射面８０１ａ（対向被照射面８０１ｂ）とＸ軸及びＺ軸との関係を示す図である。また、図１８は、第１の出射面部１０２ａ側の被照射面８０１ａにおける、従来の黒色ホルダーを使用した場合と比較した、照度上昇率を示す図である。また、図１９は、第２の出射面部１０２ｂ側の対向被照射面８０１ｂにおける、従来の黒色ホルダーを使用した場合と比較した、照度上昇率を示す図である。図１７において、被照射面８０１ａの下端縁を、三次元の互いに直交するＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸のＸ－Ｙ平面上に配置する。また、図１７において、Ｚ軸は、発光素子２００の光軸である。また、Ｘ－Ｙ平面とＺ軸との交点を原点とし、座標（０，０，０）とする。また、発光素子２００の発光中心を座標（０，０，－１５）とする。被照射面８０１ａ及び対向被照射面８０１ｂを、Ｘ－Ｚ平面に対して対称に配置する。本実施の形態においては、被照射面８０１ａは、Ｘ－Ｚ平面に平行なＸ－Ｚ平面からＹ軸の＋方向に４０ｍｍ離れた平面である。また、対向被照射面８０１ｂは、Ｘ－Ｚ平面に平行なＸ－Ｚ平面からＹ軸の－方向に４０ｍｍ離れた平面である。

　図１７～図１９より、基板１９００に実装される発光素子２００の周辺である、Ｚ軸座標が０～１７０までの範囲で従来よりも照度が上昇する。

　黒色ホルダーを使用する従来では、発光素子２００の周辺全体が暗く、照明用レンズ１００から出射された光が被照射面８０１ａ（対向被照射面８０１ｂ）に当たり始めた付近に輝線（図１７上に破線で示す線）が生じる。この場合、照射光量の少ない領域と照明用レンズ１００から出射された光が被照射面８０１ａ（対向被照射面８０１ｂ）に当たり始める領域とのコントラストが強いため、上記の輝線が目立つ。これに対して、本実施の形態のようにホルダー９００を透明な材料で形成した場合は、発光素子２００周辺の照度を上げることができるので、上記のコントラストが弱まり、輝線も認識し難くなる。従って、輝線が認識し難くなったことにより、この領域も表示領域として使用することができるため、被照射面における額縁部分を狭くすることができる。

　（本実施の形態の効果）
　このように、本実施の形態では、入射した光を被照射面に向けてバランス良く振り分けて出射する複数の光束制御部材を、発光素子と組み合わせて所定の向きで配列することにより、出射面部から出射される光を広範囲に拡げることができ、照度ムラの発生を抑制することができる。

　また、本実施の形態によれば、発光素子から出射されて入射した光の一部を、光軸と平行な壁面である第３の出射面部より出射させることにより、助走距離を短くして、被照射面における額縁部分を狭くすることができるので、被照射面において絵または文字等を記載するスペースの自由度を高めることができる。

　また、本実施の形態によれば、照明用レンズを収納するホルダーを透明にすることにより、本発明の照明装置に用いられる発光装置から発光装置近傍の被照射面を照明する光を出射させることができるので、照明用レンズをホルダーに収納した場合でも助走距離を短くすることができる。

　また、本実施の形態によれば、透明なホルダーを介して被照射面を照明することにより、被照射面のコントラストを弱めることができるので、被照射面における額縁部分を狭くすることができ、被照射面において絵または文字等を記載するスペースの自由度を高めることができる。

　なお、上記の実施の形態において、対向する被照射面と対向被照射面とを発光装置により照明したが、本発明はこれに限らず、１つの被照射面を発光装置により照明してもよい。この場合、全ての照明用レンズを、発光装置により照明する被照射面側に第１の出射面部が位置するように配列する。また、照明される被照射面と対向する対向被照射面には反射板を設けることにより、被照射面の照度を高めることができる。また、上記の実施の形態において、照明用レンズをホルダーに収納して基板に取り付けたが、本発明はこれに限らず、照明用レンズを直接基板に取り付けてもよい。

　また、被照射面に対する照明用レンズの出射面部の向きが、第１の出射面部と第２の出射面部とが交互に配列される場合について示したが、本発明はこれに限らず、全ての照明用レンズの第１の出射面部を被照射面側に向けて配列してもよい。また、全ての照明用レンズの第１の出射面部を反射板を設けた対向被照射面側に向けて配置し、照明用レンズから直接照射される光と反射板からの反射光とで被照射面を照明することができる。

　２０１０年７月１４日出願の特願２０１０－１５９８５２の日本出願に含まれる明細書、図面および要約書の開示内容は、すべて本願に援用される。

　本発明にかかる照明装置は、発光素子から出射された光の配光特性を制御するのに好適である。

　１００－１～１００－５　照明用レンズ
　１０２ａ　第１の出射面部
　１０２ｂ　第２の出射面部
　１０２ｃ　第３の出射面部
　２００－１～２００－５　発光素子
　８５０－１～８５０－５　発光装置
　８００　照明装置
　８０１　被照射面部
　８０１ａ　被照射面

Claims

　発光素子と、この発光素子から出射された光の進行方向を制御する光束制御部材と、を備えるとともに、所定の間隔で配列される複数の発光装置と、
　前記光束制御部材から出射された光により照明される被照射面部と、
　前記被照射面部と対向するように配置される対向被照射面部と、
　を有する照明装置であって、
　前記発光装置は、
　前記光束制御部材の中心軸が前記発光素子の光軸に合致するように前記光束制御部材及び前記発光素子が配置され、
　前記被照射面部は、
　前記光束制御部材から出射された光のうち、前記光軸に対して大きな角度で出射する光ほど前記被照射面部への入射角が小さくなるように配置され、
　前記光束制御部材は、
　前記発光素子から出射された光を入射する入射部と、
　前記入射部から入射した光の一部を全反射する全反射面部と、
　前記全反射面部で反射された光及び前記入射部から直接到達した光を所望の配光特性を有する光に制御して出射する出射面部と、
　を有し、
　前記入射部は、
　前記光束制御部材の前記発光素子に対向する底面を内部に凹ませた凹みの内天面に形成する第１の入射面部と、この第１の入射面部の外縁から前記凹みの開口縁の間に位置する第２の入射面部と、
　を有し、
　前記全反射面部は、
　前記底面と前記出射面部との間に、前記光軸を取り囲むように形成され、前記入射部のうちの主に前記第２の入射面部から入射した光を前記出射面部へ向けて全反射し、
　前記出射面部は、
　前記被照射面部に対して直交し且つ前記中心軸を含む断面との交線である母線の前記断面に対する角度θの第１角度領域（－θ１≦θ≦θ１）において、前記中心軸を回転軸として前記母線を回転させて形成された錐面である第１の出射面部と、
　前記出射面部における前記角度θの全角度領域（０°≦θ＜３６０°）に前記第１の出射面部が形成された場合と比較して、前記被照射面部と対向被照射面部のうち前記第１の出射面部側の一方へ向けて出射される光束が多くなるように前記角度θの第２角度領域（θ１≦θ≦１８０°及び－１８０°≦θ≦－θ１）に形成された第２の出射面部と、
　前記第１の出射面部と前記第２の出射面部との段差により形成される第３の出射面部と、
　を有する照明装置。
　前記第２の出射面部は、
　前記中心軸から端部に近づくほど前記段差が大きくなるように形成される請求項１記載の照明装置。
　前記θ１が９０°である請求項１記載の照明装置。
　前記被照射面部および前記対向被照射面部のうちの一方が光透過面であり、他方が反射面である請求項１記載の照明装置。
　前記被照射面部側に前記第１の出射面部が位置する前記発光装置と、前記被照射面側に前記第２の出射面部が位置する前記発光装置とが、隣り合うように配列された
　請求項１記載の照明装置。
　複数の前記発光装置は、全て、前記被照射面部または前記対向被照射面部側に前記第１の出射面部が位置するように配列された
　請求項１記載の照明装置。
　前記光束制御部材を収納する透明なホルダーをさらに有する請求項１記載の照明装置。