WO2012176393A1 - 光束制御部材、発光装置および照明装置 - Google Patents

光束制御部材、発光装置および照明装置 Download PDF

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light
emitting element
cross
incident
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恭平 山田
紀之 河原
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株式会社エンプラス
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    • F21V5/04—Refractors for light sources of lens shape
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    • G02—OPTICS
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    • G—PHYSICS
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21Y—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES F21K, F21L, F21S and F21V, RELATING TO THE FORM OR THE KIND OF THE LIGHT SOURCES OR OF THE COLOUR OF THE LIGHT EMITTED
    • F21Y2115/00—Light-generating elements of semiconductor light sources
    • F21Y2115/10—Light-emitting diodes [LED]

Definitions

  • the present invention relates to a light flux controlling member that controls light distribution of light emitted from a light emitting element.
  • the present invention also relates to a light emitting device having the light flux control member and a lighting device having the light emitting device.
  • LEDs light emitting diodes
  • the illuminance is significantly different between the position immediately below the light source (light emitting diode) and the position away from the light source. Therefore, when one light emitting diode is used to illuminate a wide illuminated surface, the illuminance is greatly different between immediately below the light source and the peripheral portion of the illuminated surface.
  • a method of uniformly illuminating a wide illuminated surface using light emitting diodes it is conceivable to arrange a large number of light emitting diodes closely. However, such a method is not preferable from the viewpoint of energy saving.
  • Patent Document 1 describes a light emitting element unit that includes a light emitting element and a lens unit that spreads the distribution of light from the light emitting element.
  • the lens unit has an incident surface on which light from the light emitting element is incident, and an exit surface that spreads the light incident from the incident surface.
  • the shape of the lens portion is rotationally symmetric (circularly symmetric) with the optical axis of the light emitting element as the central axis. Therefore, the shape of the lens portion when viewed in plan is circular.
  • the irradiation range of light is substantially circular. Therefore, when light is irradiated to a rectangular-shaped to-be-irradiated surface using the light emitting element unit of patent document 1, there exists a possibility that four corners of a to-be-irradiated surface may become dark. Further, if light is to be sufficiently irradiated to the four corners of the surface to be irradiated, the light is spread more than necessary to generate useless light.
  • An object of the present invention is to provide a light flux controlling member capable of uniformly and efficiently irradiating light emitted from a light emitting element onto a polygon (n-gon: n is an integer of 3 or more) shaped surface to be irradiated. It is. Another object of the present invention is to provide a light emitting device having the light flux controlling member and a lighting device having the light emitting device.
  • the light flux controlling member of the present invention is a light flux controlling member for controlling the light distribution of light emitted from the light emitting element, and the light incident surface from which the light emitted from the light emitting element is incident, and the light incident from the light incident surface And an emitting surface for emitting the light toward the n-angular irradiated surface, and the incident surface is at a position corresponding to the light emitting element at the bottom opposite to the emitting surface with respect to the bottom It is a pyramidal surface formed in a concave shape, and the boundary of each surface of the pyramidal surface is a pyramidal surface that is an R surface, and the shape of the cross section orthogonal to the optical axis of the light emitting element of the incident surface is The shape is substantially similar to the shape of the light receiving surface, and in the cross section orthogonal to the optical axis of the light emitting element of the light emitting surface, adjacent ones of n corners corresponding to n angles of the light receiving surface The straight lines connecting the corners have a cross section ortho
  • the cross section of the emission surface that is substantially parallel to the corresponding side and orthogonal to the optical axis of the light emitting element is one of n angles corresponding to n angles of the surface to be illuminated in the cross section of the emission surface.
  • the configuration is the same as or included in an n-gon formed by straight lines connecting adjacent corners of.
  • the light emitting device of the present invention includes the light flux controlling member and the light emitting element, and the light flux controlling member is arranged such that the optical axis of the light emitting element passes through the apex of the pyramidal surface.
  • An illumination device includes the light emitting device and a polygonal light receiving surface to which light from the light emitting device is irradiated, and the light emitting device has an optical axis of the light emitting element and the light receiving surface It is arranged to be orthogonal to each other.
  • the light emitting device having the light flux controlling member of the present invention can uniformly and efficiently irradiate the light emitted from the light emitting element to the polygonal light receiving surface. Moreover, the illuminating device of this invention can illuminate light uniformly and efficiently on the polygon-shaped to-be-irradiated surface.
  • FIG. 1A is a top perspective view of the illumination lens of Embodiment 1
  • FIG. 1B is a bottom perspective view of the illumination lens of Embodiment 1.
  • FIG. 2A is a plan view of the illumination lens of Embodiment 1
  • FIG. 2B is a bottom view of the illumination lens of Embodiment 1.
  • FIG. 3A is a cross-sectional view taken along the line AA shown in FIG. 2A
  • FIG. 3B is a cross-sectional view taken along the line BB shown in FIG. 2A
  • FIG. 3C is a cross-sectional view taken along the line CC shown in FIG. It is sectional drawing of a line.
  • It is a bottom view of the lens for illumination of Embodiment 1 for demonstrating a roughening area
  • FIG. 3A is a top perspective view of the illumination lens of Embodiment 1
  • FIG. 1B is a bottom perspective view of the illumination lens of Embodiment 1.
  • FIG. 2A is a
  • FIG. 3C is a cross-sectional view taken along the line DD shown in FIG. 3B. It is sectional drawing of the lens for illumination which has an entrance plane which does not contain R surface.
  • FIG. 7A is a view showing an illuminance distribution when the lens for illumination of Embodiment 1 is used.
  • FIG. 7B is a view showing the illuminance distribution when the conventional lens for illumination is used.
  • FIG. 8A is a plan view of a conventional illumination lens
  • FIG. 8B is a bottom view of the conventional illumination lens
  • FIG. 8C is a cross-sectional view taken along line FF shown in FIG. 8A.
  • FIG. 9A is a top perspective view of a comparative illumination lens
  • FIG. 9B is a bottom perspective view of a comparative illumination lens.
  • FIG. 10A is a top perspective view of a comparative illumination lens
  • FIG. 10B is a bottom perspective view of a comparative illumination lens
  • FIG. 11A is a top perspective view of the comparative illumination lens
  • FIG. 11B is a bottom perspective view of the comparative illumination lens
  • FIG. 12A is a top perspective view of the comparative illumination lens
  • FIG. 12B is a bottom perspective view of the comparative illumination lens
  • FIG. 13A is a top perspective view of a comparative illumination lens
  • FIG. 13B is a bottom perspective view of a comparative illumination lens.
  • FIG. 1 is a perspective view of a lighting device of Embodiment 1
  • FIG. 15A is a graph showing the light distribution of the light emitting device of the first embodiment
  • FIG. 15A is a graph showing the light distribution of the light emitting device of the first embodiment
  • FIG. 15B is a side view of the lighting device of the first embodiment.
  • 16A is a plan view of the illumination lens of Embodiment 2
  • FIG. 16B is a bottom view of the illumination lens of Embodiment 2.
  • FIG. FIG. 10 is a side view of the illumination lens of Embodiment 2;
  • 18A is a cross-sectional view taken along the line AA shown in FIG. 16A
  • FIG. 18B is a cross-sectional view taken along the line BB shown in FIG. 16A
  • FIG. 18C is a cross-sectional view taken along the line CC shown in FIG. It is sectional drawing of a line.
  • 19A is a cross-sectional view taken along line DD shown in FIG. 18B, and FIG.
  • FIG. 19B is a cross-sectional view taken along line EE shown in FIG. 18B.
  • FIG. 20A is a view showing illuminance distribution when the lens for illumination of Embodiment 2 is used.
  • FIG. 20B is a diagram showing an illuminance distribution when the lens for illumination of Embodiment 1 is used.
  • a "square-shaped to-be-irradiated surface” is a surface to which light is irradiated, Comprising: The surface whose irradiation range of light is square-shaped is meant. Therefore, the "square-shaped irradiated surface” is not limited to the square-shaped flat plate. For example, in the case where a circular flat plate is irradiated with light in a square shape, the surface irradiated with the light corresponds to the “square-shaped irradiated surface”.
  • Embodiment 1 [Configuration of lens for illumination and light emitting device] 1 to 5 are diagrams showing the configuration of the illumination lens 100 of the first embodiment.
  • FIG. 1A is a top perspective view of the illumination lens 100
  • FIG. 1B is a bottom perspective view of the illumination lens 100.
  • 2A is a plan view of the illumination lens 100
  • FIGS. 2B and 4 are bottom views of the illumination lens 100.
  • FIG. 3A is a cross-sectional view taken along the line AA shown in FIG. 2A
  • FIG. 3B is a cross-sectional view taken along the line BB shown in FIG. 2A
  • FIG. 3C is a cross-sectional view taken along the line CC shown in FIG. It is sectional drawing of a line.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view taken along line DD shown in FIG. 3B.
  • FIG. 3A the light emitting element 200 is also illustrated together with the lens 100 for illumination. That is, FIG. 3A is also a cross-sectional view of the light emitting device 300 of the first embodiment.
  • the illumination lens 100 is formed by integral molding.
  • the material of the illumination lens 100 is not particularly limited as long as it can pass light of a desired wavelength.
  • the material of the illumination lens 100 is a light transmitting resin such as polymethyl methacrylate (PMMA), polycarbonate (PC), epoxy resin (EP), or glass.
  • the illumination lens 100 is mounted on a substrate (not shown) to which the light emitting element 200 is fixed so that the central axis CA coincides with the optical axis of the light emitting element 200 (see FIG. 3A).
  • the flange 130 and the foot 140 are provided to fix the lighting lens 100 to the substrate.
  • the illumination lens 100 and the light emitting element 200 constitute a light emitting device 300.
  • the light emitting element 200 is, for example, a light emitting diode (LED) such as a white light emitting diode.
  • the incident surface 110 of the illumination lens 100 is an inner surface of a recess 111 formed on the bottom of the illumination lens 100 (located on the opposite side of the emission surface 120).
  • the shape of the recess 111 is a substantially square pyramidal shape. That is, the incident surface 110 is formed at a position corresponding to the light emitting element 200 at the bottom of the illumination lens 100, and is a quadrangular pyramid surface (a side surface of a quadrangular pyramid) concave with respect to the bottom of the illumination lens 100.
  • the shape of the opening of the recess 111 (the shape of the bottom of the quadrangular pyramid) is substantially similar to the shape of the light receiving surface (square).
  • the cross-sectional shape of the incident surface 110 at an arbitrary position in a direction (hereinafter also referred to as “horizontal direction”) orthogonal to the central axis CA of the illumination lens 100 (optical axis of light emitting element) The shape is similar to.
  • the “arbitrary position” is a position that crosses the flat surfaces 112 (surfaces other than the R surface 113 described later) of the recess 111.
  • the quadrangular pyramid is R-chamfered, and an R portion is formed at a corner of the horizontal cross section of the incident surface 110. Therefore, the shape of the cross section in the horizontal direction of the incident surface 110 is “substantially” similar to the shape (square) of the surface to be irradiated.
  • the boundaries (edges and apexes) of the flat surfaces 112 of the recess 111 are R surfaces 113 (see FIG. 2B). Therefore, the shape of the cross section in the horizontal direction in the vicinity of the top of the concave portion 111 is close to a circle with few linear portions.
  • the radius of the R surface 113 is not particularly limited as long as the illuminance unevenness of the surface to be irradiated can be prevented.
  • the radius of the R surface 113 is set as follows.
  • the radius of the inscribed circle having the points b1 and b2 as the contact points is the minimum of the R surface. It becomes a radius.
  • the radius of the R surface By making the radius of the R surface equal to or more than the above-described minimum radius, it is possible to suppress the occurrence of dark parts on the surface to be illuminated. In order to more reliably suppress the occurrence of dark parts, it is preferable to set the radius of the inscribed circle having points a1 and a2 shown in FIG.
  • the point a1 is an intersection point of the line segment OA1 and the incident surface S1
  • the point a2 is an intersection point of the line segment OA2 and the incident surface S2.
  • the region of the R surface is made larger than necessary and the shape of the incident surface 110 becomes close to a spherical surface, the emitted light in the vicinity of the optical axis can not be distributed to the peripheral direction of the irradiated surface, and the center of the irradiated surface A bright part occurs in the department.
  • the radius of the R surface of the vertex portion of the pyramidal surface has been described, the radius of the R surface of the ridgeline portion of the pyramid surface is the same.
  • the region near the apex (the region indicated by “E” in FIG. 4) is roughened.
  • the region near the apex (the region indicated by “E” in FIG. 4) is roughened.
  • the illumination lens 100 is disposed such that the central axis CA coincides with the optical axis of the light emitting element 200. At this time, the optical axis of the light emitting element 200 passes through the apex of the pyramidal surface (incident surface 110) (see FIG. 3A).
  • the exit surface 120 is located on the opposite side of the entrance surface 110 in the illumination lens 100.
  • the cross-sectional shape in the horizontal direction of the exit surface 120 (the cross-sectional shape in the direction orthogonal to the optical axis) is substantially similar to the shape (square) of the light receiving surface (see FIG. 5).
  • the positional relationship between the illumination lens 100 and the surface to be irradiated is determined by each straight line in the horizontal cross section of the incident surface 110 and each straight line in the horizontal cross section of the output surface 120 (C1-C2, C2-C3, C3-C3. C4, C4-C1) are arranged to be substantially parallel to the sides of the illuminated surface corresponding to those sides.
  • the flange 130 and the foot 140 support the illumination lens 100.
  • the flange 130 and the foot 140 are provided to fix the lighting lens 100 to the substrate. Therefore, the flange 130 and the foot 140 are not limited to the shape shown in the present embodiment, as long as the shape can achieve this purpose and does not adversely affect the optical performance.
  • the illumination lens 100 of the first embodiment it is possible to reduce the light traveling in the optical axis direction of the light emitting element 200 and to increase the light traveling toward the four corners of the surface to be irradiated. As a result, by using the lens 100 for illumination of the first embodiment, it is possible to uniformly and efficiently irradiate the light from the light emitting element onto the square-shaped irradiated surface.
  • FIG. 7A is a diagram showing an illuminance distribution when a square-shaped illuminated surface is illuminated using the light emitting device 300 including the illumination lens 100 and the light emitting element 200 according to the first embodiment.
  • the distance between the light emitting element 200 and the surface to be irradiated was set to 250 mm. Further, the size of the irradiated surface was 500 mm ⁇ 500 mm.
  • each part of the illumination lens 100 made of PMMA used in this experiment is as follows. Length of one side of incident surface 110 (approximately square) in plan view: 8.2 mm Length of one side of the emitting surface 120 (square) in plan view: 7.67 mm The height from the opening of the recess 111 to the top of the exit surface 120: 4 mm Radius of R surface 113: 2 mm
  • the square shaped light receiving surface (500 mm ⁇ 500 mm) is colored.
  • Each numerical value is the illumination (unit: lx) in the said site
  • the illumination unit: lx
  • the lens 100 for illumination of the first embodiment when used, light can be emitted almost uniformly in the square-shaped irradiated surface (192 to 266 lx).
  • almost no light was irradiated to the outside of the irradiated surface (12 to 35x). From these facts, it can be seen that the square shaped illuminated surface is illuminated uniformly and efficiently.
  • FIG. 7B is a view showing an illuminance distribution when a square-shaped illuminated surface is illuminated using a light emitting device including a conventional illumination lens and a light emitting element.
  • an illumination lens 10 made of PMMA shown in FIG. 8 was used as a conventional illumination lens.
  • FIG. 8A is a plan view of a conventional illumination lens
  • FIG. 8B is a bottom view of the conventional illumination lens
  • FIG. 8C is a cross-sectional view taken along line FF shown in FIG. 8A.
  • the diameter of the incident surface 11 (circle) in plan view is substantially the same as the diameter of the inscribed circle of the entrance surface 110 (substantially square) in plan view of the illumination lens 100 of the embodiment.
  • the diameter of the exit surface 12 (circle) in plan view is substantially the same as the diameter of the circumscribed circle of the exit surface 120 (square) in plan view of the illumination lens 100 of the embodiment.
  • the illuminance at the four corners is lower than that at the center of the square-shaped light receiving surface, resulting in uneven illuminance. Further, since the light was irradiated also to the outside of the surface to be irradiated (35 to 73x), the illuminance in the surface to be irradiated was lower than that of the lens 100 for illumination of the first embodiment (66 to 136lx).
  • the light from the light emitting element 200 is irradiated uniformly and efficiently onto the square-shaped irradiated surface, as compared with the conventional illumination lens 10. be able to.
  • the present inventors carried out the same experiment for the illumination lens of the shape shown in FIGS.
  • the illumination lens shown in FIG. 9 differs from the illumination lens 100 of the first embodiment in that the shape of the horizontal cross section of the exit surface 120 is circular.
  • FIG. 9A is a top perspective view and FIG. 9B is a bottom perspective view.
  • the illumination lens shown in FIG. 9 was used, the four corners of the square-shaped illuminated surface became dark.
  • the illumination lens shown in FIG. 10 differs from the illumination lens 100 of the first embodiment in that the incident surface 110 is a conical surface (the vicinity of the vertex is an R surface).
  • FIG. 10A is a top perspective view
  • FIG. 10B is a bottom perspective view.
  • the central region of the square shaped light receiving surface is darkened.
  • the illumination lens shown in FIG. 11 differs from the illumination lens 100 of the first embodiment in that there is no R surface (there is a ridge line) at the boundary of each surface of the incident surface 110.
  • 11A is a top perspective view and FIG. 11B is a bottom perspective view.
  • the lens for illumination shown in FIG. 11 is used, the central region of the square shaped light receiving surface and the region near the diagonal become dark.
  • the illumination lens shown in FIG. 12 has an R surface at the boundary of each surface of the output surface 120 (no ridge line) and no R surface at the boundary of each surface of the incident surface 110 (a ridge line). This differs from the illumination lens 100 of the first embodiment.
  • 12A is a top perspective view and FIG. 12B is a bottom perspective view. Also when the lens for illumination shown in FIG. 12 is used, the central region of the square-shaped light receiving surface and the region near the diagonal become dark.
  • FIG. 13 when the illumination lens 100 is viewed in plan, the square formed by the outer edge of the incident surface 110 and the square formed by the outer edge of the output surface are shifted by 45 °,
  • the illumination lens 100 differs from the illumination lens 100 of the first embodiment in that there is no R surface (there is a ridge line) at the boundary of each surface of the incident surface 110.
  • FIG. 13A is a top perspective view
  • FIG. 13B is a bottom perspective view.
  • the incident surface 110 is a pyramidal surface whose boundary is an R surface.
  • the shape of the horizontal cross section of the incident surface 110 should be substantially similar to the shape of the surface to be irradiated.
  • the four corners of the horizontal cross section of the exit surface 120 correspond to the four corners of the horizontal cross section of the entrance surface 110; That is, in the horizontal cross section of emission surface 120, straight lines connecting adjacent ones of the four corners corresponding to the four corners of the light receiving surface are substantially parallel to the corresponding sides of the horizontal cross section of incident surface 110.
  • FIG. 14 is a perspective view of the lighting device 400 of the first embodiment.
  • the lighting device 400 has a light emitting device 300 and a square shaped light emitting surface 410.
  • the light emitting device 300 includes the illumination lens 100 and the light emitting element 200.
  • the light emitting device 300 is disposed such that the illuminated surface 410 is orthogonal to the central axis CA of the illumination lens 100 and the optical axis of the light emitting element 200 (see FIG. 3A). At this time, the central axis CA of the illumination lens 100 and the optical axis of the light emitting element 200 pass through the central portion of the illuminated surface 410.
  • the horizontal cross section of the entrance surface 110 of the illumination lens 100 and the horizontal cross section of the exit surface 120 are both substantially square.
  • the light emitting device 300 is disposed such that each side of these two substantially squares and each side of the illuminated surface 410 are parallel to each other.
  • the illumination device 400 is used by illuminating the surface to be illuminated 410 with the light emitted from the light emitting device 300.
  • the light emitting device 300 according to the first embodiment illuminates the square light receiving surface 410 uniformly and hardly illuminates the outside of the light receiving surface 410. Therefore, the lighting device 400 can illuminate the square shaped light receiving surface 410 uniformly and efficiently.
  • FIG. 15A is a graph showing a light distribution of the light emitting device 300 according to Embodiment 1 (measurement angle 0 °).
  • FIG. 15B is a side view of the lighting device 400 of the first embodiment.
  • the light emitting device 300 of the first embodiment has the highest illuminance at a predetermined angle ⁇ ⁇ a (about ⁇ 50 ° in the graph of FIG. 15A).
  • the value of ⁇ a changes with the angle of the incident surface 110 with respect to the substrate surface of the light emitting element 200 and the curvature of each surface of the output surface 120.
  • an angle of a line connecting the light emitting device 300 and the end of the light receiving surface 410 with respect to the central axis of the light emitting device 300 is ⁇ L
  • the illumination lens 100, the light emitting device 300, and the lighting device 400 according to the first embodiment can uniformly and efficiently irradiate the light emitted from the light emitting element 200 to the square-shaped irradiated surface 410.
  • FIG. 16A is a plan view of the illumination lens 500
  • FIG. 16B is a bottom view of the illumination lens 500
  • FIG. 17 is a side view of the illumination lens 500
  • FIG. 18A is a cross-sectional view taken along the line AA shown in FIG. 16A
  • FIG. 18B is a cross-sectional view taken along the line BB shown in FIG. 16A
  • FIG. 18C is a cross-sectional view taken along the line CC shown in FIG. It is sectional drawing of a line
  • 19A is a cross-sectional view taken along line DD shown in FIG. 18B
  • FIG. 19B is a cross-sectional view taken along line EE shown in FIG. 18B.
  • FIG. 18A the light emitting element 200 is also shown together with the illumination lens 500. That is, FIG. 18A is also a cross-sectional view of the light emitting device 600 of the second embodiment.
  • the illumination lens 500 of the second embodiment has an entrance surface 110, an exit surface 510, a flange 130, and a foot 140, similarly to the illumination lens 100 of the first embodiment.
  • the illumination lens 500 and the light emitting device 600 according to the second embodiment are substantially the same as the illumination lens 100 and the light emitting device 300 according to the first embodiment with respect to the components other than the emission surface of the illumination lens. Radius of surface etc. slightly different). So, about the component same as the lens 100 for illumination of Embodiment 1, and the light-emitting device 300, the same code
  • the exit surface 510 is located on the opposite side of the entrance surface 110 in the illumination lens 500.
  • the emitting surface 510 is composed of four surfaces 510a located on the upper side (the traveling direction of light on the optical axis) and four surfaces 510b located on the side (flange 130 side).
  • the upper four surfaces 510a have the same shape as a part of the output surface 120 of the illumination lens 100 according to the first embodiment (see FIGS. 3A and 18A for comparison).
  • the four laterally positioned surfaces 510b are surfaces substantially parallel to the optical axis (surfaces substantially perpendicular to the flange 130).
  • the cross-sectional shape in the horizontal direction in the upper part of the emission surface 510 is substantially similar to the shape (square) of the light receiving surface (see FIG. 19B).
  • the cross-sectional shape in the horizontal direction in the lower portion of the exit surface 510 is not substantially similar to the shape (square) of the surface to be illuminated (see FIG. 19A).
  • each side in the horizontal cross section of the incident surface 110 and each straight line in the horizontal cross section of the output surface 510 are arranged to be substantially parallel to the sides of the illuminated surface corresponding to the sides.
  • the light emission element is in contact with the optical axis of the light emitting element (the central axis CA of the illumination lens 500) and constitutes the light incident surface 110.
  • the light from the light emitting element can be uniformly and efficiently irradiated to the square-shaped irradiated surface. it can.
  • FIG. 20A is a diagram showing an illuminance distribution when a square-shaped irradiated surface is illuminated using the light emitting device 600 including the illumination lens 500 and the light emitting element 200 according to Embodiment 2.
  • FIG. 20B is a diagram showing an illuminance distribution when a square-shaped irradiated surface is illuminated using the light emitting device 300 including the illumination lens 100 and the light emitting element 200 according to the first embodiment.
  • FIGS. 20A and 20B both in the case of using the illumination lens 100 of the first embodiment and in the case of using the illumination lens 500 of the second embodiment, substantially in the square shaped light receiving surface. It was possible to irradiate light uniformly. On the other hand, almost no light was irradiated to the outside of the irradiated surface. Moreover, when FIG. 20A and FIG. 20B are compared, when the lens 500 for illumination of Embodiment 2 is used, compared with the case where the lens 100 for illumination of Embodiment 1 is used, the light to the outside of a to-be-irradiated surface Irradiation was more suppressed and the square shaped illuminated surface was illuminated more efficiently. In the measurement results shown in FIGS.
  • the illumination lens 500 of the second embodiment is used is lower (59 to 131). From this, it can be seen that the illumination lens 500 of the second embodiment is more effective in controlling the irradiation area in a square shape than the illumination lens 100 of the first embodiment.
  • the illumination device (not shown; see FIG. 14) having the illumination lens 500 and the light emitting device 600 of the second embodiment and the light emission device 600 of the second embodiment includes the illumination lens 100 of the first embodiment, the light emission device 300 and Similar to the lighting device 400, the light emitted from the light emitting element 200 can be uniformly and efficiently irradiated to the square-shaped irradiated surface.
  • the lighting lens, the light emitting device and the lighting device of the invention are not limited to this.
  • the light flux controlling member, the light emitting device, and the lighting device of the present invention can uniformly and efficiently irradiate the light emitted from the light emitting element onto the polygonal light receiving surface.
  • the light emitting device and the illuminating device of the present invention are useful, for example, as illumination for plant cultivation, task light (table lamp), reading light and the like.

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Abstract

　光束制御部材（１００）は、入射面（１１０）および出射面（１２０）を有する。入射面（１１０）は、光束制御部材（１００）の底部に対して凹形状で、かつ各面の境界がＲ面である角錐面である。入射面（１１０）の水平断面の形状は、ｎ角形状の被照射面（４１０）と略相似形状である。出射面（１２０）の水平断面において、被照射面（４１０）のｎ個の角に対応するｎ個の角のうちの互いに隣接する角を結ぶ各直線は、入射面（１１０）の水平断面の対応する辺と略平行である。出射面（１２０）の水平断面は、当該断面において前記各直線により形成されるｎ角形と同じであるか、その内部に含まれる。

Description

光束制御部材、発光装置および照明装置
　本発明は、発光素子から出射された光の配光を制御する光束制御部材に関する。また、本発明は、前記光束制御部材を有する発光装置、および前記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（ＬＥＤ）が使用されるようになってきている。
　発光ダイオードを用いて被照射面を照らした場合、光源（発光ダイオード）の直下と光源から離れた位置との間で照度が大きく異なる。したがって、１つの発光ダイオードを用いて広い被照射面を照らした場合、光源の直下と被照射面の周縁部との間で照度が大きく異なってしまう。発光ダイオードを用いて広い被照射面を均一に照らす方法としては、多数の発光ダイオードを密に配置することが考えられる。しかし、このような方法は、省エネルギーの観点から好ましくない。
　また、発光ダイオードを用いて広い被照射面を均一に照らす別の方法として、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を広げることが考えられる（例えば、特許文献１参照）。特許文献１には、発光素子と、発光素子からの光の配光を広げるレンズ部とを含む発光素子ユニットが記載されている。レンズ部は、発光素子からの光を入射する入射面と、入射面から入射した光を広げる出射面を有する。レンズ部の形状は、発光素子の光軸を中心軸とする回転対称（円対称）である。したがって、平面視したときのレンズ部の形状は、円形である。特許文献１に記載の発光素子ユニットを用いることで、発光素子からの光を広い被照射面にある程度均一に照射することができる。
特開２００９－１５２１４２号公報
　特許文献１に記載の発光素子ユニットを用いて平面状の被照射面に光を照射した場合、光の照射範囲は略円形状となる。したがって、特許文献１に記載の発光素子ユニットを用いて矩形状の被照射面に光を照射した場合、被照射面の四隅が暗くなるおそれがある。また、被照射面の四隅に十分に光を照射しようとすると、必要以上に光を広げて無駄な光が発生してしまう。
　このように、従来の光束制御部材（レンズ）を使用した場合、発光素子から出射された光を多角形状の被照射面に効率的に照射することができなかった。
　本発明の目的は、多角形（ｎ角形：ｎは３以上の整数）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光束制御部材を提供することである。また、本発明の別の目的は、この光束制御部材を有する発光装置、およびこの発光装置を有する照明装置を提供することである。
　本発明の光束制御部材は、発光素子から出射された光の配光を制御する光束制御部材であって、前記発光素子から出射された光を入射する入射面と、前記入射面から入射した光をｎ角形状の被照射面に向けて出射する出射面と、を有し、前記入射面は、前記出射面の反対側に位置する底部の前記発光素子に対応する位置に、前記底部に対して凹形状で形成された角錐面であって、かつ前記角錐面の各面の境界がＲ面である角錐面であり、前記入射面の前記発光素子の光軸に直交する断面の形状は、前記被照射面の形状と略相似形状であり、前記出射面の前記発光素子の光軸に直交する断面において、前記被照射面のｎ個の角に対応するｎ個の角のうちの互いに隣接する角を結ぶ各直線は、前記入射面の前記発光素子の光軸に直交する断面の対応する辺と略平行であり、前記出射面の前記発光素子の光軸に直交する断面は、当該出射面の断面において、前記被照射面のｎ個の角に対応するｎ個の角のうちの互いに隣接する角を結ぶ各直線により形成されるｎ角形と同じであるか、その内部に含まれる、構成を採る。
　本発明の発光装置は、上記光束制御部材と発光素子とを有し、前記光束制御部材は前記発光素子の光軸が前記角錐面の頂点を通過するように配置されている、構成を採る。
　本発明の照明装置は、上記発光装置と、前記発光装置からの光を照射される多角形状の被照射面とを有し、前記発光装置は前記発光素子の光軸と前記被照射面とが直交するように配置されている、構成を採る。
　本発明の光束制御部材を有する発光装置は、多角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。また、本発明の照明装置は、多角形状の被照射面に均一かつ効率的に光を照らすことができる。
図１Ａは、実施の形態１の照明用レンズの上面斜視図であり、図１Ｂは、実施の形態１の照明用レンズの下面斜視図である。 図２Ａは、実施の形態１の照明用レンズの平面図であり、図２Ｂは、実施の形態１の照明用レンズの底面図である。 図３Ａは、図２Ａに示されるＡ－Ａ線の断面図であり、図３Ｂは、図２Ａに示されるＢ－Ｂ線の断面図であり、図３Ｃは、図２Ａに示されるＣ－Ｃ線の断面図である。 粗面化領域を説明するための実施の形態１の照明用レンズの底面図である。 図３Ｂに示されるＤ－Ｄ線の断面図である。 Ｒ面を含まない入射面を有する照明用レンズの断面図である。 図７Ａは、実施の形態１の照明用レンズを使用したときの照度分布を示す図である。図７Ｂは、従来の照明用レンズを使用したときの照度分布を示す図である。 図８Ａは、従来の照明用レンズの平面図であり、図８Ｂは、従来の照明用レンズの底面図であり、図８Ｃは、図８Ａに示されるＦ－Ｆ線の断面図である。 図９Ａは、比較用の照明用レンズの上面斜視図であり、図９Ｂは、比較用の照明用レンズの下面斜視図である。 図１０Ａは、比較用の照明用レンズの上面斜視図であり、図１０Ｂは、比較用の照明用レンズの下面斜視図である。 図１１Ａは、比較用の照明用レンズの上面斜視図であり、図１１Ｂは、比較用の照明用レンズの下面斜視図である。 図１２Ａは、比較用の照明用レンズの上面斜視図であり、図１２Ｂは、比較用の照明用レンズの下面斜視図である。 図１３Ａは、比較用の照明用レンズの上面斜視図であり、図１３Ｂは、比較用の照明用レンズの下面斜視図である。 実施の形態１の照明装置の斜視図である。 図１５Ａは、実施の形態１の発光装置の配光分布を示すグラフであり、図１５Ｂは、実施の形態１の照明装置の側面図である。 図１６Ａは、実施の形態２の照明用レンズの平面図であり、図１６Ｂは、実施の形態２の照明用レンズの底面図である。 実施の形態２の照明用レンズの側面図である。 図１８Ａは、図１６Ａに示されるＡ－Ａ線の断面図であり、図１８Ｂは、図１６Ａに示されるＢ－Ｂ線の断面図であり、図１８Ｃは、図１６Ａに示されるＣ－Ｃ線の断面図である。 図１９Ａは、図１８Ｂに示されるＤ－Ｄ線の断面図であり、図１９Ｂは、図１８Ｂに示されるＥ－Ｅ線の断面図である。 図２０Ａは、実施の形態２の照明用レンズを使用したときの照度分布を示す図である。図２０Ｂは、実施の形態１の照明用レンズを使用したときの照度分布を示す図である。
　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。以下の説明では、本発明の光束制御部材の代表例として、発光素子から出射された光を正方形（ｎ角形：ｎ＝４）状の被照射面に効率的に照射することができる照明用レンズについて説明する。
　なお、本明細書において「正方形状の被照射面」とは、光が照射される面であって、光の照射範囲が正方形状である面を意味する。したがって、「正方形状の被照射面」は、正方形状の平板には限定されない。たとえば、円形の平板に正方形状に光を照射する場合、光が照射される面は「正方形状の被照射面」に該当する。
　（実施の形態１）
　［照明用レンズおよび発光装置の構成］
　図１～５は、実施の形態１の照明用レンズ１００の構成を示す図である。図１Ａは、照明用レンズ１００の上面斜視図であり、図１Ｂは、照明用レンズ１００の下面斜視図である。図２Ａは、照明用レンズ１００の平面図であり、図２Ｂおよび図４は、照明用レンズ１００の底面図である。図３Ａは、図２Ａに示されるＡ－Ａ線の断面図であり、図３Ｂは、図２Ａに示されるＢ－Ｂ線の断面図であり、図３Ｃは、図２Ａに示されるＣ－Ｃ線の断面図である。図５は、図３Ｂに示されるＤ－Ｄ線の断面図である。
　なお、図３Ａでは、照明用レンズ１００と共に発光素子２００も図示している。すなわち、図３Ａは、実施の形態１の発光装置３００の断面図でもある。
　図１～３に示されるように、照明用レンズ１００は、発光素子２００から出射された光を入射する入射面１１０と、入射面１１０から入射した光を正方形（ｎ角形：ｎ＝４）状の被照射面に向けて出射する出射面１２０と、外周部に設けられたフランジ１３０と、フランジ１３０の底面側に設けられた円柱状の足１４０とを有する。
　照明用レンズ１００は、一体成形により形成されている。照明用レンズ１００の材料は、所望の波長の光を通過させ得るものであれば特に限定されない。たとえば、照明用レンズ１００の材料は、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、またはガラスである。
　照明用レンズ１００は、中心軸ＣＡが発光素子２００の光軸に合致するように、発光素子２００が固定された基板（図示せず）上に取り付けられる（図３Ａ参照）。フランジ１３０および足１４０は、照明用レンズ１００を基板に固定するために設けられている。照明用レンズ１００および発光素子２００は、発光装置３００を構成する。発光素子２００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。
　照明用レンズ１００の入射面１１０は、照明用レンズ１００の底部（出射面１２０の反対側に位置する）に形成された凹部１１１の内面である。凹部１１１の形状は、略四角錐形状である。すなわち、入射面１１０は、照明用レンズ１００の底部の発光素子２００に対応する位置に形成され、照明用レンズ１００の底部に対して凹形状の四角錐面（四角錐の側面）である。凹部１１１の開口部の形状（四角錐の底面の形状）は、被照射面の形状（正方形）と略相似形状である。また、照明用レンズ１００の中心軸ＣＡ（発光素子の光軸）に直交する方向（以下「水平方向」ともいう）の任意位置での入射面１１０の断面形状も、被照射面の形状（正方形）と略相似形状である。ここで、上記「任意位置」は、凹部１１１の各平面１１２（後述するＲ面１１３ではない面）を横切る位置である。また、後述するように、四角錐はＲ面取りされており、入射面１１０の水平方向の断面の角部にはＲ部分が形成される。したがって、入射面１１０の水平方向の断面の形状は、被照射面の形状（正方形）と「略」相似形状である。
　凹部１１１の各平面１１２の境界（稜線および頂点）は、Ｒ面１１３となっている（図２Ｂ参照）。したがって、凹部１１１の頂部近傍における水平方向の断面の形状は、直線部分が少なく円形に近い。入射面１１０の各平面１１２の境界がＲ面１１３ではない場合、被照射面の中央部および対角線上に光を向かわせることができず、照度ムラが生じてしまう。Ｒ面１１３の半径は、被照射面の照度ムラを防止することができれば特に限定されない。たとえば、Ｒ面１１３の半径は、以下のように設定される。
　図６に示されるように、Ｒ面を含まない入射面に光が入射したと仮定する。発光素子の発光点Ｏ（光軸上の点）から光軸方向に出射される光（実線）が、図６において左側に示される入射面Ｓ１に入射した場合、光は、出射面上の点Ｂ１を経由して被照射面上の点Ａ１に到達する。一方、発光素子の発光点Ｏから光軸方向に出射される光（実線）が、図６において右側に示される入射面Ｓ２に入射した場合、光は、出射面上の点Ｂ２を経由して被照射面上の点Ａ２に到達する。このとき、被照射面上の点Ａ１と点Ａ２との間の領域は、光量不足により暗部となってしまう。この領域が暗部とならないように、Ｒ面を形成する。
　線分ＯＢ１と入射面Ｓ１との交点をｂ１とし、線分ＯＢ２と入射面Ｓ２との交点をｂ２としたとき、点ｂ１および点ｂ２を接点とする内接円の半径が、Ｒ面の最小半径となる。このようにＲ面を形成することで、出射面の点Ｂ１と点Ｂ２との間にも光が到達し、被照射面の点Ａ１と点Ａ２との間にも光を照射することができる。
　Ｒ面の半径を上記最小半径以上とすることで、被照射面の暗部の発生を抑制することができる。暗部の発生をより確実に抑制するためには、図６に示される点ａ１および点ａ２を接点とする内接円の半径を、Ｒ面の半径とすることが好ましい。ここで、点ａ１は、線分ＯＡ１と入射面Ｓ１との交点であり、点ａ２は、線分ＯＡ２と入射面Ｓ２との交点である。なお、Ｒ面の領域を必要以上に大きくして、入射面１１０の形状が球面に近くなると、光軸近傍の出射光を被照射面の周縁方向に振り分けることができず、被照射面の中心部に明部が発生してしまう。
　ここでは、角錐面の頂点部分のＲ面の半径について説明したが、角錐面の稜線部分のＲ面の半径も同様である。
　入射面１１０の説明に戻る。角錐面の稜線部分のＲ面１１３のうち、頂点近傍の領域（図４において「Ｅ」で示される領域）は、粗面化されている。このように粗面化することで、被照射面に十字形（Ｘ字形）の照度ムラが発生するのを抑制することができる。なお、Ｒ面１１３の全面を粗面化してしまうと、被照射面の四隅における照度が低下するおそれがある。
　前述の通り、照明用レンズ１００は、中心軸ＣＡが発光素子２００の光軸に合致するように配置される。このとき、発光素子２００の光軸は、角錐面（入射面１１０）の頂点を通過する（図３Ａ参照）。
　出射面１２０は、照明用レンズ１００において入射面１１０の反対側に位置する。出射面１２０の水平方向の断面形状（光軸に直交する方向の断面形状）は、被照射面の形状（正方形）と略相似形状である（図５参照）。
　入射面１１０の水平方向の断面形状および出射面１２０の水平方向の断面形状は、いずれも被照射面の形状（正方形）と略相似形状である。このとき、２つの略正方形の向きは、一致している。すなわち、図５に示される出射面１２０の水平方向の断面において、被照射面の４つ（ｎ＝４）の角にそれぞれ対応する４つ（ｎ＝４）の角Ｃ１～Ｃ４のうちの互いに隣接する角を結ぶ各直線（Ｃ１－Ｃ２，Ｃ２－Ｃ３，Ｃ３－Ｃ４，Ｃ４－Ｃ１）は、入射面１１０の水平方向の断面（正方形）の対応する辺と略平行である。また、照明用レンズ１００と被照射面との位置関係は、入射面１１０の水平方向の断面における各辺および出射面１２０の水平方向の断面における各直線（Ｃ１－Ｃ２，Ｃ２－Ｃ３，Ｃ３－Ｃ４，Ｃ４－Ｃ１）が、それらの辺に対応する被照射面の各辺と略平行となるように配置される。
　なお、図５に示される出射面１２０の水平方向の断面において、出射面１２０の断面は、被照射面の４つ（ｎ＝４）の角に対応する４つ（ｎ＝４）の角Ｃ１～Ｃ４のうちの互いに隣接する角を結ぶ各直線（Ｃ１－Ｃ２，Ｃ２－Ｃ３，Ｃ３－Ｃ４，Ｃ４－Ｃ１）により形成される四角形と同じである（重複する）。
　図３Ａおよび図３Ｂに示されるように、出射面１２０を構成する４つ（ｎ＝４）の曲面は、入射面１１０を構成する４つ（ｎ＝４）の平面１１２のうち最も近接する平面１１２（対応する平面１１２）に対して凸形状の曲面である。また、出射面１２０を構成する４つ（ｎ＝４）の曲面は、水平方向には曲率を有していない（図５参照）。すなわち、出射面１２０の水平方向の断面において、出射面１２０を構成する４つの曲面は、それぞれ直線となるように形成されている。この場合、発光素子２００の周りに４つのシリンドリカルレンズを配置したような構成となる。このようにすることで、被照射面の周縁部に向けて光を集光させることができる。また、入射面１１０と異なり、出射面１２０を構成する４つ（ｎ＝４）の曲面の境界は、Ｒ面を有していない（図１Ａ参照）。ただし、金型を加工する際に必要となる最小のＲ面は形成されていてもよい。
　フランジ１３０および足１４０は、照明用レンズ１００を支持する。前述の通り、フランジ１３０および足１４０は、照明用レンズ１００を基板に固定するために設けられている。したがって、フランジ１３０および足１４０は、この目的を達成しうる形状であって、光学的に悪影響を与えない形状であれば、本実施の形態で示す形状に限定されない。
　実施の形態１の照明用レンズ１００を使用することで、発光素子２００の光軸方向に向かう光を減らすとともに、被照射面の四隅に向かう光を増やすことができる。その結果、実施の形態１の照明用レンズ１００を使用することで、発光素子からの光を正方形状の被照射面に均一かつ効率的に照射することができる。
　図７Ａは、実施の形態１の照明用レンズ１００および発光素子２００を含む発光装置３００を使用して、正方形状の被照射面を照らしたときの照度分布を示す図である。この実験では、発光素子２００と被照射面との間隔を２５０ｍｍとした。また、被照射面の大きさは、５００ｍｍ×５００ｍｍとした。
　本実験で使用した照明用レンズ１００（ＰＭＭＡ製）の各部の大きさは次の通りである。
　平面視したときの入射面１１０（略正方形）の１辺の長さ：８.２ｍｍ
　平面視したときの出射面１２０（正方形）の１辺の長さ：７.６７ｍｍ
　凹部１１１の開口部から出射面１２０の頂点までの高さ：４ｍｍ
　Ｒ面１１３の半径：２ｍｍ
　図７Ａでは、正方形状の被照射面（５００ｍｍ×５００ｍｍ）に色を付している。各数値は、当該部位における照度（単位：ｌｘ）である。図７Ａに示されるように、実施の形態１の照明用レンズ１００を使用した場合、正方形状の被照射面内にほぼ均一に光を照射することができた（１９２～２６６ｌｘ）。一方、被照射面外には、ほとんど光が照射されなかった（１２～３５ｘ）。これらのことから、正方形状の被照射面が、均一かつ効率的に照らされていることがわかる。
　図７Ｂは、従来の照明用レンズおよび発光素子を含む発光装置を使用して、正方形状の被照射面を照らしたときの照度分布を示す図である。この実験では、従来の照明用レンズとして、図８に示される照明用レンズ１０（ＰＭＭＡ製）を使用した。
　図８Ａは、従来の照明用レンズの平面図であり、図８Ｂは、従来の照明用レンズの底面図であり、図８Ｃは、図８Ａに示されるＦ－Ｆ線の断面図である。平面視したときの入射面１１（円形）の直径は、実施の形態の照明用レンズ１００の平面視したときの入射面１１０（略正方形）の内接円の直径とほぼ同じである。また、平面視したときの出射面１２（円形）の直径は、実施の形態の照明用レンズ１００の平面視したときの出射面１２０（正方形）の外接円の直径とほぼ同じである。
　図７Ｂに示されるように、従来の照明用レンズ１０を使用した場合、正方形状の被照射面の中心部に比べて四隅の照度が低く、照度ムラが生じていた。また、被照射面外にも光が照射されたため（３５～７３ｘ）、実施の形態１の照明用レンズ１００に比べて被照射面内の照度が低かった（６６～１３６ｌｘ）。
　このように、実施の形態１の照明用レンズ１００を使用することで、従来の照明用レンズ１０に比べて、発光素子２００からの光を正方形状の被照射面に均一かつ効率的に照射することができる。
　なお、本発明者らは、図９～１３に示される形状の照明用レンズについても同様の実験を行った。
　図９に示される照明用レンズは、出射面１２０の水平断面の形状が円形である点で、実施の形態１の照明用レンズ１００と異なる。図９Ａは、上面斜視図であり、図９Ｂは、下面斜視図である。図９に示される照明用レンズを使用した場合、正方形状の被照射面の四隅が暗くなってしまった。
　図１０に示される照明用レンズは、入射面１１０が円錐面（頂点近傍はＲ面となっている）である点で、実施の形態１の照明用レンズ１００と異なる。図１０Ａは、上面斜視図であり、図１０Ｂは、下面斜視図である。図１０に示される照明用レンズを使用した場合、正方形状の被照射面の中心領域が暗くなってしまった。
　図１１に示される照明用レンズは、入射面１１０の各面の境界にＲ面が無い（稜線がある）点で、実施の形態１の照明用レンズ１００と異なる。図１１Ａは、上面斜視図であり、図１１Ｂは、下面斜視図である。図１１に示される照明用レンズを使用した場合、正方形状の被照射面の中心領域および対角線の近傍領域が暗くなってしまった。
　図１２に示される照明用レンズは、出射面１２０の各面の境界にＲ面があり（稜線が無い）、かつ入射面１１０の各面の境界にＲ面が無い（稜線がある）点で、実施の形態１の照明用レンズ１００と異なる。図１２Ａは、上面斜視図であり、図１２Ｂは、下面斜視図である。図１２に示される照明用レンズを使用した場合も、正方形状の被照射面の中心領域および対角線の近傍領域が暗くなってしまった。
　図１３に示される照明用レンズは、照明用レンズ１００を平面視したときに、入射面１１０の外縁により形成される正方形と出射面の外縁により形成される正方形とが４５°ずれており、かつ入射面１１０の各面の境界にＲ面が無い（稜線がある）点で、実施の形態１の照明用レンズ１００と異なる。図１３Ａは、上面斜視図であり、図１３Ｂは、下面斜視図である。図１３に示される照明用レンズを使用した場合、正方形状の被照射面の中心領域および対角線の近傍領域に光が集中してしまった。
　以上の実験結果から、正方形状の被照射面を均一かつ効率的に照射するためには、以下の１）～３）の条件を満たすことが重要であることがわかる。
　１）入射面１１０が、各面の境界がＲ面である角錐面であること。
　２）入射面１１０の水平断面の形状が、被照射面の形状と略相似形状であること。
　３）出射面１２０の水平断面の４つの角が、入射面１１０の水平断面の４つの角と対応すること。すなわち、出射面１２０の水平断面において、被照射面の４つの角に対応する４つの角のうちの互いに隣接する角を結ぶ各直線は、入射面１１０の水平断面の対応する辺と略平行であること。
　［照明装置の構成］
　次に、実施の形態１の発光装置３００を有する照明装置について説明する。
　図１４は、実施の形態１の照明装置４００の斜視図である。図１４に示されるように、照明装置４００は、発光装置３００および正方形状の被照射面４１０を有する。前述の通り、発光装置３００は、照明用レンズ１００および発光素子２００を含む。
　被照射面４１０は、正方形（ｎ角形：ｎ＝４）状の平面である。発光装置３００は、照明用レンズ１００の中心軸ＣＡおよび発光素子２００の光軸（図３Ａ参照）に対して被照射面４１０が直交するように配置される。このとき、照明用レンズ１００の中心軸ＣＡおよび発光素子２００の光軸は、被照射面４１０の中心部を通過する。
　前述の通り、照明用レンズ１００の入射面１１０の水平断面および出射面１２０の水平断面は、いずれも略正方形状である。ここで、これら２つの略正方形の各辺と、被照射面４１０の各辺とが互いに平行になるように、発光装置３００は配置される。
　照明装置４００は、発光装置３００から出射された光により被照射面４１０を照らすことで使用される。実施の形態１の発光装置３００は、正方形状の被照射面４１０を均一に照らすとともに、被照射面４１０外はほとんど照らさない。したがって、照明装置４００は、正方形状の被照射面４１０を均一かつ効率的に照らすことができる。
　図１５Ａは、実施の形態１の発光装置３００の配光分布を示すグラフである（測定角０°）。また、図１５Ｂは、実施の形態１の照明装置４００の側面図である。
　図１５Ａに示されるように、実施の形態１の発光装置３００は、所定の角度±θａ（図１５Ａのグラフでは約±５０°）における照度が最も高くなる。このθａの値は、発光素子２００の基板面に対する入射面１１０の角度および出射面１２０の各面の曲率により変化する。図１５Ｂに示されるように、発光装置３００の中心軸（照明用レンズ１００の中心軸ＣＡに一致する）に対する、発光装置３００と被照射面４１０の端部とを結ぶ線の角度をθＬとした場合、被照射面４１０を効率的に照らすためには、θＬ＞θａとなるように発光装置３００を配置することが好ましい。
　［効果］
　実施の形態１の照明用レンズ１００、発光装置３００および照明装置４００は、正方形状の被照射面４１０に発光素子２００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。
　（実施の形態２）
　［照明用レンズおよび発光装置の構成］
　図１６～１９は、実施の形態２の照明用レンズ５００の構成を示す図である。図１６Ａは、照明用レンズ５００の平面図であり、図１６Ｂは、照明用レンズ５００の底面図である。図１７は、照明用レンズ５００の側面図である。図１８Ａは、図１６Ａに示されるＡ－Ａ線の断面図であり、図１８Ｂは、図１６Ａに示されるＢ－Ｂ線の断面図であり、図１８Ｃは、図１６Ａに示されるＣ－Ｃ線の断面図である。図１９Ａは、図１８Ｂに示されるＤ－Ｄ線の断面図であり、図１９Ｂは、図１８Ｂに示されるＥ－Ｅ線の断面図である。
　なお、図１８Ａでは、照明用レンズ５００と共に発光素子２００も図示している。すなわち、図１８Ａは、実施の形態２の発光装置６００の断面図でもある。
　図１６～１９に示されるように、実施の形態２の照明用レンズ５００は、実施の形態１の照明用レンズ１００と同様に、入射面１１０、出射面５１０、フランジ１３０および足１４０を有する。実施の形態２の照明用レンズ５００および発光装置６００は、照明用レンズの出射面以外の構成要素については実施の形態１の照明用レンズ１００および発光装置３００とほぼ同一である（入射面のＲ面の半径などがわずかに異なる）。そこで、実施の形態１の照明用レンズ１００および発光装置３００と同一の構成要素については、同一の符号を付してその説明を省略する。
　出射面５１０は、照明用レンズ５００において入射面１１０の反対側に位置する。図１７に示されるように、出射面５１０は、上方（光軸上における光の進行方向）に位置する４つの面５１０ａと、側方（フランジ１３０側）に位置する４つの面５１０ｂとからなる。上方に位置する４つの面５１０ａは、実施の形態１の照明用レンズ１００の出射面１２０の一部と同一形状である（図３Ａと図１８Ａとを比較参照）。一方、側方に位置する４つの面５１０ｂは、それぞれ光軸に対して略平行な面（フランジ１３０に対して略垂直な面）である。出射面５１０の上方部分における水平方向の断面形状は、被照射面の形状（正方形）と略相似形状である（図１９Ｂ参照）。一方、出射面５１０の下方部分における水平方向の断面形状は、被照射面の形状（正方形）と略相似形状ではない（図１９Ａ参照）。
　出射面５１０の水平方向の断面における、被照射面の４つ（ｎ＝４）の角に対応する４つ（ｎ＝４）の角Ｃ１～Ｃ４の位置は、入射面１１０の水平方向の断面における４つ（ｎ＝４）の角と対応している。すなわち、図１９Ａおよび図１９Ｂに示される出射面５１０（５１０ａ，５１０ｂ）の水平方向の断面において、被照射面の４つ（ｎ＝４）の角に対応する４つ（ｎ＝４）の角Ｃ１～Ｃ４のうちの互いに隣接する角を結ぶ各直線（Ｃ１－Ｃ２，Ｃ２－Ｃ３，Ｃ３－Ｃ４，Ｃ４－Ｃ１）は、入射面１１０の水平方向の断面（正方形）の対応する辺と略平行である。照明用レンズ５００と被照射面との位置関係は、入射面１１０の水平方向の断面における各辺および出射面５１０の水平方向の断面における各直線（Ｃ１－Ｃ２，Ｃ２－Ｃ３，Ｃ３－Ｃ４，Ｃ４－Ｃ１）が、それらの辺に対応する被照射面の各辺と略平行となるように配置される。
　図１９Ａに示される出射面５１０の下方部分における水平方向の断面において、出射面５１０（５１０ｂ）の断面は、被照射面の４つ（ｎ＝４）の角に対応する４つ（ｎ＝４）の角Ｃ１～Ｃ４のうちの互いに隣接する角を結ぶ各直線（Ｃ１－Ｃ２，Ｃ２－Ｃ３，Ｃ３－Ｃ４，Ｃ４－Ｃ１）により形成される四角形の内部に含まれる。一方、図１９Ｂに示される出射面５１０の上方部分における水平方向の断面において、出射面５１０（５１０ａ）の断面は、被照射面の４つ（ｎ＝４）の角に対応する４つ（ｎ＝４）の角Ｃ１～Ｃ４のうちの互いに隣接する角を結ぶ各直線（Ｃ１－Ｃ２，Ｃ２－Ｃ３，Ｃ３－Ｃ４，Ｃ４－Ｃ１）により形成される四角形と同じである（重複する）。
　図１８Ａおよび図１８Ｂに示されるように、出射面５１０を構成する８つの面のうち、発光素子の光軸（照明用レンズ５００の中心軸ＣＡ）と接触し、かつ入射面１１０を構成する４つ（ｎ＝４）の平面１１２のそれぞれに対応する４つの曲面５１０ａは、それぞれ、最も近接する平面１１２（対応する平面１１２）に対して凸形状の曲面である。また、これらの４つ（ｎ＝４）の曲面５１０ａは、水平方向には曲率を有していない（図１９Ｂ参照）。すなわち、照明用レンズ５００の中心軸ＣＡに直交する断面（水平方向の断面）において、４つ（ｎ＝４）の曲面５１０ａは、それぞれ直線となるように形成されている。この場合、発光素子２００の周りに４つのシリンドリカルレンズを配置したような構成となる。このようにすることで、被照射面の周縁部に向けて光を集光させることができる。また、これらの４つ（ｎ＝４）の曲面５１０ａの境界は、Ｒ面を有していない（図１６Ａ参照）。
　実施の形態２の照明用レンズ５００を使用することで、実施の形態１の照明用レンズ１００と同様に、発光素子からの光を正方形状の被照射面に均一かつ効率的に照射することができる。
　図２０Ａは、実施の形態２の照明用レンズ５００および発光素子２００を含む発光装置６００を使用して、正方形状の被照射面を照らしたときの照度分布を示す図である。また、図２０Ｂは、実施の形態１の照明用レンズ１００および発光素子２００を含む発光装置３００を使用して、正方形状の被照射面を照らしたときの照度分布を示す図である。
　図２０Ａおよび図２０Ｂに示されるように、実施の形態１の照明用レンズ１００を使用した場合も、実施の形態２の照明用レンズ５００を使用した場合も、正方形状の被照射面内にほぼ均一に光を照射することができた。一方、被照射面外には、ほとんど光が照射されなかった。また、図２０Ａと図２０Ｂとを比較すると、実施の形態２の照明用レンズ５００を使用した場合、実施の形態１の照明用レンズ１００を使用した場合よりも、被照射面外への光の照射がより抑制されており、正方形状の被照射面がより効率的に照らされていた。図２０Ａおよび図２０Ｂに示される測定結果において、測定範囲の最外縁と色付きの被照射面との間の測定ポイントの照度値（図中、二重線で囲む測定値）を比較すると、実施の形態１の照明用レンズ１００を使用した場合に比べて（１５１～２０４）、実施の形態２の照明用レンズ５００を使用した場合の方が低くなっている（５９～１３１）。このことから、実施の形態２の照明用レンズ５００の方が、実施の形態１の照明用レンズ１００よりも、照射領域を正方形状に制御する効果が高いということがわかる。
　［効果］
　実施の形態２の照明用レンズ５００および発光装置６００ならびに実施の形態２の発光装置６００を有する照明装置（不図示；図１４参照）は、実施の形態１の照明用レンズ１００、発光装置３００および照明装置４００と同様に、正方形状の被照射面に発光素子２００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。
　なお、上記各実施の形態では、正方形（ｎ角形：ｎ＝４）状の被照射面を照射するための照明用レンズ１００，５００、発光装置３００，６００および照明装置４００について説明したが、本発明の照明用レンズ、発光装置および照明装置はこれに限定されない。被照射面の形状は、多角形（ｎ角形：ｎは３以上の整数）であれば特に限定されず、三角形（ｎ＝３）や五角形（ｎ＝５）、六角形（ｎ＝６）などであってもよい。この場合、入射面の水平断面の形状は、被照射面の形状（多角形）と略相似形状となる。
　本出願は、２０１１年６月２２日出願の特願２０１１－１３８３７０および２０１１年９月２７日出願の特願２０１１－２１０２７７に基づく優先権を主張する。当該出願明細書および図面に記載された内容は、すべて本願明細書に援用される。
　本発明の光束制御部材、発光装置および照明装置は、多角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）、読書灯などとして有用である。
　１０，１００，５００　照明用レンズ
　１１，１１０　入射面
　１１１　凹部
　１１２　平面
　１１３　Ｒ面
　１２，１２０，５１０（５１０ａ，５１０ｂ）　出射面
　１３０　フランジ
　１４０　足
　２００　発光素子
　３００，６００　発光装置
　４００　照明装置
　４１０　被照射面
　ＣＡ　中心軸

Claims (6)

  1. 　発光素子から出射された光の配光を制御する光束制御部材であって、
    　前記発光素子から出射された光を入射する入射面と、
    　前記入射面から入射した光をｎ角形状の被照射面に向けて出射する出射面と、を有し、
    　前記入射面は、前記出射面の反対側に位置する底部の前記発光素子に対応する位置に、前記底部に対して凹形状で形成された角錐面であって、かつ前記角錐面の各面の境界がＲ面である角錐面であり、
    　前記入射面の前記発光素子の光軸に直交する断面の形状は、前記被照射面の形状と略相似形状であり、
    　前記出射面の前記発光素子の光軸に直交する断面において、前記被照射面のｎ個の角に対応するｎ個の角のうちの互いに隣接する角を結ぶ各直線は、前記入射面の前記発光素子の光軸に直交する断面の対応する辺と略平行であり、
    　前記出射面の前記発光素子の光軸に直交する断面は、当該出射面の断面において、前記被照射面のｎ個の角に対応するｎ個の角のうちの互いに隣接する角を結ぶ各直線により形成されるｎ角形と同じであるか、その内部に含まれる、
    　光束制御部材。
  2. 　前記出射面を構成する複数の面のうち、前記発光素子の光軸と接触し、かつ前記入射面を構成するｎ個の平面のそれぞれに対応するｎ個の曲面は、それぞれ、当該平面に対して凸形状の曲面である、請求項１に記載の光束制御部材。
  3. 　前記出射面を構成する複数の面に含まれる前記ｎ個の曲面は、それぞれ、前記出射面の前記発光素子の光軸に直交する断面において直線となるように形成されている、請求項２に記載の光束制御部材。
  4. 　前記出射面を構成する複数の面に含まれる前記ｎ個の曲面の境界は、Ｒ面を有していない、請求項１に記載の光束制御部材。
  5. 　請求項１に記載の光束制御部材と、発光素子とを有し、
    　前記光束制御部材は、前記発光素子の光軸が前記角錐面の頂点を通過するように配置されている、発光装置。
  6. 　請求項５に記載の発光装置と、
    　前記発光装置からの光を照射される、多角形状の被照射面と、を有し、
    　前記発光装置は、前記発光素子の光軸と前記被照射面とが直交するように配置されている、
    　照明装置。
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