WO2013022040A1 - Ｌｅｄ照明装置 - Google Patents

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WO2013022040A1
WO2013022040A1 PCT/JP2012/070253 JP2012070253W WO2013022040A1 WO 2013022040 A1 WO2013022040 A1 WO 2013022040A1 JP 2012070253 W JP2012070253 W JP 2012070253W WO 2013022040 A1 WO2013022040 A1 WO 2013022040A1
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light
led
outer peripheral
lens
reflector
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PCT/JP2012/070253
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士郎 田中
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国分電機株式会社
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    • F21V5/04—Refractors for light sources of lens shape
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • 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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    • G—PHYSICS
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    • F21Y2103/33—Elongate light sources, e.g. fluorescent tubes curved annular
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • 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 an LED illumination device having an annular LED, an annular lens arranged corresponding to the LED, and a reflector surrounding the lens.
  • Patent Document 1 discloses an annular groove on the bottom surface, a total reflection surface that totally reflects light incident on the inner surface on the outer periphery side, and light incident on the inner surface on the inner periphery side.
  • Light emission comprising an annular lens having a total reflection surface for total reflection to the light surface side, and a plurality of light emitting diode devices (LEDs) arranged at a predetermined interval in the circumferential direction of the annular groove of the annular lens A diode lighting device is described.
  • the present invention can widen the light emission area so that the light from the LEDs arranged in an annular shape does not become dazzling without reducing the light extraction efficiency, and is wide from the spot light distribution that collects the light.
  • An object of the present invention is to provide an LED lighting device having various light distributions as required up to a wide-angle light distribution that illuminates a range.
  • the LED illumination device of the present invention includes an LED arranged in an annular shape, a lens formed in an annular shape corresponding to the arrangement of the LED, and a reflector surrounding the periphery of the lens, A ridge portion provided with a ridge first surface that totally reflects light toward the front from the LED in the outer peripheral direction and a ridge second surface that transmits light toward the outer peripheral direction from the first ridge surface; An inner peripheral portion provided with an inner peripheral first surface that totally reflects light toward the inner peripheral direction forward from the LED and an inner peripheral second surface that transmits light forward from the inner peripheral first surface.
  • the reflector includes a reflection surface that reflects light transmitted from the second surface of the protrusion forward.
  • the LED lighting device of the present invention includes an inner peripheral first surface that totally reflects light directed from the LED toward the inner peripheral direction forward, and an inner peripheral second surface that transmits light directed forward from the inner peripheral first surface. Since the lens is provided with the inner peripheral portion provided with “”, the light toward the inner peripheral direction can be set as the light toward the front. Further, the lens is provided with a first protrusion surface that totally reflects light forward from the LED in the outer peripheral direction and a second protrusion surface that transmits light toward the outer periphery from the first protrusion surface. Since the protruding ridge portion is provided, the light from the LED can be spread not only forward but also in the outer peripheral direction.
  • the light transmitted from the second surface of the ridge and traveling toward the outer peripheral direction can be reflected forward by the reflector, the light can be distributed forward from a position away from the LED. Since the first surface of the protrusion and the second surface of the protrusion are provided on the lens as protrusions, the amount of protrusion can be adjusted according to the size of the lighting device without changing the arrangement radius of the LEDs arranged in an annular shape. By enlarging it, the irradiation range toward the reflector can be expanded.
  • the lens includes an outer peripheral first surface that totally reflects forward light from the LED toward the outer peripheral direction.
  • the outer peripheral side first surface totally reflects the light traveling from the LED toward the outer peripheral direction forward, so that the light from the LED can be used as light to the object without waste.
  • the lens includes an outer peripheral second surface that transmits light forward from the outer peripheral first surface, the front light is transmitted from the outer peripheral first surface, so that the amount of light on the front side is increased. Therefore, the size of the reflector can be reduced.
  • the outer surface of the ridge When the first surface of the ridge totally reflects light forward from the LED in the outer peripheral direction, and totally reflects the light from the first outer surface in the outer peripheral direction, the outer surface is aligned with the light from the LED.
  • the amount of light directed toward the outer periphery that is, the amount of light reflected by the reflector can be increased, so if the size of the reflector is increased according to the amount of light, the light emitting area reflected by the reflector is increased. Can be reduced.
  • the lens includes an outer peripheral first surface that totally reflects light toward the outer peripheral direction from the LED toward the second protrusion surface, and the second protrusion surface is an outer periphery from the first protrusion surface. If the light from the outer peripheral side first surface is refracted forward while transmitting light directed in the direction, the amount of light on the front side can be increased, so that the size of the reflector can be reduced.
  • the lens includes an outer peripheral first surface that totally reflects light toward the outer circumferential direction from the LED, and the first surface of the ridge totally reflects light toward the front from the LED toward the outer circumferential direction.
  • the light from the first outer peripheral surface is refracted forward, the amount of light on the front side can be increased, so that the size of the reflector can be reduced.
  • the reflector is formed in a flat surface having a reflective surface as a mirror surface, and when the light from the lens is reflected as light parallel to the central axis of the lens, the reflector can be made suitable for spot light distribution.
  • the reflector can be a reflector suitable for wide-angle light distribution when the reflection surface diffusely reflects the light from the lens.
  • the reflector is a minute irregularity in which the entire reflecting surface is a mirror-shaped arc surface bulging toward the lens from the base end to the tip, or a convex portion formed by an arc surface protruding from the reflecting surface and a concave portion formed by a concave arc surface. Or, if the convex part by the arc surface with protruding reflective surface is formed by continuous minute irregularities, it will be reflected in a fan shape on the whole reflective surface, or it will be reflected in a fan shape on each convex part And a reflector suitable for wide-angle light distribution.
  • the present invention can widen the light emitting area without providing a transmissive diffusion plate, while reducing the light extraction efficiency, while widening the light emitting area so that the light from the annularly arranged LED does not become dazzling,
  • Various illumination devices can be provided as needed from spot light distribution for condensing light to wide-angle light distribution for irradiating a wide range.
  • FIG. 4 It is a figure which shows the lens of the LED illuminating device shown in FIG. 4, (A) is the perspective view seen from the back side, (B) is the perspective view seen from the front side, (C) is a rear view, (D) is A front view and (E) are side views. It is an end elevation of the LED illuminating device which concerns on Embodiment 3 of this invention, and is a figure which shows advancing of the light in the virtual plane containing the central axis of a lens and LED. It is a figure which shows the lens of the LED illuminating device shown in FIG.
  • FIG. 6 (A) is the perspective view seen from the back side, (B) is the perspective view seen from the front side, (C) is a rear view, (D) is A front view and (E) are side views. It is an end elevation of the LED illuminating device which concerns on Embodiment 4 of this invention, and is a figure which shows advancing of the light in the virtual plane containing the central axis of a lens and LED. It is a figure which shows the lens of the LED illuminating device shown in FIG. 8, (A) is the perspective view seen from the back side, (B) is the perspective view seen from the front side, (C) is a rear view, (D) is A front view and (E) are side views.
  • Embodiment 5 of this invention It is an end elevation of the LED illuminating device which concerns on Embodiment 5 of this invention, and is a figure which shows advancing of the light in the virtual plane containing the central axis of a lens and LED. It is a figure which shows the lens of the LED illuminating device shown in FIG. 10, (A) is the perspective view seen from the back side, (B) is the perspective view seen from the front side, (C) is a rear view, (D) is A front view and (E) are side views. It is an end elevation of the LED lighting apparatus according to Embodiment 6 of the present invention, and is a diagram showing the progress of light in a virtual plane including the central axis of the lens and the LED.
  • FIG. 12 It is a figure which shows the lens of the LED illuminating device shown in FIG. 12, (A) is the perspective view seen from the back side, (B) is the perspective view seen from the front side, (C) is a rear view, (D) is A front view and (E) are side views. It is an end elevation of the LED lighting apparatus according to Embodiment 7 of the present invention, and is a diagram showing the progress of light in a virtual plane including the central axis of the lens and the LED. It is a figure which shows the lens of the LED illuminating device shown in FIG.
  • (A) is the perspective view seen from the back side
  • (B) is the perspective view seen from the front side
  • (C) is a rear view
  • (D) is A front view
  • (E) are side views. It is an end elevation of the lens of the LED lighting apparatus which concerns on Embodiment 8 of this invention. It is a partially expanded end view for demonstrating the light distribution of the lens of the LED lighting apparatus shown in FIG. It is an end elevation of the lens of the other LED lighting apparatus which concerns on Embodiment 8 of this invention. It is a partially expanded end view for demonstrating the light distribution of the lens of the LED lighting apparatus shown in FIG.
  • FIG. It is an end elevation which shows the reflector of the LED illuminating device which concerns on Embodiment 9 of this invention, (A) is a figure which shows the reflective surface where the protruding circular arc surface continued, (B) is a partial expansion of (A).
  • FIG. It is an end elevation which shows the reflector of the LED illuminating device which concerns on Embodiment 9 of this invention, and is a figure which shows the reflective surface formed in the circular arc surface swelled to the lens side. It is an end elevation which shows the reflector of the LED lighting apparatus which concerns on Embodiment 9 of this invention, and is a figure which shows the reflective surface in which the diffuse reflection surface was formed.
  • Example 1 It is a figure for demonstrating the inclination-angle of the light from LED in the simulation of ray tracing. It is a figure which shows the simulation result of the light distribution curve of the LED substrate simple substance shown in FIG. It is the figure which imaged the light emission state obtained by simulating the LED substrate simple substance shown in FIG.
  • Example 1 it is the figure which looked at the LED lighting apparatus which shows the simulation result of the ray tracing in case the light from LED is 0 degree from the side.
  • Example 1 it is a figure which shows the simulation result of the ray tracing in case the light from LED is 15 degrees
  • (A) is the figure which looked at the LED lighting apparatus from the side
  • (B) is the LED lighting apparatus from the front.
  • Example 1 it is a figure which shows the simulation result of the ray tracing in case the light from LED is 30 degrees, (A) is the figure which looked at the LED lighting apparatus from the side, (B) is the LED lighting apparatus from the front FIG. In Example 1, it is a figure which shows the simulation result of the ray tracing in case the light from LED is 45 degrees, (A) is the figure which looked at the LED lighting apparatus from the side, (B) is the LED lighting apparatus from the front FIG. In Example 1, it is a figure which shows the simulation result of the ray tracing in case the light from LED is 60 degrees, (A) is the figure which looked at the LED lighting apparatus from the side surface, (B) is the LED lighting apparatus from the front. FIG.
  • Example 1 it is a figure which shows the simulation result of the ray tracing in case the light from LED is 90 degrees, (A) is the figure which looked at the LED lighting apparatus from the side, (B) is the LED lighting apparatus from the front FIG.
  • Example 1 it is a figure which shows the simulation result of a light distribution curve.
  • Example 1 it is the figure which imaged the light emission state obtained by simulation.
  • Example 2 it is the figure which looked at the LED lighting apparatus which shows the simulation result of ray tracing from the side.
  • Example 3 it is the figure which looked at the LED lighting apparatus which shows the simulation result of ray tracing from the side.
  • Example 4 it is the figure which looked at the LED lighting apparatus which shows the simulation result of ray tracing from the side.
  • Example 5 it is the figure which looked at the LED lighting apparatus which shows the simulation result of ray tracing from the side.
  • Example 6 it is the figure which looked at the LED lighting apparatus which shows the simulation result of ray tracing from the side.
  • Example 7 it is the figure which looked at the LED lighting apparatus which shows the simulation result of ray tracing from the side.
  • Example 2 it is a figure which shows the simulation result of a light distribution curve.
  • Example 3 it is a figure which shows the simulation result of a light distribution curve.
  • Example 4 it is a figure which shows the simulation result of a light distribution curve.
  • Example 5 it is a figure which shows the simulation result of a light distribution curve.
  • Example 6 it is a figure shown in the simulation result of a light distribution curve.
  • Example 7 it is a figure shown in the simulation result of a light distribution curve.
  • Example 8 it is the figure which looked at the LED lighting apparatus which shows the simulation result of ray tracing from the side.
  • Example 8 it is a figure which shows the simulation result of a light distribution curve.
  • It is the figure which looked at the LED lighting apparatus which shows the simulation result of the ray tracing in Example 9 from the side.
  • Example 9 it is a figure which shows the simulation result of a light distribution curve.
  • LED lighting device 10 to 16 LED lighting device 20 LED substrate 21 base substrate 211 wiring pattern 212 through hole 22 LED 23 Connector 30, 30a-30j Lens 311 Guide hole 312 Groove 321 Incident first surface 322 Incident second surface 323, 323a Incident third surface 33 Inner peripheral portion 331 Inner peripheral first surface 332, 332a, 332b Inner peripheral first Two surfaces 34, 34a to 34d Outer peripheral portion 341, 341a to 341d Outer peripheral side first surface 3411, 3412 Transmission surface 342a to 342d Outer peripheral side second surface 35, 35a to 35c Protruding portion 351, 351a Protruding first surface 352 352a to 352c Projection second surface 40 to 45 Reflector 401, 411, 421 Bottom 402, 432, 442, 452 Peripheral wall 403 Baffle O Central axis r Arrangement radius
  • the LED lighting device according to the present embodiment will be described with reference to the drawings.
  • the direction toward the object irradiated with light with reference to the LED illumination device is the front
  • the direction from the LED toward the LED center is the inner circumferential direction
  • the direction from the LED that is the opposite direction to the outer side Is referred to as the outer circumferential direction.
  • the drawings only main component configurations are illustrated, and a power supply unit for lighting the LED, a mounting bracket for mounting on or hanging from the wall surface or ceiling, and the like are not illustrated.
  • the LED substrate 20 is obtained by arranging LEDs 22 in an annular shape on a base substrate 21 formed in a disk shape.
  • the base substrate 21 is provided with a wiring pattern 211 for connecting the LEDs 22 in series.
  • a through hole 212 for screwing is provided at the center of the base substrate 21.
  • the LEDs 22 are arranged at predetermined intervals on the circumference centered on the through hole 212. In the present embodiment, twelve LEDs are arranged on the base substrate 21 every 30 °.
  • the lens 30 shown in FIG. 3 (A) to FIG. 3 (E) is formed into a substantially annular shape with a center axis O (see FIG. 1) as the center of the circle by a translucent resin, and from the LED 22 (see FIG. 1). Is distributed in the forward or outward direction.
  • the lens 30 is provided with a guide hole 311 through which a screw is inserted at the center.
  • the lens 30 is provided with an entrance surface through which light from the LED 22 enters, an exit surface from which the light traveling inside the lens 30 exits, and a total reflection surface that reflects and changes the traveling direction.
  • the lens 30 is provided with a groove 312 for disposing the LED 22, thereby constituting the incident surface.
  • the groove 312 includes an incident first surface 321 that is a wall surface on the inner peripheral side, an incident second surface 322 that is a wall surface on the outer peripheral side, and an incident third surface 323 that is a bottom surface bulging toward the LED 22 side. .
  • the inner peripheral side of the lens 30 On the inner peripheral side of the lens 30 with respect to the position where the LED 22 is disposed (the position of the groove 312), the inner peripheral side is inclined toward the center from the base end of the incident first surface 321 that is the inner peripheral wall surface.
  • An inner peripheral portion 33 is provided by the first surface 331 and an inner peripheral second surface 332 that is parallel to a virtual surface orthogonal to the central axis O.
  • an outer peripheral portion 34 is provided by an outer peripheral first surface 341 formed by an arc surface that gradually decreases in distance from the central axis O toward the front and swells in the outer peripheral direction. .
  • the ridge line has a circular shape due to the first protrusion surface 351 and the second protrusion surface 352, and is ahead of the second inner surface 332.
  • the protrusion 35 located in the is provided.
  • the reflector 40 shown in FIG. 1 is formed in a cup shape and reflects light from the lens 30.
  • the reflector 40 includes a flat bottom portion 401 on which the LED substrate 20 is disposed and screwed through holes are formed, and a peripheral wall portion 402 formed so that the opening area gradually increases toward the front, And a baffle portion 403 provided at the opening edge of the reflector 40.
  • the peripheral wall 402 is formed with a reflection surface having an inner peripheral surface as a mirror surface.
  • the baffle portion 403 has ring-shaped irregularities and is painted black or white. The baffle 403 can absorb light without reflecting it if it is painted black, and can diffuse and reflect light if it is painted white.
  • the light distribution of the LED lighting device according to Embodiment 1 of the present invention configured as described above will be described in detail with reference to FIG.
  • Light traveling in the inner circumferential direction from the LED 22 enters the lens 30 from the incident first surface 321 and travels to the inner circumferential first surface 331. Since the inner peripheral first surface 331 is formed so as to totally reflect the light from the LED 22 into light parallel to the central axis O, the light from the LED 22 is totally reflected by the inner peripheral first surface 331. It becomes the light that goes forward. The light totally reflected by the inner circumferential first surface 331 passes through the inner circumferential second surface 332 as it is and travels forward. As described above, the inner circumferential portion 33 can convert the light traveling from the LED 22 toward the inner circumferential direction into light parallel to the central axis O traveling forward.
  • the light traveling from the LED 22 toward the outer peripheral direction is incident on the lens 30 from the incident second surface 322 and is refracted when passing through the outer peripheral first surface 341 to widen the irradiation range, and becomes light toward the reflector 40. Since the reflector 40 is formed so as to reflect light from the outer peripheral first surface 341 to light parallel to the central axis O, the light from the outer peripheral first surface 341 is reflected by the peripheral wall 402. It becomes the light that goes forward. As described above, the outer peripheral portion 34 can convert light from the LED 22 toward the outer peripheral direction into light parallel to the central axis O toward the front.
  • the light traveling forward from the LED 22 is incident on the lens 30 through the incident third surface 323 and proceeds to the first protrusion surface 351.
  • the ridge first surface 351 directs the light from the LED 22 in the outer peripheral direction so that the light transmitted through the outer peripheral side first surface 341 irradiates to a position farther than the position of the reflector 40 and reaches a wider range. So that it is totally reflected. Therefore, the light from the LED 22 is totally reflected by the first ridge surface 351 and becomes light that travels in the outer peripheral direction.
  • the light totally reflected by the first ridge surface 351 passes through the second ridge surface 352 as it is and travels toward the reflector 40.
  • the reflector 40 is formed so as to reflect light from the second protrusion surface 352 to light parallel to the central axis O, the light from the second protrusion surface 352 is reflected by the peripheral wall 402. It becomes the light that goes forward. As described above, the protrusion 35 can distribute the light traveling forward from the LED 22 to the front from a position away from the LED 22.
  • the lens 30 of the LED lighting apparatus 10 can spread light from the LED 22 not only forward but also in the outer peripheral direction. Since the light which goes to this outer peripheral direction can be reflected ahead by the reflector 40, light can be distributed ahead from the position away from LED22.
  • the first protrusion 351 and the second protrusion 352 are provided on the lens 30 so as to protrude forward as the protrusion 35, the arrangement radius r of the LEDs 22 arranged in an annular shape is changed. Instead, by increasing the protrusion amount according to the size of the lighting device, the irradiation range toward the reflector 40 can be expanded without using a transmission diffusion plate or the like. Further, the reflector 40 reflects light parallel to the central axis O and is suitable for spot light distribution.
  • the LED illumination device 10 can expand the light emitting area so that the light from the LEDs 22 arranged in an annular shape does not become dazzling without lowering the light extraction efficiency, and the spot that collects the light. It can be set as the illuminating device with a light distribution.
  • the light transmitted from the second protrusion surface 352 toward the reflector 40 is reflected by reaching the position farther from the reflector 40 than the light transmitted from the outer peripheral first surface 341 toward the reflector 40. It is possible to avoid overlapping on the surface. Therefore, when designing the tilt angle of the reflector 40, it is possible to study at the position where the light reaches, so the design of the reflector 40 can be facilitated.
  • Embodiment 2 An LED lighting device according to Embodiment 2 of the present invention will be described with reference to FIGS. 4 and 5, the same components as those in FIGS. 1 to 3 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
  • the lens 30a of the LED illumination device 11 shown in FIGS. 4 and 5 has an arc in which the outer peripheral side first surface 341a of the outer peripheral portion 34a gradually increases in distance from the central axis O toward the front and swells in the outer peripheral direction. It is formed by a surface. By this outer peripheral side first surface 341a, the light incident on the incident second surface 322 from the LED 22 can be totally reflected and traveled forward.
  • the outer peripheral side second surface 342a is directed forward from the outer peripheral side first surface 341a by providing the outer peripheral side second surface 342a parallel to the virtual plane orthogonal to the central axis O on the outer peripheral portion 34a. Light can be transmitted as it is. Since the outer peripheral side first surface 341a that totally reflects the light from the LED 22 is provided on the outer peripheral portion 34a, the bottom portion 411 of the reflector 41 can be formed in a circular tray shape with a peripheral wall standing on the periphery of the bottom plate. The peripheral wall portion 402 is provided from the front portion of the peripheral wall of the bottom portion 411.
  • the outer peripheral portion 34a of the lens 30a allows light that travels from the LED 22 toward the outer peripheral direction in the lens 30a. It can be the light going forward.
  • the surrounding wall part 402 of the reflector 41 since the surrounding wall part 402 of the reflector 41 only needs to reflect the light from the protrusion 2nd surface 352, the reflector 41 can be formed compactly.
  • the LED board 20 is provided with a connector 23 connected to both ends of the wiring pattern 211 (see FIG. 2) for supplying power to the LED 22 at a position on the side of the first outer surface 341a of the lens 30a. ing.
  • the outer peripheral first surface 341a of the lens 20a is a total reflection surface, even if the connector 23 is mounted on the mounting surface side of the base substrate 21 on which the LEDs 22 are arranged, the connector 23 affects the light distribution. None give. Accordingly, not only the connector 23 but also other electrical components can be mounted on the mounting surface side of the base substrate 21 as long as the position is on the side of the outer peripheral first surface 341 of the lens 30a.
  • Embodiment 3 An LED lighting apparatus according to Embodiment 3 of the present invention will be described with reference to FIGS. 6 and 7, the same components as those in FIGS. 1 to 5 are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
  • the protrusion second surface 352 of the protrusion 35 is located on the outer peripheral side from the outermost peripheral end of the outer peripheral first surface 341a of the outer periphery 34a.
  • the forward light that is totally reflected by the outer peripheral first surface 341a travels in the ridge 35. Therefore, the light totally reflected by the outer peripheral side first surface 341a becomes light that is totally reflected by the first protrusion surface 351 and goes in the outer peripheral direction.
  • the light projected from the first surface 351 from the LED 22 and the light totally reflected by the outer peripheral first surface 341a are totally reflected and reflected in the outer peripheral direction.
  • the amount of light reflected by the reflector 41 can be increased. Therefore, if the size of the reflector 41 is increased according to the amount of light, the light emitting area reflected by the reflector 41 can be increased, and the glare can be reduced.
  • light that travels forward from the LED 22 is totally reflected on the base side (inner peripheral side) of the first protrusion surface 351, and the outer first surface 341 a on the front side (outer peripheral side) of the first protrusion surface 351.
  • Embodiment 4 An LED lighting apparatus according to Embodiment 4 of the present invention will be described with reference to FIGS. 8 and 9, the same components as those in FIGS. 1 to 7 are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.
  • the outer peripheral side first surface 341b of the outer peripheral portion 34b is formed of a transmission surface and a total reflection surface.
  • the peripheral wall of the bottom portion 421 of the reflector 42 is formed in an inclined surface that gradually increases in opening area toward the front in order to function as a reflecting surface, and opens from the tip of the peripheral wall of the bottom portion 421.
  • a peripheral wall portion 402 having a larger degree is provided.
  • the light traveling from the LED 22 toward the outer peripheral direction enters from the incident second surface 322 and reaches the outer peripheral side first surface 341b.
  • the intermediate position transmission surface 3411 among the light toward the outer peripheral direction from the LED 22 (slightly forward from the side of the LED 22).
  • Directed light Directed light
  • the light transmitted through the transmission surface 3411 of the outer peripheral first surface 341b is reflected by the peripheral wall of the bottom portion 421 of the reflector 42 from the light from the first protrusion 351, and is reflected by the peripheral wall 402.
  • the light from the first surface 351 and the irradiation range do not overlap with each other, and the light travels forward. Therefore, when designing the inclination angle of the reflector 42, it is possible to study at the position where the light reaches, so that the design of the reflector 42 can be facilitated. Moreover, since the surrounding wall part 402 of the reflector 42 only needs to reflect the light from the protrusion 2nd surface 352, the size of the reflector 42 can be formed more compactly than the reflector 40 shown in FIG.
  • Embodiment 5 An LED lighting apparatus according to Embodiment 5 of the present invention will be described with reference to FIGS. 10 and 11. 10 and 11, the same components as those in FIGS. 1 to 9 are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
  • the lens 30d of the LED illumination device 14 shown in FIGS. 10 and 11 is provided with an outer peripheral second surface 342b that transmits light totally reflected by the outer peripheral first surface 341b at the tip of the ridge 35a.
  • the width of the outer peripheral side second surface 342b to be equal to or greater than the irradiation range where the outer peripheral side first surface 341b is totally reflected, the forward light reflected by the outer peripheral side first surface 341b is emitted forward as it is. be able to.
  • the lens 30d By forming the lens 30d in this way, the light totally reflected by the outer peripheral side first surface 341b can be transmitted forward through the outer peripheral side second surface 342b, and the peripheral wall portion of the reflector 42 402 only needs to reflect the light from the second surface 352 of the ridge, so the size of the reflector 42 can be made more compact than the reflector 40 shown in FIG. Further, light traveling forward from the outer peripheral second surface 342b can be emitted from between the inner peripheral second surface 332 and the reflector 42.
  • the lens 30e of the LED illumination device 15 shown in FIGS. 12 and 13 includes an outer peripheral first surface 341c of the outer peripheral portion 34c that totally reflects toward the second protrusion surface 352a, and an outer peripheral direction from the first protrusion surface 351. And a ridge second surface 352a of a ridge portion 35b that refracts light from the outer peripheral side first surface 341c forward while transmitting light directed toward the front.
  • the incident third surface 323a is directed from the inner peripheral side to the outer peripheral side in order to advance the light from the LED 22 not only in the first protrusion ridge surface 351 but also in the outer peripheral direction. Accordingly, the gap between the LED 22 and the incident third surface 323a is gradually reduced.
  • the lens 30e By forming the lens 30e in this way, the light totally reflected by the outer peripheral side first surface 341c can be directed forward from the second protrusion surface 352a, and the peripheral wall portion 402 of the reflector 41 has a protrusion. Since it is only necessary to reflect the light totally reflected by the strip first surface 351 and reflect the light transmitted from the second strip surface 352a, the amount of light on the front side can be increased, and the size of the reflector 41 is shown in FIG. The reflector 40 can be formed more compactly.
  • Embodiment 7 An LED lighting apparatus according to Embodiment 7 of the present invention will be described with reference to FIGS. 14 and 15. 14 and 15, the same components as those in FIGS. 1 to 13 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
  • the lens 30f of the LED illumination device 16 shown in FIG. 14 and FIG. 15 includes the outer peripheral side first surface 341d of the outer peripheral portion 34d that totally reflects the light toward the outer peripheral direction from the LED 22 and the light toward the front from the LED 22.
  • a ridge first surface 351a of a ridge portion 35c that refracts light from the outer peripheral side first surface 341d forward while being totally reflected in the outer peripheral direction is provided.
  • the lens 30f By forming the lens 30f in this way, the light in the inner peripheral direction that is totally reflected by the outer peripheral side first surface 341d can be directed forward from the first protrusion surface 351a, and the peripheral wall of the reflector 40 Since the portion 402 only needs to reflect the light from the second surface 352 of the ridge, the amount of light on the front side can be increased, and the size of the reflector 40 is made more compact than the reflector 40 shown in FIG. can do.
  • Embodiment 8 An LED lighting apparatus according to Embodiment 8 of the present invention will be described with reference to FIGS. 16 to FIG. 19, the same components as those in FIG. 10 and FIG.
  • the lens 30g of the LED illumination device shown in FIG. 16 includes a protrusion second surface 352, an inner peripheral second surface 332, an outer peripheral second surface 342b of the lens 30d according to the fifth embodiment shown in FIG. Concavities and convexities are formed on all emission surfaces of the outer peripheral first surface 341b and the transmission surface 3411.
  • the convex second surface 352b, the inner peripheral second surface 332a, the outer peripheral second surface 342c, and the outer peripheral first surface 341b of the lens 30g have convex and concave arcs due to protruding arc surfaces. Minute irregularities are formed in which the concave portions by the surface are continuous. By forming such irregularities, as shown in FIGS. 16 and 17, the light can be spread and irradiated on the exit surface, so that the lens 30 g can be made suitable for wide-angle light distribution.
  • the lens 30h of the LED lighting device shown in FIG. 18 also includes the second protrusion surface 352, the inner peripheral second surface 332, and the outer peripheral second surface 342b of the lens 30d according to the fifth embodiment shown in FIG. And unevenness is formed on all the emission surfaces of the outer peripheral side first surface 341b and the transmission surface 3411.
  • the convex second surface 352c, the inner circumferential second surface 332b, the outer circumferential second surface 342d, and the transmission surface 3412 of the outer circumferential first surface 341b are continuously convex with a protruding arc surface. Minute irregularities are formed. Even with such irregularities, as shown in FIGS.
  • the light can be spread and irradiated on the exit surface, so that the lens 30 h can be made suitable for wide-angle light distribution.
  • the concavo-convex surface of the second surface 352c, the second inner surface 332b of the lens 30h, the transmission surface 3412 of the first outer surface 341b of the outer periphery Compared with the concave and convex surfaces of the transmission surface 3412 of the peripheral second surface 332a and the peripheral first surface 341b, the pitch of the convex portions can be finely formed, so that the emitted light can be spread and irradiated more effectively.
  • Embodiment 9 An LED lighting apparatus according to Embodiment 9 of the present invention will be described with reference to FIGS. 20 to FIG. 22, the same components as those in FIG. 1 to FIG.
  • the LED lighting devices 10 to 16 according to the first to seventh embodiments mirror-reflect light from the lens as light parallel to the central axis O by the reflecting surfaces of flat reflectors 40 to 42 that are mirror surfaces.
  • the reflectors 43 to 45 of the LED illumination device shown in FIGS. 20 to 22 reflect the light from the lens 30j as spread light.
  • minute projections and depressions formed by protruding arc surfaces are formed on the exit surfaces of the lens 30j (projection second surface 352c, inner peripheral second surface 332b).
  • the peripheral wall portion 432 of the reflector 43 is provided with irregularities on the reflection surface.
  • the unevenness is formed by continuously forming minute convex portions by a circular arc surface with a protruding mirror surface.
  • minute irregularities on the exit surface of the lens 30j the light from the second surface 352c of the ridge can be spread and irradiated on the exit surface, and the reflection surface of the peripheral wall portion 432 of the reflector 43 can be irradiated.
  • Each of the projections can be reflected in a fan shape.
  • the object can be directly irradiated with the light from the inner peripheral second surface 332b as spread light. By these, it can be set as the illuminating device with wide-angle light distribution.
  • the unevenness of the reflecting surface of the reflector 43 may be a minute unevenness in which a convex portion formed by a projecting circular arc surface and a concave portion formed by a concave circular arc surface are continuous.
  • the peripheral wall portion 442 of the reflector 44 shown in FIG. 21 is formed by a mirror-like circular arc surface that swells toward the lens 30j from the proximal end to the distal end. With the reflection surface of the peripheral wall portion 442, the light from the second protrusion surface 352 of the lens 30j can be reflected in a fan shape over the entire reflection surface. Moreover, the light from the inner peripheral side second surface 332b can be directly irradiated onto the object as spread light, and thereby, an illumination device having a wide-angle light distribution can be obtained.
  • the peripheral wall portion 452 of the reflector 45 shown in FIG. For example, a reflective white paint can be applied, or a blast treatment can be used to make a pear ground.
  • the light reflected from the second surface 352c of the lens 30j can be diffusely reflected by the reflecting surface of the peripheral wall 452 to provide a lighting device having a wide-angle light distribution.
  • the reflector is made to have an uneven surface, the entire reflecting surface is an arc surface, or the reflecting surface is a diffuse reflecting surface, like the reflectors 43 to 45 shown in FIGS.
  • the reflecting surface is an uneven surface, the entire reflecting surface is an arc surface, or the reflecting surface is a diffuse reflecting surface.
  • the reflectors 43 to 45 can be obtained. Further, if the degree of opening of the reflectors 41 to 45 is increased, it is possible to cope with wide-angle light distribution.
  • the LED illumination devices according to Embodiments 1 to 9 a ray tracing simulation was performed.
  • the inclination angle with the virtual straight line L is 0 °, 15 °, 30 °, 45 °, 60 °. , 90 degrees
  • the locus of the light from the LED 22 is traced.
  • light distribution curves were also simulated for the LED lighting devices according to Embodiments 1 to 9.
  • the light distribution curve is a plot of the angle from the optical axis and the luminous intensity in the angular direction when a light source having a luminous flux of 1000 lm is used.
  • the simulation of imaging of the light emission state was also performed.
  • the simulation used a self-made computer program developed by the inventor in C language.
  • This program has the position of the light source as data, and a direction vector is given to the light beam so that the light beam can be emitted from the light source in an arbitrary direction.
  • Lenses and reflectors are defined as surfaces with transflective or specular reflection characteristics, so that normal vectors can be calculated at all points on the surface so that reflection and refraction can be simulated. It has become.
  • the shape of the lens and reflector is modeled as a rotating body by specifying each position in the end view, which is a cut surface when the lens or reflector is cut at a predetermined position, by inputting the coordinates.
  • the LED 22 is simulated as a point light source that emits uniformly around.
  • the program first stretches the light beam in the specified direction and checks whether it collides with the surface of the modeled lens or reflector. If the ray does not collide, the calculation is terminated and the next ray simulation calculation is started. If the ray collides, the position coordinates of the collision point and the normal vector of the surface of the collision point are calculated. Further, the surface on which the light ray collided is identified as a lens or a reflector. If the surface is a reflector, the direction vector of the reflected light ray is calculated from the direction vector of the light ray and the normal vector of the collision point. Since this reflection is specular reflection, it is calculated so that the incident angle of the colliding light beam is equal to the outgoing angle of the reflected light beam.
  • the direction vector of the refracted ray is calculated from the ray direction vector and the normal vector of the collision point according to Snell's law.
  • the direction vector after this calculation is extended from the coordinates of the collision point of the light beam as a new light beam direction, and collision determination is performed again.
  • the collision point and a new direction vector after the collision are calculated.
  • this program incorporates a Monte Carlo method processing routine that accumulates a large number of such tracking result data at random and performs statistical processing. Therefore, it is possible to simulate a light distribution curve by modeling an LED light source, tracking and calculating a large number of random rays according to the actual LED light distribution, and statistically processing the direction of the final emitted light by the Monte Carlo method.
  • a point light source in order to make the LED 22 as close as possible to the actual LED, not a point light source but a small area is provided and the actual arrangement is modeled. Specifically, twelve light sources having a minute area of 2.6 mm ⁇ 1.0 mm are arranged at the position of the LED 22 in FIG.
  • FIG. 24 is a simulation result of the light distribution curve of the single LED substrate of FIG. 2 modeled in this way, and a light distribution result generally called a Lambert distribution in which light is distributed only in the forward direction in a perfect circle shape is obtained.
  • FIG. 25 is a simulation image of the light emission state of the LED substrate alone of FIG. Although an image in which 12 LEDs emit light as a point light source is obtained, it can be seen that the feeling of graininess of the LEDs is clearly felt and the light emitting area is very small and dazzling.
  • Example 1 In Example 1, a ray tracing simulation was performed for the LED illumination device 10 (see FIG. 1) according to the first embodiment. The simulation results are shown in FIGS. At “0 °” shown in FIG. 26, the same locus as that shown in FIG. 1 was obtained. At “15 °” shown in FIGS. 27A and 27B, the locus is wider than the locus shown in FIG. 1, but the deviation is very small. The light that is totally reflected by the first protrusion 351 and emitted from the second protrusion 352 is traveling in a fan-like manner to the reflecting surface of the reflector 40.
  • the deviation is larger than in the case of “0 °”, but the deviation of light in the outer peripheral direction is small.
  • the light totally reflected by the first ridge surface 351 and emitted from the second ridge surface 352 spreads in a fan shape and reaches the reflector 40, but part of the light traveling in the inner circumferential direction is a transmission surface.
  • the second surface 352 of the ridge is totally reflected and greatly deviated, and finally reflected by the reflecting surface of the peripheral wall portion 402 of the reflector 40.
  • a good spot light distribution can be maintained by cutting the light beam at the baffle portion 403.
  • the light distribution curve was simulated.
  • the simulation result is shown in FIG. As can be seen from FIG. 32, it is a very long and narrow light distribution curve, and the on-axis luminous intensity reaches 14000 cd, which shows that a good spot light distribution is formed.
  • the simulation which images a light emission state was performed.
  • the simulation result is shown in FIG. As can be seen by comparing the simulation result shown in FIG. 33 with the simulation result of the single LED substrate on which the twelve LEDs shown in FIG. 25 are arranged, the light emission area is greatly increased by the reflector. Further, although the LED graininess slightly remains on the light emitting surface of the lens, the light emission of the reflector is almost uniform, and the LED graininess is hardly felt.
  • Example 2 to Example 7 a ray tracing simulation was performed for the LED lighting devices 11 to 16 (see FIGS. 4, 6, 8, 10, 12, and 14) according to Embodiments 2 to 7. .
  • the simulation results of ray tracing are shown in FIGS. In these simulations, the inclination angle with the virtual straight line L shown in FIG. 23 is 0 °. From the simulation results shown in FIGS. 34 to 39, it can be seen that the same trajectories as those of the LED lighting devices 11 to 16 were obtained.
  • FIGS. FIG. 41 which is a simulation result of the light distribution curve of the LED lighting device 12 according to the third embodiment, obtains the same spot light distribution as FIG. 32, which is a simulation result of the LED lighting device 10 according to the first embodiment.
  • FIG. 32 which is a simulation result of the LED lighting device 10 according to the first embodiment.
  • the on-axis luminous intensity is more than 10 times that of FIG. 24, and good spot light distribution is obtained. .
  • Example 8 In Example 8, a ray tracing simulation was performed for the LED lighting apparatus according to Embodiment 8.
  • the lens 30g shown in FIG. 16 is modeled as the lens, and the reflector 42 of the LED lighting apparatus according to the fifth embodiment shown in FIG. 10 is used as the reflector.
  • the simulation result of ray tracing is shown in FIG. In these simulations, the inclination angle with the virtual straight line L shown in FIG. 23 is 0 °. From the result of the ray tracing simulation shown in FIG. 46, light is spread and emitted by the unevenness formed on the exit surface of the lens 30g (see FIG. 17), and the light reflected by the reflector 42 (see FIG. 10) is also included. You can see it spreading.
  • FIG. 47 shows the simulation result of the light distribution curve.
  • the on-axis luminous intensity is 1900 cd, which is about 6 times the simulation result of the light distribution curve of the LED substrate (see FIG. 2) alone (see FIG. 24), and a light distribution that is slightly spread from the spot light distribution is obtained. I can see that
  • Example 9 In Example 9, a simulation was performed on the LED lighting device according to Embodiment 9. A lens and a reflector shown in FIG. 20 were used as a model. The simulation result of ray tracing is shown in FIG. In these simulations, the inclination angle with the virtual straight line L shown in FIG. 23 is 0 °. From the result of the ray tracing simulation shown in FIG. 48, light is spread and emitted by the unevenness formed on the lens exit surface, and the light reflected by the reflector further spreads by the unevenness formed on the reflector surface. You can see that it is reflected. Moreover, the light distribution curve of the LED lighting device according to Embodiment 9 was simulated. The simulation result is shown in FIG.
  • the on-axis luminous intensity is 1400 cd, which is about 4.4 times the simulation result of the light distribution curve of the LED substrate (see FIG. 2) alone (see FIG. 24), and a wide-angle light distribution spreading from the spot light distribution is obtained. I understand.
  • the present invention relates to an LED illumination device such as a downlight, a pendant, or a spotlight having an annularly arranged LED, an annular lens arranged corresponding to the LED, and a reflector surrounding the lens. Is preferred.

Landscapes

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Abstract

光取り出し効率を低下させずに、円環状に配置されたＬＥＤからの光が眩しくならないように発光面積を広げることができ、かつ、光を集光させるスポット配光から、広い範囲を照らす広角配光まで、必要に応じてさまざまな配光を持つＬＥＤ照明装置を提供する。 ＬＥＤ照明装置（１０）は、円環状に配置されたＬＥＤ（２２）と、ＬＥＤ（２２）の配置に対応させて円環状に形成されたレンズ（３０）と、レンズ（３０）の周囲を囲う反射体（４０）とを備えている。レンズ（３０）には、ＬＥＤ（２２）から前方へ向かう光を外周方向へ全反射する突条第１面（３５１）および突条第１面（３５１）からの光を透過する突条第２面（３５２）と、ＬＥＤ（２２）から内周方向へ向かう光を前方へ全反射する内周側第１面（３３１）と、内周側第１面（３３１）からの光を透過する内周側第２面（３３２）とが設けられている。反射体（４０）は、突条第２面（３５２）からの光を前方へ反射する反射面が形成されている。

Description

ＬＥＤ照明装置
　本発明は、円環状に配置されたＬＥＤと、このＬＥＤに対応させて配置された円環状のレンズと、レンズ周囲を囲う反射体とを有するＬＥＤ照明装置に関するものである。
　従来のＬＥＤ照明装置として、複数のＬＥＤを一括して配光制御する配光光学系のレンズを、円環状に並べたＬＥＤに対応させたものが知られている。
　例えば、特許文献１には、底面の環状溝、外周側の内側面に入射された光を投光面側へ全反射させる全反射面、および内周側の内側面に入射された光を投光面側へ全反射させる全反射面を有する円環状レンズと、この円環状レンズの環状溝の周方向に所要の間隔をおいて配置された複数の発光ダイオード装置（ＬＥＤ）とを具備した発光ダイオード照明装置が記載されている。
特開２００９－９９２６号公報
　特許文献１に記載の発光ダイオード照明装置では、発光ダイオード装置（ＬＥＤ）からの光が、円環状のレンズの内周面および外周面に全反射して、レンズの前面から出射するため、レンズの前面が出射面となる。一方、照明装置の眩しさを緩和するには発光面積を広くする必要があるが、この円環状のレンズは、出射面であるレンズの前面の面積を広くすることで、発光面積を広くして眩しさを緩和させたくても、半径方向の断面がＬＥＤを中心として内側方向（円環の中心側方向）と外側方向とで対称的に形成されているので、円環状に配置されたＬＥＤの配置半径の２倍までしか広げることができない。
　発光面積を増やすために、レンズの直径を大きくすると、必然的にＬＥＤの配置半径も大きくなるので、周方向に並ぶＬＥＤ同士の間隔（ピッチ）が広がってしまうため、粒々感が増し、眩しい灯具となってしまう。そうなると、対象物の影がそれぞれのＬＥＤに対応して多重となりやすい。
　対象物の影が多重にならないようにＬＥＤの粒々感を消し、かつ発光面積を広げる方法として光を拡散させる透過拡散板を用いる方法があるが、透過拡散板は光の透過率が低いため、光取り出し効率が低下してしまうし、透過拡散板は配光を広げてしまうので、光を集光させるスポット配光が実現できない。
　そこで本発明は、光取り出し効率を低下させずに、円環状に配置されたＬＥＤからの光が眩しくならないように発光面積を広げることができ、かつ、光を集光させるスポット配光から、広い範囲を照らす広角配光まで、必要に応じてさまざまな配光を持つＬＥＤ照明装置を提供することを目的とする。
　本発明のＬＥＤ照明装置は、円環状に配置されたＬＥＤと、前記ＬＥＤの配置に対応させて円環状に形成されたレンズと、前記レンズの周囲を囲う反射体とを備え、前記レンズは、前記ＬＥＤから前方へ向かう光を外周方向へ全反射する突条第１面および前記突条第１面からの外周方向へ向かう光を透過する突条第２面が設けられた突条部と、前記ＬＥＤから内周方向へ向かう光を前方へ全反射する内周側第１面および前記内周側第１面から前方へ向かう光を透過する内周側第２面が設けられた内周部とを備え、前記反射体は、前記突条第２面から透過した光を前方へ反射する反射面を備えたことを特徴とする。
　本発明のＬＥＤ照明装置は、ＬＥＤから内周方向へ向かう光を前方へ全反射する内周側第１面と、内周側第１面から前方へ向かう光を透過する内周側第２面とが設けられた内周部がレンズに設けられているため、内周方向に向かう光を前方へ向かう光とすることができる。また、レンズには、ＬＥＤから前方へ向かう光を外周方向へ全反射する突条第１面と、突条第１面からの外周側へ向かう光を透過する突条第２面とが設けられた突条部が設けられているため、ＬＥＤからの光を前方だけでなく、外周方向へ広げることができる。突条第２面から透過して外周方向へ向かう光は、反射体により前方へ反射することができるので、ＬＥＤから離れた位置から前方へ光を配光させることができる。
　この突条第１面と突条第２面とは突条部としてレンズに設けられているため、円環状に並べられたＬＥＤの配置半径を変えずに、突出量を照明装置のサイズに応じて大きくすることで、反射体へ向けての照射範囲を広げることができる。
　前記レンズは、前記ＬＥＤから外周方向へ向かう光を前方へ全反射する外周側第１面を備えているのが望ましい。外周側第１面が、ＬＥＤから外周方向へ向かう光を前方へ全反射することによりＬＥＤからの光を無駄なく対象物への光とすることができる。
　前記レンズが、前記外周側第１面から前方へ向かう光を透過する外周側第２面を備えていれば、外周側第１面から前方へ向かう光を透過するので、前方側の光量を増加させることができるので、反射体のサイズを小さくすることができる。
　前記外周側第２面に、凹凸が形成されていれば、出射面にて光を広げて照射できるので、広角配光に適したレンズとすることができる。
　前記突条第１面が、前記ＬＥＤから前方へ向かう光を外周方向へ全反射しつつ、前記外周側第１面からの光を外周方向へ全反射すると、ＬＥＤからの光と合わせて外周方向へ反射することにより、外周方向へ向かう光量、すなわち、反射体により反射する光量を増加させることができるので、光量に応じて反射体のサイズを大きくすれば、反射体により反射する発光面積を広くでき、眩しさを緩和することができる。
　前記レンズが、前記ＬＥＤから外周方向へ向かう光を前記突条第２面へ向けて全反射する外周側第１面を備え、前記突条第２面が、前記突条第１面からの外周方向へ向かう光を透過しつつ、前記外周側第１面からの光を前方へ屈折させると、前方側の光量を増加させることができるので、反射体のサイズを小さくすることができる。
　前記レンズが、前記ＬＥＤから外周方向へ向かう光を内周方向へ全反射する外周側第１面を備え、前記突条第１面が、前記ＬＥＤから前方へ向かう光を外周方向へ全反射しつつ、前記外周側第１面からの光を前方へ屈折させると、前方側の光量を増加させることができるので、反射体のサイズを小さくすることができる。
　前記反射体は、反射面が鏡面とした平坦面に形成され、前記レンズからの光を前記レンズの中心軸と平行な光として反射すると、スポット配光に適した反射体とすることができる。
　前記反射体は、反射面が前記レンズからの光を拡散反射すると、広角配光に適した反射体とすることができる。
　前記反射体は、反射面全体が基端から先端にかけてレンズ側に膨らんだ鏡面の円弧面か、反射射面が出っ張った円弧面による凸部と窪んだ円弧面による凹部とが連続した微小な凹凸か、または反射射面が出っ張った円弧面による凸部が連続した微小な凹凸により形成されていると、反射面全体で扇状に広げて反射させたり、それぞれの凸部で扇状に広げて反射させたりすることができ、広角配光に適した反射体とすることができる。
　前記突条第２面または前記内周側第２面のいずれか一方、または両方に、凹凸が形成されていると、出射面にて光を広げて照射できるので、広角配光に適したレンズとすることができる。
　本発明は、透過拡散板を設けることなく発光面積を広くすることができ、光取り出し効率を低下させずに、円環状に配置されたＬＥＤからの光が眩しくならないように発光面積を広げながら、光を集光させるスポット配光から、広い範囲を照射する広角配光まで、必要に応じたさまざまな照明装置とすることができる。
本発明の実施の形態１に係るＬＥＤ照明装置の端面図であり、レンズの中心軸とＬＥＤを含む仮想平面での光の進行を示す図である。 図１に示すＬＥＤ照明装置のＬＥＤ基板を示す平面図である。 図１に示すＬＥＤ照明装置のレンズを示す図であり、（Ａ）は背面側から見た斜視図、（Ｂ）は前方側から見た斜視図、（Ｃ）は背面図、（Ｄ）は正面図、（Ｅ）は側面図である。 本発明の実施の形態２に係るＬＥＤ照明装置の端面図であり、レンズの中心軸とＬＥＤを含む仮想平面での光の進行を示す図である。 図４に示すＬＥＤ照明装置のレンズを示す図であり、（Ａ）は背面側から見た斜視図、（Ｂ）は前方側から見た斜視図、（Ｃ）は背面図、（Ｄ）は正面図、（Ｅ）は側面図である。 本発明の実施の形態３に係るＬＥＤ照明装置の端面図であり、レンズの中心軸とＬＥＤを含む仮想平面での光の進行を示す図である。 図６に示すＬＥＤ照明装置のレンズを示す図であり、（Ａ）は背面側から見た斜視図、（Ｂ）は前方側から見た斜視図、（Ｃ）は背面図、（Ｄ）は正面図、（Ｅ）は側面図である。 本発明の実施の形態４に係るＬＥＤ照明装置の端面図であり、レンズの中心軸とＬＥＤを含む仮想平面での光の進行を示す図である。 図８に示すＬＥＤ照明装置のレンズを示す図であり、（Ａ）は背面側から見た斜視図、（Ｂ）は前方側から見た斜視図、（Ｃ）は背面図、（Ｄ）は正面図、（Ｅ）は側面図である。 本発明の実施の形態５に係るＬＥＤ照明装置の端面図であり、レンズの中心軸とＬＥＤを含む仮想平面での光の進行を示す図である。 図１０に示すＬＥＤ照明装置のレンズを示す図であり、（Ａ）は背面側から見た斜視図、（Ｂ）は前方側から見た斜視図、（Ｃ）は背面図、（Ｄ）は正面図、（Ｅ）は側面図である。 本発明の実施の形態６に係るＬＥＤ照明装置の端面図であり、レンズの中心軸とＬＥＤを含む仮想平面での光の進行を示す図である。 図１２に示すＬＥＤ照明装置のレンズを示す図であり、（Ａ）は背面側から見た斜視図、（Ｂ）は前方側から見た斜視図、（Ｃ）は背面図、（Ｄ）は正面図、（Ｅ）は側面図である。 本発明の実施の形態７に係るＬＥＤ照明装置の端面図であり、レンズの中心軸とＬＥＤを含む仮想平面での光の進行を示す図である。 図１４に示すＬＥＤ照明装置のレンズを示す図であり、（Ａ）は背面側から見た斜視図、（Ｂ）は前方側から見た斜視図、（Ｃ）は背面図、（Ｄ）は正面図、（Ｅ）は側面図である。 本発明の実施の形態８に係るＬＥＤ照明装置のレンズの端面図である。 図１６に示すＬＥＤ照明装置のレンズの配光を説明するための一部拡大端面図である。 本発明の実施の形態８に係る他のＬＥＤ照明装置のレンズの端面図である。 図１８に示すＬＥＤ照明装置のレンズの配光を説明するための一部拡大端面図である。 本発明の実施の形態９に係るＬＥＤ照明装置の反射体を示す端面図であり、（Ａ）は出っ張った円弧面が連続した反射面を示す図、（Ｂ）は（Ａ）の一部拡大図である。 本発明の実施の形態９に係るＬＥＤ照明装置の反射体を示す端面図であり、レンズ側に膨らんだ円弧面に形成された反射面を示す図である。 本発明の実施の形態９に係るＬＥＤ照明装置の反射体を示す端面図であり、拡散反射面が形成された反射面を示す図である。 光線追跡のシミュレーションにおけるＬＥＤからの光の傾斜角度を説明するための図である。 図２に示すＬＥＤ基板単体の配光曲線のシミュレーション結果を示す図である。 図２に示すＬＥＤ基板単体をシミュレーションして得られた発光状態を画像化した図である。 実施例１において、ＬＥＤからの光が０°の場合の光線追跡のシミュレーション結果を示すＬＥＤ照明装置を側面から見た図である。 実施例１において、ＬＥＤからの光が１５°の場合の光線追跡のシミュレーション結果を示す図であり、（Ａ）はＬＥＤ照明装置を側面から見た図、（Ｂ）はＬＥＤ照明装置を正面から見た図である。 実施例１において、ＬＥＤからの光が３０°の場合の光線追跡のシミュレーション結果を示す図であり、（Ａ）はＬＥＤ照明装置を側面から見た図、（Ｂ）はＬＥＤ照明装置を正面から見た図である。 実施例１において、ＬＥＤからの光が４５°の場合の光線追跡のシミュレーション結果を示す図であり、（Ａ）はＬＥＤ照明装置を側面から見た図、（Ｂ）はＬＥＤ照明装置を正面から見た図である。 実施例１において、ＬＥＤからの光が６０°の場合の光線追跡のシミュレーション結果を示す図であり、（Ａ）はＬＥＤ照明装置を側面から見た図、（Ｂ）はＬＥＤ照明装置を正面から見た図である。 実施例１において、ＬＥＤからの光が９０°の場合の光線追跡のシミュレーション結果を示す図であり、（Ａ）はＬＥＤ照明装置を側面から見た図、（Ｂ）はＬＥＤ照明装置を正面から見た図である。 実施例１において、配光曲線のシミュレーション結果を示す図である。 実施例１において、シミュレーションして得られた発光状態を画像化した図である。 実施例２において、光線追跡のシミュレーション結果を示すＬＥＤ照明装置を側面から見た図である。 実施例３において、光線追跡のシミュレーション結果を示すＬＥＤ照明装置を側面から見た図である。 実施例４において、光線追跡のシミュレーション結果を示すＬＥＤ照明装置を側面から見た図である。 実施例５において、光線追跡のシミュレーション結果を示すＬＥＤ照明装置を側面から見た図である。 実施例６において、光線追跡のシミュレーション結果を示すＬＥＤ照明装置を側面から見た図である。 実施例７において、光線追跡のシミュレーション結果を示すＬＥＤ照明装置を側面から見た図である。 実施例２において、配光曲線のシミュレーション結果を示す図である。 実施例３において、配光曲線のシミュレーション結果を示す図である。 実施例４において、配光曲線のシミュレーション結果を示す図である。 実施例５において、配光曲線のシミュレーション結果を示す図である。 実施例６において、配光曲線のシミュレーション結果に示す図である。 実施例７において、配光曲線のシミュレーション結果に示す図である。 実施例８において、光線追跡のシミュレーション結果を示すＬＥＤ照明装置を側面から見た図である。 実施例８において、配光曲線のシミュレーション結果を示す図である。 実施例９における光線追跡のシミュレーション結果を示すＬＥＤ照明装置を側面から見た図である。 実施例９において、配光曲線のシミュレーション結果を示す図である。
　１０～１６　ＬＥＤ照明装置
　２０　ＬＥＤ基板
　２１　ベース基板
　２１１　配線パターン
　２１２　貫通孔
　２２　ＬＥＤ
　２３　コネクタ
　３０，３０ａ～３０ｊ　レンズ
　３１１　ガイド孔
　３１２　溝
　３２１　入射第１面
　３２２　入射第２面
　３２３，３２３ａ　入射第３面
　３３　内周部
　３３１　内周側第１面
　３３２，３３２ａ，３３２ｂ　内周側第２面
　３４，３４ａ～３４ｄ　外周部
　３４１，３４１ａ～３４１ｄ　外周側第１面
　３４１１，３４１２　透過面
　３４２ａ～３４２ｄ　外周側第２面
　３５，３５ａ～３５ｃ　突条部
　３５１，３５１ａ　突条第１面
　３５２，３５２ａ～３５２ｃ　突条第２面
　４０～４５　反射体
　４０１，４１１，４２１　底部
　４０２，４３２，４４２，４５２　周壁部
　４０３　バッフル部
　Ｏ　中心軸
　ｒ　配置半径
　本実施の形態に係るＬＥＤ照明装置を図面に基づいて説明する。なお、本明細書では、ＬＥＤ照明装置を基準に光が照射される対象物への方向を前方、ＬＥＤからＬＥＤの配置中心に向かう方向を内周方向、反対方向であるＬＥＤから外側に向かう方向を外周方向と称する。また、図面においては、主要な部品構成のみを図示しており、ＬＥＤを点灯させるための電源部、壁面や天井に取り付けたり、吊り下げたりするための取付金具等は図示していない。
（実施の形態１）
　まず、本発明の実施の形態１に係るＬＥＤ照明装置を図１から図３に基づいて説明する。図１に示すＬＥＤ照明装置１０は、ＬＥＤ基板２０と、レンズ３０と、反射体４０とを主要な構成としている。
　ＬＥＤ基板２０は、図２に示すように、円盤状に形成されたベース基板２１にＬＥＤ２２が円環状に配置されたものである。
　ベース基板２１には、ＬＥＤ２２を直列接続するための配線パターン２１１が設けられている。また、ベース基板２１の中心には、ねじ止用の貫通孔２１２が設けられている。
　ＬＥＤ２２は、この貫通孔２１２を中心とした円周上に、所定間隔ごとに配置されている。本実施の形態では、ベース基板２１に１２個のＬＥＤが３０°ごとに配置されている。
　図３（Ａ）から同図（Ｅ）に示すレンズ３０は、透光性樹脂により中心軸Ｏ（図１参照）を円の中心とした略円環状に成形され、ＬＥＤ２２（図１参照）からの光を前方または外側方向へ配光するものである。
　レンズ３０には、中央部に、ねじを挿通させるためのガイド孔３１１が設けられている。レンズ３０には、ＬＥＤ２２からの光が進入する入射面と、レンズ３０内を進行した光が出射する出射面および反射して進行方向を変更させる全反射面が設けられている。
　まず、入射面であるが、レンズ３０には、ＬＥＤ２２を配置するための溝３１２が設けられており、入射面を構成している。この溝３１２は、内周側の壁面である入射第１面３２１と、外周側の壁面である入射第２面３２２と、ＬＥＤ２２側に膨らむ底面となる入射第３面３２３とから構成されている。
　次に、出射面および全反射面を説明する。
　ＬＥＤ２２が配置される位置（溝３１２の位置）を基準にしてレンズ３０の内周側には、内周側の壁面である入射第１面３２１の基端から中心に向かって傾斜する内周側第１面３３１と、中心軸Ｏと直交する仮想面と平行となる内周側第２面３３２とによる内周部３３が設けられている。
　レンズ３０の外周側には、前方へ向かうに従って中心軸Ｏからの距離が徐々に短くなり、かつ外周方向に膨らむ円弧面により形成された外周側第１面３４１による外周部３４が設けられている。また、レンズ３０の内周側と外周側との間の中央部には、突条第１面３５１と突条第２面３５２とにより稜線が円形状となり、内周側第２面３３２より前方に位置する突条部３５が設けられている。
　図１に示す反射体４０は、カップ状に形成され、レンズ３０からの光を反射するものである。反射体４０は、ＬＥＤ基板２０が配置され、ねじ止めされる貫通孔が形成された平板状の底部４０１と、前方へ向かうに従って徐々に開口面積が広くなるように形成された周壁部４０２と、反射体４０の開口縁部に設けられたバッフル部４０３とを備えている。周壁部４０２は、内周面を鏡面とした反射面が形成されている。
　バッフル部４０３は、リング状の凹凸を持ち、黒色または白色塗装されている。バッフル部４０３は、黒色塗装されていれば、光を反射させず吸収し、白色塗装されていれば、光を拡散反射させることができる。
　以上のように構成された本発明の実施の形態１に係るＬＥＤ照明装置の配光について、図１に基づいて詳細に説明する。
　ＬＥＤ２２から内周方向へ向かう光は、入射第１面３２１よりレンズ３０に入射して、内周側第１面３３１へ進行する。内周側第１面３３１は、ＬＥＤ２２からの光を中心軸Ｏと平行な光に全反射するように形成されているため、ＬＥＤ２２からの光は内周側第１面３３１にて全反射して前方へ向かう光となる。内周側第１面３３１により全反射した光は内周側第２面３３２をそのまま透過して前方へ向かう。このように、内周部３３は、ＬＥＤ２２から内周方向へ向かう光を前方へ向かう中心軸Ｏと平行な光とすることができる。
　ＬＥＤ２２から外周方向へ向かう光は、入射第２面３２２よりレンズ３０に入射して、外周側第１面３４１を透過する際に屈折して照射範囲を広げ、反射体４０へ向かう光となる。反射体４０では、外周側第１面３４１からの光を中心軸Ｏと平行な光に反射するように形成されているため、外周側第１面３４１からの光は周壁部４０２にて反射して前方へ向かう光となる。このように、外周部３４は、ＬＥＤ２２から外周方向へ向かう光を前方へ向かう中心軸Ｏと平行な光とすることができる。
　ＬＥＤ２２から前方へ向かう光は、入射第３面３２３によりレンズ３０に入射して、突条第１面３５１へ進行する。突条第１面３５１は、外周側第１面３４１を透過した光が到達する反射体４０の位置より遠い位置へ、かつ範囲を広げて照射するように、ＬＥＤ２２からの光を外周方向へ向けて全反射するように形成されている。従って、ＬＥＤ２２からの光は突条第１面３５１にて全反射して外周方向へ向かう光となる。突条第１面３５１により全反射した光は突条第２面３５２をそのまま透過して反射体４０へ向かう。
　反射体４０では、突条第２面３５２からの光を中心軸Ｏと平行な光に反射するように形成されているため、突条第２面３５２からの光は周壁部４０２にて反射して前方へ向かう光となる。このように、突条部３５は、ＬＥＤ２２から前方へ向かう光をＬＥＤ２２から離れた位置から前方へ光を配光させることができる。
　以上のように本実施の形態１に係るＬＥＤ照明装置１０のレンズ３０は、ＬＥＤ２２からの光を前方だけでなく、外周方向へ広げることができる。この外周方向へ向かう光は、反射体４０により前方へ反射することができるので、ＬＥＤ２２から離れた位置から前方へ光を配光させることができる。また、レンズ３０に突条第１面３５１と突条第２面３５２とが突条部３５として、前方に突出させて設けられているため、円環状に並べられたＬＥＤ２２の配置半径ｒを変えずに、突出量を照明装置のサイズに応じて大きくすることで、透過拡散板などを用いることなく、反射体４０へ向けての照射範囲を広げることができる。
　また、反射体４０は、中心軸Ｏに平行な光に反射しておりスポット配光に適している。
　このように、ＬＥＤ照明装置１０は、光取り出し効率を低下させずに、円環状に配置されたＬＥＤ２２からの光が眩しくならないように発光面積を広げることができ、かつ、光を集光させるスポット配光を持つ照明装置とすることができる。
　更に、突条第２面３５２から透過して反射体４０へ向かう光は、外周側第１面３４１から透過して反射体４０へ向かう光より反射体４０の遠い位置に到達することで、反射面上で重ならないようにすることができる。従って、反射体４０の傾斜角度を設計するに当たり、それぞれ光が到達する位置で検討することができるため、反射体４０の設計を容易とすることができる。
（実施の形態２）
　本発明の実施の形態２に係るＬＥＤ照明装置を図４および図５に基づいて説明する。なお、図４および図５においては、図１から図３と同じ構成のものは同符号を付して説明を省略する。
　図４および図５に示すＬＥＤ照明装置１１のレンズ３０ａは、外周部３４ａの外周側第１面３４１ａが、前方へ向かうに従って中心軸Ｏからの距離が徐々に長くなり、かつ外周方向に膨らむ円弧面により形成されている。この外周側第１面３４１ａにより、ＬＥＤ２２から入射第２面３２２に入射した光を、全反射して前方へ向かう光とすることができる。
　また、外周部３４ａに、中心軸Ｏと直交する仮想面と平行となる外周側第２面３４２ａが設けられていることにより、外周側第２面３４２ａは外周側第１面３４１ａから前方へ向かう光をそのまま透過させることができる。
　外周部３４ａにＬＥＤ２２からの光を全反射する外周側第１面３４１ａが設けられたことにより、反射体４１の底部４１１は底板の周縁に周壁が立設された円形トレイ状とすることができ、周壁部４０２は底部４１１の周壁の先部から設けられている。
　このように、レンズ３０ａの外周部３４ａに、全反射する外周側第１面３４１ａと、そのまま透過させる外周側第２面３４２ａとを設けることで、ＬＥＤ２２から外周方向へ向かう光をレンズ３０ａ内で前方へ向かう光とすることができる。また、反射体４１の周壁部４０２は、突条第２面３５２からの光を反射させるだけでよいので、反射体４１をコンパクトに形成することができる。
　ＬＥＤ基板２０には、配線パターン２１１（図２参照）の両端に接続され、ＬＥＤ２２へ電源を供給するためのコネクタ２３が、レンズ３０ａの外周側第１面３４１ａの側方となる位置に設けられている。しかし、レンズ２０ａの外周側第１面３４１ａは全反射面であるため、コネクタ２３をＬＥＤ２２が配置されているベース基板２１の実装面側に実装していても、コネクタ２３が配光に影響を与えることない。従って、コネクタ２３だけでなく、他の電気部品なども、レンズ３０ａの外周側第１面３４１の側方となる位置であれば、ベース基板２１の実装面側に実装することができる。
（実施の形態３）
　本発明の実施の形態３に係るＬＥＤ照明装置を図６および図７に基づいて説明する。なお、図６および図７においては、図１から図５と同じ構成のものは同符号を付して説明を省略する。
　図６および図７に示すＬＥＤ照明装置１２のレンズ３０ｂは、外周部３４ａの外周側第１面３４１ａの最外周端より、突条部３５の突条第２面３５２が外周側に位置していることで、外周側第１面３４１ａにより全反射した前方へ向かう光が突条部３５内を進行するようにしている。従って、外周側第１面３４１ａにより全反射した光は、突条第１面３５１に全反射して外周方向へ向かう光となる。
　このように、突条第１面３５１がＬＥＤ２２から前方へ向かう光と共に、外周側第１面３４１ａが全反射した光を全反射して、外周方向へ反射するので、外周方向へ向かう光量、すなわち、反射体４１により反射する光量を増加させることができる。従って、光量に応じて反射体４１のサイズを大きくすれば、反射体４１により反射する発光面積を広くでき、眩しさを緩和することができる。
　また、突条第１面３５１の基側（内周側）にてＬＥＤ２２から前方へ向かう光を全反射し、突条第１面３５１の先側（外周側）にて外周側第１面３４１ａが全反射した光を全反射しているので、反射体４１のそれぞれ違う範囲を重ならず照射することができる。従って、反射体４１の傾斜角度を設計するに当たり、それぞれ光が到達する位置で検討することができるため、反射体４１の設計を容易とすることができる。
（実施の形態４）
　本発明の実施の形態４に係るＬＥＤ照明装置を図８および図９に基づいて説明する。なお、図８および図９においては、図１から図７と同じ構成のものは同符号を付して説明を省略する。
　図８および図９に示すＬＥＤ照明装置１３のレンズ３０ｃは、外周部３４ｂの外周側第１面３４１ｂが、透過面と全反射面とから形成されている。また、反射体４２の底部４２１の周壁は、反射面として機能させるために、前方へ向かうに従って徐々に開口面積が広くなるような傾斜面に形成されており、この底部４２１の周壁の先端から開口度合いが広くなった周壁部４０２が設けられている。
　ＬＥＤ２２から外周方向へ向かう光は入射第２面３２２から入射し、外周側第１面３４１ｂへ到達する。このとき、外周側第１面３４１ｂでは、ＬＥＤ２２から外周方向へ向かう光の中でも、外周側第１面３４１ｂの基端から中間位置まで（透過面３４１１）の光（ＬＥＤ２２の側方からやや前方に向けた光）を透過し、中間位置から先側の光を全反射している。
　外周側第１面３４１ｂの透過面３４１１を透過した光は、突条第１面３５１からの光より反射体４２の底部４２１の周壁で反射されることで、周壁部４０２により反射する突条第１面３５１からの光と照射範囲が重ならずに、前方へ向かう光となる。従って、反射体４２の傾斜角度を設計するに当たり、それぞれ光が到達する位置で検討することができるため、反射体４２の設計を容易とすることができる。
　また、反射体４２の周壁部４０２は、突条第２面３５２からの光を反射させるだけでよいので、反射体４２のサイズを図１に示す反射体４０よりコンパクトに形成することができる。
（実施の形態５）
　本発明の実施の形態５に係るＬＥＤ照明装置を図１０および図１１に基づいて説明する。なお、図１０および図１１においては、図１から図９と同じ構成のものは同符号を付して説明を省略する。
　図１０および図１１に示すＬＥＤ照明装置１４のレンズ３０ｄには、外周側第１面３４１ｂが全反射した光を透過する外周側第２面３４２ｂが突条部３５ａの先端に設けられている。この外周側第２面３４２ｂの幅を、外周側第１面３４１ｂが全反射する照射範囲以上とすることで、外周側第１面３４１ｂが全反射した前方へ向かう光を、そのまま前方へ出射することができる。
　このようにレンズ３０ｄが形成されていることで、外周側第１面３４１ｂが全反射した光を、外周側第２面３４２ｂを透過させて前方へ向かわせることができ、反射体４２の周壁部４０２は、突条第２面３５２からの光を反射させるだけでよいので、反射体４２のサイズを図１に示す反射体４０よりコンパクトに形成することができる。また、外周側第２面３４２ｂから前方へ向かう光を、内周側第２面３３２と反射体４２との間から光らせることができる。
（実施の形態６）
　本発明の実施の形態６に係るＬＥＤ照明装置を図１２および図１３に基づいて説明する。なお、図１２および図１３においては、図１から図１１と同じ構成のものは同符号を付して説明を省略する。
　図１２および図１３に示すＬＥＤ照明装置１５のレンズ３０ｅは、突条第２面３５２ａへ向けて全反射する外周部３４ｃの外周側第１面３４１ｃと、突条第１面３５１からの外周方向へ向かう光を透過しつつ、外周側第１面３４１ｃからの光を前方へ屈折させる突条部３５ｂの突条第２面３５２ａとを備えている。そして、レンズ３０ｅでは、ＬＥＤ２２からの光を、前方に位置する突条第１面３５１だけでなく、外周方向へ向けて進行させるために、入射第３面３２３ａが内周側から外周側へ向かうに従って徐々にＬＥＤ２２と入射第３面３２３ａと間の隙間が狭くなるように形成されている。
　このようにレンズ３０ｅが形成されていることで、外周側第１面３４１ｃが全反射した光を突条第２面３５２aから前方へ向かわせることができ、反射体４１の周壁部４０２は、突条第１面３５１で全反射し、突条第２面３５２ａから透過した光を反射させるだけでよいので、前方側の光量を増加させることができると共に、反射体４１のサイズを図１に示す反射体４０よりコンパクトに形成することができる。
（実施の形態７）
　本発明の実施の形態７に係るＬＥＤ照明装置を図１４および図１５に基づいて説明する。なお、図１４および図１５においては、図１から図１３と同じ構成のものは同符号を付して説明を省略する。
　図１４および図１５に示すＬＥＤ照明装置１６のレンズ３０ｆは、ＬＥＤ２２から外周方向へ向かう光を内周方向へ全反射する外周部３４ｄの外周側第１面３４１ｄと、ＬＥＤ２２から前方へ向かう光を外周方向へ全反射しつつ、外周側第１面３４１ｄからの光を前方へ屈折させる突条部３５ｃの突条第１面３５１ａとを備えている。
　このようにレンズ３０ｆが形成されていることで、外周側第１面３４１ｄが全反射した内周方向への光を突条第１面３５１ａから前方へ向かわせることができ、反射体４０の周壁部４０２は、突条第２面３５２からの光を反射させるだけでよいので、前方側の光量を増加させることができると共に、反射体４０のサイズを図１に示す反射体４０よりコンパクトに形成することができる。
（実施の形態８）
　本発明の実施の形態８に係るＬＥＤ照明装置を図１６から図１９に基づいて説明する。なお、図１６から図１９においては、図１０および図１１と同じ構成のものは同符号を付して説明を省略する。
　図１６に示すＬＥＤ照明装置のレンズ３０ｇは、図１０に示す実施の形態５に係るレンズ３０ｄの突条第２面３５２と、内周側第２面３３２と、外周側第２面３４２ｂと、外周側第１面３４１ｂの透過面３４１１との全ての出射面に、凹凸を形成したものである。
　レンズ３０ｇの突条第２面３５２ｂと内周側第２面３３２ａと外周側第２面３４２ｃと外周側第１面３４１ｂの透過面３４１２とには、出っ張った円弧面による凸部と窪んだ円弧面による凹部とが連続した微小な凹凸が形成されている。このような凹凸を形成することで、図１６および図１７に示すように、出射面にて光を広げて照射できるので、レンズ３０ｇを広角配光に適したものとすることができる。
　また、図１８に示すＬＥＤ照明装置のレンズ３０ｈも、図１０に示す実施の形態５に係るレンズ３０ｄの突条第２面３５２と、内周側第２面３３２と、外周側第２面３４２ｂと、外周側第１面３４１ｂの透過面３４１１との全ての出射面に、凹凸を形成したものである。
　このレンズ３０ｈでは、突条第２面３５２ｃと内周側第２面３３２ｂと外周側第２面３４２ｄと外周側第１面３４１ｂの透過面３４１２とには、出っ張った円弧面による凸部が連続した微小な凹凸が形成されている。このような凹凸としても、図１８および図１９に示すように、出射面にて光を広げて照射できるので、レンズ３０ｈを広角配光に適したものとすることができる。
　特に、レンズ３０ｈの突条第２面３５２ｃと内周側第２面３３２ｂと外周側第１面３４１ｂの透過面３４１２の凹凸面は、図１６に示すレンズ３０ｇの突条第２面３５２ｂと内周側第２面３３２ａと外周側第１面３４１ｂの透過面３４１２の凹凸面と比較して、凸部のピッチを細かく形成できるため、より効果的に出射光を広げて照射することができる。
（実施の形態９）
　本発明の実施の形態９に係るＬＥＤ照明装置を図２０から図２２に基づいて説明する。なお、図２０から図２２においては、図１から図１９と同じ構成のものは同符号を付して説明を省略する。
　実施の形態１～７に係るＬＥＤ照明装置１０～１６は、鏡面とした平坦面の反射体４０～４２の反射面によりレンズからの光を中心軸Ｏと平行な光として鏡面反射するものであるが、図２０から図２２に示すＬＥＤ照明装置の反射体４３～４５は、レンズ３０ｊからの光を広げた光として反射するものである。
　また、レンズ３０ｊの各出射面（突条第２面３５２ｃ，内周側第２面３３２ｂ）には出っ張った円弧面による凸部が連続した微小な凹凸が形成されている。
　図２０（Ａ）および同図（Ｂ）に示す反射体４３の周壁部４３２は、反射面に凹凸を設けたものである。この凹凸は、鏡面の出っ張った円弧面による微小な凸部が連続して形成されている。レンズ３０ｊの出射面に微小な凹凸が形成されていることで、突条第２面３５２ｃからの光を、出射面にて光を広げて照射でき、更に反射体４３の周壁部４３２の反射面のそれぞれの凸部で扇状に広げて反射させることができる。また、内周側第２面３３２ｂからの光を、広がった光として対象物を直接照射することができる。これらにより広角配光を持つ照明装置とすることができる。また、この反射体４３の反射面の凹凸は、鏡面の出っ張った円弧面による凸部と窪んだ円弧面による凹部とが連続した微小な凹凸としてもよい。
　図２１に示す反射体４４の周壁部４４２は、反射面全体が基端から先端にかけてレンズ３０ｊ側に膨らんだ鏡面の円弧面により形成されている。この周壁部４４２の反射面により、レンズ３０ｊの突条第２面３５２からの光を、反射面全体で扇状に広げて反射させることができる。また、内周側第２面３３２ｂからの光を、広がった光として対象物を直接照射することができ、これらにより広角配光を持つ照明装置とすることができる。
　図２２に示す反射体４５の周壁部４５２は、反射面を拡散反射面としたものである。例えば、反射性の白色塗料を塗布したり、ブラスト処理して梨地面としたりすることができる。この周壁部４５２の反射面により、レンズ３０ｊの突条第２面３５２ｃからの光を、乱反射させることで、拡散反射させることができ、広角配光を持つ照明装置とすることができる。
　このように、反射体を、図２０から図２２に示す反射体４３～４５のように、反射面を凹凸面としたり、反射面全体を円弧面としたり、反射面を拡散反射面としたりすることができるが、実施の形態１～７に係る反射体においても、反射体４０～４２の代わりに、反射面を凹凸面としたり、反射面全体を円弧面としたり、反射面を拡散反射面としたりした反射体４３～４５とすることができる。また、反射体４１～４５の開口度合いを大きくすれば、広角配光に対応させることができる。
　実施の形態１～９に係るＬＥＤ照明装置について、光線追跡のシミュレーションを行った。シミュレーションは、図２３に示すようにレンズ３０の中心軸ＯとＬＥＤ２２とを結ぶ仮想直線Ｌを基準として、この仮想直線Ｌとの傾斜角度が０°，１５°，３０°，４５°，６０°，９０°にて、ＬＥＤ２２からの光が、どのような軌跡を描くかを追跡したものである。
　また、実施の形態１～９に係るＬＥＤ照明装置について、配光曲線のシミュレーションも行った。ここで配光曲線とは、光束１０００ｌｍの光源を使用した場合における、光軸からの角度とその角度方向の光度をプロットしたものである。また、実施の形態１に係るＬＥＤ照明装置１０については、発光状態の画像化のシミュレーションも行った。
　シミュレーションは、発明者がＣ言語で開発した自作のコンピュータープログラムを使用した。このプログラムは光源の位置をデータに持ち、その光源から任意の方向に光線を飛ばせるよう、光線に方向ベクトルが与えられている。レンズや反射体は、透過屈折、または鏡面反射の特性を持つ面として定義されており、反射や屈折のシミュレーションが可能なように、面上のすべての点で、法線ベクトルが算出可能にモデル化されている。
　レンズおよび反射体の形状については、レンズまたは反射体を所定位置で切断したときの切断面である端面図での各位置を座標で指定して入力し、回転体としてモデル化している。なお、光線追跡のシミュレーションにおいては、ＬＥＤ２２は点光源として周囲に均等に出射するものとしてシミュレーションを行っている。
　プログラムは、まず、光線を指定の方向に伸ばし、モデル化されたレンズまたは反射体の面に衝突するかを計算で確認する。光線が衝突しなければ、計算を終了し、次の光線のシミュレーション計算に移る。光線が衝突すれば、衝突地点の位置座標と衝突地点の面の法線ベクトルを計算する。更に光線が衝突した面が、レンズか反射体かを識別し、反射体なら、光線の方向ベクトルと衝突地点の法線ベクトルから、反射した光線の方向ベクトルを計算する。この反射は鏡面反射なので、衝突した光線の入射角と反射する光線の出射角が等しくなるように計算される。また、光線が衝突した面がレンズであれば、光線の方向ベクトルと衝突地点の法線ベクトルとから、スネルの法則に従い、屈折後の光線の方向ベクトルを計算する。この計算後の方向ベクトルを光線の衝突地点の座標から新たな光線の方向として伸ばしていき、再度衝突判定が行われる。光線が衝突した場合には、衝突地点と衝突後の新たな方向ベクトルが計算される。
　光線がレンズに衝突した場合は、レンズに入射するのか、それともレンズから出射されるのかも正しく判定する。レンズから出射される場合には臨界角チェックも行い、レンズ面に臨界角を超えて光線が衝突した場合には全反射するようになっている。こうして、光線がレンズにも反射体にも衝突しなくなるまで繰り返し計算することで光線追跡シミュレーションを行うことができる。
　また、このプログラムには、このような追跡結果データをランダムに数多く集積し、統計処理するモンテカルロ法の処理ルーチンが組み込まれている。そのため、ＬＥＤ光源をモデル化し、実際のＬＥＤの配光に合わせたランダム光線を数多く追跡計算し、最終出射光線の方向をモンテカルロ法で統計処理することで、配光曲線のシミュレーションが可能である。
　配光曲線のシミュレーションにおいては、ＬＥＤ２２を実際のＬＥＤに極力近づけるため、点光源ではなく、微小な面積を持たせ、また、実際の配置に置いてモデル化している。具体的には、２．６ｍｍ×１．０ｍｍの微小面積を持つ光源を、図２のＬＥＤ２２の位置に１２個配置している。
　モンテカルロ法においては、乱数にて、ランダムに１２個のＬＥＤモデルのうち１個を選び、そのＬＥＤモデルの２．６ｍｍ×１．０ｍｍの微小面積内を、０．２ｍｍ角で１３個×５個に分割し、その中の一つを、同じく乱数にてランダムに１個選び、その座標を光源座標とする。光線の方向については実際のＬＥＤ配光特性に合わせた上でのランダムな方向を、これも乱数で与えている。こうした統計処理をランダムな光線を４，１９４，３０４(２の２２乗)本で行うことで、配光曲線を計算した。
　図２４は、こうしてモデル化した図２のＬＥＤ基板単体での配光曲線のシミュレーション結果で、正円状に前方にのみ配光される一般にランバート分布と呼ばれる配光結果が得られている。
　また、このプログラムに組み込まれたモンテカルロ法のルーチンは、配光曲線だけでなく、モデル化された照明装置を正面から見たとき、どのように見えるか、つまり照明装置の発光状態を画像化する処理も具備している。
　図２５は図２のＬＥＤ基板単体の発光状態をシミュレーションにより画像化したものである。１２個のＬＥＤがほぼ点光源として発光している画像が得られるが、ＬＥＤの粒々感がはっきり感じられ、発光面積も非常に小さく眩しいものとなっているのがわかる。
　（実施例１）
　実施例１では、実施の形態１に係るＬＥＤ照明装置１０（図１参照）について、光線追跡のシミュレーションを行った。シミュレーション結果を図２６から図３１に示す。
　図２６に示す「０°」では、図１に示す軌跡と同じものが得られた。図２７（Ａ）および同図（Ｂ）に示す「１５°」では、図１に示す軌跡より広がりのある軌跡となっているが、ずれは微小である。突条第１面３５１により全反射して突条第２面３５２から出射した光は、反射体４０の反射面へ扇状に広がりながら進行している。
　図２８（Ａ）および同図（Ｂ）に示す「３０°」では、「０°」の場合と比較して、ずれが大きくなるが、外周方向への光のずれは小さい。突条第１面３５１により全反射して突条第２面３５２から出射した光は、扇状に広がって反射体４０へ到達するが、内周方向へ向かう一部の光は、透過面である突条第２面３５２で全反射して大きくずれ、最終的に反射体４０の周壁部４０２の反射面で反射している。
　図２９（Ａ）および同図（Ｂ）に示す「４５°」では、「０°」の場合と比較して、ずれが更に大きくなるが、外周方向への光のずれは小さい。突条第１面３５１により全反射して突条第２面３５２から出射した光は、扇状に広がって反射体４０へ到達する。内周方向への光の一部は、透過面である突条第２面３５２で全反射し、以後、レンズ３０内で全反射を繰り返し、最終的にはレンズ３０外へ出射して反射体４０の周壁部４０２の反射面で反射し、ごく一部はバッフル部４０３に到達している。
　図３０（Ａ）および同図（Ｂ）に示す「６０°」では、ＬＥＤ２２から内周方向へ向かう光が、入射面第１面３２１から入射しなくなっている。突条第１面３５１により全反射して突条第２面３５２から出射した光は、扇状に広がって反射板４０へ到達する。一部の光は、突条第１面３５１に到達せず、そのまま外周方向の透過面である突条第２面３５２で屈折されて出射し、「０°」の場合よりずれた軌跡を通るが、バッフル部４０３に到達している。
　図３１（Ａ）および同図（Ｂ）に示す「９０°」では、ＬＥＤ２２から内周方向へ向かう光が、入射面第１面３２１から入射しなくなっている。突条第１面３５１では、全反射して突条第２面３５２から出射して「６０°」の場合より、更に大きい扇状に広がって反射体４０に到達する光と、そのまま突条第１面３５１を透過して、反射体４０に到達する光となっている。
　仮想直線Ｌとの傾斜角度が４５°～６０°の光の軌跡（光線）の中には、ずれが大きくなり反射体４０へ到達しないものがあり、スポット配光を乱してしまう。この光線をバッフル部４０３でカットすることにより良好なスポット配光を保つことができる。
　また、実施の形態１に係るＬＥＤ照明装置１０（図１参照）について、配光曲線のシミュレーションを行った。シミュレーション結果を図３２に示す。図３２を見て判るとおり、非常に細長い鋭い配光曲線であり、軸上光度は１４０００ｃｄに達し、良好なスポット配光を形成することが示されている。
　また、実施の形態１に係るＬＥＤ照明装置１０（図１参照）について、発光状態を画像化するシミュレーションを行った。シミュレーション結果を図３３に示す。図３３に示すシミュレーション結果と、図２５に示す１２個のＬＥＤを配置したＬＥＤ基板単体のシミュレーション結果とを比較して判るとおり、反射体により発光面積が広く大幅に増加している。また、レンズの発光面に僅かにＬＥＤの粒々感が残るが、反射体の発光はほぼ均一で、ＬＥＤの粒々感はほとんど感じられない。
　（実施例２から実施例７）
　実施例２から７では、実施の形態２から７に係るＬＥＤ照明装置１１～１６（図４，図６，図８，図１０，図１２，図１４参照）について、光線追跡のシミュレーションを行った。光線追跡のシミュレーション結果を、図３４から図３９に示す。なお、これらのシミュレーションは、図２３に示す仮想直線Ｌとの傾斜角度が０°のものである。
　図３４から図３９に示すシミュレーション結果から、ＬＥＤ照明装置１１～１６の軌跡と同様の軌跡が得られたことがわかる。
　また、実施の形態２から７に係るＬＥＤ照明装置１１～１６（図４，図６，図８，図１０，図１２，図１４参照）について、配光曲線のシミュレーションを行った。配光曲線のシミュレーション結果を、図４０から図４５に示す。
　実施の形態３に係るＬＥＤ照明装置１２の配光曲線のシミュレーション結果である図４１は、実施の形態１に係るＬＥＤ照明装置１０のシミュレーション結果である図３２と同様のスポット配光が得られており、その他は、スポット配光の程度に差はあるが、いずれも細長いきれいな配光曲線で、軸上光度も図２４の１０倍以上になっており、良好なスポット配光が得られている。
　（実施例８）
　実施例８では、実施の形態８に係るＬＥＤ照明装置について、光線追跡のシミュレーションを行った。レンズとしては図１６に示すレンズ３０ｇをモデル化し、反射体としては図１０に示す実施の形態５に係るＬＥＤ照明装置の反射体４２をモデル化して使用している。光線追跡のシミュレーション結果を、図４６に示す。なお、これらのシミュレーションは、図２３に示す仮想直線Ｌとの傾斜角度が０°のものである。
　図４６に示す光線追跡のシミュレーション結果から、レンズ３０ｇ（図１７参照）の出射面に形成された凹凸により光が広がって出射されており、反射体４２（図１０参照）により反射された光も広がっているのがわかる。
　また、実施の形態８に係るＬＥＤ照明装置の配光曲線のシミュレーションを行った。配光曲線のシミュレーション結果を図４７に示す。図４７では、軸上光度は１９００ｃｄとＬＥＤ基板（図２参照）単体での配光曲線のシミュレーション結果（図２４参照）の６倍程度で、スポット配光から少し広がった配光が得られているのがわかる。
　（実施例９）
　実施例９では、実施の形態９に係るＬＥＤ照明装置についてシミュレーションを行った。レンズと反射体は図２０に示すものをモデル化して使用した。光線追跡のシミュレーション結果を、図４８に示す。なお、これらのシミュレーションは、図２３に示す仮想直線Ｌとの傾斜角度が０°のものである。
　図４８に示す光線追跡のシミュレーション結果から、レンズ出射面に形成された凹凸により光が広がって出射されており、反射体により反射された光は、反射体表面に形成された凹凸で更に広がって反射されているのがわかる。
　また、実施の形態９に係るＬＥＤ照明装置の配光曲線のシミュレーションを行った。シミュレーション結果を図４９に示す。軸上光度は１４００ｃｄとＬＥＤ基板（図２参照）単体での配光曲線のシミュレーション結果（図２４参照）の４．４倍程度で、スポット配光から広がった広角配光が得られているのがわかる。
　本発明は、円環状に配置されたＬＥＤと、このＬＥＤに対応させて配置された円環状のレンズと、レンズ周囲を囲う反射体とを有するダウンライトやペンダント、スポットライトなどのＬＥＤ照明装置に好適である。

Claims (11)

  1. 　円環状に配置されたＬＥＤと、前記ＬＥＤの配置に対応させて円環状に形成されたレンズと、前記レンズの周囲を囲う反射体とを備え、
    　前記レンズは、
    　前記ＬＥＤから前方へ向かう光を外周方向へ全反射する突条第１面および前記突条第１面からの外周方向へ向かう光を透過する突条第２面が設けられた突条部と、
    　前記ＬＥＤから内周方向へ向かう光を前方へ全反射する内周側第１面および前記内周側第１面から前方へ向かう光を透過する内周側第２面が設けられた内周部とを備え、
    　前記反射体は、前記突条第２面から透過した光を前方へ反射する反射面を備えたことを特徴とするＬＥＤ照明装置。
  2. 　前記レンズは、前記ＬＥＤから外周方向へ向かう光を前方へ全反射する外周側第１面を備えた請求項１記載のＬＥＤ照明装置。
  3. 　前記レンズは、前記外周側第１面から前方へ向かう光を透過する外周側第２面を備えた請求項２記載のＬＥＤ照明装置。
  4. 　前記外周側第２面に、凹凸が形成されている請求項３記載のＬＥＤ照明装置。
  5. 　前記突条第１面は、前記ＬＥＤから前方へ向かう光を外周方向へ全反射しつつ、前記外周側第１面からの光を外周方向へ全反射する請求項２記載のＬＥＤ照明装置。
  6. 　前記レンズは、前記ＬＥＤから外周方向へ向かう光を前記突条第２面へ向けて全反射する外周側第１面を備え、
    　前記突条第２面は、前記突条第１面からの外周方向へ向かう光を透過しつつ、前記外周側第１面からの光を前方へ屈折させる請求項１記載のＬＥＤ照明装置。
  7. 　前記レンズは、前記ＬＥＤから外周方向へ向かう光を内周方向へ全反射する外周側第１面を備え、
    　前記突条第１面は、前記ＬＥＤから前方へ向かう光を外周方向へ全反射しつつ、前記外周側第１面からの光を前方へ屈折させる請求項１記載のＬＥＤ照明装置。
  8. 　前記反射体は、反射面が鏡面とした平坦面に形成され、前記レンズからの光を前記レンズの中心軸と平行な光として反射する請求項１記載のＬＥＤ照明装置。
  9. 　前記反射体は、反射面が前記レンズからの光を拡散反射する請求項１記載のＬＥＤ照明装置。
  10. 　前記反射体は、反射面全体が基端から先端にかけてレンズ側に膨らんだ鏡面の円弧面か、反射射面が出っ張った円弧面による凸部と窪んだ円弧面による凹部とが連続した微小な凹凸か、または反射射面が出っ張った円弧面による凸部が連続した微小な凹凸により形成されている請求項１記載のＬＥＤ照明装置。
  11. 　前記突条第２面または前記内周側第２面のいずれか一方、または両方に、凹凸が形成されている請求項１記載のＬＥＤ照明装置。
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