WO2013069238A1

WO2013069238A1 - 照明装置

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Publication number: WO2013069238A1
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Inventors: 中村　真人
Original assignee: 株式会社エンプラス
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Abstract

　照明装置（１００）は、基板（１１０）上に配置された発光素子（１２０）と、発光素子（１２０）から出射された光の一部を反射し、一部を透過させる光束制御部材（１３０）とを有する。光束制御部材１３０は、発光素子１２０と対向し、かつ発光素子（１２０）から出射された光の一部を反射させる反射面（１３２）を有する。反射面（１３２）は、中心部から外周部に向かうにつれて発光素子（１２０）からの高さが高くなる非球面形状の曲面を有する。反射面（１３２）は、中心部側の領域では側方方向に向けて光を反射させ、外周部側の領域では後方方向に向けて光を反射させる。

Description

照明装置

　本発明は、発光素子および光束制御部材を有し、白熱電球に代えて使用できる照明装置に関する。

　近年、省エネルギーや環境保全の観点から、発光ダイオード（以下「ＬＥＤ」ともいう）を光源とする照明装置（例えば、ＬＥＤ電球）が、白熱電球に代わるものとして使用されている。

　しかしながら、従来のＬＥＤを光源とする照明装置は、前方方向のみに光を出射し、白熱電球のように幅広い方向に光を出射することができない。このため、従来の照明装置は、白熱電球のように天井や壁面からの反射光を利用して室内を広範囲に照らすことができない。

　このような従来のＬＥＤを光源とする照明装置の配光特性を白熱電球の配光特性に近づけるため、ＬＥＤからの出射光の進行方向を光束制御部材で制御することが提案されている（例えば、特許文献１，２参照）。

　図１は、特許文献１に記載の照明装置の構成を示す模式図である。図１に示されるように、照明装置１０は、基板上に配置された複数のＬＥＤ１２と、ＬＥＤ１２の周囲に配置された光透過性材料からなる円筒形のカバー１４とを有する。カバー１４の上面は、逆円錐台形状に形成されている。円錐台の斜面は、光を反射させるアルミ板１６が貼り付けられており、反射面として機能する。一方、円錐台の平面は、光を透過させる透過窓１８として機能する。図１において矢印で示されるように、ＬＥＤ１２から出射された光の一部は、透過窓１８を通過して前方方向（上方向）への出射光となる。また、ＬＥＤ１２から出射された光の一部は、アルミ板１６で反射して側方方向（水平方向）への出射光となる。

　図２は、特許文献２に記載の照明装置の構成を示す模式図である。図２に示されるように、照明装置２０は、装置本体上に配置された複数のＬＥＤ２２と、ＬＥＤ２２の周囲に配置された拡散カバー２４および透明カバー２６とを有する。拡散カバー２４は、光拡散性を有しており、入射光を拡散させながら透過させる。また、拡散カバー２４の内面には反射面が形成されており、拡散カバー２４は、入射光の一部を透明カバーに向けて反射させる。一方、透明カバー２６は、光拡散性を有しておらず、入射光をそのまま透過させる。図２において矢印で示されるように、ＬＥＤ２２から出射された光の一部は、拡散カバー２４を通過して前方方向（上方向）への出射光となる。また、ＬＥＤ２２から出射された光の一部は、拡散カバー２４で反射し、透明カバー２６を透過して後方方向（下方向）への出射光となる。

　このように光束制御部材を用いてＬＥＤからの出射光の進行方向を制御することにより、前方方向だけでなく、側方方向または後方方向への出射光を得ることができる。したがって、特許文献１，２に記載の光束制御部材（反射面）を使用することで、照明装置（ＬＥＤ電球）の配光特性を白熱電球の配光特性にある程度近づけることができる。

特開２００３－２５８３１９号公報特開２０１０－１７６８９０号公報

　しかしながら、特許文献１，２に記載の照明装置には、配光特性のバランスが悪いという問題がある。すなわち、特許文献１に記載の照明装置は、前方方向および側方方向にはある程度配光できるものの、後方方向に適切に配光することができない。そのため、図１に示されるＡの領域が暗くなってしまう。また、特許文献２に記載の照明装置は、前方方向および後方方向にはある程度配光できるものの、側方方向に適切に配光することができない。そのため、図２に示されるＢの領域が暗くなってしまう。このように、特許文献１，２に記載の照明装置は、白熱電球に比べて配光特性のバランスが悪かった。

　本発明の目的は、発光素子を有する照明装置であって、一般的な発光素子の配光特性において光量不足となる半値角より大きな角度方向へも光を振り分けることができ、前方方向、側方方向および後方方向のすべてにバランスよく配光することができる照明装置を提供することである。

　本発明の照明装置は、基板上に配置された１または２以上の発光素子と、前記発光素子の光軸とその中心軸が一致するように前記発光素子に対して空気層を介して配置され、前記発光素子から出射された光の一部を反射し、一部を透過させる光束制御部材と、を有し、前記光束制御部材は、前記発光素子と対向し、かつ前記発光素子から出射された光の一部を反射させる反射面を有し、前記反射面は、前記発光素子の光軸との交点である中心部から外周部に向かうにつれて前記発光素子からの高さが高くなる非球面形状の曲面を有し、前記反射面の外周部は、前記反射面の中心部の位置と比較して、前記発光素子の光軸の方向における前記発光素子からの距離が離れた位置に形成され、前記反射面は、前記発光素子から前記発光素子の光軸に沿って出射された光の角度を０°としたときに、以下の式（１）を満たすように前記発光素子から出射された光の一部を反射させる、構成を採る。
　θ（ａ２）＜θ（ｂ２）　　　…（１）
　ただし、式（１）において、θ（ａ２）は、前記発光素子の発光中心から前記発光素子の光軸に対してθ（ａ１）の角度で出射され、かつ前記反射面により反射された光の、前記発光素子の光軸に対する角度であり、θ（ｂ２）は、前記発光素子の発光中心から前記発光素子の光軸に対してθ（ｂ１）の角度で出射され、かつ前記反射面により反射された光の、前記発光素子の光軸に対する角度であり、前記発光素子において前記発光素子の発光中心から一番遠い点から、前記発光素子の光軸と平行方向に出射した光が前記反射面に到達する点と、前記発光素子の発光中心とを結ぶ線の、前記発光素子の光軸に対する角度をθ（ｃ１）としたときに、θ（ｃ１）≦θ（ａ１）＜θ（ｂ１）である。

　本発明の照明装置は、基板上に配置された１または２以上の発光素子と、前記発光素子の光軸とその中心軸が一致するように前記発光素子に対して空気層を介して配置され、前記発光素子から出射された光の一部を反射し、一部を透過させる光束制御部材と、を有し、前記光束制御部材は、前記発光素子と対向し、かつ前記発光素子から出射された光の一部を反射させる反射面を有し、前記反射面は、前記発光素子の光軸との交点である中心部から外周部に向かうにつれて前記発光素子からの高さが高くなる非球面形状の曲面を有し、前記反射面の外周部は、前記反射面の中心部の位置と比較して、前記発光素子の光軸の方向における前記発光素子からの距離が離れた位置に形成され、前記反射面は、前記光束制御部材の中心軸を中心とする回転対称面であり、かつその母線が前記発光素子に対して凹形状である、構成を採る。

　本発明の照明装置は、従来の照明装置に比べて、より白熱電球に近い配光特性を示す。

特許文献１に記載の照明装置の構成を示す模式図である。特許文献２に記載の照明装置の構成を示す模式図である。実施の形態１の照明装置の構成を示す断面図である。実施の形態１の照明装置における光路の一例を示す断面図である。実施の形態１の照明装置における出射光の角度（θ（ｒ１））と反射光の角度（θ（ｒ２））との関係を示すグラフである。実施の形態１の照明装置の配光特性を示すグラフである。比較例１の照明装置の構成を示す断面図である。比較例１の照明装置における光路の一例を示す断面図である。比較例１の照明装置における出射光の角度（θ（ｒ１））と反射光の角度（θ（ｒ２））との関係を示すグラフである。比較例１の照明装置の配光特性を示すグラフである。実施の形態２の照明装置の構成を示す断面図である。実施の形態２の照明装置における光路の一例を示す断面図である。実施の形態２の照明装置における出射光の角度（θ（ｒ１））と反射光の角度（θ（ｒ２））との関係を示すグラフである。実施の形態２の照明装置の配光特性を示すグラフである。比較例２の照明装置の構成を示す断面図である。比較例２の照明装置における光路の一例を示す断面図である。比較例２の照明装置における出射光の角度（θ（ｒ１））と反射光の角度（θ（ｒ２））との関係を示すグラフである。比較例２の照明装置の配光特性を示すグラフである。実施の形態３の照明装置の構成を示す断面図である。実施の形態３の照明装置における光路の一例を示す断面図である。実施の形態３の照明装置における出射光の角度（θ（ｒ１））と反射光の角度（θ（ｒ２））との関係を示すグラフである。実施の形態３の照明装置の配光特性を示すグラフである。実施の形態４の照明装置の構成を示す断面図である。実施の形態４の照明装置における光路の一例を示す断面図である。実施の形態４の照明装置における出射光の角度（θ（ｒ１））と反射光の角度（θ（ｒ２））との関係を示すグラフである。実施の形態４の照明装置の配光特性を示すグラフである。実施の形態５の照明装置の構成を示す断面図である。実施の形態５の照明装置における光路の一例を示す断面図である。実施の形態５の照明装置における出射光の角度（θ（ｒ１））と反射光の角度（θ（ｒ２））との関係を示すグラフである。実施の形態５の照明装置の配光特性を示すグラフである。実施の形態６の照明装置の構成を示す断面図である。実施の形態６の照明装置における光路の一例を示す断面図である。実施の形態６の照明装置における出射光の角度（θ（ｒ１））と反射光の角度（θ（ｒ２））との関係を示すグラフである。実施の形態６の照明装置の配光特性を示すグラフである。実施の形態７の電球型の照明装置の構成を示す断面図である。実施の形態１の照明装置を含む電球型の照明装置の例を示す断面図である。実施の形態１の照明装置を含む電球型の照明装置の別の例を示す断面図である。図３６に示される照明装置の配光特性を示すグラフである。図３７に示される照明装置の配光特性を示すグラフである。実施の形態７の電球型の照明装置の配光特性を示すグラフである。実施の形態８の電球型の照明装置の構成を示す断面図である。実施の形態８の電球型の照明装置の配光特性を示すグラフである。実施の形態９の電球型の照明装置の構成を示す断面図である。実施の形態９の電球型の照明装置の配光特性を示すグラフである。実施の形態１０の電球型の照明装置の構成を示す断面図である。実施の形態１０の電球型の照明装置の配光特性を示すグラフである。実施の形態１１の電球型の照明装置の構成を示す断面図である。実施の形態１１の電球型の照明装置の配光特性を示すグラフである。

　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。

　（実施の形態１）
　［照明装置の構成］
　図３は、本発明の実施の形態１の照明装置１００の構成を示す断面図である。本実施の形態の照明装置１００は、白熱電球に代えて使用されうる。

　図３に示されるように、照明装置１００は、基板１１０、１または２以上の発光素子１２０、光束制御部材１３０、側壁部１４０およびカバー１５０を有する。

　発光素子１２０は、照明装置１００の光源であり、基板１１０上に固定されている。発光素子１１０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。基板１１０上に複数の発光素子１２０が固定されている場合、各発光素子１２０は、円周上に配置されていてもよい。光束制御部材１３０の反射面１３２（後述）の形状設計をする上では、複数の発光素子１２０が反射面１３２と対向する領域に満遍なく配置されていることが好ましい。なお、基板１１０の形状は、発光素子を固定することができれば特に限定されず、板状でなくてもよい。

　光束制御部材１３０は、発光素子１２０からの出射光の進行方向を制御する、平面視形状が略円形の部材である。光束制御部材１３０は、光透過性の材料からなる筒状の側壁部１４０により支持されており、その中心軸ＣＡが発光素子１２０の光軸ＬＡと一致するように、発光素子１２０に対して空気層を介して配置されている。すなわち、光束制御部材１３０は、発光素子１２０と対向するように配置されている。基板１１０上に複数の発光素子１２０が配置されている場合、「発光素子の光軸」とは、複数の発光素子からの立体的な光束の中心における光の進行方向をいう。

　光束制御部材１３０は、発光素子１２０から出射された光の一部を反射し、一部を透過させる。光束制御部材１３０にこのような機能を付与する手段は、特に限定されない。たとえば、光透過性の材料からなる光束制御部材１３０の表面（発光素子１２０に対向する面）に透過反射膜を形成すればよい。光透過性の材料の例には、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）などの透明樹脂材料や、透明なガラスなどが含まれる。透過反射膜の例には、ＴｉＯ_２およびＳｉＯ_２の多層膜、ＺｎＯ_２およびＳｉＯ_２の多層膜、Ｔａ_２Ｏ_２およびＳｉＯ_２の多層膜などの誘電体多層膜や、アルミニウム（Ａｌ）などからなる金属薄膜などが含まれる。また、光透過性の材料からなる光束制御部材１３０の内部にビーズなどの光散乱子を分散させてもよい。すなわち、光束制御部材１３０は、一部の光を反射させ、一部の光を透過させる材料により形成されていてもよい。また、光反射性の材料からなる光束制御部材１３０に光透過部を形成してもよい。光反射性の材料の例には、白色樹脂や金属などが含まれる。光透過部の例には、貫通孔や有底の凹部などが含まれる。後者の場合、発光素子１２０からの出射光は、凹部の底部（厚みが薄くなっている部分）を透過する。

　光束制御部材１３０は、発光素子１２０と対向し、かつ発光素子１２０から出射された光の一部を反射させる反射面１３２を有する。以下の説明では、発光素子１２０の発光中心から発光素子１２０の光軸ＬＡに対してθ（ｒ１）の角度で出射され、かつ反射面１３２により反射された光の、発光素子１２０の光軸ＬＡに対する角度をθ（ｒ２）とする（図４参照）。ここで「θ（ｒ１）」は、発光素子１２０からの出射光が光軸ＬＡと形成する２つの角度のうちの小さい方の角度である。また、「θ（ｒ２）」は、角度θ（ｒ１）の出射光が反射面１３２で反射されて向かう方向と光軸ＬＡとが形成する２つの角度のうちの大きい方の角度である。また、θ（ｒ１）が具体的な角度を示すときは、θ（ｒ１）の代わりに、θ（ａ１），θ（ｂ１），…と表記する。同様に、θ（ｒ２）が具体的な角度を示すときは、θ（ｒ２）の代わりに、θ（ａ２），θ（ｂ２），…と表記する。θ（ａ２）およびθ（ｂ２）は、それぞれ、発光素子１２０の発光中心から発光素子１２０の光軸ＬＡに対してθ（ａ１）またはθ（ｂ１）の角度で出射され、かつ反射面１３２により反射された光の、発光素子１２０の光軸ＬＡに対する角度である。

　反射面１３２は、発光素子１２０からの出射光を側壁部１４０に向けて反射させる。別の観点から見ると、反射面１３２は、任意の反射光の発光素子１２０の光軸ＬＡに対する角度θ（ｒ２）（図４参照）が、発光素子１２０の半値角θ（ｈ１）よりも大きくなるように、発光素子１２０からの出射光を反射させるともいえる。反射光は、光透過性の材料からなる側壁部１４０を透過してカバー１５０に到達する。

　本発明の照明装置１００は、光束制御部材１３０の反射面１３２の形状に主たる特徴を有する。そこで、光束制御部材１３０の反射面１３２の形状については、別途詳細に説明する。

　カバー１５０は、開口部を有する中空領域が形成された部材である。発光素子１２０、光束制御部材１３０および側壁部１４０は、カバー１５０の中空領域内に配置される。カバー１５０は、光束制御部材１３０により進行方向を制御された光（反射光および透過光）を拡散させつつ透過させる。

　カバー１５０に光拡散能を付与する手段は、特に限定されない。たとえば、カバー１５０の内面または外面に光拡散処理（例えば、粗面化処理）を行ってもよいし、光拡散性の材料（例えば、ビーズなどの散乱子を含む光透過性の材料）を用いてカバー１５０を作製してもよい。なお、カバー１５０の形状は、所望の配光特性を実現することができれば特に限定されない。たとえば、カバー１５０の形状は、球冠形状（球面の一部を平面で切り取った形状）である。

　［光束制御部材の反射面の形状］
　光束制御部材１３０の反射面１３２は、光束制御部材１３０の中心軸ＣＡを中心とする回転対称（円対称）面である。また、図３に示されるように、この回転対称面の母線は、発光素子１２０に対して凹形状である。すなわち、反射面１３２は、中心部から外周部に向かうにつれて発光素子１２０からの高さが高くなる非球面形状の曲面を有する。また、反射面１３２の外周部は、反射面１３２の中心部と比較して、発光素子１２０の光軸ＬＡ方向における発光素子１２０からの距離（高さ）が離れた位置に形成されている。たとえば、反射面１３２は、中心部から外周部に向かうにつれて発光素子１２０からの高さが高くなる非球面形状の曲面であるか、または、中心部から所定の地点までは中心部から外周部に向かうにつれて発光素子１２０（基板１１０）からの高さが高くなり、前記所定の地点から外周部までは中心部から外周部に向かうにつれて発光素子１２０からの高さが低くなる非球面形状の曲面である。前者の場合、基板１１０の面方向に対する反射面１３２の傾斜角度は、中心部から外周部に向かうにつれて小さくなる。一方、後者の場合、反射面１３２には、中心部と外周部との間であって、かつ外周部に近い位置に、基板１１０の面方向に対する傾斜角度が零（基板１１０と平行）となる点が存在する。

　より具体的には、反射面１３２は、発光素子１２０から発光素子１２０の光軸ＬＡの正方向へ出射された光の角度を０°としたときに、以下の式（１）を満たすように発光素子１２０から出射された光の一部を反射させる形状である。
　θ（ａ２）＜θ（ｂ２）　　　…（１）

　図４は、照明装置１００における光路の一例を示す断面図である。この図では、側壁部１４０およびカバー１５０を省略している。前述のとおり、上記式（１）におけるθ（ａ２）およびθ（ｂ２）（図４では「θ（ｒ２）」と表記）は、それぞれ、発光素子１２０の発光中心から発光素子１２０の光軸ＬＡに対してθ（ａ１）またはθ（ｂ１）（図４では「θ（ｒ１）」と表記）の角度で出射され、かつ反射面１３２により反射された光の、発光素子１２０の光軸ＬＡに対する角度である。θ（ａ１）およびθ（ｂ１）は、いずれもθ（ｃ１）以上の任意の角度である。ただし、θ（ｂ１）は、θ（ａ１）よりも大きいものとする。すなわち、上記式（１）では、θ（ｃ１）≦θ（ａ１）＜θ（ｂ１）であるものとする。

　θ（ｃ１）は、発光素子１２０の大きさおよび配置、ならびに発光素子１２０と光束制御部材１３０との間の間隔により定まる角度である。すなわち、図４に示されるように、１または２以上の発光素子１２０において、発光中心から最も遠い点から、発光素子１２０の光軸ＬＡと平行方向に出射された光が、反射面１３２に到達する点をＣとする。この点Ｃに向かって発光素子１２０の発光中心から出射された光の、発光素子１２０の光軸ＬＡに対する角度がθ（ｃ１）である。

　上記式（１）は、反射面１３２の点Ｃよりも外周側の領域において反射する光については、より外側の領域で反射した光ほど、より発光素子１２０の光軸ＬＡに対する角度が大きくなることを示している。すなわち、上記式（１）を満たす反射面１３２は、中心部側の領域では、側方方向（水平方向）に向けて光を反射させ、外周部側の領域では、後方方向（下方向）に向けて光を反射させる。このように、反射面１３２の中心部側ではなく、外周部側の領域で、後方方向の光を生成するようにすることで、基板１１０に妨げられることなく、後方方向の被照射面を効率よく照らすことができるようになる。仮に、反射面１３２の中心部側の領域で後方方向の光を生成しても、基板１１０により妨げられてしまうため、後方方向の被照射面を効率よく照らすことができない。

　［評価試験］
　（実施の形態１の照明装置）
　図５は、図３に示される実施の形態１の照明装置１００における、発光素子１２０（サイズ：７.６ｍｍ×６.６ｍｍ）の発光中心からの出射光の角度（θ（ｒ１））と、その出射光に対応する反射光の角度（θ（ｒ２））との関係を示すグラフ（シミュレーション結果）である。出射光および反射光の角度は、いずれも発光素子１２０の光軸ＬＡに対する角度である。この照明装置１００では、θ（ｃ１）＝２６.８９°である。

　このグラフに示されるように、θ（ｃ１）（２６.８９°）以上の出射角度の光については、出射角度が大きくなるほど反射角度も大きくなっていた。このことから、実施の形態１の照明装置１００では、反射面１３２の中心部側の領域では、側方方向（水平方向）に向けて光を反射させ、外周部側の領域では、後方方向（下方向）に向けて光を反射させることがわかる。

　次に、実施の形態１の照明装置１００の配光特性を測定した。配光特性は、以下の手順で測定した。照明装置１００内の発光素子１２０の発光中心から光軸ＬＡに沿って所定の距離離れた位置（基準位置０°）に照度計を配置した。照度計を発光素子１２０の発光中心を回転中心として、右回り方向（＋θ方向）に５°間隔で１８０°回転させて照度を測定し、左回り方向（－θ方向）に５°間隔で１８０°回転させて照度を測定した。測定した照度のうちの最高照度を１とした場合の相対照度（無次元値）を曲線で滑らかに結んで、グラフを作成した。

　図６は、実施の形態１の照明装置１００の配光特性を示すグラフである。このグラフにおいて、０°は前方方向（上方方向）を意味し、９０°は側方方向（水平方向）を意味し、１８０°は後方方向（下方方向）を意味する。図６から、実施の形態１の照明装置１００は、広くかつバランスのよい配光特性であることがわかる。

　（比較例１の照明装置）
　図７は、比較例１の照明装置１００’の構成を示す断面図であり、図８は、比較例１の照明装置１００’における光路の一例を示す断面図である。図７および図８に示されるように、比較例１の照明装置１００’は、実施の形態１の照明装置１００と光束制御部材１３０’の反射面１３２’の形状が異なる。

　図９は、図７に示される比較例１の照明装置１００’における、発光素子１２０（サイズ：７.６ｍｍ×６.６ｍｍ）の発光中心からの出射光の角度（θ（ｒ１））と、その出射光に対応する反射光の角度（θ（ｒ２））との関係を示すグラフである。この照明装置１００’では、θ（ｃ１）＝２６.８９°である。このグラフに示されるように、比較例１の照明装置１００’では、出射角度が３５°を超えると反射角度が小さくなっていた。このことから、比較例１の照明装置１００’では、反射面１３２’の外周部側の領域において、後方方向（下方向）に向けて光を反射させられないことがわかる（図８参照）。

　図１０は、比較例１の照明装置１００’の配光特性を示すグラフである。このグラフから、比較例１の照明装置１００’は、後方方向に十分に光を配光できないことがわかる。

　［効果］
　実施の形態１の照明装置１００は、光束制御部材１３０に到達した発光素子１２０からの出射光のうち、一部の光を反射面１３２によって側方方向および後方方向へ反射させ、一部の光を前方方向へ透過させる。このとき、光束制御部材１３０の光の反射率および透過率を調整することで、各方向への出射光量を容易に制御することができる。また、実施の形態１の照明装置１００は、反射面１３２の中心部側の領域において側方方向の反射光を生成し、外周部側の領域において後方方向の反射光を生成する。このため、実施の形態１の照明装置１００は、基板１１０に妨げられることなく、後方方向の被照射面を効率よく照らすことができる。

　以上のように、実施の形態１の照明装置１００は、前方方向、側方方向および後方方向へ向かう出射光量をそれぞれ制御して、白熱電球に近い配光特性を実現することができる。実施の形態１の照明装置１００は、白熱電球に代えて室内照明などに使用されうる。また、実施の形態１の照明装置１００は、白熱電球よりも消費電力を少なくすることができるとともに、白熱電球よりも長期間使用することができる。

　（実施の形態２）
　［照明装置の構成］
　図１１は、本発明の実施の形態２の照明装置２００の構成を示す断面図であり、図１２は、実施の形態２の照明装置２００における光路の一例を示す断面図である。実施の形態２の照明装置２００は、実施の形態１の照明装置１００と、基板２１０、光束制御部材２３０および側壁部２４０の形状がそれぞれわずかに異なる。また、実施の形態２の照明装置２００は、カバーを有していない点でも実施の形態１の照明装置１００と異なる。

　［評価試験］
　（実施の形態２の照明装置）
　図１３は、実施の形態２の照明装置２００における、発光素子１２０（サイズ：１６ｍｍ×１４ｍｍ）の発光中心からの出射光の角度（θ（ｒ１））と、その出射光に対応する反射光の角度（θ（ｒ２））との関係を示すグラフである。この照明装置２００では、θ（ｃ１）＝４０.５５°である。

　このグラフに示されるように、θ（ｃ１）（４０.５５°）以上の出射角度の光については、出射角度が大きくなるほど反射角度も大きくなっていた。このことから、実施の形態２の照明装置２００では、反射面２３２の中心部側の領域では、側方方向に向けて光を反射させ、外周部側の領域では、後方方向に向けて光を反射させることがわかる。

　図１４は、実施の形態２の照明装置２００の配光特性を示すグラフである。このグラフから、実施の形態２の照明装置２００は、広くかつバランスのよい配光特性であることがわかる。

　（比較例２の照明装置）
　図１５は、比較例２の照明装置２００’の構成を示す断面図であり、図１６は、比較例２の照明装置２００’における光路の一例を示す断面図である。図１５および図１６に示されるように、比較例２の照明装置２００’は、実施の形態２の照明装置２００と光束制御部材２３０’の反射面２３２’の形状が異なる。

　図１７は、比較例２の照明装置２００’における、発光素子１２０（サイズ：１６ｍｍ×１４ｍｍ）の発光中心からの出射光の角度（θ（ｒ１））と、その出射光に対応する反射光の角度（θ（ｒ２））との関係を示すグラフである。この照明装置２００’では、θ（ｃ１）＝４０.５４°である。このグラフに示されるように、比較例２の照明装置２００’では、出射角度が４０°を超えると反射角度が小さくなっていた。このことから、比較例２の照明装置２００’では、反射面２３２’の外周部側の領域において、後方方向（下方向）に向けて光を反射させられないことがわかる（図１６参照）。

　図１８は、比較例２の照明装置２００’の配光特性を示すグラフである。図１８から、比較例２の照明装置２００’は、後方方向に十分に光を配光できないことがわかる。

　［効果］
　実施の形態２の照明装置２００は、実施の形態１の照明装置１００と同様の効果を有する。実施の形態２の照明装置２００は、白熱電球に代えて室内照明などに使用されうる。

　（実施の形態３）
　［照明装置の構成］
　図１９は、本発明の実施の形態３の照明装置３００の構成を示す断面図であり、図２０は、実施の形態３の照明装置３００における光路の一例を示す断面図である。実施の形態３の照明装置３００は、実施の形態１の照明装置１００と、光束制御部材３３０の形状がわずかに異なる。また、実施の形態３の照明装置３００は、カバーを有していない点でも実施の形態１の照明装置１００と異なる。

　［評価試験］
　図２１は、実施の形態３の照明装置３００における、発光素子１２０（サイズ：７.６ｍｍ×６.６ｍｍ）の発光中心からの出射光の角度（θ（ｒ１））と、その出射光に対応する反射光の角度（θ（ｒ２））との関係を示すグラフである。この照明装置３００では、θ（ｃ１）＝３０.５５°である。

　このグラフに示されるように、θ（ｃ１）（３０.５５°）以上の出射角度の光については、出射角度が大きくなるほど反射角度も大きくなっていた。このことから、実施の形態３の照明装置３００では、反射面３３２の中心部側の領域では、側方方向に向けて光を反射させ、外周部側の領域では、後方方向に向けて光を反射させることがわかる。

　図２２は、実施の形態３の照明装置３００の配光特性を示すグラフである。このグラフから、実施の形態３の照明装置３００は、広くかつバランスのよい配光特性であることがわかる。

　［効果］
　実施の形態３の照明装置３００は、実施の形態１の照明装置１００と同様の効果を有する。実施の形態３の照明装置３００は、白熱電球に代えて室内照明などに使用されうる。

　（実施の形態４）
　［照明装置の構成］
　図２３は、本発明の実施の形態４の照明装置４００の構成を示す断面図であり、図２４は、実施の形態４の照明装置４００における光路の一例を示す断面図である。実施の形態４の照明装置４００は、実施の形態１の照明装置１００と、基板４１０、光束制御部材４３０および側壁部４４０の形状がそれぞれわずかに異なる。また、実施の形態４の照明装置４００は、カバーを有していない点でも実施の形態１の照明装置１００と異なる。

　［評価試験］
　図２５は、実施の形態４の照明装置４００における、発光素子１２０（サイズ：１６ｍｍ×１４ｍｍ）の発光中心からの出射光の角度（θ（ｒ１））と、その出射光に対応する反射光の角度（θ（ｒ２））との関係を示すグラフである。この照明装置４００では、θ（ｃ１）＝４０.５５°である。

　このグラフに示されるように、θ（ｃ１）（４０.５５°）以上の出射角度の光については、出射角度が大きくなるほど反射角度も大きくなっていた。このことから、実施の形態４の照明装置４００では、反射面４３２の中心部側の領域では、側方方向に向けて光を反射させ、外周部側の領域では、後方方向に向けて光を反射させることがわかる（図２４参照）。

　図２６は、実施の形態４の照明装置４００の配光特性を示すグラフである。このグラフから、実施の形態４の照明装置４００は、広くかつバランスのよい配光特性であることがわかる。

　［効果］
　実施の形態４の照明装置４００は、実施の形態１の照明装置１００と同様の効果を有する。実施の形態４の照明装置４００は、白熱電球に代えて室内照明などに使用されうる。

　（実施の形態５）
　［照明装置の構成］
　図２７は、本発明の実施の形態５の照明装置５００の構成を示す断面図であり、図２８は、実施の形態５の照明装置５００における光路の一例を示す断面図である。

　図２７に示されるように、照明装置５００は、基板５１０、１または２以上の発光素子１２０、光束制御部材５３０、側壁部５４０および蓋部５５０を有する。実施の形態５の照明装置５００は、実施の形態１の照明装置１００と光束制御部材５３０の形状がわずかに異なる。また、実施の形態５の照明装置５００は、側壁部５４０および蓋部５５０が一体となり、カバーとして機能する点で実施の形態１の照明装置１００と異なる。

　側壁部５４０は、光束制御部材５３０を支持するとともに、光束制御部材５３０により反射された光を拡散させる。また、蓋部５５０は、空気層を介して光束制御部材５３０を覆い、光束制御部材５３０を透過した光を拡散させる。すなわち、側壁部５４０および蓋部５５０は、光束制御部材５３０により進行方向を制御された光を拡散させるカバーとして機能する。

　［評価試験］
　図２９は、実施の形態５の照明装置５００における、発光素子１２０（サイズ：１６ｍｍ×１４ｍｍ）の発光中心からの出射光の角度（θ（ｒ１））と、その出射光に対応する反射光の角度（θ（ｒ２））との関係を示すグラフである。この照明装置４００では、θ（ｃ１）＝４２.７９°である。

　このグラフに示されるように、θ（ｃ１）（４２.７９°）以上の出射角度の光については、出射角度が大きくなるほど反射角度も大きくなっていた。このことから、実施の形態５の照明装置５００では、反射面５３２の中心部側の領域では、側方方向に向けて光を反射させ、外周部側の領域では、後方方向に向けて光を反射させることがわかる（図２８参照）。

　図３０は、実施の形態５の照明装置５００の配光特性を示すグラフである。このグラフから、実施の形態５の照明装置５００は、広くかつバランスのよい配光特性であることがわかる。

　［効果］
　実施の形態５の照明装置５００は、実施の形態５の照明装置１００と同様の効果を有する。実施の形態５の照明装置５００は、白熱電球に代えて室内照明などに使用されうる。

　（実施の形態６）
　［照明装置の構成］
　図３１は、本発明の実施の形態６の照明装置６００の構成を示す断面図であり、図３２は、実施の形態６の照明装置６００における光路の一例を示す断面図である。実施の形態６の照明装置６００は、実施の形態１の照明装置１００と、基板６１０、光束制御部材６３０および側壁部６４０の形状がわずかに異なる。また、実施の形態６の照明装置６００は、発光素子１２０を覆うレンズ６６０を有する点でも実施の形態１の照明装置１００と異なる。

　［評価試験］
　図３３は、実施の形態６の照明装置６００における、発光素子１２０（サイズ：１ｍｍ×１ｍｍ）の発光中心からの出射光の角度（θ（ｒ１））と、その出射光に対応する反射光の角度（θ（ｒ２））との関係を示すグラフである。この照明装置６００では、θ（ｃ１）＝２０.１５°である。

　このグラフに示されるように、θ（ｃ１）（２０.１５°）以上の出射角度の光については、出射角度が大きくなるほど反射角度も大きくなっていた。このことから、実施の形態６の照明装置６００では、反射面６３２の中心部側の領域では、側方方向に向けて光を反射させ、外周部側の領域では、後方方向に向けて光を反射させることがわかる（図３２参照）。

　図３４は、実施の形態６の照明装置６００の配光特性を示すグラフである。このグラフから、実施の形態６の照明装置６００は、広くかつバランスのよい配光特性であることがわかる。

　［効果］
　実施の形態６の照明装置６００は、実施の形態１の照明装置１００と同様の効果を有する。実施の形態６の照明装置６００は、白熱電球に代えて室内照明などに使用されうる。

　（実施の形態７）
　［照明装置の構成］
　図３５は、本発明の実施の形態７の照明装置７００の構成を示す断面図である。図３５に示されるように、照明装置７００は、１または２以上の発光素子１２０、光束制御部材１３０、側壁部１４０、基台７１０、カバー７２０、電球筐体７３０および口金７４０を有する。実施の形態７の照明装置７００は、電球型の形状をしており、白熱電球と同じように使用される。

　発光素子１２０、光束制御部材１３０および側壁部１４０は、実施の形態１の照明装置１００に含まれるものと同じである。発光素子１２０、光束制御部材１３０および側壁部１４０は、基台７１０の上に配置されている。また、発光素子１２０、光束制御部材１３０および側壁部１４０は、発光素子１２０が光束制御部材１３０よりもカバー７２０の開口部側に位置し、かつ発光素子１２０の光軸ＬＡとカバー７２０の中心軸とが一致するようにカバー７２０の中空領域内に配置されている。

　基台７１０は、電球筐体７３０の上に設けられており、発光素子１２０、光束制御部材１３０および側壁部１４０と、カバー７２０との位置関係を調整する。基台７１０内には、発光素子１２０と電球筐体７３０内の回路とを接続する回路が設けられている。

　カバー７２０は、開口部を有する中空領域が形成された部材である。前述の通り、発光素子１２０、光束制御部材１３０および側壁部１４０は、カバー７２０の中空領域内に配置される。カバー７２０は、光束制御部材１３０からの反射光および透過光を拡散させつつ透過させる。図３５に示される例では、カバー７２０の形状は、略球冠形状である。カバー７２０は、電球筐体７３０の上部に固定されており、カバー７２０の開口部は、電球筐体７３０により塞がれている。

　電球筐体７３０内には、発光素子１２０を発光させるための回路が設けられている。この電気回路は、口金７４０および発光素子１２０と接続されている。また、電球筐体７３０は、放熱部としても機能する。

　本実施の形態の照明装置７００は、発光素子１２０、光束制御部材１３０および側壁部１４０が、カバー７２０内の所定の位置に配置されていることを一つの特徴とする。すなわち、本実施の形態の照明装置７００では、発光素子１２０、光束制御部材１３０および側壁部１４０は、カバー７２０の最大外径部分（図３５において矢印で示す）よりも、上側（開口部の反対側）に位置する。また、本実施の形態の照明装置７００では、カバー７２０の開口部は、発光素子１２０よりも、下側（発光素子１２０の光軸に沿った光の出射方向を正とした場合の負方向）に位置する。

　このように、発光素子１２０、光束制御部材１３０および側壁部１４０を、カバー７２０の開口部に対して上方に配置することで、光束制御部材１３０で反射した後方方向の光が、電球筐体７３０に妨げられにくくなる。このため、電球筐体７３０のサイズに関係なく、照明装置７００の配光特性を白熱電球に近づけることができるようになる。

　図３６は、実施の形態１の照明装置１００を含む電球型の照明装置７００’を示す断面図である。この図に示されるように、光束制御部材１３０のサイズと電球筐体７３０のサイズとの関係が適切であれば、光束制御部材１３０で反射した後方方向の光は、電球筐体７３０に妨げられることなく後方方向の被照射面を照らすことができる。

　図３７は、実施の形態１の照明装置１００を含む電球型の照明装置７００”を示す断面図である。図３７に示される照明装置７００”は、図３６に示される照明装置７００’と電球筐体７３０のサイズが異なる。この図に示されるように、光束制御部材１３０のサイズと電球筐体７３０のサイズとの関係が不適切であると、光束制御部材１３０で反射した後方方向の光は、電球筐体７３０に妨げられることがある。

　このように大きな電球筐体７３０を使用する場合であっても、発光素子１２０、光束制御部材１３０および側壁部１４０を、カバー７２０の開口部に対して上方に配置することで、光束制御部材１３０で反射した後方方向の光が、電球筐体７３０に妨げられにくくなる。そこで、図３５に示されるように、本実施の形態の照明装置７００では、発光素子１２０、光束制御部材１３０および側壁部１４０を基台７１０の上に配置している。

　［評価試験］
　図３８は、図３６に示される実施の形態１の照明装置１００を含む電球型の照明装置７００’の配光特性を示すグラフである。電球筐体７３０の外径は、３５ｍｍであり、発光素子１２０のサイズは、７.６ｍｍ×６.６ｍｍである。このグラフから、図３６に示される照明装置７００’は、広くかつバランスのよい配光特性であることがわかる。

　図３９は、図３７に示される実施の形態１の照明装置１００を含む電球型の照明装置７００”の配光特性を示すグラフである。電球筐体７３０の外径は、５２.５ｍｍであり、発光素子１２０のサイズは、７.６ｍｍ×６.６ｍｍである。このグラフから、光束制御部材１３０に比べて電球筐体７３０が大きいと、後方方向に十分に配光できないことがわかる。

　図４０は、図３５に示される実施の形態７の照明装置７００の配光特性を示すグラフである。電球筐体７３０の外径は、５２.５ｍｍであり、発光素子１２０のサイズは、７.６ｍｍ×６.６ｍｍであり、電球筐体７３０と発光素子１２０との間隔（基台７１０の高さ）は、１７ｍｍである。このグラフから、光束制御部材１３０に比べて電球筐体７３０が大きい場合であっても、発光素子１２０、光束制御部材１３０および側壁部１４０を、カバー７２０の開口部に対して上方に配置することで、後方方向に十分に配光できることがわかる。

　［効果］
　小型電球用の発光素子１２０および光束制御部材１３０を、それよりも大型の電球にそのまま適用すると、後方方向の光が電球筐体７３０に妨げられてしまい、バランスのよい配光特性を実現することができない（図３７参照）。一方で、電球筐体７３０に合わせて光束制御部材１３０を大きくすると、成形性や透過反射膜の成膜の観点から製造コストが増大してしまう。

　これに対し、実施の形態７の照明装置７００は、電球筐体７３０の外径に応じて基台７１０の高さを調整することで、光束制御部材１３０の大きさを変えることなく、バランスのよい配光特性を実現することができる。

　（実施の形態８）
　［照明装置の構成］
　図４１は、本発明の実施の形態８の照明装置８００の構成を示す断面図である。実施の形態８の照明装置８００は、光束制御部材１３０および側壁部１４０が３本の脚部８１０により支持されている点において実施の形態７の照明装置７００と異なる。

　［評価試験］
　図４２は、実施の形態８の照明装置８００の配光特性を示すグラフである。各構成要素のサイズは、実施の形態７の照明装置７００と同一である。円柱形状の脚部８１０は、それぞれ外径１ｍｍ、長さ２ｍｍである。このグラフから、実施の形態８の照明装置８００は、広くかつバランスのよい配光特性であることがわかる。

　［効果］
　実施の形態８の照明装置８００は、実施の形態７の照明装置１００と同様の効果に加えて、基台７１０上における光束制御部材１３０を設置するためのスペースを顕著に削減できるという効果を有する。

　（実施の形態９）
　［照明装置の構成］
　図４３は、本発明の実施の形態９の照明装置９００の構成を示す断面図である。実施の形態９の照明装置９００は、光束制御部材１３０が側壁部の代わりに３本の脚部９１０により支持されている点において実施の形態７の照明装置７００と異なる。光束制御部材１３０および脚部９１０は、一体として作製されてもよいし、それぞれ別個に作製されてもよい。

　［評価試験］
　図４４は、実施の形態９の照明装置９００の配光特性を示すグラフである。各構成要素のサイズは、実施の形態７の照明装置７００と同一である。円柱形状の脚部９１０は、それぞれ外径１ｍｍ、長さ２ｍｍである。このグラフから、実施の形態９の照明装置９００は、広くかつバランスのよい配光特性であることがわかる。

　［効果］
　実施の形態９の照明装置９００は、実施の形態８の照明装置８００と同様の効果を有する。

　（実施の形態１０）
　［照明装置の構成］
　図４５は、本発明の実施の形態１０の照明装置１０００の構成を示す断面図である。実施の形態１０の照明装置１０００は、光束制御部材１３０が側壁部の代わりに３本の吊り下げ部１０１０により支持されている点において実施の形態７の照明装置７００と異なる。吊り下げ部１０１０は、カバー７２０の内面に固定されている。吊り下げ部１０１０は、光束制御部材１３０またはカバー７２０と一体として作製されてもよいし、それぞれ別個に作製されてもよい。

　［評価試験］
　図４６は、実施の形態１０の照明装置１０００の配光特性を示すグラフである。各構成要素のサイズは、実施の形態７の照明装置７００と同一である。円柱形状の吊り下げ部１０１０は、それぞれ外径１ｍｍ、長さ１０.８ｍｍである。このグラフから、実施の形態１０の照明装置１０００は、広くかつバランスのよい配光特性であることがわかる。

　［効果］
　実施の形態１０の照明装置１０００は、実施の形態７の照明装置７００と同様の効果に加えて、基台７１０上における光束制御部材１３０を設置するためのスペースが不要であるという効果を有する。

　（実施の形態１１）
　［照明装置の構成］
　図４７は、本発明の実施の形態１１の照明装置１１００の構成を示す断面図である。実施の形態１１の照明装置１１００は、図３７に示される照明装置７００”において、カバー１５０を口金７４０側に９.１ｍｍ延長するとともに（カバー７２０）、それに合わせて電球筐体７３０の一部を除去したものである。すなわち、実施の形態７の照明装置７００における基台７１０および電球筐体７３０の両方の役割を、電球筐体１１１０に担わせている。

　［評価試験］
　図４８は、実施の形態１１の照明装置１１００の配光特性を示すグラフである。このグラフから、実施の形態１１の照明装置１１００は、広くかつバランスのよい配光特性であることがわかる。

　［効果］
　実施の形態１１の照明装置１１００は、実施の形態７の照明装置７００と同様の効果を有する。

　本出願は、２０１１年１１月７日出願の特願２０１１－２４３３６６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。

　本発明の照明装置は、白熱電球に代えて使用されうるため、シャンデリアや間接照明装置などの各種照明機器に幅広く適用されうる。

　１０，２０　照明装置
　１２，２２　ＬＥＤ
　１４　カバー
　１６　アルミ板
　１８　透過窓
　２４　拡散カバー
　２６　透明カバー
　１００，１００’，２００，３００，４００，５００，６００　照明装置
　１１０，２１０，４１０，５１０，６１０　基板
　１２０　発光素子
　１３０，１３０’，２３０，３３０，４３０，５３０，６３０　光束制御部材
　１３２，１３２’，２３２，３３２，４３２，５３２，６３２　反射面
　１４０，２４０，４４０，５４０，６４０　側壁部
　１５０，７２０　カバー
　５５０　蓋部
　６６０　レンズ
　７００，７００’，７００”，８００，９００，１０００，１１００　電球型の照明装置
　７１０　基台
　７３０，１１１０　電球筐体
　７４０　口金
　８１０，９１０　脚部
　１０１０　吊り下げ部
　ＣＡ　光束制御部材の中心軸
　ＬＡ　発光素子の光軸

Claims

　基板上に配置された１または２以上の発光素子と、
　前記発光素子の光軸とその中心軸が一致するように前記発光素子に対して空気層を介して配置され、前記発光素子から出射された光の一部を反射し、一部を透過させる光束制御部材と、を有し、
　前記光束制御部材は、前記発光素子と対向し、かつ前記発光素子から出射された光の一部を反射させる反射面を有し、
　前記反射面は、前記発光素子の光軸との交点である中心部から外周部に向かうにつれて前記発光素子からの高さが高くなる非球面形状の曲面を有し、
　前記反射面の外周部は、前記反射面の中心部の位置と比較して、前記発光素子の光軸の方向における前記発光素子からの距離が離れた位置に形成され、
　前記反射面は、前記発光素子から前記発光素子の光軸に沿って出射された光の角度を０°としたときに、以下の式（１）を満たすように前記発光素子から出射された光の一部を反射させる、
　照明装置。
　θ（ａ２）＜θ（ｂ２）　　　…（１）
　ただし、式（１）において、
　θ（ａ２）は、前記発光素子の発光中心から前記発光素子の光軸に対してθ（ａ１）の角度で出射され、かつ前記反射面により反射された光の、前記発光素子の光軸に対する角度であり、
　θ（ｂ２）は、前記発光素子の発光中心から前記発光素子の光軸に対してθ（ｂ１）の角度で出射され、かつ前記反射面により反射された光の、前記発光素子の光軸に対する角度であり、
　前記発光素子において前記発光素子の発光中心から一番遠い点から、前記発光素子の光軸と平行方向に出射した光が前記反射面に到達する点と、前記発光素子の発光中心とを結ぶ線の、前記発光素子の光軸に対する角度をθ（ｃ１）としたときに、θ（ｃ１）≦θ（ａ１）＜θ（ｂ１）である。
　前記反射面には、前記発光素子から出射された光の一部を反射し、一部を透過させる透過反射膜が形成されている、請求項１に記載の照明装置。
　前記光束制御部材は、前記発光素子から出射された光の一部を反射し、一部を透過させる材料により形成されている、請求項１に記載の照明装置。
　前記光束制御部材は、前記発光素子から出射された光の一部を透過させる透過部を有している、請求項１に記載の照明装置。
　前記透過部は、貫通孔または凹部である、請求項４に記載の照明装置。
　開口部を有する中空領域が形成されたカバーをさらに有し、
　前記発光素子および前記光束制御部材は、前記カバーの前記中空領域内に配置され、
　前記カバーは、前記光束制御部材からの反射光および透過光を拡散させつつ透過させる、
　請求項１～５のいずれか一項に記載の照明装置。
　前記カバーは、略球冠形状である、請求項６に記載の照明装置。
　前記カバーの開口部は、前記発光素子から出射された光の前記光軸に沿った出射方向を正とした場合に、前記発光素子よりも前記光軸の負の方向に位置する、請求項６に記載の照明装置。
　前記発光素子および前記光束制御部材は、前記カバーの最大外径部分よりも、前記開口部の反対側に位置する、請求項６に記載の照明装置。
　基板上に配置された１または２以上の発光素子と、
　前記発光素子の光軸とその中心軸が一致するように前記発光素子に対して空気層を介して配置され、前記発光素子から出射された光の一部を反射し、一部を透過させる光束制御部材と、を有し、
　前記光束制御部材は、前記発光素子と対向し、かつ前記発光素子から出射された光の一部を反射させる反射面を有し、
　前記反射面は、前記発光素子の光軸との交点である中心部から外周部に向かうにつれて前記発光素子からの高さが高くなる非球面形状の曲面を有し、
　前記反射面の外周部は、前記反射面の中心部の位置と比較して、前記発光素子の光軸の方向における前記発光素子からの距離が離れた位置に形成され、
　前記反射面は、前記光束制御部材の中心軸を中心とする回転対称面であり、かつその母線が前記発光素子に対して凹形状である、
　照明装置。