WO2014054226A1 - 光束制御部材、発光装置および照明装置 - Google Patents

光束制御部材、発光装置および照明装置 Download PDF

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light flux
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flux controlling
light emitting
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中村　真人
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株式会社エンプラス
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    • F21Y2115/00—Light-generating elements of semiconductor light sources
    • F21Y2115/10—Light-emitting diodes [LED]

Definitions

  • the present invention relates to a light flux controlling member that controls light distribution of light emitted from a light emitting element, and a light emitting device and an illuminating device having the light flux controlling member.
  • LEDs light emitting diodes
  • a conventional lighting device using an LED as a light source emits light only in the front direction and cannot emit light in a wide range like incandescent bulbs. For this reason, the conventional illuminating device cannot illuminate the room widely using the reflected light from a ceiling or a wall surface like an incandescent bulb.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a main part showing the configuration of the illumination device described in Patent Document 1.
  • the lighting device 10 includes a plurality of LEDs 12 arranged on a substrate, and a cylindrical case 14 made of a light transmissive material arranged around the LEDs 12.
  • the upper surface of the case 14 is formed in an inverted truncated cone shape.
  • the aluminum plate 16 that reflects light is attached to the slope of the truncated cone and functions as a reflecting surface.
  • the plane of the truncated cone functions as a transmission window 18 that transmits light.
  • part of the light emitted from the LED 12 passes through the transmission window 18 and becomes outgoing light forward (upward). Further, a part of the light emitted from the LED 12 is reflected by the aluminum plate 16 and becomes emitted light to the side (horizontal direction) and rearward (downward direction).
  • the lighting device described in Patent Document 1 has a problem that the balance of light distribution characteristics is poor.
  • the illumination device 10 described in Patent Document 1 only the emitted light from the LED 12 reaches the space A in front of the upper end of the case 14 as shown in FIG.
  • the reflected light from the aluminum plate 16 reaches the space B behind the upper end of the case 14. Therefore, the brightness differs between the space A and the space B. Therefore, when the cover 20 is put on the lighting device 10 described in Patent Document 1, for example, the amount of light reaching the A portion in the cover 20 shown in FIG. 2 is larger than the amount of light reaching the B portion. Can be very different. For this reason, a light / dark boundary line may be formed on the cover 20.
  • An object of the present invention is to provide a light flux controlling member used in a lighting device having a light emitting element, and capable of distributing light in a balanced manner in at least two directions of front, side, and rear. .
  • Another object of the present invention is to provide a light emitting device and an illumination device having the light flux controlling member.
  • a light flux controlling member is a light flux controlling member for controlling the light distribution of light emitted from a light emitting element, the first light flux controlling member disposed facing the light emitting element, and the first A second light flux controlling member disposed opposite to the one light flux controlling member,
  • the first light flux controlling member has a plurality of annular projections having rotational symmetry in which an optical axis of the light emitting element is a rotational axis, a Fresnel lens portion facing the light emitting element, and the second light flux controlling member. And an exit surface that emits light controlled by the Fresnel lens portion toward the second light flux controlling member, and the annular protrusion is a part of the light emitted from the light emitting element.
  • the reflection surface is a rotationally symmetric surface having the optical axis as a rotation axis, and the generatrix of the rotationally symmetric surface is a concave curve with respect to the first light flux controlling member.
  • the outer peripheral portion of the reflecting surface is formed at a position away from the light emitting element in the direction of the optical axis as compared to the central portion of the reflecting surface,
  • the distance in the direction of the optical axis between the bottom of the valley formed between the adjacent annular protrusions and the mounting surface on which the light emitting element is mounted approaches the optical axis from the outside.
  • a tilted Fresnel lens portion that gradually increases as it is included.
  • the light-emitting device has at least one light-emitting element and a light flux controlling member according to the present invention.
  • the illuminating device of the present invention includes the light emitting device according to the present invention and a cover that allows the light emitted from the light emitting device to pass through while diffusing.
  • the light flux controlling member of the present invention can distribute light in a balanced manner in at least two directions of the front, the side, and the rear. Therefore, the light emitting device of the present invention emits light over a wide range, and the lighting device of the present invention can illuminate a room over a wide range like an incandescent bulb.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating an arrangement of the light emitting elements in the illumination device according to Embodiment 1 when viewed in plan.
  • 2 is a cross-sectional view of a light flux controlling member according to Embodiment 1.
  • FIG. 6A is a plan view of the first light flux controlling member and holder of the light flux controlling member according to Embodiment 1
  • FIG. 6B is a BB line of the first light flux controlling member and holder shown in FIG.
  • FIG. 6A. 6C is a bottom view of the first light flux controlling member and the holder, and FIG. 6D is a side view of the first light flux controlling member and the holder.
  • FIG. 7A is a plan view of the second light flux controlling member of the light flux controlling member according to Embodiment 1, and FIG. 7B shows the second light flux controlling member taken along the line BB shown in FIG. 7A.
  • FIG. 7C is a cross-sectional view
  • FIG. 7C is a bottom view of the second light flux controlling member
  • FIG. 7D is a side view of the second light flux controlling member.
  • FIG. 8A is a diagram showing an optical path of emitted light from the light emitting element arranged on the outermost side when a light flux controlling member having a substantially flat plate-shaped first light flux controlling member is used.
  • FIG. It is a figure which expands and shows the part enclosed by the circle
  • FIG. 9A is a partial cross-sectional view of a light emitting device having a substantially flat light flux controlling member
  • FIG. 9B is a graph showing the luminous intensity in all directions of the light emitting device shown in FIG. 9A in terms of relative intensity.
  • FIG. 9A is a diagram showing an optical path of emitted light from the light emitting element arranged on the outermost side when a light flux controlling member having a substantially flat plate-shaped first light flux controlling member is used.
  • FIG. It is a figure which expands and shows the part enclosed by the circle
  • FIG. 10A is a diagram illustrating an optical path of emitted light from the light emitting element disposed on the outermost side when the light flux controlling member according to Embodiment 1 is used
  • FIG. 10B is a diagram of the light flux controlling member. It is a figure which expands and shows the part enclosed by the circle B in 10A.
  • FIG. 11A is a partial cross-sectional view of the light-emitting device according to Embodiment 1
  • FIG. 11B is a graph showing the luminous intensity in all directions of the light-emitting device shown in FIG. 11A in terms of relative intensity.
  • 12A is a partial cross-sectional view of the light-emitting device according to Embodiment 2, and FIG.
  • FIG. 12B is a graph showing the luminosity in all directions of the light-emitting device shown in FIG. 12A in terms of relative intensity.
  • 13A is a partial cross-sectional view of the light-emitting device according to Embodiment 3
  • FIG. 13B is a graph showing the luminosity in all directions of the light-emitting device shown in FIG. 13A in terms of relative intensity.
  • 14A is an enlarged view of a portion of the light emitting device surrounded by a circle A in FIG. 13A
  • FIG. 14B is a view showing a modification of the portion shown in FIG. 14A.
  • FIG. 15A is a partial cross-sectional view of a light emitting device having a substantially flat light flux controlling member and one light emitting element, and FIG.
  • FIG. 15B is a graph showing the luminous intensity in all directions of the light emitting device shown in FIG. 15A in relative intensity.
  • 16A is a partial cross-sectional view of a light-emitting device having a light flux controlling member and one light-emitting element according to Embodiment 1
  • FIG. 16B shows the luminosity in all directions of the light-emitting device shown in FIG. 16A in terms of relative intensity. It is a graph.
  • FIG. 17A is a partial cross-sectional view of a light-emitting device having a light flux controlling member and one light-emitting element according to Embodiment 3
  • FIG. 17B shows the luminous intensity in all directions of the light-emitting device shown in FIG. 17A in relative intensity.
  • FIG. 18A is a graph showing the illuminance in all directions of the illuminating device equipped with the second light flux controlling member having a transmittance of 21% as a relative intensity
  • FIG. 18B is equipped with the second light flux controlling member having the transmittance of 13%. It is a graph which shows the illumination intensity of all the directions of an illuminating device by relative intensity.
  • FIG. 3 is a partial cross-sectional view of the illumination device 100 according to Embodiment 1 of the present invention.
  • the lighting device 100 includes a housing 110, a substrate 120, a light emitting element 130, a light flux control member 140, and a cover 160.
  • a housing 110 As illustrated in FIG. 3, the lighting device 100 includes a housing 110, a substrate 120, a light emitting element 130, a light flux control member 140, and a cover 160.
  • the case 110 includes an inclined surface 110a that is inclined from the edge of the stepped portion outside the one end surface of the case 110 toward the other end side of the case 110, and the other end of the case 110. And a base 110b disposed on the surface. Further, the housing 110 also serves as a heat sink for releasing heat from the light emitting element 130. A power supply circuit (not shown) that electrically connects the base 110 b and the light emitting element 130 is disposed inside the base 110 b and the heat sink.
  • the inclined surface 110a is formed so as not to block light emitted backward from the cover 160.
  • the substrate 120 is disposed on one end surface of the housing 110.
  • the shape of the substrate 120 is not particularly limited as long as the light emitting element 130 can be mounted, and may not be a plate shape.
  • the light emitting element 130 is a light source of the lighting device 100 and is mounted on the surface of the substrate 120 fixed on the housing 110.
  • the surface of the substrate 120 corresponds to the mounting surface of the light emitting element 130.
  • the light emitting element 130 is disposed on the substrate 120 such that the optical axis LA of the light emitting element 130 is along the normal line of the substrate 120.
  • the light emitting element 130 is a light emitting diode (LED) such as a white light emitting diode.
  • the optical axis of the light emitting element refers to the traveling direction of light at the center of the three-dimensional light flux from the light emitting element. When there are a plurality of light emitting elements, it refers to the traveling direction of light at the center of a three-dimensional light beam from the plurality of light emitting elements.
  • FIG. 4 is a diagram showing the arrangement of the light emitting elements 130 when viewed from above. For example, as shown in FIG. 4, the plurality of light emitting elements 130 are arranged at positions symmetrical with respect to the optical axis LA when viewed in plan.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of the light beam control member 140.
  • the light flux controlling member 140 controls the light distribution of the light emitted from the light emitting element 130.
  • the light flux controlling member 140 includes a first light flux controlling member 141 disposed facing the light emitting element 130 and a second light flux controlling member 142 disposed facing the first light flux controlling member 141. And a holder 150.
  • FIGS. 6A to 6D are diagrams showing configurations of the first light beam control member 141 and the holder 150.
  • FIG. 6A is a plan view of the first light flux controlling member 141 and the holder 150
  • FIG. 6B is a cross-sectional view of the first light flux controlling member 141 and the holder 150 along the line BB shown in FIG. 6A
  • FIG. 6C is a bottom view of the first light flux controlling member 141 and the holder 150
  • FIG. 6D is a side view of the first light flux controlling member 141 and the holder 150.
  • the first light flux controlling member 141 controls the traveling direction of a part of the light emitted from the light emitting element 130.
  • the first light flux control member 141 functions so that the light distribution of the emitted light from the first light flux control member 141 is narrower than the light distribution of the emitted light from the light emitting element 130.
  • the first light flux controlling member 141 is formed in a substantially circular shape in plan view.
  • the first light flux controlling member 141 is formed integrally with the holder 150, and is disposed with respect to the light emitting element 130 via an air layer so that the center axis CA1 thereof coincides with the optical axis LA of the light emitting element 130. (See FIG. 5).
  • the first light flux controlling member 141 has a refracting portion 161, a Fresnel lens portion 162, and an exit surface 163. Assuming that the exit surface 163 side is the front side of the first light flux controlling member 141, the refracting portion 161 is formed at the center of the back side surface of the first light flux controlling member 141.
  • the shape of the refracting portion 161 is rotationally symmetric (circular) with the central axis CA1 as the central axis.
  • the refracting part can be constituted by, for example, a flat surface, a spherical surface, an aspherical surface, a refractive Fresnel lens, or a combination thereof.
  • the refracting portion 161 includes a circular portion located in the center on the back side surface of the first light flux controlling member 141 and several small annular protrusions 162a surrounding the periphery. The center of the annular protrusion 162a coincides with the central axis CA1.
  • the Fresnel lens portion 162 is formed in an annular shape surrounding the refracting portion 161 when viewed in plan.
  • the Fresnel lens portion 162 has a plurality of annular protrusions 162a whose centers are located on the optical axis LA.
  • the annular protrusion 162 a is larger than the annular protrusion 162 a included in the refracting portion 161.
  • the annular protrusion 162a has an inner first inclined surface 162b and an outer second inclined surface 162c.
  • a flange portion 148 may be formed between the outer edge of the outermost second inclined surface 162c and the outer edge of the emission surface 163.
  • the first inclined surface 162b is a surface that extends from the top edge of the annular protrusion 162a to the bottom edge (valley bottom) inside the annular protrusion 162a, and rotates about the central axis CA1 of the first light flux controlling member 141. It is a plane of symmetry. That is, the first inclined surface 162b is formed in an annular shape having the central axis CA1 as the central axis.
  • the inclination angle of the first inclined surface 162b may be different from each other, and may include the case of being parallel to the optical axis LA (inclination angle 90 °).
  • the bus line of the first inclined surface 162b may be a straight line or a curved line.
  • bus line generally means a straight line describing a ruled surface, but in the present invention, it is used as a word including a curve for drawing the first inclined surface 162b which is a rotationally symmetric surface.
  • the inclination angle of the first inclined surface 162b is an angle of the tangent line of the first inclined surface 162b with respect to the central axis CA1.
  • the second inclined surface 162c is a surface extending from the top edge of the annular protrusion 162a to the bottom edge (valley bottom) outside the annular protrusion 162a.
  • the second inclined surface 162c is a rotationally symmetric surface formed so as to surround the central axis CA1 of the first light flux controlling member 141.
  • the radius of the second inclined surface 162c (distance from the second inclined surface 162c to the central axis CA1) gradually increases from the top edge to the bottom edge of the annular protrusion 162a.
  • the generatrix that constitutes the second inclined surface 162c is an arcuate curve that is convex outward (side away from the central axis CA1).
  • the bus forming the second inclined surface 162c may be a straight line according to the light distribution characteristic required for the lighting device 100. That is, the second inclined surface 162c may be tapered.
  • bus line generally means a straight line that draws a ruled surface, but in the present invention, it is used as a word including a curve for drawing the second inclined surface 162c that is a rotationally symmetric surface.
  • the inclination angle of the second inclined surface 162c may be different for each second inclined surface 162c.
  • the inclination angle of the second inclined surface 162c when the second inclined surface 162c is a curved surface is an angle of the tangent line of the second inclined surface 162c with respect to the central axis CA1.
  • the Fresnel lens part 162 includes an inclined Fresnel lens part 162d.
  • the inclined Fresnel lens portion 162d is formed by a plurality of annular protrusions 162a.
  • the distance between the bottom of the valley formed between the adjacent annular protrusions 162a and the light emitting element 130 in the direction of the central axis CA1 is the smallest in the outermost valley, and on the central axis CA1. It is formed so as to gradually increase as it approaches.
  • the distance V1 from the outermost valley to the lower step portion 151 formed at the lower end edge of the holder 150 is the smallest in the direction of the central axis CA1, and the valley closest to the central axis CA1.
  • To the lower step 151 is the largest (see FIG. 5).
  • An annular projection 162a may be further formed outside the inclined Fresnel lens portion 162d.
  • the distance from the bottom of the valley formed by the further annular protrusion 162a to the lower step portion 151 is not particularly limited.
  • the lower step 151 is a step formed by cutting out the inner edge of the lower end surface of the holder 150.
  • the lower step portion 151 contacts the edge of one end surface of the housing 110 to which the substrate 120 is fixed, and the surface (mounting surface) of the substrate 120. (See FIG. 3).
  • the lower step portion 151 Since the lower step portion 151 has such a positional relationship with respect to the mounting surface, it functions as a positioning portion between the mounting surface and the first light flux controlling member 141, from the bottom of the valley in the direction of the central axis CA1 to the mounting surface. When comparing these distances, the position of the lower step portion 151 can be employed instead of the position of the mounting surface.
  • the emission surface 163 is formed on the surface side of the first light flux controlling member 141. That is, the emission surface 163 is formed to face the second light flux controlling member 142.
  • the exit surface 163 includes a circular exit surface 163a formed on the front side of the refracting portion 161, an inclined exit surface 163b formed on the front side of the inclined Fresnel lens portion 162d, and an annular exit surface formed outside the inclined exit surface 163b. 163c.
  • the circular emission surface 163a has a circular shape in plan view, and is formed on a surface having a constant distance to the lower step portion 151 in the direction of the central axis CA1.
  • the inclined emission surface 163b is an annular surface having a plan view shape surrounding the circular emission surface 163a, and the distance to the lower stepped portion 151 in the direction of the central axis CA1 gradually decreases as the distance from the central axis CA1 increases.
  • the annular emission surface 163c has an annular shape in plan view surrounding the inclined emission surface 163b, and is formed in a surface having a constant distance to the lower step portion 151 in the direction of the central axis CA1.
  • the first light flux controlling member 141 is formed by, for example, injection molding.
  • the material of the first light flux controlling member 141 is not particularly limited as long as it has a high transmittance that allows light having a desired wavelength to pass therethrough.
  • the material of the first light flux controlling member 141 is a light transmissive resin such as polymethyl methacrylate (PMMA), polycarbonate (PC), and epoxy resin (EP), or glass.
  • the refracting portion 161 and the first inclined surface 162 b cause a part of the light emitted from the light emitting element 130 to enter the first light flux controlling member 141.
  • the refracting unit 161 allows a part of the light emitted from the light emitting element 130 to be incident and refracted toward the emission surface 163.
  • the refracting portion 161 functions as an incident surface for light incident on the first light flux controlling member 141.
  • the first inclined surface 162b is incident on the light emitted from the light emitting element 130.
  • the first inclined surface 162b functions as an incident surface for light incident on the first light flux controlling member 141.
  • the second inclined surface 162 c totally reflects a part of the light incident on the first inclined surface 162 b toward the second light flux controlling member 142.
  • the second inclined surface 162c functions as a total reflection surface that totally reflects a part of the light incident from the first inclined surface 162b. That is, the Fresnel lens unit 162 functions as a reflection type Fresnel lens.
  • the emission surface 163 emits a part of the light incident from the refraction part 161 and the first inclined surface 162b and the light totally reflected by the second inclined surface 162c toward the second light flux controlling member 142.
  • FIGS. 7A to 7D are diagrams showing the configuration of the second light beam control member 142.
  • 7A is a plan view of the second light flux controlling member 142
  • FIG. 7B is a cross-sectional view of the second light flux controlling member 142 along the line BB shown in FIG. 7A
  • FIG. 7D is a bottom view of the second light flux controlling member 142
  • FIG. 7D is a side view of the second light flux controlling member 142.
  • the second light flux controlling member 142 is a member having a substantially circular shape in plan view.
  • the second light flux controlling member 142 is supported by the holder 150, and is disposed via the air layer with respect to the first light flux controlling member 141 so that the central axis CA2 thereof coincides with the optical axis LA of the light emitting element 130. (See FIG. 5).
  • the second light flux controlling member 142 has a reflecting surface 145 that faces the first light flux controlling member 141 and reflects part of the light emitted from the first light flux controlling member 141.
  • the reflection surface 145 is a rotationally symmetric (circularly symmetric) surface around the central axis CA2 of the second light flux controlling member 142.
  • the rotation axis of the reflecting surface 145 coincides with the central axis CA2.
  • the bus line from the center of the rotationally symmetric surface to the outer peripheral portion is a concave curve with respect to the light emitting element 130 and the first light flux controlling member 141, and the reflection surface 145 has the bus line. It is a curved surface in a state where is rotated 360 °. That is, the reflecting surface 145 has an aspherical curved surface whose height from the light emitting element 130 increases from the center toward the outer peripheral portion.
  • the outer peripheral portion of the reflecting surface 145 is formed at a position where the distance (height) from the light emitting element 130 in the direction of the optical axis LA of the light emitting element 130 is larger than the center of the reflecting surface 145.
  • the reflecting surface 145 is an aspherical curved surface whose height from the light emitting element 130 increases from the center toward the outer periphery, or from the center to the outer periphery from the center to a predetermined point. As the height increases from the light emitting element 130 (substrate 120), the height from the light emitting element 130 decreases from the center to the outer peripheral portion from the predetermined point to the outer peripheral portion. .
  • the inclination angle of the reflecting surface 145 with respect to the surface direction of the substrate 120 decreases from the center toward the outer peripheral portion.
  • the reflection surface 145 has a zero inclination angle (parallel to the substrate 120) with respect to the surface direction of the substrate 120 at a position between the center and the outer periphery and close to the outer periphery.
  • bus line generally means a straight line that draws a ruled surface, but in the present invention, it is used as a term including a curve for drawing the reflecting surface 145 that is a rotationally symmetric surface.
  • the second light flux control member 142 controls the direction of travel of some of the light emitted from the first light flux control member 141 and reaches the second light flux control member 142 to reflect it, and transmits the remaining part.
  • the reflecting surface 145 reflects part of the emitted light from the first light flux controlling member 141 toward the holder 150. The reflected light passes through the holder 150 and reaches the middle part (side part) and the lower part of the cover 160.
  • Means for imparting the above-described partial reflection and partial transmission functions to the second light flux controlling member 142 is not particularly limited.
  • a transmission / reflection film may be formed on the surface of the second light flux controlling member 142 made of a light transmissive material (the surface facing the light emitting element 130 and the first light flux controlling member 141).
  • the light transmissive material include transparent resin materials such as polymethyl methacrylate (PMMA), polycarbonate (PC), and epoxy resin (EP), and glass.
  • the transmission / reflection film include a multilayer film of TiO 2 and SiO 2, a multilayer film of ZnO 2 and SiO 2, a multilayer film of Ta 2 O 5 and SiO 2 , and aluminum (Al). A metal thin film or the like.
  • light scatterers such as beads may be dispersed inside the second light flux controlling member 142 made of a light transmissive material. That is, the second light flux controlling member 142 may be formed of a material that reflects part of light and transmits part of light.
  • a light transmission part may be formed in the second light flux controlling member 142 made of a light reflective material.
  • the light reflective material include white resin and metal.
  • the light transmitting part include a through hole and a recessed part with a bottom. In the latter case, the light emitted from the light emitting element 130 and the first light flux controlling member 141 is transmitted through the bottom of the concave portion (the portion where the thickness is reduced).
  • the second light flux controlling member 142 having both light reflectivity and light transmissivity is made of white polymethyl methacrylate having a visible light transmittance of about 20% and a reflectance of about 78%. Can be formed.
  • the surface (reflection surface 145) of the second light flux control member 142 facing the first light flux control member 141 is formed such that the reflection intensity in the regular reflection direction of incident light is higher than the reflection intensity in other directions. It is preferable. Therefore, the surface of the second light flux controlling member 142 facing the first light flux controlling member 141 is formed to be a glossy surface.
  • the holder 150 is positioned on the substrate 120 and positions the first light flux control member 141 and the second light flux control member 142 with respect to the light emitting element 130.
  • the holder 150 is a light-transmitting member formed in a substantially cylindrical shape.
  • the “substantially cylindrical shape” includes a cylindrical shape having a polygonal cross section that provides light distribution characteristics equivalent to the cylindrical shape.
  • the second light flux controlling member 142 is fixed to one end of the holder 150.
  • the other end of the holder 150 is fixed to the substrate 120.
  • the end to which the second light flux controlling member 142 is fixed is referred to as an “upper end”, and the end that is fixed to the substrate 120 is referred to as a “lower end”. .
  • the holder 150 is formed by integral molding together with the first light flux controlling member 141.
  • the material of the holder 150 is not particularly limited as long as it can pass light of a desired wavelength.
  • the material of the holder 150 is a light transmissive resin such as polymethyl methacrylate (PMMA), polycarbonate (PC), and epoxy resin (EP), or glass.
  • PMMA polymethyl methacrylate
  • PC polycarbonate
  • EP epoxy resin
  • glass glass.
  • these light transmitting materials may contain scatterers, or the surface of the holder 150 may be subjected to a light diffusing treatment.
  • the lower end portion of the holder 150 is in contact with the peripheral edge portion of one end surface of the housing 110 when the light flux controlling member 140 is mounted, and the holder 150 is positioned relative to the substrate 120.
  • a side step portion 151 is formed.
  • the means for positioning the holder 150 with respect to the substrate 120 is not limited to the lower stepped portion 151.
  • a boss (protrusion) and a locking claw for positioning the holder 150 on the substrate 120, the housing 110, etc. may be provided at the lower end of the holder 150 in place of the lower stepped portion 151. Good.
  • the boss contacts the substrate 120 and adjusts the height of the second light flux controlling member 142.
  • the locking claw locks into a locking hole formed on one end surface of the housing 110 or the substrate 120 to prevent the holder 150 from coming off and rotating.
  • the holder 150 may further include means for positioning the second light flux controlling member 142 with respect to the holder 150.
  • positioning means is not particularly limited.
  • the upper end portion of the holder 150 is provided with an upper step portion formed by cutting out the inner edge of the upper end surface of the holder 150, or a guide protrusion and a claw portion for fixing the second light flux controlling member 142. It may be.
  • the guide protrusion is formed on a part of the outer peripheral portion of the end surface of the upper end portion, and prevents the second light flux controlling member 142 from moving in the radial direction of the holder 150.
  • the claw portion is formed on the end surface of the upper end portion, and is fitted into a recess formed in the outer peripheral portion of the second light flux controlling member 142 to prevent the second light flux controlling member 142 from coming off and rotating. .
  • the manufacturing method of the light flux controlling member 140 is not particularly limited.
  • the light flux control member 140 can be manufactured by assembling the second light flux control member 142 to an integrally molded product of the first light flux control member 141 and the holder 150.
  • an adhesive or the like may be used.
  • the integral molded product of the first light flux controlling member 141 and the holder 150 can be manufactured by injection molding using, for example, a colorless and transparent resin material.
  • the second light flux controlling member 142 is formed by, for example, performing injection molding using a colorless and transparent resin material, and then depositing a transmission / reflection film on the surface to be the reflective surface 145, or the second light flux controlling member 142 is white It can be produced by injection molding using the resin material.
  • the light flux controlling member 140 can be manufactured by assembling the first light flux controlling member 141 to the holder 150 and the second light flux controlling member 142 to the holder 150.
  • the degree of freedom in selecting materials for forming the holder 150 and the first light flux controlling member 141 is improved. For example, it becomes easy to form the holder 150 with a light transmissive material including a scatterer and to form the first light flux controlling member 141 with a light transmissive material not including a scatterer.
  • the cover 160 allows the outgoing light from the light emitting device (the outgoing light from the light flux controlling member 140) to pass through while diffusing.
  • the cover 160 is a member in which a hollow region having an opening is formed.
  • the substrate 120, the light emitting element 130, and the light flux controlling member 140 are disposed in the hollow region of the cover 160.
  • the means for imparting light diffusing power to the cover 160 is not particularly limited.
  • the inner surface or the outer surface of the cover 160 may be subjected to light diffusion treatment (for example, roughening treatment), or a light diffusing material (for example, a light transmissive material including scatterers such as beads) is used.
  • the cover 160 may be manufactured.
  • the front or back surface of the cover 160 may be smooth or a roughened surface. By roughening the front surface or the back surface of the cover 160, the illuminance unevenness of the lighting device 100 can be reduced.
  • the shape of the cover 160 may be, for example, a spherical crown shape (a shape obtained by cutting a part of a spherical surface with a plane), but is not particularly limited.
  • the light that reaches the refraction part 161 is incident on the first light flux control member 141 from the refraction part 161, is emitted from the emission surface 163, and reaches the second light flux control member 142.
  • the light reaching the Fresnel lens portion 162 is incident on the first light flux controlling member 141 from the first inclined surface 162b, and is directed toward the second light flux controlling member 142 by the second inclined surface 162c. Reflect. Then, the light exits from the exit surface 163 and reaches the second light flux controlling member 142.
  • a part of the light reaching the second light flux controlling member 142 passes through the second light flux controlling member 142 and reaches the upper part of the cover 160. Further, the remaining part of the light reaching the second light flux controlling member 142 is reflected by the reflecting surface 145 of the second light flux controlling member 142 and reaches the middle part (side part) and the lower part of the cover 160 via the holder 150. At this time, the light reflected at the center of the second light flux controlling member 142 is directed toward the center of the cover 160. On the other hand, the light reflected at the outer periphery of the second light flux controlling member 142 travels to the lower part of the cover 160.
  • the light emitted from the light emitting device 130 and reaching the holder 150 is transmitted through the holder 150 and emitted from the outer peripheral surface of the holder 150, and reaches the middle part of the cover 160.
  • the emitted light from the light emitting element 130 is distributed forward, laterally and backward by the light flux controlling member 140.
  • the light of the light emitting element 130 arranged on the outermost side among these light emitting elements 130 is compared with the light emitted from the other light emitting elements 130. , It is difficult to enter the first light flux controlling member. Therefore, the optical path of the emitted light from the light emitting element 130 arranged on the outermost side will be described.
  • FIG. 8A is a diagram showing an optical path of emitted light from the light emitting element 130 arranged on the outermost side when a light flux controlling member 640 having a substantially flat plate-shaped first light flux controlling member is used. It is a figure which expands and shows the part enclosed by the circle
  • FIG. 9A is a partial cross-sectional view of a light emitting device having a light flux controlling member 640
  • FIG. 9B is a graph showing the luminous intensity in all directions of the light emitting device shown in FIG. 9A in terms of relative intensity.
  • the omnidirectional luminous intensity of the light emitting device is obtained by simulation. “Luminance” is approximately equal to the illuminance at a distance of 1000 mm from the heating element 130.
  • the light beam control member 640 has the same configuration as the light beam control member 140 except that it has a substantially flat plate-shaped first light beam control member 641.
  • Dc of the light flux control member 640 is the same as Dc of the light flux control member 140 (FIGS. 8A and 10A).
  • the bottom of the valley in the first light flux controlling member 641 is substantially located on one plane, and the emission surface 663 is formed in a plane. Therefore, the distance between the bottom of the valley and the exit surface 663 in the optical axis LA direction is substantially constant.
  • the luminous flux control member 640 out of the light emitted from the light emitting element 130 has 0 to ⁇ 0 with respect to the optical axis LA ′.
  • Light having an angle of ° is directly incident on the first light flux controlling member 641 from the first inclined surface 162b.
  • Light having an angle larger than ⁇ 0 ° with respect to the optical axis LA ′ of the light emitting element 130 passes through the holder 150 and is emitted to the outside of the light flux controlling member 140.
  • the light flux controlling member 640 causes the light emitted from the light emitting element 130 to be obliquely forward ( ⁇ 60 °) and obliquely rearward ( ⁇ 120 to ⁇ 150 °) by the light flux controlling member 640.
  • Light distribution However, the proportion of light distributed laterally ( ⁇ 90 °) is small.
  • FIG. 10A is a diagram showing an optical path of emitted light from the light emitting element 130 arranged on the outermost side when the light flux controlling member 140 is used
  • FIG. 10B is a portion surrounded by a circle B in FIG. 10A. It is a figure which expands and shows.
  • FIG. 11A is a partial cross-sectional view of the light emitting device having the light flux controlling member 140
  • FIG. 11B is a graph showing the luminous intensity in all directions of the light emitting device shown in FIG.
  • the first light flux controlling member 141 includes the inclined Fresnel lens portion 162d, as shown in FIG. 10A, the distance from the apex of the outermost annular projection 162 to the substrate 120 is as shown in FIGS. 8A and 8B. And smaller than that of the light emitting device shown in FIG. 9A. Therefore, ⁇ 1 is larger than that of the ⁇ 0. That is, in the light emitting device shown in FIGS.
  • the light distribution at an angle of 0 to ⁇ 1 °, which is substantially larger than the angle of 0 to ⁇ 0 ° with respect to the optical axis LA ′.
  • Light is controlled by both the first light flux control member 141 and the second light flux control member 142.
  • the light flux controlling member 140 distributes the light emitted from the light emitting element 130 mainly obliquely forward ( ⁇ 15 ° and ⁇ 60 °) and obliquely backward ( ⁇ 120 to ⁇ 150 °). To do. Further, as compared with the light flux controlling member 640, the ratio of light distributed forward (0 °) and side ( ⁇ 90 °) is large. Thus, the light flux controlling member 140 distributes the emitted light from the light emitting element 130 in a well-balanced manner in the front, side, and rear.
  • the first light flux controlling member 141 is formed in a shape that is inclined toward the light emitting element 130 side (downward) from the refracting portion 161 formed in the central portion toward the peripheral portion of the Fresnel lens portion 162. For this reason, it is possible to reduce the amount of light that does not enter the first light flux controlling member 141 and leaks from the light flux controlling member 140. Therefore, the light flux controlling member 140 can distribute the emitted light from the light emitting element 130 in a well-balanced manner in the forward, lateral, and backward directions. Therefore, the light emitting device configured by the light emitting element 130 and the light flux controlling member 140 can achieve a well-balanced light distribution characteristic.
  • the illuminating device 100 can implement
  • the lighting device 100 can be used for indoor lighting or the like instead of an incandescent lamp.
  • the lighting device 100 can consume less power than an incandescent bulb and can be used for a longer period than an incandescent bulb.
  • the first light flux controlling member 141 has a Fresnel lens structure, the thickness of the first light flux controlling member 141 is reduced. Therefore, the light flux controlling member 140 can be made smaller.
  • the emission surface 163 has an inclined emission surface 163b corresponding to the inclined Fresnel lens portion 162d.
  • the emission surface may be a flat surface.
  • FIG. 12A is a partial cross-sectional view of a light emitting device having a light flux controlling member 240
  • FIG. 12B is a graph showing the luminous intensity in all directions of the light emitting device in terms of relative intensity.
  • the light flux controlling member 240 has the same configuration as the light flux controlling member 140 except that the emission surface 263 is formed flat.
  • the light flux controlling member 240 distributes light emitted from the light emitting element 130 mainly obliquely forward ( ⁇ 15 to ⁇ 30 °) and obliquely rearward ( ⁇ 120 to ⁇ 150 °). . Further, compared to the light flux controlling member 640, the ratio of light distributed obliquely forward ( ⁇ 60 °) is small, and the ratio of light distributed forward (0 °) is large. In this way, the light flux controlling member 240 distributes the emitted light from the light emitting element 130 in a balanced manner forward and backward.
  • the surface of the holder 150 is smooth.
  • the surface of the holder 150 may have irregularities that control the light distribution of the light transmitted through the holder 150.
  • FIG. 13A is a partial cross-sectional view of a light emitting device having a light flux controlling member 340
  • FIG. 13B is a graph showing the luminous intensity in all directions of the light emitting device in terms of relative intensity.
  • 14A is an enlarged view of a portion of the unevenness of the holder 150 surrounded by a circle A in FIG. 13A
  • FIG. 14B is an uneven shape of the holder 150 surrounded by a circle A in FIG. FIG.
  • the light flux control member 340 has the same configuration as the light flux control member 140 except that a plurality of recesses 351 are formed in a portion between the first light flux control member 141 and the second light flux control member 142 on the outer peripheral surface of the holder 150.
  • the plurality of recesses 351 have the same shape and are arranged at regular intervals.
  • the shape of the recess 351 is rotationally symmetric with the central axis of the holder 150 (for example, the central axis CA1 or CA2) as the rotation axis.
  • the cross-sectional shape of the recess 351 in a cross section passing through the central axis of the holder 150 is a right triangle.
  • the concave portion 351 has an inclined surface 351a in which the outer diameter of the holder 150 gradually decreases toward the bottom, and extends outward from the end of the inclined surface 351a on the first light flux controlling member 141 side.
  • an annular flat surface 351b orthogonal to the central axis.
  • the inclined surface 351a reflects the traveling direction of light that is reflected by the second light flux control member 142 and reaches the holder 150 from the second light flux control member 142 side (upper side) in a direction (side) orthogonal to the optical axis LA of the light emitting element 130. Change to get closer.
  • light flux controlling member 340 emits light emitted from light emitting element 130 obliquely forward ( ⁇ 15 °), laterally ( ⁇ 90 °), and obliquely rearward ( ⁇ 120 to ⁇ 150 °). Light distribution. Further, the ratio of light distributed obliquely forward ( ⁇ 60 °) is smaller than that of the light flux controlling member 640, and forward (0 °), diagonally forward ( ⁇ 15 °), lateral ( ⁇ 90 °), and diagonally. A large proportion of light is distributed backward ( ⁇ 120 to ⁇ 150 °). In this way, the light flux controlling member 340 distributes the emitted light from the light emitting element 130 in a well-balanced manner in the front, side, and rear.
  • the recess may be the recess 352 shown in FIG. 14B.
  • the concave portion 352 is orthogonal to the central axis of the holder 150 that extends outward from the inclined surface 351c in which the outer diameter of the second light flux controlling member 142 gradually decreases toward the top, and the end of the inclined surface 351c on the first light flux controlling member 141 side.
  • the recess 352 changes the traveling direction of the light reaching the holder 150 from the first light flux controlling member 141 side (lower side) so as to approach the direction (side) orthogonal to the optical axis LA of the light emitting element 130. .
  • the shape of the concave portion is not particularly limited as long as it has a surface such as the inclined surfaces 351a and 351c that changes the traveling direction of light from above or below so as to approach the side.
  • a surface includes a surface having a curved generating line.
  • FIG. 15A is a partial cross-sectional view of a light emitting device having a light flux controlling member 640 and one light emitting element 130
  • FIG. 15B is a graph showing the luminous intensity in all directions of the light emitting device shown in FIG. 15A in relative intensity.
  • FIG. 16A is a partial cross-sectional view of a light emitting device having a light flux controlling member 140 and one light emitting element 130
  • FIG. 16B is a graph showing the luminous intensity in all directions of the light emitting device shown in FIG. 16A in relative intensity.
  • FIG. 16A is a partial cross-sectional view of a light emitting device having a light flux controlling member 140 and one light emitting element 130
  • FIG. 16B is a graph showing the luminous intensity in all directions of the light emitting device shown in FIG. 16A in relative intensity.
  • FIG. 16A is a partial cross-sectional view of a light emitting device having a light flux controlling member 140 and one light emitting element 130
  • FIG. 17A is a partial cross-sectional view of a light emitting device having a light flux controlling member 340 and one light emitting element 130
  • FIG. 17B is a graph showing the luminous intensity in all directions of the light emitting device shown in FIG. 17A in terms of relative intensity. .
  • the light flux controlling member 640 transmits the emitted light from the light emitting element 130 obliquely forward ( ⁇ 60 °) and obliquely backward ( ⁇ 120 to ⁇ 150) even when there is only one light emitting element 130. Light distribution.
  • the light flux controlling member 140 transmits light emitted from the light emitting element 130 obliquely forward ( ⁇ 60 °) and obliquely rearward ( ⁇ 120 to ⁇ 150), even when the number of the light emitting elements 130 is one. Light distribution. Further, as compared with the light flux controlling member 640, the ratio of light distributed to the front (0 °), the side ( ⁇ 90 °) and the oblique rear ( ⁇ 120 to ⁇ 150 °) is large. Thus, the light flux controlling member 140 distributes the emitted light from the light emitting element 130 in a well-balanced manner in the front, side, and rear.
  • the light flux controlling member 340 transmits the light emitted from the light emitting element 130 obliquely forward ( ⁇ 30 ° and ⁇ 60 °), laterally, even when the number of the light emitting elements 130 is one. ( ⁇ 90 °) and obliquely rearward ( ⁇ 120 to ⁇ 150 °). Further, compared to the light flux controlling member 640, the proportion of light distributed obliquely forward ( ⁇ 60 °) is small, and forward (0 °), diagonally forward (0 to ⁇ 30 °), side ( ⁇ 90 °). In addition, the ratio of light distributed obliquely backward ( ⁇ 120 to ⁇ 150 °) is large. In this way, the light flux controlling member 340 distributes the emitted light from the light emitting element 130 in a well-balanced manner in the front, side, and rear.
  • the tip of the outermost annular protrusion 162a of the inclined Fresnel lens portion 162d may be closer to the substrate 120.
  • the tip can be brought close to the substrate 120 until ⁇ 1 in FIG. 10B reaches 90 °.
  • the illuminance of the light emitting device according to the present invention was measured. With the intersection of the optical axis LA and the surface of the substrate 120 as the emission center, the illuminance at a distance of 1000 mm from the emission center was measured.
  • the light flux controlling members 140 and 340 are used as the light flux controlling members. As a reference example, the illuminance was measured in the same manner using a light emitting device having a light flux controlling member 640. The measurement results are shown in FIGS. 18A and 18B.
  • FIG. 18A is a graph showing the illuminance of all directions of the light emitting device equipped with the white second light flux controlling member 142 having a transmittance of 21% as a relative intensity.
  • FIG. 18B is a graph showing the relative illuminance in all directions of the light emitting device equipped with the white second light flux controlling member 142 having a transmittance of 13%.
  • “thick broken line” indicates the illuminance of the light emitting device equipped with the light flux controlling member 140
  • “thick solid line” indicates the illuminance of the light emitting device equipped with the light flux controlling member 340
  • “thin solid line” indicates the light flux control.
  • the illuminance of the light-emitting device equipped with the member 640 is shown.
  • the lighting device according to the present invention can be used in place of an incandescent light bulb, it can be widely applied to various lighting devices such as chandeliers and indirect lighting devices.

Abstract

　光束制御部材（１４０）は、第１光束制御部材（１４１）とそれに対向する第２光束制御部材（１４２）とを有する。第１光束制御部材（１４１）および第２光束制御部材（１４２）は、いずれも、発光素子の光軸（ＬＡ）合致する中心軸を有する。第１光束制御部材（１４１）の傾斜フレネルレンズ部（１６２）における、円環状の突起（１６２ａ）間の谷底と下側段部（１５１）との光軸（ＬＡ）方向における距離は、外側の谷では小さく、かつ光軸（ＬＡ）に近づくにつれて漸増する。本発明によれば、前方、側方および後方の少なくとも二方向にバランスよく配光することができる光束制御部材、発光装置および照明装置を提供することができる。

Description

光束制御部材、発光装置および照明装置
　本発明は、発光素子から出射された光の配光を制御する光束制御部材ならびに前記光束制御部材を有する発光装置および照明装置に関する。
　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。
　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からの出射光の配光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１参照）。図１は、特許文献１に記載の照明装置の構成を示す要部断面図である。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ケース１４とを有する。ケース１４の上面は、逆円錐台形状に形成されている。
　円錐台の斜面には、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（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（水平方向）および後方（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、前方だけでなく、側方および後方への出射光を得ることができる。したがって、特許文献１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
　しかしながら、特許文献１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。特許文献１に記載の照明装置１０を使用した場合、図１に示されるように、ケース１４の上端より前方の空間Ａには、ＬＥＤ１２からの出射光のみが届く。一方、ケース１４の上端より後方の空間Ｂには、ＬＥＤ１２からの出射光だけでなくアルミ板１６からの反射光も届く。そのため、空間Ａと空間Ｂとでは、明るさが異なってしまうことになる。したがって、特許文献１に記載の照明装置１０にカバー２０を被せた場合、例えば、図２に示される、カバー２０におけるＡ部に到達する光の量が、Ｂ部に到達する光の量に対して大きく異なってしまうことがある。このため、カバー２０に明暗の境界線ができることがある。
　本発明の目的は、発光素子を有する照明装置に用いられる光束制御部材であって、前方、側方および後方の少なくとも二方向にバランスよく配光することができる光束制御部材を提供することである。また、本発明の別の目的は、この光束制御部材を有する発光装置および照明装置を提供することである。
　本発明に係る光束制御部材は、発光素子から出射された光の配光を制御するための光束制御部材であって、前記発光素子に対向して配置される第１光束制御部材と、前記第１光束制御部材に対向して配置される第２光束制御部材と、を有し、
　前記第１光束制御部材は、前記発光素子の光軸が回転軸となる回転対称性を有する円環状の突起を複数有し、前記発光素子に対向するフレネルレンズ部と、前記第２光束制御部材に対向し、前記フレネルレンズ部で制御された光を前記第２光束制御部材に向けて出射する出射面と、を有し、前記円環状の突起は、前記発光素子から出射された光の一部を入射する内側の第１傾斜面と、前記第１傾斜面に入射した光の一部を前記第２光束制御部材に向けて反射する外側の第２傾斜面と、を有し、
　前記第２光束制御部材は、前記第１光束制御部材の出射面と対向し、前記第１光束制御部材から出射され前記第２光束制御部材に到達した光の一部を反射させ、残部を透過させる反射面を有し、前記反射面は、前記光軸を回転軸とする回転対称面であり、前記回転対称面の母線が前記第１光束制御部材に対して凹の曲線となるように形成され、
　前記反射面の外周部は、前記反射面の中心部と比較して、前記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、
　前記フレネルレンズ部は、隣り合う前記円環状の突起の間に形成される谷の底と前記発光素子が実装される実装面との前記光軸の方向における距離が、外側から前記光軸に近づくにつれて漸増する傾斜フレネルレンズ部を含む。
　本発明に係る発光装置は、少なくとも１つの発光素子と、本発明に係る光束制御部材と、を有する。
　本発明の照明装置は、本発明に係る発光装置と、前記発光装置からの出射光を拡散させつつ透過させるカバーと、を有する。
　本発明の光束制御部材は、前方、側方および後方の少なくとも二方向にバランスよく配光させることができる。したがって、本発明の発光装置は、広範囲に発光し、本発明の照明装置は、白熱電球のように室内を広範囲に照らすことができる。
特許文献１に記載の照明装置の構成を示す要部断面図である。 特許文献１に記載の照明装置にカバーを設けた場合の要部断面図である。 本発明の実施の形態１に係る照明装置の部分断面図である。 実施の形態１に係る照明装置における発光素子の平面視したときの配置を示す図である。 実施の形態１に係る光束制御部材の断面図である。 図６Ａは、実施の形態１に係る光束制御部材の第１光束制御部材およびホルダーの平面図であり、図６Ｂは、上記第１光束制御部材およびホルダーの、図６Ａに示されるＢ－Ｂ線に沿っての断面図であり、図６Ｃは、上記第１光束制御部材およびホルダーの底面図であり、図６Ｄは、上記第１光束制御部材およびホルダーの側面図である。 図７Ａは、実施の形態１に係る光束制御部材の第２光束制御部材の平面図であり、図７Ｂは、上記第２光束制御部材の、図７Ａに示されるＢ－Ｂ線に沿っての断面図であり、図７Ｃは、上記第２光束制御部材の底面図であり、図７Ｄは、上記第２光束制御部材の側面図である。 図８Ａは、略平板状の第１光束制御部材を有する光束制御部材を用いたときの、最も外側に配置された発光素子からの出射光の光路を示す図であり、図８Ｂは、上記光束制御部材の、図８Ａ中の円Ｂで囲まれた部分を拡大して示す図である。 図９Ａは、略平板状の光束制御部材を有する発光装置の部分断面図であり、図９Ｂは、図９Ａに示される発光装置の全方位の光度を相対強度で示すグラフである。 図１０Ａは、実施の形態１に係る光束制御部材を用いたときの、最も外側に配置された発光素子からの出射光の光路を示す図であり、図１０Ｂは、上記光束制御部材の、図１０Ａ中の円Ｂで囲まれた部分を拡大して示す図である。 図１１Ａは、実施の形態１に係る発光装置の部分断面図であり、図１１Ｂは、図１１Ａに示される発光装置の全方位の光度を相対強度で示すグラフである。 図１２Ａは、実施の形態２に係る発光装置の部分断面図であり、図１２Ｂは、図１２Ａに示される発光装置の全方位の光度を相対強度で示すグラフである。 図１３Ａは、実施の形態３に係る発光装置の部分断面図であり、図１３Ｂは、図１３Ａに示される発光装置の全方位の光度を相対強度で示すグラフである。 図１４Ａは、上記発光装置の、図１３Ａ中の円Ａで囲まれた部分を拡大して示す図であり、図１４Ｂは、図１４Ａに示される部分の変形例を示す図である。 図１５Ａは、略平板状の光束制御部材と１つの発光素子を有する発光装置の部分断面図であり、図１５Ｂは、図１５Ａに示される発光装置の全方位の光度を相対強度で示すグラフである。 図１６Ａは、実施の形態１に係る光束制御部材と１つの発光素子を有する発光装置の部分断面図であり、図１６Ｂは、図１６Ａで示される発光装置の全方位の光度を相対強度で示すグラフである。 図１７Ａは、実施の形態３に係る光束制御部材と１つの発光素子を有する発光装置の部分断面図であり、図１７Ｂは、図１７Ａで示される発光装置の全方位の光度を相対強度で示すグラフである。 図１８Ａは、透過率２１％の第２光束制御部材を装着した照明装置の全方位の照度を相対強度で示すグラフであり、図１８Ｂは、透過率１３％の第２光束制御部材を装着した照明装置の全方位の照度を相対強度で示すグラフである。
　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。以下の説明では、本発明に係る照明装置の代表例として、白熱電球に代えて使用されうる照明装置について説明する。
　［照明装置の構成］
　図３は、本発明の実施形態１に係る照明装置１００の部分断面図である。図３に示されるように、照明装置１００は、筐体１１０、基板１２０、発光素子１３０、光束制御部材１４０およびカバー１６０を有する。以下、各構成要素について説明する。
　（１）筐体および基板
　筐体１１０は、筐体１１０の一端面の外側にある段部の縁から筐体１１０の他端側に向けて傾斜する傾斜面１１０ａと、筐体１１０の他端に配置される口金１１０ｂと、を有する。さらに筐体１１０は、発光素子１３０からの熱を放出するためのヒートシンクを兼ねている。口金１１０ｂおよびヒートシンク内部には、口金１１０ｂと発光素子１３０とを電気的に接続する不図示の電源回路が配設されている。
　傾斜面１１０ａは、カバー１６０から後方へ出射された光を遮らないために形成されている。基板１２０は、筐体１１０の一端面上に配置されている。基板１２０の形状は、発光素子１３０を実装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。
　（２）発光素子
　発光素子１３０は、照明装置１００の光源であり、筐体１１０上に固定された基板１２０の表面に実装されている。基板１２０の表面は、発光素子１３０の実装面に相当する。発光素子１３０は、発光素子１３０の光軸ＬＡが基板１２０の法線に沿うように、基板１２０上に配置される。たとえば、発光素子１３０は、白色発光ダイオードなどの発光ダイオード（ＬＥＤ）である。
　「発光素子の光軸」とは、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言う。発光素子が複数ある場合は、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言う。図４は、平面視したときの発光素子１３０の配置を示す図である。たとえば、複数の発光素子１３０は、図４に示されるように、平面視したときに、光軸ＬＡに対して互いに点対称の位置に配置される。
　（３）光束制御部材
　図５は、光束制御部材１４０の断面図である。光束制御部材１４０は、発光素子１３０から出射された光の配光を制御する。図５に示されるように、光束制御部材１４０は、発光素子１３０に対向して配置される第１光束制御部材１４１、第１光束制御部材１４１に対向して配置される第２光束制御部材１４２およびホルダー１５０を含む。
　（３－１）第１光束制御部材
　図６Ａ～Ｄは、第１光束制御部材１４１およびホルダー１５０の構成を示す図である。図６Ａは、第１光束制御部材１４１およびホルダー１５０の平面図であり、図６Ｂは、第１光束制御部材１４１およびホルダー１５０の、図６Ａに示されるＢ－Ｂ線に沿っての断面図であり、図６Ｃは、第１光束制御部材１４１およびホルダー１５０の底面図であり、図６Ｄは、第１光束制御部材１４１およびホルダー１５０の側面図である。
　第１光束制御部材１４１は、発光素子１３０から出射された光の一部の進行方向を制御する。第１光束制御部材１４１は、第１光束制御部材１４１からの出射光の配光が発光素子１３０からの出射光の配光よりも狭まるように機能する。図６Ａに示されるように、第１光束制御部材１４１は、平面視形状が略円形に形成されている。第１光束制御部材１４１は、ホルダー１５０と一体的に形成されており、その中心軸ＣＡ１が発光素子１３０の光軸ＬＡと一致するように、発光素子１３０に対して空気層を介して配置される（図５参照）。
　図５に示されるように、第１光束制御部材１４１は、屈折部１６１と、フレネルレンズ部１６２と、出射面１６３とを有する。出射面１６３側を第１光束制御部材１４１の表側とすると、屈折部１６１は、第１光束制御部材１４１の裏側面における中心部に形成されている。
　屈折部１６１の形状は、中心軸ＣＡ１を中心軸とする回転対称（円形）である。屈折部は、例えば、平面、球面、非球面、屈折型のフレネルレンズまたはこれらの組み合わせによって構成されうる。屈折部１６１は、第１光束制御部材１４１の裏側面における中央に位置する円形部と、その周囲を囲む幾つかの小さな円環状の突起１６２ａによって構成されている。円環状の突起１６２ａの円心は、中心軸ＣＡ１に合致している。
　フレネルレンズ部１６２は、平面視したときに屈折部１６１を囲む環状に形成されている。フレネルレンズ部１６２は、光軸ＬＡ上に中心が位置する円環状の突起１６２ａを複数有する。円環状の突起１６２ａは、屈折部１６１に含まれる円環状の突起１６２ａよりも大きい。円環状の突起１６２ａは、内側の第１傾斜面１６２ｂと外側の第２傾斜面１６２ｃとを有する。図６Ｂに示されるように、最も外側の第２傾斜面１６２ｃの外縁と出射面１６３の外縁との間には、フランジ部１４８が形成されていてもよい。
　第１傾斜面１６２ｂは、円環状の突起１６２ａの頂縁から円環状の突起１６２ａの内側の底縁（谷底）に至る面であり、第１光束制御部材１４１の中心軸ＣＡ１を中心とする回転対称面である。すなわち、第１傾斜面１６２ｂは、中心軸ＣＡ１を中心軸とする円環形状に形成されている。第１傾斜面１６２ｂの傾斜角は、それぞれ異なっていてもよいし、光軸ＬＡと平行（傾斜角９０°）の場合を含みうる。第１傾斜面１６２ｂの母線は、直線であってもよいし、曲線であってもよい。
　なお、「母線」とは、一般的に線織面を描く直線を意味するが、本発明では回転対称面である第１傾斜面１６２ｂを描くための曲線を含む語として用いる。第１傾斜面１６２ｂが曲面である場合における第１傾斜面１６２ｂの傾斜角は、第１傾斜面１６２ｂの接線の、中心軸ＣＡ１に対する角度である。
　第２傾斜面１６２ｃは、円環状の突起１６２ａの頂縁から円環状の突起１６２ａの外側の底縁（谷底）に至る面である。第２傾斜面１６２ｃは、第１光束制御部材１４１の中心軸ＣＡ１を取り囲むように形成された回転対称面である。第２傾斜面１６２ｃの半径（第２傾斜面１６２ｃから中心軸ＣＡ１までの距離）は、円環状の突起１６２ａの頂縁から底縁に向けて漸増している。第２傾斜面１６２ｃを構成する母線は、外側（中心軸ＣＡ１から離れる側）に凸の円弧状曲線である。また、照明装置１００に求められる配光特性に応じて、第２傾斜面１６２ｃを構成する母線を直線としてもよい。すなわち、第２傾斜面１６２ｃは、テーパー形状であってもよい。
　なお、「母線」とは、一般的に線織面を描く直線を意味するが、本発明では回転対称面である第２傾斜面１６２ｃを描くための曲線を含む語として用いる。第２傾斜面１６２ｃの傾斜角は、個々の第２傾斜面１６２ｃで異なっていてもよい。第２傾斜面１６２ｃが曲面である場合における第２傾斜面１６２ｃの傾斜角は、第２傾斜面１６２ｃの接線の、中心軸ＣＡ１に対する角度である。
　フレネルレンズ部１６２は、傾斜フレネルレンズ部１６２ｄを含んでいる。傾斜フレネルレンズ部１６２ｄは、複数の円環状の突起１６２ａによって形成されている。傾斜フレネルレンズ部１６２ｄは、隣り合う円環状の突起１６２ａの間に形成される谷の底と発光素子１３０との中心軸ＣＡ１方向における距離が、最も外側の谷で最も小さく、かつ中心軸ＣＡ１に近づくにつれて漸増するように形成されている。たとえば、傾斜フルネルレンズ部１６２ｄでは、中心軸ＣＡ１方向において、最も外側の谷からホルダー１５０の下端縁に形成された下側段部１５１までの距離Ｖ１は最も小さく、最も中心軸ＣＡ１に近い谷から下側段部１５１までの距離Ｖ２は最も大きい（図５参照）。
　傾斜フレネルレンズ部１６２ｄの外側に円環状の突起１６２ａがさらに形成されていてもよい。このさらなる円環状の突起１６２ａによって形成される谷の底から下側段部１５１までの距離は特に限定されない。
　なお、下側段部１５１は、ホルダー１５０の下端面の内縁が切り欠かれて形成された段差である。たとえば下側段部１５１は、光束制御部材１４０が筐体１１０に装着されたときに、基板１２０が固定されている筐体１１０の一端面の縁に当接し、基板１２０の表面（実装面）と平行になる（図３参照）。
　下側段部１５１は、実装面に対してこのような位置関係にあるので実装面と第１光束制御部材１４１との位置決め部として機能し、中心軸ＣＡ１方向における上記谷の底から実装面までの距離を比較する場合に、実装面の位置の代わりに下側段部１５１の位置を採用することができる。
　出射面１６３は、第１光束制御部材１４１における表面側に形成される。すなわち、出射面１６３は、第２光束制御部材１４２と対向するように形成されている。出射面１６３は、屈折部１６１の表側に形成される円形出射面１６３ａと、傾斜フレネルレンズ部１６２ｄの表側に形成される傾斜出射面１６３ｂと、傾斜出射面１６３ｂの外側に形成される環状出射面１６３ｃとを含む。
　円形出射面１６３ａは、平面視形状が円形であり、中心軸ＣＡ１方向における下側段部１５１までの距離が一定な面に形成されている。傾斜出射面１６３ｂは、平面視形状が円形出射面１６３ａを囲む環状であり、中心軸ＣＡ１方向における下側段部１５１までの距離が、中心軸ＣＡ１から離れるにつれて漸減する斜面に形成されている。環状出射面１６３ｃは、平面視形状が傾斜出射面１６３ｂを囲む環状であり、中心軸ＣＡ１方向における下側段部１５１までの距離が一定な面に形成されている。
　第１光束制御部材１４１は、例えば射出成形により形成される。第１光束制御部材１４１の材料は、所望の波長の光を通過させ得る透過性の高いものであれば特に限定されない。たとえば、第１光束制御部材１４１の材料は、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）やポリカーボネート（ＰＣ）、エポキシ樹脂（ＥＰ）などの光透過性樹脂、またはガラスである。
　屈折部１６１および第１傾斜面１６２ｂは、発光素子１３０から出射された光の一部を第１光束制御部材１４１の内部に入射させる。屈折部１６１は、発光素子１３０から出射された光の一部を入射して出射面１６３に向けて屈折させる。このように屈折部１６１は、第１光束制御部材１４１に入射する光の入射面として機能する。
　第１傾斜面１６２ｂは、発光素子１３０から出射された光を入射する。このように第１傾斜面１６２ｂは、第１光束制御部材１４１に入射する光の入射面として機能する。第２傾斜面１６２ｃは、第１傾斜面１６２ｂに入射した光の一部を第２光束制御部材１４２に向けて全反射する。このように第２傾斜面１６２ｃは、第１傾斜面１６２ｂから入射した光の一部を全反射する全反射面として機能する。すなわち、フレネルレンズ部１６２は反射型のフレネルレンズとして機能する。
　出射面１６３は、屈折部１６１および第１傾斜面１６２ｂから入射した光の一部および第２傾斜面１６２ｃで全反射された光を第２光束制御部材１４２に向けて出射する。
　（３－２）第２光束制御部材
　図７Ａ～Ｄは、第２光束制御部材１４２の構成を示す図である。図７Ａは、第２光束制御部材１４２の平面図であり、図７Ｂは、第２光束制御部材１４２の、図７Ａに示されるＢ－Ｂ線に沿っての断面図であり、図７Ｃは、第２光束制御部材１４２の底面図であり、図７Ｄは、第２光束制御部材１４２の側面図である。
　図７Ａに示されるように、第２光束制御部材１４２は、平面視形状が略円形に形成された部材である。第２光束制御部材１４２は、ホルダー１５０により支持されており、その中心軸ＣＡ２が発光素子１３０の光軸ＬＡと一致するように、第１光束制御部材１４１に対して空気層を介して配置される（図５参照）。第２光束制御部材１４２は、第１光束制御部材１４１と対向し、かつ第１光束制御部材１４１から出射された光の一部を反射させる反射面１４５を有する。
　反射面１４５は、第２光束制御部材１４２の中心軸ＣＡ２を中心とする回転対称（円対称）面である。このように、反射面１４５の回転軸は、中心軸ＣＡ２と合致している。また、図５に示されるように、この回転対称面の中心から外周部にかけての母線は、発光素子１３０および第１光束制御部材１４１に対して凹の曲線であり、反射面１４５は、この母線を３６０°回転させた状態の曲面である。すなわち、反射面１４５は、中心から外周部に向かうにつれて発光素子１３０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１４５の外周部は、反射面１４５の中心と比較して、発光素子１３０の光軸ＬＡ方向における発光素子１３０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１４５は、中心から外周部に向かうにつれて発光素子１３０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１３０（基板１２０）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１３０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１２０の面方向に対する反射面１４５の傾斜角度は、中心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１４５には、中心と外周部との間であって、かつ外周部に近い位置に、基板１２０の面方向に対する傾斜角度が零（基板１２０と平行）となる点が存在する。
　なお、前述の通り、「母線」とは、一般的に線織面を描く直線を意味するが、本発明では回転対称面である反射面１４５を描くための曲線を含む語として用いる。
　第２光束制御部材１４２は、第１光束制御部材１４１から出射され第２光束制御部材１４２に到達した光のうち、一部の光の進行方向を制御して反射させ、残部を透過させる。反射面１４５は、第１光束制御部材１４１からの出射光の一部をホルダー１５０に向けて反射させる。反射した光は、ホルダー１５０を透過してカバー１６０の中部（側部）および下部に到達する。
　第２光束制御部材１４２に前述した部分反射、部分透過の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第２光束制御部材１４２の表面（発光素子１３０および第１光束制御部材１４１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、ガラスなどが含まれる。透過反射膜の例には、ＴｉＯ２およびＳｉＯ２の多層膜、ＺｎＯ２およびＳｉＯ２の多層膜、Ｔａ２Ｏ５およびＳｉＯ２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第２光束制御部材１４２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、第２光束制御部材１４２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第２光束制御部材１４２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１３０および第１光束制御部材１４１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。たとえば、可視光の透過率が２０％程度であり、反射率が７８％程度である白色のポリメタクリル酸メチルを用いて、光反射性および光透過性の機能を併せ持つ第２光束制御部材１４２を形成することができる。
　第２光束制御部材１４２の第１光束制御部材１４１と対向する面（反射面１４５）は、入射光の正反射方向の反射強度が他の方向の反射強度よりも大きくなるように形成されていることが好ましい。したがって、第２光束制御部材１４２の第１光束制御部材１４１と対向する面は、光沢面となるように形成されている。
　（３－３）ホルダー
　ホルダー１５０は、基板１２０に位置決めされるとともに、発光素子１３０に対して第１光束制御部材１４１および第２光束制御部材１４２を位置決めする。
　ホルダー１５０は、略円筒形状に形成された光透過性を有する部材である。本明細書において「略円筒形状」には、円筒形状と同等の配光特性となるような断面多角形の筒形状も含まれる。ホルダー１５０の一方の端部には、第２光束制御部材１４２が固定される。ホルダー１５０の他方の端部は、基板１２０に固定される。以下の説明では、ホルダー１５０の２つの端部のうち、第２光束制御部材１４２が固定される端部を「上端部」と呼び、基板１２０に固定される端部を「下端部」と呼ぶ。
　ホルダー１５０は、第１光束制御部材１４１と共に一体成形により形成されている。ホルダー１５０の材料は、所望の波長の光を通過させ得るものであれば特に限定されない。たとえば、ホルダー１５０の材料は、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）やポリカーボネート（ＰＣ）、エポキシ樹脂（ＥＰ）などの光透過性樹脂、またはガラスである。ホルダー１５０に光拡散能を付与する場合には、これらの光透過性の材料に散乱子を含ませてもよいし、ホルダー１５０の表面に光拡散処理を施してもよい。
　図５および図６Ｂに示されるように、ホルダー１５０の下端部には、光束制御部材１４０の装着時に筐体１１０の一端面の周縁部に当接し、ホルダー１５０を基板１２０に対して位置決めする下側段部１５１が形成されている。
　なお、ホルダー１５０を基板１２０に対して位置決めする手段は、下側段部１５１に限定されない。たとえば、ホルダー１５０の下端部には、下側段部１５１の代わりに、ホルダー１５０を基板１２０や筐体１１０などに位置決めするための、ボス（凸部）および係止爪が設けられていてもよい。ボスは、基板１２０に当接して、第２光束制御部材１４２の高さを調整する。係止爪は、筐体１１０または基板１２０の一端面に形成された係止用の孔に係止して、ホルダー１５０が外れることおよび回転することを防止する。
　さらに、ホルダー１５０は、このほかにも、ホルダー１５０に対して第２光束制御部材１４２を位置決めする手段をさらに有していてもよい。このような位置決め手段は、特に限定されない。たとえば、ホルダー１５０の上端部には、ホルダー１５０の上端面の内縁が切り欠かれて形成された上側段部、または第２光束制御部材１４２を固定するためのガイド突起および爪部、が設けられていてもよい。
　ガイド突起は、上端部の端面の外周部の一部に形成されており、第２光束制御部材１４２がホルダー１５０の径方向に移動することを防止する。爪部は、上端部の端面に形成されており、第２光束制御部材１４２の外周部に形成された凹部に嵌合して、第２光束制御部材１４２が外れることおよび回転することを防止する。
　光束制御部材１４０の製造方法は、特に限定されない。たとえば、光束制御部材１４０は、第１光束制御部材１４１とホルダー１５０との一体成形物に第２光束制御部材１４２を組み付けることによって製造されうる。第２光束制御部材１４２を組み付ける際には、接着剤などを使用してもよい。
　第１光束制御部材１４１とホルダー１５０の一体成形物は、例えば無色透明の樹脂材料を用いて射出成形により作製されうる。第２光束制御部材１４２は、例えば、無色透明の樹脂材料を用いて射出成形した後に、反射面１４５となる面に透過反射膜を蒸着することによって、または、第２光束制御部材１４２は、白色の樹脂材料を用いて射出成形することによって、作製されうる。
　なお、第１光束制御部材１４１とホルダー１５０とを別々に成形してもよい。この場合は、第１光束制御部材１４１をホルダー１５０に組み付け、また第２光束制御部材１４２をホルダー１５０に組み付けることで、光束制御部材１４０を製造することができる。第１光束制御部材１４１とホルダー１５０とを別々に成形することにより、ホルダー１５０および第１光束制御部材１４１を形成する材料の選択の自由度が向上する。たとえば、散乱子を含む光透過性の材料でホルダー１５０を形成し、散乱子を含まない光透過性の材料で第１光束制御部材１４１を形成することが容易となる。
　（４）カバー
　カバー１６０は、発光装置からの出射光（光束制御部材１４０からの出射光）を拡散させつつ透過させる。カバー１６０は、開口部を有する中空領域が形成された部材である。基板１２０、発光素子１３０および光束制御部材１４０は、カバー１６０の中空領域内に配置される。カバー１６０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１６０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１６０を作製してもよい。
　たとえば、カバー１６０の表面または裏面は、滑らかであってもよいし、粗面化された面であってもよい。カバー１６０の表面または裏面を粗面化することによって、照明装置１００の照度ムラを小さくすることが可能となる。
　カバー１６０の形状は、例えば球冠形状（球面の一部を平面で切り取った形状）でありうるが、特に限定されない。
　［発光装置の配光特性］
　次に、光束制御部材１４０における、発光素子１３０から出射された光の光路について説明する。まず、当該光路の概略を説明する。
　発光素子１３０からの出射光のうち、屈折部１６１に到達する光は、屈折部１６１から第１光束制御部材１４１に入射し、出射面１６３から出射して第２光束制御部材１４２に到達する。
　発光装置１３０からの出射光のうち、フレネルレンズ部１６２に到達する光は、第１傾斜面１６２ｂから第１光束制御部材１４１に入射し、第２傾斜面１６２ｃで第２光束制御部材１４２に向けて反射する。そして、出射面１６３から出射して第２光束制御部材１４２に到達する。
　第２光束制御部材１４２に到達した光の一部は、第２光束制御部材１４２を透過してカバー１６０の上部に到達する。また、第２光束制御部材１４２に到達した光の残部は、第２光束制御部材１４２の反射面１４５で反射して、ホルダー１５０を介してカバー１６０の中部（側部）および下部に到達する。このとき、第２光束制御部材１４２の中心部において反射した光は、カバー１６０の中部に向かう。一方、第２光束制御部材１４２の外周部において反射した光は、カバー１６０の下部に向かう。
　一方、発光装置１３０から出射してホルダー１５０に到達した光は、ホルダー１５０を透過してホルダー１５０の外周面から出射し、カバー１６０の中部に到達する。こうして、発光素子１３０からの出射光は、光束制御部材１４０によって前方、側方および後方に配光される。
　基板１２０上に複数の発光素子１３０が配置されている場合では、これらの発光素子１３０のうちの最も外側に配置された発光素子１３０の光は、他の発光素子１３０からの出射光に比べて、第１光束制御部材に入射しにくい。そこで、最も外側に配置された発光素子１３０からの出射光の光路を説明する。
　まず、フレネルレンズ部の作用を説明するために、略平板状の第１光束制御部材を用いたときの光の光路を説明する。図８Ａは、略平板状の第１光束制御部材を有する光束制御部材６４０を用いたときの、最も外側に配置された発光素子１３０からの出射光の光路を示す図であり、図８Ｂは、図８Ａ中の円Ｂで囲まれた部分を拡大して示す図である。図９Ａは、光束制御部材６４０を有する発光装置の部分断面図であり、図９Ｂは、図９Ａに示される発光装置の全方位の光度を相対強度で示すグラフである。発光装置の全方位の光度は、シミュレーションによって求められている。「光度」は、発熱素子１３０から距離１０００ｍｍの照度にほぼ等しい。
　光束制御部材６４０は、略平板状の第１光束制御部材６４１を有する以外は、光束制御部材１４０と同じ構成を有する。第１光束制御部材と第２光束制御部材との光軸ＬＡにおける距離をＤｃとすると、光束制御部材６４０のＤｃは光束制御部材１４０のＤｃと同じである（図８Ａおよび図１０Ａ）。第１光束制御部材６４１において、第１光束制御部材６４１における谷の底は一平面上にほぼ位置しており、出射面６６３は平面に形成されている。よって、谷の底と出射面６６３との光軸ＬＡ方向における距離はほぼ一定である。
　図８Ｂに示されるように、最も外側の発光素子１３０の光軸を特にＬＡ’とすると、発光素子１３０の出射光のうち、光束制御部材６４０では、光軸ＬＡ’に対して０～θ０°の角度を有する光が、第１傾斜面１６２ｂから第１光束制御部材６４１に直接入射する。発光素子１３０の光軸ＬＡ’に対してθ０°よりも大きな角度を有する光は、ホルダー１５０を透過して光束制御部材１４０の外部に出射する。
　光束制御部材６４０は、図９Ｂに示されるように、発光素子１３０からの出射光を、光束制御部材６４０によって、主に斜め前方（±６０°）および斜め後方（±１２０～±１５０°）に配光する。しかしながら、側方（±９０°）に配光する光の割合は少ない。
　次に、第１光束制御部材１４１を用いたときの光の光路を説明する。図１０Ａは、光束制御部材１４０を用いたときの、最も外側に配置された発光素子１３０からの出射光の光路を示す図であり、図１０Ｂは、図１０Ａ中の円Ｂで囲まれた部分を拡大して示す図である。図１１Ａは、光束制御部材１４０を有する発光装置の部分断面図であり、図１１Ｂは、図１１Ａに示される発光装置の全方位の光度を相対強度で示すグラフである。
　図１０Ｂに示されるように、発光素子１３０の出射光のうち、光軸ＬＡ’に対して、０～θ１°の角度を有する光が、第１傾斜面１６２ｂから第１光束制御部材１４１に直接入射する。第１光束制御部材１４１は傾斜フレネルレンズ部１６２ｄを含むことから、図１０Ａに示されるように、最も外側に位置する円環状の突起１６２の頂点から基板１２０までの距離は、図８Ａ、図８Ｂおよび図９Ａに示される発光装置のそれに比べて小さい。よって、θ１はθ０に比べて大きい。すなわち、図１０Ａ、図１０Ｂおよび図１１Ａに示される発光装置では、実質的には、光軸ＬＡ’に対して０～θ０°の角度よりも大きな０～θ１°の角度の光の配光が、第１光束制御部材１４１および第２光束制御部材１４２の両方によって制御される。
　光束制御部材１４０は、図１１Ｂに示されるように、発光素子１３０からの出射光を、主に斜め前方（±１５°および±６０°）および斜め後方（±１２０～±１５０°）に配光する。また、光束制御部材６４０に比べて、前方（０°）および側方（±９０°）に配光する光の割合が多い。このように、光束制御部材１４０は、発光素子１３０からの出射光を、前方、側方および後方にバランスよく配光している。
　［効果］
　第１光束制御部材１４１は、中央部に形成されている屈折部１６１からフレネルレンズ部１６２の周縁部に向けて発光素子１３０側（下方）に傾斜する形状に形成されている。このため、第１光束制御部材１４１に入射せず、光束制御部材１４０から漏れる光の光量を低減することができる。よって、光束制御部材１４０は、発光素子１３０からの出射光を、前方、側方および後方の各方向へバランスよく配光させることができる。したがって、発光素子１３０と光束制御部材１４０とによって構成される発光装置は、バランスのよい配光特性を実現することができる。
　さらに、光束制御部材１４０からの出射光をカバー１６０に通すことによって、カバー１６０から前方、側方および後方の各方向への出射光の光量がより均等になる。このため、照明装置１００は、白熱電球に近い配光特性を実現することができる。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、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。
　また、第１光束制御部材１４１はフレネルレンズ構造を有するので、第１光束制御部材１４１の厚みが小さくなる。よって、光束制御部材１４０をより小さくすることができる。
　［変形例］
　光束制御部材１４０では、出射面１６３は、傾斜フレネルレンズ部１６２ｄに対応して傾斜出射面１６３ｂを有している。本発明では、図１２に示されるように、出射面は平面であってもよい。図１２Ａは、光束制御部材２４０を有する発光装置の部分断面図であり、図１２Ｂは、上記発光装置の全方位の光度を相対強度で示すグラフである。光束制御部材２４０は、出射面２６３が平らに形成されている以外は、光束制御部材１４０と同じ構成を有する。
　光束制御部材２４０は、図１２Ｂに示されるように、発光素子１３０からの出射光を、主に斜め前方（±１５～±３０°）および斜め後方（±１２０～±１５０°）に配光する。また、光束制御部材６４０に比べて、斜め前方（±６０°）に配光する光の割合が少なく、前方（０°）に配光する光の割合が多い。このように、光束制御部材２４０は、発光素子１３０からの出射光を、前方および後方にバランスよく配光している。
　また、光束制御部材１４０では、ホルダー１５０の表面は滑らかである。本発明では、図１３Ａおよび図１３Ｂに示されるように、ホルダー１５０の表面に、ホルダー１５０を透過する光の配光を制御する凹凸を有していてもよい。図１３Ａは、光束制御部材３４０を有する発光装置の部分断面図であり、図１３Ｂは、上記発光装置の全方位の光度を相対強度で示すグラフである。図１４Ａは、ホルダー１５０の凹凸の図１３Ａ中の円Ａで囲まれた部分を拡大して示す図であり、図１４Ｂは、ホルダー１５０における他の形状の凹凸の図１３Ａ中の円Ａで囲まれた部分を拡大して示す図である。光束制御部材３４０は、ホルダー１５０の外周面における第１光束制御部材１４１と第２光束制御部材１４２との間の部分に複数の凹部３５１が形成されている以外は、光束制御部材１４０と同じ構成を有する。
　複数の凹部３５１は、互いに同じ形状であり、かつ一定間隔で配置されている。凹部３５１の形状は、ホルダー１５０の中心軸（例えば中心軸ＣＡ１またはＣＡ２）を回転軸とする回転対称である。ホルダー１５０の中心軸を通る断面における凹部３５１の断面形状は、直角三角形である。凹部３５１は、図１４Ａに示されるように、下に向かうにつれてホルダー１５０の外径が漸減する傾斜面３５１ａと、傾斜面３５１ａの第１光束制御部材１４１側の端から外側に広がる、ホルダー１５０の中心軸に直交する環状の平面３５１ｂとを有する。傾斜面３５１ａは、第２光束制御部材１４２で反射して第２光束制御部材１４２側（上側）からホルダー１５０に到達した光の進行方向を、発光素子１３０の光軸ＬＡに直交する方向（側方）に近づくように変える。
　光束制御部材３４０は、図１３Ｂに示されるように、発光素子１３０からの出射光を、斜め前方（±１５°）、側方（±９０°）および斜め後方（±１２０～±１５０°）に配光する。また、光束制御部材６４０に比べて、斜め前方（±６０°）に配光する光の割合が少なく、前方（０°）、斜め前方（±１５°）、側方（±９０°）および斜め後方（±１２０～±１５０°）に配光する光の割合が多い。このように、光束制御部材３４０は、発光素子１３０からの出射光を、前方、側方および後方にバランスよく配光している。
　なお、凹部は、図１４Ｂに示される凹部３５２であってもよい。凹部３５２は、上に向かうにつれて第２光束制御部材１４２の外径が漸減する傾斜面３５１ｃと、傾斜面３５１ｃの第１光束制御部材１４１側の端から外側に広がる、ホルダー１５０の中心軸に直交する平面３５１ｄと、を有する。この場合、凹部３５２は、第１光束制御部材１４１側（下側）からホルダー１５０に到達した光の進行方向を、発光素子１３０の光軸ＬＡに直交する方向（側方）に近づくように変える。
　さらに、凹部の形状は、傾斜面３５１ａや３５１ｃなどの、上方または下方からの光の進行方向を側方に近づくように変える面を有すれば、特に限定されない。このような面には母線が曲線の面も含まれる。
　さらに、本発明では、発光素子１３０は１つであってもよい。図１５Ａは、光束制御部材６４０と１つの発光素子１３０とを有する発光装置の部分断面図であり、図１５Ｂは、図１５Ａに示される発光装置の全方位の光度を相対強度で示すグラフである。図１６Ａは、光束制御部材１４０と１つの発光素子１３０とを有する発光装置の部分断面図であり、図１６Ｂは、図１６Ａに示される発光装置の全方位の光度を相対強度で示すグラフである。図１７Ａは、光束制御部材３４０と１つの発光素子１３０とを有する発光装置の部分断面図であり、図１７Ｂは、図１７Ａに示される発光装置の全方位の光度を相対強度で示すグラフである。
　図１５Ｂに示されるように、光束制御部材６４０は、発光素子１３０が１つである場合でも、発光素子１３０からの出射光を、斜め前方（±６０°）および斜め後方（±１２０～±１５０°）に配光する。
　光束制御部材１４０は、図１６Ｂに示されるように、発光素子１３０が１つである場合でも、発光素子１３０からの出射光を、斜め前方（±６０°）および斜め後方（±１２０～±１５０°）に配光する。また、光束制御部材６４０に比べて、前方（０°）、側方（±９０°）および斜め後方（±１２０～±１５０°）に配光する光の割合が多い。このように、光束制御部材１４０は、発光素子１３０からの出射光を、前方、側方および後方にバランスよく配光している。
　また、光束制御部材３４０は、図１７Ｂに示されるように、発光素子１３０が１つである場合でも、発光素子１３０からの出射光を、斜め前方（±３０°および±６０°）、側方（±９０°）および斜め後方（±１２０～±１５０°）に配光する。また、光束制御部材６４０に比べて、斜め前方（±６０°）に配光する光の割合が少なく、前方（０°）、斜め前方（０～±３０°）、側方（±９０°）および斜め後方（±１２０～±１５０°）に配光する光の割合が多い。このように、光束制御部材３４０は、発光素子１３０からの出射光を、前方、側方および後方にバランスよく配光している。
　なお、傾斜フレネルレンズ部１６２ｄの最も外側の円環状の突起１６２ａの先端は、基板１２０により近づいていてもよい。たとえば当該先端は、図１０Ｂにおけるθ１が９０°になる位置まで、基板１２０に近づけることが可能である。この場合、第１光束制御部材１４１に入射する光の光量をより一層増やすことが可能であり、第１光束制御部材１４１および第２光束制御部材１４２による光の配光制御がより強まることが期待される。
　本発明に係る発光装置の照度を測定した。光軸ＬＡと基板１２０の表面との交点を発光中心とし、この発光中心から１０００ｍｍの距離の照度を測定した。光束制御部材には、光束制御部材１４０および３４０を用いた。また、参考例として、光束制御部材６４０を有する発光装置を用いて、同様に照度を測定した。測定結果を図１８Ａおよび図１８Ｂに示す。
　図１８Ａは、透過率が２１％の白色の第２光束制御部材１４２を装着した発光装置の全方位の照度を相対強度で示すグラフである。図１８Ｂは、透過率が１３％の白色の第２光束制御部材１４２を装着した発光装置の全方位の照度を相対強度で示すグラフである。図１８Ａおよび図１８Ｂ中、「太い破線」は光束制御部材１４０を装着した発光装置の照度を、「太い実線」は光束制御部材３４０を装着した発光装置の照度を、「細い実線」は光束制御部材６４０を装着した発光装置の照度を、それぞれ示す。
　図１８Ａおよび図１８Ｂから明らかなように、発光装置の照度の配光特性を実測したところ、前述したシミュレーションによる光度と同じ傾向の配光特性を示す結果が得られた。また、第２光束制御部材の反射率が高い（透過率が低い）と、側方（±９０°）および斜め後方（±１２０～±１５０°）の光の光量を増やすのに有効であることがわかる。
　２０１２年１０月５日出願の特願２０１２－２２３２２４の日本出願に含まれる明細書、図面および要約書の開示内容は、すべて本願に援用される。
　本発明に係る照明装置は、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。
　１０，１００　照明装置
　１２　ＬＥＤ
　１４　ケース
　１６　アルミ板
　１８　透過窓
　２０　カバー
　１１０　筐体
　１１０ａ　傾斜面
　１１０ｂ　口金
　１２０　基板
　１３０　発光素子
　１４０，２４０，３４０，６４０　光束制御部材
　１４１，６４１　第１光束制御部材
　１４２　第２光束制御部材
　１４５　反射面
　１４８　フランジ部
　１５０　ホルダー
　１５１　下側段部
　１６０　カバー
　１６１　屈折部
　１６２　フレネルレンズ部
　１６２ａ　円環状の突起
　１６２ｂ　第１傾斜面
　１６２ｃ　第２傾斜面
　１６２ｄ　傾斜フレネルレンズ部
　１６３，２６３，６６３　出射面
　１６３ａ　円形出射面
　１６３ｂ　傾斜出射面
　１６３ｃ　環状出射面
　３５１，３５２　凹部
　３５１ａ，３５１ｃ　傾斜面
　３５１ｂ，３５１ｄ　平面
　ＣＡ１，ＣＡ２　中心軸
　ＬＡ　光軸
 

Claims (4)

  1. 　発光素子から出射された光の配光を制御するための光束制御部材であって、
    　前記光束制御部材は、前記発光素子に対向して配置される第１光束制御部材と、前記第１光束制御部材に対向して配置される第２光束制御部材と、を有し、
    　前記第１光束制御部材は、前記発光素子の光軸が回転軸となる回転対称性を有する円環状の突起を複数有し、前記発光素子に対向するフレネルレンズ部と、前記第２光束制御部材に対向し、前記フレネルレンズ部で制御された光を前記第２光束制御部材に向けて出射する出射面と、を有し、
    　前記円環状の突起は、前記発光素子から出射された光の一部を入射する内側の第１傾斜面と、前記第１傾斜面に入射した光の一部を前記第２光束制御部材に向けて反射する外側の第２傾斜面と、を有し、
    　前記第２光束制御部材は、前記第１光束制御部材の出射面と対向し、前記第１光束制御部材から出射され前記第２光束制御部材に到達した光の一部を反射させ、残部を透過させる反射面を有し、
    　前記反射面は、前記光軸を回転軸とする回転対称面であり、前記回転対称面の母線が前記第１光束制御部材に対して凹の曲線となるように形成され、
    　前記反射面の外周部は、前記反射面の中心部と比較して、前記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、
    　前記フレネルレンズ部は、隣り合う前記円環状の突起の間に形成される谷の底と前記発光素子が実装される実装面との前記光軸の方向における距離が、外側から前記光軸に近づくにつれて漸増する傾斜フレネルレンズ部を含む、
    　光束制御部材。
  2. 　前記出射面は、前記出射面と前記実装面との前記光軸の方向における距離が前記光軸に近づくにつれて漸増する傾斜出射面を含む、請求項１に記載の光束制御部材。
  3. 　少なくとも１つの発光素子と、
    　請求項１または２に記載の光束制御部材と、を有する、
    　発光装置。
  4. 　請求項３に記載の発光装置と、
    　前記発光装置からの出射光を拡散させつつ透過させるカバーと、
    　を有する、照明装置。
     
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