WO2015129761A1 - 配光制御部材及び照明装置 - Google Patents

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WO2015129761A1
WO2015129761A1 PCT/JP2015/055446 JP2015055446W WO2015129761A1 WO 2015129761 A1 WO2015129761 A1 WO 2015129761A1 JP 2015055446 W JP2015055446 W JP 2015055446W WO 2015129761 A1 WO2015129761 A1 WO 2015129761A1
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light
light distribution
control member
distribution control
cone
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明郎 山川
剛 廣島
卓也 大津
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日精テクノロジー株式会社
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    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B3/00—Simple or compound lenses
    • G02B3/02—Simple or compound lenses with non-spherical faces
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V5/00—Refractors for light sources
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21Y—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES F21K, F21L, F21S and F21V, RELATING TO THE FORM OR THE KIND OF THE LIGHT SOURCES OR OF THE COLOUR OF THE LIGHT EMITTED
    • F21Y2115/00—Light-generating elements of semiconductor light sources
    • F21Y2115/10—Light-emitting diodes [LED]

Definitions

  • the present invention relates to a light distribution control member that controls light distribution characteristics of light emitted from a light emitting element such as an LED (light emitting diode), and an illumination device using the same.
  • light-emitting devices using semiconductor light-emitting elements such as LEDs (light-emitting diodes) are becoming widespread.
  • Such a light emitting device has a light emitting element as a light source, and a light flux control member (light distribution control member) that controls the traveling direction of light so that light emitted from the light emitting element has a desired light distribution characteristic.
  • These light flux controlling members are made of, for example, a light-transmitting resin such as polymethyl methacrylate (PMMA) or polycarbonate (PC), and have a rotationally symmetric disk-shaped light guide having a predetermined thickness in the direction of the rotation axis.
  • PMMA polymethyl methacrylate
  • PC polycarbonate
  • the disk surfaces In the light guide portion, at least one of the disk surfaces is a total reflection surface, and a reflection surface that reflects light propagating through the inside in the direction of the central axis is formed in the vicinity of the outer periphery.
  • the light emitting element is disposed near the center of the rotation axis of the light flux controlling member.
  • the light emitted from the light emitting element enters the light guide from the vicinity of the rotation axis of the light flux controlling member, propagates through the light guide by repeating total reflection on the total reflection surface formed on one surface of the light guide, The light is emitted from the outer surface of the light flux controlling member. A part of the light is reflected by a reflecting surface formed in the vicinity of the outer periphery in the disk and is emitted from the vicinity of the outside of the disk surface in the direction of the rotation axis.
  • Such a light flux controlling member controls the propagation direction of the light emitted from the light emitting element by the disc-shaped light guide, and the emitted light is obtained in a desired light distribution direction.
  • the desired light distribution characteristic according to the use of the lighting device such as not being dazzled even when directly viewing the light flux controlling member, can be obtained.
  • Conventional light flux controlling members cannot illuminate the irradiated surface in a rectangular shape because the structure of the light guide for controlling the light distribution characteristics is a rotation target. Further, there is a problem that the illuminance of the illumination light at the four corners of the desired range from the center of the irradiated surface can be arbitrarily controlled and sufficient illuminance cannot be secured with respect to the central illuminance.
  • the present invention can illuminate the illuminated surface in a rectangular shape while reducing the thickness of the light distribution control member in the optical axis direction, and can reduce the illuminance of illumination light at the four corners of the desired range from the center of the illuminated surface.
  • An object of the present invention is to provide a light distribution control member and an illuminating device that can be arbitrarily controlled and can secure sufficient illuminance with respect to central illuminance.
  • the light distribution control member according to claim 1 is a light distribution control member that performs light distribution control of light emitted from the light emitting element, and the light distribution control member includes a top portion facing the light emitting element, the top portion.
  • a cone having a side portion formed in a divergent shape from the bottom and a bottom portion serving as an exit surface. The side portion of the cone is recessed on the inner side of the cone, and is opposed to the top portion across the top. Two or more pairs of depressions are formed.
  • the light distribution control member according to the first aspect is characterized in that the recess is formed by at least two planes arranged in a substantially V shape.
  • the light distribution control member according to the second aspect of the present invention is characterized in that a cross-sectional shape of the bottom of the recess is an R shape.
  • the recess is a curved surface that is recessed toward the inside of the cone.
  • the light distribution control member according to claim 5 is characterized in that, in the invention according to any one of claims 1 to 4, the bottom of the cone is rectangular.
  • a lighting device includes the light distribution control member according to any one of the first to fifth aspects and a light emitting element.
  • the present invention it is possible to illuminate the illuminated surface in a rectangular shape while reducing the thickness of the light flux controlling member in the optical axis direction, and the illuminance of the illumination light at the four corners of the desired range from the center of the illuminated surface, It can be arbitrarily controlled and sufficient illuminance with respect to the central illuminance can be ensured.
  • FIG. 3A is a front view
  • FIG. 3B is a plan view
  • FIG. 3C is a right side view
  • 4A is a front view of the light distribution control member
  • FIG. 4B is a sectional view taken along the line AA
  • FIG. 4C is a sectional view taken along the line BB
  • FIG. 4D is a sectional view taken along the line EE.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating the light distribution characteristics of the light emitted from the cones constituting the light distribution control member of the first embodiment.
  • FIG. 6 is a front perspective view of the light distribution control member according to the second embodiment.
  • FIG. 7 is a rear perspective view of the light distribution control member according to the second embodiment.
  • FIG. 8 is a front view of the light distribution control member of the second embodiment.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating a light distribution characteristic of light emitted from a cone constituting the light distribution control member of the second embodiment.
  • FIG. 10 is a perspective view of a light distribution control member according to the third embodiment.
  • FIG. 11 is a perspective view of a cone constituting the light distribution control member of the third embodiment.
  • 12A is a front view
  • FIG. 12B is a cross-sectional view taken along the line AA
  • FIG. 12C is a cross-sectional view taken along the line BB of the cone constituting the light distribution control member of the third embodiment.
  • 13A is a front view, FIG.
  • FIG. 13B is a cross-sectional view taken along the line AA
  • FIG. 13C is a cross-sectional view taken along the line BB
  • FIG. 13D is a cross-sectional view taken along the line EE.
  • FIG. 14 is a perspective view of a light distribution control member according to the fourth embodiment.
  • FIG. 15 is a perspective view of a cone constituting the light distribution control member of the fourth embodiment.
  • 16A is a front view
  • FIG. 16B is a cross-sectional view taken along line AA
  • FIG. 16C is a cross-sectional view taken along line BB of the cone constituting the light distribution control member according to the fourth embodiment.
  • 17A is a front view
  • FIG. 17B is a cross-sectional view taken along the line AA
  • FIG. 17C is a cross-sectional view taken along the line BB.
  • FIG. 1 is a perspective view showing an appearance of a light distribution control member
  • FIG. 2 is a perspective view of a cone as a light distribution control member
  • FIG. 3 shows the (A) front view, (B) top view, (C) right view of the cone 110 as a light distribution control member in Example 1.
  • FIG. 4A is a front view
  • FIG. 4B is a cross-sectional view taken along the line AA
  • FIG. 4C is a cross-sectional view taken along the line BB
  • FIG. 4D is an EE line. It is sectional drawing.
  • the cone 110 which comprises the light distribution control member 100 in Example 1 has the rectangular bottom part 30 by planar view, as shown in FIGS.
  • the cone 110 includes a top portion 10 facing a light emitting element (not shown), a side portion 20 formed so as to extend from the top portion 10, and a bottom portion 30 serving as a light emission surface. Further, in the cone 110, the top portion 10 has a flat top surface, and the top portion 10 is a light incident surface from a light emitting element (not shown).
  • the side portion 20 includes a first dent portion 21 that is disposed to face the top portion 10 and a second dent portion 22 that is also disposed to face the top portion 10.
  • the first hollow portion 21 has a shape that is recessed toward the inside of the cone 110 by two flat surfaces 21 b and 21 c that are arranged in a V shape with the valley bottom portion 21 a interposed therebetween.
  • the 2nd hollow part 22 is also set as the same structure.
  • a light emitting element (not shown) and incident into the cone 110 from the top 10 side enters the side 20 including the planes 21b and 21c and the planes 22b and 22c from the inside of the cone 110.
  • Each plane is reflected (total reflection) in accordance with Snell's law, and is emitted in a predetermined direction from the bottom 30 of the cone 110 to reach the irradiated reference plane (virtual plane).
  • the light reflection direction can be changed.
  • desired light distribution characteristics can be obtained on the irradiated reference plane (virtual plane).
  • the graph of FIG. 5 shows the light distribution characteristic of the light emitted from the cone 110 as the light distribution control member in Example 1 with the position on the optical axis 1 m away from the light source (not shown) as the origin. It is a figure shown by the illuminance distribution (the shading shown on a graph) according to the intensity
  • the light that has passed through the cone 110 according to the first embodiment has a light distribution characteristic in a rectangular shape on a virtual plane by the planes 21 b and 21 c and the planes 22 b and 22 c that form the recesses 21 and 22. Can be controlled, and sufficient illuminance can be secured at the four corners of the desired range from the center of the virtual plane.
  • the light distribution control member includes a rectangular first prism portion 120 that surrounds the cone 110 on the outer circumference in the longitudinal direction and the short direction of the cone 110. It is formed. Moreover, between the 1st prism part 120 and the cone 110, the 2nd prism parts 130a and 130b are formed so that the cone 110 may be pinched
  • the A rectangular third prism portion 140 a and prism portion 140 b are formed on the outer periphery of the prism portion 120 so as to surround the prism portion 120.
  • the cross-sectional shapes of the prism portions 120, 130a, 130b, and 140a, 140b face the center side of the light distribution control member 100, as shown in FIGS.
  • the incident surface has a slope that is substantially perpendicular to the direction, and a reflecting surface that faces the light distribution control member 100 and is inclined at a predetermined angle with respect to the optical axis.
  • the angle of inclination of the reflecting surfaces of the prism parts 120, 130, and 140 becomes gentler from the prism part 120 arranged closest to the cone 110 toward the prism part 140 arranged farthest away.
  • the inclined surface of each prism part is formed.
  • the prism portion 140 a and the prism portion 140 b in the first embodiment are formed from two V-shaped planes that are recessed inside the light distribution control member 100, that is, toward the cone 110. .
  • the light distribution control member 100 also includes the prism portions 120, the leakage light other than the main light that enters the cone 110 from the top 10 of the cone 110 out of the light emitted from the light emitting element (not shown).
  • first prism unit 120, the second prism units 130a and 130b, and the third prism unit 140a and the prism unit 140b are not particularly limited to this example, and required light distribution characteristics.
  • the optimal arrangement and cross-sectional shape of each prism portion can be selected as appropriate according to, for example, parallel to the prism portion 130 disposed between the prism portion 120 and the longitudinal end of the cone 110. Further, another prism portion may be formed.
  • FIG. 6 is a front perspective view showing the appearance of the light distribution control member on the front side
  • FIG. 7 is a rear perspective view showing the appearance of the light distribution control member on the back side
  • FIG. 8 shows a front view of the light distribution control member.
  • the cone 110 constituting the light distribution control member 100 in Example 2 was formed to have a top portion 10 facing the light emitting element (not shown), and to be widened from the top portion 10.
  • the side part 20 and the bottom part 30 used as the light emission surface are provided.
  • the top portion 10 has a flat top surface, and the top portion 10 is a light incident surface from a light emitting element (not shown).
  • the cone 110 is formed in the substantially rectangular recessed part 101 by planar view formed in the base of a light distribution control member.
  • the light distribution control member is configured such that the cone 110 portion transmits light and the other base portions do not transmit light.
  • the side part 20 is opposed to the first depression part 21 disposed opposite to the top part 10, the second depression part 22 disposed to face the top part 10, and opposed to the top part 10. And a fourth depression 24 arranged to face each other across the top 10.
  • the first to fourth depressions 21 to 24 are shaped to be recessed toward the inner side of the cone 110 by two planes arranged in a V shape.
  • the rear surface side of the light distribution control member 100 serving as the light emission surface includes a substantially rectangular bottom 30.
  • a recess 102 having a circular opening shape is formed at the center of the bottom 30.
  • the graph of FIG. 9 shows the light distribution characteristics of the light emitted from the cone 110 as the light distribution control member in Example 2 with the optical axis having the origin on the position on the optical axis 1 m away from the light source (not shown). It is a figure shown by the illuminance distribution (the shading shown on a graph) according to the intensity
  • the cross-sectional shapes of the valley bottom portions 21a and 22a formed in the first recess portion 21 and the second recess portion 22 of the cone 110 are R-shaped.
  • the first dent portion 21 and the second dent portion 22 of the cone 110 are formed from a curved surface having an arbitrary curvature that is recessed toward the inside of the cone 110.
  • a Fresnel lens having a desired shape may be formed on the side portion 20 of the cone 110 in accordance with a required light distribution characteristic.
  • the shape of the bottom 30 of the cone 110 is not particularly limited, and can be a rectangle or a predetermined polygon.
  • FIG. 10 is a perspective view showing the appearance of the light distribution control member
  • FIG. 11 is a perspective view of a cone as the light distribution control member.
  • FIG. 12A is a front view
  • FIG. 12B is a cross-sectional view taken along line AA
  • FIG. 12C is a cross-sectional view taken along line BB.
  • 13A is a front view
  • FIG. 13B is a cross-sectional view taken along line AA
  • FIG. 13C is a cross-sectional view taken along line BB
  • FIG. 13D is a cross-sectional view taken along line CC. .
  • the basic configuration of the light distribution control member 100 and the cone 110 in the third embodiment is the same as that of the light distribution control member 100 and the cone 110 in the first embodiment. Therefore, the same components as those of the light distribution control member 100 and the cone 110 in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
  • rectangular annular protrusions 41 a and 41 b are concentrically formed on the surface of the side portion 20 of the cone 110 in a plan view.
  • the annular protrusions 41a and 41b are protrusions having a flat upper surface and a box-shaped cross section.
  • the shape of the annular protrusions 41a and 41b is not limited to the annular shape, and may be, for example, a parallel protrusion that sandwiches the top 10 from both sides, or may be an array of a plurality of dot-like protrusions.
  • the cross-sectional shapes of the annular convex portions 41a and 41b are not particularly limited.
  • the upper surface may be flat and the cross-sectional shape may be trapezoidal.
  • an annular groove may be used instead of the annular protrusion.
  • the light distribution control member according to the third embodiment includes the first prism portion 120, the second prism portions 130a and 130b, and the third prism portion 140a and the prism as in the first embodiment. Part 140b is formed. Since each configuration is the same as that of each prism unit in the first embodiment, the same reference numerals are given and description thereof is omitted.
  • the light distribution control member 100 in the third embodiment includes the annular protrusions 41a and 41b, it is possible to improve the design while maintaining the same light distribution characteristics as the light distribution control member in the first embodiment. .
  • FIG. 14 is a perspective view showing the appearance of the light distribution control member
  • FIG. 15 is a perspective view of a lens portion (cone) as the light distribution control member.
  • FIG. 16 is a (A) plan view, (B) AA line cross-sectional view, and (C) BB line cross-sectional view of a lens portion (cone) as a light distribution control member in Example 4.
  • FIG. 17 is a (A) plan view, (B) AA line sectional view, and (C) BB line sectional view of a light distribution control member in Example 4.
  • the lens unit (cone) 110 constituting the light distribution control member 100 includes two rectangular lens units (cones) 111 and 112 that are rectangular in a plan view.
  • the lens portions (cones) 111 and 112 are arranged in parallel so as to be in contact with each other, and the top portions 101 and 102 facing the light emitting element (not shown), respectively, are formed so as to be widened from the top portions 101 and 102. It is made into the substantially frustum shape provided with the parts 201 and 202 and the rectangular bottom parts 301 and 302 used as the light emission surface.
  • the top portions 101 and 102 each have a flat upper surface, and this flat surface is a light incident surface from a light emitting element (not shown).
  • the side portions 201 and 202 formed so as to extend from the top portions 101 and 102 are recessed to the inner side of the lens portions (cones) 111 and 112 and are formed to face each other with the top portions 101 and 102 interposed therebetween.
  • First depressions 211 and 212 and second depressions 221 and 222 that are formed to face each other across the tops 101 and 102 in a direction orthogonal to the first depressions 211 and 212 are provided.
  • the first opposing recesses 211 and 212 are formed by two flat surfaces 211b and 212b and 211c and 212c arranged in a V shape with the valley bottoms 211a and 212a interposed therebetween.
  • the 2nd hollow parts 221 and 222 are also set as the same structure.
  • the first dents 211 and 212 and the second dents 221 and 222 have different shapes, such as the depth of the dents, the planes 211b, 211c and 212b, 212c, and the planes 221b, 221c and 222b, 222c.
  • desired light distribution characteristics can be obtained on a predetermined irradiated reference surface.
  • Light rays emitted from a light emitting element (not shown) and incident into the cones 111 and 112 from the tops 101 and 102 side are respectively planes 211b, 211c and 212b, 212c, and planes 221b, 221c and 222b, 222c.
  • Snell's law the respective planes
  • the depth of the first depressions 211 and 212 and the second depressions 221 and 222 and the shapes of the planes 211b, 211c and 212b and 212c and the planes 221b, 221c and 222b and 222c are arbitrarily set.
  • the first prisms that are rectangular so as to surround the lens units 111 and 112 on the outer circumferences of the lens units 111 and 112 in the longitudinal direction and the short direction.
  • Part 120 is formed.
  • the second prism portion 130a is interposed between the first prism portion 120 and the lens portions 111 and 112 (110) so as to sandwich the lens portion 110 in parallel with two opposite sides of the first prism portion.
  • And 130b are formed.
  • a rectangular third prism portion 140 a and prism portion 140 b are formed on the outer periphery of the prism portion 120 so as to surround the prism portion 120.
  • the cross-sectional shapes of the prism portions 120, 130a, 130b, and 140a, 140b face the center side of the light distribution control member 100 and extend in the optical axis direction, as shown in FIGS.
  • the reflection type Fresnel lens has an incident surface having a substantially vertical slope and a reflection surface that faces the outer peripheral side of the light distribution control member 100 and is inclined at a predetermined angle with respect to the optical axis.
  • the respective reflecting surfaces of the prism portions 120, 130, and 140 have a gentle inclination angle from the prism portion 120 disposed closest to the lens portion 110 toward the prism portion 140 disposed farthest away. In this way, an inclined surface of each prism portion is formed.
  • the prism portion 140 a and the prism portion 140 b in the fourth embodiment are formed from two V-shaped planes that are recessed in the light distribution control member 100, that is, on the lens portion 110 side. .
  • light beams emitted from a light emitting element are incident on the prism portions from the incident surfaces (refractive surfaces) of the prism portions 120, 130, and 140, and the prism portions 120, 130. And 140 are reflected by the respective reflection surfaces (or total reflection surfaces), and the direction of the light rays is changed in the optical axis direction and emitted. Accordingly, light that enters the lens portions (cones) 111 and 112 from the top portions 101 and 102 of the lens portions (cones) 111 and 112 as the light distribution control member of the present invention and exits from the bottom portions 301 and 302, respectively.
  • the light distribution characteristics on the virtual plane are effectively controlled in combination with the light distribution characteristics, and sufficient illuminance can be secured at the four corners of the desired range from the center of the virtual plane.
  • the light emitted from the respective lens portions (cones) 111 and 112 has the light distribution characteristics of the irradiated light in the XY directions orthogonal to each other in the irradiated surface in the X and Y directions. It can be controlled so as to have a desired light distribution characteristic for a non-rotating object, and when illuminating a predetermined irradiated reference surface, the illuminance at the four corners of the desired range from the center of the reference surface can be arbitrarily set And sufficient illuminance with respect to the central illuminance can be ensured. Furthermore, when a light distribution control member that combines a plurality of light emitting elements that emit light having different characteristics (for example, wavelengths) is applied to a camera flash module, a camera flash module that can reproduce a desired white balance can be provided.
  • a light distribution control member that combines a plurality of light emitting elements that emit light having different characteristics (for example, wavelengths) is applied to a camera flash module, a camera
  • the light distribution control member 100 in Example 1 to Example 4 is made of an epoxy (EP) UV curable light transmissive resin, and is molded by filling the mold with resin and irradiating it with UV to cure.
  • EP epoxy
  • a light transmitting resin such as polymethyl methacrylate (PMMA), polycarbonate (PC), epoxy resin (EP), etc. It may be molded.
  • each hollow part may be formed from two V-shaped planes, and may be formed from the curved surface.
  • each hollow part may be formed from many planes.
  • the lighting device of the present invention includes a light emitting element (not shown) and the light distribution control member according to any one of the first to fourth embodiments.
  • a light emitting element for example, a semiconductor light emitting element such as an LED (light emitting diode) can be used.
  • the number and arrangement of these light emitting diodes are not particularly limited. For example, a plurality of light emitting diodes are arranged at predetermined positions. Alternatively, a planar light source disposed on the surface may be used, or a single light emitting diode may be used.
  • the light emitting element (not shown) is preferably disposed in a space on the side of the cone 110 from the tip of the prism portion 120 and facing the top portion 10.
  • the illumination device can make the light emitted from the light source have a rectangular light distribution characteristic on the irradiated surface while reducing the thickness of the light flux controlling member in the optical axis direction. This is particularly suitable for use in illuminating a specific rectangular area in a camera flash or the like of a smartphone that is required to be thinner.
  • the illuminance at the four corners of the desired range from the center of the reference surface can be arbitrarily controlled, and sufficient illuminance can be ensured with respect to the central illuminance. Therefore, it can be widely used in applications such as backlights for flat panel displays and vehicle lights.

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Abstract

光束制御部材の光軸方向の厚みを薄くしつつ、被照射面を矩形状に照明することができ、被照射面の中心から所望範囲の四隅における照明光の照度を、任意に制御し、且つ、中心照度に対して十分な照度を確保することができる配光制御部材及び照明装置を提供する。発光素子から出射された光の配光制御を行う配光制御部材は、前記発光素子に対峙する頂部、該頂部から末広がり状に形成される側部、光の出射面となる底部を備える錐体を有し、前記錐体の側部には、該錐体の内部側に窪み、前記頂部を挟んで対向して配置される窪み部が２対以上形成されてなる。

Description

配光制御部材及び照明装置
　本発明は、ＬＥＤ（発光ダイオード）などの発光素子から出射する光の配光特性を制御する配光制御部材及びそれを用いた照明装置に関する。
　近年、ＬＥＤ（発光ダイオード）などの半導体発光素子を用いた発光装置（照明装置）が普及しつつある。
　このような発光装置は、光源となる発光素子と、発光素子から出射した光が所望の配光特性となるように光の進行方向を制御する光束制御部材（配光制御部材）とを有している。これらの光束制御部材は、例えば、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）やポリカーボネート（ＰＣ）などの光透過性樹脂からなり、回転軸方向に所定の厚みを有する回転対称な円盤状の導光部を有する。導光部は、円盤面の少なくとも１面が全反射面とされると共に、外周近傍に、内部を伝搬してきた光を中心軸方向に反射する反射面が形成されている。
発光素子は、光束制御部材の回転軸中心付近に配置される。発光素子から照射された光は、光束制御部材の回転軸近辺から導光部内に入射し、導光部の１面に形成された全反射面で全反射を繰り返して導光部内を伝搬し、光束制御部材の外側面から出射する。また、一部の光は、円盤内の外周近傍に形成された反射面で反射して円盤面の外側近傍から回転軸方向に出射する。
このような光束制御部材は、円盤状の導光部によって、発光素子から出射する光の伝搬方向を制御して、所望の配光方向に出射光が得られるため、光束制御部材の回転軸方向の厚みを薄くすることを可能としつつ、光束制御部材を直視しても眩しくないなどの照明装置の用途に応じた所望の配光特性が得られる。
特開２０１３－２０７１６号公報
　従来の光束制御部材は、配光特性を制御する導光部の構成が回転対象であるために、被照射面を矩形状に照明することができない。また、被照射面の中心から所望範囲の四隅における照明光の照度を、任意に制御し、且つ、中心照度に対して十分な照度を確保することできないという問題がある。
　本発明は、配光制御部材の光軸方向の厚みを薄くしつつ、被照射面を矩形状に照明することができ、また、被照射面の中心から所望範囲の四隅における照明光の照度を、任意に制御し、且つ、中心照度に対して十分な照度を確保することができる配光制御部材及び照明装置を提供することを目的とする。
請求項１に記載の配光制御部材は、発光素子から出射された光の配光制御を行う配光制御部材であって、前記配光制御部材は、前記発光素子に対峙する頂部、該頂部から末広がり状に形成された側部、出射面となる底部を備える錐体を有し、前記錐体の側部には、該錐体の内部側に窪み、前記頂部を挟んで対向して配置される窪み部が２対以上形成されてなることを特徴とする。
請求項２に記載の配光制御部材は、請求項１に記載の発明において、前記窪み部は、略Ｖ字状に配置される少なくとも２平面により形成されてなることを特徴とする。
請求項３に記載の配光制御部材は、請求項２に記載の発明において、前記窪み部は、谷底部の断面形状がＲ形状であることを特徴とする。
請求項４に記載の配光制御部材は、請求項１に記載の発明において、前記窪み部は、前記錐体の内部側に窪む曲面であることを特徴とする。
請求項５に記載の配光制御部材は、請求項１～４のいずれかに記載の発明において、前記錐体の底部が矩形であることを特徴とする。
請求項６に記載の照明装置は、請求項１～５のいずれかに記載の配光制御部材と、発光素子と、を有することを特徴とする。
　本発明によれば、光束制御部材の光軸方向の厚みを薄くしつつ、被照射面を矩形状に照明することができ、被照射面の中心から所望範囲の四隅における照明光の照度を、任意に制御し、且つ、中心照度に対して十分な照度を確保することができる。
実施例１の配光制御部材の斜視図である。 配光制御部材を構成する錐体の斜視図である。 図３は、錐体の（Ａ）正面図、（Ｂ）平面図、（Ｃ）右側面図である。 図４は、配光制御部材の（Ａ）正面図、（Ｂ）Ａ―Ａ線断面図、（Ｃ）Ｂ－Ｂ線断面図、（Ｄ）Ｅ―Ｅ線断面図である。 図５は、実施例１の配光制御部材を構成する錐体からの出射光の配光特性を示す図である。 図６は、実施例２の配光制御部材の正面斜視図である。 図７は、実施例２の配光制御部材の背面斜視図である。 図８は、実施例２の配光制御部材の正面図である。 図９は、実施例２の配光制御部材を構成する錐体からの出射光の配光特性を示す図である。 図１０は、実施例３の配光制御部材の斜視図である。 図１１は、実施例３の配光制御部材を構成する錐体の斜視図である。 図１２は、実施例３の配光制御部材を構成する錐体の（Ａ）正面図、（Ｂ）Ａ―Ａ線断面図、（Ｃ）Ｂ－Ｂ線断面図である。 図１３は、実施例３の配光制御部材の（Ａ）正面図、（Ｂ）Ａ―Ａ線断面図、（Ｃ）Ｂ－Ｂ線断面図、（Ｄ）Ｅ―Ｅ線断面図である。 図１４は、実施例４の配光制御部材の斜視図である。 図１５は、実施例４の配光制御部材を構成する錐体の斜視図である。 図１６は、実施例４の配光制御部材を構成する錐体の（Ａ）正面図、（Ｂ）Ａ―Ａ線断面図、（Ｃ）Ｂ－Ｂ線断面図である。 図１７は、実施例４の配光制御部材の（Ａ）正面図、（Ｂ）Ａ―Ａ線断面図、（Ｃ）Ｂ－Ｂ線断面図である。
　以下、本発明の実施例１における配光制御部材について図面を参照して説明する。
　図１は、配光制御部材の外観を示す斜視図、図２は、配光制御部材としての錐体の斜視図を示す。図３は、実施例１における配光制御部材としての錐体１１０の（Ａ）正面図、（Ｂ）平面図、（Ｃ）右側面図を示す。図４は、本発明の実施の形態にかかる配光制御部材の（Ａ）正面図、（Ｂ）Ａ―Ａ線断面図、（Ｃ）Ｂ－Ｂ線断面図、（Ｄ）Ｅ―Ｅ線断面図である。
　実施例１における配光制御部材１００を構成する錐体１１０は、図１から図３に示すように、平面視で長方形の底部３０を有する。錐体１１０は、発光素子（図示せず）に対峙する頂部１０、該頂部１０から末広がり状に形成された側部２０、及び光の出射面となる底部３０を備えている。また、錐体１１０において、頂部１０は、上面が平坦とされ、この頂部１０が図示しない発光素子からの光の入射面とされる。
側部２０には、頂部１０を挟んで対向して配置される第１の窪み部２１と、同じく頂部１０を挟んで対向して配置される第２の窪み部２２と、を備える。
第１の窪み部２１は、図２及び図３に示すように、谷底部２１ａを挟んでＶ字状に配置される２つの平面２１ｂ及び２１ｃにより錐体１１０の内部側に窪む形状とされる。なお、図３の（Ｃ）に示すように、第２の窪み部２２も同様の構成とされる。
発光素子（図示せず）から出射し、頂部１０側から錐体１１０内に入射した光線は、平面２１ｂ、２１ｃ及び平面２２ｂ、２２ｃを含む側部２０に、錐体１１０の内部側から入射し、それぞれの平面でスネルの法則に従って反射（全反射）し、錐体１１０の底部３０から所定の方向に出射し、被照射基準面（仮想平面）に達することになる。
従って、第１の窪み部２１及び第２の窪み部２２の形状を、その窪み部の深さや、平面２１ｂ、２１ｃ及び平面２２ｂ、２２ｃの形状を任意に設定することにより、光線の反射方向を制御して、被照射基準面（仮想平面）で所望の配光特性を得ることができる。
図５のグラフは、実施例１における配光制御部材としての錐体１１０から出射する光の配光特性を、光源（図示せず）より１ｍ離れた光軸上の位置を原点とする光軸に直交する仮想平面であるＸＹ平面上（被照射基準面）での光の強度に応じた照度分布（グラフ上に示す濃淡）によって示す図である。図５に示す通り、実施例１にかかる錐体１１０を通過した光は、各窪み部２１及び２２を形成する平面２１ｂ、２１ｃ及び平面２２ｂ、２２ｃによって、仮想平面上で矩形形状に配光特性が制御され、且つ、仮想平面の中心から所望範囲の四隅における照度を十分確保することができる。
実施例１における配光制御部材は、図１及び図４に示すように、錐体１１０の長手方向及び短手方向の外周に、錐体１１０を囲むように矩形の第１のプリズム部１２０が形成される。また、第１のプリズム部１２０と錐体１１０との間には、第１のプリズム部の向かい合う２辺に平行して、錐体１１０を挟み込むように第２のプリズム部１３０ａ及び１３０ｂが形成される。また、プリズム部１２０の外周には、プリズム部１２０を囲むように矩形の第３のプリズム部１４０ａ及びプリズム部１４０ｂが形成される。
各プリズム部１２０、１３０ａ、１３０ｂ、及び１４０ａ、１４０ｂの断面形状は、図４の（Ｂ）及び（Ｃ）に示すように、それぞれ、配光制御部材１００の中心側に面し、且つ光軸方向にほぼ垂直に近い斜面の入射面と、配光制御部材１００の面し、且つ光軸に対して所定の角度で傾斜する反射面とを備える形状とされる。
各プリズム部１２０、１３０、及び１４０の反射面は、錐体１１０に最も近接して配置されるプリズム部１２０から、最も離れて配置されるプリズム部１４０に向かって、その傾斜角度が緩やかになるように、各プリズム部の傾斜面が形成される。
また、実施例１におけるプリズム部１４０ａ及びプリズム部１４０ｂは、図１に示すように、配光制御部材１００の内部、即ち、錐体１１０側に窪むＶ字状の２平面から形成されている。
実施例１における配光制御部材１００は、図示しない発光素子から出射した光線のうち、錐体１１０の頂部１０から錐体１１０内に入射する主要光線以外の漏れ光線についても、各プリズム部１２０、１３０及び１４０の各入射面（屈折面）からプリズム部内に入射し、各プリズム部１２０、１３０及び１４０の各反射面（または全反射面）で反射され、光軸方向に光線の方向が変えられ出射する。従って、本発明の配光制御部材としての錐体１１０の配光特性と合わせて、更に効果的に、被照射基準面上での配光特性が制御され、被照射基準面の中心から所望範囲の四隅における照度を更に十分確保することができる。
また、第１のプリズム部１２０、第２のプリズム部１３０ａ及び１３０ｂ及び、第３のプリズム部１４０ａ及びプリズム部１４０ｂの形状は、特に、この例に限定されるものではなく、求められる配光特性に応じて、各プリズム部の配置及び断面形状は適宜最適なものを選択することができ、例えば、プリズム部１２０と錐体１１０の長手方向端部との間に配置されるプリズム部１３０に平行して、更に、別のプリズム部を形成してもよい。
　以下、本発明の実施例２における配光制御部材について図面を参照して説明する。
図６は、配光制御部材の正面側の外観である正面斜視図、図７は、配光制御部材の背面側の外観である背面斜視図を示す。図８は、配光制御部材の正面図を示す。
　実施例２における配光制御部材１００を構成する錐体１１０は、図６及び図８に示すように、発光素子（図示せず）に対峙する頂部１０、該頂部１０から末広がり状に形成された側部２０、及び光の出射面となる底部３０を備えている。また、錐体１１０において、頂部１０は、上面が平坦とされ、この頂部１０が図示しない発光素子からの光の入射面とされる。また、錐体１１０は、配光制御部材の基部に形成される平面視で略矩形状の凹部１０１内に形成される。ここで、実施例２では、配光制御部材は錐体１１０部分が光線を透過し、それ以外の基部は、光が透過しない構成とされる。
側部２０には、頂部１０を挟んで対向して配置される第１の窪み部２１、同じく頂部１０を挟んで対向して配置される第２の窪み部２２、頂部１０を挟んで対向して配置される第３の窪み部２３、及び頂部１０を挟んで対向して配置される第４の窪み部２４と、を備える。
第１から第４の窪み部２１～２４は、実施例１における錐体１１０と同様に、それぞれＶ字状に配置される２つの平面により錐体１１０の内部側に窪む形状とされる。
光の出射面となる配光制御部材１００の背面側は、図７に示すように、略矩形の底部３０を備えている。また、底部３０の中心には、開口形状が円形の凹部１０２が形成される。凹部１０２の開口形状及び深さを適宜設定することにより、被照射基準面上での配光特性が制御され、被照射基準面の中心部及びその中心部から所望範囲の四隅における照度の分布をより均質にすることができる。
図９のグラフは、実施例２における配光制御部材としての錐体１１０から出射する光の配光特性を、光源（図示せず）より１ｍ離れた光軸上の位置を原点とする光軸に直交する仮想平面であるＸＹ平面上（被照射基準面）での光の強度に応じた照度分布（グラフ上に示す濃淡）によって示す図である。図９に示す通り、実施例２にかかる錐体１１０を通過した光は、第１から第４の窪み部２１～２４によって、仮想平面上（被照射基準面）で矩形形状に配光特性が更に効率的に制御され、且つ、仮想平面の中心から所望範囲の四隅における照度を十分確保することができる。
　本発明の別の実施の形態としては、錐体１１０の第１の窪み部２１及び第２の窪み部２２に形成された谷底部２１ａ及び２２ａの断面形状がＲ形状とされる。このように構成することで、被照射基準面上での所望範囲内での配光特性を均質にすることができる。
本発明の更に別の実施の形態としては、錐体１１０の第１の窪み部２１及び第２の窪み部２２は、錐体１１０の内部側に窪む任意曲率の曲面から形成される。このように構成することで、被照射基準面上での所望範囲内での配光特性を均質にすることができる。
また、錐体１１０の側部２０上に、求められる配光特性に応じて、所望の形状のフレネルレンズを形成してもよい。
また、錐体１１０の底部３０の形状としては、特に限定されることはなく、矩形や所定の多角形状とすることができる。
　以下、本発明の実施例３における配光制御部材について図面を参照して説明する。
図１０は、配光制御部材の外観を示す斜視図、図１１は、配光制御部材としての錐体の斜視図を示す。図１２は、実施例３における配光制御部材としての錐体１１０の（Ａ）正面図、（Ｂ）Ａ―Ａ線断面図、（Ｃ）Ｂ－Ｂ線断面図である。図１３は、実施例３における配光制御部材の（Ａ）正面図、（Ｂ）Ａ―Ａ線断面図、（Ｃ）Ｂ－Ｂ線断面図、（Ｄ）Ｃ―Ｃ線断面図である。
　実施例３における配光制御部材１００及び錐体１１０は、図１０及び図１１に示すように、その基本構成は、実施例１における配光制御部材１００及び錐体１１０と同様である。従って、実施例１における配光制御部材１００及び錐体１１０と同一の構成要素については、同一の符号を付してその説明を省略する。
　錐体１１０の側部２０の表面には、図１１に示すように、平面視で矩形の環状突部４１ａ及び４１ｂが同心状に形成される。
実施例３において、環状突部４１ａ及び４１ｂは、上面が平坦で断面形状が箱型の突条とされる。
環状突部４１ａ及び４１ｂの形状については、環状形状に制限されることはなく、例えば、頂部１０を両側から挟み込むような平行突条としてもよく、複数のドット状突起の配列としてもよい。また、環状凸部４１ａ及び４１ｂの断面形状についても、同様に、特に制限されることはなく、例えば、上面が平坦で断面形状が台形でもよい。また、環状突部に代えて、環状溝部とすることも可能である。
実施例３における配光制御部材は、図１０に示すように、実施例１と同様に、第１のプリズム部１２０、第２のプリズム部１３０ａ及び１３０ｂ、並びに、第３のプリズム部１４０ａ及びプリズム部１４０ｂが形成される。それぞれの構成については、第１の実施の形態における各プリズム部と同様であるので、同一の符号を付してその説明を省略する。
実施例３における配光制御部材１００は、環状突部４１ａ及び４１ｂを備えているので、実施例１における配光制御部材と同様の配光特性を維持しつつ、意匠性を向上させることができる。
　以下、本発明の実施例４における配光制御部材について図面を参照して説明する。
　図１４は、配光制御部材の外観を示す斜視図、図１５は、配光制御部材としてのレンズ部（錐体）の斜視図を示す。図１６は、実施例４における配光制御部材としてのレンズ部（錐体）の（Ａ）平面図、（Ｂ）Ａ―Ａ線断面図、（Ｃ）Ｂ－Ｂ線断面図である。図１７は、実施例４における配光制御部材の（Ａ）平面図、（Ｂ）Ａ―Ａ線断面図、（Ｃ）Ｂ－Ｂ線断面図である。
　実施例４における配光制御部材１００を構成するレンズ部（錐体）１１０は、図１５及び図１６に示すように、平面視で長方形の２つのレンズ部（錐体）１１１及び１１２が短辺で接するように並列されてなり、レンズ部（錐体）１１１及び１１２のそれぞれは、発光素子（図示せず）に対峙する頂部１０１及び１０２、該頂部１０１及び１０２から末広がり状に形成された側部２０１及び２０２、並びに、光の出射面となる長方形状の底部３０１及び３０２を備える略錐台形状とされる。また、各レンズ部（錐体）１１１及び１１２において、頂部１０１及び１０２は、それぞれの上面が平坦面とされ、この平坦面が図示しない発光素子からの光の入射面とされる。また、頂部１０１及び１０２から末広がり状に形成された側部２０１及び２０２は、レンズ部（錐体）１１１及び１１２の内部側に窪むと共に、頂部１０１及び１０２を挟んで対向して形成される第１の窪み部２１１及び２１２と、第１の窪み部２１１及び２１２に直交する方向に、同じく頂部１０１及び１０２を挟んで対向して形成される第２の窪み部２２１及び２２２とを備える。
　第１の対向する窪み部２１１及び２１２は、図１５及び図１６に示すように、谷底部２１１ａ及び２１２ａを挟んでＶ字状に配置される２つの平面２１１ｂ及び２１２ｂ並びに２１１ｃ及び２１２ｃより形成される。なお、図１６に示すように、第２の窪み部２２１及び２２２も同様の構成とされる。
第１の窪み部２１１及び２１２、並びに、第２の窪み部２２１及び２２２は、その形状を、窪み部の深さや、平面２１１ｂ、２１１ｃ及び２１２ｂ、２１２ｃ、並びに、平面２２１ｂ、２２１ｃ及び２２２ｂ、２２２ｃの形状を任意に設定することにより、所定の被照射基準面で所望の配光特性を得ることができる。
発光素子（図示せず）から出射し、各頂部１０１及び１０２側から錐体１１１及び１１２内にそれぞれ入射した光線は、平面２１１ｂ、２１１ｃ及び２１２ｂ、２１２ｃ、並びに、平面２２１ｂ、２２１ｃ及び２２２ｂ、２２２ｃを含む側部２２１及び２２２に、錐体１１１及び１１２の内部側から入射し、それぞれの平面でスネルの法則に従って反射（全反射）し、錐体１１１及び１１２の底部３０１及び３０２から所定の方向に出射し、被照射基準面（仮想平面）に達することになる。このとき、第１の窪み部２１１及び２１２、並びに、第２の窪み部２２１及び２２２の深さや、平面２１１ｂ、２１１ｃ及び２１２ｂ、２１２ｃ並びに平面２２１ｂ、２２１ｃ及び２２２ｂ、２２２ｃの形状を任意に設定することにより、光線の反射方向を制御して、被照射基準面（仮想平面）で所望の配光特性を得ることができるので、所定の被照射基準面の中心に光を照射した場合に、基準面の中心から所望範囲の四隅における照度を、任意に制御し、且つ、中心照度に対して十分な照度を確保することができる。
実施例４における配光制御部材では、図１７に示すように、各レンズ部１１１及び１１２の長手方向及び短手方向の外周に、各レンズ部１１１及び１１２を囲むように矩形の第１のプリズム部１２０が形成される。また、第１のプリズム部１２０とレンズ部１１１及び１１２（１１０）との間には、第１のプリズム部の向かい合う２辺に平行して、レンズ部１１０を挟み込むように第２のプリズム部１３０ａ及び１３０ｂが形成される。また、プリズム部１２０の外周には、プリズム部１２０を囲むように矩形の第３のプリズム部１４０ａ及びプリズム部１４０ｂが形成される。
各プリズム部１２０、１３０ａ、１３０ｂ、及び１４０ａ、１４０ｂの断面形状は、図４の（Ｂ）及び（Ｃ）に示すように、配光制御部材１００の中心側に面し、且つ光軸方向にほぼ垂直に近い斜面の入射面と、配光制御部材１００の外周側に面し、光軸に対して所定の角度で傾斜する反射面とを備える反射型フレネルレンズ形状とされる。
各プリズム部１２０、１３０、及び１４０の各反射面は、レンズ部１１０に最も近接して配置されるプリズム部１２０から、最も離れて配置されるプリズム部１４０に向かって、その傾斜角度が緩やかになるように、各プリズム部の傾斜面が形成される。
また、実施例４におけるプリズム部１４０ａ及びプリズム部１４０ｂは、図１４に示すように、配光制御部材１００の内部、即ち、レンズ部１１０側に窪むＶ字状の２平面から形成されている。
実施例４における配光制御部材１００は、図示しない発光素子から出射した光線は、各プリズム部１２０、１３０及び１４０の各入射面（屈折面）からプリズム部内に入射し、各プリズム部１２０、１３０及び１４０の各反射面（または全反射面）で反射され、光軸方向に光線の方向が変換されて出射する。従って、本発明の配光制御部材としてのレンズ部（錐体）１１１及び１１２の頂部１０１及び１０２側からレンズ部（錐体）１１１及び１１２内にそれぞれ入射し、底部３０１及び３０２から出射する光の配光特性と合わせて、効果的に、仮想平面上での配光特性が制御され、仮想平面の中心から所望範囲の四隅における照度を十分確保することができる。
実施例４の発明によれば、それぞれのレンズ部（錐体）１１１及び１１２から出射する光は、被照射面内で直交するＸＹ方向での照射光の配光特性がＸ及びＹ方向で、非回転対象に且つ所望の配光特性となるように制御することができ、また、所定の被照射基準面に光を照射した場合に、基準面の中心から所望範囲の四隅における照度を、任意に制御し、且つ、中心照度に対して十分な照度を確保することができる。更に、異なる特性の光（例えば、波長）を発光する複数の発光素子を組み合わせた配光制御部材をカメラフラッシュモジュールに適用した場合には、所望のホワイトバランスを再現できるカメラフラッシュモジュールを提供できる。
実施例１から実施例４における配光制御部材１００は、エポキシ系（ＥＰ）のＵＶ硬化性光透過性樹脂からなり、型に樹脂を充填後にＵＶを照射して硬化させることにより成型される。
しかしながら、本発明において、特に、この例に限定されるものではなく、例えば、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を用いて射出成型により成型してもよい。
また、実施例１の錐体１１０においては、第１の対向する窪み部２１及び第２の対向する窪み部２２の２対の窪み部を有している例を示し、実施例２の錐体１１０においては、第１から第４の窪み部２１～２４の４対の窪み部を有している例を示したが、本発明において、特に、この例に限定されるものではなく、求められる配光特性に応じて、２対及び４対以外の、例えば、６対の窪み部を有していてもよい。この場合において、窪み部は、２、４、６、８対の偶数対であることが、被照射面における矩形配光特性を得る上で、特に好ましい。また、その形状についても、各窪み部が、Ｖ字状の２平面から形成されていてもよく、曲面から形成されていてもよい。また、各窪み部が、多平面から形成されていてもよい。
本発明の照明装置は、図示しない発光素子と、上記実施例１から実施例４のいずれかの配光制御部材を有している。発光素子としては、例えば、ＬＥＤ（発光ダイオード）などの半導体発光素子を用いることができるが、これらの発光ダイオード等の数や配置などは特に限定されず、例えば、複数の発光ダイオードを所定の位置に配置した面状光源としてもよく、単一の発光ダイオードを用いてもよい。そして、発光素子（図示せず）は、プリズム部１２０の先端より錐体１１０側の空間であって、頂部１０に対峙する位置に配置されることが好ましい。
本発明にかかる照明装置は、光束制御部材の光軸方向の厚みを薄くしつつ、光源から出射される光を、被照射面において矩形配光特性とすることが出来るので、特に、光軸方向の薄肉化を要求されるスマートフォンのカメラフラッシュ等において、特定の矩形領域を照明する用途に特に好適である。また、所定の被照射基準面に光を照射した場合に、基準面の中心から所望範囲の四隅における照度を、任意に制御し、且つ、中心照度に対して十分な照度を確保することができるので、フラットパネルディスプレイのバックライトや車両の灯火類などの用途に広く使用することができる。
１００　配光制御部材
１１０　錐体（レンズ部）
１０　　頂部
２０　　側部
３０　　底部
２１、２２、２３、２４　窪み部

Claims (6)

  1. 発光素子から出射された光の配光制御を行う配光制御部材であって、
    前記配光制御部材は、前記発光素子に対峙する頂部、該頂部から末広がり状に形成される側部、及び光の出射面となる底部を備える錐体を有し、
    前記錐体の側部には、該錐体の内部側に窪み、前記頂部を挟んで対向して配置される窪み部が２対以上形成されてなる配光制御部材。
  2. 　前記窪み部は、略Ｖ字状に配置される少なくとも２平面により形成してなる請求項１に記載の配光制御部材
  3. 　前記窪み部は、谷底部の断面形状がＲ形状である請求項２に記載の配光制御部材。
  4. 　前記窪み部は、前記錐体の内部側に窪む曲面からなる請求項１に記載の配光制御部材。
  5. 前記錐体の底部が矩形である請求項１乃至４のいずれかに記載の配光制御部材。
  6. 請求項１乃至５のいずれかに記載の配光制御部材と、発光素子と、を有する照明装置。
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