(57)【要約】  レンズに対する光源部の大きさが比較的大きい場合や複数の光源を用いた場合でも、良好な配光分布を得ることができ、照度ムラを抑制できるレンズ及び照明装置を提供する。第一の出射面ＯＰ１と第二の出射面ＯＰ２が、二つの異なる面形状式により構成されており、第一の出射面ＯＰ１と第二の出射面ＯＰ２が、サグ量Ｓの一階微分値が不連続になるように繋がっているので、結果として照度ムラの原因となっていた集光作用を抑えることができる。つまり、照度ムラを抑制する効果が得られることとなる。
2012141029.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一つの光源を含む光源部を有する照明装置に用いられる照明用レンズであって、
前記光源からの光線が入射する入射面と、
光線が出射する出射面を有し、
前記光源部の最大径の半径をＡ、前記レンズの最大径の半径をＢとした時、0.1≦A/B＜1を満たし、
前記出射面は、複数の形状式により定義される、少なくとも第一の出射面と第二の出射面とを有し、
前記第一の出射面と前記第二の出射面が、サグ量の一階微分値が不連続になるように繋がっていることを特徴とする照明用レンズ。
【請求項２】
前記レンズはある軸を中心軸として回転対称の形状を持ち、それを光軸とすることを特徴とする請求項１に記載のレンズ。
【請求項３】
前記第一の出射面は、凸状の非球面であることを特徴とする請求項１又は２に記載のレンズ。
【請求項４】
前記第二の出射面は、テーパ面であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のレンズ。
【請求項５】
前記光軸近傍の近軸領域において負のパワーをもつことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のレンズ。
【請求項６】
前記第一の出射面のサグ量は、光軸において光源から光線が出射する方向とは逆の方向を正とした時、光軸から離れるにつれて単調増加することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のレンズ。
【請求項７】
前記入射面は、一つの面形状式により構成されることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のレンズ。
【請求項８】
前記入射面は、前記レンズの取り付け面とは異なる面形状式により構成されることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載のレンズ。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれかに記載のレンズと、光源部とを有することを特徴とする照明装置。
【請求項１０】
前記光源部は複数の光源を有することを特徴とする請求項９に記載の照明装置。
【請求項１１】
前記レンズの光軸上に前記光源が存在しないことを特徴とする請求項１０に記載の照明装置。
【請求項１２】
前記レンズの光軸上に前記光源の一つが存在することを特徴とする請求項１０に記載の照明装置。
【請求項１３】
前記光源部の中心は前記レンズの光軸に一致することを特徴とする請求項９〜１２のいずれか１項に記載の照明装置。
【請求項１４】
前記光源部は面状発光光源であることを特徴とする請求項９〜１３のいずれか１項に記載の照明装置。
【請求項１５】
前記光源部内の光源は、前記レンズの光軸に対し回転対称に配置されることを特徴とする請求項９〜１４のいずれか１項に記載の照明装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、照度ムラを抑制できる照明装置のレンズ、及びそのレンズを用いた照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、照明の省エネルギー化や小型化の要求が強まっており、これに伴って蛍光灯を用いた照明に代わり、LED照明が普及し始めている。しかし、LED一つ当たりの光量は蛍光灯に比べ少ないため、特に照度が必要な用途には、一般的に複数のLEDを用いる方法が採られている。【０００３】
また、液晶ディスプレイのバックライトにもLEDが採用されつつあるが、そのような用途の場合は、特に照射面における光(照度)のムラが生じないような構成を持つ照明装置が必要とされる。【０００４】
バックライトに用いられる照明装置として、特許文献１に示すような照明装置がある。かかる照明装置は、LEDから出射する光の多くが負レンズ様の形状を通過することで適度に拡散させられ、結果的に照度にムラがないようにしている。また、特許文献２に示される照明装置では、それと同様にして光を拡散させることに加え、LEDの発光面からの法線に対し、より大きな角度を有する比較的弱い光を集光させることで、照射面の照度が均一になるようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開2009-44016号公報
【特許文献２】特開2010-15898号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記のような構成を取ることで均一な照度を得ることが可能とされているが、どちらの従来技術も、レンズ径に対して光源の大きさが点光源程度のものを想定して設計されている。しかし、LED照明装置の小型化を実現しつつ、必要な照度を確保するためには、一つの光学系に複数のLEDを配置することが好ましいが、特許文献１の技術では複数のLEDに対して適用した場合に、特にレンズ周辺部で照度ムラが発生しやすくなることを、本発明者が見出した。これに対し、複数のＬＥＤを適用した際の当該照度ムラの問題を解決するためには、複数のLEDに対し同数の光学系を用いることで対応できるが、それによりコストが増加してしまうという問題がある。また、特許文献２の技術では、レンズを複数の光源に被せた場合、レンズの側面からの光が照射面に到達するよう設計されていないため、照明効率の低下が問題となる。同様の問題は、比較的大面積の面状発光部を有する光源を単一で用いた場合も生じうる。【０００７】
本発明は、レンズに対する光源部の大きさが比較的大きい場合や複数の光源を用いた場合でも、良好な配光分布を得ることができ、照度ムラを抑制できるレンズ及び照明装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１に記載のレンズは、少なくとも一つの光源を含む光源部を有する照明装置に用いられる照明用レンズであって、
前記光源からの光線が入射する入射面と、
光線が出射する出射面を有し、
前記光源部の最大径の半径をＡ、前記レンズの最大径の半径をＢとした時、0.1≦A/B＜1を満たし、
前記出射面は、複数の形状式により定義される、少なくとも第一の出射面と第二の出射面とを有し、
前記第一の出射面と前記第二の出射面が、サグ量の一階微分値が不連続になるように繋がっていることを特徴とする。【０００９】
本発明の原理を説明する。図１（ａ）は、比較例としてのレンズＬＳ’の光軸方向断面図であって、複数の光源から等角度で出射し、レンズＬＳ’を通過して外部に至る光線を示す図であり、図１（ｂ）は、本発明の一例であるレンズＬＳの光軸方向断面図であって、複数の光源から等角度（配光角５度）で出射し、レンズＬＳを通過して外部に至る光線を示す図であり、図１（ｃ）、（ｄ）は、照射面ＲＰに検出器をおいて、照射された光の照度を測定した値を濃度で示す図である。入射面は、モデルを単純化すべく光源に接する平面とする。ここで、比較例のレンズは、出射面ＯＰが単一の面形状式により定義されている。一方、本発明の一例にかかるレンズは、光軸周囲の第一の出射面ＯＰ１と第二の出射面ＯＰ２とを有し、それぞれ二つの異なる面形状式により構成されている。更に、第一の出射面ＯＰ１と第二の出射面ＯＰ２が、サグ量の一階微分値が不連続になるように繋がっている。これは、第一の出射面ＯＰ１と第二の出射面ＯＰ２が滑らかに接続されず、交差点ＣＰで交差していることを意味する。【００１０】
まず、比較例のレンズＬＳ’の場合、出射面ＯＰが単一の面形状式により定義されているので、正面から側面へと滑らかにつながって変曲点がない状態である。ここで、光軸Ｘから離れるにつれて、出射面ＯＰへの光の入射角が次第に大きくなるため、出射光は拡散することとなる。更に出射面ＯＰのサグ量の変化が大きくなり始めると、出射面ＯＰへの入射角は次第に小さくなり、出射面ＯＰの法線が光源を向く位置では、入射角＝０°となる。それを境に入射角はまた大きくなり始める。この切り替わり位置（発光位置により異なる）周辺での光線に注目すると、図１（ｃ）に示すように、照射面の一部に光線が集中していることが分かる。つまり照度ムラが生じる原因となっている。【００１１】
これに対し、本発明の一例によるレンズＬＳでは、図１（ｂ）に示すように、第一の出射面ＯＰ１と第二の出射面ＯＰ２が、二つの異なる面形状式により構成されており、第一の出射面ＯＰ１と第二の出射面ＯＰ２が、サグ量Ｓの一階微分値が不連続になるように繋がっている。比較例であるレンズＬＳ’と比較すると、同様に光線は光軸Ｘから離れるにつれて拡散するが、その拡散作用は、第一の出射面ＯＰ１と第二の出射面ＯＰ２が交差する点ＣＰまで有効となっており、その点ＣＰを越えた後も、再び入射角が次第に大きくなっている。よって、入射角が次第に小さくなる範囲が無くなり、入射角が０°になる点も殆ど無くなることになり、図１（ｄ）に示すように、結果として照度ムラの原因となっていた集光作用を抑えることができる。つまり、照度ムラを抑制する効果が得られることとなる。【００１２】
また、複数のLED光源に対して一つのレンズで対応できるため、照明装置一つ当たりに必要となるレンズの個数を低減でき、コストの削減につながる。更に、様々な大きさの光源にもサイズ変更のみで対応できるため、開発のコスト低減と、開発の迅速化を図ることが可能となり、市場の変化に柔軟に対応することが可能となる。【００１３】
請求項２に記載のレンズは、請求項１に記載の発明において、前記レンズはある軸を中心軸として回転対称の形状を持ち、それを光軸とすることを特徴とする。【００１４】
前記レンズを回転対称の形状とすることで、前記光源部からの光線が光軸に対して回転対称に前記第一の出射面と前記第二の出射面から出射し、照度分布が回転対称形状となるので、照明デザイン的にも好ましい。また、レンズ成形性の向上や、前記光源部に対する設置の自由度の向上も図ることが可能である。光源部を含む平面に対して垂直な方向を光軸方向ということもできる。【００１５】
請求項３に記載のレンズは、請求項１又は２に記載の発明において、前記第一の出射面は、凸状の非球面であることを特徴とする。【００１６】
前記第一の出射面を非球面とすることで、前記入射面と組み合わせて光軸上で負のメニスカスレンズのような構成をとることが出来、前記光源部からの光を拡散させることが出来る。また、球面形状に比べてレンズを薄くすることができ、コスト面でも有利である。【００１７】
請求項４に記載のレンズは、請求項１〜３のいずれかに記載の発明において、前記第二の出射面は、テーパ面であることを特徴とする。【００１８】
前記第二の出射面をテーパ面とすることにより、前記光源部から光軸に対して大きな角度をもち、前記第二の出射面に入射する光線も、照射面方向に拡散させながら効率良く出射することができる。更に金型からの離型も行い易くなるという利点もある。尚、テーパ面は光軸（または光軸方向）に対して傾いていることが好ましい。また、テーパ面のうち光源部に近い側が光軸から離れており、光源部から遠い側が光軸に近くなるように傾いていることが好ましい。【００１９】
請求項５に記載のレンズは、請求項１〜４のいずれかに記載の発明において、前記光軸近傍の近軸領域において負のパワーをもつことを特徴とする。【００２０】
近軸領域で負のパワーを持たせることで、配光がランバーシアン形である光源を用いた場合に前記光源部から出射する光線の内、光軸と平行な比較的強い光成分を拡散させることができ、広い領域をムラなく照らすことが出来る。【００２１】
請求項６に記載のレンズは、請求項１〜５のいずれかに記載の発明において、前記第一の出射面のサグ量は、光軸において光源から光線が出射する方向とは逆の方向を正とした時、光軸から離れるにつれて単調増加することを特徴とする。【００２２】
前記第一の出射面のサグ量が、光軸から離れるに従って単調増加することで、前記光源部中心(光軸に一致すると好ましい)から出射する光線の、光軸からの角度の増加に伴う前記第一の出射面への入射角の変化が単調増加となり、連続的に光を拡散することが出来る。【００２３】
請求項７に記載のレンズは、請求項１〜６のいずれかに記載の発明において、前記入射面は、一つの面形状式により構成されることを特徴とする。【００２４】
前記入射面を単一の非球面式により構成することで、レンズ設計が簡素化され、また成形性の向上を図れる。【００２５】
請求項８に記載のレンズは、請求項１〜７のいずれかに記載の発明において、前記入射面は、前記レンズの取り付け面とは異なる面形状式により構成されることを特徴とする。【００２６】
前記入射面は、取り付け面とは異なる面形状式により構成されることで、前記レンズの取り付け面を適切な形状にできる。【００２７】
請求項９に記載の照明装置は、請求項１〜８のいずれかに記載のレンズと、光源部とを有することを特徴とする。【００２８】
請求項１０に記載の照明装置は、請求項９に記載の発明において、前記光源部は複数の光源を有することを特徴とする。【００２９】
単体の光量が低い光源を用いる場合でも、複数の光源を配置することで、全体の光量を稼ぐことができる。また、発光波長の異なる光源を複数用いることで、一つの照明装置から様々な色の照明を得ることが出来る。【００３０】
請求項１１に記載の照明装置は、請求項１０に記載の発明において、前記レンズの光軸上に前記光源が存在しないことを特徴とする。【００３１】
光軸上に前記光源が存在しない構成をとることで、前記光源を複数個用いた場合、個々の光源が光軸方向に発する強度の強い光を、照射面の周辺部に到達させ、照射面を広く明るく照らすことが出来る。【００３２】
請求項１２に記載の照明装置は、請求項１０に記載の発明において、前記レンズの光軸上に前記光源の一つが存在することを特徴とする。【００３３】
光軸上に前記光源が存在する構成をとることで、前記光源を複数個用いた場合、光軸近傍の照射面を広く明るく照らすことが出来る。【００３４】
請求項１３に記載の照明装置は、請求項９〜１２のいずれかに記載の発明において、前記光源部の中心は前記レンズの光軸に一致することを特徴とする。【００３５】
前記光源部の中心を光軸に一致させることで、照射面を偏りなく照らすことが可能である。【００３６】
請求項１４に記載の照明装置は、請求項９〜１３のいずれかに記載の発明において、前記光源部は面状発光光源であることを特徴とする。【００３７】
前記光源に面状発光光源を用いることで照明装置の薄型化を図ることが可能である。【００３８】
請求項１５に記載の照明装置は、請求項９〜１４のいずれかに記載の発明において、前記光源部内の光源は、前記レンズの光軸に対し回転対称に配置されることを特徴とする。【００３９】
前記光源を光軸の回転対称に配置することで、複数種類の光源をそれぞれ複数個配置した際に、均一な光の混合を行うことが出来る。【００４０】
光源としては、LED(Light-Emitting Diode)やOLED(Organic Light-Emitting Diode)等の面状発光素子が好ましく、特に光学素子側の面がフラットであることが望ましく、更には表面実装型が望ましい。【００４１】
レンズの素材としては、プラスチック、ガラス、シリコン系樹脂、ウレタン系樹脂、オレフィン系樹脂、ゲル等を用いることができる。【００４２】
サグ量とは、出射面頂点から出射面上の任意の点までの光軸方向の距離である。【００４３】
図２（ａ）に示すように、光源部を複数の光源を用いて構成した場合、全ての光源の発光部ＯＳに外接する最小の円Ｃ１の直径φを光源部の直径とし、図２（ｂ）に示すように、一つの光源を用いた場合、その発光部ＯＳの直径φを光源部の直径とする。また、図２（ｃ）に示すように、発光部が円形でない場合(四角形、楕円形等)は、発光部の中心から最も遠い発光部ＯＳの端部を通過する円Ｃ２の直径φを光源部の直径とする。【００４４】
レンズの最大径は、レンズが円形でない場合(Dカット、四角形等)、光軸から垂直方向における最も遠いレンズ端部(光学的に有効な部分)に外接する円の直径とする。【００４５】
設計時に、第一の出射面と第二の出射面が、サグ量の一階微分値が不連続になって繋がるように設計したとしても、製造時に連続になってしまうことはあり得るが、そのような成形品であっても、製造誤差の範囲であれば本発明の効果は得られる。製造誤差の範囲と見なせる範囲としては、例えば、第一の出射面と第二の出射面のつなぎ部分の局所的な曲率半径がR=100μm以下である場合も、サグ量の一階微分値が不連続とみなすことができる。
【発明の効果】
【００４６】
本発明によれば、レンズに対する光源部の大きさが比較的大きい場合や複数の光源を用いた場合でも、良好な配光分布を得ることができ、照度ムラを抑制できるレンズ及び照明装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の原理を説明するための図で、（ａ）は比較例としてのレンズＬＳ’の光軸方向断面図、（ｂ）は本発明の一例であるレンズＬＳの光軸方向断面図、（ｃ）、（ｄ）は、照射面ＲＰに検出器をおいて、照射された光の照度を測定した値を濃度で示す図である。
【図２】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は光源部の外径を定義する図である。
【図３】本実施の形態における照明装置の光軸方向断面図である。
【図４】実施例１、２，４，５にかかる照明装置を光軸方向に透視した配置図である。
【図５】（ａ）が実施例１の断面図、（ｂ）が実施例１のレンズの配光特性を示す図、（ｃ）が実施例１の光源から３０００ｍｍの位置における照度分布を示す図である。
【図６】実施例１の配光角と光度との関係を示す図である。
【図７】実施例１の照度変化図である。
【図８】（ａ）が比較例の断面図、（ｂ）が比較例のレンズの配光特性を示す図、（ｃ）が比較例の光源から３０００ｍｍの位置における照度分布を示す図である。
【図９】比較例の配光角と光度との関係を示す図である。
【図１０】比較例の照度変化図である。
【図１１】（ａ）が実施例１の断面図、（ｂ）が実施例２のレンズの配光特性を示す図、（ｃ）が実施例２の光源から３０００ｍｍの位置における照度分布を示す図である。
【図１２】実施例２の配光角と光度との関係を示す図である。
【図１３】実施例２の照度変化図である。
【図１４】実施例３にかかる照明装置を光軸方向に透視した配置図である。
【図１５】（ａ）が実施例３の断面図、（ｂ）が実施例３のレンズの配光特性を示す図、（ｃ）が実施例３の光源から３０００ｍｍの位置における照度分布を示す図である。
【図１６】実施例３の配光角と光度との関係を示す図である。
【図１７】実施例３の照度変化図である。
【図１８】（ａ）が実施例４の断面図、（ｂ）が実施例４のレンズの配光特性を示す図、（ｃ）が実施例４の光源から３０００ｍｍの位置における照度分布を示す図である。
【図１９】実施例４の配光角と光度との関係を示す図である。
【図２０】実施例４の照度変化図である。
【図２１】（ａ）が実施例５の断面図、（ｂ）が実施例５のレンズの配光特性を示す図、（ｃ）が実施例５の光源から３０００ｍｍの位置における照度分布を示す図である。
【図２２】実施例５の配光角と光度との関係を示す図である。
【図２３】実施例５の照度変化図である。
【図２４】実施例６にかかる照明装置を光軸方向に透視した配置図である。
【図２５】（ａ）が実施例６の断面図、（ｂ）が実施例６のレンズの配光特性を示す図、（ｃ）が実施例６の光源から３０００ｍｍの位置における照度分布を示す図である。
【図２６】実施例６の配光角と光度との関係を示す図である。
【図２７】実施例６の照度変化図である。
【図２８】実施例７にかかる照明装置を光軸方向に透視した配置図である。
【図２９】（ａ）が実施例７の断面図、（ｂ）が実施例７のレンズの配光特性を示す図、（ｃ）が実施例７の光源から３０００ｍｍの位置における照度分布を示す図である。
【図３０】実施例７の配光角と光度との関係を示す図である。
【図３１】実施例７の照度変化図である。
【図３２】実施例８にかかる照明装置を光軸方向に透視した配置図である。
【図３３】（ａ）が実施例８の断面図、（ｂ）が実施例８のレンズの配光特性を示す図、（ｃ）が実施例８の光源から３０００ｍｍの位置における照度分布を示す図である。
【図３４】実施例８の配光角と光度との関係を示す図である。
【図３５】実施例８の照度変化図である。
【図３６】実施例９にかかる照明装置を光軸方向に透視した配置図である。
【図３７】（ａ）が実施例９の断面図、（ｂ）が実施例９のレンズの配光特性を示す図、（ｃ）が実施例９の光源から３０００ｍｍの位置における照度分布を示す図である。
【図３８】実施例９の配光角と光度との関係を示す図である。
【図３９】実施例９の照度変化図である。
【図４０】（ａ）が実施例１０の断面図、（ｂ）が実施例１０のレンズの配光特性を示す図、（ｃ）が実施例１０の光源から３０００ｍｍの位置における照度分布を示す図である。
【図４１】実施例１０の配光角と光度との関係を示す図である。
【図４２】実施例１０の照度変化図である。
【図４３】（ａ）が実施例１１の断面図、（ｂ）が実施例１１のレンズの配光特性を示す図、（ｃ）が実施例１１の光源から３０００ｍｍの位置における照度分布を示す図である。
【図４４】実施例１１の配光角と光度との関係を示す図である。
【図４５】実施例１１の照度変化図である。
【発明を実施するための形態】
【００４８】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。図３は、本実施の形態における照明装置の光軸方向断面図である。図３において、照明装置は光源部ＯＳＰとレンズＬＳとからなる。不図示の基板に形成された複数のＬＥＤからなる光源部ＯＳＰは、その外接円の輪郭のみを図示しており、発光面ＥＰを上方に向けている。外内面共に光軸中心回りに回転対称形状であるレンズＬＳは、ガラス又は樹脂からなり、その内部空間に光源部ＯＳＰを配置しており、両者間に空気が介在している。
【００４９】
図３に示すように、レンズＬＳの光軸をＸとし、光軸Ｘは光源部ＯＳＰの中心と一致する。レンズＬＳは、取り付け面ＳＰと、発光面ＥＰから出射された光線を入射するレンズＬＳの内面を入射面ＩＰと、入射面ＩＰから入射した光線を出射する外面を出射面を有するが、かかる出射面は、光軸Ｘに近い側の第一の出射面ＯＰ１と、光軸Ｘから遠い側の第二の出射面ＯＰ２とからなる。更に、不図示の基板に取り付けるための取り付け面ＳＰが設けられている。尚、凸状の非球面であると好ましい第一の出射面ＯＰ１と、第二の出射面ＯＰ２は、互いに異なる面形状式で定義される。又、第一の出射面ＯＰ１と第二の出射面ＯＰ２が、交差点ＣＰにてサグ量の一階微分値が不連続になるように繋がっている。第一の出射面ＯＰ１のサグ量は、光軸Ｘにおいては光源部ＯＳＰから光線が出射する方向とは逆の方向を正とした時、光軸から離れるにつれて単調増加すると好ましい。又、レンズＬＳは、光軸近傍の近軸領域において負のパワーをもつと好ましい。
【００５０】
ここで、図３に示す光軸方向断面図において、光源部ＯＳＰの発光面ＥＰの中心Ｃと、交差点ＣＰとを通過する線Ｌ１と、光軸Ｘとのなす角をαとし、光源部ＯＳＰの発光面ＥＰの縁Ｐと、交差点ＣＰとを通過する線Ｌ２と、光軸Ｘとのなす角をβとすると、以下の式を満たすと好ましい。
５０°≦α≦８０°      （１）
０°≦β≦８０°      （２）
より好ましくは以下の式を満たすことである。
０°≦β≦６０°      （２´）
【００５１】
次に、比較例と実施例について説明する。以下に述べる実施例に記載のレンズは全て、出射面が二面以上の面形状式により構成され、それぞれの面の接合部はサグ量の一階微分値が不連続となっている。尚、これ以降（表のレンズデータ含む）において、１０のべき乗数（例えば、２．５×１０-3）を、Ｅ（例えば、２．５×Ｅ−３）を用いて表す場合がある。また、レンズの入射面及び出射面は、それぞれ数１式に表に示す係数を代入した数式で規定される、光軸の周りに軸対称な非球面に形成されている。
【００５２】
【数１】
2012141029.tif 000003
【００５３】
ここで、Ｘ（ｈ）は光軸方向の軸（光の進行方向を正とする）、κは円錐係数、Ａiは非球面係数、ｈは光軸からの高さ、ｒは近軸曲率半径である。
【００５４】
（実施例１）
図４は、実施例１にかかる照明装置を光軸方向に透視した配置図である。より具体的には、半径２．５ｍｍの光源を周方向に等間隔で（回転対称に）３個配置し、光源部半径を７．６９６ｍｍとしている。レンズの屈折率ｎは１．５８である。レンズの素材はガラスである。表１に、レンズのデータ（第一の出射面と入射面）を示す。尚、入射面とは別に平面（つまり、面形状式が異なる面）の取り付け面を有し、第二の出射面は、単純なテーパ面である。ここで、光源部の半径をＡとし、レンズの外径をＢとすると、Ａ／Ｂ＝０．５１３である。図５（ａ）は、実施例１のレンズの光軸方向断面図である。図５（ｂ）は、実施例１のレンズの配光特性を示す図であり、グラフＹは光軸を含み、１つの光源の中央を通る面（Ｙ面という、以下同じ）内における配光特性を示し、グラフＺは、それに直交する面（Ｚ面という、以下同じ）内における配光特性を示し、光軸を０度としている。
図５（ｃ）は、実施例１の光源から３０００ｍｍの位置における照度分布を示す図であり、黒色が強くなるに連れて照度が増大することを示す。図６は、実施例１の配光角と光度との関係を示す図であり、点線がＹ面のデータであり、実線がＺ面のデータである。図７は、実施例１を用いて照射した場合に、照射面において光軸を中心として周辺側に行くに従い照度が変化する状態を示す図である。
【００５５】
【表１】
2012141029.tif 000004
【００５６】
（比較例）
比較例にかかる照明装置は、図４に示す配置と同様である。本比較例では、実施例１を非球面でフィットし、出射面を１つの非球面式で表している。入射面は共通である。ここで、光源部の半径をＡとし、レンズの外径をＢとすると、Ａ／Ｂ＝０．５１３である。レンズの屈折率は実施例１と同じである。レンズの素材はガラスである。図８（ａ）は、比較例のレンズの光軸方向断面図である。図８（ｂ）は、比較例のレンズの配光特性を示す図であり、グラフＹは、光軸を含み、１つの光源の中央を通る面内における配光特性を示し、グラフＺは、それに直交する面内における配光特性を示し、光軸を０度としている。
図８（ｃ）は、比較例の光源から３０００ｍｍの位置における照度分布を示す図であり、黒色が強くなるに連れて照度が増大することを示す。図９は、比較例の配光角と光度との関係を示す図であり、点線がＹ面のデータであり、実線がＺ面のデータである。図１０は、比較例を用いて照射した場合に、照射面において光軸を中心として周辺側に行くに従い照度が変化する状態を示す図である。
【００５７】
比較例では、図８（ｂ）に示すグラフＹ，Ｚがずれているように、方向により照度分布が異なり、また図８（ｃ）で中心から３方向に突出するように照射分布強度が不均一となっており、更に図９に示すように、±５０度付近に照度のピークが生じ、加えて図１０に示すように、光軸から周辺側に向かうに連れていく途中で、照度が増大する箇所があるので、照明装置としては適切でない。
【００５８】
これに対し実施例１では、図５（ｂ）に示すグラフＡ，Ｂがほぼ一致し、また図５（ｃ）で中心より点対称に照射分布強度が均一となっており、更に図６に示すように、±５０度付近に照度のピークが抑制され、加えて図７に示すように、光軸から周辺側に向かうに連れていく途中で照度が漸次低下するので、照明装置としては適切である。尚、複数の光源を用いる場合、レンズの光軸が１つの光源を通過するように配置しても良い。
【００５９】
（実施例２）
実施例２にかかる照明装置は、図４に示す配置と同様である。表２に、レンズのデータ（第一の出射面と入射面）を示す。本実施例では、入射面と取り付け面とを１つの非球面式で表している。尚、第二の出射面は、単純なテーパ面である。ここで、光源部の半径をＡとし、レンズの外径をＢとすると、Ａ／Ｂ＝０．５１３である。レンズの屈折率ｎは１．５８である。レンズの素材はガラスである。図１１（ａ）は、実施例２のレンズの光軸方向断面図である。図１１（ｂ）は、実施例２のレンズの配光特性を示す図であり、グラフＹは光軸を含み、１つの光源の中央を通る面内における配光特性を示し、グラフＺは、それに直交する面内における配光特性を示し、光軸を０度としている。図１１（ｃ）は、実施例２の光源から３０００ｍｍの位置における照度分布を示す図であり、黒色が強くなるに連れて照度が増大することを示す。図１２は、実施例２の配光角と光度との関係を示す図であり、点線がＹ面のデータであり、実線がＺ面のデータである。図１３は、実施例２を用いて照射した場合に、照射面において光軸を中心として周辺側に行くに従い照度が変化する状態を示す図である。図に示すように、実施例２も比較例より優れている。
【００６０】
【表２】
2012141029.tif 000005
【００６１】
（実施例３）
図１４は、実施例３にかかる照明装置を光軸方向に透視した配置図である。より具体的には、半径２．５ｍｍの光源を周方向に等間隔で４個配置し、光源部半径を９．２１８ｍｍとしている。レンズの屈折率ｎは１．５８である。レンズの素材はガラスである。表３に、レンズのデータ（第一の出射面と入射面）を示す。尚、入射面とは別に平面の取り付け面を有し、第二の出射面は、単純なテーパ面である。ここで、光源部の半径をＡとし、レンズの外径をＢとすると、Ａ／Ｂ＝０．５５４である。図１５（ａ）は、実施例３のレンズの光軸方向断面図である。図１５（ｂ）は、実施例３のレンズの配光特性を示す図であり、グラフＹは光軸を含み、２つの光源の中央を通る面内における配光特性を示し、グラフＺは、それに直交する面内における配光特性を示し、光軸を０度としている。図１５（ｃ）は、実施例３の光源から３０００ｍｍの位置における照度分布を示す図であり、黒色が強くなるに連れて照度が増大することを示す。図１６は、実施例３の配光角と光度との関係を示す図であり、点線がＹ面のデータであり、実線がＺ面のデータである。図１７は、実施例３を用いて照射した場合に、照射面において光軸を中心として周辺側に行くに従い照度が変化する状態を示す図である。図に示すように、実施例３も比較例より優れている。
【００６２】
【表３】
2012141029.tif 000006
【００６３】
（実施例４）
実施例４にかかる照明装置は、図４に示す配置と同様である。表４に、レンズのデータ（第一の出射面と入射面）を示す。尚、入射面とは別に平面の取り付け面を有し、第二の出射面は、単純なテーパ面である。但し、レンズの屈折率ｎは１．５９であり、レンズの素材はポリカーボネートである。ここで、光源部の半径をＡとし、レンズの外径をＢとすると、Ａ／Ｂ＝０．５１３である。図１８（ａ）は、実施例４のレンズの光軸方向断面図である。図１８（ｂ）は、実施例４のレンズの配光特性を示す図であり、グラフＹは光軸を含み、１つの光源の中央を通る面内における配光特性を示し、グラフＺは、それに直交する面内における配光特性を示し、光軸を０度としている。図１８（ｃ）は、実施例４の光源から３０００ｍｍの位置における照度分布を示す図であり、黒色が強くなるに連れて照度が増大することを示す。図１９は、実施例４の配光角と光度との関係を示す図であり、点線がＹ面のデータであり、実線がＺ面のデータである。図２０は、実施例４を用いて照射した場合に、照射面において光軸を中心として周辺側に行くに従い照度が変化する状態を示す図である。図に示すように、実施例４も比較例より優れている。
【００６４】
【表４】
2012141029.tif 000007
【００６５】
（実施例５）
実施例５にかかる照明装置は、図４に示す配置と同様である。表５に、レンズのデータ（第一の出射面と入射面）を示す。尚、入射面とは別に平面の取り付け面を有し、第二の出射面は、単純なテーパ面である。但し、レンズの屈折率ｎは、１．４９であり、レンズの素材はＰＭＭＡである。ここで、光源部の半径をＡとし、レンズの外径をＢとすると、Ａ／Ｂ＝０．５１３である。図２１（ａ）は、実施例５のレンズの光軸方向断面図である。図２１（ｂ）は、実施例５のレンズの配光特性を示す図であり、グラフＹは光軸を含み、１つの光源の中央を通る面内における配光特性を示し、グラフＺは、それに直交する面内における配光特性を示し、光軸を０度としている。図２１（ｃ）は、実施例５の光源から３０００ｍｍの位置における照度分布を示す図であり、黒色が強くなるに連れて照度が増大することを示す。図２２は、実施例５の配光角と光度との関係を示す図であり、点線がＹ面のデータであり、実線がＺ面のデータである。図２３は、実施例５を用いて照射した場合に、照射面において光軸を中心として周辺側に行くに従い照度が変化する状態を示す図である。図に示すように、実施例５も比較例より優れている。
【００６６】
【表５】
2012141029.tif 000008
【００６７】
（実施例６）
図２４は、実施例６にかかる照明装置を光軸方向に透視した配置図である。より具体的には、半径２．４ｍｍの光源を周方向に等間隔で３個配置し、光源部半径を１１．６９５３４ｍｍとしている。レンズの屈折率ｎは１．５８である。レンズの素材はガラスである。表６に、レンズのデータ（第一の出射面と入射面）を示す。尚、入射面とは別に平面の取り付け面を有し、第二の出射面は、単純なテーパ面である。ここで、光源部の半径をＡとし、レンズの外径をＢとすると、Ａ／Ｂ＝０．９３６である。図２５（ａ）は、実施例６のレンズの光軸方向断面図である。図２５（ｂ）は、実施例６のレンズの配光特性を示す図であり、グラフＹは光軸を含み、１つの光源の中央を通る面内における配光特性を示し、グラフＺは、それに直交する面内における配光特性を示し、光軸を０度としている。
図２５（ｃ）は、実施例６の光源から３０００ｍｍの位置における照度分布を示す図であり、黒色が強くなるに連れて照度が増大することを示す。図２６は、実施例６の配光角と光度との関係を示す図であり、点線がＹ面のデータであり、実線がＺ面のデータである。
図２７は、実施例６を用いて照射した場合に、照射面において光軸を中心として周辺側に行くに従い照度が変化する状態を示す図である。図に示すように、実施例６も比較例より優れている。
【００６８】
【表６】
2012141029.tif 000009
【００６９】
（実施例７）
図２８は、実施例７にかかる照明装置を光軸方向に透視した配置図である。より具体的には、半径２．５ｍｍの光源を周方向に等間隔で２個配置し、光源部半径を９．２１８ｍｍとしている。レンズの屈折率ｎは１．５８である。レンズの素材はガラスである。表７に、レンズのデータ（第一の出射面と入射面）を示す。尚、入射面とは別に平面の取り付け面を有し、第二の出射面は、単純なテーパ面である。ここで、光源部の半径をＡとし、レンズの外径をＢとすると、Ａ／Ｂ＝０．５５４である。図２９（ａ）は、実施例７のレンズの光軸方向断面図である。図２９（ｂ）は、実施例７のレンズの配光特性を示す図であり、グラフＹは光軸を含み、２つの光源の中央を通る面内における配光特性を示し、グラフＺは、それに直交する面内における配光特性を示し、光軸を０度としている。図２９（ｃ）は、実施例７の光源から３０００ｍｍの位置における照度分布を示す図であり、黒色が強くなるに連れて照度が増大することを示す。図３０は、実施例７の配光角と光度との関係を示す図であり、点線がＹ面のデータであり、実線がＺ面のデータである。図３１は、実施例７を用いて照射した場合に、照射面において光軸を中心として周辺側に行くに従い照度が変化する状態を示す図である。図に示すように、実施例７も比較例より優れている。
【００７０】
【表７】
2012141029.tif 000010
【００７１】
（実施例８）
図３２は、実施例８にかかる照明装置を光軸方向に透視した配置図である。より具体的には、半径１．０ｍｍの光源を周方向に等間隔で６個配置し、光源部半径を９ｍｍとしている。レンズの屈折率ｎは１．５８である。レンズの素材はガラスである。表８に、レンズのデータ（第一の出射面と入射面）を示す。尚、入射面とは別に平面の取り付け面を有し、第二の出射面は、単純なテーパ面である。ここで、光源部の半径をＡとし、レンズの外径をＢとすると、Ａ／Ｂ＝０．５４１である。図３３（ａ）は、実施例８のレンズの光軸方向断面図である。図３３（ｂ）は、実施例８のレンズの配光特性を示す図であり、グラフＹは光軸を含み、２つの光源の中央を通る面内における配光特性を示し、グラフＺは、それに直交する面内における配光特性を示し、光軸を０度としている。図３３（ｃ）は、実施例８の光源から３０００ｍｍの位置における照度分布を示す図であり、黒色が強くなるに連れて照度が増大することを示す。図３４は、実施例８の配光角と光度との関係を示す図であり、点線がＹ面のデータであり、実線がＺ面のデータである。図３５は、実施例８を用いて照射した場合に、照射面において光軸を中心として周辺側に行くに従い照度が変化する状態を示す図である。図に示すように、実施例８も比較例より優れている。
【００７２】
【表８】
2012141029.tif 000011
【００７３】
（実施例９）
図３６は、実施例９にかかる照明装置を光軸方向に透視した配置図である。より具体的には、単一の光源からなる光源部の半径を７．７ｍｍとしている。レンズの屈折率ｎは１．５８である。レンズの素材はガラスである。表９に、レンズのデータ（第一の出射面と入射面）を示す。尚、入射面とは別に平面の取り付け面を有し、第二の出射面は、単純なテーパ面である。ここで、光源部の半径をＡとし、レンズの外径をＢとすると、Ａ／Ｂ＝０．５１３である。図３７（ａ）は、実施例９のレンズの光軸方向断面図である。図３７（ｂ）は、実施例９のレンズの配光特性を示す図であり、光軸を０度としている。図３７（ｃ）は、実施例９の光源から３０００ｍｍの位置における照度分布を示す図であり、黒色が強くなるに連れて照度が増大することを示す。図３８は、実施例９の配光角と光度との関係を示す図である。図３９は、実施例９を用いて照射した場合に、照射面において光軸を中心として周辺側に行くに従い照度が変化する状態を示す図である。図に示すように、実施例９も比較例より優れている。
【００７４】
【表９】
2012141029.tif 000012
【００７５】
（実施例１０）
実施例１０にかかる照明装置は、図３６に示す配置と同様である。より具体的には、単一の光源からなる光源部の半径を７．７ｍｍとしている。レンズの屈折率ｎは１．５８である。レンズの素材はガラスである。表１０に、レンズのデータ（第一の出射面と入射面）を示す。尚、入射面とは別に平面の取り付け面を有し、第二の出射面は、単純なテーパ面ではなく、曲率半径１６．５７８ｍｍの球面の一部をなす形状である。ここで、光源部の半径をＡとし、レンズの外径をＢとすると、Ａ／Ｂ＝０．３０２である。図４０（ａ）は、実施例１０のレンズの光軸方向断面図である。図４０（ｂ）は、実施例１０のレンズの配光特性を示す図であり、光軸を０度としている。図４０（ｃ）は、実施例１０の光源から３０００ｍｍの位置における照度分布を示す図であり、黒色が強くなるに連れて照度が増大することを示す。図４１は、実施例１０の配光角と光度との関係を示す図である。
図４２は、実施例１０を用いて照射した場合に、照射面において光軸を中心として周辺側に行くに従い照度が変化する状態を示す図である。図に示すように、実施例１０も比較例より優れている。
【００７６】
【表１０】
2012141029.tif 000013
【００７７】
（実施例１１）
実施例１１にかかる照明装置は、図３６に示す配置と同様である。より具体的には、単一の光源からなる光源部の半径を１．５ｍｍとしている。レンズの屈折率ｎは１．５８である。レンズの素材はガラスである。表１０に、レンズのデータ（第一の出射面と入射面）を示す。尚、入射面とは別に平面の取り付け面を有し、第二の出射面は、単純なテーパ面である。ここで、光源部の半径をＡとし、レンズの外径をＢとすると、Ａ／Ｂ＝０．１０７である。図４３（ａ）は、実施例１１のレンズの光軸方向断面図である。図４３（ｂ）は、実施例１１のレンズの配光特性を示す図であり、光軸を０度としている。図４３（ｃ）は、実施例１１の光源から３０００ｍｍの位置における照度分布を示す図であり、黒色が強くなるに連れて照度が増大することを示す。図４４は、実施例１１の配光角と光度との関係を示す図である。図４５は、実施例１１を用いて照射した場合に、照射面において光軸を中心として周辺側に行くに従い照度が変化する状態を示す図である。図に示すように、実施例１１も比較例より優れている。
【００７８】
【表１１】
2012141029.tif 000014
【００７９】
表１２に、実施例１〜１１における角度α、β（図３参照）をまとめて示す。
【００８０】
【表１２】
2012141029.tif 000015
【００８１】
本発明は、明細書に記載の実施例に限定されるものではなく、他の実施例・変形例を含むことは、本明細書に記載された実施例や思想から本分野の当業者にとって明らかである。明細書の記載及び実施例は、あくまでも例証を目的としており、本発明の範囲は後述するクレームによって示されている。
【産業上の利用可能性】
【００８２】
本発明の照明装置により照度ムラをなくすことで、成長に光の強度が影響し易い植物(例えばホウレンソウ)の植物工場内において、植物に照射する用途として用いるのに好適である。その他想定される用途としては、室内照明、非常灯用照明、バックライト、車内照明、センサ応用が考えられる。
【符号の説明】
【００８３】
ＥＰ 発光面
ＬＳ  レンズ
ＯＳ 光源
ＯＳＰ  光源部
ＩＰ 入射面
ＯＰ１  第一の出射面
ＯＰ２  第二の出射面
ＳＰ  取り付け面
【図２】
2012141029.tif 000016
【図３】
2012141029.tif 000017
【図４】
2012141029.tif 000018
【図６】
2012141029.tif 000019
【図７】
2012141029.tif 000020
【図９】
2012141029.tif 000021
【図１０】
2012141029.tif 000022
【図１２】
2012141029.tif 000023
【図１３】
2012141029.tif 000024
【図１４】
2012141029.tif 000025
【図１６】
2012141029.tif 000026
【図１７】
2012141029.tif 000027
【図１９】
2012141029.tif 000028
【図２０】
2012141029.tif 000029
【図２２】
2012141029.tif 000030
【図２３】
2012141029.tif 000031
【図２４】
2012141029.tif 000032
【図２６】
2012141029.tif 000033
【図２７】
2012141029.tif 000034
【図２８】
2012141029.tif 000035
【図３０】
2012141029.tif 000036
【図３１】
2012141029.tif 000037
【図３２】
2012141029.tif 000038
【図３４】
2012141029.tif 000039
【図３５】
2012141029.tif 000040
【図３６】
2012141029.tif 000041
【図３８】
2012141029.tif 000042
【図３９】
2012141029.tif 000043
【図４１】
2012141029.tif 000044
【図４２】
2012141029.tif 000045
【図４４】
2012141029.tif 000046
【図４５】
2012141029.tif 000047
【図１】
2012141029.tif 000048
【図５】
2012141029.tif 000049
【図８】
2012141029.tif 000050
【図１１】
2012141029.tif 000051
【図１５】
2012141029.tif 000052
【図１８】
2012141029.tif 000053
【図２１】
2012141029.tif 000054
【図２５】
2012141029.tif 000055
【図２９】
2012141029.tif 000056
【図３３】
2012141029.tif 000057
【図３７】
2012141029.tif 000058
【図４０】
2012141029.tif 000059
【図４３】
2012141029.tif 000060
【国際調査報告】
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2012141029.tif 000062