(57)【要約】【課題】光の発散を抑制しつつ、均一な輝度分布及び色度分布の光が得られる照明装置を実現する。【解決手段】照明装置１０１は、ＬＥＤ光源２０１と、ＬＥＤ光源２０１から発射された光を、入射部２２２から入射し、内面の反射面２１１で反射させながら入射部２２２と対向する位置に設けられた出射部２２１から出射せしめる反射部材２０２と、を備えている。また、反射面２１１が出射部２２１に向かう先絞り形状である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＬＥＤ光源と、
前記ＬＥＤ光源から発射された光を、入射部から入射し、内面の反射面で反射させながら前記入射部と対向する位置に設けられた出射部から出射せしめる反射部材と、
を備え、
前記反射面が前記出射部に向かう先絞り形状であることを特徴とする照明装置。
【請求項２】
請求項１に記載の照明装置において、
前記反射部材の前記出射部側に、拡散シートをさらに備えることを特徴とする照明装置。
【請求項３】
請求項２に記載の照明装置において、
前記拡散シートは着脱可能であることを特徴とする照明装置。
【請求項４】
請求項１乃至３いずれかに記載の照明装置において、
前記反射部材は、内部空間を有することを特徴とする照明装置。
【請求項５】
請求項４に記載の照明装置において、
前記ＬＥＤ光源は、前記内部空間の内部に設けられていることを特徴とする照明装置。
【請求項６】
請求項４または５に記載の照明装置において、
前記反射部材はブロック状部材であり、
前記反射面は、前記ブロック状部材の内部をくり抜くように形成された空間の壁面であることを特徴とする照明装置。
【請求項７】
請求項６に記載の照明装置において、
前記壁面の表面が金属膜又は反射膜で覆われていることを特徴とする照明装置。
【請求項８】
請求項１乃至７いずれかに記載の照明装置において、
前記反射部材はガラスまたは透明な樹脂組成物から形成されていることを特徴とする照明装置。
【請求項９】
請求項１乃至８いずれかに記載の照明装置において、
前記反射部材の外面が金属膜又は反射膜で覆われていることを特徴とする照明装置。
【請求項１０】
請求項４乃至９いずれかに記載の照明装置において、
前記反射部材の前記内部空間の前記出射部側の一部に、ガラスまたは透明な樹脂組成物が埋設されていることを特徴とする照明装置。
【請求項１１】
請求項１乃至１０いずれかに記載の照明装置において、
前記ＬＥＤ光源を複数有することを特徴とする照明装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
光源から出射した光線を利用して、ある面を照射する照明装置が開発されている。一般に、照明装置は、レンズ系、反射鏡系、またはそれら組み合わせにより構成される。このような照明装置では、光源の形状、光源の輝度分布、光源の色むら等の光源特性が照射面に影響を与え、均一な照明、輪郭の明瞭な照明領域の実現等が困難であることが知られている。
【０００３】
特許文献１には、楕円形状の楕円反射板と、楕円反射板の内部空間に配置された光源ランプと、上端から下端に向けて全体として縮径する形状を有する略筒状体を有するダウンライトが記載されている。略筒状体は、補助反射板と、補助反射板の下端から下方に向けて縮径するグレア防止部を備えている。
【０００４】
特許文献１では、該略筒状体を上端から下端に向けて縮径する形状とすることにより、光源ランプから補助反射板に到達した光は光源ランプに向けて反射される。これにより、反射された光が光源ランプのフィラメントに当たることによって、フィラメントが加熱され、光源ランプの発光効率を高めている。
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載されたようなダウンライトは、室内空間などの限定された範囲を照射することを目的としており、光が直接目に入らないように設計されているが、そもそもその照射範囲は光源の大きさを無視できるような広い範囲である。
【０００６】
また、光源の集光効率を改善する方法として、特許文献２及び３記載のものがある。
【０００７】
特許文献２では、複数の発光素子と、発光素子の光を透過して直進する平行光と斜め方向へ進む平行光に分割する複合レンズ形状の封止部と、斜め平行光を直進平行光へ変換する反射及び屈折面を持つコリメータレンズから構成されたレンズ系が開示されている。
【０００８】
特許文献３では、発光源と、発光源の前方に整光カバー、反射カバー、焦点の調整可能なレンズを配置したＬＥＤ照明装置が記載されている。整光カバー及び反射カバーは、発光源の前方に向かって広がっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００８−１６４１７号公報
【特許文献２】特開２００７−２００７３０号公報
【特許文献３】特開２００８−１６３４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
通常、封止体やコリメータレンズといったレンズ系を小型化した場合、レンズ系のサイズと、光源の発光面のサイズとの比が重要になる。すなわち、レンズ系のサイズに対し、光源の発光面のサイズがごく小さい場合は、精度のよい平行光をえることができる。これに対し、レンズ系のサイズに対し、光源の発光面のサイズが大きい場合は、発散光となる。
【００１１】
したがって、特許文献２に記載されたような複数のＬＥＤを用いた場合、封止体やコリメータレンズといったレンズ系に対して発光面となるＬＥＤのチップサイズが大きくなってしまう。そのため、特許文献２に記載された技術では、発散光が得られることとなる。したがって、照射領域を所望の形状とする光を得ることができなかった。それとともに、ＬＥＤ光源による輝度むら及び色度むらが改善できないといった問題があった。
【００１２】
また、特許文献３記載の光学系においては、整光カバー側面から反射した光線と反射せずに直接到達する光線が、レンズの入光面の同一点へ入光することになり、両光線を同一方向の平行光へ屈折させることはできない。すなわち、レンズに対して、ほぼ光軸上に存在する直接のＬＥＤと整光カバー側面で反射したＬＥＤの虚像が光軸から外れた場所に存在する光学系となり、一本の平行ビームとはなりえず、照明面に至る照明光は、回転対象ではあるが不均一な広がった照度分布を持つことになり、均一な照明を行うことは困難となる。
【００１３】
したがって、いずれの特許文献記載の技術においても、光の発散を抑制しつつ、均一な輝度分布及び色度分布が得られる光源を得ることは困難であった。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明者は、光源からの出射光量の光利用効率を高く保持し、また、照明領域を制御し、照明面の照明領域の照度の均一性を達成する照明器を構成するために検討を行った。その結果、光源から出た光線を反射及び屈折させてレンズ系で結像させる従来の方法に対し、所望の形状で、均一な輝度分布を持つ新たな光源に変換し、これを光源像とした従来の光学系を追加構成することにより、照明器の構成の自由度が上がるという新たな知見を得た。そこで、ＬＥＤなどの一次光源に対し、光の発散を抑制しつつ、均一な輝度分布及び色度分布が得られる光源としての二次光源へ変換する光源変換素子とそれを用いた照明装置を考案した。
【００１５】
本発明による照明装置は、ＬＥＤ光源と、前記ＬＥＤ光源から発射された光を、入射部から入射し、内面の反射面で反射させながら前記入射部と対向する位置に設けられた出射部から出射せしめる反射部材と、を備え、前記反射面が前記出射部に向かう先絞り形状であることを特徴とする。
【００１６】
本発明による照明装置において、反射面が出射部に向かう先絞り形状となっている。この理由としては、以下のことが挙げられる。
【００１７】
まず、ＬＥＤ光源から発せられた光は反射面で反射されるが、出射部に向かって先絞り形状となっているため、反射光が出射部に向かって集光できる。
【００１８】
ここで、一般にＬＥＤ光源から発せられた光は、ある程度の輝度分布及び色度分布を持っている。しかし、本発明による照明装置では、反射面で反射した光が、様々な方向から出射部に到達し、これらの光が混合した光を出射する。このため、出射部における輝度分布及び色度分布は、様々な方向から到達した光の輝度分布及び色度分布が重畳したものとなる。これにより、出射部から発せられる光の輝度分布及び色度分布の均一化が図れる。
【００１９】
次に、ＬＥＤ光源から発せられた光は、いったん出射部に集光し、出射部から外部に発射される。出射部に集光する光の角度がこの先絞り形状により調整されるため、出射部から発せられる光の角度が、ＬＥＤ光源から発せられた光よりも発散する角度（拡散角度）が小さくなっている。そのため、出射光の発散を小さくできる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、光の発散を抑制しつつ、均一な輝度分布及び色度分布の光が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明による照明装置の第１実施形態を示す断面図である。
【図２】本発明による照明装置の第２実施形態を示す断面図である。
【図３】本発明による照明装置の変形例を示す断面図である。
【図４】本発明による照明装置の第３実施形態を示す斜視図である。
【図５】本発明による照明装置の第４実施形態を示す断面図である。
【図６】第４実施形態における照射光の原理を説明するための断面図である。
【図７】本発明による照明装置の変形例を示す断面図である。
【図８】本発明による照明装置の変形例を示す断面図である。
【図９】本発明による照明装置の変形例を示す断面図である。
【図１０】本発明による照明装置の変形例を示す断面図である。
【図１１】本発明による照明装置の変形例を示す断面図である。
【図１２】本発明に係る照明装置を示す模式断面図である。
【図１３】（ａ）は入射開口部の面内における光量分布を模式的に示す図であり、（ｂ）は出射開口部の面内における光量分布を模式的に示す図である。
【図１４】本発明に係る照明装置の出射開口部の直径方向における光量分布を示す図である。
【図１５】本発明に係る照明装置の出射開口部における出射角特性を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、図面を参照しつつ、本発明による照明装置の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明においては、同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
【００２３】
（第１実施形態）
図１は、本発明による照明装置の第１実施形態を示す断面図である。
【００２４】
照明装置１０１は、ＬＥＤ光源２０１と、ＬＥＤ光源２０１から発射された光を、入射部２２２から入射し、内面の反射面２１１で反射させながら入射部２２２と対向する位置に設けられた出射部２２１から出射せしめる反射部材２０２と、を備えている。また、反射面２１１が出射部２２１に向かう先絞り形状である。
また、反射部材２０２は、内部空間を有している。
【００２５】
ＬＥＤ光源２０１は、反射部材２０２の入射部２２２側に設けられている。本実施形態において、ＬＥＤ光源２０１はドーム型のハイパワーＬＥＤである。
【００２６】
反射部材２０２の入射部２２２と対向する位置に出射部２２１が形成されている。反射部材２０２の長手方向の断面における反射面２１１の形状は、曲面である。また、ＬＥＤ光源２０１近傍に広がりのある曲面である。
【００２７】
出射部２２１及び入射部２２２の開口形状は、特に限定されず、円形、四角形、三角形など所望の形状とすることができる。
【００２８】
反射部材２０２は、光源変換素子として機能する。すなわち、反射部材２０２は、ＬＥＤ光源２０１（第一の光源）から発せられた光を、所望の光に変換して出射部２２１から光を発する、第二の光源として機能できる。
【００２９】
また、反射部材２０２は、ブロック状部材を加工したものである。これにより、反射部材２０２の形状が安定し、安定した光を得ることができる。
【００３０】
また、反射面２１１は、このブロック状部材の内部をくり抜いた際に形成される空間の壁面である。本実施形態において、反射部材２０２の内側の面、すなわち反射部材２０２の内面は反射面２１１となっている。反射部材２０２の材料としては、例えば、アルミニウム、鉄、真鍮、リン青銅、ベリリューム銅、無酸素銅などが挙げられる。
【００３１】
反射部材２０２は、一括加工が困難な場合は、以下のようにして形成できる。
まず、すき間なく組み合わせることのできる２つのブロック状部材を用意する。次に、それぞれのブロック状部材が対向する面の所定の位置に凹部を形成する。凹部の形成位置は、ブロック部材を組み合わせたときにそれぞれに形成された凹部の内壁面同士が一連の壁面を形成できる位置とする。つづけて、凹部が形成された２つのブロック部材を組み合わせることにより、内部に空間を有する反射部材２０２が形成できる。凹部の形状、傾斜角度、深さなどは適宜設計できる。
【００３２】
また、本実施形態において、反射面２１１の表面は、金属膜または誘電体多層膜などの反射膜で覆われていてもよい。これにより、反射効率を高くできる。金属膜としては、例えば銀、アルミニウムなどが挙げられる。誘電体多層膜はたとえば、酸化チタン、酸化タリウム、酸化シリコン、フッ化マグネシウムなどがあげられる。また、金属膜または反射膜は、反射面２１１の全面に形成されていなくてもよく、一部、または非連続的に形成されていてもよい。
【００３３】
さらに、金属膜の上に保護膜を設けてもよい。これにより、金属膜を外気や水分などから保護できる。保護膜としては例えば、シリコン酸化膜、シリコンと酸化チタンの多層増反射膜などが挙げられる。
【００３４】
拡散シート２０３は、反射部材２０２の出射部２２１を覆うように、出射部２２１側に設けられている。例えば、本実施形態において、拡散シート２０３は反射部材２０２の出射部２２１を覆うように固定板と共にネジ止めされている。
【００３５】
拡散シート２０３は、出射部２２１から発せられる光を調整し、色度むら及び輝度むらをより改善し、また光の発散を抑制できる。また、拡散シート２０３の形状を制御することによって、照明領域を制御し、所望の形状の照射面を得ることができる。
【００３６】
拡散シート２０３としては、例えば、「レンズ拡散板：ＬＳＤ」（株式会社オプティカル  ソリューションズ製）を用いてもよい。拡散シート２０３の拡散板発散角としては、例えば１０度程度が好ましい。これにより、色度むら及び輝度むらを改善することができる。
【００３７】
第１実施形態の効果を説明する。
一般に、照明機器用の光源として用いられるハロゲンランプ、ＬＥＤ、複数個のＬＥＤを組み合わせた複合ＬＥＤ、蛍光灯などの光源は、そもそもある程度の輝度むら及び色度むらがあった。そのため、このような光源を直接利用した照明装置では、均一な輝度分布及び色度分布の照明が困難であるといった問題があった。
【００３８】
これに対し本実施形態における照明装置１０１は、反射部材２０２の反射面２１１が出射部２２１に向かう先絞り形状となっている。
【００３９】
そこで、まず、ＬＥＤ光源２０１から発せられた光は反射面２１１で反射されるが、出射部２２１に向かって先絞り形状となっているため、反射光が出射部２２１に向かって集光できる。これにより、光源の様々な場所から出射した光が反射面２１１で反射し、様々な方向から出射部２２１に到達し、これらの光が混合した光として出射部２２１から出射できる。このため、出射部２２１における輝度分布及び色度分布は、様々な方向から到達した光の輝度分布及び色度分布が重畳したものとなるため、出射部２２１から発せられる光の輝度分布及び色度分布の均一化が図れる。
【００４０】
さらに、ＬＥＤ光源２０１から発せられた光は、いったん出射部２２１に集光してから、出射部２２１から外部へ発射される。出射部２２１に集光する光の角度がこの先絞り形状により調整されるため、出射部２２１から発せられる光の角度が、ＬＥＤ光源２０１から発せられた光よりも発散角が小さくなっている。そのため、出射光の発散を低減できる。これにより、照射領域を限定することができる。
【００４１】
このように、本実施形態の照明装置１０１によれば、光の発散を抑制しつつ、均一な色度分布で所望の輝度分布を持つ光が得られる。
【００４２】
またさらに、拡散シート２０３を備えている。これにより、より輝度むら及び色度むらを改善しつつ、発散角を低減し、所望の形状の照射面がえられる。
【００４３】
またさらに、ＬＥＤ光源２０１から発せられた光は、反射部材２０２の反射面で反射を繰り返し、出射部２２１に集光する。そのため、ＬＥＤ光源２０１から光のほとんどが出射部２２１に到達するため、光の利用効率を高くできる。
【００４４】
（第２実施形態）
図２は、本発明による照明装置１０２の第２実施形態を示す断面図である。図３は、本発明による照明装置の変形例を示す断面図である。
【００４５】
反射部材２０２が、第１実施形態ではブロック状部材であったのに対し、第２実施形態では透明な樹脂組成物から形成されている。その他の構成は、照明装置１０１と同様である。
【００４６】
反射部材２１２は、内部空間を有するドーム型の透明な樹脂組成物から形成されている。樹脂組成物としては、特に限定されないが、例えば、アクリル、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）及びスチレンなどの樹脂組成物を用いることができる。
【００４７】
第２実施形態においても、第１実施形態と同様の効果が得られる。
【００４８】
なお、第２実施形態においては、反射部材２１２が、透明な樹脂組成物から形成されている例について説明したが、透明ガラスであってもよい。
【００４９】
また、図３に示すように、反射部材２１２の外面が金属膜又は反射膜で覆われていてもよい。本実施形態において、反射部材２１２の外面には、アルミニウムからなる金属膜２０５が形成されている。金属膜２０５としては、例えば、アルミニウム、銀などが用いられる。また、金属膜２０５は、反射部材２１２の内側の面上に設けられてもよく、外側及び内側の一方または両面に設けられてもよい。また、金属膜２０５ではなく、誘電体多層膜などの反射膜であってもよい。
【００５０】
（第３実施形態）
図４は、本発明による照明装置１０３の第３実施形態を示す斜視図である。
【００５１】
入射部２２２側のＬＥＤ光源２０１が、第１実施形態では反射部材２０２の外側に配置されていたのに対し、第３実施形態では反射部材２３２の内側に設けられている。その他の構成は、照明装置１０１と同様である。
【００５２】
図４に示すように、ＬＥＤ光源２０１は、反射部材２３２の入射部２２２側の内部空間に設けられている。これにより、ＬＥＤ光源２０１から発射される光のほとんどを内部空間で反射させ、出射部２２１付近へ集光できるため、光の利用効率をより高くすることができる。
【００５３】
また、ＬＥＤ光源２０１が、反射部材２３２の短手方向の断面視において、マトリクス状に４つ配置されている。この場合、光源の面積が大きくなる。ここで、上述したように、光源の面積が大きくなると、一般に光が発散し、集光が困難になる、照射面に４個の光源の形が残りやすくなるという問題があった。これに対し、本実施形態の照明装置１０３では、反射部材２０２の内部空間の反射面２１１が出射部２２１に向かう先絞り形状となっているため、出射部２２１に向かう光を集光し、出射部２２１から外部に向かう光の発散角を小さくできる。また、複数のＬＥＤ光源２０１を用いることができるため、照明装置１０３から照射する光の輝度を高くすることができる。
【００５４】
第３実施形態においても、第１実施形態と同様の効果が得られる。
【００５５】
（第４実施形態）
図５は、本発明による照明装置１０４の第４実施形態を示す断面図である。
【００５６】
図５に示すように、第４実施形態では、反射部材２０２の内部空間の出射部２２１側の一部に、透明な樹脂組成物が埋設され、充填媒体２０４が形成されている。その他の構成は、照明装置１０１と同様である。
【００５７】
本実施形態において、充填媒体２０４は、内部空間の出射側空間に、透明樹脂を充填して形成している。透明樹脂としては、例えば、アクリル、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）及びスチレンなどが挙げられる。
【００５８】
本実施形態における充填媒体２０４の入射面２５１は、平面である。図５に示すように、反射部材２０２の内部空間に平面の入射面２５１を持つ充填媒体２０４を形成した場合、入射面で伝搬角（光軸と光線の成す角）は小さくなる。これにより、出射部２２１から外部への出射光の発散角を小さくできる。また、出射面２５２を凹面にすることによって、該伝搬角をさらに小さくできる。これにより、出射部２２１から外部への出射光の発散角を小さくできる。
【００５９】
第４実施形態においても、第１実施形態と同様の効果が得られる。
【００６０】
第４実施形態では透明な樹脂組成物が充填されている例について説明したが、透明ガラスであってもよい。
【００６１】
第４実施形態では、反射部材２０２の内部空間の出射部２２１側の一部に、透明な樹脂組成物が埋設さている例について説明したが、透明な樹脂組成物が反射部材２０２の内部空間の全体に形成されていてもよい。
【００６２】
また、充填媒体２０４の入射面２５１が、平面である場合について説明したが、凹面または凸面であってもよい。充填媒体２０４を伝搬する光線の方向を制御しつつ、入射部２２２からの光量を増大できる。また、充填媒体２０４への入射方向を制御しても、同様の効果が得られる。
【００６３】
本発明による照明装置は、上記実施形態に限定されるものではなく、様々な変形が可能である。
【００６４】
図６に示すように、本発明に係る照明装置１０１を用いた、いわゆるレンズ系の光学系としてもよい。すなわち、図６に示すように、照明装置１０１の出射部２２１側に、レンズ１３０を設け、像１３３を結像させてもよい。
【００６５】
本実施形態の照明装置１０１は、出射光の発散角をより小さくできるため、レンズ１３０のＦナンバーを大きくし、口径の小さいレンズ１３０を使用することができる。これにより、ＬＥＤ光源２０１から出射した光量のほとんどすべてがレンズ１３０に取り込まれることとなる。そのため、簡便な方法で光利用効率を高くできる。
【００６６】
以下、図６を用いて、この理由について説明する。なお、図６中の破線は光軸を表している。
【００６７】
ラグランジェ・ヘルムホルツの不変量の関係式は、
ｎｙｕ＝ｎ’ｙ’ｕ’              （１）
で与えられる。
ｎ及びｎ’はレンズの入射側空間と出射側空間の屈折率である。ｙは物体の高さ、ｙ’は像の高さである。
【００６８】
ここで、図６において、ｎ及びｎ’は、両者とも１とおくことができる。また、ｙは、光軸から測った出射部２２１の高さ、ｙ’は光軸から測った像１３３の高さに相当する。
【００６９】
また、ｕ及びｕ’は、図６に示すように、光軸上の物点（出射部２２１）及び光軸上の像点（像１３３）が見込むレンズ１３０の半径に対応する角度である。
【００７０】
物体の大きさと像の大きさの比を示す横倍率βは、
β＝ｙ’／ｙ＝ｎｕ／ｎ’ｕ’
＝ｕ／ｕ’＝ｂ／ａ            （２）
で与えられる。
【００７１】
このとき、図６に示すように、ａは物体（出射部２２１）からレンズ１３０までの距離で、ｂはレンズ１３０から像１３３までの距離である。
【００７２】
この関係式（１）、（２）から、例えば、小型の照明器を用いて、十分遠方で、十分な明るさで、小さい領域での照明を実現するための条件とは、以下のとおりになった。
（ｉ）十分遠方で結像させる場合必然的に、ｕ’が小さくなる。
（ｉｉ）十分な明るさを実現するためには、十分明るい光源を使用し、かつ、ｕを大きくする必要がある。
（ｉｉｉ）装置を小型化するためにはａを小さくする必要がある。
（ｉｖ）ｂが与えられている場合、及び、条件（ｉ）、（ｉｉ）より必然的にβは大きくなる。
【００７３】
すなわち、輝度むら及び色度むらを低減した照明装置を実現するためには、通常、レンズ口径を非常に大きくする必要がり、そのため照明装置の小型化ができない。また、レンズのＦナンバーに制限があると共にコスト的にも受け入れにくいという問題を生じる。
【００７４】
一方、照明装置を小型化するためには、光量が大きくかつ発散角も小さい小型化された光源が必要になる。しかしながら、小型化された光源として実用化が進んでいるＬＥＤであっても、１チップで十分な明るさを得ることは難しく、光量が必要な場合は複数チップを配列した複合光源を使用しなければならなかった。そして、複数の光源を用いた場合、光が発散し、集光が困難になる、照射面に複数の光源の形が残りやすいという問題が生じた。
【００７５】
また、ハロゲンランプ、ＬＥＤ、複数個のＬＥＤを組み合わせた複合ＬＥＤ、蛍光灯など光源は、大きさを持ち、かつ輝度分布及び色度分布をそれぞれ持つ。このような光源を直接レンズ系の物体とすると、その分布自体が結像面に射影され、均一な照明ができないといった問題があった。
【００７６】
さらにまた、レンズのＦナンバーで決定される集光効果の限界のため、光源からの出射光量を有効に利用することができない。さらに、ラグランジェ・ヘルムホルツの不変量で制限される像高に限界が生じ、照明領域の設定に自由度がないといった問題があった。
【００７７】
このように、レンズ系の照明装置において、小型化しつつ、輝度むら及び色度むらを低減し、かつ、光の発散を抑制することは非常に困難であった。
【００７８】
かかる問題に対し、本発明に係る照明装置１０１では、反射部材２０２の反射面２１１が出射部２２１に向かう先絞り形状となっている。そのため、照明装置１０１を用いた、いわゆるレンズ系の光学系としても、光の発散を抑制され、均一な輝度分布及び色度分布が均一な光が得られる。
【００７９】
また、上記実施形態においては、反射面２１１の長手方向の断面形状が、ＬＥＤ光源２０１近傍に広がりのある曲面である例について説明したが、図７，８に示すように、反射部材２０２の内部曲面が楕円体状の曲線であってもよい。
【００８０】
図７，８は、いずれもＬＥＤ光源２０１上のある一点から出射した光が、出射部２２１に到達するまでの光線を示している。
【００８１】
図７に示すように、ＬＥＤ光源２０１の中心付近の焦点から出射した光線は対向する焦点にすべて集光している。このためこの領域に出射部２２１を設けることによって、ＬＥＤ光源２０１の点光源から出射した光線のすべてが反射部材２０２の出射部２２１から出射できる。
【００８２】
また、図８に示すように、ＬＥＤ光源２０１の中心からずれた焦点から出射した光線は対向する焦点近傍に集光している。この場合であっても、ＬＥＤ光源２０１の点光源から出射した光線のほとんどすべての光線が反射部材２０２の出射部２２１から出射できる。
【００８３】
したがって、反射部材２０２の内部曲面が楕円体状の曲線であるため、焦点から焦点へという上記の特徴を維持した状態で反射部材２０２の反射面も長手方向に長くでき、ＬＥＤなどのように横長の分布を持つ光源を用いても、光の利用効率を高くできる。
【００８４】
また、上記実施例においては、反射面２１１の長手方向の断面形状が、ＬＥＤ光源２０１近傍に広がりのある曲面である例について説明したが、図９，１０に示すように、入射部２２２側（ＬＥＤ光源２０１側）が放物面、出射部２２１側が半楕円体状の曲線であってもよい。
【００８５】
図９において、反射部材２０２の入射部２２２側の半空間は放物面で、出射部２２１側半空間は楕円体であり、入射部２２２側の焦点近傍に、ＬＥＤ光源２０１が位置している。このため、ＬＥＤ光源２０１から出射した光線は出射部２２１方向に向かう平行光に近づき、出射部２２１側の楕円体面に楕円面からの反射光よりはより大きい入射角で入射し、それに応じて反射角も大きくなり、楕円面に沿って反射しながら出射部２２１へ到達できる。
【００８６】
図１０は、ＬＥＤ光源２０１が反射部材２０２の入射部２２２側の焦点近傍に位置している場合を示している。この場合、ＬＥＤ光源２０１から出射した光線は、出射部２２１方向に向かうほぼ平行な光線となり、出射部２２１側の楕円体面に入射し、楕円面に沿って反射しながら出射部２２１へ伝搬し、そのほとんどの光線が出射部２２１より外部に出射できる。
【００８７】
上記実施例においては、拡散シート２０３が設けられている例について説明したが、拡散シート２０３は着脱可能であって、図１１に示すように、拡散シート２０３がなくてもよい。この場合であっても、光の利用効率を高く維持し、光の発散を抑制しつつ、均一な輝度分布及び色度分布の光が得られる。
【００８８】
上記の実施形態では、反射部材が内部空間を有し、空間内を光が通過する場合について説明したが、反射部材が光透過性を有する材料から構成され、反射部材の内部を光が通過してもよい。この場合でも、反射部材が出射部に向かう先絞り形状であるため、反射部材の内面で光が反射し、光の利用効率を高く維持し、光の発散を抑制しつつ、均一な輝度分布及び色度分布の光が得られる。
【００８９】
内部を光が透過する場合の反射部材を構成する材料としては、ガラスまたは樹脂組成物が挙げられる。この樹脂組成物としては特に限定されないが、例えば、アクリル、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）及びスチレンなどを用いることができる。また、この場合、反射部材の表面に金属膜又は反射膜が形成されていてもよい。これにより、反射面で反射する光が全反射でない場合でも、金属膜または反射膜により、反射効率を高くすることができる。
【００９０】
なお、上記の実施形態では、ＬＥＤ光源２０１が４個である場合について説明したが、ＬＥＤ光源２０１の数は、これに限られない。また、ＬＥＤの配置もマトリクス状に限られない。
【実施例】
【００９１】
以下に本発明の照明装置について実施例によって本発明の効果を具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されない。
【００９２】
（実施例１）
図１２は、本発明に係る照明装置を示す模式断面図である。
まず、短軸が１０ｍｍ、長軸が４０ｍｍの楕円体５０６を準備した。楕円体５０６の一方には直径８．６ｍｍの入射開口部５０７、他方には直径７ｍｍの出射開口部５０８を設けた。入射開口部５０７には、ドーム型ＬＥＤ（ソウルセミコンダクター社製「Ｐ−７」）を１個配置したが、この素子はその内部にパワーＬＥＤ４個が２×２のマトリクス状に設置されている（不図示）。
【００９３】
ＬＥＤから出射された光線は、楕円体５０６の内部で反射を繰り返し、そのほとんどの光線が出射開口部５０８へ到達した。図１２では、ＬＥＤから出射された光線が楕円体５０６の内部で反射して出射開口部５０８に到達する様子が模式的に示されている。
【００９４】
上記の照明装置を用いて、光の利用効率を計算によって求めた。シミュレーションによる計算結果から、ＬＥＤから出射した光量の７６．３％が出射開口部５０８より出射したことが分かった。このとき、楕円体５０６の内面での一回の反射における反射損失は８％とした。
【００９５】
次に、上記の照明装置の光量分布のシミュレーション分析を行った。図１３（ａ）は入射開口部５０７の面内における光量分布を模式的に示す図であり、図１３（ｂ）は出射開口部５０８の面内における光量分布を模式的に示す図である。
【００９６】
図１３（ａ）に示すように、ドーム型ＬＥＤ内に設置された４個のパワーＬＥＤはそれぞれ、内側に白色発光５０９からなる有限の大きさの白色領域を有し、外周には、蛍光塗料によって波長変換された有限の大きさの黄色発光５１０からなる領域が形成されている。これに対し、図１３（ｂ）に示すように、出射開口部５０８の面内では、白色発光５０９と黄色発光５１０とが混在している。このことから、本発明に係る照明装置により、ドーム型ＬＥＤによる輝度むら及び色度むらが消失したことが分かった。
【００９７】
また、図１４は、出射開口部５０８の直径方向における光量分布を示す図である。縦軸は光量、横軸は出射開口部５０８の直径方向の位置を示している。図１４から、白色発光５０９と黄色発光５１０のいずれもが出射開口部５０８の直径方向に広がっていることが分かった。なお、図１４の５１１は、白色発光５０９と黄色発光５１０を合計した光量を示している。
【００９８】
次に、上記の照明装置の出射光の出射角特性についてシミュレーション分析を行った。図１５は、出射開口部５０８における出射角特性を示す図である。縦軸は光度、横軸は拡散角度（−９０度〜＋９０度）を示している。図１５より、ほぼ２０度の範囲内に出射光が集中していることが分かった。
【００９９】
ランベルトの法則に従って、あらゆる方向にほぼ均一に放射されていたＬＥＤからの出射光線はこの楕円体のＬＳＴ素子によって、均一な色度分布で、頂角２０°の円錐内に絞り込まれた出射光線に変換されていることになる。このため、この直後にレンズ系を設置してもほぼすべての光量を照明に活用できることになる。
【０１００】
なお、上記実施例で用いたソウルセミコン社のパワーＬＥＤ  Ｐ−７を用いて、この楕円体のＬＳＴ素子の後方１８５ｍｍに直径１００ｍｍ、焦点距離２００ｍｍのレンズを設置して、レンズの後方１０００ｍｍの地点で照明範囲直径８０ｍｍ、中心照度５５，０００ｌｘの照明領域を確認することができた。
【符号の説明】
【０１０１】
１０１    照明装置
１０２    照明装置
１０３    照明装置
１０４    照明装置
１３０    レンズ
１３３    像
２０１    ＬＥＤ光源
２０２    反射部材
２０３    拡散シート
２０４    充填媒体
２０５    金属膜
２１１    反射面
２１２    反射部材
２２１    出射部
２２２    入射部
２３２    反射部材
２５１    入射面
２５２    出射面
５０６    楕円体
５０７    入射開口部
５０８    出射開口部
５０９    白色発光
５１０    黄色発光
５１１    合計した光量
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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