(57)【要約】【課題】薄型化が可能であるとともに、従来よりも優れた集光特性を期待することが可能な照明装置を提供する。【解決手段】  複数の発光素子２２と、各発光素子２２からの出射光を導光する導光板４０と、導光板４０の上面４０２を覆う集光カバー５０とを備える照明装置１００とする。導光板４０は裏面４０１を凹入させてなり且つ導光板４０内に導光される光を集光カバー５０側に反射させる複数の凹状反射部４０３を有する。凹状反射部４０３は導光板４０の裏面４０１より、錐台部４０３０と、錐台部４０３０上に位置し、錐台部４０３０の斜面よりもテーパー角が小さい斜面を有する錐体部４０３１とで構成する。集光カバー５０は、各凹状反射部４０３と個別に光学的な対向関係を保って配置され且つ凹状反射部４０３の反射光をＺ方向に集光する複数の上レンズ部５０１、下レンズ部５０２を有する。【選択図】図８
2014154393.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の発光素子と、
前記複数の発光素子から出射した光を板内において導光する導光板と、
前記導光板の主面の少なくとも一部を覆う集光カバーとを備え、
前記導光板は、前記主面と背向する裏面の一部を凹入させ且つ前記導光板の板内に導光される光を前記集光カバー側に反射させる複数の凹状反射部を有し、
前記各凹状反射部は、前記導光板の前記裏面より前記主面に向けて、錐台部と、前記錐台部上に位置し且つ前記錐台部の斜面よりもテーパー角が小さい斜面を有する錐体部とからなり、
前記集光カバーは、前記各凹状反射部と個別に光学的な対向関係を保って配置され且つ前記各凹状反射部の反射光を前記導光板の前記主面と垂直な方向に集光する複数のレンズ部を有する
照明装置。
【請求項２】
前記錐台部は円錐台部であり、
前記錐体部は円錐部である
請求項１に記載の照明装置。
【請求項３】
前記錐体部のテーパー角をθ1、
前記錐台部のテーパー角をθ2とするとき、
４８°≦θ1≦９６°且つθ1＜θ2＜１８０°の関係が成立する
請求項１または２に記載の照明装置。
【請求項４】
基板の表面に前記複数の発光素子が実装されてなる実装基板をさらに備え、
前記各発光素子は前記基板上において環状の素子列を形成し、
前記導光板は、前記実装基板上の前記素子列に沿って配された環状部と、前記環状部の内側に前記環状部と連続して配された環内部とを有する円盤状であり、
前記凹状反射部が少なくとも前記環内部に存在している
請求項１〜３のいずれかに記載の照明装置。
【請求項５】
前記導光板と前記実装基板との間に介設された反射部材をさらに有し、
前記反射部材は前記各発光素子との対向位置に開口部を有し、
前記開口部を通じて前記発光素子の出射光が前記環状部に入射される
請求項４に記載の照明装置。
【請求項６】
前記導光板は、前記環状部の外側に前記環状部と連続して配された環状外周部をさらに有する
請求項４または５に記載の照明装置。
【請求項７】
前記集光カバーの外側に、前記導光板の前記環状外周部を覆うように配置され且つ光散乱処理が施された環状の拡散カバーをさらに有する
請求項６に記載の照明装置。
【請求項８】
前記集光カバーは前記導光板の上方に配置され、
前記各レンズ部は、少なくとも前記導光板との対向面とは背向する面に形成されている
請求項１〜７のいずれかに記載の照明装置。
【請求項９】
前記発光素子はＬＥＤである
請求項１〜８のいずれかに記載の照明装置。
【請求項１０】
前記発光素子に電力供給するための電源ユニットを有する
請求項１〜９のいずれかに記載の照明装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）等の発光素子を光源として備えるダウンライト型の照明装置に関する。本発明は特に、集光型の照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、省エネルギーの観点から、高効率・長寿命なＬＥＤ等の半導体発光素子を光源として利用した照明装置が開発されている。特に近年ではＬＥＤ発光モジュールの広い発光面積を利用したダウンライトやスポットライトが提案されている。例えば、特許文献１では、面状発光部を有するＬＥＤ発光モジュールとフレネルレンズを具備した集光型の照明装置が提案されている。図１４の断面図に特許文献１記載の照明装置８００の構成を示す。
【０００３】
照明装置８００は、筐体８０１と、筐体８０１の内部に収納された発光モジュール８０２と、光路上に配されたフレネルレンズ８０３とを備える。発光モジュール８０２は板状の基体８０２０と、基体８０２０上に実装された発光素子（ＬＥＤ）８０２１と、発光素子８０２１の前方の配された蛍光体層８０２２とを備える。照明装置８００に電力供給することにより各発光素子８０２１が点灯する。発光素子８０２１から出射された光Ｌ1、Ｌ2はフレネルレンズ８０３を透過する。光Ｌ1、Ｌ2はフレネルレンズ８０３にて平行光に調整され、外部に照射される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−１１４０２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来の集光方式の照明装置では、一定の配光角で集光するために光源からレンズまでの間に所定の長さの光路を確保することが必要である。その結果、照明装置の薄型化と狭配向とを同時に実現することは難しかった。
例えば、特許文献１記載の従来の照明装置８００では、配向性を評価するための指標のひとつである１／２ビーム角を４５°とした場合には、光源の発光部からレンズ表面までの光路長に２７ｍｍの長さが必要であった。他方、上記光路長を１０ｍｍに短縮した場合には１／２ビーム角は１００°となり、薄型と狭配向との両立に向けては、さらなる改善が必要であった。
【０００６】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであって、薄型で狭配向を実現可能な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】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明の一態様に係る照明装置は、複数の発光素子と、前記複数の発光素子から出射した光を板内において導光する導光板と、前記導光板の主面の少なくとも一部を覆う集光カバーとを備え、前記導光板は、前記主面と背向する裏面の一部を凹入させ且つ前記導光板の板内に導光される光を前記集光カバー側に反射させる複数の凹状反射部を有し、前記各凹状反射部は、前記導光板の前記裏面より前記主面に向けて、錐台部と、前記錐台部上に位置し且つ前記錐台部の斜面よりもテーパー角が小さい斜面を有する錐体部とからなり、前記集光カバーは、前記各凹状反射部と個別に光学的な対向関係を保って配置され且つ前記各凹状反射部の反射光を前記導光板の前記主面と垂直な方向に集光する複数のレンズ部を有する照明装置とする。
【０００８】
ここで本発明の別の態様では、前記錐台部は円錐台部であり、前記錐体部は円錐部である構成とすることもできる。
本発明の別の態様では、前記錐体部のテーパー角をθ1、前記錐台部のテーパー角をθ2とするとき、４８°≦θ1≦９６°且つθ1＜θ2＜１８０°の関係が成立する構成とすることもできる。
【０００９】
本発明の別の態様では、基板の表面に前記複数の発光素子が実装されてなる実装基板をさらに備え、前記各発光素子は前記基板上において環状の素子列を形成し、前記導光板は、前記実装基板上の前記素子列に沿って配された環状部と、前記環状部の内側に前記環状部と連続して配された環内部とを有する円盤状であり、前記凹状反射部が少なくとも前記環内部に存在している構成とすることもできる。
【００１０】
本発明の別の態様では、前記導光板と前記実装基板との間に介設された反射部材をさらに有し、前記反射部材は前記各発光素子との対向位置に開口部を有し、前記開口部を通じて前記発光素子の出射光が前記環状部に入射される構成とすることもできる。
本発明の別の態様では、前記導光板は、前記環状部の外側に前記環状部と連続して配された環状外周部をさらに有する構成とすることもできる。
【００１１】
本発明の別の態様では、前記集光カバーの外側に、前記導光板の前記環状外周部を覆うように配置され且つ光散乱処理が施された環状の拡散カバーをさらに有する構成とすることもできる。
本発明の別の態様では、前記集光カバーは前記導光板の上方に配置され、前記各レンズ部は、少なくとも前記導光板との対向面とは背向する面に形成されている構成とすることもできる。
【００１２】
本発明の別の態様では、前記発光素子をＬＥＤとすることもできる。
本発明の別の態様では、前記発光素子に電力供給するための電源ユニットを有する構成とすることもできる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の一態様における照明装置は、複数の発光素子と、導光板と、集光カバーとを有する。導光板の裏面に形成された凹状反射部は、錐台部と、錐台部上に配された錐体部との組み合わせで構成される。錐台部のテーパー角は錐体部のテーパー角よりも大きい。
本発明の一態様に係る照明装置では、上記構成により発光素子からレンズ部までの光路の短縮を図れる。これにより照明装置の薄型化を実現できる。
【００１４】
また、上記のような凹状反射部を用いれば、テーパー角が小さい錐体部では反射されにくい光や、錐体部で反射すると拡散しうる光を、錐台部で反射させて凹状反射部の真上に位置する集光カバーのレンズ部に入射できる。一方、錐台部の上に錐体部を設けることで凹状反射部の高さを確保できるため、凹状反射部全体で反射させる光量を維持できる。結果として、凹状反射部の真上に位置するレンズ部で集光される光量が増える。よって、凹状反射部において良好な反射特性を発揮させることにより集光特性が向上するため、狭配向の照明装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】実施の形態１に係る照明装置１００の構成及び設置例を示す、一部断面図である。
【図２】照明器具１の外観構成と内部構成を示す斜視図である。
【図３】照明器具１の正面図である。
【図４】照明器具１の内部構成を示す分解図である。
【図５】照明器具１の内部構成を示す断面斜視図である。
【図６】反射部材３０の構成を示す正面図である。
【図７】図５の領域Ａの拡大断面図である。
【図８】図５の領域Ｂの拡大断面図である。
【図９】凹状反射部４０３の具体的な構成を示す断面図である。
【図１０】（ａ）はテーパー角が比較的小さい凹状反射部４０３Ａで想定される課題を説明するための図である。（ｂ）はテーパー角が比較的大きい凹状反射部４０３Ｂで想定される課題を説明するための図である。
【図１１】凹状反射部４０３の効果を説明するための断面図である。
【図１２】実施例と各比較例の配光角度と放射強度との関係のシミュレーション結果を示す図である。
【図１３】図１２のシミュレーション結果に基づき、実施例と各比較例の配光角±１０°間の光束（ｌｍ）の強度を表したグラフである。
【図１４】従来の照明装置８００の構成を示す断面図である。
【図１５】想定される照明装置である照明装置９００の構成を示す断面図である。（ａ）は照明装置９００の全体の断面図である。（ｂ）は（ａ）の領域Ｃの拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
＜発明に至る経緯＞
図１４に示す照明装置８００では、例えば照度分布において光度が最大光度の１／２以上となる角度範囲の配光角（以下、「１／２ビーム角」と称する。）を±４５°以内に設定する場合、蛍光体層８０２２の径を６０ｍｍとすると、フレネルレンズ８０３の径は１６２ｍｍとなる。このとき、発光素子８０２１とフレネルレンズ８０３との間の光路（距離ｈ1）として、例えば２７ｍｍを確保しなければならない。これにより照明装置８００の薄型化は困難である。これに対して、例えば図１５（ａ）の断面図に示す照明装置９００の構成を想定することができる。
【００１７】
照明装置９００は、ベース９１０と、ベース９１０に配された実装基板９２０と、実装基板９２０上に配された反射部材９３０と、反射部材９３０上に配された導光板９４０とを有する。さらに照明装置９００は、導光板９４０上に配された集光カバー９５０と、集光カバー９５０の周囲を覆う透光性カバー９６０とを有する。実装基板９２０は基板表面に複数の発光素子（ＬＥＤ）９２２が実装されてなる。図１５（ａ）の領域Ｃの拡大断面図である図１５（ｂ）に示すように、導光板９４０は、反射部材９３０と対向する裏面を厚み方向に凹入してなる円錐状の凹状反射部９４１を複数有する。集光カバー９５０は、各々の凹状反射部９４１と重なる位置に微小なレンズ部９５１を複数有する。
【００１８】
このような照明装置９００では図１５（ｂ）のように、発光素子９２２から導光板９４０に入射された光Ｌ3、Ｌ4が凹状反射部９４１の斜面でレンズ部９５１側に反射される。光Ｌ3、Ｌ4は凹状反射部９４１の真上のレンズ部９５１で集光されて照明光となる。照明装置９００では導光板９４０と凹状反射部９４１とを用いてレンズ部９５１に近距離より平行光を入射できる。従って、発光素子９２２とレンズ部９５１間の距離ｈ2を比較的短くできる。これにより照明装置の薄型化を図れる。また、各凹状反射部９４１の真上に微小なレンズ部９５１を近接することで光の拡散を防止でき、良好な集光効果も期待できる。
【００１９】
照明装置９００では、光Ｌ3、Ｌ4のように、凹状反射部９４１の真上のレンズ部９５１に入射させる光量を増やすことが、優れた集光特性を得る上で重要である。従って、凹状反射部９４１に良好な反射特性を有することが求められる。この点において照明装置９００にはさらなる改善の余地がある。
そこで本発明では、複数のレンズ部を有するレンズ板と、複数の凹状反射部を有する導光板とを備える構成において、さらに凹状反射部で良好な反射特性を発揮させるものとした。これにより、薄型で狭配向な照明装置を実現するに至ったものである。
【００２０】
以下、本発明の実施の形態に係る照明装置について図面を参照しながら説明する。
＜実施の形態＞
（照明装置１００）
図１の一部断面図に示すように、照明装置１００は、照明器具１と、掛止部材３と、電源ユニット４とを備えてなる。掛止部材３は板バネであり、照明器具１の背面側にあるベース１０に取着される。電源ユニット４は照明器具１を点灯させる。電源ユニット４は配線２３において照明器具１と電気接続されている。照明装置１００は、天井等の造営材に設置する埋設型のダウンライトである。
【００２１】
図１に示す照明装置１００では、電源ユニット４が天井２に設けた貫通孔２ａを介し、天井２の裏面２ｂに載置される。貫通孔２ａにベース１０が収納されるように照明器具１が配置される。掛止部材３は貫通孔２ａの周縁に掛止される。これにより照明装置１００が天井２に設置される。
照明器具１は、外観的には図２に示すように、ベース１０と、集光カバー５０と、拡散カバー６０とで構成される。ベース１０に設けられた切欠部１６からは配線２３が外部に延出されている。図２中の点線は、照明器具１に内蔵された実装基板２０と、実装基板２０における基板２１と、発光素子２２の各位置を示す。照明器具１は、正面から見ると図３に示すように、集光カバー５０の周囲が拡散カバー６０で覆われている。照明器具１のサイズは、一例として外径約１３６ｍｍ、厚み約１８ｍｍである。
（照明器具１）
照明器具１は分解図の図４に示すように、ベース１０と、実装基板２０と、反射部材３０と、導光板４０と、集光カバー５０と、拡散カバー６０とを有する。照明器具１は全体形状が円盤状である。ベース１０と、実装基板２０と、反射部材３０と、導光板４０と、集光カバー５０と、拡散カバー６０とは、外周が円形状に形成される。
［ベース１０］
ベース１０は放熱特性に優れる材料、例えばアルミニウム等の金属材料で構成される。ベース１０は、本体部１１と、フランジ部１２とを有する。フランジ部１２には切欠部１６が存在する。
【００２２】
本体部１１は、中央側から周縁側に向けて、円盤状の内側底部１３と、内側底部１３の周縁に立設された側壁部１４と、側壁部１４の周囲に配された環状の外側底部１５とを有する。
内側底部１３には実装基板２０と反射部材３０とが順次重ねて載置される。外側底部１５には導光板４０の環状外周部４３が載置される。
【００２３】
フランジ部１２は本体部１１の周囲に立設される。ベース１０はフランジ部１２のＺ方向頂部付近において、拡散カバー６０の側壁部６２と接着剤やシール部材等を用いて接合される。
［実装基板２０］
実装基板２０は、環状の基板２１と、複数の発光素子２２と、配線２３とを有する。
【００２４】
基板２１は、例えば、セラミックス材料や熱伝導樹脂等からなる絶縁層と、アルミニウム等からなる金属層とを積層した構造を有する。基板２１の表面には発光素子２２と配線２３とを電気接続するための配線パターン（不図示）が形成される。
発光素子２２は、一例としてＬＥＤである。基板２１の反射部材３０と対向する表面に対し、発光素子２２がその主出射方向を垂直（Ｚ）方向に合わせて実装される。基板２１上で各発光素子２２は、互いに一定間隔をおいて円周状の素子列を形成する。実装基板２０では、一例として合計１８個の発光素子２２が配線パターンに対し、ＣＯＢ（Chip on Board）技術を用いてフェイスアップ実装されている。
【００２５】
尚、基板２１の表面は、発光素子２２の出射光を効率良く導光板４０側へ反射させるために光反射性を有する反射面となっている。
配線２３は、電源ユニット４側より発光素子２２に電力供給を行うために用いられる。配線２３の両端は、基板２１の配線パターンと、電源ユニット４とに電気接続されている。
［反射部材３０］
反射部材３０は板状部材であり、導光板４０からの戻り光を導光板４０側に反射する。反射部材３０は実装基板２０と導光板４０との間に挟設される。反射部材３０は、高光反射特性を有する材料、例えばポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）樹脂、ポリカーボネート（ＰＣ）樹脂、ナイロン樹脂、発泡樹脂等を用いて構成される。これらの樹脂材料で反射部材３０を射出成形することで、高精度で反射部材３０を構成できる。反射部材３０は、少なくともその表面において光反射特性を有していれば良い。
【００２６】
照明器具１の断面図（図５）と、反射部材３０の正面図（図６）と、図５の領域Ａの拡大断面図（図７）に反射部材３０の具体的構成を示す。反射部材３０は中央側から外側に向けて、内側反射部３１と、凹入部３２と、外側反射部３３とを有する。反射部材３０の外径はベース１０の側壁部１４の内径と略一致する。内側反射部３１は上面３１０において導光板４０と対向する。また外側反射部３３は上面３２０において導光板４０と対向する。
【００２７】
図５のように内側反射部３１は、実装基板２０の発光素子２２の実装位置より内側の位置に設けられる。また外側反射部３３は、実装基板２０の発光素子２２の実装位置より外側の位置に設けられる。内側反射部３１と外側反射部３３とは、導光板４０からの戻り光を再度、導光板４０側に反射させる。
凹入部３２は図５と図７とに示すように、実装基板２０の各発光素子２２の実装位置に対応する反射部材３０の領域を、厚み（Ｚ）方向に沿って実装基板２０側に凹入させてなる。
【００２８】
図７に示すように、凹入部３２の内部には、反射部材３０の厚み（Ｚ）方向を貫通する複数の開口３４が一定間隔をおいて存在する。開口３４の位置は、実装基板２０上の各発光素子２２の位置と一致する。
［導光板４０］
導光板４０は、発光素子２２から出射した光をその板内において導光する。図４のように導光板４０は、反射部材３０と集光カバー５０（拡散カバー６０）との間に介設される。これにより、導光板４０の上方から出射される光は集光カバー５０と拡散カバー６０とに入射される。導光板４０は透光性に優れる材料、例えばアクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリスチレン樹脂、ガラスのいずれか等からなる。具体的構成として、導光板４０は中央側から外側に向けて、環内部４１と、環状部４２と、環状外周部４３とを有する。一例として、導光板４０の外径は約１２８ｍｍ、板厚は約１．５ｍｍである。
【００２９】
（i）環内部４１
環内部４１は円盤状であり、環状部４２より導光板４０の板内に入射された発光素子２２の光を発光素子２２の実装位置よりも内側に導光する。環内部４１の直径は約８０ｍｍである。図５の領域Ｂの拡大断面図（図８）に示すように、環内部４１の裏面４０１には複数の凹状反射部４０３が存在する。凹状反射部４０３は裏面４０１の一部を凹入させてなり、導光板４０の板内を導光される光を上面４０２側に反射させる。凹状反射部４０３は裏面４０１側より上面４０２に向けて、錐台部４０３０と、錐台部４０３０上に位置する錐体部４０３１とを有してなる。各凹状反射部４０３の重心は、凹状反射部４０３の真上に位置する集光カバー５０の下レンズ部５０２及び上レンズ部５０１の光軸上とそれぞれ重なるように配置されている。
【００３０】
図９に凹状反射部４０３の具体的形状を示す。錐台部４０３０は、テーパー角が比較的大きい円錐台部である。錐台部４０３０の斜面に沿った仮想線Ｐ1、Ｐ2を想定するとき、仮想線Ｐ1、Ｐ2の交差角に相当する錐台部４０３０の斜面間のテーパー角（頂角）θ2を９６°とし、錐台部４０３０の斜面と裏面４０１との間の傾斜角を４２°としている。
錐体部４０３１はテーパー角が錐台部４０３０の斜面よりも小さい円錐体部である。錐体部４０３１は錐台部４０３０の上面と同一径の底面を有する。錐体部４０３１の斜面に沿った仮想線Ｐ3、Ｐ4を想定するとき、仮想線Ｐ3、Ｐ4の交差角に相当する錐体部４０３１の斜面間のテーパー角（頂角）θ1を６０°とし、錐体部４０３１の斜面と裏面４０１との間の傾斜角を６０°としている。
【００３１】
凹状反射部４０３は環内部４１において多数（ここでは合計４９１個）にわたり、環内部４１の中心から周囲に向かって同心円状に形成されている。一例として、環内部４１の直径方向に沿った凹状反射部４０３のピッチは約３ｍｍである。凹状反射部４０３のピッチとしては、導光板４０の板厚の１．５〜２．５倍程度が好適である。また一例として、凹状反射部４０３のＺ方向高さは０．４ｍｍ以上１．０ｍｍ以下である
尚、凹状反射部４０３の形状は以下の条件を目安に設計できる。図９に示すように、錐体部４０３１の斜面に沿った仮想線Ｐ5、Ｐ6を裏面４０１に接触させる。裏面４０１上において仮想線Ｐ5、Ｐ6により示される錐体部４０３１の仮想的な半径をｒ1とし、錐台部４０３０の半径をｒ2とする。ここで凹状反射部４０３の形状は、ｒ2／ｒ1が１．１以上１．３以下の範囲となる形状とすることができる。角度θ1を小さく（或いは角度θ2を大きく）すれば、裏面４０１からの錐体部４０３１の高さｈ3に対する錐台部４０３０の高さｈ4を一定の範囲で高くすることができる。
【００３２】
尚、錐体部４０３１の頂角θ1は、少なくとも導光板４０の材料の屈折率を考慮した値とする。一例として導光板４０をアクリル材料（屈折率ｎ＝１．４９）で構成する場合、スネルの式によれば、凹状反射部４０３で反射可能な光の入射角の最小角度は４２°である。そのため、錐体部４０３１の頂角θ1が９６°よりも大きい場合、錐体部４０３１で反射した反射光が導光板４０の上面４０２で正反射されるおそれがある。また、頂角θ1が４８°よりも小さい場合、錐体部４０３１で反射した反射光の角度は導光板４０の上面４０２の法線方向に対して対称な角度となり、それ以上、頂角θ1を鋭角にしても集光効率の向上は見込めない。従って、導光板４０をアクリル材料で構成する場合、錐体部４０３１の頂角θ1は４８°≦θ1≦９６°の範囲とするのが望ましい。これに伴い、錐台部４０３０の頂角θ2はθ1＜θ2＜１８０°の範囲とするのが望ましい。
【００３３】
凹状反射部４０３のサイズを大きくすると、表面積の増加により凹状反射部４０３で反射される光量が増大するが、それに伴い１／２ビーム角が大きくなり、また凹状反射部４０３のサイズが大き過ぎると、拡散光の量も増加する。凹状反射部４０３の真上の下レンズ部５０２及び上レンズ部５０１に光を適切に入射させるために、凹状反射部４０３のサイズは少なくとも真上に位置する上レンズ部５０１の直径を超えない程度にすべきである。
【００３４】
尚、環内部４１の上面４０２と集光カバー５０の裏面とには、互いに嵌合可能な微小サイズの凸部と凹部（不図示）とが同順に設けられる。凸部と凹部とは、例えば集光カバー５０の中心Ｏの付近において、互いに約１２０°ずつ円周角が異なる３か所の位置に対応して設けられる。これにより導光板４０と集光カバー５０との位置合わせを精密に行うことができる。
【００３５】
（ii）環状部４２
環状部４２は、発光素子２２の出射光を導光板４０側に導光する入光部である。図４に示すように環状部４２は、反射部材３０の凹入部３２と重ねて配置される。これにより環状部４２は、実装基板２０上の各発光素子２２の実装位置に亘るように形成される。
具体的な構成として環状部４２は、図７に示すように、素子対向部４２０と、内側傾斜部４２１Ａと、外側傾斜部４２１Ｂとを有してなる。環状部４２は全体として略Ｖ字断面形状を有する。
【００３６】
素子対向部４２０は、発光素子２２と近接配置される。素子対向部４２０の表面は一例として平坦面である。
内側傾斜部４２１Ａと外側傾斜部４２１Ｂは、素子対向部４２０より遠ざかるにつれて滑らかに傾斜角度が漸増する断面形状を有する。内側傾斜部４２１Ａは環内部４１と連続している。外側傾斜部４２１Ｂは環状外周部４３と連続している。内側傾斜部４２１Ａと外側傾斜部４２１Ｂとは、垂直（Ｚ）方向に対して互いに逆方向に傾斜する。これにより内側傾斜部４２１Ａと外側傾斜部４２１Ｂは、素子対向部４２０より直上（Ｚ）方向に沿って入射した入射光をその内部で同順に環内部４１と環状外周部４３とに効率よく導光させる。
【００３７】
尚、照明器具１では意匠上の理由により、内側傾斜部４２１ＡのＺ方向高さを外側傾斜部４２１ＢのＺ方向高さより高くしている。内側傾斜部４２１Ａと外側傾斜部４２１ＢのＺ方向高さを揃えることで、照明器具１をさらに薄型化することが可能である。
（iii）環状外周部４３
環状外周部４３は、環状部４２より導光板４０の内部に入射された発光素子２２の光を、発光素子２２の実装位置よりも外側に導光する。
【００３８】
図７に示すように、環状外周部４３の裏面４３０には、Ｚ方向に向けて複数の凹状反射部４０４が存在している。凹状反射部４０４は頂角が４２°の円錐体状の凹陥部であり、Ｚ方向高さは凹状反射部４０３と同一である。
［集光カバー５０］
集光カバー５０は、導光板４０からの出射光を集光して前方に出射させる。集光カバー５０は導光板４０の少なくとも一部を覆うように配される。図８に示すように、集光カバ−５０は、ベース部５００と、上レンズ部５０１と、下レンズ部５０２とを有する。
【００３９】
ベース部５００は、ＸＹ平面に沿った主面を有する板状部である。集光カバー５０において、ベース部５００は上レンズ部５０１と下レンズ部５０２とを目的の位置に配置する部材である。ベース部５００の裏面は導光板４０の主面（上面４０２）と対向配置され、且つ、表面に下レンズ部５０２が形成される。ベース部５００の主面には上レンズ部５０１が形成される。
【００４０】
上レンズ部５０１は微小な非球面レンズであり、ベース部５００の上面により上方（Ｚ方向）に膨出して形成される。ここで図８に示すように、上レンズ部５０１の光軸に沿った集光カバー５０の下方向の任意の位置Ａから上レンズ部５０１の表面までの上レンズ部５０１の半径をｒ3、任意の位置Ａから上レンズ部５０１の頂部までの高さをｔ1とする。さらに導光板４０の屈折率をｎ、上レンズ部５０１の高さ（Ｚ）方向と半径ｒ3との間の角度をθ3とする。このとき上レンズ部５０１の形状は、以下の関係式１が成立する形状とすることができる。
【００４１】
（関係式１）
ｒ3＝（ｎ−１）×ｔ1／（ｎ−ｃｏｓθ3）
また、下レンズ部５０２の光軸に沿った集光カバー５０の下方向の任意の位置Ｂから下レンズ部５０２の表面までの下レンズ部５０２の半径をｒ4、任意の位置Ｂから下レンズ部５０２の頂部までの高さをｔ2とする。さらに導光板４０の屈折率をｎ、下レンズ部５０２の高さ（Ｚ）方向と半径ｒ4との間の角度をθ4とする。このとき下レンズ部５０２の形状は、以下の関係式２が成立する形状とすることができる。
【００４２】
（関係式２）
ｒ4＝（ｎ−１）×ｔ2×ｃｏｓθ4／（（ｎ×ｃｏｓ−１）×√ｎ2−ｓｉｎ2θ4）
図３に示すように、上レンズ部５０１は多数（ここでは４９１個）にわたり、集光カバー５０の中央点Ｏから周縁に向けて同心円状に密集して形成される。
下レンズ部５０２は上レンズ部５０１よりも曲率の大きな凸レンズであり、ベース部５００の裏面に対し、下方（逆Ｚ方向）に膨出して形成される。集光カバー５０は、導光板４０の凹状反射部４０３の各々と個別に光学的な対向関係を保って配置されるように、上レンズ部５０１と下レンズ部５０２とを有する。具体的には図８のように、下レンズ部５０２は、ベース部５００を挟んで上レンズ部５０１と個別に対応する位置に配置される。Ｚ方向で対応する位置の上レンズ部５０１と下レンズ部５０２とは、ベース部５００とともに一体的に射出成形されている。
【００４３】
集光カバー５０は透光性に優れる材料、例えばシリコーン樹脂、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ガラス等を用いて構成される。照明器具１において、集光カバー５０は導光板４０と接するように配される。
一例として、ベース部５００の板厚は０．５ｍｍ、Ｚ方向に沿った上レンズ部５０１と下レンズ部５０２の合計高さは２．５ｍｍである。
【００４４】
尚、発明者らの検討によれば、集光カバー５０と導光板４０とを接するように配置し、集光カバー５０と導光板４０との距離を０ｍｍとすることが望ましい。この構成によれば、上レンズ部５０１と下レンズ部５０２のレンズ形状を調整することで、１／２ビーム角を１０°以下１００°以上の範囲で制御できる。
［拡散カバー６０］
拡散カバー６０は、導光板４０の環状外周部４３からの出射光を散乱光とする。拡散カバー６０は透光性材料、例えばシリコーン樹脂、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ガラス等を用いて構成される。
【００４５】
具体的構成としては図３と図４とに示すように、拡散カバー６０は本体部６１と、側壁部６２とを有する。
本体部６１は円環状であり、光散乱処理が施されて導光板４０からの出射光を効率よく散乱する。光散乱処理としては、例えば導光板４０と対向する本体部６１の表面を微細に凹凸処理する。本体部６１は導光板４０の環状外周部４３を覆うように配される。本体部６１の中央に存在する開口６３からは、集光カバー５０の上レンズ部５０１が外部露出される。開口６３の直径は、一例として約８０ｍｍである。
【００４６】
側壁部６２は本体部６１の周縁に配される。側壁部６２はベース１０のフランジ部１２と接合される。
（照明装置１００の基本動作）
以上の構成を有する照明装置１００に電源投入すると、商業用電源に接続された電源ユニット４から配線２３を介して各発光素子２２に電力供給がなされる。これにより各発光素子２２が駆動される。各発光素子２２で生じた出射光は、反射部材３０の各開口３４を介して環状部４２より導光板４０に入射する。入射光は導光板４０の板内で正反射を繰り返し、環内部４１と環状外周部４３の両方に導光される。導光板４０より下方に漏れ出た戻り光は反射部材３０の上面３１０、３２０において反射され、導光板４０に再度入射される。
【００４７】
導光板４０の環内部４１に導光された発光素子２２の出射光は、凹状反射部４０３において真上（Ｚ）方向またはその近傍方向に反射され、各凹状反射部４０３の真上に位置する下レンズ部５０２と上レンズ部５０１とに順次入射される。入射光は下レンズ部５０２と上レンズ部５０１で集光される。集光された光は距離約２０００ｍｍ先にある照射面において、配光角±約５°以内に照度ピークを有する狭配向の照明光となる。
【００４８】
一方、導光板４０の環状外周部４３に導光された発光素子２２の出射光は、凹状反射部４０４において厚み（Ｚ）方向またはその近傍方向に反射される。その後、出射光は上方の拡散カバー６０に入射される。入射光は光散乱処理された本体部６１で拡散され、外部に出射される。
（照明装置１００で奏される効果）
照明装置１００では、主として以下の諸効果を期待できる。
【００４９】
［１］錐台部４０３０と錐体部４０３１とによる効果
図１０（ａ）に、テーパー角が比較的小さい円錐体状の凹状反射部４０３Ａを有する導光板４０Ａの断面を示す。この場合、導光板４０Ａの板内を導光される光が側方から凹状反射部４０３Ａに当たると、凹状反射部４０３Ａへの入射角が小さいために凹状反射部４０３Ａを突き抜ける光Ｌ5が発生しうる。また同様に、凹状反射部４０３Ａへの入射角が小さいために、凹状反射部４０３Ａより周囲に拡散する光Ｌ6が発生しうる。
【００５０】
次に図１０（ｂ）に、テーパー角が比較的大きい円錐体状の凹状反射部４０３Ｂを有する導光板４０Ｂの断面を示す。図１０（ｂ）中の４０１Ｂと４０２Ｂは同順に導光板４０Ｂの裏面と上面である。この場合、上レンズ部５０１と凹状反射部４０３Ｂのサイズの制約等により、導光板４０Ｂの厚み（Ｚ）方向における凹状反射部４０３Ｂの高さは低くなる。従って、導光板４０Ｂの板内を導光される光が凹状反射部４０３Ｂに反射されにくくなり、凹状反射部４０３Ｂで反射されない光Ｌ7が発生しうる。また、凹状反射部４０３Ｂへの入射角が大きいために、導光板４０Ｂの上面４０２Ｂへの入射角が大きすぎ、正反射して戻り光となる光Ｌ8が発生しうる。
【００５１】
これらの問題に対し、凹状反射部４０３を用いることで奏される効果を図１１に示す。錐台部４０３０はテーパー角が比較大きい。このため図１０（ａ）に示したＬ5やＬ6のように進行する光を錐台部４０３０で反射した場合、図１１の光Ｌ9、Ｌ10のように真上方向またはその近傍方向に向けて反射することができる。このような光Ｌ9、Ｌ10は、凹状反射部４０３の真上に位置する下レンズ部５０２と上レンズ部５０１とに順次入射できる。
【００５２】
さらに、錐台部４０３０の上に錐体部４０３１を設けることで、凹状反射部４０３のＺ方向高さを確保できる。このため図１０（ｂ）に示したＬ7やＬ8のように進行する光を、錐体部４０３１において良好に反射することができる。このような反射光は図１１に示すように、真上方向またはその近傍方向に向かう光Ｌ11、Ｌ12となる。錐体部４０３１を用いることで、凹状反射部４０３の全体で反射させる光量を維持できる。
【００５３】
［２］錐台部４０３０と錐体部４０３１での連続反射による効果
凹状反射部４０３では、図１１に示す光Ｌ13のように、錐台部４０３０において一度反射させた光を錐体部４０３１において再度反射させることができる。このように錐台部４０３０と錐体部４０３１とで連続的に反射された光Ｌ13は、真上（Ｚ）方向に近い方向に反射でき、凹状反射部４０３の真上の下レンズ部５０２と上レンズ部５０１とに効率よく入射できる。従って光Ｌ13を、優れた集光特性を得るための有利な光として利用できる。
【００５４】
［３］錐台部４０３０と錐体部４０３１の各テーパー角の設定による効果
導光板４０において、凹状反射部４０３で反射された光が導光板４０の上面４０２に当たる際の入射角は、少なくとも錐体部４０３１のテーパー角の半分以下の角度（錐体部４０３１のテーパー角θ1が６０°の場合は３０°以下）となる。このように上面４０２への光の入射角を十分に小さくすることで、図１０（ｂ）の光Ｌ8のように、導光板４０の上面４０２で正反射されて戻り光となるのを防止できる。このように、錐台部４０３０と錐体部４０３１のテーパー角θ1、θ2を適切に設定することで、凹状反射部４０３の真上に位置する下レンズ部５０２と上レンズ部５０１に対して光を入射し易くすることができる。
【００５５】
以上の各諸効果を奏することにより、照明装置１００では、凹状反射部４０３の真上の下レンズ部５０２と上レンズ部５０１とで順次集光する光量が豊富となり、配光角０°付近に集中する狭配向の照度分布を実現できる。よって、優れた集光特性を期待することが可能な照明装置１００を提供することができる。
尚、凹状反射部４０３のサイズにより、配光特性を制御できる。例えば、導光板４０の環内部４１の厚みを１．５ｍｍ、集光カバー５０のレンズ部の厚みを２．５ｍｍとし、図９におけるｒ2／ｒ1を１．２、テーパー角θ1を６０°、テーパー角θ2を９６°、ｒ2を０．４５ｍｍ、上記関係式１におけるｔ1を３．９ｍｍ、上記関係式２におけるｔ2を８０ｍｍとするとき、１／２ビーム角は約２０°となる。また、ｒ2の値を大きくすると、それにほぼ比例して１／２ビーム角を広くすることができる。
[４]薄型化についての効果
照明装置１００では照明装置９００と同様に、凹状反射部４０３を備える導光板４０と集光カバー５０とを用いて、対応する上レンズ部５０１と下レンズ部５０２とに、近距離より平行光を入射できる。これによりＺ方向に沿った発光素子２２と集光カバー５０との距離を比較的短くできるため、照明装置１００の薄型化を図ることができる。
（性能確認）
照明装置１００の性能を確認するため、配光角度と放射強度との関係についてシミュレーション計算を行った。
【００５６】
実施例として照明装置１００を用い、比較例として凹状反射部が単一の円錐体からなる以外は実施例と同一構成の照明装置を用いた。実施例の凹状反射部は図９（ａ）に示した錐台部と錐体部からなる構造とし、錐体部の傾斜角を６０°、錐台部の傾斜角を４２°とした。比較例の凹状反射部は円錐体状とし、傾斜角を４４°、４８°、５２°、５６°、６０°のそれぞれに設定した複数の比較例を用意した。各比較例の凹状反射部の底面の直径と、実施例の凹状反射部の錐台部の直径とは同一に合わせた。実施例と各比較例では導光板の厚みを１．５ｍｍ、各凹状反射部の高さを０．７ｍｍとした。照射面の位置は無限遠の位置に設定した。
【００５７】
図１２は、実施例と各比較例の配光角度と放射強度との関係のシミュレーション結果を示す図である。図１３は、図１２のシミュレーション結果に基づき、実施例と各比較例の配光角±１０°間の光束（ｌｍ）の強度を表したグラフである。
図１２を見ると、配光角が±５〜±１０°の範囲において、比較例では傾斜角が５２°のときに放射強度が最も高くなった。また、比較例では傾斜角が５２°より小さいと配光角０°付近の放射強度が落ち込み、傾斜角が５２°より大きいと放射強度が高くなる傾向が見られた。図１２と図１３とに示すように、配光角が±１０°の間において、比較例では傾斜角が５２°のときの光束が最大となった。
【００５８】
これに対して実施例では、図１３に示すように、配光角が±５〜±１０°の範囲において、各比較例のいずれに対しても高い放射強度を有することが分かった。実施例は図１２及び図１３に示す結果より、各比較例よりも良好な集光特性を有していることを確認できた。この実施例の結果が得られた理由として、凹状反射部４０３を錐台部４０３０と錐体部４０３１の組み合わせで構成したことで、集光カバー５０で奏される集光特性が向上したことが考えられる。
＜その他の事項＞
本発明に係る照明装置は、埋設型のシーリングライトに限定されない。例えば造営材の表面に設置されるシーリングライトであってもよい。また、ダウンライト、バックライトなど、照明用途の全般に広く利用可能である。
【００５９】
本発明において、掛止部材３は必須ではない。照明器具１はネジ止めやリベット、接着等を用いて造営材に固定してもよい。
照明装置１００では、電源ユニット４と照明器具１とを別個の構成としたが、本発明はこの構造に限定されない。すなわち本発明の照明装置は、照明器具１が電源ユニット４を内蔵してなる構成としてもよい。
【００６０】
本発明に係る発光素子は、例えば、ＬＤ（レーザダイオード）や、ＥＬ素子（エレクトリックルミネッセンス素子）であっても良い。また本発明に係る発光素子としては、ＳＭＤ（Surface Mount Device）型でもよい。
また本発明に係る照明装置では、導光板の環状外周部と拡散カバーは必須ではない。従って、導光板の環状外周部と拡散カバーとを省略することもできる。
【００６１】
上記実施の形態では、反射部材３０を一体型として構成した。しかしながら本発明では、隣接する開口３４同士を互いに連通させてもよい。この場合、反射部材３０は内側反射部３１と外側反射部３３の２部材で構成することができる。
上記各実施の形態では、実装基板２０の上方に設ける板状部材として反射部材３０を例示した。しかしながら本発明では板状部材の構成を反射部材に限定しない。すなわち、板状部材を反射性を有さない構成とすることもできる。
【００６２】
上記各実施の形態では照明器具１を円盤状としているが、照明器具１はこの形状に限定されない。例えば長尺状の基板本体に複数の発光素子を配列させて実装基板２０を構成してもよい。この場合、ベース１０、反射部材３０、導光板４０、集光カバー５０、拡散カバー６０をそれぞれ実装基板２０と同様に長尺状に構成する。これにより照明器具１を長尺状とすることもできる。
【００６３】
導光板４０において、凹状反射部４０３は少なくとも上レンズ部５０１及び下レンズ部５０２の配設位置に合わせて設ければよい。
また、凹状反射部４０４は必須の構成ではないので、設けなくてもよい。さらに凹状反射部４０４は、凹状反射部４０３と同一の構成としてもよい。
集光カバー５０において、下レンズ部５０２は省略してもよい。すなわち、集光カバー５０に設けるレンズ部は、少なくとも導光板４０との対向面と背向する面上に形成されていればよい。しかしながら、集光カバー５０と導光板４０とが過度に密着すると、導光板４０の上面４０２で光の正反射が増えることがある。従って、戻り光の増加を防止するために、集光カバー５０に下レンズ部５０２を設けることが好適である。
【００６４】
凹状反射部４０３における錐台部４０３０と錐体部４０３１の形状は、それぞれ数学的に厳密な形状に限定されない。実際の製造時における誤差バラつきを含んだ形状であってもよい。例えば、錐台部４０３０と錐体部４０３１の少なくとも一方が、曲面状の斜面を有する形状であってもよい。
図９に示す凹状反射部４０３では、錐台部４０３０の上面の直径と錐体部４０３１の底面の周縁の直径とが同一の構成とした。しかしながら本発明はこれに限定されない。例えば錐台部の上面の直径が錐体部４０３１の底面の直径よりも大きく、錐台部４０３０と錐体部４０３１との間に段差が存在していてもよい。
【符号の説明】
【００６５】
１    照明器具
２    天井
４    電源ユニット
１０    ベース
２０    実装基板
２１    基板
２２    発光素子
３０    反射部材
３１    内側反射部
３２    凹入部
３３    外側反射部
３４    開口
４０、４０Ａ、４０Ｂ、９４０    導光板
４１    内側導光部
４２    環状部
４３    外側導光部
５０    集光カバー
６０    拡散カバー
１００    照明装置
４０１、４０１Ｂ    裏面
４０２、４０２Ｂ    上面
４０３、４０３Ａ、４０３Ｂ、４０４    凹状反射部
５００    ベース部
５０１    上レンズ部
５０２    下レンズ部
４０３０    錐台部
４０３１    錐体部
【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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