(57)【要約】      （修正有）【課題】平面状の発光面を光源とする場合に、境界における明暗の明確なスポットライトを生成するスポットライト装置を提供する。【解決手段】スポットライト装置１は発光面２とレンズ３とを備え、レンズ３は、発光面２に対向した入射面４側に凹所９を有し、出射面５側には、光軸１８から距離ｐ・Ｒ（ただし、Ｒはレンズ３の半径、０＜ｐ＜１）の境界線より内側の中心部分と外側の周辺部分とを有し、中心部分は、発光面２から入射した光に対するコリメータレンズとして機能する輪郭を有し、周辺部分は、入射面４側に発光面２から入射した光が周面６において全反射してから出射面５側からコリメート光２０を出射するように形成された輪郭を有する。入射面４側における中心部分と周辺部分との境界へ発光面２の中心から向かう光の傾斜角度αに対し、ｐの範囲が次式で規定される。2014022077.tif 000015【選択図】図１
2014022077.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
平面状の発光面より光を出射する発光素子と、
光軸を前記発光面の光軸に揃えて配置され、入射面側に前記発光面からの出射光の全方向を覆う凹所を有するレンズとを備え、
前記レンズは、出射面側における光軸から距離ｐ・Ｒ（ただし、Ｒはレンズの半径、ｐは０＜ｐ＜１の係数）の境界線に対して内側の中心部分と外側の周辺部分とを有し、
前記中心部分は、前記発光面から入射した光に対するコリメータレンズとして機能する輪郭を有し、
前記周辺部分は、前記発光面から前記入射面側に入射した光が前記レンズの周面において全反射してから出射面側より光軸に対して平行に出射するように形成された輪郭を有し、
前記発光面の中心から前記レンズの入射面側における前記中心部分と前記周辺部分との境界に向かう光の光軸に対する角度αに対し、ｐの範囲が、
【数１】
2014022077.tif 000014
で規定されることを特徴とするスポットライト装置。
【請求項２】
請求項１記載のスポットライト装置において、
前記発光面は正方形又は円形であることを特徴とするスポットライト装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体チップ等の発光素子からの出射光を使用してスポットライトを照射するスポットライト装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１は、半導体チップの微小発光面からの出射光より所定径のコリメート光を生成するレンズを開示する。図８は特許文献１のレンズによるコリメート光の生成についての説明図である。特許文献１では、半導体チップの微小発光面を、該微小発光面の中心の点光源に置き換えて、レンズ構造を解析しているので、それに倣って図８の説明を行う。
【０００３】
図８において、レンズ１００は、その光軸を半導体チップの微小発光面の光軸に一致させるとともに、レンズ１００の点光源１２６側の端（図８における下端）を点光源１２６に一致させて、配置される。レンズ１００は、出射光が入射する側の入射面１０１と、光軸方向に入射面１０１と対峙する出射面１０２と、周面１０３とを有する。
【０００４】
入射面１０１は、半径方向に内側から外側へ順番に中心凸面部１０８、中間凸面部１０９及び周辺凸面部１１０を有している。中心凸面部１０８、中間凸面部１０９及び周辺凸面部１１０により凹所１１１が画成され、点光源１２６の方に開口している。出射面１０２は、凸面の中心部１２１及び円錐側面の周辺部１２２を有している。
【０００５】
点光源１２６からの出射光は、中心凸面部１０８、中間凸面部１０９又は周辺凸面部１１０に入射する。点光源１２６からの光の発散角は、光軸（＝法線）に対する交差角として定義される。点光源１２６から中心凸面部１０８に向かう出射光の発散角範囲は、点光源１２６から中間凸面部１０９に向かう出射光の発散角範囲より小さい数値範囲となり、点光源１２６から中間凸面部１０９に向かう出射光の発散角範囲は、点光源１２６から周辺凸面部１１０に向かう出射光の発散角範囲より小さい数値範囲となる。
【０００６】
なお、光は、屈折率の異なる材料内へ進入する際に、材料の境界面において両側の材料の屈折率の比に応じた屈折率で屈折するので、図８の光線もレンズ１００への入射点及びレンズ１００からの出射点において屈折して作図されている。
【０００７】
点光源１２６からの出射光の内、中心凸面部１０８に入射した光の全部は、出射面１０２の中心部１２１の方へ進行して、中心部１２１から光軸に対して平行な方向に出射される。これらの光は、図８において中心コリメート光１２８として示されている。
【０００８】
点光源１２６からの出射光の内、中間凸面部１０９に入射した光の全部は、周辺部１２２の方へ進行し、周辺部１２２の内面において全反射し、次に、周面１０３の出射面１０２側の端部の方へ進行し、周面１０３の出射面１０２側の端部で全反射し、次に、周辺部１２２の外周範囲の方へ進行し、周辺部１２２の外周範囲から光軸に対して平行な方向に出射される。これらの光は、図８において周辺コリメート光１３０として示されている。
【０００９】
点光源１２６からの出射光の内、周辺凸面部１１０に入射した光の全部は、周面１０３の点光源１２６側の範囲の方へ進行し、周面１０３の点光源１２６側の範囲の内面で全反射し、次に、周辺部１２２の内周範囲の方へ進行し、周辺部１２２の内周範囲から光軸に対して平行な方向に出射される。これらの光は、図８において中間コリメート光１２９として示されている。
【００１０】
図９は、図８の出射面１０２からの出射光の照射パターンを示している。なお、図９及び後述の図５、図６及び図７の各照射パターンでは、コントラストは、各図ごとの最大光度値にて正規化して表示している。
【００１１】
図９において（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）はそれぞれ図８の中心コリメート光１２８、中間コリメート光１２９及び周辺コリメート光１３０単独の照射パターンを示し、（ｄ）は、図８の中心コリメート光１２８、中間コリメート光１２９及び周辺コリメート光１３０を合成した照射パターンを示している。点光源１２６に置き換えている半導体チップの発光面は、一辺がＬの正方形を想定しており、図９（ａ）及び（ｃ）の照射パターンでは、正方形の輪郭が現れている。図９（ｂ）の照射パターンでは、中間コリメート光１２９によるものであるので、発光面の内外周が図９（ｂ）の照射パターンでは外内周に逆転し、図９（ｂ）の照射パターンは円形の輪郭となる。
【００１２】
図１０は、図８の出射面１０２からの出射光の配光特性を示している。図１０において（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）は、それぞれ図８の中心コリメート光１２８、中間コリメート光１２９及び周辺コリメート光１３０単独の配光特性を示し、（ｄ）は、図８の中心コリメート光１２８、中間コリメート光１２９及び周辺コリメート光１３０の全部を合計した配光特性を示している。
【００１３】
図１０において、角度とは、出射面１０２から光軸方向に所定の距離Ｄ離れた箇所に光軸に対して直角に立てたスクリーン（例：後述の図２の仮想スクリーン２１）上の各位置と出射面１０２の中心とを結ぶ線分が光軸に対して傾斜する角度と定義している。角度＝０は、該スクリーンにおいて該スクリーンが光軸と交わる位置となる。また、縦軸の光度は、レンズ１００全体からの出射光による該スクリーン上の角度＝０°の位置の光度を１００％に定義した百分率で示す。
【００１４】
図１０の配光特性は、光源が点光源１２６でなく、一辺がＬの正方形であるものとして計算したものとなっている。すなわち、発光面の中心からの出射光は、出射面１０２から完全なコリメート光として出射されるが、発光面の中心以外の部位からの出射光は、出射面１０２から出射される際に、完全なコリメート光とならず、所定の発散角で出射されるので、これに伴い、図１０（ｂ）及び（ｃ）の配光特性は、フラットにならず、（ｂ）のような釣鐘状又は（ｃ）のようなフラット部の両側に長い裾野が現れる形状となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００４／００７０８５５号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
特許文献１のレンズによれば、図１０（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）の半値（ピーク値の半分の値）を両端とする角度範囲は、それぞれ５．６８°（±２．８４°に相当）、２．９５°（±１．４７５°に相当）及び２．９７°（±１．４８５°に相当）となる。この結果、図１０（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）を合計した図１０（ｄ）の配光パターンも明暗の境界が不明瞭なものになる。
【００１７】
本発明の目的は、平面状の発光面を光源とする場合に、境界における明暗の明確なスポットライトを照射点に生成することができるスポットライト装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
第１発明のスポットライト装置は、平面状の発光面より光を出射する発光素子と、光軸を前記発光面の光軸に揃えて配置され、入射面側に前記発光面からの出射光の全方向を覆う凹所を有するレンズとを備え、前記レンズは、出射面側における光軸から距離ｐ・Ｒ（ただし、Ｒはレンズの半径、ｐは０＜ｐ＜１の係数）の境界線に対して内側の中心部分と外側の周辺部分とを有し、前記中心部分は、前記発光面から入射した光に対するコリメータレンズとして機能する輪郭を有し、前記周辺部分は、前記発光面から前記入射面側に入射した光が前記レンズの周面において全反射してから出射面側より光軸に対して平行に出射するように形成された輪郭を有し、前記発光面の中心から前記レンズの入射面側における前記中心部分と前記周辺部分との境界に向かう光の光軸に対する角度αに対し、ｐの範囲が、
【数１】
2014022077.tif 000003
で規定されることを特徴とする。
【００１９】
第１発明によれば、係数ｐを角度αに応じて上記範囲に規定することにより、レンズの中心部分からの出射光の広がり角とレンズの周辺部分からの出射光の広がり角とが、ほぼ同一になる。この結果、レンズの中心部分からのコリメート光による照射領域と、レンズの周辺部分からのコリメート光による照射領域とは、照射点においてほぼ同一の広さとされるので、境界における明暗が明確となるスポットライトを照射点に生成することができる。
【００２０】
第２発明のスポットライト装置は、第１発明において、前記発光面は正方形又は円形であることを特徴とする。
【００２１】
レンズの中心部分からのコリメート光による照射領域の輪郭は発光面の輪郭となるのに対し、レンズの周辺部分からのコリメート光による照射領域の輪郭は円となる。第２発明によれば、発光面を円又は正方形とすることにより、レンズの中心部分からのコリメート光によるスポットライトの境界線と、レンズの周辺部分からのコリメート光によるスポットライトの境界線とのずれを抑制して、境界における明暗が明確であるスポットライトを生成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】（ａ）はスポットライト装置の縦断面図、（ｂ）はスポットライト装置における各光線の進路を示す図。
【図２】レンズの中心部及び周辺部からそれぞれ出射されるコリメート光が仮想スクリーン上に生成するスポットライトを示す図。
【図３】図２の各スポットライトの寸法を定義する図。
【図４】レンズの中心部及び周辺部がそれぞれ生成するスポットライトの大小関係がレンズの半径に対するレンズ中心部の寸法の比率に応じて変化することについての説明図。
【図５】図４のｐ＝ｐ３におけるスポットライトの配光特性を示す図。
【図６】図４のｐ＝ｐ５におけるスポットライトの配光特性を示す図。
【図７】光源の発光面が円形であるときの図４のｐ＝ｐ５におけるスポットライトの配光特性を示す図。
【図８】従来技術のレンズによるコリメート光の生成についての説明図。
【図９】図８のレンズにおいて出射面の各範囲からの出射光によるスポットライトを示す図。
【図１０】図８のレンズにおけるスポットライトの配光特性を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
図１（ａ）において、スポットライト装置１は、光軸を揃えて配置される、すなわち光軸１８を共通の光軸とする発光面２とレンズ３とを備えている。発光面２は、一辺がＬの正方形であり、発光素子としてのＬＥＤ（発光ダイオード）等の半導体チップの表面に形成される。光軸１８は、発光面２に対して直角でかつ発光面２の中心を通る。レンズ３は、光軸１８を回転軸線とする回転体の形状を有している。
【００２４】
レンズ３は、入射面４、出射面５及び周面６により形状輪郭を画成される。入射面４及び出射面５は、光軸１８の方向にそれぞれ発光面２側及びその反対側の位置関係になっている。
【００２５】
入射面４は、発光面２側において、発光面２からの出射光の全方向を覆う凹所９を形成される。凹所９は、レンズ３の半径方向に、内側範囲の凹面部１０と外側範囲の凸面部１１とを備え、凹面部１０及び凸面部１１は、それぞれ凹所９の底面及び側面を形成する。凹所９の発光面２側の端、すなわち凸面部１１の発光面２側の端は、光軸１８の方向に発光面２と同一位置に設定され、この結果、凹所９は、発光面２からの出射光の全方向を覆って、発光面２からの出射光の全部をレンズ３に取り込む。
【００２６】
図１（ａ）において、発光面２の各箇所からの出射光は、発散角（光軸１８に対する出射角度でもある。）が−π／２からπ／２までの範囲となる。したがって、発光面２からの出射光はすべて入射面４に入射して、レンズ３内に取り込まれる。
【００２７】
出射面５は、レンズ３の半径方向に、内側範囲の凸面部１４と外側範囲の断面輪郭がほぼ円錐側面状の傾斜面部１５とを備えている。傾斜面部１５の外周の半径をＲとすると、傾斜面部１５の内周の半径（＝凸面部１４の半径）としての内側範囲の凸面部１４と外側範囲の傾斜面部１５との境界線はｐ・Ｒである。ただし、係数ｐは０＜ｐ＜１の範囲とする。
【００２８】
図１（ａ）において、αは、発光面２の中心から凹面部１０と凸面部１１との境界へ向かう出射光の発散角を示している。発散角＜αで発光面２から出射する光は、凹面部１０に入射して、レンズ３内を通過し、凸面部１４から出射するように、コリメータレンズとして機能するレンズ３の中心部分を通過して、中心部コリメート光１９を生成する。発散角≧αで発光面２から出射する光は、凸面部１１に入射して、レンズ３内を周面６の方へ進行し、周面６において全反射して、傾斜面部１５の方へ進み、最終的に、傾斜面部１５から出射するように、レンズ３の周辺部分を通過して、周辺部コリメート光２０を生成する。中心部コリメート光１９及び周辺部コリメート光２０は、共に光軸１８に対して平行になっている。
【００２９】
図１（ｂ）では、中心部コリメート光１９及び周辺部コリメート光２０は光軸１８に対して右側しか示していないが、実際には、光軸１８に対して左右対称に左半部にも中心部コリメート光１９及び周辺部コリメート光２０が生成される。また、発光面２からの出射光に対し、中心部コリメート光１９及び周辺部コリメート光２０が生成されるように、レンズ３の輪郭が設定される。
【００３０】
図２（ａ）及び（ｂ）は、レンズ３の凸面部１４及び傾斜面部１５からそれぞれ出射される中心部コリメート光１９及び周辺部コリメート光２０が仮想スクリーン２１上に生成するスポットライト２２，２３を示し、図３（ａ）及び（ｂ）は、図２（ａ）及び（ｂ）における各部の寸法等を示している。
【００３１】
仮想スクリーン２１は、光軸１８の方向に発光面２から距離Ｄ、離れた箇所に光軸１８に対して直角に置かれているものと想定している。中心部コリメート光１９及び周辺部コリメート光２０は、所定の広がり角で仮想スクリーン２１の方へ進み、レンズ３から遠ざかるほど広がり量は増大する。したがって、中心部コリメート光１９及び周辺部コリメート光２０は、それぞれ仮想スクリーン２１においてスポットライト２２，２３を生成する。
【００３２】
スポットライト２２は、発光面２の形状と相似の形状となり、この場合、正方形となる。スポットライト２３は、周辺部コリメート光２０が周面６における全反射により内外周を逆転した形状となるために、発光面２の正方形を０〜３６０°内の全回転角度で回転させた形状としての円となる。
【００３３】
レンズ３の半径Ｒは距離Ｄに対して微小であるため、レンズ３は、仮想スクリーン２１から見てほぼ点と考えることができる。図３において、θは、スポットライト２２の頂点とレンズ３とを結ぶ直線が光軸１８に対して傾斜する角度を意味する。また、φは、スポットライト２３の円周上の各点とレンズ３とを結ぶ直線が光軸１８に対して傾斜する角度を意味する。
【００３４】
正方形のスポットライト２２の対角線の１／２の長さはＤ・ｔａｎθとなる。円のスポットライト２３の半径はＤ・ｔａｎφとなる。
【００３５】
図４は、仮想スクリーン２１上のスポットライト２２，２３の大小関係が係数ｐに応じて変化する様子を示している。ｐ１＜ｐ２＜ｐ３＜，・・・＜ｐ７の関係があり、ｐが大きいほど、スポットライト２２の寸法は減少し、スポットライト２３の寸法は増大する。このことを以下、計算式を使って、説明する。
【００３６】
ある微小発光面から放射される光について、その発光面積と発散角には関係式がある。発光面の面積をｄＳ、光が出射される側の屈折率をｎ、発光面の法線方向（＝光軸１８）に対し、角度βの方向に、立体角ｄΩで発散する場合、光学系のどの場所においても次の式（１）の関係が成立する。
【００３７】
【数２】
2014022077.tif 000004
【００３８】
式（１）の「Ｇ」はエタンデュ（etendue）と呼ばれている。面積Ｓから一様に頂角α（該頂角αは、レンズ３の凹面部１０に対しては、図１（ｂ）で定義した発散角αに一致する。）の立体角をもって放射する光を考える場合、式（１）を積分して、次の式（２）、さらに、式（３）が求まる。なお、式（２）のγは、光軸１８の周りの角度であり、各βに対して０〜２πのγが定義される。
【００３９】
【数３】
2014022077.tif 000005
【００４０】
ここで、面積Ｓをレンズ３の開口面積として考えると、レンズ３を大きくする（面積Ｓを大きくする）と発散角αは小さくなり、逆にレンズ３を小さくする（面積Ｓを小さくする）と発散角αは大きくなる。レンズ３の寸法と配光角は相反関係にあることが分かる。なお、αは、このレンズ３によりコリメートできる限界値でもある。
【００４１】
次に、集光角の理論計算をしてみる。一辺の長さＬ［ｍｍ］の正方形の発光面をレンズ３でコリメートさせる場合を考える。光源から入光側の凹面部１０に入射し、出射面５の凸面部１４にてコリメートされる光のエタンデュをＧ1、入光側の凸面部１１に入射し、周面６で全反射した後、出射面５の傾斜面部１５にてコリメートされる光のエタンデュＧ2とする。光軸から発散角α（図１）内の光が入射面４の凹面部１０に取り込まれると考える場合、式（１）を積分して、次の式（４）及び（５）が得られる。
【００４２】
【数４】
2014022077.tif 000006
【００４３】
次に、レンズ３から出射する光のエタンデュを考える。レンズ３の凸面部１４から出射する光の発散角をθ、傾斜面部１５から出射する光の発散角をφとする（図３参照）。凸面部１４の半径は、図１で説明したとおり、ｐ・Ｒとなる。したがって、凸面部１４から出射する光のエタンデュをＧ1’、傾斜面部１５から出射する光のエタンデュをＧ2’とすると、次の式（６）及び式（７）が成り立つ。
【００４４】
【数５】
2014022077.tif 000007
【００４５】
ここで考えているレンズ３はコリメートさせる光学系であり、θ、φ共に十分小さな値となるので、 ｓｉｎθ≒θ、ｓｉｎφ≒φと近似してもよい。したがって、式（６）及び式（７）から次の式（８）及び（９）が導出される。
【００４６】
【数６】
2014022077.tif 000008
【００４７】
エタンデュは保存されるので、Ｇ1＝Ｇ1’、Ｇ2＝Ｇ2’である。この結果、次の式（１０）及び式（１１）が成り立つ。
【００４８】
【数７】
2014022077.tif 000009
【００４９】
式（１０）及び式（１１）から次の式（１２）及び式（１３）が導出され、レンズ３の発散角θ、φが求まる。
【００５０】
【数８】
2014022077.tif 000010
【００５１】
式（１２）及び式（１３）から次のことが理解される。なお、前述の係数ｐは、レンズ３の半径Ｒに対する凸面部１４の半径の比率でもあるので、以下、ｐを適宜「比率ｐ」と呼ぶことにする。式（１２）及び式（１３）よれば、光源の一辺の長さＬ、レンズ３の半径Ｒ、及び発散角αが決まっている場合、比率ｐにより発散角θ,φは変化し、ｐが増大すると、θは減少し、φは増大する。逆に、ｐが減少すると、θは増大し、φは減少する。
【００５２】
理想的な照射パターンについて考察する。発光面２が一辺Ｌ［ｍｍ］の長さの正方形の面光源を使って集光する場合を考える。出射面５の凸面部１４から出射する光線の投影像は、チップの像がそのまま投影されるので正方形となる。一方で、出射面５の傾斜面部１５から出射する光線の投影像は、チップを回転して重ね合わせた像になり、結果的に円となる。レンズ３全体の照射パターンとしては正方形と円とが重なり合ったパターンとなる。
【００５３】
比率ｐを変化させると、図４に示すように、正方形と円の寸法が変化する。なお、図４の正方形と円は、ピーク照度に対する半値を等高線として表している。ｐが小さすぎると、正方形の照射パターンに対し円が小さくなりすぎ（ｐ１のパターン）、一方で、ｐが大きすぎると、正方形の照射パターンに対し円が大きすぎてしまう（ｐ７のパターン）。この条件ではきれいな照射パターンではなくなってしまう。照射パターンとして好ましいのは正方形が円に外接（ｐ３のパターン）、正方形が円に内接（ｐ５のパターン）、又はその中間（ｐ４のパターン）である。図４では、好ましい照射パターンのｐの範囲をＱで示している。
【００５４】
範囲Ｑを満足する最適な比率ｐを求めてみる。凸面部１４の寸法によって投影像は変わる。レンズ３の半径Ｒに対し、凸面部１４が大きいと、式（１２）及び式（１３）より、比率ｐは次の式（１４）により算出される。
【００５５】
【数９】
2014022077.tif 000011
【００５６】
レンズ３と仮想スクリーン２１との距離をＤ［ｍｍ］とするとき、正方形に照射されるパターンの対角線の寸法は２Ｄ・ｔａｎθとなり、円形に照射されるパターンの直径は２Ｄ・ｔａｎφとなる（図３参照）。
【００５７】
したがって、図４のｐ３の照射パターンは次の式（１５）の関係になる。θ、φともに十分小さな値となるので、ｔａｎθ≒θ、ｔａｎφ≒φ と考えてよい。これにより、次の式（１６）が導かれる。
【００５８】
【数１０】
2014022077.tif 000012
【００５９】
また、図４のｐ５の照射パターンは次の式（１７）となる。θ，φについて同様に近似して考えてよいので、次の式（１８）が成り立つ。したがって、式（１４）、式（１６）、式（１８）より、最適な照射パターンになる比率ｐの範囲は次の式（１９）で規定される。
【００６０】
【数１１】
2014022077.tif 000013
【００６１】
入射角α＝３０°としてｐ３を算出する。式（１９）を左辺、中辺、右辺と分けて、α＝３０°を式（１９）の左辺に代入する。ｐ＝√（１／７）＝０．３７７となる。
【００６２】
図５は、レンズ３のｐ＝０．３７７（α＝３０°で計算したｐ３）としたスポットライト装置１におけるスポットライトの照射パターン及び配光特性を示している。図５において、（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ図１の中心部コリメート光１９及び周辺部コリメート光２０単独の照射パターンを示し、（ｃ）は、中心部コリメート光１９及び周辺部コリメート光２０の合成の照射パターンを示している。また、（ｄ）は、中心部コリメート光１９及び周辺部コリメート光２０の全部を合計した配光特性を示している。
【００６３】
また、図５（ｄ）と後述の図６（ｄ）及び図７（ｄ）において、光度及び角度は、前述の図１０において定義したとおりである。
【００６４】
図５によれば、中心部コリメート光１９によるスポットライトと周辺部コリメート光２０によるスポットライトとがほぼ同一に重なることによりスポットライトとその周囲との明暗の境界がはっきりするスポットライトが生成される。
【００６５】
入射角α＝３０°としてｐ５を算出する。α＝３０°を式（１９）の右辺に代入する。ｐ＝√（１／４）＝０．５となる。
【００６６】
図６は、レンズ３のｐ＝０．５（α＝３０°で計算したｐ５）としたスポットライト装置１におけるスポットライトの照射パターン及び配光特性を示している。図６において、（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ図１の中心部コリメート光１９及び周辺部コリメート光２０単独の照射パターンを示し、（ｃ）は、中心部コリメート光１９及び周辺部コリメート光２０の合成の照射パターンを示している。また、（ｄ）は、中心部コリメート光１９及び周辺部コリメート光２０の全部を合計した配光特性を示している。
【００６７】
図６によれば、中心部コリメート光１９によるスポットライトと周辺部コリメート光２０によるスポットライトとがほぼ同一に重なることによりスポットライトとその周囲との明暗の境界がはっきりするスポットライトが生成される。
【００６８】
発光面２が円であり、かつ入射角α＝３０°としてスポットライト２２，２３が一致するときのｐを算出する。発光面２が円である場合は、スポットライト２２が円となるので、図４において、発光面２が正方形である場合のスポットライト２２の対角線長さ＝スポットライト２３の直径のときのｐ、すなわちｐ５を算出すればよい。したがって、α＝３０°を式（１９）の右辺に代入して、ｐ＝√（１／４）＝０．５が得られる。
【００６９】
図７は、発光面２を円にしたときにレンズ３のｐ＝０．５（α＝３０°としてスポットライト２２，２３が一致するときのｐ）としたスポットライト装置１におけるスポットライトの照射パターン及び配光特性を示している。図７において、（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ図１の中心部コリメート光１９及び周辺部コリメート光２０単独の照射パターンを示し、（ｃ）は、中心部コリメート光１９及び周辺部コリメート光２０の合成の照射パターンを示している。また、（ｄ）は、中心部コリメート光１９及び周辺部コリメート光２０の全部を合計した配光特性を示している。
【００７０】
図７によれば、中心部コリメート光１９によるスポットライトと周辺部コリメート光２０によるスポットライトとが同一に重なることによりスポットライトとその周囲との明暗の境界がはっきりするスポットライトが生成される。
【００７１】
本発明は、図示の実施形態に限定されることなく、その要旨の範囲内で種々に変形して実施することができる。
【符号の説明】
【００７２】
１・・・スポットライト装置、２・・・発光面、３・・・レンズ、４・・・入射面、５・・・出射面、６・・・周面、９・・・凹所、１８・・・光軸、１９・・・中心部コリメート光、２０・・・周辺部コリメート光。
【図１】
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【図４】
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【図２】
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【図３】
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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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