(57)【要約】【課題】レンズを有する光源装置及び該光源装置を備えた照明装置において、出射効率を向上し、色ムラを抑制する。【解決手段】光源装置１は、光を出射する光源部２と、光源部２を封止する透明な第１の部材３と、第１の部材３上に形成され、空気との界面を形成すると共に、凸レンズ５としての役割を果たす第２の部材４とを備えている。凸レンズの外周５ｃが、光源部２から出射された光の界面Ｉ２に対する入射角が臨界角θｃを形成する位置Ｐよりも凸レンズの光軸Ａに対して外側に形成されている。この構成により、界面Ｉ２で全反射する光の割合が低減され、光源装置１の出射効率が向上する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を出射する光源部と、前記光源部を封止する透明な第１の部材と、前記第１の部材上に形成され、空気との界面を形成すると共に、凸レンズとしての役割を果たす第２の部材とを備え、
前記第２の部材と空気の界面は、前記凸レンズを形成する第１の界面と、該凸レンズの光軸に対して略垂直となる第２の界面とを含み、
前記第１の界面と前記第２の界面の交線により決定される前記凸レンズの外周が、前記光源部から出射された光の前記第２の界面に対する入射角が臨界角を形成する位置よりも前記凸レンズの光軸に対して外側に形成されていることを特徴とする光源装置。
【請求項２】
前記光源部は、前記凸レンズの光軸の方向に出射される光よりも該光軸に対して傾いた方向に出射される光の方が、波長が長くなるように光を出射し、
前記凸レンズを形成する第２の部材は、前記光源部から出射された光の波長を短くする波長変換材料を含有し、前記凸レンズの光軸の方向の光路よりも該光軸に対して傾いた方向の光路が短いことを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の光源装置を備えた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、レンズを備えた光源装置、及び該光源装置を備えた照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のこの種の光源装置の例を図８乃至図１１に示す。光源装置１０１は、光を出射する光源部１０２と、光源部１０２を封止する透明樹脂１０３と、透明樹脂１０３上に設置されたレンズ１０５ａ〜１０５ｃとを備えている。図８に示す例は、レンズとしてフレネルレンズ１０５ａを使用した場合、図９に示す例は、反射式レンズ１０５ｂを使用した場合、図１０に示す例は、凸レンズ１０５ｃを使用した場合をそれぞれ示しており、図１１に示す例は、凸レンズ１０５ｃの外側に光の波長を変換するための顔料を混入させた均一な肉厚のアダプタ１０６を有し、光源装置１０１から出射される光色を調整することができるようにしたものである。
【０００３】
また、光源装置を収納する収納部を備えたバルク型レンズを用い、収納部に光源装置を収納することにより、光源装置自身には何ら手を加えることなく、光源装置から出射された光を集光し、所望の照度を得ることができるようにすること等も知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−２２１６５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、図８に示されるフレネルレンズ１０５ａを備えた光源装置１０１の場合、光源装置１０１を上向きにして屋外で使用すると、フレネルレンズ１０５ａの溝１５０に水が溜まり、レンズ効果が失われるという問題があった。
【０００６】
また、図９に示される反射式レンズ１０５ｂを備えた光源装置１０１の場合、レンズを形成する部材１０４と透明樹脂１０３の屈折率が近いと、これらの界面Ｉａで光が反射しないためレンズ効果が得られないという問題があった。なお、同図においては、反射式レンズ１０５ｂで光を反射した状態を説明するために、光源装置１０１の左半分の透明樹脂１０３を除去して示しており、かかる部分では光は部材１０４と空気の界面で反射される。
【０００７】
一方、図１０及び図１１に示されるような凸レンズ１０５ｃを備えた光源装置１０１の場合、上述したような問題は生じないが、凸レンズ１０５ｃの光軸Ａに対して略垂直となる界面Ｉｂで反射される光について十分な検討が行われていなかったため、界面Ｉｂで反射される光の割合が多く、出射効率が悪いという問題があった。特に、光源部１０２から出射された光の界面Ｉｂに対する入射角が臨界角θｃより大きくなる場合には、光は全反射して透明樹脂１０３側に戻るため、出射効率を低下させる大きな原因の１つになっていた。更に、凸レンズ１０５ｃを備えた光源装置１０１では、光の出射方向によって光色が異なり、色ムラが生じる場合があるが、図１１に示されるような均一な肉厚のアダプタ１０６を備えた光源装置１０１では、色ムラを十分に補正することができなかった。
【０００８】
なお、特許文献１に記載されるバルク式レンズは光源装置に装着されて使用されるものであり、光源装置自体の出射効率の向上や色ムラを改善することができるものではない。
【０００９】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、出射効率を向上すること、及び色ムラを抑制することができる光源装置及び該光源装置を備えた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】
【００１０】
上記目的を達成するために請求項１の発明は、光を出射する光源部と、前記光源部を封止する透明な第１の部材と、前記第１の部材上に形成され、空気との界面を形成すると共に、凸レンズとしての役割を果たす第２の部材とを備え、前記第２の部材と空気の界面は、前記凸レンズを形成する第１の界面と、該凸レンズの光軸に対して略垂直となる第２の界面とを含み、前記第１の界面と前記第２の界面の交線により決定される前記凸レンズの外周が、前記光源部から出射された光の前記第２の界面に対する入射角が臨界角を形成する位置よりも前記凸レンズの光軸に対して外側に形成されていることを特徴とする光源装置である。
【００１１】
請求項２の発明は、請求項１に記載の光源装置において、前記光源部は、前記凸レンズの光軸の方向に出射される光よりも該光軸に対して傾いた方向に出射される光の方が、波長が長くなるように光を出射し、前記凸レンズを形成する第２の部材は、前記光源部から出射された光の波長を短くする波長変換材料を含有し、前記凸レンズの光軸の方向の光路よりも該光軸に対して傾いた方向の光路が短いことを特徴とする。
【００１２】
請求項３の発明は、請求項１又は請求項２に記載の光源装置を備えたことを特徴とする照明装置である。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１によれば、凸レンズの外周が、光源部から出射された光の第２の界面に対する入射角が臨界角を形成する位置よりも凸レンズの光軸に対して外側に形成されているので、第２の界面で全反射する光の割合を低減して、光源装置の出射効率を向上することができる。
【００１４】
請求項２によれば、光源部から凸レンズの光軸の方向に出射された波長の短い光は、長い光路を経て第２の部材を通過するので、第２の部材に含まれる波長変換材料により波長の長い光に変換される比率が高くなるのに対し、光軸に対して傾いた方向に出射された波長の長い光は、短い光路を経て第２の部材を通過するので、波長はあまり変化しない。このため、凸レンズの光軸の方向と該光軸に対して傾いた方向に出射される光の色の差を抑えることができ、色ムラを抑制することができる。
【００１５】
請求項３によれば、出射効率が高く、色ムラの少ない照明装置を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の第１の実施形態に係る光源装置について図１（ａ）（ｂ）及び図２を参照して説明する。光源装置１は、光を出射する光源部２と、光源部２を封止する透明な第１の部材３と、第１の部材３上に形成され、空気との界面を形成すると共に、凸レンズ５としての役割を果たす第２の部材４とを備えている。なお、説明の都合上、図１（ｂ）では第２の部材４の凸レンズ５部分を省略しており、図２では第２の部材４の凸レンズ５部分のみを示している。
【００１７】
光源部２には、基板２０上に実装されたＬＥＤ（Light Emitting Diode）等が用いられる。なお、ＬＥＤの発光色は特に限定されるものではなく、種々の発光色を有するＬＥＤを用いることができる。第１の部材３及び第２の部材４は透光性を有する材料で形成される。第１の部材３には、第２の部材４と同等の屈折率を有する材料が用いられ、例えば、第２の部材４としてアクリル樹脂（屈折率、約１．４）を用いた場合、第１の部材３には該アクリル樹脂と同等の屈折率を有する透明シリコーン樹脂等が用いられる。
【００１８】
第１の部材３は、光源部２と第２の部材４の間に空気層が残らないように光源部２の周囲を密閉する。このように空気層が残らないように光源部２の周囲を密閉することにより、結露等による不具合（例えば、絶縁不良やレンズ効果不良）の発生を防止することができ、屋外においても好適に使用することが可能になる。
【００１９】
第２の部材４と空気の界面は、凸レンズ５を形成する第１の界面Ｉ１と、凸レンズの光軸Ａに対して略垂直となる第２の界面Ｉ２とを含んでおり、凸レンズの外周５ｃは、これら第１の界面Ｉ１と第２の界面Ｉ２の交線により決定される。
【００２０】
凸レンズ５には、例えば、図２に示されるような軸対称のレンズが用いられる。なお、本発明ではレンズとして凸レンズ５を用いるため、屋外で上向きに使用した場合であってもレンズ面に水がたまることがなく、レンズ効果を維持することができる。
【００２１】
図１（ａ）（ｂ）に示されるように、凸レンズ５の外周５ｃは、光源部２から出射された光の第２の界面Ｉ２に対する入射角が臨界角θｃを形成する位置Ｐよりも凸レンズの光軸Ａに対して外側に形成されている。図１（ｂ）のＤｃは、光軸Ａを通る同一直線上の、入射角が臨界角θｃを形成する２点の間隔（すなわち、図１（ｂ）の右側の位置Ｐと左側の位置Ｐの間隔）を示しており、凸レンズの外周５ｃを上述した位置に配置することにより、凸レンズの外径Ｄが間隔Ｄｃより大きくなるように凸レンズ５が形成される。
【００２２】
以上のように、本実施形態の光源装置１によれば、凸レンズの外周５ｃが、光源部２から出射された光の第２の界面Ｉ２に対する入射角が臨界角θｃを形成する位置Ｐよりも凸レンズの光軸Ａに対して外側に形成されているので、第２の界面Ｉ２で全反射する光の割合を低減して、光源装置１の出射効率を向上することができる。
【００２３】
次に、本発明の第２の実施形態に係る光源装置について図３（ａ）（ｂ）を参照して説明する。本実施形態に係る光源装置１は、第１の部材３に第２の部材４側に突出した突出部３０を設け、第２の部材４の肉厚を略均一にした点で第１の実施形態と異なり、他の構成は第１の実施形態と同様である。
【００２４】
第２の部材４は、第１の界面Ｉ１を形成する部分の肉厚ｔ１が第２の界面I２を形成する部分の肉厚ｔ２と等しくなるように（図３（ａ）参照）、或は、第１の界面I１を形成する部分の肉厚ｔ１が第２の界面I２を形成する部分の肉厚ｔ２より若干厚くなるように形成されている（図３（ｂ）参照）。第１の部材３は、第２の部材４側にドーム状に突出した突出部３０を備えており、光源部２と第２の部材４の間に空気層が残らないように光源部２の周囲を密閉している。
【００２５】
本実施形態の光源装置１によれば、第１の実施形態と同様の効果が得られるほか、凸レンズ５の肉厚を略均一にしたので、成形品の肉厚が不均一な場合に生じ易いヒケ（成形品外表面に発生する窪み）の発生を防止することができ、凸レンズ５の成形性を向上させることができる。また、凸レンズ５を形成する第２の部材４の材料を少なくすることができる。
【００２６】
次に、本発明の第３の実施形態に係る光源装置について説明する。本実施形態に係る光源装置１は色ムラを抑制した点で、上述した第１の実施形態及び第２の実施形態と異なる。本実施形態で使用される光源部２を図４に示し、同図に示される光源部２を備えた光源装置１を図５に示す。
【００２７】
光源部２は、青色の発光色を有するＬＥＤ素子２１と、ＬＥＤ素子２１を収納する凹部２２ａを有する基板２２と、凹部２２ａを封止する、黄色蛍光体からなる封止部材２３とを備えており、凸レンズの光軸の方向ｄ１に出射される光よりも光軸に対して傾いた方向ｄ２に出射される光の方が、波長が長くなるように光を出射する。より具体的には、ＬＥＤ素子２１から凸レンズの光軸の方向ｄ１に出射された光は、短い光路（長さＬ１で示される光路）を経て封止部材２３を通過するので、黄色蛍光体により青色に近い白色（波長の短い青色成分を多く含む光）になるのに対し、光軸に対して傾いた方向ｄ２に出射された光は、長い光路（長さＬ２で示される光路）を経て封止部材２３を通過するので、黄色味を帯びた白色（波長の長い黄色成分を多く含む光）になる。光源部２から出射された各方向ｄ１，ｄ２の光の色の違いは、後述する第２の部材４で相殺される。
【００２８】
第２の部材４には、光源部２から出射された光の波長を短くする波長変換材料を含有する部材が用いられる。波長変換材料は特に限定されるものではなく、例えば、黄色系の顔料を用いることができる。また、図５に示されるように、第２の部材４は、凸レンズの光軸の方向ｄ１の光路（長さＬ３で示される光路）よりも該光軸に対して傾いた方向ｄ２の光路（長さＬ４で示される光路）が短くなるように形成されている。
【００２９】
光源部２から凸レンズの光軸の方向ｄ１に出射された青色に近い白色（波長の短い青色成分を多く含む光）は、長い光路を経て第２の部材４を通過するので、第２の部材４に含まれる波長変換材料により波長の長い光に変換される比率が高くなるのに対し、光軸に対して傾いた方向ｄ２に出射された黄色に近い白色（波長の長い黄色成分を多く含む光）は、短い光路を経て第２の部材４を通過するので、波長はあまり変化しない。
【００３０】
このように、本実施形態の光源装置１によれば、第１の実施形態又は第２の実施形態と同様の効果が得られるほか、凸レンズの光軸の方向ｄ１と該光軸に対して傾いた方向ｄ２に出射される光の色の差を抑えることができ、色ムラを抑制することができる。
【００３１】
上記第１乃至第３の実施形態に係る光源装置１を複数個用い、筐体１０ａ内にマトリクス状に配置した照明装置１０の例を図６に示す。このような照明装置１０は、出射効率が高く、色ムラの少ないダウンライト、シーリングライト、又はスポットライト等として使用することができる。
【００３２】
なお、本発明は上記実施形態の構成に限られることなく種々の変形が可能である。例えば、凸レンズ５の形状は、図７に示されるような、かまぼこ状であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】（ａ）は本発明の第１の実施形態に係る光源装置の断面図、（ｂ）は同光源装置の凸レンズの外周の説明図。
【図２】同凸レンズの斜視図。
【図３】（ａ），（ｂ）は本発明の第２の実施形態に係る光源装置の断面図。
【図４】本発明の第３の実施形態に係る光源装置の光源部の断面図。
【図５】同光源装置の断面図。
【図６】本発明に係る光源装置を備えた照明装置の斜視図。
【図７】本発明の変形例に係る光源装置の凸レンズの斜視図。
【図８】従来例に係る光源装置の断面図。
【図９】従来例に係る光源装置の断面図。
【図１０】従来例に係る光源装置の断面図。
【図１１】従来例に係る光源装置の断面図。
【符号の説明】
【００３４】
１    光源装置
２    光源部
３    第１の部材
４    第２の部材
５    凸レンズ
５ｃ  凸レンズの外周
１０  照明装置
Ａ    凸レンズの光軸
Ｐ    臨界角を形成する位置
Ｉ１  第１の界面
Ｉ２  第２の界面
θｃ  臨界角
【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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