(57)【要約】【課題】光源から側方に放射した光を有効利用できるようにするとともに、反射系フレネルレンズ部の入射面に入射した光の多くが反射面に入射できるようにしてその光を有効利用できるようにする。【解決手段】照明装置１のフレネルレンズ３０が、屈折型フレネルレンズ部４１と、反射型フレネルレンズ部５１と、を有する。光軸Ａｘに沿う方向の反射型フレネルレンズ部５１の第二谷線５７の位置が、第二谷線５７が外側に配置されるにつれて光源２０から離れていくか、又は互いに揃っている。反射型フレネルレンズ部５１の第二稜線５６からその外側隣りの第二谷線５７までの光軸Ａｘに沿う方向の距離が、第二稜線５６が外側に配置されるにつれて大きくなる。反射型フレネルレンズ部５１の最も外側の反射面５２及び入射面５３が光軸Ａｘ周りの周方向に沿って光源２０を囲む。【選択図】図３
2011192494.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、
前記光源に対向配置された板状の透明部材と、
前記透明部材の前記光源側の面のうち前記光源に対向する部分に設けられた屈折型フレネルレンズ部と、
前記透明部材の前記光源側の面のうち前記屈折型フレネルレンズ部の周囲に設けられた反射型フレネルレンズ部と、を備え、
前記屈折型フレネルレンズ部が、前記光源を通って前記光源から前記透明部材に向かう光軸の周りに同心円状に配列された複数の屈折面と、前記屈折面と交互になるよう前記光軸の周りに同心円状に配列された複数のライズ面と、を有し、前記屈折面がその外側隣りのライズ面と交差して第一谷線を形成し、前記屈折面がその内側隣りのライズ面と交差して第一稜線を形成し、
前記反射型フレネルレンズ部が、前記光軸周りに同心円状に配列された複数の反射面と、前記反射面と交互になるよう前記光軸の周りに同心円状に配列された複数の入射面と、を有し、前記反射面がその外側隣りの入射面と交差して第二谷線を形成し、前記反射面がその内側隣りの入射面と交差して第二稜線を形成し、
前記光軸に沿う方向の前記第二谷線の位置が、前記第二谷線が外側に配置されるにつれて前記光源から離れていくか、又は互いに揃っており、
前記第二稜線からその外側隣りの第二谷線までの前記光軸に沿う方向の距離が、前記第二稜線が外側に配置されるにつれて大きくなり、
前記複数の反射面及び入射面のうち最も外側の反射面及び入射面が前記光軸周りの周方向に沿って前記光源を囲むことを特徴とする照明装置。
【請求項２】
前記光軸に沿う方向の前記第一谷線の位置は、前記光軸に沿う方向の前記第二谷線の位置よりも前記光源寄りであることを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
【請求項３】
前記光軸の方向に見て、前記屈折型フレネルレンズ部の外縁が前記光源の外縁よりも内側に位置していることを特徴とする請求項１又は２に記載の照明装置。
【請求項４】
前記光源が、発光素子と、前記発光素子を覆うように設けられ、前記発光素子から発した光によって蛍光を発する蛍光体を含む被覆材と、を有することを特徴とする請求項１から３の何れか一項に記載の照明装置。
【請求項５】
光源に対向配置された板状の透明部材と、
前記透明部材の前記光源側の面のうち前記光源に対向する部分に設けられた屈折型フレネルレンズ部と、
前記透明部材の前記光源側の面のうち前記屈折型フレネルレンズ部の周囲に設けられた反射型フレネルレンズ部と、を備え、
前記屈折型フレネルレンズ部が、前記光源を通って前記光源から前記透明部材に向かう光軸の周りに同心円状に配列された複数の屈折面と、前記屈折面と交互になるよう前記光軸の周りに同心円状に配列された複数のライズ面と、を有し、前記屈折面がその外側隣りのライズ面と交差して第一谷線を形成し、前記屈折面がその内側隣りのライズ面と交差して第一稜線を形成し、
前記反射型フレネルレンズ部が、前記光軸周りに同心円状に配列された複数の反射面と、前記反射面と交互になるよう前記光軸の周りに同心円状に配列された複数の入射面と、を有し、前記反射面がその外側隣りの入射面と交差して第二谷線を形成し、前記反射面がその内側隣りの入射面と交差して第二稜線を形成し、
前記光軸に沿う方向の前記第二谷線の位置が、前記第二谷線が外側に配置されるにつれて前記光源から離れていくか、又は互いに揃っており、
前記第二稜線からその外側隣りの第二谷線までの前記光軸に沿う方向の距離が、前記第二稜線が外側に配置されるにつれて大きくなり、
前記複数の反射面及び入射面のうち最も外側の反射面及び入射面が前記光軸周りの周方向に沿って前記光源を囲むことを特徴とするフレネルレンズ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、照明装置及びフレネルレンズに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の写真撮影用の照明装置は、発光ダイオード等の光源と、その光源の前に配置されたフレネルレンズと、を有する（例えば、特許文献１参照）。光源から発した光がフレネルレンズによって前方に投射され、そのフレネルレンズによって所望の配光特性が得られる。図１３に示すように、特許文献１に記載のフレネルレンズ７００の中心部は複数の屈折系プリズム７０１から構成され、光源７０４から発した光が屈折系プリズム７０１の入射面７０５で屈折することによって、その光の向きが前方に偏向される。フレネルレンズ７００の周縁部は複数の反射系プリズム７０２から構成され、光源７０４から発した光が反射系プリズム７０２の入射面７０６に入射し、その入射光が反射系プリズム７０２の反射面７０７によって反射されることによって、その光の向きが前方に偏向される。フレネルレンズ７００の周縁部に反射系プリズム７０２が設けられているので、光を有効利用することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−２２１６０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、光源７０４から側方に放射した光は反射系プリズム７０２にも入射せず（図１３に示す光線７０８参照）、その光を有効利用することができなかった。
また、反射系プリズム７０２の入射面７０６に入射した光でも、反射面７０７に入射せず、側方に放射する光がある（図１３に示す光線７０９参照）。そのため、そのような光を有効利用することができなかった。
そこで、本発明が解決しようとする課題は、光源から側方に放射した光を有効利用できるようにするとともに、反射系フレネルレンズ部の入射面に入射した光の多くが反射面に入射できるようにしてその光を有効利用できるようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
以上の課題を解決するため、本発明に係る照明装置は、光源と、前記光源に対向配置された板状の透明部材と、前記透明部材の前記光源側の面のうち前記光源に対向する部分に設けられた屈折型フレネルレンズ部と、前記透明部材の前記光源側の面のうち前記屈折型フレネルレンズ部の周囲に設けられた反射型フレネルレンズ部と、を備え、前記屈折型フレネルレンズ部が、前記光源を通って前記光源から前記透明部材に向かう光軸の周りに同心円状に配列された複数の屈折面と、前記屈折面と交互になるよう前記光軸の周りに同心円状に配列された複数のライズ面と、を有し、前記屈折面がその外側隣りのライズ面と交差して第一谷線を形成し、前記屈折面がその内側隣りのライズ面と交差して第一稜線を形成し、前記反射型フレネルレンズ部が、前記光軸周りに同心円状に配列された複数の反射面と、前記反射面と交互になるよう前記光軸の周りに同心円状に配列された複数の入射面と、を有し、前記反射面がその外側隣りの入射面と交差して第二谷線を形成し、前記反射面がその内側隣りの入射面と交差して第二稜線を形成し、前記光軸に沿う方向の前記第二谷線の位置が、前記第二谷線が外側に配置されるにつれて前記光源から離れていくか、又は互いに揃っており、前記第二稜線からその外側隣りの第二谷線までの前記光軸に沿う方向の距離が、前記第二稜線が外側に配置されるにつれて大きくなり、前記複数の反射面及び入射面のうち最も外側の反射面及び入射面が前記光軸周りの周方向に沿って前記光源を囲むこととした。
【０００６】
本発明に係るフレネルレンズは、光源に対向配置された板状の透明部材と、前記透明部材の前記光源側の面のうち前記光源に対向する部分に設けられた屈折型フレネルレンズ部と、前記透明部材の前記光源側の面のうち前記屈折型フレネルレンズ部の周囲に設けられた反射型フレネルレンズ部と、を備え、前記屈折型フレネルレンズ部が、前記光源を通って前記光源から前記透明部材に向かう光軸の周りに同心円状に配列された複数の屈折面と、前記屈折面と交互になるよう前記光軸の周りに同心円状に配列された複数のライズ面と、を有し、前記屈折面がその外側隣りのライズ面と交差して第一谷線を形成し、前記屈折面がその内側隣りのライズ面と交差して第一稜線を形成し、前記反射型フレネルレンズ部が、前記光軸周りに同心円状に配列された複数の反射面と、前記反射面と交互になるよう前記光軸の周りに同心円状に配列された複数の入射面と、を有し、前記反射面がその外側隣りの入射面と交差して第二谷線を形成し、前記反射面がその内側隣りの入射面と交差して第二稜線を形成し、前記光軸に沿う方向の前記第二谷線の位置が、前記第二谷線が外側に配置されるにつれて前記光源から離れていくか、又は互いに揃っており、前記第二稜線からその外側隣りの第二谷線までの前記光軸に沿う方向の距離が、前記第二稜線が外側に配置されるにつれて大きくなり、前記複数の反射面及び入射面のうち最も外側の反射面及び入射面が前記光軸周りの周方向に沿って前記光源を囲むこととした。
【０００７】
好ましくは、前記光軸に沿う方向の前記第一谷線の位置は、前記光軸に沿う方向の前記第二谷線の位置よりも前記光源寄りであることとした。
【０００８】
好ましくは、前記光軸の方向に見て、前記屈折型フレネルレンズ部の外縁が前記光源の外縁よりも内側に位置していることとした。
【０００９】
好ましくは、前記光源が、発光素子と、前記発光素子を覆うように設けられ、前記発光素子から発した光によって蛍光を発する蛍光体を含む被覆材と、を有することとした。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、光軸に沿う方向の第二谷線の位置が、第二谷線が外側に配置されるにつれて光源から離れていくか、又は互いに揃っていることによって、入射面に入射した光の多くが反射面によって反射される。また、第二稜線からその外側隣りの第二谷線までの光軸に沿う方向の距離が、第二稜線が外側に配置されるにつれて大きくなることによって、外側の入射面でも、効率よく光がその入射面に入射する。そのため、入射面に入射した光の多くが反射面によって反射される。また、最も外側の反射面及び入射面が光軸周りの周方向に沿って光源を囲むことによって、光源から側方に向かう光が最も外側の入射面に入射するようになる。
そのため、光の利用効率が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第１実施形態に係る照明装置の分解斜視図である。
【図２】同実施形態に係る照明装置を一部切断した状態で示した斜視図である。
【図３】同実施形態に係る照明装置の断面図である。
【図４】屈折型フレネルレンズ部と反射型フレネルレンズ部との境界を説明するための図面である。
【図５】屈折型フレネルレンズ部と反射型フレネルレンズ部との境界を説明するための図面である。
【図６】反射型フレネルレンズ部の反射面の傾斜角を説明するための図面である。
【図７】本発明の第１実施形態に係る照明装置の配光特性と、従来の照明装置の配光特性を示した図である。
【図８】従来の照明装置の部分断面図である。
【図９】本発明の第１実施形態に係る照明装置の配光特性と、参考例の照明装置の配光特性を示した図である。
【図１０】参考例の照明装置の部分断面図である。
【図１１】本発明の第２実施形態に係る照明装置の部分断面図である。
【図１２】本発明の第３実施形態に係る照明装置の部分断面図である。
【図１３】従来の照明装置の概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に、本発明を実施するための形態について図面を用いて説明する。但し、以下に述べる実施形態には、本発明を実施するために技術的に好ましい種々の限定が付されているが、発明の範囲を以下の実施形態及び図示例に限定するものではない。
【００１３】
〔第１の実施の形態〕
図１は、照明装置１の分解斜視図である。図２は、光軸Ａｘを通る切断面に沿って照明装置１のフレネルレンズ３０を切断した状態で示した照明装置１の斜視図である。図３は、光軸Ａｘを通る切断面に沿って照明装置１のフレネルレンズ３０を切断した状態で示した照明装置１の側面図である。図３における切断面は、図２における切断面に対して直交する面である。なお、光軸Ａｘ方向を上下方向として説明するが、光軸Ａｘ方向は任意の方向に設定することができる。
【００１４】
この照明装置１は、ストロボ装置に用いられる。つまり、この照明装置１は、写真撮影時に一定間隔で繰り返し発光する。照明装置１の繰り返し発光は、例えば、ストロボ回路によって行われる。
【００１５】
この照明装置１は、基板１０、光源２０及びフレネルレンズ３０等を備える。
基板１０は、光軸Ａｘ方向に見て、矩形状に設けられている。基板１０が平行平板であり、基板１０の上面１１と下面１２が互いに平行に設けられている。光軸Ａｘは、基板１０の上面１１に対して直交する。
【００１６】
なお、基板１０の上面１１にアルミ蒸着、銀塗装等の反射膜が施されていて、その上面１１が反射面であってもよい。また、基板１０の上面１１が平面であってもよいし、上面１１が凹面（例えば、放物面形状の凹面、楕円面形状の凹面）であってもよい。
【００１７】
基板１０上には、二つの光源２０が搭載されている。光源２０は直方体又は立方体の形状に成しており、光源２０の下面が基板１０の上面１１に向き合った状態で光源２０が基板１０の上面１１に搭載されている。そのため、光源２０は、基板１０の上面１１を基準として所定の高さ（高さとは、光軸Ａｘに沿う方向の長さである。）を有する。光源２０は、下面を除く上面や四方の側面から光を放射するものである。
【００１８】
ここで、光源２０は、光源用基板２１、発光素子２２及び被覆材２３を有する。光源用基板２１が矩形平板状に設けられ、光源用基板２１の上面に発光素子２２が搭載されている。被覆材２３は、発光素子２２を覆うようにして、光源用基板２１の上に堆積されて直方体状に盛り上がっている。発光素子２２が、被覆材２３によって封止されている。光軸Ａｘは、発光素子２２（光源２０）の中心部を通る。
【００１９】
発光素子２２は、発光ダイオード、無機エレクトロルミネッセンス素子、有機エレクトロルミネッセンス素子その他の半導体発光素子である。発光素子２２は、青色発光する。被覆材２３は蛍光体を含む。発光素子２２から発した青色光によって被覆材２３が励起し、それにより被覆材２３から光が発する。被覆材２３から発した蛍光と発光素子２２から発した光が混合して、白色光が被覆材２３の上面や四方の側面から放射される。
なお、発光素子２２から発する光の色や、被覆材２３から発する蛍光色は適宜変更可能であり、被覆材２３から発する蛍光と、発光素子２２から発する光の色とが混合されて、白色となればよい。
また、発光素子２２自体が白色光を発する場合には、被覆材２３が蛍光体でない。この場合、被覆材２３は無色な材料（樹脂）からなり、被覆材２３に微粒子又は細孔が分散していることで、発光素子２２から発した光が微粒子又は細孔によって拡散する。こうすることで、被覆材２３の上面や四方の側面から白色光が放出する。
また、光源２０は放電灯、蛍光灯、キセノン管、ハロゲン電球又は白熱電球等であってもよい。
【００２０】
フレネルレンズ３０は、透明部材３１、屈折型フレネルレンズ部４１及び反射型フレネルレンズ部５１を有する。透明部材３１が板状に設けられ、透明部材３１の上面３２が平坦に設けられている。
【００２１】
透明部材３１の下面の周縁部には、矩形所枠状の枠体３３が設けられ、枠体３３と透明部材３１が一体成形されている。枠体３３が、基板１０の上面１１の周縁部に搭載されている。この枠体３３によって透明部材３１が基板１０から上に離れた状態で支持され、その透明部材３１の下面が光源２０に対向するとともに、その下面が光源２０の上面から上に離れている。透明部材３１の下面が入射面となり、透明部材３１の上面３２が出射面となる。
【００２２】
透明部材３１の下面のうち光源２０に対向する部分には、屈折型フレネルレンズ部４１が設けられている。透明部材３１の下面のうち屈折型フレネルレンズ部４１よりも周縁寄りの部分には、反射型フレネルレンズ部５１が設けられている。
【００２３】
屈折型フレネルレンズ部４１は、複数の屈折面４２及び複数のライズ面４３から構成されている。光軸Ａｘの方向に見て、これら屈折面４２及びライズ面４３が環状に設けられている。また、光軸Ａｘの方向に見て、これら屈折面４２が光軸Ａｘの周りに同心円状に配列されている。ライズ面４３が隣り合う屈折面４２の間に配置され、光軸Ａｘに関する径方向に沿って屈折面４２とライズ面４３が交互に配列されている。
【００２４】
屈折面４２は、光軸Ａｘに対して斜交いに交わる線分を光軸Ａｘ周りに回転して得られる円錐面状に形成されている。屈折面４２は、光源２０側を頂点とし、透明部材３１の上面３２側を底面とした円錐面状に形成されている。つまり、光軸Ａｘを通る断面において、屈折面４２は、光軸Ａｘに直交する面に対して、光軸Ａｘから離れる方向に向かって上りに傾斜している。屈折面４２が外側に配置されるにつれて、これら屈折面４２の光軸Ａｘに対する傾斜角が小さくなってゼロ°に近づく。なお、これら屈折面４２は、光軸Ａｘに対する傾斜角を等しくしてもよい。また、屈折面４２が円錐面でなく、球面又は球面を基調とした自由曲面（非球面）であってもよい。
【００２５】
ライズ面４３は、光軸Ａｘに対して平行な線分又は光軸Ａｘに対して僅かに傾いた線分を光軸Ａｘ周りに回転して得られる円柱面状又は円錐面状に形成されている。
【００２６】
最も内側に配置された屈折面４２によって円錐状の屈折プリズム４４が形成され、光軸Ａｘがその屈折プリズム４４の頂点を通る。ライズ面４３とそのライズ面４３の外側に隣り合う屈折面４２とによって屈折プリズム４５が形成されている。屈折プリズム４５の断面形状（光軸Ａｘを通る断面形状）が三角形となっており、ライズ面４３とそのライズ面４３の外側隣りの屈折面４２とが交わる部分が、屈折プリズム４５の第一稜線４６となっている。ライズ面４３とそのライズ面４３の内側隣りの屈折面４２とが交わる部分が、隣り合う屈折プリズム４５，４５（又は隣り合う屈折プリズム４４と屈折プリズム４５）の第一谷線４７となっている。
【００２７】
光軸Ａｘに沿う方向のこれら第一稜線４６の位置は、互いに揃っている。光軸Ａｘに沿う方向のこれら第一谷線４７の位置は、互いに揃っている。つまり、これら屈折プリズム４５は、光軸Ａｘに沿う方向の高さを等しくしている。なお、これら屈折プリズム４５の高さが等しくなくてもよい。
【００２８】
屈折型フレネルレンズ部４１は、以上のような構成により、全体として凸レンズを構成している。この屈折型フレネルレンズ部４１の焦点は、光源２０に位置している。具体的には、屈折型フレネルレンズ部４１の焦点は、発光素子２２の中心に位置している。
【００２９】
反射型フレネルレンズ部５１は、複数の反射面５２及び複数の入射面５３から構成されている。光軸Ａｘの方向に見て、これら反射面５２が光軸Ａｘの周りに同心円状に配列されている。最も内側の入射面５３が最も外側の屈折面４２の外側に隣り合っており、他の入射面５３が隣り合う反射面５２の間に配置され、光軸Ａｘに関する径方向に沿って反射面５２と入射面５３が交互に配列されている。
【００３０】
反射面５２は、光軸Ａｘに対して斜交いに交わる線分を光軸Ａｘ周りに回転して得られる円錐面状に形成されている。反射面５２は、光源２０側を頂点とし、透明部材３１の上面３２側を底面とした円錐面状に形成されている。つまり、光軸Ａｘを通る断面において、反射面５２は、光軸Ａｘに直交する面に対して、光軸Ａｘから離れる方向に向かって上りに傾斜している。
入射面５３は、光軸Ａｘに対して平行な線分又は光軸Ａｘに対して僅かに傾いた線分を光軸Ａｘ周りに回転して得られる円柱面状又は円錐面状に形成されている。
【００３１】
入射面５３とその入射面５３の外側に隣り合う反射面５２とによって反射プリズム５５が形成されている。反射プリズム５５の断面形状（光軸Ａｘを通る断面形状）が三角形となっており、入射面５３とその入射面５３の外側隣りの反射面５２とが交わる部分が、反射プリズム５５の第二稜線５６となっている。反射面５２とその反射面５２の外側隣りの入射面５３とが交わる部分が、隣り合う反射プリズム５５，５５の間の第二谷線５７となっている。最も外側の反射面５２の最外縁も第二谷線５７となっている。
【００３２】
これら第二稜線５６のうち最も外側の第二稜線５６を除く内側の第二稜線５６の光軸Ａｘに沿う方向の位置は、互いに揃っている。
最も外側の第二稜線５６は光源２０の上面（被覆材２３の上面）よりも下に位置している。つまり、光軸Ａｘに沿う方向の最も外側の第二稜線５６の位置は、光源２０の上面（被覆材２３の上面）よりも基板１０寄りである。そのため、最も外側の第二稜線５６が光軸Ａｘに関する周方向に沿って光源２０を囲繞し、最も外側の反射プリズム５５の入射面５３及び反射面５２が、光軸Ａｘに関する周方向に沿って光源２０を囲んでいる。
【００３３】
光軸Ａｘに沿う方向の何れの第二谷線５７の位置も、光軸Ａｘに沿う方向の第一谷線４７の位置よりも上である。つまり、光軸Ａｘに沿う方向の第一谷線４７の位置は、第二谷線５７よりも光源２０寄りである。
【００３４】
また、第二谷線５７が外側に配置されるにつれて、光軸Ａｘに沿う方向のこれら第二谷線５７の位置が光源２０から上に離れていく。つまり、第二谷線５７が外側に配置されるにつれて、光源２０の上面からこれら第二谷線５７までの光軸Ａｘに沿う方向の距離が大きくなる。
【００３５】
また、反射プリズム５５が外側に配置されるにつれて、これら反射プリズム５５の高さが高くなる。ここで、反射プリズム５５の高さとは、その反射プリズム５５の第二稜線５６からその反射プリズム５５の外側の第二谷線５７までの光軸Ａｘに沿う方向の距離をいう。そのため、最も内側の反射プリズム５５の高さをｈ１とし、最も外側の反射プリズム５５の高さをｈ３とし、それら反射プリズム５５の間に配置された反射プリズム５５の高さをｈ２とすると、ｈ１＜ｈ２＜ｈ３となる。なお、本実施形態では、反射型フレネルレンズ部５１の反射プリズム５５の列が３列であったが、２列であってもよいし、４列以上であってもよい。
【００３６】
また、光源２０（具体的には、発光素子２２の中心）から或る反射プリズム５５の第二稜線５６まで直線Ｋを引いた場合、その反射プリズム５５の１つ外側に配置された反射プリズム５５の外側の第二谷線５７は、直線Ｋよりも上にある（図３参照）。このことは、何れの第二谷線５７についても適用される。
【００３７】
光軸Ａｘの方向に見て、屈折型フレネルレンズ部４１の外縁が、光源２０の外縁よりも内側に配置されている。つまり、光軸Ａｘの方向に見て、最も外側の屈折プリズム４５の外側にある第一谷線４７（その第一谷線４７は、屈折型フレネルレンズ部４１と反射型フレネルレンズ部５１とを区切る境界線である。）は、光源２０の外縁よりも内側に配置されている。
【００３８】
ここで、屈折型フレネルレンズ部４１と反射型フレネルレンズ部５１とを区切る境界線（最も外側の第一谷線４７）の位置について、図４〜図７を参照して具体的に説明する。
図４に示すように、光源２０から屈折型フレネルレンズ部４１までの光軸Ａｘに沿う方向の距離をＨとし、光源２０から発した光線が光軸Ａｘを基準として角度αの方向に放射し、その光線が入射する屈折面４２から光源２０までの光軸Ａｘの径方向に沿う距離をＲとした場合、その光線の入射角はα＋９０°−θとなる。その場合、Ｈ、Ｒ、αの関係は次式（１）で表される。
【数１】
2011192494.tif 000003
【００３９】
光軸Ａｘに対する屈折面４２の傾斜角をθとする。光源２０から角度αの方向に発した光線が屈折面４２によって屈折する。その屈折面４２に入射した光線が光軸Ａｘに対して平行に照射されるようにするためには、角度θが次式（２）を満たす必要がある。
【数２】
2011192494.tif 000004
Ｎは、屈折プリズム４５の屈折率である。
【００４０】
屈折面４２が外側に配置されるにつれて、これら屈折面４２の角度θが小さくなる。また、これら屈折面４２に入射する光線の放射角αは、屈折面４２が外側に配置されるにつれて大きくなる。ある屈折プリズム４５において、光線の放射角αがその屈折プリズム４５の屈折面４２の傾斜角θよりも大きくなってしまうと、その屈折面４２に光線が入射することができない。従って、光源２０から発した光線を屈折面４２に入射させることができるための条件として、次式（３）を満たす必要がある。
【数３】
2011192494.tif 000005
【００４１】
図５は、αとθが等しい状態とした場合を示している。
【００４２】
式（２）及び式（３）から次式（４）、（５）が求まる。
【数４】
2011192494.tif 000006
【数５】
2011192494.tif 000007
【００４３】
式（５）に式（１）を代入すると、次式（６）、（７）が求まる。
【数６】
2011192494.tif 000008
【数７】
2011192494.tif 000009
【００４４】
つまり、光源２０から光軸Ａｘの径方向に沿った距離Ｒが式（７）を満たす範囲内は、屈折型フレネルレンズ部４１として機能する。従って、光源２０から光軸Ａｘの径方向に沿った距離Ｒが式（７）を満たす範囲内には、複数の屈折面４２を同心状に配列し、式（７）の範囲外には、複数の反射面５２を同心状に配列する。
【００４５】
図６に示すように、光源２０から角度αで出射した光線が反射プリズム５５の入射面５３で屈折し、その光線が反射面５２で全反射することによって、その反射した光線が光軸Ａｘに対して平行に照射されるようにするためには、次式（８）満たす必要がある。
【数８】
2011192494.tif 000010
【００４６】
式（８）において、Ｍは反射プリズム５５の屈折率であり、φは光軸Ａｘに対する反射面５２の傾斜角であり、γは光軸Ａｘに対する入射面５３の角度であり、βは入射光線の屈折角である。
【００４７】
従って、光軸Ａｘに対する反射面５２の傾斜角φは、次式（９）で表すものとなる。
【数９】
2011192494.tif 000011
【００４８】
なお、屈折型フレネルレンズ部４１と反射型フレネルレンズ部５１が一体成形されており、屈折プリズム４５と反射プリズム５５が同一材料からなるので、屈折プリズム４５の屈折率Ｎと反射プリズム５５の屈折率Ｍが等しい。また、入射面５３が光軸Ａｘに対して平行な線分を光軸Ａｘ周りに回転して得られる円柱面状に形成されている場合、γはゼロ°である。
【００４９】
次に、照明装置１の機能及び配光特性について説明する。
光源２０が発光する。光源２０から発した光が屈折プリズム４５の屈折面４２に入射して、その入射光が屈折面４２によって屈折する。屈折した入射光の向きは光軸Ａｘに対してほぼ平行であり、その入射光が透明部材３１の上面３２から上に出射する。光源２０から発して屈折型フレネルレンズ部４１によって上方に投射される光は、略平行光である。
【００５０】
一方、光源２０から発した光が反射プリズム５５の入射面５３に入射して、その入射光が入射面５３によって屈折する。その入射光が反射プリズム５５の反射面５２によって上に反射される。反射面５２によって反射された反射光の向きは光軸Ａｘに対してほぼ平行であり、その反射光が透明部材３１の上面３２から上に出射する。
【００５１】
図７は、この照明装置１の配光特性と、従来例の照明装置９０１（図８参照）の配光特性を示した図である。従来例の照明装置９０１でも、光源９２０が基板９１０上に搭載され、フレネルレンズ９３０が光源９２０に対向している。フレネルレンズ９３０の中心部に、屈折型フレネルレンズ部９４１が設けられ、屈折型フレネルレンズ部９４１の周囲に反射型フレネルレンズ部９５１が設けられている。この従来例の光源９２０は、照明装置１の光源２０と同じものである。従来例の屈折型フレネルレンズ部９４１は、照明装置１の屈折型フレネルレンズ部４１と同じものである。従来の反射型フレネルレンズ部９５１では、反射プリズム９５５間の谷線９５７が何れも揃っており、反射プリズム９５５の稜線９５６が何れも揃っており、どの反射プリズム９５５の高さも等しい。また、反射プリズム９５５間の谷線９５７が、屈折プリズム９４５間の谷線９４７に揃っている。
【００５２】
図７から明らかなように、この照明装置１では、光軸Ａｘに対して半値幅で２５°の配光になっており、光軸Ａｘ方向への正面指向性が高くなっている。それに対し、従来の照明装置９０１では、光軸Ａｘに対して２５°以上の範囲でも明るくなっており、照明装置９０１の正面指向性が照明装置１の正面指向性よりも低いことがわかる。
【００５３】
図９は、照明装置１の配光特性と、公知でない参考例の照明装置８０１（図１０参照）の配光特性を示した図である。参考例の照明装置８０１は、反射型フレネルレンズ部８５１を除いて、照明装置１と同様に設けられている。この照明装置８０１の反射型フレネルレンズ部８５１では、谷線８５７が外側に配置されるにつれて、光軸Ａｘに沿う方向のこれら谷線８５７の位置が光源８２０に近くなる。光軸Ａｘに沿う方向の何れの谷線８５７の位置も、光軸Ａｘに沿う方向の谷線８４６の位置よりも光源２０寄りになっている。
【００５４】
図９から明らかなように、照明装置１の光軸Ａｘ方向への正面指向性が、照明装置９０１のＡｘ方向への正面指向性よりも高いことがわかる。
【００５５】
以上のように、本発明の実施形態に係る照明装置１では、第二谷線５７が外側に配置されるにつれて、隣り合う反射プリズム５５の間の第二谷線５７の光軸Ａｘに沿う方向の位置が徐々に上になる。つまり、何れの反射プリズム５５においても、反射プリズム５５の外側の第二谷線５７の光軸Ａｘに沿う方向の位置は、その反射プリズム５５の内側の第二谷線５７の光軸Ａｘに沿う方向の位置よりも上になっている。そのため、入射面５３に入射した光の多くが反射面５２によって反射される。従って、入射面５３に入射して反射面５２によって反射されずに透明部材３１の側方に出射する光の量が少なくなる。ゆえに、光の利用効率が向上し、光軸Ａｘの方向への指向性が向上する。
【００５６】
また、反射プリズム５５が外側に配置されるにつれて反射プリズム５５の高さが高くなるから、外側の反射プリズム５５でも、効率よく光が入射面５３に入射する。従って、反射型フレネルレンズ部５１によって光軸Ａｘの方向に放射される光の量が増して、光の利用効率が向上する。
【００５７】
また、最も外側に配置された反射プリズム５５が光源２０を囲うように設けられているから、光源２０から側方に向かう光が、最も外側の反射プリズム５５の入射面５３に入射するようになる。そのため、反射型フレネルレンズ部５１によって光軸Ａｘの方向に放射される光の量が増して、光の利用効率が向上する。
【００５８】
また、光軸Ａｘに沿う方向の何れの第二谷線５７の位置も、光軸Ａｘに沿う方向の第一谷線４７の位置よりも上になっている。そのため、反射面５２の範囲が広くなっているから、入射面５３に入射して反射面５２によって反射されずに透明部材３１の側方に出射する光の量が少なくなる。従って、光の利用効率が向上し、光軸Ａｘの方向への指向性が向上する。
【００５９】
〔第２の実施の形態〕
図１１は、照明装置１Ａの断面図である。
第２実施形態における照明装置１Ａと、第１実施形態における照明装置１との間で互いに対応する部分には同一の符号を付す。以下、第２実施形態における照明装置１Ａと第１実施形態における照明装置１とが相違する点について説明する。
【００６０】
第二稜線５６が外側に配置されるにつれて、稜線光軸Ａｘに沿う方向のこれら第二稜線５６の位置が光源２０に近づく。
光軸Ａｘに沿う方向の何れの第二谷線５７の位置も、光軸Ａｘに沿う方向の第一谷線４７の位置よりも上にある。
光軸Ａｘに沿う方向のこれら第二谷線５７の位置は、互いに揃っている。
反射プリズム５５が外側に配置されるにつれて、これら反射プリズム５５の高さが高くなる。
以上に説明したことを除いて、第２実施形態における照明装置１Ａと、第１実施形態における照明装置１との間で互いに対応する部分とは、同様に設けられている。
【００６１】
この照明装置１Ａにおいても、反射型フレネルレンズ部５１によって光の利用効率が向上するとともに、光軸Ａｘ方向への正面指向性が高くなる。
【００６２】
〔第３の実施の形態〕
図１２は、照明装置１Ｂの断面図である。
第３実施形態における照明装置１Ｂと、第１実施形態における照明装置１との間で互いに対応する部分には同一の符号を付す。以下、第３実施形態における照明装置１Ｂと第１実施形態における照明装置１とが相違する点について説明する。
【００６３】
第二稜線５６が外側に配置されるにつれて、光軸Ａｘに沿う方向のこれら第二稜線５６の位置が光源２０に近づく。
光軸Ａｘに沿う方向の何れの第二谷線５７の位置も、光軸Ａｘに沿う方向の第一谷線４７の位置よりも上にある。
第二谷線５７が外側に配置されるにつれて、光軸Ａｘに沿う方向のこれら第二谷線５７の位置が光源２０から上に離れていく。
反射プリズム５５が外側に配置されるにつれて、これら反射プリズム５５の高さが高くなる。
以上に説明したことを除いて、第３実施形態における照明装置１Ｂと、第１実施形態における照明装置１との間で互いに対応する部分とは、同様に設けられている。
【００６４】
この照明装置１Ｂにおいても、反射型フレネルレンズ部５１によって光の利用効率が向上するとともに、光軸Ａｘ方向への正面指向性が高くなる。
【符号の説明】
【００６５】
１、１Ａ、１Ｂ  照明装置
２０  光源
２２  発光素子
２３  被覆材
３０  フレネルレンズ
４１  屈折型フレネルレンズ部
４２  屈折面
４５  屈折プリズム
４６  第一稜線
４７  第一谷線
５１  反射型フレネルレンズ部
５２  反射面
５３  入射面
５５  反射プリズム
５６  第二稜線
５７  第二谷線
Ａｘ  光軸
【図１】
2011192494.tif 000012
【図２】
2011192494.tif 000013
【図３】
2011192494.tif 000014
【図４】
2011192494.tif 000015
【図５】
2011192494.tif 000016
【図６】
2011192494.tif 000017
【図７】
2011192494.tif 000018
【図８】
2011192494.tif 000019
【図９】
2011192494.tif 000020
【図１０】
2011192494.tif 000021
【図１１】
2011192494.tif 000022
【図１２】
2011192494.tif 000023
【図１３】
2011192494.tif 000024