(57)【要約】【課題】被照射面内で直交するＸＹ方向での照射光の配光特性がＸ及びＹ方向で、非回転対象に且つ所望の配光特性となるように制御することができ、所定の被照射基準面に光を照射した場合に、基準面の中心から所望範囲の四隅における照度を、任意に制御し、且つ、中心照度に対して十分な照度を確保することができ、更には、光軸方向に薄型化できる光束制御部材及び照明装置を提供する。【解決手段】発光素子から出射された光の配光制御を行う配光制御部材であって、前記配光制御部材は、前記発光素子に対峙する頂部、該頂部から末広がり状に形成された側部、及び光の出射面となる矩形状の底部を備えるレンズ部を有し、前記側部がフレネル形状とされる。【選択図】図１
2015213025.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光素子から出射された光の配光制御を行う配光制御部材であって、
前記配光制御部材は、前記発光素子に対峙する頂部、該頂部から末広がり状に形成された側部、及び光の出射面となる矩形状の底部を備えるレンズ部を有し、
前記側部がフレネル形状とされる配光制御部材。
【請求項２】
前記レンズ部の側部には、該レンズ部の内部側に窪む、対向する２対以上の窪み部が形成される請求項１に記載の配光制御部材。
【請求項３】
前記窪み部は、略Ｖ字状に配置される少なくとも２平面により形成してなる請求項２に記載の配光制御部材
【請求項４】
前記窪み部は、谷底部の断面形状がＲ形状である請求項３に記載の配光制御部材。
【請求項５】
前記窪み部は、前記レンズ部の内部側に窪む曲面からなる請求項２に記載の配光制御部材。
【請求項６】
前記頂部にフレネルレンズが形成されてなる請求項１乃至５のいずれかに記載の配光制御部材
【請求項７】
前記レンズ部の外周を囲むプリズム部を有する請求項１乃至６のいずれかに記載の配光制御部材。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれかに記載の配光制御部材と、発光素子と、を有する照明装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＬＥＤ（発光ダイオード）などの発光素子から出射する光の配光特性を制御する配光制御部材、及びそれを用いた照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＬＥＤ（発光ダイオード）などの半導体発光素子を用いた照明装置（発光装置）が普及しつつある（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−２０７１６号公報
【０００４】
特許文献１に記載の発光装置は、発光素子と、発光素子から出射した光が所望の配光特性となるように光の進行方向を制御する光束制御部材とを有している。光束制御部材は、例えば、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）やポリカーボネート（ＰＣ）などの光透過性樹脂からなり、中心軸方向に所定の厚さを有した回転対象な円盤状とされる。また、円盤面の１面には全反射面が形成されると共に、円盤内部の外周近傍に円盤内部を伝搬してきた光を円盤面から光軸方向に反射する反射面が形成されている。
【０００５】
光束制御部材に対向し、その回転軸中心付近に配置された発光素子から照射された光は、光束制御部材の回転軸近辺から円盤内に入射し、円盤面の１面に形成された全反射面で全反射して、円盤面内を伝搬し、１部の光は、光束制御部材の外側面から出射する。また、その他の光は、円盤内の外周近傍に形成された反射面で反射して円盤面の外側面近傍から回転軸方向に出射する。
【０００６】
特許文献１の光束制御部材は、発光素子から出射された光を、光束制御部材の外周部に形成された出射部から出射するように光の伝搬方向が制御できるために、直視しても眩しくないなどの照明装置の用途に応じた所望の配光特性が得られることとなる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、このような従来の光束制御部材は、配光特性を制御する構成が回転対象であるために、被照射面内で直交するＸＹ方向での照射光の配光特性がＸ及びＹ方向で、非回転対象に且つ所望の配光特性となるように制御することができないという問題がある。また、所定の被照射基準面の中心に光を照射した場合に、基準面の中心から所望範囲の四隅における照度を、任意に制御し、且つ、中心照度に対して十分な照度を確保することできないという問題があった。更に、所望の配光特性を維持したまま光軸方向に薄型化することが困難であるという問題があった。
【０００８】
本発明は上記従来における問題点を解決し、以下の目的を達成することを課題とする。即ち、本発明は、被照射面内で直交するＸＹ方向での照射光の配光特性がＸ及びＹ方向で、非回転対象に且つ所望の配光特性となるように制御することができ、所定の被照射基準面に光を照射した場合に、基準面の中心から所望範囲の四隅における照度を、任意に制御し、且つ、中心照度に対して十分な照度を確保することができ、更には、光軸方向に薄型化された光束制御部材、及び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】
【０００９】
上記課題を解決するための手段としては、以下の通りである。即ち、本発明は、発光素子から出射された光の配光制御を行う配光制御部材であって、前記配光制御部材は、前記発光素子に対峙する頂部、該頂部から末広がり状に形成された側部、及び光の出射面となる矩形状の底部を備えるレンズ部を有し、前記側部がフレネル形状とされる。
【００１０】
また、上記発明において、前記レンズ部の側部には、該レンズ部の内部側に窪む、対向する２対以上の窪み部が形成されてもよい。
【００１１】
また、上記発明において、前記窪み部は、略Ｖ字状に配置される少なくとも２平面により形成してもよい。
【００１２】
また、上記発明において、前記窪み部は、谷底部の断面形状がＲ形状でもよい。
【００１３】
また、上記発明において、前記窪み部は、前記レンズ部の内部側に窪む曲面でもよい。
【００１４】
また、上記発明において、前記頂部にフレネルレンズが形成されてもよい
【００１５】
また、上記発明において、前記レンズ部の外周を囲むプリズム部を有してもよい。
【００１６】
また、本発明の照明装置は、前記配光制御部材と、発光素子と、を有する。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、被照射面内で直交するＸＹ方向での照射光の配光特性がＸ及びＹ方向で、非回転対象に且つ所望の配光特性となるように制御することができ、所定の被照射基準面に光を照射した場合に、基準面の中心から所望範囲の四隅における照度を、任意に制御し、且つ、中心照度に対して十分な照度を確保することができ、更には、光軸方向に薄型化できる光束制御部材及び照明装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】第１の実施の形態にかかる配光制御部材の外観を示す斜視図
【図２】第１の実施の形態にかかる配光制御部材の１部を構成するレンズ部の斜視図
【図３】レンズ部の（Ａ）平面図、（Ｂ）Ａ―Ａ線断面図、（Ｃ）Ｂ−Ｂ線断面図である。
【図４】第１の実施の形態にかかる配光制御部材の（Ａ）平面図、（Ｂ）Ａ―Ａ線断面図、（Ｃ）Ｂ−Ｂ線断面図である。
【図５】第２の実施の形態にかかる配光制御部材の外観を示す斜視図
【図６】第２の実施の形態にかかる配光制御部材の１部を構成するレンズ部の斜視図
【図７】レンズ部の（Ａ）平面図、（Ｂ）Ａ―Ａ線断面図、（Ｃ）Ｂ−Ｂ線断面図である。
【図８】第２の実施の形態にかかる配光制御部材の（Ａ）平面図、（Ｂ）Ａ―Ａ線断面図、（Ｃ）Ｂ−Ｂ線断面図である。
【図９】第３の実施の形態にかかる配光制御部材の外観を示す斜視図
【図１０】第３の実施の形態にかかる配光制御部材の１部を構成するレンズ部の斜視図
【図１１】レンズ部の（Ａ）平面図、（Ｂ）Ａ―Ａ線断面図、（Ｃ）Ｂ−Ｂ線断面図である。
【図１２】第３の実施の形態にかかる配光制御部材の（Ａ）平面図、（Ｂ）Ａ―Ａ線断面図、（Ｃ）Ｂ−Ｂ線断面図である。
【図１３】第４の実施の形態にかかる配光制御部材の１部を構成するレンズ部の（Ａ）平面図、（Ｂ）Ａ―Ａ線断面図、（Ｃ）Ｂ−Ｂ線断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
〔第１の実施の形態〕
以下、本発明の第１の実施の形態にかかる配光制御部材について図面を参照して説明する。
図１は、配光制御部材の外観を示す斜視図、図２は、配光制御部材としてのレンズ部の斜視図を示す。図３は、本発明の実施の形態にかかる配光制御部材としてのレンズ部１１０の（Ａ）平面図、（Ｂ）Ａ―Ａ線断面図、（Ｃ）Ｂ−Ｂ線断面図である。図４は、本発明の実施の形態にかかる配光制御部材の（Ａ）平面図、（Ｂ）Ａ―Ａ線断面図、（Ｃ）Ｂ−Ｂ線断面図である。
【００２０】
本実施の形態にかかる配光制御部材１００を構成するレンズ部１１０は、図２に示すように、発光素子（図示せず）に対峙する頂部１０、該頂部１０から末広がり状に形成された側部２０、並びに、光の出射面となる長方形状の底部３０を備える略錐台形状とされる。また、レンズ部１１０の頂部１０は、上面が平坦面とされ、この平坦面が図示しない発光素子に対峙する。また、頂部１０から末広がり状に形成された側部２０は、レンズ部１１０の内部側に窪むと共に、頂部１０を挟んで対向して形成される第１の窪み部２１と、第１の窪み部２１に直交する方向に、同じく頂部１０を挟んで対向して形成される第２の窪み部２２とを備える。
【００２１】
第１の対向する窪み部２１は、図３に示すように、谷底部２１ａを挟んでＶ字状に配置される２つの平面２１ｂ及び２１ｃより形成される。なお、図３に示すように、第２の窪み部２２も同様の構成とされる。
【００２２】
レンズ部１１０の側部２０には、断面が鋸刃形状であり、平面視で複数の同心的な矩形輪帯状のフレネルレンズ５０ａ、５０ｂが形成されている。
【００２３】
第１の窪み部２１、及び、第２の窪み部２２は、その形状を、窪み部の深さや、平面２１ｂ及び２１ｃ並びに平面２２ｂ及び２２ｃの形状を任意に設定することにより、所定の被照射基準面で所望の配光特性を得ることができる。
【００２４】
また、レンズ部１１０の側部２０に形成されるフレネルレンズ５０ａ、５０ｂの分割数は任意に設定することができるが、分割数を多くすることにより、レンズ部１１０の光軸方向の厚みを薄くすることが出来る。従って、レンズ部の成型上の制約と光軸方向の厚みを考慮して、フレネルレンズ５０ａ、５０ｂの分割数を設定することが出来る。
【００２５】
本発明の実施の形態にかかる配光制御部材は、これら第１の窪み部２１及び、それとは直交する方向に形成される第２の窪み部２２により、頂部１０側から平面２１ｂ及び２１ｃ、並びに、平面２２ｂ及び２２ｃに入射するそれぞれの光はスネルの法則に従って、レンズ部１１０の底部３０からそれぞれ出射することになる。このとき、第１の窪み部２１及び第２の窪み部２２の深さや、平面２１ｂ及び２１ｃ並びに平面２２ｂ、２２ｃの形状を任意に設定することにより、被照射面内で直交するＸＹ方向での照射光の配光特性がＸ及びＹ方向で、非回転対象に且つ所望の配光特性となるように制御することができ、所定の被照射基準面の中心に光を照射した場合に、基準面の中心から所望範囲の四隅における照度を、任意に制御し、且つ、中心照度に対して十分な照度を確保することができる。また、レンズ部１１０の側部２０に形成されるフレネルレンズにより、所望の配光特性を維持したまま、レンズ部の光軸方向の厚みを薄くすることができる。また、このフレネルレンズが側部２０に形成されることのより、所望の配光特性を維持したまま、ＬＥＤ発光素子の基板構造などがレンズ部１１０を介して直接視認されることが防止できる。
【００２６】
本発明の実施の形態にかかる配光制御部材においては、図４に示すように、各レンズ部１１０の長手方向及び短手方向の外周に、各レンズ部１１０を囲むように矩形の第１のプリズム部１２０が形成される。また、第１のプリズム部１２０とレンズ部１１０との間には、第１のプリズム部の向かい合う２辺に平行して、レンズ部１１０を挟み込むように第２のプリズム部１３０ａ及び１３０ｂが形成される。また、プリズム部１２０の外周には、プリズム部１２０を囲むように矩形の第３のプリズム部１４０ａ及びプリズム部１４０ｂが形成される。
【００２７】
各プリズム部１２０、１３０ａ、１３０ｂ、及び１４０ａ、１４０ｂの断面形状は、図４の（Ｂ）及び（Ｃ）に示すように、配光制御部材１００の中心側に面し、且つ光軸方向にほぼ垂直に近い斜面の入射面と、配光制御部材１００の外周側に面し、光軸に対して所定の角度で傾斜する反射面とを備える反射型フレネルレンズ形状とされる。
【００２８】
各プリズム部１２０、１３０、及び１４０の各反射面は、レンズ部１１０に最も近接して配置されるプリズム部１２０から、最も離れて配置されるプリズム部１４０に向かって、その傾斜角度が緩やかになるように、各プリズム部の傾斜面が形成される。
【００２９】
また、本実施の形態にかかるプリズム部１４０ａ及びプリズム部１４０ｂは、図１に示すように、配光制御部材１００の内部、即ち、レンズ部１１０側に窪むＶ字状の２平面から形成されている。
【００３０】
本発明の実施の形態にかかる配光制御部材１００は、図示しない発光素子から出射した光線は、各プリズム部１２０、１３０及び１４０の各入射面（屈折面）からプリズム部内に入射し、各プリズム部１２０、１３０及び１４０の各反射面（または全反射面）で反射され、光軸方向に光線の方向が変換されて出射する。従って、本発明の配光制御部材としてのレンズ部１１０の頂部１０側からレンズ部１１０内にそれぞれ入射し、底部３０から出射する光の配光特性と合わせて、効果的に、仮想平面上での配光特性が制御され、仮想平面の中心から所望範囲の四隅における照度を十分確保することができる。
【００３１】
〔第２の実施の形態〕
以下、本発明の第２の実施の形態にかかる配光制御部材について図面を参照して説明する。
図５は、配光制御部材の外観を示す斜視図、図６は、配光制御部材としてのレンズ部の斜視図を示す。図７は、本発明の実施の形態にかかる配光制御部材としてのレンズ部１１０の（Ａ）平面図、（Ｂ）Ａ―Ａ線断面図、（Ｃ）Ｂ−Ｂ線断面図である。図８は、本発明の実施の形態にかかる配光制御部材の（Ａ）平面図、（Ｂ）Ａ―Ａ線断面図、（Ｃ）Ｂ−Ｂ線断面図である。
【００３２】
本実施の形態にかかる配光制御部材１００を構成するレンズ部１１０は、図６に示すように、第１の実施の形態にかかる配光制御部材と同様に、発光素子（図示せず）に対峙する頂部１０、該頂部１０から末広がり状に形成された側部２０、並びに、光の出射面となる長方形状の底部３０を備える略錐台形状とされる。また、レンズ部１１０の頂部１０は、上面が平坦面とされ、この平坦面が図示しない発光素子に対峙する。また、頂部１０から末広がり状に形成された側部２０は、レンズ部１１０の内部側に窪むと共に、頂部１０を挟んで対向して形成される第１の窪み部２１と、第１の窪み部２１に直交する方向に、同じく頂部１０を挟んで対向して形成される第２の窪み部２２とを備える。
【００３３】
第１の対向する窪み部２１は、図７に示すように、谷底部２１ａを挟んでＶ字状に配置される２つの平面２１ｂ及び２１ｃより形成される。なお、図３に示すように、第２の窪み部２２も同様の構成とされる。
【００３４】
レンズ部１１０の側部２０には、断面が鋸刃形状であり、平面視で複数の同心的な円形輪帯状のフレネルレンズ５１ａ、５１ｂが形成されている。
その他の構成については、第１の実施の形態にかかる配光制御部材と同一の構成であるので、同一の符号を付して説明を省略する。
【００３５】
〔第３の実施の形態〕
以下、本発明の第３の実施の形態にかかる配光制御部材について図面を参照して説明する。
図９は、配光制御部材の外観を示す斜視図、図１０は、配光制御部材としてのレンズ部の斜視図を示す。図１１は、本発明の実施の形態にかかる配光制御部材としてのレンズ部１１０の（Ａ）平面図、（Ｂ）Ａ―Ａ線断面図、（Ｃ）Ｂ−Ｂ線断面図である。図１２は、本発明の実施の形態にかかる配光制御部材の（Ａ）平面図、（Ｂ）Ａ―Ａ線断面図、（Ｃ）Ｂ−Ｂ線断面図である。
【００３６】
本実施の形態にかかる配光制御部材１００を構成するレンズ部１１０は、図１０に示すように、第１の実施の形態にかかる配光制御部材と同様に、発光素子（図示せず）に対峙する頂部１０、該頂部１０から末広がり状に形成された側部２０、並びに、光の出射面となる長方形状の底部３０を備える略四角錐台形状とされる。また、レンズ部１１０の頂部１０は、上面が平坦面とされ、この平坦面が図示しない発光素子に対峙する。
【００３７】
レンズ部１１０の側部２０には、断面が鋸刃形状であり、平面視で複数の同心的な矩形輪帯状のフレネルレンズ５２ａ、５２ｂが形成されている。
その他の構成については、第１の実施の形態にかかる配光制御部材と同一の構成であるので、同一の符号を付して説明を省略する。
【００３８】
〔第４の実施の形態〕
以下、本発明の第４の実施の形態にかかる配光制御部材について図面を参照して説明する。
図１３は、本発明の実施の形態にかかる配光制御部材としてのレンズ部１１０の（Ａ）平面図、（Ｂ）Ａ―Ａ線断面図、（Ｃ）Ｂ−Ｂ線断面図である。
【００３９】
本実施の形態にかかる配光制御部材を構成するレンズ部１１０は、第１の実施の形態にかかる配光制御部材と同様に、発光素子（図示せず）に対峙する頂部１０、該頂部１０から末広がり状に形成された側部、並びに、光の出射面となる長方形状の底部を備える略錐台形状とされる。また、頂部１０から末広がり状に形成された側部は、レンズ部１１０の内部側に窪むと共に、頂部１０を挟んで対向して形成される第１の窪み部と、第１の窪み部に直交する方向に、同じく頂部１０を挟んで対向して形成される第２の窪み部とを備える。
【００４０】
第１の対向する窪み部は、図１３に示すように、谷底部２１ａを挟んでＶ字状に配置される２つの平面２１ｂ及び２１ｃより形成される。なお、図１３に示すように、第２の窪み部２２も同様の構成とされる。
【００４１】
レンズ部１１０の側部には、断面が鋸刃形状であり、平面視で複数の同心的な矩形輪帯状のフレネルレンズ５０ａ、５０ｂが形成されている。また、頂部１０には、側部に形成されるフレネルレンズ５０ａ、５０ｂよりも微細で断面が鋸刃状であり、平面視で複数の同心的な円形輪帯状のフレネルレンズ５３ａ、５３ｂ、及び５３ｃが形成されている。
その他の構成については、第１の実施の形態にかかる配光制御部材と同一の構成とすることができる。
【００４２】
第１、第２及び第４の実施の形態では、レンズ部１１０は、頂部１０を挟んで、第１の対向する窪み部２１と、それとは直交する方向に、頂部１０を挟んで第２の対向する窪み部２２が形成されるが、本発明においては、特に、この例に、限定されるものではなく、求められる配光特性に応じて、２対以上の窪み部を有してもよい。また、その形状についても、各窪み部が、Ｖ字状の２平面から形成されもよく、曲面から形成されてもよい。また、各窪み部が、多平面から形成されてもよい。
【００４３】
また、第１の窪み部２１、及び、第２の窪み部２２が曲面から形成される場合において、その曲面形状については、特に制限されることはなく、所望の非球面係数で特定される非球面、自由曲面、又はトロイダル面などとしてもよい。
【００４４】
また、レンズ部１１０の底部３０の形状としては、特に限定されることはなく、矩形や所定の多角形状とすることができる。
【００４５】
第１乃至第４の各実施の形態にかかる配光制御部材１００は、エポキシ樹脂系（ＥＰ）のＵＶ硬化性の光透過性樹脂からなり、型に樹脂を充填後にＵＶを照射して硬化させることにより成型される。
【００４６】
本発明においては、特に、この例に限定されるものではなく、例えば、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）やポリカーボネート（ＰＣ）、エポキシ樹脂（ＥＰ）などの光透過性樹脂を用いて射出成型により成型してもよい。
【００４７】
本発明の照明装置は、図示しない発光素子と、第１乃至第４の各実施の形態で説明した本発明の配光制御部材とを有している。発光素子（図示せず）は、プリズム部１２０の先端よりレンズ部１１０側の空間であって、頂部１０に対峙する位置に配置される。発光素子としては、例えば、ＬＥＤ（発光ダイオード）などの半導体発光素子を用いることができるが、発光ダイオードの数や配置などは特に限定されず、例えば、複数の発光ダイオードを所定の位置に配置した面状光源としてもよく、単一の発光ダイオードを用いてもよい。
【００４８】
本発明にかかる照明装置は、光源から出射される光を、所望の矩形の配光特性とすることが出来るので、カメラフラッシュ等の特定の矩形領域を照明する用途に特に好適である。また、所定の被照射基準面に光を照射した場合に、基準面の中心から所望範囲の四隅における照度を、任意に制御し、且つ、中心照度に対して十分な照度を確保することができるので、フラットパネルディスプレイのバックライトや車両の灯火類などの用途に広く使用することができる。
【００４９】
本発明の照明装置をカメラフラッシュモジュールに用いる場合には、第１乃至第４の各実施の形態で説明した本発明にかかる配光制御部材を並列に２つ配置し、それぞれの配光制御部材の底部３０から異なる色の光を発光するように構成してもよい。
【００５０】
例えば、並列するレンズ部１１０にそれぞれ配置される発光素子として、異なる色（例えば、ホワイトとアンバー）の光を発光する２種類のＬＥＤを用い、周囲の明るさに対応して、それぞれのＬＥＤの発光度合を調整することにより、撮影に最適な矩形領域の照明を確保しつつ、自然な色合いでの撮影をすることが可能となる。なお、本実施の形態で説明した異なる色を発光するＬＥＤを用いるものの他に、レンズ部とＬＥＤとの間に色フィルタを用いるものや、レンズ部自体を着色するものなど、レンズ部１１０の底部から異なる色を発光される方法については、特に限定されるものではない。
【符号の説明】
【００５１】
１００    ・・・配光制御部材
１１０    ・・・レンズ部
１０      ・・・頂部
２０      ・・・側部
３０      ・・・底部
２１、２２  ・・・窪み部
５０ａ、５０ｂ、５１ａ、５１ｂ、５２ａ、５２ｂ、５３ａ、５３ｂ、５３ｃ  ・・・フレネルレンズ
【図１】
2015213025.tif 000003
【図２】
2015213025.tif 000004
【図３】
2015213025.tif 000005
【図４】
2015213025.tif 000006
【図５】
2015213025.tif 000007
【図６】
2015213025.tif 000008
【図７】
2015213025.tif 000009
【図８】
2015213025.tif 000010
【図９】
2015213025.tif 000011
【図１０】
2015213025.tif 000012
【図１１】
2015213025.tif 000013
【図１２】
2015213025.tif 000014
【図１３】
2015213025.tif 000015