(57)【要約】【課題】ＬＥＤ照明から放出される光の集光度が高く、照射面の中心光度がより高く、かつ、照射面の色むらが抑制されたＬＥＤ照明装置を提供する。【解決手段】半導体発光素子と光学レンズとを具備する照明装置であって、前記光学レンズは、光入射面と、光出射面と、全反射面とを有し、前記入射面は、開口を前記半導体発光素子側に向けた凹形状で、該凹形状は上方光入射面と側方光入射面とで構成され、前記上方光入射面の縁部で囲われる面の面積が、前記光入射面の開口部の縁部で囲われる面の面積に比べて小さく、前記側方光入射面は、曲面を有する。【選択図】図１
2015111523.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体発光素子と光学レンズとを具備する照明装置であって、
前記光学レンズは、前記半導体発光素子からの出射光を導入する光入射面と、外部に光を出射する光出射面と、前記光入射面の一部から導入された光を前記光出射面側に向ける全反射面とを有し、
前記光入射面は、開口を前記半導体発光素子側に向けた凹形状で、該凹形状は前記半導体発光素子の光出射面と対向する位置に該半導体発光素子側に上方光入射面と前記上方入射面の縁部に向かって立ち上がる側方光入射面とで構成され、前記上方入射面は前記半導体発光素子の光出射面から上方に出射した光を光学レンズ内に導入し、前記側方光入射面は前記半導体発光素子の光出射面から側方に出射した光を光学レンズ内に導入し、
前記全反射面は、前記半導体発光素子の光出射面の周辺部近傍を焦点とする断面略放物線系の曲面を有し、前記側方光入射面から光学レンズ内に導入された光を光出射面の方向に反射し、
前記光出射面は、前記上方入射面に対向する位置に設けられ、前記光出射面の中央部に位置し、略回転曲面の一部で構成された凸形状部と、該凸形状部の外周に位置し、前記光学レンズの光軸と略直交する、略平面部とを有しており、
前記上方光入射面の縁部で囲われる面の面積が、前記光入射面の開口部の縁部で囲われる面の面積に比べて小さく、前記側方光入射面は、曲面を有する照明装置。
【請求項２】
前記上方光入射面が、略平面または凸面である請求項１に記載の照明装置。
【請求項３】
前記側方光入射面は、前記半導体発光素子の光出射面の周辺部近傍を焦点とする断面略放物線系の曲面を有する請求項１又は２に記載の照明装置。
【請求項４】
前記半導体発光素子は、一つの発光面のみから光を放出する単一光源であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の照明装置。
【請求項５】
前記光源の発光面の最大径をＥとし、前記上方光入射面の最外径をＬとした場合に、下記一般式（１）を満たす請求項１〜４のいずれか１項に記載の照明装置。
０．４  ≦  Ｅ／Ｌ  ≦  １．２      （１）
【請求項６】
前記光入射面の開口部の縁部から前記光出射面の凸形状部の頂点までの距離とする光学レンズの高さ（Ｈ）と、前記光出射面の略平面部の最外径（Ｗ）とが、下記一般式（２）を満たす請求項１〜５のいずれか１項に記載の照明装置。
０．２  ≦  Ｈ／Ｗ  ≦  ０．８      （２）
【請求項７】
前記光出射面の外径が、１０ｍｍ以上、１００ｍｍ以下である請求項１〜６のいずれか一項に記載の照明装置。
【請求項８】
前記光出射面の凸形状部の外径が、３ｍｍ以上、５０ｍｍ以下である請求項１〜７のいずれか一項に記載の照明装置。
【請求項９】
前記光学レンズが、前記光学レンズの側方に前記照明装置の一部に固定するための固定部を有する請求項１〜８のいずれか一項に記載の照明装置。
【請求項１０】
前記半導体発光素子からの出射光を導入する光入射面と、外部に光を出射する光出射面と、前記光入射面の一部から導入された光を前記光出射面側に向ける全反射面とを有する光学レンズであって、
前記光入射面は、開口を前記半導体発光素子側に向けた凹形状で、該凹形状は前記半導
体発光素子の光出射面と対向する位置に該半導体発光素子側に上方光入射面と前記上方入射面の縁部に向かって立ち上がる側方光入射面とで構成され、前記上方入射面は前記半導体発光素子の光出射面から上方に出射した光を光学レンズ内に導入し、前記側方光入射面は前記半導体発光素子の光出射面から側方に出射した光を光学レンズ内に導入し、
前記全反射面は、前記半導体発光素子の光出射面の周辺部近傍を焦点とする断面略放物線系の曲面を有し、前記側方光入射面から光学レンズ内に導入された光を光出射面の方向に反射し、
前記光出射面は、前記上方入射面に対向する位置に設けられ、前記光出射面の中央部に位置し、略回転曲面の一部で構成された凸形状部と、該凸形状部の外周に位置し、前記光学レンズの光軸と略直交する、略平面部とを有しており、
前記上方光入射面の縁部で囲われる面の面積が、前記光入射面の開口部の縁部で囲われる面の面積に比べて小さく、前記側方光入射面は、曲面を有する光学レンズ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光素子としてＬＥＤを用いた照明装置、及び、該照明装置に用いられる光学レンズに関する。
【背景技術】
【０００２】
発光ダイオード（以下、「ＬＥＤ」と称する）は、従来から知られる蛍光灯や白熱電球のような照明光源に比べて、高効率かつ長寿命であることから、新しい光源として期待されている。照明装置の用途に応じて任意の配光特性が得られるようにするため、このようなＬＥＤ光源と配光制御用のレンズとを組み合わせることが検討されている。
例えば、特許文献１には、ＬＥＤ素子の配光特性を広角から狭角に変化させて輝度を高める方法として、凸形状部を有する出射面と全反射面を組み合わせたハイブリッドレンズを用いることが記載されている。当該ハイブリッドレンズは、中央に配置されたＬＥＤ素子からのレンズ入射光を、反射面による全反射によってレンズ中心軸（光軸）に対して略平行光とし出射させる光路と、凸形状部を有する出射面による屈折によって光軸に対して略平行光とし集光して出射させる光路の２種類の光路を有する。この両光路により、ＬＥＤ素子から出射される光を制御するレンズが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−５９０７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の光学レンズを用いた照明装置においては、例えば、発光面にある程度の大きさがあるＬＥＤを半導体発光素子として用いる場合や、複数の半導体発光素子を用いて複数の発光面を有する場合においては、半導体発光素子から放出される光が、レンズ内に適切に光が導入されない。そのため、レンズ出射面の凸形状部での制御、及びレンズ全反射面での制御の何れもがなされない光が発生するため、ＬＥＤ照明から放出される光の集光度が上がらない、照射面の中心光度が上がらないという結果になる。さらには、当該無制御光のために照射面の色むらが発生するという結果になる。
【０００５】
さらには、ＭＲ−１６型、ハロゲン電球代替のような大きさや形状に制限のある、コンパクトな照明装置の場合においては、半導体発光素子から放出される光を所望の配光性を有するように制御することが要求される。
本発明は、このような点に鑑みてなされたものであり、ＬＥＤ照明から放出される光の集光度が高く、照射面の中心光度がより高く、かつ、照射面の色むらが抑制されたＬＥＤ照明装置および該照明装置に用いるレンズ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】
【０００６】
本発明の照明装置は、半導体発光素子と光学レンズとを具備する照明装置であって、
前記光学レンズは、前記半導体発光素子からの出射光を導入する光入射面と、外部に光を出射する光出射面と、前記光入射面の一部から導入された光を前記光出射面側に向ける全反射面とを有し、
前記光入射面は、開口を前記半導体発光素子側に向けた凹形状で、該凹形状は前記半導体発光素子の光出射面と対向する位置に該半導体発光素子側に上方光入射面と前記上方入射面の縁部に向かって立ち上がる側方光入射面とで構成され、前記上方入射面は前記半導体発光素子の光出射面から上方に出射した光を光学レンズ内に導入し、前記側方光入射面
は前記半導体発光素子の光出射面から側方に出射した光を光学レンズ内に導入し、
前記全反射面は、前記半導体発光素子の光出射面の周辺部近傍を焦点とする断面略放物線系の曲面を有し、前記側方光入射面から光学レンズ内に導入された光を光出射面の方向に反射し、
前記光出射面は、前記上方入射面に対向する位置に設けられ、前記光出射面の中央部に位置し、略回転曲面の一部で構成された凸形状部と、該凸形状部の外周に位置し、前記光学レンズの光軸と略直交する、略平面部とを有しており、
前記上方光入射面の縁部で囲われる面の面積が、前記光入射面の開口部の縁部で囲われる面の面積に比べて小さく、前記側方光入射面は、曲面を有する照明装置である。
【０００７】
また、本発明の照明装置は、前記上方光入射面が、略平面または凸面であることを特徴とする。
また、本発明の照明装置は、前記側方光入射面は、前記半導体発光素子の光出射面の周辺部近傍を焦点とする断面略放物線系の曲面を有することを特徴とする。
本発明の照明装置は、前記半導体発光素子は、一つの発光面のみから光を放出する単一光源であることを特徴とする。
【０００８】
本発明の照明装置は、前記光源の発光面の最大径をＥとし、前記上方光入射面の最外径をＬとした場合に、下記一般式（１）を満たすことを特徴とする。
０．４  ≦  Ｅ／Ｌ  ≦  １．２      （１）
本発明の照明装置は、前記光入射面の開口部の縁部から前記光出射面の凸形状部の頂点までの距離とする光学レンズの高さ（Ｈ）と、前記光出射面の略平面部の最外径（Ｗ）とが、下記一般式（２）を満たすことを特徴とする。
【０００９】
０．２  ≦  Ｈ／Ｗ  ≦  ０．８      （２）
本発明の照明装置は、前記光出射面の外径が、１０ｍｍ以上、１００ｍｍ以下であることを特徴とする。
本発明の照明装置は、前記光出射面の凸形状部の外径が、３ｍｍ以上、５０ｍｍ以下であることを特徴とする。
【００１０】
本発明の照明装置は、本発明の照明装置は、前記光学レンズが、前記光学レンズの側方に前記照明装置の一部に固定するための固定部を有することを特徴とする。
また、本発明のレンズは、前記半導体発光素子からの出射光を導入する光入射面と、外部に光を出射する光出射面と、前記光入射面の一部から導入された光を前記光出射面側に向ける全反射面とを有する光学レンズであって、
【００１１】
前記光入射面は、開口を前記半導体発光素子側に向けた凹形状で、該凹形状は前記半導体発光素子の光出射面と対向する位置に該半導体発光素子側に上方光入射面と前記上方入射面の縁部に向かって立ち上がる側方光入射面とで構成され、前記上方入射面は前記半導体発光素子の光出射面から上方に出射した光を光学レンズ内に導入し、前記側方光入射面は前記半導体発光素子の光出射面から側方に出射した光を光学レンズ内に導入し、
前記全反射面は、前記半導体発光素子の光出射面の周辺部近傍を焦点とする断面略放物線系の曲面を有し、前記側方光入射面から光学レンズ内に導入された光を光出射面の方向に反射し、
【００１２】
前記光出射面は、前記上方入射面に対向する位置に設けられ、前記光出射面の中央部に位置し、略回転曲面の一部で構成された凸形状部と、該凸形状部の外周に位置し、前記光学レンズの光軸と略直交する、略平面部とを有しており、
前記上方光入射面の縁部で囲われる面の面積が、前記光入射面の開口部の縁部で囲われる面の面積に比べて小さく、前記側方光入射面は、曲面を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明においては、ＭＲ−１６型ＬＥＤ灯具のようなコンパクトなＬＥＤ照明装置においても、ＬＥＤから放出される光の集光度が高く、照射面の中心光度が高く、さらに、色ムラおよび光度ムラが小さく、照射角度による色ズレが軽減された照明装置及び当該照明装置に用いるレンズを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施形態に係る照明装置のＬＥＤ光源とレンズの関係を示す断面図である。
【図２】本発明の実施形態に係る照明装置を構成するレンズの（１）正面図、（２）側面図、（３）背面図、（４）側面断面図である。
【図３】光全反射側面がファセット状である実施形態に係るレンズの斜視図である。
【図４】実施形態に係る照明装置（ＭＲ１６型灯具）の分解斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を参照し、本発明の実施の形態について、実施例及び変形例に基づき詳細に説明する。なお、本発明は以下に説明する内容に限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲において任意に変更して実施することが可能である。また、実施例及び変形例の説明に用いる図面は、いずれも本発明による照明装置を模式的に示すものであって、理解を深めるべく部分的な強調、拡大、縮小、又は省略などを行っており、各構成部材の縮尺や形状等を正確に表すものとはなっていない場合がある。更に、実施例及び各変形例で用いる様々な数値及び数量は、いずれも一例を示すものであり、必要に応じて様々に変更することが可能である。
【００１６】
＜照明装置のＬＥＤ光源とレンズ部分の構成＞
本発明の照明装置は、半導体発光素子と光学レンズとを具備する照明装置であって、
前記光学レンズは、前記半導体発光素子からの出射光を導入する光入射面と、外部に光を出射する光出射面と、前記光入射面の一部から導入された光を前記光出射面側に向ける全反射面とを有し、
【００１７】
前記光入射面は、開口を前記半導体発光素子側に向けた凹形状で、該凹形状は前記半導体発光素子の光出射面と対向する位置に該半導体発光素子側に上方光入射面と前記上方入射面の縁部に向かって立ち上がる側方光入射面とで構成され、前記上方入射面は前記半導体発光素子の光出射面から上方に出射した光を光学レンズ内に導入し、前記側方光入射面は前記半導体発光素子の光出射面から側方に出射した光を光学レンズ内に導入し、
前記全反射面は、前記半導体発光素子の光出射面の周辺部近傍を焦点とする断面略放物線系の曲面を有し、前記側方光入射面から光学レンズ内に導入された光を光出射面の方向に反射し、
【００１８】
前記光出射面は、前記上方入射面に対向する位置に設けられ、前記光出射面の中央部に位置し、前記光学レンズの光軸と略直交する、略回転曲面の一部で構成された凸形状部と、該凸形状部の外周に位置し、前記光学レンズの光軸と略直交する、略平面部とを有しており、
前記上方光入射面の縁部で囲われる面の面積が、前記光入射面の開口部の縁部で囲われる面の面積に比べて小さく、前記側方光入射面は、曲面を有する照明装置である。
【００１９】
図１は、本発明の実施形態に係る照明装置を、光軸を含む平面によって切断した場合のＬＥＤ光源（半導体発光素子）２０とレンズ３０の関係を示す断面図である。照明装置は、少なくともＬＥＤ光源２０とレンズ３０とを備えている。後述のとおり、レンズ３０は
、その光軸を中心にした回転体形状を成し、光入射面３１、光出射面３２及び光全反射側面３３を備えた構造を有している。また、レンズ３０の光入射面３１の形状は、レンズ３０の光軸に対して対称な形状となるように設けられており、１つの凹部をなしている。また、レンズ３０の入射面３１は、ＬＥＤ光源２０に対向する上方光入射面３１ａと、その周囲を囲む側方入射面３１ｂとからなり、上方入射面３１ａは略平面又は凸レンズの形状をとる。
【００２０】
＜ＬＥＤ光源２０＞
（ＬＥＤ光源２０の構成）
ＬＥＤ光源２０には、例えば、ＬＥＤチップをモジュール基板上に実装することにより、ＬＥＤ発光モジュールとしたものを用いることができる。この場合、モジュール基板の中央部にＬＥＤチップを集約配置し、蛍光体層（波長変換部材）で被覆した、ワンコア型の（単一の連続した発光面を有する）半導体発光モジュールとすることが好ましい。このようなワンコアのＬＥＤ光源を採用することで、ＬＥＤ照明装置全体として点光源に近い、単一の面光源とすることができる。また、このようなワンコア型のＬＥＤ光源を採用することで、マルチシャドウを有効に解消又は緩和することができ、光ムラの少ない均一で安定した照明効果を実現することができる。また、マルチコア型の半導体発光モジュールにおいても、本願発明のような集光性にすぐれた光学レンズを使用することにより、簡便な生産方法により点光源に近い、マルチシャドウを抑制したＬＥＤ照明装置を作成することができる。
【００２１】
ＬＥＤチップを実装するためのモジュール基板としては、例えば、熱伝導性が良好なアルミニウム等の金属材料、或いは絶縁材料等により形成されたメタルベース基板が好適に用いられる。
ＬＥＤ光源２０には、例えば、１又は複数の近紫外又は紫色ＬＥＤチップをモジュール基板の実装面に設けた配線上に直接実装するチップ・オン・ボード構造としたものを用いることができ、近紫外又は紫色ＬＥＤチップにより励起されて発光する青色蛍光体、緑色蛍光体及び赤色蛍光体が混ぜ込まれた透光性樹脂によってポッティング等されることにより構成されていてもよい。また、チップ上に直接蛍光体層を形成した白色半導体発光素子を基板上に、例えば、フリップ・チップ・ボンディングにより直接実装することにより構成されていてもよい。なお、ＬＥＤチップは、近紫外又は紫色ＬＥＤチップのみならず、青色ＬＥＤチップ等の種々のＬＥＤチップを用いることができ、用いるＬＥＤチップに応じて種々の蛍光体を選択することができる。また、ＬＥＤチップ作成に用いる半導体基板には、発光層を構成する半導体材料と、格子定数や熱膨張係数等が同等か又は近い材料を用いることが好ましく、例えば、発光層に窒化物半導体を用い、基板に窒化物半導体、炭化珪素、又はサファイアを用いることが好ましい。中でも、ＧａＮ基板は、発光層を構成する半導体材料がＧａ含有窒化物半導体である場合に、格子定数及び熱膨張係数がほぼ等しいので、基板と半導体発光層の間のミスマッチがほとんどなく、発光効率の点でも耐久性の点でも、特に好ましい。このような基板を用いたＬＥＤチップを適用した場合、ＬＥＤチップに大電流を投入しても、発熱による熱劣化が少なく、長寿命でかつ大光束のＬＥＤ照明を実現することができる。
【００２２】
これらのＬＥＤチップを構成する材料は、ＬＥＤ照明装置の目的や用途に応じて、公知の材料を適宜選択することができ、公知の方法でＬＥＤチップを製造することができる。
なお、ＬＥＤ光源２０には、前記のチップ・オン・ボード構造を用いる代わりに、パッケージ構造を採用することもでき、種々の形態に適用することができる。また、ＬＥＤ光源２０には、複数のＬＥＤチップを基板上に分散して設けることもできる。
【００２３】
（ＬＥＤ光源の発光面の最大径Ｅについて）
本発明において、ＬＥＤ光源の発光面の最大径Ｅとは、本発明のＬＥＤ光源を単一の光
源とみなした場合の発光面の最大径Ｅを意味する。すなわち、例えば、ワンコア（１粒）型のＬＥＤ発光モジュールであるようなＬＥＤ光源の場合は、そのワンコアのＬＥＤ光源の発光面の端から端までの距離のうち最大の距離を最大径Ｅとする。また、複数のＬＥＤ発光モジュールを単に基板上に分散して設けた場合は、最も離れて存在するＬＥＤ発光モジュールの発光面の外側の端から端までの距離を最大径Ｅとする。
Ｅは、通常３００μｍ〜１０ｍｍであり、５００μｍ以上であることが好ましく、１ｍｍ以上であることがより好ましく、３ｍｍ以上であることがさらに好ましい。また、Ｅは、９ｍｍ以下であることが好ましく、８ｍｍ以下であることがより好ましく、７ｍｍ以下であることがさらに好ましい。
【００２４】
＜レンズ３０＞
（レンズ３０の構成）
本発明において、レンズは、前記半導体発光素子からの出射光を導入する光入射面と、外部に光を出射する光出射面と、前記光入射面の一部から導入された光を前記光出射面側に向ける全反射面とを有する光学レンズであって、
前記光入射面は、開口を前記半導体発光素子側に向けた凹形状で、該凹形状は前記半導体発光素子の光出射面と対向する位置に該半導体発光素子側に上方光入射面と前記上方入射面の縁部に向かって立ち上がる側方光入射面とで構成され、前記上方入射面は前記半導体発光素子の光出射面から上方に出射した光を光学レンズ内に導入し、前記側方光入射面は前記半導体発光素子の光出射面から側方に出射した光を光学レンズ内に導入し、
【００２５】
前記全反射面は、前記半導体発光素子の光出射面の周辺部近傍を焦点とする断面略放物線系の曲面を有し、前記側方光入射面から光学レンズ内に導入された光を光出射面の方向に反射し、
前記光出射面は、前記上方入射面に対向する位置に設けられ、前記光出射面の中央部に位置し、前記光軸と略直交する、略回転曲面の一部で構成された凸形状部と、該凸形状部の外周に位置し、前記光軸と略直交する、略平面部とを有しており、
前記上方光入射面の縁部で囲われる面の面積が、前記光入射面の開口部の縁部で囲われる面の面積に比べて小さく、前記側方光入射面は、曲面を有することを特徴とする。
【００２６】
図１は、本発明の実施形態に係る照明装置の概略を示す断面図であり、図１には、光軸を含む平面によってレンズ３０を切断した場合の断面図が記載されている。また、図２〜図４は、本発明の実施形態に係る照明装置を構成するレンズの側面図、正面図及び斜視図である。
レンズ３０は、その光軸を中心にした回転体形状を成し、入射面３１、出射面３２及び反射側面３３を備えた構造を有している。上記回転体形状は、レンズ全体として、実質的に対称な回転体形状であることを意味し、集光機能に影響しない程度の部材の追加や加工変形を施したものであっても、本発明の回転体形状に含むものとする。
【００２７】
レンズ３０の入射面３１の形状は、レンズ３０の光軸に対して対称な形状となるように設けられており、１つの凹部をなしている（図１、図４参照）。また、レンズ３０の入射面３１は、ＬＥＤ光源２０に対向する上方入射面３１ａと、その周囲を囲む側方入射面３１ｂとからなり、上方入射面３１ａは凸レンズを構成する。
本発明の実施形態では、ＬＥＤ光源２０から出射された光は、凸形状を有するレンズ３０の上方入射面３１ａで屈折し、前記の光軸方向に集光され、レンズ３０の出射面３２から外部に出射される。また、レンズ３０の上方入射面３１ａ又は側方入射面３１ｂから入射した光の一部は、レンズ３０内部の反射側面３３によって全反射され、前記の光軸方向に集光されて、レンズ３０の出射面３２から外部に出射される。
【００２８】
なお、レンズ３０に入射した光のごく一部は、出射面３２以外の部分（例えば、反射側
面３３やつば部３５）から漏れ出す場合がある。
本発明において、レンズ３０の側方入射面３１ｂの形状は、光軸を含む平面によってレンズ３０を切断した場合の断面において、すなわち、図１の断面図において、曲面を有する形状であることが好ましい。また、側方入射面３１ｂの形状は、球面の形状の一部であることが更に好ましく、半球面の形状の一部であることが特に好ましい。側方入射面３１ｂを上記の形状とすることにより、レンズ３０からの出射光の放射角（ビームアングル）を十分に小さくでき、かつ、レンズ３０の出射面３２の直上に向けて出射される光の光量十分に確保する（光取り出し効率を高くする）ための、上方入射面３１ａの最大径（凸レンズ径）の設計マージンを広くすることができ、レンズ等を量産する際の歩留まりを向上することができる。また、側方入射面３１ｂを上記の形状とすることにより、光ムラが少なく均一で安定した照明効果を実現することができる。
【００２９】
本発明において、レンズの光入射面の開口部の縁部から前記光出射面の凸形状部の頂点までの距離とする光学レンズの高さ（Ｈ）と、前記光出射面の略平面部の最外径（Ｗ）とが、下記一般式（２）を満たすことが好ましい（図１参照）。このようなレンズを採用することにより、ＭＲ−１１，ＭＲ−１６等の照明装置の規格に応じたコンパクトな照明装置を実現化することが可能となる。
【００３０】
０．２  ≦  Ｈ／Ｗ  ≦  ０．８      （２）
また、レンズの光出射面の外径は、１０ｍｍ以上、１００ｍｍ以下であることが好ましい。さらに、レンズの光出射面の凸形状部の外径は、３ｍｍ以上、５０ｍｍ以下であることが好ましく、１３ｍｍ以下であることがさらに好ましい。
レンズ３０の材質については、本発明の目的を達成しうる限り特に限定されないが、プラスチックを好適に用いることができる。具体的には、アクリル、環状ポリオレフィン及びポリカーボネート等の熱可塑性プラスチック、光硬化性プラスチック、ＵＶ硬化性プラスチックなどを用いることができる。このうち、製造コストの低減の観点から、射出成形によって製造することが可能な、アクリル、環状ポリオレフィン及びポリカーボネート等の熱可塑性プラスチックを好適に用いることができ、中でもポリカーボネートが特に好ましい。
【００３１】
（上方入射面の最大径Ｌについて）
本発明において、上方入射面の最大径Ｌとは、本発明のＬＥＤ光源を単一の光源とみなした場合の発光面と対向して存在する、レンズ３０の一部であって、凸レンズを構成する上方入射面３１ａの最大径Ｌを意味する。
Ｌは、通常３００μｍ〜１２ｍｍであり、５００μｍ以上がであることが好ましく、１ｍｍ以上であることがより好ましく、３ｍｍ以上であることがさらに好ましい。また、Ｌは、１０ｍｍ以下であることが好ましく、８ｍｍ以下であることがより好ましく、７ｍｍ以下であることがさらに好ましい。
【００３２】
（ＬＥＤ光源の発光面の最大径Ｅと、上方入射面の最大径Ｌとの比率（Ｅ／Ｌ）について）
本発明において、Ｅ／Ｌは、０．４以上であることが好ましく、０．６以上であることがより好ましく、０．８以上であることが更に好ましく、０．８５以上であることがより更に好ましく、０．９０以上であることがさらに好ましい。また、Ｅ／Ｌは、１．２以下であることが好ましく、１．１５以下であることがより好ましく、１．１０以下であることがさらに好ましい。Ｅ／Ｌをこのように特定の範囲に制御することにより、レンズ３０からの出射光の放射角（ビームアングル）を十分に小さくでき、かつ、レンズ３０の出射面３２の直上に向けて出射される光の光量を十分に確保すること（光取り出し効率を高くすること）ができる。
【００３３】
＜照明装置の全体構成＞
実施形態に係る照明装置は、光源として、半導体発光装置（ＬＥＤ）を備えたＬＥＤ灯具であり、その筐体は、ＪＩＳ（日本工業規格）等の標準規格によって制定されている規格サイズに適合するように構成されている。ここでは、まず図４を参照して、本実施形態に係る照明装置１を、約５０ｍｍの外径を有するＭＲ１６型ハロゲン電球に代替可能なＭＲ１６型ＬＥＤ灯具１として構成する例について説明する。
【００３４】
図４は、本実施形態に係るＭＲ１６型ＬＥＤ灯具１の分解斜視図である。ＭＲ１６型ＬＥＤ灯具１は、ＬＥＤモジュール２と、レンズ１６、筐体５等を有する。本明細書においては、レンズ１６が設けられている側を照明装置１（ＭＲ１６型ＬＥＤ灯具１Ａ）の「前方」として定義する。ＬＥＤモジュール２は、光源としてのＬＥＤ、当該ＬＥＤを実装するモジュール基板１４を有しており、モジュール基板１４の中央部にＬＥＤ１２を配置した。レンズは、ワンコア型レンズ（ワンコア型集光光学部品）１６であり、その焦点位置にＬＥＤ１２が配置されている。このように配置することにより、ＬＥＤ１２から放出される光は指向性の高い（配光角の狭い）光とすることがでる。
【００３５】
次に、図２を参照しつつ、ワンコア型レンズ１６について説明する。図３−（１）は、本実施例の照明装置１を構成するＬＥＤモジュール２のレンズ１６の正面図である。また、図３−（２）は、本実施例の照明装置１を構成するＬＥＤモジュール２の第１レンズ１６の側面図である。更に、図３−（３）は、図３−（１）の線Ｘ−Ｘに沿ったレンズ１６の断面図である。
【００３６】
図３から分かるように、レンズ１６は、全体として略放物線が光軸を中心線として回転した回転体の形状を有し、光出射面１６ａ側は平面である。また、図２−（４）に示すように、レンズ１６は、光入射面１６ｂ側に開口１６ｃが形成されている。そして、開口１６ｃの底面は、凸レンズを形成するように、光入射面１６ｂ側に向けて突出している。発光体部１４及び光学体部１６を接合した状態のＬＥＤモジュール２においては、レンズ１６の開口１６ｃ部分に対向するように、ＬＥＤ１２が配置されることになる。ＬＥＤ１２を、上記放物線の焦点位置に配置することにより、狭角の光を放出することができる。
【００３７】
レンズ１６の光出射面１６ａは、前記上方入射面に対向する位置に設けられ、前記光出射面の中央部に位置し、前記光軸と略直交する、略回転曲面の一部で構成された凸形状部と、該凸形状部の外周に位置し、前記光軸と略直交する、略平面部とを有している。また、モジュール基板１４に実装されたＬＥＤが複数ある場合には、それらのＬＥＤと対向する位置に設けられると共に、その凹部１６ｃに複数のＬＥＤ１２群を収容することで、レンズと複数のＬＥＤ１２群とが干渉することを抑制している。なお、レンズの形状、大きさ、材質等は、適宜変更することができる。
【００３８】
レンズホルダは、内部にレンズ１６を保持可能な略円筒形状を有するホルダ本体を有する。ホルダ本体の内径は、レンズの外径と等しく、レンズ１６を保持部に嵌め込むことで、レンズホルダはレンズを保持することができる。レンズホルダは、透光性を有し、例えば、透明樹脂によって形成されている。レンズホルダは、更に、ホルダ本体から下方に向かって伸びるように突出した一組の突出腕部を備えている。また、突出腕部の先端には、鉤状の連結爪が形成されている。
【００３９】
筐体５は、ＭＲ１６型ＬＥＤ灯具１の筐体（ハウジング）であり、ＬＥＤモジュール２、レンズモジュール等を収容する。また、筐体５は、ＬＥＤ１２が発する熱を放熱するヒートシンクを少なくとも一部に有している。具体的には、筐体５は、ＬＥＤ１２が発する熱を放熱するヒートシンク８と、ＬＥＤモジュール２におけるＬＥＤ１２への駆動電力を電源から供給する電源用の回路基板１０を収容するドライバハウジング９と、を有してい
る。
【００４０】
ドライバハウジング９の材料には、種々の樹脂、セラミック等の無機材料、アルミ等の金属を適用することができ、また、これらの材料を併用してドライバハウジング９を構成してもよい。本実施形態では、ドライバハウジング９にＰＢＴ（polybutylene terephthalate）を用いているが、これには限られない。また、ドライバハウジング９の材質としては、導電性を持たない樹脂系材料が好ましい。ドライバハウジング９は、回路基板６を収容する基板収容部と、この基板収容部の後方に連設された導線押さえ装着部を備える。基板収容部には、ネジ等の締結具を螺合可能な一組の固定部を有している。
【００４１】
図４に示すように、ドライバハウジング９の導線押さえ装着部には、導線押さえ部材が装着される。導線押さえ部材１１は、絶縁部材によって形成されている。また、導線押さえ部材には、その厚さ方向に一組のピン挿通孔が穿設されている。このピン挿通孔には、回路基板１０に設けられる口金の口金ピンが挿通されるようになっている。更に、導線押さえ部材１１は、ドライバハウジング９の導線押さえ装着部側に設けられた係止部に係止される係止爪を有している（図４参照）。ＭＲ１６型ＬＥＤ灯具１の組み立て時において、ドライバハウジング９の基板収容部に回路基板１０を収容すると共に、口金ピンを導線押さえ部材１１のピン挿通孔に挿通させる。そして、導線押さえ部材１１の係止爪を導線押さえ装着部の係止部に引っ掛けることで、ドライバハウジング９に対して導線押さえ部材１１を装着することができる。なお、導線押さえ部材１１のピン挿通孔を通じて外部に突出する口金ピンは、図示しないソケットに差し込み、接続することができる。これにより、外部電源から回路基板１０に電力を供給することができる。
【００４２】
＜照明装置から出射される光のシミュレーション＞
図１及び図２に示されるＬＥＤ光源（半導体発光素子）とレンズを備えた照明装置において、出射光の放射角（ビーム・アングル）と、光軸上中心光度を解析するため、Ｌａｍｂｄａ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ社製ＴｒａｃｅＰｒｏ ｖｅｒ．７．２．７を用いてシミュレ
ーションの計算を行った。なお、光の波長を５５０ｎｍとしてシミュレーションを行った。
【００４３】
（条件）
ＬＥＤ光源を、直径５ｍｍの円柱状の物体とみなし、円盤面全体から均一にＬａｍｂｅｒｔｉａｎに光が出射するものとした。また、出射光の全光束を４００ｌｍとし、１００万本の光線が飛び出すものとして計算した。なお、ＬＥＤ光源を構成する材料や、その表面に関するパラメータについては、計算上の定義を行わず、光学的に空気と同等の挙動を示すものとして計算した。
シミュレーションする照明装置に用いるレンズの構成は表１に示すとおりである。
【００４４】
【表１】
2015111523.tif 000003
【００４５】
レンズのサイズは、高さ１０ｍｍ（光軸方向、光出射面凸レンズ無しの寸法）で最大直径２０ｍｍ（光軸と垂直方向）とし、レンズを構成する材料をポリカーボネートとみなして計算した（当該ポリカーボネートについて、５４６ｎｍの光に対する屈折率ｎを１．５９１として計算した）。
【００４６】
レンズの凹部の形状は、側方入射面が半球面の場合、径を直径６．１ｍｍとして側方入射面がＲ３．０５ｍｍの半球面になるようにした。この場合に、ＬＥＤ光源の発光面の中心が、上記半球の中心と一致するようにＬＥＤ光源を配置した。また、上方入射面の直径は４．６ｍｍとし、計算を行った。側方入射面が円錐台面の場合、発光素子側の径を直径６．１ｍｍ、上方入射面側の径を５．８ｍｍ、高さ２．６ｍｍの円錐台形状として、計算を行った。
【００４７】
光出射面上の凸レンズは、半径８ｍｍの曲率を持ち、高さ約０．８１ｍｍの部分球を、光軸が中心をとおるように設置した。
上述の条件において、前記Ｅ／Ｌの値は、実施例及び比較例１，２共に、１．０９である。また、前記Ｈ／Ｗの値は、実施例及び比較例２においては、０．５４であり、比較例１においては、０．５０である。
（評価結果）
測定の結果、中心光度および、中心光度に対して光度が半分になる角度（全角）を１／２ビーム角として、評価した。
【００４８】
【表２】
2015111523.tif 000004
【００４９】
実施例（光出射面に凸レンズあり、側方入射面は半球面）では中心光度が１５５２ｃｄと高い値を示しているのに対し、１／２ビーム角が実施例と同程度に狭い、比較例１（光出射面に凸レンズなし、側方入射面は半球面）においては、中心光度が１４１７ｃｄと実施例に比べ、１３５ｃｄも低い値となった。これは、実施例においては、光出射面に設置された凸レンズが、上方入光面を経由して入射した光を光軸方向に集光していることを表している。反対に、光出射面に凸レンズを設置しなかった比較例１は、上方入光面を経由して光出射面を出た光は、Ｌａｍｂｅｒｔｉａｎのまま広い配光角で放射されるため、中心光度が低い値となった。
【００５０】
また、比較例２（光出射面に凸レンズあり、側方入射面は円錐台面）に関しては、側方入射面を経由して、全反射面で集光される光の集光効率が、側方入射面を半球面にした実施例に対し悪いため、１／２ビーム角が大きくなり、中心光度が低下している。
以上のことから、本実施例に係る照明装置は、簡易な構成でハロゲン電球の代替として使用できる。
【００５１】
そして、本実施例に係る照明装置１は、上述した効果を奏することが可能であるため、スポットライト、ハロゲン電球、及び白熱電球等の様々な一般照明装置に適用することができる。
【符号の説明】
【００５２】
１    照明装置（ＭＲ１６型ＬＥＤ灯具）
２    ＬＥＤモジュール
５    筐体
６    外枠
７    固定部材
８    ヒートシンク
９    ドライバハウジング
１０    ドライバ（回路基板）
１１    導線押さえ部材
１２、２０    ＬＥＤ光源（半導体発光素子）
１４    基板（モジュール基板）
１６、３０    レンズ
１７    熱伝導シート
３１    光入射面
３１ａ  上方光入射面
３１ｂ  側方光入射面
３２    光出射面
３２ａ  光出射面凸形状部
３２ｂ  光出射面平面部
３３    光全反射側面
３５    つば部
３６    固定部
【図１】
2015111523.tif 000005
【図２】
2015111523.tif 000006
【図３】
2015111523.tif 000007
【図４】
2015111523.tif 000008