(57)【要約】【課題】簡易な構成で照射領域外への光の漏れを少なくして所望の配光特性を得る。【解決手段】照明装置１は、光源部１０及びレンズ体２０を備える。レンズ体２０は、レンズ部３０及びレンズ部３０の周囲に延びるフランジ部４０を有する。光源部１０は、平面部２１の周縁部の光源設置部３４に配置され、周縁部側の端部１２が光源設置部３４の端部３３より外側に超えない位置に配置される。レンズ部３０の光源設置部３４の入射面３２と光源部１０の出射面１１とのなす角度θは、０°＜θ≦３５°である。【選択図】図１
2013089366.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、
前記光源を覆うと共に前記光源からの光を所定方向に屈折させる透過性部材からなるレンズ体とを備え、
前記レンズ体は、一方の面が中心軸と直交する平面部を形成し、他方の面が前記中心軸を中心として突出する凸面部を形成するレンズ部と、このレンズ部の周囲に設けられたフランジ部とを有し、前記レンズ部の平面部の周縁部に前記光源を設置する光源設置部が設けられ、
前記光源は、光の出射面が、前記レンズ部の平面部と平行になるように前記光源設置部に設置され、
前記レンズ部の光源設置部は、前記光源の出射面と対向し、前記中心軸から前記周縁部側にかけて前記光源の出射面から徐々に離れるように傾斜した光の入射面を有する
ことを特徴とする照明装置。
【請求項２】
前記光源設置部の入射面と前記光源の出射面とのなす角度θは、０°＜θ≦３５°であることを特徴とする請求項１記載の照明装置。
【請求項３】
前記光源設置部は、前記平面部に対して垂直に立設して前記入射面と交差する端部が前記レンズ部の平面部の最外周位置に達するように配置され、
前記光源は、前記光源設置部の前記端部から外側に超えない位置に配置されている
ことを特徴とする請求項１又は２記載の照明装置。
【請求項４】
前記レンズ部は、前記平面部の周縁部に沿って形成された面取り加工部の一部を前記光源設置部の入射面とすることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載の照明装置。
【請求項５】
前記フランジ部は、前記端部から入射した光を前記照射方向の表面で全反射する屈折率を有する透過性部材からなることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載の照明装置。
【請求項６】
前記レンズ体は、前記透過性部材の屈折率をｎ２とした場合、
ｎ２＞√２
を満たすように形成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項記載の照明装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、所望の配光特性を得ることができる照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
光源からの光を所定方向に屈折させて、所望の配光特性を得る照明装置として、例えば下記特許文献１に開示されている照明装置が知られている。この照明装置は、光源とレンズ部とを備え、レンズ部は、光源側に位置して少なくとも一部が光源の中心に球心が位置する球面状の入射面と、この入射面を挟んで光源と反対側に位置して少なくとも一部が入射面の球心位置とは異なる位置を中心とする少なくとも１つ以上の非球面状の射出面とを有する。このように、入射面の球心と射出面の中心とを異なる位置とすることで、光源から照射された光を所望の方向に配光させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−３４０４６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、上記特許文献１に開示された従来の照明装置では、光源からの光を、球面状の入射面からレンズ部内に直進させ、非球面状の射出面において光を屈折させる構造であるため、光源からの光を一定の照射領域に配光させようとしても、光源直下にも光が照射されてしまうという問題がある。
【０００５】
また、一定以上の配光特性を得ようとした場合には、その構造上レンズ部の高さや幅が大きくなってしまうので、設計自由度が低下したり照明装置の見栄えが悪くなったりしてしまうなどの問題もある。
【０００６】
この発明は、上述した従来技術による問題点を解消し、簡易な構成で照射領域外への光の漏れを少なくして所望の配光特性を得ることができる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】
【０００７】
本発明に係る照明装置は、光源と、前記光源を覆うと共に前記光源からの光を所定方向に屈折させる透過性部材からなるレンズ体とを備え、前記レンズ体は、一方の面が中心軸と直交する平面部を形成し、他方の面が前記中心軸を中心として突出する凸面部を形成するレンズ部と、このレンズ部の周囲に設けられたフランジ部とを有し、前記レンズ部の平面部の周縁部に前記光源を設置する光源設置部が設けられ、前記光源は、光の出射面が、前記レンズ部の平面部と平行になるように前記光源設置部に設置され、前記レンズ部の光源設置部は、前記光源の出射面と対向し、前記中心軸から前記周縁部側にかけて前記光源の出射面から徐々に離れるように傾斜した光の入射面を有することを特徴とする。
【０００８】
本発明に係る照明装置によれば、レンズ部の光源設置部が、光源の出射面と対向し、中心軸から周縁部側にかけて光源の出射面から徐々に離れるように傾斜した光の入射面を有するので、レンズ部の出射面で屈折する前に光源からの光が入射面で屈折する。これにより、任意に光軸をずらすことができ、レンズ部の高さや幅、或いは光の損失を抑えつつ所望の配光特性を得ることができる。また、光源直下（角度０°）の照度を抑えることもできる。
【０００９】
本発明の一つの実施形態において、前記光源設置部の入射面と前記光源の出射面とのなす角度θは、０°＜θ≦３５°である。
【００１０】
本発明の他の実施形態において、前記光源設置部は、前記平面部に対して垂直に立設して前記入射面の頂上において前記入射面と交差する端部が前記レンズ部の平面部の最外周位置に達するように配置され、前記光源は、前記光源設置部の前記端部から外側に超えない位置に配置されている。
【００１１】
本発明の更に他の実施形態において、前記レンズ部は、前記平面部の周縁部に沿って形成された面取り加工部の一部を前記光源設置部の入射面とする。
【００１２】
また、本発明の更に他の実施形態において、前記フランジ部は、前記端部から入射した光を前記照射方向の表面で全反射する屈折率を有する透過性部材からなる。
【００１３】
本発明の更に他の実施形態において、前記レンズ体は、前記透過性部材の屈折率をｎ２とした場合、ｎ２＞√２を満たすように形成されている。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、簡易な構成で照射領域外への光の漏れを少なくして所望の配光特性を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る照明装置を示す平面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ’断面図である。
【図３】本発明の第２の実施形態に係る照明装置を示す平面図である。
【図４】図３のＢ−Ｂ’断面図である。
【図５】本発明の実施形態に係る照明装置の作用について説明するための図である。
【図６】同照明装置の作用について説明するための図である。
【図７】同照明装置の作用について説明するための図である。
【図８】本発明の実施例に係る照明装置と比較例に係る照明装置の光の放射角度特性を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、添付の図面を参照して、この発明の実施の形態に係る照明装置を詳細に説明する。
【００１７】
［第１の実施形態］
図１は、本発明の第１の実施形態に係る照明装置を示す平面図である。図２は、図１のＡ−Ａ’断面図である。図１に示すように、第１の実施形態に係る照明装置１は、光を照射するＬＥＤなどからなる光源部１０と、この光源部１０を覆うと共に、光源部１０から照射された光を所定方向に屈折させるポリカーボネートやアクリル等の透過性部材からなるレンズ体２０とを備えてなる。光源部１０は、図示しない基板に実装されている。
【００１８】
レンズ体２０は、図２に示すように、一方の面が図中白抜き矢印で示す光の照射方向の中心軸Ｏと直交する平面部２１を形成し、他方の面が中心軸Ｏを中心として突出する凸面部（出射面）３９を形成するレンズ部３０と、このレンズ部３０の周囲に設けられたフランジ部４０とを有している。また、レンズ体２０は、レンズ部３０の平面部２１が、光源部１０の光の出射面１１と平行となるように形成されている。レンズ部３０には、平面部２１の周縁部に光源部１０を設置する光源設置部３４が設けられている。光源設置部３４は、光源部１０の出射面１１と対向し、中心軸Ｏから周縁部にかけて光源部１０の出射面１１から徐々に離れるように傾斜した光の入射面３２を有する。また、光源設置部３４の周縁部側には、平面部２１に対して垂直に立設されて入射面３２の頂上において入射面３２と交差する端部３３が形成され、この端部３３がレンズ部３０の平面部２１の最外周位置に達するように配置されている。
【００１９】
レンズ体２０は、レンズ部３０及びフランジ部４０が同一の透過性部材により一体成形された構成であってもよく、レンズ部３０及びフランジ部４０が異なる透過性部材により別体成形された構成であってもよい。別体成形された場合は、各部３０，４０が組み合わされてレンズ体２０が構成される。
【００２０】
光源部１０は、出射面１１が平面部２１と平行となるように光源設置部３４に設置され、且つ周縁部側の端部１２が光源設置部３４の端部３３を超えない位置に配置されている。なお、図２中のＯ’は、光源部１０の中心を示している。レンズ部３０は、平面部２１の周縁部に沿って形成された面取り加工部の一部を光源設置部３４の入射面３２としている。
【００２１】
この面取り加工部は、光源設置部３４の入射面３２と光源部１０の出射面１１とのなす角度θが０°＜θ≦３５°となるように形成されている。光源部１０の出射面１１は、光源設置部３４の端部３３と直角に配置される。
【００２２】
なお、フランジ部４０は、端部３３から入射した光を、照射方向の面４１で全反射する屈折率を有する透過性部材により形成されていることが望ましい。
【００２３】
第１の実施形態に係る照明装置１は、このように構成されることにより、光源部１０の出射面１１から照射された光が、レンズ部３０の出射面３９で屈折される前に光源設置部３４の入射面３２で屈折されて光軸がずれる（作用１）こととなる。これにより、従来のものよりもレンズ部３０の高さや幅、或いは光の損失を抑えつつ所望の配光特性を得ることが可能となる。
【００２４】
また、第１の実施形態に係る照明装置１は、光源設置部３４の入射面３２が、上述したようにレンズ部３０に形成され、光源部１０がレンズ部３０の平面部２１の周縁部に設けられた光源設置部３４に収まるように配置され、更に端部３３から入射した光がフランジ部４０の面４１で全反射される（作用２）ので、光源部１０の直下（角度０°）での光の照度を抑えることが可能となる。
【００２５】
［第２の実施形態］
図３は、本発明の第２の実施形態に係る照明装置を示す平面図である。図４は、図３のＢ−Ｂ’断面図である。図３及び図４に示すように、第２の実施形態に係る照明装置２は、光源部１０及びレンズ体２０を備える点は第１の実施形態に係る照明装置１と同様であるが、レンズ部３０が、円周３１に沿って上記入射面３２が形成された光源設置部３４を備えている点が相違している。このような構成によっても、第１の実施形態に係る照明装置１と同様の作用効果を奏することが可能である。
【００２６】
［作用１の説明］
ここで、上述した実施形態に係る照明装置の上記作用１について説明する。図５及び図６は、本発明の実施形態に係る照明装置の作用について説明するための図である。なお、図５及び図６におけるＸ軸は上記放射方向に沿った光源部１０の出射面１１と平行な方向を示し、Ｙ軸はレンズ部３０の中心軸Ｏを示す。
【００２７】
図５に示すように、光源部１０から出射面１１に対して垂直に出射された光が、傾斜する入射面３２で屈折してレンズ部３０内に入射した光線Ｌ１と、仮に傾斜する入射面３２がない場合において平面部２１に垂直にレンズ部３０内に入射した光線Ｌ２との、レンズ部３０の出射面３９の点Ｐにおける屈折角の違いは、次のように表すことができる。なお、図５中のθ１及びθ２は、それぞれ入射面３２がない場合の光線Ｌ２の入射角及び出射角を表すと共に、θ３はこの場合の光線Ｌ２のＹ軸とのずれ角度を表している。
【００２８】
一方、図５中のθ４及びθ５は、それぞれ入射面３２がある場合の光線Ｌ１の入射角及び出射角を表すと共に、θ６はこの場合の光線Ｌ１のＹ軸とのずれ角度を表している。また、ｎ１は空気の屈折率を、ｎ２はレンズ体２０を構成する透過性部材の屈折率を、それぞれ表している。
【００２９】
まず、光線Ｌ２の入射角θ２は、スネルの法則より、次式（１）により表すことができる。
【００３０】
【数１】
2013089366.tif 000003
【００３１】
よって、Ｙ軸との光軸ずれのずれ角度θ３は、次式（２）のようになる。
【００３２】
【数２】
2013089366.tif 000004
【００３３】
一方、光線Ｌ１の入射角θ４は、スネルの法則より、次式（３）により表すことができる。
【００３４】
【数３】
2013089366.tif 000005
【００３５】
よって、Ｙ軸との光軸ずれのずれ角度θ６は、次式（４）のようになる。
【００３６】
【数４】
2013089366.tif 000006
【００３７】
ここで、傾斜する入射面３２の有無のずれ角度θ３，θ６を比較すると、次式（５）のようになり、
【００３８】
【数５】
2013089366.tif 000007
【００３９】
下記条件式（６）より、
【００４０】
【数６】
2013089366.tif 000008
【００４１】
次式（７）となる。
【００４２】
【数７】
2013089366.tif 000009
【００４３】
従って、傾斜する入射面３２がある方が、ない場合に比べて光軸ずれが大きいこととなる。なお、レンズ部３０から出射される光線は、次のように近似値で導くことができる。まず、図６に示すように、ａはレンズ部３０の出射面３９の曲線を表し、ｂは光源部１０の出射面１１を通りレンズ部３０の中心軸Ｏに平行な直線を表している。
【００４４】
また、ｃは入射面３２の直線を表し、ｄは直線ｂと直線ｃの交点を表し、ｅは交点ｄにおける直線ｃの垂線を表している。ここで、直線ｂと垂線ｅの成す入射角ｆはθ１であり、直線ｂの屈折角ｇはθ２であるので、ｎ１を空気の屈折率、ｎ２をレンズ体２０を構成する透過性部材の屈折率とすると、屈折角ｇは次式（８）で表すことができる。
【００４５】
【数８】
2013089366.tif 000010
【００４６】
また、ｈは垂線ｅを交点ｄを中心として時計回りにθ２回転させた直線を表し、ｉは直線ｈと曲線ａとの交点を表している。ｊは交点ｉにおける曲線ａの接線を表し、ｋは交点ｉにおける接線ｊの垂線を表している。ここで、垂線ｋと直線ｈの成す入射角ｌはθ３であり、直線ｈの屈折角ｍはθ４であるので、ｎ１を空気の屈折率、ｎ２をレンズ体２０を構成する透過性部材の屈折率とすると、屈折角ｍは次式（９）で表すことができる。
【００４７】
【数９】
2013089366.tif 000011
【００４８】
なお、ｎは垂線ｋを交点ｉを中心として時計回りにθ４回転させた直線（出射される光線）を表している。
【００４９】
［作用２の説明］
次に、上述した実施形態に係る照明装置の上記作用２について説明する。図７は、本発明の実施形態に係る照明装置の作用について説明するための図である。図７に示すように、レンズ部３０に形成される面取り加工部の形状としては、直角三角形状断面となる形状が望ましい。
【００５０】
この場合、光源部１０の出射面１１を直角三角形の隣辺、レンズ部３０の入射面３２を斜辺及び光源設置部３４の端部３３を対辺とすると、端部３３はレンズ部３０の中心軸Ｏと平行で、且つレンズ部３０の円周３１の範囲内に収まるように形成される。なお、図７においては、説明の便宜上光源部１０の端部１２がレンズ部３０の光源設置部３４の端部３３と中心軸Ｏ方向に一致するように示している。
【００５１】
また、フランジ部４０を構成する透過性部材の屈折率ｎ２は、光源部１０からの光を照射方向の面４１で全反射するように設定されることが望ましいため、上記のように透過性部材以外の空気の屈折率をｎ１とした場合、次のように求められる。すなわち、光源部１０からの光を入射角γで面４１において全反射するためには、次式（１０）を満たさなければならない。
【００５２】
【数１０】
2013089366.tif 000012
【００５３】
ここで、空気の屈折率を１とし、入射角γをβで表すと、次式（１１）となり、
【００５４】
【数１１】
2013089366.tif 000013
【００５５】
また、βは入射角αの屈折角なので、αで表すと、次式（１２）となる。
【００５６】
【数１２】
2013089366.tif 000014
【００５７】
ここで、屈折角βが最大になるのは、入射角α＝９０°のときなので、次式（１３）のように表すことができ、
【００５８】
【数１３】
2013089366.tif 000015
【００５９】
これを次式（１４）及び（１５）のように変形すれば、
【００６０】
【数１４】
2013089366.tif 000016
【００６１】
【数１５】
2013089366.tif 000017
【００６２】
次式（１６）のように透過性部材の屈折率ｎ２を求めることができる。
【００６３】
【数１６】
2013089366.tif 000018
【００６４】
本実施形態に係る照明装置は、上記のようにフランジ部４０の透過性部材の屈折率ｎ２を設定することにより、レンズ部３０の光源設置部３４の端部３３に入射した光は、すべて面４１で全反射させることが可能となる。また、光源部１０がレンズ部３０の円周３１の範囲内に収まる位置、すなわち端部３３よりも中心軸Ｏ側に配置されるので、端部３３よりも中心軸Ｏの放射方向外側に光源部１０の出射面１１から照射された光が出ることはない。従って、面取り加工部を形成していないものよりも光源部１０の直下の（角度０°以下）の光を抑えることが可能となる。
【実施例】
【００６５】
次に、本実施形態に係る照明装置の具体的な光（光束）の放射角度特性について、比較例を参照しながら説明する。図８は、本発明の実施例に係る照明装置と比較例に係る照明装置の光の放射角度特性を示す図である。図８の縦軸は照度（ルクス）を表し、横軸はずれ角度を表している。比較例の照明装置及び実施例の照明装置共に、上記のような光源部１０及びレンズ体２０を備えて構成したが、比較例の照明装置にはレンズ部３０に面取り加工部を形成せずに光源部１０を配置した。
【００６６】
実施例の照明装置のレンズ部３０における面取り加工部は、上記のような直角三角形状断面を構成するように行い、レンズ部３０の光源設置部３４の入射面３２と光源部１０の出射面１１とのなす角度θを２２°に設定した。また、比較例及び実施例の照明装置共に、レンズ部３０の中心軸Ｏと光源部１０の中心Ｏ’との距離を３ｍｍとし、中心軸ＯをＹ軸及びフランジ部４０の面４１をＸ軸と設定した。
【００６７】
レンズ部３０は、上記Ｙ軸とＸ軸との交点を０としたとき、次式（１７）を満たす二次曲線で構成されることとした。
【００６８】
【数１７】
2013089366.tif 000019
【００６９】
また、比較例及び実施例の照明装置共に、光源部１０として表面実装タイプのＬＥＤを用い、レンズ体２０を構成する透過性部材として、屈折率ｎ２＝１．４９の材料を用いた。図８に示すように、実施例の照明装置では、比較例の照明装置に比べて、光源部１０の直下（角度０°以下）での照度が低く、角度３５°付近では最大の照度を測定することができた。これにより、光の放射角度特性が優れていることが判明した。
【符号の説明】
【００７０】
１，２      照明装置
１０        光源部
１１        出射面
１２        端部
２０        レンズ体
２１        平面部
３０        レンズ部
３１        円周
３２        入射面
３３        端部
３４        光源設置部
３９        凸面部（出射面）
４０        フランジ部
４１        面
【図１】
2013089366.tif 000020
【図２】
2013089366.tif 000021
【図３】
2013089366.tif 000022
【図４】
2013089366.tif 000023
【図５】
2013089366.tif 000024
【図６】
2013089366.tif 000025
【図７】
2013089366.tif 000026
【図８】
2013089366.tif 000027