(57)【要約】【課題】半導体発光装置を用いた照明において、光の損失を抑えつつ、狭角に集光することができ、照射面のムラがない照明装置及びレンズを提供する。【解決手段】半導体発光装置と光学レンズとを備える照明装置であって、前記光学レンズは、入射面、側方反射面、出射面を有し、前記入射面は、開口を前記半導体発光装置側に向けた凹形状で、該凹形状は光軸方向入射面と、側面方向入射面とで構成され、前記側面方向入射面から入射した主たる光を、前記光学レンズ出射面で全反射するように構成されており、前記出射面で全反射した主たる光を、前記側方反射面で反射させた後、前記レンズ出射面を透過するように構成されている。【選択図】図３
2016157640.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体発光装置と光学レンズとを備える照明装置であって、
前記光学レンズは、
前記半導体発光装置からの出射光を導入する入射面と、
前記入射面から導入された光の一部を光出射面側に反射する側方反射面と、
前記入射面から導入された光の一部と、前記側方反射面で反射された光を外部に出射する出射面とを有し、
前記入射面は、開口を前記半導体発光装置側に向けた凹形状で、該凹形状は前記半導体発光装置の光軸方向に対向する略平面状の光軸方向入射面と、前記光軸方向に対して側面方向に対向し、前記光軸方向入射面の縁部に向かって立ち上がる筒状の側面方向入射面とで構成され、
前記光軸方向入射面は、前記半導体発光装置から上方に出射した光を光学レンズ内に導入した後、前記出射面から外部に出射し、
前記側面方向入射面は、前記半導体発光装置から出射した光を光学レンズ内に導入し、
前記側方反射面は、前記入射面の凹形状の開口縁部から出射面の縁部に向かって立ち上がる曲面として構成され、
前記出射面は、前記光軸方向に対向する位置に、略平面状に構成され、
前記側面方向入射面から入射した主たる光を、前記光学レンズ出射面の臨界角以上の角度で前記出射面に入射させることにより前記光学レンズ出射面で全反射するように構成されており、
前記出射面で全反射した主たる光を、前記側方反射面で反射させた後、前記出射面の臨界角以下の角度で前記出射面に入射させることにより前記光学レンズ出射面を透過するように構成されている、
照明装置。
【請求項２】
前記側方反射面での反射率が、５０％以上である
請求項１に記載の照明装置。
【請求項３】
前記側面方向入射面から前記光学レンズ内に入射し、前記出射面に直接到達する光の内、臨界角以上の角度で前記出射面に入射する光の割合が、４０％以上である
請求項１又は２に記載の照明装置。
【請求項４】
前記半導体発光装置から放射される光の内、前記出射面で反射される光の割合が２０％以上である
請求項１〜３のいずれか１項に記載の照明装置。
【請求項５】
前記側方反射面が、前記光学レンズの側方面に反射膜が形成された構造である
請求項１〜４のいずれか１項に記載の照明装置。
【請求項６】
前記側方反射面が、前記光学レンズの側方面に金属またはセラミックスのリフレクターを密着させた構造である
請求項１〜５のいずれか１項に記載の照明装置。
【請求項７】
前記側方反射面が、略放物線曲面である
請求項１〜６のいずれか１項に記載の照明装置。
【請求項８】
前記側面方向入射面は、前記光学レンズの光軸に向かって凸である略円筒形状である
請求項１〜７のいずれか１項に記載の照明装置。
【請求項９】
前記入射面の開口の最外径をＭとし、前記光軸方向入射面の最外径をＡとした場合に、下記一般式（１）を満たす
請求項１〜８のいずれか１項に記載の照明装置。
０．０  ≦  Ａ／Ｍ  ≦  ０．８      （１）
【請求項１０】
前記入射面の開口部の縁部から前記出射面までの距離とする光学レンズの高さ（Ｈ）と、前記出射面の最外径（Ｗ）とが、下記一般式（２）を満たす
請求項１〜９のいずれか１項に記載の照明装置。
０．１  ≦  Ｈ／Ｗ  ≦  ０．５      （２）
【請求項１１】
前記出射面の外径が、１０ｍｍ以上、１００ｍｍ以下である請求項１〜１０のいずれか１項に記載の照明装置。
【請求項１２】
前記半導体発光装置は、一つの発光面のみから光を放出する単一光源である
請求項１〜１１のいずれか１項に記載の照明装置。
【請求項１３】
半導体発光装置からの出射光を導入する入射面と、
前記入射面から導入された光の一部を光出射面側に反射する側方反射面と、
前記入射面から導入された光の一部と、前記側方反射面で反射された光を外部に出射する出射面とを有し、
前記入射面は、開口を前記半導体発光装置側に向けた凹形状で、該凹形状は前記半導体発光装置の光軸方向に対向する略平面状の光軸方向入射面と、前記光軸方向に対して側面方向に対向し、前記光軸方向入射面の縁部に向かって立ち上がる筒状の側面方向入射面とで構成され、
前記光軸方向入射面は、前記半導体発光装置から上方に出射した光を光学レンズ内に導入した後、前記出射面から外部に出射し、
前記側面方向入射面は、前記半導体発光装置から出射した光を光学レンズ内に導入し、
前記側方反射面は、前記入射面の凹形状の開口縁部から出射面の縁部に向かって立ち上がる曲面として構成され、
前記出射面は、前記光軸方向に対向する位置に、略平面状に構成され、
前記側面方向入射面から入射した主たる光を、前記光学レンズ出射面の臨界角以上の角度で前記出射面に入射させることにより前記光学レンズ出射面で全反射するように構成されており、
前記出射面で全反射した主たる光を、前記側方反射面で反射させた後、前記出射面の臨界角以下の角度で前記入射面に入射させることにより前記光学レンズ出射面を透過するように構成されている、
光学レンズ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体発光装置を備える照明装置、及び、該照明装置に用いる光学レンズに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、光源部に発光ダイオード（ＬＥＤ（Light Emitting Diode））等の半導体発光装置を用いた照明装置が、多く見られるようになった。照明装置においても、シーリングライト、ベースライトのようなＬＥＤの光を拡散させるタイプや、ダウンライト、スポットライトのようなＬＥＤの光を集光させるタイプ等、さまざまな製品がある。
【０００３】
従来、半導体発光装置を光源とする照明装置では、半導体発光装置とこの半導体発光装置が発光する光を制光する光学レンズとを組み合わせて、任意の配光特性が得られるようにしている。
スポット光などの狭角配光特性を得る場合には、狭角配光用のレンズが用いられる。この狭角配光用のレンズは、半導体発光装置の光軸方向に対して交差する側面方向に対向する側面方向入射面、発光ダイオード素子の光軸方向に対向する凸曲面状の光軸方向入射面、側面方向入射面に入射した光を出射方向へ向けて反射させる反射面、光が出射する出射面を有している。そして、凸曲面状の光軸方向入射面に入射した光、および側面方向入射面に入射して反射面で反射した光を、出射面から光軸方向と平行な平行光として出射する（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
よく使われている青色ＬＥＤ＋黄色蛍光体白色ＬＥＤにおいては、その構成上、光の照射方向により色味が異なる。さらに、この白色ＬＥＤと集光レンズとを組み合わせることにより、照射パターンを形成したとき、色むらが目立ってしまうという問題がある。従来、色むらを軽減するために、各種の技術が提案されている（例えば、特許文献２参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−５９０７３号公報
【特許文献２】特開２０１２−１４６５６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１等の狭角配光用のレンズでは、光軸方向入射面等が凸曲面状であるため、光の損失が大きく、レンズからの光出射効率が低くなったり、照射面に明るさや色のムラが生じたりする。
また、特許文献２等においては、光の拡散により、光源方向に戻る光が発生し、照明効率が低下したり、十分な狭角の配光特性を得られなかったりするという問題があった。さらに、部分的に拡散処理を施すため、レンズの加工が困難で、高コストになるという問題があった。また、集光効率が低く、色むらの改善効果も低いという問題があった。
【０００７】
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、半導体発光装置を光源として用いた時に、狭角に集光することができ、且つ、光の損失が少なく、照射面のムラがない、小型のスポット照明装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明の要旨は以下の通りである。
［１］半導体発光装置と光学レンズとを備える照明装置であって、前記光学レンズは、前記半導体発光装置からの出射光を導入する入射面と、前記入射面から導入された光の一部を光出射面側に反射する側方反射面と、前記入射面から導入された光の一部と、前記側方反射面で反射された光を外部に出射する出射面とを有し、
前記入射面は、開口を前記半導体発光装置側に向けた凹形状で、該凹形状は前記半導体発光装置の光軸方向に対向する略平面状の光軸方向入射面と、前記光軸方向に対して側面方向に対向し、前記光軸方向入射面の縁部に向かって立ち上がる筒状の側面方向入射面とで構成され、
前記光軸方向入射面は、前記半導体発光装置から上方に出射した光を光学レンズ内に導入した後、前記出射面から外部に出射し、
前記側面方向入射面は、前記半導体発光装置から出射した光を光学レンズ内に導入し、
前記側方反射面は、前記入射面の凹形状の開口縁部から出射面の縁部に向かって立ち上がる曲面として構成され、
前記出射面は、前記光軸方向に対向する位置に、略平面状に構成され、
前記側面方向入射面から入射した主たる光を、前記光学レンズ出射面の臨界角以上の角度で前記出射面に入射させることにより前記光学レンズ出射面で全反射するように構成されており、
前記出射面で全反射した主たる光を、前記側方反射面で反射させた後、前記出射面の臨界角以下の角度で前記出射面に入射させることにより前記光学レンズ出射面を透過するように構成されている照明装置。
【０００９】
［２］前記側方反射面での反射率が、５０％以上である［１］に記載の照明装置。
［３］前記側面方向入射面から前記光学レンズ内に入射し、前記出射面に直接到達する光の内、臨界角以上の角度で前記出射面に入射する光の割合が、４０％以上である［１］又は［２］に記載の照明装置。
［４］前記半導体発光装置から放射される光の内、前記出射面で反射される光の割合が２０％以上である［１］〜［３］のいずれかに記載の照明装置。
［５］前記側方反射面が、前記光学レンズの側方面に反射膜が形成された構造である［１］〜［４］のいずれかに記載の照明装置。
［６］前記側方反射面が、前記光学レンズの側方面に金属またはセラミックスのリフレクターを密着させた構造である［１］〜［５］のいずれかに記載の照明装置。
［７］前記側方反射面が、略放物線曲面である［１］〜［６］のいずれかに記載の照明装置。
【００１０】
［８］前記側面方向入射面は、前記光学レンズの光軸に向かって凸である略円筒状である［１］〜［７］のいずれかに記載の照明装置。
［９］前記入射面の開口の最外径をＭとし、前記光軸方向入射面の最外径をＡとした場合に、下記一般式（１）を満たす［１］〜［８］のいずれかに記載の照明装置。
０．０  ≦  Ａ／Ｍ  ≦  ０．８      （１）
［１０］前記入射面の開口部の縁部から前記出射面までの距離とする光学レンズの高さ（Ｈ）と、前記出射面の最外径（Ｗ）とが、下記一般式（２）を満たす［１］〜［９］のいずれかに記載の照明装置。
０．１  ≦  Ｈ／Ｗ  ≦  ０．５      （２）
［１１］前記出射面の外径が、１０ｍｍ以上、１００ｍｍ以下である［１］〜［１０］のいずれかに記載の照明装置。
［１２］前記半導体発光装置は、一つの発光面のみから光を放出する単一光源である［１］〜［１１］のいずれかに記載の照明装置。
【００１１】
［１３］半導体発光装置からの出射光を導入する入射面と、前記入射面から導入された光
の一部を光出射面側に反射する側方反射面と、前記入射面から導入された光の一部と、前記側方反射面で反射された光を外部に出射する出射面とを有し、
前記入射面は、開口を前記半導体発光装置側に向けた凹形状で、該凹形状は前記半導体発光装置の光軸方向に対向する略平面状の光軸方向入射面と、前記光軸方向に対して側面方向に対向し、前記光軸方向入射面の縁部に向かって立ち上がる筒状の側面方向入射面とで構成され、
前記光軸方向入射面は、前記半導体発光装置から上方に出射した光を光学レンズ内に導入した後、前記出射面から外部に出射し、
前記側面方向入射面は、前記半導体発光装置から出射した光を光学レンズ内に導入し、
前記側方反射面は、前記入射面の凹形状の開口縁部から出射面の縁部に向かって立ち上がる曲面として構成され、
前記出射面は、前記光軸方向に対向する位置に、略平面状に構成され、
前記側面方向入射面から入射した主たる光を、前記光学レンズ出射面の臨界角以上の角度で前記出射面に入射させることにより前記光学レンズ出射面で全反射するように構成されており、
前記出射面で全反射した主たる光を、前記側方反射面で反射させた後、前記出射面の臨界角以下の角度で前記入射面に入射させることにより前記光学レンズ出射面を透過するように構成されている光学レンズ。
なお、本発明における課題を解決するための手段は、可能な限り組み合わせて使用することができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、半導体発光装置を光源として用いた時に、狭角に集光することができ、且つ、光の損失を少なく、照射面のムラがない、小型のスポット照明装置（特に、規格により照明器具の大きさや形に制限のある照明装置）を提供することができる。即ち、照明装置から放出される光がビームアングルと光度の関係を表す図においてピークの裾に肩等がなく、なだらかな形状示す。特に、COB等のある程度の発光面の大きさを有するワン
コア型光源を用いた時において、前述の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施形態に係る照明装置（ＭＲ１６型ＬＥＤ灯具）の分解斜視図である。
【図２】本発明の実施形態に係る照明装置の斜視図である。
【図３】本発明の実施形態に係る照明装置の側方断面図である。
【図４】本発明の実施形態に係る光学レンズの正面図（１）及び側方断面図（２）である。
【図５】本発明の実施形態に係る光学レンズの側方断面及び半導体発光装置から出射された光の光路を示した図である。
【図６】実施例の照明装置の出射角と照度比の関係を示した図である。
【図７】従来の照明装置のヒートシンク部分の側方断面図である。
【図８】比較例の照明装置の出射角と照度比の関係を示した図である。（Ａ）は狭角タイプ、（Ｂ）は広角タイプの光学レンズを用いた照明装置の場合である。
【図９】評価装置の図
【発明を実施するための形態】
【００１４】
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。
【００１５】
（照明装置）
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１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。
【００１６】
図１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（半導体発光装置）２と、半導体発光装置固定部材２１と、光学レンズ３、筐体４等を有する。本明細書においては、レンズ３が設けられている側を照明装置１（ＭＲ１６型ＬＥＤ灯具１）の「前方」として定義する。ＬＥＤモジュール２は、光源としての半導体発光装置、当該半導体発光装置を実装するモジュール基板を有しており、モジュール基板の中央部に半導体発光装置を配置した。レンズは、ワンコア型レンズ（ワンコア型集光光学部品）３であり、その光軸上に半導体発光装置の発光面が配置されている（図３）。このように配置することにより、半導体発光装置２から放出される光は指向性の高い（配光角の狭い）光とすることができる。
【００１７】
（半導体発光装置）
半導体発光装置２は、例えば、１又は複数の近紫外ＬＥＤチップをモジュール基板１４の実装面に設けた配線上に直接実装するチップ・オン・ボード構造であり、近紫外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る。なお、ＬＥＤチップは、近紫外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、本実施形態におけるＬＥＤチップは、ＧａＮ（窒化ガリウム、ガリウムナイトライド）基板を有しているものを用いることができる。このように、ＧａＮ基板を用いたＬＥＤチップを適用した場合、大電流を投入することができ、大光束の点光源を実現することができる。
【００１８】
半導体発光装置２は、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発光モジュール２は、複数の半導体発光装置をモジュール基板上に分散して配置することもできる。また、ＬＥＤチップには、ＧａＮ基板以外の基板、例えばサファイヤ基板、シリコン基板などを適用してもよい。
【００１９】
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た、一つの発光面のみから光を放出する単一光源である、ワンコア（ひと粒）型の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（半導体発光装置）を採用することで、ＬＥＤ照明装置全体として点光源とすることができる。また、このようなワンコアの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。
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。
【００２０】
（光学レンズ）
図３は、本発明の実施形態に係る照明装置１（ドライバハウジング部分を除く）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光学レンズ３を切断した場合の断面図が記載されている。また、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正面図（１）及び側方断面図（２）である。
【００２１】
光学レンズ３は、その光軸（Ｚ）を中心にした回転体形状を成し、入射面３０、出射面３３及び側方反射面３４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。
レンズ３の入射面３０の形状は、レンズ３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、開口を半導体発光装置に向けた１つの凹形状をなしている（図４参照）。また、レンズ３の入射面３０は、半導体発光装置２の光軸方向に対向する略平面状の光軸方向入射面３２と、光軸方向に対して側面方向に対向し、光軸方向入射面の縁部に向かって立ち上がる筒状の側面方向入射面３１とからなる。
【００２２】
本発明の実施形態では、図５に示す通り、半導体発光装置から上方に出射した光の一部は、光軸方向入射面から光学レンズ内に導入した後、出射面から外部に出射する。半導体発光装置から上方に出射した光の別の一部は、側面方向入射面から、光学レンズ内に導入し、側面方向入射面から入射した主たる光を、光学レンズ出射面の臨界角以上の角度で出射面に入射させることにより前記光学レンズ出射面で全反射するように構成されている。
【００２３】
出射面で全反射した主たる光は、側方反射面で反射させた後、出射面の臨界角以下の角度で出射面に入射させることにより光学レンズ出射面を透過するように構成されている。側面方向入射面から入射した主たる光を、光学レンズ出射面の臨界角以上の角度で出射面に入射させるため、側面方向入射面は、略円筒状であり、その光軸方向に垂直な面で切断した略円形の断面の最大径は、開口部から光軸方向入射面にかけて小さくなっていくことが好ましいく、さらに、富士山のような裾を引いた略円錐台の形状を有していることが好ましい。レンズ３の側方入射面３１の形状は、光軸を含む平面によってレンズ３を切断した場合の断面において、すなわち、図４の断面図において、光軸方向に凸となる（レンズが光の入射方向に凸となる）曲面を有する形状であることが好ましい。例えば、入射面の開口の最外径をＭとし、前記光軸方向入射面の最外径をＡとした場合に、Ａ／Ｍの値が、０．０以上であることが好ましく、０．１以上であることがさらに好ましい。また、Ａ／Ｍの値が、０．８以下であることが好ましく、０．７以下であることがさらに好ましく、０．６以下であることがより好ましい。そのようにすることにより、半導体発光装置から放射される光の内、前記出射面で反射される光の割合を増やすことができる。そのため、半導体発光装置から放射される光の内、側方反射面で反射されてから出射する光の割合を増やすことができ、その結果、配光角を小さくするよう狭角に集光することができ、かつ、光の損失が少なく照射面のムラを少なくすることができる。
【００２４】
また、出射面で全反射した主たる光は、側方反射面で反射させた後、出射面の臨界角以下の角度で出射面に入射させるためには、側方反射面が出射面となす角度が比較的小さいことが好ましい。そのような構造を取るためには、入射面の開口部の縁部から前記出射面までの距離とする光学レンズの高さをＨとし、前記出射面の最外径をＷとした場合に、Ｈ／Ｗの値が、０．１以上であることが好ましく、０．２以上であることがさらに好ましい。それにより、ヒートシンクと光学レンズの間に放熱フィンの存在する空間を取ることにより、放熱のための空気対流路を確保することができる。また、Ｈ／Ｗの値が、０．５以下であることが好ましく、０．４以下であることがさらに好ましい。その結果、側方反射面で反射した主たる光は、臨界角以下の角度で出射面に入射させることができる。
【００２５】
図４−（２）に示される通り側方反射面３４は、光学レンズの側方面に反射膜が形成さ
れた構造（図の太線部分）であることが好ましい。このような構造にすることにより反射面の反射率を上げ、また、反射面を透過する光の量を抑えることができ、照明器具効率を上げることができる。また、比較的レンズの設計が容易であると共に、反射面の表面にファセット加工等を施すことが容易になり設計の自由度が上がる。
【００２６】
また、側方反射面３４は、光学レンズの側方面に金属またはセラミックスのリフレクターを密着させた構造とすることにより反射面とすることもできる。
側方反射面での反射率は、５０％以上であることが好ましく、７０％以上であることがさらに好ましく、９０％以上であることがより好ましい。これにより光の損失を少なくすることができる。側方反射面での反射率は、反射面の材料として、ニッケル・クロームメッキや、アルミニウム又は銀による蒸着膜等を選定することや、反射面の平滑性を向上させることにより高い反射率にすることにより得ることができる。反射面の反射膜は、所定の金属をメッキ、蒸着、又は、スパッタリング等の処理をすることにより取得することができる。
【００２７】
また、側方反射面が、ファセット状であるレンズも好適に使用することができる。ここでファセット状とは、外形が多角形であり、この多角形の面内では平面となっており、これら平面状多角形が立体的に連なりあうように反射面を形成したものである。このような形状のレンズとすることにより、外観の意匠性が向上するとともに配光パターンのムラを抑制する効果が得られる。
【００２８】
側面方向入射面から光学レンズ内に入射し、前記出射面に直接到達する光の内、臨界角以上の角度で出射面に入射する光の割合は、４０％以上であることが好ましく、５０％以上であることがさらに好ましく、６０％以上であることがさらに好ましく、７０％以上であることがよりさらに好ましい。臨界角以上の角度で出射面に入射する光の割合が少ないと、側方反射面で光路を制御することのできる割合が少なくなると共に、出射面を透過する無制御光の割合が増加し、狭角に集光することができなくなったり、照射面にムラが生じたりする原因となる。
【００２９】
半導体発光装置から放射される光の内、出射面で反射される光の割合が２０％以上であることが好ましく、４０％以上であることがさらに好ましく、６０％以上であることがさらに好ましい。これにより、狭角に集光することができると共に、照射面のムラを抑えることができる。
側方反射面は、光学レンズの側方面に反射膜が形成された構造とすることができるし、光学レンズの側方面に金属またはセラミックスのリフレクターを密着させた構造とすることができる。また、側方反射面は、側方反射面で反射された光を天面に向かって鋭角に当てるため、略放物線曲面とすることが好ましい。また、側面方向入射面は、COB等の光源
からの光を鈍角で出射面に導くため、レンズの光軸方向に凸となる面を有する略円筒状であることが好ましい。
【００３０】
レンズ３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、ポリメタクリル酸メチル樹脂等のアクリル樹脂、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は、難燃性であるため、特に好ましい。
【００３１】
本発明において、光軸方向入射面の最大径Ａ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３の一部であって、平面を構成する光
軸方向入射面３２の最大径Ａを意味する。Ａは、通常１ｍｍ〜１２ｍｍであるが、２ｍｍ以上であると成形加工しやすい。
光軸方向入射面、又は、光軸方向入射面の領域に対向する出射面の領域は、光反射面、光吸収面、光散乱面等の光非透過面となるように加工されていることが好ましい。光軸方向入射面を透過して出射面から外部に光が放出されると、照射面のムラの原因となりやすいからである。
【００３２】
本発明において、ＬＥＤ光源（半導体発光装置）の発光面の最大径Ｘ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Ｘ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Ｘとする。また、複数のＬＥＤ発光モジュールを単に半導体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Ｘとする。
【００３３】
半導体発光装置の発光面の最大径Ｘは、通常、光軸方向入射面の最大径Ａよりも小さく、Ｘ／Ａは、０．４以上、１．０以下である。それよりも大きいと半導体発光装置から放出される光がレンズに入射しないため効率が悪くなる。本願発明に用いる光学レンズは、Ｘ／Ａが、０．５以上、あるいは０．６以上の比較的大きな発光面を有する半導体発光装置を用いる場合にも狭角に集光することができ、光の損失が少なく、照射面のムラの少ない照明装置を、提供することができる。
このように光学レンズと照明装置を設計することにより、照明装置から放出される光の配光角（照射ピーク強度との照射比が０．５となる角度）を、通常、１３°以下、好ましくは１０°以下、さらに好ましくは９°以下とすることができる。
【００３４】
光学レンズ３は、ワンコア型レンズと、このレンズを装着可能なレンズホルダとを有することができる。ワンコア型レンズは、光軸を一つだけ有し、出射光に所定の配光角を付与するレンズである。ワンコア型レンズは、例えばアクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂などによって形成されており、例えば、全体として略円錐台形状を有しており、半導体発光装置２が発する光を出射する出射面３３を有している。ワンコア型レンズのうち、出射面３３が形成されている側を「前方部位」と定義すると、ワンコア型レンズの後方部位にはＬＥＤを収容するための凹形状の入射面３０が形成されている。
【００３５】
次に、図４を参照しつつ、ワンコア型レンズ３について説明する。図４−（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３の正面図である。また、図４−（２）は、図４−（１）の線Ｘ−Ｘに沿ったレンズ３の側方断面図である。
図４から分かるように、レンズ３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３３側は平面である。また、図４−（２）に示すように、レンズ３は、光入射面３０側に開口３５が形成されている。そして、開口３５の底面は、出射面と並行な平面を形成している。半導体発光装置２とモジュール基板が接合した状態のＬＥＤモジュールにおいては、レンズ３の開口３５部分に対向するように、半導体発光装置２の発光面が配置されることになる（図３）。半導体発光装置２の発光面を、レンズ３の光軸Ｚ上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。
【００３６】
本願発明の照明装置は、光学レンズを固定するためのレンズホルダを有することができる。レンズホルダは、内部にワンコア型レンズ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、ワンコア型レンズの外径と等しく、レンズを保持部に嵌め込むことで、レンズホルダはワンコア型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。レンズモジュールの詳細については後述する。本実施形態においては突出腕部が、本発明における突出部、および連結部に対応している。また、図４に示す通りレンズホルダの突出椀部３６がレンズ３に直接接続して一体となっていることにより部品点数を減らし、製造工程を簡便にすることができる。
【００３７】
（筐体）
筐体４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、レンズ等を収容する。また、筐体４は、半導体発光装置２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４は、半導体発光装置２が発する熱を放熱するヒートシンク４２と、ＬＥＤモジュールにおける半導体発光装置２への駆動電力を電源から供給する電源用の回路基板を収容するドライバハウジング４２と、を有している。
【００３８】
（ドライバハウジング）
ドライバハウジング４２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４２を構成してもよい。本実施形態では、ドライバハウジング４２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４２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４２は、回路基板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。
【００３９】
ドライバハウジング４２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、導線押さえ部材は、ドライバハウジング４２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。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４２の基板収容部に回路基板を収容すると共に、口金ピンを導線押さえ部材のピン挿通孔に挿通させる。そして、導線押さえ部材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４２に対して導線押さえ部材を装着することができる。なお、導線押さえ部材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に電力を供給することができる。
【００４０】
（ヒートシンク）
図２は、本実施形態に係る照明装置１の斜視図であり、図３は、本実施形態に係る照明装置１の断面図である。ヒートシンク４１は、ドライバハウジング４２と共に筐体４を構成するハウジング部材である。また、ヒートシンク４１は、上記の通り半導体発光装置２が発する熱を放熱するための放熱部材でもある。ヒートシンク４１は、放熱性が良好な部材、例えばアルミニウムなどによって形成されている。
【００４１】
ヒートシンク４１は、半相対発光装置２及びレンズ３を設置するための設置部、設置部の前方及び後方に位置する外筒部、外筒部の周囲に設けられる複数の放熱フィン等を備える。ヒートシンク４１の設置は、平面形状が略円形をなしている。また、発光装置の後方の外筒部には、ドライバハウジング４２における基板収容部を差し込むことができる。また、ヒートシンク４１の設置部には、一組のネジ挿通孔と、レンズ３の一組の突出腕部３６の爪部をそれぞれ挿通可能な一組のアーム挿通孔が形成されている。更に、ヒートシンク４１の設置部には、ドライバハウジング４２に収容される回路基板及びモジュール基板のそれぞれの端子に接続される配線を通すための配線用開口部が形成されている。
また、ＬＥＤ発光モジュール２は、固定用ネジによって筐体４のヒートシンク４１に固定されている。ＬＥＤ発光モジュール２のモジュール基板には、固定用ネジを挿通させる切欠きである一組のネジ挿通部が形成されている。
【００４２】
また、ヒートシンク４１は、複数の放熱フィンが設置部の外周縁に放射状に並べられている。各放熱フィンは板形状を有しており、ヒートシンク４１の表面積を増加させることで、半導体発光装置２から設置部に伝達された熱の放熱を促進させることができる。各放熱フィンは、外筒部の外面に接続されており、当該外筒部の側部外方に向かって（言い換えると、設置部の側部外方に向かって）放射状に延びている（図１、２、３を参照）。また、各放熱フィンは、ヒートシンク４１における設置部の中心を基準として、互いに一定間隔で放射状に配置されている。また、各放熱フィンの先端部同士は環状のリム部によって互いに接続されている。
【実施例】
【００４３】
（実施例に使用したレンズ及び照明装置）
実施例に使用したレンズを図４に示した。このレンズは高さ（Ｈ）は８．８４ｍｍ、出射面の最外径（Ｗ）は３６．５ｍｍである。また、図４のレンズは反射面が薄膜金属で被覆されており、反射率は、約９０％である。また、入射面の開口の最外径（Ｍ）は１０．２６ｍｍの円形であり、光軸方向入射面の最外径（Ａは２．３２ｍｍである。従って、本レンズのＡ／Ｍ＝０．２３であり、Ｈ／Ｍ＝０．２４である。尚、このレンズはポリカーボネートの射出成型により準備した。また、半導体発光装置（ＣＯＢタイプ）の発光面の最大外径は、６ｍｍである。
【００４４】
準備したレンズの対称軸が準備したＬＥＤモジュールの中心になるように、レンズとＬＥＤモジュールを接合し照明装置とした（図３）。これをヒートシンク筐体内に設置した。  このようにして作成された照明装置の光学レンズの側面方向入射面から光学レンズ内に入射し、前記出射面に直接到達する光の内、臨界角以上の角度で前記出射面に入射する光の割合は、８０％であった。また、半導体発光装置から放射される光の内、前記出射面で反射される光の割合は、４５％であった。
【００４５】
（比較例に使用したレンズ及び照明装置）
比較例として、図７に示すような出射面での反射のない、従来のコリメータレンズ２種（（Ａ）広角タイプ、（Ｂ）狭角タイプ）も準備した。比較例に使用したレンズと照明装置を図７に示した。比較例において、レンズ３Ｂの側方入射面３１の形状は、光軸を含む平面によってレンズ３を切断した場合の断面において、すなわち、図７の断面図において、光軸に向かって凹となる曲面を有する形状であることが好ましい。また、側面方向入射面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。側面方向入射面３１Ｂを上記の形状とすることにより、レンズ３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３の出射面３３Ｂの直上に向けて出射される光の光量を十分に確保する（光取り出し効率を高くする）ための、光軸方向入射面３２Ｂ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る。また、側面方向入射面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。また、狭角タイプ（Ｂ）のレンズにおいては、広角タイプ（Ａ）のレンズに比較して入射面（３１Ｂ、３２Ｂ）が形成する凹部の凹みが深く、かつ、側方反射面３４Ｂがより出射面と平行な向きに傾いている。準備したレンズの対称軸が準備したＬＥＤモジュールの中心になるように、レンズとＬＥＤモジュールを接合し照明装置とした（図７）。これをヒートシンク筐体内に設置した。
【００４６】
このようにして作成された比較例の照明装置の光学レンズの側面方向入射面から光学レンズ内に入射し、前記出射面に直接到達する光の内、臨界角以上の角度で前記出射面に入
射する光の割合は、（Ａ）、（Ｂ）共にほぼ０％であった。また、半導体発光装置から放射される光の内、前記出射面で反射される光の割合は、（Ａ）約５％、（Ｂ）約５％であった。
【００４７】
（評価装置）
ゴニオメーターに照明装置を設置し、照明装置を図９のように、照明装置の先端中央
を中心にφ軸方向とθ軸方向に回転できるようにした。尚、θが０°は照明装置が後述する受光器の中心に照明装置の光軸が向いている時である、またφ軸方向とは照明装置の光軸を中心に回転する方向である。照明装置先端から照明装置の光軸上１ｍの距離に直径２０ｍｍφの円盤状の受光器を設置し、各角度における放射光強度のほか分光放射スペクトルを測定し色温度を記録できるようにした。測定は暗室下で、実施例、比較例ともに照明装置に４００ｍＡの直流電流を印加し、光強度および色温度の角度分布を測定した。尚、実施例と比較例はレンズのみを交換したもので他の条件は全て同一である。
【００４８】
（評価結果）
図６に実施例の、図８に比較例の測定結果を示した。θを−６０°〜６０°（Φ＝０°）にした時の照度比において、実施例では、配光角（照射比が０．５となる角度）が１０°未満の狭角であり、スムーズな釣鐘状の分布をしている。一方、比較例の（Ａ）では、釣鐘状の分布は比較的スムーズであるが、配光角が１５°程度に留まっている。比較例の（Ｂ）では、配光角が１０°程度と比較的狭角を示しながらも、θが１８°付近から３５°付近にかけて釣鐘状と異なり隆起が見られ、分布の裾が広がっている。実施例では、配光角が１０°以下の狭角で、かつ、どの角度においてもなめらかに光強度が単調減少しており、光の照射ムラが少ないことを示しているが、比較例の（Ｂ）では、光の照射ムラが発生していることを示している。これは、通常のコリメータレンズにおいて、配光角を狭角にしようと反射面の角度を緩くしたことなどに起因しており、比較例（Ｂ）の出射面での反射なしのレンズでは出射された光が、十分に側方反射面で制御されず、一部は直接出射面から放出される無制御光となってしまうため、照射面のムラ等の原因となる配光パターンを呈しているからである。
【００４９】
以上のことから、本実施例に係る照明装置は、ＭＲ１６ランプ、ＰＡＲ１６ランプ、ＰＡＲ３８ランプ、ＡＲ１１１ランプ等の簡易な構成でハロゲン電球の代替として使用できる。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、小型のスポット照明に好適に用いることができる。
【符号の説明】
【００５０】
１    照明装置
２、２Ｂ    半導体発光装置
３、３Ｂ    光学レンズ
４    筐体
２１    半導体発光装置固定部材
３１、３１Ｂ    側面方向入射面
３２、３２Ｂ    光軸方向入射面
３３、３３Ｂ    出射面
３４、３４Ｂ    側方反射面
３５    開口
４１、４１Ｂ    ヒートシンク
４２    ドライバハウジング
Ｚ    光軸
【図６】
2016157640.tif 000003
【図８】
2016157640.tif 000004
【図９】
2016157640.tif 000005
【図１】
2016157640.tif 000006
【図２】
2016157640.tif 000007
【図３】
2016157640.tif 000008
【図４】
2016157640.tif 000009
【図５】
2016157640.tif 000010
【図７】
2016157640.tif 000011