JP2011171086A - 照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 光源に擬似白色ＬＥＤを使用した場合であっても照明光の色むらが低減される照明装置を提供する。
【解決手段】 照明装置１０は、前方に向かって放射状に白色光を出射させるＬＥＤ１１と、光軸Ｃを中心とする同心円状の複数のプリズム２２を一面に有し、ＬＥＤ１１から出射される白色光の配向を制御するレンズシート２１と、を備えている。ＬＥＤ１１は、擬似白色ＬＥＤであり、青色光を発光するＬＥＤチップ１４と、ＬＥＤチップ１４から出射される青色光を受けて黄色光を発する蛍光体１６と、蛍光体１６が分散されＬＥＤチップ１４を覆う封止体１５と、から構成されている。そして、レンズシート２１は、複数のフレネルプリズム２３および複数のＴＩＲプリズム２４から構成され、各プリズム２３，２４は、焦点距離が径方向に対してそれぞれ連続的に変化するように形成されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、白色光源とシート状の集光レンズとを組み合わせて構成される照明装置に関する。

従来、光源の前方（出射方向）にフレネルレンズなどのシート状の集光レンズ（以下、レンズシートという）を配置することにより、出射光の配向を制御して高照度化（高輝度化）が図られた照明装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１が開示する照明装置は、図８に示すように、線状光源７１の前方（図示上方）に、レンズシート（フレネルレンズ）７２を配置することにより構成されている。レンズシート７２は、光軸７３寄りの領域である中心部に屈折作用を有する複数の屈折プリズム（フレネルレンズ）が形成され、中心部の外周側である外周部（周辺部）に反射作用を有する複数の反射プリズム（ＴＩＲレンズ；Total Internal Reflectionレンズ）が形成されている。

このように、レンズシートの中心部に屈折プリズムを形成し外周部に反射プリズムを形成することにより、屈折プリズムのみまたは反射プリズムのみが形成されたレンズシートを使用する場合と比較して、より高効率（出射光の強度が大きく高照度）で強度の均一性に優れた照明光を得ることができる。これは、屈折プリズムで屈折された出射光は、レンズシートの中心部では強度が大きいが、外周部では強度が低下する傾向にあるのに対して、反射プリズムで反射された出射光は、中心部では強度が小さいが、外周部では強度が増加する傾向にあるからである。

特開２００２−２２１６０５号公報

ところで、近年、小型で環境適合性に優れたＬＥＤ（Light Emitting Diode；発光ダイオード）を光源に使用したダウンライトやスポットライトなどの照明装置が注目されている。白色光が得られるＬＥＤとして、青色系（中心波長４１０ｎｍから４８０ｎｍ）の光（青色光）を発光するＬＥＤチップと、青色光を吸収して黄色系（波長範囲４８０ｎｍから７００ｎｍ）の光（黄色光）に変換する黄色蛍光体と、を組み合わせてなる、いわゆる擬似白色ＬＥＤが広く使用されている。

そこで、本発明者等は、表面実装型の擬似白色ＬＥＤと特許文献１が開示する点光源（ＬＥＤ）用のレンズシート（特許文献１の段落００４６）とを組み合わせて照明装置を構成したところ、照度に優れた照明光が得られたものの、照明光に色むらが観察され見栄えが悪いものであった。具体的には、レンズシートを透過した光は、全体としては白色ではあるものの、中心部では幾分青色を帯び、外周部では幾分黄色を帯びたものであった。

この色むらは、図９に示したように、ランプハウス８１の凹部の底面において電極端子８２に実装されたＬＥＤチップ８３から出射された青色光のうち、光軸に対して略平行に進む光Ｌ１と傾いて進む光Ｌ２とでは、黄色蛍光体８４が分散された封止体８５を通過する光路長が異なることに起因する。すなわち、光Ｌ１は、光Ｌ２と比較して、封止体８５を通過する光路長が短い分、黄色蛍光体８４によって黄色光に変換される割合が比較的少ないために、青色を帯びた白色光（青白光）となる。一方、光Ｌ２は、光Ｌ１と比較して、封止体８５を通過する光路長が長い分、黄色蛍光体８４によって黄色光に変換される割合が比較的多いために、黄色を帯びた白色光（黄白光）となると考えられる。

そこで、本発明は、上記状況に鑑みてなされたものであり、良好な照度（輝度）であるとともに、色むらが低減された照明装置を提供することを目的とするものである。

そこで、上記課題を解決するために、本発明に係る照明装置は、前方に向かって放射状に白色光を出射させる光源と、前記光源の前方に配置され、光軸を中心とする同心円状の複数のプリズムを一面に有して前記光源から出射される前記白色光の配向を制御するレンズシートと、を備える照明装置において、前記光源は、所定の波長の光を発光する発光素子と、前記発光素子から出射される前記所定の波長の光を受けて蛍光を発する蛍光体が分散され前記発光素子を覆う封止体と、を有し、前記レンズシートは、隣接する前記プリズムとは焦点距離が互いに異なる前記プリズムを含むことを特徴とする。

かかる発明によれば、白色光源の前方に配置されるレンズシートには、隣接するプリズムとは焦点距離が互いに異なる焦点距離のプリズムを含んでいる。ところで、複数のプリズムの各々に入射した光は、各プリズムの焦点距離に応じた角度で光軸に対して傾いて前方に導かれる。したがって、焦点距離が互い異なるプリズムに入射した光の各々は、互いに交差（混合）するように前方に進行する。このため、発光素子と蛍光体とからなる擬似白色光源から出射された色むらを有する光を同レンズシートに入射させた場合には、各プリズムの焦点距離の大きさに応じて混色（平均化）され、この結果、色むらが低減された照明光を得ることができる。

この場合、前記レンズシートは、前記複数のプリズムの焦点距離が、前記光軸からの距離に応じて変化する領域を含むように形成されていてもよい。

このように、所定の領域に存在する複数のプリズムの焦点距離を、光軸からの距離に応じて変化させることにより、色むらの低減効果を有効に発揮されるとともに、レンズシートの設計および作製が容易になる。

また、この場合、前記複数のプリズムは、光軸寄りの領域に形成され屈折作用を有する複数の屈折プリズムと、前記屈折プリズムが形成される領域の外周側に形成され反射作用を有する複数の反射プリズムと、を含み、前記複数の屈折プリズムは、前記光軸から離れるほど前記光源と前記レンズシートとの距離よりも焦点距離が大きくなるように形成され、前記複数の反射プリズムは、前記光軸に近づくほど前記光源と前記レンズシートとの距離よりも焦点距離が大きくなるように形成されているのが好ましい。

かかる発明によれば、レンズシートは、中心部（光軸寄りの領域）に屈折プリズムが形成され、外周部（中心部の外周側）に反射作用を有する複数の反射プリズムが形成されている。このため、従来技術で説明したように、高効率で強度の均一性に優れた出射光を得ることができる。
また、複数の屈折プリズムが、光軸から離れるほど光源とレンズシートとの間の距離よりも焦点距離が大きくなるように形成されるとともに、複数の反射プリズムが、光軸に近づくほど光源とレンズシートとの間の距離よりも焦点距離が大きくなるように形成されている。すなわち、レンズシートの全域にわたって、プリズムの焦点距離が光軸からの距離に応じて領域ごとに変えられている。これにより、色むらの低減効果がより一層有効に発揮される。また、後述する理由により、より一層高効率な照明光を得ることができる。

また、本発明の他の実施態様では、前記レンズシートは、前記複数のプリズムの中に、隣接するプリズムとの間に平坦面が形成されていてもよい。

かかる発明によれば、色むらの低減効果が有効に発揮されることが期待できるとともに、レンズシートの設計および作製が容易になる。

また、前記光源は、青色系の光を発光する青色発光ダイオードと、青色系の光を受光して黄色系の光に変換する蛍光体により構成されているのが好ましい。

かかる発明によれば、上記効果が有効に発揮される照明装置を安価に製造することができる。

本発明の実施形態に係る照明装置の全体構成例を示す断面図である。 同照明装置のレンズシートの構成および出射光を説明するための光軸より右側半断面図（ハッチング処理は省略）である。 同レンズシートのプリズムの形状を説明するための断面図であり、（ａ）はフレネルプリズムであり、（ｂ）はＴＩＲプリズムである。 同レンズシートの具体的な構成および特性を説明するためのグラフであり、（ａ）（ｂ）（ｃ）は、それぞれ各プリズムの焦点距離、角度、および集光効率を示す。 図４と対比して示す従来のレンズシートの形状を説明するためのグラフであり、（ａ）（ｂ）（ｃ）は、それぞれ各プリズムの焦点距離、角度、および集光効率を示す。 （ａ）は、同レンズシートにおける複数のフレネルプリズムの構成を示す部分断面図であり、（ｂ）は比較のために示す従来のレンズシートにおける複数のフレネルプリズムの構成を示す部分断面図である。 同レンズシートの変形例を示す部分断面図である。 従来のフレネルレンズの構成および出射光を説明する断面図（ハッチング処理は省略）である。 擬似白色ＬＥＤの構成および出射光を説明する断面図である。

以下、本発明の実施形態に係る照明装置１０を添付図面を参照して説明する。なお、各図においては、本発明の理解を容易にするために、一部の構成要素を適宜誇張するなど模式的に表しており、実際の寸法や、寸法比、形状などを正確に反映していない部分がある。

照明装置１０は、図１に示すように、前方（図示下側）に向かって白色光を出射させる光源としてのＬＥＤ１１と、ＬＥＤ１１の前方に配置されＬＥＤ１１から出射される白色光の配向を制御するレンズシート２１と、ＬＥＤ１１の外縁部およびレンズシート２１の外縁部を一体に覆う椀状または有底円筒状の反射鏡（不図示）と、を備えている。

ＬＥＤ１１は、従来技術で説明した擬似白色ＬＥＤである。ＬＥＤ１１は、本実施形態では、中央部に切頭円錐状の凹部１２が形成され白色樹脂からなるランプハウス１３と、凹部１２の底面に実装され青色光を発光するＬＥＤチップ１４と、ＬＥＤチップ１４を覆うようにして凹部１２に充填される透明樹脂からなる封止体１５と、封止体１５に分散されＬＥＤチップ１４が発光する青色光を受けて黄色光（蛍光）を発光する蛍光体（ＹＡＧ蛍光体）１６と、を有している。

蛍光体１６が分散された封止体１５は、ＬＥＤチップ１４側から前方に向かって拡開する切頭円錐状に形成されている。したがって、従来技術で説明した理由により、ランプハウス１３の開口である発光面１７から放射状に出射する光のうち、光軸（中心軸）Ｃと略平行に出射する光は、幾分青色を帯びた白色光（青白光）になる傾向にある。また、光軸Ｃに対して傾いて出射する光は、幾分黄色を帯びた白色光（黄白光）になる傾向にある。

次に、本発明の特徴部分であるレンズシート２１は、透明な樹脂（本実施形態では、アクリル樹脂（屈折率１．４９））を用いて直径Ｄの円板状に成形（本実施形態では、射出成形）されている。レンズシート２１は、ＬＥＤ１１に対向する面（以下、対向面）２１ａとＬＥＤ１１の発光面１７との距離が所定の長さ（以下、ＬＥＤ−シート間距離）Ｌとなるように、回転中心を光軸Ｃに一致させて配置されている。

ＬＥＤ−シート間距離Ｌは、本実施形態では、ＬＥＤ１１の発光面１７の直径ｄに略一致させているが、小型（薄型）でありながら後述する本実施形態の作用効果を有効に発揮させる観点から、直径ｄの０．５〜１．５倍に設定するのが好ましい。また、レンズシート２１の直径Ｄは、同様の観点から、ＴＡＮ^−１（Ｄ／２Ｌ）＜８０°に設定するのが好ましい。

レンズシート２１の対向面２１ａには、光軸Ｃを中心として同心円状の複数（多条）のプリズム２１が形成されている。複数のプリズム２１は、従来技術と同様に、光軸Ｃ寄りの領域である中心部Ａ（領域Ａ）に形成される複数（便宜的に、ｍ本と一般化する）の屈折プリズム（以下、フレネルプリズム）２３と、中心部Ａの外周側である外周部Ｂ（領域Ｂ）に形成される複数（便宜的に、ｎ本と一般化する）の反射プリズム（以下、ＴＩＲプリズム）２４と、から構成されている。これにより、レンズシート２１の出射面（対向面２１ａに対向する面）２１ｂから、照度に優れた照明光を出射させることができる。なお、フレネルプリズム２３とＴＩＲプリズム２４の境界は、２種類のプリズム２３，２４のうち、有効光として出射される光の割合（効率）が大きくなる方のプリズムを選択することによって決定されている。

複数（ｍ＋ｎ本）のプリズム２１は、図２中に縦軸として示すように、プリズム２１の焦点距離Ｆが、領域Ａ，Ｂごとに、光軸Ｃからの距離に応じて連続的に変化するように形成されている。なお、フレネルプリズム２３の焦点距離をＦａ、ＴＩＲプリズム２４の焦点距離をＦｂとして示してある。また、同一のプリズム２１内においては、周方向位置によらず焦点距離Ｆは一定である。

フレネルプリズム２３の焦点距離Ｆａは、最内周に位置する１番目のフレネルプリズム２３＿１の焦点距離Ｆａ＿１を、ＬＥＤ−シート間距離Ｌに一致させている。（なお、フレネルプリズム２３＿１の内側に平坦な面部が存在するが、この面部を１番目のフレネルプリズムとみなすこともできる。）そして、２番目以降の複数のフレネルプリズム２３は、外周側に位置するフレネルプリズム２３ほど焦点距離Ｆａが連続的に大きくなるように形成されている。同図を参照して具体的に説明すれば、内周側から１番目、ｋ番目、ｍ番目（最外周）のフレネルプリズム２３＿１，２３＿ｋ，２３＿ｍの焦点距離Ｆａ＿１，Ｆａ＿ｋ，Ｆａ＿ｍは、Ｌ＝Ｆａ＿１＜Ｆａ＿ｋ＜Ｆａ＿ｍの関係にある。

このように、各フレネルプリズム２３の焦点距離Ｆａを設定することにより、最内周に位置するフレネルプリズム２３＿１を通過する光Ｌａ＿１は、光軸Ｃに略平行に進行する。これに対して、外周側に位置するフレネルプリズム２３（例えば、フレネルプリズム２３＿ｋ，２３＿ｍ）を通過する光Ｌａ（Ｌａ＿ｋ，Ｌａ＿ｍ）は、光軸Ｃに対して外周側に傾いて進行する。その傾き角は、通過するフレネルプリズム２３が外周側に位置するほど大きくなる傾向にある。

一方、ＴＩＲプリズム２４の焦点距離Ｆｂは、最外周に位置するｎ番目のＴＩＲプリズム２４＿ｎの焦点距離Ｆｂ＿ｎを、ＬＥＤ−シート間距離Ｌに一致させている。そして、ＴＩＲプリズム２４＿ｎよりも内側に位置する複数のＴＩＲプリズム２４は、内周側に位置するＴＩＲプリズム２４ほど焦点距離Ｆｂが連続的に大きくなるように形成されている。言い換えれば、外周側に位置するＴＩＲプリズム２４ほど焦点距離Ｆｂが連続的に小さくなるように形成されている。同図を参照して具体的に説明すれば、内周側から１番目、ｊ番目、ｎ番目のＴＩＲプリズム２４＿１，２４＿ｊ，２４＿ｎの焦点距離Ｆｂ＿１，Ｆｂ＿ｋ，Ｆｂ＿ｍは、Ｆｂ＿１＞Ｆｂ＿ｊ＞Ｆｂ＿ｎ＝Ｌの関係にある。

このように、各ＴＩＲプリズム２４の焦点距離Ｆｂを設定することにより、最外周に位置するＴＩＲプリズム２４＿ｎを通過する光Ｌｂ＿ｎは、光軸Ｃに略平行に進行する。これに対して、内周側に位置するＴＩＲプリズム２４（例えば、ＴＩＲプリズム２４＿１，２４＿ｊ）を通過する光Ｌｂ（Ｌｂ＿１，Ｌｂ＿ｊ）は、光軸Ｃに対して内周側に傾いて進行する。その傾き角は、通過するＴＩＲプリズム２４が内周側に位置するほど大きくなる傾向にある。

次に、各プリズム２２の具体的な形状、および焦点距離Ｆを変化させる具体的な方法を、図３（ａ）（ｂ）を参照して説明する。

フレネルプリズム２３の各々は、図３（ａ）に示すように、内周側に位置し光軸Ｃに略平行な第１フレネル面２３ａ、外周側に位置し光軸Ｃに対し傾斜する第２フレネル面２３ｂ、および光軸Ｃに直交する面である対向面２１ａの一部により、断面三角形状に形成されている。ピッチＰａは、プリズムに依存することなく（光軸Ｃからの距離に依存することなく）一定（本実施形態では、５０μｍ）である。なお、ピッチＰａは、本実施形態では、プリズムの幅に一致する。ここで、第１フレネル面２３ａおよび対向面２１ａがなす角度（以下、第１フレネル面の傾斜角度）をθａ１、第１フレネル面２３ａおよび第２フレネル面２３ｂがなす角度（以下、フレネル頂角）をθａ２、第２フレネル面２３ｂおよび対向面２１ａがなす角度（以下、第２フレネル面の傾斜角度）をθａ３と定義する。

フレネルプリズム２３の場合、ＬＥＤ１１が発光した光Ｌａは、第２フレネル面２３ｂに入射した際に屈折され、レンズシート２１の出射面２１ｂから前方に出射される。したがって、第１フレネル面の傾斜角度θａ１およびピッチＰａを一定とした状態で、フレネル頂角θａ２および第２フレネル面の傾斜角度θａ３を変えることにより、各フレネルプリズム２３の焦点距離Ｆａを調整することができる。

一方、ＴＩＲプリズム２４の各々は、図３（ｂ）に示すように、内周側に位置し光軸Ｃに対し傾斜する第１ＴＩＲ面２４ａ、外周側に位置し光軸Ｃに対し傾斜する第２ＴＩＲ面２４ｂ、および光軸Ｃに直交する面である対向面２１ａの一部により、断面三角形状に形成されている。ピッチＰｂは、プリズムに依存することなく一定（本実施形態では、５０μｍ）である。ここで、第１ＴＩＲ面２４ａおよび対向面２１ａがなす角度（以下、第１ＴＩＲ面の傾斜角度）をθｂ１、第１ＴＩＲ面２４ａおよび第２ＴＩＲ面２４ｂがなす角度（以下、ＴＩＲ頂角）をθｂ２、第２ＴＩＲ面２４ｂおよび対向面２１ａがなす角度（以下、第２ＴＩＲ面の傾斜角度）をθｂ３と定義する。

ＴＩＲプリズム２４の場合、ＬＥＤ１１が発光した光Ｌｂは、第１ＴＩＲ面２４ａで屈折されながらＴＩＲプリズム２４内に入射した後、第２ＴＩＲ面２４ｂで反射され、レンズシート２１の出射面２１ｂから前方に出射される。したがって、基本的には、ＴＩＲ頂角θｂ２および第２ＴＩＲ面の傾斜角度θｂ３を変えることにより、各ＴＩＲプリズム２４の焦点距離Ｆｂを調整することができる。この点に関して、本実施形態では、ＴＩＲプリズム２４用の成形金型を作製する際の作業性を考慮して、ＴＩＲ頂角θｂ２（バイトの先端角度に対応）を一定にしている。すなわち、第２ＴＩＲ面の傾斜角度θｂ３の値に応じて第１ＴＩＲ面の傾斜角度θｂ１の値を変えている。

次に、以上のように構成された照明装置１０の作用効果について説明する。

照明装置１０は、光源として、青色光を発光するＬＥＤチップ１４と青色光を受けて黄色光を発光する蛍光体１６とを組み合わせて白色光を発光させるタイプのＬＥＤ１１を使用している。また、ＬＥＤ１１の前方に、ＬＥＤ−シート間距離Ｌを置いてレンズシート２１を配置させている。レンズシート２１は、中心部Ａに複数のフレネルプリズム２３が形成され、外周部Ｂに複数のＴＩＲプリズム２４が形成されている。このため、ＬＥＤ１１が発光した白色光を、従来技術と同様に、レンズシート２１の出射面２１ｂの全域から効率的に出射させることができる。この結果、照度に優れた照明装置１０が実現される。

また、フレネルプリズム２３については、最内周に位置する１番目のフレネルプリズム２３＿１の焦点距離Ｆａ＿１を、ＬＥＤ−シート間距離Ｌに一致させている。そして、複数のフレネルプリズム２３が、光軸Ｃから離れるほどＬＥＤ−シート間距離Ｌよりも焦点距離Ｆａが連続的に大きくなるように形成されている。一方、ＴＩＲプリズム２４については、最外周に位置するｎ番目のＴＩＲプリズム２４＿ｎの焦点距離Ｆｂ＿ｎを、ＬＥＤ−シート間距離Ｌに一致させている。そして、複数のＴＩＲプリズム２４が、光軸Ｃに近づくほどＬＥＤ−シート間距離Ｌよりも焦点距離Ｆｂが連続的に大きくなるように形成されている。

このため、レンズシート２１の最内周部分（フレネルプリズム２３＿１およびその近傍）および最外周部分（ＴＩＲプリズム２４＿ｎおよびその近傍）から前方に出射する光は、光軸Ｃに略平行に進行する。これに対して、フレネルプリズム２３が形成された領域Ａの最内周部分を除く領域（内周側領域）に入射した光は、入射した位置に応じて光軸Ｃに対して様々な角度で外周側に傾くようにして進行する。一方、ＴＩＲプリズム２４が形成された領域Ｂの最外周部分を除く領域（外周側領域）に入射した光は、入射した位置に応じて光軸Ｃに対して内周側に様々な角度で傾くようにして進行する。すなわち、レンズシート２１から出射される光を全域にわたって見ると、内周側領域から出射される光と外周側領域から出射される光とが互いに混合するようにして前方に進行する。

ところで、前述したように、ＬＥＤ１１からレンズシート２１に向かって放射状に出射する光は、光軸Ｃと略平行に出射する光は青色を帯びた青白光となり、光軸Ｃに対して傾いて出射する光は黄色を帯びた黄白光となる。ここで、上記のように、レンズシート２１から出射する光は、レンズシート２１の内周側領域から出射する光と外周側領域から出射する光とが互いに混合するように進行する。したがって、主として内周側領域に入射する青白光と主として外周側領域に入射する黄白光とが混色されることになり、従来技術において問題となっていた色むらが低減された照明光を得ることができる。

次に、本実施形態に係る照明装置１０の理解を深めるために、本実施形態に係るレンズシート２１の具体的な構成例（本発明品）を、図４（ａ）（ｂ）（ｃ）を参照して説明する。なお、比較のために、従来技術の構成例（比較品）を、図５（ａ）（ｂ）（ｃ）に示す。なお、本発明品および比較品はともに、ＬＥＤ−シート間距離が３ｍｍであり、レンズシートの直径が２０ｍｍである。また、ＬＥＤの発光面の直径が４．３ｍｍである。

比較品は、図５（ａ）に示すように、フレネルプリズムおよびＴＩＲプリズムを問わず、いずれのプリズムとも焦点距離が３ｍｍで一定（ＬＥＤ−シート間距離と一致）である。それに対して、本発明品は、図４（ａ）に示すように、各フレネルプリズムの焦点距離が、最内周側では３ｍｍまたはその近傍であるが、外周側ほど比較的大きな割合で大きくなるように設定されている。また、各ＴＩＲプリズムの焦点距離が、内周側ほど一定の割合で徐々に大きくなるように設定されている。最内周（フレネルプリズムとの境界となる半径約２．４ｍｍの点）に位置するＴＩＲプリズムの焦点距離は５ｍｍである。このように領域ごとに径方向に対して（光軸からの距離に応じて）連続的に変化する焦点距離を実現するために、図４（ｂ）示した数値に各プリズムの角度を個々に設定している。なお、比較品におけるフレネルプリズムとＴＩＲプリズムの境界は、半径約１．６ｍｍの点である。

以上のように構成されたレンズシートと擬似白色ＬＥＤとを組み合わせて照明装置を完成させたところ、比較品を使用した場合と比較して、色むらが実質的に観察されないレベルまで低減することが確認された。

また、図４（ｃ）および図５（ｃ）を比較して分かるように、各種プリズム、特にフレネルプリズムの焦点距離を径方向に対して連続的に変えることにより、より一層集光効率（効率）が大きくなることが明らかになった。なお、図４（ｃ）および図５（ｃ）における集光効率とは、フレネルプリズムの場合には、ＬＥＤから各フレネルプリズム（第１フレネル面および第２フレネル面）に入射する光のうち、第２フレネル面に入射する光の割合である。また、ＴＩＲプリズムの場合には、ＬＥＤから各ＴＩＲプリズム内に入射した光のうち、第２ＴＩＲ面に入射して反射される光の割合である。すなわち、集光効率が大きいほど照明光として有効な光の強度が大きくなることを意味している。

フレネルプリズムの焦点距離を径方向に対して連続的に大きくすることにより、集光効率が大きくなる理由は、以下のように考えられる。すなわち、図４（ｂ）および図５（ｂ）を比較すると、比較品では、フレネル頂角θａ２が、径方向に対して連続的に減少（第２フレネル面の傾斜角度θａ３は増加）しているのに対して、発明品では、半径０．７ｍｍ付近で変曲するという特異性が認められる。この特異性が各フレネルプリズムの高さに反映され、本発明品では、図６（ａ）に示すように、フレネルプリズムの高さＨ１は、径方向にわたって比較的小さい値で略一定である。すなわち、第１フレネル面の面積が、径方向にわたって比較的小さい値で略一定である。

これに対し、比較品では、図６（ｂ）に示すように、外周側ほどフレネルプリズムの高さＨ２が高くなり（Ｈ２＞Ｈ１）、外周側ほど第１フレネル面の面積が大きくなる。第１フレネル面に入射する光は、基本的に不要光（照度に貢献しない光）になることから、第１フレネル面の面積が大きくなる外周側において集光効率が低下する。したがって、本発明品は、比較品と比較して、外周側における第１フレネル面の面積の増加が抑制され、その結果として高効率化が達成されると考えられる。

これらのことから、本実施形態に係るレンズシート２１を使用することにより、光源として擬似白色ＬＥＤを採用した場合であっても、色むらが少なく、照度がより一層大きい照明装置を実現できることが明らかになった。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、実施の形態については上記に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

例えば、上記実施形態では、フレネルプリズム２３およびＴＩＲプリズム２４ごとに、各プリズム２２の焦点距離Ｆを径方向に対して連続的に変化させているが、これに限定されない。例えば、複数のプリズム２２の中から任意に選択されたプリズム２２、または全てのプリズム２２の焦点距離Ｆをランダムに変化させるようにしてもよい。このように各プリズム２２を構成した場合であっても、色むらを低減させることができる。

また、上記実施形態では、フレネルプリズム２３およびＴＩＲプリズム２４は、各プリズム２２の焦点距離Ｆを径方向に対して一方向に増加または減少させているが、これに限定されない。ＬＥＤ１１が発光する光の色度分布状態に応じて、例えば、各領域Ａ，Ｂ内において、焦点距離Ｆを増加させた部分領域と、焦点距離Ｆを減少させた部分領域と、焦点距離Ｆを一定にした部分領域（隣接するプリズムと焦点距離が異ならないプルズムを有する領域）と、をそれぞれ互いに組み合わせてもよい。

また、上記実施形態では、レンズシート２１の最内周と最外周のプリズム２２の焦点距離Ｆを、ＬＥＤ−シート間距離Ｌに略一致させているが、これに限定されない。要求される出射光の配向特性に応じて、ＬＥＤ−シート間距離Ｌとは異なる値に設定することができる。

また、上記実施形態では、各プリズム２３，２４は隣接するプリズム２３，２４との間に間隔を置かずに形成されているが、これに限定されない。例えば、図７に示すレンズシート２１Ａのように、隣接するプリズム２３，２４間に光軸Ｃに直交する平坦面２５を形成してもよい。このように平坦面２５を形成した場合であっても、色むらの低減および集光効率の向上が期待され、また、レンズシートの作製が容易になる。

また、上記実施形態では、光源として擬似白色ＬＥＤ１１を使用したが、他の形態の光源と組み合わせてもよい。この場合にも、色むらの低減および照度の向上が期待される。

また、上記実施形態では、レンズシート２１には、フレネルプリズム２３およびＴＩＲプリズム２４が形成されているが、例えば、比較的指向性の強い（放射角度範囲の狭い）光源を使用する場合には、フレネルプリズム２３のみがレンズシートに形成されていてもよい。この場合にも、色むらの低減効果および照度の向上効果が奏される。

１０ 照明装置
１１ ＬＥＤ
１２ 凹部
１３ ランプハウス
１４ ＬＥＤチップ
１５ 封止体
１６ 蛍光体
１７ 発光面
２１，２１Ａ レンズシート
２１ａ 対向面
２１ｂ 出射面
２２ プリズム
２３ フレネルプリズム（屈折プリズム）
２３ａ 第１フレネル面
２３ｂ 第２フレネル面
２４ ＴＩＲプリズム（反射プリズム）
２４ａ 第１ＴＩＲ面
２４ｂ 第２ＴＩＲ面
２５ 平坦面
Ｃ 光軸
Ｌ ＬＥＤ−シート間距離

Claims (5)

1. 前方に向かって放射状に白色光を出射させる光源と、
   前記光源の前方に配置され、光軸を中心とする同心円状の複数のプリズムを一面に有して前記光源から出射される前記白色光の配向を制御するレンズシートと、を備える照明装置において、
   前記光源は、所定の波長の光を発光する発光素子と、前記発光素子から出射される前記所定の波長の光を受けて蛍光を発する蛍光体が分散され前記発光素子を覆う封止体と、を有し、
   前記レンズシートは、隣接する前記プリズムとは焦点距離が互いに異なる前記プリズムを含むことを特徴とする照明装置。
2. 前記レンズシートは、前記複数のプリズムの焦点距離が、前記光軸からの距離に応じて変化する領域を含む請求項１に記載の照明装置。
3. 前記複数のプリズムは、光軸寄りの領域に形成され屈折作用を有する複数の屈折プリズムと、前記屈折プリズムが形成される領域の外周側に形成され反射作用を有する複数の反射プリズムと、を含み、
   前記複数の屈折プリズムは、前記光軸から離れるほど前記光源と前記レンズシートとの距離よりも焦点距離が大きくなるように形成され、
   前記複数の反射プリズムは、前記光軸に近づくほど前記光源と前記レンズシートとの距離よりも焦点距離が大きくなるように形成されている請求項２に記載の照明装置。
4. 前記レンズシートは、前記複数のプリズムの中に、隣接するプリズムとの間に平坦面が形成されているプリズムを含む請求項１から３のいずれか１項に記載の照明装置。
5. 前記光源は、青色系の光を発光する青色発光ダイオードと、青色系の光を受光して黄色系の光に変換する蛍光体により構成されている請求項１から４のいずれか１項に記載の照明装置。

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