JP2014135233A

JP2014135233A - 照明器具

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Publication number: JP2014135233A
Application number: JP2013003603A
Authority: JP
Inventors: Kyohei Nakamura; 恭平中村; Toshizumi Okada; 敏純岡田
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2013-01-11
Filing date: 2013-01-11
Publication date: 2014-07-24
Anticipated expiration: 2033-01-11
Also published as: JP6156791B2

Abstract

【課題】環状に複数のＬＥＤを配した照明器具において、シーンに応じて見栄え良く照明光を照射する。
【解決手段】照明器具１は、器具本体２の中央部を中心とする環状に配された複数のＬＥＤ３と、ＬＥＤ３から出射した光の配光を制御する光学部材４と、備える。光学部材４は、ＬＥＤ３から出射した光が入射するドーム状の入射面４１と、媒質部４２を伝搬した光が出射する出射面４３と、を有し、入射面４１は、ＬＥＤ３の発光部の中心から入射面４１までの距離のうち、光軸方向の距離ｒと、器具本体２の外周方向の距離ｄ２と、が、ｒ／ｄ２＜１を満たす。この構成によれば、器具直下の輝度が高く、器具外周が暗く、器具中心から外周に向けて輝度が急に低下するように照明光を照射することができスポットライトのように、見栄え良く照明光を照射することができる。
【選択図】図３

Description

本発明は、光源として発光ダイオード（ＬＥＤ）を用いた照明器具に関する。

発光ダイオード（以下、ＬＥＤ）は、低電力で高輝度の発光が可能であり、しかも長寿命であることから、白熱灯や蛍光灯等に代替する照明器具用の光源として注目されている。光源にＬＥＤを用いた照明器具として、例えば、天井等に取り付けられるシーリングライトが普及している。このようなシーリングライトにおいては、従来の環状の蛍光ランプに換えて、複数のＬＥＤを環状に配置し、各ＬＥＤの点灯状態を適宜に制御することにより、照明光の明るさや照射範囲を可変とすることができる。

しかしながら、ＬＥＤはその出射光の指向性が強いので、ＬＥＤをシーリングライトの光源とした用いた場合、粒々感が目立ち、輝度が不均一になり易い。そこで、ＬＥＤからの出射光を広範囲に拡散させるレンズ部材を用いた照明器具が知られている（例えば、特許文献１参照）。また、一般的に、ＬＥＤは、それ単体の発光光束が蛍光灯に比べて低いので、照明器具用の光源には複数のＬＥＤが用いられる。例えば、上記特許文献１に記載された照明器具では、複数のＬＥＤを環状に配して成るＬＥＤ群が、同心円状に２列に配されている。この照明器具によれば、室内の広い範囲を照明するときは中心側及び外周側の両列のＬＥＤ群を点灯させ、照明器具直下の狭い範囲を照明するときは中心側のＬＥＤ群を点灯させる。これにより、シーンに応じた照明光を照射することができる。

特開２０１２−１４６４４０号公報

ところで、上記のような光源にＬＥＤを用いたシーリングライトにおいて、照明器具直下の狭い範囲を照明するときは、器具中心の輝度が高く、器具外周が暗く、器具中心から外周に向けて輝度が急に低下するように照明光を照射することが望ましいことがある。こうすれば、シーリングカバーにおける明暗の輪郭がハッキリしていて、シーリングライトでありながら、スポットライトのように、見栄え良く照明光を照射することができる。しかしながら、上記特許文献１の照明器具に用いられるレンズ部材は、ＬＥＤからの出射光を輝度ムラが生じないように拡散させるので、中心側のＬＥＤ群を点灯させたとき、その照明光は、器具中心から外周に向けて緩やかに輝度が低下するように照射される。そのため、照明光が器具全体からぼんやりと照射されているように見える。

本発明は、上記課題を解決するものであり、環状に配された複数のＬＥＤを用い、シーンに応じて見栄え良く照明光を照射することができる照明器具を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明は、器具本体と、前記器具本体の中央部を中心とする環状に配された複数のＬＥＤと、前記ＬＥＤの光出射方向に設けらて該ＬＥＤから出射した光の配光を制御する光学部材と、備え、前記光学部材は、前記ＬＥＤの発光部を覆い該ＬＥＤから出射した光が入射するドーム状の入射面と、前記入射面から入射した光が伝搬する媒質部と、前記媒質部を伝搬した光が出射する出射面と、を有し、前記入射面は、前記ＬＥＤの発光部の中心から前記入射面までの距離のうち、前記ＬＥＤの光軸方向の距離ｒと、前記器具本体の中央部方向の距離ｄ１と、前記器具本体の外周方向の距離ｄ２と、が、ｒ／ｄ１＜１又はｒ／ｄ２＜１を満たす形状となるように構成されていることを特徴とする。

上記照明器具において、前記媒質部は、前記入射面の形状がｒ／ｄ１＜１を満たすとき、前記ＬＥＤの光軸方向よりも前記器具本体の中央部方向における肉厚が前記ＬＥＤの光軸方向よりも前記器具本体の外周方向における肉厚よりも薄くなるように構成され、前記入射面の形状がｒ／ｄ２＜１を満たすとき、前記ＬＥＤの光軸方向よりも前記器具本体の外周方向における肉厚が前記ＬＥＤの光軸方向よりも前記器具本体の中央部方向における肉厚よりも薄くなるように構成されていることが好ましい。

上記照明器具において、前記出射面は、前記入射面の形状がｒ／ｄ１＜１を満たすとき、前記ＬＥＤの光軸方向よりも前記器具本体の中央部方向における断面形状が略円形となるように構成され、前記入射面の形状がｒ／ｄ２＜１を満たすとき、前記ＬＥＤの光軸方向よりも前記器具本体の外周方向における断面形状が略円形となるように構成されていることが好ましい。

上記照明器具において、前記出射面は、前記入射面の形状がｒ／ｄ１＜１を満たすとき、前記ＬＥＤの光軸方向よりも前記器具本体の外周方向における断面形状が前記外周方向に凸形状となるように構成され、前記入射面の形状がｒ／ｄ２＜１を満たすとき、前記ＬＥＤの光軸方向よりも前記器具本体の中央部方向における断面形状が前記中央部方向に凸形状となるように構成されていることが好ましい。

上記照明器具において、前記光学部材からの光出射方向に設けられて該光学部材から出射する光を拡散させて放射する拡散部材を更に備えることが好ましい。

上記照明器具において、前記拡散部材は、光放射方向に凸形状又は凹形状であり、且つその中央部が平坦となるように形成されていることが好ましい。

本発明によれば、ＬＥＤの光軸方向よりも器具中央方向及び外周方向において、照明光の輝度分布を変化させることができ、シーンに応じて見栄え良く照明光を照射することができる。

本発明の一実施形態に係る照明器具の分解斜視図。同照明器具の側断面図。同照明器具に用いられる光学部材の一部断面を含む拡大斜視図。（ａ）は参考例の光学部材の側断面図、（ｂ）は参考例の光学部材による光路を示す図、（ｃ）は参考例の光学部材による配光曲線を示す図、（ｄ）は上記実施形態に係る照明器具の光学部材の側断面図、（ｅ）は同光学部材による光路を示す図、（ｆ）は同光学部材による配光曲線を示す図。上記実施形態に係る照明器具の光学部材を用いたとき、及び参考例の光学部材を用いたときの各照明光の輝度断面図。（ａ）は上記参考例の光学部材を用いたときの照明光の正面輝度分布を示す図、（ｂ）は上記実施形態に係る照明器具の光学部材を用いたときの照明光の正面輝度分布を示す図。（ａ）は上記実施形態とは別の拡散部材を用いた照明器具の側断面図、（ｂ）は更に別の他の拡散部材を用いた照明器具の側断面図。（ａ）は上記実施形態の変形例に係る照明器具に用いられる光学部材の一部断面を含む拡大斜視図。（ｂ）は同光学部材を用いたときの照明光の輝度断面図、（ｃ）は同照明光の正面輝度分布を示す図。

本発明の一実施形態に係る照明器具について、図１乃至図７を参照して説明する。図１及び図２に示すように、本実施形態の照明器具１は、器具本体２と、器具本体２の中央部を中心とする環状に配された複数の固体発光素子（以下、ＬＥＤ）３と、ＬＥＤ３の光出射方向に設けらてＬＥＤ３から出射した光の配光を制御する光学部材４と、備える。また、照明器具１は、光学部材４からの光出射方向に設けられて光学部材４から出射する光を拡散させて放射する拡散部材（カバー）５を備える。本実施形態では、複数のＬＥＤ３を環状に配して成るＬＥＤ群３ａ、３ｂが、同心円状に２列に配されている。

器具本体２は、円盤状の構造部材であり、天井等の施工面の反対側の面にＬＥＤ３等が配置される。器具本体２の中央部には、施工面に設けられた給電コネクタ等に固定される給電部２１が設けられる。また、給電部２１の外周側には、ＬＥＤ３を点灯駆動するための点灯回路２２と、ＬＥＤ３が実装される基板２３と、が設けられる。器具本体２は、所定の剛性を有するアルミニウム板又は鋼板等の板材を、上記形状にプレス及び切削加工することにより形成され、ＬＥＤ等が配置される面には可視光の反射率が高い白色塗料が塗布又は反射性金属材料が蒸着されていてもよい。

給電部２１は、汎用のアダプタガイドであり、給電コネクタ等を介して商用交流電源に接続される。点灯回路２２は、給電部２１から供給された交流電流をＬＥＤ３に適合する所定電圧の直流電流に変換及び整流するための、トランス、コンデンサ及び制御用ＩＣ等を備える。基板２３は、ガラスエポキシ樹脂等の絶縁材料から成り、ＬＥＤ３が実装される面に所定の配線パターンが形成されている。点灯回路２２は、ユーザの操作に基づき、中心側のＬＥＤ群３ａ及び外周側のＬＥＤ群３ｂを夫々独立して点灯させることができるように構成されている。なお、各ＬＥＤ群３ａ、３ｂ内の各ＬＥＤ３が個別に又は複数にグルーピングされて更に細かい部分点灯又は間引き点灯等が可能なように構成されていてもよい。

ＬＥＤ３は、ＬＥＤチップの出射光の波長を変換する波長変換部材が被覆されて、ＬＥＤパッケージとして構成される。ＬＥＤチップには、例えば、青色光を放射するＧａＮ系青色ＬＥＤチップが用いられ、波長変換部材には、封止用の透光性樹脂材料に昼白色や電球色の光を出射できるようにするための蛍光体が混入されたものが用いられる。

光学部材４は、環状に配された複数のＬＥＤ３を一括して覆う樋状のレンズ部材であり、アクリル樹脂等の透光性樹脂により形成される。本実施形態において、光学部材４は、器具中央側のＬＥＤ群３ａを覆う中央レンズ部４ａと、器具外周側のＬＥＤ群３ｂを覆う外側レンズ部４ｂと、を備える。本実施形態においては、これら中央レンズ部４ａ及び外側レンズ部４ｂは、光学部材４を器具本体２に固定するための基部４０によって互いに接続され、これらは一体的に形成されている。なお、光学部材４は、ＬＥＤ３が実装される基板２３の厚みに対応する調整部材２４を介して器具本体２に固定される。

カバー５は、器具本体２の前面を覆うドーム形状とされ、例えば、アクリル樹脂等の透光性材料に光拡散性粒子又は顔料等を添加した樹脂材料から形成される。カバー５は、上記の光拡散性粒子又は顔料等の添加に換えて、透明なガラス板又は樹脂板の表面又は裏面に、サンドブラスト処理を施して粗面としたもの、又はシボ加工を施したもの等であってもよい。

図３に示すように、光学部材４は、上述した基部４０に加え、ＬＥＤ３の発光部を覆いＬＥＤ３から出射した光が入射するドーム状の入射面４１と、入射面４１から入射した光が伝搬する媒質部４２と、媒質部４２を伝搬した光が出射する出射面４３と、を有する。

ＬＥＤ３の発光部の中心から入射面４１までの距離は、ＬＥＤ３の光軸方向の距離ｒと、器具本体２の中央部方向の距離ｄ１と、器具本体２の外周方向の距離ｄ２と、がある。このうち、本実施形態においては、中央レンズ部４ａの入射面４１が、ＬＥＤ３の光軸方向の距離ｒと、器具本体２の外周方向の距離ｄ２と、が、ｒ／ｄ２＜１を満たす形状となるように構成されている。また、媒質部４２は、ＬＥＤ３の光軸方向よりも器具本体２の外周方向における肉厚が、ＬＥＤ２の光軸方向よりも器具本体２の中央部方向における肉厚よりも薄くなるように構成されている。更に、出射面４３は、ＬＥＤ３の光軸方向よりも器具本体２の外周方向における断面形状が略円形となるように、且つＬＥＤ３の光軸方向よりも器具本体２の中央部方向における断面形状が、中央部方向に凸形状となるように構成されている。

ここで、図４（ａ）に示すように、ＬＥＤ３の光軸方向の距離ｒと、器具本体２の外周方向の距離ｄ２と、が、ｒ／ｄ２＝１を満たす形状となるように構成された光学部材１０４を参考例として挙げる。なお、この参考例に係る光学部材１０４の媒質部１４２及び及び出射面１４３は、上記媒質部４２及び出射面４３と同様の形状とされている。この光学部材１０４の入射面１４１は、概ね半球状であるので、ＬＥＤ３の発光部の中心から放射状に出射された光の入射角は、ＬＥＤ３の光軸方向よりも器具本体２の中央部方向及び外周方向のいずれの方向においても小さい。そのため、図４（ｂ）に示すように、屈折角も小さくなり、光学部材４に入射した光は、比較的広角に媒質部４２を伝搬する。そして、出射面４３は、ＬＥＤ３の光軸方向よりも器具本体２の外周方向における断面形状が略円形となるように形成されるので、この外周方向に伝搬した光は、大きく屈折することなく、光学部材４から拡散して出射される。一方、出射面４３は、ＬＥＤ３の光軸方向よりも器具本体２の中央部方向における断面形状が、中央部方向に凸形状となるように形成されているので、この中央部方向に伝搬した光は、出射面４３の突出方向に大きく屈折して、光学部材４から出射される。その結果、図４（ｃ）に示すように、ＬＥＤ３の光軸方向よりも器具本体２の中央部方向だけでなく、外周方向にも、比較的全範囲に広角に光が出射される。

これに対して、図４（ｄ）に示すように、入射面４１がｒ／ｄ２＜１を満たす形状となるように構成された光学部材４では、上記光学部材１０４に比べて、ＬＥＤ３の光軸方向よりも器具本体２の外周方向に向かう光の入射角が大きくなる。そのため、図４（ｅ）に示すように、屈折角も大きくなり、光学部材４に入射した光は、比較的、ＬＥＤ３の光軸方向に屈折して媒質部４２を伝搬する。その結果、図４（ｆ）に示すように、ＬＥＤ３の光軸方向よりも器具本体２外周方向においては、比較的、ＬＥＤ３の光軸方向に出射される光が多くなる。なお、ここでは、入射面４１を、ｒ＝４．９、ｄ２＝５．５、ｒ／ｄ２＝０．８９となるように設計している。

図５は、上記のように構成された光学部材４及び光学部材１０４を、夫々照明器具１に組み込み、中央側のＬＥＤ群３ａを点灯させたときの器具正面の輝度断面図を示す。上記図４（ｃ）及び図４（ｆ）で示したように、ＬＥＤ３の光軸方向よりも器具本体２の中央方向に向かう光の配光は、光学部材４（ｒ／ｄ２＜１）及び光学部材１０４（ｒ／ｄ２＝１）のいずれも同様である。従って、光学部材４（実線）及び光学部材１０４（点線）のいずれを用いた場合においても、直下輝度、特に中央部が最も高くなる。

一方、光学部材４（実線）を用いた場合、器具中央の周囲にも輝度が高くなるピークが存在し、この輝度ピークから周囲方向に急に輝度が低下する。これに対して、光学部材１０４（点線）を用いた場合、器具中央から外周方向に向けて緩やかに輝度が低下する。

図６は、光学部材１０４（ｒ／ｄ２＝１）及び光学部材４（ｒ／ｄ２＜１）の各正面輝度分布を示す。図６（ａ）に示すように、光学部材１０４を用いた場合、照明光が器具全体からぼんやりと照射されているように見える。これに対して、図６（ｂ）に示すように、光学部材４を用いた場合、器具直下の輝度が高く、器具外周が暗く、器具中心から外周に向けて輝度が急に低下するように照明光を照射することができる。これにより、シーリングカバーにおける明暗の輪郭がハッキリしていて、シーリングライトでありながら、スポットライトのように、見栄え良く照明光を照射することができる。

カバー５は、図１及び図２に示した形状に限らず、例えば、図７（ａ）に示すように、光放射方向に凸形状であり、且つその中央部が平坦となるように形成されていてもよい。また、図７（ｂ）に示すように、光放射方向に凹形状であり、且つその中央部が平坦となるように形成されていてもよい。カバー５の平坦な部分は、その外径が上記図５で示した両外側の輝度ピークの幅と同じになるように形成されることが好ましい。こうすれば、中央寄りのＬＥＤ群３ａを点灯させたとき、カバー５の平坦な部分から照明光が照射されるので、より照明器具の見栄えを良くすることができる。

次に、上記実施形態の変形例に係る照明器具について、図８を参照して説明する。この変形例に係る照明器具は、図８（ａ）に示すように、光学部材４における中央レンズ部４ａの入射面４１が、ＬＥＤ３の光軸方向の距離ｒと、器具本体２の中央部方向の距離ｄ１と、ｒ／ｄ１＜１を満たす形状になるように構成されている。また、媒質部４２は、ＬＥＤ３の光軸方向よりも器具本体２の中央方向における肉厚が、ＬＥＤ２の光軸方向よりも器具本体２の外周方向における肉厚よりも薄くなるように構成されている。更に、出射面４３は、ＬＥＤ３の光軸方向よりも器具本体２の中央部方向における断面形状が略円形となるように、且つＬＥＤ３の光軸方向よりも器具本体２の外周方向における断面形状が、外周方向に凸形状となるように構成されている。この光学部材４によれば、上記実施形態の図４（ｅ）及び図４（ｆ）で示した光路及び配光と鏡面対象となる光路及び配光が得られる。

図８（ｂ）は、この変形例における光学部材４（ｒ／ｄ１＜１）を照明器具１に組み込み、中央側のＬＥＤ群３ａを点灯させたときの器具正面の輝度断面図を、図８（ｃ）は、そのときの正面輝度分布を示す。これらの図に示されるように、光学部材４（ｒ／ｄ１＜１）を用いた場合、照明器具の直下輝度のうち、特に中心部の輝度が低くなる。そのため、シーリングカバーにおける明暗の輪郭はドーナツ状になり、照明光をユニークに照射することができる。

なお、本発明は、上述した実施形態に限らず、種々の変形が可能である。光学部材４の入射面４１は、ｒ／ｄ２＜１又はｒ／ｄ１＜１の少なくとも一方を満たす形状に形成されていればよく、その両方を満たしていてもよい。すなわち、ｒ／ｄ１≧１及びｒ／ｄ２≧１を満たさない、及びｄ１＝ｄ２を満たさなければよい。こうすれば、環状に複数のＬＥＤを配した照明器具において、ＬＥＤの光軸方向よりも器具中央方向及び外周方向において、照明光の輝度分布を変化させることができ、シーンに応じて見栄え良く照明光を照射することができる。また、ＬＥＤ３から出射された光を効率的に光学部材４内に入射させられるように、入射面４１は、ｒ／ｄ２及びｒ／ｄ１が０．５以上となるように形成されることが望ましい。

また、例えば、ＬＥＤ群及びレンズ部は２列に限らず、１列であっても３列以上であってもよい。更に、上記本実施形態及び変形例においては、中央レンズ部４ａの入射面４１がｒ／ｄ２＜１又はｒ／ｄ１＜１を満たす例を挙げたが、外側レンズ部４ｂも中央レンズ部４ａと同様であってもよい。また、中央レンズ部４ａの入射面４１がｒ／ｄ２＜１を満たし、外側レンズ部４ｂの入射面４１がｒ／ｄ１＜１を満たすように構成されていてもよい。この場合、中央側のＬＥＤ群３ａ及び外周側のＬＥＤ群３ｂを点灯させたとき、シーリングカバーにおける明暗の輪郭が、中央部から明→暗→明となり、明暗がリング状に広がるので、照明光をよりユニークに照射することができる。

１照明器具
２器具本体
３ＬＥＤ
４光学部材
４１入射面
４２媒質部
４３出射面
５拡散部材（カバー）
ｄ１ＬＥＤの発光部の中心から入射面までの距離のうちＬＥＤの光軸方向の距離
ｄ２器具本体の中央部方向の距離
ｒ器具本体の外周方向の距離

Claims

器具本体と、前記器具本体の中央部を中心とする環状に配された複数のＬＥＤと、前記ＬＥＤの光出射方向に設けらて該ＬＥＤから出射した光の配光を制御する光学部材と、備え、
前記光学部材は、前記ＬＥＤの発光部を覆い該ＬＥＤから出射した光が入射するドーム状の入射面と、前記入射面から入射した光が伝搬する媒質部と、前記媒質部を伝搬した光が出射する出射面と、を有し、
前記入射面は、前記ＬＥＤの発光部の中心から前記入射面までの距離のうち、前記ＬＥＤの光軸方向の距離ｒと、前記器具本体の中央部方向の距離ｄ１と、前記器具本体の外周方向の距離ｄ２と、が、ｒ／ｄ１＜１又はｒ／ｄ２＜１を満たす形状となるように構成されていることを特徴とする照明器具。
前記媒質部は、
前記入射面の形状がｒ／ｄ１＜１を満たすとき、前記ＬＥＤの光軸方向よりも前記器具本体の中央部方向における肉厚が前記ＬＥＤの光軸方向よりも前記器具本体の外周方向における肉厚よりも薄くなるように構成され、
前記入射面の形状がｒ／ｄ２＜１を満たすとき、前記ＬＥＤの光軸方向よりも前記器具本体の外周方向における肉厚が前記ＬＥＤの光軸方向よりも前記器具本体の中央部方向における肉厚よりも薄くなるように構成されていることを特徴とする請求項1に記載の照明器具。
前記出射面は、
前記入射面の形状がｒ／ｄ１＜１を満たすとき、前記ＬＥＤの光軸方向よりも前記器具本体の中央部方向における断面形状が略円形となるように構成され、
前記入射面の形状がｒ／ｄ２＜１を満たすとき、前記ＬＥＤの光軸方向よりも前記器具本体の外周方向における断面形状が略円形となるように構成されていることを特徴とする請求項1又は請求項２に記載の照明器具。
前記出射面は、
前記入射面の形状がｒ／ｄ１＜１を満たすとき、前記ＬＥＤの光軸方向よりも前記器具本体の外周方向における断面形状が前記外周方向に凸形状となるように構成され、
前記入射面の形状がｒ／ｄ２＜１を満たすとき、前記ＬＥＤの光軸方向よりも前記器具本体の中央部方向における断面形状が前記中央部方向に凸形状となるように構成されていることを特徴とする請求項1乃至請求項３のいずれか一項に記載の照明器具。
前記光学部材からの光出射方向に設けられて該光学部材から出射する光を拡散させて放射する拡散部材を更に備えることを特徴とする請求項1乃至請求項４のいずれか一項に記載の照明器具。
前記拡散部材は、光放射方向に凸形状又は凹形状であり、且つその中央部が平坦となるように形成されていることを特徴とする請求項５に記載の照明器具。