以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、いずれも本発明の一具体例を示すものである。したがって、以下の実施の形態で示される、数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、並びに、工程及び工程の順序などは、一例であって本発明を限定する主旨ではない。よって、以下の実施の形態における構成要素のうち、本発明の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。
なお、各図は、模式図であり、必ずしも厳密に図示されてはいない。したがって、例えば、各図において縮尺等は必ずしも一致しない。また、各図において、実質的に同一の構成に対しては同一の符号を付しており、重複する説明は省略又は簡略化する。
(実施の形態)
図1及び図2を用いて、実施の形態に係る照明器具1の構成について説明する。図1は、実施の形態に係る照明器具1の外観図である。図2は、同照明器具1の断面図である。
本実施の形態における照明器具1は、下方(床や地面、壁等)に照明光を照射するダウンライトであり、建物の天井等に設置される。例えば、照明器具1は、天井の開口部に埋め込み配設される。
図1及び図2に示すように、照明器具1は、レンズ100と、光源200とを備える。本実施の形態において、照明器具1は、さらに、器具本体300と、筒状部材400と、枠体500と、取付部材600とを備える。
本実施の形態における照明器具1は、ユニバーサルダウンライトであり、照明光の照射方向を変化させることができる。具体的には、光源200が配置された器具本体300(灯体部)は、天井面に対する姿勢を変更できるように回動可能に枠体500に支持されている。そして、器具本体300の天井面に対する姿勢を変更することで、照明器具1の光の照射方向を変化させることができる。
以下、照明器具1の各構成要素について詳細に説明する。なお、本実施の形態において、光源200の光出射側を前方側としている。
[レンズ]
レンズ100は、入射する光の配光を制御する透光性の光学部材である。本実施の形態において、レンズ100は、入射する光を集光する集光レンズである。
図2に示すように、レンズ100は、光源200の前方に配置される。具体的には、レンズ100は、光源200と所定の間隔をあけて、光源200の光出射側に配置される。したがって、レンズ100は、光源200から出射してレンズ100に入射する光の配光を制御する。レンズ100の光軸は、光源200の光軸と略一致しているとよい。
レンズ100は、所定のレンズ作用を有するように、所定の形状で形成されている。レンズ100は、透光性材料を用いて形成されている。具体的には、レンズ100は、アクリルやポリカーボネート等の透明樹脂材料又はガラス材料等の透明材料を用いて、金型等によって所定の形状に成形される。
ここで、レンズ100の具体的な形状について、図3〜図7を用いて説明する。図3は、実施の形態に係るレンズ100を光出射側から見たときの斜視図であり、図4は、同レンズ100を光入射側から見たときの斜視図であり、図5は、同レンズ100の断面図であり、図6は、同レンズ100を光入射側から見たときの平面図であり、図7は、同レンズ100を光入射側から見たときの拡大断面斜視図である。なお、図3〜図7は、設計上のレンズ100の形状を示している。
図3〜図5に示すように、レンズ100は、光入射側(光源200側)に形成された第1突出部110(第1透光部)と、光出射側(光源200側とは反対側)に形成された第2突出部120(第2透光部)及び第3突出部130(第3透光部)とを有する。
第1突出部110は、レンズ100の光入射側の外周部に環状に形成されている。具体的には、第1突出部110は、光源200を囲むように光源200側に向かって突出している。本実施の形態において、第1突出部110は、図5に示すように、断面視で略三角形状であり、光源200側に向かうに従って先細になっている。
また、レンズ100に第1突出部110を形成することによって、レンズ100には凹部140が形成される。凹部140は、光源200から離れる方向に凹むように形成される。具体的には、凹部140は、略円柱状又は略円錐台状にくりぬかれたような形状である。
第1突出部110によって構成される凹部140は、光源200に対向する位置に形成される。具体的に、凹部140は、光源200の発光部を覆うように設けられている。したがって、光源200から出射した光は、凹部140に入射する。具体的には、光源200から出射した光は、凹部140の内面141に入射する。つまり、凹部140の内面141は、光源200から出射した光が入射する光入射面である。凹部140の内面141は、第1光入射面である側面141a(壁面)と、第2光入射面である底面141bとを有する。
第1突出部110の内面111は、凹部140の内面141の一部を構成する光入射面となる。本実施の形態において、第1突出部110の内面111は、凹部140の側面141aである。一方、第1突出部110の外面112は、凹部140の側面141a(第1突出部110の内面111)から第1突出部110に入射した光を全反射する光反射面である。第1突出部110の先端部は、光入射面である第1突出部110の内面111と光反射面である第1突出部110の外面112との接続部(境界部)を構成している。
図6及び図7に示すように、第1突出部110の先端部には、光入射側からレンズ100を平面視したときに凹凸をなす凹凸構造150が設けられている。つまり、凹凸構造150は、第1突出部110の内面111(光入射面)と第1突出部110の外面112(光反射面)との接続部において、凹部140の開口面に水平な平面内で凹凸をなすように設けられている。
具体的には、凹凸構造150は、微小凹部と微小凸部とが交互に複数繰り返して環状に形成された構造である。凹凸構造150は、第1突出部110の先端部の全周にわたって形成されている。
図4、図5及び図7に示すように、本実施の形態では、凹凸構造150は、第1突出部110の先端部だけではなく、第1突出部110の先端から第1突出部110の根元に至るまでの範囲に形成されている。
具体的には、凹凸構造150は、凹部140の深さ方向に向かって延在するように第1突出部110の内面全面(つまり凹部140の側面141aの全面)に設けられている。より具体的には、凹凸構造150は、凹部140の開口面(第1突出部110の先端)から凹部140の底面141bまで延在するように直線状の樋状に形成された微小凹部が、凹部140の側面141aの周方向に沿って連続して複数形成された形状である。言い換えると、凹凸構造150は、直線状の凸条の微小凸部が凹部140の周方向に沿って連続して複数形成された形状である。
図6に示すように、凹凸構造150に関して、光入射側からレンズ100を平面視したときに、第1突出部110の外面112(光反射面)から微小凹部の底までの距離をaとし、第1突出部110の外面112(光反射面)から微小凸部の頂点までの距離をbとすると、b−a>aの関係を満たしている。なお、距離bは、例えば、0.01mm以下であるとよい。また、aは、0mmであってもよい。
また、凹部140の底面141bには、複数のディンプル160が設けられている。本実施の形態において、ディンプル160は、凹部140の底面141bの全面に敷き詰めるように形成されている。
図3及び図5に示すように、第2突出部120は、第1突出部110とは反対側に突出しており、レンズ100の光出射側に同心円環状に複数形成されている。複数の第2突出部120は、凹部140と背向する位置に形成されている。複数の第2突出部120は、第1突出部110により構成される凹部140の内面141から入射する光の配光を制御する。具体的には、複数の第2突出部120は、凹部140の側面141a及び底面141bに入射する光の配光を制御する。
本実施の形態において、複数の第2突出部120は、フレネルレンズの輪帯を構成している。これにより、レンズ100を薄型化できる。具体的には、複数の第2突出部120は、中央突出部121と、中央突出部121を同心環状に囲む複数の環状突出部122とによって構成されている。
中央突出部121は、フレネルレンズの中心部をなすレンズであって、光源200から遠ざかる方向に突出するように形成された凸レンズである。中央突出部121の中心軸は、レンズ100の光軸J(中心軸)であって、光源200の光軸と略一致しているとよい。
本実施の形態において、中央突出部121は、光出射面として、フラット面121aと湾曲面121bとを有する。フラット面121aは、中央突出部121の中央部に形成されている。本実施の形態において、フラット面121aは、上面視において円形である。湾曲面121bは、フラット面121aを囲むように中央突出部121の周辺部に形成されている。湾曲面121bの表面形状は、例えば球面の表面の一部を構成している。つまり、湾曲面121bの断面形状は、円弧である。なお、湾曲面121bの表面形状は、これに限るものではない。
複数の環状突出部122は、フレネルレンズにおけるのこぎり状の断面をなす部分である。各環状突出部122は、断面視で略三角形状であり、光源200から遠ざかるに従って先細になっている。各環状突出部122の中心軸は、光源200の光軸と略一致しているとよい。
複数の環状突出部122の各々は、アスペクト比が1.0以下であるとよく、好ましくは、0.82以下である。特に、複数の環状突出部122のうち最外に位置する環状突出部122(すなわち、複数の第2突出部120のうち最外に位置する第2突出部120)については、アスペクト比が0.82以下であるとよい。つまり、最外に位置する環状突出部122について、底部の幅をWとし、高さをHとすると、H/W≦0.82を満たしているとよい。
本実施の形態では、2つの環状突出部122が形成されている。この場合、外側の環状突出部122について、底部の幅をW1とし、高さをH1とすると、W1=6.188mm、H1=4.948mmである。したがって、外側の環状突出部122のアスペクト比(H1/W1)は、0.7996である。また、内側の環状突出部122について、底部の幅をW2とし、高さをH2とすると、W2=6.236mm、H2=4.643mmである。したがって、内側の環状突出部122のアスペクト比(H2/W2)は、0.7445である。
図5に示すように、第3突出部130は、第2突出部120と同様に、第1突出部110とは反対側に突出している。第3突出部130は、第2突出部120を囲むように環状に形成されている。第3突出部130は、光源200から遠ざかるに従って先細になっている。
第3突出部130は、光出射面として階段状の内面131を有する。つまり、第3突出部130の内面131は、複数の段によって構成されている。具体的には、第3突出部130の内面131は、各段において、段差面131aと側面131bとを有する。第3突出部130の内面131を構成する各段における段差面131aは、平面視において円環状であり、光源200に近づくにつれて内径が小さくなっている。このように、第3突出部130の内面131には、同心円環状の段差部が形成されている。
また、本実施の形態において、凹部140における側面141aと底面141bとの交点を第1の点P1とし、第3突出部130の階段状の内面131を構成する複数の段のうちの最外に位置する段における段差面131aと側面131bとの交点を第2の点P2とすると、第1の点P1と第2の点P2とを結ぶ直線は、第3突出部130の階段状の内面131を構成する複数の段の各々の段差面131aと交わらない。
図5に示すように、第3突出部130の外面132は、第1突出部110の外面112と連続する。つまり、第3突出部130の外面132は、第1突出部110の外面112と同様に、凹部140の内面141(光入射面)から第3突出部130に入射した光を全反射する光反射面である。
このように構成されるレンズ100は、図2に示すように、器具本体300に固定される。本実施の形態において、レンズ100は、器具本体300に固定された枠状の取付部材600を介して器具本体300に固定されている。具体的には、取付部材600は、器具本体300のセード部320の内面に嵌め込まれるように固定されており、レンズ100は、その取付部材600の前方側の開口端部に設けられた爪部610に係止されている。図3〜図5に示すように、レンズ100の光出射側の周縁部には、取付部材600の爪部610が係止する段差状の窪み部170が形成されている。図2に示すように、取付部材600の爪部610をレンズ100の窪み部170にスナップインにより係止させることで、レンズ100を取付部材600に固定することができる。なお、取付部材600は、例えば樹脂製であるが、金属製であってもよい。
[光源]
図2に示すように、光源200は、器具本体300に配置される。具体的には、器具本体300の固定部310に固定される。例えば、光源200は、固定部310の載置面に載置されて、ホルダ等の取付部材によって固定部310に取り付けられる。
光源200は、LEDを有するLED光源(LEDモジュール)である。光源200は、例えば白色光を放出する白色LED光源である。一例として、光源200は、COB(Chip On Board)構造であり、基板と、基板に実装されたLEDと、LEDを封止する封止部材とを有する。
基板は、LEDを実装するための実装基板であって、例えば、セラミックス基板、樹脂基板又はメタルベース基板等である。なお、基板には、LEDを発光させるための直流電力を外部から受電するための一対の電極端子と、LEDに直流電力を供給するための金属配線とが設けられている。電極端子は、電線によって電源回路と電気的に接続されてい。電源回路は、例えば、器具本体300の外部に配置された電源ボックスに内蔵されている。
LEDは、発光素子の一例であり、例えば、単色の可視光を発するベアチップである。具体的には、LEDは、通電されれば青色光を発する青色LEDチップである。LEDは、例えば基板にマトリクス状に複数個配置されており、基板に形成された金属配線によって互いに電気的に接続されている。なお、LEDは、少なくとも1つ配置されていればよい。
封止部材は、例えば透光性樹脂である。本実施の形態における封止部材は、LEDからの光を波長変換する波長変換材として蛍光体を含んでいる。封止部材は、例えば、シリコーン樹脂に蛍光体を分散させた蛍光体含有樹脂である。蛍光体粒子としては、LEDが青色LEDチップである場合、白色光を得るために、例えばYAG系の黄色蛍光体を用いることができる。本実施の形態において、封止部材は、全てのLEDを一括封止するように円形状に形成されているが、複数のLEDを列ごとにライン状に封止してもよいし、各LEDを1つずつ個別に封止してもよい。
このように、本実施の形態における光源200は、青色LEDチップと黄色蛍光体とによって構成された白色LED光源である。黄色蛍光体は、青色LEDチップが発した青色光の一部を吸収して励起されて黄色光を放出する。そして、この黄色光と黄色蛍光体に吸収されなかった青色光とが混ざり合って白色光となり、封止部材(発光部)から白色光が出射する。
[器具本体]
図2に示すように、器具本体300は、光源200が取り付けられる基台である。また、器具本体300は、光源200で発生する熱を放熱するヒートシンクとしても機能する。したがって、器具本体300は、アルミニウム等の金属材料又は高熱伝導樹脂等の熱伝導率の高い材料によって構成されているとよい。一例として、器具本体300は、全体が一体物であり、例えばアルミニウムからなるアルミダイカスト製である。
本実施の形態において、器具本体300は、固定部310と、セード部320と、放熱部330とを備える。
固定部310は、光源200が固定される台状の部分である。固定部310は、光源200が載置される載置面を有する。この載置面は、固定部310の前方側の面である。また、固定部310には、光源200を囲むように形成された反射体が取り付けられていてもよい。これにより、光源200から側方に出射する光を反射体で反射させてレンズ100に入射させることができる。
セード部320は、固定部310の前方側に設けられた筒状の部分である。セード部320は、固定部310の周縁に設けられている。セード部320の前方側の開口端部から照明器具1の出射光が出射される。
放熱部330は、光源200で発生する熱を放熱する部分である。具体的には、放熱部330は、放熱フィンであり、固定部310の後方側に設けられた複数の板状体である。複数の放熱フィンは、互いに平行となるように固定部310の裏面に立設されている。このように、放熱部330を固定部310に設けることで、光源200で発生する熱を効率よく放熱することができる。
このように構成される器具本体300は、照明器具1の光の照射方向を変更するために回動(首振り)可能に枠体500に支持されている。具体的には、器具本体300は、天井の開口部に固定された枠体500に対する相対角度が変化するように構成されている。本実施の形態において、器具本体300は、枠体500の枠部510の開口面に平行な方向(本実施の形態では、水平方向)を回動軸として回動可能となっている。
具体的には、器具本体300の側面に設けられた突起部340にねじ込まれたねじ700が、枠体500の支持部520のスリットに沿って移動することで、器具本体300が回動する。
[筒状部材]
図1及び図2に示すように、筒状部材400は、器具本体300のセード部320の前方側の内面に配置される筒状部材である。筒状部材400は、レンズ100よりも前方側に配置される。筒状部材400は、例えば、ポリカーボネート又はPBT等の樹脂材料を用いて形成することができる。
筒状部材400は、グレアを抑制するバッフルとして機能する。筒状部材400の内面は、例えば、グレア抑制面となる黒色面である。黒色のグレア抑制面は、例えば、黒色に塗装した面に艶消し処理を施すことにより実現できる。また、黒色のグレア抑制面は、黒色に塗装した面、又は、黒色の部材からなる面に、シボ加工を施すことによっても実現できる。
さらに、本実施の形態では、筒状部材400の内面におけるグレアをさらに抑制するために、筒状部材400の内面に段差部が設けられている。
[枠体]
図1及び図2に示すように、枠体500は、器具本体300が回動できるように器具本体300を支持している。
本実施の形態において、枠体500は、器具本体300のセード部320を囲む板状の枠部510と、回動可能に器具本体300を支持する支持部520とを有する。支持部520は、枠部510の一部から立設するように形成された支持アームである。支持部520には、器具本体300の回動方向に沿って形成されたスリットが形成されている。ねじ700を支持部520のスリットを介して器具本体300の突起部340にねじ込むことで、器具本体300が支持部520に対して回動可能な状態で器具本体300を支持部520に固定することができる。枠体500は、例えば金属板によって構成されている。
照明器具1を天井の開口部に設置する際、円筒状の金属製の固定部材(不図示)に枠体500を取り付けて、枠体500が取り付けられた固定部材を天井の開口部に固定することで、照明器具1を天井の開口部に固定することができる。この場合、固定部材の外周面に設けられた複数の取付ばねによって、固定部材を天井の開口部に固定することができる。
なお、この固定部材も照明器具1の一部であってもよい。また、固定部材を用いることなく、枠体500を天井の開口部に直接固定することで、照明器具1を天井の開口部に固定してもよい。
[レンズの光学作用]
次に、本実施の形態に係るレンズ100の光学作用について、比較例のレンズ100Aと比較して説明する。なお、比較例のレンズ100Aも本発明に含まれる。
まず、比較例のレンズ100Aの光学作用について、図8を用いて説明する。図8は、比較例のレンズ100Aの光学作用を説明するための図である。図8において、太実線は、光源200から出射した光の軌跡を示している。
図8に示される比較例のレンズ100Aは、本実施の形態に係るレンズ100と同様に、第1突出部110、第2突出部120A及び第3突出部130Aを有するが、比較例のレンズ100Aでは、第2突出部120Aの中央突出部121Aがフラット面を有しておらず、中央突出部121A全体が球面状の湾曲面になっているとともに、第2突出部120Aの環状突出部122Aのアスペクト比が高くなっている。具体的には、比較例のレンズ100Aでは、外側の環状突出部122Aにおける底部の幅W1と高さH1とについては、W1=5.255mmで、H1=6.002mmであり、内側の環状突出部122Aにおける底部の幅W2と高さH2とについては、W2=6.243mmで、H2=5.860mmである。したがって、外側の環状突出部122Aのアスペクト比(H1/W1)は、1.149である。また、内側の環状突出部122Aのアスペクト比(H2/W2)は、0.939である。
また、比較例のレンズ100Aの第3突出部130Aでは、凹部140における側面141aと底面141bとの交点を第1の点P1とし、第3突出部130Aの階段状の内面131を構成する複数の段のうちの最外に位置する段における段差面131aと側面131bとの交点を第2の点P2とすると、第1の点P1と第2の点P2とを結ぶ直線は、第3突出部130の階段状の内面131を構成する複数の段の各々の段差面131aと交わっている。
このように構成される比較例のレンズ100Aでは、図8に示すように、光源200から出射した光は凹部140の内面141に入射する。具体的には、光源200から出射した光は凹部140の側面141a及び底面141bに入射する。
このとき、凹部140の内面141のうち側面141a(つまり、第1突出部110の内面111)に入射する光は、第1突出部110及び第3突出部130Aを通ってレンズ100の外部に出射する。
具体的には、第1突出部110に入射した光は、第1突出部110内を直進して第1突出部110の外面112又は第3突出部130Aの外面132で全反射して、第1突出部110及び/又は第3突出部130Aを直進して第3突出部130Aの階段状の内面131からレンズ100の外部に出射する。
一方、凹部140の内面141のうち底面141bに入射する光は、第2突出部120Aを通ってレンズ100Aの外部に出射する。具体的には、凹部140の底面141bに入射する光は、第2突出部120Aにおける中央突出部121A又は複数の環状突出部122Aを通ってレンズ100Aの外部に出射する。
この場合、第2突出部120Aの中央突出部121Aを通る光は、中央突出部121Aの外面で屈折作用を受けて集光してレンズ100Aの外部に出射する。また、第2突出部120Aの環状突出部122Aを通る光も、中央突出部121Aと同様に、環状突出部122Aの外面で屈折作用を受けて集光する。このとき、図8に示すように、環状突出部122Aを通る光の中には、レンズ100Aの光軸Jに対して屈折角が負の値となってレンズ100Aの外部に出射するものも含まれる。
このように構成される比較例のレンズ100Aを照明器具に用いた場合、照明器具から照射した照明光の光照射面での照度分布は、図9、図10A、図10Bに示す結果となる。図9は、比較例のレンズ100Aを用いた照明器具における照明光のX軸方向の照度分布を示す図である。図10Aは、図9に示す照度分布における1/10照度周辺の拡大図であり、図10Bは、図9に示す照度分布にける1/20照度周辺の拡大図である。なお、図9、図10A及び図10Bでは、インコヒーレント照度を示している。
比較例のレンズ100Aを用いた照明器具では、複数の第2突出部120Aを囲む環状の第3突出部130Aが、光出射面として階段状の内面131を有している。したがって、図9に示すように、比較例のレンズ100Aを用いた照明器具では、光取り出し効率の低下を抑制しつつ光照射面での光の広がりを大きくすることができる。なお、図9において、最大照度は5324.4[lx]となっている。この場合、図10A及び図10Bに示すように、最大照度の1/10である532.44[lx]に対応する1/10照度の位置は、308.6[mm]であり、最大照度の1/20である266.22[lx]に対応する1/20照度の位置は、347.8[mm]である。したがって、比較例のレンズ100Aを用いた照明器具では、1/10照度の位置に対応する配光角(1/10照度角)から1/20照度の位置に対応する配光角(1/20照度角)までの照度が減衰する距離は、347.8[mm]−308.6[mm]=39.2[mm]となっている。
照明器具に用いられるレンズについては、光照射面での光の広がりをさらに大きくすることが望まれることがある。この場合、光取り出し効率を低下させることなく、光照射面での光の広がりを大きくすることが望まれる。
そこで、本願発明者は、レンズの形状をさらに工夫することによって、光取り出し効率の低下を低下させることなく光照射面での光の広がりを大きくすることを検討した。その結果、本願発明者は、図3〜図6に示されるレンズ100を見出した。
以下、本実施の形態に係るレンズ100の特徴について、図11を用いて説明する。図11は、実施の形態に係るレンズ100の光学作用を説明するための図である。なお、図11において、太実線は、光源200から出射した光の軌跡を示している。
図10に示すように、本実施の形態に係るレンズ100(実施例)でも、光源200から出射した光は凹部140の内面141に入射する。具体的には、光源200から出射した光は凹部140の側面141a及び底面141bに入射する。
このとき、凹部140の内面141のうち側面141a(つまり、第1突出部110の内面111)に入射する光は、第1突出部110及び第3突出部130を通ってレンズ100の外部に出射する。
具体的には、第1突出部110に入射した光は、第1突出部110内を直進して第1突出部110の外面112又は第3突出部130の外面132で全反射して、第1突出部110及び/又は第3突出部130を直進して、複数の第2突出部120を囲む環状の第3突出部130の階段状の内面131からレンズ100の外部に出射する。この構成により、光取り出し効率の低下を抑制しつつ光照射面での光の広がりを大きくすることができる。
また、本実施の形態におけるレンズでは、凹部140における側面141aと底面141bとの交点である第1の点P1と、第3突出部130の階段状の内面131を構成する複数の段のうちの最外に位置する段における段差面131aと側面131bとの交点である第2の点P2とを結ぶ直線が、第3突出部130の複数の段の各々の段差面131aと交わっていない。これにより、凹部140の側面141aから入射して段差面131aから出射する光の割合を減らしてレンズ100の外側に進行する光の割合を大きくすることができる。これにより、光照射面での光の広がりを一層大きくすることができる。
一方、凹部140の内面141のうち底面141bに入射する光は、第2突出部120を通ってレンズ100の外部に出射する。具体的には、凹部140の底面141bに入射する光は、第2突出部120における中央突出部121又は複数の環状突出部122を通ってレンズ100の外部に出射する。
この場合、複数の環状突出部122のうち最外に位置する環状突出部122は、アスペクト比(H1/W1)が1.0以下になっている。これにより、光取り出し効率を低下させることなく光照射面での光の広がりを一層大きくすることができる。この点について、図8に示される比較例のレンズ100Aと比較して説明する。
比較例のレンズ100Aのように、複数の環状突出部122Aのうち最外に位置する環状突出部122Aのアスペクト比(H1/W1)が1.0よりも大きいと、環状突出部122Aの表面(光制御面)の傾斜が急になり、環状突出部122Aから出射する光の光軸Jに対する屈折角が小さくなり、環状突出部122Aと空気層との界面で屈折せずに全反射する。この場合、環状突出部122Aから出射する光の屈折角を光軸Jに対して負の値になっている。
しかも、比較例のレンズ100Aのように、最外に位置する環状突出部122Aのアスペクト比(H1/W1)が1.0よりも大きいと、最外に位置する環状突出部122Aの内側に位置する環状突出部122Aから出射する光は、最外に位置する環状突出部122Aに入射して、光取り出し効率が低下する。
一方、本実施の形態におけるレンズ100では、複数の環状突出部122のうち最外に位置する環状突出部122のアスペクト比(H1/W1)が1.0以下になっている。この構成により、環状突出部122の表面(光制御面)の傾斜を緩くすることができるので、環状突出部122から出射する光の光軸Jに対する屈折角を大きくすることができる。これにより、環状突出部122を通る光が環状突出部122と空気層との界面で全反射することを抑制できるので、環状突出部122から出射する光の屈折角を光軸Jに対して正の値にすることができる。この結果、図11に示すように、環状突出部122から出射して外側に進行する光の割合を大きくすることができるので、比較例のレンズ100Aと比べて、光照射面での光の広がりを大きくすることができる。
しかも、最外に位置する環状突出部122のアスペクト比(H1/W1)を1.0以下にすることで、最外に位置する環状突出部122の内側に位置する環状突出部122から出射する光が最外に位置する環状突出部122に入射することを抑制することができる。これにより、光取り出し効率が低下することも抑制できる。
また、最外に位置する環状突出部122のアスペクト比(H1/W1)は、さらに、0.82以下であるとよい。これにより、光照射面での光の広がりを一層大きくすることができるとともに、光取り出し効率が低下することを一層抑制できる。なお、本実施の形態では、全ての環状突出部122において、アスペクト比が0.82以下になっている。これにより、全ての環状突出部122から出射する光の屈折角を光軸Jに対して正の値にすることができる。したがって、光照射面での光の広がりを一層大きくすることができる。
また、本実施の形態におけるレンズ100では、中央突出部121にはフラット面121aが形成されている。これにより、本実施の形態におけるレンズ100における中央突出部121は、比較例のレンズ100Aの中央突出部121Aと比べて集束作用が弱まっているので、中央突出部121を通る光を緩く集光させることができる。この結果、環状突出部122によって外側に進行する光の割合を大きくしたとしても、中央突出部121を通過した光と環状突出部122を通過した光との境界部分における照度差を無くすことができるので、光照射面での照度分布を滑らかにすることができる。
このレンズ100を用いた照明器具1の照明光についての光照射面でのから照度分布は、図12、図13A及び図13Bに示す結果となった。図12は、実施の形態に係るレンズ100を用いた照明器具1における照明光のX軸方向の照度分布を示す図である。図13Aは、図12に示す照度分布における1/10照度周辺の拡大図であり、図13Bは、図12に示す照度分布にける1/20照度周辺の拡大図である。なお、図12、図13A及び図13Bでは、インコヒーレント照度を示している。
図12、図13A及び図13Bに示すように、本実施の形態におけるレンズ100は、図9、図10A及び図10Bに示される照度分布を有する比較例のレンズ100Aと比べて、光照射面での光の広がりをさらに大きくすることができる。
具体的には、図12において、最大照度は3391.6[lx]となっている。この場合、図13A及び図13Bに示すように、最大照度の1/10である339.16[lx]に対応する1/10照度の位置は、377.2[mm]であり、最大照度の1/20である169.58[lx]に対応する1/20照度の位置は、426.7[mm]である。したがって、本実施の形態におけるレンズ100を用いた照明器具1では、1/10照度の位置に対応する配光角(1/10照度角)から1/20照度の位置に対応する配光角(1/20照度角)までの照度が減衰する距離は、426.7[mm]−377.2[mm]=49.5[mm]になっている。
一方、上述のように、比較例のレンズ100Aを用いた照明器具では、1/10照度角から1/20照度角までの照度が減衰する距離は、39.2[mm]であった。
したがって、本実施の形態におけるレンズ100を用いた方が、比較例のレンズ100Aと比べて、照明光の照度が減衰する傾きがなだらかになっており、光照射面全体に光を広げることができている。
以上説明したように、本実施の形態におけるレンズ100によれば、光取り出し効率の低下を抑制しつつ光照射面での光の広がりを大きくすることができる。
また、本実施の形態におけるレンズ100では、第1突出部110の先端部に凹凸構造150が設けられている。
これにより、レンズ100を製造する際に第1突出部110の先端部が丸みを帯びたとしても、凹凸構造150によって、第1突出部110の先端部に入射した光が受ける集光作用を弱めることができる。この結果、光入射側に環状の第1突出部110が形成されている構造であっても、第1突出部110によって輝線が発生することを抑制できる。
しかも、本実施の形態におけるレンズ100では、同心円環状の複数の第2突出部120が、第1突出部110が形成された側(光入射側)ではなく、第1突出部110が形成された側とは反対側(光出射側)に形成されている。これにより、円環状の複数の第2突出部120を光入射側に形成する場合と比べて、グレアの発生を抑制することもできる。
また、本実施の形態におけるレンズ100において、第1突出部110の内面111は、凹部140の内面141の一部を構成する光入射面になっており、第1突出部110の外面112は、第1突出部110に入射した光を全反射する光反射面になっている。そして、第1突出部110の先端部は、この光入射面と光反射面との接続部を構成しており、凹凸構造150は、この接続部に設けられている。
全反射面となる外面112を有する第1突出部110は、レンズ100に入射した光の配光を制御する上で重要であり、第1突出部110の先端部には、光源200からの光が意図的に入射されている。このため、全反射面を有する第1突出部110の先端部に凹凸構造150が形成されていないと輝線が目立ちやすくなるが、本実施の形態では、第1突出部110の先端部に凹凸構造150が形成されているので、輝線の発生を効果的に抑制することができる。
また、本実施の形態におけるレンズ100において、第1突出部110の外面112(光反射面)から微小凹部の底までの距離をaとし、第1突出部110の外面112(光反射面)から微小凸部の頂点までの距離をbとすると、b−a>aの関係を満たしている。つまり、b>2aの関係を満たしている。
これにより、第1突出部110に輝線が発生することを、より効果的に抑制することができる。
また、本実施の形態におけるレンズ100において、凹部140の底面141bには、複数のディンプル160が設けられている。
これにより、複数のディンプル160によって凹部140の底面141bに入射する光を拡散させることができるので、レンズ100から出射する光の照度むら及び色むらを抑制することができる。
(変形例)
以上、本発明に係るレンズ及び照明器具について、実施の形態に基づいて説明したが、本発明は、上記実施の形態に限定されない。
例えば、上記実施の形態において、光源200は、青色LEDチップと黄色蛍光体とによって白色光を放出するように構成したが、これに限らない。例えば、赤色蛍光体及び緑色蛍光体を含有する蛍光体含有樹脂を用いて、この蛍光体含有樹脂と青色LEDチップとを組み合わせることで白色光を放出するように構成しても構わない。
また、上記実施の形態において、LEDとして、青色LEDチップを用いたが、これに限らない。例えば、LEDとして、青色以外の色を発光するLEDチップを用いても構わない。この場合、青色LEDチップよりも短波長である紫外光を放出する紫外LEDチップを用いる場合、主に紫外光により励起されて三原色(赤色、緑色、青色)に発光する各色蛍光体を組み合わせたものを用いることができる。なお、LEDの光の波長を変換する波長変換材として、蛍光体を用いたが、これに限らない。例えば、蛍光体以外の波長変換材としては、半導体、金属錯体、有機染料、顔料など、ある波長の光を吸収し、吸収した光とは異なる波長の光を発する物質を含んでいる材料を用いることができる。
また、上記実施の形態において、光源200は、基板上にLEDチップを直接実装したCOB構造のLEDモジュールとしたが、これに限らない。例えば、COB構造のLEDモジュールに代えて、SMD(Surface Mount Device)構造のLEDモジュールを用いても構わない。SMD構造のLEDモジュールは、樹脂製のパッケージ(容器)の凹部の中にLEDチップを実装して当該凹部内に封止部材(蛍光体含有樹脂)を封入したパッケージ型のLED素子(SMD型LED素子)を用いて、これを1個又は複数個、基板に実装した構成である。
また、上記実施の形態では、光源200にLEDを用いたが、これに限らない。例えば、光源200に、半導体レーザ等の半導体発光素子、又は、有機EL(Electro Luminescence)や無機EL等、LED以外の固体発光素子を用いてもよいし、蛍光ランプや高輝度ランプ等の既存のランプを用いてもよい。
その他、上記実施の形態に対して当業者が思いつく各種変形を施して得られる形態や、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で上記実施の形態における構成要素及び機能を任意に組み合わせることで実現される形態も本発明に含まれる。