JP2019211736A - レンズ及び照明器具 - Google Patents

Abstract

【課題】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レンズ等を提供する。【解決手段】入射する光の配光を制御するレンズ１００であって、光入射側の外周部に環状に形成された第１突出部１１０と、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し、光出射側に同心円環状に形成された複数の第２突出部１２０と、複数の第２突出部１２０を囲む環状の第３突出部１３０とを有し、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。【選択図】図１１

Description

本発明は、レンズ及びこれを備える照明器具に関する。

ダウンライト又はスポットライト等の照明器具には、光源から出射する光の配光を制御する光学部品が用いられる場合がある。このような光学部品として、例えば、光源の前方に配置されたレンズが用いられる。例えば、照明器具では、光源から出射する光を集光する集光レンズが用いられる。

従来、この種のレンズとして、レンズの光入射側（光源側）の面にフレネルレンズ機能を有する複数の突出部が同心円環状に形成されたものが知られている（例えば特許文献１）。

特開２０１２−２０４０８５号公報

レンズを用いた照明器具では、壁面や床面等の光照射面に照明光を照射したときに、光照射面全体に光が広がらないことがある。また、照明器具に用いられるレンズについては、光取り出し効率の低下を抑制することが望ましい。

本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、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レンズ及び照明器具を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係るレンズの一態様は、入射する光の配光を制御するレンズであって、光入射側の外周部に環状に形成された第１突出部と、前記第１突出部により構成される凹部の内面から入射する光の配光を制御し、光出射側に同心円環状に形成された複数の第２突出部と、前記複数の第２突出部を囲む環状の第３突出部とを有し、前記第３突出部は、光出射面として階段状の内面を有する。

また、本発明に係る照明器具の一態様は、上記のレンズと、前記レンズの前記凹部に対向して配置された光源とを備える。

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。

実施の形態に係る照明器具の外観図である。 実施の形態に係る照明器具の断面図である。 実施の形態に係るレンズを光出射側から見たときの斜視図である。 実施の形態に係るレンズを光入射側から見たときの斜視図である。 実施の形態に係るレンズの断面図である。 実施の形態に係るレンズを光入射側から見たときの平面図である。 実施の形態に係るレンズを光入射側から見たときの拡大断面斜視図である。 比較例のレンズの光学作用を説明するための図である。 比較例のレンズ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。 比較例のレンズを用いた照明器具における照明光のＸ軸方向の照度分布において、１／１０照度周辺の拡大図である。 比較例のレンズを用いた照明器具における照明光のＸ軸方向の照度分布において、１／２０照度周辺の拡大図である。 実施の形態に係るレンズの光学作用を説明するための図である。 実施の形態に係るレンズ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。 実施の形態に係るレンズを用いた照明器具における照明光のＸ軸方向の照度分布において、１／１０照度周辺の拡大図である。 実施の形態に係るレンズを用いた照明器具における照明光のＸ軸方向の照度分布において、１／２０照度周辺の拡大図である。

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。

１ 照明器具
１００、１００Ａ レンズ
１１０ 第１突出部
１２０、１２０Ａ 第２突出部
１２１、１２１Ａ 中央突出部
１２１ａ フラット面
１２２、１２２Ａ 環状突出部
１３０、１３０Ａ 第３突出部
１３１ 内面
１３１ａ 段差面
１３１ｂ 側面
１４０ 凹部
１５０ 凹凸構造
２００ 光源

Claims (9)

1. 入射する光の配光を制御するレンズであって、
   光入射側の外周部に環状に形成された第１突出部と、
   前記第１突出部により構成される凹部の内面から入射する光の配光を制御し、光出射側に同心円環状に形成された複数の第２突出部と、
   前記複数の第２突出部を囲む環状の第３突出部とを有し、
   前記第３突出部は、光出射面として階段状の内面を有する、
   レンズ。
2. 前記凹部における側面と底面との交点を第１の点とし、
   前記第３突出部の前記階段状の内面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と側面との交点を第２の点とすると、
   前記第１の点と前記第２の点とを結ぶ直線は、前記複数の段の各々の段差面と交わらない、
   請求項１に記載のレンズ。
3. 前記複数の第２突出部は、フレネルレンズの輪帯を構成している、
   請求項１又は２に記載のレンズ。
4. 前記複数の第２突出部のうち最外に位置する第２突出部について、底部の幅をＷとし、高さをＨとすると、Ｈ／Ｗ≦１．０を満たしている、
   請求項３に記載のレンズ。
5. 前記複数の第２突出部は、中央突出部と、前記中央突出部を同心環状に囲む複数の環状突出部とを有し、
   前記中央突出部は、光出射面として、フラット面を有する、
   請求項３又は４に記載のレンズ。
6. 前記複数の第２突出部は、当該複数の第２突出部から出射する光の屈折角は前記レンズの光軸に対して正の値を有するように構成されている、
   請求項１〜５のいずれか１項に記載のレンズ。
7. 前記第１突出部の先端部には、光入射側から前記レンズを平面視したときに凹凸をなす凹凸構造が設けられている、
   請求項１〜６のいずれか１項に記載のレンズ。
8. 前記第１突出部の内面は、前記凹部の内面の一部を構成する光入射面であり、
   前記第１突出部の外面は、前記光入射面から前記第１突出部に入射した光を全反射する光反射面であり、
   前記第１突出部の先端部は、前記光入射面と前記光反射面との接続部であり、
   前記凹凸構造は、前記接続部に設けられている、
   請求項７に記載のレンズ。
9. 請求項１〜８のいずれか１項に記載のレンズと、
   前記レンズの前記凹部に対向して配置された光源とを備える、
   照明器具。

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