JP4628302B2 - 照明装置及び照明装置のレンズ - Google Patents

Description

本発明は、いわゆる点光源から出射された光によって所望の被照射領域を効率良く照明するために広く使用される照明装置（例えば、携帯電話、デジタルカメラ、ビデオカメラ等のストロボ用、読書灯やマップランプ用等の照明装置）、及びこの照明装置を構成するレンズに関するものである。

従来から、携帯電話、デジタルカメラ、ビデオカメラ等の撮像機器は、夜間や暗い場所での撮影を可能にするため、ストロボ用の照明装置が取り付けられ、その照明装置によって被写体を明るく照明するようになっている。

近年、このような撮像機器は、画素数が飛躍的に増加し、微細で鮮明な画像表示が可能になっている。そのため、このような撮像機器に関係する業界から、被写体をより一層明るく且つ均質に照明することができるストロボ用の照明装置の提供が望まれている。

このような業界からの要望に応えるためには、図２１に示すような照明装置１０１の適用も考えられる。この図２１に示す照明装置１０１は、読書灯やマップランプに使用されるものであり、読書面や地図面等の限られた領域（被照射領域）に光を照射するものであり、ＬＥＤ１０２からの光をレンズ１０３を介して被照射領域に照射し、被照射領域を明るく照明するようになっている（特許文献１参照）。

特開２００５−１７４６８５号公報

しかしながら、図２１に示すような照明装置１０１を撮像機器に適用した場合には、その照明装置１０１によって照明可能な領域において、レンズ１０３の出射面１０７上における各点からの出射光（照射光）Ｈの一部が交差するようになっているため、この交差部分１０４を通り且つ図２１に示した基準平面１０６と平行な被照射面１０８において、出射光の交差部分１０４がリング状に明るく光っているように視認されてしまい、被照射面における照度の均一化が不充分であると指摘されていた。

そこで、本発明は、被写体等の限られた領域（被照射領域）を明るく且つ高効率に照明することができ、被照射領域を照明する照射光の照度の均一性をより向上させることができる照明装置、及び照明装置のレンズを提供することを目的とする。

請求項１の発明は、点光源を有する発光素子からの出射光をレンズを介して照射光として出射し、前記照射光で被照射領域を照明する照明装置に関するものである。この照明装置において、前記レンズは、前記発光素子に対向する平面である入射面と、前記入射面から入射した前記発光素子からの光を前記照射光として出射する光制御出射面と、を備えている。
そして、前記光制御出射面は、
（１）少なくとも、前記発光素子から最大強度の光が出射する光軸から前記最大強度の半分の値の光が出射することになる範囲まで形成され、
（２）前記光軸を中心とする所定範囲に位置し、且つ、前記発光素子に向かって凸の滑らかな曲面形状である第１の出射面と、
前記第１の出射面の周囲に連続して形成され、且つ、前記第１の出射面と反対の方向に凸の滑らかな曲面形状である第２の出射面と、を有し、
前記第１の出射面と前記第２の出射面とが滑らかに接続され、且つ、前記第１の出射面と前記第２の出射面との接続部分が変曲点となっており、
（３）前記発光素子から出射した光のうち、前記入射面から入射する前の光と前記光軸とのなす角をθ１とし、前記光制御出射面から出射する光と前記光軸とのなす角をθ５とし、前記被照射領域の中央部と周辺部の照度差を決める定数をβとし、θ５の最大値をθ’とすると、
前記発光素子から出射される光のうちで、少なくとも最大強度の光が出射される方向から最大強度の半分の値となる光が出射される方向までの角度範囲内の光について、θ５とθ１の関係が、
θ５＝｛１−（１−２×θ１／π） ^β ｝×θ’
で表すことができ、
（４）前記発光素子から出射して前記レンズの前記入射面から入射し、前記レンズの内部を他部で反射されることなく伝搬して到達した内部伝搬光を、前記光制御出射面の異なる箇所から出射した前記照射光同士が少なくとも前記被照射領域に到達するまでの間において交差しないように、前記照射光として出射する形状に形成されていると共に、前記発光素子からの出射強度が最大となる光軸近傍の前記照射光の光束密度を、前記光軸近傍以外の前記照射光の光束密度よりも疎とする形状に形成されていることを特徴としている。

請求項２の発明は、点光源を有する発光素子からの出射光をレンズを介して照射光として出射し、前記照射光で被照射領域を照明する照明装置に関するものである。この照明装置において、前記レンズは、前記発光素子に対向する平面である入射面と、前記入射面から入射した前記発光素子からの光を前記照射光として出射する光制御出射面と、を備えている。
そして、前記光制御出射面は、
（１）少なくとも、前記発光素子から最大強度の光が出射する光軸から前記最大強度の半分の値の光が出射することになる範囲まで形成され、
（２）前記光軸を中心とする所定範囲に位置し、且つ、前記発光素子に向かって凸の滑らかな曲面形状である第１の出射面と、
前記第１の出射面の周囲に連続して形成され、且つ、前記第１の出射面と反対の方向に凸の滑らかな曲面形状である第２の出射面と、を有し、
前記第１の出射面と前記第２の出射面とが滑らかに接続され、且つ、前記第１の出射面と前記第２の出射面との接続部分が変曲点となっており、
（３）前記発光素子から出射した光のうち、前記レンズに入射する前の光と前記光軸とのなす角をθ１とし、前記光制御出射面から出射する光と前記光軸とのなす角をθ５とし、前記被照射領域の中央部と周辺部の照度差を決める定数をβとし、θ５の最大値をθ’とすると、
前記発光素子から出射される光のうちで、少なくとも最大強度の光が出射される方向から最大強度の半分の値となる光が出射される方向までの角度範囲内の光について、θ５とθ１の関係が、
θ５＝｛１−（１−２×θ１／π） ^β ｝×θ’
で表すことができ、
（４）前記発光素子から出射して前記レンズの前記入射面から入射し、前記レンズの内部を他部で反射されることなく伝搬して到達した内部伝搬光を、前記光制御出射面の異なる箇所から出射した前記照射光同士が少なくとも前記被照射領域に到達するまでの間において交差しないように、前記照射光として出射する形状に形成されていることを特徴としている。

請求項３の発明は、点光源を有する発光素子と被照射領域との間に配置され、前記発光素子からの出射光を内部に採り入れた後に照射光として出射し、前記照射光で前記被照射領域を照明する照明装置のレンズに関するものである。この照明装置のレンズは、前記発光素子からの出射光が入射する平面である入射面と、前記入射面から入射した前記発光素子からの出射光のうち、内部を他部で反射されることなく伝播して到達した内部伝搬光を照射光として出射する光制御出射面と、を備えている。
そして、前記光制御出射面は、
（１）少なくとも、前記発光素子から最大強度の光が出射する光軸から前記最大強度の半分の値の光が出射することになる範囲まで形成され、
（２）前記光軸を中心とする所定範囲に位置し、且つ、前記発光素子に向かって凸の滑らかな曲面形状である第１の出射面と、
前記第１の出射面の周囲に連続して形成され、且つ、前記第１の出射面と反対の方向に凸の滑らかな曲面形状である第２の出射面と、を有し、
前記第１の出射面と前記第２の出射面とが滑らかに接続され、且つ、前記第１の出射面と前記第２の出射面との接続部分が変曲点となっており、
（３）前記発光素子から出射した光のうち、前記入射面から入射する前の光と前記光軸とのなす角をθ１とし、前記光制御出射面から出射する光と前記光軸とのなす角をθ５とし、前記被照射領域の中央部と周辺部の照度差を決める定数をβとし、θ５の最大値をθ’とすると、
前記発光素子から出射される光のうちで、少なくとも最大強度の光が出射される方向から最大強度の半分の値となる光が出射される方向までの角度範囲内の光について、θ５とθ１の関係が、
θ５＝｛１−（１−２×θ１／π） ^β ｝×θ’
で表すことができ、
（４）前記光制御出射面上の異なる箇所から出射した前記照射光同士が少なくとも前記被照射領域に到達するまでの間において交差しないように、前記内部伝搬光を前記照射光として出射する形状に形成されていると共に、前記発光素子からの出射強度が最大となる光軸近傍の前記照射光の光束密度を、前記光軸近傍以外の前記照射光の光束密度よりも疎とする形状に形成されていることを特徴としている。

請求項４の発明は、点光源を有する発光素子と被照射領域との間に配置され、前記発光素子からの出射光を内部に採り入れた後に照射光として出射し、前記照射光で前記被照射領域を照明する照明装置のレンズに関するものである。この照明装置のレンズは、前記発光素子からの出射光が入射する平面である入射面と、前記入射面から入射した前記発光素子からの出射光のうち、内部を他部で反射されることなく伝播して到達した内部伝搬光を照射光として出射する光制御出射面と、を備えている。
そして、前記光制御出射面は、
（１）少なくとも、前記発光素子から最大強度の光が出射する光軸から前記最大強度の半分の値の光が出射することになる範囲まで形成され、
（２）前記光軸を中心とする所定範囲に位置し、且つ、前記発光素子に向かって凸の滑らかな曲面形状である第１の出射面と、
前記第１の出射面の周囲に連続して形成され、且つ、前記第１の出射面と反対の方向に凸の滑らかな曲面形状である第２の出射面と、を有し、
前記第１の出射面と前記第２の出射面とが滑らかに接続され、且つ、前記第１の出射面と前記第２の出射面との接続部分が変曲点となっており、
（３）前記発光素子から出射した光のうち、前記入射面から入射する前の光と前記光軸とのなす角をθ１とし、前記光制御出射面から出射する光と前記光軸とのなす角をθ５とし、前記被照射領域の中央部と周辺部の照度差を決める定数をβとし、θ５の最大値をθ’とすると、
前記発光素子から出射される光のうちで、少なくとも最大強度の光が出射される方向から最大強度の半分の値となる光が出射される方向までの角度範囲内の光について、θ５とθ１の関係が、
θ５＝｛１−（１−２×θ１／π） ^β ｝×θ’
で表すことができ、
（４）前記光制御出射面上の異なる箇所から出射した前記照射光同士が少なくとも前記被照射領域に到達するまでの間において交差しないように、前記内部伝搬光を前記照射光として出射する形状に形成されていることを特徴としている。

本発明によれば、発光素子の発光点（１点）から様々な角度で放射状に出射され、レンズ内を反射作用を受けることなく伝搬して光制御出射面に到達した光は、少なくともそのレンズから出射された照射光によって実質的に照明可能な領域内（光制御出射面から被照射領域に到達するまでの範囲内）において交わることがないように、光制御出射面の異なる箇所から制御されて出射されると共に、発光素子からの出射強度が最大となる光軸近傍からの照射光（光制御出射面からの出射光）の光束密度と他部（光軸近傍以外）からの照射光の光束密度とを比較した場合に、光軸近傍の照射光の光束密度の方が他部の照射光の光束密度よりも疎となるように出射されることにより、レンズの出射面上の異なる箇所から出射する一部の光が照明可能な領域内において交差する従来例と異なり、出射光の一部分がリング状に際だって明るく光るというような不具合を生じることがなく、被照射面の被照射領域を明るく且つより均一な照度で照明することができる。

また、本発明によれば、発光素子から出射された光をレンズを介さずに被照射面に照射した場合には所望の被照射領域から外の領域に到達してしまう光であっても、レンズの光制御出射面から出射する照射光を所望の被照射領域内に向かうように出射制御することにより、被照射領域を明るく且つ高効率に照明することができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づき詳述する。

［第１実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態に係る照明装置の模式的断面図である。この図１に示すように、本実施形態に係る照明装置１は、発光素子２からの光Ｈをレンズ３を介して出射し、被照射面８を照明するようになっている。ここでいうところの被照射面８は、本実施形態に係る照明装置１によって照明可能な領域内に設定された面であって、例えばこの照明装置１がカメラ用ストロボである場合には、そのストロボによる最大照射可能領域内に設定された面（ストロボとして実質的に使用しうる照射距離の位置に設定された仮想面）である。点光源を有する発光素子２としては、点光源としてのＬＥＤ（図示せず）を樹脂で密封したものが使用される。尚、密封樹脂は、必要に応じて、蛍光物質が混入される。

このうち、レンズ３は、図２に示すような形状をしており、例えば、ＰＭＭＡ（ポリメタクリル酸メチル）、ＰＣ（ポリカーボネート）、ＥＰ（エポキシ樹脂）、シリコーン樹脂等の透明樹脂材料や、透明なガラスで形成されている。

図１及び図２に示すように、レンズ３は、平面形状が円形形状を呈しており、発光素子２に対向する下面（入射面）４が発光素子２を取り付ける基板５の表面（基準平面）５ａと平行の平面になっている。また、このレンズ３は、外周に沿って同一幅及び同一厚さの鍔状部６が形成されている。そして、このレンズ３の鍔状部６の内側に位置する外表面が、光の出射方向を規制する光制御出射面７になっている。なお、鍔状部６は、レンズ３を基板５に固定するための固定具（クリップ等）を引っかけることができるようになっている。

光制御出射面７は、図２に詳細を示すように、光軸Ｌを中心とする所定範囲（Ｐ１−Ｐ１間）に位置する第１の出射面７ａと、この第１の出射面７ａの周囲に連続して形成される第２の出射面７ｂと、からなっている。このうち、第１の出射面７ａは、下に凸の滑らかな曲面形状である。また、第２の出射面７ｂは、第１の出射面７ａに連続して形成される上に凸の滑らかな曲面形状であり、第１の出射面７ａの周囲を取り囲むように形成されている。そして、これら第１の出射面７ａと第２の出射面７ｂとが滑らかに接続され、その両出射面７ａ，７ｂの接続部分が変曲点Ｐ１になっている（図５参照）。ここで、光制御出射面７は、少なくとも、発光素子２から最大強度の光が出射する光軸から最大強度の半分の値の光が出射することになる範囲まで形成されている。

このようなレンズ３の光制御出射面７の詳細を図３に基づき説明する。この図３において、発光素子２の光軸Ｌに直交する水平面を基準平面５ａとすると、発光素子２から出射してレンズ３内を伝播した光Ｈが光制御出射面７から出射する位置（図３の断面における光制御出射面７と光Ｈとの交点）Ｐｘで基準平面５ａに平行に引いた線をＡとする。また、この図３において、発光素子２からの光Ｈが光制御出射面７から出射する位置Ｐｘにおける光制御出射面７の輪郭線に対する接線Ｂと線Ａとのなす角をθ３とする。そして、この図３において、発光素子２からの光Ｈが光軸Ｌとなす角をθ１とし、レンズ３内に入射した光Ｈが光軸Ｌとなす角をθ２とし、光制御出射面７から出射する光Ｈの出射角（光制御出射面７から出射する光Ｈと光軸Ｌとのなす角）をθ５とする。

この図３に示す光制御出射面７は、発光素子２から出射される光Ｈのうちで、少なくとも最大強度の光が出射される方向（光軸Ｌに沿った方向であって、基準平面５ａの法線方向に沿った方向）から最大強度の半分の値となる光が出射される方向の角度（δ１）までの角度範囲内（図１において、θ１＜δ１の角度範囲内）の光が、光制御出射面７から出射された光（照射光）によって照明可能な範囲内に設定された被照射面８上において（図１参照）、一部分が際だって明るく光るというような不具合を生じさせることなく、被照射面の被照射領域を明るく且つ高効率に照明できるように形成されている。なお、図４において、線Ｇ１は、本実施形態におけるθ１とθ５の関係を示している。ここで、被照射領域（例えば、図８の被照射領域１０参照）の中央部と周辺部の照度差を決める定数をβとすると、θ１＜δ１の範囲内において、θ５は数１のように表すことができ、θ３は数２のように表すことができる。但し、θ’は、図６に示す回転角φによって決まるθ５の限界角度（θ５の最大値）であり、本実施形態においてはθ’は一定値（θ’＝４０°）である（図７の点線ｍ１参照）。

このようにして求められたθ３は、図５の曲線Ｆ１に示すように、光軸Ｌからθ１＝Ｐ１となるまでは、θ１の増加とともに徐々に減少し、θ１＞Ｐ１の範囲では、θ１の増加とともに徐々に増加するようになっている。

このような構成の本実施形態の照明装置１は、図１に示すように、光制御出射面７の各点（異なる箇所）から出射した光（照射光）が、その後に少なくともレンズ３からの出射光によって実質的に照明可能な領域内（被照射領域１０に到達するまでの間）においては交わることがないように制御されて出射されるようになっているため、レンズの出射面上の点から出射する光が交差する従来例（図２０参照）と異なり、出射光の一部分がリング状に際だって明るく光るというような不具合を生じることがなく、被照射面８の被照射領域１０における照度の均一性を向上することができる。

次に、本実施形態の理解をより深めるために、図１，図２及び図８に基づいて、本実施形態の一具体例を説明する。なお、図８は、図２に示すレンズ３を使用して測定した照度分布を示すものである。また、以下に示す数値は一例であり、本発明がこれら数値例によって何等限定されるものではない。

図２（ｃ）〜（ｄ）において、レンズ３は、鍔状部６の外径寸法Ｄ１が５ｍｍ、光制御出射面７の外径寸法Ｄ２が４．４３９ｍｍ、鍔状部６の厚さｔ１が０．５ｍｍ、レンズ３の厚さ寸法（下面４から光制御出射面７の頂部Ｐ２までの寸法）ｔ２が１．４６ｍｍに形成されている。そして、このようなレンズ３を使用した照明装置１は、図１に示すように、レンズ３の頂部Ｐ２から被照射面（平面）８までの寸法Ｗが５０ｃｍに設定されている。図８は、この被照射面８の被照射領域１０における照度分布を示している。

このように構成された照明装置１は、発光素子２からの光Ｈがレンズ３に入射されて光制御出射面７の各点から出射された光（照射光）がその光によって実質的に照明可能な範囲内（被照射領域１０に到達するまでの間）において交差しないように出射すると共に、光軸Ｌ近傍の出射光束が光制御出射面１０から出射した後の光束密度を光軸Ｌから離れた位置の出射光束が光制御出射面１０から出射した後の光束密度よりも疎とし、光軸Ｌ近傍及び被照射領域（図８参照）の外縁に沿った部分を除き、光制御出射面７からの出射光（照射光）の光束密度を光軸Ｌから離れるにしたがって徐々に密にしている（図１参照）。その結果、照明装置１は、被照射面（被照射体）８の直径約７０ｃｍの円形状領域（被照射領域１０）をほぼ均一な照度で照明することができる（図８参照）。

以上のような本実施形態によれば、発光素子２の発光点（１点）から様々な角度で放射状に出射され、レンズ３内を反射作用を受けることなく伝搬して光制御出射面７に到達した光は、少なくともそのレンズ３から出射された照射光によって実質的に照明可能な領域内（光制御出射面７から被照射面８（被照射領域１０）に到達するまでの間）において交わることがないように、光制御出射面７の各点から制御されて出射され、レンズ３内で反射作用を受けずに光制御出射面７に到達した発光素子２からの出射光束について、その強度が最大となる光軸Ｌ近傍からの出射光束と他部（光軸Ｌ近傍以外）からの出射光束とを光制御出射面７から出射した後の光束密度で比較して、光軸Ｌ近傍の光束密度の方を他部の光束密度よりも疎とすることにより、レンズ１０３の出射面１０７上の点から出射する一部の光が照明可能な領域内において交差する従来例（図２０参照）と異なり、出射光の一部分がリング状に際だって明るく光るというような不具合を生じることがなく、被照射面８の被照射領域１０を明るく、より均質な光で照明することができる。

また、本実施形態によれば、発光素子２から出射された光であって、レンズ３を介さずに被照射面８を照明した場合に、所望の被照射領域１０から外の領域に到達してしまう光を、所望の被照射領域１０内に向かうように制御することによって、被照射領域１０を明るく、且つ高効率に照明することができる。

［第２実施形態］
図１０は、本発明の第２実施形態に係る照明装置２１の模式的断面図である。この図１０に示すように、本実施形態に係る照明装置２１は、第１実施形態と同様に、発光素子２からの光Ｈをレンズ２３を介して出射するようになっている。しかしながら、本実施形態の照明装置２１は、レンズ２３の形状が第１実施形態の照明装置１におけるレンズ３と異なっている。

すなわち、レンズ２３は、図１１（ａ）に示すように、平面形状が正方形であり、図１０及び図１１に示すように、発光素子２に対向する下面（入射面）２４が発光素子２を取り付ける基準平面５ａと平行の平面になっている。また、このレンズ２３は、平面形状が矩形形状の光制御出射面２７と、この光制御出射面２７を取り囲むように形成された鍔状部２６と、を備えている。このうち、光制御出射面２７は、平面形状が被照射面（被照射体）８の被照射領域の平面形状に対応するような略矩形形状を呈している。また、鍔状部２６は、同一の厚さで形成されており、レンズ２３を基板５に固定するための固定具（クリップ等）を引っかけることができるようになっている。なお、レンズ２３は、第１実施形態のレンズ３と同様に、例えば、ＰＭＭＡ（ポリメタクリル酸メチル）、ＰＣ（ポリカーボネート）、ＥＰ（エポキシ樹脂）、シリコーン樹脂等の透明樹脂材料や、透明なガラスで形成されている。

光制御出射面２７は、図１１に詳細を示すように、回転角φ＝０°となる中心線２５に直交する方向から見た輪郭が上（被照射面８側）に凸となる滑らかな曲線である。また、光制御出射面２７は、対角線方向（本実施形態では、φ＝３５°の方向）であるＸ２−Ｘ２線に沿って切断して示す断面図（図１１（ｄ），（ｅ）参照）のように、光軸Ｌを中心とする所定範囲（Ｐ１−Ｐ１間）に位置する第１の出射面２７ａと、この第１の出射面２７ａの周囲に連続して形成される第２の出射面２７ｂと、からなっている。このうち、第１の出射面２７ａは、下（入射面２４側）に凸の滑らかな曲面形状である。また、第２の出射面２７ｂは、第１の出射面２７ａに連続して形成される上に凸の滑らかな曲面形状であり、第１の出射面２７ａの周囲を取り囲むように形成されている。そして、これら第１の出射面２７ａと第２の出射面２７ｂとが滑らかに接続され、その両出射面２７ａ，２７ｂの接続部分が変曲点（Ｐ１）になっている。また、光制御出射面２７は、φ＝９０°となる中心線２８（Ｘ３−Ｘ３線）に沿って切断して示す断面図のように、上に凸の滑らかな曲面である。ここで、光制御出射面２７は、少なくとも、最大強度の光が出射する光軸Ｌから最大強度の半分の値の光が出射することになる範囲まで形成されている。なお、図１０において、点線で示す光制御出射面２７は、図１１（ｃ）の光制御出射面２７を示している。

この光制御出射面２７に関するθ１とθ５の関係（図３参照）を、図４に基づき説明する。この図４において、曲線Ｇ２は、図６及び図１１（ａ）に示す回転角φが０°（φ＝０°）の中心線２５上における光制御出射面２７に関するθ１とθ５との関係を示すものである。この曲線Ｇ２に示すように、光制御出射面２７は、発光素子２から出射される光Ｈのうちで、少なくとも最大強度の光が出射される方向（光軸Ｌに沿った方向であって、基準平面５ａの法線方向に沿った方向）から最大強度の半分の値となる光が出射される方向の角度（δ１（図１０参照））までの角度範囲内（図３において、θ１＜δ１の角度範囲内）の光が、光制御出射面２７から出射された光によって照明可能な範囲内に設定された被照射面８上において（図１０参照）、一部分が際だって明るく光るというような不具合を生じさせることなく、被照射面８の被照射領域３０を明るく且つ高効率に照明できるように形成されている。また、図４において、破線で示す曲線Ｇ１は、図６及び図１１（ａ）に示す回転角φが３５°の場合における（Ｘ２−Ｘ２線上における）光制御出射面２７に関するθ１とθ５との関係を示すものであり、第１実施形態のレンズ３の光制御出射面７におけるθ１とθ５の関係を示す曲線Ｇ１と一致している。また、図４において、点線で示す曲線Ｇ３は、図６及び図１１（ａ）に示す回転角φが９０°の場合における光制御出射面２７に関するθ１とθ５との関係を示すものである。これら曲線Ｇ１〜Ｇ３は、その回転角φ毎の断面図において発光素子２からの光によってどれだけの範囲（光軸から照射領域の外縁部までの距離）を照明すべきかを考慮し、同一のθ１に対するθ５の値が曲線Ｇ３，Ｇ２，Ｇ１の順に大きくなるように設定されている。ここで、被照射領域の中央部と周辺部の照度差を決める定数をβとすると、θ１＜δ１の範囲内において、θ５は数１のように表すことができ、θ３は数２のように表すことができる。但し、θ’は、図７の曲線ｍ２で示すように、回転角φに応じて決まるθ５の限界角度（θ５の最大値）であり、φ＝０°とφ＝９０°の間の回転角φ（但し、図７においてはφ＝３５°）で最大値になるように設定されている。また、本実施形態において、βは、第１実施形態の場合と同様の数値（β＝２．５）に設定されている。

数２によって求められた光制御出射面２７に関するθ１とθ３との関係は、図５の曲線Ｆ１〜Ｆ３で示すような関係になっており、回転角φに応じて異なっている。すなわち、図５において、図６及び図１１（ａ）に示す回転角φが３５°（φ＝３５°）における光制御出射面２７に関するθ１とθ３の関係を示す曲線Ｆ１は、θ１＝０〜δ１のうち光軸Ｌの近傍からθ１＝０〜Ｐ１となるまでの範囲において（図１１（ｄ），（ｅ）参照）、θ１の増加とともに徐々に減少し、θ１＞Ｐ１の範囲において（図１１（ｄ），（ｅ）参照）、θ１の増加とともに徐々に増加するようになっており、第１実施形態のレンズ３の光制御出射面７におけるθ１とθ３の関係を示す曲線Ｆ１と同一である。また、図５において、図６及び図１１（ａ）に示す回転角φが０°（φ＝０°）における光制御出射面２７に関するθ１とθ３の関係は、曲線Ｆ２で示すように、θ１＝０〜δ１全域においてθ１の増加と共に徐々に増加するようになっている。また、図５において、図６及び図１１（ａ）に示す回転角φが９０°（φ＝９０°）におけるθ３は、曲線Ｆ３で示すように、θ１＝０〜δ１全域においてθ１の増加と共に徐々に増加する点においては曲線Ｆ２と同様であるが、曲線Ｆ２よりも大きな増加率で変化（増加）するようになっている。これら曲線Ｆ１〜Ｆ３は、照射領域（光軸Ｌから照射領域の外縁部までの距離）を考慮し、同一のθ１に対するθ３の値が曲線Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３の順に大きくなるように設定されている。

θ’は、図７の曲線ｍ２で示すように、本実施形態においては回転角φとθ’の関係が滑らかに変化するような曲線でその変化が表されるようになっており、回転角φ＝０°において、回転角φ＝０〜９０°におけるθ’の最大値θａ（本実施形態においてはφ＝３５°におけるθ’）に対するθ’の補正量としてθｂ＝１．５°が設定され、回転角φ＝９０°において、θ’の補正量としてθｃ＝２．５°が設定されている。そして、θ’は、回転角φ＝３５°（図に示すレンズの対角線に対応する回転角φａ）において、最大値（θａ＝４０°）になっている。

このような、θ’は、φ＞φａ（９０°≧φ＞φａ）の範囲において、数３のように表すことができる。また、θ’は、φ≦φａ（０°≦φ≦φａ）の範囲において、数４のように表すことができる。

このような構成の本実施形態の照明装置２１は、図１０に示すように、光制御出射面２７上の各点から出射する光Ｈが途中で交わることなく被照射面８に向けて出射されるようになっているため、レンズ１０３の出射面１０７から出射する光が交差する従来例（図２０参照）と異なり、出射光の一部分がリング状に際だって明るく光というような不具合を生じることがなく、被照射面８の矩形形状の被照射領域３０の照度を均一化することができる（図１２参照）。

次に、本実施形態の一具体例を図１１を参照して説明する。なお、図１２は、本実施形態の一具体例に係るレンズ２３を使用して測定した照度分布を示すものである。また、以下に示す数値は一例であり、本発明がこれら数値例によって何等限定されるものではない。

図１１（ａ）において、レンズ２３の平面形状は、鍔状部２６の各辺の寸法Ｅ０が５ｍｍの正方形である。また、図１１（ａ）において、レンズ２３の光制御出射面２７は、略矩形形状を呈しており、その外形の長辺の寸法Ｅ１が４．４３９ｍｍであり、短辺の寸法Ｅ２が３．６４ｍｍであって、４箇所の各コーナー部３１が１／４円弧形状になっている。そして、レンズ２３の光制御出射面２７は、この円弧形状のコーナー部３１に対応する曲面によって、長辺側の外表面と短辺側の外表面とが滑らかに接続されている。また、図１１（ｂ）〜（ｄ）において、レンズ２３は、鍔状部２６の厚さｔ１が０．５ｍｍであり、下面２４から光制御出射面２７の頂部Ｐ２までの厚さ寸法ｔ２が１．４５８ｍｍになっている。このような形状のレンズ２３を使用した照明装置２１は、レンズ２３の頂部Ｐ２から被照射面（平面）８までの寸法Ｗを５０ｃｍに設定されている（図１０参照）。

このように構成された照明装置２１は、発光素子２からの光Ｈを光制御出射面２７から交差しないように拡散出射すると共に、光軸Ｌ近傍の出射光の光束密度を光軸Ｌから離れた位置の出射光の光束密度よりも疎とし、光軸Ｌ近傍を除き、出射光の光束密度を光軸Ｌから離れるにしたがって徐々に密にしている（図１０参照）。その結果、照明装置２１は、長辺が約５４ｍｍで短辺が約５０ｍｍの略矩形形状の被照射領域３０をほぼ均一な照度で照明することができる（図１２参照）。

図１３（ａ）は、図１０に示す本実施形態の照明装置２１における観測角と照度との関係を、図９に示す照明装置における観測角と照度との関係と対比して示す図である。なお、観測角は、図１３（ｂ）に示すように、発光素子２からＲ（２００ｍｍ）離れた位置に半球状の仮想被照射面８’を設定し、この仮想被照射面８’から発光素子２を見る角であり、視線方向と光軸Ｌとのなす角ηである。

図１３（ａ）において、曲線ｎ１，ｎ２，ｎ３は、本実施形態の照明装置２１に関し、回転角φが０°，３５°，９０°の場合における観測角ηと照度との関係を示すものである。また、図１３（ａ）において、曲線ｎ０は、図９の照明装置に関する観測角ηと照度との関係を示すものである。なお、観測角が０°とは、観測位置が光軸Ｌ上に位置することを意味している。

この図１３（ａ）によれば、図９に示す照明装置は、上に凸の曲線ｎ０で示されるように、観測角η＝０°の位置から＋方向及び−方向に観測角が変化すると、その観測角の増加又は減少に応じて照度が徐々に減少するようになっている。これに対し、本実施形態の照明装置２１は、観測角ηが±３０°〜５０°の範囲において、曲線ｎ１〜ｎ３が略等脚台形状に急激に増大するようになっており、限られた観察角ηの範囲内に光を集めることができ、限られた観察角ηの範囲内における照度を図９の照明装置よりも高めることができる。

また、本実施形態の照明装置２１は、図１３（ａ）の曲線ｎ１〜ｎ３で示されるように、観察角ηが±３０°〜４０°の範囲内において、観察される照度が最も高くなり、光軸Ｌに近づくにしたがって漸減するようになっている。これに対し、図９に示す照明装置は、図１３（ａ）の曲線ｎ０で示されるように、観察角ηが０°（光軸Ｌ上）で最も照度が高く、観察角の＋方向への増加、又は−方向への減少に伴い、照度が漸減するようになっている。

このように、本実施形態の照明装置２１は、レンズ２３を備えているため、レンズ２３を備えていない図９の照明装置とは全く異なる照度特性を有している。

以上のような本実施形態によれば、発光素子２の発光点（１点）から様々な角度で放射状に出射され、レンズ２３内を反射作用を受けることなく伝搬して光制御出射面２７に到達した光は、少なくともそのレンズ２３から出射された照射光によって実質的に照明可能な領域内（光制御出射面２７から被照射面８（被照射領域３０）に到達するまでの間）において交わることがないように、光制御出射面２７の各点から制御されて出射され、レンズ２３内で反射作用を受けずに光制御出射面２７に到達した発光素子２からの出射光束について、その強度が最大となる光軸Ｌ近傍からの出射光束と他部（光軸Ｌ近傍以外）からの出射光束とを光制御出射面２７から出射した後の光束密度で比較して、光軸Ｌ近傍の光束密度の方を他部の光束密度よりも疎とすることにより、レンズ１０３の出射面１０７上の点から出射する一部の光が照明可能な領域内において交差する従来例（図２０参照）と異なり、出射光の一部分がリング状に際だって明るく光るというような不具合を生じることがなく、被照射面８の被照射領域３０を明るく、より均質な光で照明することができる。

また、本実施形態によれば、発光素子２から出射された光であって、レンズ２３を介さずに被照射面８を照明した場合に、所望の被照射領域３０から外の領域に到達してしまう光を、所望の被照射領域３０内に向かうように制御することによって、被照射領域３０を明るく、且つ高効率に照明することができる。

［第３実施形態］
図１４は、本発明の第３実施形態に係る照明装置４１を示すものである。この図１４に示す照明装置４１は、レンズ４３の照射特性（図１５参照）が第２実施形態のレンズ２３の照射特性（図１２参照）と異なり、このような照射特性とするためにレンズ４３の光制御出射面４７がレンズ２３の光制御出射面２７と異なる点を除き、第２実施形態の照明装置２１と同様であるので、第２実施形態の照明装置２１と共通する部分には同一の符号を付し、第２実施形態の照明装置２１の説明と重複することになる説明を省略する。

すなわち、本実施形態のレンズ４３は、図１５に示すように、被照射領域５０の周縁部近傍５１の照度を被照射領域５０の中央部よりも高めるように工夫している点が、被照射領域３０を全体に均一の照度で照明する第２実施形態のレンズ２３と異なる（図１２参照）。以下、本実施形態のレンズ４３の特徴を第２実施形態のレンズ２３と比較して説明する。

本実施形態のレンズ４３は、図７の曲線ｍ３に示すように、回転角φ（図６参照）と限界角度θ’（θ５の限界値）との関係が、第２実施形態における図１１のレンズ２３の場合と異なる。すなわち、本実施形態のレンズ４３のθａが３８°であるのに対し、第２実施形態のレンズのθａが４０°である。また、本実施形態のレンズ４３は、被照射領域
の周縁部近傍５１，５１を被照射領域５０の中央部よりも明るく照明するため、数１において使用する定数βの数値を第２実施形態のレンズ２３のβの数値（２．５）よりも大きな数値（β＝３．５）にしている。なお、本実施形態のレンズ４３と第２実施形態のレンズ２３は、図７に示すように、回転角φ＝０°における臨界角度θ’のθａ＝３８°に対する補正量θｂ、及び回転角φ＝９０°における臨界角度θ’の補正量θｃが同一であり、θｂ＝１．５°，θｃ＝２．５°となっている。また、レンズ４３は、第１及び第２実施形態のレンズ３，２３と同様の材料で形成されている。また、θａは、対角線に対応する回転角φａにおけるθ５の限界値である。

本実施形態のレンズ４３は、上述のような条件を数３及び数４に適用して、任意の回転角φにおけるθ’を算出し、このθ’を数１に算入して、任意のθ１に対応するθ５を算出するようになっている。また、本実施形態において、数１によって算出したθ５を数２に算入し、任意のθ１に対応するθ３を算出するようになっている。

このように、数１〜４によって求められたθ５，θ３とθ１との関係を、図４及び図５に示す。

図４は、レンズ４３の光制御出射面４７から出射する光の進行方向を特定することになるθ１とθ５との関係を示す図である。なお、図４において、線Ｇ０は（θ５／θ１）＝１を示す線である。この図４におけるθ１とθ５との関係を示す曲線Ｇ４〜Ｇ６のうち、曲線Ｇ５が回転角φ＝０°におけるθ１とθ５との関係を示し、曲線Ｇ４が回転角φ＝３５°におけるθ１とθ５との関係を示し、曲線Ｇ６が回転角φ＝９０°におけるθ１とθ５の関係を示している。これら曲線Ｇ４〜Ｇ６のうち、曲線Ｇ４は、光軸Ｌ近傍の光を除き、入射角θ１が光軸Ｌの近傍から所定角度α１までの範囲において、（θ５／θ１）＞１になっており、入射角θ１が所定角度α１を越えると、（θ５／θ１）＜１となっている。また、曲線Ｇ５は、光軸Ｌ近傍の光を除き、入射角θ１が光軸Ｌの近傍から所定角度α２までの範囲において、（θ５／θ１）＞１になっており、入射角θ１が所定角度α２を越えると、（θ５／θ１）＜１となっている。また、曲線Ｇ６は、光軸Ｌ近傍の光を除き、入射角θ１が光軸Ｌの近傍から所定角度α３までの範囲において、（θ５／θ１）＞１になっており、入射角θ１が所定角度α３を越えると、（θ５／θ１）＜１となっている。そして、各曲線と（θ５／θ１）＝１の線とが交差する所定角度α１〜α３は、α３＜α２＜α１の大小関係を有している。これら曲線Ｇ４〜Ｇ６は、上に凸の滑らかな曲線である。そして、曲線Ｇ４は、そのθ５の最大値θ’が３８°である。また、曲線Ｇ５は、そのθ５の最大値θ’が３５°である。また、曲線Ｇ６は、そのθ５の最大値θ’が３３°である。

図５は、レンズ４３の光制御出射面４７の形状を特定することになるθ１とθ３との関係を示す図である。この図５において、θ１とθ３との関係を示す曲線Ｆ４〜Ｆ６のうち、曲線Ｆ５が回転角φ＝０°におけるθ１とθ３との関係を示し、曲線Ｆ４が回転角φ＝３５°におけるθ１とθ３との関係を示し、曲線Ｆ６が回転角φ＝９０°におけるθ１とθ３との関係を示しており、いずれの曲線Ｆ４〜Ｆ６も２箇所の変曲点を有している。これら曲線Ｆ４〜Ｆ６のうち、曲線Ｆ４は、θ１＜ε１の範囲において、θ３＜０°の範囲にあり、ε１＜θ１の範囲において、θ３＞０°の範囲にある。また、曲線Ｆ５は、θ１＜ε２の範囲において、θ３＜０°の範囲にあり、ε２＜θ１の範囲において、θ３＞０°の範囲にある。曲線Ｆ６は、θ１＜ε３の範囲において、θ３＜０°の範囲にあり、ε３＜θ１の範囲において、θ３＞０°の範囲にある。そして、レンズ４３は、ε３＜ε２＜ε１の大小関係を有するように光制御出射面４７が形成されている。この第３実施形態に係る各曲線Ｆ４〜Ｆ６は、第２実施形態の曲線Ｆ１〜Ｆ３に比較して変化が大きい。なお、θ３＜０°の範囲にある光制御出射面４７は、下に凸の滑らかな凹み（凹面）である。

以上のように、本実施形態におけるレンズ４３は、その光制御出射面４７の形状が図４乃至図５で特定されるような特徴を有しているため、第２実施形態のレンズ２３と比較して、光照射領域５０の周縁部近傍５１，５１の光束密度を高め、光照射領域５０の周縁部近傍５１，５１の照明輝度を光照射領域５０の中央部よりも高めることができる。

したがって、本実施形態の照明装置４１は、光照射領域５０の中央部を第２実施形態の照明装置２１とほぼ同様の均一な照明輝度で広範囲に照明できる他に、光照射領域５０の周縁部近傍５１，５１を中央部よりも明るく照明できるので、例えばカメラに取り付けられたレンズの特性（中央が明るく、周縁が暗い）を考慮し、被照射面（被写体）８の周囲を明るく照明する必要があるような場合に使用すると、第２実施形態の照明装置２１よりも良好な照明機能が発揮される。

なお、図１４に示す照明装置４１において、レンズ４３の点線で示す光制御出射面４７は、回転角φが９０°となる断面上の輪郭を示すものである。

［第１乃至第３実施形態の変形例］
図１，図１０及び図１４に示す第１乃至第３実施形態に係るレンズ３，２３，４３は、その下面４，２４，４４がいずれも平面のものを例示したが、これに限られず、図１６に示すように、その下面４，２４，４４を凸面形状にするか、又は、図１７に示すように、その下面４，２４，４４を凹面形状にしてもよい。レンズ３，２３，４３の下面４，２４，４４を凸面形状にした場合には、レンズ３，２３，４３の下面４，２４，４４が平面である場合に比較し、発光素子２からレンズ３，２３，４３内に入射する光Ｈを光軸Ｌ寄りに集めることが可能になる。また、レンズ３，２３，４３の下面４，２４，４４を凹面形状にした場合には、レンズ３，２３，４３の下面４，２４，４４が平面である場合に比較し、発光素子２からの光Ｈをレンズ３，２３，４３内により一層効率的に入射させることができると共に、入射する光Ｈを光軸Ｌからより離れた位置まで拡げることができる。

このような図１６及び図１７に示すレンズ３，２３，４３は、光制御出射面７，２７，４７が第１乃至第３実施形態の各レンズ３，２３，４３の光制御出射面７，２７，４７と同様の考え方により形成されていれば、第１乃至第３実施形態の各レンズ３，２３，４３と同様の効果を得ることができる。

［第４実施形態］
図１８は、本発明の第４実施形態に係る照明装置６１を示すものである。また、図１９は、第４実施形態の照明装置６１を構成するレンズ６３を示すものである。

図１８に示すように、本実施形態の照明装置６１は、発光素子２からの光Ｈをレンズ６３を介して出射するようになっている。この照明装置６１を構成する発光素子２は、ＬＥＤ（図示せず）の外表面を樹脂で覆ってあり、基板５上に発光部２ａが突出するように取り付けられている。そして、この発光素子２は、基板５上に突出する発光部２ａの平面形状が円形であり、且つ、発光部２ａの側面形状がほぼ矩形形状であって、基板５上に突出する発光部２ａの全体がほぼ円板形状を呈している。なお、発光素子２は、上面側の外周端部が滑らかな曲面２ｂで形成され、上面２ｃと側面（周面）２ｄとが曲面２ｂによって滑らかに接続されている。

レンズ６３は、図１９に示すように、平面形状が正方形であり、被照射面８に対向する光制御出射面６７の形状が第２実施形態のレンズ２３と同様であり、鍔状部６６の内側に略矩形形状となるように形成されている。なお、光制御出射面６７は、その平面形状において、４コーナー部６８が１／４円弧で滑らかに接続されるようになっている。

レンズ６３は、図１８乃至図１９に示すように、鍔状部６６の下面側に下側張出部７０が形成されている。このレンズ６３の下側張出部７０は、鍔状部６６の下面６６ａから下方に向かって（光軸Ｌの延びる方向に沿って）離れるにしたがい、徐々に光軸（中心線）Ｌ寄りに縮径するような略截頭円錐形状を呈している。そして、下側張出部７０には、その下面側に開口して発光素子２の発光部２ａを収容する凹み７１と、発光部２ａの側面からの光Ｈａを光制御出射面６７側に向けて反射する反射面７２とが形成されている。

このうち、反射面７２は、レンズ６３の外方に向かって凸となる曲面であり、その直上の光制御出射面６７の限られた領域に反射光を集めるように機能する。

凹み７１は、平面形状が発光素子２の発光部２ａと略相似形の円形であり（図１９（ａ）参照）、側面７３が底面７４から開口端に向かうに従って徐々に拡径するテーパ面であって（図１８及び図１９（ａ），（ｂ）参照）、底面７４が図１８の下方に向かって凸となる凸面形状である。この凹み７１の底面７４及び側面７３は、発光素子２からの光Ｈ及びＨａの入射面となる。そして、凹み７１の内部空間７５には、ほぼ円板形状の発光部２ａが収容されるようになっている。

このような構造のレンズ６３は、発光素子２の発光部２ａから出射された光のうち、発光部２の上面２ｃ側から出射された光Ｈが凹み７１の底面（入射面）７４からレンズ６３の内部に入射し、発光部２の側面（周面）２ｄ側から出射された光Ｈａが凹み７１の側面７３からレンズ６３の内部に入射するようになっている。

このように構成された本実施形態の照明装置６１は、発光素子２の発光部２ａから出射された光のうち、凹み７１の底面７４からレンズ６３の内部に入射した光Ｈであって、且つ、レンズ６３の内部を伝播する過程において反射されることなく光制御出射面６７に直接到達した光Ｈが、レンズ６３の光制御出射面６７上の各点から途中で交差せずに被照射面８に向かって出射される。このレンズ６３からの出射光Ｈを一次出射光Ｈとすると、本実施形態の照明装置６１は、一次出射光Ｈによって、第２実施形態の照明装置２１と同様に被照射面８を高輝度の照射光で均質に照明することができる。

しかも、本実施形態の照明装置６１は、発光素子２の発光部２から出射された光のうち、凹み７１の側面７３からレンズ６３の内部に入射した光Ｈａであって、且つ反射面７２で反射されて光制御出射面６７に到達した光が、光制御出射面６７から拡散するように出射する。このレンズ６３からの出射光Ｈａを二次出射光Ｈａとすると、本実施形態の照明装置６１は、一次出射光Ｈによる照度を二次出射光Ｈａで補うことができ、この一次出射光Ｈと二次出射光Ｈａの相乗的照明効果によって、第２実施形態の照明装置２１よりも高照度の照明が可能になる。

（第４実施形態の変形例）
図１８に示す第４実施形態に係るレンズ６３は、反射面７２を変曲点のない滑らかな曲面で形成したものを例示したが、これに限られず、反射面７２をプリズム面７６ａ，７６ｂで形成することによって、反射面７２への内部入射光Ｈ’をプリズム面７６ａ，７６ｂで２回反射させて有効に光制御出射面６７へ導くようにしてもよい（図２０参照）。このような図２０に示す第４実施形態の変形例にかかるレンズ６３を照明装置６１として用いることによって、光制御出射面６７からの照射光の光量を増加させることができ、より高照度に被照射面８を照明することができる。

なお、図２０は第４実施形態の変形例を示す図である。この図２０のうち、図２０（ａ）は、第４実施形態における反射面７２の形状をプリズム面７６ａ，７６ｂに替えた変形例に係るレンズ６３を適用した照明装置６１を示す図であり、側面７３から入射し反射面７２（プリズム面７６ａ，７６ｂ）に到達した光Ｈ’が、反射面７２（プリズム面７６ａ，７６ｂ）で内部反射されて有効に光制御出射面６７へ導かれるようにしたことを説明する図である。また、図２０（ｂ）は、図２０（ａ）に示したレンズ６３の下面図である。また、図２０（ｃ）は、図２０（ａ）のＸ５−Ｘ５線に沿って切断して示すレンズ６３の断面図であり、レンズ６３に入射して反射面７２（プリズム面７６ａ，７６ｂ）で反射される図２０（ａ）の太線で示す光Ｈ’の光路を本断面図上に投影し、反射面７２を形成するプリズム面７６ａ，７６ｂにおいて２回反射させ、効果的に光Ｈ’を偏向することを示す図である。

［その他の実施形態］
本発明の実施形態として、被照射面８をほぼ円形に照明する照明装置１、及び被照射面８をほぼ矩形形状に照明する照明装置２１，４１，６１を例示したが、これに限られず、被照射面８を星形、三角形、正四角形、５角形、六角形等の様々な形状に照明する場合にも変形適用することが可能である。

本発明は、携帯電話、デジタルカメラ、ビデオカメラ等に広く使用されて、被写体を明るく照明する照明装置、及びこの照明装置に使用されるレンズに限られず、読書灯、マップライト、ベッドライト等のように、限られた照射領域に光を照射する機器の照明装置及びレンズとして広く適用できる。

本発明の第１実施形態に係る照明装置の模式的構成図である。 図１の照明装置に適用されるレンズを示す図であり、図２（ａ）がレンズの平面図、図２（ｂ）がレンズの側面図、図２（ｃ）が図２（ａ）のＸ１−Ｘ１線に沿って切断して示す断面図、図２（ｄ）が図２（ｃ）の一部拡大図である。 発光素子の光軸を含む照明装置の一部断面図であり、各パラメータ（θ１，θ２，θ３，θ５等）を説明するための図である。 入射角θ１と出射角θ５との関係を示す図である。 入射角θ１とレンズ面傾斜角θ３との関係を示す図である。 基準平面と平行な面内における回転角φを説明する図である。 回転角φと限界角度θ’との関係を示す図である。 第１実施形態の照明装置で被照射面を照明した場合の照度分布図である。 比較例としての照明装置を示す模式的構成図である。 本発明の第２実施形態に係る照明装置の模式的構成図である。 図１０の照明装置に適用されるレンズを示す図であり、図１１（ａ）がレンズの平面図、図１１（ｂ）がレンズの側面図、図１１（ｃ）が図１１（ａ）のＸ３−Ｘ３線に沿って切断して示す断面図、図１１（ｄ）が図１１（ａ）のＸ２−Ｘ２線に沿って切断して示す断面図、図１１（ｅ）が図１１（ｄ）の一部拡大図である。 第２実施形態の照明装置で被照射面を照明した場合の照度分布図である。 観察角ηと照度との関係を示す図である。 本発明の第３実施形態に係る照明装置の模式的構成図である。 第３実施形態の照明装置で被照射面を照明した場合の照度分布図である。 第１乃至第３実施形態の第１変形例に係る照明装置の模式的構成図である。 第１乃至第３実施形態の第２変形例に係る照明装置の模式的構成図である。 本発明の第４実施形態に係る照明装置の模式的構成図である。 図１８の照明装置に適用されるレンズを示す図であり、図１９（ａ）がレンズの平面図、図１９（ｂ）がレンズの側面図、図１９（ｃ）が図１９（ａ）のＸ４−Ｘ４線に沿って切断して示す断面図である。 図２０（ａ）は第４実施形態の変形例に係る照明装置を示す図、図２０（ｂ）は本変形例に係る照明装置を構成するレンズの下面図、図２０（ｃ）は図２０（ａ）のＸ５−Ｘ５線に沿って切断して示す断面図である。 従来の照明装置の模式的構成図である。

符号の説明

１，２１，４１，６１……照明装置、２……発光素子、３，２３，４３，６３……レンズ、４，２４，４４……下面（入射面）、７，２７，４７，６７……光制御出射面、１０，３０，５０……被照射領域、６４……底面（入射面）、Ｈ……光、Ｌ……光軸

Claims (4)

1. 点光源を有する発光素子からの出射光をレンズを介して照射光として出射し、前記照射光で被照射領域を照明する照明装置において、
   前記レンズは、前記発光素子に対向する平面である入射面と、前記入射面から入射した前記発光素子からの光を前記照射光として出射する光制御出射面と、を備え
   前記光制御出射面は、
   （１）少なくとも、前記発光素子から最大強度の光が出射する光軸から前記最大強度の半分の値の光が出射することになる範囲まで形成され、
   （２）前記光軸を中心とする所定範囲に位置し、且つ、前記発光素子に向かって凸の滑らかな曲面形状である第１の出射面と、
   前記第１の出射面の周囲に連続して形成され、且つ、前記第１の出射面と反対の方向に凸の滑らかな曲面形状である第２の出射面と、を有し、
   前記第１の出射面と前記第２の出射面とが滑らかに接続され、且つ、前記第１の出射面と前記第２の出射面との接続部分が変曲点となっており、
   （３）前記発光素子から出射した光のうち、前記レンズに入射する前の光と前記光軸とのなす角をθ１とし、前記光制御出射面から出射する光と前記光軸とのなす角をθ５とし、前記被照射領域の中央部と周辺部の照度差を決める定数をβとし、θ５の最大値をθ’とすると、
   前記発光素子から出射される光のうちで、少なくとも最大強度の光が出射される方向から最大強度の半分の値となる光が出射される方向までの角度範囲内の光について、θ５とθ１の関係が、
   θ５＝｛１−（１−２×θ１／π） ^β ｝×θ’
   で表すことができ、
   （４）前記発光素子から出射して前記レンズの前記入射面から入射し、前記レンズの内部を他部で反射されることなく伝搬して到達した内部伝搬光を、前記光制御出射面の異なる箇所から出射した前記照射光同士が少なくとも前記被照射領域に到達するまでの間において交差しないように、前記照射光として出射する形状に形成されていると共に、
   前記発光素子からの出射強度が最大となる光軸近傍の前記照射光の光束密度を、前記光軸近傍以外の前記照射光の光束密度よりも疎とする形状に形成されている、
   ことを特徴とする照明装置。
2. 点光源を有する発光素子からの出射光をレンズを介して照射光として出射し、前記照射光で被照射領域を照明する照明装置において、
   前記レンズは、前記発光素子に対向する平面である入射面と、前記入射面から入射した前記発光素子からの光を前記照射光として出射する光制御出射面と、を備え
   前記光制御出射面は、
   （１）少なくとも、前記発光素子から最大強度の光が出射する光軸から前記最大強度の半分の値の光が出射することになる範囲まで形成され、
   （２）前記光軸を中心とする所定範囲に位置し、且つ、前記発光素子に向かって凸の滑らかな曲面形状である第１の出射面と、
   前記第１の出射面の周囲に連続して形成され、且つ、前記第１の出射面と反対の方向に凸の滑らかな曲面形状である第２の出射面と、を有し、
   前記第１の出射面と前記第２の出射面とが滑らかに接続され、且つ、前記第１の出射面と前記第２の出射面との接続部分が変曲点となっており、
   （３）前記発光素子から出射した光のうち、前記レンズに入射する前の光と前記光軸とのなす角をθ１とし、前記光制御出射面から出射する光と前記光軸とのなす角をθ５とし、前記被照射領域の中央部と周辺部の照度差を決める定数をβとし、θ５の最大値をθ’とすると、
   前記発光素子から出射される光のうちで、少なくとも最大強度の光が出射される方向から最大強度の半分の値となる光が出射される方向までの角度範囲内の光について、θ５とθ１の関係が、
   θ５＝｛１−（１−２×θ１／π） ^β ｝×θ’
   で表すことができ、
   （４）前記発光素子から出射して前記レンズの前記入射面から入射し、前記レンズの内部を他部で反射されることなく伝搬して到達した内部伝搬光を、前記光制御出射面の異なる箇所から出射した前記照射光同士が少なくとも前記被照射領域に到達するまでの間において交差しないように、前記照射光として出射する形状に形成されている、
   ことを特徴とする照明装置。
3. 点光源を有する発光素子と被照射領域との間に配置され、前記発光素子からの出射光を内部に採り入れた後に照射光として出射し、前記照射光で前記被照射領域を照明する照明装置のレンズにおいて、
   前記発光素子からの出射光が入射する平面である入射面と、
   前記入射面から入射した前記発光素子からの出射光のうち、内部を他部で反射されることなく伝播して到達した内部伝搬光を照射光として出射する光制御出射面と、を備え、
   前記光制御出射面は、
   （１）少なくとも、前記発光素子から最大強度の光が出射する光軸から前記最大強度の半分の値の光が出射することになる範囲まで形成され、
   （２）前記光軸を中心とする所定範囲に位置し、且つ、前記発光素子に向かって凸の滑らかな曲面形状である第１の出射面と、
   前記第１の出射面の周囲に連続して形成され、且つ、前記第１の出射面と反対の方向に凸の滑らかな曲面形状である第２の出射面と、を有し、
   前記第１の出射面と前記第２の出射面とが滑らかに接続され、且つ、前記第１の出射面と前記第２の出射面との接続部分が変曲点となっており、
   （３）前記発光素子から出射した光のうち、前記入射面から入射する前の光と前記光軸とのなす角をθ１とし、前記光制御出射面から出射する光と前記光軸とのなす角をθ５とし、前記被照射領域の中央部と周辺部の照度差を決める定数をβとし、θ５の最大値をθ’とすると、
   前記発光素子から出射される光のうちで、少なくとも最大強度の光が出射される方向から最大強度の半分の値となる光が出射される方向までの角度範囲内の光について、θ５とθ１の関係が、
   θ５＝｛１−（１−２×θ１／π） ^β ｝×θ’
   で表すことができ、
   （４）前記光制御出射面上の異なる箇所から出射した前記照射光同士が少なくとも前記被照射領域に到達するまでの間において交差しないように、前記内部伝搬光を前記照射光として出射する形状に形成されていると共に、
   前記発光素子からの出射強度が最大となる光軸近傍の前記照射光の光束密度を、前記光軸近傍以外の前記照射光の光束密度よりも疎とする形状に形成されている、
   ことを特徴とする照明装置のレンズ。
4. 点光源を有する発光素子と被照射領域との間に配置され、前記発光素子からの出射光を内部に採り入れた後に照射光として出射し、前記照射光で前記被照射領域を照明する照明装置のレンズにおいて、
   前記発光素子からの出射光が入射する平面である入射面と、
   前記入射面から入射した前記発光素子からの出射光のうち、内部を他部で反射されることなく伝播して到達した内部伝搬光を照射光として出射する光制御出射面と、を備え、
   前記光制御出射面は、
   （１）少なくとも、前記発光素子から最大強度の光が出射する光軸から前記最大強度の半分の値の光が出射することになる範囲まで形成され、
   （２）前記光軸を中心とする所定範囲に位置し、且つ、前記発光素子に向かって凸の滑らかな曲面形状である第１の出射面と、
   前記第１の出射面の周囲に連続して形成され、且つ、前記第１の出射面と反対の方向に凸の滑らかな曲面形状である第２の出射面と、を有し、
   前記第１の出射面と前記第２の出射面とが滑らかに接続され、且つ、前記第１の出射面と前記第２の出射面との接続部分が変曲点となっており、
   （３）前記発光素子から出射した光のうち、前記入射面から入射する前の光と前記光軸とのなす角をθ１とし、前記光制御出射面から出射する光と前記光軸とのなす角をθ５とし、前記被照射領域の中央部と周辺部の照度差を決める定数をβとし、θ５の最大値をθ’とすると、
   前記発光素子から出射される光のうちで、少なくとも最大強度の光が出射される方向から最大強度の半分の値となる光が出射される方向までの角度範囲内の光について、θ５とθ１の関係が、
   θ５＝｛１−（１−２×θ１／π） ^β ｝×θ’
   で表すことができ、
   （４）前記光制御出射面上の異なる箇所から出射した前記照射光同士が少なくとも前記被照射領域に到達するまでの間において交差しないように、前記内部伝搬光を前記照射光として出射する形状に形成されている、
   ことを特徴とする照明装置のレンズ。

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