JP5392481B2 - 照明装置 - Google Patents

Description

本発明は、照明装置に関する。

従来、発光素子として発光ダイオード素子を光源とする照明装置では、発光ダイオード素子とこの発光ダイオード素子が発光する光を制御するレンズとを組み合わせて、任意の配光特性が得られるように構成されている。このような集光性を重視した発光ダイオードとして、例えば、砲弾型ＬＥＤパッケージが知られている。この種の発光ダイオードは、一方のリードフレームの頂部に凹部を設け、この凹部に発光ダイオード素子を載置して固着するとともに、この発光ダイオード素子と他方のリードフレームの頂部をボンディングワイヤによって接続したものの周囲を、透光性樹脂体によって封止した構造のものである。リードフレームの頂部に設けた凹部によって、発光ダイオード素子から出た光を効果的に上方向へ導き出すと共に、透光性樹脂体の頂部が半球形状に形成されていることから、集光作用の効果も高まる利点があった。

また、セラミックや樹脂などで成型したキャビティ中にＬＥＤチップを実装し、このキャビティにエポキシやシリコーンなどの樹脂を封入させた表面実装型ＬＥＤも知られている。この製品は、キャビティ内側の面をテーパー状に上方に広げることによりリフレクター（反射板）の機能を持たせ、指向性を高めたものもある。また、エポキシやシリコーン樹脂以外にガラスなどでできたレンズを取り付けることにより、指向性をより高めたタイプのものもある。

また上記の配光特性は、光軸に対して対称的な配置になるものが多かったが、例えば信号機のように、光軸に対して非対称の配光特性が望まれる場合もある。信号機は所定の明るさを確保するため比較的狭い範囲に配光するように設計されているので、光軸から外れた配光範囲外の位置から信号機を見ると極端に暗く見えるという問題点がある。例えば道路信号機は歩行者、自動車の運転手から見て前方の高い位置に設置されることが多いが、光軸を路面に平行に設定した湯合、道路信号機に近付くにつれて道路信号機の明りが暗くなって見えにくくなるので、信号機自体を傾けて、光軸が若干下向きになるように設置している。ところが、光軸を下向きに傾け過ぎると遠くから見たときに暗くて見えにくくなるという問題がある。そのため、配光特性に偏りをもたらすことを目的とした信号機が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

また、ストロボ装置では照射範囲をマクロ（至近距離）（例えば、３０ｃｍ）からできるだけ遠くまで対応させたいと言うニーズがある。一般にストロボ装置は、ストロボ光の照射範囲中心の光軸と撮影レンズの光軸は平行にずれているため、マクロ領域の全域を照射することができないという問題がある。しかし、カメラのデザイン上、ストロボ装置を傾けることは難しく、そのためこの場合も配光特性に偏りをもたらすことが望まれている。この他にもディスプレイ照明等でデザイン上、光軸から外れて斜めになっている部分に均一に照射したいニーズがあると考えられる。また、センサーなどに用いる場合には特定の場所に光を集光させたいなどのニーズがある。

特開平６−３４９３０７号公報

以上のように世間では様々な配光特性が望まれている。しかしながら、所望の配光特性を持たせるために、特許文献１に記載の発明のように、フレネルレンズなどの複雑なレンズ形状を用いる場合が多く、製造が容易ではなくコストもかかると言う課題があった。

本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、簡易な構成で製造が容易なレンズを用いて、光束のロスなく所望の配光特性を実現することが可能な照明装置を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、第１の本発明に係る照明装置は、光源と、この光源を被覆し当該光源からの光を所定方向に屈折させるレンズ部と、を有する照明部により構成され、レンズ部は、光源側に位置し、少なくとも一部が、光源の中心に球心が位置する球面として形成された入射面と、入射面を挟んで光源と反対側に位置し、少なくとも一部が、入射面の球心位置とは異なる位置を中心とする少なくとも１つ以上のコーニック面として形成された凸面である射出面と、を有し、射出面の各コーニック面が、光源の中心位置を原点とし、この光源の載置面に対して水平方向で、かつ、当該射出面の中心と入射面の球心とを含む光源の載置面に対して垂直な面に平行な方向をＸ方向とし、載置面に対して法線方向をＺ方向とし、入射面の球心の位置座標をＡ（Ｘａ，Ｚａ）とし、射出面上の任意の位置座標Ｃ（Ｘｃ，Ｚｃ）を接点とする接線に対して垂直な線と位置座標Ａを通る任意の直線との交点の位置座標をＤ（Ｘｄ，Ｚｄ）とし、前記射出面の中心の位置座標をＢ（Ｘｂ，Ｚｂ）、コーニック面の長半径をａ、短半径をｂとし、射出面の中心を通る直線とＸ軸とのなす角度をθとし、レンズ部の媒質の屈折率をｎとしたときに、次式

を満足するように構成される。
また、第２の本発明に係る照明装置は、光源と、この光源を被覆し当該光源からの光を所定方向に屈折させるレンズ部と、を有する照明部により構成され、レンズ部は、光源側に位置し、少なくとも一部が、光源の中心に球心が位置する球面として形成された入射面と、入射面を挟んで光源と反対側に位置し、少なくとも一部が、入射面の球心位置とは異なる位置を中心とする少なくとも１つ以上のコーニック面として形成された射出面と、を有し、射出面の形状が球面であった場合、光源の中心位置を原点とし、光源の載置面に対して水平方向で、かつ、当該射出面の球心と入射面の球心とを含む光源の載置面に対して垂直な面に平行な方向をＸ方向とし、載置面に対して法線方向をＺ方向とし、入射面の球心の位置座標をＡ（Ｘａ，Ｚａ）とし、射出面の球面の球心の位置座標をＢ（Ｘｂ，Ｚｂ）とし、射出面の球面の半径をｒｂとし、レンズ部の媒質の屈折率をｎとしたときに、次式

を満足するよう構成される。

このような照明装置は、射出面の各コーニック面の中心が、入射面の球面を一部構成する球の空間内に位置することが好ましい。

このような照明装置において、射出面は、２つ以上のコーニック面と、当該２つ以上のコーニック面を連結する半円錐台又は半円柱で構成されることが好ましい。

このような照明装置は、照明部を複数個有し、これらの照明部が等間隔に配置されてなることが好ましい。

本発明に係る照明装置を以上のように構成すると、簡易な構成で製作が容易なレンズを用いて、光束のロスなく所望の配光特性を実現することが可能な照明装置を得ることができる。

本発明の第１実施例の照明装置の平面図である。 図１のＩＩ−ＩＩ線断面図である。 図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図であり、第１実施例における照明装置の射出面をコーニック面としたときの光路を説明するための説明図である。 図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図であり、第１実施例における照明装置の射出面を球面としたときの光路を説明するための説明図である。 第１実施例におけるレンズ部から射出される光束の放射角度特性についてのシミュレーション結果を示す図である。 第１実施例の光源に用いた表面実装型パッケージＬＥＤの放射角度特性を示す図である。 本発明の第２実施例の照明装置の平面図である。 第２実施例におけるレンズ部から射出される光来の放射角度特性についてのシミュレーション結果を示す図である。 本発明の第３実施例の照明装置の平面図である。 図９のＸ−Ｘ線断面図である。 第３実施例のレンズ部から射出される光束の放射角度特性についてのシミュレーション結果を示す図である。 本発明の第４実施例の照明装置の平面図である。 第４実施例のレンズ部から射出される光束の放射角度特性についてのシミュレーション結果を示す図である。 本発明の第５実施例の照明装置の平面図である。 図１４のＸＶ−ＸＶ線断面図である。 第５実施例のレンズ部から射出される光束の放射角度特性についてのシミュレーション結果を示す図である。 本発明の第６実施例の照明装置の平面図である。 第６実施例のレンズ部から射出される光束の放射角度特性についてのシミュレーション結果を示す図である。 本発明の第７実施例の照明装置の平面図である。 図１９のＸＸ−ＸＸ線断面図である。 第７実施例のレンズ部から射出される光束の放射角度特性についてのシミュレーション結果を示す図である。 本発明の第８実施例の照明装置の平面図である。 第８実施例のレンズ部から射出される光束の放射角度特性についてのシミュレーション結果を示す図である。

以下、本発明の好ましい実施形態について図面を参照して説明する。図１に示すように、本実施形態の照明装置１０は、パッケージ基板２と、パッケージ基板２上に搭載された光源としてのＬＥＤチップ３と、ＬＥＤチップ３を覆うように形成されたレンズ部４と、から構成されている（パッケージ基板２、ＬＥＤチップ３及びレンズ部４をまとめて「照明部１」と呼ぶ）。

また、本明細書において、Ｘ方向とは、図１に示すＩＩＩ−ＩＩＩ線断面を表す図３または図４に示すように、パッケージ基板２の表面（光源であるＬＥＤチップ３の載置面）に対して水平方向で、かつ、入射面４ａの球心と射出面４ｂの中心とを含むパッケージ基板２の表面に対して垂直な面と平行な方向を指し、Ｚ方向とは、図３または図４に示すように、パッケージ基板２に対する法線方向を指す。なお、図示しないが、Ｙ方向はパッケージ基板２に対して水平方向であって、Ｘ方向と直交する方向を指す。また、以降の説明では、ＬＥＤチップ３は、このＬＥＤチップ３の中心に位置する点光源として考え、この点光源を座標の中心とする（光軸はＺ軸方向と一致する）。

これに対して、照明装置１０の光の配光特性を表すための方向決めとして、図１に示すように、パッケージ基板２の表面に対して水平方向であって、パッケージ基板２の短手方向をＸ′方向と定義し、長手方向をＹ′方向と定義する。なお、図２は図１に示すＩＩ−ＩＩ線断面である。

レンズ部４における入射面４ａは、光源側に向く凹面として形成されており、全反射が起きないように、球心位置を点光源の位置（ＬＥＤチップ３の中心）と一致するように配置された球面である。入射面４ａにおいて全反射が起きると光量の低下を招き、意図した配光特性を得ることができないため、入射面４ａをこのような構成としている。また、光量の低下を防ぐためには入射面４ａの半径は、ＬＥＤチップ３から射出される光束の発散角を十分取り込める大きさが必要である。

一方、入射面４ａを挟んでＬＥＤチップ３と反対側の面にある射出面４ｂは、入射面４ａを覆うように形成された１つのコーニック面からなる凸面として形成されている。また、この射出面４ｂは、その中心位置が入射面４ａの球心位置とは異なる位置であって、かつ、入射面４ａの球面よりも原点寄り（球面内）に配置されるように構成されている。このように、入射面４ａの球心と射出面４ｂの中心とを異なる位置とすることにより、所望の配光特性が得られる。

なお、本実施形態では、入射面４ａ及び射出面４ｂは、必ずしも全体がコーニック面でなくてもよく、入射面４ａ及び射出面４ｂの少なくとも一部がコーニック面であればよい。例えば、コーニック面と平面との組み合わせでもよい。また、射出面４ｂのコーニック面は、１つであってもよいし、２つ以上を組み合わせたものであってもよい。また、２以上のコーニック面が滑らかにつながるように、例えば、コーニック面間を半円錐台又は半円柱で連結してもよい。

このような照明装置１０において、入射面４ａと同様に、射出面４ｂにおいて全反射が起きると、全反射した光がパッケージ基板２等で反射してしまい所望の配光特性を得ることができない。そのため、この射出面４ｂにおいても全反射が起きないようするため、当該射出面４ｂは、図３に示すように、点光源の位置（ＬＥＤチップ３の中心位置）を原点とし、入射面４ａの球心Ａの位置座標をＡ（Ｘａ，Ｚａ）とし、射出面４ｂ上の任意の位置座標Ｃ（Ｘｃ，Ｚｃ）を接点とする接線に対して垂直な線と位置座標Ａを通る任意の直線との交点の位置座標をＤ（Ｘｄ，Ｚｄ）とし、射出面４ｂの中心の位置座標をＢ（Ｘｂ，Ｚｂ）、コーニック面の長半径をａ、短半径をｂとし、射出面４ｂの中心を通る直線とｘ軸がなす角度をθとし、レンズ部４の媒質の屈折率をｎとしたときに、次式（１）を満たすことが好ましい。なお、射出面４ｂが２以上の球面を有する場合は、各コーニック面が、次式（１）を満たすことが好ましい。また、以降の説明において、屈折率は基準波長に対するものとする。

上記式（１）は、次のようにして導き出すことができる。すなわち、図３に示すように、ＬＥＤチップ３からの光が、Ｃ点から射出するとした場合、球心Ａ及びＣ点を結ぶ線分ＡＣとＸ軸とのなす角をθ１、Ｄ点とＣ点とを結ぶ直線ＤＣとＸ軸とのなす角をθ３、球心ＡとＤ点とを結ぶ直線ＡＤとＸ軸とのなす角をθ４、線分ＡＣとＤ点及びＣ点を結ぶ線分ＤＣとのなす角をθ２とし、射出面４ｂの長軸をａ、短軸をｂとし、この射出面４ｂの中心を通る直線とＸ軸とのなす角をθとしたとき、次式（２）が導き出される。

また、スネルの法則より、次式（３）が成り立つ。なお、式（３）中、１は全反射を示す。

そして、式（３）に式（２）を代入することにより、前出の式（１）が導き出される。

また、特に射出面４ｂが球面を用いて形成されている場合は、次式を用いても良い。すなわち、射出面４ｂは図４に示すように、点光源の位置（ＬＥＤチップ３の中心位置）を原点とし、入射面４ａの球心Ａの位置座標をＡ（Ｘａ，Ｚａ）とし、射出面４ｂにおける１つの球面の球心Ｂの位置座標をＢ（Ｘｂ，Ｚｂ）とし、当該射出面４ｂの半径をｒｂとし、レンズ部４を形成する媒質の屈折率をｎとしたときに、次式（４）を満たすことが好ましい。なお、射出面４ｂが２以上の球面を有する場合は、各球面の球心が、次式（４）を満たすことが好ましい。

上記式（４）は、次のようにして導き出すことができる。すなわち、図４に示すように、ＬＥＤチップ３からの光が、Ｃ点から射出するとした場合、球心Ａ及びＣ点を結ぶ線分ＡＣと、球心Ａ及び球心Ｂを結ぶ線分ＡＢとのなす角をθ１とし、線分ＡＣと、球心Ｂ及びＣ点を結ぶ線分ＢＣとのなす角をθ２とし、射出面４ｂの半径をｒｂとし、球心Ａと球心Ｂとの距離をバー付きのＡＢとしたとき、正弦定理により、次式（５）が導き出される。

また、スネルの法則により、次式（６）が成り立つ。なお、式（６）中、１は全反射を示す。

そして、式（５）に式（６）を代入した計算式に、更に式（７）に示すバー付きＡＢを代入することにより、前出の式（４）が導き出される。

本実施形態による照明装置１０は以上のように構成されており、ＬＥＤチップ３に駆動電圧が印加されることにより、ＬＥＤチップ３が発光し、ＬＥＤチップ３からの光がレンズ部４を通って外部に射出する。その際に、レンズ部４の負レンズ機能を有する入射面４ａ（球面）に入射した光が拡散し、この拡散した光は正レンズ機能を有する射出面４ｂ（コーニック面）により集光され、所望の配光特性が得られた状態で外部に射出される。このように所望の配光特性が得られるため、信号機やセンサ一等に有用な照明装置１０が得られる。

〔第１実施例〕
以下、本発明の実施例を、添付図面に基づいて説明する。図１〜図４は、第１実施例に係る照明装置１０の構成を示す図である。第１実施例の照明装置１０は、パッケージ基板２と、光源３と、レンズ部４とからなる照明部１から構成され、レンズ部４は、負レンズ機能を有する入射面４ａと、正レンズ機能を有する射出面４ｂとから構成される。入射面４ａの曲率半径はｒ＝１．８ｍｍであり、射出面４ｂの長半径はａ＝３．３ｍｍ、短半径はｂ＝３．３ｍｍの球面である。また、入射面４ａの球心Ａの位置は光源３の中心位置とし、射出面４ｂの中心Ｂの位置は、図２に示すように、光源３の中心からＸ′方向に１ｍｍ、Ｙ′方向に−１ｍｍ移動したものである。なお、球心Ａ、中心Ｂともに、Ｚ方向の座標は同一である。このように第１実施例及び以降の実施例では、射出面４ｂの中心ＢのＺ方向の座標は、入射面４ａの球心Ａと同一であるが、必ずしも同一である必要はなく、中心Ｂと球心ＡとのＺ方向の座標とが互いに異なってもよい。ただし、中心Ｂは、入射面４ａの球面を含む球の空間内に位置することが好ましい。

第１実施例における、レンズ部４から射出された光束のＸ′方向及びＹ′方向での放射角度特性のシミュレーション結果を図５に示す。第１実施例では、光源３として表面実装型パッケージＬＥＤを用いている。この表面実装型パッケージＬＥＤのＸ′方向及びＹ′方向での放射角度特性を図６に示す。また、レンズ部４として屈折率がｎ＝１．５２５の材料を用いている。なお、０（ｄｅｇ）は光軸方向（Ｚ軸方向）であり、以下、放射角度特性を示す図においては同様である。

以上の数値を前出の式（１）または（４）に代入することにより、この条件では全反射は起きないことがわかる。また、図６の表面実装型パッケージＬＥＤの放射角度特性と比較して、第１実施例の照明装置１０では、図５に示すように、レンズ部４の射出面４ｂから、Ｘ′方向に４５度、Ｙ′方向に−４５度の方向となる配光特性で光束を射出することができる。

〔第２実施例〕
図７に、第２実施例に係る照明装置１０の構成を示す。この図７に示す照明装置１０は、第１実施例における照明部１を複数個、アレイ状に配置して構成されている。第２実施例における、レンズ部４から射出された光束のＸ′方向及びＹ′方向における放射角度特性のシミュレーション結果を図８に示す。このように配置することにより、第２実施例では、第１実施例で得られたような配光特性を維持しつつ、放射強度を上げることも可能である。

〔第３実施例〕
図９及び図１０に、第３実施例に係る照明装置１０の構成を示す。この照明装置１０は、レンズ部４の射出面１１（１１ａ〜１１ｃ）の形状が変更された以外は、第１実施例の照明装置１０と同様の構成である。第３実施例では、光軸に対して射出面１１を対称な配置にすることにより、光軸に対して垂直な面に対して均一に照明させたい場合に有効である。

この第３実施例のレンズ部４の射出面１１は、正レンズ機能を有する球面状の２つの射出面１１ａ，１１ｂと、当該射出面１１ａ，１１ｂを滑らかに連結するために、これらの間に挿入した半円柱形状の射出面１１ｃとから形成されている。射出面１１ａ及び射出面１１ｂの中心Ｂ，Ｂ′の位置は、光軸（図１０のＺ方向）に対して対称であり、曲率半径は同一である。このような構成とすることにより、第３実施例の照明装置１０は、後述するように、光軸に対して対称な配光特性を得ることができる。また、射出面１１ｃを挿入する目的は、製造上作り易くするために設けたものである。

この第３実施例における照明装置１０を具体的に説明する。この照明装置１０において、入射面４ａの曲率半径はｒ＝１．８ｍｍであり、射出面１１ａの長半径はａ＝３ｍｍ、短半径はｂ＝３ｍｍの球面であり、射出面１１ｂの長半径はａ＝３ｍｍ、短半径はｂ＝３ｍｍの球面である。入射面４ａの球心Ａは、光源３の中心位置としている。また、射出面１１ａの中心Ｂは光源３からＸ′方向に−０．５ｍｍ、Ｙ′方向に０ｍｍの位置とし、射出面１１ｂの中心Ｂの位置は光源３からＸ′方向に０．５ｍｍ、Ｙ′方向に０ｍｍの位置としている。また、射出面１１ｃは、射出面１１ａと射出面１１ｂのコーニック面が滑らかに連結するよう挿入されたものである。ここで用いた光源３は、第１実施例と同様の表面実装型パッケージＬＥＤである。また、レンズ部４の媒質の屈折率は、第１実施例と同様にｎ＝１．５２５である。

この第３実施例における、レンズ部４から射出された光束のＸ′方向及びＹ′方向での放射角度特性のシミュレーション結果を図１１に示す。また、射出面１１ａ，１１ｂに対して以上の数値を前出の式（１）または（４）に代入することにより、この条件では全反射は起きないことがわかる。このように、第３実施例の照明装置１０では、光軸に対して垂直な面に対して均一に照明するのに適した配光特性が得られる。すなわち、レンズ部４の射出面１１ａからＸ′方向に−３０度、Ｙ′方向に０度の方向となる光束を、射出面１１ｂからＸ′方向に３０度、Ｙ′方向に０度の方向となる光束を、光軸に対して対照的な強度分布で射出することができる。

〔第４実施例〕
図１２は、第４実施例に係る照明装置１０の構成を示す図である。この図１２に示す照明装置１０は、第３実施例における照明部１を複数個、アレイ状に配置して構成されている。この第４実施例における、レンズ部４から射出された光束のＸ′方向及びＹ′方向における放射角度特性のシミュレーション結果を図１３に示す。このように配置することにより、第４実施例では、第３実施例で得られたような配光特性を維持しつつ、放射強度を上げることも可能である。

〔第５実施例〕
図１４及び図１５に、第５実施例に係る照明装置１０の構成を示す。この照明装置１０は、レンズ部４の射出面１２（１２ａ〜１２ｃ）の形状が変更された以外は、第１実施の照明装置１０と同様の構成である。この第５実施例では、光軸に対して射出面１２を非対称な配置とすることにより、ストロボのように配光特性に偏りを持たせたい場合、また、光軸に対して傾きがある面に対しても均一に照明させたい場合等に有効である。

第５実施例のレンズ部４の射出面１２は正レンズ機能を有する球面状の２つの射出面１２ａ，１２ｂと、当該射出面１２ａ，１２ｂを滑らかに連結するために、これらの間に挿入した半円錐台形状の射出面１２ｃとから形成されている。射出面１２ａと射出面１２ｂの中心Ｂ，Ｂ′の位置及び曲率半径をそれぞれ異なる位置及び長さとすることにより、配光特性および放射強度値を変えることが可能である。また、射出面１２ｃを挿入する目的は第３実施例と同様に、製造上作り易くするために設けたものである。

この第５実施例における照明装置１０を具体的に説明する。この照明装置１０において、入射面４ａの曲率半径はｒ＝１．８ｍｍであり、射出面１２ａの長半径はａ＝３ｍｍ、短半径はｂ＝３ｍｍの球面であり、射出面１２ｂの長半径はａ＝３．３ｍｍ、短半径はｂ＝３．３ｍｍの球面である。入射面４ａの球心Ａは、光源３の中心位置としている。また、射出面１２ａの中心Ｂは光源３からＸ′方向に−０．５ｍｍ、Ｙ′方向に０ｍｍの位置とし、射出面１２ｂの中心Ｂ′の位置は光源３からＸ′方向に１．２ｍｍ、Ｙ′方向に０ｍｍの位置としている。また、射出面１２ｃは射出面１２ａと射出面１２ｂのコーニック面が滑らかに連結されるように挿入したものである。ここで用いた光源３は、第１実施例と同様の表面実装型パッケージＬＥＤである。また、レンズ部４の媒質の屈折率は、第１実施例と同様にｎ＝１．５２５である。

第５実施例における、レンズ部４から射出された光束のＸ′方向及びＹ′方向での放射角度特性のシミュレーション結果を図１６に示す。また、射出面１２ａ，１２ｂに対して以上の数値を前出の式（１）または（４）に代入することにより、この条件では全反射は起きないことがわかる。このように、第５実施例の照明装置１０では、ストロボのように配光特性に偏りを持たせたい場合や、光軸に対して傾きがある面に対して均一に照明するのに適した配光特性が得られる。すなわち、レンズ部４の射出面１２ａからＸ′方向に−４５度、Ｙ′方向に０度の方向となる光束を、射出面１２ｂからＸ′方向に４５度、Ｙ′方向に０度の方向となる光束を、光軸に対して非対照的な強度分布で射出することができる。

〔第６実施例〕
図１７に、第６実施例に係る照明装置１０の構成を示す。この照明装置１０は、第５実施例における照明部１を複数個、アレイ状に配置して構成されている。また、第６実施例における、レンズ部４から射出された光束のＸ′方向及びＹ′方向における放射角度特性のシミュレーション結果を図１８に示す。このように配置することにより、第６実施例では、第５実施例で得られたような配光特性を維持しつつ、放射強度を上げることも可能である。

〔第７実施例〕
図１９及び図２０に、第７実施例に係る照明装置１０の構成を示す。この照明装置１０は、レンズ部４の射出面１３（１３ａ〜１３ｃ）の形状が変更された以外は、第１実施例の照明装置１０と同様の構成である。この第７実施例では、第５実施例同様、光軸に対して射出面１３を非対称な配置とすることにより、ストロボのような配光特性に偏りを持たせたい場合、また、光軸に対して傾きがある面に対しても均一に照明させたい場合等に有効である。なお、第７実施例と第５実施例との違いは射出面の形状が球面同士ではなく非球面同士で形成されていることである。射出面の形状を球面から非球面にすることにより形状を滑らかにすることができ、製造をより容易にすることができるメリットがある。

第７実施例のレンズ部４の射出面１３は、正レンズ機能を有するコーニック面状の２つの射出面１３ａ，１３ｂと、当該射出面１３ａ，１３ｂを滑らかに連結するために、これらの間に挿入した半円錐台形状の射出面１３ｃとから形成されている。また、射出面１３ｃを挿入する目的は第３実施例と同様に、製造上作り易くするために設けたものである。

この第７実施例における照明装置１０を具体的に説明する。この照明装置１０において、入射面４ａの曲率半径はｒ＝１．８ｍｍであり、射出面１３ａの長半径はａ＝４．１ｍｍ，短半径はｂ＝４ｍｍであり、射出面１３ｂの長半径はａ＝５．４ｍｍ，短半径はｂ＝４ｍｍである。入射面４ａの球心Ａは、光源３の中心位置としている。また、射出面１３ａの中心Ｄは光源３からＸ′方向に−０．９ｍｍ、Ｙ′方向に０ｍｍ、Ｚ方向に−０．７ｍｍの位置とし、射出面１３ｂの中心Ｄ′の位置は光源３からＸ′方向に−０．４ｍｍ、Ｙ′方向に０ｍｍ、Ｚ方向に−０．９ｍｍの位置としている。また、射出面１３ｃは射出面１３ａと射出面１３ｂの球面が滑らかに連結されるように挿入したものである。ここで用いた光源３は、第１実施例と同様の表面実装型パッケージＬＥＤである。また、レンズ部４の媒質の屈折率は、第１実施例と同様にｎ＝１．５２５である。

第７実施例における、レンズ部４から射出された光束のＸ′方向及びＹ′方向での放射角度特性のシミュレーション結果を図２１に示す。また、射出面１３ａ，１３ｂに対して以上の数値を前出の式（１）に代入することにより、この条件では全反射は起きないことが分かる。このように、第７実施例の照明装置１０では、ストロボのように配光特性に偏りを持たせたい場合や、光軸に対して傾きがある面に対して均一に照明するのに適した配光特性が得られる。すなわち、レンズ部４の射出面１３ａからＸ′方向に−３０度、Ｙ′方向に０度の方向となる光束を、射出面１３ｂからＸ′方向に４５度、Ｙ′方向に０度の方向となる光束を、光軸に対して非対照的な強度分布で射出することができる。

〔第８実施例〕
図２２に、第８実施例に係る照明装置１０の構成を示す。この照明装置１０は、第７実施例における照明部１を複数個、アレイ状に配置して構成されている。第８実施例における、レンズ部４から射出された光束のＸ′方向及びＹ′方向における放射角度特性のシミュレーション結果を図２３に示す。このように配置することにより、第８実施例では、第７実施例で得られたような配光特性を維持しつつ、放射強度を上げることも可能である。

１ 照明部 ２ パッケージ基板 ３ 光源 ４ レンズ部 ４ａ 入射面
４ｂ，１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１３ａ，１３ｂ，１３ｃ 射出面
１０ 照明装置

Claims (5)

1. 光源と、前記光源を被覆し当該光源からの光を所定方向に屈折させるレンズ部と、を有する照明部により構成され、
   前記レンズ部は、
   前記光源側に位置し、少なくとも一部が、前記光源の中心に球心が位置する球面として形成された入射面と、
   前記入射面を挟んで前記光源と反対側に位置し、少なくとも一部が、前記入射面の球心位置とは異なる位置を中心とする少なくとも１つ以上のコーニック面として形成された凸面である射出面と、を有し、
   前記射出面の各コーニック面が、前記光源の中心位置を原点とし、前記光源の載置面に対して水平方向で、かつ、当該射出面の中心と前記入射面の球心とを含む前記光源の載置面に対して垂直な面に平行な方向をＸ方向とし、前記載置面に対して法線方向をＺ方向とし、前記入射面の球心の位置座標をＡ（Ｘａ，Ｚａ）とし、前記射出面上の任意の位置座標Ｃ（Ｘｃ，Ｚｃ）を接点とする接線に対して垂直な線と位置座標Ａを通る任意の直線との交点の位置座標をＤ（Ｘｄ，Ｚｄ）とし、前記射出面の中心の位置座標をＢ（Ｘｂ，Ｚｂ）、前記コーニック面の長半径をａ、短半径をｂとし、前記射出面の中心を通る直線とＸ軸とのなす角度をθとし、前記レンズ部の媒質の屈折率をｎとしたときに、次式
   

   

   を満足するように構成された照明装置。
2. 光源と、前記光源を被覆し当該光源からの光を所定方向に屈折させるレンズ部と、を有する照明部により構成され、
   前記レンズ部は、
   前記光源側に位置し、少なくとも一部が、前記光源の中心に球心が位置する球面として形成された入射面と、
   前記入射面を挟んで前記光源と反対側に位置し、少なくとも一部が、前記入射面の球心位置とは異なる位置を中心とする少なくとも１つ以上のコーニック面として形成された射出面と、を有し、
   前記射出面の形状が球面であった場合、前記光源の中心位置を原点とし、前記光源の載置面に対して水平方向で、かつ、当該射出面の球心と前記入射面の球心とを含む前記光源の載置面に対して垂直な面に平行な方向をＸ方向とし、前記載置面に対して法線方向をＺ方向とし、前記入射面の球心の位置座標をＡ（Ｘａ，Ｚａ）とし、前記射出面の球面の球心の位置座標をＢ（Ｘｂ，Ｚｂ）とし、前記射出面の球面の半径をｒｂとし、前記レンズ部の媒質の屈折率をｎとしたときに、次式
   

   

   を満足するよう構成された照明装置。
3. 前記射出面の各コーニック面の中心が、前記入射面の球面を一部構成する球の空間内に位置する請求項１または２に記載の照明装置。
4. 前記射出面は、２つ以上のコーニック面と、当該２つ以上のコーニック面を連結する半円錐台又は半円柱で構成された請求項１〜３のいずれか一項に記載の照明装置。
5. 前記照明部を複数個有し、当該照明部が等間隔に配置されてなる請求項１〜４のいずれか一項に記載の照明装置。

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