JP5957340B2 - 光束制御部材および照明装置 - Google Patents

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Description

本発明は、発光素子から出射された光の進行方向を制御する光束制御部材および前記光束制御部材を有する照明装置に関する。
近年、省エネルギーや環境保全の観点から、発光ダイオード（以下「ＬＥＤ」ともいう）を光源とする照明装置（例えば、ＬＥＤ電球）が、白熱電球に代わるものとして使用されている。
しかしながら、従来のＬＥＤを光源とする照明装置は、前方方向のみに光を出射し、白熱電球のように幅広い方向に光を出射することができない。このため、従来の照明装置は、白熱電球のように天井や壁面からの反射光を利用して室内を広範囲に照らすことができない。
このような従来のＬＥＤを光源とする照明装置の配光特性を白熱電球の配光特性に近づけるため、ＬＥＤからの出射光の進行方向を光束制御部材で制御することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
図１は、特許文献１に記載の照明装置１０の断面図である。図１に示されるように、照明装置１０は、基板上に配置された複数のＬＥＤ１２と、ＬＥＤ１２を覆うように配置された光透過性材料からなるケース１４とを有する。ケース１４は、円筒形状のケース本体１４ａと逆円錐台形状の蓋部１４ｂとからなる。ケース本体１４ａおよび蓋部１４ｂは、一体として形成されている。また、蓋部１４ｂの内面には、透過反射膜（ハーフミラーコート）１６が形成されている。図１において矢印で示されるように、ＬＥＤ１２から出射された光の一部は、透過反射膜１６を透過して前方方向（上方向）への出射光となる。また、ＬＥＤ１２から出射された光の一部は、透過反射膜１６で反射して側方方向（水平方向）および後方方向（下方向）への出射光となる。
このように、光透過性および光反射性の両方を有する光束制御部材（半透過反射膜１６を形成されたケース１４）を用いてＬＥＤからの出射光の進行方向を制御することにより、前方方向だけでなく、側方方向または後方方向への出射光を得ることができる。したがって、特許文献１に記載の光束制御部材を使用することで、照明装置（ＬＥＤ電球）の配光特性を白熱電球の配光特性にある程度近づけることができる。
特開２００３−２５８３１９号公報
特許文献１に記載の光束制御部材では、光透過性および光反射性の両方を有する蓋部１４ｂと、光透過性を有するケース本体１４ａとでは、それぞれに求められる光学特性が異なっている。このため、蓋部１４ｂとケース本体１４ａとで光学特性をそれぞれ別個に調整することが必要である。しかしながら、特許文献１に記載の光束制御部材は、蓋部１４ｂとケース本体１４ａとが一体となっているため、それぞれの光学特性を別個に調整することは煩雑であり、製造コストが増大してしまう。
上記問題点を解消する手段としては、光透過性および光反射性の両方を有する蓋部１４ｂ（透過反射部材）と、光透過性を有するケース本体１４ａ（ホルダ）とをそれぞれ別個に製造することが考えられる。この場合、ケース本体１４ａの一方の端部に蓋部１４ｂを固定することが必要である。
ケース本体１４ａの一方の端部に蓋部１４ｂを固定する方法として、接着剤を使用して固定する方法が考えられる。しかしながら、この方法は、製造プロセスの中に接着剤の塗布工程を追加しなければならないため、光束制御部材の製造コストが増大してしまうという問題がある。
また、ケース本体１４ａの一方の端部に蓋部１４ｂを固定する別の方法として、図２に示されるように、蓋部１４ｂを側方から保持するための複数の爪１８をケース本体１４ａに設ける方法が考えられる。この場合、それぞれの爪１８に弾性を持たせるために、それぞれの爪１８の周囲に切り欠き部２０を形成する必要がある。しかしながら、この方法は、切り欠き部２０から光が漏れてしまうため、所望の配光を実現することができなくなる。
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、複数の部材からなる光束制御部材であって、光学特性および製造性の両方に優れる光束制御部材を提供することを目的とする。また、本発明は、この光束制御部材を有する照明装置を提供することも目的とする。
本発明の光束制御部材は、発光素子から出射された光の配光を制御する光束制御部材であって、光透過性を有する略円筒形状のホルダと、前記ホルダの一方の端面上に配置され、前記発光素子から出射された光の一部を反射し、一部を透過させる第１光束制御部材と、を有し、前記第１光束制御部材は、表裏関係にある２つの主要面を有し、前記ホルダの前記一方の端面の外周部の一部には、ガイド突起が設けられており、前記ホルダの前記一方の端面には、１または２以上の爪部が設けられており、前記第１光束制御部材の外周部には、前記第１光束制御部材が前記ホルダの前記一方の端面上に装着された際に、前記爪部と前記一方の端面との間に位置する嵌合部が設けられており、前記第１光束制御部材は、前記ガイド突起に沿って回転可能に径嵌合されることで径方向の移動が規制され、前記ホルダの前記一方の端面上で前記第１光束制御部材を回転させて前記嵌合部を前記爪部と前記一方の端面との間に係合させることで、前記第１光束制御部材は、前記ホルダの前記一方の端面上に固定されている、構成を採る。
本発明の照明装置は、１または２以上の発光素子と、前記本発明の光束制御部材と、前記光束制御部材からの反射光および透過光を拡散させつつ透過させるカバーと、を有する、構成を採る。
本発明によれば、複数の部材からなる光束制御部材であって、光学特性および製造性の両方に優れる光束制御部材を提供することができる。
特許文献１に記載の照明装置の断面図である。 透過反射部材の固定方法の例を示す斜視図である。 実施の形態１の照明装置の断面図である。 実施の形態１の光束制御部材の斜視図である。 図５Ａは、実施の形態１の光束制御部材の平面図であり、図５Ｂは、実施の形態１の光束制御部材の正面図であり、図５Ｃは、実施の形態１の光束制御部材の底面図であり、図５Ｄは、図５Ａに示すＡ−Ａ線の断面図である。 実施の形態１の光束制御部材の分解斜視図である。 図７Ａは、第２光束制御部材およびホルダの平面図であり、図７Ｂは、第２光束制御部材およびホルダの正面図であり、図７Ｃは、第２光束制御部材およびホルダの底面図であり、図７Ｄは、図７Ａに示すＢ−Ｂ線の断面図である。 図８Ａは、第１光束制御部材の平面図であり、図８Ｂは、第１光束制御部材の正面図であり、図８Ｃは、第１光束制御部材の底面図であり、図８Ｄは、図８Ａに示すＣ−Ｃ線の断面図であり、図８Ｅは、第１光束制御部材の右側面図である。 実施の形態２の光束制御部材に含まれる第２光束制御部材およびホルダの斜視図である。 図１０Ａは、第２光束制御部材およびホルダの平面図であり、図１０Ｂは、第２光束制御部材およびホルダの正面図であり、図１０Ｃは、第２光束制御部材およびホルダの底面図であり、図１０Ｄは、図１０Ａに示すＤ−Ｄ線の断面図である。 実施の形態３の光束制御部材に含まれる第２光束制御部材およびホルダの斜視図である。 図１２Ａは、第２光束制御部材およびホルダの平面図であり、図１２Ｂは、第２光束制御部材およびホルダの正面図であり、図１２Ｃは、第２光束制御部材およびホルダの底面図であり、図１２Ｄは、図１２Ａに示すＥ−Ｅ線の断面図である。 図１３Ａは、実施の形態４の光束制御部材に含まれる第２光束制御部材およびホルダの平面図であり、図１３Ｂは、実施の形態４の光束制御部材に含まれる第２光束制御部材およびホルダの斜視図である。 実施の形態５の光束制御部材に含まれるホルダの斜視図である。 図１５Ａは、ホルダの平面図であり、図１５Ｂは、ホルダの正面図であり、図１５Ｃは、ホルダの底面図であり、図１５Ｄは、図１５Ａに示すＦ−Ｆ線の断面図である。 実施の形態６の光束制御部材に含まれるホルダの斜視図である。 図１７Ａは、ホルダの平面図であり、図１７Ｂは、ホルダの正面図であり、図１７Ｃは、ホルダの底面図であり、図１７Ｄは、図１７Ａに示すＧ−Ｇ線の断面図である。 図１８Ａ，Ｂは、ホルダを基板上に固定した様子を示す斜視図である。
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
（実施の形態１）
［照明装置の構成］
図３は、本発明の実施の形態１の照明装置１００の断面図である。本実施の形態の照明装置は、白熱電球に代えて使用されうる。
図３に示されるように、照明装置１００は、台座１１０、基板１２０、１または２以上の発光素子１３０、光束制御部材１７０およびカバー１８０を有する。以下、各構成要素について説明する。
（１）台座、基板および発光素子
発光素子１３０は、照明装置１００の光源であり、台座１１０上に固定された基板１２０上に実装されている。発光素子１３０は、例えば白色発光ダイオードなどの発光ダイオード（ＬＥＤ）である。基板１２０上に複数の発光素子１３０が実装されている場合、各発光素子１３０は、円周上に配置されていてもよい。なお、基板１２０の形状は、発光素子１３０を実装することができれば特に限定されず、板状でなくてもよい。また、台座１１０の形状は、基板１２０を固定することができれば特に限定されず、板状でなくてもよい。
（２）光束制御部材
光束制御部材１７０は、発光素子１３０から出射された光の配光を制御する。図４および図５は、光束制御部材１７０の構成を示す図である。図４は斜視図であり、図５Ａは平面図であり、図５Ｂは正面図であり、図５Ｃは底面図であり、図５Ｄは図５Ａに示すＡ−Ａ線の断面図である。また、図６は、光束制御部材１７０の分解斜視図である。これらの図に示されるように、光束制御部材１７０は、第１光束制御部材１４０（透過反射部材）、第２光束制御部材１５０（集光部材）およびホルダ１６０（支持部材かつ拡散透過部材）を含む。また、第２光束制御部材１５０およびホルダ１６０は、一体化されている。
以下、光束制御部材１７０の各構成要素について、ホルダ１６０、第２光束制御部材１５０、第１光束制御部材１４０の順に説明する。
（２−１）ホルダ
図７は、第２光束制御部材１５０およびホルダ１６０の構成を示す図である。図７Ａは平面図であり、図７Ｂは正面図であり、図７Ｃは底面図であり、図７Ｄは図７Ａに示すＢ−Ｂ線の断面図である。前述の通り、第２光束制御部材１５０およびホルダ１６０は、一体化されている。
ホルダ１６０は、台座１１０に位置決めされるとともに、発光素子１３０に対して第１光束制御部材１４０および第２光束制御部材１５０を位置決めする。図３に示されるように、発光素子１３０の光軸ＬＡ、第１光束制御部材１４０の中心軸ＣＡ１および第２光束制御部材１５０の中心軸ＣＡ２は、一致する。
ホルダ１６０は、略円筒形状に形成された光透過性を有する部材である。ホルダ１６０の一方の端部には、第１光束制御部材１４０が固定される。ホルダ１６０の他方の端部は、台座１１０に固定される。以下の説明では、ホルダ１６０の２つの端部のうち、第１光束制御部材１４０が固定される端部を「上端部」と呼び、台座１１０に固定される端部を「下端部」と呼ぶ。
ホルダ１６０は、第２光束制御部材１５０と共に一体成形により形成されている。ホルダ１６０の材料は、所望の波長の光を通過させ得るものであれば特に限定されない。たとえば、ホルダ１６０の材料は、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）やポリカーボネート（ＰＣ）、エポキシ樹脂（ＥＰ）などの光透過性樹脂、またはガラスである。ホルダ１６０に光拡散能を付与する場合には、これらの光透過性の材料に散乱子を含ませてもよいし、ホルダ１６０の表面に光拡散処理を施してもよい。
図６に示されるように、ホルダ１６０の上端部には、上端部の端面１６１上に第１光束制御部材１４０を固定するための、ガイド突起１６２および爪部１６３が設けられている。
ガイド突起１６２は、上端部の端面１６１の外周部の一部に形成されており、第１光束制御部材１４０がホルダ１６０の径方向に移動することを防止する。ガイド突起１６２の数は、特に限定されないが、通常は２つ以上である。図６に示される例では、ホルダ１６０は、互いに対向する２つのガイド突起１６２を有している。また、ガイド突起１６２の形状は、第１光束制御部材１４０と径嵌合することができれば特に限定されない。図６に示される例では、平面視したときのガイド突起１６２の形状は、円弧状である。
爪部１６３は、上端部の端面１６１に形成されている。後述するように、爪部１６３は、第１光束制御部材１４０の嵌合部１４３（凹部１４４）と共に第１光束制御部材１４０が外れることおよび回転することを防止する。爪部１６３の数は、特に限定されないが、通常は２つ以上である。図６に示される例では、ホルダ１６０は、互いに対向する２つの爪部１６３を有している。また、爪部１６３の形状は、第１光束制御部材１４０を回転させたときに、爪部１６３を第１光束制御部材１４０の凹部１４４に係合させることができれば特に限定されない。
ホルダ１６０の上端部には、全周にわたり、第１光束制御部材１４０を載せるための端面１６１が形成されている。すなわち、ガイド突起１６２の内側および爪部１６３の内側にも端面１６１は存在する（図７Ａ参照）。したがって、光束制御部材１７０を平面視したとき、第１光束制御部材１４０の外周部（フランジ１４２）は、全周にわたり上端部の端面１６１と重なる。このため、第１光束制御部材１４０とホルダ１６０との隙間から光が漏れることが防止される。
ホルダ１６０の下端部には、ホルダ１６０を台座１１０に位置決めするための段部１６５が設けられている。また、第２光束制御部材１５０の周囲の空気を換気するための換気口１６６も設けられている。
（２−２）第２光束制御部材
第２光束制御部材１５０は、発光素子１３０から出射された光の一部の進行方向を制御し、第２光束制御部材１５０からの出射光の方が発光素子１３０からの出射光よりも配光が狭まるように機能する。図７Ａに示されるように、第２光束制御部材１５０は、平面視形状が略円形に形成された部材である。第２光束制御部材１５０は、ホルダ１６０により支持されており、その中心軸ＣＡ２が光軸ＬＡと一致するように、発光素子１３０に対して空気層を介して配置されている（図３参照）。基板１２０上に複数の発光素子１３０が配置されている場合、「発光素子１３０の光軸ＬＡ」とは、複数の発光素子１３０からの立体的な光束の中心における光の進行方向をいう。
図７に示されるように、第２光束制御部材１５０は、発光素子１３０から出射された光を入射する入射面１５１と、入射面１５１から入射した光の一部を全反射する全反射面１５２と、入射面１５１から入射した光の一部および全反射面１５２で反射した光を出射する出射面１５３とを有する。
前述の通り、第２光束制御部材１５０は、ホルダ１６０と共に一体成形により形成されている。第２光束制御部材１５０の材料は、所望の波長の光を通過させ得る透過性の高いものであれば特に限定されない。たとえば、第２光束制御部材１５０の材料は、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）やポリカーボネート（ＰＣ）、エポキシ樹脂（ＥＰ）などの光透過性樹脂、またはガラスである。
入射面１５１は、発光素子１３０から出射された光を第２光束制御部材１５０の内部に入射させる。入射面１５１は、第２光束制御部材１５０の底部に形成された凹部の内面である。入射面１５１は、発光素子１３０と対向する位置に、第２光束制御部材１５０の中心軸ＣＡ２と交わるように形成されている。入射面１５１は、第２光束制御部材１５０の中心軸ＣＡ２を中心とする回転対称面である。入射面１５１は、凹部の天面を構成する内天面と、凹部の側面を構成するテーパー状の内側面とを有する。内側面は、内天面側の縁の内径寸法よりも開口縁側の内径寸法の方が大径となるように、内天面側から開口縁側に向かうに従って内径が漸増している（図７Ｄ参照）。
全反射面１５２は、入射面１５１に入射した光の一部を第１光束制御部材１４０に向けて全反射する。全反射面１５２は、第２光束制御部材１５０の底部の外縁から出射面１５３の外縁に延びる面である。全反射面１５２の外縁と出射面１５３の外縁との間には、フランジが設けられていてもよい（図７Ｄ参照）。全反射面１５２は、第２光束制御部材１５０の中心軸ＣＡ２を取り囲むように形成された回転対称面である。全反射面１５２の直径は、底部側から出射面１５３側に向けて漸増している。全反射面１５２を構成する母線は、外側（中心軸ＣＡ２から離れる側）に凸の円弧状曲線である。また、照明装置１００に求められる配光特性に応じて、全反射面１５２を構成する母線を直線とし、全反射面１５２をテーパー形状としてもよい。なお、「母線」とは、一般的に線織面を描く直線を意味するが、本発明では回転対称面である全反射面１５２を描くための曲線を含む語として用いる。
出射面１５３は、入射面１５１に入射した光の一部および全反射面１５２で全反射された光を第１光束制御部材１４０に向けて出射する。出射面１５３は、第２光束制御部材１５０において入射面１５１（底部）の反対側に位置する面であり、発光素子１３０の光軸ＬＡと交わるように形成されている。すなわち、出射面１５３は、第１光束制御部材１４０と対向するように形成されている（図５Ｄ参照）。
（２−３）第１光束制御部材
図８は、第１光束制御部材１４０の構成を示す図である。図８Ａは平面図であり、図８Ｂは正面図であり、図８Ｃは底面図であり、図８Ｄは図８Ａに示すＣ−Ｃ線の断面図であり、図８Ｅは右側面図である。
第１光束制御部材１４０は、第２光束制御部材１５０からの出射光（発光素子１３０からの出射光）のうち、一部の光の進行方向を制御して反射させ、残部を透過させる。第１光束制御部材１４０は、平面視形状が略円形に形成された部材であり、表裏関係にある２つの主要面を有する。第１光束制御部材１４０は、ホルダ１６０により支持されており、その中心軸ＣＡ１が発光素子１３０の光軸ＬＡと一致するように、第２光束制御部材１５０に対して空気層を介して配置されている。すなわち、第１光束制御部材１４０は、第２光束制御部材１５０の出射面１５３と対向するように、第２光束制御部材１５０に対して発光素子１３０とは反対側に配置されている。
第１光束制御部材１４０は、第２光束制御部材１５０から出射された光の一部を反射し、一部を透過させる。第１光束制御部材１４０にこのような機能を付与する手段は、特に限定されない。たとえば、光透過性の材料からなる第１光束制御部材１４０の表面（発光素子１３０に対向する面）に透過反射膜を形成すればよい。光透過性の材料の例には、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）やポリカーボネート（ＰＣ）、エポキシ樹脂（ＥＰ）などの透明樹脂材料や、透明なガラスなどが含まれる。透過反射膜の例には、ＴｉＯ２およびＳｉＯ２の多層膜、ＺｎＯ２およびＳｉＯ２の多層膜、Ｔａ２Ｏ５およびＳｉＯ２の多層膜などの誘電体多層膜や、アルミニウム（Ａｌ）などからなる金属薄膜などが含まれる。また、光透過性の材料からなる第１光束制御部材１４０の内部にビーズなどの光散乱子を分散させてもよい。すなわち、第１光束制御部材１４０は、一部の光を反射させ、一部の光を透過させる材料により形成されていてもよい。また、光反射性の材料からなる第１光束制御部材１４０に光透過部を形成してもよい。光反射性の材料の例には、白色樹脂や金属などが含まれる。光透過部の例には、貫通孔や有底の凹部などが含まれる。後者の場合、第２光束制御部材１５０からの出射光は、凹部の底部（厚みが薄くなっている部分）を透過する。たとえば、可視光の透過率が２０％程度であり、反射率が７８％程度である白色のポリメタクリル酸メチルを用いて、光反射性および光透過性の機能を併せ持つ第１光束制御部材１４０を形成することができる。
第１光束制御部材１４０は、第２光束制御部材１５０と対向し、かつ第２光束制御部材１５０から出射された光の一部を反射させる反射面１４１を有する。反射面１４１は、第２光束制御部材１５０からの出射光の一部をホルダ１６０に向けて反射させる。反射した光は、ホルダ１６０を透過してカバー１８０の中部（側部）および下部に到達する。
第１光束制御部材１４０の反射面１４１は、第１光束制御部材１４０の中心軸ＣＡ１を中心とする回転対称（円対称）面である。また、図５Ｄに示されるように、この回転対称面の中心から外周部にかけての母線は、発光素子１３０（第２光束制御部材１５０）に対して凹の曲線であり、反射面１４１は、この母線を３６０°回転させた状態の曲面である。すなわち、反射面１４１は、中心から外周部に向かうにつれて発光素子１３０からの高さが高くなる非球面形状の曲面を有する。また、反射面１４１の外周部は、反射面１４１の中心と比較して、発光素子１３０の光軸ＬＡ方向における発光素子１３０からの距離（高さ）が離れた位置に形成されている。たとえば、反射面１４１は、中心から外周部に向かうにつれて発光素子１３０からの高さが高くなる非球面形状の曲面であるか、または、中心部から所定の地点までは中心部から外周部に向かうにつれて発光素子１３０（基板１２０）からの高さが高くなり、前記所定の地点から外周部までは中心部から外周部に向かうにつれて発光素子１３０からの高さが低くなる非球面形状の曲面である。前者の場合、基板１２０の面方向に対する反射面１４１の傾斜角度は、中心から外周部に向かうにつれて小さくなる。一方、後者の場合、反射面１４１には、中心と外周部との間であって、かつ外周部に近い位置に、基板１２０の面方向に対する傾斜角度が零（基板１２０と平行）となる点が存在する。なお、前述の通り、「母線」とは、一般的に線織面を描く直線を意味するが、本発明では回転対称面である反射面１４１を描くための曲線を含む語として用いる。
図８に示されるように、第１光束制御部材１４０の外周部には、ホルダ１６０の端面１６１の上に載せられるフランジ１４２が設けられている。第１光束制御部材１４０がホルダ１６０のガイド突起１６２と径嵌合した状態で、第１光束制御部材１４０が所定の角度回転できるように、フランジ１４２の幅は、場所ごとに異なっている（図８Ａ参照）。
また、第１光束制御部材１４０の外周部には、第１光束制御部材１４０がホルダ１６０の端面１６１上に装着された際に、ホルダ１６０の爪部１６３と端面１６１との間に位置する嵌合部１４３も設けられている。嵌合部１４３の一方の面（カバー１８０側の面）には、ホルダ１６０の爪部１６３に対応する凹部１４４が設けられている。嵌合部１４３（凹部１４４）は、ホルダ１６０の爪部１６３と共に第１光束制御部材１４０が回転することを防止する。嵌合部１４３（凹部１４４）の数は、通常爪部１６３の数と同一である。図６に示される例では、第１光束制御部材１４０は、２つの嵌合部１４３（凹部１４４）を有している。また、嵌合部１４３の形状は、第１光束制御部材１４０を回転させたときに、凹部１４４をホルダ１６０の爪部１６３に係合させることができれば特に限定されない。
後述するように、第１光束制御部材１４０は、ホルダ１６０の端面１６１上で回転させられて爪部１６３と凹部１４４とが係合することで、ホルダ１６０の端面１６１上に固定されている（図６参照）。
（３）カバー
カバー１８０は、台座１１０に位置決めされるとともに、光束制御部材１７０により進行方向を制御された光（反射光および透過光）を拡散させつつ透過させる。カバー１８０は、開口部を有する中空領域が形成された部材である。基板１２０、発光素子１３０および光束制御部材１７０は、カバー１８０の中空領域内に配置される。
カバー１８０に光拡散能を付与する手段は、特に限定されない。たとえば、カバー１８０の内面または外面に光拡散処理（例えば、粗面化処理）を行ってもよいし、光拡散性の材料（例えば、ビーズなどの散乱子を含む光透過性の材料）を用いてカバー１８０を作製してもよい。なお、カバー１８０の形状は、所望の配光特性を実現することができれば特に限定されない。たとえば、カバー１８０の形状は、球冠形状（球面の一部を平面で切り取った形状）である。
次に、本実施の形態の照明装置１００における、発光素子１３０からの出射光の光路について説明する。
発光素子１３０の光軸ＬＡに対する角度が大きい発光素子１３０からの出射光は、入射面１５１（内側面）から第２光束制御部材１５０に入射する。第２光束制御部材１５０に入射した光の一部は、全反射面１５２で第１光束制御部材１４０に向けて全反射し、出射面１５３から出射される。そして、第２光束制御部材１５０の出射面１５３から出射した光の一部は、第１光束制御部材１４０を透過してカバー１８０の上部に到達する。また、第２光束制御部材１５０の出射面１５３から出射した光の一部は、第１光束制御部材１４０で反射し、ホルダ１６０を透過して、カバー１８０の中部および下部に到達する。
一方、発光素子１３０の光軸ＬＡに対する角度が小さい発光素子１３０からの出射光は、入射面１５１（内天面）から第２光束制御部材１５０に入射し、そのまま出射面１５３から第１光束制御部材１４０に向かって出射される。そして、第２光束制御部材１５０の出射面１５３から出射した光の一部は、第１光束制御部材１４０を透過してカバー１８０の上部に到達する。また、第２光束制御部材１５０の出射面１５３から出射した光の一部は、第１光束制御部材１４０で反射し、ホルダ１６０を透過して、カバー１８０の中部および下部に到達する。
このように、本実施の形態の照明装置１００では、第１光束制御部材１４０に到達する光の大部分は、第２光束制御部材１５０内に入射し、第２光束制御部材１５０から出射された光である。
本実施の形態の照明装置１００では、発光素子１３０からの出射光のうち、少なくとも最大強度の光が出射される方向（例えば、光軸ＬＡの方向）から前記最大強度の半分の強度の光が出射される方向までの角度範囲内に出射される光（以下「半値角範囲内の光」という）は、ホルダ１６０および第１光束制御部材１４０の少なくともいずれか一方を透過して、ホルダ１６０および第１光束制御部材１４０に囲まれた内部領域から外部領域へ出射される。逆にいえば、本実施の形態の光束制御部材１７０は、半値角範囲内の光がホルダ１６０および第１光束制御部材１４０の少なくともいずれか一方を透過するように形成される。
図２に示されるように、ホルダ（ケース本体１４ａ）の上端部に切り欠き部２０が形成されている場合、切り欠き部２０からは、発光素子からの出射光のうち比較的強い光が漏れ出てしまう。このため、被照射面またはカバー（光束制御部材を覆うカバー）に明部が発生しやすい。特に、半値角範囲内の光が切り欠き部２０から漏れ出た場合、被照射面やカバーの位置によって明部が顕著になるおそれがある。これに対し、発光素子からの出射光のうち、発光素子の光軸に対して大きな角度で出射する光（半値角以上であって、換気口１６６方向へ向かうような光）であれば、ホルダ１６０または第１光束制御部材１４０を透過せずに直接外部へ出射されて被照射面やカバーを照射しても、特異的な明部は発生し難い。
［光束制御部材の製造方法］
本実施の形態の光束制御部材１７０は、例えば以下の手順により製造されうる。
まず、反射面１４１を有する第１光束制御部材１４０を射出成形により作製する。第１光束制御部材１４０を作製する方法は、特に限定されない。たとえば、第１光束制御部材１４０は、無色透明の樹脂材料を用いて射出成形した後に、得られた樹脂成形物の反射面１４１となる面（第２光束制御部材１５０に対向する面）に透過反射膜を蒸着することで作製されうる。また、第１光束制御部材１４０は、白色の樹脂材料を用いて射出成形することでも作製されうる。
また、第２光束制御部材１５０およびホルダ１６０を無色透明の樹脂材料を用いて射出成形により一体として作製する。
次いで、図６に示されるように、ホルダ１６０の上端部の端面１６１の上に第１光束制御部材１４０のフランジ１４２を載せて、第１光束制御部材１４０とホルダ１６０のガイド突起１６２とを径嵌合させる。この状態で、第１光束制御部材１４０を所定の方向に回転させると、第１光束制御部材１４０の嵌合部１４３がホルダ１６０の爪部１６３と端面１６１との間に係合する。すなわち、ホルダ１６０の爪部１６３が、第１光束制御部材１４０の凹部１４４に係合する。
以上の手順により、接着剤を使用することなく、またホルダ１６０に切り欠き部を設けることなく、第１光束制御部材１４０、第２光束制御部材１５０およびホルダ１６０を含む本実施の形態の光束制御部材１７０を製造することができる。
［効果］
実施の形態１の光束制御部材１７０は、発光素子１３０からの出射光の進行方向を第１光束制御部材１４０および第２光束制御部材１５０を用いて制御して、出射光を前方方向、側方方向および後方方向へ振り分けることができる。したがって、実施の形態１の光束制御部材１７０を有する照明装置１００は、前方方向、側方方向および後方方向へ向かう出射光量をそれぞれ制御して、白熱電球に近い配光特性を実現することができる。
また、実施の形態１の光束制御部材１７０は、第１光束制御部材１４０に到達した光のうち、一部の光を反射面１４１によって側方方向（カバー１８０の中部の方向）および後方方向（カバー１８０の下部の方向）へ反射させ、一部の光を前方方向（カバー１８０の上部の方向）へ透過させる。このとき、光束制御部材１７０は、反射面１４１の中心部側の領域において主として側方方向の反射光を生成し、外周部側の領域において主として後方方向の反射光を生成する。このため、実施の形態１の照明装置１００は、台座１１０に妨げられることなく、後方方向の被照射面を効率よく照らすことができる。
実施の形態１の光束制御部材１７０を製造する際には、光透過性および光反射性の両方を有する第１光束制御部材１４０と、光透過性を有するホルダ１６０とをそれぞれ別個に製造する。このため、第１光束制御部材１４０の光学特性は、ホルダ１６０に関係なく容易に調整されうる。同様に、ホルダ１６０の光学特性も、第１光束制御部材１４０に関係なく容易に調整されうる。
また、実施の形態１の光束制御部材１７０を製造する際には、ホルダ１６０の端面１６１の上に第１光束制御部材１４０を載せて、回転させるだけで、第１光束制御部材１４０をホルダ１６０に隙間なく、かつ接着剤を使用せずに固定することができる。したがって、実施の形態１の光束制御部材１７０は、光学特性を低下させることなく、かつ製造コストを増大させることなく、製造されうる。
（実施の形態２）
実施の形態２の照明装置および光束制御部材は、ホルダの形状のみが実施の形態１の照明装置１００および光束制御部材１７０と異なる。そこで、実施の形態１の照明装置１００および光束制御部材１７０と同じ構成要素については同一の符番を付し、説明を省略する。
図９および図１０は、実施の形態２の光束制御部材に含まれる、第２光束制御部材１５０およびホルダ２６０の構成を示す図である。図９は斜視図であり、図１０Ａは平面図であり、図１０Ｂは正面図であり、図１０Ｃは底面図であり、図１０Ｄは図１０Ａに示すＤ−Ｄ線の断面図である。これらの図に示されるように、第２光束制御部材１５０およびホルダ２６０は、一体化されている。
実施の形態２の光束制御部材に含まれるホルダ２６０は、実施の形態１の光束制御部材１７０に含まれるホルダ１６０と基本的には同一構造である。しかしながら、ホルダ２６０は、強度および漏れ光の発生の防止を確保できる範囲で肉厚が薄くなっている点でホルダ１６０と異なる。図１０Ａおよび図１０Ｄに示されるように、ホルダ２６０の肉厚は、場所ごとに異なる。
［効果］
実施の形態２の光束制御部材は、実施の形態１の光束制御部材１７０よりも軽量でありながら、実施の形態１の光束制御部材１７０と同様の効果を有する。
（実施の形態３）
実施の形態３の照明装置および光束制御部材は、ホルダの形状のみが実施の形態１の照明装置１００および光束制御部材１７０と異なる。そこで、実施の形態１の照明装置１００および光束制御部材１７０と同じ構成要素については同一の符番を付し、説明を省略する。
図１１および図１２は、実施の形態３の光束制御部材に含まれる、第２光束制御部材１５０およびホルダ３６０の構成を示す図である。図１１は斜視図であり、図１２Ａは平面図であり、図１２Ｂは正面図であり、図１２Ｃは底面図であり、図１２Ｄは図１２Ａに示すＥ−Ｅ線の断面図である。これらの図に示されるように、第２光束制御部材１５０およびホルダ３６０は、一体化されている。
実施の形態３の光束制御部材に含まれるホルダ３６０は、実施の形態１の光束制御部材１７０に含まれるホルダ１６０と基本的には同一構造である。しかしながら、ホルダ３６０は、強度および漏れ光の発生の防止を確保できる範囲で肉厚が薄くなっている点でホルダ１６０と異なる。図１２Ａおよび図１２Ｄに示されるように、ホルダ３６０の肉厚は、場所ごとに異なる。
［効果］
実施の形態３の光束制御部材は、実施の形態１の光束制御部材１７０よりも軽量でありながら、実施の形態１の光束制御部材１７０と同様の効果を有する。
（実施の形態４）
実施の形態４の照明装置および光束制御部材は、ホルダの形状のみが実施の形態１の照明装置１００および光束制御部材１７０と異なる。そこで、実施の形態１の照明装置１００および光束制御部材１７０と同じ構成要素については同一の符番を付し、説明を省略する。
図１３は、実施の形態４の光束制御部材に含まれる、第２光束制御部材１５０およびホルダ４６０の構成を示す図である。図１３Ａは平面図であり、図１３Ｂは斜視図である。これらの図に示されるように、第２光束制御部材１５０およびホルダ４６０は、一体化されている。
実施の形態３の光束制御部材に含まれるホルダ４６０は、実施の形態１の光束制御部材１７０に含まれるホルダ１６０と基本的には同一構造である。しかしながら、ホルダ４６０は、上端部の端面１６１およびガイド突起１６２の内面に換気溝４６１が形成されている点でホルダ１６０と異なる。換気溝４６１は、第１光束制御部材１４０により開口部が塞がれることで、第１光束制御部材１４０と第２光束制御部材１５０との間の空間の空気を換気するための換気流路となる。図１３Ａおよび図１３Ｂに示されるように、漏れ光の発生を防止するため、換気溝４６１はクランク状に曲がっている。
［効果］
実施の形態４の光束制御部材は、実施の形態１の光束制御部材１７０と同様の効果に加え、第１光束制御部材１４０と第２光束制御部材１５０との間の空間の温度上昇を抑制できるという効果をさらに有する。
（実施の形態５）
実施の形態５の照明装置および光束制御部材は、第２光束制御部材を有しない点で実施の形態１の照明装置１００および光束制御部材１７０と異なる。そこで、実施の形態１の照明装置１００および光束制御部材１７０と同じ構成要素については同一の符番を付し、説明を省略する。
図１４および図１５は、実施の形態５の光束制御部材に含まれる、ホルダ５６０の構成を示す図である。図１４は斜視図であり、図１５Ａは平面図であり、図１５Ｂは正面図であり、図１５Ｃは底面図であり、図１５Ｄは図１５Ａに示すＦ−Ｆ線の断面図である。
実施の形態５の光束制御部材に含まれるホルダ５６０は、実施の形態１の光束制御部材１７０に含まれるホルダ１６０と基本的には同一構造である。しかしながら、図１４および図１５に示されるように、ホルダ５６０は、第２光束制御部材と一体化されていない。また、ホルダ５６０には、第２光束制御部材を固定するための段部なども設けられていない。
［効果］
実施の形態５の光束制御部材は、実施の形態１の光束制御部材１７０と同様の効果を有する。前方方向、側方方向、後方方向、それぞれへの光の配分を調整する必要がある場合には、第１光束制御部材１４０の透過性能と反射性能とのバランスや反射面形状を調整することで、狙いの配光分布を得ることが可能となる。
（実施の形態６）
実施の形態６の照明装置および光束制御部材は、第２光束制御部材およびホルダの形状が実施の形態１の照明装置１００および光束制御部材１７０と異なる。そこで、実施の形態１の照明装置１００および光束制御部材１７０と同じ構成要素については同一の符番を付し、説明を省略する。
図１６および図１７は、実施の形態６の光束制御部材に含まれる、第２光束制御部材６５０およびホルダ６６０の構成を示す図である。図１６は斜視図であり、図１７Ａは平面図であり、図１７Ｂは正面図であり、図１７Ｃは底面図であり、図１７Ｄは図１７Ａに示すＧ−Ｇ線の断面図である。これらの図に示されるように、第２光束制御部材６５０およびホルダ６６０は、一体化されている。
図１７Ｄに示されるように、実施の形態６の光束制御部材に含まれる第２光束制御部材６５０は、発光素子１３０から出射された光を入射させる入射領域６５１と、入射領域６５１の反対側に位置し、入射領域６５１から入射した光を出射させる出射領域６５４とを有する。入射領域６５１は、入射領域６５１の中央部に位置する屈折部６５２と、屈折部６５２の外側に位置するフレネルレンズ部６５３とを有する。
屈折部６５２は、発光素子１３０と対向する位置に、第２光束制御部材６５０の中心軸ＣＡ２と交わるように形成されている。屈折部６５２は、例えば、平面、球面、非球面または屈折型フレネルレンズである。屈折部６５２は、発光素子１３０から出射された光の一部（主として前方方向に出射された光）を第２光束制御部材６５０内に入射させるとともに、入射した光を出射領域６５４に向けて屈折させる機能を有する。本実施の形態における屈折部６５２の形状は、第２光束制御部材６５０の中心軸ＣＡ２を中心とする回転対称である。
フレネルレンズ部６５３は、発光素子１３０から出射された光の一部（主として側方方向に出射された光）を第２光束制御部材６５０内に入射させるとともに、入射した光を出射領域６５４に向けて全反射させる。フレネルレンズ部６５３の形状は、第２光束制御部材６５０の中心軸ＣＡ２を中心とする回転対称であり、フレネルレンズ部６５３は、同心円状に配置された円環状の突起を複数有する（図１７Ｃ参照）。図１７Ｄに示されるように、複数の円環状の突起のうち、最も外側に位置する突起は、他の突起よりも大きく形成されている。
複数の突起は、それぞれ、発光素子１３０から出射された光を入射させる入射面である第１傾斜面と、第１傾斜面から入射した光を出射領域６５４に向けて反射させる反射面である第２傾斜面とを有する。各突起において、第１傾斜面は内側（中心軸ＣＡ２側）に位置し、第２傾斜面は外側に位置する。
第１傾斜面の母線は、直線であってもよいし、曲線であってもよい。発光素子１３０の光軸ＬＡに対する第１傾斜面の角度は、第１傾斜面から入射した光を第２傾斜面側に屈折させることができれば特に限定されず、発光素子１３０の大きさや位置などに応じて適宜設定されうる。各突起の第１傾斜面の角度は、同一であってもよいし、異なっていてもよい。同様に、第２傾斜面の母線は、直線であってもよいし、曲線であってもよい。発光素子１３０の光軸ＬＡに対する第２傾斜面の角度は、第１傾斜面から入射した光を出射領域６５４側に反射させることができれば特に限定されず、目的とする配光特性などに応じて適宜設定されうる。各突起の第２傾斜面の角度は、同一であってもよいし、異なっていてもよい。
出射領域６５４は、発光素子１３０とは反対側の、第１光束制御部材１４０側に形成された平面である。出射領域６５４は、第２光束制御部材６５０の中心軸ＣＡ２と交わるように形成されている。図１７Ａに示されるように、出射領域６５４は、第２光束制御部材６５０の中心軸ＣＡ２を中心とする回転対称面である。出射領域６５４は、屈折部６５２から入射した光と、フレネルレンズ部６５３の第１傾斜面から入射し、第２傾斜面で反射した光とを第１光束制御部材１４０に向けて出射させる。
実施の形態６の光束制御部材に含まれるホルダ６６０は、実施の形態１の光束制御部材１７０に含まれるホルダ１６０と基本的には同一構造である。しかしながら、ホルダ６６０は、強度および漏れ光の発生の防止を確保できる範囲で肉厚が薄くなっている点でホルダ１６０と異なる。図１７Ｄに示されるように、ホルダ６６０の肉厚は、場所ごとに異なる（実施の形態３のホルダ３６０と同じである）。また、ホルダ６６０の下端部には、ホルダ６６０を基板１２０に位置決めするための位置決めボス６６１および位置決め爪６６２が設けられている。
図１８は、ホルダ６６０を基板１２０上に固定した様子を示す図である。図１８Ａは、ホルダ６６０側から見た斜視図であり、図１８Ｂは、基板１２０側から見た斜視図である。これらの図に示されるように、基板１２０には、４つの貫通孔が設けられている。この４つの貫通孔に、ホルダ６６０の位置決めボス６６１および位置決め爪６６２をそれぞれ嵌め込むことで、ホルダ６６０は基板１２０上に固定される。このとき、接着剤を使用してもよいし、使用しなくてもよい。
位置決めボス６６１は、対応する貫通孔に隙間がほとんどない状態で嵌合される。一方、位置決め爪６６２は、その先端が基板１２０の裏面に係合するように、対応する貫通孔に嵌合される。位置決めボス６６１は、基板面に平行な方向の移動を阻止することができる。位置決め爪６６２は、基板面に垂直な方向の移動を阻止することができる。
［効果］
実施の形態６の光束制御部材は、実施の形態１の光束制御部材１７０よりも軽量でありながら、実施の形態１の光束制御部材１７０と同様の効果を有する。また、実施の形態６の光束制御部材は、基板１２０上に容易に固定されうる。
（変形例）
なお、実施の形態１〜４，６では、第２光束制御部材とホルダとが一体化されている例について説明したが、第２光束制御部材およびホルダはそれぞれ別個の部材であってもよい。この場合、ホルダに第１光束制御部材を固定する前に、ホルダに第２光束制御部材を固定することが必要である。第２光束制御部材の固定方法は、特に限定されない。たとえば、ホルダの内周面に円周方向に段部を形成し、この段部を利用して第２光束制御部材を固定してもよい。
また、実施の形態１〜６では、所定形状の第１光束制御部材を有する光束制御部材について説明したが、第１光束制御部材の形状は、特に限定されない。たとえば、特許文献１に記載のケース１４のように、第１光束制御部材の形状は、逆円錐台形状であってもよい（図１参照）。
本発明の照明装置は、白熱電球に代えて使用されうるため、シャンデリアや間接照明装置などの各種照明機器に幅広く適用されうる。
１０ 照明装置
１２ ＬＥＤ
１４ ケース
１４ａ ケース本体
１４ｂ 蓋部
１６ 透過反射膜
１８ 爪
２０ 切り欠き部
１００ 照明装置
１１０ 台座
１２０ 基板
１３０ 発光素子
１４０ 第１光束制御部材
１４１ 反射面
１４２ フランジ
１４３ 嵌合部
１４４ 凹部
１５０，６５０ 第２光束制御部材
１５１ 入射面
１５２ 全反射面
１５３ 出射面
１６０，２６０，３６０，４６０，５６０，６６０ ホルダ
１６１ 端面
１６２ ガイド突起
１６３ 爪部
１６５ 段部
１６６ 換気口
１７０ 光束制御部材
１８０ カバー
４６１ 換気溝
６５１ 入射領域
６５２ 屈折部
６５３ フレネルレンズ部
６５４ 出射領域
６６１ 位置決めボス
６６２ 位置決め爪
ＣＡ１ 第１光束制御部材の中心軸
ＣＡ２ 第２光束制御部材の中心軸
ＬＡ 発光素子の光軸

Claims (12)

  1. 発光素子から出射された光の配光を制御する光束制御部材であって、
    光透過性を有する略円筒形状のホルダと、
    前記ホルダの一方の端面上に配置され、前記発光素子から出射された光の一部を反射し、一部を透過させる第１光束制御部材と、を有し、
    前記第１光束制御部材は、表裏関係にある２つの主要面を有し、
    前記ホルダの前記一方の端面の外周部の一部には、ガイド突起が設けられており、
    前記ホルダの前記一方の端面には、１または２以上の爪部が設けられており、
    前記第１光束制御部材の外周部には、前記第１光束制御部材が前記ホルダの前記一方の端面上に装着された際に、前記爪部と前記一方の端面との間に位置する嵌合部が設けられており、
    前記第１光束制御部材は、前記ガイド突起に沿って回転可能に径嵌合されることで径方向の移動が規制され、
    前記ホルダの前記一方の端面上で前記第１光束制御部材を回転させて前記嵌合部を前記爪部と前記一方の端面との間に係合させることで、前記第１光束制御部材は、前記ホルダの前記一方の端面上に固定されている、光束制御部材。
  2. 平面視したときに、前記第１光束制御部材の外周部は、全周にわたり前記ホルダの前記一方の端面と重なっている、請求項１に記載の光束制御部材。
  3. 前記発光素子からの出射光のうち、少なくとも最大強度の光が出射される方向から前記最大強度の半分の強度の光が出射される方向までの角度範囲内に出射される光は、前記ホルダおよび前記第１光束制御部材の少なくともいずれか一方を透過して、前記ホルダおよび前記第１光束制御部材に囲まれた内部領域から外部領域へ出射される、請求項１に記載の光束制御部材。
  4. 前記発光素子から出射された光の少なくとも一部を入射し、入射した光を所定の配光特性を有する光に制御して前記第１光束制御部材に向けて出射する第２光束制御部材をさらに有し、
    前記第２光束制御部材は、前記発光素子から出射された光の少なくとも一部を入射する入射面と、前記入射面に入射した光の一部を前記第１光束制御部材に向けて反射する全反射面と、前記入射面に入射した光の一部および前記全反射面で反射された光を出射する出射面と、を有し、
    前記第１光束制御部材は、前記第２光束制御部材から出射された光の一部を反射し、一部を透過させる、
    請求項１に記載の光束制御部材。
  5. 前記第１光束制御部材は、前記発光素子と対向し、かつ前記発光素子から出射された光の一部を反射させる反射面を有し、
    前記反射面は、前記発光素子の光軸を回転軸とする回転対称面であり、前記回転対称面の母線が前記発光素子に対して凹の曲線となるように形成され、
    前記反射面の外周部は、前記反射面の中心部の位置と比較して、前記発光素子の光軸の方向における前記発光素子からの距離が離れた位置に形成される、
    請求項１に記載の光束制御部材。
  6. 前記発光素子から出射された光の少なくとも一部を入射し、入射した光を所定の配光特性を有する光に制御して前記第１光束制御部材に向けて出射する第２光束制御部材をさらに有し、
    前記第２光束制御部材は、前記発光素子から出射された光の少なくとも一部を入射する入射面と、前記入射面に入射した光の一部を前記第１光束制御部材に向けて反射する全反射面と、前記入射面に入射した光の一部および前記全反射面で反射された光を出射する出射面と、を有し、
    前記第１光束制御部材は、前記第２光束制御部材と対向し、かつ前記第２光束制御部材から出射された光の一部を反射させる反射面を有し、
    前記反射面は、前記発光素子の光軸を回転軸とする回転対称面であり、前記回転対称面の母線が前記発光素子に対して凹の曲線となるように形成され、
    前記反射面の外周部は、前記反射面の中心部の位置と比較して、前記発光素子の光軸の方向における前記発光素子からの距離が離れた位置に形成される、
    請求項１に記載の光束制御部材。
  7. 前記発光素子から出射された光の少なくとも一部を入射し、入射した光を所定の配光特性を有する光に制御して前記第１光束制御部材に向けて出射する第２光束制御部材をさらに有し、
    前記第２光束制御部材は、前記発光素子から出射された光の少なくとも一部を入射する入射領域と、前記入射領域に入射した光を出射する出射領域と、を有し、
    前記入射領域は、前記発光素子から出射された光の一部を入射する第１傾斜面および前記第１傾斜面に入射した光を前記出射領域に向けて反射させる第２傾斜面を有する、同心円状に配置された円環状の突起を複数有するフレネルレンズ部を有し、
    前記第１光束制御部材は、前記第２光束制御部材と対向し、かつ前記第２光束制御部材から出射された光の一部を反射させる反射面を有し、
    前記反射面は、前記発光素子の光軸を回転軸とする回転対称面であり、前記回転対称面の母線が前記発光素子に対して凹の曲線となるように形成される、
    請求項１に記載の光束制御部材。
  8. 前記反射面には、前記発光素子から出射された光の一部を反射し、一部を透過させる透過反射膜が形成されている、請求項５〜７のいずれか一項に記載の光束制御部材。
  9. 前記第１光束制御部材は、到達した光の一部を反射し、一部を透過させる材料により形成されている、請求項５〜７のいずれか一項に記載の光束制御部材。
  10. 前記第１光束制御部材は、到達した光の一部を透過させる透過部を有する、請求項５〜７のいずれか一項に記載の光束制御部材。
  11. 前記透過部は、貫通孔または凹部である、請求項１０に記載の光束制御部材。
  12. １または２以上の発光素子と、
    請求項１〜１１のいずれか一項に記載の光束制御部材と、
    前記光束制御部材からの反射光および透過光を拡散させつつ透過させるカバーと、
    を有する、照明装置。
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