JP6127347B2 - 照明器具 - Google Patents

Description

本発明は、導光板を用いた照明器具に関するものである。

従来、板状の透光性部材からなる導光板と、この導光板の厚み方向の端面に対して光を入力する光源を備える、所謂エッジライト方式の照明器具が知られている。この従来の照明器具は、導光板内に入力された光が、導光板内で反射または屈折した後、導光板の表面および裏面から導光板外へ放出される。そして、導光板の裏面にドットパターンや微小な凹凸によってプリズムを形成し、この導光板の裏面に設けたプリズムによって、導光板から照射される光を配光制御する照明器具が提案された（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１３−１０９９５１号公報

上述のように導光板を用いた照明器具は、導光板の表面側（プリズムを設けていない面）を照射エリア（照明対象）に向けて配置される。したがって、照明器具の配光分布は、導光板の表面から照射される光量が多く、導光板の裏面から照射される光量が少ないほうが望ましい。

そして、導光板の裏面にプリズムを配設して配光制御する照明器具において、プリズムを設けていない導光板の表面から出射される光の比率を高めて、照明器具に適した配光分布を得ることが要求されている。

本発明は、上記事由に鑑みてなされたものであり、その目的は、導光板の一面にプリズムを設けた場合に、導光板の他面から出射される光の比率を高めることができる照明器具を提供することにある。

本発明の照明器具は、板状の透光性部材で形成されて、光を出射する出射面として互いに対向する第１面および第２面を有する導光板と、前記導光板の前記第１面に配設された透光性樹脂からなる凸曲面の突部と、前記導光板の厚み方向に沿った端面に対して光を入射する光源とを備えて、前記光源から出力される光の強度がピーク値の半分になる箇所間の角度である１／２指向角が、前記導光板の厚み方向において６０°以下であり、前記突部の高さＨと前記突部が前記導光板の前記第１面と接する箇所の半径Ｒとの比Ｈ／Ｒが、０．２５以上、０．５０以下を満たすことを特徴とする。

この発明において、前記光源は、光を発する発光素子と、前記発光素子と前記導光板の前記端面との間に設けられて、前記１／２指向角が前記導光板の厚み方向において６０°以下となるように前記発光素子が発した光を配光制御する集光レンズとから構成されることが好ましい。

この発明において、前記集光レンズは、前記導光板の前記端面に設けられることが好ましい。

この発明において、前記集光レンズは、前記光源を収納する凹部と、前記凹部の周縁から前記導光板の前記端面の外縁にまで至る反射面とを有することが好ましい。

この発明において、前記突部の高さＨと前記突部が前記導光板の前記第１面と接する箇所の半径Ｒとの比Ｈ／Ｒが、０．２６以上、０．４４以下を満たすことが好ましい。

この発明において、前記導光板は、前記第１の端面に対向する第２の端面を有して、前記第２面から出射される光が照射される照射面に対して前記第１の端面より前記第２の端面のほうが近付くように傾斜して設置され、前記照射面に平行な基準面に対して前記導光板が傾斜する角度θ１が、５°以上、２５°以下を満たすことが好ましい。

この発明において、前記突部の高さＨと前記突部が前記導光板の前記第１面と接する箇所の半径Ｒとの比Ｈ／Ｒが、０．３０以上、０．４３以下を満たし、前記基準面に対して前記導光板が傾斜する角度θ１が、−２５０・（Ｈ／Ｒ）＋１００≦θ１≦−３３５．７・（Ｈ／Ｒ）＋１４９．２を満たすことが好ましい。

この発明において、前記導光板の前記第１面から出射した光を反射する反射部材を、前記第１面に対向して設けることが好ましい。

以上説明したように、本発明では、光源から出力される光の強度がピーク値の半分になる箇所間の角度である１／２指向角が、導光板の厚み方向において６０°以下であり、導光板の一面に配設された透光性樹脂からなる凸曲面の突部の高さＨと突部が導光板の第１面と接する箇所の半径Ｒとの比Ｈ／Ｒが、０．２５以上、０．５０以下を満たすので、導光板の一面に突部（プリズム）を設けた場合に、導光板の他面から出射される光の比率を高めることができるという効果がある。

実施形態１の照明器具の構成を示す断面図である。 同上の照明器具の構成を示す分解斜視図である。 同上の照明器具の構成を示す斜視図である。 同上の光源の構成を示す断面図である。 （ａ）（ｂ）同上のプリズムを示す構成図である。 同上の導光板に入射した光の経路を示す説明図である。 同上のシミュレーションのモデルを示す斜視図である。 （ａ）（ｂ）同上の光源の１／２指向角を示す説明図である。 同上の導光板から出射される光の範囲分類を示す斜視図である。 （ａ）（ｂ）同上の照明器具に好ましい配光分布を示す説明図である。 （ａ）（ｂ）同上の照明器具に不適格な配光分布を示す説明図である。 同上の扁平率と出射比との関係を示すグラフ図である。 同上の１／２指向角と出射比との関係を示すグラフ図である。 同上の扁平率と正面光の割合との関係を示すグラフ図である。 同上のシミュレーション結果に基づく配光分布の良否を示す説明図である。 同上のシミュレーション結果に基づく配光分布の良否を示す説明図である。 同上のシミュレーション結果に基づく配光分布の良否を示す説明図である。 同上のシミュレーション結果に基づく配光分布の良否を示す説明図である。 （ａ）（ｂ）同上の光源のみによる実際の配光分布を示す説明図である。 （ａ）（ｂ）同上の照明器具による実際の配光分布を示す説明図である。 同上の導光板と集光レンズとを一体形成した構成を示す斜視図である。 実施形態２の照明器具の構成を示す斜視図である。 同上の照明器具の構成を示す側面図である。 同上の配光分布を示す説明図である。 （ａ）〜（ｆ）実施形態３の照明器具の扁平率Ｈ／Ｒ毎の配光分布を示す説明図である。 同上の２つの扁平率Ｈ／Ｒのプリズムを混合して用いた場合の狭角配光を示す説明図である。 同上の３つの扁平率Ｈ／Ｒのプリズムを混合して用いた場合の広角配光を示す説明図である。 （ａ）（ｂ）同上の集光レンズの他の構成を示す平面図である。 実施形態４の照明器具の構成を示す斜視図である。 同上の照明器具の構成を示す側面図である。 （ａ）（ｂ）同上の傾斜角θ１＝０°の照明器具の配光分布を示す説明図である。 （ａ）（ｂ）同上の導電板を傾斜させた照明器具の配光分布を示す説明図である。 同上の下限傾斜角および上限傾斜角の導出方法を示す説明図である。 同上の導出した下限傾斜角および上限傾斜角を示すテーブル図である。 同上の傾斜角θ１の範囲を示すグラフ図である。 同上の照明器具の別の構成を示す概略図である。 同上の傾斜角θ１の範囲を示すグラフ図である。 同上の別の照明器具の構成を示す側面図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

（実施形態１）
本実施形態の照明器具は、図１〜図３に示すように、光源１、固定治具２、導光板３から構成される。

光源１は、ＬＥＤユニット１１、集光レンズ１２で構成される。

ＬＥＤユニット１１は、複数のＬＥＤ素子１１ｂを、長尺状の基板１１ａの表面上に実装して構成される。ＬＥＤ素子１１ｂは、基板１１ａの長手方向に沿って等間隔で１列に配列される。

基板１１ａは、固定治具２に保持される。固定治具２は、金属材料により三方を囲む形状（断面コ字状）に形成された長尺状に形成され、中央片２１と、中央片２１の幅方向の各側縁から同方向にそれぞれ立設した側片２２，２３とで構成される。基板１１ａは、側片２２，２３の間で中央片２１上に配置される。中央片２１は、側片２２，２３を設けた側とは反対側の面に放熱フィン２４を形成しており、ＬＥＤ素子１１ｂが発生する熱を放熱する機能を有する。そして、ＬＥＤユニット１１は、電源線４を介して図示しない点灯回路から点灯電力を供給され、ＬＥＤ素子１１ｂが光を発する。

集光レンズ１２は、透明樹脂やガラス等により、ＬＥＤユニット１１に対向する棒体に形成されている。集光レンズ１２の幅方向の断面形状は、図４に示すように、一端から他端にかけて拡径した略椀型に形成される。集光レンズ１２の一端側は、略矩形の凹部１２ａが長手方向に形成されて、当該凹部１２ａの底面１２ｂは凸レンズ状に形成される。凹部１２ａは、基板１１ａ上に集光レンズ１２が配置されたときにＬＥＤ素子１１ｂが収容される空間を成す。すなわち、ＬＥＤ素子１１ｂが発する光は、凹部１２ａの底面１２ｂおよび側面１２ｃから集光レンズ１２内に入っており、底面１２ｂおよび側面１２ｃが集光レンズ１２の入光面を形成している。集光レンズ１２の他端側は、平面状の出光面１２ｄを形成しており、入光面から入射した光は、集光レンズ１２内において反射、屈折した後に出光面１２ｄから出射する。そして、集光レンズ１２の長手方向の側面は、外側に膨らんだ曲面状の反射面１２ｅが形成されており、反射面１２ｅは、凹部１２ａの周縁から出光面１２ｄの外縁に連続している。この反射面１２ｅは、凹部１２ａの側面１２ｃから入射した光を全反射する。この集光レンズ１２は、ＴＩＲ（Total InternalReflection）レンズと称されており、ＬＥＤユニット１１が発する光を配光制御する機能を有するものであって、一般に光効率に優れたものである。

導光板３は、ガラスあるいはアクリル等の透光性部材を用いて矩形板状に形成される。導光板３の１つの端面３１（第１の端面）には、集光レンズ１２の出光面１２ｄが対向して配置されており、集光レンズ１２の反射面１２ｅは、凹部１２ａの周縁から導光板３の端面３１の外縁にまで至っている。そして、導光板３の端面３１と集光レンズ１２の出光面１２ｄとは、互いに対向した状態で接しており、端面３１には、集光レンズ１２によって配光制御されたＬＥＤ素子１１ｂの光（光源１が発する光）が入射する。端面３１に入射した光は、導光板３内を導光され、端面３１に略直交する出射面３２（第２面）および出射面３３（第１面）から漏光して出射する。また、導光板３は、光源１が取り付けられた端面３１に対向して端面３５（第２の端面）が形成されている。

導光板３の出射面３３は、端面３１から入射した光を出射面３２側に反射するために、複数のプリズム３４が外面に形成されている。プリズム３４は、インクジェット装置によって出射面３３上に吐出された透光性樹脂の液滴が硬化して出射面３３上に形成されており、凸曲面の突部形状となる（図５（ａ）（ｂ）参照）。端面３１から入射して出射面３３に向かって進む光の一部は、プリズム３４によって反射して出射面３２から出射する。すなわち、プリズム３４は、導光板３に入射した光を出射面３２側に反射するために形成されている。

インクジェット装置を用いることによって、導光板３の製作に金型が不要となり、サイズ、種類等が異なる導光板毎に金型を作製する初期投資が不要となって、コスト削減を図ることができる。また、インクジェット装置を動作させるプログラムを変更することによって、プリズム３４の印刷パターンを自在に設定できるので、デザイン性の高い印刷パターンを比較的容易に作製できる。

本実施形態の照明器具は、照明対象となる領域が存在する方向に対して出射面３２を向けて設置されるため、出射面３３よりも出射面３２の出射光が多くなるように、集光レンズ１２による配光制御、導光板３のプリズム３４による光の反射制御を行う。

まず、図６の実線Ｙ１，Ｙ２に示すように、端面３１から導光板３に入射した光の入射角度が浅い場合、プリズム３４に向かう光はプリズム３４の周縁付近に達する可能性が高く、プリズム３４の周縁付近で反射した光の大部分は、出射面３２側から出射する。また、図６の破線Ｙ３に示すように、端面３１から導光板３に入射した光の入射角度が深い場合、プリズム３４に向かう光の大部分は、プリズム３４の表面形状によって屈折して透過し、出射面３３側から出射する。

そこで本実施形態では、光源１の配光分布を最適化し、さらにプリズム３４の形状も最適化することによって、出射面３２からの出射光を支配的にする。

まず、光源１の最適な配光分布、プリズム３４の最適な形状を、シミュレーションによって求めた。図７は、シミュレーションに用いた照明器具のモデルである。

１０個のＬＥＤ素子１１ｂを基板１１ａ上に１０ｍｍ間隔で配設し、アクリル製の導光板３の長さＸ１１＝１００ｍｍ、幅Ｘ１２＝２００ｍｍ、厚さＸ１３＝４ｍｍとする。また、導光板３は、光源１が発する光が入射される端面３１以外の３つの端面（端面３５を含む）を、拡散反射率９０％とする。また、出射面３３におけるプリズム３４の被覆率５０％、プリズム３４の半径Ｒ＝３０μｍとする。

モデル化の変数として、「導光板３の厚み方向における光源１の１／２指向角θａ」、「プリズム３４の扁平率Ｈ／Ｒ」を用いる。

導光板３の厚み方向における光源１の１／２指向角とは、導光板３の厚み方向において、光源１から出力される光の強度がピーク値の半分になる箇所間の角度のことである。図８（ａ）に示すように、集光レンズ１２は、ＬＥＤユニット１１のＬＥＤ素子１１ｂが発する光の指向角を狭めて出力している。集光レンズ１２が出射する光は、集光レンズ１２の指向角の略中央Ｚ１の光強度がピーク値となる。そして、光強度が中央Ｚ１における光強度の半分になる箇所Ｚ２，Ｚ３間の角度θａが、光源１の１／２指向角となる。本シミュレーションでは、導光板３の厚み方向における光源１の１／２指向角θａを変数としている。

なお、光源１がＬＥＤユニット１１のみで構成される（集光レンズ１２を設けない）場合、図８（ｂ）に示すように、ＬＥＤ素子１１ｂの指向角の略中央Ｚ１１において、光強度がピークとなる。そして、光強度がＺ１１における光強度の半分になる箇所Ｚ１２，Ｚ１３間の角度θｂが１／２指向角となる。一般的なランバート配光のＬＥＤ素子１１ｂを用いた場合、１／２指向角θｂ＝１２０°程度になり、１／２指向角θｂが広いために出射面３３からの出射光が多くなる傾向になる。そこで、本実施形態では、集光レンズ１２を設けることによって、ＬＥＤ素子１１ｂが発する光の指向角を狭めて、１／２指向角θａを所望の値に設定している。したがって、ＬＥＤ素子１１ｂに一般的なランバート配光の素子を使用した場合でも、光源１の１／２指向角θａを所望の値に設定できるので、安価、且つ高出力であるランバート配光の素子をＬＥＤ素子１１ｂに用いることができる。

また、プリズム３４の扁平率Ｈ／Ｒとは、プリズム３４の高さＨと、プリズム３４が出射面３３と接する箇所の半径Ｒとの比である（図５（ｂ）参照）。プリズム３４が高さ方向につぶれた形状であるほど、この扁平率Ｈ／Ｒの値は小さくなる。

導光板３を用いた照明器具は、プリズム３４を設けていない出射面３２を照射エリア（照明対象）に向けて配置される。この場合、照明器具の配光分布は、プリズム３４を設けていない出射面３２から照射される前面光の光量を多くし、プリズム３４を設けた出射面３３から照射される背面光の光量を少なくするほうが望ましい。

そこで、光源１の１／２指向角θａ、プリズム３４の扁平率Ｈ／Ｒを変数としたシミュレーションによって、導光板３の配光分布、導光板３の前面光Ｉ１と背面光Ｉ２との比である出射比Ｉ１／Ｉ２を導出した。なお、導光板３の前面光Ｉ１は、出射面３２から導光板３外へ出射する光であり、導光板３の背面光Ｉ２は、出射面３３から導光板３外へ出射する光である。すなわち、前面光Ｉ１は、図９に示すように、導光板３の前面方向（出射面３２が面する方向）に対して指向角１８０°の範囲内に出射される光である。また、背面光Ｉ２は、図９に示すように、導光板３の背面方向（出射面３３が面する方向）に対して指向角１８０°の範囲内に出射される光である。そして、出射比Ｉ１／Ｉ２が大きいほど、出射面３２からの出射光が支配的になり、照明器具としての配光分布が好ましいものになる。

さらに、図９に示すように、前面光Ｉ１を、出射面３２に対して深い出射角度で正面方向に出射する正面光Ｉ１１、出射面３２に対して浅い出射角度で斜め方向に出射する側光Ｉ１２に分ける。正面光Ｉ１１は、前面光Ｉ１のうち、出射面３２の前面方向に対して指向角１２０°の範囲内に出射される光である。側光Ｉ１２は、前面光Ｉ１のうち、出射面３２の前面方向に対して指向角１２０°の範囲外に出射される光である。そして、前面光Ｉ１に含まれる正面光Ｉ１１の割合が大きいほど、照明器具としての配光分布が好ましいものになる。

図１０（ａ）（ｂ）は、１／２指向角θａ＝６０°、扁平率Ｈ／Ｒ＝０．３６の条件下における導光板３の長さ方向（Ｘ１１の両端方向）から見た配光分布のシミュレーション結果である。具体的に、図１０（ａ）は配光分布のシミュレーション結果である配光曲線図であり、図１０（ｂ）は配光分布のシミュレーション結果の概念図である。なお、図１０（ａ）において、各同心円の数値（０．２〜１．０）は光度の相対値であり、以降、他の配光曲線図についても同様である。この場合、前面光Ｉ１と背面光Ｉ２との比である出射比Ｉ１／Ｉ２が大きく、前面光Ｉ１（出射面３２からの出射光）が支配的になる。また、前面光Ｉ１のうち、正面光Ｉ１１は側光Ｉ１２に比べて大きくなる。したがって、照明器具として好ましい配光分布となっている。

次に、図１１（ａ）（ｂ）は、１／２指向角θａ＝１２０°、扁平率Ｈ／Ｒ＝０．２４の条件下における導光板３の長さ方向（Ｘ１１の両端方向）から見た配光分布のシミュレーション結果である。具体的に、図１１（ａ）は配光分布のシミュレーション結果である配光曲線図であり、図１１（ｂ）は配光分布のシミュレーション結果の概念図である。この場合、前面光Ｉ１と背面光Ｉ２との比である出射比Ｉ１／Ｉ２が小さく、背面光Ｉ２（出射面３３からの出射光）が支配的になる。また、前面光Ｉ１のうち、側光Ｉ１２が正面光Ｉ１１に比べて大きくなる。したがって、照明器具として不適当な配光分布となっている。

図１２、図１３は、シミュレーション結果を示すグラフである。

まず、図１２は、横軸にプリズム３４の扁平率Ｈ／Ｒをとり、縦軸に導光板３の前面光Ｉ１と背面光Ｉ２との比である出射比Ｉ１／Ｉ２をとる。なお、図１２中において、◆：１／２指向角θａ≧７０°、■：１／２指向角θａ＝６０°、▲：１／２指向角θａ＝４０°、×：１／２指向角θａ＝２０°の各データを示す。図１２において、１／２指向角θａが７０°以上である場合、プリズム３４の扁平率Ｈ／Ｒの全範囲に亘って、出射比Ｉ１／Ｉ２が小さい（前面光Ｉ１が少ない）。一方、１／２指向角θａが６０°以下である場合、プリズム３４の扁平率Ｈ／Ｒが、０．２５以上、０．５０以下の範囲内にあれば、出射比Ｉ１／Ｉ２が向上して、出射面３２からの出射光が支配的になる。

また、図１３は、横軸に導光板３の厚み方向における１／２指向角θａをとり、縦軸に出射比Ｉ１／Ｉ２をとる。なお、図１３中において、◆：プリズム３４の扁平率Ｈ／Ｒが０．２５未満、■：プリズム３４の扁平率Ｈ／Ｒが０．２５以上、０．３５未満、▲：プリズム３４の扁平率Ｈ／Ｒが０．３５以上、０．４５未満、×：プリズム３４の扁平率Ｈ／Ｒが０．４５以上、０．５０以下 の各データを示す。図１３において、プリズム３４の扁平率Ｈ／Ｒが０．２５未満である場合、１／２指向角θａの全範囲に亘って、出射比Ｉ１／Ｉ２は小さくなる（前面光Ｉ１が少ない）。また、プリズム３４の扁平率Ｈ／Ｒが０．２５以上、０．５０未満である場合、１／２指向角θａが７０°以上の範囲で、出射比Ｉ１／Ｉ２は比較的小さい値を維持している。しかしながら、プリズム３４の扁平率Ｈ／Ｒが０．２５以上、０．５０以下である場合、１／２指向角θａが６０°以下になると、出射比Ｉ１／Ｉ２は、１／２指向角θａが小さくなるにつれて増加し、出射面３２からの出射光が支配的になる。

図１２、図１３のシミュレーション結果より、導光板３の厚み方向における１／２指向角θａが６０°以下であり、プリズム３４の扁平率Ｈ／Ｒが０．２５以上、０．５０以下を満たせば、出射面３２からの出射光が支配的になることがわかる。したがって、導光板３の厚み方向における１／２指向角θａが６０°以下、プリズム３４の扁平率Ｈ／Ｒが０．２５以上、０．５０以下であれば、照明器具としての配光分布が好ましいものになる。

次に、図１４は、横軸にプリズム３４の扁平率Ｈ／Ｒをとり、縦軸に前面光Ｉ１における正面光Ｉ１１の割合をとる。なお、図１４中において、◆：導光板３の厚み方向における１／２指向角θａ≧７０°、■：１／２指向角θａ＝６０°、▲：１／２指向角θａ＝４０°、○：１／２指向角θａ＝２０° の各データを示す。そして、導光板３の厚み方向における１／２指向角θａが６０°以下、プリズム３４の扁平率Ｈ／Ｒが０．２６以上、０．４４以下を満たせば、前面光Ｉ１における正面光Ｉ１１の割合が５０％以上となって、正面光Ｉ１１の光量を増大させることができる。

また、現実的には、集光レンズ１２の生産性、集光レンズ１２の精度ばらつき、導光板３の配光分布（正面光Ｉ１１の比率）を考慮すると、３０°≦１／２指向角θａ≦６０°、０．３０≦扁平率Ｈ／Ｒ≦０．４０に設定することが好ましい。

そして、図１５〜図１８は、導光板３の厚み方向における光源１の１／２指向角θａ、プリズム３４の扁平率Ｈ／Ｒを変数としたシミュレーション結果に基づいて、導光板３の配光分布の良否を判断した結果を表している。

まず、図１５は、導光板３の厚み方向における光源１の１／２指向角θａ、プリズム３４の扁平率Ｈ／Ｒが「θａ≦６０°、０．２５≦Ｈ／Ｒ≦０．５０」となる領域Ｓ１を示す。この領域Ｓ１における光源１の１／２指向角θａ、プリズム３４の扁平率Ｈ／Ｒを満たすことによって、出射面３２からの出射光が支配的になって、照明器具としての配光分布が好ましいものになる。すなわち、１／２指向角θａ、扁平率Ｈ／Ｒを領域Ｓ１内に設定することによって、導光板３の出射面３３にプリズム３４を設けた場合に、導光板３の出射面３２から出射される光の比率（光量）を高めることができる。

次に、図１６は、導光板３の厚み方向における光源１の１／２指向角θａ、プリズム３４の扁平率Ｈ／Ｒが「θａ≦６０°、０．２６≦Ｈ／Ｒ≦０．４４」となる領域Ｓ２を示す。この領域Ｓ２は、前面光Ｉ１における正面光Ｉ１１の割合を５０％以上に維持することができ、照明器具としての配光分布がより好ましいものになる。

次に、図１７は、導光板３の厚み方向における光源１の１／２指向角θａ、プリズム３４の扁平率Ｈ／Ｒが「３０°≦θａ≦６０°、０．３０≦Ｈ／Ｒ≦０．４０」となる領域Ｓ３を示す。この領域Ｓ３における光源１の１／２指向角θａ、プリズム３４の扁平率Ｈ／Ｒは、集光レンズ１２の生産性、集光レンズ１２の精度ばらつき、導光板３の配光分布（正面光Ｉ１１の比率）を考慮して、領域Ｓ２内で現実的に実現可能と思われる範囲である。すなわち、１／２指向角θａ、扁平率Ｈ／Ｒを領域Ｓ３内に設定することによって、照明器具としての配光分布をより好ましく制御することができる集光レンズ１２およびプリズム３４を容易に実現することができる。

次に、図１８は、導光板３の厚み方向における光源１の１／２指向角θａ、プリズム３４の扁平率Ｈ／Ｒが「θａ≦６０°、Ｈ／Ｒ≦０．２４」および「６０°＜θａ」となる領域Ｓ４を示す。この領域Ｓ４における光源１の１／２指向角θａ、プリズム３４の扁平率Ｈ／Ｒは、出射面３２からの出射光が支配的になるように配光制御することに対して効果が小さい領域である。

図１９、図２０は、図１〜図３に示す照明器具を用いた実際の配光分布を示す。具体的に、図１９（ａ）は、図１〜図３に示す照明器具から導光板３を取り外した状態の断面図であり、図１９（ｂ）は、図１９（ａ）の状態における配光曲線図である。また、図２０（ａ）は、図１〜図３に示す照明器具の断面図であり、図２０（ｂ）は、図２０（ａ）の状態における配光曲線図である。

なお、導光板３の長さＸ１＝６００ｍｍ、幅Ｘ２＝２００ｍｍである。また、光源１は、１２０個のＬＥＤ素子１１ｂを基板１１ａ上に５ｍｍ間隔で配設している。また、ＬＥＤ素子１１ｂのサイズは、３ｍｍ×１．４ｍｍ×０．６ｍｍとする。また、プリズム３４の半径Ｒ＝３０μｍ、プリズム３４の扁平率Ｈ／Ｒは、０．２５以上、０．５０以下の値、出射面３３におけるプリズム３４の被覆率４５％とする。また、集光レンズ１２が出射する光の１／２指向角θａは約３５°とする。また、導光板３の端面３１を除く他の３つの端面（端面３５を含む）には、反射係数が高い白色テープ５を貼るものとする。また、光源１の入力電力は、約３０Ｗとする。

図１９は、導光板３を取り外して、光源１のみによる配光分布を示す。この場合の配光分布は、指向角が約３５°となって、前面側および背面側の両方に略均等に光Ｉ３が照射される。

図２０は、光源１に導光板３を取り付けた場合の配光分布を示す。集光レンズ１２は、導光板３の厚み方向における１／２指向角θａが６０°以下となるようにＬＥＤ素子１１ｂが発した光を配光制御する。また、プリズム３４の扁平率Ｈ／Ｒは、０．２５≦Ｈ／Ｒ≦０．５０の範囲内に設定されている。この場合の配光分布は、前面光Ｉ１が背面光Ｉ２に比べて多く、前面光Ｉ１（出射面３２からの出射光）が支配的になるように配光制御される。なお、導光板３の端面３１に対向する端面３５には反射係数が高い白色テープ５を貼っており、光源１の後方領域Ｕ１は、白色テープ５による反射光によって光が照射されている。

上述のように、照明器具は、板状の透光性部材で形成されて、光を出射する出射面として互いに対向する出射面３３（第１面）および出射面３２（第２面）を有する導光板３を備える。さらに、照明器具は、導光板３の出射面３３に配設された透光性樹脂からなる凸曲面の突部をプリズム３４として備える。さらに、照明器具は、導光板３の厚み方向に沿った端面３１に対して光を入射する光源１を備える。そして、光源１から出力される光の強度がピーク値の半分になる箇所間の角度である１／２指向角θａが、導光板３の厚み方向において６０°以下である。さらに、プリズム３４の高さＨとプリズム３４が導光板３の出射面３３と接する箇所の半径Ｒとの比Ｈ／Ｒが、０．２５以上、０．５０以下を満たす。

また、図２１に示すように、アクリル製の集光レンズ１２を、アクリル製の導光板３の端面３１に一体形成してもよい。この場合、集光レンズ１２と導光板３の端面３１との間に空気層が介在していないので、集光レンズ１２と導光板３の端面３１との界面におけるエネルギーロス（光の損失）が抑制される。なお、集光レンズ１２は、導光板３の端面３１に、透光性の接着剤等によって取り付けられる構成であってもよい。すなわち、集光レンズ１２は、導光板３の端面３１に設けられることが好ましい。

（実施形態２）
本実施形態の照明器具の構成を、図２２、図２３に示す。

本照明器具は、矩形函状の筐体６内に２つの光源１（光源１Ａ，１Ｂと称す）を収納しており（図２３参照）、光源１Ａ，１Ｂは、筐体６の互いに対向する面から、互いに逆方向に光を出力する。そして、光源１Ａと導光板３Ａとが対をなし、光源１Ｂと導光板３Ｂとが対をなして、筐体６の互いに対向する面には導光板３（導光板３Ａ，３Ｂと称す）がそれぞれ設けられている。この照明器具は、筐体６に取り付けたワイヤ７によって天井から吊り下げられるペンダント型の照明器具である。なお、実施形態１と同様の構成には同一の符号を付して説明は省略する。

そして、シミュレーションによって求めた照明器具の配光分布（導光板３の長さ方向（Ｘ２１の両端方向）から見た配光曲線図）を図２４に示す。なお、このシミュレーションに用いた照明器具のモデルとして、導光板３Ａ，３Ｂの長さＸ２１＝６００ｍｍ、照明器具の幅Ｘ２２＝４００ｍｍ、導光板３Ａ，３Ｂの厚さＸ２３＝４ｍｍとした。また、光源１Ａ，１Ｂは、１２０個のＬＥＤ素子１１ｂを基板１１ａ上に５ｍｍ間隔で配設している。また、ＬＥＤ素子１１ｂのサイズは、３ｍｍ×１．４ｍｍ×０．６ｍｍとする。また、プリズム３４の半径Ｒ＝３０μｍ、プリズム３４の扁平率Ｈ／Ｒは、０．２５以上、０．５０以下の値、導光板３Ａ，３Ｂの各出射面３３におけるプリズム３４の被覆率４５％とする。また、集光レンズ１２が出射する光の１／２指向角θａは約３５°とする。また、導光板３Ａ，３Ｂにおいて、光源１Ａ，１Ｂが取り付けられる端面３１を除く他の３つの端面（端面３５を含む）には、反射係数が高い白色テープを貼るものとする。また、光源１Ａ，１Ｂの各入力電力の和は、約６０Ｗとする。

この照明器具の配光分布は、図２４に示すように、導光板３Ａの前面光Ｉ１Ａ、導光板３Ｂの前面光Ｉ１Ｂが広い範囲に亘って下方に照射されるブロードな配光となっている。また、導光板３Ａの背面光Ｉ２Ａ、導光板３Ｂの背面光Ｉ２Ｂが広い範囲に亘って上方に照射されており、天井を広く照らす配光になっている。

通常、導光板を用いた照明器具の場合、導光板に光拡散シート、反射板などを用いて配光制御等を行う。しかしながら、本照明器具は、集光レンズ１２の特性およびプリズム３４の形状を実施形態１と同様に設定することによって、光拡散シートおよび反射板が不要となるので、導光板３Ａ，３Ｂの高い透光性によって、装飾性に優れたもの（特に未点灯時）となる。

（実施形態３）
本実施形態の照明器具は、実施形態２と同様に図２２，図２３に示す構成を備える。但し、本照明器具は、照明器具の幅Ｘ２２＝２００ｍｍとする。他の構成は実施形態２と同様であり、同様の構成には同一の符号を付して説明は省略する。

そして、本照明器具は、扁平率Ｈ／Ｒが互いに異なる複数のプリズム３４を混合して用いることによって、照明器具の種類に適した配光設計を行うものであり、以下にシミュレーション結果を示す。

プリズム３４は、その扁平率Ｈ／Ｒ＝「０．４０」，「０．３８」，「０．３６」，「０．３４」，「０．３２」，「０．３０」毎に、プリズム３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３４ｄ，３４ｅ，３４ｆの符号を付す。プリズム３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３４ｄ，３４ｅ，３４ｆをそれぞれ用いた場合の照明器具の各配光分布（導光板３の長さ方向（Ｘ２１の両端方向）から見た配光曲線図）を、図２５（ａ）〜（ｆ）に示す。扁平率Ｈ／Ｒが高いほど、導光板３Ａの前面光Ｉ１Ａによる配光範囲と、導光板３Ｂの前面光Ｉ１Ｂによる配光範囲とが互いに近付く。また、扁平率Ｈ／Ｒが低いほど、導光板３Ａの前面光Ｉ１Ａによる配光範囲と、導光板３Ｂの前面光Ｉ１Ｂによる配光範囲とが互いに離れる。

そして、扁平率Ｈ／Ｒ＝０．４０のプリズム３４ａと、扁平率Ｈ／Ｒ＝０．３８のプリズム３４ｂとを混合して用いることによって、図２６に示す狭角配光を実現できる。図２６は、プリズム３４ａとプリズム３４ｂとを混合して用いた場合の照明器具の配光分布（導光板３の長さ方向（Ｘ２１の両端方向）から見た配光曲線図）を示す。なお、扁平率Ｈ／Ｒ＝０．４０のプリズム３４ａの混合比率８０％、扁平率Ｈ／Ｒ＝０．３８のプリズム３４ｂの混合比率２０％としている。図２６に示す配光分布は、導光板３Ａの前面光Ｉ１Ａおよび導光板３Ｂの前面光Ｉ１Ｂによる各配光範囲が、照明器具下方の比較的狭い範囲に収まり、狭角配光を実現している。さらに、導光板３Ａの背面光Ｉ２Ａおよび導光板３Ｂの背面光Ｉ２Ｂによる各配光範囲も、照明器具上方の比較的狭い範囲に収まり、狭角配光を実現している。

また、扁平率Ｈ／Ｒ＝０．４０のプリズム３４ａと、扁平率Ｈ／Ｒ＝０．３８のプリズム３４ｂと、扁平率Ｈ／Ｒ＝０．３０のプリズム３４ｆとを混合して用いることによって、図２７に示す広角配光を実現できる。図２７は、プリズム３４ａとプリズム３４ｂとプリズム３４ｆとを混合して用いた場合の照明器具の配光分布（導光板３の長さ方向（Ｘ２１の両端方向）から見た配光曲線図）を示す。なお、扁平率Ｈ／Ｒ＝０．４０のプリズム３４ａの混合比率７０％、扁平率Ｈ／Ｒ＝０．３８のプリズム３４ｂの混合比率１０％、扁平率Ｈ／Ｒ＝０．３０のプリズム３４ｆの混合比率２０％としている。図２７に示す配光分布は、導光板３Ａの前面光Ｉ１Ａおよび導光板３Ｂの前面光Ｉ１Ｂによる各配光範囲が、照明器具下方の比較的広い範囲に拡がり、広角配光を実現している。さらに、導光板３Ａの背面光Ｉ２Ａおよび導光板３Ｂの背面光Ｉ２Ｂによる各配光範囲も、照明器具上方の比較的広い範囲に拡がり、広角配光を実現している。

（実施形態４）
本実施形態の照明器具の構成を、図２９、図３０に示す。基本構成は、実施形態２と同様であるが、導光板３Ａ，３Ｂを傾斜させている点が実施形態２とは異なり、同様の構成には同一の符号を付して説明は省略する。

本実施形態の照明器具は、天井１０１から吊り下げるペンダント型の照明器具である。そして、導光板３Ａ，３Ｂの出射面３２から下方に出射される光は床面１００を照射し、出射面３３から上方に出射される光は天井１０１を照射する（図３０参照）。すなわち、出射面３２は、床面１００を照射面とし、出射面３３は、天井１０１を照射面とする。

図３１（ａ）に示すように導光板３Ａ，３Ｂの各板面が同一平面を成すように導光板３Ａ，３Ｂを傾斜させずに配置した場合（後述の傾斜角θ１＝０°）、照明器具の配光分布（導光板３の長さ方向（Ｘ２１の両端方向）から見た配光曲線図）は、図３１（ｂ）のようになる。図３１（ａ）（ｂ）において、導光板３Ａ，３Ｂの前面光Ｉ１Ａ，Ｉ１Ｂ（正面光Ｉ１１Ａ，Ｉ１１Ｂ、側光Ｉ１２Ａ，Ｉ１２Ｂ）は、光源１の発光方向に傾斜している。したがって、ペンダント型の照明器具として用いた場合、床面１００に垂直に照射される鉛直方向の光（直下光）の成分は比較的少なくなる。ペンダント型の照明器具における下方の配光分布は、この直下光の成分を多くすることが望ましい。

また、図３１（ａ）（ｂ）において、導光板３Ａの背面光Ｉ２Ａ、導光板３Ｂの背面光Ｉ２Ｂは、床面１００に平行な基準面１１０に対する出射角度θｃが約１５°〜２０°となる。ペンダント型の照明器具における上方の配光分布は、背面光Ｉ２Ａ，Ｉ２Ｂの出射角度θｃを０°に近づけて、できるだけ小さい出射角度θｃで上方に配光することが望ましい。

そこで、本実施形態では、前面光Ｉ１Ａ，Ｉ１Ｂに含まれる直下光の成分を増やし、且つ背面光Ｉ２Ａ，Ｉ２Ｂの出射角度θｃを０°に近づけるため、導光板３Ａ，３Ｂの端面３５が互いに近付くように傾斜させている（図３０、図３２（ａ）参照）。具体的に、導光板３Ａ，３Ｂは、端面３１（第１の端面）に光源１が取り付けられており、この端面３１に対向して端面３５が形成されている（図１参照）。そして、導光板３Ａ，３Ｂは、端面３１より端面３５のほうが床面１００に対して近付くように傾斜して設置される。すなわち、導光板３Ａ，３Ｂの各端面３５が互いに近付くように下方に傾斜している。なお、基準面１１０に対する導光板３Ａ，３Ｂの傾斜角をθ１と称す。

なお、図３２（ａ）に示すように導光板３Ａ，３Ｂの各端面３５が互いに近付くように導光板３Ａ，３Ｂを傾斜させて配置した場合（一例として傾斜角θ１＝１０°の場合）、その配光分布は図３２（ｂ）のように示される。図３２（ｂ）に示す配光分布は、導光板３の長さ方向（Ｘ２１の両端方向）から見た配光曲線図である。

以下、基準面１１０に対する導光板３Ａ，３Ｂの傾斜角θ１、およびプリズム３４の扁平率Ｈ／Ｒの設定について説明する。

まず、導光板３Ａ，３Ｂの傾斜角θ１は、
（条件１）背面光Ｉ２Ａ，Ｉ２Ｂの出射角度θｃを０°に近づける。
（条件２）前面光Ｉ１による直下光の成分を増大させる。
という２つの条件から、設定される。

（条件１）
導光板３Ａ，３Ｂの傾斜角θ１=０°である場合、背面光Ｉ２Ａ，Ｉ２Ｂの出射角度θｃは約１５°〜２０°となる（図２５（ａ）〜（ｆ）参照）。そこで、背面光Ｉ２Ａ，Ｉ２Ｂの出射角度θｃを０°に近づけるためには、導光板３Ａ，３Ｂの傾斜角θ１を５°〜２５°に設定すればよい。すなわち、（条件１）を満たす傾斜角θ１は、
５°≦θ１≦２５° ……… （式１）
となる。

（条件２）
図３３に示すように、導光板３Ａ，３Ｂの傾斜角θ１を０°から徐々に増加させて、光源１から出力される光の強度がピーク値の半分（０．５倍）になる最初の箇所Ｚａが直下を向く傾斜角θ１を、下限傾斜角θ１１とする。さらに傾斜角θ１を徐々に増加させて、光源１から出力される光の強度がピーク値の０．９倍になる２番目の箇所Ｚｂが直下を向く傾斜角θ１を、上限傾斜角θ１２とする。そして、図２５（ａ）〜（ｆ）の各配光分布毎に導出した下限傾斜角θ１１、上限傾斜角θ１２の値を図３４に示す。図２５（ａ）〜（ｆ）の各配光分布は、プリズム３４の扁平率Ｈ／Ｒ＝「０．４０」，「０．３８」，「０．３６」，「０．３４」，「０．３２」，「０．３０」のそれぞれに対応している。

そして、図３５は、扁平率Ｈ／Ｒを変数として下限傾斜角θ１１、上限傾斜角θ１２をグラフに表している。

下限傾斜角θ１１は、θ１１＝−２５０・（Ｈ／Ｒ）＋１００と表され、上限傾斜角θ１２は、θ１２＝−３３５．７・（Ｈ／Ｒ）＋１４９．２と表される。そして、（条件２）を満たす傾斜角θ１は、
−２５０・（Ｈ／Ｒ）＋１００≦θ１≦−３３５．７・（Ｈ／Ｒ）＋１４９．２ …………… （式２）
となる。

そして、上記（式１）（式２）を満足する傾斜角θ１が、上記（条件１）（条件２）の両方を満たすことになる。すなわち、傾斜角θ１は、
−２５０・（Ｈ／Ｒ）＋１００≦θ１≦−３３５．７・（Ｈ／Ｒ）＋１４９．２ 但し、０．３０≦（Ｈ／Ｒ）≦０．４３ ……………… （式３）
を満たせばよい。図３５において（式３）を満たす領域１２０を示す。

而して、導光板３Ａ，３Ｂの傾斜角θ１、およびプリズム３４の扁平率Ｈ／Ｒが（式３）を満たす照明器具の配光分布は、図３２（ａ）（ｂ）に示すように、背面光Ｉ２Ａ，Ｉ２Ｂの出射角度θｃを０°に近づけることができる。さらに、導光板３Ａ，３Ｂの前面光Ｉ１Ａ，Ｉ１Ｂ（正面光Ｉ１１Ａ，Ｉ１１Ｂ、側光Ｉ１２Ａ，Ｉ１２Ｂ）は、光源１の発光方向への傾斜度合が減少して、直下光の成分を増大させることができる。特に、正面光Ｉ１１Ａ，Ｉ１１Ｂは、鉛直方向（略鉛直方向を含む）に出射している。

すなわち、照明器具は、導光板３Ａ，３Ｂの傾斜角θ１、プリズム３４の扁平率Ｈ／Ｒが、上記（式３）を満たすことによって、背面光Ｉ２Ａ，Ｉ２Ｂの出射角度θｃを０°に近づけて、上方をできるだけ浅い角度で配光することができる。さらに、照明器具は、導光板３Ａ，３Ｂの傾斜角θ１、プリズム３４の扁平率Ｈ／Ｒが、上記（式３）を満たすことによって、直下光の成分を増大させることができる。

次に、図３６に示すように、導光板３Ａ，３Ｂの各出射面３３から出射した背面光Ｉ２Ａ，Ｉ２Ｂを反射する反射部材８を、出射面３３に対向して設けてもよい。この場合、反射部材８の反射光は、出射面３２から前面光Ｉ１Ａ，Ｉ１Ｂとして出射する。したがって、図３６の照明器具では、出射面３２から出射する前面光Ｉ１Ａ，Ｉ１Ｂの配光分布のみに基づいて、傾斜角θ１を設定する。

まず、導光板３Ａ，３Ｂの傾斜角θ１は、
（条件３）前面光Ｉ１による直下光の成分を増大させる。
という条件から、設定される。

（条件３）
図２５（ａ）〜（ｆ）の各配光分布毎に導出した下限傾斜角θ１１、上限傾斜角θ１２は、図３４に示される。

次に、図３７は、扁平率Ｈ／Ｒを変数として下限傾斜角θ１１、上限傾斜角θ１２をグラフに表している。

下限傾斜角θ１１は、θ１１＝−２５０・（Ｈ／Ｒ）＋１００と表され、上限傾斜角θ１２は、θ１２＝−３３５．７・（Ｈ／Ｒ）＋１４９．２と表される。そして、（条件３）を満たす傾斜角θ１は、
−２５０・（Ｈ／Ｒ）＋１００≦θ１≦−３３５．７・（Ｈ／Ｒ）＋１４９．２ …………… （式４）
となる。

そして、本照明器具は、出射面３２からの出射光を支配的にするためにプリズム３４の扁平率Ｈ／Ｒを０．２５以上、０．５０以下としており、この扁平率Ｈ／Ｒの範囲内で、傾斜角θ１は、上記（式４）を満たせばよい。

すなわち、傾斜角θ１は、
−２５０・（Ｈ／Ｒ）＋１００≦θ１≦−３３５．７・（Ｈ／Ｒ）＋１４９．２ 但し、０．２５≦（Ｈ／Ｒ）≦０．５０ ……………… （式５）
を満たせばよい。図３７において（式５）を満たす領域１３０を示す。

照明器具は、導光板３Ａ，３Ｂの傾斜角θ１、プリズム３４の扁平率Ｈ／Ｒが、上記（式５）を満たすことによって、直下光の成分を増大させることができる。

また、図３８に示すように、１つの導光板３のみを用いた照明器具においても、導光板３の傾斜角θ１、プリズム３４の扁平率Ｈ／Ｒを上記同様に設定することによって、上記同様の効果を得ることができる。

また、上述の各実施形態において、ＴＩＲレンズで構成される集光レンズ１２の代わりに、図２８（ａ）に示すようにＬＥＤ素子１１ｂの表面に配置した樹脂からなる集光レンズ１３を用いてもよい。あるいは、図２８（ｂ）に示すように、基板１１ａ上でＬＥＤ素子１１ｂの周囲を封止した封止樹脂からなる集光レンズ１４を用いてもよい。集光レンズ１３，１４は、例えば半球のドーム状に形成される。

また、上述の各実施形態では、導光板３の出射面３３のみにプリズム３４を設けているが、出射面３２にもプリズム３４を設けて、導光板３の両面にプリズム３４を配設する構成でもよい。そして、出射面３２に設けたプリズムおよび出射面３２に設けたプリズムの各形状、被覆率、配設パターン等を個別に設定することによって、出射面３２側と出射面３３側とで個別に所望の配光分布を得ることができる。

１ 光源
１１ ＬＥＤユニット
１２ 集光レンズ
３ 導光板
３１ 端面
３２，３３ 出射面
３４ プリズム

Claims (8)

1. 板状の透光性部材で形成されて、光を出射する出射面として互いに対向する第１面および第２面を有する導光板と、前記導光板の前記第１面に配設された透光性樹脂からなる凸曲面の突部と、前記導光板の厚み方向に沿った第１の端面に対して光を入射する光源とを備えて、
   前記光源から出力される光の強度がピーク値の半分になる箇所間の角度である１／２指向角が、前記導光板の厚み方向において６０°以下であり、
   前記突部の高さＨと前記突部が前記導光板の前記第１面と接する箇所の半径Ｒとの比Ｈ／Ｒが、０．２５以上、０．５０以下を満たす
   ことを特徴とする照明器具。
2. 前記光源は、
   光を発する発光素子と、
   前記発光素子と前記導光板の前記第１の端面との間に設けられて、前記１／２指向角が前記導光板の厚み方向において６０°以下となるように前記発光素子が発した光を配光制御する集光レンズと
   から構成されることを特徴とする請求項１記載の照明器具。
3. 前記集光レンズは、前記導光板の前記第１の端面に設けられることを特徴とする請求項２記載の照明器具。
4. 前記集光レンズは、前記光源を収納する凹部と、前記凹部の周縁から前記導光板の前記第１の端面の外縁にまで至る反射面とを有することを特徴とする請求項３記載の照明器具。
5. 前記突部の高さＨと前記突部が前記導光板の前記第１面と接する箇所の半径Ｒとの比Ｈ／Ｒが、０．２６以上、０．４４以下を満たすことを特徴とする請求項１乃至４いずれか記載の照明器具。
6. 前記導光板は、前記第１の端面に対向する第２の端面を有して、前記第２面から出射される光が照射される照射面に対して前記第１の端面より前記第２の端面のほうが近付くように傾斜して設置され、前記照射面に平行な基準面に対して前記導光板が傾斜する角度θ１が、５°以上、２５°以下を満たすことを特徴とする請求項１乃至５いずれか記載の照明器具。
7. 前記突部の高さＨと前記突部が前記導光板の前記第１面と接する箇所の半径Ｒとの比Ｈ／Ｒが、０．３０以上、０．４３以下を満たし、
   前記基準面に対して前記導光板が傾斜する角度θ１が、−２５０・（Ｈ／Ｒ）＋１００≦θ１≦−３３５．７・（Ｈ／Ｒ）＋１４９．２を満たす
   ことを特徴とする請求項６記載の照明器具。
8. 前記導光板の前記第１面から出射した光を反射する反射部材を、前記第１面に対向して設けることを特徴とする請求項６または７記載の照明器具。

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