JP6407407B2 - 光源装置及び照明装置 - Google Patents

Description

本発明は、光源を備える光源装置及びその光源装置を用いた照明装置に関する。

従来、所望の照明光を得るために、光源から出射された光を、レンズ及びリフレクタによって配光制御する光源装置が知られている。特許文献１には、光源、集光レンズ及びリフレクタを備える光源装置が開示されている。特許文献１において、集光レンズは、光源から出射された光を所望の位置に集光させる。また、リフレクタは、光源から出射された光を所望の位置に反射させる。

特開２０１０−３４８９号公報

しかしながら、特許文献１に開示された光源装置は、光源から出射された光を、レンズを介さずに直接リフレクタに反射させる。光源から出射された光は、様々な方向に拡散する。このため、光源から出射された光を大量に取り込むためには、リフレクタの奥行を深くする必要がある。従って、リフレクタが大きくなり、光源装置が大型化するという課題があった。

本発明は、上記のような課題を背景としてなされたもので、光源から出射された光の量を充分に確保しつつ小型化できる光源装置及びその光源装置を用いた照明装置を提供するものである。

本発明に係る光源装置は、光を出射する光源と、光源から出射された光の進行方向を変えるレンズと、光源及びレンズの少なくとも一部を覆い、光源から出射された光を被照射面側に反射するリフレクタと、を備え、レンズは、光源から出射された光を全反射してリフレクタ側に偏向する全反射面と、全反射面の内周に設けられ、光源から出射された光を屈折して被照射面側に出射する出射屈折面と、を有し、レンズの屈折率をｎとすると、全反射面と出射屈折面との接続位置と光源の光軸とのなす角度θ１は、θ１≧Ｓｉｎ ^−１ （１／ｎ）を満たすものである。

本発明によれば、レンズは、光源から出射された光をリフレクタ側に偏向する。即ち、光源から出射されて様々な方向に拡散する光の大半がリフレクタ側に偏向される。このため、リフレクタは、光源から出射された光を大量に取り込むことができる。従って、リフレクタの奥行を深くすることが不要である。これにより、リフレクタを小さくすることができる。よって、光源装置を、光源から出射された光の量を充分に確保しつつ小型化することができる。

実施の形態１に係る光源装置１を示す分解斜視図である。 実施の形態１に係る光源装置１を示す透視図である。 実施の形態２に係る光源装置１００を示す分解斜視図である。 実施の形態２に係る光源装置１００を示す透視図である。 実施の形態３に係る光源装置２００を示す分解斜視図である。 実施の形態３に係る光源装置２００を示す透視図である。 実施の形態４に係る光源装置３００を示す分解斜視図である。 実施の形態４に係る光源装置３００を示す透視図である。 実施の形態４におけるレンズ３６０を示す上面図である。 実施の形態５に係る照明装置２を示す斜視図である。 第１の変形例における光源１０を示す斜視図である。 第２の変形例に係る光源装置１を示す透視図である。 第３の変形例に係る光源装置１を示す透視図である。

以下、本発明に係る光源装置及び照明装置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によって本発明が限定されるものではない。また、図１を含め、以下の図面では各構成部材の大きさの関係が実際のものとは異なる場合がある。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る光源装置１を示す分解斜視図である。この図１に基づいて、光源装置１について説明する。図１に示すように、光源装置１は、光源１０とレンズ２０とリフレクタ３０とを備えている。更に、光源装置１は、例えば基板１１、コネクタ１３、ワイヤ１２及びヒートシンク４０を備えている。

光源１０は、光を出射するものであり、白色光を照射するものであって、例えばＬＥＤ上に蛍光体が塗布された構造を備える。この光源１０は、４４０ｎｍ〜４８０ｎｍ程度の青色光を発光するＬＥＤチップ上に、青色光を黄色光に波長変換する蛍光体が設けられたものである。これにより、合成光として白色光を発光する発光素子である。

基板１１は、例えば円形で板状のアルミニウム基板であり、基板１１上には光源１０が実装されている。また、基板１１には、電力供給用の回路パターンが形成されており、光源１０のほかに、ダイオード等の素子（図示せず）も、適宜実装されている。なお、基板１１は、鉄等のそのほかの金属を用いた金属基板としてもよいし、ガラスエポキシ又は紙フェノール材等を用いた基板としてもよい。ガラスエポキシ又は紙フェノール材等を用いた基板は、金属基板と比べて安価である。

コネクタ１３は、基板１１上の素子を駆動する電力を供給する電源（図示せず）が接続されたものである。ワイヤ１２は、コネクタ１３と基板１１とを接続するものである。このように、基板１１には、ワイヤ１２及びコネクタ１３を介して、電源から電力が供給されている。

ヒートシンク４０は、複数のフィンを備えており、基板１１における光源１０が実装された面とは反対側の面に密着されている。これにより、ヒートシンク４０は、光源１０から発生する熱を放熱する機能を有する。なお、基板１１とヒートシンク４０との間に、熱伝導グリース又は熱伝導シート等の熱伝導材、或いは、接着剤等を介在させてもよい。熱伝導材又は接着剤等は、使用される光源１０、回路素子等の耐熱温度、寿命及び強度等に基づいて、使用の可否が適宜決定される。

レンズ２０は、光源１０から出射された光の進行方向を変えるものであり、例えば光源１０の光軸１４上を中心とした回転対称の形状である円柱状をなしている。レンズ２０は、光源１０から光が出射される側に配置されており、回転軸は、光源１０の光軸１４（矢印ｙ方向）と一致している。レンズ２０は、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂又はガラス等の透明な材料から生成されている。なお、レンズ２０は、リフレクタ３０に囲まれるように構成されている。

リフレクタ３０は、光源１０及びレンズ２０の少なくとも一部を覆い、光源１０から出射された光を被照射面側に反射するものである。ここで、被照射面とは、光源１０からの光が照射される面、例えば壁面又は床面等をいう。リフレクタ３０は、光源１０の光軸１４上を中心とした回転対称の形状であり、中空部を有する円錐台形状をなしている。リフレクタ３０は、樹脂、ガラス又は金属等の材料が用いられており、その内面に、塗装又は金属蒸着等が適宜施されることにより、内面の反射率が高められている。

ここで、基板１１及びリフレクタ３０は、ヒートシンク４０に固定されており、レンズ２０は基板１１に固定されている。このように、基板１１、レンズ２０及びリフレクタ３０は、ヒートシンク４０によって位置決めされている。レンズ２０は、リフレクタ３０に囲まれており、即ち、レンズ２０の入射面２１（図２参照）は、リフレクタ３０の開口面３５（図２参照）よりも光源１０側に配置されている。

図２は、実施の形態１に係る光源装置１を示す透視図である。即ち、図２は、光源装置１を透視して内部を観察した図である。次に、レンズ２０及びリフレクタ３０について詳細に説明する。図２に示すように、レンズ２０は、基板１１における光源１０が実装された面に対向し、光源１０から出射された光が入射する入射面２１と、レンズ２０の内部に入射した光が出射する出射面２２と、入射面２１の周縁部と出射面２２の周縁部とを接続する側面２３とを有している。

入射面２１は、入光凹部２４を有している。入光凹部２４は、光源１０から出射された光が入射するものであり、例えば光源１０を中心とした略半球状をなしている。従って、光源１０から出射された光と入光凹部２４とのなす角度はほぼ直角である。このため、光源１０から出射された光は、入光凹部２４に入射しても、ほぼ屈折せずに、そのままレンズ２０の内部に進入する。

出射面２２は、全反射面２９と出射屈折面２８とを有している。

全反射面２９は、光源１０から出射された光を全反射してリフレクタ３０側に偏向する。全反射面２９は、出射面２２の外周部に設けられており、基板１１と平行（矢印ｘ方向）の水平面である。このように、レンズ２０は、光源１０から出射された光を全反射してリフレクタ３０側に偏向するものである。

出射屈折面２８は、全反射面２９の内周に設けられ、光源１０から出射された光を屈折して被照射面側に出射する。出射屈折面２８は、全反射面２９から遠ざかるにつれて被照射面側に向かって傾斜するように構成されている。本実施の形態１では、出射屈折面２８は、入光凹部２４と対向しており、被照射面側に突出する凸形状をなしている。

ここで、全反射面２９と出射屈折面２８との接続位置と光軸１４とのなす角度θ１は、レンズ２０の材料の屈折率をｎとすると、下記式（１）を満たす。

θ１≧Ｓｉｎ^−１（１／ｎ）・・・・（１）

角度θ１は、光源１０から出射されて全反射面２９に入射する光が常に全反射する最小の入射角である臨界角である。

側面２３は、光源１０から出射された光を屈折するものであり、光軸１４と平行（矢印ｙ方向）の垂直面である。

リフレクタ３０は、第１の回転楕円体３１と第２の回転楕円体３２とを有している。

第１の回転楕円体３１は、被照射面側に設けられており、光軸１４に平行（矢印ｙ方向）の断面形状、即ち径方向からみた場合の断面形状は、光源１０を第１焦点とし、被照射面側の任意の点を第２焦点とする楕円形状をなしている。第１の回転楕円体３１には、被照射面側が開口した開口面３５が形成されており、光源１０から出射された光は、開口面３５を通って被照射面を照射する。

第２の回転楕円体３２は、第１の回転楕円体３１に接続され、光源１０側に設けられている。第２の回転楕円体３２は、光軸１４に平行（矢印ｙ方向）の断面形状、即ち径方向からみた場合の断面形状は、光源１０における全反射面２９を線対称とする点を第１焦点とし、被照射面側の任意の点を第２焦点とする楕円形状をなしている。第１の回転楕円体３１と第２の回転楕円体３２とは、リフレクタ３０において、レンズ２０の入射面２１に水平な部分とレンズ２０の出射面２２に水平な部分との間で接続されている。

なお、第１の回転楕円体３１の第２焦点と第２の回転楕円体３２の第２焦点とは、同じ点である。そして、第１の回転楕円体３１の第２焦点及び第２の回転楕円体３２の第２焦点は、光源１０から出射された光が出射屈折面２８によって集光する点とも、一致している。以下、第１の回転楕円体３１の第２焦点、第２の回転楕円体３２の第２焦点及び出射屈折面２８により集光する点を、集光点と呼称する。

次に、図２を用いて、本実施の形態１に係る光源装置１の光の経路について説明する。光の経路は、光源１０における光軸１４の中心から出射された光の経路を示すものである。そして、光軸１４と垂直の方向（矢印ｘ方向）の線を基準線、即ち角度０度の線として、その基準線からの角度が夫々異なって出射された光の経路について説明する。なお、光軸１４の方向（矢印ｙ方向）は、基準線から９０度の角度である。

先ず、基準線からの角度が最も小さい小角度光Ｓ１の経路について説明する。図２に示すように、小角度光Ｓ１は、入光凹部２４を通ってレンズ２０の内部に進入する。ここで、入光凹部２４は光源１０を中心とした半球状をなしている。このため、小角度光Ｓ１は、ほぼ屈折せずに、そのままレンズ２０の内部に進入する。レンズ２０の内部に進入した小角度光Ｓ１は、側面２３に到達する。小角度光Ｓ１は、側面２３で屈折され、図２において右斜め下方向に出射される。側面２３から出射した小角度光Ｓ１は、主として、第１の回転楕円体３１に到達する。小角度光Ｓ１は、第１の回転楕円体３１で反射され、開口面３５を通って被照射面側の集光点に向かう。

次に、基準線からの角度が中程度の中角度光Ｍ１の経路について説明する。図２に示すように、中角度光Ｍ１は、入光凹部２４を通ってレンズ２０の内部に進入する。ここで、入光凹部２４は光源１０を中心とした半球状をなしている。このため、中角度光Ｍ１は、ほぼ屈折せずに、そのままレンズ２０の内部に進入する。レンズ２０の内部に進入した中角度光Ｍ１は、全反射面２９に到達する。中角度光Ｍ１は、全反射面２９で全反射され、側面２３に到達する。中角度光Ｍ１は、側面２３で屈折され、被照射面側とは反対側の方向、即ち、図２において右斜め上方向に出射される。側面２３から出射した中角度光Ｍ１は、主として、第２の回転楕円体３２に到達する。中角度光Ｍ１は、第２の回転楕円体３２で反射され、開口面３５を通って被照射面側の集光点に向かう。

そして、基準線からの角度が最も大きい大角度光Ｌ１の経路について説明する。図２に示すように、大角度光Ｌ１は、入光凹部２４を通ってレンズ２０の内部に進入する。ここで、入光凹部２４は光源１０を中心とした半球状をなしている。このため、大角度光Ｌ１は、ほぼ屈折せずに、そのままレンズ２０の内部に進入する。レンズ２０の内部に進入した大角度光Ｌ１は、出射屈折面２８に到達する。大角度光Ｌ１は、出射屈折面２８で屈折され、開口面３５を通って被照射面側の集光点に向かう。

次に、本実施の形態１に係る光源装置１の作用について説明する。レンズ２０は、光源１０から出射された光をリフレクタ３０側に偏向する。即ち、光源１０から出射されて様々な方向に拡散する光の大半がリフレクタ３０側に偏向される。このため、リフレクタ３０は、光源１０から出射された光を大量に取り込むことができる。従って、リフレクタ３０の奥行（矢印ｙ方向）を深くすることが不要である。これにより、リフレクタ３０を小さくすることができる。よって、光源装置１を、光源１０から出射された光の量を充分に確保して光の利用効率を高めつつ小型化することができる。

ここで、従来技術について説明する。従来、レンズは、光源から出射された光をリフレクタ側に偏向する構成を有していない。このため、中角度光Ｍ１のように、小角度光Ｓ１よりも基準線からの角度が大きい光をリフレクタに反射させるためには、リフレクタの深さを深くする必要がある。

これに対し、本実施の形態１において、レンズ２０は、光源１０から出射された光をリフレクタ３０側に偏向する。このため、リフレクタ３０は、光源１０から出射された光を大量に取り込むことができる。従って、リフレクタ３０の奥行（矢印ｙ方向）を深くすることが不要である。

また、レンズ２０は、光源１０から出射された光を全反射してリフレクタ３０側に偏向する全反射面２９を有する。このように、本実施の形態１は、全反射面２９を用いて、光源１０から出射された光を全反射してリフレクタ３０側に偏向している。これにより、光源装置１を、光源１０から出射された光の量を充分に確保して光の利用効率を高めつつ小型化することができる。

更に、レンズ２０は、全反射面２９の内周に設けられ、光源１０から出射された光を屈折して被照射面側に出射する出射屈折面２８を有する。このように、レンズ２０は、全反射面２９による全反射及び出射屈折面２８による屈折によって、光源１０から出射された光を自在に制御する。このため、配光の制御性が高い。

更にまた、出射屈折面２８は、全反射面２９から遠ざかるにつれて被照射面側に向かって傾斜するように構成されている。これにより、光源１０から出射された光を、被照射面に効率的に集光させることができる。

また、レンズ２０は、光源１０から出射された光が入射する入光凹部２４を有する。そして、入光凹部２４は、光源１０を中心とした半球状をなしている。このため、光源１０から出射された光を、ほぼ屈折せずに、そのままレンズ２０の内部に進入させることができる。

更に、レンズ２０は、光源１０の光軸１４上を中心とした回転対称の形状をなしている。更にまた、リフレクタ３０は、光源１０の光軸１４上を中心とした回転対称の形状をなしている。このため、光源１０から出射された光を、周方向において均一に被照射面に照射させることができる。

更にまた、レンズ２０は、リフレクタ３０に囲まれるように構成されている。このため、リフレクタ３０は、光源１０から出射された光を大量に取り込むことができる。

実施の形態２．
次に、本実施の形態２に係る光源装置１００について説明する。図３は、実施の形態２に係る光源装置１００を示す分解斜視図である。本実施の形態２は、レンズ１２０の形状及びリフレクタ１３０の形状が実施の形態１と相違する。本実施の形態２では、実施の形態１と共通する部分は同一の符号を付して説明を省略し、実施の形態１との相違点を中心に説明する。

図３に示すように、本実施の形態２は、レンズ１２０の形状及びリフレクタ１３０の形状が実施の形態１と相違する。

図４は、実施の形態２に係る光源装置１００を示す透視図である。即ち、図４は、光源装置１００を透視して内部を観察した図である。図４に示すように、レンズ１２０は、基板１１における光源１０が実装された面に対向し、光源１０から出射された光が入射する入射面１２１と、レンズ１２０の内部に入射した光が出射する出射面１２２と、入射面１２１の周縁部と出射面１２２の周縁部とを接続する側面１２３とを有している。

入射面１２１は、入光凹部１２４と第３の凹部１５０とを有している。

入光凹部１２４は、光源１０から出射された光が入射するものであり、例えば底面１２６と傾斜面１２５とを有している。底面１２６は、光源１０の光軸１４から水平に延びる円状の面である。傾斜面１２５は、底面１２６から遠ざかるにつれて光源１０側に向かって広がって傾斜する円錐台状の面である。

第３の凹部１５０は、傾斜面１２５から出射された光を屈折して被照射面側に導くものである。第３の凹部１５０は、入光凹部１２４の外周に設けられており、入射した光を出射面１２２側又は側面１２３側に導くものである。第３の凹部１５０は、光軸１４に対し若干傾いて形成された第１の屈折面１５１と、第１の屈折面１５１の端縁から出射面１２２に対し傾斜した第２の屈折面１５２と、第２の屈折面１５２の端縁から光軸１４に対し平行に形成された第３の屈折面１５３とを有している。

第１の屈折面１５１は、入射面１２１から出射面１２２の側に向けて入光凹部１２４から径方向（矢印ｘ方向）に沿って離れて、入光凹部１２４からレンズ１２０の内部に進入した光を屈折するものである。また、第２の屈折面１５２は、第１の屈折面１５１の端縁から入射面１２１の側に向けて入光凹部１２４から径方向に沿って離れて、第１の屈折面１５１から出射された光を屈折し、全反射面１２９に導くものである。そして、第３の屈折面１５３は、第２の屈折面１５２の端縁からレンズ１２０の上端面まで光軸１４に対し平行（矢印ｙ方向）に延びるものである。

出射面１２２は、第２の凹部１２７を有しており、第２の凹部１２７は、入光凹部１２４からレンズ１２０の内部に進入した光及び第３の凹部１５０からレンズ１２０の内部に進入した光が入射するものである。なお、本実施の形態２は、出射面１２２の全面が第２の凹部１２７となっている。第２の凹部１２７は、全反射面１２９と出射屈折面１２８とを有している。

全反射面１２９は、出射面１２２の外周部に設けられており、入射された光を入射面１２１の側に全反射するものである。全反射面１２９は、例えばリフレクタ１３０に近づくにつれて被照射面側に向かって傾斜するように構成されている。即ち、レンズ１２０において、入射面１２１と全反射面１２９との間に位置する部分は、リフレクタ１３０に近づくにつれて厚さが厚くなっている。

出射屈折面１２８は、全反射面１２９の内周に設けられ、光源１０から出射された光を屈折して被照射面側に出射する。出射屈折面１２８は、全反射面１２９から遠ざかるにつれて被照射面側に向かって傾斜するように構成されている。本実施の形態２では、出射屈折面１２８は、入光凹部１２４と対向しており、被照射面側に突出する凸形状をなしている。即ち、レンズ１２０において、入射面１２１と出射屈折面１２８との間に位置する部分は、全反射面１２９から遠ざかるにつれて厚さが厚くなっている。なお、出射屈折面１２８は、光軸１４上の任意の点を中心とした球面の一部であり、出射屈折面１２８の凸形状における頂点は、光軸１４上に位置している。

リフレクタ１３０は、楕円体の形状をなしており、内面が回転放物面の形状をなしている。リフレクタ１３０の内面の焦点は、全反射面１２９の外側端縁を通る水平面と光軸１４との交点Ｐ１である。

次に、図４を用いて、本実施の形態２に係る光源装置１００の光の経路について説明する。光の経路は、光源１０における光軸１４の中心から出射された光の経路を示すものである。そして、光軸１４と垂直の方向（矢印ｘ方向）の線を基準線、即ち角度０度の線として、その基準線からの角度が夫々異なって出射された光の経路について説明する。なお、光軸１４の方向（矢印ｙ方向）は、基準線から９０度の角度である。

先ず、基準線からの角度が最も小さい小角度光Ｓ１の経路について説明する。図４に示すように、小角度光Ｓ１は、光源１０から入光凹部１２４における傾斜面１２５に向けて出射された光のうち、一部の光に該当するものである。この小角度光Ｓ１は、傾斜面１２５で屈折され、その後、第３の凹部１５０における第１の屈折面１５１に入射し、更に屈折される。この屈折された小角度光Ｓ１は、第２の屈折面１５２に入射して屈折され、第２の凹部１２７における全反射面１２９に入射する。そして、小角度光Ｓ１は、全反射面１２９で全反射され、レンズ１２０の側面１２３に入射し、レンズ１２０の側面１２３から、レンズ１２０の出射面１２２とは反対側、即ち、図４において右斜め上方向に出射する。側面１２３から出射した小角度光Ｓ１は、リフレクタ１３０に到達する。小角度光Ｓ１は、リフレクタ１３０で反射され、光軸１４に対し略平行な光線又は若干収束する光線として、開口面１３５を通って被照射面に向かう。

次に、基準線からの角度が中程度の中角度光Ｍ１の経路について説明する。図４に示すように、中角度光Ｍ１は、光源１０から入光凹部１２４における傾斜面１２５に向けて出射された光のうち、一部の光に該当するものである。この中角度光Ｍ１は、傾斜面１２５で屈折され、その後、第３の凹部１５０を介さずに、第２の凹部１２７における全反射面１２９に入射する。そして、中角度光Ｍ１は、全反射面１２９で全反射され、レンズ１２０の側面１２３に入射し、レンズ１２０の側面１２３から略水平に出射する。側面１２３から出射した中角度光Ｍ１は、リフレクタ１３０に到達する。中角度光Ｍ１は、リフレクタ１３０で反射され、光軸１４に対し略平行な光線又は若干発散する光線として、開口面１３５を通って被照射面に向かう。

そして、基準線からの角度が最も大きい大角度光Ｌ１の経路について説明する。図４に示すように、大角度光Ｌ１は、光源１０から入光凹部１２４における底面１２６に向けて出射された光に該当するものである。この大角度光Ｌ１は、底面１２６で屈折され、その後、第２の凹部１２７における出射屈折面１２８に入射する。そして、大角度光Ｌ１は、出射屈折面１２８で屈折され、図４において略下方向、即ち光軸１４に略平行の方向に出射される。このように、出射屈折面１２８から出射された大角度光Ｌ１は、リフレクタ１３０の内面に反射されることなく、開口面１３５を通って被照射面に向かう。

次に、本実施の形態２に係る光源装置１００の作用について説明する。光源１０から出射された光の一部は、レンズ１２０の全反面によってリフレクタ１３０に向けて全反射され、リフレクタ１３０で反射されることによって、被照射面を照明する照明光として利用される。ここで、レンズ１２０は、傾斜面１２５から出射された光を屈折する第３の凹部１５０を有している。この第３の凹部１５０は、入光凹部１２４から側面１２３に向かう光路の途中に設けられている。このため、光源１０から出射された光が全反射面１２９に到達することなく側面１２３に到達することを抑制することができる。

従って、リフレクタ１３０に到達する光の大半は、全反射面１２９によって反射される。これにより、レンズ１２０を通過した光は、基準線よりも上方に向く割合が増加する。従って、リフレクタ１３０は、光源１０から出射された光を大量に取り込むことができる。従って、リフレクタ１３０の奥行（矢印ｙ方向）を深くすることが不要である。これにより、リフレクタ１３０を小さくすることができる。よって、光源装置１００を、光源１０から出射された光の量を充分に確保して光の利用効率を高めつつ小型化することができる。

また、全反射面１２９は、リフレクタ１３０に近づくにつれて前記被照射面側に向かって傾斜するように構成されている。これにより、光源１０から出射された光は、全反射される割合が増えるため、リフレクタ１３０を小さくすることができる。

入光凹部１２４は、光源１０の光軸１４から水平に延びる底面１２６と、底面１２６から遠ざかるにつれて光源１０側に向かって広がって傾斜する傾斜面１２５と、を有する。このため、入光凹部１２４に到達した光を様々な方向に拡散することができる。

実施の形態３．
次に、本実施の形態３に係る光源装置２００について説明する。図５は、実施の形態３に係る光源装置２００を示す分解斜視図である。本実施の形態３は、レンズ２２０の形状が実施の形態１，２と相違し、リフレクタ２３０の形状が実施の形態１と相違するが実施の形態２と共通する。本実施の形態３では、実施の形態１，２と共通する部分は同一の符号を付して説明を省略し、実施の形態１，２との相違点を中心に説明する。

図５に示すように、本実施の形態３は、レンズ２２０の形状が実施の形態１，２と相違し、リフレクタ２３０の形状が実施の形態１と相違するが実施の形態２と共通する。

図６は、実施の形態３に係る光源装置２００を示す透視図である。即ち、図６は、光源装置２００を透視して内部を観察した図である。図６に示すように、レンズ２２０は、入光凹部２２１と、裏面２２３と、第１の出射面２２２ａ及び第２の出射面２２２ｂを有する出射面２２２とを有している。

入光凹部２２１は、光源１０から出射された光が入射するものであり、例えば光源１０を中心とした略半球状をなしている。従って、光源１０から出射された光と入光凹部２２１とのなす角度はほぼ直角である。このため、光源１０から出射された光は、入光凹部２２１に入射しても、ほぼ屈折せずに、そのままレンズ２２０の内部に進入する。

裏面２２３は、第１の出射面２２２ａ及び第２の出射面２２２ｂの裏側の面であり、入光凹部２２１の外周に設けられている。裏面２２３は、光源１０の光軸１４に略直交する面である。

第１の出射面２２２ａは、光源１０の光軸１４から遠ざかるにつれて被照射面側に向かって傾斜し、光源１０から出射された光を屈折してリフレクタ２３０側に偏向する。即ち、レンズ２２０において、入光凹部２２１及び裏面２２３と第１の出射面２２２ａとの間に位置する部分は、光軸１４から離れるにつれて厚さが厚くなっている。なお、第１の出射面２２２ａは、光源１０の光軸１４に略直交している。

第２の出射面２２２ｂは、第１の出射面２２２ａからリフレクタ２３０に近づくにつれて光源１０側に向かって傾斜し、光源１０から出射された光を屈折してリフレクタ２３０側に偏向する。即ち、レンズ２２０において、入光凹部２２１及び裏面２２３と第２の出射面２２２ｂとの間に位置する部分は、リフレクタ２３０に近づくにつれて厚さが薄くなっている。このように、第１の出射面２２２ａ及び第２の出射面２２２ｂは、非球面状をなしている。

次に、図６を用いて、本実施の形態３に係る光源装置２００の光の経路について説明する。光の経路は、光源１０における光軸１４の中心から出射された光の経路を示すものである。そして、光軸１４と垂直の方向（矢印ｘ方向）の線を基準線、即ち角度０度の線として、その基準線からの角度が夫々異なって出射された光の経路について説明する。なお、光軸１４の方向（矢印ｙ方向）は、基準線から９０度の角度である。

図６に示すように、光Ｌ２００は、入光凹部２２１を通ってレンズ２２０の内部に進入する。ここで、入光凹部２２１は光源１０を中心とした半球状をなしている。このため、光Ｌ２００は、ほぼ屈折せずに、そのままレンズ２２０の内部に進入する。レンズ２２０の内部に進入した光Ｌ２００は、第２の出射面２２２ｂに到達する。光Ｌ２００は、第２の出射面２２２ｂで光軸１４から離れる方向に屈折され、リフレクタ２３０に到達する。光Ｌ２００は、リフレクタ２３０で反射され、開口面２３５を通って被照射面に向かう。

一方、図６に示すように、光軸１４に沿って進行する光Ｌ２０１は、入光凹部２２１を通ってレンズ２２０の内部に進入する。ここで、入光凹部２２１は光源１０を中心とした半球状をなしている。このため、光Ｌ２０１は、ほぼ屈折せずに、そのままレンズ２２０の内部に進入する。レンズ２２０の内部に進入した光Ｌ２０１は、第１の出射面２２２ａに到達する。ここで、第１の出射面２２２ａは光源１０の光軸１４に略直交しているため、光Ｌ２０１は、ほぼ屈折せずに、そのまま出射される。そして、光Ｌ２０１は、開口面２３５を通って被照射面に向かう。

次に、本実施の形態３に係る光源装置２００の作用について説明する。レンズ２２０は、光源１０の光軸１４から遠ざかるにつれて被照射面側に向かって傾斜し、光源１０から出射された光を屈折してリフレクタ２３０側に偏向する第１の出射面２２２ａと、第１の出射面２２２ａからリフレクタ２３０に近づくにつれて光源１０側に向かって傾斜し、光源１０から出射された光を屈折してリフレクタ２３０側に偏向する第２の出射面２２２ｂと、を有する。このため、光源１０から出射された光は、第２の出射面２２２ｂによって主に光軸１４に対し、遠ざかる方向に屈折される。従って、レンズ２２０が使用されない場合に比べて、リフレクタ２３０の奥行を浅くしても、光源１０からの光を充分に取り込むことができる。従って、光利用効率及び配光制御性が高く、小型及び軽量な光源装置２００を得ることができる。

実施の形態４．
次に、本実施の形態４に係る光源装置３００について説明する。図７は、実施の形態４に係る光源装置３００を示す分解斜視図である。本実施の形態４は、レンズ３６０の形状及びリフレクタ３３０の形状が実施の形態１，２，３と相違する。本実施の形態４では、実施の形態１，２，３と共通する部分は同一の符号を付して説明を省略し、実施の形態１，２，３との相違点を中心に説明する。

図７に示すように、本実施の形態４は、レンズ３６０が光源１０の光軸１４上を中心とした回転非対称の形状をなしており、リフレクタ３３０も光源１０の光軸１４上を中心とした回転非対称の形状をなしている。

図８は、実施の形態４に係る光源装置３００を示す透視図であり、即ち、図８は、光源装置３００を透視して内部を観察した図である。図９は、実施の形態４におけるレンズ３６０を示す上面図である。図８，図９に示すように、レンズ３６０は、基板１１における光源１０が実装された面に対向し、光源１０から出射された光が入射する入射面３２１と、レンズ３６０の内部に入射した光が出射する出射面３２２と、入射面３２１の周縁部と出射面３２２の周縁部とを接続する側面３６３及び曲面３７１を有している。なお、レンズ３６０は、光源１０に対向する円錐台部３７０と、円錐台部３７０から突出する突起部３８０とから構成されている。

入射面３２１は、入光凹部３６４と第３の凹部３９０とを有している。このうち、入光凹部３６４は、円錐台部３７０に設けられており、第３の凹部３９０は、突起部３８０に設けられている。

入光凹部３６４は、光源１０から出射された光が入射するものであり、例えば底面３８４と傾斜面３８３と部分球面３６５とを有している。底面３８４は、光源１０の光軸１４から水平に延びる半円状の面である。傾斜面３８３は、底面３８４から遠ざかるにつれて光源１０側に向かって広がって傾斜する半円錐台状の面であり、突起部３８０側に設けられている。部分球面３６５は、光源１０を中心とした球面の一部の形状をなしており、円錐台部３７０側に設けられている。

第３の凹部３９０は、入光凹部３６４の外周に設けられており、入射した光を出射面３２２側又は側面３６３側に導くものである。第３の凹部３９０は、光軸１４に対し若干傾いて形成された第１の屈折面３９１と、第１の屈折面３９１の端縁から出射面３２２に対し傾斜した第２の屈折面３９２と、第２の屈折面３９２の端縁から光軸１４に対し平行に形成された第３の屈折面３９３と、第１の屈折面３９１と第３の屈折面３９３とを接続する凹部側面とを有している。なお、第１の屈折面３９１、第２の屈折面３９２及び第３の屈折面３９３は、実施の形態２と同様の形状又はその一部の形状をなしており、実施の形態２と同様の作用を有する。

出射面３２２は、全反射面３６９と出射屈折面３６８とを有している。このうち、全反射面３６９は、突起部３８０に設けられており、出射屈折面３６８は、円錐台部３７０に設けられている。なお、全反射面３６９及び出射屈折面３６８は、実施の形態１，２と同様の形状又はその一部の形状をなしており、実施の形態１，２と同様の作用を有する。

側面３６３は、光源１０から出射された光を屈折するものであり、光軸１４と平行（矢印ｙ方向）の垂直面である。側面３６３は、突出部に設けられている。

曲面３７１は、入射面３２１から出射面３２２にかけて幅が広がるように傾斜する面であり、円錐台部３７０に設けられている。曲面３７１は、光源１０の中心を焦点とする回転放物面の形状をなしている。

なお、突起部３８０には、突起側面３８１が設けられている。突起側面３８１は、曲面３７１と側面３６３とを接続するものである。突起側面３８１同士は、曲面３７１から側面３６３にかけて、互いの距離が広がるように傾斜して対向している。これにより、突起側面３８１は、入射する光を全反射して、側面３６３に導く。

リフレクタ３３０は、半楕円体の形状をなしている。リフレクタ３３０は、例えばレンズ３６０の側面３６３に対向する位置に配置されているが、側面３６３から出射された光が到達する範囲内に配置されればよい。

次に、図８を用いて、本実施の形態４に係る光源装置３００の光の経路について説明する。光の経路は、光源１０における光軸１４の中心から出射された光の経路を示すものである。そして、光軸１４と垂直の方向（矢印ｘ方向）の線を基準線、即ち角度０度の線として、その基準線からの角度が夫々異なって出射された光の経路について説明する。なお、光軸１４の方向（矢印ｙ方向）は、基準線から９０度の角度である。

先ず、基準線からの角度が最も小さい小角度光Ｓ１の経路について説明する。図８に示すように、小角度光Ｓ１は、全反射面３６９で全反射され、レンズ３６０の側面３６３に入射し、レンズ３６０の側面３６３から、レンズ３６０の出射面３２２とは反対側、即ち、図８において右斜め上方向に出射する。側面３６３から出射した小角度光Ｓ１は、リフレクタ３３０に到達する。小角度光Ｓ１は、リフレクタ３３０で反射され、光軸１４に対し略平行な光線又は若干収束する光線として、開口面３３５を通って被照射面に向かう。なお、本実施の形態４における小角度光Ｓ１の経路は、実施の形態２における小角度光Ｓ１の経路と同等である。

基準線からの角度が中程度の中角度光Ｍ１（図示せず）の経路も、実施の形態２における中角度光Ｍ１の経路と同等である。即ち、側面３６３から出射した中角度光Ｍ１は、リフレクタ３３０に到達する。中角度光Ｍ１は、リフレクタ３３０で反射され、光軸１４に対し略平行な光線又は若干発散する光線として、開口面３３５を通って被照射面に向かう。

そして、基準線からの角度が最も大きい大角度光Ｌ３００の経路について説明する。図８に示すように、大角度光Ｌ３００は、光源１０から円錐台部３７０側に出射された光の一部に該当し、入光凹部３６４の部分球面３６５に入射するものである。ここで、部分球面３６５は光源１０を中心とした球面の一部の形状をなしている。このため、大角度光Ｌ３００は、ほぼ屈折せずに、そのままレンズ３６０の内部に進入する。レンズ３６０の内部に進入した大角度光Ｌ３００は、曲面３７１に到達する。大角度光Ｌ３００は、曲面３７１で全反射され、出射屈折面３６８に到達する。大角度光Ｌ１は、出射屈折面３６８で屈折され、開口面３３５を通って被照射面側の集光点に向かう。

なお、光源１０から入光凹部３６４を介してレンズ３６０の内部に進入し、そのまま出射屈折面３６８に到達した光（図示せず）は、出射屈折面３６８で屈折され、開口面３３５を通って被照射面側の集光点に向かう。

次に、本実施の形態４に係る光源装置３００の作用について説明する。本実施の形態４では、レンズ３６０の出射屈折面３６８から出射して被照射面を照明する光と、レンズ３６０の側面３６３から出射してリフレクタ３３０で反射して被照射面を照明する光とが存在する。このうち、リフレクタ３３０で反射する光は、主に、レンズ３６０によって、光軸１４から離れる方向又は入射面３２１側に向けて全反射された後、リフレクタ３３０に到達する。従って、リフレクタ３３０の奥行（矢印ｙ方向）を深くすることが不要である。これにより、リフレクタ３３０を小さくすることができる。よって、光源装置３００を、光源１０から出射された光の量を充分に確保して光の利用効率を高めつつ小型化することができる。

また、突起部３８０の大きさを適宜変更することにより、リフレクタ３３０で反射した後に開口面３３５から出射する光の割合を調整することができる。このため、用途に応じた配光、照明パターンを容易に得ることができる。

更に、レンズ３６０は、光源１０の光軸１４上を中心とした回転非対称の形状をなしている。更にまた、リフレクタ３３０は、光源１０の光軸１４上を中心とした回転非対称の形状をなしている。このため、レンズ３６０及びリフレクタ３３０を小型化することができる。

実施の形態５．
次に、本実施の形態５に係る照明装置２について説明する。図１０は、実施の形態５に係る照明装置２を示す斜視図である。本実施の形態５に係る照明装置２は、実施の形態１に係る光源装置１をダウンライトに適用したものである。

図１０に示すように、照明装置２は、光源装置１と、ヒートシンク４０１と、電源４０３とを備えている。ヒートシンク４０１は、光源装置１が発する熱を放熱するものである。なお、ヒートシンク４０１は、実施の形態１で説明したヒートシンク４０をそのまま用いてもよい。なお、照明装置２は、固定金具（図示せず）によって、天井等に設置された取付穴を用いて取り付けられ、天井等に取り付けられる。電源４０３は、ケーブル４０５を介して光源装置１に接続されており、光源装置１に所定の電力を供給するものである。

本実施の形態５に係る照明装置２は、実施の形態１に係る光源装置１を備えている。このため、リフレクタ３０を薄型化することができ、小型且つ軽量でありながら、光の利用効率を高め、配光制御性を高めることができる。

なお、本実施の形態５に係る照明装置２は、実施の形態１に係る光源装置１が使用されているが、実施の形態２，３，４のいずれかに係る光源装置が使用されてもよい。また、照明装置２は、天井以外に取り付けられるものであってもよい。例えば、照明装置２は、車両のヘッドライト等に使用されてもよく、用途は限定されない。

（第１変形例）
図１１は、第１の変形例における光源１０を示す斜視図である。次に、第１変形例について説明する。上記実施の形態１〜５のいずれもにおいて、光源１０をＬＥＤとして例示しているが、光源１０をＬＤ（Ｌａｓｅｒ Ｄｉｏｄｅ）等としてもよい。また、図１１に示すように、光源１０は、基板１１上に複数実装された光源モジュールとしてもよい。更に、光源１０を、ハロゲンランプ又はＨＩＤランプ等としてもよい。

（第２変形例）
図１２は、第２の変形例に係る光源装置１を示す透視図である。即ち、図１２は、光源装置１を透視して内部を観察した図である。次に、第２変形例について説明する。レンズ２０の入射面及び全反射面の形状は、上記実施の形態で例示した形状に限定されない。例えば、回転楕円形状、回転双曲面形状又は回転多項式面等が挙げられる。また、出射屈折面の形状は、上記実施の形態で例示した形状に限定されない。例えば、凹形状、平面形状又は円錐台形状等が挙げられる。

また、図１２に示すように、出射面２２を全反射面２９のみとしてもよい。光源１０から出射された光Ｌ５００は、全反射面２９で全反射されることによって、光源１０の光軸１４から離れる方向に偏向されて、リフレクタ３０に到達する。これにより、第２変形例においても、実施の形態１〜４と同様に、リフレクタ３０を浅くしても、高効率な光制御が可能である。

（第３変形例）
図１３は、第３の変形例に係る光源装置１を示す透視図である。即ち、図１３は、光源装置１を透視して内部を観察した図である。次に、第３変形例について説明する。レンズ５００が配置される位置は、上記実施の形態１〜４のように、リフレクタ６００の開口面３５と光源１０との間の位置に限定されない。図１３に示すように、レンズ５００は、リフレクタ６００の開口面３５に配置されてもよい。

入射面５２１は、全反射面５０２と出射屈折面５０１とを有している。全反射面５０２は、入射面５２１の外周部に設けられており、水平面である。出射屈折面５０１は、全反射面５０２の内周に設けられており、全反射面５０２から遠ざかるにつれて光源１０側に向かって傾斜するように構成されている。即ち、出射屈折面５０１は、光源１０と対向しており、光源１０側に突出する凸形状をなしている。なお、出射屈折面５０１は、球の一部の形状をなしている。出射面５０３は、水平面である。

光源１０から出射された光のうち、出射屈折面５０１に向かって出射された光Ｌ５０１は、出射屈折面５０１及び出射面５０３で屈折されて、被照射面を照明する。また、光源１０から出射された光のうち、全反射面５０２に向かって出射された光Ｌ５０２は、全反射面５０２で全反射されて、リフレクタ６００に到達する。光Ｌ５０２は、リフレクタ６００で反射されて全反射面５０２及び出射面５０３を通過して、被照射面を照明する。

このように、第３変形例は、レンズ５００がリフレクタ６００の開口面３５に配置されており、出射屈折面５０１は、全反射面５０２の内周に設けられており、全反射面５０２から遠ざかるにつれて光源１０側に向かって傾斜するように構成されている。この第３変形例においても、上記実施の形態１〜５と同様の効果を奏する。

なお、レンズの出射屈折面とリフレクタによる配光角度、照明エリアとは、一致させなくともよく、用途に応じて適宜変更することができる。また、レンズ又はリフレクタの表面の少なくとも一部に、シボ加工等の光拡散処理を施してもよい。これにより、照射イメージを変更することができ、また、被照射面の色むら等を緩和することができる。

なお、上記実施の形態１〜５、第１変形例、第２変形例及び第３変形例は、本発明の具体例を示したに過ぎず、夫々、適宜組み合わせることも可能である。

１ 光源装置、２ 照明装置、１０ 光源、１１ 基板、１２ ワイヤ、１３ コネクタ、１４ 光軸、２０ レンズ、２１ 入射面、２２ 出射面、２３ 側面、２４ 入光凹部、２８ 出射屈折面、２９ 全反射面、３０ リフレクタ、３１ 第１の回転楕円体、３２ 第２の回転楕円体、３５ 開口面、４０ ヒートシンク、１００ 光源装置、１２０ レンズ、１２１ 入射面、１２２ 出射面、１２３ 側面、１２４ 入光凹部、１２５ 傾斜面、１２６ 底面、１２７ 第２の凹部、１２８ 出射屈折面、１２９ 全反射面、１３０ リフレクタ、１３５ 開口面、１５０ 第３の凹部、１５１ 第１の屈折面、１５２ 第２の屈折面、１５３ 第３の屈折面、２００ 光源装置、２２０ レンズ、２２１ 入光凹部、２２２ 出射面、２２２ａ 第１の出射面、２２２ｂ 第２の出射面、２２３ 裏面、２３０ リフレクタ、２３５ 開口面、３００ 光源装置、３２１ 入射面、３２２ 出射面、３３０ リフレクタ、３３５ 開口面、３６０ レンズ、３６３ 側面、３６４ 入光凹部、３６５ 部分球面、３６８ 出射屈折面、３６９ 全反射面、３７０ 円錐台部、３７１ 曲面、３８０ 突起部、３８１ 突起側面、３８３ 傾斜面、３８４ 底面、３９０ 第３の凹部、３９１ 第１の屈折面、３９２ 第２の屈折面、３９３ 第３の屈折面、３９４ 凹部側面、４０１ ヒートシンク、４０３ 電源、４０５ ケーブル、５００ レンズ、５０１ 出射屈折面、５０２ 全反射面、５０３ 出射面、５２１ 入射面、６００ リフレクタ。

Claims (16)

1. 光を出射する光源と、
   前記光源から出射された光の進行方向を変えるレンズと、
   前記光源及び前記レンズの少なくとも一部を覆い、前記光源から出射された光を被照射面側に反射するリフレクタと、を備え、
   前記レンズは、
   前記光源から出射された光を全反射して前記リフレクタ側に偏向する全反射面と、
   前記全反射面の内周に設けられ、前記光源から出射された光を屈折して前記被照射面側に出射する出射屈折面と、を有し、
   前記レンズの屈折率をｎとすると、前記全反射面と前記出射屈折面との接続位置と前記光源の光軸とのなす角度θ１は、θ１≧Ｓｉｎ ^−１ （１／ｎ）を満たす
   光源装置。
2. 前記全反射面は、
   前記リフレクタに近づくにつれて前記被照射面側に向かって傾斜するように構成されている
   請求項１記載の光源装置。
3. 前記出射屈折面は、
   前記全反射面から遠ざかるにつれて前記被照射面側に向かって傾斜するように構成されている
   請求項１又は２記載の光源装置。
4. 前記出射屈折面は、
   前記全反射面から遠ざかるにつれて前記光源側に向かって傾斜するように構成されている
   請求項１又は２記載の光源装置。
5. 光を出射する光源と、
   前記光源から出射された光の進行方向を変えるレンズと、
   前記光源及び前記レンズの少なくとも一部を覆い、前記光源から出射された光を被照射面側に反射するリフレクタと、を備え、
   前記レンズは、
   前記光源から出射された光を前記リフレクタ側に偏向するものであり、
   前記レンズは、
   前記光源の光軸から遠ざかるにつれて前記被照射面側に向かって傾斜し、前記光源から出射された光を屈折して前記リフレクタ側に偏向する第１の出射面と、
   前記第１の出射面から前記リフレクタに近づくにつれて前記光源側に向かって傾斜し、前記光源から出射された光を屈折して前記リフレクタ側に偏向する第２の出射面と、を有する
   光源装置。
6. 前記レンズには、
   前記光源から出射された光が入射する入光凹部が形成されている
   請求項１〜５のいずれか１項に記載の光源装置。
7. 前記入光凹部は、
   前記光源を中心とした半球状をなしている
   請求項６記載の光源装置。
8. 前記入光凹部は、
   前記光源の光軸から水平に延びる底面と、
   前記底面から遠ざかるにつれて前記光源側に向かって広がって傾斜する傾斜面と、を有する
   請求項６記載の光源装置。
9. 光を出射する光源と、
   前記光源から出射された光の進行方向を変えるレンズと、
   前記光源及び前記レンズの少なくとも一部を覆い、前記光源から出射された光を被照射面側に反射するリフレクタと、を備え、
   前記レンズは、
   前記光源から出射された光を全反射して前記リフレクタ側に偏向する全反射面を有し、
   前記レンズには、
   前記光源から出射された光が入射する入光凹部が形成されており、
   前記入光凹部は、
   前記光源の光軸から水平に延びる底面と、
   前記底面から遠ざかるにつれて前記光源側に向かって広がって傾斜する傾斜面と、を有し、
   前記レンズには、
   前記傾斜面から出射された光を屈折して被照射面側に導く第３の凹部が形成されている
   光源装置。
10. 光を出射する光源と、
    前記光源から出射された光の進行方向を変えるレンズと、
    前記光源及び前記レンズの少なくとも一部を覆い、前記光源から出射された光を被照射面側に反射するリフレクタと、を備え、
    前記レンズは、
    前記光源から出射された光を前記リフレクタ側に偏向するものであり、
    前記レンズには、
    前記光源から出射された光が入射する入光凹部が形成されており、
    前記入光凹部は、
    前記光源の光軸から水平に延びる底面と、
    前記底面から遠ざかるにつれて前記光源側に向かって広がって傾斜する傾斜面と、を有し、
    前記レンズには、
    前記傾斜面から出射された光を屈折して被照射面側に導く第３の凹部が形成されている
    光源装置。
11. 前記レンズは、前記光源の光軸上の点を中心とした回転対称の形状をなしている
    請求項１〜１０のいずれか１項に記載の光源装置。
12. 前記レンズは、前記光源の光軸上の点を中心とした回転非対称の形状をなしている
    請求項１〜１０のいずれか１項に記載の光源装置。
13. 前記リフレクタは、前記光源の光軸上の点を中心とした回転対称の形状をなしている
    請求項１〜１２のいずれか１項に記載の光源装置。
14. 前記リフレクタは、前記光源の光軸上の点を中心とした回転非対称の形状をなしている
    請求項１〜１２のいずれか１項に記載の光源装置。
15. 前記レンズは、
    前記リフレクタに囲まれるように構成されている
    請求項１〜１４のいずれか１項に記載の光源装置。
16. 請求項１〜１５のいずれか１項に記載の光源装置を備える
    照明装置。

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