WO2016009798A1 - 光束制御部材、発光装置および照明装置 - Google Patents

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中村　真人
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株式会社エンプラス
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    • F21Y2115/00—Light-generating elements of semiconductor light sources
    • F21Y2115/10—Light-emitting diodes [LED]

Definitions

  • the present invention relates to a light flux controlling member that controls the light distribution of light emitted from at least one light emitting element, and a light emitting device and a lighting device having the light flux controlling member.
  • an illumination device for example, an LED bulb
  • a light emitting diode hereinafter also referred to as “LED”
  • the emitted light from the LED has a feature that the straightness is strong as compared with the emitted light from the incandescent bulb.
  • FIG. 1 is a perspective view of the LED module 10 and the lens 20 described in Patent Document 1.
  • FIG. The illumination device described in Patent Literature 1 includes a substrate (not shown), seven LED modules 10 disposed on the substrate, and an annular lens 20 disposed on the seven LED modules 10.
  • One LED module 10 is arranged on the central axis of the lens 20, and the remaining six LED modules 10 are arranged in an annular shape around the LED module 10.
  • the lens 20 has an incident surface 21 on which the outgoing light from the LED module 10 is incident and an outgoing surface 22 on which the incident light is emitted.
  • the incident surface 21 is disposed so as to face the LED module 10 in the annular lens 20.
  • the emission surface 22 is disposed outside the annular lens 20.
  • the lens 20 causes a part of the light emitted from the LED module 10 to be incident on the incident surface 21 and to be emitted toward the front direction, the side direction, and the rear direction on the output surface 22.
  • the annular lens 20 allows another part of the light emitted from the LED module 10 to pass forward from the cavity.
  • the illuminating device described in Patent Document 1 can distribute the light emitted from the LED module 10 in all directions of the front direction, the side direction, and the rear direction.
  • the lens 20 described in Patent Document 1 can appropriately control the light distribution of the emitted light from the LED module 10 arranged around the central LED module 10, the lens 20 from the LED module 10 arranged in the center can be controlled.
  • the light distribution of incident light cannot be appropriately controlled. Therefore, in the illuminating device described in Patent Document 1, the emitted light from the light emitting element disposed on the central axis of the light flux controlling member cannot be distributed in a well-balanced manner in all directions including the forward direction, the lateral direction, and the backward direction. There is a problem.
  • a first object of the present invention is a light flux controlling member capable of appropriately controlling the light distribution of emitted light from at least one light emitting element even when the light emitting element is arranged on the central axis thereof. Is to provide.
  • a second object of the present invention is to provide a light emitting device and an illuminating device having this light flux controlling member.
  • the light flux controlling member is a light flux controlling member for controlling the light distribution of the light emitted from at least one light emitting element, the Fresnel lens portion arranged so as to surround the central axis thereof, and the Fresnel lens.
  • a first light flux controlling member including an exit surface to be output and a reflection surface disposed outside the exit surface and reflecting another part of the incident light, and disposed at a position facing the exit surface and the reflection surface.
  • a second light flux control member including a transmission reflection surface that transmits a part of the light that has been emitted and reached and reflects the remaining light, and the reflection surface includes the first light flux control member.
  • Rotation with the center axis of It is a plane of symmetry, and its generating line is a concave curve with respect to the incident surface, and its outer peripheral part is compared with its inner peripheral part to the optical axis that is the center of the total luminous flux of the light emitting element.
  • the transmission / reflection surface is formed so that a distance in a direction along the optical axis from an orthogonal surface that is orthogonal to the incident surface and passes through an arbitrary point on the incident surface is separated, and the center axis of the second light flux controlling member is a rotation axis
  • the outer peripheral portion of the rotational symmetry plane is a concave curve with respect to the first light flux controlling member, and the outer peripheral portion is in the direction along the optical axis as compared with the central portion.
  • the configuration is such that the distance from the orthogonal plane is increased.
  • a light emitting device includes a substrate, at least one light emitting element disposed on the substrate, and a light flux controlling member according to the present invention disposed on the light emitting element.
  • the structure is arranged at a position facing a part of the incident surface and at least a part of the Fresnel lens part.
  • An illumination device includes a light emitting device according to the present invention, a cover that covers the light flux controlling member and allows light emitted from the light emitting device to pass through while diffusing, and a housing that supports the light emitting device and the cover. And having a configuration.
  • the emitted light from at least one light emitting element is directed in the forward direction, It is possible to distribute in a well-balanced manner in all the lateral and backward directions. Therefore, according to the present invention, it is possible to provide an illuminating device that can illuminate a room extensively using reflected light from a ceiling or a wall surface like an incandescent bulb.
  • FIG. 1 is a perspective view of an LED module and a lens described in Patent Document 1.
  • FIG. FIG. 2 is a cross-sectional view of a main part of the illumination device according to the embodiment.
  • FIG. 3 is a diagram showing the arrangement of the light emitting elements on the substrate.
  • 4A is a cross-sectional view showing a configuration of a light flux controlling member according to the embodiment, and
  • FIG. 4B is a partially enlarged cross-sectional view of a region indicated by a broken line in FIG. 4A.
  • 5A to 5D are diagrams showing the configurations of the first light flux controlling member and the holder.
  • 6A to 6D are diagrams showing the configuration of the second light flux controlling member.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a light flux controlling member according to Comparative Example 2.
  • FIG. 8 is a graph showing the simulation results of the light distribution characteristics for the lighting apparatuses according to Comparative Example 1, Comparative Example 2, and the embodiment.
  • 9A to 9C are graphs showing simulation results of light distribution characteristics for the lighting device according to the present embodiment from which the lighting device and the holder according to Comparative Example 3 are removed.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating an example of the arrangement of the light emitting elements on the substrate.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of a main part showing a configuration of lighting apparatus 100 according to the embodiment.
  • the lighting device 100 includes a housing 110, a light emitting device 120, and a cover 180.
  • the “optical axis of a plurality of light emitting elements” refers to the traveling direction of light at the center of the total luminous flux emitted three-dimensionally from the plurality of light emitting elements 130.
  • the emission direction (A direction shown in FIG. 2) along the optical axis LA of the light emitting element 130 is defined as the front, and the opposite direction (B direction shown in FIG. 2) is defined as the rear.
  • the housing 110 supports the light emitting device 120 and the cover 180 at the front end of the housing 110, respectively.
  • the housing 110 includes a base 111 and a housing main body 112 disposed on the front side of the base 111.
  • the shape of the housing body 112 is determined according to the light distribution characteristics of the light flux controlling member 140.
  • the casing body 112 has a truncated cone shape so as not to block the light emitted from the cover 180.
  • a power circuit (not shown) that electrically connects the base 111 and the light emitting element 130 is disposed inside the housing body 112.
  • the housing body 112 is also a heat sink for releasing heat from the light emitting element 130.
  • the housing body 112 is made of a metal having high thermal conductivity. Examples of the material of the housing body 112 include aluminum and copper.
  • the light emitting device 120 is mounted on the housing 110.
  • the light emitting device 120 includes a substrate 125, a plurality of light emitting elements 130, and a light flux controlling member 140.
  • the substrate 125 is fixed to the housing body 112.
  • a plurality of light emitting elements 130 and a light flux controlling member 140 are fixed on one surface of the substrate 125.
  • the shape and size of the substrate 125 are not particularly limited, and can be set as appropriate according to the size of the lighting device 100, the number and size of the light emitting elements 130, and the like.
  • FIG. 3 is a plan view showing the substrate 125 and the plurality of light emitting elements 130. As shown in FIG. 3, the planar view shape of the substrate 125 is a substantially circular shape.
  • the type of the substrate 125 is not particularly limited. Examples of the substrate 125 include an aluminum substrate, a glass composite substrate, and a glass epoxy substrate.
  • the plurality of light emitting elements 130 are disposed on the substrate 125 and are light sources of the lighting device 100.
  • the plurality of light emitting elements 130 are light emitting diodes (LEDs) such as white light emitting diodes.
  • the number of the light emitting elements 130 is not particularly limited. In the present embodiment, the number of light emitting elements 130 is five.
  • the position of each light emitting element 130 on the substrate 125 is not particularly limited as long as it is a position facing a part of the incident surface 155 (described later) and at least a part of the Fresnel lens portion 152 (described later). The position of each light emitting element 130 can be changed as appropriate according to the shape and size of the light flux controlling member 140.
  • the plurality of light emitting elements 130 may be arranged in an annular shape on the substrate 125 or in an array.
  • one light emitting element 130 is disposed at the center of the substrate 125, and the remaining four light emitting elements 130 are disposed at equal intervals on the outer side (periphery).
  • the virtual circle C is arranged on the substrate 125
  • one light emitting element 130 arranged at the center of the substrate 125 is arranged at the center of the virtual circle C
  • four light emitting elements arranged outside. 130 are arranged at equal intervals on the circumference of the virtual circle C.
  • the light flux controlling member 140 controls the light distribution of the emitted light from the plurality of light emitting elements 130. More specifically, the light flux controlling member 140 distributes the emitted light from the plurality of light emitting elements 130 in a well-balanced manner in all directions including the forward direction, the lateral direction, and the backward direction.
  • the light flux controlling member 140 is disposed on the substrate 125 so as to cover the plurality of light emitting elements 130 (see FIG. 2). Details of the light flux controlling member 140 will be described later.
  • the cover 180 covers the light emitting device 120 and diffuses and transmits the emitted light from the light emitting device 120 (light flux controlling member 140).
  • the cover 180 forms a hollow region having an opening.
  • the light emitting device 120 is disposed in the hollow area of the cover 180.
  • the cover 180 preferably has a rotationally symmetric shape with respect to the optical axis LA of the light emitting element 130 disposed at the center of the substrate 125 among the plurality of light emitting elements 130 from the viewpoint of emitting light in a balanced manner.
  • the shape of the cover 180 is preferably a shape that can further improve the balance of the light distribution of the light emitted from the light emitting device 120.
  • the shape of the cover 180 is preferably a shape in which the opening diameter of the cover is shorter than the maximum outer diameter of the cover 180 from the viewpoint of increasing the ratio of outgoing light in the backward direction.
  • the shape of the cover 180 is, for example, a spherical crown shape (a shape obtained by cutting a part of a spherical surface with a plane).
  • the maximum outer diameter D1 of the cover 180 is, for example, 60 mm
  • the opening diameter D2 of the cover 180 is, for example, 38 mm (see FIG. 2).
  • the cover 180 has light transmittance and light diffusibility.
  • the material of the cover 180 is not particularly limited as long as it has a light transmitting property and a light diffusing property.
  • the material of the cover 180 is light transmissive resin such as polymethyl methacrylate (PMMA), polycarbonate (PC), and epoxy resin (EP), or glass.
  • the means for imparting light diffusing power to the cover 180 is not particularly limited.
  • the inner surface or outer surface of a cover made of a transparent material may be subjected to light diffusion treatment (for example, roughening treatment), or the above-mentioned transparent material includes light diffusing properties including scatterers such as beads. These materials may be blended.
  • FIG. 4A is a cross-sectional view of light flux controlling member 140
  • FIG. 4B is a partially enlarged cross-sectional view of a region indicated by a broken line in FIG. 4A.
  • the light flux controlling member 140 includes a first light flux controlling member 150, a second light flux controlling member 160, and a holder 170.
  • first light flux controlling member 150 is formed integrally with holder 170.
  • the first light flux controlling member 150 is disposed inside the holder 170 so as to face the light emitting element 130.
  • the rear end portion of the holder 170 is fixed to the substrate 125.
  • the second light flux controlling member 160 is fixed to the front end portion of the holder 170 so as to close the front opening of the holder 170 (so as to cover the first light flux controlling member 150).
  • the central axis CA1 of the first light flux controlling member 150, the central axis CA2 of the second light flux controlling member 160, and the central axis CA3 of the holder 170 are coincident with each other.
  • the central axes CA1, CA2, and CA3 coincide with the optical axes LA of the plurality of light emitting elements 130 (see FIG. 2).
  • the optical axis LA of the light emitting element 130 disposed at the center of the substrate 125 coincides with the central axis CA1.
  • FIG. 5 is a diagram showing the configuration of the first light flux controlling member 150 and the holder 170.
  • FIG. 5A is a plan view of first light flux controlling member 150 and holder 170
  • FIG. 5B is a side view
  • FIG. 5C is a bottom view
  • FIG. 5D is a DD line shown in FIG. 5A.
  • FIG. 5A the planar view shape of the first light flux controlling member 150 is a substantially circular shape.
  • the first light flux controlling member 150 is formed integrally with the holder 170, and is disposed with respect to the light emitting element 130 through an air layer (see FIG. 2).
  • the first light flux controlling member 150 is disposed on the incident area 151 where the outgoing light from the light emitting element 130 is incident and on the opposite side (front side) of the incident area 151, and the incident area 151
  • the exit surface 156 that emits a part of the incident light incident in the forward direction and the lateral direction, and the other part of the incident light incident on the incident region 151 are disposed in the lateral direction and the outer surface 156.
  • a reflective surface 157 that reflects in the backward direction.
  • the incident region 151 allows the light emitted from the light emitting element 130 to enter the first light flux controlling member 150.
  • the incident region 151 is disposed on the rear side of the first light flux controlling member 150.
  • the incident area 151 includes a Fresnel lens portion 152 disposed at the center and an incident surface 155 disposed outside the Fresnel lens portion 152.
  • the Fresnel lens unit 152 mainly causes a part of the emitted light from the light emitting element 130 disposed at the center of the substrate 125 (on the central axis CA1 of the first light flux controlling member 150) to enter the first light flux controlling member 150. At the same time, incident light is reflected toward the exit surface 156.
  • the Fresnel lens portion 152 is disposed so as to intersect the central axis CA1 (optical axis LA) of the first light flux controlling member 150.
  • a refracting surface for refracting light emitted from the light emitting element 130 may or may not be disposed at the center of the Fresnel lens portion 152.
  • a refractive surface 153 is disposed inside the Fresnel lens portion 152.
  • the refracting surface 153 mainly enters a part of the light emitted from the light emitting element 130 arranged at the center of the substrate 125 (light emitted at a small angle with respect to the optical axis LA) into the first light flux controlling member 150. And refracting incident light toward the exit surface 156. As shown in FIG. 2, the refracting surface 153 is disposed at a position facing the light emitting element 130 disposed at the center of the substrate 125 so as to intersect the central axis CA1 (optical axis LA) of the first light flux controlling member 150. Has been.
  • the refracting surface 153 is a rotationally symmetric surface having the central axis CA1 as a rotation axis.
  • the shape of the refracting surface 153 is not particularly limited as long as the above function can be exhibited.
  • the shape of the surface of the refracting surface 153 is constituted by, for example, a flat surface, a spherical surface, an aspherical surface, a refractive Fresnel lens, or a combination thereof.
  • the surface shape of the refracting surface 153 is a plane perpendicular to the central axis CA1 of the first light flux controlling member 150, and the plan view shape of the refracting surface 153 is a substantially circular shape.
  • the plurality of ridges 154 mainly uses a part of the light emitted from the light emitting element 130 disposed at the center of the substrate 125 (light emitted at a relatively large angle with respect to the optical axis LA) as the first light flux controlling member. While making it enter into 150, incident light is reflected toward the output surface 156.
  • the plurality of ridges 154 are arranged concentrically outside the refracting surface 153 and so as to form valleys between two adjacent ridges 154.
  • the shape and size of the ridge 154 are not particularly limited as long as the above function can be exhibited. In the present embodiment, the shape of the ridge 154 is an annular shape.
  • the cross-sectional areas of the plurality of ridges 154 in the plane including the central axis CA1 of the first light flux controlling member 150 may be the same or different. In the present embodiment, the sizes of the plurality of ridges 154 are different from each other. Further, as shown in FIG. 4B, in the optical axis LA direction (center axis CA1 direction), the distance d between the rear end portion of the holder 170 and the tip end portion of each protrusion 154 increases from the inside toward the outside. It is getting shorter gradually.
  • the plane including the rear end of the holder 170 of the light flux controlling member 140 is referred to as a “reference plane”.
  • the ridge 154 has a first inclined surface 154a and a second inclined surface 154b.
  • the first inclined surface 154a is disposed on the inner side (the central axis CA1 side of the first light flux controlling member 150), and the second inclined surface 154b is disposed on the outer side.
  • the first inclined surface 154a mainly causes a part of the light emitted from the light emitting element 130 disposed at the center of the substrate 125 to be incident and refracted toward the second inclined surface 154b.
  • the first inclined surface 154a is a rotationally symmetric surface having the central axis CA1 of the first light flux controlling member 150 as a rotation axis, and has an annular shape.
  • the first inclined surface 154a may be parallel to the central axis CA1, but is preferably slightly inclined with respect to the central axis CA1 from the viewpoint of forming the first light flux controlling member 150. In this case, the first inclined surface 154a is inclined so as to be away from the central axis CA1 of the first light flux controlling member 150 as it approaches the reference surface.
  • the inclination angles of the first inclined surface 154a with respect to the central axis CA1 may be the same or different. In the present embodiment, in the plurality of ridges 154, the inclination angles of the first inclined surfaces 154a are different from each other. Further, the generatrix of the first inclined surface 154a may be a straight line or a curved line. In the present embodiment, the bus line of the first inclined surface 154a is a straight line.
  • the “bus line” generally means a straight line that draws a ruled surface, but in this specification, it is used as a word including a curve for drawing a rotationally symmetric surface.
  • the “inclined angle of the inclined surface” means the angle of the tangent line of the inclined surface with respect to the central axis CA1.
  • the second inclined surface 154b is formed in a pair with the first inclined surface 154a, and reflects incident light incident on the first inclined surface 154a toward the output surface 156.
  • the second inclined surface 154b is a rotationally symmetric surface with the central axis CA1 of the first light flux controlling member 150 as a rotation axis, and has an annular shape.
  • the second inclined surface 154b is preferably inclined with respect to the central axis CA1 from the viewpoint of total reflection of the reached light. In this case, the second inclined surface 154b is inclined so as to approach the central axis CA1 as it approaches the reference surface.
  • the inclination angles of the second inclined surface 154b with respect to the central axis CA1 may be the same or different.
  • the inclination angles of the second inclined surfaces 154b are different from each other.
  • a straight line may be sufficient as the bus line which comprises the 2nd inclined surface 154b, and a curve may be sufficient as it.
  • the bus line of the second inclined surface 154b is a straight line.
  • the incident surface 155 is disposed outside the Fresnel lens portion 152.
  • the incident surface 155 mainly causes a part of the emitted light from the light emitting element 130 disposed outside the plurality of light emitting elements 130 to enter the first light flux controlling member 150 and directs the incident light toward the reflecting surface 157. To refract.
  • the shape of the surface of the incident surface 155 may be a flat surface or a curved surface. Further, the incident surface 155 may or may not be perpendicular to the central axis CA1 of the first light flux controlling member 150. In the present embodiment, incident surface 155 is a plane orthogonal to central axis CA1.
  • the exit surface 156 emits the incident light incident on the refracting surface 153 and the reflected light incident on the first inclined surface 154a and reflected on the second inclined surface 154b toward the second light flux controlling member 160.
  • the exit surface 156 is disposed on the front side of the first light flux controlling member 150 so as to face the second light flux controlling member 160.
  • the shape of the emission surface 156 may be a flat surface or a curved surface. Further, the emission surface 156 may be perpendicular to the central axis CA1 of the first light flux controlling member 150 or may not be perpendicular. In the present embodiment, emission surface 156 is a plane perpendicular to central axis CA1.
  • the reflection surface 157 reflects incident light incident on the incident surface 155.
  • the reflection surface 157 is disposed on the front side of the first light flux control member 150 and on the outer side of the emission surface 156 so as to face the second light flux control member 160.
  • the reflection surface 157 is a rotationally symmetric surface with the central axis CA1 of the first light flux controlling member 150 as the rotation axis.
  • the generatrix that constitutes the reflecting surface 157 is formed to be a concave curve with respect to the incident surface 155 as it goes from the inner periphery to the outer periphery.
  • the outer peripheral portion of the reflecting surface 157 is formed at a position (front side) that is farther from the incident surface 155 in the direction of the optical axis LA (the direction of the central axis CA1) than the inner peripheral portion thereof.
  • the reflection surface 157 extends along the optical axis LA from the orthogonal surface (for example, the incident surface 155) that is orthogonal to the optical axis LA and passes through an arbitrary point on the incident surface as it goes from the inner periphery to the outer periphery. It is an aspherical curved surface with a long distance in the direction.
  • the angle of the reflecting surface 157 with respect to the central axis CA1 of the first light flux controlling member 150 increases as it goes from the inner periphery to the outer periphery.
  • the material of the first light flux controlling member 150 is not particularly limited as long as it has a high transmittance that allows light of a desired wavelength to pass therethrough.
  • the material of the first light flux controlling member 150 is a light transmissive resin such as polymethyl methacrylate (PMMA), polycarbonate (PC), and epoxy resin (EP), or glass.
  • the first light flux controlling member 150 is formed by injection molding, for example.
  • a metal layer made of silver, aluminum, gold, copper, or an alloy thereof may be disposed on the reflection surface 157 of the first light flux controlling member 150.
  • the metal layer can be formed, for example, by vapor deposition or sputtering.
  • FIG. 6A to 6D are diagrams showing the configuration of the second light flux controlling member 160.
  • FIG. 6A is a plan view of the second light flux controlling member 160
  • FIG. 6B is a side view
  • FIG. 6C is a bottom view
  • FIG. 6D is a cross-sectional view taken along the line DD shown in FIG. 6A. It is.
  • the second light flux controlling member 160 transmits a part of the light reaching from the first light flux controlling member 150 in the forward direction and the lateral direction, and reflects the remaining part in the lateral direction and the backward direction.
  • the planar view shape of the second light flux controlling member 160 is a substantially circular shape.
  • the second light flux control member 160 is disposed with respect to the first light flux control member 150 via an air layer (see FIG. 2).
  • the second light flux controlling member 160 includes a transmission / reflection surface 165 for performing the above function.
  • the transmission / reflection surface 165 transmits part of the light emitted from the emission surface 156 of the first light flux controlling member 150 and reaches the second light flux controlling member 160, and reflects the rest.
  • the transmission / reflection surface 165 is disposed so as to face the emission surface 156 and the reflection surface 157 of the first light flux controlling member 150.
  • the transmission / reflection surface 165 is a rotationally symmetric surface with the central axis CA2 of the second light flux controlling member 160 as the rotation axis.
  • the generatrix forming the transmission / reflection surface 165 is formed to be a concave curve with respect to the first light flux controlling member 150 from the center of the rotationally symmetric surface to the outer periphery.
  • the outer peripheral portion of the transmission / reflection surface 165 is at a position (a distance from the above-described orthogonal surface (for example, the incident surface 155) in the direction along the optical axis LA (center axis CA2) (compared to the center portion) It is formed on the front side. That is, the transmission / reflection surface 165 is an aspherical curved surface in which the distance from the first light flux controlling member 150 in the direction of the optical axis LA increases from the central portion toward the outer peripheral portion. In this case, the angle of the transmission / reflection surface 165 with respect to the central axis CA2 of the second light flux controlling member 160 increases from the center toward the outer peripheral portion.
  • the surface of the second light flux controlling member 160 facing the first light flux controlling member 150 is preferably formed to be a glossy surface.
  • the transmission / reflection surface 165 may be formed integrally with the second light flux controlling member 160 or may be formed separately.
  • the means for imparting the above function to the second light flux controlling member 160 is not particularly limited.
  • An example of means for imparting the above function to the second light flux controlling member 160 includes forming the second light flux controlling member 160 from a light transmissive material having a desired light transmittance.
  • examples of the light transmissive material having a desired light transmittance include resin and glass.
  • examples of the light transmissive resin having a desired light transmittance include a white resin such as an acrylic resin.
  • a transmission / reflection film is disposed on the rear side (first light flux controlling member 150 side) of the second light flux controlling member 160.
  • the material of the second light flux controlling member 160 may be a material that does not reflect light.
  • An example of the material of the second light flux controlling member 160 is the same as that of the first light flux controlling member 150.
  • the transmission / reflection film include a multilayer film of TiO 2 and SiO 2, a multilayer film of ZrO 2 and SiO 2, a multilayer film of Ta 2 O 5 and SiO 2 , and aluminum (Al). A metal thin film or the like.
  • the means for imparting the above function to the second light flux controlling member 160 it is possible to disperse scatterers such as beads inside the second light flux controlling member 160 made of a light transmissive material. Can be mentioned. That is, the second light flux controlling member 160 may be formed of a material that transmits part of the reached light and reflects the remaining part.
  • the second light flux controlling member 160 is to form a light transmitting portion in the second light flux controlling member 160 made of a light reflective material.
  • the light reflective material include white resin and metal.
  • the light transmitting part include a through hole and a recessed part with a bottom. In the latter case, the emitted light from the first light flux controlling member 150 passes through the bottom of the recess (the portion where the thickness is thin).
  • the second light flux controlling member 160 having both light reflectivity and light transmissivity using white polymethyl methacrylate having a visible light transmittance of about 20% and a reflectance of about 80%. Can be produced.
  • the holder 170 holds the first light flux control member 150 and the second light flux control member 160.
  • the holder 170 is fixed to the substrate 125 at the rear end thereof, and fixes the first light flux control member 150 and the second light flux control member 160 to a predetermined position with respect to the light emitting element 130 on the substrate 125.
  • the shape of the holder 170 is a substantially cylindrical shape with the central axis CA ⁇ b> 3 of the holder 170 as the rotation axis.
  • the holder 170 may be formed integrally with the first light flux controlling member 150 or may be formed as a separate body. In the present embodiment, holder 170 is formed integrally with first light flux controlling member 150 disposed at the center thereof.
  • the holder 170 has a structure for fixing the second light flux controlling member 160 at its front end. Moreover, the holder 170 has a structure for being fixed to the board
  • the shape and number of the front guide protrusions 171 are not particularly limited as long as the second light flux controlling member 160 can be fixed to the holder 170. As shown in FIGS. 5A and 5D, in the present embodiment, the shape of the front guide protrusion 171 is an annular shape formed around the entire circumference at the front end portion of the holder 170. The front guide protrusion 171 may be divided into a plurality of parts.
  • the shape and number of the rear guide protrusions 172 are not particularly limited as long as the holder 170 can be fixed to the substrate 125. As shown in FIGS. 5C and 5D, in the present embodiment, the shape of the rear guide protrusion 172 is an annular shape formed over the entire circumference at the rear end portion of the holder 170. Note that the rear guide protrusion 172 may be divided into a plurality of parts.
  • the holder 170 is light transmissive.
  • the material of the holder 170 is not particularly limited as long as light having a desired wavelength can pass therethrough.
  • the material of the holder 170 is the same as that of the first light flux controlling member 150.
  • the holder 170 may be provided with a light diffusing ability.
  • the holder 170 may include a scatterer, or the surface of the holder 170 may be subjected to a light diffusing process.
  • the light flux controlling member 140 can be manufactured by assembling the second light flux controlling member 160 into an integrally molded product of the first light flux controlling member 150 and the holder 170.
  • the integrally molded product of the first light flux controlling member 150 and the holder 170 can be manufactured by injection molding using, for example, a colorless and transparent resin material.
  • the second light flux controlling member 160 can be manufactured, for example, by injection molding using a white resin material.
  • the second light flux controlling member 160 can be manufactured by injection-molding using a colorless and transparent resin material and then forming a transmission / reflection film on the surface to be the transmission / reflection surface 165 by vapor deposition.
  • the second light flux controlling member 160 is fixed to the front end portion of the holder 170.
  • the method for fixing the second light flux controlling member 160 to the holder 170 is not particularly limited. Examples of the method for fixing the second light flux controlling member 160 to the holder 170 include fixing with an adhesive or the like.
  • the front guide protrusion 171 prevents the second light flux controlling member 160 from moving in the radial direction of the holder 170.
  • the light flux controlling member 140 is fixed to the substrate 125 through the rear side end of the holder 170.
  • the method for fixing the light flux controlling member 140 to the substrate 125 is not particularly limited. Examples of the method for fixing the light flux controlling member 140 to the substrate 125 include fixing with an adhesive or the like.
  • the rear guide protrusion 172 prevents the light flux controlling member 140 from moving in the radial direction of the holder 170. Accordingly, the holder 170 can be fixed to the housing 110 at a predetermined position, and the first light flux control member 150 and the second light flux control member 160 can be fixed to the light emitting element 130 at predetermined positions.
  • the light flux controlling member 140 may be manufactured by separately molding the first light flux controlling member 150 and the holder 170 and assembling the first light flux controlling member 150 and the second light flux controlling member 160 to the holder 170.
  • the degree of freedom in selecting materials is improved when the holder 170 and the first light flux controlling member 150 are shaped. For example, it is easy to mold the holder 170 with a light transmissive material including a scatterer and mold the first light flux controlling member 150 with a light transmissive material not including a scatterer.
  • the light distribution characteristic of the light emitting device 120 will be described.
  • the optical path in the light beam control member 140 of the emitted light from the light emitting element 130 will be described.
  • the optical path in the light beam control member 140 of the emitted light from the light emitting element 130 will be described.
  • the optical axis LA direction when the optical axis LA direction is 0 °, the direction of 0 ° or more and 60 ° or less is referred to as “forward direction”, and the direction of more than 60 ° and 120 ° or less.
  • the direction is referred to as “lateral direction”, and the direction exceeding 120 ° and not more than 180 ° is referred to as “rear direction”.
  • the light emitted from the light emitting element 130 arranged at the center of the substrate 125 light having a large angle with respect to the optical axis LA is incident on the first light flux controlling member 150 through the first inclined surface 154 a of the Fresnel lens portion 152. Then, the light is reflected by the second inclined surface 154 b and emitted toward the second light flux controlling member 160 by the emission surface 156. Thereafter, the emitted light reaches the second light flux controlling member 160. Further, among the light emitted from the light emitting element 130 disposed at the center of the substrate 125, the light having a larger angle with respect to the optical axis LA is incident on the incident surface 155 disposed outside the Fresnel lens unit 152. The light enters the inside 150, is refracted toward the reflecting surface 157, and reaches the reflecting surface 157.
  • a part of the emitted light from the light emitting element 130 disposed outside the incident light enters the first light flux controlling member 150 at the incident surface 155, is refracted toward the reflecting surface 157, and reaches the reflecting surface 157.
  • another part of the light emitted from the light emitting element 130 disposed on the outside is incident on the first light flux controlling member 150 by the Fresnel lens unit 152 and is directed to the second light flux controlling member 160 by the light exit surface 156. Are emitted. Thereafter, the emitted light reaches the second light flux controlling member 160.
  • a part of the light reaching the reflecting surface 157 is reflected by the reflecting surface 157 in the lateral direction and the backward direction.
  • the light reflected by the reflecting surface 157 in the lateral direction and the rearward direction is transmitted through the holder 170 and reaches the side portion and the lower portion of the cover 180.
  • the reflection surface 157 distributes the emitted light in the lateral direction and the rearward direction toward the front side as the position where the incident light enters the reflection surface 157 is closer to the inner peripheral portion.
  • the reflection surface 157 distributes the emitted light in the lateral direction and the rearward direction toward the rear side as the position where the arrived light enters the reflection surface 157 is closer to the outer peripheral portion.
  • another part of the light that has reached the reflecting surface 157 is emitted toward the second light flux controlling member 160 by the reflecting surface 157. Thereafter, the emitted light reaches the second light flux controlling member 160.
  • a part of the light reaching the second light flux controlling member 160 is transmitted through the transmission / reflection surface 165 and emitted in the forward direction and the lateral direction. This emitted light reaches the side and upper part of the cover 180. Further, the other part of the light reaching the second light flux controlling member 160 is reflected by the transmission / reflection surface 165 and is emitted in the lateral direction and the backward direction. This emitted light is transmitted through the holder 170 and reaches the side and lower portions of the cover 180. At this time, the transmission / reflection surface 165 distributes the outgoing light in the lateral direction and the rearward direction toward the front side as the position where the incident light enters the transmission / reflection surface 165 is closer to the center.
  • the transmission / reflection surface 165 distributes the outgoing light in the lateral direction and the rearward direction toward the rear side as the position where the incident light enters the transmission / reflection surface 165 is closer to the outer peripheral portion.
  • the first light flux controlling member 150 can efficiently collect the emitted light from the light emitting element 130 disposed at the center by the Fresnel lens portion 152 on the center axis CA2 side of the second light flux controlling member 160. For this reason, the light flux controlling member 140 can increase the ratio of the outgoing light in the lateral direction and the backward direction that are emitted toward the front side.
  • outgoing light in the forward direction mainly includes light transmitted through the transmission / reflection surface 165 of the second light flux controlling member 160.
  • the outgoing light in the backward direction mainly includes light reflected by the reflecting surface 157 of the first light flux controlling member 150 and light reflected by the transmitting / reflecting surface 165 of the second light flux controlling member 160.
  • the outgoing light in the lateral direction mainly includes light transmitted through the transmission / reflection surface 165 of the second light flux controlling member 160, light reflected by the transmission / reflection surface 165 of the second light flux control member 160, and Light reflected by the reflecting surface 157 of the one-beam control member 150. Therefore, the balance of the emitted light in each direction is adjusted by adjusting the shape of the reflection surface 157 of the first light flux control member 150 and the shape and transmittance of the transmission reflection surface 165 of the second light flux control member 160. be able to.
  • the five light emitting elements 130 are arrange
  • the illuminance when all five light emitting elements 130 are turned on is arranged on a virtual spherical surface at a distance of 1000 mm from the light emitting element 130 arranged at the center of the substrate 125 and the diameter of the virtual circle C.
  • the illuminance on the circumference of a circle formed by intersecting the virtual planes including the centers of the three light emitting elements 130 and extending along the optical axis LA direction of the plurality of light emitting elements 130 was calculated.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view showing a configuration of a light flux controlling member 140 ′ of the lighting apparatus according to Comparative Example 2.
  • the light flux control member 140 ′ includes a first light flux control member 150 ′, a second light flux control member 160, and a holder 170.
  • the first light flux controlling member 150 ′ has an incident area 151 ′ where light emitted from the light emitting element 130 is incident, and an emission surface 156 ′ that emits incident light toward the second light flux controlling member 160.
  • the incident area 151 ′ does not have the incident surface 155 and includes only the Fresnel lens portion 152 ′.
  • Fresnel lens portion 152 is disposed so as to cover only light emitting element 130 disposed at the center of substrate 125.
  • the Fresnel lens portion 152 ′ is disposed so as to cover all (five) light emitting elements 130 disposed on the substrate 125.
  • FIG. 8 is a graph showing simulation results of light distribution characteristics for the lighting device according to Comparative Example 1, the lighting device according to Comparative Example 2, and the lighting device 100 according to the present embodiment.
  • the alternate long and short dash line indicates the result for the lighting device according to Comparative Example 1
  • the broken line indicates the result for the lighting device according to Comparative Example 2
  • the solid line indicates the result for the lighting device 100 according to the embodiment. Is shown.
  • the numerical values described on the outside of the graph indicate angles with respect to the optical axis LA (center axes CA1, CA2, CA3) of the plurality of light emitting elements 130.
  • the numerical value described inside the graph has shown the relative illumination intensity (maximum value 1) of each direction.
  • the illumination device according to Comparative Example 1 emits light mainly in the forward direction ( ⁇ 60 ° to + 60 °).
  • the illumination device according to Comparative Example 2 has a forward direction, a lateral direction ( ⁇ 120 ° to ⁇ 60 °, + 60 ° to + 120 °), and a backward direction ( ⁇ 180 ° to ⁇ Light is emitted in all directions (120 °, + 120 ° to + 180 °).
  • the illumination device 100 according to the embodiment also emits light in all directions of the front direction, the side direction, and the rear direction.
  • the ratio of the outgoing light in the forward direction decreases and the ratio of the outgoing light in the lateral direction and the backward direction increases as compared with the lighting device according to the comparative example 2. I understood.
  • the lighting device according to Comparative Example 1 does not have a light flux controlling member. For this reason, the light emitted in the forward direction from the light emitting element 130 is emitted in the forward direction as it is without controlling the light distribution. From a comparison between the illumination device according to Comparative Example 1, the illumination device according to Comparative Example 2, and the illumination device 100 according to the embodiment, the light flux controlling members 140 ′ and 140 are emitted from the light emitting element 130 in the forward direction. It can be seen that this contributes to sorting in the lateral direction and the backward direction.
  • the first light flux controlling member 150 ′ of the lighting device according to Comparative Example 2 does not have the incident surface 155 and the reflecting surface 157. It can be seen that the illuminating device according to Comparative Example 2 emits light further forward in all directions including the forward direction, the lateral direction, and the backward direction, as compared with the illuminating device 100 according to the embodiment. Thereby, it can be seen that the reflecting surface 157 of the first light flux controlling member 150 according to the present embodiment contributes to distributing the emitted light from the light emitting element 130 toward the rear side.
  • the simulation was performed for the case where only one light-emitting element 130 was turned on, and the case where only one light-emitting element 130 was turned on among the two light-emitting elements 130 arranged outside on the virtual plane. This simulation was performed under the same conditions as in simulation 1 except that the lighting devices were different.
  • FIG. 9 is a graph showing a simulation result of light distribution characteristics for the lighting device 100 according to Comparative Example 3 and the lighting device 100 from which the cover 180 is removed.
  • FIG. 9A is a graph showing a simulation result when all the five light emitting elements 130 are turned on
  • FIG. 9B shows a light emitting element 130 (substrate) arranged at the center among the three light emitting elements 130 on the virtual plane.
  • FIG. 9C is a graph showing a simulation result when only the light emitting element 130 arranged at the center of 125 is turned on, and FIG. 9C shows light emission of one of the two light emitting elements 130 arranged outside on the virtual plane. It is a graph which shows the simulation result at the time of lighting only the element 130.
  • FIG. 9A to 9C the broken lines indicate the results for the lighting device according to Comparative Example 3, and the solid lines indicate the results for the lighting device 100 with the cover 180 removed.
  • the second light flux controlling member 160 outputs the light emitted from the first light flux controlling member 150 in the forward direction ( ⁇ 15 ° to + 15 ° direction) in the lateral direction and the backward direction ( ⁇ 145 ° to ⁇ 70 °). , + 70 ° to + 140 °). It can also be seen that the second light flux controlling member 160 transmits part of the emitted light in the forward direction ( ⁇ 15 ° to + 15 °).
  • the Fresnel lens portion 152 of the first light flux controlling member 150 efficiently collects the emitted light from the light emitting element 130 disposed at the center of the substrate 125 toward the central axis CA2 side of the second light flux controlling member 160.
  • the ratio of the emitted light in the forward direction ( ⁇ 10 ° to + 10 °) as compared with the illumination device according to Comparative Example 3. It was found that the ratio of outgoing light in the forward direction ( ⁇ 15 °, ⁇ 45 °), lateral direction ( ⁇ 100 °), and backward direction ( ⁇ 130 °) on the rear side increases.
  • the second light flux control member 160 emits the light emitted from the light emitting element 130 disposed at the center of the substrate 125 and reaches the second light flux control member 160 in the forward direction ( ⁇ It can be seen that this contributes to sorting in the direction of 15 °, ⁇ 45 °, lateral direction ( ⁇ 100 °) and backward direction ( ⁇ 130 °). It can also be seen that the second light flux controlling member 160 transmits part of the emitted light in the forward direction ( ⁇ 15 ° to + 15 °).
  • the direction in which the lit light emitting element 130 is arranged is defined as a negative ( ⁇ ) direction, and the direction on the opposite side is defined.
  • the direction is positive (+).
  • the light is emitted in the forward direction (+ 25 °, + 55 ° to + 65 °) and in the lateral direction and the backward direction (-135 ° to ⁇ 95 °). It can be seen that the ratio of incident light is large.
  • the light flux controlling member 140 uses the light emitted from the light emitting element 130 arranged at the center of the substrate 125 (on the central axes CA1, CA2, CA3 of the light flux controlling member 140) as the first light flux controlling member 150.
  • the Fresnel lens portion 152 can condense light on the central axis CA2 side of the second light flux controlling member 160.
  • the light flux control member 140 can emit light emitted from the light emitting element 130 disposed at the center of the substrate 125 in the forward direction, the lateral direction, and the backward direction by the second light flux control member 160.
  • the light flux controlling member 140 can reflect the emitted light from the light emitting element 130 disposed at the center of the substrate 125 in the lateral direction and the backward direction by the reflecting surface 157. That is, the light flux controlling member 140 can appropriately control the light distribution of the emitted light from the light emitting elements 130 disposed on the central axes CA1, CA2, and CA3.
  • the light flux controlling member 140 can reflect the emitted light from the light emitting element 130 arranged outside the substrate 125 in the lateral direction and the backward direction by the reflecting surface 157.
  • the light beam control member 140 can emit light emitted from the light emitting element 130 disposed outside the substrate 125 in the forward direction, the lateral direction, and the backward direction by the second light flux control member 160. That is, the light flux controlling member 140 can appropriately control the light distribution of the emitted light from the light emitting elements 130 arranged outside the plurality of light emitting elements 130.
  • the illumination device 100 having the light flux control member 140 according to the present embodiment is arranged outside the light emitted from the light emitting elements 130 arranged on the central axes CA1, CA2, and CA3 of the light flux control member 140.
  • the light emitted from the plurality of light emitting elements 130 can be distributed in a well-balanced manner in all of the forward direction, the lateral direction, and the backward direction. Therefore, the illuminating device 100 which has the light beam control member 140 which concerns on this Embodiment can be used equivalent to an incandescent lamp.
  • one light emitting element 130 is arranged at the center of the virtual circle C on the substrate 125, and four light emitting elements 130 are arranged on the circumference of the virtual circle C.
  • the light emitting device 120 and the lighting device 100 arranged at intervals have been described.
  • one large light-emitting element 130 ′ may be disposed on the substrate 125 over the region where the five light-emitting elements 130 in the above embodiment are disposed.
  • one light emitting element 130 ′ that serves as a light emitting surface may be arranged on the substrate 125 so as to include the entire virtual circle C.
  • one light emitting element 130 ′ is disposed at a position facing a part of the incident surface and the Fresnel lens portion. At this time, from the viewpoint of emitting light in a more balanced manner, it is preferable that the optical axis that is the center of the total luminous flux of the light emitting element 130 ′ coincides with the central axis of the first luminous flux control member.
  • the lighting device having the light flux controlling member according to the present invention can be used in place of an incandescent bulb, it can be widely applied to various lighting devices such as chandeliers and indirect lighting devices.

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Abstract

　本発明に係る光束制御部材（１４０）は、第１光束制御部材（１５０）および第２光束制御部材（１６０）を有する。第１光束制御部材（１５０）は、フレネルレンズ部（１５２）および入射面（１５５）を含む入射領域（１５１）と、出射面（１５６）と、反射面（１５７）とを含む。第２光束制御部材（１６０）は、透過反射面（１６５）を含む。反射面（１５７）は、第１光束制御部材（１５０）の中心軸を回転軸とする回転対称面であり、その母線が入射面（１５５）に対して凹の曲線となるように、かつその外周部が、その内周部と比較して、少なくとも１つの発光素子（１３０）の全光束の中心である光軸ＬＡに対して直交し入射面（１５５）上の任意点を通る直交面からの光軸ＬＡに沿う方向における距離が離れるように形成されている。

Description

光束制御部材、発光装置および照明装置
　本発明は、少なくとも１つの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、ならびにこの光束制御部材を有する発光装置および照明装置に関する。
　近年、省エネルギーや環境保全などの観点から、白熱電球に代わる照明装置として、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）の開発が行われている。しかし、ＬＥＤからの出射光は、白熱電球からの出射光と比較して、直進性が強いという特徴がある。このため、ＬＥＤ電球を白熱電球と同等に使用するには、ＬＥＤからの出射光を、前方方向、側方方向および後方方向のすべての方向にバランスよく振り分けることが重要となる。
　このような照明装置の一例として、複数のＬＥＤモジュールと、複数のＬＥＤモジュールからの出射光の配光を制御するためのレンズと、を有する照明装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。図１は、特許文献１に記載のＬＥＤモジュール１０およびレンズ２０の斜視図である。特許文献１に記載の照明装置は、不図示の基板と、基板上に配置された７つのＬＥＤモジュール１０と、７つのＬＥＤモジュール１０上に配置された円環状のレンズ２０とを有する。１つのＬＥＤモジュール１０は、レンズ２０の中心軸上に配置され、残り６つのＬＥＤモジュール１０は、その周囲に環状に配置されている。レンズ２０は、ＬＥＤモジュール１０からの出射光を入射する入射面２１と、入射光を出射させる出射面２２とを有する。入射面２１は、円環状のレンズ２０においてＬＥＤモジュール１０と対向するように配置されている。出射面２２は、円環状のレンズ２０の外側に配置されている。レンズ２０は、ＬＥＤモジュール１０からの出射光の一部を入射面２１で入射させ、出射面２２で前方方向、側方方向および後方方向に向けて出射させる。また、円環状のレンズ２０は、ＬＥＤモジュール１０からの出射光の他の一部をその空洞部から前方方向に通過させる。このように、特許文献１に記載の照明装置は、ＬＥＤモジュール１０からの出射光を前方方向、側方方向および後方方向のすべての方向に振り分けることができる。
特開２０１３－８４３４６号公報
　特許文献１に記載の照明装置では、中心に配置されたＬＥＤモジュール１０（発光素子）からの出射光の一部も、レンズ２０（光束制御部材）の入射面２１で入射する。しかし、特許文献１に記載のレンズ２０は、中心のＬＥＤモジュール１０の周囲に配置されたＬＥＤモジュール１０からの出射光の配光を適切に制御できるものの、中心に配置されたＬＥＤモジュール１０からの入射光の配光を適切に制御することができない。したがって、特許文献１に記載の照明装置では、光束制御部材の中心軸上に配置された発光素子からの出射光を前方方向、側方方向および後方方向のすべての方向にバランスよく振り分けることができないという問題がある。
　本発明の第１の目的は、その中心軸上に発光素子が配置されている場合であっても、少なくとも１つの発光素子からの出射光の配光を適切に制御することができる光束制御部材を提供することである。また、本発明の第２の目的は、この光束制御部材を有する発光装置および照明装置を提供することである。
　本発明に係る光束制御部材は、少なくとも１つの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、その中心軸を囲むように配置されたフレネルレンズ部、および前記フレネルレンズ部の外側に配置された入射面を含み、前記発光素子から出射された光を入射させる入射領域と、前記入射領域の反対側に配置され、前記入射領域で入射した入射光の一部を出射させる出射面と、前記出射面の外側に配置され、前記入射光の他の一部を反射する反射面とを含む第１光束制御部材と、前記出射面および前記反射面と対向する位置に配置され、前記出射面で出射され、到達した光の一部を透過させ、残部を反射する透過反射面を含む第２光束制御部材と、を有し、前記反射面は、前記第１光束制御部材の中心軸を回転軸とする回転対称面であり、その母線が前記入射面に対して凹の曲線となるように、かつその外周部が、その内周部と比較して、前記発光素子の全光束の中心である光軸に対して直交し前記入射面上の任意点を通る直交面からの前記光軸に沿う方向における距離が離れるように形成され、前記透過反射面は、前記第２光束制御部材の中心軸を回転軸とする回転対称面であり、その母線が前記第１光束制御部材に対して凹の曲線となるように、かつその外周部が、その中心部と比較して、前記光軸に沿う方向における前記直交面からの距離が離れるように形成されている、構成を採る。
　本発明に係る発光装置は、基板と、前記基板上に配置された少なくとも１つの発光素子と、前記発光素子上に配置された本発明に係る光束制御部材と、を有し、前記発光素子は、前記入射面の一部および前記フレネルレンズ部の少なくとも一部と対向する位置に配置されている、構成を採る。
　本発明に係る照明装置は、本発明に係る発光装置と、前記光束制御部材を覆い、前記発光装置からの出射光を拡散させつつ透過させるカバーと、前記発光装置および前記カバーを支持する筐体と、を有する、構成を採る。
　本発明に係る光束制御部材を有する発光装置および照明装置は、光束制御部材の中心軸上に発光素子が配置されている場合であっても、少なくとも１つの発光素子からの出射光を前方方向、側方方向および後方方向のすべての方向にバランスよく振り分けることができる。したがって、本発明によれば、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る照明装置が提供されうる。
図１は、特許文献１に記載のＬＥＤモジュールおよびレンズの斜視図である。 図２は、実施の形態に係る照明装置の要部断面図である。 図３は、基板上の発光素子の配置を示す図である。 図４Ａは、実施の形態に係る光束制御部材の構成を示す断面図であり、図４Ｂは、図４Ａにおいて破線で示される領域の部分拡大断面図である。 図５Ａ～Ｄは、第１光束制御部材およびホルダの構成を示す図である。 図６Ａ～Ｄは、第２光束制御部材の構成を示す図である。 図７は、比較例２に係る光束制御部材の構成を示す断面図である。 図８は、比較例１、比較例２および実施の形態に係る照明装置についての、配光特性のシミュレーション結果を示すグラフである。 図９Ａ～Ｃは、比較例３に係る照明装置およびホルダを取り外した本実施の形態に係る照明装置についての、配光特性のシミュレーション結果を示すグラフである。 図１０は、基板上の発光素子の配置についての一例を示す図である。
　以下、本発明の一実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。以下の説明では、本発明に係る照明装置の代表例として、白熱電球に代えて使用されうる照明装置について説明する。
　（照明装置の構成）
　図２は、実施の形態に係る照明装置１００の構成を示す要部断面図である。図２に示されるように、照明装置１００は、筐体１１０、発光装置１２０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。以下の説明において、「複数の発光素子の光軸」とは、複数の発光素子１３０から立体的に出射された全光束の中心における光の進行方向をいう。また、発光素子１３０の光軸ＬＡに沿う出射方向（図２に示されるＡ方向）を前方とし、その反対の方向（図２に示されるＢ方向）を後方とする。
　筐体１１０は、発光装置１２０およびカバー１８０を、筐体１１０の前方側端部でそれぞれ支持する。筐体１１０は、図２に示されるように、口金１１１と、口金１１１の前方側に配置された筐体本体１１２とを有する。筐体本体１１２の形状は、光束制御部材１４０の配光特性に応じて決められる。本実施の形態では、筐体本体１１２の形状は、カバー１８０からの出射光を遮らないように円錐台形状である。
　筐体本体１１２の内部には、口金１１１と発光素子１３０とを電気的に接続する不図示の電源回路が配置されている。また、筐体本体１１２は、発光素子１３０からの熱を放出するためのヒートシンクでもある。このため、筐体本体１１２は、熱伝導性の高い金属によって構成されることが好ましい。筐体本体１１２の材料の例には、アルミニウムや銅などが含まれる。
　発光装置１２０は、筐体１１０に実装されている。発光装置１２０は、基板１２５、複数の発光素子１３０および光束制御部材１４０を有する。
　基板１２５は、筐体本体１１２に固定されている。基板１２５の一方の面上には、複数の発光素子１３０および光束制御部材１４０が固定される。基板１２５の形状および大きさは、特に限定されず、照明装置１００の大きさや発光素子１３０の数や大きさなどに応じて適宜設定されうる。図３は、基板１２５および複数の発光素子１３０を示す平面図である。図３に示されるように、基板１２５の平面視形状は、略円形状である。基板１２５の種類は、特に限定されない。基板１２５の例には、アルミ基板、ガラスコンポジット基板およびガラスエポキシ基板などが含まれる。
　複数の発光素子１３０は、基板１２５上に配置されており、照明装置１００の光源である。たとえば、複数の発光素子１３０は、白色発光ダイオードなどの発光ダイオード（ＬＥＤ）である。発光素子１３０の数は、特に限定されない。本実施の形態では、発光素子１３０の数は、５つである。基板１２５上における各発光素子１３０の位置は、入射面１５５（後述）の一部およびフレネルレンズ部１５２（後述）の少なくとも一部と対向する位置であれば特に限定されない。各発光素子１３０の位置は、光束制御部材１４０の形状や大きさなどに合わせて適宜変更されうる。たとえば、複数の発光素子１３０は、基板１２５上に環状に配置されていてもよいし、アレイ状に配置されていてもよい。本実施の形態では、図３に示されるように、基板１２５の中心に１つの発光素子１３０が配置され、その外側（周囲）に残り４つの発光素子１３０が等間隔に配置されている。基板１２５上に仮想円Ｃが配置されていると仮定したとき、基板１２５の中心に配置された１つの発光素子１３０は、仮想円Ｃの中心に配置され、外側に配置された４つの発光素子１３０は、仮想円Ｃの円周上に等間隔で配置されている。このとき、外側に配置された４つの発光素子１３０うち少なくとも１つの発光素子１３０は、第２光束制御部材１６０（後述）側から見たときに、反射面１５７（後述）の内縁に重なるように配置されていることが好ましい。より効率よく発光素子１３０からの出射光を反射する観点からは、外側に配置された複数の発光素子１３０のうちの少なくとも１つの発光素子１３０の光軸ＬＡが、反射面１５７の内縁に重なることが好ましく、外側に配置されたすべての発光素子１３０の光軸ＬＡが、反射面１５７の内縁に重なることがより好ましい。本実施の形態では、第２光束制御部材１６０側から見たときに、外側に配置された４つの発光素子１３０は、その光軸ＬＡが反射面１５７の内縁に重なるように配置されている。
　光束制御部材１４０は、複数の発光素子１３０からの出射光の配光を制御する。より具体的には、光束制御部材１４０は、複数の発光素子１３０からの出射光を前方方向、側方方向および後方方向のすべての方向にバランスよく振り分ける。光束制御部材１４０は、複数の発光素子１３０を覆うように基板１２５上に配置されている（図２参照）。光束制御部材１４０の詳細については、後述する。
　カバー１８０は、発光装置１２０を覆い、発光装置１２０（光束制御部材１４０）からの出射光を拡散させつ透過させる。カバー１８０は、開口部を有する中空領域を形成する。発光装置１２０は、カバー１８０の中空領域内に配置される。カバー１８０は、バランスよく光を出射させる観点から、複数の発光素子１３０のうち、基板１２５の中心に配置された発光素子１３０の光軸ＬＡに対して回転対称な形状を有することが好ましい。カバー１８０の形状は、発光装置１２０からの出射光の配光のバランスをさらに改善することができる形状であることが好ましい。たとえば、カバー１８０の形状は、後方方向への出射光の割合をより多くする観点から、カバー１８０の最大外径に比べてカバーの開口径が短い形状であることが好ましい。カバー１８０の形状は、例えば球冠形状（球面の一部を平面で切り取った形状）である。カバー１８０の最大外径Ｄ１は、例えば６０ｍｍであり、カバー１８０の開口径Ｄ２は、例えば３８ｍｍである（図２参照）。
　カバー１８０は、光透過性および光拡散性を有する。カバー１８０の材料は、光透過性および光拡散性を有していれば特に限定されない。たとえば、カバー１８０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。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、透明な材料で作製されたカバー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、上記の透明な材料に、ビーズなどの散乱子を含む光拡散性の材料を配合してもよい。
　（光束制御部材の構成）
　次に、本実施の形態に係る光束制御部材１４０の構成について説明する。図４Ａは、光束制御部材１４０の断面図であり、図４Ｂは、図４Ａにおいて破線で示される領域の部分拡大断面図である。
　図４Ａに示されるように、光束制御部材１４０は、第１光束制御部材１５０、第２光束制御部材１６０およびホルダ１７０を有する。本実施の形態では、第１光束制御部材１５０は、ホルダ１７０と一体として形成されている。第１光束制御部材１５０は、ホルダ１７０の内側に発光素子１３０と対向できるように配置されている。ホルダ１７０の後方側端部は、基板１２５に固定される。第２光束制御部材１６０は、ホルダ１７０の前方側開口部を閉塞するように（第１光束制御部材１５０を覆うように）、ホルダ１７０の前方側端部に固定されている。第１光束制御部材１５０の中心軸ＣＡ１、第２光束制御部材１６０の中心軸ＣＡ２、およびホルダ１７０の中心軸ＣＡ３は、互いに一致している。また、本実施の形態では、これらの中心軸ＣＡ１、ＣＡ２、ＣＡ３は、複数の発光素子１３０の光軸ＬＡと一致している（図２参照）。さらに、本実施の形態では、複数の発光素子１３０のうち基板１２５の中心に配置された発光素子１３０の光軸ＬＡは、中心軸ＣＡ１と一致している。
　図５は、第１光束制御部材１５０およびホルダ１７０の構成を示す図である。図５Ａは、第１光束制御部材１５０およびホルダ１７０の平面図であり、図５Ｂは、側面図であり、図５Ｃは、底面図であり、図５Ｄは、図５Ａに示されるＤ－Ｄ線の断面図である。図５Ａに示されるように、第１光束制御部材１５０の平面視形状は、略円形状である。第１光束制御部材１５０は、ホルダ１７０と一体として形成されており、発光素子１３０に対して空気層を介して配置される（図２参照）。
　図５Ａ～Ｄに示されるように、第１光束制御部材１５０は、発光素子１３０からの出射光を入射させる入射領域１５１と、入射領域１５１の反対側（前方側）に配置され、入射領域１５１で入射した入射光の一部を前方方向および側方方向に出射させる出射面１５６と、出射面１５６の外側に配置され、入射領域１５１で入射した入射光の他の一部を側方方向および後方方向に反射する反射面１５７とを含む。
　図４Ａに示されるように、入射領域１５１は、発光素子１３０からの出射光を第１光束制御部材１５０内に入射させる。入射領域１５１は、第１光束制御部材１５０の後方側に配置されている。入射領域１５１は、中央部に配置されたフレネルレンズ部１５２と、フレネルレンズ部１５２の外側に配置された入射面１５５とを含む。
　フレネルレンズ部１５２は、主として、基板１２５の中心（第１光束制御部材１５０の中心軸ＣＡ１上）に配置された発光素子１３０からの出射光の一部を第１光束制御部材１５０内に入射させるとともに、入射光を出射面１５６に向けて反射する。フレネルレンズ部１５２は、第１光束制御部材１５０の中心軸ＣＡ１（光軸ＬＡ）と交わるように配置されている。また、フレネルレンズ部１５２の中心部には、発光素子１３０からの出射光を屈折させるための屈折面が配置されていてもよいし、配置されていなくてもよい。本実施の形態では、フレネルレンズ部１５２の内側に屈折面１５３が配置されている。
　屈折面１５３は、主として、基板１２５の中心に配置された発光素子１３０からの出射光の一部（光軸ＬＡに対して小さな角度で出射された光）を第１光束制御部材１５０内に入射させるとともに、入射光を出射面１５６に向けて屈折させる。図２に示されるように、屈折面１５３は、基板１２５の中心に配置された発光素子１３０と対向する位置に、第１光束制御部材１５０の中心軸ＣＡ１（光軸ＬＡ）と交わるように配置されている。屈折面１５３は、中心軸ＣＡ１を回転軸とする回転対称面で構成される。屈折面１５３の形状は、上記の機能を発揮することができれば特に限定されない。屈折面１５３の表面の形状は、例えば、平面、球面、非球面、屈折型のフレネルレンズ、またはこれらの組み合わせによって構成される。本実施の形態では、屈折面１５３の表面の形状は、第１光束制御部材１５０の中心軸ＣＡ１に対して垂直な平面であり、屈折面１５３の平面視形状は、略円形状である。
　複数の凸条１５４は、主として、基板１２５の中心に配置された発光素子１３０からの出射光の一部（光軸ＬＡに対して比較的大きな角度で出射された光）を第１光束制御部材１５０内に入射させるとともに、入射光を出射面１５６に向けて反射させる。複数の凸条１５４は、屈折面１５３の外側に同心円状に、かつ隣接する２つの凸条１５４間に谷部を形成するように配置されている。凸条１５４の形状および大きさは、上記の機能を発揮することができれば特に限定されない。本実施の形態では、凸条１５４の形状は、円環状である。また、第１光束制御部材１５０の中心軸ＣＡ１を含む平面における複数の凸条１５４の断面積は、それぞれ同じであってもよいし、異なっていてもよい。本実施の形態では、複数の凸条１５４の大きさは、それぞれ異なっている。また、図４Ｂに示されるように、光軸ＬＡ方向（中心軸ＣＡ１方向）において、ホルダ１７０の後方側端部と、各凸条１５４の先端部との間隔ｄは、内側から外側に向かうにつれて徐々に短くなっている。以下、光束制御部材１４０のホルダ１７０の後方側端部を含む平面を「基準面」という。
　図４Ｂに示されるように、凸条１５４は、第１傾斜面１５４ａおよび第２傾斜面１５４ｂを有する。凸条１５４において、第１傾斜面１５４ａは、内側（第１光束制御部材１５０の中心軸ＣＡ１側）に配置され、第２傾斜面１５４ｂは、外側に配置される。
　第１傾斜面１５４ａは、主として、基板１２５の中心に配置された発光素子１３０からの出射光の一部を入射させるとともに、第２傾斜面１５４ｂ側に屈折させる。第１傾斜面１５４ａは、第１光束制御部材１５０の中心軸ＣＡ１を回転軸とする回転対称面であり、円環形状である。第１傾斜面１５４ａは、中心軸ＣＡ１と平行であってもよいが、第１光束制御部材１５０を成形する観点から、中心軸ＣＡ１に対して僅かに傾斜していることが好ましい。この場合、第１傾斜面１５４ａは、基準面に近づくにつれて、第１光束制御部材１５０の中心軸ＣＡ１から離れるように傾斜している。複数の凸条１５４において、第１傾斜面１５４ａの中心軸ＣＡ１に対する傾斜角は、それぞれ同じであってもよいし、異なっていてもよい。本実施の形態では、複数の凸条１５４において、第１傾斜面１５４ａの傾斜角は、それぞれ異なっている。また、第１傾斜面１５４ａの母線は、直線であってもよいし、曲線であってもよい。本実施の形態では、第１傾斜面１５４ａの母線は、直線である。なお、「母線」とは、一般的に線織面を描く直線を意味するが、本明細書では回転対称面を描くための曲線を含む語として用いる。また、傾斜面の母線が曲線である場合、「傾斜面の傾斜角」とは、中心軸ＣＡ１に対する傾斜面の接線の角度を意味する。
　第２傾斜面１５４ｂは、第１傾斜面１５４ａと対に形成され、第１傾斜面１５４ａで入射した入射光を出射面１５６に向けて反射する。第２傾斜面１５４ｂは、第１光束制御部材１５０の中心軸ＣＡ１を回転軸とする回転対称面であり、円環形状である。第２傾斜面１５４ｂは、到達した光を全反射する観点から、中心軸ＣＡ１に対して傾斜していることが好ましい。この場合、第２傾斜面１５４ｂは、基準面に近づくにつれて、中心軸ＣＡ１に近づくように傾斜している。複数の凸条１５４において、第２傾斜面１５４ｂの中心軸ＣＡ１に対する傾斜角は、それぞれ同じであってもよいし、異なっていてもよい。本実施の形態では、複数の凸条１５４において、第２傾斜面１５４ｂの傾斜角は、それぞれ異なっている。また、第２傾斜面１５４ｂを構成する母線は、直線であってもよいし、曲線であってもよい。本実施の形態では、第２傾斜面１５４ｂの母線は、直線である。
　入射面１５５は、フレネルレンズ部１５２の外側に配置されている。入射面１５５は、主として、複数の発光素子１３０のうち外側に配置された発光素子１３０からの出射光の一部を第１光束制御部材１５０内に入射させるとともに、入射光を反射面１５７に向けて屈折させる。入射面１５５の表面の形状は、平面であってもよいし、曲面であってもよい。また、入射面１５５は、第１光束制御部材１５０の中心軸ＣＡ１に対して垂直であってもよいし、垂直でなくてもよい。本実施の形態では、入射面１５５は、中心軸ＣＡ１に直交する平面である。
　出射面１５６は、屈折面１５３で入射した入射光と、第１傾斜面１５４ａで入射し、第２傾斜面１５４ｂで反射された反射光とを第２光束制御部材１６０に向けて出射させる。出射面１５６は、第１光束制御部材１５０の前方側に、第２光束制御部材１６０と対向するように配置されている。出射面１５６の形状は、平面であってもよいし、曲面であってもよい。また、出射面１５６は、第１光束制御部材１５０の中心軸ＣＡ１に対して垂直であってもよいし、垂直でなくてもよい。本実施の形態では、出射面１５６は、中心軸ＣＡ１に対して垂直な平面である。
　反射面１５７は、入射面１５５で入射した入射光を反射する。反射面１５７は、第１光束制御部材１５０の前方側であって出射面１５６の外側に、第２光束制御部材１６０と対向するように配置されている。反射面１５７は、第１光束制御部材１５０の中心軸ＣＡ１を回転軸とする回転対称面である。反射面１５７を構成する母線は、内周部から外周部に向かうにつれて、入射面１５５に対して凹の曲線となるように形成されている。また、反射面１５７の外周部は、その内周部と比較して、光軸ＬＡの方向（中心軸ＣＡ１の方向）における入射面１５５からの距離が離れた位置（前方側）に形成されている。すなわち、反射面１５７は、内周部から外周部に向かうにつれて、光軸ＬＡに対して直交し前記入射面上の任意点を通る直交面（例えば、入射面１５５）からの光軸ＬＡに沿う方向における距離が長くなる非球面形状の曲面である。この場合、第１光束制御部材１５０の中心軸ＣＡ１に対する反射面１５７の角度は、内周部から外周部に向かうにつれて大きくなる。
　第１光束制御部材１５０の材料は、所望の波長の光を通過させう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１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。第１光束制御部材１５０は、例えば射出成形により形成される。
　また、光を全反射させる観点から、第１光束制御部材１５０の反射面１５７上には、銀やアルミニウム、金、銅、これらの合金などからなる金属層が配置されていてもよい。金属層は、例えば蒸着法、スパッタ法により形成されうる。
　図６Ａ～Ｄは、第２光束制御部材１６０の構成を示す図である。図６Ａは、第２光束制御部材１６０の平面図であり、図６Ｂは、側面図であり、図６Ｃは、底面図であり、図６Ｄは、図６Ａに示されるＤ－Ｄ線の断面図である。
　第２光束制御部材１６０は、第１光束制御部材１５０から到達した光の一部を前方方向および側方方向に透過させ、残部を側方方向および後方方向に反射する。図６Ａに示されるように、第２光束制御部材１６０の平面視形状は、略円形状である。第２光束制御部材１６０は、第１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（図２参照）。第２光束制御部材１６０は、上記の機能を発揮するための透過反射面１６５を含む。
　透過反射面１６５は、第１光束制御部材１５０の出射面１５６で出射され、第２光束制御部材１６０に到達した光の一部を透過させ、残部を反射する。透過反射面１６５は、第１光束制御部材１５０の出射面１５６および反射面１５７に対向するように配置されている。透過反射面１６５は、第２光束制御部材１６０の中心軸ＣＡ２を回転軸とする回転対称面である。透過反射面１６５を構成する母線は、この回転対称面の中心から外周部にかけて、第１光束制御部材１５０に対して凹の曲線となるように形成されている。また、透過反射面１６５の外周部は、その中心部と比較して、光軸ＬＡ（中心軸ＣＡ２）に沿う方向における前述の直交面（例えば、入射面１５５）からの距離が離れた位置（前方側）に形成されている。すなわち、透過反射面１６５は、中心部から外周部に向かうにつれて、光軸ＬＡの方向における第１光束制御部材１５０からの距離が長くなる非球面形状の曲面である。この場合、第２光束制御部材１６０の中心軸ＣＡ２に対する透過反射面１６５の角度は、中心から外周部に向かうにつれて大きくなる。なお、第２光束制御部材１６０の第１光束制御部材１５０と対向する面は、光沢面となるように形成されていることが好ましい。また、透過反射面１６５は、第２光束制御部材１６０と一体として形成されていてもよいし、別体として形成されていてもよい。
　第２光束制御部材１６０に上記の機能を付与する手段は、特に限定されない。第２光束制御部材１６０に上記の機能を付与する手段の例としては、第２光束制御部材１６０を所望の光透過率を有する光透過性の材料から形成することが挙げられる。この場合、所望の光透過率を有する光透過性の材料の例には、樹脂やガラスなどが含まれる。所望の光透過率を有する光透過性の樹脂の例には、アクリル樹脂などの白色樹脂などが含まれる。第２光束制御部材１６０の材料の光透過率を調整することで、各方向への出射光の割合を調整することができる。
　また、第２光束制御部材１６０に上記の機能を付与する手段の別の例としては、第２光束制御部材１６０の後方側（第１光束制御部材１５０側）の面に透過反射膜を配置することが挙げられる。この場合、第２光束制御部材１６０の材料は、光を反射しない材料であってもよい。第２光束制御部材１６０の材料の例は、第１光束制御部材１５０同様である。透過反射膜の例には、ＴｉＯ２およびＳｉＯ２の多層膜、ＺｒＯ２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、第２光束制御部材１６０に上記の機能を付与する手段の別の例としては、光透過性を有する材料からなる第２光束制御部材１６０の内部にビーズなどの散乱子を分散させることが挙げられる。すなわち、第２光束制御部材１６０は、到達した光の一部を透過させ、残部を反射する材料により形成されていてもよい。
　さらに、第２光束制御部材１６０に上記の機能を付与する手段の別の例としては、光反射性を有する材料からなる第２光束制御部材１６０に、光透過部を形成することが挙げられる。光反射性を有する材料の例には、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１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８０％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２光束制御部材１６０を作製することができる。
　ホルダ１７０は、第１光束制御部材１５０および第２光束制御部材１６０を保持する。ホルダ１７０は、その後方側端部で基板１２５に固定され、基板１２５上の発光素子１３０に対して第１光束制御部材１５０および第２光束制御部材１６０を所定の位置に固定する。図５に示されるように、ホルダ１７０の形状は、ホルダ１７０の中心軸ＣＡ３を回転軸とする略筒形状である。ホルダ１７０は、第１光束制御部材１５０と一体として形成されていてもよいし、別体として形成されていてもよい。本実施の形態では、ホルダ１７０は、その中央部に配置される第１光束制御部材１５０と一体として形成されている。
　ホルダ１７０は、その前方側端部に、第２光束制御部材１６０を固定するための構造を有する。また、ホルダ１７０は、その後方側端部に、基板１２５に固定されるための構造を有する。たとえば、ホルダ１７０は、その前方側端部に、前方側ガイド突起１７１を有し、その後方側端部に、後方側ガイド突起１７２を有する。
　前方側ガイド突起１７１の形状および数は、第２光束制御部材１６０をホルダ１７０に固定することができれば特に限定されない。図５Ａおよび図５Ｄに示されるように、本実施の形態では、前方側ガイド突起１７１の形状は、ホルダ１７０の前方側端部において、全周に亘って形成された円環状である。なお、前方側ガイド突起１７１は、複数に分割されていてもよい。
　後方側ガイド突起１７２の形状および数は、ホルダ１７０を基板１２５に固定することができれば特に限定されない。図５Ｃおよび図５Ｄに示されるように、本実施の形態では、後方側ガイド突起１７２の形状は、ホルダ１７０の後方側端部において、全周に亘って形成された円環状である。なお、後方側ガイド突起１７２は、複数に分割されていてもよい。
　ホルダ１７０は、光透過性を有する。ホルダ１７０の材料は、所望の波長の光を通過させることができれば特に限定されない。たとえば、ホルダ１７０の材料の例は、第１光束制御部材１５０と同様である。
　なお、ホルダ１７０には、光拡散能が付与されていてもよい。ホルダ１７０に光拡散能を付与する場合には、ホルダ１７０に散乱子を含ませてもよいし、ホルダ１７０の表面に光拡散処理を施してもよい。
　光束制御部材１４０は、第１光束制御部材１５０とホルダ１７０との一体成形品に第２光束制御部材１６０を組み付けることによって製造されうる。第１光束制御部材１５０とホルダ１７０の一体成形品は、例えば無色透明の樹脂材料を用いて射出成形により製造されうる。第２光束制御部材１６０は、例えば、白色の樹脂材料を用いて射出成形することにより製造されうる。または、第２光束制御部材１６０は、無色透明の樹脂材料を用いて射出成形した後に、透過反射面１６５となる面に透過反射膜を蒸着により形成することによって、製造されうる。
　第２光束制御部材１６０は、ホルダ１７０の前方側端部に固定される。第２光束制御部材１６０をホルダ１７０に固定する方法は、特に限定されない。第２光束制御部材１６０をホルダ１７０に固定する方法の例には、接着剤などによる固定が含まれる。このとき、前方側ガイド突起１７１は、第２光束制御部材１６０がホルダ１７０の径方向に移動することを防止する。
　光束制御部材１４０は、ホルダ１７０の後方側端部を介して基板１２５に固定される。光束制御部材１４０を基板１２５に固定する方法は、特に限定されない。光束制御部材１４０を基板１２５に固定する方法の例には、接着剤などによる固定が含まれる。このとき、後方側ガイド突起１７２は、光束制御部材１４０がホルダ１７０の径方向に移動することを防止する。これにより、ホルダ１７０は、筐体１１０に所定の位置に固定されるとともに、発光素子１３０に対して第１光束制御部材１５０および第２光束制御部材１６０を所定の位置に固定することができる。
　また、光束制御部材１４０は、第１光束制御部材１５０およびホルダ１７０を別々に成形し、第１光束制御部材１５０および第２光束制御部材１６０をホルダ１７０に組み付けることによって製造してもよい。第１光束制御部材１５０とホルダ１７０とを別々に成形することにより、ホルダ１７０および第１光束制御部材１５０を成形する際、材料の選択の自由度が向上する。たとえば、散乱子を含む光透過性の材料でホルダ１７０を成形し、散乱子を含まない光透過性の材料で第１光束制御部材１５０を成形することが容易となる。
　（発光装置の配光特性）
　次に、本実施の形態に係る発光装置１２０の配光特性について説明する。まず、発光素子１３０からの出射光の光束制御部材１４０における光路を説明する。以下の説明では、光の出射方向について、光軸ＬＡ方向を０°とした場合に、０°以上かつ６０°以下の方向を「前方方向」といい、６０°超かつ１２０°以下の方向を「側方方向」といい、１２０°超かつ１８０°以下の方向を「後方方向」という。
　まず、基板１２５の中心（光束制御部材１４０の中心軸ＣＡ１、ＣＡ２、ＣＡ３上）に配置された発光素子１３０からの出射光について説明する。基板１２５の中心に配置された発光素子１３０からの出射光のうち、光軸ＬＡに対する角度が小さい光は、屈折面１５３で第１光束制御部材１５０内に入射し、出射面１５６で第２光束制御部材１６０に向かって出射される。その後、出射光は、第２光束制御部材１６０に到達する。また、基板１２５の中心に配置された発光素子１３０からの出射光のうち、光軸ＬＡに対する角度が大きい光は、フレネルレンズ部１５２の第１傾斜面１５４ａで第１光束制御部材１５０内に入射し、第２傾斜面１５４ｂで反射され、出射面１５６で第２光束制御部材１６０に向かって出射される。その後、出射光は、第２光束制御部材１６０に到達する。さらに、基板１２５の中心に配置された発光素子１３０からの出射光のうち、光軸ＬＡに対する角度がさらに大きい光は、フレネルレンズ部１５２の外側に配置された入射面１５５で第１光束制御部材１５０内に入射し、反射面１５７に向かって屈折され、反射面１５７に到達する。
　次に、複数の発光素子１３０のうちの外側に配置された発光素子１３０からの出射光について説明する。この外側に配置された発光素子１３０からの出射光の一部は、入射面１５５で第１光束制御部材１５０内に入射し、反射面１５７に向かって屈折され、反射面１５７に到達する。また、外側に配置された発光素子１３０からの出射光の他の一部は、フレネルレンズ部１５２で、第１光束制御部材１５０内に入射し、出射面１５６で第２光束制御部材１６０に向かって出射される。その後、出射光は、第２光束制御部材１６０に到達する。
　反射面１５７に到達した光の一部は、反射面１５７で側方方向および後方方向に反射される。反射面１５７で側方方向および後方方向に反射された光は、ホルダ１７０を透過して、カバー１８０の側部および下部に到達する。このとき、反射面１５７は、到達した光の反射面１５７へ入射する位置がその内周部に近いほど、側方方向および後方方向への出射光を、より前方側に向けて振り分ける。また、反射面１５７は、到達した光の反射面１５７へ入射する位置がその外周部に近いほど、側方方向および後方方向への出射光を、より後方側に向けて振り分ける。また、反射面１５７に到達した光の他の一部は、反射面１５７で第２光束制御部材１６０に向かって出射される。その後、出射光は、第２光束制御部材１６０に到達する。
　第２光束制御部材１６０に到達した光の一部は、透過反射面１６５を透過して、前方方向および側方方向に出射される。この出射光は、カバー１８０の側部および上部に到達する。また、第２光束制御部材１６０に到達した光の他の一部は、透過反射面１６５により反射されて、側方方向および後方方向に向けて出射される。この出射光は、ホルダ１７０を透過して、カバー１８０の側部および下部に到達する。このとき、透過反射面１６５は、到達した光の透過反射面１６５へ入射する位置がその中心に近いほど、側方方向および後方方向への出射光を、より前方側に向けて振り分ける。また、透過反射面１６５は、到達した光の透過反射面１６５へ入射する位置がその外周部に近いほど、側方方向および後方方向への出射光を、より後方側に向けて振り分ける。また、第１光束制御部材１５０は、フレネルレンズ部１５２によって中心に配置された発光素子１３０からの出射光を効率的に第２光束制御部材１６０の中心軸ＣＡ２側に集光することができる。このため、光束制御部材１４０は、より前方側に向けて出射される側方方向および後方方向への出射光の割合を増やすことができる。
　本実施の形態に係る発光装置１２０では、前方方向への出射光は、主に、第２光束制御部材１６０の透過反射面１６５を透過した光を含む。また、後方方向への出射光は、主に、第１光束制御部材１５０の反射面１５７で反射された光と、第２光束制御部材１６０の透過反射面１６５で反射された光を含む。さらに、側方方向への出射光は、主に、第２光束制御部材１６０の透過反射面１６５を透過した光と、第２光束制御部材１６０の透過反射面１６５で反射された光と、第１光束制御部材１５０の反射面１５７で反射された光とを含む。したがって、第１光束制御部材１５０の反射面１５７の形状と、第２光束制御部材１６０の透過反射面１６５の形状および透過率とを調整することで、各方向への出射光のバランスを調整することができる。
　（シミュレーション１）
　本実施の形態に係る光束制御部材１４０の効果（特に、第１光束制御部材１５０の効果）を確認するために、上述した実施の形態に係る照明装置１００についての、配光特性のシミュレーションを行った。また、比較のため、光束制御部材１４０を有しない照明装置（以下、「比較例１に係る照明装置」ともいう）と、複数の発光素子１３０をすべて覆うように配置されているフレネルレンズ部１５２’を有する光束制御部材１４０’を含む照明装置（以下、「比較例２に係る照明装置」ともいう）とについても、それぞれ配光特性のシミュレーションを行った。また、比較例１および比較例２に係る照明装置においても、５つの発光素子１３０が基板１２５上に配置されている（図３参照）。本シミュレーションでは、５つの発光素子１３０をすべて点灯させた場合の照度であって、基板１２５の中心に配置された発光素子１３０から１０００ｍｍの距離にある仮想球面と、仮想円Ｃの直径上に配置されている３つの発光素子１３０の中心を含み、かつ複数の発光素子１３０の光軸ＬＡ方向に沿う仮想平面とが交わることで形成される円の円周上における照度を算出した。
　図７は、比較例２に係る照明装置の光束制御部材１４０’の構成を示す断面図である。光束制御部材１４０’は、第１光束制御部材１５０’、第２光束制御部材１６０およびホルダ１７０を有する。第１光束制御部材１５０’は、発光素子１３０からの出射光を入射させる入射領域１５１’と、入射光を第２光束制御部材１６０に向けて出射させる出射面１５６’とを有する。入射領域１５１’は、入射面１５５を有さず、フレネルレンズ部１５２’のみからなる。また、本実施の形態に係る光束制御部材１４０では、フレネルレンズ部１５２は、基板１２５の中心に配置されている発光素子１３０のみを覆うように配置されている。これに対し、比較例２に係る光束制御部材１４０’では、フレネルレンズ部１５２’は、基板１２５に配置されているすべて（５つ）の発光素子１３０を覆うように配置されている。
　図８は、比較例１に係る照明装置、比較例２に係る照明装置および本実施の形態に係る照明装置１００についての、配光特性のシミュレーション結果を示すグラフである。図８において、一点鎖線は、比較例１に係る照明装置についての結果を示し、破線は、比較例２に係る照明装置の結果を示し、実線は、実施の形態に係る照明装置１００についての結果を示している。また、グラフの外側に記載されている数値は、複数の発光素子１３０の光軸ＬＡ（中心軸ＣＡ１、ＣＡ２、ＣＡ３）に対する角度を示す。また、グラフの内側に記載されている数値は、各方向の相対照度（最大値１）を示している。
　図８において一点鎖線で示されるように、比較例１に係る照明装置は、主に、前方方向（－６０°～＋６０°）に光を出射する。図８において破線で示されるように、比較例２に係る照明装置は、前方方向、側方方向（－１２０°～－６０°、＋６０°～＋１２０°）、および後方方向（－１８０°～－１２０°、＋１２０°～＋１８０°）のすべての方向に、光を出射する。図８において実線で示されるように、実施の形態に係る照明装置１００も、前方方向、側方方向および後方方向のすべての方向に光を出射する。実施の形態に係る照明装置１００では、比較例２に係る照明装置と比較して、前方方向への出射光の割合が減少し、側方方向および後方方向への出射光の割合が増加することがわかった。
　比較例１に係る照明装置は、光束制御部材を有しない。このため、発光素子１３０からの前方方向への出射光は、配光を制御されることなく、そのまま前方方向に出射される。比較例１に係る照明装置と、比較例２に係る照明装置および実施の形態に係る照明装置１００との比較から、光束制御部材１４０’、１４０は、発光素子１３０からの前方方向への出射光を側方方向および後方方向に向けて振り分けることに寄与していることがわかる。
　また、比較例２に係る照明装置の第１光束制御部材１５０’は、入射面１５５および反射面１５７を有しない。比較例２に係る照明装置は、実施の形態に係る照明装置１００と比較して、前方方向、側方方向および後方方向のすべての方向において、より前方側に光を出射することがわかる。これにより、本実施の形態に係る第１光束制御部材１５０の反射面１５７は、発光素子１３０からの出射光を後方側に向けて振り分けることに寄与していることがわかる。
　（シミュレーション２）
　次に、本実施の形態に係る光束制御部材１４０の効果（特に、第２光束制御部材１６０の効果）を確認するために、カバー１８０を取り外した照明装置１００についての、配光特性のシミュレーションを行った。また、比較のため、カバー１８０を取り外し、かつ第２光束制御部材１６０を有しない照明装置（以下、「比較例３に係る照明装置」ともいう）についても配光特性のシミュレーションを行った。本シミュレーションでは、５つの発光素子１３０をすべて点灯させた場合と、前記仮想平面上の３つの発光素子１３０のうち中心に配置された発光素子１３０（基板１２５の中心に配置された発光素子１３０）のみを点灯させた場合と、前記仮想平面上において外側に配置された２つの発光素子１３０のうち１つの発光素子１３０のみを点灯させた場合と、についてシミュレーションを行った。本シミュレーションは、照明装置が相違することを除いて、シミュレーション１と同様の条件でシミュレーションを行った。
　図９は、比較例３に係る照明装置およびカバー１８０を取り外した照明装置１００についての、配光特性のシミュレーション結果を示すグラフである。図９Ａは、５つの発光素子１３０をすべて点灯させた場合のシミュレーション結果を示すグラフであり、図９Ｂは、前記仮想平面上の３つの発光素子１３０のうち中心に配置された発光素子１３０（基板１２５の中心に配置された発光素子１３０）のみを点灯させた場合のシミュレーション結果を示すグラフであり、図９Ｃは、前記仮想平面上において外側に配置された２つの発光素子１３０のうち１つの発光素子１３０のみを点灯させた場合のシミュレーション結果を示すグラフである。図９Ａ～Ｃにおいて、破線は、比較例３に係る照明装置についての結果を示し、実線は、カバー１８０を取り外した照明装置１００についての結果を示す。
　まず、５つの発光素子１３０をすべて点灯させた場合のシミュレーション結果について説明する。図９Ａにおいて破線で示されるように、比較例３に係る照明装置では、前方方向（－１５°～＋１５°）への出射光の割合が多く、側方方向および後方方向への出射光の割合が非常に少ないことがわかる。一方、図９Ａにおいて実線で示されるように、カバー１８０を有しない照明装置１００では、比較例３に係る照明装置と比較して、前方方向（－１５°～＋１５°）への出射光の割合が減少し、側方方向および後方方向（－１４５°～－７０°、＋７０°～＋１４０°）への出射光の割合が増加することがわかった。この結果から、第２光束制御部材１６０は、第１光束制御部材１５０からの前方方向（－１５°～＋１５°方向）への出射光を側方方向および後方方向（－１４５°～－７０°、＋７０°～＋１４０°）に向けて振り分けることに寄与していることがわかる。また、第２光束制御部材１６０は、前方方向（－１５°～＋１５°）への出射光の一部を透過させることもわかる。
　次に、前記仮想平面上の３つの発光素子１３０のうち中心に配置された発光素子１３０（基板１２５の中心に配置された発光素子１３０）のみを点灯させた場合のシミュレーション結果について説明する。図９Ｂにおいて破線で示されるように、比較例３に係る照明装置では、側方方向および後方方向への出射光の割合は非常に少なく、前方方向（－１５°～＋１５°）への出射光の割合が非常に多いことがわかる。このことから、第１光束制御部材１５０のフレネルレンズ部１５２は、基板１２５の中心に配置された発光素子１３０からの出射光を第２光束制御部材１６０の中心軸ＣＡ２側へ効率よく集光していることがわかる。一方、図９Ｂにおいて実線で示されるように、カバー１８０を取り外した照明装置１００では、比較例３に係る照明装置と比較して、前方方向（－１０°～＋１０°）への出射光の割合が減少し、より後方側の前方方向（±１５°、±４５°）、側方方向（±１００°）および後方方向（±１３０°）への出射光の割合が増加することがわかった。この結果から、第２光束制御部材１６０は、基板１２５の中心に配置された発光素子１３０からの出射光であって、第２光束制御部材１６０に到達した光をより後方側の前方方向（±１５°、±４５°）、側方方向（±１００°）および後方方向（±１３０°）に向けて振り分けることに寄与していることがわかる。また、第２光束制御部材１６０は、前方方向（－１５°～＋１５°）への出射光の一部を透過させることもわかる。
　次に、前記仮想平面上において外側に配置された２つの発光素子１３０のうち１つの発光素子１３０のみを点灯させた場合のシミュレーション結果について説明する。図９Ｃのグラフにおいて、前記仮想平面上において外側に配置された２つの発光素子１３０のうち、点灯させた発光素子１３０が配置されている方向を負（－）の方向とし、反対側の方向を正（＋）の方向とする。図９Ｃにおいて破線で示されるように、比較例３に係る照明装置では、前方方向（＋２５°、＋５５°～＋６５°）ならびに側方方向および後方方向（－１３５°～－９５°）への出射光の割合が多いことがわかる。一方、図９Ｃにおいて実線で示されるように、カバー１８０を取り外した照明装置１００では、比較例３に係る照明装置と比較して、前方方向（＋２５°、＋５５°～＋６０°）への出射光の割合が減少し、側方方向および後方方向（－９５°～－１３５°方向）への出射光の割合が増加していることがわかった。この結果から、第２光束制御部材１６０は、外側に配置された発光素子１３０からの出射光を側方方向および後方方向に向けて出射することにも寄与していることがわかる。また、第２光束制御部材１６０は、側方方向（＋６５°）への出射光の一部を透過させることもわかる。
　（効果）
　本実施の形態に係る光束制御部材１４０は、基板１２５の中心（光束制御部材１４０の中心軸ＣＡ１、ＣＡ２、ＣＡ３上）に配置された発光素子１３０からの出射光を、第１光束制御部材１５０のフレネルレンズ部１５２によって第２光束制御部材１６０の中心軸ＣＡ２側に集光させることができる。光束制御部材１４０は、基板１２５の中心に配置された発光素子１３０からの出射光を、第２光束制御部材１６０で前方方向、側方方向および後方方向へ出射させることができる。また、光束制御部材１４０は、基板１２５の中心に配置された発光素子１３０からの出射光を、反射面１５７で側方方向および後方方向に反射させることができる。すなわち、光束制御部材１４０は、その中心軸ＣＡ１、ＣＡ２、ＣＡ３上に配置された発光素子１３０からの出射光の配光を適切に制御することができる。
　また、光束制御部材１４０は、基板１２５の外側に配置された発光素子１３０からの出射光を、反射面１５７で側方方向および後方方向へ反射させることができる。また、光束制御部材１４０は、基板１２５の外側に配置された発光素子１３０からの出射光を、第２光束制御部材１６０で、前方方向、側方方向および後方方向に出射させることができる。すなわち、光束制御部材１４０は、複数の発光素子１３０のうち外側に配置された発光素子１３０からの出射光の配光も適切に制御することができる。
　その結果、本実施の形態に係る光束制御部材１４０を有する照明装置１００は、光束制御部材１４０の中心軸ＣＡ１、ＣＡ２、ＣＡ３上に配置された発光素子１３０からの出射光と、外側に配置された複数の発光素子１３０からの出射光とを、前方方向、側方方向および後方方向のすべての方向にバランスよく振り分けることができる。したがって、本実施の形態に係る光束制御部材１４０を有する照明装置１００は、白熱電球と同等に使用されうる。
　なお、上記実施の形態では、図３に示されるように、基板１２５上において仮想円Ｃの中心に１つの発光素子１３０が配置され、仮想円Ｃの円周上に４つの発光素子１３０が等間隔で配置されている発光装置１２０および照明装置１００について説明した。しかし、本発明に係る発光装置および照明装置では、基板１２５上に１つの大きな発光素子１３０’が、上記実施の形態における５つの発光素子１３０が配置されている領域に亘って配置されていてもよい。たとえば、図１０に示されるように、基板１２５上において仮想円Ｃ内の全体を含むように発光面とする１つの発光素子１３０’が配置されていてもよい。この場合、１つの発光素子１３０’は、入射面の一部およびフレネルレンズ部と対向する位置に配置される。このとき、よりバランスよく光を出射させる観点から、発光素子１３０’の全光束の中心である光軸は、第１光束制御部材の中心軸と一致していることが好ましい。
　本出願は、２０１４年７月１４日出願の特願２０１４－１４４０６６に基づく優先権を主張する。当該出願明細書および図面に記載された内容は、すべて本願明細書に援用される。
　本発明に係る光束制御部材を有する照明装置は、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　ＬＥＤモジュール
　２０　レンズ
　２１　入射面
　２２　出射面
　１００　照明装置
　１１０　筐体
　１１１　口金
　１１２　筐体本体
　１２０　発光装置
　１２５　基板
　１３０、１３０’　発光素子
　１４０、１４０’　光束制御部材
　１５０、１５０’　第１光束制御部材
　１５１、１５１’　入射領域
　１５２、１５２’　フレネルレンズ部
　１５３　屈折面
　１５４　凸条
　１５４ａ　第１傾斜面
　１５４ｂ　第２傾斜面
　１５５　入射面
　１５６、１５６’　出射面
　１５７　反射面
　１６０　第２光束制御部材
　１６５　透過反射面
　１７０　ホルダ
　１７１　前方側ガイド突起
　１７２　後方側ガイド突起
　１８０　カバー
　Ｃ　仮想円
　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
　ＣＡ３　ホルダの中心軸
　ＬＡ　発光素子の光軸

Claims (8)

  1. 　少なくとも１つの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、
    　その中心軸を囲むように配置されたフレネルレンズ部、および前記フレネルレンズ部の外側に配置された入射面を含み、前記発光素子から出射された光を入射させる入射領域と、前記入射領域の反対側に配置され、前記入射領域で入射した入射光の一部を出射させる出射面と、前記出射面の外側に配置され、前記入射光の他の一部を反射する反射面とを含む第１光束制御部材と、
    　前記出射面および前記反射面と対向する位置に配置され、前記出射面で出射され、到達した光の一部を透過させ、残部を反射する透過反射面を含む第２光束制御部材と、
    　を有し、
    　前記反射面は、前記第１光束制御部材の中心軸を回転軸とする回転対称面であり、その母線が前記入射面に対して凹の曲線となるように、かつその外周部が、その内周部と比較して、前記発光素子の全光束の中心である光軸に対して直交し前記入射面上の任意点を通る直交面からの前記光軸に沿う方向における距離が離れるように形成され、
    　前記透過反射面は、前記第２光束制御部材の中心軸を回転軸とする回転対称面であり、その母線が前記第１光束制御部材に対して凹の曲線となるように、かつその外周部が、その中心部と比較して、前記光軸に沿う方向における前記直交面からの距離が離れるように形成されている、
    　光束制御部材。
  2. 　前記入射面は、平面である、請求項１に記載の光束制御部材。
  3. 　基板と、
    　前記基板上に配置された少なくとも１つの発光素子と、
    　前記発光素子上に配置された請求項１または請求項２に記載の光束制御部材と、
    　を有し、
    　前記発光素子は、前記入射面の一部および前記フレネルレンズ部の少なくとも一部と対向する位置に配置されている、
    　発光装置。
  4. 　１つの前記発光素子を有する、請求項３に記載の発光装置。
  5. 　複数の前記発光素子を有する、請求項３に記載の発光装置。
  6. 　前記発光素子の全光束の中心である光軸は、前記第１光束制御部材の中心軸と一致している、請求項３～５のいずれか一項に記載の発光装置。
  7. 　複数の前記発光素子のうち１つの発光素子の光軸は、前記第１光束制御部材の中心軸と一致し、
    　複数の前記発光素子の残りのうち少なくとも１つの発光素子は、前記第２光束制御部材側から見たときに、前記反射面の内縁に重なるように配置されている、
    　請求項５に記載の発光装置。
  8. 　請求項３～７のいずれか一項に記載の発光装置と、
    　前記光束制御部材を覆い、前記発光装置からの出射光を拡散させつつ透過させるカバーと、
    　前記発光装置および前記カバーを支持する筐体と、
    　を有する、照明装置。
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