JP6541126B2 - 光束制御部材、発光装置および照明装置 - Google Patents

Description

本発明は、発光素子から出射された光の配光を制御する光束制御部材、当該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の観点から、発光ダイオード（以下、「ＬＥＤ」ともいう）を光源とする照明装置（例えば、ＬＥＤ電球）が、白熱電球または蛍光灯に代わるものとして使用されている。しかしながら、ＬＥＤを光源とする従来の照明装置は、前方（光源からの光の出射方向）のみに光を出射し、白熱電球または蛍光灯のように幅広い方向に光を出射できない。このため、従来の照明装置は、白熱電球または蛍光灯のように天井や壁面からの反射光を利用して室内を広範囲に照らすことができない。

ＬＥＤを光源とする従来の照明装置の配光特性を白熱電球または蛍光灯の配光特性に近づけるため、ＬＥＤからの出射光の配光を光束制御部材で制御することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１に記載の光束制御部材（光方向変換素子）は、発光素子（ＬＥＤ部）の光軸に交わるように、発光素子と対向して配置された入射面と、入射面の反対側に配置された凹状の出射面と、側方に配置され、入射面および出射面を接続する傾斜面とを有する。特許文献１に記載の光束制御部材では、発光素子から出射された光のうち、発光素子の光軸に対する出射角度が小さい光は、入射面で光束制御部材の内部に入射した後、他の面で反射せずに出射面の中央部分に到達する。そして、出射面に到達した当該光は、出射面の中央部から前方に向かって出射される。また、発光素子から出射された光のうち、発光素子の光軸に対する出射角度が大きい光は、入射面で入射した後、出射面の外縁部に到達する。出射面に到達した当該光は、出射面で反射した後、傾斜面から側方または後方に向かって出射される。また、発光素子の光軸に対する出射角度が、さらに大きい光は、入射面で光束制御部材の内部に入射した後、他の面で反射せずに傾斜面に到達する。傾斜面に到達した当該光は、傾斜面で出射面に向かって反射される。傾斜面で反射した光は、出射面から前方に向かって出射される。

特開２０１２−１６０６６６号公報

しかしながら、特許文献１に記載の光束制御部材には、後方に向かう光が少ないため、配光特性のバランスが悪いという問題がある。特許文献１に記載の光束制御部材において、後方に向かう光を多くするためには、入射面で入射した光のうち、大部分の光を他の面で反射させずに出射面に到達させる必要がある。特許文献１に記載の光束制御部材において、入射面で入射した光のうち、大部分の光を他の面で反射させずに出射面に到達させる方法として、出射面（径）を大きくすることが考えられる。これにより、入射面で入射した光のうち、大部分の光を、大きくした出射面に他の面で反射させずに到達させて、後方に向かう光の光量を多くすることができる。

しかしながら、出射面（径）を大きくすると、光束制御部材が大型化してしまうという問題がある。このように、従来の光束制御部材では、小型化と、配向特性のバランスの最適化とを両立させることができなかった。

そこで、本発明の目的は、小型化できるとともに、電球または蛍光灯のように、前方方向、側方方向および後方方向のすべてにバランスよく配光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、本発明の別の目的は、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、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、前記発光素子の光軸を含む断面において前記光軸に対して対称に形成され、前記発光素子と対向するように配置された入射領域と、前記入射領域の反対側に配置された第１反射面と、前記光軸に垂直な方向に、前記光軸に対して前記第１反射面よりも離れて配置された第２反射面と、前記光軸に沿う方向において、前記第２反射面の反対側に配置された第３反射面と、前記第１反射面および前記第３反射面を接続する接続面と、を有し、前記光軸および前記光軸に垂直な方向に沿う直線を含む断面において、前記発光素子から出射された光のうち、一部の光は、前記入射領域で入射した後、前記光軸を境界として当該入射領域と同じ側の前記第１反射面で反射して、当該同じ側の前記第２反射面から出射され、前記断面において、前記発光素子から出射された光のうち、他の一部の光は、前記入射領域で入射して、前記光軸を境界として当該入射領域と同じ側の前記第２反射面および前記第３反射面の順番で反射した後、当該同じ側の前記接続面から出射して、前記光軸を挟んで反対側の前記第１反射面で再度入射した後に、当該反対側の前記第２反射面から出射される。

また、本発明に係る発光装置は、発光素子と、本発明に係る光束制御部材と、を有し、前記光束制御部材は、前記入射領域が前記発光素子と対向するように配置されている。

また、本発明に係る照明装置は、本発明に係る発光装置と、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、を有する。

本発明の光束制御部材によれば、小型化できるとともに、発光装置を有する照明装置の配光特性を白熱電球または蛍光灯の配光特性に近づけることができる。

図１は、実施の形態１に係る照明装置の断面図である。 図２Ａ〜Ｄは、実施の形態１に係る光束制御部材の構成を示す図である。 図３Ａ〜Ｄは、比較例１に係る光束制御部材の構成を示す図である。 図４Ａ〜Ｄは、比較例２に係る光束制御部材の構成を示す図である。 図５Ａ〜Ｃは、比較例１に係る光束制御部材における光路図である。 図６Ａ〜Ｃは、比較例２に係る光束制御部材における光路図である。 図７Ａ〜Ｃは、実施の形態１に係る光束制御部材における光路図である。 図８は、比較例１に係る光束制御部材を有する発光装置および照明装置の配光特性を示すグラフである。 図９は、比較例２に係る光束制御部材を有する発光装置および照明装置の配光特性を示すグラフである。 図１０は、実施の形態１に係る光束制御部材を有する発光装置および照明装置の配光特性を示すグラフである。 図１１Ａ、Ｂは、実施の形態１の変形例に係る光束制御部材の斜視図である。 図１２Ａ〜Ｄは、実施の形態１の変形例に係る光束制御部材の構成を示す図である。 図１３は、実施の形態２に係る照明装置の断面図である。 図１４Ａ、Ｂは、実施の形態２に係る光束制御部材の斜視図である。 図１５Ａ〜Ｄは、実施の形態２に係る光束制御部材の構成を示す図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。

［実施の形態１］
実施の形態１では、本発明の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１は、本発明の実施の形態１に係る照明装置１００の構成を示す図である。

図１に示されるように、照明装置１００は、発光素子１１０および光束制御部材１２０を含む発光装置１４０と、基板１５０と、カバー１６０と、筐体１７０とを有する。

発光素子１１０は、照明装置１００の光源であり、筐体１７０に実装されている。たとえば、発光素子１１０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１１０の数は、特に限定されず、１個であってもよいし、複数個であってもよい。本実施の形態では、発光素子１１０の数は、１個である。発光素子１１０は、その光軸ＯＡが光束制御部材１２０と交わるように配置される。ここで、「発光素子の光軸」とは、発光素子１１０からの立体的な光束の中心における光の進行方向を言う。発光素子１１０が複数ある場合は、複数の発光素子１１０からの立体的な光束の中心における光の進行方向を言う。以下の説明では、発光素子１１０からの出射光の光軸ＯＡに沿う出射方向を前方とし、その反対の方向を後方とする。

光束制御部材１２０は、発光素子１１０から出射された光の配光を制御する。光束制御部材１２０は、発光素子１１０の光軸ＯＡと交わるように筐体１７０に配置される。本実施の形態では、光束制御部材１２０の形状は、回転軸ＲＡに対して回転対称である。すなわち、本実施の形態では、光束制御部材１２０の回転軸ＲＡと、中心軸ＣＡとは一致している。また、本実施の形態では、光束制御部材１２０は、回転軸ＲＡ（中心軸ＣＡ）と、発光素子１１０の光軸ＯＡとが一致するように配置されている。光束制御部材１２０の材料は、所望の波長の光を通過させ得るものであれば特に限定されない。光束制御部材１２０の材料の例には、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）やポリカーボネート（ＰＣ）、エポキシ樹脂（ＥＰ）などの光透過性樹脂や、光透過性のガラスなどが含まれる。また、光束制御部材１２０は、例えば射出成形により製造される。例えば光束制御部材１２０の直径は、１１．５ｍｍであり、高さは、７ｍｍである。本発明の特徴の一つは、光束制御部材１２０の形状であるため、光束制御部材１２０の詳細は、後述する。

基板１５０は、発光素子１１０および光束制御部材１２０を支持する。基板１５０は、筐体１７０上に配置されている。基板１５０は、例えば、アルミニウムや銅などの熱伝導性の高い金属からなる。基板１５０に高い熱伝導性を要しない場合は、基板１５０として、ガラス不織布にエポキシ樹脂を含浸させた樹脂製基板を用いてもよい。

カバー１６０は、光束制御部材１２０を覆い、光束制御部材１２０から出射した光を拡散させつつ透過させる。カバー１６０は、光透過性を有する。カバー１６０は、開口部を含む中空領域を有する。カバー１６０の中空領域内には、発光装置１４０が配置される。たとえば、カバー１６０の材料は、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）やポリカーボネート（ＰＣ）、エポキシ樹脂（ＥＰ）などの光透過性樹脂、またはガラスである。カバー１６０は、光拡散性も有する。カバー１６０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１６０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カバー１６０を作製してもよい。

カバー１６０は、光束制御部材１２０の回転軸ＲＡに対して回転対称な形状を含むことが好ましい。カバー１６０の形状は、例えば、回転対称な形状のみからなる形状であってもよいし、回転対称な形状の一部分を含む形状であってもよい。カバー１６０の形状は、光束制御部材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１６０の形状は、後方への光の光量をより多くする観点から、カバー１６０の最大外径に比べてカバー１６０の開口部の径が小さい形状であることが好ましい。カバー１６０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。

筐体１７０は、発光素子１１０および光束制御部材１２０を配置した基板１５０と、カバー１６０とを筐体１７０の前方端部で支持する。筐体１７０は、光束制御部材１２０の回転軸ＲＡを回転軸とする略回転対称である。筐体１７０は、発光素子１１０からの熱を放出するためのヒートシンクを兼ねている。このため、筐体１７０は、アルミニウムや銅などの熱伝導性の高い金属によって構成されていることが好ましい。

発光素子１１０から出射された光は、光束制御部材１２０によって全方向に向かうように制御される。光束制御部材１２０から出射された光は、カバー１６０を拡散しつつ透過する。

（光束制御部材の構成）
ここで、光束制御部材１２０について詳細に説明する。図２Ａ〜Ｄは、光束制御部材１２０の構成を示す図である。図２Ａは、実施の形態１に係る光束制御部材１２０の平面図であり、図２Ｂは、底面図であり、図２Ｃは、側面図であり、図２Ｄは、図２Ａに示されるＡ−Ａ線の断面図である。

図２Ａ〜Ｄに示されるように、光束制御部材１２０は、入射領域１２１と、第１反射面１２２と、第２反射面１２３と、第３反射面１２４と、接続面１２５とを有する。また、本実施の形態では、光束制御部材１２０は、発光素子１１０から発せられる熱を外部に逃がすための間隙を形成するとともに、光束制御部材１２０を基板１５０に固定するための脚部１２６を有している（図１参照）。なお、図２Ａ〜Ｄでは、脚部１２６を省略している。

前述したとおり、光束制御部材１２０は、脚部１２６を除いて、回転軸ＲＡ（中心軸ＣＡ）に対して回転対称である。すなわち、入射領域１２１と、第１反射面１２２と、第２反射面１２３と、第３反射面１２４と、接続面１２５とは、それぞれ回転対称面である。

入射領域１２１は、発光素子１１０と対向するように配置されている。入射領域１２１は、発光素子１１０から出射された光を光束制御部材１２０の内部に入射させる。入射領域１２１の形状は、前述の機能を発揮できれば特に限定されない。入射領域１２１は、平面であってもよいし、曲面であってもよいし、複数の面で構成されてもよい。本実施の形態では、入射領域１２１は、複数の面で構成されており、第１入射面１２１ａと、第２入射面１２１ｂとを含む。

第１入射面１２１ａは、発光素子１１０と対向するように配置されている、凸レンズ面である。第１入射面１２１ａは、発光素子１１０から出射された光のうち、光軸ＯＡに対する出射角度が小さい光を光束制御部材１２０の内部に入射させる。また、第１入射面１２１ａは、発光素子１１０から出射された光を、第３反射面１２４に到達させずに、第１反射面１２２に到達するように屈折（集光）させる。第１入射面１２１ａの形状は、前述の機能を発揮できれば特に限定されない。第１入射面１２１ａは、平面であってもよいし、曲面であってもよいし、複数の面を有してもよい。本実施の形態では、第１入射面１２１ａは、曲面である。また、本実施の形態では、第１入射面１２１ａの形状は、光軸ＯＡから離れるにつれて、発光素子１１０の発光面を含む平面から遠ざかるように形成されている。また、第１入射面１２１ａは、回転軸ＲＡ（中心軸ＣＡ）を含む断面において、光軸ＯＡから離れるにつれて、その接線の傾きが徐々に大きくなるように形成されている。

第２入射面１２１ｂは、光軸ＯＡに垂直な方向において、第１入射面１２１ａよりも第２反射面１２３側（径方向外側）に配置されている。第２入射面１２１ｂは、発光素子１１０から出射された光のうち、光軸ＯＡに対する出射角度が大きい光を光束制御部材１２０の内部に入射させる。また、第２入射面１２１ｂは、発光素子１１０から出射された光のうち、光軸ＯＡに対する出射角度が大きい光を第２反射面１２３に到達するように制御する。第２入射面１２１ｂの形状は、前述の機能を発揮できれば特に限定されない。第２入射面１２１ｂは、１つの面であってもよいし、複数の面であってもよい。本実施の形態では、第２入射面１２１ｂは、１つの面である。また、本実施の形態では、第２入射面１２１ｂは、光軸ＯＡから離れるにつれて、発光素子１１０の発光面を含む平面に近づくように形成されている。回転軸ＲＡを含む断面において、第２入射面１２１ｂの形状は、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、回転軸ＲＡを含む断面における第２入射面１２１ｂの形状は、直線である。また、回転軸ＲＡを含む断面における回転軸ＲＡに対する第２入射面１２１ｂの傾斜角度は、特に限定されない。本実施の形態では、回転軸ＲＡを含む断面における回転軸ＲＡに対する第２入射面１２１ｂの傾斜角度は、射出成形時の離型を考慮して、僅かに傾斜している。

このように、第１入射面１２１ａおよび第２入射面１２１ｂは、光束制御部材１２０の後方（裏面）に開口した第１凹部１２７の内面とも言える。本実施の形態では、第１凹部１２７の形状は、天面が内側に隆起した略円柱形状である。この場合、第１凹部１２７の内天面は第１入射面１２１ａに相当し、第１凹部１２７の内側面は第２入射面１２１ｂに相当する。

第１反射面１２２は、入射領域１２１の反対側に配置されている。第１反射面１２２は、入射領域１２１で入射した光のうち、一部の光を、光軸ＯＡを含む断面において、光軸ＯＡを境界として第１反射面１２２と同じ側の第２反射面１２３に向けて反射させる。第１反射面１２２は、１つの面であってもよいし、複数の面であってもよい。本実施の形態では、第１反射面１２２は、複数の面である。第１反射面１２２は、内側第１反射面１２２ａと、外側第１反射面１２２ｂとを有する。内側第１反射面１２２ａおよび外側第１反射面１２２ｂの形状は、前述の機能を発揮できれば特に限定されない。回転軸ＲＡを含む断面において、内側第１反射面１２２ａおよび外側第１反射面１２２ｂ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、内側第１反射面１２２ａおよび外側第１反射面１２２ｂは、それぞれ曲線である。また、本実施の形態では、回転軸ＲＡを含む断面において、内側第１反射面１２２ａおよび外側第１反射面１２２ｂは、回転軸ＲＡから離れるにつれて、それぞれその接線の傾きが徐々に小さくなるように形成されている。

第２反射面１２３は、発光素子１１０の光軸ＯＡに垂直な方向において、光軸ＯＡに対して入射領域１２１よりも離れて（径方向外側に）配置されている。第２反射面１２３は、主として発光素子１１０から出射され、第２入射面１２１ｂで入射した光を第３反射面１２４に向けて反射させるか、第１反射面１２１ａで反射した光を外部に出射させる。すなわち、第２反射面１２３は、到達する光に対応して、反射面として機能するか、出射面として機能する。第２反射面１２３は、１つの面であってもよいし、複数の面であってもよい。本実施の形態では、第２反射面１２３は、１つの面である。第２反射面１２３の形状は、前述の機能を発揮できれば特に限定されない。回転軸ＲＡを含む断面において、第２反射面１２３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反射面１２３は、曲線である。また、本実施の形態では、回転軸ＲＡを含む断面において、第２反射面１２３は、第３反射面１２４に近づくにつれて光軸ＯＡから遠ざかるように形成されている。また、第２反射面１２３は、回転軸ＲＡ（中心軸ＣＡ）を含む断面において、第３反射面１２４に近づくにつれて、その接線の傾きが徐々に大きくなるように形成されている。

第３反射面１２４は、各発光素子１１０の光軸ＯＡに沿う方向において、第２反射面１２３の反対側（上側）に配置されている。より具体的には、第３反射面１２４は、発光素子１１０の発光面を含む平面に対して第２反射面１２３よりも離れた位置に配置されている。第３反射面１２４は、主として第２反射面１２３で反射した光を接続面１２５に向けて反射させる。第３反射面１２４は、１つの面であってもよいし、複数の面であってもよい。本実施の形態では、第３反射面１２４は、１つの面である。第３反射面１２４の形状は、前述の機能を発揮できれば特に限定されない。回転軸ＲＡを含む断面において、第３入射面１２４の形状は、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、回転軸ＲＡを含む断面における第３反射面１２４の形状は、曲線である。また、本実施の形態では、回転軸ＲＡを含む断面において、第３反射面１２４は、第２反射面１２３に近づくにつれて光軸ＯＡから遠ざかるように形成されている。また、第３反射面１２４は、回転軸ＲＡ（中心軸ＣＡ）を含む断面において、第２反射面１２３に近づくにつれて、その接線の傾きが徐々に小さくなるように形成されている。

また、本実施の形態では、光軸ＯＡに沿う方向において、第３反射面１２４の一端は、第２反射面１２３の一端に接続されている。光軸ＯＡに沿う方向における第２反射面１２３および第３反射面１２４の境界の位置は、第２入射面１２１ｂで入射した光が第２反射面１２３に到達できれば特に限定されない。本実施の形態では、当該境界は、発光素子１１０から出射され、第２反射面１２３で反射した光が第３反射面１２４に到達する位置に形成されている。

接続面１２５は、第１反射面１２２および第３反射面１２４を接続する。接続面１２５は、第３反射面１２４で反射した光を外部に出射させる。接続面１２５は、１つの面であってもよいし、複数の面であってもよい。本実施の形態では、接続面１２５は、複数の面である。本実施の形態では、接続面１２５は、第１接続面１２５ａと、第２接続面１２５ｂとを含む。

第１接続面１２５ａは、光軸ＯＡに沿う方向において、第１反射面１２２側（下側）に配置されており、第２接続面１２５ｂは、発光素子１１０の発光面を含む平面に対して第１接続面１２５ａより離れた位置に形成されている。また、回転軸ＲＡを含む断面において、第１接続面１２５ａおよび第２接続面１２５ｂ（接続面１２５）の形状は、接続面１２５から出射された光が対向する第１反射面１２２で入射できれば特に限定されない。回転軸ＲＡを含む断面において、第１接続面１２５ａおよび第２接続面１２５ｂの形状は、それぞれ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、回転軸ＲＡを含む断面において、第１接続面１２５ａおよび第２接続面１２５ｂの形状は、いずれも直線である。回転軸ＲＡを含む断面において、回転軸ＲＡに対する第１接続面および第２接続面１２５ｂの傾斜角度は、特に限定されない。回転軸ＲＡに対する第１接続面１２５ａの傾斜角度は、０°である。すなわち、本実施の形態では、第１接続面１２５ａは、回転軸ＲＡに沿う方向に配置されている。また、本実施の形態では、第２接続面１２５ｂは、光軸ＯＡから離れるにつれて、第１接続面１２５ａから離れるように形成されている。すなわち、本実施の形態では、第２接続面１２５ｂは、射出成形時の離型を考慮して、回転軸ＲＡに対して僅かに傾斜している。

（光束制御部材における光の光路）
本実施の形態に係る光束制御部材１２０における発光素子１１０から出射された光の光路についてシミュレーションした。また、比較のため、図３に示される比較例１に係る光束制御部材２２０における光路と、図４に示される比較例２に係る光束制御部材３２０における光路とについてもシミュレーションした。

図３は、比較例１に係る光束制御部材２２０の構成を示す図である。図３Ａは、比較例１に係る光束制御部材２２０の平面図であり、図３Ｂは、底面図であり、図３Ｃは、側面図であり、図３Ｄは、図３Ａに示されるＡ−Ａ線の断面図である。

図３Ａ〜Ｄに示されるように、比較例１に係る光束制御部材２２０は、発光素子１１０と対向して配置された入射面２２１と、入射面２２１の反対側に配置された反射面２２２と、入射面２２１の外縁部と反射面２２２の外縁部を接続する出射面２２３とを有し、中心軸ＣＡを回転軸とする回転対称である。例えば、比較例１に係る光束制御部材２２０の直径は、３５ｍｍであり、高さは１３ｍｍである。このように、前述した本実施の形態に係る光束制御部材１２０と比較して、比較例１に係る光束制御部材２２０は、大きい。

入射面２２１は、平面状に形成されている。また、反射面２２２は、中心軸ＣＡと交わるように形成された第１反射面２２２ａと、第１反射面２２２ａを取り囲むように配置された第２反射面２２２ｂとを有する。第１反射面２２２ａは、入射面２２１で入射した光のうち、一部の光を中心軸ＣＡから離れるように出射させる。第２反射面２２２ｂは、入射面２２１で入射した光のうち、他の一部の光を出射面２２３に向けて内部反射させる。出射面２２３は、反射面２２２で反射した光を外部に出射させる。

図４は、比較例２に係る光束制御部材３２０の構成を示す図である。図４Ａは、比較例２に係る光束制御部材３２０の平面図であり、図４Ｂは、底面図であり、図４Ｃは、側面図であり、図４Ｄは、図４Ａに示されるＡ−Ａ線の断面図である。

図４Ａ〜Ｄに示されるように、比較例２に係る光束制御部材３２０は、発光素子１１０と対向して配置された入射面３２１と、入射面３２１の反対側に配置された反射面３２２（第１反射面３２２ａおよび第２反射面３２２ｂ）と、入射面３２１の外縁部と反射面３２２の外縁部を接続する出射面３２３とを有し、中心軸ＣＡを回転軸とする回転対称である。例えば、比較例２に係る光束制御部材３２０の直径は、１５ｍｍであり、高さは９．８ｍｍである。このように、前述した本実施の形態に係る光束制御部材１２０と比較して、比較例２に係る光束制御部材３２０は、大きい。また、比較例２に係る光束制御部材３２０は、比較例１に係る光束制御部材２２０の中心軸ＣＡ近傍の一部と同じ形状である。すなわち、比較例２に係る光束制御部材３２０は、図３Ａおよび図３Ｄに示される破線で示される領域に相当する形状である。

図５Ａ〜Ｃは、比較例１に係る光束制御部材２２０における光路図である。図５Ａ〜Ｃでは、回転軸ＲＡを含む断面における光路を示している。図５Ａは、発光素子１１０の中心から、光軸ＯＡを境界として一方に出射された光の光路図であり、図５Ｂは、発光素子１１０の一方の端部から、外側に出射された光の光路図である。図５Ｃは、発光素子１１０の一方の端部から、光軸ＯＡ側に出射された光の光路図である。なお、図５Ａ〜Ｃでは、光路を示すため、ハッチングを省略している。

図５Ａに示されるように、発光素子１１０の中心から出射された光は、入射面２２１で光束制御部材２２０の内部に入射する。入射面２２１で入射した光のうち、発光素子１１０の光軸ＯＡに対する出射角度が小さな光は、第１反射面２２２ａで光軸ＯＡから遠ざかるように出射する。また、入射面２２１で入射した光のうち、発光素子１１０の光軸ＯＡに対する出射角度が大きな光は、第２反射面２２２ｂで反射して、出射面２２３から出射される。また、図５Ｂおよび図５Ｃに示されるように、回転軸ＲＡを含む断面において、発光素子１１０の一方の端部から出射された光は、入射面２２１で光束制御部材２２０の内部に入射する。入射面２２１で入射した光のうち、発光素子１１０の光軸ＯＡに対する出射角度が小さな光は、第１反射面２２２ａで光軸ＯＡから遠ざかるように出射する。また、入射面２２１で入射した光のうち、発光素子１１０の光軸ＯＡに対する出射角度が大きな光は、第２反射面２２２ｂで反射して、出射面２２３から出射される。このとき、出射面２２３から出射される光のうち、大部分の光は、後方に向かって出射される。このように、比較例１に係る光束制御部材２２０は、比較的良好な配光のバランスを得ることができる。

図６Ａ〜Ｃは、比較例２に係る光束制御部材３２０における光路図である。図６Ａ〜Ｃでは、回転軸ＲＡを含む断面における光路を示している。図６Ａは、発光素子１１０の中心から、光軸ＯＡを境界として一方に出射された光の光路図であり、図６Ｂは、発光素子１１０の一方の端部から、外側に出射された光の光路図である。図６Ｃは、発光素子１１０の一方の端部から、光軸ＯＡ側に出射された光の光路図である。なお、図６Ａ〜Ｃでは、光路を示すため、ハッチングを省略している。

図６Ａに示されるように、発光素子１１０の中心から出射された光は、入射面３２１で光束制御部材３２０の内部に入射する。入射面３２１で入射した光のうち、発光素子１１０の光軸ＯＡに対する出射角度が小さな光は、第１反射面３２２ａで光軸ＯＡから遠ざかるように出射する。また、入射面３２１で入射した光のうち、発光素子１１０の光軸ＯＡに対する出射角度が大きな光は、第１反射面３２２ａで反射して、出射面３２３から出射される。また、図６Ｂおよび図６Ｃに示されるように、回転軸ＲＡを含む断面において、発光素子１１０の一方の端部から出射された光は、入射面３２１で光束制御部材３２０の内部に入射する。入射面３２１で入射した光のうち、発光素子１１０の光軸ＯＡに対する出射角度が小さな光は、第１反射面３２２ａで光軸ＯＡから遠ざかるように出射する。また、入射面３２１で入射した光のうち、発光素子１１０の光軸ＯＡに対する出射角度が大きな光は、第１反射面３２２ａで反射して、出射面３２３から出射される。このように、比較例２に係る光束制御部材３２０は、比較例１に係る光束制御部材２２０の径を小さくした形状であるため、比較例１の光束制御部材２２０と比較して、配光のバランスが悪化してしまった。

図７Ａ〜Ｃは、本実施の形態に係る光束制御部材１２０における光路図である。図７Ａ〜Ｃでは、回転軸ＲＡを含む断面における光路を示している。図７Ａは、発光素子１１０の中心から出射された光の光路図であり、図７Ｂは、発光素子１１０の一方の端部から、外側に出射された光の光路図である。図７Ｃは、回転軸ＲＡを含む断面において、発光素子１１０の一方の端部から、光軸ＯＡ側に出射された光の光路図である。なお、図７Ａ〜Ｃでは、光路を示すため、ハッチングを省略している。

図７Ａに示されるように、発光素子１１０の中心から出射された光は、入射領域１２１で光束制御部材１２０の内部に入射する。より具体的には、発光素子１１０の中心から出射された光のうち、発光素子１１０の光軸ＯＡに対する出射角度が小さな光は、第１入射面１２１ａで入射する。第１入射面１２１ａで入射した光は、光軸ＯＡを境界として当該第１入射面１２１ａと同じ側の第１反射面１２２で反射して、当該同じ側の第２反射面１２３から出射される。このとき、第２反射面１２３から出射される光のうち、多くの光は、側方または後方に向けて出射される。一方、発光素子１１０の中心から出射された光のうち、発光素子１１０の光軸ＯＡに対する出射角度が大きな光は、第２入射面１２１ｂで入射する。第２入射面１２１ｂで入射した光は、回転軸ＲＡを含む断面において、光軸ＯＡを境界として当該第２入射面１２１ｂと同じ側の第２反射面１２３および第３反射面１２４の順番で反射した後、当該同じ側の接続面１２５から出射する。接続面１２５から出射した光は、回転軸ＲＡを含む断面において、光軸ＯＡを挟んで反対側の第１反射面１２２ａまたは接続面１２５で再度入射した後に、当該反対側の前記第２反射面１２３から出射される。このとき、第２反射面１２３から出射される光のうち、多くの光は、後方に向けて出射される。

図７Ｂに示されるように、回転軸ＲＡを含む断面において、発光素子１１０の一方の端部から、光軸ＯＡを境界として、光が出射された発光面の端部と同じ側に出射された光は、同じ側の第１入射面１２１ａおよび第２入射面１２１ｂで入射する。より具体的には、発光素子１１０の端部から出射された光のうち、発光素子１１０の光軸ＯＡに対する出射角度が小さな光は、第１入射面１２１ａで入射する。第１入射面１２１ａで入射した光のうち、大部分の光は、光軸ＯＡを境界として、光が入射した第１入射面１２１ａと同じ側の第１反射面１２２から外部に出射される。一方、第２入射面１２１ｂで入射した光は、光軸ＯＡを境界として、第２入射面１２１ｂと同じ側の第２反射面１２３および第３反射面１２４で順番に反射される。第３反射面１２４で反射された光は、当該同じ側の接続面１２５で一度外部に出射される。接続面１２５から出射された光は、光軸ＯＡを境界として反対側の第１反射面１２２で再度入射した後に、当該反対側の第２反射面１２４から出射される。このとき、第２反射面１２３から出射される光のうち、多くの光は、後方に向けて出射される。

図７Ｃに示されるように、回転軸ＲＡを含む断面において、発光素子１１０の一方の端部から、光軸ＯＡを境界として、光が出射された発光面の端部と反対側に出射された光は、光が出射された発光面の端部と同じ側の第１入射面１２１ａおよび当該反対側の第２入射面１２１ｂで入射する。より具体的には、発光素子１１０の端部から出射された光のうち、発光素子１１０の光軸ＯＡに対する出射角度が小さな光は、第１入射面１２１ａで入射する。第１入射面１２１ａで入射した光のうち、大部分の光は、当該反対側の第２反射面１２３から外部に出射される。一方、第２入射面１２１ｂで入射した光は、光軸ＯＡを境界として、第２入射面１２３と同じ側の第２反射面１２３および第３反射面１２４で順番に反射される。第３反射面１２４で反射された光は、当該同じ側の接続面１２５で一度外部に出射される。接続面１２５から出射された光は、光軸ＯＡを境界として反対側の第１反射面１２２で再度入射した後に、当該反対側の第２反射面１２３から出射される。このとき、第２反射面１２３から出射される光のうち、多くの光は、後方に向けて出射される。

このように、本実施の形態に係る光束制御部材１２０では、発光素子１１０から出射された光は、前方、側方および後方に向けて出射される。すなわち、本実施の形態に係る光束制御部材１２０は、比較例２に係る光束制御部材３２０より小さいが配光のバランスが良好である。

（発光装置および照明装置の配光特性）
次に、本実施の形態に係る光束制御部材１２０の効果を確認するために、１個の発光素子１１０および光束制御部材１２０を有する発光装置１４０の配光特性と、発光装置１４０にカバー１６０を取り付けた照明装置１００の配光特性とをそれぞれシミュレーションした。また、比較のため、図３に示される比較例１に係る光束制御部材２２０を用いた発光装置および照明装置と、図４に示される比較例２に係る光束制御部材３２０を用いた発光装置および照明装置とについてもシミュレーションした。各シミュレーションでは、回転軸ＲＡと、発光素子１１０の発光面との交点を基準点として、回転軸ＲＡを含む平面における全方位の相対照度を求めた。また、各シミュレーションでは、当該基準点から１０００ｍｍの距離にある仮想面における照度を算出した。

図８〜１０は、比較例１、比較例２および本実施の形態に係る発光装置および照明装置の配光特性を示すグラフである。各グラフの外側に記載されている数値は、当該基準点に対する角度（°）を示している。０°は光軸ＯＡの方向（前方方向）、９０°は水平方向（側方方向）、１８０°は、後方方向を示している。また、各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。各グラフの実線は、発光素子１１０と、光束制御部材とを組み合わせた場合（発光装置）の結果を示しており、点線は、発光素子１１０と、光束制御部材と、カバー１６０を組み合わせた場合（照明装置）の結果を示している。

図８は、比較例１における発光装置および照明装置の配光特性を示すグラフである。図８に示されるように、発光装置（実線）では、前方方向に向かう光はわずかであり、±１４０°近傍方向に向かう光が生成されることがわかった。これは、光束制御部材２２０の反射面２２２により、発光素子１１０から出射された光のうち、大部分の光が後方に向かって制御されたためだと考えられる。また、発光装置にカバー１６０を取り付けた照明装置（点線）では、前方方向および側方方向に向かう出射光量を均一にできているが、±１４０°近傍方向に向かう光が多く、光のムラがあった。

図９は、比較例２における発光装置および照明装置の配光特性を示すグラフである。図９に示されるように、発光装置（実線）では、±１４０°近傍方向に向かう光に加え、±５０°近傍方向に向かう光が生成されることがわかった。これは、光束制御部材３２０の入射面３２１（径）が小さいため、入射面３２１で入射した光が出射面３２３で反射して、反射面３２２から出射されたためだと考えられる。また、発光装置にカバー１６０を取り付けた照明装置では、側方方向に向かう出射光量を均一にできているが、±５０°近傍および±１４０°近傍方向に向かう光が多く、光のムラがあった。このように、比較例１の光束制御部材２２０は、小型化すると配光特性が劣化してしまう。

図１０は、実施の形態１に係る発光装置１４０および照明装置１００の配光特性を示すグラフである。図１０に示されるように、発光装置（実線）では、前方に向かう光に加え、側方に向かう光および後方に向かう光が生成されることが分かった。これは、主として、光束制御部材１２０の第２反射面１２３および第３反射面１２４により後方に向かう光を生成するとともに、適度に前方および側方に光が出射されるためだと考えられた。また、発光装置１４０にカバー１６０を取り付けた照明装置１００（点線）では、前方方向、側方方向および後方方向へ向かう出射光量を均等にすることにより光のムラをより低減できることがわかった。このように、本実施の形態に係る光束制御部材１２０は、比較例２に係る光束制御部材３２０より小さいが配光のバランスが良好である。

（変形例）
次に、実施の形態１の変形例に係る光束制御部材４２０について説明する。実施の形態１の変形例に係る光束制御部材４２０は、第１入射面４２１ａおよび第１反射面４２２の形状のみが実施の形態１に係る光束制御部材１２０と異なる。そこで、実施の形態１に係る光束制御部材１２０と同様の構成については、同一の符号を付してその説明を省略する。

図１１は、実施の形態１の変形例に係る光束制御部材４２０の斜視図である。図１１Ａは、光束制御部材４２０を第１反射面４２２側からみた斜視図であり、図１１Ｂは、光束制御部材４２０を入射領域４２１側からみた斜視図である。また、図１２Ａ〜Ｄは、実施の形態１の変形例に係る光束制御部材４２０の構成を示す図である。図１２Ａは、実施の形態１の変形例に係る光束制御部材４２０の平面図であり、図１２Ｂは、底面図であり、図１２Ｃは、側面図であり、図１２Ｄは、図１２Ａに示されるＡ−Ａ線の断面図である。

図１１Ａ、Ｂおよび図１２Ａ〜Ｄに示されるように、実施の形態１の変形例に係る光束制御部材４２０は、入射領域４２１、第１反射面４２２、第２反射面１２３、第３反射面１２４および接続面４２５を有する。また、入射領域４２１は、第１入射面４２１ａと、第２入射面４２１ｂとを有する。第１入射面４２１ａは、内側第１入射面４２１ｃと、外側第１反射面４２１ｄと、を有する。

内側第１入射面４２１ｃは、光軸ＯＡと交わるように配置されている。内側第１入射面４２１ｃは、発光素子１１０から出射した光のうち、発光素子１１０の光軸ＯＡに対する出射角度が小さな光を、光軸ＯＡから離れるように屈折させつつ、光束制御部材４２０の内部に入射させる。内側第１入射面４２１ｃは、光軸ＯＡから離れるにつれて、発光素子１１０の発光面を含む平面に近づくように形成されている。また、光軸ＯＡを含む断面における内側第１入射面４２１ｃの形状は、前述の条件を満たせば特に限定されない。本実施の形態では、光軸ＯＡを含む断面における内側第１入射面４２１ｃの形状は、直線である。すなわち、内側第１入射面４２１ｃは、円錐の側面状に形成されている。

外側第１入射面４２１ｄは、光軸ＯＡと垂直な方向において内側第１入射面４２１ｃより光軸ＯＡから離れた位置に配置されている。外側第１入射面４２１ｄは、発光素子１１０から出射した光のうち、内側第１入射面４２１ｃで入射した光の入射角度より大きく、かつ第２入射面４２１ｂに入射する光の入射角度より小さい出射角度の光を、光軸ＯＡから離れるように屈折させつつ、光束制御部材４２０の内部に入射させる。外側第１入射面４２１ｄの形状は、特に限定されない。外側第１入射面４２１ｄの形状は、平面であってもよいし、曲面であってもよい。本実施の形態では、外側第１入射面４２１ｄの形状は、平面である。また、第１反射面４２２は、光軸ＯＡと直交するように配置されている。

接続面４２５は、１つの面で構成されている。また、回転軸ＲＡを含む断面において、接続面４２５の形状は、特に限定されない。回転軸ＲＡを含む断面において、接続面４２５の形状は、直線である。回転軸ＲＡを含む断面において、接続面４２５の傾斜角度は、特に限定されない。また、本実施の形態では、接続面４２５は、光軸ＯＡから離れるにつれて、発光素子１１０の発光面を含む平面に近づくように形成されている。すなわち、本実施の形態では、回転軸ＲＡに対して接続面４２５は、射出成形時の離型を考慮して、僅かに傾斜している。

（効果）
以上のように、本実施の形態に係る光束制御部材１２０、４２０を有する照明装置１００は、光束制御部材１２０、４２０を小型化しても発光素子１１０から出射される光を制御するための第２反射面１２３および第３反射面１２４を有しているため、光束制御部材１２０、４２０が大型化することなく、適切に後方に向けて進行するように制御できる。本実施の形態に係る照明装置１００は、従来の照明装置に比べて、より白熱電球に近い配光特性を示すことができる。

［実施の形態２］
次に、実施の形態２に係る照明装置５００について説明する。実施の形態２では、本発明の照明装置の代表例として、蛍光灯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１３は、本発明の実施の形態２に係る照明装置５００の断面図である。図１４および図１５は、実施の形態２に係る光束制御部材５２０の構成を示す図である。図１４Ａは、光束制御部材５２０を第１反射面５２２側から見た場合の斜視図であり、図１４Ｂは、光束制御部材５２０を入射領域５２１側からみた斜視図である。図１５Ａは、実施の形態２に係る光束制御部材５２０の平面図であり、図１５Ｂは、底面図であり、図１５Ｃは、側面図であり、図１５Ｄは、正面図である。

図１３に示されるように、照明装置５００は、複数の発光素子１１０および光束制御部材５２０を含む発光装置５４０と、基板５５０と、カバー５６０とを有する。

発光素子１１０は、実施の形態１に係る照明装置１００に使用された発光素子１１０と同じである。発光装置５４０において、複数の発光素子１１０は、基板５５０上に一列に配置されている。発光装置５４０における発光素子１１０の数は、２以上であれば特に限定されない。光束制御部材５２０は、柱状に形成されている。発光装置５４０は、基板５５０上に配置されている。なお、光束制御部材５２０については、後述する。

カバー５６０は、光束制御部材５２０から出射された光を拡散させつつ外部に透過させる。カバー５６０は、発光装置５４０を覆うように、発光装置５４０に対して空気層を介して配置されている。カバー５６０の外面は、有効発光領域となる。カバー５６０の形状は、空気層を介して発光装置５４０を覆うことができれば、特に限定されない。図１３に示される例では、カバー５６０は、円筒の一部を切り欠いた形状であるが、カバー５６０は、円筒形状などであってもよい。

図１４Ａ、Ｂおよび図１５Ａ〜Ｄに示されるように、実施の形態２に係る光束制御部材５２０は、柱状に形成されている。光束制御部材５２０は、入射領域５２１、第１反射面５２２、第２反射面５２３、第３反射面５２４および接続面５２５を有する。入射領域５２１、第１反射面５２２、第２反射面５２３、第３反射面５２４および接続面５２５は、発光素子１１０の光軸ＯＡに直交する一の方向に延在している。したがって、各面は、当該方向（複数の発光素子１１０の配列方向）については曲率を有していない。なお、本実施の形態では、光束制御部材５２０は、脚部を有する必要がない。これは、光束制御部材５２０が発光素子１１０の光軸ＯＡに直交する一の方向に延在しているため、発光素子１１０から発せられる熱を外部に逃がすための間隙を有するためである。

入射領域５２１は、発光素子１１０と対向するように配置されている。入射領域５２１は、第１入射面５２１ａおよび第２入射面５２１ｂを含む。また、第１反射面５２２は、内側第１反射面５２２ａおよび外側第１反射面５２２ｂを有する。さらに、接続面５２５は、第１接続面５２５ａおよび第２接続面５２５ｂを有する。

入射領域５２１、第１反射面５２２、第２反射面５２３、第３反射面５２４および接続面５２５の短軸方向の断面の形状は、実施の形態１における光束制御部材１２０の回転軸ＲＡを含む断面形状と同じである。また、入射領域５２１、第１反射面５２２、第２反射面５２３、第３反射面５２４および接続面５２５の機能は、実施の形態１における光束制御部材１２０の入射領域１２１、第１反射面１２２、第２反射面１２３、第３反射面１２４および接続面１２５の機能とそれぞれ同じである。

なお、特に図示しないが、実施の形態１と同様に、第１入射面５２１ａは、内側第１入射面と、外側第１反射面と、を有していてもよい。この場合、内側第１入射面および外側第１反射面の機能は、実施の形態１における内側第１入射面４２１ｃおよび外側第１反射面４２１ｄと同じである。

（効果）
以上のように、実施の形態２に係る光束制御部材５２０は、実施の形態１に係る光束制御部材１２０と同様の効果を有する。本実施の形態に係る照明装置５００は、従来の照明装置に比べて、より蛍光灯に近い配光特性を示すことができる。

本発明に係る光束制御部材に係る光束制御部材を有する照明装置は、白熱電球または蛍光灯に代えて使用されうるため、シャンデリアや蛍光灯、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。

１００ 照明装置
１１０ 発光素子
１２０、２２０、３２０、４２０、５２０ 光束制御部材
１２１、４２１、５２１ 入射領域
１２１ａ、４２１ａ、５２１ａ 第１入射面
１２１ｂ、４２１ｂ、５２１ｂ 第２入射面
１２２、４２２、５２２ 第１反射面
１２２ａ、５２２ａ 内側第１反射面
１２２ｂ、５２２ｂ 外側第１反射面
１２３、５２３ 第２反射面
１２４、５２４ 第３反射面
１２５、４２５、５２５ 接続面
１２５ａ、５２５ａ 第１接続面
１２５ｂ、５２５ｂ 第２接続面
１２６ 脚部
１２７ 第１凹部
１４０、５４０ 発光装置
１５０、５５０ 基板
１６０、５６０ カバー
１７０ 筐体
２２１、３２１ 入射面
２２２、３２２ 反射面
２２２ａ、３２２ａ 第１反射面
２２２ｂ、３２２ｂ 第２反射面
２２３、３２３、 出射面
４２１ｃ 内側第１入射面
４２１ｄ 外側第１入射面
ＣＡ 回転軸
ＯＡ 光軸
ＲＡ 回転軸

Claims (9)

1. 発光素子から出射された光の配光を制御する光束制御部材であって、
   前記発光素子の光軸を含む断面において前記光軸に対して対称に形成され、
   前記発光素子と対向するように配置された入射領域と、
   前記入射領域の反対側に配置された第１反射面と、
   前記光軸に垂直な方向に、前記光軸に対して前記第１反射面よりも離れて配置された第２反射面と、
   前記光軸に沿う方向において、前記第２反射面の反対側に配置された第３反射面と、
   前記第１反射面および前記第３反射面を接続する接続面と、
   を有し、
   前記光軸および前記光軸に垂直な方向に沿う直線を含む断面において、前記発光素子から出射された光のうち、一部の光は、前記入射領域で入射した後、前記光軸を境界として当該入射領域と同じ側の前記第１反射面で反射して、当該同じ側の前記第２反射面から出射され、
   前記断面において、前記発光素子から出射された光のうち、他の一部の光は、前記入射領域で入射して、前記光軸を境界として当該入射領域と同じ側の前記第２反射面および前記第３反射面の順番で反射した後、当該同じ側の前記接続面から出射して、前記光軸を挟んで反対側の前記第１反射面で再度入射した後に、当該反対側の前記第２反射面から出射される、
   光束制御部材。
2. 前記入射領域は、
   前記発光素子と対向するように配置され、前記発光素子から出射された光のうち、前記光軸に対する出射角度が小さい光が入射する第１入射面と、
   前記光軸に垂直な方向において、前記第１入射面よりも前記第２反射面側に配置され、前記発光素子から出射された光のうち、前記光軸に対する出射角度が大きい光が入射する第２入射面と、
   を有し、
   前記断面において、前記第１入射面に入射した光は、前記光軸を境界として当該第１入射面と同じ側の前記第１反射面で反射して、当該同じ側の前記第２反射面から出射され、
   前記断面において、前記第２入射面で入射した光は、前記光軸を境界として当該第２入射面と同じ側の前記第２反射面および前記第３反射面の順番で反射した後、当該同じ側の前記接続面から出射して、前記光軸を挟んで反対側の前記第１反射面で再度入射した後に、当該反対側の前記第２反射面から出射される、
   請求項１に記載の光束制御部材。
3. 前記第１入射面および前記第１反射面は、それぞれ前記光軸から離れるにつれて、前記発光素子の発光面を含む平面から遠ざかるように形成されている、
   請求項２に記載の光束制御部材。
4. 前記第１入射面は、
   前記光軸と交わるように配置され、前記光軸から離れるにつれて、前記発光素子の発光面を含む平面に近づくように形成された内側第１入射面と、
   前記光軸と垂直な方向において前記内側第１入射面より前記光軸から離れた位置に配置された外側第１入射面と、を有する、
   請求項２に記載の光束制御部材。
5. 前記第２反射面は、前記第３反射面に近づくにつれて、前記光軸から遠ざかるように形成され、
   前記第３反射面は、前記第２反射面に近づくにつれて、前記光軸から遠ざかるように形成されている、
   請求項１〜４のいずれか一項に記載の光束制御部材。
6. 前記入射領域、前記第１反射面、前記第２反射面、前記第３反射面および前記接続面は、前記光軸に沿う軸を回転軸とする回転対称である、請求項１〜５のいずれか一項に記載の光束制御部材。
7. 前記入射領域、前記第１反射面、前記第２反射面、前記第３反射面および前記接続面は、前記光軸に対して直交する方向に延在している、請求項１〜５のいずれか一項に記載の光束制御部材。
8. 発光素子と、
   請求項１〜７のいずれか一項に記載の光束制御部材と、を有し、
   前記光束制御部材は、前記入射領域が前記発光素子と対向するように配置されている、
   発光装置。
9. 請求項８に記載の発光装置と、
   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、
   を有する、照明装置。

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