JP2014063651A - 照明装置および照明用レンズ - Google Patents

Abstract

【課題】光の利用効率を向上させ、不快なグレアを軽減させ、照度を均一とすることができる照明装置および照明装置に用いる照明用レンズを提供する。
【解決手段】実施形態によれば、照明装置は、光源１４と、光源から出射した光を入光し、入光した光を制御し被照射面に向かって出射させる照明用レンズ１６と、を備えている。照明用レンズは、下側中央部に形成され光源からの光が入光する凹部２４と、入光した光を出射する外側上面２２ａと、外側壁面２２ｂとを有し、凹部２４は内側上面２４ａと内側壁面２４ｂとにより形成され、光源から内側壁面に入光した光の少なくとも一部は、主に外側壁面で外側上面側の上方に屈折して出射し、内側上面より入光した光は、主に外側上面より出射する。
【選択図】図４

Description

本発明の実施形態は、照明装置およびこの照明装置に用いる照明用レンズに関する。

照明装置には、空間を照明するだけでなく、眩しさを抑制することが求められている。特に、天井側から床側へ照射するタイプの照明装置では、照明装置の鉛直方向からの角度が６０度より大きい斜め側面方向へ漏れる光度を抑制することが求められてきた。また、デスクライトやスポットライトのように照明装置の前方の特定領域を照射する照明装置においても、斜め側面方向へ漏れる光は無駄となるため、遮光することが望まれている。

そこで、斜め側面方向へ漏れる光度を抑制するために拡散板を備える照明装置が提案されている。また、照明装置の前方に鉛直方向を向いた壁を複数設置して斜め側面方向へ漏れる光度を抑制する構成が提案されている。

近年、従来の蛍光灯や白熱電球に代わって発光ダイオード（ＬＥＤ）などの点状の光源が使われはじめている。ＬＥＤにレンズを取り付け、側面方向に出る光を前方へ全反射させる構成が提案されている。

特開平０４−２６７００１号公報 特開平０４−８７２０４号公報 特開平０６−２０５０３号公報 実公平０６−２８７２５号公報 特開２００３−２６４３１７号公報 特開２００５−２２８６２３号公報

通常のデスクライトでは、ＬＥＤ光源から出射する光のうちθが６０度程度以上の角度をもって出射する光は机上には照射されず、無駄な光となる。一方、上述したようにＬＥＤ光源は、ｃｏｓθに比例して光度が減衰する指向性を有している。従って、θが６０度以上の光束量は、ＬＥＤ光源から出射する光束量の約２０％あり、デスクライトの光の利用効率を大幅に劣化させている。

また、ＬＥＤ光源は、白熱電球や蛍光灯とは異なり、非常に小さな光源であるため、輝度が非常に高い。通常、デスクライトは、目の高さよりやや上の位置に置かれることが多い。よって、横方向からＬＥＤ光源が直接見えてしまうため、大きな不快感を与えることとなる。

また、照明する対象が床や机のように平面である場合は、照明装置の直下に対してやや斜め方向にずれた場合でも照度を一定とする配光分布が望ましい。

この発明は以上の点を鑑みてなされたもので、その課題は、光の利用効率を向上させ、不快なグレアを軽減させ、照度を均一とすることができる照明装置および照明装置に用いる照明用レンズを提供することにある。

実施形態によれば、照明装置は、光源と、前記光源から出射した光を入光し、入光した光を制御し被照射面に向かって出射させる照明用レンズと、を備え、
前記照明用レンズは、下側中央部に形成され前記光源からの光が入光する凹部と、入光した光を出射する外側上面と、外側壁面とを有し、前記凹部は内側上面と内側壁面とにより形成され、前記光源から前記内側壁面に入光した光の少なくとも一部は、主に前記外側壁面から上方に屈折して出射し、前記内側上面より入光した光は、主に前記外側上面より出射する。

図１は、第１の実施形態に係る照明装置を示す斜視図。 図２は、図１の線Ａ−Ａに沿った照明装置の断面図。 図３は、前記照明装置の一部を拡大して示す断面図。 図４は、前記照明装置における照明用レンズのレンズ作用を説明するためのレンズ部分を拡大して示す断面図。 図５は、第１の実施形態に係る照明装置の光度分布を示す図。 図６は、第２の実施形態に係る照明装置の一部を拡大して示す断面図。 図７は、第２の実施形態に係る照明装置の光度分布を示す図。 図８は、第３の実施形態に係る照明装置の一部を拡大して示す断面図。 図９は、第４の実施形態に係る照明装置の一部を拡大して示す断面図。

以下、図面を参照しながら、種々の実施形態に係る照明装置について説明する。
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る照明装置の外観を示す斜視図、図２は、図１の線Ａ−Ａに沿った照明装置の断面図、図３は、照明用のレンズを拡大して示す断面図である。

図１および図２に示すように、照明装置１０は、基板１２と、基板１２上に実装された複数の光源、例えば、複数のＬＥＤ１４と、基板１２および光源を覆っているとともに、複数のＬＥＤに対する複数の照明用のレンズ１６を有するレンズカバー１８と、を備えている。

基板１２は、例えば、薄い円板形状に形成されている。基板１２の裏面側には、この基板とほぼ同一形状および同一寸法の放熱板２０が設けられ、基板１２に密着している。複数のＬＥＤ１４は、基板１２のほぼ全面に亘って、互いに適当な間隔を置いて並んで配置されている。ＬＥＤ１４は、基板１２に接続された図示しない駆動回路により発生する駆動電力により点灯される。

ＬＥＤ１４は、基板１２に垂直な法線方向、すなわちＬＥＤの中心軸方向に強い光を照射し、法線方向からの角度をθとするとき、ｃｏｓθに比例して側面方向への光度が弱くなっていく指向性を有している。従って、照明用のレンズ１６が無い場合は、角度θが６０度以上の斜め側面方向にも光が漏れて眩しさを感じる配光分布となる。

複数の照明用のレンズ１６を含むレンズカバー１８は、例えば、ポリカーボネートやアクリル等の透明樹脂により円板状に形成されている。レンズカバー１８の周縁部は、基板１２および放熱板２０に係合し支持されている。これにより、レンズカバー１８は、基板１２および複数のＬＥＤ１４に隙間を置いて対向し、複数のＬＥＤ１４を覆っている。

レンズカバー１８に一体に形成されている複数のレンズ１６は、それぞれ対応するＬＥＤ１４の前面に対向して配置されている。１つのＬＥＤ１４およびレンズ１６のユニットは、図２および図３に示す断面を中心軸に対して回転させた形状を有している。

図２および図３に示すように、入光した光を制御し被照射面に向かって出射させる各レンズ１６は、ほぼ円錐台形状あるいは円柱形状に形成され、基板１２およびＬＥＤ１４の上部に被せられ、ＬＥＤ１４と同軸的に配置されている。レンズ１６は、ＬＥＤ１４と対向する下面側中央部にＬＥＤ１４からの光が入光する凹部２４と、基板１２とほぼ平行に延びる外側上面２２ａと、外側上面２２ａからレンズ下端面２２ｃに向かって延び凹部２４の周囲に位置する外側壁面２２ｂと、を有している。本実施形態において、外側壁面２２ｂは、例えば、ＬＥＤ１４側が小径となるほぼ円錐台形状に形成されている。凹部２４からレンズ１６に入光した光は、外側上面２２ａおよび外側壁面２２ｂから出射する。

また、凹部２４は、ＬＥＤ１４と隙間を置いて対向しているとともに基板１２とほぼ平行でほぼ円形の内側上面２４ａと、内側上面２４ａの周縁からレンズ１６の下端面２２ｃまで延びるほぼ円錐台形状の内側壁面２４ｂと、により形成されている。凹部２４は、ＬＥＤ１４の光軸あるいは中心軸と、同軸的に形成および配置されている。

凹部２４を規定している内側上面２４ａおよび内側壁面２４ｂにおいて、ＬＥＤ１４に垂直な方向（法線方向）と成す角度をθとするとき、少なくともθが６０度以上となる領域に位置する部分を、内側壁面２４ｂとしている。

このように構成された照明装置１０においては、ＬＥＤ１４から入光した光線は、レンズ１６により図４に示したような軌跡を描く。すなわち、内側壁面２４ｂよりレンズ１６に入光した少なくとも一部あるいは全部の光は、内側壁面２４ｂと外側壁面２２ｂで屈折して外側壁面２２ｂから上方に（基板１２から離れる方向）曲げられ出射する。内側上面２４ａよりレンズ１６に入光した光は、内側上面２４ａおよび外側上面２２ａより屈折して上方へ出射する。

本実施形態では、内側壁面２４ｂから入光した光は、２０〜３０度程度上方に曲げるようにレンズ１６の内側壁面２４ｂおよび外側壁面２２ｂの角度を調整している。レンズ１６は、ＬＥＤ１４から主に角度θが６０度以上で斜め側面方向に出射される光を角度θが６０度以内に入るよう偏向するように機能する。また、レンズ１６は、内側上面２４ａから入光する光を、入射角度をそのまま踏襲して出射するように機能する。レンズ１６のこのような作用により、照明装置１０の配光は、図５に示す光度分布となり、角度θが６０度以上の横方向に出射する光を大幅に削減することができる。そのため、机上に照射されない光を大幅に削減でき、また、横から見ても眩しくない照明装置１０とすることができる。

従来技術に示されたようなＬＥＤから側面方向に出る光を全反射させるレンズでは、出射する光は、ほぼ鉛直方向に集約されたスポット光線となり、角度θが６０度以上の横方向への漏れ光は無くなるものの図５に示すような照射角度が９０度程度に拡がった光度分布を実現することが難しい。照射角度を集約せずに角度θが６０度以上の横方向への漏れ光を無くすには、本実施形態に示したように、入光した光をレンズ１６の外側壁面２２ｂから屈折して出射させる機能をもったレンズが好ましい。すなわち、本実施形態に係る照明装置および照明用レンズによれば、照射領域に出射される光の利用効率を向上でき、かつ、不快なグレアを軽減させた照明用レンズおよびこれを備えた照明装置を提供することができる。

なお、本実施形態では、光源として複数のＬＥＤを用いたが、単一のＬＥＤを用いた構成としてもよい。また、複数ＬＥＤを用いる場合、これらのＬＥＤを直線状に、あるいは円環状に配置し、あるいは、格子状に配列してもよい。

次に、他の実施形態に係る照明装置について説明する。後述する他の実施形態において、前述した第１の実施形態と同一の部分には同一の参照符号を付してその詳細な説明を省略する。

（第２の実施形態）
図６は、第２の実施形態に係る照明装置１０の１つのレンズユニットを拡大して示す断面図である。照明装置１０の基本的な構成は第１の実施形態と同じであり、照明用レンズ１６の形状が一部相違している。第２の実施形態では、レンズ１６の内側上面２４ａは平面ではなく、やや外側上面２２ａ側に出っ張った凸状部２６を成している。

この構成によれば、凸状部２６を通過する光線の発散作用を強めることができ、図７に示すように、角度θが４５度の光度が最大光度となる光度分布となる。すなわち、最大光度となる角度θが２０〜６０度の間になるようにレンズ１６を形成し、照射される床面あるいは机面の平面上の照度が照明装置１０の直下に対してずれた位置でも略均一な照度を得られるようにしている。

通常のＬＥＤ光源による被照射面の照度分布は、ｃｏｓθに比例した光度分布のため中心光度が大きいことと、照射距離が近いこととが相まって、被照射面の中心部の照度が大きく、端にいくほど暗くなる不均一な照度分布となる。これに対して、本実施形態の照明装置１０によれば、配光が上述した光度分布となるため、この照度分布を補償しほぼ均一な照度分布を得ることができる。

なお、第２の実施形態においても、光の利用効率およびグレア低減については、第１の実施形態と同様に横方向に出射する光を大幅に削減しているため、第１の実施形態と同様の効果が得られることは言うまでもない。

また、第２の実施形態においては、レンズ１６の内側上面２４ａを上方に向かって凸となる凸形状としているが、代わりに、レンズ１６の外側上面２２ａをＬＥＤ１４側に凹んだ凹形状としても同様に発散作用を強めることができる。そのため、図８に示す第３の実施形態のように、照明用レンズ１６の内側上面２４ａを平面とし、外側上面２２ａを凹んだ形状としてもよい。

図９に示す第４の実施形態のように、照明用レンズ１６の内側壁面２４ｂは、円錐台形状のテーパ面に限らず、曲面形状としてもよい。
上述した第３および第４の実施形態においても、前述した第１の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。

本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
例えば、光源の数や種類を特に規定するものではなく、前方に強い指向性のある光源であれば本発明の作用を適用することができる。また、レンズによる色ムラや輝度ムラをぼかすため、レンズ表面全体あるいは少なくとも一部にシボ加工やローレット加工を施しても良い。また、レンズカバーおよび照明用レンズを形成する樹脂材料に若干の拡散フィラを混ぜて薄い乳白としてもよい。ただし、レンズにシボやローレットを密に形成し、あるいは、レンズを濃い乳白とすると、レンズ効果が劣化するため、必要最小限に留めることが必要である。照明装置の基板およびレンズカバーは、円形に限らず、矩形状、多角形形状、楕円形状等、種々の形状を選択可能である。

１０…照明装置、１２…基板、１４…ＬＥＤ、１６…レンズ、１８…レンズカバー、
２２ａ…外側上面、２２ｂ…外側壁面、２４…凹部、２４ａ…内側上面、
２４ｂ…内側壁面

Claims (10)

1. 光源と、前記光源から出射した光を入光し、入光した光を制御し被照射面に向かって出射させる照明用レンズと、を備え、
   前記照明用レンズは、下側中央部に形成され前記光源からの光が入光する凹部と、入光した光を出射する外側上面と、外側壁面とを有し、前記凹部は内側上面と内側壁面とにより形成され、前記光源から前記内側壁面に入光した光の少なくとも一部は、主に前記外側壁面から上方に屈折して出射し、前記内側上面より入光した光は、主に前記外側上面より出射することを特徴とする照明装置。
2. 前記照明用レンズは、前記光源に垂直な方向となす角度をθとするとき、少なくともθが６０度以上の横方向に向かう光線の一部をθが６０度以内に屈折して前記外側壁面から出射させることを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
3. 前記光源に垂直な方向となす角度をθとするとき、前記照明用レンズは、最大光度を与える角度θが２０度から６０度範囲の斜め方向となるように、前記外側上面より出射される光を拡散することを特徴とする請求項１又は２に記載の照明装置。
4. 前記内側上面の少なくとも一部が前記外側上面に向かって凸形状に形成されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の照明装置。
5. 前記外側上面の少なくとも一部が凹形状に形成されることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の照明装置。
6. 前記照明用レンズの少なくとも一部の表面にシボが形成されていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の照明装置。
7. 前記照明用レンズの少なくとも一部の表面にローレット加工が施されていることを特徴とする請求項１ないし５に記載の照明装置。
8. 前記照明用レンズは、少なくとも一部に散乱フィラを含有していることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項に記載の照明装置。
9. 光源から出射した光を入光し、入光した光を制御し被照射面に向かって出射させる照明用レンズであって、
   下側中央部に形成され前記光源からの光が入光する凹部と、入光した光を出射する外側上面と、外側壁面とを有し、前記凹部は、前記光源に対向する内側上面と内側壁面とにより形成され、前記光源から前記内側壁面に入光した光の少なくとも一部は、主に前記外側壁面から上方に屈折して出射し、前記内側上面より入光した光は、主に前記外側上面より出射することを特徴とする照明用レンズ。
10. 前記光源に垂直な方向となす角度をθとするとき、少なくともθが６０度以上の横方向に向かう光線の一部をθが６０度以内に屈折して前記外側壁面から出射させることを特徴とする請求項９に記載の照明用レンズ。

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