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WO2015186382A1 - 光束制御部材、発光装置および照明装置 - Google Patents

光束制御部材、発光装置および照明装置 Download PDF

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WO2015186382A1
WO2015186382A1 PCT/JP2015/055750 JP2015055750W WO2015186382A1 WO 2015186382 A1 WO2015186382 A1 WO 2015186382A1 JP 2015055750 W JP2015055750 W JP 2015055750W WO 2015186382 A1 WO2015186382 A1 WO 2015186382A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
light
light emitting
flux controlling
controlling member
emitting element
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/JP2015/055750
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
恭平 山田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Enplas Corp
Original Assignee
Enplas Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Enplas Corp filed Critical Enplas Corp
Publication of WO2015186382A1 publication Critical patent/WO2015186382A1/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V5/00—Refractors for light sources
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21S—NON-PORTABLE LIGHTING DEVICES; SYSTEMS THEREOF; VEHICLE LIGHTING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR VEHICLE EXTERIORS
    • F21S2/00—Systems of lighting devices, not provided for in main groups F21S4/00 - F21S10/00 or F21S19/00, e.g. of modular construction
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V11/00—Screens not covered by groups F21V1/00, F21V3/00, F21V7/00 or F21V9/00
    • F21V11/08—Screens not covered by groups F21V1/00, F21V3/00, F21V7/00 or F21V9/00 using diaphragms containing one or more apertures
    • F21V11/10—Screens not covered by groups F21V1/00, F21V3/00, F21V7/00 or F21V9/00 using diaphragms containing one or more apertures of iris type
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V3/00—Globes; Bowls; Cover glasses

Definitions

  • the present invention relates to a light flux controlling member that controls light distribution of light emitted from a light emitting element, a light emitting device having the light flux controlling member, and an illumination device.
  • LEDs light-emitting diodes
  • an LED fluorescent tube As an LED fluorescent tube, a plurality of LEDs are arranged on a substrate at a predetermined interval, and a cover is arranged so as to cover these LEDs (for example, see Patent Document 1).
  • Patent Document 1 describes an LED lighting device in which an LED arranged on a substrate is covered with a cover.
  • the LED lighting device described in Patent Document 1 includes a substrate, a plurality of LEDs arranged in a row on the substrate, a cylindrical lens having a ridge line along the arrangement direction of the LEDs, a plurality of LEDs, and a single cylindrical A light transmission cover arranged to cover the lens.
  • the light emitted from the LED is spread in a direction perpendicular to the LED arrangement direction by a cylindrical lens. And the light which permeate
  • the LED lighting device described in Patent Document 1 has a problem of uneven brightness in the LED arrangement direction.
  • an object of the present invention is to distribute light in a direction perpendicular to the LED arrangement direction and the LED arrangement direction when applied to an illumination device (for example, an LED fluorescent tube) having a plurality of light emitting elements and a cover. It is to provide a light flux controlling member capable of controlling the light distribution of light emitted from the light emitting elements so that the cover can be uniformly irradiated with light by a small number of light emitting elements.
  • an illumination device for example, an LED fluorescent tube
  • Another object of the present invention is to provide a light emitting device and a lighting device having the light flux controlling member.
  • a light beam control member includes a first light beam control member and a second light beam control member, and controls the light distribution of light emitted from a light emitting element, wherein the first light beam control member Is formed at an incident surface on which a part of the light emitted from the light emitting element is incident and a position facing the light emitting element across the incident surface, and a part of the light incident on the incident surface is emitted from the light emitting element.
  • Two total reflection surfaces that are reflected in two directions that are substantially perpendicular to the optical axis of the element and opposite to each other, and disposed between the two total reflection surfaces, and the light emitted from the light emitting element
  • a slit that travels the other part in the direction along the optical axis as it is, and the incident surface, the total reflection surface, and a portion of the light incident from the incident surface, are arranged at positions facing each other across the slit, and Guides light reflected by the total reflection surface
  • a diffusive transmission part that diffuses and transmits the light that has traveled through the slit.
  • the light-emitting device includes a light-emitting element, and a light flux controlling member according to the present invention disposed so that the optical axis of the light-emitting element passes through the slit.
  • an illumination device includes a plurality of light emitting devices according to the present invention, a cover disposed via an air layer for each of the plurality of light emitting devices so as to cover the plurality of light emitting devices, Have
  • an illumination device for example, an LED fluorescent tube
  • FIG. 1A to 1C are diagrams showing a configuration of a lighting apparatus according to an embodiment.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the light flux controlling member according to the embodiment.
  • 3A to 3C are diagrams showing the configuration of the first light flux controlling member.
  • 4A to 4C are diagrams showing the configuration of the first light flux controlling member.
  • 5A to 5E are diagrams for explaining the total reflection surface.
  • 6A to 6C are diagrams showing the configuration of the second light flux controlling member.
  • 7A to 7C are diagrams showing the configuration of the second light flux controlling member.
  • FIG. 8A is a cross-sectional view showing a configuration of a light flux controlling member of a comparative example
  • FIG. 8B is a diagram for explaining simulation conditions
  • FIG. 8C is a graph showing simulation results.
  • FIG. 9A is a graph showing a simulation result
  • FIG. 9B is a graph showing the relationship between the distance from the center of the slit and the luminance on the outer surface of the cover.
  • FIG. 10A is a diagram showing a configuration of a light flux controlling member of a comparative example
  • FIG. 10B is a graph showing a simulation result
  • FIG. 10C is a graph showing the distance from the center of the slit and the amount of light passing through the slit. It is a graph which shows a relationship.
  • 11A and 11B are diagrams showing the configuration of a light flux controlling member according to a modification of the embodiment.
  • 12A and 12B are diagrams showing a configuration of a light flux controlling member according to another modification of the embodiment.
  • FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an illumination device 100 according to an embodiment of the present invention.
  • 1A is a plan view of lighting device 100
  • FIG. 1B is a cross-sectional view taken along line AA shown in FIG. 1A
  • FIG. 1C is a partially enlarged cross-sectional view of a region surrounded by a broken line in FIG. 1B. It is.
  • the illumination device 100 includes a frame (housing) 110, a substrate 120, a plurality of light emitting devices 130 each having a light emitting element 132 and a light flux controlling member 150, and a cover 140.
  • the plurality of light flux controlling members 150 are arranged in a line on the substrate 120 so as to be paired with one light emitting element 132, respectively.
  • the plurality of light emitting elements 132 are light sources of the lighting device 100 and are arranged in a row on the substrate 120 attached to the frame 110. Each light emitting element 132 is disposed at a position facing an incident surface 153 of a light flux controlling member 150 described later.
  • the light emitting element 132 is a light emitting diode (LED) such as a white light emitting diode.
  • the frame 110 and the substrate 120 are made of a metal having high thermal conductivity such as aluminum or copper. When the substrate 120 does not require high thermal conductivity, a resin substrate in which a glass nonwoven fabric is impregnated with an epoxy resin may be used as the substrate 120.
  • the cover 140 transmits the light emitted from the light flux controlling member 150 to the outside while diffusing it.
  • the cover 140 is disposed via an air layer for each of the plurality of light emitting devices 130 so as to cover all the light emitting devices 130.
  • the outer surface of the cover 140 is an effective light emitting area.
  • the shape of the cover 140 is not particularly limited as long as it can cover all the light emitting devices 130 through the air layer.
  • the shape of the cover 140 may be a cylindrical shape, or may be a shape in which a part of the cylinder is cut out. In the present embodiment, cover 140 has a shape in which a part of a cylinder is cut out.
  • the material of the cover 140 is not particularly limited as long as it has light transparency. Examples of the material of the cover 140 include light transmissive resins such as polymethyl methacrylate (PMMA), polycarbonate (PC), polystyrene (PS), and styrene / methyl methacrylate copolymer resin (MS), and light transmissive glass. Etc. are included.
  • the means for imparting light diffusing power to the cover 140 is not particularly limited.
  • light diffusion treatment for example, roughening treatment
  • scatterers such as beads may be dispersed in the light transmissive resin.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of light flux controlling member 150 according to the present embodiment.
  • the light flux control member 150 includes a first light flux control member 151 and a second light flux control member 152.
  • the light flux controlling member 150 controls the light distribution of the light emitted from the light emitting element 132.
  • the first light flux control member 151 and the second light flux control member 152 are separately formed by integral molding.
  • the material of the first light flux control member 151 and the second light flux control member 152 is not particularly limited as long as it can pass light having a desired wavelength.
  • first light flux control member 151 and the second light flux control member 152 examples include light transmissive resins such as polymethyl methacrylate (PMMA), polycarbonate (PC), and epoxy resin (EP), and light transmissive resins. Glass etc. are included. Further, light scatterers such as beads may be dispersed inside the first light flux controlling member 151 and the second light flux controlling member 152.
  • PMMA polymethyl methacrylate
  • PC polycarbonate
  • EP epoxy resin
  • light transmissive resins Glass etc. are included.
  • light scatterers such as beads may be dispersed inside the first light flux controlling member 151 and the second light flux controlling member 152.
  • FIG. 3 and 4 are diagrams showing the configuration of the first light flux controlling member 151.
  • FIG. 3A is a front view of the first light flux controlling member 151
  • FIG. 3B is a bottom view
  • FIG. 3C is a plan view
  • 4A is a side view of the first light flux controlling member 151
  • FIG. 4B is a sectional view taken along line AA shown in FIG. 3B
  • FIG. 4C is a sectional view taken along line BB shown in FIG. 3B.
  • FIG. 3A is a front view of the first light flux controlling member 151
  • FIG. 3B is a bottom view
  • FIG. 3C is a plan view
  • 4A is a side view of the first light flux controlling member 151
  • FIG. 4B is a sectional view taken along line AA shown in FIG. 3B
  • FIG. 4C is a sectional view taken along line BB shown in FIG. 3B.
  • the first light flux controlling member 151 has an incident surface 153, two total reflection surfaces 154, two light guides 155, two output surfaces 156, and a slit 157.
  • the first light flux controlling member 151 is disposed so that the optical axis LA of the light emitting element 132 passes through the slit 157.
  • the “optical axis of the light emitting element” refers to the traveling direction of light at the center of the three-dimensional light flux from the light emitting element 132.
  • the incident surface 153 allows a part of the light emitted from the light emitting element 132 which is a point light source such as an LED to enter.
  • the incident surface 153 is an inner surface of the first recess 158 formed at the center of the bottom surface (the surface on the light emitting element 132 side) of the first light flux controlling member 151.
  • the shape of the first recess 158 is not particularly limited.
  • the shape of the first recess 158 is preferably a curved surface that does not include an edge, such as a hemispherical shape or a semi-ellipsoidal shape.
  • the two total reflection surfaces 154 are formed at positions facing the light emitting element 132 with the incident surface 153 interposed therebetween.
  • the two total reflection surfaces 154 include the optical axis LA (see FIG. 2) of the light emitting element, are parallel to the slit 157, and are formed in plane symmetry with respect to a virtual plane perpendicular to the substrate 120. .
  • Each of the two total reflection surfaces 154 transmits part of the light incident from the incident surface 153 in two directions (2) that are substantially perpendicular to the optical axis LA of the light emitting element 132 and the virtual plane, and opposite to each other. Reflected in the direction of two light guides 155. That is, the two total reflection surfaces 154 reflect the reached light toward the two light guide portions 155.
  • FIG. 5A and 5B are diagrams showing a configuration of the light flux controlling member 10 used in a spotlight using a light emitting element as a light source.
  • FIG. 5A is a perspective view of the light flux controlling member 10
  • FIG. 5B is a cross-sectional view of the light flux controlling member 10.
  • the light flux controlling member 10 includes an incident surface 12 on which light emitted from the light emitting element is incident, and a total reflection surface 14 that totally reflects part of the light incident from the incident surface 12. And a light exit surface 16 that emits a part of the light incident from the light incident surface 12 and the light reflected by the total reflection surface 14.
  • the incident surface 12 is an inner surface of a truncated cone-shaped recess formed at the bottom of the light flux controlling member 10.
  • the total reflection surface 14 is a surface that extends from the outer edge of the bottom of the light beam control member 10 to the outer edge of the emission surface 16, and is a rotationally symmetric surface formed so as to surround the central axis of the light beam control member 10.
  • the diameter of the total reflection surface 14 gradually increases from the incident surface 12 side (bottom side) toward the exit surface 16 side.
  • the generatrix constituting the total reflection surface 14 is an arc-shaped curve convex outward.
  • the exit surface 16 is a plane located on the opposite side of the entrance surface 12 (bottom) in the light flux controlling member 10.
  • FIG. 5C is a diagram showing an optical path when the light flux controlling member 10 is used.
  • the light emitted from the point light source arranged at a predetermined position enters the light flux controlling member 10 from the incident surface 12.
  • a part of the light incident on the light flux controlling member 10 is emitted from the emission surface 16 to the outside as it is.
  • the remaining part of the light incident on the light flux controlling member 10 is reflected by the total reflection surface 14 toward the emission surface 16 and emitted from the emission surface 16 toward the outside.
  • the light emitted from the point light source is emitted from the emission surface 16 with the light distribution controlled.
  • a light flux controlling member 10 'shown in FIG. 5D is obtained.
  • FIG. 5E in such a light flux controlling member 10 ′, the light emitted from the point light source is reflected by the two total reflection surfaces 14 and travels in two directions opposite to each other.
  • the shape of the total reflection surface 154 of the first light flux controlling member 151 of the present embodiment is basically the same as the shape of the total reflection surface 14 of the light flux controlling member 10 'shown in FIG. 5D.
  • a portion in the vicinity of the boundary line between the two total reflection surfaces 14 indicated by reference numeral “18” in FIGS. 5D and 5E may be referred to as a “total reflection surface connection portion”.
  • the boundary line of the total reflection surface 14 is an arc.
  • the two light guides 155 are opposed to each other with the incident surface 153, the total reflection surface 154, and the total reflection surface 154 sandwiched therebetween (including the optical axis LA of the light emitting element and are plane-symmetric with respect to a virtual plane perpendicular to the substrate 120) ).
  • the light guide unit 155 guides a part of the light incident from the incident surface 153 and the light reflected by the total reflection surface 154 in a direction away from the incident surface 153 and the total reflection surface 154 while emitting the light little by little to the outside.
  • the light guide unit 155 includes a light guide unit main body 160, a pair of reinforcing members 161, a pair of positioning projections 162, and four guide engagement grooves 164. Therefore, the outer surface of the light guide unit main body 160 functions as an emission surface 156 that emits the guided light to the outside.
  • the light exit surface 156 may be subjected to light diffusion processing (for example, roughening processing).
  • the shape of the light guide 155 is not particularly limited.
  • the light guide unit 155 is a rod-shaped member.
  • the two light guides 155 are respectively connected to the exit surface 16 of the light flux controlling member 10 'shown in FIG. 5D.
  • the cross-sectional area of the light guide 155 in the minor axis direction is not particularly limited.
  • the cross-sectional area in the short axis direction of the light guide 155 is the same at any position in the long axis direction of the light guide 155.
  • the light guide 155 may be formed so that the cross-sectional area decreases as the distance from the total reflection surface 154 increases.
  • the light guide 155 may be controlled by adjusting both the thickness and the width of the light guide 155, Control may be performed by adjusting only one of the widths.
  • the cross-sectional shape of the light guide unit 155 in the short axis direction is not particularly limited, and is appropriately selected according to the required light distribution characteristics. In the present embodiment, the cross-sectional shape of the light guide 155 in the minor axis direction is substantially semicircular.
  • second recesses 163 are respectively formed on the bottom surface of the light guide unit main body 160 (the surface on the light emitting element 132 side in the optical axis LA direction of the light emitting element). By forming the second recess 163, it is possible to suppress the occurrence of sink marks during injection molding and to reduce the manufacturing cost.
  • the two second recesses 163 are both formed near the center of the first light flux controlling member 151, but are not in communication with the first recess 158.
  • the size and shape of the second recess 163 can provide desired light distribution characteristics (light distribution characteristics that do not impair the effects of the present invention) and can ensure the strength required for the first light flux controlling member 151.
  • the shape of the second recess 163 in plan view is a trapezoid whose base is located on the light emitting element 132 side (see FIG. 3B).
  • the depth of the second recess 163 is not particularly limited, and can be set as appropriate.
  • molding the 1st light beam control member 151 by injection molding it is preferable to form the 2nd recessed part 163 in the site
  • the reinforcing member 161 improves the strength of the first light flux controlling member 151.
  • the position and shape of the reinforcing member 161 are not particularly limited as long as the function of the total reflection surface 154 of the first light flux controlling member 151 is not significantly impaired and the strength of the first light flux controlling member 151 can be improved.
  • the reinforcing member 161 is disposed on the bottom surface (surface on the light emitting element 132 side) side of the first light flux controlling member 151, and connects the side surfaces of the light guide unit 155.
  • the positioning convex portion 162 is a convex portion for positioning the light flux controlling member 150 with respect to the substrate 120.
  • the positioning convex portion 162 is disposed on the back surface of the reinforcing member 161.
  • the guide engaging groove 164 is disposed at a position farther from the light emitting element 132 than the reinforcing member 161 and the positioning convex portion 162.
  • the guide engagement groove 164 positions the second light flux control member 152 with respect to the first light flux control member 151 by engaging an engagement protrusion 174 (see FIG. 6) of the second light flux control member 152 described later. It is a groove for.
  • the slit 157 is a through-hole disposed along the boundary line of the total reflection surface 154 between the two total reflection surfaces 154.
  • the slit 157 advances another part of the light emitted from the light emitting element 132 in the direction along the optical axis LA as it is.
  • the shape and position of the slit 157 between the total reflection surfaces 154 are not particularly limited.
  • the slit 157 causes the light emitted from the light emitting element 132 to travel as it is at an angle of at least 45 ° with respect to the optical axis LA of the light emitting element 132 in the cross section including the virtual plane.
  • a slit 157 is disposed.
  • the amount of light emitted from the slit 157 does not change greatly even if the light emitted at an angle of more than 45 ° with respect to the optical axis LA of the light emitting element 132 is allowed to travel as it is.
  • the length (width) in the major axis direction of the slit 157 is not particularly limited. What is necessary is just to set suitably according to the light quantity of the light which advances the slit 157. FIG.
  • the second light flux controlling member 152 is disposed so as to cover at least the slit 157, is emitted from the light emitting element 132, and travels as it is without entering the first light flux controlling member 151 (slit 157) is diffused and transmitted.
  • the shape of the second light flux controlling member 152 is not particularly limited as long as the above function can be exhibited. Examples of the shape of the second light flux controlling member 152 include a semi-cylindrical shape and a bell-like shape (inverted U shape). In the present embodiment, the second light flux controlling member 152 has a bell-like shape.
  • FIG. 6 and 7 are diagrams showing the configuration of the second light flux controlling member 152.
  • FIG. 6A is a front view of the second light flux controlling member 152
  • FIG. 6B is a plan view
  • FIG. 6C is a bottom view
  • 7A is a side view of the second light flux controlling member 152
  • FIG. 7B is a cross-sectional view taken along line AA shown in FIG. 6B
  • FIG. 7C is a cross-sectional view taken along line BB shown in FIG. 6B.
  • the second light flux controlling member 152 has a semi-cylindrical portion 171 and two side wall portions 172.
  • the semi-cylindrical portion 171 is disposed in the vicinity immediately above the total reflection surface 154.
  • a plurality of concave stripes (diffuse transmission portions) 173 are formed on the inner surface of the semi-cylindrical portion 171.
  • the plurality of concave stripes 173 are arranged in a semicircular shape in a direction perpendicular to the axial direction of the second light flux controlling member 152.
  • the “axis of the second light flux controlling member 152” refers to the axis of the semi-cylindrical portion 171.
  • the two side wall portions 172 are respectively connected to the side edges of the semi-cylindrical portion 171.
  • a plurality of concave stripes 173 (diffuse transmission portions) are formed in the central portion of the inner surface of the side wall portion 172.
  • the plurality of concave stripes 173 are linearly arranged in a direction perpendicular to the axial direction of the second light flux controlling member 152.
  • the plurality of recesses 173 disposed in the semi-cylindrical portion 171 and the plurality of recesses 173 disposed in the side wall portion 172 corresponding to the plurality of recesses 173 disposed in the semi-cylindrical portion 171 are respectively connected. Are arranged as follows.
  • the concave stripe 173 allows the transmitted light to pass through while diffusing.
  • the cross-sectional shape of the recess 173 is not particularly limited. Examples of the cross-sectional shape of the concave stripe 173 include a semicircular shape and a triangle. In the present embodiment, the cross-sectional shape of the recess 173 is a semicircular shape. Each recess 173 may have the same shape or a different shape. In the present embodiment, each recess 173 is formed in the same shape.
  • the four engagement protrusions 174 are arranged inside the both end portions of the side wall portion 172.
  • the four engaging protrusions 174 engage the four guide engaging grooves 164 disposed on the first light flux controlling member 151, thereby positioning the second light flux controlling member 152 on the first light flux controlling member 151.
  • a projection 175 for positioning and fixing the second light flux controlling member 152 to the substrate 120 is disposed at the end of the side wall 172 where the semi-cylindrical part 171 is not connected.
  • the protrusion 175 of the second light flux control member 152 is engaged with the guide engagement groove 164 of the first light flux control member 151 fixed to the substrate 120 while the protrusion 175 of the second light flux control member 152 is engaged with the guide 120.
  • the second light flux controlling member 152 can be fixed to the substrate 120 and the first light flux controlling member 151 by being fitted into the engaging recess (not shown).
  • a part of the light emitted from the light emitting element 132 enters the first light flux controlling member 151 from the incident surface 153.
  • a part of the light incident on the light flux controlling member 150 (light emitted at a small angle with respect to the optical axis LA of the light emitting element 132) is reflected toward the light guide unit 155 on the total reflection surface 154.
  • another part of the light incident on the first light flux controlling member 151 (light emitted at a large angle with respect to the optical axis LA of the light emitting element 132) reaches the light guide 155 as it is.
  • the light emitted from the light emitting element 132 and along the optical axis LA of the light emitting element 132 passes through the slit 157 as it is.
  • the light incident on the light guide unit 155 is guided toward the end of the light guide unit 155 while being gradually emitted from the emission surface 156 to the outside. As a result, light is emitted substantially uniformly from the entire outer surface of the light flux controlling member 150.
  • the light that has passed through the slit 157 and the light emitted from other than the center of the light emitting element 132 reach the second light flux controlling member 152.
  • the light incident on the second light flux controlling member 152 is transmitted through the light flux controlling member 150 while being diffused by the plurality of concave stripes 173.
  • the light emitted from the emission surface 156 of the light flux controlling member 150 passes through the air layer and reaches the inner surface of the cover 140.
  • the light reaching the inner surface of the cover 140 passes through the cover 140 while being diffused. As a result, light is emitted substantially uniformly from the entire outer surface of the cover 140. In this manner, the light emitted from the light emitting element 132 that is a point light source can be converted into linear light by the light flux control member 150.
  • Simulation 1 In the simulation 1, the luminance distribution on the outer surface of the cover 140 of the lighting apparatus 100 according to the present embodiment was simulated. For comparison, the luminance distribution on the outer surface of the cover of the illumination device (see FIG. 8A) according to the comparative example having the light flux controlling member according to the comparative example not having the slit 157 was also simulated.
  • FIG. 8B is a diagram for explaining the simulation conditions of the luminance distribution when the illumination device 100 is observed from the front.
  • a plurality of light emitting elements 132 (white LEDs) are arranged in a line on the substrate 120 so that the center-to-center distance (P) is 48 mm, and the light emitting elements 132 are placed on the light emitting elements 132.
  • a light flux controlling member 150 having a length of 38 mm was disposed. Further, the distance from the light emitting surface of the light emitting element 132 to the outer surface of the cover 140 was 16 mm, the height of the light flux controlling member 150 was 6.7 mm, and the inner diameter of the cover 140 was 24 mm. In this simulation, an example in which only one light emitting element 132 is turned on is shown.
  • FIG. 8C is a graph showing a simulation result.
  • the horizontal axis in FIG. 8C indicates the distance (mm) from the optical axis LA of the light emitting element 132 adjacent to the simulated light emitting element 132 (light flux controlling member 150).
  • the vertical axis represents luminance (cd / m 2 ).
  • the solid line in FIG. 8C shows the simulation result when the light flux controlling member 150 according to the present embodiment is used, and the broken line shows the simulation result when the light flux controlling member of the comparative example is used.
  • the illumination device 100 according to the present embodiment using the light flux controlling member 150 having the slit 157 uses the light flux controlling member of the comparative example (see FIG. 8A) that does not have the slit 157.
  • the brightness on the outer surface of the cover 140 immediately above the slit 157 was high.
  • the luminance of the light emitted from the light flux controlling member 150 was lower as the distance from the intersection between the optical axis LA of the light emitting element 132 and the outer surface of the cover 140 was increased.
  • Simulation 2 Next, the effect of the width of the slit 157 on the luminance distribution on the cover 140 was simulated.
  • the brightness distribution of the outer surface of the cover 140 irradiated with only the light passing through the slit 157 was examined without using the second light flux controlling member 152.
  • Other simulation conditions are the same as those of simulation 1.
  • FIG. 9A is a graph showing the simulation results
  • FIG. 9B shows the distance from the center of the slit 157 in the major axis direction of the light flux controlling member 150 (the arrangement direction of the light emitting elements 132) and the luminance on the outer surface of the cover 140. It is a graph which shows the relationship.
  • the horizontal axis in FIG. 9A indicates the distance (mm) from the center of the slit 157 (the center of the first light flux controlling member 151), and the horizontal axis in FIG. 9B indicates the slit width (mm).
  • the vertical axis in FIGS. 9A and 9B indicates the luminance (cd / m 2 ) on the outer surface of the cover 140.
  • FIG. 9A shows the result when the first light flux controlling member 151 having the width of the slit 157 of 0.05 mm is used, and the one-dot chain line shows the first light flux controlling member 151 having the width of the slit 157 of 0.1 mm. The results when used are shown, the two-dot chain line shows the results when the first light flux controlling member 151 having a slit 157 width of 0.3 mm is used, and the solid line shows the result when the width of the slit 157 is 1.0 mm. The result at the time of using the 1st light beam control member 151 of this is shown.
  • Simulation 3 the effect of the width of the slit 157 on the luminance distribution on the outer surface of the cover 140 was simulated using the illumination device 100 having the light flux controlling member 150 according to the present embodiment. Moreover, it simulated about the illuminating device which has the light beam control member (refer FIG. 10A) by which the slit was block
  • FIG. 10B is a graph showing a simulation result
  • FIG. 10C shows the distance from the center of the slit 157 in the major axis direction (the arrangement direction of the light emitting elements 132) of the light flux controlling member 150, and the amount of light passing through the slit 157. It is a graph which shows the relationship.
  • the horizontal axis in FIGS. 10B and 10C indicates the slit width (mm), and the vertical axis in FIGS. 10B and 10C indicates the luminance (cd / m 2 ) on the outer surface of the cover 140.
  • FIG. 10B shows the result when the first light flux controlling member 151 having the slit 157 width of 0.05 mm is used, and the thick broken line shows the first light flux controlling member 151 having the slit 157 width of 0.1 mm.
  • the thick one-dot chain line shows the result when the first light flux controlling member 151 having the slit 157 width of 0.3 mm is used, and the thick two-dot chain line shows the width of the slit 157. Shows the result when the first light flux controlling member 151 of 1.0 mm is used.
  • FIG. 10B shows the result when the first light flux control member 151 having a flat portion width of 0.3 mm is used, and the thin broken line shows the first light flux control member 151 having a flat portion width of 0.6 mm.
  • the thin dot-and-dash line shows the result when the first light flux controlling member 151 having a flat portion width of 1.2 mm is used.
  • a plurality of light emitting devices are arranged on a substrate 120.
  • the luminance of light on the outer surface of the cover 140 decreases as the distance from the center of the light emitting device 130 increases. Therefore, in order to emit light uniformly from the entire cover 140, it is necessary to partially overlap the light emitted from the light emitting device 130 with the light emitted from the adjacent light flux controlling member 150.
  • the luminance B at the midpoint of the two intersections adjacent to each other on the outer surface 140 satisfies “luminance A ⁇ 1.7 ⁇ luminance B”. More specifically, it is preferable that (luminance A + luminance C ⁇ 2) ⁇ (2 ⁇ luminance B) and 1.7 ⁇ luminance B ⁇ (luminance A + luminance C ⁇ 2) ⁇ 2.3 ⁇ luminance B are satisfied. .
  • luminance C refers to the luminance at the intersection of the optical axis LA of the light flux controlling member 150 adjacent to the light flux controlling member 150 showing the luminance A and the outer surface of the cover 140. Even if the distance between the centers of the light emitting elements 132, the spatial distance, the material of the light flux controlling member 150, and the diffusion cover are appropriately changed, if the luminance A, luminance B, and luminance C are within the aforementioned ranges, the light is emitted from the lighting device 100. The uniformity of the brightness of the light can be ensured.
  • the concave stripe 173 has a first inclined surface and a second inclined surface.
  • the present inventor has provided the slit 157 between the total reflection surfaces 154 so that the light emitted from the light emitting element 132 is allowed to travel through the slit 157 as it is.
  • the portion directly above light emitting element 132 can be brightened, and uneven brightness in the arrangement direction of light emitting elements 132 can be reduced.
  • the second light flux controlling member 152 having the concave stripe (diffuse transmission part) 173 on the optical path of the light passing through the slit 157, the amount of light emitted from the effective light emitting region of the illumination device 100 is made uniform. can do.
  • FIG. 11A is a perspective view showing the arrangement of the first light flux controlling member 151 according to the modification
  • FIG. 11B is a state in which the second light flux controlling member 152 is combined with the first light flux controlling member 151 shown in FIG. 11A
  • FIG. 12A is a perspective view showing the light flux controlling member 150 in a state where the light guide unit 155 is connected in a plane perpendicular to the optical axis LA of the light emitting element 132
  • FIG. 12B is a plane including the optical axis LA of the light emitting element 132.
  • It is a perspective view which shows the light beam control member 150 of the state which the light guide part 155 connected in FIG.
  • a plurality of light flux controlling members 150 are arranged in a row. May be.
  • the end surfaces on the opposite side to the total reflection surface 154 of the two light guide portions 155 are combined. As a whole, it may be formed in an annular shape.
  • the lighting device of the present invention can be used in place of a fluorescent tube or the like, it can be widely applied to various lighting devices.

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Abstract

　本発明の光束制御部材は、第１光束制御部材および第２光束制御部材を有する。第１光束制御部材は、発光素子から出射された光の一部を入射する入射面と、入射面から入射した光を反対向きに反射させる２つの全反射面と、２つの全反射面の間に配置され、発光素子から出射された光の他の一部を光軸に沿って進行させるスリットと、入射面で入射した光および全反射面で反射した光を導光する導光部と、導光部により導光された光を外部に出射する出射面とを含む。第２光束制御部材は、スリットを覆うように配置され、スリットを進行した光を拡散させつつ透過させる拡散透過部を含む。

Description

光束制御部材、発光装置および照明装置
　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電球やＬＥＤ蛍光管など）が、電球や蛍光管などに代わる照明装置として使用されるようになってきた。
　ＬＥＤ蛍光管としては、基板上に複数のＬＥＤを所定間隔で配置し、これらのＬＥＤを覆うようにカバーを配置したものが一般的である（例えば、特許文献１参照）。
　特許文献１には、基板上に配置されたＬＥＤをカバーで覆ったＬＥＤ照明燈装置が記載されている。特許文献１に記載のＬＥＤ照明燈装置は、基板と、基板上に一列に配置された複数のＬＥＤと、ＬＥＤの配列方向に沿う稜線を有する１つのシリンドリカルレンズと、複数のＬＥＤおよび１つのシリンドリカルレンズを覆うように配置された光透過カバーとを有する。
　特許文献１に記載のＬＥＤ照明燈装置では、ＬＥＤから出射された光は、シリンドリカルレンズによって、ＬＥＤの配列方向に垂直な方向に広げられる。そして、シリンドリカルレンズを透過した光は、光透過カバーを透過して外部に出射される。
特表２０１１－５１３９１３号公報
　しかしながら、特許文献１に記載のＬＥＤ照明燈装置では、ＬＥＤの配列方向に垂直な方向への光の配光は制御されるが、ＬＥＤの配列方向への光の配光は制御されない。したがって、ＬＥＤの配列方向について配光を調べると、ＬＥＤの直上部では明るくなりすぎてしまい、ＬＥＤ間では暗くなりすぎてしまっていた。このように、特許文献１に記載のＬＥＤ照明燈装置には、ＬＥＤの配列方向において輝度ムラが生じるという問題があった。
　そこで、本発明の目的は、複数の発光素子およびカバーを有する照明装置（例えば、ＬＥＤ蛍光管）に適用した場合に、ＬＥＤの配列方向およびＬＥＤの配列方向に垂直な方向において光の配光を均一にすることで、少数の発光素子でカバーに均一に光を照射できるように、発光素子から出射された光の配光を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、第１光束制御部材および第２光束制御部材を有し、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、前記第１光束制御部材は、発光素子から出射された光の一部を入射する入射面と、前記入射面を挟んで前記発光素子と対向する位置に形成され、前記入射面で入射した光の一部を、前記発光素子の光軸と略垂直であり、かつ互いに反対向きである２つの方向に反射させる２つの全反射面と、前記２つの全反射面の間に配置され、前記発光素子から出射された光の他の一部を前記光軸に沿う方向にそのまま進行させるスリットと、前記入射面、前記全反射面および前記スリットを挟んで相対する位置に配置され、前記入射面から入射した光の一部および前記全反射面で反射した光を導光する２つの導光部と、前記導光部の外面に形成され、前記導光部により導光された光を外部に出射する出射面と、を含み、前記第２光束制御部材は、前記スリットを覆うように配置され、かつ前記スリットを進行した光を拡散させつつ透過させる拡散透過部を含む。
　また、本発明に係る発光装置は、発光素子と、前記発光素子の光軸が前記スリットを通るように配置された、本発明に係る光束制御部材と、を有する。
　また、本発明に係る照明装置は、本発明に係る複数の発光装置と、前記複数の発光装置を覆うように前記複数の発光装置のそれぞれに対して空気層を介して配置されたカバーと、を有する。
　本発明によれば、輝度ムラが小さい照明装置（例えば、ＬＥＤ蛍光管）を提供することができる。
図１Ａ～Ｃは、実施の形態に係る照明装置の構成を示す図である。 図２は、実施の形態に係る光束制御部材の断面図である。 図３Ａ～Ｃは、第１光束制御部材の構成を示す図である。 図４Ａ～Ｃは、第１光束制御部材の構成を示す図である。 図５Ａ～Ｅは、全反射面を説明するための図である。 図６Ａ～Ｃは、第２光束制御部材の構成を示す図である。 図７Ａ～Ｃは、第２光束制御部材の構成を示す図である。 図８Ａは、比較例の光束制御部材の構成を示す断面図であり、図８Ｂは、シミュレーション条件を説明するための図であり、図８Ｃは、シミュレーション結果を示すグラフである。 図９Ａは、シミュレーション結果を示すグラフであり、図９Ｂは、スリットの中心からの距離と、カバーの外表面における輝度との関係を示すグラフである。 図１０Ａは、比較例の光束制御部材の構成を示す図であり、図１０Ｂは、シミュレーション結果を示すグラフであり、図１０Ｃは、スリットの中心からの距離と、スリットを通る光の光量との関係を示すグラフである。 図１１Ａ、Ｂは、実施の形態の変形例に係る光束制御部材の構成を示す図である。 図１２Ａ、Ｂは、実施の形態の他の変形例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。以下の説明では、本発明の照明装置の代表例として、蛍光管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、本発明の一実施の形態に係る照明装置１００の構成を示す図である。図１Ａは、照明装置１００の平面図であり、図１Ｂは、図１Ａに示されるＡ－Ａ線の断面図であり、図１Ｃは、図１Ｂにおいて破線で囲まれた領域の部分拡大断面図である。
　図１に示されるように、照明装置１００は、フレーム（筐体）１１０と、基板１２０と、発光素子１３２および光束制御部材１５０をそれぞれ有する複数の発光装置１３０と、カバー１４０とを有する。複数の光束制御部材１５０は、それぞれ１つの発光素子１３２と対になるように基板１２０上に一列に配置されている。
　複数の発光素子１３２は、照明装置１００の光源であり、フレーム１１０に取り付けられた基板１２０上に一列に配置されている。各発光素子１３２は、後述する光束制御部材１５０の入射面１５３と対向する位置に配置されている。発光素子１３２は、例えば白色発光ダイオードなどの発光ダイオード（ＬＥＤ）である。フレーム１１０および基板１２０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１２０に高い熱伝導性を要しない場合は、基板１２０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１４０は、光束制御部材１５０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１４０は、すべての発光装置１３０を覆うように、複数の発光装置１３０のそれぞれに対して空気層を介して配置されている。カバー１４０の外面は、有効発光領域となる。
　カバー１４０の形状は、空気層を介してすべての発光装置１３０を覆うことができれば、特に限定されない。カバー１４０の形状は、円筒形状であってもよいし、円筒の一部を切り欠いた形状であってもよい。本実施の形態では、カバー１４０は、円筒の一部を切り欠いた形状である。カバー１４０の材料は、光透過性を有するものであれば、特に限定されない。カバー１４０の材料の例には、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリスチレン（ＰＳ）、スチレン・メチルメタクリレート共重合樹脂（ＭＳ）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、カバー１４０に光拡散能を付与する手段も、特に限定されない。たとえば、カバー１４０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、光透過性樹脂中にビーズなどの散乱子を分散させてもよい。
　（光束制御部材の構成）
　図２は、本実施の形態に係る光束制御部材１５０の断面図である。図２に示されるように、光束制御部材１５０は、第１光束制御部材１５１および第２光束制御部材１５２を有する。光束制御部材１５０は、発光素子１３２から出射された光の配光を制御する。第１光束制御部材１５１および第２光束制御部材１５２は、それぞれ一体成形により別個に形成されている。第１光束制御部材１５１および第２光束制御部材１５２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。第１光束制御部材１５１および第２光束制御部材１５２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、第１光束制御部材１５１および第２光束制御部材１５２の内部にビーズなどの光散乱子を分散させてもよい。
　図３および図４は、第１光束制御部材１５１の構成を示す図である。図３Ａは、第１光束制御部材１５１の正面図であり、図３Ｂは、底面図であり、図３Ｃは、平面図である。図４Ａは、第１光束制御部材１５１の側面図であり、図４Ｂは、図３Ｂに示されるＡ－Ａ線の断面図であり、図４Ｃは、図３Ｂに示されるＢ－Ｂ線の断面図である。
　図３および図４に示されるように、第１光束制御部材１５１は、入射面１５３、２つの全反射面１５４、２つの導光部１５５、２つの出射面１５６およびスリット１５７を有する。第１光束制御部材１５１は、発光素子１３２の光軸ＬＡがスリット１５７を通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１３２からの立体的な光束の中心における光の進行方向をいう。
　入射面１５３は、ＬＥＤなどの点状光源である発光素子１３２から出射された光の一部を入射させる。入射面１５３は、第１光束制御部材１５１の底面（発光素子１３２側の面）の中央部に形成されている第１凹部１５８の内面である。第１凹部１５８の形状は、特に限定されない。第１凹部１５８の形状は、半球状や半楕円体状などのように、エッジを含まない曲面であることが好ましい。
　２つの全反射面１５４は、入射面１５３を挟んで発光素子１３２と対向する位置に形成されている。また、２つの全反射面１５４は、発光素子の光軸ＬＡ（図２参照）を含み、かつスリット１５７に平行であって、基板１２０に垂直な仮想平面に対して面対称に形成されている。２つの全反射面１５４は、それぞれ、入射面１５３から入射した光の一部を、発光素子１３２の光軸ＬＡおよび前記仮想平面と略垂直であり、かつ互いに反対向きである２つの方向（２つの導光部１５５の方向）に反射させる。すなわち、２つの全反射面１５４は、到達した光を２つの導光部１５５に向けて反射させる。
　図５を用いて、全反射面１５４の形状について説明する。図５Ａおよび図５Ｂは、発光素子を光源とするスポットライトに用いられる光束制御部材１０の構成を示す図である。図５Ａは、光束制御部材１０の斜視図であり、図５Ｂは、光束制御部材１０の断面図である。図５Ａおよび図５Ｂに示されるように、光束制御部材１０は、発光素子から出射された光を入射する入射面１２と、入射面１２から入射した光の一部を全反射する全反射面１４と、入射面１２から入射した光の一部および全反射面１４で反射した光を出射する出射面１６とを有する。入射面１２は、光束制御部材１０の底部に形成された円錐台状の凹部の内面である。全反射面１４は、光束制御部材１０の底部の外縁から出射面１６の外縁に延びる面であり、光束制御部材１０の中心軸を取り囲むように形成された回転対称面である。全反射面１４の直径は、入射面１２側（底部側）から出射面１６側に向けて漸増している。全反射面１４を構成する母線は、外側に凸の円弧状曲線である。出射面１６は、光束制御部材１０において入射面１２（底部）の反対側に位置する平面である。
　図５Ｃは、光束制御部材１０を使用したときの光路を示す図である。図５Ｃに示されるように、所定の位置に配置された点光源から出射された光は、入射面１２から光束制御部材１０内に入射する。光束制御部材１０内に入射した光の一部は、そのまま出射面１６から外部に向けて出射される。光束制御部材１０内に入射した光の残部は、全反射面１４で出射面１６方向に反射され、出射面１６から外部に向けて出射される。このように、点光源から出射された光は、配光を制御されて出射面１６から出射される。
　この光束制御部材１０を、図５Ｂに示されるＡ－Ａ線で２分割し、２つの分割片の底部同士を接合させると、図５Ｄに示される光束制御部材１０’となる。図５Ｅに示されるように、このような光束制御部材１０’では、点光源から出射された光は、２つの全反射面１４で反射されて、互いに反対向きである２つの方向に進む光となる。本実施の形態の第１光束制御部材１５１の全反射面１５４の形状は、基本的には、図５Ｄに示される光束制御部材１０’の全反射面１４の形状と同じである。なお、以後の説明では、図５Ｄおよび図５Ｅにおいて符番「１８」で示される、２つの全反射面１４の境界線近傍の部位を「全反射面の接続部」と称することがある。また、このとき、全反射面１４の境界線は、弧である。
　２つの導光部１５５は、入射面１５３、全反射面１５４および全反射面１５４を挟んで相対する位置（発光素子の光軸ＬＡを含み、かつ基板１２０に垂直な仮想平面に対して面対称）に形成されている。導光部１５５は、入射面１５３から入射した光の一部および全反射面１５４で反射した光を、少しずつ外部に出射させながら、入射面１５３および全反射面１５４から離れる方向に導光する。導光部１５５は、導光部本体１６０、一対の補強部材１６１、一対の位置決め凸部１６２および４つのガイド係合溝１６４を有する。したがって、導光部本体１６０の外面は、導光された光を外部に出射する出射面１５６として機能する。
　出射面１５６から出射される光量を均一にする観点から、導光部１５５内にはビーズなどの散乱子が分散していることが好ましい。また、出射面１５６に光拡散処理（例えば、粗面化処理）が施されていてもよい。
　導光部１５５の形状は、特に限定されない。本実施の形態では、導光部１５５は、ロッド状の部材である。２つの導光部１５５は、図５Ｄに示される光束制御部材１０’の出射面１６にそれぞれ接続されている。導光部１５５の短軸方向の断面積は、特に限定されない。本実施の形態では、導光部１５５の短軸方向の断面積は、導光部１５５の長軸方向のいずれの位置においても同じである。また、断面積が全反射面１５４から離れるにつれて小さくなるように、導光部１５５は形成されていてもよい。導光部１５５の短軸方向の断面積が全反射面１５４から離れるにつれて、小さくなる場合には、導光部１５５の厚みおよび幅の両方を調整することで制御してもよいし、厚みおよび幅のいずれか一方のみを調整することで制御してもよい。また、導光部１５５の短軸方向の断面形状は、特に限定されず、必要とする配光特性に応じて適宜選択される。本実施の形態では、導光部１５５の短軸方向の断面形状は、略半円状である。
　また、導光部本体１６０の底面（発光素子の光軸ＬＡ方向についての発光素子１３２側の面）には、第２凹部１６３がそれぞれ形成されている。第２凹部１６３を形成することで、射出成形時におけるヒケの発生を抑制することができるとともに、製造コストを削減することができる。２つの第２凹部１６３は、いずれも第１光束制御部材１５１の中央部近傍に形成されているが、第１凹部１５８とは連通していない。
　第２凹部１６３の大きさおよび形状は、所望の配光特性（本発明の効果を損ねない配光特性）が得られ、かつ第１光束制御部材１５１に要求される強度を確保することができれば、特に限定されない。本実施の形態において、第２凹部１６３の平面視形状は、底辺が発光素子１３２側に位置する台形である（図３Ｂ参照）。また、第２凹部１６３の深さも特に限定されず、適宜設定されうる。なお、第１光束制御部材１５１を射出成形により成形する場合、第２凹部１６３は、ヒケが発生するおそれがある部位に形成することが好ましい。
　補強部材１６１は、第１光束制御部材１５１の強度を向上させる。補強部材１６１の位置および形状は、第１光束制御部材１５１の全反射面１５４の機能を大きく阻害せず、かつ第１光束制御部材１５１の強度を向上させることができれば、特に限定されない。本実施の形態では、補強部材１６１は、第１光束制御部材１５１の底面（発光素子１３２側の面）側に配置されており、導光部１５５の側面同士を連接している。
　位置決め凸部１６２は、基板１２０に対して光束制御部材１５０を位置決めするための凸部である。位置決め凸部１６２は、補強部材１６１の裏面に配置されている。
　ガイド係合溝１６４は、補強部材１６１および位置決め凸部１６２と比較して発光素子１３２から離れた位置に配置されている。ガイド係合溝１６４は、後述する第２光束制御部材１５２の係合突起１７４（図６参照）が係合することで、第１光束制御部材１５１に対して第２光束制御部材１５２を位置決めするための溝である。
　スリット１５７は、２つの全反射面１５４の間において、全反射面１５４の境界線に沿って配置されている貫通孔である。スリット１５７は、発光素子１３２から出射された光の他の一部を光軸ＬＡに沿う方向にそのまま進行させる。全反射面１５４間におけるスリット１５７の形状および位置は、特に限定されない。本実施の形態では、スリット１５７は、前記仮想平面を含む断面において、発光素子１３２の光軸ＬＡに対して、少なくとも４５°までの角度で発光素子１３２から出射された光をそのまま進行させるようにスリット１５７が配置されている。スリット１５７から出射される光の光量は、発光素子１３２の光軸ＬＡに対して、４５°超の角度で出射された光をそのまま進行させるようにしても大きく変化しない。スリット１５７の長軸方向の長さ（幅）は、特に限定されない。スリット１５７を進行させる光の光量に応じて適宜設定すればよい。
　図２に示されるように、第２光束制御部材１５２は、少なくともスリット１５７を覆うように配置され、発光素子１３２から出射し、第１光束制御部材１５１に入射せずにそのまま進行した光（スリット１５７を透過した光）を拡散させつつ透過させる。第２光束制御部材１５２の形状は、前述の機能を発揮することができれば特に限定されない。第２光束制御部材１５２の形状の例には、半円筒形状や釣り鐘様形状（逆Ｕ字型）などが含まれる。本実施の形態では、第２光束制御部材１５２の形状は、鐘様形状である。
　図６および図７は、第２光束制御部材１５２の構成を示す図である。図６Ａは、第２光束制御部材１５２の正面図であり、図６Ｂは、平面図であり、図６Ｃは、底面図である。図７Ａは、第２光束制御部材１５２の側面図であり、図７Ｂは、図６Ｂに示されるＡ－Ａ線の断面図であり、図７Ｃは、図６Ｂに示されるＢ－Ｂ線の断面図である。図６および図７に示されるように、第２光束制御部材１５２は、半円筒部１７１および２つの側壁部１７２を有する。
　半円筒部１７１は、全反射面１５４の直上近傍に配置される。半円筒部１７１の内面には、複数の凹条（拡散透過部）１７３が形成されている。複数の凹条１７３は、第２光束制御部材１５２の軸方向に垂直な方向に半円環状に配置されている。ここで、「第２光束制御部材１５２の軸」とは、半円筒部１７１の軸線をいう。
　２つの側壁部１７２は、それぞれ半円筒部１７１の側縁に連接している。側壁部１７２の内面の中央部分には、複数の凹条１７３（拡散透過部）が形成されている。複数の凹条１７３は、第２光束制御部材１５２の軸方向に垂直な方向に直線状に配置されている。また、半円筒部１７１に配置された複数の凹条１７３と、半円筒部１７１に配置された複数の凹条１７３に対応した側壁部１７２に配置された複数の凹条１７３とは、それぞれ連なるように配置されている。凹条１７３は、到達した光を拡散させつつ透過させる。凹条１７３の断面形状は、特に限定されない。凹条１７３の断面形状の例には、半円形状や三角形などが含まれる。本実施の形態では、凹条１７３の断面形状は、半円形状である。各凹条１７３は、同一の形状であってもよいし、異なった形状であってもよい。本実施の形態では、各凹条１７３は、同一形状に形成されている。
　また、側壁部１７２の両端部の内側には、４つの係合突起１７４が配置されている。４つの係合突起１７４は、第１光束制御部材１５１に配置された４つのガイド係合溝１６４に係合することで、第２光束制御部材１５２を第１光束制御部材１５１に位置決めする。半円筒部１７１が連接していない側壁部１７２の端部には、第２光束制御部材１５２を基板１２０に位置決めおよび固定するための突起部１７５が配置されている。基板１２０に固定された第１光束制御部材１５１のガイド係合溝１６４に第２光束制御部材１５２の係合突起１７４を係合しつつ、第２光束制御部材１５２の突起部１７５を基板１２０の係合凹部（図示省略）にはめ込むことにより、第２光束制御部材１５２を基板１２０および第１光束制御部材１５１に固定することができる。
　発光素子１３２から出射された光の一部は、入射面１５３から第１光束制御部材１５１内に入射する。光束制御部材１５０内に入射した光の一部（発光素子１３２の光軸ＬＡに対して小さな角度で出射された光）は、全反射面１５４において導光部１５５に向けて反射される。さらに、第１光束制御部材１５１内に入射した光の他の一部（発光素子１３２の光軸ＬＡに対して大きな角度で出射された光）は、そのまま導光部１５５に到達する。また、発光素子１３２から出射し、発光素子１３２の光軸ＬＡに沿う光は、そのままスリット１５７を通過する。
　導光部１５５に入射した光は、少しずつ出射面１５６から外部に出射されながら、導光部１５５の端部に向けて導光される。結果として、光束制御部材１５０の外面全体から略均一に光が出射される。一方、スリット１５７を通過した光および発光素子１３２の中心以外から出射した光は、第２光束制御部材１５２に到達する。第２光束制御部材１５２に入射した光は、複数の凹条１７３で拡散されつつ光束制御部材１５０の外部に透過する。光束制御部材１５０の出射面１５６から出射された光は、空気層を透過してカバー１４０の内面に到達する。カバー１４０の内面に到達した光は、拡散されつつカバー１４０を透過する。結果として、カバー１４０の外表面全面から略均一に光が出射される。このようにして、点状光源である発光素子１３２からの出射光を光束制御部材１５０によって線状の光に変換することができる。
　（シミュレーション１）
　シミュレーション１では、本実施の形態に係る照明装置１００のカバー１４０の外表面における輝度分布をシミュレーションした。また、比較のため、スリット１５７を有さない比較例に係る光束制御部材を有する比較例に係る照明装置（図８Ａ参照）のカバーの外表面における輝度分布もシミュレーションした。
　図８Ｂは、照明装置１００を正面から観察した場合の輝度分布のシミュレーション条件を説明するための図である。図８Ｂに示されるように、本シミュレーションでは、基板１２０上に複数の発光素子１３２（白色ＬＥＤ）を中心間距離（Ｐ）が４８ｍｍとなるように一列に配置し、各発光素子１３２の上に長さ３８ｍｍの光束制御部材１５０を配置した。また、発光素子１３２の発光面からカバー１４０の外表面までの距離を１６ｍｍとし、光束制御部材１５０の高さを６．７ｍｍとし、カバー１４０の内径を２４ｍｍとした。なお、本シミュレーションでは、１つの発光素子１３２のみを点灯させた場合の例を示している。
　図８Ｃは、シミュレーション結果を示すグラフである。図８Ｃの横軸は、シミュレーションした発光素子１３２（光束制御部材１５０）に隣接する発光素子１３２の光軸ＬＡからの距離（ｍｍ）を示している。また、縦軸は、輝度（ｃｄ／ｍ２）を示している。図８Ｃの実線は、本実施の形態に係る光束制御部材１５０を使用した場合のシミュレーション結果を示しており、破線は、比較例の光束制御部材を使用した場合のシミュレーション結果を示している。
　図８Ｂに示されるように、スリット１５７を有する光束制御部材１５０を用いた本実施の形態に係る照明装置１００は、スリット１５７を有さない比較例の光束制御部材（図８Ａ参照）を用いた比較例の照明装置と比較して、スリット１５７直上のカバー１４０の外表面における輝度が高かった。また、光束制御部材１５０から出射される光の輝度は、発光素子１３２の光軸ＬＡと、カバー１４０の外表面との交点から離れるにしたがって低かった。
　（シミュレーション２）
　次に、カバー１４０上の輝度分布に対するスリット１５７の幅の影響についてシミュレーションした。シミュレーションには、スリット１５７の幅が０．０５ｍｍ、０．１ｍｍ、０．３ｍｍおよび１．０ｍｍの４種類の第１光束制御部材１５１を使用した。本シミュレーションでは、第２光束制御部材１５２を使用せず、スリット１５７を通過する光のみが照射するカバー１４０の外表面の輝度分布を調べた。その他のシミュレーションの条件は、シミュレーション１と同じである。
　図９Ａは、シミュレーション結果を示すグラフであり、図９Ｂは、光束制御部材１５０の長軸方向（発光素子１３２の配列方向）におけるスリット１５７の中心からの距離と、カバー１４０の外表面における輝度との関係を示すグラフである。図９Ａの横軸は、スリット１５７の中心（第１光束制御部材１５１の中心）からの距離（ｍｍ）を示しており、図９Ｂの横軸は、スリット幅（ｍｍ）を示している。図９Ａおよび図９Ｂの縦軸は、カバー１４０の外表面における輝度（ｃｄ／ｍ２）を示している。図９Ａにおける破線はスリット１５７の幅が０．０５ｍｍの第１光束制御部材１５１を用いた場合の結果を示しており、一点鎖線はスリット１５７の幅が０．１ｍｍの第１光束制御部材１５１を用いた場合の結果を示しており、二点鎖線はスリット１５７の幅が０．３ｍｍの第１光束制御部材１５１を用いた場合の結果を示しており、実線はスリット１５７の幅が１．０ｍｍの第１光束制御部材１５１を用いた場合の結果を示している。
　図９Ａに示されるように、スリット１５７の幅が長くなるにつれてスリット１５７を通る光が多くなることが分かる。また、図９Ｂに示されるように、スリット１５７の幅と、スリット１５７を通る光の光量との間には、相関関係があることが分かった。
　（シミュレーション３）
　次に、本実施の形態に係る光束制御部材１５０を有する照明装置１００を用いて、カバー１４０の外表面の輝度分布に対するスリット１５７の幅の影響についてシミュレーションした。また、比較例としてスリットが塞がれた光束制御部材（図１０Ａ参照）を有する照明装置についてシミュレーションした。その他のシミュレーション条件は、シミュレーション１と同じである。
　図１０Ｂは、シミュレーション結果を示すグラフであり、図１０Ｃは、光束制御部材１５０の長軸方向（発光素子１３２の配列方向）におけるスリット１５７の中心からの距離と、スリット１５７を通る光の光量との関係を示すグラフである。図１０Ｂおよび図１０Ｃの横軸は、スリット幅（ｍｍ）を示しており、図１０Ｂおよび図１０Ｃの縦軸は、カバー１４０の外表面における輝度（ｃｄ／ｍ２）を示している。図１０Ｂにおける太い実線はスリット１５７の幅が０．０５ｍｍの第１光束制御部材１５１を用いた場合の結果を示しており、太い破線はスリット１５７の幅が０．１ｍｍの第１光束制御部材１５１を用いた場合の結果を示しており、太い一点鎖線はスリット１５７の幅が０．３ｍｍの第１光束制御部材１５１を用いた場合の結果を示しており、太い二点鎖線はスリット１５７の幅が１．０ｍｍの第１光束制御部材１５１を用いた場合の結果を示している。図１０Ｂにおける細い実線は平坦部の幅が０．３ｍｍの第１光束制御部材１５１を用いた場合の結果を示しており、細い破線は平坦部の幅が０．６ｍｍの第１光束制御部材１５１を用いた場合の結果を示しており、細い一点鎖線は平坦部の幅が１．２ｍｍの第１光束制御部材１５１を用いた場合の結果を示している。
　図１０Ｂに示されるように、スリット１５７の幅が長くなるにつれてスリット１５７を通る光が多くなることが分かる。また、図１０Ｃに示されるように、スリット１５７の幅と、スリット１５７を通る光の光量との間には、相関関係があることが分かった。
　図８Ｂに示されるように、本実施の形態に係る照明装置１００は、基板１２０上に複数の発光装置（光束制御部材１５０および発光素子１３２）が配置されている。そして、図８Ｃに示されるように、１つの発光装置１３０のみを使用した場合、カバー１４０の外表面における光の輝度は、発光装置１３０の中心から離れるにつれて低くなっていた。したがって、カバー１４０全体から均一に光を出射させるためには、発光装置１３０から出射される光を、隣接する光束制御部材１５０から出射された光と部分的に重複させることが必要となる。このように、部分的に光を重複させて、照明装置１００全体として光を均一に出射させるためには、発光素子１３２の光軸ＬＡとカバー１４０の外表面との交点における輝度Ａと、カバー１４０の外表面において互いに隣接する２つの当該交点の中点における輝度Ｂとは、「輝度Ａ＜１．７×輝度Ｂ」を満たすことが好ましい。より具体的には、（輝度Ａ＋輝度Ｃ×２）≒（２×輝度Ｂ）、かつ１．７×輝度Ｂ≦（輝度Ａ＋輝度Ｃ×２）≦２．３×輝度Ｂを満たすことが好ましい。ここで、「輝度Ｃ」は、輝度Ａを示す光束制御部材１５０に隣接する光束制御部材１５０の光軸ＬＡと、カバー１４０の外表面との交点における輝度をいう。発光素子１３２の中心間距離、空間距離、光束制御部材１５０の材料および拡散カバーを適宜変更しても、輝度Ａ、輝度Ｂおよび輝度Ｃが前述の範囲内にあれば、照明装置１００から出射される光の輝度の均一性を確保することができる。
　なお、複数の凹条１７３の断面が三角形である場合、凹条１７３は、第１傾斜面および第２傾斜面を有する。
　（効果）
　本発明者は、特許文献１に記載のＬＥＤ照明燈装置における問題を解決するために、まず前述した全反射面１５４を有する光束制御部材を作製した。この光束制御部材では、発光素子１３２の直上部が明るくなりすぎるという問題を解決することができたが、今度は発光素子１３２間が明るくなり、発光素子１３２の直上部が暗くなってしまうという問題があった。
　そこで、本発明者は、全反射面１５４の間にスリット１５７を設けることで、発光素子１３２から出射した光をそのままスリット１５７を通るように進行させた。これにより、本実施の形態に係る照明装置１００では、発光素子１３２の直上部分を明るくすることができ、発光素子１３２の配列方向の輝度ムラを少なくすることができる。また、スリット１５７を通る光の光路上に凹条（拡散透過部）１７３を有する第２光束制御部材１５２を配置することで、照明装置１００の有効発光領域から出射される光の光量を均一にすることができる。
　（変形例）
　図１１および図１２は、実施の形態の変形例に係る発光装置１３０の構成を示す図である。図１１Ａは、変形例に係る第１光束制御部材１５１の配置を示した斜視図であり、図１１Ｂは、図１１Ａに示される第１光束制御部材１５１に第２光束制御部材１５２を組み合わせた状態を示す図である。図１２Ａは、発光素子１３２の光軸ＬＡに垂直な平面において導光部１５５が連結した状態の光束制御部材１５０を示す斜視図であり、図１２Ｂは、発光素子１３２の光軸ＬＡを含む平面において導光部１５５が連結した状態の光束制御部材１５０を示す斜視図である。
　図１１Ａ、Ｂ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１５０では、複数の光束制御部材１５０（第１光束制御部材１５１および第２光束制御部材１５２）が連なって配置されていてもよい。また、図１２Ａ、Ｂ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１５０では、２つの導光部１５５の全反射面１５４と反対側の端面同士が結合されており、全体として、円環形状となるように形成されていてもよい。
　本出願は、２０１４年６月３日出願の特願２０１４－１１４９１７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。
　本発明の照明装置は、蛍光管などに代えて使用されうるため、各種照明機器に幅広く適用されうる。
　１００　照明装置
　１１０　フレーム
　１２０　基板
　１３０　発光装置
　１３２　発光素子
　１４０　カバー
　１５０、１０、１０’　光束制御部材
　１５１　第１光束制御部材
　１５２　第２光束制御部材
　１５３、１２　入射面
　１５４、１４　全反射面
　１５５　導光部
　１５６、１６　出射面
　１５７　スリット
　１５８　第１凹部
　１６０　導光部本体
　１６１　補強部材
　１６２　位置決め凸部
　１６３　第２凹部
　１６４　ガイド係合溝
　１７１　半円筒部
　１７２　側壁部
　１７３　凹条
　１７４　係合突起
　１７５　突起部
　１８　全反射面の接続部

Claims (5)

  1. 　第１光束制御部材および第２光束制御部材を有し、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、
    　前記第１光束制御部材は、
    　発光素子から出射された光の一部を入射する入射面と、
    　前記入射面を挟んで前記発光素子と対向する位置に形成され、前記入射面で入射した光の一部を、前記発光素子の光軸と略垂直であり、かつ互いに反対向きである２つの方向に反射させる２つの全反射面と、
    　前記２つの全反射面の間に配置され、前記発光素子から出射された光の他の一部を前記光軸に沿う方向にそのまま進行させるスリットと、
    　前記入射面、前記全反射面および前記スリットを挟んで相対する位置に配置され、前記入射面で入射した光の一部および前記全反射面で反射した光を導光する２つの導光部と、
    　前記導光部の外面に形成され、前記導光部により導光された光を外部に出射する出射面と、
    　を含み、
    　前記第２光束制御部材は、前記スリットを覆うように配置され、かつ前記スリットを進行した光を拡散させつつ透過させる拡散透過部を含む、
    　光束制御部材。
  2. 　前記スリットは、前記２つの全反射面の間の境界部を含む断面において、前記発光素子の光軸に対して、少なくとも４５°までの角度で前記発光素子から出射された光をそのまま進行させる、請求項１に記載の光束制御部材。
  3. 　発光素子と
    　前記発光素子の光軸が前記スリットを通るように配置された、請求項１または請求項２に記載の光束制御部材と、
    　を有する、発光装置。
  4. 　複数の請求項３に記載の発光装置と、
    　前記複数の発光装置を覆うように前記複数の発光装置のそれぞれに対して空気層を介して配置されたカバーと、
    　を有する、照明装置。
  5. 　前記発光素子の光軸と前記カバーの外表面との交点における輝度Ａと、前記カバーの外表面において互いに隣接する２つの前記交点の中点における輝度Ｂとは、以下の式（１）を満たす、請求項４に記載の照明装置。
    　輝度Ａ＜１．７×輝度Ｂ　　　（１）
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