光束制御部材および照明装置
【課題】発光素子を含む照明装置に使用される光束制御部材であって、側方方向および後方方向へ向かう出射光量だけではなく、前方方向へ向かう出射光量も制御して、照明装置の配光特性をより白熱電球に近づけることができる光束制御部材を提供すること。
【解決手段】光束制御部材１３０は、平面視形状が略円形の部材であって、発光素子１２０から出射された光を反射させる反射面１３２と、発光素子１２０から出射された光を透過させる透過部１３４とを有する。反射面１３２は、外周部１３８よりも中心部１３６の方が発光素子１２０寄りに位置する凹面である。光束制御部材１３０を平面視した場合に、少なくとも中心側の半分の領域には、透過部１３４が形成されている。
【解決手段】光束制御部材１３０は、平面視形状が略円形の部材であって、発光素子１２０から出射された光を反射させる反射面１３２と、発光素子１２０から出射された光を透過させる透過部１３４とを有する。反射面１３２は、外周部１３８よりも中心部１３６の方が発光素子１２０寄りに位置する凹面である。光束制御部材１３０を平面視した場合に、少なくとも中心側の半分の領域には、透過部１３４が形成されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光素子から出射された光の進行方向を制御する光束制御部材に関する。また、本発明は、前記光束制御部材を有する照明装置であって、白熱電球に代えて使用されうる照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
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、白熱電球に代わるものとして使用されている。
【０００３】
しかしながら、従来のＬＥＤを光源とする照明装置は、前方方向のみに光を出射し、白熱電球のように幅広い方向に光を出射することができない。このため、従来の照明装置は、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明することができない。
【０００４】
このような従来のＬＥＤを光源とする照明装置の配光特性を白熱電球の配光特性に近づけるため、ＬＥＤからの出射光の進行方向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）。
【０００５】
図１は、特許文献１に記載の光束制御部材（反射鏡）を含む照明装置の構成を示す模式図である。図１に示されるように、照明装置１０は、基板２０と、基板２０上に配置された複数のＬＥＤ３０と、ＬＥＤ３０からの出射光を反射させる反射鏡４０とを有する。反射鏡４０の反射面は、円錐台の側面と略同一形状である。図１において矢印で示されるように、複数のＬＥＤ３０のうち、反射鏡４０の内側に配置されているＬＥＤ３０からの出射光は、そのまま前方方向（上方向）への出射光となる。一方、反射鏡４０の外側に配置されているＬＥＤ３０からの出射光は、反射鏡４０の反射面で反射して、側方方向（水平方向）または後方方向（下方向）への出射光となる。
【０００６】
このように反射鏡を用いてＬＥＤからの出射光の進行方向を制御することにより、前方方向だけでなく、側方方向および後方方向への出射光を得ることができる。したがって、特許文献１に記載の光束制御部材（反射鏡）を使用することで、照明装置（ＬＥＤ電球）の配光特性を白熱電球の配光特性に近づけることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】登録実用新案第３１６９３１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１に記載の光束制御部材（反射鏡）には、基板の中央部に配置された発光素子（ＬＥＤ）からの出射光がそのまま前方方向への出射光となるので、前方方向への出射光量を制御することができないという問題がある。このため、特許文献１に記載の光束制御部材を使用した照明装置では、全体としてバランスの悪い配光特性となってしまう。
【０００９】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、側方方向および後方方向へ向かう出射光量だけではなく、前方方向へ向かう出射光量も制御して、配光特性をより白熱電球に近づけることができる光束制御部材を提供することを目的とする。また、本発明は、この光束制御部材を有する照明装置を提供することも目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の光束制御部材は、基板上に配置された１または２以上の発光素子の光束の中心と同心にその中心軸が位置するように、前記発光素子に対して空気層を介して配置される、平面視形状が略円形の光束制御部材であって、前記発光素子から出射された光を反射させる反射面と、前記発光素子から出射された光を透過させる透過部と、を有し、前記反射面は、外周部よりも中心部の方が前記発光素子寄りに位置する凹面であり、前記光束制御部材を平面視した場合に、半径の外側から０〜２５％の部分からなる環形の領域を領域ａとし、半径の外側から２５〜５０％の部分からなる環形の領域を領域ｂとし、半径の外側から５０〜７５％の部分からなる環形の領域を領域ｃとし、半径の外側から７５〜１００％の部分からなる円形の領域を領域ｄとしたときに、前記透過部は、少なくとも、前記領域ｃおよび前記領域ｄからなる領域に形成されており、かつ前記領域ｃにおける前記透過部の面積率は、前記領域ｄにおける前記透過部の面積率以上である、構成を採る。
【００１１】
本発明の照明装置は、基板上に配置された１または２以上の発光素子と、前記発光素子に対して空気層を介して配置された、前記光束制御部材と、前記光束制御部材の外縁から前記基板側へ延びる側壁部、および前記光束制御部材に対して空気層を介して配置される蓋部を含むカバーと、を有し、前記側壁部は、前記光束制御部材の反射面で反射して前記側壁部の内面に到達した光、および前記発光素子から前記側壁部の内面に直接到達した光を、前記側壁部の外面から外方へ出射させ、前記蓋部は、前記光束制御部材の透過部を透過して前記蓋部の内面に到達した光を前記蓋部の外面から外方へ出射させる、構成を採る。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の光束制御部材は、側方方向および後方方向へ向かう出射光量だけではなく、透過部の透過光量を調整することで、前方方向へ向かう出射光量も制御することができる。このため、本発明の照明装置は、出射光の配光特性を白熱電球の配光特性に近づけることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】特許文献１に記載の照明装置の構成を示す模式図である。
【図２】実施の形態１の照明装置の構成を示す断面図である。
【図３】図３Ａは、実施の形態１の光束制御部材の平面図であり、図３Ｂは、実施の形態１の光束制御部材の断面図であり、図３Ｃは、実施の形態１の光束制御部材の底面図である。
【図４】図４Ａおよび図４Ｂは、透過部の位置を説明するための実施の形態１の光束制御部材の平面図である。
【図５】図５Ａおよび図５Ｂは、実施の形態１の照明装置における光路の一例を示す断面図である。
【図６】実施の形態１の照明装置の配光特性を示すグラフである。
【図７】図７Ａは、実施の形態２の光束制御部材の平面図であり、図７Ｂは、実施の形態２の光束制御部材の断面図であり、図７Ｃは、実施の形態２の光束制御部材の底面図である。
【図８】透過部の位置を説明するための実施の形態２の光束制御部材の平面図である。
【図９】実施の形態２の照明装置の配光特性を示すグラフである。
【図１０】実施の形態２の照明装置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１１】実施の形態２の照明装置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１２】実施の形態２の照明装置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１３】図１３Ａおよび図１３Ｂは、光束制御部材の固定方法の一例を示す断面図である。
【図１４】図１４Ａおよび図１４Ｂは、光束制御部材の固定方法の別の例を示す断面図である。
【図１５】図１５Ａおよび図１５Ｂは、光束制御部材の固定方法の別の例を示す断面図である。
【図１６】図１６Ａは、図１４Ｂに示されるＡ−Ａ線についてのカバーの断面図であり、図１６Ｂは、図１５Ｂに示されるＢ−Ｂ線についてのカバーの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
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。
【００１５】
（実施の形態１）
［照明装置の構成］
図２は、本発明の実施の形態１の照明装置１００の構成を示す断面図である。本実施の形態の照明装置１００は、白熱電球に代えて使用されうる。
【００１６】
図２に示されるように、照明装置１００は、基板１１０、１または２以上の発光素子１２０、光束制御部材１３０およびカバー１４０を有する。
【００１７】
発光素子１２０は、照明装置１００の光源であり、基板１１０上に固定されている。発光素子１２０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。基板１１０上に複数の発光素子１２０が固定されている場合、各発光素子１２０は、円周上に配置されていることが好ましい。
【００１８】
光束制御部材１３０は、発光素子１２０からの出射光の進行方向を制御する、平面視形状が略円形の部材である。後述するように、光束制御部材１３０は、発光素子１２０からの出射光を反射させる反射面１３２と、発光素子１２０からの出射光を透過させる透過部１３４とを有する。
【００１９】
光束制御部材１３０は、その中心軸ＣＡが発光素子１２０の光軸ＬＡに合致するように、発光素子１２０に対して空気層を介して配置されている。すなわち、光束制御部材１３０は、発光素子１２０と対向するように配置されている。基板１１０上に複数の発光素子１２０が配置されている場合、「発光素子の光軸」とは、複数の発光素子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。以下の説明では、光束制御部材１３０の主たる２つの面のうち、発光素子１２０と対向する面（図２において下向きの面）を「内面」といい、内面の反対側の面（図２において上向きの面）を「外面」というときがある。
【００２０】
本発明の照明装置１００は、光束制御部材１３０の構成に主たる特徴を有する。そこで、光束制御部材１３０の構成については、別途詳細に説明する。
【００２１】
カバー１４０は、光束制御部材１３０により進行方向を制御された光を拡散させる、中空構造の部材である。カバー１４０は、光束制御部材１３０の外縁から基板１１０側へ延びる側壁部１４２と、光束制御部材１３０に対して空気層を介して配置される蓋部１４４とを有する。側壁部１４２は、光束制御部材１３０の内面（反射面１３２が存在する面）側に位置し、蓋部１４４は、光束制御部材１３０の外面（内面の反対側の面）側に位置する。図２に示される例では、側壁部１４２と蓋部１４４とが別部材として形成されているが、これらは一体として形成されていてもよい（図１３〜図１５参照）。
【００２２】
側壁部１４２は、光束制御部材１３０の反射面１３２で反射して側壁部１４２の内面に到達した光と、発光素子１２０から側壁部１４２の内面に直接到達した光とを側壁部１４２の外面から外方へ出射させる（図５Ａ参照）。一方、蓋部１４４は、光束制御部材１３０の透過部１３４を透過して蓋部１４４の内面に到達した光を蓋部１４４の外面から外方へ出射させる（図５Ｂ参照）。
【００２３】
前述の通り、カバー１４０（側壁部１４２および蓋部１４４）は、光束制御部材１３０により進行方向を制御された光を拡散させる。カバー１４０に光拡散機能を付与する手段は、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、光拡散能を有する材料（例えば、ビーズなどの散乱子を含有する透光性材料）を用いてカバー１４０を作製してもよい。なお、カバー１４０の形状は、所望の配光特性を実現することができれば特に限定されない。たとえば、カバー１４０の形状は、球冠（球面の一部を平面で切り取った形状）である。
【００２４】
［光束制御部材の構成］
図３Ａは、光束制御部材１３０の平面図であり、図３Ｂは、図３Ａに示されるＢ−Ｂ線の断面図であり、図３Ｃは、光束制御部材１３０の底面図である。これらの図に示されるように、光束制御部材１３０の形状は、中心軸ＣＡを中心とする回転対称である。したがって、光束制御部材１３０の平面視形状は、略円形状である。
【００２５】
図３Ａ〜図３Ｃに示されるように、光束制御部材１３０は、反射面１３２と、複数の透過部１３４とを有する。
【００２６】
反射面１３２は、照明装置１００において発光素子１２０に対向する面（内面；図３Ｃに示される面）に形成されている。前述の通り、反射面１３２は、発光素子１２０からの出射光をカバー１４０の側壁部１４２に向けて反射させる（図５Ａ参照）。たとえば、反射面１３２は、樹脂などからなる光束制御部材１３０の内面に光反射膜を成膜することにより形成されうる。また、反射面１３２は、光束制御部材１３０を光反射性の材料（例えば、骨白アクリルや、同等色のポリカーボネートなどの樹脂、金属板など）で作製することによっても形成されうる。
【００２７】
図２および図３Ｂに示されるように、反射面１３２は、中心軸ＣＡ上に位置する中心部１３６が外周部１３８よりも発光素子１２０（基板１１０）側に位置する凹面である。すなわち、反射面１３２は、中心軸ＣＡ上に収斂するテーパー状の凹面である。通常、反射面１３２の形状は、光束制御部材１３０の中心部１３６から外周部１３８に向かうにつれて傾斜が緩やかになる曲面形状である。ただし、反射面１３２のうち発光素子１２０（基板１１０）から最も離れた部位が、外周部１３８であるとは限らない。すなわち、図２および図３Ｂに示されるように、中心部１３６と外周部１３８との間に、発光素子１２０から最も離れた部位が位置していてもよい。この場合、反射面１３２の形状は、中心部１３６と外周部１３８との間であって、かつ外周部１３８に近い位置に傾斜角度が零となる点が生じる非球面形状となる。もちろん、外周部１３８が発光素子１２０（基板１１０）から最も離れた部位であってもよい。
【００２８】
透過部１３４は、発光素子１２０からの出射光を、内面（発光素子１２０に対向する面）側から外面（発光素子１２０に対向しない面）側に透過させる（図５Ｂ参照）。図２および図３に示される例では、透過部１３４は、貫通孔である。しかしながら、透過部１３４は、光を透過させることができれば貫通孔でなくてもよく、例えば有底の凹部であってもよい。この場合、発光素子１２０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。通常、これらの貫通孔または凹部は、中心軸ＣＡと平行になるように形成される。
【００２９】
図４Ａに示されるように、光束制御部材１３０を平面視した場合に、半径ｒの外側から０〜２５％の部分からなる環形の領域を「領域ａ」とし、半径ｒの外側から２５〜５０％の部分からなる環形の領域を「領域ｂ」とし、半径ｒの外側から５０〜７５％の部分からなる環形の領域を「領域ｃ」とし、半径ｒの外側から７５〜１００％の部分からなる円形の領域を「領域ｄ」とする。この場合、図４Ｂに示されるように、透過部１３４は、少なくとも、領域ｃおよび領域ｄからなる領域に形成される。これらの領域に透過部１３４を形成しない場合、照明装置１００において前方方向（上方向）への出射光が不足してしまい、良好な配光特性を実現することができない（図５Ｂおよび図１０参照）。
【００３０】
領域ｃにおける透過部１３４の面積率は、領域ｄにおける透過部１３４の面積率以上である（ｃ≧ｄ；図４Ｂ参照）。領域ｃにおける透過部１３４の面積率が領域ｄにおける透過部１３４の面積率未満の場合（微差ではない程度にｃ＜ｄの場合）、領域ｃを透過して前方方向へ向かう光が減少し、その分、側方方向に向けて反射する光成分が増加する（図５Ａおよび図５Ｂ参照）。発光素子１２０がある程度の面積を有する面発光の光源であることや、カバー１４０により光束制御部材１３０からの出射光が拡散されることなどの理由により、照明装置１００における前方方向の特定角度（発光中心から領域ｃを通って前方方向へ向かう光線の光軸に対する角度）の出射光量がゼロになることはない。しかしながら、発光素子１２０の発光面上の任意点と領域ｃを結ぶ線分の延長方向に向かう出射光が不足してしまうため、良好な配光特性を実現することができない（図１２参照）。なお、透過部１３４が貫通孔の場合は、透過部１３４の面積率は、開口率と同じである。
【００３１】
また、透過部１３４は、最も外周側に位置する領域ａに形成されていないことが好ましい（図４Ｂ参照）。領域ａに透過部１３４が形成されている場合、領域ａに形成されている透過部１３４とカバーの蓋部１４４とが近接しているため、照明装置１００においてカバーの蓋部１４４にスポット模様が現れてしまい、見た目が悪くなるおそれがある。なお、領域ｂについては、透過部１３４は、形成されていてもよいし（図４Ｂ参照）、形成されていなくてもよい。
【００３２】
具体的には、光束制御部材１３０の各領域における透過部１３４の面積率（開口率）は、以下の条件を満たすことが好ましい。
・領域ａ：０面積％
・領域ｂ：０〜３０面積％
・領域ｃ：１０〜５０面積％
・領域ｄ：０〜１５面積％（ただし、領域ｃの透過部１３４の面積率以下である）
・領域ｃおよび領域ｄの合計：１０〜５０面積％
【００３３】
図２〜図４に示される光束制御部材１３０の各領域における透過部１３４の面積率（開口率）は、以下の通りである。
・領域ａ：０面積％
・領域ｂ：５.３面積％
・領域ｃ：２５.５面積％
・領域ｄ：１３.３面積％
【００３４】
光束制御部材１３０の素材は、所望の強度を有し、かつ反射面１３２が反射特性を有するものであれば特に限定されない。光束制御部材１３０の素材の例には、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、液晶ポリマー（ＬＣＰ）などの樹脂や、アルミニウム（Ａｌ）、ステンレス鋼（ＳＵＳ）などの金属（合金）、ガラスなどが含まれる。
【００３５】
図５Ａは、発光素子１２０からの出射光が光束制御部材１３０の反射面１３２で反射される様子を示す模式図である。また、図５Ｂは、発光素子１２０からの出射光が光束制御部材１３０の透過部１３４を透過する様子を示す模式図である。図５Ｂでは、各光線がどの領域の透過部１３４を透過したのかを表記している。
【００３６】
図５Ａに示されるように、反射面１３２で反射した光は、側壁部１４２を通して、側方方向または後方方向に出射される。発光素子１２０の発光中心からの出射光は、中心部１３６近傍で反射した光よりも、外周部１３８近傍で反射した光の方が、より後方に向かう光に変換される。また、図５Ｂに示されるように、光束制御部材１３０の領域ｂ、領域ｃおよび領域ｄに形成された透過部１３４を透過した光は、蓋部１４４を通して、前方方向に出射される。
【００３７】
［照明装置の配光特性の測定］
図２に示される実施の形態１の照明装置１００の配光特性を測定した。光束制御部材１３０は、骨白アクリル板を切削加工することにより作製した。なお、照明装置１００の各構成要素のパラメータは、以下の通りである。
・発光素子１２０の大きさ：２０×１５ｍｍ
・発光素子１２０と光束制御部材の中心部１３６との間隔：３ｍｍ
・カバーの側壁部１４２の高さ：１２ｍｍ
・カバー１４０全体の高さ：３０ｍｍ
・カバー１４０全体の外径：４０ｍｍ
・光束制御部材１３０の高さ：１０ｍｍ
・光束制御部材１３０の外径：３８ｍｍ
・領域ｂに形成された透過部１３４（貫通孔）の径：１ｍｍ
・領域ｃに形成された透過部１３４（貫通孔）の径：２.４ｍｍ
・領域ｄに形成された透過部１３４（貫通孔）の径：１ｍｍ
・反射面１３２の粗さ：Ｒａ ０.０３μｍ以下、Ｒｙ ０.３μｍ以下
【００３８】
配光特性は、以下の手順で測定した。照明装置１００内の発光素子１２０の発光中心から光軸ＬＡに沿って所定の距離離れた位置（基準位置０°）に照度計を配置した。照度計を発光素子１２０の発光中心を回転中心として、右回り方向（＋θ方向）に５°間隔で１８０°回転させて照度を測定し、左回り方向（−θ方向）に５°間隔で１８０°回転させて照度を測定した。測定した照度のうちの最高照度を１とした場合の相対照度（無次元値）を曲線で滑らかに結んで、図６のグラフを作成した。
【００３９】
図６は、実施の形態１の照明装置１００の配光特性を示すグラフである。このグラフにおいて、０°は前方方向（上方方向）を意味し、９０°は側方方向（水平方向）を意味し、１８０°は後方方向（下方方向）を意味する。図６から、実施の形態１の照明装置１００は、広く（２７０°程度）かつバランスのよい配光特性であることがわかる。
【００４０】
［効果］
実施の形態１の光束制御部材１３０は、光束制御部材１３０に到達した発光素子１２０からの出射光のうち、一部の光を反射面１３２によってカバーの側壁部１４２の方向へ反射させ（図５Ａ参照）、残部の光を透過部１３４によってカバーの蓋部１４４の方向へ透過させる（図５Ｂ参照）。このとき、透過部１３４の位置および面積率を調整することで、各方向への出射光量を容易に制御することができる。このように、実施の形態１の光束制御部材１３０は、側方方向および後方方向へ向かう出射光量だけではなく、前方方向へ向かう出射光量も制御して、配光特性をより白熱電球に近づけることができる。
【００４１】
実施の形態１の照明装置１００は、白熱電球に代えて室内照明などに使用されうる。また、実施の形態１の照明装置１００は、白熱電球よりも消費電力を少なくすることができると共に、白熱電球よりも長期間使用することができる。
【００４２】
（実施の形態２）
実施の形態２の照明装置２００（不図示）は、基板１１０、１または２以上の発光素子１２０、光束制御部材２１０およびカバー１４０を有する。実施の形態２の照明装置２００は、光束制御部材２１０以外の構成要素については実施の形態１の照明装置１００と同一である。そこで、本実施の形態では、光束制御部材２１０についてのみ説明する。また、図２〜図４に示される実施の形態１の照明装置１００および光束制御部材１３０と同一の構成要素については、同一の符号を付してその説明を省略する。
【００４３】
［光束制御部材の構成］
図７Ａは、実施の形態２の光束制御部材２１０の平面図であり、図７Ｂは、図７Ａに示されるＢ−Ｂ線の断面図であり、図７Ｃは、光束制御部材２１０の底面図である。また、図８は、透過部１３４の位置を説明するための実施の形態２の光束制御部材２１０の平面図である。
【００４４】
図７Ａ〜図７Ｃおよび図８に示されるように、実施の形態２の光束制御部材２１０は、より多数の透過部１３４（貫通孔）を有する点において実施の形態１の光束制御部材１３０と異なる。具体的には、実施の形態２の光束制御部材２１０は、領域ｂにより多数の透過部１３４を有している（図４Ｂと図８とを比較参照）。
【００４５】
図７および図８に示される光束制御部材２１０の各領域における透過部１３２の面積率（開口率）は、以下の通りである。
・領域ａ：０面積％
・領域ｂ：１５.７面積％
・領域ｃ：２５.５面積％
・領域ｄ：１３.３面積％
【００４６】
［照明装置の配光特性の測定］
図７に示される実施の形態２の光束制御部材２１０を含む実施の形態２の照明装置２００（不図示）の配光特性を測定した。配光特性の測定手順は、実施の形態１において説明した手順と同一である。光束制御部材２１０は、骨白アクリルを切削することで作製した。なお、照明装置２００の各構成要素のパラメータは、以下の通りである（図２参照）。
・発光素子１２０の大きさ：２０×１５ｍｍ
・発光素子１２０と光束制御部材１３０との間隔：３ｍｍ
・カバーの側壁部１４２の高さ：１２ｍｍ
・カバー１４０全体の高さ：３０ｍｍ
・カバー１４０全体の外径：４０ｍｍ
・光束制御部材１３０の高さ：１０ｍｍ
・光束制御部材１３０の外径：３８ｍｍ
・領域ｂに形成された外側の透過部１３４（貫通孔）の径：１ｍｍ
・領域ｂに形成された内側の透過部１３４（貫通孔）の径：１.４ｍｍ
・領域ｃに形成された透過部１３４（貫通孔）の径：２.４ｍｍ
・領域ｄに形成された透過部１３４（貫通孔）の径：１ｍｍ
・反射面１３２の粗さ：Ｒａ ０.０３μｍ以下、Ｒｙ ０.３μｍ以下
【００４７】
図９は、実施の形態２の照明装置２００の配光特性を示すグラフである。図９から、実施の形態２の照明装置２００は、実施の形態１の照明装置１００と同様に、広く（２７０°程度）かつバランスのよい配光特性であることがわかる。
【００４８】
［照明装置の配光特性のシミュレーション］
シミュレーションソフト（LightTools；Optical Research Associates社）を使用して、実施の形態２の光束制御部材２１０の透過部１３４の面積率を変化させたときの照明装置の配光特性をシミュレーションした。透過部１３４の面積率（開口率）以外の条件（パラメータ）は、実施の形態２の照明装置２００および光束制御部材２１０と同じ値となるように設定した。
【００４９】
以下の４種類の光束制御部材を含む照明装置について、配光特性のシミュレーションを行った。「光束制御部材１」は、実施の形態２の光束制御部材２１０に相当する（図７参照）。
［光束制御部材１］
・領域ａ：０面積％
・領域ｂ：１５.７面積％
・領域ｃ：２５.５面積％
・領域ｄ：１３.３面積％
［光束制御部材２］
・領域ａ：０面積％
・領域ｂ：１５.７面積％
・領域ｃ：０面積％
・領域ｄ：０面積％
［光束制御部材３］
・領域ａ：０面積％
・領域ｂ：１５.７面積％
・領域ｃ：１３.３面積％
・領域ｄ：１３.３面積％
［光束制御部材４］
・領域ａ：０面積％
・領域ｂ：１５.７面積％
・領域ｃ：０面積％
・領域ｄ：１３.３面積％
【００５０】
図１０は、光束制御部材１を含む照明装置および光束制御部材２を含む照明装置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９に示される光束制御部材２１０を含む照明装置２００の配光特性（測定結果）と、図１０に示される光束制御部材１を含む照明装置の配光特性（シミュレーション結果）とが異なるのは、光束制御部材２１０の反射面１３２において反射する光の拡散の度合、およびカバー１４０において透過する光の拡散の度合をシミュレーションにおいて厳密に設定することが困難であるためと考えられる。
【００５１】
光束制御部材１は、領域ｃおよび領域ｄの両方に透過部１３４が形成されている（ｃ，ｄ＞０）。一方、光束制御部材２は、領域ｃおよび領域ｄのいずれにも透過部１３４が形成されていない（ｃ，ｄ＝０）。
【００５２】
図１０に示されるように、光束制御部材１（ｃ，ｄ＞０）を含む照明装置では、前方方向、側方方向および後方方向にバランスよく配光されていた。一方、光束制御部材２（ｃ，ｄ＝０）を含む照明装置では、側方方向および後方方向には配光されていたものの、前方方向にはほとんど配光されていなかった。これらの結果から、バランスよく配光するためには、領域ｃおよび領域ｄの両方または少なくとも一方に透過部１３４を形成する必要があることが示唆される。
【００５３】
図１１は、光束制御部材１を含む照明装置および光束制御部材３を含む照明装置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。また、図１２は、光束制御部材１を含む照明装置および光束制御部材４を含む照明装置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。
【００５４】
光束制御部材１は、領域ｃにおける透過部１３４の面積率が領域ｄの透過部１３４の面積率を超えている（ｃ＞ｄ）。一方、光束制御部材３は、領域ｃにおける透過部１３４の面積率が領域ｄの透過部１３４の面積率と同じである（ｃ＝ｄ）。また、光束制御部材４は、領域ｃにおける透過部１３４の面積率が領域ｄの透過部１３４の面積率よりも小さい（ｃ＜ｄ）。
【００５５】
図１１に示されるように、光束制御部材１（ｃ＞ｄ）を含む照明装置および光束制御部材３（ｃ＝ｄ）を含む照明装置では、いずれもバランスよく配光されていた。一方、図１２に示されるように、光束制御部材４（ｃ＜ｄ）を含む照明装置では、側方方向および後方方向には配光されていたものの、前方方向にはほとんど配光されていなかった。これらの結果から、バランスよく配光するためには、領域ｃにおける透過部１３４の面積率を領域ｄの透過部１３４の面積率以上にする必要があることが示唆される。
【００５６】
［効果］
実施の形態２の照明装置２００および実施の形態２の光束制御部材２１０は、実施の形態１の照明装置１００および実施の形態１の光束制御部材１３０と同様の効果を有する。実施の形態２の照明装置２００は、白熱電球に代えて室内照明などに使用されうる。
【００５７】
（変形例）
上記各実施の形態では、図１３Ａ（固定前）および図１３Ｂ（固定後）に示されるように、カバーの側壁部１４２と蓋部１４４とで挟み込むことで光束制御部材１３０を固定する例について説明した。しかしながら、本発明の照明装置では、光束制御部材１３０の固定方法はこれに限定されるものではない。また、カバーの側壁部１４２と蓋部１４４とは、別部材である必要は無く、一体として形成されていてもよい。
【００５８】
たとえば、図１４Ａ（固定前）および図１４Ｂ（固定後）に示されるように、光束制御部材１３０を固定するための固定部１４６をそれぞれ有する２つのカバー１４０ａ，１４０ｂを用いて、光束制御部材１３０を固定してもよい。また、図１５Ａ（固定前）および図１５Ｂ（固定後）に示されるように、固定部１４６を有する一体型のカバー１４０を用いて、光束制御部材１３０を固定してもよい。
【００５９】
図１６Ａおよび図１６Ｂは、それぞれ図１４Ｂに示されるＡ−Ａ線におけるカバー１４０の断面図、図１５Ｂに示されるＢ−Ｂ線におけるカバー１４０の断面図である。図１６Ａおよび図１６Ｂに示されるように、固定部１６０は、向かい合うように一対形成されていればよいが、カバー１４０の内周全体に亘り形成されていてもよい。
【００６０】
図１３〜図１５に示されるカバー１４０は、すべてアンダーカット部が存在しないため、射出成形法などにより容易に製造することができる。なお、光束制御部材１３０とカバー１４０とを固定する方法は、特に限定されない。光束制御部材１３０とカバー１４０とを固定する方法の例には、接着や圧入などが含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
本発明の光束制御部材を含む照明装置は、白熱電球に代えて使用されうる。また、本発明の光束制御部材を含む照明装置は、配光特性を用途に応じて任意に調整することができるため、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。
【符号の説明】
【００６２】
１０ 照明装置
２０ 基板
３０ ＬＥＤ
４０ 反射鏡
１００，２００ 照明装置
１１０ 基板
１２０ 発光素子
１３０，２１０ 光束制御部材
１３２ 反射面
１３４ 透過部（貫通孔）
１３６ 中心部
１３８ 外周部
１４０ カバー
１４２ 側壁部
１４４ 蓋部
１４６ 固定部
ＣＡ 中心軸
ＬＡ 光軸
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光素子から出射された光の進行方向を制御する光束制御部材に関する。また、本発明は、前記光束制御部材を有する照明装置であって、白熱電球に代えて使用されうる照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
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、白熱電球に代わるものとして使用されている。
【０００３】
しかしながら、従来のＬＥＤを光源とする照明装置は、前方方向のみに光を出射し、白熱電球のように幅広い方向に光を出射することができない。このため、従来の照明装置は、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明することができない。
【０００４】
このような従来のＬＥＤを光源とする照明装置の配光特性を白熱電球の配光特性に近づけるため、ＬＥＤからの出射光の進行方向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）。
【０００５】
図１は、特許文献１に記載の光束制御部材（反射鏡）を含む照明装置の構成を示す模式図である。図１に示されるように、照明装置１０は、基板２０と、基板２０上に配置された複数のＬＥＤ３０と、ＬＥＤ３０からの出射光を反射させる反射鏡４０とを有する。反射鏡４０の反射面は、円錐台の側面と略同一形状である。図１において矢印で示されるように、複数のＬＥＤ３０のうち、反射鏡４０の内側に配置されているＬＥＤ３０からの出射光は、そのまま前方方向（上方向）への出射光となる。一方、反射鏡４０の外側に配置されているＬＥＤ３０からの出射光は、反射鏡４０の反射面で反射して、側方方向（水平方向）または後方方向（下方向）への出射光となる。
【０００６】
このように反射鏡を用いてＬＥＤからの出射光の進行方向を制御することにより、前方方向だけでなく、側方方向および後方方向への出射光を得ることができる。したがって、特許文献１に記載の光束制御部材（反射鏡）を使用することで、照明装置（ＬＥＤ電球）の配光特性を白熱電球の配光特性に近づけることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】登録実用新案第３１６９３１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１に記載の光束制御部材（反射鏡）には、基板の中央部に配置された発光素子（ＬＥＤ）からの出射光がそのまま前方方向への出射光となるので、前方方向への出射光量を制御することができないという問題がある。このため、特許文献１に記載の光束制御部材を使用した照明装置では、全体としてバランスの悪い配光特性となってしまう。
【０００９】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、側方方向および後方方向へ向かう出射光量だけではなく、前方方向へ向かう出射光量も制御して、配光特性をより白熱電球に近づけることができる光束制御部材を提供することを目的とする。また、本発明は、この光束制御部材を有する照明装置を提供することも目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の光束制御部材は、基板上に配置された１または２以上の発光素子の光束の中心と同心にその中心軸が位置するように、前記発光素子に対して空気層を介して配置される、平面視形状が略円形の光束制御部材であって、前記発光素子から出射された光を反射させる反射面と、前記発光素子から出射された光を透過させる透過部と、を有し、前記反射面は、外周部よりも中心部の方が前記発光素子寄りに位置する凹面であり、前記光束制御部材を平面視した場合に、半径の外側から０〜２５％の部分からなる環形の領域を領域ａとし、半径の外側から２５〜５０％の部分からなる環形の領域を領域ｂとし、半径の外側から５０〜７５％の部分からなる環形の領域を領域ｃとし、半径の外側から７５〜１００％の部分からなる円形の領域を領域ｄとしたときに、前記透過部は、少なくとも、前記領域ｃおよび前記領域ｄからなる領域に形成されており、かつ前記領域ｃにおける前記透過部の面積率は、前記領域ｄにおける前記透過部の面積率以上である、構成を採る。
【００１１】
本発明の照明装置は、基板上に配置された１または２以上の発光素子と、前記発光素子に対して空気層を介して配置された、前記光束制御部材と、前記光束制御部材の外縁から前記基板側へ延びる側壁部、および前記光束制御部材に対して空気層を介して配置される蓋部を含むカバーと、を有し、前記側壁部は、前記光束制御部材の反射面で反射して前記側壁部の内面に到達した光、および前記発光素子から前記側壁部の内面に直接到達した光を、前記側壁部の外面から外方へ出射させ、前記蓋部は、前記光束制御部材の透過部を透過して前記蓋部の内面に到達した光を前記蓋部の外面から外方へ出射させる、構成を採る。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の光束制御部材は、側方方向および後方方向へ向かう出射光量だけではなく、透過部の透過光量を調整することで、前方方向へ向かう出射光量も制御することができる。このため、本発明の照明装置は、出射光の配光特性を白熱電球の配光特性に近づけることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】特許文献１に記載の照明装置の構成を示す模式図である。
【図２】実施の形態１の照明装置の構成を示す断面図である。
【図３】図３Ａは、実施の形態１の光束制御部材の平面図であり、図３Ｂは、実施の形態１の光束制御部材の断面図であり、図３Ｃは、実施の形態１の光束制御部材の底面図である。
【図４】図４Ａおよび図４Ｂは、透過部の位置を説明するための実施の形態１の光束制御部材の平面図である。
【図５】図５Ａおよび図５Ｂは、実施の形態１の照明装置における光路の一例を示す断面図である。
【図６】実施の形態１の照明装置の配光特性を示すグラフである。
【図７】図７Ａは、実施の形態２の光束制御部材の平面図であり、図７Ｂは、実施の形態２の光束制御部材の断面図であり、図７Ｃは、実施の形態２の光束制御部材の底面図である。
【図８】透過部の位置を説明するための実施の形態２の光束制御部材の平面図である。
【図９】実施の形態２の照明装置の配光特性を示すグラフである。
【図１０】実施の形態２の照明装置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１１】実施の形態２の照明装置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１２】実施の形態２の照明装置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１３】図１３Ａおよび図１３Ｂは、光束制御部材の固定方法の一例を示す断面図である。
【図１４】図１４Ａおよび図１４Ｂは、光束制御部材の固定方法の別の例を示す断面図である。
【図１５】図１５Ａおよび図１５Ｂは、光束制御部材の固定方法の別の例を示す断面図である。
【図１６】図１６Ａは、図１４Ｂに示されるＡ−Ａ線についてのカバーの断面図であり、図１６Ｂは、図１５Ｂに示されるＢ−Ｂ線についてのカバーの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
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。
【００１５】
（実施の形態１）
［照明装置の構成］
図２は、本発明の実施の形態１の照明装置１００の構成を示す断面図である。本実施の形態の照明装置１００は、白熱電球に代えて使用されうる。
【００１６】
図２に示されるように、照明装置１００は、基板１１０、１または２以上の発光素子１２０、光束制御部材１３０およびカバー１４０を有する。
【００１７】
発光素子１２０は、照明装置１００の光源であり、基板１１０上に固定されている。発光素子１２０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。基板１１０上に複数の発光素子１２０が固定されている場合、各発光素子１２０は、円周上に配置されていることが好ましい。
【００１８】
光束制御部材１３０は、発光素子１２０からの出射光の進行方向を制御する、平面視形状が略円形の部材である。後述するように、光束制御部材１３０は、発光素子１２０からの出射光を反射させる反射面１３２と、発光素子１２０からの出射光を透過させる透過部１３４とを有する。
【００１９】
光束制御部材１３０は、その中心軸ＣＡが発光素子１２０の光軸ＬＡに合致するように、発光素子１２０に対して空気層を介して配置されている。すなわち、光束制御部材１３０は、発光素子１２０と対向するように配置されている。基板１１０上に複数の発光素子１２０が配置されている場合、「発光素子の光軸」とは、複数の発光素子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。以下の説明では、光束制御部材１３０の主たる２つの面のうち、発光素子１２０と対向する面（図２において下向きの面）を「内面」といい、内面の反対側の面（図２において上向きの面）を「外面」というときがある。
【００２０】
本発明の照明装置１００は、光束制御部材１３０の構成に主たる特徴を有する。そこで、光束制御部材１３０の構成については、別途詳細に説明する。
【００２１】
カバー１４０は、光束制御部材１３０により進行方向を制御された光を拡散させる、中空構造の部材である。カバー１４０は、光束制御部材１３０の外縁から基板１１０側へ延びる側壁部１４２と、光束制御部材１３０に対して空気層を介して配置される蓋部１４４とを有する。側壁部１４２は、光束制御部材１３０の内面（反射面１３２が存在する面）側に位置し、蓋部１４４は、光束制御部材１３０の外面（内面の反対側の面）側に位置する。図２に示される例では、側壁部１４２と蓋部１４４とが別部材として形成されているが、これらは一体として形成されていてもよい（図１３〜図１５参照）。
【００２２】
側壁部１４２は、光束制御部材１３０の反射面１３２で反射して側壁部１４２の内面に到達した光と、発光素子１２０から側壁部１４２の内面に直接到達した光とを側壁部１４２の外面から外方へ出射させる（図５Ａ参照）。一方、蓋部１４４は、光束制御部材１３０の透過部１３４を透過して蓋部１４４の内面に到達した光を蓋部１４４の外面から外方へ出射させる（図５Ｂ参照）。
【００２３】
前述の通り、カバー１４０（側壁部１４２および蓋部１４４）は、光束制御部材１３０により進行方向を制御された光を拡散させる。カバー１４０に光拡散機能を付与する手段は、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、光拡散能を有する材料（例えば、ビーズなどの散乱子を含有する透光性材料）を用いてカバー１４０を作製してもよい。なお、カバー１４０の形状は、所望の配光特性を実現することができれば特に限定されない。たとえば、カバー１４０の形状は、球冠（球面の一部を平面で切り取った形状）である。
【００２４】
［光束制御部材の構成］
図３Ａは、光束制御部材１３０の平面図であり、図３Ｂは、図３Ａに示されるＢ−Ｂ線の断面図であり、図３Ｃは、光束制御部材１３０の底面図である。これらの図に示されるように、光束制御部材１３０の形状は、中心軸ＣＡを中心とする回転対称である。したがって、光束制御部材１３０の平面視形状は、略円形状である。
【００２５】
図３Ａ〜図３Ｃに示されるように、光束制御部材１３０は、反射面１３２と、複数の透過部１３４とを有する。
【００２６】
反射面１３２は、照明装置１００において発光素子１２０に対向する面（内面；図３Ｃに示される面）に形成されている。前述の通り、反射面１３２は、発光素子１２０からの出射光をカバー１４０の側壁部１４２に向けて反射させる（図５Ａ参照）。たとえば、反射面１３２は、樹脂などからなる光束制御部材１３０の内面に光反射膜を成膜することにより形成されうる。また、反射面１３２は、光束制御部材１３０を光反射性の材料（例えば、骨白アクリルや、同等色のポリカーボネートなどの樹脂、金属板など）で作製することによっても形成されうる。
【００２７】
図２および図３Ｂに示されるように、反射面１３２は、中心軸ＣＡ上に位置する中心部１３６が外周部１３８よりも発光素子１２０（基板１１０）側に位置する凹面である。すなわち、反射面１３２は、中心軸ＣＡ上に収斂するテーパー状の凹面である。通常、反射面１３２の形状は、光束制御部材１３０の中心部１３６から外周部１３８に向かうにつれて傾斜が緩やかになる曲面形状である。ただし、反射面１３２のうち発光素子１２０（基板１１０）から最も離れた部位が、外周部１３８であるとは限らない。すなわち、図２および図３Ｂに示されるように、中心部１３６と外周部１３８との間に、発光素子１２０から最も離れた部位が位置していてもよい。この場合、反射面１３２の形状は、中心部１３６と外周部１３８との間であって、かつ外周部１３８に近い位置に傾斜角度が零となる点が生じる非球面形状となる。もちろん、外周部１３８が発光素子１２０（基板１１０）から最も離れた部位であってもよい。
【００２８】
透過部１３４は、発光素子１２０からの出射光を、内面（発光素子１２０に対向する面）側から外面（発光素子１２０に対向しない面）側に透過させる（図５Ｂ参照）。図２および図３に示される例では、透過部１３４は、貫通孔である。しかしながら、透過部１３４は、光を透過させることができれば貫通孔でなくてもよく、例えば有底の凹部であってもよい。この場合、発光素子１２０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。通常、これらの貫通孔または凹部は、中心軸ＣＡと平行になるように形成される。
【００２９】
図４Ａに示されるように、光束制御部材１３０を平面視した場合に、半径ｒの外側から０〜２５％の部分からなる環形の領域を「領域ａ」とし、半径ｒの外側から２５〜５０％の部分からなる環形の領域を「領域ｂ」とし、半径ｒの外側から５０〜７５％の部分からなる環形の領域を「領域ｃ」とし、半径ｒの外側から７５〜１００％の部分からなる円形の領域を「領域ｄ」とする。この場合、図４Ｂに示されるように、透過部１３４は、少なくとも、領域ｃおよび領域ｄからなる領域に形成される。これらの領域に透過部１３４を形成しない場合、照明装置１００において前方方向（上方向）への出射光が不足してしまい、良好な配光特性を実現することができない（図５Ｂおよび図１０参照）。
【００３０】
領域ｃにおける透過部１３４の面積率は、領域ｄにおける透過部１３４の面積率以上である（ｃ≧ｄ；図４Ｂ参照）。領域ｃにおける透過部１３４の面積率が領域ｄにおける透過部１３４の面積率未満の場合（微差ではない程度にｃ＜ｄの場合）、領域ｃを透過して前方方向へ向かう光が減少し、その分、側方方向に向けて反射する光成分が増加する（図５Ａおよび図５Ｂ参照）。発光素子１２０がある程度の面積を有する面発光の光源であることや、カバー１４０により光束制御部材１３０からの出射光が拡散されることなどの理由により、照明装置１００における前方方向の特定角度（発光中心から領域ｃを通って前方方向へ向かう光線の光軸に対する角度）の出射光量がゼロになることはない。しかしながら、発光素子１２０の発光面上の任意点と領域ｃを結ぶ線分の延長方向に向かう出射光が不足してしまうため、良好な配光特性を実現することができない（図１２参照）。なお、透過部１３４が貫通孔の場合は、透過部１３４の面積率は、開口率と同じである。
【００３１】
また、透過部１３４は、最も外周側に位置する領域ａに形成されていないことが好ましい（図４Ｂ参照）。領域ａに透過部１３４が形成されている場合、領域ａに形成されている透過部１３４とカバーの蓋部１４４とが近接しているため、照明装置１００においてカバーの蓋部１４４にスポット模様が現れてしまい、見た目が悪くなるおそれがある。なお、領域ｂについては、透過部１３４は、形成されていてもよいし（図４Ｂ参照）、形成されていなくてもよい。
【００３２】
具体的には、光束制御部材１３０の各領域における透過部１３４の面積率（開口率）は、以下の条件を満たすことが好ましい。
・領域ａ：０面積％
・領域ｂ：０〜３０面積％
・領域ｃ：１０〜５０面積％
・領域ｄ：０〜１５面積％（ただし、領域ｃの透過部１３４の面積率以下である）
・領域ｃおよび領域ｄの合計：１０〜５０面積％
【００３３】
図２〜図４に示される光束制御部材１３０の各領域における透過部１３４の面積率（開口率）は、以下の通りである。
・領域ａ：０面積％
・領域ｂ：５.３面積％
・領域ｃ：２５.５面積％
・領域ｄ：１３.３面積％
【００３４】
光束制御部材１３０の素材は、所望の強度を有し、かつ反射面１３２が反射特性を有するものであれば特に限定されない。光束制御部材１３０の素材の例には、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、液晶ポリマー（ＬＣＰ）などの樹脂や、アルミニウム（Ａｌ）、ステンレス鋼（ＳＵＳ）などの金属（合金）、ガラスなどが含まれる。
【００３５】
図５Ａは、発光素子１２０からの出射光が光束制御部材１３０の反射面１３２で反射される様子を示す模式図である。また、図５Ｂは、発光素子１２０からの出射光が光束制御部材１３０の透過部１３４を透過する様子を示す模式図である。図５Ｂでは、各光線がどの領域の透過部１３４を透過したのかを表記している。
【００３６】
図５Ａに示されるように、反射面１３２で反射した光は、側壁部１４２を通して、側方方向または後方方向に出射される。発光素子１２０の発光中心からの出射光は、中心部１３６近傍で反射した光よりも、外周部１３８近傍で反射した光の方が、より後方に向かう光に変換される。また、図５Ｂに示されるように、光束制御部材１３０の領域ｂ、領域ｃおよび領域ｄに形成された透過部１３４を透過した光は、蓋部１４４を通して、前方方向に出射される。
【００３７】
［照明装置の配光特性の測定］
図２に示される実施の形態１の照明装置１００の配光特性を測定した。光束制御部材１３０は、骨白アクリル板を切削加工することにより作製した。なお、照明装置１００の各構成要素のパラメータは、以下の通りである。
・発光素子１２０の大きさ：２０×１５ｍｍ
・発光素子１２０と光束制御部材の中心部１３６との間隔：３ｍｍ
・カバーの側壁部１４２の高さ：１２ｍｍ
・カバー１４０全体の高さ：３０ｍｍ
・カバー１４０全体の外径：４０ｍｍ
・光束制御部材１３０の高さ：１０ｍｍ
・光束制御部材１３０の外径：３８ｍｍ
・領域ｂに形成された透過部１３４（貫通孔）の径：１ｍｍ
・領域ｃに形成された透過部１３４（貫通孔）の径：２.４ｍｍ
・領域ｄに形成された透過部１３４（貫通孔）の径：１ｍｍ
・反射面１３２の粗さ：Ｒａ ０.０３μｍ以下、Ｒｙ ０.３μｍ以下
【００３８】
配光特性は、以下の手順で測定した。照明装置１００内の発光素子１２０の発光中心から光軸ＬＡに沿って所定の距離離れた位置（基準位置０°）に照度計を配置した。照度計を発光素子１２０の発光中心を回転中心として、右回り方向（＋θ方向）に５°間隔で１８０°回転させて照度を測定し、左回り方向（−θ方向）に５°間隔で１８０°回転させて照度を測定した。測定した照度のうちの最高照度を１とした場合の相対照度（無次元値）を曲線で滑らかに結んで、図６のグラフを作成した。
【００３９】
図６は、実施の形態１の照明装置１００の配光特性を示すグラフである。このグラフにおいて、０°は前方方向（上方方向）を意味し、９０°は側方方向（水平方向）を意味し、１８０°は後方方向（下方方向）を意味する。図６から、実施の形態１の照明装置１００は、広く（２７０°程度）かつバランスのよい配光特性であることがわかる。
【００４０】
［効果］
実施の形態１の光束制御部材１３０は、光束制御部材１３０に到達した発光素子１２０からの出射光のうち、一部の光を反射面１３２によってカバーの側壁部１４２の方向へ反射させ（図５Ａ参照）、残部の光を透過部１３４によってカバーの蓋部１４４の方向へ透過させる（図５Ｂ参照）。このとき、透過部１３４の位置および面積率を調整することで、各方向への出射光量を容易に制御することができる。このように、実施の形態１の光束制御部材１３０は、側方方向および後方方向へ向かう出射光量だけではなく、前方方向へ向かう出射光量も制御して、配光特性をより白熱電球に近づけることができる。
【００４１】
実施の形態１の照明装置１００は、白熱電球に代えて室内照明などに使用されうる。また、実施の形態１の照明装置１００は、白熱電球よりも消費電力を少なくすることができると共に、白熱電球よりも長期間使用することができる。
【００４２】
（実施の形態２）
実施の形態２の照明装置２００（不図示）は、基板１１０、１または２以上の発光素子１２０、光束制御部材２１０およびカバー１４０を有する。実施の形態２の照明装置２００は、光束制御部材２１０以外の構成要素については実施の形態１の照明装置１００と同一である。そこで、本実施の形態では、光束制御部材２１０についてのみ説明する。また、図２〜図４に示される実施の形態１の照明装置１００および光束制御部材１３０と同一の構成要素については、同一の符号を付してその説明を省略する。
【００４３】
［光束制御部材の構成］
図７Ａは、実施の形態２の光束制御部材２１０の平面図であり、図７Ｂは、図７Ａに示されるＢ−Ｂ線の断面図であり、図７Ｃは、光束制御部材２１０の底面図である。また、図８は、透過部１３４の位置を説明するための実施の形態２の光束制御部材２１０の平面図である。
【００４４】
図７Ａ〜図７Ｃおよび図８に示されるように、実施の形態２の光束制御部材２１０は、より多数の透過部１３４（貫通孔）を有する点において実施の形態１の光束制御部材１３０と異なる。具体的には、実施の形態２の光束制御部材２１０は、領域ｂにより多数の透過部１３４を有している（図４Ｂと図８とを比較参照）。
【００４５】
図７および図８に示される光束制御部材２１０の各領域における透過部１３２の面積率（開口率）は、以下の通りである。
・領域ａ：０面積％
・領域ｂ：１５.７面積％
・領域ｃ：２５.５面積％
・領域ｄ：１３.３面積％
【００４６】
［照明装置の配光特性の測定］
図７に示される実施の形態２の光束制御部材２１０を含む実施の形態２の照明装置２００（不図示）の配光特性を測定した。配光特性の測定手順は、実施の形態１において説明した手順と同一である。光束制御部材２１０は、骨白アクリルを切削することで作製した。なお、照明装置２００の各構成要素のパラメータは、以下の通りである（図２参照）。
・発光素子１２０の大きさ：２０×１５ｍｍ
・発光素子１２０と光束制御部材１３０との間隔：３ｍｍ
・カバーの側壁部１４２の高さ：１２ｍｍ
・カバー１４０全体の高さ：３０ｍｍ
・カバー１４０全体の外径：４０ｍｍ
・光束制御部材１３０の高さ：１０ｍｍ
・光束制御部材１３０の外径：３８ｍｍ
・領域ｂに形成された外側の透過部１３４（貫通孔）の径：１ｍｍ
・領域ｂに形成された内側の透過部１３４（貫通孔）の径：１.４ｍｍ
・領域ｃに形成された透過部１３４（貫通孔）の径：２.４ｍｍ
・領域ｄに形成された透過部１３４（貫通孔）の径：１ｍｍ
・反射面１３２の粗さ：Ｒａ ０.０３μｍ以下、Ｒｙ ０.３μｍ以下
【００４７】
図９は、実施の形態２の照明装置２００の配光特性を示すグラフである。図９から、実施の形態２の照明装置２００は、実施の形態１の照明装置１００と同様に、広く（２７０°程度）かつバランスのよい配光特性であることがわかる。
【００４８】
［照明装置の配光特性のシミュレーション］
シミュレーションソフト（LightTools；Optical Research Associates社）を使用して、実施の形態２の光束制御部材２１０の透過部１３４の面積率を変化させたときの照明装置の配光特性をシミュレーションした。透過部１３４の面積率（開口率）以外の条件（パラメータ）は、実施の形態２の照明装置２００および光束制御部材２１０と同じ値となるように設定した。
【００４９】
以下の４種類の光束制御部材を含む照明装置について、配光特性のシミュレーションを行った。「光束制御部材１」は、実施の形態２の光束制御部材２１０に相当する（図７参照）。
［光束制御部材１］
・領域ａ：０面積％
・領域ｂ：１５.７面積％
・領域ｃ：２５.５面積％
・領域ｄ：１３.３面積％
［光束制御部材２］
・領域ａ：０面積％
・領域ｂ：１５.７面積％
・領域ｃ：０面積％
・領域ｄ：０面積％
［光束制御部材３］
・領域ａ：０面積％
・領域ｂ：１５.７面積％
・領域ｃ：１３.３面積％
・領域ｄ：１３.３面積％
［光束制御部材４］
・領域ａ：０面積％
・領域ｂ：１５.７面積％
・領域ｃ：０面積％
・領域ｄ：１３.３面積％
【００５０】
図１０は、光束制御部材１を含む照明装置および光束制御部材２を含む照明装置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９に示される光束制御部材２１０を含む照明装置２００の配光特性（測定結果）と、図１０に示される光束制御部材１を含む照明装置の配光特性（シミュレーション結果）とが異なるのは、光束制御部材２１０の反射面１３２において反射する光の拡散の度合、およびカバー１４０において透過する光の拡散の度合をシミュレーションにおいて厳密に設定することが困難であるためと考えられる。
【００５１】
光束制御部材１は、領域ｃおよび領域ｄの両方に透過部１３４が形成されている（ｃ，ｄ＞０）。一方、光束制御部材２は、領域ｃおよび領域ｄのいずれにも透過部１３４が形成されていない（ｃ，ｄ＝０）。
【００５２】
図１０に示されるように、光束制御部材１（ｃ，ｄ＞０）を含む照明装置では、前方方向、側方方向および後方方向にバランスよく配光されていた。一方、光束制御部材２（ｃ，ｄ＝０）を含む照明装置では、側方方向および後方方向には配光されていたものの、前方方向にはほとんど配光されていなかった。これらの結果から、バランスよく配光するためには、領域ｃおよび領域ｄの両方または少なくとも一方に透過部１３４を形成する必要があることが示唆される。
【００５３】
図１１は、光束制御部材１を含む照明装置および光束制御部材３を含む照明装置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。また、図１２は、光束制御部材１を含む照明装置および光束制御部材４を含む照明装置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。
【００５４】
光束制御部材１は、領域ｃにおける透過部１３４の面積率が領域ｄの透過部１３４の面積率を超えている（ｃ＞ｄ）。一方、光束制御部材３は、領域ｃにおける透過部１３４の面積率が領域ｄの透過部１３４の面積率と同じである（ｃ＝ｄ）。また、光束制御部材４は、領域ｃにおける透過部１３４の面積率が領域ｄの透過部１３４の面積率よりも小さい（ｃ＜ｄ）。
【００５５】
図１１に示されるように、光束制御部材１（ｃ＞ｄ）を含む照明装置および光束制御部材３（ｃ＝ｄ）を含む照明装置では、いずれもバランスよく配光されていた。一方、図１２に示されるように、光束制御部材４（ｃ＜ｄ）を含む照明装置では、側方方向および後方方向には配光されていたものの、前方方向にはほとんど配光されていなかった。これらの結果から、バランスよく配光するためには、領域ｃにおける透過部１３４の面積率を領域ｄの透過部１３４の面積率以上にする必要があることが示唆される。
【００５６】
［効果］
実施の形態２の照明装置２００および実施の形態２の光束制御部材２１０は、実施の形態１の照明装置１００および実施の形態１の光束制御部材１３０と同様の効果を有する。実施の形態２の照明装置２００は、白熱電球に代えて室内照明などに使用されうる。
【００５７】
（変形例）
上記各実施の形態では、図１３Ａ（固定前）および図１３Ｂ（固定後）に示されるように、カバーの側壁部１４２と蓋部１４４とで挟み込むことで光束制御部材１３０を固定する例について説明した。しかしながら、本発明の照明装置では、光束制御部材１３０の固定方法はこれに限定されるものではない。また、カバーの側壁部１４２と蓋部１４４とは、別部材である必要は無く、一体として形成されていてもよい。
【００５８】
たとえば、図１４Ａ（固定前）および図１４Ｂ（固定後）に示されるように、光束制御部材１３０を固定するための固定部１４６をそれぞれ有する２つのカバー１４０ａ，１４０ｂを用いて、光束制御部材１３０を固定してもよい。また、図１５Ａ（固定前）および図１５Ｂ（固定後）に示されるように、固定部１４６を有する一体型のカバー１４０を用いて、光束制御部材１３０を固定してもよい。
【００５９】
図１６Ａおよび図１６Ｂは、それぞれ図１４Ｂに示されるＡ−Ａ線におけるカバー１４０の断面図、図１５Ｂに示されるＢ−Ｂ線におけるカバー１４０の断面図である。図１６Ａおよび図１６Ｂに示されるように、固定部１６０は、向かい合うように一対形成されていればよいが、カバー１４０の内周全体に亘り形成されていてもよい。
【００６０】
図１３〜図１５に示されるカバー１４０は、すべてアンダーカット部が存在しないため、射出成形法などにより容易に製造することができる。なお、光束制御部材１３０とカバー１４０とを固定する方法は、特に限定されない。光束制御部材１３０とカバー１４０とを固定する方法の例には、接着や圧入などが含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
本発明の光束制御部材を含む照明装置は、白熱電球に代えて使用されうる。また、本発明の光束制御部材を含む照明装置は、配光特性を用途に応じて任意に調整することができるため、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。
【符号の説明】
【００６２】
１０ 照明装置
２０ 基板
３０ ＬＥＤ
４０ 反射鏡
１００，２００ 照明装置
１１０ 基板
１２０ 発光素子
１３０，２１０ 光束制御部材
１３２ 反射面
１３４ 透過部（貫通孔）
１３６ 中心部
１３８ 外周部
１４０ カバー
１４２ 側壁部
１４４ 蓋部
１４６ 固定部
ＣＡ 中心軸
ＬＡ 光軸
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に配置された１または２以上の発光素子の光束の中心と同心にその中心軸が位置するように、前記発光素子に対して空気層を介して配置される、平面視形状が略円形の光束制御部材であって、
前記発光素子から出射された光を反射させる反射面と、
前記発光素子から出射された光を透過させる透過部と、を有し、
前記反射面は、外周部よりも中心部の方が前記発光素子寄りに位置する凹面であり、
前記光束制御部材を平面視した場合に、半径の外側から０〜２５％の部分からなる環形の領域を領域ａとし、半径の外側から２５〜５０％の部分からなる環形の領域を領域ｂとし、半径の外側から５０〜７５％の部分からなる環形の領域を領域ｃとし、半径の外側から７５〜１００％の部分からなる円形の領域を領域ｄとしたときに、
前記透過部は、少なくとも、前記領域ｃおよび前記領域ｄからなる領域に形成されており、かつ
前記領域ｃにおける前記透過部の面積率は、前記領域ｄにおける前記透過部の面積率以上である、
光束制御部材。
【請求項２】
前記透過部は、前記領域ａには形成されていない、請求項１に記載の光束制御部材。
【請求項３】
前記領域ｃにおける前記透過部の面積率は、１０〜５０面積％の範囲内であり、
前記領域ｄにおける前記透過部の面積率は、１５面積％以下であり、
前記領域ｃおよび前記領域ｄからなる領域における前記透過部の面積率は、１０〜５０面積％の範囲内である、
請求項１に記載の光束制御部材。
【請求項４】
前記透過部は、前記領域ｂにも形成されている、請求項１に記載の光束制御部材。
【請求項５】
前記領域ｂにおける前記透過部の面積率は、３０面積％以下である、請求項４に記載の光束制御部材。
【請求項６】
前記透過部は、貫通孔または凹部である、請求項１に記載の光束制御部材。
【請求項７】
前記反射面は、非球面である、請求項１に記載の光束制御部材。
【請求項８】
基板上に配置された１または２以上の発光素子と、
前記発光素子に対して空気層を介して配置された、請求項１〜７のいずれか一項に記載の光束制御部材と、
前記光束制御部材の外縁から前記基板側へ延びる側壁部、および前記光束制御部材に対して空気層を介して配置される蓋部を含むカバーと、を有し、
前記側壁部は、前記光束制御部材の反射面で反射して前記側壁部の内面に到達した光、および前記発光素子から前記側壁部の内面に直接到達した光を、前記側壁部の外面から外方へ出射させ、
前記蓋部は、前記光束制御部材の透過部を透過して前記蓋部の内面に到達した光を前記蓋部の外面から外方へ出射させる、
照明装置。
【請求項１】
基板上に配置された１または２以上の発光素子の光束の中心と同心にその中心軸が位置するように、前記発光素子に対して空気層を介して配置される、平面視形状が略円形の光束制御部材であって、
前記発光素子から出射された光を反射させる反射面と、
前記発光素子から出射された光を透過させる透過部と、を有し、
前記反射面は、外周部よりも中心部の方が前記発光素子寄りに位置する凹面であり、
前記光束制御部材を平面視した場合に、半径の外側から０〜２５％の部分からなる環形の領域を領域ａとし、半径の外側から２５〜５０％の部分からなる環形の領域を領域ｂとし、半径の外側から５０〜７５％の部分からなる環形の領域を領域ｃとし、半径の外側から７５〜１００％の部分からなる円形の領域を領域ｄとしたときに、
前記透過部は、少なくとも、前記領域ｃおよび前記領域ｄからなる領域に形成されており、かつ
前記領域ｃにおける前記透過部の面積率は、前記領域ｄにおける前記透過部の面積率以上である、
光束制御部材。
【請求項２】
前記透過部は、前記領域ａには形成されていない、請求項１に記載の光束制御部材。
【請求項３】
前記領域ｃにおける前記透過部の面積率は、１０〜５０面積％の範囲内であり、
前記領域ｄにおける前記透過部の面積率は、１５面積％以下であり、
前記領域ｃおよび前記領域ｄからなる領域における前記透過部の面積率は、１０〜５０面積％の範囲内である、
請求項１に記載の光束制御部材。
【請求項４】
前記透過部は、前記領域ｂにも形成されている、請求項１に記載の光束制御部材。
【請求項５】
前記領域ｂにおける前記透過部の面積率は、３０面積％以下である、請求項４に記載の光束制御部材。
【請求項６】
前記透過部は、貫通孔または凹部である、請求項１に記載の光束制御部材。
【請求項７】
前記反射面は、非球面である、請求項１に記載の光束制御部材。
【請求項８】
基板上に配置された１または２以上の発光素子と、
前記発光素子に対して空気層を介して配置された、請求項１〜７のいずれか一項に記載の光束制御部材と、
前記光束制御部材の外縁から前記基板側へ延びる側壁部、および前記光束制御部材に対して空気層を介して配置される蓋部を含むカバーと、を有し、
前記側壁部は、前記光束制御部材の反射面で反射して前記側壁部の内面に到達した光、および前記発光素子から前記側壁部の内面に直接到達した光を、前記側壁部の外面から外方へ出射させ、
前記蓋部は、前記光束制御部材の透過部を透過して前記蓋部の内面に到達した光を前記蓋部の外面から外方へ出射させる、
照明装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【公開番号】特開２０１３−５８４４０（Ｐ２０１３−５８４４０Ａ）
【公開日】平成２５年３月２８日（２０１３．３．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１９７１６８（Ｐ２０１１−１９７１６８）
【出願日】平成２３年９月９日（２０１１．９．９）
【出願人】（０００２０８７６５）株式会社エンプラス (403)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年３月２８日（２０１３．３．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月９日（２０１１．９．９）
【出願人】（０００２０８７６５）株式会社エンプラス (403)
【Ｆターム（参考）】
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