光源モジュール及び照明装置
【課題】白熱電球のように配光範囲が広く、安価で、且つ、光利用効率の高い照明装置の光源モジュールを実現する。
【解決手段】光を出射するＬＥＤ部１１０と、ＬＥＤ部１１０から出射された出射光の少なくとも一部を、当該出射光の出射前方に対して垂直な方向または斜め後方に放射する光方向変換素子１００とを備えたＬＥＤモジュール１０は、光方向変換素子１００は、光方向変換素子１００の径がＬＥＤ部１１０から遠ざかるにつれて小さくなるように、光方向変換素子１００の傾斜面１０５が、全体として、内側へ傾斜している。
【解決手段】光を出射するＬＥＤ部１１０と、ＬＥＤ部１１０から出射された出射光の少なくとも一部を、当該出射光の出射前方に対して垂直な方向または斜め後方に放射する光方向変換素子１００とを備えたＬＥＤモジュール１０は、光方向変換素子１００は、光方向変換素子１００の径がＬＥＤ部１１０から遠ざかるにつれて小さくなるように、光方向変換素子１００の傾斜面１０５が、全体として、内側へ傾斜している。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光源モジュール及びそれを備えた照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境問題に対する意識が高まり、白熱電球に代表される消費電力の高い照明光源から、ＬＥＤのように消費電力の低い照明光源への見直しが活発になっている。ＬＥＤは低消費電力であるだけでなく、水銀レスであるという面で見ても環境にやさしい光源であるため、従来光源の置き換えとしてＬＥＤが用いられる事例が増えている。
【０００３】
一方、ＬＥＤは指向性の高い光源であるため、従来光源のように光を全周囲に放射するものからＬＥＤへ置き換えを行えば、それぞれの照射面の様子が大きく異なってしまう。そのため、ＬＥＤを光源とした電球を用いる場合には、その配光を白熱電球に近づけて実用性を向上させることが課題となる。このような課題を解決するために、例えば、特許文献１には、複数個のＬＥＤとＬＥＤからの光を拡散する蛍光体の層とが形成されたＬＥＤ電球が記載されている。また、特許文献５には、複数個のＬＥＤを立体的に設置するＬＥＤランプが記載されている。
【０００４】
このような構成により配光範囲を広げることは可能となるが、電球の美観を損なうだけでなく、構造が複雑であるため実装コストが高くなるというデメリットがある。このようなデメリットがなく、より簡易に上記の課題を解決する手段として、例えば下記のような例が挙げられる。
【０００５】
第１の例は、グローブ材料として、９９％に近いヘーズ値を有し、分散度６０°程度（相対透過率が５０％になる角度）を有する拡散性の高い樹脂、または、ガラスを使用することである。
【０００６】
第２の例は、例えば、側方に光を出射するように配置された小型のＬＥＤ光源を使用し、内部にドーム状のレンズ（ドーム型レンズ）を取り付けることである（例えば特許文献２）。この例では、ある程度側方に光を分散させてから、拡散性の高い樹脂またはガラスをグローブ材料として使用する。
【０００７】
第３の例は、電球形照明装置のグローブ（光源カバー）内に、グローブの頂端部側に位置する反射面を形成した導光体を取り付けることである（例えば特許文献３）。ＬＥＤから出射された光は、導光体内に入射すると、導光体の側周面内面で全反射を繰り返して頂端部側に位置する反射板まで到達し、反射板付近の出射部から後方、すなわち口金方向に出射される。
【０００８】
第４の例は、特許文献４や特許文献６に示すように、光学レンズを用いて光を屈折・反射させることで光を所望の範囲に放射することである。例えば、特許文献４には、ＬＥＤから照射される光の波長を変換する波長変換部材と、波長変換部材から出てくる光を集光するレンズとを備えたＬＥＤ照明装置が記載されている。また、特許文献６には、発光素子と発光素子から放射される光を側面方向へ放射する光方向変換素子とを有した光源モジュールが記載されている。また、特許文献７には、透明部材の中心点付近のグレアの発生を抑制する光学素子及び発光装置が記載されている。このレンズ、光方向変換素子、または光学素子に入射した光は、レンズ、光方向変換素子または光学素子と空気の境界で臨界角以上の角度で入射すると入射角と同じ角度で全反射し伝播する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００１−２４３８０７号公報（平成１３年９月７日公開）
【特許文献２】特開２００４−３４３０２５号公報（平成１６年１２月２日公開）
【特許文献３】特開２００９−２８９６９７号公報（平成２１年１２月１０日公開）
【特許文献４】特開２０１０−１２９２０２号公報（平成２２年６月１０日公開）
【特許文献５】特開２０１０−１３５３０８号公報（平成２２年６月１７日公開）
【特許文献６】特開２０１０−２３９０２１号公報（平成２２年１０月２１日公開）
【特許文献７】特開２０１０−１５３３２８号公報（平成２２年７月８日公開）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、第１の例では、グローブの拡散性により、例えばビーム角１６０°程度まで配光範囲は拡がるものの、側方または後方までは広げることは難しい。分散度の高い材質をグローブに用いれば分散度の低い材質と比較して配光範囲は拡がるが、分散度の高い材質は全光線透過率が低く光吸収率が高い傾向にあるため、器具効率（光利用効率）の低下が著しく、例えば８０％程度になってしまう。すなわち、第１の例に拡散性の高い材質で作製したグローブを付けることにより、配光範囲は広がるが、光束の損失が２０％程度生じてしまう。これにより、このような照明器具（照明装置）は、光源の明るさより低い明るさになるため、器具効率が低くなってしまう。
【００１１】
また、グローブの材質を変えずに配光範囲を広げるには、光を後方に出射するために、グローブを大型化する必要がある。しかしながら、グローブを極端に大型化すると、従来の電球が収まっていた灯具に入らなくなり、単純な電球の置き換えを行うことができなくなる。
【００１２】
また、電球形照明装置の熱設計において、一般にアルミニウムなどの材料からなる筐体部からの放熱を考慮することが必要となる。筐体部とは、ＬＥＤなどの光源を固定し、また、光源を駆動するための駆動回路や、駆動回路の電源などを収容するための部材である。高輝度のＬＥＤモジュールを用いた電球形照明装置の筐体部は、光源などから生じた熱の放熱効果を高めるために表面積を大きくする必要がある。このような筐体部を用いた電球形照明装置において、グローブを大きくすることは、電球形照明装置の大型化を引き起こしてしまうため、実用的ではない。
【００１３】
第２の例では、第１の例と比較して、グローブが小型でも配光範囲を広げることができる。その一方、複数のＬＥＤの配光の調整が難しい上に、第１の例と同様、器具効率が低いといった問題がある。
【００１４】
また、特許文献２に記載されているドーム型レンズ付きのＬＥＤは、いわゆる砲弾型ＬＥＤであり、このようなＬＥＤの場合、放熱などの観点から、高輝度のＬＥＤでは実現できない。このように、輝度の低いＬＥＤを用いて、高輝度の光源を実現するためには、多数のＬＥＤを散在させる必要があるので、価格の高騰やエネルギー効率の悪化を招く。
【００１５】
第３の例では、反射面（反射部）が、光源カバーの球面中心からグローブ（光源カバー）の頂端までの間隔を等分したときの中点よりもグローブの頂端側へ位置するように配設されている。なぜならば、反射面と筐体部との距離が短いと、反射面で反射した光が筐体部によって遮られてしまう範囲が大きいからである。このため、口金方向に出射した光が筐体部で遮られないようにするためには、反射面を筐体部から離して、十分な距離を確保しなければならない。一方、導光体は、その内部が中空ではなく中実である。そのため、筐体部から十分な距離を確保しようとすると導光体の重量が大きくなってしまう。また、全反射の繰り返しにより反射面に導光する導光体の部分は、口金方向に光を出射するように配光範囲を広げることに寄与しない。
【００１６】
このように、第３の例では、配光範囲を拡張することに寄与しない部分が大きい導光体が広く存在するため、配光範囲は広がるが、電球形照明装置の大型化を引き起こす可能性があり、実用的ではない。
【００１７】
また、一般的に導光体として用いられる透明アクリル樹脂は、例えば厚み１５ｍｍであれば透過率９２％程度である。すなわち、８％程度の光は、出射されず損失してしまう。これらの損失した光は、導光体に入射する前に、入射せずに反射してしまったものであったり、導光体に入射した後、導光体内部を全反射して進む間に光吸収されてしまったりしたものである。反射面を筐体部から離して設置した場合、つまり、導光体の長さを長くし、反射面をグローブの頂端側に近づけた場合、導光体に入射した光が導光体内部を進む距離は長くなる。これにより、光の透過率は一層低下してしまい、器具効率が低下するといった問題がある。
【００１８】
第４の例では、例えば特許文献４のように、レンズの形状を工夫することによって、ＬＥＤ照明装置の前方に対する集光性と、色むらの低減とを両立させている。しかしながら、ＬＥＤ照明装置の側方または後方への配光について、全く考慮されていない。特許文献６の光方向変換素子には、入射した光を側方、斜め前方および斜め後方に出射するための光反射面が形成されているが、さらに、光方向変換素子に光拡散材を含有させる構成と、上記光反射面との組み合わせによって、光の拡散性を均一化し、輝度むらの低減を図っている。この結果、この光方向変換素子は、体積全体で光が拡散するため、シミュレーションを用いた形状の設計に膨大な時間を費やしてしまうことが危惧される。また、光吸収率も透明材料のみの場合と比較して高くなってしまうため、器具効率の低下を招いてしまう。
【００１９】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、白熱電球のように配光範囲が広く、安価で、且つ、光利用効率の高い照明装置の光源モジュールを実現することである。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
上記の課題を解決するために、本発明における光源モジュールは、光を出射する発光部と、発光部から出射された出射光の少なくとも一部を、当該出射光の出射前方に対して垂直な方向または斜め後方に放射する光方向変換素子とを備えた光源モジュールにおいて、当該光方向変換素子は、該光方向変換素子の径が発光部から遠ざかるにつれて小さくなるように、該光方向変換素子の外周壁が、全体として、内側へ傾斜していることを特徴としている。
【００２１】
上記構成によれば、光方向変換素子は、例えば、円錐台形または略円錐台形のように、光方向変換素子の径が発光部から遠ざかるにつれて小さくなるように、該光方向変換素子の外周壁が全体として内側に傾斜している。このような光方向変換素子は、光方向変換素子に入射した光の一部を、上記外周壁の内面にて反射させ、上記出射前方に対して垂直な方向または斜め後方へ進行させる。あるいは、上記外周壁の内面にて反射した光が、上記内面と対向する内面に到達し、上記外周壁の内側から外側へ出射する場合に、屈折作用によって、光の進路を上記出射前方に対してさらに斜め後方へ変更する。したがって、本発明の光方向変換素子は、上記出射前方に対して垂直な方向または斜め後方に対する光の放射量を増大させることができる。
【００２２】
なお、光方向変換素子の形状は、円錐台形及び略円錐台形に限られない。また、このような光方向変換素子の外周壁は、平面に限られず、例えば、波状のように、平面でない外周壁であってもよい。また、このような光方向変換素子の母線は直線に限られず、２次以上の高次関数で表される曲線、双曲線、または指数関数で表される曲線などの任意の曲線の一部であってもよいし、任意の曲線または直線の組み合わせであってもよい。これにより、光源モジュールは、配光範囲が広がり、より広い範囲に光を照射することができる。
【００２３】
また、このような光方向変換素子は、外周壁を全体として内側へ傾斜させるという簡単な構成を採用しているため、設計が容易であり、光利用効率が高い光源モジュールを実現することができる。
【００２４】
また、本発明における光源モジュールの前記光方向変換素子は、前記発光部から出射された出射光の少なくとも一部を透過させる反射面であって、出射光の少なくとも一部を、上記外周壁の内面に向けて反射させるための反射面を備えていることが好ましい。
【００２５】
このような反射面を有することにより、反射面にて反射した光を、外周壁の内面に到達させるので、外周壁の内面に到達する光を増大させることができる。この結果、上述した屈折作用によって、斜め後方に放射する光を増大させることができる。これにより、光源モジュールは、より広い範囲に光を照射することができる。
【００２６】
また、本発明における光源モジュールの前記光方向変換素子は、前記発光部と前記反射面との間に、前記発光部から出射された出射光が入射する入射面を更に有し、前記反射面の形状は、凹形状であり、前記入射面の形状は、凸形状であることが好ましい。
【００２７】
前記光方向変換素子の強度を確保するためには、前記入射面と前記反射面との厚みは、少なくとも数ｍｍ程度確保する必要がある（例えば２ｍｍ）。しかし、光変換素子の厚みが大きくなると、光の損失は増えてしまう。凹形状の反射面との厚みを最小限確保し、より入射面と反射面との厚みを小さくするために、光を入射する入射面の形状は凸形状であることが適している。
【００２８】
上記構成によれば、凸形状の前記入射面は、発光部から出射した光が屈折して前方に集中する光学作用も有している。これにより、光方向変換素子に入射した光が効率よく反射面に到達することができる。また、凸形状の入射面と凹形状の反射面との厚みを少なくすることができるため、光の損失を低減できる。また、光方向変換素子の厚みを少なくすることにより、小型化、軽量化、及び、光方向変換素子の低価格化を実現することができる。
【００２９】
また、本発明における光源モジュールの前記入射面は、前記発光部を覆うための凹形状の部分を更に有しており、前記入射面の凹形状の部分は、前記入射面の凸形状の部分を囲むように設けられてもよい。
【００３０】
このような構成により、発光部から出射された光がどのような方向であっても、前記光方向変換素子に光を入射することができるため、より光利用効率の高い光源モジュールを実現することができる。
【００３１】
また、本発明における光源モジュールの前記光方向変換素子は、前記反射面を介さずに、前記外周壁に到達する光を、前記外周壁の内面によって、該光方向変換素子の中心に向かう方向に反射させてもよい。
【００３２】
また、本発明における光源モジュールの前記光方向変換素子は、前記光方向変換素子の中心に向かう方向に反射させた光を、光が反射した外周壁の部分の対角に位置する外周壁の内面に導き、当該対角に位置する外周壁から斜め後方へ出射させてもよい。
【００３３】
反射面を介さずに外周壁に到達する光は、前記外周壁の内面で反射される。この反射された光には、内面に対する入射角度によって全反射された光も含まれる場合がある。この反射された光の方向は、前記外周壁の傾きにより決定される。これにより、外周壁にて反射された光の一部は反射面より外部に出力され、一部は、光が反射した外周壁の部分の対角に位置する外周壁の部分から、斜め後方へ出射される。
【００３４】
これにより、光源モジュールは、配光範囲が広がり、より広い範囲に光を照射することができる。
【００３５】
また、本発明における光源モジュールの前記反射面は、発光部の中心から水平方向に遠ざかるにつれて、傾きが水平に近づく形状であってもよい。
【００３６】
前記反射面に入射する光は、発光部から遠ざかるにつれて光軸に対して傾くので、反射面の傾きを水平に近づけても全反射面を形成することができる。これにより、より光方向変換素子の斜め後方へ光を反射させることができる。
【００３７】
また、本発明における光源モジュールの前記光方向変換素子は、前記発光部から出射された出射光の出射前方に対して、断面円形状となるように形成されていることが好ましい。
【００３８】
上記構成により、光源モジュールは、各方位に対し、均一に光を配分して出射することができる。
【００３９】
また、本発明における光源モジュールの前記光方向変換素子は、更に鍔状の基台部を有していてもよい。
【００４０】
また、本発明における前記基台部は、前記光方向変換素子を固定するための機構を有していてもよい。
【００４１】
上記構成によれば、基台部は、ビスや爪などの手段により光方向変換素子を固定する機構を有している。また、基台部は、発光部を固定する機構部品及び当該発光部に繋がる配線を隠す機構部品を挟み込んで固定する機構を有していてもよい。このように、光変換素子及び上記機構部品をまとめて固定することができるため、安定性が増す。
【００４２】
また、本発明における光源モジュールの前記光方向変換素子は、透明材料から構成されていてもよい。
【００４３】
このような光方向変換素子を介することによる光損失は、拡散粒子を含有する素材と比較して少なくなるため、光利用効率の高い光源モジュールを実現することができる。
【００４４】
また、本発明における光源モジュールの前記光方向変換素子は、表面の一部または全部に光拡散処理が施されていてもよい。
【００４５】
上記構成によれば、光源モジュールは、光拡散性の高い材料を別個に設けることなく、高い照度でムラのない出力光を得ることができる。
【００４６】
また、このような光源モジュールを照明装置に適用した際、グローブの材料や光学特性等を考慮する必要がないため、安価な照明装置を実現することができる。
【００４７】
また、本発明における光源モジュールの前記発光部は、ＬＥＤであってもよい。
【００４８】
このように、発光部に消費電力の低いＬＥＤを用いることによって、消費電力の低い光源モジュールを実現することができる。
【００４９】
また、上述した光源モジュールを備えた照明装置も本発明の技術的範囲に含まれる。
【発明の効果】
【００５０】
本発明の光源モジュールは、光を出射する発光部と、発光部から出射された出射光の少なくとも一部を、当該出射光の出射前方に対して垂直な方向または斜め後方に放射する光方向変換素子とを備えた光源モジュールにおいて、当該光方向変換素子は、該光方向変換素子の径が発光部から遠ざかるにつれて小さくなるように、該光方向変換素子の外周壁が、全体として、内側へ傾斜していることを特徴としている。
【００５１】
したがって、本発明の光方向変換素子は、上記出射前方に対して垂直な方向または斜め後方に対する光の放射量を増大させることができる。また、光源モジュールは、配光範囲が広がり、より広い範囲に光を照射することができる。また、このような光方向変換素子は、外周壁を全体として内側へ傾斜させるという簡単な構成を採用しているため、設計が容易であり、光利用効率が高い光源モジュールを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明における光源モジュールの構成を示す図である。
【図２】図１の光源モジュールを含む電球形照明装置の概略を示す図であり、（ａ）は、電球形照明装置の側面図を示す図であり、（ｂ）は、電球形照明装置の上面図を示す図である。
【図３】図１の光源モジュールを通過する光の一例を示した図である。
【図４】ＬＥＤ部の配光曲線図である。
【図５】グローブを取り付けたＬＥＤ部の配光曲線図である。
【図６】光源モジュールの配光曲線図である。
【図７】グローブを取り付けた光源モジュールの配光曲線図である。
【図８】本発明における光源モジュールの他の構成を示す図である。
【図９】図１の光源モジュールを通過する光の一例を示した図である。
【図１０】図８の光源モジュールの光方向変換素子の表面の一部に光散乱処理を施したときの、光源モジュール配光曲線図である。
【図１１】図８の光源モジュールの光方向変換素子の表面の全部に光散乱処理を施したときの、光源モジュール配光曲線図である。
【図１２】光源モジュールの形状の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００５３】
〔実施の形態１〕
本発明の実施形態について図面に基づいて説明すると以下の通りである。なお、本発明はこれに限定されるものではなく、この実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に限定的な記載が無い限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。
【００５４】
（電球形照明装置１の概略）
本発明の電球形照明装置（照明装置）１の概略を図２に示す。図２は、電球形照明装置１の概略を示す図であり、（ａ）は、電球形照明装置１の側面図を示し、（ｂ）は、電球形照明装置１の上面図を示す。
【００５５】
図２に示すように、電球形照明装置１は、ＬＥＤモジュール（光源モジュール）１０、グローブ１１、筐体１２、口金１３、及び、リフレクタ１４を備えている。
【００５６】
グローブ１１は、ＬＥＤモジュール１０を覆って保護するとともに、ＬＥＤモジュール１０より放射された光を透過させる。グローブ１１は、例えば、ポリカーボネート（ＰＣ）等の透明樹脂またはガラスによって形成されている。また、グローブ１１は、ヘーズ値９９％の光拡散性樹脂によって形成されてもよい。また、グローブ１１の表面にマイクロメートルオーダーのランダムで微小な凹凸を加工してもよい。このように加工されたグローブ１１は、表面構造による屈折作用で光を拡散することができる。なお、グローブ１１は球面状または曲面状に形成されていることが好ましい。
【００５７】
筐体１２は、略円錐台形状であり、筐体１２の径が小さいほうの一端に口金１３が設けられ、他端にグローブ１１を設けると共に、ＬＥＤモジュール１０及び内部の光を効率よく反射するリフレクタ１４を固定する。筐体１２において、リフレクタ１４を固定している端は、リフレクタ１４及びＬＥＤモジュール１０を取り付けるため平坦に形成されていてもよい。
【００５８】
また、筐体１２は、ＬＥＤモジュール１０を駆動するための駆動回路及び駆動回路に印加する直流バイアスを生成する電源（図示しない）などを収容するための部材である。筐体１２は、更に、駆動回路、電源、及びＬＥＤモジュール１０から生じた熱を放熱する。なお、筐体１２の形状は、一例であり、円錐台形状以外の形状であってもよい。
【００５９】
口金１３は、駆動回路と電気的に接続されていると共に、外部の電源につながるソケットに螺合するような、螺旋型の形状を有している。口金１３は、筐体１２の径が小さいほうの一端に設けられている。
【００６０】
リフレクタ１４は、筐体１２の径が大きいほうの一端、つまり、口金１３が設けられていない方の端に固定されている。リフレクタ１４は、グローブ１１の反射光及びＬＥＤモジュール１０の放射光を反射するための部材である。また、リフレクタ１４は、図２に示すように、ＬＥＤモジュール１０のＬＥＤ部１１０（後述する）を固定するための基板押さえ１４１と、ＬＥＤ部１１０の上面を露出させるための開口部１４２と、電極１１３（後述する）に接続する駆動回路からの配線を通すためにリフレクタ１４の上面に隆起させ、配線を固定した配線隠し１４３とを有している。
【００６１】
また、リフレクタ１４の高さは、ＬＥＤ部１１０の高さとほぼ同一となるように構成されている。なお、リフレクタ１４の高さは一例であり、これに限定されない。また、開口部１４２の形状は、例えば、矩形状であるが、これに限定されない。
【００６２】
ＬＥＤモジュール１０は、光方向変換素子１００と、ＬＥＤ部１１０とを備えている。
【００６３】
光方向変換素子１００は、ＬＥＤ部１１０から出射された出射光の少なくとも一部を、反射または屈折させることで、当該出射光の出射前方に対して垂直な方向または斜め後方に放射する。光方向変換素子１００は、透過率の高い透明材料で作られており、且つ、１００℃程度の熱源であるＬＥＤ部１１０の近傍に設置するため、耐熱性が高い材料、例えば、ポリカーボネート（ＰＣ）により形成されていることが好ましい。このような光方向変換素子１００を介することによる光損失は、拡散粒子を含有する素材と比較して少なくなるため、光利用効率の高いＬＥＤモジュール１００を実現することができる。
【００６４】
なお、光方向変換素子１００は、ＰＣに限定されず、例えば、ＰＭＭＡ（ポリメタクリル酸メチル）に代表されるアクリル樹脂等の透明樹脂であってもよい。また、ＬＥＤ部１１０の熱源の温度はこれに限定されない。光方向変換素子１００の構成については後述する。
【００６５】
ＬＥＤ部１１０は、光を出射する発光部１１１と、発光部１１１を固定する基板１１２と、発光部１１１に電流を供給する電極１１３とを有している。また、ＬＥＤ部１１０は、筐体１２上に形成されている。
【００６６】
発光部１１１は、複数個のＬＥＤ（図示せず）が互いに間隔をもって実装され、蛍光体を含んだ樹脂で封止されている。また、発光部１１１は、基板１１２上の中央部に固定されている。なお、発光部１１１の固定場所はこれに限定されない。このように、発光部１１１にＬＥＤを使用することによって、消費電力の低いＬＥＤモジュール１０を実現することができる。
【００６７】
基板１１２は、矩形状に形成されているが、基板１１２の形状はこれに限定されない。また、基板１１２は、筐体１２上に形成されている。基板１１２は、リフレクタ１４の基板押さえ１４１と嵌合されることでＬＥＤ部１１０を固定している。
【００６８】
次に、図１を参照して、光方向変換素子１００の構成を説明する。
【００６９】
（光方向変換素子１００の構成）
図１は、ＬＥＤモジュール１０の構成を示す図であり、図２（ｂ）におけるＡ−Ａ線矢視断面図である。図１に示すように、光方向変換素子１００は、光方向変換素子本体部１０１と、基台部１０２とを含んでいる。
【００７０】
光方向変換素子本体部１０１は、基台部１０２の上面に設けられており、光方向変換素子本体部１０１の径が発光部１１１から遠ざかる方向、つまり、図１において０°方向に向かうに従い、径が小さくなるように、光方向変換素子本体部１０１の傾斜面１０５が、全体として、内側へ傾斜するように形成されている。
【００７１】
また、光方向変換素子本体部１０１は、凸入射面（入射面）１０３、出射面（反射面）１０４、及び、傾斜面（外周壁）１０５が形成されている。
【００７２】
凸入射面１０３は、ＬＥＤ部１１０と出射面１０４との間に設けられ、ＬＥＤ部１１０の発光部１１１から出射された出射光を入射する。具体的には、出射光を入射し、屈折させて、当該出射光の出射前方となる直進方向（０°方向）に集中させる。
【００７３】
出射面１０４は、凹形状を成している。具体的には、出射面１０４は、漏斗形状または朝顔形状のような、発光部１１１の中心から水平方向に遠ざかるにつれて、傾きが水平に近づく形状である。出射面１０４は、発光部１１１から出射された出射光の少なくとも一部を透過させる。また、出射面１０４は、出射光の少なくとも一部を、傾斜面１０５の内面に向けて反射させる。具体的には、出射面１０４は、図１に示す０°方向に対して垂直な９０°方向または９０°方向よりも１８０°方向に傾斜した方向に反射させる。出射面１０４によって反射された光には、全反射された光が含まれている場合がある。出射面１０４による光の全反射は、光方向変換素子１００の屈折率によって定められる臨界角によって生じるか生じないかが設定され、出射面１０４で反射した光（反射光）の反射方向は、出射面１０４の傾斜角度により設定される。
【００７４】
傾斜面１０５は、出射面１０４で反射した反射光を屈折させ、出射光の出射前方に対して斜め後方に放射する。また、傾斜面１０５は、反射光をより後方向へ放射する。これにより、反射光は光方向変換素子１００の外部へと出射される。
【００７５】
基台部１０２は、鍔状または脚状に形成されている。基台部１０２は、発光部１１１を覆うための凹形状の部分である凹入射面（入射面）１０６を有している。凹入射面１０６は、凸入射面１０３と同様に、ＬＥＤ部１１０の発光部１１１から出射された出射光を入射する。また、凹入射面１０６は、凸入射面１０３を囲むように設けられている。
【００７６】
このような構成により、ＬＥＤ部１１０から出射された光がどのような方向であっても、光方向変換素子１００に光を入射することができるため、より光利用効率の高いＬＥＤモジュール１０を実現することができる。
【００７７】
また、基台部１０２は、リフレクタ１４における筐体１２に接触している面と対向する面に形成されている。この基台部１０２におけるリフレクタ１４に接触している面を基台部１０２の下面と呼び、基台部１０２の下面と対向する面を基台部１０２の上面と呼ぶ。
【００７８】
また、凹入射面１０６は、光方向変換素子１００を固定するための機構である固定穴１０７を有している。固定穴１０７は、例えば、ビス１５などを挿通させることにより、光方向変換素子１００とリフレクタ１４とを筐体１２に強固に取り付けることができる。このように基台部１０２は、ビスや爪などの手段により光方向変換素子１００を固定する機構を有している。
【００７９】
また、凹入射面１０６は、発光部１１１を固定する機構部品及び当該発光部１１１に繋がる配線を隠す機構部品である配線隠し１４３を挟み込んで固定する機構を有している。このように、光方向変換素子１００及び上記機構部品をまとめて固定することができるため、安定性が増す。
【００８０】
また、基台部１０２の上面にはビス１５の螺旋山の面と基台部１０２の上面とを同一の高さにするための凹形状（図示せず）が設けられていてもよい。また、基台部１０２の下面にはリフレクタ１４の凹凸形状（図示せず）と嵌合できる形状を有していることが好ましい。
【００８１】
（凸入射面１０３の形状について）
凸入射面１０３の形状は、図１に示すように凸形状である。
【００８２】
仮に光方向変換素子１００の入射面が凹形状で設けられている場合、入射面から入射した光は屈折して広がる。そのため、出射面１０４へ到達して反射する光は減少し、直接傾斜面１０５へ向かう光は増加する。これにより、正面斜め方向の光強度が大きくなり、後方向への光強度の増加が少なくなる。この場合、発光部１１１から見た光方向変換素子１００の高さを低くし、半径を大きくすることにより傾斜面１０５に光が到達しにくくすれば、出射面１０４で反射する光を増やすことができ、後方向の光強度は増加する。
【００８３】
一方、出射面１０４は、筐体１２が光を遮らないように、ＬＥＤ部１１０から見てなるべく高い位置に設けられることが好ましい。出射面１０４が高い位置に設けられることにより、光を出射面１０４にて反射し、斜め後方へ打ち下ろすように光を出射しても、筐体１２を避けて出射することができるからである。
【００８４】
光方向変換素子１００の入射面が凹形状である場合、光方向変換素子１００の出射面１０４がＬＥＤ部１１０より高い位置にするためには、出射面１０４にて反射する光を増やすために、光方向変換素子１００の半径を大きくする必要がある。しかし、光方向変換素子１００は、図２に示すように電球形照明装置１の中に設けられるものであるため、光方向変換素子１００の半径は電球形照明装置１の大きさに制限される。そのため、半径の大きさに制限のある光方向変換素子１００の入射部には凹形状は適していない。
【００８５】
また、図１のように、出射面１０４の形状が凹形状であるとき、光方向変換素子１００は、０°方向から１８０°方向に向けた孔が存在する。しかし、光方向変換素子１００の強度を確保するためには、光を入射する入射面と出射面１０４との厚みは、少なくとも数ｍｍ（例えば、２ｍｍ）程度確保する必要がある。しかし、入射面と出射面１０４との厚みが大きくなると、光の損失は増えてしまう（例えば、ＰＭＭＡの場合、２ｍｍ毎に８％の光損失）。そのため、入射面と出射面１０４との厚みを最小限確保し、より入射面と出射面１０４との厚みを小さくするために、光を入射する入射面の形状は凸形状または、平面状が適しているといえる。
【００８６】
次に光方向変換素子１００の入射面が平面状である場合を考察する。入射面を平面状とした場合、入射面を凸状とした場合と比べ、側面方向に向かうに従い入射面と出射面１０４との厚みは大きくなる。上述したように厚みが大きくなると、光の損失は増えてしまうため、光を入射する入射面の形状は、凸形状が適しているといえる。
【００８７】
このように、凸入射面１０３の形状を凸形状にすることにより、凸入射面１０３と出射面１０４との厚みを少なくすることができるため、光の損失を低減できる。また、凸入射面１０３と出射面１０４との厚みを少なくすることにより、小型化及び軽量化を実現でき、更には、光方向変換素子１００の低価格化を実現することができる。
【００８８】
（ＬＥＤモジュール１０の出射光の例）
次に、ＬＥＤモジュール１０の出射光の例を図３に示す。図３は、ＬＥＤモジュール１０を通過する光の一例を示した図である。図３に示すように、ＬＥＤ部１１０から出射した光は、光方向変換素子１００を介し、光方向変換素子１００の外部に出射する。図３においては、特に図３の右側方向に出射する光に注目している。
【００８９】
図３に示すように、ＬＥＤ部１１０から出射した光は、凸入射面１０３で、屈折して正面方向へと出射方向を変える。出射面１０４に到達した光は、その一部が透過光２２となり、残りが反射光２３となる。透過光２２は、ＬＥＤ部１１０から出射した光の一部が出射面１０４で、臨界角に満たない入射角で入射するために透過して出射する光である。
【００９０】
反射光２３は、出射面１０４で反射され、９０°方向またはこの９０°方向よりも鈍角な方向、つまり、１８０°方向に傾斜した方向に導かれ、傾斜面１０５から出射される光である。
【００９１】
また、反射光２３は出射面１０４のより高い面で反射することにより、筐体１２に遮られる光を減ずることができる。さらに、出射面１０４の傾きを変えることにより、任意の方向に光を集中させることができる。そのため、出射面１０４は、配光をコントロールすることができる。
【００９２】
透過光２４は、凹入射面１０６の側面に入射し傾斜面１０５から透過して９０°方向へ出射する光である。
【００９３】
反射光２５は、凸入射面１０３から入射した光が出射面１０４を介さずに傾斜面１０５に到達し、傾斜面１０５の内面によって光方向変換素子１００の中心に向かう方向に反射された光である。
【００９４】
また、反射光２５は、光方向変換素子１００の中心に向かう方向に反射した後、光が反射した傾斜面１０５の部分の対角に位置する傾斜面１０５の内面に導かれ、当該対角に位置する傾斜面１０５から斜め後方へ出射される光である。
【００９５】
なお、図３に示す光は、一例であり、ＬＥＤモジュール１０を通過する光はこの限りではない。
【００９６】
反射光２５の方向は、傾斜面１０５の傾きにより決定される。例えば、特許文献４に記載の、発光部１１１から遠いほど直径が大きい逆円錐台形状の光学レンズの場合、光学レンズの側面の傾斜面に直接光が入射すれば、その傾斜面で反射して０°方向へ出射し、正面方向の光強度が高くなるためビーム角は狭くなる。
【００９７】
そこで、傾斜面１０５を延長してできる円錐の頂角を大きくとるように傾斜面１０５を傾けることにより、反射光２５の一部は出射面１０４より外部に出力され、一部は、光が反射した傾斜面１０５の部分の対角に位置する傾斜面１０５の部分から、斜め後方へ出力される。これにより、配光範囲が広がり、より広い範囲に光を照射することができる。
【００９８】
このように、光方向変換素子１００から出射される光は、側方または側方より後方にも光が出射される。また、光方向変換素子１００から出射される反射光２３、透過光２４、及び反射光２５のように側方または後方へ向かう光は、グローブ１１の拡散効果により更に後方へも出射される。特に、グローブ１１の高さが上がることでより広範囲へ光を出射することができる。
【００９９】
さらに出射面１０４またはグローブ１１で反射され、ＬＥＤモジュール１０付近に導光された光は、リフレクタ１４によって更に反射させることにより、電球形照明装置１の外へ効率よく光を取り出すことができる。
【０１００】
（配光範囲の比較）
従来の電球形照明装置では、ＬＥＤ部１１０の発光部１１１から、光の出射前方（０°方向）を中心に全方向へ光は発せられ、当該出射前方から垂直方向に近づくに従い、光の強度は低下する。すなわち、０°方向へ向かう光が最も光強度が高い。そのため、本発明における電球形照明装置１では、配光範囲を広げるために、光の強度を全方向へ分散させる。
【０１０１】
図４は、ＬＥＤ部１１０のみの配光特性を示す配光曲線図である。また、図５は、拡散性のグローブ１１を取り付けたＬＥＤ部１１０の配光特性を示す配光曲線図である。図６は、ＬＥＤ部１１０と光方向変換素子１００とからなるＬＥＤモジュール１０の配光特性を示す配光曲線図である。図７は、グローブ１１を取り付けたＬＥＤモジュール１０の配光特性を示す配光曲線図である。
【０１０２】
ここで、図４から図７の配光曲線図において、周方向は、各光源（ＬＥＤ部または、ＬＥＤモジュール）の光軸（図１における０°方向）との角度を示し、径方向は最大値を１００％として相対表示した光度を示している。
【０１０３】
図５に示すように、ＬＥＤ部１１０に拡散性のグローブ１１を取り付けることにより、ＬＥＤ部１１０から出射された光は、図４と比較して、後方（１８０°方向）に出射される光の割合が大きくなっている。
【０１０４】
また、図６に示すように、ＬＥＤ部１１０と光方向変換素子１００とからなるＬＥＤモジュール１０は、０°方向に出射される光が減少し、９０°方向及び９０°から１８０°に向かう方向に出射される光が増加する。
【０１０５】
また、グローブ１１を取り付けた、ＬＥＤモジュール１０は、図７に、緩やかな配光強度の変化によって示されているように、光度のムラを軽減していることがわかる。
【０１０６】
このように、本発明におけるＬＥＤモジュール１０の、光方向変換素子１００は、光方向変換素子１００の径がＬＥＤ部１１０から遠ざかるにつれて小さくなるように、光方向変換素子１００の傾斜面１０５が、全体として、内側へ傾斜している。
【０１０７】
このような光方向変換素子１００は、光方向変換素子１００に入射した光の一部を、傾斜面１０５の内面にて反射させ、出射前方に対して垂直な方向または斜め後方へ進行させる。あるいは、傾斜面１０５の内面にて反射した光が、該傾斜面１０５の内面と対向する内面に到達し、傾斜面１０５の内側から外側へ出射する場合に、屈折作用によって、光の進路を出射前方に対してさらに斜め後方へ変更する。したがって、本発明の光方向変換素子１００は、出射前方に対して垂直な方向または斜め後方に対する光の放射量を増大させることができる。
【０１０８】
また、このような光方向変換素子１００は、傾斜面１０５を全体として内側へ傾斜させるという簡単な構成を採用しているため、設計が容易であり、光利用効率が高いＬＥＤモジュール１０を実現することができる。
【０１０９】
また、出射面１０４は、ＬＥＤ部１１０の中心から水平方向に遠ざかるにつれて、傾きが水平に近づく形状であってもよい。出射面１０４に入射する光は、ＬＥＤ部１１０から遠ざかるにつれて光軸に対して傾くので、出射面１０４の傾きを水平に近づけても全反射面を形成することができる。これにより、より光方向変換素子１００の斜め後方へ光を反射させることができる。
【０１１０】
〔実施の形態２〕
本発明の他の実施形態（実施形態２）について、図８から図１１を参照して説明する。
【０１１１】
本実施形態では、実施形態１にて説明した光方向変換素子１００の表面の一部または全部に、光拡散処理が施されることにより、光拡散面を形成した光方向変換素子２００を含むＬＥＤモジュール２０について説明を行う。なお、本実施形態において、前記実施形態１にて説明した図１と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。
【０１１２】
図８は、ＬＥＤモジュール２０の構成を示す図であり、図２（ｂ）におけるＡ−Ａ線矢視断面図である。図８に示すように、ＬＥＤモジュール２０は、光方向変換素子２００及びＬＥＤ部１１０を備えている。また、光方向変換素子２００は、光方向変換素子本体部１０１と、基台部１０２ａとを含んでいる。
【０１１３】
また、光方向変換素子本体部１０１は、凸入射面（入射面）１０３ａ、出射面（反射面）１０４ａ、及び、傾斜面（外周壁）１０５ａが形成されており、それぞれ、図１の凸入射面１０３、出射面１０４及び傾斜面１０５に相当する。また、基台部１０２ａは、凹入射面（入射面）１０６ａを有しており、これは、図１の凹入射面１０６に相当する。
【０１１４】
基台部１０２ａ、凸入射面１０３ａ、出射面１０４ａ、傾斜面１０５ａ、及び凹入射面１０６ａは、表面の一部または全部にブラスト処理による梨地面の形成、光拡散シートの貼り付け、光拡散材の塗布などの光拡散処理が施され、それぞれ、光拡散面２０２、光拡散面２０３、光拡散面２０４、光拡散面２０５、および、光拡散面２０６を形成している。
【０１１５】
（ＬＥＤモジュール２０の出射光の例）
次に、ＬＥＤモジュール２０の出射光の例を図９に示す。図９は、ＬＥＤモジュール２０を通過する光の一例を示した図である。図９に示すように、ＬＥＤ部１１０から出射した光は、光方向変換素子２００を介し、光方向変換素子２００の外部に出射する。図９においては、特に図９の右側方向に出射する光に注目している。
【０１１６】
図９に示すように、ＬＥＤ部１１０から出射した光は、凸入射面１０３ａに設けられた光拡散面２０３および凹入射面１０６ａに設けられた光拡散面２０６に入射し散乱する。その後、出射面１０４ａに設けられた光拡散面２０４、傾斜面１０５ａに設けられた光拡散面２０５に光が到達するたびに光は散乱され、拡がる。
【０１１７】
このとき、凸入射面１０３ａおよび出射面１０４ａには光拡散処理を施さなければ、出射面１０４ａで反射される光の割合が増えるため、正面へ出射する光が減少し、出射面１０４ａで反射された光は、傾斜面１０５ａに集中する。傾斜面１０５ａに集中した光は、光拡散面２０５で散乱されるため配光が拡がる。
【０１１８】
また、光拡散面２０４及び光拡散面２０５を設けることにより、外部に放射される光はより広い表面積で拡散される。そのため、光度のムラはより緩和される。ただし、光拡散面２０４で傾斜面１０５ａへ反射する光が散乱されてしまうので、傾斜面１０５ａに向かう光の割合は減少し、前方へ向かう光の割合が増える。
【０１１９】
このように、光度のムラを緩和することと配光範囲を広げることは本形態においてトレードオフの関係にあるが、光拡散処理を施す面を選択することにより光度のムラの度合いと配光範囲をコントロールすることが可能になる。また、各光拡散面において、拡散させる度合いを変えることでも光度のムラおよび配光範囲をコントロールすることができる。
【０１２０】
（配光範囲の比較）
図１０は、図８のＬＥＤモジュール２０において、光方向変換素子２００の傾斜面１０５ａの表面のみに光拡散処理を施したＬＥＤモジュール２０の配光特性を示す配光曲線図である。また、図１１は、図８のＬＥＤモジュール２０の光方向変換素子２００の表面の全部に光拡散処理を施したＬＥＤモジュール２０の配光特性を示す配光曲線図である。
【０１２１】
図１０に示すように、図６に示した配光曲線図と比べ、配光曲線は緩やかになり、光度のムラを軽減していることがわかる。
【０１２２】
また、光方向変換素子２００の表面の全部に光拡散処理を施すことにより、図１１に示すように、より緩やかな光強度の変化を示しており、光度のムラはより緩和されることがわかる。また、図１１に示す配光曲線図は、図７に示した配光曲線図に近似していることがわかる。このように、グローブ１１で光を拡散させなくとも、光方向変換素子２００の表面で光拡散を行えば、図７で示したような配光特性に近づけることが可能である。そのため、ＬＥＤモジュール２０は、光拡散性の高い材料を別個に設けることなく、高い照度でムラのない出力光を得ることができる。
【０１２３】
また、このようなＬＥＤモジュール２０を電球形照明装置１に適用した際、グローブの材料や光学特性等を考慮する必要がない。つまり、光拡散性のグローブ１１を用いる必要がないため、透明のグローブ１１等を用いることができるため、安価な照明装置を実現することができる。
【０１２４】
（光方向変換素子１００及び光方向変換素子２００の形状の例）
本実施形態１及び実施形態２において、光方向変換素子１００及び光方向変換素子２００の形状は円錐台形状であることを例に説明を行ったが、光方向変換素子１００及び光方向変換素子２００の形状はこれに限定されない。
【０１２５】
図１２に光方向変換素子１００及び光方向変換素子２００の形状の例を示す。図１２に示すように、光方向変換素子１００及び光方向変換素子２００の形状は、（ａ）のように円錐台形であってもよいし、（ｂ）、（ｄ）及び（ｅ）に示すように、母線が直線に限られず、２次以上の高次関数で表される曲線、双曲線、または指数関数で表される曲線などの任意の曲線の一部であってもよい。また、（ｃ）及び（ｆ）に示すように。外周壁が波状のように、平面でなくてもよい。これにより、ＬＥＤモジュール１０及びＬＥＤモジュール２０は、配光範囲が広がり、より広い範囲に光を照射することができる。
【０１２６】
また、本発明における光方向変換素子１００及び光方向変換素子２００は、ＬＥＤ部１１０出射された出射光の出射前方に対して、（ａ）、（ｂ）、（ｄ）、（ｅ）及び（ｆ）に示すように、断面円形状となるように形成されていてもよいし、（ｃ）のように波状に形成されていてもよい。このような構成により、ＬＥＤモジュール１０及びＬＥＤモジュール２０は、各方位に対し、均一に光を配分して出射することができる。
【０１２７】
なお、光方向変換素子１００及び光方向変換素子２００の断面と、発光部１１１とが平行に設置されていることが好ましい。
【０１２８】
なお、本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【０１２９】
本発明は、広範囲に光を照射する照明装置、特に電球形照明装置に好適に利用することができる。
【符号の説明】
【０１３０】
１ 電球形照明装置
１０ ＬＥＤモジュール（光源モジュール）
１００ 光方向変換素子
１０１ 光方向変換素子本体部
１０２ 基台部
１０３ 凸入射面（入射面）
１０４ 出射面（反射面）
１０５ 傾斜面（外周壁）
１０６ 凹入射面（入射面）
１０７ 固定穴
１１０ ＬＥＤ部
１１１ 発光部
１１２ 基板
１１３ 電極
１１ グローブ
１２ 筐体
１３ 口金
１４ リフレクタ
１４１ 基板押さえ
１４２ 開口部
１４３ 配線隠し
１５ ビス
２０ ＬＥＤモジュール
２００ 光方向変換素子
１０２ａ 基台部
１０３ａ 凸入射面（入射面）
１０４ａ 出射面（反射面）
１０５ａ 傾斜面（外周壁）
１０６ａ 凹入射面（入射面）
２０２ 光拡散面
２０３ 光拡散面
２０４ 光拡散面
２０５ 光拡散面
２０６ 光拡散面
２２ 透過光
２３ 反射光
２４ 透過光
２５ 反射光
【技術分野】
【０００１】
本発明は光源モジュール及びそれを備えた照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境問題に対する意識が高まり、白熱電球に代表される消費電力の高い照明光源から、ＬＥＤのように消費電力の低い照明光源への見直しが活発になっている。ＬＥＤは低消費電力であるだけでなく、水銀レスであるという面で見ても環境にやさしい光源であるため、従来光源の置き換えとしてＬＥＤが用いられる事例が増えている。
【０００３】
一方、ＬＥＤは指向性の高い光源であるため、従来光源のように光を全周囲に放射するものからＬＥＤへ置き換えを行えば、それぞれの照射面の様子が大きく異なってしまう。そのため、ＬＥＤを光源とした電球を用いる場合には、その配光を白熱電球に近づけて実用性を向上させることが課題となる。このような課題を解決するために、例えば、特許文献１には、複数個のＬＥＤとＬＥＤからの光を拡散する蛍光体の層とが形成されたＬＥＤ電球が記載されている。また、特許文献５には、複数個のＬＥＤを立体的に設置するＬＥＤランプが記載されている。
【０００４】
このような構成により配光範囲を広げることは可能となるが、電球の美観を損なうだけでなく、構造が複雑であるため実装コストが高くなるというデメリットがある。このようなデメリットがなく、より簡易に上記の課題を解決する手段として、例えば下記のような例が挙げられる。
【０００５】
第１の例は、グローブ材料として、９９％に近いヘーズ値を有し、分散度６０°程度（相対透過率が５０％になる角度）を有する拡散性の高い樹脂、または、ガラスを使用することである。
【０００６】
第２の例は、例えば、側方に光を出射するように配置された小型のＬＥＤ光源を使用し、内部にドーム状のレンズ（ドーム型レンズ）を取り付けることである（例えば特許文献２）。この例では、ある程度側方に光を分散させてから、拡散性の高い樹脂またはガラスをグローブ材料として使用する。
【０００７】
第３の例は、電球形照明装置のグローブ（光源カバー）内に、グローブの頂端部側に位置する反射面を形成した導光体を取り付けることである（例えば特許文献３）。ＬＥＤから出射された光は、導光体内に入射すると、導光体の側周面内面で全反射を繰り返して頂端部側に位置する反射板まで到達し、反射板付近の出射部から後方、すなわち口金方向に出射される。
【０００８】
第４の例は、特許文献４や特許文献６に示すように、光学レンズを用いて光を屈折・反射させることで光を所望の範囲に放射することである。例えば、特許文献４には、ＬＥＤから照射される光の波長を変換する波長変換部材と、波長変換部材から出てくる光を集光するレンズとを備えたＬＥＤ照明装置が記載されている。また、特許文献６には、発光素子と発光素子から放射される光を側面方向へ放射する光方向変換素子とを有した光源モジュールが記載されている。また、特許文献７には、透明部材の中心点付近のグレアの発生を抑制する光学素子及び発光装置が記載されている。このレンズ、光方向変換素子、または光学素子に入射した光は、レンズ、光方向変換素子または光学素子と空気の境界で臨界角以上の角度で入射すると入射角と同じ角度で全反射し伝播する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００１−２４３８０７号公報（平成１３年９月７日公開）
【特許文献２】特開２００４−３４３０２５号公報（平成１６年１２月２日公開）
【特許文献３】特開２００９−２８９６９７号公報（平成２１年１２月１０日公開）
【特許文献４】特開２０１０−１２９２０２号公報（平成２２年６月１０日公開）
【特許文献５】特開２０１０−１３５３０８号公報（平成２２年６月１７日公開）
【特許文献６】特開２０１０−２３９０２１号公報（平成２２年１０月２１日公開）
【特許文献７】特開２０１０−１５３３２８号公報（平成２２年７月８日公開）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、第１の例では、グローブの拡散性により、例えばビーム角１６０°程度まで配光範囲は拡がるものの、側方または後方までは広げることは難しい。分散度の高い材質をグローブに用いれば分散度の低い材質と比較して配光範囲は拡がるが、分散度の高い材質は全光線透過率が低く光吸収率が高い傾向にあるため、器具効率（光利用効率）の低下が著しく、例えば８０％程度になってしまう。すなわち、第１の例に拡散性の高い材質で作製したグローブを付けることにより、配光範囲は広がるが、光束の損失が２０％程度生じてしまう。これにより、このような照明器具（照明装置）は、光源の明るさより低い明るさになるため、器具効率が低くなってしまう。
【００１１】
また、グローブの材質を変えずに配光範囲を広げるには、光を後方に出射するために、グローブを大型化する必要がある。しかしながら、グローブを極端に大型化すると、従来の電球が収まっていた灯具に入らなくなり、単純な電球の置き換えを行うことができなくなる。
【００１２】
また、電球形照明装置の熱設計において、一般にアルミニウムなどの材料からなる筐体部からの放熱を考慮することが必要となる。筐体部とは、ＬＥＤなどの光源を固定し、また、光源を駆動するための駆動回路や、駆動回路の電源などを収容するための部材である。高輝度のＬＥＤモジュールを用いた電球形照明装置の筐体部は、光源などから生じた熱の放熱効果を高めるために表面積を大きくする必要がある。このような筐体部を用いた電球形照明装置において、グローブを大きくすることは、電球形照明装置の大型化を引き起こしてしまうため、実用的ではない。
【００１３】
第２の例では、第１の例と比較して、グローブが小型でも配光範囲を広げることができる。その一方、複数のＬＥＤの配光の調整が難しい上に、第１の例と同様、器具効率が低いといった問題がある。
【００１４】
また、特許文献２に記載されているドーム型レンズ付きのＬＥＤは、いわゆる砲弾型ＬＥＤであり、このようなＬＥＤの場合、放熱などの観点から、高輝度のＬＥＤでは実現できない。このように、輝度の低いＬＥＤを用いて、高輝度の光源を実現するためには、多数のＬＥＤを散在させる必要があるので、価格の高騰やエネルギー効率の悪化を招く。
【００１５】
第３の例では、反射面（反射部）が、光源カバーの球面中心からグローブ（光源カバー）の頂端までの間隔を等分したときの中点よりもグローブの頂端側へ位置するように配設されている。なぜならば、反射面と筐体部との距離が短いと、反射面で反射した光が筐体部によって遮られてしまう範囲が大きいからである。このため、口金方向に出射した光が筐体部で遮られないようにするためには、反射面を筐体部から離して、十分な距離を確保しなければならない。一方、導光体は、その内部が中空ではなく中実である。そのため、筐体部から十分な距離を確保しようとすると導光体の重量が大きくなってしまう。また、全反射の繰り返しにより反射面に導光する導光体の部分は、口金方向に光を出射するように配光範囲を広げることに寄与しない。
【００１６】
このように、第３の例では、配光範囲を拡張することに寄与しない部分が大きい導光体が広く存在するため、配光範囲は広がるが、電球形照明装置の大型化を引き起こす可能性があり、実用的ではない。
【００１７】
また、一般的に導光体として用いられる透明アクリル樹脂は、例えば厚み１５ｍｍであれば透過率９２％程度である。すなわち、８％程度の光は、出射されず損失してしまう。これらの損失した光は、導光体に入射する前に、入射せずに反射してしまったものであったり、導光体に入射した後、導光体内部を全反射して進む間に光吸収されてしまったりしたものである。反射面を筐体部から離して設置した場合、つまり、導光体の長さを長くし、反射面をグローブの頂端側に近づけた場合、導光体に入射した光が導光体内部を進む距離は長くなる。これにより、光の透過率は一層低下してしまい、器具効率が低下するといった問題がある。
【００１８】
第４の例では、例えば特許文献４のように、レンズの形状を工夫することによって、ＬＥＤ照明装置の前方に対する集光性と、色むらの低減とを両立させている。しかしながら、ＬＥＤ照明装置の側方または後方への配光について、全く考慮されていない。特許文献６の光方向変換素子には、入射した光を側方、斜め前方および斜め後方に出射するための光反射面が形成されているが、さらに、光方向変換素子に光拡散材を含有させる構成と、上記光反射面との組み合わせによって、光の拡散性を均一化し、輝度むらの低減を図っている。この結果、この光方向変換素子は、体積全体で光が拡散するため、シミュレーションを用いた形状の設計に膨大な時間を費やしてしまうことが危惧される。また、光吸収率も透明材料のみの場合と比較して高くなってしまうため、器具効率の低下を招いてしまう。
【００１９】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、白熱電球のように配光範囲が広く、安価で、且つ、光利用効率の高い照明装置の光源モジュールを実現することである。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
上記の課題を解決するために、本発明における光源モジュールは、光を出射する発光部と、発光部から出射された出射光の少なくとも一部を、当該出射光の出射前方に対して垂直な方向または斜め後方に放射する光方向変換素子とを備えた光源モジュールにおいて、当該光方向変換素子は、該光方向変換素子の径が発光部から遠ざかるにつれて小さくなるように、該光方向変換素子の外周壁が、全体として、内側へ傾斜していることを特徴としている。
【００２１】
上記構成によれば、光方向変換素子は、例えば、円錐台形または略円錐台形のように、光方向変換素子の径が発光部から遠ざかるにつれて小さくなるように、該光方向変換素子の外周壁が全体として内側に傾斜している。このような光方向変換素子は、光方向変換素子に入射した光の一部を、上記外周壁の内面にて反射させ、上記出射前方に対して垂直な方向または斜め後方へ進行させる。あるいは、上記外周壁の内面にて反射した光が、上記内面と対向する内面に到達し、上記外周壁の内側から外側へ出射する場合に、屈折作用によって、光の進路を上記出射前方に対してさらに斜め後方へ変更する。したがって、本発明の光方向変換素子は、上記出射前方に対して垂直な方向または斜め後方に対する光の放射量を増大させることができる。
【００２２】
なお、光方向変換素子の形状は、円錐台形及び略円錐台形に限られない。また、このような光方向変換素子の外周壁は、平面に限られず、例えば、波状のように、平面でない外周壁であってもよい。また、このような光方向変換素子の母線は直線に限られず、２次以上の高次関数で表される曲線、双曲線、または指数関数で表される曲線などの任意の曲線の一部であってもよいし、任意の曲線または直線の組み合わせであってもよい。これにより、光源モジュールは、配光範囲が広がり、より広い範囲に光を照射することができる。
【００２３】
また、このような光方向変換素子は、外周壁を全体として内側へ傾斜させるという簡単な構成を採用しているため、設計が容易であり、光利用効率が高い光源モジュールを実現することができる。
【００２４】
また、本発明における光源モジュールの前記光方向変換素子は、前記発光部から出射された出射光の少なくとも一部を透過させる反射面であって、出射光の少なくとも一部を、上記外周壁の内面に向けて反射させるための反射面を備えていることが好ましい。
【００２５】
このような反射面を有することにより、反射面にて反射した光を、外周壁の内面に到達させるので、外周壁の内面に到達する光を増大させることができる。この結果、上述した屈折作用によって、斜め後方に放射する光を増大させることができる。これにより、光源モジュールは、より広い範囲に光を照射することができる。
【００２６】
また、本発明における光源モジュールの前記光方向変換素子は、前記発光部と前記反射面との間に、前記発光部から出射された出射光が入射する入射面を更に有し、前記反射面の形状は、凹形状であり、前記入射面の形状は、凸形状であることが好ましい。
【００２７】
前記光方向変換素子の強度を確保するためには、前記入射面と前記反射面との厚みは、少なくとも数ｍｍ程度確保する必要がある（例えば２ｍｍ）。しかし、光変換素子の厚みが大きくなると、光の損失は増えてしまう。凹形状の反射面との厚みを最小限確保し、より入射面と反射面との厚みを小さくするために、光を入射する入射面の形状は凸形状であることが適している。
【００２８】
上記構成によれば、凸形状の前記入射面は、発光部から出射した光が屈折して前方に集中する光学作用も有している。これにより、光方向変換素子に入射した光が効率よく反射面に到達することができる。また、凸形状の入射面と凹形状の反射面との厚みを少なくすることができるため、光の損失を低減できる。また、光方向変換素子の厚みを少なくすることにより、小型化、軽量化、及び、光方向変換素子の低価格化を実現することができる。
【００２９】
また、本発明における光源モジュールの前記入射面は、前記発光部を覆うための凹形状の部分を更に有しており、前記入射面の凹形状の部分は、前記入射面の凸形状の部分を囲むように設けられてもよい。
【００３０】
このような構成により、発光部から出射された光がどのような方向であっても、前記光方向変換素子に光を入射することができるため、より光利用効率の高い光源モジュールを実現することができる。
【００３１】
また、本発明における光源モジュールの前記光方向変換素子は、前記反射面を介さずに、前記外周壁に到達する光を、前記外周壁の内面によって、該光方向変換素子の中心に向かう方向に反射させてもよい。
【００３２】
また、本発明における光源モジュールの前記光方向変換素子は、前記光方向変換素子の中心に向かう方向に反射させた光を、光が反射した外周壁の部分の対角に位置する外周壁の内面に導き、当該対角に位置する外周壁から斜め後方へ出射させてもよい。
【００３３】
反射面を介さずに外周壁に到達する光は、前記外周壁の内面で反射される。この反射された光には、内面に対する入射角度によって全反射された光も含まれる場合がある。この反射された光の方向は、前記外周壁の傾きにより決定される。これにより、外周壁にて反射された光の一部は反射面より外部に出力され、一部は、光が反射した外周壁の部分の対角に位置する外周壁の部分から、斜め後方へ出射される。
【００３４】
これにより、光源モジュールは、配光範囲が広がり、より広い範囲に光を照射することができる。
【００３５】
また、本発明における光源モジュールの前記反射面は、発光部の中心から水平方向に遠ざかるにつれて、傾きが水平に近づく形状であってもよい。
【００３６】
前記反射面に入射する光は、発光部から遠ざかるにつれて光軸に対して傾くので、反射面の傾きを水平に近づけても全反射面を形成することができる。これにより、より光方向変換素子の斜め後方へ光を反射させることができる。
【００３７】
また、本発明における光源モジュールの前記光方向変換素子は、前記発光部から出射された出射光の出射前方に対して、断面円形状となるように形成されていることが好ましい。
【００３８】
上記構成により、光源モジュールは、各方位に対し、均一に光を配分して出射することができる。
【００３９】
また、本発明における光源モジュールの前記光方向変換素子は、更に鍔状の基台部を有していてもよい。
【００４０】
また、本発明における前記基台部は、前記光方向変換素子を固定するための機構を有していてもよい。
【００４１】
上記構成によれば、基台部は、ビスや爪などの手段により光方向変換素子を固定する機構を有している。また、基台部は、発光部を固定する機構部品及び当該発光部に繋がる配線を隠す機構部品を挟み込んで固定する機構を有していてもよい。このように、光変換素子及び上記機構部品をまとめて固定することができるため、安定性が増す。
【００４２】
また、本発明における光源モジュールの前記光方向変換素子は、透明材料から構成されていてもよい。
【００４３】
このような光方向変換素子を介することによる光損失は、拡散粒子を含有する素材と比較して少なくなるため、光利用効率の高い光源モジュールを実現することができる。
【００４４】
また、本発明における光源モジュールの前記光方向変換素子は、表面の一部または全部に光拡散処理が施されていてもよい。
【００４５】
上記構成によれば、光源モジュールは、光拡散性の高い材料を別個に設けることなく、高い照度でムラのない出力光を得ることができる。
【００４６】
また、このような光源モジュールを照明装置に適用した際、グローブの材料や光学特性等を考慮する必要がないため、安価な照明装置を実現することができる。
【００４７】
また、本発明における光源モジュールの前記発光部は、ＬＥＤであってもよい。
【００４８】
このように、発光部に消費電力の低いＬＥＤを用いることによって、消費電力の低い光源モジュールを実現することができる。
【００４９】
また、上述した光源モジュールを備えた照明装置も本発明の技術的範囲に含まれる。
【発明の効果】
【００５０】
本発明の光源モジュールは、光を出射する発光部と、発光部から出射された出射光の少なくとも一部を、当該出射光の出射前方に対して垂直な方向または斜め後方に放射する光方向変換素子とを備えた光源モジュールにおいて、当該光方向変換素子は、該光方向変換素子の径が発光部から遠ざかるにつれて小さくなるように、該光方向変換素子の外周壁が、全体として、内側へ傾斜していることを特徴としている。
【００５１】
したがって、本発明の光方向変換素子は、上記出射前方に対して垂直な方向または斜め後方に対する光の放射量を増大させることができる。また、光源モジュールは、配光範囲が広がり、より広い範囲に光を照射することができる。また、このような光方向変換素子は、外周壁を全体として内側へ傾斜させるという簡単な構成を採用しているため、設計が容易であり、光利用効率が高い光源モジュールを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明における光源モジュールの構成を示す図である。
【図２】図１の光源モジュールを含む電球形照明装置の概略を示す図であり、（ａ）は、電球形照明装置の側面図を示す図であり、（ｂ）は、電球形照明装置の上面図を示す図である。
【図３】図１の光源モジュールを通過する光の一例を示した図である。
【図４】ＬＥＤ部の配光曲線図である。
【図５】グローブを取り付けたＬＥＤ部の配光曲線図である。
【図６】光源モジュールの配光曲線図である。
【図７】グローブを取り付けた光源モジュールの配光曲線図である。
【図８】本発明における光源モジュールの他の構成を示す図である。
【図９】図１の光源モジュールを通過する光の一例を示した図である。
【図１０】図８の光源モジュールの光方向変換素子の表面の一部に光散乱処理を施したときの、光源モジュール配光曲線図である。
【図１１】図８の光源モジュールの光方向変換素子の表面の全部に光散乱処理を施したときの、光源モジュール配光曲線図である。
【図１２】光源モジュールの形状の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００５３】
〔実施の形態１〕
本発明の実施形態について図面に基づいて説明すると以下の通りである。なお、本発明はこれに限定されるものではなく、この実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に限定的な記載が無い限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。
【００５４】
（電球形照明装置１の概略）
本発明の電球形照明装置（照明装置）１の概略を図２に示す。図２は、電球形照明装置１の概略を示す図であり、（ａ）は、電球形照明装置１の側面図を示し、（ｂ）は、電球形照明装置１の上面図を示す。
【００５５】
図２に示すように、電球形照明装置１は、ＬＥＤモジュール（光源モジュール）１０、グローブ１１、筐体１２、口金１３、及び、リフレクタ１４を備えている。
【００５６】
グローブ１１は、ＬＥＤモジュール１０を覆って保護するとともに、ＬＥＤモジュール１０より放射された光を透過させる。グローブ１１は、例えば、ポリカーボネート（ＰＣ）等の透明樹脂またはガラスによって形成されている。また、グローブ１１は、ヘーズ値９９％の光拡散性樹脂によって形成されてもよい。また、グローブ１１の表面にマイクロメートルオーダーのランダムで微小な凹凸を加工してもよい。このように加工されたグローブ１１は、表面構造による屈折作用で光を拡散することができる。なお、グローブ１１は球面状または曲面状に形成されていることが好ましい。
【００５７】
筐体１２は、略円錐台形状であり、筐体１２の径が小さいほうの一端に口金１３が設けられ、他端にグローブ１１を設けると共に、ＬＥＤモジュール１０及び内部の光を効率よく反射するリフレクタ１４を固定する。筐体１２において、リフレクタ１４を固定している端は、リフレクタ１４及びＬＥＤモジュール１０を取り付けるため平坦に形成されていてもよい。
【００５８】
また、筐体１２は、ＬＥＤモジュール１０を駆動するための駆動回路及び駆動回路に印加する直流バイアスを生成する電源（図示しない）などを収容するための部材である。筐体１２は、更に、駆動回路、電源、及びＬＥＤモジュール１０から生じた熱を放熱する。なお、筐体１２の形状は、一例であり、円錐台形状以外の形状であってもよい。
【００５９】
口金１３は、駆動回路と電気的に接続されていると共に、外部の電源につながるソケットに螺合するような、螺旋型の形状を有している。口金１３は、筐体１２の径が小さいほうの一端に設けられている。
【００６０】
リフレクタ１４は、筐体１２の径が大きいほうの一端、つまり、口金１３が設けられていない方の端に固定されている。リフレクタ１４は、グローブ１１の反射光及びＬＥＤモジュール１０の放射光を反射するための部材である。また、リフレクタ１４は、図２に示すように、ＬＥＤモジュール１０のＬＥＤ部１１０（後述する）を固定するための基板押さえ１４１と、ＬＥＤ部１１０の上面を露出させるための開口部１４２と、電極１１３（後述する）に接続する駆動回路からの配線を通すためにリフレクタ１４の上面に隆起させ、配線を固定した配線隠し１４３とを有している。
【００６１】
また、リフレクタ１４の高さは、ＬＥＤ部１１０の高さとほぼ同一となるように構成されている。なお、リフレクタ１４の高さは一例であり、これに限定されない。また、開口部１４２の形状は、例えば、矩形状であるが、これに限定されない。
【００６２】
ＬＥＤモジュール１０は、光方向変換素子１００と、ＬＥＤ部１１０とを備えている。
【００６３】
光方向変換素子１００は、ＬＥＤ部１１０から出射された出射光の少なくとも一部を、反射または屈折させることで、当該出射光の出射前方に対して垂直な方向または斜め後方に放射する。光方向変換素子１００は、透過率の高い透明材料で作られており、且つ、１００℃程度の熱源であるＬＥＤ部１１０の近傍に設置するため、耐熱性が高い材料、例えば、ポリカーボネート（ＰＣ）により形成されていることが好ましい。このような光方向変換素子１００を介することによる光損失は、拡散粒子を含有する素材と比較して少なくなるため、光利用効率の高いＬＥＤモジュール１００を実現することができる。
【００６４】
なお、光方向変換素子１００は、ＰＣに限定されず、例えば、ＰＭＭＡ（ポリメタクリル酸メチル）に代表されるアクリル樹脂等の透明樹脂であってもよい。また、ＬＥＤ部１１０の熱源の温度はこれに限定されない。光方向変換素子１００の構成については後述する。
【００６５】
ＬＥＤ部１１０は、光を出射する発光部１１１と、発光部１１１を固定する基板１１２と、発光部１１１に電流を供給する電極１１３とを有している。また、ＬＥＤ部１１０は、筐体１２上に形成されている。
【００６６】
発光部１１１は、複数個のＬＥＤ（図示せず）が互いに間隔をもって実装され、蛍光体を含んだ樹脂で封止されている。また、発光部１１１は、基板１１２上の中央部に固定されている。なお、発光部１１１の固定場所はこれに限定されない。このように、発光部１１１にＬＥＤを使用することによって、消費電力の低いＬＥＤモジュール１０を実現することができる。
【００６７】
基板１１２は、矩形状に形成されているが、基板１１２の形状はこれに限定されない。また、基板１１２は、筐体１２上に形成されている。基板１１２は、リフレクタ１４の基板押さえ１４１と嵌合されることでＬＥＤ部１１０を固定している。
【００６８】
次に、図１を参照して、光方向変換素子１００の構成を説明する。
【００６９】
（光方向変換素子１００の構成）
図１は、ＬＥＤモジュール１０の構成を示す図であり、図２（ｂ）におけるＡ−Ａ線矢視断面図である。図１に示すように、光方向変換素子１００は、光方向変換素子本体部１０１と、基台部１０２とを含んでいる。
【００７０】
光方向変換素子本体部１０１は、基台部１０２の上面に設けられており、光方向変換素子本体部１０１の径が発光部１１１から遠ざかる方向、つまり、図１において０°方向に向かうに従い、径が小さくなるように、光方向変換素子本体部１０１の傾斜面１０５が、全体として、内側へ傾斜するように形成されている。
【００７１】
また、光方向変換素子本体部１０１は、凸入射面（入射面）１０３、出射面（反射面）１０４、及び、傾斜面（外周壁）１０５が形成されている。
【００７２】
凸入射面１０３は、ＬＥＤ部１１０と出射面１０４との間に設けられ、ＬＥＤ部１１０の発光部１１１から出射された出射光を入射する。具体的には、出射光を入射し、屈折させて、当該出射光の出射前方となる直進方向（０°方向）に集中させる。
【００７３】
出射面１０４は、凹形状を成している。具体的には、出射面１０４は、漏斗形状または朝顔形状のような、発光部１１１の中心から水平方向に遠ざかるにつれて、傾きが水平に近づく形状である。出射面１０４は、発光部１１１から出射された出射光の少なくとも一部を透過させる。また、出射面１０４は、出射光の少なくとも一部を、傾斜面１０５の内面に向けて反射させる。具体的には、出射面１０４は、図１に示す０°方向に対して垂直な９０°方向または９０°方向よりも１８０°方向に傾斜した方向に反射させる。出射面１０４によって反射された光には、全反射された光が含まれている場合がある。出射面１０４による光の全反射は、光方向変換素子１００の屈折率によって定められる臨界角によって生じるか生じないかが設定され、出射面１０４で反射した光（反射光）の反射方向は、出射面１０４の傾斜角度により設定される。
【００７４】
傾斜面１０５は、出射面１０４で反射した反射光を屈折させ、出射光の出射前方に対して斜め後方に放射する。また、傾斜面１０５は、反射光をより後方向へ放射する。これにより、反射光は光方向変換素子１００の外部へと出射される。
【００７５】
基台部１０２は、鍔状または脚状に形成されている。基台部１０２は、発光部１１１を覆うための凹形状の部分である凹入射面（入射面）１０６を有している。凹入射面１０６は、凸入射面１０３と同様に、ＬＥＤ部１１０の発光部１１１から出射された出射光を入射する。また、凹入射面１０６は、凸入射面１０３を囲むように設けられている。
【００７６】
このような構成により、ＬＥＤ部１１０から出射された光がどのような方向であっても、光方向変換素子１００に光を入射することができるため、より光利用効率の高いＬＥＤモジュール１０を実現することができる。
【００７７】
また、基台部１０２は、リフレクタ１４における筐体１２に接触している面と対向する面に形成されている。この基台部１０２におけるリフレクタ１４に接触している面を基台部１０２の下面と呼び、基台部１０２の下面と対向する面を基台部１０２の上面と呼ぶ。
【００７８】
また、凹入射面１０６は、光方向変換素子１００を固定するための機構である固定穴１０７を有している。固定穴１０７は、例えば、ビス１５などを挿通させることにより、光方向変換素子１００とリフレクタ１４とを筐体１２に強固に取り付けることができる。このように基台部１０２は、ビスや爪などの手段により光方向変換素子１００を固定する機構を有している。
【００７９】
また、凹入射面１０６は、発光部１１１を固定する機構部品及び当該発光部１１１に繋がる配線を隠す機構部品である配線隠し１４３を挟み込んで固定する機構を有している。このように、光方向変換素子１００及び上記機構部品をまとめて固定することができるため、安定性が増す。
【００８０】
また、基台部１０２の上面にはビス１５の螺旋山の面と基台部１０２の上面とを同一の高さにするための凹形状（図示せず）が設けられていてもよい。また、基台部１０２の下面にはリフレクタ１４の凹凸形状（図示せず）と嵌合できる形状を有していることが好ましい。
【００８１】
（凸入射面１０３の形状について）
凸入射面１０３の形状は、図１に示すように凸形状である。
【００８２】
仮に光方向変換素子１００の入射面が凹形状で設けられている場合、入射面から入射した光は屈折して広がる。そのため、出射面１０４へ到達して反射する光は減少し、直接傾斜面１０５へ向かう光は増加する。これにより、正面斜め方向の光強度が大きくなり、後方向への光強度の増加が少なくなる。この場合、発光部１１１から見た光方向変換素子１００の高さを低くし、半径を大きくすることにより傾斜面１０５に光が到達しにくくすれば、出射面１０４で反射する光を増やすことができ、後方向の光強度は増加する。
【００８３】
一方、出射面１０４は、筐体１２が光を遮らないように、ＬＥＤ部１１０から見てなるべく高い位置に設けられることが好ましい。出射面１０４が高い位置に設けられることにより、光を出射面１０４にて反射し、斜め後方へ打ち下ろすように光を出射しても、筐体１２を避けて出射することができるからである。
【００８４】
光方向変換素子１００の入射面が凹形状である場合、光方向変換素子１００の出射面１０４がＬＥＤ部１１０より高い位置にするためには、出射面１０４にて反射する光を増やすために、光方向変換素子１００の半径を大きくする必要がある。しかし、光方向変換素子１００は、図２に示すように電球形照明装置１の中に設けられるものであるため、光方向変換素子１００の半径は電球形照明装置１の大きさに制限される。そのため、半径の大きさに制限のある光方向変換素子１００の入射部には凹形状は適していない。
【００８５】
また、図１のように、出射面１０４の形状が凹形状であるとき、光方向変換素子１００は、０°方向から１８０°方向に向けた孔が存在する。しかし、光方向変換素子１００の強度を確保するためには、光を入射する入射面と出射面１０４との厚みは、少なくとも数ｍｍ（例えば、２ｍｍ）程度確保する必要がある。しかし、入射面と出射面１０４との厚みが大きくなると、光の損失は増えてしまう（例えば、ＰＭＭＡの場合、２ｍｍ毎に８％の光損失）。そのため、入射面と出射面１０４との厚みを最小限確保し、より入射面と出射面１０４との厚みを小さくするために、光を入射する入射面の形状は凸形状または、平面状が適しているといえる。
【００８６】
次に光方向変換素子１００の入射面が平面状である場合を考察する。入射面を平面状とした場合、入射面を凸状とした場合と比べ、側面方向に向かうに従い入射面と出射面１０４との厚みは大きくなる。上述したように厚みが大きくなると、光の損失は増えてしまうため、光を入射する入射面の形状は、凸形状が適しているといえる。
【００８７】
このように、凸入射面１０３の形状を凸形状にすることにより、凸入射面１０３と出射面１０４との厚みを少なくすることができるため、光の損失を低減できる。また、凸入射面１０３と出射面１０４との厚みを少なくすることにより、小型化及び軽量化を実現でき、更には、光方向変換素子１００の低価格化を実現することができる。
【００８８】
（ＬＥＤモジュール１０の出射光の例）
次に、ＬＥＤモジュール１０の出射光の例を図３に示す。図３は、ＬＥＤモジュール１０を通過する光の一例を示した図である。図３に示すように、ＬＥＤ部１１０から出射した光は、光方向変換素子１００を介し、光方向変換素子１００の外部に出射する。図３においては、特に図３の右側方向に出射する光に注目している。
【００８９】
図３に示すように、ＬＥＤ部１１０から出射した光は、凸入射面１０３で、屈折して正面方向へと出射方向を変える。出射面１０４に到達した光は、その一部が透過光２２となり、残りが反射光２３となる。透過光２２は、ＬＥＤ部１１０から出射した光の一部が出射面１０４で、臨界角に満たない入射角で入射するために透過して出射する光である。
【００９０】
反射光２３は、出射面１０４で反射され、９０°方向またはこの９０°方向よりも鈍角な方向、つまり、１８０°方向に傾斜した方向に導かれ、傾斜面１０５から出射される光である。
【００９１】
また、反射光２３は出射面１０４のより高い面で反射することにより、筐体１２に遮られる光を減ずることができる。さらに、出射面１０４の傾きを変えることにより、任意の方向に光を集中させることができる。そのため、出射面１０４は、配光をコントロールすることができる。
【００９２】
透過光２４は、凹入射面１０６の側面に入射し傾斜面１０５から透過して９０°方向へ出射する光である。
【００９３】
反射光２５は、凸入射面１０３から入射した光が出射面１０４を介さずに傾斜面１０５に到達し、傾斜面１０５の内面によって光方向変換素子１００の中心に向かう方向に反射された光である。
【００９４】
また、反射光２５は、光方向変換素子１００の中心に向かう方向に反射した後、光が反射した傾斜面１０５の部分の対角に位置する傾斜面１０５の内面に導かれ、当該対角に位置する傾斜面１０５から斜め後方へ出射される光である。
【００９５】
なお、図３に示す光は、一例であり、ＬＥＤモジュール１０を通過する光はこの限りではない。
【００９６】
反射光２５の方向は、傾斜面１０５の傾きにより決定される。例えば、特許文献４に記載の、発光部１１１から遠いほど直径が大きい逆円錐台形状の光学レンズの場合、光学レンズの側面の傾斜面に直接光が入射すれば、その傾斜面で反射して０°方向へ出射し、正面方向の光強度が高くなるためビーム角は狭くなる。
【００９７】
そこで、傾斜面１０５を延長してできる円錐の頂角を大きくとるように傾斜面１０５を傾けることにより、反射光２５の一部は出射面１０４より外部に出力され、一部は、光が反射した傾斜面１０５の部分の対角に位置する傾斜面１０５の部分から、斜め後方へ出力される。これにより、配光範囲が広がり、より広い範囲に光を照射することができる。
【００９８】
このように、光方向変換素子１００から出射される光は、側方または側方より後方にも光が出射される。また、光方向変換素子１００から出射される反射光２３、透過光２４、及び反射光２５のように側方または後方へ向かう光は、グローブ１１の拡散効果により更に後方へも出射される。特に、グローブ１１の高さが上がることでより広範囲へ光を出射することができる。
【００９９】
さらに出射面１０４またはグローブ１１で反射され、ＬＥＤモジュール１０付近に導光された光は、リフレクタ１４によって更に反射させることにより、電球形照明装置１の外へ効率よく光を取り出すことができる。
【０１００】
（配光範囲の比較）
従来の電球形照明装置では、ＬＥＤ部１１０の発光部１１１から、光の出射前方（０°方向）を中心に全方向へ光は発せられ、当該出射前方から垂直方向に近づくに従い、光の強度は低下する。すなわち、０°方向へ向かう光が最も光強度が高い。そのため、本発明における電球形照明装置１では、配光範囲を広げるために、光の強度を全方向へ分散させる。
【０１０１】
図４は、ＬＥＤ部１１０のみの配光特性を示す配光曲線図である。また、図５は、拡散性のグローブ１１を取り付けたＬＥＤ部１１０の配光特性を示す配光曲線図である。図６は、ＬＥＤ部１１０と光方向変換素子１００とからなるＬＥＤモジュール１０の配光特性を示す配光曲線図である。図７は、グローブ１１を取り付けたＬＥＤモジュール１０の配光特性を示す配光曲線図である。
【０１０２】
ここで、図４から図７の配光曲線図において、周方向は、各光源（ＬＥＤ部または、ＬＥＤモジュール）の光軸（図１における０°方向）との角度を示し、径方向は最大値を１００％として相対表示した光度を示している。
【０１０３】
図５に示すように、ＬＥＤ部１１０に拡散性のグローブ１１を取り付けることにより、ＬＥＤ部１１０から出射された光は、図４と比較して、後方（１８０°方向）に出射される光の割合が大きくなっている。
【０１０４】
また、図６に示すように、ＬＥＤ部１１０と光方向変換素子１００とからなるＬＥＤモジュール１０は、０°方向に出射される光が減少し、９０°方向及び９０°から１８０°に向かう方向に出射される光が増加する。
【０１０５】
また、グローブ１１を取り付けた、ＬＥＤモジュール１０は、図７に、緩やかな配光強度の変化によって示されているように、光度のムラを軽減していることがわかる。
【０１０６】
このように、本発明におけるＬＥＤモジュール１０の、光方向変換素子１００は、光方向変換素子１００の径がＬＥＤ部１１０から遠ざかるにつれて小さくなるように、光方向変換素子１００の傾斜面１０５が、全体として、内側へ傾斜している。
【０１０７】
このような光方向変換素子１００は、光方向変換素子１００に入射した光の一部を、傾斜面１０５の内面にて反射させ、出射前方に対して垂直な方向または斜め後方へ進行させる。あるいは、傾斜面１０５の内面にて反射した光が、該傾斜面１０５の内面と対向する内面に到達し、傾斜面１０５の内側から外側へ出射する場合に、屈折作用によって、光の進路を出射前方に対してさらに斜め後方へ変更する。したがって、本発明の光方向変換素子１００は、出射前方に対して垂直な方向または斜め後方に対する光の放射量を増大させることができる。
【０１０８】
また、このような光方向変換素子１００は、傾斜面１０５を全体として内側へ傾斜させるという簡単な構成を採用しているため、設計が容易であり、光利用効率が高いＬＥＤモジュール１０を実現することができる。
【０１０９】
また、出射面１０４は、ＬＥＤ部１１０の中心から水平方向に遠ざかるにつれて、傾きが水平に近づく形状であってもよい。出射面１０４に入射する光は、ＬＥＤ部１１０から遠ざかるにつれて光軸に対して傾くので、出射面１０４の傾きを水平に近づけても全反射面を形成することができる。これにより、より光方向変換素子１００の斜め後方へ光を反射させることができる。
【０１１０】
〔実施の形態２〕
本発明の他の実施形態（実施形態２）について、図８から図１１を参照して説明する。
【０１１１】
本実施形態では、実施形態１にて説明した光方向変換素子１００の表面の一部または全部に、光拡散処理が施されることにより、光拡散面を形成した光方向変換素子２００を含むＬＥＤモジュール２０について説明を行う。なお、本実施形態において、前記実施形態１にて説明した図１と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。
【０１１２】
図８は、ＬＥＤモジュール２０の構成を示す図であり、図２（ｂ）におけるＡ−Ａ線矢視断面図である。図８に示すように、ＬＥＤモジュール２０は、光方向変換素子２００及びＬＥＤ部１１０を備えている。また、光方向変換素子２００は、光方向変換素子本体部１０１と、基台部１０２ａとを含んでいる。
【０１１３】
また、光方向変換素子本体部１０１は、凸入射面（入射面）１０３ａ、出射面（反射面）１０４ａ、及び、傾斜面（外周壁）１０５ａが形成されており、それぞれ、図１の凸入射面１０３、出射面１０４及び傾斜面１０５に相当する。また、基台部１０２ａは、凹入射面（入射面）１０６ａを有しており、これは、図１の凹入射面１０６に相当する。
【０１１４】
基台部１０２ａ、凸入射面１０３ａ、出射面１０４ａ、傾斜面１０５ａ、及び凹入射面１０６ａは、表面の一部または全部にブラスト処理による梨地面の形成、光拡散シートの貼り付け、光拡散材の塗布などの光拡散処理が施され、それぞれ、光拡散面２０２、光拡散面２０３、光拡散面２０４、光拡散面２０５、および、光拡散面２０６を形成している。
【０１１５】
（ＬＥＤモジュール２０の出射光の例）
次に、ＬＥＤモジュール２０の出射光の例を図９に示す。図９は、ＬＥＤモジュール２０を通過する光の一例を示した図である。図９に示すように、ＬＥＤ部１１０から出射した光は、光方向変換素子２００を介し、光方向変換素子２００の外部に出射する。図９においては、特に図９の右側方向に出射する光に注目している。
【０１１６】
図９に示すように、ＬＥＤ部１１０から出射した光は、凸入射面１０３ａに設けられた光拡散面２０３および凹入射面１０６ａに設けられた光拡散面２０６に入射し散乱する。その後、出射面１０４ａに設けられた光拡散面２０４、傾斜面１０５ａに設けられた光拡散面２０５に光が到達するたびに光は散乱され、拡がる。
【０１１７】
このとき、凸入射面１０３ａおよび出射面１０４ａには光拡散処理を施さなければ、出射面１０４ａで反射される光の割合が増えるため、正面へ出射する光が減少し、出射面１０４ａで反射された光は、傾斜面１０５ａに集中する。傾斜面１０５ａに集中した光は、光拡散面２０５で散乱されるため配光が拡がる。
【０１１８】
また、光拡散面２０４及び光拡散面２０５を設けることにより、外部に放射される光はより広い表面積で拡散される。そのため、光度のムラはより緩和される。ただし、光拡散面２０４で傾斜面１０５ａへ反射する光が散乱されてしまうので、傾斜面１０５ａに向かう光の割合は減少し、前方へ向かう光の割合が増える。
【０１１９】
このように、光度のムラを緩和することと配光範囲を広げることは本形態においてトレードオフの関係にあるが、光拡散処理を施す面を選択することにより光度のムラの度合いと配光範囲をコントロールすることが可能になる。また、各光拡散面において、拡散させる度合いを変えることでも光度のムラおよび配光範囲をコントロールすることができる。
【０１２０】
（配光範囲の比較）
図１０は、図８のＬＥＤモジュール２０において、光方向変換素子２００の傾斜面１０５ａの表面のみに光拡散処理を施したＬＥＤモジュール２０の配光特性を示す配光曲線図である。また、図１１は、図８のＬＥＤモジュール２０の光方向変換素子２００の表面の全部に光拡散処理を施したＬＥＤモジュール２０の配光特性を示す配光曲線図である。
【０１２１】
図１０に示すように、図６に示した配光曲線図と比べ、配光曲線は緩やかになり、光度のムラを軽減していることがわかる。
【０１２２】
また、光方向変換素子２００の表面の全部に光拡散処理を施すことにより、図１１に示すように、より緩やかな光強度の変化を示しており、光度のムラはより緩和されることがわかる。また、図１１に示す配光曲線図は、図７に示した配光曲線図に近似していることがわかる。このように、グローブ１１で光を拡散させなくとも、光方向変換素子２００の表面で光拡散を行えば、図７で示したような配光特性に近づけることが可能である。そのため、ＬＥＤモジュール２０は、光拡散性の高い材料を別個に設けることなく、高い照度でムラのない出力光を得ることができる。
【０１２３】
また、このようなＬＥＤモジュール２０を電球形照明装置１に適用した際、グローブの材料や光学特性等を考慮する必要がない。つまり、光拡散性のグローブ１１を用いる必要がないため、透明のグローブ１１等を用いることができるため、安価な照明装置を実現することができる。
【０１２４】
（光方向変換素子１００及び光方向変換素子２００の形状の例）
本実施形態１及び実施形態２において、光方向変換素子１００及び光方向変換素子２００の形状は円錐台形状であることを例に説明を行ったが、光方向変換素子１００及び光方向変換素子２００の形状はこれに限定されない。
【０１２５】
図１２に光方向変換素子１００及び光方向変換素子２００の形状の例を示す。図１２に示すように、光方向変換素子１００及び光方向変換素子２００の形状は、（ａ）のように円錐台形であってもよいし、（ｂ）、（ｄ）及び（ｅ）に示すように、母線が直線に限られず、２次以上の高次関数で表される曲線、双曲線、または指数関数で表される曲線などの任意の曲線の一部であってもよい。また、（ｃ）及び（ｆ）に示すように。外周壁が波状のように、平面でなくてもよい。これにより、ＬＥＤモジュール１０及びＬＥＤモジュール２０は、配光範囲が広がり、より広い範囲に光を照射することができる。
【０１２６】
また、本発明における光方向変換素子１００及び光方向変換素子２００は、ＬＥＤ部１１０出射された出射光の出射前方に対して、（ａ）、（ｂ）、（ｄ）、（ｅ）及び（ｆ）に示すように、断面円形状となるように形成されていてもよいし、（ｃ）のように波状に形成されていてもよい。このような構成により、ＬＥＤモジュール１０及びＬＥＤモジュール２０は、各方位に対し、均一に光を配分して出射することができる。
【０１２７】
なお、光方向変換素子１００及び光方向変換素子２００の断面と、発光部１１１とが平行に設置されていることが好ましい。
【０１２８】
なお、本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【０１２９】
本発明は、広範囲に光を照射する照明装置、特に電球形照明装置に好適に利用することができる。
【符号の説明】
【０１３０】
１ 電球形照明装置
１０ ＬＥＤモジュール（光源モジュール）
１００ 光方向変換素子
１０１ 光方向変換素子本体部
１０２ 基台部
１０３ 凸入射面（入射面）
１０４ 出射面（反射面）
１０５ 傾斜面（外周壁）
１０６ 凹入射面（入射面）
１０７ 固定穴
１１０ ＬＥＤ部
１１１ 発光部
１１２ 基板
１１３ 電極
１１ グローブ
１２ 筐体
１３ 口金
１４ リフレクタ
１４１ 基板押さえ
１４２ 開口部
１４３ 配線隠し
１５ ビス
２０ ＬＥＤモジュール
２００ 光方向変換素子
１０２ａ 基台部
１０３ａ 凸入射面（入射面）
１０４ａ 出射面（反射面）
１０５ａ 傾斜面（外周壁）
１０６ａ 凹入射面（入射面）
２０２ 光拡散面
２０３ 光拡散面
２０４ 光拡散面
２０５ 光拡散面
２０６ 光拡散面
２２ 透過光
２３ 反射光
２４ 透過光
２５ 反射光
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を出射する発光部と、発光部から出射された出射光の少なくとも一部を、当該出射光の出射前方に対して垂直な方向または斜め後方に放射する光方向変換素子とを備えた光源モジュールにおいて、
当該光方向変換素子は、該光方向変換素子の径が発光部から遠ざかるにつれて小さくなるように、該光方向変換素子の外周壁が、全体として、内側へ傾斜していることを特徴とする光源モジュール。
【請求項２】
前記光方向変換素子は、前記発光部から出射された出射光の少なくとも一部を透過させる反射面であって、出射光の少なくとも一部を、上記外周壁の内面に向けて反射させるための反射面を備えていることを特徴とする請求項１に記載の光源モジュール。
【請求項３】
前記光方向変換素子は、前記発光部と前記反射面との間に、前記発光部から出射された出射光が入射する入射面を更に有し、
前記反射面の形状は、凹形状であり、
前記入射面の形状は、凸形状であることを特徴とする請求項２に記載の光源モジュール。
【請求項４】
前記入射面は、前記発光部を覆うための凹形状の部分を更に有しており、
前記入射面の凹形状の部分は、前記入射面の凸形状の部分を囲むように設けられていることを特徴とする請求項３に記載の光源モジュール。
【請求項５】
前記光方向変換素子は、前記反射面を介さずに、前記外周壁に到達する光を、前記外周壁の内面によって、該光方向変換素子の中心に向かう方向に反射させることを特徴とする請求項２から４の何れか１項に記載の光源モジュール。
【請求項６】
前記光方向変換素子は、前記光方向変換素子の中心に向かう方向に反射させた光を、光が反射した外周壁の部分の対角に位置する外周壁の内面に導き、当該対角に位置する外周壁から斜め後方へ出射させることを特徴とする請求項５に記載の光源モジュール。
【請求項７】
前記反射面は、発光部の中心から水平方向に遠ざかるにつれて、傾きが水平に近づく形状であることを特徴とする請求項２から６の何れか１項に記載の光源モジュール。
【請求項８】
前記光方向変換素子は、前記発光部から出射された出射光の出射前方に対して、断面円形状となるように形成されていることを特徴とする、請求項１から７の何れか１項に記載の光源モジュール。
【請求項９】
前記光方向変換素子は、更に鍔状の基台部を有していることを特徴とする、請求項１から８の何れか１項に記載の光源モジュール。
【請求項１０】
前記基台部は、前記光方向変換素子を固定するための機構を有していることを特徴とする、請求項９に記載の光源モジュール。
【請求項１１】
前記光方向変換素子は、透明材料から成ることを特徴とする請求項１から１０の何れか１項に記載の光源モジュール。
【請求項１２】
前記光方向変換素子は、表面の一部または全部に光拡散処理が施されていることを特徴とする請求項１から１１の何れか１項に記載の光源モジュール。
【請求項１３】
前記発光部は、ＬＥＤであることを特徴とする請求項１から１２の何れか１項に記載の光源モジュール。
【請求項１４】
請求項１から１３の何れか１項に記載の光源モジュールを備えた照明装置。
【請求項１】
光を出射する発光部と、発光部から出射された出射光の少なくとも一部を、当該出射光の出射前方に対して垂直な方向または斜め後方に放射する光方向変換素子とを備えた光源モジュールにおいて、
当該光方向変換素子は、該光方向変換素子の径が発光部から遠ざかるにつれて小さくなるように、該光方向変換素子の外周壁が、全体として、内側へ傾斜していることを特徴とする光源モジュール。
【請求項２】
前記光方向変換素子は、前記発光部から出射された出射光の少なくとも一部を透過させる反射面であって、出射光の少なくとも一部を、上記外周壁の内面に向けて反射させるための反射面を備えていることを特徴とする請求項１に記載の光源モジュール。
【請求項３】
前記光方向変換素子は、前記発光部と前記反射面との間に、前記発光部から出射された出射光が入射する入射面を更に有し、
前記反射面の形状は、凹形状であり、
前記入射面の形状は、凸形状であることを特徴とする請求項２に記載の光源モジュール。
【請求項４】
前記入射面は、前記発光部を覆うための凹形状の部分を更に有しており、
前記入射面の凹形状の部分は、前記入射面の凸形状の部分を囲むように設けられていることを特徴とする請求項３に記載の光源モジュール。
【請求項５】
前記光方向変換素子は、前記反射面を介さずに、前記外周壁に到達する光を、前記外周壁の内面によって、該光方向変換素子の中心に向かう方向に反射させることを特徴とする請求項２から４の何れか１項に記載の光源モジュール。
【請求項６】
前記光方向変換素子は、前記光方向変換素子の中心に向かう方向に反射させた光を、光が反射した外周壁の部分の対角に位置する外周壁の内面に導き、当該対角に位置する外周壁から斜め後方へ出射させることを特徴とする請求項５に記載の光源モジュール。
【請求項７】
前記反射面は、発光部の中心から水平方向に遠ざかるにつれて、傾きが水平に近づく形状であることを特徴とする請求項２から６の何れか１項に記載の光源モジュール。
【請求項８】
前記光方向変換素子は、前記発光部から出射された出射光の出射前方に対して、断面円形状となるように形成されていることを特徴とする、請求項１から７の何れか１項に記載の光源モジュール。
【請求項９】
前記光方向変換素子は、更に鍔状の基台部を有していることを特徴とする、請求項１から８の何れか１項に記載の光源モジュール。
【請求項１０】
前記基台部は、前記光方向変換素子を固定するための機構を有していることを特徴とする、請求項９に記載の光源モジュール。
【請求項１１】
前記光方向変換素子は、透明材料から成ることを特徴とする請求項１から１０の何れか１項に記載の光源モジュール。
【請求項１２】
前記光方向変換素子は、表面の一部または全部に光拡散処理が施されていることを特徴とする請求項１から１１の何れか１項に記載の光源モジュール。
【請求項１３】
前記発光部は、ＬＥＤであることを特徴とする請求項１から１２の何れか１項に記載の光源モジュール。
【請求項１４】
請求項１から１３の何れか１項に記載の光源モジュールを備えた照明装置。
【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２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１２−１６０６６６（Ｐ２０１２−１６０６６６Ａ）
【公開日】平成２４年８月２３日（２０１２．８．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２１０８５（Ｐ２０１１−２１０８５）
【出願日】平成２３年２月２日（２０１１．２．２）
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年８月２３日（２０１２．８．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月２日（２０１１．２．２）
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
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