光源ユニットおよび照明装置
【課題】ＬＥＤ個数変更に柔軟に対応でき、安価で薄い光源ユニットを提供する。また、輝度むらや、不快グレアの発生を抑制する光源ユニットを提供する。さらに、ＬＥＤ自体の放射角度に対する色温度が大きく異なる場合にも、被照面での色むらを極力抑えることができる光源ユニットを提供する。
【解決手段】光源ユニット１０は、複数のＬＥＤが実装面に実装され反射性固定部材３に固定されるＬＥＤ実装基板２と、実装される各ＬＥＤに対応すると共に、入射した光を対応するＬＥＤの配光特性よりも狭配光特性で出射するレンズ機能部５０を有し、各レンズ機能部５０が、対応するＬＥＤに対向するようにＬＥＤ実装基板２の実装面に対向して固定されるレンズアレイ４と、レンズアレイ４に対してＬＥＤ実装基板２の反対側で固定され、レンズアレイ４の各レンズ機能部５０から出射する光を透過する透光性光拡散部材６とを備えた。
【解決手段】光源ユニット１０は、複数のＬＥＤが実装面に実装され反射性固定部材３に固定されるＬＥＤ実装基板２と、実装される各ＬＥＤに対応すると共に、入射した光を対応するＬＥＤの配光特性よりも狭配光特性で出射するレンズ機能部５０を有し、各レンズ機能部５０が、対応するＬＥＤに対向するようにＬＥＤ実装基板２の実装面に対向して固定されるレンズアレイ４と、レンズアレイ４に対してＬＥＤ実装基板２の反対側で固定され、レンズアレイ４の各レンズ機能部５０から出射する光を透過する透光性光拡散部材６とを備えた。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光ダイオード（ＬＥＤ；Ｌｉｇｈｔ・Ｅｍｉｔｔｉｎｇ・Ｄｉｏｄｅ）などの半導体発光素子を光源とした光源ユニットおよび該光源ユニットを組み込んだ照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
照明装置の被照明範囲、すなわち照明面積の調整や制限を目的として、反射体やレンズ系を用い配光角やビーム角などの配光特性を制御する構造提案が数多くなされている。光源に小型、長寿命といった特徴を持つＬＥＤを用いた照明装置として、各ＬＥＤ周囲に設けた複数の凹部を有する反射体にレンズ体を選択装着することにより、目的とする配光特性を容易に作り出す効果が得られるとしているものがある（例えば特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−９８２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら特許文献１のように反射部材やレンズ系を用い配光角やビーム角を制御する照明装置は、ＬＥＤを配置する位置が反射体の凹部に限られる。そのため、目的の照明装置仕様（光束ランクなど）を得るため、ＬＥＤの個数や配置位置に合わせて反射体の凹部位置を調整しようとすると、結局は複数種の反射体を製造することとなり装置のコストアップに繋がっていた。さらに、この反射体は狭配光化のためにある程度凹部長さを長く（反射体厚みを厚く）する必要があり、結果、装置自体を薄型化することが困難であった。
【０００５】
また、装置表面側に凸レンズアレイの凸部を向けると、装置発光面を見込んだ場合に複数凸面の陰影が出やすく光むらに見えてしまうという課題があった。
【０００６】
そこで、本発明に係る光源ユニットは意匠性に優れた薄型で安価な構成の配光制御照明装置を得ることを目的とする。また、装置の配光については、光学部材（レンズアレイ）の着脱のみでビーム角でおよそ40〜60度程度の低グレアで輝度むらの少ない緩やかに狭められた配光(中角配光)と、それより広角の拡散性配光(広角配光)を切り換えて実現することも目的としている。なお、本発明中でのビーム角度は装置中心方向の光度の1/2光度となる照射角(中心を跨ぐ両角)としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る光源ユニットは、光源であるＬＥＤが実装されたＬＥＤ基板と、ＬＥＤ基板の発光面側から間隙を有して配置され、ＬＥＤ基板のＬＥＤの実装部と対向する位置に設けられたＬＥＤの光を集光するレンズ機能部を配列したレンズアレイと、ＬＥＤ基板の発光面側からレンズアレイよりも遠方に配置され、レンズ機能部を通過した光を透過し拡散する透光性光拡散部材と、を備え、レンズ機能部は、レンズアレイ上のＬＥＤ実装基板と対向する面に設けられ、ＬＥＤより径の大きい断面が湾曲形状の凸部と、レンズアレイ上の透光性光拡散部材と対向する面に設けられ、凸部と中心が同軸であるすり鉢状の凹部から構成される。
【発明の効果】
【０００８】
本発明に係る光源ユニットによれば、ＬＥＤの光をレンズアレイで一度狭配光化を行い、さらに透光性光拡散部材を透過させることで、やや広配光に戻す。それによりレンズアレイを装着時に光むらの低減された中角配光を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施の形態１の光源ユニット１０の正面図、断面図等を示す図。
【図２】実施の形態１の光源ユニット１０を用いた、照明装置１００を示す図。
【図３】実施の形態１の光源ユニット１０（レンズアレイ４あり）及び光源ユニット１０を用いた照明装置１００の断面図。
【図４】実施の形態１の光源ユニット１０（レンズアレイ４あり）及び光源ユニット１０を用いた照明装置１００の断面図。
【図５】実施の形態１の透光性光拡散部材６の湾曲を示す図。
【図６】実施の形態１の光源ユニット１０に対するシミュレーションモデルを示す図。
【図７】実施の形態１の光源ユニット１０に対するシミュレーションモデルを示す図。
【図８】実施の形態１の光源ユニット１０のシミュレーションに使用したＬＥＤの配光特性を示す図。
【図９】実施の形態１の「ＬＥＤ基板２」のみ、及び「ＬＥＤ基板２＋レンズアレイ４」の構成条件のシミュレーションモデルの断面図。
【図１０】実施の形態１の「ＬＥＤ基板２＋レンズアレイ４＋透光性光拡散部材６」、及び「ＬＥＤ基板２」＋透光性光拡散部材６」の構成条件のシミュレーションモデルの断面図。
【図１１】図９、図１０の構成の違いによるシミュレーション結果を示す図。
【図１２】実施の形態１の焦点距離Ｆ’が異なる構成条件のシミュレーションモデルの断面図。
【図１３】図１２の焦点距離Ｆ’の違いによるシミュレーション結果を示す図。
【図１４】実施の形態１のＬＥＤ発光面とレンズ機能部５の山頂との距離ｄが異なる構成条件のシミュレーションモデルの断面図。
【図１５】図１４の距離ｄが異なるシミュレーション結果を示す図。
【図１６】実施の形態１の対象ＬＥＤの角度光特性測定方向を示す図
【図１７】実施の形態１の対象ＬＥＤの放射角度による実測光特性を示す図。
【図１８】実施の形態１の色むら低減レンズアレイ４を装着した光源ユニット１０を示す図。
【図１９】実施の形態１レンズ機能部５にＬＥＤ光源部中央から試光線を放った場合の光線の様子を示す図。
【図２０】実施の形態１の色むら低減レンズアレイ４を装着した光源ユニット１０の光特性試算に用いたシミュレーションモデルを示す図。
【図２１】実施の形態１の試作機に用いたレンズ機能部５０形状寸法を示す図。
【図２２】実施の形態１の擬似ＬＥＤ光源を設定し、図１９のモデルを用い被照面の色温度分布特性を試算した結果一例。
【図２３】図１９のモデルの配光特性を試算した結果の一例を示す図。
【図２４】図１９のモデルの配光特性を試算した結果の一例を示す図。
【図２５】実施の形態２のＬＥＤ間引き状態を示す図。
【図２６】実施の形態２の間引き部分を示す図。
【図２７】実施の形態４の色変換部材１８の取付位置を示す図。
【図２８】実施の形態４の色変換部材１８の取付位置を示す別の図。
【図２９】実施の形態４の色変換部材１８の取付位置を示すさらに別の図。
【図３０】実施の形態４の色変換部１９による色変換（波長変換）の特性を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態について、図を用いて説明する。
【００１１】
実施の形態１．
まず、図１から図４により、本実施の形態１の光源ユニット１０および照明装置１００の構成を説明する。
図１は本実施の形態１に係る光源ユニット１０を示す図である。(a)は、光源ユニット１０の側面図(上面図(b)の一点鎖線Ａの断面)、(b)は光源ユニット１０の上面図、(c)は光源ユニット１０に装着するレンズアレイ４の上面図である。図1(b)は光源ユニット１０の大半の使用形態に合わせ発光面を下向きとして描いている。
【００１２】
図１(a)において、光源ユニット１０をＬＥＤ１をＬＥＤ１の取り付け部であるＬＥＤ実装パッドに実装したＬＥＤ基板２と、その側方周囲にＬＥＤ基板２を固定するように配置される反射性固定部材３、反射性固定部材３の内側でＬＥＤアレイ発光面側に対向配置されるレンズアレイ４、さらに、図１(b)において下側となるレンズアレイ４の発光面側に距離を置いて配置される透光性光拡散部材６を配置した構成としている。このように光源ユニット１０を構成することで、ＬＥＤ１の光をレンズアレイ４で一度狭配光化し、さらに透光性光拡散部材６を透過させることで、やや広配光に戻す。それによりレンズアレイ４を装着時に特に広角側に生じる光ノイズを打ち消し、さらに光源ユニット１０の輝度むらやグレア抑制を行うことができる。なお、図１(a)では透光性光拡散部材６はＬＥＤ基板２の発光面側からレンズアレイ４よりも遠方に配置されているが、すなわち、ＬＥＤ基板２とレンズアレイ４と透光性光拡散部材６がそれぞれ間隙を有して配置されているが、ＬＥＤ基板２とレンズアレイ４のみが間隙を有していればよく、レンズアレイ４と透光性光拡散部材６は接触していても良い。
また、図１(b)に示すように、ＬＥＤ実装パッド、およびそこに実装したＬＥＤ１と、レンズ機能部５とが、照射面側から見て重なるように配置する。なお、図１(a)に示すように、ＬＥＤ実装パッドとレンズ機能部５とが対向するように配置する。
なお機能的に光源ユニット１０自体を照明装置１００と考えてもよいが、本実施の形態の構成上、光源ユニット１０という名称を用い説明を行う。
【００１３】
図２は本実施の形態１に係る照明装置１００の図である。(a)は照明装置１００の構成図を示す。(a)において、反射性固定部材３の上側にＬＥＤ基板２を取り付け、下側にレンズアレイ４、透光性光拡散部材６を取り付け、光源ユニット１０を構成する。そして、光源ユニット１０を外側反射筐体８に取り付ける。(b)はＬＥＤ基板２に反射性固定部材３を組合せた状態を図２(a)において、X方向から見た図、また(c)はレンズアレイ４の位置ずれを防ぐように周囲に４つのレンズアレイ固定部７を設けたレンズアレイ４を示したものである。この固定部７をもって図２(b)の反射性固定部材３に嵌合されるような構成とした。
【００１４】
図３および図４は光源ユニット１０および照明装置１００において、レンズアレイ４の装着、非装着を対比するために示した図である。すなわち、図３(a)、図４(a)はそれぞれレンズアレイ４を装着、非装着の場合の光源ユニット１０の断面図を示し、図３(b)、図４(b)はそれぞれレンズアレイ４を装着、非装着の場合の照明装置１００の断面図を示している。
レンズアレイ４は反射性固定部材３に設けられたレンズアレイ４の設置段と、装置筐体あるいは透光性光拡散部材に設けたレンズアレイ４の固定用の突起部の間に挟みこむ形で固定される。さらに光源ユニット１０の発光面を囲むように内側が拡散あるいは鏡面状の高反射性の外側反射筐体８を備え持つようにしている。本照明装置１００は例えばダウンライトとして、図３(b)および図４(b)において、照射口が下になるように、図面の上側が天井面位置になるように天井開口部に組み込まれて用いられる。
【００１５】
次に、本実施の形態１における光源ユニットを構成する各部品、すなわちＬＥＤ１、ＬＥＤ基板２、レンズアレイ４、レンズ機能部５、および透光性拡散部材６の特徴点について説明する。
ＬＥＤ１は例えば市販の薄い表面実装型ＬＥＤであり、電極を備えたＬＥＤパッケージ材料内に青色ＬＥＤチップを実装している。そしてその青色光に励起する蛍光体混合樹脂で表面封止した構成のもので白色光を放つようなものである。また、ＬＥＤ基板２はＬＥＤ１の温度上昇による発効効率低下を抑える目的で、例えばアルミや銅などをベースとした金属基板、あるいはセラミック基板などで構成する。ＬＥＤ温度上昇幅がさほど大きくない場合には、コスト面を考慮しガラスエポキシ基板やガラスコンボジット基板等の材料を用いて構成してもよい。
【００１６】
次に、ＬＥＤ基板２の表面は装置内の光利用効率を高めるため、高反射性白色塗料等を用いて表面加工したものを利用するとよい。ＬＥＤ基板２を固定し、さらにレンズアレイ４や表面透過板６の位置決めの役割も有する反射性固定部材３は、その部材内側斜面に光が入射するため、少なくともその表面が高反射性を有するように構成する。例えば樹脂材料で構成しその表面に高反射性塗料を塗布したり、高反射性光学シートを装着するなどして構成する。あるいは金属体で構成し表面メッキあるいは金属薄膜を蒸着させてもよい。また高反射ポリカーボネートのような樹脂材料で一体成形し表面を磨いて用いるなどしてもよい。
【００１７】
次にレンズアレイ４は、図１(a)に示すように、ＬＥＤ１の発光光に対して集光効果を与えるレンズ機能部５をＬＥＤ基板２上の個々のＬＥＤ１実装位置に対向配置するようにする。そして、その複数のレンズ機能部５をアレイとして備えた一つのレンズアレイ４部材として構成としている。レンズアレイ４はガラス材料でもアクリルなどの透明樹脂材料でもよい。レンズ機能部５の直径は前記ＬＥＤ発光面全域を覆う大きさであり、集光機能を有する形状であれば狭配光化機能の役割をなすが、目的により、例えばレンズアレイ４自体の薄型化に重点を置く場合にはフレネルレンズ形状、あるいは成形性やコスト面に重点を置く場合には凸レンズ形状を選択して用意することができる。なお、本実施の形態１では、安価な装置を得ることを想定して、レンズ用金型製造費が比較的安価であるレンズ機能部５を図１(a)に示すように断面が湾曲形状の凸レンズとした場合を中心に説明する。また本装置の光特性面での主たる目的は、レンズ機能部５により集光を行い、レンズアレイ４装着時にビーム角でおよそ40〜60度程度の緩やかな配光を実現することにある。したがってレンズ機能部５には極端に大きな集光効果を与えることはせず、装置薄型化にも考慮して、レンズ機能部５の厚みを薄く抑えて狭配光化を行う。
【００１８】
次にレンズアレイ４を配置する場合の向きについて説明する。レンズ機能部５を断面湾曲凸形状にする際、レンズアレイ４を装置発光面側に凸面を向け配置する場合と、装置内側すなわちＬＥＤ発光部側に向け配置する場合が考えられるが、前者の配置では後者の配置に比較して相対的にレンズ凸部による光の陰影が外部から光むらとなって観察されやすいため、本実施の形態１では後者のレンズ配置とした。
【００１９】
このように、レンズ機能部５の凸部をＬＥＤ基板２と対向する方向に配置することで、意匠性が高く集光効果を有する照明装置１００とすることができる。さらにできるだけ装置発光面側では厚みのある光制御部を持たせないようにすることで、必要に応じ光制御部材を装着しやすいといった利点も得られる。
【００２０】
なお、ＬＥＤ基板２に実装するＬＥＤ１としてそれ自体に集光効果を持つような例えば砲弾型のＬＥＤを用いると、レンズアレイ４による集光効果が加わり、かなりの狭配光装置となる。そのため、さらに集光作用により各ＬＥＤ光軸方向の放射量が極めて高くなり、深いグレアや輝度むら（照度むら）を生み出す傾向にある。また、光源としては背の高いものになってしまい、光源ユニット１０自体が厚いものになる欠点がある。したがって本装置のように薄型でかつ柔らかい集光効果を目的とする装置では発光面が略平坦状で、拡散配光特性を有するＬＥＤ１が望ましい。
【００２１】
次に、透光性拡散部材６の機能を説明する。本実施の形態１のように、ＬＥＤ基板２上に本レンズアレイ４を配置した構成では、レンズ機能部５が無い場合よりも狭配光化を実現することができる。しかし、得られるビーム角がかなり目標値より小さくなる場合や、また配光面では後述するように広角方向にノイズ成分を生じる場合が多い。そのため、本照明装置１００では、それらの対策としてレンズアレイ４の発光面側の上部にさらに拡散性を有する表面透光板６を配置する構成としている。表面透光板６は、例えばプラスチック樹脂（アクリル、ポリカーボネート、ＰＥＴなど）の表面をシボやサンドブラストの加工を行ったもの、あるいは樹脂内に拡散性フィラーを混合させたような材料で構成する。
【００２２】
本透光性拡散部材６は、広配光化の役割と、各ＬＥＤの光軸方向の光度を抑制し、照明装置１００発光面の輝度むら抑制、あるいはグレア低減といった役割を担うものである。そのため、全光線透過率とヘーズ値（曇り値）が高い材料が望ましい。実際に本照明装置１００の試作品では透明性や耐熱性、耐候性、角度透過及び散乱特性を考慮して表面シボ加工を施したＰＥＴ基材の材料を用いた。また、上記のような効果を得るために透過特性や光散乱特性などの異なる複数の透光性拡散部材６を重ねて用いてもよい。
【００２３】
次に透光性拡散部材６の変形例として、断面湾曲形状にした場合について説明する。
図５は、透光性拡散部材６を断面湾曲形状にした場合を示した図である。
図５に示すように、透光性拡散部材６は、上述した輝度むら抑制、グレア低減という目的では、透光性拡散部材６の中央部を断面湾曲状に膨らむ形状としてもよい。それにより、発光ユニット１０中心部での透光性拡散部材６とレンズアレイ４からの距離を離すことで、照明装置１００の外部からみた各々のＬＥＤ光源と陰影（輝度むら）を抑制することができ、意匠性を高めつつグレア低減（眩しさ抑制）も行うことができる。実際、本光源ユニット１０の試作では、約φ85mmのユニット発光面に図５の透光性拡散部材６の中央部深さhをh≒5mmとした表面シボ加工を施したドーム状のアクリル部材を用いたところ、輝度むらが大きく低減することを確認した。
【００２４】
また、この透光性拡散部材６を、装置に常備するような構成としておき、レンズアレイ４を着脱可能とする構成とすることで、レンズアレイ４を非装着時には、拡散性が高くビーム角が広い広角配光照明となる。また、レンズアレイ４装着時にはやや配光を狭めたビーム角が約40〜60度程度の中角配光照明を実現することができる。したがって照明用途に応じてレンズアレイ４の着脱のみにより配光角を切り換え照明することができ、照明装置１００の用途範囲が一段と拡大する。
【００２５】
以上のように、光源ユニット１０を用いた照明装置１００の配光特性は光源ユニット１０構成による配光が支配的となり現れるが、外側反射筐体８は広角側に出た光りを効率的に照明に用いるように、また、遠めから装置を見込んだ際に直接発光面を目立たなくするような役割も持ち合わせる。本実施の形態では発光面が略平坦状で、拡散配光特性を有するＬＥＤ１を用いることで光源ユニット１０を薄型化できるため、本装置を天井面へ埋め込む際、天井裏側へ突出する領域が低く、したがって天井裏の高さ方向のスペースが狭い場合にも十分装着可能な装置を得ることができる。またその他、本光源ユニット１０を用いた照明装置１００自体を薄型にできるため、例えば天井面直下付け装置の場合でも薄くでき意匠性がよく、また、照明空間の演出効果の幅を高めることができる。
【００２６】
次に本実施の形態に係るレンズアレイ４の作用、効果を確認し、主にレンズ機能部５の形状等の仕様を定める目的で、以下の３種類のシミュレーションを行ったのでその内容について説明する。まず、１番目のシミュレーションは湾曲凸状のレンズアレイ４を対象とし、光源ユニット１０を構成する光制御部材の有無による配光特性の変化を評価するためのものである（シミュレーション１）。次に、２番目のシミュレーションは、湾曲凸状のレンズ機能部５の形状に係る後方焦点を変えた場合の配光特性を評価するためのものである（シミュレーション２）。次に、３番目のシミュレーションは、湾曲凸状のレンズ機能部５の凸部頂点からＬＥＤ１発光面間の距離を変えた場合の特性を評価するためのものである（シミュレーション３）。
【００２７】
（各シミュレーションで共通となる構成）
まず、各シミュレーションで共通となる構成について説明する。
図６および図７は、シミュレーションの外観モデルの図である。図６(a)は斜視図（レンズアレイ４、透光性拡散部材６なし）、図６(b)は上面図（レンズアレイ４、透光性拡散部材６なし）、図７(a)は斜視図（レンズアレイ４あり）、図７(b)はＬＥＤ１とレンズ機能部５との配置関係を示す図である。
【００２８】
図８は本シミュレーションに使用したＬＥＤの配光特性を示す図である。(a)はＬＥＤ部品の斜視図、(b)はＬＥＤ部品の配光特性を示す。
ここでＬＥＤ１の特性は日亜化学工業製NS3W183の外寸仕様(5×5×1.35mm)を用い、ほぼその配光特性と同じ拡散配光特性を用いた。またＬＥＤ基板２は、およそ反射率85％の拡散性処理を施したもの、さらに反射性固定部材３は反射率約96％で内側側面が緩やかに湾曲した拡散性材料として与えた。反射性固定部材３の内径（ＬＥＤ基板２露出部直径）は約55mm、また外径（装置表面開口直径）は約82mmとした。ＬＥＤ基板２の表面から反射固定部材３の頂点までの距離は約10mmとしている。
本シミュレーションは、１２個のＬＥＤ１をＬＥＤ基板２の上に配置し、さらにその周囲を反射性固定部材３を配置したものを共通の条件とした。図６および７において、ＬＥＤ部品単体の拡大図は、図８(a)で示した外観のものを用いた。ＬＥＤ１自体、特にレンズ機能を有するものではなく、ＬＥＤ封止樹脂部分が略平坦のものであり、ＬＥＤ配光特性は図８(b)に示したようにほぼ完全拡散発光のものである。なお、図８(a)のＬＥＤ１の発光面1aの上部には、光源である印1zが示されている。
【００２９】
レンズアレイ４は、ベース部（ここでは薄い板状）とレンズ機能部５からなり、レンズアレイ４はアクリル材料とし、レンズ機能部５としての断面湾曲形状の凸部をＬＥＤ基板２上の各ＬＥＤ１の実装位置に対向させるように配置した。レンズ機能部５の直径はＬＥＤ発光部、すなわちＬＥＤ１の蛍光体が封止されている表面の直径、例えば図８(a)の表面で約4.5mm、よりも大きく、かつ、後述するようにＬＥＤ１を装置仕様に合わせ最大数、高密度実装する際にも隣り合うレンズ凸部で重なりが生じないようにφ8mmとした（例えば図２５の構成；後述する）。上記ＬＥＤ１自体が拡散配光性を有するため（レンズ機能を有する砲弾型形状でもよいが本装置では表面輝度むらが出やすい）、ＬＥＤ発光部直径よりやや大きめの直径とすることでレンズ機能部５の配置密度をある程度高めつつ、ＬＥＤ発光光に対するレンズ効果を十分持たせることができる。また、透光性光拡散部材６として、およそ、きもと社製拡散部材ライトアップLSE100の有する散乱特性を与えた（全光線、ヘーズはそれぞれ弊社内測定で両者90%以上の特性）。
【００３０】
ここで、各ＬＥＤ１に対向するように湾曲凸形状のレンズ機能部５を持たせたレンズアレイ４を上記反射性固定部材３の深さ内に配置し、レンズ機能部５の直径を固定(8mm)し、レンズ後方焦点距離をパラメータとして基礎試算を行った。レンズアレイ４の平面部分の厚みは1mmとした。結果的に、装置薄型化と配光の広がりを意識して基礎計算を行い、一例ではあるが薄型化の面から焦点距離F'=10mmとし、目的の配光領域となるようにＬＥＤ表面とレンズ凸面との間隔dを調整した。結果的に、目的の配光領域を実現する条件として、d≧F'ではなく、ｄ＜F'の条件で配光特性が良好となることがわかった。なお、以下で効果を説明する図５ではd=3mmの条件としている。
【００３１】
（シミュレーション１）
次に、１番目のシミュレーションとして、光源ユニット１０内の光制御部材６の有無による配光特性の変化を評価した結果について説明する。
図９および図１０は、本シミュレーションを行った各条件を構造的に示した図である。図９(a)はＬＥＤ基板２のみ、図９(b)はＬＥＤ基板２＋レンズアレイ４、図１０(a)はＬＥＤ基板２+レンズアレイ４+透光性拡散部材６、図１０(b)はＬＥＤ基板２+透光性拡散部材６とする構成を示す。
上記の条件で、それぞれの光学部材の構成の段階での試算を行うことで、本装置構成による配光制御効果を確認した。
【００３２】
（結果）
図１１は図９および図１０の条件の各設定の光源ユニット１０内の光制御部材（レンズアレイ４、透光性拡散部材６）の有無による配光特性変化のシミュレーション結果を示したものである。横軸は光源ユニット１０の中心軸を基準とし、ある角度方向の相対光度を示したものである。
その結果、図９(a)に示すＬＥＤ基板２のみの構成ではほぼ拡散状に発光している（図１１のＡで示す）。その上にレンズアレイ４を配置した図９(b)に示すＬＥＤ基板２＋レンズアレイ４の構成の場合には、その集光効果により±20度の間で発光成分が鋭くなっていることがわかる（図１１のＢで示す）。集光によってビーム角があまりに狭くなると、ビーム角４０〜６０度程度の中角程度のビーム角を目的とする照明にとっては光むらになるとも考えられる。つまりこの時点でグラフからは両角30〜60度付近の広角方向で小さく飛び出る光ノイズが発生している。さらにその上に透光性拡散部材６を配置した図１０(a)に示すＬＥＤ基板２+レンズアレイ４+透光性拡散部材６の構成では光ノイズが大幅低減し、中央方向の光度を抑えビーム角で約55度となり本装置の狙いとする配光特性が得られた（図１１のＣで示す）。
【００３３】
（結論）
したがって上述したシミュレーション結果からも明らかなとおり、一度レンズアレイ４で集光化し、さらに拡散性光透過部材６を設ける構成によって光ノイズが少ないやや狭まった配光特性を有する光源ユニット１０やそれを用いた照明装置１００を得ることができる。なお、ＬＥＤ基板２のみの場合の光束に対して、ＬＥＤ＋レンズの構成およびＬＥＤ基板２+レンズアレイ４+透光性拡散部材６の構成での光束比はそれぞれ96%、81%であり、光利用効率面でも部材装着をした場合に良好な状態であることがわかった。
【００３４】
また、レンズアレイ４を配置せずにＬＥＤ基板２上に拡散透光板を配置したＬＥＤ+拡散板(図１０(b))の構成での結果は光ノイズが無い状態でとくに集光効果を持たない拡散性の強い照明光となっている（図１１のＤで示す）。従ってＬＥＤ基板２、レンズアレイ４、透光性拡散部材６からなる構成の本装置において、レンズアレイ４を用途に応じ着脱可能とすることにより、広配光の照明とやや狭配光の照明とを切り替えて実現することが可能であり、多用途向けとして本光源ユニット１０を用いることができる。また、この構成でのＬＥＤ１のみの場合に比較した光束比は約86%であり、光利用効率面ではやはり良好な状態で用いることができる。
【００３５】
（シミュレーション２）
次に、２番目のシミュレーションとして、レンズ機能部５の形状に係る後方焦点を変えた場合の配光特性を評価した結果について説明する。
図１２はレンズ機能部５の形状に係わる後方焦点を変えた場合の配光試算を示す図である。(a)は焦点距離F'=20mm、(b)は焦点距離F'=10mm、(c)は焦点距離F'=7mmの条件を示す図である。
ここではレンズ機能部５の焦点距離を３水準設定し、レンズアレイ４の配置位置を変えずに試算を実施した。試算ではレンズ部直径を8mm固定として、各レンズ形状(曲率)に反映させるようにしている。
【００３６】
（結果）
図１３に図１２の各条件の場合のシミュレーション結果を示す。図１３に示すように焦点距離が長くても小さくても集光効果が得られにくく、焦点距離F'=10mmで中央部に光が照射させる傾向を確認した。透光性拡散部材６を装着する場合には、中央部の集光効果が高いほど、光ノイズを取り除きながら柔らかい狭配光化を実現できるため焦点距離F'=10mm程度が良好であることがわかった。
【００３７】
（シミュレーション３）
次に、３番目のシミュレーションとして、レンズ機能部５の断面湾曲形状の凸部からＬＥＤ１発光面間の距離を変えた場合の特性を評価した結果を示す。
図１４は、レンズ機能部５の断面湾曲形状の凸部からＬＥＤ１発光表面間距離を変えた場合の配光試算を示す図である。(a)は発光表面間距離をdとして、d=5.64mmの状態、(b)はd=0.64mmの状態を示す。
一方、そのような後方焦点距離F'=10mmの条件で、レンズアレイ４位置による効果を把握するため、レンズアレイ４位置を３水準設定し試算を行った。レンズ機能部５の断面湾曲形状の凸部からＬＥＤ１発光表面間距離をdとして、d=0.64mm、3mm、5.64mmとした。
【００３８】
（結果）
図１５に図１４の各条件の場合のシミュレーション結果を示す。
その結果、距離が短すぎると装置として狭配光が得られにくく、一方距離が長すぎる狭配光効果は有するものの、広角ノイズ成分と中心配光成分との間の山谷の差が大きくなり、その上に拡散板を配置したとしてもノイズ成分が目立ちやすい傾向となる。
【００３９】
（結論）
したがってビーム角40〜55度程度で、光ノイズの発生しにくい厚さ10mm程度の薄型の照明ユニット、あるいはそれを備えた装置を得るためには、本試算結果より一条件例として、レンズアレイ４のＬＥＤに対向する湾曲凸レンズの後方焦点距離をおよそF'=10mmとし、レンズ頂点とＬＥＤ発光表面間距離をdとして、本レンズアレイ４をおよそd=3mmの位置に配置することがよいことがわかった。また、同じくレンズ直径をφ8mmとして他条件でも解析を進めた結果、上記からレンズ背面とＬＥＤ表面との間の距離dに対して焦点距離をF'=9〜15mm程度、d≒2〜4mm程度にしても上述したような配光制御効果が得られることがわかった。
【００４０】
次に、光源ユニット１０において、レンズアレイ４のレンズ機能部５の形状自体に色むらを低減させる特徴を持たせる場合の構成例およびその作用を図１６から図２４を用いて説明する。
【００４１】
（背景）
まず、色むらの低減に係る構成を必要とする背景について説明する。
ＬＥＤ１の構成は様々なものがあり、ＬＥＤ１のパッケージ形状、ＬＥＤ１のベアチップ配置、蛍光体適用方法（ベアチップ上にコーティング、封止樹脂混合などがあり後者では均一拡散する方法や沈降させるような方法がある）により、ＬＥＤ１の発光角度（ＬＥＤ１を見込む角度）により発光スペクトル、色度、色温度などの色合いが大きく異なる場合がある。
【００４２】
ここで、シミュレーション１〜３で実装を想定したＬＥＤ（日亜化学工業製ＮＳ６Ｗ１８３；昼白色）の実測光角度特性について、その測定方向と測定結果の一例をそれぞれ図１６、図１７に示す。図１６はＬＥＤチップの集中実装領域に対する測定方向を示す図であり、ＬＥＤチップの長辺に対して垂直となる方向をＡ方向、ＬＥＤチップの長辺に対して水平となる方向をＢ方向として示している。図１７(a)は角度による実測相関色温度特性を示すもので、測定方向によらず放射角度により相関色温度４７００〜５３００Ｋ程度の明らかな色温度の違いが認められる。つまり、ＪＩＳ Ｚ９１１２の光源色の区分上は昼白色領域にはあるが、上下限がほぼ隣接する領域の白色と昼光色に近く、認識する色の違いも大きい。また、図１７(b)の結果は放射角が０度、３６度、７２度方向の分光特性を示したもので、こちらも放射角度の違いにより分光形状（特に青色波長領域と黄色波長領域の強度比）に大きな差異が生じることを示している。
【００４３】
つまり発光角度による色味の差の大きいＬＥＤ１を光源ユニット１０に適用した場合、レンズアレイ４のレンズ機能部５の効果により集光させる際、ＬＥＤ光色や演色性などの種類によっては被照面の中心領域と周辺領域で色味が異なり色むらとして確認される場合がある。特に本照明装置１００をダウンライトなどの装置として用いる場合には、例えば装置が白色系の壁面付近に設置された場合、照明光が壁面に投光された際に、青味がかった光と黄色味がかった光の色コントラストが現れることがある。これを色むらと呼ぶ。この色むらが照明装置１００の設置空間の雰囲気にマッチしないなどの違和感を与える場合がある。
【００４４】
（構成）
次に、本実施の形態１において色むらを低減する、凸部３１（上述した湾曲凸形状）と、凸部３１を形成する面と反対面側に凹部３２を有するレンズ機能部５０の構成について、図１８から図２１を用いて説明する。
図１８は色むらを低減するレンズ機能部５０を組み込んだ光源ユニット１０の断面図である。図１８は実施の形態１で説明した図１に対応している。
空間的な色温度の大きな変化（色むら）を低減するレンズ機能部５０の形状を検討した。その結果、図１８に示すように、レンズ機能部５０はＬＥＤ基板２と対向する面に設けられ、ＬＥＤ１発光面より径の大きい湾曲形状の凸部３１と、レンズ機能部５０上の透光性光拡散部材６と対向する面に設けられ、断面湾曲形状の凸部３１と中心が同軸であるすり鉢状の凹部を有する凹部３２を有する構成することで色むら低減効果が得られた。この凹部３２は、例えば図２１に示すように、周縁部がその周囲に比べて隆起しており、中央部が円錐形にくりぬかれた凹形状をしている。また、凹部３２は例えば図２１に示すように、底面の径が凸部３１と同一で、円錐形にくりぬかれた凹形状の高さ（深さ）は凹部３２周縁部が隆起している頂上の高さよりも低い。
なお、以降の記載においてはレンズ機能部５は凸部３１のみを有し、レンズ機能部５０は凸部３１および凹部３２を有するものとする。
【００４５】
そのようなレンズ機能部５０を通過する光線の様子について図１９に示す。図１９(a)には色むら対策前のレンズ機能部５、また、図１９(b)には色むら対策後のレンズ機能部５０を対象とし、ＬＥＤ発光表面中心からレンズ機能部５およびレンズ機能部５０の下部に広げた試光線を与え、光線の進み方の例を示した。本構成によると、レンズ機能部５０は、凹部３２中央のすり鉢状の凹部での光屈折により光軸中央方向に進む青みのある光を周辺方向に、凹部３２周縁の隆起している部分の平面での光屈折により黄色みのある光を光軸方向に制御し、混色効果を高めることで被照面色むらを低減する効果が得られる。また凹部３２の平坦面で反射される光の成分は、ＬＥＤ基板２とレンズ機能部５０との空間に拡散して広がるため、混色され器具照明光の一部として利用される。
【００４６】
つまり、上述したような構成のレンズ機能部５０を用いることで、ＬＥＤ１から発光される光の光線を凹部３２表面での屈折透過及び反射させることにより、凸部３１を通る分光の異なる光線を交差させ混色性を高めることができ、被照面色むらを低減させることができる。
【００４７】
そのような発光角度による色温度の差の大きい特性を模擬した簡易的な擬似ＬＥＤ光源を用い、本実施の形態３に係る光源ユニット１０を対象に、レンズ機能部５０の凹部３２の有無に対する被照面上の色温度分布を評価するために、４番目のシミュレーションを実施した。
【００４８】
（シミュレーション４）
擬似ＬＥＤ光源は、ＬＥＤ１の放射角による色温度の違いを強調させるため、放射角度領域を大きく２つに分け、それぞれに異なる分光特性（相関色温度も異なる）を与えた。２つの分光特性は実測結果を元にＬＥＤ光軸（０度）での特性と、側方放射（７２度）の特性とした。ここで、放射領域Ａ（放射角０〜１８度）は、図１７(a)に示した０度の分光(青みの強い５２８０Ｋ)を設定した場合を示す。また、放射領域Ｂ（放射角１８〜９０度）は、図１７(b)に示した７２度の分光(黄味の強い４７７０Ｋ)を設定した場合を示す。
なお、上記領域Ａと領域Ｂの放射強度比は、実測強度に基づき３次元的な光の広がりを考慮し、さらにそれら合成光は拡散配光になるように設定した。
【００４９】
（構成）
図２０および図２１は本シミュレーションを行った各条件のうち、凸部３１および凹部３２を有するレンズ機能部５０の構造を示した図である。
シミュレーションにおいては、凸部３１と凹部３２との底面を空間的な光制御領域を等しくする同じ直径の円形とし、かつ、凹部３２の周縁が隆起した平坦面であるとともに、凹部３２中央が円錐状にくりぬかれた形状であるような形状とした。また各ＬＥＤ１の発光面中心軸が各凹部３２の円錐頂点を通るようにレンズアレイ４を構成した。
上述した凹部３２の形状寸法を本薄型光源ユニット１０に対応するように定め、図２１に示すように、各部寸法をｋ＝４ｍｍ、ｈ１＝０．７ｍｍ、ｈ２＝０．５ｍｍとしてシミュレーションを行った。このとき、実施の形態１のシミュレーションで使用した光源ユニット１０の外寸と等しい寸法の図２０の構成の光源ユニット１０のモデルを用いた。
【００５０】
擬似ＬＥＤ光源を用い、まずシミュレーション１〜３に使用したシミュレーションモデルを用い、光源ユニット１０からその中心軸に沿って１ｍ離した距離に□５ｍの受光面を配置し、その面上の色温度分布状態(面上の器具中心軸と交差する点を通る直線上の分布)を試算した。
【００５１】
（結果）
図２２は上述した条件の場合のシミュレーション結果を示す。図２２には、(１)擬似ＬＥＤ１を実装したＬＥＤ基板２のみの結果、(２)ＬＥＤ基板２＋凸部３１を有するレンズ機能部５着用時の結果と、それに加え(３)ＬＥＤ基板２＋凸部３１および凹部３２を有するレンズ機能部５０着用時の構成での色温度分布試算結果を示した。なお、図２２に限らず図中の丸印で囲んだ数字と明細書中の括弧書きの数字とは対応関係にある。
その結果、図２２中の(１)で示した擬似ＬＥＤ１を実装したＬＥＤ基板２のみのシミュレーション結果では、被照面約−０．５〜０．５ｍの間にピーク５２００Ｋで色温度が高くなる領域が生じた（周辺色温度約４８００Ｋとの差が４００Ｋ）。一方で、図２２中の(２)で示した擬似ＬＥＤ基板２＋レンズ機能部５のシミュレーション結果ではピークがやや抑えられ５１００Ｋ(周辺色温度約４８００Ｋとの差３００Ｋ)となり、レンズ機能部５装着時にはやや色温度差（色むら）が緩和される傾向にあることがわかる。ただし、それでも色温度差が大きく、器具構成で前提としている上述の拡散板（透光性光拡散部材６）を装着した場合でもその色むらが確認されやすい。それに対して図２２中に示した(３)ＬＥＤ基板２＋レンズ機能部５０は凹部３２による透過反射作用により、レンズ機能部５中心の光透過を抑える効果を有し、結果中心方向に進む青色光の光量を減少させ、受光面中心でかなりの色温度差を生じていいたピークを４９００Ｋほどまで低下させることができ、大きな色むら低減機能があることがわかった。
【００５２】
このとき各条件での−１．５〜１．５ｍ受光領域での平均色温度、標準偏差を確認したところ、図２２に示した(１)、(２)、(３)の条件に対してそれぞれ平均４８６８Ｋ（偏差１５４Ｋ）、４８２３Ｋ（９６Ｋ）、４８０９Ｋ（５０Ｋ）であった。とくに標準偏差から見れば被照面での空間的な色温度分布のばらつきを低く抑えることができるため、凹部３２の形状が色むら抑制に一定の効果を有するといえる。実際にレンズ機能部５０を配列したレンズアレイ４を組み込んだ光源ユニット１０について試作評価を行ったところ、被照面色分布について目視と実測でほぼ同じ色むら低減効果が確認された。
【００５３】
ここで図２０のレンズ機能部５０を用いた際の配光特性を図２３に示す。図２３の(４)はＬＥＤ基板２＋レンズ機能部５０着用時のユニット配光特性、また、図２３に示す(５)はＬＥＤ基板２＋レンズ機能部５０＋透光性拡散部材６(前述のきもと社製ライトアップＬＳＥ１００(総厚み１１５μｍ)と同シリーズのＬＳＥ１８８(総厚み２０３μｍ)；カタログ上の光学特性は同じ)の条件での配光特性を示す。図２３に示す(５)は本光源ユニット１０で想定している構成（中角指定）であるが、ビーム角が約５０度の結果となり、本装置の目的とする配光特性が得られた。なお、やはり本装置の基本仕様形態のひとつである、レンズアレイ４を装着しない場合（広角仕様）は実施の形態１の図１１の条件Ｄに示したとおりの特性となる。なお、シミュレーション上で上記２種拡散シート部材（ＬＳＥ１００、ＬＳＥ１８８）の光学散乱データを与えてもほぼ同様の配光特性、色温度分布特性が得られた。なお、透過性光拡散部材６は上記のようにレンズアレイ４の有無により中角、広角を満たせるようなものであれば、必ずしも上記例と同じ物とする必要はない。
【００５４】
図２４は、(１)擬似ＬＥＤ１を実装したＬＥＤ基板２のみの結果、(４)ＬＥＤ基板２＋レンズ機能部５０＋透光性拡散部材６着用時の構成の結果、(５)ＬＥＤ基板２＋透光性拡散部材６着用時での色温度分布試算結果を示した。
発光ユニット１０のレンズアレイ４の装着の有無による色温度分布を試算したところ図２４のようになった。(４)ＬＥＤ基板２＋レンズ機能部５０＋透光性拡散部材６の構成とした場合には光軸周辺での色温度変化幅は緩和される方向にある。また、(６)ＬＥＤ基板＋拡散板（レンズアレイ非装着時）の場合の結果も示すが、やや中心部でなだらかに色温度が高くなる傾向にあるものの、そもそもの擬似ＬＥＤ光源で与えた色温度幅に比較すればかなり色むらが抑えられる傾向にある。
【００５５】
なお、本シミュレーション上ではレンズアレイ装着時、レンズアレイ凸部とＬＥＤ発光面との間隔は約３ｍｍとしているが、器具の用途等により図１４の結果のようにその距離を狭くすると広配光に、またそれより広くすると狭配光となる方向に調整可能である。以上のように図１８〜２１に示した構成のレンズアレイ４と、上記のような拡散板(透光性光拡散部材６)を備えた発光ユニット構成とすることで被照面の生じる色むらを大きく低減することができ、本来目的のようにレンズアレイを装着した場合には中角配光（ビーム角４０〜６０度程度）を、また、レンズアレイを装着しない場合には広角配光(ビーム角９０度程度)を実現可能な発光ユニット及び照明装置を得ることができる。
【００５６】
（結論）
このレンズ機能部５０の凹部３２の形状の略寸法をもう一度整理すると、対象ＬＥＤ１の発光面が直径約４ｍｍであるのに対し、ＬＥＤ１を実装したＬＥＤ基板２と対向する面側に設けたレンズ機能部５とＬＥＤ基板２と対向しない面側に設けた凹部３２の直径を８ｍｍ、凹部３２周縁の隆起している凸部の頂上の高さを０．７ｍｍ、凹部３２中央の円錐状にくりぬかれている箇所の直径を４ｍｍ、高さ(深さ)を０．３ｍｍとし、ＬＥＤ１対向側領域の断面湾曲形状のレンズ機能部５の焦点距離を、ＬＥＤ１発光面表面と湾曲レンズ機能部５頂点との間隔（約０．３ｍｍ）より長い１０ｍｍ程度としている。
【００５７】
そのような外寸形状にすることで、実施の形態１の図１７で示したような色むら現象を生じさせる角度放射特性を有するＮＳ６Ｗ１８３（昼白色）のようなＬＥＤ１を対象光源として用いる際にも、色むらを低減できる薄型光源ユニット１０を得ることができる。なおシミュレーション上では凹部３２の円錐深さは０．２〜０．６ｍｍ程度としても低減効果が得られたが、０．５ｍｍの付近で相対的に良好な色むら低減効果を示した。また本試算のベース部厚みは１．０ｍｍとしたが、例えばやや厚みが異なっても（例えば０．５〜１．５ｍｍ程度）、本説明の効果が失われることはない。
【００５８】
なお、上記の試算結果をもって実際に試作評価を行ったところ、本試算結果とほぼ同様の傾向を持つ光特性を示し、実際の装置としても目的の機能を有することを確認できた。なおシミュレーションや試作ではＬＥＤ実装数な装置サイズなども幾つか試行しており、ほぼ同様の特性を示した。
【００５９】
以上のように、本実施の形態１に係る光源ユニット１０は、ＬＥＤ基板２の発光面側から間隙を有してＬＥＤ１の光を集光するレンズ機能部５またはレンズ機能部５０を配列したレンズアレイ４を配置し、さらにＬＥＤ基板２の発光面側からレンズアレイ４よりも遠方に拡散性透光部材６を配置することで、レンズアレイ４装着時にはレンズにより集光した光に柔らかい拡散効果を与え、目的の中間配光角を実現できる。さらに拡散性透光部材６は、それが無い場合に生じる広角側のノイズ光成分を抑えることができる。
【００６０】
また、従来例のような中間リフレクタ（反射体）を必要とせず、かつ、反射体に従来例のような深い凹部が不要であり安価で薄型の器具を提供できる。
【００６１】
また、レンズアレイ４を着脱可能とすることで着脱により配光角の切り替えができる。つまり、レンズアレイ４を着脱可能とする構成とすることで、レンズアレイ４非装着時には拡散性が高くビーム角が広い広配光照明、またレンズアレイ４装着時にはやや配光を狭めたビーム角が約40〜60度程度の狭配光照明を実現することができる。したがって照明用途に応じてレンズアレイ４の着脱のみにより配光角を切り換え照明することができ、用途範囲が一段と拡大する。
【００６２】
また、発光面が略平坦状で、拡散配光特性を有するＬＥＤ１を用いることで、集光機能を有する砲弾型のような樹脂モールドＬＥＤ１を用いた場合よりも照明装置１００厚みを小さくすることができる。また、砲弾型のＬＥＤ１をさらに凸レンズアレイ４で集光すると、一般照明用途で用いる際には不快グレア（非常に眩しい）や、大きな輝度むら（あるいは照度むら）も発生しやすいという欠点があるが発光面が略平坦状のＬＥＤ１ならそのような現象の発生を低減させることができる。
【００６３】
また、レンズアレイ４の凸部３１及び凹部３２はレンズ製造の観点からみると比較的成形しやすい形状であり、低コストで金型を製造できるため生産性よく安価な器具を提供できる。
【００６４】
また、レンズ機能部５の直径はＬＥＤ１の発光部径よりも大きく、かつ、レンズ機能部５のレンズ機能部５の頂点とＬＥＤ１表面との間の距離が、レンズ機能部５の後方焦点距離より短いことで、レンズ機能部５のレンズ機能部５の径をＬＥＤ１発光部径より大きめとすることで、ＬＥＤ１発光光の大半がレンズ機能部５の作用を受け集光される。また、レンズ部直径をＬＥＤ発光部径に比較し、やや大きめ程度に抑えることで、ＬＥＤ実装密度が高い場合にも、それに合わせレンズ配置することができ集光効果を与えることができる。凸レンズアレイ４を外側に向け配置した場合よりも集光効果はやや劣るものの、外側を平坦面にできる上記メリットを有し、さらに目的とする配光角を得るための集光性能を得ることができる。本来であれば凸レンズを器具外側に向け配置するのが集光効果がよいが、本構成でも所定条件によりそれに遜色ない集光効果が得られる。
【００６５】
また、レンズ機能部５０は透光性拡散部材６と対向する領域にレンズ機能部５の中心軸を同じくするすり鉢状の凹形状からなる凹部３２を有する。これによって、LED１から発光される光の光線を凹部３２の表面形状により屈折透過あるいは反射させることができる。そのため空間的な光の振る舞いとしては、例えばレンズ機能部５０を通る分光の異なる光線が相互に交わる機会が増えるため、ＬＥＤ１自体の放射角度に対する色温度が大きく異なる場合にも被照面色むらを低減させることができる。
【００６６】
また、凹部３２は底面の径がレンズ機能部５と同一で周縁部が周囲に比べて隆起しており、中央部が円錐形にくりぬかれた形状である。これによって、凹部３２中央の円錐型にくりぬかれた平面上での光屈折により、光軸中央方向に進む青みのある光を周辺方向に、凹部３２周縁の隆起している部分での光屈折により、黄色みのある光を光軸方向に制御し、混色効果を高めることで被照面色むらを低減することができる。また凹部３２周縁の隆起している部分で反射される光の成分は、LED基板２とレンズ機能部５０との空間に拡散し広がるため混色され器具照明光の一部として利用される。
なお、シミュレーションでは凹部３２は円錐形にくりぬかれた形状だったが、凸部３１と凹部３２の中心軸が同一であれば、凹部３２の形状は正確な円錐状でなくともよい。つまり、すり鉢状に中央に向かってなだらかに凹んでいればよい。
【００６７】
実施の形態２．
本実施の形態２に係る光源ユニット１０においては、コスト低減およびＬＥＤ１実装密度向上のために、ＬＥＤの実装数に関係なく共通のレンズアレイ４を使用する場合について説明する。
【００６８】
本実施の形態２に係る光源ユニット１０の構成では最大実装可能ＬＥＤの各々の配置に合わせ、レンズ機能部５の個数や位置を定めたレンズアレイ４とするように構成した。このような構成によりＬＥＤ１の実装数限界を想定した上での個数調整が可能になる。したがって本ユニットを用いた装置を利用する照明空間に合わせ、装置構成や周囲部品を変更することなくＬＥＤ１実装数を変えることで光束調整を簡単に行える特徴がある。またこの際レンズ機能部５は個々のＬＥＤ１に対して作用するため、ＬＥＤ１の数が変更になっても個々のＬＥＤ単位でみれば、実装数に関係ない配光特性を与えることができる。
【００６９】
図２５はＬＥＤ基板２上のＬＥＤ１の実装数を変更した図である。(a)は19個実装した図、(b)は14個実装した図、(c)は９個実装した図を示す。
図２５(a)には上記シミュレーションで用いたモデル同様に反射性固定部材３の内径約55mm、また外径約82mmの条件で、上述したＬＥＤを最大実装数の19個場合とした例である。ＬＥＤ数の調整を行ったものを図１６(b)、(c)に示すが、装置配光や外観を考慮しＬＥＤを中央部のみに配置（図２５(c)の9個）、あるいは中央より周辺に多く実装配置(図２５(b)の14個)するようなことが容易に実現できる。ただし、実際にはＬＥＤ数の調整を行った場合でも、ＬＥＤへ問題なく電力供給する必要がある。
【００７０】
図２６はＬＥＤ基板２の上面図中におけるＬＥＤ実装部の拡大図である。この図２６により、ＬＥＤ基板２において、ＬＥＤの実装数を変更可能にするための方法について説明する。
すなわち、それぞれのＬＥＤ１はＬＥＤ基板２上の電源供給線（配線パターン）上に直並列実装されるが、例えば、図２６に示すように、ＬＥＤ実装用パッド１６に並列にチップ抵抗用パッド２１を備えるように構成し、ＬＥＤを実装しない部分は、装置全ＬＥＤへの電気供給を絶たないようにＬＥＤと同程度の負荷としてチップ抵抗１７（ＬＥＤへの供給電流が変わらないもの）を実装する。このようにすることでＬＥＤの数によらず安定した電気供給を行うことができ、所望のＬＥＤ配置で必要な光束を得ることができる。よって通常図２５(a)のような個数を標準としておき、ニーズにあわせて図２５(b)や(c)のようにＬＥＤ配置（配光）や実装個数（光束）を簡単に調整することができる。
【００７１】
以上のように、本実施の形態２に係る光源ユニット１０は、実施の形態１で得られる全ての効果に加え、ＬＥＤ基板２は、実装用パッド２１と並列してチップ抵抗用パッド１６を有し、ＬＥＤ基板２の発光面側から距離を置いて配置され、ＬＥＤ基板２上の個々のＬＥＤ１実装位置に対向するように凸部を有するレンズ機能部５を有するレンズアレイ４を備えることで、予め増灯対応（大光束化）のＬＥＤ個数とＬＥＤ実装位置を考慮した、狭配光化可能な共通レンズ部品を用いて狭配光化を実現でき、また、ＬＥＤ個数変更にも柔軟に対応することができる。
また、ＬＥＤ実装個数の変更時（例えば、所望の器具光束ランク(低コスト)に合わせＬＥＤを間引き実装等する場合）にレンズアレイ４の仕様を変更する必要がない。
【００７２】
実施の形態３．
実施の形態１および実施の形態２に係る光源ユニット１０ではこれまで述べたとおりレンズアレイ４により配光調整を行うことを可能にしているが、色変換部材の装着により相関色温度や色度を変えることも可能である。ここで用いる説明図では湾曲凸レンズアレイを用いた発光ユニットを対象に説明しているが、先の実施形態で述べたとおり湾曲凸部の反対側表面に凹形状を設けたレンズアレイを備えた発光ユニットにも同様な手段にて、同様の効果を得ることができる。
【００７３】
図２７から図２８には色変換部材１８を装置内に位置変えて配置した図を示している。各図において(a)は側面図、(b)は発光面を見込んだ図、(c)は上面図を示す。また、図２９は色変換部１９の色変換（波長変換）の特性を示す図である。
図２７はＬＥＤ発光面側の近傍に色変換部材１８を配置した例である。色変換部材１８のうち色変換の機能を有する領域（色変換部１９）は例えば無機蛍光体などの長寿命の色変換材料を用いた構成としている。そのような材料は、例えば図２９に示したように昼白色ＬＥＤ(5000K)の主に短波長側光を吸収し長波長側へ波長変換する機能を有するため、結果照明色を白色光(4000K)に色変換するような効果を有する。
【００７４】
本材料は例えば色変換部材の主材を薄手のポリカーボシートやＰＥＴ、アクリル樹脂などとし、蛍光体をバインドした透光性材料を色変換部として印刷、塗布、貼り付けるなどして構成する。あるいは上記取材に開口部を空けその部分を埋める（嵌め込む）ように配置させる。図では埋め込み加工の例で示している。
【００７５】
図２７の構成ではＬＥＤ発光面にだけ色変換部材１８が配置され効率的に色温度変換を行うことができ、通常そのような色変換部を通った光は拡散性の強い光となるため、ＬＥＤ自体が拡散配光であればその色変換光も同様に拡散光となる。そのため本変換部材を可能な限り薄手なものとすれば、効率的な色変換機能を果たすことになる。結果その色変換光がレンズアレイ４をとおり配光調整されることになる。
【００７６】
上記のような構成の色変換部材１８は、例えば図２８のように装置外側のレンズアレイ４表面近傍、あるいは図２９のように表面透過板に接するような位置に設置してもよい。この場合は色変換部材が光を拡散させる性質があるため、表面透過板６を外して使用することも可能である。また、全体に色変換機能を持つ色変換材料としても色変換材料が無い場合と同様にやや狭配光化する集光効果を有し、本装置で目的とするレベルのビーム角絞りを保った色変換部材として使用することができる。
【００７７】
なお、本装置の透光性拡散部材６の表面または表面近傍等に、以上説明した色変換を行う色変換部材の他、プリズムシートやルーバなどの配光制御部材なども含めた光学特性変換部材を設けることもでき、様々な照明シーンに対応させた照明演出効果を持たせることができる。
【００７８】
また、本発明は、以上説明した実施の形態に限定されるものではなく、多くの変形が本発明の技術的思想内で当分野において通常の知識を有するものにより可能である。
また、各実施の形態は、適宜組み合わせて実現しても構わない。
【符号の説明】
【００７９】
１ ＬＥＤ、２ ＬＥＤ基板、３ 反射性固定部材、４ レンズアレイ、５、５０ レンズ機能部、６ 透光性光拡散部材、７ レンズアレイ固定部、８ 外側反射筐体、１０ 光源ユニット、１５ 電源供給線（配線パタン）、１６ ＬＥＤ実装用パッド、１７ チップ抵抗、１８ 色変換部材、１９ 色変換部、２１ チップ抵抗用パッド、３１ 凸部、３２ 凹部。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光ダイオード（ＬＥＤ；Ｌｉｇｈｔ・Ｅｍｉｔｔｉｎｇ・Ｄｉｏｄｅ）などの半導体発光素子を光源とした光源ユニットおよび該光源ユニットを組み込んだ照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
照明装置の被照明範囲、すなわち照明面積の調整や制限を目的として、反射体やレンズ系を用い配光角やビーム角などの配光特性を制御する構造提案が数多くなされている。光源に小型、長寿命といった特徴を持つＬＥＤを用いた照明装置として、各ＬＥＤ周囲に設けた複数の凹部を有する反射体にレンズ体を選択装着することにより、目的とする配光特性を容易に作り出す効果が得られるとしているものがある（例えば特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−９８２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら特許文献１のように反射部材やレンズ系を用い配光角やビーム角を制御する照明装置は、ＬＥＤを配置する位置が反射体の凹部に限られる。そのため、目的の照明装置仕様（光束ランクなど）を得るため、ＬＥＤの個数や配置位置に合わせて反射体の凹部位置を調整しようとすると、結局は複数種の反射体を製造することとなり装置のコストアップに繋がっていた。さらに、この反射体は狭配光化のためにある程度凹部長さを長く（反射体厚みを厚く）する必要があり、結果、装置自体を薄型化することが困難であった。
【０００５】
また、装置表面側に凸レンズアレイの凸部を向けると、装置発光面を見込んだ場合に複数凸面の陰影が出やすく光むらに見えてしまうという課題があった。
【０００６】
そこで、本発明に係る光源ユニットは意匠性に優れた薄型で安価な構成の配光制御照明装置を得ることを目的とする。また、装置の配光については、光学部材（レンズアレイ）の着脱のみでビーム角でおよそ40〜60度程度の低グレアで輝度むらの少ない緩やかに狭められた配光(中角配光)と、それより広角の拡散性配光(広角配光)を切り換えて実現することも目的としている。なお、本発明中でのビーム角度は装置中心方向の光度の1/2光度となる照射角(中心を跨ぐ両角)としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る光源ユニットは、光源であるＬＥＤが実装されたＬＥＤ基板と、ＬＥＤ基板の発光面側から間隙を有して配置され、ＬＥＤ基板のＬＥＤの実装部と対向する位置に設けられたＬＥＤの光を集光するレンズ機能部を配列したレンズアレイと、ＬＥＤ基板の発光面側からレンズアレイよりも遠方に配置され、レンズ機能部を通過した光を透過し拡散する透光性光拡散部材と、を備え、レンズ機能部は、レンズアレイ上のＬＥＤ実装基板と対向する面に設けられ、ＬＥＤより径の大きい断面が湾曲形状の凸部と、レンズアレイ上の透光性光拡散部材と対向する面に設けられ、凸部と中心が同軸であるすり鉢状の凹部から構成される。
【発明の効果】
【０００８】
本発明に係る光源ユニットによれば、ＬＥＤの光をレンズアレイで一度狭配光化を行い、さらに透光性光拡散部材を透過させることで、やや広配光に戻す。それによりレンズアレイを装着時に光むらの低減された中角配光を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施の形態１の光源ユニット１０の正面図、断面図等を示す図。
【図２】実施の形態１の光源ユニット１０を用いた、照明装置１００を示す図。
【図３】実施の形態１の光源ユニット１０（レンズアレイ４あり）及び光源ユニット１０を用いた照明装置１００の断面図。
【図４】実施の形態１の光源ユニット１０（レンズアレイ４あり）及び光源ユニット１０を用いた照明装置１００の断面図。
【図５】実施の形態１の透光性光拡散部材６の湾曲を示す図。
【図６】実施の形態１の光源ユニット１０に対するシミュレーションモデルを示す図。
【図７】実施の形態１の光源ユニット１０に対するシミュレーションモデルを示す図。
【図８】実施の形態１の光源ユニット１０のシミュレーションに使用したＬＥＤの配光特性を示す図。
【図９】実施の形態１の「ＬＥＤ基板２」のみ、及び「ＬＥＤ基板２＋レンズアレイ４」の構成条件のシミュレーションモデルの断面図。
【図１０】実施の形態１の「ＬＥＤ基板２＋レンズアレイ４＋透光性光拡散部材６」、及び「ＬＥＤ基板２」＋透光性光拡散部材６」の構成条件のシミュレーションモデルの断面図。
【図１１】図９、図１０の構成の違いによるシミュレーション結果を示す図。
【図１２】実施の形態１の焦点距離Ｆ’が異なる構成条件のシミュレーションモデルの断面図。
【図１３】図１２の焦点距離Ｆ’の違いによるシミュレーション結果を示す図。
【図１４】実施の形態１のＬＥＤ発光面とレンズ機能部５の山頂との距離ｄが異なる構成条件のシミュレーションモデルの断面図。
【図１５】図１４の距離ｄが異なるシミュレーション結果を示す図。
【図１６】実施の形態１の対象ＬＥＤの角度光特性測定方向を示す図
【図１７】実施の形態１の対象ＬＥＤの放射角度による実測光特性を示す図。
【図１８】実施の形態１の色むら低減レンズアレイ４を装着した光源ユニット１０を示す図。
【図１９】実施の形態１レンズ機能部５にＬＥＤ光源部中央から試光線を放った場合の光線の様子を示す図。
【図２０】実施の形態１の色むら低減レンズアレイ４を装着した光源ユニット１０の光特性試算に用いたシミュレーションモデルを示す図。
【図２１】実施の形態１の試作機に用いたレンズ機能部５０形状寸法を示す図。
【図２２】実施の形態１の擬似ＬＥＤ光源を設定し、図１９のモデルを用い被照面の色温度分布特性を試算した結果一例。
【図２３】図１９のモデルの配光特性を試算した結果の一例を示す図。
【図２４】図１９のモデルの配光特性を試算した結果の一例を示す図。
【図２５】実施の形態２のＬＥＤ間引き状態を示す図。
【図２６】実施の形態２の間引き部分を示す図。
【図２７】実施の形態４の色変換部材１８の取付位置を示す図。
【図２８】実施の形態４の色変換部材１８の取付位置を示す別の図。
【図２９】実施の形態４の色変換部材１８の取付位置を示すさらに別の図。
【図３０】実施の形態４の色変換部１９による色変換（波長変換）の特性を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態について、図を用いて説明する。
【００１１】
実施の形態１．
まず、図１から図４により、本実施の形態１の光源ユニット１０および照明装置１００の構成を説明する。
図１は本実施の形態１に係る光源ユニット１０を示す図である。(a)は、光源ユニット１０の側面図(上面図(b)の一点鎖線Ａの断面)、(b)は光源ユニット１０の上面図、(c)は光源ユニット１０に装着するレンズアレイ４の上面図である。図1(b)は光源ユニット１０の大半の使用形態に合わせ発光面を下向きとして描いている。
【００１２】
図１(a)において、光源ユニット１０をＬＥＤ１をＬＥＤ１の取り付け部であるＬＥＤ実装パッドに実装したＬＥＤ基板２と、その側方周囲にＬＥＤ基板２を固定するように配置される反射性固定部材３、反射性固定部材３の内側でＬＥＤアレイ発光面側に対向配置されるレンズアレイ４、さらに、図１(b)において下側となるレンズアレイ４の発光面側に距離を置いて配置される透光性光拡散部材６を配置した構成としている。このように光源ユニット１０を構成することで、ＬＥＤ１の光をレンズアレイ４で一度狭配光化し、さらに透光性光拡散部材６を透過させることで、やや広配光に戻す。それによりレンズアレイ４を装着時に特に広角側に生じる光ノイズを打ち消し、さらに光源ユニット１０の輝度むらやグレア抑制を行うことができる。なお、図１(a)では透光性光拡散部材６はＬＥＤ基板２の発光面側からレンズアレイ４よりも遠方に配置されているが、すなわち、ＬＥＤ基板２とレンズアレイ４と透光性光拡散部材６がそれぞれ間隙を有して配置されているが、ＬＥＤ基板２とレンズアレイ４のみが間隙を有していればよく、レンズアレイ４と透光性光拡散部材６は接触していても良い。
また、図１(b)に示すように、ＬＥＤ実装パッド、およびそこに実装したＬＥＤ１と、レンズ機能部５とが、照射面側から見て重なるように配置する。なお、図１(a)に示すように、ＬＥＤ実装パッドとレンズ機能部５とが対向するように配置する。
なお機能的に光源ユニット１０自体を照明装置１００と考えてもよいが、本実施の形態の構成上、光源ユニット１０という名称を用い説明を行う。
【００１３】
図２は本実施の形態１に係る照明装置１００の図である。(a)は照明装置１００の構成図を示す。(a)において、反射性固定部材３の上側にＬＥＤ基板２を取り付け、下側にレンズアレイ４、透光性光拡散部材６を取り付け、光源ユニット１０を構成する。そして、光源ユニット１０を外側反射筐体８に取り付ける。(b)はＬＥＤ基板２に反射性固定部材３を組合せた状態を図２(a)において、X方向から見た図、また(c)はレンズアレイ４の位置ずれを防ぐように周囲に４つのレンズアレイ固定部７を設けたレンズアレイ４を示したものである。この固定部７をもって図２(b)の反射性固定部材３に嵌合されるような構成とした。
【００１４】
図３および図４は光源ユニット１０および照明装置１００において、レンズアレイ４の装着、非装着を対比するために示した図である。すなわち、図３(a)、図４(a)はそれぞれレンズアレイ４を装着、非装着の場合の光源ユニット１０の断面図を示し、図３(b)、図４(b)はそれぞれレンズアレイ４を装着、非装着の場合の照明装置１００の断面図を示している。
レンズアレイ４は反射性固定部材３に設けられたレンズアレイ４の設置段と、装置筐体あるいは透光性光拡散部材に設けたレンズアレイ４の固定用の突起部の間に挟みこむ形で固定される。さらに光源ユニット１０の発光面を囲むように内側が拡散あるいは鏡面状の高反射性の外側反射筐体８を備え持つようにしている。本照明装置１００は例えばダウンライトとして、図３(b)および図４(b)において、照射口が下になるように、図面の上側が天井面位置になるように天井開口部に組み込まれて用いられる。
【００１５】
次に、本実施の形態１における光源ユニットを構成する各部品、すなわちＬＥＤ１、ＬＥＤ基板２、レンズアレイ４、レンズ機能部５、および透光性拡散部材６の特徴点について説明する。
ＬＥＤ１は例えば市販の薄い表面実装型ＬＥＤであり、電極を備えたＬＥＤパッケージ材料内に青色ＬＥＤチップを実装している。そしてその青色光に励起する蛍光体混合樹脂で表面封止した構成のもので白色光を放つようなものである。また、ＬＥＤ基板２はＬＥＤ１の温度上昇による発効効率低下を抑える目的で、例えばアルミや銅などをベースとした金属基板、あるいはセラミック基板などで構成する。ＬＥＤ温度上昇幅がさほど大きくない場合には、コスト面を考慮しガラスエポキシ基板やガラスコンボジット基板等の材料を用いて構成してもよい。
【００１６】
次に、ＬＥＤ基板２の表面は装置内の光利用効率を高めるため、高反射性白色塗料等を用いて表面加工したものを利用するとよい。ＬＥＤ基板２を固定し、さらにレンズアレイ４や表面透過板６の位置決めの役割も有する反射性固定部材３は、その部材内側斜面に光が入射するため、少なくともその表面が高反射性を有するように構成する。例えば樹脂材料で構成しその表面に高反射性塗料を塗布したり、高反射性光学シートを装着するなどして構成する。あるいは金属体で構成し表面メッキあるいは金属薄膜を蒸着させてもよい。また高反射ポリカーボネートのような樹脂材料で一体成形し表面を磨いて用いるなどしてもよい。
【００１７】
次にレンズアレイ４は、図１(a)に示すように、ＬＥＤ１の発光光に対して集光効果を与えるレンズ機能部５をＬＥＤ基板２上の個々のＬＥＤ１実装位置に対向配置するようにする。そして、その複数のレンズ機能部５をアレイとして備えた一つのレンズアレイ４部材として構成としている。レンズアレイ４はガラス材料でもアクリルなどの透明樹脂材料でもよい。レンズ機能部５の直径は前記ＬＥＤ発光面全域を覆う大きさであり、集光機能を有する形状であれば狭配光化機能の役割をなすが、目的により、例えばレンズアレイ４自体の薄型化に重点を置く場合にはフレネルレンズ形状、あるいは成形性やコスト面に重点を置く場合には凸レンズ形状を選択して用意することができる。なお、本実施の形態１では、安価な装置を得ることを想定して、レンズ用金型製造費が比較的安価であるレンズ機能部５を図１(a)に示すように断面が湾曲形状の凸レンズとした場合を中心に説明する。また本装置の光特性面での主たる目的は、レンズ機能部５により集光を行い、レンズアレイ４装着時にビーム角でおよそ40〜60度程度の緩やかな配光を実現することにある。したがってレンズ機能部５には極端に大きな集光効果を与えることはせず、装置薄型化にも考慮して、レンズ機能部５の厚みを薄く抑えて狭配光化を行う。
【００１８】
次にレンズアレイ４を配置する場合の向きについて説明する。レンズ機能部５を断面湾曲凸形状にする際、レンズアレイ４を装置発光面側に凸面を向け配置する場合と、装置内側すなわちＬＥＤ発光部側に向け配置する場合が考えられるが、前者の配置では後者の配置に比較して相対的にレンズ凸部による光の陰影が外部から光むらとなって観察されやすいため、本実施の形態１では後者のレンズ配置とした。
【００１９】
このように、レンズ機能部５の凸部をＬＥＤ基板２と対向する方向に配置することで、意匠性が高く集光効果を有する照明装置１００とすることができる。さらにできるだけ装置発光面側では厚みのある光制御部を持たせないようにすることで、必要に応じ光制御部材を装着しやすいといった利点も得られる。
【００２０】
なお、ＬＥＤ基板２に実装するＬＥＤ１としてそれ自体に集光効果を持つような例えば砲弾型のＬＥＤを用いると、レンズアレイ４による集光効果が加わり、かなりの狭配光装置となる。そのため、さらに集光作用により各ＬＥＤ光軸方向の放射量が極めて高くなり、深いグレアや輝度むら（照度むら）を生み出す傾向にある。また、光源としては背の高いものになってしまい、光源ユニット１０自体が厚いものになる欠点がある。したがって本装置のように薄型でかつ柔らかい集光効果を目的とする装置では発光面が略平坦状で、拡散配光特性を有するＬＥＤ１が望ましい。
【００２１】
次に、透光性拡散部材６の機能を説明する。本実施の形態１のように、ＬＥＤ基板２上に本レンズアレイ４を配置した構成では、レンズ機能部５が無い場合よりも狭配光化を実現することができる。しかし、得られるビーム角がかなり目標値より小さくなる場合や、また配光面では後述するように広角方向にノイズ成分を生じる場合が多い。そのため、本照明装置１００では、それらの対策としてレンズアレイ４の発光面側の上部にさらに拡散性を有する表面透光板６を配置する構成としている。表面透光板６は、例えばプラスチック樹脂（アクリル、ポリカーボネート、ＰＥＴなど）の表面をシボやサンドブラストの加工を行ったもの、あるいは樹脂内に拡散性フィラーを混合させたような材料で構成する。
【００２２】
本透光性拡散部材６は、広配光化の役割と、各ＬＥＤの光軸方向の光度を抑制し、照明装置１００発光面の輝度むら抑制、あるいはグレア低減といった役割を担うものである。そのため、全光線透過率とヘーズ値（曇り値）が高い材料が望ましい。実際に本照明装置１００の試作品では透明性や耐熱性、耐候性、角度透過及び散乱特性を考慮して表面シボ加工を施したＰＥＴ基材の材料を用いた。また、上記のような効果を得るために透過特性や光散乱特性などの異なる複数の透光性拡散部材６を重ねて用いてもよい。
【００２３】
次に透光性拡散部材６の変形例として、断面湾曲形状にした場合について説明する。
図５は、透光性拡散部材６を断面湾曲形状にした場合を示した図である。
図５に示すように、透光性拡散部材６は、上述した輝度むら抑制、グレア低減という目的では、透光性拡散部材６の中央部を断面湾曲状に膨らむ形状としてもよい。それにより、発光ユニット１０中心部での透光性拡散部材６とレンズアレイ４からの距離を離すことで、照明装置１００の外部からみた各々のＬＥＤ光源と陰影（輝度むら）を抑制することができ、意匠性を高めつつグレア低減（眩しさ抑制）も行うことができる。実際、本光源ユニット１０の試作では、約φ85mmのユニット発光面に図５の透光性拡散部材６の中央部深さhをh≒5mmとした表面シボ加工を施したドーム状のアクリル部材を用いたところ、輝度むらが大きく低減することを確認した。
【００２４】
また、この透光性拡散部材６を、装置に常備するような構成としておき、レンズアレイ４を着脱可能とする構成とすることで、レンズアレイ４を非装着時には、拡散性が高くビーム角が広い広角配光照明となる。また、レンズアレイ４装着時にはやや配光を狭めたビーム角が約40〜60度程度の中角配光照明を実現することができる。したがって照明用途に応じてレンズアレイ４の着脱のみにより配光角を切り換え照明することができ、照明装置１００の用途範囲が一段と拡大する。
【００２５】
以上のように、光源ユニット１０を用いた照明装置１００の配光特性は光源ユニット１０構成による配光が支配的となり現れるが、外側反射筐体８は広角側に出た光りを効率的に照明に用いるように、また、遠めから装置を見込んだ際に直接発光面を目立たなくするような役割も持ち合わせる。本実施の形態では発光面が略平坦状で、拡散配光特性を有するＬＥＤ１を用いることで光源ユニット１０を薄型化できるため、本装置を天井面へ埋め込む際、天井裏側へ突出する領域が低く、したがって天井裏の高さ方向のスペースが狭い場合にも十分装着可能な装置を得ることができる。またその他、本光源ユニット１０を用いた照明装置１００自体を薄型にできるため、例えば天井面直下付け装置の場合でも薄くでき意匠性がよく、また、照明空間の演出効果の幅を高めることができる。
【００２６】
次に本実施の形態に係るレンズアレイ４の作用、効果を確認し、主にレンズ機能部５の形状等の仕様を定める目的で、以下の３種類のシミュレーションを行ったのでその内容について説明する。まず、１番目のシミュレーションは湾曲凸状のレンズアレイ４を対象とし、光源ユニット１０を構成する光制御部材の有無による配光特性の変化を評価するためのものである（シミュレーション１）。次に、２番目のシミュレーションは、湾曲凸状のレンズ機能部５の形状に係る後方焦点を変えた場合の配光特性を評価するためのものである（シミュレーション２）。次に、３番目のシミュレーションは、湾曲凸状のレンズ機能部５の凸部頂点からＬＥＤ１発光面間の距離を変えた場合の特性を評価するためのものである（シミュレーション３）。
【００２７】
（各シミュレーションで共通となる構成）
まず、各シミュレーションで共通となる構成について説明する。
図６および図７は、シミュレーションの外観モデルの図である。図６(a)は斜視図（レンズアレイ４、透光性拡散部材６なし）、図６(b)は上面図（レンズアレイ４、透光性拡散部材６なし）、図７(a)は斜視図（レンズアレイ４あり）、図７(b)はＬＥＤ１とレンズ機能部５との配置関係を示す図である。
【００２８】
図８は本シミュレーションに使用したＬＥＤの配光特性を示す図である。(a)はＬＥＤ部品の斜視図、(b)はＬＥＤ部品の配光特性を示す。
ここでＬＥＤ１の特性は日亜化学工業製NS3W183の外寸仕様(5×5×1.35mm)を用い、ほぼその配光特性と同じ拡散配光特性を用いた。またＬＥＤ基板２は、およそ反射率85％の拡散性処理を施したもの、さらに反射性固定部材３は反射率約96％で内側側面が緩やかに湾曲した拡散性材料として与えた。反射性固定部材３の内径（ＬＥＤ基板２露出部直径）は約55mm、また外径（装置表面開口直径）は約82mmとした。ＬＥＤ基板２の表面から反射固定部材３の頂点までの距離は約10mmとしている。
本シミュレーションは、１２個のＬＥＤ１をＬＥＤ基板２の上に配置し、さらにその周囲を反射性固定部材３を配置したものを共通の条件とした。図６および７において、ＬＥＤ部品単体の拡大図は、図８(a)で示した外観のものを用いた。ＬＥＤ１自体、特にレンズ機能を有するものではなく、ＬＥＤ封止樹脂部分が略平坦のものであり、ＬＥＤ配光特性は図８(b)に示したようにほぼ完全拡散発光のものである。なお、図８(a)のＬＥＤ１の発光面1aの上部には、光源である印1zが示されている。
【００２９】
レンズアレイ４は、ベース部（ここでは薄い板状）とレンズ機能部５からなり、レンズアレイ４はアクリル材料とし、レンズ機能部５としての断面湾曲形状の凸部をＬＥＤ基板２上の各ＬＥＤ１の実装位置に対向させるように配置した。レンズ機能部５の直径はＬＥＤ発光部、すなわちＬＥＤ１の蛍光体が封止されている表面の直径、例えば図８(a)の表面で約4.5mm、よりも大きく、かつ、後述するようにＬＥＤ１を装置仕様に合わせ最大数、高密度実装する際にも隣り合うレンズ凸部で重なりが生じないようにφ8mmとした（例えば図２５の構成；後述する）。上記ＬＥＤ１自体が拡散配光性を有するため（レンズ機能を有する砲弾型形状でもよいが本装置では表面輝度むらが出やすい）、ＬＥＤ発光部直径よりやや大きめの直径とすることでレンズ機能部５の配置密度をある程度高めつつ、ＬＥＤ発光光に対するレンズ効果を十分持たせることができる。また、透光性光拡散部材６として、およそ、きもと社製拡散部材ライトアップLSE100の有する散乱特性を与えた（全光線、ヘーズはそれぞれ弊社内測定で両者90%以上の特性）。
【００３０】
ここで、各ＬＥＤ１に対向するように湾曲凸形状のレンズ機能部５を持たせたレンズアレイ４を上記反射性固定部材３の深さ内に配置し、レンズ機能部５の直径を固定(8mm)し、レンズ後方焦点距離をパラメータとして基礎試算を行った。レンズアレイ４の平面部分の厚みは1mmとした。結果的に、装置薄型化と配光の広がりを意識して基礎計算を行い、一例ではあるが薄型化の面から焦点距離F'=10mmとし、目的の配光領域となるようにＬＥＤ表面とレンズ凸面との間隔dを調整した。結果的に、目的の配光領域を実現する条件として、d≧F'ではなく、ｄ＜F'の条件で配光特性が良好となることがわかった。なお、以下で効果を説明する図５ではd=3mmの条件としている。
【００３１】
（シミュレーション１）
次に、１番目のシミュレーションとして、光源ユニット１０内の光制御部材６の有無による配光特性の変化を評価した結果について説明する。
図９および図１０は、本シミュレーションを行った各条件を構造的に示した図である。図９(a)はＬＥＤ基板２のみ、図９(b)はＬＥＤ基板２＋レンズアレイ４、図１０(a)はＬＥＤ基板２+レンズアレイ４+透光性拡散部材６、図１０(b)はＬＥＤ基板２+透光性拡散部材６とする構成を示す。
上記の条件で、それぞれの光学部材の構成の段階での試算を行うことで、本装置構成による配光制御効果を確認した。
【００３２】
（結果）
図１１は図９および図１０の条件の各設定の光源ユニット１０内の光制御部材（レンズアレイ４、透光性拡散部材６）の有無による配光特性変化のシミュレーション結果を示したものである。横軸は光源ユニット１０の中心軸を基準とし、ある角度方向の相対光度を示したものである。
その結果、図９(a)に示すＬＥＤ基板２のみの構成ではほぼ拡散状に発光している（図１１のＡで示す）。その上にレンズアレイ４を配置した図９(b)に示すＬＥＤ基板２＋レンズアレイ４の構成の場合には、その集光効果により±20度の間で発光成分が鋭くなっていることがわかる（図１１のＢで示す）。集光によってビーム角があまりに狭くなると、ビーム角４０〜６０度程度の中角程度のビーム角を目的とする照明にとっては光むらになるとも考えられる。つまりこの時点でグラフからは両角30〜60度付近の広角方向で小さく飛び出る光ノイズが発生している。さらにその上に透光性拡散部材６を配置した図１０(a)に示すＬＥＤ基板２+レンズアレイ４+透光性拡散部材６の構成では光ノイズが大幅低減し、中央方向の光度を抑えビーム角で約55度となり本装置の狙いとする配光特性が得られた（図１１のＣで示す）。
【００３３】
（結論）
したがって上述したシミュレーション結果からも明らかなとおり、一度レンズアレイ４で集光化し、さらに拡散性光透過部材６を設ける構成によって光ノイズが少ないやや狭まった配光特性を有する光源ユニット１０やそれを用いた照明装置１００を得ることができる。なお、ＬＥＤ基板２のみの場合の光束に対して、ＬＥＤ＋レンズの構成およびＬＥＤ基板２+レンズアレイ４+透光性拡散部材６の構成での光束比はそれぞれ96%、81%であり、光利用効率面でも部材装着をした場合に良好な状態であることがわかった。
【００３４】
また、レンズアレイ４を配置せずにＬＥＤ基板２上に拡散透光板を配置したＬＥＤ+拡散板(図１０(b))の構成での結果は光ノイズが無い状態でとくに集光効果を持たない拡散性の強い照明光となっている（図１１のＤで示す）。従ってＬＥＤ基板２、レンズアレイ４、透光性拡散部材６からなる構成の本装置において、レンズアレイ４を用途に応じ着脱可能とすることにより、広配光の照明とやや狭配光の照明とを切り替えて実現することが可能であり、多用途向けとして本光源ユニット１０を用いることができる。また、この構成でのＬＥＤ１のみの場合に比較した光束比は約86%であり、光利用効率面ではやはり良好な状態で用いることができる。
【００３５】
（シミュレーション２）
次に、２番目のシミュレーションとして、レンズ機能部５の形状に係る後方焦点を変えた場合の配光特性を評価した結果について説明する。
図１２はレンズ機能部５の形状に係わる後方焦点を変えた場合の配光試算を示す図である。(a)は焦点距離F'=20mm、(b)は焦点距離F'=10mm、(c)は焦点距離F'=7mmの条件を示す図である。
ここではレンズ機能部５の焦点距離を３水準設定し、レンズアレイ４の配置位置を変えずに試算を実施した。試算ではレンズ部直径を8mm固定として、各レンズ形状(曲率)に反映させるようにしている。
【００３６】
（結果）
図１３に図１２の各条件の場合のシミュレーション結果を示す。図１３に示すように焦点距離が長くても小さくても集光効果が得られにくく、焦点距離F'=10mmで中央部に光が照射させる傾向を確認した。透光性拡散部材６を装着する場合には、中央部の集光効果が高いほど、光ノイズを取り除きながら柔らかい狭配光化を実現できるため焦点距離F'=10mm程度が良好であることがわかった。
【００３７】
（シミュレーション３）
次に、３番目のシミュレーションとして、レンズ機能部５の断面湾曲形状の凸部からＬＥＤ１発光面間の距離を変えた場合の特性を評価した結果を示す。
図１４は、レンズ機能部５の断面湾曲形状の凸部からＬＥＤ１発光表面間距離を変えた場合の配光試算を示す図である。(a)は発光表面間距離をdとして、d=5.64mmの状態、(b)はd=0.64mmの状態を示す。
一方、そのような後方焦点距離F'=10mmの条件で、レンズアレイ４位置による効果を把握するため、レンズアレイ４位置を３水準設定し試算を行った。レンズ機能部５の断面湾曲形状の凸部からＬＥＤ１発光表面間距離をdとして、d=0.64mm、3mm、5.64mmとした。
【００３８】
（結果）
図１５に図１４の各条件の場合のシミュレーション結果を示す。
その結果、距離が短すぎると装置として狭配光が得られにくく、一方距離が長すぎる狭配光効果は有するものの、広角ノイズ成分と中心配光成分との間の山谷の差が大きくなり、その上に拡散板を配置したとしてもノイズ成分が目立ちやすい傾向となる。
【００３９】
（結論）
したがってビーム角40〜55度程度で、光ノイズの発生しにくい厚さ10mm程度の薄型の照明ユニット、あるいはそれを備えた装置を得るためには、本試算結果より一条件例として、レンズアレイ４のＬＥＤに対向する湾曲凸レンズの後方焦点距離をおよそF'=10mmとし、レンズ頂点とＬＥＤ発光表面間距離をdとして、本レンズアレイ４をおよそd=3mmの位置に配置することがよいことがわかった。また、同じくレンズ直径をφ8mmとして他条件でも解析を進めた結果、上記からレンズ背面とＬＥＤ表面との間の距離dに対して焦点距離をF'=9〜15mm程度、d≒2〜4mm程度にしても上述したような配光制御効果が得られることがわかった。
【００４０】
次に、光源ユニット１０において、レンズアレイ４のレンズ機能部５の形状自体に色むらを低減させる特徴を持たせる場合の構成例およびその作用を図１６から図２４を用いて説明する。
【００４１】
（背景）
まず、色むらの低減に係る構成を必要とする背景について説明する。
ＬＥＤ１の構成は様々なものがあり、ＬＥＤ１のパッケージ形状、ＬＥＤ１のベアチップ配置、蛍光体適用方法（ベアチップ上にコーティング、封止樹脂混合などがあり後者では均一拡散する方法や沈降させるような方法がある）により、ＬＥＤ１の発光角度（ＬＥＤ１を見込む角度）により発光スペクトル、色度、色温度などの色合いが大きく異なる場合がある。
【００４２】
ここで、シミュレーション１〜３で実装を想定したＬＥＤ（日亜化学工業製ＮＳ６Ｗ１８３；昼白色）の実測光角度特性について、その測定方向と測定結果の一例をそれぞれ図１６、図１７に示す。図１６はＬＥＤチップの集中実装領域に対する測定方向を示す図であり、ＬＥＤチップの長辺に対して垂直となる方向をＡ方向、ＬＥＤチップの長辺に対して水平となる方向をＢ方向として示している。図１７(a)は角度による実測相関色温度特性を示すもので、測定方向によらず放射角度により相関色温度４７００〜５３００Ｋ程度の明らかな色温度の違いが認められる。つまり、ＪＩＳ Ｚ９１１２の光源色の区分上は昼白色領域にはあるが、上下限がほぼ隣接する領域の白色と昼光色に近く、認識する色の違いも大きい。また、図１７(b)の結果は放射角が０度、３６度、７２度方向の分光特性を示したもので、こちらも放射角度の違いにより分光形状（特に青色波長領域と黄色波長領域の強度比）に大きな差異が生じることを示している。
【００４３】
つまり発光角度による色味の差の大きいＬＥＤ１を光源ユニット１０に適用した場合、レンズアレイ４のレンズ機能部５の効果により集光させる際、ＬＥＤ光色や演色性などの種類によっては被照面の中心領域と周辺領域で色味が異なり色むらとして確認される場合がある。特に本照明装置１００をダウンライトなどの装置として用いる場合には、例えば装置が白色系の壁面付近に設置された場合、照明光が壁面に投光された際に、青味がかった光と黄色味がかった光の色コントラストが現れることがある。これを色むらと呼ぶ。この色むらが照明装置１００の設置空間の雰囲気にマッチしないなどの違和感を与える場合がある。
【００４４】
（構成）
次に、本実施の形態１において色むらを低減する、凸部３１（上述した湾曲凸形状）と、凸部３１を形成する面と反対面側に凹部３２を有するレンズ機能部５０の構成について、図１８から図２１を用いて説明する。
図１８は色むらを低減するレンズ機能部５０を組み込んだ光源ユニット１０の断面図である。図１８は実施の形態１で説明した図１に対応している。
空間的な色温度の大きな変化（色むら）を低減するレンズ機能部５０の形状を検討した。その結果、図１８に示すように、レンズ機能部５０はＬＥＤ基板２と対向する面に設けられ、ＬＥＤ１発光面より径の大きい湾曲形状の凸部３１と、レンズ機能部５０上の透光性光拡散部材６と対向する面に設けられ、断面湾曲形状の凸部３１と中心が同軸であるすり鉢状の凹部を有する凹部３２を有する構成することで色むら低減効果が得られた。この凹部３２は、例えば図２１に示すように、周縁部がその周囲に比べて隆起しており、中央部が円錐形にくりぬかれた凹形状をしている。また、凹部３２は例えば図２１に示すように、底面の径が凸部３１と同一で、円錐形にくりぬかれた凹形状の高さ（深さ）は凹部３２周縁部が隆起している頂上の高さよりも低い。
なお、以降の記載においてはレンズ機能部５は凸部３１のみを有し、レンズ機能部５０は凸部３１および凹部３２を有するものとする。
【００４５】
そのようなレンズ機能部５０を通過する光線の様子について図１９に示す。図１９(a)には色むら対策前のレンズ機能部５、また、図１９(b)には色むら対策後のレンズ機能部５０を対象とし、ＬＥＤ発光表面中心からレンズ機能部５およびレンズ機能部５０の下部に広げた試光線を与え、光線の進み方の例を示した。本構成によると、レンズ機能部５０は、凹部３２中央のすり鉢状の凹部での光屈折により光軸中央方向に進む青みのある光を周辺方向に、凹部３２周縁の隆起している部分の平面での光屈折により黄色みのある光を光軸方向に制御し、混色効果を高めることで被照面色むらを低減する効果が得られる。また凹部３２の平坦面で反射される光の成分は、ＬＥＤ基板２とレンズ機能部５０との空間に拡散して広がるため、混色され器具照明光の一部として利用される。
【００４６】
つまり、上述したような構成のレンズ機能部５０を用いることで、ＬＥＤ１から発光される光の光線を凹部３２表面での屈折透過及び反射させることにより、凸部３１を通る分光の異なる光線を交差させ混色性を高めることができ、被照面色むらを低減させることができる。
【００４７】
そのような発光角度による色温度の差の大きい特性を模擬した簡易的な擬似ＬＥＤ光源を用い、本実施の形態３に係る光源ユニット１０を対象に、レンズ機能部５０の凹部３２の有無に対する被照面上の色温度分布を評価するために、４番目のシミュレーションを実施した。
【００４８】
（シミュレーション４）
擬似ＬＥＤ光源は、ＬＥＤ１の放射角による色温度の違いを強調させるため、放射角度領域を大きく２つに分け、それぞれに異なる分光特性（相関色温度も異なる）を与えた。２つの分光特性は実測結果を元にＬＥＤ光軸（０度）での特性と、側方放射（７２度）の特性とした。ここで、放射領域Ａ（放射角０〜１８度）は、図１７(a)に示した０度の分光(青みの強い５２８０Ｋ)を設定した場合を示す。また、放射領域Ｂ（放射角１８〜９０度）は、図１７(b)に示した７２度の分光(黄味の強い４７７０Ｋ)を設定した場合を示す。
なお、上記領域Ａと領域Ｂの放射強度比は、実測強度に基づき３次元的な光の広がりを考慮し、さらにそれら合成光は拡散配光になるように設定した。
【００４９】
（構成）
図２０および図２１は本シミュレーションを行った各条件のうち、凸部３１および凹部３２を有するレンズ機能部５０の構造を示した図である。
シミュレーションにおいては、凸部３１と凹部３２との底面を空間的な光制御領域を等しくする同じ直径の円形とし、かつ、凹部３２の周縁が隆起した平坦面であるとともに、凹部３２中央が円錐状にくりぬかれた形状であるような形状とした。また各ＬＥＤ１の発光面中心軸が各凹部３２の円錐頂点を通るようにレンズアレイ４を構成した。
上述した凹部３２の形状寸法を本薄型光源ユニット１０に対応するように定め、図２１に示すように、各部寸法をｋ＝４ｍｍ、ｈ１＝０．７ｍｍ、ｈ２＝０．５ｍｍとしてシミュレーションを行った。このとき、実施の形態１のシミュレーションで使用した光源ユニット１０の外寸と等しい寸法の図２０の構成の光源ユニット１０のモデルを用いた。
【００５０】
擬似ＬＥＤ光源を用い、まずシミュレーション１〜３に使用したシミュレーションモデルを用い、光源ユニット１０からその中心軸に沿って１ｍ離した距離に□５ｍの受光面を配置し、その面上の色温度分布状態(面上の器具中心軸と交差する点を通る直線上の分布)を試算した。
【００５１】
（結果）
図２２は上述した条件の場合のシミュレーション結果を示す。図２２には、(１)擬似ＬＥＤ１を実装したＬＥＤ基板２のみの結果、(２)ＬＥＤ基板２＋凸部３１を有するレンズ機能部５着用時の結果と、それに加え(３)ＬＥＤ基板２＋凸部３１および凹部３２を有するレンズ機能部５０着用時の構成での色温度分布試算結果を示した。なお、図２２に限らず図中の丸印で囲んだ数字と明細書中の括弧書きの数字とは対応関係にある。
その結果、図２２中の(１)で示した擬似ＬＥＤ１を実装したＬＥＤ基板２のみのシミュレーション結果では、被照面約−０．５〜０．５ｍの間にピーク５２００Ｋで色温度が高くなる領域が生じた（周辺色温度約４８００Ｋとの差が４００Ｋ）。一方で、図２２中の(２)で示した擬似ＬＥＤ基板２＋レンズ機能部５のシミュレーション結果ではピークがやや抑えられ５１００Ｋ(周辺色温度約４８００Ｋとの差３００Ｋ)となり、レンズ機能部５装着時にはやや色温度差（色むら）が緩和される傾向にあることがわかる。ただし、それでも色温度差が大きく、器具構成で前提としている上述の拡散板（透光性光拡散部材６）を装着した場合でもその色むらが確認されやすい。それに対して図２２中に示した(３)ＬＥＤ基板２＋レンズ機能部５０は凹部３２による透過反射作用により、レンズ機能部５中心の光透過を抑える効果を有し、結果中心方向に進む青色光の光量を減少させ、受光面中心でかなりの色温度差を生じていいたピークを４９００Ｋほどまで低下させることができ、大きな色むら低減機能があることがわかった。
【００５２】
このとき各条件での−１．５〜１．５ｍ受光領域での平均色温度、標準偏差を確認したところ、図２２に示した(１)、(２)、(３)の条件に対してそれぞれ平均４８６８Ｋ（偏差１５４Ｋ）、４８２３Ｋ（９６Ｋ）、４８０９Ｋ（５０Ｋ）であった。とくに標準偏差から見れば被照面での空間的な色温度分布のばらつきを低く抑えることができるため、凹部３２の形状が色むら抑制に一定の効果を有するといえる。実際にレンズ機能部５０を配列したレンズアレイ４を組み込んだ光源ユニット１０について試作評価を行ったところ、被照面色分布について目視と実測でほぼ同じ色むら低減効果が確認された。
【００５３】
ここで図２０のレンズ機能部５０を用いた際の配光特性を図２３に示す。図２３の(４)はＬＥＤ基板２＋レンズ機能部５０着用時のユニット配光特性、また、図２３に示す(５)はＬＥＤ基板２＋レンズ機能部５０＋透光性拡散部材６(前述のきもと社製ライトアップＬＳＥ１００(総厚み１１５μｍ)と同シリーズのＬＳＥ１８８(総厚み２０３μｍ)；カタログ上の光学特性は同じ)の条件での配光特性を示す。図２３に示す(５)は本光源ユニット１０で想定している構成（中角指定）であるが、ビーム角が約５０度の結果となり、本装置の目的とする配光特性が得られた。なお、やはり本装置の基本仕様形態のひとつである、レンズアレイ４を装着しない場合（広角仕様）は実施の形態１の図１１の条件Ｄに示したとおりの特性となる。なお、シミュレーション上で上記２種拡散シート部材（ＬＳＥ１００、ＬＳＥ１８８）の光学散乱データを与えてもほぼ同様の配光特性、色温度分布特性が得られた。なお、透過性光拡散部材６は上記のようにレンズアレイ４の有無により中角、広角を満たせるようなものであれば、必ずしも上記例と同じ物とする必要はない。
【００５４】
図２４は、(１)擬似ＬＥＤ１を実装したＬＥＤ基板２のみの結果、(４)ＬＥＤ基板２＋レンズ機能部５０＋透光性拡散部材６着用時の構成の結果、(５)ＬＥＤ基板２＋透光性拡散部材６着用時での色温度分布試算結果を示した。
発光ユニット１０のレンズアレイ４の装着の有無による色温度分布を試算したところ図２４のようになった。(４)ＬＥＤ基板２＋レンズ機能部５０＋透光性拡散部材６の構成とした場合には光軸周辺での色温度変化幅は緩和される方向にある。また、(６)ＬＥＤ基板＋拡散板（レンズアレイ非装着時）の場合の結果も示すが、やや中心部でなだらかに色温度が高くなる傾向にあるものの、そもそもの擬似ＬＥＤ光源で与えた色温度幅に比較すればかなり色むらが抑えられる傾向にある。
【００５５】
なお、本シミュレーション上ではレンズアレイ装着時、レンズアレイ凸部とＬＥＤ発光面との間隔は約３ｍｍとしているが、器具の用途等により図１４の結果のようにその距離を狭くすると広配光に、またそれより広くすると狭配光となる方向に調整可能である。以上のように図１８〜２１に示した構成のレンズアレイ４と、上記のような拡散板(透光性光拡散部材６)を備えた発光ユニット構成とすることで被照面の生じる色むらを大きく低減することができ、本来目的のようにレンズアレイを装着した場合には中角配光（ビーム角４０〜６０度程度）を、また、レンズアレイを装着しない場合には広角配光(ビーム角９０度程度)を実現可能な発光ユニット及び照明装置を得ることができる。
【００５６】
（結論）
このレンズ機能部５０の凹部３２の形状の略寸法をもう一度整理すると、対象ＬＥＤ１の発光面が直径約４ｍｍであるのに対し、ＬＥＤ１を実装したＬＥＤ基板２と対向する面側に設けたレンズ機能部５とＬＥＤ基板２と対向しない面側に設けた凹部３２の直径を８ｍｍ、凹部３２周縁の隆起している凸部の頂上の高さを０．７ｍｍ、凹部３２中央の円錐状にくりぬかれている箇所の直径を４ｍｍ、高さ(深さ)を０．３ｍｍとし、ＬＥＤ１対向側領域の断面湾曲形状のレンズ機能部５の焦点距離を、ＬＥＤ１発光面表面と湾曲レンズ機能部５頂点との間隔（約０．３ｍｍ）より長い１０ｍｍ程度としている。
【００５７】
そのような外寸形状にすることで、実施の形態１の図１７で示したような色むら現象を生じさせる角度放射特性を有するＮＳ６Ｗ１８３（昼白色）のようなＬＥＤ１を対象光源として用いる際にも、色むらを低減できる薄型光源ユニット１０を得ることができる。なおシミュレーション上では凹部３２の円錐深さは０．２〜０．６ｍｍ程度としても低減効果が得られたが、０．５ｍｍの付近で相対的に良好な色むら低減効果を示した。また本試算のベース部厚みは１．０ｍｍとしたが、例えばやや厚みが異なっても（例えば０．５〜１．５ｍｍ程度）、本説明の効果が失われることはない。
【００５８】
なお、上記の試算結果をもって実際に試作評価を行ったところ、本試算結果とほぼ同様の傾向を持つ光特性を示し、実際の装置としても目的の機能を有することを確認できた。なおシミュレーションや試作ではＬＥＤ実装数な装置サイズなども幾つか試行しており、ほぼ同様の特性を示した。
【００５９】
以上のように、本実施の形態１に係る光源ユニット１０は、ＬＥＤ基板２の発光面側から間隙を有してＬＥＤ１の光を集光するレンズ機能部５またはレンズ機能部５０を配列したレンズアレイ４を配置し、さらにＬＥＤ基板２の発光面側からレンズアレイ４よりも遠方に拡散性透光部材６を配置することで、レンズアレイ４装着時にはレンズにより集光した光に柔らかい拡散効果を与え、目的の中間配光角を実現できる。さらに拡散性透光部材６は、それが無い場合に生じる広角側のノイズ光成分を抑えることができる。
【００６０】
また、従来例のような中間リフレクタ（反射体）を必要とせず、かつ、反射体に従来例のような深い凹部が不要であり安価で薄型の器具を提供できる。
【００６１】
また、レンズアレイ４を着脱可能とすることで着脱により配光角の切り替えができる。つまり、レンズアレイ４を着脱可能とする構成とすることで、レンズアレイ４非装着時には拡散性が高くビーム角が広い広配光照明、またレンズアレイ４装着時にはやや配光を狭めたビーム角が約40〜60度程度の狭配光照明を実現することができる。したがって照明用途に応じてレンズアレイ４の着脱のみにより配光角を切り換え照明することができ、用途範囲が一段と拡大する。
【００６２】
また、発光面が略平坦状で、拡散配光特性を有するＬＥＤ１を用いることで、集光機能を有する砲弾型のような樹脂モールドＬＥＤ１を用いた場合よりも照明装置１００厚みを小さくすることができる。また、砲弾型のＬＥＤ１をさらに凸レンズアレイ４で集光すると、一般照明用途で用いる際には不快グレア（非常に眩しい）や、大きな輝度むら（あるいは照度むら）も発生しやすいという欠点があるが発光面が略平坦状のＬＥＤ１ならそのような現象の発生を低減させることができる。
【００６３】
また、レンズアレイ４の凸部３１及び凹部３２はレンズ製造の観点からみると比較的成形しやすい形状であり、低コストで金型を製造できるため生産性よく安価な器具を提供できる。
【００６４】
また、レンズ機能部５の直径はＬＥＤ１の発光部径よりも大きく、かつ、レンズ機能部５のレンズ機能部５の頂点とＬＥＤ１表面との間の距離が、レンズ機能部５の後方焦点距離より短いことで、レンズ機能部５のレンズ機能部５の径をＬＥＤ１発光部径より大きめとすることで、ＬＥＤ１発光光の大半がレンズ機能部５の作用を受け集光される。また、レンズ部直径をＬＥＤ発光部径に比較し、やや大きめ程度に抑えることで、ＬＥＤ実装密度が高い場合にも、それに合わせレンズ配置することができ集光効果を与えることができる。凸レンズアレイ４を外側に向け配置した場合よりも集光効果はやや劣るものの、外側を平坦面にできる上記メリットを有し、さらに目的とする配光角を得るための集光性能を得ることができる。本来であれば凸レンズを器具外側に向け配置するのが集光効果がよいが、本構成でも所定条件によりそれに遜色ない集光効果が得られる。
【００６５】
また、レンズ機能部５０は透光性拡散部材６と対向する領域にレンズ機能部５の中心軸を同じくするすり鉢状の凹形状からなる凹部３２を有する。これによって、LED１から発光される光の光線を凹部３２の表面形状により屈折透過あるいは反射させることができる。そのため空間的な光の振る舞いとしては、例えばレンズ機能部５０を通る分光の異なる光線が相互に交わる機会が増えるため、ＬＥＤ１自体の放射角度に対する色温度が大きく異なる場合にも被照面色むらを低減させることができる。
【００６６】
また、凹部３２は底面の径がレンズ機能部５と同一で周縁部が周囲に比べて隆起しており、中央部が円錐形にくりぬかれた形状である。これによって、凹部３２中央の円錐型にくりぬかれた平面上での光屈折により、光軸中央方向に進む青みのある光を周辺方向に、凹部３２周縁の隆起している部分での光屈折により、黄色みのある光を光軸方向に制御し、混色効果を高めることで被照面色むらを低減することができる。また凹部３２周縁の隆起している部分で反射される光の成分は、LED基板２とレンズ機能部５０との空間に拡散し広がるため混色され器具照明光の一部として利用される。
なお、シミュレーションでは凹部３２は円錐形にくりぬかれた形状だったが、凸部３１と凹部３２の中心軸が同一であれば、凹部３２の形状は正確な円錐状でなくともよい。つまり、すり鉢状に中央に向かってなだらかに凹んでいればよい。
【００６７】
実施の形態２．
本実施の形態２に係る光源ユニット１０においては、コスト低減およびＬＥＤ１実装密度向上のために、ＬＥＤの実装数に関係なく共通のレンズアレイ４を使用する場合について説明する。
【００６８】
本実施の形態２に係る光源ユニット１０の構成では最大実装可能ＬＥＤの各々の配置に合わせ、レンズ機能部５の個数や位置を定めたレンズアレイ４とするように構成した。このような構成によりＬＥＤ１の実装数限界を想定した上での個数調整が可能になる。したがって本ユニットを用いた装置を利用する照明空間に合わせ、装置構成や周囲部品を変更することなくＬＥＤ１実装数を変えることで光束調整を簡単に行える特徴がある。またこの際レンズ機能部５は個々のＬＥＤ１に対して作用するため、ＬＥＤ１の数が変更になっても個々のＬＥＤ単位でみれば、実装数に関係ない配光特性を与えることができる。
【００６９】
図２５はＬＥＤ基板２上のＬＥＤ１の実装数を変更した図である。(a)は19個実装した図、(b)は14個実装した図、(c)は９個実装した図を示す。
図２５(a)には上記シミュレーションで用いたモデル同様に反射性固定部材３の内径約55mm、また外径約82mmの条件で、上述したＬＥＤを最大実装数の19個場合とした例である。ＬＥＤ数の調整を行ったものを図１６(b)、(c)に示すが、装置配光や外観を考慮しＬＥＤを中央部のみに配置（図２５(c)の9個）、あるいは中央より周辺に多く実装配置(図２５(b)の14個)するようなことが容易に実現できる。ただし、実際にはＬＥＤ数の調整を行った場合でも、ＬＥＤへ問題なく電力供給する必要がある。
【００７０】
図２６はＬＥＤ基板２の上面図中におけるＬＥＤ実装部の拡大図である。この図２６により、ＬＥＤ基板２において、ＬＥＤの実装数を変更可能にするための方法について説明する。
すなわち、それぞれのＬＥＤ１はＬＥＤ基板２上の電源供給線（配線パターン）上に直並列実装されるが、例えば、図２６に示すように、ＬＥＤ実装用パッド１６に並列にチップ抵抗用パッド２１を備えるように構成し、ＬＥＤを実装しない部分は、装置全ＬＥＤへの電気供給を絶たないようにＬＥＤと同程度の負荷としてチップ抵抗１７（ＬＥＤへの供給電流が変わらないもの）を実装する。このようにすることでＬＥＤの数によらず安定した電気供給を行うことができ、所望のＬＥＤ配置で必要な光束を得ることができる。よって通常図２５(a)のような個数を標準としておき、ニーズにあわせて図２５(b)や(c)のようにＬＥＤ配置（配光）や実装個数（光束）を簡単に調整することができる。
【００７１】
以上のように、本実施の形態２に係る光源ユニット１０は、実施の形態１で得られる全ての効果に加え、ＬＥＤ基板２は、実装用パッド２１と並列してチップ抵抗用パッド１６を有し、ＬＥＤ基板２の発光面側から距離を置いて配置され、ＬＥＤ基板２上の個々のＬＥＤ１実装位置に対向するように凸部を有するレンズ機能部５を有するレンズアレイ４を備えることで、予め増灯対応（大光束化）のＬＥＤ個数とＬＥＤ実装位置を考慮した、狭配光化可能な共通レンズ部品を用いて狭配光化を実現でき、また、ＬＥＤ個数変更にも柔軟に対応することができる。
また、ＬＥＤ実装個数の変更時（例えば、所望の器具光束ランク(低コスト)に合わせＬＥＤを間引き実装等する場合）にレンズアレイ４の仕様を変更する必要がない。
【００７２】
実施の形態３．
実施の形態１および実施の形態２に係る光源ユニット１０ではこれまで述べたとおりレンズアレイ４により配光調整を行うことを可能にしているが、色変換部材の装着により相関色温度や色度を変えることも可能である。ここで用いる説明図では湾曲凸レンズアレイを用いた発光ユニットを対象に説明しているが、先の実施形態で述べたとおり湾曲凸部の反対側表面に凹形状を設けたレンズアレイを備えた発光ユニットにも同様な手段にて、同様の効果を得ることができる。
【００７３】
図２７から図２８には色変換部材１８を装置内に位置変えて配置した図を示している。各図において(a)は側面図、(b)は発光面を見込んだ図、(c)は上面図を示す。また、図２９は色変換部１９の色変換（波長変換）の特性を示す図である。
図２７はＬＥＤ発光面側の近傍に色変換部材１８を配置した例である。色変換部材１８のうち色変換の機能を有する領域（色変換部１９）は例えば無機蛍光体などの長寿命の色変換材料を用いた構成としている。そのような材料は、例えば図２９に示したように昼白色ＬＥＤ(5000K)の主に短波長側光を吸収し長波長側へ波長変換する機能を有するため、結果照明色を白色光(4000K)に色変換するような効果を有する。
【００７４】
本材料は例えば色変換部材の主材を薄手のポリカーボシートやＰＥＴ、アクリル樹脂などとし、蛍光体をバインドした透光性材料を色変換部として印刷、塗布、貼り付けるなどして構成する。あるいは上記取材に開口部を空けその部分を埋める（嵌め込む）ように配置させる。図では埋め込み加工の例で示している。
【００７５】
図２７の構成ではＬＥＤ発光面にだけ色変換部材１８が配置され効率的に色温度変換を行うことができ、通常そのような色変換部を通った光は拡散性の強い光となるため、ＬＥＤ自体が拡散配光であればその色変換光も同様に拡散光となる。そのため本変換部材を可能な限り薄手なものとすれば、効率的な色変換機能を果たすことになる。結果その色変換光がレンズアレイ４をとおり配光調整されることになる。
【００７６】
上記のような構成の色変換部材１８は、例えば図２８のように装置外側のレンズアレイ４表面近傍、あるいは図２９のように表面透過板に接するような位置に設置してもよい。この場合は色変換部材が光を拡散させる性質があるため、表面透過板６を外して使用することも可能である。また、全体に色変換機能を持つ色変換材料としても色変換材料が無い場合と同様にやや狭配光化する集光効果を有し、本装置で目的とするレベルのビーム角絞りを保った色変換部材として使用することができる。
【００７７】
なお、本装置の透光性拡散部材６の表面または表面近傍等に、以上説明した色変換を行う色変換部材の他、プリズムシートやルーバなどの配光制御部材なども含めた光学特性変換部材を設けることもでき、様々な照明シーンに対応させた照明演出効果を持たせることができる。
【００７８】
また、本発明は、以上説明した実施の形態に限定されるものではなく、多くの変形が本発明の技術的思想内で当分野において通常の知識を有するものにより可能である。
また、各実施の形態は、適宜組み合わせて実現しても構わない。
【符号の説明】
【００７９】
１ ＬＥＤ、２ ＬＥＤ基板、３ 反射性固定部材、４ レンズアレイ、５、５０ レンズ機能部、６ 透光性光拡散部材、７ レンズアレイ固定部、８ 外側反射筐体、１０ 光源ユニット、１５ 電源供給線（配線パタン）、１６ ＬＥＤ実装用パッド、１７ チップ抵抗、１８ 色変換部材、１９ 色変換部、２１ チップ抵抗用パッド、３１ 凸部、３２ 凹部。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源であるＬＥＤが実装されたＬＥＤ基板と、
前記ＬＥＤ基板の発光面側から間隙を有して配置され、前記ＬＥＤ基板の前記ＬＥＤの実装部と対向する位置に設けられた前記ＬＥＤの光を集光するレンズ機能部を配列したレンズアレイと、
前記ＬＥＤ基板の発光面側から前記レンズアレイよりも遠方に配置され、前記レンズ機能部を通過した光を透過し拡散する透光性光拡散部材と、を備え、
前記レンズ機能部は、前記レンズアレイ上の前記ＬＥＤ実装基板と対向する面に設けられ、前記ＬＥＤより径の大きい断面が湾曲形状の凸部と、前記レンズアレイ上の前記透光性光拡散部材と対向する面に設けられ、前記凸部と中心が同軸であるすり鉢状の凹部から構成されたことを特徴とする光源ユニット。
【請求項２】
前記凹部は周縁部が周囲に比べて隆起しており、中央部が円錐形にくりぬかれた凹形状であることを特徴とする請求項１記載の光源ユニット。
【請求項３】
前記凸部頂点と前記ＬＥＤの発光表面との間の距離が、前記凸部の後方焦点距離より短いことを特徴とする請求項２記載の光源ユニット。
【請求項４】
前記凹部は底面の径が前記凸部と同一で、前記凹部中央の深さは前記凹部の周縁から隆起している頂上までの高さよりも短いことを特徴とする請求項３記載の光源ユニット。
【請求項５】
前記ＬＥＤ基板の導電パターン上に個々の前記ＬＥＤ実装部と並列してチップ抵抗実装部を備えていることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載の光源ユニット。
【請求項６】
前記レンズアレイを着脱可能とすることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれかに記載の光源ユニット。
【請求項７】
前記透光性光拡散部材は中央で凸となる断面湾曲形状であることを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれかに記載の光源ユニット。
【請求項８】
前記レンズアレイまたは前記透光性拡散部材の表面または表面近傍に光学特性変換部材を備え持つことを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれかに記載の光源ユニット。
【請求項９】
請求項１〜請求項８のいずれかに記載の光源ユニットの発光面を囲むように内側が拡散または鏡面状の外側反射鏡体を備えたことを特徴とする照明装置。
【請求項１】
光源であるＬＥＤが実装されたＬＥＤ基板と、
前記ＬＥＤ基板の発光面側から間隙を有して配置され、前記ＬＥＤ基板の前記ＬＥＤの実装部と対向する位置に設けられた前記ＬＥＤの光を集光するレンズ機能部を配列したレンズアレイと、
前記ＬＥＤ基板の発光面側から前記レンズアレイよりも遠方に配置され、前記レンズ機能部を通過した光を透過し拡散する透光性光拡散部材と、を備え、
前記レンズ機能部は、前記レンズアレイ上の前記ＬＥＤ実装基板と対向する面に設けられ、前記ＬＥＤより径の大きい断面が湾曲形状の凸部と、前記レンズアレイ上の前記透光性光拡散部材と対向する面に設けられ、前記凸部と中心が同軸であるすり鉢状の凹部から構成されたことを特徴とする光源ユニット。
【請求項２】
前記凹部は周縁部が周囲に比べて隆起しており、中央部が円錐形にくりぬかれた凹形状であることを特徴とする請求項１記載の光源ユニット。
【請求項３】
前記凸部頂点と前記ＬＥＤの発光表面との間の距離が、前記凸部の後方焦点距離より短いことを特徴とする請求項２記載の光源ユニット。
【請求項４】
前記凹部は底面の径が前記凸部と同一で、前記凹部中央の深さは前記凹部の周縁から隆起している頂上までの高さよりも短いことを特徴とする請求項３記載の光源ユニット。
【請求項５】
前記ＬＥＤ基板の導電パターン上に個々の前記ＬＥＤ実装部と並列してチップ抵抗実装部を備えていることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載の光源ユニット。
【請求項６】
前記レンズアレイを着脱可能とすることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれかに記載の光源ユニット。
【請求項７】
前記透光性光拡散部材は中央で凸となる断面湾曲形状であることを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれかに記載の光源ユニット。
【請求項８】
前記レンズアレイまたは前記透光性拡散部材の表面または表面近傍に光学特性変換部材を備え持つことを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれかに記載の光源ユニット。
【請求項９】
請求項１〜請求項８のいずれかに記載の光源ユニットの発光面を囲むように内側が拡散または鏡面状の外側反射鏡体を備えたことを特徴とする照明装置。
【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１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【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１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【公開番号】特開２０１２−２２６９８３（Ｐ２０１２−２２６９８３Ａ）
【公開日】平成２４年１１月１５日（２０１２．１１．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−９３６８０（Ｐ２０１１−９３６８０）
【出願日】平成２３年４月２０日（２０１１．４．２０）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【出願人】（３９００１４５４６）三菱電機照明株式会社 (585)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月１５日（２０１２．１１．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年４月２０日（２０１１．４．２０）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【出願人】（３９００１４５４６）三菱電機照明株式会社 (585)
【Ｆターム（参考）】
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