JP6501465B2 - レンズ、発光ユニット及び照明器具 - Google Patents

Description

本発明は、レンズ、レンズを備えた発光ユニット及び発光ユニットを備えた照明器具に関するものである。

光源としてＬＥＤを用いた照明器具において、広角な配光を得る為にＬＥＤ素子の前にレンズなどの光学部材を配設したものがある。
これらの照明器具を用いて照射を行うと、照射範囲の中央付近と照射範囲の端部付近などで光ムラが発生することがあった。
そこで、光ムラを防ぐ為、レンズの一部に拡散処理を行うなどをして配光制御を行っているものがある。

たとえば、特許文献１に記載の照明器具は、複数のＬＥＤと、略半円形状でありＬＥＤからの光を広角に照射する複数のレンズとからなるＬＥＤユニットを備えたものである。
このレンズは、照射面側の中央付近が端部付近よりＬＥＤ側に形成された段差部と、段差部と端部付近の間に傾斜部とが形成されており、所定の広角を形成する為の光は段差部から照射され、光ムラの原因となる光は傾斜部が外方向へ反射させている。

また、特許文献２に記載のレンズは、レンズの入射面の一部、反射面、出射面のいずれかに拡散処理をおこない、ＬＥＤから照射される広角な光の光ムラが発生しないよう拡散している。

特開２０１２−０２８１２７号公報 特開２００７−００５２１８号公報

しかしながら、特許文献１のレンズは、前面に凹凸を設けており、平面に対して埃などが溜まりやすい形状になっているため、埃などにより照射される出力が減少する、更には所定の配光特性にも影響があるなどの課題がある。

また、特許文献２のレンズは、拡散の為の塗料を塗布し拡散処理を行っており、レンズ成形後に後工程が必要になるという課題がある。

本発明は、例えば、上記のような課題を解決するためになされたものであり、照射性能を保ちつつ、容易に拡散処理をすることができるレンズを提供することを目的とする。

本発明に係るレンズは、前記発光素子から発せられる光を内部に入光する入光部と、前記入光部から入光された光を外部に出光する出光部と、前記入光部と前記出光部との間の内部に設けられ、前記入光部から入光された光を拡散する拡散部とを備えることを特徴とする。

本発明に係るレンズによれば、発光素子から発せられる光を内部に入光する入光部と、前記入光部から入光された光を外部に出光する出光部と、前記入光部と前記出光部との間の内部に設けられ、前記入光部から入光された光を拡散する拡散部とを備えるので、照射性能を保ちつつ、容易に拡散処理をすることができるレンズを提供することができる。

実施の形態１に係る照明器具１の斜視図である。 実施の形態１に係る照明器具１の分解斜視図である。 実施の形態１に係るヒートシンク１０とＬＥＤユニット１００とをレンズ部１２０側から見た分解斜視図である。 実施の形態１に係るヒートシンク１０とＬＥＤユニット１００との分解断面図である。 実施の形態１に係るヒートシンク１０とＬＥＤユニット１００との断面図である。 実施の形態１に係るレンズ部１２０を模式的に示した分解断面図である。 図６のＡ部を拡大した図である。 図７において第一のレンズ１２１と第二のレンズ１２２とが接合した状態を示す図である。 実施の形態２に係るレンズ部１２０Ａを示す図である。 実施の形態３に係るレンズ部１２０Ｂ，１２０Ｃを示す図であり、（ａ）がレンズ部１２０Ｂであり、（ｂ）がレンズ部１２０Ｃである。

以下、本発明の実施の形態について、図を用いて説明する。なお、以下に説明する実施の形態によって本発明が限定されるものではない。また、以下の図面では各構成部の大きさの関係が実際のものとは異なる場合がある。また、実施の形態の説明において、「上」、「下」、「左」、「右」、「前」、「後」、「表」、「裏」といった方向や位置が示されている場合、それらの表記は、説明の便宜上、そのように記載しているだけであって、装置、器具、部品等の配置や向き等を限定するものではない。

実施の形態１．
図１は、本実施の形態に係る照明器具１の斜視図である。図２は、本実施の形態に係る照明器具１の分解斜視図である。図３は、本実施の形態に係るヒートシンク１０とＬＥＤユニット１００とをレンズ部１２０側から見た分解斜視図である。図４は、本実施の形態に係るヒートシンク１０とＬＥＤユニット１００との分解断面図である。図５は、本実施の形態に係るヒートシンク１０とＬＥＤユニット１００との断面図である。
図１〜図５を用いて、本実施の形態に係る照明器具１の全体構成について説明する。

本実施の形態では、レンズ及びレンズを備えた照明器具に関して説明を行う。なお、本実施の形態では、レンズを備えた照明器具として、被取付部（例えば天井など）に設けられた埋込孔に挿入し設置される電源別置形ダウンライトを例に説明する。

図１及び図２に示すように、照明器具１は、ヒートシンク１０（器具本体、または本体部）と、ヒートシンク１０に取り付けられるＬＥＤユニット１００（または発光ユニット）と、枠体１３０と、照明器具１を被取付部に固定する為の取付バネ２０とを備える。
ＬＥＤユニット１００は、複数のＬＥＤ１１１（または発光素子）（図３参照）が実装されたＬＥＤ基板１１０（または発光基板部）と、レンズ部１２０（またはレンズ）とを備える。

ヒートシンク１０は、アルミニウムなど放熱性に優れた材料により形成されており、ＬＥＤユニット１００から発生する熱を放熱する。
図３に示すように、ヒートシンク１０は、ＬＥＤユニット１００が取り付けられるＬＥＤユニット取付面１１と、ＬＥＤユニット取付面１１の反対側から取付方向（上方）に向かって略垂直に形成された複数の放熱フィン１２とを備える。

図１及び図２に示すように、枠体１３０には、ＬＥＤユニット１００が取り付けられた状態のヒートシンク１０が取り付けられる。図１に示すように、ＬＥＤユニット１００が取り付けられた状態のヒートシンク１０は、取付方向（上方）に向かって放熱フィン１２が立つように、枠体１３０に取り付けられる。
取付バネ２０は、ステンレス鋼線等のバネ材を折り曲げ形成したものであり、枠体１３０の側面に略均等に配置され、照明器具１を被取付部に固定する。

図２及び図３に示すように、ＬＥＤユニット１００は、ＬＥＤ基板１１０とレンズ部１２０とから構成される。
ＬＥＤ基板１１０は、実装面１１２１を有する基板１１２と、実装面１１２１に実装される複数のＬＥＤ１１１とを備える。複数のＬＥＤ１１１は、基板１１２の中央部に配置されているＬＥＤ１１１を中心として、略放射状に配置されている。なお、複数のＬＥＤ１１１の配置は放射状に限らず、格子状、直線状、曲線状など、どのように配置されていても本実施の形態は適用することができる。
レンズ部１２０は、ＬＥＤ基板１１０の照射側（前面側）に配置される。

レンズ部１２０は、ＬＥＤ１１１から発せられる光を配光する。
図２〜図５に示すように、レンズ部１２０は、照射側に配設され略円形の円板形状をした第一のレンズ１２１と、第一のレンズ１２１のＬＥＤ基板１１０側に配設され、略半球形状（椀形状、山形状）をした複数の第二のレンズ１２２とから構成されている。

第一のレンズ１２１は、基板１１２と略同等の大きさに形成されている略円板形状をしたものであり、ＬＥＤ１１１からの光を照明器具１の外部へ照射するものである。
図３に示すように、第一のレンズ１２１は、基板１１２と略同等の大きさに形成されている略円板形状の底面部１２１１と、底面部１２１１の周縁から取付方向側に底面部１２１１に対して略直角に形成された側面部１２１２とを有する蓋形状をしている。なお、第一のレンズ１２１は、底面部１２１１を有していればよく、側面部１２１２はなくてもよい。

第二のレンズ１２２は、図４に示すように断面が略半円形状の略半球形状（椀形状）であり、略半球形状の頂点部分（椀形状の底部）が、複数のＬＥＤ１１１のそれぞれに対向するように第一のレンズ１２１の底面部１２１１に配設される。
図４及び図５に示すように、第二のレンズ１２２の略半球形状の頂点部分（椀形状の底部）には、ＬＥＤ１１１から発生する光をレンズ部１２０の内部に入光する入射凹部１２２ａ（または入光部）が形成される。

図３〜図５に示すように、ＬＥＤ基板１１０は、実装面１１２１の反対面がヒートシンク１０のＬＥＤユニット取付面１１と当接するように、ＬＥＤユニット取付面１１に取り付けられる。ＬＥＤ基板１１０は、例えば、ネジ１１２２などによりＬＥＤユニット取付面１１に固定される。
また、レンズ部１２０は、ＬＥＤ基板の実装面１１２１を覆うように配置され、例えば、ネジ１１２３などによりＬＥＤユニット取付面１１に取り付けられる。

図５に示すように、ヒートシンク１０にＬＥＤ基板１１０及びレンズ部１２０が取り付けられると、第二のレンズ１２２の入射凹部１２２ａの凹みにＬＥＤ１１１が入り込む。よって、レンズ部１２０には、ＬＥＤ１１１から発生する光が無駄なく入射される。
レンズ部１２０の構成の詳細については、後で説明する。

なお、ＬＥＤ基板及びレンズ部は、略円形でなくても構わない。例えば、多角形、楕円形、不定形などでも本実施の形態を適用することができる。

図６は、本実施の形態に係るレンズ部１２０を模式的に示した分解断面図である。図７は、図６のＡ部を拡大した図である。図８は、図７において第一のレンズ１２１と第二のレンズ１２２とが接合した状態を示す図である。
なお、図面をわかり易くするために、以降の図７〜図１０では、断面であることを示す斜線の記載を省略する。

図６に示すように、レンズ部１２０は、第一のレンズ１２１と、第一のレンズ１２１に接合される第二のレンズ１２２とから構成される。
図７に示すように、第一のレンズ１２１は、底面部１２１１の照射側の一面にＬＥＤ１１１からの光をレンズ部１２０の外部に照射（出光）する照射部１２１ａ（または出光部）を備える。また、第一のレンズ１２１は、底面部１２１１の取付側の他面に第二のレンズ１２２が取り付けられる第一の取付部１２１ｂ（第一の接合部）を備える。

第二のレンズ１２２において、略半球形状の頂点部分（椀形状の底部）を底部１２２ｄとし、底部１２２ｄに対向する位置に形成される面を第二の取付部１２２ｂ（第二の接合部）とする。第二の取付部１２２ｂは、第一のレンズ１２１の第一の取付部１２１ｂに接合される（取り付けられる）。

第二のレンズ１２２は、底部１２２ｄにＬＥＤ１１１からの光が入射される入射凹部１２２ａ（または入光部）が形成されている。
また、入射凹部１２２ａから第二の取付部１２２ｂの周縁にわたって広がるように形成された曲面（側面）は、入射凹部１２２ａから入射された光を反射して第二の取付部１２２ｂの方へ向かわせる外郭部１２２ｅとなる。
第二のレンズ１２２は、底部１２２ｄを取付方向に向けた状態で第二の取付部１２２ｂが第一のレンズ１２１の第一の取付部１２１ｂに対向するように、底面部１２１１に取り付けられる。

上述したように、第二のレンズ１２２の照射方向側（前面側）は、第一のレンズ１２１の第一の取付部１２１ｂに面する第二の取付部１２２ｂであり、ＬＥＤ１１１から照射される光を拡散させる拡散部１２０１が形成されている。拡散部１２０１は、第二の取付部１２２ｂの面に、例えば、エンボス加工等の粗面加工を施すことにより、細かい凹凸（例えば、シボ形状等）を形成したものである。

レンズ部１２０は、第一のレンズ１２１に複数の第二のレンズ１２２が、第一の取付部１２１ｂの略中央を中心として放射状に配設されている（図２参照）。これは、複数のＬＥＤ１１１が基板１１２の実装面１１２１の略中央を中心として放射状に配置されていることに対応する（図３参照）。なお、複数の第二のレンズ１２２は、必ずしも放射状に配設されていなくてもよい。複数の第二のレンズ１２２は、複数のＬＥＤ１１１の配置に対応して、格子状、直線状、曲線状などに配置されていても、本実施の形態は適用することができる。

レンズ部１２０は、第一の取付部１２１ｂと第二の取付部１２２ｂとが対向するように配置され接合されている。例えば、第一の取付部１２１ｂに樹脂を流し込み、この樹脂を接合剤として、第一のレンズ１２１と第二のレンズ１２２とが接合される。

図８に示すように、第一のレンズ１２１と第二のレンズ１２２とが接合された状態では、入射凹部１２２ａと照射部１２１ａとの間に拡散部１２０１が形成されている。換言すると、拡散部１２０１は、入射凹部１２２ａと照射部１２１ａとの間、かつ、レンズ部１２０の内部に設けられ、入射凹部１２２ａから内部に入光された光を拡散する。

次に、図８を用いて、レンズ部１２０の配光特性について説明する。
レンズ部１２０は、入射凹部１２２ａにおいてＬＥＤ１１１からの光が入射される。
このとき、レンズ部１２０の入射凹部１２２ａに入射された光は、直接、照射部１２１ａ方向に向かう直接光１２０２と、第二のレンズ１２２の外郭方向に進み外郭部１２２ｅによって反射され照射部１２１ａに向かう反射光１２０３になる。

拡散部１２０１は、この直接光１２０２と反射光１２０３とを拡散する。照射部１２１ａは、拡散部１２０１により拡散された直接光１２０２と反射光１２０３とを、レンズ部１２０の外部に照射する。これにより、照明器具１から照射される光の光ムラ（光色ムラ）を防ぐことができる。

また、照明器具１は、レンズ部１２０が、レンズ部１２０の内側（内部）に拡散部１２０１を有していることにより、凹凸が形成された部分が表面に露出しない。よって、拡散部１２０１が埃などの影響を受けないため、所定の配光制御を保つことができる。また、拡散部１２０１の形成は、レンズ部１２０の成形時に行っているので、追加の処理を必要としない。

以上のように、本実施の形態に係る照明器具によれば、製造工程を簡易化することができるとともに、照射性能を長期に保ちつつ、光ムラを防ぐことができる。
また、第一のレンズ１２１に拡散入射した光の一部は、照射部１２１ａにより全反射されて第一のレンズ１２１内を導光し、側面方向に光が拡がる。これにより、照射部１２１ａの全体を光ムラ（明暗ムラ）を少なく光らせることができる。

実施の形態２．
本実施の形態では、実施の形態１と異なる点について説明する。本実施の形態では、実施の形態１で説明したレンズ部１２０の変形例について説明する。
図９は、本実施の形態に係るレンズ部１２０Ａを示す図である。図９は、実施の形態１で説明した図７に対応する図であり、同様の機能を有する構成部については同一の符号を付し、その説明を省略する場合がある。また、レンズ部１２０Ａの構成部であることを示すために、実施の形態１，２で説明した符号に添え字Ａを付して説明する場合がある。

図７では、第二のレンズ１２２側に拡散部１２０１が形成されていた。しかし、入射凹部１２２ａと照射部１２１ａとの間、かつ、レンズ部１２０の内部に拡散部１２０１が形成されていれば、実施の形態１で説明した効果と同様の効果を得ることができる。
よって、図９に示すように、拡散部１２０１Ａは第一のレンズ１２１の第一の取付部１２１ｂの面に形成されていてもよい。図９の状態から第一のレンズ１２１と第二のレンズとが接合されると、図８に示すレンズ部１２０と同様に、入射凹部１２２ａと照射部１２１ａとの間、かつ、レンズ部１２０Ａの内部に拡散部１２０１Ａが設けられた状態となる。

このように、拡散部１２０１は、第一のレンズ１２１の第一の取付部１２１ｂと、第二のレンズ１２２の第二の取付部１２２ｂといずれかに設けられればよい。あるいは、拡散部１２０１は、第一のレンズ１２１の第一の取付部１２１ｂと、第二のレンズ１２２の第二の取付部１２２ｂとのいずれにも設けられていてもよい。あるいは、拡散部１２０１は、第一のレンズ１２１の第一の取付部１２１ｂと、第二のレンズ１２２の第二の取付部１２２ｂとの間に別部材の拡散材として設けられていてもよい。

以上のように、本実施の形態に係る照明器具１のレンズ部１２０Ａによれば、複数の第二のレンズ１２２のそれぞれに拡散部１２０１を形成する必要がなく、第一のレンズ１２１の第一の取付部１２１ｂに拡散部１２０１Ａを形成すればよい。よって、製造工程をより簡易化することができる。

実施の形態３．
本実施の形態では、実施の形態１，２と異なる点について説明する。本実施の形態では、実施の形態１，２で説明したレンズ部１２０，１２０Ａの変形例について説明する。
図１０は、本実施の形態に係るレンズ部１２０Ｂ，１２０Ｃを示す図であり、（ａ）がレンズ部１２０Ｂであり、（ｂ）がレンズ部１２０Ｃである。
本実施の形態では、実施の形態１，２で説明した構成部と同様の機能を有する構成部については同一の符号を付し、その説明を省略する場合がある。また、レンズ部１２０Ｂ，１２０Ｃの構成部であることを示すために、実施の形態１，２で説明した符号に添え字Ｂ，Ｃを付して説明する。

図１０（ａ）に示すように、レンズ部１２０Ｂは、第一のレンズ１２１Ｂと第二のレンズ１２２Ｂとから構成される。レンズ部１２０Ｂは、入射凹部１２２ａＢと、入射凹部１２２ａＢから入射された光を照射する照射部１２１ａＢとを有する。
第一のレンズ部１２１Ｂは、略半球形状の底部１２２ｄＢから照射方向に向かって略円柱状にくり抜かれた後の形状である。
また、第二のレンズ１２２Ｂは、略半球形状の底部１２２ｄＢから照射方向に向かってくり抜いた略円柱形状である。第二のレンズ１２２Ｂの取付方向の端部には、ＬＥＤ１１１から発生した光を入射する入射凹部１２２ａＢが形成される。

第一のレンズ１２１Ｂの中央部には、第二のレンズ１２２Ｂが挿入される取付孔１２０４Ｂが形成される。この取付孔１２０４Ｂの側面に、拡散部１２０１Ｂが形成される。あるいは、第二のレンズ１２２Ｂの外周側面に拡散部１２０１Ｂを形成してもよい。

第一のレンズ１２１Ｂに第二のレンズ１２２Ｂが取り付けられると、入射凹部１２２ａＢ（底部１２２ｄＢ）と照射部１２１ａＢとの間で、かつ、レンズ部１２０Ｂの内部に拡散部１２０１Ｂが設けられる。

レンズ部１２０Ｂでは、第１のレンズ１２１Ｂの取付孔１２０４Ｂの側面が第１の取付部１２１ｂＢとなり、第二のレンズ１２２Ｂの外周側面が第二の取付部１２２ｂＢとなる。

図１０（ｂ）に示すように、レンズ部１２０Ｃは、第一のレンズ１２１Ｃと第二のレンズ１２２Ｃとから構成される。レンズ部１２０Ｃは、入射凹部１２２ａＣと、入射凹部１２２ａＣから入射された光を照射する照射部１２１ａＣとを有する。
第一のレンズ部１２１Ｃは、略半球形状を取付方向側と照射方向側とに２つに分けた照射方向側である。
また、第二のレンズ１２２Ｂは、略半球形状を取付方向側と照射方向側とに２つに分けた取付方向側である。
第二のレンズ１２２Ｃの取付方向の端部には、ＬＥＤ１１１から発生した光を入射する入射凹部１２２ａＣが形成される。

第一のレンズ１２１Ｃと第二のレンズ１２２Ｃとの境界面に拡散部１２０１Ｃが形成される。
レンズ部１２０Ｃでは、第一のレンズ１２１Ｃの境界面が第一の取付部１２１ｂＣとなり、第二のレンズ１２２Ｂの境界面が第二の取付部１２２ｂＣとなる。
第一のレンズ１２１Ｃ側の境界面に拡散部１２０１Ｃを形成してもよいし、第二のレンズ１２２Ｃ側の境界面に拡散部１２０１Ｃを形成してもよい。図９（ｂ）では、第一のレンズ１２１Ｃ側の境界面に拡散部１２０１Ｃを形成している。この境界面は、平面でもよいし、曲面でもよい。しかし、この境界面を、入射凹部１２２ａＣから略等距離の曲面とした方が光ムラの防止に効果的である。

第一のレンズ１２１Ｃに第二のレンズ１２２Ｃが取り付けられると、入射凹部１２２ａＣと照射部１２１ａＣとの間で、かつ、レンズ部１２０Ｃの内部に拡散部１２０１Ｃが設けられる。

以上のように、本実施の形態に係る照明器具によれば、略半球形状のレンズ部１２０を形成する場合であっても、レンズ部１２０の内側に拡散部１２０１を設けることができる。

上記実施の形態１〜３では、照明器具として電源別置形ダウンライトについて説明したが、電源別置形ダウンライト以外の照明器具でも実施の形態１〜３を適用することができる。例えば、長尺形状の発光ユニット、天井直付照明器具、高天井照明器具など、レンズを用いる照明器具であれば実施の形態１〜３を適用することができる。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、これらの実施の形態のうち、いくつかを組み合わせて実施しても構わない。あるいは、これらの実施の形態のうち、いずれか１つ又はいくつかを部分的に実施しても構わない。例えば、これらの実施の形態の説明において「部」として説明するもののうち、いずれか１つのみを採用してもよいし、いくつかの任意の組み合わせを採用してもよい。なお、本発明は、これらの実施の形態に限定されるものではなく、必要に応じて種々の変更が可能である。

１ 照明器具、１０ ヒートシンク、１１ ＬＥＤユニット取付面、１２ 放熱フィン、２０ 取付バネ、１００ ＬＥＤユニット、１１０ ＬＥＤ基板、１１１ ＬＥＤ、１１２ 基板、１２０ レンズ部、１２１ 第一のレンズ、１２１ａ 照射部、１２１ｂ 第一の取付部、１２２ 第二のレンズ、１２２ａ 入射凹部、１２２ｂ 第二の取付部、１２２ｃ 拡散部、１２２ｄ 底部、１２２ｅ 外郭部、１３０ 枠体、１１２１ 実装面、１１２２ ネジ、１１２３ ネジ、１２０１ 拡散部、１２０２ 直接光、１２０３ 反射光、１２０４ 取付孔、１２１１ 底面部、１２１２ 側面部。

Claims (5)

1. 発光素子から発せられる光を内部に入光する入光部を有する第二のレンズと、
   前記入光部から入光された光を外部に出光する出光部を有する第一のレンズと
   を備え、
   前記第二のレンズは、
   前記入光部と前記出光部との間の内部に設けられ、前記入光部から入光された光を拡散する拡散部が形成された第二の接合部であって、前記第一のレンズと接合する第二の接合部を備え、
   前記第一のレンズは、
   前記第二の接合部と接合する平面状の第一の接合部を備えたレンズ。
2. 前記第二のレンズは、前記第一のレンズに複数接合されている請求項１に記載のレンズ。
3. 前記出光部は、
   前記拡散部により拡散された光を外部に出光している請求項１または請求項２に記載のレンズ。
4. 請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のレンズと、
   前記発光素子が実装された発光基板部と
   を備えた発光ユニット。
5. 請求項４に記載の発光ユニットと、
   前記発光ユニットが取り付けられる本体部と
   を備えた照明器具。

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