特許 6551772 光束制御部材および発光装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6551772

(24)【登録日】2019年7月12日

(45)【発行日】2019年7月31日

(54)【発明の名称】光束制御部材および発光装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 33/58 20100101AFI20190722BHJP

【ＦＩ】

   H01L33/58

【請求項の数】4

【全頁数】17

(21)【出願番号】特願2015-3506(P2015-3506)

(22)【出願日】2015年1月9日

(65)【公開番号】特開2016-129201(P2016-129201A)

(43)【公開日】2016年7月14日

【審査請求日】2017年12月4日

(73)【特許権者】

【識別番号】000208765

【氏名又は名称】株式会社エンプラス

(74)【代理人】

【識別番号】100105050

【弁理士】

【氏名又は名称】鷲田 公一

(72)【発明者】

【氏名】斉藤 共啓

【審査官】 吉野 三寛

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１３−１５６３３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１３／００５０９７８（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 国際公開第２０１３／０２４８３６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２００８−１４１１５２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ３３／００−３３／６４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

発光素子から出射された光の配光を制御する光束制御部材であって、
発光素子から出射された光を入射させる入射領域と、
前記入射領域の反対側に形成され、前記入射領域で入射した光を出射させ、前記光束制御部材の投影面積よりも小さな面積で形成されている出射領域と、
前記入射領域および前記出射領域の間において前記発光素子の光軸を取り囲むように配置された第２反射部と、
を有し、
前記入射領域は、
前記入射領域の中央部に配置され、前記発光素子から出射された光の一部を入射させるとともに、入射した光を、前記光束制御部材内を伝搬するに従って前記光軸から離れるように屈折させる屈折部と、
前記屈折部の外側に配置され、前記発光素子から出射された光の他の一部を入射させるとともに、入射した光を、前記光束制御部材内を伝搬するに従って前記光軸に近づくように反射させる第１反射部と、
を有し、
前記第１反射部は、前記発光素子から出射された光の他の一部を入射させる入射面と、前記入射面の外側に配置され、前記入射面で入射した光を前記光軸に近づく方向に反射させる反射面とを含み、かつ前記光軸を取り囲むように配置された１または２以上の円環状の突起を有し、
前記第２反射部は、前記入射領域において前記屈折部で入射した光の一部を、前記光束制御部材内を伝搬するに従って前記光軸に近づく方向に反射させ、
前記出射領域は、前記第１反射部で反射された光および前記第２反射部で反射された光を前記出射領域から離れるに従って前記光軸に近づくように出射させる、
光束制御部材。

【請求項2】

前記第１反射部の最も外側に位置する前記突起の前記反射面の内縁は、前記光軸に対して前記出射領域の外縁よりも離れた位置に配置されている、請求項１に記載の光束制御部材。

【請求項3】

前記屈折部の形状は、フレネルレンズ形状である、請求項１または請求項２に記載の光束制御部材。

【請求項4】

発光素子と、
その中心軸が前記光軸に合致するように配置されている、請求項１〜３のいずれか一項に記載の光束制御部材と、
を有する、発光装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、発光素子から出射された光の配光を制御する光束制御部材に関する。また、本発明は、この光束制御部材を有する発光装置に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、省エネルギーや小型化の観点から、撮像カメラ用の発光装置として、発光ダイオード（以下「ＬＥＤ」ともいう）を光源とする発光装置（ＬＥＤフラッシュ）が使用されるようになってきた。

【0003】

しかし、ＬＥＤは点光源であり、かつ指向性を有するため、平面状の被照射領域においてＬＥＤの光軸から遠い部分の照射光量は、ＬＥＤの光軸から近い部分の照射光量よりも少なくなり、結果として被照射領域における照射光量が不均一になってしまう。

【0004】

そこで、ＬＥＤから出射された光を被照射領域に均一に照射するためのレンズが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

【0005】

特許文献１に記載のレンズは、光源側光学面と、光源側光学面の反対側に形成されている像側光学面とを有する。光源側光学面は、非球面形状または球面形状の凹面であり、像側光学面は、複数の円環状の突起からなるフレネル光学面である。各突起は、垂直環面および斜面からなる。特許文献１に記載のレンズでは、光源から出射された光線は、光源側光学面で拡げられつつレンズ内に入射する。次いで、入射した光線は、集光曲面として機能する像側光学面の斜面で屈折されつつ外部に出射される。このように、光源側光学面で拡げた後に像側光学面で集光することで、被照射領域の中心領域の照度が過度に強くなることを防止し、光を均一に照射することができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】実用新案登録第３１４７９３９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

しかしながら、特許文献１のレンズ（光束制御部材）では、光源側光学面（入射領域）が非球面形状または球面形状の凹面であるため、光源（発光素子）から出射された光が像側光学面（出射領域）より大きく拡げられてしまい、配光を制御できない光が生じるおそれがある。また、所定の面積の被照射領域に光を照射する場合であって、出射領域が小面積に制限されているときは、被照射領域の外周部で光量不足となってしまうおそれもある。さらに、フレネル光学面が、出射領域に形成されており、外部に曝されているため、他部品との接触によって傷付くおそれもある。フレネル光学面に傷が付いてしまうと、配光を適切に制御できなくなってしまう。

【0008】

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、出射領域が小面積に制限されている場合においても、発光素子から出射された光の配光を適切に制御し、被照射領域の外周部における光量不足を補いつつ光を照射することができる光束制御部材を提供することを目的とする。また、本発明は、この光束制御部材を有する発光装置を提供することも目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明の光束制御部材は、発光素子から出射された光の配光を制御する光束制御部材であって、発光素子から出射された光を入射させる入射領域と、前記入射領域の反対側に形成され、前記入射領域で入射した光を出射させ、前記光束制御部材の投影面積よりも小さな面積で形成されている出射領域と、を有し、前記入射領域は、前記入射領域の中央部に配置され、前記発光素子から出射された光の一部を入射させるとともに、入射した光を、前記光束制御部材内を伝搬するに従って前記発光素子の光軸から離れるように屈折させる屈折部と、前記屈折部の外側に配置され、前記発光素子から出射された光の他の一部を入射させるとともに、入射した光を、前記光束制御部材内を伝搬するに従って前記光軸に近づくように反射させる反射部と、を有し、前記反射部は、前記発光素子から出射された光の他の一部を入射させる入射面と、前記入射面の外側に配置され、前記入射面で入射した光を前記光軸に近づく方向に反射させる反射面とを含み、かつ前記光軸を取り囲むように配置された１または２以上の円環状の突起を有し、前記出射領域は、前記反射部で反射された光を前記出射領域から離れるに従って前記光軸に近づくように出射させる、構成を採る。

【0010】

本発明の発光装置は、発光素子と、その中心軸が前記光軸に合致するように配置されている、本発明の光束制御部材と、を有する、構成を採る。

【発明の効果】

【0011】

本発明の光束制御部材を有する発光装置は、従来の光束制御部材を有する発光装置に比べて、より均一に被照射領域に光を照射することができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】図１は、実施の形態１に係る発光装置の断面図である。

【図2】図２は、実施の形態１、２に係る光束制御部材の斜視図である。

【図3】図３Ａ〜Ｃは、実施の形態１に係る光束制御部材の構成を示す図である。

【図4】図４Ａ、Ｂは、実施の形態１に係る光束制御部材の構成を示す断面図である。

【図5】図５Ａ、Ｂは、実施の形態１に係る発光装置における光路を示す図である。

【図6】図６は、実施の形態１に係る発光装置と比較用の発光装置についての光度分布のシミュレーション結果を示す図である。

【図7】図７Ａ〜Ｃは、実施の形態２に係る光束制御部材の構成を示す図である。

【図8】図８Ａ、Ｂは、実施の形態２に係る光束制御部材の構成を示す断面図である。

【図9】図９Ａ、Ｂは、実施の形態２に係る発光装置における光路を示す図である。

【図10】図１０Ａ、Ｂは、実施の形態１、２に係る発光装置における光路を示す図である。

【図11】図１１Ａ、Ｂは、実施の形態１、２に係る発光装置における光路を示す図である。

【図12】図１２Ａ、Ｂは、実施の形態２に係る発光装置と比較用の発光装置とについての光度分布のシミュレーション結果を示す図である。

【図13】図１３は、実施の形態２に係る発光装置と比較用の発光装置とについての照度分布のシミュレーション結果を示す図である。

【図14】図１４Ａ〜Ｃは、実施の形態２の変形例に係る光束制御部材の構成を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。

【0014】

［実施の形態１］
（光束制御部材および発光装置の構成）
図１は、本発明の実施の形態１に係る発光装置１００の断面図である。図１に示されるように、発光装置１００は、発光素子１１０および光束制御部材１２０を有する。

【0015】

発光素子１１０は、発光装置１００の光源であり、不図示の基板上に実装されている。発光素子１１０は、例えば、白色発光ダイオードなどの発光ダイオード（ＬＥＤ）である。

【0016】

光束制御部材１２０は、発光素子１１０から出射された光の配光を制御する。光束制御部材１２０は、その中心軸ＣＡが発光素子１１０の光軸ＬＡに合致するように配置されている。なお、後述する光束制御部材１２０の入射領域１２１および出射領域１２２の形状はいずれも回転対称であり、かつこれらの回転軸は一致する。この入射領域１２１および出射領域１２２の回転軸を「光束制御部材の中心軸ＣＡ」という。また、「発光素子の光軸ＬＡ」とは、発光素子１１０からの立体的に出射された光束の中心の光線を意味する。

【0017】

図２〜図４は、実施の形態１に係る光束制御部材１２０の構成を示す図である。図２は、斜視図である。図３Ａは、平面図であり、図３Ｂは、底面図であり、図３Ｃは、側面図である。図４Ａは、図３Ｂに示されるＡ−Ａ線の断面図であり、図４Ｂは、図４Ａにおいて破線で示される領域の部分拡大断面図である。

【0018】

図２〜図４に示されるように、光束制御部材１２０は、発光素子１１０から出射された光を入射させる入射領域１２１と、入射領域１２１の反対側に位置し、入射領域１２１で入射した光を出射させる出射領域１２２とを有する。入射領域１２１と出射領域１２２との間には、フランジ１２３が設けられていてもよいし、設けられていなくてもよい。本実施の形態では、入射領域１２１と出射領域１２２との間には、フランジ１２３が設けられている。

【0019】

光束制御部材１２０の平面視形状は、特に限定されない。図３Ａに示されるように、本実施の形態に係る光束制御部材１２０の平面視形状は、円形である。また、本実施の形態に係る光束制御部材１２０の直径は、例えば４．７ｍｍ程度である。

【0020】

光束制御部材１２０の材料は、所望の波長の光を通過させ得るものであれば特に限定されない。光束制御部材１２０の材料は、例えば、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）やポリカーボネート（ＰＣ）、エポキシ樹脂（ＥＰ）などの光透過性樹脂、またはガラスである。光束制御部材１２０は、例えば、射出成形により製造することができる。

【0021】

入射領域１２１は、発光素子１１０から出射された光を入射させる。図４Ａに示されるように、入射領域１２１は、入射領域１２１の中央部分に位置する屈折部１３０と、屈折部１３０の外側に配置された反射部１４０とを有する。入射領域１２１の形状は、前述のとおり、その中心を回転軸として回転対称である。この回転軸は、光束制御部材１２０の中心軸ＣＡおよび発光素子１１０の光軸ＬＡと一致する。入射領域１２１の外形は、円形である。

【0022】

屈折部１３０は、発光素子１１０から出射された光の一部（光軸ＬＡに対して比較的小さな角度で出射された光）を光束制御部材１２０の内部に入射させるとともに、入射した光を、光束制御部材１２０内を伝搬するに従って発光素子１１０の光軸ＬＡから離れるように屈折させる（後述する図５Ａ、Ｂ参照）。屈折部１３０の形状は、このような機能を発揮することができれば特に限定されない。屈折部１３０の形状の例には、フレネルレンズ形状や球面形状、非球面形状などが含まれる。本実施の形態では、屈折部１３０の形状は、フレネルレンズ形状である。

【0023】

反射部１４０は、発光素子１１０から出射された光の他の一部（光軸ＬＡに対して比較的大きな角度で出射された光）を入射させるとともに、入射した光の大部分を、光束制御部材１２０内を伝搬するに従って光軸ＬＡに近づくように反射させる。反射部１４０では、入射した光のうちの一部は、反射されなくてもよい（後述する図５Ｂ参照）。反射部１４０は、光軸ＬＡを取り囲むように配置された円環状の突起１４１を有する。突起１４１の数は、特に限定されず、例えば、１つであってもよいし、２つ以上であってもよい。また、突起１４１の形状および大きさも、上記の機能が発揮できれば特に限定されない。突起１４１の数が２以上の場合、各突起１４１の形状および大きさは、それぞれ同じであってもよいし、異なっていてもよい。本実施の形態では、突起１４１の数は２つであり、各突起１４１の形状は、異なる。

【0024】

突起１４１は、図４Ｂに示されるように、入射面１４２、反射面１４３および接続面１４４を有する。突起１４１において、入射面１４２は、内側（中心軸ＣＡ側）に配置され、反射面１４３は外側に配置され、接続面１４４は、入射面１４２および反射面１４３を接続するように配置されている。

【0025】

入射面１４２は、発光素子１１０から出射された光の他の一部（光軸ＬＡに対して比較的大きな角度で出射された光）を突起１４１の内部に入射させる曲面である。入射面１４２は、中心軸ＣＡ（光軸ＬＡ）に平行であってもよいし、中心軸ＣＡに対して傾斜していてもよい。本実施の形態では、射出成形時における離型を容易にする観点から、入射面１４２は、光束制御部材１２０の下端部（基準面）に近づくにつれて、中心軸ＣＡから離れるように傾斜している。ここで「光束制御部材の下端部」とは、突起１４１（本実施の形態では、外側の突起１４１）の頂部を意味し、「基準面」とは、突起１４１の頂部を含む平面を意味する。入射面１４２の傾斜角度は、中心軸ＣＡを含む任意の断面において、中心軸ＣＡに対して０°超であって、１０°以下の範囲内であることが好ましい。入射面１４２の傾斜角度は、５°以下であることが好ましい。

【0026】

反射面１４３は、入射面１４２と対に形成され、入射面１４２で入射した光を出射領域１２２に向けて光軸ＬＡに近づく方向に反射させる曲面である。また、反射面１４３は、到達した光を全反射させる観点から、中心軸ＣＡに対して傾斜している。反射面１４３は、突起１４１の下端部（基準面）に近づくにつれて、中心軸ＣＡに近づくように傾斜している。たとえば、反射面１４３は、中心軸ＣＡ（光軸ＬＡ）に対して２２〜３０°傾斜している。

【0027】

接続面１４４は、入射面１４２および反射面１４３を繋ぐ。本実施の形態では、接続面１４４は、発光素子１１０から出射され、到達した光を突起１４１の内部に入射させるとともに、入射した光を、光束制御部材１２０内を伝搬するに従って発光素子１１０の光軸ＬＡから離れるように屈折させる。接続面１４４は、平面であってもよいし、曲面であってもよい。本実施の形態では、接続面１４４は、曲面である。また、接続面１４４を形成せずに、入射面１４２と反射面１４３とを直接繋いでもよい。

【0028】

出射領域１２２は、入射領域１２１の反対側に形成され、入射領域１２１で入射した光を出射させる。出射領域１２２は、発光素子１１０とは反対側の被照射領域側に形成された平面または曲面である。本実施の形態では、出射領域１２２は、平面である。また、出射領域１２２の面積は、光束制御部材１２０の中心軸ＣＡに沿う方向の、入射領域１２１側または出射領域１２２側からの光束制御部材１２０の投影面積より小さい。図４Ａ、Ｂに示されるように、出射領域１２２は、光束制御部材１２０の中心軸ＣＡと交わるように形成されている。出射領域１２２は、反射部１４０で反射された光を出射領域１２２から離れるに従って光軸ＬＡに近づくように出射させる。この光は、光軸ＬＡに最接近した後は、出射領域１２２から離れるに従って光軸ＬＡから離れる。また、出射領域１２２は、屈折部１３０で屈折された光、および反射部１４０の接続面１４４で屈折された光も出射させるが、これらの光を出射させる方向は、特に限定されない。本実施の形態では、出射領域１２２は、屈折部１３０で屈折された光と、反射部１４０の接続面１４４で屈折された光とを、出射領域１２２から離れるに従って光軸ＬＡから離れるように出射させる。

【0029】

（光束制御部材の配光特性）
ここで、実施の形態１に係る光束制御部材１２０の配光特性について説明する。図５Ａ、Ｂは、実施の形態１に係る発光装置１００における光路を示す図である。図５Ａは、屈折部１３０で光束制御部材１２０の内部に入射した光の光路を示す図であり、図５Ｂは、屈折部１３０における外側の領域と反射部１４０とで光束制御部材１２０の内部に入射した光の光路を示す図である。

【0030】

図５Ａ、Ｂに示されるように、発光素子１１０から出射された光の一部（光軸ＬＡに対して比較的小さな角度で出射された光）は、屈折部１３０で光束制御部材１２０の内部に入射する。このとき、入射光は、光束制御部材１２０内を伝播するに従って発光素子１１０の光軸ＬＡから離れるように屈折され、出射領域１２２で出射領域１２２から離れるに従って発光素子１１０の光軸ＬＡから離れるように出射される。

【0031】

また、図５Ｂに示されるように、発光素子１１０から出射された光の他の一部（光軸ＬＡに対して比較的大きな角度で出射された光）は、反射部１４０の入射面１４２および接続面１４４で光束制御部材１２０の内部に入射する。入射面１４２で入射した光は、反射面１４３で発光素子１１０の光軸ＬＡに近づく方向に反射され、出射領域１２２から発光素子１１０の光軸ＬＡに近づくように出射される。一方、接続面１４４で入射した光は、出射領域１２２で出射領域１２２から離れるに従って発光素子１１０の光軸ＬＡから離れるように出射される。なお、図５Ａ、Ｂでは、フランジ１２３の上面（出射領域１２２の外側に位置する面）に遮光板１５０が配置されているため、フランジ１２３からの出射光は、照射光として有効に利用されない。

【0032】

（シミュレーション）
上述した実施の形態に係る光束制御部材１２０を有する発光装置１００について、光度分布のシミュレーションを行った。比較のため、入射領域１２１における反射部１４０を遮光した発光装置と、屈折部１３０を遮光した発光装置とについてのシミュレーションも行った。このとき、フランジ１２３の上面（出射領域１２２の外側に位置する面）には、貫通孔（窓部）が形成された遮光板１５０を配置した（図５Ａ、Ｂ参照）。この貫通孔の内側に位置する光束制御部材１２０の上面が出射領域１２２となる。さらに、比較のため、光束制御部材１２０および遮光板１５０を有さず、発光素子１１０のみを有する発光装置（以下、「比較例１に係る発光装置」ともいう）と、発光素子１１０上に遮光板１５０のみが配置された発光装置（以下、「比較例２に係る発光装置」ともいう）とについても、光度分布のシミュレーションを行った。このとき、比較例２に係る発光装置では、遮光板１５０の貫通孔（窓部）は、本実施の形態に係る光束制御部材１２０の出射領域１２２に相当する位置に配置されている。

【0033】

図６は、本実施の形態に係る発光装置１００と、比較用の発光装置とについての光度分布のシミュレーション結果を示す図である。図６において、横軸は発光素子１１０の光軸ＬＡを基準（０°）としたときの発光装置の出射領域１２２から出射された光の出射角（°）を示し、縦軸は発光装置から出射された光の光度（ｃｄ）を示す。また、図６において、本実施の形態に係る発光装置１００についてのシミュレーション結果を太い実線で示し、反射部１４０を遮光した発光装置についてのシミュレーション結果を一点鎖線で示し、屈折部１３０を遮光した発光装置についてのシミュレーション結果を太い破線で示し、発光素子１１０のみを有する発光装置（比較例１に係る発光装置）についてのシミュレーション結果を細い破線で示し、発光素子１１０および遮光板１５０のみを有する発光装置（比較例２に係る発光装置）についてのシミュレーション結果を細い実線で示す。

【0034】

図６において細い破線で示されるように、発光素子１１０のみを有する発光装置（比較例１に係る発光装置）は、−９０°〜＋９０°の方向に光を出射することがわかった。ここで、平面状の被照射面に光を照射する場合を考えると、出射角が小さい光と出射角が大きい光とでは、被照射面までの距離および被照射面への入射角が異なる。このため、出射角が小さい光と出射角が大きい光とが同じ光度であったとしても、被照射面のうち出射角が大きい光が到達する領域では、照度が小さくなってしまう。図６に示されるように、比較例１に係る発光装置では、０°の方向（光軸ＬＡ方向）の光度が最も大きく、出射角が大きくなるほど光度が小さくなっていた。上記の点を考慮すると、比較例１に係る発光装置では、被照射領域の外周部において光量不足となることがわかる。

【0035】

また、図６において細い実線で示されるように、発光素子１１０および遮光板１５０のみを有する発光装置（比較例２に係る発光装置）は、−６０°〜＋６０°の方向に光を出射し、−４５°〜＋４５°の範囲外では急激に光度が低下することがわかった。このことから、本実施の形態では、遮光板１５０は、発光素子１１０から−４５°〜＋４５°の範囲外の方向に出射された光を遮光し、−４５°〜＋４５°の範囲内の光によってスポット状に被照射面を照らすように制御するものであることがわかる。

【0036】

また、図６において一点鎖線で示されるように、反射部１４０を遮光した発光装置では、−４５°〜＋４５°の範囲内における光度が低減されることがわかった。具体的には、光束制御部材１２０を有しない発光装置（比較例１および比較例２に係る発光装置）と比較して、０°の方向（光軸ＬＡ方向）の光度が低減されることにより、被照射面の中心部における明部の発生を抑制することができることがわかった。このことから、屈折部１３０は、入射した光を光軸ＬＡから離れる方向に屈折させて、拡げることに寄与していることがわかった。

【0037】

さらに、図６において太い破線で示されるように、屈折部１３０を遮光した発光装置は、−６０°〜−３０°および＋３０°〜＋６０°の方向であって、被照射面の外周部を照らす方向（出射角：±４５°）にピークをもって光を出射することがわかった。前述のとおり、反射部１４０は、大きい出射角で出射された光の一部を、反射面１４３で発光素子１１０の光軸ＬＡに近づく方向に反射する（図５Ｂ参照）。このことから、反射部１４０は、発光素子１１０から大きい出射角で出射された光を発光素子１１０の光軸ＬＡ側（本実施の形態では、−６０°〜−３０°および＋３０°〜＋６０°の方向、特に、被照射面の外周部を照らすための±４５°の方向）に集めることができる。すなわち、反射部１４０は、比較例２に係る発光装置では遮光板１５０に遮光されてしまうような光を適切に制御して、遮光板１５０の窓部（出射領域１２２）から出射させ、被照射面の外周部における光量不足を補うことに寄与していることがわかった。

【0038】

結果として、図６において太い実線で示されるように、本実施の形態に係る発光装置１００は、−４５°〜＋４５°の方向において、平面状の被照射面の照射光に適した光度分布を有する光を出射することができる。また、前述したとおり、出射角が大きい光は、出射角が小さい光と比較して、被照射面までの距離が長い。このため、平面状の被照射面に均一に光を照射する観点からは、出射角が大きい光が、出射角が小さい光より、相対的に高い光度を有することが好ましい（実施の形態２のシミュレーション参照）。本実施の形態に係る発光装置１００では、比較例１および比較例２に係る発光装置と比較して、出射角が小さい光については（−３０°〜＋３０°）、出射光の光度を低減させ、出射角が大きい光については（−６５°〜−３０°、＋３０°〜＋６５°、特に被照射面の外周部に相当する±４５°）、出射光の光度を増加させることができる。このことから、本実施の形態に係る発光装置１００は、被照射領域の外周部における光量不足を補うことができることがわかる。

【0039】

（効果）
以上のように、本実施の形態に係る光束制御部材１２０は、入射領域１２１において、小面積に制限された出射領域１２２に光を導くことができるように形成された反射部１４０を有しているため、発光素子１１０から出射された光の配光を適切に制御することができる。また、入射領域１２１において、光軸ＬＡ近傍の光を拡げる屈折部１３０を有しているため、被照射面の中心部において明部が発生することを抑制することができる。これらにより、本実施の形態に係る発光装置１００は、被照射領域に光を均一に照射することができる。また、前述のとおり、本実施の形態に係る発光装置１００では、反射部１４０により発光素子１１０から大きい出射角で出射された光を適切に制御することができるため、光の利用効率を高めることができる。さらに、本実施の形態に係る光束制御部材１２０では、フレネルレンズ形状を有する屈折部１３０は、発光素子１１０側に形成されており、外部に晒されていないため、傷付きなどによって光の配光特性が失われるおそれがない。

【0040】

［実施の形態２］
実施の形態２に係る光束制御部材２２０および発光装置２００は、光束制御部材２２０の形状のみが実施の形態１に係る光束制御部材１２０および発光装置１００とそれぞれ異なる。そこで、実施の形態１に係る光束制御部材１２０および発光装置１００と同一の構成要素については、同一の符号を付してその説明を省略する。なお、本実施の形態では、第２反射部２２４が新たに登場するため、反射部１４０を第１反射部１４０と称することとする。

【0041】

（光束制御部材の構成）
図２、図７〜図８は、実施の形態２に係る光束制御部材２２０の構成を示す図である。図２は、斜視図である。図７Ａは、平面図であり、図７Ｂは、底面図であり、図７Ｃは、側面図である。図８Ａは、図７Ｂに示されるＡ−Ａ線の断面図であり、図８Ｂは、図８Ａにおいて破線で示される領域の部分拡大断面図である。

【0042】

図２、図７〜図８に示されるように、本実施の形態に係る光束制御部材２２０は、入射領域１２１、出射領域２２２、フランジ１２３および第２反射部２２４を有する。本実施の形態では、光束制御部材２２０の上部には、平面視形状が円形の凸部が形成されている。凸部の天面は出射領域２２２として機能し、凸部の側面は第２反射部２２４として機能する。第２反射部２２４は、入射領域１２１および出射領域２２２の間において光軸ＬＡを取り囲むように配置されている。後述する遮光板１５０の開口部に凸部を嵌入することで、出射領域２２２が規定される。すなわち、フランジ１２３の上面が出射領域２２２として機能しないことが決定する。

【0043】

光束制御部材２２０の平面視形状は、特に限定されない。図７Ａに示されるように、本実施の形態に係る光束制御部材２２０の平面視形状は、円形である。また、本実施の形態に係る光束制御部材２２０の直径は、例えば４．７ｍｍ程度である。光束制御部材２２０の材料は、実施の形態１に係る光束制御部材１２０と同様であるため、説明を省略する。

【0044】

第２反射部２２４は、図７Ｃに示されるように、光束制御部材２２０の上部に形成された凸部の側面である。第２反射部２２４は、光束制御部材２２０内に入射した光の一部を出射領域２２２に向けて、光束制御部材２２０内を伝搬するに従って光軸ＬＡに近づく方向に反射させる。本実施の形態では、第２反射部２２４は、屈折部１３０の周縁部で入射した光を出射領域２２２に向けて、光束制御部材２２０内を伝搬するに従って光軸ＬＡに近づく方向に反射させる。第２反射部２２４は、入射領域１２１および出射領域２２２の間において光軸ＬＡを取り囲むように配置された、曲面である。また、第２反射部２２４は、中心軸ＣＡ（光軸ＬＡ）に平行であってもよいし、中心軸ＣＡに対して傾斜していてもよい。本実施の形態では、第２反射部２２４は、中心軸ＣＡに平行である。

【0045】

出射領域２２２は、図７Ｃに示されるように、光束制御部材２２０の上部に形成された凸部の天面である。出射領域２２２は、入射領域１２１の反対側に形成された平面または曲面であり、入射領域１２１で入射した光を出射させる。本実施の形態では、出射領域２２２は、平面である。また、出射領域２２２の面積は、光束制御部材２２０の投影面積より小さい。図８Ａに示されるように、出射領域２２２は、光束制御部材１２０の中心軸ＣＡと交わるように形成されている。出射領域２２２は、第１反射部１４０または第２反射部２２４で反射された光を、出射領域１２２から離れるに従って光軸ＬＡに近づくように出射させる。この光は、光軸ＬＡに最接近した後は、出射領域２２２から離れるに従って光軸ＬＡから離れる。また、出射領域２２２は、屈折部１３０で屈折された光で屈折された光の一部も出射させるが、出射させる方向は、特に限定されない。本実施の形態では、出射領域２２２は、屈折部１３０で屈折された光の一部を、出射領域２２２から離れるに従って光軸ＬＡから離れるように出射させる。

【0046】

（光束制御部材の配光特性）
ここで、実施の形態２に係る光束制御部材２２０の配光特性について説明する。図９Ａ、Ｂは、実施の形態２に係る発光装置２００における光路を示す図である。図９Ａは、屈折部１３０で光束制御部材２２０の内部に入射した光の光路を示す図であり、図９Ｂは、屈折部１３０における外側の領域と、第１反射部１４０とで光束制御部材２２０の内部に入射した光の光路を示す図である。

【0047】

図９Ａ、Ｂに示されるように、発光素子１１０から出射された光の一部（光軸ＬＡに対して比較的小さな角度で出射された光）は、屈折部１３０で光束制御部材２２０の内部に入射する。このとき、入射光は、光束制御部材２２０内を伝播するに従って発光素子１１０の光軸ＬＡから離れるように屈折され、出射領域２２２で出射領域２２２から離れるに従って発光素子１１０の光軸ＬＡから離れるように出射される。一方、図９Ｂに示されるように、屈折部１３０における外側の領域で、光束制御部材２２０内を伝搬するに従って発光素子１１０の光軸ＬＡから離れるように屈折された光は、第２反射部２２４で発光素子１１０の光軸ＬＡに近づく方向に反射され、出射領域２２２で出射領域２２２から離れるに従って発光素子１１０の光軸ＬＡに近づくように出射される。

【0048】

また、図９Ｂに示されるように、発光素子１１０から出射された光の他の一部（光軸ＬＡに対して比較的大きな角度で出射された光）は、第１反射部１４０の入射面１４２および接続面１４４で光束制御部材２２０の内部に入射する。入射面１４２で入射した光は、反射面１４３で発光素子１１０の光軸ＬＡに近づく方向に反射され、出射領域２２２で出射領域２２２から離れるに従って発光素子１１０の光軸ＬＡに近づくように出射される。一方、接続面１４４で入射した光は、第２反射部２２４で発光素子１１０の光軸ＬＡに近づく方向に反射され、出射領域２２２で出射領域２２２から離れるに従って発光素子１１０の光軸ＬＡに近づくように出射される。

【0049】

（第２反射部の配光特性）
ここで、特に、第２反射部２２４による配光制御について説明する。比較のために、第２反射部２２４を有しない実施の形態１に係る光束制御部材１２０の配光特性と対比しつつ説明する。図１０Ａおよび図１１Ａは、実施の形態１に係る発光装置１００における光路を示す図であり、図１０Ｂおよび図１１Ｂは、実施の形態２に係る発光装置２００における光路を示す図である。図１０Ａおよび図１０Ｂでは、屈折部１３０で入射した光の光路を示している。図１１Ａおよび図１１Ｂでは、（第１）反射部１４０で入射した光の光路を示している。

【0050】

実施の形態１に係る光束制御部材１２０では、図１０Ａに示されるように、発光素子１１０から出射された光の一部（光軸ＬＡに対して比較的小さな角度で出射された光）は、屈折部１３０で光束制御部材１２０の内部に入射しつつ、発光素子１１０の光軸ＬＡから離れる方向に屈折される。次いで、出射領域１２２に到達した光の全部は、発光素子１１０の光軸ＬＡから離れる方向に出射される。

【0051】

実施の形態２に係る光束制御部材２２０でも、図１０Ｂに示されるように、発光素子１１０から出射された光の一部（光軸ＬＡに対して比較的小さな角度で出射された光）は、屈折部１３０で光束制御部材２２０の内部に入射しつつ、光束制御部材２２０内を伝播するに従って発光素子１１０の光軸ＬＡから離れるように屈折される。次いで、屈折部１３０で入射した光の大部分は、そのまま出射領域２２２で、出射領域２２２から離れるに従って発光素子１１０の光軸ＬＡから離れるように出射される。しかし、実施の形態２に係る発光装置２００では、屈折部１３０における外側の領域で入射した光は、出射領域２２２に到達する前に第２反射部２２４に到達する。第２反射部２２４に到達した光は、発光素子１１０の光軸ＬＡに近づく方向に反射される。このため、屈折部１３０における外側の領域で入射した光は、最終的に出射領域２２２で出射領域２２２から離れるに従って発光素子１１０の光軸ＬＡに近づくように出射される。

【0052】

また、実施の形態１に係る光束制御部材１２０では、図１１Ａに示されるように、発光素子１１０から出射された光の他の一部（光軸ＬＡに対して比較的大きな角度で出射された光）は、（第１）反射部１４０の入射面１４２または接続面１４４で光束制御部材１２０の内部に入射する。（第１）反射部１４０に入射した光のうち、接続面１４４で入射した光の一部は、光束制御部材２２０内を伝播するに従って発光素子１１０の光軸ＬＡから離れるように屈折され、出射領域１２２で出射領域２２２から離れるに従って発光素子１１０の光軸ＬＡから離れるように出射される。

【0053】

実施の形態２に係る光束制御部材２２０でも、図１１Ｂに示されるように、発光素子１１０から出射された光の一部（光軸ＬＡに対して比較的大きな角度で出射された光）は、第１反射部１４０の入射面１４２または接続面１４４で光束制御部材２２０の内部に入射する。第１反射部１４０に入射した光のうち、接続面１４４で入射した光の一部は、光束制御部材２２０内を伝播するに従って発光素子１１０の光軸ＬＡから離れるように屈折される。しかし、実施の形態２に係る発光装置２００では、接続面１４４で入射した光の一部は、出射領域２２２に到達する前に第２反射部２２４に到達する。第２反射部２２４に到達した光は、発光素子１１０の光軸ＬＡに近づく方向に反射される。このため、接続面１４４で入射した光の一部は、最終的に出射領域２２２で出射領域２２２から離れるに従って発光素子１１０の光軸ＬＡに近づくように出射される。

【0054】

（シミュレーション）
上述した実施の形態に係る光束制御部材２２０を有する発光装置２００について、実施の形態１と同様に、光度分布のシミュレーションを行った。このとき、比較のため、入射領域１２１における第１反射部１４０を遮光した発光装置と、屈折部１３０を遮光した発光装置とについてのシミュレーションも行った。さらに、比較のため、実施の形態１と同様に、発光素子１１０のみを有する発光装置（比較例１に係る発光装置）と、発光素子１１０および遮光板１５０のみを有する発光装置（比較例２に係る発光装置）についても、光度分布のシミュレーションを行った。また、本実施の形態では、実施の形態２に係る発光装置、比較例１に係る発光装置および比較例２に係る発光装置について、照度分布のシミュレーションも行った。

【0055】

図１２Ａ、Ｂは、本実施の形態に係る発光装置２００と、比較用の発光装置とについての光度分布のシミュレーション結果を示す図である。図１２Ａにおいて、横軸は発光素子１１０の光軸ＬＡを基準（０°）としたときの発光装置の出射領域１２２から出射された光の出射角（°）を示し、縦軸は発光装置から出射された光の光度（ｃｄ）を示す。図１２Ｂでは、縦軸は、出射角が０°の光の光度を基準（１）としたときの光度比（相対光度）を示す。

【0056】

図１３は、本実施の形態に係る発光装置２００、比較例１に係る発光装置および比較例２に係る発光装置についての照度分布のシミュレーション結果を示す図である。図１３は、発光素子１１０の発光面から１ｍ離れた平面状の被照射面を想定したときの、被照射面における照度分布のシミュレーション結果である。図１３において、横軸は発光素子１１０の光軸ＬＡを基準（０°）としたときの発光装置の出射領域１２２から出射された光の出射角（°）を示す。また、縦軸は各出射角で出射された光が被照射面に到達した地点における相対照度（照度比）を示す。このとき、出射角が０°の光（被照射面の中心を照射される光）が到達した地点における照度を基準（１）として上記の照度比（相対照度）を計算した。

【0057】

また、図１２Ａ、Ｂおよび図１３において、本実施の形態に係る発光装置２００についてのシミュレーション結果を太い実線で示し、発光素子１１０のみを有する発光装置（比較例１に係る発光装置）についてのシミュレーション結果を細い破線で示し、発光素子１１０および遮光板１５０のみを有する発光装置（比較例２に係る発光装置）についてのシミュレーション結果を細い実線で示す。また、図１２Ａにおいて、第１反射部１４０を遮光した発光装置についてのシミュレーション結果を一点鎖線で示し、屈折部１３０を遮光した発光装置についてのシミュレーション結果を太い破線で示す。

【0058】

実施の形態１で述べたとおり、発光素子１１０のみを有する発光装置（比較例１に係る発光装置）は、被照射面に均一に光を照射することができないことがわかる（図１２Ａにおける細い破線参照）。また、比較例１に係る発光装置と、比較例２に係る発光装置との比較から、本実施の形態においても、遮光板１５０は、発光素子１１０から−４５°〜＋４５°の範囲外の方向に出射された光を遮光し、−４５°〜＋４５°の範囲内の方向に出射された光によってスポット状に被照射面を照らすように制御していることがわかる（図１２Ａにおける細い実線参照）。

【0059】

これに対し、図１２Ａにおいて一点鎖線で示されるように、第１反射部１４０を遮光した発光装置は、−８０°〜＋８０°の方向に光を出射することがわかった。このことから、実施の形態２においても、屈折部１３０は、入射した光を拡げて、被照射面の中央部（出射角が０°の方向）において、光度を低減させ、明部の発生を抑制することに寄与していることがわかった。このとき、出射光の出射角の範囲（−８０°〜＋８０°）が、実施の形態１に係る発光装置が出射する光の出射角の範囲（−６５°〜＋６５°）より広いことから、第２反射部２２４が屈折部１３０で入射した光の一部を、より広範囲に拡げることに寄与していることがわかった（図１０Ｂ参照）。

【0060】

また、屈折部１３０を遮光した発光装置は、−６０°〜−３０°および＋３０°〜＋６０°の方向に光を出射することがわかった。実施の形態２においても、反射部１４０は、比較例２に係る発光装置では遮光板１５０に遮光されてしまうような光を適切に制御して、遮光板１５０の窓部（出射領域１２２）から出射させるとともに、被照射面の外周部に到達する光を増やすことに寄与していることがわかった。このとき、第２反射部２２４は、拡がりすぎた光を発光素子１１０の光軸ＬＡ側に向けることで、被照射面の外周部に到達する光を増やすことに寄与している（図１１Ｂ参照）。

【0061】

結果として、図１２Ａ、Ｂにおいて太い実線で示されるように、本実施の形態に係る発光装置２００は、出射角が小さい光については（−３０°〜＋３０°）、出射光の光度を低減させ、出射角が大きい光については（−８０°〜−３０°、＋３０°〜＋８０°）、出射光の光度を増加させることができる。このように実施の形態２に係る発光装置２００では、出射角が大きい光が、出射角が小さい光より、相対的に高い光度を有する。したがって、図１３に示されるように、本実施の形態に係る発光装置２００は、比較例１および比較例２に係る発光装置と比較して、被照射面の外周部における光量不足を補うことで、より均一に被照射面に光を照射することができる。具体的には、本実施の形態に係る発光装置２００は、約±４０°の方向においても、光軸ＬＡ方向への出射光の５０％以上の照度で、被照射面に光を照射することができる。

【0062】

（効果）
以上のように、本実施の形態に係る光束制御部材２２０および発光装置２００は、実施の形態１に係る光束制御部材１２０および発光装置１００と同様の効果を奏し、さらに第２反射部２２４によって、より広範囲に、かつ均一に光を照射することができる。

【0063】

なお、実施の形態２に係る光束制御部材２２０では、光軸ＬＡから第１反射部１４０の最も外側に位置する突起１４１の反射面１４３の外縁までの距離が、光軸ＬＡから出射領域２２２の外縁までの距離とほぼ同じである場合について説明したが、最も外側に位置する突起１４１の反射面１４３の位置は、これに限定されない。図１４Ａ〜Ｃは、実施の形態２の変形例に係る光束制御部材２２０’の構成を示す図である。図１４Ａは、斜視図を示し、図１４Ｂは、側面図を示し、図１４Ｃは、図１４Ａに示されるＣ−Ｃ線の断面図を示す。光束制御部材２２０’では、第１反射部１４０’（突起１４１’）の反射面１４３’で光軸ＬＡに近づく方向に光を反射させる。このため、図１４Ｂ、Ｃに示されるように、第１反射部１４０’の最も外側に位置する突起１４１’の反射面１４３’の内縁は、光軸ＬＡに対して出射領域２２２’の外縁よりも離れた位置に配置されていてもよい。この場合でも、第１反射部１４０’が発光素子１１０から大きい出射角で出射された光の配光を適切に制御して、出射領域２２２’から光を出射させることができる。

【産業上の利用可能性】

【0064】

本発明に係る光束制御部材および発光装置は、被照射領域を均一に照らすことができる。本発明に係る発光装置は、例えば、カメラのフラッシュなどとして有用である。

【符号の説明】

【0065】

１００、２００ 発光装置
１１０ 発光素子
１２０、２２０、２２０’ 光束制御部材
１２１ 入射領域
１２２、２２２ 出射領域
１２３ フランジ
１３０ 屈折部
１４０、１４０’ （第１）反射部
１４１、１４１’ 突起
１４２ 入射面
１４３、１４３’ 反射面
１４４ 接続面
１５０ 遮光板
２２４ 第２反射部
ＣＡ 中心軸
ＬＡ 光軸

【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】