特開 2023-46504 レンズアレイ及び該レンズアレイを備えた照明器具

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023046504

(43)【公開日】2023-04-05

(54)【発明の名称】レンズアレイ及び該レンズアレイを備えた照明器具

(51)【国際特許分類】

   F21S 8/04 20060101AFI20230329BHJP

   F21V 5/00 20180101ALI20230329BHJP

   F21V 29/77 20150101ALI20230329BHJP

   F21V 29/502 20150101ALI20230329BHJP

   F21S 8/02 20060101ALN20230329BHJP

   F21Y 105/18 20160101ALN20230329BHJP

   F21Y 115/10 20160101ALN20230329BHJP

【ＦＩ】

F21S8/04 100

F21V5/00 510

F21V29/77

F21V29/502 100

F21S8/02 400

F21Y105:18

F21Y115:10 500

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021155127

(22)【出願日】2021-09-24

(71)【出願人】

【識別番号】000006013

【氏名又は名称】三菱電機株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】390014546

【氏名又は名称】三菱電機照明株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001461

【氏名又は名称】弁理士法人きさ特許商標事務所

(72)【発明者】

【氏名】奥村 振一郎

(57)【要約】

【課題】照明光の色ムラ及び照度ムラの少ない配光制御を行うことができる、レンズアレイ及び該レンズアレイを備えた照明器具を提供する。
【解決手段】レンズアレイは、各ＬＥＤ素子に対して一対一となるように設けられ、ＬＥＤ素子が発する光の配光を制御する複数のレンズを備えている。レンズは、入射側の端面に形成され、内部にＬＥＤ素子が配置される凹部と、レンズの外面を形成し、凹部からレンズの内部に入光した光を、光軸方向に向かって全反射させるレンズ外側面と、を有している。レンズは、レンズ外側面が複数の面に分割されて多面体状とされた構成、及び凹部又はレンズの出射面にマイクロレンズ部が設けられた構成のうち、少なくとも一つの構成を有している。複数のレンズのうち一部又は全部のレンズが、光軸方向を回転軸として周方向の向きが異なるように配置されている。
【選択図】図１５

【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数のＬＥＤ素子から発せられる光の配光を制御するレンズアレイであって、
各前記ＬＥＤ素子に対して一対一となるように設けられ、前記ＬＥＤ素子が発する光の配光を制御する複数のレンズを備え、
前記レンズは、入射側の端面に形成され、内部に前記ＬＥＤ素子が配置される凹部と、
前記レンズの外面を形成し、前記凹部から前記レンズの内部に入光した光を、光軸方向に向かって全反射させるレンズ外側面と、を有し、
前記レンズは、前記レンズ外側面が複数の面に分割されて多面体状とされた構成、及び前記凹部又は前記レンズの出射面にマイクロレンズ部が設けられた構成のうち、少なくとも一つの構成を有しており、
複数の前記レンズのうち一部又は全部の前記レンズが、光軸方向を回転軸として周方向の向きが異なるように配置されている、レンズアレイ。

【請求項2】

複数の前記レンズは、光軸方向を回転軸として周方向の向きが異なるように配置された一部の前記レンズを１ブロックとし、該１ブロックを複数並べて配置した構成とされている、請求項１に記載のレンズアレイ。

【請求項3】

複数の前記レンズは、光軸方向を回転軸として周方向の向きが異なるように配置された前記レンズを回転対称として配置された構成である、請求項１に記載のレンズアレイ。

【請求項4】

ＬＥＤ素子を有する表面実装型のＬＥＤパッケージが、基板上に複数実装されたＬＥＤモジュールと、
請求項１～３のいずれか一項に記載のレンズアレイと、を備えた、照明器具。

【請求項5】

前記ＬＥＤモジュールから発せられる熱を放熱するヒートシンクをさらに備え、
前記ＬＥＤモジュールと前記レンズアレイは、共通の固定部材で前記ヒートシンクに固定されている、請求項４に記載の照明器具。

【請求項6】

前記ＬＥＤモジュールと前記レンズアレイの周囲を覆って保護する保護カバーをさらに備えている、請求項４又は５に記載の照明器具。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、複数のＬＥＤモジュールから発せられる光の配光を制御するレンズアレイ及び該レンズアレイを備えた照明器具に関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来から、天井等に設置され、室内空間などの照明空間に光を照射する照明器具が知られている。例えば工場、倉庫又は体育館などの天井の高い空間に設置される照明器具では、高い位置からでも明るく照らせるように、大光量が必要となる一方で、低消費電力化及び小型軽量化に対する要求が高い。そこで、光学効率（光取り出し効率）の良い照射を行うことができるように、天井の高さに合わせたレンズを用いて、ビームを絞る配光制御などが行われる。

【0003】

例えば特許文献１には、複数のＬＥＤモジュールに対して、大型化することなく、光学効率のよい配光制御を行うことができるレンズアレイ及び照明器具が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１９－１３３００５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

特許文献１に開示されたレンズアレイ及び照明器具は、レンズの径を大きくすることなく、効率良く配光を絞ることができる。しかしながら、照明光の色ムラ及び照度ムラの少ない配光制御を行うという点において、レンズアレイの改善の余地がある。

【0006】

本開示は、上記のような課題を解決するためになされたもので、照明光の色ムラ及び照度ムラの少ない配光制御を行うことができる、レンズアレイ及び該レンズアレイを備えた照明器具を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本開示に係るレンズアレイは、複数のＬＥＤ素子から発せられる光の配光を制御するレンズアレイであって、各前記ＬＥＤ素子に対して一対一となるように設けられ、前記ＬＥＤ素子が発する光の配光を制御する複数のレンズを備え、前記レンズは、入射側の端面に形成され、内部に前記ＬＥＤ素子が配置される凹部と、前記レンズの外面を形成し、前記凹部から前記レンズの内部に入光した光を、光軸方向に向かって全反射させるレンズ外側面と、を有し、前記レンズは、前記レンズ外側面が複数の面に分割されて多面体状とされた構成、及び前記凹部又は前記レンズの出射面にマイクロレンズ部が設けられた構成のうち、少なくとも一つの構成を有しており、複数の前記レンズのうち一部又は全部の前記レンズが、光軸方向を回転軸として周方向の向きが異なるように配置されているものである。

【0008】

本開示に係る照明器具は、ＬＥＤ素子を有する表面実装型のＬＥＤパッケージが、基板上に複数実装されたＬＥＤモジュールと、上記レンズアレイと、を備えたものである。

【発明の効果】

【0009】

本開示によれば、複数のレンズのうち一部又は全部のレンズが、光軸方向を回転軸として周方向の向きが異なるように配置されているので、回転方向に光を混ぜ合わせることができ、配光形状を悪化させずに、色ムラ及び照度ムラを抑えることができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】実施の形態に係る照明器具を分解して示した斜視図である。

【図2】実施の形態に係るレンズアレイを入射側から示した斜視図である。

【図3】実施の形態に係るレンズアレイを照射側から示した斜視図である。

【図4】実施の形態に係る照明器具の固定部材を示した斜視図である。

【図5】実施の形態に係る照明器具であって、固定部材を用いてレンズアレイをヒートシンクに固定させた状態を示した説明図である。

【図6】実施の形態に係るレンズアレイのレンズを入射側から見た斜視図である。

【図7】実施の形態に係るレンズアレイのレンズを照射側から見た斜視図である。

【図8】実施の形態に係るレンズアレイのレンズを入射側から見た平面図である。

【図9】実施の形態に係るレンズアレイのレンズを照射側から見た平面図である。

【図10】実施の形態に係るレンズアレイの一部分の縦断面図である。

【図11】実施の形態に係るレンズアレイのレンズを通過する光の光路を示した光線図である。

【図12】実施の形態に係る照明器具の配光曲線を示したグラフである。

【図13】実施の形態に係る照明器具１００から照射された光のシミュレーション結果を、従来の照明器具から照射された光のシミュレーション結果と比較して示した説明図である。

【図14】実施の形態に係る照明器具の照射面イメージのシミュレーション結果を、従来の照明器具の照射面イメージのシミュレーション結果と比較して示した説明図である。

【図15】実施の形態におけるレンズの配置例を、従来のレンズの配置例と比較して示した説明図である。

【図16】実施の形態に係るレンズの異なる配置例を、従来のレンズの配置例と比較して示した説明図である。

【図17】実施の形態に係るレンズアレイのレンズの変形例を示した説明図である。

【図18】実施の形態に係るレンズアレイのレンズの変形例を示した説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、図面を参照して、実施の形態について説明する。なお、各図中、同一又は相当する部分には、同一符号を付して、その説明を適宜省略又は簡略化する。また、各図に記載の構成について、その形状、大きさ、及び配置等は、本開示の範囲内で適宜変更することができる。

【0012】

実施の形態．
図１は、実施の形態に係る照明器具１００を分解して示した斜視図である。図１では、上方を天井側とし、下方を照射側とする。図２は、実施の形態に係るレンズアレイ３を入射側から示した斜視図である。図３は、実施の形態に係るレンズアレイ３を照射側から示した斜視図である。図４は、実施の形態に係る照明器具１００の固定部材７を示した斜視図である。図５は、実施の形態に係る照明器具１００であって、固定部材７を用いてレンズアレイ３をヒートシンク１に固定させた状態を示した説明図である。

【0013】

本実施の形態に係る照明器具１００は、例えば工場、倉庫又は体育館などの天井の高い空間に好適に使用されるものであるが、ダウンライト又はシステム天井などに使用してもよい。照明器具１００は、図１に示すように、ヒートシンク１と、ＬＥＤモジュール２と、レンズアレイ３と、保護カバー６と、を備えている。照明器具１００は、天井側である上側から照射空間側である下側へ向かって、ヒートシンク１、ＬＥＤモジュール２、レンズアレイ３、保護カバー６の順に配設されている。

【0014】

（ヒートシンク１）
ヒートシンク１は、図１に示すように、平板状のベース部１０と、ベース部１０の上面から立ち上がる複数枚の放熱フィン１１と、を有している。ヒートシンク１は、例えばアルミニウム合金等の熱伝導率の高い金属を鋳造用金型に押し込んで成形される。ベース部１０の下面には、熱伝導シート５を介してＬＥＤモジュール２が取り付けられる。熱伝導シート５は、ヒートシンク１のベース部１０とＬＥＤモジュール２の基板２０との間の隙間を埋めて、ヒートシンク１への熱伝導を高めるために設けられている。

【0015】

ベース部１０には、ＬＥＤモジュール２及び保護カバー６を取り付けるための接合孔が複数形成されている。また、ベース部１０の中央部には、図５に示すように、レンズアレイ３を固定させる固定部材７がネジ込まれるネジ孔１０ａが形成されている。放熱フィン１１は、ベース部１０の上面に対して、略垂直な面を有する板状である。ヒートシンク１は、ベース部１０の下面に取り付けられたＬＥＤモジュール２から伝わった熱を放熱フィン１１から空気中に放出する。

【0016】

（ＬＥＤモジュール２）
ＬＥＤモジュール２は、図１に示すように、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）素子を有する複数のＬＥＤパッケージ２１が略円形状の基板２０に配置された構成である。ＬＥＤパッケージ２１は、ＳＭＤ（Ｓｕｒｆａｃｅ Ｍｏｕｎｔｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）タイプ（表面実装型）である。また、ＬＥＤパッケージ２１は、白色光を発する。ＬＥＤモジュール２は、ＬＥＤパッケージ２１が配置された発光面が照射方向に向いている。

【0017】

基板２０の中央部には、レンズアレイ３をヒートシンク１に固定させる固定部材７の軸部を通すための貫通孔２０ａが形成されている。また、図示は省略するが、基板２０には、ヒートシンク１のベース部１０にＬＥＤモジュール２を接合させる接合部材を通すための接合孔が形成されている。接合部材は、例えばネジ等である。ＬＥＤモジュール２は、熱伝導シート５を介して基板２０をヒートシンク１のベース部１０の下面に当接させ、接合孔に通した接合部材を、ヒートシンク１のベース部１０に形成された接合孔にねじ込むことでベース部１０に固定される。なお、熱伝導シート５には、接合部材の軸部を通すための貫通孔が形成されている。

【0018】

なお、ＬＥＤの一般的な特性として、ＬＥＤパッケージ２１に流れる電流またはＬＥＤ素子の温度が低くなると、ＬＥＤパッケージ２１自体の発光効率（１ｍ／Ｗ）が高くなる。所要の光量を得るのに、多くのＬＥＤパッケージ２１を実装した方が、一粒のＬＥＤパッケージ２１あたりに流れる電流を減らすことができ、かつ、熱の集中を抑えることができる。したがって、大型のＬＥＤパッケージ２１に大電流を流して発光させるよりも、小粒なＬＥＤパッケージ２１を数多く基板上に実装した方が、同等の発光量（光束）を得ながら、発光効率（１ｍ／Ｗ）を高くすることができる。

【0019】

（レンズアレイ３）
レンズアレイ３は、図１に示すように、ＬＥＤパッケージ２１から発せられた光を配光制御するものである。レンズアレイ３は、樹脂又はガラスなどの光透過性を有する材料で形成されるが、内部に拡散材料が混ざっている材料で形成してもよい。

【0020】

レンズアレイ３は、平面視においてＬＥＤモジュール２の基板２０と略同じ大きさである。レンズアレイ３は、図２に示すように、ＬＥＤモジュール２側に向かって突出した複数のレンズ４を有している。レンズアレイ３は、複数のレンズ４の周囲を囲う外周部分が枠部３０とされている。レンズアレイ３は、複数のレンズ４と枠部３０とが一体成形されたものである。レンズアレイ３は、ＬＥＤモジュール２の発光面を覆うように配置され、ＬＥＤモジュール２及び熱伝導シート５を間に挟んでヒートシンク１に固定される。

【0021】

レンズ４は、各ＬＥＤパッケージ２１に対して一対一となるように、各ＬＥＤパッケージ２１に対応させて設けられ、ＬＥＤパッケージ２１から照射される光が目標の方向へ進むように光の配光を制御するものである。各ＬＥＤパッケージ２１から発せられる全方位の光を、対応するレンズ４により配光制御することで、光学効率（光取り出し効率）をよくすることができる。なお、レンズ４の詳細な構造及び配光については、後述する。

【0022】

なお、レンズ４とＬＥＤパッケージ２１とは、個数が一致していなくてもよい。つまり、レンズ４は、対向して存在するＬＥＤパッケージ２１と一対一の関係であればよく、ＬＥＤパッケージ２１が未実装となるレンズ４が存在してもよい。

【0023】

枠部３０には、図２に示すように、ＬＥＤモジュール２に向かって突き出すボス部３１が設けられている。ボス部３１は、枠部３０と一体成形される。ボス部３１は、枠部３０の周方向に沿って一定の間隔をあけて８個設けられている。ボス部３１は、ＬＥＤモジュール２に向かって反るレンズアレイ３の反りを抑制するために設けられている。ボス部３１は、レンズアレイ３がＬＥＤモジュール２に向かって反ろうとすると、ＬＥＤモジュール２の基板２０に突き当たって、当該反りを抑制する。また、ボス部３１がＬＥＤモジュール２の基板２０に突き当たることで、レンズアレイ３の位置ずれを抑制することもできる。なお、ボス部３１の個数は、図示した８個に限定されず、レンズアレイ３の大きさ及び形状に応じて適宜変更して設けるものとする。

【0024】

また、図２及び図３に示すように、レンズアレイ３の中心部には、図４に示す固定部材７を通すための固定部３２が形成されている。固定部３２は、ＬＥＤモジュール２に向かって突き出す円筒状とされている。図５に示すように、固定部３２は、照射側に形成された第１孔部３２ａと、ＬＥＤモジュール側に形成された第２孔部３２ｂと、を有している。第２孔部３２ｂは、第１孔部３２ａよりも大径とされ、第１孔部３２ａとの間に段差部３２ｃが形成されている。

【0025】

固定部材７は、図４及び図５に示すように、一例としてネジである。固定部材７の軸部は、ネジ頭部７０から軸方向に延びる第１軸部７１と、第１軸部７１の先端面から軸方向に延びる第２軸部７２と、を有している。第１軸部７１及び第２軸部７２は、円柱体形状である。第１軸部７１は、第２軸部７２よりも大径とされている。また、第１軸部７１は、第２孔部３２ｂの長さよりも長く形成されている。なお、図示することは省略したが、第２軸部７２の外面には、螺旋状のネジ溝が形成されている。固定部材７は、照射側からレンズアレイ３の固定部３２へ軸部が挿入され、ＬＥＤモジュール２の基板２０の貫通孔２０ａ及び熱伝導シート５に形成された貫通孔に軸部が通され、ヒートシンク１のベース部１０に形成されたネジ孔１０ａに第２軸部７２がねじ込まれる。このとき、図５に示すように、ネジ頭部７０は、第１孔部３２ａと第２孔部３２ｂとの間の段差部３２ｃに突き当たり、第１孔部３２ａに収まる。また、第１軸部７１は、固定部３２の第２孔部３２ｂに収まる。なお、本実施の形態では、第１軸部７１が第２孔部３２ｂの長さよりも長いので、固定部材７を締め付けた際に、第１軸部７１の端面をＬＥＤモジュール２の基板２０に突き当てることができ、締結力によって樹脂製の固定部３２が基板２０に強く接触して潰れる事態を防止することができる。このように、固定部３２に挿入した固定部材７によって、レンズアレイ３及びＬＥＤモジュール２が共締めされた状態で、レンズアレイ３がヒートシンク１のベース部１０に固定される。

【0026】

（保護カバー６）
保護カバー６は、図１に示すように、ＬＥＤモジュール２及びレンズアレイ３の周囲を覆って保護するものである。保護カバー６は、ＬＥＤモジュール２が発した光を透過させる透明のカバーである。保護カバー６は、凹状であり、上面の開口縁に沿って外方へ突き出すフランジ部６０が形成されている。保護カバー６は、凹内部にＬＥＤモジュール２及びレンズアレイ３を収容した状態で、フランジ部６０の上面をヒートシンク１のベース部１０に当てがい、フランジ部６０に形成された貫通孔に通したネジ等の接合部材によってヒートシンク１のベース部１０に取り付けられる。照明器具１００は、例えば体育館で遊んでいる子供が投げたボールが衝突するなど、外部からの衝撃を受けても、保護カバー６によってＬＥＤモジュール２及びレンズアレイ３が保護されているので、例えば不点灯になるなどの不具合を防止できる。

【0027】

次に、本実施の形態に係るレンズアレイ３の構造及び配光を、図６～図１３に基づいて詳細に説明する。図６は、実施の形態に係るレンズアレイ３のレンズ４を入射側から見た斜視図である。図７は、実施の形態に係るレンズアレイ３のレンズ４を照射側から見た斜視図である。図８は、実施の形態に係るレンズアレイ３のレンズ４を入射側から見た平面図である。図９は、実施の形態に係るレンズアレイ３のレンズ４を照射側から見た平面図である。図１０は、実施の形態に係るレンズアレイ３の一部分の縦断面図である。図１１は、実施の形態に係るレンズアレイ３のレンズ４を通過する光の光路を示した光線図である。図１２は、実施の形態に係る照明器具１００の配光曲線を示したグラフである。図１２の横軸は光軸方向Ｐを０°としたときの出射方向の角度を示し、縦軸は光度［ｃｄ］を示している。

【0028】

また、図１３は、実施の形態に係る照明器具１００から照射された光のシミュレーション結果を、従来の照明器具から照射された光のシミュレーション結果と比較して示した説明図である。図１３（ａ）は、従来の照明器具から照射された光のシミュレーション結果である。図１３（ｂ）は、実施の形態に係る照明器具１００から照射された光のシミュレーション結果である。図１４は、実施の形態に係る照明器具１００の照射面イメージのシミュレーション結果を、従来の照明器具の照射面イメージのシミュレーション結果と比較して示した説明図である。図１４（ａ）は、従来の照明器具の照射面イメージのシミュレーション結果である。図１４（ｂ）は、実施の形態に係る照明器具１００の照射面イメージのシミュレーション結果である。図１５は、実施の形態におけるレンズ４の配置例を、従来のレンズの配置例と比較して示した説明図である。図１５（ａ）は、従来のレンズの配置例である。図１５（ｂ）は、実施の形態におけるレンズ４の配置例である。

【0029】

レンズ４は、図６～図１０に示すように、円錐台形状である。レンズ４は、入射側の端面に第１凹部４１が形成され、照射側の端面に第２凹部４２が形成されている。第１凹部４１と第２凹部４２との間には、平板状のレンズ中央部４３（図１０を参照）が設けられている。レンズ中央部４３は、上面が第１凹部４１の溝底面を形成し、下面が第２凹部４２の溝底面を形成する。

【0030】

図１０に示すように、ＬＥＤモジュール２とレンズアレイ３とを組み合わせた状態で、レンズ４の第１凹部４１の内部に、ＬＥＤパッケージ２１の発光部分が配置される。ＬＥＤパッケージ２１から照射された光は、第１凹部４１の溝側面４１ａ及び溝底面からレンズ４の内部に入光する。ＬＥＤパッケージ２１の発光部分となる凸状部分を第１凹部４１の溝側面４１ａで囲むことで、ＬＥＤパッケージ２１から照射され、半球方向に広がる光を、第１凹部４１の溝側面４１ａに効率よく取り込むことができる。

【0031】

第１凹部４１の溝側面４１ａは、図１０に示すように、開口面から底面に向かって緩やかなＳ字カーブ形状とされ、開口面から溝底面に向かって孔径が小さくなるように形成されている。これにより、溝側面４１ａから入光する光の量を増やしつつ、第１凹部４１の溝側面４１ａと、第１凹部４１の内部に配置されたＬＥＤパッケージ２１の発光部分との間に、十分なスペースを設けることができ、ＬＥＤパッケージ２１をレンズ４に干渉しないように配置することができる。なお、第１凹部４１の溝側面４１ａは、図示したＳ字カーブ形状に限定されず、例えば直線状の傾斜面としてもよいし、角度の異なる二つの傾斜面としてもよいし、その他形状でもよい。

【0032】

また、第１凹部４１の溝底面は、平面状とされている。第１凹部４１の溝底面には、マイクロレンズ部４４が設けられている。マイクロレンズ部４４は、六角形状（ハニカム状）のマイクロレンズの集合体である。マイクロレンズ部４４を設けることで、レンズ中央部４３に入射する光を適度に拡散（指向性を持った拡散）させることができ、凸部４５の外側面４５ａから照射される色ムラを抑制することができる。なお、マイクロレンズ部４４は、図示した六角形状（ハニカム状）に限定されず、例えば丸形状のマイクロレンズの集合体でもよいし、その他の形状でもよい。

【0033】

また、レンズ４は、図６～図１０に示すように、円錐台の外面を形成するレンズ外側面４０が、上底部分と下底部分との間で緩やかな弧を描くように形成されている。このレンズ外側面４０は、複数の面に分割された多面体状とされ、第１凹部４１の溝側面４１ａからレンズ４の内部に入光した光を、光軸方向Ｐに向かって全反射させる構成とされている。

【0034】

なお、図示したレンズ４は、多面体状のレンズ外側面４０及びマイクロレンズ部４４を有する構成を示したが、これらのうち少なくとも一方を有していればよい。例えば、レンズ４は、マイクロレンズ部４４を有する構成であれば、レンズ外側面４０を多面体状ではなく１つの湾曲面とした構成としてもよい。また、図示したレンズ４は、多面体状のレンズ外側面４０を有する構成であれば、マイクロレンズ部４４を省略してもよい。

【0035】

第２凹部４２の溝側面は、開口面から中間部にかけて形成された内方に凹む湾曲面部４２ａと、湾曲面部４２ａの端部から溝底まで形成された平面状の傾斜面部４２ｂと、を有している。湾曲面部４２ａと傾斜面部４２ｂとは連続して形成されている。第２凹部４２は、開口面から底面に向かって孔径が小さくなるように形成されている。なお、中間部とは、照明器具１００の垂直方向において、第２凹部４２における開口面と溝底面との間の略中央部分である。

【0036】

第２凹部４２の溝底面には、照射側に向かって突き出す凸部４５が設けられている。凸部４５は、照射側に向かって窄まる円錐台の形状である。凸部４５は、円錐台の外側面４５ａが、複数の面に分割された多面体状とされている。凸部４５の外径は、マイクロレンズ部４４が設置される第１凹部４１の溝底面の内径よりも大きい。このように、凸部４５を設けることで、図１１に示すように、第１凹部４１の溝底面（マイクロレンズ部４４）に入光した光は、凸部４５の外側面４５ａにて内向きに屈折され、レンズ４に再入射することなく、第２凹部４２から照射空間に出射されるため、効率良く（光の取り出し効率が良く）配光を絞ることができる。

【0037】

次に、実施の形態に係るレンズアレイ３のレンズ４を通過する光の光路を、図１１に基づいて説明する。本実施の形態に係る照明器具１００は、図１１に示すように、ＬＥＤパッケージ２１から出射された光のうち、第１凹部４１の溝側面４１ａからレンズ４の内部に入光した光は、多面体状のレンズ外側面４０により、光軸方向Ｐに向かって全反射され、第２凹部４２の湾曲面部４２ａを通過して照射空間に照射される。このように、第１凹部４１の溝側面４１ａからレンズ４の内部に入光した光をレンズ外側面４０で全反射させることで、小径かつ効率よく配光を絞ることができる。

【0038】

また、本実施の形態に係る照明器具１００では、図１１に示すように、ＬＥＤパッケージ２１から出射された光のうち、第１凹部４１の溝底面（マイクロレンズ部４４）を通過した光は、第２凹部４２の溝底面から凸部４５を通過して照射空間に出射される。凸部４５を通過する光のうち、凸部４５の外側面４５ａを通過する光は、光軸方向Ｐに向かって屈折し、レンズ４に再入射することなく、第２凹部４２から照射空間に出射される。つまり、照明器具１００では、凸部４５に多面体状の外側面４５ａを設けることで、配光を絞ることができ、かつ、レンズ４への再入射が無くなることで、光学効率が向上する。一方、凸部４５を通過する光のうち、凸部４５の先端面を通過する光は、屈折することなく、照射空間に出射される。

【0039】

また、図１２では、本実施の形態におけるレンズ４を使用した場合の配光と、当該レンズ４を使用せずにＬＥＤモジュール２のみとした場合の配光とを比較して示している。図１２に示すように、本実施の形態におけるレンズ４を使用した場合には、ビーム角が絞られ、中心光度が上昇しているので、例えば高天井用の照明器具などで効率よく直下照度を得ることができる。

【0040】

ところで、一般的な白色ＬＥＤパッケージは、ＬＥＤ素子の青色発光と、これを励起光として蛍光体が発する黄色主体の光との混光で白色光を得ているが、青色光が蛍光体層を通過する距離の違いにより、方向によって青又は黄に偏った光色となる傾向がある。この白色ＬＥＤの光の制御をレンズなどで行った場合、方向による光源の色の偏りがより強調されて、照射面の色ムラとして現れることがある。

【0041】

この対策として、従来は、レンズの入射面又は出射面を、粗面化して拡散性を与えることが行われてきた。しかし、レンズの入射面又は出射面を大きく荒らすほどムラが軽減されるが、配光形状及び光学効率が悪化する傾向がある。そこで、本実施の形態に係る照明器具１００では、複数の面に分割されて多面体状のレンズ外側面４０及びマイクロレンズ部４４を有する構成とし、配光形状と光学効率の悪化を抑えながら、適度に光を混合して色ムラを抑制する工夫を行っている。図１３は、その効果を示す照射面イメージ（シミュレーション結果）である。図１３（ａ）は、従来の照明器具から照射された光を示した説明図である。図１３（ｂ）は、本実施の形態に係る照明器具１００から照射された光を示した説明図である。本実施の形態に係る照明器具１００では、図１３（ｂ）に示すように、色ムラ抑制と同時に、混合手段が無い場合に見られたＬＥＤチップイメージの投影が緩和され、自然な円形の照射イメージとなっていることがわかる。

【0042】

ただし、多面体状のレンズ外側面４０及びマイクロレンズ部４４を粗くするほど光の混合具合が大きくなるが、照明器具１００から近い位置の壁に光を照射した場合、図１４（ａ）に示すように、多面体状のレンズ外側面４０及びマイクロレンズ部４４の形状の粗がムラとなって壁に現れることがある。上記したように、レンズの入射面又は出射面を薄く粗面化することで、このムラを改善することもできるが、光学効率と配光を大きく悪化させてしまう。

【0043】

そこで、本実施の形態に係るレンズアレイ３では、すべてのレンズ４が、光軸方向Ｐを回転軸として周方向の向きが異なるように配置することとしている。例えば、図１５に示すように、レンズ外側面４０に形成された多面体が、光軸方向Ｐを中心として周方向に８つに分割された構成である場合、分割された一つの面の傾斜度が４５度であるので、各レンズ４を４５度よりも小さい回転角で回転させる。例えば、９個のレンズ４が配置された場合、それぞれ回転角を、０度、５度、１０度、・・・・４０度と、５度ずつ異なるようにする。この場合、回転角４５度は、回転角０度と同じである。

【0044】

図１４（ｂ）に示すように、光軸方向Ｐを回転軸として周方向の向きが異なるようにレンズ４を配置したレンズアレイ３では、ムラがなくなっていることが分かる。これは、レンズ４の向きを異なる向きとすることで、回転方向に光を混ぜ合わせることができるからである。つまり、本実施の形態に係る照明器具１００では、回転方向に光を混ぜ合わせることができるので、多面体状のレンズ外側面４０及びマイクロレンズ部４４の形状の粗が原因で生じる光のムラを抑制でき、効率よく、色ムラ及び照度ムラの少ない配光制御を行うことができる。

【0045】

なお、本実施の形態に係るレンズアレイ３では、複数のレンズ４のうち一部のレンズ４について、光軸方向Ｐを回転軸として周方向の向きが異なるように配置してもよい。この場合であっても、光の拡散性（指向性を持った適度な拡散）を得ることができるので、多面体状のレンズ外側面４０及びマイクロレンズ部４４の形状の粗が原因で生じる光のムラを抑制できる。

【0046】

また、本実施の形態に係るレンズアレイ３では、図１５（ｂ）に示すように、光軸方向Ｐを回転軸として周方向の向きが異なるように配置された９個のレンズ４を１ブロックとし、該１ブロックを複数並べて配置した構成でもよい。なお、１ブロックのレンズ４の個数は、図示した９個に限定されず、その他の個数でもよい。この場合であっても、光の拡散性（指向性を持った適度な拡散）を得ることができるので、多面体状のレンズ外側面４０及びマイクロレンズ部４４の形状の粗が原因で生じる光のムラを抑制でき、照明光の色ムラ及び照度ムラの少ない配光制御を行うことができる。

【0047】

また、図１６は、実施の形態に係るレンズ４の異なる配置例を、従来のレンズの配置例と比較して示した説明図である。図１６（ａ）は、従来のレンズの配置例である。図１６（ｂ）は、実施の形態に係るレンズ４の異なる配置例である。図１６（ｂ）に示したレンズアレイ３は、複数のレンズ４のうち、光軸方向Ｐを回転軸として周方向の向きが異なるように配置されたレンズ４を回転対称に配置した構成である。この場合であっても、光の拡散性を得ることができるので、多面体状のレンズ外側面４０及びマイクロレンズ部４４の形状の粗が原因で生じる光のムラを抑制でき、照明光の色ムラ及び照度ムラの少ない配光制御を行うことができる。

【0048】

図１７及び図１８は、実施の形態に係るレンズアレイ３のレンズ４の変形例を示した説明図である。（ａ）はレンズ４を入射側から見た斜視図、（ｂ）はレンズ４を照射側から見た斜視図、（ｃ）はレンズ４の縦断面図である。図１７及び図１８に示すように、マイクロレンズ部４４と凸部４５は、位置を入れ替えてもよい。図１７に示したレンズ４は、図６～図１０においてマイクロレンズ部４４を設けた部分に凸部４５を形成し、図６～図１０において凸部４５を設けた部分にマイクロレンズ部４４を設けた構成である。また、図１８に示したレンズ４は、レンズ４の出射面にマイクロレンズ部４４を設けた構成である。具体的には、第２凹部４２の開口面を平面で塞ぎ、出射面となる当該平面に、マイクロレンズ部４４を設けた構成である。

【0049】

以上、実施の形態に基づいてレンズアレイ３及び該レンズアレイ３を備えた照明器具１００を説明したが、レンズアレイ３及び該レンズアレイ３を備えた照明器具１００は上述した実施の形態の構成に限定されるものではない。上記したレンズアレイ３及び該レンズアレイ３を備えた照明器具１００の構成は、一例であって、他の構成要素を含んでもよい。要するに、レンズアレイ３及び該レンズアレイ３を備えた照明器具１００は、その技術的思想を逸脱しない範囲において、当業者が通常に行う設計変更及び応用のバリエーションの範囲を含むものである。

【符号の説明】

【0050】

１ ヒートシンク、２ ＬＥＤモジュール、３ レンズアレイ、４ レンズ、５ 熱伝導シート、６ 保護カバー、７ 固定部材、１０ ベース部、１０ａ ネジ孔、１１ 放熱フィン、２０ 基板、２０ａ 貫通孔、２１ ＬＥＤパッケージ、３０ 枠部、３１ ボス部、３２ 固定部、３２ａ 第１孔部、３２ｂ 第２孔部、３２ｃ 段差部、４０ レンズ外側面、４１ 第１凹部、４１ａ 溝側面、４２ 第２凹部、４２ａ 湾曲面部、４２ｂ 傾斜面部、４３ レンズ中央部、４４ マイクロレンズ部、４５ 凸部、４５ａ 外側面、６０ フランジ部、７０ ネジ頭部、７１ 第１軸部、７２ 第２軸部、１００ 照明器具、Ｐ 光軸方向。

【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】