IPC分类号：
F21V8/00 | F21K9/232 | F21K9/61 | F21Y115/10
国民经济行业分类号：
C4350 | C3874 | C4090 | C3879
当前申请(专利权)人：
株式会社東芝 | 東芝マテリアル株式会社
原始申请(专利权)人：
株式会社東芝 | 東芝マテリアル株式会社
当前申请(专利权)人地址：
東京都港区 | 神奈川県横浜市
工商成立日期：
1875-01-01|2003-10-01
发明人：
大野 博司 | 加藤 光章 | 林原 弘道 | 近藤 弘康 | 津田 亮二 | 大屋 恭正
代理人：
蔵田 昌俊 | 野河 信久 | 峰 隆司 | 河野 直樹 | 井上 正 | 金子 早苗
摘要：
To develop an optical element which can emit light of wide light distribution efficiently, and to develop a luminaire including the optical element.SOLUTION: A luminaire uses an optical element 50 formed by a material transparent with respect to visible light and having a shape rotationally symmetry with respect to a central axis, and inside the optical element, a hole 1 in which the transparent material does not exist is provided. An inner surface of the hole has a shape which includes a curved portion in which a boundary line L of the hole where a plane including the central axis C and the inner surface cross with each other swells outward of the optical element. Also, when an original point O is in the hole and the direction advancing clockwise along the boundary line with respect to the original point is defined as a normal direction, in the case where a first tangent vector V1 is given on a first point A on the boundary line and a second tangent vector V2 is given on a second point B adjacent to the first point in the normal direction, an angle formed by making the clockwise direction of the second tangent vector with respect to the first tangent vector positive is always equal to or greater than 0 degrees, and the inner surface of the hole does not include a surface recessed inside.SELECTED DRAWING: Figure 2
技术问题语段：
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかし、上述した光学素子を用いた場合、散乱部材で散乱された光線群のうち幾つかの光線は、再び導光ロッドを伝播し、LEDに戻ってしまう。LEDに戻った光線はほぼ吸収される。つまり、LEDに戻る光線の割合が高くなると、光線のロスが大きくなり、器具効率が低下する。
【0006】
よって、広配光な光を効率良く射出できる光学素子、およびこの光学素子を備えた照明装置の開発が望まれている。
权利要求：
【請求項1】
中心軸に対して回転対称となる形状を有し、可視光に対して透明な材料により形成された光学素子であって、
前記中心軸に沿った光源側の一端に設けた入射面と、
前記入射面から離間した前記中心軸に沿った他端側に設けられ、当該光学素子の内部で閉じた密閉空間を形成した空孔と、を有し、
前記空孔の内面は、前記中心軸を含む平面と当該内面とが交差する前記空孔の境界線の全てが当該光学素子の外方に向けて膨らむ曲線となる形状を有し、前記空孔内に原点をとり、当該原点に対して前記境界線に沿って時計回りに進む方向を正方向とし、前記境界線上の第1の点における第1の接線ベクトルをとり、前記第1の点に対して正方向に隣接する第2の点における第2の接線ベクトルをとった場合、この第2の接線ベクトルの前記第1の接線ベクトルに対する前記時計回りを正とする成す角が常に0度より大きい、
光学素子。
【請求項2】
前記空孔の内面は、光を散乱させる拡散面を含む、
請求項1の光学素子。
【請求項3】
前記空孔内に、光を散乱させる散乱部材を有する、
請求項1の光学素子。
【請求項4】
前記空孔の内面形状は、該空孔内に2つの定点を置いたとき、これら各定点から前記内面上の任意の点までの距離の和が等しくなる回転楕円面である、
請求項1の光学素子。
【請求項5】
前記空孔の内面形状は、前記2つの定点が重なる球面である、
請求項4の光学素子。
【請求項6】
中心軸に対して回転対称となる形状を有し、可視光に対して透明な材料により形成された光学素子であって、
前記中心軸に沿った光源側の一端に設けた入射面と、
前記入射面から離間した前記中心軸に沿った他端側に設けられ、当該光学素子の内部で閉じた密閉空間を形成した空孔と、を有し、
前記中心軸を含む平面と前記空孔の内面とが交差する前記空孔の境界線が楕円形又は円形である、
光学素子。
【請求項7】
請求項1乃至請求項6のうちいずれかの光学素子と、
発光面を有し、前記光学素子の前記入射面に当該発光面を対向させて配置した光源と、
を有する照明装置。
【請求項8】
請求項1乃至請求項6のうちいずれかの光学素子と、
発光面を有し、前記光学素子の前記入射面に当該発光面を対向させて配置した光源と、
前記光源および前記光学素子を覆うとともに光を透過するグローブと、
を有する照明装置。
技术领域：
【0001】
本発明の実施形態は、一般家庭、店舗、オフィスなどで使用する照明装置、およびこの照明装置に組み込まれた光学素子に関する。
背景技术：
【0002】
一般照明用のLED照明装置には、白熱電球のような形状および光り方に近づけること(レトロフィット)が望まれる場合がある。特に、クリア型白熱電球(クリアガラスのグローブを用いた白熱電球)のように、グローブ内部の点光源から広配光(1/2配光角が約270°)に光ることへの要望は多い。しかしながら、LEDをそのまま光源として用いると、配光角は狭くなり、1/2配光角は120°程度となる。そこで、広配光レンズなどの光学素子を用いて、配光角を広げる工夫がなされている。
【0003】
この種の光学素子として、例えば、導光ロッドの先端に散乱部材を備えたものが知られている。この光学素子を用いる場合、LEDは、散乱部材から離間して対向する導光ロッドの底面に対向して配置される。そして、LEDから発光される光線は、導光ロッド内を全反射によって伝搬されて散乱部材へ導かれる。散乱部材に到達した光線は、散乱部材によって散乱されて、光学素子の外部へと射出される。このようにして、広配光の光線群が作り出される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】
米国特許 US6350041
发明内容：
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかし、上述した光学素子を用いた場合、散乱部材で散乱された光線群のうち幾つかの光線は、再び導光ロッドを伝播し、LEDに戻ってしまう。LEDに戻った光線はほぼ吸収される。つまり、LEDに戻る光線の割合が高くなると、光線のロスが大きくなり、器具効率が低下する。
【0006】
よって、広配光な光を効率良く射出できる光学素子、およびこの光学素子を備えた照明装置の開発が望まれている。
【課題を解決するための手段】
【0007】
実施形態に係る光学素子は、中心軸に対して回転対称となる形状を有し、可視光に対して透明な材料により形成された光学素子であって、前記中心軸に沿った光源側の一端に設けた入射面と、前記入射面から離間した前記中心軸に沿った他端側に設けられ、当該光学素子の内部で閉じた密閉空間を形成した空孔と、を有し、前記空孔の内面は、前記中心軸を含む平面と当該内面とが交差する前記空孔の境界線の全てが当該光学素子の外方に向けて膨らむ曲線となる形状を有し、前記空孔内に原点をとり、当該原点に対して前記境界線に沿って時計回りに進む方向を正方向とし、前記境界線上の第1の点における第1の接線ベクトルをとり、前記第1の点に対して正方向に隣接する第2の点における第2の接線ベクトルをとった場合、この第2の接線ベクトルの前記第1の接線ベクトルに対する前記時計回りを正とする成す角が常に0度より大きい。
他の実施形態に係る光学素子は、中心軸に対して回転対称となる形状を有し、可視光に対して透明な材料により形成された光学素子であって、前記中心軸に沿った光源側の一端に設けた入射面と、前記入射面から離間した前記中心軸に沿った他端側に設けられ、当該光学素子の内部で閉じた密閉空間を形成した空孔と、を有し、前記中心軸を含む平面と前記空孔の内面とが交差する前記空孔の境界線が楕円形又は円形である。
具体实施方式：
【0009】
以下、図面を参照して実施形態について説明する。
【0010】
(第1の実施形態)
図1は、第1の実施形態に係る光学素子10を示す外観斜視図である。図2は、図1の光学素子10をその中心軸Cを含む平面で切断した断面を部分的に拡大した部分拡大断面図である。図3は、図1の光学素子10の配光分布のシミュレーションによる計算結果を示したレーダーチャート図である。図1では、光学素子10の他に、光学素子10の長手方向の一端(図示下端)に対向する複数の発光素子11も図示してある。各発光素子11は、例えば、図示しないLEDチップを樹脂で封止したものである。
【0011】
図1に示すように、光学素子10は、中心軸Cに対して回転対称となる形状の回転体である。光学素子10は、可視光に対して透明な材料(本実施形態ではアクリル)により形成されている。光学素子10の材料は、可視光に対して透明な材料であれば何でもよく、アクリルの他に、例えば、ポリカーボネートやガラスなどによって光学素子10を形成してもよい。
【0012】
また、光学素子10は、その内部に、上記透明な材料が存在しない空孔1を備えている。本実施形態では、この空孔1も、中心軸Cに対して回転対称となる形状を有する。また、本実施形態の空孔1は、光学素子10の長手方向の略全長にわたって設けられている。
【0013】
すなわち、光学素子10は、円筒形の導光部2と、半球状の散乱部3と、を一体につなげた構造を有する。導光部2の外径と散乱部3の外径は同じである。そして、導光部2の円筒内部と散乱部3の中空内部をなだらかにつなげて空孔1が形成されている。つまり、本実施形態の空孔1は、円柱の一端(図示上端)に同径の半球をつなげた形状の空間である。言い換えると、空孔1は、導光部2の全長を貫通して、散乱部3の内部まで延びている。
【0014】
空孔1の内面のうち、散乱部3の内面(半球面)は、光を散乱させる拡散面3aになっている。拡散面3a以外の空孔1の内面(すなわち円筒面)は、鏡面になっている。このように、光学素子10の先端近くに設けた散乱部3の内面を拡散面3aとすることにより、配光角の広い光を射出できる。
【0015】
散乱部3の内側にある拡散面3aは、例えば、空孔1の内面に白色塗装したものであってもよい。或いは、拡散面3aは、空孔1の内面を部分的にサンドブラスト処理した粗面であってもよい。また、拡散面3aを設ける代わりに、散乱部3の空孔1内に、光を散乱させる散乱部材(図示せず)を充填してもよい。
【0016】
なお、拡散面3aは、導光部2の円筒形の内面に僅かにさしかかる位置まで延びてもよい。散乱部材を充填する場合には、導光部2の内部に僅かにさしかかる位置まで散乱部材を充填してもよい。つまり、拡散面3aの大きさは任意に変更可能である。