(57)【要約】  集光角度を狭くしても集光効率が低下することなく、また、面光源（１２）から放出された光が面光源（１２）自身によって遮られることにより集光効率が低下することのない発光装置を提供する。  反射鏡（１４）の反射面（１９）を構成する回転放物面は、光軸（Ｌ）を含む平面を想定したとき、光軸（Ｌ）に対して１／２ビーム角を成す光源取付開口（２３）の周縁上に設定された第１の点（Ａ）を通過する直線を横軸とし、横軸に直交する直線を縦軸とし、第１の点（Ａ）を焦点とし、第１の点に正対する、光源取付開口（２３）の周縁上に設定された第２の点（Ｂ）を通過する放物線によって規定されている。
2009028090.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光面を有する面光源と、
内側に反射面を有し、前記発光面から放射された光を所定のビーム角に集光する椀状の反射鏡とを備えており、
前記面光源は、前記発光面を前記反射鏡の開口に向けて前記反射鏡の底部に取り付けられており、
前記反射鏡の前記反射面は、前記面光源の光軸を回転軸とする回転放物面で構成されている照明用の発光装置。
【請求項２】
前記反射鏡の前記底部には、前記面光源を取り付けるための光源取付開口が設けられており、
前記反射鏡の前記反射面を構成する前記回転放物面は、前記光軸を含む平面を想定したとき、前記光軸に対して１／２ビーム角を成す前記光源取付開口の周縁上に設定された第１の点を通過する直線を横軸とし、前記横軸に直交する直線を縦軸とし、前記第１の点を焦点とし、前記第１の点に正対する、前記光源取付開口の周縁上に設定された第２の点を通過する放物線によって規定されていることを特徴とする、請求の範囲第１項に記載の照明用の発光装置。
【請求項３】
発光面を有する面光源と、
内側に反射面を有し、前記発光面から放射された光を所定のビーム角に集光する椀状の反射鏡を備えており、
前記面光源は、前記発光面を前記反射鏡の開口に向けて前記反射鏡の底部に取り付けられており、
前記反射鏡の前記反射面は、前記面光源の光軸を回転軸とする回転面で構成されており、
前記反射鏡の前記底部には、前記面光源を取り付けるための光源取付開口が設けられており、
前記反射鏡の前記反射面を構成する前記回転面は、前記光軸を含む平面を想定したとき、前記光軸に対して１／２ビーム角を成す前記光源取付開口の周縁上に設定された第１の点を通過する直線を横軸とし、前記横軸に直交する直線を縦軸とし、前記第１の点を焦点とし、前記第１の点に正対する、前記光源取付開口の周縁上に設定された第２の点を通過する放物線上に配置された複数の点を直線で結ぶことにより形成された折れ線によって規定されている照明用の発光装置。
【請求項４】
前記光源取付開口の面積に占める、前記面光源の前記発光面の面積の割合が３０％以上であることを特徴とする、請求の範囲第２項または第３項に記載の照明用の発光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、照明用の発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
照明用の発光装置の光源には、省電力かつ点光源に比べて一様な光を放射することのできる面発光型発光ダイオード（以下、単に「ＬＥＤ」という。）が広く用いられている。また、照明用の発光装置には、照射対象物を効率よく照射するため、図１１に示すグラフにおけるＰ１のようなビーム角が３０°の光度分布、あるいはＰ２のようなビーム角が１０°の光度分布が要求される。【０００３】
ここで、「ビーム角」とは、発光装置から放射される光の軸（光軸）上に設定された任意の点における光度を１としたときにおいて、光源からの距離が当該点と同じで、かつ、その光度が当該点における光度の１／２である２つの点と発光装置とを結んだ２本の直線が構成する角度をいう。したがって、ビーム角が大きくなるほど、発光装置に求められる集光の度合いは小さくなり、逆にビーム角が小さくなるほど、発光装置に求められる集光の度合いは大きくなる。【０００４】
ところが、ＬＥＤの光度分布は、図１１に示すグラフにおけるＰ３のようなランバーチアン型であり、そのビーム角は約１２０°である。このため、ＬＥＤをそのまま照明に用いても照射対象物を効率よく照射することができなかった。【０００５】
そこで、ＬＥＤから放射される光を集光することにより、照射対象物を効率よく照射することのできる照明用の発光装置が開発されている（特許文献１および特許文献２）。特許文献１の発光装置１は、図１２に示すように、ＬＥＤ２と凸レンズ３とを備えている。この発光装置１によれば、ＬＥＤ２から放射された光は、凸レンズ３に入光した後、凸レンズ３内で屈折することによって集光される。なお、この発光装置１では、ＬＥＤ２と凸レンズ３との間隔を短くすると凸レンズ３における光の屈折角度が小さくなり、その結果、ビーム角は大きくなる。逆に、ＬＥＤ２と凸レンズ３との間隔を長くすると凸レンズ３における光の屈折角度が大きくなり、ビーム角は小さくなる。【０００６】
また、特許文献２の発光装置４は、図１３に示すように、回転放物面を有する反射鏡５と、反射鏡５を構成する回転放物面の焦点に配設され、反射鏡５に向けて光を放射するＬＥＤ６とを備えている（特許文献２）。この発光装置４によれば、ＬＥＤ６から放射された光は、反射鏡５の回転放物面で反射され、所望の方向に集光される。
【特許文献１】特開２００１−３６１４８号公報
【特許文献２】特開平６−２６０６８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、特許文献１の発光装置１では、ＬＥＤ２から放射される光のうち、凸レンズ３を直接照らす光だけが凸レンズ３で屈折して集光される。このため、凸レンズ３を直接照らす光量を多くしようとすると、ＬＥＤ２と凸レンズ３との間の距離を短くする必要がある。しかし、ＬＥＤ２と凸レンズ３との間の距離を短くすると、発光装置１の集光角度（つまり、ビーム角）が大きくなってしまう。逆に、ＬＥＤ２と凸レンズ３との間の距離を長くすると、発光装置１の集光角度（ビーム角）は小さくなるものの、凸レンズ３を直接照らす光量が少なくなり（つまり、光の漏れだし量が多くなり）、集光効率（ＬＥＤ２から放射される光量に対する、光源装置１の照射範囲内に放射される光量の割合）が低下するという問題があった。例えば、１ｍｍ×１ｍｍの正方形のＬＥＤと直径が５ｍｍである半球状の凸レンズとを組み合わせた場合において、ビーム角を３０°に設定するとＬＥＤからの全発光量に対して６０％まで集光効率が低下し、さらにビーム角を１０°にすると２０％まで集光効率が低下する。【０００８】
また、特許文献２の発光装置４では、ＬＥＤ６から放射され、反射鏡５で反射された光の一部がＬＥＤ６自身によって遮られることにより、特許文献１の発光装置１と同様に、集光効率が低下するという問題があった。特に、大型のＬＥＤ６や大型の放熱板を有するＬＥＤ６を使用する場合、ＬＥＤ６に遮られる光量が多くなることから、この問題が顕著であった。【０００９】
本発明は、このような従来技術の問題に鑑みて開発されたものである。それゆえに本発明の主たる課題は、集光角度を狭く（つまり、ビーム角を小さく）しても集光効率が低下することがなく、また、ＬＥＤから放射された光がＬＥＤ自身によって遮られることにより集光効率が低下することのない照明用の発光装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
請求の範囲第１項に記載した発明は、「発光面１６を有する面光源１２と、内側に反射面１９を有し、発光面１６から放射された光を所定のビーム角に集光する椀状の反射鏡１４とを備えており、面光源１２は、発光面１６を反射鏡１４の開口に向けて反射鏡１４の底部２２に取り付けられており、反射鏡１４の反射面１９は、面光源１２の光軸Ｌを回転軸とする回転放物面で構成されている」照明用の発光装置１０である。【００１１】
本発明に係る照明用の発光装置１０によれば、面光源１２は、その発光面１６を反射鏡１４の開口２０に向けて反射鏡１４の底部２２に取り付けられている。また、反射鏡１４の反射面１９は、光軸Ｌを回転軸とする回転放物面で構成されている。このため、発光面１６から放射された光は漏れ出すことなく、全て反射鏡１４によって所定のビーム角に集光される。また、面光源１２から放射された光が面光源１２によって遮られることもない。【００１２】
なお、本明細書において「面光源」とは、単一の面発光型発光ダイオード、複数の面発光型発光ダイオードの集合体、複数の点発光型ダイオードの集合体あるいは有機ＥＬなどの面状に発光する発光体をいう。【００１３】
請求の範囲第２項に記載した発明は、請求の範囲第１項に記載の照明用の発光装置１０に関し、「反射鏡１４の底部２２には、面光源１２を取り付けるための光源取付開口２３が設けられており、反射鏡１４の反射面１９を構成する回転放物面は、光軸Ｌを含む平面Ｍを想定したとき、光軸Ｌに対して１／２ビーム角を成す源取付開口２３の周縁上に設定された第１の点Ａを通過する直線を横軸Ｘとし、横軸Ｘに直交する直線を縦軸Ｙとし、第１の点Ａを焦点とし、第１の点Ａに正対する、光源取付開口２３の周縁上に設定された第２の点Ｂを通過する放物線Ｐによって規定されている」ことを特徴とする。【００１４】
本発明に係る発光装置１０によれば、面光源１２から放射された後、反射鏡１４の反射面１９で反射された光と光軸Ｌとがなす角度が１／２ビーム角よりも小さくなる。すなわち、面光源１２から放射された光のうち、面光源１２の光軸Ｌから１／２ビーム角以内に放射された光は、直接反射鏡１４の開口２０から放射され、面光源１２の光軸Ｌから１／２ビーム角よりも広い角度で放射された光は、反射鏡１４の反射面１９で反射して光軸Ｌから１／２ビーム角以内に集光される。したがって、本発明に係る発光装置１０によれば、従来技術に比べて集光効率を大幅に高めることができる。【００１５】
なお、「１／２ビーム角」とは、ビーム角の半分の角度を意味する。また、「ビーム角」とは、上述したように、発光装置から放射される光の軸（光軸）上に設定された任意の点における光度を１としたときにおいて、発光装置からの距離が当該点と同じで、かつ、その光度が当該点における光度の１／２である２つの点と発光装置とを結んだ２本の直線が構成する角度をいう。【００１６】
請求の範囲第３項に記載した発明は、「発光面１６を有する面光源１２と、内側に反射面１９を有し、発光面１６から放射された光を所定のビーム角に集光する椀状の反射鏡１４を備えており、面光源１２は、発光面１６を反射鏡１４の開口２０に向けて反射鏡１４の底部２２に取り付けられており、反射鏡１４の反射面１９は、面光源１２の光軸Ｌを回転軸とする回転面で構成されており、反射鏡１４の底部２２には、面光源１２を取り付けるための光源取付開口２３が設けられており、反射鏡１４の反射面１９を構成する回転面は、光軸Ｌを含む平面Ｍを想定したとき、光軸Ｌに対して１／２ビーム角を成す光源取付開口２３の周縁上に設定された第１の点Ａを通過する直線を横軸Ｘとし、横軸Ｘに直交する直線を縦軸Ｙとし、第１の点Ａを焦点とし、第１の点Ａに正対する、光源取付開口２３の周縁上に設定された第２の点Ｂを通過する放物線Ｐ上に配置された複数の点を直線で結ぶことにより形成された折れ線Ｑによって規定されている」照明用の発光装置である。【００１７】
この発明によれば、反射鏡１４の反射面１９を構成する回転面は折れ線Ｑによって規定されているので、照明用の発光装置１０から放射された光を光軸Ｌから１／２ビーム角以内に集光するだけでなく、より一様な照度分布を実現することができる。【００１８】
請求の範囲第４項に記載した発明は、請求の範囲第２項または請求の範囲第３項に記載の発光用の発光装置１０に関し、「光源取付開口２３の面積に占める、面光源１２の発光面１６の面積の割合が３０％以上である」ことを特徴とする。【００１９】
反射鏡１４の光源取付開口２３の面積に占める、面光源１２の発光面１６の面積の割合が３０％以上であれば、照明に用いられる発光装置１０に求められる滑らかな光度分布および照度分布を得ることができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、発光面から放射された光は漏れ出すことなく、全て反射鏡によって所定のビーム角に集光されるので、凸レンズを用いて集光する場合のように、ビーム角を小さくしても集光効率が低下しない。また、面光源から放射された後、反射鏡で反射された光が面光源に遮られることがないので、集光効率が低下しない。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】第１の実施例に係る発光装置を示す分解斜視図である。
【図２】第１の実施例に係る発光装置の断面図である。
【図３】第１の実施例に係る発光装置における、光源から放射された光の追跡結果を示す図である。
【図４】第１の実施例に係る発光装置による、光度分布および照度分布を示すグラフである。
【図５】第２の実施例に係る発光装置を示す分解斜視図である。
【図６】第２の実施例に係る発光装置による光度分布および照度分布を示すグラフである。
【図７】第２の実施例に係る発光装置の断面図である。
【図８】実施例に係る発光装置による照度分布の一例を示すグラフである。
【図９】実施例に係る発光装置による照度分布の一例を示すグラフである。
【図１０】赤色、緑色、青色のＬＥＤを組み合わせて構成された白色の光源を示す図である。
【図１１】ＬＥＤおよび照明用の発光装置の光度分布を示す図である。
【図１２】従来の発光装置を示す図である。
【図１３】従来の発光装置を示す図である。
【符号の説明】
【００２２】
１０…発光装置
１２…面光源
１４…反射鏡
１６…発光面
１８…保持部
１９…反射面
２０…開口（光放出開口）
２２…底部
２３…光源取付開口
Ｌ  …光軸
Ｐ  …放物線
Ｑ  …折れ線
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
（第１の実施例）
第１の実施例に係る照明用の発光装置１０は、図１に示すように、面光源１２と、反射鏡１４とで構成されている。【００２４】
面光源１２は、発光装置１０から放射する光を発生する発光面１６と、発光面１６を保持する保持部１８とで構成されている。【００２５】
発光面１６は、多数の面発光型発光ダイオード（以下、単に「ＬＥＤ」という。）で構成された、面状に発光する発光体である。また、発光面１６を構成するＬＥＤには、ＬＥＤに電力を供給するための配線（図示せず）が接続されている。【００２６】
保持部１８は、発光面１６の背面側（つまり、光を放射する面と反対の面）から各ＬＥＤを保持する円盤状の板材であり、熱伝導率の高い材料で形成されている。つまり、保持部１８は、発光面１６を構成するＬＥＤを保持するだけでなく、ＬＥＤが発光したときに生じる熱を放散する放熱板としての役割を備えている。【００２７】
反射鏡１４は、面光源１２から放射された光をその内側の反射面１９で反射させて集光する椀状体であり、面光源１２から放射された光を外部に放出するための開口２０（以下、この開口２０を「光放出開口２０」という。）と、面光源１２が取り付けられる底部２２とを有している。また、反射鏡１４の反射面１９は、面光源１２の光軸Ｌを回転軸とする回転放物面で構成されている。なお、この回転放物面については後述する。【００２８】
また、反射鏡１４の底部２２には、面光源１２を取り付けるための光源取付開口２３が設けられている。光源取付開口２３は、面光源１２の外周形状と同一形状に形成されており、面光源１２の発光面１６が光放出開口２０に向かうようにして面光源１２を光源取付開口２３に取り付けたとき、面光源１２の外縁が隙間なく光源取付開口２３の周縁に当接するようになっている。【００２９】
反射鏡１４の反射面１９を構成する回転放物面について詳述すると、反射鏡１４の反射面１９を構成する回転放物面は、光軸Ｌを含む平面Ｍで発光装置１０を切断したときの断面図（図２）に示すように、放物線Ｐによって規定されている。【００３０】
この放物線Ｐは、光軸Ｌを含む平面Ｍを想定したときにおいて、予め設定された発光装置１０のビーム角の半分の角度（つまり、１／２ビーム角）をθｉとしたとき、光軸Ｌに対してθｉの角度を成し、光源取付開口２３の周縁上に設定された第１の点Ａを通過する直線を横軸Ｘとし、横軸Ｘに直交する直線を縦軸Ｙとし、第１の点Ａを焦点とし、第１の点Ａに正対する、光源取付開口２３の周縁上に設定された第２の点Ｂを通過する放物線である。【００３１】
また、第１の点Ａと光放出開口２０の一方端の点Ｃとを結ぶ直線Ｓａを描き、また、第２の点Ｂと光放出開口２０の他方端の点Ｄとを結ぶ直線Ｓｂを描いたとき、この２本の直線ＳａおよびＳｂが成す角度θ（すなわち、反射鏡１４の「開き角」）は、予め設定された発光装置１０の照射範囲に対応する角度と一致するように設定されている。【００３２】
反射鏡１４の反射面１９を構成する回転放物面の設計は、以下に示すステップで行われる（図２参照）。【００３３】
ステップ１．
光源取付開口２３の直径ｄ１を面光源１２の直径と同一に設定する。また、反射鏡１４の全長Ｌ１を設定する。【００３４】
ステップ２．
光源取付開口２３の周縁上に設定された第１の点Ａを通り、かつ、光軸Ｌから１／２ビーム角（＝θｉ）傾いた直線を横軸Ｘに設定し、この横軸Ｘに直交する直線を縦軸Ｙに設定する。そして、第１の点Ａを焦点とし、かつ、第１の点Ａに正対する、光源取付開口２３の周縁上に設定された第２の点Ｂを通る放物線Ｐを描く。なお、この放物線Ｐの焦点距離ｆは、次式で計算することができる。
（数１）
ｆ＝ｄ１×（１＋ｓｉｎθｉ）【００３５】
ステップ３．
放物線Ｐを光軸Ｌの周りに回転させて反射鏡１４の回転放物面を形成する。【００３６】
ステップ４．
第１の点Ａを通り、光軸Ｌに対してθ／２傾いた直線が放物線Ｐと交差する点Ｃを設定し、光軸Ｌから点Ｃまでの距離の２倍を光放出開口２０の直径ｄ２と設定し、点Ｄの位置を決める。【００３７】
ステップ５．
以上のステップで生成した反射鏡１４について、光源取付開口２３に一定かつ一様な輝度で発光する直径ｄ１の面光源１２を配置したときの光度分布を計算し、これが所望の光度分布と一致すれば、そこで設計を完了する。【００３８】
このような発光装置１０において、光源取付開口２３に取り付けられた面光源１２の発光面１６を構成するＬＥＤに電力を供給すると、発光面１６から光が放射される。この発光面１６から放射された光のうち、面光源１２の光軸Ｌから１／２ビーム角以内に放射された光は、直接反射鏡１４の光放出開口２０から放射され、面光源１２の光軸Ｌから１／２ビーム角よりも広い角度で放射された光は、反射鏡１４の反射面１９で反射した後、光放出開口２０から放射される。【００３９】
本実施例に係る照明用の発光装置１０によれば、面光源１２は、発光面１６を反射鏡１４の光放出開口２０に向けて反射鏡１４の底部２２に設けられた光源取付開口２３に取り付けられている。また、反射鏡１４の反射面１９は、光軸Ｌを回転軸とする回転放物面によって構成されている。このため、発光面１６から放射された光は漏れ出すことなく、全て反射鏡１４によって所定のビーム角に集光される。また、面光源１２から放射された光が面光源１２によって遮られることもない。【００４０】
したがって、発光面１６から放射された光は漏れ出すことなく、全て反射鏡１４によって所定のビーム角に集光されるので、凸レンズを用いて集光する場合のように、ビーム角を小さくしても集光効率が低下しない。また、面光源１２から放射され、反射鏡１４で反射された光が面光源１２に遮られることがないので、集光効率が低下しない。【００４１】
また、発光装置１０には面光源１２が用いられており、面光源１２は、点光源に比べて一様な光を放射することができることから、滑らかで一様な光度分布および照度分布の光を放射する発光装置１０を提供することができる。【００４２】
さらに、面光源１２から放射された後、反射鏡１４の反射面１９で反射された光と光軸Ｌとがなす角度が１／２ビーム角よりも小さくなる。すなわち、面光源１２から放射された光のうち、面光源１２の光軸Ｌから１／２ビーム角以内に放射された光は、直接反射鏡１４の光放出開口２０から放射され、面光源１２の光軸Ｌから１／２ビーム角よりも広い角度で放射された光は、反射鏡１４の反射面１９で反射して光軸Ｌから１／２ビーム角以内に集光される。したがって、本実施例に係る発光装置１０によれば、従来技術に比べて集光効率を大幅に高めることができる。【００４３】
なお、「１／２ビーム角」とは、ビーム角の半分の角度を意味する。また、「ビーム角」とは、上述したように、発光装置から放射される光の軸（光軸）上に設定された任意の点における光度を１としたときにおいて、発光装置からの距離が当該点と同じで、かつ、その光度が当該点における光度の１／２である２つの点と発光装置とを結んだ２本の直線が構成する角度をいう。【００４４】
ところで、開き角とビーム角とが互いに等しい反射鏡１４、つまりθ＝２θｉである反射鏡１４をＣＰＣ(Compound Parabolic Concentrator)という。図３には、このＣＰＣにおける光源取付開口２３の中央部Ｅおよび端部Ｆから各方向に発した光の追跡結果を示す。図３によれば、面光源１２から放射された全ての光は、反射鏡１４の開き角θの内側に集光されていることがわかる。【００４５】
また、光源取付開口２３の全面に一定かつ一様の輝度分布の面光源１２を配したＣＰＣにおける、光度分布および発光装置１０から十分に離れた位置での光度分布および照度分布を図４に示す。放射された光の大部分は、図４の光度分布に示す通り、反射鏡１４の開き角、すなわち所望の照射角の内側に放出されている。【００４６】
また、反射鏡１４を用いた集光系の場合、内面における光吸収による集光効率の減少が避けられないが、本実施例に係る発光装置１０では、反射鏡１４の内面の反射率が９０％でも、集光効率（面光源１２から放射される光量に対する、発光装置１０の照射範囲内に放射される光量の割合）が８５％という、凸レンズ集光系の従来例よりも大幅に高い集光効率を示している。【００４７】
なお、本実施例の発光装置１０のような集光系の面光源１２にあっては、各ＬＥＤの間に多少の間隔があっても、一様に光っている面光源と見なすことができる。【００４８】
（第２の実施例）
次に、本発明に係る第２の実施例について、図５に基づいて説明する。第２の実施例は、上述した第１の実施例と比較して、反射鏡１４の反射面１９が折れ線Ｑによって規定される回転面で構成されている点で異なっている。そこで、以下ではこの反射鏡１４に関係する事項についてのみ説明し、第２の実施例に係る他の部分についての構成および作用効果については、第１の実施例における記載を援用することとする。【００４９】
図４に示すような、照射面境界が際だっている照度分布（つまり、照度分布を示す曲線の立ち上がり部分の角度が垂直に近い照度分布）は、照明の用途分野では一般に歓迎されず、多くの場合、図６に示すような、照射面境界の照度が外側に向かってフェードアウトする照度分布（照度分布を示す曲線の立ち上がり部分の角度がなだらかな照度分布）、すなわち、光度分布でいえば、ビーム角が照射角よりも十分に小さい配光が求められる。【００５０】
そこで、ビーム角が照射角よりも十分に小さい配光の発光装置１０とするため、本実施例の発光装置１０における反射鏡１４の反射面１９は、折れ線Ｑによって規定される回転面で構成されている。この折れ線Ｑは、第１の実施例における反射鏡１４の反射面１９を構成する回転放物面を規定する放物線Ｐ上に配置された８つの点を直線で結ぶことにより形成されている。【００５１】
この反射鏡１４の反射面１９を構成する回転放物面の設計は、上述したステップ５まで設計を進めたにもかかわらず所望の光度分布が得られない場合において、ステップ５に続けて以下のとおり行われる。【００５２】
ステップ６．
図１の放物線Ｐを分割し（光軸Ｌからの距離が近づくほど、すなわち反射鏡１４の底部２２に近づくほど間隔を狭く、逆に光軸Ｌからの距離が遠ざかるほど、すなわち反射鏡１４の光放出開口２０に近づくほど間隔を広く設定し、８ないし１０分割程度）、図７のように、放物線Ｐ上に配置された８つの点を直線で結ぶことにより形成された折れ線Ｑによって規定された回転面で構成された反射面１９を有する反射鏡１４を製作する。【００５３】
ステップ７．
ステップ６で得られた反射鏡１４について光度分布を計算し、これが所望の光度分布と一致しないならば、放物線Ｐ上に配置された点の位置を移動させ、再度、光度分布を計算する。【００５４】
ステップ８．
ステップ７を繰り返し、所望の光度分布が達成されたならば、そこで設計を完了する。【００５５】
本実施例に係る発光装置１０の照度分布は、図６に示すように、照射面境界の照度が外側に向かってフェードアウトする照度分布であり、かつ、ビーム範囲内において一様な照度分布の光を照射することができる。また、反射鏡１４の反射面１９における反射率が９０％のとき、集光効率（面光源１２から放射される光量に対する、発光装置１０の照射範囲内に放射される光量の割合）は８７％であった。さらに、本実施例に係る発光装置１０では、従来の集光系の場合のような山型の照度分布ではなく、図６に示すように、ビーム角範囲内において一様な照度分布を実現することができる。【００５６】
このように、本実施例に係る発光装置１０によれば、反射鏡１４の反射面１９を構成する回転面は折れ線Ｑによって規定されているので、照明用の発光装置１０から放射された光を光軸Ｌから１／２ビーム角以内に集光するだけでなく、より一様な照度分布を実現することができる。
【実施例】
【００５７】
ビーム角が３０°で、かつ、開き角４０°までフェードアウトする広角光度分布を有する高効率の照明を目的として発光装置１０を作成した。【００５８】
この発光装置１０に用いた面光源１２は、直径４ｍｍの保持部１８の上に、赤色発光、緑色発光、青色発光それぞれ６０個のＬＥＤを敷き詰めて形成されている（図１０参照）。各ＬＥＤの基板は０．２５ｍｍ×０．２５ｍｍの正方形であり、また、面光源１２の表面積は１１．２５ｍｍ２である。また、各ＬＥＤの発光面積は０．２ｍｍ×０．２ｍｍの正方形であり、発光面１６の面積（つまりＬＥＤの表面積の総和）は、７．２ｍｍ２である。さらに、全ＬＥＤの合計消費電力は、７ないし１５Ｗに設定されている。また、ＬＥＤの発光効率は、８０ｌｍ（ルーメン）／Ｗなので、本実施例の光源の全光束は、５６０ｌｍ〜１２００ｌｍである。【００５９】
また、保持部１８は、熱伝導性の高いアルミニウムで形成されており、各ＬＥＤがこの保持部１８に密着して保持されているので、ＬＥＤは保持部１８によって冷却される。【００６０】
また、反射鏡１４は、アルミニウム板をプレス加工して製作されている。また、反射鏡１４の反射面１９を研磨加工することにより、約９０％の反射率が実現されている。【００６１】
発光装置１０の設計に際し、上述した反射鏡１４の反射面１９を構成する回転放物面の設計におけるステップ５の段階では、十分になだらかにフェードアウトする光度分布が得られなかったので、ステップ８まで設計を進めた。最終的に、折れ線Ｑを構成する点のうち、光源取付開口２３に近い５点の位置を反射鏡１４が膨らむ方向に０．１〜０．３ｍｍ移動させた。なお、ｄ１＝４ｍｍ、ｄ２＝１４．４５ｍｍ、Ｌ１＝２１．０６ｍｍである。【００６２】
この発光装置１０によれば、図６に示したのと同様の高度分布および照度分布が得られた。また、反射鏡１４の反射面１９の反射率が９０％である場合における集光効率は８７％であり、この集光効率は、従来のものに比して相当に高い。なお、ピーク光度は、電力入力が７〜１５Ｗであることから、２１５０ｃｄ〜４６００ｃｄと計算される。【００６３】
なお、照明用の発光装置１０においては、面光源１２が反射鏡１４の底部２２の全域において一定かつ一様の輝度分布を有することが望ましく、少なくとも面光源１２の一様発光面積を反射鏡１４における光源取付開口２３の面積の３０％以上とすることが好適である。【００６４】
このように、面光源１２の一様発光面積を反射鏡１４の光源取付開口２３の面積の３０％以上とすることで、照明用の発光装置１０に求められる程度の滑らかな光度分布および照度分布の条件を満たすことができるからである。【００６５】
なお、「一様発光面積」とは、面光源１２に配設された各ＬＥＤの表面積の総和と、ＬＥＤとＬＥＤとの間で露出している基板の表面積との和をいう。【００６６】
ここで、反射鏡１４の光源取付開口２３の面積に占める、面光源１２の一様発光面積の割合を２５％とし、さらに、光源取付開口２３の中央部で面光源１２の発光面１６を発光させたときの照度分布を図８に示す。また、反射鏡１４の光源取付開口２３の面積に占める、面光源１２の一様発光面積の割合を２５％とし、光源取付開口２３の周縁部において環状に面光源１２を発光させたときの照度分布を図９に示す。【００６７】
図８および図９に示した照度分布では、ともに約２０％の照度ムラが発生しているが、この２０％の照度ムラは、実用上、許容される限界と判断される。したがって、照明用の発光装置１０に用いる面光源１２としては、反射鏡１４の光源取付開口２３の面積の３０％以上の一様発光面積を有する面光源１２が好適といえる。【００６８】
また、面光源１２には、単一の面発光型発光ダイオード、複数の面発光型発光ダイオードの集合体、複数の点発光型ダイオードの集合体あるいは有機ＥＬなどの面状に発光する発光体を用いることができる。【００６９】
また、複数のＬＥＤで発光面１６を形成する場合は、ＬＥＤの形状を反射鏡１４の光源取付開口２３の形状に合わせて形成するのが望ましい。例えば、光源取付開口２３の形状が円形であれば、発光面１６の外周形状を円形に形成するのが望ましい。また、光源取付開口２３の周縁と発光面１６との間に隙間があってもよいので、光源取付開口２３の形状が円形である場合、発光面１６の外周形状を六角形などの円形近似としてもよい。【００７０】
さらに、赤色、緑色、青色のＬＥＤを組み合わせて白色の面光源１２とする場合、図１０に示すように、複数の赤色発光、緑色発光および青色発光のＬＥＤをそれぞれ保持部１８の全面に均等に分散配置する。このように、各色のＬＥＤを保持部１８の全面に均等に分散配置することにより、各色それぞれについて一定かつ一様の輝度分布が得られることから、均質な白色光を得ることができる。【００７１】
また、照明用の発光装置１０の場合、発光面１６を構成する複数のＬＥＤ同士の隙間は小さい方がよく、表示用、ディスプレー用の発光装置の場合、発光面１６を構成する複数のＬＥＤ同士の隙間は大きい方がよい。【００７２】
また、本実施例に係る照明用の発光装置１０は、一様な光度分布の光を放射することから、照明の用途以外に信号灯などの表示用途や屋外用大型ディスプレーなどの用途に適用することもできる。しかし、発光面１６をＬＥＤで構成する場合、ＬＥＤ自体の反射率が高いことから、面光源１２自身が外光を反射し易く、発光装置１０が放射する光のコントラストが低下する。このようなコントラストの低下を回避するためには、面光源１２における一様発光面積が反射鏡１４における光源取付開口２３の面積に占める割合を３０％ないし７０％にするとともに、複数のＬＥＤを互いに間隔をあけて配設し、さらにＬＥＤ同士の隙間において露出する保持部１８の表面を黒色にすることによって、面光源１２全体としての反射率を低下させることが有効である。【００７３】
なお、本実施例では、光源取付開口２３が面光源１２の外周形状と同一形状に形成されているが、面光源１２の大きさは光源取付開口２３より小さくてもよい。この場合、光源取付開口２３の周縁と面光源１２の外周との間の空間を覆う目隠し板を設けることが望ましい。【００７４】
また、ＬＥＤで発光面１６を構成する場合、ＬＥＤが発光する際の熱によりＬＥＤ自身の発光効率が低下するおそれがあることから、ＬＥＤの発光効率が極大となるようなＬＥＤの動作温度を保つ必要がある。そこで、ＬＥＤの背面に配設され、放熱板としての役割を有する保持部１８の表面積をできるだけ大きく形成することにより、保持部１８からの放熱を多くして、熱によるＬＥＤの発光効率の低下を回避することができる。本実施例に係る照明用の発光装置１０では、面光源１２自身の大きさが発光装置１０の集光効率に影響を与えないので、集光効率の低下を懸念することなく、保持部１８の表面積を必要な大きさに形成することができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図５】
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【図７】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図４】
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【図６】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【手続補正書】
【提出日】平成20年12月16日(2008.12.16)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光面を有する面光源と、
内側に反射面を有し、前記発光面から放射された光を所定のビーム角に集光する椀状の反射鏡を備えており、
前記面光源は、前記発光面を前記反射鏡の開口に向けて前記反射鏡の底部に取り付けられており、
前記反射鏡の前記反射面は、前記面光源の光軸を回転軸とする回転面で構成されており、
前記反射鏡の前記底部には、前記面光源を取り付けるための光源取付開口が設けられており、
前記反射鏡の前記反射面を構成する前記回転面は、前記光軸を含む平面を想定したとき、前記光軸に対して１／２ビーム角を成す前記光源取付開口の周縁上に設定された第１の点を通過する直線を横軸とし、前記横軸に直交する直線を縦軸とし、前記第１の点を焦点とし、前記第１の点に正対する、前記光源取付開口の周縁上に設定された第２の点を通過する放物線上に配置された複数の点を直線で結ぶことにより形成された折れ線によって規定されている照明用の発光装置。
【請求項２】
前記面光源は、複数の赤色発光、緑色発光および青色発光のＬＥＤを組み合わせることによって白色光を放射することを特徴とする請求の範囲第１項に記載の照明用の発光装置。
【請求項３】
前記光源取付開口の面積に占める、前記面光源の前記発光面の面積の割合が３０％以上であることを特徴とする請求の範囲第１項または第２項に記載の照明用の発光装置。
【請求項４】
（削除）
【国際調査報告】
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