(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学系の軸ｃに配置されたＬＥＤ光源を反射面で囲みかつ封止物質で封止された配光部を備えたＬＥＤモジュールにおいて、前記封止物質のレンズ面Ｌｐが光学系の軸ｃを中心とする平面からなり、前記反射面が光学系の軸ｃに対して対称に配置されたそれぞれ凹曲面からなる内側の反射面Ｒｌと外側の反射面Ｒｕを持ち、
レンズ面Ｌｐに沿った径方向の線分ｌｐは光学系の軸ｃと直交する直線上の線分であり、
内側の反射面Ｒｌに沿った径方向の放物線ｒｌはその焦点が前記光源上の点ｐ０に位置し、放物線ｒｌの一方の端点ｐ１の光学系の軸ｃからの距離は前記光源の設置に必要なスペースの半径以上で、放物線ｒｌの他方の端点ｐ２は、線分ｌｐを対称軸として前記光源上の点ｐ０と線対称の位置にある点をｐ０′、前記光源上の点ｐ０を起点とし光学系の軸ｃに対する臨界角θ′の角度で延びる直線と線分ｌｐとの交点をｐ５として、点ｐ０′と点ｐ５を結んで延長した直線上の点で線分ｌｐより前記光源側にあり、
外側の反射面Ｒｕに沿った径方向の放物線ｒｕはその焦点が点ｐ０′に位置し、放物線ｒｕの一方の端点ｐ３は、点ｐ０′と点ｐ５を結んで延長した直線より前記光源側で、かつ放物線ｒｌより外側に位置し、放物線ｒｕの他方の端点ｐ４は線分ｌｐと放物線ｒｕの交点であることを特徴とするＬＥＤモジュール。
【請求項２】
放物線ｒｌの端点ｐ１の光学系の軸ｃからの距離が、ＬＥＤ光源の設置に必要なスペースの半径に等しく、放物線ｒｕの一方の端点ｐ４の光学系の軸ｃからの距離は、光源上の点ｐ０と放物線ｒｌの端点ｐ２を結んで延長した直線と線分ｌｐの交点をｐ４′として、点ｐ４′の光学系の軸ｃからの距離以上とした請求項１記載のＬＥＤモジュール。
【請求項３】
光学系の軸ｃに配置されたＬＥＤ光源を反射面で囲みかつ封止物質で封止された配光部を備えたＬＥＤモジュールにおいて、前記封止物質のレンズ面が光学系の軸ｃを中心とする凸曲面からなる内側のレンズ面ＬＥと平面からなる外側のレンズ面Ｌｐを持ち、前記反射面が光学系の軸ｃに対して対称に配置されたそれぞれ凹曲面からなる内側の反射面Ｒｌと外側の反射面Ｒｕを持ち、
内側のレンズ面ＬＥに沿った径方向の曲線ｌＥはその端点ｐ５′が前記光源上の点ｐ０を起点とし光学系の軸ｃに対する臨界角θ′の角度で延びる直線より外側にあり、
外側のレンズ面Ｌｐに沿った径方向の線分ｌｐは点ｐ５′を通り光学系の軸ｃに直交する直線上の線分であり、
内側の反射面Ｒｌに沿った径方向の放物線ｒｌはその焦点が前記光源上の点ｐ０に位置し、放物線ｒｌの一方の端点ｐ１の光学系の軸ｃからの距離は曲線ｌＥの端点ｐ５′の光学系の軸ｃからの距離以上で、放物線ｒｌの他方の端点ｐ２は、線分ｌｐを対称軸として前記光源上の点ｐ０と線対称の位置にある点をｐ０′として、点ｐ０′と点ｐ５′を結んで延長した直線と放物線ｒｌの交点に位置し、
外側の反射面Ｒｕに沿った径方向の放物線ｒｕはその焦点が点ｐ０′に位置し、放物線ｒｕの一方の端点ｐ３は、点ｐ０′と点ｐ５′を結んで延長した直線より前記光源側で、かつ放物線ｒｌより外側に位置し、放物線ｒｕの他方の端点ｐ４は線分ｌｐと放物線ｒｕの交点であることを特徴とするＬＥＤモジュール。
【請求項４】
曲線ｌＥは楕円の一部で長径ａＥと短径ｂＥの比が、ｎ′をレンズの媒質の屈折率、ｎを空気の屈折率として、ｂＥ／ａＥ＝（ｎ′２−ｎ２）１/２／ｎ′を満たし、楕円の一方の焦点がＬＥＤ光源上の点ｐ０に位置し、楕円の中心は光学系の軸ｃ上で点ｐ０より照射方向側にあり、曲線ｌＥの端点ｐ５′は楕円とその短径ｂＥの交点である請求項３記載のＬＥＤモジュール。
【請求項５】
放物線ｒｌの一方の端点ｐ１の光学系の軸ｃからの距離は、曲線ｌＥの端点ｐ５′の光学系の軸ｃからの距離と等しく、放物線ｒｕの一方の端点ｐ４の光学系の軸ｃからの距離は、ＬＥＤ光源上の点ｐ０と放物線ｒｌの端点ｐ２を結んで延長した直線と線分ｌｐの交点をｐ４′として、ｐ４′の光学系の軸ｃからの距離以上である請求項４記載のＬＥＤモジュール。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、足元灯、表示灯、スポットライト、ウォールウォッシャ、建築化照明、スタンド、車内灯などの照明器具や、信号灯、視線誘導灯などに用いられるＬＥＤモジュールに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種のＬＥＤモジュールとして実開平４−９２６６０（従来例１）や特開平６１−１８８８０３（従来例２）に示すものがあった。図１８は従来例１のＬＥＤモジュールの断面図、図１９は従来例２のＬＥＤ光源の断面図である。図１８では、ＬＥＤチップ５０を反射枠５１で囲みかつ透明樹脂によるレンズ５２で封止されている。また図１９では、ディスクリートＬＥＤ５３にレンズ５４を取付けている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来例１では反射枠５１で制御された光は前面のレンズ５２で屈折して出射するため、光源（ＬＥＤチップ）５０の発する光線のうち多くの部分が正面以外の方向に拡散してしまうという問題があった。
【０００４】
従来例２では光源の発する光を効率良く平行光に制御できるが、レンズ形状が複雑で製作し難い。またレンズ５４の長さが大きくなり、ＬＥＤ光源のサイズが大きくなってしまうという問題があった。
【０００５】
したがって、この発明の目的は、上記課題を解決し、必要最小限の立体角に効率良く光を反射する挟角配光のＬＥＤモジュールを提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するためにこの発明の請求項１記載のＬＥＤモジュールは、光学系の軸ｃに配置されたＬＥＤ光源を反射面で囲みかつ封止物質で封止された配光部を備えたＬＥＤモジュールにおいて、封止物質のレンズ面Ｌｐが光学系の軸ｃを中心とする平面からなり、反射面が光学系の軸ｃに対して対称に配置されたそれぞれ凹曲面からなる内側の反射面Ｒｌと外側の反射面Ｒｕを持ち、レンズ面Ｌｐに沿った径方向の線分ｌｐは光学系の軸ｃと直交する直線上の線分であり、内側の反射面Ｒｌに沿った径方向の放物線ｒｌはその焦点が光源上の点ｐ０に位置し、放物線ｒｌの一方の端点ｐ１の光学系の軸ｃからの距離は光源の設置に必要なスペースの半径以上で、放物線ｒｌの他方の端点ｐ２は、線分ｌｐを対称軸として光源上の点ｐ０と線対称の位置にある点をｐ０′、光源上の点ｐ０を起点とし光学系の軸ｃに対する臨界角θ′の角度で延びる直線と線分ｌｐとの交点をｐ５として、点ｐ０′と点ｐ５を結んで延長した直線上の点で線分ｌｐより光源側にあり、外側の反射面Ｒｕに沿った径方向の放物線ｒｕはその焦点が点ｐ０′に位置し、放物線ｒｕの一方の端点ｐ３は、点ｐ０′と点ｐ５を結んで延長した直線より光源側で、かつ放物線ｒｌより外側に位置し、放物線ｒｕの他方の端点ｐ４は線分ｌｐと放物線ｒｕの交点である。
【０００７】
上記の構成により、光源を発した光は２通りの経路を経て光学系の軸ｃに平行な光に制御される。まず、光源から反射面Ｒｌ方向に進む光は、反射面Ｒｌが光源上に焦点を持つ曲面であるため、反射により平行光に制御される。反射面Ｒｌで反射した光は、レンズ面Ｌｐに対しほぼ垂直に入射し、平行光のまま出射する。また、光源から反射面Ｒｌと点ｐ５の間に進む光は、まずレンズ面Ｌｐで全反射する。反射面Ｒｕは、その焦点がレンズ面Ｌｐでの反射による光源の虚像上に位置するように構成されているので、レンズ面Ｌｐで全反射された光は反射面Ｒｕにより平行光に制御される。反射面Ｒｕで反射した光は、レンズ面Ｌｐに対しほぼ垂直に入射するため、屈折による偏向はほとんどないまま平行光として出射する。これにより、点ｐ５の方向から反射面Ｒｌの端点ｐ１方向にいたるまでの範囲のほとんど光を、レンズなしで平行光に制御して出射させることが可能である。
【０００９】
請求項２記載のＬＥＤモジュールは、請求項１において、放物線ｒｌの端点ｐ１の光学系の軸ｃからの距離が、ＬＥＤ光源の設置に必要なスペースの半径に等しく、放物線ｒｕの一方の端点ｐ４の光学系の軸ｃからの距離は、光源上の点ｐ０と放物線ｒｌの端点ｐ２を結んで延長した直線と線分ｌｐの交点をｐ４′として、点ｐ４′の光学系の軸ｃからの距離以上とした。
【００１０】
これにより、光源から見た場合に反射面Ｒｕは反射面Ｒｌの影に隠れ、光源から直接反射面Ｒｕに入射する成分がなくなる。このため、光源から直接反射面Ｒｕに到達する光が存在する場合に、反射面Ｒｕはｐ０′方向から入射光のみ平行光に制御する機能を持つため、直接光源方向から入射した光は平行光に変換されないということがなくなる。
【００１１】
請求項３記載のＬＥＤモジュールは、光学系の軸ｃに配置されたＬＥＤ光源を反射面で囲みかつ封止物質で封止された配光部を備えたＬＥＤモジュールにおいて、前記封止物質のレンズ面が光学系の軸ｃを中心とする凸曲面からなる内側のレンズ面ＬＥと平面からなる外側のレンズ面Ｌｐを持ち、前記反射面が光学系の軸ｃに対して対称に配置されたそれぞれ凹曲面からなる内側の反射面Ｒｌと外側の反射面Ｒｕを持ち、内側のレンズ面ＬＥに沿った径方向の曲線ｌＥはその端点ｐ５′が前記光源上の点ｐ０を起点とし光学系の軸ｃに対する臨界角θ′の角度で延びる直線より外側にあり、外側のレンズ面Ｌｐに沿った径方向の線分ｌｐは点ｐ５′を通り光学系の軸ｃに直交する直線上の線分であり、内側の反射面Ｒｌに沿った径方向の放物線ｒｌはその焦点が前記光源上の点ｐ０に位置し、放物線ｒｌの一方の端点ｐ１の光学系の軸ｃからの距離は曲線ｌＥの端点ｐ５′の光学系の軸ｃからの距離以上で、放物線ｒｌの他方の端点ｐ２は、線分ｌｐを対称軸として前記光源上の点ｐ０と線対称の位置にある点をｐ０′として、点ｐ０′と点ｐ５′を結んで延長した直線と放物線ｒｌの交点に位置し、外側の反射面Ｒｕに沿った径方向の放物線ｒｕはその焦点が点ｐ０′に位置し、放物線ｒｕの一方の端点ｐ３は、点ｐ０′と点ｐ５′を結んで延長した直線より前記光源側で、かつ放物線ｒｌより外側に位置し、放物線ｒｕの他方の端点ｐ４は線分ｌｐと放物線ｒｕの交点である。
【００１２】
このように、光源から点ｐ５の範囲を覆うレンズ面ＬＥを加えたので、この光学系では、光源から反射面Ｒｌの端点ｐ１と点ｐ５′の間に照射される光については、請求項１と同様の仕組みで平行光に制御される。それに加えて、レンズ面ＬＥの方向に照射された光については、レンズ面ＬＥが凸レンズをなしているため、光学系の軸ｃに集光される方向に屈折される。このため、光源から点ｐ５と光学系の軸に照射された光を平行光に制御する要素を与えていない場合に、この範囲に照射された光が平行光にならないうえに、レンズ面Ｌｐにおいて拡散する方向に屈折してしまうということがなくなる。
【００１３】
請求項４記載のＬＥＤモジュールは、請求項３において、曲線ｌＥは楕円の一部で長径ａＥと短径ｂＥの比が、ｎ′をレンズの媒質の屈折率、ｎを空気の屈折率として、ｂＥ／ａＥ＝（ｎ′２−ｎ２）１/２／ｎ′を満たし、楕円の一方の焦点がＬＥＤ光源上の点ｐ０に位置し、楕円の中心は光学系の軸ｃ上で点ｐ０より照射方向側にあり、曲線ｌＥの端点ｐ５′は楕円とその短径ｂＥの交点である。
【００１４】
このようなレンズ面ＬＥの楕円レンズは焦点上から発した光を平行光に制御する性質があることが知られている。この光学系では、光源から反射面Ｒｌの端点ｐ１と点ｐ５′の間に照射される光については、請求項１と同様の仕組みで平行光に制御される。それに加えて、レンズ面ＬＥの方向に照射された光については、レンズ面ＬＥが上記のような性質を持つ楕円レンズであるため、平行光に制御される。このため、光学系の軸ｃから反射面Ｒｌの端点ｐ１方向にいたるまでの範囲の光をほとんど平行光に制御して出射させることが可能である。
【００１６】
請求項５記載のＬＥＤモジュールは、請求項４において、放物線ｒｌの一方の端点ｐ１の光学系の軸ｃからの距離は、曲線ｌＥの端点ｐ５′の光学系の軸ｃからの距離と等しく、放物線ｒｕの一方の端点ｐ４の光学系の軸ｃからの距離は、ＬＥＤ光源上の点ｐ０と放物線ｒｌの端点ｐ２を結んで延長した直線と線分ｌｐの交点をｐ４′として、ｐ４′の光学系の軸ｃからの距離以上である。
【００１７】
これにより、光源から見た場合に反射面Ｒｕは反射面Ｒｌの影に隠れ、光源から直接反射面Ｒｕに入射する成分がなくなる。このため、光源から直接反射面Ｒｕに到達する光が存在する場合に、反射面Ｒｕはｐ０′方向から入射光のみ平行光に制御する機能を持つため、直接光源方向から入射した光は平行光に変換されないということがなくなる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
この発明の第１の実施の形態のＬＥＤモジュールを図１ないし図３に基づいて説明する。図１はこの発明の第１の実施の形態のＬＥＤモジュールの幾何学的構成を示す断面図、図２（ａ）はこの発明の第１の実施の形態のＬＥＤモジュールを用いた信号灯の全体図、（ｂ）はランプ部の拡大図、（ｃ）は（ｂ）のＡ−Ａ′断面図、図３はこの発明の第１の実施の形態の作用説明図である。
【００１９】
図２（ａ）に示すように、この実施の形態では信号灯のランプ部１がＬＥＤモジュールで構成されている。ＬＥＤモジュールは、図２（ｂ）に示すように多数の配光部２を備え、その１つの構成を図２（ｃ）に示す。図２（ｃ）において、３はプリント基板、４はＬＥＤチップ、５は樹脂製反射枠、６はアルミニウム蒸着面、７はエポキシ樹脂である。ＬＥＤチップ４はＬＥＤ光源として用いられ、アルミニウム蒸着面６等で形成された反射面で囲まれ、エポキシ樹脂７等の封止物質で封止されている。
【００２０】
上記ＬＥＤモジュールの配光部２は、図１に示すように、封止物質のレンズ面Ｌｐが光学系の軸ｃを中心とする平面からなり、反射面が光学系の軸ｃに対して対称に配置されたそれぞれ凹曲面からなる内側の反射面Ｒｌと外側の反射面Ｒｕを持つ。この場合、封止物質は以下の条件を全て満たす線分ｌｐを、光学系の軸ｃを中心に回転させたレンズ面Ｌｐを持つ。ここで光学系の軸ｃとは、光源を通り光学系の照射方向へ延びる直線である。
【００２１】
（１）線分ｌｐは、光学系の軸ｃと直交する直線上の線分である。
【００２２】
（２）線分ｌｐの端点ｐ４は、線分ｌｐと放物線ｒｕの交点である。
【００２３】
（３）線分ｌｐの端点ｐ６は、線分ｌｐと光学系の軸ｃの交点である。
【００２４】
反射面は以下の条件を全て満たす放物線ｒｌを、光学系の軸ｃを中心に回転させた反射面Ｒｌを持つ。なおここでは、放物線ｒｌ，ｒｕとは、放物線の両端点を結んだ直線と放物線の間を通り、放物線の曲折と逆方向の曲折を持たない直線あるいは曲線とする放物線の近似線を含むものとする。
【００２５】
（１）放物線ｒｌの焦点が光源上の点ｐ０に位置する。
【００２６】
（２）放物線ｒｌの一方の端点ｐ１の光学系の軸ｃからの距離は、光源の設置に必要な半径と等しいかより長い。
【００２７】
（３）放物線ｒｌの一方の端点ｐ２は、点ｐ０′とｐ５を結んで延長した直線上の点で、線分ｌｐより光源側にある。ここでｐ０′とｐ５は以下の条件を満たす点である。点ｐ０′は線分ｌｐを対称軸として、光源上のｐ０と線対称の位置にある点であり、平面Ｌｐによる光源の虚像上の点である。点ｐ５は、光源上の点ｐ０を起点とし、光学系の軸ｃに対して式１で与えられる臨界角θ′の角度で延びる直線と、線分ｌｐの交点である。なおここで、ｎ′はレンズの媒質の屈折率、ｎは空気の屈折率である。
【００２８】
θ′＝ｓｉｎ-1（ｎ／ｎ′）    …（式１）
また、反射面は以下の条件を全て満たす放物線ｒｕを、光学系の軸ｃを中心に回転させた反射面Ｒｕを持つ。
【００２９】
（１）放物線ｒｕの焦点が、平面Ｌｐによる光源の虚像上の点ｐ０′に位置する。
【００３０】
（２）放物線ｒｕの一方の端点ｐ３は、点ｐ０′とｐ５を結んで延長した直線より光源側で、なおかつ放物線ｒｌより外側（光源と反対側）に位置する。
【００３１】
（３）放物線ｒｕの一方の端点ｐ４は、線分ｌｐと放物線ｒｕの交点である。
【００３２】
次に上記構成の作用について説明する。図３に示すように、光源を発した光は２通りの経路をへて光学系の軸ｃに平行な光に制御される。まず、光源から反射面Ｒｌ方向に進む光は、反射面Ｒｌが光源上に焦点を持つ曲面であるため、反射により平行光に制御される。反射面Ｒｌで反射した光は、レンズ面Ｌｐに対しほぼ垂直に入射し、平行光のまま出射する（図３のＡの光線）。また、光源から反射面Ｒｌと点ｐ５の間に進む光は、まずレンズ面Ｌｐで全反射する。反射面Ｒｕは、その焦点がレンズ面Ｌｐでの反射による光源の虚像上に位置するように構成されているので、レンズ面Ｌｐで全反射された光は反射面Ｒｕにより平行光に制御される。反射面Ｒｕで反射した光は、レンズ面Ｌｐに対しほぼ垂直に入射するため、屈折による偏向はほとんどないまま平行光として出射する（図３のＢの光線）。この光学系では、光源からｐ５と光学系の軸ｃの間に照射された光は、特に制御しない。
【００３３】
以上のように、点ｐ５の方向から反射面Ｒｌの端点ｐ１方向にいたるまでの範囲のほとんど光を、レンズなしで平行光に制御して出射させることが可能である。このため、照明用光源として用いた場合、狭い範囲に光を照射できるため、照明効率の高い器具を実現できる。また、信号用として用いた場合、光学系正面の観察者から見ると反射面全域が発光しているように見え、輝度の高い信号灯を実現できる。
【００３４】
この発明の参考例を図４および図５に基づいて説明する。図４（ａ）はこの発明の参考例のＬＥＤモジュールを用いたダウンライト照明器具の全体図、（ｂ）はそのＡ−Ａ′断面図、図５はこの発明の参考例のＬＥＤモジュールの幾何学的構成を示す断面図である。
【００３５】
図４（ａ）に示すように、この参考例ではダウンライト照明器具がＬＥＤモジュールで構成されている。ＬＥＤモジュールは、多数の配光部２ａを備え、その１つの構成を図２（ｂ）に示す。図４（ｂ）において、３はプリント基板、４はＬＥＤチップ、５ａは樹脂製反射枠、６ａはアルミニウム蒸着面、７はエポキシ樹脂である。
【００３６】
上記ＬＥＤモジュールの配光部２ａは、図５に示すように、第１の実施の形態の条件に加えて、放物線ｒｕの一方の端点ｐ３が、点ｐ０′とｐ５を結んで延長した直線と、放物線ｒｌの交点に位置する。これにより、光学系は第１の実施の形態の範囲内で最も直径が小さくなる。
【００３７】
この発明の第２の実施の形態を図６および図７に基づいて説明する。図６（ａ）はこの発明の第３の実施の形態のＬＥＤモジュールを用いたフットライト照明器具の全体図、（ｂ）はそのＡ−Ａ′断面図、図７はこの発明の第２の実施の形態のＬＥＤモジュールの幾何学的構成を示す断面図である。
【００３８】
図６（ａ）に示すように、この実施の形態ではフットライト照明器具がＬＥＤモジュールで構成されている。ＬＥＤモジュールは、多数の配光部２ｂを備え、その１つの構成を図６（ｂ）に示す。図６（ｂ）において、３はプリント基板、４はＬＥＤチップ、５ｂは樹脂製反射枠、１１は銀蒸着面、７はエポキシ樹脂である。
【００３９】
上記ＬＥＤモジュールの配光部２ｂは、図７に示すように、第１の実施の形態の条件に加えて、放物線ｒｌの端点ｐ１の光学系の軸ｃからの距離が、光源の設置に必要な半径に等しい。また、放物線ｒｕの一方の端点ｐ４の光学系の軸ｃからの距離は、ｐ４′の光学系の軸ｃからの距離と等しいかより長い。ただしｐ４′は、光源上の点ｐ０と放物線ｒｌの端点ｐ２を結んで延長した直線と、直線ｌｐの交点である。
【００４０】
これにより、光源から見た場合に反射面Ｒｕは反射面Ｒｌの影に隠れ、光源から直接反射面Ｒｕに入射する成分がなくなる。このため、光源から直接反射面Ｒｕに到達する光が存在する場合に、反射面Ｒｕはｐ０′方向から入射光のみ平行光に制御する機能を持つため、直接光源方向から入射した光は平行光に変換されないということがなくなる。
【００４１】
この発明の第３の実施の形態のＬＥＤモジュールを図８ないし図１０に基づいて説明する。図８（ａ）はこの発明の第３の実施の形態のＬＥＤモジュールを用いた視線誘導灯の全体図、（ｂ）はそのＡ−Ａ′断面図、図９はこの発明の第３の実施の形態のＬＥＤモジュールの幾何学的構成を示す断面図、図１０はこの発明の第３の実施の形態の作用説明図である。
【００４２】
図８（ａ）に示すように、この実施の形態では視線誘導灯がＬＥＤモジュールで構成されている。ＬＥＤモジュールは、多数の配光部２ｃを備え、その１つの構成を図８（ｂ）に示す。図８（ｂ）において、３はプリント基板、４はＬＥＤチップ、１０はアルミニウム製反射枠、７ａはエポキシ樹脂である。
【００４３】
上記ＬＥＤモジュールの配光部２ｃは、図９に示すように、封止物質のレンズ面が光学系の軸ｃを中心とする凸曲面からなる内側のレンズ面ＬＥと平面からなる外側のレンズ面Ｌｐを持ち、反射面が光学系の軸ｃに対して対称に配置されたそれぞれ凹曲面からるな内側の反射面Ｒｌと外側の反射面Ｒｕを持つ。この場合、封止物質は以下の条件を全て満たす曲線ｌＥを、光学系の軸ｃを中心として回転させたレンズ面ＬＥを持つ。
【００４４】
（１）曲線ｌＥの端点ｐ５′は、光源上の点ｐ０を起点とし、光学系の軸ｃに対して第１の実施の形態の式１で与えられる臨界角θ′の角度で延びる直線より外側（光学系の軸ｃの反対側）に存在する。
【００４５】
（２）曲線ｌＥの端点ｐ６は光学系の軸ｃ上の点で、もう一方の端点ｐ５′から光学系の軸ｃ上におろした垂線と光学系の軸ｃとの交点より、光源からの距離が長い。
【００４６】
（３）曲線ｌＥは、点ｐ５′とｐ６を結んだ直線より、光源と反対側に凸な曲線である。
【００４７】
また、封止樹脂は以下の条件を全て満たす線分ｌｐを、光学系の軸ｃを中心に回転させたレンズ面Ｌｐを持つ。
【００４８】
（１）線分ｌｐは、点ｐ５′を通り光学系の軸ｃに直交する直線上の線分である。
【００４９】
（２）線分ｌｐの一方の端点は点ｐ５である。
【００５０】
（３）線分ｌｐの端点ｐ４は放物線ｒｕとの交点である。
【００５１】
反射面は以下の条件を全て満たす放物線ｒｌを、光学系の軸ｃを中心に回転させた反射面Ｒｌを持つ。
【００５２】
（１）放物線ｒｌの焦点が光源上の点ｐ０に位置する。
【００５３】
（２）放物線ｒｌの一方の端点ｐ１の光学系の軸ｃからの距離は、曲線ｌＥの端点ｐ５′の光学系の軸ｃからの距離と、等しいかより長い。
【００５４】
（３）放物線ｒｌの一方の端点ｐ２は、点ｐ０′とｐ５を結んで延長した直線と放物線ｒｌの交点に位置する。ただし、点ｐ０′は線分ｌｐを含む直線を挟んで光源上の点ｐ０と線対称の位置にある点であり、平面Ｌｐによる光源の虚像上の点である。
【００５５】
また、反射面は以下の条件を全て満たす放物線ｒｕを、光学系の軸ｃを中心に回転させた反射面Ｒｕを持つ。
【００５６】
（１）放物線ｒｕの焦点が、平面Ｌｐによる光源の虚像上の点ｐ０′に位置する。
【００５７】
（２）放物線ｒｕの一方の端点ｐ３は、点ｐ０′とｐ５′を結んで延長した直線より光源側で、なおかつ放物線ｒｌより外側（光源と反対側）に位置する。
【００５８】
（３）放物線ｒｕの一方の端点ｐ４は、線分ｌｐと放物線ｒｕの交点である。
【００５９】
次に上記構成の作用について説明する。図１０に示すように、光源から点ｐ５の範囲を覆うレンズ面ＬＥを加えたので、この光学系では、光源から反射面Ｒｌの端点ｐ１と点ｐ５′の間に照射される光については、請求項１と同様の仕組みで平行光に制御される。それに加えて、レンズ面ＬＥの方向に照射された光については、レンズ面ＬＥが凸レンズをなしているため、光学系の軸ｃに集光される方向に屈折される（図１０のＣの光）。このため、光源から点ｐ５と光学系の軸ｃに照射された光を平行光に制御する要素を与えていない場合に、この範囲に照射された光が平行光にならないうえに、レンズ面Ｌｐにおいて拡散する方向に屈折してしまうということがなくなる。このため、照明用光源として用いた場合、狭い範囲に光を照射でき、周辺にはあまり光を漏らさないため、照明効率の高い器具を実現できる。また、信号用光源として用いた場合、光学系正面の観察者から見ると反射面全域が発光していて輝度が高く、なおかつそれ以外の方向にいる観察者からはあまり発光して見えない信号灯を実現できる。Ａ，Ｂの光の説明は第１の実施の形態と同様である。
【００６０】
この発明の第４の実施の形態を図１１ないし図１３に基づいて説明する。図１１（ａ）はこの発明の第４の実施の形態のＬＥＤモジュールの全体図、（ｂ）はそのＡ−Ａ′断面図、図１２はこの発明の第４の実施の形態のＬＥＤモジュールの幾何学的構成を示す断面図、図１３はこの発明の第４の実施の形態の作用説明図である。
【００６１】
図１１（ａ）に示すように、ＬＥＤモジュールは、多数の配光部２ｄを備え、その１つの構成を図１１（ｂ）に示す。図１１（ｂ）において、３はプリント基板、４はＬＥＤチップ、５は樹脂製反射枠、６はアルミニウム蒸着面、７ｂはエポキシ樹脂である。
【００６２】
上記ＬＥＤモジュールの配光部２ｄは、図１２に示すように、第３の実施の形態の条件に加えて、曲線ｌＥが、以下の条件を全て満たす楕円の一部である。
【００６３】
（１）楕円の長径ａＥと短径ｂＥの比が、ほぼ式２で求められる値を満たす。ここで、ｎ′はレンズの媒質の屈折率、ｎは空気の屈折率である。
【００６４】
ｂＥ／ａＥ＝（ｎ′2 −ｎ2 ）1/2 ／ｎ′  …（式２）
（２）楕円の一方の焦点がＬＥＤ光源上の点ｐ０に位置する。
【００６５】
（３）楕円の中心は、光学系の軸ｃ上で点ｐ０より照射方向側にある。
【００６６】
（４）曲線ｌＥの端点ｐ６は、楕円と光学系の軸ｃの２つの交点のうち、点ｐ０より照射方向側の点である。
【００６７】
（５）曲線ｌＥの端点ｐ５′は、楕円とその端径ｂＥの交点のうちの一方である。
【００６８】
次に上記構成の作用について説明する。図１３に示すように、このようなレンズ面ＬＥの楕円レンズは焦点上から発した光を平行光に制御する性質があることが知られている。この光学系では、光源から反射面Ｒｌの端点ｐ１と点ｐ５′の間に照射される光については、請求項１と同様の仕組みで平行光に制御される。それに加えて、レンズ面ＬＥの方向に照射された光については、レンズ面ＬＥが上記のような性質を持つ楕円レンズであるため、平行光に制御される（図１３のＣの光）。このため、光学系の軸ｃから反射面Ｒｌの端点ｐ１方向にいたるまでの範囲の光をほとんど平行光に制御して出射させることが可能である。Ａ，Ｂの光の説明は第１の実施の形態と同様である。
【００６９】
この発明の参考例を図１４および図１５に基づいて説明する。図１４（ａ）はこの発明の参考例のＬＥＤモジュールの全体図、（ｂ）はそのＡ−Ａ′断面図、図１５はこの発明の参考例のＬＥＤモジュールの幾何学的構成を示す断面図である。
【００７０】
図１４（ａ）に示すように、ＬＥＤモジュールは、多数の配光部２ｅを備え、その１つの構成を図１４（ｂ）に示す。図１４（ｂ）において、３はプリント基板、４はＬＥＤチップ、５ａは樹脂製反射枠、６ａはアルミニウム蒸着面、７ｂはエポキシ樹脂である。
【００７１】
上記ＬＥＤモジュールの配光部２ｅは、図１５に示すように、第４の実施の形態の条件に加えて、放物線ｒｌの一方の端点ｐ１の光学系の軸ｃからの距離は、曲線ｌＥの端点ｐ５′の光学系の軸ｃからの距離と等しい。また、放物線ｒｕの一方の端点ｐ３が、点ｐ０′と点ｐ５′を結んで延長した直線と、放物線ｒｌの交点に位置する。これにより、光学系は第４の実施の形態の範囲内で最も直径が小さくなる。
【００７２】
この発明の第５の実施の形態を図１６および図１７に基づいて説明する。図１６（ａ）はこの発明の第５の実施の形態のＬＥＤモジュールの全体図、（ｂ）はそのＡ−Ａ′断面図、図１７はこの発明の第５の実施の形態のＬＥＤモジュールの幾何学的構成を示す断面図である。
【００７３】
図１６（ａ）に示すように、ＬＥＤモジュールは、配光部２ｆを備え、その構成を図１６（ｂ）に示す。図１６（ｂ）において、３はプリント基板、４はＬＥＤチップ、５ｂは樹脂製反射枠、６ｂはアルミニウム蒸着面、７ｂはエポキシ樹脂である。
【００７４】
上記ＬＥＤモジュールの配光部２ｆは、図１７に示すように、放物線ｒｌの一方の端点ｐ１の光学系の軸ｃからの距離は、曲線ｌＥの端点ｐ５′の光学系の軸ｃからの距離と等しい。また、放物線ｒｕの一方の端点ｐ４の光学系の軸ｃからの距離は、ｐ４′の光学系の軸ｃからの距離と等しいかより長い。ただしｐ４′は、光源上の点ｐ０と放物線ｒｌの端点ｐ２を結んで延長した直線と、線分ｌｐの交点である。
【００７５】
これにより、光源から見た場合に反射面Ｒｕは反射面Ｒｌの影に隠れ、光源から直接反射面Ｒｕに入射する成分がなくなる。このため、光源から直接反射面Ｒｕに到達する光が存在する場合に、反射面Ｒｕはｐ０′方向から入射光のみ平行光に制御する機能を持つため、直接光源方向から入射した光は平行光に変換されないということがなくなる。
【００７６】
なお、上記構成のＬＥＤモジュールは、実施の形態で示した照明器具以外の照明器具にも適用できる。また、反射枠は樹脂製の他に金属製でもよく、レンズはエポキシ樹脂以外の樹脂等でもよい。
【００７７】
【発明の効果】
この発明の請求項１記載のＬＥＤモジュールによれば、光源を発した光は２通りの経路を経て光学系の軸ｃに平行な光に制御される。これにより、点ｐ５の方向から反射面Ｒｌの端点ｐ１方向にいたるまでの範囲のほとんど光を、レンズなしで平行光に制御して出射させることが可能である。このため、照明用光源として用いた場合、狭い範囲に光を照射できるため、照明効率の高い器具を実現できる。また、信号用として用いた場合、光学系正面の観察者から見ると反射面全域が発光しているように見え、輝度の高い信号灯を実現できる。
【００７８】
また、レンズ表面で全反射するほとんどの光を、反射面による１回の反射で出射できるため、反射を繰り返すことによる光の損失が少なく、器具効率が良い。また、凸レンズを全く構成しないため、薄型の照明器具や信号灯を実現でき、製作が容易である。
【００８０】
請求項２では、光源から見た場合に反射面Ｒｕは反射面Ｒｌの影に隠れ、光源から直接反射面Ｒｕに到達する光束がなくなるので、より効率的に平行光に制御できる。また、反射面Ｒｌが光源に最も近いため、光源から反射面Ｒｌを見たときの立体角が最も大きくなり、より広い範囲の光束を平行光に制御できる。
【００８１】
この発明の請求項３記載のＬＥＤモジュールによれば、光源から点ｐ５の範囲を覆うレンズ面ＬＥを加えたので、この光学系では、光源から反射面Ｒｌの端点ｐ１と点ｐ５′の間に照射される光については、請求項１と同様の仕組みで平行光に制御される。それに加えて、レンズ面ＬＥの方向に照射された光については、レンズ面ＬＥが凸レンズをなしているため、光学系の軸ｃに集光される方向に屈折され、レンズ表面に到達して拡散していた光を集光できる。このため、照明用光源として用いた場合、狭い範囲に光を照射でき、周辺にはあまり光を漏らさないため、照明効率の高い器具を実現できる。また、信号用光源として用いた場合、光学系正面の観察者から見ると反射面全域が発光していて輝度が高く、なおかつそれ以外の方向にいる観察者からはあまり発光して見えない信号灯を実現できる。
【００８２】
また、レンズ表面で全反射するほとんどの光を、反射面による１回の反射で出射できるため、反射を繰り返すことによる光の損失が少なく、器具効率が良い。また、従来例２に比較してレンズ形状が単純であるため、製作が容易である。
【００８３】
請求項４では、光源から反射面Ｒｌの端点ｐ１と点ｐ５′の間に照射される光については、請求項１と同様の仕組みで平行光に制御される。それに加えて、レンズ面ＬＥの方向に照射された光については、レンズ面ＬＥが焦点上から発した光を平行光に制御する性質を持つ楕円レンズであるため、平行光に制御される。このため、光学系の軸ｃから反射面Ｒｌの端点ｐ１方向にいたるまでの範囲の光をほとんど平行光に制御して出射させることが可能である。
【００８５】
請求項５では、光源から見た場合に反射面Ｒｕは反射面Ｒｌの影に隠れ、光源から直接反射面Ｒｕに到達する光束がなくなるので、光源から発する光をより効率的に平行光に制御できる。また、反射面Ｒｌが光源に最も近いため、光源から反射面Ｒｌを見たときの立体角が最も大きくなり、より広い範囲の光束を平行光に制御できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の第１の実施の形態のＬＥＤモジュールの幾何学的構成を示す断面図である。
【図２】  （ａ）はこの発明の第１の実施の形態のＬＥＤモジュールを用いた信号灯の全体図、（ｂ）はランプ部の拡大図、（ｃ）は（ｂ）のＡ−Ａ′断面図である。
【図３】  この発明の第１の実施の形態の作用説明図である。
【図４】  （ａ）はこの発明の参考例のＬＥＤモジュールを用いたダウンライト照明器具の全体図、（ｂ）はそのＡ−Ａ′断面図である。
【図５】  この発明の参考例のＬＥＤモジュールの幾何学的構成を示す断面図である。
【図６】  この発明の第２の実施の形態のＬＥＤモジュールを用いたフットライト照明器具の全体図、（ｂ）はそのＡ−Ａ′断面図である。
【図７】  この発明の第２の実施の形態のＬＥＤモジュールの幾何学的構成を示す断面図である。
【図８】  （ａ）はこの発明の第３の実施の形態のＬＥＤモジュールを用いた視線誘導灯の全体図、（ｂ）はそのＡ−Ａ′断面図である。
【図９】  この発明の第３の実施の形態のＬＥＤモジュールの幾何学的構成を示す断面図である。
【図１０】  この発明の第３の実施の形態の作用説明図である。
【図１１】  （ａ）はこの発明の第４の実施の形態のＬＥＤモジュールの全体図、（ｂ）はそのＡ−Ａ′断面図である。
【図１２】  この発明の第４の実施の形態のＬＥＤモジュールの幾何学的構成を示す断面図である。
【図１３】  この発明の第４の実施の形態の作用説明図である。
【図１４】  （ａ）はこの発明の参考例のＬＥＤモジュールの全体図、（ｂ）はそのＡ−Ａ′断面図である。
【図１５】  この発明の参考例のＬＥＤモジュールの幾何学的構成を示す断面図である。
【図１６】  （ａ）はこの発明の第５の実施の形態のＬＥＤモジュールの全体図、（ｂ）はそのＡ−Ａ′断面図である。
【図１７】  この発明の第５の実施の形態のＬＥＤモジュールの幾何学的構成を示す断面図である。
【図１８】  従来例１のＬＥＤモジュールの断面図である。
【図１９】  従来例２のＬＥＤ光源の断面図である。
【符号の説明】
４  ＬＥＤチップ
５  樹脂製反射枠
６  アルミニウム蒸着面
７  エポキシ樹脂
ｃ  光学系の軸
Ｌｐ  レンズ面
ｌｐ  線分
Ｒｌ  反射面
ｒｌ  放物線
Ｒｕ  反射面
ｒｕ  放物線
θ′  臨界角
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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