(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
青紫色発光するダイオードと黄色の蛍光体とが組み合わされ、前記青紫色発光する発光ダイオードの青紫色光によって前記蛍光体を励起して黄色光を発光させ、青紫色光と黄色光とが混合された白色光を所定の拡がり角度で放出して白色発光する発光ダイオードと、
焦点距離の短い凸レンズで構成され、前記発光ダイオードから放出された白色光の光線が前記発光ダイオードと対向する入射面に入射し、前記入射面から入射した光線を出射面から出射する短焦点レンズと
を有し、
前記発光ダイオードと前記短焦点レンズとは、前記発光ダイオードと前記短焦点レンズの中心との間の距離が、前記短焦点レンズの焦点距離に略等しくなるようにして配設され、
前記発光ダイオードから前記所定の拡がり角度で放出された白色光の光線が前記短焦点レンズの前記入射面に入射して前記出射面から出射する光線は、スポット状に集光されるとともに、前記短焦点レンズの色収差によって、前記発光ダイオードから放出された白色光の光線のうちの青紫色光が、前記出射面において屈折し、集束してから拡がることによってスポット状に集光される光線の外周側に青紫色光が拡げられて弱まる
ことを特徴とする短焦点レンズ集光型発光ダイオード照明装置。
【請求項２】
青紫色発光するダイオードと黄色の蛍光体とが組み合わされ、前記青紫色発光する発光ダイオードの青紫色光によって前記蛍光体を励起して黄色光を発光させ、青紫色光と黄色光とが混合された白色光を所定の拡がり角度で放出して白色発光する発光ダイオードと、
焦点距離の短い球形レンズで構成され、前記発光ダイオードから放出された白色光の光線が前記発光ダイオードと対向する後方面に入射し、前記後方面から入射した光線を前方面から出射する短焦点レンズと
を有し、
前記発光ダイオードと前記短焦点レンズとは、前記発光ダイオードと前記短焦点レンズの中心との間の距離が、前記短焦点レンズの焦点距離に略等しくなるようにして配設され、
前記発光ダイオードから前記所定の拡がり角度で放出された白色光の光線が前記短焦点レンズの前記後方面に入射して前記前方面から出射する光線は、スポット状に集光されるとともに、前記短焦点レンズの色収差によって、前記発光ダイオードから放出された白色光の光線のうちの青紫色光が、前記前方面において屈折し、集束してから拡がることによってスポット状に集光される光線の外周側に青紫色光が拡げられて弱まる
ことを特徴とする短焦点レンズ集光型発光ダイオード照明装置。
【請求項３】
青紫色発光するダイオードと黄色の蛍光体とが組み合わされ、前記青紫色発光する発光ダイオードの青紫色光によって前記蛍光体を励起して黄色光を発光させ、青紫色光と黄色光とが混合された白色光を所定の拡がり角度で放出して白色発光する複数の発光ダイオードと、
焦点距離の短い円筒レンズで構成され、前記複数の発光ダイオードのそれぞれから放出された白色光の光線が前記発光ダイオードと対向する入射面に入射し、前記入射面から入射した光線を出射面から出射する短焦点レンズと
を有し、
前記発光ダイオードと前記短焦点レンズとは、前記発光ダイオードと前記短焦点レンズの中心との間の距離が、前記短焦点レンズの焦点距離に略等しくなるようにして配設され、
前記複数の発光ダイオードのそれぞれから前記所定の拡がり角度で放出された白色光の光線が前記短焦点レンズの前記入射面に入射して前記出射面から出射する光線は、前記短焦点レンズの長さ方向に対して垂直な方向に集光され、前記短焦点レンズの長さ方向に対して平行な帯状の光が投光されるとともに、前記短焦点レンズの色収差によって、前記発光ダイオードから放出された白色光の光線のうちの青紫色光が、前記出射面において屈折し、集束してから拡がることによって帯状の光の外周側に青紫色光が拡げられて弱まる
ことを特徴とする短焦点レンズ集光型発光ダイオード照明装置。
【請求項４】
請求項１または請求項２のいずれか１項に記載の短焦点レンズ集光型発光ダイオード照明装置において、
前記発光ダイオードと前記短焦点レンズとは、それぞれ２以上の同一数配設され、前記短焦点レンズのそれぞれは、前記短焦点レンズのそれぞれから出射された光線が所定の位置で集光するようにして配設された
ことを特徴とする短焦点レンズ集光型発光ダイオード照明装置。
【請求項５】
請求項１、請求項２、請求項３または請求項４のいずれか１項に記載の短焦点レンズ集光型発光ダイオード照明装置において、
前記短焦点レンズは、前記発光ダイオードと前記短焦点レンズの中心との間の距離をｄとし、前記短焦点レンズの半径をｒとし、前記発光ダイオードから放出される放射光の全拡がり角を２θとしたときに、下記数式１で示される前記短焦点レンズの焦点距離ｆを有する
ものである短焦点レンズ集光型発光ダイオード照明装置。
ｆ≒ｄ＞（ｒ／ｔａｎθ）    ・・・数式１
【請求項６】
青紫色発光するダイオードと黄色の蛍光体とが組み合わされ、前記青紫色発光する発光ダイオードの青紫色光によって前記蛍光体を励起して黄色光を発光させ、青紫色光と黄色光とが混合された白色光を先端方向に所定の拡がり角度で放出して白色発光する複数の発光ダイオードと、
前記複数の発光ダイオードのそれぞれから放出された白色光の光線が、前記複数の発光ダイオードの総数に応じた複数の焦点距離の短い凸レンズのそれぞれに入射し、前記複数の凸レンズのそれぞれの出射面から出射される光線が所定の位置で集光するようにして前記複数の凸レンズが１つの板状に一体成型して構成された短焦点レンズと、
前記発光ダイオードと直列接続された可変抵抗器と
を有し、
前記発光ダイオードと前記短焦点レンズとは、前記発光ダイオードと前記短焦点レンズの中心との間の距離が、前記短焦点レンズの焦点距離に略等しくなるようにして配設され、
前記複数の発光ダイオードのそれぞれから前記所定の拡がり角度で放出された白色光の光線が、前記短焦点レンズの対応する凸レンズの前記出射面のそれぞれからスポット光として出射され、所定の位置で重ねられ単一のスポット光となるとともに、前記短焦点レンズの色収差によって、前記発光ダイオードから放出された白色光の光線のうちの青紫色光が、前記出射面において屈折し、集束してから拡がることによってスポット状に集光される光線の外周側に青紫色光が拡げられて弱まる
ことを特徴とする短焦点レンズ集光型発光ダイオード照明装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、短焦点レンズ集光型発光ダイオード照明装置に関し、さらに詳細には、家庭用、登山用あるいは非常用などの各種用途に用いて好適な懐中電灯などの短焦点レンズ集光型発光ダイオード照明装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、豆電球を光源として用いるとともに乾電池を電源として用いた携帯用電灯たる懐中電灯が知られている。ここで、光源に豆電球を用いた懐中電灯においては、豆電球の消費電流がおよそ２００ｍＡと多いので、乾電池の寿命が短くなってしまうという問題点があった。
【０００３】
こうした従来の豆電球を用いた懐中電灯の問題点を解決するために、豆電球に代わる光源として発光ダイオードを用いた懐中電灯が提案されている。
【０００４】
発光ダイオードの消費電流はおよそ２０ｍＡであり、上記した豆電球の消費電流に比べて１０分の１程度と少ないので、発光ダイオードを用いた懐中電灯においては、消費電流が抑えられて乾電池の寿命を長くすることができる。
【０００５】
この際、懐中電灯に配設される発光ダイオードとしては、青紫色発光するダイオードと黄色の蛍光体とを組み合わせて構成した白色発光する発光ダイオードを用いることができる。
【０００６】
より詳細には、この白色発光する発光ダイオードは、青紫色発光する発光ダイオードの青紫色光によって、蛍光体を励起して黄色光を発光させる。これにより、青紫色光と黄色光とが混合された白色光が、発光ダイオードの透明の樹脂よりなる球面形状の先端部表面において屈折し、先端方向におけるおよそ３０°の拡がり角度で放出される（図１参照）。
【０００７】
しかしながら、発光ダイオードの球面形状の先端部表面における屈折により、発光ダイオードの先端部から放出される白色光の中心に青紫色光（図１における破線参照）が集まってしまい、懐中電灯から投光される白色光の中心領域に青紫色光の強い領域が生じてしまう。
【０００８】
このため、こうした白色発光する発光ダイオードを用いた従来の懐中電灯により、発光ダイオードから放出される白色光を所定の物体に照射して目視しようとしても、白色光の中心領域に青紫色光が集まっているので中心領域が青紫色になってしまい、文字が読み難く眼が疲れ易いなどの不都合が生じていたという問題点があった。
【０００９】
なお、こうした白色発光する発光ダイオードを用いた従来の懐中電灯の問題点を解決するために、所定のフィルターを配設するようにして、白色光の中心領域に集まる青紫色光のみを除去するようにしてもよい。しかしながら、こうしたフィルターを用いると、光量が損失して照度が低下してしまうという新たな問題点が生起されることになる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記したような従来の技術の有する種々の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、白色発光する発光ダイオードを光源として用いた場合に、白色光の中心領域から青紫色光を除去するとともに、照度を向上することができるようにした短焦点レンズ集光型発光ダイオード照明装置を提供しようとするものである。
【００１１】
上記目的を達成するために、本発明のうち請求項１に記載の発明は、青紫色発光するダイオードと黄色の蛍光体とが組み合わされ、上記青紫色発光する発光ダイオードの青紫色光によって上記蛍光体を励起して黄色光を発光させ、青紫色光と黄色光とが混合された白色光を所定の拡がり角度で放出して白色発光する発光ダイオードと、焦点距離の短い凸レンズで構成され、上記発光ダイオードから放出された白色光の光線が上記発光ダイオードと対向する入射面に入射し、上記入射面から入射した光線を出射面から出射する短焦点レンズとを有し、上記発光ダイオードと上記短焦点レンズとは、上記発光ダイオードと上記短焦点レンズの中心との間の距離が、上記短焦点レンズの焦点距離に略等しくなるようにして配設され、上記発光ダイオードから上記所定の拡がり角度で放出された白色光の光線が上記短焦点レンズの上記入射面に入射して上記出射面から出射する光線は、スポット状に集光されるとともに、上記短焦点レンズの色収差によって、上記発光ダイオードから放出された白色光の光線のうちの青紫色光が、上記出射面において屈折し、集束してから拡がることによってスポット状に集光される光線の外周側に青紫色光が拡げられて弱まるようにしたものである。
【００１２】
従って、本発明のうち請求項１に記載の発明によれば、発光ダイオードから放出された大部分の光線が、発光ダイオードに近接した短焦点レンズに入射してスポット状に集光されて出射するので、照度を向上することができ、また、短焦点レンズの大きな色収差によって白色光の中心領域から青紫色光を除去することができる。
【００１３】
また、発光ダイオードと短焦点レンズの中心との間の距離を調整することによって、白色光の中心領域から除去されスポット状に集光された白色光の外周側に位置する青紫色光を弱くすることができる。
【００１４】
また、本発明のうち請求項２に記載の発明は、青紫色発光するダイオードと黄色の蛍光体とが組み合わされ、上記青紫色発光する発光ダイオードの青紫色光によって上記蛍光体を励起して黄色光を発光させ、青紫色光と黄色光とが混合された白色光を所定の拡がり角度で放出して白色発光する発光ダイオードと、焦点距離の短い球形レンズで構成され、上記発光ダイオードから放出された白色光の光線が上記発光ダイオードと対向する後方面に入射し、上記後方面から入射した光線を前方面から出射する短焦点レンズとを有し、上記発光ダイオードと上記短焦点レンズとは、上記発光ダイオードと上記短焦点レンズの中心との間の距離が、上記短焦点レンズの焦点距離に略等しくなるようにして配設され、上記発光ダイオードから上記所定の拡がり角度で放出された白色光の光線が上記短焦点レンズの上記後方面に入射して上記前方面から出射する光線は、スポット状に集光されるとともに、上記短焦点レンズの色収差によって、上記発光ダイオードから放出された白色光の光線のうちの青紫色光が、上記前方面において屈折し、集束してから拡がることによってスポット状に集光される光線の外周側に青紫色光が拡げられて弱まるようにしたものである。
【００１５】
従って、本発明のうち請求項２に記載の発明によれば、照度を向上することができ、また、短焦点レンズの大きな色収差によって白色光の中心領域から青紫色光を除去することができ、さらに、単純な球形形状の球形レンズは任意の直径に製作することが容易なので、大量生産が可能となっての製造コストを低減することができるとともに、球形レンズにはレンズの方向性が無いので、球形レンズよりなる短焦点レンズの組み付けが容易になる。
【００１６】
また、本発明のうち請求項３に記載の発明は、青紫色発光するダイオードと黄色の蛍光体とが組み合わされ、上記青紫色発光する発光ダイオードの青紫色光によって上記蛍光体を励起して黄色光を発光させ、青紫色光と黄色光とが混合された白色光を所定の拡がり角度で放出して白色発光する複数の発光ダイオードと、焦点距離の短い円筒レンズで構成され、上記複数の発光ダイオードのそれぞれから放出された白色光の光線が上記発光ダイオードと対向する入射面に入射し、上記入射面から入射した光線を出射面から出射する短焦点レンズとを有し、上記発光ダイオードと上記短焦点レンズとは、上記発光ダイオードと上記短焦点レンズの中心との間の距離が、上記短焦点レンズの焦点距離に略等しくなるようにして配設され、上記複数の発光ダイオードのそれぞれから上記所定の拡がり角度で放出された白色光の光線が上記短焦点レンズの上記入射面に入射して上記出射面から出射する光線は、上記短焦点レンズの長さ方向に対して垂直な方向に集光され、上記短焦点レンズの長さ方向に対して平行な帯状の光が投光されるとともに、上記短焦点レンズの色収差によって、上記発光ダイオードから放出された白色光の光線のうちの青紫色光が、上記出射面において屈折し、集束してから拡がることによって帯状の光外周側に青紫色光が拡げられて弱まるようにしたものである。
【００１７】
また、本発明のうち請求項４に記載の発明は、請求項１または請求項２のいずれか１項に記載の発明において、上記発光ダイオードと上記短焦点レンズとは、それぞれ２以上の同一数配設され、上記短焦点レンズのそれぞれは、上記短焦点レンズのそれぞれから出射された光線が所定の位置で集光するようにして配設されたようにしたものである。
【００１８】
従って、本発明のうち請求項４に記載の発明によれば、複数の発光ダイオードのそれぞれからの放出光が、対応する短焦点レンズのそれぞれからスポット光として出射されて、そのスポット光が所定の位置で重ねられ単一のスポット光となるので、照度を一層向上させることができる。
【００１９】
また、本発明のうち請求項５に記載の発明のように、請求項１、請求項２、請求項３または請求項４のいずれか１項に記載の発明において、上記短焦点レンズは、上記発光ダイオードと上記短焦点レンズの中心との間の距離をｄとし、上記短焦点レンズの半径をｒとし、上記発光ダイオードから放出される放射光の全拡がり角を２θとしたときに、下記数式１で示される上記短焦点レンズの焦点距離ｆを有するようにしてもよい。
ｆ≒ｄ＞（ｒ／ｔａｎθ）    ・・・数式１
【００２０】
また、本発明のうち請求項６に記載の発明は、青紫色発光するダイオードと黄色の蛍光体とが組み合わされ、上記青紫色発光する発光ダイオードの青紫色光によって上記蛍光体を励起して黄色光を発光させ、青紫色光と黄色光とが混合された白色光を先端方向に所定の拡がり角度で放出して白色発光する複数の発光ダイオードと、上記複数の発光ダイオードのそれぞれから放出された白色光の光線が、上記複数の発光ダイオードの総数に応じた複数の焦点距離の短い凸レンズのそれぞれに入射し、上記複数の凸レンズのそれぞれの出射面から出射される光線が所定の位置で集光するようにして上記複数の凸レンズが１つの板状に一体成型して構成された短焦点レンズと、上記発光ダイオードと直列接続された可変抵抗器とを有し、上記発光ダイオードと上記短焦点レンズとは、上記発光ダイオードと上記短焦点レンズの中心との間の距離が、上記短焦点レンズの焦点距離に略等しくなるようにして配設され、上記複数の発光ダイオードのそれぞれから上記所定の拡がり角度で放出された白色光の光線が、上記短焦点レンズの対応する凸レンズの上記出射面のそれぞれからスポット光として出射され、所定の位置で重ねられ単一のスポット光となるとともに、上記短焦点レンズの色収差によって、上記発光ダイオードから放出された白色光の光線のうちの青紫色光が、上記出射面において屈折し、集束してから拡がることによってスポット状に集光される光線の外周側に青紫色光が拡げられて弱まるようにしたものである。
【００２１】
従って、本発明のうち請求項６に記載の発明によれば、照度を向上することができ、また、短焦点レンズの大きな色収差によって白色光の中心領域から青紫色光を除去することができ、さらに、複数の発光ダイオードのそれぞれからの放出光が、対応する短焦点レンズのそれぞれからスポット光として出射されて、そのスポット光が所定の位置で重ねられ単一のスポット光となるので、照度を一層向上させることができる。
また、可変抵抗器の抵抗値を変化させることにより、発光ダイオードに流れる電流が変化し、照明装置から投光されるスポット光の明るさを変化させることができると同時に消費電力の節約ができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、添付の図面を参照しながら、本発明による短焦点レンズ集光型発光ダイオード照明装置の実施の形態の一例を詳細に説明するものとする。
【００２３】
なお、以下においては、説明を簡略化して理解を容易にするために、本発明による短焦点レンズ集光型発光ダイオード照明装置の実施の形態の一例として懐中電灯について説明するものとする。
【００２４】
ここで、図２には、本発明による短焦点レンズ集光型発光ダイオード照明装置としての懐中電灯の第１の実施の形態の一部を破断して示した概略構成説明図が示されている。
図２に示す本発明による懐中電灯１０は、内部が中空な円筒状の本体部１２を備え、この本体部１２を前方側１２ａと後方側１２ｂとに分ける壁部１４と、壁部１４に配設されたソケット１６に取り付けられ前方側１２ａに位置する発光ダイオード１８と、前方側１２ａの外周側にスライド部材２０を介して移動自在に配設された内部が中空な円筒状の蓋部２２と、蓋部２２の内部に配設された短焦点レンズ２４と、後方側１２ｂの外周側に配設されたスイッチ２６と、後方側１２ｂの内部に配設された乾電池２８と、後方側１２ｂの端部に位置する調節ツマミ３０とを有して構成されている。
【００２５】
さらに、スイッチ２６がオン（ＯＮ）されることにより接点Ａが接続されて直列接続される回路には、自動消灯器３２と可変抵抗器３４と保護抵抗３６とが配設されている。
【００２６】
自動消灯器３２は、例えば、タイマーなどが組み込まれた回路により形成される。
【００２７】
可変抵抗器３４は、例えば、０Ω〜５００Ωの範囲で抵抗値を可変でき、保護抵抗３６は、例えば、５０Ωに設定されている。
【００２８】
また、乾電池２８は、１．５Ｖの乾電池を３個用い、これら３個の乾電池２８−１，２８−２，２８−３は直列に接続される。
【００２９】
そして、乾電池２８−１のプラス電極が保護抵抗３６に接続され、乾電池２８−３のマイナス電極が可変抵抗器３４に接続されている。
【００３０】
なお、自動消灯器３２は、可変抵抗器３４と接点Ａとの間に直列に接続されており、発光ダイオード１８は、保護抵抗３６と接点Ａとの間に直列に接続されている。
【００３１】
ここで、発光ダイオード１８は、青紫色発光するダイオードと黄色の蛍光体とが組み合わされ、透明の樹脂で封止された略円筒形形状の白色発光する発光ダイオードである。
【００３２】
より詳細には、この白色発光する発光ダイオードは、青紫色発光する発光ダイオードの青紫色光によって、蛍光体を励起して黄色光を発光させる。これにより、青紫色光と黄色光とが混合された白色光が、発光ダイオードの球面形状の先端部表面１８ａにおいて屈折し、先端方向におけるおよそ３０°の拡がり角度（なお、この角度は発光ダイオードの先端部表面１８ａに依存するものであり、通常用いられる発光ダイオード１８の場合にはおよそ３０°である。）で放出されるものである（図４参照）。
【００３３】
発光ダイオード１８は、壁部１４に配設されたソケット１６に取り付けられており、発光ダイオード１８の一方の端子１８ｂはスイッチ２６のオンにより接続される接点Ａに接続され、他方の端子１８ｃは保護抵抗３６を介して乾電池２８−１のプラス電極に接続される。
【００３４】
調節ツマミ３０は、本体部１２の後方側１２ｂの端部に配設されており、この調節ツマミ３０を操作することにより、可変抵抗器３４の抵抗値を０Ω〜５００Ωの範囲内で変化させることができる。
【００３５】
蓋部２２は、内部が中空な円筒状体であり両端部は略円形形状で開口している。前方開口部２２ａの近傍には、短焦点レンズ２４が配設されており、後方開口部２２ｂには、本端部１２の前方側１２ａが位置している。蓋部２２は、後方開口部２２ｂの内周側と前方側１２ａの外周側との間に配設されたスライド部材２０を介して、前後方向（図２参照）に移動自在となされている。
【００３６】
一方、短焦点レンズ２４は、焦点距離の短い凸レンズで構成されている。この短焦点レンズ２４たる凸レンズの焦点距離は５０ｍｍ以下が好ましく、所謂、広角レンズを用いることができるが、焦点距離が１０ｍｍ程度の凸レンズを用いることがより好ましい。
【００３７】
この短焦点レンズ２４は、前方開口部２２ａの近傍に配設されており、短焦点レンズ２４の中心Ｐが、発光ダイオード１８の中心軸Ｏ（図３ならびに図４における一点鎖線参照）上に位置するようになされている。
【００３８】
そして、短焦点レンズ２４の入射面２４ａが発光ダイオード１８と対向し、出射面２４ｂは蓋部２２の前方開口部２２ａ側に位置している。このため、短焦点レンズ２４の入射面２４ａに発光ダイオード１８から放出された光線が入射し、入射面２４ａから入射した光線は出射面２４ｂから出射される。
【００３９】
図３を参照しならがら、発光ダイオード１８と短焦点レンズ２４との配置関係についてより詳細に説明することとする。
【００４０】
発光ダイオード１８と短焦点レンズ２４との配置関係、即ち、中心軸Ｏ方向における発光ダイオード１８と短焦点レンズ２４の中心との間の距離ｄは、以下に示すような条件を備えるように寸法設定されている。
【００４１】
なお、具体的には距離ｄは、本体部１２の前方側１２ａに配設された発光ダイオード１８の先端部表面１８ａと短焦点レンズ２４たる凸レンズの中心Ｐとの間の中心軸Ｏ方向における距離である。
【００４２】
即ち、短焦点レンズ２４の半径をｒとし、発光ダイオード１８から放出される放射光の全拡がり角を２θとすると、下記数式１に示す関係から、
ｒ／ｄ＝ｔａｎθ          ・・・数式１
発光ダイオード１８から放出される全ての放射光を短焦点レンズ２４に集めるためには、下記数式２に示す関係が成り立つようにすればよい。
【００４３】
ｄ＜（ｒ／ｔａｎθ）      ・・・数式２
従って、短焦点レンズ２４の焦点距離をｆとすると、下記数式３を満たす短焦点レンズ２４を用いるようにする。
【００４４】
ｆ≒ｄ＜（ｒ／ｔａｎθ）  ・・・数式３
上記数式３より、発光ダイオード１８と短焦点レンズ２４の中心との間の距離ｄは、ｄ＜（ｒ／ｔａｎθ）であり、かつ、ｆ≒ｄとなるので、発光ダイオード１８は短焦点レンズ２４の焦点距離ｆの近傍に配置すればよい。
【００４５】
ただし、蓋部２２がスライド部材２０を介して、前後方向（即ち、中心軸Ｏ方向）に移動自在となされているので、蓋部２２を前後方向に移動することにより、発光ダイオード１８と短焦点レンズ２４の中心との間の距離ｄは、上記した数式２ならびに数式３を満たす範囲内で変化することができる。
【００４６】
以上の構成において、上記した懐中電灯１０から光線が投光される際の状態を説明すると、まず、懐中電灯１０の使用者によって、スイッチ２６がオン（ＯＮ）されると、接点Ａが接続されて、発光ダイオード１８、保護抵抗３６、乾電池２８−１、２８−２、２８−３、可変抵抗器３４ならびに自動消灯器３２が直列に接続されている回路が閉じて、発光ダイオード１８に電流が流れる。
【００４７】
そうすると、発光ダイオード１８の青紫色発光する発光ダイオードの青紫色光によって、蛍光体が励起されて黄色光が発光する。これにより、青紫色光と黄色光とが混合された白色光が、発光ダイオード１８の球面形状の先端部表面１８ａにおいて屈折し、先端方向におけるおよそ３０°の拡がり角度で放出される（図４参照）。
【００４８】
そして、発光ダイオード１８の先端部表面１８ａから放出された光線は、短焦点レンズ２４の入射面２４ａに入射し、入射面２４ａから入射した光線が出射面２４ｂから出射する。
【００４９】
短焦点レンズ２４の出射面２４ｂから出射した光線は、発光ダイオード１８が短焦点レンズ２４の焦点距離ｆの近傍に配置されているので、中心軸Ｏ方向に平行な光線となり、スポット状に集光される。
【００５０】
この際、短焦点レンズ２４の大きな色収差によって、発光ダイオード１８の先端部表面１８ａから放出された光線のうちの青紫色光（図４における破線参照）のみが、短焦点レンズ２４の出射面２４ｂにおいて大きく屈折する。その結果、青紫色光は中心軸Ｏ方向に平行な光線とはならずに、スポット状に集光される光線の外周側に拡げられて弱まる。
【００５１】
つまり、短焦点レンズ２４の出射面２４ｂから出射した光線は、内側に白色光が存在し、外周側に青紫色光が集まっているスポット光となり、このスポット光が蓋部２２の前方開口部２２ａから投光される。
【００５２】
従って、発光ダイオードから放出される白色光を所定の物体に照射して目視する際には、短焦点レンズ２４によって集光されるので照度は向上しており、また、白色光の中心領域に青紫色光が集まっていないので中心領域は白色光が強くなる。このため、文字が読み易く、眼が疲れなくなり、不都合が生じない。
【００５３】
ここで、蓋部２２を前後方向（即ち、中心軸Ｏ方向）に移動させて、発光ダイオード１８と短焦点レンズ２４の中心との間の距離ｄを変化させて微調整することにより、白色光の領域を調節することができる。
【００５４】
また、蓋部２２の前方開口部２２ａから投光されるスポット光の明るさを変化させたい場合には、使用者が調節ツマミ３０を操作し、可変抵抗器３４の抵抗値を変化させればよい。これにより、発光ダイオード１８に流れる電流が定格の電流範囲で変化するので、電流に応じて発光ダイオード１８の輝度が変化し、所望の明るさのスポット光を得ることができる。
【００５５】
なお、発光ダイオード１８が発光してスポット光が懐中電灯１０から投光された後、所定時間が経過すると、自動消灯器３２により、自動的に発光ダイオード１８への電流の供給が停止されるので、懐中電灯１０からのスポット光の投光が停止され消灯する。このため、使用者がスイッチ２６をオフすることを忘れてしまった場合などでも、自動的に消灯するので、乾電池２８の消耗を防ぐことができる。
【００５６】
上記したようにして、本発明による懐中電灯１０においては、白色発光する発光ダイオード１８から放出される放出光が入射する短焦点レンズ２４を発光ダイオード１８の直前、即ち、発光ダイオード１８を短焦点レンズ２４の焦点距離ｆの近傍に配置したので、発光ダイオード１８の先端部表面１８ａから放出された光線が、短焦点レンズ２４の入射面２４ａに入射し、出射面２４ｂから中心軸Ｏ方向に平行な光線として出射されて、スポット状に集光される。
【００５７】
このため、本発明による懐中電灯１０においては、ただ１つの発光ダイオード１８であっても、その出射光がスポット状に集光されて照度を向上することができる。具体的には、ただ１つの発光ダイオード１８と短焦点レンズ２４との組み合わせによって、複数の発光ダイオードのみを用いた懐中電灯の照度や、従来の豆電球を用いた懐中電灯の照度と同程度の照度を得ることが可能となる。
【００５８】
また、短焦点レンズ２４の大きな色収差によって、発光ダイオード１８の先端部表面１８ａから放出された光線のうちの青紫色光は、スポット状に集光された領域の外周側に拡げられて弱まるので、白色発光する発光ダイオードを光源として用いた場合においても、白色光の中心領域から青紫色光を除去することができる。
【００５９】
さらに、本発明による懐中電灯１０においては、消費電流が豆電球の消費電流に比べて１０分の１程度と少ない発光ダイオード１８を用いているので、従来の豆電球を用いた懐中電灯に比べて消費電流が抑えられ、乾電池２８の寿命を長くすることができる。
【００６０】
具体的には、発光ダイオード１８の輝度は、乾電池２８の電圧低下にほぼ比例して緩やかに低下するため、１．５Ｖの乾電池２８を３本直列にして使用した場合には、１本の乾電池２８の電圧が１Ｖ程度までは発光ダイオード１８を発光させることができ、乾電池２８の使用時間は長い。
【００６１】
さらにまた、上記したように発光ダイオード１８を１つ配設するだけで、十分な照度が得られるので、より一層消費電力を抑制して乾電池を有効に使用することができ、近年、産業廃棄物として問題とされる使用済み乾電池の量を減少させることができる。
【００６２】
そして、本発明による懐中電灯１０においては、短焦点レンズ２４を発光ダイオード１８の直前に配設するようにしたため、発光ダイオード１８の先端部表面１８ａから放出された光線を有効に集められ、従来の豆電球を用いた懐中電灯において集光のために配設される反射鏡なしに集光機能を有する懐中電灯を構成することができる。さらに、短焦点レンズ２４のため集光系は短くなり、懐中電灯１０全体の小型化を実現することができ、携帯用に適した小型で軽量な懐中電灯を構成することができる。
【００６３】
また、本発明による懐中電灯１０においては、発光ダイオード１８と直列に接続された可変抵抗器３４を有するようにしたので、調節ツマミ３０を操作することにより可変抵抗器３４の抵抗値を変化させて、スポット光の明るさを変化させることができる。
【００６４】
これにより、従来の豆電球を用いた懐中電灯においては、豆電球のフィラメントの輝度が電圧あるいは電流の変化に大きく依存するとともに、豆電球の消費電流が大きく制御用抵抗での熱損失が大きいために、明るさの調整が困難であったのに対して、本発明による懐中電灯１０においては明るさの調整を容易に行うことができ、使用用途に応じて明るさを調整することにより、消費電力をより一層抑えて乾電池の寿命を長くすることができる。
【００６５】
ここで、具体的に、上記した第１の実施の形態の懐中電灯１０（図２参照）において、両凸レンズからなる短焦点レンズ２４を用い、
短焦点レンズ２４の焦点距離ｆ＝１０ｍｍ
短焦点レンズ２４の半径ｒ＝７ｍｍ
短焦点レンズ２４の厚みｔ＝８ｍｍ
であって、発光ダイオード１８から放出される放射光の全拡がり角２θ＝５０°（即ち、θ＝２５°）の場合に、発光ダイオード１８と短焦点レンズ２４の中心との間の距離ｄの最適範囲は６ｍｍ〜８ｍｍとなり、短焦点レンズ２４の出射面２４ｂから１ｍｍの位置におけるスポット光の直径は５０ｃｍとなる。
【００６６】
次に、図５を参照しながら、本発明による懐中電灯の第２の実施の形態について説明する。
【００６７】
この第２の実施の形態と上記した第１の実施の形態とは、上記した第１の実施の形態における懐中電灯１０がただ１つの発光ダイオード１８を用いているのに対して（図２参照）、第２の実施の形態における懐中電灯２１０は複数の発光ダイオードを用いている点において、両者は互いに異なっている。
【００６８】
即ち、第２の実施の形態における懐中電灯２１０は、３つの発光ダイオード１８−１，１８−２，１８−３と、３つの短焦点レンズ２４−１，２４−２，２４−３とを有するものである。
【００６９】
そして、発光ダイオード１８−１から放出された放出光が短焦点レンズ２４−１に入射され、発光ダイオード１８−２から放出された放出光が短焦点レンズ２４−２に入射され、発光ダイオード１８−３から放出された放出光が短焦点レンズ２４−３に入射されるようになされている。
【００７０】
また、短焦点レンズ２４−１，２４−２，２４−３はそれぞれ、短焦点レンズ２４−１，２４−２，２４−３の出射面２４ｂ−１，２４ｂ−２，２４ｂ−３から出射される光線が所定の位置で集光するようにして配設されている。
【００７１】
従って、第２の実施の形態の懐中電灯２１０においては、３つの発光ダイオード１８−１，１８−２，１８−３のそれぞれからの放出光が、対応する短焦点レンズ２４−１，２４−２，２４−３の出射面２４ｂ−１，２４ｂ−２，２４ｂ−３のそれぞれからスポット光として出射されて、所定の位置で重ねられ単一のスポット光となる。
【００７２】
この際、上記した第１の実施の形態（図４参照）のように、ただ１つの発光ダイオード１８の放出光がスポット状に集光されるのに比べて、懐中電灯２１０から投光されるスポット光は、３つの発光ダイオード１８−１，１８−２，１８−３のそれぞれからのスポット光が重ねられたものであるので照度が一層向上する。
【００７３】
第２の実施の形態の懐中電灯２１０においては、複数の発光ダイオード１８−１，１８−２，１８−３と、発光ダイオード１８−１，１８−２，１８−３のそれぞれに対応する等しい数の短焦点レンズ２４−１，２４−２，２４−３とを配設するようにしたため、照度を一層向上することができる。
【００７４】
なお、上記した第２の実施の形態のように、複数の発光ダイオード１８を配設し、その複数の発光ダイオード１８の総数に応じた複数の短焦点レンズ２４を配設する場合には、複数の短焦点レンズ２４（凸レンズ）を１つの板状に一体成型するようにしてもよい（図６（ａ）（ｂ）参照）。
【００７５】
この場合には、予め光軸調整をした状態で複数の短焦点レンズ２４（凸レンズ）を一体成型できるので、複数の短焦点レンズ２４（凸レンズ）を組み付ける際の作業性を向上することができる。
【００７６】
次に、図７を参照しながら、本発明による懐中電灯の第３の実施の形態について説明する。
【００７７】
この第３の実施の形態と上記した第１の実施の形態とは、上記した第１の実施の形態における懐中電灯１０の短焦点レンズ２４が凸レンズにより構成されているのに対して（図２参照）、第３の実施の形態における懐中電灯の短焦点レンズ３２４が球形レンズにより構成されている点において、両者は互いに異なっている。
【００７８】
この短焦点レンズ３２４たる球形レンズの焦点距離は、５０ｍｍ以下が好ましく、所謂、広角レンズを用いることができる。
【００７９】
そして、第３の実施の形態の懐中電灯においては、発光ダイオード１８の放出光が、球形レンズからなる短焦点レンズ３２４の後方面３２４ａに入射し、後方面３２４ａから入射した光線が前方面３２４ｂから出射される。
【００８０】
この際、発光ダイオード１８が短焦点レンズ３２４の焦点距離ｆの近傍に配置されているので、短焦点レンズ３２４の前方面３２４ｂから出射した光線はスポット状に集光される。また、短焦点レンズ３２４の大きな色収差によって、発光ダイオード１８の先端部表面１８ａから放出された光線のうちの青紫色光のみがスポット状に集光される光線の外周側に選択的に拡げられて弱まる。
【００８１】
つまり、短焦点レンズ３２４の前方面３２４ｂから出射した光線は、内側に白色光が存在するとともに、外周側に青紫色光が集まっているスポット光となり、このスポット光が懐中電灯から投光される。
【００８２】
第３の実施の形態の懐中電灯においては、短焦点レンズ３２４を球形レンズにより構成するようにしたが、単純な球形形状の球形レンズは任意の直径に製作することが容易なので、大量生産が可能となり懐中電灯の製造コストを低減することができる。また、球形レンズにはレンズの方向性が無いので、短焦点レンズ３２４の組み付けが容易になる。
【００８３】
なお、上記した第３の実施の形態においては、ただ１つの球形レンズからなる短焦点レンズ３２４を配設するようにしたが、これに限られるものではないことは勿論であり、図８に示すように、複数の発光ダイオードに応じてそれぞれ球形レンズからなる複数の短焦点レンズ３２４−１，３２４−２を配設するようにしてもよい。
【００８４】
この際、固定的に配設された複数の発光ダイオード１８−１，１８−２に対して、複数の短焦点レンズ３２４−１，３２４−２のレンズ間の距離を調節する機械的な機構を設けるようにすると、複数の発光ダイオード１８−１，１８−２のそれぞれからのスポット光を重ねることができるようになり、照度を一層向上させることができる。
【００８５】
次に、図９（ａ）（ｂ）を参照しながら、本発明による懐中電灯の第４の実施の形態について説明する。
【００８６】
この第４の実施の形態と上記した第１の実施の形態とは、上記した第１の実施の形態における懐中電灯１０の短焦点レンズ２４が凸レンズにより構成されているのに対して（図２参照）、第４の実施の形態における懐中電灯の短焦点レンズ４２４が円筒レンズにより構成されている点において、両者は互いに異なっている。
【００８７】
この短焦点レンズ４２４たる円筒レンズの焦点距離は、５０ｍｍ以下が好ましく、所謂、広角レンズを用いることができる。
【００８８】
そして、第４の実施の形態の懐中電灯においては、複数の発光ダイオード１８−１，１８−２，１８−３からの放出光が、円筒レンズからなる短焦点レンズ４２４の入射面４２４ａに入射し、入射面４２４ａから入射した光線が出射面４２４ｂから出射される。
【００８９】
この際、短焦点レンズ４２４の入射面４２４ｂから出射した光線は、短焦点レンズ４２４が円筒レンズにより構成されているので、レンズの長さ方向に対して垂直な方向に集光され、レンズの長さ方向に対して平行な帯状の光が投光される。
【００９０】
また、短焦点レンズ４２４の大きな色収差によって、発光ダイオード１８の先端部表面１８ａから放出された光線のうちの青紫色光のみが、帯状の光の外周側（上下部分）に選択的に拡げられて弱まる。
【００９１】
つまり、短焦点レンズ４２４の出射面４２４ｂから出射した光線は、内側に白色光が存在するとともに、外周側に青紫色光が集まっている帯状の光となり、この帯状の光が懐中電灯から投光される。
【００９２】
第４の実施の形態の懐中電灯においては、短焦点レンズ４２４を円筒レンズにより構成するようにしたため、帯状の照射領域の広い出射光を得ることができる。
【００９３】
なお、第２の実施の形態の懐中電灯２１０、第３の実施の形態の懐中電灯ならびに第４の実施の形態の懐中電灯においても、上記した第１の実施の形態の懐中電灯１０と同様に、白色光の中心領域から青紫色光を除去するとともに照度を向上することができ、消費電流を抑えて乾電池の寿命を長くでき、携帯用に適した小型化、軽量化を図ることができ、明るさの調整も容易に行うことができる。
【００９４】
なお、上記した実施の形態は懐中電灯としたが、これに限られるものではないことは勿論であり、上記した懐中電灯と同様な構成を有するようにして、自動車の車内のスポットライトなどの白色発光する発光ダイオードを光源として用いた各種照明装置を構成するようにしてもよい。
【００９５】
また、上記した第１乃至第４の実施の形態において、短焦点レンズ２４，３２４，４２４は、ガラスあるいはプラスチックなどの各種材料により形成するようにしてよい。
【００９６】
さらに、上記した第１乃至第４の実施の形態は、適宜に組み合わせるようにしてもよい。
【００９７】
【発明の効果】
本発明は、以上説明したように構成されているので、白色発光する発光ダイオードを光源として用いた場合に、白色光の中心領域から青紫色光を除去するとともに照度を向上することができ、消費電流を抑えて乾電池の寿命を長くでき、携帯用に適した小型化、軽量化を図ることができ、明るさの調整も容易に行うことができるという優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の発光ダイオードを用いた懐中電灯において、発光ダイオードが発光した白色光の中央部に青紫色光が集まる様子を示す説明図である。
【図２】本発明による短焦点レンズ集光型発光ダイオード照明装置の第１の実施の形態の一部を破断して示した概略構成説明図である。
【図３】発光ダイオードと短焦点レンズとの配置関係について示した説明図である。
【図４】本発明による短焦点レンズ集光型発光ダイオード照明装置の第１の実施の形態において、発光ダイオードが発光した白色光が集光され、白色光の周辺に青紫色光が拡がる様子を示す説明図である。
【図５】本発明による短焦点レンズ集光型発光ダイオード照明装置において、複数の発光ダイオードを用いる第２の実施の形態の一部を省略して示した概略構成説明図である。
【図６】本発明による短焦点レンズ集光型発光ダイオード照明装置の第２の実施の形態の他の例を示した概略構成説明図であり、（ａ）は、２つの短焦点レンズ（凸レンズ）を一体的に成型した場合を示す概略構成説明図であり、（ｂ）は、３つの短焦点レンズ（凸レンズ）を一体的に成型した場合を示す概略構成説明図である。
【図７】本発明による短焦点レンズ集光型発光ダイオード照明装置において、球形レンズを用いる第３の実施の形態の一部を省略して示した概略構成説明図である。
【図８】本発明による短焦点レンズ集光型発光ダイオード照明装置において、球形レンズを用いる第３の実施の形態の他の例の一部を省略して示した概略構成説明図である。
【図９】本発明による短焦点レンズ集光型発光ダイオード照明装置において、円筒レンズを用いる第４の実施の形態の一部を破断して示した概略構成説明図であり、（ａ）は、平面図であり、（ｂ）は、断面図である。
【符号の説明】
１０，２１０              懐中電灯
１２                      本体部
１２ａ                    前方側
１２ｂ                    後方側
１４                      壁部
１６                      ソケット
１８，１８−１，１８−２，１８−３        発光ダイオード
１８ａ                    先端部表面
１８ｂ，１８ｃ            端子
２０                      スライド部材
２２                      蓋部
２２ａ                    前方開口部
２２ｂ                    後方開口部
２４，２４−１，２４−２，２４−３，３２４，３２４−１，３２４−２，
４２４        短焦点レンズ
２４ａ、４２４ａ          入射面
２４ｂ，２４ｂ−１，２４ｂ−２，２４ｂ−３，４２４ｂ    出射面
２６                      スイッチ
２８，２８−１，２８−２，２８−３      乾電池
３０                      調節ツマミ
３２                      自動消灯器
３４                      可変抵抗器
３６                      保護抵抗
４０                      遮蔽部材
４０ａ                    開口部
４０ｂ                    側面部
３２４ａ                  後方面
３２４ｂ                  前方面
【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】
0003673943.tif 000008
【図８】
0003673943.tif 000009
【図９】
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