(57)【要約】      （修正有）【課題】  出射光束が平行光線や集光光線を容易に得ることができると共に、目的の範囲に均一に照射することができ、リフレクタと正レンズの位置調整が容易であり、コンパクトで構成要素の少ない照明器具を提供する。【解決手段】  少なくとも一つの発散性のある光源ＬＤと、該光源からの光を前方に反射する曲面鏡リフレクタと、該曲面鏡リフレクタＲＳの内部に配される正レンズＬＺとを具備する照明器具において、前記曲面鏡リフレクタは、前記光源から射出される光束が水平又は収束することができる位置に配置されると共に、該光源から所定の長さ前方に延出した位置に開口する開口部ＲＯを有し、前記正レンズは、少なくとも一つの支持部材ＬＳによって前記曲面鏡リフレクタの所定の位置に配置され、前記支持部材は、前記曲面鏡リフレクタによって反射される光束の出射方向に略垂直に延出し、その先端が前記曲面鏡リフレクタに接着されている。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一つの発散性のある光源と、該光源から発散される光束を前方に反射する曲面鏡リフレクタと、該曲面鏡リフレクタの内部に配される正レンズとを少なくとも具備する照明器具において、
前記曲面鏡リフレクタは、その内部であって前記光源から射出される光束が水平又は収束することができる位置に配置されると共に、該光源から所定の長さ前方に延出した位置に開口する出射側開口部を有し、
前記正レンズは、少なくとも一つに支持部材によって前記曲面鏡リフレクタ内の所定の位置に配置され、
前記支持部材は、前記曲面鏡リフレクタによって反射される光束の出射方向に略垂直に延出し、その先端が前記曲面鏡リフレクタに接着されることを特徴とする照明器具。
【請求項２】
前記支持部材は、前記光束の出射方向に垂直な面の幅を狭くしたことを特徴とする請求項１記載の照明器具。
【請求項３】
前記支持部材は、透明材料によって形成されることを特徴とする請求項１記載の照明器具。
【請求項４】
前記支持部材は、前記正レンズと一体に成形されることを特徴とする請求項１，２又は３記載の照明器具。
【請求項５】
前記曲面鏡リフレクタには、前記正レンズが固定手段によって所望位置に固着されることを特徴とする請求項２〜４のいずれか一つに記載の照明器具。
【請求項６】
前記固定手段は、前記曲面鏡リフレクタに形成された装着溝であることを特徴とする請求項５記載の照明器具。
【請求項７】
前記固定手段は、前記曲面鏡リフレクタに形成された装着孔であることを特徴とする請求項５記載の照明器具。
【請求項８】
前記光源を頂点とし前記曲面鏡リフレクタの出射側開口部と同心の円を底面とする円錐を基準円錐とし、前記正レンズは、該正レンズの設定位置において前記基準円錐をほぼ垂直に切断する面を包含することを特徴とする請求項１〜７のいずれか一つに記載の照明器具。
【請求項９】
前記基準円錐は、その底面が前記出射側開口部の径の５割以上の径を有する同心円であることを特徴とする請求項８記載の照明器具。
【請求項１０】
前記曲面鏡リフレクタの出射側開口部の開口直径をＤ、前記曲面鏡リフレクタの深さをｈとしたときに、０＜Ｄ／ｈ≦３．０の条件式を満足させることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一つに記載の照明器具。
【請求項１１】
前記曲面鏡リフレクタの深さをｈとし、前記出射側開口部から前記正レンズの第１面までの距離をＨとしたときに、０．２≦Ｈ／ｈの条件式を満足させることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一つに記載の照明器具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ポケットライト、移動体の外部照明系、携帯及び非携帯の照明装置、さらには他に分類されない照明装置の光学系に関するものであり、発光ダイオードのような発光素子を備えた光源部からの光束を曲面反射リフレクターと、このリフレクターの内部で、光束の射出方向に置かれたレンズにより光束を効率良く射出する照明器具に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１は、光源と、電源と、均一に収束する円錐状の光を放出する放物面反射器と、均一に発散する円錐状の光を放出するレンズとを具備する歯垢検出ライトを開示する。
【０００３】
特許文献２は、発光素子を封止するモールド樹脂の前方界面に、発光素子の光を直接外部へ出射させる直接出射領域と、発光素子の光を全反射させる全反射領域とを形成する光学装置を開示する。この光学装置において、前記直接出射領域は凸レンズ状に形成される。また、モールド樹脂の背面には、凹面鏡状をした光反射部を設けられる。これにより、発光素子から出射される光の一部は、前記直接出射領域を通過するときレンズ作用を受けて前方に出射され、発光素子から出射される光の別な一部は、全反射領域で全反射された後、光反射部で反射され、全反射領域から前方に出射される。
【０００４】
特許文献３は、先端に発光管を設けた棒状の共振器と、前記共振器を挿入する開口部を有し、前記発光管からの放電発光を反射して外部に放射するリフレクタとからなり、前記発光管の放電発光する前方に凸レンズを配置し、前記リフレクタで反射された放電発光を、前記リフレクタが放物面である時には、前記凸レンズの光軸に平行になるように、前記リフレクタが楕円面である時には、前記楕円面の焦点に集光するようにした無電極放電ランプを開示する。また、前記凸レンズの周囲に前記凸レンズを保持する導体リングを備えることを開示する。
【特許文献１】米国特許第４２９２６６４号公報
【特許文献２】特開２００２−９４１２９号公報
【特許文献３】特開２００３−２７２５６５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来は、上述した特許文献等により、リフレクタの中心部分に、リフレクタの開口径より小さいレンズ径の正レンズ若しくは中心部分が正レンズで周辺に行くにしたがってパワーが弱くなるレンズを装着し、光源から出射側に照射される光束が前記レンズにより平行光線として照射され、光源より側面に照射される光束及び光源より後方に照射される光束は反射鏡により、出射側に平行光線として投射される光学系が知られている。
【０００６】
また、近年、光源として高照度タイプのＬＥＤが開発され、これを光源としてポケットライト、移動体の外部照明系、携帯及び非携帯の照明装置などが作られている。このようなＬＥＤは発熱量が少ないので、プラ硝材など熱に弱い光学材料を使うことができ、コンパクト化、低コスト化に大変有利である。
【０００７】
しかし、高照度タイプのＬＥＤは、広がり角が大変広く、上述したような構成の正レンズとリフレクタでは、正レンズとリフレクタの間を通過する光束（以下、「斜め方向に出射される光線」という。）が平行光線として出射されず、光線が拡散してしまうという現象が生じる。
【０００８】
これを防ぐために、上述した特許文献２では、斜め方向に出射される光線を効率良く取り出させるように、リフレクタ内部を樹脂で満たし、斜め方向に出射される光線が正レンズの回りの平面部分で全反射し、さらにリフレクタで反射して平行光線となる方法が開示されている。
【０００９】
しかしながら、光束の利用効率の良い安定した照明装置を得るためには、リフレクタ及び正レンズが樹脂であり且つ一体成形であり公差も厳しく製造することが必要であり、これを満たすことは非常に困難であった。また、レンズ内部での光束の動きが複雑であり、設計も非常に難しいという問題点もあった。
【００１０】
このため、この発明は、出射光束が拡散せず、平行光線や集光光線を容易に得ることができると共に、目的の範囲に均一に照射することができ、さらに製造誤差によるリフレクタと正レンズの位置調整が容易であり、さらにまたコンパクトで構成要素の少ない照明器具を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
したがって、この発明は、少なくとも一つの発散性のある光源と、該光源から発散される光束を前方に反射する曲面鏡リフレクタと、該曲面鏡リフレクタの内部に配される正レンズとを少なくとも具備する照明器具において、前記曲面鏡リフレクタは、その内部であって前記光源から射出される光束が水平又は収束することができる位置に配置されると共に、該光源から所定の長さ前方に延出した位置に開口する出射側開口部を有し、前記正レンズは、少なくとも一つに支持部材によって前記曲面鏡リフレクタ内の所定の位置に配置され、前記支持部材は、前記曲面鏡リフレクタによって反射される光束の出射方向に略垂直に延出し、その先端が前記曲面鏡リフレクタに接着されることにある。
【００１２】
また、前記支持部材は、前記光束の出射方向に垂直な面の幅を狭くすることが望ましく、また透明材料によって形成されるものであっても良い。さらに、前記支持部材は、前記正レンズと一体に成形されるものであっても良い。
【００１３】
さらにまた、前記曲面鏡リフレクタには、前記正レンズが固定手段によって所望位置に固着されることが望ましい。また、固定手段は、前記曲面鏡リフレクタに形成された装着溝若しくは装着孔であることが望ましい。これによって、曲面鏡リフレクタの形成時にレンズ設定位置を規定する装着溝を同時に形成すると共に、前記正レンズと一体に成形された支持部材の先端を前記装着溝に接着することによって前記正レンズを正しい位置に配置できるため、照明器具の製造作業を大変容易にすることができるものである。さらに、装着溝の長さをある程度確保することによって、正レンズの接着位置を微調整することが可能となる。
【００１４】
また、前記光源を頂点とし前記曲面鏡リフレクタの出射側開口部と同心の円を底面とする円錐を基準円錐とし、前記正レンズは、該正レンズの設定位置において前記基準円錐をほぼ垂直に切断する面を包含することが望ましい。また、前記基準円錐は、その底面が前記出射側開口部の径の５割以上の径を有する同心円であることが望ましい。さらにまた、前記基準円錐は、前記光源を頂点とし前記曲面鏡リフレクタの出射側開口部を底面とする円錐の頂角の７割の大きさの頂角を有する円錐であっても良い。
【００１５】
さらに、前記曲面鏡リフレクタの出射側開口部の開口直径をＤ、前記曲面鏡リフレクタの深さをｈとしたときに、０＜Ｄ／ｈ≦３．０（条件式１）の条件式を満足させることが望ましく、前記曲面鏡リフレクタの深さをｈとし、前記出射側開口部から前記正レンズの第１面までの距離をＨとしたときに、０．２≦Ｈ／ｈ（条件式２）の条件式を満足させることが望ましい。尚、前記条件式１は、前記曲面鏡リフレクタの深さを規定する式であり、前記条件式２は、前記曲面鏡リフレクタの中に設置される正レンズの位置を規定する式である。
【発明の効果】
【００１６】
したがって、この発明によれば、曲面鏡リフレクタの形成時にレンズ設定位置を規定する装着溝を同時に形成すると共に、前記正レンズと一体に成形された支持部材の先端を前記装着溝に接着することによって前記正レンズを正しい位置に配置できるため、照明器具の製造作業を大変容易にすることができ且つ製造誤差を低減することができるため、作業工数及び製造コストを低減することができるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、この発明の実施の形態について図面により説明する。
【００１８】
本願発明の実施の形態に係る照明器具ＬＴは、少なくとも一つの発散性のある光源（具体的にはＬＥＤランプ）ＬＤと、この光源ＬＤから出射される光束を反射する曲面鏡リフレクタＲＳが形成されるリフレクタブロックＬＢと、前記曲面鏡リフレクタＲＳ内に配される正レンズＬＺとによって少なくとも構成される。
【００１９】
前記リフレクタブロックＬＢは、アクリル等の合成樹脂で形成されるもので、図２（ａ），（ｂ）で示されるように、一方の側面に光源ＬＤの装着用開口部ＬＤＯが形成され、その装着用開口部ＬＤＯと対面して出射用開口部ＲＯが形成される。また、前記曲面鏡リフレクタＲＳは、前記装着用開口部ＬＤＯと前記出射用開口部ＲＯとの間に連設される所定の曲率で形成された放物面若しくは楕円面で、その表面はアルミ真空蒸着により形成されるものである。
【００２０】
また、前記曲面鏡リフレクタＲＳは、図１で示すように、前記出射用開口部ＲＯの開口直径をＤとし、曲面鏡リフレクタＲＳの深さをｈとした場合に、０＜Ｄ／ｈ≦３．０（条件式１）を満足させるように形成されることが望ましい。これは、実験により求められた図４で示すＤ／ｈと相対的照度ＲＩとの関係を示した特性線から、所定の相対照度εを達成する値γによって設定されたものである。尚、図４で示す特性線において、相対照度ε約０．３［Ｗ］以上を達成する値としてγを３．０以下としたものである。尚、下記する実施例１では、Ｄ／ｈ＝１．０が設定されている。
【００２１】
さらに、前記リフレクタブロックＬＢの曲面鏡リフレクタＲＳには、所定の位置（正レンズＬＺの設定位置）に、前記正レンズＬＺを支持する支持部材ＬＳの先端が接着される装着溝Ｇが形成される。
【００２２】
前記正レンズＬＺは、図３（ａ），（ｂ），（ｃ）で示すように、この実施の形態では、アクリル材によって支持部材ＬＳと一体に成形されている。また、前記支持部材ＬＳは、前記正レンズＬＺと別部材で形成される場合には、前記光源ＬＤの光軸に対して垂直な面ができるだけ小さくなるように形成され、光源ＬＤから出射され、前記曲面鏡リフレクタＲＳによって反射される光束の出射に影響を与えないようになっている。また、前記支持部材ＬＳが正レンズＬＺと一体に形成される場合には、透明部材により形成されるため、光束の出射への影響は少ないものである。
【００２３】
また、前記正レンズＬＺは、前記出射側開口部ＲＯから前記正レンズの第１面までの距離をＨとしたときに、０．２≦Ｈ／ｈの条件式を満足させる位置に配置される。
【００２４】
さらに、前記正レンズＬＺの直径ｄは、前記光源ＬＤと前記出射側開口部ＲＯとを接続する円錐面Ｃｎをベースとして、例えばこの円錐の頂角θを５割程度減少させた円錐、若しくは出射側開口部ＲＯの径を５割程度減少させた同心円を底面とする円錐を基準円錐として、前記正レンズＬＺが配置された位置で、前記基準円錐を出射側開口部ＲＯに平行に切断した場合の円形断面を包含するように設定される。具体的には、前記正レンズＬＺの直径ｄは、前記円形断面の径を最小値とするものである。
【００２５】
また、図５で示すように、前記正レンズＬＺ’は、光束の出射方向に所定の厚さを有し、前記支持部材ＬＳ’も前記出射方向に所定の厚さを有するものであっても良い。
【実施例１】
【００２６】
以下、この発明の実施例に係る正レンズの形状及びリフレクタの形状について表１及び表２に示す。尚、下記する表１及び２において、Ｋは、コニック係数であり、Ａ，Ｂは、下記する数式１で示される係数である。
【００２７】
【表１】
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【００２８】
【表２】
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【００２９】
尚、位置条件として、光源ＬＤは、曲面鏡リフレクタＲＳの頂点より２．５１ｍｍ出射側に配置され、正レンズＬＺの第１面（光源側）は、前記曲面鏡リフレクタＲＳ頂点より、１１．４ｍｍ出射側に配置される。さらに、光源ＬＤのカバーの曲率は３．２９に設定され、光源ＬＤのカバーの曲率中心に光源を設定するものである。
【００３０】
また、前記レンズの非球面は、下記する数式１によって形成される。
【００３１】
【数１】
2006134707.tif 000005
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本願発明の実施の形態に係る照明器具の概略構成図である。
【図２】（ａ）は本願発明の実施の形態に係るリフレクタブロックの斜視図であり、（ｂ）はその正面図である。
【図３】（ａ）は本願発明の第１の実施の形態に係る正レンズの斜視図であり、（ｂ）はその正面図であり、（ｃ）はその側面図である。
【図４】前記曲面鏡リフレクタの出射側開口部Ｄと深さｈの割合と相対的照度との関係を示した特性線図である。
【図５】本願発明の第２の実施の形態に係る正レンズの斜視図である。
【符号の説明】
【００３３】
Ｃｎ  円錐面
Ｇ    装着溝
ＬＢ  リフレクタブロック
ＬＤ  光源
ＬＤＯ  装着用開口部
ＬＳ，ＬＳ’  支持部材
ＬＴ  照明器具
ＬＺ，ＬＺ’  正レンズ
ＲＯ  出射側開口部
ＲＳ  曲面鏡リフレクタ
【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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