(57)【要約】【課題】複数の波長の光を照射対象にムラなく照射することができるとともに、寸法的にコンパクトな発光ダイオードランプを提供する。【解決手段】発光ダイオード素子２２とレンズ２４とを有しており互いに隣り合う位置に配置された複数の発光ダイオード２０と、発光ダイオード２０から受けた光を拡散させる拡散板５０とで発光ダイオードランプ１０を構成する。そして、各発光ダイオード素子２２から出る光の波長を少なくとも２種類とし、各発光ダイオード２０同士の間の距離ｄ１に対して、１の発光ダイオード２０から出た照度半減角度θ１内の光が拡散板５０を照射する範囲の径ｄ２が以下の範囲となるように設定する。    ｄ１≦ｄ２≦ｄ１×３【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光ダイオード素子とレンズとを有しており互いに隣り合う位置に配置された複数の発光ダイオードと、
前記発光ダイオードから受けた光を拡散させる拡散板とを有する発光ダイオードランプであって、
前記各発光ダイオード素子から出る光の波長は少なくとも２種類あり、
前記各発光ダイオード同士の間の距離ｄ１に対して、
１の前記発光ダイオードから出た照度半減角度内の光が前記拡散板を照射する範囲の径ｄ２が以下の範囲にあることを特徴とする発光ダイオードランプ。
ｄ１≦ｄ２≦ｄ１×３
【請求項２】
１の前記発光ダイオードから出た照度半減角度θ１に対して、
前記拡散板から出た光の照度半減角度θ２は以下の範囲にあることを特徴とする請求項１に記載の発光ダイオードランプ。
θ１＜θ２≦５０°
【請求項３】
前記各発光ダイオード素子から放射される光は赤外光であることを特徴とする請求項１または２に記載の発光ダイオードランプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の波長の光を照射対象にムラなく照射する発光ダイオードランプに関する。
【背景技術】
【０００２】
消費電力が低く、かつ長寿命といった長所を有する発光ダイオードは、需要者のエコロジー意識の高まりとともに、省エネ対策のひとつとしてその使用範囲が急速に広まっている。これに伴い、ハロゲンランプの代替として発光ダイオードを使用したいというニーズが一般的になっている。
【０００３】
ところで、ハロゲンランプからは幅広い波長の光が放射されるのに対して、発光ダイオードからは特定のピーク波長を有する比較的波長幅の狭い光が放射される。このため、例えば、複数の波長の光で照射対象を照らしたい場合、それぞれピーク波長が異なる発光ダイオードを複数組み合わせて発光ダイオードランプを構成する必要があった。
【０００４】
例えば特許文献１に開示された発光ダイオードランプの場合、緑色発光波長の光を出す発光ダイオードと、黄色発光波長の光を出す発光ダイオードとを備えており、夜間照明として利用効率が高い光を広範囲にわたって出すことができるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−３１１１８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、単に複数の波長が含まれている光を放射するだけではなく、各発光ダイオードから放射される光の利用効率を高めるために必要な照射対象のみを照らす場合には、光を出す発光ダイオード素子と、当該発光ダイオード素子の出光側に配置するレンズとを組み合わせて発光ダイオードを構成し、このレンズの屈折作用よって発光ダイオード素子から出る光の配光角度を狭くする必要がある。
【０００７】
加えて、このように発光ダイオード素子とレンズとを組み合わせた複数の発光ダイオードを使用して特定の照射対象を照らしたとき、照射対象で重ね合わされた互いに波長の異なる光が均等にならずムラができるという問題があった。
【０００８】
例えば、物体に対して互いに波長の異なる複数種類の赤外線を照射し、当該物体で反射した各波長の赤外線強度をカメラ撮影することで暗闇の下でもカラー画像を得られるようにする場合において、上述のように物体への照射対象において波長の異なる光の照度のムラが生じると、得られるカラー画像の色味にもムラが出てしまい鮮明なカラー画像を得ることができなかった。
【０００９】
本発明は、上述した問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、複数の波長の光を照射対象にムラなく照射することができるとともに、寸法的にコンパクトな発光ダイオードランプを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の一局面によれば、
発光ダイオード素子とレンズとを有しており互いに隣り合う位置に配置された複数の発光ダイオードと、
前記発光ダイオードから受けた光を拡散させる拡散板とを有する発光ダイオードランプであって、
前記各発光ダイオード素子から出る光の波長は少なくとも２種類あり、
前記各発光ダイオード同士の間の距離ｄ１に対して、
１の前記発光ダイオードから出た照度半減角度内の光が前記拡散板を照射する範囲の径ｄ２が以下の範囲にあることを特徴とする発光ダイオードランプが提供される。
ｄ１≦ｄ２≦ｄ１×３
【００１１】
好適には、１の前記発光ダイオードから出た照度半減角度θ１に対して、
前記拡散板から出た光の照度半減角度θ２は以下の範囲にある。
θ１＜θ２≦５０°
【００１２】
好適には、前記各発光ダイオード素子から放射される光は赤外光である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、複数の波長の光を照射対象にムラなく照射することができるとともに、寸法的にコンパクトな発光ダイオードランプを提供できた。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明が適用された発光ダイオードランプ１０の一例を示す図である。
【図２】本発明が適用された発光ダイオードランプ１０の一例を示す図である。
【図３】本発明が適用された発光ダイオードランプ１０の一例を示す断面図である。
【図４】他の実施形態による発光ダイオードランプ１０の一例を示す断面図である。
【図５】発光ダイオード２０や拡散板５０からの光の照度半減角度を示す図である。
【図６】本明細書における「照度半減角度」の意味を説明するための図である。
【図７】実験例に係る発光ダイオードランプ１０における、異なるピーク波長を有する発光ダイオード２０の配置例を示す図である。
【図８】実験例における照射対象Ｓの測定位置の例を示す図である。
【図９】各発光ダイオード２０の配置に関する他の例を示す図である。
【図１０】各発光ダイオード２０の配置に関する他の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
（発光ダイオードランプ１０の構造）
図１および図２を用いて、実施形態に係る発光ダイオードランプ１０の構造について説明する。発光ダイオードランプ１０は、大略、基板１２と、複数の発光ダイオード２０と、拡散板５０とを備えている。
【００１６】
各発光ダイオード２０は、所定のピーク波長を有する光を拡散板５０に向けて放射する部材であり、本実施形態の場合、基板１２上において、９つの発光ダイオード２０が互いに隣り合うようにして、かつ、隣り合う発光ダイオード２０と互いに同じ距離ｄ１を隔てて方形状に並べられている。もちろん、複数の発光ダイオード２０の並べ方はこれに限定されるものではなく、千鳥状に並べてもよいし、不規則に並べてもよい。
【００１７】
各発光ダイオード２０は、それぞれ、発光ダイオード素子２２と、レンズ２４とを有している。
【００１８】
発光ダイオード素子２２は、外部から電力を受けて所定のピーク波長を有する光を放射する素子である。発光ダイオードランプ１０を構成する複数の発光ダイオード２０の発光ダイオード素子２２から出る光の波長は少なくとも２種類が設定されている。
【００１９】
なお、発光ダイオードランプ１０を構成する発光ダイオード２０の数、各発光ダイオード２０の配列形式、各発光ダイオード２０から出る光のピーク波長の種類数、および、各発光ダイオード２０の配置位置については、上述のものに限定されることはなく、発光ダイオードランプ１０に求められる性能に応じて適切なものが採用される。
【００２０】
レンズ２４は、発光ダイオード素子２２からの光を屈折させて所定の配光角度にするための光学素子である。本実施形態のレンズ２４は、図３に示すように、基板１２の表面に実装された発光ダイオード素子２２の周囲を囲繞する筒状部２６と、この筒状部２６の基板１２に接する端とは反対側の端（図中上端）側の開口２８を覆うように形成されたレンズ部３０とを有している。
【００２１】
筒状部２６は、発光ダイオード素子２２からの光を透過させない材料で形成されている。また、レンズ部３０は、発光ダイオード素子２２からの光を透過させる材料で形成された、略半球状あるいはドーム状の部分である。レンズ部３０を形成する材料には、必要に応じて、光を拡散させる拡散材を含めてもよい。
【００２２】
なお、レンズ２４を構成する筒状部２６は必須の構成ではなく、レンズ部３０のみで発光ダイオード素子２２を直接覆うことにより、発光ダイオード素子２２からの光を屈折させて所定の配光角度にしてもよい。
【００２３】
また、レンズ２４の筒状部２６を単に基板１２に取り付けるのではなく、図４に示すように、あらかじめ基板１２の表面にレンズ取付ガイド３２を突設させてもよい。このレンズ取付ガイド３２は、発光ダイオード素子２２を囲繞するようにして、筒状部２６よりも低く突設されている。また、レンズ取付ガイド３２の外周形状は、筒状部２６の基板１２への取り付け側端の内周形状とほぼ同じに形成されている。これにより、レンズ取付ガイド３２に筒状部２６を被せるようにして、レンズ２４を所定の位置に正しく取り付けることができるとともに、取り付けたレンズ２４が基板１２の表面から不所望に外れにくくなる。
【００２４】
図１に戻り、拡散板５０は、発光ダイオード２０の発光側に配置されており、この発光ダイオード２０からの光を受け入れる受光面５２と、当該光をより拡散させた状態で出す出光面５４とを有している。拡散板５０の受光面５２に照射された光は、拡散されて、入射（照射）時に比べてより広い配光角度で出光面５４から出る。
【００２５】
（発光ダイオードランプ１０の特徴）
次に、上述した発光ダイオードランプ１０を用いて照射対象を照らす際の方法について図５を用いて説明する。各発光ダイオード２０の発光ダイオード素子２２から出た光は、それぞれ対応するレンズ２４のレンズ部３０で所定の配光角度に屈折されて発光ダイオード２０から放射される。発光ダイオード２０から放射される光の「照度半減角度」をθ１とする。
【００２６】
本明細書を通して「照度半減角度」とは、図６に示すように、１つの発光ダイオード２０から放射される光の中心軸（光軸）ＣＬ上の照度（１００％）に対して５０％の照度になる方向の内角をいう。なお、図６では、矢印の長さが照度の大きさを示している。
【００２７】
図５に戻り、発光ダイオード２０から放射された照度半減角度θ１の光は、拡散板５０の受光面５２から当該拡散板５０の内部に入る。このとき、発光ダイオードランプ１０における各発光ダイオード２０同士の間の距離をｄ１としたとき、１の発光ダイオード２０から出た照度半減角度θ１内の光が拡散板５０の受光面５２を照射する範囲の径ｄ２は以下の式を満たす範囲にある。
ｄ１≦ｄ２≦ｄ１×３
【００２８】
「ｄ１≦ｄ２」とすることにより、各発光ダイオード２０から出た照度半減角度θ１内の光が均一に重ね合わされるようになる。
【００２９】
さらに「ｄ２≦ｄ１×３」とするのは、ｄ２がｄ１の３倍以上となるように設定すると、発光ダイオードランプ１０の構造が寸法的に大きくなり過ぎてコンパクトな発光ダイオード１０ではなくなってしまうとともに、拡散板５０を使用せずとも照射対象にムラの少ない照射を行うことができるからである。
【００３０】
拡散板５０の受光面５２から当該拡散板５０の内部に入った光は、拡散された後、出光面５４から出て照射対象に向かう。このとき、拡散板５０から出た光の照度半減角度θ２は、発光ダイオード２０から出たときの照度半減角度θ１よりも大きく、かつ、５０°以下となっている。つまり、以下の式を満たすようになっている。
θ１＜θ２≦５０°
【００３１】
本実施例の発光ダイオードランプ１０によれば、照射対象内における各発光ダイオード２０からの光に含まれる各波長の光のピーク分光放射照度を測定したとき、照射対象内のすべての位置において、各波長の光のピーク分光放射照度の最大相対値と最小相対値との差が２０％以下となり、複数の波長の光を照射対象にムラなく照射することができる。
【００３２】
（実験例）
次に、ひとつの実施例に係る発光ダイオードランプ１０で照射した照射対象内のにおける各発光ダイオード２０からの光に含まれる各波長の光のピーク分光放射照度を測定した結果について説明する。
【００３３】
図７に示すように、方形状に並べられた９つの発光ダイオード２０のうち、図中中段の中央に配置された１つの符号「Ａ」の発光ダイオード２０は、ピーク波長Ａ（８１０ｎｍ）の光を出すようになっている。また、図中中段に配置された３つの発光ダイオード２０のうち、両外側に配置された２つの符号「Ｂ」の発光ダイオード２０は、ピーク波長Ｂ（８７０ｎｍ）の光を出すようになっている。さらに、図中上段の３つ、および、下段の３つに配置された符号「Ｃ」の発光ダイオード２０は、ピーク波長Ｃ（９５０ｎｍ）の光を出すようになっている。
【００３４】
そして、これら発光ダイオード２０から「ｄ２＝ｄ１×２」の位置に拡散板５０を配置した。
【００３５】
また、拡散板５０から出た光の照度半減角度θ２は、３０°であった。
【００３６】
このような光で照射される照射対象Ｓにおいて、図８に示すように、１３箇所の測定点を設定し、これら測定点における各波長ＡからＣのピーク分光放射照度他を測定した。その結果を表１に示す。なお、照射対象Ｓは大小二つの円で規定されており、小円の径は大円の径の半分である。
【表１】
2019133865.tif 000003
【００３７】
次に、各測定点における各波長ＡからＣのピーク分光放射照度の相対値［％］を表２に示す。
【表２】
2019133865.tif 000004
【００３８】
各波長ＡからＣにおけるピーク分光放射照度の最大と最小相対値の差を表３に示す。
【表３】
2019133865.tif 000005
【００３９】
上述した実験結果によれば、照射対象内の各測定点における各発光ダイオード２０からの光に含まれる各波長ＡからＣの光のピーク分光放射照度を測定したとき、照射対象内のすべての測定点において、各波長ＡからＣの光のピーク分光放射照度の最大相対値と最小相対値との差が２０％以下となっており、本実施例に係る発光ダイオードランプ１０によれば複数の波長の光が照射対象にムラなく照射できていることがわかる。
【００４０】
（変形例）
上述した実施形態では、各発光ダイオード２０が拡散板５０に対して平行な平面である基板１２の表面に配設されていることから、各発光ダイオード２０から拡散板５０までの距離はそれぞれ同じであるが、これに変えて、図９に示すように、例えば基板１２の表面を凹凸に形成してその上に各発光ダイオード２０を配置してもよい。この場合、各発光ダイオード２０から拡散板５０までの距離がそれぞれ異なる場合があるが、図２のように拡散板５０から基板１２を見た平面視において、各発光ダイオード２０が互いに隣り合うように配置されていれば、各発光ダイオード２０から拡散板５０までの距離はそれぞれ異なる場合があってもよい。
【００４１】
また、各発光ダイオード２０を「互いに隣り合うように配置する」とは、各発光ダイオード２０からの光を均一に重ね合わせるようにするために、図１０に示すように、拡散板５０の受光面５２において、１の発光ダイオード２０から出た照度半減角度θ１内の光が拡散板５０の受光面５２を照射する範囲と、隣り合う別の発光ダイオード２０から出た照度半減角度θ１内の光が拡散板５０の受光面５２を照射する範囲とが互いに接するか、あるいは互いに重なり合うような位置関係にあることをいう。さらに、各発光ダイオード２０から出た照度半減角度θ１内の光が受光面５２で少なくとも径方向のほぼ半分が重なり合うようにするのが好適である。
【００４２】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した説明ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００４３】
１０…発光ダイオードランプ、１２…基板
２０…発光ダイオード、２２…発光ダイオード素子、２４…レンズ、２６…筒状部、２８…（筒状部２６の）開口、３０…レンズ部、３２…レンズ取付ガイド
５０…拡散板、５２…受光面、５４…出光面
【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】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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