(57)【要約】この発明は、ＬＥＤチップと、該ＬＥＤチップを包囲する略半球状の透光凸面とを有するＬＥＤランプの透光凸面と同様の曲率を有する透光凹端面をもち、該透光凹端面の周縁から放物線回転体状に延びる集光部を具え、集光部の回転軸を含む断面で見て、前記透光凹端面の周縁位置で集光部に引いた接線の前記回転軸に対する傾きを、ＬＥＤランプから発する光の集光部への入射効率が所定値以上となるように設定することを特徴とする集光素子等を提案する。
2003026031.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＬＥＤチップと、該ＬＥＤチップを包囲する略半球状の透光凸面とを有するＬＥＤランプの透光凸面と同様の曲率を有する透光凹端面をもち、該透光凹端面の周縁から放物線回転体状に延びる集光部を具え、
集光部の回転軸を含む断面で見て、前記透光凹端面の周縁位置で集光部に引いた接線の前記回転軸に対する傾きを、ＬＥＤランプから発する光の集光部への入射効率が所定値以上となるように設定することを特徴とする集光素子。
【請求項２】
前記接線の前記回転軸に対する傾きは０．１５〜１．００の範囲である請求項１記載の集光素子。
【請求項３】
前記集光素子の長さは、前記回転軸上で測定して１０ｍｍ以上である請求項１又は２記載の集光素子。
【請求項４】
前記集光素子の光出射側の端面の面積は、１０００ｍｍ２以下である請求項１、２又は３記載の集光素子。
【請求項５】
前記集光素子は、前記集光部の光出射側に略円柱状の部分を一体形成してなる請求項１〜４のいずれか１項記載の集光素子。
【請求項６】
ＬＥＤチップと、該ＬＥＤチップを包囲する略半球状の透光凸面とを有するＬＥＤランプの透光凸面と同様の曲率を有する透光凹端面をもち、該透光凹端面の周縁から放物線回転体状に延びる集光部を具える集光素子を形成するにあたり、
集光部の回転軸を含む断面で見て、前記回転軸に対する前記集光素子の透光凹端面の周縁位置で集光部に引いた接線の傾きが異なる集光部をもつ複数個の集光素子を形成し、該集光素子をＬＥＤランプに被せた後、ＬＥＤランプを発光させ、このとき、光が各集光素子に入射したときの入射効率をそれぞれ測定し、かかる入射効率が所定値以上となる前記接線の傾きを求め、この求めた前記接線の傾きを満足するように集光部を含む集光素子を形成することを特徴とする集光素子の形成方法。
【請求項７】
前記回転軸に対する前記接線の傾きが異なる集光部を有する複数個の集光素子で測定した入射効率のうち、最大の入射効率となる前記接線の傾きの最小値を求め、この求めた最小値の−２０〜＋５０％の範囲内に前記接線の傾きを設定して、集光部を含む集光素子を形成する請求項６記載の集光素子の形成方法。
【請求項８】
ＬＥＤチップ、及び該ＬＥＤチップを包囲する略半球状の透光凸面とを有するＬＥＤランプと、
該ＬＥＤランプの透光凸面上に被せるため、この透光凸面と同様の曲率を有する透光凹端面をもち、該透光凹端面の周縁から放物線回転体状に延びる集光部を有する集光素子とを具え、これらＬＥＤランプと集光素子を一体的に構成し、
集光部の回転軸を含む断面で見て、前記集光素子の透光凹端面の周縁位置で集光部に引いた接線の前記回転軸に対する傾きを、ＬＥＤランプから発する光が集光部に入射するときの入射効率が所定値以上となるように設定することを特徴とする集光素子付きＬＥＤランプ。
【請求項９】
ＬＥＤチップ、及び該ＬＥＤチップを包囲する略半球状の透光凸面を有するＬＥＤランプと、
該ＬＥＤランプの透光凸面上に被せるため、この透光凸面と同様の曲率を有する透光凹端面をもち、該透光凹端面の周縁から放物線回転体状に延びる集光部を有する集光素子と、
この集光素子の光出射側の端面に接合され又は前記集光素子と一体成形され、集光素子の前記端面から出射した光を所定角度で反射させる反射面をもち、線状の光を発する発光体と
を具え、これらＬＥＤランプ、集光素子及び発光体を一体的に構成してなることを特徴とするＬＥＤランプを光源とする線状発光装置。
【請求項１０】
ＬＥＤチップ、及び該ＬＥＤチップを包囲する略半球状の透光凸面を有するＬＥＤランプと、
該ＬＥＤランプの透光凸面上に被せるため、この透光凸面と同様の曲率を有する透光凹端面をもち、該透光凹端面の周縁から放物線回転体状に延びる集光部を有する集光素子と、
この集光素子の光出射側の端面に接合され又は前記集光素子と一体成形され、集光素子の前記端面から出射した光を反射させる反射面、及び反射面からの反射光を線状に発する発光面を有する発光体と
を具え、これらＬＥＤランプ、集光素子及び発光体を一体的に構成し、発光体の反射面に輝度均一化手段を設けることを特徴とするＬＥＤランプを光源とする線状発光装置。
【請求項１１】
集光部の回転軸を含む断面で見て、前記集光素子の透光凹端面の周縁位置で集光部に引いた接線の前記回転軸に対する傾きを、ＬＥＤランプから発する光が集光部に入射するときの入射効率が所定値以上となるように設定することを特徴とする請求項９又は１０記載の線状発光装置。
【請求項１２】
前記接線の前記回転軸に対する傾きは０．１５〜１．００の範囲である請求項１１記載の線状発光装置。
【請求項１３】
集光素子の長さは、前記回転軸上で測定して１０ｍｍ以上である請求項９〜１２のいずれか１項記載の線状発光装置。
【請求項１４】
集光素子の光出射側の端面の面積は、１０００ｍｍ２以下である請求項９〜１３のいずれか１項記載の線状発光装置。
【請求項１５】
集光素子は、前記集光部の光出射側に略円柱状の部分を一体形成してなる請求項９〜１４のいずれか１項記載の線状発光装置。
【請求項１６】
発光体は、略楔状をなし、その側面が、反射面を斜辺とし、その反射面と対向する位置にある発光面を底辺とし、残りの辺を集光素子との接合面とする略直角三角形形状を有し、反射面が異なる方向に延在する２つの線分からなる凸状部の連結によってジグザグ状に形成され、かついずれか一方の線分の延在方向を、発光体に入射した光の進行方向に対して所定角度とする請求項９〜１５のいずれか１項記載の線状発光装置。
【請求項１７】
発光体の前記接合面は、集光素子の光出射側端面の全面と接合できる面積を有する請求項１６記載の線状発光装置。
【請求項１８】
発光体は、光伝送チューブを介して集光素子に一体的に連結される請求項９〜１７のいずれか１項記載の線状発光装置。
【請求項１９】
輝度均一化手段は、発光体の反射面での光の反射率が、少なくとも発光体の光入射側の端部に位置する反射面部分で、発光体の他の部分に位置する反射面部分よりも大きくなるように構成する請求項１０〜１８のいずれか１項記載の線状発光装置。
【請求項２０】
輝度均一化手段は、前記回転軸の延長線に対する反射面の平均傾斜角度を、少なくとも発光体の光入射側端部に位置する反射面部分で他の反射面部分よりも大きくする請求項１０〜１８のいずれか１項記載の線状発光装置。
【請求項２１】
輝度均一化手段は、反射面を構成する凸状部の平均配設数を、少なくとも発光体の光入射側端部に位置する反射面部分で他の反射面部分よりも多くする請求項１６、１７又は１８記載の線状発光装置。
【発明の詳細な説明】
技術分野
この発明は、集光素子及びその形成方法並びに集光素子付きＬＥＤランプ及びＬＥＤランプを光源とする線状発光装置に関するものである。
尚、この線状発光装置は、特に室内灯や、車両に装着されるハイマウントブレーキランプのようなテールランプ等の車両用灯具として用いるのに適する。
背景技術
ＬＥＤ（発光ダイオード）ランプは、発光の応答速度が速く、低消費電力で長寿命であり、小型である等の長所を有する。しかしながら、ＬＥＤランプは、蛍光灯や白熱灯などの照明灯に比較すると輝度が低い。このため、例えば、ブレーキランプ等の車両用灯具としては使用できず、主としてパイロットランプや数字表示素子などの一部の限定した用途に使用されるにすぎなかった。
しかしながら、近年では、上述した長所を有するＬＥＤランプを多方面の分野において適用する動きがある。例えば、実公平６−２８７２５号公報には、車両用灯具として用いることが可能なＬＥＤランプ用レンズが記載されている。
かかるＬＥＤランプ用レンズ１０１は、図７に示すように、放物線回転体状を有し、ＬＥＤランプ１０２から放射状に出る光線の大部分を前記レンズに取りこむとともに、この取りこんだ光線のほとんどを、レンズ本体の側面１０３で反射させるなどして、略平行光線として効率良く前方に出射することができるとしている。
しかしながら、上記レンズ１０１は、ＬＥＤランプ１０２から出る光線を取り入れるため、レンズ１０１の光入射側の端面１０４の面積が広く、これに比例してレンズの光出射側の端面１０５の面積も広くなる。このため、レンズ自体のサイズが大型化するとともに、出射光のスポット径も大きくなって、十分な指向性が得られず、高輝度の光を出射できないことがわかった。
また、従来から、線状の発光が得られる発光体としては、ネオン管や蛍光灯のような電灯が知られている。かかる電灯は、高電圧を必要とし、感電や漏電の危険性があるため、例えば、雨や雪のような水気のある場所では使用することができない。また、上記電灯は、ガラス管で形成されているので、人や車両等が物理的に衝突する恐れのある場所では、ガラス管が破損する可能性があることから使用することができない。さらに、曲面状に湾曲させるような態様で上記電灯を使用する場合には、その曲率に合わせたガラス細工を行う必要があり、これは、熟練を要するとともに、コストの増大を招くことにある。その上、消費電力が１ｍの長さ当たり数十Ｗ程度と大きいことから、長時間にわたって使用する場合には、商用電源が利用できる場所でなければ使用できない。従って、発光体として上記電灯を用いた場合、上述した種々の問題点があった。
一方、ＬＥＤ（発光ダイオード）ランプは、上述した利点を有するものの、点状発光体であるので、線状発光体として用いるには好ましくない。しかしながら、近年では、上述した利点を有するＬＥＤランプを用いて線状発光装置を形成する試みがなされるようになった。
ＬＥＤランプを用いて線状発光体を形成するための手段としては、例えば、管状クラッドと、該管状クラッドの構成材料よりも高屈折率の材料で構成されるコアと、該管状クラッドとコアとの間に該管状クラッドの長さ方向に沿って帯状に延びる反射層とを具える光伝送チューブを用い、この光伝送チューブの端面にＬＥＤランプを配置して、このＬＥＤランプから発した光を前記コアに入射し、この入射光を該反射層で反射・散乱させて該反射層形成側と反対側の管状クラッド側周面から放出させる方法が有用である。
しかしながら、かかる方法を用いた場合、ＬＥＤランプから発する光を十分に集光して光伝送チューブに入射することができない。このため、光伝送チューブ（のコア）への入射効率が悪く、これに伴って、光伝送チューブからの出射光量も低く、また、指向性も劣るため、十分な輝度が得られないという問題点があった。
発明の開示
この発明の目的は、ＬＥＤランプからの入射光を、集光素子の光入射側の端面の面積を大きくすることなく集光部に有効に取り入れて、指向性に優れた高輝度の光を出射可能とした集光素子及びその形成方法並びに集光素子付きＬＥＤランプ及びＬＥＤランプを光源とする線状発光装置を提供することにある。
上記目的を達成するため、第１発明は、ＬＥＤチップと、該ＬＥＤチップを包囲する略半球状の透光凸面とを有するＬＥＤランプの透光凸面と同様の曲率を有する透光凹端面をもち、該透光凹端面の周縁から放物線回転体状に延びる集光部を具え、集光部の回転軸を含む断面で見て、前記透光凹端面の周縁位置で集光部に引いた接線の前記回転軸に対する傾きを、ＬＥＤランプから発する光の集光部への入射効率が所定値以上、具体的には６０％以上、好適には７０％以上、更に好ましくは８５％以上となるように設定することを特徴とする集光素子である。
また、第１発明では、前記接線の前記回転軸に対する傾きは０．１５〜１．００、好適には０．２〜０．８、更に好ましくは０．３〜０．６の範囲であること、前記集光素子の長さは前記回転軸上で測定して１０ｍｍ以上であること、前記集光素子の光出射側の端面の面積は１０００ｍｍ２以下、好適には６２５ｍｍ２以下、更に好ましくは２２５ｍｍ２以下であること、及び／又は、前記集光素子は前記集光部の光出射側に略円柱状の部分を一体形成してなることが好ましい。
第２発明は、ＬＥＤチップと、該ＬＥＤチップを包囲する略半球状の透光凸面とを有するＬＥＤランプの透光凸面と同様の曲率を有する透光凹端面をもち、該透光凹端面の周縁から放物線回転体状に延びる集光部を具える集光素子を形成するにあたり、集光部の回転軸を含む断面で見て、前記回転軸に対する前記集光素子の透光凹端面の周縁位置で集光部に引いた接線の傾きが異なる集光部をもつ複数個の集光素子を形成し、該集光素子をＬＥＤランプに被せた後、ＬＥＤランプを発光させ、このとき、光が各集光素子に入射したときの入射効率をそれぞれ測定し、かかる入射効率が所定値以上となる前記接線の傾きを求め、この求めた前記接線の傾きを満足するように集光部を含む集光素子を形成することを特徴とする集光素子の形成方法である。
また、第２発明では、前記回転軸に対する前記接線の傾きが異なる集光部を有する複数個の集光素子で測定した入射効率のうち、最大の入射効率となる前記接線の傾きの最小値を求め、この求めた最小値の−２０〜＋５０％の範囲内に前記接線の傾きを設定して、集光部を含む集光素子を形成することが好ましい。
第３発明は、ＬＥＤチップ、及び該ＬＥＤチップを包囲する略半球状の透光凸面とを有するＬＥＤランプと、該ＬＥＤランプの透光凸面上に被せるため、この透光凸面と同様の曲率を有する透光凹端面をもち、該透光凹端面の周縁から放物線回転体状に延びる集光部を有する集光素子とを具え、これらＬＥＤランプと集光素子を一体的に構成し、集光部の回転軸を含む断面で見て、前記集光素子の透光凹端面の周縁位置で集光部に引いた接線の前記回転軸に対する傾きを、ＬＥＤランプから発する光が集光部に入射するときの入射効率が所定値以上となるように設定することを特徴とする集光素子付きＬＥＤランプである。
第４発明は、ＬＥＤチップ、及び該ＬＥＤチップを包囲する略半球状の透光凸面を有するＬＥＤランプと、該ＬＥＤランプの透光凸面上に被せるため、この透光凸面と同様の曲率を有する透光凹端面をもち、該透光凹端面の周縁から放物線回転体状に延びる集光部を有する集光素子と、この集光素子の光出射側の端面に接合され又は前記集光素子と一体成形され、集光素子の前記端面から出射した光を所定角度、具体的には６０〜１５０°、好適には７０〜１３０°、更に好ましくは８５〜１１０°で反射させる反射面をもち、線状の光を発する発光体とを具え、これらＬＥＤランプ、集光素子及び発光体を一体的に構成してなることを特徴とするＬＥＤランプを光源とする線状発光装置である。
第５発明は、ＬＥＤチップ、及び該ＬＥＤチップを包囲する略半球状の透光凸面を有するＬＥＤランプと、該ＬＥＤランプの透光凸面上に被せるため、この透光凸面と同様の曲率を有する透光凹端面をもち、該透光凹端面の周縁から放物線回転体状に延びる集光部を有する集光素子と、この集光素子の光出射側の端面に接合され又は前記集光素子と一体成形され、集光素子の前記端面から出射した光を反射させる反射面、及び反射面からの反射光を線状に発する発光面を有する発光体とを具え、これらＬＥＤランプ、集光素子及び発光体を一体的に構成し、発光体の反射面に輝度均一化手段を設けることを特徴とするＬＥＤランプを光源とする線状発光装置である。
また、第４及び第５発明では、集光部の回転軸を含む断面で見て、前記集光素子の透光凹端面の周縁位置で集光部に引いた接線の前記回転軸に対する傾きを、ＬＥＤランプから発する光が集光部に入射するときの入射効率が所定値以上、具体的には６０％以上、好適には７０％以上、更に好ましくは８５％以上となるように設定することが好ましい。
さらに、第４及び第５発明では、前記接線の前記回転軸に対する傾きは０．１５〜１．００、好適には０．２〜０．８、更に好ましくは０．３〜０．６の範囲であること、集光素子の長さは前記回転軸上で測定して１０ｍｍ以上であること、集光素子の光出射側の端面の面積は１０００ｍｍ２以下、好適には６２５ｍｍ２以下、更に好ましくは２２５ｍｍ２以下であること、及び／又は、集光素子は前記集光部の光出射側に略円柱状の部分を一体形成してなることが好ましい。
さらにまた、第４及び第５発明では、発光体は、略楔状をなし、その側面が、反射面を斜辺とし、その反射面と対向する位置にある発光面を底辺とし、残りの辺を集光素子との接合面とする略直角三角形形状を有し、反射面が異なる方向に延在する２つの線分からなる凸状部の連結によってジグザグ状に形成され、かついずれか一方の線分の延在方向を、発光体に入射した光の進行方向に対して所定角度、具体的には２５〜５５°、好適には３１〜５２°、更に好ましくは３８〜４７°とする。
加えて、第４及び第５発明では、集合素子から出射した光を発光体に有効に取りこむため、発光体の前記接合面は、集光素子の光出射側端面の全面と接合できる面積を有することが好ましい。
尚、発光体を光源であるＬＥＤランプ位置から離して配置する必要がある場合には、発光体は、光伝送チューブを介して集光素子に一体的に連結されることが好適である。
加えてまた、輝度均一化手段は、発光体の反射面での光の反射率が、少なくとも発光体の光入射側の端部に位置する反射面部分で、発光体の他の部分に位置する反射面部分よりも大きくなるように構成すること、より具体的には、前記回転軸の延長線に対する反射面の平均傾斜角度を、少なくとも発光体の光入射側端部に位置する反射面部分で他の反射面部分よりも大きくすること、及び／又は、反射面を構成する凸状部の平均配設数を、少なくとも発光体の光入射側端部に位置する反射面部分で他の反射面部分よりも多くすることが好ましい。
図１は、第３発明に従う集光素子付きＬＥＤランプの側面図であり、
図２は、前記回転軸ｎに対する前記接線ｍの傾きを求める方法を説明するための図であり、
図３は、出射光量と回転軸ｎに対する接線ｍの傾きとの関係の一例を示す図であり、
図４Ａ〜４Ｄは、集光素子の長さＬをそれぞれ４ｍｍ、１０ｍｍ、２０ｍｍ、及び３０ｍｍにしたときの、照射光のスポット径と出射光量との関係を示す図であり、
図５は、発明品を用いたときの、スポット径の中心位置からの距離に対して出射光量を示した棒グラフであり、
図６は、従来品を用いたときの、スポット径の中心位置からの距離に対して出射光量を示した棒グラフであり、
図７は、従来の集光素子付きＬＥＤランプの縦断面図であり、
図８は、第４発明に従う線状発光装置の側面図であり、
図９は、この発明に従う他の線状発光装置の側面図であり、
図１０は、この発明に従う他の線状発光装置の側面図であり、
図１１は、この発明に従う他の線状発光装置の側面図であり、
図１２は、第５発明に従う線状発光装置の側面図であり、
図１３Ａは、第５発明に従う他の線状発光装置の発光体から発した線状光の輝度分布を示す図面代用写真であり、
図１３Ｂは、図１３Ａで用いた線状発光装置の発光体の側面図であり、
図１４Ａは、第５発明に従う他の線状発光装置の発光体から発した線状光の輝度分布を示す図面代用写真であり、
図１４Ｂは、図１４Ａで用いた線状発光装置の発光体の側面図であり、
図１５は、第５発明に従う他の線状発光装置の発光体の側面図であり、
図１６Ａは、比較例の線状発光装置の発光体から発した線状光の輝度分布を示す図面代用写真であり、及び、
図１６Ｂは、図１６Ａで用いた線状発光装置の発光体の側面図である。
発明を実施するための最良の形態
図１は、第１発明に従う集光素子をＬＥＤランプに被せてこれらを一体的に構成した、第３発明に従う集光素子付きＬＥＤランプの代表的な側面図の一例を示したものである。
図１に示す集光素子付きＬＥＤランプ１は、ＬＥＤランプ２と集光素子３とによって主として構成されている。
ＬＥＤランプ２は、ＬＥＤチップ５と、このＬＥＤチップ５を包囲する略半球状の透光凸面６とを有している。
図１では、ＬＥＤチップ５は台座７の上面位置に取り付けられており、台座７の下面からは外部リード８を延在させている場合を示してある。しかしながら、ＬＥＤチップ５の取付位置は、台座７内であっても、また、台座７の上方位置であってもよく、特に限定はしない。
さらに、台座７は、ＬＥＤランプ２の発光により生じる熱を放散させるため、ある程度の表面積を有することが好ましい。
尚、ＬＥＤランプ２は、広く市販されているものを用いてもよい。
集光素子３は、ＬＥＤランプ２の透光凸面６と同様の曲率を有する透光凹端面３ａをもち、該透光凹端面３ａの周縁１０から放物線回転体状に延びる集光部９を具えている。
集光素子３は、例えば、ポリスチレン、スチレン・メチルメタクリレート共重合体、（メタ）アクリル樹脂、ポリメチルペンテン、アリルグリコールカーボネート樹脂、スピラン樹脂、アモルファスポリオレフィン、ポリカーボネート、ポリアミド、ポリアリレート、ポリサルホン、ポリアリルサルホン、ポリエーテルサルホン、ポリエーテルイミド、ポリイミド、ジアリルフタレート、フッ素樹脂、ポリエステルカーボネート、ノルボルネン系樹脂（ＡＲＴＯＮ）、脂環式アクリル樹脂（オプトレッツ）、シリコーン樹脂、アクリルゴム、シリコーンゴムなどの透明材料が挙げられ、これらの１種を単独で又は２種以上を組み合わせて用いることが好ましい。
そして、第１発明の集光素子及び第３発明の集光素子付きＬＥＤランプの構成上の主な特徴は、集光素子３の集光部９の形状の適正化を図ることにあり、より具体的には、集光部９の回転軸ｎを含む断面で見て、集光素子３の透光凹端面３ａの周縁位置１０で集光部９に引いた接線ｍの前記回転軸ｎに対する傾きを、ＬＥＤランプ２から発する光が集光部９に入射するときの入射効率が所定値以上となるように設定することにあり、この構成を採用することによって、ＬＥＤランプ２からの入射光を、集光素子３の光入射側の端面（厳密には透光凹端面３ａ）の面積が極力小さい状態で集光部９に有効に取り入れることができるとともに、この取り入れた入射光を集光素子３から、スポット径が小さく、指向性に優れた高輝度の光を出射することができる。
以下、第１及び第３発明を完成するに至った経緯を作用とともに説明する。
従来のＬＥＤランプ用集光素子（図７参照）の場合、集光素子の光入射側の端面の面積が広くなる結果として、集光素子自体のサイズが大型化するとともに、出射光のスポット径も大きくなって、十分な指向性が得られず、高輝度の光を出射できないことは既に前述したとおりである。
そのため、発明者らは、集光素子自体のサイズをできるだけ小さくするため、集光素子の光入射側の端面の面積を大きくすることなく、スポット径の小さい、指向性に優れた高輝度の光を出射できる集光素子の形状について鋭意検討を行った。
その結果、集光素子３の、特に光入射側の部分である集光部９の形状の適正化を図ること、すなわち、図２に示すように、集光素子３の透光凹端面３ａの周縁位置１０で集光部９に引いた接線ｍの前記回転軸ｎに対する傾きの適正化を図ることによって、ＬＥＤランプ２から発する光が集光部９に高効率で入射することができることを見出した。
図３は、集光部９の回転軸ｎに対する前記接線ｍの傾きを横軸にとり、この傾きと集光素子３の光出射側の端面３ｂからの出射光量との関係を示したものであり、この出射光量は、集光素子３の集光部９に入射する光の入射効率と実質的に同様であると考えることができるため、図３は、実質的には、前記接線ｍの傾きと入射効率の関係を示していると考えてもよい。尚、図３に示す出射光量は、その最大値を１００％としたときの百分率（％）で示してある。
図３の結果から、前記接線ｍの傾きによって、入射効率（出射光量）が大きく変化することがわかる。
このため、第１発明の集光素子３では、前記接線ｍの傾きを、ＬＥＤランプ２から発する光が集光部９に入射するときの入射効率（出射光量）が所定値以上、具体的には６０％以上、好適には７０％以上、更に好ましくは８５％以上となるように設定することを必須の発明特定事項とした。
また、集光部９での入射効率を８５％以上とする場合には、前記接線ｍの傾きを０．１５以上とすることが好ましい。前記接線ｍの傾きが１．００を超えると、集光部９の径が大きくなり、これに伴って、集光素子３の光出射側の端面３ｂの面積が大きくなる結果として、集光素子３が大型化するとともに、スポット径も大きくなるため、前記接線ｍの傾きの上限は１．００とすることが好ましい。尚、前記接線ｍの傾きは、好適には０．２〜０．８、更に好ましくは０．３〜０．６の範囲である。
さらに、前記集光素子３の長さＬは、十分な出射光量を得るため、前記回転軸ｎ上で測定して１０ｍｍ以上であることが好ましい。尚、集光素子３が長くなって大型化すると、省スペース化が必要な用途には適用できなくなるため、かかる場合には、前記集光素子３の長さＬを１００ｍｍ以下、好適には８０ｍｍ以下、更に好ましくは５０ｍｍ以下とすることが好ましい。
図４Ａ〜図４Ｄは、それぞれ集光素子３の長さＬを４ｍｍ、１０ｍｍ、２０ｍｍ、３０ｍｍと変化させたときの、集光素子３の光出射側の端面３ｂから１ｍ離れた位置で測定した照射光のスポット径と出射光量（％）との関係を示したものである。１８ｃｍのスポット径で比較した場合、集光素子３の長さＬが長くなるほど、出射光量が多くなり、これは、集光素子の長さが長くなるほど、入射光が集光素子３の側面で反射される割合、すなわち、平行光線の割合が高くなる結果として、指向性に優れた高輝度の光が得られていることを意味する。
また、集光素子３の光出射側の端面３ｂの面積は、１０００ｍｍ２以下、好適には６２５ｍｍ２以下、更に好ましくは２２５ｍｍ２以下であることであることが省スペース化の点で好ましい。
さらに、集光素子３は、その集光部９の光出射側に略円柱状の部分を一体形成してなることが、集光素子３の光出射側の端面３ｂの面積を小さくする上でより好適である。
次に、第２発明の集光素子の形成方法の一例を以下で説明する。
まず、集光部９の回転軸ｎを含む断面で見て、前記回転軸ｎに対する前記集光素子３の透光凹端面６の周縁位置１０で集光部９に引いた接線ｍの傾きが異なる集光部９をもつ複数個の集光素子３を形成する。
次いで、各集光素子３をＬＥＤランプ２に被せた後、ＬＥＤランプ２を発光させ、このとき、光が各集光素子３に入射したときの入射効率（出射光量）をそれぞれ測定し、図４Ａに示すように、前記接線ｍの傾きに対して入射効率（出射光量）をプロットする。
そして、かかる入射効率（出射光量）が所定値以上となる前記接線ｍの傾きを求め、この求めた前記接線ｍの傾きを満足するように集光部９を含む集光素子３を形成すればよい。
尚、前記接線ｍの傾きの選定方法としては、例えば、前記回転軸ｎに対する前記接線ｍの傾きが異なる集光部９を有する複数個の集光素子３で測定した入射効率のうち、最大の入射効率となる前記接線ｍの傾きの最小値Ｍ（図３）を求め、この求めた最小値Ｍの−２０〜＋５０％の範囲内に前記接線ｍの傾きを選定することがより好適である。
そして、上述したように適正化を図った第１発明に従う集光素子３を形成し、この集光素子３をＬＥＤランプ２に被せて、第３発明に従う集光素子付きＬＥＤランプ１にすれば、小スポット径で指向性に優れた高輝度の光を出射することが可能となり、ブレーキ灯のような車両用灯具などにも使用することが可能となる。
図５は、第３発明に従う集光素子付きＬＥＤランプ（発明品）を用いたときの、照射光のスポット径の中心位置からの距離に対して出射光量をプロットしたものである。なお、比較のため、集光素子を持たないＬＥＤランプ単体（従来品）を用いた場合についても、同様にプロットしたものを図６に示す。
図５及び図６の結果からも明らかなように、発明品は、従来品に比べて、照射光は小スポット径に集光しており、また、発明品はスポット径の中心位置で最も輝度が高く、スポット径の中心から離れるに従って輝度が減少しているのに対して、従来品はスポット径の中心位置では十分な輝度が得られていないのがわかる。
また、図８は、第４発明に従う線状発光装置の代表的な側面図の一例を示したものである。
図８に示す線状発光装置２１は、その主要部が、ＬＥＤランプ２、集光素子３及び発光体４によって一体的に構成されている。
ＬＥＤランプ２及び集光素子３については、上述した第１発明の集光素子と同様である。
発光体４は、この集光素子３の光出射側の端面３ｂに接合され又は前記集光素子３と一体成形され、集光素子３の前記端面３ｂから出射した光を所定角度、具体的には６０〜１５０°、好適には７０〜１３０°、更に好ましくは８５〜１１０°で反射させる反射面１１と、この反射面１１とは対向側に位置する発光面１２とを有し、反射面１１によって反射させた光を発光面１２から線状に発光する構成となっている。
尚、発光体４を集光素子３の光出射側の端面３ｂに接合する場合には、この接合界面で屈折が生じないように構成する必要があり、好適にはアクリル系、エポキシ系、ウレタン系の光硬化型樹脂又は熱硬化型樹脂のような無色透明の接着剤を用いることが好ましい。
そして、第４発明の構成上の主な特徴は、上述した第１発明及び第３発明と同様、集光素子３の集光部９の形状の適正化を図ることにあり、より具体的には、集光部９の回転軸ｎを含む断面で見て、集光素子３の透光凹端面３ａの周縁位置１０で集光部９に引いた接線ｍの前記回転軸ｎに対する傾きを、ＬＥＤランプ２から発する光が集光部９に入射するときの入射効率が所定値以上となるように設定することにあり、この構成を採用することによって、ＬＥＤランプ２からの入射光を、集光素子３の光入射側の端面（厳密には透光凹端面３ａ）の面積が極力小さい状態で集光部９に有効に取り入れることができ、これに伴って、集光素子の光出射側端面３ｂの径も小さくすることができ、この結果、指向性に優れた高輝度の光を、発光体４を経て線状に発することができる。
発光体４は、集光素子３から入射した光を所定角度で反射させて線状に発光させる構成であればよく、特に限定はしないが、その構成の一例を示すと、図８に示すように、略楔状をなし、その側面が、反射面１１を斜辺とし、その反射面１１と対向する位置にある発光面１２を底辺とし、残りの辺を集光素子との接合面１３とする略直角三角形形状を有し、反射面１１が異なる方向に延在する２つの線分１１ａ，１１ｂからなる凸状部２０の連結によってジグザグ状に形成され、かついずれか一方の線分、図８では線分１１ｂの延在方向を、発光体４に入射した光の進行方向１４に対して４５°の角度として構成すればよい。
また、集合素子３から出射した光を発光体４に有効に取りこむため、発光体４の接合面１３は、集光素子３の光出射側端面３ｂの全面と接合できる面積を有することが好ましい。具体的には、図８のように、集光素子３の光出射側端面３ｂが円形形状で、発光体４の接合面１３が四角形形状である場合には、前者の円形形状が後者の四角形形状の中に入るように、後者の面積を前者の面積よりも大きくすることを意味し、また、両者の形状が同様の形状（円形形状同士、四角形形状同士など）である場合には、後者の面積を前者の面積と同じか又はそれより大きくすることを意味する。
さらに、発光体４を光源（ＬＥＤランプ２）の位置から離して配置する必要がある場合、例えば、光源を水気のある場所から遠ざけて配置する必要がある場合には、発光体４を、図９に示すように、所望の長さに設定した光伝送チューブ１５を介して集光素子３に一体的に連結することが好適である。
尚、光伝送チューブ１５の構成については、管状クラッドと、該管状クラッドの構成材料よりも高屈折率の材料で構成されるコアとによって構成した一般的に知られている光伝送チューブを用いればよい。
また、線状発光体４の長さは、１個のＬＥＤランプを用いて十分な輝度を得るには自ずと限界があるが、発光体４の長さをその限界を超えて形成する必要がある場合には、図１０に示すように、複数個の線状発光装置２１Ａ，２１Ｂを用い、これらを横並びに配設することが好ましい。
さらに、図１１に示すように、複数個のＬＥＤランプ２Ａ，２Ｂと複数個の集光素子３Ａ，３Ｂを１個の発光体４に連結する構成にすれば、ミキシング効果が期待でき、これは、色斑を解消するのに有利である。
そして、上述したように適正化を図った集光素子３を用い、この集光素子３をＬＥＤランプ２に被せるとともに、集光素子３の光出射側端面３ｂに発光体４を一体的に連結すれば、ＬＥＤランプを光源としても、指向性に優れた高輝度の光を線状に発することが可能となり、ハイマウントブレーキ灯のような車両用灯具などにも使用することが可能となる。
さらに、集光素子３は、その集光部９の光出射側に略円柱状の部分を一体形成してなることが、集光素子３の光出射側の端面３ｂの面積を小さくすることができ、これによって、発光体４の線幅を細くして輝度を高める点でより好適である。
このように、第４発明の線状発光装置は、高輝度の線状光を発することができるが、発明者らが上記線状発光装置について、その線状光の輝度をその長手方向にさらに詳細に調べたところ、かかる線状光の輝度は、発光体の中央部に比べて両端部、特に光入射側の端部でやや劣る傾向があることが判明した。
このため、第５発明に従う線状発光装置の構成上の主な特徴は、集光素子３の集光部９と、発光体４、特に発光体４の反射面１１の形状の適正化を図ることにあり、より具体的には、集光部９の回転軸ｎを含む断面で見て、集光素子３の透光凹端面３ａの周縁位置１０で集光部９に引いた接線ｍの前記回転軸ｎに対する傾きを、ＬＥＤランプ２から発する光が集光部９に入射するときの入射効率が所定値以上となるように設定するとともに、発光体４の反射面１１に輝度均一化手段を設けることにあり、これらの構成を採用することによって、ＬＥＤランプ２からの入射光を、集光素子３の光入射側の端面（厳密には透光凹端面３ａ）の面積が極力小さい状態で集光部９に有効に取り入れることができ、これに伴って、集光素子の光出射側端面３ｂの径も小さくすることができ、この結果、指向性に優れた高輝度の光を、発光体４を経て線状に発することができ、さらに、発光体４の反射面１１に上記輝度均一化手段を施すことによって、第４発明の線状発光装置の発光体から発する線状光の輝度に比べて、線状光の輝度を長手方向により一層均一にすることができる。
輝度均一化手段としては、発光体４の反射面１１での光の反射率が、少なくとも発光体４の光入射側の端部１６に位置する反射面部分１９ａで、発光体４の他の部分１７，１８に位置する反射面部分１９ｂ，１９ｃよりも大きくなるように構成すること、より具体的には、前記回転軸の延長線に対する反射面１１の平均傾斜角度αを、少なくとも発光体４の光入射側端部１６に位置する反射面部分１９ａで他の反射面部分１９ｂ，１９ｃよりも大きくすること、及び／又は、反射面１１の凸状部２０の平均配設数を、少なくとも発光体４の光入射側端部１６に位置する反射面部分１９ａで他の反射面部分１９ｂ，１９ｃよりも多くすることが好ましい。
尚、ここでいう「平均傾斜角度α」とは、反射面１１が平らな面である場合には、反射面の前記回転軸ｎの延長線に対する角度を意味し、また、反射面が平らな面でない場合、例えば、図１２に示すように、凸状部２０の連結によって形成されている場合には、凸状部２０の頂点を結んだ線ｑの前記回転軸ｎの延長線に対する角度を意味する。また、「凸状部２０の平均配設数」とは、発光体４の単位長さ当たりの凸状部２０の配設数を意味する。
図１３Ｂは、第５発明に従う発光装置の発光体（発明例）の側面図であり、前記平均傾斜角度αを、発光体４の、光入射側端部１６に位置する反射面部分１９ａで２３°、他の反射面部分１９ｂ，１９ｃ、特に中央部１７に位置する反射面部分１９ｂで６°と、前者を後者よりも大きくして、反射面１１に輝度均一化手段を設けた場合の例である。尚、この図では、発光体４の光入射側端部１６における輝度の向上だけでなく、終端側端部１８における輝度も向上させるため、発光体４の終端側端部１８に位置する反射面部分１９ｃの前記平均傾斜角度を１０°として、発光体４の中央部１７に位置する反射面部分１９ｂの前記平均傾斜角度よりも幾分大きく設定してあるが、発光体４の終端側の端部１８おける前記平均傾斜角度については、輝度の均一化のため必要な場合には、適宜変更することができる。
また、図１３（ａ）は、同図（ｂ）の発光体４を用いてときの線状光の輝度分布を測定したときの図である。
比較のため、発光体４の反射面１１に、線状光の輝度を長手方向に均一化するための上記輝度均一化手段を設けていない場合、即ち、反射面１１全体の前記平均傾斜角度を一定（１１°）に設定した場合（比較例）における、線状光の輝度分布を測定したときの図と、発光体の側面図とを、それぞれ図１６Ａ及び図１６Ｂに示す。
これらの図から明らかなように、比較例の場合には、線状光の輝度が中央部１７で高く、両端部１６，１８で低くなっているが、発明例では、比較例に比べて、線状光の輝度が中央部１７と両端部１６，１８とで差が小さくなっており、線状光の輝度が長手方向に均一になっているのがわかる。
また、図１４Ａ及び図１４Ｂは、第５発明の線状発光装置に用いられる他の発光体の例であって、図１３Ｂに示す発行体４の終端側端部１８をさらに２つの部分１８ａ，１８ｂに分け、より終端側の部分１８ｂを他の部分１８ａよりも平均傾斜角度を大きくした場合の例であり、この図の発光体を用いた場合、線状光のより均一化が図れているのがわかる。
さらに、図１５は、第５発明の線状発光装置に用いられる他の発光体の例であり、反射面の平均傾斜角度αは一定（図では１１°）であるが、反射面を構成する凸状部の平均配設数が、発光体の両端部１６，１８で中央部１７よりも多くした場合の例であり、この図の発光体を用いた場合にも、図１３（ａ）と同様、線状光の均一化が図れているのがわかる。尚、図１では、反射面を構成する凸状部の大きさを、発光体の両端部１６，１８で中央部１７よりも大きくすることによって、凸状部の平均配設数を発光体の両端部１６，１８で中央部１７よりも多くしてあるが、この場合だけには限定されない。
尚、輝度均一化手段として、図１３Ｂ及び図１４Ｂでは、反射面１１の部分１９ａ〜１９ｃごとに平均傾斜角度を適正に設定する方法を採用した場合、図１５は反射面１１の部分１９ａ〜１９ｃごとに凸状部２０の平均配設数を適正に設定する方法を採用した場合であるが、これらの方法を組み合わせてもよい。
さらに、ミキシング効果を期待して、図１１に示すように、複数個のＬＥＤランプ２Ａ，２Ｂと複数個の集光素子３Ａ，３Ｂを１個の発光体４に連結する構成を採用する場合には、ＬＥＤランプの数に比例して発光体４に生じる低輝度の部分の数が増加するため、発光体の低輝度部分に対応して反射面の適正化を図ることが好ましい。
尚、上述したところは、この発明の実施形態の一例を示したにすぎず、請求の範囲において種々の変更を加えることができる。
産業上の利用可能性
第３発明の集光素子付きＬＥＤランプ並びに第４及び第５発明の線状発光装置は、集光素子の形状、特にその集光部の形状の適正化を図ることによって、ＬＥＤランプからの入射光を、集光素子の光入射側の端面の面積を大きくすることなく集光部に有効に取り入れることができるので、第３発明では指向性に優れた高輝度の点状光を、第４発明では指向性に優れた高輝度の線状光を、そして、第５発明では指向性に優れた高輝度でかつ長手方向に均一な線状光をそれぞれ発することができる。
このため、第３発明の集光素子付きＬＥＤランプ並びに第４及び第５発明の線状発光装置は、低消費電力で長寿命である等の利点を有することから、ハイマウントブレーキランプのような車両用灯具に適用できるのは勿論のこと、あらゆる分野で広く適用することができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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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１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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【国際調査報告】
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