(57)【要約】【課題】上方向に強い指向性のあるＬＥＤ光源の発光をレンズの反射と屈折を利用して側方に向けるとき、斜め上方に向かう光を低減することができるＬＥＤ照明装置を提供する。【解決手段】ＬＥＤ照明装置１０において、レンズ１１は、円筒面状の側面１２と、ＬＥＤ光源収納部１４と、反射面１１とを有している。ＬＥＤ光源収納部１４は、上部が上部入射面１５となり、側部が側部入射面１６となっており、側部入射面１６は上端がレンズ１１の側面１２に向かって傾斜している。側部入射面１６がＬＥＤ光源２０に近接して形成されているためＬＥＤ光源２０の発光のうち反射面１３に達することができない多くの光線が側部入射面１６に入射し、側部入射面１６の傾斜した面で側方に向かって屈折する。【選択図】図２
2015159075.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＬＥＤ光源と前記ＬＥＤ光源をとり囲むように配置されたレンズを備えたＬＥＤ照明装置において、
前記レンズは、
円筒面状の側面と、
上部に設けられた下向きの円錐状の第１反射面と、
前記ＬＥＤ光源を収納するため底部に設けられたＬＥＤ光源収納部と
を備え、
前記ＬＥＤ光源収納部は上部入射面と側部入射面を有し、
前記側部入射面は上端が前記側面に向かうようにして傾斜している
ことを特徴とするＬＥＤ照明装置。
【請求項２】
前記レンズは、前記第１反射面の上部に下向きの円錐状の第２反射面を備えていることを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ照明装置。
【請求項３】
前記レンズは、前記第１反射面と前記上部入射面が分割されフレネル化していることを特徴とする請求項１又は２に記載のＬＥＤ照明装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＬＥＤ光源にレンズをかぶせ、ＬＥＤ光源から上部に向う発光を側方に放射させるＬＥＤ照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＬＥＤダイを封止樹脂等で被覆したＬＥＤ光源は、発光分布に指向性があり、上方強く光を放射する。このようなＬＥＤ光源の発光に対し、反射板やレンズを使って側方に光を放射させるＬＥＤ照明装置が知られている。反射板を使う方式には、側方に多くの光を向けようとすると反射板が大型化するという課題がある。これに対し、ＬＥＤ光源にレンズをかぶせる方式では、屈折を利用して光を側方に向けることができるのでＬＥＤ照明装置を小型化できる。
【０００３】
ＬＥＤ光源にレンズをかぶせたＬＥＤ照明装置の例として、特許文献１の図５Ｅを図７に再掲示し、その構造と光線の状況を説明する。図７は発光ダイオードレンズ（ＬＥＤ照明装置）に含まれるレンズ１０１の断面図であり、光線トレースが描かれている。なお一部符号を変更している。図７において発光装置に含まれるレンズ１０１は、側部に屈折を利用した鋸歯状部１０２と、上部に全内反射（ＴＩＲ）性のじょうご部１０３を備えている。レンズ下部には凹部があり、凹部に存在する焦点に図示していないＬＥＤダイ（ＬＥＤ光源）が配置される。
【０００４】
図７において、焦点を発した光のうちパッケージ縦軸１０４に対し±４０°以下で出射する成分は、じょうご部１０３で反射し、表面Ｈから出射し側方に向かう。焦点を発した光のうちパッケージ縦軸１０４に対し４５°〜７５°の成分は鋸歯状部１０２から出射する。例えば、パッケージ縦軸１０４に垂直な線から４０°及び３０°で焦点を発する光線はそれぞれ表面Ｅ、Ｄから側方に出射する。なお表面Ｇ、Ｆは焦点から発した光を蹴らないようにしている。またパッケージ縦軸１０４に垂直な線から１０°及び２０°で焦点を発する光線はそれぞれ表面Ｃ、Ｂから側方に出射する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−８０６８号公報  （図５Ｅ）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前述のように図７に示したＬＥＤ照明装置（発光ダイオードパッケージ）は、底部の焦点を含む位置にＬＥＤ光源（ＬＥＤダイ）を配置し、レンズ１０１によりＬＥＤ光源の発光をＬＥＤ照明装置の側方に出射させていた。しかしながらＬＥＤ光源はふつうレンズに対して無視できない程度に平面的な広がりを持つので、図７に示された光線トレースは光線群の一部を表示しているにすぎない。つまり平面的に広がりのあるＬＥＤ光源に図７で示したレンズ１０１をかぶせたとき、焦点から離れた部分の発光（例えばＬＥＤ光源の端に近い部分の発光）のうち斜め上方向に進行する成分は、鋸歯状部１０２の表面（例えば表面Ｄ）からいったん外部に出射したのち、再び鋸歯状部１０２の表面（例えば表面Ｇ）からレンズ１０１内にもどり、別の表面（例えば表面Ｅ）から斜め上方に出射するものが現れる。以上のように図７に示したレンズ１０１と平面的な広がりを持つＬＥＤ光源を組み合わせると斜め上方に向かう光が大量に存在するという課題がある。
【０００７】
そこで本発明は、上記課題に鑑みて為されたものであり、上方向に強い指向性のあるＬ
ＥＤ光源の発光をレンズの反射と屈折を利用して側方に向けるとき、斜め上方に向かう光を低減することができるＬＥＤ照明装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため本発明のＬＥＤ照明装置は、ＬＥＤ光源と前記ＬＥＤ光源をとり囲むように配置されたレンズを備えたＬＥＤ照明装置において、
前記レンズは、円筒面状の側面と、上部に設けられた下向きの円錐状の第１反射面と、前記ＬＥＤ光源を収納するため底部に設けられたＬＥＤ光源収納部とを備え、
前記ＬＥＤ光源収納部は上部入射面と側部入射面を有し、
前記側部入射面は上端が前記側面に向かうようにして傾斜している
ことを特徴とする。
【０００９】
本発明のＬＥＤ照明装置では、ＬＥＤ光源はレンズの底部に設けられたレンズ収納部に収納される。このときＬＥＤ光源から出射し上部入射面からレンズに入射した光の大部分は、上部入射面の上方に配置された第１反射面で反射し側方に向かう。またＬＥＤ光源から出射し側部入射面からレンズに入射した光は、側部入射面が側面側に傾いているため大きく屈折し側面方向に向かう。
【００１０】
前記レンズは、前記第１反射面の上部に下向きの円錐状の第２反射面を備えていていても良い。
【００１１】
前記レンズは、前記第１反射面と前記上部入射面が分割されフレネル化していても良い。
【発明の効果】
【００１２】
以上のように本発明のＬＥＤ照明装置は、上方向に強い指向性のあるＬＥＤ光源の発光をレンズの反射と屈折を利用して側方に向けるとき、ＬＥＤ光源に近接して形成された側部入射面がその傾斜した面で斜め上方に向かおうとする光を側方に屈折させるため、斜め上方に向かう光を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第１実施形態として示すＬＥＤ照明装置の斜視図。
【図２】図１に示すＬＥＤ照明装置の断面図。
【図３】図１に示すＬＥＤ照明装置の断面図。
【図４】本発明の第２実施形態として示すＬＥＤ照明装置の断面図。
【図５】本発明の第３実施形態として示すＬＥＤ照明装置の断面図。
【図６】図５に示すＬＥＤ照明装置におけるフレネル化の説明図。
【図７】従来のＬＥＤ照明装置の断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、添付した図１〜６を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお図面の説明において、同一または相当要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。また説明のため部材の縮尺は適宜変更している。
（第１実施形態）
まず図１により本発明の第１実施形態として示すＬＥＤ照明装置１０の外観について説明する。図１はＬＥＤ照明装置１０を斜め上方向から眺めた斜視図である。図１ではＬＥＤ照明装置１０に含まれるレンズ１１の上部に形成された反射面１３（第１反射面）と側面１２が観察される。レンズ１１は全体的に円筒状であり、その側面１２は円筒面状となり、反射面１３は円錐状に窪んでいる。レンズ１１の底部には図示していないＬＥＤ光源収納部１４がある。ＬＥＤ光源収納部１４はＬＥＤ光源２０（図２参照）を収納し、その
底面が開口している。
【００１５】
次に図２によりＬＥＤ照明装置１０の構造をさらに詳しく説明する。図２は図１に示したＬＥＤ照明装置１０について光軸（中心軸）を含むようにして描いた断面図である。図２に示すようにＬＥＤ照明装置１０はレンズ１１とＬＥＤ光源２０からなる。レンズ１１は、上部に反射面１３、底部にＬＥＤ光源収納部１４を備えている。反射面１３は前述のとおり頂点が下側を向いた円錐状の窪みである。ＬＥＤ光源収納部１４は上面が底面より大きい下向きの円錐台をした形状の空間であり、そこにＬＥＤ光源２０が収納されている。またＬＥＤ光源収納部１４は、上面が平面状の上部入射面１５、側面が側部入射面となり、側部入射面１６の上端がレンズ１１の側面１２側に傾いている。なおＬＥＤ光源２０は、平面的にみると正方形又は長方形の面状光源である。
【００１６】
次に図３によりＬＥＤ照明装置１０の発光特性を説明する。図３は図２に示したＬＥＤ照明装置１０の断面図に代表的な光線を書き加えたものである。図３において、ＬＥＤ光源２０から上方向に出射した光線Ｌ１は、上部入射面１５からレンズ１１に入射し、反射面１３で全反射したのち側面１２からＬＥＤ照明装置１０の側方に出射する。ＬＥＤ光源２０から低い角度で斜上方向に出射した光線Ｌ２は、側部入射面１６からレンズ１１に入射する。このとき側部入射面１６が傾斜しているため光線Ｌ２は大きく屈折し、その後側面１２からＬＥＤ照明装置１０の側方に出射する。なお反射面１３で全反射できずに反射面１３から斜め上方に出射する光線や側部入射面１６に入射できずに側面１２から斜め上方に出射する光線は図示していない。
【００１７】
ＬＥＤ光源収納部１４では、ＬＥＤ光源２０と側部入射面１６が近接しているため、ＬＥＤ光源２０から出射した光線のうち反射面１３に達しない光線の多くの部分は側部入射面１６に入射する。ＬＥＤ収納部１４では、先ず上部入射面１５の高さを決め、次にＬＥＤ光源２０の中心から出射し上部入射面１５で光軸方向に屈折しながらレンズ１１に入射して、その後反射面１３の外延端部に達する光線を求め、この光線と側部上部入射面１６の上端が接するように側部入射面１６の上端位置を決めると良い。なお、ＬＥＤ照明装置１０では反射面１３、上部入射面１５、側部入射面１６が直線的な断面をもつ曲面又は平面としていたが、これらの面は曲線的な断面をもっても良い。
（第２実施形態）
図１~３で説明したＬＥＤ照明装置１０は、ＬＥＤ光源２０が平面的な広がりを有するため、ＬＥＤ光源２０の中心から出射した光線が反射面１３で全反射するよう設計しても、ＬＥＤ光源２０の他の部分から出射した光線の一部が反射面１３で全反射せず反射面１３から光が上方に漏れる。そこで、図４により第２実施形態として、この漏れようとする光線を側方に向け、光漏れをさらに低減するとともに側方の発光量を多くするＬＥＤ照明装置４０について説明する。図４はＬＥＤ照明装置４０の光軸（中心軸）を含むようにして描いた断面図である。図４において、図１〜３と同じ符号を付した部材及び部分はＬＥＤ照明装置１０の部材及び部分と同等であり、説明を省略する。
【００１８】
図４においてＬＥＤ照明装置４０は、反射面１３（第１反射面）の上部に第２反射面４３を備えている。すなわちＬＥＤ照明装置４０に含まれるレンズ４１は、図１〜３で示したＬＥＤ照明装置１０に含まれるレンズ１１の上部に、底面が平面で上部に円錐状の窪み（第２反射面４３）を備えるレンズ４１ａを重ねた（貼り付けた）ものである。ＬＥＤ照明装置４０では、ＬＥＤ光源２０から発し反射面１３を透過した光線は、反射面１３で光軸から離れるように屈折するため第２反射面４３で全反射しやすくなる。この結果、側方に向かう光量が増加する。
（第３実施形態）
図１〜３で示したＬＥＤ照明装置１０は、レンズ１１の上部に倒置した円錐状の反射面１３を備え、レンズ１１の底部に下を向いた円錐台状のＬＥＤ光源収納部１４を備えてい
た。一般にレンズは、凸レンズをフレネルレンズに変換できるように、光軸を中心にレンズを円環状の分割し、対応する円環上の入射面と出射面とを組み合わせて、同等の機能を持つレンズを構成できる（以下、フレネル化と呼ぶ）。そこで図５、６により図１〜３に示したＬＥＤ照明装置１０のレンズ１１をフレネル化したＬＥＤ照明装置５０について説明する。図５、６において、図１〜３と同じ符号を付した部材及び部分はＬＥＤ照明装置１０の部材及び部分と同等であり、説明を省略する。またＬＥＤ照明装置５０では、基にしたＬＥＤ照明装置１０の反射面１３を上に凸な曲面としている。
【００１９】
図５はＬＥＤ照明装置５０の中心軸（光軸）を含むようにして描いた断面図である。図５においてＬＥＤ照明装置５０は円筒形であり、レンズ５１の底部にＬＥＤ光源２０を配置したＬＥＤ光源収納部５４があり、その上部に空洞５７がある。ＬＥＤ光源収納部５４は上面が開放されているとともに側部に側部入射面５６が設けられている。側部入射面５６は図２等に示された側部入射面１６と同じ形状になる。空洞５７は、上部に向かっていったん広がり、その後狭くなっている。また空洞５７の側面には円環状で断面が鋸歯状となる凹凸があり、各凹凸は上部入射面の一片５５と反射面の一片５３とからなる。この空洞５７内の凹凸がフレネル化された部分となる。
【００２０】
次に図６によりフレネル化の手法を説明する。図６（ａ）は図２等に示したＬＥＤ照明装置１０の一部を模式的に描いた断面図であり、図６（ｂ）は図５で示したＬＥＤ照明装置５０の一部分を模式的に描いた断面図である。なお以下の説明において、特に指示しないかぎり図６（ａ）及び図６（ｂ）への参照指示は省略する。
【００２１】
先ず図６（ａ）においてＬＥＤ光源２０の中心を原点として上部入射面１５及び反射面１３を角度α毎に円環状に分割する。このとき角度αで分割した境界を示す半直線ｍ１、ｍ２、ｍ３で挟まれた上部入射面１５の一片を側部入射面１６側から１５ａ、１５ｂとし、対応する反射面１３の一片を１３ａ、１３ｂとする。次に図６（ｂ）において側部入射面５６の上端に上部入射面１５の一片１５ａの右端が一致するように上部入射面１５の一片１５ａを移動し、上部入射面の一片５５ａとする。続いて反射面１３の一片１３ａの下端が上部入射面の一片５５ａの左端と一致するように反射面１３の一片１３ａを移動し、反射面の一片５３ａとする。このときＬＥＤ光源２０の中心から発し上部入射面の一片５５ａの右端を通る光線が反射面の一片５３ａの右上端に当たるように反射面の一片５３ａの長さを調節する。
【００２２】
続いて反射面の一片５３ａの右上端と上部入射面１５の一片１５ｂの右端が一致するよう上部入射面１５の一片１５ｂを移動し、上部入射面の一片５５ｂを形成する。このとき上部入射面の一片５５ｂの左端子が半直線ｍ３に接するように長さを調節する。続いて、反射面１３の一片１３ｂの下端が上部入射面の一片５５ｂの左端と一致するように移動し、反射面の一片５３ｂを形成する。このときＬＥＤ光源２０の中心から発し上部入射面の一片５５ｂの右端を通る光線が反射面の一片５３ｂの右上端に当たるように反射面の一片５３ｂの長さを調節する。この過程を繰り返すことにより図２等に示したＬＥＤ照明装置１０をＬＥＤ照明装置５０のようにフレネル化できる。
【００２３】
またフレネル化に際し円環状の分割を細かくすることにより、図５に示したようにＬＥＤ照明装置５０の外形を細長くできる。ここで示したフレネル化は図４で示したＬＥＤ照明装置５０にも適用できる。
【符号の説明】
【００２４】
１０、４０、５０…ＬＥＤ照明装置、
１１、４１、５１…レンズ、
１２…側面、
１３…反射面（第１反射面）、
１３ａ、１３ｂ、５３、５３ａ、５３ｂ…反射面の一片、
１４、５４…ＬＥＤ光源収納部、
１５…上部入射面、
１５ａ、１５ｂ、５５、５５ａ、５５ｂ…上部入射面の一片、
１６、５６…側部入射面、
５７…空洞、
２０…ＬＥＤ光源、
４３…第２反射面、
Ｌ１、Ｌ２…光線。
【図１】
2015159075.tif 000003
【図２】
2015159075.tif 000004
【図３】
2015159075.tif 000005
【図４】
2015159075.tif 000006
【図５】
2015159075.tif 000007
【図６】
2015159075.tif 000008
【図７】
2015159075.tif 000009