(57)【要約】【課題】ＬＥＤ光源からの発光を所望方向へロスなく導光し、且つ対象物へ集中的に射光させることで、収差による色ずれ、ボヤケが解消されると共に、輝度及び照度を格段に向上させたＬＥＤランプを提供する。【解決手段】ＬＥＤ２を実装したプリント配線基板３と、このプリント配線基板３に取り付けられた非球面レンズ体１とからなり、非球面レンズ体１は光軸Ｙ周辺を球面部１１ａとし、光軸Ｙから離れた外周辺を非球面部１１ｂに設定してなることを特徴としている。【選択図】          図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＬＥＤを実装したプリント配線基板と、このプリント配線基板に取り付けられた非球面レンズ体とからなり、非球面レンズ体は光軸周辺を球面部とし、光軸から離れた外周辺を非球面部に設定して成ることを特徴とするＬＥＤランプ。
【請求項２】
非球面レンズ体は、板状台座部と、板状台座部に連続する椀状レンズ部とから成り、板状台座部の底面にＬＥＤを実装するプリント配線基板を止着すると共に、ＬＥＤに対応する部分を所定高さの略円筒状空間部に設定したことを特徴とする請求項１記載のＬＥＤランプ。
【請求項３】
非球面レンズ体は、メタクリル樹脂で成形されたものであることを特徴とする請求項１記載のＬＥＤランプ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ＬＥＤの光を特殊なレンズ体を通過させて、光線を所定領域に集束させることで高輝度、高照度を実現するＬＥＤランプに関する。
【０００２】
【従来の技術】
図６は、従来のＬＥＤランプを示す説明図である。
このＬＥＤランプは、フルカラーＬＥＤランプであり、金属リードフレーム５１上に赤色発光ＬＥＤチップ５２および青色発光ＬＥＤチップ５３と、緑色発光ＬＥＤチップ５４をそれぞれ実装配備し、引出し端子５５を除く全体を樹脂モールドした透明レンズ体５６で覆って構成している。
【０００３】
そして、上記透明レンズ体５６は、通常は透明度の高いエポキシ樹脂あるいはポリカーボネイト樹脂をインジェクション成形にて、球面レンズ体に成形したものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来のＬＥＤランプ（たとえばフルカラーＬＥＤランプ）の透明レンズ体５６は、表面のカーブが一つの曲率半径から成る所謂、球面レンズに形成してある。
このため、ＬＥＤ（３つのチップＬＥＤ５２、５３、５４）からの発光は、レンズ部の頭頂部５７付近以外のランプ下周部近辺へも透過する。
【０００５】
したがって、全体としては光が広範囲に、所謂拡散状に放射される結果、ＬＥＤからの発光にロスがあり、照らす対象物に対する光量（照度）が低下する許かりでなく、対象物に対する輝度（明るさ）も低下するなどの不利があった。
【０００６】
殊に、フルカラーＬＥＤランプにあっては、ＬＥＤ素子の三原色（赤色発光、青色発光、緑色発光）の完全な混色が必要とされるが、従来のランプでは輝度が不十分な許かりでなく、屈折・反射が少なく十分な混色効果が得られない。
【０００７】
更に、レンズの周辺を通る光線は、球面収差の影響を受ける結果、全体として色ズレが生じ、ぼやけた所謂ベールを通して見たような感じの鮮鋭さを欠いた状態となる等の不利があった。
【０００８】
この発明は、以上のような課題を解消させ、ＬＥＤ光源からの発光を所望方向へロスなく導光し、且つ集中的に射光させることで輝度および照度が格段に向上したＬＥＤランプを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成させるために、この発明のＬＥＤランプでは、次のような構成としている。
ＬＥＤランプは、ＬＥＤを実装したプリント配線基板と、このプリント配線基板に取り付けられた非球面レンズ体とからなり、非球面レンズ体は光軸周辺を球面部とし、光軸から離れた外周辺を非球面部に設定して成ることを特徴としている。
【００１０】
このような構成を有するＬＥＤランプでは、光軸周辺の光、即ちレンズ中央部に入射する光は、球面部を通過して照らす対象物領域へ射光し、レンズ体周辺部つまり球面部の外周辺へ入射する光は、非球面部により屈折・反射して光軸方向、つまり対象物領域方向へ射光する。
【００１１】
従って、ＬＥＤからの投光は、ほとんどの光量が対象物領域へ導光されるから、射光量にロスがなく、色ムラ、ぼやけなどの収差による弊害もない。かくして、眩しいほどの輝度と高い照度を実現し得る。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づき本発明に係るＬＥＤランプの具体的な実施の形態を説明する。
図４は、ＬＥＤランプの実施の形態を示す斜視図であり、図２は断面図である。ＬＥＤランプは、ＬＥＤ２を実装配備したプリント配線基板３と、プリント配線基板３上を直接覆う非球面レンズ体１とからなる。
【００１３】
この非球面レンズ体１は、実施の形態では熱可塑性ポリメタクリル酸メチル（メタクリル）樹脂により、透明の板状台座部１２と椀状レンズ部１１とを連続状に成形して構成される。
【００１４】
板状台座部１２は、一部を直線状にカットした略円板状で、底面１２ａが平坦で、表面側は中央を高くした斜面状（テーパ状）に形成してある。また、底面１２ａの外周縁には一周状のフランジ脚部１２ｂを下方へ突設している。
【００１５】
また、このフランジ脚部１２ｂの底面の面内には、下方へ突出する４本の台足部（取付け足部）１２ｃを突設している。更に、図５で示すように、台座部１２の底面１２ａには、つまりフランジ脚部１２ａに囲まれる面内には、後述するプリント配線基板３が止着されている。
【００１６】
前記椀状レンズ部１１は、上記台座部１２の上部に立ち上がり状に連続形成される下方窄まり状のカップ体である。この椀状レンズ部１１は、中央部の球面部（上・下両面を球面に形成）１１ａと、周辺部の非球面部１１ｂとからなる。
【００１７】
椀状レンズ部１１の中央部の球面部１１ａは、表面のカーブが単一の曲率半径からなる、所謂球面レンズ状に形成され、非球面部１１ｂは球面部１１ａの曲率とは異なる曲率半径に設定してある。
【００１８】
つまり、非球面部１１ｂは、球面収差を補正するために、球面部１１ａとは異なる曲率半径、すなわちレンズの周辺に入射する光を、屈折・反射させて光軸Ｙ方向（対象物領域）へ射光させる曲率に設定してある。
【００１９】
実施の形態では、非球面部１１ｂの表面の湾曲は、具体的には球面部湾曲（凸面）１１ａとは逆向きの湾曲（凹面）となるように設定されている。そして、これらの湾曲曲率はレンズの大きさ、及び対象物領域の方向・角度に対応して設定される。
【００２０】
更に、非球面レンズ体１は台座部１２底面中央から上方へ向けて、つまり球面部１１ｂまで、円筒状の底面が開口した空間部１３を形成している。そして、この空間部１３は、球面部１１ａの表面側とは反対側の球面部分を上面（天板）としている。更に、この円筒状空間部１３の開口底面に、後述するＬＥＤ２が配置される。
【００２１】
前記プリント配線基板３は、図２および図３で示すように、上記台座部１２の底面１２ａに当接され、面内中央にＬＥＤ２を実装配備している。実施の形態では、ＬＥＤ２はフルカラーＬＥＤが使用されている。
【００２２】
フルカラーＬＥＤ２は、たとえば金メッキを施したガラスエポキシ製プリント配線基板３の上面に、３原色の発光素子、つまり赤色発光ＬＥＤチップ、緑色発光ＬＥＤチップ、青色発光ＬＥＤチップ（図示せず）を実装配備（ボンディング）している。
【００２３】
図３の底面図で示すように、プリント配線基板３にはコモン（共通端子）２４と、３つの個別端子２１、２２、２３が配備され、各端子２１、２２、２３、２４が外部に引き出されている。
【００２４】
そして、前記各発光ＬＥＤチップの一端部は、それぞれ対応する個別端子２１、２２、２３に、他端部は共通端子２４に接続してある。
【００２５】
このプリント配線基板３と、非球面レンズ体（台座部１２）１とは、図２および図５で示すように、円筒状空間部１３の外周部分において、４本のピン４で台座部１２に止着してある。
【００２６】
このような構成を有するＬＥＤランプでは、図１で示すように、ＬＥＤ２からの発光は、ロスなく対象物領域に導光・集光される。
【００２７】
図１で示すように、ＬＥＤ２から広範囲に射出した光は、空間部１３内に射光される。
空間部１３の頂部方向、すなわち球面レンズ部１１方向への光線（レンズの中心に向かう光線・光軸Ｙ）は、球面レンズ１１に入射し、屈折しないで真っ直ぐ対象物領域の中心へ射出する。
【００２８】
更に、この光軸Ｙの周辺（光軸Ｙに近い部分）を進む、すなわち光軸Ｙと小さい角度をなして進む所謂、近軸光線Ｙ１は、球面部１１ａを通過して、対象物領域に入射する。
【００２９】
一方、ＬＥＤ２からの発光のうち、光軸Ｙと大きな角度をなしてレンズに入射する光線、すなわちレンズの周辺（非球面部１１ｂ）を通る光線・周辺光線Ｙ２は、円筒状空間部１３の周面壁、すなわちレンズ部の屈折面１Ａで屈折してレンズ内を伝播し、レンズの反射面１Ｂで反射して、非球面部１１ｂの射出面１Ｃから、対象物領域、すなわち光軸Ｙ方向へ射光する。
【００３０】
これにより、ＬＥＤ２から広範囲に発する光線束は、ロスなく対象物領域へ集中的に導かれ集束される。
したがって、ＬＥＤ２から出射した光は、屈折・反射して、ほとんど全ての光が収束光線となり、対象物領域内へ射光する。
【００３１】
これにより、対象物領域への光量が増大するから照度が高く、且つ収束された光線であるから眩しいほどの明るさが実現できる。更に、レンズの収差が少ない分、色ずれ、ぼやけ、にじみが無い所謂、絞り込まれた尖鋭な明るさが実現される。
【００３２】
上記、実施の形態では、非球面レンズ体１が単に透明の非球面レンズである例を示したが、このＬＥＤランプを例えば信号機ランプなど、屋外用に使用する場合（非球面レンズ体１は屋外用とする場合）は、プラスチック材に染料（フォトロミック染料）を練り込む、あるいはレンズ表面に塗布して形成する。
【００３３】
この場合、日陰では発光が一層明るく、日向では濃くなり、見やすさが一段と向上する。また、屋外用の場合には非球面レンズ体１の表面に硬度の固いもの、例えばガラス系のものを塗布することで耐擦傷性を向上させる。
【００３４】
【発明の効果】
この発明では、以上のように、ＬＥＤを実装したプリント配線基板に取り付けられた非球面レンズ体は、光軸周辺を球面部とし、光軸から離れた外周辺を非球面部に設定することとしたから、ＬＥＤから広範囲に発する光は、ロスなく対象物領域へ集中的に導かれ集光される。
【００３５】
したがって、ＬＥＤから出射した光は、屈折・反射して、ほとんど全ての光がロスなく収束光線とされ対象物領域内へ射光するから、対象物領域への光量が増大するため照度が高く、且つ収束された光線であるから眩しいほどの明るさを実現し得る。
【００３６】
更に、レンズの収差が少ない分、色ずれ、ぼやけ、にじみのない所謂、絞り込まれた尖鋭な明るさを実現できるから、鮮明な発光が要求される信号機や宝石などの展示スポット光として最適なＬＥＤランプを提供し得るなど、発明目的を達成した優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態のＬＥＤランプの光路を示す説明図である。
【図２】実施の形態のＬＥＤランプを示す断面図である。
【図３】実施の形態のＬＥＤランプを示す分解斜視図である。
【図４】実施の形態のＬＥＤランプを示す斜視図である。
【図５】実施の形態のＬＥＤランプを示す底面図である。
【図６】従来のＬＥＤランプを示す断面図である。
【符号の説明】
１      非球面レンズ体
２      ＬＥＤ
３      プリント配線基板
１１    椀状レンズ部
１２      台座部
１３    空間部
１１ａ  球面部
１１ｂ  非球面部
１Ａ    屈折面
１Ｂ    反射面
１Ｃ    射出面
１２ａ  底面
Ｙ      光軸
Ｙ１    近軸光線
Ｙ２    周辺光線
【図１】
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【図２】
2004356512.tif 000004
【図３】
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【図４】
2004356512.tif 000006
【図５】
2004356512.tif 000007
【図６】
2004356512.tif 000008