(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
面状に発光する面光源、
前記面光源からの光の一部を内部に受け入れる受光面と、前記受光面から受け入れた光を内面反射させる反射側面と、前記受光面に対向して配置され、前記光を出光する出光面とを有するＣＰＣレンズ、および
前記面光源と前記ＣＰＣレンズとをその内部に収容し、前記受光面を逸れた前記面光源からの光を前方に反射させる反射凹面がその内表面に形成されたリフレクタを備えており、
前記面光源における発光面積を前記ＣＰＣレンズの前記受光面の面積で除した数値が、０．６３以上、かつ２．９３以下であることを特徴とする発光装置。
【請求項２】
前記面光源の発光面と、前記ＣＰＣレンズにおける前記受光面との間の距離は、０．５ｍｍ以上、かつ４．０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、面光源と、当該面光源の前方に配設され、面光源からの光を受け入れる受光面を有するレンズと、これら面光源およびレンズを収容し、レンズから逸れた面光源からの光を反射させるリフレクタとを備えており、面光源の発光面積とレンズの受光面の面積との関係を適正化することにより、従来のハロゲンランプの代替えとして用いたときに違和感の無い発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のハロゲンランプに比べて消費電力が低く、かつ、長寿命といった長所を有する発光ダイオード（以下、「ＬＥＤ」という。）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おり、とりわけハロゲンランプ等の代替として、ＬＥＤが組み込まれた発光装置を使用したいという要望が高まっている。
【０００３】
しかし、一般的に、ＬＥＤからの光は、ランバーシアン型の強い指向特性を有していることから、単にハロゲンランプに置き換えただけでは、照射中心（＝照射面における、発光装置の光軸との交点）およびその近傍を照らす光の強度が強く、その周囲を照らす光の強度が弱くなってしまい、両光の強度の差が大きいことから、ハロゲンランプに慣れたユーザに違和感を与えてしまうといった問題があった。
【０００４】
このような問題に対して、基板上に多数のＬＥＤ素子を配置してあたかも面状に発光するようにした面光源（もちろん、面状に発光する有機ＥＬ(Electro-Luminescence)等でもよい。）を使用することにより、照射面において、強い強度の光が照らす領域を拡大させて上記違和感を少なくすることが検討されており、さらに、当該面光源とＣＰＣ(Compound Parabolic Concentrators)レンズとを組み合わせて集光効率を高めることにより、照射面を照らす強い強度の光の均斉度を高めた発光装置も開発されている（例えば、特許文献１）。
【０００５】
ＣＰＣレンズ１とは、図３に示すように、その反射側面２が、回転中心ＣＬを中心として軸対称に配置された、互いに異なる焦点を有する一対の放物線Ａ、Ｂを当該回転中心ＣＬで回転させたときの軌跡によって規定される回転面となっており、かつ、回転中心ＣＬに直交する受光面３および出光面４が形成された、略砲弾型の中空筒状体である（特許文献１では中空筒状のＣＰＣレンズ１が開示されているが、反射側面２の形状が同じであれば、中実透明体でも同じ機能を有することになる。）。このＣＰＣレンズ１は、その受光面３から内部に受け入れた光を、回転中心（＝ＣＰＣレンズ１の光軸）ＣＬを中心として所定の開き角度θ内で出光面４から出光できるといった特徴を有している。
【０００６】
このようなＣＰＣレンズを使用することにより、面光源から出光し、ＣＰＣレンズ１の受光面３を通って内部に入った、様々な角度の光は、互いに混ざり合った上で、所定の角度θ内で出光面４から出光されるので、照射面を照らす光の均斉度をさらに向上させることができ、面光源を単独で使用する場合よりも、ユーザの違和感をさらに低下させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−２３５０７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、面光源の発光面積が大きくなってくると、それに伴い、当該面光源からの光を受け入れる受光面３の面積も大きくする必要があるが、受光面３の面積を大きくすると、ＣＰＣレンズ１の質量が増して材料コストの増加につながるとともに、発光装置自体の質量が増加して当該発光装置の取り付け器具への重量負担も増すという問題が生じる。
【０００９】
ところで、受光面３の面積をそれほど大きくせず、受光面３から逸れた光を前方に反射させる反射面を内側に有する椀状のリフレクタを組み合わせることも考えられる。しかし、この場合も、受光面３から逸れた光をリフレクタで単に前方に反射させるだけでは、リフレクタ付きハロゲンランプに慣れたユーザに違和感を与えることとなる。
【００１０】
すなわち、図６に示すように、受光面３から入光し、ＣＰＣレンズ１から出光された光（以下、「ＣＰＣレンズ出光」という。）の照射面における照度分布Ａは、上述のように均斉度が高いことから、台形状になり、その一方で、受光面３から逸れ、リフレクタの反射面で前方に反射された光（以下、「リフレクタ反射光」という。）の照射面における照度分布Ｂは、照度分布Ａに比べて幅方向に狭い矩形状のものとなる。
【００１１】
また、ハロゲンランプからの光の照射面における照度分布Ｃは、図中破線で示すように、光軸ＣＬ上を頂点とする放物線状になる。
【００１２】
仮に、ＣＰＣレンズ出光の量が、リフレクタ反射光の量に比べて過多になると、照度分布Ａが目立ち、台形状の照度分布になってしまう。逆に、ＣＰＣレンズ出光の量がリフレクタ反射光の量に比べて過小になると、今度は、照度分布Ｂが目立って、幅方向に広がりの無い矩形状の照度分布になってしまい、ハロゲンランプの照度分布Ｃとの違いが大きくなることから、いずれの場合もユーザに違和感を与える原因となる。
【００１３】
つまり、ユーザに違和感を与えないようにするためには、ＣＰＣレンズ出光の量と、リフレクタ反射光の量とのバランスをとり、両光の照度分布Ａ、Ｂを合成した照度分布をハロゲンランプによる照度分布Ｃに近づけることが最も重要なポイントとなる。
【００１４】
本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みて開発されたものである。それゆえに本発明の主たる課題は、ＣＰＣレンズ出光の量と、リフレクタ反射光の量とのバランスを適正化し、リフレクタ付きハロゲンランプに慣れたユーザにも違和感を与え難い発光装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
請求項１に記載した発明は、
「面状に発光する面光源１２、
前記面光源１２からの光の一部を内部に受け入れる受光面２２と、前記受光面２２から受け入れた光を内面反射させる反射側面２４と、前記受光面２２に対向して配置され、前記光を出光する出光面２６とを有するＣＰＣレンズ１４、および
前記面光源１２と前記ＣＰＣレンズ１４とをその内部に収容し、前記受光面２２を逸れた前記面光源１２からの光を前方に反射させる反射凹面３０がその内表面に形成されたリフレクタ１６を備えており、
前記面光源１２における発光面積を前記ＣＰＣレンズ１４の前記受光面２２の面積で除した数値が、０．６３以上、かつ２．９３以下であることを特徴とする発光装置１０」である。
【００１６】
上述のように、ＣＰＣレンズ出光の量と、リフレクタ反射光の量とのバランスをどのように取るかが最も重要なポイントであるが、発明者らは鋭意検討試作の結果、面光源１２における発光面積Ｓ２をＣＰＣレンズの受光面の面積Ｓ１で除した数値が０．６３以上かつ２．９３以下（すなわち、０．６３≦Ｓ２／Ｓ１≦２．９３）となるように両面積Ｓ１、Ｓ２を設定することにより、ＣＰＣレンズ出光の照度分布Ａとリフレクタ反射光の照度分布Ｂとを合成した照度分布をハロゲンランプによる照度分布Ｃに近づけることができ、リフレクタ付きハロゲンランプに慣れたユーザにも違和感を与え難いことを知得するに至った。
【００１７】
請求項２に記載した発明は、請求項１に記載の発光装置の改良に関し、
「前記面光源１２の発光面１２ａと、前記ＣＰＣレンズ１４における前記受光面２２との間の距離は、０．５ｍｍ以上、かつ４．０ｍｍ以下である」ことを特徴とする。
【００１８】
請求項１に記載した発明で規定した条件に加えて、面光源１２の発光面１２ａと、ＣＰＣレンズ１４における受光面２２との間の距離を０．５ｍｍ以上、かつ４．０ｍｍ以下に設定することにより、ＣＰＣレンズ出光の照度分布Ａとリフレクタ反射光の照度分布Ｂとを合成した照度分布を、よりハロゲンランプによる照度分布Ｃに近づけることができるので、ユーザに違和感を与えるおそれをさらに低くすることができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、ＣＰＣレンズ出光の量と、リフレクタ反射光の量とのバランスを適正化し、リフレクタ付きハロゲンランプに慣れたユーザにも違和感を与え難い発光装置を提供できた。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明が適用された発光装置を示す断面図である。
【図２】ＣＰＣレンズを示す斜視図である。
【図３】ＣＰＣレンズにおける反射側面の説明図である。
【図４】ＣＰＣレンズの他の実施例を示す斜視図である。
【図５】発光装置の他の実施例を示す断面図である。
【図６】ＣＰＣレンズ出光、リフレクタ反射光、およびハロゲンランプからの光の照度分布を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明が適用された図示実施例について説明する。図１は、本発明が適用された発光装置１０を示す断面図であり、図２は、当該発光装置１０におけるＣＰＣレンズ１４を示す斜視図である。このように、本発明が適用された発光装置１０は、面光源１２と、ＣＰＣレンズ１４と、リフレクタ１６とで構成されている。
【００２２】
面光源１２は、出光部１８と、当該出光部１８を保持するとともに、出光部１８に電力を供給するための給電回路（図示せず）がプリントされた出光部保持部材２０とで構成されている。出光部１８は、出光部保持部材２０上に多数のＬＥＤ素子を配置してあたかも面状に発光するようにしたものや、有機ＥＬ(Electro-Luminescence)に代表される面状に発光するものが使用される。もちろん、面状に発光するものであれば、ＬＥＤや有機ＥＬに限られず、他の種類の光源を用いることができるし、出光色も特に限定されるものではない。
【００２３】
ＣＰＣレンズ１４は、ポリカーボネート製（もちろん、材質はこれに限られるものではなく、その他の樹脂や石英ガラスを用いてもよい。）の中実透明体であり、面光源１２からの光を内部に受け入れる円形状の受光面２２と、受光面２２から受け入れた後、ＣＰＣレンズ１４の内部を進んできた光を内面反射させる反射側面２４と、受光面２２の中心軸ＣＬに直交するとともに当該受光面２２に対向し、反射側面２４で反射された光（あるいは反射側面２４で反射されることなく、受光面２２から直接進んできた光）を出光する円形状の出光面２６とを有している。また、ＣＰＣレンズ１４の中心軸ＣＬは、面光源１２の光軸Ｌと一致するように位置決めされている。さらに、ＣＰＣレンズ１４の受光面２２は、図示するように、面光源１２の発光面１２ａから離間させて配置されている。
【００２４】
反射側面２４は中心軸ＣＬを回転軸とする回転面であり、図３に示すように、当該回転面は、回転中心ＣＬを中心として軸対称に配置された、互いに異なる焦点ＦA、ＦBを有する一対の放物線Ａ、Ｂを当該回転中心ＣＬで回転させたときの軌跡によって規定されている。一方の放物線Ａの焦点ＦAは他方の放物線Ｂ上にあり、他方の放物線Ｂの焦点ＦBは、一方の放物線Ａ上にある。また、一方の放物線Ａの軸ＸAは、当該放物線Ａの焦点ＦAを通り、他方の放物線Ｂの軸ＸBは、当該放物線Ｂの焦点ＦBを通るようになっており、両軸ＸA、ＸBが成す角θが当該ＣＰＣレンズ１４の開き角となる。
【００２５】
なお、図示しないが、ＣＰＣレンズ１４における反射側面２４の外側面を全反射膜で覆うようにしてもよい。これによれば、受光面２２から入光した光が反射側面２４で反射せず、当該反射側面２４からＣＰＣレンズ１４の外部へ出て行ってしまうおそれを回避できる。
【００２６】
さらに言えば、ＣＰＣレンズ１４を中実透明体ではなく、図４に示すように、中空筒状体としてもよい。この場合、中空筒状体における、面光源１２に近い側の開口が受光面２２となり、遠い側の開口が出光面２６となる。
【００２７】
リフレクタ１６（図１）は、面光源１２から出射された後、ＣＰＣレンズ１４の受光面２２から逸れた光（すなわち、中心軸ＣＬと成す角度が大きい光）を反射させる反射凹面３０がその内側に形成された椀状の部材である。このリフレクタ１６の材質としては、ガラス、アルミニウム、あるいは樹脂等が使用され、アルミニウムの場合は、反射凹面３０に金属蒸着がなされている（あるいは、金属蒸着ではなく、アルマイト処理してもよい。）。また、ガラスの場合はアルミニウムなどの金属膜の他、多層膜コートによる可視光反射膜も用いることができる。リフレクタ１６の開口部１６ａには、当該開口部１６ａを覆う透明カバー３２が取り付けられているとともに、リフレクタ１６の底部開口１６ｂには、面光源１２の出光部保持部材２０が当該底部開口１６ｂを覆うように取り付けられており、面光源１２の光軸ＬとＣＰＣレンズ１４の中心軸ＣＬとが一致する位置で当該面光源１２が保持されている。
【００２８】
透明カバー３２は、ポリカーボネート製（もちろん、材質はこれに限られるものではなく、その他の樹脂や石英ガラスを用いてもよい。）の板状材であり、本実施例では、ＣＰＣレンズ１４における出光面２６側の端において、当該ＣＰＣレンズ１４と一体的に形成されている。
【００２９】
なお、透明カバー３２とＣＰＣレンズ１４とを別々に構成してもよく、例えば、図５に示すように、ＣＰＣレンズ１４の出光面２６側の端の外周面から一体的に鍔部１４ａを突設するとともに、透明カバー３２の中央部に当該ＣＰＣレンズ１４の外径よりもやや大きく、かつ、鍔部１４ａの外径よりも小さなＣＰＣレンズ挿通孔３２ａを設け、鍔部１４ａが透明カバー３２に当接するまでＣＰＣレンズ１４をＣＰＣレンズ挿通孔３２ａに挿通し、透明カバー３２と鍔部１４ａとを接着剤等（図示せず）で固定してもよい。
【００３０】
反射凹面３０は、リフレクタ１６の内面に形成され、中心軸ＣＬを中心とする回転放物面であり、本実施例では、当該回転放物面の焦点ＦＲが面光源１２の出光部１８の中心に一致するように設定されている。なお、反射凹面３０の形状は回転放物面に限られず、回転楕円面であってもよく、また、回転放物面の焦点ＦＲが必ずしも出光部１８の中心と一致していなくともよいが、本実施例のように反射凹面３０の焦点ＦＲと出光部１８の中心とを一致させておくことが好適である。なぜならば、反射凹面３０が回転放物面の場合、図１に示すように、反射凹面３０で反射した後の光が中心軸ＣＬに略平行な光となり、回転楕円面の場合には、図５に示すように、反射凹面３０で反射した後の光がリフレクタ１６の外部における中心軸ＣＬ上にある集光点（図示せず）に集光する光となるといったように、反射凹面３０の焦点ＦＲと面光源１２の出光部１８の中心とを一致させておくことで、反射凹面３０で反射した光に規則性を持たせることができ、照射面において所望の照度分布を実現させ易くなるからである。なお、反射凹面３０を回転楕円面にする場合、当該回転楕円面の第２焦点（＝集光点）を発光装置１０の近くに設定すると、リフレクタ１６で反射した光がＣＰＣレンズ１４の反射側面２４の外表面に当たってしまい、意図しない方向に反射してグレア（迷光）になってしまうことから、当該反射光がＣＰＣレンズ１４に当たらない程度に、リフレクタ１６から離間した位置に第２焦点を設定する（すなわち、回転放物面に近い形状の回転楕円面にする）のが好適である。もちろん、回転放物面や回転楕円面に限られるものではなく、凹面であればどのようなものでもよい。
【００３１】
本実施例に係る発光装置１０における面光源１２の出光部１８に、出光部保持部材２０にプリントされた給電回路（図示せず）を介して電力を供給すると、出光部１８から出射された光の一部Ｌ１は、ＣＰＣレンズ１４の受光面２２に向かい、残部の光は、当該受光面２２から逸れて、リフレクタ１６の反射凹面３０に向かう。
【００３２】
ＣＰＣレンズ１４の受光面２２に向かう光Ｌ１は、受光面２２を通過した後、ＣＰＣレンズ１４内に入光し、反射側面２４で内面反射した後、所定の角度θ内で出光面２６から出射される（＝ＣＰＣレンズ出光Ｌ１。なお、一部の入光は、反射側面２４で反射することなく、直接出光面２６から出射される。）。
【００３３】
一方、ＣＰＣレンズ１４の受光面２２を逸れてリフレクタ１６の反射凹面３０に向かう光Ｌ２は、当該反射凹面３０で反射した後、反射凹面３０が回転放物面で構成されている場合であれば、平行光として透明カバー３２を介して前方に出光され（図１）、反射凹面３０が回転楕円面で構成されている場合であれば、収束光として出光される（図５）。この平行光あるいは収束光を「リフレクタ反射光Ｌ２」という。
【００３４】
もちろん、本明細書において、「平行光」とは「完全に平行な光」に限られるものではなく、ユーザに違和感を与えない程度の非平行光を含む概念である。同様に、「収束光」も「一点に収束する光」に限られるものではなく、ある程度の範囲内に集まる光を意味する。なぜならば、面光源１２を使用する以上、全ての光を回転放物面や回転楕円面の焦点ＦＲから出射させることは不可能だからである。
【００３５】
ここで、仮に、図６に示すように、ＣＰＣレンズ出光Ｌ１の量が、リフレクタ反射光Ｌ２の量に比べて過多になると、照度分布Ａが目立ち、台形状の照度分布になってしまう。逆に、ＣＰＣレンズ出光Ｌ１の量がリフレクタ反射光Ｌ２の量に比べて過小になると、今度は、照度分布Ｂが目立って、幅方向に広がりの無い矩形状の照度分布になってしまい、ハロゲンランプの照度分布Ｃとの違いが大きくなることから、いずれの場合もユーザに違和感を与える原因となる。
【００３６】
つまり、ユーザに違和感を与えないようにするためには、ＣＰＣレンズ出光Ｌ１の量と、リフレクタ反射光Ｌ２の量とのバランスをとり、両光の照度分布Ａ、Ｂを合成した照度分布をハロゲンランプによる照度分布Ｃに近づけることが最も重要なポイントとなる。そこで、ＣＰＣレンズ１４の受光面２２の面積Ｓ１[mm2]および面光源１２における発光面積Ｓ２[mm2]をパラメータとし、面積Ｓ２を面積Ｓ１で除した数値（＝Ｓ２／Ｓ１）を変化させた上で、当該発光装置１０からの出光による照射面の照射状態が、リフレクタ付きハロゲンランプに慣れたユーザに違和感を与えるようなものか否かについて評価した（表１参照）。
【００３７】
【表１】
0005216113.tif 000002
【００３８】
表１に示すように、Ｓ２／Ｓ１が０．６３以上かつ２．９３以下（すなわち、０．６３≦Ｓ２／Ｓ１≦２．９３）となるようにＣＰＣレンズ１４の受光面２２の面積Ｓ１、および面光源１２における発光面積Ｓ２を設定することにより、ＣＰＣレンズ出光Ｌ１およびリフレクタ反射光Ｌ２の照度分布Ａ、Ｂを合成した照度分布がハロゲンランプによる照度分布Ｃに近くなり、リフレクタ付きハロゲンランプに慣れたユーザにも違和感を与え難くなることがわかった。
【００３９】
加えて、面光源１２の発光面１２ａと、ＣＰＣレンズ１４における受光面２２との間の距離を０．５ｍｍ以上、かつ４．０ｍｍ以下（さらに好適には、０．７ｍｍ以上、かつ３．３ｍｍ以下）に設定することにより、ユーザに違和感を与えるおそれをさらに低くすることができる。
【００４０】
なお、上記実施例では、受光面２２の表面は滑らかに形成されているが、当該表面に微細な凹凸を多数設けてもよい（例えば、ブラスト処理によって表面をスリガラス状に形成することが考えられる。）。この場合、面光源１２から出射され、受光面２２に向かう光が多数の微細な凹凸によって乱反射することにより、あたかも受光面２２が広い出光角をもって面発光しているかのように、より均一な光がＣＰＣレンズ１４の内側に出射されるので、ＣＰＣレンズ出光Ｌ１が照らす照射範囲における均斉度をさらに向上させることができる。
【００４１】
また、上記実施例では、１つの面光源１２と１つのＣＰＣレンズ１４とで発光装置１０を構成するようにしていたが、複数の面光源１２と、それと同数のＣＰＣレンズ１４とを組み合わせることによって発光装置１０を構成してもよい。これによれば、複数の面光源１２から出射される光をひとまとまりにして出光することができるので、コンパクトかつ高出力（＝大光量）の発光装置１０を構成することができる。
【符号の説明】
【００４２】
１０…発光装置
１２…面光源
１２ａ…発光面
１４…ＣＰＣレンズ
１６…リフレクタ
１６ａ…開口部
１６ｂ…底部開口
１８…出光部
２０…出光部保持部材
２２…受光面
２４…反射側面
２６…出光面
３０…反射凹面
３２…透明カバー
３２ａ…ＣＰＣレンズ挿通孔
【図１】
0005216113.tif 000003
【図２】
0005216113.tif 000004
【図３】
0005216113.tif 000005
【図４】
0005216113.tif 000006
【図５】
0005216113.tif 000007
【図６】
0005216113.tif 000008