(57)【要約】      （修正有）【課題】  前方にだけ照射するＬＥＤの光を周囲３６０度斜め周辺方向に屈折させて反射鏡（リフレクター）にあてて集光したものを照明光とする。【解決手段】  円形又は半円形リフレクター円弧中心且つ集光して小さく収束する三次元で特定するポイントに照明装置の最終目的照射方向軸に対し横向きとなる直角方向に向け照射するようにＬＥＤの発光点中心部分がくるように最終目的照射方向軸と平行に配置した冷却板に取り付ける事でＬＥＤが発するほぼ全ての光をリフレクターが受け止めて集光し最終目的照射方向に変換照射するように構成した。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
円形又は半円形リフレクターと発光ダイオードを備えた照明装置において該円形又は半円形リフレクター円弧中心且つ集光して小さく収束する三次元で特定するポイントに該照明装置の最終目的照射方向軸に対し横向きとなる直角方向に向け照射するように該発光ダイオードの発光点中心部分がくるように該最終目的照射方向軸と平行に配置した冷却板に取り付ける事で該発光ダイオードが発するほぼ全ての光を該リフレクターが受け止めて集光し最終目的照射方向に変換照射するように構成した発光ダイオードを使った照明装置。
【請求項２】
請求項１で述べた機能を満たし且つ発光ダイオード点灯に必要な電子回路を加え備えて構成した発光ダイオードユニットを更にリフレクターから脱着可能にするため既存のフィラメント電球に使用する規格品の口金を取り付けておく事により従来の各種照明器具などにもそのまま電球から交換使用できるようにした発光ダイオード光源ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は発光ダイオード（ＬＥＤ）を使った照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】  照明装置の中でも特に移動しながら使用するものに関しては従来からフィラメント式の白熱電球を使用したものが現在でもその殆どを占めており光源にＬＥＤを使ったものは未だ少ない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】  前項に述べた従来からのフィラメント式電球の点灯は乾電池や発電機を電源とする器具対しては電力消費と負荷が比較的大きく、点灯使用経過により明るさが低下したり振動などによる突然のフィラメント断線も発生する。そこでこれらの問題が少ないと思われているＬＥＤを使った照明器具が最近少しずつ増えはじめているが、未だ充分に従来の電球式に替わるコストパフォーマンスはない。これは本来電力から光への変換効率が電球などより優れたＬＥＤの光出力が効率よく照明光として取り出されていない事にも起因すると思われる。フィラメントから周囲広範囲に発光する従来の電球と違いＬＥＤは非常に小さな点から限られた方向にだけ発光する特性があるため従来からの組み合わせ方法では反射鏡との相性は電球より遥かに低くなってしまう。そこで考えられたのが殆ど前方にだけ照射するＬＥＤの光をレンズを使って周囲３６０度斜め周辺方向に屈折させて反射鏡（リフレクター）にあてて集光したものを照明光としているが、ＬＥＤから発射される全ての光をレンズが受けて周囲に屈折させる事はできないので当然屈折できなかった光はそのまま前方に直進することになりリフレクターには当たらず前方に発散してしまうため照明ビームには寄与せずロスになってしまう。別の方式ではリフレクターを省きＬＥＤとレンズだけの組み合わせによる照明方法もあるが、使用レンズには高倍率が必要になり、厚みが増えてしまうため光通過のロスが生じると同時にＬＥＤから発射される全ての光をレンズに導く事が難しく、点灯時ＬＥＤの輝きをレンズが覆ってしまうため前方からの視認性はリフレクター方式より劣ってしまう。
【課題を解決するための手段】
【０００４】  以上フィラメント式電球と反射鏡を組み合わせる技術は長い実用期間を経てきているがＬＥＤとの組み合わせは未だ短く研究の余地が残されている。前項に述べたとおり電球は周囲満遍なく発光するため反射鏡に対しては適した光源となる、他方従来からの一般的なＬＥＤは一定の方向に点から発光するものが多く反射鏡との組み合わせにはあまり適さない。これは今までＬＥＤの明るさが限定していたため遠方を照明するより表示ライトなど近くを照らす用途として製品開発されて来たことに起因すると思われる。現在殆どのＬＥＤ製品は反射鏡を使わず使用できるように多種異なる指向特性を持たせたレンズを組み合わせて製品化されているが、このレンズは前項で述べた周囲に屈折させる方式を除いては反射鏡との組み合わせの邪魔になる場合もある。最近ワットレベルの高出力ＬＥＤ出現により照明用途にも使える可能性がでて来たのでこれらを新たに開発した技術と組み合わせて課題を解決した。ＬＥＤは電球と比べれば赤外成分は少ないが光りとして取り出す部分の方が少なく、やはり点灯すれば発熱するので十分な冷却配慮をしないと明るさの低下や劣化を起こす。改良されたＬＥＤは１００度Ｃ付近迄動作可能になったとはいえ適切な熱伝導と面積を持つ大きさのヒートシンクにＬＥＤを取り付けて過剰な発熱を避けなければならない。以上述べたさまざまな必要条件を満たすには、１．電球のように出来る限り満遍なく周囲を照らすＬＥＤを選び反射鏡内の三次元で特定するポイントに正確に取り付け且つスポット光調整も可能にする。２．ＬＥＤの冷却を十分行う事ができる構造にする。３．ＬＥＤ点灯に必要な電子回路部品も同時に組み込み一体化してユニットにしたものを反射鏡から容易に脱着可能構造とし既存の照明器具にも適用できるようにしたモデルも設けて用途を広げる。以上を配慮して開発したものを図１〜図２８に示す。
【発明の効果】
【０００５】  上述したように本発明のＬＥＤを使った照明装置はレンズなど光学的ロス生じさせるものを全て省いた構造を可能にしたため、ＬＥＤが発光する光りを全て無駄なく照明光として低消費電力、高効率、長寿命で既存の照明装置と新たな用途にも使う事ができるようになる。既存の照明器具の電球と交換使用する脱着ユニット型はプラスチック成形品など一切使わずプリント基板上にＬＥＤを含めて全て汎用部品６個で構成する単純構造で自動機組み立て量産が可能になるため安価に商品化でき広く大きな用途に供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】  以下本発明実施の形態を図面と共に説明する。図１〜図２０は円形反射鏡に使用すものであり図１２迄は主に自転車照明装置用として本発明を実施したものである。図１から図９に示す本体２は反射鏡１１に取り付けてあるソケット１４にねじ込んで内部に収めるのに都合のよい形状になっており全体がヒートシンクを兼ねた材質で薄いエポキシガラス製の両面プリント基板、厚さ０．３〜０．５ミリの薄い材質と薄型チップＬＥＤ１を使用することで反射鏡センターからのオフセット値を０．５ミリ以下に抑える事ができる。ＬＥＤ取り付けは使用してあった豆球のフィラメント位置（自転車用Ｇ１４電球Ｊｉｓ規格Ｅ１０口金ボトムからフィラメント中心迄１８．５ミリ）とＬＥＤ内部の発光点中心を同一位置にする事で照射スポット最良点は豆球と同じねじ込み位置になる。自動機生産されるチップＬＥＤの内部発光チップ位置精度は優れているので製品組み立て時に口金のネジ始まり位置を定めて基板を差し込みハンダずけして１４の取り付けを全て同一位置にしたものに本体２を所定位置までねじ込めば容易にスポット最良点に合わせる事ができる。各図中に示すゴム製Ｏリング１２と金属ワッシャー１３により本体２が支えられるためグラつきを止めて緩みを防ぐことができる。図１〜図３と図７図８はチップＬＥＤを基板両面に各１個づつ計２個を使い、図４〜図６と図９がチップＬＥＤを１個、裏面の光も活用するため基板に漏光用の角穴をあけて取り付けることで反射鏡にはＬＥＤ前面が下向き取り付けになるが反射鏡内上側も光らせて視認性を加えた。図１０〜図１２に示す本発明実施例は反射鏡裏面の空いているスペースを利用してＬＥＤユニットを取り付ける構造にしたもので、反射鏡内に現れるのはＬＥＤとその取り付けアームだけになり外見はシンプルになるが、ＬＥＤ以外の電子部品全てが反射鏡外に置かれるため使用する照明器具によっては防水対策が必要になる。ＬＥＤは前述の１個ＬＥＤタイプ同様に漏光角穴を空けたプリント基板製のアームに取り付けて、この基板アーム両端を口金内側にハンダずけしてＬＥＤの発熱を口金に逃がし放熱する。以上述べたモデルには全て交流発電機用回路図２８を使用する。回路に使用する電子部品は電解コンデンサーにも横形チップタイプを使用すれば全ての部品がチップ化できるので自動機組み立ても可能になる。図１３〜図１９は円形反射鏡用で主に乾電池を使用した一般的なフラッシュライト用に本発明を実施したものである。図１７以外は全て金属製可動ヒートシンク１７を備えており既存の各種フラッシュライトの豆球と交換使用する用途として図１５で示すように豆球取り付け用の子穴に可動ヒートシンク１７を細く折り畳み挿入後スプリング１９により反射鏡内部で再び展開するようにしたものである。乾電池フラッシュライトは道路などを一定状態で照らすものと違い、手に持ってあらゆる条件で使われるため広範囲照射に加えてスポット光があれば理想的な照明になる。このような用途に本発明では本体ヒートシンク基板２を挟み両面にＬＥＤ各１個づつ計２個を背中あわせ状態に取り付けて円形反射鏡器具で使用する。図１７は大きなヒートシンクを必要としない図１３〜図１６よりＬＥＤを小電力点灯させるもの。���１８、図１９は（Ｐ１３．５Ｓ口金）を使うビリケン球と同一サイズにしてこの電球を使う器具に交換使用できるようにしたもので部分的には部材サイズが小型化されているが基本的には図１３〜図１６のものと同様の構造である。電源は一定値から上昇はしないのでＬＥＤ点灯用電子回路は図２５〜図２７を使用し、口金３、４に加わる電流方向が定かでない用途或いは口金３側に＋電圧が加わり口金４が−になる用途には図２６を使用する。図２１〜図２４は本発明を半円形反射鏡に実施したものである。殆ど全ての交通手段に使われる照明装置は走行面を照らすのが主目的であるため丸く照らすフラッシュライト用などと違い上半分カットした照明光の方が、運転者視界上方空気中の大気にある様々なガスや霧などから運転の妨げになる反射光を避けることができ歩行者対向車への無用な眩惑も減らすことができる。当然現在の自動車照明装置は全てこのような配光になっている。
このような用途に本発明では半円形反射鏡にＬＥＤを取り付けて照明装置を構成する。
図２１は半円形反射鏡１１内に本体ヒートシンク基板２を置きＬＥＤ２６、２７の２個をそれぞれワイドとスポット照明となる円弧中心の目的位置に取り付けたもので２個のＬＥＤは必要に応じて切り換えても両方同時に点灯してもよい。図２１ではＬＥＤ点灯用の電子回路部品は省いて描かれているが図２８又はその他の電子回路をＬＥＤ２６、２７と共に本体ヒートシンク基板２に取り付けてもよい。この半円形反射鏡を自転車照明装置にしたものを図２２に示した。図２３は更に大きな光出力のＬＥＤを複数使用した本発明実施例で主に自動車用である。基本的には図２１で説明したものと類似しているが、このモデルではＬＥＤ３０がダウンビーム照射になりＬＥＤ３１がアップビーム照射する。更に中心からオフセットしてマウントしたＬＥＤ３２、ＬＥＤ３３がそれぞれ左方向と右方向を照らす補助灯として機能するようにしてあり、運転者は必要に応じて目的のＬＥＤを点灯させたりコーナリングライトとしてステアリング舵角位置やターンシグナル回路と連動点灯させる事もできる。自動車用実施例を図２４に示す。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の実施形態を示す両面ＬＥＤ型ユニットの回路部品装着面正面図
【図２】同両面ＬＥＤ型ユニットの正面図
【図３】同両面ＬＥＤ型ユニットの側面図
【図４】本発明の実施形態を示す片面ＬＥＤ型ユニットの回路部品装着面正面図
【図５】同片面ＬＥＤ型ユニット正面図
【図６】同片面ＬＥＤ型ユニットの側面図
【図７】本発明実施ＬＥＤユニットのリフレクターへの装着使用状態斜視図
【図８】本発明実施両面ＬＥＤユニットの自転車用ダイナモライトへの使用分解図
【図９】本発明実施片面ＬＥＤユニットの自転車用ダイナモライトへの使用分解図
【図１０】本発明実施リフレクター裏面装着型ＬＥＤユニットの斜視図
【図１１】同側面図
【図１２】同自転車用ダイナモライトへの使用分解図
【図１３】本発明実施折り畳みヒートシンク式電池ライト豆球穴挿入使用ユニット
【図１４】同側面図
【図１５】同豆球と同径迄折り畳む状態と挿入後のリフレクター内展開形状を示す
【図１６】同電池ライトへの装着使用状態を示した斜視図
【図１７】本発明実施折り畳みヒートシンク省略型の小電力電池ライト用ユニット
【図１８】本発明実施の折り畳みヒートシンク型ビリケン球等サイズ小型ユニット
【図１９】同電圧変換回路を備えた低電圧用ユニット
【図２０】本発明実施の円形リフレクター使用斜視図
【図２１】本発明実施の半円形リフレクター使用斜視図
【図２２】同自転車用ダイナモライトへの適用例
【図２３】本発明実施の半円形リフレクターと複数ＬＥＤを使用した装置斜視図
【図２４】同自動車用各ライトへの適用例
【図２５】本発明の電池等固定電圧用途に使用する電流制限抵抗器つき回路図
【図２６】同入力のプラスマイナス極性を問わず使用できるようにした回路図
【図２７】本発明装置に使用する電圧変換回路図
【図２８】本発明装置を交流ダイナモに使用するレギュレーターＩＣ付き回路図
【符号の説明】
【０００８】１    チップＬＥＤ
２    本体ヒートシンク基板
３    口金端子
４    口金端子
５    シリコンダイオードブリッジＩＣ
６    電解コンデンサー
７    ３端子レギュレーターＩＣ
８    コンデンサー
９    基板のスルーホールジョイント
１０  固定抵抗器
１１  リフレクター（円形及び半円形反射鏡）
１２  緩み止めゴムワッシャー（Ｏリング）
１３  金属ワッシャー
１４  口金取り付けナット部分（ソケット）
１５  発電機
１６  前面クリヤーカバー
１７  金属製可動ヒートシンク
１８  アイレット
１９  スプリング
２０  回転ストッパー突起部
２１  電池ライト
２２  電池ライト前面クリヤーカバー
２３  ヒートシンク表面積増加用突起
２４  電圧変換回路
２５  リフレクターに設けた本体ヒートシンク基板スライド保持部
２６  ワイド照明用チップＬＥＤ
２７  スポット照明用チップＬＥＤ
２８  接続リード
２９  半円形リフレクター使用ＬＥＤライト
３０  ダウンビーム用チップＬＥＤ
３１  アップビーム用チップＬＥＤ
３２  左方向照明補助灯用チップＬＥＤ
３３  右方向照明補助灯用チップＬＥＤ
３４  本体基板接続部分
３５  接続コネクター
３６  本発明ＬＥＤライト
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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