(57)【要約】  【課題】所望の配光特性が得られるうえに光出射効率を向上できるレンズ14を提供する。  【解決手段】発光ダイオード素子13の光軸方向ｘに対向する光軸方向入射面23を平面状とし、光軸方向入射面23の周辺域に入射する発光ダイオード素子13からの光の入射角が小さくなるのを抑制する。光軸方向入射面23での発光ダイオード素子13の光の反射損失を低減し、レンズ14内への光の入射割合を多くする。光軸方向入射面23に対して光軸方向ｘに対向する出射面25の中央部に、出射面25の外表面側に向けて凸曲面状の制光部27を設ける。制光部27で平面状の光軸方向入射面23に入射した光を制光する。  【選択図】図１
2007059073.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光素子の光軸方向に対して側面方向に対向する側面方向入射面と；
発光素子の光軸方向に対向する平面状の光軸方向入射面と；
発光素子の光軸方向に対向して光が出射する出射面と；
側面方向入射面に入射した光を出射面の周辺部へ向けて反射させる反射面と；
光軸方向入射面に対して光軸方向へ向けた延長線上に対向する出射面の中央部に出射面の外表面側に向けて凸曲面状に設けられた制光部と；
を具備していることを特徴とするレンズ。
【請求項２】
出射面の中央に窪み部が形成され、この窪み部の底部に制光部が設けられている
ことを特徴とする請求項１記載のレンズ。
【請求項３】
発光素子と；
請求項１または２記載のレンズと；
を具備していることを特徴とする照明装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光素子と組み合わされるレンズ、およびこのレンズを用いた照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、発光素子として発光ダイオード素子を光源とする照明装置では、発光ダイオード素子とこの発光ダイオード素子が発光する光を制光するレンズとを組み合わせて、任意の配光特性が得られるようにしている。
【０００３】
スポット光などの狭角配光特性を得る場合には、狭角配光用のレンズが用いられる。この狭角配光用のレンズは、発光ダイオード素子の光軸方向に対して交差する側面方向に対向する側面方向入射面、発光ダイオード素子の光軸方向に対向する凸曲面状の光軸方向入射面、側面方向入射面に入射した光を出射方向へ向けて反射させる反射面、光が出射する出射面を有している。そして、凸曲面状の光軸方向入射面に入射した光、および側面方向入射面に入射して反射面で反射した光を、出射面から光軸方向と平行な平行光として出射する（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開平４−３６５８８号公報（第２頁、第３図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の狭角配光用のレンズでは、光軸方向入射面が凸曲面状であるため、この凸曲面状の光軸方向入射面の周辺部に向かうほど発光ダイオード素子からの光の入射角が小さくなり、レンズ内に入射する光に対して反射する光の割合が増加してしまう。その凸曲面状の光軸方向入射面の周辺部に向かう発光ダイオード素子からの光束は比較的多いため、光軸方向入射面で反射して発光ダイオード側に戻ってしまう光の損失が大きく、レンズからの光出射効率が低くなる問題がある。
【０００５】
本発明は、このような点に鑑みなされたもので、所望の配光特性が得られるうえに光出射効率を向上できるレンズおよび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】
【０００６】
請求項１記載のレンズは、発光素子の光軸方向に対して側面方向に対向する側面方向入射面と；発光素子の光軸方向に対向する平面状の光軸方向入射面と；発光素子の光軸方向に対向して光が出射する出射面と；側面方向入射面に入射した光を出射面の周辺部へ向けて反射させる反射面と；光軸方向入射面に対して光軸方向へ向けた延長線上に対向する出射面の中央部に出射面の外表面側に向けて凸曲面状に設けられた制光部と；を具備しているものである。
【０００７】
発光素子は、例えば、可視光を発する発光ダイオード素子が用いられ、青色発光ダイオード素子や紫外発光ダイオード素子とこれら発する光で励起して可視光を発光する蛍光体との組み合わせでもよい。
【０００８】
制光部は、出射面から窪んだ位置に設けられていても、出射面から一部あるいは全部が突出した位置に設けられていてもよい。
【０００９】
制光部の幅の最小値は、発光素子の発光部の幅より小さいと光軸方向入射面に入射した光の一部が制光部に入らないことから発光素子の発光部の幅と同程度が好ましく、また、最大値は、反射面で出射方向に反射した光を遮らない程度が好ましい。
【００１０】
レンズの出射面の形状および制光部の形状は、円形や四角形などの多角形でもよく、出射面の形状と制光部の形状とは同一形状とするほか異なる形状でもよい。
【００１１】
請求項２記載のレンズは、請求項１記載のレンズにおいて、出射面の中央に窪み部が形成され、この窪み部の底部に制光部が設けられているものである。
【００１２】
請求項３記載の照明装置は、発光素子と；請求項１または２記載のレンズと；を具備しているものである。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１記載のレンズによれば、発光素子の光軸方向に対向する光軸方向入射面を平面状としたので、発光素子からの光の反射損失を低減して光の入射割合を多くでき、さらに、この光軸方向入射面に対して光軸方向に対向する出射面の中央部に設けられた制光部で平面状の光軸方向入射面に入射した光を制光することができ、所望の配光特性が得られるうえに光出射効率を向上できる。しかも、制光部を光軸方向入射面に対して光軸方向へ向けた延長線上に設け、反射面で出射面の制光部の周辺部に向けて光を反射させるので、出射面の中央部の制光部を大きくしながら、反射面で反射する光が制光部に向かうことがなく、光出射効率を向上できる。
【００１４】
請求項２記載のレンズによれば、請求項１記載のレンズの効果に加えて、出射面の中央に窪み部を形成して、この窪み部の底部に制光部を設けたので、光軸方向入射面と制光部とを接近させることが可能となり、光軸方向入射面に入射した光をより多く制光部に取り込んで制光できる。
【００１５】
請求項３記載の照明装置によれば、請求項１または２記載のレンズを用いるので、光出射効率を向上させ、明るくできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の一実施の形態を図面を参照して説明する。
【００１７】
図１に第１の実施の形態を示し、図１は照明装置の断面図である。
【００１８】
照明装置11は、一面に回路が形成された基板12、この基板12の一面の回路に電気的に接続されて配置された点光源である発光素子としての発光ダイオード素子13、この発光ダイオード素子13の発する光を制光する狭角配光用のレンズ14を備えている。
【００１９】
基板12は、例えばアルミニウムなどの高熱伝導性を有する材料で形成され、一面には発光ダイオード素子13を電気的に接続する配線パターンが絶縁層を介して形成されている。
【００２０】
発光ダイオード素子13は、光を発する発光ダイオードチップを備え、この発光ダイオードチップをチップ取付部材に配置し、この発光ダイオードチップの発光面を蛍光体が分散された透明な樹脂で覆っている。例えば、青色発光ダイオードチップや紫外発光ダイオードチップとこれらの発する光で励起して可視光を発光する蛍光体との組み合わせにより、白色の可視光を発する。
【００２１】
レンズ14は、例えばポリカーボネートやアクリル樹脂などの透光性を有する樹脂材料、もしくはガラスで形成されている。レンズ14の背面側には発光ダイオード素子13を収容する凹部である収容部21が形成され、この収容部21の内面に、発光ダイオード素子13の光軸方向ｘに対して平行な側面方向に対向する筒状の側面方向入射面22、および発光ダイオード素子13の光軸方向ｘに対向する平面状の光軸方向入射面23が形成されている。平面状の光軸方向入射面23は、発光ダイオード素子13の光軸方向ｘに対して垂直な垂直面であり、その外形状は円形あるいは四角形などの多角形である。
【００２２】
レンズ14の背面側には、収納部21の周囲からレンズの表面側へ向けて拡開して側面方向入射面22に入射した光をレンズ14の表面側である出射方向へ向けて全反射させる反射面24が形成されている。この反射面24は、略楕円面形状に形成され、側面方向入射面22に入射した光を光軸方向ｘと平行な方向に向けて反射させる。
【００２３】
レンズ14の表面には、発光ダイオード素子13の光軸方向ｘに対して垂直な垂直面であってレンズ14内に入射した光が出射する出射面25が形成されている。この出射面25における光軸方向入射面23に対して光軸方向ｘに対向する中央部には、窪み部26が形成されているとともに、この窪み部26の底部に外表面側へ向けて凸曲面状の制光部27が形成されている。制光部27は、光軸方向入射面23に対して光軸方向ｘへ向けた延長線上に形成されていて、その外形状は円形あるいは四角形などの多角形で光軸方向入射面23と同一形状であることが好ましい。この制光部27の幅の最小値は、発光ダイオード素子13の発光部の幅より小さいと光軸方向入射面23に入射した光の一部が制光部27に入らないことから発光ダイオード素子13の発光部の幅と同程度が好ましく、また、最大値は、反射面24で出射方向に反射した光を遮らない程度が好ましい。
【００２４】
出射面25における窪み部26の周辺部には、反射面24で反射する光が出射する環状の反射光出射部28が形成されている。
【００２５】
そして、発光ダイオード素子13を点灯させることにより、この発光ダイオード素子13が発する光が側面方向入射面22および光軸方向入射面23に入射する。
【００２６】
発光ダイオード素子13から周辺方向へ向かった光は、側面方向入射面22に入射した後に、反射面24に到達して光軸方向ｘと平行な方向に向けて反射し、出射面25の反射光出射部28から光軸方向ｘと平行な方向に出射する。
【００２７】
発光ダイオード素子13から光軸方向ｘへ向かった光は、光軸方向入射面23に入射した後に、凸曲面状の制光部27に到達して屈折し、凸曲面状の制光部27から光軸方向ｘと平行な方向に出射する。
【００２８】
この発光ダイオード素子13からの光が光軸方向入射面23に入射する際、光軸方向入射面23が平面状であるため、光軸方向入射面23の周辺域においても光の入射角はあまり小さくならず、発光ダイオード素子13からの光の反射損失を低減して光の入射割合を多くできる。
【００２９】
そのため、制光部27で平面状の光軸方向入射面23に入射した光を制光できて所望の配光特性が得られるうえに、光出射効率を向上できる。
【００３０】
また、制光部27を光軸方向入射面23に対して光軸方向ｘへ向けた延長線上に設け、反射面24で出射面25の制光部27の周辺部に向けて光を反射させるので、出射面25の中央部の制光部27を大きくしながら、反射面24で反射する光が制光部27に向かうことがなく、光出射効率を向上できる。
【００３１】
また、出射面25の中央に窪み部26を形成して、この窪み部26の底部に制光部27を設けたので、光軸方向入射面23と制光部27とを接近させることが可能となり、光軸方向入射面23に入射した光をより多く制光部27に取り込んで制光できる。
【００３２】
次に、図２ないし図４に第２の実施の形態を示し、図２は照明装置の一部を切り欠いた側面図、図３は照明装置の正面図、図４は照明装置の断面図である。
【００３３】
照明装置11は、長方形板状の基板12上に、その長手方向に沿って複数の発光ダイオード素子13を１列状に間隔をあけて配列した長尺な直線状の発光モジュールとして構成されている。
【００３４】
発光ダイオード素子13は、長方形状のチップ状で、長手方向の両端にアノードおよびカソードの電極31をそれぞれ有するとともにこれら両端の電極31間の中央に光を発光する発光部32を有し、両端の電極31の端面がはんだ33によって基板12の回路パターンに電気的および機械的に接続されている。基板12に実装される発光ダイオード素子13は、アノードとカソードの両端の電極31を結ぶ長手方向が隣り合う発光ダイオード素子13同士で９０°ずつ異なり、配光特性が均一化するように配列されている。
【００３５】
また、各発光ダイオード素子13の配列に対応して複数のレンズ14が１列状に配列され、これらレンズ14が一体形成されてレンズ体35が構成されている。各レンズ14は、図１に示したレンズ14と同様であり、収容部21、側面方向入射面22、光軸方向入射面23、反射面24、出射面25、窪み部26、制光部27などを有しており、それぞれ出射面25側から見て四角形状に形成されている。レンズ体35の長手方向と交差する両側にはフランジ部36が形成されている。
【００３６】
また、基板12とレンズ体35とを位置決め固定するとともに基板12の熱を放熱させる放熱ケース38を備えている。この放熱ケース38は、基板12より放熱性を有する例えばアルミニウムなどの金属製などで一体形成され、基板12の他面に接触する長方形板状の基部39、この基部39の長手方向と交差する両側から突出してレンズ体35の両側に沿って係合しこのレンズ体35を介して基板12を基部39に押し付けて密着させる係合部40を有し、断面略コ字形で基板12およびレンズ体35の長手方向の寸法と略同一に形成されている。両側の係合部40は、基板12の両側およびレンズ体35の両側のフランジ部36を挟み込むことで基板12の面に平行な方向に基板12とレンズ体35とを位置決め保持し、さらに、両側の係合部40の先端にレンズ体35の両側のフランジ部36の表面側つまり出射面25の有効領域の両外側に係合する爪部41が形成されている。
【００３７】
そして、この照明装置11においても、第１の実施の形態と同様の作用効果を奏する。すなわち、発光ダイオード素子13からの光がレンズ14の光軸方向入射面23に入射する際、光軸方向入射面23が平面状であるため、光軸方向入射面23の周辺域においても光の入射角はあまり小さくならず、発光ダイオード素子13からの光の反射損失を低減して光の入射割合を多くできる。そのため、制光部27で平面状の光軸方向入射面23に入射した光を制光できて所望の配光特性が得られるうえに、光出射効率を向上できる。
【００３８】
また、各レンズ14は例えば１０°程度の狭角配光特性を有しているが、これら複数のレンズ14を１列に配列して集合させることによってライン状の配光を得ることができる。
【００３９】
次に、図５および図６に第３の実施の形態を示し、図５は照明装置の断面図、図６は照明装置の正面図である。
【００４０】
照明装置11は、発光モジュール51と、この発光モジュール51を取り付ける照明装置本体52とを有している。
【００４１】
各発光モジュール51は、基板12、この基板12の一面に配置された発光ダイオード素子13、これら各発光ダイオード素子13の光を反射する反射体54、および各発光ダイオード素子13の光を制光するレンズ体55を有している。本実施の形態では、発光ダイオード素子13が基板12の縦横方向に３つずつ等間隔に配列され、つまりマトリクス状に配列されている。
【００４２】
基板12は、複数の発光ダイオード素子13を配置する実装域56、およびこの実装域56の１つの縁部から外方へ突出された差込部57を有し、差込部57の中央には四角形状の嵌合溝部28が形成されている。
【００４３】
基板12の一面には絶縁層を介して配線パターン59が形成され、この配線パターン59上に各発光ダイオード素子13が電気的に接続されるとともに機械的に固定されている。配線パターン59の両端の各配線パターン部59aは差込部57にそれぞれ延設され、その差込部57の各配線パターン部59a上に電極である受電部60がそれぞれ形成されている。
【００４４】
反射体54は、例えば樹脂材料で形成され、基板12の一面の実装域56に密着配置されている。この反射体54には各発光ダイオード素子13の位置に対応して各発光ダイオード素子13を収容する複数の凹部62が形成され、これら各凹部62には基板12側に対して反対のレンズ体55側に拡開して光を反射する反射面63が形成されている。凹部62内には、発光ダイオード素子13を被覆するように可視光変換樹脂層64が充填形成され、この可視光変換樹脂層64は、発光ダイオード素子13からの紫外線を可視光に変換する蛍光体などの可視光変換物質を例えばシリコーン樹脂、エポキシ樹脂および変性エポキシ樹脂などに分散して形成されている。
【００４５】
レンズ体55は、各発光ダイオード素子13の位置に対応して配置される複数のレンズ14を有し、これら複数のレンズ14がマトリクス状に配列されて一体に形成されている。各レンズ14は、図１に示したレンズ14と同様であり、収容部21、側面方向入射面22、光軸方向入射面23、反射面24、出射面25、窪み部26、制光部27などを有しており、それぞれ出射面25側から見て円形状に形成されている。
【００４６】
また、照明装置本体52は、例えばアルミニウム、窒化アルミニウムなどの高熱伝導性を有する材料で形成された板状の本体部66を有し、この本体部66の一面に発光モジュール51がその基板12の他面を接合して配置される。
【００４７】
本体部66の縁部には、発光モジュール51の基板12の差込部57が抜き差し可能とする保持部67が配設されている。この保持部67は、本体部66の縁部に取り付けられた保持部材68を有し、この保持部材68と本体部66との間に差込部57が抜き差し可能とする差込溝69が形成されている。差込溝69には、各発光モジュール12の配置位置に対応して、差込部57の嵌合溝部58が嵌合する嵌合突部70が設けられ、この嵌合突部70の両側で本体部66に対向する保持部材68側に配線基板71がそれぞれ取り付けられ、これら各配線基板71にコネクタ72がそれぞれ取り付けられている。これら各コネクタ72は、各配線基板71に取り付けられるコネクタ本体73、このコネクタ本体73から本体部66へ向けて突設された弾性変形可能なばね鋼で形成された端子片74を有している。基板12の差込部57を差し込んでいない状態で端子片74と本体部66との間隔は基板12の差込部57の厚みより小さく設定され、基板12の差込部57を差し込む際に端子片74が弾性変形して差込部57の差し込みを許容し、基板12の差込部57を差し込んだ状態で各端子片74が差込部57の各受電部60に圧接して電気的に接続される。
【００４８】
そして、この照明装置11においても、第１の実施の形態と同様の作用効果を奏する。すなわち、発光ダイオード素子13からの光がレンズ14の光軸方向入射面23に入射する際、光軸方向入射面23が平面状であるため、光軸方向入射面23の周辺域においても光の入射角はあまり小さくならず、発光ダイオード素子13からの光の反射損失を低減して光の入射割合を多くできる。そのため、制光部27で平面状の光軸方向入射面23に入射した光を制光できて所望の配光特性が得られるうえに、光出射効率を向上できる。
【００４９】
また、各レンズ14は例えば１０°程度の狭角配光特性を有しているが、これら複数のレンズ14をマトリクス状に配列して集合させることによって面状の配光を得ることができる。
【００５０】
なお、前記各実施の形態では、レンズ14の制光部27が出射面25から窪んだ位置に設けられているが、その制光部27の一部が出射面25から突出した位置、あるいは制光部27の全部が突出した位置に設けられていてもよい。制光部27の全部が突出した位置に設けられる場合には、窪み部26は設けられないため、窪み部26に塵埃などが溜まることがない。
【００５１】
また、レンズ14の出射面25側から見た出射面25の形状および制光部27の形状は、円形や四角形などの多角形でもよく、出射面25の形状と制光部27の形状とは同一形状とするほか異なる形状でもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の第１の実施の形態を示す照明装置の断面図である。
【図２】第２の実施の形態を示す照明装置の一部を切り欠いた側面図である。
【図３】同上照明装置の正面図である。
【図４】同上照明装置の断面図である。
【図５】第３の実施の形態を示す照明装置の断面図である。
【図６】同上照明装置の正面図である。
【符号の説明】
【００５３】
11    照明装置
13    発光素子としての発光ダイオード素子
14    レンズ
22    側面方向入射面
23    光軸方向入射面
24    反射面
25    出射面
26    窪み部
27    制光部
ｘ    光軸方向
【図１】
2007059073.tif 000003
【図２】
2007059073.tif 000004
【図３】
2007059073.tif 000005
【図４】
2007059073.tif 000006
【図５】
2007059073.tif 000007
【図６】
2007059073.tif 000008