(57)【要約】【課題】  高い光拡散性を有して光の利用効率を高くでき、さらに部材コストが低減可能なレンズ部材及び光学ユニットを提供すること。【解決手段】  光源Ｌの前方に設置され全体が円盤状又は円環状に形成されたレンズ部材１であって、中心部分に設けられ光源から出射された光を透過させて前方に出射させる中央透過部１ｆと、該中央透過部の半径方向外側に設けられ背面側の光源から出射された光を内部に入射させる円環状の背面側入射面１ａと、該背面側入射面の前方に設けられ背面側入射面から入射された光を半径方向外方に内部で全反射させる円環状の内部反射面１ｂと、外周面に設けられ内部反射面で全反射された光の少なくとも一部を半径方向外方かつ背面側に向けて出射する外周出射面１ｃとを有している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源の前方に設置され全体が円盤状又は円環状に形成されたレンズ部材であって、
中心部分に設けられ前記光源から出射された光を透過させて前方に出射させる中央透過部と、
該中央透過部の半径方向外側に設けられ背面側の前記光源から出射された光を内部に入射させる円環状の背面側入射面と、
該背面側入射面の前方に設けられ前記背面側入射面から入射された光を半径方向外方に内部で全反射させる円環状の内部反射面と、
外周面に設けられ前記内部反射面で全反射された光の少なくとも一部を半径方向外方かつ背面側に向けて出射する外周出射面とを有していることを特徴とするレンズ部材。
【請求項２】
請求項１に記載のレンズ部材において、
前記背面側入射面の半径方向外側かつ前記光源の側方に設けられ前記光源から出射された光を入射させる円環状の側方入射面と、
外周面に設けられ前記側方入射面から入射された光を半径方向外方に向けて出射する側方出射面とを有していることを特徴とするレンズ部材。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のレンズ部材において、
前記中央透過部が、貫通孔であることを特徴とするレンズ部材。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一項に記載のレンズ部材において、
前記外周出射面に、出射される前記光を拡散させる凹凸が形成されていることを特徴とするレンズ部材。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか一項に記載のレンズ部材と、
前記レンズ部材の背面側に設置された基板と、
該基板上に実装されたＬＥＤである光源と、
前記レンズ部材と中心軸を合わせて前記レンズ部材及び前記光源を覆って設置された拡散グローブとを備え、
前記レンズ部材及び前記光源が、前記拡散グローブの中心部に配置されていることを特徴とする光学ユニット。
【請求項６】
請求項５に記載の光学ユニットにおいて、
前記光源が、前記背面側入射面に対向しかつ該背面側入射面に沿って複数が並べて設置されていることを特徴とする光学ユニット。
【請求項７】
請求項５又は６に記載の光学ユニットにおいて、
前記レンズ部材の外径が前記基板よりも大きく設定されていることを特徴とする光学ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばＬＥＤ照明等に用いられるレンズ部材及び光学ユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＬＥＤ光源を用いたＬＥＤ電球が開発され、一般に販売されている。従来、このＬＥＤ電球は、例えば特許文献１及び２等に示すように、主に、複数のＬＥＤ光源と、ＬＥＤ光源の熱を放散させるための円錐形状又は円筒形状のヒートシンクと、ＬＥＤ光源の光を拡散させるための略球形又は略半球状の拡散グローブと、ＬＥＤ光源を実装する基板とから構成されている。
【０００３】
また、必要に応じて、ＬＥＤ光源の光を前方に反射させる反射部材も設けられている。このような従来のＬＥＤ電球では、例えば特許文献１の図９に示されているように、ヒートシンクと拡散グローブとの間に反射部材が配置されている。
また、ＬＥＤ光源を実装した基板は、ヒートシンクに設置され、拡散グローブとヒートシンクに設けた反射面との間にＬＥＤ光源が配置されている。特に、特許文献１では、複雑な形状であると共に反射面を有するヒートシンクと複数の基板とを用いて、ＬＥＤ光源を複数段に立体的に設置して白熱電球の配光に近づけている。
【０００４】
さらに、高輝度で点光源であるＬＥＤ光源が、拡散グローブ越しに外側から視認できないように、多数をできるだけ大きい同心円上に分散して並べて実装している。また、広指向性を実現するために、反射面が形成されたヒートシンクや反射部材がＬＥＤ光源に被さるような形状で設けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−１０８６６１号公報
【特許文献２】特開２０１０−７３３３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記従来の技術には、以下の課題が残されている。
すなわち、従来のＬＥＤ電球では、高輝度なＬＥＤ光源を外部から視認できないように拡散性の強い拡散グローブを採用する必要があり、光の利用効率が悪いという不都合があった。また、外部からの視認防止のためにＬＥＤ光源をできるだけ大きな同心円上に分散して配置する必要があり、多数のＬＥＤ光源が必要であった。さらに、ＬＥＤ光源の配置上、拡散グローブのヒートシンク側が最も明るくなり、球形の中心部分が明るく見える通常の白熱電球とは異なる見え方になるという不都合があった。また、特許文献１のように複雑なヒートシンクや複数の基板を用いると、部材コストが増大してしまう問題があった。また、大きな円周上に配したＬＥＤ光源と拡散グローブとの距離が近いため、拡散グローブ越しで外部からＬＥＤ光源が視認し易くなってしまい、やはり従来の白熱電球と異なる見え方になってしまう。さらに、反射部材や複雑な形状のヒートシンクを用いる場合、拡散グローブ上に影が発生する場合があった。
【０００７】
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたもので、高い光拡散性を有して光の利用効率を高くでき、さらに部材コストが低減可能なレンズ部材及び光学ユニット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】
本発明は、前記課題を解決するために以下の構成を採用した。すなわち、第１の発明に係るレンズ部材は、光源の前方に設置され全体が円盤状又は円環状に形成されたレンズ部材であって、中心部分に設けられ前記光源から出射された光を透過させて前方に出射させる中央透過部と、該中央透過部の半径方向外側に設けられ背面側の前記光源から出射された光を内部に入射させる円環状の背面側入射面と、該背面側入射面の前方に設けられ前記背面側入射面から入射された光を半径方向外方側に内部で全反射させる円環状の内部反射面と、外周面に設けられ前記内部反射面で全反射された光の少なくとも一部を半径方向外方側かつ背面側に向けて出射する外周出射面とを有していることを特徴とする。
【０００９】
このレンズ部材では、上記中央透過部と、上記背面側入射面と、上記内部反射面と、上記外周出射面とを有しているので、光源からの光が中央透過部を介して前方に出射されると共に、背面側入射面から入射された光が内部反射面で全反射され、さらに外周出射面で屈折され、少なくとも一部が半径方向外方側かつ背面側に向けて出射される。すなわち、レンズ部材の前方（正面側）だけでなく、背面側入射面と外周出射面との２回の屈折に加え、内部反射面による内部反射によって、側面側から背面側まで広い方向に光を分配、拡散させて出射させることができる。したがって、少なくとも背面側入射面と内部反射面と外周出射面との３面を持つ１つのレンズ部材のみのシンプルな構成で、光の進行方向を大きく曲げることができ、正面から背面にバランス良く光を出射、照射することができる。
【００１０】
第２の発明に係るレンズ部材は、第１の発明において、前記背面側入射面の半径方向外側かつ前記光源の側方に設けられ前記光源から出射された光を入射させる円環状の側方入射面と、外周面に設けられ前記側方入射面から入射された光を半径方向外方に向けて出射する側方出射面とを有していることを特徴とする。
すなわち、このレンズ部材では、さらに上記側方入射面と上記側方出射面とを有しているので、光源からの光が側方に配された側方入射面から入射されると共に側方出射面から半径方向外方に向けて出射され、２つの面による屈折のみで側面方向に出射可能である。
【００１１】
第３の発明に係るレンズ部材は、第１又は第２の発明において、前記中央透過部が、貫通孔であることを特徴とする。
すなわち、このレンズ部材では、中央透過部が貫通孔であるので、前方（正面側）に進む光のうち一部が貫通孔を通過してそのまま出射されることで、屈折による光の損失を少なくすることができる。
【００１２】
第４の発明に係るレンズ部材は、第１から第３のいずれかの発明において、前記外周出射面に、出射される前記光を拡散させる凹凸が形成されていることを特徴とする。
すなわち、このレンズ部材では、外周出射面に、出射される光を拡散させる凹凸が形成されているので、拡散性を付加した外周出射面により、全体的に光の拡散性が向上し、拡散グローブを用いた際に拡散グローブ上の光の明暗差をより低減することができる。
【００１３】
第５の発明に係る光学ユニットは、第１から第４のいずれかの発明のレンズ部材と、前記レンズ部材の背面側に設置された基板と、該基板上に実装されたＬＥＤである光源と、前記レンズ部材と中心軸を合わせて前記レンズ部材及び前記光源を覆って設置された拡散グローブとを備え、前記レンズ部材及び前記光源が、前記拡散グローブの中心部に配置されていることを特徴とする。
すなわち、この光学ユニットでは、上記本発明のレンズ部材を採用することで、レンズ部材及び光源が拡散グローブの中心部に配置可能になり、従来の白熱電球に近い自然な見た目が得られる。さらに、拡散グローブとレンズ部材及び光源との距離が長くなると共に拡散効果の高いレンズ部材を用いているので、拡散グローブ越しで光源が視認し難くなる。そのため、比較的拡散性の弱い拡散グローブを採用可能になり、光の利用効率を向上させることができる。また、反射部材や複雑な形状のヒートシンクを用いずに済むため、拡散グローブ上の影が発生し難い。
【００１４】
第６の発明に係る光学ユニットは、第５の発明において、前記光源が、前記背面側入射面に対向しかつ該背面側入射面に沿って複数が並べて設置されていることを特徴とする。
すなわち、この光学ユニットでは、光源が、背面側入射面に対向しかつ該背面側入射面に沿って複数が並べて設置されているので、背面側入射面直下の小さい領域に少数の高出力ＬＥＤ光源を配置することで、多数のＬＥＤ光源を大きな円周のライン上に並べる必要が無くなる。したがって、拡散グローブの中心部に高出力なＬＥＤ光源を少数並べることで、少ない光源数で高い光量の照明光を得ることができると共に、拡散グローブ越しに視認されることを防ぐことができる。また、複数のＬＥＤ光源を１枚の基板上に実装しているので、従来技術のような複数の基板が不要になり、ＬＥＤ光源の実装や基板の設置も容易になって、部材コスト及び製造コストを低減することができる。
【００１５】
第７の発明に係る光学ユニットは、 第５又は第６の発明において、前記レンズ部材の外径が前記基板よりも大きく設定されていることを特徴とする。
すなわち、この光学ユニットでは、レンズ部材の外径が基板よりも大きく設定されているので、レンズ部材の外周出射面から背面方向に出射される光が基板で遮られず、背面側の照明光の低下を防ぐことができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、以下の効果を奏する。
すなわち、本発明に係るレンズ部材及び光学ユニットによれば、上記中央透過部と、上記背面側入射面と、上記内部反射面と、上記外周出射面とを有しているので、正面側から背面側まで広い方向に光をバランス良く分配、拡散させて出射させることができる。したがって、このレンズ部材を用いた光学ユニットによれば、レンズ部材及び光源が拡散グローブの中心部に配置可能になり、従来の白熱電球に近い自然な見た目が得られると共に、比較的拡散性の弱い拡散グローブを採用可能になり、光の利用効率を向上させることができる。さらには、部材コストや製造コストを低減することが可能であり、優れた量産性も有している。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明に係るレンズ部材及び光学ユニットの一実施形態において、レンズ部材を示す正面図である。
【図２】本実施形態において、レンズ部材を示す平面図である。
【図３】本実施形態において、光学ユニットを示す分解斜視図である。
【図４】本実施形態において、光源を実装した基板を示す斜視図である。
【図５】本実施形態において、レンズ部材における光源からの光路を例示するための正面図である。
【図６】本実施形態において、レンズ部材における光源からの光路を例示するための斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明に係るレンズ部材及び光学ユニットの一実施形態を、図１から図６に基づいて説明する。
【００１９】
本実施形態におけるレンズ部材１は、図１及び図２に示すように、光源Ｌの前方に設置され全体が円環状に形成されたレンズ部材であって、中心部分に設けられ光源Ｌから出射された光を透過させて前方に出射させる中央透過部１ｆと、該中央透過部１ｆの半径方向外側に設けられ背面側の光源Ｌから出射された光を内部に入射させる円環状の背面側入射面１ａと、該背面側入射面１ａの前方に設けられ背面側入射面１ａから入射された光を半径方向外方側に内部で全反射させる円環状の内部反射面１ｂと、外周面に設けられ内部反射面１ｂで全反射された光の少なくとも一部を半径方向外方側かつ背面側に向けて出射する外周出射面１ｃとを有している。
【００２０】
また、このレンズ部材１は、背面側入射面１ａの半径方向外側かつ光源Ｌの側方に設けられ光源Ｌから出射された光を入射させる円環状の側方入射面１ｄと、外周面に設けられ側方入射面１ｄから入射された光を半径方向外側に向けて出射する側方出射面１ｅとを有している。なお、中央透過部１ｆは、レンズ部材１の中央に設けられた円形状の貫通孔である。
【００２１】
上記背面側入射面１ａ及び内部反射面１ｂは、曲面形状を有し、両者で囲まれた部分の断面形状は、中央透過部１ｆに向けて漸次厚さが薄くなっている。
内部反射面１ｂは、背面側入射面１ａで屈折して入射され内部を導光される光を内側で全反射して外周出射面１ｃ側に光路変換させるように形状が設定されている。
また、外周出射面１ｃは、内部反射面１ｂで反射された光を半径方向外方だけでなく背面側にも出射可能に形成されている。
【００２２】
上記側方入射面１ｄ及び側方出射面１ｅは、中心軸に対して略水平な面に設定されている。なお、側方入射面１ｄは、光源Ｌの側面に対向した面と該面の前方側に設けられ光源Ｌの斜め前方に配された面とで構成され、主に光源Ｌの斜め前方の面が、光源Ｌから斜め側方に出射される光を入射して側方出射面１ｅに向けて屈折させる機能を有している。
【００２３】
例えば、光源Ｌからの出射光角度（光源Ｌの中心軸（レンズ部材１の中心軸と平行な軸）に対する角度）が、０度，７０度，９０度の方向のとき、対応する背面側入射面１ａの角度は、−４５度，９０度，０度と徐々に変化するように曲面状に設定されている。また、内部反射面１ｂの角度は、レンズ内側から外側にかけて、４０〜８０度と徐々に変化するように曲面状に設定されいる。さらに、外周出射面１ｃの角度は、レンズ前面側から背面側にかけて、−１０〜０度に変化させている。
【００２４】
背面側入射面１ａでは、図５及び図６に示すように、光源Ｌから０度方向（中心軸方向、すなわち光源Ｌに対する垂直方向）に出射する光の角度を大きく変化させて、０〜７０度に出射される光の広がり角度を狭めるように光を伝播させる。また、７０〜９０度方向に出射する光については、側方入射面１ｄによって、側面方向に伝播させる。
【００２５】
また、内部反射面１ｂでは、光源Ｌから０度に出射された光を側面方向（半径方向外方）に向け、また光源Ｌから７０度方向に出射された光は背面方向（半径方向外方かつ背面側の方向）に向けて、徐々に方向を変化させながら光が伝播するように設定されている。
さらに、背面側入射面１ａに当たらない光は、そのまま貫通孔である中央透過部１ｆを通って正面方向に伝播する。
なお、外周出射面１ｃ及び側方出射面１ｅは、あまり角度をつけず、レンズ部材１の外径が大きくならないようにすることが好ましい。
【００２６】
また、本実施形態の光学ユニット１０は、図３及び図４に示すように、いわゆるＬＥＤ電球であって、上記レンズ部材１と、レンズ部材１の背面側に設置された基板３と、該基板３上に実装されたＬＥＤである光源Ｌと、レンズ部材１と中心軸を合わせてレンズ部材１及び光源Ｌを覆って設置された拡散グローブ２と、上記基板３を先端面に設置した円筒状のヒートシンク４と、該ヒートシンク４の下部を覆った略椀状のケース部５と、該ケース部５の下部に取り付けられた口金部６とを備えている。
【００２７】
上記基板３は、例えば円形状のガラスエポキシ基板であって、図４に示すように、上面に６つの光源Ｌが周方向に等間隔に並べて実装されている。
また、これらの光源Ｌは、レンズ部材１の背面側入射面１ａに対向しかつ該背面側入射面１ａに沿って並べて設置されている。
なお、基板３の中心には、ヒートシンク４へ螺子部材７で螺子止めするための螺子孔３ａが形成されている。
【００２８】
上記光源Ｌは、白色ＬＥＤであり、１つのＬＥＤ素子が搭載されたＬＥＤ部材または複数のＬＥＤ素子が搭載されたマルチチップＬＥＤである。なお、光源Ｌは、基板３上に導電性接着材料などを用いて取り付けられ、基板３上の配線（図示略）と導電性接着材料やワイヤーボンディングなどで電気的に接続されている。
【００２９】
上記レンズ部材１、基板３及び光源Ｌは、拡散グローブ２の中心部に配置されている。すなわち、拡散グローブ２は、下部がケース部５の上部に固定され、ケース部５の上部に突出したヒートシンク４の上部に取り付けられた基板３、光源Ｌ及びレンズ部材１が、ちょうど拡散グローブ２内の中心部に配されている。
上記レンズ部材１の外径は、基板３よりも大きく設定されている。
【００３０】
上記ヒートシンク４は、熱伝導性の高い材料で形成されており、例えばアルミニウム又はアルミニウム合金で形成されている。このヒートシンク４は、その下部が螺子止め等でケース部５の上部に取り付けられている。
上記拡散グローブ２は、半透明なガラスまたはプラスチックで形成された略球状又は略半球状のカバーであり、透過光の拡散機能を有している。
【００３１】
上記ケース部５内には、ＬＥＤである光源Ｌの駆動回路部（図示略）が収納されている。この駆動回路部は、例えばＡＣ入力の場合、光源Ｌを駆動するために交流電圧を整流して直流に変換するＡＣ／ＤＣ変換回路を含み、ＤＣ入力の場合、抵抗などから構成される電流調整回路を含んだ電子回路である。なお、この駆動回路部は、光学ユニット１０の外部に別途設けても構わない。
【００３２】
上記口金部６は、例えばＥ型口金であり、電気ソケット等に接続可能なねじ込み式や差し込み式などの既知の口金構造を有し、基板３と駆動回路部を介して電気的に接続された口金部である。
【００３３】
このように本実施形態のレンズ部材１は、上記中央透過部１ｆと、上記背面側入射面１ａと、上記内部反射面１ｂと、上記外周出射面１ｃとを有しているので、図５及び図６に示すように、光源Ｌからの光が中央透過部１ｆを介して前方に出射されると共に、背面側入射面１ａから入射された光が内部反射面１ｂで全反射され、さらに外周出射面１ｃで屈折され、少なくとも一部が半径方向外方側かつ背面側に向けて出射される。なお、上記光の光路は、図５及び図６中に二点鎖線で例示している。
【００３４】
すなわち、レンズ部材１の前方（正面側）だけでなく、背面側入射面１ａと外周出射面１ｃとの２回の屈折に加え、内部反射面１ｂによる内部反射によって、側面側から背面側まで広い方向に光を分配、拡散させて出射させることができる。したがって、少なくとも背面側入射面１ａと内部反射面１ｂと外周出射面１ｃとの３面を持つ１つのレンズ部材１のみのシンプルな構成で、光の進行方向を大きく曲げることができ、正面から背面にバランス良く光を出射、照射することができる。
【００３５】
また、このレンズ部材１では、さらに上記側方入射面１ｄと上記側方出射面１ｅとを有しているので、光源Ｌからの光が側方に配された側方入射面１ｄから入射されると共に側方出射面１ｅから半径方向外方に向けて出射され、２つの面による屈折のみで側面方向に出射可能である。
さらに、中央透過部１ｆが貫通孔であるので、前方（正面側）に進む光のうち一部が貫通孔を通過してそのまま出射されることで、屈折による光の損失を少なくすることができる。
【００３６】
このレンズ部材１を備えた本実施形態の光学ユニット１０では、レンズ部材１及び光源Ｌが拡散グローブ２の中心部に配置可能になり、従来の白熱電球に近い自然な見た目が得られる。さらに、拡散グローブ２とレンズ部材１及び光源Ｌとの距離が長くなると共に拡散効果の高いレンズ部材１を用いているので、拡散グローブ２越しで光源Ｌが視認し難くなる。そのため、比較的拡散性の弱い拡散グローブ２を採用可能になり、光の利用効率を向上させることができる。また、反射部材や複雑な形状のヒートシンクを用いずに済むため、拡散グローブ２上の影が発生し難い。
【００３７】
また、光源Ｌが、背面側入射面１ａに対向しかつ該背面側入射面１ａに沿って複数が並べて設置されているので、背面側入射面１ａ直下の小さい領域に少数の高出力ＬＥＤ光源Ｌを配置することで、多数のＬＥＤ光源Ｌを大きな円周のライン上に並べる必要が無くなる。したがって、拡散グローブ２の中心部に高出力なＬＥＤ光源Ｌを少数並べることで、少ない光源数で高い光量の照明光を得ることができると共に、拡散グローブ２越しに視認されることを防ぐことができる。
【００３８】
また、複数のＬＥＤ光源Ｌを１枚の基板３上に実装しているので、従来技術のような複数の基板が不要になり、ＬＥＤ光源Ｌの実装や基板３の設置も容易になって、部材コスト及び製造コストを低減することができる。
さらに、レンズ部材１の外径が基板３よりも大きく設定されているので、レンズ部材１の外周出射面１ｃから背面方向に出射される光が基板３で遮られず、背面側の照明光の低下を防ぐことができる。
【００３９】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることができる。
【００４０】
例えば、上記実施形態では、中央透過部として中央に貫通孔が形成された円環状のレンズ部材を採用しているが、円盤状のレンズ部材としても構わない。この場合、中央透過部は、貫通孔ではなく円環状の背面側入射面の内側を繋げた略薄板状部分とされ、入射された光がそのまま前方に出射可能な形状となる。
【００４１】
また、外周出射面には、出射される光を拡散させる凹凸を形成しても構わない。この場合、拡散性を付加した外周出射面により、全体的に光の拡散性が向上し、拡散グローブを用いた際に拡散グローブ上の光の明暗差をより低減することができる。
さらに、上記実施形態では、複数の光源を並べて基板上に実装しているが、レンズ部材の中心軸上に高出力のＬＥＤ光源を１つだけ実装しても構わない。
【符号の説明】
【００４２】
１…レンズ部材、１ａ…背面側入射面、１ｂ…内部反射面、１ｃ…外周出射面、１ｄ…側方入射面、１ｅ…側方出射面、１ｆ…中央透過部、２…拡散グローブ、３…基板、１０…光学ユニット、Ｌ…光源
【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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