(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の発光ダイオードを備えたＬＥＤ表示灯において、
集光レンズをさらに備え、
上記複数の発光ダイオードは、上方における光の左右の広がりより下方における光の左右の広がりが大きくなるように光を配光する配光特性に基いて設定された配光パターンに対応する配列パターンで配列され、該配列された発光ダイオードと上記集光レンズとが、上記複数の発光ダイオードから出力されて上記集光レンズを介して上記配光パターンで出力される光が上記配光特性を満足するように配置され、
上記複数の発光ダイオードは、上記集光レンズの焦点又はその近傍に配列されたことを特徴とするＬＥＤ表示灯。
【請求項２】
複数の発光ダイオードを備えたＬＥＤ表示灯において、
集光レンズをさらに備え、
上記複数の発光ダイオードは、上方における光の左右の広がりより下方における光の左右の広がりが大きくなるように光を配光する配光特性に基いて設定された配光パターンに対応する配列パターンで配列され、該配列された発光ダイオードと上記集光レンズとが、上記複数の発光ダイオードから出力されて上記集光レンズを介して上記配光パターンで出力される光が上記配光特性を満足するように配置され、
上記複数の発光ダイオードは、上記集光レンズの焦点又はその近傍で光軸と直交する一平面上に配列されたことを特徴とするＬＥＤ表示灯。
【請求項３】
複数の発光ダイオードを備えたＬＥＤ表示灯において、
集光レンズをさらに備え、
上記複数の発光ダイオードは、上方における光の左右の広がりより下方における光の左右の広がりが大きくなるように光を配光する配光特性に基いて設定された配光パターンに対応する配列パターンで配列され、該配列された発光ダイオードと上記集光レンズとが、上記複数の発光ダイオードから出力されて上記集光レンズを介して上記配光パターンで出力される光が上記配光特性を満足するように配置され、
上記複数の発光ダイオードは、上記集光レンズの焦点又はその近傍で光軸と傾いて交わる一平面上に配列されたことを特徴とするＬＥＤ表示灯。
【請求項４】
複数の発光ダイオードを備えたＬＥＤ表示灯において、
集光レンズをさらに備え、
上記複数の発光ダイオードは、上方における光の左右の広がりより下方における光の左右の広がりが大きくなるように光を配光する配光特性に基いて設定された配光パターンに対応する配列パターンで配列され、該配列された発光ダイオードと上記集光レンズとが、上記複数の発光ダイオードから出力されて上記集光レンズを介して上記配光パターンで出力される光が上記配光特性を満足するように配置され、
上記複数の発光ダイオードは、上記集光レンズの焦点又はその近傍に立体的に配列されたことを特徴とするＬＥＤ表示灯。
【請求項５】
上記集光レンズはフレネルレンズである請求の範囲１〜４のうちのいずれか１つに記載のＬＥＤ表示灯。
【請求項６】
上記複数の発光ダイオードは、光軸より上に位置する発光ダイオードの個数が、光軸より下に位置する発光ダイオードの個数より多くなるように配列された請求の範囲１〜５のうちのいずれか１つに記載のＬＥＤ表示灯。
【請求項７】
上記複数の発光ダイオードは、少なくとも一部分の配列密度が他の部分の配列密度と異なるように配列された請求の範囲１〜６のうちのいずれか１つに記載のＬＥＤ表示灯。
【請求項８】
上記複数の発光ダイオードは、上記集光レンズを介して出力される光の配光パターンにおける光の強度むらを抑制するための発光ダイオードを含む請求の範囲１〜７のうちのいずれか１つに記載のＬＥＤ表示灯。
【請求項９】
上記複数の発光ダイオードの配列パターンにおいて、少なくとも一部分に位置する発光ダイオード間の間隔が、他の部分に位置する発光ダイオード間の間隔と異なる請求の範囲１〜８のうちのいずれか１つに記載のＬＥＤ表示灯。
【請求項１０】
上記ＬＥＤ表示灯はさらに、上記集光レンズの前方に透光性カバーを有する請求の範囲１〜９のうちのいずれか１つに記載のＬＥＤ表示灯。
【請求項１１】
上記透光性カバーは、上記発光ダイオードの配列周期に対応して形成される周期的な強度分布を緩和するようにレンズパターンが形成された請求の範囲１０に記載のＬＥＤ表示灯。
【請求項１２】
複数の発光ダイオードを備えたＬＥＤ表示灯において、
上記複数の発光ダイオードの前方に位置する集光レンズとその集光レンズの前方に位置しレンズパターンを有する透光性カバーとを備え、
上記複数の発光ダイオードは、上方における光の左右の広がりより下方における光の左右の広がりが大きくなるように光を配光する配光特性に基いて設定された配光パターンに対応する配列パターンで配列され、該配列された発光ダイオードと上記集光レンズと透光性カバーとが、該複数の発光ダイオードから出力されて上記集光レンズ及び上記透光性カバーを介して上記配光パターンで出力される光が上記配光特性を満足するように配置され、
上記透光性カバーのレンズパターンは、上記発光ダイオードの配列周期に対応して形成される周期的な強度分布を緩和するように形成されているＬＥＤ表示灯。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【技術分野】
本発明は、ＬＥＤ表示灯、特に信号機用のＬＥＤ表示灯に関する。
【０００２】
【背景技術】
今日、ＲＧＢ各色を発光可能な発光ダイオードや、白色を高輝度に発光可能な発光ダイオードが開発された結果、複数の発光ダイオードを配列して構成されるＬＥＤ表示灯が種々の分野に応用されつつある。例えば、ＬＥＤ表示灯は電球と比べて極めて寿命が長く、高効率、且つ振動にも強いため、これらの特性を生かして、広告、行き先案内や道路情報などの表示用、信号機の光源、大画面ディスプレイとして用いられてきている。
【０００３】
特に、ＬＥＤ表示灯の信号機への応用については、従来信号機の光源に用いられてきた白色ランプの場合には、大型反射ミラーとカラーフィルタを組み合わせる必要があったのに対し、ＬＥＤ表示灯の場合には、単色の発光が可能であるためカラーフィルタが不用であり、ある程度指向性を持った発光を得ることができるため大型の反射ミラーが必要ないという利点がある。
【０００４】
しかも、反射ミラーとカラーフィルタを用いる必要のないＬＥＤ信号機には、従来の信号機のように、入射した外来光が白色灯の後部に設けられた反射ミラーで反射してカラーフィルタを介して信号機外に放出される擬似点灯現象を生ずることがないという利点もある。
【０００５】
このような発光ダイオードを用いた信号灯の具体的な構成として、米国特許第６，０１９，４９３には、それぞれセンター凸レンズとその凸レンズの周りに位置する複数の環状凸レンズとが一体で形成されたレンズを備え、均一の発光を可能にした高効率発光素子が開示されている。
【０００６】
また、国際特許出願ＰＣＴ／ＩＢ９７／０１０７４（国際公開番号ＷＯ９８／１６７７７）には、前方に凸レンズ（フレネルレンズ）を備え、信号灯容器の軸線の周りに複数の発光ダイオードを密集して配置することにより、例え１つの発光ダイオードが故障した場合においても、明るさの分布がほとんど変化しないＬＥＤ信号灯が開示されている。
【０００７】
ところで、これらの信号機や情報表示等に用いられるＬＥＤ表示灯は、複数人が同時に観察できるように、また、遠方からでも観察できるように、頭上に設置される場合が多い。そうした場合、ＬＥＤ表示灯には、左右方向には均等な配光特性が求められる一方、上下方向には正面方向及び下方にのみ明るい上下非対称な配光特性が求められる。
【０００８】
また、ＬＥＤ表示灯においては、近年、発光ダイオードの光度を高くできるようになったことから、１つの表示灯に使用される発光ダイオードの必要個数を減少させることが可能となってきている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、光度の高い発光ダイオードを用い、少ない発光ダイオードで構成したＬＥＤ表示灯では、均一な面発光を得ることが難しいという新たな問題が生じていた。
【００１０】
本発明の目的は、均一な面発光が得られかつ所望の配光特性を実現できるＬＥＤ表示灯を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するために、本発明に係る第１のＬＥＤ表示灯は、複数の発光ダイオードを備えたＬＥＤ表示灯において、集光レンズをさらに備え、
上記複数の発光ダイオードは、上方における光の左右の広がりより下方における光の左右の広がりが大きくなるように光を配光する配光特性に基いて設定された配光パターンに対応する配列パターンで配列され、該配列された発光ダイオードと上記集光レンズとが、上記複数の発光ダイオードから出力されて上記集光レンズを介して上記配光パターンで出力される光が上記配光特性を満足するように配置され、上記複数の発光ダイオードは、上記集光レンズの焦点又はその近傍に配列されたことを特徴とする。
【００１２】
このように構成された本発明に係る第１のＬＥＤ表示灯は、上記複数の発光ダイオードから出力された光を上記集光レンズを通して視認することにより、均一な面発光を実現できる。
【００１３】
上記複数の発光ダイオードの配列パターンと、上記配列された発光ダイオードと上記集光レンズとの位置関係により配光パターンを設定しているので、容易に所望の配光パターンを実現できる。
ここで、本明細書において、配光特性とは配光パターンより広い概念であり、配光パターンを含む概念である。
【００１４】
また、配光特性に基いて設定された配光パターンとは、例えば、その配光特性を実現するのに適した配光パターンを言い、配光特性が特定の配光パターンで示されている場合は、その特定の配光パターンそのものを意味する。
【００１５】
さらに、配光パターンに対応する配列パターンとは、その配列パターンと１又は２以上の他の要素との組み合わせにより、その配光パターンを実現することができる配列パターンを意味する。
【００１６】
また、本発明に係る第１のＬＥＤ表示灯において、上記複数の発光ダイオードは、上記集光レンズの焦点又はその近傍で光軸と直交する一平面上に配列されていてもよい。
【００１７】
また、本発明に係る第１のＬＥＤ表示灯において、上記複数の発光ダイオードは、上記集光レンズの焦点又はその近傍で光軸と傾いて交わる一平面上に配列されていてもよい。
このようにすると、その一平面と光軸との傾きに対応させて配光パターンを変更することができる。
【００１８】
さらに、本発明に係る第１のＬＥＤ表示灯において、上記複数の発光ダイオードは、上記集光レンズの焦点又はその近傍に立体的に配列されていてもよい。
このようにすると、発光ダイオードの立体配置に対応させて配光パターンを形成できる。
【００１９】
また、本発明に係る第１のＬＥＤ表示灯において、上記集光レンズは、薄型軽量化が可能なフレネルレンズであることが好ましい。
【００２０】
また、本発明に係る第１のＬＥＤ表示灯において、上記複数の発光ダイオードは、光軸より上に位置する発光ダイオードの個数が、光軸より下に位置する発光ダイオードの個数より多くなるように配列されていてもよく、このようにすると、下方に配光される光を上方に配光される光より多くできる。
ここで、本明細書において、上又は下というときは、ＬＥＤ表示灯が実際に使用される状態における、上又は下をいうものとする。
【００２１】
さらに、本発明に係る第１のＬＥＤ表示灯において、上記複数の発光ダイオードは、少なくとも一部分の配列密度が他の部分の配列密度と異なるように配列することができる。
このようにすると、発光ダイオードの配列密度に対応させて光の配光方向によって光の強度を変化させることができる。
【００２２】
またさらに、本発明に係る第１のＬＥＤ表示灯において、上記複数の発光ダイオードは、上記集光レンズを介して出力される光の配光パターンにおける光の強度むらを抑制するための発光ダイオードを含んでいてもよい。
【００２３】
また、本発明に係る第１のＬＥＤ表示灯では、上記複数の発光ダイオードの配列パターンにおいて、少なくとも一部分に位置する発光ダイオード間の間隔が、他の部分に位置する発光ダイオード間の間隔と異なるように配列されていてもよい。
このようにすると、発光ダイオード間の間隔に対応させて配光パターンにおける発光強度分布を変化させることができる。
【００２４】
また、本発明に係る第１のＬＥＤ表示灯はさらに、上記集光レンズの前方に透光性カバーを有していてもよい。
【００２５】
またさらに、上記透光性カバーにおいて、上記発光ダイオードの配列周期に対応して形成される周期的な強度分布を緩和するようにレンズパターンが形成されていることが好ましい。
【００２６】
また、本発明に係る第２のＬＥＤ表示灯は、複数の発光ダイオードを備え、所定の配光特性を有するＬＥＤ表示灯において、上記複数の発光ダイオードの前方に位置する集光レンズとその集光レンズの前方に位置しレンズパターンを有する透光性カバーとを備え、
上記複数の発光ダイオードは、上記配光特性に基いて設定された配光パターンに対応する配列パターンで配列され、該配列された発光ダイオードと上記集光レンズと透光性カバーとが、該複数の発光ダイオードから出力されて上記集光レンズ及び上記透光性カバーを介して上記配光パターンで出力される光が上記配光特性を満足するように配置されたことを特徴とする。
【００２７】
以上のように構成された本発明に係る第２のＬＥＤ表示灯は、上記複数の発光ダイオードと上記集光レンズに加え、さらに上記透光性カバーを含めて配光特性を実現できるので、上記複数の発光ダイオード及び上記集光レンズだけでは実現が困難な配光パターンを、上記透光性カバーを含めることにより実現することができるようになり、より広範囲の要求に応えることが可能になる。
【００２８】
また、本発明に係る第２のＬＥＤ表示灯において、上記透光性カバーのレンズパターンは、上記発光ダイオードの配列周期に対応して形成される周期的な強度分布を緩和し、発光面の輝度の均一化するように形成されていることが好ましい。
【００２９】
【発明を実施するための最良の形態】
以下、本発明に係る実施の形態のＬＥＤ表示灯について説明する。
本実施の形態のＬＥＤ表示灯は、図１に示すように、円形の底面とその底面に平行でかつその底面より大きい径の開口部を有する台形錐形状のケース２と、複数の発光ダイオード１１，１１ａが基板１２上に配列されてなりケース２の底面に設けられたＬＥＤアッセンブリー１と、ケース２の開口部に設けられた集光レンズ３と、ケース２の開口部に集光レンズ３を覆うように設けられた透光性カバー４とからなり、所定の配光パターンで光の出射する信号機用のＬＥＤ表示灯である。
【００３０】
詳細に説明すると、本実施の形態のＬＥＤ表示灯において、集光レンズ３は、一方の面から入射される光線を他方の面から出射して前方に集光させる凸レンズの機能を有するフレネルレンズからなり、そのレンズの中心がケース２の開口部と略一致するようにケース２の開口部に設けられる。
【００３１】
また、本実施の形態のＬＥＤアッセンブリー１は、複数の発光ダイオード１１，１１ａが基板１２上に以下のように配列されて構成される。
まず、ＬＥＤアッセンブリー１において、複数の発光ダイオード１１は、図２に示すように、ＬＥＤ表示灯が要求される配光特性を満足する配光パターンに対応する基本配列パターン１３を構成するように基板１２上に配置される。
【００３２】
また、発光ダイオード１１ａは、集光レンズ３を介して出射される光の配光パターンをより所望の配光パターンに近似させるように、又は強度むらを抑制するように、基本配列パターン１３により構成される配光パターン又は強度分布を修正するために設けられ、基本配列パターン１３に近接して所定の位置に配置される。
ここで、本実施の形態のＬＥＤ表示灯において、基本配列パターン１３は所望の配光パターンに対応する一定の規則にしたがったパターンになるように構成される。
【００３３】
より具体的には、本実施の形態の基本配列パターン１３は、集光レンズ３の光軸に直交する水平な基準水平ラインに平行な複数の水平ライン上にそれぞれ発光ダイオード１１が配列されてなり、各水平ライン上に配列される発光ダイオードの個数は、上に位置する水平ラインほど多くなるように設定されている。
尚、図２において、ある水平ライン上に配列された発光ダイオードの個数が直下の水平ラインに配列された発光ダイオードの個数に比較して順次１つずつ増加するように示しているが、本発明はこれに限られるものではなく、ＬＥＤ表示灯が要求される配光特性を満足する配光パターンが得られるように発光ダイオード１１を配列させればよい。
【００３４】
また、本発明において、配列パターンとしては、ＬＥＤ表示灯に要求される配光特性が満足される限り、例えば、光軸より上に位置する水平ライン上に配列された発光ダイオードの個数が、光軸より下に位置する水平ラインのうち、最も発光ダイオードが多く配列された行の個数より多いというような、単純な規則を満足するように配列されていてもよい。
【００３５】
以上のように構成されたＬＥＤアッセンブリー１は、基本配列パターンの所定の位置（基準点）が台形錐形状のケース２の軸、集光レンズ３の光軸上に位置するように、ケース２の底面に設けられる。これにより、ＬＥＤ表示灯に要求される配光特性を満足する所望の配光パターンと、発光ダイオードの配列と集光レンズ３とによって形成される配光パターンとを実質的に一致させることができる。
すなわち、発光ダイオードの配列パターンを集光レンズ３の光軸に対して垂直方向に変化させると、発光ダイオードの配列位置の変化に伴い、集光レンズ３を介して出力される出射光の配光パターンが変化するので、発光ダイオードの配列と集光レンズ３とによって形成される配光パターンがＬＥＤ表示灯に要求される配光特性を満足する所望の配光パターンに一致するように、集光レンズ３とＬＥＤアッセンブリー１とを位置合わせをする必要があるからである。
【００３６】
また、ＬＥＤアッセンブリー１は、集光レンズ３の焦点、焦点の近傍、焦点の前後のいずれの位置に設けても、発光ダイオードの配列パターンを集光レンズ３の光軸に対して垂直方向に変化させることにより、発光ダイオードの配列と集光レンズ３とによって形成される配光パターンを所望の配光パターンに合致させることができる。
すなわち、本実施の形態のＬＥＤ表示灯は、そのＬＥＤ表示灯が要求される配光特性を満足する配光パターンに対応させてＬＥＤアッセンブリー１における発光ダイオードの配列パターンを設定し、かつ発光ダイオードの配列と集光レンズ３とによって形成される配光パターンをＬＥＤ表示灯に要求される配光特性を満足する配光パターンに合致させるように、集光レンズ３とＬＥＤアッセンブリー１との位置関係を設定する（集光レンズ３とＬＥＤアッセンブリー１との距離と、集光レンズ３の光軸に垂直な面内におけるＬＥＤアッセンブリー１の位置とを決める）ことにより、所望の配光パターンを実現している。
【００３７】
以上のように、集光レンズ３とＬＥＤアッセンブリー１との距離は、ＬＥＤアッセンブリー１（発光ダイオードの配列パターン）の集光レンズ３の光軸に対する垂直方向の位置との関係で決定されるものであるから、特定の位置に限定されるものではないが、以下の理由により、ＬＥＤアッセンブリー１は、集光レンズ３の焦点又はその焦点の近傍もしくは焦点の後方に設けることが好ましい。
【００３８】
また、本実施の形態のＬＥＤ表示灯において、透光性カバー４は、集光レンズ３を介して出力される配光パターンにおける短い周期の光の強弱を解消するために設けられる。ここで、短い周期の光の強弱とは、発光ダイオードの配列周期に対応して形成される短い周期の光の強度変化のことを言い、集光レンズ３を介して出力される光を直接観測した場合に、個々の発光ダイオードが外部からドットとして観測され、視認性の劣化をもたらすものである。
【００３９】
本実施の形態のＬＥＤ表示灯において、透光性カバー４は、集光レンズ３を介して出力される配光パターンにおける短周期の光の強度変化を解消するために、透光性カバー４の内面に図３に示す複数のレンズ４１，４２が周期的に配列されたレンズパターンを有している。
【００４０】
具体的には、各レンズ４１は、入射した光を左右に拡散して出力するように円柱の一部の内周から構成される凹面４１を有し、凹面４２は入射した光を下方に屈折させて出力するように垂直方向に対して傾いて形成される。
これらの特性の異なるレンズ４１，４２を交互に配置することにより、短周期的な光の強度変化を解消している。
【００４１】
（本実施の形態における配光パターンの形成原理）
以下、図４〜図８を参照しながら、本実施の形態における配光パターンの形成原理についてより詳細に説明する。
図４〜図８は、発光ダイオードの配列位置に対する配光パターンを模式的に示す斜視図であり、各図において発光ダイオード１１は、集光レンズ３の後方の焦点３ｆを含み光軸３ａに垂直な平面（以下、配列平面という。）上に、水平方向に複数個、配列させている。
【００４２】
図４には、配列平面において集光レンズ３の焦点３ｆより下に位置する水平ライン上に３つの発光ダイオードを配置し、その３つの発光ダイオードから放射された光により形成される配光パターンを、集光レンズ３の前方に位置する仮想的な像平面１００上における像１０１を用いて模式的に示している。
この図４に示すように、配列平面において集光レンズ３の焦点３ｆより下に位置する発光ダイオードから放射された光による像１０１は、像平面１００において光軸３ａより上に形成される。この場合、３つの発光ダイオードを配列平面においてさらに下方に移動させると、像１０１は像平面１００において上方に移動する。
【００４３】
また、図５は、配列平面において集光レンズ３の焦点３ｆを含む水平ライン上に４つの発光ダイオードを配置し、その４つの発光ダイオードから放射された光により形成される配光パターンを、像平面１００上における像１０２を用いて模式的に示したものである。
図５に示すように、配列平面において焦点３ｆを含む水平ライン上に位置する発光ダイオードから放射された光による像１０２は、像平面１００においてその像平面１００と光軸３ａとの交わる交点を中心として上下左右に広がる像として観測される。
【００４４】
さらに、図６には、配列平面において焦点３ｆより上に位置する水平ライン上に５つの発光ダイオードを配置し、その５つの発光ダイオードから放射された光により形成される配光パターンを、集光レンズ３の前方に位置する仮想的な像平面１００上における像１０３を用いて模式的に示している。
この図６に示すように、配列平面において集光レンズ３の焦点３ｆより上に位置する発光ダイオードから放射された光による像１０３は、像平面１００において光軸３ａより下に形成される。この場合、５つの発光ダイオードを配列平面においてさらに上方に移動させると、像１０３は像平面１００において下方に移動する。
【００４５】
またさらに、図７には、配列平面において図６の場合よりさらに上に位置する水平ライン上に６つの発光ダイオードを配置し、その６つの発光ダイオードから放射された光により形成される配光パターンを、像平面１００上における像１０４を用いて模式的に示している。
この図７に示すように、配列平面において図６の場合よりさらに上に発光ダイオードを配置した場合、その発光ダイオードによる像平面１００上の像１０４は、図６の場合に比較してさらに下方に形成される。
【００４６】
また、図８は、配列平面に図４〜図７に示した各配列の発光ダイオードを全て集めて配列平面に配列した場合に像平面１００に形成される像１１０を示す図である。
この場合の像１１０は、図８に模式的に示すように、各水平ラインに配列された発光ダイオードにより形成される像１０１，１０２，１０３，１０４の重ね合わせにより構成される。
【００４７】
この図８に示すように、配列平面において下方の水平ラインに配列された発光ダイオード１１の個数より上方の水平ラインに配列された発光ダイオードの個数が多くなるような配列パターンにしたがって発光ダイオードを配列させ、その配列された複数の発光ダイオードからの光を集光レンズ３を介して出力すると、上方における光の左右の広がりより下方における光の左右の広がりが大きくなるように光を配光することができる。
また、図８に示す発光ダイオード１１の配列パターンを、全体を上方に移動させると像平面１００における像１１０は下方に移動し、配列パターンを全体を下方に移動させると像平面１００における像１１０は上方に移動する。
言いかえると、配列パターン全体を配列平面において上方に移動させると光の配光をより下に傾けることができ、配列パターン全体を配列平面において下方に移動させると光の配光を上方に向けることができる。
【００４８】
さらに同様の原理で、配列パターン全体を配列平面において右に移動させると光の配光を左に傾けることができ、配列パターン全体を配列平面において左に移動させると光の配光を右に傾けることができる。
このように、所定の配列パターンによる配光特性は、個々のラインに配列された配光特性の重ね合わせにより実現されるものであるので、全体としての配光特性は、図８において、例えば、１１０ａの符号を付して示す配光パターンの周辺部分等において光りの強度の弱い部分が形成される場合がある。
【００４９】
このような場合、この強度ムラを抑制するために、部分１１０ａに対応する配列平面上の位置にさらに発光ダイオードを設けるようにすればよい。図２に示す発光ダイオード１１ａはこのような強度ムラを抑制することにより所望の配光パターンにより近づける目的で設けられたものである。
図９は、発光ダイオードを図２に示すように配列させた場合の、配光特性の一例を示すグラフであり、ある像平面における強度分布により示している。
この図９に示す測定をするにあたって、集光レンズとしては直径が３００ｍｍで焦点距離が１２０ｍｍのものを用い、配列された発光ダイオードは、集光レンズ３の焦点を含む光軸に直交する平面上に設けた。
【００５０】
尚、図９において各領域の光の強度は、
実線５１で囲まれた領域      ：６００カンデラ以上、
実線５１と実線５２の間の領域：５５０〜６００カンデラ、
実線５２と実線５３の間の領域：５００〜５５０カンデラ、
実線５３と実線５４の間の領域：４５０〜５００カンデラ、
実線５４と実線５５の間の領域：４００〜４５０カンデラ、
実線５５と実線５６の間の領域：３５０〜４００カンデラ、
実線５６と実線５７の間の領域：３００〜３５０カンデラ、
実線５７と実線５８の間の領域：２５０〜３００カンデラ、
実線５８と実線５９の間の領域：２００〜２５０カンデラ、
実線５９と実線６０の間の領域：１５０〜２００カンデラ、
実線６０と実線６１の間の領域：１００〜１５０カンデラ、
実線６１と実線６２の間の領域：  ５０〜１００カンデラ、
である。
【００５１】
また、ある特定の方向の光の強度を強くしたい場合には、変形例として後述するようにその方向に対応する配列パターン上の発光ダイオードの配列密度を高くすればよい。
【００５２】
以上詳細に説明したように、本発明に係る実施の形態のＬＥＤ表示灯は、集光レンズ３を用い、所望の配光パターンに対応する配列パターンにしたがって複数の発光ダイオードを配列させることにより、所望の配光パターンを実現しているので、簡単な構成で所望の配光パターンを実現できる。
また、本発明に係る実施の形態のＬＥＤ表示灯は、複数の発光ダイオードが所定の配光パターンに配列された基板と集光レンズ３との位置関係を変更することにより、基本的な配光形態を保持したまま配光方向（最も強い光が放出される方向）を変更することができる。
【００５３】
変形例．
本発明に係る変形例のＬＥＤ表示灯は、実施の形態のＬＥＤ表示灯において、基板１２上に配列される発光ダイオード１１，１１ａの配列パターンを変更した以外は実施の形態と同様に構成される。
【００５４】
詳細には、本変形例のＬＥＤ表示灯では、図１０に示すように、光軸と直角に交わる水平ライン１４より下に位置する発光ダイオード１１の配列密度を水平ライン１４より下に位置する発光ダイオード１１の配列密度に比較して高くしている。
このようにすると、配列パターンのうち配列密度の高い部分に対応する特定又は特定範囲に配光される光の強度を高くでき、配列パターンの配列密度分布に対応させて所望の強度分布を配光パターンにおいて実現することができる。
【００５５】
また、本発明では、図１１Ａに示すように、水平方向に配列された発光ダイオードにおいて、隣接する発光ダイオード間の間隔を変化させることもできる。
このようにすると、中心から右方向及び左方向に広がる光の強度を、隣接する発光ダイオード間の間隔に対応させて変更することができる。
図１１Ｂは、その様子を示すグラフである。図１１Ｂにおいて、図１１Ａに示すように中心から離れて位置する発光ダイオードの間隔を中心付近に位置する発光ダイオードの間隔に比較して大きくした場合の、左右方向の角度に対する光の強度を実線１２０で模式的に示している。
【００５６】
また、図１１Ｂには、比較のために、水平ライン上に均一の間隔で密に配列した場合の左右方向の角度に対する光の強度を破線１２１で模式的に示している。
図１１Ｂから明らかなように、水平方向に配列された発光ダイオードの間隔を変化させることにより、隣接する発光ダイオード間の間隔に対応させて変更することができる。
【００５７】
また、図１１Ａに示す例では、水平方向に配列された発光ダイオードにおいて、隣接する発光ダイオード間の間隔を変化させたが、本発明はこれに限られるものではなく、垂直方向に配列された発光ダイオードにおいて、隣接する発光ダイオード間の間隔を変化させるようにしてもよい。
このようにすると、中心から上方向及び下方向に広がる光の強度を、隣接する発光ダイオード間の間隔に対応させて変更することができる。
【００５８】
以上実施の形態及び変形例において説明したことから明らかなように、本発明のＬＥＤ表示灯は集光レンズ３を備え、複数の発光ダイオードの配列パターンと、配列パターンと集光レンズ３との位置関係により所望の配光パターンを実現しているので、配列パターンにおいて配列密度を位置によって変化させたり、隣接する発光ダイオードの水平方向の間隔、又は隣接する発光ダイオードの垂直方向の間隔を、ＬＥＤ表示灯が実現すべき所望の配光パターンに対応させて種々変更することにより、種々の要求に対応した配光パターンを容易に実現することができる。
【００５９】
以上の実施の形態及び変形例では、複数の発光ダイオードの配列と集光レンズ３とによって、所望の配光パターンを実現するようにしたが、本発明はこれに限られるものではなく、複数の発光ダイオードの配列と集光レンズ３にさらに透光性カバー４に形成されるレンズ形状を加え、それらによって所望の配光パターンを形成するようにしてもよい。
【００６０】
また、実施の形態及び変形例では、薄型、軽量化が可能なフレネルレンズを用いてＬＥＤ表示灯を構成した例を示したが、本発明はこれに限らず、一方の面から入力される光を集光させるように他方の面から透過させる機能を有していればよく、フレネルレンズ以外に凸レンズ等を用いて構成することもできる。
【００６１】
さらに、実施の形態及び変形例では、複数の発光ダイオードを光軸に垂直な面内において、水平ライン上に整列させて配列パターンを構成した例を示したが、本発明はこれに限られるものではない。
【００６２】
具体的に説明すると、上述したように、集光レンズ３の光軸に垂直な面内において、発光ダイオード７１，７２を配置した場合（図１２Ｂ）、あるスクリーン上に発光ダイオード７１，７２に対応して像７１ａ，７２ａがそれぞれ形成される（図１２Ａ）。
【００６３】
これに対して、図１３Ｂに示すように、発光ダイオード７２を、集光レンズ３の光軸に垂直な面（発光ダイオード７１が配置される面）より前方に配置した場合、図１３Ａに示すように、その発光ダイオード７２に対応するスクリーン上の像７２ｂは、図１２Ａの像７２ａより広がって形成される。
【００６４】
したがって、例えば、発光ダイオード７１を集光レンズ３の焦点に配置し、発光ダイオード７２，７３を発光ダイオード７１から左右に離れるにしたがって順次前方に配置すると（図１４Ｂ）、図１４Ａにおいて像７０で示すように、左右に広がった配光パターンを形成することができる。
【００６５】
このように、本発明では、複数の発光ダイオードを配置する平面を傾ける（集光レンズ３の光軸と直交しないようにする。）又は複数の発光ダイオードを立体的に配置することにより、発光ダイオードの配置面の傾斜又は発光ダイオードの立体配置に対応する配光パターンを実現することができる。
発光ダイオードの立体配置としては、球の内面に発光ダイオードを配置する場合、あるいは球の外面に発光ダイオードを配置する場合、さらには互いに交わる２つ又は２以上の平面に亙って発光ダイオードを配置する場合などがある。
【００６６】
以上詳細に説明したように、本発明では、上述した種々の要素の全て又は一部を所望の配光パターンに対応させて設定することにより、種々の配光特性の要求に対して幅広く応えることができる。
【００６７】
【産業上の利用可能性】
以上説明したように、本発明に係るＬＥＤ表示灯は、幅広い要求に対応したて所望の配光パターンを実現できるので、信号灯等の種々の用途の表示灯に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係る実施の形態のＬＥＤ表示灯の構成を示す分解斜視図である。
【図２】  実施の形態のＬＥＤ表示灯における発光ダイオードの配置を模式的に示す平面図である。
【図３Ａ】  実施の形態における透光性カバーのレンズパターン内面の平面図である。
【図３Ｂ】  実施の形態における透光性カバーのレンズパターン内面の斜視図である。
【図４】  発光ダイオードの配列位置に対する配光パターンを模式的に示す図である。
【図５】  発光ダイオードの配列位置に対する配光パターンを模式的に示す図である。
【図６】  発光ダイオードの配列位置に対する配光パターンを模式的に示す図である。
【図７】  発光ダイオードの配列位置に対する配光パターンを模式的に示す図である。
【図８】  発光ダイオードの配列位置に対する配光パターンを模式的に示す図である。
【図９】  本実施の形態の配光特性の一例を示すグラフである。
【図１０】  本発明に係る変形例のＬＥＤ表示灯における発光ダイオードの配置を示す平面図である。
【図１１Ａ】  図１０とは異なる本発明に係る変形例の発光ダイオードの配置を示す平面図である。
【図１１Ｂ】  発光ダイオードを図１１Ａに示すように配置した場合における、角度に対する強度分布を模式的に示すグラフである。
【図１２Ａ】  集光レンズ３の光軸に垂直な平面に、２つの発光ダイオードを配置したときの、仮想的なスクリーン上に形成される像を模式的に示す図である。
【図１２Ｂ】  集光レンズ３の光軸に垂直な平面に、２つの発光ダイオードを配置したときの構成を示す模式図である。
【図１３Ａ】  集光レンズ３の光軸に対して傾斜した平面に、２つの発光ダイオードを配置したときの、仮想的なスクリーン上に形成される像を模式的に示す図である。
【図１３Ｂ】  集光レンズ３の光軸に対して傾斜した平面に、２つの発光ダイオードを配置したときの構成を示す模式図である。
【図１４Ａ】  複数の発光ダイオードを図１４Ｂに示す立体配置したときの、仮想的なスクリーン上に形成される像を模式的に示す図である。
【図１４Ｂ】  複数の発光ダイオードの立体配置の一例を示す模式図である。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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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１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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