灯具
【課題】従来の灯具と比べて光利用効率が低下することなく多角形状又は格子状に多点発光させることが可能な灯具を提供する。
【解決手段】半導体発光素子20と、半導体発光素子20の前方に配置されたレンズ体30と、を備えており、レンズ体30は、その表面に、入光面31、中央出光面32、第1全反射面33、周囲出光面34、第2全反射面35を含む中実のレンズ体であり、入光面31は、半導体発光素子20から放射される光が入射するように、半導体発光素子20の前方かつ光軸AX上に配置されるとともに、これを透過してレンズ体30内部に導入される半導体発光素子20からの光を光軸AXに対して平行な光線に変換するように構成されており、中央出光面32は、レンズ体30内部に導入された半導体発光素子20からの光のうち、光軸AX寄りを進行する相対的に高い光度Ray1の光が出射するように、入光面31の前方かつ光軸AX上に配置されている。
【解決手段】半導体発光素子20と、半導体発光素子20の前方に配置されたレンズ体30と、を備えており、レンズ体30は、その表面に、入光面31、中央出光面32、第1全反射面33、周囲出光面34、第2全反射面35を含む中実のレンズ体であり、入光面31は、半導体発光素子20から放射される光が入射するように、半導体発光素子20の前方かつ光軸AX上に配置されるとともに、これを透過してレンズ体30内部に導入される半導体発光素子20からの光を光軸AXに対して平行な光線に変換するように構成されており、中央出光面32は、レンズ体30内部に導入された半導体発光素子20からの光のうち、光軸AX寄りを進行する相対的に高い光度Ray1の光が出射するように、入光面31の前方かつ光軸AX上に配置されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、灯具に係り、特に、半導体発光素子とレンズ体とを組み合わせた灯具に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、半導体発光素子とレンズ体とを組み合わせた灯具が提案されている(例えば、特許文献1参照)。
【0003】
図14、図15に示すように、特許文献1に記載の灯具200は、LED光源等の半導体発光素子210、その前方に配置され、半導体発光素子210の光軸AXに対して回転対称の回転放物面221を含むレンズ体220、光軸AXの周りに同心円状に配置された複数の反射面230を備えている。灯具200においては、半導体発光素子210から放射されレンズ体220内部に導入された半導体発光素子210からの光は、回転放物面221で光軸AXを中心に放射状に(すなわち、軸AXを中心に360°方向に)反射されてレンズ体220から出射し、さらに、複数の反射面230で反射されて前方に照射される。これにより、同心円状に多点発光する仮想光源が構成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開2008−226702号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、上記構成の灯具200においては、回転放物面221で放射状に反射される半導体発光素子210からの光の利用効率を向上させる観点から、複数の反射面230を同心円状に密に配置した構成であるため、複数の反射面230を同心円状ではなく多角形状又は格子状に配置すると、半導体発光素子210からの光の利用効率が低下するという問題がある。
【0006】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、従来の灯具と比べて光利用効率が低下することなく多角形状又は格子状に多点発光させることが可能な灯具を提供すること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】
【0007】
上記課題を解決するため、請求項1に記載の発明は、半導体発光素子と、前記半導体発光素子の前方に配置されたレンズ体と、を備えており、前記レンズ体は、その表面に、入光面、中央出光面、第1全反射面、周囲出光面、第2全反射面を含む中実のレンズ体であり、前記入光面は、前記半導体発光素子から放射される光が入射するように、前記半導体発光素子の前方かつ光軸上に配置されるとともに、これを透過して前記レンズ体内部に導入される前記半導体発光素子からの光を前記光軸に対して平行な光線に変換するように構成されており、前記中央出光面は、前記レンズ体内部に導入された前記半導体発光素子からの光のうち、前記光軸寄りを進行する相対的に高い光度の光が出射するように、前記入光面の前方かつ前記光軸上に配置されており、前記第1全反射面は、前記レンズ体内部に導入された前記半導体発光素子からの光のうち、前記中央出光面から出射する光以外の光が入射するように、前記中央出光面の周囲に周方向にN個配置されて略N角錐を構成する三角形状の平面反射面であって、頂点側が前記中央出光面の外周近傍に位置するとともに、その反対側の底辺側が前記中央出光面より前方かつ外側に位置するように、前記光軸に対して傾斜して配置されており、前記周囲出光面は、正面視で中心が前記光軸上に位置しかつ頂点が前記第1全反射面で反射された反射光の各光路上に位置するN角形の各頂点に対応する位置にそれぞれ配置されており、前記第2全反射面は、前記第1全反射面で反射された反射光が入射するように、前記第1全反射面で反射された反射光の各光路上かつ前記周囲出光面の後方に配置された平面反射面であって、これに入射した前記第1全反射面からの反射光が前記周囲出光面に向かって反射されて、当該周囲出光面から出射するように、前記光軸に対して傾斜して配置されていることを特徴とする。
【0008】
請求項1に記載の発明によれば、半導体発光素子から放射された光は、中央出光面の周囲に周方向にN個配置されて略N角錐を構成する三角形状の平面反射面(及び第2全反射面)の作用により、多角形状に配置された(N角形の各頂点に対応する位置にそれぞれ配置された)周囲出光面から出射する。これにより、従来の灯具と比べて光利用効率が低下することなくN角形状に多点発光する仮想光源を構成することが可能となる。
【0009】
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の発明において、前記第1全反射面は、前記中央出光面の周囲に周方向に八個配置されて略八角錐を構成する三角形状の平面反射面であり、前記周囲出光面は、正面視で中心が前記光軸上に位置しかつ頂点及び頂点を両端に持つ稜線の中間点が前記第1全反射面で反射された反射光の光路上に位置する矩形の前記頂点に対応する位置及び前記中間点に対応する位置にそれぞれ配置されていることを特徴とする。
【0010】
請求項2に記載の発明によれば、半導体発光素子から放射された光は、中央出光面の周囲に周方向に八個配置されて略八角錐を構成する三角形状の平面反射面(及び第2全反射面)の作用により、格子状に配置された中央出光面及び各周囲出光面から出射する。これにより、従来の灯具と比べて光利用効率が低下することなく格子状に多点発光する仮想光源を構成することが可能となる。
【0011】
請求項3に記載の発明は、請求項1又は2に記載の発明において、前記中央出光面の直径として、当該中央出射面から出射する光束が前記周囲出光面から出射する光束と略同一となる寸法が選定されていることを特徴とする。
【0012】
請求項3に記載の発明によれば、多点発光する各仮想光源からの光束が略等しくなる灯具を構成することが可能となる。
【0013】
請求項4に記載の発明は、請求項1から3のいずれかに記載の発明において、前記中央出光面及び/又は周囲出光面は、当該中央出光面及び/又は周囲出光面から出射する光が拡散するように構成されていることを特徴とする。
【0014】
請求項4に記載の発明によれば、輝度むらが無い均一な面発光(又は輝度むらが殆ど無い略均一な面発光)を実現することが可能となる。また、灯具正面に正対するスクリーン上に輝度むらの無い均一な配光(又は輝度むらの殆ど無い略均一な配光)を形成することが可能となる。
【発明の効果】
【0015】
本発明によれば、従来の灯具と比べて光利用効率が低下することなく多角形状又は格子状に多点発光させることが可能な灯具を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【0016】
【図1】灯具10の正面図である。
【図2】図1に示した灯具10のA−A断面図である。
【図3】図1に示した灯具10のB−B断面図である。
【図4】灯具10を構成するレンズ体30の背面図である。
【図5】半導体発光素子20の指向特性を説明するための図である。
【図6】図1に示した灯具10のA−A断面における各周囲出光面34から出射する光線の光線追跡図である。
【図7】図1に示した灯具10のB−B断面における各周囲出光面34から出射する光線の光線追跡図である。
【図8】各周囲出光面34から出射する光線の正面視での光線追跡図である。
【図9】中央出光面32から出射する光線の正面視での光線追跡図である。
【図10】中央出光面32、各周囲出光面34から出射する光線の斜視図での光線追跡図である。
【図11】中央出光面32、各周囲出光面34から出射する光線の側面視での光線追跡図である。
【図12】各周囲出光面34の変形例(正面視での配置例)である。
【図13】各周囲出光面34の変形例(正面視での配置例)である。
【図14】従来の車両用灯具200の断面図である。
【図15】従来の車両用灯具200の正面図(レンズ体220省略)である。
【発明を実施するための形態】
【0017】
以下、本発明の実施形態である灯具について図面を参照しながら説明する。
【0018】
図1は灯具10の正面図、図2は図1に示した灯具10のA−A断面図、図3は図1に示した灯具10のB−B断面図、図4は灯具10を構成するレンズ体30の背面図である。
【0019】
図1〜図4に示すように、本実施形態の灯具10は、PC等のモニタ、TV等のディスプレイ等のバックライト用の照明や室内照明等に適用される灯具であって、半導体発光素子20、レンズ体30等を備えている。
【0020】
半導体発光素子20は例えば一つ又は複数の青色LEDチップであり、その発光面は黄色蛍光体(例えば、YAG蛍光体)で覆われている。半導体発光素子20は、蛍光体を透過するLEDチップからの光とLEDチップから入射する光で励起されて発光した蛍光体からの光との混色による白色光(擬似白色光)を放射する。なお、半導体発光素子20は、略点状に面発光する発光チップを有する素子状の光源であればよく、LEDチップに限定されない。例えば、半導体発光素子20は、青色LEDチップ以外の発光色の発光ダイオードやレーザダイオードと蛍光体とを組み合わせたものであってもよい。
【0021】
図5は、半導体発光素子20の指向特性を説明するための図である。図5に示すように、半導体発光素子20から放射される光の指向特性は略ランバーシアンになる。ランバーシアンとは、半導体発光素子20上の光軸AX上光度を100%(I0)とした場合の(θ=0)、半導体発光素子20に対して所定角度θ傾いた方向の光度の割合のことであり、I(θ)=I0×cosθで表される。これは、半導体発光素子20が放射する光の広がりを表している。
【0022】
図1〜図4に示すように、レンズ体30は、透明樹脂製(例えば、アクリル又はポリカーボネイト)又はガラス製の中実のレンズ体であって、その表面に、入光面31、中央出光面32、第1全反射面33、周囲出光面34、第2全反射面35等を含んでいる。
【0023】
入光面31は、半導体発光素子20から放射される光が入射するように、半導体発光素子20の前方かつ光軸AX上に配置されるとともに、これを透過してレンズ体30内部に導入される半導体発光素子20からの光を光軸AXに対して平行な光線に変換するように構成されたレンズ面である。入光面31は、光軸AXを中心とする所定立体角内(例えば、半値角内)の相対的に高い光度の光が入射するように、光軸AXに対して回転対称で、半導体発光素子20に向かって凸の円形のレンズ面とされている。
【0024】
中央出光面32は、レンズ体30内部に導入された半導体発光素子20からの光のうち、光軸AX寄りを進行する相対的に高い光度の光Ray1(図2、図3参照)が出射するように、入光面31の前方かつ光軸AX上に配置されている。
【0025】
中央出光面32は、これから出射する光Ray1を拡散させるために、光軸AXに対して回転対称で、後方(半導体発光素子20)に向かって凸の円形のレンズ面とされている。なお、中央出光面32は、後方に向かって凹の円形のレンズ面であってもよい。これによっても、中央出光面32から出射する光Ray1を拡散させることが可能となる。
【0026】
中央出光面32の直径として、当該中央出光面32から出射する光束が各周囲出光面34から出射する光束と略同一となる寸法が選定されている。具体的には、中央出光面32の直径<周囲出光面34の直径となる寸法が選定される。
【0027】
第1全反射面33は、正面視で三角形状の平面反射面であって、レンズ体30内部に導入された半導体発光素子20からの光のうち、中央出光面32から出射する光Ray1以外の光Ray2(図2、図3参照)が入射するように、中央出光面32の周囲に周方向に八個配置されて、略八角錐を構成している(図1参照)。
【0028】
各第1全反射面33は、頂点33a側が中央出光面32の外周近傍に位置するとともに、その反対側の底辺33b側が中央出光面32より前方かつ外側に位置するように、光軸AXに対して角度θ1(本実施形態では45°)傾斜して配置されている(図2、図3参照)。各第1全反射面33の底辺33bは、中央出光面32より前方で光軸AXに直交する平面上に位置して、正八角形を構成している(図1参照)。
【0029】
各第1全反射面33は同一サイズで、光軸AXに対する傾斜角度θ1も同一とされている。このため、各第1全反射面33に入射する半導体発光素子20からの光Ray2は各方向(光軸AXに直交する合計八方向)へ均等に反射(配分)される(図6〜図8参照)。
【0030】
図1に示すように、中央出光面32、各周囲出光面34は、正面視で3×3の格子状に配置されている。周囲出光面34は、正面視で中心Cが光軸AX上に位置する矩形Rの各頂点V1〜V4に対応する位置及び頂点V1〜V4を両端に持つ稜線の中間点V5〜V8に対応する位置にそれぞれ配置されている。矩形Rは光軸AXに直交する平面上に位置しており、かつ、矩形Rの頂点V1〜V4及び頂点V1〜V4を両端に持つ稜線の中間点V5〜V8は、正面視で第1全反射面33で反射された反射光の各光路L1〜L8上に位置している(図8参照)。
【0031】
各周囲出光面34は、これから出射する光を拡散させるために、光軸AXに対して平行な中心軸AXcに対して回転対称で、後方に向かって凸の円形のレンズ面とされている(図2、図3参照)。なお、各周囲出光面34は、後方に向かって凹の円形のレンズ面であってもよい。これによっても、各周囲出光面34から出射する光を拡散させることが可能となる。
【0032】
各周囲出光面34の直径として、第1全反射面33の底辺33bと略同一寸法(又は、第1全反射面33の底辺33bより長い寸法)が選定されている。これにより、第2全反射面35で反射された第1全反射面33からの反射光を略全て、各周囲出光面34から出射させることが可能となる。
【0033】
第2全反射面35は、平面反射面であって、第1全反射面33で反射された反射光が入射するように、第1全反射面33で反射された反射光の光路L1〜L8上かつ周囲出光面34の後方に配置されている(図2、図3、図8参照)。
【0034】
第2全反射面35は、これに入射した第1全反射面33からの反射光が当該第2全反射面35の前方の周囲出光面34に向かって反射されて、当該周囲出光面34から出射するように、光軸AXに対して傾斜して配置されている。本実施形態では、図2、図3に示すように、第2全反射面35は、外側縁35aが内側縁35bより前方に位置するように、光軸AXに対して角度θ2(本実施形態では45°)傾斜して配置されている。
【0035】
上記構成の灯具10においては、半導体発光素子20から放射された光は、以下の光路を辿る。
【0036】
入光面31からレンズ体30内部に導入された半導体発光素子20からの光のうち、光軸AX寄りを進行する相対的に高い光度の光Ray1は、中央出光面32から拡散光として出射して、前方に照射される(図2、図3、図9〜図11参照)。
【0037】
一方、入光面31からレンズ体30内部に導入された半導体発光素子20からの光のうち、中央出光面32から出射する光Ray1以外の光Ray2は、各第1全反射面33で各方向(光軸AXに直交する合計八方向)へ均等に反射(配分)され、さらに、各第2全反射面35で反射されて光軸AXに沿って前方へ進行し、各周囲出光面34から拡散光として出射して、前方に照射される(図2、図3、図6〜図8、図10、図11参照)。
【0038】
以上説明したように、本実施形態の灯具10によれば、一つの半導体発光素子20から放射された光は、中央出光面32の周囲に周方向に八個配置されて略八角錐を構成する三角形状の平面反射面33(及び第2全反射面35)の作用により、各方向(光軸AXに直交する合計八方向)へ均等に反射(配分)され、3×3の格子状に配置された中央出光面32、各周囲出光面34から出射する。これにより、従来の灯具と比べて光利用効率が低下することなく3×3の格子状に多点発光する合計9つの仮想光源を構成することが可能となる。
【0039】
本実施形態では、周囲出光面34が後方に向かって凸のレンズ面とされているため、周囲出光面34から出射する光の強度は、光軸AX側(最内側)が最も強く、光軸AXから離れるにつれ(外側に向かうにつれ)徐々に弱くなり、最外側が最も弱い分布となる(図3参照)。これは、半導体発光素子20の指向特性がランバーシアンのためである。
【0040】
これにより、光軸AX近傍が明るく、周辺に向かうにつれ徐々に暗くなる照明に適した灯具10を構成することが可能となる。なお、周囲出光面34が後方に向かって凹のレンズ面とされている場合には、これとは逆の分布、すなわち、光軸AX側(最内側)が最も弱く、光軸AXから離れるにつれ(外側に向かうにつれ)徐々に強くなり、最外側が最も強い分布となる。
【0041】
また、本実施形態の灯具10によれば、上記のように構成される3×3の格子状に配置された合計9つの仮想光源からの光は、上記分布となり、しかも、中央出光面32、各周囲出光面34の作用により灯具10正面に正対するスクリーンSを拡散して照射することになるため、スクリーンSとの距離によって、輝度むらの無い均一な面発光(又は輝度むらの殆ど無い略均一な面発光)を実現することが可能となる(図11参照)。また、灯具10正面に正対するスクリーンS上に輝度むらの無い均一な配光(又は輝度むらの殆ど無い略均一な配光)を形成することが可能となる。
【0042】
また、本実施形態の灯具10によれば、中央出光面32の直径として、当該中央出光面32から出射する光束が各周囲出光面34から出射する光束と略同一となる寸法が選定されているため、多点発光する各仮想光源からの光束が略等しくなる灯具を構成することが可能となる。
【0043】
次に、変形例について説明する。
【0044】
上記実施形態では、中央出光面32の周囲には周方向に八個の第1全反射面33が配置されて、略八角錐を構成しているように説明したが(図1参照)、本発明はこれに限定されない。
【0045】
例えば、中央出光面32の周囲には周方向にN個(Nは三以上の整数)の第1全反射面33が配置されて、略N角錐を構成していればよい。例えば、中央出光面32の周囲には周方向に三個の第1全反射面33が配置されて、略三角錐を構成していてもよいし(図12参照)、あるいは、中央出光面32の周囲には周方向に四個の第1全反射面33が配置されて、略四角錐を構成していてもよい(図13参照)。
【0046】
このようにすれば、一つの半導体発光素子20から放射された光は、中央出光面32の周囲に周方向にN個配置されて略N角錐を構成する三角形状の平面反射面33(及び第2全反射面35)の作用により、各方向(光軸AXに直交する合計N方向)へ均等に反射(配分)され、正面視で多角形状に配置された周囲出光面34から出射する。これにより、従来の灯具と比べて光利用効率が低下することなく多角形状に多点発光させることが可能な灯具を構成することが可能となる。
【0047】
例えば、図12の例では、一つの半導体発光素子20から放射された光は、中央出光面32の周囲に周方向に三個配置されて略三角錐を構成する三角形状の平面反射面33(及び第2全反射面35)の作用により、各方向(光軸AXに直交する合計三方向)へ均等に反射(配分)され、正面視で三角形状に配置された周囲出光面34から出射する。これにより、従来の灯具と比べて光利用効率が低下することなく三角形状に多点発光する合計四つの仮想光源を構成することが可能となる。
【0048】
また、図13の例では、一つの半導体発光素子20から放射された光は、中央出光面32の周囲に周方向に四個配置されて略四角錐を構成する三角形状の平面反射面33(及び第2全反射面35)の作用により、各方向(光軸AXに直交する合計四方向)へ均等に反射(配分)され、正面視で四角形状に配置された周囲出光面34から出射する。これにより、従来の灯具と比べて光利用効率が低下することなく四角形状に多点発光する合計五つの仮想光源を構成することが可能となる。
【0049】
上記実施形態はあらゆる点で単なる例示にすぎない。これらの記載によって本発明は限定的に解釈されるものではない。本発明はその精神または主要な特徴から逸脱することなく他の様々な形で実施することができる。
【符号の説明】
【0050】
10…灯具、20…半導体発光素子、30…レンズ体31、32…入光面、32…中央出光面、33…第1全反射面、33a…頂点、33b…底辺、34…周囲出光面、35…第2全反射面、35a…外側縁、35b…内側縁
【技術分野】
【0001】
本発明は、灯具に係り、特に、半導体発光素子とレンズ体とを組み合わせた灯具に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、半導体発光素子とレンズ体とを組み合わせた灯具が提案されている(例えば、特許文献1参照)。
【0003】
図14、図15に示すように、特許文献1に記載の灯具200は、LED光源等の半導体発光素子210、その前方に配置され、半導体発光素子210の光軸AXに対して回転対称の回転放物面221を含むレンズ体220、光軸AXの周りに同心円状に配置された複数の反射面230を備えている。灯具200においては、半導体発光素子210から放射されレンズ体220内部に導入された半導体発光素子210からの光は、回転放物面221で光軸AXを中心に放射状に(すなわち、軸AXを中心に360°方向に)反射されてレンズ体220から出射し、さらに、複数の反射面230で反射されて前方に照射される。これにより、同心円状に多点発光する仮想光源が構成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開2008−226702号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、上記構成の灯具200においては、回転放物面221で放射状に反射される半導体発光素子210からの光の利用効率を向上させる観点から、複数の反射面230を同心円状に密に配置した構成であるため、複数の反射面230を同心円状ではなく多角形状又は格子状に配置すると、半導体発光素子210からの光の利用効率が低下するという問題がある。
【0006】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、従来の灯具と比べて光利用効率が低下することなく多角形状又は格子状に多点発光させることが可能な灯具を提供すること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】
【0007】
上記課題を解決するため、請求項1に記載の発明は、半導体発光素子と、前記半導体発光素子の前方に配置されたレンズ体と、を備えており、前記レンズ体は、その表面に、入光面、中央出光面、第1全反射面、周囲出光面、第2全反射面を含む中実のレンズ体であり、前記入光面は、前記半導体発光素子から放射される光が入射するように、前記半導体発光素子の前方かつ光軸上に配置されるとともに、これを透過して前記レンズ体内部に導入される前記半導体発光素子からの光を前記光軸に対して平行な光線に変換するように構成されており、前記中央出光面は、前記レンズ体内部に導入された前記半導体発光素子からの光のうち、前記光軸寄りを進行する相対的に高い光度の光が出射するように、前記入光面の前方かつ前記光軸上に配置されており、前記第1全反射面は、前記レンズ体内部に導入された前記半導体発光素子からの光のうち、前記中央出光面から出射する光以外の光が入射するように、前記中央出光面の周囲に周方向にN個配置されて略N角錐を構成する三角形状の平面反射面であって、頂点側が前記中央出光面の外周近傍に位置するとともに、その反対側の底辺側が前記中央出光面より前方かつ外側に位置するように、前記光軸に対して傾斜して配置されており、前記周囲出光面は、正面視で中心が前記光軸上に位置しかつ頂点が前記第1全反射面で反射された反射光の各光路上に位置するN角形の各頂点に対応する位置にそれぞれ配置されており、前記第2全反射面は、前記第1全反射面で反射された反射光が入射するように、前記第1全反射面で反射された反射光の各光路上かつ前記周囲出光面の後方に配置された平面反射面であって、これに入射した前記第1全反射面からの反射光が前記周囲出光面に向かって反射されて、当該周囲出光面から出射するように、前記光軸に対して傾斜して配置されていることを特徴とする。
【0008】
請求項1に記載の発明によれば、半導体発光素子から放射された光は、中央出光面の周囲に周方向にN個配置されて略N角錐を構成する三角形状の平面反射面(及び第2全反射面)の作用により、多角形状に配置された(N角形の各頂点に対応する位置にそれぞれ配置された)周囲出光面から出射する。これにより、従来の灯具と比べて光利用効率が低下することなくN角形状に多点発光する仮想光源を構成することが可能となる。
【0009】
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の発明において、前記第1全反射面は、前記中央出光面の周囲に周方向に八個配置されて略八角錐を構成する三角形状の平面反射面であり、前記周囲出光面は、正面視で中心が前記光軸上に位置しかつ頂点及び頂点を両端に持つ稜線の中間点が前記第1全反射面で反射された反射光の光路上に位置する矩形の前記頂点に対応する位置及び前記中間点に対応する位置にそれぞれ配置されていることを特徴とする。
【0010】
請求項2に記載の発明によれば、半導体発光素子から放射された光は、中央出光面の周囲に周方向に八個配置されて略八角錐を構成する三角形状の平面反射面(及び第2全反射面)の作用により、格子状に配置された中央出光面及び各周囲出光面から出射する。これにより、従来の灯具と比べて光利用効率が低下することなく格子状に多点発光する仮想光源を構成することが可能となる。
【0011】
請求項3に記載の発明は、請求項1又は2に記載の発明において、前記中央出光面の直径として、当該中央出射面から出射する光束が前記周囲出光面から出射する光束と略同一となる寸法が選定されていることを特徴とする。
【0012】
請求項3に記載の発明によれば、多点発光する各仮想光源からの光束が略等しくなる灯具を構成することが可能となる。
【0013】
請求項4に記載の発明は、請求項1から3のいずれかに記載の発明において、前記中央出光面及び/又は周囲出光面は、当該中央出光面及び/又は周囲出光面から出射する光が拡散するように構成されていることを特徴とする。
【0014】
請求項4に記載の発明によれば、輝度むらが無い均一な面発光(又は輝度むらが殆ど無い略均一な面発光)を実現することが可能となる。また、灯具正面に正対するスクリーン上に輝度むらの無い均一な配光(又は輝度むらの殆ど無い略均一な配光)を形成することが可能となる。
【発明の効果】
【0015】
本発明によれば、従来の灯具と比べて光利用効率が低下することなく多角形状又は格子状に多点発光させることが可能な灯具を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【0016】
【図1】灯具10の正面図である。
【図2】図1に示した灯具10のA−A断面図である。
【図3】図1に示した灯具10のB−B断面図である。
【図4】灯具10を構成するレンズ体30の背面図である。
【図5】半導体発光素子20の指向特性を説明するための図である。
【図6】図1に示した灯具10のA−A断面における各周囲出光面34から出射する光線の光線追跡図である。
【図7】図1に示した灯具10のB−B断面における各周囲出光面34から出射する光線の光線追跡図である。
【図8】各周囲出光面34から出射する光線の正面視での光線追跡図である。
【図9】中央出光面32から出射する光線の正面視での光線追跡図である。
【図10】中央出光面32、各周囲出光面34から出射する光線の斜視図での光線追跡図である。
【図11】中央出光面32、各周囲出光面34から出射する光線の側面視での光線追跡図である。
【図12】各周囲出光面34の変形例(正面視での配置例)である。
【図13】各周囲出光面34の変形例(正面視での配置例)である。
【図14】従来の車両用灯具200の断面図である。
【図15】従来の車両用灯具200の正面図(レンズ体220省略)である。
【発明を実施するための形態】
【0017】
以下、本発明の実施形態である灯具について図面を参照しながら説明する。
【0018】
図1は灯具10の正面図、図2は図1に示した灯具10のA−A断面図、図3は図1に示した灯具10のB−B断面図、図4は灯具10を構成するレンズ体30の背面図である。
【0019】
図1〜図4に示すように、本実施形態の灯具10は、PC等のモニタ、TV等のディスプレイ等のバックライト用の照明や室内照明等に適用される灯具であって、半導体発光素子20、レンズ体30等を備えている。
【0020】
半導体発光素子20は例えば一つ又は複数の青色LEDチップであり、その発光面は黄色蛍光体(例えば、YAG蛍光体)で覆われている。半導体発光素子20は、蛍光体を透過するLEDチップからの光とLEDチップから入射する光で励起されて発光した蛍光体からの光との混色による白色光(擬似白色光)を放射する。なお、半導体発光素子20は、略点状に面発光する発光チップを有する素子状の光源であればよく、LEDチップに限定されない。例えば、半導体発光素子20は、青色LEDチップ以外の発光色の発光ダイオードやレーザダイオードと蛍光体とを組み合わせたものであってもよい。
【0021】
図5は、半導体発光素子20の指向特性を説明するための図である。図5に示すように、半導体発光素子20から放射される光の指向特性は略ランバーシアンになる。ランバーシアンとは、半導体発光素子20上の光軸AX上光度を100%(I0)とした場合の(θ=0)、半導体発光素子20に対して所定角度θ傾いた方向の光度の割合のことであり、I(θ)=I0×cosθで表される。これは、半導体発光素子20が放射する光の広がりを表している。
【0022】
図1〜図4に示すように、レンズ体30は、透明樹脂製(例えば、アクリル又はポリカーボネイト)又はガラス製の中実のレンズ体であって、その表面に、入光面31、中央出光面32、第1全反射面33、周囲出光面34、第2全反射面35等を含んでいる。
【0023】
入光面31は、半導体発光素子20から放射される光が入射するように、半導体発光素子20の前方かつ光軸AX上に配置されるとともに、これを透過してレンズ体30内部に導入される半導体発光素子20からの光を光軸AXに対して平行な光線に変換するように構成されたレンズ面である。入光面31は、光軸AXを中心とする所定立体角内(例えば、半値角内)の相対的に高い光度の光が入射するように、光軸AXに対して回転対称で、半導体発光素子20に向かって凸の円形のレンズ面とされている。
【0024】
中央出光面32は、レンズ体30内部に導入された半導体発光素子20からの光のうち、光軸AX寄りを進行する相対的に高い光度の光Ray1(図2、図3参照)が出射するように、入光面31の前方かつ光軸AX上に配置されている。
【0025】
中央出光面32は、これから出射する光Ray1を拡散させるために、光軸AXに対して回転対称で、後方(半導体発光素子20)に向かって凸の円形のレンズ面とされている。なお、中央出光面32は、後方に向かって凹の円形のレンズ面であってもよい。これによっても、中央出光面32から出射する光Ray1を拡散させることが可能となる。
【0026】
中央出光面32の直径として、当該中央出光面32から出射する光束が各周囲出光面34から出射する光束と略同一となる寸法が選定されている。具体的には、中央出光面32の直径<周囲出光面34の直径となる寸法が選定される。
【0027】
第1全反射面33は、正面視で三角形状の平面反射面であって、レンズ体30内部に導入された半導体発光素子20からの光のうち、中央出光面32から出射する光Ray1以外の光Ray2(図2、図3参照)が入射するように、中央出光面32の周囲に周方向に八個配置されて、略八角錐を構成している(図1参照)。
【0028】
各第1全反射面33は、頂点33a側が中央出光面32の外周近傍に位置するとともに、その反対側の底辺33b側が中央出光面32より前方かつ外側に位置するように、光軸AXに対して角度θ1(本実施形態では45°)傾斜して配置されている(図2、図3参照)。各第1全反射面33の底辺33bは、中央出光面32より前方で光軸AXに直交する平面上に位置して、正八角形を構成している(図1参照)。
【0029】
各第1全反射面33は同一サイズで、光軸AXに対する傾斜角度θ1も同一とされている。このため、各第1全反射面33に入射する半導体発光素子20からの光Ray2は各方向(光軸AXに直交する合計八方向)へ均等に反射(配分)される(図6〜図8参照)。
【0030】
図1に示すように、中央出光面32、各周囲出光面34は、正面視で3×3の格子状に配置されている。周囲出光面34は、正面視で中心Cが光軸AX上に位置する矩形Rの各頂点V1〜V4に対応する位置及び頂点V1〜V4を両端に持つ稜線の中間点V5〜V8に対応する位置にそれぞれ配置されている。矩形Rは光軸AXに直交する平面上に位置しており、かつ、矩形Rの頂点V1〜V4及び頂点V1〜V4を両端に持つ稜線の中間点V5〜V8は、正面視で第1全反射面33で反射された反射光の各光路L1〜L8上に位置している(図8参照)。
【0031】
各周囲出光面34は、これから出射する光を拡散させるために、光軸AXに対して平行な中心軸AXcに対して回転対称で、後方に向かって凸の円形のレンズ面とされている(図2、図3参照)。なお、各周囲出光面34は、後方に向かって凹の円形のレンズ面であってもよい。これによっても、各周囲出光面34から出射する光を拡散させることが可能となる。
【0032】
各周囲出光面34の直径として、第1全反射面33の底辺33bと略同一寸法(又は、第1全反射面33の底辺33bより長い寸法)が選定されている。これにより、第2全反射面35で反射された第1全反射面33からの反射光を略全て、各周囲出光面34から出射させることが可能となる。
【0033】
第2全反射面35は、平面反射面であって、第1全反射面33で反射された反射光が入射するように、第1全反射面33で反射された反射光の光路L1〜L8上かつ周囲出光面34の後方に配置されている(図2、図3、図8参照)。
【0034】
第2全反射面35は、これに入射した第1全反射面33からの反射光が当該第2全反射面35の前方の周囲出光面34に向かって反射されて、当該周囲出光面34から出射するように、光軸AXに対して傾斜して配置されている。本実施形態では、図2、図3に示すように、第2全反射面35は、外側縁35aが内側縁35bより前方に位置するように、光軸AXに対して角度θ2(本実施形態では45°)傾斜して配置されている。
【0035】
上記構成の灯具10においては、半導体発光素子20から放射された光は、以下の光路を辿る。
【0036】
入光面31からレンズ体30内部に導入された半導体発光素子20からの光のうち、光軸AX寄りを進行する相対的に高い光度の光Ray1は、中央出光面32から拡散光として出射して、前方に照射される(図2、図3、図9〜図11参照)。
【0037】
一方、入光面31からレンズ体30内部に導入された半導体発光素子20からの光のうち、中央出光面32から出射する光Ray1以外の光Ray2は、各第1全反射面33で各方向(光軸AXに直交する合計八方向)へ均等に反射(配分)され、さらに、各第2全反射面35で反射されて光軸AXに沿って前方へ進行し、各周囲出光面34から拡散光として出射して、前方に照射される(図2、図3、図6〜図8、図10、図11参照)。
【0038】
以上説明したように、本実施形態の灯具10によれば、一つの半導体発光素子20から放射された光は、中央出光面32の周囲に周方向に八個配置されて略八角錐を構成する三角形状の平面反射面33(及び第2全反射面35)の作用により、各方向(光軸AXに直交する合計八方向)へ均等に反射(配分)され、3×3の格子状に配置された中央出光面32、各周囲出光面34から出射する。これにより、従来の灯具と比べて光利用効率が低下することなく3×3の格子状に多点発光する合計9つの仮想光源を構成することが可能となる。
【0039】
本実施形態では、周囲出光面34が後方に向かって凸のレンズ面とされているため、周囲出光面34から出射する光の強度は、光軸AX側(最内側)が最も強く、光軸AXから離れるにつれ(外側に向かうにつれ)徐々に弱くなり、最外側が最も弱い分布となる(図3参照)。これは、半導体発光素子20の指向特性がランバーシアンのためである。
【0040】
これにより、光軸AX近傍が明るく、周辺に向かうにつれ徐々に暗くなる照明に適した灯具10を構成することが可能となる。なお、周囲出光面34が後方に向かって凹のレンズ面とされている場合には、これとは逆の分布、すなわち、光軸AX側(最内側)が最も弱く、光軸AXから離れるにつれ(外側に向かうにつれ)徐々に強くなり、最外側が最も強い分布となる。
【0041】
また、本実施形態の灯具10によれば、上記のように構成される3×3の格子状に配置された合計9つの仮想光源からの光は、上記分布となり、しかも、中央出光面32、各周囲出光面34の作用により灯具10正面に正対するスクリーンSを拡散して照射することになるため、スクリーンSとの距離によって、輝度むらの無い均一な面発光(又は輝度むらの殆ど無い略均一な面発光)を実現することが可能となる(図11参照)。また、灯具10正面に正対するスクリーンS上に輝度むらの無い均一な配光(又は輝度むらの殆ど無い略均一な配光)を形成することが可能となる。
【0042】
また、本実施形態の灯具10によれば、中央出光面32の直径として、当該中央出光面32から出射する光束が各周囲出光面34から出射する光束と略同一となる寸法が選定されているため、多点発光する各仮想光源からの光束が略等しくなる灯具を構成することが可能となる。
【0043】
次に、変形例について説明する。
【0044】
上記実施形態では、中央出光面32の周囲には周方向に八個の第1全反射面33が配置されて、略八角錐を構成しているように説明したが(図1参照)、本発明はこれに限定されない。
【0045】
例えば、中央出光面32の周囲には周方向にN個(Nは三以上の整数)の第1全反射面33が配置されて、略N角錐を構成していればよい。例えば、中央出光面32の周囲には周方向に三個の第1全反射面33が配置されて、略三角錐を構成していてもよいし(図12参照)、あるいは、中央出光面32の周囲には周方向に四個の第1全反射面33が配置されて、略四角錐を構成していてもよい(図13参照)。
【0046】
このようにすれば、一つの半導体発光素子20から放射された光は、中央出光面32の周囲に周方向にN個配置されて略N角錐を構成する三角形状の平面反射面33(及び第2全反射面35)の作用により、各方向(光軸AXに直交する合計N方向)へ均等に反射(配分)され、正面視で多角形状に配置された周囲出光面34から出射する。これにより、従来の灯具と比べて光利用効率が低下することなく多角形状に多点発光させることが可能な灯具を構成することが可能となる。
【0047】
例えば、図12の例では、一つの半導体発光素子20から放射された光は、中央出光面32の周囲に周方向に三個配置されて略三角錐を構成する三角形状の平面反射面33(及び第2全反射面35)の作用により、各方向(光軸AXに直交する合計三方向)へ均等に反射(配分)され、正面視で三角形状に配置された周囲出光面34から出射する。これにより、従来の灯具と比べて光利用効率が低下することなく三角形状に多点発光する合計四つの仮想光源を構成することが可能となる。
【0048】
また、図13の例では、一つの半導体発光素子20から放射された光は、中央出光面32の周囲に周方向に四個配置されて略四角錐を構成する三角形状の平面反射面33(及び第2全反射面35)の作用により、各方向(光軸AXに直交する合計四方向)へ均等に反射(配分)され、正面視で四角形状に配置された周囲出光面34から出射する。これにより、従来の灯具と比べて光利用効率が低下することなく四角形状に多点発光する合計五つの仮想光源を構成することが可能となる。
【0049】
上記実施形態はあらゆる点で単なる例示にすぎない。これらの記載によって本発明は限定的に解釈されるものではない。本発明はその精神または主要な特徴から逸脱することなく他の様々な形で実施することができる。
【符号の説明】
【0050】
10…灯具、20…半導体発光素子、30…レンズ体31、32…入光面、32…中央出光面、33…第1全反射面、33a…頂点、33b…底辺、34…周囲出光面、35…第2全反射面、35a…外側縁、35b…内側縁
【特許請求の範囲】
【請求項1】
半導体発光素子と、
前記半導体発光素子の前方に配置されたレンズ体と、
を備えており、
前記レンズ体は、その表面に、入光面、中央出光面、第1全反射面、周囲出光面、第2全反射面を含む中実のレンズ体であり、
前記入光面は、前記半導体発光素子から放射される光が入射するように、前記半導体発光素子の前方かつ光軸上に配置されるとともに、これを透過して前記レンズ体内部に導入される前記半導体発光素子からの光を前記光軸に対して平行な光線に変換するように構成されており、
前記中央出光面は、前記レンズ体内部に導入された前記半導体発光素子からの光のうち、前記光軸寄りを進行する相対的に高い光度の光が出射するように、前記入光面の前方かつ前記光軸上に配置されており、
前記第1全反射面は、前記レンズ体内部に導入された前記半導体発光素子からの光のうち、前記中央出光面から出射する光以外の光が入射するように、前記中央出光面の周囲に周方向にN個配置されて略N角錐を構成する三角形状の平面反射面であって、頂点側が前記中央出光面の外周近傍に位置するとともに、その反対側の底辺側が前記中央出光面より前方かつ外側に位置するように、前記光軸に対して傾斜して配置されており、
前記周囲出光面は、正面視で中心が前記光軸上に位置しかつ頂点が前記第1全反射面で反射された反射光の各光路上に位置するN角形の各頂点に対応する位置にそれぞれ配置されており、
前記第2全反射面は、前記第1全反射面で反射された反射光が入射するように、前記第1全反射面で反射された反射光の各光路上かつ前記周囲出光面の後方に配置された平面反射面であって、これに入射した前記第1全反射面からの反射光が前記周囲出光面に向かって反射されて、当該周囲出光面から出射するように、前記光軸に対して傾斜して配置されていることを特徴とする灯具。
【請求項2】
前記第1全反射面は、前記中央出光面の周囲に周方向に八個配置されて略八角錐を構成する三角形状の平面反射面であり、
前記周囲出光面は、正面視で中心が前記光軸上に位置しかつ頂点及び頂点を両端に持つ稜線の中間点が前記第1全反射面で反射された反射光の光路上に位置する矩形の前記頂点に対応する位置及び前記中間点に対応する位置にそれぞれ配置されていることを特徴とする請求項1に記載の灯具。
【請求項3】
前記中央出光面の直径として、当該中央出射面から出射する光束が前記周囲出光面から出射する光束と略同一となる寸法が選定されていることを特徴とする請求項1又は2に記載の灯具。
【請求項4】
前記中央出光面及び/又は周囲出光面は、当該中央出光面及び/又は周囲出光面から出射する光が拡散するように構成されていることを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の灯具。
【請求項1】
半導体発光素子と、
前記半導体発光素子の前方に配置されたレンズ体と、
を備えており、
前記レンズ体は、その表面に、入光面、中央出光面、第1全反射面、周囲出光面、第2全反射面を含む中実のレンズ体であり、
前記入光面は、前記半導体発光素子から放射される光が入射するように、前記半導体発光素子の前方かつ光軸上に配置されるとともに、これを透過して前記レンズ体内部に導入される前記半導体発光素子からの光を前記光軸に対して平行な光線に変換するように構成されており、
前記中央出光面は、前記レンズ体内部に導入された前記半導体発光素子からの光のうち、前記光軸寄りを進行する相対的に高い光度の光が出射するように、前記入光面の前方かつ前記光軸上に配置されており、
前記第1全反射面は、前記レンズ体内部に導入された前記半導体発光素子からの光のうち、前記中央出光面から出射する光以外の光が入射するように、前記中央出光面の周囲に周方向にN個配置されて略N角錐を構成する三角形状の平面反射面であって、頂点側が前記中央出光面の外周近傍に位置するとともに、その反対側の底辺側が前記中央出光面より前方かつ外側に位置するように、前記光軸に対して傾斜して配置されており、
前記周囲出光面は、正面視で中心が前記光軸上に位置しかつ頂点が前記第1全反射面で反射された反射光の各光路上に位置するN角形の各頂点に対応する位置にそれぞれ配置されており、
前記第2全反射面は、前記第1全反射面で反射された反射光が入射するように、前記第1全反射面で反射された反射光の各光路上かつ前記周囲出光面の後方に配置された平面反射面であって、これに入射した前記第1全反射面からの反射光が前記周囲出光面に向かって反射されて、当該周囲出光面から出射するように、前記光軸に対して傾斜して配置されていることを特徴とする灯具。
【請求項2】
前記第1全反射面は、前記中央出光面の周囲に周方向に八個配置されて略八角錐を構成する三角形状の平面反射面であり、
前記周囲出光面は、正面視で中心が前記光軸上に位置しかつ頂点及び頂点を両端に持つ稜線の中間点が前記第1全反射面で反射された反射光の光路上に位置する矩形の前記頂点に対応する位置及び前記中間点に対応する位置にそれぞれ配置されていることを特徴とする請求項1に記載の灯具。
【請求項3】
前記中央出光面の直径として、当該中央出射面から出射する光束が前記周囲出光面から出射する光束と略同一となる寸法が選定されていることを特徴とする請求項1又は2に記載の灯具。
【請求項4】
前記中央出光面及び/又は周囲出光面は、当該中央出光面及び/又は周囲出光面から出射する光が拡散するように構成されていることを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の灯具。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【公開番号】特開2013−48062(P2013−48062A)
【公開日】平成25年3月7日(2013.3.7)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−186370(P2011−186370)
【出願日】平成23年8月29日(2011.8.29)
【出願人】(000002303)スタンレー電気株式会社 (2,684)
【Fターム(参考)】
【公開日】平成25年3月7日(2013.3.7)
【国際特許分類】
【出願日】平成23年8月29日(2011.8.29)
【出願人】(000002303)スタンレー電気株式会社 (2,684)
【Fターム(参考)】
[ Back to top ]