ＬＥＤ照明装置
【課題】リフレクタを廃して奥行き方向の薄肉化を図ることができるＬＥＤ照明装置を提供すること。
【解決手段】複数のＬＥＤ８を配置して成る光源部と、該光源部の各ＬＥＤ８に隣接して配置された複数の光学レンズ１１Ａを備えたＬＥＤ照明装置において、前記各光学レンズ１１Ａに前記各ＬＥＤ８からの光を屈折により制御する屈折制御部１１ａと各ＬＥＤ８からの光を反射により制御する反射制御部１１ｂを設ける。又、反射制御部１１ｂを屈折制御部１１ａの周囲にこれを取り囲むように配置する。ここで、前記反射制御部１１ｂは、光学レンズ１１Ａと空気界面での全反射を利用するものとする。例えば、反射制御部１１ｂを断面鋸刃状を成す入射面ｃ，ｅと反射面ｄ，ｆとで構成する。
【解決手段】複数のＬＥＤ８を配置して成る光源部と、該光源部の各ＬＥＤ８に隣接して配置された複数の光学レンズ１１Ａを備えたＬＥＤ照明装置において、前記各光学レンズ１１Ａに前記各ＬＥＤ８からの光を屈折により制御する屈折制御部１１ａと各ＬＥＤ８からの光を反射により制御する反射制御部１１ｂを設ける。又、反射制御部１１ｂを屈折制御部１１ａの周囲にこれを取り囲むように配置する。ここで、前記反射制御部１１ｂは、光学レンズ１１Ａと空気界面での全反射を利用するものとする。例えば、反射制御部１１ｂを断面鋸刃状を成す入射面ｃ，ｅと反射面ｄ，ｆとで構成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光源としてのＬＥＤとその配光を制御する光学レンズを備えたＬＥＤ照明装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、屋外照明灯等の照明装置としては、大光量の水銀灯やハロゲンランプ等の光源とリフレクタ（反射鏡）とを組み合わせたものが使用されてきた（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
これに対して、近年は水銀灯やハロゲンランプ等の大光量ランプを光源とするものから、長寿命で低消費電力のＬＥＤを光源とするＬＥＤ照明装置への置き換えが進んでいるが、斯かるＬＥＤ照明装置においても、ＬＥＤとリフレクタを組み合わせて用いる構成が採用されている。例えば、特許文献２には、リフレクタ（反射鏡）と非球面レンズ及び所定の光学特性を有するレンズカバーを組み合わせることによって、ＬＥＤから放出される光を任意の距離に任意の照明パターンを形成することができるＬＥＤ照明装置が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−３４２５７０号公報
【特許文献２】特開２００６−２８６６１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、光源としてＬＥＤを用いる場合、例えば液晶ディスプレイのバックライト等では、ＬＥＤと散乱板等との組み合わせによって（つまり、リフレクタを使用することなく）非常に薄型の照明装置を実現しているが、このような照明装置は大光量が必要な屋外で使用される照明装置には光量が不足するために適用することができない。
【０００６】
屋外で使用される大光量のＬＥＤ照明装置には、特許文献２において提案されているように、放物面や自由曲面を有するリフレクタが使用されており、このリフレクタがＬＥＤの周囲を取り囲む構成が採用されるために装置の奥行き方向の薄肉化を図ることができず、当該ＬＥＤ照明装置の建材等への取り付けに大きなスペースを要するという問題があった。
【０００７】
従って、本発明の第１の目的とする処は、リフレクタを廃して奥行き方向の薄肉化を図ることができるＬＥＤ照明装置を提供することにある。
【０００８】
他方、ＬＥＤ照明装置に対しては更なる高出力化が要求されており、最近では１つのＬＥＤ照明装置への投入電力が２００Ｗを超えるものも開発されてきている。このようなＬＥＤ照明装置の大電力化に伴ってＬＥＤの発熱量も増加するため、温度によって寿命や出力が変化するＬＥＤにおいては、温度をより低く安定して駆動するための冷却構造が重要な課題となっている。
【０００９】
従って、本発明の第２の目的とする処は、ＬＥＤの温度上昇を抑えて高出力化を実現することができるＬＥＤ照明装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するため、請求項１記載の発明は、複数のＬＥＤを配置して成る光源部と、該光源部の各ＬＥＤに隣接して配置された複数の光学レンズを備えたＬＥＤ照明装置において、前記各光学レンズに前記各ＬＥＤからの光を屈折により制御する屈折制御部と各ＬＥＤからの光を反射により制御する反射制御部を設けたことを特徴とする。
【００１１】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記各光学レンズに設けられた前記反射制御部を前記屈折制御部の周囲にこれを取り囲むように配置したことを特徴とする。
【００１２】
請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の発明において、前記反射制御部は、光学レンズと空気界面での全反射を利用するものであることを特徴とする。
【００１３】
請求項４記載の発明は、請求項３記載の発明において、前記各光学レンズの表面を凸曲面とし、同各光学レンズの裏面中央部の周囲に前記反射制御部を構成する断面鋸刃状を成す入射面と反射面を形成したことを特徴とする。
【００１４】
請求項５記載の発明は、請求項１〜４の何れかに記載の発明において、前記各ＬＥＤとこれに対応する前記光学レンズを組み合わせた１組の光学系の隣接するもの同士のピッチ間隔をＰ、各光学系のＬＥＤと光学レンズ間の距離をＦ、各光学レンズの厚みをＴ、各光学レンズへの光入射有効角度をθとしたとき、前記ピッチ間隔Ｐを次式：
（Ｆ＋Ｔ）×ｔａｎθ×１．０≦Ｐ＜（Ｆ＋Ｔ）×ｔａｎθ×１．２
を満足する値に設定したことを特徴とする。
【００１５】
請求項６記載の発明は、請求項１〜５の何れかに記載の発明において、水冷ジャケット、ラジエータ、循環ポンプ及びファンを備えた水冷ユニットを設けたことを特徴とする。
【００１６】
請求項７記載の発明は、請求項１〜６の何れかに記載の発明において、前記光学レンズをポリカーボネートで構成したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
請求項１記載の発明によれば、各光学レンズは屈折制御部と反射制御部を備えるため、各ＬＥＤから出射される光は各光学レンズにおいて屈折制御及び反射制御されて所望の配光パターンが得られる。このように光学レンズのみで所望の配光パターンが得られるために従来必要であったリフレクタが不要となり、この結果、ＬＥＤ照明装置の奥行き方向の薄肉化が実現し、該ＬＥＤ照明装置の建材等への取り付けにスペースメリットが得られる。
【００１８】
請求項２記載の発明によれば、各ＬＥＤからの光を各光学レンズへの光入射有効角度までの中央部分に配置された屈折制御部によって配光し、屈折制御部以外の周囲に入射する光を反射制御部によって反射制御することによって殆ど全ての光を漏れなく光学レンズに取り込むことができるため、リフレクタを設けなくても高効率で高精度な配光制御が可能となる。
【００１９】
請求項３記載の発明によれば、反射制御部は、光学レンズと空気界面での全反射を利用するものであるため、反射膜を設ける方式を採用した場合の反射膜の生成工程等が不要となってコスト的に有利となる。
【００２０】
請求項４記載の発明によれば、各光学レンズの裏面の中央部を囲む反射制御部を構成する面を断面鋸刃状を成す入射面と反射面とで構成したため、各ＬＥＤからの光は光学レンズによって効率良く集光されて利用効率が高められるとともに、高精度な配光制御が可能となる。
【００２１】
請求項５記載の発明によれば、複数組の光学系の隣接するもの同士のピッチ間隔Ｐの許容範囲を設定することによって、１組の光学系からの光が隣接する光学系の光学レンズに入射しない範囲でピッチ間隔Ｐを可能な限り詰めて光源部、延いてはＬＥＤ照明装置全体の小型コンパクト化を図ることができる。
【００２２】
請求項６記載の発明によれば、ＬＥＤにおいて発生する熱は、水冷ユニットの循環経路を流れる冷却水によって冷却され、冷却水がＬＥＤから受け取った熱はラジエータによって外気に放出される。このため、ＬＥＤが強制冷却されて温度上昇が抑えられ、この結果、ＬＥＤ照明装置の高出力化が実現される。
【００２３】
請求項７記載の発明によれば、光学レンズをアクリル材等の他の樹脂材よりも光学屈折が高いポリカーボネートで構成したため、ＬＥＤ照明装置の奥行き方向の一層の薄肉化が可能となる。又、ポリカーボネートは機械的破壊強度と耐衝撃性が高いため、これによって構成される光学レンズの耐久性が高められる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明に係るＬＥＤ照明装置の斜視図である。
【図２】図１の矢視Ａ方向の図である。
【図３】図１の矢視Ｂ方向の図である。
【図４】図３のＣ−Ｃ線断面図である。
【図５】図３のＤ−Ｄ線断面図である。
【図６】図３のＥ−Ｅ線断面図である。
【図７】本発明に係るＬＥＤ照明装置の分解斜視図である。
【図８】本発明に係るＬＥＤ照明装置の水冷ユニットの基本構成図である。
【図９】光源部の光学レンズを裏面側から見た正面図である。
【図１０】図９のＦ−Ｆ線断面図である。
【図１１】光学レンズによる配光パターンを示す図である。
【図１２】隣接する光学系の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
【００２６】
先ず、本発明に係るＬＥＤ照明装置の全体構成を図１〜図８に基づいて以下に説明する。尚、図１は本発明に係るＬＥＤ照明装置の斜視図、図２は図１の矢視Ａ方向の図、図３は図１の矢視Ｂ方向の図、図４は図３のＣ−Ｃ線断面図、図５は図３のＤ−Ｄ線断面図、図６は図３のＥ−Ｅ線断面図、図７は本発明に係るＬＥＤ照明装置の分解斜視図、図８は同ＬＥＤ照明装置の水冷ユニットの基本構成図である。
【００２７】
本発明に係るＬＥＤ照明装置１は、図４〜図７に示すように、矩形ボックス状のハウジング２の内部に光源部３と空冷ユニット４及び水冷ユニット５を組み込んで構成されている。尚、以下の説明におけるＬＥＤ照明装置１の上下は図１に示す状態においてのものであって、該ＬＥＤ照明装置１の設置が必ずしも図１に示す状態でなされる訳ではない。
【００２８】
上記ハウジング２は、ＰＣ等の樹脂或はアルミニウム等の金属で構成されており、図１に示すように、その周面には縦方向の長い複数のスリットから成る吸気口６が形成され、上面には扇形の複数のスリットから成る排気口７が形成されている。そして、このハウジング２の下面は開口しており、この開口部には前記光源部３が嵌め込まれて固定されている。
【００２９】
上記光源部３は、図４〜図７に示すように、光源であるＬＥＤ８（図８参照）を実装して成る複数（図示例では９枚）のメタル基板９と、これらのメタル基板９を取り付ける矩形プレート状のベース１０及びハウジング２の下面開口部に嵌め込まれる矩形プレート状の透明な樹脂製のレンズプレート１１を含んで構成されている。ここで、レンズプレート１１には、各ＬＥＤ８に対応して複数（図示例では９個）の凸レンズとしての光学レンズ１１Ａが形成されている。尚、図７において、１２はケーブルコネクタである。
【００３０】
本実施の形態では、ＬＥＤ８を実装して成る９枚のメタル基板９は縦横３列のマトリックス状に配置されており、これに対応してアルミダイキャスト製のベース１０にもＬＥＤ８と同数の台座１０ａ（図４及び図６参照）が縦横３列のマトリックス状に一体に突設されている。又、レンズプレート１１にも各ＬＥＤ８に対応する９個の光学レンズ１１Ａが縦横３列のマトリックス状に配置されている。そして、各メタル基板９は、矩形の熱伝導性シート１３を介してベース１０の各台座１０ａにネジ止めによって固定されている。尚、各熱伝導シート１３は、絶縁性と熱伝導率の高いシリコン等によって構成されている。
【００３１】
又、前記空冷ユニット４は、図７に示すように、下面が開口する矩形ボックス状の回路ケース１４がヒートシンクとして機能しており、該回路ケース１４の内部には不図示の各種電子部品が実装された回路基板１５が組み込まれ、その下面開口部は矩形プレート状のカバー１６によって覆われている。ここで、回路ケース１４は熱伝導率の高いアルミダイキャスト等によって成形されており、その上面には放熱部を構成する多数の放熱ピン１７が一体に突設されている。そして、この回路ケース１４の内部上面には回路基板１５が絶縁性と熱伝導率の高いシリコン等から成る矩形の熱伝導シート１８を介して密着されている。尚、回路ケース１４とカバー１６との接合部にはＯリング１９が介装されており、このＯリング１９のシール作用によって回路ケース１４内が密封され、外部から回路ケース１４内への水等の浸入が防がれている。又、本実施の形態では、回路ケース１４に放熱ピン１７を突設したが、この放熱ピン１７に代えて放熱フィンを回路ケース１４に形成しても良い。
【００３２】
前記水冷ユニット５は、図４〜図８に示すように、熱交換器である水冷ジャケット２０と、該水冷ジャケット２０において受熱して温度が高くなった冷却水を外気（冷却風）との熱交換によって冷却するラジエータ２１と、該ラジエータ２１に冷却風を供給するファン２２と、冷却水を閉ループの循環経路内で循環させる循環ポンプ２３及び冷却水を貯留するリザーブタンク２４を備えており、ファン２２はラジエータ２１と対向してこれの上方に配置されている。
【００３３】
ところで、上記水冷ジャケット２０は、中空の矩形板状に成形されており、図４〜図６に示すように、その内部には冷却水通路が形成されている。そして、この冷却ジャケット１０の一端上には、図５及び図７に示すように、ラジエータ２１において外気（冷却風）との熱交換によって冷却された冷却水が流入する入口パイプ２５と、当該水冷ジャケット２０において受熱して温度が高くなった冷却水を排出する出口パイプ２６が立設されている。
【００３４】
而して、本実施の形態では、図４及び図６に示すように、ハウジング２内下部の底部に水冷ジャケット２０が水平に配置されており、この水冷ジャケット２０を挟んでこれの上下に空冷ユニット４と光源部３が配置されている。ここで、水冷ジャケット２０の下面側に配された光源部３は、そのベース１０が矩形の熱伝導シート２７を介して水冷ジャケット２０の下面に密着している。尚、本実施の形態では、熱伝導シート２７は、絶縁性と熱伝導率の高いシリコン等によって構成されている。
【００３５】
又、空冷ユニット４は、そのカバー１６が水冷ジャケット２０の上面に密着する状態で該水冷ジャケット２０の上面側に配置されている。尚、本実施の形態では、冷却水として水にプロピレングリコールを混合して成る不凍液が使用されている。
【００３６】
他方、図４及び図６に示すように、ハウジング２内の水冷ジャケット２０から離間した上部には前記ラジエータ２１とファン２２が配置されており、水冷ジャケット２０とラジエータ２１との間には空間部Ｓが形成され、この空間部Ｓに空冷ユニット４と前記循環ポンプ２３及び前記リザーブタンク２４が配置されている。具体的には、水冷ジャケット２０上には門型のシャーシ２８が立設されており、このシャーシ２８によって囲まれる空間に空冷ユニット４が配され、シャーシ２８上に循環ポンプ２３とリザーブタンク２４が設置されている。
【００３７】
ここで、図５及び図８に示すように、水冷ジャケット２０の出口パイプ２６から上方へ立ち上がる配管（ゴムホース）２９は、ラジエータ２１の入口パイプ３０に連結されており、ラジエータ２１の出口パイプ３１から延びる配管（ゴムホース）３２は、下方に延びた後に略直角に曲げられて循環ポンプ２３の吸入側に接続されている。そして、循環ポンプ２３の吐出側から延びる配管（ゴムホース）３３は、図８に示すようにリザーブタンク２４の入口側に接続されており、リザーブタンク２４の出口側から下方に延びる配管（ゴムホース）３４は水冷ジャケット２０の入口パイプ２５に接続されている。このように水冷ジャケット２０、ラジエータ２１、循環ポンプ２３及びリザーブタンク２４は配管（ゴムホース）２９，３２〜３４によって連結されて開ループを成す循環経路が形成されており、この循環経路を冷却水が循環することによって所要の冷却作用がなされる。
【００３８】
次に、本発明の要旨を構成する光源部３の構成の詳細と作用を図９〜図１２に基づいて説明する。
【００３９】
図９は光源部の光学レンズを裏面側から見た正面図、図１０は図９のＦ−Ｆ線断面図、図１１は光学レンズによる配光パターンを示す図、図１２は隣接する光学系の断面図である。
【００４０】
図９及び図１０には１つのＬＥＤ８とこれに対応する１つの光学レンズ１１Ａを示すが、各光学レンズ１１ＡにはＬＥＤ８からの光を屈折により制御する円形の屈折制御部１１ａがＬＥＤ８に対向する中心部に設けられ、ＬＥＤ８からの光を反射により制御するリング状の反射制御部１１ｂが前記屈折制御部１１ａの周囲にこれを囲むように設けられている。
【００４１】
ところで、ＬＥＤ８から発光する指向角度特性は、一般的にランバシアン発光を有しているため、各光学レンズ１１Ａは、ランバシアン発光を漏れなく取り込み、取り込まれた光が光学レンズ１１Ａを透過した後に所望の配光角度特性を有するよう構成されている。具体的には、光学レンズ１１Ａの光軸Ｘ上は特にスポット的な配光を得るのに適しているため、図１０に示す出射発光角度αの範囲に屈折制御部１１ａを配置し、その周囲の発光出射角度βまでのランバシアン発光部の領域に反射制御部１１ｂを配置している。
【００４２】
各光学レンズ１１Ａは、光学屈折率が１．５８のポリカーボネートで構成されており、その表面ａは円形の凸曲面で構成され、裏面中央部には前記屈折制御部１１ａを構成する円形の凸曲面ｂが形成され、その周囲には前記反射制御部１１ｂを構成する断面鋸刃状を成す２つの凸部１１ｃ，１１ｄが内外に同心状に形成されている。ここで、各凸部１１ｃ，１１ｄには、ＬＥＤ８の光軸Ｘ方向と略平行な入射面ｃ，ｅと、円弧状の凸曲面を成す反射面ｄ，ｆをそれぞれ備えており、各反射面ｄ，ｆは当該光学レンズ１１Ａと空気界面での全反射を利用するものである。尚、以上は１つのＬＥＤ８とこれに対応する１つの光学レンズ１１Ａの構成を示したが、他のＬＥＤ８と光学レンズ１１Ａも同様に構成されている。
【００４３】
而して、以上のように構成された光源部３を備えたＬＥＤ照明装置１が起動されて光源部３と回路ケース１４内の回路基板１５及び水冷ユニット５に電源が供給されると、光源部３の複数（本実施の形態では９個）のＬＥＤ８が発光し、その光はレンズプレート１１に設けられた各光学レンズ１１Ａを透過して図１の下方に向かって照射されることによって前方を照明する。ここで、各ＬＥＤ８から出射される光の経路を図１０に矢印にて示すが、ＬＥＤ８から出射して光学レンズ１１Ａの中央部の屈折制御部１１ａへと入射する光Ｌ０は、屈折制御部１１ａによって屈折して光学レンズ１１Ａの表面ａから矢印方向（図１０の上方）に出射して照明に供される。
【００４４】
又、ＬＥＤ８から出射して光学レンズ１１Ａの周囲の反射制御部１１ｂの各凸部１１ｃ，１１ｄの入射面ｃ，ｅから光学レンズ１１Ａ内にそれぞれ入射した光Ｌ１，Ｌ２は各凸部１１ｃ，１１ｄ内で屈折した後に各反射面ｄ，ｆに達し、各反射面ｄ，ｆでそれぞれ全反射して光学レンズ１１Ａの表面ａから図１０に示すそれぞれの方向に出射して照明に供される。ここで、各ＬＥＤ８からの光が光学レンズ１１Ａを透過することによって屈折制御及び反射制御されることによって得られる配光パターンを図１１に示すが、同図に示すように、光学レンズ１１Ａの屈折制御部１１ａによって屈折制御された光Ｌ０が中央部に分布し、その周囲に、反射制御部１１ｂの断面鋸刃状の凸部１１ｄ，１１ｃを透過して反射制御された光Ｌ２，Ｌ１が分布する。
【００４５】
以上のように、本発明に係るＬＥＤ照明装置１においては、各光学レンズ１１Ａは屈折制御部１１ａと反射制御部１１ｂを備えているため、各ＬＥＤ８から出射される光Ｌ０〜Ｌ２は各光学レンズ１１Ａにおいて屈折制御及び反射制御されて図１１に示すような所望の配光パターンが得られる。このように光学レンズ１１Ａのみで所望の配光パターンが得られるために従来必要であったリフレクタが不要となり、この結果、ＬＥＤ照明装置１の奥行き方向の薄肉化が実現し、該ＬＥＤ照明装置１の建材等への取り付けにスペースメリットが得られる。尚、従来はＬＥＤの出射面と光学レンズ面との間に２０ｍｍ以上の距離が必要であったが、本実施の形態ではその距離を１０ｍｍまで短縮することができた。
【００４６】
そして、本実施の形態では、各ＬＥＤ８からの光を各光学レンズ１１Ａへの光入射有効角度αまでの中央部分に配置された屈折制御部１１ａによって配光し、屈折制御部１１ａ以外の発光出射角度βまでのランバシアン発光部の領域に配置された反射制御部１１ｂに入射する光を反射制御することによって殆ど全ての光を漏れなく光学レンズ１１Ａに取り込むことができるため、リフレクタを設けなくても高効率で高精度な配光制御が可能となる。
【００４７】
又、本実施の形態では、光学レンズ１１Ａの反射制御部１１ａは、該光学レンズ１１Ａと空気界面での全反射を利用するものであるため、反射膜を設ける方式を採用した場合の反射膜の生成工程等が不要となってコスト的に有利となる。
【００４８】
更に、本実施の形態では、光学レンズ１１Ａをアクリル材等の他の樹脂材よりも光学屈折が高いポリカーボネートで構成したため、ＬＥＤ照明装置１の奥行き方向の一層の薄肉化が可能となる。又、ポリカーボネートは機械的破壊強度と耐衝撃性が高いため、これによって構成される光学レンズ１１Ａの耐久性が高められる。
【００４９】
ここで、１つのＬＥＤ８とこれに対応する１つの光学レンズ１１Ａを組み合わせて１組の光学系とした場合、図１２に示すように、隣接する光学系同士のピッチ間隔をＰ、各光学系のＬＥＤ８と光学レンズ１１Ａ間の距離をＦ、各光学レンズ１１Ａの厚みをＴ、各光学レンズ１１Ａへの光入射有効角度をθとしたとき、ピッチ間隔Ｐは次式：
（Ｆ＋Ｔ）×ｔａｎθ×１．０≦Ｐ＜（Ｆ＋Ｔ）×ｔａｎθ×１．２
を満足する値に設定されている。
【００５０】
而して、複数組の光学系の隣接するもの同士のピッチ間隔Ｐの許容範囲を上式のように設定することによって、１組の光学系からの光が隣接する他の光学系の光学レンズ１１Ａに入射しない範囲でピッチ間隔Ｐを可能な限り詰めて光源部３、延いてはＬＥＤ照明装置１全体の小型コンパクト化を図ることができる。
【００５１】
ところで、ＬＥＤ照明装置１が起動されて光源部３のＬＥＤ８が発光すると、該ＬＥＤ８とこれの点灯制御する回路基板１５の各種電子部品（不図示）が発熱し、そのままでは光源部３と回路基板１５が過熱されて温度が上昇する。
【００５２】
然るに、本実施の形態では、水冷ユニット５が同時に駆動され、光源部３と空冷ユニット４のヒートシンクとしての回路ケース１４は、図８に示す循環経路を循環する冷却水によって強制冷却されてその温度上昇が抑えられる。又、光源部３と回路基板１５において発生した熱は回路ケース１４へと伝導し、回路ケース１４の表面及び多数の放熱ピン１７から放熱し、この放熱はファン２２によって吸気口６からハウジング２内に導入されて排気口７へと向かって流れる冷却風によって促進される。
【００５３】
水冷ユニット５において、循環ポンプ２３によって循環経路を循環する冷却水は、水冷ジャケット２０において光源ユニット３及び回路基板１５において発生する熱を受熱して光源部３及び回路ケース１４とその内部の回路基板１５を冷却し、受熱して温度の高くなった冷却水は、配管２９を通ってラジエータ２１へと導入される。
【００５４】
他方、ファン２２が不図示のモータによって回転駆動されると、外気がハウジング２の周面に形成された吸気口６から冷却風としてハウジング２内に側方から吸引され、この冷却風は水冷ジャケット２０とラジエータ２１との間に形成された空間部Ｓを上方に向かって流れ、その過程でラジエータ２１を通過し、ハウジング２の上面に開口する排気口７から外部に排出される。そして、ラジエータ２１においては、ここを通過する冷却風によって冷却水の熱が外部に放熱されて該冷却水が冷却され、温度の下がった冷却液水は、配管３２を通って循環ポンプ２３に吸引される。
【００５５】
循環ポンプ２３に吸引された冷却水は昇圧された後に循環ポンプ２３から配管３３を通ってリザーブタンク２４へと送り出され、その一部はリザーブタンク２４に貯留され、残りの冷却水はリザーブタンク２４から配管３４を通って水冷ジャケット２０へと導入されて光源部３と回路ケース１４とその内部の回路基板１５の冷却に供される。そして、以上の作用（冷却サイクル）が連続的に繰り返されて光源部３と回路ケース１４及び回路基板１５が水冷ジャケット２０を流れる冷却水によって強制冷却され、それらの温度上昇が一定値以下に抑えられる。
【００５６】
而して、本実施の形態では、水冷ジャケット２０を挟んでこれの上下に空冷ユニット４と光源部３を配置したため、循環ポンプ２３によって冷却水が閉ループの循環経路を循環することによって、水冷ジャケット２０の両側に配された光源部３と回路ケース１４及び回路基板１５が冷却水によって同時に強制冷却される。又、空冷ユニット４での放熱によって回路ケース１４と回路基板１５が空冷される。この結果、これらの光源部３と回路基板１５の温度上昇が抑えられて当該ＬＥＤ照明装置１の高出力化が実現される。
【符号の説明】
【００５７】
１ ＬＥＤ照明装置
２ ハウジング
３ 光源部
４ 空冷ユニット
５ 水冷ユニット
６ 吸気口
７ 排気口
８ ＬＥＤ
９ メタル基板
１０ ベース
１０ａ ベースの台座
１１ レンズプレート
１１Ａ 光学レンズ
１１ａ 光学レンズの屈折制御部
１１ｂ 光学レンズの反射制御部
１１ｃ，１１ｄ 光学レンズの凸部
１２ ケーブルコネクタ
１３ 熱伝導シート
１４ 回路ケース
１５ 回路基板
１６ カバー
１７ 放熱ピン
１８ 熱伝導シート
１９ Ｏリング
２０ 水冷ジャケット
２１ ラジエータ
２２ ファン
２３ 循環ポンプ
２４ リザーブタンク
２５ 水冷ジャケットの入口パイプ
２６ 水冷ジャケットの出口パイプ
２７ 熱伝導シート
２８ シャーシ
２９ 配管（ゴムホース）
３０ ラジエータの入口パイプ
３１ ラジエータの出口パイプ
３２〜３４ 配管（ゴムホース）
ａ 光学レンズの表面
ｂ 光学レンズ裏面の凸曲面
ｃ，ｅ 光学レンズの入射面
ｄ，ｆ 光学レンズの出射面
Ｆ ＬＥＤと光学レンズ間の距離
Ｐ 隣接する光学系同士のピッチ間隔
Ｔ 光学レンズの厚み
Ｘ 光軸
α，β 発光出射角度
θ 光学レンズへの光入射有効角度
Ｓ 空間部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光源としてのＬＥＤとその配光を制御する光学レンズを備えたＬＥＤ照明装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、屋外照明灯等の照明装置としては、大光量の水銀灯やハロゲンランプ等の光源とリフレクタ（反射鏡）とを組み合わせたものが使用されてきた（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
これに対して、近年は水銀灯やハロゲンランプ等の大光量ランプを光源とするものから、長寿命で低消費電力のＬＥＤを光源とするＬＥＤ照明装置への置き換えが進んでいるが、斯かるＬＥＤ照明装置においても、ＬＥＤとリフレクタを組み合わせて用いる構成が採用されている。例えば、特許文献２には、リフレクタ（反射鏡）と非球面レンズ及び所定の光学特性を有するレンズカバーを組み合わせることによって、ＬＥＤから放出される光を任意の距離に任意の照明パターンを形成することができるＬＥＤ照明装置が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−３４２５７０号公報
【特許文献２】特開２００６−２８６６１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、光源としてＬＥＤを用いる場合、例えば液晶ディスプレイのバックライト等では、ＬＥＤと散乱板等との組み合わせによって（つまり、リフレクタを使用することなく）非常に薄型の照明装置を実現しているが、このような照明装置は大光量が必要な屋外で使用される照明装置には光量が不足するために適用することができない。
【０００６】
屋外で使用される大光量のＬＥＤ照明装置には、特許文献２において提案されているように、放物面や自由曲面を有するリフレクタが使用されており、このリフレクタがＬＥＤの周囲を取り囲む構成が採用されるために装置の奥行き方向の薄肉化を図ることができず、当該ＬＥＤ照明装置の建材等への取り付けに大きなスペースを要するという問題があった。
【０００７】
従って、本発明の第１の目的とする処は、リフレクタを廃して奥行き方向の薄肉化を図ることができるＬＥＤ照明装置を提供することにある。
【０００８】
他方、ＬＥＤ照明装置に対しては更なる高出力化が要求されており、最近では１つのＬＥＤ照明装置への投入電力が２００Ｗを超えるものも開発されてきている。このようなＬＥＤ照明装置の大電力化に伴ってＬＥＤの発熱量も増加するため、温度によって寿命や出力が変化するＬＥＤにおいては、温度をより低く安定して駆動するための冷却構造が重要な課題となっている。
【０００９】
従って、本発明の第２の目的とする処は、ＬＥＤの温度上昇を抑えて高出力化を実現することができるＬＥＤ照明装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するため、請求項１記載の発明は、複数のＬＥＤを配置して成る光源部と、該光源部の各ＬＥＤに隣接して配置された複数の光学レンズを備えたＬＥＤ照明装置において、前記各光学レンズに前記各ＬＥＤからの光を屈折により制御する屈折制御部と各ＬＥＤからの光を反射により制御する反射制御部を設けたことを特徴とする。
【００１１】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記各光学レンズに設けられた前記反射制御部を前記屈折制御部の周囲にこれを取り囲むように配置したことを特徴とする。
【００１２】
請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の発明において、前記反射制御部は、光学レンズと空気界面での全反射を利用するものであることを特徴とする。
【００１３】
請求項４記載の発明は、請求項３記載の発明において、前記各光学レンズの表面を凸曲面とし、同各光学レンズの裏面中央部の周囲に前記反射制御部を構成する断面鋸刃状を成す入射面と反射面を形成したことを特徴とする。
【００１４】
請求項５記載の発明は、請求項１〜４の何れかに記載の発明において、前記各ＬＥＤとこれに対応する前記光学レンズを組み合わせた１組の光学系の隣接するもの同士のピッチ間隔をＰ、各光学系のＬＥＤと光学レンズ間の距離をＦ、各光学レンズの厚みをＴ、各光学レンズへの光入射有効角度をθとしたとき、前記ピッチ間隔Ｐを次式：
（Ｆ＋Ｔ）×ｔａｎθ×１．０≦Ｐ＜（Ｆ＋Ｔ）×ｔａｎθ×１．２
を満足する値に設定したことを特徴とする。
【００１５】
請求項６記載の発明は、請求項１〜５の何れかに記載の発明において、水冷ジャケット、ラジエータ、循環ポンプ及びファンを備えた水冷ユニットを設けたことを特徴とする。
【００１６】
請求項７記載の発明は、請求項１〜６の何れかに記載の発明において、前記光学レンズをポリカーボネートで構成したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
請求項１記載の発明によれば、各光学レンズは屈折制御部と反射制御部を備えるため、各ＬＥＤから出射される光は各光学レンズにおいて屈折制御及び反射制御されて所望の配光パターンが得られる。このように光学レンズのみで所望の配光パターンが得られるために従来必要であったリフレクタが不要となり、この結果、ＬＥＤ照明装置の奥行き方向の薄肉化が実現し、該ＬＥＤ照明装置の建材等への取り付けにスペースメリットが得られる。
【００１８】
請求項２記載の発明によれば、各ＬＥＤからの光を各光学レンズへの光入射有効角度までの中央部分に配置された屈折制御部によって配光し、屈折制御部以外の周囲に入射する光を反射制御部によって反射制御することによって殆ど全ての光を漏れなく光学レンズに取り込むことができるため、リフレクタを設けなくても高効率で高精度な配光制御が可能となる。
【００１９】
請求項３記載の発明によれば、反射制御部は、光学レンズと空気界面での全反射を利用するものであるため、反射膜を設ける方式を採用した場合の反射膜の生成工程等が不要となってコスト的に有利となる。
【００２０】
請求項４記載の発明によれば、各光学レンズの裏面の中央部を囲む反射制御部を構成する面を断面鋸刃状を成す入射面と反射面とで構成したため、各ＬＥＤからの光は光学レンズによって効率良く集光されて利用効率が高められるとともに、高精度な配光制御が可能となる。
【００２１】
請求項５記載の発明によれば、複数組の光学系の隣接するもの同士のピッチ間隔Ｐの許容範囲を設定することによって、１組の光学系からの光が隣接する光学系の光学レンズに入射しない範囲でピッチ間隔Ｐを可能な限り詰めて光源部、延いてはＬＥＤ照明装置全体の小型コンパクト化を図ることができる。
【００２２】
請求項６記載の発明によれば、ＬＥＤにおいて発生する熱は、水冷ユニットの循環経路を流れる冷却水によって冷却され、冷却水がＬＥＤから受け取った熱はラジエータによって外気に放出される。このため、ＬＥＤが強制冷却されて温度上昇が抑えられ、この結果、ＬＥＤ照明装置の高出力化が実現される。
【００２３】
請求項７記載の発明によれば、光学レンズをアクリル材等の他の樹脂材よりも光学屈折が高いポリカーボネートで構成したため、ＬＥＤ照明装置の奥行き方向の一層の薄肉化が可能となる。又、ポリカーボネートは機械的破壊強度と耐衝撃性が高いため、これによって構成される光学レンズの耐久性が高められる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明に係るＬＥＤ照明装置の斜視図である。
【図２】図１の矢視Ａ方向の図である。
【図３】図１の矢視Ｂ方向の図である。
【図４】図３のＣ−Ｃ線断面図である。
【図５】図３のＤ−Ｄ線断面図である。
【図６】図３のＥ−Ｅ線断面図である。
【図７】本発明に係るＬＥＤ照明装置の分解斜視図である。
【図８】本発明に係るＬＥＤ照明装置の水冷ユニットの基本構成図である。
【図９】光源部の光学レンズを裏面側から見た正面図である。
【図１０】図９のＦ−Ｆ線断面図である。
【図１１】光学レンズによる配光パターンを示す図である。
【図１２】隣接する光学系の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
【００２６】
先ず、本発明に係るＬＥＤ照明装置の全体構成を図１〜図８に基づいて以下に説明する。尚、図１は本発明に係るＬＥＤ照明装置の斜視図、図２は図１の矢視Ａ方向の図、図３は図１の矢視Ｂ方向の図、図４は図３のＣ−Ｃ線断面図、図５は図３のＤ−Ｄ線断面図、図６は図３のＥ−Ｅ線断面図、図７は本発明に係るＬＥＤ照明装置の分解斜視図、図８は同ＬＥＤ照明装置の水冷ユニットの基本構成図である。
【００２７】
本発明に係るＬＥＤ照明装置１は、図４〜図７に示すように、矩形ボックス状のハウジング２の内部に光源部３と空冷ユニット４及び水冷ユニット５を組み込んで構成されている。尚、以下の説明におけるＬＥＤ照明装置１の上下は図１に示す状態においてのものであって、該ＬＥＤ照明装置１の設置が必ずしも図１に示す状態でなされる訳ではない。
【００２８】
上記ハウジング２は、ＰＣ等の樹脂或はアルミニウム等の金属で構成されており、図１に示すように、その周面には縦方向の長い複数のスリットから成る吸気口６が形成され、上面には扇形の複数のスリットから成る排気口７が形成されている。そして、このハウジング２の下面は開口しており、この開口部には前記光源部３が嵌め込まれて固定されている。
【００２９】
上記光源部３は、図４〜図７に示すように、光源であるＬＥＤ８（図８参照）を実装して成る複数（図示例では９枚）のメタル基板９と、これらのメタル基板９を取り付ける矩形プレート状のベース１０及びハウジング２の下面開口部に嵌め込まれる矩形プレート状の透明な樹脂製のレンズプレート１１を含んで構成されている。ここで、レンズプレート１１には、各ＬＥＤ８に対応して複数（図示例では９個）の凸レンズとしての光学レンズ１１Ａが形成されている。尚、図７において、１２はケーブルコネクタである。
【００３０】
本実施の形態では、ＬＥＤ８を実装して成る９枚のメタル基板９は縦横３列のマトリックス状に配置されており、これに対応してアルミダイキャスト製のベース１０にもＬＥＤ８と同数の台座１０ａ（図４及び図６参照）が縦横３列のマトリックス状に一体に突設されている。又、レンズプレート１１にも各ＬＥＤ８に対応する９個の光学レンズ１１Ａが縦横３列のマトリックス状に配置されている。そして、各メタル基板９は、矩形の熱伝導性シート１３を介してベース１０の各台座１０ａにネジ止めによって固定されている。尚、各熱伝導シート１３は、絶縁性と熱伝導率の高いシリコン等によって構成されている。
【００３１】
又、前記空冷ユニット４は、図７に示すように、下面が開口する矩形ボックス状の回路ケース１４がヒートシンクとして機能しており、該回路ケース１４の内部には不図示の各種電子部品が実装された回路基板１５が組み込まれ、その下面開口部は矩形プレート状のカバー１６によって覆われている。ここで、回路ケース１４は熱伝導率の高いアルミダイキャスト等によって成形されており、その上面には放熱部を構成する多数の放熱ピン１７が一体に突設されている。そして、この回路ケース１４の内部上面には回路基板１５が絶縁性と熱伝導率の高いシリコン等から成る矩形の熱伝導シート１８を介して密着されている。尚、回路ケース１４とカバー１６との接合部にはＯリング１９が介装されており、このＯリング１９のシール作用によって回路ケース１４内が密封され、外部から回路ケース１４内への水等の浸入が防がれている。又、本実施の形態では、回路ケース１４に放熱ピン１７を突設したが、この放熱ピン１７に代えて放熱フィンを回路ケース１４に形成しても良い。
【００３２】
前記水冷ユニット５は、図４〜図８に示すように、熱交換器である水冷ジャケット２０と、該水冷ジャケット２０において受熱して温度が高くなった冷却水を外気（冷却風）との熱交換によって冷却するラジエータ２１と、該ラジエータ２１に冷却風を供給するファン２２と、冷却水を閉ループの循環経路内で循環させる循環ポンプ２３及び冷却水を貯留するリザーブタンク２４を備えており、ファン２２はラジエータ２１と対向してこれの上方に配置されている。
【００３３】
ところで、上記水冷ジャケット２０は、中空の矩形板状に成形されており、図４〜図６に示すように、その内部には冷却水通路が形成されている。そして、この冷却ジャケット１０の一端上には、図５及び図７に示すように、ラジエータ２１において外気（冷却風）との熱交換によって冷却された冷却水が流入する入口パイプ２５と、当該水冷ジャケット２０において受熱して温度が高くなった冷却水を排出する出口パイプ２６が立設されている。
【００３４】
而して、本実施の形態では、図４及び図６に示すように、ハウジング２内下部の底部に水冷ジャケット２０が水平に配置されており、この水冷ジャケット２０を挟んでこれの上下に空冷ユニット４と光源部３が配置されている。ここで、水冷ジャケット２０の下面側に配された光源部３は、そのベース１０が矩形の熱伝導シート２７を介して水冷ジャケット２０の下面に密着している。尚、本実施の形態では、熱伝導シート２７は、絶縁性と熱伝導率の高いシリコン等によって構成されている。
【００３５】
又、空冷ユニット４は、そのカバー１６が水冷ジャケット２０の上面に密着する状態で該水冷ジャケット２０の上面側に配置されている。尚、本実施の形態では、冷却水として水にプロピレングリコールを混合して成る不凍液が使用されている。
【００３６】
他方、図４及び図６に示すように、ハウジング２内の水冷ジャケット２０から離間した上部には前記ラジエータ２１とファン２２が配置されており、水冷ジャケット２０とラジエータ２１との間には空間部Ｓが形成され、この空間部Ｓに空冷ユニット４と前記循環ポンプ２３及び前記リザーブタンク２４が配置されている。具体的には、水冷ジャケット２０上には門型のシャーシ２８が立設されており、このシャーシ２８によって囲まれる空間に空冷ユニット４が配され、シャーシ２８上に循環ポンプ２３とリザーブタンク２４が設置されている。
【００３７】
ここで、図５及び図８に示すように、水冷ジャケット２０の出口パイプ２６から上方へ立ち上がる配管（ゴムホース）２９は、ラジエータ２１の入口パイプ３０に連結されており、ラジエータ２１の出口パイプ３１から延びる配管（ゴムホース）３２は、下方に延びた後に略直角に曲げられて循環ポンプ２３の吸入側に接続されている。そして、循環ポンプ２３の吐出側から延びる配管（ゴムホース）３３は、図８に示すようにリザーブタンク２４の入口側に接続されており、リザーブタンク２４の出口側から下方に延びる配管（ゴムホース）３４は水冷ジャケット２０の入口パイプ２５に接続されている。このように水冷ジャケット２０、ラジエータ２１、循環ポンプ２３及びリザーブタンク２４は配管（ゴムホース）２９，３２〜３４によって連結されて開ループを成す循環経路が形成されており、この循環経路を冷却水が循環することによって所要の冷却作用がなされる。
【００３８】
次に、本発明の要旨を構成する光源部３の構成の詳細と作用を図９〜図１２に基づいて説明する。
【００３９】
図９は光源部の光学レンズを裏面側から見た正面図、図１０は図９のＦ−Ｆ線断面図、図１１は光学レンズによる配光パターンを示す図、図１２は隣接する光学系の断面図である。
【００４０】
図９及び図１０には１つのＬＥＤ８とこれに対応する１つの光学レンズ１１Ａを示すが、各光学レンズ１１ＡにはＬＥＤ８からの光を屈折により制御する円形の屈折制御部１１ａがＬＥＤ８に対向する中心部に設けられ、ＬＥＤ８からの光を反射により制御するリング状の反射制御部１１ｂが前記屈折制御部１１ａの周囲にこれを囲むように設けられている。
【００４１】
ところで、ＬＥＤ８から発光する指向角度特性は、一般的にランバシアン発光を有しているため、各光学レンズ１１Ａは、ランバシアン発光を漏れなく取り込み、取り込まれた光が光学レンズ１１Ａを透過した後に所望の配光角度特性を有するよう構成されている。具体的には、光学レンズ１１Ａの光軸Ｘ上は特にスポット的な配光を得るのに適しているため、図１０に示す出射発光角度αの範囲に屈折制御部１１ａを配置し、その周囲の発光出射角度βまでのランバシアン発光部の領域に反射制御部１１ｂを配置している。
【００４２】
各光学レンズ１１Ａは、光学屈折率が１．５８のポリカーボネートで構成されており、その表面ａは円形の凸曲面で構成され、裏面中央部には前記屈折制御部１１ａを構成する円形の凸曲面ｂが形成され、その周囲には前記反射制御部１１ｂを構成する断面鋸刃状を成す２つの凸部１１ｃ，１１ｄが内外に同心状に形成されている。ここで、各凸部１１ｃ，１１ｄには、ＬＥＤ８の光軸Ｘ方向と略平行な入射面ｃ，ｅと、円弧状の凸曲面を成す反射面ｄ，ｆをそれぞれ備えており、各反射面ｄ，ｆは当該光学レンズ１１Ａと空気界面での全反射を利用するものである。尚、以上は１つのＬＥＤ８とこれに対応する１つの光学レンズ１１Ａの構成を示したが、他のＬＥＤ８と光学レンズ１１Ａも同様に構成されている。
【００４３】
而して、以上のように構成された光源部３を備えたＬＥＤ照明装置１が起動されて光源部３と回路ケース１４内の回路基板１５及び水冷ユニット５に電源が供給されると、光源部３の複数（本実施の形態では９個）のＬＥＤ８が発光し、その光はレンズプレート１１に設けられた各光学レンズ１１Ａを透過して図１の下方に向かって照射されることによって前方を照明する。ここで、各ＬＥＤ８から出射される光の経路を図１０に矢印にて示すが、ＬＥＤ８から出射して光学レンズ１１Ａの中央部の屈折制御部１１ａへと入射する光Ｌ０は、屈折制御部１１ａによって屈折して光学レンズ１１Ａの表面ａから矢印方向（図１０の上方）に出射して照明に供される。
【００４４】
又、ＬＥＤ８から出射して光学レンズ１１Ａの周囲の反射制御部１１ｂの各凸部１１ｃ，１１ｄの入射面ｃ，ｅから光学レンズ１１Ａ内にそれぞれ入射した光Ｌ１，Ｌ２は各凸部１１ｃ，１１ｄ内で屈折した後に各反射面ｄ，ｆに達し、各反射面ｄ，ｆでそれぞれ全反射して光学レンズ１１Ａの表面ａから図１０に示すそれぞれの方向に出射して照明に供される。ここで、各ＬＥＤ８からの光が光学レンズ１１Ａを透過することによって屈折制御及び反射制御されることによって得られる配光パターンを図１１に示すが、同図に示すように、光学レンズ１１Ａの屈折制御部１１ａによって屈折制御された光Ｌ０が中央部に分布し、その周囲に、反射制御部１１ｂの断面鋸刃状の凸部１１ｄ，１１ｃを透過して反射制御された光Ｌ２，Ｌ１が分布する。
【００４５】
以上のように、本発明に係るＬＥＤ照明装置１においては、各光学レンズ１１Ａは屈折制御部１１ａと反射制御部１１ｂを備えているため、各ＬＥＤ８から出射される光Ｌ０〜Ｌ２は各光学レンズ１１Ａにおいて屈折制御及び反射制御されて図１１に示すような所望の配光パターンが得られる。このように光学レンズ１１Ａのみで所望の配光パターンが得られるために従来必要であったリフレクタが不要となり、この結果、ＬＥＤ照明装置１の奥行き方向の薄肉化が実現し、該ＬＥＤ照明装置１の建材等への取り付けにスペースメリットが得られる。尚、従来はＬＥＤの出射面と光学レンズ面との間に２０ｍｍ以上の距離が必要であったが、本実施の形態ではその距離を１０ｍｍまで短縮することができた。
【００４６】
そして、本実施の形態では、各ＬＥＤ８からの光を各光学レンズ１１Ａへの光入射有効角度αまでの中央部分に配置された屈折制御部１１ａによって配光し、屈折制御部１１ａ以外の発光出射角度βまでのランバシアン発光部の領域に配置された反射制御部１１ｂに入射する光を反射制御することによって殆ど全ての光を漏れなく光学レンズ１１Ａに取り込むことができるため、リフレクタを設けなくても高効率で高精度な配光制御が可能となる。
【００４７】
又、本実施の形態では、光学レンズ１１Ａの反射制御部１１ａは、該光学レンズ１１Ａと空気界面での全反射を利用するものであるため、反射膜を設ける方式を採用した場合の反射膜の生成工程等が不要となってコスト的に有利となる。
【００４８】
更に、本実施の形態では、光学レンズ１１Ａをアクリル材等の他の樹脂材よりも光学屈折が高いポリカーボネートで構成したため、ＬＥＤ照明装置１の奥行き方向の一層の薄肉化が可能となる。又、ポリカーボネートは機械的破壊強度と耐衝撃性が高いため、これによって構成される光学レンズ１１Ａの耐久性が高められる。
【００４９】
ここで、１つのＬＥＤ８とこれに対応する１つの光学レンズ１１Ａを組み合わせて１組の光学系とした場合、図１２に示すように、隣接する光学系同士のピッチ間隔をＰ、各光学系のＬＥＤ８と光学レンズ１１Ａ間の距離をＦ、各光学レンズ１１Ａの厚みをＴ、各光学レンズ１１Ａへの光入射有効角度をθとしたとき、ピッチ間隔Ｐは次式：
（Ｆ＋Ｔ）×ｔａｎθ×１．０≦Ｐ＜（Ｆ＋Ｔ）×ｔａｎθ×１．２
を満足する値に設定されている。
【００５０】
而して、複数組の光学系の隣接するもの同士のピッチ間隔Ｐの許容範囲を上式のように設定することによって、１組の光学系からの光が隣接する他の光学系の光学レンズ１１Ａに入射しない範囲でピッチ間隔Ｐを可能な限り詰めて光源部３、延いてはＬＥＤ照明装置１全体の小型コンパクト化を図ることができる。
【００５１】
ところで、ＬＥＤ照明装置１が起動されて光源部３のＬＥＤ８が発光すると、該ＬＥＤ８とこれの点灯制御する回路基板１５の各種電子部品（不図示）が発熱し、そのままでは光源部３と回路基板１５が過熱されて温度が上昇する。
【００５２】
然るに、本実施の形態では、水冷ユニット５が同時に駆動され、光源部３と空冷ユニット４のヒートシンクとしての回路ケース１４は、図８に示す循環経路を循環する冷却水によって強制冷却されてその温度上昇が抑えられる。又、光源部３と回路基板１５において発生した熱は回路ケース１４へと伝導し、回路ケース１４の表面及び多数の放熱ピン１７から放熱し、この放熱はファン２２によって吸気口６からハウジング２内に導入されて排気口７へと向かって流れる冷却風によって促進される。
【００５３】
水冷ユニット５において、循環ポンプ２３によって循環経路を循環する冷却水は、水冷ジャケット２０において光源ユニット３及び回路基板１５において発生する熱を受熱して光源部３及び回路ケース１４とその内部の回路基板１５を冷却し、受熱して温度の高くなった冷却水は、配管２９を通ってラジエータ２１へと導入される。
【００５４】
他方、ファン２２が不図示のモータによって回転駆動されると、外気がハウジング２の周面に形成された吸気口６から冷却風としてハウジング２内に側方から吸引され、この冷却風は水冷ジャケット２０とラジエータ２１との間に形成された空間部Ｓを上方に向かって流れ、その過程でラジエータ２１を通過し、ハウジング２の上面に開口する排気口７から外部に排出される。そして、ラジエータ２１においては、ここを通過する冷却風によって冷却水の熱が外部に放熱されて該冷却水が冷却され、温度の下がった冷却液水は、配管３２を通って循環ポンプ２３に吸引される。
【００５５】
循環ポンプ２３に吸引された冷却水は昇圧された後に循環ポンプ２３から配管３３を通ってリザーブタンク２４へと送り出され、その一部はリザーブタンク２４に貯留され、残りの冷却水はリザーブタンク２４から配管３４を通って水冷ジャケット２０へと導入されて光源部３と回路ケース１４とその内部の回路基板１５の冷却に供される。そして、以上の作用（冷却サイクル）が連続的に繰り返されて光源部３と回路ケース１４及び回路基板１５が水冷ジャケット２０を流れる冷却水によって強制冷却され、それらの温度上昇が一定値以下に抑えられる。
【００５６】
而して、本実施の形態では、水冷ジャケット２０を挟んでこれの上下に空冷ユニット４と光源部３を配置したため、循環ポンプ２３によって冷却水が閉ループの循環経路を循環することによって、水冷ジャケット２０の両側に配された光源部３と回路ケース１４及び回路基板１５が冷却水によって同時に強制冷却される。又、空冷ユニット４での放熱によって回路ケース１４と回路基板１５が空冷される。この結果、これらの光源部３と回路基板１５の温度上昇が抑えられて当該ＬＥＤ照明装置１の高出力化が実現される。
【符号の説明】
【００５７】
１ ＬＥＤ照明装置
２ ハウジング
３ 光源部
４ 空冷ユニット
５ 水冷ユニット
６ 吸気口
７ 排気口
８ ＬＥＤ
９ メタル基板
１０ ベース
１０ａ ベースの台座
１１ レンズプレート
１１Ａ 光学レンズ
１１ａ 光学レンズの屈折制御部
１１ｂ 光学レンズの反射制御部
１１ｃ，１１ｄ 光学レンズの凸部
１２ ケーブルコネクタ
１３ 熱伝導シート
１４ 回路ケース
１５ 回路基板
１６ カバー
１７ 放熱ピン
１８ 熱伝導シート
１９ Ｏリング
２０ 水冷ジャケット
２１ ラジエータ
２２ ファン
２３ 循環ポンプ
２４ リザーブタンク
２５ 水冷ジャケットの入口パイプ
２６ 水冷ジャケットの出口パイプ
２７ 熱伝導シート
２８ シャーシ
２９ 配管（ゴムホース）
３０ ラジエータの入口パイプ
３１ ラジエータの出口パイプ
３２〜３４ 配管（ゴムホース）
ａ 光学レンズの表面
ｂ 光学レンズ裏面の凸曲面
ｃ，ｅ 光学レンズの入射面
ｄ，ｆ 光学レンズの出射面
Ｆ ＬＥＤと光学レンズ間の距離
Ｐ 隣接する光学系同士のピッチ間隔
Ｔ 光学レンズの厚み
Ｘ 光軸
α，β 発光出射角度
θ 光学レンズへの光入射有効角度
Ｓ 空間部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のＬＥＤを配置して成る光源部と、該光源部の各ＬＥＤに隣接して配置された複数の光学レンズを備えたＬＥＤ照明装置において、
前記各光学レンズに前記各ＬＥＤからの光を屈折により制御する屈折制御部と各ＬＥＤからの光を反射により制御する反射制御部を設けたことを特徴とするＬＥＤ照明装置。
【請求項２】
前記各光学レンズに設けられた前記反射制御部を前記屈折制御部の周囲にこれを取り囲むように配置したことを特徴とする請求項１記載のＬＥＤ照明装置。
【請求項３】
前記反射制御部は、光学レンズと空気界面での全反射を利用するものであることを特徴とする請求項１又は２記載のＬＥＤ照明装置。
【請求項４】
前記各光学レンズの表面を凸曲面とし、同各光学レンズの裏面中央部の周囲に前記反射制御部を構成する断面鋸刃状を成す入射面と反射面を形成したことを特徴とする請求項３記載のＬＥＤ照明装置。
【請求項５】
前記各ＬＥＤとこれに対応する前記光学レンズを組み合わせた１組の光学系の隣接するもの同士のピッチ間隔をＰ、各光学系のＬＥＤと光学レンズ間の距離をＦ、各光学レンズの厚みをＴ、各光学レンズへの光入射有効角度をθとしたとき、前記ピッチ間隔Ｐを次式：
（Ｆ＋Ｔ）×ｔａｎθ×１．０≦Ｐ＜（Ｆ＋Ｔ）×ｔａｎθ×１．２
を満足する値に設定することを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載のＬＥＤ照明装置。
【請求項６】
水冷ジャケット、ラジエータ、循環ポンプ及びファンを備えた水冷ユニットを設けたことを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載のＬＥＤ照明装置。
【請求項７】
前記光学レンズをポリカーボネートで構成したことを特徴とする請求項１〜６の何れかに記載のＬＥＤ照明装置。
【請求項１】
複数のＬＥＤを配置して成る光源部と、該光源部の各ＬＥＤに隣接して配置された複数の光学レンズを備えたＬＥＤ照明装置において、
前記各光学レンズに前記各ＬＥＤからの光を屈折により制御する屈折制御部と各ＬＥＤからの光を反射により制御する反射制御部を設けたことを特徴とするＬＥＤ照明装置。
【請求項２】
前記各光学レンズに設けられた前記反射制御部を前記屈折制御部の周囲にこれを取り囲むように配置したことを特徴とする請求項１記載のＬＥＤ照明装置。
【請求項３】
前記反射制御部は、光学レンズと空気界面での全反射を利用するものであることを特徴とする請求項１又は２記載のＬＥＤ照明装置。
【請求項４】
前記各光学レンズの表面を凸曲面とし、同各光学レンズの裏面中央部の周囲に前記反射制御部を構成する断面鋸刃状を成す入射面と反射面を形成したことを特徴とする請求項３記載のＬＥＤ照明装置。
【請求項５】
前記各ＬＥＤとこれに対応する前記光学レンズを組み合わせた１組の光学系の隣接するもの同士のピッチ間隔をＰ、各光学系のＬＥＤと光学レンズ間の距離をＦ、各光学レンズの厚みをＴ、各光学レンズへの光入射有効角度をθとしたとき、前記ピッチ間隔Ｐを次式：
（Ｆ＋Ｔ）×ｔａｎθ×１．０≦Ｐ＜（Ｆ＋Ｔ）×ｔａｎθ×１．２
を満足する値に設定することを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載のＬＥＤ照明装置。
【請求項６】
水冷ジャケット、ラジエータ、循環ポンプ及びファンを備えた水冷ユニットを設けたことを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載のＬＥＤ照明装置。
【請求項７】
前記光学レンズをポリカーボネートで構成したことを特徴とする請求項１〜６の何れかに記載のＬＥＤ照明装置。
【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２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１０−２７２４６３（Ｐ２０１０−２７２４６３Ａ）
【公開日】平成２２年１２月２日（２０１０．１２．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１２５２２６（Ｐ２００９−１２５２２６）
【出願日】平成２１年５月２５日（２００９．５．２５）
【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２２年１２月２日（２０１０．１２．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年５月２５日（２００９．５．２５）
【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 ]