レンズ構造および光源装置
【課題】光の利用効率が高められ、しかも全体構成の簡略化を図って、小型化及び軽量化を達成できるレンズ構造および光源装置を提供する。
【解決手段】臨界角以下に入射した光を平行光として出射する平行屈曲レンズ部２９を有するアウタレンズ体２２を備える。臨界角以下で平行屈曲レンズ部２９に直接的に入射する光の外側の臨界角を越える光を屈曲させて、臨界角以下で入射した光よりも外側において、前記屈曲させた光を平行屈曲レンズ部２９に臨界角以下で入射させるインナレンズ体２３を備える。
【解決手段】臨界角以下に入射した光を平行光として出射する平行屈曲レンズ部２９を有するアウタレンズ体２２を備える。臨界角以下で平行屈曲レンズ部２９に直接的に入射する光の外側の臨界角を越える光を屈曲させて、臨界角以下で入射した光よりも外側において、前記屈曲させた光を平行屈曲レンズ部２９に臨界角以下で入射させるインナレンズ体２３を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レンズ構造および光源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＬＥＤ（発光ダイオード）や白熱電球等の光源は、光が放射状に発光し、放射光束を形成する。このため、このような光源を照明等に使用する場合には、一つの光軸に平行な平行光に集光させる必要がある。
【０００３】
平行光に集光する手段としては、図１１に示すようにフルネルレンズを使用するもの、図１２に示すように放物面レンズを使用するもの、図１３に示すように放物面レンズおよび放物面反射鏡を使用するもの等がある。
【０００４】
すなわち、図１１に示す光源装置は、図１１（ａ）に示すように、ケーシング１と、このケーシング１に収容される光源（例えばＬＥＤ）２とを備える。ケーシング１は、有底短円筒状の本体部１ａと、この本体部１ａの開口部を塞ぐ基板１ｂとからなる。そして、基板１ｂの中央部に前記光源２が付設され、本体部１ａの底壁（レンズ部材）３の内面にフルネルレンズ４を形成している。このため、光源２であるＬＥＤに電流が供給されると、このＬＥＤが発光して光Ｌ０がフルネルレンズ４に入射することになる。このフルネルレンズ４にて入射された光Ｌ０は装置軸心Ｏ方向と平行な平行光Ｌ０１に屈曲されてケーシング１の底壁（レンズ部材）３から出射される。このため、図１１（ｂ）に示すような円形断面の光線束（平行光束）Ａ１が形成される。なお、基板１ｂには、前記光源２の他に回路部品（電子部品）が実装されている。
【０００５】
図１２に示す光源装置は、基板５上に配置される光源６と、この光源６の前方に配置される内部全反射型の放物面レンズ７とを備える。内部全反射型の放物面レンズ７とは、光源側の開口部８から入光した光Ｌ０を内面にて反射して、装置軸心Ｏに平行な平行光Ｌ０１を、反光源側の開口部９から出射する。このため、図１２（ｂ）に示すような円形断面の光線束（平行光束）Ａ２が形成される。
【０００６】
また、図１３に示す光源装置は、放物面反射鏡１１の中心部に光源１２を配置し、この光源１２の前方に内部全反射型の放物面レンズ１３を配置している。このため光源側の開口部１４から放物面レンズ１３に入光した光Ｌ０は、放物面レンズ１３にて反射されて、放物面レンズ１３の軸心に平行な平行光Ｌ０１を、反光源側の開口部１５から出射する。また、光源側の開口部１４から放物面レンズ１３に入光しない光源１２からの光Ｌが放物面反射鏡１１に反射されて、平行光Ｌ３なって出射される。このため、図１３（ｂ）に示すように、図１２（ｂ）に示す光線束Ａ２よりも大きい（広範囲）の光線束（平行光束）Ａ３が形成される。
【０００７】
ところが、図１１に示すように、フルネルレンズ４を使用したものでは、光源２からの光Ｌ０が臨界角を越えてフルネルレンズ４に入射した場合には、この光Ｌ０は全反射され、平行光になって出射されない。このため、図１１（ａ）に示すθ１の範囲の光を利用できないことになる。
【０００８】
また、図１２に示すように、放物面レンズ７を使用したものでは、放物面レンズ７に入光しないθ２の範囲の光を利用できないが、図１１に示すフルネルレンズ４を使用したものに比べて、この利用できないθ２に範囲は狭く、比較的光の有効利用が可能である。しかしながら、光源６にＬＥＤを使用した場合には好ましくない。すなわち、ＬＥＤは光の強さが角度によって相違する。このため、装置軸心Ｏに沿った光の強さを１００％とした場合、角度が深くなるほど（軸心Ｏに対して成す角度が大きくなるほど）光の強さが低下していく。そのため、このような放物面レンズ７を使用したものでは、軸心Ｏ近傍の光の強さが大きいものはそのまま平行光束Ａ２の中心部に対応し、軸心Ｏから離れた光の強さが小さいものから多くの平行光を構成していることになっている。このため、光の強さが強い（大きい）ところを利用することができなかった。また、形成される平行光束Ａ２としても大きくできなかった。
【０００９】
図１３に示すように放物面レンズ１３と放物面反射鏡１１とを組み合わせた場合、図１２に示すように放物面レンズ７のみを使用したものよりは、多少平行光束Ａ３が大径となる。しかしながら、この場合も、放物面レンズ１３を使用しているので、光の強さが強いところを利用することができなかった。
【００１０】
このため、従来には、光に利用効率の向上を図ることができる集光器が提案されている(特許文献１)。この特許文献１に記載のものは、形成する平行光に対して所定角度で傾斜した複数の反射面（例えば、第１反射面と第２反射面と第３反射面と第４反射面との４つの反射面）と、これら反射面よりも内径側に設けられるレンズ部とを備える。
【００１１】
この場合、第４反射面を、光軸に対して第１反射面よりも内側に位置させ、第２反射面を、光軸に対して第１反射面よりも外側に位置させ、第３反射面を、光軸に対して第１反射面よりも外側に位置させている。
【００１２】
そして、各反射面に入射した光は、この反射面にて反射されて平行光となって出射されるように構成している。すなわち、レンズ部を外れる放射角範囲の放射光を第１反射面にて受け、第１反射面を外れる放射角範囲の放射光を第４反射面にて受け、第４反射面を外れる放射角範囲の放射光を第２反射面で受け、第２反射面を外れる放射角範囲の放射光を第３反射面にて受けるようにしている。これによって、光の利用効率が高めるようにしている。
【特許文献１】特開２００５−２０９４７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、光に利用効率の向上を図るように構成した前記特許文献１に記載のものでは、極めて複雑が形状であって、加工性に劣ってコスト高となるとともに、精度のよい集光器の提供が困難であった。また、この集光器では、一つの透光部材からなるブロック体にて構成され、比較的大きく重量も大となって、コンパクト化に問題があった。
【００１４】
本発明は、上記課題に鑑みて、光の利用効率が高められ、しかも全体構成の簡略化を図って、小型化及び軽量化を達成できるレンズ構造および光源装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明のレンズ構造は、臨界角以下に入射した光を平行光として出射する平行屈曲レンズ部を有するアウタレンズ体と、臨界角以下で平行屈曲レンズ部に直接的に入射する光の外側の臨界角を越える光を屈曲させて、臨界角以下で入射した光よりも外側において、前記屈曲させた光を平行屈曲レンズ部に臨界角以下で入射させるインナレンズ体とを備えたものである。
【００１６】
本発明のレンズ構造によれば、臨界角を越える光は、インナレンズ体にて臨界角以下になるように屈曲される。このため、光源から直接的に臨界角以下に入射する光および光源から直接的に臨界角以下に入射しない光を平行屈曲レンズ部にて平行光として出射することができる。しかも、直接的に臨界角以下に入射しない光を、臨界角以下で入射した光よりも外側において，平行屈曲レンズ部に臨界角以下で入射させるので、アウタレンズ体から出射される平行光束の断面積を大きくすることができる。
【００１７】
前記アウタレンズ体の平行屈曲レンズ部にフルネルレンズを用いることができる。また、インナレンズ体がアウタレンズ体と独立して配置されていても、インナレンズ体がアウタレンズ体に連設されていてもよい。
【００１８】
また、他のレンズ構造は、臨界角以下に入射した光を平行光として出射する平行屈曲レンズ部を有するアウタレンズ体と、臨界角以下で平行屈曲レンズ部に直接的に入射する光の外側の臨界角を越える光を反射させて、臨界角以下で入射した光よりも外側において、前記反射させた光を平行光とする放物面反射鏡とを備えたものである。
【００１９】
他のレンズ構造では、臨界角を越える光は、放物面反射鏡にて平行光とされる。このため、光源から直接的に臨界角以下に入射する光および光源から直接的に臨界角以下に入射しない光を平行光として出射することができる。しかも、直接的に臨界角以下に入射しない光を、臨界角以下で入射した光よりも外側において平行光とするので、アウタレンズ体から出射される平行光束の断面積を大きくすることができる。
【００２０】
前記アウタレンズ体は、平行光を拡散させる拡散レンズ部を備えていてもよい。平行光のまま出射するものでは、その照明光はスポット状の比較的小さい光の束となる。このため、拡散レンズ部を備えるようにすれば、照明範囲を大きくすることができる。
【００２１】
本発明の光源装置は、光源と、この光源からの放射光を平行光として出射するレンズ構造とを備え、レンズ構造に前記請求項１〜請求項５のいずれかのレンズ構造を用いたものである。
【００２２】
本発明の光源装置によれば、光源からの放射光がレンズ構造に入光すれば、アウタレンズ体の平行屈曲レンズ部に対して臨界角以下で入射する光はこのまま平行屈曲レンズ部に入射して平行光となる。また、平行屈曲レンズ部に対して臨界角を越える光はインナレンジ体にて平行屈曲レンズ部に対して臨界角以下で入射する光となるように、屈曲する。このため、光源からの放射光の多くをレンズ構造を介して平行光として出射させることができる。
【００２３】
また、光源装置として、光源が前記レンズ構造の軸心上に配置される点光源であり、レンズ構造体にて出射される平行光が円形断面に収束されるものであっても、光源が線光源であり、レンズ構造体にて出射される平行光が矩形断面に収束されるものであってもよい。
【発明の効果】
【００２４】
本発明のレンズ構造によれば、光源から直接的に臨界角以下に入射する光および光源から直接的に臨界角以下に入射しない光を平行屈曲レンズ部にて平行光として出射することができる。このため、光の利用効率が高められる。しかも、アウタレンズ体から出射される平行光束の断面積を大きくすることができる。このため、照明範囲の拡大を図ることができるとともにその照明範囲を明るく照らすことができる。また、アウタレンズ体とインナレンズ体との組合せによって、このレンズ構造を構成することができ、全体構成の簡略化を図ることができる。これによって、軽量化及び小型化を図ることができ、使用用途が拡大する。しかも、インナレンズ体を使用することによって、従来では利用できない方向に照射される光を利用することができ、光のロス（損失）を極めて少なくできる。
【００２５】
アウタレンズ体の平行屈曲レンズ部にフルネルレンズを用いることができ、平行屈曲レンズ部を確実に構成することができ、信頼性が向上する。
【００２６】
また、インナレンズ体がアウタレンズ体と独立して配置されていれば、インナレンズ体とアウタレンズ体との保守点検が容易になる利点がある。すなわち、インナレンズ体とアウタレンズ体とのどちらか一方が損傷等した場合、その損傷等した一方を修理や交換すればよく、他方をそのまま使用することができる。
【００２７】
インナレンズ体がアウタレンズ体に連設されていれば、部品点数の減少を図ることができ、組立作業の簡略化を図ることができる。
【００２８】
本発明の他のレンズ構造によれば、光源から直接的に臨界角以下に入射する光および光源から直接的に臨界角以下に入射しない光を平行光として出射することができる。このため、インナレンズ体に比べて光のロス（損失）があるが、光の利用効率が比較的高められる。しかも、放物面反射鏡はインナレンズ体に比べて構成が簡単であるので、低コストには簡単に製造できる利点がある。さらに、形成される平行光束の断面積を大きくすることができ、照明範囲の拡大を図ることができるとともにその照明範囲を明るく照らすことができる。
【００２９】
拡散レンズ部を備えたものでは、照明範囲をより大きくすることができる。このため、比較的広範囲の部位を照明する必要がある照明器具（装置）にこのレンズ構造が最適となる。
【００３０】
本発明の光源装置では、光源からの放射光の多くをレンズ構造を介して平行光として出射させることができる。このため、光源からの光の利用効率を高めることができ、光源が同じものである従来品と比べて明るい照明光を得ることができる。すなわち、この複数の光源を使用して照明装置を構成する場合に、少ない光源数でよく、コスト低減を図ることができる。しかも、照明装置全体のコンパクト化を図ることができる。
【００３１】
光源装置として、光源が前記レンズ構造の軸心上に配置される点光源であり、レンズ構造体にて出射される平行光が円形断面に収束されるものであれば、スポット的な照明に最適となる。また、光源が線光源であり、レンズ構造体にて出射される平行光が矩形断面に収束されるものであれば、広範囲の照明に最適となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
以下、本発明の実施の形態を図１〜図１０に基づいて説明する。
【００３３】
図１〜図３に本発明に係る第１実施形態の光源装置を示し、この光源装置は、ＬＥＤ（発光ダイオード）等の点光源２１ａからなる光源２１と、この光源２１ａからの放射光を平行光として出射するレンズ構造１９とを備える。レンズ構造１９は、アウタレンズ体２２と、角度変更体２０としてのインナレンズ体２３とを備える。そして、アウタレンズ体２２とインナレンズ体２３とを独立して形成している。
【００３４】
光源２１ａは基板２４に配置されるとともに、この光源２１ａを包囲すうようにインナレンズ体２３が基板２４から突設されている。インナレンズ体２３は透光性部材からなるリング体にて構成される。この場合、図１と図３に示すように、インナレンズ体２３は、外径面が反基板側に向かって縮径するテーパ面２３ａとされ、その先端面が基板側に向かって縮径するテーパ面２３ｂとされる。また、インナレンズ体２３の内径面が、内径側に凸状となる凸曲面２３ｃと、この光源装置の軸心Ｏに平行な直線状基部面２３ｄとからなる。つまり、インナレンズ体２３は、薄肉基部２５と、断面三角形状の本体部２６とで構成されることになる。なお、インナレンズ体２３に形成する透光性部材としては、合成樹脂、ガラス等を使用することができる。
【００３５】
図１に示すように、光源２１ａからの光Ｌがインナレンズ体２３の凸曲面２３ｃに入射することによって、本体部２６内で第１屈曲光Ｌ１となり、またテーパ面２３ａからは第２屈曲光Ｌ２となって出射される。この場合、第１屈曲光Ｌ１は凸曲面２３ｃに入射する光Ｌに対して軸心Ｏ側に屈曲し、第２屈曲光Ｌ２は第１屈曲光Ｌ１に対して軸心Ｏ側に屈曲する。
【００３６】
また、アウタレンズ体２２も透光性部材からなり、基板２４に対して平行でかつ軸心Ｏがその中心を通る円板状体３１にて構成される。そして、円板状体３１の外周縁に基板２４から延びる短円筒状の周壁部３２が連設されている。円板状体３１の内面３１ａには、断面三角形状の多数のリング体２７が同心円として配置され、これによってフルネルレンズ３０からなる平行屈曲レンズ部２９が構成されている。なお、アウタレンズ体２２を構成する円板状体３１と、周壁部３２とは一体に成形されて、光源収納ケース２８を構成する。また、アウタレンズ体２２に形成する透光性部材としても、合成樹脂、ガラス等を使用することができる。
【００３７】
このように、このレンズ構造１９では、インナレンズ体２３の開口部３３を介してアウタレンズ体２２に入射する光Ｌ０は、フルネルレンズ３０に臨界角以下で入射する。ここで、臨界角とは、これを越える角度で入射した場合にフルネルレンズ３０にて反射される角度である。このため、インナレンズ体２３の開口部３３を介してアウタレンズ体２２に入射する光Ｌ０(以下、直接光Ｌ０と呼ぶ場合がある)はこのアウタレンズ体２２によって、軸心Ｏに平行な平行光Ｌ０１となって出射される。
【００３８】
また、前記直接光Ｌ０よりも外側（外径側）の光（臨界角を越えてフルネルレンズ３０に入射することになる光）Ｌは、インナレンズ体２３の凸曲面２３ｃに入射することになる。このため、前記したようにこの光Ｌは第２屈曲光Ｌ２となってインナレンズ体２３から出射する。そして、第２屈曲光Ｌ２はフルネルレンズ３０に入射することになる。この場合、前記直接光Ｌ０はフルネルレンズ３０の内径側の内範囲Ｈの内側フルネルレンズ３０ａに入射し、第２屈曲光Ｌ２はフルネルレンズ３０の外径側の外範囲Ｈ１の外側フルネルレンズ３０ｂに入射する。また、内側フルネルレンズ３０ａに入射する第２屈曲光Ｌ２は臨界角以下である。
【００３９】
インナレンズ体２３を設けることなく、図１１に示す従来のフルネルレンズを有するアウタレンズ体のみを使用したレンズ構造のものと、インナレンズ体２３とアウタレンズ体２２とを備えた実施形態のレンズ構造のものとを、比較のために図４に示した。この図４（ｂ）（ｃ）から分かるように、インナレンズ体２３とアウタレンズ体２２とを備えた実施形態のレンズ構造１９のもの（図４（ａ）に記載のもの）は、インナレンズ体を有しないもの（図（ｄ）に記載のもの）より、平行光束Ａの断面積が外範囲Ｈ１分だけ大きくなっている。つまり、図４（ｃ）に示す平行光束Ａ１の径をＤとし、図４（ｂ）の径をＤ１とした場合にＤ１＞Ｄとなる。
【００４０】
このように、本発明では、光源２１ａから直接的に臨界角以下に入射する光および光源２１ａから直接的に臨界角以下に入射しない光を平行屈曲レンズ部２９にて平行光として出射することができる。このため、光の利用効率が高められる。しかも、アウタレンズ体２２から出射される平行光束Ａの断面積を大きくすることができる。このため、照明範囲の拡大を図ることができるとともにその照明範囲を明るく照らすことができる。
【００４１】
アウタレンズ体２２とインナレンズ体２３との組合せによって、このレンズ構造１９を構成することができ、全体構成の簡略化を図ることができる。これによって、軽量化及び小型化を図ることができ、使用用途が拡大する。しかも、インナレンズ体２２を使用することによって、従来では利用できない方向に照射される光を利用することができ、光のロス（損失）を極めて少なくできる。
【００４２】
また、光源２１ａからの光の利用効率を高めることができるので、光源２１ａが同じものである従来品と比べて明るい照明光を得ることができる。すなわち、この複数の光源２１を使用して照明装置を構成する場合に、少ない光源数でよく、コスト低減を図ることができる。しかも、照明装置全体のコンパクト化を図ることができる。
【００４３】
光源２１ａがレンズ構造１９の軸心Ｏ上に配置される点光源であり、レンズ構造体１９にて出射される平行光が円形断面に収束されるものであれば、スポット的な照明に最適となる。また、アウタレンズ体２２の平行屈曲レンズ部２９にフルネルレンズ３０を用いるので、平行屈曲レンズ部２９を確実に構成することができ、信頼性が向上する。
【００４４】
インナレンズ体２３がアウタレンズ体２２と独立して配置されているので、インナレンズ体２２とアウタレンズ２３との保守点検が容易になる利点がある。すなわち、インナレンズ体２２とアウタレンズ体２３とのどちらか一方が損傷等した場合、その損傷等した一方を修理や交換すればよく、他方をそのまま使用することができる。
【００４５】
図５は図１に示す光源装置を使用した懐中電灯を示す。この懐中電灯は、有底円筒形状の電池収納ケース４０に先端に図１に示す光源装置を付設したものである。この場合、電池収納ケース４０に収納された電池４２から光源２１ａに電流が供給され、光源２１ａが発光する。これによって、アウタレンズ体２２から図４（ｂ）に示すような平行光束Ａが放射される。
【００４６】
すなわち、図５に示す懐中電灯では、同様の光源２１を使用したものに比べて、光の利用効率の向上を図ることができ、照明範囲の拡大を図ることができるとともにその照明範囲を明るく照らすことができる。
【００４７】
次に図６は第２実施形態を示し、この場合、インナレンズ体２３がアウタレンズ体２２に連設されている。このインナレンズ体２３は、断面扁平三角形状のリング体からなり、アウタレンズ体２２を構成する円板状体３１の内面３１ａから基板２４側に向かって突出している。
【００４８】
この場合であっても、光源２１ａからの光Ｌがインナレンズ体２３の内径面３５に入射することによって、インナレンズ体２３内で第１屈曲光Ｌ１となり、また外径面３６からは第２屈曲光Ｌ２となって出射される。すなわち、第１屈曲光Ｌ１は内径面３５に入射する光Ｌに対して軸心Ｏ側に屈曲し、第２屈曲光Ｌ２は第１屈曲光Ｌ１に対して軸心Ｏ側に屈曲する。
【００４９】
フルネルレンズ３０の内側フルネルレンズ３０ａ（インナレンズ体２３よりも内径側のレンズ）に入射する光源２１ａからの光Ｌ０は臨界角以下であり、平行光Ｌ０１として出射される。また、インナレンズ体２３の内径面３５に入射する光Ｌは、このインナレンズ体２３に屈曲されてフルネルレンズ３０の外側フルネルレンズ３０ｂに入射する。この入射角は臨界角以下であり、平行光Ｌ３して出射される。
【００５０】
このため、図６に示すレンズ構造であっても、前記図１に示すような作用効果を奏する。また、インナレンズ体２３がアウタレンズ体２２に連設されているので、部品点数の減少を図ることができ、組立作業の簡略化を図ることができる。
【００５１】
前記各実施形態では、光源２１に点光源２１ａを使用していたが、第３実施形態を示す図７に示すように、光源２１に線光源２１ｂを使用してもよい。この場合、前壁５０ａと、側壁５０ｂ、５０ｃとからなる断面コの字状の枠体５１を備える。そして、枠体５１の前壁５０ａの内面に長手方向に沿って一対の凹凸部５２、５２を形成することによって、アウタレンズ体２２のフルネルレンズ３０、３０が形成されている。すなわち、前壁５０ａがフルネルレンズ３０、３０を有するアウタレンズ体２２を構成する。なお、枠体５１の両長手方向開口部は図示省略の蓋壁にて塞がれている。
【００５２】
この図７に示すインナレンズ体２３は、前記図１等に示すインナレンズ体２３と同様の断面形状の扁平横長リング体からなる。すなわち、基板２４の長手方向に沿って配設される一対の長辺部５３、５４と、長辺部５３、５４の長手方向端部を連結する円弧部５５とからなる。
【００５３】
このため、この図７に示す光源装置であっても、図１に示す光源装置と同様、光源２１ｂからの光Ｌがインナレンズ体２３の凸曲面２３ｃに入射することによって、本体部２６内で第１屈曲光Ｌ１となり、またテーパ面２３ａからは第２屈曲光Ｌ２となって出射される。
【００５４】
従って、インナレンズ体２３の開口部３３を介してアウタレンズ体２２に入射する光Ｌ０は、フルネルレンズ３０に臨界角以下で入射する。また、前記直接光Ｌ０よりも外側の光（臨界角を越えてフルネルレンズ３０に入射することになる光）Ｌは、第２屈曲光Ｌ２となってインナレンズ体２３から出射する。そして、第２屈曲光Ｌ２はフルネルレンズ３０に臨界角以下で入射する。
【００５５】
図７に示す光源装置でも、光源２１ｂから直接的に臨界角以下に入射する光Ｌ０および光源２１ｂから直接的に臨界角以下に入射しない光を平行屈曲レンズ部２９にて平行光として出射することができる。このため、光の利用効率が高められる。照明範囲の拡大を図ることができるとともにその照明範囲を明るく照らすことができる。特に、光源２１が線光源２１ｂであり、レンズ構造体１９にて出射される平行光が矩形断面に収束されるものであるので、広範囲の照明に最適となる。
【００５６】
次に、第４実施形態を示す図８は、アウタレンズ体２２を構成する円板状体３１の外面３１ｂに、拡散レンズ部６２を備えたものである。すなわち、図９に示すように、円板状体３１の外面３１ｂに径方向の凹溝６３を複数形成することによって、この拡散レンズ部６２を形成することができる。これにより、照明範囲をより大きくすることができる。このため、比較的広範囲の部位を照明する必要がある照明器具等にこのレンズ構造が最適となる。
【００５７】
次に第５実施形態を示す図１０は、角度変更体２０として放物面反射鏡６０を使用している。すなわち、この放物面反射鏡６０を、アウタレンズ体２２を構成する収納ケース２８に収納し、この内径反射面６１に入射した光Ｌを反射して、平行光Ｌ４を形成する。この場合、平行光Ｌ４は、フルネルレンズ３０の外側においてアウタレンズ体２２に入射することになって、このアウタレンズ体２２にて屈曲されることなくそのままの平行光Ｌ４を維持して、図１０（ｂ）に示すように、平行光束Ａとなってアウタレンズ体２２から出射される。
【００５８】
このため、図１０に示す光源装置であっても、光源２１ａから直接的に臨界角以下に入射する光Ｌ０および光源から直接的に臨界角以下に入射しない光Ｌを平行光として出射することができる。なお、インナレンズ体２３を使用したものと比べた場合、θ３の範囲の光を利用できないが、放物面反射鏡６０を使用しないものに比べて十分に光の利用効率が高められる。しかも、放物面反射鏡６０はインナレンズ体２３に比べて構成が簡単であるので、低コストには簡単に製造できる利点がある。さらに、形成される平行光束Ａの断面積を大きくすることができ、照明範囲の拡大を図ることができるとともにその照明範囲を明るく照らすことができる。また、放物面反射鏡６０にて反射されて反射光は平行光Ｌ４となっているので、アウタレンズ体２２にこの反射光が入射するフルネルレンズを形成する必要がなくなって、アウタレンズ体２２の加工性が向上する利点がある。
【００５９】
以上、本発明の実施形態につき説明したが、本発明は前記実施形態に限定されることなく種々の変形が可能であって、例えば、光源２１としては、ＬＥＤ以外に、白熱電球やハロゲン電球等の白熱灯、蛍光ランプや電球形蛍光ランプ等の放電灯等の種々のものを使用することができる。また、ＬＥＤを使用する場合、発光する色として、赤、青、緑等の種々のものを使用することができる。さらに、アウタレンズ体７７に着色すれば、放射される平行光束Ａの色を変更することができる。図６、図８、図１０等に示す光源装置であっても、図５に示すように懐中電灯に使用することができ、また、図６、図７、図８、図１０等に示す光源装置であっても、拡散レンズ部６２を設けてもよい。
【００６０】
各実施形態の光源装置を、インテリアライト、卓上スタンド、シャンデリア、及びペンライト等の種々の照明器具、また、各種の文字や記号を表示する表示灯（表示ボード）等にも使用することができる。さらには、自動車に付設される側方灯、方向指示器、補助方向指示器、及び非常点滅表示灯等に採用することができ、緊急自動車の警光灯等にも採用することができる。このように、各種の照明器具や警光灯等に採用することができ、しかも、これらに採用した際には、それらの種々の機能を有効に発揮でき、しかも省エネ化を達成できる。
【００６１】
また、照明器具や警光灯灯を構成する場合、１個の光源装置を使用しても、複数の光源装置を使用してもよい。複数の光源装置を使用する場合、全数同じ光源装置を使用しても、図１に示す光源装置と、他の例えば図６に示す相違する光源装置とを組み合わせてもよい。さらに光源装置としては、アウタレンズ体２２等の大きさ、形状、及び厚さ等も任意に変更できる。このため、複数の光源装置を使用する場合、大きさ、形状、及び厚さ等が相違するものを組み合わせてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明の第１実施形態を示す光源装置の断面図である。
【図２】前記図１の光源装置の正面図である。
【図３】前記図１の光源装置の断面斜視図である。
【図４】前記図１の光源装置と従来の光源装置との比較図である。
【図５】前記図１の光源装置の使用例を示す断面図である。
【図６】本発明の第２実施形態を示す光源装置の断面図である。
【図７】本発明の第３実施形態を示す光源装置の断面図である。
【図８】本発明の第４実施形態を示す光源装置の断面図である。
【図９】前記図８の光源装置の正面図である。
【図１０】本発明の第５実施形態を示し、（ａ）はこの光源装置の断面図であり、（ｂ）はこの光源装置の平行光束の断面図である。
【図１１】本発明の従来例を示し、（ａ）はこの光源装置の断面図であり、（ｂ）はこの光源装置の平行光束の断面図である。
【図１２】本発明の他の従来例を示し、（ａ）はこの光源装置の断面図であり、（ｂ）はこの光源装置の平行光束の断面図である。
【図１３】本発明の別の従来例を示し、（ａ）はこの光源装置の断面図であり、（ｂ）はこの光源装置の平行光束の断面図である。
【符号の説明】
【００６３】
１９ レンズ構造
２１ 光源
２１ｂ 光源
２１ａ 点光源
２１ｂ 線光源
２２ アウタレンズ体
２３ インナレンズ体
２９ 平行屈曲レンズ部
３０ フルネルレンズ
６０ 放物面反射鏡
６１ 内径反射面
６２ 拡散レンズ部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レンズ構造および光源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＬＥＤ（発光ダイオード）や白熱電球等の光源は、光が放射状に発光し、放射光束を形成する。このため、このような光源を照明等に使用する場合には、一つの光軸に平行な平行光に集光させる必要がある。
【０００３】
平行光に集光する手段としては、図１１に示すようにフルネルレンズを使用するもの、図１２に示すように放物面レンズを使用するもの、図１３に示すように放物面レンズおよび放物面反射鏡を使用するもの等がある。
【０００４】
すなわち、図１１に示す光源装置は、図１１（ａ）に示すように、ケーシング１と、このケーシング１に収容される光源（例えばＬＥＤ）２とを備える。ケーシング１は、有底短円筒状の本体部１ａと、この本体部１ａの開口部を塞ぐ基板１ｂとからなる。そして、基板１ｂの中央部に前記光源２が付設され、本体部１ａの底壁（レンズ部材）３の内面にフルネルレンズ４を形成している。このため、光源２であるＬＥＤに電流が供給されると、このＬＥＤが発光して光Ｌ０がフルネルレンズ４に入射することになる。このフルネルレンズ４にて入射された光Ｌ０は装置軸心Ｏ方向と平行な平行光Ｌ０１に屈曲されてケーシング１の底壁（レンズ部材）３から出射される。このため、図１１（ｂ）に示すような円形断面の光線束（平行光束）Ａ１が形成される。なお、基板１ｂには、前記光源２の他に回路部品（電子部品）が実装されている。
【０００５】
図１２に示す光源装置は、基板５上に配置される光源６と、この光源６の前方に配置される内部全反射型の放物面レンズ７とを備える。内部全反射型の放物面レンズ７とは、光源側の開口部８から入光した光Ｌ０を内面にて反射して、装置軸心Ｏに平行な平行光Ｌ０１を、反光源側の開口部９から出射する。このため、図１２（ｂ）に示すような円形断面の光線束（平行光束）Ａ２が形成される。
【０００６】
また、図１３に示す光源装置は、放物面反射鏡１１の中心部に光源１２を配置し、この光源１２の前方に内部全反射型の放物面レンズ１３を配置している。このため光源側の開口部１４から放物面レンズ１３に入光した光Ｌ０は、放物面レンズ１３にて反射されて、放物面レンズ１３の軸心に平行な平行光Ｌ０１を、反光源側の開口部１５から出射する。また、光源側の開口部１４から放物面レンズ１３に入光しない光源１２からの光Ｌが放物面反射鏡１１に反射されて、平行光Ｌ３なって出射される。このため、図１３（ｂ）に示すように、図１２（ｂ）に示す光線束Ａ２よりも大きい（広範囲）の光線束（平行光束）Ａ３が形成される。
【０００７】
ところが、図１１に示すように、フルネルレンズ４を使用したものでは、光源２からの光Ｌ０が臨界角を越えてフルネルレンズ４に入射した場合には、この光Ｌ０は全反射され、平行光になって出射されない。このため、図１１（ａ）に示すθ１の範囲の光を利用できないことになる。
【０００８】
また、図１２に示すように、放物面レンズ７を使用したものでは、放物面レンズ７に入光しないθ２の範囲の光を利用できないが、図１１に示すフルネルレンズ４を使用したものに比べて、この利用できないθ２に範囲は狭く、比較的光の有効利用が可能である。しかしながら、光源６にＬＥＤを使用した場合には好ましくない。すなわち、ＬＥＤは光の強さが角度によって相違する。このため、装置軸心Ｏに沿った光の強さを１００％とした場合、角度が深くなるほど（軸心Ｏに対して成す角度が大きくなるほど）光の強さが低下していく。そのため、このような放物面レンズ７を使用したものでは、軸心Ｏ近傍の光の強さが大きいものはそのまま平行光束Ａ２の中心部に対応し、軸心Ｏから離れた光の強さが小さいものから多くの平行光を構成していることになっている。このため、光の強さが強い（大きい）ところを利用することができなかった。また、形成される平行光束Ａ２としても大きくできなかった。
【０００９】
図１３に示すように放物面レンズ１３と放物面反射鏡１１とを組み合わせた場合、図１２に示すように放物面レンズ７のみを使用したものよりは、多少平行光束Ａ３が大径となる。しかしながら、この場合も、放物面レンズ１３を使用しているので、光の強さが強いところを利用することができなかった。
【００１０】
このため、従来には、光に利用効率の向上を図ることができる集光器が提案されている(特許文献１)。この特許文献１に記載のものは、形成する平行光に対して所定角度で傾斜した複数の反射面（例えば、第１反射面と第２反射面と第３反射面と第４反射面との４つの反射面）と、これら反射面よりも内径側に設けられるレンズ部とを備える。
【００１１】
この場合、第４反射面を、光軸に対して第１反射面よりも内側に位置させ、第２反射面を、光軸に対して第１反射面よりも外側に位置させ、第３反射面を、光軸に対して第１反射面よりも外側に位置させている。
【００１２】
そして、各反射面に入射した光は、この反射面にて反射されて平行光となって出射されるように構成している。すなわち、レンズ部を外れる放射角範囲の放射光を第１反射面にて受け、第１反射面を外れる放射角範囲の放射光を第４反射面にて受け、第４反射面を外れる放射角範囲の放射光を第２反射面で受け、第２反射面を外れる放射角範囲の放射光を第３反射面にて受けるようにしている。これによって、光の利用効率が高めるようにしている。
【特許文献１】特開２００５−２０９４７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、光に利用効率の向上を図るように構成した前記特許文献１に記載のものでは、極めて複雑が形状であって、加工性に劣ってコスト高となるとともに、精度のよい集光器の提供が困難であった。また、この集光器では、一つの透光部材からなるブロック体にて構成され、比較的大きく重量も大となって、コンパクト化に問題があった。
【００１４】
本発明は、上記課題に鑑みて、光の利用効率が高められ、しかも全体構成の簡略化を図って、小型化及び軽量化を達成できるレンズ構造および光源装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明のレンズ構造は、臨界角以下に入射した光を平行光として出射する平行屈曲レンズ部を有するアウタレンズ体と、臨界角以下で平行屈曲レンズ部に直接的に入射する光の外側の臨界角を越える光を屈曲させて、臨界角以下で入射した光よりも外側において、前記屈曲させた光を平行屈曲レンズ部に臨界角以下で入射させるインナレンズ体とを備えたものである。
【００１６】
本発明のレンズ構造によれば、臨界角を越える光は、インナレンズ体にて臨界角以下になるように屈曲される。このため、光源から直接的に臨界角以下に入射する光および光源から直接的に臨界角以下に入射しない光を平行屈曲レンズ部にて平行光として出射することができる。しかも、直接的に臨界角以下に入射しない光を、臨界角以下で入射した光よりも外側において，平行屈曲レンズ部に臨界角以下で入射させるので、アウタレンズ体から出射される平行光束の断面積を大きくすることができる。
【００１７】
前記アウタレンズ体の平行屈曲レンズ部にフルネルレンズを用いることができる。また、インナレンズ体がアウタレンズ体と独立して配置されていても、インナレンズ体がアウタレンズ体に連設されていてもよい。
【００１８】
また、他のレンズ構造は、臨界角以下に入射した光を平行光として出射する平行屈曲レンズ部を有するアウタレンズ体と、臨界角以下で平行屈曲レンズ部に直接的に入射する光の外側の臨界角を越える光を反射させて、臨界角以下で入射した光よりも外側において、前記反射させた光を平行光とする放物面反射鏡とを備えたものである。
【００１９】
他のレンズ構造では、臨界角を越える光は、放物面反射鏡にて平行光とされる。このため、光源から直接的に臨界角以下に入射する光および光源から直接的に臨界角以下に入射しない光を平行光として出射することができる。しかも、直接的に臨界角以下に入射しない光を、臨界角以下で入射した光よりも外側において平行光とするので、アウタレンズ体から出射される平行光束の断面積を大きくすることができる。
【００２０】
前記アウタレンズ体は、平行光を拡散させる拡散レンズ部を備えていてもよい。平行光のまま出射するものでは、その照明光はスポット状の比較的小さい光の束となる。このため、拡散レンズ部を備えるようにすれば、照明範囲を大きくすることができる。
【００２１】
本発明の光源装置は、光源と、この光源からの放射光を平行光として出射するレンズ構造とを備え、レンズ構造に前記請求項１〜請求項５のいずれかのレンズ構造を用いたものである。
【００２２】
本発明の光源装置によれば、光源からの放射光がレンズ構造に入光すれば、アウタレンズ体の平行屈曲レンズ部に対して臨界角以下で入射する光はこのまま平行屈曲レンズ部に入射して平行光となる。また、平行屈曲レンズ部に対して臨界角を越える光はインナレンジ体にて平行屈曲レンズ部に対して臨界角以下で入射する光となるように、屈曲する。このため、光源からの放射光の多くをレンズ構造を介して平行光として出射させることができる。
【００２３】
また、光源装置として、光源が前記レンズ構造の軸心上に配置される点光源であり、レンズ構造体にて出射される平行光が円形断面に収束されるものであっても、光源が線光源であり、レンズ構造体にて出射される平行光が矩形断面に収束されるものであってもよい。
【発明の効果】
【００２４】
本発明のレンズ構造によれば、光源から直接的に臨界角以下に入射する光および光源から直接的に臨界角以下に入射しない光を平行屈曲レンズ部にて平行光として出射することができる。このため、光の利用効率が高められる。しかも、アウタレンズ体から出射される平行光束の断面積を大きくすることができる。このため、照明範囲の拡大を図ることができるとともにその照明範囲を明るく照らすことができる。また、アウタレンズ体とインナレンズ体との組合せによって、このレンズ構造を構成することができ、全体構成の簡略化を図ることができる。これによって、軽量化及び小型化を図ることができ、使用用途が拡大する。しかも、インナレンズ体を使用することによって、従来では利用できない方向に照射される光を利用することができ、光のロス（損失）を極めて少なくできる。
【００２５】
アウタレンズ体の平行屈曲レンズ部にフルネルレンズを用いることができ、平行屈曲レンズ部を確実に構成することができ、信頼性が向上する。
【００２６】
また、インナレンズ体がアウタレンズ体と独立して配置されていれば、インナレンズ体とアウタレンズ体との保守点検が容易になる利点がある。すなわち、インナレンズ体とアウタレンズ体とのどちらか一方が損傷等した場合、その損傷等した一方を修理や交換すればよく、他方をそのまま使用することができる。
【００２７】
インナレンズ体がアウタレンズ体に連設されていれば、部品点数の減少を図ることができ、組立作業の簡略化を図ることができる。
【００２８】
本発明の他のレンズ構造によれば、光源から直接的に臨界角以下に入射する光および光源から直接的に臨界角以下に入射しない光を平行光として出射することができる。このため、インナレンズ体に比べて光のロス（損失）があるが、光の利用効率が比較的高められる。しかも、放物面反射鏡はインナレンズ体に比べて構成が簡単であるので、低コストには簡単に製造できる利点がある。さらに、形成される平行光束の断面積を大きくすることができ、照明範囲の拡大を図ることができるとともにその照明範囲を明るく照らすことができる。
【００２９】
拡散レンズ部を備えたものでは、照明範囲をより大きくすることができる。このため、比較的広範囲の部位を照明する必要がある照明器具（装置）にこのレンズ構造が最適となる。
【００３０】
本発明の光源装置では、光源からの放射光の多くをレンズ構造を介して平行光として出射させることができる。このため、光源からの光の利用効率を高めることができ、光源が同じものである従来品と比べて明るい照明光を得ることができる。すなわち、この複数の光源を使用して照明装置を構成する場合に、少ない光源数でよく、コスト低減を図ることができる。しかも、照明装置全体のコンパクト化を図ることができる。
【００３１】
光源装置として、光源が前記レンズ構造の軸心上に配置される点光源であり、レンズ構造体にて出射される平行光が円形断面に収束されるものであれば、スポット的な照明に最適となる。また、光源が線光源であり、レンズ構造体にて出射される平行光が矩形断面に収束されるものであれば、広範囲の照明に最適となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
以下、本発明の実施の形態を図１〜図１０に基づいて説明する。
【００３３】
図１〜図３に本発明に係る第１実施形態の光源装置を示し、この光源装置は、ＬＥＤ（発光ダイオード）等の点光源２１ａからなる光源２１と、この光源２１ａからの放射光を平行光として出射するレンズ構造１９とを備える。レンズ構造１９は、アウタレンズ体２２と、角度変更体２０としてのインナレンズ体２３とを備える。そして、アウタレンズ体２２とインナレンズ体２３とを独立して形成している。
【００３４】
光源２１ａは基板２４に配置されるとともに、この光源２１ａを包囲すうようにインナレンズ体２３が基板２４から突設されている。インナレンズ体２３は透光性部材からなるリング体にて構成される。この場合、図１と図３に示すように、インナレンズ体２３は、外径面が反基板側に向かって縮径するテーパ面２３ａとされ、その先端面が基板側に向かって縮径するテーパ面２３ｂとされる。また、インナレンズ体２３の内径面が、内径側に凸状となる凸曲面２３ｃと、この光源装置の軸心Ｏに平行な直線状基部面２３ｄとからなる。つまり、インナレンズ体２３は、薄肉基部２５と、断面三角形状の本体部２６とで構成されることになる。なお、インナレンズ体２３に形成する透光性部材としては、合成樹脂、ガラス等を使用することができる。
【００３５】
図１に示すように、光源２１ａからの光Ｌがインナレンズ体２３の凸曲面２３ｃに入射することによって、本体部２６内で第１屈曲光Ｌ１となり、またテーパ面２３ａからは第２屈曲光Ｌ２となって出射される。この場合、第１屈曲光Ｌ１は凸曲面２３ｃに入射する光Ｌに対して軸心Ｏ側に屈曲し、第２屈曲光Ｌ２は第１屈曲光Ｌ１に対して軸心Ｏ側に屈曲する。
【００３６】
また、アウタレンズ体２２も透光性部材からなり、基板２４に対して平行でかつ軸心Ｏがその中心を通る円板状体３１にて構成される。そして、円板状体３１の外周縁に基板２４から延びる短円筒状の周壁部３２が連設されている。円板状体３１の内面３１ａには、断面三角形状の多数のリング体２７が同心円として配置され、これによってフルネルレンズ３０からなる平行屈曲レンズ部２９が構成されている。なお、アウタレンズ体２２を構成する円板状体３１と、周壁部３２とは一体に成形されて、光源収納ケース２８を構成する。また、アウタレンズ体２２に形成する透光性部材としても、合成樹脂、ガラス等を使用することができる。
【００３７】
このように、このレンズ構造１９では、インナレンズ体２３の開口部３３を介してアウタレンズ体２２に入射する光Ｌ０は、フルネルレンズ３０に臨界角以下で入射する。ここで、臨界角とは、これを越える角度で入射した場合にフルネルレンズ３０にて反射される角度である。このため、インナレンズ体２３の開口部３３を介してアウタレンズ体２２に入射する光Ｌ０(以下、直接光Ｌ０と呼ぶ場合がある)はこのアウタレンズ体２２によって、軸心Ｏに平行な平行光Ｌ０１となって出射される。
【００３８】
また、前記直接光Ｌ０よりも外側（外径側）の光（臨界角を越えてフルネルレンズ３０に入射することになる光）Ｌは、インナレンズ体２３の凸曲面２３ｃに入射することになる。このため、前記したようにこの光Ｌは第２屈曲光Ｌ２となってインナレンズ体２３から出射する。そして、第２屈曲光Ｌ２はフルネルレンズ３０に入射することになる。この場合、前記直接光Ｌ０はフルネルレンズ３０の内径側の内範囲Ｈの内側フルネルレンズ３０ａに入射し、第２屈曲光Ｌ２はフルネルレンズ３０の外径側の外範囲Ｈ１の外側フルネルレンズ３０ｂに入射する。また、内側フルネルレンズ３０ａに入射する第２屈曲光Ｌ２は臨界角以下である。
【００３９】
インナレンズ体２３を設けることなく、図１１に示す従来のフルネルレンズを有するアウタレンズ体のみを使用したレンズ構造のものと、インナレンズ体２３とアウタレンズ体２２とを備えた実施形態のレンズ構造のものとを、比較のために図４に示した。この図４（ｂ）（ｃ）から分かるように、インナレンズ体２３とアウタレンズ体２２とを備えた実施形態のレンズ構造１９のもの（図４（ａ）に記載のもの）は、インナレンズ体を有しないもの（図（ｄ）に記載のもの）より、平行光束Ａの断面積が外範囲Ｈ１分だけ大きくなっている。つまり、図４（ｃ）に示す平行光束Ａ１の径をＤとし、図４（ｂ）の径をＤ１とした場合にＤ１＞Ｄとなる。
【００４０】
このように、本発明では、光源２１ａから直接的に臨界角以下に入射する光および光源２１ａから直接的に臨界角以下に入射しない光を平行屈曲レンズ部２９にて平行光として出射することができる。このため、光の利用効率が高められる。しかも、アウタレンズ体２２から出射される平行光束Ａの断面積を大きくすることができる。このため、照明範囲の拡大を図ることができるとともにその照明範囲を明るく照らすことができる。
【００４１】
アウタレンズ体２２とインナレンズ体２３との組合せによって、このレンズ構造１９を構成することができ、全体構成の簡略化を図ることができる。これによって、軽量化及び小型化を図ることができ、使用用途が拡大する。しかも、インナレンズ体２２を使用することによって、従来では利用できない方向に照射される光を利用することができ、光のロス（損失）を極めて少なくできる。
【００４２】
また、光源２１ａからの光の利用効率を高めることができるので、光源２１ａが同じものである従来品と比べて明るい照明光を得ることができる。すなわち、この複数の光源２１を使用して照明装置を構成する場合に、少ない光源数でよく、コスト低減を図ることができる。しかも、照明装置全体のコンパクト化を図ることができる。
【００４３】
光源２１ａがレンズ構造１９の軸心Ｏ上に配置される点光源であり、レンズ構造体１９にて出射される平行光が円形断面に収束されるものであれば、スポット的な照明に最適となる。また、アウタレンズ体２２の平行屈曲レンズ部２９にフルネルレンズ３０を用いるので、平行屈曲レンズ部２９を確実に構成することができ、信頼性が向上する。
【００４４】
インナレンズ体２３がアウタレンズ体２２と独立して配置されているので、インナレンズ体２２とアウタレンズ２３との保守点検が容易になる利点がある。すなわち、インナレンズ体２２とアウタレンズ体２３とのどちらか一方が損傷等した場合、その損傷等した一方を修理や交換すればよく、他方をそのまま使用することができる。
【００４５】
図５は図１に示す光源装置を使用した懐中電灯を示す。この懐中電灯は、有底円筒形状の電池収納ケース４０に先端に図１に示す光源装置を付設したものである。この場合、電池収納ケース４０に収納された電池４２から光源２１ａに電流が供給され、光源２１ａが発光する。これによって、アウタレンズ体２２から図４（ｂ）に示すような平行光束Ａが放射される。
【００４６】
すなわち、図５に示す懐中電灯では、同様の光源２１を使用したものに比べて、光の利用効率の向上を図ることができ、照明範囲の拡大を図ることができるとともにその照明範囲を明るく照らすことができる。
【００４７】
次に図６は第２実施形態を示し、この場合、インナレンズ体２３がアウタレンズ体２２に連設されている。このインナレンズ体２３は、断面扁平三角形状のリング体からなり、アウタレンズ体２２を構成する円板状体３１の内面３１ａから基板２４側に向かって突出している。
【００４８】
この場合であっても、光源２１ａからの光Ｌがインナレンズ体２３の内径面３５に入射することによって、インナレンズ体２３内で第１屈曲光Ｌ１となり、また外径面３６からは第２屈曲光Ｌ２となって出射される。すなわち、第１屈曲光Ｌ１は内径面３５に入射する光Ｌに対して軸心Ｏ側に屈曲し、第２屈曲光Ｌ２は第１屈曲光Ｌ１に対して軸心Ｏ側に屈曲する。
【００４９】
フルネルレンズ３０の内側フルネルレンズ３０ａ（インナレンズ体２３よりも内径側のレンズ）に入射する光源２１ａからの光Ｌ０は臨界角以下であり、平行光Ｌ０１として出射される。また、インナレンズ体２３の内径面３５に入射する光Ｌは、このインナレンズ体２３に屈曲されてフルネルレンズ３０の外側フルネルレンズ３０ｂに入射する。この入射角は臨界角以下であり、平行光Ｌ３して出射される。
【００５０】
このため、図６に示すレンズ構造であっても、前記図１に示すような作用効果を奏する。また、インナレンズ体２３がアウタレンズ体２２に連設されているので、部品点数の減少を図ることができ、組立作業の簡略化を図ることができる。
【００５１】
前記各実施形態では、光源２１に点光源２１ａを使用していたが、第３実施形態を示す図７に示すように、光源２１に線光源２１ｂを使用してもよい。この場合、前壁５０ａと、側壁５０ｂ、５０ｃとからなる断面コの字状の枠体５１を備える。そして、枠体５１の前壁５０ａの内面に長手方向に沿って一対の凹凸部５２、５２を形成することによって、アウタレンズ体２２のフルネルレンズ３０、３０が形成されている。すなわち、前壁５０ａがフルネルレンズ３０、３０を有するアウタレンズ体２２を構成する。なお、枠体５１の両長手方向開口部は図示省略の蓋壁にて塞がれている。
【００５２】
この図７に示すインナレンズ体２３は、前記図１等に示すインナレンズ体２３と同様の断面形状の扁平横長リング体からなる。すなわち、基板２４の長手方向に沿って配設される一対の長辺部５３、５４と、長辺部５３、５４の長手方向端部を連結する円弧部５５とからなる。
【００５３】
このため、この図７に示す光源装置であっても、図１に示す光源装置と同様、光源２１ｂからの光Ｌがインナレンズ体２３の凸曲面２３ｃに入射することによって、本体部２６内で第１屈曲光Ｌ１となり、またテーパ面２３ａからは第２屈曲光Ｌ２となって出射される。
【００５４】
従って、インナレンズ体２３の開口部３３を介してアウタレンズ体２２に入射する光Ｌ０は、フルネルレンズ３０に臨界角以下で入射する。また、前記直接光Ｌ０よりも外側の光（臨界角を越えてフルネルレンズ３０に入射することになる光）Ｌは、第２屈曲光Ｌ２となってインナレンズ体２３から出射する。そして、第２屈曲光Ｌ２はフルネルレンズ３０に臨界角以下で入射する。
【００５５】
図７に示す光源装置でも、光源２１ｂから直接的に臨界角以下に入射する光Ｌ０および光源２１ｂから直接的に臨界角以下に入射しない光を平行屈曲レンズ部２９にて平行光として出射することができる。このため、光の利用効率が高められる。照明範囲の拡大を図ることができるとともにその照明範囲を明るく照らすことができる。特に、光源２１が線光源２１ｂであり、レンズ構造体１９にて出射される平行光が矩形断面に収束されるものであるので、広範囲の照明に最適となる。
【００５６】
次に、第４実施形態を示す図８は、アウタレンズ体２２を構成する円板状体３１の外面３１ｂに、拡散レンズ部６２を備えたものである。すなわち、図９に示すように、円板状体３１の外面３１ｂに径方向の凹溝６３を複数形成することによって、この拡散レンズ部６２を形成することができる。これにより、照明範囲をより大きくすることができる。このため、比較的広範囲の部位を照明する必要がある照明器具等にこのレンズ構造が最適となる。
【００５７】
次に第５実施形態を示す図１０は、角度変更体２０として放物面反射鏡６０を使用している。すなわち、この放物面反射鏡６０を、アウタレンズ体２２を構成する収納ケース２８に収納し、この内径反射面６１に入射した光Ｌを反射して、平行光Ｌ４を形成する。この場合、平行光Ｌ４は、フルネルレンズ３０の外側においてアウタレンズ体２２に入射することになって、このアウタレンズ体２２にて屈曲されることなくそのままの平行光Ｌ４を維持して、図１０（ｂ）に示すように、平行光束Ａとなってアウタレンズ体２２から出射される。
【００５８】
このため、図１０に示す光源装置であっても、光源２１ａから直接的に臨界角以下に入射する光Ｌ０および光源から直接的に臨界角以下に入射しない光Ｌを平行光として出射することができる。なお、インナレンズ体２３を使用したものと比べた場合、θ３の範囲の光を利用できないが、放物面反射鏡６０を使用しないものに比べて十分に光の利用効率が高められる。しかも、放物面反射鏡６０はインナレンズ体２３に比べて構成が簡単であるので、低コストには簡単に製造できる利点がある。さらに、形成される平行光束Ａの断面積を大きくすることができ、照明範囲の拡大を図ることができるとともにその照明範囲を明るく照らすことができる。また、放物面反射鏡６０にて反射されて反射光は平行光Ｌ４となっているので、アウタレンズ体２２にこの反射光が入射するフルネルレンズを形成する必要がなくなって、アウタレンズ体２２の加工性が向上する利点がある。
【００５９】
以上、本発明の実施形態につき説明したが、本発明は前記実施形態に限定されることなく種々の変形が可能であって、例えば、光源２１としては、ＬＥＤ以外に、白熱電球やハロゲン電球等の白熱灯、蛍光ランプや電球形蛍光ランプ等の放電灯等の種々のものを使用することができる。また、ＬＥＤを使用する場合、発光する色として、赤、青、緑等の種々のものを使用することができる。さらに、アウタレンズ体７７に着色すれば、放射される平行光束Ａの色を変更することができる。図６、図８、図１０等に示す光源装置であっても、図５に示すように懐中電灯に使用することができ、また、図６、図７、図８、図１０等に示す光源装置であっても、拡散レンズ部６２を設けてもよい。
【００６０】
各実施形態の光源装置を、インテリアライト、卓上スタンド、シャンデリア、及びペンライト等の種々の照明器具、また、各種の文字や記号を表示する表示灯（表示ボード）等にも使用することができる。さらには、自動車に付設される側方灯、方向指示器、補助方向指示器、及び非常点滅表示灯等に採用することができ、緊急自動車の警光灯等にも採用することができる。このように、各種の照明器具や警光灯等に採用することができ、しかも、これらに採用した際には、それらの種々の機能を有効に発揮でき、しかも省エネ化を達成できる。
【００６１】
また、照明器具や警光灯灯を構成する場合、１個の光源装置を使用しても、複数の光源装置を使用してもよい。複数の光源装置を使用する場合、全数同じ光源装置を使用しても、図１に示す光源装置と、他の例えば図６に示す相違する光源装置とを組み合わせてもよい。さらに光源装置としては、アウタレンズ体２２等の大きさ、形状、及び厚さ等も任意に変更できる。このため、複数の光源装置を使用する場合、大きさ、形状、及び厚さ等が相違するものを組み合わせてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明の第１実施形態を示す光源装置の断面図である。
【図２】前記図１の光源装置の正面図である。
【図３】前記図１の光源装置の断面斜視図である。
【図４】前記図１の光源装置と従来の光源装置との比較図である。
【図５】前記図１の光源装置の使用例を示す断面図である。
【図６】本発明の第２実施形態を示す光源装置の断面図である。
【図７】本発明の第３実施形態を示す光源装置の断面図である。
【図８】本発明の第４実施形態を示す光源装置の断面図である。
【図９】前記図８の光源装置の正面図である。
【図１０】本発明の第５実施形態を示し、（ａ）はこの光源装置の断面図であり、（ｂ）はこの光源装置の平行光束の断面図である。
【図１１】本発明の従来例を示し、（ａ）はこの光源装置の断面図であり、（ｂ）はこの光源装置の平行光束の断面図である。
【図１２】本発明の他の従来例を示し、（ａ）はこの光源装置の断面図であり、（ｂ）はこの光源装置の平行光束の断面図である。
【図１３】本発明の別の従来例を示し、（ａ）はこの光源装置の断面図であり、（ｂ）はこの光源装置の平行光束の断面図である。
【符号の説明】
【００６３】
１９ レンズ構造
２１ 光源
２１ｂ 光源
２１ａ 点光源
２１ｂ 線光源
２２ アウタレンズ体
２３ インナレンズ体
２９ 平行屈曲レンズ部
３０ フルネルレンズ
６０ 放物面反射鏡
６１ 内径反射面
６２ 拡散レンズ部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
臨界角以下に入射した光を平行光として出射する平行屈曲レンズ部を有するアウタレンズ体と、臨界角以下で平行屈曲レンズ部に直接的に入射する光の外側の臨界角を越える光を屈曲させて、臨界角以下で入射した光よりも外側において、前記屈曲させた光を平行屈曲レンズ部に臨界角以下で入射させるインナレンズ体とを備えたことを特徴とするレンズ構造。
【請求項２】
前記アウタレンズ体の平行屈曲レンズ部にフルネルレンズを用いたことを特徴とする請求項１のレンズ構造。
【請求項３】
前記インナレンズ体が前記アウタレンズ体と独立して配置されたことを特徴とする請求項１又は請求項２のレンズ構造。
【請求項４】
前記インナレンズ体が前記アウタレンズ体に連設されたことを特徴とする請求項１又は請求項２のレンズ構造。
【請求項５】
臨界角以下に入射した光を平行光として出射する平行屈曲レンズ部を有するアウタレンズ体と、臨界角以下で平行屈曲レンズ部に直接的に入射する光の外側の臨界角を越える光を反射させて、臨界角以下で入射した光よりも外側において、前記反射させた光を平行光とする放物面反射鏡とを備えたことを特徴とするレンズ構造。
【請求項６】
前記アウタレンズ体は、平行光を拡散させる拡散レンズ部を備えたことを特徴とする請求項１〜請求項５のレンズ構造。
【請求項７】
光源と、この光源からの放射光を平行光として出射するレンズ構造とを備え、レンズ構造に前記請求項１〜請求項６のいずれかのレンズ構造を用いたことを特徴とする光源装置。
【請求項８】
前記光源が前記レンズ構造の軸心上に配置される点光源であり、前記レンズ構造体にて出射される平行光が円形断面に収束されることを特徴とする請求項７の光源装置。
【請求項９】
前記光源が線光源であり、前記レンズ構造体にて出射される平行光が矩形断面に収束されることを特徴とする請求項７の光源装置。
【請求項１】
臨界角以下に入射した光を平行光として出射する平行屈曲レンズ部を有するアウタレンズ体と、臨界角以下で平行屈曲レンズ部に直接的に入射する光の外側の臨界角を越える光を屈曲させて、臨界角以下で入射した光よりも外側において、前記屈曲させた光を平行屈曲レンズ部に臨界角以下で入射させるインナレンズ体とを備えたことを特徴とするレンズ構造。
【請求項２】
前記アウタレンズ体の平行屈曲レンズ部にフルネルレンズを用いたことを特徴とする請求項１のレンズ構造。
【請求項３】
前記インナレンズ体が前記アウタレンズ体と独立して配置されたことを特徴とする請求項１又は請求項２のレンズ構造。
【請求項４】
前記インナレンズ体が前記アウタレンズ体に連設されたことを特徴とする請求項１又は請求項２のレンズ構造。
【請求項５】
臨界角以下に入射した光を平行光として出射する平行屈曲レンズ部を有するアウタレンズ体と、臨界角以下で平行屈曲レンズ部に直接的に入射する光の外側の臨界角を越える光を反射させて、臨界角以下で入射した光よりも外側において、前記反射させた光を平行光とする放物面反射鏡とを備えたことを特徴とするレンズ構造。
【請求項６】
前記アウタレンズ体は、平行光を拡散させる拡散レンズ部を備えたことを特徴とする請求項１〜請求項５のレンズ構造。
【請求項７】
光源と、この光源からの放射光を平行光として出射するレンズ構造とを備え、レンズ構造に前記請求項１〜請求項６のいずれかのレンズ構造を用いたことを特徴とする光源装置。
【請求項８】
前記光源が前記レンズ構造の軸心上に配置される点光源であり、前記レンズ構造体にて出射される平行光が円形断面に収束されることを特徴とする請求項７の光源装置。
【請求項９】
前記光源が線光源であり、前記レンズ構造体にて出射される平行光が矩形断面に収束されることを特徴とする請求項７の光源装置。
【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１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２００８−４４９７（Ｐ２００８−４４９７Ａ）
【公開日】平成２０年１月１０日（２００８．１．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１７５５９２（Ｐ２００６−１７５５９２）
【出願日】平成１８年６月２６日（２００６．６．２６）
【出願人】（０００１４９１０３）株式会社大阪サイレン製作所 (4)
【公開日】平成２０年１月１０日（２００８．１．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年６月２６日（２００６．６．２６）
【出願人】（０００１４９１０３）株式会社大阪サイレン製作所 (4)
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