灯具
【課題】 灯具において、薄型で高効率で灯具全体の輝度が均一でキラキラ光る自然なイメージの灯具とできること。
【解決手段】 灯具１は、内周のリフレクタ４ａはＬＥＤ３に近接しているので内周のセグメント５ａはいずれも平面で、８面のセグメント５ａで正八角形を形成している。これに対して、外周のリフレクタ４ｂのセグメント５ｂは、Ａ−Ａ断面の表面が僅かに凹曲面になっている。これによって、光の強さは光源からの距離の自乗に反比例して減衰していくが、光源ＬＥＤ３からの距離が近く減衰率が小さいリフレクタ４ａの反射光は、平面のリフレクタ４ａによって集光されずに上方へ反射され、光源ＬＥＤ３からの距離が遠く減衰率が大きいリフレクタ４ｂの反射光は、凹曲面のリフレクタ４ｂによって集光されて上方へ反射されるため、灯具１の全体の輝度が均一でキラキラ光る自然なイメージの灯具とできる。
【解決手段】 灯具１は、内周のリフレクタ４ａはＬＥＤ３に近接しているので内周のセグメント５ａはいずれも平面で、８面のセグメント５ａで正八角形を形成している。これに対して、外周のリフレクタ４ｂのセグメント５ｂは、Ａ−Ａ断面の表面が僅かに凹曲面になっている。これによって、光の強さは光源からの距離の自乗に反比例して減衰していくが、光源ＬＥＤ３からの距離が近く減衰率が小さいリフレクタ４ａの反射光は、平面のリフレクタ４ａによって集光されずに上方へ反射され、光源ＬＥＤ３からの距離が遠く減衰率が大きいリフレクタ４ｂの反射光は、凹曲面のリフレクタ４ｂによって集光されて上方へ反射されるため、灯具１の全体の輝度が均一でキラキラ光る自然なイメージの灯具とできる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、少なくとも二次元方向に光を放射する光源を用いて、薄型・高効率で見栄えの自由度が高く円形以外の楕円形等の異形状にも対応することができる灯具に関するものである。
【０００２】
なお、本明細書中においては、ＬＥＤチップそのものは「発光素子」と呼び、ＬＥＤチップを搭載したパッケージ樹脂またはレンズ系等の光学装置を含む全体を「発光ダイオード」または「ＬＥＤ」と呼ぶこととする。
【背景技術】
【０００３】
従来のフレネルレンズ併用方式の灯具について、図１２を参照して説明する。図１２は従来のフレネルレンズ併用方式の灯具の構造を示す断面図である。
【０００４】
この灯具７０は、凸レンズ形のＬＥＤ７１、フレネルレンズ７２を備えている。そして、ＬＥＤ７１から発せられる光は、凸レンズ形の放射面によってある程度集光されてフレネルレンズ７２に至り、フレネルレンズ７２で配光制御されて平行光として前方へ放射される。
【０００５】
しかしながら、フレネルレンズ７２と光源の距離の制約により図に示されるように灯具７０として厚いものとなり、また横方向にレンズ制御できない光が放射されるため光利用効率が低い。さらに、ＬＥＤ７１から斜め４５度方向に放射されてフレネルレンズ７２に到達する光は、垂直に放射されて到達する光に比べて√２倍の距離を通過しなければならないため、光強度が１／２になって中心部に比較して外周部が暗くなる。
【０００６】
そこで、かかる問題を解消するために、特開２００１−７６５１３号公報に記載の発明がなされている。図１３に示されるように、この公報に記載の車両用灯具７４においては、ＬＥＤ７５に対向する前面レンズ７７の部分に放物反射面７８を設けてＬＥＤ７５から放射された光を横方向に反射し、この光をさらに前方に反射する第２反射面７９を前面レンズ７７に設けている。これによって、灯具として薄いものができる。
【特許文献１】特開２００１−７６５１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、この公報に記載された車両用灯具においても、横方向、即ち、二次元方向にレンズ制御できない光が放射されるため光利用効率が低いという問題は解消されておらず、さらに大口径の灯具とした場合に中心部分と周辺部分でＬＥＤからの距離が異なるため輝度のアンバランスが生じるという問題も解決されておらず、更に部品点数が多く調整が困難であるという問題点があった。
【０００８】
そこで、本発明は、薄型で高効率で見栄えの自由度が大きく、灯具全体の輝度が均一でキラキラ光る自然なイメージにできる灯具の提供を課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１の発明にかかる灯具は、少なくとも二次元方向へ光を放射する発光素子からなる放射光源の全周囲に配置された透明体であって、前記放射光源から二次元方向に放射されて前記透明体の中を透過してきた光を全反射によって上方へ反射するリフレクタの複数セグメントは、前記放射光源からの照射密度に応じた集光度を有する集光度の異なるセグメントであり、前記セグメントは曲率を持たせることによって輝度を制御するものであって、前記放射光源からの距離が異なる複数のセグメントを有し、前記距離が異なるセグメントは内側のセグメントと外側のセグメントが互い違いに離れて配置され、前記放射光源からの照射密度が高い近い部分のセグメントは集光度を低めに、照射密度が低い遠い部分のセグメントは集光度を高めに設定しているものである。
【００１０】
このように、放射光源とその周囲に設けられたリフレクタという構成によって、厚さを極めて薄く、また放射面を大きくすることができる。また、リフレクタは集光度の異なる複数のセグメントで構成されているため、光源からの距離に応じて集光度を調節することによって、即ち、放射光源からの照射密度が高い近い部分のセグメントは集光度を低めに、照射密度が低い遠い部分のセグメントは集光度を高めに設定することによって、リフレクタ全体の輝度のバランスがとれて均一な光り方の灯具とすることができる。
【００１１】
また、全面が均一に光るキラキラ感の得られる灯具とすることもでき、例えば、中心部分を暗く、周辺部分を明るく光らせることもでき、見栄えの自由度を大きくできる。更に、楕円形状等のリフレクタのセグメントと光源との距離が場所によって異なる形状の灯具においても、光源から離れたセグメントは集光度を大きくし、光源に近いセグメントは集光度を小さくすることによって、全体を均一に光らせることができる。
【００１２】
このようにして、薄型で高効率で見栄えの自由度が大きく、楕円形状等の異形状にも効率を低下させることなく対応することができる灯具となる。
【００１３】
ここで、少なくとも二次元方向へ光を放射する放射光源とは、二次元方向のみに光を放射する光源のみを意味するものではなく、三次元方向へ光を放射するものであっても、二次元方向へ光を放射するものであることに違いがないから、少なくとも二次元方向へ光を放射するものとして特定したものである。
【００１４】
また、集光度の異なるセグメントとは、放射方向に切断した反射面を含む断面形状を変化させること、屈折率を変化させること等の対応が可能である。
そして、放射光源からの照射密度が高い近い部分のセグメントは集光度を低めに、照射密度が低い遠い部分のセグメントは集光度を高めに設定しているから、リフレクタ全体の輝度のバランスがとれて均一な光り方の灯具とすることができる。更に、隣接するリフレクタのセグメントは中央からの距離を異なるものとし、隣接するセグメントが互い違いに配置されているから、灯具の輝点をより分散することができる。そして、各セグメントの照射密度に応じて曲率を持たせれば、灯具全体の輝度を均一にすることができる。
【００１５】
請求項２の発明にかかる灯具は、請求項１の構成において、前記リフレクタのセグメントは、前記放射光源からの距離が最長なものが最短なものの２倍以上であるものである。
【００１６】
これによって、放射光の明るさは距離の自乗に反比例するので、光源からの距離が最長なセグメントの集光度を上げて灯具全体の輝度を均一にすることもでき、また灯具の放射面の場所によって輝度を変化させることもできる。このように、光源からの距離の異なるセグメントの集光度を調節することによって、灯具の光り方の見栄えを様々に調節することができる。
【００１７】
このようにして、薄型で高効率で見栄えの自由度が大きく、楕円形状等の異形状にも効率を低下させることなく対応することができる灯具となる。
【００１８】
請求項３の発明にかかる灯具は、請求項２の構成において、前記放射光源は、発光素子の上面に対向する中心部分に平坦面が形成され、中心部に続いて反射面として発光素子の発光面の中心を焦点とし、Ｘ軸方向を対称軸とする放物線の一部をＺ軸の周りに回転させた形状をした前記光学面と、放射光源の側面は、発光素子を中心とする球面の一部をなしており、前記平坦面、前記光学面及び前記側面は、前記発光素子を封止する透明光学材料によって形成されているものである。
【００１９】
したがって、光を二次元方向へ反射する反射鏡としての光学面の位置及び形状を封止時に厳密に設定できるので、光学系の位置の設定が容易になる。このようにして、発光素子と二次元方向へ放射するための反射鏡との位置合わせに手間がかかることはなく、容易に高い位置精度を実現することができる。
【００２０】
このようにして、薄型で高効率で見栄えの自由度が大きく、楕円形状等の異形状にも効率を低下させることなく対応することができる灯具となる。
【発明の効果】
【００２１】
請求項１の発明にかかる灯具は、少なくとも二次元方向へ光を放射する発光素子からなる放射光源と、透明体からなり、前記放射光源の全周囲に配置され、前記放射光源から二次元方向に放射されて前記透明体の中を透過してきた光を全反射によって上方へ反射する複数セグメントからなるリフレクタとを備え、前記リフレクタの複数セグメントは、前記放射光源からの照射密度に応じた集光度を有する集光度の異なるセグメントであり、前記セグメントは曲率を持たせることによって輝度を制御するものであって、前記放射光源からの距離が異なる複数のセグメントを有し、前記距離が異なるセグメントは内側のセグメントと外側のセグメントが互い違いに離れて配置され、前記放射光源からの照射密度が高い近い部分のセグメントは集光度を低めに、照射密度が低い遠い部分のセグメントは集光度を高めに設定しているものである。
【００２２】
このように、放射光源とその周囲に設けられたリフレクタという構成によって、厚さを極めて薄く、また放射面を大きくすることができる。また、リフレクタは集光度の異なる複数のセグメントで構成されているため、光源からの距離に応じて集光度を調節することによって、即ち、放射光源からの照射密度が高い近い部分のセグメントは集光度を低めに、照射密度が低い遠い部分のセグメントは集光度を高めに設定することによって、リフレクタ全体の輝度のバランスがとれて均一な光り方の灯具とすることができる。
【００２３】
また、全面が均一に光るキラキラ感の得られる灯具とすることもでき、例えば、中心部分を暗く、周辺部分を明るく光らせることもでき、見栄えの自由度を大きくできる。更に、楕円形状等のリフレクタのセグメントと光源との距離が場所によって異なる形状の灯具においても、光源から離れたセグメントは集光度を大きくし、光源に近いセグメントは集光度を小さくすることによって、全体を均一に光らせることができる。
【００２４】
そして、薄型で高効率で見栄えの自由度が大きく、楕円形状等の異形状にも効率を低下させることなく対応することができる灯具となる。
ここで、少なくとも二次元方向へ光を放射する放射光源とは、二次元方向のみに光を放射する光源のみを意味するものではなく、三次元方向へ光を放射するものであっても、二次元方向へ光を放射するものであることに違いがないから、少なくとも二次元方向へ光を放射するものとして特定したものである。
【００２５】
また、集光度の異なるセグメントとは、放射方向に切断した反射面を含む断面形状を変化させること、屈折率を変化させること等の対応が可能である。そして、放射光源からの照射密度が高い近い部分のセグメントは集光度を低めに、照射密度が低い遠い部分のセグメントは集光度を高めに設定しているから、リフレクタ全体の輝度のバランスがとれて均一な光り方の灯具とすることができる。更に、隣接するリフレクタのセグメントは中央からの距離を異なるものとし、隣接するセグメントが互い違いに配置されているから、灯具の輝点をより分散することができる。そして、各セグメントの照射密度に応じて曲率を持たせれば、灯具全体の輝度を均一にすることができる。
【００２６】
請求項２の発明にかかる灯具は、請求項１の構成において、前記リフレクタのセグメントは、前記放射光源からの距離が最長なものが最短なものの２倍以上であるものである。
【００２７】
これによって、放射光の明るさは距離の自乗に反比例するので、光源からの距離が最長なセグメントの集光度を上げて灯具全体の輝度を均一にすることもでき、また灯具の放射面の場所によって輝度を変化させることもできる。このように、光源からの距離の異なるセグメントの集光度を調節することによって、灯具の光り方の見栄えを様々に調節することができる。
このようにして、薄型で高効率で見栄えの自由度が大きく、楕円形状等の異形状にも効率を低下させることなく対応することができる灯具となる。
【００２８】
請求項３の発明にかかる灯具は、請求項２の構成において、前記放射光源は、発光素子の上面に対向する中心部分に平坦面が形成され、中心部に続いて反射面として発光素子の発光面の中心を焦点とし、Ｘ軸方向を対称軸とする放物線の一部をＺ軸の周りに回転させた形状をした前記光学面と、放射光源の側面は、発光素子を中心とする球面の一部をなしており、前記平坦面、前記光学面及び前記側面は、前記発光素子を封止する透明光学材料によって形成されているものである。
【００２９】
したがって、光を二次元方向へ反射する反射鏡としての光学面の位置及び形状を封止時に厳密に設定できるので、光学系の位置の設定が容易になる。このようにして、発光素子と二次元方向へ放射するための反射鏡との位置合わせに手間がかかることはなく、容易に高い位置精度を実現することができる。
このようにして、薄型で高効率で見栄えの自由度が大きく、楕円形状等の異形状にも効率を低下させることなく対応することができる灯具となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
以下、本発明の実施の形態について、図面に基づいて説明する。
なお、図中、本発明の実施の形態及び実施の形態を説明する説明事例において、同一記号及び同一符号は、同一または相当する機能部分であるから、ここでは重複する説明を省略する。
【００３１】
説明事例１
まず、本発明の灯具の実施の形態について、図１乃至図５を参照して説明する。
図１（ａ）は本発明の実施の形態を説明する説明事例１にかかる灯具の全体構成を示す平面図、（ｂ）は断面図である。図２は本発明の実施の形態を説明する説明事例１にかかる灯具の放射光源としてのＬＥＤを示す断面図である。図３（ａ）は本発明の実施の形態を説明する説明事例１にかかる灯具のセグメントのＡ−Ａ断面を示す断面図、（ｂ）はＢ−Ｂ断面を示す断面図である。図４（ａ）は本発明の実施の形態を説明する説明事例１の変形例にかかる灯具のセグメントのＡ−Ａ断面を示す断面図、（ｂ）はＢ−Ｂ断面を示す断面図である。図５（ａ）は本発明の実施の形態を説明する説明事例１の別の変形例にかかる灯具のセグメントのＡ−Ａ断面を示す断面図、（ｂ）はＢ−Ｂ断面を示す断面図である。
【００３２】
図１に示されるように、本実施の形態を説明する説明事例１にかかる灯具１は、中心に発光素子２を内蔵した放射光源としてのＬＥＤ３が載置され、その周囲に設置された合成樹脂にアルミ蒸着してなるリフレクタ本体４の表面のうち斜線部分が、複数のセグメント５ａ，５ｂからなるリフレクタ４ａ，４ｂとなっている。図１（ｂ）の断面図に示されるように、リフレクタ４ａ，４ｂのセグメント５ａ，５ｂは略４５度の斜面となっており、ＬＥＤ３の発光素子２の発光面に対向した二次元方向へ反射する光学面９ｂから二次元方向へ反射されてきた光を上方向（Ｚ軸方向）へ反射する。
【００３３】
なお、ここで二次元方向とは、ＬＥＤ３に対する、その周辺に設置されたセグメント５ａ，５ｂで構成されたリフレクタ４ａ，４ｂの形成する面への方向を意味する。厳密にＬＥＤ３からＺ軸に対して垂直な平面方向ではなく、ＬＥＤ３からの光が、ＬＥＤ３の周囲に設置されたリフレクタ面へ効率良く照射されるものであれば良い。
【００３４】
内周のリフレクタ４ａはＬＥＤ３に近接しているので内周のリフレクタ４ａのセグメント５ａはいずれも平面で、８面のセグメント５ａで正八角形を形成している。これに対して、外周のリフレクタ４ｂのセグメント５ｂは、図３に示されるようにＡ−Ａ断面の表面が僅かに凹曲面になっている。
【００３５】
次に、ＬＥＤ３の構成について、図２を参照して説明する。ここで、図２に示されるように、発光素子２の中心軸をＺ軸とし発光素子２上面をその原点とし、この原点においてＸ軸とＹ軸とが直角に交わるように定めてある。
【００３６】
図２に示されるように、Ｘ−Ｙ平面上に設けられた１対のリード６ａ，６ｂのうちリード６ａの先端に発光素子２をマウントしている。発光素子２の上面の電極とリード６ｂの先端とは、ワイヤ７でボンディングされて電気的接続がなされている。これらのリード６ａ，６ｂの先端、発光素子２、ワイヤ７が樹脂封止用金型にセットされて、透明エポキシ樹脂８によって図に示すような断面形状に樹脂封止されている。ここで、ＬＥＤ３の上面９の中心部分には微小な平坦面が形成されている。この中心点９ａに続いて反射面９ｂとして発光素子６の発光面の中心を焦点とし、Ｘ軸方向を対称軸とする放物線の一部を原点からＺ軸に対して６０度以上の範囲内においてＺ軸の周りに回転させた傘のような形状をしている。また、ＬＥＤ３の側面１０は、発光素子２を中心とする球面の一部をなしている。
【００３７】
即ち、説明事例１にかかる放射光源としてのＬＥＤ３においては、発光素子２の発光面に対向した二次元方向へ反射する光学面９ｂを有するものである。
かかる構成を有する灯具１の光り方について、図１乃至図３を参照して説明する。
【００３８】
ＬＥＤ３のリード６ａ，６ｂに電圧をかけて発光素子２を光らせると、発光素子２から発せられた光のうち、大半の光に相当するＺ軸に対して６０度以上の範囲内の光が反射面としての上面９ｂに至り、これらの光は上面９ｂへの入射角が臨界角より大きいため全て全反射されて側面１０に向かう。ここで、上面９ｂは発光素子２を焦点としＸ軸を対称軸とする放物線の一部をＺ軸の周りに回転させた形状をしているため、上面９ｂで反射された光は全てＸ−Ｙ平面に平行に進み、側面１０は発光素子２を中心とする球面の一部をなしているため、光はほぼそのまま平行に進んでＺ軸周り３６０度の方向に面状に放射される。さらに、発光素子２から側面１０に直接向かった光は、側面１０は発光素子２を中心とする球面の一部をなしているため、屈折することなくそのままの向きで放射される。なお、Ｚ軸方向に放射された僅かな光は、中心部分に形成された微小な平坦面から、外部放射される。
【００３９】
ＬＥＤ３の周囲には略４５度の傾斜を有するリフレクタ４ａがあるが、上面９ｂで反射されてＸ−Ｙ平面に略平行に進んできた光を始めとして、側面１０から直接放射された光もＸ−Ｙ平面に平行に近いため、リフレクタ４ａで反射された光はそれぞれがほぼ垂直に近く上方へ進み、少なくともＺ軸から２０度の範囲内で外部放射される。なお、上記で「平行」と表現している光も、発光素子２の大きさがあるために完全な平行にはならないが、いずれの光もほぼ平行になり、少なくともＺ軸から２０度の範囲内には確実に入るものとなる。
【００４０】
一方、リフレクタ４ａの外周のリフレクタ４ｂによってもＬＥＤ３から二次元方向に放射された光が反射されるが、上述したようにリフレクタ４ｂの長手方向は凹曲面になっているため、光が集光されて輝度が高められて上方へ反射される。これによって、光の強さは光源からの距離の自乗に反比例して減衰していくが、光源ＬＥＤ３からの距離が近く減衰率が小さいリフレクタ４ａの反射光は、平面のリフレクタ４ａによって集光されずに上方へ反射される。これに対して、光源ＬＥＤ３からの距離が遠く減衰率が大きいリフレクタ４ｂの反射光は、凹曲面のリフレクタ４ｂによって集光されて上方へ反射される。なお、ＬＥＤ３の中心部分に形成された微小な平坦面から、Ｚ軸方向へ外部放射される光は、ＬＥＤ３の周囲に設置されたリフレクタ４へは至らず、直接外部放射される。
【００４１】
発光素子はＬＥＤであり電気エネルギーを直接光エネルギーに変換するため高温にならない。また、発光素子サイズが微小のため光学制御効率を高めることができる。さらに、ＬＥＤ自体に発光素子からの光を二次元方向へ放射するための反射鏡を有し、かつ、この反射鏡が発光素子を透明エポキシ樹脂により封止するとともにモールド形成されているので、従来例のように部品点数が多くなることはなく、発光素子と二次元方向へ放射するための反射鏡との位置合わせに手間がかかることはなく、容易に高い位置精度を実現できる。
【００４２】
この結果、上方向（Ｚ軸方向の遠方）より視認した場合、ＬＥＤ３からの直接光及び、集光調整された各リフレクタセグメントからの放射光により、灯具１の全体の輝度が均一でキラキラ光る自然なイメージの灯具とできる。さらに、灯具１は消灯している際にも外部光が反射して全体が均一にキラキラ光る非常に見栄えの良い灯具となる。
【００４３】
次に、本実施の形態を説明する説明事例１にかかる灯具１の変形例について、図１，図４，図５を参照して説明する。図４の変形例は、リフレクタ４ｂのフラグメント５ｂのＡ−Ａ方向には表面が曲率がなく、Ｂ−Ｂ方向には凹曲率を有しているものである。また、図５の変形例は、両方向に凹曲率を有しているもので、いずれも外側のリフレクタ４ｂに灯具としてより集光度が必要な場合である。
【００４４】
さらに、他の変形例として、内側のセグメント５ａは凸面、外側のセグメント５ｂは平面として内側の反射光を拡散させて全体の輝度を均一とするものとしても良い。この場合、本説明事例１にかかる灯具１よりも広い配光が必要な場合、あるいは光源に対するリフレクタセグメントの立体角が小さい場合に適する。さらに、リフレクタを３つ以上の環状として各セグメントへの光源からの照射密度に応じて曲率を変化させ、集光反射面あるいは拡散反射面とするもの、内側のリフレクタに対して外側のリフレクタのセグメント分割数が大きいもの等、種々の変形例が考えられる。例えば、ＬＥＤ３に近接したリフレクタ４ａに対し、外側のリフレクタ４ｂの輝度の方が高いものとしても良い。
【００４５】
このようにして、薄型で高効率で見栄えの自由度が大きく、全体の輝度が均一でキラキラ光る自然なイメージの灯具となる。
【００４６】
実施の形態１
次に、本発明の灯具の実施の形態１について、図６を参照して説明する。図６は本発明の実施の形態１にかかる灯具の全体構成を示す平面図である。
【００４７】
図６に示されるように、本実施の形態１の灯具１１においては、隣接するリフレクタのセグメントの中央からの距離を異なるものとしてある。即ち、実施の形態１と同様の放射光源としてのＬＥＤ３を取り囲んで、一番近い位置にセグメント１５ａ、その次に互い違いにセグメント１５ｂ、さらに互い違いにセグメント１５ｃ、そしてセグメント１５ｄと一段ずつＬＥＤ３から離れていく。このようにリフレクタのセグメント１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄを配置することによって、灯具１１の輝点をより分散することができる。そして、各セグメント１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄをＬＥＤ３からの照射密度に応じて曲率を持たせることによって、灯具１１全体の輝度を均一にすることができる。
【００４８】
なお、隣接するセグメントはこのように完全に互い違いにする必要があるわけではなく、ある程度（例えば、セグメントの幅の半分程度）のずらし量であっても良い。これでも灯具１１の輝点をある程度分散することができる。
【００４９】
説明事例２
次に、本発明の灯具の実施の形態を説明する説明事例１について、図７を参照して説明する。図７は本発明の実施の形態を説明する説明事例２にかかる灯具の全体構成を示す平面図である。
【００５０】
図７に示されるように、本実施の形態を説明する説明事例２にかかる灯具２１においては、２段に配列したリフレクタセグメント２２によって略楕円形の放射面を形成している。中心には実施の形態１と同様の放射光源としてのＬＥＤ３を載置し、その周囲には二重にセグメント２２を配列して、楕円形状を形成している。そして、各セグメント２２をＬＥＤ３からの照射密度に応じて曲率を持たせることによって、灯具２１全体の輝度を均一にすることができる。
【００５１】
このようにして、薄型で高効率で見栄えの自由度が大きく、楕円形状等の異形状にも効率を低下させることなく対応することができる灯具となる。
【００５２】
実施の形態２
次に、本発明の灯具の実施の形態２について、図８を参照して説明する。図８は本発明の実施の形態２にかかる灯具の全体構成を示す平面図である。
【００５３】
図８に示されるように、本実施の形態２の灯具３１においては、セグメント３２によって楕円形状を形成しているが、放射光源としてのＬＥＤ３の位置が中央から大きくずれている。これによって、各セグメントの位置も形状も様々となるが、やはりＬＥＤ３からの照射密度に応じて曲率を持たせることによって、灯具３１全体の輝度を均一にすることができる。なお、光源から二次元方向へ均一な放射がなされていれば、各セグメントへの照射密度は各セグメントの光源からの距離の２乗に反比例する。前述の実施の形態でも同様であるが、本実施の形態２では、光源に近接したセグメントと離れたセグメントの距離の比が大きく照射密度の差が大きく生じる。しかし、光源に近接したセグメントを凸面とし、距離が離れるにしたがって曲率を順次小さくし最も離れたセグメントでは平面とすることによって、輝度の均一化を図ることができる。
【００５４】
上記各実施の形態においては、セグメントに曲率をもたせることによって灯具全体の輝度を均一にする場合について説明してきたが、必ずしも均一にする場合のみでなく、灯具の輝度を場所によって変えることもできる。要するに、セグメントに曲率をもたせることによって灯具の輝度を制御できるという事実が重要である。
【００５５】
実施の形態３
次に、本発明の灯具の実施の形態３について、図９を参照して説明する。図９は本発明の実施の形態３にかかる灯具の全体構成を示す縦断面図である。
【００５６】
図９に示されるように、本実施の形態３の灯具４１においては、中心のＬＥＤ４３を円盤型の透明体４４で囲んでいる。ＬＥＤ４３は上記各実施の形態におけるＬＥＤ３と異なり、垂直方向に設けられた１対のリード４６ａ，４６ｂのうちリード４６ａの上面に発光素子４２をマウントして、発光素子４２ともう一方のリード４６ｂとをワイヤで電気的接続をとり、ＬＥＤ３と同様の形状に樹脂封止したものである。上記各実施の形態においても、ＬＥＤ３の代わりにこのＬＥＤ４３を用いることができる。
【００５７】
透明体４４の下面には、３段階にわたってリフレクタ４５が設けられている。これらのリフレクタ４５は、ＬＥＤ４３から二次元方向に放射されて透明体４４の中を透過してきた光を全反射によって上方へ反射する。そして、各段ごとに８つのセグメントに分かれており、放射光源４３からの照射密度が高い近い部分のセグメントは集光度を低めに、照射密度が低い遠い部分のセグメントは集光度を高めに設定することによって、リフレクタ全体の輝度のバランスがとれて均一な光り方の灯具とすることができる。
【００５８】
説明事例３
次に、本発明の実施の形態を説明する説明事例３にかかる灯具について、図１０を参照して説明する。図１０（ａ）は本発明の実施の形態を説明する説明事例３にかかる灯具に用いられる放射光源の全体構成を示す平面図、（ｂ）は放射光源を構成するレンズ型ＬＥＤの構成を示す平面図、（ｃ）は側面図、（ｄ）は正面図である。
【００５９】
図１０（ａ）に示されるように、本説明事例３にかかる灯具においては、放射光源として一体型ＬＥＤ３，４３の代わりに、レンズ型ＬＥＤ６３を８個用いて放射面を二次元方向に向けて八角形に並べた放射光源６２を使用している。図１０（ｂ），（ｃ），（ｄ）に示されるように、このレンズ型ＬＥＤ６３は、封止樹脂レンズ６４がβ方向に広く、それと垂直なγ方向に狭くなっている。そして、放射光源６２はα−β平面が二次元方向に並ぶように８個のレンズ型ＬＥＤ６３を配列している。
【００６０】
レンズ型ＬＥＤ６３からはβ方向にはやや拡がった放射光がα方向には略平行な放射光が放射されるので、放射光源６２は二次元方向に３６０度隙間なく光を放射する。この放射光源６２の周囲に配置される各リフレクタセグメントまでの距離の差が大きい場合は、上記各実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【００６１】
説明事例４
次に、本発明の灯具の説明事例４について、図１１を参照して説明する。図１１（ａ）は本発明の実施の形態を説明する説明事例４にかかる灯具に用いられる放射光源の全体構成を示す平面図、（ｂ）は放射光源を構成する反射型ＬＥＤの構成を示す平面図、（ｃ）は縦断面図である。
【００６２】
図１１（ａ）に示されるように、本説明事例４の灯具においては、放射光源として一体型ＬＥＤ３，４３の代わりに、反射型ＬＥＤ５３を８個用いて放射面を二次元方向に向けて八角形に並べた放射光源５２を使用している。図１１（ｂ），（ｃ）に示されるように、この反射型ＬＥＤ５３は１対のリード５４ａ，５４ｂのうちリード５４ａの先端裏側に発光素子４２をマウントし、発光素子の上面端子とリード５４ｂとをワイヤで電気的接続をとり、発光素子４２の発光面と対向する位置に回転放物面形状の反射鏡５５を設置して、全体を透明エポキシ樹脂５６で封止したものである。これによって、発光素子４２から放射された光は回転放物面形状の反射鏡５５で略垂直軸方向に平行に反射されて、放射面５７から外部放射される。したがって、反射型構造とすると、発光素子が発する光をより効率良く二次元方向へ放射できる。
【００６３】
ここで、発光素子４２の光が反射鏡５５で正確に垂直軸方向に平行に反射されると、放射光源５２の隣り合う反射型ＬＥＤ５３の間に光が放射されない部分が生じることになるが、実際には発光素子４２の大きさ等の理由で斜め方向に外部放射される光も生じるため、放射光源５２は二次元方向に３６０度隙間なく光を放射する。
【００６４】
この放射光源５２の周囲に配置される各リフレクタセグメントまでの距離の差が大きい場合は、上記各実施の形態と同様の効果を得ることができる。
なお、前述の実施形態のように薄型・小型とはならないが、このような光源でも構わない。
【００６５】
上記各実施の形態においては、発光素子として赤色発光素子を用いた場合を想定しているが、何色の発光素子を用いても構わない。また、ＬＥＤにおいて発光素子等を封止する光透過性材料として透明エポキシ樹脂を用いているが、透明シリコン樹脂を始めとするその他の材料を用いても良い。
灯具のその他の部分の構成、形状、数量、材質、大きさ、接続関係等についても、上記各実施の形態に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】図１（ａ）は本発明の実施の形態を説明する説明事例１にかかる灯具の全体構成を示す平面図、（ｂ）は断面図である。
【図２】図２は本発明の実施の形態を説明する説明事例１にかかる灯具の放射光源としてのＬＥＤを示す断面図である。
【図３】図３（ａ）は本発明の実施の形態を説明する説明事例１にかかる灯具のセグメントのＡ−Ａ断面を示す断面図、（ｂ）はＢ−Ｂ断面を示す断面図である。
【図４】図４（ａ）は本発明の実施の形態を説明する説明事例１の変形例にかかる灯具のセグメントのＡ−Ａ断面を示す断面図、（ｂ）はＢ−Ｂ断面を示す断面図である。
【図５】図５（ａ）は本発明の実施の形態を説明する説明事例１の別の変形例にかかる灯具のセグメントのＡ−Ａ断面を示す断面図、（ｂ）はＢ−Ｂ断面を示す断面図である。
【図６】図６は本発明の実施の形態１にかかる灯具の全体構成を示す平面図である。
【図７】図７は本発明の実施の形態を説明する説明事例２にかかる灯具の全体構成を示す平面図である。
【図８】図８は本発明の実施の形態２にかかる灯具の全体構成を示す平面図である。
【図９】図９は本発明の実施の形態３にかかる灯具の全体構成を示す縦断面図である。
【図１０】図１０（ａ）は本発明の実施の形態を説明する説明事例３にかかる灯具に用いられる放射光源の全体構成を示す平面図、（ｂ）は放射光源を構成するレンズ型ＬＥＤの構成を示す平面図、（ｃ）は側面図、（ｄ）は正面図である。
【図１１】図１１（ａ）は本発明の実施の形態を説明する説明事例４にかかる灯具に用いられる放射光源の全体構成を示す平面図、（ｂ）は放射光源を構成する反射型ＬＥＤの構成を示す平面図、（ｃ）は縦断面図である。
【図１２】図１２は従来のフレネルレンズ併用方式の灯具の構造を示す断面図である。
【図１３】図１３は従来の灯具の構造を示す断面図である。
【符号の説明】
【００６７】
１，１１，２１，３１，４１ 灯具
２，４２ 発光素子
３，４３，５２，６２ 放射光源
４ａ，４ｂ，４５ リフレクタ
５ａ，５ｂ，１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄ，２２，３２ セグメント
９ｂ 光学面
【技術分野】
【０００１】
本発明は、少なくとも二次元方向に光を放射する光源を用いて、薄型・高効率で見栄えの自由度が高く円形以外の楕円形等の異形状にも対応することができる灯具に関するものである。
【０００２】
なお、本明細書中においては、ＬＥＤチップそのものは「発光素子」と呼び、ＬＥＤチップを搭載したパッケージ樹脂またはレンズ系等の光学装置を含む全体を「発光ダイオード」または「ＬＥＤ」と呼ぶこととする。
【背景技術】
【０００３】
従来のフレネルレンズ併用方式の灯具について、図１２を参照して説明する。図１２は従来のフレネルレンズ併用方式の灯具の構造を示す断面図である。
【０００４】
この灯具７０は、凸レンズ形のＬＥＤ７１、フレネルレンズ７２を備えている。そして、ＬＥＤ７１から発せられる光は、凸レンズ形の放射面によってある程度集光されてフレネルレンズ７２に至り、フレネルレンズ７２で配光制御されて平行光として前方へ放射される。
【０００５】
しかしながら、フレネルレンズ７２と光源の距離の制約により図に示されるように灯具７０として厚いものとなり、また横方向にレンズ制御できない光が放射されるため光利用効率が低い。さらに、ＬＥＤ７１から斜め４５度方向に放射されてフレネルレンズ７２に到達する光は、垂直に放射されて到達する光に比べて√２倍の距離を通過しなければならないため、光強度が１／２になって中心部に比較して外周部が暗くなる。
【０００６】
そこで、かかる問題を解消するために、特開２００１−７６５１３号公報に記載の発明がなされている。図１３に示されるように、この公報に記載の車両用灯具７４においては、ＬＥＤ７５に対向する前面レンズ７７の部分に放物反射面７８を設けてＬＥＤ７５から放射された光を横方向に反射し、この光をさらに前方に反射する第２反射面７９を前面レンズ７７に設けている。これによって、灯具として薄いものができる。
【特許文献１】特開２００１−７６５１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、この公報に記載された車両用灯具においても、横方向、即ち、二次元方向にレンズ制御できない光が放射されるため光利用効率が低いという問題は解消されておらず、さらに大口径の灯具とした場合に中心部分と周辺部分でＬＥＤからの距離が異なるため輝度のアンバランスが生じるという問題も解決されておらず、更に部品点数が多く調整が困難であるという問題点があった。
【０００８】
そこで、本発明は、薄型で高効率で見栄えの自由度が大きく、灯具全体の輝度が均一でキラキラ光る自然なイメージにできる灯具の提供を課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１の発明にかかる灯具は、少なくとも二次元方向へ光を放射する発光素子からなる放射光源の全周囲に配置された透明体であって、前記放射光源から二次元方向に放射されて前記透明体の中を透過してきた光を全反射によって上方へ反射するリフレクタの複数セグメントは、前記放射光源からの照射密度に応じた集光度を有する集光度の異なるセグメントであり、前記セグメントは曲率を持たせることによって輝度を制御するものであって、前記放射光源からの距離が異なる複数のセグメントを有し、前記距離が異なるセグメントは内側のセグメントと外側のセグメントが互い違いに離れて配置され、前記放射光源からの照射密度が高い近い部分のセグメントは集光度を低めに、照射密度が低い遠い部分のセグメントは集光度を高めに設定しているものである。
【００１０】
このように、放射光源とその周囲に設けられたリフレクタという構成によって、厚さを極めて薄く、また放射面を大きくすることができる。また、リフレクタは集光度の異なる複数のセグメントで構成されているため、光源からの距離に応じて集光度を調節することによって、即ち、放射光源からの照射密度が高い近い部分のセグメントは集光度を低めに、照射密度が低い遠い部分のセグメントは集光度を高めに設定することによって、リフレクタ全体の輝度のバランスがとれて均一な光り方の灯具とすることができる。
【００１１】
また、全面が均一に光るキラキラ感の得られる灯具とすることもでき、例えば、中心部分を暗く、周辺部分を明るく光らせることもでき、見栄えの自由度を大きくできる。更に、楕円形状等のリフレクタのセグメントと光源との距離が場所によって異なる形状の灯具においても、光源から離れたセグメントは集光度を大きくし、光源に近いセグメントは集光度を小さくすることによって、全体を均一に光らせることができる。
【００１２】
このようにして、薄型で高効率で見栄えの自由度が大きく、楕円形状等の異形状にも効率を低下させることなく対応することができる灯具となる。
【００１３】
ここで、少なくとも二次元方向へ光を放射する放射光源とは、二次元方向のみに光を放射する光源のみを意味するものではなく、三次元方向へ光を放射するものであっても、二次元方向へ光を放射するものであることに違いがないから、少なくとも二次元方向へ光を放射するものとして特定したものである。
【００１４】
また、集光度の異なるセグメントとは、放射方向に切断した反射面を含む断面形状を変化させること、屈折率を変化させること等の対応が可能である。
そして、放射光源からの照射密度が高い近い部分のセグメントは集光度を低めに、照射密度が低い遠い部分のセグメントは集光度を高めに設定しているから、リフレクタ全体の輝度のバランスがとれて均一な光り方の灯具とすることができる。更に、隣接するリフレクタのセグメントは中央からの距離を異なるものとし、隣接するセグメントが互い違いに配置されているから、灯具の輝点をより分散することができる。そして、各セグメントの照射密度に応じて曲率を持たせれば、灯具全体の輝度を均一にすることができる。
【００１５】
請求項２の発明にかかる灯具は、請求項１の構成において、前記リフレクタのセグメントは、前記放射光源からの距離が最長なものが最短なものの２倍以上であるものである。
【００１６】
これによって、放射光の明るさは距離の自乗に反比例するので、光源からの距離が最長なセグメントの集光度を上げて灯具全体の輝度を均一にすることもでき、また灯具の放射面の場所によって輝度を変化させることもできる。このように、光源からの距離の異なるセグメントの集光度を調節することによって、灯具の光り方の見栄えを様々に調節することができる。
【００１７】
このようにして、薄型で高効率で見栄えの自由度が大きく、楕円形状等の異形状にも効率を低下させることなく対応することができる灯具となる。
【００１８】
請求項３の発明にかかる灯具は、請求項２の構成において、前記放射光源は、発光素子の上面に対向する中心部分に平坦面が形成され、中心部に続いて反射面として発光素子の発光面の中心を焦点とし、Ｘ軸方向を対称軸とする放物線の一部をＺ軸の周りに回転させた形状をした前記光学面と、放射光源の側面は、発光素子を中心とする球面の一部をなしており、前記平坦面、前記光学面及び前記側面は、前記発光素子を封止する透明光学材料によって形成されているものである。
【００１９】
したがって、光を二次元方向へ反射する反射鏡としての光学面の位置及び形状を封止時に厳密に設定できるので、光学系の位置の設定が容易になる。このようにして、発光素子と二次元方向へ放射するための反射鏡との位置合わせに手間がかかることはなく、容易に高い位置精度を実現することができる。
【００２０】
このようにして、薄型で高効率で見栄えの自由度が大きく、楕円形状等の異形状にも効率を低下させることなく対応することができる灯具となる。
【発明の効果】
【００２１】
請求項１の発明にかかる灯具は、少なくとも二次元方向へ光を放射する発光素子からなる放射光源と、透明体からなり、前記放射光源の全周囲に配置され、前記放射光源から二次元方向に放射されて前記透明体の中を透過してきた光を全反射によって上方へ反射する複数セグメントからなるリフレクタとを備え、前記リフレクタの複数セグメントは、前記放射光源からの照射密度に応じた集光度を有する集光度の異なるセグメントであり、前記セグメントは曲率を持たせることによって輝度を制御するものであって、前記放射光源からの距離が異なる複数のセグメントを有し、前記距離が異なるセグメントは内側のセグメントと外側のセグメントが互い違いに離れて配置され、前記放射光源からの照射密度が高い近い部分のセグメントは集光度を低めに、照射密度が低い遠い部分のセグメントは集光度を高めに設定しているものである。
【００２２】
このように、放射光源とその周囲に設けられたリフレクタという構成によって、厚さを極めて薄く、また放射面を大きくすることができる。また、リフレクタは集光度の異なる複数のセグメントで構成されているため、光源からの距離に応じて集光度を調節することによって、即ち、放射光源からの照射密度が高い近い部分のセグメントは集光度を低めに、照射密度が低い遠い部分のセグメントは集光度を高めに設定することによって、リフレクタ全体の輝度のバランスがとれて均一な光り方の灯具とすることができる。
【００２３】
また、全面が均一に光るキラキラ感の得られる灯具とすることもでき、例えば、中心部分を暗く、周辺部分を明るく光らせることもでき、見栄えの自由度を大きくできる。更に、楕円形状等のリフレクタのセグメントと光源との距離が場所によって異なる形状の灯具においても、光源から離れたセグメントは集光度を大きくし、光源に近いセグメントは集光度を小さくすることによって、全体を均一に光らせることができる。
【００２４】
そして、薄型で高効率で見栄えの自由度が大きく、楕円形状等の異形状にも効率を低下させることなく対応することができる灯具となる。
ここで、少なくとも二次元方向へ光を放射する放射光源とは、二次元方向のみに光を放射する光源のみを意味するものではなく、三次元方向へ光を放射するものであっても、二次元方向へ光を放射するものであることに違いがないから、少なくとも二次元方向へ光を放射するものとして特定したものである。
【００２５】
また、集光度の異なるセグメントとは、放射方向に切断した反射面を含む断面形状を変化させること、屈折率を変化させること等の対応が可能である。そして、放射光源からの照射密度が高い近い部分のセグメントは集光度を低めに、照射密度が低い遠い部分のセグメントは集光度を高めに設定しているから、リフレクタ全体の輝度のバランスがとれて均一な光り方の灯具とすることができる。更に、隣接するリフレクタのセグメントは中央からの距離を異なるものとし、隣接するセグメントが互い違いに配置されているから、灯具の輝点をより分散することができる。そして、各セグメントの照射密度に応じて曲率を持たせれば、灯具全体の輝度を均一にすることができる。
【００２６】
請求項２の発明にかかる灯具は、請求項１の構成において、前記リフレクタのセグメントは、前記放射光源からの距離が最長なものが最短なものの２倍以上であるものである。
【００２７】
これによって、放射光の明るさは距離の自乗に反比例するので、光源からの距離が最長なセグメントの集光度を上げて灯具全体の輝度を均一にすることもでき、また灯具の放射面の場所によって輝度を変化させることもできる。このように、光源からの距離の異なるセグメントの集光度を調節することによって、灯具の光り方の見栄えを様々に調節することができる。
このようにして、薄型で高効率で見栄えの自由度が大きく、楕円形状等の異形状にも効率を低下させることなく対応することができる灯具となる。
【００２８】
請求項３の発明にかかる灯具は、請求項２の構成において、前記放射光源は、発光素子の上面に対向する中心部分に平坦面が形成され、中心部に続いて反射面として発光素子の発光面の中心を焦点とし、Ｘ軸方向を対称軸とする放物線の一部をＺ軸の周りに回転させた形状をした前記光学面と、放射光源の側面は、発光素子を中心とする球面の一部をなしており、前記平坦面、前記光学面及び前記側面は、前記発光素子を封止する透明光学材料によって形成されているものである。
【００２９】
したがって、光を二次元方向へ反射する反射鏡としての光学面の位置及び形状を封止時に厳密に設定できるので、光学系の位置の設定が容易になる。このようにして、発光素子と二次元方向へ放射するための反射鏡との位置合わせに手間がかかることはなく、容易に高い位置精度を実現することができる。
このようにして、薄型で高効率で見栄えの自由度が大きく、楕円形状等の異形状にも効率を低下させることなく対応することができる灯具となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
以下、本発明の実施の形態について、図面に基づいて説明する。
なお、図中、本発明の実施の形態及び実施の形態を説明する説明事例において、同一記号及び同一符号は、同一または相当する機能部分であるから、ここでは重複する説明を省略する。
【００３１】
説明事例１
まず、本発明の灯具の実施の形態について、図１乃至図５を参照して説明する。
図１（ａ）は本発明の実施の形態を説明する説明事例１にかかる灯具の全体構成を示す平面図、（ｂ）は断面図である。図２は本発明の実施の形態を説明する説明事例１にかかる灯具の放射光源としてのＬＥＤを示す断面図である。図３（ａ）は本発明の実施の形態を説明する説明事例１にかかる灯具のセグメントのＡ−Ａ断面を示す断面図、（ｂ）はＢ−Ｂ断面を示す断面図である。図４（ａ）は本発明の実施の形態を説明する説明事例１の変形例にかかる灯具のセグメントのＡ−Ａ断面を示す断面図、（ｂ）はＢ−Ｂ断面を示す断面図である。図５（ａ）は本発明の実施の形態を説明する説明事例１の別の変形例にかかる灯具のセグメントのＡ−Ａ断面を示す断面図、（ｂ）はＢ−Ｂ断面を示す断面図である。
【００３２】
図１に示されるように、本実施の形態を説明する説明事例１にかかる灯具１は、中心に発光素子２を内蔵した放射光源としてのＬＥＤ３が載置され、その周囲に設置された合成樹脂にアルミ蒸着してなるリフレクタ本体４の表面のうち斜線部分が、複数のセグメント５ａ，５ｂからなるリフレクタ４ａ，４ｂとなっている。図１（ｂ）の断面図に示されるように、リフレクタ４ａ，４ｂのセグメント５ａ，５ｂは略４５度の斜面となっており、ＬＥＤ３の発光素子２の発光面に対向した二次元方向へ反射する光学面９ｂから二次元方向へ反射されてきた光を上方向（Ｚ軸方向）へ反射する。
【００３３】
なお、ここで二次元方向とは、ＬＥＤ３に対する、その周辺に設置されたセグメント５ａ，５ｂで構成されたリフレクタ４ａ，４ｂの形成する面への方向を意味する。厳密にＬＥＤ３からＺ軸に対して垂直な平面方向ではなく、ＬＥＤ３からの光が、ＬＥＤ３の周囲に設置されたリフレクタ面へ効率良く照射されるものであれば良い。
【００３４】
内周のリフレクタ４ａはＬＥＤ３に近接しているので内周のリフレクタ４ａのセグメント５ａはいずれも平面で、８面のセグメント５ａで正八角形を形成している。これに対して、外周のリフレクタ４ｂのセグメント５ｂは、図３に示されるようにＡ−Ａ断面の表面が僅かに凹曲面になっている。
【００３５】
次に、ＬＥＤ３の構成について、図２を参照して説明する。ここで、図２に示されるように、発光素子２の中心軸をＺ軸とし発光素子２上面をその原点とし、この原点においてＸ軸とＹ軸とが直角に交わるように定めてある。
【００３６】
図２に示されるように、Ｘ−Ｙ平面上に設けられた１対のリード６ａ，６ｂのうちリード６ａの先端に発光素子２をマウントしている。発光素子２の上面の電極とリード６ｂの先端とは、ワイヤ７でボンディングされて電気的接続がなされている。これらのリード６ａ，６ｂの先端、発光素子２、ワイヤ７が樹脂封止用金型にセットされて、透明エポキシ樹脂８によって図に示すような断面形状に樹脂封止されている。ここで、ＬＥＤ３の上面９の中心部分には微小な平坦面が形成されている。この中心点９ａに続いて反射面９ｂとして発光素子６の発光面の中心を焦点とし、Ｘ軸方向を対称軸とする放物線の一部を原点からＺ軸に対して６０度以上の範囲内においてＺ軸の周りに回転させた傘のような形状をしている。また、ＬＥＤ３の側面１０は、発光素子２を中心とする球面の一部をなしている。
【００３７】
即ち、説明事例１にかかる放射光源としてのＬＥＤ３においては、発光素子２の発光面に対向した二次元方向へ反射する光学面９ｂを有するものである。
かかる構成を有する灯具１の光り方について、図１乃至図３を参照して説明する。
【００３８】
ＬＥＤ３のリード６ａ，６ｂに電圧をかけて発光素子２を光らせると、発光素子２から発せられた光のうち、大半の光に相当するＺ軸に対して６０度以上の範囲内の光が反射面としての上面９ｂに至り、これらの光は上面９ｂへの入射角が臨界角より大きいため全て全反射されて側面１０に向かう。ここで、上面９ｂは発光素子２を焦点としＸ軸を対称軸とする放物線の一部をＺ軸の周りに回転させた形状をしているため、上面９ｂで反射された光は全てＸ−Ｙ平面に平行に進み、側面１０は発光素子２を中心とする球面の一部をなしているため、光はほぼそのまま平行に進んでＺ軸周り３６０度の方向に面状に放射される。さらに、発光素子２から側面１０に直接向かった光は、側面１０は発光素子２を中心とする球面の一部をなしているため、屈折することなくそのままの向きで放射される。なお、Ｚ軸方向に放射された僅かな光は、中心部分に形成された微小な平坦面から、外部放射される。
【００３９】
ＬＥＤ３の周囲には略４５度の傾斜を有するリフレクタ４ａがあるが、上面９ｂで反射されてＸ−Ｙ平面に略平行に進んできた光を始めとして、側面１０から直接放射された光もＸ−Ｙ平面に平行に近いため、リフレクタ４ａで反射された光はそれぞれがほぼ垂直に近く上方へ進み、少なくともＺ軸から２０度の範囲内で外部放射される。なお、上記で「平行」と表現している光も、発光素子２の大きさがあるために完全な平行にはならないが、いずれの光もほぼ平行になり、少なくともＺ軸から２０度の範囲内には確実に入るものとなる。
【００４０】
一方、リフレクタ４ａの外周のリフレクタ４ｂによってもＬＥＤ３から二次元方向に放射された光が反射されるが、上述したようにリフレクタ４ｂの長手方向は凹曲面になっているため、光が集光されて輝度が高められて上方へ反射される。これによって、光の強さは光源からの距離の自乗に反比例して減衰していくが、光源ＬＥＤ３からの距離が近く減衰率が小さいリフレクタ４ａの反射光は、平面のリフレクタ４ａによって集光されずに上方へ反射される。これに対して、光源ＬＥＤ３からの距離が遠く減衰率が大きいリフレクタ４ｂの反射光は、凹曲面のリフレクタ４ｂによって集光されて上方へ反射される。なお、ＬＥＤ３の中心部分に形成された微小な平坦面から、Ｚ軸方向へ外部放射される光は、ＬＥＤ３の周囲に設置されたリフレクタ４へは至らず、直接外部放射される。
【００４１】
発光素子はＬＥＤであり電気エネルギーを直接光エネルギーに変換するため高温にならない。また、発光素子サイズが微小のため光学制御効率を高めることができる。さらに、ＬＥＤ自体に発光素子からの光を二次元方向へ放射するための反射鏡を有し、かつ、この反射鏡が発光素子を透明エポキシ樹脂により封止するとともにモールド形成されているので、従来例のように部品点数が多くなることはなく、発光素子と二次元方向へ放射するための反射鏡との位置合わせに手間がかかることはなく、容易に高い位置精度を実現できる。
【００４２】
この結果、上方向（Ｚ軸方向の遠方）より視認した場合、ＬＥＤ３からの直接光及び、集光調整された各リフレクタセグメントからの放射光により、灯具１の全体の輝度が均一でキラキラ光る自然なイメージの灯具とできる。さらに、灯具１は消灯している際にも外部光が反射して全体が均一にキラキラ光る非常に見栄えの良い灯具となる。
【００４３】
次に、本実施の形態を説明する説明事例１にかかる灯具１の変形例について、図１，図４，図５を参照して説明する。図４の変形例は、リフレクタ４ｂのフラグメント５ｂのＡ−Ａ方向には表面が曲率がなく、Ｂ−Ｂ方向には凹曲率を有しているものである。また、図５の変形例は、両方向に凹曲率を有しているもので、いずれも外側のリフレクタ４ｂに灯具としてより集光度が必要な場合である。
【００４４】
さらに、他の変形例として、内側のセグメント５ａは凸面、外側のセグメント５ｂは平面として内側の反射光を拡散させて全体の輝度を均一とするものとしても良い。この場合、本説明事例１にかかる灯具１よりも広い配光が必要な場合、あるいは光源に対するリフレクタセグメントの立体角が小さい場合に適する。さらに、リフレクタを３つ以上の環状として各セグメントへの光源からの照射密度に応じて曲率を変化させ、集光反射面あるいは拡散反射面とするもの、内側のリフレクタに対して外側のリフレクタのセグメント分割数が大きいもの等、種々の変形例が考えられる。例えば、ＬＥＤ３に近接したリフレクタ４ａに対し、外側のリフレクタ４ｂの輝度の方が高いものとしても良い。
【００４５】
このようにして、薄型で高効率で見栄えの自由度が大きく、全体の輝度が均一でキラキラ光る自然なイメージの灯具となる。
【００４６】
実施の形態１
次に、本発明の灯具の実施の形態１について、図６を参照して説明する。図６は本発明の実施の形態１にかかる灯具の全体構成を示す平面図である。
【００４７】
図６に示されるように、本実施の形態１の灯具１１においては、隣接するリフレクタのセグメントの中央からの距離を異なるものとしてある。即ち、実施の形態１と同様の放射光源としてのＬＥＤ３を取り囲んで、一番近い位置にセグメント１５ａ、その次に互い違いにセグメント１５ｂ、さらに互い違いにセグメント１５ｃ、そしてセグメント１５ｄと一段ずつＬＥＤ３から離れていく。このようにリフレクタのセグメント１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄを配置することによって、灯具１１の輝点をより分散することができる。そして、各セグメント１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄをＬＥＤ３からの照射密度に応じて曲率を持たせることによって、灯具１１全体の輝度を均一にすることができる。
【００４８】
なお、隣接するセグメントはこのように完全に互い違いにする必要があるわけではなく、ある程度（例えば、セグメントの幅の半分程度）のずらし量であっても良い。これでも灯具１１の輝点をある程度分散することができる。
【００４９】
説明事例２
次に、本発明の灯具の実施の形態を説明する説明事例１について、図７を参照して説明する。図７は本発明の実施の形態を説明する説明事例２にかかる灯具の全体構成を示す平面図である。
【００５０】
図７に示されるように、本実施の形態を説明する説明事例２にかかる灯具２１においては、２段に配列したリフレクタセグメント２２によって略楕円形の放射面を形成している。中心には実施の形態１と同様の放射光源としてのＬＥＤ３を載置し、その周囲には二重にセグメント２２を配列して、楕円形状を形成している。そして、各セグメント２２をＬＥＤ３からの照射密度に応じて曲率を持たせることによって、灯具２１全体の輝度を均一にすることができる。
【００５１】
このようにして、薄型で高効率で見栄えの自由度が大きく、楕円形状等の異形状にも効率を低下させることなく対応することができる灯具となる。
【００５２】
実施の形態２
次に、本発明の灯具の実施の形態２について、図８を参照して説明する。図８は本発明の実施の形態２にかかる灯具の全体構成を示す平面図である。
【００５３】
図８に示されるように、本実施の形態２の灯具３１においては、セグメント３２によって楕円形状を形成しているが、放射光源としてのＬＥＤ３の位置が中央から大きくずれている。これによって、各セグメントの位置も形状も様々となるが、やはりＬＥＤ３からの照射密度に応じて曲率を持たせることによって、灯具３１全体の輝度を均一にすることができる。なお、光源から二次元方向へ均一な放射がなされていれば、各セグメントへの照射密度は各セグメントの光源からの距離の２乗に反比例する。前述の実施の形態でも同様であるが、本実施の形態２では、光源に近接したセグメントと離れたセグメントの距離の比が大きく照射密度の差が大きく生じる。しかし、光源に近接したセグメントを凸面とし、距離が離れるにしたがって曲率を順次小さくし最も離れたセグメントでは平面とすることによって、輝度の均一化を図ることができる。
【００５４】
上記各実施の形態においては、セグメントに曲率をもたせることによって灯具全体の輝度を均一にする場合について説明してきたが、必ずしも均一にする場合のみでなく、灯具の輝度を場所によって変えることもできる。要するに、セグメントに曲率をもたせることによって灯具の輝度を制御できるという事実が重要である。
【００５５】
実施の形態３
次に、本発明の灯具の実施の形態３について、図９を参照して説明する。図９は本発明の実施の形態３にかかる灯具の全体構成を示す縦断面図である。
【００５６】
図９に示されるように、本実施の形態３の灯具４１においては、中心のＬＥＤ４３を円盤型の透明体４４で囲んでいる。ＬＥＤ４３は上記各実施の形態におけるＬＥＤ３と異なり、垂直方向に設けられた１対のリード４６ａ，４６ｂのうちリード４６ａの上面に発光素子４２をマウントして、発光素子４２ともう一方のリード４６ｂとをワイヤで電気的接続をとり、ＬＥＤ３と同様の形状に樹脂封止したものである。上記各実施の形態においても、ＬＥＤ３の代わりにこのＬＥＤ４３を用いることができる。
【００５７】
透明体４４の下面には、３段階にわたってリフレクタ４５が設けられている。これらのリフレクタ４５は、ＬＥＤ４３から二次元方向に放射されて透明体４４の中を透過してきた光を全反射によって上方へ反射する。そして、各段ごとに８つのセグメントに分かれており、放射光源４３からの照射密度が高い近い部分のセグメントは集光度を低めに、照射密度が低い遠い部分のセグメントは集光度を高めに設定することによって、リフレクタ全体の輝度のバランスがとれて均一な光り方の灯具とすることができる。
【００５８】
説明事例３
次に、本発明の実施の形態を説明する説明事例３にかかる灯具について、図１０を参照して説明する。図１０（ａ）は本発明の実施の形態を説明する説明事例３にかかる灯具に用いられる放射光源の全体構成を示す平面図、（ｂ）は放射光源を構成するレンズ型ＬＥＤの構成を示す平面図、（ｃ）は側面図、（ｄ）は正面図である。
【００５９】
図１０（ａ）に示されるように、本説明事例３にかかる灯具においては、放射光源として一体型ＬＥＤ３，４３の代わりに、レンズ型ＬＥＤ６３を８個用いて放射面を二次元方向に向けて八角形に並べた放射光源６２を使用している。図１０（ｂ），（ｃ），（ｄ）に示されるように、このレンズ型ＬＥＤ６３は、封止樹脂レンズ６４がβ方向に広く、それと垂直なγ方向に狭くなっている。そして、放射光源６２はα−β平面が二次元方向に並ぶように８個のレンズ型ＬＥＤ６３を配列している。
【００６０】
レンズ型ＬＥＤ６３からはβ方向にはやや拡がった放射光がα方向には略平行な放射光が放射されるので、放射光源６２は二次元方向に３６０度隙間なく光を放射する。この放射光源６２の周囲に配置される各リフレクタセグメントまでの距離の差が大きい場合は、上記各実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【００６１】
説明事例４
次に、本発明の灯具の説明事例４について、図１１を参照して説明する。図１１（ａ）は本発明の実施の形態を説明する説明事例４にかかる灯具に用いられる放射光源の全体構成を示す平面図、（ｂ）は放射光源を構成する反射型ＬＥＤの構成を示す平面図、（ｃ）は縦断面図である。
【００６２】
図１１（ａ）に示されるように、本説明事例４の灯具においては、放射光源として一体型ＬＥＤ３，４３の代わりに、反射型ＬＥＤ５３を８個用いて放射面を二次元方向に向けて八角形に並べた放射光源５２を使用している。図１１（ｂ），（ｃ）に示されるように、この反射型ＬＥＤ５３は１対のリード５４ａ，５４ｂのうちリード５４ａの先端裏側に発光素子４２をマウントし、発光素子の上面端子とリード５４ｂとをワイヤで電気的接続をとり、発光素子４２の発光面と対向する位置に回転放物面形状の反射鏡５５を設置して、全体を透明エポキシ樹脂５６で封止したものである。これによって、発光素子４２から放射された光は回転放物面形状の反射鏡５５で略垂直軸方向に平行に反射されて、放射面５７から外部放射される。したがって、反射型構造とすると、発光素子が発する光をより効率良く二次元方向へ放射できる。
【００６３】
ここで、発光素子４２の光が反射鏡５５で正確に垂直軸方向に平行に反射されると、放射光源５２の隣り合う反射型ＬＥＤ５３の間に光が放射されない部分が生じることになるが、実際には発光素子４２の大きさ等の理由で斜め方向に外部放射される光も生じるため、放射光源５２は二次元方向に３６０度隙間なく光を放射する。
【００６４】
この放射光源５２の周囲に配置される各リフレクタセグメントまでの距離の差が大きい場合は、上記各実施の形態と同様の効果を得ることができる。
なお、前述の実施形態のように薄型・小型とはならないが、このような光源でも構わない。
【００６５】
上記各実施の形態においては、発光素子として赤色発光素子を用いた場合を想定しているが、何色の発光素子を用いても構わない。また、ＬＥＤにおいて発光素子等を封止する光透過性材料として透明エポキシ樹脂を用いているが、透明シリコン樹脂を始めとするその他の材料を用いても良い。
灯具のその他の部分の構成、形状、数量、材質、大きさ、接続関係等についても、上記各実施の形態に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】図１（ａ）は本発明の実施の形態を説明する説明事例１にかかる灯具の全体構成を示す平面図、（ｂ）は断面図である。
【図２】図２は本発明の実施の形態を説明する説明事例１にかかる灯具の放射光源としてのＬＥＤを示す断面図である。
【図３】図３（ａ）は本発明の実施の形態を説明する説明事例１にかかる灯具のセグメントのＡ−Ａ断面を示す断面図、（ｂ）はＢ−Ｂ断面を示す断面図である。
【図４】図４（ａ）は本発明の実施の形態を説明する説明事例１の変形例にかかる灯具のセグメントのＡ−Ａ断面を示す断面図、（ｂ）はＢ−Ｂ断面を示す断面図である。
【図５】図５（ａ）は本発明の実施の形態を説明する説明事例１の別の変形例にかかる灯具のセグメントのＡ−Ａ断面を示す断面図、（ｂ）はＢ−Ｂ断面を示す断面図である。
【図６】図６は本発明の実施の形態１にかかる灯具の全体構成を示す平面図である。
【図７】図７は本発明の実施の形態を説明する説明事例２にかかる灯具の全体構成を示す平面図である。
【図８】図８は本発明の実施の形態２にかかる灯具の全体構成を示す平面図である。
【図９】図９は本発明の実施の形態３にかかる灯具の全体構成を示す縦断面図である。
【図１０】図１０（ａ）は本発明の実施の形態を説明する説明事例３にかかる灯具に用いられる放射光源の全体構成を示す平面図、（ｂ）は放射光源を構成するレンズ型ＬＥＤの構成を示す平面図、（ｃ）は側面図、（ｄ）は正面図である。
【図１１】図１１（ａ）は本発明の実施の形態を説明する説明事例４にかかる灯具に用いられる放射光源の全体構成を示す平面図、（ｂ）は放射光源を構成する反射型ＬＥＤの構成を示す平面図、（ｃ）は縦断面図である。
【図１２】図１２は従来のフレネルレンズ併用方式の灯具の構造を示す断面図である。
【図１３】図１３は従来の灯具の構造を示す断面図である。
【符号の説明】
【００６７】
１，１１，２１，３１，４１ 灯具
２，４２ 発光素子
３，４３，５２，６２ 放射光源
４ａ，４ｂ，４５ リフレクタ
５ａ，５ｂ，１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄ，２２，３２ セグメント
９ｂ 光学面
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも二次元方向へ光を放射する発光素子からなる放射光源と、
全体が円形状または楕円形状の透明体からなり、前記放射光源の全周囲に配置され、前記放射光源から二次元方向に放射されて前記透明体の中を透過してきた光を全反射によって上方へ反射する複数セグメントからなるリフレクタとを備え、
前記リフレクタの複数セグメントは、前記放射光源からの照射密度に応じた集光度を有する集光度の異なるセグメントであり、前記セグメントは曲率を持たせることによって輝度を制御するものであって、前記放射光源からの距離が異なる複数のセグメントを有し、前記距離が異なるセグメントは内側のセグメントと外側のセグメントが互い違いに離れて配置され、前記放射光源からの照射密度が高い近い部分のセグメントは集光度を低めに、照射密度が低い遠い部分のセグメントは集光度を高めに設定されていることを特徴とする灯具。
【請求項２】
前記リフレクタのセグメントは、前記放射光源からの距離が最長なものが最短なものの２倍以上であることを特徴とする請求項１に記載の灯具。
【請求項３】
前記放射光源は、発光素子の上面に対向する中心部分に平坦面が形成され、中心部に続いて反射面として発光素子の発光面の中心を焦点とし、Ｘ軸方向を対称軸とする放物線の一部をＺ軸の周りに回転させた形状をした前記光学面と、放射光源の側面は、発光素子を中心とする球面の一部をなしており、前記平坦面、前記光学面及び前記側面は、前記発光素子を封止する透明光学材料によって形成されていることを特徴とする請求項２に記載の灯具。
【請求項１】
少なくとも二次元方向へ光を放射する発光素子からなる放射光源と、
全体が円形状または楕円形状の透明体からなり、前記放射光源の全周囲に配置され、前記放射光源から二次元方向に放射されて前記透明体の中を透過してきた光を全反射によって上方へ反射する複数セグメントからなるリフレクタとを備え、
前記リフレクタの複数セグメントは、前記放射光源からの照射密度に応じた集光度を有する集光度の異なるセグメントであり、前記セグメントは曲率を持たせることによって輝度を制御するものであって、前記放射光源からの距離が異なる複数のセグメントを有し、前記距離が異なるセグメントは内側のセグメントと外側のセグメントが互い違いに離れて配置され、前記放射光源からの照射密度が高い近い部分のセグメントは集光度を低めに、照射密度が低い遠い部分のセグメントは集光度を高めに設定されていることを特徴とする灯具。
【請求項２】
前記リフレクタのセグメントは、前記放射光源からの距離が最長なものが最短なものの２倍以上であることを特徴とする請求項１に記載の灯具。
【請求項３】
前記放射光源は、発光素子の上面に対向する中心部分に平坦面が形成され、中心部に続いて反射面として発光素子の発光面の中心を焦点とし、Ｘ軸方向を対称軸とする放物線の一部をＺ軸の周りに回転させた形状をした前記光学面と、放射光源の側面は、発光素子を中心とする球面の一部をなしており、前記平坦面、前記光学面及び前記側面は、前記発光素子を封止する透明光学材料によって形成されていることを特徴とする請求項２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２００８−１６６２９１（Ｐ２００８−１６６２９１Ａ）
【公開日】平成２０年７月１７日（２００８．７．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２４９０２（Ｐ２００８−２４９０２）
【出願日】平成２０年２月５日（２００８．２．５）
【分割の表示】特願２００２−２４９９５３（Ｐ２００２−２４９９５３）の分割
【原出願日】平成１４年８月２９日（２００２．８．２９）
【出願人】（０００２４１４６３）豊田合成株式会社 (3,467)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年７月１７日（２００８．７．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年２月５日（２００８．２．５）
【分割の表示】特願２００２−２４９９５３（Ｐ２００２−２４９９５３）の分割
【原出願日】平成１４年８月２９日（２００２．８．２９）
【出願人】（０００２４１４６３）豊田合成株式会社 (3,467)
【Ｆターム（参考）】
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