JP2001237463A

JP2001237463A - Ｌｅｄモジュール

Info

Publication number: JP2001237463A
Application number: JP2000046951A
Authority: JP
Inventors: Tatsukiyo Uchida; 達清内田; Masao Yamaguchi; 昌男山口
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2000-02-24
Filing date: 2000-02-24
Publication date: 2001-08-31
Anticipated expiration: 2020-02-24
Also published as: JP3729012B2

Abstract

(57)【要約】【課題】光源を発した光を光学系の軸ｃに平行な光に
制御し、効率良く光を反射する。【解決手段】レンズ面Ｌｐに沿った径方向の線分ｌｐ
は光学系の軸ｃと直交する直線上の線分であり、内側の
反射面Ｒｌに沿った径方向の曲線ｒｌはその焦点が光源
上の点ｐ０に位置し、曲線ｒｌの一方の端点ｐ１の光学
系の軸ｃからの距離は光源の設置に必要な半径以上で、
曲線ｒｌの他方の端点ｐ２は、点ｐ０′と点ｐ５を結ん
で延長した直線上の点で線分ｌｐより光源側にあり、外
側の反射面Ｒｕに沿った径方向の曲線ｒｕはその焦点が
点ｐ０′に位置し、曲線ｒｕの一方の端点ｐ３は、点ｐ
０′と点ｐ５を結んで延長した直線より光源側で、かつ
曲線ｒｌより外側に位置し、曲線ｒｕの他方の端点ｐ４
は線分ｌｐと曲線ｒｕの交点である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、足元灯、表示
灯、スポットライト、ウォールウォッシャ、建築化照
明、スタンド、車内灯などの照明器具や、信号灯、視線
誘導灯などに用いられるＬＥＤモジュールに関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種のＬＥＤモジュールとして
実開平４−９２６６０（従来例１）や特開平６１−１８
８８０３（従来例２）に示すものがあった。図１８は従
来例１のＬＥＤモジュールの断面図、図１９は従来例２
のＬＥＤ光源の断面図である。図１８では、ＬＥＤチッ
プ５０を反射枠５１で囲みかつ透明樹脂によるレンズ５
２で封止されている。また図１９では、ディスクリート
ＬＥＤ５３にレンズ５４を取付けている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来例
１では反射枠５１で制御された光は前面のレンズ５２で
屈折して出射するため、光源（ＬＥＤチップ）５０の発
する光線のうち多くの部分が正面以外の方向に拡散して
しまうという問題があった。

【０００４】従来例２では光源の発する光を効率良く平
行光に制御できるが、レンズ形状が複雑で製作し難い。
またレンズ５４の長さが大きくなり、ＬＥＤ光源のサイ
ズが大きくなってしまうという問題があった。

【０００５】したがって、この発明の目的は、上記課題
を解決し、必要最小限の立体角に効率良く光を反射する
挟角配光のＬＥＤモジュールを提供することである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
にこの発明の請求項１記載のＬＥＤモジュールは、光学
系の軸ｃに配置されたＬＥＤ光源を反射面で囲みかつ封
止物質で封止された配光部を備えたＬＥＤモジュールに
おいて、封止物質のレンズ面Ｌｐが光学系の軸ｃを中心
とする平面からなり、反射面が光学系の軸ｃに対して対
称に配置されたそれぞれ凹曲面からなる内側の反射面Ｒ
ｌと外側の反射面Ｒｕを持ち、レンズ面Ｌｐに沿った径
方向の線分ｌｐは光学系の軸ｃと直交する直線上の線分
であり、内側の反射面Ｒｌに沿った径方向の放物線ｒｌ
はその焦点が光源上の点ｐ０に位置し、放物線ｒｌの一
方の端点ｐ１の光学系の軸ｃからの距離は光源の設置に
必要な半径以上で、放物線ｒｌの他方の端点ｐ２は、線
分ｌｐを対称軸として光源上の点ｐ０と線対称の位置に
ある点をｐ０′、光源上の点ｐ０を起点とし光学系の軸
ｃに対する臨界角θ′の角度で延びる直線と線分ｌｐと
の交点をｐ５として、点ｐ０′と点ｐ５を結んで延長し
た直線上の点で線分ｌｐより光源側にあり、外側の反射
面Ｒｕに沿った径方向の放物線ｒｕはその焦点が点ｐ
０′に位置し、放物線ｒｕの一方の端点ｐ３は、点ｐ
０′と点ｐ５を結んで延長した直線より光源側で、かつ
放物線ｒｌより外側に位置し、放物線ｒｕの他方の端点
ｐ４は線分ｌｐと放物線ｒｕの交点である。

【０００７】上記の構成により、光源を発した光は２通
りの経路を経て光学系の軸ｃに平行な光に制御される。
まず、光源から反射面Ｒｌ方向に進む光は、反射面Ｒｌ
が光源上に焦点を持つ曲面であるため、反射により平行
光に制御される。反射面Ｒｌで反射した光は、レンズ面
Ｌｐに対しほぼ垂直に入射し、平行光のまま出射する。
また、光源から反射面Ｒｌと点ｐ５の間に進む光は、ま
ずレンズ面Ｌｐで全反射する。反射面Ｒｕは、その焦点
がレンズ面Ｌｐでの反射による光源の虚像上に位置する
ように構成されているので、レンズ面Ｌｐで全反射され
た光は反射面Ｒｕにより平行光に制御される。反射面Ｒ
ｕで反射した光は、レンズ面Ｌｐに対しほぼ垂直に入射
するため、屈折による偏向はほとんどないまま平行光と
して出射する。これにより、点ｐ５の方向から反射面Ｒ
ｌの端点ｐ１方向にいたるまでの範囲のほとんど光を、
レンズなしで平行光に制御して出射させることが可能で
ある。

【０００８】請求項２記載のＬＥＤモジュールは、請求
項１において、放物線ｒｕの一方の端点ｐ３が、点ｐ
０′とｐ５を結んで延長した直線と、放物線ｒｌの交点
に位置する。これにより、光学系の直径が最も小さくな
る。

【０００９】請求項３記載のＬＥＤモジュールは、請求
項１において、放物線ｒｌの端点ｐ１の光学系の軸ｃか
らの距離が、ＬＥＤ光源の設置に必要な半径に等しく、
放物線ｒｕの一方の端点ｐ４の光学系の軸ｃからの距離
は、光源上の点ｐ０と放物線ｒｌの端点ｐ２を結んで延
長した直線と線分ｌｐの交点をｐ４′として、点ｐ４′
の光学系の軸ｃからの距離以上とした。

【００１０】これにより、光源から見た場合に反射面Ｒ
ｕは反射面Ｒｌの影に隠れ、光源から直接反射面Ｒｕに
入射する成分がなくなる。このため、光源から直接反射
面Ｒｕに到達する光が存在する場合に、反射面Ｒｕはｐ
０′方向から入射光のみ平行光に制御する機能を持つた
め、直接光源方向から入射した光は平行光に変換されな
いということがなくなる。

【００１１】請求項４記載のＬＥＤモジュールは、光学
系の軸ｃに配置されたＬＥＤ光源を反射面で囲みかつ封
止物質で封止された配光部を備えたＬＥＤモジュールに
おいて、封止物質のレンズ面が光学系の軸ｃを中心とす
る凸曲面からなる内側のレンズ面ＬＥと平面からなる外
側のレンズ面Ｌｐを持ち、反射面が光学系の軸ｃに対し
て対称に配置されたそれぞれ凹曲面からるな内側の反射
面Ｒｌと外側の反射面Ｒｕを持ち、内側のレンズ面ＬＥ
に沿った径方向の曲線ｌＥはその端点ｐ５′が光源上の
点ｐ０を起点とし光学系の軸ｃに対する臨界角θ′の角
度で延びる直線より外側にあり、外側のレンズ面Ｌｐに
沿った径方向の線分ｌｐは点ｐ５′を通り光学系の軸ｃ
に直交する直線上の線分であり、内側の反射面Ｒｌに沿
った径方向の放物線ｒｌはその焦点が光源上の点ｐ０に
位置し、放物線ｒｌの一方の端点ｐ１の光学系の軸ｃか
らの距離は曲線ｌＥの端点ｐ５′の光学系の軸ｃからの
距離以上で、放物線ｒｌの他方の端点ｐ２は、線分ｌｐ
を対称軸として光源上の点ｐ０と線対称の位置にある点
をｐ０′として、点ｐ０′と点ｐ５′を結んで延長した
直線と放物線ｒｌの交点に位置し、外側の反射面Ｒｕに
沿った径方向の放物線ｒｕはその焦点が点ｐ０′に位置
し、放物線ｒｕの一方の端点ｐ３は、点ｐ０′と点ｐ
５′を結んで延長した直線より光源側で、かつ放物線ｒ
ｌより外側に位置し、放物線ｒｕの他方の端点ｐ４は線
分ｌｐと放物線ｒｕの交点である。

【００１２】このように、光源から点ｐ５の範囲を覆う
レンズ面ＬＥを加えたので、この光学系では、光源から
反射面Ｒｌの端点ｐ１と点ｐ５′の間に照射される光に
ついては、請求項１と同様の仕組みで平行光に制御され
る。それに加えて、レンズ面ＬＥの方向に照射された光
については、レンズ面ＬＥが凸レンズをなしているた
め、光学系の軸ｃに集光される方向に屈折される。この
ため、光源から点ｐ５と光学系の軸に照射された光を平
行光に制御する要素を与えていない場合に、この範囲に
照射された光が平行光にならないうえに、レンズ面Ｌｐ
において拡散する方向に屈折してしまうということがな
くなる。

【００１３】請求項５記載のＬＥＤモジュールは、請求
項４において、曲線ｌＥは楕円の一部で長径ａＥと短径
ｂＥの比が、ｎ′をレンズの媒質の屈折率、ｎを空気の
屈折率として、ｂＥ／ａＥ＝（ｎ′²−ｎ²）^1/2／
ｎ′を満たし、楕円の一方の焦点がＬＥＤ光源上の点ｐ
０に位置し、楕円の中心は光学系の軸ｃ上で点ｐ０より
照射方向側にあり、曲線ｌＥの端点ｐ５′は楕円とその
短軸の交点である。

【００１４】このようなレンズ面ＬＥの楕円レンズは焦
点上から発した光を平行光に制御する性質があることが
知られている。この光学系では、光源から反射面Ｒｌの
端点ｐ１と点ｐ５′の間に照射される光については、請
求項１と同様の仕組みで平行光に制御される。それに加
えて、レンズ面ＬＥの方向に照射された光については、
レンズ面ＬＥが上記のような性質を持つ楕円レンズであ
るため、平行光に制御される。このため、光学系の軸ｃ
から反射面Ｒｌの端点ｐ１方向にいたるまでの範囲の光
をほとんど平行光に制御して出射させることが可能であ
る。

【００１５】請求項６記載のＬＥＤモジュールは、請求
項５において、放物線ｒｌの一方の端点ｐ１の光学系の
軸ｃからの距離は、曲線ｌＥの端点ｐ５′の光学系の軸
ｃからの距離と等しく、放物線ｒｕの一方の端点ｐ３
が、点ｐ０′と点ｐ５′を結んで延長した直線と放物線
ｒｌの交点に位置する。これにより、光学系の直径が最
も小さくなる。

【００１６】請求項７記載のＬＥＤモジュールは、請求
項５において、放物線ｒｌの一方の端点ｐ１の光学系の
軸ｃからの距離は、曲線ｌＥの端点ｐ５′の光学系の軸
ｃからの距離と等しく、放物線ｒｕの一方の端点ｐ４の
光学系の軸ｃからの距離は、ＬＥＤ光源上の点ｐ０と放
物線ｒｌの端点ｐ２を結んで延長した直線と線分ｌｐの
交点をｐ４′として、ｐ４′の光学系の軸ｃからの距離
以上である。

【００１７】これにより、光源から見た場合に反射面Ｒ
ｕは反射面Ｒｌの影に隠れ、光源から直接反射面Ｒｕに
入射する成分がなくなる。このため、光源から直接反射
面Ｒｕに到達する光が存在する場合に、反射面Ｒｕはｐ
０′方向から入射光のみ平行光に制御する機能を持つた
め、直接光源方向から入射した光は平行光に変換されな
いということがなくなる。

【００１８】

【発明の実施の形態】この発明の第１の実施の形態のＬ
ＥＤモジュールを図１ないし図３に基づいて説明する。
図１はこの発明の第１の実施の形態のＬＥＤモジュール
の幾何学的構成を示す断面図、図２（ａ）はこの発明の
第１の実施の形態のＬＥＤモジュールを用いた信号灯の
全体図、（ｂ）はランプ部の拡大図、（ｃ）は（ｂ）の
Ａ−Ａ′断面図、図３はこの発明の第１の実施の形態の
作用説明図である。

【００１９】図２（ａ）に示すように、この実施の形態
では信号灯のランプ部１がＬＥＤモジュールで構成され
ている。ＬＥＤモジュールは、図２（ｂ）に示すように
多数の配光部２を備え、その１つの構成を図２（ｃ）に
示す。図２（ｃ）において、３はプリント基板、４はＬ
ＥＤチップ、５は樹脂製反射枠、６はアルミニウム蒸着
面、７はエポキシ樹脂である。ＬＥＤチップ４はＬＥＤ
光源として用いられ、アルミニウム蒸着面６等で形成さ
れた反射面で囲まれ、エポキシ樹脂７等の封止物質で封
止されている。

【００２０】上記ＬＥＤモジュールの配光部２は、図１
に示すように、封止物質のレンズ面Ｌｐが光学系の軸ｃ
を中心とする平面からなり、反射面が光学系の軸ｃに対
して対称に配置されたそれぞれ凹曲面からなる内側の反
射面Ｒｌと外側の反射面Ｒｕを持つ。この場合、封止物
質は以下の条件を全て満たす線分ｌｐを、光学系の軸ｃ
を中心に回転させたレンズ面Ｌｐを持つ。ここで光学系
の軸ｃとは、光源を通り光学系の照射方向へ延びる直線
である。

【００２１】（１）線分ｌｐは、光学系の軸ｃと直交す
る直線上の線分である。

【００２２】（２）線分ｌｐの端点ｐ４は、線分ｌｐと
放物線ｒｕの交点である。

【００２３】（３）線分ｌｐの端点ｐ６は、線分ｌｐと
光学系の軸ｃの交点である。

【００２４】反射面は以下の条件を全て満たす放物線ｒ
ｌを、光学系の軸ｃを中心に回転させた反射面Ｒｌを持
つ。なおここでは、放物線ｒｌ，ｒｕとは、放物線の両
端点を結んだ直線と放物線の間を通り、放物線の曲折と
逆方向の曲折を持たない直線あるいは曲線とする放物線
の近似線を含むものとする。

【００２５】（１）放物線ｒｌの焦点が光源上の点ｐ０
に位置する。

【００２６】（２）放物線ｒｌの一方の端点ｐ１の光学
系の軸ｃからの距離は、光源の設置に必要な半径と等し
いかより長い。

【００２７】（３）放物線ｒｌの一方の端点ｐ２は、点
ｐ０′とｐ５を結んで延長した直線上の点で、線分ｌｐ
より光源側にある。ここでｐ０′とｐ５は以下の条件を
満たす点である。点ｐ０′は線分ｌｐを対称軸として、
光源上のｐ０と線対称の位置にある点であり、平面Ｌｐ
による光源の虚像上の点である。点ｐ５は、光源上の点
ｐ０を起点とし、光学系の軸ｃに対して式１で与えられ
る臨界角θ′の角度で延びる直線と、線分ｌｐの交点で
ある。なおここで、ｎ′はレンズの媒質の屈折率、ｎは
空気の屈折率である。

【００２８】 θ′＝ｓｉｎ^-1（ｎ／ｎ′） …（式１）また、反射面は以下の条件を全て満たす放物線ｒｕを、
光学系の軸ｃを中心に回転させた反射面Ｒｕを持つ。

【００２９】（１）放物線ｒｕの焦点が、平面Ｌｐによ
る光源の虚像上の点ｐ０′に位置する。

【００３０】（２）放物線ｒｕの一方の端点ｐ３は、点
ｐ０′とｐ５を結んで延長した直線より光源側で、なお
かつ放物線ｒｌより外側（光源と反対側）に位置する。

【００３１】（３）放物線ｒｕの一方の端点ｐ４は、線
分ｌｐと放物線ｒｕの交点である。

【００３２】次に上記構成の作用について説明する。図
３に示すように、光源を発した光は２通りの経路をへて
光学系の軸ｃに平行な光に制御される。まず、光源から
反射面Ｒｌ方向に進む光は、反射面Ｒｌが光源上に焦点
を持つ曲面であるため、反射により平行光に制御され
る。反射面Ｒｌで反射した光は、レンズ面Ｌｐに対しほ
ぼ垂直に入射し、平行光のまま出射する（図３のＡの光
線）。また、光源から反射面Ｒｌと点ｐ５の間に進む光
は、まずレンズ面Ｌｐで全反射する。反射面Ｒｕは、そ
の焦点がレンズ面Ｌｐでの反射による光源の虚像上に位
置するように構成されているので、レンズ面Ｌｐで全反
射された光は反射面Ｒｕにより平行光に制御される。反
射面Ｒｕで反射した光は、レンズ面Ｌｐに対しほぼ垂直
に入射するため、屈折による偏向はほとんどないまま平
行光として出射する（図３のＢの光線）。この光学系で
は、光源からｐ５と光学系の軸ｃの間に照射された光
は、特に制御しない。

【００３３】以上のように、点ｐ５の方向から反射面Ｒ
ｌの端点ｐ１方向にいたるまでの範囲のほとんど光を、
レンズなしで平行光に制御して出射させることが可能で
ある。このため、照明用光源として用いた場合、狭い範
囲に光を照射できるため、照明効率の高い器具を実現で
きる。また、信号用として用いた場合、光学系正面の観
察者から見ると反射面全域が発光しているように見え、
輝度の高い信号灯を実現できる。

【００３４】この発明の第２の実施の形態を図４および
図５に基づいて説明する。図４（ａ）はこの発明の第２
の実施の形態のＬＥＤモジュールを用いたダウンライト
照明器具の全体図、（ｂ）はそのＡ−Ａ′断面図、図５
はこの発明の第２の実施の形態のＬＥＤモジュールの幾
何学的構成を示す断面図である。

【００３５】図４（ａ）に示すように、この実施の形態
ではダウンライト照明器具がＬＥＤモジュールで構成さ
れている。ＬＥＤモジュールは、多数の配光部２ａを備
え、その１つの構成を図２（ｂ）に示す。図４（ｂ）に
おいて、３はプリント基板、４はＬＥＤチップ、５ａは
樹脂製反射枠、６ａはアルミニウム蒸着面、７はエポキ
シ樹脂である。

【００３６】上記ＬＥＤモジュールの配光部２ａは、図
５に示すように、第１の実施の形態の条件に加えて、放
物線ｒｕの一方の端点ｐ３が、点ｐ０′とｐ５を結んで
延長した直線と、放物線ｒｌの交点に位置する。これに
より、光学系は第１の実施の形態の範囲内で最も直径が
小さくなる。

【００３７】この発明の第３の実施の形態を図６および
図７に基づいて説明する。図６（ａ）はこの発明の第３
の実施の形態のＬＥＤモジュールを用いたフットライト
照明器具の全体図、（ｂ）はそのＡ−Ａ′断面図、図７
はこの発明の第３の実施の形態のＬＥＤモジュールの幾
何学的構成を示す断面図である。

【００３８】図６（ａ）に示すように、この実施の形態
ではフットライト照明器具がＬＥＤモジュールで構成さ
れている。ＬＥＤモジュールは、多数の配光部２ｂを備
え、その１つの構成を図６（ｂ）に示す。図６（ｂ）に
おいて、３はプリント基板、４はＬＥＤチップ、５ｂは
樹脂製反射枠、１１は銀蒸着面、７はエポキシ樹脂であ
る。

【００３９】上記ＬＥＤモジュールの配光部２ｂは、図
７に示すように、第１の実施の形態の条件に加えて、放
物線ｒｌの端点ｐ１の光学系の軸ｃからの距離が、光源
の設置に必要な半径に等しい。また、放物線ｒｕの一方
の端点ｐ４の光学系の軸ｃからの距離は、ｐ４′の光学
系の軸ｃからの距離と等しいかより長い。ただしｐ４′
は、光源上の点ｐ０と放物線ｒｌの端点ｐ２を結んで延
長した直線と、直線ｌｐの交点である。

【００４０】これにより、光源から見た場合に反射面Ｒ
ｕは反射面Ｒｌの影に隠れ、光源から直接反射面Ｒｕに
入射する成分がなくなる。このため、光源から直接反射
面Ｒｕに到達する光が存在する場合に、反射面Ｒｕはｐ
０′方向から入射光のみ平行光に制御する機能を持つた
め、直接光源方向から入射した光は平行光に変換されな
いということがなくなる。

【００４１】この発明の第４の実施の形態のＬＥＤモジ
ュールを図８ないし図１０に基づいて説明する。図８
（ａ）はこの発明の第４の実施の形態のＬＥＤモジュー
ルを用いた視線誘導灯の全体図、（ｂ）はそのＡ−Ａ′
断面図、図９はこの発明の第４の実施の形態のＬＥＤモ
ジュールの幾何学的構成を示す断面図、図１０はこの発
明の第４の実施の形態の作用説明図である。

【００４２】図８（ａ）に示すように、この実施の形態
では視線誘導灯がＬＥＤモジュールで構成されている。
ＬＥＤモジュールは、多数の配光部２ｃを備え、その１
つの構成を図８（ｂ）に示す。図８（ｂ）において、３
はプリント基板、４はＬＥＤチップ、１０はアルミニウ
ム製反射枠、７ａはエポキシ樹脂である。

【００４３】上記ＬＥＤモジュールの配光部２ｃは、図
９に示すように、封止物質のレンズ面が光学系の軸ｃを
中心とする凸曲面からなる内側のレンズ面ＬＥと平面か
らなる外側のレンズ面Ｌｐを持ち、反射面が光学系の軸
ｃに対して対称に配置されたそれぞれ凹曲面からるな内
側の反射面Ｒｌと外側の反射面Ｒｕを持つ。この場合、
封止物質は以下の条件を全て満たす曲線ｌＥを、光学系
の軸ｃを中心として回転させたレンズ面ＬＥを持つ。

【００４４】（１）曲線ｌＥの端点ｐ５′は、光源上の
点ｐ０を起点とし、光学系の軸ｃに対して第１の実施の
形態の式１で与えられる臨界角θ′の角度で延びる直線
より外側（光学系の軸ｃの反対側）に存在する。

【００４５】（２）曲線ｌＥの端点ｐ６は光学系の軸ｃ
上の点で、もう一方の端点ｐ５′から光学系の軸ｃ上に
おろした垂線と光学系の軸ｃとの交点より、光源からの
距離が長い。

【００４６】（３）曲線ｌＥは、点ｐ５′とｐ６を結ん
だ直線より、光源と反対側に凸な曲線である。

【００４７】また、封止樹脂は以下の条件を全て満たす
線分ｌｐを、光学系の軸ｃを中心に回転させたレンズ面
Ｌｐを持つ。

【００４８】（１）線分ｌｐは、点ｐ５′を通り光学系
の軸ｃに直交する直線上の線分である。

【００４９】（２）線分ｌｐの一方の端点は点ｐ５であ
る。

【００５０】（３）線分ｌｐの端点ｐ４は放物線ｒｕと
の交点である。

【００５１】反射面は以下の条件を全て満たす放物線ｒ
ｌを、光学系の軸ｃを中心に回転させた反射面Ｒｌを持
つ。

【００５２】（１）放物線ｒｌの焦点が光源上の点ｐ０
に位置する。

【００５３】（２）放物線ｒｌの一方の端点ｐ１の光学
系の軸ｃからの距離は、曲線ｌＥの端点ｐ５′の光学系
の軸ｃからの距離と、等しいかより長い。

【００５４】（３）放物線ｒｌの一方の端点ｐ２は、点
ｐ０′とｐ５を結んで延長した直線と放物線ｒｌの交点
に位置する。ただし、点ｐ０′は線分ｌｐを含む直線を
挟んで光源上の点ｐ０と線対称の位置にある点であり、
平面Ｌｐによる光源の虚像上の点である。

【００５５】また、反射面は以下の条件を全て満たす放
物線ｒｕを、光学系の軸ｃを中心に回転させた反射面Ｒ
ｕを持つ。

【００５６】（１）放物線ｒｕの焦点が、平面Ｌｐによ
る光源の虚像上の点ｐ０′に位置する。

【００５７】（２）放物線ｒｕの一方の端点ｐ３は、点
ｐ０′とｐ５′を結んで延長した直線より光源側で、な
おかつ放物線ｒｌより外側（光源と反対側）に位置す
る。

【００５８】（３）放物線ｒｕの一方の端点ｐ４は、線
分ｌｐと放物線ｒｕの交点である。

【００５９】次に上記構成の作用について説明する。図
１０に示すように、光源から点ｐ５の範囲を覆うレンズ
面ＬＥを加えたので、この光学系では、光源から反射面
Ｒｌの端点ｐ１と点ｐ５′の間に照射される光について
は、請求項１と同様の仕組みで平行光に制御される。そ
れに加えて、レンズ面ＬＥの方向に照射された光につい
ては、レンズ面ＬＥが凸レンズをなしているため、光学
系の軸ｃに集光される方向に屈折される（図１０のＣの
光）。このため、光源から点ｐ５と光学系の軸ｃに照射
された光を平行光に制御する要素を与えていない場合
に、この範囲に照射された光が平行光にならないうえ
に、レンズ面Ｌｐにおいて拡散する方向に屈折してしま
うということがなくなる。このため、照明用光源として
用いた場合、狭い範囲に光を照射でき、周辺にはあまり
光を漏らさないため、照明効率の高い器具を実現でき
る。また、信号用光源として用いた場合、光学系正面の
観察者から見ると反射面全域が発光していて輝度が高
く、なおかつそれ以外の方向にいる観察者からはあまり
発光して見えない信号灯を実現できる。Ａ，Ｂの光の説
明は第１の実施の形態と同様である。

【００６０】この発明の第５の実施の形態を図１１ない
し図１３に基づいて説明する。図１１（ａ）はこの発明
の第５の実施の形態のＬＥＤモジュールの全体図、
（ｂ）はそのＡ−Ａ′断面図、図１２はこの発明の第５
の実施の形態のＬＥＤモジュールの幾何学的構成を示す
断面図、図１３はこの発明の第５の実施の形態の作用説
明図である。

【００６１】図１１（ａ）に示すように、ＬＥＤモジュ
ールは、多数の配光部２ｄを備え、その１つの構成を図
１１（ｂ）に示す。図１１（ｂ）において、３はプリン
ト基板、４はＬＥＤチップ、５は樹脂製反射枠、６はア
ルミニウム蒸着面、７ｂはエポキシ樹脂である。

【００６２】上記ＬＥＤモジュールの配光部２ｄは、図
１２に示すように、第４の実施の形態の条件に加えて、
曲線ｌＥが、以下の条件を全て満たす楕円の一部であ
る。

【００６３】（１）楕円の長径ａＥと短径ｂＥの比が、
ほぼ式２で求められる値を満たす。ここで、ｎ′はレン
ズの媒質の屈折率、ｎは空気の屈折率である。

【００６４】ｂＥ／ａＥ＝（ｎ′²−ｎ²）^1/2／ｎ′ …（式２）（２）楕円の一方の焦点がＬＥＤ光源上の点ｐ０に位置
する。

【００６５】（３）楕円の中心は、光学系の軸ｃ上で点
ｐ０より照射方向側にある。

【００６６】（４）曲線ｌＥの端点ｐ６は、楕円と光学
系の軸ｃの２つの交点のうち、点ｐ０より照射方向側の
点である。

【００６７】（５）曲線ｌＥの端点ｐ５′は、楕円とそ
の端径ｂＥの交点のうちの一方である。

【００６８】次に上記構成の作用について説明する。図
１３に示すように、このようなレンズ面ＬＥの楕円レン
ズは焦点上から発した光を平行光に制御する性質がある
ことが知られている。この光学系では、光源から反射面
Ｒｌの端点ｐ１と点ｐ５′の間に照射される光について
は、請求項１と同様の仕組みで平行光に制御される。そ
れに加えて、レンズ面ＬＥの方向に照射された光につい
ては、レンズ面ＬＥが上記のような性質を持つ楕円レン
ズであるため、平行光に制御される（図１３のＣの
光）。このため、光学系の軸ｃから反射面Ｒｌの端点ｐ
１方向にいたるまでの範囲の光をほとんど平行光に制御
して出射させることが可能である。Ａ，Ｂの光の説明は
第１の実施の形態と同様である。

【００６９】この発明の第６の実施の形態を図１４およ
び図１５に基づいて説明する。図１４（ａ）はこの発明
の第６の実施の形態のＬＥＤモジュールの全体図、
（ｂ）はそのＡ−Ａ′断面図、図１５はこの発明の第６
の実施の形態のＬＥＤモジュールの幾何学的構成を示す
断面図である。

【００７０】図１４（ａ）に示すように、ＬＥＤモジュ
ールは、多数の配光部２ｅを備え、その１つの構成を図
１４（ｂ）に示す。図１４（ｂ）において、３はプリン
ト基板、４はＬＥＤチップ、５ａは樹脂製反射枠、６ａ
はアルミニウム蒸着面、７ｂはエポキシ樹脂である。

【００７１】上記ＬＥＤモジュールの配光部２ｅは、図
１５に示すように、第５の実施の形態の条件に加えて、
放物線ｒｌの一方の端点ｐ１の光学系の軸ｃからの距離
は、曲線ｌＥの端点ｐ５′の光学系の軸ｃからの距離と
等しい。また、放物線ｒｕの一方の端点ｐ３が、点ｐ
０′と点ｐ５′を結んで延長した直線と、放物線ｒｌの
交点に位置する。これにより、光学系は第５の実施の形
態の範囲内で最も直径が小さくなる。

【００７２】この発明の第７の実施の形態を図１６およ
び図１７に基づいて説明する。図１６（ａ）はこの発明
の第７の実施の形態のＬＥＤモジュールの全体図、
（ｂ）はそのＡ−Ａ′断面図、図１７はこの発明の第７
の実施の形態のＬＥＤモジュールの幾何学的構成を示す
断面図である。

【００７３】図１６（ａ）に示すように、ＬＥＤモジュ
ールは、配光部２ｆを備え、その構成を図１６（ｂ）に
示す。図１６（ｂ）において、３はプリント基板、４は
ＬＥＤチップ、５ｂは樹脂製反射枠、６ｂはアルミニウ
ム蒸着面、７ｂはエポキシ樹脂である。

【００７４】上記ＬＥＤモジュールの配光部２ｆは、図
１７に示すように、放物線ｒｌの一方の端点ｐ１の光学
系の軸ｃからの距離は、曲線ｌＥの端点ｐ５′の光学系
の軸ｃからの距離と等しい。また、放物線ｒｕの一方の
端点ｐ４の光学系の軸ｃからの距離は、ｐ４′の光学系
の軸ｃからの距離と等しいかより長い。ただしｐ４′
は、光源上の点ｐ０と放物線ｒｌの端点ｐ２を結んで延
長した直線と、線分ｌｐの交点である。

【００７５】これにより、光源から見た場合に反射面Ｒ
ｕは反射面Ｒｌの影に隠れ、光源から直接反射面Ｒｕに
入射する成分がなくなる。このため、光源から直接反射
面Ｒｕに到達する光が存在する場合に、反射面Ｒｕはｐ
０′方向から入射光のみ平行光に制御する機能を持つた
め、直接光源方向から入射した光は平行光に変換されな
いということがなくなる。

【００７６】なお、上記構成のＬＥＤモジュールは、実
施の形態で示した照明器具以外の照明器具にも適用でき
る。また、反射枠は樹脂製の他に金属製でもよく、レン
ズはエポキシ樹脂以外の樹脂等でもよい。

【００７７】

【発明の効果】この発明の請求項１記載のＬＥＤモジュ
ールによれば、光源を発した光は２通りの経路を経て光
学系の軸ｃに平行な光に制御される。これにより、点ｐ
５の方向から反射面Ｒｌの端点ｐ１方向にいたるまでの
範囲のほとんど光を、レンズなしで平行光に制御して出
射させることが可能である。このため、照明用光源とし
て用いた場合、狭い範囲に光を照射できるため、照明効
率の高い器具を実現できる。また、信号用として用いた
場合、光学系正面の観察者から見ると反射面全域が発光
しているように見え、輝度の高い信号灯を実現できる。

【００７８】また、レンズ表面で全反射するほとんどの
光を、反射面による１回の反射で出射できるため、反射
を繰り返すことによる光の損失が少なく、器具効率が良
い。また、凸レンズを全く構成しないため、薄型の照明
器具や信号灯を実現でき、製作が容易である。

【００７９】請求項２では、放物線ｒｕの一方の端点ｐ
３が、点ｐ０′とｐ５を結んで延長した直線と、放物線
ｒｌの交点に位置するので、光学系の直径が最も小さく
なる。このため、ＬＥＤモジュールを小型化できる。ま
た、多数のＬＥＤを実装したモジュールを実現する際
に、実装密度を上げることができる。また、反射面の形
状がより単純になるため、製作が容易である。

【００８０】請求項３では、光源から見た場合に反射面
Ｒｕは反射面Ｒｌの影に隠れ、光源から直接反射面Ｒｕ
に到達する光束がなくなるので、より効率的に平行光に
制御できる。また、反射面Ｒｌが光源に最も近いため、
光源から反射面Ｒｌを見たときの立体角が最も大きくな
り、より広い範囲の光束を平行光に制御できる。

【００８１】この発明の請求項４記載のＬＥＤモジュー
ルによれば、光源から点ｐ５の範囲を覆うレンズ面ＬＥ
を加えたので、この光学系では、光源から反射面Ｒｌの
端点ｐ１と点ｐ５′の間に照射される光については、請
求項１と同様の仕組みで平行光に制御される。それに加
えて、レンズ面ＬＥの方向に照射された光については、
レンズ面ＬＥが凸レンズをなしているため、光学系の軸
ｃに集光される方向に屈折され、レンズ表面に到達して
拡散していた光を集光できる。このため、照明用光源と
して用いた場合、狭い範囲に光を照射でき、周辺にはあ
まり光を漏らさないため、照明効率の高い器具を実現で
きる。また、信号用光源として用いた場合、光学系正面
の観察者から見ると反射面全域が発光していて輝度が高
く、なおかつそれ以外の方向にいる観察者からはあまり
発光して見えない信号灯を実現できる。

【００８２】また、レンズ表面で全反射するほとんどの
光を、反射面による１回の反射で出射できるため、反射
を繰り返すことによる光の損失が少なく、器具効率が良
い。また、従来例２に比較してレンズ形状が単純である
ため、製作が容易である。

【００８３】請求項５では、光源から反射面Ｒｌの端点
ｐ１と点ｐ５′の間に照射される光については、請求項
１と同様の仕組みで平行光に制御される。それに加え
て、レンズ面ＬＥの方向に照射された光については、レ
ンズ面ＬＥが焦点上から発した光を平行光に制御する性
質を持つ楕円レンズであるため、平行光に制御される。
このため、光学系の軸ｃから反射面Ｒｌの端点ｐ１方向
にいたるまでの範囲の光をほとんど平行光に制御して出
射させることが可能である。

【００８４】請求項６では、放物線ｒｌの一方の端点ｐ
１の光学系の軸ｃからの距離は、曲線ｌＥの端点ｐ５′
の光学系の軸ｃからの距離と等しく、放物線ｒｕの一方
の端点ｐ３が、点ｐ０′と点ｐ５′を結んで延長した直
線と放物線ｒｌの交点に位置するので、光学系の直径が
最も小さくなる。このため、ＬＥＤモジュールを小型化
できる。また、多数のＬＥＤを実装したモジュールを実
現する際に、実装密度を上げることができる。また、反
射面の形状がより単純になるため、製作が容易である。

【００８５】請求項７では、光源から見た場合に反射面
Ｒｕは反射面Ｒｌの影に隠れ、光源から直接反射面Ｒｕ
に到達する光束がなくなるので、光源から発する光をよ
り効率的に平行光に制御できる。また、反射面Ｒｌが光
源に最も近いため、光源から反射面Ｒｌを見たときの立
体角が最も大きくなり、より広い範囲の光束を平行光に
制御できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１の実施の形態のＬＥＤモジュー
ルの幾何学的構成を示す断面図である。

【図２】（ａ）はこの発明の第１の実施の形態のＬＥＤ
モジュールを用いた信号灯の全体図、（ｂ）はランプ部
の拡大図、（ｃ）は（ｂ）のＡ−Ａ′断面図である。

【図３】この発明の第１の実施の形態の作用説明図であ
る。

【図４】（ａ）はこの発明の第２の実施の形態のＬＥＤ
モジュールを用いたダウンライト照明器具の全体図、
（ｂ）はそのＡ−Ａ′断面図である。

【図５】この発明の第２の実施の形態のＬＥＤモジュー
ルの幾何学的構成を示す断面図である。

【図６】この発明の第３の実施の形態のＬＥＤモジュー
ルを用いたフットライト照明器具の全体図、（ｂ）はそ
のＡ−Ａ′断面図である。

【図７】この発明の第３の実施の形態のＬＥＤモジュー
ルの幾何学的構成を示す断面図である。

【図８】（ａ）はこの発明の第４の実施の形態のＬＥＤ
モジュールを用いた視線誘導灯の全体図、（ｂ）はその
Ａ−Ａ′断面図である。

【図９】この発明の第４の実施の形態のＬＥＤモジュー
ルの幾何学的構成を示す断面図である。

【図１０】この発明の第４の実施の形態の作用説明図で
ある。

【図１１】（ａ）はこの発明の第５の実施の形態のＬＥ
Ｄモジュールの全体図、（ｂ）はそのＡ−Ａ′断面図で
ある。

【図１２】この発明の第５の実施の形態のＬＥＤモジュ
ールの幾何学的構成を示す断面図である。

【図１３】この発明の第５の実施の形態の作用説明図で
ある。

【図１４】（ａ）はこの発明の第６の実施の形態のＬＥ
Ｄモジュールの全体図、（ｂ）はそのＡ−Ａ′断面図で
ある。

【図１５】この発明の第６の実施の形態のＬＥＤモジュ
ールの幾何学的構成を示す断面図である。

【図１６】（ａ）はこの発明の第７の実施の形態のＬＥ
Ｄモジュールの全体図、（ｂ）はそのＡ−Ａ′断面図で
ある。

【図１７】この発明の第７の実施の形態のＬＥＤモジュ
ールの幾何学的構成を示す断面図である。

【図１８】従来例１のＬＥＤモジュールの断面図であ
る。

【図１９】従来例２のＬＥＤ光源の断面図である。

【符号の説明】

４ＬＥＤチップ５樹脂製反射枠６アルミニウム蒸着面７エポキシ樹脂ｃ光学系の軸Ｌｐレンズ面ｌｐ線分Ｒｌ反射面ｒｌ放物線Ｒｕ反射面ｒｕ放物線 θ′ 臨界角ｐ０光源上の点ｐ１光源の設置に必要な半径より外側の点ｐ２ｐ０′とｐ５を結んだ直線上の点で線分ｌｐより
光源側の点ｐ３ｐ０′とｐ５を結んだ直線より光源側で放物線ｒ
ｌより外側の点ｐ４放物線ｒｕと線分ｌｐの交点ｐ５点ｐ０を起点とし臨界角θ′の角度で延びる直線
と線分ｌｐとの交点ｐ０′ レンズ面Ｌｐによる光源の虚像上の点

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光学系の軸ｃに配置されたＬＥＤ光源を
反射面で囲みかつ封止物質で封止された配光部を備えた
ＬＥＤモジュールにおいて、前記封止物質のレンズ面Ｌ
ｐが光学系の軸ｃを中心とする平面からなり、前記反射
面が光学系の軸ｃに対して対称に配置されたそれぞれ凹
曲面からなる内側の反射面Ｒｌと外側の反射面Ｒｕを持
ち、レンズ面Ｌｐに沿った径方向の線分ｌｐは光学系の軸ｃ
と直交する直線上の線分であり、内側の反射面Ｒｌに沿った径方向の放物線ｒｌはその焦
点が前記光源上の点ｐ０に位置し、放物線ｒｌの一方の
端点ｐ１の光学系の軸ｃからの距離は前記光源の設置に
必要な半径以上で、放物線ｒｌの他方の端点ｐ２は、線
分ｌｐを対称軸として前記光源上の点ｐ０と線対称の位
置にある点をｐ０′、前記光源上の点ｐ０を起点とし光
学系の軸ｃに対する臨界角θ′の角度で延びる直線と線
分ｌｐとの交点をｐ５として、点ｐ０′と点ｐ５を結ん
で延長した直線上の点で線分ｌｐより前記光源側にあ
り、外側の反射面Ｒｕに沿った径方向の放物線ｒｕはその焦
点が点ｐ０′に位置し、放物線ｒｕの一方の端点ｐ３
は、点ｐ０′と点ｐ５を結んで延長した直線より前記光
源側で、かつ放物線ｒｌより外側に位置し、放物線ｒｕ
の他方の端点ｐ４は線分ｌｐと放物線ｒｕの交点である
ことを特徴とするＬＥＤモジュール。
【請求項２】放物線ｒｕの一方の端点ｐ３が、点ｐ
０′とｐ５を結んで延長した直線と、放物線ｒｌの交点
に位置する請求項１記載のＬＥＤモジュール。
【請求項３】放物線ｒｌの端点ｐ１の光学系の軸ｃか
らの距離が、ＬＥＤ光源の設置に必要な半径に等しく、
放物線ｒｕの一方の端点ｐ４の光学系の軸ｃからの距離
は、光源上の点ｐ０と放物線ｒｌの端点ｐ２を結んで延
長した直線と線分ｌｐの交点をｐ４′として、点ｐ４′
の光学系の軸ｃからの距離以上とした請求項１記載のＬ
ＥＤモジュール。
【請求項４】光学系の軸ｃに配置されたＬＥＤ光源を
反射面で囲みかつ封止物質で封止された配光部を備えた
ＬＥＤモジュールにおいて、前記封止物質のレンズ面が
光学系の軸ｃを中心とする凸曲面からなる内側のレンズ
面ＬＥと平面からなる外側のレンズ面Ｌｐを持ち、前記
反射面が光学系の軸ｃに対して対称に配置されたそれぞ
れ凹曲面からるな内側の反射面Ｒｌと外側の反射面Ｒｕ
を持ち、内側のレンズ面ＬＥに沿った径方向の曲線ｌＥはその端
点ｐ５′が前記光源上の点ｐ０を起点とし光学系の軸ｃ
に対する臨界角θ′の角度で延びる直線より外側にあ
り、外側のレンズ面Ｌｐに沿った径方向の線分ｌｐは点ｐ
５′を通り光学系の軸ｃに直交する直線上の線分であ
り、内側の反射面Ｒｌに沿った径方向の放物線ｒｌはその焦
点が前記光源上の点ｐ０に位置し、放物線ｒｌの一方の
端点ｐ１の光学系の軸ｃからの距離は曲線ｌＥの端点ｐ
５′の光学系の軸ｃからの距離以上で、放物線ｒｌの他
方の端点ｐ２は、線分ｌｐを対称軸として前記光源上の
点ｐ０と線対称の位置にある点をｐ０′として、点ｐ
０′と点ｐ５′を結んで延長した直線と放物線ｒｌの交
点に位置し、外側の反射面Ｒｕに沿った径方向の放物線ｒｕはその焦
点が点ｐ０′に位置し、放物線ｒｕの一方の端点ｐ３
は、点ｐ０′と点ｐ５′を結んで延長した直線より前記
光源側で、かつ放物線ｒｌより外側に位置し、放物線ｒ
ｕの他方の端点ｐ４は線分ｌｐと放物線ｒｕの交点であ
ることを特徴とするＬＥＤモジュール。
【請求項５】曲線ｌＥは楕円の一部で長径ａＥと短径
ｂＥの比が、ｎ′をレンズの媒質の屈折率、ｎを空気の
屈折率として、ｂＥ／ａＥ＝（ｎ′²−ｎ²）^1/2／ｎ′ を満たし、楕円の一方の焦点がＬＥＤ光源上の点ｐ０に位置し、楕
円の中心は光学系の軸ｃ上で点ｐ０より照射方向側にあ
り、曲線ｌＥの端点ｐ５′は楕円とその短径ｂＥの交点
である請求項４記載のＬＥＤモジュール。
【請求項６】放物線ｒｌの一方の端点ｐ１の光学系の
軸ｃからの距離は、曲線ｌＥの端点ｐ５′の光学系の軸
ｃからの距離と等しく、放物線ｒｕの一方の端点ｐ３
が、点ｐ０′と点ｐ５′を結んで延長した直線と放物線
ｒｌの交点に位置する請求項５記載のＬＥＤモジュー
ル。
【請求項７】放物線ｒｌの一方の端点ｐ１の光学系の
軸ｃからの距離は、曲線ｌＥの端点ｐ５′の光学系の軸
ｃからの距離と等しく、放物線ｒｕの一方の端点ｐ４の
光学系の軸ｃからの距離は、ＬＥＤ光源上の点ｐ０と放
物線ｒｌの端点ｐ２を結んで延長した直線と線分ｌｐの
交点をｐ４′として、ｐ４′の光学系の軸ｃからの距離
以上である請求項５記載のＬＥＤモジュール。