JP2002289015A - 短焦点レンズ集光型発光ダイオード照明装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】白色発光する発光ダイオードを光源として用い
た場合に、白色光の中心領域から青紫色光を除去すると
ともに、照度を向上することができるようにする。 【解決手段】白色発光する発光ダイオードと、上記発光
ダイオードから放出される白色の放出光が入射する短焦
点凸レンズとを有し、上記発光ダイオードと上記短焦点
凸レンズとは、上記発光ダイオードと上記短焦点凸レン
ズの中心との間の距離が、上記短焦点凸レンズの焦点距
離に略等しくなるようにして配設する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、短焦点レンズ集光
型発光ダイオード照明装置に関し、さらに詳細には、家
庭用、登山用あるいは非常用などの各種用途に用いて好
適な懐中電灯などの短焦点レンズ集光型発光ダイオード
照明装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、豆電球を光源として用いると
ともに乾電池を電源として用いた携帯用電灯たる懐中電
灯が知られている。ここで、光源に豆電球を用いた懐中
電灯においては、豆電球の消費電流がおよそ２００ｍＡ
と多いので、乾電池の寿命が短くなってしまうという問
題点があった。

【０００３】こうした従来の豆電球を用いた懐中電灯の
問題点を解決するために、豆電球に代わる光源として発
光ダイオードを用いた懐中電灯が提案されている。

【０００４】発光ダイオードの消費電流はおよそ２０ｍ
Ａであり、上記した豆電球の消費電流に比べて１０分の
１程度と少ないので、発光ダイオードを用いた懐中電灯
においては、消費電流が抑えられて乾電池の寿命を長く
することができる。

【０００５】この際、懐中電灯に配設される発光ダイオ
ードとしては、青紫色発光するダイオードと黄色の蛍光
体とを組み合わせて構成した白色発光する発光ダイオー
ドを用いることができる。

【０００６】より詳細には、この白色発光する発光ダイ
オードは、青紫色発光する発光ダイオードの青紫色光に
よって、蛍光体を励起して黄色光を発光させる。これに
より、青紫色光と黄色光とが混合された白色光が、発光
ダイオードの透明の樹脂よりなる球面形状の先端部表面
において屈折し、先端方向におけるおよそ３０°の拡が
り角度で放出される（図１参照）。

【０００７】しかしながら、発光ダイオードの球面形状
の先端部表面における屈折により、発光ダイオードの先
端部から放出される白色光の中心に青紫色光（図１にお
ける破線参照）が集まってしまい、懐中電灯から投光さ
れる白色光の中心領域に青紫色光の強い領域が生じてし
まう。

【０００８】このため、こうした白色発光する発光ダイ
オードを用いた従来の懐中電灯により、発光ダイオード
から放出される白色光を所定の物体に照射して目視しよ
うとしても、白色光の中心領域に青紫色光が集まってい
るので中心領域が青紫色になってしまい、文字が読み難
く眼が疲れ易いなどの不都合が生じていたという問題点
があった。

【０００９】なお、こうした白色発光する発光ダイオー
ドを用いた従来の懐中電灯の問題点を解決するために、
所定のフィルターを配設するようにして、白色光の中心
領域に集まる青紫色光のみを除去するようにしてもよ
い。しかしながら、こうしたフィルターを用いると、光
量が損失して照度が低下してしまうという新たな問題点
が生起されることになる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記したよ
うな従来の技術の有する種々の問題点に鑑みてなされた
ものであり、その目的とするところは、白色発光する発
光ダイオードを光源として用いた場合に、白色光の中心
領域から青紫色光を除去するとともに、照度を向上する
ことができるようにした短焦点レンズ集光型発光ダイオ
ード照明装置を提供しようとするものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明のうち請求項１に記載の発明は、白色発光す
る発光ダイオードと、上記発光ダイオードから放出され
る白色の放出光が入射する短焦点凸レンズとを有し、上
記発光ダイオードと上記短焦点凸レンズとは、上記発光
ダイオードと上記短焦点凸レンズの中心との間の距離
が、上記短焦点凸レンズの焦点距離に略等しくなるよう
にして配設されるようにしたものである。

【００１２】従って、本発明のうち請求項１に記載の発
明によれば、発光ダイオードから放出された大部分の光
線が、発光ダイオードに近接した短焦点凸レンズに入射
してスポット状に集光されて出射するので、照度を向上
することができ、また、短焦点凸レンズの大きな色収差
によって白色光の中心領域から青紫色光を除去すること
ができる。

【００１３】また、発光ダイオードと短焦点凸レンズの
中心との間の距離を調整することによって、白色光の中
心領域から除去されスポット状に集光された白色光の外
周側に位置する青紫色光を弱くすることができる。

【００１４】また、本発明のうち請求項２に記載の発明
は、請求項１に記載の発明において、上記発光ダイオー
ドと上記短焦点凸レンズとは、それぞれ２以上の同一数
配設され、上記短焦点凸レンズのそれぞれは、上記短焦
点凸レンズのそれぞれから出射された光線が所定の位置
で集光するようにして配設されたものである。

【００１５】従って、本発明のうち請求項２に記載の発
明によれば、複数の発光ダイオードのそれぞれからの放
出光が、対応する短焦点凸レンズのそれぞれからスポッ
ト光として出射されて、そのスポット光が所定の位置で
重ねられ単一のスポット光となるので、照度を一層向上
させることができる。

【００１６】また、本発明のうち請求項３に記載の発明
のように、請求項１または請求項２のいずれか１項に記
載の発明において、上記短焦点凸レンズは球形レンズで
あるようにしてもよい。

【００１７】このようにすると、単純な球形形状の球形
レンズは任意の直径に製作することが容易なので、大量
生産が可能となっての製造コストを低減することができ
るとともに、球形レンズにはレンズの方向性が無いの
で、短焦点凸レンズ（球形レンズ）の組み付けが容易に
なる。

【００１８】また、本発明のうち請求項４に記載の発明
のように、請求項１または請求項２のいずれか１項に記
載の発明において、上記短焦点凸レンズは円筒レンズで
あるようにしてもよい。

【００１９】また、本発明のうち請求項５に記載の発明
のように、請求項１、請求項２、請求項３または請求項
４のいずれか１項に記載の発明において、上記短焦点凸
レンズは、上記発光ダイオードと上記短焦点凸レンズの
中心との間の距離をｄとし、上記短焦点凸レンズの半径
をｒとし、上記発光ダイオードから放出される放射光の
全拡がり角を２θとしたときに、下記数式１で示される
上記短焦点凸レンズの焦点距離ｆを有するようにしても
よい。

【００２０】 ｆ≒ｄ＞（ｒ／ｔａｎθ） ・・・数式１ また、本発明のうち請求項６に記載の発明のように、請
求項１、請求項２、請求項３、請求項４または請求項５
のいずれか１項に記載の発明において、さらに、上記発
光ダイオードと直列接続された可変抵抗器を有するよう
にしてもよい。

【００２１】このようにすると、可変抵抗器の抵抗値を
変化させることにより、発光ダイオードに流れる電流が
変化し、照明装置から投光されるスポット光の明るさを
変化させることができると同時に消費電力の節約ができ
る。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、添付の図面を参照しなが
ら、本発明による短焦点レンズ集光型発光ダイオード照
明装置の実施の形態の一例を詳細に説明するものとす
る。

【００２３】なお、以下においては、説明を簡略化して
理解を容易にするために、本発明による短焦点レンズ集
光型発光ダイオード照明装置の実施の形態の一例として
懐中電灯について説明するものとする。

【００２４】ここで、図２には、本発明による短焦点レ
ンズ集光型発光ダイオード照明装置としての懐中電灯の
第１の実施の形態の一部を破断して示した概略構成説明
図が示されている。図２に示す本発明による懐中電灯１
０は、内部が中空な円筒状の本体部１２を備え、この本
体部１２を前方側１２ａと後方側１２ｂとに分ける壁部
１４と、壁部１４に配設されたソケット１６に取り付け
られ前方側１２ａに位置する発光ダイオード１８と、前
方側１２ａの外周側にスライド部材２０を介して移動自
在に配設された内部が中空な円筒状の蓋部２２と、蓋部
２２の内部に配設された短焦点レンズ２４と、後方側１
２ｂの外周側に配設されたスイッチ２６と、後方側１２
ｂの内部に配設された乾電池２８と、後方側１２ｂの端
部に位置する調節ツマミ３０とを有して構成されてい
る。

【００２５】さらに、スイッチ２６がオン（ＯＮ）され
ることにより接点Ａが接続されて直列接続される回路に
は、自動消灯器３２と可変抵抗器３４と保護抵抗３６と
が配設されている。

【００２６】自動消灯器３２は、例えば、タイマーなど
が組み込まれた回路により形成される。

【００２７】可変抵抗器３４は、例えば、０Ω〜５００
Ωの範囲で抵抗値を可変でき、保護抵抗３６は、例え
ば、５０Ωに設定されている。

【００２８】また、乾電池２８は、１．５Ｖの乾電池を
３個用い、これら３個の乾電池２８−１，２８−２，２
８−３は直列に接続される。

【００２９】そして、乾電池２８−１のプラス電極が保
護抵抗３６に接続され、乾電池２８−３のマイナス電極
が可変抵抗器３４に接続されている。

【００３０】なお、自動消灯器３２は、可変抵抗器３４
と接点Ａとの間に直列に接続されており、発光ダイオー
ド１８は、保護抵抗３６と接点Ａとの間に直列に接続さ
れている。

【００３１】ここで、発光ダイオード１８は、青紫色発
光するダイオードと黄色の蛍光体とが組み合わされ、透
明の樹脂で封止された略円筒形形状の白色発光する発光
ダイオードである。

【００３２】より詳細には、この白色発光する発光ダイ
オードは、青紫色発光する発光ダイオードの青紫色光に
よって、蛍光体を励起して黄色光を発光させる。これに
より、青紫色光と黄色光とが混合された白色光が、発光
ダイオードの球面形状の先端部表面１８ａにおいて屈折
し、先端方向におけるおよそ３０°の拡がり角度（な
お、この角度は発光ダイオードの先端部表面１８ａに依
存するものであり、通常用いられる発光ダイオード１８
の場合にはおよそ３０°である。）で放出されるもので
ある（図４参照）。

【００３３】発光ダイオード１８は、壁部１４に配設さ
れたソケット１６に取り付けられており、発光ダイオー
ド１８の一方の端子１８ｂはスイッチ２６のオンにより
接続される接点Ａに接続され、他方の端子１８ｃは保護
抵抗３６を介して乾電池２８−１のプラス電極に接続さ
れる。

【００３４】調節ツマミ３０は、本体部１２の後方側１
２ｂの端部に配設されており、この調節ツマミ３０を操
作することにより、可変抵抗器３４の抵抗値を０Ω〜５
００Ωの範囲内で変化させることができる。

【００３５】蓋部２２は、内部が中空な円筒状体であり
両端部は略円形形状で開口している。前方開口部２２ａ
の近傍には、短焦点レンズ２４が配設されており、後方
開口部２２ｂには、本端部１２の前方側１２ａが位置し
ている。蓋部２２は、後方開口部２２ｂの内周側と前方
側１２ａの外周側との間に配設されたスライド部材２０
を介して、前後方向（図２参照）に移動自在となされて
いる。

【００３６】一方、短焦点レンズ２４は、焦点距離の短
い凸レンズで構成されている。この短焦点レンズ２４た
る凸レンズの焦点距離は５０ｍｍ以下が好ましく、所
謂、広角レンズを用いることができるが、焦点距離が１
０ｍｍ程度の凸レンズを用いることがより好ましい。

【００３７】この短焦点レンズ２４は、前方開口部２２
ａの近傍に配設されており、短焦点レンズ２４の中心Ｐ
が、発光ダイオード１８の中心軸Ｏ（図３ならびに図４
における一点鎖線参照）上に位置するようになされてい
る。

【００３８】そして、短焦点レンズ２４の入射面２４ａ
が発光ダイオード１８と対向し、出射面２４ｂは蓋部２
２の前方開口部２２ａ側に位置している。このため、短
焦点レンズ２４の入射面２４ａに発光ダイオード１８か
ら放出された光線が入射し、入射面２４ａから入射した
光線は出射面２４ｂから出射される。

【００３９】図３を参照しならがら、発光ダイオード１
８と短焦点レンズ２４との配置関係についてより詳細に
説明することとする。

【００４０】発光ダイオード１８と短焦点レンズ２４と
の配置関係、即ち、中心軸Ｏ方向における発光ダイオー
ド１８と短焦点レンズ２４の中心との間の距離ｄは、以
下に示すような条件を備えるように寸法設定されてい
る。

【００４１】なお、具体的には距離ｄは、本体部１２の
前方側１２ａに配設された発光ダイオード１８の先端部
表面１８ａと短焦点レンズ２４たる凸レンズの中心Ｐと
の間の中心軸Ｏ方向における距離である。

【００４２】即ち、短焦点レンズ２４の半径をｒとし、
発光ダイオード１８から放出される放射光の全拡がり角
を２θとすると、下記数式１に示す関係から、 ｒ／ｄ＝ｔａｎθ ・・・数式１ 発光ダイオード１８から放出される全ての放射光を短焦
点レンズ２４に集めるためには、下記数式２に示す関係
が成り立つようにすればよい。

【００４３】ｄ＜（ｒ／ｔａｎθ） ・・・数式２ 従って、短焦点レンズ２４の焦点距離をｆとすると、下
記数式３を満たす短焦点レンズ２４を用いるようにす
る。

【００４４】ｆ≒ｄ＜（ｒ／ｔａｎθ） ・・・数式３ 上記数式３より、発光ダイオード１８と短焦点レンズ２
４の中心との間の距離ｄは、ｄ＜（ｒ／ｔａｎθ）であ
り、かつ、ｆ≒ｄとなるので、発光ダイオード１８は短
焦点レンズ２４の焦点距離ｆの近傍に配置すればよい。

【００４５】ただし、蓋部２２がスライド部材２０を介
して、前後方向（即ち、中心軸Ｏ方向）に移動自在とな
されているので、蓋部２２を前後方向に移動することに
より、発光ダイオード１８と短焦点レンズ２４の中心と
の間の距離ｄは、上記した数式２ならびに数式３を満た
す範囲内で変化することができる。

【００４６】以上の構成において、上記した懐中電灯１
０から光線が投光される際の状態を説明すると、まず、
懐中電灯１０の使用者によって、スイッチ２６がオン
（ＯＮ）されると、接点Ａが接続されて、発光ダイオー
ド１８、保護抵抗３６、乾電池２８−１、２８−２、２
８−３、可変抵抗器３４ならびに自動消灯器３２が直列
に接続されている回路が閉じて、発光ダイオード１８に
電流が流れる。

【００４７】そうすると、発光ダイオード１８の青紫色
発光する発光ダイオードの青紫色光によって、蛍光体が
励起されて黄色光が発光する。これにより、青紫色光と
黄色光とが混合された白色光が、発光ダイオード１８の
球面形状の先端部表面１８ａにおいて屈折し、先端方向
におけるおよそ３０°の拡がり角度で放出される（図４
参照）。

【００４８】そして、発光ダイオード１８の先端部表面
１８ａから放出された光線は、短焦点レンズ２４の入射
面２４ａに入射し、入射面２４ａから入射した光線が出
射面２４ｂから出射する。

【００４９】短焦点レンズ２４の出射面２４ｂから出射
した光線は、発光ダイオード１８が短焦点レンズ２４の
焦点距離ｆの近傍に配置されているので、中心軸Ｏ方向
に平行な光線となり、スポット状に集光される。

【００５０】この際、短焦点レンズ２４の大きな色収差
によって、発光ダイオード１８の先端部表面１８ａから
放出された光線のうちの青紫色光（図４における破線参
照）のみが、短焦点レンズ２４の出射面２４ｂにおいて
大きく屈折する。その結果、青紫色光は中心軸Ｏ方向に
平行な光線とはならずに、スポット状に集光される光線
の外周側に拡げられて弱まる。

【００５１】つまり、短焦点レンズ２４の出射面２４ｂ
から出射した光線は、内側に白色光が存在し、外周側に
青紫色光が集まっているスポット光となり、このスポッ
ト光が蓋部２２の前方開口部２２ａから投光される。

【００５２】従って、発光ダイオードから放出される白
色光を所定の物体に照射して目視する際には、短焦点レ
ンズ２４によって集光されるので照度は向上しており、
また、白色光の中心領域に青紫色光が集まっていないの
で中心領域は白色光が強くなる。このため、文字が読み
易く、眼が疲れなくなり、不都合が生じない。

【００５３】ここで、蓋部２２を前後方向（即ち、中心
軸Ｏ方向）に移動させて、発光ダイオード１８と短焦点
レンズ２４の中心との間の距離ｄを変化させて微調整す
ることにより、白色光の領域を調節することができる。

【００５４】また、蓋部２２の前方開口部２２ａから投
光されるスポット光の明るさを変化させたい場合には、
使用者が調節ツマミ３０を操作し、可変抵抗器３４の抵
抗値を変化させればよい。これにより、発光ダイオード
１８に流れる電流が定格の電流範囲で変化するので、電
流に応じて発光ダイオード１８の輝度が変化し、所望の
明るさのスポット光を得ることができる。

【００５５】なお、発光ダイオード１８が発光してスポ
ット光が懐中電灯１０から投光された後、所定時間が経
過すると、自動消灯器３２により、自動的に発光ダイオ
ード１８への電流の供給が停止されるので、懐中電灯１
０からのスポット光の投光が停止され消灯する。このた
め、使用者がスイッチ２６をオフすることを忘れてしま
った場合などでも、自動的に消灯するので、乾電池２８
の消耗を防ぐことができる。

【００５６】上記したようにして、本発明による懐中電
灯１０においては、白色発光する発光ダイオード１８か
ら放出される放出光が入射する短焦点レンズ２４を発光
ダイオード１８の直前、即ち、発光ダイオード１８を短
焦点レンズ２４の焦点距離ｆの近傍に配置したので、発
光ダイオード１８の先端部表面１８ａから放出された光
線が、短焦点レンズ２４の入射面２４ａに入射し、出射
面２４ｂから中心軸Ｏ方向に平行な光線として出射され
て、スポット状に集光される。

【００５７】このため、本発明による懐中電灯１０にお
いては、ただ１つの発光ダイオード１８であっても、そ
の出射光がスポット状に集光されて照度を向上すること
ができる。具体的には、ただ１つの発光ダイオード１８
と短焦点レンズ２４との組み合わせによって、複数の発
光ダイオードのみを用いた懐中電灯の照度や、従来の豆
電球を用いた懐中電灯の照度と同程度の照度を得ること
が可能となる。

【００５８】また、短焦点レンズ２４の大きな色収差に
よって、発光ダイオード１８の先端部表面１８ａから放
出された光線のうちの青紫色光は、スポット状に集光さ
れた領域の外周側に拡げられて弱まるので、白色発光す
る発光ダイオードを光源として用いた場合においても、
白色光の中心領域から青紫色光を除去することができ
る。

【００５９】さらに、本発明による懐中電灯１０におい
ては、消費電流が豆電球の消費電流に比べて１０分の１
程度と少ない発光ダイオード１８を用いているので、従
来の豆電球を用いた懐中電灯に比べて消費電流が抑えら
れ、乾電池２８の寿命を長くすることができる。

【００６０】具体的には、発光ダイオード１８の輝度
は、乾電池２８の電圧低下にほぼ比例して緩やかに低下
するため、１．５Ｖの乾電池２８を３本直列にして使用
した場合には、１本の乾電池２８の電圧が１Ｖ程度まで
は発光ダイオード１８を発光させることができ、乾電池
２８の使用時間は長い。

【００６１】さらにまた、上記したように発光ダイオー
ド１８を１つ配設するだけで、十分な照度が得られるの
で、より一層消費電力を抑制して乾電池を有効に使用す
ることができ、近年、産業廃棄物として問題とされる使
用済み乾電池の量を減少させることができる。

【００６２】そして、本発明による懐中電灯１０におい
ては、短焦点レンズ２４を発光ダイオード１８の直前に
配設するようにしたため、発光ダイオード１８の先端部
表面１８ａから放出された光線を有効に集められ、従来
の豆電球を用いた懐中電灯において集光のために配設さ
れる反射鏡なしに集光機能を有する懐中電灯を構成する
ことができる。さらに、短焦点レンズ２４のため集光系
は短くなり、懐中電灯１０全体の小型化を実現すること
ができ、携帯用に適した小型で軽量な懐中電灯を構成す
ることができる。

【００６３】また、本発明による懐中電灯１０において
は、発光ダイオード１８と直列に接続された可変抵抗器
３４を有するようにしたので、調節ツマミ３０を操作す
ることにより可変抵抗器３４の抵抗値を変化させて、ス
ポット光の明るさを変化させることができる。

【００６４】これにより、従来の豆電球を用いた懐中電
灯においては、豆電球のフィラメントの輝度が電圧ある
いは電流の変化に大きく依存するとともに、豆電球の消
費電流が大きく制御用抵抗での熱損失が大きいために、
明るさの調整が困難であったのに対して、本発明による
懐中電灯１０においては明るさの調整を容易に行うこと
ができ、使用用途に応じて明るさを調整することによ
り、消費電力をより一層抑えて乾電池の寿命を長くする
ことができる。

【００６５】ここで、具体的に、上記した第１の実施の
形態の懐中電灯１０（図２参照）において、両凸レンズ
からなる短焦点レンズ２４を用い、 短焦点レンズ２４の焦点距離ｆ＝１０ｍｍ 短焦点レンズ２４の半径ｒ＝７ｍｍ 短焦点レンズ２４の厚みｔ＝８ｍｍ であって、発光ダイオード１８から放出される放射光の
全拡がり角２θ＝５０°（即ち、θ＝２５°）の場合
に、発光ダイオード１８と短焦点レンズ２４の中心との
間の距離ｄの最適範囲は６ｍｍ〜８ｍｍとなり、短焦点
レンズ２４の出射面２４ｂから１ｍｍの位置におけるス
ポット光の直径は５０ｃｍとなる。

【００６６】次に、図５を参照しながら、本発明による
懐中電灯の第２の実施の形態について説明する。

【００６７】この第２の実施の形態と上記した第１の実
施の形態とは、上記した第１の実施の形態における懐中
電灯１０がただ１つの発光ダイオード１８を用いている
のに対して（図２参照）、第２の実施の形態における懐
中電灯２１０は複数の発光ダイオードを用いている点に
おいて、両者は互いに異なっている。

【００６８】即ち、第２の実施の形態における懐中電灯
２１０は、３つの発光ダイオード１８−１，１８−２，
１８−３と、３つの短焦点レンズ２４−１，２４−２，
２４−３とを有するものである。

【００６９】そして、発光ダイオード１８−１から放出
された放出光が短焦点レンズ２４−１に入射され、発光
ダイオード１８−２から放出された放出光が短焦点レン
ズ２４−２に入射され、発光ダイオード１８−３から放
出された放出光が短焦点レンズ２４−３に入射されるよ
うになされている。

【００７０】また、短焦点レンズ２４−１，２４−２，
２４−３はそれぞれ、短焦点レンズ２４−１，２４−
２，２４−３の出射面２４ｂ−１，２４ｂ−２，２４ｂ
−３から出射される光線が所定の位置で集光するように
して配設されている。

【００７１】従って、第２の実施の形態の懐中電灯２１
０においては、３つの発光ダイオード１８−１，１８−
２，１８−３のそれぞれからの放出光が、対応する短焦
点レンズ２４−１，２４−２，２４−３の出射面２４ｂ
−１，２４ｂ−２，２４ｂ−３のそれぞれからスポット
光として出射されて、所定の位置で重ねられ単一のスポ
ット光となる。

【００７２】この際、上記した第１の実施の形態（図４
参照）のように、ただ１つの発光ダイオード１８の放出
光がスポット状に集光されるのに比べて、懐中電灯２１
０から投光されるスポット光は、３つの発光ダイオード
１８−１，１８−２，１８−３のそれぞれからのスポッ
ト光が重ねられたものであるので照度が一層向上する。

【００７３】第２の実施の形態の懐中電灯２１０におい
ては、複数の発光ダイオード１８−１，１８−２，１８
−３と、発光ダイオード１８−１，１８−２，１８−３
のそれぞれに対応する等しい数の短焦点レンズ２４−
１，２４−２，２４−３とを配設するようにしたため、
照度を一層向上することができる。

【００７４】なお、上記した第２の実施の形態のよう
に、複数の発光ダイオード１８を配設し、その複数の発
光ダイオード１８の総数に応じた複数の短焦点レンズ２
４を配設する場合には、複数の短焦点レンズ２４（凸レ
ンズ）を１つの板状に一体成型するようにしてもよい
（図６（ａ）（ｂ）参照）。

【００７５】この場合には、予め光軸調整をした状態で
複数の短焦点レンズ２４（凸レンズ）を一体成型できる
ので、複数の短焦点レンズ２４（凸レンズ）を組み付け
る際の作業性を向上することができる。

【００７６】次に、図７を参照しながら、本発明による
懐中電灯の第３の実施の形態について説明する。

【００７７】この第３の実施の形態と上記した第１の実
施の形態とは、上記した第１の実施の形態における懐中
電灯１０の短焦点レンズ２４が凸レンズにより構成され
ているのに対して（図２参照）、第３の実施の形態にお
ける懐中電灯の短焦点レンズ３２４が球形レンズにより
構成されている点において、両者は互いに異なってい
る。

【００７８】この短焦点レンズ３２４たる球形レンズの
焦点距離は、５０ｍｍ以下が好ましく、所謂、広角レン
ズを用いることができる。

【００７９】そして、第３の実施の形態の懐中電灯にお
いては、発光ダイオード１８の放出光が、球形レンズか
らなる短焦点レンズ３２４の後方面３２４ａに入射し、
後方面３２４ａから入射した光線が前方面３２４ｂから
出射される。

【００８０】この際、発光ダイオード１８が短焦点レン
ズ３２４の焦点距離ｆの近傍に配置されているので、短
焦点レンズ３２４の前方面３２４ｂから出射した光線は
スポット状に集光される。また、短焦点レンズ３２４の
大きな色収差によって、発光ダイオード１８の先端部表
面１８ａから放出された光線のうちの青紫色光のみがス
ポット状に集光される光線の外周側に選択的に拡げられ
て弱まる。

【００８１】つまり、短焦点レンズ３２４の前方面３２
４ｂから出射した光線は、内側に白色光が存在するとと
もに、外周側に青紫色光が集まっているスポット光とな
り、このスポット光が懐中電灯から投光される。

【００８２】第３の実施の形態の懐中電灯においては、
短焦点レンズ３２４を球形レンズにより構成するように
したが、単純な球形形状の球形レンズは任意の直径に製
作することが容易なので、大量生産が可能となり懐中電
灯の製造コストを低減することができる。また、球形レ
ンズにはレンズの方向性が無いので、短焦点レンズ３２
４の組み付けが容易になる。

【００８３】なお、上記した第３の実施の形態において
は、ただ１つの球形レンズからなる短焦点レンズ３２４
を配設するようにしたが、これに限られるものではない
ことは勿論であり、図８に示すように、複数の発光ダイ
オードに応じてそれぞれ球形レンズからなる複数の短焦
点レンズ３２４−１，３２４−２を配設するようにして
もよい。

【００８４】この際、固定的に配設された複数の発光ダ
イオード１８−１，１８−２に対して、複数の短焦点レ
ンズ３２４−１，３２４−２のレンズ間の距離を調節す
る機械的な機構を設けるようにすると、複数の発光ダイ
オード１８−１，１８−２のそれぞれからのスポット光
を重ねることができるようになり、照度を一層向上させ
ることができる。

【００８５】次に、図９（ａ）（ｂ）を参照しながら、
本発明による懐中電灯の第４の実施の形態について説明
する。

【００８６】この第４の実施の形態と上記した第１の実
施の形態とは、上記した第１の実施の形態における懐中
電灯１０の短焦点レンズ２４が凸レンズにより構成され
ているのに対して（図２参照）、第４の実施の形態にお
ける懐中電灯の短焦点レンズ４２４が円筒レンズにより
構成されている点において、両者は互いに異なってい
る。

【００８７】この短焦点レンズ４２４たる円筒レンズの
焦点距離は、５０ｍｍ以下が好ましく、所謂、広角レン
ズを用いることができる。

【００８８】そして、第４の実施の形態の懐中電灯にお
いては、複数の発光ダイオード１８−１，１８−２，１
８−３からの放出光が、円筒レンズからなる短焦点レン
ズ４２４の入射面４２４ａに入射し、入射面３２４ａか
ら入射した光線が出射面４２４ｂから出射される。

【００８９】この際、短焦点レンズ４２４の入射面４２
４ｂから出射した光線は、短焦点レンズ４２４が円筒レ
ンズにより構成されているので、レンズの長さ方向に対
して垂直な方向に集光され、レンズの長さ方向に対して
平行な帯状の光が投光される。

【００９０】また、短焦点レンズ４２４の大きな色収差
によって、発光ダイオード１８の先端部表面１８ａから
放出された光線のうちの青紫色光のみが、帯状の光の外
周側（上下部分）に選択的に拡げられて弱まる。

【００９１】つまり、短焦点レンズ４２４の前方面４２
４ｂから出射した光線は、内側に白色光が存在するとと
もに、外周側に青紫色光が集まっている帯状の光とな
り、この帯状の光が懐中電灯から投光される。

【００９２】第４の実施の形態の懐中電灯においては、
短焦点レンズ４２４を円筒レンズにより構成するように
したため、帯状の照射領域の広い出射光を得ることがで
きる。

【００９３】なお、第２の実施の形態の懐中電灯２１
０、第３の実施の形態の懐中電灯ならびに第４の実施の
形態の懐中電灯においても、上記した第１の実施の形態
の懐中電灯１０と同様に、白色光の中心領域から青紫色
光を除去するとともに照度を向上することができ、消費
電流を抑えて乾電池の寿命を長くでき、携帯用に適した
小型化、軽量化を図ることができ、明るさの調整も容易
に行うことができる。

【００９４】なお、上記した実施の形態は懐中電灯とし
たが、これに限られるものではないことは勿論であり、
上記した懐中電灯と同様な構成を有するようにして、自
動車の車内のスポットライトなどの白色発光する発光ダ
イオードを光源として用いた各種照明装置を構成するよ
うにしてもよい。

【００９５】また、上記した第１乃至第４の実施の形態
において、短焦点レンズ２４，３２４，４２４は、ガラ
スあるいはプラスチックなどの各種材料により形成する
ようにしてよい。

【００９６】さらに、上記した第１乃至第４の実施の形
態は、適宜に組み合わせるようにしてもよい。

【００９７】

【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成され
ているので、白色発光する発光ダイオードを光源として
用いた場合に、白色光の中心領域から青紫色光を除去す
るとともに照度を向上することができ、消費電流を抑え
て乾電池の寿命を長くでき、携帯用に適した小型化、軽
量化を図ることができ、明るさの調整も容易に行うこと
ができるという優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の発光ダイオードを用いた懐中電灯におい
て、発光ダイオードが発光した白色光の中央部に青紫色
光が集まる様子を示す説明図である。

【図２】本発明による短焦点レンズ集光型発光ダイオー
ド照明装置の第１の実施の形態の一部を破断して示した
概略構成説明図である。

【図３】発光ダイオードと短焦点レンズとの配置関係に
ついて示した説明図である。

【図４】本発明による短焦点レンズ集光型発光ダイオー
ド照明装置の第１の実施の形態において、発光ダイオー
ドが発光した白色光が集光され、白色光の周辺に青紫色
光が拡がる様子を示す説明図である。

【図５】本発明による短焦点レンズ集光型発光ダイオー
ド照明装置において、複数の発光ダイオードを用いる第
２の実施の形態の一部を省略して示した概略構成説明図
である。

【図６】本発明による短焦点レンズ集光型発光ダイオー
ド照明装置の第２の実施の形態の他の例を示した概略構
成説明図であり、（ａ）は、２つの短焦点レンズ（凸レ
ンズ）を一体的に成型した場合を示す概略構成説明図で
あり、（ｂ）は、３つの短焦点レンズ（凸レンズ）を一
体的に成型した場合を示す概略構成説明図である。

【図７】本発明による短焦点レンズ集光型発光ダイオー
ド照明装置において、球形レンズを用いる第３の実施の
形態の一部を省略して示した概略構成説明図である。

【図８】本発明による短焦点レンズ集光型発光ダイオー
ド照明装置において、球形レンズを用いる第３の実施の
形態の他の例の一部を省略して示した概略構成説明図で
ある。

【図９】本発明による短焦点レンズ集光型発光ダイオー
ド照明装置において、円筒レンズを用いる第４の実施の
形態の一部を破断して示した概略構成説明図であり、
（ａ）は、平面図であり、（ｂ）は、断面図である。

【符号の説明】 １０，２１０ 懐中電灯 １２ 本体部 １２ａ 前方側 １２ｂ 後方側 １４ 壁部 １６ ソケット １８，１８−１，１８−２，１８−３ 発光ダイ
オード １８ａ 先端部表面 １８ｂ，１８ｃ 端子 ２０ スライド部材 ２２ 蓋部 ２２ａ 前方開口部 ２２ｂ 後方開口部 ２４，２４−１，２４−２，２４−３，３２４，３２４
−１，３２４−２，４２４ 短焦点レンズ ２４ａ、４２４ａ 入射面 ２４ｂ，２４ｂ−１，２４ｂ−２，２４ｂ−３，４２４
ｂ 出射面 ２６ スイッチ ２８，２８−１，２８−２，２８−３ 乾電池 ３０ 調節ツマミ ３２ 自動消灯器 ３４ 可変抵抗器 ３６ 保護抵抗 ４０ 遮蔽部材 ４０ａ 開口部 ４０ｂ 側面部 ３２４ａ 後方面 ３２４ｂ 前方面

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成１３年５月１７日（２００１．５．１
７）

【手続補正１】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図４

【補正方法】変更

【補正内容】

【図４】

【手続補正２】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図５

【補正方法】変更

【補正内容】

【図５】

【手続補正３】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図７

【補正方法】変更

【補正内容】

【図７】

【手続補正４】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図８

【補正方法】変更

【補正内容】

【図８】

【手続補正５】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図９

【補正方法】変更

【補正内容】

【図９】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｌ 33/00 Ｆ２１Ｌ 7/00 Ｂ // Ｆ２１Ｙ 101:02 15/02 Ｂ (72)発明者 青柳 克信 埼玉県和光市広沢２番１号 理化学研究所 内 Ｆターム(参考） 5F041 AA06 BB07 BB22 DA57 EE12 EE25 FF11

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 白色発光する発光ダイオードと、 前記発光ダイオードから放出される白色の放出光が入射
   する短焦点凸レンズとを有し、 前記発光ダイオードと前記短焦点凸レンズとは、前記発
   光ダイオードと前記短焦点凸レンズの中心との間の距離
   が、前記短焦点凸レンズの焦点距離に略等しくなるよう
   にして配設されたものである短焦点レンズ集光型発光ダ
   イオード照明装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の短焦点レンズ集光型発
   光ダイオード照明装置において、 前記発光ダイオードと前記短焦点凸レンズとは、それぞ
   れ２以上の同一数配設され、前記短焦点凸レンズのそれ
   ぞれは、前記短焦点凸レンズのそれぞれから出射された
   光線が所定の位置で集光するようにして配設されたもの
   である短焦点レンズ集光型発光ダイオード照明装置。
3. 【請求項３】 請求項１または請求項２のいずれか１項
   に記載の短焦点レンズ集光型発光ダイオード照明装置に
   おいて、 前記短焦点凸レンズは球形レンズである短焦点レンズ集
   光型発光ダイオード照明装置。
4. 【請求項４】 請求項１または請求項２のいずれか１項
   に記載の短焦点レンズ集光型発光ダイオード照明装置に
   おいて、 前記短焦点凸レンズは円筒レンズである短焦点レンズ集
   光型発光ダイオード照明装置。
5. 【請求項５】 請求項１、請求項２、請求項３または請
   求項４のいずれか１項に記載の短焦点レンズ集光型発光
   ダイオード照明装置において、 前記短焦点凸レンズは、前記発光ダイオードと前記短焦
   点凸レンズの中心との間の距離をｄとし、前記短焦点凸
   レンズの半径をｒとし、前記発光ダイオードから放出さ
   れる放射光の全拡がり角を２θとしたときに、下記数式
   １で示される前記短焦点凸レンズの焦点距離ｆを有する
   ものである短焦点レンズ集光型発光ダイオード照明装
   置。 ｆ≒ｄ＞（ｒ／ｔａｎθ） ・・・数式１
6. 【請求項６】 請求項１、請求項２、請求項３、請求項
   ４または請求項５のいずれか１項に記載の短焦点レンズ
   集光型発光ダイオード照明装置において、さらに、 前記発光ダイオードと直列接続された可変抵抗器を有す
   るものである短焦点レンズ集光型発光ダイオード照明装
   置。