JP2006302538A - Ｌｅｄ照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
従来のＬＥＤ照明装置で広範囲照射および狭範囲照射を同時に行う場合、広範囲照射が人の目に入るためまぶしく、また不必要な電力消費があった。
【解決手段】
放射角半値全幅が９０゜以上のＬＥＤチップと、出射面の断面の一部が楕円弧のレンズによって構成され、光度が最大となる方向とＬＥＤチップの光軸方向のなす角が１８゜以上６８゜以下であるＬＥＤ照明装置である。これにより、壁面等への広範囲照射と作業用の狭範囲照射を同時に行っても広範囲照射が人の目に入らない。また、光度が最大となる方向の光度の光軸方向の光度に対する比が２倍以上、放射角半値全幅が５゜以上３０゜以下、楕円レンズの長軸半径に対する短軸半径の比が０．７以上０．９以下である。また、乗物車内用や作業用などに用いる場合に、レンズを動かすことにより光度が最大となる方向を可変とする。
【選択図】
図２

Description

本発明は、ＬＥＤ（発光ダイオード）を光源として用いる照明装置に関するものであり、室内用、作業用および乗物車内用などに適した配光特性を有するＬＥＤ照明装置に関する。

キッチンやデスクなどの壁面に設置される作業用照明や、航空機・列車・バスなど乗物車内の照明においては、光照射が必要な各種作業（労働、読書、飲食などを含む）を行う手元など特定位置への狭範囲照射の他に、光源近傍の壁面などへのイルミネーション（全体照明）的な広範囲照射を有する方が、人の疲れを低減できるために望ましい。

従来の蛍光管を用いた照明装置では、特に集光などを行うことなく、光照射が必要な実作業を行う手元において十分な照度が得られるように広範囲に光照射を行うことによって、壁面へのイルミネーション的な照明もあわせて行っていた。

特許文献１に示されるＬＥＤモジュールの断面図を図９に示す。基板９上に、各ＬＥＤチップ８に対応して形成される樹脂レンズ７Ａと７Ｂを有している。樹脂レンズ７Ａの曲率半径Ｒ１と、樹脂レンズ７Ｂの曲率半径Ｒ２とが異なることにより、配光特性（照射範囲）が異なる２種類の光照射を組み合わせて、必要とする配光特性を得るようになっている。

特許文献２に示されるＬＥＤの断面図を図１０に示す。リード端子２ａの先端部にＬＥＤチップ３が固着され、ＬＥＤチップ３の表面に形成された電極と他方のリード端子２ｂの間に金属細線４が接続されている。集束レンズ部５は、その光軸Ａがレンズ底面５ａに対して傾斜していることにより、斜め方向に指向性を有するとともに、ＬＥＤチップ３をレンズの光軸Ａからずらせて配置することにより、指向方向以外に向かう光線Ｌを全反射によって向きを変えて指向性の強い配光特性を得ている。
実公平７−４４０２９号公報 特開平６−１７７４２４号公報

蛍光管を光源に用いる照明では、照射範囲が広範囲であるため、光照射が必要な実作業を行う手元などで十分な照度を得るために、不必要な電力消費を必要としていた。また、蛍光管の寿命が比較的短いため、頻繁な交換手間とコストが必要であるとともに、交換が容易にできるように単純な光学系の照明装置とする必要があった。

特許文献１に示されるＬＥＤ光源を用いた照明装置は、小型の照明装置で広範囲照射と狭範囲照射が同時に得られるものの、広範囲照射と狭範囲照射の中心方向（光度が最も高くなる方向）が同じでありまた固定である。従って光照射が必要な実作業を行う手元など特定位置で十分な照度を得つつ、壁面照明用に必要な光源近傍の壁面へのイルミネーション的な広範囲照射を行う場合に、広範囲照射が人の目に入り、まぶしい場合があるという問題があった。特にＬＥＤ光源は例えばそのチップ幅が０．３ｍｍ程度と非常に小型であるため、直接見た場合に蛍光灯よりもはるかにまぶしいという問題があった。

特許文献２に示されるＬＥＤは、ＬＥＤチップの光軸に対して斜め方向に狭範囲照射を行うことができるものの、影を生じることのない広範囲照射を実現できていない。

本発明は、上記問題を解決すべくなされたものであり、イルミネーション的な広範囲照射と作業用の狭範囲照射を同時に行うことによって光を有効利用するとともに、例えばＬＥＤ光源特有のまぶしさが生じないような配光特性が得られることを特徴とする作業用、乗物車内用、その他一般照明用のＬＥＤ照明装置を提供することを目的とする。

（１）本発明は、放射角半値全幅（ピーク値の半分以上の値となる広がり幅。一般には半値幅と呼ばれる。）が９０゜以上のＬＥＤチップと、入射面および出射面を有するレンズを有し、レンズの出射面は前記ＬＥＤチップの光軸（ＬＥＤチップ単独での光照射分布の中心方向、すなわち通常の対称な配光性を有するＬＥＤチップの場合はその表面に垂直な方向。）を含む少なくとも一つの断面が楕円弧の部分を含み、前記ＬＥＤチップを発し前記レンズを出射した光の光度が最大となる方向と前記光軸とのなす角度が１８゜以上６８゜以下であることを特徴とするＬＥＤ照明装置である。ＬＥＤチップから発する光の放射角半値全幅は、９０゜以上であれば広範囲照射と狭範囲照射が同時に得られるが、１１０゜以上であればより好ましい。ただし出射面の一つの断面がほぼ楕円弧の部分を含むレンズとは、光度が最大となる方向において楕円弧もしくは実質的に楕円弧と同じ光の屈折作用を有する曲線を有するものとする。

本発明では、楕円レンズによって集光することによる狭範囲照射の特性とＬＥＤチップの広範囲照射特性とを組み合わせることにより、狭範囲照射と広範囲照射を同時に行って光を有効に用いるとともに、広範囲照射の光軸に対して光度が最大となる方向を異ならせることにより、例えば作業に必要な狭範囲照射を手元に向けつつ、広範囲照射が直接人の目に入らないようにすることができる。

レンズの入射面は、ＬＥＤチップに接していてもよい。

（２）本発明は、放射角半値全幅が９０゜以上のＬＥＤチップと、入射面と出射面を備えたレンズを有し、レンズの前記ＬＥＤチップの光軸を含む少なくとも一つの断面が楕円弧の部分を含み、前記レンズは、前記断面における楕円弧を一部として含む楕円の長軸の延長上に前記ＬＥＤチップが位置するように設けられ、前記長軸と前記ＬＥＤチップの光軸とのなす角度が２０゜以上７５゜以下であることを特徴とするＬＥＤ照明装置である。本発明では、ＬＥＤチップを楕円長軸の延長線上に配置することにより、楕円レンズでの光の全反射を防止することができるため、例えば影になる部分が生じない広範囲照射を狭範囲照射と同時に得ることができる。

（３）本発明は、レンズの配光特性が、ＬＥＤチップの光軸方向の光度に対して、レンズを出射した光の光度が最大となる方向の光度の比が２倍以上であることを特徴とするＬＥＤ照明装置である。これによって、作業に必要な明るさが得られる。

（４）本発明は、ＬＥＤチップを発しレンズを出射した光の放射角半値全幅が５゜以上３０゜以下であることを特徴とするＬＥＤ照明装置である。これによって、作業に必要な領域を重点的に照明できる。

（５）本発明は、レンズの出射面の前記ＬＥＤチップの光軸と楕円の長軸を含む断面が、長軸半径に対する短軸半径の比が０．７以上０．９以下である楕円の一部を構成する楕円弧を含むことを特徴とするＬＥＤ照明装置である。このような楕円形状によって、光度が最大となる方向においてＬＥＤチップの光軸方向の２倍以上の明るさを得る条件、あるいはＬＥＤチップを発しレンズを出射した光の放射角半値全幅が５゜以上３０゜以下となる条件を実現できる。

（６）本発明は、レンズを出射した光の光度が最大となる方向に対する光度の比が１／１０倍以上である広範囲照射の角度の範囲が６０゜以上であることを特徴とするＬＥＤ照明装置である。これにより、狭範囲照射と行うと同時に６０゜以上の範囲にわたる広範囲照射を得ることができる。

（７）本発明は、レンズを出射した光の光度が最大となる方向を、レンズ位置を動かすことによって変更できるＬＥＤ照明装置である。作業環境により照明範囲の調整が必要な場合があるが、レンズ位置を動かすことにより、例えばイルミネーション的な広範囲照射と作業用の狭範囲照射を行いつつ、広範囲照射が例えば直接人の目に入らないようにすることができる。レンズ位置の移動手段は手動の場合と自動の場合が共に可能である。

（８）本発明は、光度が最大となる方向を、断面が楕円弧のレンズの楕円長軸上にＬＥＤチップがあるという条件を保ったまま可変とするＬＥＤ照明装置である。この条件下では、ＬＥＤチップを発した光はレンズの側面において全反射することがないため、例えばレンズの集光に伴う影が生じることなく、狭範囲照射と広範囲照射が同時に得られる。

（９）本発明は、断面が楕円弧のレンズの位置を、ＬＥＤチップの位置を回転中心として回転することにより、光度が最大となる方向を可変とするＬＥＤ照明装置である。この条件下では、狭範囲照射の放射角半値全幅があまり変化しないため、ＬＥＤ照明装置と人との相対的な設置位置が変化した場合にも、ほぼ一定の狭範囲照射が得られる。

（１０）本発明は、ＬＥＤチップは一直線上に複数配置され、レンズは、一直線に垂直な各断面についても略同一の断面形状を有することを特徴とするＬＥＤ照明装置である。このように一直線に垂直な断面について略同一の断面形状を有する柱状のレンズを用いることにより、その直線方向については光が収束しないため、作業領域の広がりに近い繋がった帯状の光照射とすることができる。

（１１）本発明は、レンズの出射面におけるＬＥＤチップの光軸を含む少なくとも一つの断面が、楕円弧と、その楕円弧の両端に接続された２本の直線よりなる。また、２本の直線はほぼ平行であって、そのＬＥＤチップの光軸に対する傾きが、０゜より大きく、楕円長軸方向とＬＥＤチップの光軸のなす角度より小さいことを特徴とするＬＥＤ照明装置である。断面が楕円弧の部分と直線状の部分を有することにより、すべてが楕円弧の場合に比べて樹脂モールド法でレンズを成形するのが容易になる。また、上記のように平行な直線部分の向きを定めることにより、例えばまぶしさを低減した良好な配光特性を実現できる。

（１２）本発明は、ＬＥＤチップの光軸と光度が最大となる方向とが所定の角度をなすＬＥＤ照明装置を用い、光度が最大となる方向が着座乗員の手元方向であることを特徴とする乗物車内用ＬＥＤ照明装置である。このようなＬＥＤ照明装置は、着座乗員の手元を照らす用途に特に適している。

（１３）本発明は、着座乗員の前座席の背面にＬＥＤチップの光軸と光度が最大となる方向とが所定の角度をなすＬＥＤ照明装置を配したことを特徴とするＬＥＤ照明装置である。ＬＥＤ照明装置は小型なので、前座席の背面に設置することができ、また本発明のＬＥＤ照明装置は、前座席の背面に設置して着座乗員の手元を照らす場合に前座席の背面にイルミネーション的な照明を行うことができる。

（１４）本発明は、着座乗員の前座席の背面にＬＥＤチップの光軸と光度が最大となる方向とのなす角度が可変であるＬＥＤ照明装置を配したことを特徴とするＬＥＤ照明装置である。前座席のリクライニング角度が変化した場合にも、光度が最大となる方向が略一定になるように調整することができ、着座乗員が快適性を維持するのに必要な狭範囲照射と広範囲照射の状態を保つことができる。

本発明によれば、ＬＥＤを光源とする小型の照明装置において、指向性の強い狭範囲照射を行う際に十分に使われていなかった広範囲照射を有効に使うことができ、例えばイルミネーション的な広範囲照射と作業用の狭範囲照射を同時に行うと共にその方向を異ならせることによって、その配光特性を使用に適したものにできる。例えばＬＥＤ光源が小型であり直接見た場合にまぶしい性質を有することから、狭範囲照射の方向を作業に適したものにしつつ、広範囲照射が直接人の目に入らないようにあらかじめ設定または使用時に調整することができる。これによって、作業用や乗物車内用などとして特に適したＬＥＤ照明装置が得られる。また、余分な光照射による不必要な電力消費を低減することにより、効率良く、コストの低いＬＥＤ照明装置が実現できる。

以下、本発明の実施の形態を説明する。なお、添付図面において、同一の参照符号は、同一部分または相当部分を表わすものとする。

（実施の形態１の構成）
図１に本実施の形態のＬＥＤ照明装置１０の下面図、図２にＬＥＤ照明装置１０の図１中ＩＩ−ＩＩ線における断面図およびその設置状況を示す。図１において、内面を白色または銀色など反射性の色とした筐体１１に基板１２が配置され、基板１２の表面に複数のＬＥＤチップ１３が一直線上に並べられ、基板１２と電気的に接続されている。図２に示すように、ＬＥＤチップ１３を発した光は、断面が楕円弧のレンズ１５に入射する。レンズ１５の断面形状は、図１のｙ方向に沿って同一であり、楕円柱レンズ形状になっている。このため、複数のＬＥＤチップ１３から発した光は、ｙ方向については繋がった一連の照射光として帯状の光照射となる。また、図１に示すレール１６はレンズ１５の両端を支持している。

図２において、ＬＥＤチップ１３から放射され、レンズ１５を出射し集光されない光による広範囲照射１７はイルミネーション的に壁面２０と机２１全体を照明しており、壁面への照射によって柔らかな照明感を得ている。ＬＥＤチップの光軸２７（ＬＥＤチップ１３単独での光照射分布の中心方向、すなわち通常の対称な配光性を有するＬＥＤチップの場合はその表面に垂直な方向。）を下に向けて、人の目２３に入らないようにＬＥＤ照明装置１０を設置した場合にも、レンズ１５で集光された光による光度が最大となる方向２８（狭範囲照射１８の方向）がＬＥＤチップの光軸２７と角度θ_１を有するように設ける。これにより、狭範囲照射１８を机２１上の人２２の手元に向け、照度を必要とする実作業に適した配光特性とすることができる。この様なＬＥＤ照明装置の構成とすることにより、不必要な電力消費を抑えた効率のよい照明が可能となる。

（実施の形態１におけるレンズ１５と放射角の関係）
本実施の形態におけるＬＥＤチップ１３の光軸２７を含むレンズ１５の断面図である図３において、レンズ１５は、ＬＥＤチップ１３の代表発光点１３Ｚからの光が入射する入射部１５Ｄ（点１５Ｗから点１５Ｓまでの直線）と、レンズ１５より光が出射する出射部１５Ａ（点１５Ｓから点１５Ｔまで）、出射部１５Ｂ（点１５Ｔから点１５Ｕを経由して点１５Ｖまで）、出射部１５Ｃ（点１５Ｖから点１５Ｗ）を有している。出射部１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃは、いずれもひとつの楕円（立体としては楕円柱面）の一部分となる楕円弧である。また、この楕円の光入射側を斜めにカットすることにより、入射部１５Ｄが形成されている。この楕円の中心は中心点１５Ｚであり、楕円の長軸１５Ｘは点１５Ｕと中心点１５Ｚを通る直線である。点１５Ｕと中心点１５Ｚを結ぶ線分が長軸半径であり、その長さはＬ_ａである。また点１５Ｔと中心点１５Ｚを結ぶ線分が短軸半径であり、その長さはＬ_ｂであって、その長さのＬ_ａに対する比はＬ_ｂ／Ｌ_ａ＝０．８である。

ＬＥＤチップ１３の代表発光点１３Ｚは楕円の長軸１５Ｘ上の入射部１５Ｄ近傍にある。楕円の中心点１５Ｚと代表発光点１３Ｚの間隔がＬ_ｃであり、その長さのＬ_ａに対する比はＬ_ｃ／Ｌ_ａ＝０．６である。

楕円の長軸１５ＸとＬＥＤチップの光軸２７とのなす角度θ_ｅは、本実施の形態では３０゜である。

代表発光点１３Ｚより発した光線のいくつかを、光線１９Ａ、１９Ｂ、１９Ｃ、１９Ｄ、１９Ｅ、１９Ｆとして示す。光線１９Ａ、１９Ｂ、１９Ｃに代表される、レンズ１５の入射部１５Ｄを通り出射部１５Ａより出射する光線と、光線１９Ｅ、１９Ｆに代表される、レンズ１５の入射部１５Ｄより入射し出射部１５Ｃより出射する光線に関しては、代表発光点１３Ｚから発する角度に対してレンズ１５を出射する場合の放射角が増大（拡散）する。光線１９Ｃ、１９Ｄ、１９Ｅに代表される、入射部１５Ｄを通り出射部１５Ｂより出射する光線に関しては、代表発光点１３Ｚから発する角度に対してレンズ１５を出射する場合の放射角が減少（集光）する。

図４（ａ）は、ＬＥＤチップ１３を発した光度の方向依存性を示す光度分布Ｐおよびレンズ１５を通した場合の光度の方向依存性を示す光度分布Ｑに関する１次元計算結果である。ただしレンズ１５の屈折率を１．５、ＬＥＤチップ１３の光度分布Ｐをｃｏｓθ型の分布としている。レンズ１５を出射した光の光度分布Ｑについては、以下の特徴がある。
１）出射部１５Ｂを出射した光は集光されて狭範囲照射１８となり、出射部１５Ａ、１５Ｃを出射した光は集光されない。
２）楕円の長軸１５Ｘと、ＬＥＤチップの光軸２７との角度θ_ｅが３０゜であることに伴い、光度が最大となる方向２８とＬＥＤチップの光軸２７との角度θ_１も約２７゜になっている。両者が一致しないのは、光度分布Ｑが、レンズ１５の集光作用の分布とＬＥＤチップ１３の光度分布Ｐの積によって決まるためである。
３）光度分布Ｑは、＋６２゜でほぼゼロになり、これが図３の光線１９Ｆに対応する。このように光度分布Ｑの広がりが制限されることにより、図２において人の目２３に光が進まずに人２２の手元を照らすという本発明の目的が達成される。光度分布Ｑは、逆方向については−７８゜でほぼゼロになり、これが光線１９Ａに対応する。
４）光度分布Ｑのピーク強度は、０゜の場合に対して約４．２倍（ＬＥＤチップ１３からの光度分布Ｐの最大強度を１として約３．５倍）になっている。また狭範囲照射１８の放射角半値全幅１８Ｎは、この場合約２０゜になっている。狭範囲照射１８の放射角半値全幅は作業領域の広さに応じて適当な値とすることが望ましいが、例えば５゜から３０゜程度が適当である。
５）広範囲照射の範囲を、最大光度の１／１０の光度が得られる範囲と定義すると、広範囲照射の範囲１７Ｗの方向は−４６゜〜４６゜となり、幅としては９２゜という値が得られる。広範囲照射の範囲としては、６０゜以上であれば全体照明として適した広範囲照射が得られるが、９０゜以上が更に望ましい。

（ＬＥＤチップの光軸２７と楕円の長軸１５Ｘとの角度を変更した場合における光分布の計算）
図４（ｂ）に、楕円の長軸１５ＸとＬＥＤチップの光軸２７とのなす角度θ_ｅを２０゜、３０゜、４５゜、６０゜、７５゜にした場合の、レンズ１５を出射した光の光度分布の計算結果を示す。光度が最大となる方向２８とＬＥＤチップの光軸２７とのなす角度θ_１はそれぞれ約１８゜、２７゜、４２゜、５５゜、６８゜である。θ_ｅが２０゜の場合、０゜の方向に対するピーク強度が約４．３倍であるが、これよりも角度θ_ｅを小さくすると、０゜の方向について光度が増加してしまい、通常の対称型照明に近づく。θ_ｅが７０゜の場合も０゜に対するピーク強度が得られにくい。以上より、θ_ｅとしては、２０゜以上７５゜以下が適当であり、３０゜以上６０゜以下がより望ましい。また、ＬＥＤチップの光軸方向の光度に対する光度が最大となる方向の光度の比が２倍以上、好ましくは３倍以上であることが望ましい。

（実施の形態１のレンズ設計を変更した場合における光度分布）
図４（ｂ）における楕円の短軸半径と長軸半径の比Ｌ_ｂ／Ｌ_ａ＝０．８であったのに対し、図４（ｃ）ではＬ_ｂ／Ｌ_ａ＝０．７４にした場合の、レンズ１５を出射した光の光度分布の計算結果を示す。この場合、光源から発した光がほぼ平行光線となる条件に近づくため、図４（ｃ）に示すように放射角半値全幅１８Ｍが７゜と鋭い光度分布を示す。また光度最大値の１／１０となる広範囲照射の範囲１７Ｓの角度は−２８゜から＋３７゜といった広範囲に広がっている。このようにＬ_ｂ／Ｌ_ａを小さくすると、光度の強い狭範囲照射が得られるという点では好都合であるが、放射角半値全幅は狭まる。さらにＬ_ｂ／Ｌ_ａを小さくするとレンズ表面で全反射によるロスが生じ、それによって特定の角度に広範囲照射が届かない影が生じるため、Ｌ_ｂ／Ｌ_ａの値としては０．７以上０．９以下が好適である。

（ＬＥＤチップ）
ＬＥＤチップ１３としては、青色ＬＥＤのチップ表面に蛍光体を塗布した白色ＬＥＤもしくは電球色ＬＥＤなどを用いることができ、さらにその表面上に樹脂カバーを行った、いわゆるチップ型ＬＥＤとしてもよい。青色ＬＥＤとしては、ＧａＩｎＮを発光層として有するものを用いることができる。蛍光体としてはＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）やＴＡＧ（テルビウム・アルミニウム・ガーネット）にＣｅ（セリウム）やＥｕ（ユウロピウム）などの希土類元素を添加したものなどを用いることができる。

ＬＥＤチップ１３としては、青色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ、赤色ＬＥＤの３種類を独立に用い、その混合色として白色や電球色など作業に適した色を得てもよい。

ＬＥＤチップ１３としては、下面にｎ側電極、上面にｐ側電極が配されているものを用いることができ、その場合は下面を直接基板の配線パターンに導電性材料で接着し、上面電極をワイヤボンドで配線パターンに接続することができる。またＬＥＤチップ１３として一方の面にｐ側電極とｎ側電極が配されているものを用いることができるが、その場合は基板の配線パターンをＬＥＤの電極に合わせることにより、配線パターンとＬＥＤ表面電極との間のワイヤボンドを省略できる。

（実施の形態２の構成）
実施の形態２は、本発明のＬＥＤ照明装置を乗物車内、例えば航空機、列車、バス、自家用車などに設置し、着座乗員の手元（読書や飲食などの作業のために手が届く範囲）を照明した例を示す。

図５に本実施の形態のＬＥＤ照明装置４０の下面図、図６にＬＥＤ照明装置４０の図５中ＩＩＩ−ＩＩＩ線における光軸４７を含む断面図および設置例を示す。図５において、内面を白色または銀色など反射性の色とした筐体４１に基板４２が配置され、基板４２の表面に青色発光のＬＥＤチップ４３Ｂ、緑色発光のＬＥＤチップ４３Ｇ、赤色発光のＬＥＤチップ４３Ｒが一直線上に配置されている。ＬＥＤチップ４３Ｒ、４３Ｇ、４３Ｂを発した光は、それぞれレンズ４５に入射する。レンズ４５同士はバー４４で固定されており、レール４６は、バー４４の両端を支持している。

図６において、ＬＥＤ照明装置４０は前座席２４Ｂの背面に設置されており、広範囲照射３７によって前座席２４Ｂの背面を照らしていると共に、座席２４Ａに座る着座乗員３２の手元に対して狭範囲照射３８も行っている。光度が最大となる方向４８（狭範囲照射３８の光度が最大となる方向として定義する。）がＬＥＤチップの光軸４７と角度θ_１を有するように設置することにより、狭範囲照射３８を着座乗員３２の手元に向け、照度を必要とする読書などの実作業に適した配光特性とすることができる。この場合も人の目３３に広範囲照射３７が入らないようになっている。

（実施の形態２におけるレンズ４５と放射角の関係）
本実施の形態におけるＬＥＤチップ４３の光軸４７を含むレンズ４５の断面図である図７でレンズ４５の形状を説明する。説明上、点４５Ｒ、４５Ｓ、４５Ｖ、４５Ｗを結ぶ平行四辺形に含まれる部分をレンズ４５の胴体領域４５Ｇとし、点４５Ｓ、４５Ｔ、４５Ｕ、４５Ｖを結ぶ部分をレンズ４５の楕円領域４５Ｅとする。

レンズ４５の胴体領域４５Ｇは、ＬＥＤチップ４３からの光が入射する入射部４５Ｄ（点４５Ｐから点４５Ｑまでの円弧）と、レンズ４５より光が出射する出射部４５Ａ（点４５Ｒから点４５Ｓまで）、出射部４５Ｃ（点４５Ｖから点４５Ｗまで）および楕円領域４５Ｅとの仮想的な境界部（点４５Ｓから点４５Ｖまで）を有している。出射部４５Ａと４５Ｃは直線であり、両者は平行であって、点４５Ｒ、４５Ｓ、４５Ｖ、４５Ｗを結ぶ図形は平行四辺形である。なお、レンズ４５の入射部４５Ｄは断面が円弧状になっており、円の中心がＬＥＤチップ４３に位置しているため、光線４９Ａ、４９Ｂ、４９Ｃ、４９Ｄ、４９Ｅ、４９Ｆは入射部４５Ｄを通過する時に方向がほとんど変化しない。

レンズ４５の楕円領域４５Ｅは、胴体領域４５Ｇとの仮想的な境界部（点４５Ｓから点４５Ｖまで）と、出射部４５Ｂ（点４５Ｓから点４５Ｔ、点４５Ｕを経由して点４５Ｖまで）よりなっており、出射部４５Ｂは楕円弧である。この楕円弧の中心は中心点４５Ｚであり、楕円の長軸４５Ｘは点４５Ｕと中心点４５Ｚを通る直線である。点４５Ｕと中心点４５Ｚを結ぶ線分が長軸半径であり、その長さはＬ_ａである。また点４５Ｔと中心点４５Ｚを結ぶ線分が短軸半径であり、その長さはＬ_ｂであって、その長さのＬ_ａに対する比はＬ_ｂ／Ｌ_ａ＝０．８である。

ＬＥＤチップ４３は楕円の長軸４５Ｘ上にある。楕円の中心点４５ＺとＬＥＤチップ４３の間隔がＬ_ｃであり、その長さのＬ_ａに対する比はＬ_ｃ／Ｌ_ａ＝０．６である。

楕円の長軸４５ＸとＬＥＤチップの光軸４７とのなす角度θ_ｅは、本実施の形態では３０゜である。

ＬＥＤチップ４３より発した光線のいくつかを、光線４９Ａ、４９Ｂ、４９Ｃ、４９Ｄ、４９Ｅ、４９Ｆとして示す。光線４９Ａ、４９Ｂに代表される、レンズ４５の入射部４５Ｄを通り出射部４５Ａより出射する光線、また光線４９Ｅ、４９Ｆに代表される、レンズ４５の入射部４５Ｄより入射し出射部４５Ｃより出射する光線に関しては、ＬＥＤチップ４３から発する場合に対してレンズ４５を出射することにより放射角が増大（拡散）する。光線４９Ｃ、４９Ｄ、４９Ｅに代表される、入射部４５Ｄを通り出射部４５Ｂより出射する光線に関しては、ＬＥＤチップ４３から発する場合に対してレンズ４５を出射することにより放射角が減少（集光）する。

以上はレンズ４５の断面形状に関する説明であるが、レンズ４５の立体形状は、楕円領域４５Ｅについては長軸４５Ｘを回転軸とする回転楕円形状となっている。長軸４５ＸとＬＥＤチップの光軸４７とのなす角度はθ_ｅであり、本実施の形態では可変であるが、例えばθ_ｅ＝３０゜である。また、レンズ４５の胴体領域４５Ｇの立体形状は、出射部４５Ａ、４５Ｃに平行な楕円柱の軸４５Ｙを有している楕円柱状であり、軸４５Ｙに垂直な断面の形状が楕円形である。楕円柱の軸４５Ｙと、ＬＥＤチップの光軸４７とのなす角度はθ_ｓであり、θ_ｅ＝３０゜の場合に６゜程度としている。

本実施の形態で、レンズ４５の胴体領域４５Ｇを設けている理由の一つは、レンズが完全に楕円領域４５Ｅだけだと、レンズを樹脂モールド法で形成する際、樹脂モールドの型から取り出す時に型を分解することが必要だからである。楕円柱状の胴体領域４５Ｇを設けることによって、型の分解を行うことなくレンズ４５を型から取り出すことができる。もう一つの理由は十分良好な配光特性が得られるからである。ＬＥＤチップ４３の真横に発した光線４９Ｆは、θ_ｓ＝０゜なら真横になるが、θ_ｓを０゜以上にすることにより下向きになるため、人の目３３に入りにくくすることができる。また、θ_ｓがθ_ｅと同じ場合には、一般的な砲弾型レンズをＬＥＤチップ４３に対して斜めに置いた状態とほぼ同じになり、光線４９Ｆに相当する光線が、斜め上方に進む。光線４９Ｆと光線４９Ａを最適にするためには、角度θ_ｓは０゜より大きくθ_ｅより小さい場合が特に適している。

（実施の形態２において狭範囲照射の方向を変化させた例）
図８は、前座席２４Ｂのリクライニング角度θ_ｒ２が図６におけるθ_ｒ１より大きくなった場合にも狭範囲照射の位置が大きく変化しないように、光度が最大となる方向４８とＬＥＤチップの光軸４７のなす角度θ_２がθ_１に比べて大きくなるようにレンズ４５の方向調整を行いつつ、広範囲照射３７による前座席２４Ｂの背面照射もあわせて行った例を示している。

狭範囲照射３８の方向調整の際に、レール４６によって支持されバー４４で固定されたレンズ４５は、ＬＥＤチップ４３の位置を回転中心にして回転している。他の移動方法、例えばレンズ４５を単にｘ方向に動かしても狭範囲照射３８の方向を移動させることができるが、その場合、ＬＥＤチップ４３が長軸４５Ｘ上に位置しなくなるため、レンズ４５の表面で全反射が生じるなどして狭範囲照射３８と広範囲照射３７とが連続しなくなる場合（例えば特定の方向に影が生じる場合）がある。レンズ４５を、ＬＥＤチップ４３の位置を回転中心にして回転することによって、特定の方向に影が生じることなく、また放射角半値全幅をあまり変化させずに狭範囲照射３８の方向を変化させることができる。

レンズ４５は、手動で動かすものとしてもよいが、ＬＥＤ照明装置４０の設置位置が遠くて手動での可変が困難な場合、あるいはＬＥＤチップ４３が小さいことに対応してＬＥＤ照明装置４０を小型化した場合には、モーターなどの機械的手段を用いて動かしてもよい。角度θ_２を、リクライニング角度θ_ｒ２に連動して変化させる機構、例えば歯車とベルトを組み合わせた機構を設けることもできる。

ＬＥＤチップの光軸４７と、光度が最大となる方向４８のなす角度は、ＬＥＤ照明装置４０を前座席２４Ｂに設置する場合には、特に１８゜以上６８゜以下が望ましく、その場合に狭範囲照射３８がちょうど着座乗員３２の手元にくるようにできる。

なお、レンズ４５とＬＥＤチップ４３との距離を調整可能とすることにより、必要に応じて狭範囲照射の光度と放射角半値全幅を調整することができる。

（本発明の他の実施形態および適用範囲）
実施の形態２において、ＬＥＤ照明装置４０を前座席２４Ｂでなく、車両内の天井、網棚などに設置してもよい。

実施の形態１に示すＬＥＤ照明装置１０については作業机に接した壁に沿って設置した場合、実施の形態２に示すＬＥＤ照明装置４０については乗物車内座席に設置した場合を示したが、逆の組み合わせにすることもできる。

各実施の形態で楕円弧または楕円形状とされているものは、実質的に楕円弧または楕円形状と同じ配光特性が得られる曲線形状も当然含まれる。また楕円形状がレンズ出射面の一部のみであっても、その部分を出射する光束が全光束の５０％以上であるものが含まれる。

各実施の形態ではＬＥＤチップとレンズが独立したものを開示したが、レンズがＬＥＤチップを覆い、レンズの入射面がＬＥＤチップに接して一体化した形にしてもよい。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

実施の形態１に係るＬＥＤ照明装置の下面図である。 実施の形態１に係るＬＥＤ照明装置の断面図および設置例である。 実施の形態１に係るＬＥＤ照明装置に用いたレンズ１５と光線の関係を示す説明図である。 実施の形態１に係るＬＥＤ照明装置の光度分布図である。 実施の形態２に係るＬＥＤ照明装置の下面図である。 実施の形態２に係るＬＥＤ照明装置の断面図および設置例である。 実施の形態２に係るＬＥＤ照明装置に用いたレンズ４５と光線の関係を示す説明図である。 実施の形態２に係るＬＥＤ照明装置において、光度が最大となる方向とＬＥＤチップの光軸との角度を変化させた設置例である。 従来のＬＥＤ照明装置の断面図である。 従来の他のＬＥＤ照明装置の断面図である。

符号の説明

１０ ＬＥＤ照明装置、 １１ 筐体、 １２ 基板、 １３ ＬＥＤチップ
１５ レンズ、１６ レール、１７ 広範囲照射、 １８ 狭範囲照射
２０ 壁面、 ２１ 机、 ２２ 人、 ２３ 人の目
２７ ＬＥＤチップの光軸、 ２８ 光度が最大となる方向
θ_１ ＬＥＤチップの光軸と光度が最大となる方向のなす角度
１３Ｚ 代表発光点、 １５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃ 出射部、 １５Ｄ 入射部、
１５Ｓ、１５Ｔ、１５Ｕ、１５Ｖ、１５Ｗ レンズ１５上の点
１５Ｘ 楕円長軸、１５Ｚ 楕円の中心点、 Ｌ_ａ 長軸半径、 Ｌ_ｂ 短軸半径
Ｌ_ｃ 楕円の中心から代表発光点までの距離
１９Ａ、１９Ｂ、１９Ｃ、１９Ｄ、１９Ｅ、１９Ｆ 光線
θ_ｅ 楕円の長軸１５ＸとＬＥＤチップの光軸２７とのなす角度

Claims (14)

1. 放射角半値全幅が９０゜以上のＬＥＤチップと、入射面と出射面を備えたレンズを有し、
   前記出射面の前記ＬＥＤチップの光軸を含む少なくとも一つの断面は楕円弧の部分を含み、
   前記ＬＥＤチップを発し前記レンズを出射した光の光度が最大となる方向と前記光軸とのなす角度が１８゜以上６８゜以下であることを特徴とするＬＥＤ照明装置。
2. 放射角半値全幅が９０゜以上のＬＥＤチップと、入射面と出射面を備えたレンズを有し、
   前記出射面の前記ＬＥＤチップの光軸を含む少なくとも一つの断面は楕円弧の部分を含み、
   前記レンズは、前記楕円弧を一部として含む楕円の長軸の延長上に前記ＬＥＤチップが位置するように設けられ、前記長軸と前記ＬＥＤチップの光軸とのなす角度が２０゜以上７５゜以下であることを特徴とするＬＥＤ照明装置。
3. 前記ＬＥＤチップの光軸方向の光度に対する前記レンズを出射した光の光度が最大となる方向の光度の比が２倍以上であることを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ照明装置。
4. 前記ＬＥＤチップを発し前記レンズを出射した光の放射角半値全幅が５゜以上３０゜以下であることを特徴とする請求項１または３のいずれかに記載のＬＥＤ照明装置。
5. 前記レンズの出射面の前記ＬＥＤチップの光軸と楕円の長軸を含む断面が、長軸半径に対する短軸半径の比が０．７以上０．９以下である楕円の一部を構成する楕円弧を含むことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のＬＥＤ照明装置。
6. 前記レンズを出射した光の光度が最大となる方向に対する光度の比が１／１０倍以上である角度の範囲が６０度以上であることを特徴とする請求項１または３から５のいずれかに記載のＬＥＤ照明装置。
7. 前記レンズの位置を変化させることにより、前記レンズを出射した光の光度が最大となる方向を可変とすることを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ照明装置。
8. 前記レンズの位置を、前記ＬＥＤチップが前記長軸上にある条件を維持しながら変化させることを特徴とする請求項１または２に記載のＬＥＤ照明装置。
9. 前記レンズの位置を、前記ＬＥＤチップを回転中心として回転させることを特徴とする請求項８に記載のＬＥＤ照明装置。
10. 前記ＬＥＤチップは一直線上に複数配置され、
    前記レンズは、前記一直線に垂直な各断面について略同一の断面形状を有するレンズであることを特徴とする請求項１から９のいずれかに記載のＬＥＤ照明装置。
11. 前記レンズにおいて、
    前記出射面の前記ＬＥＤチップの光軸を含む少なくとも一つの断面が、楕円弧と、その楕円弧の両端に接続された２本の直線よりなり、
    前記２本の直線はほぼ平行であって、その方向と前記ＬＥＤチップの光軸のなす角度は０゜より大きく、前記楕円長軸方向と前記ＬＥＤチップの光軸のなす角度より小さいことを特徴とする請求項１から１０のいずれかに記載のＬＥＤ照明装置。
12. 請求項１から１１に記載のいずれかのＬＥＤ照明装置を用い、前記光度が最大となる方向が着座乗員の手元方向であることを特徴とする乗物車内用ＬＥＤ照明装置。
13. 前記ＬＥＤ照明装置は着座乗員の前座席の背面に設置されていることを特徴とする請求項１２に記載の乗物車内用ＬＥＤ照明装置。
14. 請求項７から９に記載のいずれかのＬＥＤ照明装置が着座乗員の前座席の背面に設置されていることを特徴とする請求項１３に記載の乗物車内用ＬＥＤ照明装置。

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