JP2008147182A - 光の出射角度を調整可能な発光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光の出射角度を調整可能な発光装置を提供する。
【解決手段】光の出射角度を調整可能な発光装置８１０であり、制御回路と電気的に導通されて光線Ｌ１ａ、Ｌ１ｂを出射し、その投光角度が調整可能な少なくとも一つの指向性光源２０ａ、２０ｂと、指向性光源２０ａ、２０ｂが内部に設置される導光カバー４３０と、導光カバー４３０内に設置され、複数の微細構造面２４１、４４１から構成される少なくとも一つの光路制御微細構造４４０と、を備え、指向性光源２０ａ、２０ｂから出射される光線Ｌ１ａ、Ｌ１ｂの投光角度を調整して、光路制御微細構造４４０上の異なる屈折微細構造面２４１、４４１に投射することによって、導光カバー４３０から出射される光の角度を変更することができる。
【選択図】 図１６

Description

本発明は、光の出射角度を調整可能な発光装置に関し、特にＬＥＤを光源とし、光路制御微細構造を備える導光カバーが組み合わされた発光装置であり、ＬＥＤの投光角度を調整することによって発光装置の光の出射角度を変更することができ、出射光の形状および発光区域の均一度を制御することができ、優れた発光効果を提供することができ、照明灯具、信号および指示灯などの発光装置への応用に適用される発光装置に関する。

従来技術における光源は、点光源および線光源の二種に分類され、タングステン灯および電球形蛍光灯は点光源に属し、蛍光灯は線光源に属する。以上の二種の光源は発光するとき光線を放射状に外向きに出射するので、光源の投光角度を調整することはできない。

近年照明灯具に応用され始めているＬＥＤは、平面光源（或いは指向性光源）に属し、体積が小さいという長所を有するが灯具に応用したとき多くの欠点が存在する。
１．投光角度に制限があるので従来技術による灯具には適用されず、反射式または直下型の構造のカバー体と組み合わせて発光を行う必要がある。
２．一つのＬＥＤでは輝度が足りないので投光角度が固定された多くのＬＥＤを設置して必要な輝度に達成させる必要があり、投光角度が固定された直下型灯具において光線が不均一になったり、眩光が発生したり、発光範囲が制限されたりする問題が発生し、使用者の眼に不快感を与える。
３．ＬＥＤ光源の投光角度は固定されており、投光角度が固定された屈折または反射式の灯具においては光の射出角度および光の形状を調整することは難しく、融通性に乏しい。
４．従来技術によるＬＥＤ灯具においては、ＬＥＤが基板上に固定されているので、一つのＬＥＤ光源の交換およびメンテナンスをしたり、ＬＥＤの配置を変更したりする場合、その基板全体を取り外す必要があるので作業上困難が伴い、一般の消費者が自分で交換したり、メンテナンスしたりすることは難しい。
５．一つまたは一部のＬＥＤが破損した場合、視覚的に目立ってしまう。

図１は、特許文献１の「Light emitting diode（ＬＥＤ)device」を示す断面図である。特許文献１の発明はＬＥＤ装置を開示したものである。ＬＥＤ１０が球体１１０内に設置され、ＬＥＤ１０の光を出射する頭部は球体１１０外部に突出している。球体１１０は球体１１０と組み合わせることが可能な台体１２内に嵌設され、球体１１０が台体１２内で枢動可能に回転することによって、ＬＥＤ１０の投光角度を調整することができ、上述の構造を光センサ３が組み合わされた電子装置に応用するとき、ＬＥＤ１０の投光角度を調整できるので、ＬＥＤ１０と光センサ３の位置および角度Ａは融通性を有する。しかし、本構造は複雑で大きく、組立もメンテナンスも容易でなく、ＬＥＤの投光角度は光センサ３方向だけに制限され、３６０度回転させることはできない。また、本発明のＬＥＤは組み合わされた光センサに直接光を出射し、如何なる反射カバー体も設置されていないので、本構造を一般の灯具に応用した場合、光線が不均一になったり、眩光が発生したり、発光範囲が制限されたりする問題は解決されない。

図２は、特許文献２の「Light-emitting-diode arrangement」を示す断面図である。 特許文献２の発明は車両用の信号灯を開示したものであり、基板１９上に複数のＬＥＤ３が配置される。ＬＥＤ３の後側ピン２２が基板１９上に半田固定され、前側ピン１６が基板１９に設けられた孔部１４内に貫設される。後側ピン２２を湾曲させることによってＬＥＤ３の投光角度６を必要な角度に傾けることができ、ＬＥＤ３は一側が可動状態となっている。しかし欠点として固定された後側ピン２２は複数回の湾曲に耐えることができず、容易に折れてしまう。また、ＬＥＤ３の調整範囲は基板１９表面および孔部１４のみに限られ、本発明も特許文献１と同様にＬＥＤから直接光が出射され、如何なる屈折または反射カバー体も設置されていないので、本構造を一般の灯具に応用した場合、光線が不均一になったり、眩光が発生したり、発光範囲が制限されたりする問題は解決されない。

上述の二つの特許文献から分かるように、従来技術による２本のピンを有するＬＥＤの構造には制限があり、投光角度を随時調整することができない。更に、一つのＬＥＤが故障した場合、故障したＬＥＤだけを修理できないという問題が存在する。現在、市場においては円管形状のＬＥＤ灯が存在し、その形状はガラス管を使用したヒューズに似ており、特徴としてＬＥＤ灯をソケットに嵌入すればよく、メンテナンスおよび交換に便利であり、自動車のルームランプによく応用されている。

ガラス管を有するＬＥＤに関連する構造として図３、４は特許文献３の「ＬＥＤ回転発光灯」を示す断面図および他の方向からの断面図である。このＬＥＤ回転発光灯１Ｂは円管形状の透明の本体ケース４内に基盤１６が設けられ、本体ケース４の軸心に位置する基盤１６上には複数の発光ダイオード３が設けられ、本体ケース４の軸方向の両端には電極５がそれぞれ設けられる。電極５が上部に解放口１１を有するターミナル１０内に嵌設され、発光ダイオード３と制御回路（図示せず）とが導通状態となり、制御回路が複数の発光ダイオード３を順番に点滅させて走馬灯のような発光を行ない、非常用の照明や商業用途に適用する。上述の構造から分かるように、二つの電極５とターミナル１０の接触の目的は回路を導通させることにあり、明細書にターミナル１０の様式は電極５の外形に基づいて変更することができ、図に示す上部に解放口を有する弾性弧状板によるターミナル１０は好適な実施例を示すだけのものであり、弾性弧状板によるターミナル１０のもう一つの作用はＬＥＤ回転発光灯１Ｂを角度の制限なく設置することにあると記載されている。しかし、本体ケース４の設置角度と複数の発光ダイオード３が順番に点灯して走馬灯のように発光することとは関連性がなく、当然光線が不均一になったり、眩光が発生したり、発光範囲が制限されたりする問題は解決されない。

ＬＥＤの投光角度が制限される欠点の有効的な改善策は現在なく、ＬＥＤ照明灯具の光の出射角度、出射範囲および出射均一度を制御するために、直下型のＬＥＤ灯具においてはＬＥＤの配列を変更したり、ＬＥＤ光源上にレンズを設置したりする方法が採用されており、屈折または反射式のＬＥＤ灯具においては屈折カバーまたは反射カバーを設置したり、反射カバーを変更したりすることによって灯具の光の出射角度、出射範囲および出射均一度を制御している。

直下型の灯具に関して述べると、良好な光の出射効率を有するが、ＬＥＤの投光角度を調整することができないので、必要に応じて灯具の発光角度、光の出射形状および発光区域の均一度を調整することができず、光環境の快適性も低下する。

図５は特許文献４の「Illuminating device」を示す断面図である。特許文献４の発明は車両の灯具に応用され、複数の灯具内部の環状側壁に設置されたＬＥＤ１４、反射カバー１６および放熱フィン１９を備える。側壁に設置されたＬＥＤ１４から出射された光線は曲面である反射カバー（底部が円弧状の反射構造面）に反射し、平行の光線を生成する。本発明において、ＬＥＤ１４が灯具内部の側壁上方に設置されるのでＬＥＤ１４から出射される光の一部だけが反射カバー１６に反射されて平行の光線を生成し、その他の角度の光線は不要な光線角度で出射されるか、或いは灯具内部で乱反射して外部に出射されない。従って高い効率で使用者が必要とする光線を出射させることができない。

図６は特許文献５を示す断面図である。特許文献５の発明は基板に対するＬＥＤ素子を有する部分の取り付け角度を任意の角度で調整してＬＥＤランプを基板に取り付けることができるＬＥＤランプである。ランプは斜めに設置されるＬＥＤランプ１、基板２、本体部１０、リードフレーム１３および脚部材１１を備える。脚部材１１と本体部１０との回動角度を調整することによってＬＥＤランプ１と基板２との間の角度を変更し、光線の方向を変更することができる。本発明においては光線が直接出射され、屈折または反射装置を経由しないので眩光が発生し、調整可能な角度も０度から９０度の間に制限され、その他の方向の光線が欲しい場合、他の装置と共に使用する必要がある。また、ランプを交換するとき、基板全体を取り外す必要があるので不便である。

従来技術として特許文献６の「LIGHTING DEVICE WITH INTEGRATION SHEET」を示す。本発明は積分式フィルム板照明装置であり、光源部および少なくとも一枚のフィルム板部を備える。光源部は発光体および反射カバーから構成され、フィルム板部は光源部の出射端に設置される。フィルム板部は更に複数の光分散区を備え、光分散区の表面には屈折度を変更する若干個の微細構造が配列され、複数の微細構造の分布を制御することによって光源部がもたらすガウス分布を改善し、無効の光線を照射区域の範囲内に集中させ、光源中心の強い光の区域を照射区域に分散して光効率および輝度分布を均一にする。

特許文献７の「REFLECTOR WITH NEGATIVE FOCAL LENGTH」では負の焦点距離を有するリフレクターを備える灯具の構造が開示されており、カバー上方の正の焦点距離を有するレンズの部分に負の焦点距離を有するレンズエリアが設置され、その両側には側壁エリアが設置される。これによって光源から出射された光線は負の焦点距離を有するレンズエリアから側壁エリアに反射し、複数の出射光線が生成され、光線の出射角度が大きくなり、眩光の発生を低減させ、また、灯具の高さを低減できる。

特許文献８の「LIGHT GUIDE APPARATUS FOR ENHAUNCING LIGHT SOURCE UTILIZATION EFFICIENCY」では光源の利用率を高めることができる導光装置が開示され、光源の一側に設置され、導光板と、導光板表面に設置され、光源に対応する光カップリング構造と、導光板上に設置され、光カップリング構造と同側または他側に位置される光出射構造と、を備え、光カップリング構造によって光を導光板に導入でき、光出射構造によって光を均一に導引でき、光源背部の光線を有効的に利用できる。

上述の各従来技術が運用している技術手段はそれぞれ異なるが、共通の目的は光効率を高め、出射光を均一にすることである。このように如何に光効率を高め、出射光を均一にするかは当該技術に関わる者の目標である。また、如何に灯具の光の出射角度を容易に調整でき、交換に便利なＬＥＤ灯具を提供するかは関連業者が改善を求める問題となっている。
米国特許６３１５４３２号 米国特許６４５０６６３号 特開２００２−３２４４０５号 米国特許５１３６４８３号 特開２００４−３２７６７０号 米国特開２００６０２３２９７６号 米国特開２００６０１３９９３３号 米国特開２００５０１２９３５７号

本発明の第１の目的は、ＬＥＤ光源の投光角度を使用者の必要に応じて調整することができ、ＬＥＤ光源から出射される全ての光線を高効率に光路中に設置された光路制御を行う微細構造部材に直接投射し、灯具から出射される光の形状および発光区域の光の均一度を有効的に制御できる光の出射角度を調整可能な発光装置を提供することにある。
本発明の第２の目的は、ＬＥＤに分離式の台体を組み合わせることによって、使用者が様々な発光色を必要とする場合やＬＥＤが故障したとき、ＬＥＤの調整および交換を容易に行うことができる光の出射角度を調整可能な発光装置を提供することにある。

上述の課題を解決するために、本発明は、制御回路と電気的に導通されて光線を出射し、その投光角度が調整可能な少なくとも一つの指向性光源と、底部および少なくとも一つの光出射口を備え、光出射口から指向性光源の光が外部に出射される導光カバーと、導光カバー内に設置され、複数の微細構造面から構成される少なくとも一つの光路制御微細構造と、を備え、指向性光源から出射される光線の投光角度を調整して、光路制御微細構造上の様々な屈折微細構造面に投射することによって、導光カバーから出射される光の角度が変更されることを特徴とする光線の出射角度を調整可能な発光装置である。

好ましくは、光路制御微細構造は、複数の屈折特性または反射特性を有する微細構造面から構成される。

好ましくは、導光カバーの光出射口は屈折特性を有する微細構造面を備える光路制御微細構造に設置される。

好ましくは、導光カバーには、複数層の光路制御微細構造が設けられ、複数層の光路制御微細構造は非平行に多層設置される構造でもよく、各光路制御微細構造の微細構造面は同一ではない。

好ましくは、光路制御微細構造の分布面は、平面、曲面またはそれらを組み合わせたもの、或いは断面が左右対称の斜面、曲面またはそれらを組み合わせたものから構成される。

好ましくは、光路制御微細構造は、環状、左右対称、平行に延伸した方式またはそれらを組み合わせた方式によって構成される。

好ましくは、導光カバーは、光反射特性を有する材料から構成される。

好ましくは、導光カバーの内側壁には、光反射層が設けられる。

好ましくは、光反射層は、反射タイプの光拡散シートが設置されるか、或いはアルミニウムまたは無電解ニッケルなどの金属材料が鍍金されて形成される。

好ましくは、指向性光源は、調整部材上に設置され、調整部材は、導光カバー内に固定される台体と、台体上に角度が調整可能に設置され、少なくとも一つの指向性光源が収容される可動部材と、を備える。

好ましくは、調整部材は、導熱性および導電性を有する鉄、アルミニウム、マグネシウム、銅またはそれらを組み合わせた合金から構成される。

好ましくは、台体と可動部材との間は、円孔と円形の凸柱とによって枢動可能に接続され、円形の凸柱を円孔内で回動させることによって、可動部材上に設置された指向性光源が３６０度回動する。

好ましくは、台体は、少なくとも一つの挟持部材を備え、挟持部材には少なくとも一つの円孔が設けられ、可動部材には、搭載面が設けられ、そこに指向性光源が設置され、挟持部材の円孔に対応する位置には円形の凸柱が設けられ、円形の凸柱は円孔内に挿設され、可動部材と台体とは枢動可能に接続され、凸柱は円孔の軸心を中心にして３６０度回動する。

好ましくは、挟持部材は、複数個設置され、複数個の挟持部材には軸心が同一の円孔が設けられる。

好ましくは、搭載面は、透光性を有する管体内に設置され、管体の両端部は円柱形を呈する。

好ましくは、管体は、ガラス、プラスチックまたはそれらを組み合わせたものから構成される。

好ましくは、台体と可動部材との間は、球状の孔と球体とによって枢動可能に接続され、球体を球状の孔内で回動させることによって可動部材上の指向性光源が任意の角度に回動する。

好ましくは、台体は、球状孔を備え、可動部材は、球体であり、球体上には指向性光源が設置され、球体が球状孔内に嵌入され、可動部材と台体とが枢動可能に接続され、球状孔内で任意の角度に回動する。

好ましくは、調整部材は、導電性を有し、指向性光源と制御回路とを電気的に導通するのに使用される。

好ましくは、指向性光源は、ＬＥＤである。

好ましくは、指向性光源は、保護回路に接続され、保護回路はヒューズまたは電流調整回路などの過負荷保護装置から構成される。

好ましくは、指向性光源は、光路制御微細構造の周囲に複数設置される。

好ましくは、制御回路と電気的に導通されて光線を出射し、その投光角度が調整可能な少なくとも一つの指向性光源と、指向性光源が内部に設置され、投射面を備える導光カバーと、導光カバーの投射面上に設置され、複数の屈折特性を有する微細構造面から構成される少なくとも一つの光路制御微細構造と、を備え、指向性光源から出射される光線の投光角度を調整して光路制御微細構造上の様々な屈折微細構造面に投射することによって、導光カバーから出射される光の角度が変更される。

好ましくは、制御回路と電気的に導通されて光線を出射し、その投光角度が調整可能な少なくとも一つの指向性光源と、指向性光源が内部に設置され、投射面および少なくとも一つの光出射口が設けられる導光カバーと、導光カバーの投射面上に設置され、複数の反射特性を有する微細構造面から構成される少なくとも一つの光路制御微細構造と、を備え、指向性光源から出射される光線の投光角度を調整して光路制御微細構造上の様々な反射微細構造面に投射することによって、導光カバーから出射される光の角度が変更される。

本発明の光の出射角度を調整可能な発光装置よれば、使用者の必要に応じて各ＬＥＤ光源の発光角度を調整することができ、導光カバーに設置された光路制御微細構造と組み合わさって眩光の発生を回避できるだけでなく、灯具全体の光の出射角度および光の形状を変更でき、ランプシェードの設計およびＬＥＤの回路板製作における制限を減少させることができ、灯具の使用上の融通性を高めることができる。また、各ＬＥＤ光源は標準タイプの外形に製造し、灯具中の標準タイプのソケットに設置することができ、ＬＥＤ光源のメンテナンスを容易にし、ＬＥＤ灯具の改造を容易にし、高い発光効率を達成し、メンテナンスが容易で、融通性が高く、体積が小さい。

本発明の目的、特徴および効果を示す実施例を図に沿って詳細に説明する。
以下に示す実施例は本発明の説明を補助するために示すものであり、本発明の技術手段等を制限するものではない。

図７に示すように、本発明が提供する光の出射角度が調整可能な屈折式発光装置１０は、少なくとも一つのＬＥＤ２０を備え、ＬＥＤ２０は指向性光源である。ＬＥＤ２０はその他の指向性光源を採用することもできるがここではＬＥＤを例として説明を行う。ＬＥＤ２０は制御回路（図示せず）と電気的に導通されて光線を出射し、その投光方向は調整可能であり、その具体的な構造は後ほど説明を行う。
ＬＥＤ２０は導光カバー３０内に設置され、導光カバー３０は底部３１を備え、底部３１の周囲には側壁３２が設けられ、側壁３２内の底部３１に対応する位置には投射面３３が形成される。投射面３３には光路制御微細構造４０が設けられ、光路制御微細構造４０は複数の屈折特性を有する屈折微細構造面４１から構成され、投射面３３および光路制御微細構造４０は光線が通過できる。屈折微細構造面４１の構成形式には制限がなく、連続または不連続の鋸歯状、或いは平面および弧面と組み合わせた不規則面とすることができ、図中では連続した鋸歯状の光路制御微細構造４０となっているがこれに制限されない。

屈折の法則と呼ばれるスネルの法則は幾何学光学において非常に重要な法則であり、光線が異なる媒質中を進行するときの関係を示すものである。ここで簡単にその法則を述べる。図８に示すように、媒質ｎ１およびｎ２は異なる屈折率を有し、光線Ｌが媒質ｎ１から媒質ｎ２に入射されるとき、一部の(反射)光線Ｌｒは反射し、一部の(屈折)光線Ｌｔはｎ２に進入する。スネルの法則では以下の関係が成立する。

（数）
θｉ＝θｒ
ｎ１ ｓｉｎθｉ＝ｎ２ ｓｉｎθｒ

θｉ、θｒ、θｔはそれぞれ入射角、反射角および屈折角を表し、ｎ１およびｎ２は媒質ｎ１および媒質ｎ２の屈折率をそれぞれ表す。

上述の理論に基づき、図７に示すように、ＬＥＤ２０から出射された光線Ｌ１は光路制御微細構造４０上の屈折微細構造面４１に投射され、屈折光Ｌ２を形成して導光カバー３０から出射され、ＬＥＤ２０は角度を調整できるので光路制御微細構造４０に投射する位置を変更することができ、それによって導光カバー３０から出射される屈折光Ｌ２の角度を変更できる。導光カバー３０は、光反射特性を有する材料から構成されるか、或いは導光カバー３０の側壁３２内部に反射タイプの光拡散シート、或いはアルミニウムまたは無電解ニッケルなどの金属材料を鍍金して形成された光反射層を設置し、導光カバー３０の光反射効率を高める。

前述の光路制御微細構造４０はフレネルレンズ構造を採用することができる。フレネルレンズは凸レンズまたは凹レンズの集光または拡散特性を有する光学部材であり、表面が同心円の鋸歯状にされている。フレネルレンズは、球面または非球面のレンズを同心円状に分割し、各同心円を同一の平面上に移動させて形成され、平行に延伸させた場合、平面上に平行の鋸歯状の歯が形成される。フレネルレンズの最も優れた長所はその焦点能力にあり、光学機器に広く応用されている。本発明ではフレネルレンズ構造以外にその他のフレネルレンズに類似した微細構造を採用することができ、重要なことは微細構造に形成された屈折微細構造面が光路制御効果を達成することにある。

図９に示す実施例は図７の実施例に基づいており、屈折式発光装置１１０は少なくとも一つの投光角度を調整可能なＬＥＤ２０および導光カバー３０を備える。導光カバー３０は底部３１および側壁３２を備え、側壁３２内の底部３１に対応する位置には投射面１３３が形成され、投射面１３３には光路制御微細構造１４０が設けられる。
上述の部材の作用および達成される効果は図７に示すものと同一であるのでこれ以上の説明は行わない。本実施例の特徴は投射面１３３が曲面（図７の投射面３３は平面）であり、光路制御微細構造１４０が投射面１３３の曲面に沿って設置されていることにある。図８に示すスネルの法則に基づいて、ＬＥＤ２０から出射される光線Ｌ１は光路制御微細構造１４０上の屈折微細構造面１４１に投射され、屈折光Ｌ２が投射面１３３から導光カバー３０外部に出射される。ＬＥＤ２０は角度を調整できるので、光路制御微細構造１４０に投射する位置を変更することができ、それによって導光カバー３０から出射される屈折光Ｌ２の角度を変更できる。

図１０に示す実施例は図７の実施例に基づいており、屈折式発光装置２１０は対称に設置された投光角度を調整可能なＬＥＤ２０ａ、２０ｂおよび導光カバー３０を備える。導光カバー３０は底部３１、側壁３２および投射面３３を備え、投射面３３には光路制御微細構造２４０が設けられる。上述の部材の作用および達成される効果は図７に示すものと同一であるのでこれ以上の説明は行わない。本実施例の特徴は光路制御微細構造２４０が左右対称に設置されていることにあり、それぞれＬＥＤ２０ａ、２０ｂに対応し、同様に、図８に示すスネルの法則に基づいて、ＬＥＤ２０ａ、２０ｂから出射される光線Ｌ１ａ、Ｌ１ｂは光路制御微細構造２４０上の屈折微細構造面２４１に投射され、屈折光Ｌ２ａ、Ｌ２ｂが形成されて投射面３３から導光カバー３０外部に出射される。ＬＥＤ２０ａ、２０ｂの一方または両方の発光を制御でき、ＬＥＤ２０ａ、２０ｂは角度を調整できるので、光路制御微細構造２４０に投射する位置を変更することができ、それによって導光カバー３０から出射される屈折光Ｌ２ａ、Ｌ２ｂの角度を変更できる。また、本実施例の光路制御微細構造２４０は図９に示す曲面の投射面１３３にも設置できる。

図１１に示す実施例は図１０の実施例に基づいており、屈折式発光装置３１０は対称に設置された投光角度を調整可能なＬＥＤ２０ａ、２０ｂおよび導光カバー３０を備える。導光カバー３０は底部３１、側壁３２および投射面３３を備え、投射面３３には光路制御微細構造３４０が設けられる。上述の部材の作用および達成される効果は図１０に示すものと同一であるのでこれ以上の説明は行わない。本実施例の特徴は光路制御微細構造３４０が二層式の屈折微細構造面３４１、３４２を備えていることにあり、図８に示すスネルの法則に基づいて、ＬＥＤ２０ａから出射された光線Ｌ１ａは光路制御微細構造３４０上の屈折微細構造面３４１に投射されて第１の屈折光Ｌ２ａを形成し、屈折光Ｌ２ａが第２の屈折微細構造３４２に出射されたとき、導光カバー３０から屈折光Ｌ３ａが出射される。ＬＥＤ２０ａ、２０ｂは投光角度を調整できるのでＬＥＤ２０ｂは異なる角度の光線Ｌ１ｂを光路制御微細構造３４０上の屈折微細構造面３４１に投射して第１の屈折光Ｌ２ｂを形成することができ、屈折光Ｌ２ｂが第２の屈折微細構造３４２に出射されたとき、投光角度が屈折光Ｌ３ａと異なる他の屈折光Ｌ３ｂが導光カバー３０から出射される。異なる方向性の微細構造面を設置した場合、図１１に示すようなお互いに平行な屈折微細構造面３４１，３４２に制限されず、角度が調整可能なＬＥＤを組み合わせることによって発光装置は異なる屈折角度の光の出射を行うことができる。

図１２は本発明の他の実施例を示し、上述の各実施例とは異なる。本実施例は光の出射角度を調整可能な反射式発光装置４１０であり、ＬＥＤ２０および導光カバー４３０から構成される。導光カバー４３０には投射面４３３が設けられ、投射面４３３の周囲には側壁３２が設けられ、側壁３２内の投射面４３３に対応する位置には光出射口４３４が形成される。投射面４３３には光路制御微細構造４４０が設けられ、光路制御微細構造４４０は複数の反射特性を有する反射微細構造面４４１から構成され、投射面４３３および光路制御微細構造４４０には光線が投射されて反射光を生成する。同様に、反射微細構造面４４１が構成する形式には制限がなく、連続または不連続の鋸歯状または平面および弧面と組み合わせた不規則面とすることができ、図中では連続した鋸歯状の光路制御微細構造４４０となっているがこれに制限されない。

光の反射原理、即ち、光の入射角度が光の反射角度と等しいという原理に基づき、ＬＥＤ２０が出射した光線Ｌ１は光路制御微細構造４４０上の反射微細構造面４４１に投射され、反射光Ｌ４が形成されて光出射口４３４から導光カバー４３０外部に出射される。ＬＥＤ２０は角度を調整できるので光路制御微細構造４４０に投射する位置を変更することができ、それによって導光カバー４３０から出射される反射光Ｌ４の角度を変更できる。同様に、導光カバー４３０は、光反射特性を有する材料から構成されるか、或いは導光カバー４３０の側壁３２内部に反射タイプの光拡散シート、或いはアルミニウムまたは無電解ニッケルなどの金属材料を鍍金して形成された光反射層を設置し、導光カバー４３０の光反射効率を高める。

図１３に示す実施例は図１２の実施例に基づいており、反射式発光装置５１０は少なくとも一つの投光角度を調整可能なＬＥＤ２０および導光カバー４３０を備える。導光カバー４３０には投射面５３３が設けられ、投射面５３３の周囲には側壁３２が設けられ、側壁３２内の投射面５３３に対応する一には光出射口４３４が形成され、投射面５３３には光路制御微細構造４４０が設けられる。光路制御微細構造４４０は複数の反射特性を有する反射微細構造面４４１から構成され、上述の部材の作用および達成される効果は図７に示すものと同一であるのでこれ以上の説明は行わない。本実施例の特徴は投射面５３３が曲面（図１２の投射面４３３は平面）であり、光路制御微細構造４４０が投射面５３３の曲面に沿って設置されていることにある。同様に、光の反射原理、即ち、光の入射角度が光の反射角度と等しいという原理に基づき、ＬＥＤ２０が出射した光線Ｌ１は光路制御微細構造４４０上の反射微細構造面４４１に投射され、反射光Ｌ４が形成されて光出射口４３４から導光カバー４３０外部に出射される。ＬＥＤ２０は角度を調整できるので光路制御微細構造４４０に投射する位置を変更することができ、それによって導光カバー４３０から出射される反射光Ｌ４の角度を変更できる。

図１４に示す実施例は図１２の実施例に基づいており、反射式発光装置６１０は対称に設置された投光角度を調整可能なＬＥＤ２０ａ、２０ｂおよび導光カバー４３０を備える。導光カバー４３０は投射面４３３、側壁３２および光出射口４３４を備え、投射面４３３には光出射口４３４の方向に光路制御微細構造４４０が設けられる。上述の部材の作用および達成される効果は図１２に示すものと同一であるのでこれ以上の説明は行わない。本実施例の特徴は光路制御微細構造４４０が左右対称に設置されていることにあり、それぞれＬＥＤ２０ａ、２０ｂに対応し、同様に、光の反射原理、即ち、光の入射角度が光の反射角度と等しいという原理に基づいて、ＬＥＤ２０ａ、２０ｂから出射される光線Ｌ１ａ、Ｌ１ｂは光路制御微細構造４４０上の反射微細構造面４４１に投射され、反射光Ｌ４ａ、Ｌ４ｂが形成されて光出射口４３４から導光カバー４３０外部に出射され、ＬＥＤ２０ａ、２０ｂの一方または両方の発光を制御でき、ＬＥＤ２０ａ、２０ｂは角度を調整できるので、光路制御微細構造４４０に投射する位置を変更することができ、それによって導光カバー４３０から出射される反射光Ｌ４ａ、Ｌ４ｂの角度を変更できる。また、本実施例の平面タイプの投射面４３３は図１３に示す曲面の投射面５３３に変更できる。

図１５に示す実施例では、屈折反射式発光装置７１０は円形の導光カバー７３０を備え、側壁７３２が環状に設けられ、側壁７３２内部には複数のＬＥＤ２０が環状に設けられ、ＬＥＤ２０が出射する光線Ｌ１を円形の導光カバー７３０の中心に向かって発光するように調整でき、図７に示す屈折特性を有する光路制御微細構造４０を組み合わせた場合でも、図１２に示す反射特性を有する光路制御微細構造４４０を組み合わせた場合でも、光線Ｌ１を屈折または反射させて単一の光束にして円形の導光カバー７３０外部に出射することができる。また、複数のＬＥＤ２０を調整して投光角度を変更し、反射光束を異なる角度で円形の導光カバー７３０外部に出射することができる。

図１６に示す実施例は図１４の実施例に基づいており、屈折反射式発光装置８１０は対称に設置された投光角度を調整可能なＬＥＤ２０ａ、２０ｂおよび導光カバー４３０を備える。
導光カバー４３０は投射面４３３、側壁４３２および光出射口４３４を備え、投射面４３３には光出射口４３４の方向に光路制御微細構造４４０が設けられる。上述の部材の作用および達成される効果は図１２に示すものと同一であるのでこれ以上の説明は行わない。本実施例の特徴は屈折反射式発光装置８１０が図１０に示す屈折式の構造と組み合わされた構造になっていることにあり、導光カバー４３０の光出射口４３４には投射面３３が設けられ、投射面３３上には屈折特性を有する屈折微細構造面２４１を備える光路制御微細構造２４０が設けられる。光の反射および屈折の原理に基づいて、ＬＥＤ２０ａから出射された光線Ｌ１ａは光路制御微細構造４４０上の反射微細構造面４４１に投射されて反射光Ｌ４ａを形成し、反射光Ｌ４ａが下層の光路制御微細構造２４０に出射されたとき、屈折微細構造面２４１によって屈折光Ｌ２ａが形成される。ＬＥＤ２０ａ、２０ｂは投光角度を調整できるのでＬＥＤ２０ｂは異なる角度の光線Ｌ１ｂを光路制御微細構造４４０上の反射微細構造面４４１に投射して反射光Ｌ４ｂを形成することができ、反射光Ｌ４ｂが下層の光路制御微細構造２４０に出射されたとき、屈折微細構造面２４１によって投光角度が屈折光Ｌ２ａと異なる他の屈折光Ｌ２ｂが形成される。また、本実施例の平面タイプの投射面３３、４３３は図９、１３に示すような曲面タイプの投射面１３３、５３３にすることができる。

図１７に示す実施例では、屈折反射式発光装置９１０は図７で示す発光装置１０と図１２で示す発光装置４１０とを組み合わせた構造になっており、導光カバー９３０の中央部に側壁３２が設けられる。本実施例では、屈折微細構造面４１および反射微細構造面４４１が屈折特性および反射特性をそれぞれ有するので、光路制御微細構造４０、４４０が設置される位置は異なり、ＬＥＤ２０ａ、２０ｂは光路制御微細構造４０、４４０の位置に合わせて異なる位置に設置される。それによってＬＥＤ２０ａ、２０ｂから出射される光線Ｌ１ａ、Ｌ１ｂは屈折光Ｌ２ａおよび反射光Ｌ４ｂをそれぞれ形成して導光カバー９３０から出射される。同様の原理で、前述のその他の実施例の構造を組み合わせた構造によっても異なる光の出射効果を達成できる。

以上の各実施例から分かるように、本発明の導光カバーの光路制御微細構造は、単一の平面、曲面またはそれらを組み合わせたものを採用したり、一層または多層設置したり、その断面図が左右対称の平面、斜面、曲面またはそれらを組み合わせたものを採用したりして構成することができ、光路制御微細構造２４０の設置形態に基づいて光路制御微細構造を環状、左右対称または平行に延伸した方式またはそれらを組み合わせたものを採用することができ、それらに合わせて対応するＬＥＤの設置位置およびその投光角度を調整することによって発光装置は光の出射角度を調整することができる。

図１８、１９は本発明を構成する投光角度を調整可能なＬＥＤの具体的な構造を示す。ＬＥＤ２０は調整部材５０上に設置される。調整部材５０は台体５１および可動部材５２を備え、台体５１は導光カバー（図７に示す導光カバー３０）内に固定される。台体５１は二つの挟持部材５１１が対称に設置され、二つの挟持部材５１１には同じ軸心に円孔５１２が設けられ、可動部材５２には搭載面５２１が設けられ、ＬＥＤ２０がその上に設置される。搭載面５２１の挟持部材５１１の円孔５１２に対応する部分には円形の凸柱５２２が設けられ、円形の凸柱５２２が円孔５１２内に挿設され、可動部材５２は台体５１上で枢動可能な状態となり、凸柱５２２は円孔５１２の軸心を中心として３６０度回動させることができる。安定的にＬＥＤに電源を供給するために、ここではチップタイプのＬＥＤ２０が採用される。台体５１および可動部材５２は導熱性および導電性を有す鉄、アルミニウム、マグネシウムまたはそれらを組み合わせた合金から構成することができ、それによってＬＥＤ２０から発生する熱を迅速に放熱し、良好な放熱性を有する状況でＬＥＤ２０外部に透明の管体（図示せず）で被覆してＬＥＤ２０を保護することができる。管体はガラスまたはプラスチック材料またはそれらを組み合わせたものから構成される。ＬＥＤ２０をヒューズまたは電流調整回路などの過負荷保護装置から構成される保護回路と接続してＬＥＤ２０の使用寿命を延ばすことができる。

図１８、１９に示す調整部材５０の構造は好適な例を示したものであり、これ以外に球状孔と球体とを枢動可能に接続して同一の機能を達成することができ、例えば、ＬＥＤ２０を球体上に設置し、球体を球状孔内に嵌設し、球体を球状孔内で回動させることによってＬＥＤ２０を任意の角度に調整することができる。

上述の本発明の光の出射角度を調整可能な特性に基づいて、本発明を各タイプの灯具に応用することができる。図２０は図１２に示す光の出射角度を調整可能な反射式発光装置４１０を街路灯に設置した状態を示す。ＬＥＤ２０の投光角度を調整することができるので、導光カバー４３０から出射される反射光の出射角度を必要に応じて調整することができ、図に示すように、異なる出射角度によって異なる照射区域Ａ１、Ａ２および地面６０を照射することができる。この特性を街路灯に応用することによって街路灯の光の出射に変化性を持たせることができる。図１５に示す複数のＬＥＤ２０が環状に設置された構造を街路灯に応用した場合、複数のＬＥＤ２０の投光角度を調整することによって反射して出射される光線を楕円形またはその他の幾何学形状にすることができ、同様の原理で、図７に示す光の出射角度を調整可能な屈折式発光装置１０でも同一の効果を達成することができる。

上述のように、本発明の光の出射角度を調整可能な発光装置は、使用者の必要に応じて各ＬＥＤの発光角度を調整することができ、導光カバーに設置された光路制御微細構造と組み合わさって眩光の発生を回避できるだけでなく、灯具全体の光の出射角度および光の形状を変更でき、ランプシェードの設計およびＬＥＤの回路板製作における制限を減少させることができ、灯具の使用上の融通性を高めることができる。
また、各ＬＥＤ光源は標準タイプの外形に製造し、灯具中の標準タイプのソケットに設置することができ、ＬＥＤ光源のメンテナンスを容易にし、ＬＥＤ灯具の改造を容易にし、高い発光効率を達成し、メンテナンスが容易で、融通性が高く、体積が小さい。

従来技術によるＬＥＤを光源とする装置の構造を示す断面図である。 従来技術によるＬＥＤを光源とする装置の構造を示す断面図である。 従来技術によるＬＥＤを光源とする装置の構造を示す断面図である。 図３の他の方向からの断面図である。 従来技術によるＬＥＤを光源とする装置の構造を示す断面図である。 従来技術によるＬＥＤを光源とする装置の構造を示す断面図である。 本発明による屈折式発光装置の実施例を示す断面図である。 光線が異なる媒質を進行する様子を示す模式図である。 本発明の屈折式発光装置の他の実施例を示す断面図である。 図７の実施例を対称に設置した構造を示す断面図である。 図１０の実施例の光路制御微細構造を二層構造にした構造を示す断面図である。 本発明の反射式発光装置の実施例を示す断面図である。 本発明の反射式発光装置の他の実施例を示す断面図である。 図１２の実施例を対称に設置した構造を示す断面図である。 本発明のＬＥＤを環状に設置した構造を示す模式図である。 本発明の投射微細構造面と反射微細構造面とを上下に組み合わせて二層構造にした発光装置を示す断面図である。 本発明の投射微細構造面と反射微細構造面とを左右に組み合わせた構造にした発光装置を示す断面図である。 本発明のＬＥＤ調整部材の実施例を示す立体分解図である。 図１８の組立後の状態を示す斜視図である。 本発明の実施例を街路灯に応用し、光の出射角度を変更した状態を示す模式図である。

符号の説明

１０、１１０、２１０、３１０ 屈折式発光装置
４１０、５１０、６１０ 反射式発光装置
７１０、８１０、９１０ 屈折反射式発光装置
２０、２０ａ、２０ｂ ＬＥＤ
３０、４３０、７３０、９３０ 導光カバー
３１ 底部
３２、４３２、７３２ 側壁
３３、１３３、４３３、５３３ 投射面
４３４ 光出射口
４０、１４０、２４０、３４０、４４０ 光路制御微細構造
４１、１４１、２４１、３４１、３４２ 屈折微細構造面
４４１ 反射微細構造面
５０ 調整部材
５１ 台体
５１１ 挟持部材
５１２ 円孔
５２ 可動部材
５２１ 搭載面
５２２ 凸柱
６０ 地面
Ａ１、Ａ２ 照射区域
Ｌ、Ｌ１、Ｌ１ａ、Ｌ１ｂ 光線
Ｌ２、Ｌ２ａ、Ｌ２ｂ、Ｌ３ａ、Ｌ３ｂ 屈折光
Ｌ４、Ｌ４ａ、Ｌ４ｂ 反射光
Ｌｒ 反射光線
Ｌｔ 屈折光線
ｎ１、ｎ２ 媒質（屈折率）
θｉ 入射角
θｒ 反射角
θｔ 屈折角

Claims (14)

1. 制御回路と電気的に導通されて光線を出射し、その投光角度が調整可能な少なくとも一つの指向性光源と、
   前記指向性光源が内部に設置される導光カバーと、
   前記導光カバー内に設置され、複数の微細構造面から構成される少なくとも一つの光路制御微細構造と、を備え、
   前記指向性光源から出射される光線の投光角度を調整して、前記光路制御微細構造上の様々な屈折微細構造面に投射することによって、前記導光カバーから出射される光の角度が変更されることを特徴とする光の出射角度を調整可能な発光装置。
2. 前記光路制御微細構造は、複数の屈折特性または反射特性を有する微細構造面から構成されることを特徴とする請求項１記載の光の出射角度を調整可能な発光装置。
3. 前記導光カバーは、光出射口を備え、前記導光カバー内部の光線を導光カバー外部へ出射し、前記光出射口には屈折特性を有する微細構造面を備える光路制御微細構造が設けられることを特徴とする請求項２記載の光の出射角度を調整可能な発光装置。
4. 前記導光カバーには、複数層の光路制御微細構造が設けられ、前記複数層の光路制御微細構造は非平行に多層設置される構造でもよく、各光路制御微細構造の微細構造面は同一ではないことを特徴とする請求項２記載の光の出射角度を調整可能な発光装置。
5. 前記光路制御微細構造の分布面は、平面、曲面またはそれらを組み合わせたもの、或いは断面が左右対称の斜面、曲面またはそれらを組み合わせたものから構成されることを特徴とする請求項１記載の光の出射角度を調整可能な発光装置。
6. 前記光路制御微細構造は、環状、左右対称、平行に延伸した方式またはそれらを組み合わせた方式によって構成されることを特徴とする請求項１記載の光の出射角度を調整可能な発光装置。
7. 前記導光カバーは、光反射特性を有する材料から構成され、または導光カバーの内側壁に光反射層が設けられ、導光カバーは、光反射性を有することを特徴とする請求項１記載の光の出射角度を調整可能な発光装置。
8. 前記指向性光源は、調整部材上に設置され、
   前記調整部材は、
   前記導光カバー内に固定される台体と、
   前記台体上に角度が調整可能に設置され、少なくとも一つの指向性光源が収容される可動部材と、を備えることを特徴とする請求項１記載の光の出射角度を調整可能な発光装置。
9. 前記調整部材は、導熱性および導電性を有する鉄、アルミニウム、マグネシウム、銅またはそれらを組み合わせた合金から構成されることを特徴とする請求項８記載の光の出射角度を調整可能な発光装置。
10. 前記台体と前記可動部材との間は、円孔と円形の凸柱とによって枢動可能に接続され、前記円形の凸柱を前記円孔内で回動させることによって、前記可動部材上に設置された指向性光源が３６０度回動することを特徴とする請求項８記載の光の出射角度を調整可能な発光装置。
11. 前記台体と前記可動部材との間は、球状孔と球体とによって枢動可能に接続され、前記球体を球状孔内で回動させることによって前記可動部材上の指向性光源が任意の角度に回動することを特徴とする請求項８記載の光の出射角度を調整可能な発光装置。
12. 前記調整部材は、導電性を有し、前記指向性光源と前記制御回路とを電気的に導通するのに使用されることを特徴とする請求項８記載の光の出射角度を調整可能な発光装置。
13. 前記指向性光源は、保護回路に接続され、前記保護回路はヒューズまたは電流調整回路などの過負荷保護装置から構成されることを特徴とする請求項８記載の光の出射角度を調整可能な発光装置。
14. 前記指向性光源は、前記光路制御微細構造の周囲に複数設置されることを特徴とする請求項８記載の光の出射角度を調整可能な発光装置。

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