JP2009049239A - Ｌｅｄ発光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 レンズ面の焦点位置が変動できる構成のＬＥＤ発光装置を得る。
【解決手段】 レンズ体１１に段状の複数の段付ピン１３Ａ、１３Ｂを設ける。この段付ピン１３Ａ、１３Ｂは段部の数が少なくとも１つ有した段付ピンで、段部の形状が同一形状、同一寸法である段付ピンがレンズ面１２を挟んで対向する位置に少なくとも一対有する。また、段部の数の異なるものが少なくとも２種有する。基板１にはレンズ体１１の段付ピン１３Ａ、１３Ｂと係合する複数の孔２Ａ、２Ｂを設ける。そして、レンズ体１１の段付ピン１３Ａ、１３Ｂの所定のピン径と該ピン径に適合する基板の孔２Ａ、２Ｂを係合させることによってレンズ面の焦点位置が決まる。また、レンズ体を回転させて段付ピンに係合する孔を変えることによってレンズ面の焦点位置を変動させる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、ＬＥＤ発光装置に関し、特に、レンズを備えて集光性を高めたＬＥＤ発光装置に関する。

今日、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ：発光ダイオード）はパソコンなどのコンピュータ分野、ファクシミリや携帯電話などの通信機器分野、複写機やプリンタなどの事務用機器分野、冷蔵庫や電子レンジなどの家電製品分野など、様々な分野の製品に用いられてきている。

また、ＬＥＤは小型であることから、レンズなどの集光機能を付加してカメラ機能付き携帯電話機のフラッシュ光源としても利用されてきている。レンズとＬＥＤを組み合わせてフラッシュ光源として用いるＬＥＤ発光装置の従来技術の構造としては、例えば、下記の特許文献１に示された構造のＬＥＤ発光装置もその一つに挙げられる。

特開２００４−３２７９５５号公報

図２１、図２２は上記特許文献１に示されたＬＥＤランプの要部断面図と回路基板に実装された発光体の平面図である。特許文献１に示されたＬＥＤランプ１４１は回路基板１２２に発光体１２７が設けられ、発光体１２７の外周域を囲うようにしてすり鉢状の凹部１３２をなして反射面１３３を有した反射枠体１３１を設け、その上にレンズであるところの凸面１４６を設けたレンズ体１４４を設けた構成をなしている。そして、レンズ体１４４と発光体１２７との間に空気層１４０を設け、この空気層１４０とつながる空気孔１４５を設けた構造を取っている。

また、回路基板１２２上に設けた発光体１２７は３個のＬＥＤ素子１２８ａ、１２８ｂ、１２８ｃを設けており、ＬＥＤ素子１２８ａは回路基板１２２に配設したアノード電極Ａ１、カソード電極Ｋ１とボンディングワイヤを介して接続され、同様にして、ＬＥＤ素子１２８ｂは回路基板１２２に配設したアノード電極Ａ２、カソード電極Ｋ２とボンディングワイヤを介して接続され、ＬＥＤ素子１２８ｃは回路基板１２２に配設したアノード電極Ａ３、カソード電極Ｋ３とボンディングワイヤを介して接続されている。そして、３個のＬＥＤ素子１２８ａ、１２８ｂ、１２８ｃを透明な樹脂材１２９で封止した構成をなしている。

特許文献１によれば、このような構成をなすことにより、３個のＬＥＤ素子から出射される光は反射枠体１３１の反射面１３３からの反射により発光体１２７の正面方向の発光輝度が各段と向上し、更に、レンズ体１４４の凸面１４６で集光されるので正面方向への放射光量のアップが図れるとしている。また、レンズ体１４４の下に空気層１４０を設けることで屈折率の変化により集光性をより高めることができるとされている。

ところで、フラッシュ光源として用いるＬＥＤランプは照明体（被照明物のことを云い、以降、照明体と云う）をより明るく照明することが求められる。そのため、ＬＥＤランプのレンズからの出射光は照明体に向かって平行に出射する平行光線や照明体に集光する集光光線などの配光特性を持った光が出射するようなランプ構造を取ることが必要とされ、レンズの焦点位置と発光体の配設位置との位置関係を考慮した構造を取ることが求められる。引用文献１の構造の下においては、レンズ体１４４の焦点方向の位置が発光体１２７の位置から大きくずれているような場合は配光特性が悪化してしまう。

また、ＬＥＤの構造やＬＥＤの実装構造の相異によって、目標とする配光特性が得られないことも多く、このような場合は、ＬＥＤの構造やＬＥＤの実装構造に合わせて目標とする配光特性が得られるレンズ体を個々に用意する必要があった。レンズ体は射出成形方法で形成していることから、レンズ体の金型も個々に製作する必要があった。このため、レンズ体の金型を数多く用意する必要があり、金型コストの面で非常に高くなると云う問題を有する。

本発明は、上記の課題に鑑みて成されたもので、ＬＥＤの構造やＬＥＤの実装構造の相異に余り影響を受けずに汎用して用いることのできるレンズ体を備えたＬＥＤ発光装置の構成を見出して金型の種類を最小限に押さえて金型コストのダウンを図ると共に、目標とする配光特性を持った出射光を得て照明体を明るく照明することを目的とするものである。

上記の課題を解決するための手段として、本発明の請求項１に記載のＬＥＤ発光装置の特徴は、基板上に発光素子と封止樹脂からなる発光層を設けて形成したＬＥＤの光出射側の上部にレンズ面を有するレンズ体を備えて、前記基板をマザーボードに実装するＬＥＤ発光装置において、前記基板と前記レンズ体に、又は、前記マザーボードと前記レンズ体に前記レンズ面の焦点位置を変動できるレンズ焦点位置変動手段を設けたことを特徴とするものである。

この発明によれば、基板とレンズ体に、あるいは、マザーボードとレンズ体にレンズ焦点位置変動手段を設けてレンズ面の焦点位置が変動できるようにすれば、レンズ面の焦点位置とＬＥＤの発光層の位置との位置関係を自由に制御することができる。つまり、レンズ面の焦点位置の自由な制御によって、レンズ面の正面方向に集光する配光特性を持った出射光量を増やすことができるようになり、レンズの正面方向での光度を高める効果を生む。そして、照明体を明るく照明することができる。

また、本発明の請求項２に記載のＬＥＤ発光装置の特徴は、前記基板と前記レンズ体との間に、すり鉢状の中空部を有して内周面が反射面をなした反射枠を設けたことを特徴とするものである。

この発明によれば、発光素子の外周域を反射枠で囲う構造をなすと共に反射枠がレンズ体に隣接する配置構造をなす。発光素子を反射枠の反射面で囲い、そして、レンズ体が反射面に隣接することで、発光素子からの出射光で反射枠の反射面に入射する光はその反射面で反射されてレンズ体のレンズ面に入射する。損失する光は非常に少なくなって光の利用効率が高められ、集光する光量が増えて光度が高められる。

また、本発明の請求項３に記載のＬＥＤ発光装置の特徴は、前記基板に代えて前記反射枠と前記レンズ体に前記レンズ面の焦点位置を変動できるレンズ焦点位置変動手段を設けたことを特徴とするものである。

この発明によれば、反射枠とレンズ体は隣接配置構造をなし、基板とレンズ体は反射枠を挟んで離れた配置構造となる。基板に代えて反射枠とレンズ体の隣接構成部品にレンズ焦点位置変動手段を設けることにより変動手段そのものの構造が安定し、得られる品質も安定する。また、変動手段そのものの構造も小型にできるメリットも生む。また、ＬＥＤ発光装置の組立上で反射枠とレンズ体のユニット化も可能になり、品質安定と歩留まり向上などの効果も生む。

また、本発明の請求項４に記載のＬＥＤ発光装置の特徴は、前記レンズ焦点位置変動手段は前記レンズ体に設けた段状の複数の段付ピンと前記基板又は前記マザーボード、又は反射枠に設けた前記段付ピンと係合する複数の孔とからなり、前記段付ピンの所定のピン径と該ピン径に適合する孔を係合させることによって前記レンズ面の焦点位置が決まることを特徴とするものである。

この発明によれば、レンズ焦点位置変動手段はレンズ体に設けた段状の複数の段付ピンと、この段付ピンと係合する基板又はマザーボード、又は反射枠に設けた複数の孔とからなる。そして、段付ピンの所定のピン径と該ピン径に適合する孔を係合させることによってレンズ面の焦点位置が決まる。段付ピンは形状的にシンプルであり、また、レンズ体と射出成形時に一体的に形成することができるので形成が非常に容易である。また、基板やマザーボード、反射枠に設ける孔も形状がシンプルであるので形成が容易である。例えば、基板をＭＩＤ（Ｍｏｌｄｉｎｇ Ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔ Ｄｅｖｉｃｅ）基板で形成すると孔を含めて一体的に形成することができる。反射枠に設ける場合も射出成形方法などで孔を含めて一体的に形成できる。何れも形成が容易であることからコスト的にも安くできる。また、所定のピン径に適合する孔を選んでピンと孔を係合させることで焦点位置が決まるので作業方法が簡単である。構造がシンプルであることから安いコストでレンズ焦点位置変動の構造が得られる。

また、本発明の請求項５に記載のＬＥＤ発光装置の特徴は、前記段付ピンは、段部の数が少なくとも１つ有した段付ピンであり、該段部の形状が同一形状、同一寸法である段付ピンが前記レンズ面を挟んで対向する位置に少なくとも一対有することを特徴とするものである。

この発明によれば、レンズ焦点位置は少なくとも２箇所で支持されて、レンズ体と基板、あるいは、レンズ体とマザーボード、あるいは、レンズ体と反射枠の平行性は保持される。このため、レンズ焦点位置は容易に動くことがなく、また、発光層の垂直方向に対してレンズ体のレンズ面が傾いたり、横にずれたりすることが起きない。常時安定した状態の集光特性が得られる。

また、本発明の請求項６に記載のＬＥＤ発光装置の特徴は、前記段付ピンは、段部の数の異なるものが少なくとも２種有することを特徴とするものである。

この発明によれば、段部の数の異なるものが少なくとも２種有することは、例えば、段部が１段の段付ピンと段部が２段の段付ピンの２種類の段付ピンが設けられていると、レンズ焦点位置は１段の段付ピンで設定される位置と、２段の段付ピンで設定される位置の２箇所得られる。つまり、レンズ焦点位置を２箇所に変動して設定することができる。また、段部の数の異なるものが３種あるとレンズ焦点位置を３箇所に変動できる。焦点位置が変動できることでＬＥＤの構造やＬＥＤの実装構造などに拘わらず汎用可能なレンズ体が得られる。

また、本発明の請求項７に記載のＬＥＤ発光装置の特徴は、前記レンズ体を所定の方向に向けて前記レンズ体の段付ピンと前記基板又は前記マザーボード、又は前記反射枠の孔を係合させることによって前記レンズ面の第１の焦点位置が決まり、前記レンズ体を所定の方向から９０°回転した方向で前記レンズ体の段付ピンと前記基板又は前記マザーボード、又は前記反射枠の孔を係合させることによって前記レンズ面の第２の焦点位置が決まり、前記レンズ体を９０°回転させることによって変動できる焦点位置が２箇所得られることを特徴とするものである。

この発明によれば、変動できる焦点位置が２箇所得られる。変動できる変動量は段部の段差寸法で決められるので変動量の設定は自由に決められる。ＬＥＤの構造やＬＥＤの実装構造が異なる２つの種類にレンズ体の共通使用が可能になる。また、変動できる焦点位置が２箇所の場合は段付ピンの数も少なくて良いので製作面での容易さや品質面での安定性などの効果を得る。

また、本発明の請求項８に記載のＬＥＤ発光装置の特徴は、前記レンズ体を所定の方向に向けて前記レンズ体の段付ピンと前記基板又は前記マザーボード、又は前記反射枠の孔を係合させることによって前記レンズ面の第１の焦点位置が決まり、前記レンズ体を所定の角度回転した方向で前記レンズ体の段付ピンと前記基板又は前記マザーボード、又は前記反射枠の孔を係合させることによって前記レンズ面の第２の焦点位置が決まり、順次前記レンズ体を所定の角度回転させて前記レンズ体の段付ピンと前記基板又は前記マザーボード、又は前記反射枠の孔を係合させることによって変動できる焦点位置が複数得られることを特徴とするものである。

この発明によれば、変動できる焦点位置が複数得られる。微少範囲での変動も可能になり、また、ＬＥＤの構造やＬＥＤの実装構造が異なるものでも広く対応できるようになる。

また、本発明の請求項９に記載のＬＥＤ発光装置の特徴は、前記発光素子は前記基板上に少なくとも１個搭載していることを特徴とするとするものである。

この発明によれば、発光素子が１個でも適用できるし、また、複数個用いた場合でも適用できる。発光素子の個数が増えることでレンズ面から集光して出射する出射光量が増え、光度を高められて明るさが増す。

以上、それぞれの発明の構成の下での作用・効果を詳細に説明したが、本発明によれば、レンズ体はＬＥＤの構造やＬＥＤの実装構造などに影響を受けずに汎用して用いることができる。そして、金型のコストダウンの効果を生む。また、レンズによる集光特性を高めて光度が高く、明るい発光装置が得られる。また、副次的には在庫削減などの効果も生むことができる。

以下、発明を実施するための最良の形態（以下、実施形態と云う）について図を用いながら説明する。

（第１実施形態）
最初に、図１〜図６を用いて本発明の第１実施形態に係るＬＥＤ発光装置を説明する。なお、図１は本発明の第１実施形態に係るＬＥＤ発光装置の平面図、図２は図１におけるＬＥＤ発光装置の要部断面図、図３は図２におけるＬＥＤの平面図、図４は図１におけるレンズ体の裏面図、図５は第１実施形態に係るＬＥＤ発光装置の作用・効果を説明する模式的に示した説明図、図６は焦点位置を変えたときの要部断面図を示している。

第１実施形態に係るＬＥＤ発光装置２０−１は、図２に示すように、基板１上に発光層５を設けたＬＥＤ１０と、ＬＥＤ１０の光出射側（上面側）に設けた凸なるレンズ面１２を有するレンズ体１１とから構成している。

レンズ体１１は、図１、図４に示すように、正四角形なる形状をなしており、上面の光出射側の面には凸球面状のレンズ面１２を設けており、下面（裏面）側の四隅には第１の段付ピン１３Ａと第２の段付ピン１３Ｂからなる２種類の段状の段付ピンを設けている。この第１の段付ピン１３Ａはレンズ面１２を挟んで対向して一対あり、同様に、第２の段付ピン１３Ｂもレンズ面１２を挟んで対向して一対ある。対向して設けられた一対の第１の段付ピン１３Ａは同一形状、同一寸法をなしており、一対の第２の段付ピン１３Ｂも同様に同一形状、同一寸法をなしている。そして、それぞれ一対からなる２種類の段付ピンは同一間隔の配置をなしている。

第１の段付ピン１３Ａは、図２に示すように、レンズ体１１の下面（裏面）側から１段目の段部１３ａ１、２段目の段部１３ａ２、３段目の段部１３ａ３からなっており、それぞれピン径を異にして繋がって下面側から突出している。一方、第２の段付ピン１３Ｂは１段目の段部１３ｂ１、２段目の段部１３ｂ２からなっており、ピン径を異にして下面側から突出している。
なお、第１の段付ピン１３Ａの１段目の段部１３ａ１の段差（丈）寸法は第２の段付ピン１３Ｂの１段目の段部１３ｂ１の段差（丈）寸法と同一寸法をなしており、また、第１の段付ピン１３Ａの３段目の段部１３ａ３のピン径と第２の段付ピン１３Ｂの２段目の段部１３ｂ２のピン径は同一寸法をなしている。

レンズ面１２と一対の第１の段付ピン１３Ａ、一対の第２の段付ピン１３Ｂを設けたレンズ体１１はアクリル樹脂やポリカーボネイト樹脂などの耐熱性、耐衝撃性、耐光性などに優れた透明樹脂を用いて射出成形方法で形成することができる。また、シリコン樹脂で形成することもでき、シリコン樹脂を用いたレンズ体１１は長期信頼性の高い長寿命のレンズ体が得られる。

次に、ＬＥＤ１０は基板１上に発光層５を設けた構成をなすが、図３に示すように、基板１上に３個の発光素子６ａ、６ｂ、６ｃが絶縁性接着剤を介して搭載されている。第１実施形態では、３個の発光素子６ａ、６ｂ、６ｃは白色発光の素子を用いているが、白色に限らず他の発光色のものでも構わない。また、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）の３種類の発光素子を用いたものでも構わない。Ｒ、Ｇ、Ｂの発光素子を用いると混色によって白色発光が得られる。発光素子は仕様に応じて選択すると良い。また、発光素子の数は求める明るさなどに応じて設定すると良い。

基板１には電極が設けられている。３つの発光素子のそれぞれに、発光素子のアノード電極と導通を取るためのアノード用電極と発光素子のカソード電極と導通を取るためのカソード用電極が設けられている。発光素子６ａにはアノード用電極３Ａ１、カソード用電極３Ｋ１が形成され、ボンディングワイヤ７を介して接続されている。同様に、発光素子６ｂにはアノード用電極３Ａ２、カソード用電極３Ｋ２が形成され、発光素子６ｃにはアノード用電極３Ａ３、カソード用電極３Ｋ３が形成されている。そして、ボンディングワイヤ７を介して接続されている。

ボンディングワイヤ７を介してそれぞれの電極と接続された３つの発光素子６ａ、６ｂ、６ｃは封止樹脂８によって封止されている。そして、この３つの発光素子６ａ、６ｂ、６ｃとボンディングワイヤ７と封止樹脂８とで発光層５を構成している。

基板１はガラスエポキシ樹脂やＢＴレジンなどから形成しており、第１実施形態においては、レンズ体１１と同じ大きさの正四角形の形状をなしている。そして、上記で述べた電極の他に、四隅に孔２Ａと孔２Ｂをそれぞれ対向して一対設けている。孔２Ａはレンズ体１１に設けた第１の段付ピン１３Ａの２段目の段部１３ａ２のピン径と係合する孔で、適度の係合代を持った孔径をなしている。また、孔２Ｂはレンズ体１１に設けた第２の段付ピン１３Ｂの２段目の段部１３ｂ２のピン径と係合する孔で、適度の係合代を持った孔径をなしている。なお、この孔２Ｂは第１の段付ピン１３Ａの３段目の段部１３ａ３のピン径とも係合する。
係合方法としては接着整合による係合、嵌合による係合などの方法が取れるが、作業性や品質の安定性などの面から見ると接着整合による係合方法の方が好ましい。
なお、基板１をＭＩＤ基板で構成すると孔２Ａ、２Ｂは射出成形で形成することができる。

次に、レンズ体１１と基板１との組付けについて図２を用いて説明する。レンズ体１１の一対の第１の段付ピン１３Ａは基板１の一対の孔２Ａと係合している。これは、第１の段付ピン１３Ａの２段目の段部１３ａ２のピン径が孔２Ａと係合できる寸法をなしていることによる。また、レンズ体１１の一対の第２の段付ピン１３Ｂは基板１の一対の孔２Ｂと係合している。これは、第２の段付ピン１３Ｂの２段目の段部１３ｂ２のピン径が孔２Ｂと係合できる寸法をなしていることによる。このように、レンズ体１１の一対の第１の段付ピン１３Ａは基板１の一対の孔２Ａと係合し、一対の第２の段付ピン１３Ｂは基板１の一対の孔２Ｂと係合する。そして、レンズ体１１と基板１は四隅の４箇所で固定される。

以上の構成をなしたＬＥＤ発光装置の作用・効果を図５でもって説明する。図５において、Ｐはレンズ面１２の焦点位置を示している。第１実施形態においては、焦点位置Ｐは発光層５の部位の位置にくるように設定している。矢印で示した線は発光層５の部位に位置された焦点位置Ｐから出射した出射光の進路を示している。レンズ面１２から外に出射するときには平行光線となって出射する。レンズ面１２の焦点位置Ｐが発光層５の部位にくるとレンズ面１２から出射する平行光線の光量が多くなる。そして、平行光線の出射量が多くなってレンズ面１２の正面方向での光度が高められ、明るさが増して照明体（被照明物）を明るく照明する。

一般に、照明体をより明るく照明するには照明体に多くの光量が集光するようにすることが必要で、例えば、照明体に平行光線を与える方法や照明体に集光する集光光線を与える方法などが取れる。第１実施形態では、発光層の部位にレンズ面の焦点位置を持ってくることで平行光線の光量が多く現れるようにし、レンズ面１２から出射する平行光を増すことで光度を高め、明るさを増すようにしている。

なお、レンズ体１１に設ける第１の段付ピン１３Ａと第２の段付ピン１３Ｂは発光層５の位置から遠のいた位置に持ってくるのが好ましく、その意味で、第１実施形態においては、レンズ体１１の四隅の角部に設けている。第１の段付ピン１３Ａや第２の段付ピン１３Ｂからの反射光の影響度合いをできるだけ少なくしている。

図５において、ｈ１は第１の段付ピン１３Ａの１段目の段部１３ａ１、第２の段付ピン１３Ｂの１段目の段部１３ｂ１の段差（丈）寸法を示しており、段部１３ａ１の段差（丈）寸法と段部１３ｂ１の段差（丈）寸法は同一寸法をなしている。これにより、レンズ体１１は基板１や発光層５と平行に、そして、レンズ面１２の中心が発光層５の中心の位置に配される。レンズ体１１が発光層５と平行に配されることでレンズ面１２の傾きが起きず、レンズ面１２での正常な屈折が起きてレンズ面１２の正面方向に平行光が出射する。また、レンズ面１２の中心が発光層５の中心の位置に配されることでレンズ面１２に入射する光量が増え、光の利用効率が高められる。

レンズ面１２の焦点位置は球面の曲率半径、レンズ体１１の材料の屈折率などによって決まる。また、レンズ面１２の焦点位置に対する発光層５の位置との位置関係は、図２に示す構造の下においては、段部１３ａ１と段部１３ｂ１の段差寸法ｈ１が関係してくる。段差寸法ｈ１はＬＥＤの構造や加工精度、後述する焦点距離の変動量、等々を考慮して適宜に設定するようにする。

レンズ面１２の焦点位置はレンズ体１１の第１の段付ピン１３Ａ、第２の段付ピンと係合する基板１の孔を変えることによって焦点位置を変えることができる。焦点位置を変えたときの状態を図６でもって説明する。

図２に示すレンズ体１１を９０°回転すると図６に示すレンズ体１１の配置構造が得られる。図６において、レンズ体１１の第１の段付ピン１３Ａが基板１の孔２Ｂ側に配置され、第２の段付ピン１３Ｂが基板１の孔２Ａ側に配置される。そして、第１の段付ピン１３Ａの３段目の段部１３ａ３のピン径が基板１の孔２Ｂに係合する。一方、孔２Ａ側の第２の段付ピン１３Ｂは２段目の段部１３ｂのピン径が孔２Ａの孔径に対して小さいので浮いた状態でフリーの状態になる。

しかしながら、基板１の孔２Ｂと係合する第１の段付ピン１３Ａは、図４に示すように、対角上に一対あり、また、孔２Ｂも、図３に示すように、対角上に一対あるので、レンズ体１１は基板１と対角の２箇所で固定されて支持されることになる。このため、２箇所で支持されることで確実な固定が得られ、また、レンズ体１１と基板１並びに発光層５との平行性は維持される。

図６において、ｈ２は第１の段付ピン１３Ａの２段目の段部１３ａ２の段差（丈）寸法を示している。レンズ面１２の焦点位置Ｐは、図５に示した構造と比較すると、発光層５からｈ２寸法分だけ上側に上がった位置にくる。焦点位置Ｐが発光層５より上側の位置にくると、レンズ面１２で屈折する光はレンズ面１２の中心軸に向かって屈折する光が多く現れるようになる。つまり、レンズ面１２の中心軸に集光する光量が増える。この場合に照明体との距離関係が影響するが、その集光光量が照明体に集光するようになると照明体の明るさは増大する。
ＬＥＤの構造が異なるものであっても、ｈ２の寸法を適宜に設定して焦点位置を設定することで、平行光線や集光光線などの配光特性を持つ出射光を得ることができる。

図６に示す構造は、図２で示したレンズ体１１の配置方向に対してレンズ体１１を丁度９０°回転した配置方向での構造になっており、図５で示した焦点位置Ｐを第１の焦点位置とすると、図６で示すように、レンズ体１１を９０°回転してレンズ体１１と基板１とを組付けることによって第２の焦点位置Ｐが得られる。このように、レンズ体１１を９０°回転してレンズ体１１と基板１とを組付けることによって変動できる焦点位置は図５と図６で示す２箇所が得られる。

焦点位置Ｐの位置変動できる量は第１の段付ピン１３Ａの２段目の段部１３ａ２の段差寸法ｈ２で決まる。この段差寸法ｈ２は適用するＬＥＤの構造、加工精度、目標とする配光特性等々を考慮して設定するようにする。

以上述べたように、第１実施形態においては、レンズ体１１に２種類の段付ピン１３Ａ、１３Ｂをそれぞれ一対設け、また、基板１に段付ピン１３Ａ、１３Ｂと係合する２種類の孔２Ａ、２Ｂを設けてレンズ体１１の組付け方向を変えることによってレンズ面１２の焦点位置は２箇所に変動できる。つまり、レンズ体１１の２種類の段付ピン１３Ａ、１３Ｂと基板１の２種類の孔２Ａ、２Ｂはレンズ面１２の焦点位置を変動できるレンズ焦点位置変動手段としての働きをなしている。

また、以上の構成をなすことにより、レンズ面の焦点位置を２箇所に変動でき、１種類のレンズ体で２つの異なる構造のＬＥＤに適用することができる。つまり、レンズ体の部品共用が可能になる。従って、２種類のレンズ体を作る必要がなく、レンズ体の成形金型のコストダウンが可能になる。また、部品の共用で在庫削減などの効果も得る。更に、平行光の出射光量が増えるのでレンズ面の正面方向の光度が高められ、明るい照明が得られる。また、段付ピンの形状や孔の形状は非常に簡単（シンプル）な形状であるため金型の製作や射出成形での部品製作も容易となり、品質面での安定性も得られる。また、レンズ体と基板との組付けは静合接着作業でできるので作業が容易である。

なお、第１実施形態においては、発光素子を３個用いてＬＥＤを構成したが、発光素子は特に３個に限るものではなく、１個でも２個でも良く、また、４個以上用いても良いものである。数を多く用いると光度が高められて明るさが増すようになる。また、第１実施形態においては、３個の発光素子それぞれにアノード用電極、カソード用電極を基板に設けた構成を取ったものであるが、アノード用電極とカソード用電極はそれぞれ１つ設けて、並列的な接続方法を取って電極を共用する構成にすることも可能である。
また、図６においては、レンズ体１１を９０°回転した位置での図５に示した基板１との係合構造を示したものであるが、構造の異なるＬＥＤを用いる場合においては、第１の段付ピン１３Ａの３段目の段部１３ａ３のピン径に係合する孔と第２の段付ピン１３Ｂの２段目の段部１３ｂ２のピン径に係合する孔を設けた基板を用いれば良い。つまり、第１の段付ピン１３Ａの３段目の段部１３ａ３のピン径と第２の段付ピン１３Ｂの２段目の段部１３ｂ２のピン径とは同じ寸法であるから、同じ孔径の孔を四隅に設けた基板を用いれば良い。四隅の４箇所で基板とレンズ体１１を固定することで図６で示した係合構造より更に固定力の強い安定した係合構造が得られる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態に係るＬＥＤ発光装置について図７を用いて説明する。なお、図７は本発明の第２実施形態に係るＬＥＤ発光装置の要部断面図を示している。第２実施形態のＬＥＤ発光装置は前述の第１実施形態のＬＥＤ発光装置２０−１に反射枠を設けた構成をなす。
図７において、前述の第１実施形態での構成部品と同じ仕様をなす構成部品は同一符号を付している。図７より、第２実施形態のＬＥＤ発光装置２０−２は、レンズ体１１と基板１との間に、発光層５の周りを囲うようにテーパ斜面なる反射面１５Ｃを有したリング状の反射枠１５を配設している。そして、反射枠１５の上側にレンズ体１１を配設し、基板１と固定している。
レンズ体１１、基板１などについては前述の第１実施形態で詳しく説明したのでここでの説明は省略し、ここでは反射枠１５を主体に説明する。

第２実施形態での反射枠１５は中央にすり鉢状の中空部１５Ｄを有したリング状の形状をなし、また、内周面はテーパ斜面なる反射面１５Ｃを有している。
この反射枠１５はアクリル樹脂、ポリカーボネイト樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂などの耐熱性、耐衝撃性、耐光性、耐湿性、耐薬品性などに優れた樹脂でもって射出成形方法で形成し、内周面にはＡｌ、Ａｇなどの高反射率の金属膜を設けて高反射率の反射面１５Ｃに仕上げている。
そして、この反射枠１５は絶縁性接着剤などを介して基板１に接着固定している。

中空部１５Ｄの中央にはＬＥＤ１０の発光層５が配置される。この反射枠１５は発光層５から出射した光で反射枠１５に入射する光やレンズ体１１から反射される光を反射面１５Ｃで反射させ、レンズ体１１に入射させる働きをなしている。

反射枠１５を設けることで、レンズ面１２の正面方向に出射する出射光量が各段に増え、光の利用効率が高められて明るさを増す効果を得る。

（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態に係るＬＥＤ発光装置について図８〜図１２を用いて説明する。なお、図８は本発明の第３実施形態に係るＬＥＤ発光装置の平面図、図９は図８におけるＢ−Ｂ断面図、図１０は図８におけるＣ−Ｃ断面図、図１１の（ａ）はレンズ体の裏面図、図１１の（ｂ）は反射枠の平面図、図１２は焦点位置を変えたときの要部断面図を示している。

第３実施形態に係るＬＥＤ発光装置４０は、図１０に示すように、基板２１上に発光層２５を設けたＬＥＤ３０と、発光層２５の外周に配置されてすり鉢状の中空部３５Ｄを有して内周面が反射面３５Ｃをなした反射枠３５と、この反射枠３５の上部に設けた凸球面状のレンズ面３２を有するレンズ体３１とから構成している。

レンズ体３１は、図８、図１０、図１１の（ａ）に示すように、正四角形なる形状をなしており、上面側の光出射側に凸球面状のレンズ面３２を設けており、裏面（下面）側に４つの外辺に沿って第１の段付ピン３３Ａと第２の段付ピン３３Ｂを同一間隔に設けている。この第１の段付ピン３３Ａはレンズ面３２を挟んで対角上に対向して一対（計２個）あり、第２の段付ピン３３Ｂもレンズ面３２を挟んで対向して三対（計６個）ある。対向して設けられた一対の第１の段付ピン３３Ａは同一形状、同一寸法をなしており、同様に、対向して設けられた三対の第２の段付ピン３３Ｂも同一形状、同一寸法をなしている。

第１の段付ピン３３Ａは、図９に示すように、１段目の段部３３ａ１と２段目の段部３３ａ２と３段目の段部３３ａ３の３つの段部を持っており、それぞれピン径を異にして繋がった形状をなしている。一方、第２の段付ピン３３Ｂは１段目の段部３３ｂ１と２段目の段部３３ｂ２を持った形状をなしている。なお、第１の段付ピン３３Ａの１段目の段部３３ａ１と第２の段付ピン３３Ｂの１段目の段部３３ｂ１の段差（丈）寸法は同一寸法をなしている。また、第１の段付ピン３３Ａの３段目の段部３３ａ３のピン径と第２の段付ピン３３Ｂの２段目の段部３３ｂ２のピン径は同一寸法をなしている。この第１の段付ピン３３Ａや第２の段付ピン３３Ｂはレンズ体３１の射出成形での成形時に一体的に形成している。

ＬＥＤ３０は基板２１上に発光層２５を設けた構成をなしている。第３実施形態での発光層２５は前述の第１実施形態の発光層と同じ仕様のものから形成している。即ち、白色発光の発光素子を３個、基板２１上に絶縁性接着剤を介して搭載し、また、基板２１には発光素子のアノード電極、カソード電極と接続するアノード用電極、カソード用電極の三対を設け、それぞれ３個の発光素子とボンディングワイヤを介して電極と接続している。そして、封止樹脂でもって３個の発光素子を封止している。
この発光層２５は反射枠３５のすり鉢状の中空部３５Ｄの中央の位置にくるように配置している。

反射枠３５はアクリル樹脂、ポリカーボネイト樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂などの耐熱性、耐衝撃性、耐光性、耐湿性、耐薬品性などに優れた樹脂でもって射出成形方法で形成している。図１１の（ｂ）に示すように、その中央部にはすり鉢状の中空部３５Ｄを有し、内周面は高反射率の反射面３５Ｃに仕上げている。また、４つの外辺に沿って、レンズ体３１に設けた第１の段付ピン３３Ａ、第２の段付ピン３３Ｂと同じ位置でもって孔径の異なる２種類の孔３５Ａ、３５Ｂを設けている。
孔３５Ａは対角上の２つの隅に対向して一対（計２個）あり、孔３５Ｂは対向して三対（計６個）設けている。孔３５Ａはレンズ体３１の第１の段付ピン３３Ａの２段目の段部３３ａ２のピン径と適度な係合代をもって係合する孔で、孔３５Ｂは第２の段付ピン３３Ｂの２段の段部３３ｂ２のピン径と適度な係合代をもって係合する孔になっている。また、この孔３５Ｂは第１の段付ピン３３Ａの３段目の段部３３ａ３のピン径とも適度な係合代をもって係合する。
この反射枠３５は絶縁性接着剤を介して基板２１上に固定される。

第３実施形態では、レンズ体３１は反射枠３５に組付け固定する構成をなしている。レンズ体３１と反射枠３５との固定は、図９に示すように、第１の段付ピン３３Ａと孔３５Ａとは２段目の段部３３ａ２のピン径と孔３５Ａを係合し、第２の段付ピン３３Ｂと孔３５Ｂとは２段目の段部３３ｂ２のピン径と孔３５Ｂを係合して固定している。つまり、８個の段付ピンが全て孔と係合している。そして、この時において、図示はしていないが、レンズ体３１のレンズ面３２の焦点位置は発光層２５の部位、またはその近傍に位置するような構造をなしている。レンズ面３２の焦点位置が発光層２５の部位、またはその近傍に位置するような配置構造を取ることによって、レンズ面３２からの平行光線の出射光が増す。

このような構造をなすことによって、反射枠３５の反射面で反射された光がレンズ面３２に入射するので光の利用効率は一段と高められる。そして、レンズ面３２から出射する平行光線の光量も増大するので前述の第１実施形態での照明明るさより更に明るい照明が得られる。

レンズ面３２の焦点位置はレンズ体３１の第１の段付ピン３３Ａ、第２の段付ピン３３Ｂと係合する反射枠３５の孔を変えることによって焦点位置を変動することができる。図１２はレンズ体３１を９０°回転させてレンズ体３１と反射枠３５とを係合させた構造を示している。即ち、図９で示したレンズ体３１の位置をレンズ体３１のみ９０°方向を回転し、反射枠３５と係合させた時の図９と同じ場所における構造を示したものである。

図１２において、レンズ体３１を９０°回転すると、第１の段付ピン３３Ａの位置は図中左側の孔３５Ｂの位置にくる。そして、孔３５Ｂとは３段目の段部３３ａ３のピン径が孔３５Ｂと係合する。図中中央の孔３５Ｂには第２の段付ピン３３Ｂがくる。孔３５Ｂは第２の段付ピン３３Ｂの２段目の段部３３ｂ２のピン径が係合する孔になっているので、段部３３ｂ２のピンが途中まで入った状態で係合する。図中右側の孔３５Ａの位置には第２の段付ピン３３Ｂがくる。孔３５Ａは第１の段付ピン３３Ａの２段目の段部３３ａ２のピン径と係合する孔径をなすため第２の段付ピン３３Ｂの２段目の段部３３ｂ２のピン径より大きい孔になっている。このため、第２の段付ピン３３Ｂの２段目の段部３３ｂ２は孔３５Ａで保持されることなく宙に浮いたフリーの状態で配置される。

以上のことから、レンズ体３１と反射枠３５との係合位置は、図９の構造と比較すると、第１の段付ピン３３Ａの２段目の段部３３ａ２の段差寸法分、反射枠３５から上方に上がった位置で係合し、レンズ体３１は反射枠３５に固定支持される。段付ピンと孔との係合箇所は６箇所であるが、一対の第１の段付ピン３３Ａの対角上の２箇所で完全に落ち着きをもって密着係合されるのでレンズ体３１は平行状態で安定した固定が行われる。

また、レンズ体３１は、図９の構造と比較すると、第１の段付ピン３３Ａの２段目の段部３３ａ２の段差寸法分、反射枠３５から上方に上がった位置で固定されるため、図示はしていないが、レンズ面３２の焦点位置は段部３３ａ２の段差寸法分だけ位置が上に移動する。つまり、図９の構造におけるレンズ面３２の焦点位置を第１の焦点位置とすると、レンズ体３１を９０°回転して組付けた位置におけるレンズ面３２の第２の焦点位置は、第１の焦点位置より段部３３ａ２の段差寸法分だけ上方に上がった位置に変動する。

第３実施形態においては、反射枠３５を設けて、反射枠３５とレンズ体３１と係合させる構造を取った。反射枠３５の反射面からの反射光がレンズ体３１に入射し、そして、レンズ面３２で屈折を起こして集光して出射する。反射枠３５とレンズ体３１が近接しているため反射面からの反射光の多くがレンズ面３２に入射するようになり、損失する光量は少なくなって光の利用効率は高められる。また、平行光の光量も多くなり照明の明るさを増す効果を生む。

また、第３実施形態でのＬＥＤ発光装置４０の製造方法は次の２通りの方法が取れる。第１の方法は、ＬＥＤ３０の基板２１に貼付け固定した反射枠３５にレンズ体３１を係合固定してレンズ体を組付ける方法である。第２の方法は、前もってレンズ体３１を係合固定した反射枠３５をＬＥＤ３０の基板２１に貼付け固定する方法である。レンズ体３１の平行性などの品質面や作業の作業性から見ると、上記第２の方法が第１の方法より好ましいと云える。つまり、レンズ体３１を反射枠３５に組付けてユニット化し、そのユニットをＬＥＤ３０と貼付けてＬＥＤ発光装置４０を形成する方法が可能となり、作業の容易性や歩留まり向上などの効果を生むことができる。

また、焦点位置を変動した場合でも６箇所での係合構造が取れるので安定した強固な固定が得られる。なお、第３実施形態においては、第１の段付ピン３３Ａを２個、第２の段付ピン３３Ｂを６個の計８個の係合構造を取ったが、前述の第１実施形態の如く段付ピンを４個設けた構造であっても何ら支障はないものである。

なお、第３実施形態におけるレンズ体３１の２種類の段付ピン３３Ａ、３３Ｂとこの２種類の段付ピンと係合する反射枠３５の２種類の孔３５Ａ、３５Ｂは、レンズ体３１を９０°回転して組付け位置を変えることによって焦点位置が変動して２箇所得られる。つまり、レンズ面３２の焦点位置を変動させるレンズ焦点位置変動手段としての働きをなしている。

（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態に係るＬＥＤ発光装置について図１３〜図１５を用いて説明する。なお、図１３は本発明の第３実施形態に係るＬＥＤ発光装置の要部断面図、図１４は図１３におけるマザーボードの要部平面図を示している。また、図１５は図１３に示すレンズ体の組付け位置を変えることによって別な発光装置の構造に適用した第４実施形態の応用例の要部断面図を示している。

第４実施形態のＬＥＤ発光装置６０は、図１３に示すように、基板４１と発光層４５からなるＬＥＤ５０を開口穴５７Ｃを設けたマザーボード５７の下面５７Ｅ側に取付け、マザーボード５７の上面５７Ｄ側に凸球面状のレンズ面５２を有するレンズ体５１を取付けた構成をなしている。ＬＥＤ５０の発光層４５はマザーボード５７の開口穴５７Ｃの中央に配置され、そして、開口穴５７Ｃの上部に、つまり、発光層４５の上部にレンズ体５１のレンズ面５２がくる配置形態をなしている。基板４１とマザーボード５７の取付けは半田付けなどを介して行われる。また、レンズ体５１とマザーボード５７との取付けは、レンズ体５１に設けた第１の段付ピン５３Ａ、第２の段付ピン５３Ｂと、マザーボード５７に設けた孔５７Ａ、５７Ｂとの係合によって固定している。

発光層４５の中心部はほぼ開口穴５７Ｃの中心部に配置され、また、発光層４５の中心部はレンズ面５２の中心部の軸上にくるように配置されている。また、凸球面状をなすレンズ面５２の焦点位置は発光層４５の部位、またはその近傍の位置にくるようになっている。

レンズ体５１は、前述の第１実施形態でのレンズ体の構成と同様な構成をなしている。つまり、正四角形の形状をなしており、光出射面側に凸球面なるレンズ面５２を有している。また、裏面側（下面側）の四隅には第１の段付ピン５３Ａが対角上に対向して一対有し、同様に、第２の段付ピン５３Ｂが対角上に対向して一対有している。
段付ピン５３Ａは１段目の段部５３ａ１、２段目の段部５３ａ２、３段目の段部５３ａ３とからなっている。また、第２の段付ピン５３Ｂは１段目の段部５３ｂ１と２段目の段部５３ｂ２とからなっている。
そして、ここでの第１の段付ピン５３Ａの３段目の段部５３ａ３のピン径は第２の段付ピン５３Ｂの２段目の段部５３ｂ２のピン径と同じ寸法をなしている。また、第１の段付ピン５３Ａの１段目の段部５３ａ１と第２の段付ピン５３Ｂの１段目の段部５３ｂ１の段差（丈）寸法は同じ寸法をなしている。

次に、マザーボード５７は、図１４に示すように、ＬＥＤ５０の発光層４５が配置される開口穴５７Ｃが設けられ、開口穴５７Ｃの周り４箇所、正四角形をなす位置に、一対の孔５７Ａと一対の孔５７Ｂが設けられている。一対の孔５７Ａは第１の段付ピン５３Ａの２段目の段部５３ａ２のピン径が係合する孔で、一対の孔５７Ｂは第２の段付ピン５３Ｂの２段目の段部５３ｂ２のピン径が係合する孔になっている。なお、孔５７Ｂは第１の段付ピン５３Ａの３段目の段部５３ａ３のピン径が係合できる孔にもなっている。

図１３において、レンズ体５１の一対の第１の段付ピン５３Ａの２段目の段部５３ｂ２のピン径とマザーボード５７の一対の孔５７Ａと係合し、一対の第２の段付ピン５３Ｂの２段目の段部５３ｂ２のピン径と一対の孔５７Ｂとが係合してマザーボード５７にレンズ体５１が組付け固定される。図１３において、Ｐはレンズ面５２の焦点位置を示している。レンズ体５１がマザーボード５７に固定された状態においては、レンズ面５２の焦点位置Ｐは発光層４５の部位、またはその近傍の位置にくるようになっている。

第４実施形態においては、発光層４５は前述の第１実施形態で用いた発光層と同じ仕様のものを用いている。上記の構成をなすＬＥＤ発光装置６０は、レンズ面５２の焦点位置が発光層４５の部位、または近傍の位置にきていることで、レンズ面５２から出射する平行光線の光量が多くなり、レンズ面１２の正面方向での光度が高められて明るさが増す。
また、レンズ体５１をＬＥＤに配設できない構造の場合は、上記の構造を取ることによってＬＥＤに配設した構造のものと同じ効果を得ることができる。

次に、第４実施形態の応用として、レンズ体５１の組み付け位置を変えることによって別な発光装置の構造に適用した応用例を図１５を用いて説明する。図１５に示すＬＥＤ発光装置８０は、マザーボード７７の上面側に基板６１と発光層６５からなるＬＥＤ７０が設けられている。また、マザーボード７７にはレンズ体５１が設けられている。ここでのレンズ体５１は図１３で示したレンズ体５１を９０°方向を回転させてマザーボード７７に組付けている。

マザーボード７７には、ＬＥＤ７０から外れた位置にあって、レンズ体５１を９０°方向を回転する前の状態での一対の第１の段付ピン５３Ａと一対の第２の段付ピン５３Ｂに対応した位置に、それぞれ一対の孔７７Ａ、７７Ｂを設けている。
ここで、レンズ体５１を９０°回転させると、孔７７Ｂの所にレンズ体５１の第１の段付ピン５３Ａがくる。また、孔７７Ａの所には第２の段付ピン５３Ｂがくる。
そして、孔７７Ｂにはレンズ体５１の第１の段付ピン５３Ａの３段目の段部５３ａ３のピン径が係合する。
一方、孔７７Ａの部位には第２の段付ピン５３Ｂがくるが、第２の段付ピン５３Ｂの２段目の段部５３ｂ２のピン径が孔７７Ａの孔径より小さいために第２の段付ピン５３Ｂは孔７７Ａに保持されずにフリーの状態になる。
孔７７Ｂにはレンズ体５１の第１の段付ピン５３Ａの３段目の段部５３ａ３のピン径が係合するが、この孔７７Ｂは対向して２箇所に一対あるので、２箇所の孔７７Ｂでもってレンズ体５１Ａの一対の第１の段付ピン５３Ａがマザーボード７７に固定さる。２箇所でレンズ体５１を支持固定することでレンズ体５１はマザーボード７７と平行性が維持され、そして、基板６１に設けた発光層６５とも平行性が維持される。
なお、図１５に示すマザーボード７７は孔７７Ａと孔７７Ｂはそれぞれ一対設けているものであるが、孔７７Ｂを４個設けたもので４箇所で一対の第１の段付ピン５３Ａと一対の第２の段付ピン５３Ｂを係合する構造を取っても良い。４箇所で固定するとより強固なレンズ体５１の支持構造が得られる。

図１５において、Ｐはレンズ面５２の焦点位置を示している。図１５に示す構造でのレンズ面５２の焦点位置Ｐは、図１３に示す構造でのレンズ面５２の焦点位置Ｐと比較すると第１の段付ピン５３Ａの２段目の段部５３ａ２の段差（丈）寸法分だけ上方に位置が変動する。マザーボードの上面側にＬＥＤを配設する構造のものであっても、第１の段付ピン５３Ａの２段目の段部５３ａ２の段差（丈）寸法の設定によって、図１５に示すごとく、レンズ面の焦点位置を発光層の部位、またはその近傍の位置にもってくることができる。

上記に述べたように、ＬＥＤのマザーボードへの取付け構造の異なるものであっても２段目の段部５３ａ２の段差（丈）寸法を適宜な値に設定することで焦点位置を変動させることができ、レンズ体を共通で使用することが可能になる。そして、新たにレンズ体を設ける必要はなくなるので金型コストを安くすることができる。また、納期短縮や在庫削減などの副次的効果も生まれる。

また、図１５の構造の中で、ＬＥＤ７０とレンズ体５１との間に前述の第２実施形態で説明したリング状の反射枠を配設する構造を取ることも可能である。

（第５実施形態）
次に、本発明の第５実施形態に係るＬＥＤ発光装置について図１６〜図２０を用いて説明する。なお、図１６は本発明の第５実施形態に係るＬＥＤ発光装置の平面図、図１７は図１６におけるＬＥＤ発光装置の要部断面図、図１８は図１７におけるレンズ体の裏面図と基板の平面図で、図１８の（ａ）はレンズ体の裏面図、図１８の（ｂ）は基板の平面図を示している。図１９は図１６におけるレンズ体の位置を３０°回転させて組付けたときの要部断面図で、図２０は図１９におけるレンズ体の位置を更に３０°回転させて組付けたときの要部断面図である。

最初に、第５実施形態でのＬＥＤ発光装置１００は、四角形なる基板８１上に発光層８５を設けて形成したＬＥＤ９０と、このＬＥＤ９０上に設けたレンズ体９１とから構成している。そして、ここでのレンズ体９１は、図１６に示すように、円形形状をなし、ＬＥＤ９０の四角形状の基板８１に組付けている。

レンズ体９１は、図１７に示すように、上面側である光出射面側は凸球面状のレンズ面９２をなしている。また、裏面（下面）側には、図１８の（ａ）の裏面図に示すように、外周に沿って第１の段付ピン９３Ａ、第２の段付ピン９３Ｂ、第３の段付ピン９３Ｃなる
３種類の段付ピンが時計回りに（第１の段付ピン９３Ａ、第２の段付ピン９３Ｂ、第３の段付ピン９３Ｃの並ぶ順序はレンズ体９１の裏面側から見ると時計回りに並んでいるが、レンズ体９１の光出射側から見ると反時計回りで並んでいる）順次３０°の角度間隔を持って設けられている。第１の段付ピン９３Ａはレンズ面９２を挟んで対向して二対、計４個あり、同様に、第２の段付ピン９３Ｂも対向して二対、第３の段付ピン９３Ｃも対向して二対ある。

第１の段付ピン９３Ａは、図１７に示すように、４段をなした段付ピンで、１段目の段部９３ａ１、２段目の段部９３ａ２、３段目の段部９３ａ３、４段目の段部９３ａ４を有しており、それぞれの段部は異なるピン径をなしている。
また、第２の段付ピン９３Ｂは、３段をなした段付ピンで、１段目の段部９３ｂ１、２段目の段部９３ｂ２、３段目の段部９３ｂ３を有しており、それぞれの段部は異なるピン径をなしている。
また、第３の段付ピン９３Ｃは、２段をなした段付ピンで、１段目の段部９３ｃ１、２段目の段部９３ｃ２を有しており、それぞれの段部は異なるピン径をなしている。

なお、第１の段付ピン９３Ａ、第２の段付ピン９３Ｂ、第３の段付ピン９３Ｃのそれぞれの１段目の段部９３ａ１、９３ｂ１、９３ｃ１の段差（段部の丈）寸法は同一寸法をなしており、第１の段付ピン９３Ａの２段目の段部９３ａ２までの段差寸法（１段目の段部９３ａ１の段差寸法と２段目の段部９３ａ２の段差寸法を加えたもの）は第２の段付ピン９３Ｂの２段目の段部９３ｂ２までの段差寸法と同じ寸法をなしている。
また、第１の段付ピン９３Ａの３段目の段部９３ａ３のピン径と第２の段付ピン９３Ｂの２段目の段部９３ｂ２のピン径は同一になっており、第１の段付ピン９３Ａの４段目の段部９３ａ４のピン径、第２の段付ピン９３Ｂの３段目の段部９３ｂ３のピン径、第３の段付ピン９３Ｃの２段目の段部９３ｃ２のピン径は同一になっている。

一方、発光層８５を備えたＬＥＤ９０の基板８１には、図１８の（ｂ）に示すように、レンズ体９１の第１の段付ピン９３Ａ、第２の段付ピン９３Ｂ、第３の段付ピン９３Ｃと係合する３種類の孔８２Ａ、８２Ｂ、８２Ｃが、反時計回りに３０°角度間隔に順次設けられている。
孔８２Ａは第１の段付ピン９３Ａの２段目の段部９３ａ２のピン径と適度な係合代をもって係合（嵌合）する。
また、孔８２Ｂは第２の段付ピン９３Ｂの２段目の段部９３ｂ２のピン径と適度な係合代をもって係合（嵌合）する。また、この孔８２Ｂは第１の段付ピン９３Ａの３段目の段部９３ａ３のピン径とも係合する。
また、孔８２Ｃは第３の段付ピン９３Ｃの２段目の段部９３ｃ２のピン径と適度な係合代をもって係合（嵌合）する。また、この孔８２Ｃは第１の段付ピン９３Ａの４段目の段部９３ａ４のピン径、第２の段付ピン９３Ｂの３段目の段部９３ｂ３のピン径とも係合する。

以上の構成をなしたレンズ体９１と基板８１は、図１７に示すように、レンズ体９１の第１の段付ピン９３Ａは基板８１の孔８２Ａに、第２の段付ピン９３Ｂは孔８２Ｂに、第３の段付ピン９３Ｃは孔８２Ｃに係合し、１２箇所の全ての段付ピンと孔が係合して固定されている。そして、レンズ体９１は基板８１との平行性を保持して基板８１に支持されている。

そして、レンズ体９１のレンズ面９２の焦点位置は、第１の段付ピン９３Ａ、第２の段付ピン９３Ｂ、第３の段付ピン９３Ｃのそれぞれの１段目の段部９３ａ１、９３ｂ１、９３ｃ１の段差寸法の設定によって所望の配光特性が得られる位置にくるようにしている。

上記の構成をなすＬＥＤ発光装置１００において、基板８１の孔に係合するレンズ体９１の段付ピンの位置を変えて基板８１とレンズ体９１を組付けることによってレンズ面９２の焦点位置を変動させることができる。図１７に示した段付ピンと孔との係合構造におけるレンズ面９２の焦点位置を第１の焦点位置とすると、基板８１の孔に係合するレンズ体９１の段付ピンの位置を図１９、図２０に示すごとくに変えることによって第２の焦点位置、第３の焦点位置を得ることができる。

図１９に示したレンズ体９１と基板８１の組付構造は、基板８１はそのままの状態にして、図１７に示す位置のレンズ体９１を３０°回転させ、３０°回転させた位置で基板８１と組付けた構造を示している。レンズ体９１の３種類の段付ピンと基板８１の３種類の孔を３０°角度間隔に設けているため、３０°を回転する所定の角度としている。

レンズ体９１を図１７に示した位置から３０°回転させると、図１９に示すように、レンズ体９１の第１の段付ピン９３Ａは基板８１の孔８２Ｂの位置にくる。また、第２の段付ピン９３Ｂは孔８２Ｃの位置に、第３の段付ピン９３Ｃは孔８２Ａの位置にくる。
そして、第１の段付ピン９３Ａは３段目の段部９３ａ３のピン径が孔８２Ｂと係合する。また、第２の段付ピン９３Ｂは３段目の段部９３ｂ３のピン径が孔８２Ｃと係合する。第３の段付ピン９３Ｃは２段目の段部９３ｃ２のピン径が孔８２Ａより小さいので、係合せずに浮いた状態のフリーの状態になる。
かくして、第１の段付ピン９３Ａと孔８２Ｂが係合し、第２の段付ピン９３Ｂと孔８２Ｃが係合する。第１の段付ピン９３Ａと第２の段付ピン９３Ｂはそれぞれ二対あるので計８箇所での係合が得られる。
そして、第１の段付ピン９３Ａの２段目の段部９３ａ２までの段差寸法と第２の段付ピン９３Ｂの２段目の段部９３ｂ２までの段差寸法は同じ寸法をなしていることから、レンズ体９１の平行性は保持される。また、８箇所での固定支持により固定強度も保持される。

レンズ体９１を３０°回転した位置での上記の組付構造をなした場合のレンズ面の第２の焦点位置は、図１７の組付構造での第１の焦点位置と比べると、第１の段付ピン９３Ａの２段目の段部９３ａ２の段差寸法（これは、第２の段付ピン９３Ｂの２段目の段差９３ｂ２の段差寸法と同じであるが）分だけ焦点位置が上方に変動する。

次に、図２０に示したレンズ体９１と基板８１の組付構造は、基板８１はそのままの状態にして、レンズ体９１を図１９で示した位置より更に３０°回転させ、３０°回転させた位置で基板８１と組付けた構造を示している。

レンズ体９１を図１９に示した位置から更に３０°回転させると、図２０に示すように、レンズ体９１の第１の段付ピン９３Ａは基板８１の孔８２Ｃの位置にくる。また、第２の段付ピン９３Ｂは孔８２Ａの位置に、第３の段付ピン９３Ｃは孔８２Ｂの位置にくる。
そして、第１の段付ピン９３Ａは４段目の段部９３ａ４のピン径が孔８２Ｃと係合する。なお、第２の段付ピン９３Ｂの３段目の段部９３ｂ３のピン径が孔８２Ａより小さく、第３の段付ピン９３Ｃの２段目の段部９３ｃ２のピン径が孔８２Ｂより小さいので、係合せずに浮いた状態のフリーの状態になる。
かくして、第１の段付ピン９３Ａのみが孔８２Ｃと係合する。そして、第１の段付ピン９３Ａは二対あるので９０°間隔での４箇所での係合固定が得られる。
レンズ体９１の平行性や固定強度などは４箇所での係合固定により保持される。

レンズ体９１を更に３０°回転した方向での図２０で示す組付構造をなした場合のレンズ面の第３の焦点位置は、図１９の組付構造での第２の焦点位置と比べると、第１の段付ピン９３Ａの３段目の段部９３ａ３の段差寸法分だけ焦点位置が上方に変動する。

以上、図１７、図１９、図２０をもってレンズ体９１を所定の位置から２回に渡って３０°づつ回転して基板８１と組付けることによってレンズ面９２の焦点位置を３箇所に変動できることを説明した。
レンズ体９１の形状の異なる段付ピンの数を更に増やことによってレンズ面９２の焦点位置の変動を更に増やすことができる。

そして、構造の異なる幾種類ものＬＥＤに対して１種類のレンズ体で対応することが可能になる。構造の異なるＬＥＤ毎にレンズ体を設ける必要がなくなり、金型のコストダウン効果を得ることができる。また、副次的には手番短縮や在庫削減などの効果も得ることができる。

第５実施形態においては、レンズ体と基板との組付構造を示したものであるが、前述の第３実施形態で示した如く反射枠を用いて反射枠とレンズ体を組付けする構造を取っても良く、また、前述の第４実施形態で示した如くマザーボードとの組付けする構造を取っても良い。

以上、第１実施形態から第５実施形態までレンズ体のレンズ面は凸球面状のレンズで説明したが、レンズ体にフレネルレンズを用いた場合でも同様に適用できるものである。フレネルレンズを用いた場合は薄型化の効果も得られる。

本発明の第１実施形態に係るＬＥＤ発光装置の平面図である。 図１におけるＬＥＤ発光装置の要部断面図である。 図２におけるＬＥＤの平面図である。 図１におけるレンズ体の裏面図である。 第１実施形態に係るＬＥＤ発光装置の作用・効果を説明する模式的に示した説明図である。 焦点位置を変えたときの要部断面図である。 本発明の第２実施形態に係るＬＥＤ発光装置の要部断面図である。 本発明の第３実施形態に係るＬＥＤ発光装置の平面図である。 図８におけるＢ−Ｂ断面図である。 図８におけるＣ−Ｃ断面図である。 図１０におけるレンズ体の裏面図と反射枠の平面図で、図１１の（ａ）はレンズ体の裏面図、図１１の（ｂ）は反射枠の平面図である。 焦点位置を変えたときの要部断面図を示している。 本発明の第３実施形態に係るＬＥＤ発光装置の要部断面図である。 図１３におけるマザーボードの要部平面図である。 図１３に示すレンズ体の組付け位置を変えることによって別な発光装置の構造に適用した第３実施形態の応用例の要部断面図である。 本発明の第５実施形態に係るＬＥＤ発光装置の平面図である。 図１６におけるＬＥＤ発光装置の要部断面図である。 図１７におけるレンズ体の裏面図と基板の平面図で、図１８の（ａ）はレンズ体の裏面図、図１８の（ｂ）は基板の平面図である。 図１６におけるレンズ体の位置を３０°回転させて組付けたときの要部断面図である。 図１９におけるレンズ体の位置を更に３０°回転させて組付けたときの要部断面図である。 従来技術として、特許文献１に示されたＬＥＤランプの要部断面図である。 図２１における回路基板に実装された発光体の平面図である

符号の説明

１、２１、４１、６１、８１ 基板
２Ａ、２Ｂ、３５Ａ、３５Ｂ、５７Ａ、５７Ｂ、７７Ａ、７７Ｂ、８２Ａ、８２Ｂ、８２Ｃ 孔
３Ａ１、３Ａ２、３Ａ３ アノード用電極
３Ｋ１、３Ｋ２、３Ｋ３ カソード用電極
５、２５、４５、６５、８５ 発光層
６ａ、６ｂ、６ｃ 発光素子
７ ボンディングワイヤ
８ 封止樹脂
１０、３０、５０、７０、９０ ＬＥＤ
１１、３１、５１、９１ レンズ体
１２、３２、５２、９２ レンズ面
１３Ａ、３３Ａ、５３Ａ、９３Ａ 第１の段付ピン
１３Ｂ、３３Ｂ、５３Ｂ、９３Ｂ 第２の段付ピン
９３Ｃ 第３の段付ピン
１３ａ１、１３ｂ１、３３ａ１、３３ｂ１、５３ａ１、５３ｂ１、９３ａ１、９３ｂ１、９３ｃ１ １段目の段部
１３ａ２、１３ｂ２、３３ａ２、３３ｂ２、５３ａ２、５３ｂ２、９３ａ２、９３ｂ２、９３ｃ２ ２段目の段部
１３ａ３、３３ａ３、５３ａ３、９３ａ３、９３ｂ３ ３段目の段部
９３ａ４ ４段目の段部
１５、３５ 反射枠
１５Ｃ、３５Ｃ 反射面
１５Ｄ、３５Ｄ 中空部
２０−１、２０−２、４０、６０、８０、１００ ＬＥＤ発光装置
５７、７７ マザーボード
５７Ｃ 開口穴
５７Ｄ 上面
５７Ｅ 下面

Claims (9)

1. 基板上に発光素子と封止樹脂からなる発光層を設けて形成したＬＥＤの光出射側の上部にレンズ面を有するレンズ体を備えて、前記基板をマザーボードに実装するＬＥＤ発光装置において、
   前記基板と前記レンズ体に、又は、前記マザーボードと前記レンズ体に前記レンズ面の焦点位置を変動できるレンズ焦点位置変動手段を設けたことを特徴とするＬＥＤ発光装置。
2. 前記基板と前記レンズ体との間に、すり鉢状の中空部を有して内周面が反射面をなした反射枠を設けたことを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ発光装置。
3. 前記基板に代えて前記反射枠と前記レンズ体に前記レンズ面の焦点位置を変動できるレンズ焦点位置変動手段を設けたことを特徴とする請求項１又は２に記載のＬＥＤ発光装置。
4. 前記レンズ焦点位置変動手段は前記レンズ体に設けた段状の複数の段付ピンと前記基板又は前記マザーボード、又は前記反射枠に設けた前記段付ピンと係合する複数の孔とからなり、前記段付ピンの所定のピン径と該ピン径に適合する前記孔を係合させることによって前記レンズ面の焦点位置が決まることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のＬＥＤ発光装置。
5. 前記段付ピンは、段部の数が少なくとも１つ有した段付ピンであり、該段部の形状が同一形状、同一寸法である段付ピンが前記レンズ面を挟んで対向する位置に少なくとも一対有することを特徴とする請求項４に記載のＬＥＤ発光装置。
6. 前記段付ピンは、段部の数の異なるものが少なくとも２種有することを特徴とする請求項４又は５に記載のＬＥＤ発光装置。
7. 前記レンズ体を所定の方向に向けて前記レンズ体の段付ピンと前記基板又は前記マザーボード、又は前記反射枠の孔を係合させることによって前記レンズ面の第１の焦点位置が決まり、前記レンズ体を所定の方向から９０°回転した方向で前記レンズ体の段付ピンと前記基板又は前記マザーボード、又は前記反射枠の孔を係合させることによって前記レンズ面の第２の焦点位置が決まり、前記レンズ体を９０°回転させることによって変動できる焦点位置が２箇所得られることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載のＬＥＤ発光装置。
8. 前記レンズ体を所定の方向に向けて前記レンズ体の段付ピンと前記基板又は前記マザーボード、又は前記反射枠の孔を係合させることによって前記レンズ面の第１の焦点位置が決まり、前記レンズ体を所定の角度回転した方向で前記レンズ体の段付ピンと前記基板又は前記マザーボード、又は前記反射枠の孔を係合させることによって前記レンズ面の第２の焦点位置が決まり、順次前記レンズ体を所定の角度回転させて前記レンズ体の段付ピンと前記基板又は前記マザーボード、又は前記反射枠の孔を係合させることによって変動できる焦点位置が複数得られることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載のＬＥＤ発光装置。
9. 前記発光素子は前記基板上に少なくとも１個搭載していることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のＬＥＤ発光装置。

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