JP2009245601A

JP2009245601A - 照明灯具

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Publication number: JP2009245601A
Application number: JP2008087466A
Authority: JP
Inventors: Toshinori Shiohama; 豪典塩▲浜▼; Takeshi Adachi; 剛安達
Original assignee: Stanley Electric Co Ltd
Current assignee: Stanley Electric Co Ltd
Priority date: 2008-03-28
Filing date: 2008-03-28
Publication date: 2009-10-22

Abstract

【課題】小型で良好な光学性能を有する導光レンズを備えた照明灯具を提供することにある。
【解決手段】導光レンズ１の光源７を覆う側に第１光入射面２及び第２光入射面３を備え、反対側に第１光反射面４、第１光出射面５、及び第２光出射面６を備えるようにした。第１焦点Ｐ１に位置する光源７から出射した光線Ｌ１は第１光入射面２、第１光反射面４、第２焦点、及び第１光出射面５を経て外部に出射され、光線Ｌ２は第２光入射面３及び第２光出射面６を経てて外部に出射される。このとき、光線Ｌ１及び光線Ｌ２はいずれも互いに略平行光となって導光レンズ１から光軸Ｘを中心軸とする放射方向に向けて出射される。
【選択図】図２

Description

本発明は、照明灯具に関するものであり、詳しくは、点光源又は線光源から入射した光の光路を制御して外部に出射する導光レンズを備えた照明灯具に関する。

実質的に点光源とみなすことができる光源からの光を導入し、導入した光を導光して光源の光軸を中心軸とする放射方向に出射させる導光レンズを備えた照明灯具として、図８に示すようなものが提案されている。

提案された照明灯具に使用される導光レンズ５０は、点光源となるＬＥＤ光源５１を包囲するように、ＬＥＤ光源５１内に位置するＬＥＤチップ５２の位置Ｘｐ近傍を中心とする球面からなる光入射面５３と、Ｘｐ近傍を仮想焦点とし、仮想焦点Ｘｐを通りＬＥＤ光源５１の光軸Ｘに直交する直線を軸Ｙとする放物線の一部を光軸Ｘを中心軸として回転させて得られる回転放物面からなる光反射面５４が形成されている。

そこで、ＬＥＤ光源５１から出射されて導光レンズ５０の光入射面５３に至った光線は、光入射面５３から導光レンズ５０内に入射する。このとき、光入射面５３は上述したように発光源となるＬＥＤチップ５２の位置Ｘｐ近傍を中心とする球面であるため、ＬＥＤ光源５１から出射されて光入射面５３に至った光線は光入射面５３において屈折されることなく導光レンズ５０内に直進する。

導光レンズ５０内に入射した光線は導光レンズ５０内を導光されてその一部が光反射面５４に至る。このとき、光反射面５４は上述したように発光源となるＬＥＤチップ５２の位置Ｘｐ近傍を仮想焦点とする回転放物面であるため、ＬＥＤ光源５１から直進して導光レンズ５０の光反射面５４に至った光線は光反射面５４で全反射されて略平行光となって光軸Ｘを中心軸とする放射方向（軸Ｙに平行な方向）に向かう（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００８−３４１２４号公報

このような光路形成が行われる導光レンズ５０は、ＬＥＤ光源５１から出射された光線のうち光軸Ｘに対して角度αの範囲内に向かって出射された光線のみが光反射面５４で全反射される。そのため、光軸Ｘを中心軸とする放射方向（軸Ｙに平行な方向）に向かう光線を使用する光学系を構成する場合、ＬＥＤ光源５１から出射された全光束のうち一部の光束しか光学系の構成に寄与せず、光の利用効率が低いものとなる。

光反射面５４の面積を拡大してＬＥＤ光源５１の光線出射角度の範囲を角度αから角度βに広げると光の利用効率が高くなるが、同時に導光レンズ５０が光軸Ｘを中心軸とする放射方向（軸Ｙに平行な方向）に大きくなり、導光レンズ５０が大型化してしまう。

そこで、本発明は上記問題に鑑みて創案なされたもので、その目的とするところは、小型で良好な光学性能を有する導光レンズを備えた照明灯具を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明の請求項１に記載された発明は、
光源と、
前記光源からの入射光の光路を制御して外部に出射する導光レンズを備えた照明灯具であって、
前記導光レンズは、前記光源側の上方に第１光入射面、側方に第２光入射面を有し、
前記第１光入射面の反対側に第１光反射面を有し、
前記第２光入射面の反対側に第２光出射面を有し、
前記第１光反射面と前記第２光出射面の間に第１光出射面を有しており、
前記光源から出射した光は、前記第１光入射面及び前記第１光反射面を経て前記第１光出射面付近に集光し、その後該第１光出射面を経て略平行光の状態で外部に出射される第一の光路、及び、前記第２光入射面及び前記第２光出射面を経て略平行光の状態で外部に出射される第二の光路のうちいずれかの光路に沿って進むことを特徴とするものである。

また、本発明の請求項２に記載された発明は、請求項１において、前記導光レンズは回転体形状、及び、柱状形状のうちいずれかの形状を呈していることを特徴とするものである。

また、本発明の請求項３に記載された発明は、
光源と、
前記光源からの入射光の光路を制御して外部に出射する導光レンズを備えた照明灯具であって、
前記導光レンズは、前記光源側の上方に第１光入射面、側方に第２光入射面を有し、
前記第１光入射面の反対側の前記光源の直上近傍に第３光出射面、前記第３光出射面の周囲に第１光反射面を有し、
前記第２光入射面の反対側に第２光出射面を有し、
前記第１光反射面と前記第２光出射面の間に第１光出射面を有しており、
前記光源から出射した光は、前記第１光入射面及び前記第１光反射面を経て前記第１光出射面付近に集光し、その後該第１光出射面を経て略平行光の状態で外部に出射される第一の光路、前記第２光入射面及び前記第２光出射面を経て略平行光の状態で外部に出射される第二の光路、及び、前記第１光入射面及び前記第３光出射面を経て略平行光の状態で外部に出射される第三の光路のうちいずれかの光路に沿って進むことを特徴とするものである。

また、本発明の請求項４に記載された発明は、請求項３において、前記導光レンズは回転体形状、及び、柱状形状のうちいずれかの形状を呈していることを特徴とするものである。

また、本発明の請求項５に記載された発明は、請求項１〜４のいずれか１項において、前記導光レンズと離れた位置に前記導光レンズから出射された光を反射する第２光反射面を備えていることを特徴とするものである。

本発明は、光源から出射された光が２つの光路のうちいずれかの光路、又は、３つの光路のうちいずれかの光路を経て外部に出射されるようにした。その結果、小型で且つ光源から出射される光の利用効率が向上した光損失の少ない導光レンズを備えた照明灯具が実現した。

以下、この発明の好適な実施形態を図１から図７を参照しながら、詳細に説明する（同一部分については同じ符号を付す）。尚、以下に述べる実施形態は、本発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの実施形態に限られるものではない。

図１は実施例１に係る導光レンズの斜視図、図２は同じく、導光レンズの断面図である。導光レンズ１は２つの光入射面（第１光入射面２、第２光入射面３）、１つの光反射面（第１光反射面４）、及び２つの光出射面（第１光出射面５、第２光出射面６）で構成されている。

導光レンズ１は透光性部材からなり、光源７を例えばＬＥＤのような点光源とし、光源７の光軸Ｘを中心軸とする回転体形状を呈している。導光レンズ１の光源７と対向する側の面は第１光入射面２及び第２光入射面３で構成されている。

第１光入射面２は光源７の上方に位置し、光軸Ｘを中心とし該光軸Ｘに対する垂直面と略平行な円状平面からなり、第２光入射面３は光源７の側方に位置し、第１光入射面２の外端から下方に向かって光軸Ｘに近づく、光軸Ｘ側に凸状の湾曲線を光軸Ｘを中心軸として回転させて得られる回転湾曲面からなっている。

第１光反射面４は導光レンズ１の第１光入射面２の反対側に位置し、光軸Ｘから下方に向かって光軸Ｘから離れる、光軸Ｘと反対側に凸状の湾曲線を光軸Ｘを中心軸として回転させて得られる回転湾曲面からなっている。第１光反射面４は透光性部材の表面に蒸着などの二次加工で形成された金属反射膜１０からなっている。

第２光出射面６は導光レンズ１の第２光入射面３の反対側に位置し、光源７を通り光軸Ｘに垂直な軸Ｙ上から上方に光軸Ｘに略平行に延びる直線を光軸Ｘを中心軸として回転させて得られる円筒状曲面からなっている。

第１光出射面５は第２光出射面６の斜方に突出し、第２光出射面６の上端から上方に向かって光軸Ｘから離れる、光軸Ｘと反対側に凸状の湾曲線を光軸Ｘを中心軸として回転させて得られる回転湾曲面からなっている。

第１光反射面４の下端と第１光出射面５の外端は光軸Ｘを中心軸とする円環状平面からなる第１接続面８で繋がり、第２光入射面３の下端と第２光出射面６の下端は光軸Ｘを中心軸とする円環状平面からなる第２接続面９で繋がっている。

そこで、このような構成の導光レンズ１において、光源７から出射された光線は２つの光路に分かれて外部に出射される。

そのうち、第一の光路を辿る光線は、光源７から出射して第１光入射面２に向かう光線Ｌ１であり、第１光入射面２に至った光線Ｌ１は該第１光入射面２で光軸Ｘ側に屈折されて導光レンズ１内に入射し、第１光反射面４に向かう。

導光レンズ１内を第１光反射面４に向かって導光された光線Ｌ１は第１光反射面４に至り、該第１光反射面４で反射されて第１光出射面５に向かう。

このとき、第１光入射面２と第１光反射面４によって、光源７の位置の近傍を第１焦点Ｐ１、第１光出射面５付近の位置を第２焦点Ｐ２とする光学系が構成されていると共に、第１光出射面５は第２焦点Ｐ２の位置の近傍を焦点とする略放物曲面となっている。

そこで、導光レンズ１内を第１光出射面５に向かって導光された光線Ｌ１は第２焦点Ｐ２を通り第１光出射面５に至り、該第１光出射面５で屈折されて第１光出射面５から略平行光の状態で外部に出射される。

また、第二の光路を辿る光線は、光源７から出射して第２光入射面３に向かう光線Ｌ２であり、第２光入射面３に至った光線Ｌ２は該第２光入射面３で屈折されて導光レンズ１内に入射し、第２光出射面６に向かう。

このとき、第２光入射面３と第２光出射面６によって光源７の位置の近傍の第１焦点Ｐ１を焦点とする平凸レンズが構成されており、導光レンズ１内を第２光出射面６に向かって導光された光線Ｌ２は第２光出射面６に至り、該第２光出射面６で屈折されて第２光出射面６から略平行光の状態で外部に出射される。

このように、光源７から出射して導光レンズ１内の第一の光路を導光された光線Ｌ１、及び第二の光路を導光された光線Ｌ２は、いずれも互いに略平行光となって導光レンズ１から光軸Ｘを中心軸とする放射方向（軸Ｙに平行な方向）に向けて出射される。

また、光源７から出射した光は２つの光路のうち必ずいずれかの光路を辿って外部に出射される。そのため、光源７から出射された光の利用効率が高く、光損失の少ない導光レンズを使用した照明灯具が実現する。

同時に、光源から出射される光線が全てその光路を制御されているためにグレア光の発生が抑制され、照明品位の高い照明灯具が実現する。

また、光源７の側方に出射される光線Ｌ２も照射光として有効に利用されるため、従来例のような、導光レンズ１が光軸Ｘを中心軸とする放射方向（軸Ｙに平行な方向）に大きくなるというようなことはなく、導光レンズ１の小型化による照明灯具の小型化が可能となる。

上記、光入射面（第１光入射面２、第２光入射面３）、光反射面（第１光反射面４）、及び光出射面（第１光出射面５、第２光出射面６）で構成された導光レンズ１において、第１光入射面２は平面、光源７側に凸状の凸面、或いは自由曲面でもよい。第２光入射面３は平面、凸面、凹面、或いは自由曲面でもよい。

第１光反射面４は楕円曲面、或いは自由曲面でもよい。

第１光出射面５は平面、凸面、凹面、或いは自由曲面でもよい。第２光出射面２は平面、凸面、或いは自由曲面でもよい。

図３の導光レンズ１は、光入射面、光反射面、及び光出射面の構成を図１と同様のものとし、図１が光軸Ｘを中心軸とする回転体形状であるのに対し、光軸Ｘに垂直な方向に延びる柱状形状を呈している。そのため、光源７は例えば冷陰極蛍光ランプのような線状光源が使用され、該線状光源７は導光レンズ１の長手方向と平行に配置される。

当然、各光入射面（第１光入射面２、第２光入射面３）、各光反射面（第１光反射面４）、及び各光出射面（第１光出射面５、第２光出射面６）はいずれも導光レンズ１の長手方向と平行に延長されている。

各光線（Ｌ１、Ｌ２）が辿る光路（第一の光路、第二の光路）はいずれも導光レンズ１の長手方向に垂直な平面上に形成される。

導光レンズ１の各光入射面、各光反射面、及び各光出射面と各光線の光路の関係、その効果は上記図１及び図２と同様であるので、ここでは説明を省略する。

図４は実施例２に係る導光レンズの断面図である。本実施例に係る導光レンズ１は実施例１において光反射面４を形成する金属反射膜１０の、光源７の直上近傍の領域に位置する部分を除去して導光レンズ１の表面を露出させた第３光出射面１１を備えた構成となっている。

そのため、光源７から出射されて第１光入射面２の、光源７の直上近傍の領域に向かう光線は第三の光路を辿る光線Ｌ３となり、該第１光入射面２で光軸Ｘ側に屈折されて導光レンズ１内に入射し、第３光出射面１１に向かう。

このとき、第１光入射面２と第３光出射面１１によって光源７の位置の近傍の第１焦点Ｐ１を焦点とする平凸レンズが構成されており、導光レンズ１内を第３光出射面１１に向かって導光された光線Ｌ３は第３光出射面１１に至り、該第３光出射面１１で屈折されて第３光出射面１１から光軸Ｘに略平行の状態で外部に出射される。

光源７から出射されて第１光入射面２の、光源７の直上近傍の領域以外の領域に向かう光線Ｌ１は実施例１と同様に順次、第１光入射面２、第１光反射面４、第２焦点Ｐ２、及び第１光出射面５を経て外部に出射し、光源７から出射されて第２光入射面３に向かう光線Ｌ２は実施例１と同様に順次、第２光入射面３、第２光出射面６を経て略平行光の状態で外部に出射される。

このように、光源７から出射して導光レンズ１内の第一の光路を導光された光線Ｌ１、及び第二の光路を導光された光線Ｌ２は、いずれも互いに略平行光となって導光レンズ１から光軸Ｘを中心軸とする放射方向（軸Ｙに平行な方向）に向けて出射され、第三の光路を導光された光線Ｌ３は光軸Ｘの方向に向けて出射される。

また、光源７から出射した光は３つの光路のうち必ずいずれかの光路を辿って外部に出射される。そのため、実施例１同様に、光源７から出射された光の利用効率が高く、光損失の少ない導光レンズを使用した照明灯具が実現する。

また、第１光反射面４と第３光出射面１１の面積比を変えることにより、第一の光路を辿る光線Ｌ１と第三の光路を辿る光線Ｌ３の光束比率を変えることができ、それにより照明灯具の配光制御が可能となる。

図５は実施例３に係る導光レンズの断面図である。本実施例に係る導光レンズ１は実施例１において第２光入射面３及び第２光出射面６の形状を変えたものである。

具体的には、第２光入射面３は第１光入射面２の外端から下方に向かって光軸Ｘから離れる、光軸Ｘと反対側に凹状の湾曲線を光軸Ｘを中心軸として回転させて得られる回転湾曲面からなっている。

第２光出射面６は光源７を通り光軸Ｘに垂直な軸Ｙ上から上方に向かって光軸Ｘに近づく、光軸Ｘと反対側に凸状の湾曲線を光軸Ｘを中心軸として回転させて得られる回転湾曲面からなっている。

そして、第２光入射面３と第２光出射面６によって光源７の位置の近傍の第１焦点Ｐ１を焦点とする凸メニスカスレンズが構成されており、導光レンズ１内を第２光出射面６に向かって導光された光線Ｌ２は第２光出射面６に至り、該第２光出射面６で屈折されて第２光出射面６から略平行光の状態で外部に出射される。

なお、第２光入射面３及び第２光出射面６の形状以外は実施例１と同様であるので、導光レンズ１のその他の各光入射面、各光反射面、及び各光出射面と各光線の光路の関係、その効果についての説明は省略する。
説明は省略する。

図６は実施例４に係る照明灯具の断面図である。本実施例には実施例１の導光レンズ１の周囲の該導光レンズ１から離れた位置に、光源７を通り光軸Ｘに垂直な軸Ｙ上から上方に向かって開いた直線を光軸Ｘを中心軸として回転させて得られる回転傾斜面からなる第２光反射面１２が位置している。

そこで、導光レンズ１の第１光出射面５から光軸Ｘを中心軸とする放射方向に出射された光線Ｌ１及び導光レンズ１の第２光出射面６から光軸Ｘを中心軸とする放射方向に出射された光線Ｌ２はいずれも第２光反射面１２で反射されて光軸Ｘの方向に向かう。

これにより、光損失の少ない導光レンズ１内から出射した光線を所望する方向に効率よく制御することができる。

なお、図７に示すように、実施例１の導光レンズの替わりに実施例２の導光レンズを使用することにより、光源７の上方にも光線Ｌ３が出射され、輝度分布の均一化が改善された照明灯具を得ることができる。

ここで、上述の実施例２及び実施例３に係る導光レンズ１及び実施例４の照明灯具が光軸Ｘを中心軸とする回転体形状であるのに対し、図示はしないが同様の光入射面、光反射面、及び光出射面の構成により、光軸Ｘに垂直な方向に延びる柱状形状を呈することも可能である。この場合、光源７は例えば冷陰極蛍光ランプのような線状光源が使用され、該線状光源７は導光レンズ１の長手方向と平行に配置される。

当然、各光入射面（第１光入射面２、第２光入射面３）、各光反射面（第１光反射面４、第２光反射面１２）、及び各光出射面（第１光出射面５、第２光出射面６、第３光出射面１１）はいずれも導光レンズ１の長手方向と平行に延長されている。

各光線（Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３）が辿る光路（第１の光路、第２の光路、第３の光路）はいずれも導光レンズ１の長手方向に垂直な平面上に形成される。

なお、導光レンズ１の各光入射面、各光反射面、及び各光出射面と各光線の光路の関係、その効果は上記実施例２〜実施例４と同様であるので、ここでは説明を省略する

本発明の実施例１に係る導光レンズの斜視図である。図１の断面図である。本発明の実施例１に係る導光レンズに基づく応用例の斜視図である。本発明の実施例２に係る導光レンズの断面図である。本発明の実施例３に係る導光レンズの断面図である。本発明の実施例４の照明灯具の断面図である。本発明の実施例４の照明灯具に基づく応用例の断面図である。従来例の部分断面図である。

符号の説明

１導光レンズ
２第１光入射面
３第２光入射面
４第１光反射面
５第１光出射面
６第２光出射面
７光源
８第１接続面
９第２接続面
１０金属反射膜
１１第３光出射面
１２第２光反射面
１３照明灯具

Claims

光源と、
前記光源からの入射光の光路を制御して外部に出射する導光レンズを備えた照明灯具であって、
前記導光レンズは、前記光源側の上方に第１光入射面、側方に第２光入射面を有し、
前記第１光入射面の反対側に第１光反射面を有し、
前記第２光入射面の反対側に第２光出射面を有し、
前記第１光反射面と前記第２光出射面の間に第１光出射面を有しており、
前記光源から出射した光は、前記第１光入射面及び前記第１光反射面を経て前記第１光出射面付近に集光し、その後該第１光出射面を経て略平行光の状態で外部に出射される第一の光路、及び、前記第２光入射面及び前記第２光出射面を経て略平行光の状態で外部に出射される第二の光路のうちいずれかの光路に沿って進むことを特徴とする照明灯具。
前記導光レンズは回転体形状、及び、柱状形状のうちいずれかの形状を呈していることを特徴とする請求項１に記載の照明灯具。
光源と、
前記光源からの入射光の光路を制御して外部に出射する導光レンズを備えた照明灯具であって、
前記導光レンズは、前記光源側の上方に第１光入射面、側方に第２光入射面を有し、
前記第１光入射面の反対側の前記光源の直上近傍に第３光出射面、前記第３光出射面の周囲に第１光反射面を有し、
前記第２光入射面の反対側に第２光出射面を有し、
前記第１光反射面と前記第２光出射面の間に第１光出射面を有しており、
前記光源から出射した光は、前記第１光入射面及び前記第１光反射面を経て前記第１光出射面付近に集光し、その後該第１光出射面を経て略平行光の状態で外部に出射される第一の光路、前記第２光入射面及び前記第２光出射面を経て略平行光の状態で外部に出射される第二の光路、及び、前記第１光入射面及び前記第３光出射面を経て略平行光の状態で外部に出射される第三の光路のうちいずれかの光路に沿って進むことを特徴とする照明灯具。
前記導光レンズは回転体形状、及び、柱状形状のうちいずれかの形状を呈していることを特徴とする請求項３に記載の照明灯具。
前記導光レンズと離れた位置に前記導光レンズから出射された光を反射する第２光反射面を備えていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の照明灯具。