JP2010067367A - Ｌｅｄ照明装置用集光レンズおよびそれを用いたｌｅｄ照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】照明領域を絞って必要な範囲のみを照射し無駄な消費電力を抑え、光を効率よく利用して照射範囲内の照度を向上させることができるＬＥＤ照明装置用集光レンズおよびそれを用いたＬＥＤ照明装置を提供する。
【解決手段】ＬＥＤ照明装置１００は、取付け板１０と、基板２０と、ＬＥＤ３０と、ＬＥＤ照明装置用集光レンズ４０と、透光性のカバー５０と、口金６０とから構成される。ＬＥＤ照明装置用集光レンズ４０は、ＬＥＤ３０からの光を所定範囲に集光する集光レンズ部４１と、集光レンズ部４１と一体に形成され、カバー５０と基板２０との間に嵌合して集光レンズ部４１を支持する支持手段とを備える。また、支持手段としてのカバー側支持部および基板側支持部とを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、発光ダイオード（ＬＥＤ）を光源として用いられた照明装置、特に直管型蛍光灯タイプのＬＥＤ照明装置用集光レンズおよびそれを用いたＬＥＤ照明装置に関する。

近年、消費電力が少なく、耐久性に優れるＬＥＤを多数取付けた照明装置が利用されている。例えば、複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）が長手方向に複数列に配置された基板と、該基板を覆う透光性のカバーと、蛍光灯器具のソケット部に嵌合する端子とを有する直管型蛍光灯タイプのＬＥＤ照明装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

この場合、蛍光灯型ＬＥＤ照明装置は、透明または半透明のパイプと、このパイプの内側に設けた支持板と、この支持板の底面に設けられた複数列のＬＥＤと、蛍光灯器具のソケット部に嵌合する端子とを備える。蛍光管と同様に、既設の蛍光灯器具に簡単に取付けられる。

また、近年ハイパワーのチップ型ＬＥＤが開発され、ＬＥＤ照明装置の実用化がさらに加速されている。

図１９は、チップ型ＬＥＤを用いた直管型蛍光灯タイプのＬＥＤ照明装置を示す図である。図１９（ａ）は、ＬＥＤ照明装置１の長手方向の断面図である。図１９（ｂ）は、ＬＥＤ照明装置１の横方向の断面図である。図１９に示すように、直管型蛍光灯タイプのＬＥＤ照明装置１は、取付け板２と、ＬＥＤ３と、基板４と、透光性のカバー５と、口金６と、端子７とから構成されている。複数のＬＥＤ３が長手方向に複数列（例えば、２列）に配置される。また、図１９（ｂ）に示すように、ＬＥＤ照明装置１の照射範囲は、一般的に１２０度である。

特開２００１−３５１４０２号公報

しかし、上述したＬＥＤ照明装置は、従来の蛍光灯に比べ、長寿命、省電力であるが、照度が低い、即ち比較的に暗いという欠点があった。

また、ＬＥＤ照明装置は所定方向範囲にしか照射できず、チップ型ＬＥＤを用いても、従来の蛍光灯のように３６０度照射し、反射板等の器具により光を反射させ、照度を増加させることが期待できない。

そのため、ＬＥＤ照明装置として、所定照度を実現するために、より多数の発光ダイオードを配置する必要がある。これにより、コストが高くなるという問題があった。

そこで、本発明は、このような問題点を考慮してなされたもので、照明領域を絞って光を効率よく利用し、照射範囲内の照度を向上させることができるＬＥＤ照明装置用集光レンズおよびそれを用いたＬＥＤ照明装置を提供することを目的とする。

本発明に係るＬＥＤ照明装置用集光レンズは、複数の発光ダイオードが長手方向に少なくとも一列に配置された基板と、該基板を覆う透光性のカバーとを有するＬＥＤ照明装置に用いられる集光レンズであって、透明樹脂から成型され、前記発光ダイオードの列に沿って配置され、前記発光ダイオードからの光を所定範囲に集光する集光レンズ部と、前記集光レンズ部と一体に形成され、前記カバーと前記基板との間に嵌合して前記集光レンズ部を支持する支持手段とを備えることを特徴とするものである。

例えば、前記集光レンズ部は、帯状に形成された凸凹レンズであり、光の入射面が凹形の柱面とされ、光の出射面が凸形の柱面とされる。

また例えば、前記集光レンズ部は、前記基板に配置された発光ダイオードの個数と同数の球面レンズを連結して形成され、前記球面レンズは、光の入射面が凹形の球面とされ、光の出射面が凸形の球面とされる。

また例えば、前記集光レンズ部は、前記基板に配置された発光ダイオードの列数と同様の列数を有する。

また例えば、前記支持手段は、カバー側支持部と、基板側支持部とを有する。

本発明に係るＬＥＤ照明装置は、上記のＬＥＤ照明装置用集光レンズを用いたことを特徴とするものである。

本発明によれば、ＬＥＤ照明装置に、発光ダイオードの列に沿って配置され、発光ダイオードからの光を所定範囲に集光する集光レンズ部と、この集光レンズ部と一体に形成され、カバーと基板との間に嵌合して集光レンズ部を支持する支持手段とを備える集光レンズを設けることで、ＬＥＤ照明装置の照明領域を絞って必要な範囲のみを照射し無駄な消費電力を抑え、光を効率よく利用して照射範囲内の照度を向上させることができると共に、集光レンズの装着はビス等固定用部品が必要とせず、組み立て効率を向上することができる。

また、集光レンズ部は、帯状に形成された凸凹レンズとすることで、インジェクション成型または押出成型を用いて容易に製作することができ、低コストを図ることができる。

また、集光レンズ部は、発光ダイオードの個数と同数の球面レンズを連結して形成され、球面レンズは、光の入射面が凹形の球面、光の出射面が凸形の球面とすることで、発光ダイオードからの光を効率良く所定範囲に集光することができる。

また、支持手段は、カバー側支持部と、基板側支持部とを有することで、集光レンズの装着はビス等固定用部品が必要とせず、組み立て効率を向上することができる。また、ＬＥＤ照明装置の長さによって、長手方向に複数の集光レンズを配置して使用することができる。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態のＬＥＤ照明装置用集光レンズおよびそれを用いたＬＥＤ照明装置について説明する。

図１は、第１の実施の形態のＬＥＤ照明装置１００の構成を示す断面図である。図２は、ＬＥＤ照明装置１００の構成を示す斜視図である。図３は、ＬＥＤ照明装置１００の口金を外した状態の端面図である。

図１〜図３に示すように、ＬＥＤ照明装置１００は、取付け板１０と、基板２０と、ＬＥＤ（発光ダイオード）３０と、ＬＥＤ照明装置用集光レンズ４０と、透光性のカバー５０と、端子６１を有する口金６０とから構成されている。

取付け板１０は、例えば金属または樹脂から形成される板状部材であり、基板２０、および口金６０を取り付けるためのネジ穴が設けられている。なお、取付け板１０は、基板上に配置されたＬＥＤが放出する熱を拡散するためのヒートシンクとしても機能する。

基板２０には、複数のＬＥＤ３０が配列され、また、ＬＥＤ３０に電力を供給するための回路も形成されている。ＬＥＤ３０は、チップ型発光ダイオードが用いられる。この例の場合、ハイパワーで高い照度を実現できるチップ型発光ダイオードが２列配置されている。なお、砲弾型光ダイオードを用いてもよい。

ＬＥＤ照明装置用集光レンズ４０は、透明樹脂から成型され、ＬＥＤ３０からの光を所定範囲に集光するものであり、ＬＤＥ３０からの光を所定範囲に集光する集光レンズ部４１と、集光レンズ部４１と一体に形成され、カバー５０と基板２０との間に嵌合して集光レンズ部４１を支持する支持手段とを備える。

カバー５０は、透明または半透明樹脂から成型される。口金６０は、カバー５０の端部に設けられ、従来の蛍光灯の端子と同様の形状を有する端子６１を備える。また、端子６１には、基板２０へ電力を供給するための配線６２が接続されている。

図４は、ＬＥＤ照明装置用集光レンズ４０の構成を示す斜視図である。図５は、ＬＥＤ照明装置用集光レンズ４０の構成を示す側面図である。図６は、ＬＥＤ照明装置用集光レンズ４０の構成を示す断面図である。図６（a）は、Ａ−Ａ断面を示している。図６（ｂ）は、Ｂ−Ｂ断面を示している。図７は、ＬＥＤ照明装置用集光レンズ４０の構成を示す断面拡大図である。

図４〜図６に示すように、ＬＥＤ照明装置用集光レンズ４０は、集光レンズ部４１と、支持手段としてのカバー側支持部４２、４５および基板側支持部４４とを備える。

集光レンズ部４１は、ＬＥＤ３０の列数に対応して２列に形成されている。集光レンズ部４１は、帯状（ライン状）に形成された凸凹レンズであり、光の入射面が凹形の柱面であり、光の出射面が凸形の柱面である。

カバー側支持部４２は、集光レンズ部４１の長手方向の両端に設けられ、カバー５０の内面の一部と接触する曲線状の嵌合部４３を有する板状に形成される。カバー側支持部４５は、集光レンズ部４１の側面に設けられている。

基板側支持部４４は、集光レンズ部４１の両側の下部に位置し、カバー側支持部４５と連結して一体に形成されている。基板側支持部４４により集光レンズ部４１と基板２０との間に所定の空間を形成し、集光レンズ部４１がＬＥＤ３０の上方に位置するようになされている。

図７に示すように、集光レンズ部４１は、２列のＬＥＤ３０からの光を６０度の範囲に集光することができる。また、この場合、光の入射面が凹形の柱面の半径をＲ１とし、光の出射面が凸形の柱面の半径をＲ２とする。そして、２列の集光レンズ部４１の連結部底面の高さをＨ１とし、光の入射面が凹形の柱面頂点の高さをＨ２とし、光の出射面が凸形の柱面頂点の高さをＨ３とする。半径Ｒ１、Ｒ２の数値および中心位置により集光範囲を決める。半径Ｒ１、Ｒ２の数値および中心位置を変更することにより、集光範囲を調整することが可能である。

このように本実施の形態においては、ＬＥＤ照明装置１００は、取付け板１０と、基板２０と、ＬＥＤ３０と、ＬＥＤ照明装置用集光レンズ４０と、透光性のカバー５０と、口金６０とから構成される。ＬＥＤ照明装置用集光レンズ４０は、ＬＥＤ３０からの光を所定範囲に集光する集光レンズ部４１と、集光レンズ部４１と一体に形成され、カバー５０と基板２０との間に嵌合して集光レンズ部４１を支持する支持手段とを備える。

これにより、ＬＥＤ照明装置の照明領域を絞って必要な範囲のみを照射し無駄な消費電力を抑え、光を効率よく利用して照射範囲内の照度を向上させることができると共に、集光レンズの装着はビス等固定用部品が必要とせず、組み立て効率を向上することができる。

また、集光レンズ部は、帯状に形成された凸凹レンズとすることで、インジェクション成型または押出成型を用いて容易に製作することができ、低コストを図ることができる。

また、カバー側支持部４２は、集光レンズ部の長手方向の両端に形成されることで、原材料を節約することできると共に、集光レンズ部をカバーと基板との間にしっかり固定することができる。また、ＬＥＤ照明装置１００の長さによって、長手方向に複数の集光レンズ４０を配置して使用することができる。

次に、本発明の第２の実施の形態のＬＥＤ照明装置用集光レンズについて説明する。図８は、第２の実施の形態のＬＥＤ照明装置用集光レンズ４０Ａの構成を示す斜視図である。図９は、ＬＥＤ照明装置用集光レンズ４０Ａの構成を示す断面図である。

図８および図９に示すように、ＬＥＤ照明装置用集光レンズ４０Ａは、集光レンズ部４１と、支持手段としてのカバー側支持部４２Ａおよび基板側支持部４４とを備える。

集光レンズ部４１は、ＬＥＤ３０の列数に対応して２列に形成されている。集光レンズ部４１は、帯状（ライン状）に形成された凸凹レンズで、光の入射面が凹形の柱面であり、光の出射面が凸形の柱面である。

カバー側支持部４２Ａは、集光レンズ部４１の前面外周に長手方向全長にわたって形成され、カバー５０の内面の一部と接触する曲線状の嵌合部４３Ａを有する。

基板側支持部４４は、集光レンズ部４１の両側の下部に位置し、カバー側支持部４５と連結して一体に形成されている。基板側支持部４４により集光レンズ部４１と基板２０との間に所定の空間を形成し、集光レンズ部４１がＬＥＤ３０の上方に位置するようになされている。

このように本実施の形態においては、ＬＥＤ照明装置用集光レンズ４０Ａは、集光レンズ部４１と、支持手段としてのカバー側支持部４２Ａおよび基板側支持部４４とを備える。カバー側支持部４２Ａは、集光レンズ部４１の前面外周に長手方向全長にわたって形成され、カバー５０の内面の一部と接触する曲線状の嵌合部４３Ａを有する。

これにより、上述した第１の実施の形態と同様な効果を得られると共に、ＬＥＤ照明装置用集光レンズは、押出成型方法を用いて容易に形成することができる。

次に、本発明の第３の実施の形態のＬＥＤ照明装置用集光レンズについて説明する。図１０は、第３の実施の形態のＬＥＤ照明装置用集光レンズ４０Ｂの構成を示す斜視図である。図１１は、ＬＥＤ照明装置用集光レンズ４０Ｂの構成を示す断面図である。

図１０および図１１に示すように、ＬＥＤ照明装置用集光レンズ４０Ｂは、集光レンズ部４１と、支持手段としてのカバー側支持部４２、４５および基板側支持部４４、４６とを備える。

集光レンズ部４１は、ＬＥＤ３０の列数に対応して２列に形成されている。集光レンズ部４１は、帯状（ライン状）に形成された凸凹レンズで、光の入射面が凹形の柱面であり、光の出射面が凸形の柱面である。

カバー側支持部４２は、集光レンズ部４１の長手方向の両端に設けられ、カバー５０の内面の一部と接触する曲線状の嵌合部４３を有する板状に形成される。カバー側支持部４５は、集光レンズ部４１の側面に設けられている。

基板側支持部４４は、集光レンズ部４１の両側の下部に位置し、カバー側支持部４５と連結して一体に形成されている。また、基板側支持部４６は、集光レンズ部４１の両側の下方へ延設にされ、取付け板１０に係合する構成を有する。基板側支持部４４、４６により集光レンズ部４１と基板２０との間に所定の空間を形成し、集光レンズ部４１がＬＥＤ３０の上方に位置するようになされている。この場合、カバーは図３に示す取付構造とは異なり、例えば円筒形のカバーを用いて、取付け板１０等を円筒形のカバーの内部に配置し固定する。

このように本実施の形態においては、ＬＥＤ照明装置用集光レンズ４０Ｂは、集光レンズ部４１と、支持手段としてのカバー側支持部４２、４５および基板側支持部４４、４６とを備える。基板側支持部４６は、集光レンズ部４１の両側の下方に設けられ、取付け板１０に係合する構成を有する。

これにより、上述した第１の実施の形態と同様な効果を得られると共に、ＬＥＤ照明装置用集光レンズは、取付け板１０に固定することができる。

次に、本発明の第４の実施の形態のＬＥＤ照明装置用集光レンズについて説明する。図１２は、第４の実施の形態のＬＥＤ照明装置用集光レンズ４０Ｃの構成を示す斜視図である。図１３は、ＬＥＤ照明装置用集光レンズ４０Ｃの構成を示す断面図である。

図１２および図１３に示すように、ＬＥＤ照明装置用集光レンズ４０Ｃは、集光レンズ部４１と、支持手段としてのカバー側支持部４２、４５および基板側支持部４４とを備える。

集光レンズ部４１は、３列のＬＥＤ３０を有する場合に対応して３列に形成されている。集光レンズ部４１は、帯状（ライン状）に形成された凸凹レンズで、光の入射面が凹形の柱面であり、光の出射面が凸形の柱面である。

また、カバー側支持部４２および４５の構成、および基板側支持部４４の構成は、上述した第１の実施の形態と同様である。

このＬＥＤ照明装置用集光レンズ４０Ｃは、３列のＬＥＤ３０を有するＬＥＤ照明装置に用いることができる。上述した第１の実施の形態と同様な効果を得られる。

次に、本発明の第５の実施の形態のＬＥＤ照明装置用集光レンズについて説明する。図１４は、第５の実施の形態のＬＥＤ照明装置用集光レンズ４０Ｄの構成を示す斜視図である。図１５は、ＬＥＤ照明装置用集光レンズ４０Ｄの構成を示す断面図である。

図１４および図１５に示すように、ＬＥＤ照明装置用集光レンズ４０Ｄは、集光レンズ部４１Ａと、支持手段としてのカバー側支持部４２、４５および基板側支持部４４とを備える。

集光レンズ部４１は、２列のＬＥＤ３０を有する場合に対応して２列に形成されている。集光レンズ部４１は、基板２０に配置されたＬＥＤ３０の数と同様の数の球面レンズを連結して形成され、球面レンズは、光の入射面が凹形の球面であり、光の出射面が凸形の球面である。

また、カバー側支持部４２および４５の構成、および基板側支持部４４の構成は、上述した第１の実施の形態と同様である。

このＬＥＤ照明装置用集光レンズ４０Ｄは、２列のＬＥＤ３０を有するＬＥＤ照明装置に用いることができる。上述した第１の実施の形態と同様な効果を得られると共に、発光ダイオードからの光を効率良く所定範囲に集光することができる。

図１６は、上述した第１の実施の形態のＬＥＤ照明装置１００の集光効果を測定するための測定点を示す図である。図１７は、ＬＥＤ照明装置１００と従来製品の照度測定結果を示す図である。図１７（ａ）は、ＬＥＤ照明装置１００の照度測定結果の一例を示している。図１７（ｂ）は、集光レンズなしの従来のＬＥＤ照明装置の照度測定結果を示している。

図１６に示すように、ＬＥＤ照明装置１００の集光効果を測定するために、ＬＥＤ３０を配置する水平面から３０度、４５度、６０度、７５度、９０度の角度において、ＬＥＤ照明装置１００の表面から１０ｃｍ、２０ｃｍ、３０ｃｍ、４０ｃｍ、５０ｃｍ、６０ｃｍの距離上の点における照度を測定する。その結果を図１７に示している。

図１７に示すように、ＬＥＤ照明装置１００の場合は、６０度以上９０度までの範囲において、照度が向上したことが分かった。即ち、ＬＥＤ照明装置用集光レンズ４０を設けることにより、３０度から６０度までの範囲の光が６０度から９０度までの範囲に集光された。

図１８は、ＬＥＤ照明装置１００の設置例を示す図である。図１８に示すように、ＬＥＤ照明装置用集光レンズ４０を設けることにより、ＬＥＤ照明装置１００の所定照度を有する照射範囲が６０度で、設置位置の下に１．７ｍの距離で約２ｍの照射範囲となる。広い範囲を照射する場合は、複数のＬＥＤ照明装置１００を並列に設置することが可能である。

なお、上述第１の実施の形態においては、集光レンズ部４１は、２列のＬＥＤ３０からの光を６０度の範囲に集光するものについて説明したが、これに限定されるものではない。例えば、ＬＥＤ３０からの光を４５度または９０度の範囲に集光するようにしてもよい。

また、上述した実施の形態において、１本のＬＥＤ照明装置用集光レンズ４０を用いた場合について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、ＬＥＤ照明装置１００の長さによって、長手方向に複数の集光レンズ４０を並べて配置するようにしてもよい。

また、上述した実施の形態において、集光レンズ部４１は、２列、３列のＬＥＤ３０を有する場合に対応したものについて説明したが、これに限定されるものではない。例えば、１列または４列のＬＥＤ３０を有する場合に対応して、集光レンズ部４１を１列または４列にしてもよい。

この発明は、直管型蛍光灯タイプのＬＥＤ照明装置の照度を向上する目的に利用でき、また、蛍光灯に代えて、安全、且つ省エネルギーの照明装置を提供する目的に利用できる。

第１の実施の形態のＬＥＤ照明装置１００の構成を示す断面図である。 ＬＥＤ照明装置１００の構成を示す斜視図である。 ＬＥＤ照明装置１００の口金を外した状態の端面図である。 ＬＥＤ照明装置用集光レンズ４０の構成を示す斜視図である。 ＬＥＤ照明装置用集光レンズ４０の構成を示す側面図である。 ＬＥＤ照明装置用集光レンズ４０の構成を示す断面図である。 ＬＥＤ照明装置用集光レンズ４０の構成を示す断面拡大図である。 第２の実施の形態のＬＥＤ照明装置用集光レンズ４０Ａの構成を示す斜視図である。 ＬＥＤ照明装置用集光レンズ４０Ａの構成を示す断面図である。 第３の実施の形態のＬＥＤ照明装置用集光レンズ４０Ｂの構成を示す斜視図である。 ＬＥＤ照明装置用集光レンズ４０Ｂの構成を示す断面図である。 第４の実施の形態のＬＥＤ照明装置用集光レンズ４０Ｃの構成を示す斜視図である。 ＬＥＤ照明装置用集光レンズ４０Ｃの構成を示す断面図である。 第５の実施の形態のＬＥＤ照明装置用集光レンズ４０Ｄの構成を示す斜視図である。 ＬＥＤ照明装置用集光レンズ４０Ｄの構成を示す断面図である。 第１の実施の形態のＬＥＤ照明装置１００の集光効果を測定するための測定点を示す図である。 ＬＥＤ照明装置１００と従来製品の照度測定結果を示す図である。 ＬＥＤ照明装置１００の設置例を示す図である。 チップ型ＬＥＤを用いた直管型蛍光灯タイプのＬＥＤ照明装置を示す図である。

符号の説明

１ 従来のＬＥＤ照明装置
２，１０ 取り付け板
３，３０ ＬＥＤ
４，２０ 基板
５，５０ カバー
６，６０ 口金
７，６１ 端子
４０，４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃ，４０Ｄ ＬＥＤ照明装置用集光レンズ
４１ 集光レンズ部
４２，４５ カバー側支持部
４３ 嵌合部
４４，４６ 基板側支持部
６２ 配線
１００ ＬＥＤ照明装置

Claims (6)

1. 複数の発光ダイオードが長手方向に少なくとも一列に配置された基板と、該基板を覆う透光性のカバーとを有するＬＥＤ照明装置に用いられる集光レンズであって、
   透明樹脂から成型され、前記発光ダイオードの列に沿って配置され、前記発光ダイオードからの光を所定範囲に集光する集光レンズ部と、
   前記集光レンズ部と一体に形成され、前記カバーと前記基板との間に嵌合して前記集光レンズ部を支持する支持手段とを備えることを特徴とするＬＥＤ照明装置用集光レンズ。
2. 前記集光レンズ部は、帯状に形成された凸凹レンズであり、光の入射面が凹形の柱面とされ、光の出射面が凸形の柱面とされることを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ照明装置用集光レンズ。
3. 前記集光レンズ部は、前記基板に配置された発光ダイオードの個数と同数の球面レンズを連結して形成され、
   前記球面レンズは、光の入射面が凹形の球面とされ、光の出射面が凸形の球面とされることを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ照明装置用集光レンズ。
4. 前記集光レンズ部は、前記基板に配置された発光ダイオードの列数と同様の列数を有することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のＬＥＤ照明装置用集光レンズ。
5. 前記支持手段は、カバー側支持部と、基板側支持部とを有することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のＬＥＤ照明装置用集光レンズ。
6. 請求項１乃至請求項５のいずれかに記載のＬＥＤ照明装置用集光レンズを用いたことを特徴とするＬＥＤ照明装置 。

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