JP2011090828A - Ｌｅｄ照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 使用箇所に応じて容易に配光範囲を制御することが可能なＬＥＤ照明装置を提供する。
【解決手段】
ＬＥＤチップがパッケージに実装されたＬＥＤ光源１４が基台１２に支持され、ＬＥＤチップからの発光を拡散させるための、当該ＬＥＤ光源を覆う透光性の光学カバー１５を備えるＬＥＤ照明装置において、ＬＥＤ光源１４が支持される面からみた光学カバー１５の相対的な高さを、基台に光学カバーとＬＥＤ光源が支持された状態で固定し、且つ、その高さを調整する機構を備える。具体的には、（１）光学カバー１５の一部をＬＥＤ光源の支持面と垂直な方向に出退させる機構を備えるか、（２）ＬＥＤ光源の支持位置をＬＥＤ光源の支持面と垂直な方向に上下させる機構を備えるか、或いは、（３）光学カバー１５自体の高さを変更可能な構成とする。
【選択図】 図４

Description

本発明は、照明装置に関し、特に、ＬＥＤ光源を備え、光の照射する範囲を調整することのできるＬＥＤ照明装置に関する。

近年の環境への意識の高まりの中、従来用いられてきた白熱電球のような消費電力の高い照明用光源は敬遠される動きになっており、白熱電球の置換えとしてＬＥＤ（Light Emitting Diode：発光ダイオード）が用いられる事例が多くなっている。ＬＥＤは発光効率に優れ、蛍光灯のように水銀を使用していないことから環境にやさしい光源として注目されている。

特開２００５−１４２００５号公報

ＬＥＤは点光源であり、指向性が高い光源であり、前方に強い光を発するといった特長を持っている。

現在、照明器具はいろいろな箇所に使用されているが、その使用状況を考えると、天井に取り付けるようなダウンライトなどの照明は、主に直下を照らす必要がある一方で、浴室や玄関などに用いる壁に取り付ける照明は、全周を照らす必要があり、使用箇所により必要とされる配光範囲は異なっている。

白熱電球のような全方位に渡って発光する照明の場合は、配光範囲が広く、ほぼ全域にわたって光を照射することができるが、ダウンライトなどのような前方のみに光を照射する照明の場合は、後方への光の照射が無駄にならないよう反射板を設ける必要がある。

一方、ＬＥＤのような前方にしか発光しない光源を有した照明器具は、指向性が強く、グレアが発生するため、全方位に渡って均一な光が照射されるように、光拡散性の高い樹脂やガラスを光学カバーとして用いることが多い。

現在では、一つの光源のみでは、種々の使用箇所に適した配光に対応できないため、複数の光源、反射板、或いは拡散版を組み合わせる等の方法で、使用箇所に応じた配光範囲を照明器具全体で実現するように構成されている。

配光を制御する手段として、例えば、特許文献１に開示されている照明装置（スポットライト光発生装置）では、ＬＥＤから照射された光を集光装置を通すことで光の広がりを制御しているが、ＬＥＤから発せられる光を狭める方向にしか制御することができない。また、ＬＥＤからの光は前方にしか光が発せられないため、ＬＥＤを平面状に配置する特許文献１の照明装置では横方向や後方に光を配光することができない。

本発明は上記従来技術に係る問題点を鑑みてなされたものであり、使用箇所に応じて容易に配光を制御することが可能なＬＥＤ照明装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するための本発明に係るＬＥＤ照明装置は、ＬＥＤチップがパッケージに実装されたＬＥＤ光源と、前記ＬＥＤ光源を主面上において支持する基台と、前記基台の前記主面側に設置される、前記ＬＥＤ光源を覆う透光性の光学カバーと、を備え、前記光学カバーは、外周部と、前記外周部と接続する頂上部からなり、前記主面上に前記ＬＥＤ光源が支持される面からみた前記光学カバーの相対的な高さを、前記基台に前記光学カバーと前記ＬＥＤ光源が支持された状態で固定し、且つ、その高さを調整する機構を備えることを第１の特徴とする。

更に、本発明に係るＬＥＤ照明装置は、上記第１の特徴に加えて、前記光学カバーの被支持部を、前記ＬＥＤ光源が支持される面と垂直な方向に出退させる機構を備えることを第２の特徴とする。

更に、本発明に係るＬＥＤ照明装置は、上記第２の特徴に加えて、前記光学カバーの円筒状の前記被支持部に、ねじ山とねじ溝が形成され、前記光学カバーを回転させることで、前記光学カバーの前記被支持部と前記基台が螺合し、前記主面上に前記ＬＥＤ光源が支持される面からみた前記光学カバーの相対的な高さが調整されることを第３の特徴とする。

また、本発明に係るＬＥＤ照明装置は、上記第１乃至第３の何れかの特徴に加えて、前記光学カバーは、その高さを調整可能な前記外周部を備えることを第４の特徴とする。

また、本発明に係るＬＥＤ照明装置は、上記第１乃至第４の何れかの特徴に加えて、前記主面の前記ＬＥＤ光源が支持される位置を、前記ＬＥＤ光源が支持される面と垂直な方向に上下させる機構を備えることを第５の特徴とする。

また、本発明に係るＬＥＤ照明装置は、上記第１乃至第５の何れかの特徴に加えて、前記光学カバーの前記外周部は、円筒状であり、前記光学カバーの前記頂上部は、ＬＥＤ光源の出射方向に突出した球面状であることを第６の特徴とする。

また、本発明に係るＬＥＤ照明装置は、上記第１乃至第６の何れかの特徴に加えて、前記主面上に前記ＬＥＤ光源が支持される面からみた前記光学カバーの相対的な高さをリモコンで制御可能に構成されていることを第７の特徴とする。

また、本発明に係るＬＥＤ照明装置は、電球型のＬＥＤ照明装置であって、上記第１乃至第７の何れかの特徴に加えて、前記基台の前記主面と反対側に、電球ソケットに螺合し、交流電力を供給する口金を備え、前記基台の内部に、前記交流電力を直流電力に変換し、前記ＬＥＤチップに電力を供給するための電源回路を備えることを第８の特徴とする。

本発明に依れば、基台の主面上にＬＥＤ光源が支持される面からみた光学カバーの相対的な高さを調整できる機構を設けることにより、上記従来技術に係る問題点が解決され、使用箇所に応じて容易に配光を制御することが可能なＬＥＤ照明装置を提供することができる。以下に、その理由について、詳細に説明する。

以下に示すように、ＬＥＤ光源による配光範囲は光学カバーの形状に依存する割合が高く、特に縦横のサイズの比が影響する。

光学カバーとして拡散性の高い材料を使用した場合の光の透過の様子を図１に示す。拡散性が低い素材では、入射した光の角度と平行に光は出射する。一方、拡散性の高い素材１に背面から光を入射した場合、図１に示されるように、当該素材１上で入射光２はランバート散乱し、広範囲の角度に散乱光３が出射されることになる。この特性を利用し、円筒状の外周部１６と半球状の頂上部１７からなる光学カバー１５を作成した場合のＬＥＤ光源１４からの光の広がり方を図２に示す。

図２より、外周部１６に当たった光は、光学カバー外周部の法線方向を中心としてランバート散乱する。このため、横方向の光が強くなる。

一方、天井方向、特にＬＥＤ光源１４の真上に位置する頂上部に当たった光は、ＬＥＤ光源の出射方向（ＬＥＤ光源の支持面に垂直な方向）を中心としてランバート散乱することになる。

このため、ＬＥＤ光源１４からの光が外周部１６に当たる量が多いほど、ＬＥＤ光源の出射方向に対して横方向、或いは後ろ方向に配光される光量が多くなる。逆に、ＬＥＤ光源１４からの光が外周部１６に当たる量が少ないほど、ＬＥＤ光源の出射方向に配光される光量が多くなる。従って、外周部の高さを調整することで、配光を制御することが可能になる。

円筒状の外周部と半球状の頂上部からなる光学カバーにおいて、外周部の円筒の高さを変えた場合の配光範囲を光学シミュレーションツール（例えば、Optical Research Associates社のLightTools）にてシミュレーションした結果を図３に示す。図３は円筒の内径を６０ｍｍ、半球の内径を６０ｍｍとして、光学カバーの材料として入射した光の９９％が拡散する特性を持つ材料、即ち曇度（ＨＡＺＥ）が９９％の材料を使用した場合のシミュレーション結果であり、ＬＥＤ光源の出射方向に対する照射光のなす角度毎に輝度分布を求め、最大輝度に対して５０％を超える角度範囲を配光範囲としている。

上記の結果から、ＬＥＤ光源が支持される面からみた光学カバーの高さを調整することにより、配光範囲を制御することができ、利用場所だけでなく利用シーンに合った配光を得ることができることが分かる。

ここで、当該光学カバーの高さを調整する方法としては、（１）ネジ式の回転機構を設ける等、当該光学カバーの一部をＬＥＤ光源の支持面と垂直な方向に出退させるか、（２）ＬＥＤ光源が支持される位置を、ＬＥＤ光源の支持面と垂直な方向に上下させることで、ＬＥＤ光源が支持される面からみた光学カバーの相対的な高さを調整する方法、或いは、（３）光学カバーの高さを変更可能に構成する方法、の３通りが挙げられる。

上記（１）〜（３）のうち少なくとも何れか一つを実現する機構を備えることにより、ＬＥＤ光源が支持される位置からみた光学カバーの相対的な高さを調整でき、使用箇所に応じて容易に配光を制御することが可能なＬＥＤ照明装置を提供することができる。

更に、本発明の第７の特徴のＬＥＤ照明装置に依れば、当該ＬＥＤ光源が支持される面からみた光学カバーの相対的な高さを、照明装置の使用者が、利用シーンに必要とされる配光に応じてリモコンで変更することができる。

更に、本発明の第８の特徴のＬＥＤ照明装置は、電球ソケットに螺合する口金を更に設けることで、既存の白熱電球を置き換えることのできるＬＥＤ電球として利用可能となる。この結果、設置箇所に合わせて配光を制御可能な、小型のＬＥＤ電球を提供することができる。

拡散性の高い材料に光を入射した場合の光の透過の様子を示す図。 円筒状の外周部と半球状の頂上部からなる光学カバーにＬＥＤからの光を入射した場合の光の広がり方を示す図。 円筒状の外周部と半球状の頂上部からなる光学カバーにＬＥＤからの光を入射した場合の、外周部の高さと配光範囲との関係を示す表。 本発明の第１実施形態に係るＬＥＤ照明装置（ＬＥＤ電球）の構成例を示す図。 第１実施形態に係るＬＥＤ照明装置において、光学カバーの相対的な高さを変更した場合の光学カバー、基台、及びＬＥＤ光源の位置関係を示す図。 本発明の第２実施形態に係るＬＥＤ照明装置（ＬＥＤ電球）の構成例を示す図。 第２実施形態で用いられる光学カバーの断面図。 第２実施形態で用いられる光学カバーの外周部の構造図。 第２実施形態に係るＬＥＤ照明装置において、光学カバーの相対的な高さを変更した場合の光学カバー、基台、及びＬＥＤ光源の位置関係を示す図。 本発明の第３実施形態に係るＬＥＤ照明装置（ＬＥＤ電球）の構成例を示す図。

〈第１実施形態〉
本発明の一実施形態に係るＬＥＤ照明装置１０（以降、適宜「本発明装置１０」と称す）の構成例を図４に示す。尚、図４に示されるＬＥＤ照明装置１０は、既存の電球ソケットに螺合する口金１１を有し、取付け及び取外しが可能に構成されたＬＥＤ電球であるが、本発明は必ずしもこの構成に限られるものではない。また、以降に示される図面では適宜、要部を強調して示すこととし、各図中に示される各構成要素の寸法比と実際の寸法比とは必ずしも一致しない。

基台１２の主面１３上であって、中央部に、ＬＥＤチップをパッケージに実装したＬＥＤ光源１４が支持され、設置されている。基台１２は、ＬＥＤ光源１４の発光により生じた熱を外部に放熱する役割を有している。また、基台１２は、図示しないが、口金１１から供給される交流電源を直流電源に変換し、ＬＥＤチップに電力を供給するための電源回路をその内部に備えている。また、ＬＥＤ光源１４を覆う透光性の光学カバー１５が、基台１２の主面側に設置されている。光学カバー１５は、光拡散性に優れる材料で構成することが望ましく、曇度が９９％以上の材料を用いることがより望ましい。ここでは、光拡散性に優れるポリカーボネートを光学カバー１５の材料として用いている。光学カバー１５は、円筒状の外周部１６と、球面状の頂上部１７を組み合わせたキャップ状の形状となっている。

尚、光学カバー１５は曇度の大きな材料で構成されるため、実際には、ＬＥＤ光源１４は光学カバー１５に隠れて見えないが、図４では説明の都合上透明であるとして示している。

基台１２のＬＥＤ光源１４の支持部分より下側、及び、透光性の光学カバーの外周部１６の内壁にはねじ山とねじ谷が設けられ、光学カバー１５を回転させることでＬＥＤ光源１４が支持される面からみた光学カバーの相対的な高さが調整できるようになっている。光学カバー外周部１６の下端部には、光学カバー１５を回しすぎて外れないようにするための抜け防止ツメ１８が複数設けられている。

更に、光学カバーの外周部１６の内壁には、光学カバーの相対的な高さを所定の高さに固定するためのツメ１９ａが、円筒の軸方向に所定の間隔で複数設けられ、基台１２のＬＥＤ光源１４の支持部分より下側に設けられている窪み１９ｂと会合することで、基台１２に光学カバー１５が支持された状態で、光学カバー１５のＬＥＤ光源１４が支持される面からみた高さが固定され、且つ、その高さが所定の間隔毎に調整可能になっている。

図５に光学カバー１５を回転させ、光学カバー１５の相対的な高さを変更した場合の光学カバー１５と基台１２とＬＥＤ光源１４の位置関係を示す。図５では、ＬＥＤ光源１４が支持される面４１の位置を点線で示している。図５（ａ）は中間の高さであり、光学カバーを回転させ、ネジを緩めることで当該位置関係は図５（ｂ）のように変化し、ＬＥＤ光源が支持される面４１を基準とした光学カバー１５の相対的な高さが高くなり、光学カバーの頂上部１７がＬＥＤ光源１４から遠くなる。一方、ネジを締めることで当該位置関係は図５（ｃ）のように変化し、ＬＥＤ光源が支持される面４１を基準とした光学カバー１５の相対的な高さが低くなり、頂上部１７がＬＥＤ光源１４から近くなる。

上記本発明装置１０により、ＬＥＤ光源１４が支持される面からみた光学カバーの相対的な高さを調整することができるので、利用箇所、利用シーンに併せて容易に配光範囲を変更することができる。

〈第２実施形態〉
本発明の一実施形態に係るＬＥＤ照明装置２０（以降、適宜「本発明装置２０」と称す）の構成例を図６に示す。上述の第１実施形態と同様、図６に示されるＬＥＤ照明装置２０は、既存の電球ソケットに螺合する口金１１を有し、取付け及び取外しが可能に構成されたＬＥＤ電球である。第１実施形態との相違点は、光学カバーの外周部１６が、内径の異なる複数の円筒状の部分１６ａ〜１６ｃから構成されており、結果、外周部全体の高さが調整可能になっている点である。尚、光学カバーは曇度の大きな材料で構成されるため、実際には基台１２上に支持されているＬＥＤ光源１４は光学カバーに隠れて見えないが、図６では説明の都合上透明であるとして示している。

図７に光学カバー全体の断面形状を示す。光学カバー１５は、第１実施形態と同様、円筒状の外周部１６と、半球状の頂上部１７からなる。ここで、外周部１６は、互いに内接或いは外接する３つの円筒状の外周部分１６ａ〜１６ｃからなり、最も内径の小さな円筒１９ｃは半球状の頂上部１７と組み合わさることでキャップ状の形状となっている。

具体的に、外周部分１６ｂの形状の断面形状の３面図を図８に示す。上面図を図８（ａ）に、正面図を図８（ｂ）に、側面図を図８（ｃ）に示す。他の外周部分１６ａ、１６ｃについても内径及び外径が異なるが同様の形状をしている。外周部分１６ｂは、その内壁に複数のレール状の窪み（支持部）２１が、高さ方向に所定の間隔で形成されており、外周部分１６ｂに内接することのできる内側の外周部分（ここでは、１６ｃ）の下端に設けられているツメ（被支持部）２２と会合することで、外周部分同士が支持される。また、円筒の軸方向に延伸する溝２３が複数形成されており、内側の外周部分を回転させ、溝２３の位置とツメ２２の位置を一致させることで、当該内側の外周部分を円筒の軸方向に出退させることができ、これにより当該内側の外周部分を支持する窪み２１の位置を変えることで光学カバーの外周部１６全体としての高さが調整可能になっている。窪み２１の位置を変更後、内側の外周部分を回転させ、溝２３の位置とツメ２２の位置をずらすことにより、外周部分同士の支持位置が円筒の軸方向において固定される。

図９に光学カバーの外周部の高さを変更した場合の光学カバーと基台との位置関係を示す。図９では、ＬＥＤ光源１４が支持される面４１の位置を点線で示している。図９（ａ）は光学カバーの外周部の高さが最も低い場合であり、内側の外周部分１６ｂと１６ｃは外周部分１６ａの内側に格納されている。内側の外周部分１６ｂと１６ｃを引き出すことで当該位置関係は図９（ｂ）のように変化し、ＬＥＤ光源が支持される面４１を基準とした光学カバーの相対的な高さが高くなり、頂上部１７がＬＥＤ光源から遠くなる。更に内側の外周部分１６ｃを外周部分１６ｂから引き出すことで当該位置関係は図９（ｃ）のように変化し、ＬＥＤ光源が支持される面を基準とした光学カバーの相対的な高さを更に高くすることができる。

このとき、光学カバーの外周部１６の厚さは、図９（ｃ）のようにその高さを高くすると薄くなり、図９（ａ）のように低くすると厚くなる。光学カバーの相対高さを低くすることに加えて、外周部の厚さが厚くなることで、光学カバー外周部による光の透過率が低下し、反射率が高くなるため、頂上部１７に光がまわる割合が増加し、より配光範囲を狭くすることができる。

上記本発明装置２０によっても、ＬＥＤ光源が支持される面からみた光学カバーの相対的な高さを調整することができるので、利用箇所、利用シーンに併せて容易に配光範囲を変更することができる。

〈第３実施形態〉
本発明の一実施形態に係るＬＥＤ照明装置３０（以降、適宜「本発明装置３０」と称す）の構成例を図１０に示す。上述の第１及び第２実施形態と同様、図１０に示されるＬＥＤ照明装置３０は、既存の電球ソケットに螺合する口金１１を有し、取付け及び取外しが可能に構成されたＬＥＤ電球である。第３実施形態では、基台１２上にＬＥＤ光源１４が設置される位置が、ＬＥＤ光源１４が設置される面と垂直な方向（上下方向）に移動可能であり、結果、ＬＥＤ光源が支持される面からみた光学カバー１５の相対的な高さが調整される。尚、光学カバー１５は曇度の大きな材料で構成されるため、実際には基台上に支持されているＬＥＤ光源１４は光学カバー１５に隠れて見えないが、図１０では説明の都合上透明であるとして示している。

更に、本発明装置３０は、ＬＥＤ光源１４が支持される面上に受信部３１を有し、リモコンからの信号を受信することで、ＬＥＤ光源１４の上下位置を自動で遠隔操作ができるようになっている。

基台１２の内部に、ＬＥＤ光源１４が支持される支持台３２と螺合するねじ山およびねじ谷を有する回転軸３３を有し、当該軸３３をモーター３４で回転させることでＬＥＤ光源の支持台３２の位置を上下方向に調整することができる。これによりＬＥＤ光源の支持位置が上下方向で調整され、以てＬＥＤ光源が支持される面からみた光学カバーの相対的な高さを調整することができる。

上記本発明装置３０によっても、ＬＥＤ光源が支持される面からみた光学カバーの相対的な高さを調整することができるので、利用箇所、利用シーンに併せて容易に配光範囲を変更することができる。

上述の実施形態は本発明の好適な実施形態の一例である。本発明の実施形態はこれに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変形実施が可能である。

例えば、上記実施形態では、光学カバー１５は、外周部１６と頂上部１７からなり、外周部の形状が円筒状で、頂上部の形状が半球状である場合について説明したが、本発明はこれに限られるものではなく、外周部或いは頂上部の形状に限定されない。上記第１実施形態では、光学カバー１５の外周部１６のうち、ネジ谷とネジ山が設けられている基台１２との被支持部の形状については円筒状でなければならないが、他の高さ調節に関係しない外周部の形状については必ずしも円筒状である必要はない。特に、上記第１から第３実施形態のいずれにおいても、頂上部１７の形状は球面状に限られず、任意のデザイン性を高めた形状とすることができる。

本発明は、ＬＥＤ光源を照明に用いるＬＥＤ照明装置に利用可能であり、特に、電球ソケットに螺合する口金を備えるＬＥＤ電球に利用することができる。

１： 拡散性の高い材料
２： 入射光
３： （ランバート散乱による）散乱光
１０： 本発明の第１実施形態に係るＬＥＤ照明装置（ＬＥＤ電球）
１１： 口金
１２： 基台
１３： 主面
１４： ＬＥＤ光源
１５： 光学カバー
１６： 光学カバーの外周部
１７： 光学カバーの頂上部
１８： 抜け防止用ツメ
１９ａ： 高さ固定用ツメ
１９ｂ： 高さ固定用の窪み
２０： 本発明の第２実施形態に係るＬＥＤ照明装置（ＬＥＤ電球）
２１： 光学カバーの支持部（支持部）
２２： 光学カバーの被支持部（ツメ）
２３： 光学カバーの高さ変更用の溝
３０： 本発明の第３実施形態に係るＬＥＤ照明装置（ＬＥＤ電球）
３１： 受信部
３２： ＬＥＤ光源の支持台
３３： 回転軸
３４： モーター
４１： ＬＥＤ光源の支持面

Claims (8)

1. ＬＥＤチップがパッケージに実装されたＬＥＤ光源と、
   前記ＬＥＤ光源を主面上において支持する基台と、
   前記基台の前記主面側に設置される、前記ＬＥＤ光源を覆う透光性の光学カバーと、を備え、
   前記光学カバーは、外周部と、前記外周部と接続する頂上部からなり、
   前記主面上に前記ＬＥＤ光源が支持される面からみた前記光学カバーの相対的な高さを、前記基台に前記光学カバーと前記ＬＥＤ光源が支持された状態で固定し、且つ、その高さを調整する機構を備えることを特徴とするＬＥＤ照明装置。
2. 前記光学カバーの被支持部を、前記ＬＥＤ光源が支持される面と垂直な方向に出退させる機構を備えることを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ照明装置。
3. 前記光学カバーの円筒状の前記被支持部に、ねじ山とねじ溝が形成され、
   前記光学カバーを回転させることで、前記光学カバーの前記被支持部と前記基台が螺合し、前記主面上に前記ＬＥＤ光源が支持される面からみた前記光学カバーの相対的な高さが調整されることを特徴とする請求項２に記載のＬＥＤ照明装置。
4. 前記光学カバーは、その高さを調整可能な前記外周部を備えることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載のＬＥＤ照明装置。
5. 前記主面の前記ＬＥＤ光源が支持される位置を、前記ＬＥＤ光源が支持される面と垂直な方向に上下させる機構を備えることを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載のＬＥＤ照明装置。
6. 前記光学カバーの前記外周部は、円筒状であり、
   前記光学カバーの前記頂上部は、ＬＥＤ光源の出射方向に突出した球面状であることを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載のＬＥＤ照明装置。
7. 前記主面上に前記ＬＥＤ光源が支持される面からみた前記光学カバーの相対的な高さをリモコンで制御可能に構成されていることを特徴とする請求項１〜６の何れか一項に記載のＬＥＤ照明装置。
8. 前記基台の前記主面と反対側に、電球ソケットに螺合し、交流電力を供給する口金を備え、
   前記基台の内部に、前記交流電力を直流電力に変換し、前記ＬＥＤチップに電力を供給するための電源回路を備えることを特徴とする請求項１〜７の何れか一項に記載の電球型のＬＥＤ照明装置。
   

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