JP2013183078A - レンズ付きｌｅｄ装置及び多方向照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＬＥＤからの発光を少なくとも２方向に集光することができるレンズ付きＬＥＤ装置及びそれを用いた多方向照明装置を提供することを目的とする。
【解決手段】少なくとも１個のＬＥＤチップを備えるＬＥＤ光源と、ＬＥＤ光源を覆うレンズ本体を備えた光学素子と、を備え、レンズ本体は、レンズ本体を複数に区分する少なくとも１つの溝状部を有し、溝状部が前記ＬＥＤ光源の発光面に対向するように配置されており、発光面から出射された光を溝状部で分割し、分割された光を２方向で集光するレンズ付きＬＥＤ装置である。
【選択図】 図１

Description

本発明は、光学素子を備えたレンズ付きＬＥＤ装置及びそれを用いた多方向照明装置に関する。詳しくは、光学素子を用いてＬＥＤ光源からの発光を２以上の異なる方向に集光する技術に関する。

近年、発光ダイオード（ＬＥＤ）を用いたＬＥＤ装置を光源として用いる用途が広がっている。具体的には、例えば、室内照明器具、車内灯等のスポットライト、薄型テレビや情報端末機器用のバックライト、自動車のテールランプ、街灯、交通信号機等で採用されている。

ＬＥＤから放射される発光は指向性が高い。そのために、ＬＥＤから放射される発光により照明される面積は狭いという問題や、光源の形が目立ちやすいという問題があった。このような問題を解決するために、放射される出射光を拡散させる技術が知られている。

例えば、下記特許文献１は、ＬＥＤ光源と、ＬＥＤ光源に取付けられると共に屈折材料で作製された光学素子とを備え、光学素子は、ＬＥＤ光源による光線の出射方向の前方に位置しており、ＬＥＤ光源から放射された光線を透過あるいは全反射する前面と、全反射された光線を反射させる側面と、側面で反射された光線を前面に向かって反射させる後面とを有するＬＥＤモジュールを開示する。そして、このようなＬＥＤモジュールによれば、光学素子内部においてＬＥＤ光源から放射した光線が光軸方向前方へ射出されるまでに十分な光路長を稼いで、光学素子の前面から光軸方向前方へ平行な光線を取り出すことができ、ＬＥＤ光源から放射される出射光の利用効率を向上できると共に出射光の強度分布の均一化を図れることが開示されている。

また、下記特許文献２は、ＬＥＤ素子とＬＥＤ素子を封止する光学系素子を備え、光学系素子の光軸方向の前面には光を反射する反射面を有し、側面には階段状の非反射面を有するＬＥＤ光源を開示する。このようなＬＥＤ光源によれば、ＬＥＤ光源の周囲から均質な強度の光を出射させることができることを開示している。

下記特許文献３は、ＬＥＤの周囲に装着される光学レンズであって、レンズ本体に穿設されたＬＥＤ配設部と、レンズ本体の側面垂直方向に形成された複数の凸部と、レンズ本体の上部に形成された凹部と、凹部中央に形成された凸状部と、を備える光学レンズを開示する。このようなレンズによればＬＥＤからの発光をレンズの前方方向から側面方向にかけて広範囲に拡散させることができることを開示する。

一方、ＬＥＤの光を拡散させる技術ではなく、ＬＥＤの光を局所的に集光させる技術も知られている。

例えば、下記特許文献４は、ＬＥＤ光源から発せられて光入射面を介して導光レンズ内に入射した光が導光レンズ内を導光されて第１反射面、第２反射面および第３反射面で反射されて光出射面を介して外部に出射され、その出射光が階段状のリフレクタの第４反射面で反射されて照射光となるＬＥＤ照明灯具を開示する。そして、このようなＬＥＤ照明灯具によれば、導光レンズで反射されて集光された光を階段状のリフレクタでさらに反射させることにより、同心円状に集光された不連続な光をＬＥＤの前方に照射することができることを開示する。

また、例えば、下記特許文献５は、ＬＥＤからなる光源と、光源を覆うレンズと、を備え、レンズの内面には複数のステップが形成されており、光源からの光の一部はステップにより屈折した後、レンズの光放出面より放出されて車輌ステップ部を照明する、車輌ステップ部照明装置を開示する。そして、このような車輌ステップ部照明装置は、ＬＥＤから放射された光を車輌のステップ部に集光して選択的に照明し、ステップ部の視認性向上を図ることができることを開示する。

特開２０１０−２３８６８６号公報 特開２０１１−２３２９９号公報 特開２０１０−１５７６５３号公報 特開２００８−３４１２４号公報 特開２００１−２３９８８１号公報

特許文献１〜４に開示されているように、指向性の高いＬＥＤの発光を広い範囲に拡散させたり、指向性の高いＬＥＤの発光を局所的に集光させたりする技術は知られていた。しかし、ＬＥＤの発光を２方向以上に分割して、例えば、光軸が互いに平行ではないような方向に集光できるような技術は知られていなかった。また、特許文献５に開示されているように、ＬＥＤから出射された光を車輌の足元方向に集光して選択的に照明する技術は知られていた。しかし、足元方向に集光するとともに、車輌の後方の人の注意を引くために車輌の水平方向に向けて光を照射するような技術も知られていなかった。

本発明は、ＬＥＤから放射される光を少なくとも２方向に集光することができるレンズ付きＬＥＤ装置及びそれを用いた多方向照明装置を提供することを目的とする。また、このような多方向照明装置を用いて、例えば、車輌に乗り降りするときに足元方向（地面方向）と水平方向とを同時に照射するようにして車輌の昇降時の安全性を高める技術を提供することも目的とする。

本発明の一局面は、少なくとも１個のＬＥＤチップを備えるＬＥＤ光源と、ＬＥＤ光源を覆うレンズ本体を備えた光学素子と、を備え、レンズ本体は、レンズ本体を複数に区分する少なくとも１つの溝状部を有し、溝状部がＬＥＤ光源の発光面に対向するように配置されており、発光面から出射された光を溝状部で分割し、分割された光を少なくとも２方向で集光するレンズ付きＬＥＤ装置である。このようなレンズ付きＬＥＤ装置によれば、ＬＥＤチップから発光された光がレンズ本体の溝状部で複数方向に分割され、分割された光を異なる方向に出射させることにより、複数の異なる方向を照らすことができる。

また、溝状部から出射される光量は、レンズ本体から出射される出射光の全量に対して相対値で１０％以下であることが好ましい。このような構成によれば、溝状部からの無駄な発光を抑えて、目的とする複数の集光方向での光量を大きく維持することができる。

また、レンズ本体は該レンズ本体を第１レンズ領域及び第２レンズ領域に分割する溝状部を有し、第１レンズ領域及び第２レンズ領域は、発光面から出射された光を屈折させて出射させる屈折面または発光面から出射された光を全反射させる反射面を有することが好ましい。さらに具体的には、第１レンズ領域は発光面から出射された光を屈折させて出射させる屈折面を有し、第２レンズ領域は発光面から出射された光を全反射させる反射面を有するか、第１レンズ領域及び第２レンズ領域のいずれもが発光面から出射された光を屈折させて出射させる屈折面を有するか、第１レンズ領域及び第２レンズ領域のいずれもが発光面から出射された光を全反射させる反射面を有するような形態であることが好ましい。

また、反射面がさらに反射膜を備える場合には、反射面からの反射光の光量をより増加させることができる点から好ましい。

また、ＬＥＤ光源の発光面に投影した溝状部の投影線により分割された、発光面の分割された各面積が互いに異なる場合には、２方向以上に集光する場合の各方向における光量の配分をその面積に応じて調整することができる点から好ましい。

また、ＬＥＤ光源は、基板上に実装された少なくとも１個のＬＥＤチップを透明樹脂で封止したＬＥＤパッケージであり、光学素子はＬＥＤパッケージを収容させる凹部を有し、凹部は、発光面が溝状部に対向するようにしてＬＥＤパッケージの位置決めができる形状を有することが好ましい。このような場合には、発光面に対する溝状部の位置を容易に合わせることができる。

また、ＬＥＤパッケージを封止する透明樹脂とレンズ本体との間に、該透明樹脂の屈折率との差が０．１以下の屈折率を有する透明接着層を備える場合には、透明樹脂とレンズ本体との界面における光の反射ロスを抑制することができる。

また、ＬＥＤパッケージを封止する透明樹脂とレンズ本体との間に、空気層を有する場合には、透明樹脂と空気層と屈折率の差によりレンズ本体に入射する光を屈折させることのできる光学面が増える。その結果、配光特性の設計幅が広がる。

また、ＬＥＤパッケージを封止する透明樹脂とレンズ本体との間に、蛍光体，染料及び顔料から選ばれる少なくとも１種の材料を含有する色調調節層を備える場合には、ＬＥＤ光源から放射された光の色を調整することができる。また、例えば、第１レンズ領域と第２レンズ領域とに入射する光がそれぞれ通過する光路において、互いの光路上に異なる材料を含有する色調調節層を配置することにより、第１レンズ領域と第２レンズ領域とから放射される光の色を互いに変えることもできる。

また、本発明の他の一局面は、少なくとも２方向に光を照射する多方向照明装置であって、上述したようなレンズ付きＬＥＤ装置を、その少なくとも一つの集光方向が互いに平行になるように複数個を配置してなる多方向照明装置である。このような多方向照明装置によれば、多方向に照射する場合に特定の方向に集光光量を増加させることができる。また、個々のレンズ付きＬＥＤ装置の照射方向を少しずらして配置することにより、方向をずらした分だけ特定の方向に集光した光量を拡散させることもできる。

また、本発明の他の一局面は、上述したようなレンズ付きＬＥＤ装置を少なくとも１つ備えた車輌用多方向照明装置であって、車輌に対して下方方向と水平方向とを同時に照射するように配設される車輌用多方向照明装置である。このような車輌用多方向照明装置によれば、例えば、人が車輌に乗降する際に、下方方向にある足元と水平方向である車輌後方を同時に照らすことができる。その結果、乗降する人の足元の視認性を高めて安全を確保するとともに、後方から近づいてくる他の車輌等に自車の存在を知らせて接触等を防ぐための注意を喚起することができる。更に、ＬＥＤ装置の透明樹脂とレンズ本体との間に、色調調節層を設け、溝状部により分割される発光面のいずれかに色調調節層を設けるか、または、分割された発光面ごとに異なる色調調節層を設けることにより、水平方向の光を例えば黄〜赤系の警告色に、地面方向の光を足元の視認性を高めるために白色に色分けして用いることもできる。

本発明によれば、一つのＬＥＤ光源により複数方向を同時に照らすことができる。例えば、車輌のドアに配設した場合には、地面方向と水平方向後方とを一つのＬＥＤ光源で同時に照らすような照明が可能になる。

図１は、第１実施形態のレンズ付きＬＥＤ装置１０の斜視模式図である。 図２（ａ）はレンズ付きＬＥＤ装置１０のＩＩ−ＩＩ´断面の模式図、図２（ｂ）は図２（ａ）の溝状部３の部分拡大模式図である。 図３は、レンズ付きＬＥＤ装置１０の位置を中心として、光軸が互いに９０度の角度を成す２方向に光を分割したときの配光分布の三次元イメージである。 図４は、レンズ付きＬＥＤ装置１０の位置を中心として、−３０〜１２０度の放射角度に対する相対発光強度を示す２次元の配光分布を示す図である。 図５は、光学素子の凹部にＬＥＤ光源を装着させるときの様子を示す模式説明図である。 図６は、第２実施形態のレンズ付きＬＥＤ装置２０の斜視模式図である。 図７は、レンズ付きＬＥＤ装置２０の上面模式図である。 図８は、第３実施形態の自動車のドアにレンズ付きＬＥＤ装置１０を配設したときの配光方向を説明する模式説明図である。 図９は、第４実施形態の多方向照明装置６０の斜視模式図である。 図１０は、第４実施形態の多方向照明装置７０の上面模式図である。 図１１は、光学素子による配光特性の例を説明するための模式説明図である。

［第１実施形態］
図１は本発明に係る一実施形態のレンズ付きＬＥＤ装置１０の斜視模式図であり、図２（ａ）は図１のＩＩ−ＩＩ´断面の模式断面図、図２（ｂ）は図２（ａ）の溝状部３の拡大模式図である。レンズ付きＬＥＤ装置１０は、図１に示すように、表面実装型パッケージであるＬＥＤ光源１と、ＬＥＤ光源１を覆うレンズ本体及びＬＥＤ光源収容部２ｃを備えた光学素子２とを備える。レンズ本体は溝状部３で区分された、第１レンズ領域２ａと第２レンズ領域２ｂとを有する。

図２（ａ）に示すように、ＬＥＤ光源１は、サブマウント基板１ｂに実装されたＬＥＤチップ１ａ及びＬＥＤチップ１ａを封止する透明樹脂封止体１ｃを備える。また、サブマウント基板１ｂの裏面にはＬＥＤ光源１を配線基板等に実装するための電極１ｄが配設されている。そして、ＬＥＤ光源収容部２ｃには、ＬＥＤ光源１を収容するための凹部５が形成されている。

図１及び図２（ａ）に示すように、レンズ本体は、第１レンズ領域２ａと第２レンズ領域２ｂと、それらを区分する溝状部３を有する。そして、溝状部３と発光面６とが対向するように光学素子２が配置されている。このように光学素子２をその溝状部３と発光面６とが対向するように配置することにより、図２（ａ）の破線矢符で示すように、発光面６から出射された光が、溝状部３で分割される。なお、発光面とはＬＥＤ光源１の上面の、チップ１ａから出射した光が通過する領域である。

なお、溝状部３はＬＥＤ光源１の発光面からの発光を分割するような形状であれば特に限定されないが、第１レンズ領域２ａの表面と第２レンズ領域２ｂの表面とが交差して溝状部３を成す部分の角度が鋭角であり、溝状部３はより深いことが好ましい。その深さは、具体的には溝状部３と発光面との距離が発光面の直径よりも小さくなるような位置に溝状部３を設けることが望ましい。このような角度または深度であれば、発光面から発光された光は溝状部からは出射されにくくなるために、発光面から出射された光がより明確に分割される。ここで溝状部３を形成するときに成す角度とは、第１レンズ領域２ａの表面と第２レンズ領域２ｂの表面とが交差する部分の各面の接線ベクトル同士が成す角度を意味する。なお、第１レンズ領域の表面と第２レンズ領域の表面とが交差して溝状部を成す部分の角度が鈍角であり、溝状部が浅い場合には、発光面からの発光が明確に分割されにくくなる傾向がある。

また、図２（ｂ）に示す、第１レンズ領域２ａと第２レンズ領域２ｂとを分割する溝状部の先端の曲率半径Ｒは小さい方が好ましい。具体的には、先端の曲率半径Ｒが０．５以下、さらには０．２以下であることが好ましい。このように曲率半径Ｒが小さい場合には溝状部３で光がより明確に分離されやすくなる。

図２（ａ）に示すように、分割された一方の光束Ｒ１は第１レンズ領域２ａに入射し、さらに第１レンズ領域２ａの面７に入射する。このとき、面７に対する光束Ｒ１の入射角が小さい場合には面７が屈折面となり、光束Ｒ１が面７で屈折して外部に出射し、矢印の方向に向かって集光する。一方、分割された他方の光束Ｒ２は第２レンズ領域２ｂに入射し、第２レンズ領域２ｂの面８に入射する。このとき、面８に対する光束Ｒ２の入射角が大きい場合には、面８が反射面となり光束Ｒ２が全反射した後、面９から外部に出射し、光束Ｒ１の集光方向とは異なる方向に向かって集光する。なお、溝状部３から出射される光の出射強度は、レンズ本体から出射される出射光の全量に対して相対値で１０％以下、さらには５％以下、とくには０％であることが、集光方向における光量を充分に維持することができる点から好ましい。

図２（ａ）では、光束Ｒ２がＬＥＤ光源１の発光面６に対してほぼ水平な方向に放射されている例を示されているが、光束Ｒ２の全反射面である面８の曲面の曲率を調整して光束Ｒ２の反射方向を調整したり、出射面である面９の傾斜角度を調整して光束Ｒ２の屈折方向を調整したりすることにより、下方や上方や左方や右方等に自由に出射方向を調整することができる。また、出射面９に凸面、凹面、非球面、柱状面、フレネル等を設けることによっても、照射角度や方向を調整したりすることができる。

本実施形態のレンズ付きＬＥＤ装置１０の光学素子２は、図２（ａ）に示すように、溝状部３に対して垂直方向の軸に沿って分割したときの断面形状が、第１レンズ領域２ａと第２レンズ領域２ｂとの断面とからなる、溝状部３に対して非対称の略Ｂ字状断面を有する。また、２つの凸レンズを重ねて一体化し、その凸方向に平行な方向に切断したような形状とも表現できる。そして、２つの凸レンズは共に厚みが比較的厚く、第１レンズ領域２ａの屈折面７の切断断面付近の曲率半径は大きく、切断断面から遠ざかるに従って曲率半径が小さくなっている。第２レンズ領域２ｂの反射面８は光の入射角度を大きくするために略放物曲面になるように形成されている。そして、このようなレンズ本体の凸方向に対して、垂直な方向の断面からＬＥＤ光源からの光を入射させた場合、図２（ａ）に示すように、第１レンズ領域２ａが屈折面７を形成し、第２レンズ領域２ｂが反射面８を形成するために、Ｒ１及びＲ２が出射したときの光軸が互いに異なる角度をなすように２方向に分割されて発光するようなレンズ付きＬＥＤ装置を実現できる。

上述した光学素子２のレンズ本体の形状は、あくまでも例示であり、本発明のレンズ付きＬＥＤ装置を実現するためのレンズ本体の形状は上記のような形状に限られず、本発明の効果を損なわない範囲で、適宜光学設計することができる。具体的には、光の集光、拡散、屈折、または反射等、用途に応じて適宜選択し組み合わせ、ＬＥＤ光源の発光面から出射した光を溝状部により適宜の割合で分割し、各レンズ領域に入射した光を透過させて所定の方向に出射するように光路を変更するような形状を設計することが可能である。そのいくつかの例を図１１を参照して説明する。

図１１（ａ）は第１レンズ領域２２ａが屈折面２７を有し、第２レンズ領域２２ｂが屈折面２８を有するレンズ付きＬＥＤ装置の模式図、図１１（ｂ）は第１レンズ領域３２ａが反射面３７と屈折面３９とを有し、第２レンズ領域３２ｂが反射面３８と屈折面３９´を有するレンズ付きＬＥＤ装置の模式図を示す。それぞれの図において、光路を破線矢符で示す。

図１１（ａ）においては、第１レンズ領域２２ａの屈折面２７に入射する光束の入射角度及び第２レンズ領域２２ｂの屈折面２８に入射する光束の入射角度をそれぞれ調整するように面を形成することにより、溝状部３３により分割され各レンズ領域に入射した光束の出射方向を制御することができる。そして、屈折面の角度や曲率を調整すること等により、任意の２方向に光を集光することができる。

図１１（ｂ）においては、第１レンズ領域３２ａの反射面３７に入射する光束の入射角度及び第２レンズ領域３２ｂの反射面３８に入射する光束の入射角度をそれぞれ調整すること、及び、出射面３９，３９´の傾斜角度を調整すること等により、任意の２方向に光を集光することができる。

図３に、本実施形態のレンズ付きＬＥＤ装置１０において、互いに９０度の角度を成す方向に光を分割したときの配光分布の三次元イメージの一例を示す。図３においては、第１レンズ領域の集光を下側に、第２レンズ領域の集光を壁側に照射している。照射角度、照明面積、照射形状、各方向の光軸間の相対的な角度，各方向の光量の割合、色調等は適宜調整することができる。また、図４にレンズ付きＬＥＤ装置１０の位置を中心として、−３０〜１２０度の放射角度に対する相対発光強度を示す２次元の配光分布の一例を示す。図４に示すように、本実施形態のレンズ付きＬＥＤ装置１０によれば、レンズ付きＬＥＤ装置１０を中心として光束Ｒ１の集光方向の角度を０度の照度方向とした場合、光束Ｒ２の集光方向の角度を例えば９０度の照度方向となるように設計し、光束Ｒ１の集光方向と光束Ｒ２の集光方向の間には配光の分布が極めて低い領域を有するように（具体的には、光束Ｒ１のピークと光束Ｒ１のピークとの間に相対発光強度が１０％以下、さらには５％以下、とくには０％の領域を有するように）、ＬＥＤ光源からの光を分割することができる。

本実施形態で用いられるＬＥＤチップは、特に限定されず、従来から知られた紫外光、近紫外光、青色から赤色の領域の波長を示す可視光、近赤外光、赤外光等の波長領域の光を発するＬＥＤチップが特に限定なく用いられる。また、ＬＥＤチップの表面等に波長変換するための蛍光体層を設けてもよい。また、ＬＥＤ光源１においては、代表例として、サブマウント基板１ｂにＬＥＤチップ１ａが１個のみ実装されている例を示しているが、複数個のＬＥＤチップを実装したＬＥＤ光源であってもよい。さらに、ＬＥＤ光源１として代表例として表面実装型のパッケージを用いた例を示しているが、いわゆる砲弾型のＬＥＤパッケージ等を用いてもよい。また、パワーＬＥＤのような高い輝度のＬＥＤ等であってもよい。

本実施形態のレンズ付きＬＥＤ装置１０は、例えば、次のような方法により製造される。

光学素子の製造方法は、従来から知られたレンズのような光学素子の製造方法が特に限定なく用いられる。光学素子の材質は、光透過性に優れた材料であれば、特に限定なく用いられる。具体的には、例えば、シリコーンゲル、シリコーンエラストマー、シリコーンゴム、硬質のシリコーン樹脂、シリコーン変性エポキシ樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン変性アクリル樹脂、フッ素樹脂、フッ素ゴム、アクリル樹脂等の透明樹脂材料やガラス材料が用いられる。これらの中では、光透過性に優れ、成形性やＬＥＤ光源と接着した場合の接着性や耐変形性や耐変色性に優れている点から、シリコーン樹脂、シリコーンゴムが特に好ましい。透明樹脂材料からなる光学素子は、例えば、注型成形、圧縮成形、射出成形等により成形することができる。

光学素子の屈折率は特に限定されないが、一般的には１．３〜１．６、さらには、１．４１〜１．５５の範囲であることが好ましい。

図５は、光学素子２の凹部５にＬＥＤ光源１を装着するときの様子を示す説明図である。図５中、６は発光面、６´は発光面６を凹部５に投影したときの投影面、３´は溝状部３の投影線である。光学素子２には、レンズ本体の溝状部３がＬＥＤチップ１ａから発せられる光の発光面６と重なるようにＬＥＤ光源１と位置合わせできる凹部５を設けておくことが好ましい。この場合、凹部５にＬＥＤ光源１の外形を嵌め込むことにより、レンズ本体の溝状部３がＬＥＤチップ１ａから発せられる光の発光面と重なる場合には、高精度に位置合わせした組み立てが容易になる。すなわち、ＬＥＤ光源１の光を第１レンズ領域と第２レンズ領域に分けられるように、投影面６´と投影線３´が重なるように配置できる。その結果、投影線３´による投影面６´の分割割合により、各レンズ領域への光量の配分を調整できる。すなわち、凹部５の位置決め位置を調節することにより、ＬＥＤ光源１の光を各レンズに所望の割合で分配することができる。

ＬＥＤ光源１を凹部５に装着するときに、ＬＥＤチップ１ａを封止する透明樹脂封止体１ｃの表面と凹部５の表面とを透明接着剤で接着することが光の指向性を正確に制御しうる点から好ましい。透明接着剤の種類は特に限定されないが、透明樹脂封止体１ｃの屈折率との差が０．１以下、さらには０．０５以下の屈折率を有する透明接着層を形成するような透明接着剤を用いた場合には、透明樹脂封止体１ｃとレンズ本体との界面による光の乱反射等による光量の反射ロスを抑制できる点から好ましい。

また、ＬＥＤ光源１を凹部５に装着させるときに、透明樹脂封止体１ｃの表面と凹部５の表面とを密着させずに、空気層を設けてもよい。空気層を設けることにより透明樹脂封止体１ｃと凹部５の表面との間で空気層を介して屈折率の差による屈折や反射によりレンズ本体に入射する光を屈折させる光学面ができる。また、空気層を設けることにより透明樹脂封止体１ｃより出射した光が空気層を経由して凹部５の表面へと入射する。この時凹部５の表面（凹部の底）に凸状もしくは凹状もしくは微細形状を付与することにより光学面として作用させることができ、配光特性の設計の幅を広げることができる。

また、透明樹脂封止体１ｃと凹部５の表面との間に蛍光体，染料及び顔料から選ばれる少なくとも１種の材料を含有する色調調節層を備える場合には、ＬＥＤ光源１から放射された光の色を色調調節層で変換することができる。また、例えば、第１レンズ領域と第２レンズ領域とにそれぞれ入射する光が通過する光路において、互いの光路上の色調調節層の種類を変えることにより、第１レンズ領域と第２レンズ領域とから放射される光の色を互いに変えることができる。このような色調調節層は、上述したような透明接着剤に分散させたり、蛍光体，染料及び顔料を含有する透明樹脂シートを透明樹脂封止体１ｃの表面、または凹部５の表面（底面）に貼り合せることにより形成することができる。また、色調調節層は各レンズ領域の出射面に貼付してもよい。また、光量調節材として、無色無機顔料を含有してもよい。

溝状部３と発光面６とを対向させる際には、溝状部３を発光面に投影したときの投影線によって分割される発光面６の各面積割合によって、第１レンズ領域２ａと第２レンズ領域２ｂとに入射する光の割合を配分することができる。具体的には、例えば、発光面６の面積を均等に２分割するように発光面６と溝状部３とを対向させた場合には、第１レンズ領域２ａと第２レンズ領域２ｂとにそれぞれ入射する光量はほぼ等しくなる。また、例えば、溝状部３を発光面に投影したときの投影線によって分割される発光面６の各面積割合において、一方の面積を他方の面積よりも大きくするように発光面と溝状部３とを対向させた場合には、面積割合に応じて光量の配分割合が変化する。従って、例えば、発光面に溝状部３を投影した投影線により分割される各面積を調整すること等により、光量の配分割合を調整することができる。

上述した、レンズ付きＬＥＤ装置１０においては、２つの独立した第１レンズ領域２ａ及び第２レンズ領域２ｂを有する光学素子２を備え、溝状部３が発光面上に存在するように配置される。このような形状の光学素子によれば、２つのレンズ領域がそれぞれ独立して２つの方向に光の配光方向を制御するために、光学設計により２つのレンズ領域の形状を適宜選択することにより、独立した任意の２つの方向に集光することが可能である。

［第２実施形態］
次に、第１実施形態で説明したレンズ付きＬＥＤ装置１０のレンズ本体の光学設計を変形した別の例として、レンズ付きＬＥＤ装置２０について説明する。レンズ付きＬＥＤ装置２０はレンズ本体の形状が異なる以外はレンズ付きＬＥＤ装置１０と同様であるために、同様の要素については同様の符号を付し、共通する点については説明を省略する。

図６は本実施形態のレンズ付きＬＥＤ装置２０の斜視模式図であり、図７はその上面模式図である。

図６及び図７に示すように、光学素子１２は第１レンズ領域１２ａ，第２レンズ領域１２ｂ，第３レンズ領域１２ｃ，及び第４レンズ領域１２ｄからなるレンズ本体と、ＬＥＤ光源収容部１２ｅとを備える。第１レンズ領域１２ａ，第２レンズ領域１２ｂ，第３レンズ領域１２ｃ，及び第４レンズ領域１２ｄは溝状部１３及び溝状部２３により分割されている。溝状部１３と溝状部２３は直交しており、その交点はＬＥＤ光源１の発光面６に重なっている。そして、第１レンズ領域１２ａ及び第２レンズ領域１２ｂはそれぞれ屈折面１７，１７´を有し、第３レンズ領域１２ｃ及び第４レンズ領域１２ｄはそれぞれ反射面１８，１８´を有する。

レンズ付きＬＥＤ装置２０においては、ＬＥＤ光源１から発生された光は溝状部１３と溝状部２３との交点付近で４つに分割隔離されて、第１レンズ領域１２ａ，第２レンズ領域１２ｂ，第３レンズ領域１２ｃ，第４レンズ領域１２ｄの各レンズ領域にそれぞれ入射する。詳しくは、発光面６から出射された光は、溝状部１３によりｙ軸方向で２つの光路に分割されて、溝状部２３によりｘ軸方向でさらに２つの光路に分割される。そして、各レンズ領域に入射した光は、各レンズ領域の面で屈折または全反射される。その結果、ＬＥＤ光源１から発生された光は、図６及び図７中の破線矢符で示すように、４方向に集光される。

第１実施形態のレンズ付きＬＥＤ装置１０においては、図３に示したように、溝状部３により光がｘ−ｙ平面で２方向に分割されていたが、レンズ付きＬＥＤ装置２０においては、溝状部１３により光がｘ−ｙ平面でｙ軸方向で２方向に分割されることに加えて、溝状部２３によりさらにｘ軸方向でも２方向に分割される。従って、レンズ付きＬＥＤ装置２０によれば、ＬＥＤ光源１からの発光を４方向に分割できる。

図６及び図７に示すように、レンズ付きＬＥＤ装置２０においては、４つの独立した第１レンズ領域１２ａ、第２レンズ領域１２ｂ、第３レンズ領域１２ｃ、第４レンズ領域１２ｄが組み合わされてなり、溝状部１３と溝状部２３の交点付近が発光面上に配置される。このような形状のレンズによれば、４つのレンズ領域により、それぞれ独立して４つの方向に光の配光方向を制御することができる。従って、光学設計により４つの独立したレンズ領域のレンズ形状を選択することにより任意の方向に集光することが可能である。

［第３実施形態］
次に、第１実施形態で説明したようなレンズ付きＬＥＤ装置１０を用いた多方向照明装置の例について説明する。

図８は自動車の車輌５０のドア４１にレンズ付きＬＥＤ装置１０を配設したときの配光方向を説明する説明図である。図８（ａ）は車輌５０の上面模式図、図８（ｂ）はドア４１を開いたときに自動車車輌５０の側面から自動車車輌５０を見たときの模式図である。

図８（ａ）に示すように、例えば、車輌５０のドア４１の裏面にレンズ付きＬＥＤ装置１０を配設する。レンズ付きＬＥＤ装置１０は、光軸が、例えば、６０〜１２０度を成すように光を特定の２方向に集光させることができる。そのために、一方の光の集光方向を、図８（ｂ）中のＳで示すような、車輌の略垂直下方向である、人が乗り降りするときの足元方向の領域に向け、他方の光の集光方向を、図８（ｂ）中のＲで示すような、車輌の略水平方向である、後方の領域に向けることができる。このようにドア４１の裏面にレンズ付きＬＥＤ装置１０を配設することにより、車輌に人が乗降するときに乗降する人の足元を照らせるとともに、後方から近づいてくる他の車輌にドアが開いていることを知らせるように光を照らすことができる。

［第４実施形態］
次に、第１実施形態で説明したようなレンズ付きＬＥＤ装置１０を複数個配列させてなる多方向照明装置の例について説明する。

図９は１枚のプリント配線基板５１に、レンズ付きＬＥＤ装置１０を１列に５個並べて表面実装した多方向照明装置６０の斜視模式図である。多方向照明装置６０のように、各レンズ付きＬＥＤ装置１０の２つの光軸がそれぞれ互いに平行になるように配置することにより、白抜矢符で示すように、２方向に向けて局所的に集光した照明を得ることができる。このような照明によれば、１つのＬＥＤ光源により２つの照射方向、具体的には、例えば、ＬＣＤの背面を照らすバックライトの方向と手元を照らすスポットライトの方向、看板照明の方向と街路灯の方向、非常灯の方向と誘導灯の方向、階段踊り場と階段の斜め方向、照明光の方向とパイロットランプの方向のように、２つもしくは２つ以上の発光方向を要する照明装置を１つの光源で実現することができる。

また、図１０は１枚のプリント配線基板６１に、第１レンズ領域２ａを中心に集め、第２レンズ領域２ｂを外側に向くように４個のレンズ付きＬＥＤ装置１０を表面実装してなる多方向照明装置７０の上面模式図である。多方向照明装置７０のように、各レンズ付きＬＥＤ装置１０の第１レンズ領域２ａから出射される光を一つの中心に集め、第２レンズ領域２ｂから出射される光軸を周囲の４方向に集光させることにより、紙面に対して中心部の直上部を大きい光量で照明できるとともに、その周囲の４方向は小さい光量で照らすことができる。このような照明効果によれば、多方向照明を少ないＬＥＤ光源で実現することができたり、異なる色のＬＥＤ光源を使用し中心部で混色させその周囲では各ＬＥＤ光源の色を発光させたり、中心部のダウンライトと周辺の間接照明を１つで実現したりするような照明を実現できる。

本発明のレンズ付きＬＥＤ装置によれば、一つのＬＥＤ光源からの発光を異なる少なくとも２方向に集光することができる。従って、このようなレンズ付きＬＥＤ装置を用いることにより多方向への照明が可能になり、例えば、車輌の下方垂直または斜め下方向と水平方向とを同時に照射したり、門柱の表札と地面を同時に照らす等、複数個所を同時に照射することが求められるような、様々な照明用途に好適に用いられうる。

１ ＬＥＤ光源
１ａ ＬＥＤチップ
１ｂ サブマウント基板
１ｃ 透明樹脂封止体
１ｄ 電極
２，１２ 光学素子
２ａ，１２ａ，２２ａ，３２ａ 第１レンズ領域
２ｂ，１２ｂ，２２ｂ，３２ｂ 第２レンズ領域
１２ｃ 第３レンズ領域
１２ｄ 第４レンズ領域
２ｃ ＬＥＤ光源収容部
３，１３，２３，３３ 溝状部
３´ 凹部５に投影された溝状部３の投影線
５ 凹部
６ 発光面
６´ 凹部５に投影された発光面６の投影面
７，８，９ 面
１７，１７´，２７，２８ 屈折面
１８，１８´，３７，３８ 反射面
３９，３９´ 出射面
１０，２０ ＬＥＤ装置
１２ｅ ＬＥＤ光源収容部
４１ ドア
５０ 自動車車輌
５１，６１ プリント配線基板
６０，７０ 多方向照明装置
Ｒ１，Ｒ２ 光束

Claims (14)

1. 少なくとも１個のＬＥＤチップを備えるＬＥＤ光源と、
   前記ＬＥＤ光源を覆うレンズ本体を備えた光学素子と、を備え、
   前記レンズ本体は、
   前記レンズ本体を複数に区分する少なくとも１つの溝状部を有し、
   前記溝状部が前記ＬＥＤ光源の発光面に対向するように配置されており、
   前記発光面から出射された光を前記溝状部で分割し、前記分割された光を少なくとも２方向で集光することを特徴とするレンズ付きＬＥＤ装置。
2. 前記溝状部から出射される光量が、前記レンズ本体から出射される出射光の全量に対して相対値で１０％以下である請求項１に記載のレンズ付きＬＥＤ装置。
3. 前記レンズ本体は該レンズ本体を２つの異なる光学特性の第１レンズ領域及び第２レンズ領域に分割する溝状部を有し、
   前記第１レンズ領域及び前記第２レンズ領域は、前記発光面から出射された光を屈折させて出射させる屈折面または前記発光面から出射された光を全反射させる反射面を有する請求項１または２に記載のレンズ付きＬＥＤ装置。
4. 前記反射面は反射膜をさらに備える請求項３に記載のレンズ付きＬＥＤ装置。
5. 前記第１レンズ領域及び前記第２レンズ領域はそれぞれ前記発光面から出射された光を屈折させて出射させる屈折面を有する請求項３に記載のレンズ付きＬＥＤ装置。
6. 前記第１レンズ領域は前記発光面から出射された光を屈折させて出射させる屈折面を有し、前記第２レンズ領域は前記発光面から出射された光を全反射させる反射面を有する請求項３または４に記載のレンズ付きＬＥＤ装置。
7. 前記第１レンズ領域及び前記第２レンズ領域はそれぞれ前記発光面から出射された光を全反射させる反射面を有する請求項３または４に記載のレンズ付きＬＥＤ装置。
8. 前記溝状部を前記発光面に投影した投影線により分割される、前記発光面の分割された各面積が互いに異なる請求項１〜７の何れか１項に記載のレンズ付きＬＥＤ装置。
9. 前記ＬＥＤ光源は、基板上に少なくとも１個のＬＥＤチップを実装して透明樹脂で封止したＬＥＤパッケージであり、
   前記光学素子は前記ＬＥＤパッケージを収容する凹部を有し、
   前記凹部は、前記発光面が前記溝状部に対向するように位置決めする形状を有する請求項１〜８の何れか１項に記載のレンズ付きＬＥＤ装置。
10. 前記透明樹脂と前記レンズ本体との間に、前記透明樹脂の屈折率との差が０．１以下の屈折率を有する透明接着剤層を有する請求項９に記載のレンズ付きＬＥＤ装置。
11. 前記透明樹脂と前記レンズ本体との間に、空気層を有する請求項９に記載のレンズ付きＬＥＤ装置。
12. 前記透明樹脂と前記レンズ本体との間に、蛍光体，染料及び顔料から選ばれる少なくとも１種の材料を含有する色調調節層を有する請求項９〜１１の何れか１項に記載のレンズ付きＬＥＤ装置。
13. 少なくとも２方向に光を照射する多方向照明装置であって、
    請求項１〜１２の何れか１項に記載のレンズ付きＬＥＤ装置を、該レンズ付きＬＥＤ装置の少なくとも一つの集光方向が互いに平行になるように、複数個を配置してなる多方向照明装置。
14. 請求項１〜１２に記載の何れか１項に記載のレンズ付きＬＥＤ装置を少なくとも１つ備えた車輌用多方向照明装置であって、
    車輌の下方方向と水平方向とを同時に照射するように配設されることを特徴とする車輌用多方向照明装置。