JP2015026451A - 電球形照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】フィラメントが直視される白熱電球と類似の光り方を可能にした電球形照明装置を提供する。【解決手段】実施形態によれば、電球型照明装置は、頂面２ａを有する基材２と、前記基材の頂面上に配置された光源と、前記光源から放出される光を前記基材の頂面の正面方向に集光して出射するコリメータと、コリメータとは光学的に分離して前記コリメータの正面側に配置され、前記コリメータで集光出射された光を拡散発光させる発光部と、を備えている。【選択図】図１

Description

ここで述べる実施形態は、白色発光ダイオード（ＬＥＤ）のように平面実装された狭い配光分布を持つ光源でも、従来のフィラメントで発光する白熱電球の見映えを実現した電球形照明装置に関する。

照明装置としては、永らくフィラメントで発光する白熱電球が用いられてきたが、寿命、発光効率などの問題を抱えていた。近年、これらの問題を解消する技術として、ＬＥＤ光源やＥＬ（エレクトロルミネッセンス）光源が開発され、特にＬＥＤ光源は一般の照明装置への利用が加速度的に広がっている。

しかしながら、ＬＥＤ光源のような実装基板に実装された光源の光は、実装基板の法線方向に強く光を放出し、側面から背面にかけて光が放出されない指向性を有している。従って、従来の白熱電球のように、フィラメント部が発光し、側面から背面にかけても発光するような発光ができず、特に発光部を直視する透明の透光カバーを用いたクリア電球で違った見映えとなっていた。

これらの問題を解決する技術としては、光源となるＬＥＤを立体的に透光カバーの中心に配置する技術が提案されている（特許文献１）。また、別の技術としては、光源を構成するＬＥＤの直上に反射プリズムや導光柱を設け、これらを発光させる技術が提案されている（特許文献２−５）。

特許第４２９０８８７号公報 特開２０１１−１４２０６０号公報 特開２０１２−６４５５８号公報 特開２０１２−７４２６４号公報 特開２０１２−１４６４５０号公報

この発明は以上の点に鑑みなされたもので、その課題は、ＬＥＤ光源などを用いても従来のフィラメントが直視される白熱電球と類似の光り方を可能にした電球形照明装置を提供することにある。

実施形態によれば、電球形照明装置は、頂面を有する基材と、前記基材の頂面上に配置された光源と、前記光源から放出される光を前記基材の頂面の正面方向に集光して出射するコリメータと、前記コリメータとは光学的に分離して前記コリメータの正面側に配置され、前記コリメータで集光出射された光を拡散発光させる発光部と、を備えている。

図１は、第１の実施形態に係る電球形照明装置を示す断面図。 図２は、第１の実施形態に係る電球形照明装置の基材上面を平面図。 図３は、第１の実施形態に係る電球形照明装置の光線軌道を示す図。 図４は、第２の実施形態に係る電球形照明装置を示す断面図。 図５は、第２の実施形態に係る電球形照明装置の基材上面を示す平面図。 図６は、第２の実施形態に係る電球形照明装置の光線軌道を示す図。 図７は、第３の実施形態に係る電球形照明装置を示す断面図。 図８は、第３の実施形態に係る電球形照明装置の基材上面を示す平面図。 図９は、第３の実施形態に係る電球形照明装置の光線軌道を示す図。 図１０は、第４の実施形態に係る電球形照明装置を示す断面図。 図１１は、第５の実施形態に係る電球形照明装置を示す断面図。 図１２は、第６の実施形態に係る電球形照明装置を示す断面図。

以下、図面を参照しながら、種々の実施形態に係る照明装置について詳細に説明する。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る電球形照明装置としてのＬＥＤ電球１を示す断面図、図２は基材の上面を示す平面図、図３はＬＥＤ電球の光線軌道を示す図である。

図１に示すように、ＬＥＤ電球１は、基材２と、ＬＥＤから成る光源６と、中空のドーム状（ほぼ円錐形状）の透光カバー４と、口金３と、光源６の上に配置されたコリメータ７と、発光部８とを備え、各部材は、中心軸Ｃに対してほぼ回転対称に構成されている。

基材２は、例えば、アルミニウム等の金属製の筐体かつ放熱部材であり、上部がほぼ切頭円錐状に形成され大径の上端に平坦な頂面２ａを有し、小径の下端に、外部から電極を供給する口金３が取り付けられている。基材２の内部には、光源６を駆動する駆動回路１４が収納されている。頂面２ａを除く基材２の表面は、他の部分よりも反射率が高くなるように白色塗装が施され、光を極力吸収しないようにしているとともに塗料の高い輻射率により効率的な外部への放熱を行っている。

図１および図２に示すように、基材２の頂面２ａは、ほぼ円形に形成されている。光源６は複数のＬＥＤで構成され、これらの複数の光源６は、頂面２ａ上に実装され、各コリメータ径が確保できるように、中心軸Ｃと同芯の円上に配列されている。すなわち、複数の光源６は、頂面２ａの中心から偏芯した位置に配置されている。各光源６は、白色光を放出し、頂面２ａの法線方向、すなわちＬＥＤ電球１の前方方向に強い光度で光を放出する。

コリメータ７は、透明で高屈折率を有するプリズムレンズで構成され、光源６から出射された光を集光し前方に出射する。コリメータ７は、それぞれ光源６を覆う複数の入射面７ａと、側壁を形成する複数のほぼ切頭円錐形状の反射面７ｂと、コリメータの上面を形成する出射面７ｃと、複数のコリメータを１部品に結合する結合部７ｄを一体に有している。

入射面７ａは、上面と側面の２曲面からなり、側面から入射した光は反射面７ｂで全反射してから出射面７ｃより出射され、入射面７ａの上面から入射した光はそのまま出射面７ｃから出射される。

また、複数の光源６は、サークル状に配列されているため、コリメータ７は、基材２の頂面２ａの法線方向に対して若干中心軸Ｃ側へ傾斜するように、出射面７ｃにウェッジレンズを付与している。これにより、コリメータ７によって集光出射された光は、中心軸Ｃ側へ傾斜出射されて発光部８から漏れにくくしている。

図１に示すように、透光カバー４は、例えば、透明樹脂によりドーム状に形成され、その中心軸がＬＥＤ電球１の中心軸Ｃとほぼ一致した状態で基材２の頂面２ａの周縁部に固定および支持されている。これにより、透光カバー４は、頂面２ａ、光源６およびコリメータ７を覆っている。本実施形態において、透光カバー４の頂部（上部）は肉厚化され、発光部８を形成している。発光部８は、コリメータ７とは光学的に分離してコリメータの正面側に配置されている。すなわち、発光部８は、コリメータ７と空間を置いて対向している。発光部８は、コリメータ７に対向する入射面８ａと、この入射面と間隔を置いて対向する反射出射面８ｂと、を有している。発光部８は、コリメータ７で集光出射された光を拡散発光させる。すなわち、図１および図３に示すように、発光部８は、プリズム作用により、コリメータ７から集光出射された光を入射した後、全反射させて主に側面方向に拡散出射させるもので、あたかも白熱電球のフィラメントが発光しているように透光カバー４の頂上部を発光させる。

以上のように構成されたＬＥＤ電球１は、光源６がコリメータ７により直視されず、かつコリメータ７と発光部８の間が何もない空間となっているため、あたかも発光部８が従来のフィラメント部のように発光させることができる。コリメータ７と発光部８とは、光学的に分離され、すなわち、コリメータ７と発光部８とは、空間をおいて対向配置されている。そのため、コリメータおよび発光部の各々に、入射面および出射面を設けることができ、また、間に空間が存在するため、光路の設計の自由度が高くなる。更に、本実施形態では、発光部８と透光カバー４を一体化させることで、部品構成面でも集約化することができる。
以上のことから、本実施形態によれば、ＬＥＤ光源などを用いても従来のフィラメントが直視される白熱電球と類似の光り方を可能にした電球形照明装置を得ることができる。

次に、他の実施形態に係る電球型照明装置について説明する。後述する他の実施形態において、前述した第１の実施形態と同一の部分には同一の参照符号を付してその詳細な説明を省略する。

（第２の実施形態）
図４は、第２の実施形態に係る電球形照明装置としてのＬＥＤ電球１を示す断面図、図５は、基材の頂面を示す平面図、図６はＬＥＤ電球１の光線軌道を示す図である。

本実施形態では、発光部８は透光カバー４と一体に形成され、コリメータ７と空間を置いて対向している。発光部８は、複数の光源６側でコリメータ７の端部に対向し、コリメータから集光出射された光を光源側に近い位置で入射する入射面８ａと、入射面から入射した光を透光カバー４の頂上部まで導光する導光部８ｃと、導光された光を拡散発光する反射出射面８ｂと、を有している。このため、複数の光源６は、極力、頂面２ａの周縁部に配置し、かつ、コリメータ７の出射面７ｃに外側に傾斜させるウェッジレンズを設けている。

図４および図６に示すように、上記構成のＬＥＤ電球１では、発光部８は、コリメータ７から集光出射された光を入射した後、導光部８ｃで光を導光し、更に、反射出射面で全反射させて主に側面方向に拡散出射させる。これにより、あたかも白熱電球のフィラメントが発光しているように透光カバー４の頂上部を発光する。
以上のことから、第２の実施形態によれば、ＬＥＤ光源などを用いても従来のフィラメントが直視される白熱電球と類似の光り方を可能にした電球形照明装置を得ることができる。

（第３の実施形態）
図７は、第３の実施形態に係る電球形照明装置としてのＬＥＤ電球１を示す断面図、図８は、基材の頂面を示す平面図、図９は、ＬＥＤ電球１の光線軌道を示す図である。

第３の実施形態によれば、発光部８は、透光カバー４とは分離し、独立した部材として設けられている。発光部８は、透明で高屈折率を有するプリズムレンズで構成され、コリメータ７の前方に空間を置いて対向配置されている。本実施形態では、発光部８は、細長い透明な支持部８ｅによりコリメータ７上に支持されている。

発光部８は、コリメータ７と対向する入射面８ａ、および前方に向かって凸となるほぼ円錐形状の反射出射面８ｂを有している。また、ドーム状の透光カバー４は、頂面２ａ、光源６、コリメータ７、および発光部８を覆っている。

このように構成されたＬＥＤ電球１においても、図７および図９に示すように、光源６から出射され、コリメータ７により集光出射された光は、発光部８に入射し、発光部のプリズム作用により、全反射させて主に側面方向に拡散出射させる。これにより、あたかも白熱電球のフィラメントが発光しているように透光カバー４の内部にある発光部８から発光させる。

光源６がコリメータ７により直視されず、かつコリメータ７と発光部８の間が何もない空間となっているため、あたかも発光部８が従来のフィラメント部のように発光させることができる。コリメータ７と発光部８とは、光学的に分離され、すなわち、コリメータ７と発光部８とは、空間をおいて対向配置されている。そのため、コリメータおよび発光部の各々に、入射面および出射面を設けることができ、また、間に空間が存在するため、光路の設計の自由度が高くなる。
以上のことから、本実施形態によれば、ＬＥＤ光源などを用いても従来のフィラメントが直視される白熱電球と類似の光り方を可能にした電球形照明装置を得ることができる。

（第４の実施形態）
図１０は、第４の実施形態に係る電球形照明装置としてのＬＥＤ電球１を示す断面図である。本実施形態によれば、光源として、基材２の頂面２ａの中央に集約された１つのＬＥＤ光源６を用いている。また、透光カバー４は、基材２の頂面２ａの外径よりも大きな最大径部を有し、外側に膨らんだドーム形状としている。すなわち、第４の実施形態において、ＬＥＤ電球１は、第１〜３の実施形態のろうそく形電球ではなく、一般的な白熱電球形状としている。第４の実施形態において、ＬＥＤ電球１の他の構成は、第３の実施形態に示すＬＥＤ電球と同一である。

（第５の実施形態）
図１１は、第５の実施形態に係る電球形照明装置としてのＬＥＤ電球１を示す断面図である。本実施形態によれば、コリメータ７と発光部８に鏡面反射部を設けている。すなわち、基材２の頂面２ａは、パラボラ状に凹んだ凹所として形成され、この凹所の中央部にＬＥＤからなる光源６が実装されている。コリメータ７は、光源６の周囲で、凹所の底面に金属反射膜を形成して集光鏡面反射部７ｆを形成したものである。

また、光源６からコリメータ７を経由せずに直接照射する光線が生じるため、コリメータ７の開口部を塞ぐように補助集光レンズ１２および環状の補助集光プリズム１５が設けられている。補助集光レンズ１２および環状の補助集光プリズム１５は、コリメータ７で集光された光線、および、コリメータ７を経由しない光線も漏れることなく発光部８に入射させる。

発光部８は、光源６側に凸となるほぼ円錐形状に形成され、その内面上に、拡散出射させるため円錐状の鏡面反射部８ｄを形成している。また、発光部８は、細長い支持部７ｅにより補助集光レンズ１２上に支持され、コリメータ７と空間を置いて対向している。これにより、発光部８は、コリメータ７、補助集光レンズ１２、補助集光プリズム１５から入射する光を鏡面反射して拡散出射させる。なお、透光カバー４は、基材２の頂面２ａの周縁部に取付けられ、コリメータ７、補助集光レンズ１２、補助集光プリズム１５、および発光部８を覆っている。
以上のように構成された第５の実施形態によれば、ＬＥＤ光源などを用いても従来のフィラメントが直視される白熱電球と類似の光り方を可能にした電球形照明装置を得ることができる。

本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
光源は、ＬＥＤに限るものではなく、同様の指向性を有する新たな光源であってもよい。ＬＥＤ電球を構成する材料も、本発明の機能を発揮できる範囲で変更可能である。また、透明材料に関しては、表面にシボを形成し、あるいは、材料に拡散材を入れて乳白化してもよい。
また、図１２に示す第６の実施形態のように、透光カバーを省略し、コリメータ７および発光部８が露出した構成としてもよい。

１…ＬＥＤ電球、２…基材、２ａ…頂面、４…透光カバー、６…光源、
７…コリメータ、７ａ…入射面、７ｂ…反射面、７ｃ…出射面、８…発光部、
８ａ…入射面、８ｂ…反射出射面、８ｃ…導光部、７ｆ、８ｄ…鏡面反射部、
１４…駆動回路

Claims (10)

1. 頂面を有する基材と、
   前記基材の頂面上に配置された光源と、
   前記光源から放出される光を前記基材の頂面の正面方向に集光して出射するコリメータと、
   前記コリメータとは光学的に分離して前記コリメータの正面側に配置され、前記コリメータで集光出射された光を拡散発光させる発光部と、
   を備える電球形照明装置。
2. 前記発光部は、透明で高屈折率を有するプリズムにより構成されている請求項１に記載の電球形照明装置。
3. 前記基材の頂面および前記コリメータを覆う透光カバーを備え、
   前記発光部は、前記透光カバーの頂上近傍の肉厚部により構成されている請求項１又は２に記載の電球形照明装置。
4. 前記基材の頂面および前記コリメータを覆う透光カバーを備え、
   前記透光カバーは、前記コリメータの端部に対向し、前記コリメータから集光出射された光を前記光源側に近い位置で入射する入射面と、前記入射面から入射した光を前記透光カバーの頂部まで導光する導光部と、前記導光された光を拡散発光する前記発光部を構成する頂上部と、を有する請求項１に記載の電球形照明装置。
5. 前記発光部は、入射した光を鏡面反射により拡散発光する鏡面反射部を有する請求項１に記載の電球形照明装置。
6. 前記コリメータは、透明で高屈折率ノプリズムにより構成されている請求項１に記載の電球形照明装置。
7. 前記コリメータは、入射した光を鏡面反射により集光出射させる鏡面反射部を有する請求項１に記載の電球形照明装置。
8. 前記光源およびコリメータは、前記基材の頂面の中心から偏芯した位置に複数配置されている請求項１に記載の電球形照明装置。
9. 前記コリメータは、前記発光部の入射部に向けて前記基材の頂面の法線方向から傾斜していることを特徴とする請求項１記載の電球形照明装置。
10. 前記光源、コリメータおよび発光部を覆う透光カバーを備えている請求項１、２、５ないし８のいずれか１項に記載の電球形照明装置。

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