JP2015088347A - 照明装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】配光制御できない光を低減することができる光学部材を備える照明装置を提供する。
【解決手段】光源20と、光源20から入射された光を出射する光学部材10とを備え、光学部材10は、光源20の光が直接的に入射する入射面111と、入射面111に入射した光を反射することで光を出射する反射面112とを有する突起部11を備え、反射面112は、突起部11の頂部を形成する第1反射面112aと、第1反射面112aに連接する第2反射面112bとを有し、第1反射面112aと入射面111とのなす角度θ1は、第2反射面112bと入射面111とのなす角度θ2よりも大きい。
【選択図】図7

Description

本発明は、光学部材を用いて配光制御する照明装置に関する。
LEDスポットライトやLEDユニバーサルダウンライトなど、様々な配光バリエーションのある照明装置が提案されている。これらの照明装置を用いると、例えば店舗や食品スーパー、居住空間などにおいて、用途に合わせた光の演出(空間演出)を行なうことができる。
LEDスポットライトやLEDユニバーサルダウンライトなどでは、配光バリエーションを制御するために光源の照射方向側に光学レンズを設置して用いることが多い。光学レンズには様々な種類があり、所望の用途に合わせて選択した光学レンズを設置することで拡散や狭角から広角まで幅広く配光を制御することができる。これにより、例えば、スポット的に照射物を照らすなど用途に合わせた様々な光の演出をすることができる。また、上記のような照明装置では、光源としてハイパワーで多粒タイプのLEDが採用されることが多く、光学レンズもそれに合わせて多粒のカップ形レンズが採用されることが一般的である。
しかし、近年、光源として集積型のLEDモジュールを採用することも増えてきている。集積型のLEDモジュールは発光部サイズが大きいため、光学レンズとして従来のカップ形レンズを採用すると、光学レンズのサイズが大きくなってしまう。
そこで、光学レンズを薄く小さくするために、光学レンズとしてフレネルレンズを採用することが提案されている(例えば特許文献1)。
特開2007−13416号公報
しかしながら、光学レンズとしてフレネルレンズを採用する場合、光源とフレネルレンズとには一定の距離がある。そのため、光源よりフレネルレンズに入射される光の角度によっては、フレネルレンズで全反射せずそのままフレネルレンズを抜けてしまう。つまり、光学レンズとしてフレネルレンズを採用する場合、配光制御できない光(光ロス)が発生してしまい中心光度や光束が低下するという課題がある。
そこで、本発明は、上述の事情を鑑みてなされたもので、配光制御できない光(光ロス)を低減することができる光学部材を備える照明装置を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明に係る照明装置の一態様は、光源と、前記光源から入射された光を出射する光学部材とを備え、前記光学部材は、前記光源の光が直接的に入射する入射面と、前記入射面に入射した光を反射することで前記光を出射する反射面とを有する突起部を備え、前記反射面は、前記突起部の頂部を形成する第1反射面と、前記第1反射面に連接する第2反射面とを有し、前記第1反射面と前記入射面とのなす角度は、前記第2反射面と前記入射面とのなす角度よりも大きい。
また、本発明に係る照明装置の一態様において、前記第1反射面と前記第2反射面とが連接する位置であって前記入射面とのなす角度が変わる位置である変曲点で反射される光と前記光学部材の光軸とのなす角度は、前記第2反射面と前記光軸とのなす角度よりも小さいとしてもよい。
また、本発明に係る照明装置の一態様において、前記第2反射面と、前記第2反射面と連接する前記光学部材の平面部とのなす角度であって前記突起部の外角となる角度は、90度よりも大きいとしてもよい。
また、本発明に係る照明装置の一態様において、さらに、前記第2反射面に連接する第3反射面を有し、前記第3反射面と前記入射面とのなす角度は、前記第1反射面と前記入射面とのなす角度よりも小さく、かつ、前記第2反射面と前記入射面とのなす角度よりも小さいとしてもよい。
また、本発明に係る照明装置の一態様において、前記突起部は、複数あり、前記第1反射面と前記第2反射面とが連接する位置であって前記入射面とのなす角度が変わる位置である変曲点は、前記複数の突起部の並び方向において前記光学部材の中心から遠ざかるほど前記突起部の頂部から遠ざかる位置に設けられるとしてもよい。
また、本発明に係る照明装置の一態様において、前記光学部材の光軸を含む断面において、前記第1反射面は、略平面であるとしてもよい。
また、本発明に係る照明装置の一態様において、前記光学部材は、フレネルレンズであるとしてもよい。
本発明によれば、配光制御できない光(光ロス)を低減することができる光学部材を備える照明装置を実現することができる。
本発明の実施の形態に係る照明装置の分解斜視図である。 本発明の実施の形態に係る照明装置の断面図である。 本発明の実施の形態に係る光学部材の一例の断面図である。 本発明の実施の形態に係る光学部材の一部断面図である。 本発明の実施の形態に係る突起部の要部断面図である。 本発明の実施の形態に係る突起部の要部断面図である。 比較例に係る光学部材の一部断面図である。 本発明の実施の形態の光学部材の断面図である。
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。以下に説明する実施の形態は、いずれも本発明の好ましい一具体例を示すものである。したがって、以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、工程(ステップ)、工程の順序などは、一例であって本発明を限定する主旨ではない。よって、以下の実施の形態における構成要素のうち、本発明の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。
なお、各図は、模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。また、各図において、実質的に同一の構成に対しては同一の符号を付しており、重複する説明は省略又は簡略化する。
(実施の形態)
まず、本発明の実施の形態に係る照明装置1について、図を用いて説明する。図1は、本発明の実施の形態に係る照明装置の分解斜視図である。図2は、図1の照明装置の断面図である。図3は、本発明の実施の形態に係る光学部材の一例の断面図である。
図1および図2に示す照明装置1は、例えばスポットライトや下方に光を照明するダウンライト等の照明器具に用いられる。
照明装置1は、光学部材10と、光源20と、反射板30と、器具本体40と、枠体50とを備える。照明装置1は、図1に示すように、器具本体40と光源20と反射板30と光学部材10と枠体50とがこの順で積層されて構成される。
以下、照明装置1における各構成部材について詳細に説明する。
[光源20]
まず、光源20について説明する。
光源20は、例えば発光素子を有する発光モジュールであって、所定の光を放射状に放出するLED光源である。光源20は、例えば白色光を放出するように構成されている。光源20は、基台20bと基台20b上に実装されたベアチップである複数のLED20aと、それらLED20aを封止する封止部材とを備える。なお、図2に示す照明装置1において、光源20の光軸は鉛直方向(図で下方向)である。
基台20bは、複数のLED20aを実装するための実装基板であって、例えば樹脂基板、セラミックス基板又は絶縁被覆されたメタルベース基板等である。また、基台20bは、例えば平面視が矩形形状である平面を有する板状であり、基台20bの底面(図2の上側)が器具本体40に取り付けられて固定される。なお、図示しないが、基台20bには、LED20a(光源20)を発光させるための直流電力を外部から受電するための一対の電極端子(正電極端子及び負電極端子)が形成されている。
[反射板30]
次に、反射板30について説明する。反射板30は、反射機能を有し、光源20からの光が入射する開口である入射口と、入射口から入射した光が反射板30から出射する開口である出射口とを有する。反射板30は、内径が入射口から出射口に向かって漸次大きくなるように構成された円環枠状(漏斗状)であり、例えばポリブチレンテレフタレート(PBT)など硬質の白色樹脂材料を用いて形成することができる。
反射板30の内周面は、光源20からの光を反射する反射面となっており、入射口から入射した光を反射させて出射口から出射させるように構成されている。
なお、反射板30は、アルミニウム等の金属材料により形成するとしてもよい。また、反射板30は、樹脂により形成され、反射板30の内面に、反射面として、銀やアルミニウム等の金属材料からなる金属蒸着膜(金属反射膜)を形成するとしてもよい。
[器具本体40]
次に、器具本体40について説明する。器具本体40は、光源20を内部で支持する。
本実施の形態では、器具本体40は、光源20が取り付けられる取付台であるとともに、光源20で発生する熱を放熱するヒートシンクである。器具本体40は、金属材料を用いて略円柱状に形成され、例えばアルミダイカスト工程を経て形成される。
具体的には、器具本体40は、光源20を取り付けるための取付部を有する。つまり、器具本体40は、光源20を取付部に取り付けることで光源20を固定する。なお、器具本体40は、光源20を直接固定する場合に限らず、器具本体40の取付部に放熱部材(ヒートシンク)を介して、固定するとしてもよい。
また、図1に示すように、器具本体40の下部(図1で下部)には、下方に向かって突出する複数の放熱フィンが設けられている。これにより、光源20で発生する熱を効率よく放熱させることができる。
[枠体50]
次に、枠体50について説明する。枠体50は、例えば灯具であり、器具本体40に取り付けられることで、器具本体40と枠体50とで光学部材10と反射板30とを固定する。
枠体50の上端部(図2で上端部)には、径方向の外向きに突出するフランジが周方向に亘って一体に形成されている。また、枠体50の上部には、光学部材10を通過した光源20からの光が入射する入射口が設けられている。また、枠体50の下部には、枠体50に入射した光を外部に出射させる出射口が設けられている。これら入射口及び出射口は円形状に開口されている。
枠体50は、器具本体40と同様に、金属材料を用いて略円柱状に形成され、例えばアルミダイカスト工程を経て形成される。
[光学部材10]
次に、光学部材10について説明する。光学部材10は、器具本体40の光源20と対向する位置に配置され、光源20から入射された光を出射する。
本実施の形態における光学部材10は、枠体50の内底面に固定され、光学部材10の厚さ方向の一方の面(図2で上側面)から入射した光源20の光を当該一方の面に対向する他の面(図2で下側面)から出射させる。
光学部材10は、透光性材料を用いて形成されており、例えばPMMA(アクリル)、ポリカーボネート等の透明樹脂材料、または、ガラス材料等の絶縁性を有する透明材料を用いて形成することができる。
ここで、光学部材10について、図2を参照しながら、図3〜図6を用いて詳述する。図3は実施の形態に係る光学部材の一例の断面図であり、図4は実施の形態に係る光学部材の一例の一部断面図である。図5および図6は、実施の形態に係る突起部の要部断面図であり、図4の領域Xにおける突起部の断面図である。
図3に示すように、光学部材10は、厚さ方向の一方の面に形成された多角形状のレンズである突起部11と、平面部12とを有する。光学部材10は、突起部11側に光が入射され、平面部12側(出射面101)から略鉛直方向に光を出射する。
また、光学部材10は、図4に示すように、光源20の光が直接的に入射する入射面111と、入射面111に入射した光を反射することで光を出射する反射面112とを有する突起部を備える。
なお、本実施の形態では、光学部材10の一例として、突起部11は例えばフレネル形状を有するレンズ(フレネルレンズ)を用いて説明しているが、この例に限らない。厚さ方向の一方の面の中央部に、屈折または透過するレンズが形成され、中央部を除く領域に全反射する多角形状のレンズである突起部11が形成され、厚さ方向の一方から入射した光を厚さ方向の他方から出射するものであればよい。
反射面112は、図4および図5に示すように、突起部11の頂部を形成する第1反射面112aと、第1反射面112aに連接する第2反射面112bとを有する。第1反射面112aと入射面111とのなす角度θ1は、第2反射面112bと入射面111とのなす角度θ2よりも大きい。つまり、θ1>θ2の関係を満たす。
このように、第2反射面112bは、第1反射面112aの面(図5ではL1)よりも内側(入射面111側)に形成されている。ここで、例えば反射面112を第1反射面112aのみで形成する場合には水平面113付近を通過する光を反射することができない。その一方で、反射面112を第1反射面112aと第2反射面112bとで形成することで、水平面113付近を通過する光を第2反射面112bで反射することができる。つまり、第1反射面112aのみで反射面112を形成する場合には、反射面112に当たらず抜けてしまっていた光も第2反射面112bを設けることで、反射(光制御)させることができる。これにより、光学部材10に入射されるが平面部12側から略鉛直方向に出射されない光(光ロス)を低減することができ、より多くの光を光学部材10の平面部12側から略鉛直方向に出射することができる。
また、第1反射面112aと第2反射面112bとが連接する位置であって入射面111とのなす角度が変わる位置である変曲点(図で位置A)で反射される光と光学部材10の光軸b1とのなす角度θ3は、第2反射面112bと光軸b1とのなす角度θ4より小さい(θ3<θ4を満たす)ことが好ましい。
これにより、入射面111に入射した光(P1)が屈折して変曲点(図で位置A)に進み(P2)、第2反射面112bの変曲点(図で位置A)で反射した光(P3)は、光軸b1より第2反射面112b側を進むことができる。つまり、θ3<θ4を満たすように第2反射面112bを形成することにより、第1反射面112aで反射された光が第2反射面112bに当たることを防止できるので光ロスが生じにくくなる。
また、第2反射面112bと、第2反射面112bと連接する光学部材の平面部(水平面113)とのなす角度θ5であって突起部11の外角となる角度θ5は、90度よりも大きい。この条件を満たすことにより、本実施の形態の突起部11は製造することができる。
ここで、図6を用いて、反射面112の変曲点を設けるべき位置について説明する。
反射面112(第1反射面112aおよび第2反射面112b)のうち第1反射面112aでは、突起部11に入射される主な光を反射して狙いたい方向(図で略鉛直方向)に進める光制御を行うことができる。これにより光学部材10のビーム角および中心光度を高めることができる。
そのため、極端に変曲点を突起部11の頂部側の位置Bに設けると、第2反射面112bで反射される光が支配的になり、狙いたい方向に光を進める光制御をすることができなくなる。したがって、変曲点を、突起部11の頂部から離れた位置に設けることが好ましく、反射面112の中心付近、かつ、1/2ビーム角や中心光度が変わらない程度、例えば位置Aに設けると良い。
なお、上述したように、変曲点を図6のA点に設けた場合、図5に示すθ3<θ4を満たすように第2反射面112bを設けることが好ましい。なぜなら、それを満たさない場合(θ3≧θ4)には、第1反射面112aで反射された光が第2反射面112bに当たり光ロスが生じてしまうからである。
また、変曲点を図6の位置Cに設けるとしてもよい。この場合、位置Cの変曲点で反射した光(P4)が第2反射面112b(図でL3)よりも入射面111側で進む必要がある。また、第2反射面112b(図でL6)と、第2反射面112bと連接する光学部材の平面部(水平面113)とのなす角度θ5であって突起部11の外角となる角度θ5は、上述したように、90度よりも大きいことが必要である。すなわち、角度θ5は、90°+α(αは抜き勾配と臨界角)であることが必要である。
このような位置に変曲点を設けることにより、光学部材10に入射されるが平面部12側から略鉛直方向に出射されない光(光ロス)を低減することができ、より多くの光を光学部材10の平面部12側から略鉛直方向に出射することができる。
[効果]
以上のようにして、配光制御できない光(光ロス)を低減することができる光学部材を備える照明装置を実現することができる。
ここで、図7および図8を用いて、本実施の形態の照明装置の効果について具体的に説明する。図7は、比較例に係る光学部材の一部断面図であり、図8は本実施の形態の光学部材の断面図である。
図7の比較例では、突起部91の反射面912を第1反射面のみで形成した場合の光学部材90が示されており、突起部91間の谷の水平面913付近(図で領域Y1)を通過する光(P5)を反射することができないのがわかる。
それに対して、図8に示す本実施の形態の光学部材では、反射面112が第1反射面112aと第2反射面112bとで形成されることで、水平面113付近(図で領域Y2)を通過する光を第2反射面112bで反射することができるのがわかる。ここで、L1は、第1反射面112aを延長した仮想面を示している。つまり、第1反射面112aのみで反射面112を形成する場合には、反射面112(図でL1)に当たらず抜けてしまっていた光(P6)が、第2反射面112bで反射されていること(例えば図でP7)がわかる。
このように、本実施の形態の光学部材10によれば、光学部材10に入射されるが平面部12側から略鉛直方向に出射されない光(光ロス)を低減することができ、より多くの光を光学部材10の平面部12側から略鉛直方向に出射することができる。
なお、表1は、比較例と本開示における照明装置のレンズ位置ズレによる光度とビーム角変化を示したものである。表1において、位置ズレ距離(mm)とは、図2に示すように光学部材90と光源20との間を一定の距離(例えばd)になるよう設置した場合でも、実際の距離はd±△d(mm)となってしまうときの△d(mm)である。比較例の照明装置は、上記の光学部材90を用いた場合であり、本開示における照明装置は、実施の形態における照明装置1である。
Figure 2015088347
表1から、本開示の照明装置では、位置ズレによる光学特性の影響が少ないのがわかる。実際に照明装置を製造する際には、光源と光学部材とで少なからず位置ズレが生じるので、照明装置に上記実施の形態で説明した光学部材10を用いることで、照明装置の品質性能を向上することができる。例えば、同一空間での複数の照明装置を取り付けることで多灯を実現した場合でも光学特性のばらつきを抑えることができるなどの効果を奏する。
(その他の実施の形態)
以上、実施の形態に係る照明装置について説明したが、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではない。
例えば、本実施の形態では、多段形状の反射面112の一例として、第1反射面112aと第2反射面112bの2段形状に反射面112が形成される場合の例について説明するが、それに限らず、3段形状でもよい。この場合、さらに、第2反射面112bに連接する第3反射面を有し、第3反射面と入射面111とのなす角度は、第1反射面112aと入射面111とのなす角度θ1よりも小さく、かつ、第2反射面112bと入射面111とのなす角度θ2よりも小さければよい。また、反射面112は、4以上の多段形状でもよい。この場合も、多段形状の反射面は、頂部から底部の段の反射面であるほど入射面111とのなす角度は小さくなるように形成すればよい。
また、光学部材10の光軸を含む断面において、第1反射面112aおよび第2反射面112bは、略平面であるとして説明したが、アール形状(放物線の一部など)からなる曲面でもよい。同様に、多段形状の反射面112のそれぞれは、略平面でもよく、アール形状(放物線の一部など)からなる曲面でもよい。
また、実施の形態の光学部材10は、複数の突起部11を備え、すべての突起部11に、第1反射面112aおよび第2反射面112bを設けるとして説明したがそれに限らない。
例えば、少なくとも最外側の突起部11に第1反射面112aおよび第2反射面112bを設けるとしてもよい。これにより、光(光ロス)を低減する効果を奏することができるからである。
また、すべてを含む複数の突起部11に第1反射面112aおよび第2反射面112bを設ける場合でも、それらの変曲点の位置は固定でなくてもよい。光学部材において最外側に近づくほど変曲点の位置が頂部から離れるとしてもよい。すなわち、第1反射面112aと第2反射面112bとが連接する位置であって入射面111とのなす角度が変わる位置である変曲点は、複数の突起部11の並び方向において光学部材10の中心から遠ざかるほど突起部11の頂部から遠ざかる位置に設けられるとしてもよい。
また、上記実施の形態では、光源20は、LED光源として説明したが、それに限らず電球でもよく、有機発光素子としてもよい。
以上、本発明によれば、光源からの光が直接的に入射する入射面と、前記入射面に入射した光が照射される反射面とを有したレンズで多段式の反射面を備える光学部材を用いることで、配光制御できない光(光ロス)を低減することができる照明装置を実現することができる。
以上、一つまたは複数の態様に係る照明装置について、実施の形態に基づいて説明したが、本発明は、この実施の形態に限定されるものではない。本発明の趣旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を本実施の形態に施したものや、異なる実施の形態における構成要素を組み合わせて構築される形態も、一つまたは複数の態様の範囲内に含まれてもよい。
その他、各実施の形態に対して当業者が思いつく各種変形を施して得られる形態や、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で各実施の形態における構成要素及び機能を任意に組み合わせることで実現される形態も本発明に含まれる。
1 照明装置
10、90 光学部材
11、91 突起部
12 平面部
20 光源
20a LED
20b 基台
30 反射板
40 器具本体
50 枠体
101 出射面
111、911 入射面
112、912 反射面
112a 第1反射面
112b 第2反射面
113 水平面

Claims (7)

  1. 光源と、
    前記光源から入射された光を出射する光学部材とを備え、
    前記光学部材は、
    前記光源の光が直接的に入射する入射面と、前記入射面に入射した光を反射することで前記光を出射する反射面とを有する突起部を備え、
    前記反射面は、前記突起部の頂部を形成する第1反射面と、前記第1反射面に連接する第2反射面とを有し、
    前記第1反射面と前記入射面とのなす角度は、前記第2反射面と前記入射面とのなす角度よりも大きい、
    照明装置。
  2. 前記第1反射面と前記第2反射面とが連接する位置であって前記入射面とのなす角度が変わる位置である変曲点で反射される光と前記光学部材の光軸とのなす角度は、前記第2反射面と前記光軸とのなす角度よりも小さい、
    請求項1に記載の照明装置。
  3. 前記第2反射面と、前記第2反射面と連接する前記光学部材の平面部とのなす角度であって前記突起部の外角となる角度は、90度よりも大きい、
    請求項1または2に記載の照明装置。
  4. さらに、前記第2反射面に連接する第3反射面を有し、
    前記第3反射面と前記入射面とのなす角度は、前記第1反射面と前記入射面とのなす角度よりも小さく、かつ、前記第2反射面と前記入射面とのなす角度よりも小さい、
    請求項1または2に記載の照明装置。
  5. 前記突起部は、複数あり、
    前記第1反射面と前記第2反射面とが連接する位置であって前記入射面とのなす角度が変わる位置である変曲点は、前記複数の突起部の並び方向において前記光学部材の中心から遠ざかるほど前記突起部の頂部から遠ざかる位置に設けられる、
    請求項1または2に記載の照明装置。
  6. 前記光学部材の光軸を含む断面において、
    前記第1反射面は、略平面である、
    請求項1〜5のいずれか1項に記載の照明装置。
  7. 前記光学部材は、フレネルレンズである、
    請求項1〜6のいずれか1項に記載の照明装置。
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