JP4352603B2

JP4352603B2 - Floodlight unit

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Publication number: JP4352603B2
Application number: JP2000294264A
Authority: JP
Inventors: 好伸末広; 英樹面家
Original assignee: Toyoda Gosei Co Ltd
Current assignee: Toyoda Gosei Co Ltd
Priority date: 2000-09-27
Filing date: 2000-09-27
Publication date: 2009-10-28
Anticipated expiration: 2020-09-27
Also published as: JP2002109907A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一つの光源として利用可能な投光ユニットに関し、例えば信号機に組み込まれる信号灯具を含む屋内外で使用されるディスプレイの光源単位として好適な投光ユニットに関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種のディスプレイの一例としては、信号機を挙げることができる。この種の信号機用の信号灯具は、図１５及び図１６（ａ）に示すように、反射鏡凹面７１の中心に単一光源である白熱電球７２を配置するとともに、これらの前方に着色透明フィルタ７３を配して構成されている。
【０００３】
かかる信号灯具には、疑似点灯の問題が指摘されている。疑似点灯とは、白熱電球７２が点灯していないにもかかわらず、着色透明フィルタ７３を介して信号灯具内に入射し反射鏡凹面７１で反射された外光によってあたかも点灯しているかのように見える現象をいい、例えば西向きに設置された信号機が西日を受ける場合に多くみられる。
【０００４】
それ故、白熱電球７２を光源とする信号灯具は、例えば図１５及び図１６（ｂ）に示すような、発光素子が樹脂製レンズ内に封止されてなるレンズ型発光ダイオード（ＬＥＤ）７５を光源単位とした信号灯具に置き換えられつつある。この信号灯具では、外光を反射し難いように黒色着色された基板７４上に複数のレンズ型ＬＥＤ７５が上下左右に密集した状態で実装（密実装）されている。このようなレンズ型ＬＥＤを基板上に密実装した光源は、信号灯具のみならず、各ＬＥＤの発光により所定のパターンを表示するディスプレイにも採用されている。このＬＥＤタイプのディスプレイによれば、疑似点灯が解消される他、白熱電球に比べて寿命が長く外部放射効率も改善されるといった長所がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記のようにレンズ型ＬＥＤを密実装したディスプレイには、少なくとも次のような欠点が存在する。
【０００６】
（イ）レンズ型ＬＥＤのレンズ形状には、発光素子から出る光の多くがレンズ軸線方向を指向し得るような光学的設計が採用されている。ところが、レンズには臨界角等の光学的限界が存在することから、レンズ軸線方向を指向させることができずに外部放射されない光が一部に不可避的に生じてしまい、ＬＥＤが本来発する光量の全てを有効利用できない。
【０００７】
（ロ）個々のレンズ型ＬＥＤの発光量の少なさを補って点灯時にはディスプレイ全体として十分な輝度を確保するとともに、隙間のない見栄えの良さを確保するためにＬＥＤの密実装が行われている。ところが、ＬＥＤの実装密度を高めることでディスプレイ内に熱がこもり易くなり、その熱が個々のＬＥＤの発光出力を低下させるとともに、ＬＥＤ自身の寿命を短縮させる。
【０００８】
（ハ）レンズ型ＬＥＤの樹脂製レンズ内には、発光素子の他に、その素子の背後に配置される小反射鏡（銀色凹面鏡）が併せて封止されるのが通例である。このため、特に信号灯具においては、外部から個々のレンズ型ＬＥＤに差し込む外光の一部が、前記小反射鏡で反射されることは避けられない（図１６（ｂ）参照）。それ故、ＬＥＤの消灯時には黒色基板の中に銀色の小斑点が多数浮かぶがごとき外観となり、消灯時における信号灯の地色が黒色ではなく灰色がかって見えてしまう（この現象はダークノイズと呼ばれる）。これにより、点灯時と消灯時とで表示色のコントラストが乏しいという欠点が指摘されている。
【０００９】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、発光素子が発する光量を十分に有効利用できるとともに、良好な視認性を得ることができる投光ユニットを提供することにある。また、点灯時と消灯時とのコントラストを向上可能な投光ユニットを提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明（投光ユニット）は、一軸線上に配置された発光素子と、該発光素子の発光面に対向する反射面と、外光を遮光するとともに所定位置に光学的開口部が設けられた前面部材とを備え、前記発光素子は、該発光素子から発されたほぼ全ての光が前記反射面に到達するように配置され、前記反射面は前記発光素子からの光を少なくとも１つの環状領域のみに集光する形状であり、前記光学的開口部は前記環状領域に対応するように設け、前記発光素子から前記環状領域までの光路には、光を遮る内部構造が存在しないことを特徴とする。
【００１１】
この構成によれば、発光素子が発する光量の大部分が反射面によって受光され、その反射面での反射光は前面部材の光学的開口部と対応する環状領域内に集められ、該環状領域及び光学的開口部を通過して外部に投光される。また、環状領域を前記発光素子が配置される一軸線から所定距離だけ離れて存在させれば、該発光素子が反射面での反射光を捕らえることはなく、発光素子から発された光が外部に投光されるまでの光路には光を遮る内部構造はほとんど存在しない。このように、発光素子が発する光量のほぼ全てが有効利用されて外部に投光されるため、光の外部放射効率が極めて高い。
【００１２】
また、発光素子から発された光は、反射面で反射後、環状領域及びその環状領域に対応する光学的開口部を介して外部に投光されるため、投光ユニットの正面側からは光の点ではなく、一定の面積を占めるほぼ環状の光の帯に見える。換言すれば、一つの発光素子から一定の面積の光の帯が作られる。それ故、この投光ユニットを複数近接配置すれば、その投光ユニット群の正面側における面積の相当な割合を光の帯で埋める（占拠する）ことができ、点灯時には従来のレンズ型ＬＥＤを密実装した場合と同様の視覚的効果が生み出される。また、このように視覚的効果が同等であるにもかかわらず、本件投光ユニットの構造上、発光素子の周囲には十分な空間が確保されるため、二つの投光ユニットを隣接配置してもそれぞれの発光素子間には一定の距離が保たれる。このため、従来のレンズ型ＬＥＤの密実装に比べて熱がこもる心配がなく、蓄熱が原因となる発光素子の出力低下や寿命短縮が未然に回避される。
【００１３】
さらに、本件投光ユニットは、発光素子から発された光が反射面で反射されて光学的開口部（及び環状領域）に到達するという光路を想定した構造設計となっている。このため、消灯時に外部から光学的開口部に入射した外光が前記光路を逆にたどるかたちで投光ユニット内に進入したとしても、反射面に反射された外光は、前記軸線上に位置する発光素子に照射され、そこで吸収または乱反射される。これにより、ユニット内で乱反射を繰り返す光の多くが、光学的開口部を介して再び外に出る光路に乗ることはできず前面部材によって遮られる。故に、このユニット内に進入した外光が、再び前記光路をたどって光学的開口部から外に出る確率は極めて低い。つまり、消灯時において反射面が外光由来の光線を光学的開口部に向けて反射する割合は極めて低く、反射面がダークノイズの顕在化要因となることはない。それ故、本件投光ユニットによれば、ダークノイズが効果的に回避される。
【００１４】
加えて、前記反射面は前記発光素子からの光を複数の環状領域に集光する形状とし、それらの環状領域に対応するように光学的開口部を設けることで、一つの発光素子から一定の面積を有する多重の光の帯が作られる。このため、一つの発光素子あたりの占有面積が大きくなって、その光の帯の半径を大きくなっても、その中央部が中抜けしたように視認されるのを抑制することができ、表示面の優れた見栄えを保つことができる。
【００１５】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の投光ユニットにおいて、前記反射面は、前記発光素子が配置される前記一軸線周りの回転形状をなしていることを特徴とする。
【００１６】
この構成に従う反射面は、前記発光素子からの光をより確実に環状領域に集光することができる。
請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の投光ユニットにおいて、前記反射面は、前記発光素子に対して、１．０π〜２．５π（ｓｔｒａｄ）の範囲内の立体角を有することを特徴とする。
【００１７】
ここで、信号灯具では、一般に中心軸線に対して±３０°以下の角度範囲で集光して外部照射することが求められる。この集光範囲をレンズ型ＬＥＤを採用して直接外部放射することで実現しようとした場合、臨界角が存在する関係上、そのＬＥＤのレンズ面は１π（ｓｔｒａｄ）以下の立体角しか形成することができない。換言すれば、レンズ型ＬＥＤを使用した場合、ＬＥＤの発光面から放射された光のうちで、１π（ｓｔｒａｄ）の立体角の範囲内の光だけが有効に外部放射されるに過ぎない。
【００１８】
これに対して、請求項３に記載の構成に従う反射面は、発光素子からの光をより広い立体角の範囲で受光することができて、投光ユニットにおける外部放射効率を、より確実に高く維持することができる。しかも、この反射面からの反射光は、環状領域で一旦集光されるため、前記レンズ型ＬＥＤから直接外部放射する場合に比べて、集光度合の高い光とすることができる。
【００１９】
請求項４に記載の発明は、請求項２または請求項３に記載の投光ユニットにおいて、前記反射面を、前記発光素子が配置される前記一軸線を含む平面において、前記発光素子と前記環状領域上の一点とを焦点とする楕円弧を前記一軸線周りに回転させて得られる曲面にほぼ沿うように形成したことを特徴とする。
【００２０】
この構成に従う反射面は、前記一軸線上の発光素子と、その一軸線から径方向に所定距離だけ離れた環状領域とを両焦点とする楕円弧を前記一軸線の周りに回転させて得られる楕円面に準じた曲面として提供される。この構成によれば、発光素子から発された光の反射面での反射光を楕円弧の焦点位置にある環状領域に集束させて、環状領域を通過する光束の光量や輝度を高めることができる。なお、請求項２または請求項３における前記一軸線は、投光ユニットの中心軸線に一致することは好ましく、その場合には、ユニットの内部構造の対称性が確保され、外部に投光された光の分布が均等化される。
【００２１】
請求項５に記載の発明は、請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の投光ユニットにおいて、前記反射面を、前記前面部材と所定の距離をおいてほぼ平行に配置される基台上に形成された凹面からなることを特徴とする。
【００２２】
この構成によれば、反射面が投光ユニットの外部に表出することがなく、反射面が不用意に破損されるのを回避することができる。また、製造過程等において、その反射面に予測し得ない応力が生じることがなく、その反射面の光学性能を高く維持することができる。
【００２３】
請求項６に記載の発明（投光ユニット）は、発光素子と、該発光素子の発光面に対向する反射面とを備え、前記発光素子は、該発光素子から発されたほぼ全ての光が前記反射面に到達するように配置され、前記反射面は前記発光素子からの光を少なくとも１つの環状領域のみに集光する形状であり、前記環状領域に対応して環状の発光パターンが視認されるようにし、前記発光素子から前記環状領域までの光路には、光を遮る内部構造が存在しないことを特徴とする。
【００２４】
この構成は、請求項１に記載の構成から前面部材を除去した投光ユニットに相当する。故に、この構成によれば、前述の請求項１に記載の発明と同様の作用効果が発揮される。すなわち、光の外部放射効率が高まる。また、一つの発光素子から一定面積の光の帯を作り出して、従来のレンズ型ＬＥＤを密実装した場合と同様の視覚的効果を生み出すことができるとともに、従来のレンズ型ＬＥＤの密実装に比べて熱がこもる心配がほとんどなく、蓄熱が原因となる発光素子の出力低下や寿命短縮が回避される。ただし、前面部材が存在しないことから、有効なダークノイズ対策とはなり得ない。
【００２５】
なお、請求項８に対し、次の（１）〜（３）の少なくとも１つの構成を付加することは好ましい。
（１）前記反射面は、前記発光素子が配置される一軸線周りの回転形状をなしていること。
【００２６】
（２）前記反射面は、前記発光素子に対して、１．０π〜２．５π（ｓｔｒａｄ）の範囲内の立体角を有すること。
（３）前記反射面を、前記発光素子が配置される前記一軸線を含む平面において、前記発光素子と前記環状領域上の一点とを焦点とする楕円弧を前記一軸線周りに回転させて得られる曲面にほぼ沿うように形成したこと。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を信号灯具用の投光ユニットに具体化したいくつかの実施形態を、図面を参照して説明する。
【００２８】
（第１実施形態）
図１〜図５は本発明の第１実施形態を示す。図１及び図２に示すように、投光ユニットは、一軸線をなす該ユニットの中心軸線Ｚ上に位置する光源１０と、その中心軸線Ｚの前方側（図２では下側）に設けられた基台２０と、中心軸線Ｚの後方側（図２では上側）に設けられた前面部材としての遮光板３０とを備えている。
【００２９】
図１（ａ）及び（ｂ）に示すように、基台２０と遮光板３０とは、いずれもほぼ同面積の平面六角形状をなしている。基台２０と遮光板３０とは、互いに対応する６つの隅部に立設された６本の支柱２４によって連結され、両者は該ユニットの中心軸線Ｚ方向に所定間隔を隔ててほぼ平行に配置されている。光源１０は、その発光面が遮光板３０の中心部から延びる支持棒３１により基台２０と遮光板３０との中間に位置するように保持されている。
【００３０】
図１（ｂ）及び図２に示すように、基台２０の上面側（光源と対向する側）には、前記中心軸線Ｚを取り囲むように反射面をなす反射凹面２１が形成されている。この反射凹面２１は、金属表面を鏡面仕上げすることによりまたは物理的もしくは化学的蒸着によって金属膜を形成することにより提供される金属光沢面である。そして、この反射凹面２１は、その光源１０に対して、ほぼ２π（ｓｔｒａｄ）の立体角をなすように形成されている。
【００３１】
また、この反射凹面２１は、中心軸線Ｚの一径方向断面において、光源１０の中心を第１焦点ｆ０とし、かつ当該径方向断面内に存在する環状領域をなす集光領域Ｄ上の一点を第２焦点ｆ１として描かれる楕円弧を中心軸線Ｚの周りで回転させた場合に得られる三次元形状（曲面）に設定されている。換言すれば、前記中心軸線Ｚ上の反射凹面２１の中心点Ｐ１と同反射凹面２１の外縁点Ｐ２との間の反射曲線の中心軸線Ｚ周りでの集合体が、一つの三次元反射凹面２１を構成している。
【００３２】
図２に示すように、光源１０は、その前方発光面が反射凹面２１を内壁面とする凹部２２の内側領域に包含されるように配設されている。本実施形態では光源１０として、レンズ型の発光ダイオード（ＬＥＤ）が用いられている。具体的には図３に示すように、光源１０は、略円柱状の支持体１１と、その下面（前方面）に固着された半導体発光素子１２と、その発光素子１２を封止する半径Ｒの半球状透明樹脂１３とを備えている。半導体発光素子１２は、支持体１１内に設けられた給電線１４（破線で示す）を介して外部から電流を供給される。透明樹脂１３は発光素子１２の全露出面を覆って外気との接触を遮断しつつ該素子を支持体１１の下面に保持する。
【００３３】
本実施形態では、完全な半球体の中心に発光素子１２が位置し、発光素子１２から発される光線はいずれも半球体表面に対し直角に入射するため、光線が半球体表面から外に向かう際には屈折しない。それ故、発光素子１２が発する光は半球状の全方位に放射される。そして、支持体１１の下側に突出形成された半球状透明樹脂１３の全体が前記凹部２２の内側領域にすっぽりと収容されているため、発光素子１２から発された光はほぼ全て、前記反射凹面２１に到達しそこで反射されて向きを変える。
【００３４】
ここで、この反射凹面２１は、前述のように、中心軸線Ｚの一径方向断面において、光源１０の中心を第１焦点ｆ０とし、集光領域Ｄを第２焦点ｆ１として描かれる楕円弧を中心軸線Ｚの周りで回転させた場合に得られる三次元形状に設定されている。このため、図２に示すように、この反射凹面２１からの反射光は、中心点Ｐ１から外縁点Ｐ２までの間の反射曲線上のいずれの反射点Ｐｘで反射されたとしても、環状をなす前記集光領域Ｄに集束される。
【００３５】
さらに、図１（ａ）及び図２に示すように、遮光板３０には、中心軸線Ｚを中心とする円弧（半径Ｒｄ）に沿って設定された幅Ｗの光学的開口部３２が貫通形成されている。光学的開口部３２の設定基準として用いた前記円弧の半径は、前記環状集光領域Ｄの半径Ｒｄに一致している。その上で、円弧状の光学的開口部３２内に前記環状集光領域Ｄが含まれるように、基台２０に対する遮光板３０の高さ（離間長）が設定されている。つまり、光学的開口部３２は、環状集光領域Ｄにほぼ重なるように設定されている。
【００３６】
ここで、図１及び図２に示した遮光板３０（厚さＴ）に形成された光学的開口部３２（幅Ｗ）の径方向断面積（＝ＴＷ）は、環状集光領域Ｄの径方向断面積（ゼロに近い）に比べて十分に大きい。このことから、集光領域Ｄに集束される光は、光学的開口部３２の内壁部分等により遮られることなく、発散されながら外部に投光される。しかし、遮光板３０の機能（後述）を十分発揮せしめるという観点からは、外部への投光に支障を生じない限り、光学的開口部３２の幅Ｗを極力狭く設定することが好ましい。
【００３７】
前記光学的開口部３２は完全な円環ではなく、その円環状領域の一部に光学的開口部３２の内側の遮光板部分と外側の遮光板部分とを連結する連結部３３を残した不完全な環形状をなしている。この連結部３３は、前記内側の遮光板部分を前記外側の遮光板部分に支持するための支持材として機能する。また、連結部３３の裏面は、光源１０と電源とをつなぐ給電線１４を通すための連絡経路を提供する。なお、遮光板３０の表面および裏面ともに黒く着色されている。このため、遮光板３０の黒い各面にあたった光は、そこで吸収されるかまたは大きく減衰された状態で乱反射される。
【００３８】
このように構成された投光ユニットは、例えば図４に示すような３個の信号灯具を組み合わせて構成された信号機に使用される。図４及び図５に示すように、各信号灯具４０は、お碗型の基体４１と、その正面側に垂立して固定された平らな支持基板４２と、その支持基板の前方に風雨を凌ぐために設けられた断面弧状の無色透明なカバーレンズ４３とを備えている。そして、前記平らな支持基板４２上に多数の投光ユニットＵを配置している。これら投光ユニットＵは、略六角柱状をなす各ユニットＵの側面部分が互いに接するような仕方で隣接配置されている（図４参照）。その結果、支持基板４２の正面は、多数の投光ユニットＵでほぼ隙間なく埋め尽くされている。なお、当然のことながら、各投光ユニットＵは、遮光板３０の表面（黒色）が無色透明なカバーレンズ４３と対向するように配置されている。
【００３９】
さて、信号灯具４０の点灯時には、各投光ユニットＵへの給電により発光素子１２から発された光はほぼ全て反射凹面２１に受光される。その反射凹面２１での反射光は、遮光板３０の光学的開口部３２内に設定された環状の集光領域Ｄに集束される。そして、集光領域Ｄに集められた光は、高い効率で、そこを通過した後、各光路の延長方向に発散しながら外部に投光される。このとき、各投光ユニットＵにおいては、遮光板３０内に設けられた円弧状の光学的開口部３２の全体が発光素子１２から発される光線の色で帯状に光って見える。また、信号灯具４０を十分に離れた位置から観察すれば、そのカバーレンズ４３の全体が、発光素子１２の発光色と同じ色で均一な丸に光って見える。
【００４０】
他方、信号灯具４０の消灯時には、光を出しているように見えないことは当然のことながら、それに加えてカバーレンズ４３の全体がかなり明瞭な黒色に見える。これは、外光がカバーレンズ４３を通過して各投光ユニットＵの表面に照射されることがあっても、外光の大部分が黒色の遮光板３０によって吸収または減衰されるためである。
【００４１】
また、仮にカバーレンズ４３を通過してきた外光の一部が、遮光板３０の光学的開口部３２を通って各投光ユニットＵ内の反射凹面２１に入射することがあっても、その入射光は反射凹面２１で光源１０に向けて反射され、さらにそこで乱反射される。前記入射光の大部分は、投光ユニットＵの内部で反射を繰り返すうちに、黒色に着色された遮光板３０の裏面に達しそこで吸収または減衰されてしまう。このため、投光ユニットＵ内に進入したときのエネルギー量を保持したまま、再び光学的開口部３２を通って投光ユニットＵの外に逃げられる外光は、ほとんど存在しない。かかる次第で、本件の信号灯具４０は、消灯時においてもダークノイズが顕在化せず、消灯時と点灯時とでコントラストが大きい。なお、この意味で、遮光板３０の裏面を黒色着色したことは、光を吸収または大きく減衰して乱反射する減衰手段を構成する。
【００４２】
以上のように構成された第１実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
・上述のような光源１０の配置及び反射凹面２１の形状設定を採用したことにより、光源１０から発される光のほぼ全てが反射凹面２１によって受光及び反射される。そして、そこでの反射光は、途中でほぼ遮られることなく集光領域Ｄ及び光学的開口部３２を介して外部に投光される。つまり、光源１０が発する光はほぼ全て有効利用されるため、光の外部放射効率が極めて高い。特に、反射凹面２１は、光源１０に対してほぼ２π（ｓｔｒａｄ）の立体角をなすように形成されている。このため、光学精度及び投光ユニット全体の形状の高い自由度を確保しつつ、光の外部照射効率を最大級に高めることができる。
【００４３】
一般に、ＬＥＤのような半導体発光素子１２を用いた光源の場合に、その光量の少なさが問題となることが多い。これに対して、本件投光ユニットＵでは、光の外部放射効率が極めて高く、ＬＥＤ光源の光量の少なさを十分に補償することができるとともに、発光素子１２の使用個数を減らすことができる。
【００４４】
・点灯時、各投光ユニットＵにおいては、高い外部放射効率を確保しつつ、遮光板３０に設けた円弧状の光学的開口部３２の全体が帯状に光るようになっている。このため、発光素子１２の使用個数（または実装密度）を減らしたとしても、見かけの発光面積を大きくとることができる。これにより、信号灯具４０を十分に離れた位置から観察した場合に、個々のユニットＵが散点状に見えることはなく、表示面全体が光っているように見える。また、この表示面は、数多くの円弧状をなす単一パターンにより構成されるため、１０ｍ前後以下の距離からはその表示面に輝度アクセントを生じ、表示面全体が一様に光っているものに比べ、その表示面の視認性が高められる。従って、本件投光ユニットＵを採用することにより、見栄えのよい表示面を実現することができる。
【００４５】
さらに、発光素子１２の使用個数（または実装密度）が少ないことで、多数の投光ユニットＵを用いる信号灯具４０に熱がこもるのを回避でき、個々の発光素子１２の出力低下や寿命の短縮を未然に抑制することができる。
【００４６】
・反射凹面２１が、基台２０上に形成され、その表面は遮光板３０により覆われている。このため、反射凹面２１が投光ユニットＵの外部に表出することがなく、反射凹面２１が不用意に破損されるのを回避することができる。また、投光ユニットＵの製造過程等において、その反射凹面２１に予測し得ない応力が生じることがなく、その反射凹面２１の光学性能を高く維持することができる。
【００４７】
・信号灯具４０を構成する個々の投光ユニットＵは、その内部に反射凹面２１を備えているにもかかわらず、前述のような反射凹面２１の形状設定および表裏黒色着色された遮光板３０が配設されている。これにより、点灯時と消灯時とのコントラストを大幅に向上することができて、ダークノイズを効果的に抑制または低減することができる。
【００４８】
・投光ユニットＵの前面に設けられた遮光板３０の裏側に、光源１０が配設されている。このため、光源１０が日光にさらされることがなく、結果的に各光源１０を構成する樹脂１３の劣化が遅れ、光源１０の耐用時間を長くすることができる。
【００４９】
（第２実施形態）
前記第１実施形態では、反射体としての基台２０に単一の環状反射凹面２１を形成する一方、それに対応した単一の円弧状光学的開口部３２を遮光板３０に形成した。しかし、基台２０の反射凹面及び遮光板３０の光学的開口部３２は、単一環形状である必要はなく、投光ユニットの中心軸線Ｚ周りにおいてそれぞれが多重環状に設けられてもよい。図６及び図７は、そのような着想を具体化した第２実施形態を示す。なお、重複説明を避けるため、以下では第１実施形態と異なる部分のみを説明する。特に説明無き部分に関しては、第１実施形態と第２実施形態は共通しているものとする。
【００５０】
図６（ｂ）及び図７に示すように、基台２０の反射凹面の中心点Ｐ１と、反射凹面の円形外縁（外縁点Ｐ２の連続集合体）との間には、稜線部２５が円環状に存在する。この反射凹面は、その稜線部２５を境界として、内側に位置する内側反射凹面２１Ａと、外側に位置する外側反射凹面２１Ｂとが連続されたものとして提供されている。
【００５１】
ここで、この稜線部２５を構成する個々の頂点を、仮に稜線点Ｐ３と命名する。内側反射凹面２１Ａは、その径方向断面において中心点Ｐ１と稜線点Ｐ３との間で光源１０の中心を第１焦点ｆ０とし、かつ当該径方向断面内に存在する環状領域をなす内側集光領域ＤＡの一点を第３焦点ｆ２として描かれる楕円弧を中心軸線周りで回転させた場合に得られる三次元形状（曲面）に設定されている。一方、外側反射凹面２１Ｂは、その径方向断面において稜線点Ｐ３と外縁点Ｐ２との間で光源１０の中心を第１焦点ｆ０とし、かつ当該径方向断面内に存在する環状領域をなす外側集光領域ＤＢを第４焦点ｆ３として描かれる楕円弧を中心軸線周りで回転させた場合に得られる三次元形状（曲面）に設定されている。また、これら２つの反射凹面２１Ａ，２１Ｂを合わせると、全体として光源１０に対して、ほぼ２π（ｓｔｒａｄ）の立体角をなすようになっている。
【００５２】
そして、光源１０から発された光のうちで内側反射凹面２１Ａに達した光は、内側反射凹面２１Ａで反射されて、環状の内側集光領域ＤＡに収束される。この光は、遮光板３０上にその内側集光領域ＤＡに対応するように貫通形成された光学的開口部３２Ａを介して外部に放射される。一方、光源１０から発された光のうちで外側反射凹面２１Ｂに達した光は、外側反射凹面２１Ｂで反射されて、環状の外側集光領域ＤＢに収束される。この光は、遮光板３０上にその外側集光領域ＤＢに対応するように貫通形成された光学的開口部３２Ｂを介して外部に放射される。
【００５３】
このように、光源１０から発された光のほぼ全てが、内側反射凹面２１Ａまたは外側反射凹面２１Ｂのいずれかによって受光される。そして、そこで反射されて環状の集光領域ＤＡまたはＤＢのいずれかに集束されるとともに、光学的開口部３２Ａまたは３２Ｂを介して外部に投光される。このため点灯時には、遮光板３０に設けられた二重円弧状の光学的開口部３２Ａ及び３２Ｂの全体が、発光素子１２から発される光線の色で二重の帯状に光って見える。このような第２実施形態によれば、前記第１実施形態の場合よりも、光学的開口部３２Ｂの径を大きくしたときに、環状パターンが中抜けしたように視認されるのを防止することができる。
【００５４】
従って、第２実施形態の投光ユニットを図４及び図５に示すような信号灯具４０に適用した場合には、光量の大きな発光素子１２を使用して、１つの光源１０あたりの占有面積が著しく大きくなっても、表示面の優れた見栄えを保つことができる。なお、その他の点では、第２実施形態の投光ユニットは、第１実施形態の場合とほぼ同様の作用及び効果を奏する。
【００５５】
（変形例）
本発明の実施形態は、以下のように変形してもよい。
（変形例１）
上記第１及び第２実施形態では、光源１０を構成する透明樹脂１３を半径Ｒの半球形状とした。これに対して、その透明樹脂１３の形状を、図８（ａ）に示すように、半径Ｒの半球（破線で示す）を外方向に引き延ばしたような形状（つまり中心軸線Ｚに長軸が一致するような楕円断面を持つ立体形状）に変更してもよい。かかる形状を採用すれば、半導体発光素子１２から発される光線が透明樹脂１３の湾曲表面を通過して外に向かう際に、中心軸線Ｚ寄りの屈折を受ける。つまり、透明樹脂１３は、光源１０の周方向（図の水平方向）よりも前方方向（図の垂直下向き）に光を集める偏向レンズとして機能する。
【００５６】
この図８（ａ）のレンズ型ＬＥＤ光源を第１実施形態に適用した場合には、反射凹面２１の外縁点Ｐ２よりも中心点Ｐ１に近い領域の光量が相対的に増加する。また、第２実施形態に適用した場合には、外側の反射凹面２１Ｂよりも内側の反射凹面２１Ａに対する単位面積当りの光量が増加する。
【００５７】
（変形例２）
上記変形例１とは逆に、光源１０を構成する透明樹脂１３の形状を図８（ｂ）に示すように、半径Ｒの半球（破線で示す）を内方向に押し潰したような形状（つまり中心軸線Ｚとの直交方向に長軸が一致するような楕円断面を持つ立体形状）に変更してもよい。かかる形状を採用すれば、半導体発光素子１２から発される光線が透明樹脂１３の湾曲表面を通過して外に向かう際に、中心軸線Ｚから遠ざかる方向への屈折を受ける。つまり透明樹脂１３は、光源１０の前方方向（図の垂直下向き）よりも周方向（図の水平方向）に光を集める偏向レンズとして機能する。
【００５８】
この図８（ｂ）のレンズ型ＬＥＤ光源を第１実施形態に適用した場合には、反射凹面２１の中心点Ｐ１よりも外縁点Ｐ２に近い領域の光量が相対的に増加する。また、第２実施形態に適用した場合には、内側の反射凹面２１Ａよりも外側の反射凹面２１Ｂに対する単位面積当りの光量が増加する。
【００５９】
（変形例３）
上記第１実施形態では、光源１０と基台２０とを別体としていたが、両者を一体化することも可能である。例えば図９に示すように、肉薄で長尺なリードフレーム５１を水平方向に延設し、その中心位置に半導体発光素子１２を固定する。発光素子１２への給電は、リードフレーム５１に沿って設けられた給電線を介して行う。そして、この発光素子１２をマウントしたリードフレーム５１を光透過性材料５２（例えば透明なエポキシ樹脂）で封止する。
【００６０】
ここで、光透過性材料５２で封止する際に使用する付形用金型の内壁面を、第１実施形態の反射凹面２１の凹面形状に対応させておく。これにより、封止の完了後には、光透過性材料からなる透明レンズ体の底部に上記反射凹面２１に対応する凸面５３を形成することができる。そして、その凸面５３に対し、例えば物理的または化学的な蒸着処理により金属（例えば銀）を付着させることで、凸面の表面に反射膜５４を形成することができる。この反射膜５４の内側面は、発光素子１２からの光を反射する反射凹面として機能する。この樹脂モールド品の上面側に反射膜５４と対向する遮光板３０を取り付ければ、一単位の投光ユニットが完成する。この投光ユニットも前記第１実施形態と同様の効果を奏する。この着想は、第２実施形態のような多重環構成に対しても適用可能である。
【００６１】
（変形例４）
上記変形例３のように蒸着処理による反射膜５４の形成工程を経ずとも、光源と基台部との一体化は可能である。例えば図１０に示すように、環状の反射凹面２１が形成された扁平カップ形の金属製反射体５５を予め準備しておく。そして、この反射体５５と、発光素子１２をマウントしたリードフレーム５１とを、光透過性材料５２（例えば透明なエポキシ樹脂）で封止し、図１０に示すような樹脂モールド品を一挙に完成させてもよい。この樹脂モールド品の上面側に反射凹面２１と対向する遮光板３０を取り付ければ、一単位の投光ユニットが完成する。この投光ユニットも前記第１実施形態と同様の効果を奏する。この着想は、第２実施形態のような多重環構成に対しても適用可能である。
【００６２】
なお、変形例３及び変形例４における光透過性材料５２は、透明なガラス材料で置換されてもよい。すなわち、変形例３及び変形例４で用いる材料５２は、電気絶縁性を備えた光透過性材料であれば、樹脂である必要はなくどのような材料でもよい。
【００６３】
また、変形例３及び変形例４において、樹脂モールド品の上面側に遮光板３０を別途取り付ける代わりに、樹脂モールドの際に製品の上面に窪み又は凹部が付与されるようにし、モールド完了後にその窪み又は凹部内に黒色流体を流し込み、それを固化させることで遮光板３０に相当するものを事後的に出現させてもよい。
【００６４】
（変形例５）
上記各実施形態及び各変形例では、反射凹面の凹面形状が滑らかに連続したものを想定していたが、その凹面での反射光を特定の集光領域Ｄ，ＤＡ又はＤＢに集束させるような面構成である限り、連続的に滑らかな凹面である必要はない。例えば、極めて多数の微小平面を個々の微小平面の角度を微妙に変化させつつ配列することで、前記反射凹面２１，２１Ａ又は２１Ｂと光学的に等価な凹状多面体を構成してもよい。このような凹状多面体も、本件明細書でいう「反射凹面」の範疇に含まれる。
【００６５】
（変形例６）
前記各実施形態及び各変更例においては、反射凹面２１，２１Ａ，２１Ｂを、光源１０に対し、全体としてほぼ２π（ｓｔｒａｄ）の立体角をなすように形成した。これに対して、その反射面２１，２１Ａ，２１Ｂを、光源１０に対し、全体として、１π〜２．５π（ｓｔｒａｄ）、好ましくは１．５π〜２．３５π（ｓｔｒａｄ）の立体角をなすように形成してもよい。
【００６６】
このように構成すると、投光ユニットを信号灯具に適用する場合に、前述のように、レンズ型ＬＥＤを採用して直接外部放射することで実現しようとする場合に比べ、発光素子からの光をより広い立体角の反射凹面２１，２１Ａ，２１Ｂで受光することができる。このため、投光ユニットにおける外部放射効率を、より確実に高く維持することができる。
【００６７】
ここで、反射凹面２１，２１Ａ，２１Ｂの立体角を、光源１０に対して１．５π（ｓｔｒａｄ）以上とすることで、光源１０からの光の大部分を受光して制御することができる。一方、立体角が大きすぎると、反射凹面２１，２１Ａ，２１Ｂの面形状が、光学制御や投光ユニット全体の形状の自由度の低下を招くため、その立体角は２．５π（ｓｔｒａｄ）以下とするのが望ましい。
【００６８】
（変形例７）
前記各実施形態及び各変形例では、光源１０及び集光領域Ｄ，ＤＡ，ＤＢを焦点とする楕円弧を中心軸線Ｚ周りで回転させた楕円面に沿って反射凹面２１，２１Ａ，２１Ｂ及び凸面５３を形成した。これに対して、前記楕円弧に近似する円弧を中心軸線Ｚ周りで回転させた球面に沿って反射凹面２１，２１Ａ，２１Ｂ及び凸面５３を形成してもよい。この場合、反射凹面２１，２１Ａ，２１Ｂ及び凸面５３を前記楕円面に沿って形成した場合に比べ、集光領域Ｄ，ＤＡ，ＤＢの幅は若干広がるものの、反射凹面２１，２１Ａ，２１Ｂ及び凸面５３の形状が単純なものとなり、投光ユニットＵを容易に製造することができる。
【００６９】
また、反射凹面２１，２１Ａ，２１Ｂ及び凸面５３は、前記楕円弧に近似した曲線を中心軸線Ｚ周りで回転させて得られる曲面であればよく、例えば前記楕円弧に近似した放物線、サイクロイド曲線、渦巻き線等を中心軸線Ｚ周りで回転させて得られる曲面に沿って形成してもよい。
【００７０】
（変形例８）
上記第１及び第２実施形態における光源１０は、透明樹脂１３を伴わない裸のままのチップ（発光素子１２）で構成されてもよい。
【００７１】
（変形例９）
上記第１及び第２実施形態における遮光板３０の光学的開口部３２，３２Ａ，３２Ｂを貫通孔とはせず、光透過性のガラスや樹脂等で形成してもよい。これにより、投光ユニットＵに防塵効果及び防水効果を付与できて、例えば信号灯具４０に適用した場合にはカバーレンズ４３を省略することも可能となる。
【００７２】
（変形例１０）
上記第１実施形態の投光ユニットにおいて、図１１及び図１２に示すように、遮光板３０の光学的開口部３２が光透過性材料（ガラス、透明エポキシ樹脂等）６０により形成する。そして、その光透過性材料６０の裏面（反射凹面２１と対向する面）に、特定の一方向に延びる複数の溝６１を形成してもよい。この場合、図１３の拡大斜視図に示すように、前記複数の溝６１は互いに平行に延びかつ各溝６１は同じ略断面Ｖ字形に刻設されている。
【００７３】
その結果、光透過性材料６０の裏面は、断面略波板状に形成され、複数のプリズム部が付与された状態となる。このプリズム部は、反射凹面２１からの反射光を外部投光する際の光の配向制御に役立つ。つまり、前記反射凹面２１側からの入射光が、プリズム部において、主に前記溝６１とほぼ直交する面内で屈折される。そして、その溝６１とほぼ直交する方向への放射角が、その溝６１の延びる方向に比べて大きく広がった光として、光学的開口部３２から外部に放射される。
【００７４】
このように特定方向に延びる溝６１を光透過性材料６０の裏面に付与することによって、外部に投光される光の配向を制御することができる。これにより、投光ユニットの視野角を所望状態に調節可能となる。なお、この着想は、第２実施形態に対しても適用可能である。
【００７５】
（変形例１１）
前記各実施形態及び各変形例では、遮光板３０の光学的開口部３２を環状の集光領域Ｄ上に１つの連結部３３を有する不完全な環形状に形成した。これに対して、例えば図１４に示すように、環状の集光領域Ｄ上に複数の連結部３３を設けて、光学的開口部３２を複数に分割してもよい。このようにすることで、若干の光量ロスは生じるものの、表示面の見栄えがよくなり、視認性の向上を図ることができる。
【００７６】
（変形例１２）
前記各実施形態及び各変更例において、遮光板３０は黒色に限らず、反射面２１，２１Ａ，２１Ｂへ到る外光を遮光できるものであれば、他の色であってもよい。
【００７７】
（変形例１３）
前記各実施形態及び各変更例において、遮光板３０を省略するようにしてもよい。この場合、外光の遮光効果によるダークノイズの低減は期待できないが、高い外部放射効率に加え、見かけの発光面積を大きくとることができる。また、表示面に輝度アクセントを生じ、表示面全体が一様に光っているものに比べ、その表示面の視認性を高めることができる。このため、この変更例の投光ユニットは、半屋外や屋内などの強い外光がない場所でのディスプレイ用途に適する。
【００７８】
次に、上述の各実施形態及び変形例からさらに把握される技術的思想の要点を、以下に列挙する。
・請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載の投光ユニットにおいて、前記環状集光領域における光の通過断面積が、前記反射面の総面積よりも小さいこと。
【００７９】
・請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載の投光ユニットにおいて、発光素子と反射面とが電気絶縁性の光透過性材料を介して一体化されていること。
・請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の投光ユニットにおいて、前記前面部材の光学的開口部またはその近傍に、通過光の配向を制御するプリズム部を設けたこと。
【００８０】
・請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の投光ユニットにおいて、前記反射面と対向する前記前面部材の裏側面には、光を吸収または乱反射する減衰手段が付与されていること。
【００８１】
・請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の投光ユニットにおいて、前記反射体には、前記反射面が内壁面を構成する凹部が形成されており、その凹部の内側領域に前記発光素子が包含されていること。
【００８２】
・請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の投光ユニットを複数近接配置して構成した信号灯具。
・請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載の投光ユニットを複数近接配置して構成したディスプレイ装置。
【００８３】
【発明の効果】
以上詳述したように、請求項１〜請求項６に記載の投光ユニットによれば、発光素子が発する光量を十分に有効利用できるとともに、良好な視認性を得ることができる。また、発光効率の向上により、発光素子の搭載数を減じても、良好な視認性を保つことができる。さらに、熱のこもりに起因する発光素子の出力低下や寿命短縮を極力回避することが可能となる。また、請求項１〜請求項５に記載の投光ユニットによれば、点灯時と消灯時とのコントラストを大幅に向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態の投光ユニットを示し、（ａ）は遮光板の平面図、（ｂ）は基台の平面図。
【図２】図１の２−２線での縦断面図。
【図３】光源の一例を示す図。
【図４】信号機を示す正面図。
【図５】信号機に組み込まれる信号灯具の断面図。
【図６】第２実施形態の投光ユニットを示し、（ａ）は遮光板の平面図、（ｂ）は基台の平面図。
【図７】図６の７−７線での縦断面図。
【図８】光源の二つの変形例を示す図。
【図９】投光ユニットの一変形例を示す断面図。
【図１０】投光ユニットの一変形例を示す断面図。
【図１１】投光ユニットの一変形例を示す断面図。
【図１２】図１１の変形例における遮光板の裏面（底面）を示す図。
【図１３】図１１の変形例におけるプリズム部を示す斜視図。
【図１４】投光ユニットの一変形例を示す平面図。
【図１５】従来の信号機を示す正面図。
【図１６】従来の信号機に組み込まれる信号灯具の断面図。
【符号の説明】
１２…半導体発光素子（発光素子）、２０…基台、２１…反射面をなす反射凹面、２１Ａ…反射面をなす内側反射凹面、２１Ｂ…反射面をなす外側反射凹面、２２…凹部、３０…遮光板（前面部材）、３２，３２Ａ，３２Ｂ…光学的開口部、５４…反射面をなす反射膜、Ｄ…環状領域をなす集光領域、ＤＡ…環状領域をなす内側集光領域、ＤＢ…環状領域をなす外側集光領域、Ｚ…中心軸線（一軸線）。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a light projecting unit that can be used as one light source, for example, a light projecting unit suitable as a light source unit for a display that is used indoors and outdoors including a signal lamp incorporated in a traffic light.
[0002]
[Prior art]
An example of this type of display is a traffic light. As shown in FIGS. 15 and 16A, a signal lamp for this type of traffic light has an incandescent bulb 72 as a single light source disposed at the center of a concave surface 71 of a reflecting mirror, and a colored transparent filter in front of these. 73 is arranged.
[0003]
Such a signal lamp has been pointed out to have a problem of pseudo lighting. Pseudo lighting means that the incandescent bulb 72 is not lit, as if it is lit by external light that has entered the signal lamp through the colored transparent filter 73 and is reflected by the concave surface 71 of the reflecting mirror. This is a phenomenon that can be seen. For example, it is often seen when a traffic light installed westward receives the sun.
[0004]
Therefore, a signal lamp using the incandescent bulb 72 as a light source includes a lens-type light emitting diode (LED) 75 in which a light emitting element is sealed in a resin lens, for example, as shown in FIGS. It is being replaced by a signal lamp that is a light source unit. In this signal lamp, a plurality of lens-type LEDs 75 are mounted (densely mounted) on a black-colored substrate 74 so as to make it difficult to reflect outside light in a state of being densely packed vertically and horizontally. A light source in which such lens-type LEDs are closely mounted on a substrate is employed not only for signal lamps but also for displays that display a predetermined pattern by light emission of each LED. According to this LED type display, in addition to eliminating the pseudo lighting, there are advantages such as longer life and improved external radiation efficiency compared to incandescent bulbs.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, a display in which lens-type LEDs are closely mounted as described above has at least the following drawbacks.
[0006]
(A) The lens shape of the lens-type LED employs an optical design that allows most of the light emitted from the light emitting element to be directed in the lens axial direction. However, since there is an optical limit such as a critical angle in the lens, light that cannot be directed in the lens axial direction and is not emitted externally is inevitably generated in part, and the amount of light that the LED originally emits is reduced. Not all can be used effectively.
[0007]
(B) In order to make up for the small amount of light emitted from each lens-type LED to ensure sufficient brightness as a whole display when it is lit, the LEDs are densely mounted in order to ensure good appearance without gaps. . However, increasing the mounting density of LEDs makes it easier for heat to accumulate in the display, which reduces the light output of each LED and shortens the life of the LED itself.
[0008]
(C) In general, in addition to the light emitting element, a small reflecting mirror (silver concave mirror) disposed behind the element is sealed in the resin lens of the lens type LED. For this reason, particularly in signal lamps, it is inevitable that a part of the external light inserted into the individual lens-type LEDs from the outside is reflected by the small reflecting mirror (see FIG. 16B). Therefore, when the LED is turned off, many silver spots appear on the black substrate, and the appearance of the signal light appears darker rather than black (this phenomenon is called dark noise). . As a result, it has been pointed out that the display color contrast is poor between lighting and extinguishing.
[0009]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and it is an object of the present invention to provide a light projecting unit that can sufficiently effectively use the amount of light emitted from a light emitting element and obtain good visibility. Another object of the present invention is to provide a light projecting unit capable of improving the contrast between lighting and extinguishing.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
The invention according to claim 1 (light projecting unit) includes a light emitting element arranged on one axis, a reflecting surface facing the light emitting surface of the light emitting element, shielding external light, and an optical opening at a predetermined position. A front member provided with, The light emitting element is arranged so that almost all the light emitted from the light emitting element reaches the reflecting surface, The reflective surface transmits light from the light emitting element to at least one annular region. only The optical aperture is provided so as to correspond to the annular region. In the optical path from the light emitting element to the annular region, there is no internal structure that blocks light It is characterized by that.
[0011]
According to this configuration, most of the amount of light emitted from the light emitting element is received by the reflecting surface, and the reflected light from the reflecting surface is collected in an annular region corresponding to the optical opening of the front member, and the annular region and The light is projected to the outside through the optical opening. Further, if the annular region is present at a predetermined distance from the one axis line where the light emitting element is disposed, the light emitting element does not capture the reflected light on the reflecting surface, and the light emitted from the light emitting element is external. There is almost no internal structure that blocks light in the optical path until it is projected. In this way, almost all of the amount of light emitted from the light emitting element is effectively utilized and projected to the outside, so that the external radiation efficiency of light is extremely high.
[0012]
In addition, since the light emitted from the light emitting element is reflected by the reflecting surface and then projected to the outside through the annular region and the optical opening corresponding to the annular region, the light is emitted from the front side of the light projecting unit. It looks like an almost circular band of light that occupies a certain area. In other words, a band of light having a certain area is formed from one light emitting element. Therefore, if a plurality of the light projecting units are arranged close to each other, a considerable proportion of the area on the front side of the light projecting unit group can be filled (occupied) with a light band. A visual effect similar to that of dense packaging is produced. In addition, despite the fact that the visual effects are equivalent, a sufficient space is secured around the light emitting element due to the structure of the present light projecting unit. However, a certain distance is maintained between the light emitting elements. For this reason, there is no fear that heat will be accumulated compared with the dense mounting of the conventional lens type LED, and the output reduction and life shortening of the light emitting element caused by heat storage are avoided in advance.
[0013]
Furthermore, this light projecting unit has a structural design that assumes an optical path in which light emitted from the light emitting element is reflected by the reflecting surface and reaches the optical opening (and the annular region). For this reason, even if the external light incident on the optical opening from the outside when the light is turned off enters the light projecting unit in the reverse direction of the optical path, the external light reflected on the reflecting surface is positioned on the axis. The light emitting element is irradiated and absorbed or irregularly reflected there. As a result, most of the light that repeats irregular reflection in the unit cannot get on the optical path that goes out again through the optical opening and is blocked by the front member. Therefore, the probability that the external light entering the unit will follow the optical path again and exit from the optical aperture is very low. That is, when the light is extinguished, the reflection surface reflects the light beam derived from outside light toward the optical aperture, and the reflection surface does not cause dark noise. Therefore, according to the present projecting unit, dark noise is effectively avoided.
[0014]
In addition, the reflection surface has a shape for condensing light from the light emitting element into a plurality of annular regions, and an optical opening is provided so as to correspond to the annular regions. Multiple bands of light having an area are created. For this reason, even if the occupied area per light-emitting element is increased and the radius of the band of light is increased, it is possible to suppress the central portion from being visually recognized as being hollowed out. Can keep the excellent appearance.
[0015]
According to a second aspect of the present invention, in the light projecting unit according to the first aspect, the reflecting surface has a rotational shape around the one axis where the light emitting element is disposed.
[0016]
The reflecting surface according to this configuration can more reliably collect light from the light emitting element in the annular region.
According to a third aspect of the present invention, in the light projecting unit according to the first or second aspect, the reflective surface is within a range of 1.0π to 2.5π (strad) with respect to the light emitting element. It has a solid angle.
[0017]
Here, in the signal lamp, generally, it is required to collect the light within an angle range of ± 30 ° or less with respect to the central axis and to irradiate outside. When trying to realize this condensing range by directly radiating to the outside using a lens-type LED, the lens surface of the LED forms only a solid angle of 1π (strad) or less due to the existence of a critical angle. I can't. In other words, when a lens-type LED is used, only light within a solid angle range of 1π (strad) out of light emitted from the light emitting surface of the LED is effectively emitted outside.
[0018]
On the other hand, the reflecting surface according to the configuration of claim 3 can receive the light from the light emitting element in a wider solid angle range, and more reliably increase the external radiation efficiency in the light projecting unit. Can be maintained. In addition, since the reflected light from the reflecting surface is once condensed in the annular region, it can be made a light with a higher degree of light condensing than when directly radiating from the lens type LED.
[0019]
According to a fourth aspect of the present invention, in the light projecting unit according to the second or third aspect, the light emitting element and the annular shape are arranged on a plane including the uniaxial line on which the light emitting element is disposed. An elliptic arc whose focal point is a point on the region is formed so as to substantially follow a curved surface obtained by rotating around the one axis.
[0020]
The reflecting surface according to this configuration is an elliptical surface obtained by rotating an elliptical arc having both focal points of the light emitting element on the uniaxial line and an annular region that is radially separated from the uniaxial line around the uniaxial line. It is provided as a curved surface according to. According to this configuration, the light reflected from the reflection surface of the light emitted from the light emitting element can be focused on the annular region at the focal point of the elliptical arc, and the light amount and luminance of the light beam passing through the annular region can be increased. The one axis in claim 2 or claim 3 preferably coincides with the central axis of the light projecting unit. In this case, symmetry of the internal structure of the unit is ensured and light is projected to the outside. The light distribution is equalized.
[0021]
According to a fifth aspect of the present invention, in the light projecting unit according to any one of the first to fourth aspects, the reflecting surface is disposed substantially parallel to the front member at a predetermined distance. It consists of a concave surface formed on a base.
[0022]
According to this configuration, the reflecting surface is not exposed to the outside of the light projecting unit, and the reflecting surface can be prevented from being carelessly damaged. In addition, in the manufacturing process or the like, unpredictable stress does not occur on the reflecting surface, and the optical performance of the reflecting surface can be maintained high.
[0023]
The invention according to claim 6 (light projection unit) includes a light emitting element and a reflecting surface facing the light emitting surface of the light emitting element, The light emitting element is arranged so that almost all the light emitted from the light emitting element reaches the reflecting surface, The reflective surface transmits light from the light emitting element to at least one annular region. only So that the annular light emission pattern can be visually recognized corresponding to the annular region. In the optical path from the light emitting element to the annular region, there is no internal structure that blocks light It is characterized by that.
[0024]
This configuration corresponds to a light projecting unit in which the front member is removed from the configuration described in claim 1. Therefore, according to this configuration, the same function and effect as those of the first aspect of the present invention are exhibited. That is, the external radiation efficiency of light increases. In addition, by creating a band of light of a certain area from a single light emitting element, it is possible to produce the same visual effect as when a conventional lens type LED is densely mounted, and compared to the conventional dense mounting of a lens type LED. As a result, there is almost no fear of heat accumulation, and a reduction in output and life of the light emitting element due to heat storage can be avoided. However, since there is no front member, it cannot be an effective dark noise countermeasure.
[0025]
In addition, it is preferable to add at least one of the following (1) to (3) to the eighth aspect.
(1) The reflection surface has a rotational shape around one axis where the light emitting element is disposed.
[0026]
(2) The reflection surface has a solid angle within a range of 1.0π to 2.5π (strad) with respect to the light emitting element.
(3) The reflection surface is obtained by rotating an elliptic arc around the uniaxial line with the light emitting element and one point on the annular region as a focus on a plane including the uniaxial line on which the light emitting element is disposed. Formed almost along the curved surface.
[0027]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, some embodiments in which the present invention is embodied in a light projecting unit for a signal lamp will be described with reference to the drawings.
[0028]
(First embodiment)
1 to 5 show a first embodiment of the present invention. As shown in FIGS. 1 and 2, the light projecting unit is provided on the light source 10 located on the central axis Z of the unit that forms a single axis, and on the front side (lower side in FIG. 2) of the central axis Z. The base 20 and a light shielding plate 30 as a front member provided on the rear side (upper side in FIG. 2) of the central axis Z are provided.
[0029]
As shown in FIGS. 1A and 1B, both the base 20 and the light shielding plate 30 have a planar hexagonal shape with substantially the same area. The base 20 and the light-shielding plate 30 are connected by six support columns 24 provided upright at six corners corresponding to each other, and both are arranged substantially in parallel at a predetermined interval in the central axis Z direction of the unit. Has been. The light source 10 is held such that its light emitting surface is positioned between the base 20 and the light shielding plate 30 by a support bar 31 extending from the center of the light shielding plate 30.
[0030]
As shown in FIGS. 1B and 2, a reflective concave surface 21 that forms a reflective surface is formed on the upper surface side (the side facing the light source) of the base 20 so as to surround the central axis Z. The reflective concave surface 21 is a metallic glossy surface provided by mirror-finishing a metal surface or by forming a metal film by physical or chemical vapor deposition. The reflective concave surface 21 is formed so as to form a solid angle of approximately 2π (strad) with respect to the light source 10.
[0031]
In addition, the concave concave surface 21 has a point on the light condensing region D that forms an annular region in the radial cross section with the center of the light source 10 as the first focal point f0 in the radial cross section of the central axis Z. The three-dimensional shape (curved surface) obtained when the elliptical arc drawn as the second focal point f1 is rotated around the central axis Z is set. In other words, an aggregate around the central axis Z of the reflection curve between the central point P1 of the reflective concave surface 21 on the central axis Z and the outer edge point P2 of the reflective concave surface 21 is one three-dimensional reflective concave surface 21. Is configured.
[0032]
As shown in FIG. 2, the light source 10 is disposed so that its front light emitting surface is included in the inner region of the recess 22 having the reflecting concave surface 21 as an inner wall surface. In the present embodiment, a lens-type light emitting diode (LED) is used as the light source 10. Specifically, as shown in FIG. 3, the light source 10 includes a substantially cylindrical support 11, a semiconductor light emitting element 12 fixed to the lower surface (front surface), and a radius R for sealing the light emitting element 12. The hemispherical transparent resin 13 is provided. The semiconductor light emitting element 12 is supplied with an electric current from the outside via a feeder 14 (indicated by a broken line) provided in the support 11. The transparent resin 13 covers the entire exposed surface of the light emitting element 12 and holds the element on the lower surface of the support 11 while blocking contact with the outside air.
[0033]
In the present embodiment, the light emitting element 12 is positioned at the center of a complete hemisphere, and all light rays emitted from the light emitting element 12 are incident at right angles to the surface of the hemisphere, so that the light rays go outward from the surface of the hemisphere. It does not refract. Therefore, the light emitted from the light emitting element 12 is emitted in all directions of the hemisphere. And since the whole hemispherical transparent resin 13 protrudingly formed on the lower side of the support 11 is completely accommodated in the inner region of the recess 22, almost all the light emitted from the light emitting element 12 is reflected by the reflection. It reaches the concave surface 21 and is reflected there to change its direction.
[0034]
Here, as described above, the concave concave surface 21 is centered on an elliptical arc drawn with the center of the light source 10 as the first focal point f0 and the condensing region D as the second focal point f1 in the radial cross section of the central axis Z. It is set to a three-dimensional shape obtained when rotating around the axis Z. Therefore, as shown in FIG. 2, the reflected light from the reflecting concave surface 21 forms an annular shape even if it is reflected at any reflection point Px on the reflection curve between the center point P1 and the outer edge point P2. The light is focused on the light collecting region D.
[0035]
Further, as shown in FIGS. 1A and 2, the light shielding plate 30 is formed with an optical opening 32 having a width W set along an arc (radius Rd) centered on the central axis Z. Has been. The radius of the circular arc used as the setting reference for the optical aperture 32 coincides with the radius Rd of the annular condensing region D. In addition, the height (separation length) of the light shielding plate 30 with respect to the base 20 is set so that the annular condensing region D is included in the arcuate optical opening 32. That is, the optical opening 32 is set so as to substantially overlap the annular light condensing region D.
[0036]
Here, the radial sectional area (= TW) of the optical opening 32 (width W) formed in the light shielding plate 30 (thickness T) shown in FIG. 1 and FIG. Large enough compared to the directional cross-sectional area (near zero). For this reason, the light focused on the condensing region D is projected to the outside while being diverged without being blocked by the inner wall portion of the optical opening 32 or the like. However, from the viewpoint of sufficiently exerting the function of the light shielding plate 30 (described later), it is preferable to set the width W of the optical opening 32 as narrow as possible as long as it does not hinder external light projection.
[0037]
The optical opening 32 is not a complete circular ring, and a part of the annular region is left with a connecting portion 33 that connects the inner light shielding plate portion and the outer light shielding plate portion of the optical opening 32. It has a perfect ring shape. The connecting portion 33 functions as a support material for supporting the inner light shielding plate portion on the outer light shielding plate portion. Moreover, the back surface of the connection part 33 provides the connection path | route for letting the feeder 14 which connects the light source 10 and a power supply pass. The front and back surfaces of the light shielding plate 30 are colored black. For this reason, the light hitting each black surface of the light shielding plate 30 is diffusely reflected in a state where it is absorbed or greatly attenuated.
[0038]
The light projecting unit configured in this way is used for a traffic light configured by combining three signal lamps as shown in FIG. 4, for example. As shown in FIGS. 4 and 5, each signal lamp 40 includes a bowl-shaped base body 41, a flat support substrate 42 that is suspended and fixed on the front side, and wind and rain in front of the support substrate. And a colorless and transparent cover lens 43 having a cross-sectional arc shape provided to surpass it. A large number of light projecting units U are arranged on the flat support substrate 42. These light projecting units U are arranged adjacent to each other in such a manner that the side portions of each unit U having a substantially hexagonal column shape are in contact with each other (see FIG. 4). As a result, the front surface of the support substrate 42 is filled with a large number of light projecting units U almost without gaps. As a matter of course, each light projecting unit U is disposed such that the surface (black) of the light shielding plate 30 faces the colorless and transparent cover lens 43.
[0039]
Now, when the signal lamp 40 is turned on, almost all the light emitted from the light emitting element 12 by the power supply to each light projecting unit U is received by the reflective concave surface 21. The reflected light from the reflecting concave surface 21 is focused on an annular condensing region D set in the optical opening 32 of the light shielding plate 30. Then, the light collected in the condensing region D passes through the light with high efficiency, and is then projected to the outside while diverging in the extending direction of each optical path. At this time, in each light projecting unit U, the entire arc-shaped optical opening 32 provided in the light shielding plate 30 appears to shine in a band shape with the color of the light emitted from the light emitting element 12. Further, when the signal lamp 40 is observed from a sufficiently distant position, the entire cover lens 43 appears to shine in a uniform circle with the same color as the light emission color of the light emitting element 12.
[0040]
On the other hand, when the signal lamp 40 is turned off, it is natural that it does not appear to emit light, and in addition to that, the entire cover lens 43 looks quite clear black. This is because most of the external light is absorbed or attenuated by the black light shielding plate 30 even if the external light passes through the cover lens 43 and is irradiated on the surface of each light projecting unit U. .
[0041]
Further, even if a part of the external light that has passed through the cover lens 43 may enter the reflecting concave surface 21 in each light projecting unit U through the optical opening 32 of the light shielding plate 30, the incident The light is reflected toward the light source 10 by the reflecting concave surface 21 and further diffusely reflected there. Most of the incident light reaches the back surface of the light shielding plate 30 colored in black while being repeatedly reflected inside the light projecting unit U, and is absorbed or attenuated there. For this reason, there is almost no external light that escapes out of the light projecting unit U through the optical opening 32 again while maintaining the amount of energy when entering the light projecting unit U. As a result, the signal lamp 40 of the present case does not reveal dark noise even when it is turned off, and has a high contrast between when it is turned off and when it is turned on. In this sense, the fact that the back surface of the light shielding plate 30 is colored black constitutes an attenuating means that absorbs or greatly attenuates light and diffusely reflects it.
[0042]
According to the first embodiment configured as described above, the following effects can be obtained.
By adopting the arrangement of the light source 10 and the shape setting of the reflective concave surface 21 as described above, almost all of the light emitted from the light source 10 is received and reflected by the reflective concave surface 21. Then, the reflected light there is projected to the outside through the light collection region D and the optical opening 32 without being substantially blocked on the way. That is, since almost all the light emitted from the light source 10 is effectively used, the external radiation efficiency of light is extremely high. In particular, the reflective concave surface 21 is formed so as to form a solid angle of approximately 2π (strad) with respect to the light source 10. For this reason, the external irradiation efficiency of light can be enhanced to the maximum while ensuring the optical accuracy and the high degree of freedom of the overall shape of the light projecting unit.
[0043]
In general, in the case of a light source using a semiconductor light emitting element 12 such as an LED, a small amount of light often becomes a problem. On the other hand, in the present projecting unit U, the external radiation efficiency of light is extremely high, it is possible to sufficiently compensate for the small amount of light of the LED light source, and the number of light emitting elements 12 used can be reduced.
[0044]
At the time of lighting, in each light projecting unit U, the entire arc-shaped optical opening 32 provided in the light shielding plate 30 shines in a band shape while ensuring high external radiation efficiency. For this reason, even if the number of used light emitting elements 12 (or mounting density) is reduced, the apparent light emitting area can be increased. Thereby, when the signal lamp 40 is observed from a sufficiently distant position, the individual units U do not appear as scattered dots, and the entire display surface appears to shine. In addition, since this display surface is composed of a number of arc-shaped single patterns, luminance accents are generated on the display surface from a distance of about 10 m or less, and the entire display surface is uniformly illuminated. In comparison, the visibility of the display surface is improved. Accordingly, by adopting the present light projecting unit U, it is possible to realize a display surface having a good appearance.
[0045]
Further, since the number of light emitting elements 12 used (or mounting density) is small, it is possible to avoid heat accumulation in the signal lamp 40 using a large number of light projecting units U, and to reduce the output and life of each light emitting element 12. Can be suppressed in advance.
[0046]
A reflective concave surface 21 is formed on the base 20, and the surface thereof is covered with a light shielding plate 30. For this reason, the reflective concave surface 21 does not appear outside the light projecting unit U, and the reflective concave surface 21 can be prevented from being carelessly damaged. In addition, in the manufacturing process of the light projecting unit U, unpredictable stress does not occur on the reflective concave surface 21, and the optical performance of the reflective concave surface 21 can be maintained high.
[0047]
-Although each light projection unit U which comprises the signal lamp 40 is provided with the reflective concave surface 21 in the inside, the shape setting of the reflective concave surface 21 as mentioned above and the light-shielding plate 30 colored black on the front and back are provided. It is arranged. As a result, the contrast between lighting and extinguishing can be greatly improved, and dark noise can be effectively suppressed or reduced.
[0048]
The light source 10 is disposed on the back side of the light shielding plate 30 provided on the front surface of the light projecting unit U. For this reason, the light source 10 is not exposed to sunlight, and as a result, the deterioration of the resin 13 constituting each light source 10 is delayed, and the service life of the light source 10 can be extended.
[0049]
(Second Embodiment)
In the first embodiment, the single annular reflective concave surface 21 is formed on the base 20 as the reflector, and the single arcuate optical opening 32 corresponding to the single annular reflective concave surface 21 is formed in the light shielding plate 30. However, the reflecting concave surface of the base 20 and the optical opening 32 of the light shielding plate 30 do not have to be a single ring shape, and each may be provided in a multiple ring shape around the central axis Z of the light projecting unit. 6 and 7 show a second embodiment that embodies such an idea. In order to avoid redundant description, only the parts different from the first embodiment will be described below. For parts that are not particularly described, the first embodiment and the second embodiment are common.
[0050]
As shown in FIGS. 6B and 7, the ridge line portion 25 is a circle between the center point P1 of the reflecting concave surface of the base 20 and the circular outer edge (continuous assembly of the outer edge points P2) of the reflecting concave surface. It exists in a ring. This reflective concave surface is provided as a continuous inner reflective concave surface 21A located on the inner side and outer reflective concave surface 21B located on the outer side with the ridge line portion 25 as a boundary.
[0051]
Here, the individual vertices constituting the ridge line portion 25 are temporarily named as a ridge line point P3. The inner reflective concave surface 21A has an inner condensing region that forms an annular region in the radial cross section with the center of the light source 10 as the first focal point f0 between the center point P1 and the ridge line point P3 in the radial cross section. It is set to a three-dimensional shape (curved surface) obtained when an elliptical arc drawn with one point of DA as the third focal point f2 is rotated around the central axis. On the other hand, the outer reflecting concave surface 21B has an outer cluster that forms an annular region in the radial cross section with the center of the light source 10 as the first focal point f0 between the ridge line point P3 and the outer edge point P2. The optical area DB is set to a three-dimensional shape (curved surface) obtained when an elliptical arc drawn with the fourth focal point f3 is rotated around the central axis. Further, when these two reflecting concave surfaces 21A and 21B are combined, the solid angle of about 2π (strad) with respect to the light source 10 as a whole is formed.
[0052]
Of the light emitted from the light source 10, the light that has reached the inner reflective concave surface 21 A is reflected by the inner reflective concave surface 21 A and converged on the annular inner condensing region DA. This light is radiated to the outside through an optical opening 32A formed through the light shielding plate 30 so as to correspond to the inner condensing area DA. On the other hand, of the light emitted from the light source 10, the light that has reached the outer reflective concave surface 21 B is reflected by the outer reflective concave surface 21 B and is converged on the annular outer condensing region DB. This light is radiated to the outside through an optical opening 32B formed through the light shielding plate 30 so as to correspond to the outer light collecting region DB.
[0053]
Thus, almost all of the light emitted from the light source 10 is received by either the inner reflective concave surface 21A or the outer reflective concave surface 21B. Then, the light is reflected and focused on one of the annular light condensing areas DA or DB, and is projected to the outside through the optical opening 32A or 32B. For this reason, at the time of lighting, the entire double arc-shaped optical openings 32A and 32B provided in the light shielding plate 30 appear to shine in a double band shape with the color of light emitted from the light emitting element 12. According to such a second embodiment, when the diameter of the optical opening 32B is made larger than in the case of the first embodiment, the annular pattern is prevented from being visually recognized as being hollowed out. Can do.
[0054]
Therefore, when the light projecting unit of the second embodiment is applied to the signal lamp 40 as shown in FIGS. 4 and 5, the light emitting element 12 having a large light amount is used and the occupied area per light source 10 is increased. Even if the size is significantly increased, the excellent appearance of the display surface can be maintained. In other respects, the light projecting unit of the second embodiment has substantially the same operations and effects as those of the first embodiment.
[0055]
(Modification)
The embodiment of the present invention may be modified as follows.
(Modification 1)
In the first and second embodiments, the transparent resin 13 constituting the light source 10 has a hemispherical shape with a radius R. On the other hand, as shown in FIG. 8A, the transparent resin 13 has a shape in which a hemisphere having a radius R (shown by a broken line) is extended outward (that is, the long axis is in the central axis Z). It may be changed to a three-dimensional shape having an elliptical cross section that matches. If such a shape is adopted, the light emitted from the semiconductor light emitting element 12 is refracted near the central axis Z when passing through the curved surface of the transparent resin 13 and going outward. That is, the transparent resin 13 functions as a deflection lens that collects light in the forward direction (vertically downward in the figure) rather than the circumferential direction (horizontal direction in the figure) of the light source 10.
[0056]
When the lens-type LED light source of FIG. 8A is applied to the first embodiment, the amount of light in the region closer to the center point P1 than the outer edge point P2 of the reflective concave surface 21 is relatively increased. In addition, when applied to the second embodiment, the amount of light per unit area with respect to the inner reflective concave surface 21A is greater than the outer reflective concave surface 21B.
[0057]
(Modification 2)
Contrary to the first modification, the shape of the transparent resin 13 constituting the light source 10 is a shape in which a hemisphere having a radius R (shown by a broken line) is crushed inward as shown in FIG. In other words, it may be changed to a three-dimensional shape having an elliptical cross section in which the major axis coincides with the direction perpendicular to the central axis Z. If such a shape is adopted, the light emitted from the semiconductor light emitting element 12 is refracted in a direction away from the central axis Z when passing through the curved surface of the transparent resin 13 and going outward. That is, the transparent resin 13 functions as a deflection lens that collects light in the circumferential direction (horizontal direction in the figure) rather than in the forward direction of the light source 10 (vertically downward in the figure).
[0058]
When the lens-type LED light source of FIG. 8B is applied to the first embodiment, the amount of light in the region closer to the outer edge point P2 than the center point P1 of the reflective concave surface 21 is relatively increased. In addition, when applied to the second embodiment, the amount of light per unit area with respect to the outer reflective concave surface 21B is greater than the inner reflective concave surface 21A.
[0059]
(Modification 3)
In the said 1st Embodiment, although the light source 10 and the base 20 were made into the separate body, both can also be integrated. For example, as shown in FIG. 9, a thin and long lead frame 51 is extended in the horizontal direction, and the semiconductor light emitting element 12 is fixed at the center position. Power is supplied to the light emitting element 12 through a power supply line provided along the lead frame 51. Then, the lead frame 51 on which the light emitting element 12 is mounted is sealed with a light transmissive material 52 (for example, a transparent epoxy resin).
[0060]
Here, the inner wall surface of the shaping mold used when sealing with the light transmissive material 52 is made to correspond to the concave shape of the reflective concave surface 21 of the first embodiment. Thereby, the convex surface 53 corresponding to the said reflective concave surface 21 can be formed in the bottom part of the transparent lens body which consists of a light transmissive material after completion | finish of sealing. And the reflective film 54 can be formed in the surface of a convex surface by making a metal (for example, silver) adhere to the convex surface 53, for example by a physical or chemical vapor deposition process. The inner side surface of the reflective film 54 functions as a reflective concave surface that reflects light from the light emitting element 12. When the light shielding plate 30 facing the reflective film 54 is attached to the upper surface side of the resin molded product, one unit of light projecting unit is completed. This light projecting unit also has the same effect as the first embodiment. This idea can be applied to a multi-ring configuration as in the second embodiment.
[0061]
(Modification 4)
The light source and the base part can be integrated without going through the step of forming the reflective film 54 by vapor deposition as in the third modification. For example, as shown in FIG. 10, a flat cup-shaped metal reflector 55 in which an annular reflecting concave surface 21 is formed is prepared in advance. Then, the reflector 55 and the lead frame 51 on which the light emitting element 12 is mounted are sealed with a light transmitting material 52 (for example, a transparent epoxy resin), and a resin molded product as shown in FIG. 10 is completed at once. You may let them. When the light shielding plate 30 facing the reflective concave surface 21 is attached to the upper surface side of the resin molded product, one unit of light projecting unit is completed. This light projecting unit also has the same effect as the first embodiment. This idea can be applied to a multi-ring configuration as in the second embodiment.
[0062]
It should be noted that the light transmissive material 52 in Modification 3 and Modification 4 may be replaced with a transparent glass material. That is, the material 52 used in Modification 3 and Modification 4 need not be a resin as long as it is a light-transmitting material having electrical insulation, and may be any material.
[0063]
Further, in Modification 3 and Modification 4, instead of separately attaching the light shielding plate 30 to the upper surface side of the resin molded product, a recess or a recess is provided on the upper surface of the product at the time of resin molding, and after the mold is completed, A black fluid may be poured into the depressions or recesses and solidified to cause the light shielding plate 30 to appear later.
[0064]
(Modification 5)
In each of the above embodiments and modifications, it is assumed that the concave shape of the reflective concave surface is smoothly continuous. However, the reflected light from the concave surface is focused on a specific light collection region D, DA, or DB. As long as it has a surface configuration, it need not be a continuously smooth concave surface. For example, a concave polyhedron that is optically equivalent to the reflective concave surface 21, 21A, or 21B may be configured by arranging an extremely large number of microplanes while slightly changing the angles of the individual microplanes. Such a concave polyhedron is also included in the category of “reflection concave surface” in the present specification.
[0065]
(Modification 6)
In each of the above embodiments and modifications, the reflective concave surfaces 21, 21 A, and 21 B are formed so as to form a solid angle of approximately 2π (strad) as a whole with respect to the light source 10. On the other hand, the reflective surfaces 21, 21A, 21B are formed to have a solid angle of 1π to 2.5π (strad), preferably 1.5π to 2.35π (strad) as a whole with respect to the light source 10. You may form in.
[0066]
With this configuration, when the light projecting unit is applied to the signal lamp, as described above, the light from the light emitting element is emitted as compared with the case where the lens-type LED is used and directly emitted to the outside. Light can be received by the reflecting concave surfaces 21, 21A, 21B having a wider solid angle. For this reason, the external radiation efficiency in a light projection unit can be maintained more reliably.
[0067]
Here, most of the light from the light source 10 can be received and controlled by setting the solid angles of the reflective concave surfaces 21, 21 A, and 21 B to 1.5π (strad) or more with respect to the light source 10. On the other hand, if the solid angle is too large, the surface shape of the reflecting concave surfaces 21, 21A, 21B causes a decrease in the degree of freedom in the shape of the optical control and the entire light projecting unit, so the solid angle is 2.5π (strad) or less. Is desirable.
[0068]
(Modification 7)
In each of the above-described embodiments and modifications, the reflecting concave surfaces 21, 21A, 21B and the convex surface 53 are formed along an elliptical surface obtained by rotating an elliptical arc focusing on the light source 10 and the condensing regions D, DA, DB around the central axis Z. Formed. On the other hand, the reflecting concave surfaces 21, 21A, 21B and the convex surface 53 may be formed along a spherical surface obtained by rotating an arc approximate to the elliptical arc around the central axis Z. In this case, compared with the case where the reflective concave surfaces 21, 21A, 21B and the convex surface 53 are formed along the elliptical surface, the widths of the light collecting regions D, DA, DB are slightly widened, but the reflective concave surfaces 21, 21A, 21B and convex surfaces are increased. The shape of 53 becomes simple, and the light projecting unit U can be easily manufactured.
[0069]
The reflecting concave surfaces 21, 21A, 21B and the convex surface 53 may be curved surfaces obtained by rotating a curve approximated to the elliptical arc around the central axis Z, for example, a parabola, a cycloid curve, a spiral line approximated to the elliptical arc. Etc. may be formed along a curved surface obtained by rotating around the central axis Z.
[0070]
(Modification 8)
The light source 10 in the first and second embodiments may be configured as a bare chip (light emitting element 12) without the transparent resin 13.
[0071]
(Modification 9)
The optical openings 32, 32A, 32B of the light shielding plate 30 in the first and second embodiments may be formed of light transmissive glass, resin, or the like without using the through holes. As a result, a dustproof effect and a waterproof effect can be imparted to the light projecting unit U. For example, when applied to the signal lamp 40, the cover lens 43 can be omitted.
[0072]
(Modification 10)
In the light projecting unit of the first embodiment, as shown in FIGS. 11 and 12, the optical opening 32 of the light shielding plate 30 is formed of a light transmissive material (glass, transparent epoxy resin, etc.) 60. A plurality of grooves 61 extending in one specific direction may be formed on the back surface of the light transmissive material 60 (the surface facing the reflective concave surface 21). In this case, as shown in the enlarged perspective view of FIG. 13, the plurality of grooves 61 extend in parallel to each other, and each groove 61 is engraved with the same substantially V-shaped cross section.
[0073]
As a result, the back surface of the light transmissive material 60 is formed in a substantially corrugated plate shape and is provided with a plurality of prism portions. This prism portion is useful for light orientation control when the reflected light from the reflective concave surface 21 is externally projected. That is, incident light from the reflective concave surface 21 side is refracted mainly in a plane substantially orthogonal to the groove 61 in the prism portion. Then, the radiation angle in the direction substantially orthogonal to the groove 61 is radiated to the outside from the optical opening 32 as light that is greatly spread compared to the direction in which the groove 61 extends.
[0074]
Thus, by providing the groove | channel 61 extended in a specific direction in the back surface of the light transmissive material 60, the orientation of the light projected outside can be controlled. Thereby, the viewing angle of the light projecting unit can be adjusted to a desired state. This idea is applicable to the second embodiment.
[0075]
(Modification 11)
In each of the above-described embodiments and modifications, the optical opening 32 of the light shielding plate 30 is formed in an incomplete ring shape having one connecting portion 33 on the annular condensing region D. On the other hand, for example, as shown in FIG. 14, a plurality of connecting portions 33 may be provided on the annular condensing region D, and the optical opening 32 may be divided into a plurality of portions. By doing so, although a slight loss of light amount occurs, the appearance of the display surface is improved and the visibility can be improved.
[0076]
(Modification 12)
In each of the above-described embodiments and modifications, the light-shielding plate 30 is not limited to black, but may be any other color as long as it can shield external light reaching the reflecting surfaces 21, 21A, and 21B.
[0077]
(Modification 13)
In each of the embodiments and the modifications, the light shielding plate 30 may be omitted. In this case, although reduction of dark noise due to the effect of shielding external light cannot be expected, in addition to high external radiation efficiency, an apparent light emission area can be increased. In addition, it is possible to improve the visibility of the display surface as compared with the case where a luminance accent is generated on the display surface and the entire display surface is uniformly illuminated. For this reason, the light projecting unit of this modified example is suitable for display applications in places where there is no strong outside light, such as semi-outdoor or indoor.
[0078]
Next, the main points of the technical idea further grasped from the above-described embodiments and modifications are listed below.
-The light projection unit as described in any one of Claims 1-6 WHEREIN: The passage cross-sectional area of the light in the said annular condensing area | region is smaller than the total area of the said reflective surface.
[0079]
-The light projection unit as described in any one of Claims 1-6 WHEREIN: A light emitting element and a reflective surface are integrated via the electrically insulating light-transmitting material.
-The light projection unit as described in any one of Claims 1-5 WHEREIN: The prism part which controls the orientation of passing light was provided in the optical opening part of the said front member, or its vicinity.
[0080]
-In the light projection unit as described in any one of Claims 1-5, the attenuation | damping means to absorb or diffusely reflect light is provided in the back side surface of the said front member facing the said reflective surface. .
[0081]
-The light projection unit as described in any one of Claims 1-5 WHEREIN: The recessed part in which the said reflective surface comprises an inner wall surface is formed in the said reflector, The said inner side area | region of the said recessed part WHEREIN: A light emitting element is included.
[0082]
A signal lamp configured by arranging a plurality of light projecting units according to any one of claims 1 to 5 in close proximity.
A display device configured by arranging a plurality of light projecting units according to any one of claims 1 to 6 in close proximity.
[0083]
【The invention's effect】
As described in detail above, according to the light projecting unit of the first to sixth aspects, the amount of light emitted by the light emitting element can be sufficiently effectively used, and good visibility can be obtained. In addition, by improving the light emission efficiency, good visibility can be maintained even if the number of mounted light emitting elements is reduced. In addition, it is possible to avoid as much as possible the reduction in output and the shortening of the lifetime of the light emitting element due to heat accumulation. Moreover, according to the light projection unit of Claims 1-5, the contrast at the time of lighting and the time of light extinction can be improved significantly.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 shows a light projecting unit according to a first embodiment, wherein (a) is a plan view of a light shielding plate and (b) is a plan view of a base.
FIG. 2 is a longitudinal sectional view taken along line 2-2 in FIG.
FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a light source.
FIG. 4 is a front view showing a traffic light.
FIG. 5 is a cross-sectional view of a signal lamp installed in a traffic light.
6A and 6B show a light projecting unit according to a second embodiment, wherein FIG. 6A is a plan view of a light shielding plate, and FIG. 6B is a plan view of a base.
7 is a longitudinal sectional view taken along line 7-7 in FIG.
FIG. 8 is a diagram showing two modified examples of the light source.
FIG. 9 is a sectional view showing a modification of the light projecting unit.
FIG. 10 is a sectional view showing a modification of the light projecting unit.
FIG. 11 is a sectional view showing a modification of the light projecting unit.
12 is a view showing a back surface (bottom surface) of a light shielding plate in the modification of FIG. 11;
13 is a perspective view showing a prism portion in the modification of FIG.
FIG. 14 is a plan view showing a modification of the light projecting unit.
FIG. 15 is a front view showing a conventional traffic light.
FIG. 16 is a cross-sectional view of a signal lamp incorporated in a conventional traffic light.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 12 ... Semiconductor light emitting element (light emitting element), 20 ... Base, 21 ... Reflective concave surface which makes a reflective surface, 21A ... Inner reflective concave surface which makes a reflective surface, 21B ... Outer reflective concave surface which makes a reflective surface, 22 ... Recessed portion, 30 ... Light shielding plate (front member), 32, 32A, 32B... Optical opening, 54... Reflective film forming reflecting surface, D... Condensing region forming annular region, DA. An outer condensing region forming an annular region, Z... Central axis (uniaxial).

Claims

A light emitting element disposed on one axis, a reflective surface facing the light emitting surface of the light emitting element, a front member that shields external light and is provided with an optical opening at a predetermined position,
The light emitting element is arranged so that almost all the light emitted from the light emitting element reaches the reflecting surface,
The reflecting surface has a shape for condensing only at least one annular region, and the optical opening is provided so as to correspond to the annular region ;
The light projecting unit, wherein an optical structure from the light emitting element to the annular region has no internal structure that blocks light.

The light projecting unit according to claim 1, wherein the reflection surface has a rotational shape around the one axis on which the light emitting element is disposed.

The light projecting unit according to claim 1, wherein the reflective surface has a solid angle within a range of 1.0π to 2.5π (strad) with respect to the light emitting element.

In the plane including the uniaxial line on which the light emitting element is arranged, the reflecting surface is substantially a curved surface obtained by rotating an elliptical arc focusing on the light emitting element and one point on the annular region around the uniaxial line. The light projecting unit according to claim 2, wherein the light projecting unit is formed so as to follow.

The said reflective surface consists of a concave surface formed on the base arrange | positioned substantially parallel with the said front member at a predetermined distance, The Claim 1 characterized by the above-mentioned. Floodlight unit.

A light emitting element, and a reflective surface facing the light emitting surface of the light emitting element,
The light emitting element is arranged so that almost all the light emitted from the light emitting element reaches the reflecting surface,
The reflective surface has a shape for condensing light from the light emitting element only in at least one annular region, and an annular light emission pattern corresponding to the annular region is visually recognized .
The light projecting unit, wherein an optical structure from the light emitting element to the annular region has no internal structure that blocks light.