JP5569807B2

JP5569807B2 - 灯具

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Publication number: JP5569807B2
Application number: JP2010247577A
Authority: JP
Inventors: 英隆岡田
Original assignee: Stanley Electric Co Ltd
Current assignee: Stanley Electric Co Ltd
Priority date: 2010-11-04
Filing date: 2010-11-04
Publication date: 2014-08-13
Anticipated expiration: 2030-11-04
Also published as: US8562199B2; EP2450725A1; US20120147591A1; EP2450725B1; JP2012099400A

Description

本発明は、灯具に係り、特にＬＥＤ光源と板状のレンズ体とを組み合わせた灯具に関する。

従来、ＬＥＤ光源と板状のレンズ体とを組み合わせた灯具が提案されている（例えば特許文献１参照）。

図７（ａ）〜図７（ｃ）に示すように、特許文献１に記載の灯具２００は、厚み寸法に対し幅寸法が長い略矩形の出光面としての第１側面２１１とその反対側の第２側面２１２とを含む板状のレンズ体２１０と、レンズ体２１０の表面に対向して配置されたＬＥＤ光源２２０と、を備えている。

特許第４４５８３５９号公報

しかしながら、上記構成の灯具２００においては、屈折又は反射作用を持つ光学要素を含むレンズ体２１０の作用により、出光面としての第１側面２１１がライン状に発光する線状光源を構成することが可能となるものの、レンズ体２１０の光軸ＡＸ１とＬＥＤ光源２２０の光軸ＡＸ２とが直交しているため（図７（Ｂ）参照）、ランプ設計上レイアウトが難しいという問題がある。

これに対し、図８に示すように、ＬＥＤ光源２２０を、レンズ体２１０の表面ではなく、レンズ体２１０の側面に対向して配置することで、ライン状に発光する線上光源を構成することが考えられる。

しかしながら、この場合、ＬＥＤ光源２２０から放射される光の利用効率を向上させることを目的として入光面の面積を大きくしようとすると、レンズ体２１０の厚み寸法Ｈを厚くしなければならならず、その分、レンズ体２１０が厚肉成形となり、灯具２１０を軽量化できないという問題がある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、従来と比べて厚みが薄くなおかつ従来と同等以上の光利用効率を実現し得るレンズ体を用いた灯具を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、ＬＥＤ光源と、厚み寸法に対し幅寸法が長い略矩形の出光面としての第１側面とその反対側の第２側面とを含む板状のレンズ体と、を備えた灯具において、前記ＬＥＤ光源は、当該ＬＥＤ光源からその光軸に対し広角方向に放射された光のうち前記レンズ体の厚み方向の光が前記レンズ体の表面及び裏面に向かうとともに、前記光軸に対し狭角方向に放射された光が前記レンズ体の第２側面から前記レンズ体内に入光するように、前記レンズ体の前記第２側面に対向して配置されており、前記レンズ体は、少なくとも、第１光学系及び第２光学系を含んでおり、前記第１光学系は、前記レンズ体の表面及び／又は裏面に向かう光が入光するように、前記レンズ体の表面及び／又は裏面に形成され、当該光を前記光軸寄りに集光させるためのレンズ部と、前記レンズ部により集光された光の光路上に配置され、当該光を前記レンズ体内に再度入光させるための第１入光面と、前記第１入光面から前記レンズ体内に入光した光の光路上に配置され、当該光を前記光軸に略直交する方向に全反射させるための第１全反射面と、前記第１全反射面で全反射された反射光の光路上に配置され、当該反射光を全反射させて前記出光面としての第１側面の略中央領域から前記光軸に対し略平行な光として出射させるための第２全反射面と、を備えており、前記第２光学系は、前記ＬＥＤ光源が対向する前記レンズ体の前記第２側面に形成され、前記光軸に対し狭角方向に放射された光を、前記光軸寄りに集光させるための第２入光面と、前記第２入光面により集光されて前記レンズ体内に入光した光の光路上に配置され、当該光を前記光軸の側方に向けて全反射させるための第３全反射面と、前記第３全反射面で全反射された光の光路上に配置され、当該光を全反射させて前記出光面としての第１側面のうち前記中央領域に隣接する側方領域から前記光軸に対し略平行な光として出射させるための第４全反射面と、を備えており、前記レンズ部と前記第１入光面との間には、前記レンズ部で集光された光を通過させるための空気層が形成されていることを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、レンズ体の厚みを薄くすることでレンズ体の表面及び裏面に向かう光（従来レンズ体に入射しなかった光。図８参照）が増加したとしても、当該レンズ体の表面及び裏面に向かう光を第１光学系（レンズ部等）の作用によりレンズ体内に再度入光させることが可能となるため、レンズ体の厚みを薄くすることに起因して光利用効率が低下するのを防止することが可能となる。すなわち、請求項１に記載の発明によれば、従来と比べて厚みが薄くなおかつ従来と同等以上の光利用効率を実現し得るレンズ体を用いた灯具を提供することが可能となる。

また、請求項１に記載の発明によれば、レンズ体（各光学系）の作用により、出光面（中央領域、側方領域）がライン状に発光する線状光源を構成することが可能となる。

また、請求項１に記載の発明によれば、レンズ部と入光面との間に空気層が形成されているため、その分、さらにレンズ体の厚みを薄くかつ軽量にすることが可能となる。

また、請求項１に記載の発明によれば、光軸に対し略平行な光が出射する線状光源を構成することが可能となる。

また、請求項１に記載の発明によれば、各光学要素（レンズ部、各入光面、各全反射面等）を調整することで、明るさが略均一な線状光源を構成することが可能となる。

また、請求項１に記載の発明によれば、反射率が１００％の全反射面を用いているため、アルミ蒸着等の鏡面処理が施された反射面を用いる場合と比べ、光利用効率をさらに向上させることが可能となる。

また、請求項１に記載の発明によれば、ＬＥＤ光源の光軸とレンズ体の光軸とを一致させたため、レイアウトが容易となる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記レンズ体は、さらに第３光学系を含んでおり、前記第３光学系は、前記ＬＥＤ光源からその光軸に対し広角方向に放射された光のうち前記レンズ体の幅方向の光を前記レンズ体内に入光させるための第３入光面と、前記第３入光面から前記レンズ体内に入光した光を全反射させて前記出光面としての第１側面のうち前記側方領域に隣接する外側領域から前記光軸に対し略平行な光として出射させるための第５全反射面と、を備えることを特徴とする。

請求項２に記載の発明によれば、レンズ体（各光学系）の作用により、出光面（中央領域、側方領域、外側領域）がライン状に発光する線状光源を構成することが可能となる。

本発明によれば、従来と比べて厚みが薄くなおかつ従来と同等以上の光利用効率を実現し得るレンズ体を用いた灯具を提供することを提供することが可能となる。

灯具１０の表面側に視点を置いた斜視図である。灯具１０の裏面側に視点を置いた斜視図である。灯具１０の正面図である。図３に示した灯具１０のＢ−Ｂ断面図である。図３に示した灯具１０のＡ−Ａ断面図である。灯具１０（変形例）の断面図である。従来の灯具を説明するための図である。従来の灯具を説明するための図である。

以下、本発明の実施形態である灯具について図面を参照しながら説明する。

図１は灯具１０の表面側に視点を置いた斜視図、図２は灯具１０の裏面側に視点を置いた斜視図、図３は灯具１０の正面図、図４は図３に示した灯具１０のＢ−Ｂ断面図、図５は図３に示した灯具１０のＡ−Ａ断面図である。

本実施形態の灯具１０は、車両用信号灯（テールランプ、ストップランプ、ターンシグナルランプ、デイタイムランニングランプ、ポジションランプ等）や一般照明用ランプに適用されるものであり、図１、図２等に示すように、ＬＥＤ光源２０、レンズ体３０等を備えている。

［ＬＥＤ光源２０］
ＬＥＤ光源２０は、例えば、少なくとも１つのＬＥＤチップ（例えば青色ＬＥＤチップ）と蛍光体（例えば黄色蛍光体）とを含むＬＥＤ光源である。ＬＥＤ光源２０は、ＬＥＤチップからの光のうち蛍光体を透過した光とＬＥＤチップからの光で励起されて発光した蛍光体からの光とを含む白色光（疑似白色）を発光する。あるいは、本実施形態の灯具１０をストップランプに適用する場合には、ＬＥＤ光源２０として少なくとも赤色光を放射する赤色ＬＥＤチップを含むＬＥＤ光源を用いてもよい。

図４に示すように、ＬＥＤ光源２０は、当該ＬＥＤ光源２０からその光軸ＡＸに対し広角方向に放射された光のうちレンズ体３０の厚み方向の光Ｒａｙ１がレンズ体３０の表面及び裏面に向かうとともに、その光軸ＡＸに対し狭角方向に放射された光Ｒａｙ２がレンズ体３０の側面からレンズ体３０内に入光するように、レンズ体３０の側面に対向して配置されている。

［レンズ体３０］
図４、図５に示すように、レンズ体３０は、透明樹脂製（例えば、アクリル又はポリカーボネイト）又はガラス製の、全体として板状のレンズ体（厚み：ａ）であり、第１光学系３１、第２光学系３２、第３光学系３３、厚み寸法に対し幅寸法が長い略矩形の出光面３１ｅとしての第１側面３０ａ（図３、図５参照）とその反対側の第２側面３０ｂ（図５参照）等を含んでいる。

［第１光学系３１］
図４に示すように、第１光学系３１は、レンズ体３０の表面及び裏面に向かう光Ｒａｙ１が入光するように、入光面をＬＥＤ光源２０側に向けたレンズ体３０の表面及び裏面に形成され、当該光Ｒａｙ１を光軸ＡＸ寄り（本実施形態では、光軸ＡＸに対し略平行）に集光させるためのレンズ部３１ａ（高さ寸法：ａ／２）、レンズ部３１ａにより集光された光Ｒａｙ１の光路上に配置され、当該光Ｒａｙ１をレンズ体３０内に再度入光させるための第１入光面３１ｂ、第１入光面３１ｂからレンズ体３０内に入光した光Ｒａｙ１の光路上に配置され、当該光Ｒａｙ１を光軸ＡＸに略直交する方向に全反射させるための第１全反射面３１ｃ、第１全反射面３１ｃで全反射された反射光Ｒａｙ１の光路上に配置され、当該反射光Ｒａｙ１を全反射させて出光面３１ｅの略中央領域３１ｅ１（図３参照）から光軸ＡＸに対し略平行な光Ｒａｙ１として出射させるための第２全反射面３１ｄ等を含んでいる。レンズ部３１ａと入光面３１ｂとの間には、レンズ部３１ａで集光されて光軸ＡＸに対し略平行に進行する光Ｒａｙ１を通過させるための空気層Ｓ（スペース）が形成されている。

入光面３１ｂは、光Ｒａｙ１が表面反射しないように、光Ｒａｙ１（進行方向）に対し略垂直なレンズ面（高さ寸法：ａ／２）とされている。本実施形態では、レンズ部３１ａが形成された表面（又は裏面）に対応する裏面部分（又は表面部分）に形成された凹部Ｈ１（を構成する面の一部）が第２全反射面３１ｄとして機能する。

上記構成の第１光学系３１においては、図４に示すように、ＬＥＤ光源２０から放射された光のうちレンズ体３０の表面及び裏面に向かう光Ｒａｙ１は、レンズ部３１ａの作用により光軸ＡＸに対し略平行な光線に集光されてレンズ部３１ａと入光面３１ｂとの間の空気層Ｓ（スペース）を通過し、入光面３１ｂからレンズ体３０内に再度入光してレンズ体３０内を進行し、第１全反射面３１ｃ及び第２全反射面３１ｄの作用により二回全反射されて出光面３１ｅの略中央領域３１ｅ１（図３参照）から光軸ＡＸに対し略平行な光として出射する。

［第２光学系３２］
図５に示すように、第２光学系３２は、ＬＥＤ光源２０が対向するレンズ体３０の側面（第２側面３０ｂ）に形成され、光軸ＡＸに対し狭角方向に放射された光Ｒａｙ２（本実施形態では、ＬＥＤ光源２０の中心から２０°程度の指向特性が強い光）を、光軸ＡＸ寄り（本実施形態では、光軸ＡＸに対し略平行）に集光させるための第２入光面３２ａ、第２入光面３２ａにより集光されてレンズ体３０内に入光した光Ｒａｙ２の光路上に配置され、当該光Ｒａｙ２を光軸ＡＸの側方に向けて全反射させるための第３全反射面３２ｂ、第３全反射面３２ｂで全反射された光Ｒａｙ２の光路上に配置され、当該光Ｒａｙ２を全反射させて出光面３１ｅのうち中央領域３１ｅ１に隣接する側方領域３１ｅ２（図３参照）から光軸ＡＸに対し略平行な光Ｒａｙ２として出射させるための第４全反射面３２ｃ等を含んでいる。

本実施形態では、入光面３２ａの前方に形成された、レンズ体３０の表面から裏面に貫通する貫通穴Ｈ２（を構成する面の一部。本実施形態では、光軸ＡＸに対し４５°傾斜した面）が、第３全反射面３２ｂとして機能する。また、貫通穴Ｈ２の側方に形成された、レンズ体３０の表面から裏面に貫通する貫通穴Ｈ３（を構成する面の一部。本実施形態では、光軸ＡＸに対し４５°傾斜した面）が、第４全反射面３２ｃとして機能する。

上記構成の第２光学系３２においては、図５に示すように、ＬＥＤ光源２０からその光軸ＡＸに対し狭角方向に放射された光Ｒａｙ２は、入光面３２ａの作用により光軸ＡＸに対し略平行な光線に集光されてレンズ体３０内を進行し、第３全反射面３２ｂ及び第４全反射面３２ｃの作用により二回全反射され、出光面３１ｅのうち中央領域３１ｅ１に隣接する側方領域３１ｅ２（図３参照）から光軸ＡＸに対し略平行な光として出射する。

［第３光学系３３］
図５に示すように、第３光学系３３は、ＬＥＤ光源２０からその光軸ＡＸに対し広角方向に放射された光Ｒａｙ３のうちレンズ体３０の幅方向の光をレンズ体３０内に入光させるための第３入光面３２ａ、第３入光面３２ａからレンズ体３０内に入光した光Ｒａｙ３を全反射させて出光面３１ｅのうち側方領域３１ｅ２に隣接する外側領域３１ｅ３（図３参照）から光軸ＡＸに対し略平行な光Ｒａｙ３として出射させるための第５全反射面３３ｂ等を含んでいる。

入光面３３ａは、例えば、入光面３２ａの周囲からＬＥＤ光源２０側に向かって延びる立壁形状（円筒形状）のレンズ面である。

第５全反射面３３ｂは、例えば、入光面３３ａから屈折してレンズ体３０内に入光した光線群（光Ｒａｙ３）の延長線の交点（図示せず）に焦点が設定された回転放物面系の全反射面である。本実施形態では、レンズ体３０の側面が、第５全反射面３３ｂとして機能する。

上記構成の第３光学系３３においては、図５に示すように、ＬＥＤ光源２０からその光軸ＡＸに対し広角方向に放射された光のうちレンズ体３０の幅方向の光Ｒａｙ３は、入光面３３ａからレンズ体３０内に入光してレンズ体３０内を進行し、第５全反射面３３ｂの作用により全反射され、出光面３１ｅのうち側方領域３１ｅ２に隣接する外側領域３１ｅ３（図３参照）から光軸ＡＸに対し略平行な光として出射する。

以上説明したように、上記実施形態によれば、レンズ体３０（各光学系３１〜３３）の作用により、出光面３１ｅ（中央領域３１ｅ１、側方領域３１ｅ２、外側領域３１ｅ３）がライン状に発光する（図３参照）線状光源を構成することが可能となる。

また、上記実施形態によれば、レンズ体３０の厚みを薄くすることでレンズ体３０の表面及び裏面に向かう光Ｒａｙ１（図４参照）が増加したとしても、当該レンズ体３０の表面及び裏面に向かう光Ｒａｙ１を第１光学系３１（レンズ部３１ａ等）の作用によりレンズ体３０内に再度入光させることが可能となるため、レンズ体３０の厚みを薄くすることに起因して光利用効率が低下するのを防止することが可能となる。すなわち、本実施形態によれば、従来と比べて厚みが薄くなおかつ従来と同等以上の光利用効率を実現し得るレンズ体３０を用いた灯具１０を提供することが可能となる。

また、上記実施形態によれば、レンズ部３１ａと入光面３１ｂとの間に空気層Ｓ（スペース）が形成されているため（図４参照）、その分、さらにレンズ体３０の厚みを薄くかつ軽量にすることが可能となる。

また、上記実施形態によれば、光軸ＡＸに対し略平行な光Ｒａｙ１〜３が出射する（図４、図５参照）線状光源を構成することが可能となる。

また、上記実施形態によれば、各光学要素（レンズ部３１ａ、各入光面３１ｂ、３２ａ、３３ａ、各全反射面３１ｃ、３１ｄ、３２ｂ、３２ｃ、３３ｂ等）を調整することで、明るさが略均一な線状光源を構成することが可能となる。

また、上記実施形態によれば、反射率が１００％の全反射面（第１〜第５全反射面３１ｃ、３１ｄ、３２ｂ、３２ｃ、３３ｂ）を用いているため、アルミ蒸着等の鏡面処理が施された反射面（例えば反射率が９０％）を用いる場合と比べ、光利用効率をさらに向上させることが可能となる。

また、上記実施形態によれば、ＬＥＤ光源２０の光軸ＡＸとレンズ体３０の光軸とを一致させたため、レイアウトが容易となる。

次に、変形例について説明する。

上記実施形態では、各光学要素（レンズ部３１ａ、各入光面３１ｂ、３２ａ、３３ａ、各全反射面３１ｃ、３１ｄ、３２ｂ、３２ｃ、３３ｂ等）を、レンズ体３０の表面及び裏面それぞれに配置した例について説明したが、本発明はこれに限定されない。

例えば、図６に示すように、各光学要素（レンズ部３１ａ、各入光面３１ｂ、３２ａ、３３ａ、各全反射面３１ｃ、３１ｄ、３２ｂ、３２ｃ、３３ｂ等）を、レンズ体３０の表面又は裏面のいずれか一方にのみ配置してもよい。この場合、レンズ部３１ａ及び入光面３１ｂの高さ寸法はそれぞれ、レンズ体３０の厚みａと等しくするのが好ましい。

本変形例によっても、上記実施形態と同様の効果を奏することが可能となる。

また、上記実施形態及び変形例では、レンズ体３０が第３光学系３３を含んでいるように説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、レンズ体３０は、第３光学系３３以外の第１及び第２光学系３１、３２のみを含んでいてもよい。

このようにすれば、レンズ体３０（各光学系３１〜３２）の作用により、出光面３１ｅ（中央領域３１ｅ１、側方領域３１ｅ２）がライン状に発光する線状光源を構成することが可能となる。

また、上記実施形態及び変形例では、第３光学系３３が入光面３３ａ、第５全反射面３３ｂからなるように説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、第３光学系３３は、屈折又は反射作用を持つその他の光学要素からなる光学系であってもよい。

上記実施形態はあらゆる点で単なる例示にすぎない。これらの記載によって本発明は限定的に解釈されるものではない。本発明はその精神または主要な特徴から逸脱することなく他の様々な形で実施することができる。

１０…灯具、２０…光源、３０…レンズ体、３０ａ…第１側面、３０ｂ…第２側面、３１ａ…レンズ部、３１-３３…第１〜第３光学系、３１ｂ…入光面、３１ｃ…第１全反射面、３１ｄ…第２全反射面、３１ｅ…出光面、３１ｅ１…中央領域、３１ｅ２…側方領域、３１ｅ３…外側領域、３２ａ入光面、３２ｂ…第３全反射面、３２ｃ…第４全反射面、３３ａ…入光面、３３ｂ…第５全反射面、Ｈ１…凹部、Ｈ２…貫通穴、Ｈ３…貫通穴、Ｓ…空気層

Claims

ＬＥＤ光源と、厚み寸法に対し幅寸法が長い略矩形の出光面としての第１側面とその反対側の第２側面とを含む板状のレンズ体と、を備えた灯具において、
前記ＬＥＤ光源は、当該ＬＥＤ光源からその光軸に対し広角方向に放射された光のうち前記レンズ体の厚み方向の光が前記レンズ体の表面及び裏面に向かうとともに、前記光軸に対し狭角方向に放射された光が前記レンズ体の第２側面から前記レンズ体内に入光するように、前記レンズ体の前記第２側面に対向して配置されており、
前記レンズ体は、少なくとも、第１光学系及び第２光学系を含んでおり、
前記第１光学系は、
前記レンズ体の表面及び／又は裏面に向かう光が入光するように、前記レンズ体の表面及び／又は裏面に形成され、当該光を前記光軸寄りに集光させるためのレンズ部と、
前記レンズ部により集光された光の光路上に配置され、当該光を前記レンズ体内に再度入光させるための第１入光面と、
前記第１入光面から前記レンズ体内に入光した光の光路上に配置され、当該光を前記光軸に略直交する方向に全反射させるための第１全反射面と、
前記第１全反射面で全反射された反射光の光路上に配置され、当該反射光を全反射させて前記出光面としての第１側面の略中央領域から前記光軸に対し略平行な光として出射させるための第２全反射面と、
を備えており、
前記第２光学系は、
前記ＬＥＤ光源が対向する前記レンズ体の前記第２側面に形成され、前記光軸に対し狭角方向に放射された光を、前記光軸寄りに集光させるための第２入光面と、
前記第２入光面により集光されて前記レンズ体内に入光した光の光路上に配置され、当該光を前記光軸の側方に向けて全反射させるための第３全反射面と、
前記第３全反射面で全反射された光の光路上に配置され、当該光を全反射させて前記出光面としての第１側面のうち前記中央領域に隣接する側方領域から前記光軸に対し略平行な光として出射させるための第４全反射面と、
を備えており、
前記レンズ部と前記第１入光面との間には、前記レンズ部で集光された光を通過させるための空気層が形成されていることを特徴とする灯具。
前記レンズ体は、さらに第３光学系を含んでおり、
前記第３光学系は、
前記ＬＥＤ光源からその光軸に対し広角方向に放射された光のうち前記レンズ体の幅方向の光を前記レンズ体内に入光させるための第３入光面と、
前記第３入光面から前記レンズ体内に入光した光を全反射させて前記出光面としての第１側面のうち前記側方領域に隣接する外側領域から前記光軸に対し略平行な光として出射させるための第５全反射面と、
を備えることを特徴とする請求項１に記載の灯具。