JP7084588B2

JP7084588B2 - 発光装置及びこれを備えた警光灯

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Publication number: JP7084588B2
Application number: JP2018224943A
Authority: JP
Inventors: 克彦関; 圭吾二俣; 武史石川; 茂樹武田; 寛士中咲
Original assignee: Shimada Precision Co Ltd
Current assignee: Shimada Precision Co Ltd
Priority date: 2018-11-30
Filing date: 2018-11-30
Publication date: 2022-06-15
Anticipated expiration: 2038-11-30
Also published as: JP2020087861A

Description

本発明は、発光装置及びこれを備えた警光灯に関する。

警察車両や消防車両等の緊急車両の屋根に搭載される警光灯は、投光グローブ内に発光装置を収容して構成されている。このような発光装置として、特許文献１には基板に配列された複数個のＬＥＤからの光を集光レンズ素子部により平行光束とした後に、縦シリンドリカルレンズ素子部で所定の角度に拡散させるものが開示されている。また、図７に示すように、ＬＥＤ１４２からの光を集光レンズ１０６により集光又はリフレクタ１０７により反射させて拡散カバー１０８により拡散させるものが実用に供されている。

特開２００５－６３７８２

特許文献１に開示の発光装置では、ＬＥＤから発せられる光のうち所定範囲（約６０°の範囲）の光のみしか前方へ出射する光として利用されていない。

また、図７に示す構成では、集光レンズ１０６とリフレクタ１０７と拡散カバー１０８とを組み立てる必要があり、製造に手間がかかるという問題があった。また、ＬＥＤ１４２から発せられた一部の光Ｌ１０１については、集光レンズ１０６に入射する箇所Ｐ１、集光レンズ１０６から出射される箇所Ｐ２、拡散カバー１０８に入射する箇所Ｐ３、及び拡散カバー１０８から出射する箇所Ｐ４において、それぞれ４％程度の透明体透過損失が発生し、合計で１６％（４％×４箇所）程度の光量が損失される。同様に、他の一部の光Ｌ１０２については、リフレクタ１０７において１０％～１５％程度（リフレクタ１０７の反射率に依存する）の反射損失が発生すると共に、拡散カバー１０８に入射する箇所Ｐ５及び拡散カバー１０８から出射する箇所Ｐ６においてそれぞれ４％程度の透明体透過損失が発生し、合計で１８％～２３％程度の光量が損失される。

本発明は、組み立てが容易な発光装置及びこれを備えた警光灯の提供を目的とする。

本発明は、光の損失を抑制できる発光装置及びこれを備えた警光灯の提供を目的とする。

本発明の発光装置は、ＬＥＤユニットと、前記ＬＥＤユニットが取り付けられる拡散部材と、を備え、前記ＬＥＤユニットは、基板と、前記基板に実装されたＬＥＤと、を有し、前記拡散部材は透明樹脂製であって、前記ＬＥＤからの光を導入する導入部と、前記導入部から導入された光を内部反射させる反射部と、前記導入部から導入された光を出射する拡散レンズ部と、を有し、前記導入部は、集光レンズ部と、凹レンズ部と、を有し、前記ＬＥＤから発せられる一部の光は、前記集光レンズ部から前記拡散部材に導入されて前記拡散レンズ部から出射され、前記ＬＥＤから発せられる他の一部の光は、前記凹レンズ部から前記拡散部材に導入されて前記反射部により内部反射され、前記拡散レンズ部から出射されることを特徴とする。

本発明の発光装置によれば、前記ＬＥＤから発せられる一部の光は、前記集光レンズ部から前記拡散部材に導入されて前記拡散レンズ部から出射され、前記ＬＥＤから発せられる他の一部の光は、前記凹レンズ部から前記拡散部材に導入されて前記反射部により反射され、前記拡散レンズ部から出射されるので、レンズ部品にリフレクタ部品や拡散レンズ部品を組み立てる必要がなく、製造工程を容易にできる。また、光の透過箇所を減らすことができるので、光の透明体透過損失を抑制することができる。

本発明の実施形態に係る警光灯を示す概略斜視図。図１に示す警光灯が備える発光装置を示す図であって、（ａ）は表面側斜視図、（ｂ）は表面側分解斜視図。図２（ａ）のＩＩＩ－ＩＩＩ線端面図。図２（ａ）のＩＶ－ＩＶ線端面図。図２に示す発光装置が備える拡散部材の裏面側斜視図。実施例に係る発光装置の発光状態を示す写真図。従来の発光装置の端面図。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態に係る警光灯について説明する。図１を参照して、本実施形態の警光灯１は、消防車両等の緊急車両（図示せず）の屋根等に搭載されて使用されるものであって、透光グローブ２と、透光グローブ２に収容された複数個の発光装置３と、を備える。

図２に示す様に、各発光装置３は、ＬＥＤユニット４と、ＬＥＤユニット４が取り付けられる拡散部材５と、ＬＥＤユニット４を拡散部材５に取り付ける取付手段（図示せず）と、を備え、ＬＥＤユニット４は、基板４１と、基板４１に横方向Ｄ１に一列に実装された３個のＬＥＤ４２と、を有する。拡散部材５は透明樹脂製であって、ＬＥＤ４２からの光を導入し、その光を導いて外部に出射するものである。図３に示す様に、拡散部材５は、ＬＥＤ４２からの光を拡散部材５内に導入する導入部６と、導入部６から導入された光を内部反射させるリフレクタ部７と、拡散部材５内に導入された光を出射する拡散レンズ部８と、拡散レンズ部８の周縁部から延びる環状の周壁部９と、を有し、これらは樹脂成形により一体に形成されている。

導入部６は、ＬＥＤ４２からの光を集光させる第１レンズ部６１と、高さ方向Ｄ２において第１レンズ部６１とＬＥＤユニット４の間に位置する第２レンズ部６２と、第１レンズ部６１と第２レンズ部６２の間に位置する第３レンズ部６３と、を有する。図４に示す様に、第１レンズ部６１は、３個のＬＥＤ４２に対応して長さ方向Ｄ１に一列に並ぶ３個の凸レンズ部（集光レンズ部）６１ａを有し、各凸レンズ部６１ａの中心は各ＬＥＤ４２と高さ方向Ｄ２に対向する。各凸レンズ部６１ａは非球面形状を有し、長さ方向Ｄ１における曲率よりも幅方向Ｄ３における曲率の方が小さく設定されている。詳細は後述する。

図５に示す様に、第２レンズ部６２は、３個の凸レンズ部６１ａに対応して第１凹レンズ部６２ａと、一対の第２凹レンズ部６２ｂ,６２ｂと、第３凹レンズ部６２ｃと、を有する。第１凹レンズ部６２ａ及び第３レンズ部６２ｃはＣ字状横断面を有し、一対の第２凹レンズ部６２ｂ,６２ｂは幅方向Ｄ３に相互に対向している。第２レンズ部６２の一方の側縁６２Ａ（高さ方向Ｄ２においてＬＥＤユニット４に近い方の側縁（下側縁））は、高さ方向Ｄ２においてＬＥＤ４２とほぼ同じ高さ位置に位置している。換言すると、図３に示す様に、ＬＥＤ４２の光軸Ｃ１に対するＬＥＤ４２と側縁６２Ａとを結ぶ仮想線Ｃ２の角度θ１は略１８０°である。また、各凹レンズ部６２ａ，６２ｂ，６２ｂ，６２ｃは、対応のＬＥＤ４２（ＬＥＤ４２の中心）を曲率中心とする球面レンズ部である。

第３レンズ部６３は第１レンズ部６１の周縁からＬＥＤユニット４に向かって高さ方向Ｄ２に沿って延び、第２レンズ部６２の他方の周縁（上側縁）６２Ｂと連続している。

図５を参照して、リフレクタ部７は略３段雪だるま状の横断面を有し、３個の凸レンズ部６１ａに対応して第１の反射部７１と、一対の第２の反射部７２,７２と、第３の反射部７３と、を有し、一対の第２の反射部７２,７２は幅方向Ｄ３に相互に対向している。各反射部７１，７２，７２，７３は、対応のＬＥＤ４２（ＬＥＤ４２の中心）を焦点位置とする放物面レンズ部である。

図４に示す様に、拡散レンズ部８は幅方向Ｄ３に直線状に延びる複数本のシリンドリカルレンズ部８１が長さ方向Ｄ１に並列されたレンチキュラーレンズ部である。

図５に示す様に、周壁部９の内面には複数本の溝９１が設けられている。周壁部９を含む拡散部材５が透明樹脂製であるため、周壁部９に溝９１を設けることによって外部から内部を視認しにくくすることができる。

かかる構成において、図３に示す様に、ＬＥＤ４２から発せられた光のうち、一部の光Ｌ１は第１レンズ部６１（凸レンズ部６１ａ）から拡散部材５に導入され、拡散部材５を構成する樹脂内を伝播し、拡散レンズ部８から拡散されて出射される。このとき、第１レンズ部６１を構成する凸レンズ部６１ａは、長さ方向Ｄ１における曲率よりも幅方向Ｄ３における曲率の方が小さい非球面レンズ部であるから、凸レンズ部６１ａを球面レンズ状とした場合と比較して長さ方向Ｄ１における光の拡散角度をより広くできる。なお、本実施形態においては、長さ方向Ｄ１における凸レンズ部６１ａのレンズ面を放物面レンズ面とし、幅方向Ｄ３における凸レンズ部６１ａのレンズ面を球面レンズ面としている。

また、ＬＥＤ４２から発せられた光のうち、他の一部の光Ｌ２は、第２レンズ部６２から拡散部材５に導入され、リフレクタ部７により内部全反射されて略平行光束となり、拡散レンズ部８から拡散されて出射される。ＬＥＤ４２から発せられた光のうち、更に他の光Ｌ３は、第３レンズ部６３から拡散部材５に導入され、拡散部材５の樹脂内を伝播して拡散レンズ部８から拡散されて出射される。

このように、本実施形態においては、ＬＥＤ４２から発せられた光は樹脂成形により一体形成された拡散部材５に導入されて拡散レンズ部８から拡散されて出射されるので、図７に示す従来のものと異なり、レンズやリフレクタを組み立てる工程が不要となり、発光装置３の製造工程を簡略化できる。

また、拡散部材５を樹脂により一体形成しているから、図７に示す従来のものと比較して光の損失を抑制できる。即ち、図３を参照して、光Ｌ１については、第１レンズ部６１から入射する箇所Ｑ１と拡散レンズ部８から出射される箇所Ｑ２においてそれぞれ４％程度の透明体透過損失が発生するのみであるから、合計の損失量を８％程度に押さえることができる。光Ｌ２についても、リフレクタ部７における反射損失はなく、第２レンズ部６２から入射する箇所Ｑ３と拡散レンズ部８から出射される箇所Ｑ４においてそれぞれ４％程度の透明体透過損失が発生するのみであるから、合計の損失量を８％程度に押さえることができる。

なお、ＬＥＤ４２の中心を通り長さ方向Ｄ１に平行な縦断面において、第１レンズ部６１から導入される光の角度範囲（図４に示す角度θ２）は約４２°であるのが好ましい。また、ＬＥＤ４２の中心を通り幅方向Ｄ３に平行な縦断面において、第１レンズ部６１から導入される光の角度範囲（図３に示す角度θ３）は約３４°とするのが好ましく、第３レンズ部６３から導入される光の角度範囲（図３に示す角度θ４)は約１５°とするのが好ましく、第２レンズ部６２から導入される光の角度範囲（図３に示す角度θ５）は約４２°とするのが好ましい。

［実施例］
上記実施形態に係る発光装置３を下記のパラメータで製造したところ、発光装置３を図６に示す様に良好に光らせることができた。

まず、非球面形状は、「ｚ」をレンズ面の頂点からの光軸方向における距離（サグ量）、「ｘ」を光軸からの距離（光軸方向に垂直な方向における距離）、「ｒ」を頂点における曲率半径（曲率の逆数）、「ｋ」を円錐定数（コーニック定数）とすると、以下の数式１によって定義される(高次項省略)。

数式１において、長さ方向Ｄ１における凸レンズ部６１ａの曲率半径ｒを２５ｍｍ、コーニック定数Ｋを－１（放物面）、幅方向Ｄ３における凸レンズ部６１ａの曲率半径ｒを１０ｍｍ、コーニック定数Ｋを０（球面）とした。

また、数式１において、第１～第３反射部７１～７３を、対応のＬＥＤ４２（ＬＥＤ４２の中心）を焦点位置とする放物面レンズ部（即ち、コーニック定数Ｋ＝－１）とし、当該放物面の頂点における曲率半径ｒを約１２．５ｍｍとした。更に、第２レンズ部６２は、対応のＬＥＤ４２（ＬＥＤ４２の中心）を曲率中心とする曲率半径ｒが約１３ｍｍの球面レンズ部とした。

以上、本発明の実施形態に係る発光装置および警光灯について添付の図面を参照して説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されず、本発明の範囲を逸脱することなく種々の変形、修正が可能である。

例えば、ＬＥＤユニット４に搭載されるＬＥＤ４２の個数は３個に限定されず、２個以下であっても４個以上であっても良く、凸レンズ部６１ａ等の個数はＬＥＤ４２の個数に応じて増減させればよい。

１警光灯
２透光グローブ
３発光装置
４ＬＥＤユニット
５拡散部材
６導入部
７リフレクタ部
８拡散レンズ部
４２ＬＥＤ
６２第２レンズ部
７１,７２,７３反射部

Claims

ＬＥＤユニットと、
前記ＬＥＤユニットが取り付けられる拡散部材と、を備え、
前記ＬＥＤユニットは、基板と、前記基板に実装されたＬＥＤと、を有し、
前記拡散部材は透明樹脂製であって、前記ＬＥＤからの光を導入する導入部と、前記導入部から導入された光を内部反射させる反射部と、前記導入部から導入された光を出射する拡散レンズ部と、を有し、
前記導入部は、集光レンズ部と、凹レンズ部と、を有し、
前記ＬＥＤから発せられる一部の光は、前記集光レンズ部から前記拡散部材に導入されて前記拡散レンズ部から出射され、
前記ＬＥＤから発せられる他の一部の光は、前記凹レンズ部から前記拡散部材に導入されて前記反射部により内部反射され、前記拡散レンズ部から出射されることを特徴とする発光装置。
前記凹レンズ部は前記ＬＥＤを曲率中心とする球面レンズ部であり、前記反射部は前記ＬＥＤを焦点位置とする放物面レンズ部であることを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
前記球面レンズ部の曲率半径は約１３ｍｍであり、前記放物面レンズ部の頂点における曲率半径は約１２．５ｍｍであることを特徴とする請求項２に記載の発光装置。
前記拡散部材は、前記拡散レンズ部の周縁から延出する周壁部を更に有し、
前記周壁部の内面には複数本の溝が設けられていることを特徴とする請求項１～３の何れかに記載の発光装置。
透光グローブと、
前記透光グローブに収容された発光装置と、を備え、
前記発光装置は請求項１～４の何れかに記載の発光装置であることを特徴とする警光灯。