JP6449603B2 - Ｌｅｄ光源装置 - Google Patents

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Description

本発明は、ＬＥＤ光源装置に関するものであり、詳しくは、従来のコイル状フィラメントを発光源とする電球と同等な配光特性及び輝度分布を有すると共に、電球を光源とする灯具において電球に換えて光源として使用しても同等な配光パターンを得ることができる、ＬＥＤ素子を発光源とするＬＥＤを用いたＬＥＤ光源装置に関する。
従来、この種のＬＥＤ光源装置としては、例えば、特許文献１に、図１１（ａ）に示す光学系を備えたＬＥＤバルブが開示されている。
開示されたＬＥＤバルブは、ＬＥＤ発光体素子１００とＬＥＤ発光体素子１００の光照射方向前方に配設された反射部材１０１を備えており、反射部材１０１はＬＥＤ発光体素子１００の発光面１０２に対向する反射面１０５を有し、反射面１０５は頂部１０３をＬＥＤ発光体素子１００の発光面１０２側に向けると共に側面を中心軸１０６側に凹状に湾曲した湾曲面とする湾曲円錐状反射面１０４からなっている。
これにより、ＬＥＤ発光体素子１００からの出射光は、反射部材１０１の湾曲円錐状反射面１０４によって光照射方向の側方及び斜め後方に向けて放射状に反射される。このとき湾曲円錐状反射面１０４は反射光を出射光とする疑似光源（Ｅ）を形成し、疑似光源（Ｅ）からの出射光（湾曲円錐状反射面１０４による反射光（Ｆ））は、フィラメントを有するハロゲンバルブによる光の出射方向と略同一となり、且つ疑似光源（Ｅ）の形成位置及び発光領域の大きさはハロゲンバルブの配置位置及び大きさと略同一とすることが可能である、とされている。
特許第４６８９７６２号公報
ところで、上記特許文献１で開示されたＬＥＤバルブは、疑似光源（Ｅ）からの出射光、つまり湾曲円錐状反射面１０４による反射光（Ｄ）が図１１（ｂ）に示すように、湾曲円錐状反射面１０４を投影して湾曲円錐状の配光パターン１０７を形成する。そのため、疑似光源（Ｅ）からの出射光は、一定の径でコイル状に巻回されたフィラメントからの出射光とは異なる配光特性及び輝度分布を形成する。
換言すると、疑似光源（Ｅ）の配光特性は、巻径を徐々に変えて湾曲円錐状に巻回したコイル状のフィラメント（Ｆ）の配光特性に相当するものである。そのため、疑似光源（Ｅ）を灯具内に配置した場合、疑似光源（Ｅ）からの出射光のうち疑似光源（Ｅ）の、フィラメントの、大径で巻回された部分に対応する位置からの出射光は灯具の配光制御系によって広がる方向に配光制御され、フィラメントの、小径で巻回された部分に対応する位置からの出射光は集光する方向に配光制御される。
その結果、疑似光源（Ｅ）を配置した灯具は、一定の径でコイル状に巻回されたフィラメントからなる発光源を配置した本来の灯具による配光特性及び輝度分布と同等な配光特性及び輝度分布を得ることは難しい。つまり、電球をＬＥＤバルブに置き換えたとしても、灯具の配光特性は電球とは大きく異なるものとなってしまう。
また、疑似光源（Ｅ）となる湾曲円錐状反射面１０５を備えた反射部材１０１は、該反射部材１０１を支持する支柱が必要であり、該支柱は灯具内の限られたスペースにおいては反射部材１０１の近傍に配置する必要がある。そのため、疑似光源（Ｅ）からの出射光を遮って影を形成する要因となる。
そこで、本発明は上記問題に鑑みて創案なされたもので、その目的とするところは、従来のコイル状フィラメントを発光源とする電球と同等な配光特性及び輝度分布を有すると共に、電球を光源とする灯具において電球に換えて光源として使用しても同等な配光パターンを得ることができる、ＬＥＤ素子を発光源とするＬＥＤを用いたＬＥＤ光源装置を提供することにある。
上記課題を解決するために、本発明の請求項１に記載された発明は、ＬＥＤ素子を発光源とするＬＥＤと、前記ＬＥＤからの出射光を所定の方向に反射する光反射面を有する光反射体を備え、前記光反射面は少なくとも第１光反射面を有し、前記第１光反射面は、第１の双曲柱面及び第２の双曲柱面を備え、前記第１の双曲柱面は、内側焦点を前記光反射体の内部に設定すると共に、外側焦点を前記ＬＥＤの位置に設定した双曲線を、その主軸に対して垂直方向に移動することで得られる面からなり、前記第２の双曲柱面は、内側焦点を前記第１の双曲柱面の内側焦点と同一位置に設定すると共に、外側焦点を前記第１の双曲柱面の外側焦点とは異なる位置に設定した双曲線を、その主軸に対して垂直方向に移動することで得られる面からなることを特徴とするものである。
また、本発明の請求項２に記載された発明は、請求項１において、前記ＬＥＤは、少なくとも第１ＬＥＤと第２ＬＥＤとして複数個設けられており、前記第１の双曲柱面の外側焦点は、前記第１ＬＥＤの位置に設けられており、前記第２の双曲柱面の外側焦点は、前記第２ＬＥＤの位置に設けられていることを特徴とするものである。
また、本発明の請求項３に記載された発明は、請求項１又は請求項２のいずれかにおいて、前記光反射面は、更に第２光反射面を有し、前記第２光反射面は、前記第１光反射面よりも前記ＬＥＤから離れて位置すると共に、前記ＬＥＤ素子の光軸に対して略垂直な方向へと突設された自由曲面からなり、前記ＬＥＤから出射された光のうち、前記光軸を中心とする所定の角度範囲に出射された光が前記第１光反射面に照射され、前記所定の角度範囲よりも大きい角度で出射された光が前記第２光反射面に照射されることを特徴とするものである。
また、本発明の請求項４に記載された発明は、請求項１〜請求項３のいずれかにおいて、前記ＬＥＤは、前記ＬＥＤ素子が透光性樹脂で樹脂封止されて光出射面が非球面状に形成され、前記ＬＥＤ素子から出射して前記透光性樹脂内に入射した光が該透光性樹脂の前記光出射面での屈折によるレンズ効果によって前記ＬＥＤ素子の光軸側に曲げられて出射されることを特徴とするものである。
本発明のＬＥＤ光源装置は、ＬＥＤ素子を発光源とするＬＥＤと、ＬＥＤからの出射光を所定の方向に反射する第１光反射面及び第２光反射面を有する光反射体を備え、そのうち第１光反射面は双曲柱面からなり、双曲柱面の内側の焦線に対する外側の焦線上にある外側の焦点位置にＬＥＤ素子が位置した状態でＬＥＤを第１光反射面に対して対向配置した。
これにより、ＬＥＤから出射して第１光反射面に照射された光は、双曲柱面からなる第１光反射面における照射点と内側の焦線とを結ぶ直線の延長方向に反射され、反射光があたかも焦線上に配置した見かけ上の光源（疑似光源）から出射された光のように、第１光反射面の側方斜め上方から側方斜め下方の範囲に向けて照射される。これは、コイル状に且つ直線状に巻回されたフィラメントから放射されて電球から該電球の側方斜め上方から側方斜め下方の範囲に向けて照射された光の光路とほぼ同じ方向に向かう。
したがって、光源に電球を用いた従来の灯具と、光源に本発明のＬＥＤ光源装置を用いた灯具は、ほぼ同等の配光パターンを形成する。そのため、従来の灯具に光源として用いられる電球の代わりに、本発明のＬＥＤ光源装置を用いたとしても、同等な配光特性を及び輝度分布を有する灯具を実現することができ、従来の電球とそのまま置き換えが可能であると共に発光源がＬＥＤ素子となることにより灯具の長寿命化を図ることができる。
第１の実施形態の分解斜視図である。 ＬＥＤの説明図である。 第１の実施形態の側面図である。 同様に、第１の実施形態を側方から見た断面図である。 同様に、第１の実施形態を正面側から見た断面図である。 同様に、第１の実施形態の部分拡大図である。 従来の電球と第１の実施形態の比較説明図である。 従来の電球を用いた灯具の説明図である。 第１の実施形態を用いた灯具の説明図である。 第２の実施形態の部分拡大図である。 従来例の説明図である。
以下、この発明の好適な実施形態を図１〜図１０を参照しながら、詳細に説明する（同一部分については同じ符号を付す）。尚、以下に述べる実施形態は、本発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの実施形態に限られるものではない。
図１は本発明のＬＥＤ光源装置に係る第１の実施形態の分解斜視図、図２はＬＥＤの説明図、図３は第１の実施形態の側面図、図４は第１の実施形態を側方から見た断面図、図５は第１の実施形態を正面側から見た断面図である。
ＬＥＤ光源装置１は主に、図１に示すように、連結リング５、ＬＥＤ実装基板１０、回路基板２５、光反射体３０及び一対の支持本体６０、８０で構成されている。
ＬＥＤ実装基板１０は、基板１１に光源となる２つのＬＥＤ（第１ＬＥＤ１２及び第２ＬＥＤ１５）が実装されており、夫々のＬＥＤ１２、１５は、図２にあるように、発光源のＬＥＤ素子１３、１６が透光性樹脂からなる封止樹脂１４、１７によって樹脂封止されて光出射面１４ａ、１７ａがＬＥＤ素子１３、１６の光軸Ｘａ、Ｘｂを回転軸とする回転非球面状に形成されている。これにより、ＬＥＤ素子１３、１６の光出射面１３ａ、１６ａから出射して封止樹脂１４、１７内を導光された光が、封止樹脂１４、１７の光出射面１４ａ、１７ａでの屈折によるレンズ効果によって光軸Ｘａ、Ｘｂ側（照射範囲が狭まる方向）に曲げられて所定の範囲に照射するように設定されている。
図１に戻って、回路基板２５は、ＬＥＤ実装基板１０上の第１ＬＥＤ１２及び第２ＬＥＤ１５の点灯制御を行うための点灯制御回路を構成する電子部品（図示せず）や、第１ＬＥＤ１２及び第２ＬＥＤ１５の通電電流を制限するための電流制限抵抗（図示せず）等が実装されている。
光反射体３０は、一方の側（下面側）に、回路基板２５が挿嵌されて固定される回路基板挿嵌溝４１が長手方向に沿って形成されると共に他方の側（上面側）にドーム状の外周面を有し、長手方向の両端部が短手方向に沿って上下方向に切り取られた形状からなる横長ドーム状のドーム部４０と、ドーム部４０の下縁部の互いに対向する位置から該下縁部に沿って外側に突出する一対のフランジ部５０、５５とを有している。
ドーム部４０の外周面は、連続する複数の反射面（鏡面反射面）で構成された複合反射面（複合鏡面反射面）からなり、複合反射面のうち頂線部４３を挟んだ短手方向両側の上側で且つ長手方向の中央側の位置に双曲柱面からなる一対の第１光反射面４４、４５を有し、一対のフランジ部５０、５５の夫々の上面は、自由曲面反射面（自由曲面鏡面反射面）からなる第２光反射面５１、５６を有している。
一対の支持本体６０、８０の夫々は、夫々が、複数の放熱フィン６１、８１が放射状に延設されると共にＬＥＤ実装基板１０を挿嵌して支持するＬＥＤ実装基板挿嵌溝６２、８２が設けられてなるヒートシンク部６５、８５と、ヒートシンク部６５、８５の夫々から細幅で延びると共に光反射体３０及び回路基板２５を挟持する胴体部７０、９０と、夫々の胴体部７０、９０に繋がり回路基板２５が挿通して該回路基板２５の一端部側が外部に導出する回路基板挿通孔７５ａ、９５ａを有すると共に光反射体３０を支持する半カップ状のベース部７５、９５とを備えており、組立工程においてＬＥＤ実装基板１０、回路基板２５及び光反射体３０を収容支持した状態で一体化される。
なお、一対の支持本体６０、８０の一体化に際しては、支持本体６０、８０の夫々のヒートシンク部６５、８５に半円筒状の連結用支柱部６６、８６が突設されており、互いの連結用支持部６６、８６の肉厚面６６ａ、８６ａ同士を合わせた状態で円筒状の結合リング５で囲んで締め付け、半円筒状の連結用支持部６６、８６同士で形成された円筒中空部内に接着剤７を充填することにより一体化がなされる。
また、ＬＥＤ実装基板１０と回路基板２５は、リード線６によって電気的な接続が図られる。そのため、リード線６の引き回しのために光反射体３０に回路基板挿嵌溝４１から上方に抜けるリード線挿通溝４２が設けられている。但し、ＬＥＤ実装基板１０と回路基板２５の電気的な接続は必ずしもリード線に限られるものではなく、例えば、フレキシブル基板やリジッド基板等の回路基板を用いることも可能である。
上記、連結リング５、ＬＥＤ実装基板１０、回路基板２５、光反射体３０及び支持本体６０、８０で構成されたＬＥＤ光源装置１は、支持本体６０、８０の夫々のヒートシンク部６５、８５に突設された半円筒状の連結用支柱部６６、８６同士を円筒状の結合リング５で締め付けることにより形成された円筒中空部内に接着剤７を充填し、それにより、互いのヒートシンク部６５、８５同士及びベース部７５、９５同士を合わせた状態で一体化された支持本体６０、８０の内部に、ＬＥＤ実装基板１０、回路基板２５及び光反射体３０が収容されている。
一体化された支持本体６０、８０内に収容されたＬＥＤ実装基板１０、回路基板２５及び光反射体３０は、ＬＥＤ実装基板１０が、支持本体６０、８０の夫々のヒートシンク部６５、８５に設けられたＬＥＤ実装基板挿嵌溝６２、８２に挿嵌支持され、回路基板２５が光反射体３０のドーム部４０に設けられた回路基板挿嵌溝４１に挿嵌固定されている。
また、同時に、回路基板２５は支持本体６０、８０の夫々の胴体部７０、９０に挟持され、光反射体３０はドーム部４０が支持本体６０、８０の夫々の胴体部７０、９０に挟持されると共にフランジ部５０、５５が支持本体６０、８０の夫々のベース部７５、９５に支持されている。
ＬＥＤ実装基板１０は、ＬＥＤ１２、１５の照射方向を光反射体３０のドーム部４０側に向けて該ドーム部４０に対向配置し、リード線６を介して回路基板２５と電気的に接続されている。また、回路基板１０は、一端部側が支持本体６０、８０の夫々のベース部７５、９５に設けられた回路基板挿通孔７５ａ、９５ａを挿通して外部に導出されている。
次に、上記構成のＬＥＤ光源装置の光学系について、図６の部分拡大図を参照して説明する。
光反射体３０のドーム部４０の一対の第１光反射面４４、４５の夫々は、光反射体３０の短手方向の断面形状の双曲線４４ａ、４５ａを長手方向に延ばした双曲柱面からなり、互いの双曲柱面は共通の内側の焦線ｆ１を有している。
また、焦線ｆ１を内側の焦線とする双曲柱面からなる第１光反射面４４に対し、内側の焦線ｆ１に対する外側の焦線上にある焦点ｆ２ａを、双曲線４４ａと対をなす双曲線４４ａ´の焦点とし該焦点ｆ２ａの位置にＬＥＤ素子１３が位置してなる第１ＬＥＤ１２が対向配置され、同様に、焦線ｆ１を内側の焦線とする双曲柱面からなる第１光反射面４５に対し、内側の焦線ｆ１に対する外側の焦線上にある焦点ｆ２ｂを、双曲線４５ａと対をなす双曲線４５ａ´の焦点とし該焦点ｆ２ｂの位置にＬＥＤ素子１６が位置してなる第２ＬＥＤ１５が対向配置されている。
そこで、焦点ｆ２ａの位置にある、第１ＬＥＤ１２のＬＥＤ素子１３で発光して封止樹脂１４内を導光されて光出射面１４ａから出射された光は、そのうちＬＥＤ素子１３の光軸Ｘａを中心とする所定の角度範囲の方向に向かう光Ｌ１ａが、焦線ｆ１を焦線とする双曲柱面からなる第１光反射面４４に照射される。
第１光反射面４４に照射された光Ｌ１ａは、第１光反射面４４における照射点Ｐと、内側の焦線ｆ１上の点とを結ぶ直線の延長方向に反射される。つまり、焦点ｆ２ａの位置にある発光源から出射して第１光反射面４４で反射された反射光は、あたかも焦線ｆ１上に配置した見かけ上の光源（疑似光源）から出射された光のように、第１光反射面４４の側方斜め上方から側方斜め下方の範囲に向けて照射される。
同様に、焦点ｆ２ｂの位置にある、第２ＬＥＤ１５のＬＥＤ素子１６で発光して封止樹脂１７内を導光されて光出射面１７ａから出射された光は、そのうちＬＥＤ素子１６の光軸Ｘｂを中心とする所定の角度範囲の方向に向かう光Ｌ２ａが、焦線ｆ１を焦線とする双曲柱面からなる第１光反射面４５に照射される。
第１光反射面４５に照射された光は、第１光反射面４５における照射点Ｑと、内側の焦線ｆ１上の点とを結ぶ直線の延長方向に反射される。つまり、焦点ｆ２ｂの位置にある発光源から出射して第１光反射面４５で反射された反射光は、あたかも焦線ｆ１上に配置した見かけ上の光源（疑似光源）から出射された光のように、第１光反射面４５の側方斜め上方から側方斜め下方の範囲に向けて照射される。
また、焦点ｆ２ａの位置にある、第１ＬＥＤ１２のＬＥＤ素子１３で発光して封止樹脂１４内を導光されて光出射面１４ａから出射された光は、そのうちＬＥＤ素子１３の光軸Ｘａを中心とする所定の角度範囲よりもさらに大きい所定の角度範囲の方向に向かう光Ｌ１ｂが、フランジ部５０の第２光反射面５１に照射される。
第２光反射面５１に照射された光Ｌ１ｂは、第２光反射面５１で反射されて反射光が第２光反射面５１の斜め上方に向けて照射される。
同様に、焦点ｆ２ｂの位置にある、第２ＬＥＤ１５のＬＥＤ素子１６で発光して封止樹脂１７内を導光されて光出射面１７ａから出射された光は、そのうちＬＥＤ素子１６の光軸Ｘｂを中心とする所定の角度範囲よりもさらに大きい所定の角度範囲の方向に向かう光Ｌ２ｂが、フランジ部５５の第２光反射面５６に照射される。
第２光反射面５６に照射された光Ｌ２ｂは、第２光反射面５６で反射されて反射光が第２光反射面５６の斜め上方に向けて照射される。
なお、第１ＬＥＤ１２から出射して、第１光反射面４４で反射されて側方斜め上方から側方斜め下方の範囲に向かう光Ｌ１ａ及び第２光反射面５１で反射されて斜め上方に向かう光Ｌ１ｂはいずれも、一体化された支持本体６０、８０で形成された一方の開口部９７を通って外部に照射される（図３参照）。同様に、第２ＬＥＤ１５から出射して、第１光反射面４５で反射されて側方斜め上方から側方斜め下方の範囲に向かう光Ｌ２ａ及び第２光反射面５６で反射されて斜め上方に向かう光Ｌ２ｂはいずれも、一体化された支持本体６０、８０で形成された他方の開口部９８を通って外部に照射される（図４参照）。
したがって、第１光反射面４４、４５及び第２光反射面５１、５６による反射光は遮るものなくそのまま外部に照射される。そのため、光の利用効率が高く、明るいＬＥＤ光源装置１が実現できる。
そこで、コイル状に且つ直線状に巻回されたフィラメント１５０からの出射光の出射方向と上記ＬＥＤ光源装置からの出射光の出射方向を比較すると、図７（従来の電球と第１の実施形態の比較説明図）に示すように、フィラメント１５０から発せられて該フィラメント１５０の長手方向の両側方に向かう光（図７ａ（従来の電球）参照）に対し、ＬＥＤ１２、１５から出射して光反射体３０の長手方向に沿って設けられた第１光反射面４４、４５で夫々の側方に反射された反射光、言い換えると、光反射体３０のドーム部４０内に設定された焦線ｆ１の位置にある見かけ上の疑似光源から発せられて、光反射体３０の長手方向に沿って設けられた双曲柱面からなる第１光反射面４４、４５を通して夫々の側方に向かう光（図７ｂ（第１の実施形態）参照）が、ほぼ同等の方向に向けて照射される。
また、フィラメント１５０を発光源とする電球１５１が光反射面１５２を有するリフレクタ１５３に囲まれてなる従来の灯具１５４（図８（従来の電球を用いた灯具の説明図）参照）と、従来の灯具１５４における電球１５１のフィラメント１５０に対応する位置に、光反射体３０の一対の第１光反射面４４、４５における共通の内側の焦線ｆ１を位置させたＬＥＤ光源装置１を用いた灯具２００（図９（第１の実施形態を用いた灯具の説明図）参照）を比較すると、従来の灯具１５４における、フィラメント１５０から放射されて電球１５１から該電球１５１の側方斜め上方から側方斜め下方の範囲に向けて照射された光Ｌ１０ａの光路と、ＬＥＤ光源装置１を用いた灯具２００における、焦線ｆ１の位置にある見かけ上の疑似光源から発せられてＬＥＤ光源装置１から該ＬＥＤ光源装置１の側方斜め上方から側方斜め下方の範囲に向けて照射された光Ｌ２０ａの光路は、互いにほぼ同じ方向に向かう。
一方、フィラメント１５０から放射されて電球１５１から該電球１５１の斜め上方に向けて照射された光Ｌ１０ｂの光路と、焦線ｆ１の位置にある見かけ上の疑似光源から発せられてＬＥＤ光源装置１から該ＬＥＤ光源装置１の斜め上方に向けて照射された光Ｌ２０ｂの光路は、互いにほぼ同じ方向に向かう。
したがって、光源に電球１５１を用いた従来の灯具１５４において、電球１５１の側方斜め上方から側方斜め下方の範囲に向けて照射されてリフレクタ１５３の光反射面１５２で反射されて前方方向に位置するアウターレンズ１５５を透過した光Ｌ１０ａと、電球１５１の斜め上方に照射されて直接アウターレンズ１５５を透過した光Ｌ１０ｂとで形成する配光パターンに対し、光源にＬＥＤ光源装置１を用いた灯具２００において、ＬＥＤ光源装置１の側方斜め上方から側方斜め下方の範囲に向けて照射されてリフレクタ１５３の光反射面１５２で反射されて前方方向に位置するアウターレンズ１５５を透過した光Ｌ２０ａと、ＬＥＤ光源装置１の斜め上方に照射されて直接アウターレンズ１５５を透過した光Ｌ２０ｂとで形成する配光パターンは、ほぼ同等の配光パターンとなる。
そのため、従来の灯具に光源として用いられる電球の代わりに、本発明のＬＥＤ光源装置１を用いたとしても、同等な配光特性を及び輝度分布を有する灯具を実現することができる。そのため、従来の電球とそのまま置き換えが可能であると共に発光源がＬＥＤ素子となることにより灯具の長寿命化を図ることができる利点を有する。
そこで、上述した特許文献１に開示された従来のＬＥＤバルブと本発明のＬＥＤ光源装置（第１の実施形態）とを比較すると、以下のことが言える。
まず、従来のＬＥＤバルブは、ＬＥＤ発光体素子からの出射光を反射して反射光の疑似光源となる、反射部材の反射面が湾曲円錐形状を有するため疑似光源の形状が縦長の楕円形状を呈し、電球の発光源であるフィラメントの形状（線状）とは異なる。その結果、電球をＬＥＤバルブに置き換えたとしても灯具において形成される配光パターンが異なるものとなるため、ただ単に置き換えただけでは灯具としてそのまま使用することは困難である。
また、ＬＥＤバルブを使用した灯具は、ＬＥＤ発光体素子からの出射光のほとんど全てが、反射部材の反射面と灯具の凹状反射鏡による２回の反射を経て灯具外に出射される。そのため、電球から出射して直接灯具外に向かう光を再現することができておらず、この点からも、電球をＬＥＤバルブに置き換えたとしても灯具において形成される配光パターンが異なるものとなる。
それに対し、本発明のＬＥＤ光源装置は、ＬＥＤ光源からの出射光を反射して反射光の疑似光源となる、光反射体の第１光反射面が双曲柱面からなる疑似光源の形状が焦線上を延びる線状を呈し、電球の発光源であるフィラメントの形状（線状）とほぼ同一の形状となる。その結果、電球をＬＥＤ光源装置に置き換えたとしても灯具において形成される配光パターンがほぼ同一のパターンとなるため、置き換えただけで灯具としてそのまま使用することが可能となる。
また、ＬＥＤ光源装置を使用した灯具は、ＬＥＤ光源からの出射光の一部が光反射体の第２光反射面で斜め上方に向けて反射され、その反射光が直接灯具外に出射される。そのため、第２光反射面による反射光によって電球から出射して直接灯具外に向かう光が再現され、電球をＬＥＤ光源装置に置き換えたときの配光パターンの形成に大いに寄与するものとなる。
さらに、光反射体３０の第１光反射面４４及び第２光反射面５１に対しては第１ＬＥＤ１２からの出射光が照射され、第１光反射面４５及び第２光反射面５６に対しては第２ＬＥＤ１５からの出射光が照射される。そのため、夫々の光反射面４４、５１、４５、５６による反射光の光量を多く得ることができ、明るい灯具が実現できる。
図１０は、本発明のＬＥＤ光源装置に係る第２の実施形態であり、特に、光学系について示したものである。
第２の実施形態は上記第１の実施形態に対して主に、光反射体の第１光反射面の構成及びＬＥＤと第１光反射面との位置関係が異なる。
具体的には、第１光反射面４６は、複合反射面のうち頂線部４３を挟んだ短手方向両側の上側で且つ長手方向の中央側の位置に双曲柱面状に形成されており、双曲柱面は光反射体３０の短手方向の断面形状の双曲線４６ａを長手方向に延ばした形状を呈しており、内側の焦線ｆ１を有している。
また、焦線ｆ１を内側の焦線とする双曲柱面からなる第１光反射面４６に対し、内側の焦線ｆ１に対する外側の焦線上にある焦点ｆ２を、双曲線４６ａと対をなす双曲線４６ａ´の焦点とし該焦点ｆ２の位置にＬＥＤ素子１９が位置してなるＬＥＤ１８が対向配置されている。
そこで、焦点ｆ２の位置にある、ＬＥＤ１８のＬＥＤ素子１９で発光して封止樹脂２０内を導光されて光出射面２０ａから出射された光は、そのうちＬＥＤ素子１９の光軸Ｘを挟んだ両側の所定の角度範囲の方向に向かう光Ｌ５ａが、焦線ｆ１を焦線とする双曲柱面からなる第１光反射面４６に照射される。
第１光反射面４６に照射された光Ｌ５ａは、第１光反射面４６における照射点Ｒと、内側の焦線ｆ１上の前記照射点Ｒから最短距離にある点とを結ぶ直線の延長方向に反射される。つまり、焦点ｆ２の位置にある発光源から出射して第１光反射面４６で反射された反射光は、あたかも焦線ｆ１上に配置した見かけ上の光源（疑似光源）から出射された光のように、第１光反射面４６の側方斜め上方から側方斜め下方の範囲に向けて照射される。
また、焦点ｆ２の位置にある、ＬＥＤ１８のＬＥＤ素子１９で発光して封止樹脂２０内を導光されて光出射面２０ａから出射された光は、そのうちＬＥＤ素子１９の光軸Ｘを挟んだ両側の所定の角度範囲よりもさらに大きい所定の角度範囲の方向に向かう光Ｌ５ｂが、フランジ部５０、５５の夫々の第２光反射面５１、５６に照射され、第２光反射面５１、５６で反射されて反射光が第２光反射面５１、５６の斜め上方に向けて照射される。
これにより、上記第１の実施形態と同様に、コイル状に且つ直線状に巻回されたフィラメントから放射されて電球から該電球の側方斜め上方から側方斜め下方の範囲に向けて照射された光の光路と、焦線ｆ１の位置にある見かけ上の疑似光源から発せられてＬＥＤ光源装置から該ＬＥＤ光源装置の側方斜め上方から側方斜め下方の範囲に向けて照射された光の光路は、互いにほぼ同じ方向に向かう。
したがって、光源に電球を用いた従来の灯具と、光源に本発明のＬＥＤ光源装置（第２の実施形態）を用いた灯具は、ほぼ同等の配光パターンを形成する。そのため、従来の灯具に光源として用いられる電球の代わりに、本発明のＬＥＤ光源装置を用いたとしても、同等な配光特性を及び輝度分布を有する灯具を実現することができる。そのため、従来の電球とそのまま置き換えが可能であると共に発光源がＬＥＤ素子となることにより灯具の長寿命化を図ることができる利点を有する。
なお、第２の実施形態は、複合反射面のうち頂線部４３を挟んだ短手方向両側に位置する第１光反射面４６に対して１つのＬＥＤ１８からの出射光が照射される。そのため、ＬＥＤの使用数を減らすことができ、ＬＥＤ光源装置の製造コストの低コスト化を図ることができる。
１… ＬＥＤ光源装置
５… 連結リング
６… リード線
１０… ＬＥＤ実装基板
１１… 基板
１２… 第１ＬＥＤ
１３… ＬＥＤ素子
１３ａ… 光出射面
１４… 封止樹脂
１４ａ… 光出射面
１５… 第２ＬＥＤ
１６… ＬＥＤ素子
１６ａ… 光出射面
１７… 封止樹脂
１７ａ… 光出射面
１８… ＬＥＤ
１９… ＬＥＤ素子
２０… 封止樹脂
２０ａ… 光出射面
２５… 回路基板
３０… 光反射体
４０… ドーム部
４１… 回路基板挿嵌溝
４２… リード線挿通溝
４３… 頂線部
４４… 第１光反射面
４４ａ… 双曲線
４４ａ´… 双曲線
４５… 第１光反射面
４５ａ… 双曲線
４５ａ´… 双曲線
４６… 第１反射面
４６ａ… 双曲線
４６ａ´… 双曲線
５０… フランジ部
５１… 第２光反射面
５５… フランジ部
５６… 第２光反射面
６０… 支持本体
６１… 放熱フィン
６２… ＬＥＤ実装基板挿嵌溝
６５… ヒートシンク部
６６… 連結用支柱部
６６ａ… 肉厚面
７０… 胴体部
７５… ベース部
７５ａ… 回路基板挿通孔
８０… 支持本体
８１… 放熱フィン
８２… ＬＥＤ実装基板挿嵌溝
８５… ヒートシンク部
８６… 連結用支柱部
８６ａ… 肉厚面
９０… 胴体部
９５… ベース部
９５ａ… 回路基板挿通孔
９７… 開口部
９８… 開口部

Claims (4)

  1. ＬＥＤ素子を発光源とするＬＥＤと、前記ＬＥＤからの出射光を所定の方向に反射する光反射面を有する光反射体を備え、
    前記光反射面は少なくとも第１光反射面を有し、
    前記第１光反射面は、第１の双曲柱面及び第２の双曲柱面を備え、
    前記第１の双曲柱面は、内側焦点を前記光反射体の内部に設定すると共に、外側焦点を 前記ＬＥＤの位置に設定した双曲線を、その主軸に対して垂直方向に移動することで得られる面からなり、
    前記第２の双曲柱面は、内側焦点を前記第１の双曲柱面の内側焦点と同一位置に設定すると共に、外側焦点を前記第１の双曲柱面の外側焦点とは異なる位置に設定した双曲線を、その主軸に対して垂直方向に移動することで得られる面からなることを特徴とするＬＥＤ光源装置。
  2. 前記ＬＥＤは、少なくとも第１ＬＥＤと第２ＬＥＤとして複数個設けられており、
    前記第１の双曲柱面の外側焦点は、前記第１ＬＥＤの位置に設けられており、
    前記第２の双曲柱面の外側焦点は、前記第２ＬＥＤの位置に設けられていることを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ光源装置。
  3. 前記光反射面は、更に第２光反射面を有し、
    前記第２光反射面は、前記第１光反射面よりも前記ＬＥＤから離れて位置すると共に、
    前記ＬＥＤ素子の光軸に対して略垂直な方向へと突設された自由曲面からなり、
    前記ＬＥＤから出射された光のうち、前記光軸を中心とする所定の角度範囲に出射された光が前記第１光反射面に照射され、
    前記所定の角度範囲よりも大きい角度で出射された光が前記第２光反射面に照射されることを特徴とする請求項１又は請求項２のいずれかに記載のＬＥＤ光源装置。
  4. 前記ＬＥＤは、前記ＬＥＤ素子が透光性樹脂で樹脂封止されて光出射面が非球面状に形成され、前記ＬＥＤ素子から出射して前記透光性樹脂内に入射した光が該透光性樹脂の前記光出射面での屈折によるレンズ効果によって前記ＬＥＤ素子の光軸側に曲げられて出射されることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載のＬＥＤ光源装置。
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