特許 5728440 ＬＥＤ照明装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5728440

(24)【登録日】2015年4月10日

(45)【発行日】2015年6月3日

(54)【発明の名称】ＬＥＤ照明装置

(51)【国際特許分類】

   F21S 2/00 20060101AFI20150514BHJP

   F21V 5/04 20060101ALI20150514BHJP

   F21V 8/00 20060101ALI20150514BHJP

   F21Y 101/02 20060101ALN20150514BHJP

【ＦＩ】

   F21S2/00 600

   F21V5/04 650

   F21V8/00 320

   F21V8/00 330

   F21Y101:02

【請求項の数】4

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2012-167014(P2012-167014)

(22)【出願日】2012年7月27日

(65)【公開番号】特開2014-26856(P2014-26856A)

(43)【公開日】2014年2月6日

【審査請求日】2014年3月10日

(73)【特許権者】

【識別番号】594051046

【氏名又は名称】株式会社栗原工業

(74)【代理人】

【識別番号】100081455

【弁理士】

【氏名又は名称】橘 哲男

(74)【代理人】

【識別番号】100170966

【弁理士】

【氏名又は名称】藤本 正紀

(72)【発明者】

【氏名】栗原 公郷

【審査官】 林 政道

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００３−０５９３２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−２６３７８７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第０６２７３３３８（ＵＳ，Ｂ１）

【文献】 特開２００５−２４１８９９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−２８１６５５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−０２１７１７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ２１Ｓ ２／００

Ｆ２１Ｖ ５／０４

Ｆ２１Ｖ ８／００

Ｆ２１Ｙ １０１／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数のＬＥＤが実装された基板と、該基板の他面に設けられ該ＬＥＤからの入射光を出光面から出光させる導光体と、からなるＬＥＤ照明装置において、
前記導光体は、前記ＬＥＤからの入射光を前記導光体内へ入射させる入射部と、該入射部に入射された入射光を該導光体内で反射させて混光させる混光部と、前記出光面が直線状に形成されており前記混光部で混光された光を該出光面から外部に出光する出光部とからなり、
前記入射部は、前記ＬＥＤからの入射光を前記混光部へ反射させる平滑状であって前記入射光の光軸に対して傾斜している第１の反射面を有し、
前記混光部は、前記出光面と対向する位置に設けられ前記第１の反射面で反射された光を該入射光の光軸と異ならせて前記出光面から出光させる断面略円形状の第２の反射面と、前記第１の反射面に対向する位置に設けられ前記第１の反射面に反射した光を前記第２の反射面とともに前記導光体内で反射させる第３の反射面を有し、
前記出光部は、前記出光面に対して脱着可能なフレネルレンズを有する、
ことを特徴とするＬＥＤ照明装置。

【請求項2】

前記入射部は、前記ＬＥＤの形状よりも大きい開口の凹部を有し、該凹部は前記ＬＥＤを囲むように配置されていることを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ照明装置。

【請求項3】

前記凹部の凹形状の内壁面には、反射塗料が塗布されていることを特徴とする請求項２に記載のＬＥＤ照明装置。

【請求項4】

前記第２の反射面は、該混光部を形成する略球形状の上面及び／又は側面に形成されていることを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ照明装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ＬＥＤ照明装置に関し、特に、組み立て及びメンテナンスが容易であり、照射する対象物に応じて焦点を作ることができるＬＥＤ照明装置に関する。

【背景技術】

【0002】

ＬＥＤは、白熱電球や蛍光灯とは異なり、発光に指向性があること、また、ＬＥＤから高輝度の光が発せられること、によりグレアが発生するといった問題がある。さらに、ＬＥＤには、光量及び光色のばらつきがあるため、複数のＬＥＤを用いる場合には、不均一な光が生じるといった問題がある。

【0003】

このため、例えば、特許文献１に示すようなＬＥＤ照明装置が提案されている。このＬＥＤ照明装置は、環状の導光体と、この導光体の長手方向両側面から導光体の内部に向かって光を照射する多数のＬＥＤと、この導光体を収容するカバー体と、を備え、ＬＥＤの光を導光体内部で混光し、導光体の下面から照射するようにした構成である。このＬＥＤ照明装置によれば、ＬＥＤからの光を導光体で混光させることにより、グレアの発生を低減させると共に光量及び光色のばらつきを緩和して均一な光を得ることができる。

【0004】

しかし、ＬＥＤからの光を導光体で混光させることで、被照射体に対し均一な照射をすることができるが、導光体からの出光は単に下面を照射するだけであり、検査体に対して単一の焦点しか作ることができず、様々な検査体に対応できないという問題があった。

【0005】

このため、本発明者は、入射部への入射光の光軸と混光部からの出射光の光軸を異ならせることが可能なＬＥＤ照明装置を提案している（特願２０１１−２３４２５３）。このＬＥＤ照明装置によれば、グレアや照度のムラあるいは不均一な照射と言った問題を解決できるとともに、出光の角度を変更可能なため、複数の焦点を作ることが出来、対象物（被照射体）に合った焦点を作ることが可能となる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特許第４６５９１５５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

しかしながら、現在提案されているＬＥＤ照明装置によれば、対象物（被照射体）に合った焦点を作ることができるという優れた利点を有するものの、異なる焦点距離を必要とする場合には、導光体の形状をそれぞれの対象物（被照射体）の焦点距離に合わせて変えなければならないという問題があった。この場合、複数の導光体の形状を揃えるとなるとコスト面からすると高コストにつながってしまう。

【0008】

従って、本発明の目的は、それぞれの対象物（被照射体）の焦点距離に合わせて導光体の形状を変えることなく異なる焦点距離を低コストで実現可能なＬＥＤ照明装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0009】

上記目的を達成するために、本発明のＬＥＤ照明装置は、複数のＬＥＤが実装された基板と、該基板の他面に設けられ該ＬＥＤからの入射光を出光面から出光させる導光体と、からなるＬＥＤ照明装置において、前記導光体は、前記ＬＥＤからの入射光を前記導光体内へ入射させる入射部と、該入射部に入射された入射光を該導光体内で反射させて混光させる混光部と、前記出光面が直線状に形成されており前記混光部で混光された光を該出光面から外部に出光する出光部とからなり、前記入射部は、前記ＬＥＤからの入射光を前記混光部へ反射させる平滑状であって前記入射光の光軸に対して傾斜している第１の反射面を有し、前記混光部は、前記出光面と対向する位置に設けられ前記第１の反射面で反射された光を該入射光の光軸と異ならせて前記出光面から出光させる断面略円形状の第２の反射面と、前記第１の反射面に対向する位置に設けられ前記第１の反射面に反射した光を前記第２の反射面とともに前記導光体内で反射させる第３の反射面を有し、前記出光部は、前記出光面に対して脱着可能なフレネルレンズを有する、ことを特徴とする。

【0012】

本発明のＬＥＤ照明装置は、前記入射部は、前記ＬＥＤの形状よりも大きい開口の凹部を有し、該凹部は前記ＬＥＤを囲むように配置されることを特徴とする。

【0013】

本発明のＬＥＤ照明装置は、前記凹部の凹形状の内壁面には、反射塗料が塗布されていることを特徴とする。

【0017】

本発明のＬＥＤ照明装置は、前記第２の反射面は、該混光部を形成する略球形状の上面及び／又は側面に形成されていることを特徴とする。

【発明の効果】

【0018】

本発明によれば、複数のＬＥＤが実装される基板と、前記ＬＥＤの発光光を入射する入射部と、該入射部から入射した光を反射させ混光する混光部と、該混光部で混光された光を外部に出光する出光部とを有する導光体と、前記出光部に設けられるフレネルレンズと、を備えるようにしたので、導光体の形状を変えることなく、対象物（被照射体）の焦点距離に合わせて異なる焦点距離を低コストで実現可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】目視検査用ライトの断面図である。

【図2】目視検査用ライトの構成を示した斜視図である。

【図3】ＬＥＤが実装された基板の下面側を示す斜視図である。

【図4】ＬＥＤが実装された基板の変形例を示した斜視図である。

【図5】図４のＡＡ断面を示した図である。

【図6】ＬＥＤが実装された基板の変形例を示した斜視図である。

【図7】図６のＢＢ断面を示した図である。

【図8】ＬＥＤが実装された基板の上面側を示す斜視図である。

【図9】放熱板の構成を示した斜視図である。

【図10】導光体の構成を示した斜視図である。

【図11】導光体の構造及び基板への設置状態を示す断面図である。

【図12】導光体の構造及び基板への設置状態を示す断面図である。

【図13】導光体の構造及び基板への設置状態を示す断面図である。

【図14】フレネルレンズシートの構成を示した断面図である。

【図15】図１３（ａ）〜図１３（ｃ）は、導光体内での光の挙動を示した図である。

【図16】導光体の変形例を示した図である。

【発明を実施するための最良の形態】

【0020】

以下、図面を参照しながら、本実施形態におけるＬＥＤ照明装置について、目視検査用ライトを例に挙げて説明する。
図１は、この目視検査用ライト１００の構成を示した図である。

【0021】

図に示すように、目視検査用ライト１００は、ルーペライトに適用し、検査体に光を照射するとともに拡大鏡で検査体を拡大して見ることができるようにしたものである。この目視検査用ライト１００は、上面及び下面に開口部１０１ａ、１０１ｂを有する金属性のカバー１０１と、カバー１０１の内部に収容されるＬＥＤ２０１が実装された基板２００と、ＬＥＤ２０１から発生する熱を放熱させるための放熱板３００と、透光性を有する素材で形成された導光体４００と、導光体４００の下面に設けられたシート状のフレネルレンズ５００とから構成されている。

【0022】

ここで、ＬＥＤ２０１は、赤色ＬＥＤと緑色ＬＥＤと、青色ＬＥＤとで構成されているものとする。なお、赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ及び青色ＬＥＤが１つのパッケージに集積された３色ＬＥＤであってもよい。そして、各色の発光を調整することにより、検査体を観察するのに適した色の光を発光させることができる。また、このＬＥＤ２０１の発光する光は熱を帯びることがないため検査体が生物の場合であっても、生物を傷めることなく観察することができる。

【0023】

図２は、この目視検査用ライト１００を下方から見た図である。
図に示すように、この目視検査用ライト１００はリング状に構成されている。開口部１０１ａ、１０１ｂを有する金属性のカバー１０１の開口部１０１ａ部分には、図示しないが拡大鏡が配置される。また、フレネルレンズ５００は導光体４００の下面略全体を覆うように設けられている。

【0024】

図３は、ＬＥＤ２０１が実装された基板２００の下面側を示す斜視図である。
図に示すように、基板２００は平板状でリング状に構成されており、ＬＥＤ２０１は、基板２００の下面側の外周に沿うようにして等間隔で実装されている。この基板２００の外周側には、導光体４００を下面側に設置し固定するための金具２０２と、ＬＥＤ２０１の点灯制御を行う制御基板２０３と、が設けられている。

【0025】

図４は、ＬＥＤ２０１が実装された基板２００の第１の変形例を示した図であり、図５は、図４に示すＡ−Ａ’線断面図である。
図３と同一の内容については同一の符号を付したので重複する説明は省略するが、図に示すように、基板２００の下面側には、基板２００の幅方向略中央部に孔部２０が等間隔で外周と同心的に穿設されており、この孔部２０にＬＥＤ２０１が実装されている。この孔部２０は、図５に示すように、ＬＥＤ２０１を実装できる深さを有し、その壁面には反射塗料２１が塗布されている。この塗布された反射塗料２１によって、ＬＥＤ２０１が発光した光を反射させ、漏れなく導光体４００へ入射させる。

【0026】

図６は、ＬＥＤ２０１が実装された基板２００の第２の変形例を示した図であり、図７は、図６に示すＢ−Ｂ’線断面図である。
図３および図４と同一の内容については同一の符号を付したので重複する説明は省略するが、図示するように、基板２００の下面側には、基板２００と同心円状の溝部３０が形成されており、この溝部３０の底面に等間隔でＬＥＤ２０１が実装されている。この溝部３０は、図７に示すように、ＬＥＤ２０１を実装できる深さを有する。

【0027】

図８は、ＬＥＤ２０１が実装された基板２００の上面側、即ち、図３，図４および図６に示された側とは反対側、の斜視図である。
図に示すように、基板２００の上面側には金具２０２が設けられている。この金具２０２は、上述したように基板２００の下面側にも連設されており、下面側では導光体４００を固定し、上面側では基板２００をカバー１０１に固定するものである。

【0028】

図９は、放熱板３００の構成を示した斜視図である。
図に示すように、放熱板３００は平板状でリング状に構成されており、基板２００の外径及び内径と略同一に構成されている。この放熱板３００は、ＬＥＤ２０１の駆動によって発生する熱を放熱させるためのものであり、基板２００の上面側に設置される。なお、放熱板３００は、熱伝導性の高い金属（例えば、アルミニウム等）で形成されている。

【0029】

図１０は、導光体４００を上面側から見た斜視図である。
図に示すように、導光体４００は、耐熱性、絶縁性及び光透過性を有する素材で、例えば、アクリル樹脂やポリカーボネート樹脂等で略環球形状に形成されている。また、導光体４００の一部には、ＬＥＤ２０１による発光の光を反射させるための反射膜が形成されている。

【0030】

図１１〜図１３は、導光体４００の構造及び基板への設置状態を示す断面図である。
図に示すように、導光体４００は、ＬＥＤ２０１からの光を入射させる入射部４０１と、入射した光を混光させる混光部４０２と、から構成されている。

【0031】

入射部４０１は、ＬＥＤ２０１の設置部位を囲む凹形状の凹部４０１ａと、ＬＥＤ２０１の発光光を導光体４００内に反射させる反射面４０１ｃと、からなる。この凹部４０１ａの開口部はＬＥＤ２０１よりも大きく、例えば、図３に示すような基板２００上にＬＥＤ２０１が実装されている場合には、基板２００の下面に導光体４００を設置したときに、当該開口部がＬＥＤ２０１の真下に位置し、ＬＥＤ２０１を囲うようにして覆う状態となる（図１１）。
また、図４に示すように基板２００の孔部２０の底面にＬＥＤ２０１が実装されている場合に、凹部４０１ａの開口部が孔部２０の真下に位置した状態となり（図１２）、孔部２０の壁面２１に塗布されている反射塗料にＬＥＤの発光の光が反射して入射部４０１へ入射される。
さらに、図６に示すように基板２００の溝部３０の底面にＬＥＤ２０１が実装されている場合に、溝部３０の幅は凹部４０１ａより大きいため、凹部４０１ａが溝部３０に嵌ることにより凹部４０１ａの開口部がＬＥＤ２０１の真下に位置し、ＬＥＤ２０１を囲うようにして覆う状態となる（図１３）。
そして、凹部４０１ａの内壁面にはＬＥＤ２０１の発光光を反射させる反射塗料４０１ｂが塗布されており、ＬＥＤ２０１から発射される光がこの反射塗料４０１ｂで反射することで、ＬＥＤ２０１の発光光を漏れなく反射面４０１ｃに反射させることができる。

【0032】

反射面４０１ｃは、導光体４００の内径側に向かって直線状に傾斜しており、この傾斜面に、白色の塗料が塗布され反射膜を形成している。この傾斜面の傾斜角度Ｒは３０〜５０°の範囲で変えることができ、この傾斜角度Ｒの変更により、検査体への焦点距離を変えることができる。
なお、この反射面４０１ｃは弧状でもよく、照射する対象物によってその形状を変えてもよい。

【0033】

混光部４０２は、断面形状において略円形状の上面であって反射塗料が塗布された反射面４０２ａと直線状の側面であって反射塗料が塗布された反射面４０２ｂと、直線状の底面であって、混光部４０２内で混光された光を出光させる出光面４０２ｃとから形成されている。この出光面４０２ｃには、フレネルレンズ５００が設けられている。

【0034】

混光部４０２では、入射部４０１の反射面４０１ｃに反射したＬＥＤ２０１の光が、上面４０２ａ及び側面４０２ｂの内壁に形成された反射膜に繰り返し反射し、混光部４０２内で混光し、混光された光はフレネルレンズ５００を介して、導光体４００の中心軸に向かって出光される。

【0035】

図１４は、フレネルレンズ５００の構成を示した断面図である。
フレネルレンズ５００は、アクリル樹脂やポリカーボネート樹脂等で形成されており、一方側の面に略平面状で導光体４００の出光面４０２ｃと接着する接着面５０１を有し、他方側の面に複数の同心円状で略三角構造の断面のレンズ部５０２を有する。

【0036】

導光体４００の出光面４０２ｃを略球面にし、球面の曲率を変えることで種々の検査体に応じた焦点距離を作り出すことができるが、そのためには、様々な曲率の球面を有する導光体４００を用意する必要があり、コスト高の原因となる。また、出光面４０２ｃを略球面状に加工するにもコストが嵩むことから検査体に応じた焦点距離を作り出す導光体４００を用意することは困難である。

【0037】

そこで、導光体４００の出光面４０２ｃを略平面状にし、そこにフレネルレンズ５００を貼り付けることで検査体に応じた焦点距離を作りだすことができる。このフレネルレンズ５００は、上記したように一方側の面が接着面５０１となっており、導光体４００の出光面４０２ｃに容易に接着したり剥がしたりすることができる。

【0038】

また、フレネルレンズ部５０２の略三角構造を変形させることで焦点距離を変えることができる。さらに、様々な焦点距離を作りだすことができるフレネルレンズ５００を揃えることは、導光体４００の出光面４０２ｃを略球面状に加工するよりも、コストを抑えることができる。

【0039】

従って、様々な焦点距離を作りだすことができるフレネルレンズ５００を用意し、導光体４００の出光面４０２ｃに検査体に応じた焦点距離を有するフレネルレンズ５００を接着させることで、検査体に応じたＬＥＤ照明装置を提供することができる。

【0040】

次に、図１５を参照して導光体４００内での光の挙動について詳細に説明する。
図１５（ａ）〜図１５（ｃ）は、導光体内での光の挙動を示した図である。
図示するように、ＬＥＤ２０１の発光による光が入射部４０１内に入射され、反射面４０１ｃに反射する（図１５（ａ））。このとき、ＬＥＤ２０１の発光による光が入射部４０１の凹部４０１ａの反射塗料が塗布されている壁面４０１ｂに反射することで漏れなく導光体４００内へ入射させることができる。

【0041】

反射面４０１ｃに反射した光は混光部４０２内に入り、混光部４０２の上面の反射面４０２ａに反射し、再度、反射面４０１ｃに反射する（図１５（ｂ））。混光部４０２内では、再度、反射面４０１ｃに反射した光が反射面４０２ａ,４０２ｂに繰り返し反射して、いわゆるポンピングにより、導光体４００内を光が繰り返し往復し、混光される。そして、混光された光は、出光面４０２ｃからフレネルレンズ５００を介して出光し、ＬＥＤ照明装置１００の下面に照射される（図１５（ｃ））。

【0042】

この時、フレネルレンズ５００が導光体４００の中心軸に集光する構成になっているため、出光はその中心軸に集光して焦点を作ることができる。
さらに、ＬＥＤ２０１の発光による光が導光体４００内で混光されることで、検査体に対して均一に照射することができ、照度ムラをなくすことができる。

【0043】

図１６は、導光体４００の変形例を示した図である。
図示する導光体４００は、目視検査用ライト１００の照度を上げるために基板２００の外周側及び内周側に実装されたＬＥＤ２０１に対応したものである。
このような場合の導光体４００は、外径側と内径側に入射部４０１を有する構成となっている。それぞれのＬＥＤ２０１の発光による光は、それぞれの入射部４０１に入射し、反射面４０１ｃに反射して、混光部４０２に入る。混光部４０２内では、光は上面の反射面４０２ａに反射して、前述したポンピングを繰り返し下面のフレネルレンズ５００から出光する。

【0044】

なお、上記したＬＥＤ照明装置の一例としての目視検査用ライト１００は、基板や放熱板あるいは導光体をリング状（略環球形状）に形成し、開口部１０１ａに拡大鏡（図示せず）を配置する構成であるが、これらの基板や放熱板あるいは導光体４００の形状はリング状（略環球形状）に限定されるものではない。これを、例えば、直管型に形成すれば、ＬＥＤを用いた蛍光灯として提供することが可能となる。また、その他、使用態様に応じて自由に設計することができる。

【符号の説明】

【0045】

１００ 目視検査用ライト（ＬＥＤ照明装置）
１０１ カバー
１０１ａ、１０１ｂ 開口部
２００ 基板
２０１ ＬＥＤ
２０２ 金具
３００ 放熱板
４００ 導光体
４０１ 入射部
４０１ａ 凹部
４０１ｂ、４０１ｃ 反射面
４０２ａ、４０２ｂ 反射面
４０２ｃ 出光面
４０２ 混光部
５００ フレネルレンズ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】