特許 6056056 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】6056056

(24)【登録日】2016年12月16日

(45)【発行日】2017年1月11日

(54)【発明の名称】ＬＥＤ照明装置

(51)【国際特許分類】

   F21S 2/00 20160101AFI20161226BHJP

   F21Y 115/10 20160101ALN20161226BHJP

【ＦＩ】

   F21S2/00 310

   F21Y115:10

【請求項の数】7

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2012-61241(P2012-61241)

(22)【出願日】2012年3月16日

(65)【公開番号】特開2013-196868(P2013-196868A)

(43)【公開日】2013年9月30日

【審査請求日】2015年3月14日

【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成２３年度経済産業省、戦略的基盤技術高度化支援事業、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願

(73)【特許権者】

【識別番号】513256000

【氏名又は名称】株式会社ナオコ

(74)【代理人】

【識別番号】100147740

【弁理士】

【氏名又は名称】保坂 俊

(72)【発明者】

【氏名】小串 憲明

(72)【発明者】

【氏名】斉藤 豊

(72)【発明者】

【氏名】尾崎好栄

(72)【発明者】

【氏名】春山真一郎

【審査官】 竹中 辰利

(56)【参考文献】

【文献】 国際公開第２０１１／０１９７５３（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２００６−３４４５９９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ２１Ｓ ２／００

Ｆ２１Ｙ １１５／１０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

曲面反射鏡の内部空間に、複数のＬＥＤが縦方向および縦方向に垂直な横方向の2次元に配列された、ＬＥＤ配列灯が配置されたＬＥＤ照明装置であって、
前記曲面反射鏡は下側半曲面反射鏡と上側半曲面反射鏡からなり、
前記上側半曲面反射鏡は透明ガラスまたは透明プラスチックから構成されており、
前記ＬＥＤ配列灯は前記下側半曲面反射鏡の中心部に配置され、ここで、前記ＬＥＤ配列灯の縦方向は前記曲面反射鏡の上下方向であり、
前記ＬＥＤ配列灯から出射されるＬＥＤ光は、ＬＥＤ前方の前記下側半曲面反射鏡で反射して（これを第１の反射光とする）前記上側半曲面反射鏡に入射し、
第１の反射光の一部または全部は前記上側半曲面反射鏡で反射して（これを第２の反射光とする）前記上側半曲面反射鏡に入射し、
第２の反射光の一部は前記上側半曲面反射鏡で透過して前記上側半曲面反射鏡の外側へ照射されることを特徴とするＬＥＤ照明装置。

【請求項2】

前記曲面反射鏡は回転曲面体であ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】

前記回転曲面体は楕円球体であ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ＬＥＤ配列灯は回転することを特徴とする、請求項２または３に記載のＬＥＤ照明装置。

【請求項5】

第１の反射光が前記上側半曲面反射鏡に入射する入射角をβ、前記上側半曲面反射鏡の屈折率をｇとしたとき、sinβ＞１／ｇとなることを特徴とする、請求項１〜４のいずれかの項に記載のＬＥＤ照明装置。

【請求項6】

前記曲面反射鏡の内部空間は前記上側半曲面反射鏡の屈折率に近い屈折率を持つ液体材料で満たされていることを特徴とする、請求項１〜５のいずれかの項に記載のＬＥＤ照明装置。

【請求項7】

前記上側半曲面反射鏡はガラスであり、前記液体材料はパラフィン油であることを特徴とする、請求項６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を用いた照明装置に関するもので、特にＬＥＤ放射光の反射光を利用した照明装置に関する。

【背景技術】

【0002】

最近のエネルギー問題の高まりの中で省エネルギーかつ長寿命であるＬＥＤ照明が注目されている。ＬＥＤ照明に用いられているものは、基板に発光体であるＬＥＤおよびそれを制御するＩＣを搭載し、ＬＥＤからの放射光を直接照射するＬＥＤ電球が大半である。ＬＥＤは点光源であり、ＬＥＤの放射光は指向性があり直進性が大きいため、放射光の進行方向から外れると暗くなるという問題がある。そこで、光拡散板を用いて光を拡散（分散）させ防眩効果を持たせたものが使用されている。たとえば、光拡散板としてアクリル等のプラスチック板の使用、サンドブラストなどにより表面を荒くしたガラスの使用、さらには、ガラス板に低融点ガラス粉および無機質フィラーを含むペーストをコートし、加熱処理し散光性膜を形成した防眩ガラスも提案されている。（特許文献１、特許文献２）

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開平１０−８１５４５号公報

【特許文献2】特許４８７５１９８

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかし、光拡散板として用いられるアクリル等は透過率が低いという問題がある。また、サンドブラストなどにより表面を荒くしたガラスは強度が低下することが懸念されている。一方、散光性膜を形成した防眩ガラスは無機質フィラーを添加しているため透過率が低下し、ヘイズ値も不十分である。またＬＥＤ放射光の反射光を用いた照明装置の開示は少なく、実際の利用も少ないので、技術的要素が提供されていない。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、ＬＥＤからの放射光を直接使用せず、その反射光を利用する照明方法を提案するものであり、本発明の主要な構成要件は以下の通りである。
（１）本発明は、縦方向、または縦方向かつ横方向に配置された複数のＬＥＤを含むＬＥＤ配列灯、前記ＬＥＤから放射される直進光を反射させる第１の反射鏡、および前記第１の反射鏡で反射された第１の反射光の一部または全部を反射させる第２の反射鏡を有するＬＥＤ照明装置であって、
第２の反射鏡で反射された第２の反射光は前記ＬＥＤ配列灯の上部後方から前記ＬＥＤ照明装置の外側へ照射されることを特徴とするＬＥＤ照明装置であり、特に第２の反射光は、前記ＬＥＤからの直進光と逆方向に進行することを特徴とする。

【0006】

（２）本発明は、上記に加えて、縦方向に配列されたｎ個のＬＥＤ列において、最下部のＬＥＤ（Ｌ１）から放射された直進光が第１の反射鏡に入射する入射角をα１、最下部のＬＥＤ（Ｌ１）から数えてｉ番目のＬＥＤ（Ｌｉ）から放射されたＬＥＤ直進光が第１の反射鏡に入射する入射角をαｉ、最上部のＬＥＤ（ｉ＝ｎ）から放射されたＬＥＤ直進光が第１の反射鏡に入射する入射角をαｎとしたとき、第１の反射鏡はα１＜・・・＜αｉ−１＜αｉ＜αｉ＋１＜・・・＜αｎを満足する曲面であり、かつなめらかで連続した（微分可能）曲面であるか、あるいは、第１の反射鏡は平面鏡であり、縦方向に配列されたｎ個のＬＥＤ列におけるＬＥＤ（Ｌｉ）（ｉ＝１、・・・、ｉ、・・・、ｎ）から放射されたＬＥＤ直進光が入射する入射角αｉはαｉ＝α（一定）であることを特徴とする。

【0007】

（３）本発明は、上記に加えて、縦方向に配列されたｎ個のＬＥＤ列において、最下部のＬＥＤ（Ｌ１）から放射されたＬＥＤ直進光の第１反射光が第２の反射鏡に入射する入射角をβ１、最下部のＬＥＤ（Ｌ１）から数えてｉ番目のＬＥＤ（Ｌｉ）から放射されたＬＥＤ直進光の第１の反射光が第２の反射鏡に入射する入射角をβｉ、最上部のＬＥＤ（ｉ＝ｎ）から放射されたＬＥＤ直進光の第１の反射光が第２の反射鏡に入射する入射角をβｎとしたとき、第２の反射鏡はβ１＞・・・＞βｉ−１＜βｉ＜βｉ＋１＜・・・＜βｎを満足する曲面であり、かつなめらかで連続した（微分可能）曲面であるか、あるいは、第２の反射鏡は平面鏡であり、縦方向に配列されたｎ個のＬＥＤ列におけるＬＥＤ（Ｌｉ）（ｉ＝１、・・・、ｉ、・・・、ｎ）から放射されたＬＥＤ直進光の第１の反射光が第２の反射鏡に入射する入射角βｉはβｉ＝β（一定）であることを特徴とする。

【0008】

（４）本発明は、上記に加えて、８０度＜αｉ＋βｉ＜９０度、好適には８５度＜αｉ＋βｉ＜９５度、最適にはαｉ＋βｉ＝９０度であることを特徴とする。
（５）本発明は、上記に加えて、第２の反射鏡は透明ガラスまたは透明プラスチックであり、さらに第２の反射鏡に入射した第１の反射光は全反射することを特徴とする。

【発明の効果】

【0009】

本発明の照明装置はＬＥＤ放射光の反射光を照明用として使用する。本発明によって、所望のＬＥＤ放射光の反射光を照明として利用できる。用途に合わせて装置の大きさや形状を設計できるので実用性が高い。ＬＥＤ放射光は第１の反射鏡および第２の反射鏡によって適度に分散されるので、従来のＬＥＤ電球の問題点であった周辺が暗いという問題を解消することができる。拡散板やコーティング材を透過した光は使用しないので、透過率の低下やヘイズ等の問題も発生しない。また、ＬＥＤの向きと逆方向に光を放射することが可能である。ＬＥＤ光源は反射鏡に虚像として写され、外部から視認も容易にできるので、フィラメント型電球と比較しても違和感が小さい。複数のＬＥＤを配列したＬＥＤ配列灯からの光線を平行に並べて取りだすこともできるので、所定の照明を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】図１は、本発明のＬＥＤ照明装置における第１の実施形態を示す図である。

【図2】図２は、第１の反射鏡（平面鏡）と第２の反射鏡（平面鏡）のなす角度γが９０度より小さい場合を示す図である。

【図3】図３は、第１の反射鏡（平面鏡）と第２の反射鏡（平面鏡）のなす角度γが９０度より大きい場合を示す図である。

【図4】図４は、反射鏡が曲面である本発明の別の実施形態を示す図である。

【図5】図５は、図４に示す第２の反射鏡を小型にした設計例を示す図である。

【図6】図６は、第２の反射光および第１の反射光が混在してＬＥＤ配列灯の後方に照射される場合における実施形態を示す図である。

【図7】図７は、本発明の応用例を示す図である。

【図8】図８は、ＬＥＤ配列灯を横（水平）置きにし、（平面）反射鏡を使用したときの反射光を示す図である。

【図9】図９は、ＬＥＤマトリックス配列灯（ｍ行ｘｎ列ＬＥＤマトリックス面光源）およびこれに対応した第１の反射鏡、並びに第２の反射鏡を有するＬＥＤ照明装置６１の一実施形態を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

本発明は、指向性が強く直進性があるＬＥＤ放射光を反射鏡にて反射させて、適度に分散させながらＬＥＤ光源も視認できるとともに周囲も明るく照らせる照明装置を提供するものである。

【0012】

図１は、本発明のＬＥＤ照明装置における第１の実施形態を示す図である。本発明のＬＥＤ照明装置１１は、ＬＥＤ配列灯１３、第１の反射鏡（平面反射鏡）１５、および第２の反射鏡（平面反射鏡）１７を含む。図１において、複数（ｎ個）のＬＥＤ（Ｌ１、・・・、Ｌｉ、・・・、Ｌｎ）を一方向（表現上および照明装置をセットするときに基本的には縦置きにするので、以下「縦方向」と称する）に配列したＬＥＤ配列灯１３があり、このＬＥＤ配列灯１３の複数（ｎ個）のＬＥＤからの光線（直進性がある）が一方向（縦方向に垂直方向、表現上、横方向と称する）に放射されている。すなわち各ＬＥＤからの直進光は横方向に進む平行光線である。

【0013】

これらのＬＥＤから放射された直進光が入射し反射する第１の反射鏡１５が、ＬＥＤ配列灯１３の直進光の方向（横方向）において、直進光に対して入射角度αを有して配置されている。図１に示す第１の反射鏡１５は平面反射鏡であるから、各ＬＥＤからの直進光に対して反射角も一定であり、αである。すなわち各第１の反射光は平行光線である。

【0014】

ＬＥＤ配列灯１３の直進光が第１の反射鏡（平面鏡）１５で反射した反射光（第１の反射光）は、次に第２の反射鏡１７に入射し、反射光（第２の反射光）として反射されて、その後第２の反射光はＬＥＤ照明装置外へ出ていく。第1の反射光と第２の反射鏡１７とのなす入射角度をβとすると、第２の反射鏡１７は平面（反射）鏡であるから、各第１の反射光の第２の反射鏡１７からの第２の反射光の反射角も一定であり、βである。すなわち、各第２の反射光は平行光線となる。第１の反射鏡１５と第２の反射鏡１７のなす角度をγとすると、α＋β＝γである。

【0015】

たとえば、ＬＥＤ配列灯１３の最下部（縦方向に配置されたＬＥＤ配列灯１３における各ＬＥＤのうちで、第１の反射鏡１５に距離が最も近いＬＥＤ）におけるＬＥＤ（Ｌ１）から放射された直進光Ｐ１は、第１の反射鏡１５に入射しかつ反射し、（入射角＝反射角＝α）第１の反射光Ｐ1−1となる。第１の反射光Ｐ1−1は第２の反射鏡１７に入射しかつ反射し、（入射角＝反射角＝β）第２の反射光Ｐ１−2となる。

【0016】

また、ＬＥＤ配列灯１３の最上部（縦方向に配置されたＬＥＤ配列灯１３における各ＬＥＤのうちで、第１の反射鏡１５から距離が最も遠いＬＥＤ）におけるＬＥＤ（Ｌn）から放射された直進光Ｐnは、第１の反射鏡１５に入射しかつ反射し、（入射角＝反射角＝α）第１の反射光Ｐn−1となる。第１の反射光Ｐn−1は第２の反射鏡１７に入射しかつ反射し、（入射角＝反射角＝β）第２の反射光Ｐn−2となる。

【0017】

ＬＥＤ配列灯１３のＬ1とＬnとの間に配置されている各ＬＥＤのＬi（ｉ＝2〜n-1、この順に並んでいる）からの直進光Ｐi、第１の反射光Ｐi−1、第２の反射光Ｐi−2も同様の関係となる。（Ｐi、Ｐi−1、Ｐi−2は図示せず）また、直進光Ｐ１、・・・、Ｐｉ、・・・、Ｐｎは平行であり、第１の反射光Ｐ1−1、・・・、Ｐｉ−１、・・・、Ｐｎ−１は平行であり、第２の反射光Ｐ1−2、・・・、Ｐｉ−2、・・・、Ｐｎ−2は平行である。また、直進光Ｐ１、・・・、Ｐｉ、・・・、Ｐｎおよび第１の反射光Ｐ1−1、・・・、Ｐｉ−１、・・・、Ｐｎ−１はＬＥＤ照明装置１１内に存在するが、第２の反射光Ｐ1−2、・・・、Ｐｉ−2、・・・、Ｐｎ−2はＬＥＤ照明装置１１外に放射され、外部の物体や空間を照射するとともに、外部からＬＥＤの存在を視認できる。また図１から分かるように、ＬＥＤ配列灯１３は外部から確認すると、Ｒ１の方向とは異なり、逆方向側Ｒ２となる。また、その大きさも異なっている。（Ｒ１≠Ｒ２）

【0018】

図１は、第１の反射鏡（平面鏡）１５と第２の反射鏡（平面鏡）１７のなす角度γは９０度として描写している。このとき、第２の反射光Ｐｉ−2（ｉ＝１〜ｎ）は直進光Ｐｉ（ｉ＝１〜ｎ）と逆向きで平行な光線となる。すなわち、第２の反射光Ｐｉ−2（ｉ＝１〜ｎ）の向きは、直進光Ｐｉ（ｉ＝１〜ｎ）の向きに対して、１８０度となる。ＬＥＤ配列灯１３の向きから見れば、第２の反射光Ｐｉ−2（ｉ＝１〜ｎ）の向きは横方向であり、ＬＥＤ配列灯１３の上側後方に放射される。すなわち、ＬＥＤ配列灯１３、第１反射鏡（平面鏡）、および１５と第２の反射鏡（平面鏡）１７によって、ＬＥＤ放射光は平行な反射光線となって、その上側後方にあるＬＥＤ照明装置１１の外側にある物体や空間を照らすことができる。

【0019】

尚、ＬＥＤも厳密に言えば完全な点（あるいは線）光源ではなくある程度の幅があり、その放射方向も同じ方向ではなくある程度広がって放射される。さらに複数のＬＥＤを基板等に配置してＬＥＤ配列灯を作製する際の実装方法によるＬＥＤの配置バラツキによる反射光の広がりバラツキもある。また直進性があると言っても距離が長くなるに従い徐々に散乱され広がっていく。また第１の反射鏡や第２の反射鏡の反射面自体の実際の入射角度や反射角度がバラツク場合も考慮する必要がある。さらにはＬＥＤにキャップを被せる場合もあるので、ＬＥＤ光が分散される。従ってＬＥＤ光を一定の方向に取りだす場合には一定の幅を考慮する必要がある。そこで、ＬＥＤの放射光の第２の反射光をある方向に取りだす場合にも、第１の反射鏡および第２の反射鏡のなす角度γの範囲を一定範囲内で許容する必要がある。たとえば、ＬＥＤ光を完全な後方（ＬＥＤの直進光に対して１８０度方向）に対する一定の幅を持った方向へ照射する（取りだす場合）には、好適には、８０度＜γ＝α＋β＜１００度、もっと好適には８５度＜γ＝α＋β＜９５度、最適にはγ＝α＋β＝９０度とするように第１の反射鏡１５および第２の反射鏡１７をＬＥＤ配列灯１３に対して配置すると良い。

【0020】

図２は、第１の反射鏡（平面鏡）１５と第２の反射鏡（平面鏡）１７のなす角度γが９０度より小さい場合を示す。α＋β＝γであるから、α＋β＝γ＜９０度である。図２に示すように、第２の反射光Ｐｉ−2（ｉ＝１〜ｎ）は直進光Ｐｉ（ｉ＝１〜ｎ）と逆向きであるが、平行光線よりも下向きになる。ＬＥＤ配列灯１３の向きから見れば、第２の反射光Ｐｉ−2（ｉ＝１〜ｎ）の向きは横方向よりも下方であり、互いに平行な光線となってＬＥＤ配列灯１３の後方に放射される。図２から分かるように、ＬＥＤ（Ｌｎ）から出た直進光の第２の反射光Ｐｎ−２はＬＥＤ配列灯１３の上部に当たり、外部へ放射されない場合があるので、全部のＬＥＤの光を外部へ照射したい場合は、ＬＥＤからの直進光Ｐｉからの第１の入射角α、ＬＥＤ配列灯１３と第１の反射鏡１５、第１の反射鏡１５および第２の反射鏡１７の大きさを調節する必要がある。

【0021】

図３は、第１の反射鏡（平面鏡）１５と第２の反射鏡（平面鏡）１７のなす角度γが９０度より大きい場合を示す。（ただし、γ＜１８０度である。）α＋β＝γであるから、α＋β＝γ＞９０度である。第２の反射光Ｐｉ−2（ｉ＝１〜ｎ）は直進光Ｐｉ（ｉ＝１〜ｎ）と逆向きであるが、横方向光線よりも上向きになる。ＬＥＤ配列灯１３の向きから見れば、第２の反射光Ｐｉ−2（ｉ＝１〜ｎ）の向きは横方向よりも上方であり、ＬＥＤ配列灯１３の後方に放射される。図１〜図３から分かるように、平面反射鏡を２枚組み合わせることによって、ＬＥＤからの直進光をＬＥＤの後方へ放射し、互いに平行な光線となってＬＥＤの後方にある物体や空間を照射することができる。さらに、２枚の平面反射鏡の角度γを調節することによって、ＬＥＤ配列灯よりも後方下方側、あるいは１８０度（完全後方）方向、あるいは後方上方側を照射するＬＥＤ照明装置を作製できる。これらの向きは用途（たとえば、照射する方向を選択するとき）によって適宜選択することができる。

【0022】

図４は、反射鏡が曲面である本発明の別の実施形態を示す図である。図４に示す本発明の照明装置２１は、ＬＥＤ配列灯２３、第１の曲面反射鏡２５、および第２の曲面反射鏡２７を有する。ＬＥＤ配列灯２３のうちの最下部のＬＥＤのＬ１から放射された直進光Ｐ１は第１の曲面反射鏡２５に入射すると、入射点Ｄ１において反射して第１の反射光Ｐ1−1となる。入射点Ｄ１における第１の曲面反射鏡２５の接平面をＧ１とすると、入射点Ｄ１において接平面Ｇ１の法線と直進光Ｐ１とのなす角度が入射角で、これをα１とすると、反射角α１で反射光Ｐ1−1が進んでいく。第１の反射光Ｐ1−1は次に第２の曲面反射鏡２７の入射点Ｅ１において反射して第２の反射光Ｐ1−２となる。入射点Ｅ１における第２の曲面反射鏡２７の接平面をＨ１とすると、入射点Ｅ１において接平面Ｈ１と第１の反射光Ｐ1−1の法線とのなす角度が入射角で、これをβ１とすると、反射角β１で反射光Ｐ1−2が進んでいき、ＬＥＤ照明装置２１の外側へ放射されて、ＬＥＤ照明装置２１の外側の物体や空間を照射する。

【0023】

ＬＥＤ配列灯２３のうちの最上部のＬＥＤのＬnから放射された直進光Ｐnは第１の曲面反射鏡２５に入射すると、入射点Ｄnにおいて反射して第１の反射光Ｐn−1となる。入射点Ｄnにおける第１の曲面反射鏡２５の接平面をＧnとすると、入射点Ｄnにおいて接平面Ｇnの法線と直進光Ｐnとのなす角度が入射角で、これをαnとすると、反射角αnで第１の反射光Ｐn−1が進んでいく。第１の反射光Ｐn−1は次に第２の曲面反射鏡２７の入射点Ｅnにおいて反射して第２の反射光Ｐn−２となる。入射点Ｅnにおける第２の曲面反射鏡２７の接平面をＨnとすると、入射点Ｅnにおいて接平面Ｈnの法線と第１の反射光Ｐn−1とのなす角度が入射角で、これをβnとすると、反射角βnで反射光Ｐn−2が進んでいき、ＬＥＤ照明装置２１の外側へ放射されて、ＬＥＤ照明装置２１の外側の物体や空間を照射する。

【0024】

ＬＥＤ配列灯２３のうちの最上部のＬＥＤのＬnと最下部のＬＥＤのＬ1との間におけるＬＥＤのＬiから放射された直進光Ｐiは第１の曲面反射鏡２５に入射すると、入射点Ｄiにおいて反射して第１の反射光Ｐi−1となる。入射点Ｄiにおける第１の曲面反射鏡２５の接平面をＧiとすると、入射点Ｄiにおいて接平面Ｇiの法線と直進光Ｐiとのなす角度が入射角で、これをαiとすると、反射角αiで第１の反射光Ｐi−1が進んでいく。第１の反射光Ｐi−1は次に第２の曲面反射鏡２７の入射点Ｅiにおいて反射して第２の反射光Ｐi−２となる。入射点Ｅnにおける第２の曲面反射鏡２７の接平面をＨiとすると、入射点Ｅiにおいて接平面Ｈiの法線と第１の反射光Ｐi−1とのなす角度が入射角で、これをβiとすると、反射角βiで反射光Ｐi−2が進んでいき、ＬＥＤ照明装置２１の外側へ放射されて、ＬＥＤ照明装置２１の外側の物体や空間を照射する。

【0025】

接平面Ｇｉと接平面Ｈｉとのなす角度をγiとするとαi＋βi＝γiとなる。図１〜図３において説明した様に、０＜γｉ＜９０度のとき、第２の反射光Ｐｉ−2（ｉ＝１〜ｎ）は直進光Ｐｉ（ｉ＝１〜ｎ）と逆向きであるが、横方向光線よりも下向きになる。ＬＥＤ配列灯２３の向きから見れば、第２の反射光Ｐｉ−2（ｉ＝１〜ｎ）の向きは横方向よりも下方であり、ＬＥＤ配列灯２３の上側後方に放射される。γｉ＝γ0（一定）（ｉ＝１、２、・・、ｎ）であれば、各ＬＥＤ放射光の第２の反射光は平行光線である。９０度＜γｉ＜１８０度のとき、第２の反射光Ｐｉ−2（ｉ＝１〜ｎ）は直進光Ｐｉ（ｉ＝１〜ｎ）と逆向きであるが、横方向光線よりも上向きになる。ＬＥＤ配列灯２３の向きから見れば、第２の反射光Ｐｉ−2（ｉ＝１〜ｎ）の向きは横方向よりも上方であり、ＬＥＤ配列灯２３の上側後方に放射される。γｉ＝γ0（一定）（ｉ＝１、２、・・、ｎ）であれば、各ＬＥＤ放射光の第２の反射光は平行光線である。

【0026】

γｉ＝９０度のときに、第２の反射光Ｐｉ−2（ｉ＝１〜ｎ）は直進光Ｐｉ（ｉ＝１〜ｎ）と逆向きで平行な光線となる。すなわち、第２の反射光Ｐｉ−2（ｉ＝１〜ｎ）の向きは、直進光Ｐｉ（ｉ＝１〜ｎ）の向きに対して、１８０度となる。ＬＥＤ配列灯２３の向きから見れば、第２の反射光Ｐｉ−2（ｉ＝１〜ｎ）の向きは横方向（１８０度の向き）であり、ＬＥＤ配列灯２３の上側後方に放射される。すなわち、ＬＥＤ配列灯２３によって、その後方（上側真後ろ）にあるＬＥＤ照明装置２１の外側にある物体や空間を照らすことができる。各ＬＥＤ放射光の第２の反射光は平行光線である。

【0027】

尚、ＬＥＤも厳密に言えば完全な点（あるいは線）光源ではなくある程度の幅があり、その放射方向も同じ方向ではなくある程度広がって放射される。さらに複数のＬＥＤを基板等に配置してＬＥＤ配列灯を作製する際の実装方法によるＬＥＤの配置バラツキによるバラツキもある。また直進性があると言っても距離が長くなるに従い徐々に散乱され広がっていく。また第１の反射鏡や第２の反射鏡の反射面自体の実際の入射角度や反射角度がバラツク場合も考慮する必要がある。さらにＬＥＤにキャップをカバーする場合はある程度の広がりを持って放射される。

【0028】

従ってＬＥＤ光を一定の方向に取りだす場合には一定の幅を考慮する必要がある。そこで、ＬＥＤの放射光の第２の反射光をある方向に取りだす場合にも、第１の反射鏡および第２の反射鏡のなす角度γの範囲を一定範囲内で許容する必要がある。たとえば、ＬＥＤ光を完全な後方（ＬＥＤの直進光に対して１８０度方向）に対する一定の幅を持った方向へ照射する（取りだす場合）には、好適には、８０度＜γ＝α＋β＜１００度、もっと好適には８５度＜γ＝α＋β＜９５度、最適にはγ＝α＋β＝９０度とするように第１の反射鏡２５および第２の反射鏡２７をＬＥＤ配列灯２３に対して配置すると良い。

【0029】

ＬＥＤ配列灯２３内における各ＬＥＤ（Ｌi（i＝１〜ｎ）、ｎは正の整数）の第２の反射光Ｐｉ−2がこの順番で第２の反射光Ｐ1−2およびＰｎ−2の間に存在するためには、入射角αｉ（i＝１〜ｎ）に関して、９０度−α1＜・・・＜９０度−αi＜・・・＜９０度−αｎ、すなわち、α1＞・・・＞αi＞・・・＞αｎとなるような接平面Ｇｉ（ｉ＝１〜ｎ）を有する曲面２５を作製すれば良い。かつ入射角βｉ（i＝１〜ｎ）に関して、９０度−β1＞・・・＞９０度−βi＞・・・＞９０度−βｎ、すなわち、β1＜・・・＜βi＜・・・＜βｎとなるような接平面Ｈｉ（ｉ＝１〜ｎ）を有する曲面２７を作製すれば良い。

【0030】

さらに、第１の曲面反射鏡２５はなめらかに連続しているので、Ｄ１、・・・、Ｄｉ、・・・、Ｄｎを結ぶ第１の曲面反射鏡２５の曲線は、Ｄ１〜Ｄｎの区間で微分可能である必要がある。第２の曲面反射鏡２７もなめらかに連続しているので、Ｅ１、・・・、Ｅｉ、・・・、Ｅｎを結ぶ第２の曲面反射鏡２７の曲線は、Ｅ１〜Ｅｎの区間で微分可能である必要がある。

【0031】

さらに、上述したように、α＋β＝γが成り立ち、たとえば、ＬＥＤ配列灯２３に対して完全に後方（１８０度）に第２の反射光を照射するには、α＋β＝γ＝９０度であり、バラツキ（一定幅）を考慮すれば、好適には８０度＜γ＝α＋β＜１００度、もっと好適には８５度＜γ＝α＋β＜９５度、最適にはγ＝α＋β＝９０度とする。）また、第１の曲面反射鏡２５と第２の曲面反射鏡２７は接続する必要はなく、ＬＥＤ配列灯２３内のＬＥＤの反射光が及ばない部分に曲面反射鏡を設ける必要はない。たとえば、図４においては、第１の曲面反射鏡２５上のＤnおよび第２の曲面反射鏡２７のE１点の間の曲面は不要であるから、ＬＥＤ照明装置２１は小型化することもできる。

【0032】

図５は、図４に示す第２の反射鏡２７を小型にした第２の反射鏡２９を示す図である。ＬＥＤ（Ｌ１）の第１の反射光Ｐ1−1におけるＤ１点からＥ１点の間のＥ１’点において、接平面Ｈ１と平行な接平面Ｈ１’を作製すると、Ｅ１’点で入射角β１に対して反射角β１を有する第２の反射光Ｐ’1−2を得る。各ＬＥＤのＬｉ（ｉ＝２〜ｎ）の第１の反射光Ｐｉ−1上でＥ１’点になめらかに連続する（微分可能な曲線になる）ように接平面Ｈｉ’との交点Ｅｉ’を求め、その交点Ｅｉ’で入射角βｉに対して反射角βｉを有する第２の反射光Ｐ’ｉ−2を得る。これをＥｎ’点まで繰り返すことによって、新しい第２の曲面反射鏡２９を得ることができる。このことから、第２の曲面反射鏡は多数作製でき、ＬＥＤ照明装置の大きさに対応させることができる。一方、第１の曲面反射鏡２５についても別の曲面反射鏡も作製できる。すなわち、第１の曲面反射鏡２５も、なめらかに連続する（微分可能な曲線になる）ような、別の曲面反射鏡も多数作製できるので、第１の曲面反射鏡２５についてもＬＥＤ照明装置の大きさに対応させることができる。このようにＬＥＤ照明装置の用途や大きさに合わせて所望のサイズや形状を有するＬＥＤ配列灯、第１の反射鏡、および第２の反射鏡を適宜選択することができる。

【0033】

図６は、第２の反射光および第１の反射光が混在してＬＥＤ配列灯の後方に照射される場合における実施形態を示す図である。ＬＥＤ配列灯３３の最下部のＬＥＤであるＬ１から放射される直進光Ｐ１は第１の曲面反射鏡３５のＤ１点で入射角α１を有して入射し、Ｄ１点において反射角α１を有し反射されて第１の反射光Ｐ1−1となる。この第１の反射光Ｐ1−1は第２の曲面反射鏡３７のＥ１点で入射角β１を有して入射し、Ｅ１点において反射角β１を有し反射されて第２の反射光Ｐ1−2となる。第２の反射光Ｐ1−2はＬＥＤ照明装置３１の外側へ放射されて、外部の物体や空間を照射する。

【0034】

ＬＥＤ配列灯３３の最上部のＬＥＤであるＬｎから放射される直進光Ｐｎは第１の曲面反射鏡３５のＤｎ点で入射角αｎを有して入射し、Ｄｎ点において反射角αｎを有し反射されて第１の反射光Ｐｎ−1となる。この第１の反射光Ｐｎ−1は第２の曲面反射鏡３７に入射することなく、ＬＥＤ照明装置３１の外側へ放射されて、外部の物体や空間を照射する。従って、第２の反射光は存在しない。

【0035】

ＬＥＤ配列灯３３の最上部のＬＥＤであるＬｎと最下部のＬＥＤであるＬ１との間に配置されているＬＥＤであるＬｉから放射される直進光Ｐｉは第１の曲面反射鏡３５のＤｉ点で入射角αｉを有して入射し、Ｄｉ点において反射角αｉを有し反射されて第１の反射光Ｐｉ−1となる。この第１の反射光Ｐｉ−1はｉ≦ｍ−１のときには、第１の反射光Ｐ1−1と同様に、第２の曲面反射鏡３７のＥｉ点で入射角βiを有して第２の曲面反射鏡３７に入射し、Ｅｉ点において反射角βｉを有し反射されて第２の反射光Ｐｉ−2となる。第２の反射光Ｐｉ−2はＬＥＤ照明装置３１の外側へ放射されて、外部の物体や空間を照射する。一方、第１の反射光Ｐｉ−1はｉ≧ｍのときには、第１の反射光Ｐｎ−1と同様に、第１の反射光Ｐｉ−1は第２の曲面反射鏡３７に入射することなく、ＬＥＤ照明装置３１の外側へ放射されて、外部の物体や空間を照射する。

【0036】

以上のように本実施形態では、ＬＥＤ配列灯３３のすべてのＬＥＤからの直進光は第１の曲面反射鏡３５に入射して反射し、第１の反射光となるが、この第１の反射光が第２の曲面反射鏡３５に入射せずに、そのままＬＥＤ照明装置３１の外側へ放射される場合と、第１の反射光が第２の曲面反射鏡３５に入射して、第２の反射光となってＬＥＤ照明装置３１の外側へ放射される場合とが存在する。すなわち、第１の反射光および第２の反射光が混在してＬＥＤ照明装置３１の外側へ放射されて、外部の物体や空間を照射する。このような混在型でもＬＥＤ配列灯３３の後方へＬＥＤの反射光を放射して、外部の物体や空間を照射することができる。

【0037】

図７は、本発明の応用例を示す図である。図７は、曲面反射鏡の下側における略半曲面反射鏡４５および４６の略中心部において縦方向に、複数のＬＥＤ（Ｌｉ（ｉ＝１、・・、ａ、・・、ｂ、・・・、ｎ）、最下部のＬＥＤをＬ１、最上部のＬＥＤをＬｎとする）を有するＬＥＤ配列灯４３が配置されている。曲面反射鏡の上側における略半曲面反射鏡４７および４８は透明ガラスまたは透明プラスチックで構成されている。ＬＥＤ（Ｌ１）から放射された直進光はＬＥＤ前方にある下側曲面反射鏡４５で反射して反射光（第１の反射光）となり、上側曲面反射鏡４７に入射する。上側曲面反射鏡４７は透明ガラスまたは透明プラスチックであるから、一部は反射してＬＥＤ配列灯４３の上側の後方へ反射光Ｑ１（第２の反射光）となる。この反射光Ｑ１はＬＥＤ配列灯４３の上側の後方にある曲面反射鏡４８に入射する。一部は曲面反射鏡４８を透過してＬＥＤ照明装置４１の外側へ放射されて、外部にある物体や空間を照射する。あるいは、目を向ければＬＥＤを視認できる。曲面反射鏡４８がなければ、曲面反射鏡４８で反射した反射光Ｑ１は全部ＬＥＤ照明装置４１の外側へ放射される。他の複数のＬＥＤ（たとえば、Ｌａ、Ｌｂ）からの放射光も下側曲面反射鏡４５で反射して、この反射光（第１の反射光）が上側曲面反射鏡４７に入射し、さらに上側曲面反射鏡４７で反射して反射光（たとえば、Ｑａ、Ｑｂ）（第２の反射光）がＬＥＤ配列灯４３の上側の後方にある曲面反射鏡４８に入射し、一部は曲面反射鏡４８を透過してＬＥＤ照明装置４１の外側へ放射されて、外部にある物体や空間を照射する。

【0038】

上側曲面反射鏡４７に入射する光の一部は透過してＬＥＤ照明装置４１の外側へ放射されるので、その外側も照射されるし、ＬＥＤ光を視認することもできる。しかし、曲面反射鏡４７に入射する光を全反射することができれば、反射光Ｑ１等による後方照射の効率を高めることができる。曲面反射鏡４７は透明ガラスまたは透明プラスチックであるから入射光がこの曲面反射鏡４７の内部へ入っていく。通常はこの光は曲面反射鏡４７の内部で吸収されたり散乱されたりしながら、外側へ透過していくが、曲面反射鏡４７の屈折率をｇ47としたとき、ｓｉｎβ１＞１／g47を満足したときに、曲面反射鏡４７の外側へ透過せずに全反射していく。たとえば、ｇ47＝１．５とすれば、ｓｉｎβ１＞０．６７すなわち、β１＞４２度となるように入射角β１を調整すれば良い。尚、曲面反射鏡４７に光が入射するときに一部が散乱したり反射したりして失われるので、ＬＥＤ照明装置４１内空間４９を曲面反射鏡４７の屈折率と同じ（または近い）液体材料で満たすことによって、全反射する光の効率を高めることができる。たとえば、曲面反射鏡４７を屈折率１．５のガラスとして、液体材料をパラフィン油（屈折率１．４８）とすれば良い。

【0039】

図７においては、図６と同様に、ＬＥＤからの第１の反射光がすべて第２の反射鏡である上側曲面反射鏡４７に入射するわけではなく、ＬＥＤ配列灯４３の上部にあるＬＥＤ（Ｌｉ、・・・、Ｌｎ）からの第１の反射光は、たとえばＱｉ、・・・、Ｑｎとして、ＬＥＤ配列灯４３の上側の後方にある曲面反射鏡４８に入射し、一部は曲面反射鏡４８を透過してＬＥＤ照明装置４１の外側へ放射されて、外部にある物体や空間を照射する。

【0040】

ＬＥＤ（Ｌｉ）からの直進光が曲面反射鏡４５に入射する所をＤｉとし、入射角をαｉとする。ＬＥＤ（Ｌｉ）とＤｉまでの距離をｔｉ、ＬＥＤ（Ｌｉ）からＬＥＤ配列灯の最上部（第１の反射光を遮る最上部）までの長さをｈｉとすると、第１の反射光Ｑｉを遮らないようにするためには、ｈｉ＜ｔｉ（tan２αｉ）を満足するようにすれば良い。また、ＬＥＤ（Ｌｉ）から上側曲面反射鏡４７の最上部までの距離をｕｉとすれば、第１の反射光Ｑｉが上側曲面反射鏡４７に入射しないようにするためには、ｕｉ＞ｔｉ（tan２αｉ）とすれば良い。以上のように設計することによって、ＬＥＤ配列灯の下側に配置されたＬＥＤからの放射光を２回反射させて外部へ放射し、ＬＥＤ配列灯の上側に配置されたＬＥＤからの放射光を１回だけ反射させてＬＥＤ装置等４３の後方の外部へ放射させる図７に示すＬＥＤ照明装置４１を作製することができる。

【0041】

図７に示すＬＥＤ照明装置４１における曲面反射鏡４５、４６並びに４７、４８が回転体（たとえば、楕円球体）であるとすれば、ＬＥＤ配列灯４３を回転させることによって、全方位へ光を放射することができる。（たとえば、ミラーボールのように使用できる。）ＬＥＤ照明装置４１自体を回転させても良いが、ＬＥＤ照明装置４１自体の移動（回転）はないため不思議な雰囲気を演出することができる。尚、図７に示すＬＥＤはＬＥＤの進行方向にキャップを被せているので、このキャップによって少しブロードな光として放射される。このことは、上述した一定の幅を有したＬＥＤ放射光として解釈すれば良い。

【0042】

図８は、ＬＥＤ配列灯５３を横（水平）置きにし、（平面）反射鏡５５を使用したときの反射光を示す図である。ＬＥＤ配列灯５３を横（水平）置きにし、ＬＥＤ配列灯５３の各ＬＥＤ（Ｌ１、・・・、Ｌｎ）から（平面）反射鏡５５への入射角をαとすると、ＬＥＤ配列灯５３の各ＬＥＤ（Ｌ１、・、Ｌｉ、・・、Ｌｎ）から出た光は、０＜α＜９０度のときに横（水平）方向に第１の反射光Ｑｉ（ｉ＝１、２、・・・、ｎ）が反射されて、ＬＥＤ照明装置５１の外側へ出ていき、外部の物体や空間を照射する。また外側からＬＥＤを視認できる。０＜α＜４５度のときに第１の反射光Ｑｉは下向きに平行に出ていくが、αの角度によっては第１の反射光ＱｉはＬＥＤ配列灯５３に当たる場合がある。４５度＜αのときには、第１の反射光Ｑｉは上向きに平行に出ていく。α＝４５度のときに、第１の反射光Ｑｉは横方向に平行に出ていき、装置５１から見れば後方に照射されている。このようにＬＥＤ配列灯５３を横置きにすると、1枚の（平面）反射鏡５５で、後方への反射光（照射光）を得ることができる。

【0043】

本発明のＬＥＤ照明装置は、ＬＥＤからの指向性の強い直進光を反射鏡で反射させた反射光を外部へ照射する装置であるが、反射鏡で適度に拡散分散し、また適度に広げて外部へ放射するものであるから、ＬＥＤからの直進光と比較すると、ブロードな光となり周辺も比較的明るくなる。しかも反射鏡を用いているのでＬＥＤ光源を視認できるという利点もある。図１〜図７においては、ＬＥＤ配列灯は縦方向に対して一列で記載しているが、奥行き側に複数列のＬＥＤ配列灯を配置しても良い。この場合、各反射鏡（第１の反射鏡、第２の反射鏡）は同じ大きさで同じ形状のものを奥行き側に作製しても良いし、奥行き側に曲面を持たせて作製しても良い。これらの奥行き側の曲面は、上述した様に多数の曲面反射鏡を用いることができるので、本発明に記載した条件に基づいて適宜設計すれば良い。また、第１の反射鏡に上述した平面鏡を用いて、第２の反射鏡に上述した曲面反射鏡を用いても良いし、あるいは、第１の反射鏡に上述した曲面反射鏡を用いても良いし、第２の反射鏡に上述した平面反射鏡を用いても良い。これらを適宜組み合わせたとき、図６および図７で述べたように、第１の反射光の一部はＬＥＤ配列灯の後方へそのまま放射される場合もあるが、用途に応じてそのような方法を適宜選択すれば良い。本発明で述べた反射鏡は、たとえば球面、楕円面、双曲面、
あるいは円錐面である。また反射鏡としてガラス、プラスチック、金属等通常使用している材料を使うことができる。反射面に反射塗膜や金属膜等をコーティングしても良い。

【0044】

図９は、縦（Ｚ方向）にｍ個、横（Ｘ方向）にｎ個マトリックス状に配列したＬＥＤ（Ｌｉｊ（ｉ＝１、・・、ｍ；ｊ＝１、・・、ｎ）を有するＬＥＤ配列灯（ｍ行ｘｎ列ＬＥＤマトリックス面光源、たとえば、１２行１２列、２４行２４列、２４行３６列等種々作成できる）６３、これに対応した第１の反射鏡６５、および第２の反射鏡６７を有するＬＥＤ照明装置６１の一実施形態を示す図である。図９におけるＬＥＤ照明装置６１は立体的に示されている。このｍｘｎＬＥＤ配列灯は一つの基板内にＬＥＤがマトリックス状に配置されたものであるが、ｍ個のＬＥＤが縦（Ｚ方向）に一列に配置したｎ個のＬ１１、・・・、Ｌｍｎが横（列状）につながったＬＥＤ配列灯と考えれば良く、図１〜図７等に基づいて説明したＬＥＤ照明装置に関する内容を適用できる。図９では、ＬＥＤ配列灯６３およびそこから出た直進光による反射光Ｑｉｊ（ｉ＝１、・・、ｍ；ｊ＝１、・・、ｎ）が分かりやすいように、第１の反射鏡６５および第２の反射鏡６７を破線で示しているが、これらの第１の反射鏡６５および第２の反射鏡６７は実際には連続した曲面である。ＬＥＤ配列灯の上部後方は反射光を放出するために開放されている。（あるいは図７に示すように透明なガラスやプラスチックでカバーされても良い。）

【0045】

横に並べたｊ列目のＬＥＤ（Ｌｉｊ）（ｉ＝１、・・、ｍ）からの直進光は、第１の反射鏡の曲面（曲線）Ｓｊで反射し、この第１の反射光が第２の反射鏡の曲面（曲線）Ｔｊで反射し、第２の反射光ＱｉｊとしてＬＥＤ照明装置６１の外側へ出ていく。図１〜図７で説明した条件を満たせば、この反射光ＱｉｊはＬＥＤ配列灯６３の後方外側（逆Ｙ方向）へ出ていく。上述したようにＳｊは（ｊ＝１〜ｎ）同じ曲線でなくても良いし、Ｔｊも（ｊ＝１〜ｎ）同じ曲線でなくても良い。その場合は、第１の反射鏡６５は、図９に示すようにｎ列側（Ｘ方向）に曲線状（Ｏｉ）になり、また、第２の反射鏡６７も、図９に示すようにｎ列側（Ｘ方向）に曲線状（Ｕｉ）になる。第１の反射鏡６５における接平面と第２の反射鏡６７における接平面のなす角度が９０度を有する場合、第２の反射光ＱｉｌはＬＥＤ直進光と逆方向（逆Ｙ方向）へＬＥＤ照明灯６１の上側後方の開放部から外側へ放射される。すなわち、すべてのＱｉｊは平行光線となって逆Ｙ方向へ放射され、外部の物体や空間を照射する。尚、Ｓｊおよび／またはＴｊが同じ曲線となる場合には、上述したように、奥行き側（Ｘ方向）は同じ曲面となる。あるいは、Ｓｊおよび／またはＴｊが直線（平面鏡）の場合には奥行き側（Ｘ方向）も同じ平面鏡となっている。尚、上記ではｍ行ｘｎ列ＬＥＤマトリックス面光源と記載したが、その中の一部を取り除いているものに関しても含むことは言うまでもない。たとえば、マトリックス平面の角側を省いたものや、マトリックス平面の内側の一部を省いたものも含まれる。

【0046】

尚、明細書のある部分に記載し説明した内容について記載しなかった他の部分においても矛盾なく適用できることに関しては、当該他の部分に当該内容を適用できることは言うまでもない。さらに、前記実施形態は一例であり、要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施でき、本発明の権利範囲が前記実施形態に限定されないことも言うまでもない。

【産業上の利用可能性】

【0047】

本発明の反射鏡を用いたＬＥＤ照明装置は、照明装置だけでなく、玩具、置物としても使用できる。

【符号の説明】

【0048】

１１・・・ＬＥＤ照明装置、１３・・・ＬＥＤ配列灯、
１５・・・第１の反射鏡（平面反射鏡）、１７・・・第２の反射鏡（平面反射鏡）、
２１・・・ＬＥＤ照明装置、２３・・・ＬＥＤ配列灯、
２５・・・第１の曲面反射鏡、２７・・・第２の曲面反射鏡、
２９・・・第２の曲面反射鏡、
３１・・・ＬＥＤ照明装置、３３・・・ＬＥＤ配列灯、
３５・・・第１の曲面反射鏡、３７・・・第２の曲面反射鏡、
４１・・・ＬＥＤ照明装置、４３・・・ＬＥＤ配列灯、
４５・・・第１の曲面反射鏡、４６・・・第１の曲面反射鏡、
４７・・・第２の曲面反射鏡、４８・・・第２の曲面反射鏡、
４９・・・ＬＥＤ照明装置内空間、
５１・・・ＬＥＤ照明装置、５３・・・ＬＥＤ配列灯、
５５・・・平面反射鏡、
６１・・・ＬＥＤ照明装置、
６３・・・ＬＥＤ配列灯（ｍ行ｘｎ列ＬＥＤマトリックス面光源）、
６５・・・第１の（曲面）反射鏡、６７・・・第２の（曲面）反射鏡、

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】