特開 2022-85140 発光装置、及び車両用灯具

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022085140

(43)【公開日】2022-06-08

(54)【発明の名称】発光装置、及び車両用灯具

(51)【国際特許分類】

   F21S 41/255 20180101AFI20220601BHJP

   F21S 41/148 20180101ALI20220601BHJP

   F21S 41/275 20180101ALI20220601BHJP

   F21S 41/29 20180101ALI20220601BHJP

   F21V 5/00 20180101ALI20220601BHJP

   F21V 5/04 20060101ALI20220601BHJP

   F21W 102/135 20180101ALN20220601BHJP

   F21Y 115/10 20160101ALN20220601BHJP

【ＦＩ】

F21S41/255

F21S41/148

F21S41/275

F21S41/29

F21V5/00 510

F21V5/04 450

F21W102:135

F21Y115:10

【審査請求】未請求

【請求項の数】9

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2020196655

(22)【出願日】2020-11-27

(71)【出願人】

【識別番号】000000136

【氏名又は名称】市光工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100145908

【弁理士】

【氏名又は名称】中村 信雄

(74)【代理人】

【識別番号】100136711

【弁理士】

【氏名又は名称】益頭 正一

(72)【発明者】

【氏名】デアリバ アレクサンドル

(57)【要約】

【課題】小型化、低コスト化できると共に、消費電力を低減でき、且つ、要求される輝度を確保できる発光装置を提供する。
【解決手段】発光デバイス１００は、発光面１１２から光を放射する光源デバイス１１０と、発光面１１２から放射された光を集束させるレンズ１２０とを備え、レンズ１２０は、発光面１１２に対して対向する入射面１２１と、入射面１２１から入射した光を出射する出射面１２２と、入射面１２１の外周縁部から出射面１２２の外周縁部へ延びる側面１２３とを備え、側面１２３は、入射面１２１から側面１２３に進行した光を全反射する第１及び第２の全反射面１２３Ａ，１２３Ｃを備え、出射面１２２は、入射面１２１の側に凹んだ凹面である。
【選択図】図６

【特許請求の範囲】

【請求項1】

発光面から光を放射する光源部と、
前記発光面から放射された光を集束させるレンズと
を備え、
前記レンズは、
前記発光面に対して対向する入射面と、
前記入射面から入射した光を出射する出射面と、
前記入射面の外周縁部から前記出射面の外周縁部へ延びる側面と
を備え、
前記側面は、前記入射面から前記側面に進行した光を全反射する全反射面を備え、
前記出射面は、前記入射面の側に凹んだ凹面である発光装置。

【請求項2】

前記側面は、
前記入射面の外周縁部から前記レンズの外周側へ膨出した前記全反射面である第１の全反射面と、
前記第１の全反射面から前記レンズの内周側へ凹んだ凹状部と、
前記凹状部から前記出射面の外周縁部へ延びる前記全反射面である第２の全反射面と
を備える請求項１に記載の発光装置。

【請求項3】

前記レンズの光軸に対して直交する方向に見た場合における前記第１の全反射面の曲率は、前記レンズの光軸に対して直交する方向に見た場合における前記第２の全反射面の曲率よりも大きい請求項２に記載の発光装置。

【請求項4】

前記入射面と前記発光面とは相互に接触し、又は接着層を介して接合されている請求項１～３の何れか１項に記載の発光装置。

【請求項5】

前記接着層の屈折率は、１．０より大きく４．５より小さい請求項４に記載の発光装置。

【請求項6】

前記レンズの屈折率は、１．０より大きく４．５より小さい請求項１～５の何れか１項に記載の発光装置。

【請求項7】

前記接着層の屈折率は、前記レンズの屈折率の±０．５の範囲内である請求項５を引用する請求項６に記載の発光装置。

【請求項8】

前記出射面の中心と前記出射面の外周縁部とを結ぶ直線と、前記レンズの光軸に対して直交する直線との角度は、０°より大きく４５°以下である請求項１～７の何れか１項に記載の発光装置。

【請求項9】

請求項１～８に記載の前記発光装置と、
前記発光装置から出射された光を投影する光学系と
を備える車両用灯具。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、発光装置、及び車両用灯具に関する。

【背景技術】

【0002】

ＬＥＤ（Light Emitting Diode）を光源とする車両用前照灯として、ＬＥＤデバイスと、ＬＥＤデバイスから放射された光を集光するレンズとを備えるものが知られている（例えば、特許文献１参照）。また、ＬＥＤを光源とするＬＥＤ投光装置として、ＬＥＤデバイスと、ＬＥＤデバイスから放射された光を集光するレンズとを備えるものが知られている（例えば、特許文献２参照）。特許文献１に記載の車両用前照灯では、レンズの側面に反射コーティングが設けられていることにより、ＬＥＤデバイスから放射された光がレンズの側面で反射される。また、特許文献２に記載のＬＥＤ投光装置では、ＬＥＤデバイスから放射された光がレンズの側面で全反射されるように、レンズの側面が形成されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特表２００８－５２４０４５号公報

【特許文献2】特開２００２－４３６２９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１に記載のレンズは、径や高さ（光軸方向の長さ）がＬＥＤデバイスの発光面の縦横の寸法に比して格段に大きい大型のレンズであり、ＬＥＤデバイスとユニット化されたものではない。他方で、特許文献２に記載のレンズは、高さ（光軸方向の長さ）は特許文献１に記載のレンズに比して小さいものの、出射面の径は特許文献１に記載のレンズと同様にＬＥＤデバイスの発光面の縦横の寸法に比して格段に大きい。従って、特許文献２に記載のレンズ投光装置は、レンズの側面で反射されずに直接、出射面から出射される光の割合が、特許文献１の車両用前照灯に比して相対的に高くなる。それにより、特許文献２に記載のレンズ投光装置は、特許文献１に記載の車両用前照灯に比して輝度が低くなる。

【0005】

ここで、高輝度のＬＥＤを使用することにより、要求される輝度を確保することは可能である。しかしながら、高輝度のＬＥＤは、高コストであり、消費電力も大きい。

【0006】

本発明は、上記事情に鑑み、小型化、低コスト化できると共に、消費電力を低減でき、且つ、要求される輝度を確保できる発光装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明は、発光面から光を放射する光源部と、前記発光面から放射された光を集束させるレンズとを備え、前記レンズは、前記発光面に対して対向する入射面と、前記入射面から入射した光を出射する出射面と、前記入射面の外周縁部から前記出射面の外周縁部へ延びる側面とを備え、前記側面は、前記入射面から前記側面に進行した光を全反射する全反射面を備え、前記出射面は、前記入射面の側に凹んだ凹面である。

【発明の効果】

【0008】

本発明によれば、入射面から側面に進行する光が、側面の全反射面により全反射されると共に、入射面から出射面に直接進行する光が、凹面である出射面によりレンズの光軸の側に屈折されることにより、集光効率を高めることができる。従って、レンズの小型化による発光装置の小型化、低輝度の光源部の使用による低コスト化、消費電力の低減が可能になると共に、要求される輝度を確保することも可能になる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】図１は、一実施形態に係る発光デバイスを備える車両用灯具を示す側断面図である。

【図2】図２は、図１に示す発光デバイスを示す斜視図である。

【図3】図３は、図２に示す発光デバイスを示す断面図（光軸を含む断面図）である。

【図4】図４は、図２及び図３に示す光源デバイスの配光を示す断面図である。

【図5】図５は、図２及び図３に示す発光デバイスの寸法を説明するための断面図（光軸を含む断面図）である。

【図6】図６は、図２及び図３に示す発光デバイスの作用を説明するための断面図（光軸を含む断面図）である。

【図7】図７は、他の実施形態に係る発光デバイスを示す斜視図である。

【図8】図８は、図７に示す発光デバイスを示す断面図（光軸を含む断面図）である。

【図9】図９は、図７及び図８に示す発光デバイスの作用を説明するための断面図（光軸を含む断面図）である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、本発明を好適な実施形態に沿って説明する。なお、本発明は以下に示す実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。また、以下に示す実施形態においては、一部構成の図示や説明を省略している箇所があるが、省略された技術の詳細については、以下に説明する内容と矛盾が発生しない範囲内において、適宜公知又は周知の技術が適用される。

【0011】

図１は、一実施形態に係る発光デバイス１００を備える車両用灯具１０を示す側断面図である。この図に示す車両用灯具１０は、車両の前照灯であり、車両の前方を照射する。この車両用灯具１０は、光学系１１と、ヒートシンク１２と、フレーム１６と、発光デバイス１００とを備える。光学系１１は、レンズ１４と、リフレクタ１８と、シェードユニット２０とを備える。

【0012】

ヒートシンク１２は、複数の放熱フィン（図示省略）を備える。このヒートシンク１２の上面には、発光デバイス１００が取り付けられている。ヒートシンク１２の複数の放熱フィンは、発光デバイス１００で発生した熱を外部に放出する。

【0013】

レンズ１４は、車両用灯具１０の前端に配され、発光デバイス１００から出射された光を車両前方に投影する。このレンズ１４は、フレーム１６により保持されている。フレーム１６は、車両用灯具１０の前側に配され、レンズ１４が取り付けられる円環状のレンズホルダ１６Ａを備える。

【0014】

リフレクタ１８は、楕円を基本とする３次元自由曲面形状、又は、楕円と放物線とを組み合わせた３次元自由曲面形状に形成されており、発光デバイス１００とヒートシンク１２の上面とを覆うように設けられている。

【0015】

シェードユニット２０は、レンズ１４によって車両前方へ投影される配光パターンをロービーム配光パターンとハイビーム配光パターンとに切り替える。このシェードユニット２０は、シェード２２と、ソレノイド２４と、リンク機構２６とを備える。シェード２２は、発光デバイス１００とレンズ１４との間に配された遮光板である。このシェード２２は、一方の面が前方斜め上を向いた起立姿勢と、当該一方の面が真上を向いた傾倒姿勢とを取る。ソレノイド２４は、リンク機構２６を駆動する。リンク機構２６は、ソレノイド２４により駆動されてシェード２２を起立姿勢と傾倒姿勢とに変化させる。

【0016】

シェード２２が起立姿勢を取っている状態では、発光デバイス１００から出射されてリフレクタ１８により前方へ反射された光の一部が、シェード２２により遮られることにより、カットオフラインを含むロービーム配光パターンが、車両前方に投影される。他方で、シェード２２が傾倒姿勢を取っている状態では、発光デバイス１００から出射されてリフレクタ１８により前方へ反射された光が、シェード２２により遮られないことにより、ハイビーム配光パターンが、車両前方に投影される。

【0017】

発光デバイス１００は、光源デバイス１１０と、レンズ１２０とを備える。光源デバイス１１０は、ＬＥＤ素子、蛍光体、及び封止材料等がパッケージ１１１（図２参照）と一体化されたＬＥＤである。レンズ１２０は、光源デバイス１１０に対して、直接接合されたり接着されたりホルダにより圧接されたりすることによって、一体化されている。即ち、発光デバイス１００は、光源デバイス１１０とレンズ１２０とが一体化されたユニットである。

【0018】

図２は、図１に示す発光デバイス１００を示す斜視図である。図３は、図２に示す発光デバイス１００を示す断面図（光軸ＯＡを含む断面図）である。これらの図に示すように、光源デバイス１１０は、直方体形状のパッケージ１１１を備える。このパッケージ１１１の高さ方向（厚み方向、図中上下方向）に対向する一対の平面の一方に矩形状の発光面１１２が形成されている。この発光面１１２は、封止材料、蛍光体、蛍光体を含む封止材料等のＬＥＤ素子からの光を透過する部材の表面に形成されている。

【0019】

図４は、図２及び図３に示す光源デバイス１１０の光の配光を示す断面図である。この図に示すように、一般的なＬＥＤの配光は、ランバーシアン（Lambertian）配光となる。このため、光源デバイス１１０のＬＥＤから放射される光と発光面１１２との角度θは、０°から１８０°までである。そこで、図２及び図３に示すように、本実施形態の発光デバイス１００では、レンズ１２０を発光面１１２に面して配置し、光源デバイス１１０の発光面１１２から放射される光を集束させて出射させることで輝度を高めている。

【0020】

レンズ１２０は、レンズ１２０の光軸ＯＡが発光面１１２の中心に対して直交するように配されている。このレンズ１２０は、円形状の平面である入射面１２１と、逆円錐形状の凹面である出射面１２２と、側面１２３とを備える。

【0021】

入射面１２１は、発光面１１２に対して対向するように配されている。レンズ１２０の光軸ＯＡは、入射面１２１の中心と発光面１１２の中心とを通過する。入射面１２１と発光面１１２とは、隙間無く相互に当接し、又は、接着層（図示省略）を介して相互に接合されている。入射面１２１と発光面１１２とが隙間無く相互に当接する場合には、レンズ１２０と光源デバイス１１０とが、ホルダ（図示省略）により相互に圧接されるか、あるいは、レンズ１２０と光源デバイス１１０の発光面１１２とが接合されている。

【0022】

ここで、ＬＥＤ素子からの光が発光面１１２で全反射することを抑制して光源デバイス１１０からの光の取り出し効率を高めるという観点から、入射面１２１と発光面１１２との間に空気層を形成しないことが好ましい。また、同じ観点から、レンズ１２０を構成する材料の屈折率は、発光面１１２が形成された材料の屈折率と近いことが好ましい。さらに、同じ観点から、入射面１２１と発光面１１２との間に接着層が介在する場合には、接着層を構成する材料の屈折率は、発光面１１２が形成された材料の屈折率と近いことが好ましく、レンズ１２０を構成する材料の屈折率とも近いことが好ましい。ここで、接着層を構成する材料の屈折率は、レンズ１２０を構成する材料の屈折率の±０．５の範囲内であることが好ましい。

【0023】

レンズ１２０を構成する材料の屈折率は、接着層を構成する材料の屈折率以下である。ただし、これらの関係は必須ではなく、レンズ１２０と接着層との屈折率は、下記（１）式を満足していればよい。

【0024】

空気の屈折率（１．０）＜レンズ１２０及び接着層の屈折率＜４．５ …（１）
ここで、レンズ１２０及び接着層の屈折率の上限値である４．５は、赤色ＬＥＤの材料であるゲルマニウム（Ｇｅ）の屈折率（＝４．０５）以上の値に相当する。即ち、レンズ１２０及び接着層の屈折率は、空気の屈折率より大きく、且つ、光源デバイス１１０のＬＥＤ素子の材料の屈折率以上の値より小さければよい。

【0025】

なお、レンズ１２０の材料としては、ガラス（屈折率＝１．４～１．５５）、ポリカーボネート（ＰＣ、屈折率＝１．５～１．７）、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ、屈折率＝１．４５～１．５５）、低屈折率のメチル系シリコーン（屈折率＝～１．４）、高屈折率のフェニル系シリコーン（屈折率＝～１．５５）等を例示できる。また、接着層の材料としては、低屈折率のメチル系シリコーン（屈折率＝～１．４）、高屈折率のフェニル系シリコーン（屈折率＝～１．５５）等を例示できる。

【0026】

また、光源デバイス１１０の蛍光体の屈折率は、製品によって異なるが、例えば、１．４～１．８である。また、光源デバイス１１０の発光面１１２が形成された材料の一例としてのサファイヤ（Ａｌ_２Ｏ_３）の屈折率は、１．７６～１．７８である。さらに、光源デバイス１１０のＬＥＤ素子を構成する材料の一例としての炭化シリコン（ＳｉＣ）の屈折率は、～２．６５である。

【0027】

図５は、図２及び図３に示す発光デバイス１００の寸法を説明するための断面図（光軸を含む断面図）である。レンズ１２０と光源デバイス１１０との寸法は、下記（２）～（７）式の関係を満たすように設定されている。
０．５×Ｗ_＿ＬＥＳ≦Ｗ_ｉｎ_Ｌｅｎｓ≦２．０×Ｗ_＿ＬＥＳ …（２）
０．５×Ｌ_ＬＥＳ≦Ｌ_ｉｎ_Ｌｅｎｓ≦２．０×Ｌ_ＬＥＳ …（３）
０．１ｍｍ≦Ｈ_Ｌｅｎｓ≦１０ｍｍ …（４）
０．５×Ｗ_ＬＥＳ≦Ｗ_ｏｕｔ_Ｌｅｎｓ≦Ｗ_ｉｎ_Ｌｅｎｓ＋７×Ｈ_Ｌｅｎｓ …（５）
０．５×Ｌ_ＬＥＳ≦Ｌ_ｏｕｔ_Ｌｅｎｓ≦Ｌ_ｉｎ_Ｌｅｎｓ＋７×Ｈ_Ｌｅｎｓ …（６）
０°＜β_Ｌｅｎｓ≦４５° …（７）

【0028】

Ｗ_ｉｎ_Ｌｅｎｓは、入射面１２１の幅である。入射面１２１が正方形の場合には、Ｗ_ｉｎ_Ｌｅｎｓは、入射面１２１の一辺の長さであり、入射面１２１が長方形の場合には、Ｗ_ｉｎ_Ｌｅｎｓは、入射面１２１の短辺の長さであり、入射面１２１が円形の場合には、Ｗ_ｉｎ_Ｌｅｎｓは、入射面１２１の直径である。本実施形態の入射面１２１は円形であるため、本実施形態では、入射面１２１の直径がＷ_ｉｎ_Ｌｅｎｓである。

【0029】

Ｌ_ｉｎ_Ｌｅｎｓは、入射面１２１の長さ（長さ方向の長さ）である。入射面１２１が正方形の場合には、Ｌ_ｉｎ_Ｌｅｎｓは、入射面１２１の一辺の長さであり、入射面１２１が長方形の場合には、Ｌ_ｉｎ_Ｌｅｎｓは、入射面１２１の長辺の長さであり、入射面１２１が円形の場合には、Ｌ_ｉｎ_Ｌｅｎｓは、入射面１２１の直径である。本実施形態の入射面１２１は円形であるため、本実施形態では、入射面１２１の直径がＬ_ｉｎ_Ｌｅｎｓである。

【0030】

また、Ｗ_＿ＬＥＳは、発光面１１２の幅である。発光面１１２が正方向の場合には、Ｗ_＿ＬＥＳは、発光面１１２の一辺の長さであり、発光面１１２が長方形の場合には、Ｗ_＿ＬＥＳは、発光面１１２の短辺の長さであり、発光面１１２が円形の場合には、Ｗ_＿ＬＥＳは、発光面１１２の直径である。本実施形態の発光面１１２は正方形であるため、本実施形態では、発光面１１２の一辺の長さがＷ_＿ＬＥＳである。

【0031】

また、Ｌ_＿ＬＥＳは、発光面１１２の長さ（長手方向の長さ）である。発光面１１２が正方向の場合には、Ｌ_＿ＬＥＳは、発光面１１２の一辺の長さであり、発光面１１２が長方形の場合には、Ｌ_＿ＬＥＳは、発光面１１２の長辺の長さであり、発光面１１２が円形の場合には、Ｌ_＿ＬＥＳは、発光面１１２の直径である。本実施形態の発光面１１２は正方形であるため、本実施形態では、発光面１１２の一辺の長さがＬ_＿ＬＥＳである。

【0032】

上記（２）式より、入射面１２１の幅Ｗ_ｉｎ_Ｌｅｎｓは、発光面１１２の幅Ｗ_＿ＬＥＳの０．５倍以上２．０倍以下であり、上記（３）式より、入射面１２１の長さＬ_ｉｎ_Ｌｅｎｓは、発光面１１２の長さＬ_＿ＬＥＳの０．５倍以上２．０倍以下である。即ち、本実施形態では、発光面１１２の全体が入射面１２１と接触する場合と、入射面１２１の全体が発光面１１２と接触する場合と、発光面１１２の一部を除く大部分と入射面１２１の一部を除く大部分とが相互に接触する場合とが想定されている。

【0033】

Ｈ_Ｌｅｎｓは、レンズ１２０の入射面１２１から出射面１２２までの高さである。なお、出射面１２２は、逆円錐形状の凹面であるところ、Ｈ_Ｌｅｎｓは、入射面１２１から出射面１２２の外周縁部までの高さであり、入射面１２１から出射面１２２の中心までの高さは、Ｈ_Ｌｅｎｓよりも小さい。上記（４）式より、レンズ１２０の高さＨ_Ｌｅｎｓは、１０ｍｍ以下である。即ち、本実施形態では、高さ（光軸方向の長さ）が１０ｍｍ以下の薄型のレンズ１２０が想定されている。

【0034】

Ｗ_ｏｕｔ_Ｌｅｎｓは、出射面１２２の幅である。出射面１２２の外周の形状が正方形の場合には、Ｗ_ｏｕｔ_Ｌｅｎｓは、出射面１２２の一辺の長さであり、出射面１２２の外周の形状が長方形の場合には、Ｗ_ｏｕｔ_Ｌｅｎｓは、出射面１２２の短辺の長さであり、出射面１２２の外周の形状が円形の場合には、Ｗ_ｏｕｔ_Ｌｅｎｓは、出射面１２２の直径である。本実施形態の出射面１２２の外周の形状は円形であるため、本実施形態では、出射面１２２の直径がＷ_ｏｕｔ_Ｌｅｎｓである。

【0035】

Ｌ_ｏｕｔ_Ｌｅｎｓは、出射面１２２の長さ（長手方向の長さ）である。出射面１２２の外周の形状が正方形の場合には、Ｌ_ｏｕｔ_Ｌｅｎｓは、出射面１２２の一辺の長さであり、出射面１２２の外周の形状が長方形の場合には、Ｌ_ｏｕｔ_Ｌｅｎｓは、出射面１２２の長辺の長さであり、出射面１２２の外周の形状が円形の場合には、Ｌ_ｏｕｔ_Ｌｅｎｓは、出射面１２２の直径である。本実施形態の出射面１２２の外周の形状は円形であるため、本実施形態では、出射面１２２の直径がＬ_ｏｕｔ_Ｌｅｎｓである。

【0036】

上記（５）式より、出射面１２２の幅Ｗ_ｏｕｔ_Ｌｅｎｓの最小値は、発光面１１２の幅Ｗ_＿ＬＥＳの０．５倍であり、出射面１２２の幅Ｗ_ｏｕｔ_Ｌｅｎｓの最大値は、入射面１２１の幅Ｗ_ｉｎ_Ｌｅｎｓにレンズ１２０の高さＨ_Ｌｅｎｓの７倍の値を加算した値である。上記（６）式より、出射面１２２の長さＬ_ｏｕｔ_Ｌｅｎｓの最小値は、発光面１１２の長さＬ_＿ＬＥＳの０．５倍であり、出射面１２２の長さＬ_ｏｕｔ_Ｌｅｎｓの最大値は、入射面１２１の長さＬ_ｉｎ_Ｌｅｎｓにレンズ１２０の高さＨ_Ｌｅｎｓの７倍の値を加算した値である。本実施形態では、レンズ１２０の出射面１２２の直径は約１．５ｍｍであり、小径のレンズ１２０が想定されている。

【0037】

β_Ｌｅｎｓは、逆円錐形状である出射面１２２の母線（出射面１２２の中心と外周縁部とを結ぶ直線）と、光軸ＯＡに対して直交する仮想の直線との角度である。なお、角度β_Ｌｅｎｓは、出射面１２２が逆円錐形状ではなく球面形状又は非球面形状である場合には、出射面１２２の中心と外周縁部とを結ぶ直線と、光軸ＯＡに対して直交する仮想の直線との角度である。

【0038】

上記（７）式より、角度β_Ｌｅｎｓは、０°より大きく４５°以下である。このため、後述するように、発光面１１２から放射されて出射面１２２に直接進行した光が出射面１２２において光軸ＯＡ側に屈折する。

【0039】

ここで、図２及び図３に示すように、レンズ１２０の側面１２３は、第１の全反射面１２３Ａと、凹状部１２３Ｂと、第２の全反射面１２３Ｃとを備える。第１の全反射面１２３Ａ、凹状部１２３Ｂ、及び第２の全反射面１２３Ｃは、入射面１２１側から出射面１２２側へ、第１の全反射面１２３Ａ、凹状部１２３Ｂ、第２の全反射面１２３Ｃの順序で連続的に形成されている。

【0040】

第１の全反射面１２３Ａは、入射面１２１の外周縁部からレンズ１２０の外周側（光軸ＯＡを中心とする径方向の外側）に膨らむように湾曲している。この第１の全反射面１２３Ａの図中の下端（入射面１２１側の端部）は、入射面１２１の外周縁部に接続されている。

【0041】

凹状部１２３Ｂは、第１の全反射面１２３Ａの図中の上端（出射面１２２側の端部）からレンズ１２０の内周側（光軸ＯＡを中心とする径方向の内側）に凹むように湾曲している。この凹状部１２３Ｂの図中の下端は、第１の全反射面１２３Ａの図中の上端に接続されている。

【0042】

第２の全反射面１２３Ｃは、凹状部１２３Ｂの図中の上端（出射面１２２側の端部）から出射面１２２の外周縁部まで湾曲しながら延びている。第２の全反射面１２３Ｃの図中の下端は、凹状部１２３Ｂの図中の上端に接続され、第２の全反射面１２３Ｃの図中の上端は、出射面１２２の外周縁部に接続されている。

【0043】

第１の全反射面１２３Ａの直径の最大値は、凹状部１２３Ｂの直径の最小値よりも大きい。また、第２の全反射面１２３Ｃの直径の最大値は、出射面１２２の幅Ｗ_ｏｕｔ_Ｌｅｎｓ及び長さＬ_ｏｕｔ_Ｌｅｎｓと等しい。さらに、光軸ＯＡに対して直交する方向に見た場合における第１の全反射面１２３Ａの曲率は、同方向に見た場合における第２の全反射面１２３Ｃの曲率よりも大きい。

【0044】

図６は、図２及び図３に示す発光デバイス１００の作用を説明するための断面図（光軸を含む断面図）である。この図に示すように、第１の全反射面１２３Ａは、発光面１１２から０°の角度で（光軸ＯＡに対して直交する方向に）放射された光の入射角が、臨界角以上となるように、上記の曲率が設定されている。これにより、第１の全反射面１２３Ａは、発光面１１２から０°の角度で放射されて第１の全反射面１２３Ａに入射する光をも全反射する。

【0045】

凹状部１２３Ｂは、一部の光は透過するが、全反射も生じる曲面である。光軸ＯＡよりも図中左側の位置から図中左側の凹状部１２３Ｂに向けて放射された光の一部は、図中左側の凹状部１２３Ｂを透過するものの、光軸ＯＡよりも図中右側の位置から図中左側の凹状部１２３Ｂに向けて放射された光は、図中左側の凹状部１２３Ｂにより全反射される。ここで、レンズ１２０の内周側に凹んだ凹状部１２３Ｂが存在することにより、第２の全反射面１２３Ｃの光軸ＯＡを中心とする径方向の位置を、光軸ＯＡ側に寄せることが可能になっており、それにより、出射面１２２の小径化が実現されている。

【0046】

第２の全反射面１２３Ｃは、発光面１１２から放射された光の入射角が臨界角以上となるように、上記の曲率が設定されている。これにより、第２の全反射面１２３Ｃは、発光面１１２から放射されて第２の全反射面１２３Ｃに入射する光を全反射する。

【0047】

第１の全反射面１２３Ａ、凹状部１２３Ｂ、及び第２の全反射面１２３Ｃで反射された光は出射面１２２から出射される。ここで、発光面１１２から放射されて側面１２３で反射されることなく直接、出射面１２２に入射する光が存在する。この光は、凹面である出射面１２２で屈折する。発光面１１２から出射面１２２に直接進行する光のうちの大部分は、光軸ＯＡから離れる方向に進行するところ、この光は、出射面１２２において光軸ＯＡ側に屈折する。これにより、出射面１２２から出射する光が集束する。

【0048】

以上説明したように、本実施形態の発光デバイス１００では、レンズ１２０が、高さ（光軸方向の長さ）と径とを光源デバイス１１０の高さ（厚さ）や縦横の寸法と同等程度にまで小さく抑えた小サイズのものである。このため、光源デバイス１１０の発光面１１２から放射された光の大部分が、側面１２３の全反射面で反射されることなく出射面１２２に直接進行する。ここで、出射面１２２が光軸ＯＡに対して直交する平面である場合には、発光面１１２から出射面１２２に直接進行して出射面１２２から出射する光は、拡散する。それに対して、本実施形態の発光デバイス１００では、出射面１２２が入射面１２１側に凹んだ凹面であることから、発光面１１２から出射面１２２に直接進行して出射面１２２から出射する光は、出射面１２２において光軸ＯＡ側に屈折されることにより、集束される。これにより、本実施形態の発光デバイス１００によれば、発光面１１２から放射された光の一部が側面１２３の全反射面で全反射されることと相俟って、レンズ１２０の集光効率を高めることができる。従って、輝度を抑えた光源デバイス１１０を使用することにより低コスト化、消費電力の低減を実現したうえで、小型のレンズ１２０を使用することにより発光デバイス１００を小型化し、さらに、要求される輝度を確保することが可能になる。

【0049】

また、本実施形態の発光デバイス１００では、レンズ１２０の側面１２３を、入射面１２１の外周縁部からレンズ１２０の外周側へ膨出した第１の全反射面１２３Ａと、この第１の全反射面１２３Ａからレンズ１２０の内周側へ凹んだ凹状部１２３Ｂと、この凹状部１２３Ｂから出射面１２２の外周縁部へ延びる第２の全反射面１２３Ｃとにより構成している。第１の全反射面１２３Ａにより、発光面１１２に対する角度θ（図４参照）が０°の方向に放射された光をも全反射することが可能である。また、凹状部１２３Ｂの存在により、出射面１２２のレンズ１２０の外周側への広がりを抑えること、即ち、レンズ１２０の小径化が可能である。従って、レンズ１２０の集光効率を高めると共に、レンズ１２０を小径化することが可能になる。

【0050】

特に、本実施形態の発光デバイス１００では、光軸ＯＡに対して直交する方向に見た場合における第１の全反射面１２３Ａの曲率を、同方向に見た場合における第２の全反射面１２３Ｃの曲率よりも大きく設定している。これにより、第１の全反射面１２３Ａを、発光面１１２に対する角度が小さい放射光を全反射する形状にすることが可能になると共に、第２の全反射面１２３Ｃを、レンズ１２０の外周側への広がりを抑えた形状にすることが可能になる。従って、レンズ１２０の集光効率を高めると共に、レンズ１２０を小径化することをより一層効果的に実現できる。

【0051】

また、本実施形態の発光デバイス１００では、レンズ１２０の入射面１２１と光源デバイス１１０の発光面１１２とが相互に接触し、又は接着層を介して接合されている。また、レンズ１２０の屈折率ｎ_Ｌｅｎｓは、空気の屈折率の１．０より大きく、ＬＥＤ素子の材料の一種であるゲルマニウム（Ｇｅ）の屈折率以上の４．５より小さい範囲から選択される。即ち、本実施形態の発光デバイス１００では、発光面１１２からレンズ１２０の入射面１２１にかけて空気層のような低屈折率の媒質が存在しないことにより、発光面１１２と入射面１２１との界面で生じる反射を抑制でき、光源デバイス１１０からの光の取り出し効率を高めることができる。

【0052】

さらに、本実施形態の発光デバイス１００では、出射面１２２の中心と出射面１２２の外周縁部とを結ぶ直線（母線）と、光軸ＯＡに対して直交する直線との角度β_Ｌｅｎｓは、０°より大きく４５°以下の範囲から選択される。これにより、出射面１２２で屈折した光を光軸ＯＡ側に集束させることが可能になる。

【0053】

図７は、他の実施形態に係る発光デバイス２００を示す斜視図である。また、図８は、図７に示す発光デバイス２００を示す断面図（光軸を含む断面図）である。なお、上記実施形態と同様の構成には同一の符号を付し、上記実施形態についての説明を援用する。

【0054】

図７及び図８に示すように、本実施形態の発光デバイス２００は、光源デバイス１１０とレンズ２２０とを備える。この発光デバイス２００は、上記実施形態と同様、光源デバイス１１０とレンズ２２０とが一体化されたユニットである。

【0055】

レンズ２２０は、発光面１１２に面して配置され、光源デバイス１１０の発光面１１２から放射される光を集束させる。このレンズ２２０は、レンズ２２０の光軸ＯＡが発光面１１２の中心に対して直交するように配されている。このレンズ２２０は、円形状の平面である入射面２２１と、逆円錐形状の凹面である出射面２２２と、側面２２３とを備える。レンズ２２０の屈折率は、上記（１）式の関係を満足する。レンズ２２０の材料は、上記実施形態と同様のものを例示できる。

【0056】

入射面２２１は、上記実施形態の入射面１２１と同様の構成である。出射面２２２は、上記実施形態の出射面１２２に比して大径ではあるもののその他の構成については上記実施形態の出射面１２２と同様である。この出射面２２２は、入射面２２１に比して大径である。側面２２３は、上記実施形態の側面１２３とは構成が異なる。

【0057】

側面２２３は、入射面２２１の外周縁部から出射面２２２の外周縁部へ延びている。この側面２２３は、その全体が発光面１１２から放射された光に対して全反射面として機能するように構成されている。

【0058】

図９は、図７及び図８に示す発光デバイス２００の作用を説明するための断面図（光軸を含む断面図）である。この図に示すように、側面２２３は、発光面１１２から放射された光の入射角が臨界角以上となるように、光軸ＯＡに対して直交する方向から見た場合における曲率が設定されている。これにより、側面２２３の全体は、発光面１１２から放射されて側面２２３に入射する光を全反射する。

【0059】

発光面１１２から放射されて側面２２３で反射されることなく直接出射面２２２に入射する光は、凹面である出射面２２２で屈折する。発光面１１２から出射面２２２に直接、進行する光のうちの大部分は、光軸ＯＡから離れる方向で進行するところ、この光は、出射面２２２において光軸ＯＡ側に屈折する。これにより、出射面２２２から出射する光が集束される。

【0060】

以上、実施形態に基づき本発明を説明したが、本発明は上述の実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、変更を加えてもよいし、実施形態同士の技術や公知・周知技術を組み合わせてもよい。

【0061】

例えば、上述の実施形態では、車両用灯具１０に搭載される発光デバイス１００，２００を例に挙げて本発明を説明したが、本発明の発光装置の用途は、車両用灯具には限定されない。また、発光素子をＬＥＤ素子とする光源デバイス１１０を例に挙げて本発明を説明したが、発光素子は有機ＥＬ等の他の発光素子に代えてもよい。

【符号の説明】

【0062】

１０ ：車両用灯具
１１ ：光学系
１００ ：発光デバイス（発光装置）
１１０ ：光源デバイス（光源部）
１１２ ：発光面
１２０ ：レンズ
１２１ ：入射面
１２２ ：出射面
１２３ ：側面
１２３Ａ ：第１の全反射面（全反射面）
１２３Ｂ ：凹状部
１２３Ｃ ：第２の全反射面（全反射面）
２００ ：発光デバイス（発光装置）
２２０ ：レンズ
２２１ ：入射面
２２２ ：出射面
２２３ ：側面（全反射面）
ｎ_Ｌｅｎｓ ：屈折率
ＯＡ ：光軸
β_Ｌｅｎｓ ：角度

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】