ＬＥＤランプ用反射器、ＬＥＤランプ用レンズ及びスポット投光器

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【発明の名称】	ＬＥＤランプ用反射器、ＬＥＤランプ用レンズ及びスポット投光器
【発明者】	【氏名】中谷俊浩【住所又は居所】京都府城陽市寺田新池３６番地星和電機株式会社内【氏名】小川雅弘【住所又は居所】京都府城陽市寺田新池３６番地星和電機株式会社内
【要約】	【課題】【解決手段】

【特許請求の範囲】
【請求項１】ＬＥＤランプの側面光を前方に反射させるためのレンズであって、反射面が放物面又はその近似曲面にされた反射器本体を有しており、前記反射器本体の反射面中心部には、前記ＬＥＤランプが入れられる凹部が形成されていることを特徴とするＬＥＤランプ用反射器。
【請求項２】請求項１記載のＬＥＤランプ用反射器において、前記凹部内であり且つ前記ＬＥＤランプの前方位置には、前記ＬＥＤランプから前方に向けて出た光の進行方向を補正するためのレンズが設けられていることを特徴とするＬＥＤランプ用反射器。
【請求項３】請求項２記載のＬＥＤランプ用反射器において、前記レンズは凸レンズであることを特徴とするＬＥＤランプ用反射器。
【請求項４】請求項１、２又は３記載のＬＥＤランプ用反射器において、前記レンズは、前記ＬＥＤランプに対向する球面の半径が２．５～１０ｍｍに設定されていることを特徴とするＬＥＤランプ用反射器。
【請求項５】請求項１、２、３又は４記載のＬＥＤランプ用反射器において、前記反射器本体の材質は、光線透過率が９２％以上のものが用いられることを特徴とするＬＥＤランプ用反射器。
【請求項６】請求項１、２、３、４又は５記載のＬＥＤランプ用反射器において、前記反射器本体の材質は、アクリル又はシクロオレフィンポリマーであることを特徴とするＬＥＤランプ用反射器。
【請求項７】ＬＥＤランプの側面光を前方に反射させるためのＬＥＤランプ用レンズであって、透光性を有する板材と、この板材の一面に形成された複数個の反射器本体とを具備しており、前記反射器本体は、反射面が放物面又はその近似曲面にされており、かつ前記反射器本体の反射面中心部には、前記ＬＥＤランプが入れられる凹部が形成されていることを特徴とするＬＥＤランプ用レンズ。
【請求項８】前記反射器本体は、隣接する反射器本体との間に隙間を有して板材に形成されていることを特徴とする請求項７記載のＬＥＤランプ用レンズ。
【請求項９】前記反射器本体は、隣接する反射器本体との間に隙間を設けることなく蜂の巣状に配列されていることを特徴とする請求項７記載のＬＥＤランプ用レンズ。
【請求項１０】請求項７、８又は９記載のＬＥＤランプ用レンズにおいて、前記凹部内であり且つ前記ＬＥＤランプの前方位置には、前記ＬＥＤランプから前方に向けて出た光の進行方向を補正するためのレンズが設けられていることを特徴とするＬＥＤランプ用反射器。
【請求項１１】請求項１０記載のＬＥＤランプ用レンズにおいて、前記レンズは凸レンズであることを特徴とするＬＥＤランプ用レンズ。
【請求項１２】請求項７、８又は９記載のＬＥＤランプ用レンズにおいて、前記レンズは、前記ＬＥＤランプに対向する球面の半径が２．５～１０ｍｍに設定されていることを特徴とするＬＥＤランプ用レンズ。
【請求項１３】請求項７、８、９、１０、１１又は１２記載のＬＥＤランプ用レンズにおいて、前記反射器本体の材質は、光線透過率が９２％以上のものが用いられることを特徴とするＬＥＤランプ用レンズ。
【請求項１４】請求項７、８、９、１０、１１、１２又は１３記載のＬＥＤランプ用レンズにおいて、前記反射器本体の材質は、アクリル又はシクロオレフィンポリマーであることを特徴とするＬＥＤランプ用レンズ。
【請求項１５】請求項１、２、３、４、５又は６のＬＥＤランプ用反射器と、ＬＥＤランプ用反射器の凹部に挿入されたＬＥＤランプとを具備したことを特徴とするスポット投光器。
【請求項１６】請求項７、８、９、１０、１１、１２、１３又は１４のＬＥＤランプ用レンズと、ＬＥＤランプ用レンズの凹部に挿入されたＬＥＤランプとを具備したことを特徴とするスポット投光器。

【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば道路や鉄道等の信号灯等に用いられるＬＥＤランプ用反射器と、ＬＥＤランプ用レンズと、これらを用いたスポット投光器に関する。
【０００２】
【従来の技術】道路や鉄道等の信号灯等に使用される最近のスポット投光器においては、フィラメントランプの代わりにＬＥＤランプが用いられていることが多い。これはＬＥＤランプがフィラメントランプに比べて消費電力やコスト等の面で優れているからであるが、その反面、光強度が小さいという欠点があり、これを是正するために多数のＬＥＤランプを用い、これを配列して使用している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ＬＥＤランプの前方から出力される光はその全光束のうち１／５から１／１０とわずかであるのが一般的である。即ち、ＬＥＤランプから前方以外の方向にも大きな強度の光が出ているものの、これが有効に利用されておらず、結果として、必要とするＬＥＤランプの個数が多くなるという欠点がある。ＬＥＤランプの個数が多くなると、配線が面倒になったり消費電力が増加するだけでなく、排熱処理を行うことが必要になり、大幅なコスト高となる。
【０００４】また、視野角の狭いＬＥＤランプを用いた場合、ＬＥＤランプの光照射エリアがスポット照射すべき範囲からずれ易く、ＬＥＤランプ等の取り付けを微調整することが必要になり、この調整が面倒であるという問題もある。
【０００５】本発明は上記事情に鑑みて創案されたものであって、その目的とするころは、ＬＥＤランプの前方以外の方向から出た光を有効に利用することができるＬＥＤランプ用反射器、ＬＥＤランプ用レンズ及びスポット投光器を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明のＬＥＤランプ用反射器は、ＬＥＤランプの側面光を前方に反射させるためのレンズであって反射面が放物面又はその近似曲面にされた反射器本体を有しており、前記反射器本体の反射面中心部には、前記ＬＥＤランプが入れられる凹部が形成されていることを特徴としている。
【０００７】より好ましくは、前記凹部内であり且つ前記ＬＥＤランプの前方位置には、前記ＬＥＤランプから前方に向けて出た光の進行方向を補正するためのレンズを設けるようにすることが望ましい。この場合のレンズは、凸レンズであり、前記ＬＥＤランプに対向する球面の半径が２．５～１０ｍｍに設定されているものを用いると良い。
【０００８】より好ましくは、前記反射器本体の材質は、光線透過率が９２％以上のものを用いることが望ましい。また、アクリル又はシクロオレフィンポリマーを用いることが望ましい。
【０００９】本発明のスポット投光器は、前記ＬＥＤランプ用反射器と、ＬＥＤランプ用反射器の凹部に挿入されるＬＥＤランプとを具備したことを特徴としている。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は本発明の実施の形態に係るスポット投光器のＬＥＤランプ周辺を示す説明図、図２は同スポット投光器で使用されたＬＥＤランプ用反射器の模式図、図３は同ＬＥＤランプ用反射器を用いた場合のＬＥＤランプの配光特性を示すグラフ、図４はスポット投光器により得られる配光特性を示すグラフ、図５は本発明の実施の形態に係るＬＥＤランプ用レンズの図面であって、同図（Ａ）は概略的平面図、同図（Ｂ）は同図（Ａ）のＩ－Ｉ線拡大断面図、図６は本発明の他の実施の形態に係るＬＥＤランプ用レンズの図面であって、同図（Ａ）は概略的平面図、同図（Ｂ）は同図（Ａ）のII－II線拡大断面図、図７は本発明のさらに他の実施の形態に係るＬＥＤランプ用レンズの図面であって、同図（Ａ）は概略的平面図、同図（Ｂ）は同図（Ａ）のIII －III 線拡大断面図である。
【００１１】ここに掲げるスポット投光器は道路や鉄道等の信号灯に用いられるもので、図１に示すようにＬＥＤランプ用反射器Ａと、ＬＥＤランプ用反射器Ａの凹部２００に挿入されたＬＥＤランプＢとを具備した構成となっている。図示されていないが、実際にはＬＥＤランプ用反射器ＡとＬＥＤランプＢとの組が多数使用されており、これらがマトリックス状に配列されて基板上に取り付けられている。
【００１２】ＬＥＤランプ用反射器Ａは、ＬＥＤランプＢの側面光を前方に反射させるためのレンズであって反射面が放物面又はその近似曲面にされた反射器本体１００を有しており、反射器本体１００の反射面中心部には、ＬＥＤランプＢが入れられる凹部２００が形成されている。ここでは凹部２００内であり且つＬＥＤランプＢの前方位置には、ＬＥＤランプＢから前方に向けて出た光の進行方向を補正するためのレンズ３００が設けられている。
【００１３】反射器本体１００の材質は、ここでは光線透過率が９２％以上のアクリル又はシクロオレフィンポリマーを用いている。反射器本体１００の反射面の湾曲については、ＬＥＤランプＢの側面光が同反射面で前方に向けて光軸と平行に反射するように光学設計した結果得られたもので、ＬＥＤランプＢの配光特性上、球面又は非球面になっている。
【００１４】なお、反射器本体１００の反射面には、より反射を高めるためにアルミ蒸着（反射率：７０％）又は銀蒸着（反射率：９０％）によるコーティングがされていることが望ましい。
【００１５】凹部２００は反射器本体１００の反射面中心部に形成された円柱状の穴である。凹部２００の中心位置は反射器本体１００の光軸と一致しており、その直径は、ＬＥＤランプＢの装着が可能なようにＬＥＤランプＢの発光部よりやや大きめに設定されている。
【００１６】レンズ３００は、ここでは凸レンズを用いており、反射器本体１００と一体的に形成されている。レンズ３００は、ＬＥＤランプＢの前方光の進行方向を補正し、平行光にして目的物を照らすためにＬＥＤランプＢに対向する球面の半径が２．５～１０ｍｍに設定されている。
【００１７】以上のように構成されたＬＥＤランプ用反射器Ａにおいては図３に示すような配光特性が得られた。
【００１８】まず、光軸を基準とした±１０度の範囲においては、ＬＥＤランプ用反射器Ａがない場合と比較すると、光強度が４～５倍になっている。具体的には、ＬＥＤランプＢとして直径が５ｍｍ、赤色型、２θ＝２３度のものを用いた場合、約１ｍ離れた状態で輝度を測定すると、従来約４０００ｃｄ／ｍ²であったものが、ＬＥＤランプ用反射器Ａを用いると、約２００００ｃｄ／ｍ²になった。また、ＬＥＤランプＢとして直径が５ｍｍ、青色型、２θ＝２３度のものを用いた場合、従来約１４００ｃｄ／ｍ²であったものが、ＬＥＤランプ用反射器Ａを用いると、約１００００ｃｄ／ｍ²になった。即ち、ＬＥＤランプＢの光強度は、赤色で約５倍、青色で約７倍となったことが実験により確かめられた。
【００１９】また、光軸を基準とした±１５度、２０度、３０度の各範囲においては、全光束の約８％、約５％、約１％の光束が得られている。要するに、レンズ３００によりＬＥＤランプＢから前方に向けて出た光の進行方向が補正されたことから、ＬＥＤランプ用反射器Ａのレンズ３００の前方部分では従来の２～３倍程度の輝度が得られている。また、反射器本体１００によりＬＥＤランプＢの側面光が前方に反射させたことから、反射器本体１００の反射面の前方部分においても従来の２～３倍の輝度が得られている。これは、ＬＥＤランプＢの前方以外の方向から出た光が有効に利用されていることを意味している。
【００２０】スポット投光器においては上記のようなＬＥＤランプ用反射器Ａが用いられているので、その配光特性は図４に示す通りとなる。従来に比べると、信号灯器として必要な標準規格を大きく上回る光量が得られているだけでなく、大きな輝度が得られる範囲が広くなっている。そのため、視野角を狭いＬＥＤランプを用いた場合であっても、光照射エリアが広いことから、従来とは異なり、ＬＥＤランプ等の取り付けの微調整が殆ど不要になる。
【００２１】しかもＬＥＤランプＢの前方以外の方向から出た光が有効に利用されており、ＬＥＤランプ１個当たりの実質的な光量が増加しているので、結果としてスポット投光器として必要なＬＥＤランプＢの数を従来に比べて減らすことが可能になる。これに伴って、ＬＥＤランプＢの配線が簡単になり、消費電力も小さくなり、特別な排熱処理を行うことも不要にすることが可能になり、全体として大幅なコストダウンを図ることができる。
【００２２】反射器本体１００として、アクリル（耐熱温度：６０～８０℃）又はシクロオレフィンポリマー（耐熱温度：約１３０℃）を用いた場合、加工が容易であることから、複雑な反射面等を有したレンズを作成することができ、この点でメリットがある。このような材質を用いることが可能であるのは、ＬＥＤランプＢの数が減り、特別な排熱処理を行わなくても、スポット投光器の内部温度が大きく上昇しなくなったからに他ならない。
【００２３】本発明に係るＬＥＤランプ用反射器は上記実施形態に限定されず、次のように設計変形してもかまわない。例えば、反射器本体については、材質としてガラス等を用いても良く、両面型非球面レンズを用いてもかまわない。凹部についてもＬＥＤランプを挿入できる限り、どのような形状であっても良い。また、反射器本体とレンズとを別体とし、レンズを反射器本体の凹部に装着するようにしてもかまわない。レンズについては省略した形態であっても良い。
【００２４】本発明に係るスポット投光器は道路や鉄道等の信号灯だけの適用に止まらず、ＬＥＤランプが使用される装置に同様に適用可能である。また、ＬＥＤランプの種類、配列方法及び個数についても上記実施形態に限定されないことは当然である。
【００２５】ところで、本発明の実施の形態に係るＬＥＤランプ用レンズａは、図５に示すように、ＬＥＤランプＢの側面光を前方に反射させるためのＬＥＤランプ用レンズであって、透光性を有する板材４００ａと、この板材４００ａの一面に形成された複数個の反射器本体１００ａとを備えており、前記反射器本体１００ａは、反射面が放物面又はその近似曲面にされており、かつ前記反射器本体１００ａの反射面中心部には、前記ＬＥＤランプＢが入れられる凹部２００ａが形成されている。
【００２６】図５に示す円形のＬＥＤランプ用レンズａの板材４００ａは、光線透過率が９２％以上の素材、例えばアクリル又はシクロオレフィンポリマーから構成されている。かかる板材４００ａの一面に形成される反射器本体１００ａは、上述した反射器本体１００と同様に形成されている。すなわち、この反射器本体１００ａの反射面の湾曲は、ＬＥＤランプＢの側面光が同反射面で前方に向けて光軸と平行に反射するように光学設計した結果得られたもので、ＬＥＤランプＢの配光特性上、球面又は非球面になっている。
【００２７】また、前記反射器本体１００ａに形成される凹部２００ａは、反射器本体１００ａの反射面中心部に形成された円柱状の穴である。凹部２００ａの中心位置は反射器本体１００ａの光軸と一致しており、その直径は、ＬＥＤランプＢの装着が可能なようにＬＥＤランプＢの発光部よりやや大きめに設定されている。
【００２８】このように構成された反射器本体１００ａは、前記板材４００ａと一体成形されている。反射器本体１００ａは、例えば、図５（Ａ）に示すように、円形の板材４００ａに隣接する反射器本体１００ａとの間に隙間を有して板材に複数個（図面では１２個）形成されている。
【００２９】また、凹部２００ａ内であり且つＬＥＤランプＢの前方位置には、ＬＥＤランプＢから前方に向けて出た光の進行方向を補正するためのレンズ３００ａが設けられている。かかるレンズ３００ａは、ここでは凸レンズを用いており、反射器本体１００ａと一体的に形成されている。レンズ３００ａは、ＬＥＤランプＢの前方光の進行方向を補正し、平行光にして目的物を照らすためにＬＥＤランプＢに対向する球面の半径が２．５～１０ｍｍに設定されている。
【００３０】このように構成されたＬＥＤランプ用レンズａは、反射器本体１００ａの凹部２００ａに、図外の基板に前記反射器本体１００ａと同じパターンで配列されたＬＥＤランプＢを挿入することで組み合わせられる。
【００３１】なお、かかるＬＥＤランプ用レンズａの板材４００ａの周縁部には、９０°間隔で内側に向かった切込４１０ａが形成されている。この切込４１０ａは、ＬＥＤランプ用レンズａを前記図外の基板に取り付ける際に使用されるビスのためのものである。
【００３２】一方、図６、図７に示すようなＬＥＤランプ用レンズｂ、ｃもある。このＬＥＤランプ用レンズｂ、ｃは、反射器本体１００ｂ、１００ｃが、隣接する反射器本体１００ｂ、１００ｃとの間に隙間を設けることなく蜂の巣状に配列されているものである。
【００３３】このように、反射器本体１００ｂ、１００ｃを隙間なく蜂の巣状に配列すると、前記ＬＥＤランプ用レンズａからみると、使用するＬＥＤランプＢの数は増えるが、ＬＥＤランプＢが増えるだけ一定面積当たりの輝度を高くすることができる。
【００３４】なお、ＬＥＤランプ用レンズｂ、ｃにおける板材４００ｂ、４００ｃ、反射器本体１００ｂ、１００ｃ、凹部２００ｂ、２００ｃ、レンズ３００ｂ、３００ｃは、ＬＥＤランプ用レンズａにおけるものと同一である。
【００３５】
【発明の効果】本発明の請求項１に係るＬＥＤランプ用反射器は、ＬＥＤランプの側面光を前方に反射させるためのレンズであって反射面が放物面又はその近似曲面にされた反射器本体を有しており、前記反射器本体の反射面中心部には、前記ＬＥＤランプが入れられる凹部が形成されている。よって、ＬＥＤランプの前方以外の方向から出た光が有効に利用され、ＬＥＤランプの光照射エリアが広くなるという効果を奏する。
【００３６】本発明の請求項２、３、４及び５に係るＬＥＤランプ用反射器は、前記凹部内であり且つ前記ＬＥＤランプの前方位置には、前記ＬＥＤランプから前方に向けて出た光の進行方向を補正するためのレンズが設けられている。よって、ＬＥＤランプの前方の輝度が大きくなるという効果を奏する。
【００３７】本発明の請求項６に係るＬＥＤランプ用反射器は、前記反射器本体の材質がアクリル又はシクロオレフィンポリマーとなっている。よって、反射器本体の加工が容易となり、複雑な反射面等を有した非球面レンズを容易に作成することが可能になり、低コスト化を図る上でメリットがある。
【００３８】また、本発明の請求項７に係るＬＥＤランプ用レンズは、ＬＥＤランプの側面光を前方に反射させるためのＬＥＤランプ用レンズであって、透光性を有する板材と、この板材の一面に形成された複数個の反射器本体とを具備しており、前記反射器本体は、反射面が放物面又はその近似曲面にされており、かつ前記反射器本体の反射面中心部には、前記ＬＥＤランプが入れられる凹部が形成されている。
【００３９】従って、このＬＥＤランプ用レンズであると、複数個のＬＥＤランプを使用することができるので、例えば道路や鉄道等の信号灯等の輝度を高くすることができる。
【００４０】特に、前記反射器本体が、隣接する反射器本体との間に隙間を設けることなく蜂の巣状に配列されているものであると、使用するＬＥＤランプＢの数は増えるが、ＬＥＤランプＢが増えるだけ一定面積当たりの輝度を高くすることができるというメリットがある。
【００４１】さらに、前記凹部内であり且つ前記ＬＥＤランプの前方位置には、前記ＬＥＤランプから前方に向けて出た光の進行方向を補正するためのレンズが設けられていると、ＬＥＤランプの前方の輝度が大きくなるという効果を奏する。
【００４２】また、前記反射器本体の材質が、アクリル又はシクロオレフィンポリマーであると、反射器本体の加工が容易となり、複雑な反射面等を有した非球面レンズを容易に作成することが可能になり、低コスト化を図る上でメリットがある。
【００４３】本発明の請求項１５に係るスポット投光器は、上記ＬＥＤランプ用反射器と、ＬＥＤランプ用反射器の凹部に挿入されたＬＥＤランプとを具備している。そのため、ＬＥＤランプ１個当たりの実質的な光量が増加しているので、結果としてスポット投光器として必要なＬＥＤランプの数を従来に比べて減らすことが可能になる。これに伴って、ＬＥＤランプの配線が簡単になり、消費電力も小さくなり、特別な排熱処理を行うことも不要にすることが可能になり、全体として大幅なコストダウンを図ることができる。
【００４４】本発明の請求項１６に係るスポット投光器であっても同様である。

【出願人】	【識別番号】０００１９５０２９【氏名又は名称】星和電機株式会社【住所又は居所】京都府城陽市寺田新池３６番地
【出願日】	平成１４年１２月２日（２００２．１２．２）
【代理人】	【識別番号】１０００８５９３６【弁理士】【氏名又は名称】大西孝治（外１名）
【公開番号】	特開２００３－２８１９０９（Ｐ２００３－２８１９０９Ａ）
【公開日】	平成１５年１０月３日（２００３．１０．３）
【出願番号】	特願２００２－３５０２４８（Ｐ２００２－３５０２４８）