JP2014102995A - 照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＬＥＤ光源などを用いても、側面方向の光度が高く、従来のフィラメントが直視される白熱電球やキャンドルのような見映えをＬＥＤ光源で実現した電球形の照明装置を提供する。
【解決手段】実施形態によれば、電球形の照明装置は、頂面２ａを有する基材２と、基材頂面に配置された光源４と、下端開口６ａを有するドーム状に形成され透明性を有し、基材頂面に下端開口側が固定され光源を覆った透光カバー６と、を備えている。透光カバーは、壁部の肉厚が前記下端開口の径よりも小さく形成されている。透光カバー６は、ドーム状の内面あるいは外面の全域に設けられた複数のプリズム１０を有し、前記プリズムは、ドーム状の透光カバーの頂点を北極としたときに入射した光線の緯度方向角度を透光カバーの南半球方向に変えて出射し、透光カバーを通して見た際に、光源の虚像を基材頂面から浮き上がった位置に形成する。
【選択図】図１

Description

この実施形態は、発光ダイオード（ＬＥＤ）のように実装された面法線方向に限られた狭い配光分布を持つ光源を用いる電球形の照明装置に関する。

照明装置としては、白熱電球や蛍光灯が広く用いられてきたが、寿命、発光効率、水銀汚染、紫外線漏れなどの問題を抱えていた。近年、これらの問題を解消する技術として、ＬＥＤ光源やＥＬ（エレクトロルミネッセンス）光源が開発され、特にＬＥＤ光源は一般の照明装置への利用が加速度的に広がっている。

しかしながら、ＬＥＤ光源のような実装基板に実装された光源の光は、実装基板の法線方向に強く光を放出し、側面から背面にかけて光が放出されない指向性を有している。そのため、正面から背面までほぼ均一な光度分布をもつ従来の白熱電球と、ＬＥＤ光源を用いた電球型照明装置とを置き換えた場合、天井や壁の明るさが著しく変わってしまい、違った照度空間となってしまう。

特に、キャンドルから生じたシャンデリア用途では、炎のように白熱電球のフィラメントが直視できる照明装置が好まれており、側面方向に点状に輝くことで周囲の散乱用アクセサリィに反射してキラキラと輝く照明装置を実現している。しかし、ＬＥＤ光源を用いた照明装置では、このようなフィラメント直視型の白熱電球やキャンドルと同じような見映えをもつ照明装置の実現が困難であった。

特許第４２９０８８７号公報 特開２００５−０５５４６号公報 特許第４９４５６９０号公報 特開２０１１−１４２０６０号公報 特開２０１２−６４５５８号公報 特開２０１２−７４２６４号公報 特開２０１２−１４６４５０号公報

この発明は、ＬＥＤ光源などを用いても、側面方向の光度が高く、従来のフィラメントが直視される白熱電球やキャンドルのような見映えをＬＥＤ光源で実現した電球形の照明装置を提供することにある。

実施形態によれば、照明装置は、頂面を有する基材と、前記基材頂面に配置された光源と、下端開口を有するドーム状に形成され透明性を有し、前記基材頂面に前記下端開口側が固定され前記光源を覆った透光カバーと、を備え、
前記透光カバーは、壁部の肉厚が前記下端開口の径よりも小さく形成され、
前記透光カバーは、ドーム状の内面あるいは外面の全域に設けられた複数のプリズムを有し、前記プリズムは、ドーム状の透光カバーの頂点を北極としたときに入射した光線の緯度方向角度を前記透光カバーの南半球方向に変えて出射し、前記透光カバーを通して見た際に、前記光源の虚像を前記基材頂面から浮き上がった位置に形成することを特徴としている。

図１は、第１の実施形態に係る電球形の照明装置を示す断面図。 図２は、前記照明装置の断面図。 図３は、前記照明装置の光線軌道を示す図。 図４は、前記照明装置の配光分布を示す図。 図５は、第１の実施形態に係る電球形の照明装置を側面から見たときの光り方を示す図。 図６は、第２の実施形態に係る電球形の照明装置を示す断面図。 図７は、第２の実施形態に係る電球形照明装置のプリズム形態を示す図。 図８は、第２の実施形態に係る電球形照明装置のプリズム形態の変形例を示す図。 図９は、前記変形例に係るプリズムの一部を拡大して示す斜視図。 図１０は、第３の実施形態に係る電球形の照明装置を示す断面図。 図１１は、第３の実施形態に係る電球形の照明装置の光線軌道を示す図。 図１２は、第３の実施形態に係る電球形の照明装置の配光分布を示す図。 図１３は、第３の実施形態に係る電球形の照明装置を側面から見たときの光り方を示す図。

以下、図面を参照しながら、種々の実施形態に係る照明装置について詳細に説明する。
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る電球形の照明装置としてＬＥＤ電球１を示す断面図である。ＬＥＤ電球１は、中心軸Ｃに対して回転対称の形状をしている。

ＬＥＤ電球１は、前面に平坦な基材頂面２ａを有する基材２と、基材頂面２ａに実装されたＬＥＤから成る光源４と、同じく基材頂面２ａ上に配置されて光源４を覆うドーム状の透光性を有する透光カバー６と、を備えている。

基材２は、金属製の筐体かつ放熱部材であり、ほぼ切頭円錐状に形成されて上端に平坦なほぼ円形の基材頂面２ａを有し、基材２の下端に口金８が設けられている。光源４は、基材頂面２ａの中心に配置されている。基材２の内部には、光源４を駆動する駆動回路１１が収納されている。口金８から給電された電力は、駆動回路１１により光源４に供給して発光させる構成となっている。基材２は、透光カバー６および口金８を保持してＬＥＤ電球１の外面形状を形成するとともに、光源４の熱に対するヒートシンクと放熱板を兼ねている。

透光カバー６は、透明樹脂で縦長ドーム状に形成され、円形の下端開口６ａと、中心軸Ｃ上に位置するドーム頂点Ｔと、を有している。すなわち、透光カバー６は、中心軸Ｃに沿った高さが下端開口６ａの径よりも大きい、縦長に形成されている。そして、透光カバー６は、下端開口６ａ側の下端を基材２の基材頂面２ａに固定することにより、中心軸Ｃと同軸的に配置され、更に、光源４を覆っている。透光カバー６は、その壁部の肉厚が下端開口６ａの径よりも小さい。

透光カバー６は、そのドーム状の内面、あるいは、外面の少なくとも一方に形成された複数のプリズムを一体に有している。本実施形態では、透光カバー６のドーム状の内面の全域に複数のプリズム１０が形成されている。各プリズム１０は、例えば三角形の断面を有し、中心軸Ｃと同軸の環状に形成されている。そして、複数のプリズム１０は、ドーム頂点Ｔから下端開口６ａに亘って並んで形成されている。

プリズム１０は、光源４から入射した光線（破線矢印）を、ドーム頂点Ｔを北極としたときに透光カバー６の南半球緯度方向に光線を曲げて出射（実線矢印）するように機能する。これにより、プリズム１０は、透光カバー６の外側から光源４を見た場合に、光源４の虚像Ｓを基材頂面２ａとドーム頂点Ｔとの間に浮き上がった位置に形成するように機能する。

透光カバー６は、透明な材料で形成され、また、光源４からの光線（破線矢印）はプリズム１０により経度方向を変えることなく緯度方向だけを南半球方向に曲げられるため、光源４の虚像Ｓの面積を横に拡げることなく縦方向（中心軸Ｃに沿った方向）に浮き上がらせることができる。

本実施形態では、光源４の虚像Ｓが、キャンドルの炎のように基材頂面２ａから透光カバー６のドーム頂点Ｔ付近まで縦長に延びるように構成している。これにより、ＬＥＤからなる光源４を用いながら、透光カバー６の中心付近にあたかもキャンドルの炎があるように見せることができる。

図２および図３は、実際に設計したＬＥＤ電球１の断面図、および、その光線軌道を光学解析で示した図である。図４は、ＬＥＤ電球１の配光分布を示し、図５はＬＥＤ電球１を側面から見たときの見え方を示す図である。

図２ないし図５に示すように、第１の実施形態によれば、透明な透光カバー６により基材頂面２ａに実装された光源４の虚像を浮かび上がらせて、あたかもキャンドルの炎が発光しているように見せることができる。特に、透光カバー６の全域でプリズム１０が出射する方向を側面方向とすることで、ＬＥＤ電球１の配光分布を極端に側面方向に集中した分布にするとともに、ロウソクの炎のように透光カバー６の根元から頂上まで縦長に発光させることができ、シャンデリアのような側面周囲に光散乱反射部品があるような照明器具での見映えを向上させることができる。

ＬＥＤ電球１において、透光カバー６は、一般的な電球でも必須な部品であり、レンズなどの部品点数を増やすことなく、従って、光利用効率を劣化させることなく、ＬＥＤ電球１を実現することができ、量産性の面でも優れた構成となっている。

また、透光カバー６は、従来のレンズのように光源４に近接しておらず光源４から遠く離れた場所にあるため、透光カバー６から光源４側に反射した光線が光源４に再吸収される確立が小さく光利用効率が向上するとともに、光源４の仕様が変わっても光学特性への影響は鈍感になり、各種ＬＥＤ光源の詳細仕様により個別に設計修正する必要がほとんどない。そのため、広い製品で透光カバー６を共有することができる。

以上のように構成された第１の実施形態によれば、ＬＥＤ光源などを用いても、側面方向の光度が高く、従来のフィラメントが直視される白熱電球やキャンドルのような見映えをＬＥＤ光源で実現した電球形の照明装置を得ることができる。

なお、第１の実施形態では、透光カバー６のドーム状内面にプリズム１０を設けたが、これに限らず、ドーム状外面に複数のプリズムを設けてもよく、あるいは、内面および外面の両面にプリズムを設けても良い。

次に、他の実施形態に係る照明装置について説明する。なお、以下に述べる種々の実施形態において、第１の実施形態と同一の部分には、同一の参照符号を付してその詳細な説明を省略し、異なる部分を中心に詳細に説明する。

（第２の実施形態）
図６は、第２の実施形態に係る電球形の照明装置としてＬＥＤ電球１を示す断面図、図７は、透光カバーの内面に形成されたプリズムを示す斜視図である。第２の実施形態において、ＬＥＤ電球１は、基本的に第１の実施形態と同じであるが、透光カバー６の形状を縦長のドーム状ではなく、ほぼ半球形状のドーム状としている。透光カバー６は透明な材料で形成され、その内面に複数のプリズム１０が一体に形成されている。各プリズム１０は、例えば三角形あるいはクサビ形状の断面を有し、中心軸Ｃと同軸の環状に形成されている。そして、複数のプリズム１０は、ドーム頂点Ｔから下端開口６ａに亘って並んで形成されている。

第２の実施形態において、透光カバー６は第１の実施形態と形状が異なるが、光源４の虚像Ｓを浮き上がらせて見せる作用は、第１の実施形態と同じである。従って、第２の実施形態においても、側面方向の光度が高く、従来のフィラメントが直視される白熱電球やキャンドルのような見映えをＬＥＤ光源で実現した電球形の照明装置が得られる。

なお、第１および第２の実施形態において、プリズム１０は、図７に示すような同心円状に回転させた形状を基本形状としているが、この場合、プリズムの配列ピッチが粗いと、プリズム１０の縞々が見えやすくなる。このような見映えを改善するため、図８および図９に示す変形例のように、各プリズム１０は中心軸Ｃ回りの円周方向（ドーム頂点を北極とした場合の経度方向）に千鳥配列にするなどして見た目を改善してもよい。

（第３の実施形態）
図１０は、第３の実施形態に係る電球形の照明装置としてのＬＥＤ電球を示す断面図、図１１は、ＬＥＤ電球の光線軌道を示す図、図１２は、ＬＥＤ電球の配光分布を示す図である。

図１０および図１１に示すように、第３の実施形態に係るＬＥＤ電球１によれば、透光カバー６は、膨らんだ球状に形成され、その下端開口６ａ側が基材２の基材頂面２ａに固定されている。透光カバー６の外面に複数のプリズム１０が設けられている。各プリズム１０は、例えば三角形あるいはクサビ形状の断面を有し、中心軸Ｃと同軸の環状に形成されている。そして、複数のプリズム１０は、透光カバー６のドーム頂点Ｔから下端開口６ａに亘って並んで形成されている。

プリズム１０は、透光カバー６の外側に設ける方が制御性が向上する。本実施形態では、図１１に示すように、制御性向上により、透光カバー６の全域で出射光線（実線矢印）が透光カバー６の中心から放射されるように設計し、光源４の虚像Ｓが小さい１点に絞られるようにしている。
図１３は、ＬＥＤ電球１を側面から見たときのＬＥＤ電球の光り方を示す図である。図の通り、光源像（虚像）Ｓは透光カバー６の中心付近に点状に集約されて浮かんでいるように見える。

以上のように構成された第３の実施形態においても、側面方向の光度が高く、従来のフィラメントが直視される白熱電球やキャンドルのような見映えをＬＥＤ光源で実現した電球形の照明装置が得られる。

本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
また、透光カバー６の表面にシボ加工を施したり、透光カバー６の材料自体を若干の乳白樹脂とすることで、透光カバー６内部を透視しにくくしたり、発光像をぼかしたりしてもよい。

上述した実施形態はＬＥＤ電球として説明したが、この発明に係る照明装置は、指向性のある光源とこの光源を囲う透光カバーとの組み合わせであれば、街路灯照明等についても適用することができる。

１…ＬＥＤ電球、２…基材、２ａ…基材頂面、４…光源、６…透光カバー、
６ａ…下端開口、１０…プリズム、１１…駆動回路、Ｓ…虚像

Claims (7)

1. 頂面を有する基材と、
   前記基材頂面に配置された光源と、
   下端開口を有するドーム状に形成され透明性を有し、前記基材頂面に前記下端開口側が固定され前記光源を覆った透光カバーと、を備え、
   前記透光カバーは、壁部の肉厚が前記下端開口の径よりも小さく形成され、
   前記透光カバーは、ドーム状の内面あるいは外面の全域に設けられた複数のプリズムを有し、前記プリズムは、ドーム状の透光カバーの頂点を北極としたときに入射した光線の緯度方向角度を前記透光カバーの南半球方向に変えて出射し、前記透光カバーを通して見た際に、前記光源の虚像を前記基材頂面から浮き上がった位置に形成することを特徴とする電球形の照明装置。
2. 前記透光カバーの側面方向に最も強い光度で光を出射する配光分布を有することを特徴とする請求項１に記載の電球形の照明装置。
3. 前記光源の虚像は、点状であることを特徴とする請求項１又は２に記載の電球形の照明装置。
4. 前記光源の虚像は、前記透光カバーの中心軸に沿って延びる縦長の像であることを特徴とする請求項１又は２に記載の電球形の照明装置。
5. 前記透光カバーは、中心軸に沿った高さが前記下端開口の径よりも大きい縦長に形成されていることを特徴とする請求項４に記載の電球形の照明装置。
6. 前記透光カバーは、下端開口を有する球状であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の電球形の照明装置。
7. 前記各プリズムは、前記透光カバーの経度方向に対して千鳥状に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の電球形の照明装置。

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