WO2016158542A1 - 光源装置及び照明装置 - Google Patents
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- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
Definitions
- the present invention relates to a light source device including a light source and an illumination device using the light source device.
- Patent Document 1 discloses a light source device including a light source, a condensing lens, and a reflector.
- a condensing lens condenses light emitted from a light source at a desired position.
- the reflector reflects the light emitted from the light source to a desired position.
- the light source device disclosed in Patent Document 1 reflects light emitted from the light source directly to the reflector without using a lens.
- the light emitted from the light source diffuses in various directions. For this reason, in order to capture a large amount of light emitted from the light source, it is necessary to deepen the depth of the reflector. Accordingly, there is a problem that the reflector becomes large and the light source device becomes large.
- the present invention has been made against the background of the above problems, and provides a light source device that can be miniaturized while sufficiently securing the amount of light emitted from the light source, and an illumination device using the light source device. is there.
- a light source device includes a light source that emits light, a lens that changes a traveling direction of light emitted from the light source, a light source and at least a part of the lens, and the light emitted from the light source is on the irradiated surface side. And a lens that deflects light emitted from the light source toward the reflector.
- the lens deflects the light emitted from the light source toward the reflector. That is, most of the light emitted from the light source and diffused in various directions is deflected to the reflector side. For this reason, the reflector can take in a large amount of light emitted from the light source. Therefore, it is not necessary to increase the depth of the reflector. Thereby, a reflector can be made small. Therefore, the light source device can be reduced in size while ensuring a sufficient amount of light emitted from the light source.
- FIG. 1 is an exploded perspective view showing a light source device 1 according to Embodiment 1.
- FIG. 1 is a perspective view showing a light source device 1 according to Embodiment 1.
- FIG. 5 is an exploded perspective view showing a light source device 100 according to Embodiment 2.
- FIG. 6 is a perspective view showing a light source device 100 according to Embodiment 2.
- FIG. 10 is an exploded perspective view showing a light source device 200 according to Embodiment 3.
- FIG. 6 is a perspective view showing a light source device 200 according to Embodiment 3.
- 10 is an exploded perspective view showing a light source device 300 according to Embodiment 4.
- FIG. 10 is a perspective view showing a light source device 300 according to Embodiment 4.
- FIG. 10 is a top view showing a lens 360 in the fourth embodiment. It is a perspective view which shows the illuminating device 2 which concerns on Embodiment 5.
- FIG. It is a perspective view which shows the light source 10 in a 1st modification. It is a perspective view which shows the light source device 1 which concerns on a 2nd modification. It is a perspective view which shows the light source device 1 which concerns on a 3rd modification.
- FIG. 1 is an exploded perspective view showing a light source device 1 according to Embodiment 1.
- the light source device 1 will be described with reference to FIG.
- the light source device 1 includes a light source 10, a lens 20, and a reflector 30.
- the light source device 1 includes, for example, a substrate 11, a connector 13, a wire 12, and a heat sink 40.
- the light source 10 emits light and emits white light, and has, for example, a structure in which a phosphor is coated on an LED.
- a phosphor that converts blue light into yellow light is provided on an LED chip that emits blue light of about 440 nm to 480 nm.
- the light-emitting element emits white light as synthetic light.
- the substrate 11 is, for example, a circular and plate-like aluminum substrate, and the light source 10 is mounted on the substrate 11. Further, a circuit pattern for supplying power is formed on the substrate 11, and in addition to the light source 10, an element (not shown) such as a diode is appropriately mounted.
- substrate 11 is good also as a metal board
- the connector 13 is connected to a power source (not shown) that supplies power for driving elements on the substrate 11.
- the wire 12 connects the connector 13 and the substrate 11. As described above, power is supplied to the substrate 11 from the power source via the wire 12 and the connector 13.
- the heat sink 40 includes a plurality of fins and is in close contact with the surface of the substrate 11 opposite to the surface on which the light source 10 is mounted. Thereby, the heat sink 40 has a function of radiating heat generated from the light source 10.
- a heat conductive material such as a heat conductive grease or a heat conductive sheet, an adhesive, or the like may be interposed between the substrate 11 and the heat sink 40. Whether or not the heat conducting material or the adhesive is used is appropriately determined based on the heat resistant temperature, life, strength, and the like of the light source 10 and the circuit element used.
- the lens 20 changes the traveling direction of the light emitted from the light source 10 and has, for example, a cylindrical shape that is a rotationally symmetric shape around the optical axis 14 of the light source 10.
- the lens 20 is disposed on the side from which light is emitted from the light source 10, and the rotation axis coincides with the optical axis 14 (in the arrow y direction) of the light source 10.
- the lens 20 is made of a transparent material such as acrylic resin, polycarbonate resin, or glass.
- the lens 20 is configured so as to be surrounded by the reflector 30.
- the reflector 30 covers at least a part of the light source 10 and the lens 20, and reflects the light emitted from the light source 10 to the irradiated surface side.
- the irradiated surface refers to a surface to which light from the light source 10 is irradiated, such as a wall surface or a floor surface.
- the reflector 30 has a rotationally symmetric shape centered on the optical axis 14 of the light source 10 and has a truncated cone shape having a hollow portion.
- the reflector 30 is made of a material such as resin, glass, or metal, and the inner surface is improved in reflectivity by appropriately performing coating or metal deposition on the inner surface.
- the substrate 11 and the reflector 30 are fixed to the heat sink 40, and the lens 20 is fixed to the substrate 11.
- the substrate 11, the lens 20, and the reflector 30 are positioned by the heat sink 40.
- the lens 20 is surrounded by the reflector 30. That is, the incident surface 21 (see FIG. 2) of the lens 20 is disposed closer to the light source 10 than the opening surface 35 (see FIG. 2) of the reflector 30.
- FIG. 2 is a perspective view showing the light source device 1 according to the first embodiment. That is, FIG. 2 is a view of the inside of the light source device 1 seen through.
- the lens 20 and the reflector 30 will be described in detail.
- the lens 20 faces the surface of the substrate 11 on which the light source 10 is mounted, the incident surface 21 on which the light emitted from the light source 10 is incident, and the light incident on the inside of the lens 20 is emitted.
- a side surface 23 connecting the peripheral edge of the incident surface 21 and the peripheral edge of the output surface 22.
- the incident surface 21 has a light incident recess 24.
- the light incident recess 24 is where the light emitted from the light source 10 is incident, and has, for example, a substantially hemispherical shape centered on the light source 10. Accordingly, the angle formed between the light emitted from the light source 10 and the light incident recess 24 is substantially a right angle. For this reason, the light emitted from the light source 10 enters the lens 20 as it is without being refracted even if it enters the light incident recess 24.
- the exit surface 22 has a total reflection surface 29 and an exit refracting surface 28.
- the total reflection surface 29 totally reflects the light emitted from the light source 10 and deflects it toward the reflector 30 side.
- the total reflection surface 29 is provided on the outer peripheral portion of the emission surface 22, and is a horizontal plane parallel to the substrate 11 (arrow x direction).
- the lens 20 totally reflects the light emitted from the light source 10 and deflects it toward the reflector 30 side.
- the exit refracting surface 28 is provided on the inner periphery of the total reflection surface 29, and refracts the light emitted from the light source 10 and emits it to the irradiated surface side.
- the exit refracting surface 28 is configured to be inclined toward the irradiated surface side as the distance from the total reflection surface 29 increases.
- the outgoing refracting surface 28 is opposed to the light incident concave portion 24 and has a convex shape protruding toward the irradiated surface side.
- the angle ⁇ 1 formed by the connection position between the total reflection surface 29 and the outgoing refracting surface 28 and the optical axis 14 satisfies the following formula (1), where n is the refractive index of the material of the lens 20.
- the angle ⁇ 1 is a critical angle that is the minimum incident angle at which light emitted from the light source 10 and incident on the total reflection surface 29 is always totally reflected.
- the side surface 23 refracts the light emitted from the light source 10 and is a vertical surface parallel to the optical axis 14 (in the direction of arrow y).
- the reflector 30 has a first spheroid 31 and a second spheroid 32.
- the first spheroid 31 is provided on the irradiated surface side, and the cross-sectional shape parallel to the optical axis 14 (in the direction of the arrow y), that is, the cross-sectional shape when viewed from the radial direction, has the light source 10 as the first focal point. And an elliptical shape having an arbitrary point on the irradiated surface side as the second focal point is formed.
- the first spheroid 31 is formed with an opening surface 35 having an opening on the irradiated surface side, and light emitted from the light source 10 irradiates the irradiated surface through the opening surface 35.
- the second spheroid 32 is connected to the first spheroid 31 and provided on the light source 10 side.
- the second spheroid 32 has a cross-sectional shape parallel to the optical axis 14 (in the direction of arrow y), that is, a cross-sectional shape when viewed from the radial direction, in which the first reflection point 29 is symmetrical with respect to the total reflection surface 29. It has an elliptical shape with a focal point and an arbitrary point on the irradiated surface side as the second focal point.
- the first spheroid 31 and the second spheroid 32 are connected in the reflector 30 between a portion horizontal to the entrance surface 21 of the lens 20 and a portion horizontal to the exit surface 22 of the lens 20. Yes.
- the second focal point of the first spheroid 31 and the second focal point of the second spheroid 32 are the same point.
- the second focal point of the first spheroid 31 and the second focal point of the second spheroid 32 also coincide with the point where the light emitted from the light source 10 is collected by the exit refracting surface 28.
- the second focal point of the first spheroid 31, the second focal point of the second spheroid 32, and the point condensed by the exit refracting surface 28 are referred to as a condensing point.
- the light path indicates the path of light emitted from the center of the optical axis 14 in the light source 10.
- a path of light emitted with different angles from the reference line will be described with the line in the direction perpendicular to the optical axis 14 (the direction of the arrow x) taken as a reference line, that is, a line with an angle of 0 degrees.
- the direction of the optical axis 14 (arrow y direction) is an angle of 90 degrees from the reference line.
- the path of the small-angle light S1 having the smallest angle from the reference line will be described.
- the small-angle light S ⁇ b> 1 enters the lens 20 through the light incident recess 24.
- the light incident recess 24 has a hemispherical shape centered on the light source 10.
- the small-angle light S1 enters the lens 20 as it is without being refracted.
- the small-angle light S ⁇ b> 1 that has entered the inside of the lens 20 reaches the side surface 23.
- the small-angle light S1 is refracted by the side surface 23 and is emitted obliquely downward to the right in FIG.
- the small-angle light S ⁇ b> 1 emitted from the side surface 23 mainly reaches the first spheroid 31.
- the small-angle light S ⁇ b> 1 is reflected by the first spheroid 31 and travels through the opening surface 35 toward the focused point on the irradiated surface side.
- the medium angle light M ⁇ b> 1 enters the lens 20 through the light incident recess 24.
- the light incident recess 24 has a hemispherical shape centered on the light source 10.
- the medium-angle light M1 enters the lens 20 as it is without being refracted.
- the medium angle light M ⁇ b> 1 that has entered the inside of the lens 20 reaches the total reflection surface 29.
- the medium angle light M ⁇ b> 1 is totally reflected by the total reflection surface 29 and reaches the side surface 23.
- the medium angle light M1 is refracted by the side surface 23 and is emitted in a direction opposite to the irradiated surface side, that is, in a diagonally upper right direction in FIG.
- the medium-angle light M1 emitted from the side surface 23 mainly reaches the second spheroid 32.
- the medium angle light M ⁇ b> 1 is reflected by the second spheroid 32, passes through the opening surface 35, and travels toward the focused point on the irradiated surface side.
- the large-angle light L1 having the largest angle from the reference line will be described.
- the large-angle light L ⁇ b> 1 enters the lens 20 through the light incident recess 24.
- the light incident recess 24 has a hemispherical shape centered on the light source 10. Therefore, the large-angle light L1 enters the lens 20 as it is without being refracted.
- the large-angle light L1 that has entered the lens 20 reaches the exit refracting surface.
- the large-angle light L1 is refracted by the exit refracting surface 28, passes through the opening surface 35, and travels toward the focused point on the irradiated surface side.
- the lens 20 deflects the light emitted from the light source 10 toward the reflector 30 side. That is, most of the light emitted from the light source 10 and diffused in various directions is deflected to the reflector 30 side. For this reason, the reflector 30 can take in a large amount of light emitted from the light source 10. Therefore, it is not necessary to deepen the depth (in the arrow y direction) of the reflector 30. Thereby, the reflector 30 can be made small. Therefore, it is possible to reduce the size of the light source device 1 while ensuring a sufficient amount of light emitted from the light source 10 and improving the light use efficiency.
- a lens does not have a configuration for deflecting light emitted from a light source toward the reflector. For this reason, in order to reflect light having a larger angle from the reference line than the small-angle light S1 like the medium-angle light M1, it is necessary to increase the depth of the reflector.
- the lens 20 deflects the light emitted from the light source 10 toward the reflector 30 side.
- the reflector 30 can take in a large amount of light emitted from the light source 10. Therefore, it is not necessary to deepen the depth (in the arrow y direction) of the reflector 30.
- the lens 20 has a total reflection surface 29 that totally reflects the light emitted from the light source 10 and deflects it toward the reflector 30 side.
- the first embodiment uses the total reflection surface 29 to totally reflect the light emitted from the light source 10 and deflect it toward the reflector 30.
- the light source device 1 can be reduced in size while ensuring a sufficient amount of light emitted from the light source 10 and improving the light utilization efficiency.
- the lens 20 is provided on the inner periphery of the total reflection surface 29, and has an exit refracting surface 28 that refracts the light emitted from the light source 10 and emits it to the irradiated surface side.
- the lens 20 freely controls the light emitted from the light source 10 by the total reflection by the total reflection surface 29 and the refraction by the output refracting surface 28. For this reason, controllability of light distribution is high.
- the exit refracting surface 28 is configured to be inclined toward the irradiated surface side as the distance from the total reflection surface 29 increases. Thereby, the light radiate
- the lens 20 has a light incident recess 24 into which light emitted from the light source 10 enters.
- the light incident recess 24 has a hemispherical shape centered on the light source 10. For this reason, the light emitted from the light source 10 can enter the lens 20 as it is without being refracted.
- the lens 20 has a rotationally symmetric shape centered on the optical axis 14 of the light source 10.
- the reflector 30 has a rotationally symmetric shape around the optical axis 14 of the light source 10. For this reason, it is possible to uniformly irradiate the irradiated surface with the light emitted from the light source 10 in the circumferential direction.
- the lens 20 is configured to be surrounded by the reflector 30. For this reason, the reflector 30 can take in a large amount of light emitted from the light source 10.
- FIG. 3 is an exploded perspective view showing the light source device 100 according to the second embodiment.
- the shape of the lens 120 and the shape of the reflector 130 are different from those of the first embodiment.
- portions common to the first embodiment are denoted by the same reference numerals, description thereof is omitted, and differences from the first embodiment will be mainly described.
- the second embodiment is different from the first embodiment in the shape of the lens 120 and the shape of the reflector 130.
- FIG. 4 is a perspective view showing the light source device 100 according to the second embodiment. That is, FIG. 4 is a view of the inside of the light source device 100 seen through. As shown in FIG. 4, the lens 120 faces the surface on which the light source 10 is mounted on the substrate 11, the incident surface 121 on which light emitted from the light source 10 is incident, and the light incident on the inside of the lens 120 is emitted. And a side surface 123 that connects the peripheral portion of the incident surface 121 and the peripheral portion of the output surface 122.
- the incident surface 121 has a light incident recess 124 and a third recess 150.
- the light incident recess 124 is where the light emitted from the light source 10 enters, and has, for example, a bottom surface 126 and an inclined surface 125.
- the bottom surface 126 is a circular surface extending horizontally from the optical axis 14 of the light source 10.
- the inclined surface 125 is a frustoconical surface that spreads and inclines toward the light source 10 as the distance from the bottom surface 126 increases.
- the third recess 150 refracts the light emitted from the inclined surface 125 and guides it to the irradiated surface side.
- the 3rd recessed part 150 is provided in the outer periphery of the light-incidence recessed part 124, and guides the incident light to the output surface 122 side or the side surface 123 side.
- the third recess 150 includes a first refracting surface 151 that is slightly inclined with respect to the optical axis 14, and a second refracting surface 152 that is inclined with respect to the exit surface 122 from the edge of the first refracting surface 151. And a third refracting surface 153 formed parallel to the optical axis 14 from the edge of the second refracting surface 152.
- the first refracting surface 151 is separated from the light incident recess 124 along the radial direction (arrow x direction) from the incident surface 121 toward the exit surface 122 and enters the lens 120 from the light incident recess 124. It refracts light.
- the second refracting surface 152 is emitted from the first refracting surface 151 away from the light incident recess 124 in the radial direction from the edge of the first refracting surface 151 toward the incident surface 121.
- the light is refracted and guided to the total reflection surface 129.
- the third refracting surface 153 extends parallel to the optical axis 14 (in the direction of the arrow y) from the edge of the second refracting surface 152 to the upper end surface of the lens 120.
- the exit surface 122 has a second recess 127, and the second recess 127 enters the inside of the lens 120 from the light entrance recess 124 and enters the inside of the lens 120 from the third recess 150. Light is incident.
- the entire exit surface 122 is a second recess 127.
- the second recess 127 has a total reflection surface 129 and an exit refracting surface 128.
- the total reflection surface 129 is provided on the outer peripheral portion of the emission surface 122 and totally reflects incident light to the incident surface 121 side.
- the total reflection surface 129 is configured to be inclined toward the irradiated surface side as it approaches the reflector 130. That is, in the lens 120, the portion located between the incident surface 121 and the total reflection surface 129 becomes thicker as it approaches the reflector 130.
- the exit refracting surface 128 is provided on the inner periphery of the total reflection surface 129, and refracts the light emitted from the light source 10 and emits it to the irradiated surface side.
- the exit refracting surface 128 is configured to be inclined toward the irradiated surface side as the distance from the total reflection surface 129 increases.
- the outgoing refracting surface 128 is opposed to the light incident concave portion 124 and has a convex shape protruding toward the irradiated surface side. That is, in the lens 120, the portion located between the incident surface 121 and the outgoing refracting surface 128 becomes thicker as the distance from the total reflection surface 129 increases.
- the exit refracting surface 128 is a part of a spherical surface centered on an arbitrary point on the optical axis 14, and the vertex of the convex shape of the exit refracting surface 128 is located on the optical axis 14.
- the reflector 130 has an ellipsoidal shape, and the inner surface has a shape of a paraboloid of revolution.
- the focal point of the inner surface of the reflector 130 is an intersection point P ⁇ b> 1 between the optical axis 14 and the horizontal plane passing through the outer edge of the total reflection surface 129.
- the light path of the light source device 100 indicates the path of light emitted from the center of the optical axis 14 in the light source 10.
- a path of light emitted with different angles from the reference line will be described with the line in the direction perpendicular to the optical axis 14 (the direction of the arrow x) taken as a reference line, that is, a line with an angle of 0 degrees.
- the direction of the optical axis 14 (arrow y direction) is an angle of 90 degrees from the reference line.
- the small-angle light S ⁇ b> 1 corresponds to a part of the light emitted from the light source 10 toward the inclined surface 125 in the light incident recess 124.
- the small-angle light S1 is refracted by the inclined surface 125, and then enters the first refracting surface 151 in the third recess 150 and is further refracted.
- the refracted small-angle light S1 enters the second refracting surface 152, is refracted, and enters the total reflection surface 129 in the second concave portion 127.
- the small-angle light S1 is totally reflected by the total reflection surface 129, enters the side surface 123 of the lens 120, and from the side surface 123 of the lens 120 to the side opposite to the exit surface 122 of the lens 120, that is, the right side in FIG.
- the light is emitted obliquely upward.
- the small angle light S ⁇ b> 1 emitted from the side surface 123 reaches the reflector 130.
- the small-angle light S ⁇ b> 1 is reflected by the reflector 130 and travels toward the irradiated surface through the opening surface 135 as a light beam substantially parallel to the optical axis 14 or a light beam that converges slightly.
- the medium angle light M ⁇ b> 1 corresponds to a part of the light emitted from the light source 10 toward the inclined surface 125 in the light incident recess 124.
- the medium angle light M1 is refracted by the inclined surface 125, and then enters the total reflection surface 129 in the second recess 127 without passing through the third recess 150.
- the medium-angle light M1 is totally reflected by the total reflection surface 129, enters the side surface 123 of the lens 120, and exits substantially horizontally from the side surface 123 of the lens 120.
- the medium angle light M1 emitted from the side surface 123 reaches the reflector 130.
- the medium-angle light M1 is reflected by the reflector 130 and travels through the aperture surface 135 to the irradiated surface as a light beam that is substantially parallel to the optical axis 14 or a light beam that diverges slightly.
- the large-angle light L1 having the largest angle from the reference line will be described.
- the large-angle light L ⁇ b> 1 corresponds to light emitted from the light source 10 toward the bottom surface 126 of the light incident recess 124.
- the large-angle light L1 is refracted by the bottom surface 126, and then enters the output refracting surface 128 of the second recess 127.
- the large-angle light L1 is refracted by the exit refracting surface 128 and is emitted in a substantially downward direction, that is, in a direction substantially parallel to the optical axis 14 in FIG.
- the large-angle light L1 emitted from the exit refracting surface 128 is not reflected by the inner surface of the reflector 130 and passes through the opening surface 135 toward the irradiated surface.
- the lens 120 has a third recess 150 that refracts the light emitted from the inclined surface 125.
- the third recess 150 is provided in the middle of the optical path from the light incident recess 124 toward the side surface 123. For this reason, it is possible to suppress the light emitted from the light source 10 from reaching the side surface 123 without reaching the total reflection surface 129.
- the reflector 130 can capture a large amount of light emitted from the light source 10. Therefore, it is not necessary to deepen the depth (in the arrow y direction) of the reflector 130. Thereby, the reflector 130 can be made small. Therefore, the light source device 100 can be reduced in size while ensuring a sufficient amount of light emitted from the light source 10 and improving the light use efficiency.
- the total reflection surface 129 is configured to be inclined toward the irradiated surface side as approaching the reflector 130. Therefore, since the ratio of the total reflection of the light emitted from the light source 10 increases, the reflector 130 can be made small.
- the light incident recess 124 has a bottom surface 126 that extends horizontally from the optical axis 14 of the light source 10 and an inclined surface 125 that spreads and inclines toward the light source 10 as the distance from the bottom surface 126 increases. For this reason, the light that reaches the light incident recess 124 can be diffused in various directions.
- FIG. 5 is an exploded perspective view showing light source device 200 according to Embodiment 3.
- the third embodiment is common to the second embodiment although the shape of the lens 220 is different from the first and second embodiments and the shape of the reflector 230 is different from the first embodiment.
- portions common to the first and second embodiments are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted, and the difference from the first and second embodiments will be mainly described.
- the third embodiment is the same as the second embodiment although the shape of the lens 220 is different from the first and second embodiments and the shape of the reflector 230 is different from the first embodiment.
- FIG. 6 is a perspective view showing the light source device 200 according to the third embodiment. That is, FIG. 6 is a view of the inside of the light source device 200 observed through. As shown in FIG. 6, the lens 220 has a light incident recess 221, a back surface 223, and an exit surface 222 having a first exit surface 222a and a second exit surface 222b.
- the light incident recess 221 is where the light emitted from the light source 10 enters, and has a substantially hemispherical shape centered on the light source 10, for example. Therefore, the angle formed between the light emitted from the light source 10 and the light incident recess 221 is substantially a right angle. For this reason, the light emitted from the light source 10 enters the lens 220 as it is without being refracted even when entering the light incident recess 221.
- the back surface 223 is a surface on the back side of the first emission surface 222a and the second emission surface 222b, and is provided on the outer periphery of the light incident recess 221.
- the back surface 223 is a surface that is substantially orthogonal to the optical axis 14 of the light source 10.
- the first emission surface 222a is inclined toward the irradiated surface side as the distance from the optical axis 14 of the light source 10 is increased, and the light emitted from the light source 10 is refracted and deflected toward the reflector 230 side. That is, in the lens 220, the light incident recess 221 and the portion located between the back surface 223 and the first emission surface 222 a increase in thickness as the distance from the optical axis 14 increases. Note that the first emission surface 222 a is substantially orthogonal to the optical axis 14 of the light source 10.
- the second emission surface 222b is inclined toward the light source 10 as it approaches the reflector 230 from the first emission surface 222a, and refracts the light emitted from the light source 10 to deflect it toward the reflector 230. That is, in the lens 220, the light incident recess 221 and the portion located between the back surface 223 and the second exit surface 222 b become thinner as it approaches the reflector 230. Thus, the first emission surface 222a and the second emission surface 222b are aspherical.
- the light path of the light source device 200 indicates the path of light emitted from the center of the optical axis 14 in the light source 10.
- a path of light emitted with different angles from the reference line will be described with the line in the direction perpendicular to the optical axis 14 (the direction of the arrow x) taken as a reference line, that is, a line with an angle of 0 degrees.
- the direction of the optical axis 14 (arrow y direction) is an angle of 90 degrees from the reference line.
- the light L ⁇ b> 200 enters the lens 220 through the light incident recess 221.
- the light incident recess 221 has a hemispherical shape with the light source 10 as the center. Therefore, the light L200 enters the lens 220 as it is without being refracted.
- the light L200 that has entered the lens 220 reaches the second emission surface 222b.
- the light L200 is refracted in the direction away from the optical axis 14 at the second emission surface 222b and reaches the reflector 230.
- the light L200 is reflected by the reflector 230 and passes through the opening surface 235 toward the irradiated surface.
- the light L 201 traveling along the optical axis 14 enters the inside of the lens 220 through the light incident recess 221.
- the light incident recess 221 has a hemispherical shape with the light source 10 as the center.
- the light L201 enters the lens 220 as it is without being refracted.
- the light L201 that has entered the lens 220 reaches the first emission surface 222a.
- the first emission surface 222a is substantially orthogonal to the optical axis 14 of the light source 10, the light L201 is emitted as it is without being refracted. Then, the light L201 travels through the opening surface 235 toward the irradiated surface.
- the lens 220 is inclined toward the irradiated surface side as it is farther from the optical axis 14 of the light source 10, and a first emission surface 222 a that refracts the light emitted from the light source 10 and deflects it to the reflector 230 side, and the first The second emission surface 222b is inclined toward the light source 10 as it approaches the reflector 230 from the emission surface 222a, and refracts the light emitted from the light source 10 and deflects it to the reflector 230 side. For this reason, the light emitted from the light source 10 is refracted in the direction away from the optical axis 14 mainly by the second emission surface 222b.
- the light from the light source 10 can be sufficiently captured even if the depth of the reflector 230 is shallow. Accordingly, it is possible to obtain a light source device 200 that has high light utilization efficiency and light distribution controllability, and is small and lightweight.
- FIG. 7 is an exploded perspective view showing light source device 300 according to Embodiment 4.
- the shape of the lens 360 and the shape of the reflector 330 are different from those of the first, second, and third embodiments.
- portions common to the first, second, and third embodiments are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted. The description will focus on differences from the first, second, and third embodiments.
- the lens 360 has a rotationally asymmetric shape centered on the optical axis 14 of the light source 10, and the reflector 330 is also centered on the optical axis 14 of the light source 10. It has a rotationally asymmetric shape.
- FIG. 8 is a perspective view showing the light source device 300 according to Embodiment 4, that is, FIG. 8 is a view of the light source device 300 seen through.
- FIG. 9 is a top view showing the lens 360 in the fourth embodiment.
- the lens 360 is opposed to the surface of the substrate 11 on which the light source 10 is mounted, and is incident on the incident surface 321 on which the light emitted from the light source 10 enters and the inside of the lens 360.
- the light exit surface 322 from which the light exits, and a side surface 363 and a curved surface 371 connecting the peripheral portion of the entrance surface 321 and the peripheral portion of the exit surface 322 are provided.
- the lens 360 includes a truncated cone part 370 that faces the light source 10 and a protruding part 380 that projects from the truncated cone part 370.
- the incident surface 321 has a light incident recess 364 and a third recess 390.
- the light incident concave portion 364 is provided in the truncated cone portion 370
- the third concave portion 390 is provided in the protruding portion 380.
- the light incident recess 364 is where the light emitted from the light source 10 enters, and has, for example, a bottom surface 384, an inclined surface 383, and a partial spherical surface 365.
- the bottom surface 384 is a semicircular surface extending horizontally from the optical axis 14 of the light source 10.
- the inclined surface 383 is a semi-conical surface that spreads and inclines toward the light source 10 as the distance from the bottom surface 384 increases, and is provided on the protruding portion 380 side.
- the partial spherical surface 365 has a shape of a part of a spherical surface with the light source 10 as the center, and is provided on the truncated cone portion 370 side.
- the 3rd recessed part 390 is provided in the outer periphery of the light-incidence recessed part 364, and guides the incident light to the output surface 322 side or the side surface 363 side.
- the third recess 390 includes a first refracting surface 391 that is slightly inclined with respect to the optical axis 14, and a second refracting surface 392 that is inclined with respect to the exit surface 322 from the edge of the first refracting surface 391.
- a third refracting surface 393 formed parallel to the optical axis 14 from the edge of the second refracting surface 392, and a concave side surface connecting the first refracting surface 391 and the third refracting surface 393.
- the first refracting surface 391, the second refracting surface 392, and the third refracting surface 393 have the same shape as that of the second embodiment or a part thereof, and are the same as those of the second embodiment. Has an effect.
- the exit surface 322 has a total reflection surface 369 and an exit refracting surface 368.
- the total reflection surface 369 is provided on the projection portion 380
- the outgoing refracting surface 368 is provided on the truncated cone portion 370.
- the total reflection surface 369 and the exit refracting surface 368 have the same shape as the first and second embodiments or a part of the shape, and have the same function as the first and second embodiments.
- the side surface 363 refracts the light emitted from the light source 10 and is a vertical surface parallel to the optical axis 14 (in the direction of arrow y).
- the side surface 363 is provided on the protruding portion.
- the curved surface 371 is a surface that is inclined so as to increase in width from the incident surface 321 to the exit surface 322, and is provided in the truncated cone part 370.
- the curved surface 371 has a rotating paraboloid shape with the center of the light source 10 as a focal point.
- the protruding portion 380 is provided with a protruding side surface 381.
- the protruding side surface 381 connects the curved surface 371 and the side surface 363.
- the projecting side surfaces 381 are opposed to each other from the curved surface 371 to the side surface 363 so as to increase the distance from each other. Thereby, the protrusion side surface 381 totally reflects incident light and guides it to the side surface 363.
- the reflector 330 has a semi-ellipsoidal shape.
- the reflector 330 is disposed at a position facing the side surface 363 of the lens 360, but may be disposed within a range where the light emitted from the side surface 363 reaches.
- the light path of the light source device 300 indicates the path of light emitted from the center of the optical axis 14 in the light source 10.
- a path of light emitted with different angles from the reference line will be described with the line in the direction perpendicular to the optical axis 14 (the direction of the arrow x) taken as a reference line, that is, a line with an angle of 0 degrees.
- the direction of the optical axis 14 (arrow y direction) is an angle of 90 degrees from the reference line.
- the path of the small-angle light S1 having the smallest angle from the reference line will be described.
- the small-angle light S ⁇ b> 1 is totally reflected by the total reflection surface 369 and enters the side surface 363 of the lens 360, and from the side surface 363 of the lens 360, that is, the side opposite to the exit surface 322 of the lens 360, In FIG. 8, the light is emitted obliquely upward to the right.
- the small angle light S ⁇ b> 1 emitted from the side surface 363 reaches the reflector 330.
- the small-angle light S ⁇ b> 1 is reflected by the reflector 330 and travels toward the irradiated surface through the opening surface 335 as a light beam that is substantially parallel to the optical axis 14 or a light beam that converges slightly.
- route of the small angle light S1 in this Embodiment 4 is equivalent to the path
- the path of the medium angle light M1 (not shown) having a medium angle from the reference line is also equivalent to the path of the medium angle light M1 in the second embodiment. That is, the medium angle light M ⁇ b> 1 emitted from the side surface 363 reaches the reflector 330.
- the medium-angle light M1 is reflected by the reflector 330 and travels toward the irradiated surface through the aperture surface 335 as a light beam that is substantially parallel to the optical axis 14 or a light beam that diverges slightly.
- the large-angle light L300 corresponds to a part of the light emitted from the light source 10 toward the truncated cone part 370 and enters the partial spherical surface 365 of the light incident recess 364.
- the partial spherical surface 365 has a shape of a part of a spherical surface centered on the light source 10. For this reason, the large-angle light L300 enters the inside of the lens 360 as it is without being refracted.
- the large-angle light L300 that has entered the inside of the lens 360 reaches the curved surface 371.
- the large-angle light L300 is totally reflected by the curved surface 371 and reaches the exit refracting surface 368.
- the large-angle light L1 is refracted by the exit refracting surface 368 and travels through the aperture surface 335 toward the focused point on the irradiated surface side.
- the light source device 300 can be reduced in size while ensuring a sufficient amount of light emitted from the light source 10 and improving the light use efficiency.
- the ratio of the light emitted from the opening surface 335 after being reflected by the reflector 330 can be adjusted. For this reason, the light distribution according to a use and an illumination pattern can be obtained easily.
- the lens 360 has a rotationally asymmetric shape centered on the optical axis 14 of the light source 10.
- the reflector 330 has a rotationally asymmetric shape about the optical axis 14 of the light source 10. For this reason, the lens 360 and the reflector 330 can be reduced in size.
- FIG. 10 is a perspective view showing the lighting apparatus 2 according to the fifth embodiment.
- the illumination device 2 according to the fifth embodiment is obtained by applying the light source device 1 according to the first embodiment to a downlight.
- the lighting device 2 includes a light source device 1, a heat sink 401, and a power source 403.
- the heat sink 401 radiates heat generated by the light source device 1.
- the heat sink 401 described in Embodiment 1 may be used as it is as the heat sink 401.
- the lighting device 2 is attached to a ceiling or the like by a fixing bracket (not shown) using an attachment hole installed in the ceiling or the like.
- the power source 403 is connected to the light source device 1 via the cable 405 and supplies predetermined power to the light source device 1.
- the lighting device 2 according to the fifth embodiment includes the light source device 1 according to the first embodiment.
- the reflector 30 can be reduced in thickness, and the light use efficiency can be improved and the light distribution controllability can be improved while being small and lightweight.
- the light source device 1 which concerns on Embodiment 1 is used for the illuminating device 2 which concerns on this Embodiment 5, even if the light source device which concerns on any of Embodiment 2, 3, 4 is used. Good.
- the illuminating device 2 may be attached other than a ceiling.
- the lighting device 2 may be used for a vehicle headlight or the like, and the application is not limited.
- FIG. 11 is a perspective view showing the light source 10 in the first modification.
- the light source 10 is exemplified as an LED, but the light source 10 may be an LD (Laser Diode) or the like. Further, as shown in FIG. 11, the light source 10 may be a light source module mounted on the substrate 11. Furthermore, the light source 10 may be a halogen lamp or an HID lamp.
- FIG. 12 is a perspective view showing the light source device 1 according to a second modification. That is, FIG. 12 is a view of the inside of the light source device 1 seen through. Next, a second modification will be described.
- the shapes of the incident surface and the total reflection surface of the lens 20 are not limited to the shapes exemplified in the above embodiment. For example, a spheroid shape, a hyperboloid shape, a rotation polynomial surface, or the like can be given. Further, the shape of the exit refracting surface is not limited to the shape exemplified in the above embodiment. For example, a concave shape, a planar shape, or a truncated cone shape can be used.
- the exit surface 22 may be the total reflection surface 29 only.
- the light L500 emitted from the light source 10 is totally reflected by the total reflection surface 29, thereby being deflected in a direction away from the optical axis 14 of the light source 10, and reaching the reflector 30.
- high-efficiency light control is possible even when the reflector 30 is shallow.
- FIG. 13 is a perspective view showing the light source device 1 according to a third modification. That is, FIG. 13 is a view of the inside of the light source device 1 seen through. Next, a third modification will be described.
- the position where the lens 500 is disposed is not limited to the position between the opening surface 35 of the reflector 600 and the light source 10 as in the first to fourth embodiments. As shown in FIG. 13, the lens 500 may be disposed on the opening surface 35 of the reflector 600.
- the incident surface 521 has a total reflection surface 502 and an exit refracting surface 501.
- the total reflection surface 502 is provided on the outer peripheral portion of the incident surface 521 and is a horizontal plane.
- the exit refracting surface 501 is provided on the inner periphery of the total reflection surface 502, and is configured to be inclined toward the light source 10 as the distance from the total reflection surface 502 increases. That is, the exit refracting surface 501 faces the light source 10 and has a convex shape protruding toward the light source 10 side.
- the exit refracting surface 501 has a shape of a part of a sphere.
- the emission surface 503 is a horizontal plane.
- the light L501 emitted toward the exit refracting surface 501 is refracted by the exit refracting surface 501 and the exit surface 503 to illuminate the illuminated surface.
- the light L 502 emitted toward the total reflection surface 502 is totally reflected by the total reflection surface 502 and reaches the reflector 600.
- the light L502 is reflected by the reflector 600, passes through the total reflection surface 502 and the exit surface 503, and illuminates the irradiated surface.
- the lens 500 is disposed on the opening surface 35 of the reflector 600, and the exit refracting surface 501 is provided on the inner periphery of the total reflection surface 502, away from the total reflection surface 502. It is comprised so that it may incline toward the light source 10 side.
- This third modification also has the same effects as those of the first to fifth embodiments.
- the exit refracting surface of the lens, the light distribution angle by the reflector, and the illumination area do not have to coincide with each other, and can be appropriately changed according to the application. Further, at least a part of the surface of the lens or the reflector may be subjected to light diffusion processing such as embossing. Thereby, an irradiation image can be changed and color unevenness of an irradiated surface can be reduced.
- the first to fifth embodiments, the first modified example, the second modified example, and the third modified example are merely specific examples of the present invention, and can be combined as appropriate.
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Abstract
光源装置は、光を出射する光源と、光源から出射された光の進行方向を変えるレンズと、光源及びレンズの少なくとも一部を覆い、光源から出射された光を被照射面側に反射するリフレクタと、を備え、レンズは、光源から出射された光をリフレクタ側に偏向するものである。
Description
本発明は、光源を備える光源装置及びその光源装置を用いた照明装置に関する。
従来、所望の照明光を得るために、光源から出射された光を、レンズ及びリフレクタによって配光制御する光源装置が知られている。特許文献1には、光源、集光レンズ及びリフレクタを備える光源装置が開示されている。特許文献1において、集光レンズは、光源から出射された光を所望の位置に集光させる。また、リフレクタは、光源から出射された光を所望の位置に反射させる。
しかしながら、特許文献1に開示された光源装置は、光源から出射された光を、レンズを介さずに直接リフレクタに反射させる。光源から出射された光は、様々な方向に拡散する。このため、光源から出射された光を大量に取り込むためには、リフレクタの奥行を深くする必要がある。従って、リフレクタが大きくなり、光源装置が大型化するという課題があった。
本発明は、上記のような課題を背景としてなされたもので、光源から出射された光の量を充分に確保しつつ小型化できる光源装置及びその光源装置を用いた照明装置を提供するものである。
本発明に係る光源装置は、光を出射する光源と、光源から出射された光の進行方向を変えるレンズと、光源及びレンズの少なくとも一部を覆い、光源から出射された光を被照射面側に反射するリフレクタと、を備え、レンズは、光源から出射された光をリフレクタ側に偏向するものである。
本発明によれば、レンズは、光源から出射された光をリフレクタ側に偏向する。即ち、光源から出射されて様々な方向に拡散する光の大半がリフレクタ側に偏向される。このため、リフレクタは、光源から出射された光を大量に取り込むことができる。従って、リフレクタの奥行を深くすることが不要である。これにより、リフレクタを小さくすることができる。よって、光源装置を、光源から出射された光の量を充分に確保しつつ小型化することができる。
以下、本発明に係る光源装置及び照明装置の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下に説明する実施の形態によって本発明が限定されるものではない。また、図1を含め、以下の図面では各構成部材の大きさの関係が実際のものとは異なる場合がある。
実施の形態1.
図1は、実施の形態1に係る光源装置1を示す分解斜視図である。この図1に基づいて、光源装置1について説明する。図1に示すように、光源装置1は、光源10とレンズ20とリフレクタ30とを備えている。更に、光源装置1は、例えば基板11、コネクタ13、ワイヤ12及びヒートシンク40を備えている。
図1は、実施の形態1に係る光源装置1を示す分解斜視図である。この図1に基づいて、光源装置1について説明する。図1に示すように、光源装置1は、光源10とレンズ20とリフレクタ30とを備えている。更に、光源装置1は、例えば基板11、コネクタ13、ワイヤ12及びヒートシンク40を備えている。
光源10は、光を出射するものであり、白色光を照射するものであって、例えばLED上に蛍光体が塗布された構造を備える。この光源10は、440nm~480nm程度の青色光を発光するLEDチップ上に、青色光を黄色光に波長変換する蛍光体が設けられたものである。これにより、合成光として白色光を発光する発光素子である。
基板11は、例えば円形で板状のアルミニウム基板であり、基板11上には光源10が実装されている。また、基板11には、電力供給用の回路パターンが形成されており、光源10のほかに、ダイオード等の素子(図示せず)も、適宜実装されている。なお、基板11は、鉄等のそのほかの金属を用いた金属基板としてもよいし、ガラスエポキシ又は紙フェノール材等を用いた基板としてもよい。ガラスエポキシ又は紙フェノール材等を用いた基板は、金属基板と比べて安価である。
コネクタ13は、基板11上の素子を駆動する電力を供給する電源(図示せず)が接続されたものである。ワイヤ12は、コネクタ13と基板11とを接続するものである。このように、基板11には、ワイヤ12及びコネクタ13を介して、電源から電力が供給されている。
ヒートシンク40は、複数のフィンを備えており、基板11における光源10が実装された面とは反対側の面に密着されている。これにより、ヒートシンク40は、光源10から発生する熱を放熱する機能を有する。なお、基板11とヒートシンク40との間に、熱伝導グリース又は熱伝導シート等の熱伝導材、或いは、接着剤等を介在させてもよい。熱伝導材又は接着剤等は、使用される光源10、回路素子等の耐熱温度、寿命及び強度等に基づいて、使用の可否が適宜決定される。
レンズ20は、光源10から出射された光の進行方向を変えるものであり、例えば光源10の光軸14上を中心とした回転対称の形状である円柱状をなしている。レンズ20は、光源10から光が出射される側に配置されており、回転軸は、光源10の光軸14(矢印y方向)と一致している。レンズ20は、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂又はガラス等の透明な材料から生成されている。なお、レンズ20は、リフレクタ30に囲まれるように構成されている。
リフレクタ30は、光源10及びレンズ20の少なくとも一部を覆い、光源10から出射された光を被照射面側に反射するものである。ここで、被照射面とは、光源10からの光が照射される面、例えば壁面又は床面等をいう。リフレクタ30は、光源10の光軸14上を中心とした回転対称の形状であり、中空部を有する円錐台形状をなしている。リフレクタ30は、樹脂、ガラス又は金属等の材料が用いられており、その内面に、塗装又は金属蒸着等が適宜施されることにより、内面の反射率が高められている。
ここで、基板11及びリフレクタ30は、ヒートシンク40に固定されており、レンズ20は基板11に固定されている。このように、基板11、レンズ20及びリフレクタ30は、ヒートシンク40によって位置決めされている。レンズ20は、リフレクタ30に囲まれており、即ち、レンズ20の入射面21(図2参照)は、リフレクタ30の開口面35(図2参照)よりも光源10側に配置されている。
図2は、実施の形態1に係る光源装置1を示す透視図である。即ち、図2は、光源装置1を透視して内部を観察した図である。次に、レンズ20及びリフレクタ30について詳細に説明する。図2に示すように、レンズ20は、基板11における光源10が実装された面に対向し、光源10から出射された光が入射する入射面21と、レンズ20の内部に入射した光が出射する出射面22と、入射面21の周縁部と出射面22の周縁部とを接続する側面23とを有している。
入射面21は、入光凹部24を有している。入光凹部24は、光源10から出射された光が入射するものであり、例えば光源10を中心とした略半球状をなしている。従って、光源10から出射された光と入光凹部24とのなす角度はほぼ直角である。このため、光源10から出射された光は、入光凹部24に入射しても、ほぼ屈折せずに、そのままレンズ20の内部に進入する。
出射面22は、全反射面29と出射屈折面28とを有している。
全反射面29は、光源10から出射された光を全反射してリフレクタ30側に偏向する。全反射面29は、出射面22の外周部に設けられており、基板11と平行(矢印x方向)の水平面である。このように、レンズ20は、光源10から出射された光を全反射してリフレクタ30側に偏向するものである。
出射屈折面28は、全反射面29の内周に設けられ、光源10から出射された光を屈折して被照射面側に出射する。出射屈折面28は、全反射面29から遠ざかるにつれて被照射面側に向かって傾斜するように構成されている。本実施の形態1では、出射屈折面28は、入光凹部24と対向しており、被照射面側に突出する凸形状をなしている。
ここで、全反射面29と出射屈折面28との接続位置と光軸14とのなす角度θ1は、レンズ20の材料の屈折率をnとすると、下記式(1)を満たす。
θ1≧Sin-1(1/n)・・・・(1)
角度θ1は、光源10から出射されて全反射面29に入射する光が常に全反射する最小の入射角である臨界角である。
側面23は、光源10から出射された光を屈折するものであり、光軸14と平行(矢印y方向)の垂直面である。
リフレクタ30は、第1の回転楕円体31と第2の回転楕円体32とを有している。
第1の回転楕円体31は、被照射面側に設けられており、光軸14に平行(矢印y方向)の断面形状、即ち径方向からみた場合の断面形状は、光源10を第1焦点とし、被照射面側の任意の点を第2焦点とする楕円形状をなしている。第1の回転楕円体31には、被照射面側が開口した開口面35が形成されており、光源10から出射された光は、開口面35を通って被照射面を照射する。
第2の回転楕円体32は、第1の回転楕円体31に接続され、光源10側に設けられている。第2の回転楕円体32は、光軸14に平行(矢印y方向)の断面形状、即ち径方向からみた場合の断面形状は、光源10における全反射面29を線対称とする点を第1焦点とし、被照射面側の任意の点を第2焦点とする楕円形状をなしている。第1の回転楕円体31と第2の回転楕円体32とは、リフレクタ30において、レンズ20の入射面21に水平な部分とレンズ20の出射面22に水平な部分との間で接続されている。
なお、第1の回転楕円体31の第2焦点と第2の回転楕円体32の第2焦点とは、同じ点である。そして、第1の回転楕円体31の第2焦点及び第2の回転楕円体32の第2焦点は、光源10から出射された光が出射屈折面28によって集光する点とも、一致している。以下、第1の回転楕円体31の第2焦点、第2の回転楕円体32の第2焦点及び出射屈折面28により集光する点を、集光点と呼称する。
次に、図2を用いて、本実施の形態1に係る光源装置1の光の経路について説明する。光の経路は、光源10における光軸14の中心から出射された光の経路を示すものである。そして、光軸14と垂直の方向(矢印x方向)の線を基準線、即ち角度0度の線として、その基準線からの角度が夫々異なって出射された光の経路について説明する。なお、光軸14の方向(矢印y方向)は、基準線から90度の角度である。
先ず、基準線からの角度が最も小さい小角度光S1の経路について説明する。図2に示すように、小角度光S1は、入光凹部24を通ってレンズ20の内部に進入する。ここで、入光凹部24は光源10を中心とした半球状をなしている。このため、小角度光S1は、ほぼ屈折せずに、そのままレンズ20の内部に進入する。レンズ20の内部に進入した小角度光S1は、側面23に到達する。小角度光S1は、側面23で屈折され、図2において右斜め下方向に出射される。側面23から出射した小角度光S1は、主として、第1の回転楕円体31に到達する。小角度光S1は、第1の回転楕円体31で反射され、開口面35を通って被照射面側の集光点に向かう。
次に、基準線からの角度が中程度の中角度光M1の経路について説明する。図2に示すように、中角度光M1は、入光凹部24を通ってレンズ20の内部に進入する。ここで、入光凹部24は光源10を中心とした半球状をなしている。このため、中角度光M1は、ほぼ屈折せずに、そのままレンズ20の内部に進入する。レンズ20の内部に進入した中角度光M1は、全反射面29に到達する。中角度光M1は、全反射面29で全反射され、側面23に到達する。中角度光M1は、側面23で屈折され、被照射面側とは反対側の方向、即ち、図2において右斜め上方向に出射される。側面23から出射した中角度光M1は、主として、第2の回転楕円体32に到達する。中角度光M1は、第2の回転楕円体32で反射され、開口面35を通って被照射面側の集光点に向かう。
そして、基準線からの角度が最も大きい大角度光L1の経路について説明する。図2に示すように、大角度光L1は、入光凹部24を通ってレンズ20の内部に進入する。ここで、入光凹部24は光源10を中心とした半球状をなしている。このため、大角度光L1は、ほぼ屈折せずに、そのままレンズ20の内部に進入する。レンズ20の内部に進入した大角度光L1は、出射屈折面28に到達する。大角度光L1は、出射屈折面28で屈折され、開口面35を通って被照射面側の集光点に向かう。
次に、本実施の形態1に係る光源装置1の作用について説明する。レンズ20は、光源10から出射された光をリフレクタ30側に偏向する。即ち、光源10から出射されて様々な方向に拡散する光の大半がリフレクタ30側に偏向される。このため、リフレクタ30は、光源10から出射された光を大量に取り込むことができる。従って、リフレクタ30の奥行(矢印y方向)を深くすることが不要である。これにより、リフレクタ30を小さくすることができる。よって、光源装置1を、光源10から出射された光の量を充分に確保して光の利用効率を高めつつ小型化することができる。
ここで、従来技術について説明する。従来、レンズは、光源から出射された光をリフレクタ側に偏向する構成を有していない。このため、中角度光M1のように、小角度光S1よりも基準線からの角度が大きい光をリフレクタに反射させるためには、リフレクタの深さを深くする必要がある。
これに対し、本実施の形態1において、レンズ20は、光源10から出射された光をリフレクタ30側に偏向する。このため、リフレクタ30は、光源10から出射された光を大量に取り込むことができる。従って、リフレクタ30の奥行(矢印y方向)を深くすることが不要である。
また、レンズ20は、光源10から出射された光を全反射してリフレクタ30側に偏向する全反射面29を有する。このように、本実施の形態1は、全反射面29を用いて、光源10から出射された光を全反射してリフレクタ30側に偏向している。これにより、光源装置1を、光源10から出射された光の量を充分に確保して光の利用効率を高めつつ小型化することができる。
更に、レンズ20は、全反射面29の内周に設けられ、光源10から出射された光を屈折して被照射面側に出射する出射屈折面28を有する。このように、レンズ20は、全反射面29による全反射及び出射屈折面28による屈折によって、光源10から出射された光を自在に制御する。このため、配光の制御性が高い。
更にまた、出射屈折面28は、全反射面29から遠ざかるにつれて被照射面側に向かって傾斜するように構成されている。これにより、光源10から出射された光を、被照射面に効率的に集光させることができる。
また、レンズ20は、光源10から出射された光が入射する入光凹部24を有する。そして、入光凹部24は、光源10を中心とした半球状をなしている。このため、光源10から出射された光を、ほぼ屈折せずに、そのままレンズ20の内部に進入させることができる。
更に、レンズ20は、光源10の光軸14上を中心とした回転対称の形状をなしている。更にまた、リフレクタ30は、光源10の光軸14上を中心とした回転対称の形状をなしている。このため、光源10から出射された光を、周方向において均一に被照射面に照射させることができる。
更にまた、レンズ20は、リフレクタ30に囲まれるように構成されている。このため、リフレクタ30は、光源10から出射された光を大量に取り込むことができる。
実施の形態2.
次に、本実施の形態2に係る光源装置100について説明する。図3は、実施の形態2に係る光源装置100を示す分解斜視図である。本実施の形態2は、レンズ120の形状及びリフレクタ130の形状が実施の形態1と相違する。本実施の形態2では、実施の形態1と共通する部分は同一の符号を付して説明を省略し、実施の形態1との相違点を中心に説明する。
次に、本実施の形態2に係る光源装置100について説明する。図3は、実施の形態2に係る光源装置100を示す分解斜視図である。本実施の形態2は、レンズ120の形状及びリフレクタ130の形状が実施の形態1と相違する。本実施の形態2では、実施の形態1と共通する部分は同一の符号を付して説明を省略し、実施の形態1との相違点を中心に説明する。
図3に示すように、本実施の形態2は、レンズ120の形状及びリフレクタ130の形状が実施の形態1と相違する。
図4は、実施の形態2に係る光源装置100を示す透視図である。即ち、図4は、光源装置100を透視して内部を観察した図である。図4に示すように、レンズ120は、基板11における光源10が実装された面に対向し、光源10から出射された光が入射する入射面121と、レンズ120の内部に入射した光が出射する出射面122と、入射面121の周縁部と出射面122の周縁部とを接続する側面123とを有している。
入射面121は、入光凹部124と第3の凹部150とを有している。
入光凹部124は、光源10から出射された光が入射するものであり、例えば底面126と傾斜面125とを有している。底面126は、光源10の光軸14から水平に延びる円状の面である。傾斜面125は、底面126から遠ざかるにつれて光源10側に向かって広がって傾斜する円錐台状の面である。
第3の凹部150は、傾斜面125から出射された光を屈折して被照射面側に導くものである。第3の凹部150は、入光凹部124の外周に設けられており、入射した光を出射面122側又は側面123側に導くものである。第3の凹部150は、光軸14に対し若干傾いて形成された第1の屈折面151と、第1の屈折面151の端縁から出射面122に対し傾斜した第2の屈折面152と、第2の屈折面152の端縁から光軸14に対し平行に形成された第3の屈折面153とを有している。
第1の屈折面151は、入射面121から出射面122の側に向けて入光凹部124から径方向(矢印x方向)に沿って離れて、入光凹部124からレンズ120の内部に進入した光を屈折するものである。また、第2の屈折面152は、第1の屈折面151の端縁から入射面121の側に向けて入光凹部124から径方向に沿って離れて、第1の屈折面151から出射された光を屈折し、全反射面129に導くものである。そして、第3の屈折面153は、第2の屈折面152の端縁からレンズ120の上端面まで光軸14に対し平行(矢印y方向)に延びるものである。
出射面122は、第2の凹部127を有しており、第2の凹部127は、入光凹部124からレンズ120の内部に進入した光及び第3の凹部150からレンズ120の内部に進入した光が入射するものである。なお、本実施の形態2は、出射面122の全面が第2の凹部127となっている。第2の凹部127は、全反射面129と出射屈折面128とを有している。
全反射面129は、出射面122の外周部に設けられており、入射された光を入射面121の側に全反射するものである。全反射面129は、例えばリフレクタ130に近づくにつれて被照射面側に向かって傾斜するように構成されている。即ち、レンズ120において、入射面121と全反射面129との間に位置する部分は、リフレクタ130に近づくにつれて厚さが厚くなっている。
出射屈折面128は、全反射面129の内周に設けられ、光源10から出射された光を屈折して被照射面側に出射する。出射屈折面128は、全反射面129から遠ざかるにつれて被照射面側に向かって傾斜するように構成されている。本実施の形態2では、出射屈折面128は、入光凹部124と対向しており、被照射面側に突出する凸形状をなしている。即ち、レンズ120において、入射面121と出射屈折面128との間に位置する部分は、全反射面129から遠ざかるにつれて厚さが厚くなっている。なお、出射屈折面128は、光軸14上の任意の点を中心とした球面の一部であり、出射屈折面128の凸形状における頂点は、光軸14上に位置している。
リフレクタ130は、楕円体の形状をなしており、内面が回転放物面の形状をなしている。リフレクタ130の内面の焦点は、全反射面129の外側端縁を通る水平面と光軸14との交点P1である。
次に、図4を用いて、本実施の形態2に係る光源装置100の光の経路について説明する。光の経路は、光源10における光軸14の中心から出射された光の経路を示すものである。そして、光軸14と垂直の方向(矢印x方向)の線を基準線、即ち角度0度の線として、その基準線からの角度が夫々異なって出射された光の経路について説明する。なお、光軸14の方向(矢印y方向)は、基準線から90度の角度である。
先ず、基準線からの角度が最も小さい小角度光S1の経路について説明する。図4に示すように、小角度光S1は、光源10から入光凹部124における傾斜面125に向けて出射された光のうち、一部の光に該当するものである。この小角度光S1は、傾斜面125で屈折され、その後、第3の凹部150における第1の屈折面151に入射し、更に屈折される。この屈折された小角度光S1は、第2の屈折面152に入射して屈折され、第2の凹部127における全反射面129に入射する。そして、小角度光S1は、全反射面129で全反射され、レンズ120の側面123に入射し、レンズ120の側面123から、レンズ120の出射面122とは反対側、即ち、図4において右斜め上方向に出射する。側面123から出射した小角度光S1は、リフレクタ130に到達する。小角度光S1は、リフレクタ130で反射され、光軸14に対し略平行な光線又は若干収束する光線として、開口面135を通って被照射面に向かう。
次に、基準線からの角度が中程度の中角度光M1の経路について説明する。図4に示すように、中角度光M1は、光源10から入光凹部124における傾斜面125に向けて出射された光のうち、一部の光に該当するものである。この中角度光M1は、傾斜面125で屈折され、その後、第3の凹部150を介さずに、第2の凹部127における全反射面129に入射する。そして、中角度光M1は、全反射面129で全反射され、レンズ120の側面123に入射し、レンズ120の側面123から略水平に出射する。側面123から出射した中角度光M1は、リフレクタ130に到達する。中角度光M1は、リフレクタ130で反射され、光軸14に対し略平行な光線又は若干発散する光線として、開口面135を通って被照射面に向かう。
そして、基準線からの角度が最も大きい大角度光L1の経路について説明する。図4に示すように、大角度光L1は、光源10から入光凹部124における底面126に向けて出射された光に該当するものである。この大角度光L1は、底面126で屈折され、その後、第2の凹部127における出射屈折面128に入射する。そして、大角度光L1は、出射屈折面128で屈折され、図4において略下方向、即ち光軸14に略平行の方向に出射される。このように、出射屈折面128から出射された大角度光L1は、リフレクタ130の内面に反射されることなく、開口面135を通って被照射面に向かう。
次に、本実施の形態2に係る光源装置100の作用について説明する。光源10から出射された光の一部は、レンズ120の全反面によってリフレクタ130に向けて全反射され、リフレクタ130で反射されることによって、被照射面を照明する照明光として利用される。ここで、レンズ120は、傾斜面125から出射された光を屈折する第3の凹部150を有している。この第3の凹部150は、入光凹部124から側面123に向かう光路の途中に設けられている。このため、光源10から出射された光が全反射面129に到達することなく側面123に到達することを抑制することができる。
従って、リフレクタ130に到達する光の大半は、全反射面129によって反射される。これにより、レンズ120を通過した光は、基準線よりも上方に向く割合が増加する。従って、リフレクタ130は、光源10から出射された光を大量に取り込むことができる。従って、リフレクタ130の奥行(矢印y方向)を深くすることが不要である。これにより、リフレクタ130を小さくすることができる。よって、光源装置100を、光源10から出射された光の量を充分に確保して光の利用効率を高めつつ小型化することができる。
また、全反射面129は、リフレクタ130に近づくにつれて前記被照射面側に向かって傾斜するように構成されている。これにより、光源10から出射された光は、全反射される割合が増えるため、リフレクタ130を小さくすることができる。
入光凹部124は、光源10の光軸14から水平に延びる底面126と、底面126から遠ざかるにつれて光源10側に向かって広がって傾斜する傾斜面125と、を有する。このため、入光凹部124に到達した光を様々な方向に拡散することができる。
実施の形態3.
次に、本実施の形態3に係る光源装置200について説明する。図5は、実施の形態3に係る光源装置200を示す分解斜視図である。本実施の形態3は、レンズ220の形状が実施の形態1,2と相違し、リフレクタ230の形状が実施の形態1と相違するが実施の形態2と共通する。本実施の形態3では、実施の形態1,2と共通する部分は同一の符号を付して説明を省略し、実施の形態1,2との相違点を中心に説明する。
次に、本実施の形態3に係る光源装置200について説明する。図5は、実施の形態3に係る光源装置200を示す分解斜視図である。本実施の形態3は、レンズ220の形状が実施の形態1,2と相違し、リフレクタ230の形状が実施の形態1と相違するが実施の形態2と共通する。本実施の形態3では、実施の形態1,2と共通する部分は同一の符号を付して説明を省略し、実施の形態1,2との相違点を中心に説明する。
図5に示すように、本実施の形態3は、レンズ220の形状が実施の形態1,2と相違し、リフレクタ230の形状が実施の形態1と相違するが実施の形態2と共通する。
図6は、実施の形態3に係る光源装置200を示す透視図である。即ち、図6は、光源装置200を透視して内部を観察した図である。図6に示すように、レンズ220は、入光凹部221と、裏面223と、第1の出射面222a及び第2の出射面222bを有する出射面222とを有している。
入光凹部221は、光源10から出射された光が入射するものであり、例えば光源10を中心とした略半球状をなしている。従って、光源10から出射された光と入光凹部221とのなす角度はほぼ直角である。このため、光源10から出射された光は、入光凹部221に入射しても、ほぼ屈折せずに、そのままレンズ220の内部に進入する。
裏面223は、第1の出射面222a及び第2の出射面222bの裏側の面であり、入光凹部221の外周に設けられている。裏面223は、光源10の光軸14に略直交する面である。
第1の出射面222aは、光源10の光軸14から遠ざかるにつれて被照射面側に向かって傾斜し、光源10から出射された光を屈折してリフレクタ230側に偏向する。即ち、レンズ220において、入光凹部221及び裏面223と第1の出射面222aとの間に位置する部分は、光軸14から離れるにつれて厚さが厚くなっている。なお、第1の出射面222aは、光源10の光軸14に略直交している。
第2の出射面222bは、第1の出射面222aからリフレクタ230に近づくにつれて光源10側に向かって傾斜し、光源10から出射された光を屈折してリフレクタ230側に偏向する。即ち、レンズ220において、入光凹部221及び裏面223と第2の出射面222bとの間に位置する部分は、リフレクタ230に近づくにつれて厚さが薄くなっている。このように、第1の出射面222a及び第2の出射面222bは、非球面状をなしている。
次に、図6を用いて、本実施の形態3に係る光源装置200の光の経路について説明する。光の経路は、光源10における光軸14の中心から出射された光の経路を示すものである。そして、光軸14と垂直の方向(矢印x方向)の線を基準線、即ち角度0度の線として、その基準線からの角度が夫々異なって出射された光の経路について説明する。なお、光軸14の方向(矢印y方向)は、基準線から90度の角度である。
図6に示すように、光L200は、入光凹部221を通ってレンズ220の内部に進入する。ここで、入光凹部221は光源10を中心とした半球状をなしている。このため、光L200は、ほぼ屈折せずに、そのままレンズ220の内部に進入する。レンズ220の内部に進入した光L200は、第2の出射面222bに到達する。光L200は、第2の出射面222bで光軸14から離れる方向に屈折され、リフレクタ230に到達する。光L200は、リフレクタ230で反射され、開口面235を通って被照射面に向かう。
一方、図6に示すように、光軸14に沿って進行する光L201は、入光凹部221を通ってレンズ220の内部に進入する。ここで、入光凹部221は光源10を中心とした半球状をなしている。このため、光L201は、ほぼ屈折せずに、そのままレンズ220の内部に進入する。レンズ220の内部に進入した光L201は、第1の出射面222aに到達する。ここで、第1の出射面222aは光源10の光軸14に略直交しているため、光L201は、ほぼ屈折せずに、そのまま出射される。そして、光L201は、開口面235を通って被照射面に向かう。
次に、本実施の形態3に係る光源装置200の作用について説明する。レンズ220は、光源10の光軸14から遠ざかるにつれて被照射面側に向かって傾斜し、光源10から出射された光を屈折してリフレクタ230側に偏向する第1の出射面222aと、第1の出射面222aからリフレクタ230に近づくにつれて光源10側に向かって傾斜し、光源10から出射された光を屈折してリフレクタ230側に偏向する第2の出射面222bと、を有する。このため、光源10から出射された光は、第2の出射面222bによって主に光軸14に対し、遠ざかる方向に屈折される。従って、レンズ220が使用されない場合に比べて、リフレクタ230の奥行を浅くしても、光源10からの光を充分に取り込むことができる。従って、光利用効率及び配光制御性が高く、小型及び軽量な光源装置200を得ることができる。
実施の形態4.
次に、本実施の形態4に係る光源装置300について説明する。図7は、実施の形態4に係る光源装置300を示す分解斜視図である。本実施の形態4は、レンズ360の形状及びリフレクタ330の形状が実施の形態1,2,3と相違する。本実施の形態4では、実施の形態1,2,3と共通する部分は同一の符号を付して説明を省略し、実施の形態1,2,3との相違点を中心に説明する。
次に、本実施の形態4に係る光源装置300について説明する。図7は、実施の形態4に係る光源装置300を示す分解斜視図である。本実施の形態4は、レンズ360の形状及びリフレクタ330の形状が実施の形態1,2,3と相違する。本実施の形態4では、実施の形態1,2,3と共通する部分は同一の符号を付して説明を省略し、実施の形態1,2,3との相違点を中心に説明する。
図7に示すように、本実施の形態4は、レンズ360が光源10の光軸14上を中心とした回転非対称の形状をなしており、リフレクタ330も光源10の光軸14上を中心とした回転非対称の形状をなしている。
図8は、実施の形態4に係る光源装置300を示す透視図であり、即ち、図8は、光源装置300を透視して内部を観察した図である。図9は、実施の形態4におけるレンズ360を示す上面図である。図8,図9に示すように、レンズ360は、基板11における光源10が実装された面に対向し、光源10から出射された光が入射する入射面321と、レンズ360の内部に入射した光が出射する出射面322と、入射面321の周縁部と出射面322の周縁部とを接続する側面363及び曲面371を有している。なお、レンズ360は、光源10に対向する円錐台部370と、円錐台部370から突出する突起部380とから構成されている。
入射面321は、入光凹部364と第3の凹部390とを有している。このうち、入光凹部364は、円錐台部370に設けられており、第3の凹部390は、突起部380に設けられている。
入光凹部364は、光源10から出射された光が入射するものであり、例えば底面384と傾斜面383と部分球面365とを有している。底面384は、光源10の光軸14から水平に延びる半円状の面である。傾斜面383は、底面384から遠ざかるにつれて光源10側に向かって広がって傾斜する半円錐台状の面であり、突起部380側に設けられている。部分球面365は、光源10を中心とした球面の一部の形状をなしており、円錐台部370側に設けられている。
第3の凹部390は、入光凹部364の外周に設けられており、入射した光を出射面322側又は側面363側に導くものである。第3の凹部390は、光軸14に対し若干傾いて形成された第1の屈折面391と、第1の屈折面391の端縁から出射面322に対し傾斜した第2の屈折面392と、第2の屈折面392の端縁から光軸14に対し平行に形成された第3の屈折面393と、第1の屈折面391と第3の屈折面393とを接続する凹部側面とを有している。なお、第1の屈折面391、第2の屈折面392及び第3の屈折面393は、実施の形態2と同様の形状又はその一部の形状をなしており、実施の形態2と同様の作用を有する。
出射面322は、全反射面369と出射屈折面368とを有している。このうち、全反射面369は、突起部380に設けられており、出射屈折面368は、円錐台部370に設けられている。なお、全反射面369及び出射屈折面368は、実施の形態1,2と同様の形状又はその一部の形状をなしており、実施の形態1,2と同様の作用を有する。
側面363は、光源10から出射された光を屈折するものであり、光軸14と平行(矢印y方向)の垂直面である。側面363は、突出部に設けられている。
曲面371は、入射面321から出射面322にかけて幅が広がるように傾斜する面であり、円錐台部370に設けられている。曲面371は、光源10の中心を焦点とする回転放物面の形状をなしている。
なお、突起部380には、突起側面381が設けられている。突起側面381は、曲面371と側面363とを接続するものである。突起側面381同士は、曲面371から側面363にかけて、互いの距離が広がるように傾斜して対向している。これにより、突起側面381は、入射する光を全反射して、側面363に導く。
リフレクタ330は、半楕円体の形状をなしている。リフレクタ330は、例えばレンズ360の側面363に対向する位置に配置されているが、側面363から出射された光が到達する範囲内に配置されればよい。
次に、図8を用いて、本実施の形態4に係る光源装置300の光の経路について説明する。光の経路は、光源10における光軸14の中心から出射された光の経路を示すものである。そして、光軸14と垂直の方向(矢印x方向)の線を基準線、即ち角度0度の線として、その基準線からの角度が夫々異なって出射された光の経路について説明する。なお、光軸14の方向(矢印y方向)は、基準線から90度の角度である。
先ず、基準線からの角度が最も小さい小角度光S1の経路について説明する。図8に示すように、小角度光S1は、全反射面369で全反射され、レンズ360の側面363に入射し、レンズ360の側面363から、レンズ360の出射面322とは反対側、即ち、図8において右斜め上方向に出射する。側面363から出射した小角度光S1は、リフレクタ330に到達する。小角度光S1は、リフレクタ330で反射され、光軸14に対し略平行な光線又は若干収束する光線として、開口面335を通って被照射面に向かう。なお、本実施の形態4における小角度光S1の経路は、実施の形態2における小角度光S1の経路と同等である。
基準線からの角度が中程度の中角度光M1(図示せず)の経路も、実施の形態2における中角度光M1の経路と同等である。即ち、側面363から出射した中角度光M1は、リフレクタ330に到達する。中角度光M1は、リフレクタ330で反射され、光軸14に対し略平行な光線又は若干発散する光線として、開口面335を通って被照射面に向かう。
そして、基準線からの角度が最も大きい大角度光L300の経路について説明する。図8に示すように、大角度光L300は、光源10から円錐台部370側に出射された光の一部に該当し、入光凹部364の部分球面365に入射するものである。ここで、部分球面365は光源10を中心とした球面の一部の形状をなしている。このため、大角度光L300は、ほぼ屈折せずに、そのままレンズ360の内部に進入する。レンズ360の内部に進入した大角度光L300は、曲面371に到達する。大角度光L300は、曲面371で全反射され、出射屈折面368に到達する。大角度光L1は、出射屈折面368で屈折され、開口面335を通って被照射面側の集光点に向かう。
なお、光源10から入光凹部364を介してレンズ360の内部に進入し、そのまま出射屈折面368に到達した光(図示せず)は、出射屈折面368で屈折され、開口面335を通って被照射面側の集光点に向かう。
次に、本実施の形態4に係る光源装置300の作用について説明する。本実施の形態4では、レンズ360の出射屈折面368から出射して被照射面を照明する光と、レンズ360の側面363から出射してリフレクタ330で反射して被照射面を照明する光とが存在する。このうち、リフレクタ330で反射する光は、主に、レンズ360によって、光軸14から離れる方向又は入射面321側に向けて全反射された後、リフレクタ330に到達する。従って、リフレクタ330の奥行(矢印y方向)を深くすることが不要である。これにより、リフレクタ330を小さくすることができる。よって、光源装置300を、光源10から出射された光の量を充分に確保して光の利用効率を高めつつ小型化することができる。
また、突起部380の大きさを適宜変更することにより、リフレクタ330で反射した後に開口面335から出射する光の割合を調整することができる。このため、用途に応じた配光、照明パターンを容易に得ることができる。
更に、レンズ360は、光源10の光軸14上を中心とした回転非対称の形状をなしている。更にまた、リフレクタ330は、光源10の光軸14上を中心とした回転非対称の形状をなしている。このため、レンズ360及びリフレクタ330を小型化することができる。
実施の形態5.
次に、本実施の形態5に係る照明装置2について説明する。図10は、実施の形態5に係る照明装置2を示す斜視図である。本実施の形態5に係る照明装置2は、実施の形態1に係る光源装置1をダウンライトに適用したものである。
次に、本実施の形態5に係る照明装置2について説明する。図10は、実施の形態5に係る照明装置2を示す斜視図である。本実施の形態5に係る照明装置2は、実施の形態1に係る光源装置1をダウンライトに適用したものである。
図10に示すように、照明装置2は、光源装置1と、ヒートシンク401と、電源403とを備えている。ヒートシンク401は、光源装置1が発する熱を放熱するものである。なお、ヒートシンク401は、実施の形態1で説明したヒートシンク40をそのまま用いてもよい。なお、照明装置2は、固定金具(図示せず)によって、天井等に設置された取付穴を用いて取り付けられ、天井等に取り付けられる。電源403は、ケーブル405を介して光源装置1に接続されており、光源装置1に所定の電力を供給するものである。
本実施の形態5に係る照明装置2は、実施の形態1に係る光源装置1を備えている。このため、リフレクタ30を薄型化することができ、小型且つ軽量でありながら、光の利用効率を高め、配光制御性を高めることができる。
なお、本実施の形態5に係る照明装置2は、実施の形態1に係る光源装置1が使用されているが、実施の形態2,3,4のいずれかに係る光源装置が使用されてもよい。また、照明装置2は、天井以外に取り付けられるものであってもよい。例えば、照明装置2は、車両のヘッドライト等に使用されてもよく、用途は限定されない。
(第1変形例)
図11は、第1の変形例における光源10を示す斜視図である。次に、第1変形例について説明する。上記実施の形態1~5のいずれもにおいて、光源10をLEDとして例示しているが、光源10をLD(Laser Diode)等としてもよい。また、図11に示すように、光源10は、基板11上に複数実装された光源モジュールとしてもよい。更に、光源10を、ハロゲンランプ又はHIDランプ等としてもよい。
図11は、第1の変形例における光源10を示す斜視図である。次に、第1変形例について説明する。上記実施の形態1~5のいずれもにおいて、光源10をLEDとして例示しているが、光源10をLD(Laser Diode)等としてもよい。また、図11に示すように、光源10は、基板11上に複数実装された光源モジュールとしてもよい。更に、光源10を、ハロゲンランプ又はHIDランプ等としてもよい。
(第2変形例)
図12は、第2の変形例に係る光源装置1を示す透視図である。即ち、図12は、光源装置1を透視して内部を観察した図である。次に、第2変形例について説明する。レンズ20の入射面及び全反射面の形状は、上記実施の形態で例示した形状に限定されない。例えば、回転楕円形状、回転双曲面形状又は回転多項式面等が挙げられる。また、出射屈折面の形状は、上記実施の形態で例示した形状に限定されない。例えば、凹形状、平面形状又は円錐台形状等が挙げられる。
図12は、第2の変形例に係る光源装置1を示す透視図である。即ち、図12は、光源装置1を透視して内部を観察した図である。次に、第2変形例について説明する。レンズ20の入射面及び全反射面の形状は、上記実施の形態で例示した形状に限定されない。例えば、回転楕円形状、回転双曲面形状又は回転多項式面等が挙げられる。また、出射屈折面の形状は、上記実施の形態で例示した形状に限定されない。例えば、凹形状、平面形状又は円錐台形状等が挙げられる。
また、図12に示すように、出射面22を全反射面29のみとしてもよい。光源10から出射された光L500は、全反射面29で全反射されることによって、光源10の光軸14から離れる方向に偏向されて、リフレクタ30に到達する。これにより、第2変形例においても、実施の形態1~4と同様に、リフレクタ30を浅くしても、高効率な光制御が可能である。
(第3変形例)
図13は、第3の変形例に係る光源装置1を示す透視図である。即ち、図13は、光源装置1を透視して内部を観察した図である。次に、第3変形例について説明する。レンズ500が配置される位置は、上記実施の形態1~4のように、リフレクタ600の開口面35と光源10との間の位置に限定されない。図13に示すように、レンズ500は、リフレクタ600の開口面35に配置されてもよい。
図13は、第3の変形例に係る光源装置1を示す透視図である。即ち、図13は、光源装置1を透視して内部を観察した図である。次に、第3変形例について説明する。レンズ500が配置される位置は、上記実施の形態1~4のように、リフレクタ600の開口面35と光源10との間の位置に限定されない。図13に示すように、レンズ500は、リフレクタ600の開口面35に配置されてもよい。
入射面521は、全反射面502と出射屈折面501とを有している。全反射面502は、入射面521の外周部に設けられており、水平面である。出射屈折面501は、全反射面502の内周に設けられており、全反射面502から遠ざかるにつれて光源10側に向かって傾斜するように構成されている。即ち、出射屈折面501は、光源10と対向しており、光源10側に突出する凸形状をなしている。なお、出射屈折面501は、球の一部の形状をなしている。出射面503は、水平面である。
光源10から出射された光のうち、出射屈折面501に向かって出射された光L501は、出射屈折面501及び出射面503で屈折されて、被照射面を照明する。また、光源10から出射された光のうち、全反射面502に向かって出射された光L502は、全反射面502で全反射されて、リフレクタ600に到達する。光L502は、リフレクタ600で反射されて全反射面502及び出射面503を通過して、被照射面を照明する。
このように、第3変形例は、レンズ500がリフレクタ600の開口面35に配置されており、出射屈折面501は、全反射面502の内周に設けられており、全反射面502から遠ざかるにつれて光源10側に向かって傾斜するように構成されている。この第3変形例においても、上記実施の形態1~5と同様の効果を奏する。
なお、レンズの出射屈折面とリフレクタによる配光角度、照明エリアとは、一致させなくともよく、用途に応じて適宜変更することができる。また、レンズ又はリフレクタの表面の少なくとも一部に、シボ加工等の光拡散処理を施してもよい。これにより、照射イメージを変更することができ、また、被照射面の色むら等を緩和することができる。
なお、上記実施の形態1~5、第1変形例、第2変形例及び第3変形例は、本発明の具体例を示したに過ぎず、夫々、適宜組み合わせることも可能である。
1 光源装置、2 照明装置、10 光源、11 基板、12 ワイヤ、13 コネクタ、14 光軸、20 レンズ、21 入射面、22 出射面、23 側面、24 入光凹部、28 出射屈折面、29 全反射面、30 リフレクタ、31 第1の回転楕円体、32 第2の回転楕円体、35 開口面、40 ヒートシンク、100 光源装置、120 レンズ、121 入射面、122 出射面、123 側面、124 入光凹部、125 傾斜面、126 底面、127 第2の凹部、128 出射屈折面、129 全反射面、130 リフレクタ、135 開口面、150 第3の凹部、151 第1の屈折面、152 第2の屈折面、153 第3の屈折面、200 光源装置、220 レンズ、221 入光凹部、222 出射面、222a 第1の出射面、222b 第2の出射面、223 裏面、230 リフレクタ、235 開口面、300 光源装置、321 入射面、322 出射面、330 リフレクタ、335 開口面、360 レンズ、363 側面、364 入光凹部、365 部分球面、368 出射屈折面、369 全反射面、370 円錐台部、371 曲面、380 突起部、381 突起側面、383 傾斜面、384 底面、390 第3の凹部、391 第1の屈折面、392 第2の屈折面、393 第3の屈折面、394 凹部側面、401 ヒートシンク、403 電源、405 ケーブル、500 レンズ、501 出射屈折面、502 全反射面、503 出射面、521 入射面、600 リフレクタ。
Claims (17)
- 光を出射する光源と、
前記光源から出射された光の進行方向を変えるレンズと、
前記光源及び前記レンズの少なくとも一部を覆い、前記光源から出射された光を被照射面側に反射するリフレクタと、を備え、
前記レンズは、
前記光源から出射された光を前記リフレクタ側に偏向するものである
光源装置。 - 前記レンズは、
前記光源から出射された光を全反射して前記リフレクタ側に偏向する全反射面を有する
請求項1記載の光源装置。 - 前記全反射面は、
前記リフレクタに近づくにつれて前記被照射面側に向かって傾斜するように構成されている
請求項2記載の光源装置。 - 前記レンズは、
前記全反射面の内周に設けられ、前記光源から出射された光を屈折して前記被照射面側に出射する出射屈折面を有する
請求項2又は3記載の光源装置。 - 前記出射屈折面は、
前記全反射面から遠ざかるにつれて前記被照射面側に向かって傾斜するように構成されている
請求項4記載の光源装置。 - 前記出射屈折面は、
前記全反射面から遠ざかるにつれて前記光源側に向かって傾斜するように構成されている
請求項4記載の光源装置。 - 前記レンズは、
前記光源の光軸から遠ざかるにつれて前記被照射面側に向かって傾斜し、前記光源から出射された光を屈折して前記リフレクタ側に偏向する第1の出射面と、
前記第1の出射面から前記リフレクタに近づくにつれて前記光源側に向かって傾斜し、前記光源から出射された光を屈折して前記リフレクタ側に偏向する第2の出射面と、を有する
請求項1記載の光源装置。 - 前記レンズには、
前記光源から出射された光が入射する入光凹部が形成されている
請求項1~7のいずれか1項に記載の光源装置。 - 前記入光凹部は、
前記光源を中心とした半球状をなしている
請求項8記載の光源装置。 - 前記入光凹部は、
前記光源の光軸から水平に延びる底面と、
前記底面から遠ざかるにつれて前記光源側に向かって広がって傾斜する傾斜面と、を有する
請求項8記載の光源装置。 - 前記レンズには、
前記傾斜面から出射された光を屈折して被照射面側に導く第3の凹部が形成されている
請求項10記載の光源装置。 - 前記レンズは、前記光源の光軸上の点を中心とした回転対称の形状をなしている
請求項1~11のいずれか1項に記載の光源装置。 - 前記レンズは、前記光源の光軸上の点を中心とした回転非対称の形状をなしている
請求項1~11のいずれか1項に記載の光源装置。 - 前記リフレクタは、前記光源の光軸上の点を中心とした回転対称の形状をなしている
請求項1~13のいずれか1項に記載の光源装置。 - 前記リフレクタは、前記光源の光軸上の点を中心とした回転非対称の形状をなしている
請求項1~13のいずれか1項に記載の光源装置。 - 前記レンズは、
前記リフレクタに囲まれるように構成されている
請求項1~15のいずれか1項に記載の光源装置。 - 請求項1~16のいずれか1項に記載の光源装置を備える
照明装置。
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