JP5392481B2 - Lighting device - Google Patents
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Description
本発明は、照明装置に関する。 The present invention relates to a lighting device.
従来、発光素子として発光ダイオード素子を光源とする照明装置では、発光ダイオード素子とこの発光ダイオード素子が発光する光を制御するレンズとを組み合わせて、任意の配光特性が得られるように構成されている。このような集光性を重視した発光ダイオードとして、例えば、砲弾型LEDパッケージが知られている。この種の発光ダイオードは、一方のリードフレームの頂部に凹部を設け、この凹部に発光ダイオード素子を載置して固着するとともに、この発光ダイオード素子と他方のリードフレームの頂部をボンディングワイヤによって接続したものの周囲を、透光性樹脂体によって封止した構造のものである。リードフレームの頂部に設けた凹部によって、発光ダイオード素子から出た光を効果的に上方向へ導き出すと共に、透光性樹脂体の頂部が半球形状に形成されていることから、集光作用の効果も高まる利点があった。 Conventionally, an illumination device using a light emitting diode element as a light source as a light emitting element is configured so that an arbitrary light distribution characteristic can be obtained by combining the light emitting diode element and a lens that controls light emitted from the light emitting diode element. Yes. For example, a bullet-type LED package is known as a light-emitting diode that places importance on the light collecting property. In this type of light emitting diode, a concave portion is provided on the top of one lead frame, and the light emitting diode element is placed and fixed on the concave portion, and the top of the light emitting diode element and the other lead frame are connected by a bonding wire. The periphery of the object is sealed with a translucent resin body. The concave portion provided at the top of the lead frame effectively guides the light emitted from the light emitting diode element upward, and the top of the translucent resin body is formed in a hemispherical shape, so that the light collecting effect is achieved. There was also an increased advantage.
また、セラミックや樹脂などで成型したキャビティ中にLEDチップを実装し、このキャビティにエポキシやシリコーンなどの樹脂を封入させた表面実装型LEDも知られている。この製品は、キャビティ内側の面をテーパー状に上方に広げることによりリフレクター(反射板)の機能を持たせ、指向性を高めたものもある。また、エポキシやシリコーン樹脂以外にガラスなどでできたレンズを取り付けることにより、指向性をより高めたタイプのものもある。 There is also known a surface-mounted LED in which an LED chip is mounted in a cavity molded with ceramic or resin, and a resin such as epoxy or silicone is sealed in the cavity. Some of these products have the function of a reflector (reflector) by expanding the surface inside the cavity upward in a tapered shape, and there are also products with improved directivity. In addition, there is a type in which directivity is further improved by attaching a lens made of glass or the like in addition to epoxy or silicone resin.
また上記の配光特性は、光軸に対して対称的な配置になるものが多かったが、例えば信号機のように、光軸に対して非対称の配光特性が望まれる場合もある。信号機は所定の明るさを確保するため比較的狭い範囲に配光するように設計されているので、光軸から外れた配光範囲外の位置から信号機を見ると極端に暗く見えるという問題点がある。例えば道路信号機は歩行者、自動車の運転手から見て前方の高い位置に設置されることが多いが、光軸を路面に平行に設定した湯合、道路信号機に近付くにつれて道路信号機の明りが暗くなって見えにくくなるので、信号機自体を傾けて、光軸が若干下向きになるように設置している。ところが、光軸を下向きに傾け過ぎると遠くから見たときに暗くて見えにくくなるという問題がある。そのため、配光特性に偏りをもたらすことを目的とした信号機が提案されている(例えば、特許文献1参照)。 In many cases, the above-mentioned light distribution characteristics are symmetrically arranged with respect to the optical axis. However, there are cases where an asymmetric light distribution characteristic with respect to the optical axis is desired, such as a traffic light. The traffic light is designed to distribute light in a relatively narrow range in order to ensure a certain brightness, so there is a problem that it looks extremely dark when the traffic light is viewed from a position outside the light distribution range outside the optical axis. is there. For example, road traffic lights are often installed at high positions in front of pedestrians and automobile drivers, but the lights of road traffic lights become darker as they approach the road traffic lights with the optical axis set parallel to the road surface. The traffic light itself is tilted so that the optical axis is slightly downward. However, if the optical axis is tilted too far downward, there is a problem that it becomes dark and difficult to see when viewed from a distance. For this reason, there has been proposed a traffic light intended to cause bias in the light distribution characteristics (see, for example, Patent Document 1).
また、ストロボ装置では照射範囲をマクロ(至近距離)(例えば、30cm)からできるだけ遠くまで対応させたいと言うニーズがある。一般にストロボ装置は、ストロボ光の照射範囲中心の光軸と撮影レンズの光軸は平行にずれているため、マクロ領域の全域を照射することができないという問題がある。しかし、カメラのデザイン上、ストロボ装置を傾けることは難しく、そのためこの場合も配光特性に偏りをもたらすことが望まれている。この他にもディスプレイ照明等でデザイン上、光軸から外れて斜めになっている部分に均一に照射したいニーズがあると考えられる。また、センサーなどに用いる場合には特定の場所に光を集光させたいなどのニーズがある。 In addition, there is a need for a strobe device to make the irradiation range as far as possible from a macro (close range) (for example, 30 cm). In general, the strobe device has a problem that the entire optical area of the macro region cannot be irradiated because the optical axis at the center of the irradiation range of the strobe light and the optical axis of the photographing lens are shifted in parallel. However, because of the camera design, it is difficult to tilt the strobe device, and in this case as well, it is desired that the light distribution characteristics be biased. In addition to this, it is considered that there is a need to uniformly irradiate a portion that is tilted away from the optical axis due to design such as display illumination. In addition, when used for a sensor or the like, there is a need to collect light at a specific place.
以上のように世間では様々な配光特性が望まれている。しかしながら、所望の配光特性を持たせるために、特許文献1に記載の発明のように、フレネルレンズなどの複雑なレンズ形状を用いる場合が多く、製造が容易ではなくコストもかかると言う課題があった。
As described above, various light distribution characteristics are desired in the world. However, in order to have a desired light distribution characteristic, a complicated lens shape such as a Fresnel lens is often used as in the invention described in
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、簡易な構成で製造が容易なレンズを用いて、光束のロスなく所望の配光特性を実現することが可能な照明装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such problems, and provides an illumination device capable of realizing desired light distribution characteristics without loss of light flux using a lens that is easy to manufacture with a simple configuration. For the purpose.
前記課題を解決するために、第1の本発明に係る照明装置は、光源と、この光源を被覆し当該光源からの光を所定方向に屈折させるレンズ部と、を有する照明部により構成され、レンズ部は、光源側に位置し、少なくとも一部が、光源の中心に球心が位置する球面として形成された入射面と、入射面を挟んで光源と反対側に位置し、少なくとも一部が、入射面の球心位置とは異なる位置を中心とする少なくとも1つ以上のコーニック面として形成された凸面である射出面と、を有し、射出面の各コーニック面が、光源の中心位置を原点とし、この光源の載置面に対して水平方向で、かつ、当該射出面の中心と入射面の球心とを含む光源の載置面に対して垂直な面に平行な方向をX方向とし、載置面に対して法線方向をZ方向とし、入射面の球心の位置座標をA(Xa,Za)とし、射出面上の任意の位置座標C(Xc,Zc)を接点とする接線に対して垂直な線と位置座標Aを通る任意の直線との交点の位置座標をD(Xd,Zd)とし、前記射出面の中心の位置座標をB(Xb,Zb)、コーニック面の長半径をa、短半径をbとし、射出面の中心を通る直線とX軸とのなす角度をθとし、レンズ部の媒質の屈折率をnとしたときに、次式
また、第2の本発明に係る照明装置は、光源と、この光源を被覆し当該光源からの光を所定方向に屈折させるレンズ部と、を有する照明部により構成され、レンズ部は、光源側に位置し、少なくとも一部が、光源の中心に球心が位置する球面として形成された入射面と、入射面を挟んで光源と反対側に位置し、少なくとも一部が、入射面の球心位置とは異なる位置を中心とする少なくとも1つ以上のコーニック面として形成された射出面と、を有し、射出面の形状が球面であった場合、光源の中心位置を原点とし、光源の載置面に対して水平方向で、かつ、当該射出面の球心と入射面の球心とを含む光源の載置面に対して垂直な面に平行な方向をX方向とし、載置面に対して法線方向をZ方向とし、入射面の球心の位置座標をA(Xa,Za)とし、射出面の球面の球心の位置座標をB(Xb,Zb)とし、射出面の球面の半径をrbとし、レンズ部の媒質の屈折率をnとしたときに、次式
Moreover, the illumination device according to the second aspect of the present invention includes an illumination unit that includes a light source and a lens unit that covers the light source and refracts light from the light source in a predetermined direction. At least a part of the incident surface formed as a spherical surface with the sphere centered at the center of the light source, and the opposite side of the light source across the incident surface, and at least a part of the sphere center of the incident surface And an emission surface formed as at least one conic surface centered at a position different from the position, and the shape of the emission surface is a spherical surface, the center position of the light source is set as the origin, and the light source is mounted. A direction parallel to the plane perpendicular to the mounting surface of the light source including the sphere center of the emission surface and the sphere center of the incident surface is defined as the X direction, On the other hand, the normal direction is the Z direction, and the position coordinates of the sphere center of the incident surface are A (Xa, Za And then, the position coordinates of the sphere center of the spherical exit surface B (Xb, Zb) and the radius of the spherical surface of the exit surface and rb, the refractive index of the medium of lens portions is n, the following equation
このような照明装置は、射出面の各コーニック面の中心が、入射面の球面を一部構成する球の空間内に位置することが好ましい。 In such an illuminating device, it is preferable that the center of each conic surface of the exit surface is located in the space of a sphere that partially constitutes the spherical surface of the entrance surface.
このような照明装置において、射出面は、2つ以上のコーニック面と、当該2つ以上のコーニック面を連結する半円錐台又は半円柱で構成されることが好ましい。 In such an illuminating device, the exit surface is preferably composed of two or more conic surfaces and a semi-conical truncated cone or a semi-cylinder that connects the two or more conic surfaces.
このような照明装置は、照明部を複数個有し、これらの照明部が等間隔に配置されてなることが好ましい。 Such an illuminating device preferably includes a plurality of illumination units, and these illumination units are arranged at equal intervals.
本発明に係る照明装置を以上のように構成すると、簡易な構成で製作が容易なレンズを用いて、光束のロスなく所望の配光特性を実現することが可能な照明装置を得ることができる。 When the lighting device according to the present invention is configured as described above, a lighting device capable of realizing a desired light distribution characteristic without loss of light flux can be obtained using a lens that can be easily manufactured with a simple configuration. .
以下、本発明の好ましい実施形態について図面を参照して説明する。図1に示すように、本実施形態の照明装置10は、パッケージ基板2と、パッケージ基板2上に搭載された光源としてのLEDチップ3と、LEDチップ3を覆うように形成されたレンズ部4と、から構成されている(パッケージ基板2、LEDチップ3及びレンズ部4をまとめて「照明部1」と呼ぶ)。
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. As shown in FIG. 1, the
また、本明細書において、X方向とは、図1に示すIII−III線断面を表す図3または図4に示すように、パッケージ基板2の表面(光源であるLEDチップ3の載置面)に対して水平方向で、かつ、入射面4aの球心と射出面4bの中心とを含むパッケージ基板2の表面に対して垂直な面と平行な方向を指し、Z方向とは、図3または図4に示すように、パッケージ基板2に対する法線方向を指す。なお、図示しないが、Y方向はパッケージ基板2に対して水平方向であって、X方向と直交する方向を指す。また、以降の説明では、LEDチップ3は、このLEDチップ3の中心に位置する点光源として考え、この点光源を座標の中心とする(光軸はZ軸方向と一致する)。
In this specification, the X direction means the surface of the package substrate 2 (the mounting surface of the
これに対して、照明装置10の光の配光特性を表すための方向決めとして、図1に示すように、パッケージ基板2の表面に対して水平方向であって、パッケージ基板2の短手方向をX′方向と定義し、長手方向をY′方向と定義する。なお、図2は図1に示すII−II線断面である。
On the other hand, as a direction determination for expressing the light distribution characteristics of the
レンズ部4における入射面4aは、光源側に向く凹面として形成されており、全反射が起きないように、球心位置を点光源の位置(LEDチップ3の中心)と一致するように配置された球面である。入射面4aにおいて全反射が起きると光量の低下を招き、意図した配光特性を得ることができないため、入射面4aをこのような構成としている。また、光量の低下を防ぐためには入射面4aの半径は、LEDチップ3から射出される光束の発散角を十分取り込める大きさが必要である。
The
一方、入射面4aを挟んでLEDチップ3と反対側の面にある射出面4bは、入射面4aを覆うように形成された1つのコーニック面からなる凸面として形成されている。また、この射出面4bは、その中心位置が入射面4aの球心位置とは異なる位置であって、かつ、入射面4aの球面よりも原点寄り(球面内)に配置されるように構成されている。このように、入射面4aの球心と射出面4bの中心とを異なる位置とすることにより、所望の配光特性が得られる。
On the other hand, the
なお、本実施形態では、入射面4a及び射出面4bは、必ずしも全体がコーニック面でなくてもよく、入射面4a及び射出面4bの少なくとも一部がコーニック面であればよい。例えば、コーニック面と平面との組み合わせでもよい。また、射出面4bのコーニック面は、1つであってもよいし、2つ以上を組み合わせたものであってもよい。また、2以上のコーニック面が滑らかにつながるように、例えば、コーニック面間を半円錐台又は半円柱で連結してもよい。
In the present embodiment, the
このような照明装置10において、入射面4aと同様に、射出面4bにおいて全反射が起きると、全反射した光がパッケージ基板2等で反射してしまい所望の配光特性を得ることができない。そのため、この射出面4bにおいても全反射が起きないようするため、当該射出面4bは、図3に示すように、点光源の位置(LEDチップ3の中心位置)を原点とし、入射面4aの球心Aの位置座標をA(Xa,Za)とし、射出面4b上の任意の位置座標C(Xc,Zc)を接点とする接線に対して垂直な線と位置座標Aを通る任意の直線との交点の位置座標をD(Xd,Zd)とし、射出面4bの中心の位置座標をB(Xb,Zb)、コーニック面の長半径をa、短半径をbとし、射出面4bの中心を通る直線とx軸がなす角度をθとし、レンズ部4の媒質の屈折率をnとしたときに、次式(1)を満たすことが好ましい。なお、射出面4bが2以上の球面を有する場合は、各コーニック面が、次式(1)を満たすことが好ましい。また、以降の説明において、屈折率は基準波長に対するものとする。
In such an illuminating
上記式(1)は、次のようにして導き出すことができる。すなわち、図3に示すように、LEDチップ3からの光が、C点から射出するとした場合、球心A及びC点を結ぶ線分ACとX軸とのなす角をθ1、D点とC点とを結ぶ直線DCとX軸とのなす角をθ3、球心AとD点とを結ぶ直線ADとX軸とのなす角をθ4、線分ACとD点及びC点を結ぶ線分DCとのなす角をθ2とし、射出面4bの長軸をa、短軸をbとし、この射出面4bの中心を通る直線とX軸とのなす角をθとしたとき、次式(2)が導き出される。
The above formula (1) can be derived as follows. That is, as shown in FIG. 3, when the light from the
また、スネルの法則より、次式(3)が成り立つ。なお、式(3)中、1は全反射を示す。 Further, from Snell's law, the following equation (3) holds. In formula (3), 1 indicates total reflection.
そして、式(3)に式(2)を代入することにより、前出の式(1)が導き出される。 Then, by substituting equation (2) into equation (3), the above equation (1) is derived.
また、特に射出面4bが球面を用いて形成されている場合は、次式を用いても良い。すなわち、射出面4bは図4に示すように、点光源の位置(LEDチップ3の中心位置)を原点とし、入射面4aの球心Aの位置座標をA(Xa,Za)とし、射出面4bにおける1つの球面の球心Bの位置座標をB(Xb,Zb)とし、当該射出面4bの半径をrbとし、レンズ部4を形成する媒質の屈折率をnとしたときに、次式(4)を満たすことが好ましい。なお、射出面4bが2以上の球面を有する場合は、各球面の球心が、次式(4)を満たすことが好ましい。
In particular, when the
上記式(4)は、次のようにして導き出すことができる。すなわち、図4に示すように、LEDチップ3からの光が、C点から射出するとした場合、球心A及びC点を結ぶ線分ACと、球心A及び球心Bを結ぶ線分ABとのなす角をθ1とし、線分ACと、球心B及びC点を結ぶ線分BCとのなす角をθ2とし、射出面4bの半径をrbとし、球心Aと球心Bとの距離をバー付きのABとしたとき、正弦定理により、次式(5)が導き出される。
The above equation (4) can be derived as follows. That is, as shown in FIG. 4, when the light from the
また、スネルの法則により、次式(6)が成り立つ。なお、式(6)中、1は全反射を示す。 Further, the following equation (6) holds according to Snell's law. In the formula (6), 1 indicates total reflection.
そして、式(5)に式(6)を代入した計算式に、更に式(7)に示すバー付きABを代入することにより、前出の式(4)が導き出される。 Then, the above formula (4) is derived by substituting AB with a bar shown in formula (7) into the calculation formula in which formula (6) is substituted into formula (5).
本実施形態による照明装置10は以上のように構成されており、LEDチップ3に駆動電圧が印加されることにより、LEDチップ3が発光し、LEDチップ3からの光がレンズ部4を通って外部に射出する。その際に、レンズ部4の負レンズ機能を有する入射面4a(球面)に入射した光が拡散し、この拡散した光は正レンズ機能を有する射出面4b(コーニック面)により集光され、所望の配光特性が得られた状態で外部に射出される。このように所望の配光特性が得られるため、信号機やセンサ一等に有用な照明装置10が得られる。
The
〔第1実施例〕
以下、本発明の実施例を、添付図面に基づいて説明する。図1〜図4は、第1実施例に係る照明装置10の構成を示す図である。第1実施例の照明装置10は、パッケージ基板2と、光源3と、レンズ部4とからなる照明部1から構成され、レンズ部4は、負レンズ機能を有する入射面4aと、正レンズ機能を有する射出面4bとから構成される。入射面4aの曲率半径はr=1.8mmであり、射出面4bの長半径はa=3.3mm、短半径はb=3.3mmの球面である。また、入射面4aの球心Aの位置は光源3の中心位置とし、射出面4bの中心Bの位置は、図2に示すように、光源3の中心からX′方向に1mm、Y′方向に−1mm移動したものである。なお、球心A、中心Bともに、Z方向の座標は同一である。このように第1実施例及び以降の実施例では、射出面4bの中心BのZ方向の座標は、入射面4aの球心Aと同一であるが、必ずしも同一である必要はなく、中心Bと球心AとのZ方向の座標とが互いに異なってもよい。ただし、中心Bは、入射面4aの球面を含む球の空間内に位置することが好ましい。
[First embodiment]
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. 1-4 is a figure which shows the structure of the illuminating
第1実施例における、レンズ部4から射出された光束のX′方向及びY′方向での放射角度特性のシミュレーション結果を図5に示す。第1実施例では、光源3として表面実装型パッケージLEDを用いている。この表面実装型パッケージLEDのX′方向及びY′方向での放射角度特性を図6に示す。また、レンズ部4として屈折率がn=1.525の材料を用いている。なお、0(deg)は光軸方向(Z軸方向)であり、以下、放射角度特性を示す図においては同様である。
FIG. 5 shows a simulation result of the radiation angle characteristic in the X ′ direction and the Y ′ direction of the light beam emitted from the lens unit 4 in the first embodiment. In the first embodiment, a surface mount package LED is used as the
以上の数値を前出の式(1)または(4)に代入することにより、この条件では全反射は起きないことがわかる。また、図6の表面実装型パッケージLEDの放射角度特性と比較して、第1実施例の照明装置10では、図5に示すように、レンズ部4の射出面4bから、X′方向に45度、Y′方向に−45度の方向となる配光特性で光束を射出することができる。
By substituting the above numerical values into the above formula (1) or (4), it is understood that total reflection does not occur under this condition. Compared with the radiation angle characteristics of the surface-mount package LED of FIG. 6, in the
〔第2実施例〕
図7に、第2実施例に係る照明装置10の構成を示す。この図7に示す照明装置10は、第1実施例における照明部1を複数個、アレイ状に配置して構成されている。第2実施例における、レンズ部4から射出された光束のX′方向及びY′方向における放射角度特性のシミュレーション結果を図8に示す。このように配置することにより、第2実施例では、第1実施例で得られたような配光特性を維持しつつ、放射強度を上げることも可能である。
[Second Embodiment]
In FIG. 7, the structure of the illuminating
〔第3実施例〕
図9及び図10に、第3実施例に係る照明装置10の構成を示す。この照明装置10は、レンズ部4の射出面11(11a〜11c)の形状が変更された以外は、第1実施例の照明装置10と同様の構成である。第3実施例では、光軸に対して射出面11を対称な配置にすることにより、光軸に対して垂直な面に対して均一に照明させたい場合に有効である。
[Third embodiment]
9 and 10 show the configuration of the
この第3実施例のレンズ部4の射出面11は、正レンズ機能を有する球面状の2つの射出面11a,11bと、当該射出面11a,11bを滑らかに連結するために、これらの間に挿入した半円柱形状の射出面11cとから形成されている。射出面11a及び射出面11bの中心B,B′の位置は、光軸(図10のZ方向)に対して対称であり、曲率半径は同一である。このような構成とすることにより、第3実施例の照明装置10は、後述するように、光軸に対して対称な配光特性を得ることができる。また、射出面11cを挿入する目的は、製造上作り易くするために設けたものである。
The
この第3実施例における照明装置10を具体的に説明する。この照明装置10において、入射面4aの曲率半径はr=1.8mmであり、射出面11aの長半径はa=3mm、短半径はb=3mmの球面であり、射出面11bの長半径はa=3mm、短半径はb=3mmの球面である。入射面4aの球心Aは、光源3の中心位置としている。また、射出面11aの中心Bは光源3からX′方向に−0.5mm、Y′方向に0mmの位置とし、射出面11bの中心Bの位置は光源3からX′方向に0.5mm、Y′方向に0mmの位置としている。また、射出面11cは、射出面11aと射出面11bのコーニック面が滑らかに連結するよう挿入されたものである。ここで用いた光源3は、第1実施例と同様の表面実装型パッケージLEDである。また、レンズ部4の媒質の屈折率は、第1実施例と同様にn=1.525である。
The illuminating
この第3実施例における、レンズ部4から射出された光束のX′方向及びY′方向での放射角度特性のシミュレーション結果を図11に示す。また、射出面11a,11bに対して以上の数値を前出の式(1)または(4)に代入することにより、この条件では全反射は起きないことがわかる。このように、第3実施例の照明装置10では、光軸に対して垂直な面に対して均一に照明するのに適した配光特性が得られる。すなわち、レンズ部4の射出面11aからX′方向に−30度、Y′方向に0度の方向となる光束を、射出面11bからX′方向に30度、Y′方向に0度の方向となる光束を、光軸に対して対照的な強度分布で射出することができる。
FIG. 11 shows a simulation result of the radiation angle characteristics in the X ′ direction and the Y ′ direction of the light beam emitted from the lens unit 4 in the third embodiment. Further, by substituting the above numerical values for the exit surfaces 11a and 11b into the above formula (1) or (4), it is understood that total reflection does not occur under this condition. Thus, in the illuminating
〔第4実施例〕
図12は、第4実施例に係る照明装置10の構成を示す図である。この図12に示す照明装置10は、第3実施例における照明部1を複数個、アレイ状に配置して構成されている。この第4実施例における、レンズ部4から射出された光束のX′方向及びY′方向における放射角度特性のシミュレーション結果を図13に示す。このように配置することにより、第4実施例では、第3実施例で得られたような配光特性を維持しつつ、放射強度を上げることも可能である。
[Fourth embodiment]
FIG. 12 is a diagram illustrating a configuration of the
〔第5実施例〕
図14及び図15に、第5実施例に係る照明装置10の構成を示す。この照明装置10は、レンズ部4の射出面12(12a〜12c)の形状が変更された以外は、第1実施の照明装置10と同様の構成である。この第5実施例では、光軸に対して射出面12を非対称な配置とすることにより、ストロボのように配光特性に偏りを持たせたい場合、また、光軸に対して傾きがある面に対しても均一に照明させたい場合等に有効である。
[Fifth embodiment]
14 and 15 show the configuration of the
第5実施例のレンズ部4の射出面12は正レンズ機能を有する球面状の2つの射出面12a,12bと、当該射出面12a,12bを滑らかに連結するために、これらの間に挿入した半円錐台形状の射出面12cとから形成されている。射出面12aと射出面12bの中心B,B′の位置及び曲率半径をそれぞれ異なる位置及び長さとすることにより、配光特性および放射強度値を変えることが可能である。また、射出面12cを挿入する目的は第3実施例と同様に、製造上作り易くするために設けたものである。
The
この第5実施例における照明装置10を具体的に説明する。この照明装置10において、入射面4aの曲率半径はr=1.8mmであり、射出面12aの長半径はa=3mm、短半径はb=3mmの球面であり、射出面12bの長半径はa=3.3mm、短半径はb=3.3mmの球面である。入射面4aの球心Aは、光源3の中心位置としている。また、射出面12aの中心Bは光源3からX′方向に−0.5mm、Y′方向に0mmの位置とし、射出面12bの中心B′の位置は光源3からX′方向に1.2mm、Y′方向に0mmの位置としている。また、射出面12cは射出面12aと射出面12bのコーニック面が滑らかに連結されるように挿入したものである。ここで用いた光源3は、第1実施例と同様の表面実装型パッケージLEDである。また、レンズ部4の媒質の屈折率は、第1実施例と同様にn=1.525である。
The illuminating
第5実施例における、レンズ部4から射出された光束のX′方向及びY′方向での放射角度特性のシミュレーション結果を図16に示す。また、射出面12a,12bに対して以上の数値を前出の式(1)または(4)に代入することにより、この条件では全反射は起きないことがわかる。このように、第5実施例の照明装置10では、ストロボのように配光特性に偏りを持たせたい場合や、光軸に対して傾きがある面に対して均一に照明するのに適した配光特性が得られる。すなわち、レンズ部4の射出面12aからX′方向に−45度、Y′方向に0度の方向となる光束を、射出面12bからX′方向に45度、Y′方向に0度の方向となる光束を、光軸に対して非対照的な強度分布で射出することができる。
FIG. 16 shows a simulation result of the radiation angle characteristics in the X ′ direction and the Y ′ direction of the light beam emitted from the lens unit 4 in the fifth example. Further, by substituting the above numerical values for the exit surfaces 12a and 12b into the above formula (1) or (4), it is understood that total reflection does not occur under this condition. As described above, the
〔第6実施例〕
図17に、第6実施例に係る照明装置10の構成を示す。この照明装置10は、第5実施例における照明部1を複数個、アレイ状に配置して構成されている。また、第6実施例における、レンズ部4から射出された光束のX′方向及びY′方向における放射角度特性のシミュレーション結果を図18に示す。このように配置することにより、第6実施例では、第5実施例で得られたような配光特性を維持しつつ、放射強度を上げることも可能である。
[Sixth embodiment]
In FIG. 17, the structure of the illuminating
〔第7実施例〕
図19及び図20に、第7実施例に係る照明装置10の構成を示す。この照明装置10は、レンズ部4の射出面13(13a〜13c)の形状が変更された以外は、第1実施例の照明装置10と同様の構成である。この第7実施例では、第5実施例同様、光軸に対して射出面13を非対称な配置とすることにより、ストロボのような配光特性に偏りを持たせたい場合、また、光軸に対して傾きがある面に対しても均一に照明させたい場合等に有効である。なお、第7実施例と第5実施例との違いは射出面の形状が球面同士ではなく非球面同士で形成されていることである。射出面の形状を球面から非球面にすることにより形状を滑らかにすることができ、製造をより容易にすることができるメリットがある。
[Seventh embodiment]
19 and 20 show the configuration of the
第7実施例のレンズ部4の射出面13は、正レンズ機能を有するコーニック面状の2つの射出面13a,13bと、当該射出面13a,13bを滑らかに連結するために、これらの間に挿入した半円錐台形状の射出面13cとから形成されている。また、射出面13cを挿入する目的は第3実施例と同様に、製造上作り易くするために設けたものである。
The
この第7実施例における照明装置10を具体的に説明する。この照明装置10において、入射面4aの曲率半径はr=1.8mmであり、射出面13aの長半径はa=4.1mm,短半径はb=4mmであり、射出面13bの長半径はa=5.4mm,短半径はb=4mmである。入射面4aの球心Aは、光源3の中心位置としている。また、射出面13aの中心Dは光源3からX′方向に−0.9mm、Y′方向に0mm、Z方向に−0.7mmの位置とし、射出面13bの中心D′の位置は光源3からX′方向に−0.4mm、Y′方向に0mm、Z方向に−0.9mmの位置としている。また、射出面13cは射出面13aと射出面13bの球面が滑らかに連結されるように挿入したものである。ここで用いた光源3は、第1実施例と同様の表面実装型パッケージLEDである。また、レンズ部4の媒質の屈折率は、第1実施例と同様にn=1.525である。
The illuminating
第7実施例における、レンズ部4から射出された光束のX′方向及びY′方向での放射角度特性のシミュレーション結果を図21に示す。また、射出面13a,13bに対して以上の数値を前出の式(1)に代入することにより、この条件では全反射は起きないことが分かる。このように、第7実施例の照明装置10では、ストロボのように配光特性に偏りを持たせたい場合や、光軸に対して傾きがある面に対して均一に照明するのに適した配光特性が得られる。すなわち、レンズ部4の射出面13aからX′方向に−30度、Y′方向に0度の方向となる光束を、射出面13bからX′方向に45度、Y′方向に0度の方向となる光束を、光軸に対して非対照的な強度分布で射出することができる。
FIG. 21 shows a simulation result of the radiation angle characteristics in the X ′ direction and the Y ′ direction of the light beam emitted from the lens unit 4 in the seventh example. Further, by substituting the above numerical values for the exit surfaces 13a and 13b into the above equation (1), it is understood that total reflection does not occur under this condition. As described above, the
〔第8実施例〕
図22に、第8実施例に係る照明装置10の構成を示す。この照明装置10は、第7実施例における照明部1を複数個、アレイ状に配置して構成されている。第8実施例における、レンズ部4から射出された光束のX′方向及びY′方向における放射角度特性のシミュレーション結果を図23に示す。このように配置することにより、第8実施例では、第7実施例で得られたような配光特性を維持しつつ、放射強度を上げることも可能である。
[Eighth embodiment]
In FIG. 22, the structure of the illuminating
1 照明部 2 パッケージ基板 3 光源 4 レンズ部 4a 入射面
4b,11a,11b,11c,12a,12b,12c,13a,13b,13c 射出面
10 照明装置
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記レンズ部は、
前記光源側に位置し、少なくとも一部が、前記光源の中心に球心が位置する球面として形成された入射面と、
前記入射面を挟んで前記光源と反対側に位置し、少なくとも一部が、前記入射面の球心位置とは異なる位置を中心とする少なくとも1つ以上のコーニック面として形成された凸面である射出面と、を有し、
前記射出面の各コーニック面が、前記光源の中心位置を原点とし、前記光源の載置面に対して水平方向で、かつ、当該射出面の中心と前記入射面の球心とを含む前記光源の載置面に対して垂直な面に平行な方向をX方向とし、前記載置面に対して法線方向をZ方向とし、前記入射面の球心の位置座標をA(Xa,Za)とし、前記射出面上の任意の位置座標C(Xc,Zc)を接点とする接線に対して垂直な線と位置座標Aを通る任意の直線との交点の位置座標をD(Xd,Zd)とし、前記射出面の中心の位置座標をB(Xb,Zb)、前記コーニック面の長半径をa、短半径をbとし、前記射出面の中心を通る直線とX軸とのなす角度をθとし、前記レンズ部の媒質の屈折率をnとしたときに、次式
The lens part is
An incident surface located on the light source side, at least a part of which is formed as a spherical surface with a spherical center located at the center of the light source;
An exit which is located on the opposite side of the light source across the incident surface, and at least a part of which is a convex surface formed as at least one conic surface centered at a position different from the spherical center position of the incident surface. and the surface, the possess,
Each of the conic surfaces of the exit surface has the center position of the light source as an origin, is horizontal with respect to the mounting surface of the light source, and includes the center of the exit surface and the center of the entrance surface The direction parallel to the surface perpendicular to the placement surface is the X direction, the normal direction to the placement surface is the Z direction, and the position coordinates of the sphere center of the incident surface are A (Xa, Za). And D (Xd, Zd) is the position coordinate of the intersection of a line perpendicular to the tangent line with the arbitrary position coordinate C (Xc, Zc) on the exit surface as a contact point and an arbitrary straight line passing through the position coordinate A. The position coordinate of the center of the exit surface is B (Xb, Zb), the major radius of the conic surface is a, the minor radius is b, and the angle between the straight line passing through the center of the exit surface and the X axis is θ When the refractive index of the medium of the lens unit is n, the following formula
前記レンズ部は、
前記光源側に位置し、少なくとも一部が、前記光源の中心に球心が位置する球面として形成された入射面と、
前記入射面を挟んで前記光源と反対側に位置し、少なくとも一部が、前記入射面の球心位置とは異なる位置を中心とする少なくとも1つ以上のコーニック面として形成された射出面と、を有し、
前記射出面の形状が球面であった場合、前記光源の中心位置を原点とし、前記光源の載置面に対して水平方向で、かつ、当該射出面の球心と前記入射面の球心とを含む前記光源の載置面に対して垂直な面に平行な方向をX方向とし、前記載置面に対して法線方向をZ方向とし、前記入射面の球心の位置座標をA(Xa,Za)とし、前記射出面の球面の球心の位置座標をB(Xb,Zb)とし、前記射出面の球面の半径をrbとし、前記レンズ部の媒質の屈折率をnとしたときに、次式
The lens part is
An incident surface located on the light source side, at least a part of which is formed as a spherical surface with a spherical center located at the center of the light source;
An exit surface located on the opposite side of the light source across the entrance surface, at least a portion of which is formed as at least one conic surface centered on a position different from the spherical center of the entrance surface; I have a,
When the shape of the exit surface is a spherical surface, the center position of the light source is the origin, the direction is horizontal to the mounting surface of the light source, and the center of the exit surface and the center of the entrance surface The direction parallel to the plane perpendicular to the mounting surface of the light source including X direction is the X direction, the normal direction to the mounting surface is the Z direction, and the position coordinates of the spherical center of the incident surface are A ( Xa, Za), where the position coordinate of the spherical surface of the spherical surface of the exit surface is B (Xb, Zb), the radius of the spherical surface of the exit surface is rb, and the refractive index of the medium of the lens unit is n And the following formula
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