CN101238325B - 光照射装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种能扩大或缩小调整光照射区域，并能无损耗地将LED元件发出的几乎所有的光引向光照射区域的光照射装置。该装置包括：LED元件(11)；以及使该LED元件(11)发出的光通过从顶端面(21)射出的光学单元(2)，还包括：将LED元件(11)保持于顶端面的元件保持体(1A)；以及沿光轴(C)方向调整所述光学单元(2)相对于LED元件(11)的相对位置用的位置调整机构，利用该位置调整机构使所述光学单元(2)相对于LED元件在接近位置(P1)和分开位置(P2)之间(11)相对移动，所述接近位置(P1)为所述元件保持体(1A)的一部分或全部收容于所述光学单元(2)的基端凹部(25)的位置，所述分开位置(P2)为几乎全部元件保持体(1A)露出于基端凹部(25)且该元件保持体(1A)的顶端面和光学单元(2)的基端面(22)呈大致相同高度的位置。

Description

光照射装置
技术领域
本发明涉及将LED作为光源的光照射装置，该光照射装置适合于用作产品检查、植物培育、或展示品(绘画、食品等)用的点光源照明。
背景技术
近来，随着被称为功率LED的高亮度LED、蓝色LED等的研发，LED的用途在不断扩大。例如，作为用于产品探伤、标记读取的产品检查用点光源照射装置，以前都采用以卤素灯为光源的装置，但最近，不断研发出将寿命、发光强度稳定性、快速响应性、效率等各方面俱佳的LED作为光源的装置。再由于LED释放的热量少、控制性能较佳，所以新近作为植物培育用的光源备受人们的关注。
而另一方面，为了无损耗地将LED发出的光引向前方，正在研发如以下专利文献1、2所述的光学单元。
专利文献1的光学单元(又称为光学耦合器)用于尽量无损耗地将LED元件射出的光引向透明棒等光导管，主要应用于牙科医疗上。这种光学耦合器具有透明的实心碗状的主体，在该主体的基端面上开设凹部。而从设在所述凹部内的LED元件发出的光在主体的弯曲侧面上全反射，或直接从主体的顶端面射出。其结构做成，主体的顶端面呈平面，使该顶端面与光导管的光导入面贴紧连接，从LED元件射出的几乎所有的光都导入光导管。
专利文献2所述的光学单元(又称为透镜体)具有中央棱镜部和外圈棱镜部，利用透镜体接受所有LED元件发出的光并将光投向规定方向。
但是，若将这种光学单元安装在点光源照射装置内，虽然能进一步提高点光源照射效率，但前述的装置都只注重于将LED元件发出的光投向前方的效率上，不可改变LED元件和光学单元之间的距离、不能调整光照射区域的大小。
专利文献1：专利公开2003-227974号公报
专利文献2：专利公开2002-43629号公报
发明内容
本发明提供一种光照射装置，该装置能适合于点光源照明等需要，能扩大或缩小光照射区域，而且将LED元件发出的几乎所有的光无损耗地引向光照射区域，以此作为本申请主要的、欲解决的课题。
本发明涉及的光照射装置，其特点在于，具有：LED元件；以及使该LED元件发出的光通过其内部从顶端面射出的具有透光性的一体型的光学单元，所述光学单元形成以从LED元件射出的光的光轴为中心的旋转体形状，在其基端面的中央部分开设收容所述LED元件的基端凹部，同时在其侧面形成将LED元件发出的光大致全反射的反射面，
还包括：将LED元件保持于顶端面的元件保持体；以及沿光轴方向调整所述光学单元和LED元件间相对位置用的位置调整机构，该位置调整机构能使所述光学单元相对LED元件在接近位置和分开位置间相对移动，所述接近位置为所述基端凹部收容部分或全部所述元件保持体的位置，所述分开位置为几乎整个元件保持体从基端的凹部露出且该元件保持体的顶端面和光学单元的基端面呈大致相同高度的位置。
若是这样的装置，则由于能利用位置调整机构扩大或缩小光照射区域，所以非常适合于用作根据作业需要扩大或缩小照射光区域的产品检查、照射对象物生长而改变大小的植物培育的装置。
而且，虽然通过位置调整机构LED元件要向某个位置移动，但由于光学单元的反射面必定位于LED元件的侧面，所以，最大也能可靠地反射在离开光轴±90度的范围内出现的LED元件发出的光而有效地加以使用。
为了用简单的构成实现所述位置调整机构，最好位置调整机构的结构为所述元件保持体和基端的凹部在和所述光轴垂直的方向上几乎无松动地配合，而且能沿光轴方向滑动。
作为一种具体的实施方式，可以列举出所述LED元件能连续流过大于等于200mA的电流的超高亮度类型的元件。
在力求使光学单元小型化的同时，划分光学单元反射面反射的光和其以外的光的通过区域，为便于光学设计，所述光学单元在中央部有中央折射部，将LED元件发出的光中在所述反射面全反射的几乎所有的光使其不通过所述中央折射部而射出，同时，将除此以外的几乎所有的光使其通过中央折射部而射出。
特别是作为一种适合聚光型点光源照明的装置，可以举出以下的例子，即其结构做成，所述光学单元在其顶端面中央部形成中央凸透镜部，同时在该中央凸透镜部的周围顶端面上形成不同曲率的环形凸透镜部，在侧面上形成作为反射面的弯曲鼓出面，将所述LED元件射出的光中通过所述基端的凹部侧面的几乎所有的光在所述弯曲鼓出面上全反射，通过所述环形凸透镜部作为互相集聚的光向外部射出，而另一方面，通过所述中央凸透镜部将通过所述凹部的底面的几乎所有的光作为互相集聚的光向外部射出。
在这种构成上，如在所述基端的凹部底面上预先形成凸透镜部，则能减小中央凸透镜部的折射率，就能容易地做出合理的光学设计。
作为一种适用于植物培育等扩散型点光源照明的装置，最好其结构做成，所述光学单元在其顶端面中央部开设顶端凹部，同时在其顶端凹部的周围顶端面上形成环形凹透镜部，在侧面上形成用作反射面的弯曲鼓出面，将所述LED元件射出的光中通过所述顶端凹部的几乎所有的光作为不让其通过所述凹透镜部向外扩散的光向外部射出，而另一方面，将不通过所述顶端凹部的几乎所有的光在所述弯曲鼓出面处全反射作为让其通过所述凹透镜部向外扩散的光向外部射出。
在这种构成中，若在所述顶端凹部的底部预先形成中央凸透镜部，则亦能容易地做出合理的光学设计。还有，所谓的透镜部或透镜系指具有除了通常的透镜外包括菲涅耳透镜等在内的透镜效果的透镜。
作为一种对于所述功率LED元件理想的形态，可以举出以下的例子，即，所述元件保持体具有：主体部；以及设置在该主体部上的具有导电性的凸缘部，所述凸出部上利用金-锡合金与所述LED元件接合，同时将所述凸缘部焊在所述主体部上进行接合。
最好所述主体部从顶端面开始按照配线层、绝缘层、传热层的次序做成层叠结构，所述凸缘部具有位于所述LED元件的热膨胀系数和所述传热层的热膨胀系数之间的热膨胀系数。
另外，本发明的光照射装置包括：LED元件；做成以从所述LED元件射出的光的光轴为中心末端扩大的旋转体形状，该LED元件发出的光通过其内部从顶端面射出的具有透光性的实心的光学单元；以及配置于该光学单元的更顶端侧的凹透镜，所述光学单元为在其侧面上形成将LED元件发出的光大致全反射的反射面，还包括能改变地设定所述凹透镜和光学单元的沿光轴方向的分开距离用的位置调整机构。
更具体为，最好所述光学单元的结构做成，在其基端面的中央部分上开设能收容所述LED元件的基端凹部，在其顶端面，在其中央部形成中央凸透镜部，同时还在周围形成曲率不同于所述中央凸透镜部的环形凸透镜部，在其侧面形成将LED元件发出的光大致全反射的反射面即弯曲鼓出面，将所述LED元件射出的光中通过所述基端凹部侧面的几乎所有的光在所述弯曲鼓出面上全反射，通过所述环形凸透镜部作为互相集聚的光向外部射出，而另一方面，通过所述中央凸透镜部将通过所述凹部底面的几乎所有的光作为互相集聚的光向外部射出。
因为是这样的结构，所以能同时满足扩大或缩小光照射区域和有效使用光这两点，所以能获得与上述同样的效果，用于产品检查、植物培育等尤为理想。另外，位置调整用的可变范围拓宽，由此微调也变得容易。
在考虑到植物培育、植物照亮等情况时，需要能对较大的范围进行照射的装置。为此，最好装置包括：多个并排设置的LED；分别与这些LED对应的多个光学单元；以及与这些光学单元对应的多片凹透镜，所述位置调整机构能同时一起改变各凹透镜和各光学单元间的分开距离。
作为一种理想的位置调整机构的形态，可以举出以下的例子，即所述位置调整机构使凹透镜相对于光学单元在光学单元射出的光的直径为最小的位置或其附近位置即分开位置、和设定在较该分开位置更近光学单元侧的接近位置之间相对移动。
在所述分开位置，光学单元射出的光的直径几乎为最小，凹透镜中心附近的曲率较小，光聚集于折射能量变成最小的范围，此后几乎不受折射的影响通过凹透镜而进行交叉，成为最扩散的光。因而，凹透镜中央附近的形状可以是平的等厚的形状，或者也可以在其中央附近形成贯穿孔。尤其是当形成贯穿孔时，如上所述能抑制光最扩散且照度变小的分开位置处的光的衰减，其效果相当显著。
具体为在所述凹透镜的中央设置贯穿孔或等厚部，只要设定成在所述分开位置上使光学单元发出的几乎所有的光通过该贯穿孔就行。
在欲尽可能地减少中央凸透镜部发出的光的强度损耗时、或不需要凹透镜的控制时，在所述凹透镜的中央设置贯穿孔或等厚部，只要设定成至少所述中央凸透镜部发出的几乎所有的光通过所述贯穿孔或等厚部就行。
在一个光学单元上使发光颜色不同的多个LED元件汇集在一起安装、或具有多个光学单元的情况下，可以使与各光学单元对应的LED元件的颜色不同，根据照明对象改变LED元件的发光强度比率，例如，能多阶段地调整照明颜色。若是这样的装置，即使是相同的白色，根据照明对象使颜色作若干变化成无机质的白色和暖色调的白色等，能根据照明对象进行最合适的照明，作为一种点光源照明器材尤为适宜。
发明效果
如上所述，根据本申请能提供一种光照射装置，该装置能扩大或缩小光照射区域，而且能使LED元件发出的几乎所有的光无损耗地引向光照射区域。
附图说明
图1为分别地表示本发明实施方式1的LED组件及光学单元的立体图。
图2为主要表示实施方式1的光学单元内部结构的中央纵断面图。
图3为表示实施方式1的LED组件的放大断面图。
图4为实施方式1的基板的俯视图。
图5为在实施方式1中将光学单元设在接近位置时的光线图。
图6为在实施方式1中将光学单元设在接近位置时的照度分布图。
图7为在实施方式1中将光学单元设在分开位置时的光线图。
图8为在实施方式1中将光学单元设在分开位置时的照度分布图。
图9为表示本发明实施方式2的光照射装置的中央纵断面图。
图10为表示实施方式2的光照射装置的立体图。
图11为在实施方式2中将凹透镜设在分开位置时的光线图。
图12为在实施方式2中将凹透镜设在接近位置时的光线图。
图13为表示本发明实施方式3的光照射装置的中央纵断面图。
图14为表示实施方式3的光照射装置的俯视图。
图15为表示本发明实施方式4的光照射装置的中央纵断面图。
图16为表示实施方式4的光照射装置的俯视图。
图17为表示实施方式4的光照射装置的侧视图。
图18为表示实施方式4的光照射装置的仰视图。
图19为表示本发明其它实施方式的光学单元的中央纵断面图。
图20为表示本发明其它实施方式的光学单元的中央纵断面图。
图21为表示本发明其它实施方式的凹透镜，并将该凹透镜设在分开位置时的光线图。
图22为在同上实施方式中将凹透镜设在接近位置时的光线图。
标号说明
11…LED元件
1A…元件保持体
2…光学单元
21…顶端面
21a…中央凸透镜部
21b…环形凸透镜部
21c…顶端凹部
21d…环形透镜部
22…基端面
25…基端的凹部
26…弯曲鼓出面
71…凹透镜
9…位置调整机构
P1、P3…接近位置
P2、P4…分开位置
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。
实施方式1
本实施方式的光照射装置如图1、图2所示，包括：具有作为光源的LED元件11的LED组件1；接受自所述LED元件11射出的光，再从顶端面21射出的光学单元2；以及收容保持这些LED组件1及光学单元2的图中未示出的外壳。
以下对各部分进行具体阐述。LED组件1具有：元件保持体1A；和保持于该元件保持体1A的顶端面1A1上的LED元件11，并固定于前述的外壳上。
元件保持体1A如图3及图4所示，具有呈等厚板状的主体部1A2和设置于该主体部1A2上的凸出部即固定件1A3，安装在配线基板4上。主体部1A2例如俯视呈近似圆形有规定厚度，从顶端面开始按照配线层S1、绝缘层S2、传热层S3的次序形成层叠结构。配线层S1为在铜箔上镀金(银)而成的数μm薄薄的一层，由正负一对的配线图案S1(1)、S1(2)组成，各图案与各所述LED元件11的P层及N层连接。绝缘层S2是以聚酰亚胺树脂、环氧树脂等为原材料的数十μm薄薄的一层。传热层S3以铝为原材料，与所述配线层S1、绝缘层S2相比十分厚，将LED元件11所释放的热量传递给例如图中未示出的外壳。还有标号S5为在该元件保持体1A厚度方向上贯穿的通孔，用于使所述配线图案S1(1)、S1(2)和配线基板4导通。
固定件1A3为俯视面积大于LED元件11的例如将铜作为原材料的有导电性的块状体，在主体部1A2的中央，用第1接合材料例如膏状钎焊料与配线图案S1(1)接合。
LED元件11例如为能连续地流过大于等于200mA电流的被称为所谓功率LED的表面安装型元件，是做成PN接合结构、在一片半导体层(例如P层)的底面上设置极薄的(数十μm)另一片的半导体层(例如N层)的元件。通常LED元件其P层和N层间的边界部分KB发光，并在该部分KB产生发热，但该LED元件11比普通的LED元件功耗大、发热多，所以为了有效地散热，与普通的LED元件相反，将靠近所述边界部分KB的面即本实施方式中的底面TM作为接合面，利用不同于第1接合材料、表面张力更小的第2接合剂即金-锡合金将该接合面与所述固定件1A3的顶端面中央贴紧接合。还有标号27是为了保护LED元件11而安装的半球形的透明实心树脂罩。
光学单元2如图2所示，具有：形成为随着从其基端面22向顶端面21断面积渐渐扩大的呈旋转体形状的实心透明的主体23；以及一体地设置于该主体23的顶端面21外圆周的凸缘部24。
在主体23的基端面22上开设有用于收容所述LED元件11的凹部25(以下称为基端的凹部)。该基端的凹部25其断面做成圆形，具有和所述元件保持体1A(更具体为其主体1A2)的外径大致相同的直径。而且，将其底面25a做成向所述基端面22侧鼓出的凸透镜形状。而另一方面，在该主体23的顶端面21上通过使其中央部鼓出从而形成中央凸透镜部21a，同时在其周围形成曲率不同于中央凸透镜部21a的环形凸透镜部21b。在该环形凸透镜部21b的外侧21b1连续地设置有所述凸缘部24。另外，在所述主体23的侧面23a上设置有从基端22开始及至凸缘部24断面轮廓呈抛物线的反射面即弯曲鼓出面26。
但是，LED元件实际上具有某种程度大小的面积，是一种面发光元件，但在本实施方式中，尤其是如图5、图7所示，其结构设计成，从LED元件11的表面发出的光中，通过凹部25的侧面25b的几乎所有的光到达所述弯曲鼓出面26，在那里全反射通过所述环形凸透镜部21b作为朝着光轴C互相集聚的光向外射出。而另一方面，从所述LED元件11射出的光中，通过凹部25的底面25a的几乎所有的光通过所述中央凸透镜部21a也作为朝着光轴C互相集聚的光向外射出。
还有，实际上还存在极少量的光不通过设计预定的路径，而是通过不同于上述的路径，例如在弯曲鼓出面26处反射，通过中央凸透镜部21a向外侧扩展而去的路径。
但是，本实施方式中，还设置有沿光轴C方向调整相对于所述光学单元2的LED元件11的相对位置用的位置调整机构。
该位置调整机构使所述光学单元2相对于LED元件11在接近位置P1(图5所示)和分开位置P2(图7所示)之间移动，所述接近位置P1为整个所述元件保持体1A收容在该基端的凹部25内的位置，所述分开位置P2为元件保持体1A几乎全部从基端的凹部25露出、该元件保持体1A的顶端面1A1和光学单元2的基端面22为近似相同高度的位置。
具体为，该位置调整机构具有使光学单元2的中心轴C和LED元件11的光轴C一致的定位部31；以及边保持该定位状态边使光学单元2沿光轴C方向前进或后退的前进后退部。定位部31通过使所述元件保持体1A(更准确地表述为主体部1A2)的外周与基端的凹部25的内周之间几乎无松动地配合而形成，所以并不妨碍光学单元2沿光轴C方向移动。前进后退部虽然图中未示出，但靠外力能使光学单元2在所述接近位置P1和分开位置P2间的范围内移动，形成于外壳和光学单元2之间。
在这种构成中，在将光学单元2位置定位于所述接近位置P1的情况下，如图5、图6所示，在离开LED元件11规定距离的面M1上光照射区域的面积变大、且单位面积的照度降低(更准确地表述为大于等于一定照度的区域变大)，在将光学单元2位置定位于所述分开位置P2的情况下，如图7、图8所示，在离开LED元件11规定距离的面M1上光照射区域的面积变小、且单位面积的照度升高(更准确地表述为大于等于一定照度的区域变小)。
因而，根据本实施方式，非常适合于需要扩大或缩小光照射区域的产品检查用点光源照明，另外，作为一种照射对象物生长大小不断变化的植物培育用的装置也很理想。
而且，由于无论在何种情况下，LED元件11始终在基端的凹部25内，弯曲鼓出面26定位于其侧面，所以LED元件11发出的几乎所有的光(从光轴C开始在±90度的范围内发出的几乎所有的光)通过环形凸透镜部21b乃至中央凸透镜部21a，向前方射出，从而能使效率大幅度地提高。
还有，也可以做成将光学单元2固定，使LED元件11移动。
实施方式2
以下，参照附图对本发明的实施方式2进行说明。还有，与所述实施方式1的构件对应的构件上标注相同的标号。
本实施方式的光照射装置如图9、图10所示，具有：基体5；支承于该基体5的多个光照射部件6及相同数量的凹透镜71；以及设定所述光照射部件6及凹透镜71间距离用的位置调整机构9。
基体5为用厚的底板51将其一侧的端面封闭的大致圆筒形的金属体，底板51上设有散热片F，该散热片F与底板51做成一体。
光照射部件6具有：LED组件1；固定于该LED组件1的光学单元2，虽然是多个，但呈圆形、均等间隔地安装在配线基板4上。关于这些LED组件1及光学单元2由于与前述实施方式1相同，所以其说明省略。另外，光学单元2相对于LED组件1的安装状态也和前述实施方式的接近位置P1时的情况(示于图5)相同，光的射出路径亦相同。另一方面，所述配线基板4做成圆形，通过传热构件5A等保持于所述基体5的底板51上。还有，传热构件5A就设置于各光照射部件6的正下面。
凹透镜71离开光照射部件6的光照射侧进行配置，多个(和光学单元2相同数量)凹透镜71一体地形成于一个透镜保持体7上。该透镜保持体7包括：圆周状等间隔地一体形成多个凹透镜71的圆盘状的板形体75；以及从板形体75的边缘部垂直地竖起的侧壁体76。
位置调整机构9用来一起同时改变透镜保持体7的位置，即凹透镜71及光学单元2间的沿光轴C方向的相对离开距离，具有：能沿光轴C方向平行移动地支承透镜保持体7(凹透镜71)的滑动机构91；以及将由该滑动机构91移动的透镜保持体7(凹透镜71)固定在所需位置的固定机构92。
滑动机构91使构成透镜保持体的侧壁体76无松动且滑动自如地与基体5的侧周壁52的内周面配合，在和所述配线基板4平行且与中心轴一致的状态下，能沿光轴C方向前进后退移动地支承该透镜保持体7。还有，标号K1、K2为键槽和键，用于制止透镜保持体7的旋转，使各凹透镜71的光轴与各个对应的光照射部件6的光轴一致并使各凹透镜71滑移。
固定机构92设于透镜保持体7和基体5之间，具有：在光射出方向侧对透镜保持体7施加弹力的弹性体(螺旋弹簧)923；与透镜保持体7的边缘部卡合，通过在其与弹性体923之间的夹持来保持透镜保持体7的、具有内凸缘的圆筒状的卡合构件921；以及使该卡合件921沿光轴C方向前进或后退移动的螺旋进给机构922。螺旋进给机构922使分别设置在卡合构件921的内周和所述基体侧周壁52上的螺旋部螺合，通过使卡合构件921正反转来改变其高度，从而能将所述透镜保持体7固定于所要的位置。还有弹性体(螺旋弹簧)923在基体侧周壁52的内侧设置于包围光照射部件组外侧的位置。
该位置调整机构9所造成的透镜保持体7的可动范围如图11(a)、图12(a)所示，在光学单元2射出的光的直径成为最小的位置或较其稍向光学单元侧的位置即分开位置P4(光点直径最大)、和设定于较该分开位置P4更接近光学单元侧的接近位置P3(光点直径最小)之间。还有图11(b)、图12(b)示出远处的光照射区域的不同。
根据如此构成的本实施方式的光照射装置，既能扩大缩小光照射区域又能充分应用光的效率，所以非常适合用于产品检查或植物培育。另外，由于将多个LED组件1并排设置于平面上，所以能照射较宽的范围，尤其使用于植物培育、植物照亮等其效果相当显著。而且由于位置调整机构9能一起同时改变各凹透镜71和各光学单元2间的分开距离，所以与一个一个地调整相比，照射区域的调整工作更加方便。
实施方式3
以下，参照附图对本发明的实施方式3进行说明。还有，与所述实施方式1、2的构件对应的构件上标注相同的标号。
本实施方式的光照射装置如图13、图14所示，具有：基体5；支承于该基体5的多个光照射部件6及相同数量的凹透镜71；以及设定所述光照射部件6及凹透镜71间距离用的位置调整机构9。
基体5例如为具有传热及散热性能的金属圆板。
光照射部件6具有LED组件1、固定于该LED组件1的光学单元2，虽然是多个，但呈圆周状、等间隔地安装于1块配线基板4上。关于这些LED组件1及光学单元2，由于与前述实施方式1相同所以其说明省略。另外，光学单元2相对于LED组件1的安装形态和前述实施方式的接近位置P1时的情形(图5所示)相同，光的射出路径也相同。而另一方面，所述配线基板4做成圆形，通过传热构件5A等保持于所述基体5的底板51上。
凹透镜71离开光照射部件6的光照射侧进行配置，虽然多个(和光学单元2相同数量)，但保持于从所述基体5与光轴C方向平行地竖立设置的多根(例如4根)支柱911所支撑的例如圆盘状的透镜保持体7上。
透镜保持体7在其多个部位(本例中，等间隔放射状地设置6个)贯穿透镜配合孔72，凹透镜71嵌入该透镜配合孔72得以支承。在该例中，在该透镜配合孔72的侧面设置台阶部，凹透镜71使其边缘部一侧的面与前述台阶部抵接，同时利用透镜保持体7上所安装的环状压紧构件73，通过压紧边缘部另一侧的面而固定。各透镜配合孔72的位置设定成各自的中心轴分别与所述各光学单元2的光轴C一致。
位置调整机构9是使透镜保持体7的位置，即凹透镜71及光学单元2间的沿光轴C方向的相对分开距离一起同时改变的机构，由能沿光轴C方向平行移动地支承透镜保持体7(凹透镜71)的滑动机构91和将由该滑动机构91移动的透镜保持体7(凹透镜71)固定于所需位置的固定机构92所构成。
滑动机构91使前述各支柱911滑动自如地穿插设置于透镜保持体7边缘部的在厚度方向上贯穿的支柱穿插孔912，在和所述配线基板4平行且使中心轴一致的状态下，能沿光轴C方向前进或后退地支承该透镜保持体7。
固定机构92具有：与透镜保持体7的边缘部卡合的环形卡合构件921；以及使该卡合构件921沿光轴C方向前进或后退的螺旋进给机构922，通过使所述卡合构件921旋转而改变其高度，能将所述透镜保持体7固定于所需位置。本实施方式中，还设置对所述透镜保持体7朝着光照射方向施加力的弹性构件923，使透镜保持体7无松动地夹入所述卡合构件921和弹性构件923之间。弹性构件923为分别与各支柱911外圆配合的螺旋弹簧。
该位置调整机构9所造成的透镜保持体7的可动范围和前述实施方式2一样，其光线图也和图11、图12一样，故其相关的详细说明省略。
实施方式4
以下，参照附图对本发明的实施方式4进行说明。还有，与所述实施方式1、2、3的构件对应的构件上标注相同的标号。
本实施方式的光照射装置如图15～图18所示，具有：基体5；支承于该基体5的多个光照射部件6及相同数量的凹透镜71；以及设定所述光照射部件6及凹透镜71间距离用的位置调整机构9。
基体5为用厚底板51封闭一侧端面的大致圆筒形的金属体，这里底板51上虽未设散热片，但也可如实施方式2那样，择需而设置。
光照射部件6和实施方式2一样，具有LED组件1、以及固定于该LED组件1的光学单元2，虽然是多个，但在配线基板4上呈圆周状、等间隔地安装。关于这些LED组件1、光学单元2及配线基板4的结构、配置关系等的详细情况由于和前述实施方式2几乎相同所以其说明省略。
凹透镜71与各光照射部件6一一对应，多个凹透镜71与光照射侧互相分开进行配置。这些凹透镜71保持于凹透镜保持体7。
该透镜保持体7为近似呈圆盘状，使透镜配合孔72贯穿其多个部位(本例中，等间隔放射状地设置6个)，凹透镜71嵌入该透镜配合孔72并得以支承。本例中，在透镜配合孔72的内周面上设置台阶部，从和光照射方向相反方向嵌入透镜配合孔72的凹透镜71由于与该台阶部抵接，从而不能在另一方向上拔出。通过这样，嵌入透镜配合孔72的凹透镜71做成和透镜保持体7直径近似相同的圆盘状，通过在与各凹透镜71对应的部位设置较各凹透镜71直径稍小的贯穿孔73a的压紧构件73，借助于O形圈等防水手段OR1压紧边缘部而固定。
位置调整机构9能一起同时改变透镜保持体7的位置，即凹透镜71及光学单元2间的沿光轴C方向的相对分开距离，具有：能沿光轴C方向平行移动地支承透镜保持体7(凹透镜71)的滑动机构91；以及将由该滑动机构91移动的透镜保持体7(凹透镜71)固定在所需位置的固定机构92。
滑动机构91通过从透镜保持体7的中央向基体侧延伸出去的圆筒体912相对于从基体5的中央凸出的圆柱体911无松动地外配合，在和所述配线基板4平行且使中心轴一致的状态下，能沿光轴C方向前进或后退地支承该透镜保持体7。还有，标号K1、K2为键槽和键，用于制止透镜保持体7旋转，使各凹透镜71的光轴与各个对应的光照射部件6的光轴一致并使各凹透镜71滑移。
固定机构92设于透镜保持体7和基体5之间，具有：在光射出方向侧向透镜保持体7施加弹力的弹性体(螺旋弹簧)923；与透镜保持体7的边缘部卡合，通过夹在其与弹性体923之间来保持透镜保持体7的、具有内凸缘921a的圆筒状的卡合构件921；以及使该卡合构件921沿光轴C方向前进或后退的螺旋进给机构922。螺旋进给机构922使卡合构件921的内周和所述基体侧周壁52上分别设置的螺旋部分结合，通过使卡合构件921正反转来改变其高度，从而将所述透镜保持体7固定于所要的位置。还有弹性体(螺旋弹簧)923沿基体5的轴线配置于中央。更具体为，配置在圆柱体911的周围且较各光照射部件6还要内侧处。还有，其结构做成，在卡合构件921的内周和基体侧周壁52的外周之间设O形圈等防水构件OR2，和所述防水构件OR1一并使用防止水等从外部侵入收容光照射部件6的内部空间。本例中，电缆CA的导入部分也采用防水型结构。
该位置调整机构9所造成的透镜保持体7的可动范围和前述实施方式2一样，其光线图也和图11、图12一样，故其相关的详细说明省略。
还有，本发明不限于前述的各实施方式。
首先，就光学单元2而言，如图19所示，其结构也可以做成，使顶端凹部21c开设于主体23的顶端面21中央部，同时在该顶端凹部21c周围形成越朝中央越渐渐地凹陷的环形凹透镜部21d，从所述LED元件11射出的光中，一方面将通过所述顶端凹部21c的几乎所有的光作为不通过所述凹透镜部21d向外侧扩散的光向外射出，而另一方面，将不通过所述顶端凹部21c的几乎所有的光作为在所述弯曲鼓出面26上全反射、通过所述凹透镜部21d向外侧扩散的光向外射出。
在该构成中，基端的凹部25例如做成近似半球形，但也可以为前述实施方式那样的形状。另外，所述顶端凹部21c的几乎整个底面21c1朝顶端面21侧鼓出，作为凸透镜部起作用的同时，将该顶端凹部21c的侧面21c2做成朝着顶端面侧渐渐扩大的锥形面。
另外，例如，如图20所示，将光学单元2做成具有平坦的顶端面21、弯曲鼓出面26、基端面22的简单的碗形，在其基端面22上开设基端的凹部25，也能获得和前述实施方式同样的效果。
再有，虽然图中未示出，但也可以使作为突出部的固定构件与基端的凹部配合。
另外，在凸透镜部21a上可采用菲涅耳透镜结构，例如可在弯曲鼓出面26上蒸镀金属薄膜等形成镜面，使光向内反射。
以下，对实施方式2、3中所用的凹透镜71稍作阐述，如图21(a)、图22(a)所示，在中央设贯穿孔71a，可设定成，在所述分开位置P4上，从光学单元发出的几乎所有的光通过该贯穿孔71a。
在所述分开位置P4，即使不形成贯穿孔71a，光学单元2射出的光的直径几乎也为最小，凹透镜71中心附近曲率小，光聚集于折射能量为最小的范围，此后几乎不受折射的影响通过凹透镜71进行交叉，成为最扩散的光。因而，即使在凹透镜71的中央附近形成前述贯穿孔71a也没有特别的不适合，相反，当形成贯穿孔71a时，如上所述，能获得制止光在光扩散得最宽且照度变小的分开位置P4处的衰减这样特别的效果。当然，虽未能获得制止光衰减的效果，但是也可以预先设置等厚部来代替该贯穿孔71a。在图21(b)、图22(b)中，示出远处的光照射区域的不同。
另外，可以将贯穿孔的直径设定成，在凹透镜可动的整个范围内，至少使从所述中央凸透镜部射出的几乎所有的光通过该贯穿孔。LED元件发出的光轴附近的光根据光照射区域所要的照度分布的关系，在利用光学单元的中央凸透镜部处的控制就足够的情况下为相当有效的。
此外，本发明可以将包括前述实施方式在内的前述各种构成进行适当组合，在不背离其主要内容的范围内可以作各种变形。
工业上的实用性
根据本发明，能提供一种光照射装置，该装置能扩大或缩小光照射区域，而且将LED元件发出的几乎所有的光无损耗地引向光照射区域。

Claims (8)

1.一种光照射装置，其特征在于，
具有：多个LED元件；形成以所述多个LED元件射出的光的光轴为中心的末端扩大的旋转体形状，使所述LED元件发出的光通过其内部从顶端面射出的多个具有透光性的实心的光学单元；以及配置于该光学单元的顶端侧、分别与这些光学单元对应的多个凹透镜，所述光学单元在其侧面上形成有将LED元件发出的光几乎全反射的反射面，
所述光照射装置还具有能变更地设定所述凹透镜和光学单元的沿光轴方向的分开距离用的位置调整机构，
所述位置调整机构具有：能沿光轴方向平行移动地支承所述凹透镜的滑动机构；以及将由该滑动机构移动的所述凹透镜固定在所需位置的固定机构，
所述滑动机构，通过从保持所述凹透镜的透镜保持体的中央向基体侧一体地延伸出去的圆筒体相对于从对所述LED元件及光学单元进行支承的基体的中央凸出的圆柱体无松动地外配合，在和所述LED元件的配线基板平行且使中心轴一致的状态下，能沿光轴方向前进或后退地支承所述透镜保持体，
所述固定机构设置在所述透镜保持体和所述基体之间，具有：在光射出方向侧对所述透镜保持体施加弹力的弹性体；与所述透镜保持体的边缘部卡合，通过在其与所述弹性体之间的夹持来保持所述透镜保持体的，具有内凸缘的圆筒状的卡合构件；以及使所述卡合构件沿光轴方向前进或后退移动的螺旋进给机构，
所述螺旋进给机构使分别设置在卡合构件的内周和所述基体侧周壁上的螺旋部螺合，通过使卡合构件正反转来改变其高度，从而能将所述透镜保持体固定于所要的位置，
所述位置调整机构一起同时改变各凹透镜与各光学单元间的沿光轴方向的分开距离。
2.如权利要求1所述的光照射装置，其特征在于，
所述光学单元构成为，
在所述光学单元的基端面的中央部分上开设收容所述LED元件的基端凹部，
在所述光学单元的顶端面上，在所述光学单元的中央部形成中央凸透镜部，同时在周围形成曲率不同于所述中央凸透镜部的环形凸透镜部，
在所述光学单元的侧面形成将LED元件发出的光大致全反射的反射面即弯曲鼓出面，
使所述LED元件射出的光中通过所述基端凹部的侧面的几乎所有的光在所述弯曲鼓出面上全反射再通过所述环形凸透镜部作为互相集聚的光向外部射出，而另一方面，通过所述中央凸透镜部将通过所述凹部底面的几乎所有的光作为互相集聚的光向外部射出。
3.如权利要求1所述的光照射装置，其特征在于，所述位置调整机构使凹透镜相对于光学单元在光学单元射出的光的直径为最小的位置或其附近位置即分开位置和设定在较该分开位置更靠近光学单元侧的接近位置之间相对移动。
4.如权利要求3所述的光照射装置，其特征在于，
在所述凹透镜的中央设置贯穿孔，设定成在所述分开位置上光学单元发出的几乎所有的光通过该贯穿孔。
5.如权利要求2所述的光照射装置，其特征在于，
在所述凹透镜的中央设置贯穿孔，设定成至少所述中央凸透镜部发出的几乎所有的光通过该贯穿孔。
6.如权利要求3所述的光照射装置，其特征在于，
在所述凹透镜的中央设置等厚部，设定成在所述分开位置上光学单元发出的几乎所有的光通过该等厚部。
7.如权利要求2所述的光照射装置，其特征在于，
在所述凹透镜的中央设置等厚部，设定成至少所述中央凸透镜部发出的几乎所有的光通过该等厚部。
8.如权利要求1、4、5、6、7中任一项所述的光照射装置，其特征在于，
具有多个发光颜色不同的LED元件。
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