JP2006196320A - Light source device and lighting device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、レンズを備えた光源装置、及び該光源装置を備えた照明装置に関する。 The present invention relates to a light source device including a lens and an illumination device including the light source device.
従来のこの種の光源装置の例を図8乃至図11に示す。光源装置101は、光を出射する光源部102と、光源部102を封止する透明樹脂103と、透明樹脂103上に設置されたレンズ105a〜105cとを備えている。図8に示す例は、レンズとしてフレネルレンズ105aを使用した場合、図9に示す例は、反射式レンズ105bを使用した場合、図10に示す例は、凸レンズ105cを使用した場合をそれぞれ示しており、図11に示す例は、凸レンズ105cの外側に光の波長を変換するための顔料を混入させた均一な肉厚のアダプタ106を有し、光源装置101から出射される光色を調整することができるようにしたものである。
Examples of this type of conventional light source device are shown in FIGS. The
また、光源装置を収納する収納部を備えたバルク型レンズを用い、収納部に光源装置を収納することにより、光源装置自身には何ら手を加えることなく、光源装置から出射された光を集光し、所望の照度を得ることができるようにすること等も知られている(例えば、特許文献1参照)。 Further, by using a bulk type lens having a storage unit for storing the light source device and storing the light source device in the storage unit, the light emitted from the light source device can be collected without any modification to the light source device itself. It is also known that light can be emitted to obtain a desired illuminance (for example, see Patent Document 1).
しかしながら、図8に示されるフレネルレンズ105aを備えた光源装置101の場合、光源装置101を上向きにして屋外で使用すると、フレネルレンズ105aの溝150に水が溜まり、レンズ効果が失われるという問題があった。
However, in the case of the
また、図9に示される反射式レンズ105bを備えた光源装置101の場合、レンズを形成する部材104と透明樹脂103の屈折率が近いと、これらの界面Iaで光が反射しないためレンズ効果が得られないという問題があった。なお、同図においては、反射式レンズ105bで光を反射した状態を説明するために、光源装置101の左半分の透明樹脂103を除去して示しており、かかる部分では光は部材104と空気の界面で反射される。
In the case of the
一方、図10及び図11に示されるような凸レンズ105cを備えた光源装置101の場合、上述したような問題は生じないが、凸レンズ105cの光軸Aに対して略垂直となる界面Ibで反射される光について十分な検討が行われていなかったため、界面Ibで反射される光の割合が多く、出射効率が悪いという問題があった。特に、光源部102から出射された光の界面Ibに対する入射角が臨界角θcより大きくなる場合には、光は全反射して透明樹脂103側に戻るため、出射効率を低下させる大きな原因の1つになっていた。更に、凸レンズ105cを備えた光源装置101では、光の出射方向によって光色が異なり、色ムラが生じる場合があるが、図11に示されるような均一な肉厚のアダプタ106を備えた光源装置101では、色ムラを十分に補正することができなかった。
On the other hand, in the case of the
なお、特許文献1に記載されるバルク式レンズは光源装置に装着されて使用されるものであり、光源装置自体の出射効率の向上や色ムラを改善することができるものではない。
Note that the bulk lens described in
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、出射効率を向上すること、及び色ムラを抑制することができる光源装置及び該光源装置を備えた照明装置を提供することを目的とする。 This invention is made | formed in view of this point, and it aims at improving a light emission efficiency, and providing the illuminating device provided with the light source device which can suppress a color nonuniformity, and this light source device. .
上記目的を達成するために請求項1の発明は、光を出射する光源部と、前記光源部を封止する透明な第1の部材と、前記第1の部材上に形成され、空気との界面を形成すると共に、凸レンズとしての役割を果たす第2の部材とを備え、前記第2の部材と空気の界面は、前記凸レンズを形成する第1の界面と、該凸レンズの光軸に対して略垂直となる第2の界面とを含み、前記第1の界面と前記第2の界面の交線により決定される前記凸レンズの外周が、前記光源部から出射された光の前記第2の界面に対する入射角が臨界角を形成する位置よりも前記凸レンズの光軸に対して外側に形成されていることを特徴とする光源装置である。
In order to achieve the above object, the invention according to
請求項2の発明は、請求項1に記載の光源装置において、前記光源部は、前記凸レンズの光軸の方向に出射される光よりも該光軸に対して傾いた方向に出射される光の方が、波長が長くなるように光を出射し、前記凸レンズを形成する第2の部材は、前記光源部から出射された光の波長を短くする波長変換材料を含有し、前記凸レンズの光軸の方向の光路よりも該光軸に対して傾いた方向の光路が短いことを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, in the light source device according to the first aspect, the light source unit emits light in a direction inclined with respect to the optical axis rather than light emitted in the direction of the optical axis of the convex lens. The second member that emits light so that the wavelength becomes longer and forms the convex lens contains a wavelength conversion material that shortens the wavelength of the light emitted from the light source unit, and the light of the convex lens The optical path in the direction inclined with respect to the optical axis is shorter than the optical path in the axial direction.
請求項3の発明は、請求項1又は請求項2に記載の光源装置を備えたことを特徴とする照明装置である。 According to a third aspect of the present invention, there is provided an illumination device comprising the light source device according to the first or second aspect.
請求項1によれば、凸レンズの外周が、光源部から出射された光の第2の界面に対する入射角が臨界角を形成する位置よりも凸レンズの光軸に対して外側に形成されているので、第2の界面で全反射する光の割合を低減して、光源装置の出射効率を向上することができる。 According to the first aspect, the outer periphery of the convex lens is formed outside the optical axis of the convex lens with respect to the position where the incident angle of the light emitted from the light source unit with respect to the second interface forms a critical angle. The ratio of light totally reflected at the second interface can be reduced, and the emission efficiency of the light source device can be improved.
請求項2によれば、光源部から凸レンズの光軸の方向に出射された波長の短い光は、長い光路を経て第2の部材を通過するので、第2の部材に含まれる波長変換材料により波長の長い光に変換される比率が高くなるのに対し、光軸に対して傾いた方向に出射された波長の長い光は、短い光路を経て第2の部材を通過するので、波長はあまり変化しない。このため、凸レンズの光軸の方向と該光軸に対して傾いた方向に出射される光の色の差を抑えることができ、色ムラを抑制することができる。 According to the second aspect, since the light having a short wavelength emitted from the light source unit in the direction of the optical axis of the convex lens passes through the second member through the long optical path, the wavelength conversion material included in the second member While the ratio of being converted to light having a long wavelength increases, light having a long wavelength emitted in a direction inclined with respect to the optical axis passes through the second member via a short optical path, so that the wavelength is not much. It does not change. For this reason, the difference in the color of the light emitted in the direction of the optical axis of the convex lens and the direction inclined with respect to the optical axis can be suppressed, and color unevenness can be suppressed.
請求項3によれば、出射効率が高く、色ムラの少ない照明装置を得ることができる。 According to the third aspect, it is possible to obtain an illuminating device having high emission efficiency and little color unevenness.
以下、本発明の第1の実施形態に係る光源装置について図1(a)(b)及び図2を参照して説明する。光源装置1は、光を出射する光源部2と、光源部2を封止する透明な第1の部材3と、第1の部材3上に形成され、空気との界面を形成すると共に、凸レンズ5としての役割を果たす第2の部材4とを備えている。なお、説明の都合上、図1(b)では第2の部材4の凸レンズ5部分を省略しており、図2では第2の部材4の凸レンズ5部分のみを示している。
Hereinafter, a light source device according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The
光源部2には、基板20上に実装されたLED(Light Emitting Diode)等が用いられる。なお、LEDの発光色は特に限定されるものではなく、種々の発光色を有するLEDを用いることができる。第1の部材3及び第2の部材4は透光性を有する材料で形成される。第1の部材3には、第2の部材4と同等の屈折率を有する材料が用いられ、例えば、第2の部材4としてアクリル樹脂(屈折率、約1.4)を用いた場合、第1の部材3には該アクリル樹脂と同等の屈折率を有する透明シリコーン樹脂等が用いられる。
For the
第1の部材3は、光源部2と第2の部材4の間に空気層が残らないように光源部2の周囲を密閉する。このように空気層が残らないように光源部2の周囲を密閉することにより、結露等による不具合(例えば、絶縁不良やレンズ効果不良)の発生を防止することができ、屋外においても好適に使用することが可能になる。
The
第2の部材4と空気の界面は、凸レンズ5を形成する第1の界面I1と、凸レンズの光軸Aに対して略垂直となる第2の界面I2とを含んでおり、凸レンズの外周5cは、これら第1の界面I1と第2の界面I2の交線により決定される。
The interface between the
凸レンズ5には、例えば、図2に示されるような軸対称のレンズが用いられる。なお、本発明ではレンズとして凸レンズ5を用いるため、屋外で上向きに使用した場合であってもレンズ面に水がたまることがなく、レンズ効果を維持することができる。
As the
図1(a)(b)に示されるように、凸レンズ5の外周5cは、光源部2から出射された光の第2の界面I2に対する入射角が臨界角θcを形成する位置Pよりも凸レンズの光軸Aに対して外側に形成されている。図1(b)のDcは、光軸Aを通る同一直線上の、入射角が臨界角θcを形成する2点の間隔(すなわち、図1(b)の右側の位置Pと左側の位置Pの間隔)を示しており、凸レンズの外周5cを上述した位置に配置することにより、凸レンズの外径Dが間隔Dcより大きくなるように凸レンズ5が形成される。
As shown in FIGS. 1A and 1B, the
以上のように、本実施形態の光源装置1によれば、凸レンズの外周5cが、光源部2から出射された光の第2の界面I2に対する入射角が臨界角θcを形成する位置Pよりも凸レンズの光軸Aに対して外側に形成されているので、第2の界面I2で全反射する光の割合を低減して、光源装置1の出射効率を向上することができる。
As described above, according to the
次に、本発明の第2の実施形態に係る光源装置について図3(a)(b)を参照して説明する。本実施形態に係る光源装置1は、第1の部材3に第2の部材4側に突出した突出部30を設け、第2の部材4の肉厚を略均一にした点で第1の実施形態と異なり、他の構成は第1の実施形態と同様である。
Next, a light source device according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The
第2の部材4は、第1の界面I1を形成する部分の肉厚t1が第2の界面I2を形成する部分の肉厚t2と等しくなるように(図3(a)参照)、或は、第1の界面I1を形成する部分の肉厚t1が第2の界面I2を形成する部分の肉厚t2より若干厚くなるように形成されている(図3(b)参照)。第1の部材3は、第2の部材4側にドーム状に突出した突出部30を備えており、光源部2と第2の部材4の間に空気層が残らないように光源部2の周囲を密閉している。
The
本実施形態の光源装置1によれば、第1の実施形態と同様の効果が得られるほか、凸レンズ5の肉厚を略均一にしたので、成形品の肉厚が不均一な場合に生じ易いヒケ(成形品外表面に発生する窪み)の発生を防止することができ、凸レンズ5の成形性を向上させることができる。また、凸レンズ5を形成する第2の部材4の材料を少なくすることができる。
According to the
次に、本発明の第3の実施形態に係る光源装置について説明する。本実施形態に係る光源装置1は色ムラを抑制した点で、上述した第1の実施形態及び第2の実施形態と異なる。本実施形態で使用される光源部2を図4に示し、同図に示される光源部2を備えた光源装置1を図5に示す。
Next, a light source device according to a third embodiment of the present invention will be described. The
光源部2は、青色の発光色を有するLED素子21と、LED素子21を収納する凹部22aを有する基板22と、凹部22aを封止する、黄色蛍光体からなる封止部材23とを備えており、凸レンズの光軸の方向d1に出射される光よりも光軸に対して傾いた方向d2に出射される光の方が、波長が長くなるように光を出射する。より具体的には、LED素子21から凸レンズの光軸の方向d1に出射された光は、短い光路(長さL1で示される光路)を経て封止部材23を通過するので、黄色蛍光体により青色に近い白色(波長の短い青色成分を多く含む光)になるのに対し、光軸に対して傾いた方向d2に出射された光は、長い光路(長さL2で示される光路)を経て封止部材23を通過するので、黄色味を帯びた白色(波長の長い黄色成分を多く含む光)になる。光源部2から出射された各方向d1,d2の光の色の違いは、後述する第2の部材4で相殺される。
The
第2の部材4には、光源部2から出射された光の波長を短くする波長変換材料を含有する部材が用いられる。波長変換材料は特に限定されるものではなく、例えば、黄色系の顔料を用いることができる。また、図5に示されるように、第2の部材4は、凸レンズの光軸の方向d1の光路(長さL3で示される光路)よりも該光軸に対して傾いた方向d2の光路(長さL4で示される光路)が短くなるように形成されている。
As the
光源部2から凸レンズの光軸の方向d1に出射された青色に近い白色(波長の短い青色成分を多く含む光)は、長い光路を経て第2の部材4を通過するので、第2の部材4に含まれる波長変換材料により波長の長い光に変換される比率が高くなるのに対し、光軸に対して傾いた方向d2に出射された黄色に近い白色(波長の長い黄色成分を多く含む光)は、短い光路を経て第2の部材4を通過するので、波長はあまり変化しない。
Since white light (light containing a large amount of blue component with a short wavelength) emitted from the
このように、本実施形態の光源装置1によれば、第1の実施形態又は第2の実施形態と同様の効果が得られるほか、凸レンズの光軸の方向d1と該光軸に対して傾いた方向d2に出射される光の色の差を抑えることができ、色ムラを抑制することができる。
Thus, according to the
上記第1乃至第3の実施形態に係る光源装置1を複数個用い、筐体10a内にマトリクス状に配置した照明装置10の例を図6に示す。このような照明装置10は、出射効率が高く、色ムラの少ないダウンライト、シーリングライト、又はスポットライト等として使用することができる。
FIG. 6 shows an example of a
なお、本発明は上記実施形態の構成に限られることなく種々の変形が可能である。例えば、凸レンズ5の形状は、図7に示されるような、かまぼこ状であってもよい。
The present invention is not limited to the configuration of the above embodiment, and various modifications can be made. For example, the
1 光源装置
2 光源部
3 第1の部材
4 第2の部材
5 凸レンズ
5c 凸レンズの外周
10 照明装置
A 凸レンズの光軸
P 臨界角を形成する位置
I1 第1の界面
I2 第2の界面
θc 臨界角
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記第2の部材と空気の界面は、前記凸レンズを形成する第1の界面と、該凸レンズの光軸に対して略垂直となる第2の界面とを含み、
前記第1の界面と前記第2の界面の交線により決定される前記凸レンズの外周が、前記光源部から出射された光の前記第2の界面に対する入射角が臨界角を形成する位置よりも前記凸レンズの光軸に対して外側に形成されていることを特徴とする光源装置。 A light source unit that emits light, a transparent first member that seals the light source unit, and a second member that is formed on the first member and forms an interface with air and serves as a convex lens. And a member of
The interface between the second member and the air includes a first interface that forms the convex lens, and a second interface that is substantially perpendicular to the optical axis of the convex lens,
The outer periphery of the convex lens determined by the intersection line of the first interface and the second interface is more than the position where the incident angle of the light emitted from the light source unit with respect to the second interface forms a critical angle. A light source device formed outside the optical axis of the convex lens.
前記凸レンズを形成する第2の部材は、前記光源部から出射された光の波長を短くする波長変換材料を含有し、前記凸レンズの光軸の方向の光路よりも該光軸に対して傾いた方向の光路が短いことを特徴とする請求項1に記載の光源装置。 The light source unit emits light so that the wavelength of the light emitted in a direction inclined with respect to the optical axis is longer than the light emitted in the direction of the optical axis of the convex lens,
The second member forming the convex lens contains a wavelength conversion material that shortens the wavelength of the light emitted from the light source unit, and is inclined with respect to the optical axis with respect to the optical path in the direction of the optical axis of the convex lens. The light source device according to claim 1, wherein a light path in a direction is short.
An illumination device comprising the light source device according to claim 1.
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