JP2007214488A - Ｌｅｄ光源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＬＥＤを用いた光源装置において、複数のＬＥＤからの光を効果的に集光し、被照射物の所定の部位に十分な強度をもった光を照射することができ、またＬＥＤを用いて必要に応じて広範な波長の光を照射することができると共に、好みの波長帯域の光を照射することができるＬＥＤ光源装置の提供を課題とする。
【解決手段】ＬＥＤ光源装置は、発光部１１を被覆する樹脂モールド部１２の前面をランプ前方方向に対して垂直平面１２ａに構成してなるＬＥＤランプ１０を用い、このＬＥＤランプ１０を複数個マトリックス状に配置すると共に、各ＬＥＤランプ１０の前方にはＬＥＤランプ１０から照射されてきた光を前方への平行光にする平行化レンズ２０をそれぞれ配置し、更に前記平行化レンズ２０の前方に、各平行化レンズ２０からの平行光を受け入れて前方の一点に向けて集光させる集光化レンズ３０を配置した。
【選択図】 図１

Description

本発明は複数のＬＥＤ（発光ダイオード）を用いたＬＥＤ光源装置に関し、更には被測定物に光を照射してスペクトルを分析し或いは計測するのに適したＬＥＤ光源装置に関する。

物質のスペクトル等を計測するために用いる簡易な光源装置としては、従来、ハロゲンランプ光源が一般的に用いられている。ハロゲンランプ光源は黒体輻射に基づいた（４００〜２５００ｎｍ）の連続スペクトルが得られるので、その点で有効な光源である。
一方、ハロゲンランプ光源は発光させるために大きなパワーが必要となる。そのため光源装置が大型化し、携帯には不向きである。またパワーが大きいため、発熱量も多く、被照射物に対して熱衝撃によるダメージを与える場合がある。
一方、ＬＥＤによる光源装置も従来より提供されている（特許文献１、２、３）。
ＬＥＤを光源とする場合の一般的な問題は、ＬＥＤ単体の発光スペクトル幅が２０〜５０ｎｍで非常に狭いこと、また単体のＬＥＤではハロゲンランプに比べて光量が非常に小さいことである。

特許文献１には、ＬＥＤ光源を用いて蛍光物質を観察するための励起光照射装置が開示されている。また特許文献２には、ＬＥＤ光源を複数個配列して用いた光源装置が開示されている。また特許文献３には、ＬＥＤ光源として、波長の異なる複数のＬＥＤを用いたものが開示されている。
特開２００１−２６９１７１号公報 特開２００２−１９５８１２号公報 特開２００５−９８７６号公報

ところが上記特許文献１に開示されたものは、１種類のＬＥＤを用いているため、使用波長が制限される問題があった。また特許文献２に開示されたものは、ＬＥＤが複数個配列されてはいるが、それらの光を集光するものではないので、光の強さを十分に強くして所定の部位に照射することができなかった。また特許文献３に開示されたものは、異なる発光波長を有する複数のＬＥＤを用いてはいるが、やはり使用される複数のＬＥＤからの光を集光して使用するものではないから、光の強さを十分に強くして所定の部位に照射することができなかった。
また従来の一般的なＬＥＤランプは、図６に示すように、ＬＥＤランプ１の発光部２を被覆する樹脂モールド３の前面が球形をしたレンズ３ａになっているため、発光部２から放射された光が前記レンズ３ａであれこれ屈折され、発光部２が点光源としての役割を果たさなくなり、結果として複数のＬＥＤランプ１を用いてそれらから出た光を集光しようとしても、効果的に集光することができず、従って光のパワーを効果的に上げることができない問題があった。また一般のＬＥＤランプでは視野角を広げるために表面に光拡散処理が施されており、それらの光を集光しても焦点が明確に定まらない、即ち集光が不十分となる問題があった。

そこで本発明は上記従来技術の問題を解決し、ＬＥＤを用いた光源装置において、複数のＬＥＤからの光を効果的に集光し、被照射物の所定の部位に十分な強度をもった光を照射することができ、またＬＥＤを用いて必要に応じて広範な波長の光を照射することができると共に、好みの波長帯域の光を照射することができるＬＥＤ光源装置の提供を課題とする。

上記課題を達成するための本発明のＬＥＤ光源装置は、発光部を被覆する樹脂モールド部の前面をランプ前方方向に対して垂直平面に構成してなるＬＥＤランプを用い、このＬＥＤランプを複数個マトリックス状に配置すると共に、各ＬＥＤランプの前方にはＬＥＤランプから照射されてきた光を前方への平行光にする平行化レンズをそれぞれ配置し、更に前記平行化レンズの前方に、各平行化レンズからの平行光を受け入れて前方の一点に向けて集光させる集光化レンズを配置したことを第１の特徴としている。
また本発明のＬＥＤ光源装置は、上記第１の特徴に加えて、集光化レンズによる焦点の直ぐ前方に焦点を経た光を集光状態の平行光にする平行化レンズを配置したことを第２の特徴としている。
また本発明のＬＥＤ光源装置は、上記第１又は第２の特徴に加えて、複数個のＬＥＤランプは、相互に異なる発光波長を有する複数のＬＥＤランプ群からなり、各ＬＥＤランプ群はそれぞれが同じ発光波長を有する複数のＬＥＤランプからなることを第３の特徴としている。
また本発明のＬＥＤ光源装置は、上記第３の特徴に加えて、複数のＬＥＤランプ群を、全群で同時点灯、若しくは１乃至複数群で同時点灯、又は１乃至複数群を順次スキャニング点灯させる制御部を備えたことを第４の特徴としている。

請求項１に記載のＬＥＤ光源装置によれば、発光部を被覆する樹脂モールド部の前面が、ランプ前方方向に対して垂直平面に構成されていることで、発光部から発せられた光が前記樹脂モールド部の垂直平面を通過して外方に照射される際、発光部から発せられる光線が光線の通過場所によってそれぞれ異なる屈折率をもって外部に雑多に放射されるといったことがなくなり、ＬＥＤランプから放射された光の源を点光源乃至点光源に近い密な光源として扱うことができる。従って各ＬＥＤランプの前方に配置される平行化レンズによる光の平行化を確実に且つ効率よく行うことができると共に、平行化レンズを比較的単純な厚み分布の凸レンズで構成することができる。各ＬＥＤランプから各平行化レンズを経て平行化されたそれぞれの光は、それらの光の全体を受け入れる集光化レンズに受け入れられ、前方の一点、即ち焦点に向けて集光される。従って被測定物等の被照射物を焦点付近に配置することで、個々のＬＥＤランプの光強度が小さくとも、全体として十分に光強度のある光を所定の部位に照射することができ、必要な分析や計測に供することができる。
また請求項１に記載のＬＥＤ光源装置によれば、複数個のＬＥＤからの光を効果的に集光し、被照射物の所定の部位に十分な強度をもった光を照射することができる。勿論、ＬＥＤランプを用いることで、ハロゲンランプの場合に比べて消費電力を十分に少なくし、故障が少なく、寿命が長く、電源設備も簡単で省スペースにできるので、持ち運び可能な便利な光源装置とすることができる。

請求項２に記載のＬＥＤ光源装置によれば、上記請求項１の構成による効果の加えて、平行化レンズを、集光化レンズによる焦点の直ぐ前方に配置することで、十分に集光された光を平行光として被照射物に照射することができ、有効な分析や計測に供することができる。

請求項３に記載のＬＥＤ光源装置によれば、上記請求項１又は２に記載の構成による効果に加えて、複数個のＬＥＤランプは複数のＬＥＤランプ群からなり、各ＬＥＤランプ群は群毎に異なる発光波長を有している。また各ＬＥＤランプ群は同じ発光波長を有する複数のＬＥＤランプからなる。従って各群のＬＥＤランプの発光波長の領域が狭い場合においても、それらの合成光をもって白色光や波長幅の広い光を照射することができ、有効な分析や計測に供することができる。

請求項４に記載のＬＥＤ光源装置によれば、上記請求項３に記載の構成による効果に加えて、複数のＬＥＤランプ群を全群用いて同時点灯させることができる。
また複数のＬＥＤランプ群の中から所望のＬＥＤランプ群を単一で点灯させることにより、所望の発光波長を持つ光を被照射物に対して照射することができる。その場合、各ＬＥＤランプ群毎にも複数のＬＥＤランプを備えているので、それらを一斉に発光させることで、十分な光強度をもった照射ができる。
また複数のＬＥＤランプ群を同時点灯させることで、要求される波長領域での光を被照射物に対して照射することができる。
また単一のＬＥＤランプ群や複数のＬＥＤランプ群を、順次スキャニング点灯させることで、被照射物に対して要求される発光波長の光を時系列的に次々を照射することができ、被照射物の効果的な分析や計測に供することができる。

以下の図面を参照して、本発明のＬＥＤ光源装置の実施形態について説明する。
図１は本発明の第１の実施形態に係るＬＥＤ光源装置の基本構成図、図２は第１の実施形態に係るＬＥＤ光源装置に用いられるＬＥＤランプの概略構成図、図３は第１の実施形態に係るＬＥＤ光源装置の概略を示し、（Ａ）は前部ケースの横断面図、（Ｂ）は縦断面図である。図４は本発明の第１の実施形態に係るＬＥＤ光源装置の制御部の概略構成図、図５は本発明の第２の実施形態に係るＬＥＤ光源装置の基本構成図である。

第１の実施形態に係るＬＥＤ光源装置は、マトリックス状に配置された複数個のＬＥＤランプ１０と、各ＬＥＤランプ１０の前方にそれぞれ配置される平行化レンズ２０と、平行化レンズ２０の前方に配置される集光化レンズ３０とを有する。

図２も参照して、各ＬＥＤランプ１０は発光部１１を被覆する樹脂モールド部１２の前面を、ランプ１０の前方方向に対して垂直平面１２ａとなるように構成している。樹脂モールド部１２の前面を垂直平面１２ａとすることで、前記発光部１１から樹脂モールド部１２を経て垂直平面１２ａから外部に放出される放出光が雑多に屈曲されるのを防止し、前記発光部１１が見かけ上においても点光源として存在させることができる。発光部１１を点光源として扱えることで、その後における放出光の取り扱いを容易にすることができ、集光化を効率よく行うことができる。

前記平行化レンズ２０は、各ＬＥＤランプ１０毎に、その前方に配置される。平行化レンズ２０は、各ＬＥＤランプ１０からの光を前方への平行光にするレンズである。この平行化レンズ２０は、前記ＬＥＤランプ１０からの光が点光源からの光として取り扱うことができるので、例えば比較的単純な凸レンズを用いても、光の平行化のロスを少なくすることできる。また多数個が必要な平行化レンズ２０のコストを抑制することができる。
各平行化レンズ２０は同じ焦点距離ｆ１を有するものとし、ＬＥＤランプ１０の前方ｆ１の位置にマトリックス状に配置させる。

前記集光化レンズ３０は、全ＬＥＤランプ１０及び全平行化レンズ２０に対して、１個ずつ対応して配置される。集光化レンズ３０は必要に応じた距離の焦点距離ｆ２を持つ凸レンズとすることができる。
ＬＥＤランプ１０から平行化レンズ２０を経た光は、集光化レンズ３０を経て、焦点Ｆに集光される。
被測定物等の被照射物を焦点Ｆ付近に配置することで、個々のＬＥＤランプ１０の光強度が小さくとも、全体として十分に光強度のある光を所定の部位に照射することができ、必要な分析や計測に供することができる。ＬＥＤランプ１０を用いた光源装置の場合は、消費電力がハロゲンランプの場合に比べて少なく、またランプの故障が少なくて寿命が長い。また設備が簡単でコンパクトにできるので、持ち運びも可能となる。

図３の（Ａ）、（Ｂ）を参照して、前記ＬＥＤランプ１０はＬＥＤ光源装置の前部ケース４０内のランプ取付基盤４１にマトリックス状に整列して取り付けられる。図３（Ａ）を参照して、前記マトリックス状に整列されたＬＥＤランプは複数のＬＥＤランプ群ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇ、ｈからなり、更に各ＬＥＤランプ群ａ〜ｈはそれぞれ複数個のＬＥＤランプ１０からなり、これらをランプ取付基盤４１に適当に配置している。各ＬＥＤランプ群ａ〜ｈは、それぞれ異なる発光波長を有し、これらの各ランプ群の全てを同時に点灯させたり、必要に応じて１乃至複数のＬＥＤランプ群を同時に点灯させたりすることができる。また必要に応じて１乃至複数のＬＥＤランプ群を一定のタイミングで順次点灯させてゆくスキャニング点灯とすることもできる。
前記平行化レンズ２０は、前記ランプ取付基盤４１の前方のレンズ取付基盤４２に、各ＬＥＤランプ１０にそれぞれ対応して取り付け配置されている。
また集光化レンズ３０は、前部ケース４０の前部窓口４３に取り付けられている。

図４を参照して、第１の実施形態に係るＬＥＤ光源装置の制御部５０には、演算部５１、スイッチング部５２、出力部５３等を有し、操作入力部６０からの指示入力により、演算部５１を介して、スイッチング部５２がスイッチング動作し、出力部５３から所定の出力を各ＬＥＤランプ１０に出力する。
今、外部操作として、操作者によって、全点灯指示入力部６１から全点灯指示がなされると、演算部５１を介して、全点灯スイッチング部５２１のスイッチがオンする。これにより出力部５３の３入力ＮＯＲ回路５３ａ、５３ｂ、５３ｃ、５３ｄ、５３ｅ、５３ｆ、５３ｇ、５３ｈの全回路にハイ信号が入り、全ＮＯＲ回路５３ａ〜５３ｈからロー信号が出力される結果、全ＬＥＤランプ群ａ〜ｈが点灯する。

また外部操作として、操作者によって、任意点灯指示入力部６２からある単一のＬＥＤランプ群、例えばＬＥＤランプ群ａの点灯指示がなされると、演算部５１を介して、任意点灯スイッチング部５２２のうち、前記ＬＥＤランプ群ａに対応するスイッチのみがオンし、ハイ信号をＮＯＲ回路５３ａに入力する。他のＮＯＲ回路５３ｂ〜５３ｈへはロー信号が入力される。よってＮＯＲ回路５３ａからはロー信号が出力され、ＬＥＤランプ群ａが点灯される。他のＮＯＲ回路５３ｂ〜５３ｈからはハイ信号が出力され、ＬＥＤランプ群ｂ〜ｈは消灯状態となる。任意点灯指示入力部６２から２以上のＬＥＤランプ群を点灯させる場合、例えばＬＥＤランプ群ｂ、ｆのみを点灯させる場合も同様に行える。即ち、複数のＬＥＤランプ群ｂ、ｆの点灯指示がなされると、任意点灯スイッチング部５２２のうち前記ＬＥＤランプ群ｂ、ｆに対応するスイッチをオンするように指示を入力することで、ＮＯＲ回路５３ｂ、５３ｆのみにハイ信号を入力し、該ＮＯＲ回路５３ｂ、５３ｆからのみの出力をロー信号として、ＬＥＤランプ群ｂ、ｆの組み合わせを点灯し、他のＬＥＤランプ群ａ、ｃ、ｄ、ｅ、ｇ、ｈを消灯状態とすることができる。

また外部操作として、操作者によって、スキャニング点灯指示入力部６３からのスキャニング点灯指示がされると、演算部５１を介して、それらの指示がスキャニング点灯スイッチング部５２３に入力される。スキャニング点灯スイッチング部５２３には、例えばアンド回路５２３ａ、カウンタ５２３ｂ、デコーダ５２３ｃが備えられ、前記アンド回路５２３ａには発信器５２３ｄからの信号と演算部５１からの信号が入力されるようになされている。演算部５１からの所定の信号が順次アンド回路５２３ａに入ると、その都度アンド回路５２３ａから信号がカウンタ５２３ｂに向けて出力されると共に、その信号がタイミング信号としてＬＥＤランプの受光部等へも送られる。信号を受けたカウンタ５２３ｂでは、その都度ＬＥＤランプ群の選択信号を形成してデコーダ５２３ｃに向けて出力すると共に、その選択信号がＬＥＤランプの図示しない受光部等へも送られる。選択信号を受けたデコーダ５２３ｃは、その都度、選択信号に対応するＮＯＲ回路５３ａ〜５３ｈの何れかに信号を発信し、対応するＬＥＤランプ群を点灯する。ＬＥＤランプ群は予め指示された順序、時間で順次点灯される。
なおスキャニング点灯は、ＬＥＤランプ群の単独毎でのスキャニング点灯に限らず、種々の組み合わせによる複数のＬＥＤランプ群についてスキャニング点灯を行うようにすることができる。この場合、スキャニング点灯スイッチング部５２３の構成は、本発明の実施形態に示す構成に限定されるものではなく、ＬＥＤランプ群の種々の組み合わせによる複数のＬＥＤランプ群についてスキャニングができる種々の既存の構成を採用することができる。

図５を参照して、本発明の第２の実施形態に係るＬＥＤ光源装置を説明する。本実施形態の場合も、図１に示す第１実施形態の場合と同様に、ＬＥＤランプ１０、平行化レンズ２０、集光化レンズ３０を設ける点は同様である。唯一異なる点は、第２の実施形態の装置では、焦点Ｆの直ぐ前方に第２平行化レンズ７０を配置した構成としてある。なお、第１の実施形態の部材と同一機能の部材には同一の符号を付す。
この第２平行化レンズ７０により、焦点Ｆを経た光を集光状態の平行光にすることができる。よって被照射物は十分な光量の平行光を受光することができ、分析や計測に供することができる。

本発明の第１の実施形態に係るＬＥＤ光源装置の基本構成図である。 本発明の第１の実施形態に係るＬＥＤ光源装置に用いられるＬＥＤランプの概略構成図である。 本発明の第１の実施形態に係るＬＥＤ光源装置の概略を示し、（Ａ）は前部ケースの横断面図、（Ｂ）は縦断面図である。 本発明の第１の実施形態に係るＬＥＤ光源装置の制御部の概略構成図である。 本発明の第２の実施形態に係るＬＥＤ光源装置の基本構成図である。 従来の一般的なＬＥＤランプの概略構成図である。

符号の説明

１０ ＬＥＤランプ
１１ 発光部
１２ 樹脂モールド
１２ａ 垂直平面
２０ 平行化レンズ
３０ 集光化レンズ
４０ 前部ケース
４１ ランプ取付基盤
４２ レンズ取付基盤
４３ 窓口
５０ 制御部
５１ 演算部
５２ スイッチング部
５２１ 全点灯スイッチング部
５２２ 任意点灯スイッチング部
５２３ スキャニング点灯スイッチング部
５３ 出力部
５３ａ〜５３ｆ ＮＯＲ回路
６０ 操作入力部
６１ 全点灯指示入力部
６２ 任意点灯指示入力部
６３ スキャニング点灯指示入力部
７０ 第２平行化レンズ
ｆ１、ｆ２ 焦点距離
Ｆ 焦点

Claims (4)

1. 発光部を被覆する樹脂モールド部の前面をランプ前方方向に対して垂直平面に構成してなるＬＥＤランプを用い、このＬＥＤランプを複数個マトリックス状に配置すると共に、各ＬＥＤランプの前方にはＬＥＤランプから照射されてきた光を前方への平行光にする平行化レンズをそれぞれ配置し、更に前記平行化レンズの前方に、各平行化レンズからの平行光を受け入れて前方の一点に向けて集光させる集光化レンズを配置したことを特徴とするＬＥＤ光源装置。
2. 集光化レンズによる焦点の直ぐ前方に焦点を経た光を集光状態の平行光にする平行化レンズを配置したことを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ光源装置。
3. 複数個のＬＥＤランプは、相互に異なる発光波長を有する複数のＬＥＤランプ群からなり、各ＬＥＤランプ群はそれぞれが同じ発光波長を有する複数のＬＥＤランプからなることを特徴とする請求項１又は２に記載のＬＥＤ光源装置。
4. 複数のＬＥＤランプ群を、全群で同時点灯、若しくは１乃至複数群で同時点灯、又は１乃至複数群を順次スキャニング点灯させる制御部を備えたことを特徴とする請求項３に記載のＬＥＤ光源装置。

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