JP2011070010A - Condenser lens and light source unit using the same - Google Patents

Condenser lens and light source unit using the same Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a simple and compact condenser lens which mixes different wavelength light beams from a plurality of light-emitting diode light sources to form light of a homogeneous color tone, reduces color irregularity in viewing to such an extent that it cannot be recognized, and selectively efficiently condenses and emits the light in a desired direction; and to provide a light source unit used to irradiate an object to be irradiated in a uniform color tone by using the condenser lens. <P>SOLUTION: The condenser lens 1 is arranged on an emitting-direction side of the plurality of light-emitting diode light sources 8 arranged in series and emitting the different wavelength light beams respectively, and includes a cylindrical lens 2 provided such that its longitudinal direction is aligned with a direction C where the light-emitting diode light sources are arranged in series. The light source unit 20 is constituted by fitting and integrating the light-emitting diode light sources 8 arranged in series and emitting the different wavelength light beams in the condenser lens arranged on the emitting-direction side of the plurality of light-emitting diode light sources 8 by aligning its optical axis direction with the emitting direction while aligning the longitudinal direction of the cylindrical lens 2 with the direction C. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、複数の発光素子からの異なる波長光を混合して、均質な色調にした光にして出射する集光レンズ、及びそれらが一体化したもので被照射物を均一な色調に照らすのに用いられる光源ユニットに関するものである。   The present invention mixes light of different wavelengths from a plurality of light-emitting elements, emits light in a uniform color tone, and illuminates an object to be illuminated with a uniform color tone by integrating them. It is related with the light source unit used for.

照明器具、液晶ディスプレイのバックライトなど各種照明装置は、三原色である赤・緑・青(RGB)を混色して、様々な色調の光を出射するものである。   Various lighting devices such as lighting fixtures and liquid crystal display backlights emit light of various colors by mixing the three primary colors red, green, and blue (RGB).

その光源として、発光ダイオード(LED)が用いられている。このような発光ダイオード、とりわけ最近汎用されている高輝度発光ダイオードは、白熱電球、ハロゲンランプ、水銀灯、蛍光灯などの白色系照明装置よりも、遥かに小さく、単独でも明るく、消費電力が少なくて、寿命が長い。そのため、発光ダイオードは、室内灯等の一般的な照明器具のみならず、液晶ディスプレイのバックライト、アミューズメント用照明器具、自動車や各種産業器具のような照明装置の光源として汎用されるようになっている。   As the light source, a light emitting diode (LED) is used. Such light-emitting diodes, particularly high-intensity light-emitting diodes that have been widely used recently, are much smaller than white light-emitting devices such as incandescent bulbs, halogen lamps, mercury lamps, and fluorescent lamps. Long life. For this reason, light emitting diodes are widely used as light sources for lighting devices such as backlights for liquid crystal displays, amusement lighting fixtures, automobiles and various industrial appliances, as well as general lighting fixtures such as room lights. Yes.

0.1〜数mm程度の小型で高出力の発光ダイオードの複数から発した異なる波長光を混合した光、例えば、青色発光ダイオードからの青色光と青色発光ダイオードに被せた蛍光剤含有カラーフィルタからの黄色光との混合した光を、凸レンズで集光してスポット的に照明する場合、それら各発光ダイオード間の距離、又は各発光ダイオードの大きさのせいで、夫々の発光ダイオードから凸レンズの周辺部へ入射する際の入射角度に差が生じ、スポットの周辺ほど色むらやぼやけとなって現れてしまうという問題がある。   Light mixed with light of different wavelengths emitted from a plurality of small, high-output light emitting diodes of about 0.1 to several mm, for example, blue light from a blue light emitting diode and a fluorescent agent-containing color filter placed on the blue light emitting diode When the light mixed with yellow light is condensed with a convex lens and illuminated in a spot manner, the distance between the light emitting diodes or the size of each light emitting diode causes the light emitting diode to surround the convex lens. There is a problem that a difference occurs in the incident angle when the light is incident on the portion, and color spots and blur appear in the vicinity of the spot.

従来、異なる波長光を発する複数の発光ダイオードを取り巻く大型の反射面と、その出射方向側に設置された大型のプリズムやフライアイレンズとを用いたり、それらを多数繰り返し並べて、発光ダイオードからの光路を複雑化させたりすることにより、十分な混色を行っていた。そのため照明装置を大型化せざるを得ず、装置の小型化やパーツ数の減数化を図れない。   Conventionally, a large reflective surface surrounding a plurality of light emitting diodes that emit light of different wavelengths and a large prism or fly-eye lens installed on the emission direction side, or many of them are arranged side by side, and the optical path from the light emitting diodes By complicating the color, sufficient color mixing was performed. Therefore, it is necessary to enlarge the lighting device, and it is impossible to reduce the size of the device and the number of parts.

小型化しつつ光源からの光を効率よく混色させ輝度むらや色むらを低減するため、例えば特許文献1に、光源に対向する平面部と、その平面部に設けられ光源からの光を散乱させ又は拡散させる光学機能部とを有し、光源から出射された光が入射される凹状の入射側の側面と、その入射側の側面から入射された光が通る導光部と、その導光部を通る光を出射させる出射側面とを具備したレンズが、開示されている。   In order to efficiently mix light from the light source and reduce luminance unevenness and color unevenness while downsizing, for example, in Patent Document 1, a flat part facing the light source and light from the light source provided in the flat part are scattered or A concave incident side surface into which light emitted from the light source is incident, a light guide unit through which light incident from the incident side surface passes, and the light guide unit. A lens having an exit side surface that emits light passing therethrough is disclosed.

一層簡易な構造で、異なる波長光を発する発光素子からの光を、色むら無く混合でき、均質な色調の光を所望の方向へ集光し出射できる小型のレンズが求められている。   There is a need for a small lens that has a simpler structure, can mix light from light emitting elements that emit light of different wavelengths without color unevenness, and can collect and emit light of a uniform color tone in a desired direction.

特開2009−192915号公報JP 2009-192915 A

本発明は前記の課題を解決するためになされたもので、複数の発光ダイオード光源からの異なる波長光を混合して、均質な色調にした光にすることができ、目視による色むらを認知できない程度に低減でき、所望の方向へ選択的に効率よく集光させつつ出射できる簡易で小型の集光レンズ、それを用い被照射物を均一な色調に照らすのに用いられる光源ユニット、及びそれが組み込まれた照明装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and can mix light of different wavelengths from a plurality of light-emitting diode light sources into a light having a uniform color tone, so that color unevenness cannot be recognized visually. A simple and compact condensing lens that can be emitted while concentrating selectively and efficiently in a desired direction, a light source unit used for illuminating an object to be illuminated in a uniform color tone, and An object is to provide an integrated lighting device.

前記の目的を達成するためになされた特許請求の範囲の請求項1の集光レンズは、直列に並んで異なる波長光を夫々発する複数の発光ダイオード光源からの出射方向の側に配置されるもので、シリンドリカルレンズが、その長手方向を該直列の方向と一致させて、具備されていることを特徴とする。   The condensing lens according to claim 1 of the present invention, which has been made to achieve the above object, is arranged on the side in the emission direction from a plurality of light emitting diode light sources that emit light of different wavelengths arranged in series. The cylindrical lens is provided with its longitudinal direction coinciding with the series direction.

請求項2に記載の集光レンズは、請求項1に記載されたもので前記直列の方向に沿い、前記シリンドリカルレンズの側面から、先細りの翼状レンズが突出していることを特徴とする。   A condensing lens according to a second aspect of the present invention is the condensing lens according to the first aspect, wherein a tapered wing-like lens protrudes from a side surface of the cylindrical lens along the series direction.

請求項3に記載の集光レンズは、請求項2に記載されたもので、前記翼状レンズが、前記出射方向の側で、前記発光ダイオード光源の光軸に垂直な面又は前記シリンドリカルレンズ側へ内傾若しくは外傾する面を有しており、前記発光ダイオード光源への光源側で、前記シリンドリカルレンズの曲面と逆向きの曲面又はそれに沿う擬似多面曲面となっていることを特徴とする。   According to a third aspect of the present invention, there is provided the condensing lens according to the second aspect, wherein the wing-shaped lens is located on a side perpendicular to the optical axis of the light emitting diode light source or on the cylindrical lens side on the emission direction side. It has an inwardly or outwardly inclined surface, and on the light source side to the light-emitting diode light source, it is a curved surface opposite to the curved surface of the cylindrical lens or a quasi-polyhedral curved surface along the curved surface.

請求項4に記載の集光レンズは、請求項1に記載されたもので、前記シリンドリカルレンズが、同一の曲率で連続した曲面、又は曲率の異なる複数の部分面からなる連続した曲面を有する非球面であることを特徴とする。   According to a fourth aspect of the present invention, there is provided the condenser lens according to the first aspect, wherein the cylindrical lens has a continuous curved surface having the same curvature or a continuous curved surface including a plurality of partial surfaces having different curvatures. It is characterized by being spherical.

請求項5に記載の集光レンズは、請求項1に記載されたもので、端面が、前記長手方向と鉛直になりつつ、乱反射及び/又は拡散する粗面となっていることを特徴とする。   A condensing lens according to a fifth aspect is the condensing lens according to the first aspect, wherein the end surface is a rough surface that diffuses and / or diffuses while being perpendicular to the longitudinal direction. .

請求項6に記載の集光レンズは、請求項1に記載されたもので、前記集光レンズの前記長手方向での全長Lと、前記発光ダイオード光源から前記シリンドリカルレンズの頂部までの高さHと、前記複数の発光ダイオード光源の最外間幅wとが、
L≧2H+w
の関係になっていることを特徴とする。
The condensing lens according to claim 6 is the condensing lens according to claim 1, wherein the condensing lens has a total length L in the longitudinal direction and a height H from the light emitting diode light source to the top of the cylindrical lens. And the outermost width w of the light emitting diode light sources,
L ≧ 2H + w
It is characterized by the relationship.

請求項7に記載の光源ユニットは、直列に並んで異なる波長光を出射する複数の発光ダイオード光源からの出射方向の側に、シリンドリカルレンズがその長手方向を該直列の方向と一致させつつ、その光軸方向を該出射方向に一致させて配置されている集光レンズに、前記発光ダイオード光源が、嵌って一体化していることを特徴とする。   The light source unit according to claim 7, wherein the cylindrical lens has a longitudinal direction coincident with the series direction on the side of the emission direction from the plurality of light emitting diode light sources that emit light of different wavelengths arranged in series. The light-emitting diode light source is fitted and integrated with a condensing lens arranged so that the optical axis direction coincides with the emission direction.

請求項8に記載の光源ユニットは、請求項7に記載されたもので、前記発光ダイオード光源が、集光レンズへ、空気層を介することなく、前記嵌っていることを特徴とする。   The light source unit according to an eighth aspect is the light source unit according to the seventh aspect, wherein the light emitting diode light source is fitted to the condenser lens without an air layer interposed therebetween.

請求項9に記載の光源ユニットは、請求項7に記載されたもので、照射すべき被照射物までの距離Dが、前記複数の発光ダイオード光源の最外間幅wの少なくとも30倍とすることを特徴とする。   The light source unit according to claim 9 is the light source unit according to claim 7, wherein the distance D to the irradiated object to be irradiated is at least 30 times the outermost width w of the plurality of light emitting diode light sources. It is characterized by.

請求項10に記載の照明装置は、請求項7に記載の光源ユニットが、単一で基板に接続され、又はその複数で単列若しくは複数列を為して連続し若しくは点在して並べられて基板に接続されていることを特徴とする。   In the illumination device according to claim 10, the light source unit according to claim 7 is connected to the substrate as a single unit, or a plurality of the light source units are arranged continuously or dotted in a single row or a plurality of rows. And connected to the substrate.

本発明の集光レンズは、複数の発光ダイオードから発する赤色・緑色又は青色やその中間色であって異なる色調の波長光を混合し均質な色調にして、被照射物への所望の方向に選択的に効率よく集光させつつ、出射することができるものである。この集光レンズは、個々の発光ダイオード光源に由来する本来の色調の光を出射させることなく、集光レンズの特異な形状に基づいて、小型化しつつ、色むらを目視で認知できない程度に低減できる。   The condensing lens of the present invention is selective in a desired direction to the object to be irradiated by mixing light of different wavelengths with red, green, blue, or an intermediate color emitted from a plurality of light emitting diodes. It is possible to emit light while condensing efficiently. This condensing lens does not emit light of the original color tone derived from each light-emitting diode light source, and is reduced in size to the extent that color unevenness cannot be recognized visually while miniaturizing based on the unique shape of the condensing lens it can.

この集光レンズは、その側面側に翼状レンズが突出していると、発光ダイオードから広角度に発する光を、効率よく所望の方向へ集光させることができる。   If the wing-like lens protrudes on the side surface side of this condensing lens, light emitted from a light emitting diode at a wide angle can be efficiently condensed in a desired direction.

また、集光レンズは、その長手方向での端面が粗らされていると、そこで乱反射や拡散をして、色むらを一層生じさせない。   Further, when the end face in the longitudinal direction of the condenser lens is roughened, the condensing lens is irregularly reflected and diffused there, thereby further preventing color unevenness.

集光レンズは、簡易な構造で、しかも小型かつ軽量であるので、簡便に大量生産でき、歩留まりがよい。   Since the condensing lens has a simple structure, and is small and light, it can be easily mass-produced and has a good yield.

本発明の光源ユニットは、集光レンズと複数の発光ダイオードとが一体化しているので、効率よく集光できるうえ、簡便に大量生産できる。   In the light source unit of the present invention, since the condenser lens and the plurality of light emitting diodes are integrated, the light source unit can be efficiently condensed and can be easily mass-produced.

本発明の照明装置は、この光源ユニットを単数又は複数具備し、均等に色むら無く、被照射物を明るく照らすものである。   The illuminating device of the present invention includes one or a plurality of light source units, and uniformly illuminates an object to be irradiated without uneven color.

本発明を適用する集光レンズ及びそれを用いた光源ユニットを示す斜視図である。It is a perspective view which shows the condensing lens to which this invention is applied, and a light source unit using the same. 本発明を適用する集光レンズ及びそれを用いた光源ユニットの使用途中を示す側面及び正面図である。It is the side surface and front view which show the middle of use of the condensing lens which applies this invention, and a light source unit using the same. 本発明を適用する別な集光レンズを用いた光源ユニット内に実装される複数の発光ダイオードの別な態様を示す斜視図である。It is a perspective view which shows another aspect of the several light emitting diode mounted in the light source unit using another condensing lens to which this invention is applied. 本発明を適用する集光レンズを用いる光源ユニットが実装された照明装置の使用途中を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the middle of use of the illuminating device with which the light source unit using the condensing lens to which this invention is applied was mounted.

以下、本発明を実施するための好ましい形態について詳細に説明するが、本発明の範囲はこれらの形態に限定されるものではない。   Hereinafter, although the preferable form for implementing this invention is demonstrated in detail, the scope of the present invention is not limited to these forms.

本発明の集光レンズ1は、図1に示すように、直列に並んで異なる波長光である赤色光と緑色光と青色光とを夫々発する3種類のLEDを複数の発光ダイオード光源8(R)・8(G)・8(B)として、その光出射方向側に配置したもので、略半円柱状で所謂蒲鉾型のシリンドリカルレンズ2を有している。   As shown in FIG. 1, the condensing lens 1 of the present invention includes three types of LEDs that emit red light, green light, and blue light, which are arranged in series and have different wavelength lights, and a plurality of light-emitting diode light sources 8 (R ) · 8 (G) · 8 (B) are arranged on the light emitting direction side, and have a substantially semi-cylindrical so-called cylindrical lens 2.

シリンドリカルレンズ2は、光出射方向側で曲面5a・5bとなっている。シリンドリカルレンズ2の頂部5a近傍におけるその半円柱状を為す形状は、特に限定されないが、曲面を、非球面式である下記数式(1)

Figure 2011070010
(数式(1)中、R:曲率、k:円錐係数、a:非球面係数、z:レンズ高さ、x:レンズ横幅である)で表現する場合、
例えば曲率が1×1015〜40程度の値を有し、かつ円錐係数が−1×1020〜40程度の値を有するように形成されたものである。このような値をとることで、頂部5a近傍の曲率をその両脇に位置する曲面5bの曲率に比較して小さいものとする。このような係数以外であっても、頂部5a近傍の曲率を小さくできる係数の組み合わせであれば、特に制限されない。シリンドリカルレンズ2の長手方向は、複数の発光ダイオード光源8(R)・8(G)・8(B)の直列の方向Cと一致している。複数の発光ダイオード光源8(R)・8(G)・8(B)の直列が、シリンドリカルレンズ2の中央に位置していることが好ましい。 The cylindrical lens 2 has curved surfaces 5a and 5b on the light emission direction side. The shape forming the semi-cylindrical shape in the vicinity of the top portion 5a of the cylindrical lens 2 is not particularly limited, but the curved surface is an aspherical expression (1)
Figure 2011070010
(In Formula (1), R: curvature, k: conical coefficient, a n: aspheric coefficient, z: Lens Height, x: next to the lens is wide) if expressed in,
For example, it is formed so that the curvature has a value of about 1 × 10 15 to 40 and the cone coefficient has a value of about −1 × 10 20 to 40 . By taking such a value, the curvature in the vicinity of the top portion 5a is made smaller than the curvature of the curved surface 5b located on both sides thereof. Even if it is other than such a coefficient, it will not be restrict | limited especially if it is a combination of the coefficient which can make the curvature of the top part 5a vicinity small. The longitudinal direction of the cylindrical lens 2 coincides with the direction C in series of the plurality of light-emitting diode light sources 8 (R), 8 (G), and 8 (B). It is preferable that the series of the plurality of light emitting diode light sources 8 (R), 8 (G), and 8 (B) is located at the center of the cylindrical lens 2.

その直列の方向Cに沿い、シリンドリカルレンズ2の両側面から、先細りの翼状レンズ3が、突出している。翼状レンズ3は、シリンドリカルレンズ2の略半円柱状を為す曲面5a・5bと逆向きに向いて一体に形成されている。翼状レンズ3は、シリンドリカルレンズ2よりも大きい径の略半円柱状となっていることにより、シリンドリカルレンズ2から突出しつつ、発光ダイオード光源8(R)・8(G)・8(B)の光出射方向側で、その光軸と垂直な平面6aを形成している。   A tapered wing-like lens 3 projects from both side surfaces of the cylindrical lens 2 along the series direction C. The winged lens 3 is formed integrally with the curved surfaces 5a and 5b of the cylindrical lens 2 that have a substantially semi-cylindrical shape. The wing-like lens 3 has a substantially semi-cylindrical shape having a larger diameter than that of the cylindrical lens 2, so that the light from the light-emitting diode light sources 8 (R), 8 (G), and 8 (B) is projected from the cylindrical lens 2. A plane 6a perpendicular to the optical axis is formed on the emission direction side.

集光レンズ1は、被照射物12側の翼状レンズ3の面6aで、屈折せずに光線を通過させるためのものであるから、発光ダイオード光源8の光軸Aと垂直になっていることが好ましいが、この平面6aがシリンドリカルレンズ2の側へ幾分内傾又は外傾していてもよい。   The condensing lens 1 is a surface 6a of the winged lens 3 on the irradiated object 12 side and is used for allowing light rays to pass through without being refracted, so that it is perpendicular to the optical axis A of the light-emitting diode light source 8. However, the plane 6a may be slightly inclined inward or outward toward the cylindrical lens 2 side.

シリンドリカルレンズ2の曲面5a・5bは、発光ダイオード光源8の光軸A方向と、発光ダイオード光源8の光軸Aからの傾斜角θが45°以下の光を透過して集光しながら出射できるように調整された曲率を、有していることが好ましい(図2参照)。 Curved 5a · 5b of the cylindrical lens 2, the optical axis A direction of the light emitting diode light source 8, while condensed through the inclination angle theta 1 is 45 ° or less of the light from the optical axis A of the light emitting diode light source 8 emitting It is preferable to have the curvature adjusted so that it can do (refer FIG. 2).

一方、翼状レンズ3の出射方向側の平面6aは、その光軸Aからの傾斜角θが45〜55°の光を透過して拡散しながら出射するように、発光ダイオード光源8の光出射方向側でその光軸Aと垂直な面となっていると、特に好ましい。 On the other hand, the plane 6a of the emission direction side of the wing-like lens 3, so the inclination angle theta 1 from the optical axis A is emitted while being diffused by transmitting light of 45 to 55 °, the light emission of the light emitting diode light sources 8 It is particularly preferable that the surface is perpendicular to the optical axis A on the direction side.

翼状レンズ3の発光ダイオード光源8側の曲面6bは、発光ダイオード光源8の光軸Aからの傾斜角θが55°を上限とし傾斜角θが80°を下限とする光を、反射し、翼状レンズ3の出射方向側の平面6a又はシリンドリカルレンズ2の曲面5a・5bから出射するように調整された曲率を、有していることが好ましい。翼状レンズ3の発光ダイオード光源8側の曲面6bは、光源からの透過光が全反射となるように曲率を調整しておくことが好ましいが、その外面を金属被膜で被覆していてもよい。この曲面6bは、図2(i)の側面図に示すように、発光ダイオード光源8からの放物線状に調整されたものであって、発光ダイオード光源8がその放物線の焦点に当たる位置に設置されると、曲面6bで反射した光は平面6aから垂直に出射するので、光軸Aと平行になり好ましい。曲面6bはこの曲面に沿う擬似多面体の曲面となっていてもよい。 Emitting diode light source 8 side of the curved surface 6b of the wing lens 3, a light inclination angle theta 2 from the optical axis A of the light emitting diode light source 8 is the inclination angle theta 3 to a maximum of 55 ° to the lower limit 80 °, reflects It is preferable to have a curvature adjusted so as to be emitted from the plane 6a on the emission direction side of the winged lens 3 or the curved surfaces 5a and 5b of the cylindrical lens 2. The curvature of the curved surface 6b on the light emitting diode light source 8 side of the winged lens 3 is preferably adjusted so that the transmitted light from the light source is totally reflected, but the outer surface thereof may be covered with a metal film. As shown in the side view of FIG. 2 (i), the curved surface 6b is adjusted in a parabolic shape from the light-emitting diode light source 8, and is installed at a position where the light-emitting diode light source 8 hits the focal point of the parabola. Since the light reflected by the curved surface 6b is emitted perpendicularly from the flat surface 6a, it is preferably parallel to the optical axis A. The curved surface 6b may be a pseudo polyhedral curved surface along the curved surface.

発光ダイオード光源8が、数100μm乃至数mm四方程度の面積を持っている場合、発光ダイオード光源から発する光は、発光ダイオード光源8の発光面の様々な場所から放射状に発せられる結果、様々な角度で、集光レンズ1中に入射する。そこで、発光ダイオード光源8の大きさを考慮して、集光レンズ1の形状、とりわけシリンドリカルレンズ2や翼状レンズ3の形状やその曲率を十分大きくしかつ円錐係数を十分小さくすることで集光レンズ1のシリンドリカルレンズ2の頂部5a付近で平坦面に近い曲面となるように設計すると、光源からの光を効率よく集光できるようになるので、好ましい。集光レンズ1がそのシリンドリカルレンズ2の頂部5a付近で平坦に近い曲面となってものであると、集光レンズ1の外形寸法に対して発光ダイオード光源8の面積が広い場合で、被照射物12の狭い範囲に集中的に集光させたいときに、特に有効である。   When the light-emitting diode light source 8 has an area of about several hundred μm to several mm square, light emitted from the light-emitting diode light source is emitted radially from various places on the light-emitting surface of the light-emitting diode light source 8, resulting in various angles. Then, the light enters the condenser lens 1. Therefore, in consideration of the size of the light-emitting diode light source 8, the shape of the condensing lens 1, in particular, the shape of the cylindrical lens 2 and the winged lens 3 and the curvature thereof are sufficiently increased, and the conical coefficient is sufficiently decreased, thereby reducing the condensing lens. It is preferable to design a curved surface close to a flat surface near the top portion 5a of one cylindrical lens 2 because light from the light source can be efficiently collected. If the condensing lens 1 has a curved surface near the top 5a of the cylindrical lens 2, the area of the light-emitting diode light source 8 is larger than the outer dimension of the condensing lens 1, and the irradiated object This is particularly effective when it is desired to concentrate light in 12 narrow ranges.

集光レンズ1は、発光ダイオード光源8の大きさや集光させて照射すべき範囲の大きさや被照射物の面までの距離に応じて、その形状、例えば曲率、外形寸法を適宜調整して、個別に設計されたものであることが、好ましい。   According to the size of the light-emitting diode light source 8, the size of the range to be condensed and irradiated, and the distance to the surface of the irradiated object, the condensing lens 1 is appropriately adjusted in shape, for example, curvature, outer dimensions, It is preferable that they are individually designed.

集光レンズ1の長手方向と鉛直な両端面4・4が、例えばサンドブラスト処理で粗らされた粗面となっている。この粗面により発光ダイオード光源8(R)・8(G)・8(B)からその両端面4・4に当たる光が、全反射することなく乱反射乃至散乱するようになっている。そのため、両端面4・4から出射しても色むらが抑制されている。この両端面4・4で形成せれた拡散・乱反射面は、拡散効果が高いほど良好な混色が得られ、色むらを一層改善する。この両端面4・4は、長手方向と鉛直となっていることが好ましいが、集光レンズ1を鋳型成型する場合に離型し易いように抜きテーパーとしてシリンドリカルレンズ2の頂部5aに近付くほどわずかに内傾していてもよい。   Both end surfaces 4 and 4 perpendicular to the longitudinal direction of the condenser lens 1 are rough surfaces roughened by, for example, sandblasting. With this rough surface, the light hitting the both end surfaces 4 and 4 from the light-emitting diode light sources 8 (R), 8 (G) and 8 (B) is diffusely reflected or scattered without being totally reflected. For this reason, even when the light is emitted from both end faces 4 and 4, color unevenness is suppressed. On the diffusion / diffuse reflection surface formed by the both end faces 4 and 4, the higher the diffusion effect, the better the color mixture, and the color unevenness is further improved. The end faces 4 and 4 are preferably perpendicular to the longitudinal direction. However, the end faces 4 and 4 become slightly closer to the top 5a of the cylindrical lens 2 as a drawing taper so as to be easily released when the condenser lens 1 is molded. It may be inclined inward.

集光レンズ1は、図2に示すように、集光レンズ2の長手方向での全長Lが、発光ダイオード光源8(R)・8(G)・8(B)からシリンドリカルレンズ2の最頂部までの高さHの2倍と、複数の発光ダイオード光源8のうち最も離れた発光ダイオード光源8(R)・8(B)外端同士の最外間幅wとの合計以上であることが好ましい。その範囲未満であると、発光ダイオード光源8(R)・8(G)・8(B)からの3つ全ての波長光の何れかが混合されない結果、異なった色調になって照射されてしまい、色むらが目立ってしまう。   As shown in FIG. 2, the condensing lens 1 has a total length L in the longitudinal direction of the condensing lens 2 from the light emitting diode light sources 8 (R), 8 (G), and 8 (B) to the top of the cylindrical lens 2. It is preferable to be equal to or greater than the total of twice the height H and the outermost width w between the outermost light-emitting diode light sources 8 (R) and 8 (B) among the plurality of light-emitting diode light sources 8. . If it is less than that range, any of all three wavelength lights from the light-emitting diode light sources 8 (R), 8 (G), and 8 (B) will not be mixed, resulting in different colors. , Color unevenness is conspicuous.

集光レンズ1は、発光ダイオード光源8(R)・8(G)・8(B)を収容する窪み10を好ましく有している。発光ダイオード光源8の位置決めは、この窪み10によって行われる。この窪み10は、空気層を介することなく発光ダイオード光源8(R)・8(G)・8(B)を嵌め込みつつ接着する接着剤9で充填されていてもよい。接着剤9として、高透明度のシリコーン系接着剤が用いられる。接着剤9により空気層を介せずに接着することで、空気層による表面反射が防止され、光量の取り出し効率が向上する。接着剤9として、透明度のやや劣る半透明接着剤を用いる場合であっても、発光ダイオード光源8から発する光の透過性を損なわないように、接着剤9の層厚を十分に薄くして用いてもよい。   The condensing lens 1 preferably has a recess 10 that houses the light-emitting diode light sources 8 (R), 8 (G), and 8 (B). The positioning of the light-emitting diode light source 8 is performed by the depression 10. The recess 10 may be filled with an adhesive 9 that adheres the light-emitting diode light sources 8 (R), 8 (G), and 8 (B) without inserting an air layer. As the adhesive 9, a highly transparent silicone adhesive is used. By adhering without using an air layer by the adhesive 9, surface reflection by the air layer is prevented, and light quantity extraction efficiency is improved. Even when a translucent adhesive having a slightly lower transparency is used as the adhesive 9, the layer thickness of the adhesive 9 is sufficiently reduced so as not to impair the transmittance of light emitted from the light-emitting diode light source 8. May be.

集光レンズ1は、面取りされていてもよい(不図示)が、面取りされていない方が好ましい。   The condensing lens 1 may be chamfered (not shown), but is preferably not chamfered.

集光レンズ1の材質は、屈折率を示す透光性の透明材質であればガラスのような無機材料であっても樹脂のような有機材料であってもよく特に制限されないが、ガラスのような無機材よりも比較的成形性の良い透明な樹脂またはゴムが好ましい。例えば透明樹脂として、ポリエチレン樹脂、塩素化ポリエチレン樹脂、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ポリカーボネイト樹脂が挙げられ、透明ゴムとして、フッ素ゴム、シリコーンゴムが挙げられる。   The material of the condensing lens 1 may be an inorganic material such as glass or an organic material such as resin as long as it is a translucent transparent material exhibiting a refractive index. A transparent resin or rubber having a relatively good moldability is preferable to the inorganic material. For example, the transparent resin includes polyethylene resin, chlorinated polyethylene resin, silicone resin, epoxy resin, acrylic resin, and polycarbonate resin, and the transparent rubber includes fluorine rubber and silicone rubber.

このような集光レンズ1の材質は、発光ダイオード光源8からの熱や青色成分に含まれる紫外線に耐え得る必要があるため、透明シリコーン樹脂や透明シリコーンゴムのようなシリコーンであると、一層好ましい。このようなシリコーンの屈折率は、約1.4〜1.5程度のものが特に好ましい。例えば、シリコーンは、屈折率が約1.52で、硬度がショアDコードで約70度程度のものが挙げられる。屈折率が高い材質の方が、レンズの小型化の観点から有利であるが、屈折率が1.41程度の材料でもよい。   Since the material of the condensing lens 1 needs to be able to withstand heat from the light emitting diode light source 8 and ultraviolet rays contained in the blue component, it is more preferable to use silicone such as transparent silicone resin or transparent silicone rubber. . Such a silicone preferably has a refractive index of about 1.4 to 1.5. For example, silicone has a refractive index of about 1.52 and a hardness of about 70 degrees in Shore D code. A material having a high refractive index is more advantageous from the viewpoint of miniaturization of the lens, but a material having a refractive index of about 1.41 may be used.

集光レンズ1を使用する用途・場所・時に応じて、その材質として、多少の加圧接触でも柔軟に変形し得る軟質のシリコーン樹脂やシリコーンゴムを用いてもよいが、集光レンズ1表面への異物付着の回避、集光レンズ1を実装用マウントのノズルで吸引して発光ダイオード光源8に実装する際のノズルからの脱離の確実性向上の観点から、硬質のシリコーン樹脂が、特に好ましい。   Depending on the application / location / time when the condenser lens 1 is used, a soft silicone resin or silicone rubber that can be flexibly deformed even with a slight pressure contact may be used as the material. A hard silicone resin is particularly preferable from the viewpoint of avoiding the adhesion of foreign matter and improving the certainty of detachment from the nozzle when the condenser lens 1 is sucked with the nozzle of the mounting mount and mounted on the light emitting diode light source 8. .

集光レンズ1の材質が透明な樹脂またはゴムであれば、ガラスのような研磨は必要なく、射出成形や金型プレス成形でレンズを製造できるため、生産性が高いだけでなく、軽量化に資する。光源からの放熱に対する安定した耐熱性、高輝度光の長期間透過による黄変を引き起こさない耐変色性、透明性、金型転写の正確性、透過率、金型成型時の精密な転写性等を考慮すると、透明シリコーン樹脂であることが好ましい。中でも、低分子シロキサンを除去した低分子シロキサンカット製品、例えば東レダウコーニング株式会社製のOE−6665やEG−6301(商品名)、信越化学工業株式会社製のKJR632やLPS−L400やLPS−L500(商品名)のような市販品であると一層好ましい。   If the material of the condensing lens 1 is a transparent resin or rubber, polishing like glass is not necessary, and the lens can be manufactured by injection molding or mold press molding. To contribute. Stable heat resistance against heat radiation from the light source, discoloration resistance that does not cause yellowing due to long-term transmission of high-intensity light, transparency, accuracy of mold transfer, transmittance, precise transferability during mold molding, etc. In view of the above, it is preferably a transparent silicone resin. Among them, low molecular siloxane cut products from which low molecular siloxane has been removed, such as OE-6665 and EG-6301 (trade name) manufactured by Toray Dow Corning Co., Ltd., KJR632, LPS-L400 and LPS-L500 manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. It is more preferable that it is a commercial item like (brand name).

なお、集光レンズ1として、翼状レンズ3が設けられた例を示したが、それを有していなくてもよい。集光レンズ1の両端面4・4が粗面である例を示したが、表面処理されていなくてもよく、平滑面であってもよい。   In addition, although the example provided with the winged lens 3 was shown as the condensing lens 1, it does not need to have it. Although the example in which both end surfaces 4 and 4 of the condenser lens 1 are rough surfaces has been shown, the surface treatment may not be performed and a smooth surface may be used.

本発明を適用する光源モジュール20は、図1及び図2に示すように、集光レンズ1と、発光ダイオード光源8(R)・8(G)・8(B)とが、一体化しているものである。発光ダイオード光源8(R)・8(G)・8(B)は、集光レンズ1の窪み10に嵌め込まれ、透明な接着剤9、例えばシリコーン樹脂系接着剤で固定されていてもよい。   In the light source module 20 to which the present invention is applied, the condenser lens 1 and the light emitting diode light sources 8 (R), 8 (G), and 8 (B) are integrated as shown in FIGS. Is. The light-emitting diode light sources 8 (R), 8 (G), and 8 (B) may be fitted into the recesses 10 of the condenser lens 1 and fixed with a transparent adhesive 9, for example, a silicone resin adhesive.

発光ダイオード光源8として、赤緑青の光を発する別々なLEDパッケージからなる発光ダイオード光源8(R)・8(G)・8(B)が、直列に並んだ例を示したが、それらの発光部分であるLEDチップ8(R)・8(G)・8(B)を1つのLEDパッケージとしそれの複数個が直列に配置され、その直列の方向Cとシリンドリカルレンズ2の長手方向とを一致させていてもよい。図3に示すように、赤緑青のような複数の波長光を夫々独立に発する3個のLEDチップ8(R)・8(G)・8(B)としそれらが直列に並んで封入されたLEDパッケージ8a・8b・・・が、その直列の方向Cと同方向に複数、配置され、シリンドリカルレンズ2の長手方向とを一致させていてもよい。一つのLEDパッケージ8aだけが配置され、それのLEDチップ8(R)・8(G)・8(B)の直列の方向Cを、シリンドリカルレンズ2の長手方向に一致させていてもよい。複数の波長光を発するLEDチップまたはLEDパッケージ8(R)・8(G)・8(B)が互いに狭い間隔しかあけずに配置されているほど、混色が一層良好となる結果、遠距離のみならず近距離の被照射物12を照らすことができるようになる。   As the light-emitting diode light source 8, the light-emitting diode light sources 8 (R), 8 (G), and 8 (B) made up of separate LED packages that emit red, green, and blue light are shown as examples. The LED chips 8 (R), 8 (G), and 8 (B), which are the parts, are made into one LED package, and a plurality of them are arranged in series, and the series direction C and the longitudinal direction of the cylindrical lens 2 coincide with each other. It may be allowed. As shown in FIG. 3, three LED chips 8 (R), 8 (G), and 8 (B) that independently emit a plurality of wavelengths of light such as red, green, and blue are encapsulated in series. A plurality of LED packages 8a, 8b,... May be arranged in the same direction as the series direction C, and the longitudinal direction of the cylindrical lens 2 may be matched. Only one LED package 8 a may be disposed, and the series direction C of the LED chips 8 (R), 8 (G), and 8 (B) may be aligned with the longitudinal direction of the cylindrical lens 2. As the LED chips or LED packages 8 (R), 8 (G), and 8 (B) that emit light having a plurality of wavelengths are arranged with only a small distance from each other, the color mixture becomes better. In other words, the irradiated object 12 at a short distance can be illuminated.

光源ユニット20は、照射すべき被照射物12までの距離Dが、複数の発光ダイオード光源8のうち最も離れた発光ダイオード光源8(R)と8(B)との長手方向における互いの外端間、即ち最外間幅wの少なくとも30倍となるように、予め調整しておく必要がある。この範囲未満であると、発光ダイオード光源8(R)・8(G)・8(B)からの3つ全ての波長光の何れかが混合されずに異なった色調になって照射されてしまう色むらの範囲が、相対的に大きくなり過ぎて、目立ってしまう。   The light source unit 20 has a distance D to the irradiated object 12 to be irradiated, the light emitting diode light sources 8 (R) and 8 (B), which are the farthest among the plurality of light emitting diode light sources 8, in the longitudinal direction. It is necessary to adjust in advance so as to be at least 30 times the space between the outermost spaces w. If it is less than this range, any of all three wavelength lights from the light-emitting diode light sources 8 (R), 8 (G), and 8 (B) are irradiated with different colors without being mixed. The range of color unevenness becomes relatively large and becomes conspicuous.

本発明を適用する照明装置30は、図4に示すように、光源ユニット20の複数が直線状に並び、発光ダイオード光源8(R)・8(G)・8(B)から導出されたリード線11が基板31上の配線32に接続されたものである。   As shown in FIG. 4, the lighting device 30 to which the present invention is applied includes a plurality of light source units 20 arranged in a straight line, and leads derived from the light emitting diode light sources 8 (R), 8 (G), and 8 (B). The line 11 is connected to the wiring 32 on the substrate 31.

光源ユニット20は、円弧状に列を成して並べられていてもよく、直線状に並んだ列が複数並べられて縦横に整然と配置されていてもよい。また、放射状に点在させてもよく、長手方向を一点に向けた状態で円弧状に並べてもよく、縦向きと横向きとを交互に混在して配置してもよく、ランダムに点在させてもよい。   The light source units 20 may be arranged in rows in an arc shape, or a plurality of rows arranged in a straight line may be arranged in an orderly manner vertically and horizontally. Also, it may be scattered radially, may be arranged in an arc with the longitudinal direction directed to one point, may be arranged in a mixture of vertical and horizontal orientations, or randomly scattered Also good.

照明装置30は、単一の光源ユニット20を用い、発光ダイオード光源8のリード線11が基板31上の配線32に接続されていてもよい。   The lighting device 30 may use a single light source unit 20, and the lead wire 11 of the light emitting diode light source 8 may be connected to the wiring 32 on the substrate 31.

なお、発光ダイオード光源8としてRGBの3色の光を夫々発するものの例を示したが、混色されるものであれば特に制限はなく発光ダイオード光源8から発する光の色調は限定されない。例えば、青色系同士の青色混色、R・G・Bのうちの二色の組合せからなる混色、更には、LEDの上に蛍光体層を設け、波長変換された発光ダイオード光源を混色してもよい。また、色フィルターを介して発光ダイオード光源に為した後、混色してもよい。また白色LEDを3〜6個直列に並べ、集光レンズ1を被せ、均質な白色光に混色してもよい。また、LED内部に拡散材を含有した発光ダイオード光源8を混色してもよい。   In addition, although the example of what emits the light of three colors of RGB as the light emitting diode light source 8 was shown, if it is mixed, there will be no restriction | limiting in particular and the color tone of the light emitted from the light emitting diode light source 8 will not be limited. For example, a blue color mixture of blue colors, a color mixture consisting of a combination of two colors of R, G and B, or a phosphor layer provided on the LED, and a light-emitting diode light source converted in wavelength may be mixed. Good. Further, after the light emitting diode light source is formed through the color filter, the colors may be mixed. Alternatively, 3 to 6 white LEDs may be arranged in series, and the condensing lens 1 may be covered to mix the color with uniform white light. Moreover, you may color-mix the light-emitting-diode light source 8 containing the diffusing material inside LED.

この集光レンズ1を用いた光源ユニット20が実装された照明装置30は、以下のようにして、製造される。先ず、図1に示すような集光レンズ1の形状に対応して窪んでいる金型を作製する。その金型の窪み面のうち、集光レンズ1の端面4に対応する部位を、例えば放電加工等により荒らしておく。その荒れた表面状態を精密に転写させることができるシリコーン樹脂の原料を含有する組成物を金型に流し込み、硬化させて、集光レンズ1を得る。次いで、図2に示すように、発光ダイオードである発光素子8(R)・8(G)・8(B)を、集光レンズ1の窪み10(図2参照)に挿入し、透明接着剤9で気密に封入すると、光源ユニット20が得られる。その後、図4に示すように、複数の光源ユニット20を基材31上で直線状に並べ、それの発光ダイオード光源8から延びたリード線11を、基材31上の配線32に接続して半田付けすると、照明装置30が得られる。   The illumination device 30 on which the light source unit 20 using the condenser lens 1 is mounted is manufactured as follows. First, a mold which is depressed corresponding to the shape of the condenser lens 1 as shown in FIG. 1 is produced. Of the concave surface of the mold, a portion corresponding to the end surface 4 of the condenser lens 1 is roughened by, for example, electric discharge machining. A condensing lens 1 is obtained by pouring a composition containing a silicone resin raw material capable of precisely transferring the rough surface state into a mold and curing the composition. Next, as shown in FIG. 2, the light emitting elements 8 (R), 8 (G), and 8 (B), which are light emitting diodes, are inserted into the recesses 10 (see FIG. 2) of the condenser lens 1, and transparent adhesive When airtightly sealed at 9, the light source unit 20 is obtained. Thereafter, as shown in FIG. 4, a plurality of light source units 20 are arranged linearly on the base material 31, and the lead wires 11 extending from the light emitting diode light source 8 are connected to the wiring 32 on the base material 31. When soldered, the lighting device 30 is obtained.

この照明装置30は、以下のようにして使用される。配線32に通電して印加すると発光ダイオード光源8(R)・8(G)・8(B)が、発光する。発光した光の代表的な光路を図2中、P〜Pで示す。 This illumination device 30 is used as follows. When the wiring 32 is energized and applied, the light emitting diode light sources 8 (R), 8 (G), and 8 (B) emit light. Representative optical paths of the emitted light are indicated by P 1 to P 8 in FIG.

同図(i)の側面図に示すように、発光素子8から光軸Aより幾分傾いてに沿って進む光Pは、集光レンズ1の内部を経て、シリンドリカルレンズ2の曲面上の頂部5aで、幾分屈折されて、そこから出射し、被照射物12に至る。その光Pよりも多少傾いた光Pは、集光レンズ1の内部を経て、シリンドリカルレンズ2の側面の曲面5bで、更に大きく屈折されて、そこから出射し、光Pとほぼ平行になって、被照射物12に至る。光Pより傾いた光Pは、翼状レンズ3の出射方向側の平面6aへ鈍角で至ってそこで全反射し、その光源側の曲面6bに至って屈折して翼状レンズ3から下方へ出射し拡散する。その光Pより傾いた光Pは、集光レンズ1の内部を経て、翼状レンズ3の曲面6bで全反射され、翼状レンズ3の平面6aから出射し、光Pと平行になって、被照射物12に至る。 As shown in the side view of FIG. (I), the light P 4 traveling along a somewhat inclined from the optical axis A from the light emitting element 8, through the interior of the condenser lens 1, a cylindrical lens 2 on the curved surface The light is refracted somewhat at the top portion 5 a, exits there, and reaches the irradiation object 12. The light P 3 that is slightly inclined with respect to the light P 4 is further refracted by the curved surface 5 b on the side surface of the cylindrical lens 2 through the inside of the condenser lens 1, is emitted therefrom, and is substantially parallel to the light P 4. And reaches the object 12 to be irradiated. The light P 2 tilted with respect to the light P 3 reaches the plane 6 a on the emission direction side of the winged lens 3 at an obtuse angle, and is totally reflected there, reaches the curved surface 6 b on the light source side, and refracts and exits downward from the winged lens 3. To do. The light P 1 tilted from the light P 2 is totally reflected by the curved surface 6 b of the winged lens 3 through the inside of the condenser lens 1, is emitted from the flat surface 6 a of the winged lens 3, and becomes parallel to the light P 4. To the irradiated object 12.

また同図(ii)の正面図に示すように、発光ダイオード光源8(R)から鉛直に進む光Pは、集光レンズ1の内部を経て、シリンドリカルレンズ2の曲面の頂部5aで、屈折することなく、直進して、そこから出射し、被照射物12に至る。その光Pよりも多少傾いた光Pは、集光レンズ1の内部を経て、シリンドリカルレンズ2の曲面の頂部5aで、屈折されて、そこから出射する。一方、その光Pより多少傾いた光Pは、集光レンズ1の内部を経て、集光レンズ1の端面4に至り、その端面4で乱反射する。 Also as shown in the front view of FIG. (Ii), the light emitting diode light sources 8 (R) from light P 7 traveling vertically passes through the interior of the condenser lens 1, at the top 5a of the curved cylindrical lens 2, refracted Without going straight, it goes out from there and reaches the object 12 to be irradiated. The light P 6 inclined slightly than the light P 7 passes through the interior of the condenser lens 1, at the top 5a of the curved cylindrical lens 2, is refracted and emitted therefrom. On the other hand, the light P 5 slightly tilted from the light P 6 passes through the inside of the condenser lens 1, reaches the end surface 4 of the condenser lens 1, and is irregularly reflected by the end surface 4.

一方、発光ダイオード光源8(R)に隣り合う発光ダイオード光源8(G)から、鉛直よりもやや発光ダイオード光源8(R)側に傾いた光Pは、シリンドリカルレンズ2の曲面の頂部5aで、屈折する。このように、隣り合う発光ダイオード光源又は更に離れている発光ダイオード光源から、発する光が混合される。 On the other hand, the light P 8 tilted slightly toward the light emitting diode light source 8 (R) from the light emitting diode light source 8 (G) adjacent to the light emitting diode light source 8 (R) at the top 5 a of the curved surface of the cylindrical lens 2. Refract. In this way, light emitted from adjacent light emitting diode light sources or light emitting diode light sources further apart is mixed.

各発光ダイオード光源8(R)・8(G)・8(B)から発した光は、集光レンズ3の長手方向で、それら発光ダイオード光源8(R)・8(G)・8(B)の載置位置の差によっても、同様に集光レンズ1から出射されることから、終には同様な屈折状態や混合状態をとって、均質に光が混合され、集光レンズ1から出射される。   The light emitted from each of the light emitting diode light sources 8 (R), 8 (G), and 8 (B) is in the longitudinal direction of the condenser lens 3, and the light emitting diode light sources 8 (R), 8 (G), and 8 (B ) Is also emitted from the condensing lens 1 in the same manner, so that the same refraction state or mixing state is finally taken and light is uniformly mixed and emitted from the condensing lens 1. Is done.

このようにして、発光ダイオード光源8(R)・8(G)・8(B)が発した光は、大部分が混合されながら集光し、発光ダイオード光源8(R)・8(G)・8(B)の位置ずれによる色むらが、目視で認識し得ない程度に、十分に小さくなっているから、目視で認識できる範囲であたかも混合色の色調の光のみが、出射されているように映る結果、被照射物12を均一な白色光で照らすことになる。   In this way, most of the light emitted from the light-emitting diode light sources 8 (R), 8 (G), and 8 (B) is collected while being mixed, and the light-emitting diode light sources 8 (R) and 8 (G) are collected. The color unevenness due to the 8 (B) misregistration is sufficiently small that it cannot be visually recognized, so only the light of the mixed color tone is emitted within the visible range. As a result, the object 12 is illuminated with uniform white light.

このような照明装置30によれば、集光レンズ1のシリンドリカルレンズ2の長手方向で指向角約100°となり、その長手方向に垂直な方向で指向角約20°となる集約的な集光を達成することができ、同時に異なる色調の光を混色し白色光を得ることができる。しかも小型で、光の集光効率が良いから、省エネルギーに資する。   According to such an illuminating device 30, collective condensing with a directivity angle of about 100 ° in the longitudinal direction of the cylindrical lens 2 of the condensing lens 1 and a directivity angle of about 20 ° in a direction perpendicular to the longitudinal direction. This can be achieved, and at the same time, light of different tones can be mixed to obtain white light. Moreover, it is compact and has good light collection efficiency, contributing to energy saving.

以下に、本発明を適用する集光レンズ1、それを組み込んだ光源ユニット20、及びそれを有する照明装置30を試作した例について、図を参照しながら、具体的に示す。   Hereinafter, an example in which a condenser lens 1 to which the present invention is applied, a light source unit 20 incorporating the same, and an illumination device 30 having the same will be described with reference to the drawings.

集光レンズ1は、図1に示す形状のものを作製した。図3に示すように、RGBの3つの発光ダイオード光源8(R)・8(G)・8(B)を1つのパッケージに搭載したフルカラーLEDパッケージチップ8aを、発光ダイオード光源8として使用した。LEDパッケージチップ8a内で夫々、各発光ダイオード光源8(R)・8(G)・8(B)は0.8mm四方であり、0.275mmの隙間をあけて直列に配置されたものである。   A condenser lens 1 having the shape shown in FIG. 1 was produced. As shown in FIG. 3, a full-color LED package chip 8 a in which three RGB light-emitting diode light sources 8 (R), 8 (G), and 8 (B) are mounted in one package was used as the light-emitting diode light source 8. In the LED package chip 8a, each of the light emitting diode light sources 8 (R), 8 (G), and 8 (B) is 0.8 mm square, and is arranged in series with a gap of 0.275 mm. .

集光レンズ1は、適切な形状となるように、次のようにして設計されたものである。図2(ii)に示すような最も離れた発光ダイオード光源8(R)と8(B)との長手方向の外向きの端同士の距離、即ち最外間幅wは、2.95mmである。発光ダイオード光源8(R)・8(G)・8(B)の表面から、集光レンズ1のシリンドリカルレンズ2の頂部5aの頂点までの高さHを4mmとし、集光レンズ1の長手方向での全長Lを、L≧2H+wに適合するように、10.95mm以上にする。シリンドリカルレンズ2の形状は、各発光ダイオード光源8(R)・8(G)・8(B)の大きさを考慮し、それらの光軸とのなす角が45°以内である光を、効率よく集光できるように、形状を最適化されている。次いで、翼状レンズ3は、シリンドリカルレンズ2の両方の側面から1mmずつ突出している。翼状レンズ3の光源側曲面6bは、発光ダイオード光源8(R)・8(G)・8(B)の各中心から該当の角度域内を複数に分割し、分割した各角度に応じて、同角度の光線を光軸と平行に反射させる反射角を順次求め、その後各反射角を接続し1つの曲線状としたものである。このままレンズ形状として使用してもよいが、スプライン補完等によって各角度を曲線で滑らかにされている。この結果、翼状レンズ3の光源側曲面6bは、概ね放物線の形状を示している。用途に合わせてさらに形状を変化させてもよい。   The condensing lens 1 is designed as follows so as to have an appropriate shape. The distance between the outward ends in the longitudinal direction of the light-emitting diode light sources 8 (R) and 8 (B) farthest as shown in FIG. 2 (ii), that is, the outermost width w is 2.95 mm. The height H from the surface of the light emitting diode light source 8 (R), 8 (G), 8 (B) to the apex of the top 5 a of the cylindrical lens 2 of the condenser lens 1 is 4 mm, and the longitudinal direction of the condenser lens 1 The total length L is set to 10.95 mm or more so as to satisfy L ≧ 2H + w. The shape of the cylindrical lens 2 considers the size of each light-emitting diode light source 8 (R), 8 (G), and 8 (B), and efficiently uses light whose angle with the optical axis is within 45 °. The shape is optimized so that light can be collected well. Next, the winged lens 3 protrudes by 1 mm from both side surfaces of the cylindrical lens 2. The light source side curved surface 6b of the winged lens 3 is divided into a plurality of the corresponding angular regions from the respective centers of the light-emitting diode light sources 8 (R), 8 (G), and 8 (B), and the same according to the divided angles. A reflection angle for reflecting an angle ray parallel to the optical axis is sequentially obtained, and then each reflection angle is connected to form one curved line. Although it may be used as a lens shape as it is, each angle is smoothed by a curve by spline interpolation or the like. As a result, the light source side curved surface 6b of the winged lens 3 has a substantially parabolic shape. You may change a shape further according to a use.

このように設計された所望の集光レンズ1の形状に応じた金型を作製し、シリコーン樹脂原料を流し込み硬化させて、設計通りの透明シリコーン樹脂製集光レンズ1を鋳型成型した。この集光レンズ1は、屈折率が1.52で、硬度がショアDコードで70度である。   A mold corresponding to the shape of the desired condensing lens 1 designed as described above was prepared, and a silicone resin raw material was poured and cured to mold a transparent condensing lens 1 made of transparent silicone resin as designed. The condenser lens 1 has a refractive index of 1.52 and a hardness of 70 degrees with a Shore D code.

この集光レンズ1の窪み10に発光ダイオード8光源(R)・8(G)・8(B)を嵌め込み、透明接着剤9で固定し、発光ダイオード8光源(R)・8(G)・8(B)から夫々導出したリード線11を適切な方向に曲げて、光源ユニット20を得た。複数の光源ユニット20を、基板31上に並べ、その配線パターン11に、リード線を接続して、照明装置30を作製した。   The light-emitting diode 8 light sources (R), 8 (G), and 8 (B) are fitted into the recess 10 of the condenser lens 1 and fixed with the transparent adhesive 9, and the light-emitting diode 8 light sources (R), 8 (G), The light source unit 20 was obtained by bending the lead wires 11 respectively derived from 8 (B) in appropriate directions. A plurality of light source units 20 were arranged on a substrate 31, and lead wires were connected to the wiring pattern 11 to produce a lighting device 30.

本発明の集光レンズは複数の波長光を発する発光ダイオード光源と共に一体化され、複数の波長光を混合して均一な色調の光を出射する光源ユニットとして、用いられる。   The condenser lens of the present invention is integrated with a light emitting diode light source that emits light of a plurality of wavelengths, and is used as a light source unit that emits light of a uniform color tone by mixing light of a plurality of wavelengths.

この光源ユニットを実装した照明装置は、室内外のインテリア照明灯、テレビやパーソナルコンピューターや携帯電話用の液晶ディスプレイのバックライト、携帯ゲーム機用のディスプレイのようなアミューズメント用照明器具、自動車のヘッドライト、各種産業用照明器具などの照明装置として、有用である。   Lighting devices equipped with this light source unit include indoor and outdoor interior lighting lamps, backlights for liquid crystal displays for TVs, personal computers and mobile phones, amusement lighting fixtures such as displays for portable game consoles, and headlights for automobiles. It is useful as a lighting device for various industrial lighting fixtures.

1は集光レンズ、2はシリンドリカルレンズ、3は翼状レンズ、4は端面、5aはシリンドリカルレンズの曲面の頂部、5bはシリンドリカルレンズの曲面の側部、6aは翼状レンズの平面、6bは翼状レンズの曲面、8・8(R)・8(G)・8(B)は発光ダイオード光源、8a・8b・・・はLEDパッケージ、9は接着剤、10は窪み、11はリード線、20は光源モジュール、30は照明装置、31は基板、32は配線、Aは光軸、Cは直列方向、Dは照射すべき被照射物までの距離、Hは発光ダイオード光源からシリンドリカルレンズの頂部までの高さ、Lは集光レンズの長手方向での全長、wは複数の発光ダイオード光源の最外間幅、θ〜θは傾斜角、P〜Pは光路である。 1 is a condensing lens, 2 is a cylindrical lens, 3 is a winged lens, 4 is an end surface, 5a is the top of a curved surface of the cylindrical lens, 5b is a side of the curved surface of the cylindrical lens, 6a is a flat surface of the winged lens, and 6b is a winged lens 8 · 8 (R) · 8 (G) · 8 (B) are light emitting diode light sources, 8a · 8b ··· are LED packages, 9 is adhesive, 10 is a depression, 11 is a lead wire, 20 is Light source module, 30 is an illumination device, 31 is a substrate, 32 is a wiring, A is an optical axis, C is a series direction, D is a distance to an irradiation object to be irradiated, H is a light emitting diode light source to the top of the cylindrical lens Height, L is the total length in the longitudinal direction of the condenser lens, w is the outermost width of the light-emitting diode light sources, θ 1 to θ 3 are inclination angles, and P 1 to P 8 are optical paths.

Claims (10)

直列に並んで異なる波長光を夫々発する複数の発光ダイオード光源からの出射方向の側に配置されるもので、シリンドリカルレンズが、その長手方向を該直列の方向と一致させて、具備されていることを特徴とする集光レンズ。   It is arranged on the side of the emission direction from a plurality of light emitting diode light sources that emit light of different wavelengths arranged in series, and has a cylindrical lens with its longitudinal direction coinciding with the series direction. Condensing lens characterized by 前記直列の方向に沿い、前記シリンドリカルレンズの側面から、先細りの翼状レンズが突出していることを特徴とする請求項1に記載の集光レンズ。   The condensing lens according to claim 1, wherein a tapered wing-like lens protrudes from a side surface of the cylindrical lens along the series direction. 前記翼状レンズが、前記出射方向の側で、前記発光ダイオード光源の光軸に垂直な面又は前記シリンドリカルレンズ側へ内傾若しくは外傾する面を有しており、前記発光ダイオード光源への光源側で、前記シリンドリカルレンズの曲面と逆向きの曲面又はそれに沿う擬似多面曲面となっていることを特徴とする請求項2に記載の集光レンズ。   The winged lens has a surface perpendicular to the optical axis of the light emitting diode light source or a surface inclined inward or outward toward the cylindrical lens on the emission direction side, and the light source side to the light emitting diode light source 3. The condensing lens according to claim 2, wherein the condensing lens is a curved surface opposite to the curved surface of the cylindrical lens or a quasi-polyhedral curved surface along the curved surface. 前記シリンドリカルレンズが、同一の曲率で連続した曲面、又は曲率の異なる複数の部分面からなる連続した曲面を有する非球面であることを特徴とする請求項1に記載の集光レンズ。   2. The condensing lens according to claim 1, wherein the cylindrical lens is an aspherical surface having a continuous curved surface having the same curvature or a continuous curved surface including a plurality of partial surfaces having different curvatures. 端面が、前記長手方向と鉛直になりつつ、乱反射及び/又は拡散する粗面となっていることを特徴とする請求項1に記載の集光レンズ。   The condensing lens according to claim 1, wherein the end surface is a rough surface that diffuses and / or diffuses while being perpendicular to the longitudinal direction. 前記集光レンズの前記長手方向での全長Lと、前記発光ダイオード光源から前記シリンドリカルレンズの頂部までの高さHと、前記複数の発光ダイオード光源の最外間幅wとが
L≧2H+w
の関係になっていることを特徴とする請求項1に記載の集光レンズ。
The total length L in the longitudinal direction of the condensing lens, the height H from the light emitting diode light source to the top of the cylindrical lens, and the outermost width w of the plurality of light emitting diode light sources are L ≧ 2H + w
The condensing lens according to claim 1, wherein:
直列に並んで異なる波長光を出射する複数の発光ダイオード光源からの出射方向の側に、シリンドリカルレンズがその長手方向を該直列の方向と一致させつつ、その光軸方向を該出射方向に一致させて配置されている集光レンズに、前記発光ダイオード光源が、嵌って一体化していることを特徴とする光源ユニット。   On the side of the emission direction from a plurality of light emitting diode light sources that emit light of different wavelengths arranged in series, the cylindrical lens makes its longitudinal direction coincide with the series direction and its optical axis direction coincides with the emission direction. A light source unit, wherein the light-emitting diode light source is fitted and integrated with a condensing lens arranged in a manner. 前記発光ダイオード光源が、集光レンズへ、空気層を介することなく、前記嵌っていることを特徴とする請求項7に記載の光源ユニット。   The light source unit according to claim 7, wherein the light emitting diode light source is fitted to the condenser lens without an air layer interposed therebetween. 照射すべき被照射物までの距離Dが、前記複数の発光ダイオード光源の最外間幅wの少なくとも30倍とすることを特徴とする請求項7に記載の光源ユニット。   The light source unit according to claim 7, wherein a distance D to an object to be irradiated is at least 30 times the outermost width w of the plurality of light emitting diode light sources. 請求項7に記載の光源ユニットが、単一で基板に接続され、又はその複数で単列若しくは複数列を為して連続し若しくは点在して並べられて基板に接続されていることを特徴とする照明装置。   The light source unit according to claim 7 is connected to the substrate by a single unit, or a plurality of the light source units are connected to the substrate by being arranged in a single row or a plurality of rows in a continuous or dotted manner. A lighting device.
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