JP2011076965A - Led light source device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ライトガイド用照明装置に用いて好適なLED光源装置に関するものである。 The present invention relates to an LED light source device suitable for use in a light guide illumination device.
一般に、LEDを光源としたライトガイド照明装置は、ハロゲンランプやメタルハライドランプ等の光源と同様に、レンズで集光したり、凹面反射鏡を使用したり、または両方を使用して、ライトガイドに入射していた(例えば、特許文献1〜3)。 In general, a light guide illumination device using an LED as a light source, like a light source such as a halogen lamp or a metal halide lamp, collects light with a lens, uses a concave reflecting mirror, or uses both as a light guide. It was incident (for example, Patent Documents 1 to 3).
レンズや凹面反射鏡を使用してライトガイドにLED素子の光を入射させる場合、集光効率を上げるためには、LEDの発光面は可能な限り小さくする必要がある。
また、LEDの発光はほとんど方向性のない自然発光であるため、その発光角度は、レンズで集光のために受光できる角度より大きく、従ってレンズで受光できない光の量も多く、集光効率が悪い。
When the light of the LED element is incident on the light guide using a lens or a concave reflecting mirror, it is necessary to make the light emitting surface of the LED as small as possible in order to increase the light collection efficiency.
In addition, since the light emission of the LED is a natural light emission with almost no directivity, the light emission angle is larger than the angle at which light can be received for condensing by the lens, and therefore the amount of light that cannot be received by the lens is large, and the light collection efficiency is high. bad.
さらに、通常は、レンズで集光できる受光角よりも、ライトガイドの受光角(開口角)の方が大きい。一般的な数値を上げると、LED光の広がり角は120°、レンズで受光できる角度は60°、ライトガイドの受光角は最大で120°である。 Furthermore, the light receiving angle (aperture angle) of the light guide is usually larger than the light receiving angle that can be collected by the lens. In general, the LED light spread angle is 120 °, the angle at which the lens can receive light is 60 °, and the light guide has a maximum light reception angle of 120 °.
上述したとおり、LEDを光源とした従来のライトガイド照明装置は、レンズやミラー等で集光していたため、発光面の大きな照明用LEDでは効率良く集光することができず、発光面の小さい、極めて限定されたLEDしか使用できないという問題があった。
また、ライトガイドの受光角は十分に広いにもかかわらず、レンズで集光した場合には、LEDの狭い発光角の光しか集光できないため、集光効率が悪いところにも問題を残していた。
さらに、レンズで集光した場合、集光された光線は平行光に近い光線となり、受光角(開口角)の広いライトガイドを使用しても、出射される光は中心部のみが明るく、周辺部にいくに従って光量が急激に低下するという、照射ムラが大きいという問題もあった。
As described above, the conventional light guide illuminating device using an LED as a light source collects light with a lens, a mirror, or the like. Therefore, an illumination LED having a large light emitting surface cannot efficiently collect light and has a small light emitting surface. There is a problem that only very limited LEDs can be used.
In addition, even though the light guide has a sufficiently wide light-receiving angle, if the light is collected by a lens, only light with a narrow light-emitting angle of the LED can be collected. It was.
In addition, when the light is collected by the lens, the condensed light beam becomes a light beam close to parallel light, and even if a light guide with a wide light receiving angle (aperture angle) is used, the emitted light is bright only at the center, and the periphery There was also a problem that irradiation unevenness was large, that is, the amount of light suddenly decreased as it went to the part.
本発明は、上記の現状に鑑み開発されもので、発光面の大きな照明用LEDを用いて効率良く集光することができ、また照射ムラもほとんどないライトガイド照明装置用のLED光源装置を提供することを目的とする。 The present invention has been developed in view of the above-described present situation, and provides an LED light source device for a light guide illumination device that can efficiently collect light using an illumination LED having a large light emitting surface and has almost no irradiation unevenness. The purpose is to do.
さて、発明者らは、上記の目的を達成すべく鋭意検討を重ねた結果、多数のLED素子を面状に配列しパッケージ化した照明用LEDに対して、レンズやミラー等の光学素子を一切使用することなく、光ファイバー繊維を束にした、いわゆるライトガイドの入射端面を、極力接近させて設置することにより、ライトガイドの受光角(開口角)全体でLEDの発光光を効率良く受光することができ、その結果、明るく均一な出射光で照明することが可能になることの知見を得た。
本発明は、上記の知見に立脚するものである。
Now, as a result of intensive studies to achieve the above-mentioned object, the inventors have completely arranged optical elements such as lenses and mirrors with respect to an illumination LED in which a large number of LED elements are arranged in a plane and packaged. Efficiently receive the emitted light of the LED at the entire light receiving angle (opening angle) of the light guide by installing the light guide fiber's entrance end face as close as possible without using it, making a bundle of optical fiber fibers As a result, the inventors have learned that it is possible to illuminate with bright and uniform emitted light.
The present invention is based on the above findings.
すなわち、本発明の要旨構成は次のとおりである。
1.多数のLED素子を面状に配列しパッケージ化した照明用LEDを、光ファイバー繊維の束からなるライトガイドの入射端面に近接配置としたことを特徴とLED光源装置。
That is, the gist configuration of the present invention is as follows.
1. An LED light source device, characterized in that an illumination LED in which a large number of LED elements are arranged in a package and packaged is disposed close to an incident end face of a light guide made of a bundle of optical fiber fibers.
2.前記照明用LEDと前記ライトガイドの入射端面との距離をt、照明用LEDを構成するLED素子群の径をL、ライトガイドの入射端面の径をF、ライトガイドの開口角(開口数)をθとしたとき、これらが下記(1)式
t≧{(F−L)/2}/tanθ ・・・(1)
の関係を満足することを特徴とする前記1記載のLED光源装置。
2. The distance between the illumination LED and the incident end face of the light guide is t, the diameter of the LED element group constituting the illumination LED is L, the diameter of the incident end face of the light guide is F, and the aperture angle (numerical aperture) of the light guide. Is the following equation (1) t ≧ {(F−L) / 2} / tan θ (1)
2. The LED light source device as described in 1 above, wherein the relationship is satisfied.
3.前記パッケージ化した照明用LEDに電流を供給する方式として、ユニット化した切片端子と照明用LEDの外形に合わせてカットされたプリント基板を使用し、LEDの交換と位置決めを容易にしたことを特徴とする前記1または2記載のLED光源装置。 3. As a method of supplying current to the packaged illumination LED, a unitized section terminal and a printed circuit board cut in accordance with the outline of the illumination LED are used to facilitate replacement and positioning of the LED. The LED light source device according to 1 or 2 above.
本発明のLED光源装置によれば、レンズやミラー等の光学素子を一切用いることなく、多数のLED素子が面状に配列されパッケージ化された照明用LEDを使用でき、しかもライトガイドの開口角全体にわたってLED光を受光し、出射することができるので、従来に比べて、出射光全体の光量が増大すると共に、周辺部の明るさも増大させることができる。
また、本発明のLED光源装置は、非常にコンパクトで、しかもLEDの交換と位置決めを容易かつ簡便に行うことができる。
According to the LED light source device of the present invention, it is possible to use an illumination LED in which a large number of LED elements are arranged in a plane and packaged without using any optical elements such as lenses and mirrors, and the opening angle of the light guide Since the LED light can be received and emitted over the whole, the light quantity of the whole emitted light can be increased and the brightness of the peripheral portion can be increased as compared with the conventional case.
Further, the LED light source device of the present invention is very compact, and can easily and easily replace and position the LED.
以下、本発明のLED光源装置を、図面に基づいて具体的に説明する。
図1は、本発明に従うLED光源装置の基本構造を示したものである。図1(a)は、多数のLED素子を面状に配列しパッケージ化した照明用LEDの正面図で、図中、番号1が照明用LED、2は個々のLED素子、3,4は電流導入端子である。図1(b)は、照明用LED1とライトガイド5の入射端面6とを近接に配置した状態を示した側面図である。なお、(照明用LED1→ライトガイド5)は、光ファイバー繊維の束で構成されている。
Hereinafter, the LED light source device of the present invention will be specifically described with reference to the drawings.
FIG. 1 shows a basic structure of an LED light source device according to the present invention. FIG. 1A is a front view of an illumination LED in which a large number of LED elements are arranged in a plane and packaged. In the figure, reference numeral 1 is an illumination LED, 2 is an individual LED element, and 3 and 4 are currents. This is an introduction terminal. FIG. 1B is a side view showing a state in which the illumination LED 1 and the incident end face 6 of the light guide 5 are arranged close to each other. In addition, (LED1 for illumination-> light guide 5) is comprised with the bundle of optical fiber.
本発明において、照明用LEDとライトガイドの入射端面とを近接配置にする際の「近接」とは、照明用LEDとライトガイド入射端面との距離tが3mm以内を意味する。
そして、これら照明用LEDとライトガイドの入射端面との間には、従来のようにレンズやミラー等を設置することはなく、照明用LEDからの照射光を直接、ライトガイドの入射端面で受光するのである。
In the present invention, “proximity” when the illumination LED and the incident end face of the light guide are arranged close to each other means that the distance t between the illumination LED and the light guide incident end face is within 3 mm.
Then, there is no lens or mirror between the illumination LED and the incident end face of the light guide as in the prior art, and the irradiation light from the illumination LED is directly received by the incident end face of the light guide. To do.
また、本発明において、高い集光効率を達成するためには、照明用LED1とライトガイド入射端面6の距離をt、LED素子群の径をL、ライトガイドの入射端面6の口径をF、ライトガイドの開口角(開口数)をθとしたとき、これらについて、次式(1)
t≧{(F−L)/2}/tanθ ・・・(1)
の関係を満足させることが好適である。
なお、LED素子群の径Lについては、LED素子群が図示したような矩形の場合には対角線の長さをLとし、またLED素子群が円形の場合には直径の長さをLとすればよい。
同様に、ライトガイド入射端面の口径Fについても、その形状が矩形の場合には対角線の長さをFとし、また円形の場合には直径の長さをFとすればよい。
In the present invention, in order to achieve high light collection efficiency, the distance between the illumination LED 1 and the light guide incident end face 6 is t, the diameter of the LED element group is L, the aperture of the light guide incident end face 6 is F, When the opening angle (numerical aperture) of the light guide is θ,
t ≧ {(F−L) / 2} / tan θ (1)
It is preferable to satisfy this relationship.
Regarding the diameter L of the LED element group, if the LED element group is rectangular as illustrated, the length of the diagonal line is L, and if the LED element group is circular, the diameter is L. That's fine.
Similarly, regarding the aperture F of the light guide incident end face, the length of the diagonal line may be F when the shape is rectangular, and the diameter length may be F when the shape is circular.
図2は、従来の一般的な集光方法を示すものであり、発光部の大きさが小さい従来のLED7を光源とし、集光レンズ8により集光し、ライトガイド5の入射端面6に集光させている。なお、図中、番号9はライトガイド5の出射端面である。
上記の従来法では、図示したように、LED7からの発光光を全て集光することはできない。また、集光レンズ8によってLED7の発光光の発光角度が狭くなる、すなわちNA(開口角)が小さく変換されるため、ライトガイド5を構成している光ファイバーのNAよりも小さくなってしまう。
その結果、ライトガイド5から出射される光は、図3中、番号10で示すように、中心部のみが明るく、周辺が著しく暗い光量分布となる。
FIG. 2 shows a conventional general condensing method. A conventional LED 7 having a small light emitting portion is used as a light source, and the light is condensed by a condensing lens 8 and collected on the incident end face 6 of the light guide 5. I am making it light. In the drawing, reference numeral 9 denotes an emission end face of the light guide 5.
In the above conventional method, as shown in the figure, it is not possible to collect all the emitted light from the LED 7. Further, the light emission angle of the light emitted from the LED 7 is narrowed by the condenser lens 8, that is, the NA (aperture angle) is converted to be small, so that it becomes smaller than the NA of the optical fiber constituting the light guide 5.
As a result, the light emitted from the light guide 5 has a light amount distribution in which only the central portion is bright and the periphery is extremely dark, as indicated by
図4は、図1の構成を全体的に表したもので、照明用LED1を式(1)を満足する条件で設置した場合である。
この場合は、LED7からの発光光をほぼ全て集光することができ、また集光レンズを用いることがないので、LED7の発光光の発光角度が狭くなることもない。
その結果、本発明のLED光源装置を用いた場合の光量分布は、図3中、番号11で示すような分布となる。すなわち、ライトガイドのNA全体にわたって、すなわち中心部は勿論のこと周辺部も明るくなり、絶対光量(曲線で囲まれる面積で表される)も従来に比べると格段に多くなる。
FIG. 4 shows the overall configuration of FIG. 1, and shows a case where the lighting LED 1 is installed under a condition that satisfies Expression (1).
In this case, almost all of the light emitted from the LED 7 can be collected, and since no condensing lens is used, the light emission angle of the light emitted from the LED 7 is not narrowed.
As a result, the light quantity distribution when the LED light source device of the present invention is used is a distribution as indicated by
図5は、照明用LEDを、電線等の半田付け配線によらず、ユニット化した切片端子12によって接続する構造を示すものである。
すなわち、切片端子12を垂直に設置し、ネジ部分13に電流が流れるようにプリント配線され、中央にライトガイドの通過穴が開口した切片プリント基板14と、照明用LEDの外形に合わせてカットされた保持プリント基板15に、電流伝達スペーサー16を設置して、切片プリント基板14と接続する構造にしたものである。
かような構造とすることにより、照明用LED1の交換および位置決めが極めて容易となる。
FIG. 5 shows a structure in which lighting LEDs are connected by
In other words, the
By adopting such a structure, the replacement and positioning of the lighting LED 1 become extremely easy.
図6は、図5の組み立て状態を示すもので、固定ネジ17により切片プリント基板14と保持プリント基板15を連結固定する。このとき、切片端子12が照明用LED1の電流導入端子3,4と接触し、電源部よりプリント配線によって配線されている電流伝達スペーサー16を介して電流の導入が可能となる。
FIG. 6 shows the assembled state of FIG. 5, and the section printed board 14 and the holding printed
図7は、図1及び図5,6の構成になる本発明に従う光源装置を実機に組み込んだ状態を示す構造図で、保持プリント基板15及び照明用LED1をヒートシンク19に設置し、好ましくは式(1)を満足する条件でライトガイド5の入射端面が位置するように、ライトガイド5の口金20を設置したものである。なお、図中、番号21は電源、22は空冷ファンであり、これらは必要に応じて設置することができる。
FIG. 7 is a structural diagram showing a state in which the light source device according to the present invention having the configuration shown in FIGS. 1 and 5 and 6 is incorporated in a real machine. The holding printed
ここに、照明用LEDを交換する場合には、図7に示すライトガイド口金20を取り外したのち、固定ネジ17を取り外し、ついで照明用LED固定ネジ18を取り外すことで、照明用LEDの交換を容易に行うことができる。
また、照明用LEDの外形に合わせてカットされた保持プリント基板の切り込み部分に照明用LEDを設置することによって、照明用LEDの正確な位置決めが可能である。
Here, when replacing the lighting LED, after removing the
In addition, it is possible to accurately position the illumination LED by installing the illumination LED in the cut portion of the holding printed circuit board cut in accordance with the outer shape of the illumination LED.
本発明のLED光源装置は、従来に比べ、非常にコンパクトなだけでなく、ライトガイドの出射光全体の光量を増大することができ、さらに中心部のみならず周辺部も明るくすることができ、特にライトガイド用照明装置に適用して偉効を奏する。 The LED light source device of the present invention is not only very compact compared to the prior art, but also can increase the amount of light emitted from the light guide as a whole, and can brighten not only the central part but also the peripheral part, It is particularly effective when applied to light guide lighting devices.
1 照明用LED
2 LED素子群
3,4 電流導入端子
5 ライトガイド
6 ライトガイド入射端面
7 従来型LED
8 集光レンズ
9 ライトガイド出射端面
10 従来方式の光量分布
11 本発明方式の光量分布
12 切片端子
13 プリント配線
14 切片プリント基板
15 保持プリント基板
16 電流伝達スペーサー
17 固定ネジ
18 照明用LED固定ネジ
19 ヒートシンク
20 ライトガイド口金
21 電源
22 空冷ファン
1 LED for lighting
2 LED element group 3, 4 Current introduction terminal 5 Light guide 6 Light guide incident end face 7 Conventional LED
8 Condenser lens 9 Light guide exit end face
10 Conventional light distribution
11 Light distribution of the method of the present invention
12 Intercept terminal
13 Printed wiring
14 Section printed circuit board
15 Holding PCB
16 Current transfer spacer
17 Fixing screw
18 LED fixing screw for lighting
19 Heat sink
20 Light guide base
21 Power supply
22 Air cooling fan
Claims (3)
t≧{(F−L)/2}/tanθ ・・・(1)
の関係を満足することを特徴とする請求項1記載のLED光源装置。 The distance between the illumination LED and the incident end face of the light guide is t, the diameter of the LED element group constituting the illumination LED is L, the aperture of the incident end face of the light guide is F, and the aperture angle (numerical aperture) of the light guide. Is the following equation (1) t ≧ {(F−L) / 2} / tan θ (1)
The LED light source device according to claim 1, wherein the relationship is satisfied.
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WO2021112103A1 (en) * | 2019-12-03 | 2021-06-10 | 株式会社住田光学ガラス | Optical fiber illumination device |
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2009
- 2009-10-01 JP JP2009229359A patent/JP2011076965A/en active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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WO2021112103A1 (en) * | 2019-12-03 | 2021-06-10 | 株式会社住田光学ガラス | Optical fiber illumination device |
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