JP2012174601A - Lighting device - Google Patents
Lighting device Download PDFInfo
- Publication number
- JP2012174601A JP2012174601A JP2011037384A JP2011037384A JP2012174601A JP 2012174601 A JP2012174601 A JP 2012174601A JP 2011037384 A JP2011037384 A JP 2011037384A JP 2011037384 A JP2011037384 A JP 2011037384A JP 2012174601 A JP2012174601 A JP 2012174601A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- lens
- light
- led
- light source
- cob
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
Landscapes
- Led Device Packages (AREA)
- Non-Portable Lighting Devices Or Systems Thereof (AREA)
Abstract
Description
本発明は、LED(エルイーディー:Light Emitting Diode)光源の正面に2枚の透明なレンズを備え、任意のビーム広がり角の配光を得られるようにした照明装置に関するものである。 The present invention relates to an illuminating device including two transparent lenses in front of an LED (Light Emitting Diode) light source so as to obtain a light distribution with an arbitrary beam divergence angle.
スポットライトの光源は従来ハロゲン等の電球であったが、近年、消費電力や寿命に優れた発光ダイオードが用いられるようになった。他にも、発光ダイオードは光源サイズが小さく、器具の大型化を招かなかったことが、光源の置き換えが進んだ理由に挙げられる。以降、発光ダイオードをLEDと称す。 Conventionally, the light source of the spotlight has been a light bulb such as halogen, but in recent years, a light emitting diode excellent in power consumption and life has come to be used. Another reason for the progress of light source replacement is that light-emitting diodes have a small light source size and do not lead to an increase in the size of the instrument. Hereinafter, the light emitting diode is referred to as LED.
LEDの発光効率や光束は年々向上しているものの、現時点ではLED1個あたりの光束は100[lm]程度で、1台あたり数100[lm]〜数1000[lm]を必要とするスポットライトには複数個のLEDが搭載される。光源がLEDのスポットライトでは、例えば特許文献1で示されるような、LEDを内包する凹部を有し、屈折と反射の双方を利用した複合型レンズが一般に用いられている。この複合型レンズはLED1個ずつに被せられるため、スポットライト1台あたり、搭載されるLEDと同数のレンズが必要である。 Although the luminous efficiency and luminous flux of LEDs are improving year by year, at present, the luminous flux per LED is about 100 [lm], and it is a spotlight that requires several hundred [lm] to several thousand [lm] per unit. A plurality of LEDs are mounted. In a spotlight in which the light source is an LED, for example, as shown in Patent Document 1, a compound lens that has a concave portion including an LED and uses both refraction and reflection is generally used. Since this compound lens is put on each LED, the same number of lenses as the LED to be mounted is required per spotlight.
一方、近年、低コストと大光量を狙った、プリント基板上に直接半導体発光素子を実装、配線し、蛍光体粉末を含有した透明樹脂で封止するチップオンボード(COB)方式のLEDが登場してきた。一般に、COBとはChipOnBoardの略であり、集積回路チップをパッケージに加工することなく、直接、回路基板などに集積回路チップを取り付け、集積回路チップの回路を基板の回路パターンと接続する実装技術である。 On the other hand, in recent years, chip-on-board (COB) type LEDs have been introduced that aim to achieve low cost and high light intensity by mounting and wiring semiconductor light-emitting elements directly on a printed circuit board and sealing them with a transparent resin containing phosphor powder. I have done it. In general, COB is an abbreviation for ChipOnBoard, which is a mounting technology in which an integrated circuit chip is directly attached to a circuit board or the like without processing the integrated circuit chip into a package, and the circuit of the integrated circuit chip is connected to the circuit pattern of the board. is there.
以降、半導体発光素子をチップと称し、チップオンボード方式のLEDを単にCOBと称す。COBではチップを多数密集配置するため、発光面積は従来よりも大きいが、1個のCOBで1000[lm]を超える光束も可能である。このため、比較的低出力のスポットライトならば、1台分の光束を1個のCOBで満足できる。 Hereinafter, the semiconductor light emitting element is referred to as a chip, and the chip-on-board type LED is simply referred to as COB. In COB, since a large number of chips are densely arranged, the light emission area is larger than the conventional one, but a light flux exceeding 1000 [lm] is possible with one COB. For this reason, if the spotlight has a relatively low output, one light beam can be satisfied by one COB.
照明用途に用いられるLEDでは、COBでも従来同様、青色光を発すチップを黄色の蛍光体粉末を含有した封止樹脂で覆うことで、擬似白色光を生成している。すなわち、発光面を観察すると、チップ間や密集配置されたチップの外周部には、黄色蛍光体しか存在していない領域がある。 In an LED used for lighting, COB also generates pseudo white light by covering a chip emitting blue light with a sealing resin containing yellow phosphor powder, as in the past. That is, when the light emitting surface is observed, there is a region where only the yellow phosphor is present between the chips or on the outer periphery of the densely arranged chips.
個々のLEDに前述した複合型レンズを被せるのは、レンズがLEDの個数分必要となるので、コスト高である。COBならば、レンズは1個で済むが、COBは発光面が大きいため、本来微小な発光面を想定している本複合型レンズを適用すると、レンズを大型化しなければならず、厚肉化する。本複合型レンズは射出成形によって製造されるため、厚肉レンズでは成形時間がかかり、やはりコスト高である。 Covering each LED with the composite lens described above is expensive because the number of lenses required is the number of LEDs. COB requires only one lens, but COB has a large light-emitting surface. Therefore, when this composite lens, which originally assumes a very small light-emitting surface, is applied, the lens must be enlarged and thickened. To do. Since this composite lens is manufactured by injection molding, it takes a long time to mold a thick-walled lens, which is also expensive.
また、スポットライトでは、10[deg]前後の狭角から40[deg]前後の広角まで、複数のビーム広がり角が求められる。前述した複合型レンズでは、ズームが効かないため、略一つのビーム広がり角に固定される。このため、異なるビーム広がり角を持った複数種のレンズラインナップが必要となり、管理が煩雑であるとか、より多くの在庫を持たなければならないといった課題がある。さらに、COBではレンズの大型化を必要最小限に抑えようとすると、狭角のレンズの設計そのものも困難である。 Further, in the spotlight, a plurality of beam divergence angles are required from a narrow angle around 10 [deg] to a wide angle around 40 [deg]. The above-described compound lens is fixed at approximately one beam divergence angle because zoom does not work. For this reason, a plurality of types of lens lineups having different beam divergence angles are required, and there are problems such as complicated management and having to have more stock. Further, in COB, if it is attempted to minimize the increase in size of the lens, it is difficult to design a narrow-angle lens.
またさらに、透明なレンズを用いたスポットライトでは、LEDの発光面が被照射面に投影され、チップのイメージが見えるといった課題がある。黄色蛍光体の下に青色発光のチップが存在する箇所では、擬似白色光が投影されるが、チップの存在しない黄色蛍光体のみの箇所では黄色光が投影されることになる。このため、被照射面に薄っすらと黄色の格子模様が見えるなど、色むらが出易い。 Furthermore, spotlights using a transparent lens have a problem that the light emitting surface of the LED is projected onto the surface to be irradiated and the image of the chip can be seen. The pseudo-white light is projected at a location where a blue light emitting chip is present under the yellow phosphor, but the yellow light is projected only at a location where only the yellow phosphor is absent. For this reason, color unevenness is likely to occur, for example, a yellow lattice pattern can be seen even on the irradiated surface.
本発明は、たとえば発光面が大きいチップオンボード方式のLED等の光源に対応した照明装置を提供することを目的としている。また、狭角から広角まで任意のビーム広がり角を選択でき、被照射面の色むらを抑えた照明装置を提供することを目的としている。 An object of the present invention is to provide an illuminating device corresponding to a light source such as a chip-on-board type LED having a large light emitting surface. It is another object of the present invention to provide an illuminating device that can select an arbitrary beam divergence angle from a narrow angle to a wide angle and suppress uneven color on the surface to be irradiated.
本発明の照明装置は、
第一のレンズと、
第二のレンズと、
光源を取り付け、光源からの光の出光方向に、第一のレンズを配置し、さらに、第二のレンズを配置する固定筒とを備え、
第一のレンズの光源側の面の近似曲率をC1とし、
第一のレンズの出光側の面の近似曲率をC2とし、
第二のレンズの光源側の面の近似曲率をC3とし、
第二のレンズの出光側の面の近似曲率をC4とした場合、
C1<C2、かつ、C3<C4
であることを特徴とする。
The lighting device of the present invention is
The first lens,
A second lens,
A light source is attached, and the first lens is arranged in the light output direction of the light from the light source, and further includes a fixed cylinder for arranging the second lens,
The approximate curvature of the surface on the light source side of the first lens is C1,
The approximate curvature of the light exit side surface of the first lens is C2,
The approximate curvature of the surface on the light source side of the second lens is C3,
When the approximate curvature of the light exit side surface of the second lens is C4,
C1 <C2 and C3 <C4
It is characterized by being.
本発明による照明装置は、発光面の大きな光源においても配光を、高い正面光度、高い光の利用効率で得られる効果がある。 The illuminating device according to the present invention has an effect that light distribution can be obtained with high front luminous intensity and high light utilization efficiency even in a light source having a large light emitting surface.
以下、添付の図面を用いて、本発明の実施の一形態を説明する。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
実施の形態1.
図1は、本発明の実施の形態1に係る照明装置10の側面視断面図である。照明装置10は、2枚のレンズ、つまりレンズ3とレンズ4を用いたズームレンズを備えている。図1(a)は狭角側のレンズ配置を表す断面図で、図1(b)は広角側のレンズ配置を表す断面図である。
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a cross-sectional side view of a lighting apparatus 10 according to Embodiment 1 of the present invention. The illumination device 10 includes a zoom lens using two lenses, that is, the lens 3 and the lens 4. FIG. 1A is a sectional view showing a lens arrangement on the narrow angle side, and FIG. 1B is a sectional view showing a lens arrangement on the wide angle side.
光源であるチップオンボード方式のLED(以下、COBという)1は、アルミニウム等の金属、ガラスエポキシ樹脂やセラミックなどから成る基板2上に形成されている。基板2には、複数の半導体発光素子すなわち複数のLEDチップが、円状(直径D)に配列されている。基板2は図示を省略するヒートシンクに固定され、同じく図示を省略する電源よりコネクタやケーブルを介して給電され、COB1は点灯する。 A chip-on-board LED (hereinafter referred to as COB) 1 as a light source is formed on a substrate 2 made of a metal such as aluminum, glass epoxy resin, ceramic, or the like. On the substrate 2, a plurality of semiconductor light emitting elements, that is, a plurality of LED chips, are arranged in a circular shape (diameter D). The substrate 2 is fixed to a heat sink (not shown), and is supplied with power from a power supply (not shown) via a connector and a cable, and the COB 1 is lit.
COB1の正面には、近接してレンズ3が配置され、レンズ3より遠方にレンズ4が配置されている。レンズ3とレンズ4は、アクリルやポリカーボネート等の透明樹脂、あるいはガラスなどCOB1が放射した光を透過する透明な材料で形成されている。 In front of the COB 1, a lens 3 is arranged close to the lens, and a lens 4 is arranged farther than the lens 3. The lens 3 and the lens 4 are formed of a transparent material such as acrylic or polycarbonate, or a transparent material that transmits light emitted from the COB 1 such as glass.
固定筒5は、中空の有底円筒形・有底筒形をしている。固定筒5の底の中央には、COB1と基板2とレンズ3が配置されている。
固定筒5は、レンズ3を保持し、可動セル6はレンズ4を保持するための部材である。可動セル6は、電動又は手動により、固定筒5に対して光軸Zの方向に移動可能であり、これによりレンズ4をレンズ3に対して、近づけたり遠ざけたりできるようになっている。固定筒5と可動セル6はアルミニウムやマグネシウム等のダイキャスト製、もしくはプラスチック成形品である。固定筒5の内筒面は、黒染め、さらには遮光旋が施され、内筒面で散乱もしくは正反射される光が、レンズ3とレンズ4により制御される本来の光とは異なる方向へ出射されることで、グレアが発生するのを防いでいる。
The fixed cylinder 5 has a hollow bottomed cylindrical shape / bottomed cylindrical shape. In the center of the bottom of the fixed cylinder 5, a COB 1, a substrate 2 and a lens 3 are arranged.
The fixed cylinder 5 is a member for holding the lens 3, and the movable cell 6 is a member for holding the lens 4. The movable cell 6 can be moved in the direction of the optical axis Z with respect to the fixed cylinder 5 by electric or manual operation, whereby the lens 4 can be moved closer to or away from the lens 3. The fixed cylinder 5 and the movable cell 6 are made of die cast such as aluminum or magnesium, or a plastic molded product. The inner cylinder surface of the fixed cylinder 5 is black dyed and further subjected to a light shielding rotation, so that the light scattered or specularly reflected by the inner cylinder surface is different from the original light controlled by the lens 3 and the lens 4. By being emitted, the occurrence of glare is prevented.
以降、レンズ3とレンズ4について記す。
COB1より完全拡散型の配光(どの方向から見ても輝度が等しい配光)で放射された光は、COB1に近接配置されたレンズ3により、そのビーム広がり角が絞られ、次にレンズ4によって再度絞られ、最終的な照明装置10のビーム広がり角となって出射される。
Hereinafter, the lens 3 and the lens 4 will be described.
The light emitted from the COB 1 with a completely diffusive light distribution (a light distribution with the same luminance when viewed from any direction) is narrowed in its beam divergence angle by the lens 3 disposed close to the COB 1, and then the lens 4. Then, the light is narrowed again, and is emitted as the final beam divergence angle of the illumination device 10.
図1(a)のように、レンズ4がレンズ3より遠くに配置された時、狭角ビームが得られ、図1(b)のように、レンズ4がレンズ3の近くに配置された時、広角ビームが得られる。 When the lens 4 is arranged farther than the lens 3 as shown in FIG. 1A, a narrow-angle beam is obtained, and when the lens 4 is arranged near the lens 3 as shown in FIG. A wide-angle beam can be obtained.
図2(a)に図1(a)の時の配光を示し、図2(b)に図1(b)の時の配光を示す。ビーム広がり角は、図2(a)で約10[deg]、図2(b)で40[deg]弱となっている。ここではビーム広がり角を、最大ピーク光度、通常は放射角0degの、つまり正面光度の、1/2の光度となる2箇所の角度の幅(半値全幅)で定義している。以降、ビーム広がり角は、この角度の幅を指すとする。また、この時、COB1の光束は1450[lm]で、COB1の発光面の大きさは直径φ10[mm]であった。 FIG. 2 (a) shows the light distribution at the time of FIG. 1 (a), and FIG. 2 (b) shows the light distribution at the time of FIG. 1 (b). The beam divergence angle is about 10 [deg] in FIG. 2A and slightly less than 40 [deg] in FIG. Here, the beam divergence angle is defined as the width (full width at half maximum) of two angles at which the maximum peak luminous intensity, usually a radiation angle of 0 deg, that is, half the luminous intensity of the frontal luminous intensity. Hereinafter, the beam divergence angle refers to the width of this angle. At this time, the luminous flux of COB1 was 1450 [lm], and the size of the light emitting surface of COB1 was a diameter φ10 [mm].
図示は省略するが、図1(a)に示すレンズ4の位置と図1(b)に示すレンズ4の位置との間の適当な位置にレンズ4を配置した場合、20[deg]や30[deg]の中間的なビーム広がり角が得られる。すなわち、レンズ4を光軸Zに沿って可動することで、約10[deg]の狭角から40[deg]弱の広角までの任意のビーム広がり角を得ることができる。 Although illustration is omitted, when the lens 4 is arranged at an appropriate position between the position of the lens 4 shown in FIG. 1A and the position of the lens 4 shown in FIG. 1B, 20 [deg] or 30 An intermediate beam divergence angle of [deg] is obtained. That is, by moving the lens 4 along the optical axis Z, it is possible to obtain an arbitrary beam divergence angle from a narrow angle of about 10 [deg] to a wide angle of about 40 [deg].
レンズ3のCOB1側の面をS1面とし、S1面の反対側、つまり出射側の面をS2面とする。同様にレンズ4のCOB1側の面をS3面とし、S3面の反対側、つまり出射側の面をS4面とする。S1面〜S4面は非球面であっても構わないが、S1面〜S4面を球面で近似した場合の曲率半径をR1〜R4とし、曲率(近似曲率)をそれぞれC1〜C4とおく。曲率Cは、近似球面の曲率半径Rの逆数である。C1〜C4はS1面〜S4面が凸面の場合、正の値を取り、凹面の場合、負の値を取るとする。これらの曲率(又は近似曲率)C1〜C4には次の関係がある。
レンズ3の光源側の面の近似曲率をC1とし、
レンズ3の出光側の面の近似曲率をC2とし、
レンズ4の光源側の面の近似曲率をC3とし、
レンズ4の出光側の面の近似曲率をC4とした場合、
C1<C2 かつ C3<C4 (式1)
The surface on the COB1 side of the lens 3 is the S1 surface, and the opposite side of the S1 surface, that is, the exit side surface is the S2 surface. Similarly, the surface of the lens 4 on the COB1 side is the S3 surface, and the opposite side of the S3 surface, that is, the exit side surface is the S4 surface. The S1 to S4 surfaces may be aspherical surfaces, but the radii of curvature when the S1 to S4 surfaces are approximated by spherical surfaces are R1 to R4, and the curvatures (approximate curvatures) are C1 to C4, respectively. The curvature C is the reciprocal of the curvature radius R of the approximate spherical surface. C1 to C4 take positive values when the S1 surface to S4 surface are convex surfaces, and take negative values when they are concave surfaces. These curvatures (or approximate curvatures) C1 to C4 have the following relationship.
The approximate curvature of the light source side surface of the lens 3 is C1,
The approximate curvature of the light exit side surface of the lens 3 is C2,
The approximate curvature of the surface of the lens 4 on the light source side is C3,
When the approximate curvature of the light exit surface of the lens 4 is C4,
C1 <C2 and C3 <C4 (Formula 1)
ここで、S1面は凹面でもよく、C1は負の値でもよい。
S2面は凸面でなければならず、C2は常に正の値である。
S3面は凹面でもよく、C3は負の値でもよい。
S4面は凸面でなければならず、C4は常に正の値である。
Here, the S1 surface may be a concave surface, and C1 may be a negative value.
The S2 surface must be convex and C2 is always a positive value.
The S3 surface may be concave and C3 may be a negative value.
The S4 surface must be convex and C4 is always a positive value.
(式1)の関係の必要性を説明するため、第一の比較例を図3に示す。第一の比較例ではCOB1に近接したレンズ3が無く、レンズ4のみによって狭角から広角までの配光が作られている。図3(a)が狭角側のレンズ配置を表す断面図で、図3(b)が広角側のレンズ配置を表す断面図である。 In order to explain the necessity of the relationship of (Formula 1), a first comparative example is shown in FIG. In the first comparative example, there is no lens 3 close to the COB 1, and a light distribution from a narrow angle to a wide angle is made only by the lens 4. FIG. 3A is a sectional view showing a lens arrangement on the narrow angle side, and FIG. 3B is a sectional view showing a lens arrangement on the wide angle side.
さらに、第一の比較例で得られる配光を図4に示す。図4(a)に図3(a)の時の配光を示し、図4(b)に図3(b)の時の配光を示す。本実施の形態1の配光である図2では、狭角、広角の正面光度がそれぞれ19000[cd]、3200[cd]であるのに対し、図4では14000[cd]、2200[cd]と大幅に低くなっている。すなわち、COB1から放射される光束のうち照明対象物を照らす光束の割合、つまり光の利用効率が悪いことが分かる。 Furthermore, the light distribution obtained in the first comparative example is shown in FIG. FIG. 4 (a) shows the light distribution at the time of FIG. 3 (a), and FIG. 4 (b) shows the light distribution at the time of FIG. 3 (b). In FIG. 2, which is the light distribution according to the first embodiment, the front-intensities at the narrow angle and the wide angle are 19000 [cd] and 3200 [cd], respectively, whereas in FIG. 4, 14000 [cd] and 2200 [cd]. And is significantly lower. That is, it can be seen that the ratio of the luminous flux that illuminates the object to be illuminated out of the luminous flux emitted from COB1, that is, the light utilization efficiency is poor.
一枚のレンズ4のみによって配光を作る場合、光源であるCOB1からレンズ4(第一の比較例の場合、主たるパワーを持つS4面)までの距離Lは、COB1の発光面の大きさ(直径D)と、狙いのビーム広がり角θからおよそ次式で決定される。
L≒D/2×tan(90[deg]−θ/2) (式2)
When the light distribution is made by only one lens 4, the distance L from the light source COB1 to the lens 4 (S4 surface having the main power in the first comparative example) is the size of the light emitting surface of COB1 ( It is determined by the following equation from the diameter D) and the target beam divergence angle θ.
L≈D / 2 × tan (90 [deg] −θ / 2) (Formula 2)
例えば、COB1の発光面の直径D=φ10[mm]、ビーム広がり角θ=10[deg]とした場合、L≒60[mm]となり、レンズ4(S4面)はCOB1より60[mm]前後の距離に配置されなければならない。また、レンズ4の大きさは、例えば照明装置10が設置される天井面の穴の大きさなどから制限されることが多く、レンズ4の大きさを、本実施の形態1と第一の比較例の場合では、共にφ70[mm]としている。 For example, when the diameter D = φ10 [mm] of the light emitting surface of COB1 and the beam divergence angle θ = 10 [deg], L≈60 [mm], and the lens 4 (S4 surface) is around 60 [mm] from COB1. Must be placed at a distance. In addition, the size of the lens 4 is often limited by, for example, the size of the hole in the ceiling surface where the lighting device 10 is installed, and the size of the lens 4 is compared with the first embodiment. In the case of the example, both are set to φ70 [mm].
このように、COB1からレンズ4までの距離とレンズ4の大きさとは共に制約があるため、一枚のレンズ4のみを用いる第一の比較例では、おのずとレンズ4におけるCOB1からの光の取り込み立体角が決められ、光の利用効率も低く制限されてしまう。例えば、COB1の発光面の直径Dが、従来のLEDのように小さければ、レンズ4をもっと光源に近づけられ、光の利用効率を高めることができる。しかし、COB1のように発光面が大きい場合、レンズ4を光源に近づけると、(式2)からも分かるように、ビーム広がり角が狙いの値よりも大きく広がってしまう。 As described above, since the distance from the COB 1 to the lens 4 and the size of the lens 4 are both limited, in the first comparative example using only one lens 4, the light 4 from the COB 1 is naturally captured by the lens 4. The angle is determined and the light utilization efficiency is limited to a low level. For example, if the diameter D of the light emitting surface of the COB 1 is small as in a conventional LED, the lens 4 can be brought closer to the light source, and the light utilization efficiency can be increased. However, when the light emitting surface is large like COB1, when the lens 4 is brought close to the light source, the beam divergence angle spreads larger than the target value, as can be seen from (Equation 2).
一方、本実施の形態1では、COB1に近接配置されたレンズ3により、COB1から放射された光は一旦絞られ、効率良くレンズ4に入射する。前述したように、COB1より放射される光は完全拡散型の配光であるため、ビーム広がり角は120[deg]もある。このため、レンズ3はS1面の表面が溶融、変形や焼き付けを起こさない範囲で可能な限りCOB1に近接配置し、COB1から放射される光が広がる前に絞るのが良い。もし、これら溶融等の問題が生じないのであれば、S1面とCOB1の表面とを密着させてしまっても構わない。COB1の表面は略平坦面なので、レンズ3のS1面は平面又は凹面が望ましく、凸面であっても、少なくとも、S2面に比べ緩い曲率の方が好ましい。よって、C1<C2とするのが良い。 On the other hand, in the first embodiment, the light emitted from the COB 1 is once narrowed by the lens 3 arranged close to the COB 1 and efficiently enters the lens 4. As described above, since the light emitted from the COB 1 is a perfect diffusion type light distribution, the beam divergence angle is 120 [deg]. For this reason, the lens 3 is preferably disposed as close as possible to the COB 1 as long as the surface of the S1 surface is not melted, deformed or burned, and is squeezed before the light emitted from the COB 1 spreads. If these problems such as melting do not occur, the S1 surface and the COB1 surface may be brought into close contact with each other. Since the surface of the COB 1 is a substantially flat surface, the S1 surface of the lens 3 is preferably a flat surface or a concave surface. Even if it is a convex surface, at least a gentle curvature is preferable compared to the S2 surface. Therefore, it is preferable that C1 <C2.
このように、本実施の形態1では、C1<C2であるレンズ3をCOB1に近接配置することで、図2と図4で示したように、第一の比較例よりも高い正面光度、かつ、高い光の利用効率を実現できている。 As described above, in the first embodiment, the lens 3 that satisfies C1 <C2 is disposed close to the COB1, so that the front luminous intensity is higher than that of the first comparative example as shown in FIGS. High light utilization efficiency has been achieved.
また、第二の比較例を図5に示す。図5(a)が狭角側のレンズ配置を表す断面図で、図5(b)が広角側のレンズ配置を表す断面図である。
第二の比較例では、レンズ4のS4面の曲率がS3面の曲率よりも緩くなるように、つまり敢えてC3>C4とした状態で、狭角側の配光を満たすように設計したものである。第二の比較例で得られる配光を図6に示す。図6(a)に図5(a)の時の配光を示し、図6(b)に図5(b)の時の配光を示す。図6(b)に示すとおり広角側の配光の正面光度が落ち込み、いわゆる中抜けが発生していることが分かる。この現象は、20[deg]や30[deg]の中間的なビームの広がり角を持つ場合においても見られ、被照射面の中央が周囲より暗くなるといった問題を引き起こす。このため、C3<C4の関係が必要である。
A second comparative example is shown in FIG. FIG. 5A is a sectional view showing a lens arrangement on the narrow angle side, and FIG. 5B is a sectional view showing a lens arrangement on the wide angle side.
In the second comparative example, the lens 4 is designed to satisfy the light distribution on the narrow angle side so that the curvature of the S4 surface of the lens 4 is gentler than the curvature of the S3 surface, that is, in a state where C3> C4. is there. The light distribution obtained in the second comparative example is shown in FIG. 6A shows the light distribution at the time of FIG. 5A, and FIG. 6B shows the light distribution at the time of FIG. 5B. As shown in FIG. 6 (b), it can be seen that the front luminous intensity of the light distribution on the wide-angle side has dropped, and so-called hollows have occurred. This phenomenon is also observed when the beam has an intermediate beam divergence angle of 20 [deg] or 30 [deg], and causes the problem that the center of the irradiated surface is darker than the surroundings. For this reason, a relationship of C3 <C4 is necessary.
すなわち、本実施の形態1に係る照明装置10によれば、光源であるCOB1に近接配置されたレンズ3と、レンズ3より遠方に配置されたレンズ4、そして、レンズ4をレンズ3に近づけたり遠ざけたりすることで、発光面の大きなチップオンボード方式のLEDにおいても、約10[deg]の狭角から約40[deg]の広角までの任意のビーム広がり角の配光を、高い正面光度、高い光の利用効率で実現することができる。 That is, according to the illumination device 10 according to the first embodiment, the lens 3 disposed close to the COB 1 that is the light source, the lens 4 disposed farther than the lens 3, and the lens 4 are brought close to the lens 3. Even in a chip-on-board type LED having a large light emitting surface, the light distribution with an arbitrary beam divergence angle from a narrow angle of about 10 [deg] to a wide angle of about 40 [deg] can be achieved with a high front light intensity. Can be realized with high light utilization efficiency.
図10に、本実施の形態1の2枚のレンズからなる光学系の、パワー配置と光線の軌跡を表す模式図を示す。図10は、狭角側の配置を示したものである。広角側の図示は省略する。 FIG. 10 is a schematic diagram showing the power arrangement and the ray trajectory of the optical system including the two lenses of the first embodiment. FIG. 10 shows the arrangement on the narrow angle side. The illustration on the wide-angle side is omitted.
レンズ3とレンズ4は、厚みゼロの薄肉レンズとして考え、それぞれの焦点距離をf1、f2とする。レンズ3とレンズ4の間隔はd、COB1の発光面からレンズ3までの距離はsとする。図中実線の光線は、COB1の発光中心、つまり光軸Z上の点より放射された光の軌跡を表している。一方、破線の光線は、COB1の端、つまり発光面の直径をDとした時、D/2の位置から光軸Zに平行に放射された光の軌跡を表している。 The lens 3 and the lens 4 are considered as thin lenses having a thickness of zero, and the respective focal lengths are assumed to be f1 and f2. The distance between the lens 3 and the lens 4 is d, and the distance from the light emitting surface of the COB 1 to the lens 3 is s. The solid line in the figure represents the locus of light emitted from the emission center of COB 1, that is, a point on the optical axis Z. On the other hand, the broken line represents the locus of light emitted parallel to the optical axis Z from the position of D / 2, where D is the diameter of the end of COB1, that is, the light emitting surface.
前述したように、特に発光面の大きいチップオンボード方式のLEDでは、ビームを細く絞る狭角側の配光を得るのが困難である。狭角側の配光が得られれば、広角側は、先述した第二の比較例のようなC3>C4の場合を除き、レンズ3とレンズ4の間隔dを狭め、レンズ4をレンズ3に近づけることで、自然と得られることが多い。図10より、レンズ4をレンズ3に近づけていくと、実線の光線、破線の光線ともに、レンズ4から出射後、光軸Zに対してより広がる方向に角度を持つことになる。 As described above, it is difficult to obtain a light distribution on the narrow angle side for narrowing the beam, particularly in a chip-on-board LED having a large light emitting surface. If the light distribution on the narrow angle side is obtained, the distance d between the lens 3 and the lens 4 is reduced on the wide angle side, except for the case of C3> C4 as in the second comparative example described above, so that the lens 4 becomes the lens 3. It is often obtained naturally by moving closer. From FIG. 10, when the lens 4 is brought closer to the lens 3, both the solid line light beam and the broken line light beam have an angle in a direction that further spreads with respect to the optical axis Z after being emitted from the lens 4.
ビームを細く絞り、かつ光の利用効率を高め、高い正面光度を得るためには、実線で表したCOB1の一点より発せられた光を、レンズ3とレンズ4とにより略平行とするのが良い。すなわち、COB1の発光中心より放射された光は、レンズ4通過後に、光軸Zに略平行とするのが良い。 In order to narrow the beam and improve the light utilization efficiency and obtain a high front luminous intensity, it is preferable that the light emitted from one point of the COB 1 represented by the solid line is made substantially parallel by the lens 3 and the lens 4. . That is, the light emitted from the emission center of the COB 1 is preferably substantially parallel to the optical axis Z after passing through the lens 4.
そして、破線で表したCOB1の端より、光軸Zに平行に発せられた光(COB1は完全拡散型の配光なので、その正面方向、光軸Zに平行な方向が最も光度が高い)は、レンズ3通過後、レンズ4に入射するまでに光軸Zと一度交差し、レンズ4通過後は、光軸Zに対して略ビーム広がり角θの半分θ/2の方向に放射されるようにするのが良い。 And the light emitted in parallel to the optical axis Z from the end of COB1 represented by the broken line (because COB1 is a completely diffusive light distribution, its front direction, the direction parallel to the optical axis Z has the highest luminous intensity) After passing through the lens 3, it once intersects with the optical axis Z before entering the lens 4, and after passing through the lens 4, it is emitted in the direction of approximately θ / 2 of the beam divergence angle θ with respect to the optical axis Z. It is good to be.
以上、図10では、f1<f2だが、もしf1≒f2等で、破線の光線がレンズ3通過後、レンズ4入射までに光軸Zと交差しないような場合、破線の光線のレンズ4通過後の放射方向は、光軸Zに対して大きな角度を有することになり、狭角の配光が得られなくなる。 As described above, in FIG. 10, f1 <f2, but if f1≈f2 etc. and the broken light beam does not cross the optical axis Z before passing through the lens 3, the broken light beam passes through the lens 4. The emission direction has a large angle with respect to the optical axis Z, and a narrow-angle light distribution cannot be obtained.
以上のような条件を満たそうとした時、以下の式が成り立つ。(式3)では、レンズ3とレンズ4の合成パワーをΦ、レンズ4のパワーをΦ2としている。パワーΦは、焦点距離fの逆数である。
θ/2=Φ×D/2
s×Φ=1−d×Φ2 (式3)
(式3)を変形することで、次の(式4)が得られる。
f1=(s×(f2−d))/(f2−s−d)
f2=d/(1−s×θ/D) (式4)
When trying to satisfy the above conditions, the following equation holds. In (Expression 3), the combined power of the lens 3 and the lens 4 is Φ, and the power of the lens 4 is Φ2. The power Φ is the reciprocal of the focal length f.
θ / 2 = Φ × D / 2
s × Φ = 1−d × Φ2 (Formula 3)
By transforming (Expression 3), the following (Expression 4) is obtained.
f1 = (s × (f2-d)) / (f2-s-d)
f2 = d / (1−s × θ / D) (Formula 4)
前述したように、図10より明らかにf1<f2だが、以下、f1とf2のおよその比率について説明する。f1とf2の関係式は上の(式4)のとおりで、各パラメータの範囲について以下に記述する。 As described above, f1 <f2 clearly from FIG. 10, but the approximate ratio of f1 and f2 will be described below. The relational expression between f1 and f2 is (Formula 4) above, and the range of each parameter is described below.
まず、レンズ3はCOB1に近接配置するため、sはおよそ0.1〜3[mm]とする。(式4)では、s=0[mm]が計算できないため、便宜上0.1[mm]からとする。ビーム広がり角θは、配光の分布形状をトップハット(矩形)型にするか、ガウシアン(正規分布)型にするかにも依存するため、およそ0.175〜0.349[rad](10〜20[deg])とする。COB1の発光面の直径Dは、およそφ9〜13[mm]であるとする。 First, since the lens 3 is disposed close to the COB 1, s is set to about 0.1 to 3 [mm]. In (Expression 4), since s = 0 [mm] cannot be calculated, it is assumed from 0.1 [mm] for convenience. Since the beam divergence angle θ depends on whether the distribution shape of the light distribution is a top hat (rectangular) type or a Gaussian (normal distribution) type, it is approximately 0.175 to 0.349 [rad] (10 ~ 20 [deg]). The diameter D of the light emitting surface of COB1 is assumed to be approximately φ9 to 13 [mm].
残ったレンズ3とレンズ4の間隔dは未定であるため、f1の方を先に決定し、それからdとf2を求めることにする。レンズ3の主たる目的は、COB1から放射された光を絞り効率良くレンズ4に入射させ、高い正面光度、光の利用効率を得ることにある。このため、レンズ3の焦点距離f1は短ければ短いほど良いことになり、C1<C2よりレンズ3のパワーは実質S2面が支配していることから、S2面の曲率半径は小さければ小さいほど良いことになる。しかし、実際には、図11に示すように、COB1の半径D/2よりも小さい曲率半径にすると、レンズ3がCOB1より小さくなり、COB1の周辺部から放射される光を集められなくなる。また、S2面の曲率半径がちょうどD/2の場合でも、レンズ3の保持などに困難が生じる。そこで、S2面の曲率半径R2はD/2〜Dを妥当とし、レンズ3の屈折率nが約1.5であるから、f1はおよそD〜2Dの値を取るとする。 Since the distance d between the remaining lens 3 and lens 4 is undetermined, f1 is determined first, and then d and f2 are obtained. The main purpose of the lens 3 is to make the light emitted from the COB 1 enter the lens 4 with high aperture efficiency and to obtain high front luminous intensity and light utilization efficiency. For this reason, the shorter the focal length f1 of the lens 3, the better, and the power of the lens 3 is dominated by the S2 surface from C1 <C2, so the smaller the radius of curvature of the S2 surface, the better. It will be. However, in practice, as shown in FIG. 11, when the radius of curvature is smaller than the radius D / 2 of COB1, the lens 3 becomes smaller than COB1, and light emitted from the peripheral portion of COB1 cannot be collected. Even when the curvature radius of the S2 surface is exactly D / 2, it is difficult to hold the lens 3 or the like. Therefore, it is assumed that the curvature radius R2 of the S2 surface is D / 2 to D, and the refractive index n of the lens 3 is about 1.5, so that f1 takes a value of about D to 2D.
以上述べたパラメータは以下のとおりである。
f1:レンズ3の焦点距離=Dより大きく2D以下
f2:レンズ4の焦点距離
d:レンズ3とレンズ4の間隔
s:COB1の発光面からレンズ3までの距離=0.1以上3.0以下[mm]
D:COB1の発光面の直径=φ9以上φ13以下[mm]
θ:ビーム広がり角=0.175以上0.349以下[rad](10以上20以下[deg])
Φ:レンズ3とレンズ4の合成パワー=Φ1+Φ2−d×Φ1×Φ2
Φ1:レンズ3のパワー=1/f1
Φ2:レンズ4のパワー=1/f2
R2:S2面の曲率半径=D/2以上D以下
n:レンズ3とレンズ4の屈折率=約1.5
The parameters described above are as follows.
f1: Focal length of lens 3 = greater than D and 2D or less f2: Focal length of lens 4 d: Distance between lens 3 and lens 4 s: Distance from light emitting surface of COB1 to lens 3 = 0.1 to 3.0 [Mm]
D: Diameter of light emitting surface of COB1 = φ9 to φ13 [mm]
θ: Beam divergence angle = 0.175 or more and 0.349 or less [rad] (10 or more and 20 or less [deg])
Φ: Combined power of lens 3 and lens 4 = Φ1 + Φ2-d × Φ1 × Φ2
Φ1: Lens 3 power = 1 / f1
Φ2: Power of lens 4 = 1 / f2
R2: radius of curvature of S2 surface = D / 2 or more and D or less n: refractive index of lens 3 and lens 4 = about 1.5
図12に、上記のようにパラメータを設定し、(式4)から導かれた、レンズ3の焦点距離f1とレンズ4の焦点距離f2の関係を示す。横軸がf1/D(つまり、1〜2の値を取る)で、縦軸がf2/f1である。 FIG. 12 shows the relationship between the focal length f1 of the lens 3 and the focal length f2 of the lens 4 derived from (Equation 4) by setting the parameters as described above. The horizontal axis is f1 / D (that is, takes a value of 1 to 2), and the vertical axis is f2 / f1.
図12より、f1が長くなるにつれ、f2が短くなることが分かる。
図11で示したように、f1がDと等しい場合、つまりf1/D=1の場合、レンズ3の保持に困難がある、またCOB1の周辺部から放射される光のうちレンズ3に入射できず、周辺部で光がこぼれる分が存在するので、f1/D=1は採用しにくく、f1/D>1.0が望ましい。f1/D>1.0の場合で、ビームを細く絞り、かつ光の利用効率を高め、高い正面光度を得るためのf1とf2のおよその比率は以下のようになる。
f1/D=1.25〜2.0の場合、f2/f1は、1.5〜6.8である。
f1/D=1.50〜2.0の場合、f2/f1は、1.5〜5.0である。
f1/D=2.0の場合、f2/f1は、1.5〜3.5である。
レンズ3の保持や周辺部の光のこぼれを考慮すると、f1/D=1.50以上が好ましく、f2/f1は、およそ1.5〜5.0が好適な比率であることが分かる。
FIG. 12 shows that f2 becomes shorter as f1 becomes longer.
As shown in FIG. 11, when f1 is equal to D, that is, when f1 / D = 1, it is difficult to hold the lens 3, and it is possible to enter the lens 3 out of the light emitted from the peripheral part of the COB1. In addition, since there is a part where light spills in the peripheral portion, f1 / D = 1 is difficult to adopt, and f1 / D> 1.0 is desirable. In the case of f1 / D> 1.0, the approximate ratio of f1 and f2 for narrowing the beam and improving the light utilization efficiency and obtaining high front luminous intensity is as follows.
When f1 / D = 1.25 to 2.0, f2 / f1 is 1.5 to 6.8.
In the case of f1 / D = 1.50-2.0, f2 / f1 is 1.5-5.0.
When f1 / D = 2.0, f2 / f1 is 1.5 to 3.5.
Considering holding of the lens 3 and light spillage in the peripheral portion, it is preferable that f1 / D = 1.50 or more, and f2 / f1 is a suitable ratio of about 1.5 to 5.0.
また、レンズ3のパワーは実質S2面が支配しており、レンズ4のパワーは実質S4面が支配していること、レンズ3とレンズ4の屈折率nが約1.5であることから、f1≒2/C2,f2≒2/C4となっている。よって、C2とC4の間には次の関係が成り立つ。
C2/C4=1.5〜5.0 (式5)
Further, the power of the lens 3 is substantially controlled by the S2 surface, the power of the lens 4 is substantially controlled by the S4 surface, and the refractive index n of the lens 3 and the lens 4 is about 1.5. f1≈2 / C2 and f2≈2 / C4. Therefore, the following relationship is established between C2 and C4.
C2 / C4 = 1.5 to 5.0 (Formula 5)
さらに、図12より、以下のことが分かる。
1.COB1の発光面からレンズ3までの距離sが小さいほど、f2/f1は小さい。
2.ビーム広がり角θが大きいほど、f2/f1は小さい。
3.f1/Dが大きいほど、f2/f1は小さい。
Further, FIG. 12 shows the following.
1. The smaller the distance s from the light emitting surface of the COB 1 to the lens 3 is, the smaller f2 / f1 is.
2. The larger the beam divergence angle θ, the smaller f2 / f1.
3. The larger f1 / D is, the smaller f2 / f1 is.
以上のように、本実施の形態1に係るLED照明装置は、LEDの正面に2枚の透明なレンズを備えたLED照明装置であって、レンズ3(第一のレンズ)をLEDに近接して配置し、レンズ4(第二のレンズ)をLEDからレンズ3(第一のレンズ)より遠方に配置し、前記レンズ4(第二のレンズ)が光軸方向に移動可能で、レンズ3(第一のレンズ)との間隔を調節可能であり、レンズ3(第一のレンズ)のLED側の面の近似曲率をC1、出光側の面の近似曲率をC2、およびレンズ4(第二のレンズ)のLED側の面の近似曲率をC3、出光側の面の近似曲率をC4とした場合、C1<C2かつC3<C4の関係が満たされていることを特徴とする。 As described above, the LED illumination device according to the first embodiment is an LED illumination device including two transparent lenses in front of the LED, and the lens 3 (first lens) is placed close to the LED. The lens 4 (second lens) is disposed farther from the LED than the lens 3 (first lens), and the lens 4 (second lens) is movable in the optical axis direction. The distance from the first lens) is adjustable, the approximate curvature of the LED side surface of the lens 3 (first lens) is C1, the approximate curvature of the light output surface is C2, and the lens 4 (second lens). When the approximate curvature of the LED side surface of the lens) is C3 and the approximate curvature of the light exit side surface is C4, the relationship of C1 <C2 and C3 <C4 is satisfied.
本実施の形態1によるLED照明装置は、近接配置されたレンズ3(第一のレンズ)により、高い正面光度、高い光の利用効率が得られる。凸面が出射側を向いているレンズ4(第二のレンズ)により、中抜けが発生しない。 In the LED lighting device according to the first embodiment, high front luminous intensity and high light utilization efficiency can be obtained by the lens 3 (first lens) arranged in proximity. Due to the lens 4 (second lens) having the convex surface facing the emission side, no void occurs.
本実施の形態1によるLED照明装置は、発光面の大きなCOBにおいても、狭角から広角までの任意のビーム広がり角の配光を、高い正面光度、高い光の利用効率で得られる効果がある。 The LED illumination device according to the first embodiment has an effect that light distribution with an arbitrary beam divergence angle from a narrow angle to a wide angle can be obtained with high front luminous intensity and high light utilization efficiency even in a COB having a large light emitting surface. .
実施の形態2.
図7は、本発明の実施の形態2に係る照明装置10の側面視断面図である。図7(a)が狭角側のレンズ配置を表す断面図で、図7(b)が広角側のレンズ配置を表す断面図である。
本実施の形態2は、前記実施の形態1に係る照明装置10において厚肉であったレンズ4を、フレネルレンズ化したものである。以降、前記実施の形態1と異なる点についてのみ記す。
Embodiment 2. FIG.
FIG. 7 is a side sectional view of the illumination device 10 according to Embodiment 2 of the present invention. FIG. 7A is a cross-sectional view showing a lens arrangement on the narrow angle side, and FIG. 7B is a cross-sectional view showing a lens arrangement on the wide angle side.
In the second embodiment, the thick lens 4 in the illumination device 10 according to the first embodiment is formed into a Fresnel lens. Hereinafter, only differences from the first embodiment will be described.
アクリルやポリカーボネート等の透明樹脂を射出成形してレンズ4を製作する場合、厚肉レンズではヒケが発生する、また成形時間がかかるなどの課題がある。そこで、フレネルレンズ化し薄肉かつ均肉化することで、これらの課題を解消することができる。
レンズ4をフレネルレンズ化する場合、曲率の大きいS4面の方をフレネル面とする。フレネル面を球面で近似すると曲率は緩やかになってしまうが、前記(式1)のC1〜C4は当然、フレネル面の段差を解消し、フレネル化していない状態の曲率を指すとすれば、本実施の形態2のフレネルレンズにおいても、(式1)と(式5)の関係は成立している。なお、本実施の形態2では、S3面を後述する別の目的のため、C3=0とし、略平面化している。
When the lens 4 is manufactured by injection molding a transparent resin such as acrylic or polycarbonate, there is a problem that sink marks occur in the thick lens and the molding time is long. Therefore, these problems can be solved by making the Fresnel lens thin and uniform.
When the lens 4 is made into a Fresnel lens, the S4 surface having a larger curvature is the Fresnel surface. If the Fresnel surface is approximated by a spherical surface, the curvature becomes moderate. Naturally, C1 to C4 in the above (Equation 1) eliminates the step of the Fresnel surface and indicates the curvature in a state where the Fresnel surface is not formed. Also in the Fresnel lens of the second embodiment, the relationship of (Expression 1) and (Expression 5) is established. In the second embodiment, the surface S3 is substantially planarized with C3 = 0 for another purpose to be described later.
また、レンズ4をフレネルレンズとした場合、フレネル面が照明装置10の最外面となるため、アルコールなどによる清掃時にフレネル面の谷の部分4Vが起点となって割れが発生することがある。この割れを防止するため、谷の部分4Vには曲率半径0.2[mm]以上の丸みをもったフィレット面を設ける必要がある。また、山の部分4Pは、金型においては谷となるため、金型を加工する刃具先端の曲率が残ることになる。これら谷の部分4Vや山の部分4Pを通過する光線は、本来のレンズ面を通過する制御された光線とは異なり、無秩序に様々な方向へ散乱される。これらの光線が多ければ多い程、正面光度および光の利用効率は低下する。このため、フレネル面の各輪帯では、谷の部分4Vや山の部分4Pの占める割合が小さくなるように、フレネルレンズ面の高さHを、これら谷の部分4Vや山の部分4Pの曲率半径より十分高くするのが望ましく、好適には2[mm]以上とするのが良い。また、たとえば、フレネルレンズ面の高さHを、谷の部分4Vや山の部分4Pの曲率半径より5倍以上高くするのが望ましく、好適には10倍以上とするのが良い。 Further, when the lens 4 is a Fresnel lens, the Fresnel surface is the outermost surface of the lighting device 10, and thus cracking may occur due to the valley portion 4 </ b> V of the Fresnel surface when cleaning with alcohol or the like. In order to prevent this crack, it is necessary to provide the valley portion 4V with a fillet surface having a radius of curvature of 0.2 [mm] or more. Moreover, since the peak portion 4P becomes a valley in the mold, the curvature of the tip of the cutting tool for processing the mold remains. Unlike the controlled light beam that passes through the original lens surface, the light beam that passes through the valley portion 4V and the mountain portion 4P is randomly scattered in various directions. The more these rays are, the lower the front luminous intensity and light utilization efficiency. For this reason, in each annular zone of the Fresnel surface, the height H of the Fresnel lens surface is set to be the curvature of the valley portion 4V and the mountain portion 4P so that the ratio of the valley portion 4V and the mountain portion 4P is reduced. It is desirable to make it sufficiently higher than the radius, and it is preferable to set it to 2 [mm] or more. For example, the height H of the Fresnel lens surface is desirably 5 times or more higher than the curvature radius of the valley portion 4V or the mountain portion 4P, preferably 10 times or more.
本実施の形態2では、図9(a)に示すように、レンズ4のフレネル面の裏面、つまりS3面を、小さな球面レンズを3[mm]以下のピッチで、互いに直交する2軸の方向に正方格子状に並べたフライアイレンズとしている。個々の球面レンズの高さは等しく、0.1〜0.2[mm]程度である。本フライアイレンズは、前述したCOB1内のチップのイメージが被照射面に投影される現象を防ぐための手段である。 In the second embodiment, as shown in FIG. 9A, the back surface of the Fresnel surface of the lens 4, that is, the S3 surface, and the direction of two axes orthogonal to each other at a pitch of 3 mm or less with a small spherical lens. The fly-eye lenses are arranged in a square lattice pattern. The height of each spherical lens is equal and is about 0.1 to 0.2 [mm]. The fly-eye lens is a means for preventing the phenomenon that the image of the chip in the COB 1 is projected onto the irradiated surface.
図8(a)に、前記実施の形態1に係る照明装置10における被照射面の色味を示す。照明装置10から被照射面までの距離は1[m]、ビーム広がり角は約20[deg]、被照射面のサイズは0.5[m]角とした。図中、白色で表した領域は、擬似白色からわずかに青味がかった白色で見える領域で、灰色で示した領域は、薄っすら黄色に見える領域で、濃い灰色ほど黄色が強いことを表している。図8(a)より、被照射面の中央部分にチップのイメージ(中央部分の白色部分)がはっきり見えるのが分かる。 FIG. 8A shows the color of the irradiated surface in the illumination device 10 according to the first embodiment. The distance from the illumination device 10 to the irradiated surface was 1 [m], the beam divergence angle was about 20 [deg], and the size of the irradiated surface was 0.5 [m] square. In the figure, the area shown in white is the area that appears to be slightly bluish white from pseudo white, and the area shown in gray is the area that appears slightly yellow, and the darker the gray, the stronger the yellow. ing. From FIG. 8A, it can be seen that the image of the chip (white portion of the central portion) can be clearly seen in the central portion of the irradiated surface.
一方、図8(b)に、本実施の形態2に係るフライアイレンズを用いた照明装置10における被照射面の色味を示す。照明装置10から被照射面までの距離など各条件は、図8(a)と同じである。被照射面中央部分のチップのイメージが消えて、色むらが抑えられているのが分かる。
このように、S3面のフライアイレンズは、レンズ4を通過する光を弱く拡散することで、COB1内のチップのイメージが被照射面に投影されるのを防いでいる。
On the other hand, FIG. 8B shows the color of the irradiated surface in the illumination device 10 using the fly-eye lens according to the second embodiment. Each condition such as the distance from the illumination device 10 to the irradiated surface is the same as in FIG. It can be seen that the chip image at the center of the irradiated surface disappears and color unevenness is suppressed.
As described above, the fly-eye lens having the surface S3 diffuses light passing through the lens 4 weakly, thereby preventing the image of the chip in the COB 1 from being projected onto the irradiated surface.
なお、S3面はレンズ4を通過する光を弱く拡散できれば良いので、小さな球面レンズを、互いに直交する2軸の方向に正方格子状に並べるのではなく、図9(b)に示すように、互いの成す角が60[deg]の3軸の方向に六方格子状、つまり蜂の巣状に並べるのであっても良い。 Note that the S3 surface only needs to be able to weakly diffuse the light passing through the lens 4, so that small spherical lenses are not arranged in a square lattice pattern in the directions of two axes perpendicular to each other, but as shown in FIG. They may be arranged in a hexagonal lattice shape, that is, in a honeycomb shape, in the directions of three axes having an angle of 60 [deg].
あるいは、小さな球面レンズではなく、図9(c)に示すように、例えば直径が3[mm]以下のピッチで順次異なるドーナツ面を、同心円状に何重にも並べたレンズアレイであっても良い。この場合、S3面のレンズ面に相当する金型の入れ子は、一般的なNC旋盤で加工できる。 Alternatively, instead of a small spherical lens, as shown in FIG. 9C, for example, a lens array in which donut surfaces that are sequentially different at a pitch of 3 [mm] or less are arranged concentrically in multiple layers. good. In this case, the mold nesting corresponding to the lens surface of the S3 surface can be processed with a general NC lathe.
またさらには、これらのような形状を施すのではなく、S3面を単なる平面にし、サンドブラストで面肌を荒らすだけであっても良い。 Furthermore, instead of applying such shapes, the S3 surface may be simply flattened and the surface skin may be roughened by sandblasting.
チップオンボード方式のLEDをスポットライトに用いる場合、被照射面において、明るく白い照射領域の周辺に黄色いリングが発生することがある。前述した図8(a)と図8(b)においても、発生していることが分かる。図7において、レンズ4の出射側に破線で示した絞り7は、この黄色いリングを遮光し、発生を抑止する部材である。絞り7も、固定筒5や可動セル6と同じく、アルミニウムやマグネシウム等のダイキャスト製、もしくはプラスチック成形品である。やはり、黒染めするのが好ましい。 When a chip-on-board type LED is used for a spotlight, a yellow ring may be generated around a bright white irradiation region on the irradiated surface. It can be seen that the above-described occurrence also occurs in FIGS. 8A and 8B. In FIG. 7, a diaphragm 7 indicated by a broken line on the exit side of the lens 4 is a member that shields this yellow ring and suppresses the generation. Similarly to the fixed cylinder 5 and the movable cell 6, the diaphragm 7 is also a die-cast or plastic molded product such as aluminum or magnesium. After all, it is preferable to dye black.
図8(b)では、絞り7を配置していない場合の被照射面の色味を示していた。図8(c)に、絞り7を配置した場合の、本実施の形態2に係る照明装置10における被照射面の色味を示す。絞り7によって、黄色いリングが消え、被照射面の色むらがさらに抑えられたのが分かる。 FIG. 8B shows the color of the irradiated surface when the diaphragm 7 is not arranged. FIG. 8C shows the color of the irradiated surface in the illumination device 10 according to the second embodiment when the diaphragm 7 is arranged. It can be seen that the yellow ring disappeared by the diaphragm 7 and the uneven color of the irradiated surface was further suppressed.
すなわち、本実施の形態2に係る照明装置10によれば、厚肉のレンズ4をフレネルレンズ化して薄肉かつ均肉化することにより、成形時間を短く、ヒケの発生を防止し、安価かつ安定に製造することができる。 That is, according to the illumination device 10 according to the second embodiment, the thick lens 4 is made into a Fresnel lens so as to be thin and uniform, thereby shortening the molding time, preventing the occurrence of sink marks, and being inexpensive and stable. Can be manufactured.
また、レンズ4のフレネル面の裏面側にフライアイレンズを設けることにより、被照射面に投影されたCOB1内のチップのイメージが解消されて、色むらを抑えることができる。 Further, by providing a fly-eye lens on the back side of the Fresnel surface of the lens 4, the image of the chip in the COB 1 projected on the irradiated surface is eliminated, and color unevenness can be suppressed.
さらに、レンズ4の出射側に配置された絞り7により、被照射面に黄色いリングが発生することを防止し、より一層色むらを抑えることができる。 Further, the diaphragm 7 disposed on the exit side of the lens 4 can prevent a yellow ring from being generated on the irradiated surface, and can further suppress color unevenness.
以上のように、本実施の形態2のLED照明装置は、本実施の形態1のLED照明装置の構成に加えて、レンズ4(第二のレンズ)の出光側の面をフレネルレンズ化したことを特徴とする。このため、レンズ4(第二のレンズ)が薄肉かつ均肉化することで、レンズ4(第二のレンズ)を安価安定に射出成形できる。 As described above, in addition to the configuration of the LED lighting device of the first embodiment, the LED lighting device of the second embodiment has a Fresnel lens on the light output side surface of the lens 4 (second lens). It is characterized by. For this reason, when the lens 4 (second lens) is thin and uniform, the lens 4 (second lens) can be injection-molded stably at low cost.
また、前記フレネルレンズの各輪帯におけるレンズ高さを2[mm]以上としたことを特徴とする。このため、フレネルレンズ化に伴う光の利用効率の低下を抑制できる。 Further, the lens height in each annular zone of the Fresnel lens is 2 [mm] or more. For this reason, the fall of the utilization efficiency of the light accompanying Fresnel lens conversion can be suppressed.
あるいは、本実施の形態2のLED照明装置は、前記レンズ4(第二のレンズ)のLED側の面を、小さな球面レンズを正方格子状、もしくは六方格子状に配列し、レンズアレイとしたことを特徴とする。このため、COB1内のチップのイメージが被照射面に投影されることを抑制できる。 Alternatively, in the LED lighting device of the second embodiment, the surface of the lens 4 (second lens) on the LED side is a lens array in which small spherical lenses are arranged in a square lattice or a hexagonal lattice. It is characterized by. For this reason, it can suppress that the image of the chip | tip in COB1 is projected on a to-be-irradiated surface.
あるいは、また、本実施の形態2のLED照明装置は、前記レンズ4(第二のレンズ)のLED側の面を、直径が順次異なるドーナツ面を、同心円状に何重にも並べたレンズアレイとしたことを特徴とする。このため、COB1内のチップのイメージが被照射面に投影されることを抑制できる。 Alternatively, in the LED illumination device of the second embodiment, the lens side of the lens 4 (second lens) is a lens array in which donut surfaces having different diameters are arranged in multiple layers concentrically. It is characterized by that. For this reason, it can suppress that the image of the chip | tip in COB1 is projected on a to-be-irradiated surface.
またさらに、本実施の形態2のLED照明装置は、前記レンズ4(第二のレンズ)の出光側に、絞りを備えたことを特徴とする。このため、被照射面における黄色いリングの発生を抑制できる。 Furthermore, the LED lighting device of the second embodiment is characterized in that a diaphragm is provided on the light output side of the lens 4 (second lens). For this reason, generation | occurrence | production of the yellow ring in a to-be-irradiated surface can be suppressed.
上記実施の形態1と2においては、光源としてCOB1を用いたが、COB方式ではなく、アレイ状に配列されたLEDを光源として用いてもよい。また、LEDでなくてもよい。また、LEDの配置は円状でなくてもよく、多角形状でもよい。 In Embodiments 1 and 2, the COB 1 is used as the light source. However, instead of the COB method, LEDs arranged in an array may be used as the light source. Moreover, it may not be LED. Further, the LED arrangement may not be circular, but may be polygonal.
1 COB、2 基板、3 レンズ、4 レンズ、4P フレネル面の山の部分、4V フレネル面の谷の部分、5 固定筒、6 可動セル、7 絞り、10 照明装置。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 COB, 2 board | substrate, 3 lens, 4 lens, 4P The part of the peak of a Fresnel surface, 4V The part of the valley of a Fresnel surface, 5 Fixed cylinder, 6 Movable cell, 7 Diaphragm, 10 Illumination device.
Claims (10)
第二のレンズと、
光源を取り付け、光源からの光の出光方向に、第一のレンズを配置し、さらに、第二のレンズを配置する固定筒とを備え、
第一のレンズの光源側の面の近似曲率をC1とし、
第一のレンズの出光側の面の近似曲率をC2とし、
第二のレンズの光源側の面の近似曲率をC3とし、
第二のレンズの出光側の面の近似曲率をC4とした場合、
C1<C2、かつ、C3<C4
であることを特徴とする照明装置。 The first lens,
A second lens,
A light source is attached, and the first lens is arranged in the light output direction of the light from the light source, and further includes a fixed cylinder for arranging the second lens,
The approximate curvature of the surface on the light source side of the first lens is C1,
The approximate curvature of the light exit side surface of the first lens is C2,
The approximate curvature of the surface on the light source side of the second lens is C3,
When the approximate curvature of the light exit side surface of the second lens is C4,
C1 <C2 and C3 <C4
A lighting device characterized by the above.
f1=(s×(f2−d))/(f2−s−d)
f2=d/(1−s×θ/D)
f1:第一のレンズの焦点距離
f2:第二のレンズの焦点距離
d:第一のレンズと第二のレンズの間隔
s:光源の発光面から第一のレンズまでの距離
D:光源の発光面の直径
θ:ビーム広がり角 3. The illumination device according to claim 1, wherein the focal length f1 of the first lens and the focal length f2 of the second lens have the following relationship.
f1 = (s × (f2-d)) / (f2-s-d)
f2 = d / (1-s × θ / D)
f1: Focal length of the first lens f2: Focal length of the second lens d: Distance between the first lens and the second lens s: Distance from the light emitting surface of the light source to the first lens D: Light emission of the light source Surface diameter θ: Beam divergence angle
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2011037384A JP2012174601A (en) | 2011-02-23 | 2011-02-23 | Lighting device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2011037384A JP2012174601A (en) | 2011-02-23 | 2011-02-23 | Lighting device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2012174601A true JP2012174601A (en) | 2012-09-10 |
Family
ID=46977324
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2011037384A Withdrawn JP2012174601A (en) | 2011-02-23 | 2011-02-23 | Lighting device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2012174601A (en) |
Cited By (24)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2012173661A (en) * | 2011-02-24 | 2012-09-10 | Suwa Optronics:Kk | Lens for illuminating device and illuminating device |
CN103032774A (en) * | 2012-12-26 | 2013-04-10 | 中微光电子(潍坊)有限公司 | Light emitting diode (LED) light source |
KR101377979B1 (en) * | 2013-06-28 | 2014-04-04 | 유솔전자 주식회사 | Led lighting apparatus having light adjusting lens |
CN103807806A (en) * | 2014-01-22 | 2014-05-21 | 宜兴市宏力灯杆灯具有限公司 | COB module LED road lamp lens light distribution method allowing 3-5 lanes to be irradiated |
CN104425691A (en) * | 2013-09-02 | 2015-03-18 | 惠州市大亚湾永昶电子工业有限公司 | Light collecting structure of light source and light collecting type COB light source |
CN104515011A (en) * | 2014-12-09 | 2015-04-15 | 广东聚科照明股份有限公司 | Light source capable of adjusting light-emitting angle |
KR101515370B1 (en) * | 2014-01-27 | 2015-04-28 | (주)에코비 | Multi chip led optical system for narrow angle beam irradiation |
JP2015088389A (en) * | 2013-10-31 | 2015-05-07 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | Lighting device |
CN104728690A (en) * | 2013-12-19 | 2015-06-24 | 艾科有限公司 | Lamp |
US9523472B2 (en) | 2014-10-15 | 2016-12-20 | Hyundai Motor Company | Vehicle lighting apparatus having a lens seated on movable member slidingly coupled to support member that is coupled to light source section |
JP2016541104A (en) * | 2013-12-16 | 2016-12-28 | フィリップス ライティング ホールディング ビー ヴィ | Flexible and unimpeded beam shaping |
JP2017152397A (en) * | 2017-04-12 | 2017-08-31 | コエルクス・エッセ・エッレ・エッレCoeLux S.r.l. | Artificial lighting device |
JP2017183554A (en) * | 2016-03-30 | 2017-10-05 | Hoya Candeo Optronics株式会社 | Light irradiation device |
KR101858931B1 (en) * | 2015-05-29 | 2018-05-24 | 이경우 | Multi-purpose long distance searchlight |
JP2019003947A (en) * | 2018-09-05 | 2019-01-10 | コエルクス・エッセ・エッレ・エッレCoeLux S.r.l. | Artificial lighting device |
JP2019168655A (en) * | 2018-03-26 | 2019-10-03 | キヤノン株式会社 | Illumination optical system and illumination device using the same |
JP2020004477A (en) * | 2018-06-23 | 2020-01-09 | アイリスオーヤマ株式会社 | Lighting device and optical member |
JP2020510285A (en) * | 2017-03-07 | 2020-04-02 | シグニファイ ホールディング ビー ヴィSignify Holding B.V. | Collimator and lighting unit |
JP2020077602A (en) * | 2018-11-09 | 2020-05-21 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | Lighting device |
JP2020077551A (en) * | 2018-11-08 | 2020-05-21 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | Luminaire |
JP2020129521A (en) * | 2019-02-12 | 2020-08-27 | Doライト株式会社 | LED lighting device |
US10775022B2 (en) | 2012-11-14 | 2020-09-15 | Coelux S.R.L. | Artificial illumination device |
US11802678B2 (en) | 2019-10-30 | 2023-10-31 | Nichia Corporation | Light source device |
US11867390B2 (en) | 2019-10-30 | 2024-01-09 | Nichia Corporation | Light source device |
-
2011
- 2011-02-23 JP JP2011037384A patent/JP2012174601A/en not_active Withdrawn
Cited By (32)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2012173661A (en) * | 2011-02-24 | 2012-09-10 | Suwa Optronics:Kk | Lens for illuminating device and illuminating device |
US10775022B2 (en) | 2012-11-14 | 2020-09-15 | Coelux S.R.L. | Artificial illumination device |
CN103032774A (en) * | 2012-12-26 | 2013-04-10 | 中微光电子(潍坊)有限公司 | Light emitting diode (LED) light source |
KR101377979B1 (en) * | 2013-06-28 | 2014-04-04 | 유솔전자 주식회사 | Led lighting apparatus having light adjusting lens |
CN104425691A (en) * | 2013-09-02 | 2015-03-18 | 惠州市大亚湾永昶电子工业有限公司 | Light collecting structure of light source and light collecting type COB light source |
JP2015088389A (en) * | 2013-10-31 | 2015-05-07 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | Lighting device |
JP2016541104A (en) * | 2013-12-16 | 2016-12-28 | フィリップス ライティング ホールディング ビー ヴィ | Flexible and unimpeded beam shaping |
CN104728690A (en) * | 2013-12-19 | 2015-06-24 | 艾科有限公司 | Lamp |
CN104728690B (en) * | 2013-12-19 | 2018-10-02 | 艾科有限公司 | Lamp, collimator optical device and the modular system for lamp |
EP2886934A3 (en) * | 2013-12-19 | 2015-09-23 | ERCO GmbH | Luminaire and the like |
CN103807806A (en) * | 2014-01-22 | 2014-05-21 | 宜兴市宏力灯杆灯具有限公司 | COB module LED road lamp lens light distribution method allowing 3-5 lanes to be irradiated |
KR101515370B1 (en) * | 2014-01-27 | 2015-04-28 | (주)에코비 | Multi chip led optical system for narrow angle beam irradiation |
US9523472B2 (en) | 2014-10-15 | 2016-12-20 | Hyundai Motor Company | Vehicle lighting apparatus having a lens seated on movable member slidingly coupled to support member that is coupled to light source section |
DE102015202745B4 (en) | 2014-10-15 | 2022-01-13 | Hyundai Motor Company | vehicle lighting device |
CN104515011A (en) * | 2014-12-09 | 2015-04-15 | 广东聚科照明股份有限公司 | Light source capable of adjusting light-emitting angle |
KR101858931B1 (en) * | 2015-05-29 | 2018-05-24 | 이경우 | Multi-purpose long distance searchlight |
US10131162B2 (en) | 2016-03-30 | 2018-11-20 | Hoya Candeo Optronics Corporation | Light illuminating apparatus |
JP2017183554A (en) * | 2016-03-30 | 2017-10-05 | Hoya Candeo Optronics株式会社 | Light irradiation device |
JP2020510285A (en) * | 2017-03-07 | 2020-04-02 | シグニファイ ホールディング ビー ヴィSignify Holding B.V. | Collimator and lighting unit |
US11067247B2 (en) | 2017-03-07 | 2021-07-20 | Signify Holding B.V. | Collimator and a lighting unit |
JP2017152397A (en) * | 2017-04-12 | 2017-08-31 | コエルクス・エッセ・エッレ・エッレCoeLux S.r.l. | Artificial lighting device |
JP2019168655A (en) * | 2018-03-26 | 2019-10-03 | キヤノン株式会社 | Illumination optical system and illumination device using the same |
JP7064762B2 (en) | 2018-06-23 | 2022-05-11 | アイリスオーヤマ株式会社 | Lighting equipment and optics |
JP2020004477A (en) * | 2018-06-23 | 2020-01-09 | アイリスオーヤマ株式会社 | Lighting device and optical member |
JP2019003947A (en) * | 2018-09-05 | 2019-01-10 | コエルクス・エッセ・エッレ・エッレCoeLux S.r.l. | Artificial lighting device |
JP2020077551A (en) * | 2018-11-08 | 2020-05-21 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | Luminaire |
JP7190647B2 (en) | 2018-11-08 | 2022-12-16 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | lighting equipment |
JP2020077602A (en) * | 2018-11-09 | 2020-05-21 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | Lighting device |
JP7236695B2 (en) | 2018-11-09 | 2023-03-10 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | lighting equipment |
JP2020129521A (en) * | 2019-02-12 | 2020-08-27 | Doライト株式会社 | LED lighting device |
US11802678B2 (en) | 2019-10-30 | 2023-10-31 | Nichia Corporation | Light source device |
US11867390B2 (en) | 2019-10-30 | 2024-01-09 | Nichia Corporation | Light source device |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP2012174601A (en) | Lighting device | |
JP3153647U (en) | LED optical lens and illumination device using the optical lens | |
TWI392897B (en) | Micro-optic lens, led package containing the lens, and method for designing angles of micro-optic lens | |
US8434914B2 (en) | Lens generating a batwing-shaped beam distribution, and method therefor | |
US9964272B2 (en) | Vehicle lamp with complex lightguide | |
US9360169B2 (en) | Lens, LED module and illumination system with asymmetric lighting distribution | |
US20100103661A1 (en) | Machine Vision Inspection System and Light Source Module thereof | |
JP6061512B2 (en) | LIGHTING DEVICE AND METHOD FOR PRODUCING LENS SHEET USED FOR THE SAME | |
JP6096180B2 (en) | Light emitting diode light source | |
CN102900970A (en) | Light source module | |
US20140177234A1 (en) | Lens and light source module incorporating the same | |
TW201333382A (en) | Lighting device and light collecting body used in the same | |
JP2007265722A (en) | Light-emitting device | |
US20110134636A1 (en) | Led traffic signal device | |
JPWO2016158542A1 (en) | Light source device and illumination device | |
JP2012209049A (en) | Led lighting device and lens | |
CN103672461A (en) | Light emitting diode lamp | |
JP2011228168A (en) | Lighting system | |
WO2016175214A1 (en) | Lighting device and optical member | |
JP4715584B2 (en) | Light emitting device | |
WO2016181905A1 (en) | Illumination device and optical member | |
US20160320018A1 (en) | Optic and Apparatus for Making an Optic | |
JP2007258059A (en) | Light-emitting device | |
WO2012008154A1 (en) | Lighting device | |
JP2006100124A (en) | Display lamp |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20140513 |