JP2013197007A - Optical module for led lighting and local lighting fixture using optical module for lighting - Google Patents

Optical module for led lighting and local lighting fixture using optical module for lighting Download PDF

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輝夫 小池
Motoyasu Ishizu
元康 石津
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical module for LED lighting in which light is irradiated correctly into a necessary irradiation region and luminance of sharp and non-blurring distribution light is enhanced without making large a size of a projection lens, and to provide a local lighting fixture using the optical module for lighting.SOLUTION: An optical module includes an LED light source (2), a guide mask member (3) having an oblong-shaped slit, and a projection lens (4) having a focal point adjacent to the slit. The projection lens (4) comprises an incident face (20) facing the LED light source and a central emission face (21a) of a cylindrical shape as well as spherical-shaped emission faces (21b, 21c) on both sides. With this arrangement, a lighting fixture having no blurring and high luminance can be obtained.

Description

本発明はLED(発光ダイオード)を用いた照明ユニット、特に対象物に影を与えるないで局部照明を行う局部照明装置用のLED照明用光学モジュールおよび照明用光学モジュールを用いた局部照明灯具に関する。   The present invention relates to an illumination unit using an LED (light emitting diode), and more particularly to an LED illumination optical module for a local illumination device that performs local illumination without giving a shadow to an object, and a local illumination lamp using the illumination optical module.

近年、省エネルギーの観点からLED光源を用いた照明装置が実用化されている。LED照明用の光源には、一般に可視域に発光スペクトルを有するLED光源が用いられ、赤外線および紫外線を含まない発光スペクトルのLED素子を用いる。それゆえ、照射光に赤外線を含まないことから、対象物に熱エネルギーを与えたくない用途などにおいて、白熱光源を用いた照明装置からLED光源を用いた照明装置への転換が進んでいる。   In recent years, lighting devices using LED light sources have been put into practical use from the viewpoint of energy saving. As a light source for LED illumination, an LED light source having an emission spectrum in the visible range is generally used, and an LED element having an emission spectrum that does not include infrared rays and ultraviolet rays is used. Therefore, since the irradiation light does not contain infrared rays, the use of an incandescent light source is changed to an illumination device using an LED light source in applications where it is not desired to give thermal energy to an object.

また、医療用照明装置として、無影効果を持たせた歯科医療のLED照明灯具も提案されている。このような歯科用のLED照明装置として、本発明者は特許文献1を提案している。   In addition, a dental LED lighting fixture having a shadowless effect has been proposed as a medical lighting device. The present inventor has proposed Patent Document 1 as such a dental LED lighting device.

特許文献1に記載された照明用灯具は、LED光源と、スリットが設けられたガイドマスク部材と、投影レンズとを備えた複数の光学モジュールを用いて構成されている。   The lighting lamp described in Patent Document 1 is configured using a plurality of optical modules including an LED light source, a guide mask member provided with a slit, and a projection lens.

特開2010−170805号公報JP 2010-170805 A

特許文献1に開示れた照明用光学モジュールおよび照明用灯具は正しく所定の照射領域内に光が照射され、必要な照度を備えた輪郭のボケのない切れの良い配光を得ることはできたが、最高照度がやや低かった。   The illumination optical module and the illumination lamp disclosed in Patent Document 1 were able to obtain a light distribution with a necessary sharpness and a sharp light distribution with the required illuminance correctly irradiated with light in a predetermined irradiation area. However, the maximum illuminance was slightly low.

求められる照射面における明るさの照度値を高めるために、光源として発光輝度の高いLED光源を用いれば良い。しかし輝度の高いLED光源はコスト上昇を招く。また、高い輝度とするためにLEDに流す電力を増加する場合には、LEDにおける発熱も大きくなり好ましくない。光源の出力を変えずに照度値を高くするためには、特に投影レンズの焦点距離を長くすることで最高照度を高めることができる。   In order to increase the required illuminance value on the irradiated surface, an LED light source with high emission luminance may be used as the light source. However, a high-luminance LED light source causes an increase in cost. Moreover, when the electric power sent to LED is increased in order to make it high brightness, the heat_generation | fever in LED becomes large and is not preferable. In order to increase the illuminance value without changing the output of the light source, the maximum illuminance can be increased by increasing the focal length of the projection lens.

しかしながら、投影レンズの焦点距離を単に長くしたとしても、投影レンズ外径も焦点距離に比例して大きくなってしまう。そのため歯科用のLED照明装置のように局部照明を行う場合においては発光面積が増大することになり好ましくない。また、投影レンズ容積が大幅に増加し照明装置全体の重量増加、大型化を招きこのましくない。   However, even if the focal length of the projection lens is simply increased, the outer diameter of the projection lens also increases in proportion to the focal length. Therefore, when performing local illumination like a dental LED lighting device, the light emission area increases, which is not preferable. In addition, the projection lens volume is significantly increased, leading to an increase in weight and size of the entire lighting device.

そこで、本発明は、投影レンズ外径全体を大きくすることなく、より高い照度を得ることができるLED照明用光学モジュール及び照明用光学モジュールを用いた局部照明灯具を提供することを目的とする。   Accordingly, an object of the present invention is to provide an LED illumination optical module that can obtain higher illuminance without increasing the entire outer diameter of the projection lens, and a local illumination lamp using the illumination optical module.

上記課題を解決するため、LED照明用光学モジュールは、
LED光源と、前記LED光源からの出射光を通す横長形状のスリットが設けられたガイドマスク部材と、焦点が前記スリット近傍に位置する投影レンズとを備え、
前記LED光源は、LED素子とLED素子の周囲に設けた反射壁とLED素子を覆うモールド層とを有し、LED光源の出射面を平坦状とした横長矩形形状であり、
前記投影レンズは、前記LED光源に対向する入射面と、円筒形状の中央部出射面および中央部出射面の両端側方の円球状出射面からなる連接出射面と、を備え、
前記LED光源の長手方向と、前記スリットの長手方向と、前記中央部出射面の中心軸方向とが、平行であることを特徴とする。
In order to solve the above problems, an optical module for LED illumination is
An LED light source, a guide mask member provided with a horizontally long slit through which light emitted from the LED light source passes, and a projection lens whose focal point is located near the slit,
The LED light source has an LED element, a reflection wall provided around the LED element, and a mold layer that covers the LED element, and has a horizontally long rectangular shape with a flat emission surface of the LED light source,
The projection lens includes an incident surface facing the LED light source, and a concatenated exit surface composed of a cylindrical center exit surface and spherical exit surfaces on both sides of the center exit surface,
The longitudinal direction of the LED light source, the longitudinal direction of the slit, and the central axis direction of the central exit surface are parallel to each other.

さらに、前記LED光源の出射面の長手方向の幅と、前記中央部出射面の幅が同じであることを特徴とする。   Furthermore, the width in the longitudinal direction of the emission surface of the LED light source and the width of the central emission surface are the same.

また、本発明の別の観点によれば、前記した照明用光学モジュールが、光軸が所定の距離を半径とする円弧の中心へ向かうように角度をつけて筐体に複数取り付けられたことを特徴とする局部照明灯具を提供する。
According to another aspect of the present invention, a plurality of the illumination optical modules are attached to the housing at an angle so that the optical axis is directed toward the center of an arc having a radius of a predetermined distance. A local lighting fixture is provided.

本発明によれば、投影レンズサイズを光源に応じた僅かな大型化で、最高照度を高めることができる。
According to the present invention, the maximum illuminance can be increased by slightly increasing the projection lens size according to the light source.

図1は本発明に係るLED照明用光学モジュールの構成を示した斜視図である。FIG. 1 is a perspective view showing a configuration of an optical module for LED illumination according to the present invention. 図2はガイドマスク部材のスリットの状態を示した正面図である。FIG. 2 is a front view showing a slit state of the guide mask member. 図3はLED装置を示した斜視図である。FIG. 3 is a perspective view showing the LED device. 図4は、レンズとはLED装置との関係を示すもので(a)が本実施の形態のレンズ10を用いた場合を示す概略側面図、(b)が比較のために特許文献1に記載のスリット近傍に焦点を有し拡散カットが施されたレンズを用いた場合を示す概略側面図である。4A and 4B show a relationship between the lens and the LED device. FIG. 4A is a schematic side view showing a case where the lens 10 of the present embodiment is used, and FIG. 4B is described in Patent Document 1 for comparison. It is a schematic side view which shows the case where the lens which has a focus in the slit vicinity and to which the diffusion cut was given was used. 図5は、図4(a)に示す本実施の形態のレンズを用いた場合の配光パターンを説明するための模式的な断面図である。FIG. 5 is a schematic cross-sectional view for explaining a light distribution pattern when the lens of the present embodiment shown in FIG. 4A is used. 図6はLED照明用光学モジュールによる配光パターンを示した斜視図である。FIG. 6 is a perspective view showing a light distribution pattern by the LED illumination optical module. 、図7は歯科用の無影灯を示した斜視図である。FIG. 7 is a perspective view showing a dental surgical light.

以下、本発明の一実施形態であるLED照明用光学モジュール及びLED照明用光学モジュールを用いた局部照明灯具について図面を参照しながら説明する。図1は本発明に係るLED照明用光学モジュールの構成を示した斜視図、図2はガイドマスク部材のスリットの状態を示した正面図、図3はLED装置を示した斜視図である。   Hereinafter, an LED illumination optical module and a local illumination lamp using the LED illumination optical module according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a perspective view showing a configuration of an optical module for LED illumination according to the present invention, FIG. 2 is a front view showing a slit state of a guide mask member, and FIG. 3 is a perspective view showing an LED device.

図1に示すように、本発明に係わる照明用光学モジュール1はLED光源2、ガイドマスク部材3、投影レンズ4により構成される。   As shown in FIG. 1, an illumination optical module 1 according to the present invention includes an LED light source 2, a guide mask member 3, and a projection lens 4.

LED光源2は、ベース板5上にLED装置6が取り付けられている。LED装置6は複数のLEDチップ7の周囲を蛍光体を含有するモールド樹脂8で覆い、LEDチップ7から照射する光によりモールド樹脂内に含まれる蛍光体から異波長の発光を放射する。例えばこれにより白色発光する。本実施の形態では図3に示すように複数のLEDチップ7及び樹脂モールド8は外枠8bで囲われた凹部内8aに設けられている。LED光源2は側面2aを短手とした横長矩形形状で、LEDチップ7は長手方向に複数のチップが整列して設置されている。外枠8bは、LEDチップ7から出射した光および樹脂モールド8に含まれる蛍光体にて放射された光を反射する反射壁とされ、光軸方向であるLED光源2の出射面2b側に拡開している。また、LED光源2は出射面2b平坦状となるように外枠8bの出射面2b側端部と同じ高さとなるように樹脂モールド8が充填されている。   The LED light source 2 has an LED device 6 mounted on a base plate 5. The LED device 6 covers the periphery of a plurality of LED chips 7 with a mold resin 8 containing a phosphor, and emits light having a different wavelength from the phosphor contained in the mold resin by light emitted from the LED chip 7. For example, this emits white light. In this embodiment, as shown in FIG. 3, the plurality of LED chips 7 and the resin mold 8 are provided in a recess 8a surrounded by an outer frame 8b. The LED light source 2 has a horizontally long rectangular shape with a short side surface 2a, and the LED chip 7 has a plurality of chips arranged in the longitudinal direction. The outer frame 8b is a reflection wall that reflects the light emitted from the LED chip 7 and the light emitted from the phosphor included in the resin mold 8, and extends toward the light exit surface 2b of the LED light source 2 in the optical axis direction. We are open. The LED light source 2 is filled with the resin mold 8 so as to be the same height as the end of the outer frame 8b on the side of the emission surface 2b so that the emission surface 2b is flat.

また、本実施の形態ではLED装置6はLEDチップ7の周囲を蛍光体を含有するモールド樹脂8で覆うことで白色発光させているが、本発明はこれに限らずR、G、Bの三原色のLEDチップ7,7,7を使用するなどにより所望の発光色が得られるものであれば、LEDチップおよび蛍光体はいずれの物でも好適に実施可能である。また、蛍光体も蛍光顔料、蛍光染料などに限るものではない。   In this embodiment, the LED device 6 emits white light by covering the periphery of the LED chip 7 with a mold resin 8 containing a phosphor. However, the present invention is not limited to this, and the three primary colors of R, G, and B are used. Any LED chip and phosphor can be suitably implemented as long as the desired emission color can be obtained by using the LED chips 7, 7, and 7. Further, the phosphor is not limited to a fluorescent pigment, a fluorescent dye, or the like.

ガイドマスク部材3は中央部にスリット9が形成された板状部材であって、LED光源2と投影レンズ4との間に配置される。ガイドマスク部材3はアルミ材などの金属材料、セラミック材等により形成され、表面が塗装、焼付け塗装、アルミ蒸着等により着色されている。   The guide mask member 3 is a plate-like member having a slit 9 formed at the center, and is disposed between the LED light source 2 and the projection lens 4. The guide mask member 3 is formed of a metal material such as an aluminum material, a ceramic material, or the like, and its surface is colored by painting, baking painting, aluminum vapor deposition, or the like.

スリット9は所望の配光パターン形状と合致した矩形に形成されている開口部であって、図2に示すようにLED光源2の樹脂モールド8前方に位置付けられる。これにより、LED装置6より出射した光はガイドマスク部材3により一部が遮られ、所望の配光パターン形状と合致したスリット9の形状を成す明確な発光光源エリアを形成する。   The slit 9 is an opening formed in a rectangular shape that matches a desired light distribution pattern shape, and is positioned in front of the resin mold 8 of the LED light source 2 as shown in FIG. Thereby, a part of the light emitted from the LED device 6 is blocked by the guide mask member 3, and a clear light-emitting light source area having the shape of the slit 9 matching the desired light distribution pattern shape is formed.

なお、スリット9は所望の配光パターン形状を形成する大きさよりも小さいことが望ましく、これにより照明用光学モジュール1の取り付け角度の精度が高くなくとも所望の照射領域を越えることがなくなる。   Note that the slit 9 is desirably smaller than the size that forms the desired light distribution pattern shape, so that the desired irradiation area is not exceeded even if the mounting angle accuracy of the illumination optical module 1 is not high.

また、ガイドマスク部材3の表面は青色、紺色、白色、迷彩色等に塗装、またはAlやAgなどの金属膜を蒸着、またはスパッタやメッキ等で表面処理を施されている。従来の照明用光学モジュールでは消灯時にレンズ越しに内部の光源等の構成部品が視認されるため、例えば構成部品に黒色が多く使用されている場合、レンズ内に外光が入射しづらい事もあり、あたかも黒色レンズのように見えるので無影灯用光学モジュールの見栄えが悪くなる。しかし、ガイドマスク部材3の表面を塗装、金属膜蒸着、スパッタ、メッキ等を施すことにより非点灯時の見栄えを明瞭かつ明るいイメージとして向上させ、商品価値を高めることが可能となる。   Further, the surface of the guide mask member 3 is coated with blue, amber, white, camouflage, etc., or a metal film such as Al or Ag is vapor-deposited, or is subjected to surface treatment by sputtering or plating. In conventional illumination optical modules, components such as the internal light source are visible through the lens when it is turned off. For example, when black is used in many components, it may be difficult for external light to enter the lens. Since it looks like a black lens, the optical module for the surgical light deteriorates. However, the surface of the guide mask member 3 can be painted, metal film deposited, sputtered, plated, etc. to improve the appearance when not lit as a clear and bright image, thereby increasing the commercial value.

投影レンズ4はアクリル、ポリカーボネイトなどの透明樹脂材、ガラス材等により形成されるレンズ10とレンズ10を保持するレンズホルダー11とから構成される。レンズ10は複数の区画に区切られた凸レンズである。   The projection lens 4 includes a lens 10 formed of a transparent resin material such as acrylic and polycarbonate, a glass material, and a lens holder 11 that holds the lens 10. The lens 10 is a convex lens divided into a plurality of sections.

投影レンズ4とLED光源2との関係について図4および図5を用いて説明する。
図4は、レンズ10とLED装置6との関係を示すもので、(a)が本実施の形態のレンズ10を用いた場合を示す概略側面図、(b)が比較のために特許文献1に記載のスリット近傍に焦点を有し拡散カットが施されたレンズ100を用いた場合を示す概略側面図で、(a)と同一の構成については同一の符号を付している。図5は、図4(a)に示す本実施の形態のレンズ10を用いた場合の配光パターンを説明するための模式的な断面図である。
The relationship between the projection lens 4 and the LED light source 2 will be described with reference to FIGS.
4A and 4B show the relationship between the lens 10 and the LED device 6. FIG. 4A is a schematic side view showing the case where the lens 10 of the present embodiment is used, and FIG. 2 is a schematic side view showing a case where a lens 100 having a focal point in the vicinity of the slit and subjected to diffusion cut is used, and the same components as those in FIG. FIG. 5 is a schematic cross-sectional view for explaining a light distribution pattern when the lens 10 of the present embodiment shown in FIG. 4A is used.

レンズ10は大別して光軸Axを含む中央部10aと、中央部の左側に位置する左側方部10bと、中央部の右側に位置する右側方部10cと、レンズ周囲のフランジ部10dが一体に形成されている。フランジ部10dはレンズホルダー11にて挟持するための取り付け固定部となる。中央部10aおよび側方部10b、10cのすべての領域のLED光源2側には、LED光源2の出射面2bと向かいあった入射面20が形成され、入射面20の反対側にはレンズ中央部10aの中央部出射面21aと、レンズ左側方部10bの左側方部出射面21bと、レンズ右側方部10cの右側方部出射面21cからなる出射面21を有する。なお、図5では説明をわかりやすくするため中央部10aを側方部10b、10cに比べて図面横方向に拡大して示している。   The lens 10 is roughly divided into a central portion 10a including the optical axis Ax, a left side portion 10b located on the left side of the central portion, a right side portion 10c located on the right side of the central portion, and a flange portion 10d around the lens. Is formed. The flange portion 10 d serves as an attachment fixing portion for being sandwiched by the lens holder 11. An incident surface 20 facing the emission surface 2b of the LED light source 2 is formed on the LED light source 2 side in all regions of the central portion 10a and the side portions 10b and 10c. It has an exit surface 21 consisting of a central exit surface 21a of the part 10a, a left exit surface 21b of the lens left side portion 10b, and a right exit surface 21c of the lens right side portion 10c. In FIG. 5, the central portion 10a is shown enlarged in the horizontal direction of the drawing as compared with the side portions 10b and 10c for easy understanding.

レンズ中央部10aは、平坦な入射面20と円筒形状の出射面21aを備えた半円柱形状のシリンドリカルレンズとされ、円柱の中心軸方向がLED光源2の長手方向と平行とされている。レンズ中央部10aの焦点は、スリット9近傍に位置している。レンズ中央部10aはスリット9を通過して所望の配光パターン形状に形成された光を円柱の中心軸と直交する方向においては収束・拡散させ、円柱の中心軸と平行な方向においてはそのまま通過させる。これによりスリット9を通過した光が所望の配光パターンの左右方向サイズに制御される。なお、レンズ中央部の幅は、図5に示すようにLED光源2の長手方向の幅Lと略一致する大きさとしている。また、レンズ中央部の幅を凹部8aの幅L1と等しくても良い。レンズ中央部の幅をL1からLの間とすることで、後述する配光パターンの中央部での重なりを増加させて高い照度とすることができるからである。   The lens central portion 10 a is a semi-cylindrical cylindrical lens having a flat incident surface 20 and a cylindrical emission surface 21 a, and the central axis direction of the column is parallel to the longitudinal direction of the LED light source 2. The focal point of the lens central portion 10 a is located in the vicinity of the slit 9. The lens central portion 10a passes through the slit 9 to converge and diffuse light formed in a desired light distribution pattern shape in a direction orthogonal to the central axis of the cylinder, and directly passes in a direction parallel to the central axis of the cylinder. Let As a result, the light that has passed through the slit 9 is controlled to have a desired horizontal distribution size of the light distribution pattern. In addition, the width | variety of the lens center part is taken as the magnitude | size which substantially corresponds with the width L of the longitudinal direction of the LED light source 2, as shown in FIG. Further, the width of the central portion of the lens may be equal to the width L1 of the recess 8a. This is because by setting the width of the lens central portion between L1 and L, it is possible to increase the illuminance by increasing the overlap in the central portion of the light distribution pattern described later.

レンズ左側方部10bおよびレンズ右側方部10cは光軸Axを中心に対称に形成される。レンズ左側方部10bについて説明し、レンズ右側方部10については対称につき省略する。レンズ左側方部10bは、平坦な入射面20と半球状の左側方部出射面21bを備えた半球形状(レンズ左側方部10bとレンズ右側方部10cを併せると半球となる1/4球形状)とされ、入射面および出射面はレンズ中央部10aと連続した面となるように段差なく接続されている。それゆえ出射面21は、左側方部出射面21b、中央部出射面21aおよび右側方部出射面21cがなめらかに連続した連接出射面となっている。半円球形状の半径は、概ね[(投影レンズの幅−L(レンズ中央部の幅))/2]と設定される。レンズ左側方部10bの焦点は、スリット9近傍に位置している。左側方部10bはスリット9を通過して所望の配光パターン形状に形成された光を制御してスリット9の長手方向と同方向の水平方向に拡散させる。これによりスリット9を通過した光が所望の配光パターンの左右方向サイズに制御される。なお、出射面は、複数の区画に分割して拡散面を形成しても良い。   The lens left side portion 10b and the lens right side portion 10c are formed symmetrically about the optical axis Ax. The lens left side portion 10b will be described, and the lens right side portion 10 is omitted because of symmetry. The lens left side portion 10b has a hemispherical shape having a flat incident surface 20 and a hemispherical left side exit surface 21b (a ¼ spherical shape that forms a hemisphere when the lens left side portion 10b and the lens right side portion 10c are combined. The entrance surface and the exit surface are connected without a step so as to be a surface continuous with the lens central portion 10a. Therefore, the exit surface 21 is a connected exit surface in which the left side exit surface 21b, the center exit surface 21a, and the right side exit surface 21c are smoothly continuous. The radius of the hemispherical shape is generally set to [(projection lens width-L (lens center width)) / 2]. The focal point of the lens left side portion 10 b is located in the vicinity of the slit 9. The left side portion 10b controls the light passing through the slit 9 and having a desired light distribution pattern shape to diffuse in the horizontal direction, which is the same as the longitudinal direction of the slit 9. As a result, the light that has passed through the slit 9 is controlled to have a desired horizontal distribution size of the light distribution pattern. The exit surface may be divided into a plurality of sections to form a diffusion surface.

次に配光パターンについて説明する。最初に特許文献1の配光パターンについて説明する。特許文献1の照明用光学モジュールではLED光源2から出射した光は図4(b)に矢示したように進行する。図6は特許文献1の配光パターンを説明するものである。特許文献1では配光パターン左右方向サイズの制御では図6に示すように、左右方向の幅Wは通常の凸レンズと組み合わせた場合、スリット9により形成された発光光源エリアにより領域Aまでしか配光されないが、レンズ10と組み合わせることにより水平方向拡散の機能によって領域Bまで配光制御される。上下方向は純粋な対物レンズ効果により平行光線で前方へ投影照射されて通常の凸レンズと同じ高さTのまま配光される。これにより、所望の形状とサイズであって、左右になだらかな照度分布傾斜となる輪郭ボケの無い切れの良い配光となる。   Next, the light distribution pattern will be described. First, the light distribution pattern of Patent Document 1 will be described. In the illumination optical module of Patent Document 1, the light emitted from the LED light source 2 travels as indicated by an arrow in FIG. FIG. 6 illustrates a light distribution pattern of Patent Document 1. In Patent Document 1, in the control of the size of the light distribution pattern in the left-right direction, as shown in FIG. 6, the width W in the left-right direction is distributed to the region A only by the light source area formed by the slit 9 when combined with a normal convex lens. Although not, the light distribution is controlled up to the region B by the function of horizontal diffusion when combined with the lens 10. In the vertical direction, the projection light is projected forward with parallel rays by a pure objective lens effect, and the light is distributed at the same height T as that of a normal convex lens. As a result, the light distribution has a desired shape and size, and has a good sharpness distribution without a blurring of the outline that causes a gentle illuminance distribution slope to the left and right.

続いて本実施の形態の場合における配光パターンについて説明する。本実施の形態の場合においても、図4(a)および図5にLED光源2から出射した光は矢示したように進行する。レンズ左側方部10bおよび右側方部10cの形状は特許文献1と変わる点がないので、図6と同様に所望の形状とサイズであって、左右になだらかな照度分布傾斜となる輪郭ボケの無い切れの良い配光となる。なお、レンズ中央部10aを設けているので左方向または右方向にシフトする。   Next, the light distribution pattern in the case of the present embodiment will be described. Also in the case of the present embodiment, the light emitted from the LED light source 2 in FIGS. 4A and 5 proceeds as indicated by the arrow. Since the shape of the lens left side portion 10b and the right side portion 10c is not different from that of Patent Document 1, the shape and size are the same as in FIG. 6, and there is no outline blurring that causes a gentle illuminance distribution slope to the left and right. The light distribution is good. Since the lens central portion 10a is provided, the lens shifts to the left or right.

また、本実施の形態においてはレンズ中央部10aが存在する。このためL1に対応する幅から出射する光は、LED光源2の長手方向においては収束することなく進行する。図5の矢印はLEDチップからの直接光を模式的に矢示している。レンズ中央部10aおよびレンズ左側方部10bを通った配光パターンをP1で、同じくLEDチップからの光がレンズ中央部10aおよびレンズ右側方部10cを通った配光パターンをP2として示す。配光パターンP1とP2は重なって形成される。このとき、重なって照射される領域P3においては、レンズ中央部10aと、レンズ左側方部10bと、レンズ右側方部10cのすべての領域からの光が重なることになり、中央部の最大照度を高くすることができる。なお、図5では配光パターンP1とP2の重なりをわかりやすく説明するために上下にずれて図示しているが、実際には上下にずれることなく一部が重なり合った合成した配光パターンとしている。   In the present embodiment, there is a lens central portion 10a. For this reason, the light emitted from the width corresponding to L1 proceeds without converging in the longitudinal direction of the LED light source 2. The arrows in FIG. 5 schematically indicate direct light from the LED chip. A light distribution pattern passing through the lens center portion 10a and the lens left side portion 10b is denoted by P1, and a light distribution pattern in which light from the LED chip similarly passes through the lens center portion 10a and the lens right side portion 10c is denoted as P2. The light distribution patterns P1 and P2 are formed to overlap each other. At this time, in the overlapped region P3, light from all the regions of the lens central portion 10a, the lens left side portion 10b, and the lens right side portion 10c overlap, and the maximum illuminance at the center portion is increased. Can be high. In FIG. 5, the overlapping of the light distribution patterns P1 and P2 is illustrated as being shifted up and down for easy understanding, but in actuality, it is a combined light distribution pattern in which a part overlaps without shifting up and down. .

また、本発明の照明用光学モジュール1ではリフレクタを用いて光を制御することにより入射角のズレが出射角で更に加わり2倍となる場合に比べ、LED光源2やスリット9の位置にズレが生じてもレンズ屈折現象により制御するので照射される位置のズレは1/屈折率に抑えられ、高い組み立て精度が無くとも正しく所望の照射領域内に光が照射される。   Further, in the illumination optical module 1 according to the present invention, when the light is controlled by using the reflector, the deviation of the incident angle is further doubled by the addition of the emission angle, so that the position of the LED light source 2 and the slit 9 is displaced. Even if it occurs, the deviation of the irradiated position is controlled to 1 / refractive index because it is controlled by the lens refraction phenomenon, and light is correctly irradiated into a desired irradiation region without high assembly accuracy.

続いて、このように構成された照明用光学モジュール1について説明する。図6はLED照明用光学モジュールによる配光パターンを示した斜視図、図7は歯科用の無影灯を示した斜視図である。   Next, the illumination optical module 1 configured as described above will be described. FIG. 6 is a perspective view showing a light distribution pattern by the LED illumination optical module, and FIG. 7 is a perspective view showing a dental surgical light.

図7に示すように、無影灯12の筐体13の外周部に複数個取り付けられる。筐体13は所定角度にエーミングされた複数の平面14を備えている。照明用光学モジュール1は所定の距離にあるスクリーン上で所望の照射領域内に光が配光されるように、前記の所定の距離を半径とする円弧の中心へ光軸を向けて筐体13の外周部の平面14へ取り付けられる。これにより、複数の照明用光学モジュール1による配光が図6に示すように所望の照射領域S内に複数照射され所望の照度が得られる。所定の距離は、歯科医療用無影灯の場合には患者の口腔までの距離とする。   As shown in FIG. 7, a plurality of the surgical lamps 12 are attached to the outer peripheral portion of the casing 13. The housing 13 includes a plurality of planes 14 aiming at a predetermined angle. The illumination optical module 1 has a housing 13 with its optical axis directed toward the center of an arc having a radius of the predetermined distance so that light is distributed in a desired irradiation area on a screen at a predetermined distance. Is attached to the flat surface 14 of the outer periphery of the. As a result, a plurality of light distributions by the plurality of illumination optical modules 1 are irradiated in a desired irradiation region S as shown in FIG. 6 to obtain a desired illuminance. The predetermined distance is the distance to the patient's mouth in the case of a surgical light for dentistry.

次に無影灯12の作用について詳説する。本実施の形態では無影灯12としてLED光源を用いた歯科医療用無影灯を例に説明する。なお、本実施の形態では歯科医療用無影灯を例に説明するが、本発明の照明用光学モジュールは各種の精密作業等に使用する照明用として利用可能であり特にこれに限定されるものでない。   Next, the operation of the surgical light 12 will be described in detail. In the present embodiment, a surgical light for dentistry using an LED light source as the surgical light 12 will be described as an example. In this embodiment, a surgical light for dentistry is described as an example. However, the illumination optical module of the present invention can be used for illumination used for various precision operations and the like, and is particularly limited thereto. Not.

図1に示すように無影灯12はLED光源2、ガイドマスク部材3、投影レンズ4により構成された照明用光学モジュール1により構成されている。LED光源2より出射された光はガイドマスク部材3に形成されたスリット9により一部が遮られ所望の配光パターン形状に形成される。スリット9を通した光は投影レンズ4のレンズ10により水平方向拡散されて所望の配光パターンの左右方向サイズに制御される。   As shown in FIG. 1, the surgical light 12 includes an illumination optical module 1 including an LED light source 2, a guide mask member 3, and a projection lens 4. A part of the light emitted from the LED light source 2 is blocked by the slit 9 formed in the guide mask member 3, and is formed into a desired light distribution pattern shape. The light that has passed through the slit 9 is diffused in the horizontal direction by the lens 10 of the projection lens 4 and controlled to have a desired light distribution pattern size in the left-right direction.

LED光源2はベース板5上にLED装置6が取り付けられ、LED装置6はLEDチップ7の周囲を蛍光体8を含有するモールド樹脂8aで覆われている。LEDチップ7及び樹脂モールド8aは外枠8bに設けた円形状の凹部内に設けられ、本実施の形態では発光サイズ、すなわち凹部の長手方向のサイズとしては3mm〜4mm、短手方向のサイズとしては2mm〜3mmの物が使用される。   In the LED light source 2, an LED device 6 is attached on a base plate 5, and the LED device 6 is covered with a mold resin 8 a containing a phosphor 8 around the LED chip 7. The LED chip 7 and the resin mold 8a are provided in a circular recess provided in the outer frame 8b. In the present embodiment, the light emission size, that is, the size in the longitudinal direction of the recess is 3 mm to 4 mm, and the size in the short direction. 2 mm to 3 mm is used.

続いて、このようなLED光源2、ガイドマスク部材3、投影レンズ4により構成された照明用光学モジュール1は図6に示す筐体13の外周部に複数個取り付けられて無影灯12を構成する。照明用光学モジュール1は歯科医療用無影灯の場合、半径700mmの円弧の中心へ光軸が向かうように角度をつけて取り付けられる。   Subsequently, a plurality of illumination optical modules 1 including the LED light source 2, the guide mask member 3, and the projection lens 4 are attached to the outer periphery of the housing 13 shown in FIG. To do. In the case of a surgical light for dentistry, the illumination optical module 1 is attached at an angle so that the optical axis is directed to the center of an arc having a radius of 700 mm.

このとき、たとえば発光サイズがφ4の円形である場合、ガイドマスク部材3のスリット9の形状を上下高1.8mm、左右幅4mmの矩形とするとレンズ10により配光される光の上下高は焦点距離の関係から80mmとなり、スリット9の形状を上下高1.6mm、左右幅4mmの矩形とすると配光される光の上下高は70mmとなる。   At this time, for example, when the light emission size is a circle of φ4, if the shape of the slit 9 of the guide mask member 3 is a rectangle with a vertical height of 1.8 mm and a horizontal width of 4 mm, the vertical height of the light distributed by the lens 10 is the focal point. If the slit 9 has a rectangular shape with a vertical height of 1.6 mm and a horizontal width of 4 mm, the vertical height of the distributed light is 70 mm.

スリット9を使用せずにφ4のままの光として出射した場合は配光される光の上下高は180mmとなり、患者の眼に光が入るので患者に不快感を与えるためスリット9の上下高を制御することで、配光パターンの上下高が制御される。4mm(左右方向)×3mm(上下方向)の矩形光源の場合には上下高が180mmよりも小さい135mmの上下高となる。仮にガイドマスク部材3を使用せずに上下高の問題を解消するには、焦点距離を2倍以上に長くする必要があり、無影灯の奥行きが深くなるとともに正面視サイズも拡大するため無影灯のサイズが大きくなりLED光源2を使用してコンパクトな無影灯とする優位性が低下する。   When the light is emitted as φ4 without using the slit 9, the vertical height of the distributed light is 180 mm, and the light enters the patient's eyes. By controlling, the vertical height of the light distribution pattern is controlled. In the case of a rectangular light source of 4 mm (horizontal direction) × 3 mm (vertical direction), the vertical height is 135 mm, which is smaller than 180 mm. In order to solve the problem of vertical height without using the guide mask member 3, it is necessary to increase the focal length by at least twice, which increases the depth of the surgical light and increases the size of the front view. The size of the shadow lamp increases, and the advantage of using the LED light source 2 as a compact shadowless lamp decreases.

スリット9の形状は、照明用光学モジュール1による配光パターンが所望の配光パターンより小さくなるように形成されているので、平面14の取り付け角度の精度が高くなくとも所望の照射領域を越えることが無い。   Since the slit 9 is formed so that the light distribution pattern by the illumination optical module 1 is smaller than the desired light distribution pattern, the slit 9 exceeds the desired irradiation area even if the mounting angle accuracy of the plane 14 is not high. There is no.

レンズ10の焦点距離F=10mm、厚み10mm、レンズの中央部の幅を2mmとする。このとき、700mm先にあるスクリーン上において、上下高70mmの横長の配光パターンが得られ、レンズ中央部を設けない場合の最高照度は2100Lxであった。一方、レンズ中央部を設けた場合には、同一光源を用いた場合であっても2800Lxとなり、30%も向上させることができた。なお、レンズ入射面積はレンズ中央部を設けることえ8%増加している。このように、限られた発光面積からより高い照度を得ることができるものとなる。   The focal length F of the lens 10 is 10 mm, the thickness is 10 mm, and the width of the central portion of the lens is 2 mm. At this time, a horizontally long light distribution pattern with a height of 70 mm was obtained on a screen 700 mm ahead, and the maximum illuminance when the lens central portion was not provided was 2100 Lx. On the other hand, when the central portion of the lens is provided, even when the same light source is used, it becomes 2800 Lx, which can be improved by 30%. In addition, the lens incident area is increased by 8% even when the lens central portion is provided. Thus, higher illuminance can be obtained from a limited light emitting area.

また、照明用光学モジュール1はLED光源2やスリット9の位置にズレが生じてもレンズ屈折現象により制御するのでリフレクタの反射を用いて光を制御するのに比べ照射位置のズレが抑えられ、高い組み立て精度が無くとも正しく所望の照射領域内に光が照射される。これにより患者の眼に光が入ることが無くなり、患者に不快感を与えることが無い。   Moreover, since the illumination optical module 1 is controlled by the lens refraction phenomenon even when the position of the LED light source 2 or the slit 9 is displaced, the displacement of the irradiation position is suppressed as compared with the case where the light is controlled using the reflection of the reflector. Even if there is no high assembly accuracy, light is correctly irradiated into a desired irradiation region. As a result, light does not enter the patient's eyes, and the patient does not feel uncomfortable.

照明用光学モジュール1の取り付け個数は、例えばLED装置6の発光面積を6.4mm2、光束を80lm(1.1W)とした場合、10個の照明用光学モジュール1(合計消費電力11W)により、55Wのハロゲン電球を光源として用いた無影灯と同等の照度が得られた。これにより、本発明の無影灯12は従来の55Wから11Wの消費電力となり、80%の省電力となる。   For example, when the light emitting area of the LED device 6 is 6.4 mm 2 and the luminous flux is 80 lm (1.1 W), the number of the lighting optical modules 1 attached is 10 illumination optical modules 1 (total power consumption 11 W), Illuminance equivalent to a surgical light using a 55 W halogen bulb as a light source was obtained. As a result, the surgical light 12 of the present invention has a power consumption of 55 W to 11 W, which is 80% power saving.

以上、説明したように、本発明に係わる照明用光学モジュール1によれば、所望の配光パターン形状と合致したガイドマスク部材と水平方向拡散させる投影レンズによって高い組み立て精度や取り付け精度が無くとも正しく所望の照射領域内に光が照射され、必要な照度を備えた輪郭ボケの無い切れの良い配光となるLED照明用光学モジュール及びLED照明用灯具とすることが可能となる。   As described above, according to the illumination optical module 1 according to the present invention, the guide mask member that matches the desired light distribution pattern shape and the projection lens that diffuses in the horizontal direction can be used correctly without high assembly accuracy and mounting accuracy. It is possible to provide an LED illumination optical module and an LED illumination lamp that emit light within a desired irradiation area, and has a necessary illuminance and has a sharp outline without blurring.

上記実施形態はあらゆる点で単なる例示にすぎない。これらの記載によって本発明は限定的に解釈されるものではない。たとえばガイドマスクをベース板と一体に形成しても良い。本発明はその精神または主要な特徴から逸脱することなく他の様々な形で実施することができる。   The above embodiment is merely an example in all respects. The present invention is not construed as being limited to these descriptions. For example, the guide mask may be formed integrally with the base plate. The present invention can be implemented in various other forms without departing from the spirit or main features thereof.

歯科用の無影灯に限らず、他の用途の無影灯にも適用でき、また、スポットライトや商品見本の照明灯、ガーデンライトなどの局部照明装置などの用途にも適用できる。   The present invention can be applied not only to a dental surgical light but also to a surgical light for other purposes, and also to a local lighting device such as a spotlight, a product sample illumination lamp, or a garden light.

1 無影灯用光学モジュール
2 LED光源
3 ガイドマスク部材
4 投影レンズ
5 ベース板
6 LED装置
7 LEDチップ
8 樹脂モールド
9 スリット
10 レンズ
11 レンズホルダー
12 無影灯
13 筐体
14 平面
20 入射面
21 出射面
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Optical module for surgical lamps 2 LED light source 3 Guide mask member 4 Projection lens 5 Base plate 6 LED device 7 LED chip 8 Resin mold 9 Slit 10 Lens 11 Lens holder 12 Surgical lamp 13 Case 14 Plane 20 Incident surface 21 Emission surface

Claims (4)

LED光源と、前記LED光源からの出射光を通す横長形状のスリットが設けられたガイドマスク部材と、焦点が前記スリット近傍に位置する投影レンズとを備え、
前記LED光源は、LED素子とLED素子の周囲に設けた反射壁とLED素子を覆うモールド層とを有し、LED光源の出射面を平坦状とした横長矩形形状であり、
前記投影レンズは、前記LED光源に対向する入射面と、円筒形状の中央部出射面および中央部出射面の両端側方の円球状出射面からなる連接出射面と、を備え、
前記LED光源の長手方向と、前記スリットの長手方向と、前記中央部出射面の中心軸方向とが、平行であることを特徴とするLED照明用光学モジュール。
An LED light source, a guide mask member provided with a horizontally long slit through which light emitted from the LED light source passes, and a projection lens whose focal point is located near the slit,
The LED light source has an LED element, a reflection wall provided around the LED element, and a mold layer that covers the LED element, and has a horizontally long rectangular shape with a flat emission surface of the LED light source,
The projection lens includes an incident surface facing the LED light source, and a concatenated exit surface composed of a cylindrical center exit surface and spherical exit surfaces on both sides of the center exit surface,
The optical module for LED illumination, wherein the longitudinal direction of the LED light source, the longitudinal direction of the slit, and the central axis direction of the central exit surface are parallel.
前記LED光源の出射面の長手方向の幅と、前記中央部出射面の幅が同じであることを特徴とする請求項1に記載のLED照明用光学モジュール。   2. The optical module for LED illumination according to claim 1, wherein a width in a longitudinal direction of an emission surface of the LED light source and a width of the central portion emission surface are the same. 請求項1または請求項2に記載の照明用光学モジュールが、光軸が所定の距離を半径とする円弧の中心へ向かうように角度をつけて筐体に複数取り付けられたことを特徴とする局部照明用灯具。   3. The local portion of the illumination optical module according to claim 1 or 2, wherein a plurality of the illumination optical modules are attached to the housing at an angle so that the optical axis is directed to a center of an arc having a radius of a predetermined distance. Lighting fixture. 前記距離における配光サイズが所望の配光サイズよりも小さいことを特徴とする請求項3に記載の局部照明灯具。   The local illumination lamp according to claim 3, wherein a light distribution size at the distance is smaller than a desired light distribution size.
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