JP2015159075A - Led lighting device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、LED光源にレンズをかぶせ、LED光源から上部に向う発光を側方に放射させるLED照明装置に関する。 The present invention relates to an LED lighting device that covers a LED light source with a lens and radiates light emitted upward from the LED light source to the side.
LEDダイを封止樹脂等で被覆したLED光源は、発光分布に指向性があり、上方強く光を放射する。このようなLED光源の発光に対し、反射板やレンズを使って側方に光を放射させるLED照明装置が知られている。反射板を使う方式には、側方に多くの光を向けようとすると反射板が大型化するという課題がある。これに対し、LED光源にレンズをかぶせる方式では、屈折を利用して光を側方に向けることができるのでLED照明装置を小型化できる。 An LED light source in which an LED die is covered with a sealing resin or the like has directivity in light emission distribution and emits light strongly upward. An LED illumination device that emits light laterally using a reflector or a lens is known for light emission of such an LED light source. The method using a reflector has a problem that the reflector becomes large when a large amount of light is directed to the side. On the other hand, in the method of covering the LED light source with a lens, light can be directed to the side using refraction, so that the LED illumination device can be miniaturized.
LED光源にレンズをかぶせたLED照明装置の例として、特許文献1の図5Eを図7に再掲示し、その構造と光線の状況を説明する。図7は発光ダイオードレンズ(LED照明装置)に含まれるレンズ101の断面図であり、光線トレースが描かれている。なお一部符号を変更している。図7において発光装置に含まれるレンズ101は、側部に屈折を利用した鋸歯状部102と、上部に全内反射(TIR)性のじょうご部103を備えている。レンズ下部には凹部があり、凹部に存在する焦点に図示していないLEDダイ(LED光源)が配置される。
As an example of an LED illumination device in which a lens is placed on an LED light source, FIG. 5E of Patent Document 1 is re-displayed in FIG. 7, and the structure and the state of light rays will be described. FIG. 7 is a cross-sectional view of the
図7において、焦点を発した光のうちパッケージ縦軸104に対し±40°以下で出射する成分は、じょうご部103で反射し、表面Hから出射し側方に向かう。焦点を発した光のうちパッケージ縦軸104に対し45°〜75°の成分は鋸歯状部102から出射する。例えば、パッケージ縦軸104に垂直な線から40°及び30°で焦点を発する光線はそれぞれ表面E、Dから側方に出射する。なお表面G、Fは焦点から発した光を蹴らないようにしている。またパッケージ縦軸104に垂直な線から10°及び20°で焦点を発する光線はそれぞれ表面C、Bから側方に出射する。
In FIG. 7, components emitted from the focused light at ± 40 ° or less with respect to the package
前述のように図7に示したLED照明装置(発光ダイオードパッケージ)は、底部の焦点を含む位置にLED光源(LEDダイ)を配置し、レンズ101によりLED光源の発光をLED照明装置の側方に出射させていた。しかしながらLED光源はふつうレンズに対して無視できない程度に平面的な広がりを持つので、図7に示された光線トレースは光線群の一部を表示しているにすぎない。つまり平面的に広がりのあるLED光源に図7で示したレンズ101をかぶせたとき、焦点から離れた部分の発光(例えばLED光源の端に近い部分の発光)のうち斜め上方向に進行する成分は、鋸歯状部102の表面(例えば表面D)からいったん外部に出射したのち、再び鋸歯状部102の表面(例えば表面G)からレンズ101内にもどり、別の表面(例えば表面E)から斜め上方に出射するものが現れる。以上のように図7に示したレンズ101と平面的な広がりを持つLED光源を組み合わせると斜め上方に向かう光が大量に存在するという課題がある。
As described above, the LED illumination device (light emitting diode package) shown in FIG. 7 has an LED light source (LED die) disposed at a position including the focal point of the bottom, and the
そこで本発明は、上記課題に鑑みて為されたものであり、上方向に強い指向性のあるL
ED光源の発光をレンズの反射と屈折を利用して側方に向けるとき、斜め上方に向かう光を低減することができるLED照明装置を提供することを目的とする。
Therefore, the present invention has been made in view of the above problems, and has a strong directivity in the upward direction.
An object of the present invention is to provide an LED illumination device capable of reducing light traveling obliquely upward when light emitted from an ED light source is directed to the side using reflection and refraction of a lens.
上記目的を達成するため本発明のLED照明装置は、LED光源と前記LED光源をとり囲むように配置されたレンズを備えたLED照明装置において、
前記レンズは、円筒面状の側面と、上部に設けられた下向きの円錐状の第1反射面と、前記LED光源を収納するため底部に設けられたLED光源収納部とを備え、
前記LED光源収納部は上部入射面と側部入射面を有し、
前記側部入射面は上端が前記側面に向かうようにして傾斜している
ことを特徴とする。
In order to achieve the above object, an LED illumination device according to the present invention is an LED illumination device including an LED light source and a lens disposed so as to surround the LED light source.
The lens includes a cylindrical surface, a downwardly conical first reflecting surface provided at the top, and an LED light source storage portion provided at the bottom for storing the LED light source,
The LED light source housing has an upper incident surface and a side incident surface,
The side entrance surface is inclined such that the upper end faces the side surface.
本発明のLED照明装置では、LED光源はレンズの底部に設けられたレンズ収納部に収納される。このときLED光源から出射し上部入射面からレンズに入射した光の大部分は、上部入射面の上方に配置された第1反射面で反射し側方に向かう。またLED光源から出射し側部入射面からレンズに入射した光は、側部入射面が側面側に傾いているため大きく屈折し側面方向に向かう。 In the LED lighting device of the present invention, the LED light source is housed in a lens housing portion provided at the bottom of the lens. At this time, most of the light emitted from the LED light source and incident on the lens from the upper incident surface is reflected by the first reflecting surface disposed above the upper incident surface and travels to the side. Further, the light emitted from the LED light source and incident on the lens from the side incident surface is largely refracted and directed in the side direction because the side incident surface is inclined toward the side surface.
前記レンズは、前記第1反射面の上部に下向きの円錐状の第2反射面を備えていていても良い。 The lens may include a second conical reflecting surface facing downwards above the first reflecting surface.
前記レンズは、前記第1反射面と前記上部入射面が分割されフレネル化していても良い。 In the lens, the first reflecting surface and the upper incident surface may be divided to form a Fresnel.
以上のように本発明のLED照明装置は、上方向に強い指向性のあるLED光源の発光をレンズの反射と屈折を利用して側方に向けるとき、LED光源に近接して形成された側部入射面がその傾斜した面で斜め上方に向かおうとする光を側方に屈折させるため、斜め上方に向かう光を低減することができる。 As described above, the LED illumination device according to the present invention has a side formed close to the LED light source when the light emission of the LED light source having strong directivity in the upward direction is directed to the side using the reflection and refraction of the lens. Since the partial incident surface refracts light that is directed obliquely upward on the inclined surface, the light directed obliquely upward can be reduced.
以下、添付した図1〜6を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお図面の説明において、同一または相当要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。また説明のため部材の縮尺は適宜変更している。
(第1実施形態)
まず図1により本発明の第1実施形態として示すLED照明装置10の外観について説明する。図1はLED照明装置10を斜め上方向から眺めた斜視図である。図1ではLED照明装置10に含まれるレンズ11の上部に形成された反射面13(第1反射面)と側面12が観察される。レンズ11は全体的に円筒状であり、その側面12は円筒面状となり、反射面13は円錐状に窪んでいる。レンズ11の底部には図示していないLED光源収納部14がある。LED光源収納部14はLED光源20(図2参照)を収納し、その
底面が開口している。
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. In the description of the drawings, the same or equivalent elements will be denoted by the same reference numerals, and redundant description will be omitted. For the sake of explanation, the scale of the members is changed as appropriate.
(First embodiment)
First, the external appearance of the
次に図2によりLED照明装置10の構造をさらに詳しく説明する。図2は図1に示したLED照明装置10について光軸(中心軸)を含むようにして描いた断面図である。図2に示すようにLED照明装置10はレンズ11とLED光源20からなる。レンズ11は、上部に反射面13、底部にLED光源収納部14を備えている。反射面13は前述のとおり頂点が下側を向いた円錐状の窪みである。LED光源収納部14は上面が底面より大きい下向きの円錐台をした形状の空間であり、そこにLED光源20が収納されている。またLED光源収納部14は、上面が平面状の上部入射面15、側面が側部入射面となり、側部入射面16の上端がレンズ11の側面12側に傾いている。なおLED光源20は、平面的にみると正方形又は長方形の面状光源である。
Next, the structure of the
次に図3によりLED照明装置10の発光特性を説明する。図3は図2に示したLED照明装置10の断面図に代表的な光線を書き加えたものである。図3において、LED光源20から上方向に出射した光線L1は、上部入射面15からレンズ11に入射し、反射面13で全反射したのち側面12からLED照明装置10の側方に出射する。LED光源20から低い角度で斜上方向に出射した光線L2は、側部入射面16からレンズ11に入射する。このとき側部入射面16が傾斜しているため光線L2は大きく屈折し、その後側面12からLED照明装置10の側方に出射する。なお反射面13で全反射できずに反射面13から斜め上方に出射する光線や側部入射面16に入射できずに側面12から斜め上方に出射する光線は図示していない。
Next, the light emission characteristics of the
LED光源収納部14では、LED光源20と側部入射面16が近接しているため、LED光源20から出射した光線のうち反射面13に達しない光線の多くの部分は側部入射面16に入射する。LED収納部14では、先ず上部入射面15の高さを決め、次にLED光源20の中心から出射し上部入射面15で光軸方向に屈折しながらレンズ11に入射して、その後反射面13の外延端部に達する光線を求め、この光線と側部上部入射面16の上端が接するように側部入射面16の上端位置を決めると良い。なお、LED照明装置10では反射面13、上部入射面15、側部入射面16が直線的な断面をもつ曲面又は平面としていたが、これらの面は曲線的な断面をもっても良い。
(第2実施形態)
図1~3で説明したLED照明装置10は、LED光源20が平面的な広がりを有するため、LED光源20の中心から出射した光線が反射面13で全反射するよう設計しても、LED光源20の他の部分から出射した光線の一部が反射面13で全反射せず反射面13から光が上方に漏れる。そこで、図4により第2実施形態として、この漏れようとする光線を側方に向け、光漏れをさらに低減するとともに側方の発光量を多くするLED照明装置40について説明する。図4はLED照明装置40の光軸(中心軸)を含むようにして描いた断面図である。図4において、図1〜3と同じ符号を付した部材及び部分はLED照明装置10の部材及び部分と同等であり、説明を省略する。
In the LED light
(Second Embodiment)
1 to 3, the
図4においてLED照明装置40は、反射面13(第1反射面)の上部に第2反射面43を備えている。すなわちLED照明装置40に含まれるレンズ41は、図1〜3で示したLED照明装置10に含まれるレンズ11の上部に、底面が平面で上部に円錐状の窪み(第2反射面43)を備えるレンズ41aを重ねた(貼り付けた)ものである。LED照明装置40では、LED光源20から発し反射面13を透過した光線は、反射面13で光軸から離れるように屈折するため第2反射面43で全反射しやすくなる。この結果、側方に向かう光量が増加する。
(第3実施形態)
図1〜3で示したLED照明装置10は、レンズ11の上部に倒置した円錐状の反射面13を備え、レンズ11の底部に下を向いた円錐台状のLED光源収納部14を備えてい
た。一般にレンズは、凸レンズをフレネルレンズに変換できるように、光軸を中心にレンズを円環状の分割し、対応する円環上の入射面と出射面とを組み合わせて、同等の機能を持つレンズを構成できる(以下、フレネル化と呼ぶ)。そこで図5、6により図1〜3に示したLED照明装置10のレンズ11をフレネル化したLED照明装置50について説明する。図5、6において、図1〜3と同じ符号を付した部材及び部分はLED照明装置10の部材及び部分と同等であり、説明を省略する。またLED照明装置50では、基にしたLED照明装置10の反射面13を上に凸な曲面としている。
In FIG. 4, the
(Third embodiment)
The
図5はLED照明装置50の中心軸(光軸)を含むようにして描いた断面図である。図5においてLED照明装置50は円筒形であり、レンズ51の底部にLED光源20を配置したLED光源収納部54があり、その上部に空洞57がある。LED光源収納部54は上面が開放されているとともに側部に側部入射面56が設けられている。側部入射面56は図2等に示された側部入射面16と同じ形状になる。空洞57は、上部に向かっていったん広がり、その後狭くなっている。また空洞57の側面には円環状で断面が鋸歯状となる凹凸があり、各凹凸は上部入射面の一片55と反射面の一片53とからなる。この空洞57内の凹凸がフレネル化された部分となる。
FIG. 5 is a cross-sectional view drawn to include the central axis (optical axis) of the
次に図6によりフレネル化の手法を説明する。図6(a)は図2等に示したLED照明装置10の一部を模式的に描いた断面図であり、図6(b)は図5で示したLED照明装置50の一部分を模式的に描いた断面図である。なお以下の説明において、特に指示しないかぎり図6(a)及び図6(b)への参照指示は省略する。
Next, the Fresnelization method will be described with reference to FIG. 6A is a cross-sectional view schematically showing a part of the
先ず図6(a)においてLED光源20の中心を原点として上部入射面15及び反射面13を角度α毎に円環状に分割する。このとき角度αで分割した境界を示す半直線m1、m2、m3で挟まれた上部入射面15の一片を側部入射面16側から15a、15bとし、対応する反射面13の一片を13a、13bとする。次に図6(b)において側部入射面56の上端に上部入射面15の一片15aの右端が一致するように上部入射面15の一片15aを移動し、上部入射面の一片55aとする。続いて反射面13の一片13aの下端が上部入射面の一片55aの左端と一致するように反射面13の一片13aを移動し、反射面の一片53aとする。このときLED光源20の中心から発し上部入射面の一片55aの右端を通る光線が反射面の一片53aの右上端に当たるように反射面の一片53aの長さを調節する。
First, in FIG. 6A, the
続いて反射面の一片53aの右上端と上部入射面15の一片15bの右端が一致するよう上部入射面15の一片15bを移動し、上部入射面の一片55bを形成する。このとき上部入射面の一片55bの左端子が半直線m3に接するように長さを調節する。続いて、反射面13の一片13bの下端が上部入射面の一片55bの左端と一致するように移動し、反射面の一片53bを形成する。このときLED光源20の中心から発し上部入射面の一片55bの右端を通る光線が反射面の一片53bの右上端に当たるように反射面の一片53bの長さを調節する。この過程を繰り返すことにより図2等に示したLED照明装置10をLED照明装置50のようにフレネル化できる。
Subsequently, the
またフレネル化に際し円環状の分割を細かくすることにより、図5に示したようにLED照明装置50の外形を細長くできる。ここで示したフレネル化は図4で示したLED照明装置50にも適用できる。
Further, by finely dividing the annular shape at the time of Fresnelization, the outer shape of the
10、40、50…LED照明装置、
11、41、51…レンズ、
12…側面、
13…反射面(第1反射面)、
13a、13b、53、53a、53b…反射面の一片、
14、54…LED光源収納部、
15…上部入射面、
15a、15b、55、55a、55b…上部入射面の一片、
16、56…側部入射面、
57…空洞、
20…LED光源、
43…第2反射面、
L1、L2…光線。
10, 40, 50 ... LED lighting device,
11, 41, 51 ... lens,
12 ... side,
13: Reflecting surface (first reflecting surface),
13a, 13b, 53, 53a, 53b ... a piece of reflective surface,
14, 54 ... LED light source housing,
15 ... Upper entrance surface,
15a, 15b, 55, 55a, 55b ... a piece of the upper entrance surface,
16, 56 ... side entrance surface,
57 ... Cavity,
20 ... LED light source,
43. Second reflecting surface,
L1, L2 ... rays.
Claims (3)
前記レンズは、
円筒面状の側面と、
上部に設けられた下向きの円錐状の第1反射面と、
前記LED光源を収納するため底部に設けられたLED光源収納部と
を備え、
前記LED光源収納部は上部入射面と側部入射面を有し、
前記側部入射面は上端が前記側面に向かうようにして傾斜している
ことを特徴とするLED照明装置。 In an LED lighting device comprising an LED light source and a lens arranged to surround the LED light source,
The lens is
A cylindrical side surface;
A downwardly conical first reflecting surface provided at the top;
An LED light source storage part provided at the bottom for storing the LED light source,
The LED light source housing has an upper incident surface and a side incident surface,
The LED illumination device according to claim 1, wherein the side incident surface is inclined such that an upper end faces the side surface.
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