JP2015167512A - light irradiation device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光照射装置に関する。 The present invention relates to a light irradiation apparatus.
人工光源としての光照射装置が従来より用いられている。光照射装置では、反応物質が載置された載置面における放射照度の均一化が求められている。しかしながら、通常、載置面における放射照度は、中心部では高くなり、周縁部では低くなるのが通常である。このような光照射装置（人工光源）を用いた植物育成装置では、光源面から苗床（載置面）までの距離が近いため、苗床の中央部に対する外周部の放射照度の低下は、より顕著になる。このため、中央部と外周部での植物の育成に差が生じてしまう。 Conventionally, a light irradiation device as an artificial light source has been used. In the light irradiation device, there is a demand for uniform irradiance on the mounting surface on which the reactive substance is mounted. However, the irradiance on the placement surface is usually high at the center and low at the periphery. In the plant growing device using such a light irradiation device (artificial light source), since the distance from the light source surface to the seed bed (mounting surface) is short, the decrease in the irradiance at the outer peripheral portion with respect to the center portion of the seed bed is more remarkable. become. For this reason, a difference will arise in the growth of the plant in a central part and an outer peripheral part.
そこで、例えば、特許文献１には、液晶ディスプレイ等の照明装置として利用されている技術を利用して、光を出射する出射面において、載置面の中央部よりも周辺部の方が高輝度になるようにして放射照度を均一化する光照射装置が開示されている。この光照射装置は、導光板端部に配置された光源と、導光板の裏面にパターン印刷で形成された開口部（６０％、７０％、８５％、１００％）と導光板裏面に拡散反射シートとを備える。出射面の中央部から周縁部に向かって、開口部を大きくすることにより、出射面の周縁部の光の透過割合が多くなっている。 Therefore, for example, in Patent Document 1, the brightness of the light emitting surface that emits light is higher in the peripheral portion than in the central portion of the mounting surface by using a technique that is used as an illumination device such as a liquid crystal display. Thus, a light irradiation device for making the irradiance uniform is disclosed. This light irradiation device has a light source disposed at the end of the light guide plate, an opening (60%, 70%, 85%, 100%) formed by pattern printing on the back surface of the light guide plate, and diffuse reflection on the back surface of the light guide plate. A sheet. By increasing the opening from the center of the exit surface toward the periphery, the light transmission rate at the periphery of the exit surface is increased.
また、特許文献２には、冷陰極蛍光ランプとこの光を反射するリフレクタ、導光板、反射シート及び拡散シートとを備える照射装置が開示されている。この照射装置では、特許文献１と同様なパターン印刷で導光板に開口部を設け、拡散シートで照射面の均一化を図っている。 Patent Document 2 discloses an irradiation device including a cold cathode fluorescent lamp and a reflector that reflects this light, a light guide plate, a reflection sheet, and a diffusion sheet. In this irradiation apparatus, an opening is provided in the light guide plate by pattern printing similar to that of Patent Document 1, and the irradiation surface is made uniform by a diffusion sheet.
特許文献３には、液晶ディスプレイ等の照明装置として利用されている技術を利用して、導光板の縁部に沿った光出射面の一部の領域にプリズムシートを配置した植物育成用照明装置が開示されている。プリズムシートが配置されていない中央部から拡散される光は、光量を減じることなくプリズムシートが配置された領域で、導光板の光出射面と直交する方向を向くように制御される。これにより、照明装置の縁部及び四隅部から出射した光を下方に多く出射するようにして周辺部の照度低下が防止されている。 Patent Document 3 discloses a plant-growing lighting device in which a prism sheet is arranged in a partial region of a light emitting surface along an edge of a light guide plate by using a technique used as a lighting device such as a liquid crystal display. Is disclosed. The light diffused from the central portion where the prism sheet is not disposed is controlled so as to be directed in a direction orthogonal to the light exit surface of the light guide plate in the region where the prism sheet is disposed without reducing the amount of light. This prevents a decrease in illuminance at the peripheral portion by emitting a large amount of light emitted from the edge and four corners of the illumination device downward.
特許文献１に記載の光照射装置を用いれば、縁部の光の透過割合を多くして、載置面の放射照度を均一化することはできる。しかしながら、この光は、載置面の外側、反応物質が載置されていない載置面の外側にも照射されてしまい、放射効率が悪くなるという不都合があった。 If the light irradiation apparatus described in Patent Document 1 is used, it is possible to increase the light transmission ratio at the edge and make the irradiance of the mounting surface uniform. However, this light is also emitted to the outside of the placement surface, the outside of the placement surface on which no reactant is placed, and there is a disadvantage that the radiation efficiency is deteriorated.
特許文献２には、ＬＥＤは点光源であり、放射光の出射角が小さく指向性が強いことから、照射面の光密度の分布バラツキを抑制するために、冷陰極管蛍光ランプを使用したと記載されている。すなわち、特許文献２では、放射光の出射角が小さいＬＥＤのみを光源として使用するのは困難であるとなっている。 In Patent Document 2, an LED is a point light source, and since a radiation angle of emitted light is small and directivity is strong, a cold cathode fluorescent lamp is used to suppress variation in light density distribution on the irradiated surface. Have been described. That is, in Patent Document 2, it is difficult to use only an LED having a small emission angle of emitted light as a light source.
特許文献３に記載の植物育成用照明装置では、光の屈折を利用して縁部の光を多くして、載置面の放射照度を均一化することはできる。しかしながら、ＬＥＤは、導光板の縁部に設置され、設置個数が制限されるので、照射量を増やすのに限界があった。 In the plant-growing lighting device described in Patent Document 3, it is possible to make the irradiance of the mounting surface uniform by increasing the light at the edge using the refraction of light. However, since the LEDs are installed at the edge of the light guide plate and the number of the installed LEDs is limited, there is a limit in increasing the irradiation amount.
このような背景から、被照射面における放射効率、放射照度及びその平坦度（均一度）を同時に向上させる光照射装置の登場が見込まれている。そこで、複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）が等間隔で配列された光照射装置について考える。このような構成の光照射装置でも、光源面から苗床（載置面）までの距離が近ければ、苗床の中央部に対する外周部の放射照度は低下する。一方、ＬＥＤが配列された光の出射面（光源面）と苗床（載置面）までの距離を長くすれば、載置面における照度をある程度均一化することは可能であるが、苗床における放射照度は低下する。 From such a background, the appearance of a light irradiation device that simultaneously improves the radiation efficiency, irradiance, and flatness (uniformity) of the irradiated surface is expected. Therefore, consider a light irradiation device in which a plurality of light emitting diodes (LEDs) are arranged at equal intervals. Even in the light irradiation device having such a configuration, if the distance from the light source surface to the nursery bed (mounting surface) is short, the irradiance of the outer peripheral portion with respect to the central portion of the nursery bed is lowered. On the other hand, if the distance between the light emitting surface (light source surface) on which the LEDs are arranged and the seedbed (mounting surface) is increased, the illuminance on the mounting surface can be made uniform to some extent. Illuminance decreases.
距離を長くしつつ放射照度を向上させる最も単純な方法として、ＬＥＤの配列間隔を短くすることが考えられる。しかしながら、配列間隔を短くすると、ＬＥＤの数が増えて、結果的に、装置コストが増大し、消費電力が高くなる。 As the simplest method for improving the irradiance while increasing the distance, it is conceivable to shorten the arrangement interval of the LEDs. However, if the arrangement interval is shortened, the number of LEDs increases, and as a result, the device cost increases and the power consumption increases.
また、放射照度の平坦度（均一度）を向上するために、光源面の中央部よりも外周側でＬＥＤを密に配置することも考えられるが、同様に、ＬＥＤの数が増えて、結果的に、装置コストが増大し、消費電力が高くなる。 Further, in order to improve the flatness (uniformity) of irradiance, it is conceivable to arrange the LEDs densely on the outer peripheral side of the central portion of the light source surface, but similarly, the number of LEDs increases, resulting in a result. In particular, the device cost increases and the power consumption increases.
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、被照射面における放射効率の向上、放射照度の平坦度（均一度）及び放射照度の向上の両立を、低コストかつ低消費電力で実現することができる光照射装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and realizes both improvement in radiation efficiency on the irradiated surface, flatness (uniformity) of irradiance, and improvement in irradiance at low cost and low power consumption. It is an object of the present invention to provide a light irradiation device that can be used.
上記目的を達成するために、本発明の光照射装置は、
所定の平面領域に等間隔に２次元配列され、同一の指向特性を有する複数の表面実装型の発光ダイオードと、
前記各発光ダイオードに１つずつ取り付けられ、前記各発光ダイオードから発せられる出射光の指向角を調整する複数のレンズキャップと、
を備え、
前記平面領域の中心から外周側に向かって、前記出射光の指向角が狭くなるように、前記各レンズキャップが配置されている。
In order to achieve the above object, the light irradiation device of the present invention comprises:
A plurality of surface-mounted light-emitting diodes that are two-dimensionally arranged at equal intervals in a predetermined plane region and have the same directivity characteristics;
A plurality of lens caps attached to each of the light emitting diodes to adjust the directivity angle of the emitted light emitted from each of the light emitting diodes;
With
The lens caps are arranged so that the directivity angle of the emitted light becomes narrower from the center of the planar region toward the outer peripheral side.
本発明によれば、所定の平面領域に等間隔に２次元配列された複数の表面実装型の発光ダイオードは、指向特性が同一である。しかしながら、各発光ダイオードには、それぞれレンズキャップが取り付けられている。レンズキャップとは、発光ダイオードから発せられた光を出射するために発光ダイオードを覆うように取り付けられている。レンズキャップは、レンズカバーともいうべきものである。レンズキャップから出射される出射光の指向角は、平面領域の中心から外周側に向かって狭くなっている。指向角が狭くなれば、そのレンズキャップの光軸上の光強度は大きくなる。このため、レンズキャップから出射される出射光の指向角を、平面領域の中心から外周側に向かって狭くしていくことによって、被照射体が載置された載置面の外部に放射されるムダな光を少なくして、放射効率を高めることができるうえ、載置面における放射照度の平坦化を図ることができる。さらには、光源面と載置面との距離を短くして放射照度を向上させることができる。 According to the present invention, a plurality of surface-mounted light-emitting diodes that are two-dimensionally arrayed at equal intervals in a predetermined plane area have the same directivity characteristics. However, a lens cap is attached to each light emitting diode. The lens cap is attached so as to cover the light emitting diode in order to emit light emitted from the light emitting diode. The lens cap should also be called a lens cover. The directivity angle of the emitted light emitted from the lens cap is narrowed from the center of the planar region toward the outer peripheral side. If the directivity angle becomes narrow, the light intensity on the optical axis of the lens cap increases. For this reason, by narrowing the directivity angle of the emitted light emitted from the lens cap from the center of the planar region toward the outer peripheral side, the emitted light is emitted to the outside of the placement surface on which the irradiated object is placed. Wasted light can be reduced to improve radiation efficiency, and the irradiance on the mounting surface can be flattened. Furthermore, the irradiance can be improved by shortening the distance between the light source surface and the mounting surface.
また、この発明によれば、発光ダイオードは、あくまで等間隔に２次元配列されているので、装置コストが増大し、消費電力が高くなることもない。 Further, according to the present invention, since the light emitting diodes are two-dimensionally arranged at regular intervals, the apparatus cost is increased and the power consumption is not increased.
また、この発明によれば、指向特性の異なる発光ダイオードを使用するのではなく、指向特性の同一な発光ダイオードを使用して、製造容易なレンズキャップの方で出射角を調整する。このため、装置の製造がより容易になるうえ、低コストで製造することが可能になる。また、レンズキャップを交換するだけで、搭置面における被照射面における放射効率の向上、放射照度の平坦度（均一度）及び放射照度を調整しやすくなる。以上のように、この発明によれば、被照射面における放射効率の向上、放射照度の平坦度（均一度）及び放射照度の向上の両立を、低コストかつ低消費電力で実現することができる。 Further, according to the present invention, the light emitting diodes having the same directivity characteristics are used instead of the light emitting diodes having different directivity characteristics, and the emission angle is adjusted with the lens cap which is easy to manufacture. For this reason, manufacture of an apparatus becomes easier and it becomes possible to manufacture at low cost. Further, by simply exchanging the lens cap, it becomes easy to adjust the radiation efficiency on the irradiated surface on the mounting surface, the flatness (uniformity) of the irradiance, and the irradiance. As described above, according to the present invention, it is possible to achieve both improvement in radiation efficiency on the irradiated surface, flatness (uniformity) of irradiance, and improvement in irradiance at low cost and low power consumption. .
本発明の実施形態に係る光照射装置について図面を参照して、説明する。 A light irradiation apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
本実施形態の光照射装置は、発光ダイオード（ＬＥＤ）を利用している。この光照射装置は、例えば植物・藻類・昆虫等の育成用光照射、化学物質分解用光照射、集魚灯、殺菌用光照射等に用いられる。 The light irradiation device of this embodiment uses a light emitting diode (LED). This light irradiation apparatus is used for, for example, light irradiation for growing plants, algae, insects, etc., light irradiation for chemical substance decomposition, fish collection lamp, light irradiation for sterilization, and the like.
これらの光照射装置は、ＬＥＤを用いることによって、光の波長・強度・光エネルギー等を最適化する事が出来るうえ、高速なパルス点滅動作や長寿命化が可能になる。近年発光効率の向上で、低消費電力照明としてのＬＥＤの用途が拡大している。現在市場で入手可能なＬＥＤの光の波長は、紫外線ＬＥＤ（３６０ｎｍ〜４００ｎｍ）・可視光ＬＥＤ（３８０ｎｍ〜７８０ｎｍ）・赤外ＬＥＤ（７８０ｎｍ〜１３００ｎｍ）に大方区分される。 By using LEDs, these light irradiation devices can optimize the wavelength, intensity, light energy, etc. of light, and can perform high-speed pulse blinking operation and long life. In recent years, the use of LEDs as low power consumption lighting has been expanded due to the improvement of luminous efficiency. The light wavelengths of LEDs currently available on the market are roughly classified into ultraviolet LEDs (360 nm to 400 nm), visible LEDs (380 nm to 780 nm), and infrared LEDs (780 nm to 1300 nm).
光を受ける載置面の光量は、純物理量で表す例えば放射照度・放射強度・放射束等と、人間の視感度で補正した心理物理量で表す例えば照度・光度・光束等がある。本明細書では紫外光から赤外光を対象とする為、便宜的に放射照度(単位：Ｗ／ｍ２)を用いグラフ図の目盛は相対値で示す。 The amount of light on the mounting surface that receives light includes, for example, irradiance, radiant intensity, radiant flux, etc. represented by pure physical quantities, and, for example, illuminance, luminous intensity, luminous flux, etc., represented by psychophysical quantities corrected by human visual sensitivity. In this specification, since ultraviolet light to infrared light are targeted, irradiance (unit: W / m 2 ) is used for convenience, and the scale of the graph is shown as a relative value.
実施の形態１．
まず、本発明の実施の形態１について説明する。
Embodiment 1 FIG.
First, the first embodiment of the present invention will be described.
図１（Ａ）には、実施の形態１に係る光照射装置１００の側断面図が示されている。図１（Ｂ）には、光照射装置１００の平面図が示されている。図１（Ａ）及び図１（Ｂ）に示すように、光照射装置１００は、回路基板３と、筐体天板４と、筐体側板５と、光透過性カバー６とを備える。光照射装置１００は、複数の光源１Ａ、１Ｂをさらに備える。 FIG. 1A shows a side sectional view of the light irradiation apparatus 100 according to the first embodiment. FIG. 1B shows a plan view of the light irradiation device 100. As shown in FIGS. 1A and 1B, the light irradiation device 100 includes a circuit board 3, a case top plate 4, a case side plate 5, and a light transmissive cover 6. The light irradiation apparatus 100 further includes a plurality of light sources 1A and 1B.
回路基板３は、筐体天板４、筐体側板５に取付けられている。光照射装置１００は、金属材・プラスチック材等を使用した筐体天板４と筐体側板５によってその外観が形成されている。 The circuit board 3 is attached to the case top plate 4 and the case side plate 5. The external appearance of the light irradiation device 100 is formed by a housing top plate 4 and a housing side plate 5 using a metal material, a plastic material, or the like.
筐体側板５の開口部に光透過性カバー６が取付けられている。回路基板３の一方の平面領域３Ａは、光透過性カバー６と対向するように設置されている。平面領域３Ａが所定の平面領域に対応する。筐体天板４、筐体側板５及び光透過性カバー６により、回路基板３及び光源１Ａ、１Ｂが、外気に直接触れない様に形成されている。 A light transmissive cover 6 is attached to the opening of the casing side plate 5. One planar region 3 </ b> A of the circuit board 3 is installed so as to face the light transmissive cover 6. The planar area 3A corresponds to a predetermined planar area. The circuit board 3 and the light sources 1 </ b> A, 1 </ b> B are formed by the housing top plate 4, the housing side plate 5, and the light transmissive cover 6 so as not to directly touch the outside air.
光源１Ａ、１Ｂは、回路基板３の平面領域３Ａに２次元配列、すなわちマトリクス状に配列されている。光源１Ａ、１Ｂのマトリクスは、１１×１１である。光源１Ａ、１Ｂが配列されている平面領域３Ａは、光照射装置１００における光源面（光出射面）となっている。各光源１Ａ、１Ｂの配置間隔は等間隔である。 The light sources 1 </ b> A and 1 </ b> B are arranged in a two-dimensional array, that is, in a matrix in the planar area 3 </ b> A of the circuit board 3. The matrix of the light sources 1A and 1B is 11 × 11. The planar area 3A in which the light sources 1A and 1B are arranged is a light source surface (light emitting surface) in the light irradiation device 100. The arrangement intervals of the light sources 1A and 1B are equal.
図１（Ｂ）に示すように、光源１Ａ、１Ｂが配設された平面領域３Ａは、発光領域７（第１の領域）と、発光領域８（第２の領域）とに分割されている。発光領域７は、光源面の中央側の領域であり、発光領域８は、光源面の外周側の領域である。発光領域７には、光源１Ａが配置されており、発光領域８には、光源１Ｂが配置されている。 As shown in FIG. 1B, the planar area 3A where the light sources 1A and 1B are disposed is divided into a light emitting area 7 (first area) and a light emitting area 8 (second area). . The light emitting region 7 is a region on the center side of the light source surface, and the light emitting region 8 is a region on the outer peripheral side of the light source surface. A light source 1 </ b> A is arranged in the light emitting area 7, and a light source 1 </ b> B is arranged in the light emitting area 8.
光源１Ａ、１Ｂは、発光ダイオードと、レンズキャップとの組み合わせで構成される。以下では、光源というときには、発光ダイオードとレンズキャップとの組み合わせのことを指す。図２（Ａ）には、光源１Ａ、１Ｂを構成する発光ダイオード１の構造が示されている。図２（Ａ）に示すように、発光ダイオード１は、表面実装型の発光ダイオードである。発光ダイオード１は、基板６０と、半導体素子としてのＬＥＤチップ６１と、導電性樹脂６２と、リード６３と、金ワイヤ６４と、外囲器６５と、光透過性樹脂６６と、を備える。基板６０上には、ＬＥＤチップ６１が、導電性樹脂６２を介して固定されている。ＬＥＤチップ６１には、基板６０に実装されたリード６３及び金ワイヤ６４を介して電力を供給可能となっている。基板６０には、ＬＥＤチップ６１を囲むように外囲器６５が実装されている。外囲器６５の内壁には、反射板が形成されている。外囲器６５内にＬＥＤチップ６１を封止するように、光透過性樹脂６６が充填されている。ＬＥＤチップ６１から発せられた光は、光透過性樹脂６６を透過して、あるいは反射板を反射して、発光ダイオード１から出射する。発光ダイオード１の構成は、表面実装型として一般的なものであり、市販されたものを用いることができる。 The light sources 1A and 1B are configured by a combination of a light emitting diode and a lens cap. Hereinafter, the term “light source” refers to a combination of a light emitting diode and a lens cap. FIG. 2A shows the structure of the light-emitting diode 1 constituting the light sources 1A and 1B. As shown in FIG. 2A, the light emitting diode 1 is a surface mount type light emitting diode. The light emitting diode 1 includes a substrate 60, an LED chip 61 as a semiconductor element, a conductive resin 62, a lead 63, a gold wire 64, an envelope 65, and a light transmissive resin 66. An LED chip 61 is fixed on the substrate 60 via a conductive resin 62. Electric power can be supplied to the LED chip 61 via a lead 63 and a gold wire 64 mounted on the substrate 60. An envelope 65 is mounted on the substrate 60 so as to surround the LED chip 61. A reflection plate is formed on the inner wall of the envelope 65. A light transmissive resin 66 is filled so as to seal the LED chip 61 in the envelope 65. Light emitted from the LED chip 61 passes through the light-transmitting resin 66 or reflects off the reflecting plate and is emitted from the light emitting diode 1. The structure of the light emitting diode 1 is a general surface mount type, and a commercially available one can be used.
図２（Ｂ）には、光源１Ａを構成するレンズキャップ２Ａの構造が示されている。図２（Ｂ）に示すように、レンズキャップ２Ａには、凸レンズの部分が形成されるとともに、発光ダイオード１に嵌め込まれるカバーの部分とが形成されている。以下では、「レンズキャップ」とは、発光ダイオード１に取り付けられる屈折光学系のことを指す。 FIG. 2B shows the structure of the lens cap 2A constituting the light source 1A. As shown in FIG. 2B, the lens cap 2 </ b> A is formed with a convex lens portion and a cover portion fitted into the light emitting diode 1. Hereinafter, the “lens cap” refers to a refractive optical system attached to the light emitting diode 1.
図２（Ｃ）には、発光ダイオード１にレンズキャップ２Ａを取り付けたときの構造が示されている。図２（Ｃ）に示すように、レンズキャップ２Ａは、発光ダイオード１にかぶせるように取り付けられる。これにより、発光ダイオード１から発せられた光は、レンズキャップ２Ａを介して外部に射出される。 FIG. 2C shows the structure when the lens cap 2 </ b> A is attached to the light emitting diode 1. As shown in FIG. 2C, the lens cap 2 </ b> A is attached so as to cover the light emitting diode 1. Thereby, the light emitted from the light emitting diode 1 is emitted to the outside through the lens cap 2A.
最も、レンズキャップ２Ａは、図３に示されるような形状を有していてもよい。 However, the lens cap 2A may have a shape as shown in FIG.
図４（Ａ）には、発光領域７に配置される光源１Ａの構成が示され、図４（Ｂ）には、発光領域８に配置される光源１Ｂの構成が示されている。図４（Ａ）に示すように、発光領域７に配置された光源１Ａは、発光ダイオード（ＬＥＤ）１と、レンズキャップ２Ａとを備える。図４（Ｂ）に示すように、発光領域８に配置された光源１Ｂは、ＬＥＤ１と、レンズキャップ２Ｂとを備える。 4A shows the configuration of the light source 1A arranged in the light emitting region 7, and FIG. 4B shows the configuration of the light source 1B arranged in the light emitting region 8. As shown in FIG. As shown in FIG. 4A, the light source 1A arranged in the light emitting region 7 includes a light emitting diode (LED) 1 and a lens cap 2A. As shown in FIG. 4B, the light source 1B arranged in the light emitting region 8 includes an LED 1 and a lens cap 2B.
光源１Ａと光源１Ｂとは、同一のＬＥＤ１を備えている。ＬＥＤ１は、上述のように、表面実装型の、すなわち表面実装対応の外囲器を有する発光ダイオードである。全てのＬＥＤ１は、指向特性が同一であり、指向角は同一である。言い換えると、光照射装置１００では、平面領域３Ａに指向特性が同一な複数のＬＥＤ１が、等間隔に２次元配列されているとすることができる。 The light source 1A and the light source 1B are provided with the same LED1. As described above, the LED 1 is a light-emitting diode having an envelope of a surface mount type, that is, a surface mount compatible. All LEDs 1 have the same directivity characteristics and the same directivity angle. In other words, in the light irradiation apparatus 100, it can be assumed that a plurality of LEDs 1 having the same directivity in the planar region 3A are two-dimensionally arranged at equal intervals.
各ＬＥＤ１には、レンズキャップ２Ａ又はレンズキャップ２Ｂがそれぞれ取り付けられている。レンズキャップ２Ａから出射される出射光の指向角は、発光領域８に配置されたレンズキャップ２Ｂから出射される出射光の指向角よりも狭くなるように、各レンズキャップ２Ａ、２Ｂが形成されている。例えば、図４（Ａ）及び図４（Ｂ）に示すように、レンズキャップ２Ａとレンズキャップ２Ｂとは、光の出射面の曲率が変えてある。このため、ＬＥＤ１では、同じ方向に出射した光が、レンズキャップ２Ａでは、光軸ＡＸに対してθ１の方向に出射され、レンズキャップ２Ｂでは、光軸ＡＸに対してθ１よりも小さいθ２の方向に出射されるようになる。実施の形態１では、レンズキャップ２Ａ、２Ｂの光出射面の曲率の違いにより、出射光の指向角に差が付けられている。 A lens cap 2A or a lens cap 2B is attached to each LED 1. The lens caps 2A and 2B are formed so that the directivity angle of the emitted light emitted from the lens cap 2A is narrower than the directivity angle of the emitted light emitted from the lens cap 2B disposed in the light emitting region 8. Yes. For example, as shown in FIGS. 4A and 4B, the curvature of the light exit surface is changed between the lens cap 2A and the lens cap 2B. For this reason, in LED1, the light emitted in the same direction is emitted in the direction of θ1 with respect to the optical axis AX in the lens cap 2A, and in the direction of θ2 smaller than θ1 with respect to the optical axis AX in the lens cap 2B. Are emitted. In the first embodiment, the directivity angle of the emitted light is different due to the difference in curvature of the light exit surfaces of the lens caps 2A and 2B.
図５（Ａ）には、発光領域７に配置される光源１Ａ（ＬＥＤ１及びレンズキャップ２Ａの組）の配光特性１４の一例が示されている。図５（Ｂ）には、発光領域７に配置される光源１Ａの配光特性に対応した載置面の放射照度分布１６が示されている。 FIG. 5A shows an example of the light distribution characteristic 14 of the light source 1 </ b> A (a set of the LED 1 and the lens cap 2 </ b> A) arranged in the light emitting region 7. FIG. 5B shows the irradiance distribution 16 on the mounting surface corresponding to the light distribution characteristics of the light source 1 </ b> A arranged in the light emitting region 7.
図５（Ｃ）には、発光領域８に配置される光源１Ｂ（ＬＥＤ１及びレンズキャップ２Ｂの組）の配光特性１３の一例が示されている。図５（Ｄ）には、発光領域８に配置される光源１Ｂの配光特性に対応した載置面の放射照度分布１５が示されている。 FIG. 5C shows an example of the light distribution characteristic 13 of the light source 1 </ b> B (the combination of the LED 1 and the lens cap 2 </ b> B) disposed in the light emitting region 8. FIG. 5D shows an irradiance distribution 15 on the mounting surface corresponding to the light distribution characteristics of the light source 1 </ b> B disposed in the light emitting region 8.
なお、指向角は簡易的に使用されている俗称である。光軸上の光量を１００％とした場合に、−５０％から５０％になる角度範囲を指向性半値角として定義している。記号は２θ1/2が使用されている。 The directivity angle is a commonly used name. When the amount of light on the optical axis is 100%, an angle range from −50% to 50% is defined as a directivity half-value angle. The symbol 2θ1 / 2 is used.
図５（Ａ）乃至図５（Ｄ）に示すように、発光領域７に配置された光源１Ａの照射範囲は広く、光軸上の放射照度は低い。一方、発光領域８に配置された光源１Ｂの照射範囲は狭い反面、光軸上の放射照度は高い。この指向角と放射照度の関係は公知である。 As shown in FIGS. 5A to 5D, the irradiation range of the light source 1A arranged in the light emitting region 7 is wide, and the irradiance on the optical axis is low. On the other hand, the irradiation range of the light source 1B arranged in the light emitting region 8 is narrow, but the irradiance on the optical axis is high. The relationship between the directivity angle and irradiance is well known.
図６には、発光領域７、８の放射照度分布の関係が示されている。図６では、発光領域７での光源１Ａの放射照度分布１６が破線で表され、発光領域８での光源１Ｂの放射照度分布１５が実線で表されている。 FIG. 6 shows the relationship of the irradiance distribution of the light emitting regions 7 and 8. In FIG. 6, the irradiance distribution 16 of the light source 1A in the light emitting region 7 is represented by a broken line, and the irradiance distribution 15 of the light source 1B in the light emitting region 8 is represented by a solid line.
図６に示すように、光源１Ｂについては、光軸上の放射照度は高く照射領域は狭くなっている。一方、光源１Ａについては、光軸上の放射照度は低く放射領域は広がっている。光源１Ｂより指向角が広く光源１Ａより指向角が狭い光源では、放射照度及び照射領域はその中間の値を示す。点光源から放射される光はランバート分布（ｃｏｓθ）で配光分布する事が知られている。このランバート分布の計算式を用いて照度分布等の光学シミュレーション等が実行される。 As shown in FIG. 6, for the light source 1B, the irradiance on the optical axis is high and the irradiation area is narrow. On the other hand, for the light source 1A, the irradiance on the optical axis is low and the radiation area is widened. In a light source having a directional angle wider than that of the light source 1B and a narrower directional angle than that of the light source 1A, the irradiance and the irradiation region show intermediate values. It is known that light emitted from a point light source is distributed in a Lambertian distribution (cos θ). An optical simulation of the illuminance distribution or the like is executed using this Lambertian distribution calculation formula.
なお、数値計算に頼らずに、配光分布の軸上の放射照度に角度毎の載置面迄の距離と軸上の載置面距離の１／２乗比に配光比率を掛け合せる事によって、机上計算でも放射照度を算出することができる。 Without relying on numerical calculations, multiply the light distribution ratio by the irradiance on the axis of the light distribution distribution and the ratio of the distance to the mounting surface for each angle to the 1/2 power ratio of the mounting surface distance on the axis. Thus, the irradiance can also be calculated by a desktop calculation.
図７（Ａ）および図７（Ｂ）は、ＬＥＤをライン上に６個配置した場合の光源１Ｂ、１Ａから出射した光の重なりを説明するための図である。図７（Ａ）および図７（Ｂ）に示すように、１個目のＬＥＤ軸上直下の載置面（Ｘ軸０ｍ点）における放射照度は、光源１Ａ、１Ｂから出射した光が到達加算されたものとなる。 FIGS. 7A and 7B are diagrams for explaining overlapping of light emitted from the light sources 1B and 1A when six LEDs are arranged on a line. As shown in FIGS. 7 (A) and 7 (B), the irradiance on the placement surface (X-axis 0 m point) immediately below the first LED axis is reached by the light emitted from the light sources 1A and 1B. Will be.
図７（Ａ）には、光源１Ｂを６個等間隔で並べて作成した各ＬＥＤの放射照度分布が示されている。また、図７（Ｂ）には、光源１Ａを６個等間隔で並べたときの放射照度分布が示されている。 FIG. 7 (A) shows the irradiance distribution of each LED created by arranging six light sources 1B at regular intervals. FIG. 7B shows the irradiance distribution when six light sources 1A are arranged at equal intervals.
載置面（Ｘ軸０ｍ点）の放射照度は、複数のＬＥＤからＸ軸中央部への配光の重なりによる放射照度の合計となる。図７（Ａ）に示すように、光源１Ｂの指向角であれば、Ｘ軸０ｍ点には、３個のＬＥＤ１からの光のみが到達している。一方、図７（Ｂ）に示すように、光源１Ａの指向角であれば、Ｘ軸０ｍ点には、６個全てからの光が到達するようになる。 The irradiance on the mounting surface (X-axis 0 m point) is the sum of the irradiance due to the overlap of light distribution from the plurality of LEDs to the X-axis central portion. As shown in FIG. 7A, only the light from the three LEDs 1 has reached the 0 m point on the X axis at the directivity angle of the light source 1B. On the other hand, as shown in FIG. 7B, if the directivity angle of the light source 1A is reached, light from all six reaches the X axis 0m point.
また、光源１Ｂでは、その放射照度は高く、照射領域は狭くなっている。一方、光源１Ａでは、放射照度は低いが照射領域は広くなっている。以上のことから、指向角の異なるレンズキャップ２Ａ、２Ｂの配置によって、放射照度分布の平坦化と放射照度増加とが可能となる。 Moreover, in the light source 1B, the irradiance is high and the irradiation area | region is narrow. On the other hand, in the light source 1A, the irradiation area is wide although the irradiance is low. From the above, it is possible to flatten the irradiance distribution and increase the irradiance by arranging the lens caps 2A and 2B having different directivity angles.
図８には、この実施の形態に係る光照射装置１００の具体的な構成が示されている。図８に示すように、光照射装置１００は、筐体天板４、筐体側板５により筐体が構成されている。筐体には、電源コネクタ５０及び給排気口５１が設けられている。パルス制御基板５２及び基板３は、支柱５３を介して筐体天板４に取り付けられている。実際には、基板３は接着シート５４及びアルミ板５５を介して支柱５３に接続されている。 FIG. 8 shows a specific configuration of the light irradiation apparatus 100 according to this embodiment. As shown in FIG. 8, the light irradiating device 100 includes a casing that includes a casing top plate 4 and a casing side plate 5. The casing is provided with a power connector 50 and an air supply / exhaust port 51. The pulse control board 52 and the board 3 are attached to the housing top plate 4 via a support column 53. Actually, the substrate 3 is connected to the column 53 via the adhesive sheet 54 and the aluminum plate 55.
パルス制御基板５２は、電源コネクタ５０を介して外部から供給される電力に基づいて、光源１Ａ、１Ｂ（ＬＥＤ１）を制御する。パルス制御基板５２は、原則として、全てのＬＥＤ１に同じパルス電流が流れるような電流制御を行う。これにより、内部の回路構成を簡単なものとすることができる。給排気口５１では、必要に応じてＬＥＤ１から発せられる熱を含む空気を排出し、冷気を供給する空冷に用いられる。 The pulse control board 52 controls the light sources 1 </ b> A and 1 </ b> B (LED <b> 1) based on power supplied from the outside via the power connector 50. In principle, the pulse control board 52 performs current control such that the same pulse current flows through all the LEDs 1. As a result, the internal circuit configuration can be simplified. The air supply / exhaust port 51 is used for air cooling that discharges air including heat generated from the LED 1 as necessary and supplies cool air.
図９（Ａ）及び図９（Ｂ）には、シミュレーションにより得られる従来の光照射装置での放射照度分布が示されている。この光照射装置は、同一の指向角を有する光源を、間隔１８ｍｍで１１個×１１個を格子状に配置したものである。ここでは、載置面の距離を１７ｃｍとして数値計算が行われた。放射照度値は、前記条件以外に光源の光出力及び発光波長等によって値が異なる為に相対値として示されている。図９（Ａ）には、２次元配列された光源の出射光の指向角を全て４５°とした場合の載置面での２次元の放射照度分布が等高線マップとして示されている。図９（Ｂ）には、光源の指向角を、それぞれ４５°、８０°、１００°とした場合の載置面の対角線上の放射照度分布が示されている。 9A and 9B show the irradiance distribution in the conventional light irradiation apparatus obtained by simulation. In this light irradiating device, 11 × 11 light sources having the same directivity angle are arranged in a grid pattern with an interval of 18 mm. Here, the numerical calculation was performed with the distance of the mounting surface being 17 cm. The irradiance value is shown as a relative value because the irradiance value differs depending on the light output and the emission wavelength of the light source in addition to the above conditions. FIG. 9A shows a two-dimensional irradiance distribution on the mounting surface as a contour map when the directivity angles of the emitted light of the two-dimensionally arranged light sources are all 45 °. FIG. 9B shows the irradiance distribution on the diagonal of the mounting surface when the directivity angle of the light source is 45 °, 80 °, and 100 °, respectively.
図９（Ｂ）に示すように、指向角１００°の場合には、放射照度分布は、他に比べてフラットとなり、放射照度も少ない値となった。また、指向角４５°の場合には、載置面中央部の放射照度は高いが載置面の放射照度は大きくなった。指向角８０°の場合には、指向角４５°と１００°の中間程度の放射照度となり、分布の平坦度も中くらいとなった。 As shown in FIG. 9B, when the directivity angle was 100 °, the irradiance distribution was flat compared to the others, and the irradiance was a small value. When the directivity angle was 45 °, the irradiance at the center of the placement surface was high, but the irradiance at the placement surface was large. In the case of the directivity angle of 80 °, the irradiance was about halfway between the directivity angles of 45 ° and 100 °, and the flatness of the distribution was also medium.
図１０（Ａ）及び図１０（Ｂ）には、光照射装置１００における載置面の放射照度分布が示されている。図１０（Ａ）には、ＬＥＤ光源の回路基板上に指向角４５°の光源１Ｂを外側に３周配置し、内側に指向角１００°の光源１Ａを配置した場合の放射照度を数値計算で求めた等高線分布が示されている。図１０（Ａ）に示すように、指向角４５°の光源のみを使用した従来の光照射装置（図９（Ａ）参照）に対して、載置面における放射照度分布がより平坦になっている。すなわち、指向角の組合せ配置によって、放射照度分布の平坦化と周辺部の放射照度の増加を確認することができる。 FIGS. 10A and 10B show the irradiance distribution on the mounting surface of the light irradiation apparatus 100. FIG. FIG. 10A shows a numerical calculation of the irradiance when a light source 1B having a directivity angle of 45 ° is arranged three times on the outside on the circuit board of the LED light source and a light source 1A having a directivity angle of 100 ° is arranged inside. The obtained contour distribution is shown. As shown in FIG. 10 (A), the irradiance distribution on the mounting surface becomes flatter than the conventional light irradiation device (see FIG. 9 (A)) using only the light source with the directivity angle of 45 °. Yes. That is, it is possible to confirm the flattening of the irradiance distribution and the increase of the irradiance in the peripheral portion by the combination arrangement of the directivity angles.
図１０（Ｂ）には、図１０（Ａ）が等高線分布図であるのに対し、対角線上の二次元放射照度分が示されている。指向角４５°の光源１Ｂを外側に３周配置し指向角８０°の光源１Ａを内側に配置した場合と、指向角４５°の光源１Ｂを外側に３周に配置し指向角１００°の光源１Ａを内側に配置した場合と、指向角８０°の光源１Ｂを外側３周に配置し指向角１００°の光源１Ａを内側に配置した場合の対角線上の二次元放射照度分布が重ねて示されている。このグラフから、光源１Ａと光源１Ｂとが、互いのＬＥＤの特性を補完しているのがわかる。すなわち、光照射装置１００では、載置面の中央部の放射照度が抑えられ、載置面の外側の放射照度が増加している。すなわち、光源１Ａ、１Ｂにより、放射照度平坦化と周辺部の放射照度増加が図られたことになる。 FIG. 10B shows a two-dimensional irradiance on a diagonal line, whereas FIG. 10A is a contour line distribution diagram. A light source 1B having a directivity angle of 45 ° is arranged three times on the outer side, and a light source 1A having a directivity angle of 80 ° is arranged on the inner side, and a light source 1B having a directivity angle of 45 ° is arranged on the outer periphery three times. The two-dimensional irradiance distribution on the diagonal line is shown superimposed when 1A is arranged on the inner side and when the light source 1B with a directivity angle of 80 ° is arranged on the outer three circumferences and the light source 1A with a directivity angle of 100 ° is arranged on the inner side. ing. From this graph, it can be seen that the light source 1A and the light source 1B complement each other's LED characteristics. That is, in the light irradiation apparatus 100, the irradiance at the center of the placement surface is suppressed, and the irradiance outside the placement surface is increased. That is, the irradiance flattening and the peripheral irradiance increase are achieved by the light sources 1A and 1B.
以上詳細に説明したように、本実施の形態によれば、所定の平面領域３Ａに等間隔に２次元配列された複数の表面実装型のＬＥＤ１は、指向特性が同一である。しかしながら、各ＬＥＤ１には、それぞれレンズキャップ２Ａ、２Ｂが取り付けられている。レンズキャップ２Ａ、２Ｂは、ＬＥＤ１から発せられた光を出射するためにＬＥＤ１を覆うように取り付けられている。レンズキャップ２Ａ、２Ｂは、レンズカバーともいうべきものである。レンズキャップ２Ａ、２Ｂから出射される出射光の指向角は、平面領域３Ａの中心から外周側に向かって狭くなっている。指向角が狭くなれば、そのレンズキャップ２Ａ、２Ｂの光軸上の光強度は大きくなる。このため、レンズキャップ２Ａ、２Ｂから出射される出射光の指向角を、平面領域３Ａの中心から外周側に向かって狭くしていくことによって、被照射体が載置された載置面の外部に放射されるムダな光を少なくして、放射効率を高めることができるうえ、載置面における放射照度の平坦化を図ることができる。さらには、光源面と載置面との距離を短くして放射照度を向上させることができる。 As described above in detail, according to the present embodiment, the plurality of surface-mounted LEDs 1 that are two-dimensionally arranged in the predetermined planar region 3A at equal intervals have the same directivity characteristics. However, lens caps 2A and 2B are attached to the respective LEDs 1, respectively. The lens caps 2A and 2B are attached so as to cover the LED 1 in order to emit the light emitted from the LED 1. The lens caps 2A and 2B should also be called lens covers. The directivity angle of the emitted light emitted from the lens caps 2A and 2B is narrowed from the center of the planar region 3A toward the outer peripheral side. If the directivity angle becomes narrow, the light intensity on the optical axis of the lens caps 2A and 2B increases. For this reason, by narrowing the directivity angle of the emitted light emitted from the lens caps 2A and 2B from the center of the plane region 3A toward the outer peripheral side, the outside of the mounting surface on which the irradiated object is mounted It is possible to reduce the wasteful light radiated to the surface, increase the radiation efficiency, and to flatten the irradiance on the mounting surface. Furthermore, the irradiance can be improved by shortening the distance between the light source surface and the mounting surface.
この実施の形態によれば、光源１Ａ、１Ｂは、あくまで等間隔に２次元配列されており、光源１Ａ、１Ｂを密に配置すべく光源１Ａ、１Ｂの数を増やしたりしていないので、装置コストが増大し、消費電力が高くなることもない。 According to this embodiment, the light sources 1A and 1B are two-dimensionally arranged at regular intervals, and the number of the light sources 1A and 1B is not increased in order to arrange the light sources 1A and 1B densely. Cost increases and power consumption does not increase.
また、この実施の形態によれば、指向特性の異なるＬＥＤ１を使用するのではなく、指向特性の同一な市販のＬＥＤ１を使用して、製造容易なレンズキャップ２Ａ、２Ｂの方で出射角を調整する。このため、装置の製造がより容易になるうえ、低コストで製造することが可能になる。また、レンズキャップ２Ａ、２Ｂを交換するだけで、搭置面における被照射面における放射照度の平坦度（均一度）及び放射照度を調整しやすくなる。以上のように、この実施の形態によれば、被照射面における放射効率の向上、放射照度の平坦度（均一度）及び放射照度の向上の両立を、低コストかつ低消費電力で実現することができる。 In addition, according to this embodiment, the LED 1 having different directivity characteristics is not used, but a commercially available LED 1 having the same directivity characteristics is used to adjust the emission angle with the lens caps 2A and 2B that are easy to manufacture. To do. For this reason, manufacture of an apparatus becomes easier and it becomes possible to manufacture at low cost. Moreover, it becomes easy to adjust the flatness (uniformity) and irradiance of the irradiance on the irradiated surface on the mounting surface only by exchanging the lens caps 2A and 2B. As described above, according to this embodiment, the improvement in radiation efficiency on the irradiated surface, the flatness (uniformity) of irradiance, and the improvement in irradiance can be realized at low cost and with low power consumption. Can do.
実施の形態２．
次に、本発明の実施の形態２について説明する。
Embodiment 2. FIG.
Next, a second embodiment of the present invention will be described.
図１１（Ａ）には、本実施形態に係る光照射装置１００の断面図が示されている。図１１（Ｂ）には、本実施形態に係る光照射装置１００の平面図が示されている。図１１（Ｂ）に示されるように、光照射装置１００では、照射面が、中央の発光領域２７と、外辺の発光領域２８と、四隅の発光領域２９とに分割されている。 FIG. 11A shows a cross-sectional view of the light irradiation apparatus 100 according to the present embodiment. FIG. 11B shows a plan view of the light irradiation apparatus 100 according to this embodiment. As shown in FIG. 11B, in the light irradiation apparatus 100, the irradiation surface is divided into a central light emitting region 27, an outer side light emitting region 28, and four corner light emitting regions 29.
図１２（Ａ）には、発光領域２７に配置された光源１Ａの構成が示されている。また、図１２（Ｂ）には、発光領域２８に配置された光源１Ｂの構成が示されている。図１２（Ｃ）には、発光領域２９に配置された光源１Ｃの構成が示されている。図１２（Ａ）、図１２（Ｂ）、図１２（Ｃ）を比較するとわかるように、発光領域２７、発光領域２８、発光第領域２９の順で、光源１Ａ、１Ｂ、１Ｃから出射される出射光の指向角が狭くなるように、レンズキャップ２Ａ、２Ｂ、２Ｃが形成されている。 FIG. 12A shows the configuration of the light source 1 </ b> A arranged in the light emitting region 27. FIG. 12B shows the configuration of the light source 1 </ b> B arranged in the light emitting region 28. FIG. 12C shows the configuration of the light source 1 </ b> C arranged in the light emitting region 29. As can be seen by comparing FIG. 12A, FIG. 12B, and FIG. 12C, light is emitted from the light sources 1A, 1B, and 1C in the order of the light emitting region 27, the light emitting region 28, and the light emitting first region 29. Lens caps 2A, 2B, and 2C are formed so that the directivity angle of the emitted light is narrowed.
本実施の形態では、発光領域の中央、四辺、四隅の順に、光源１Ａ、１Ｂ、１Ｃの出射角が狭くなり、放射強度が大きくなっている。図１３（Ａ）には、上記実施の形態１に係る光照射装置１００の載置面における放射照度分布が示されており、図１３（Ｂ）には、この実施の形態２に係る光照射装置１００の載置面における放射照度分布が示されている。図１３（Ａ）及び図１３（Ｂ）は、載置面を上から見た場合の放射照度分布である。図中、Ａの領域は、光照度が２００〜２５０（Ｗ／ｍ２）の領域であり、Ｂの領域は、光照度が１５０〜２００（Ｗ／ｍ２）の領域であり、Ｃの領域は、１００〜１５０（Ｗ／ｍ２）の領域であり、Ｄの領域は、１００〜１５０（Ｗ／ｍ２）の領域である。上記実施の形態１に係る光照射装置１００では、図１３（Ａ）に示すように、載置面の四隅の放射強度が四辺の放射強度よりも低くなっていたが、図１３（Ｂ）に示すように、本実施の形態に係る光照射装置１００では、四辺の光源１Ｂと、四隅の光源１Ｃとの間で、指向角を狭くして、放射強度を異ならしめることにより、四隅の強度を持ち上げて、全体の放射強度を均一化することができる。 In the present embodiment, the emission angles of the light sources 1A, 1B, and 1C are narrowed and the radiation intensity is increased in the order of the center, four sides, and four corners of the light emitting region. FIG. 13A shows the irradiance distribution on the mounting surface of the light irradiation apparatus 100 according to the first embodiment, and FIG. 13B shows the light irradiation according to the second embodiment. The irradiance distribution on the mounting surface of the apparatus 100 is shown. FIGS. 13A and 13B are irradiance distributions when the placement surface is viewed from above. In the figure, the region A is a region with a light illuminance of 200 to 250 (W / m 2 ), the region B is a region with a light illuminance of 150 to 200 (W / m 2 ), and the region C is an area of 100~150 (W / m 2), the region of D is a region of 100~150 (W / m 2). In the light irradiation apparatus 100 according to the first embodiment, the radiation intensity at the four corners of the mounting surface is lower than the radiation intensity at the four sides as shown in FIG. As shown, in the light irradiation apparatus 100 according to the present embodiment, the intensity of the four corners is increased by narrowing the directivity angle and making the radiation intensity different between the light source 1B on the four sides and the light source 1C on the four corners. It can be lifted to equalize the overall radiation intensity.
実施の形態３．
次に、本発明の実施の形態３について説明する。
Embodiment 3 FIG.
Next, a third embodiment of the present invention will be described.
本実施形態に係る光照射装置１００では、上記実施の形態２と同様に、図１４に示されるように、照射面が、中央の発光領域２７と、四辺の発光領域２８と、四隅の発光領域２９とに分割されている。発光領域２７に光源１Ａが配列され、発光領域２９に光源１Ｃが配置される点は、上記実施の形態２と同じであるが、発光領域２８には、光源１Ｄが配置される。 In the light irradiation apparatus 100 according to the present embodiment, as in the second embodiment, as shown in FIG. 14, the irradiation surface has a central light emitting region 27, four side light emitting regions 28, and four corner light emitting regions. It is divided into 29. Although the light source 1A is arranged in the light emitting area 27 and the light source 1C is arranged in the light emitting area 29, the light source 1D is arranged in the light emitting area 28.
図１５（Ａ）、図１５（Ｂ）には、発光領域２８に配置された光源１Ｄの構成が示されている。図１５（Ａ）及び図１５（Ｂ）は、光源１Ｄにおける互いに直交する方向の指向角が示されている。図１５（Ａ）及び図１５（Ｂ）に示すように、発光領域２８に配置された光源１Ｄは、方向によって指向角が異なる。図１５（Ａ）に示すように、光源１Ｄにおいて最も広い指向角は、第１の指向角θ１と同じである。第１の指向角θ１は、発光領域２７に配置された光源１Ａの出射光の指向角である。図１５（Ｂ）に示すように、光源１Ｄにおいて最も狭い指向角は、第２の指向角θ２となっている。第２の指向角θ２は、発光領域２９に配置された光源１Ｃの出射光の指向角である。光源１Ｄでは、互いに直交する方向の指向角が異なるように、レンズキャップ２Ｄが形成されている。この場合、例えば、互いに直交する方向の曲面の曲率が異なるように、レンズキャップ２Ｄを形成すればよい。 FIGS. 15A and 15B show the configuration of the light source 1 </ b> D disposed in the light emitting region 28. FIGS. 15A and 15B show the directivity angles of the light source 1D in directions orthogonal to each other. As shown in FIGS. 15A and 15B, the directivity angle of the light source 1D arranged in the light emitting region 28 differs depending on the direction. As shown in FIG. 15A, the widest directivity angle in the light source 1D is the same as the first directivity angle θ1. The first directivity angle θ <b> 1 is the directivity angle of the emitted light from the light source 1 </ b> A disposed in the light emitting region 27. As shown in FIG. 15B, the narrowest directivity angle in the light source 1D is the second directivity angle θ2. The second directivity angle θ <b> 2 is the directivity angle of the emitted light from the light source 1 </ b> C disposed in the light emitting region 29. In the light source 1D, a lens cap 2D is formed so that the directivity angles in directions orthogonal to each other are different. In this case, for example, the lens cap 2D may be formed so that the curvatures of curved surfaces in directions orthogonal to each other are different.
図１６では、平面領域３Ａに配置された光源１Ａ、１Ｃ、１Ｄにおける３６０度方向に関する指向角がそれぞれ円の直径で模式的に示されている。図１６に示すように、光源１Ａでは、Ｘ軸方向及びＹ軸方向ともに指向角がθ１となっているので、指向角を示す円の直径は、すべての方向で大きくなる。また、光源１Ｃでは、Ｘ軸方向及びＹ軸方向ともに指向角がθ２となっているので、指向角を示す円の直径は、すべての方向で小さくなる。一方、発光領域２８に配置される光源１Ｄでは、平面領域３Ａの最寄りの外辺に直交する方向に関する指向角はθ２と狭くなっており、外辺に沿った方向に関する指向角はθ１と広くなっている。したがって、光源１Ｄでは、指向角を示す図形は、楕円となる。このようにすれば、平面領域３Ａ内の任意の直線について、その直線の中央付近では、指向角を広く維持するとともに、その直線の両端部では指向角を狭くすることができる。このようにしても、載置面の中央、四辺、四隅において、放射照度をきめ細かく調整し、載置面の放射照度をより均一化することができる。 In FIG. 16, the directivity angles with respect to the 360-degree direction in the light sources 1A, 1C, and 1D arranged in the planar area 3A are schematically shown as circle diameters. As shown in FIG. 16, in the light source 1A, since the directivity angle is θ1 in both the X-axis direction and the Y-axis direction, the diameter of the circle indicating the directivity angle increases in all directions. In the light source 1C, since the directivity angle is θ2 in both the X-axis direction and the Y-axis direction, the diameter of the circle indicating the directivity angle is small in all directions. On the other hand, in the light source 1D arranged in the light emitting region 28, the directivity angle with respect to the direction orthogonal to the nearest outer side of the plane region 3A is as narrow as θ2, and the directivity angle with respect to the direction along the outer side is as wide as θ1. ing. Therefore, in the light source 1D, the figure indicating the directivity angle is an ellipse. In this way, with respect to an arbitrary straight line in the plane region 3A, the directivity angle can be maintained wide near the center of the straight line, and the directivity angle can be narrowed at both ends of the straight line. Even in this way, the irradiance can be finely adjusted at the center, four sides, and four corners of the mounting surface, and the irradiance of the mounting surface can be made more uniform.
なお、上記各実施の形態において、レンズキャップ２Ａ等は、その厚みを変えることにより、出射角を調整するようにしてもよい。図１７（Ａ）及び図１７（Ｂ）には、それぞれ厚みの異なるレンズキャップ２Ａ、２Ｂが示されている。図１７（Ａ）及び図１７（Ｂ）には、ＬＥＤ１のＬＥＤチップ６１から所定の角度で発せられた光線が示されている。図１７（Ａ）では、その光線は、レンズキャップ２Ａ上の点Ａから出射される。また、図１７（Ｂ）では、その光線は、レンズキャップ２Ｂ上の点Ｂから出射される。点Ａよりも点Ｂの方が、レンズキャップの外側であり、レンズ面の傾斜が大きいため、点Ａよりも点Ｂから出射された光線の方が、光軸ＡＸ上に近づくようになる。すなわち、レンズキャップ２の厚みが厚くすれば、出射角を狭く調整することができる。また、レンズキャップ２Ａ、２Ｂの材質を変えたり、ＬＥＤ１内におけるＬＥＤチップ６１の位置（光の出射点の位置）によって、レンズキャップ２Ａ、２Ｂから出射される指向角を調整するようにしてもよい。すなわち、レンズキャップの厚み、光が出射される曲面の形状、材質、出射点の位置の少なくとも１つにより、指向角を調整すればよい。 In each of the above embodiments, the exit angle of the lens cap 2A or the like may be adjusted by changing the thickness thereof. FIGS. 17A and 17B show lens caps 2A and 2B having different thicknesses. FIG. 17A and FIG. 17B show light rays emitted from the LED chip 61 of the LED 1 at a predetermined angle. In FIG. 17A, the light beam is emitted from a point A on the lens cap 2A. In FIG. 17B, the light beam is emitted from a point B on the lens cap 2B. Since the point B is outside the lens cap and the inclination of the lens surface is larger than the point A, the light beam emitted from the point B is closer to the optical axis AX than the point A. That is, if the thickness of the lens cap 2 is increased, the emission angle can be adjusted narrowly. Further, the directivity angle emitted from the lens caps 2A and 2B may be adjusted by changing the material of the lens caps 2A and 2B or by changing the position of the LED chip 61 in the LED 1 (the position of the light emission point). . That is, the directivity angle may be adjusted by at least one of the thickness of the lens cap, the shape of the curved surface from which light is emitted, the material, and the position of the emission point.
なお、レンズキャップ２Ａ等は、金型成形により形成することができる。より具体的には、特許第５２８６４７１号公報に開示された技術を用いてレンズキャップ２Ａ等を製造することができる。具体的には、例えば、図１８（Ａ）に示すように、ダイヤモンド工具による切削加工を行って、１２００℃を超える高温で高強度、高硬度、かつ難変形性を示す素材を用いて、離型性を有する製品と同一形状の原型１０が平板１１上に形成されたマスター型１２を作製する（第１工程）。続いて、図１８（Ｂ）に示すように、高温で軟化性を示す金型素材で構成された所定形状のブロック２３をマスター型１２に対向させて加熱炉の収納部材２１内に配置し、真空中又は不活性ガス雰囲気中で金属素材を９００℃以上１２００℃以下の温度域まで加熱してマスター型１２及びブロック２３同士を加圧部材２０で押圧しブロック２３にマスター型１２の反転形状を転写する（第２工程）。さらに、図１８（Ｃ）に示すように、マスター型１２の反転形状が転写されたブロック２３を冷却してマスター型１２から離型し、ブロック２３に形成されたマスター型１２の平板１１の反転形状部分の基準高さ位置がモールドベース３４の表面の高さ位置に一致するようにブロック２３をモールドベース３４に固定して転写金型を形成する（第３工程）。このような製造方法を採用すれば、レンズキャップ２Ａ等を高精度、低価格かつ短期間に製造することができる。 The lens cap 2A and the like can be formed by mold molding. More specifically, the lens cap 2A and the like can be manufactured using the technique disclosed in Japanese Patent No. 5286471. Specifically, for example, as shown in FIG. 18A, cutting with a diamond tool is performed, and a material that exhibits high strength, high hardness, and hardly deformability at a high temperature exceeding 1200 ° C. is used. A master mold 12 in which a prototype 10 having the same shape as a product having moldability is formed on a flat plate 11 is produced (first step). Subsequently, as shown in FIG. 18 (B), a block 23 having a predetermined shape made of a mold material exhibiting softening properties at high temperature is disposed in the storage member 21 of the heating furnace so as to face the master mold 12. The metal material is heated to a temperature range of 900 ° C. or higher and 1200 ° C. or lower in a vacuum or in an inert gas atmosphere, and the master mold 12 and the block 23 are pressed against each other with the pressure member 20 so that the inverted shape of the master mold 12 is formed on the block 23 Transfer (second step). Further, as shown in FIG. 18C, the block 23 to which the inverted shape of the master mold 12 is transferred is cooled and released from the master mold 12, and the flat plate 11 of the master mold 12 formed in the block 23 is inverted. The block 23 is fixed to the mold base 34 so that the reference height position of the shape portion coincides with the height position of the surface of the mold base 34 to form a transfer mold (third step). If such a manufacturing method is adopted, the lens cap 2A and the like can be manufactured with high accuracy, low cost and in a short time.
また、特開２０１０−２１４６２４号公報に開示された技術を用いてレンズキャップ２Ａ等を製造することも可能である。具体的には、図１９（Ａ）に示すように、ダイヤモンド工具による切削加工を行って、１２００℃を超える高温で高い強度、硬度及び耐変形性を有する素材を用いて、製品と同一形状の原型１０が平板上１１に形成されたマスター型１２を作製する（第１工程）。続いて、図１９（Ｂ）に示すように、１２００℃以下の温度で軟化性を示す金型素材で構成され、マスター１２の形状が転写される転写面から所定の距離を隔てた内部に、マスター型１２の反転形状を転写する際に排除される金型素材の収容が可能な空間部が形成された柱状の入れ子部材３５を転写面側でマスター型１２に対向させて加熱炉内の収納部材２１内に配置し、金型素材が軟化性を示す温度域まで入れ子部材３５を加熱してマスター型１２及び入れ子部材３５同士を加圧部材２０で押圧し、入れ子部材３５の転写面側にマスター型１２の反転形状を転写する（第２工程）。さらに、図１９（Ｃ）に示すように、マスター型１２の反転形状が転写された入れ子部材１５を冷却してマスター型１２から離型し、入れ子部材３５をモールドベース３４に固定して転写金型を形成する（第３工程）。このような製造方法を採用すれば、レンズキャップ２Ａ等を高精度、低価格かつ短期間に製造することができる。 It is also possible to manufacture the lens cap 2A and the like by using the technique disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2010-214624. Specifically, as shown in FIG. 19A, cutting with a diamond tool is performed, and a material having high strength, hardness, and deformation resistance at a high temperature exceeding 1200 ° C. is used. A master mold 12 having a prototype 10 formed on a flat plate 11 is manufactured (first step). Subsequently, as shown in FIG. 19 (B), it is composed of a mold material that exhibits softening properties at a temperature of 1200 ° C. or less, and the inside of the master 12 is spaced a predetermined distance from the transfer surface to which the shape is transferred. Storage in the heating furnace with the column-shaped nesting member 35 formed with a space capable of storing the mold material removed when transferring the inverted shape of the master mold 12 facing the master mold 12 on the transfer surface side. Placed in the member 21, the nesting member 35 is heated to a temperature range where the mold material exhibits softening properties, and the master die 12 and the nesting member 35 are pressed together by the pressing member 20, and the nesting member 35 is moved to the transfer surface side. The inverted shape of the master mold 12 is transferred (second step). Further, as shown in FIG. 19C, the nesting member 15 to which the inverted shape of the master mold 12 is transferred is cooled and released from the master mold 12, and the nesting member 35 is fixed to the mold base 34 to transfer the transfer metal. A mold is formed (third step). If such a manufacturing method is adopted, the lens cap 2A and the like can be manufactured with high accuracy, low cost and in a short time.
また、上記各実施形態では、照射面を矩形状としたが、本発明はこれには限られない。照射面は円状でも、楕円状であってもよいし、四角形以外の多角形状であってもよい。照射面が円状、楕円状、多角形状であった場合でも、中心から外周側に向かって、出射角が狭くなるようにレンズキャップを配置するようにすればよい。 Moreover, in each said embodiment, although the irradiation surface was made into the rectangular shape, this invention is not limited to this. The irradiation surface may be circular, elliptical, or polygonal other than square. Even when the irradiation surface is circular, elliptical, or polygonal, the lens cap may be arranged so that the emission angle becomes narrower from the center toward the outer peripheral side.
レンズキャップからの出射角は、要は、載置面の１点の光強度に何個の光源が寄与しているかに基づいて定めるようにしてもよい。例えば、載置面の中心の１点に、６個の光源が寄与しているものとする。この場合、載置面の中心から外周に向かうにつれて、光強度に寄与する光源の数が６個→５個→４個→３個・・・と少なくなるのに合わせて、光源からの光の出射角度を徐々に狭くしていくようにしてもよい。 The emission angle from the lens cap may be determined based on how many light sources contribute to the light intensity at one point on the mounting surface. For example, it is assumed that six light sources contribute to one point at the center of the placement surface. In this case, as the number of light sources contributing to the light intensity decreases from 6 to 5 to 4 to 3 and so on from the center of the mounting surface to the outer periphery, the light from the light source is reduced. The emission angle may be gradually narrowed.
この発明は、この発明の広義の精神と範囲を逸脱することなく、様々な実施の形態及び変形が可能とされるものである。また、上述した実施の形態は、この発明を説明するためのものであり、この発明の範囲を限定するものではない。すなわち、この発明の範囲は、実施の形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。そして、特許請求の範囲内及びそれと同等の発明の意義の範囲内で施される様々な変形が、この発明の範囲内とみなされる。 Various embodiments and modifications can be made to the present invention without departing from the broad spirit and scope of the present invention. The above-described embodiments are for explaining the present invention and do not limit the scope of the present invention. In other words, the scope of the present invention is shown not by the embodiments but by the claims. Various modifications within the scope of the claims and within the scope of the equivalent invention are considered to be within the scope of the present invention.
本発明は、植物育成用光照射光源、藻類の光合成促進用光源、科学物質分解用光源、有害菌の殺菌光源、魚類養殖の孵卵・プランクトンの飼育光源等、載置面の放射照度が均一且つ有効に光を活用することが期待される場合の光源として好適である。例えば、集魚灯では、魚の種類によって光に集まる魚と、光の近傍の暗い所に集まる魚の習性があると報告されている。広い指向角を持った集魚灯では、光の分散で光の境目が曖昧となるため、光の近傍の暗い所に集まる魚、例えば烏賊等に関しては、指向角を狭くし光の境目をより明確にした集魚灯が望まれる。本発明は、このような集魚灯への応用も可能である。 The present invention provides a light irradiation light source for plant growth, a light source for promoting photosynthesis of algae, a light source for decomposition of chemical substances, a sterilization light source for harmful bacteria, a fish culture incubation egg / plankton rearing light source, etc. It is suitable as a light source when it is expected to use light effectively. For example, it has been reported that a fish collecting light has a habit of fish that gathers in light depending on the type of fish and fish that gather in a dark place near the light. With a light collecting lamp with a wide directivity angle, the boundary of the light becomes ambiguous due to the dispersion of light. For fish that collect in dark places near the light, such as bandits, the directivity is narrowed to make the light boundary clearer. It is desirable to have a fishlight. The present invention can also be applied to such a fish collecting light.
１…発光ダイオード、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ…光源、２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、２Ｄ…レンズキャップ、３…回路基板、３Ａ…平面領域、４…筐体天板、５…筐体側板、６…光透過性カバー、７、８…発光領域、１０…原型、１１…平板、１２…マスター型、１３，１４…配光特性、１５、１６…放射照度分布、２０…加圧部材、２１…収納部材、２３…ブロック、２７、２８、２９…発光領域、３４…モールドベース、３５…入れ子部材、５０…電源コネクタ、５１…給排気口、５２…パルス制御基板、５３…支柱、５４…接着シート、５５…アルミ板、１００…光照射装置、６０…基板、６１…ＬＥＤチップ、６２…導電性樹脂、６３…リード、６４…金ワイヤ、６５…外囲器、６６…光透過性樹脂。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Light emitting diode, 1A, 1B, 1C, 1D ... Light source, 2A, 2B, 2C, 2D ... Lens cap, 3 ... Circuit board, 3A ... Plane area | region, 4 ... Case top plate, 5 ... Case side plate, 6 ... light-transmitting cover, 7, 8 ... light emitting region, 10 ... original, 11 ... flat plate, 12 ... master type, 13,14 ... light distribution characteristics, 15, 16 ... irradiance distribution, 20 ... pressure member, 21 ... Storage member, 23 ... Block, 27, 28, 29 ... Light emitting region, 34 ... Mold base, 35 ... Nesting member, 50 ... Power connector, 51 ... Air supply / exhaust port, 52 ... Pulse control board, 53 ... Stand, 54 ... Adhesion Sheet, 55 ... Aluminum plate, 100 ... Light irradiation device, 60 ... Substrate, 61 ... LED chip, 62 ... Conductive resin, 63 ... Lead, 64 ... Gold wire, 65 ... Envelope, 66 ... Light transmissive resin.
上記目的を達成するために、本発明の光照射装置は、
所定の平面領域に等間隔に２次元配列され、同一の指向特性を有する複数の表面実装型の発光ダイオードと、
前記各発光ダイオードに１つずつ取り付けられ、前記各発光ダイオードから発せられる出射光の指向角を調整する複数のレンズキャップと、
前記各発光ダイオードに同じパルス電流が流れるように電流制御を行う制御部と、
を備え、
被照射面における放射照度を均一にするために、前記平面領域の中心から外周側に向かって、前記出射光の指向角が狭くなるように、前記各レンズキャップが配置されている。
In order to achieve the above object, the light irradiation device of the present invention comprises:
A plurality of surface-mounted light-emitting diodes that are two-dimensionally arranged at equal intervals in a predetermined plane region and have the same directivity characteristics;
A plurality of lens caps attached to each of the light emitting diodes to adjust the directivity angle of the emitted light emitted from each of the light emitting diodes;
A control unit that performs current control so that the same pulse current flows through each of the light emitting diodes;
With
In order to make the irradiance uniform on the irradiated surface, the lens caps are arranged so that the directivity angle of the emitted light becomes narrower from the center of the planar region toward the outer peripheral side.
上記目的を達成するために、本発明の光照射装置は、
所定の平面領域に等間隔に２次元配列され、同一の指向特性を有する複数の表面実装型の発光ダイオードと、
前記各発光ダイオードに１つずつ取り付けられ、前記各発光ダイオードから発せられる出射光の指向角を調整する凸レンズである複数のレンズキャップと、
前記各発光ダイオードに同じパルス電流が流れるように電流制御を行う制御部と、
を備え、
被照射面における放射照度を均一にするために、前記平面領域の中心から外周側に向かって、前記出射光の指向角が狭くなるように、前記各レンズキャップが配置されている。
In order to achieve the above object, the light irradiation device of the present invention comprises:
A plurality of surface-mounted light-emitting diodes that are two-dimensionally arranged at equal intervals in a predetermined plane region and have the same directivity characteristics;
A plurality of lens caps that are attached to the respective light emitting diodes one by one and are convex lenses that adjust the directivity angle of the emitted light emitted from each of the light emitting diodes;
A control unit that performs current control so that the same pulse current flows through each of the light emitting diodes;
With
In order to make the irradiance uniform on the irradiated surface, the lens caps are arranged so that the directivity angle of the emitted light becomes narrower from the center of the planar region toward the outer peripheral side.
Claims (6)
前記各発光ダイオードに１つずつ取り付けられ、前記各発光ダイオードから発せられる出射光の指向角を調整する複数のレンズキャップと、
を備え、
前記平面領域の中心から外周側に向かって、前記出射光の指向角が狭くなるように、前記各レンズキャップが配置されている、
光照射装置。 A plurality of surface-mounted light-emitting diodes that are two-dimensionally arranged at equal intervals in a predetermined plane region and have the same directivity characteristics;
A plurality of lens caps attached to each of the light emitting diodes to adjust the directivity angle of the emitted light emitted from each of the light emitting diodes;
With
The lens caps are arranged so that the directivity angle of the emitted light becomes narrower from the center of the planar region toward the outer peripheral side.
Light irradiation device.
前記平面領域の中央側の第１の領域と、前記平面領域の外周側の第２の領域に分割され、
前記第１の領域、前記第２の領域の順に、前記レンズキャップから出射される出射光の指向角が狭くなるように、前記各レンズキャップが配置されている、
請求項１に記載の光照射装置。 The planar region is
Divided into a first region on the center side of the planar region and a second region on the outer peripheral side of the planar region;
The lens caps are arranged in order of the first region and the second region so that the directivity angle of the emitted light emitted from the lens cap is narrowed.
The light irradiation apparatus according to claim 1.
前記平面領域を、前記平面領域の中央の第１の領域と、前記平面領域の外辺の第２の領域と、前記平面領域の四隅の第３の領域とに分割した場合に、
前記第１の領域、前記第２の領域、前記第３の領域の順に、前記レンズキャップから出射される出射光の指向角が狭くなるように、前記各レンズキャップが配置されている、
請求項１に記載の光照射装置。 The planar area is rectangular;
When the planar region is divided into a first region at the center of the planar region, a second region on the outer side of the planar region, and third regions at the four corners of the planar region,
The lens caps are arranged so that the directivity angle of the emitted light emitted from the lens cap becomes narrower in the order of the first region, the second region, and the third region.
The light irradiation apparatus according to claim 1.
前記平面領域を、前記平面領域の中央の第１の領域と、前記平面領域の外辺の第２の領域と、前記平面領域の四隅の第３の領域とに分割した場合に、
前記第２の領域に配置された前記レンズキャップでは、
前記平面領域の外辺に沿った方向の出射光の第１の指向角が、前記第１の領域に配置された前記レンズキャップの出射光の指向角と同じで、前記平面領域の外辺に直交する方向に沿った方向の出射光の第２の指向角が、前記第１の指向角よりも狭く、
前記第３の領域に配置された前記レンズキャップでは、
出射光の指向角が、前記第２の指向角と同じである、
請求項１に記載の光照射装置。 The planar area is rectangular;
When the planar region is divided into a first region at the center of the planar region, a second region on the outer side of the planar region, and third regions at the four corners of the planar region,
In the lens cap disposed in the second region,
The first directivity angle of the emitted light in the direction along the outer edge of the planar region is the same as the directivity angle of the emitted light of the lens cap disposed in the first region, and is on the outer edge of the planar region. The second directivity angle of the emitted light in the direction along the orthogonal direction is narrower than the first directivity angle;
In the lens cap disposed in the third region,
The directivity angle of the emitted light is the same as the second directivity angle;
The light irradiation apparatus according to claim 1.
その厚み、光が出射される曲面の形状、材質、出射点の位置の少なくとも１つにより、指向角が調整されている、
請求項１乃至４のいずれか一項に記載の光照射装置。 In each lens cap,
The directivity angle is adjusted by at least one of the thickness, the shape of the curved surface from which light is emitted, the material, and the position of the emission point.
The light irradiation apparatus as described in any one of Claims 1 thru | or 4.
金型成形により、形成されている、
請求項１乃至５のいずれか一項に記載の照射装置。 The lens cap is
It is formed by mold molding,
The irradiation apparatus as described in any one of Claims 1 thru | or 5.
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