JP5157166B2

JP5157166B2 - Light irradiation unit

Info

Publication number: JP5157166B2
Application number: JP2006354527A
Authority: JP
Inventors: 重範仲田
Original assignee: Ushio Denki KK
Current assignee: Ushio Denki KK
Priority date: 2006-12-28
Filing date: 2006-12-28
Publication date: 2013-03-06
Anticipated expiration: 2026-12-28
Also published as: JP2008166499A

Description

本発明は、複数の発光ダイオードパッケージを備えた光照射ユニットに係わり、特に、発光ダイオードパッケージから出射する光の輝度を向上させる構造を備えた光照射ユニットに関する。 The present invention relates to a light irradiation unit including a plurality of light emitting diode packages, and more particularly to a light irradiation unit including a structure for improving the luminance of light emitted from a light emitting diode package.

従来、紫外線照射装置から出射される、３６５ｎｍを中心とした波長３００ｎｍ〜４００ｎｍの範囲の紫外線を、この波長に感度を有する接着剤、塗料、インク、レジスト等に照射して、硬化または乾燥、または逆に、溶融または軟化させるなど、さまざまな処理が行われている。
このような光処理には、光ディスク用のピックアップレンズの接着や、電子部品の基板への接着などのように、小さな領域に光を照射する場合がある。このような光を照射する場合、紫外線を光ファイバを多数束ねて構成した導光ファイバで導いたり、集光レンズで集光したりして、スポット状の紫外線にして微小域に照射している。
このような紫外線を放射する光源としては、従来はキセノンランプや超高圧水銀ランプなどの放電ランプが使用されてきた。 Conventionally, an ultraviolet ray having a wavelength of 300 nm to 400 nm centered on 365 nm emitted from an ultraviolet irradiation device is irradiated to an adhesive, paint, ink, resist, etc. sensitive to this wavelength, and cured or dried, or Conversely, various processes such as melting or softening are performed.
In such optical processing, there is a case where light is irradiated to a small area such as adhesion of a pickup lens for an optical disk or adhesion of an electronic component to a substrate. When irradiating such light, the ultraviolet rays are guided by a light guide fiber formed by bundling a large number of optical fibers or condensed by a condensing lens to irradiate a minute region as spot-like ultraviolet rays. .
Conventionally, discharge lamps such as xenon lamps and ultra-high pressure mercury lamps have been used as light sources that emit ultraviolet rays.

しかし、最近は、例えば、非特許文献１に示されるように、紫外線を高出力で放射する発光材料を用いた発光ダイオード（ＬＥＤ：ｌｉｇｈｔ−ｅｍｉｔｔｉｎｇｄｉｏｄｅ）が開発されてきており、このような紫外線を放射するＬＥＤ（以下、ＵＶ−ＬＥＤと呼ぶ）を光源として用いた紫外線照射装置が提案され始めている。
紫外線を放射するＬＥＤは、基本的には特許文献１の図１や図３に示されるように、紫外線を発光するダイオードのチップが、箱体内にパッケージされた構造を有している。また、同公報の図５に示されるように、光の利用効率を高めるために、箱体から光が出射される部分に集光レンズが設けられている。
特開２００３−１９７９７４号公報ＮＩＫＫＥＩＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ２００２．１０．２１ｐ２８〜ｐ２９ＯｐｌｕｓＥＶｏｌ．２６、Ｎｏ．３ｐ２８３〜ｐ２８５ However, recently, for example, as shown in Non-Patent Document 1, a light-emitting diode (LED) using a light-emitting material that emits ultraviolet light with high output has been developed. An ultraviolet irradiation device using an LED that emits light (hereinafter referred to as UV-LED) as a light source has been proposed.
The LED that emits ultraviolet rays basically has a structure in which a chip of a diode that emits ultraviolet rays is packaged in a box as shown in FIGS. Further, as shown in FIG. 5 of the publication, a condensing lens is provided in a portion where light is emitted from the box in order to increase the light utilization efficiency.
JP 2003-197974 A NIKKEI ELECTRONICS 2002.10.21 p28-p29 O plus E Vol. 26, no. 3 p283-p285

上記した光処理を短時間で行う場合、高い照度と高い出力（放射束〉が必要とされる。高い照度は処理時間を短縮するために必要であり、高い出力は、必要とする面積全体、例えば、光硬化型の接着剤が塗布されている領域に、必要とするパワーを短時間で供給するために必要である。
高い照度を得るためには、光源の輝度が高くなければならない。ここで、輝度Ｂ、放射束（出力）Ｆ、光源の面積Ｓ、発散角度ωとするとき、次のような関係がある。
Ｂ∝Ｆ／（Ｓ・ω）
また、円板状光源の場合、照度Ｅ、光源の視角（半角）θとするとき、次のような関係がある。
Ｅ＝πＢｓｉｎ^２θ
紫外線を放射するＵＶ−ＬＥＤチップは、輝度Ｂが高く、例えば、φ２ｍｍといった狭い範囲においては高い照度Ｅが得られる。しかし、現在のところ１個の出力（放射束）Ｆはまだ小さく、例えば、φ１０ｍｍ以上の範囲に対して光を照射するには、出力Ｆが不足する。
そのため、光処理用の光源として使用する場合は、ＬＥＤパッケージを複数並べて配置し、出力（放射束）Ｆを高くすることが考えられる。 When performing the above-mentioned light processing in a short time, high illuminance and high output (radiant flux) are required.High illuminance is necessary to shorten the processing time, and high output is necessary for the entire required area, For example, it is necessary to supply the required power in a short time to the region where the photocurable adhesive is applied.
In order to obtain high illuminance, the brightness of the light source must be high. Here, when the luminance B, the radiant flux (output) F, the area S of the light source, and the divergence angle ω, there are the following relationships.
B∝F / (S ・ ω)
In the case of a disk-shaped light source, the following relationship is established when the illuminance E and the viewing angle (half angle) θ of the light source are used.
E = πBsin ² θ
A UV-LED chip that emits ultraviolet rays has a high luminance B, and a high illuminance E is obtained in a narrow range of, for example, φ2 mm. However, at present, one output (radiant flux) F is still small, and for example, the output F is insufficient to irradiate light in a range of φ10 mm or more.
Therefore, when used as a light source for light processing, it is conceivable that a plurality of LED packages are arranged side by side to increase the output (radiant flux) F.

ＬＥＤパッケージを複数並べて配置すると、放射束（出力）Ｆは高くなる。しかし、発光しているのはＬＥＤパッケージの中のＬＥＤチップの部分のみであり、ＬＥＤチップはパッケージ中に収納されているので、パッケージの幅以下にＬＥＤチップ同士を接近させることができない。そのため、発光しているＬＥＤチップとＬＥＤチップとの間には、発光していない部分が生じる。光源の面積Ｓは、発光していない部分も含めたＬＥＤパッケージを並べた領域全体に広がるので、上記式から示されるように、光源全体としての輝度Ｂが低下する。輝度Ｂが低下すると、照射領域での照度Ｅが低下する。ＬＥＤパッケージが１個の場合では、必要とされる照度Ｅが得られていたとしても、複数のＬＥＤパッケージを配置すると、光源の面積Ｓが拡がることによる輝度Ｂの低下が原因で、むしろ照度Ｅが不足する。
本発明の目的は、ＬＥＤパッケージを複数並べて配置するとき、出射する光の輝度を向上させる構造を備えた光照射ユニットを提供することにある。 When a plurality of LED packages are arranged side by side, the radiant flux (output) F increases. However, only the LED chip portion in the LED package emits light, and since the LED chip is housed in the package, the LED chips cannot be brought closer to each other than the width of the package. Therefore, a portion that does not emit light is generated between the LED chip that emits light. Since the area S of the light source spreads over the entire region where the LED packages including the part that does not emit light are arranged, the luminance B of the entire light source decreases as shown by the above formula. When the luminance B decreases, the illuminance E in the irradiation area decreases. In the case of one LED package, even if the required illuminance E is obtained, when a plurality of LED packages are arranged, the illuminance E rather is caused by the decrease in the luminance B due to the increase in the area S of the light source. Is lacking.
The objective of this invention is providing the light irradiation unit provided with the structure which improves the brightness | luminance of the light radiate | emitted when arranging several LED packages side by side.

本発明は、上記の課題を解決するために、次のような手段を採用した。
第１の手段は、発光ダイオードのチップを内蔵する発光ダイオードパッケージを複数配列した光照射ユニットにおいて、前記複数の発光ダイオードパッケージの光出射側に、発光ダイオードのチップから放射される光の光路が、互いに近づくように、光透過性の平行平板を傾けて配置したことを特徴とする光照射ユニットである。
The present invention employs the following means in order to solve the above problems.
The first means is a light irradiation unit in which a plurality of light emitting diode packages containing light emitting diode chips are arranged, and an optical path of light emitted from the light emitting diode chips is provided on a light emitting side of the plurality of light emitting diode packages . It is a light irradiation unit characterized in that light-transmitting parallel flat plates are arranged so as to be close to each other .

本発明によれば、発光ダイオードのチップを内蔵する発光ダイオードパッケージを複数配列した光照射ユニットにおいて、前記複数の発光ダイオードパッケージの光出射側に、光透過性の平行平板を傾けて配置したので、平行平板が、ＬＥＤチップから放射される光を、並べて配置したＬＥＤパッケージの幅以下に接近されるので、光源の面積を小さくすることができ、従来に比べて輝度を高くすることができる。 According to the present invention, in the light irradiation unit in which a plurality of light emitting diode packages containing light emitting diode chips are arranged, the light transmissive parallel plates are inclined and arranged on the light emitting side of the plurality of light emitting diode packages. Since the parallel flat plate is brought close to the width of the LED package in which the light emitted from the LED chip is arranged side by side, the area of the light source can be reduced, and the luminance can be increased as compared with the conventional case.

本発明の第１の実施形態を図１および図２を用いて説明する。
図１は、本実施形態の発明に係る光照射ユニットの構成を示す図であり、図１（ａ）は光照射ユニットの平面図、図１（ｂ）は光照射ユニットの正面図、図１（ｃ）は光照射ユニットの斜視図である。
これらの図において、１は１ｍｍ角程度の大きさを有し、光を放射する発光ダイオードからなるＬＥＤチップ、２はＬＥＤパッケージ、３は集光レンズ、４は光透過性の平行平板である。
なお、通常、ＬＥＤ素子というと、発光体である発光ダイオードのチップを指す場合もあるし、発光ダイオードのチップをパッケージした箱体を指す場合もある。ここでは、両者を区別するため、発光体自体、即ち、発光ダイオードのチップのことをＬＥＤチップと呼び、ＬＥＤチップをパッケージした箱体構造物をＬＥＤパッケージと呼ぶ。また、ＬＥＤチップ１から放射される光が紫外線の場合、平行平板４の材質は、紫外線の透過率が高い石英を用いることが望ましい。 A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2.
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a light irradiation unit according to the invention of the present embodiment. FIG. 1A is a plan view of the light irradiation unit, FIG. 1B is a front view of the light irradiation unit, and FIG. (C) is a perspective view of a light irradiation unit.
In these drawings, reference numeral 1 denotes an LED chip having a size of about 1 mm square, which is a light emitting diode that emits light, 2 is an LED package, 3 is a condenser lens, and 4 is a light-transmissive parallel plate.
In general, an LED element may refer to a light-emitting diode chip that is a light-emitting body, or may refer to a box packaged with a light-emitting diode chip. Here, in order to distinguish the two, the light emitter itself, that is, the light emitting diode chip is referred to as an LED chip, and the box structure in which the LED chip is packaged is referred to as an LED package. Moreover, when the light radiated | emitted from LED chip 1 is an ultraviolet-ray, it is desirable to use the quartz with the high transmittance | permeability of an ultraviolet-ray as the material of the parallel plate 4.

これらの図に示すように、ＬＥＤパッケージ２は、ＬＥＤチップ１を内蔵する箱体であり、箱体の容器は金属製で、ＬＥＤチップ１からの光が出射する光出射口が設けられている。光出射口には集光レンズ３が取り付けられており、集光レンズ３によりＬＥＤチップ１から放射された光を取り込んで一方向に集光して出射する。本実施形態においては、ＬＥＤパッケージ２は、同一平面に２個接近して並べられており、ＬＥＤパッケージ２の光出射側には、それぞれのＬＥＤパッケージ２に対応して、２枚の光透過性の平行平板４が配置されている。平行平板４は、２個のＬＥＤパッケージ２から出射した光の光路が、互いに近づくように、並んだ２個のＬＥＤパッケージ２の内側（中心部側）に傾けて設けられている。即ち、２枚の平行平板４は、２個のＬＥＤパッケージ２が接する部分（境界線）の上で、Ｖ字状に組み合わされて構成されている。
図１（ｂ）において、空気の屈折率ｎ＝１、平行平板４の屈折率ｎ＝１．５、平行平板４に入射する光の入射角θ１＝６０°、平行平板４に入射した光の屈折角θ２＝３５．３°のとき、ＬＥＤパッケージ２から出射した光は平行平板４を透過後、隣接するＬＥＤパッケージ２側にｘ＝１．２８ｍｍシフトして出射していることを示している。 As shown in these drawings, the LED package 2 is a box containing the LED chip 1, and the container of the box is made of metal, and is provided with a light emission port through which light from the LED chip 1 is emitted. . A condensing lens 3 is attached to the light exit port, and the light emitted from the LED chip 1 is taken in by the condensing lens 3 and condensed and emitted in one direction. In the present embodiment, two LED packages 2 are arranged close to each other on the same plane, and two light transmitting properties corresponding to each LED package 2 are provided on the light emitting side of the LED package 2. Parallel plate 4 is arranged. The parallel plate 4 is provided so as to be inclined toward the inner side (center side) of the two LED packages 2 arranged so that the optical paths of the light emitted from the two LED packages 2 approach each other. That is, the two parallel flat plates 4 are configured to be combined in a V shape on the portion (boundary line) where the two LED packages 2 are in contact.
In FIG. 1B, the refractive index n of air = 1, the refractive index n = 1.5 of the parallel plate 4, the incident angle θ1 = 60 ° of the light incident on the parallel plate 4, and the light incident on the parallel plate 4 When the refraction angle θ2 = 35.3 °, the light emitted from the LED package 2 is transmitted through the parallel plate 4 and then emitted by shifting x = 1.28 mm toward the adjacent LED package 2 side. .

以下に、平行平板４を傾けて配置することにより、本発明を適用しない場合に比べて、輝度を高くすることができる理由を図２を用いて説明する。
図２（ａ）はシフトする距離ｘを算出するための説明図、図２（ｂ）は光照射ユニットの正面図、図２（ｃ）は光照射ユニットの側面図、図２（ｄ）は光照射ユニットを上から見て、光源発光部が中心部に接近する状況を説明するための図である。
図２（ａ）に示すように、斜めに配置された透過性の平行平板４に入射した光は、平行平板４の屈折率の大きさに応じて透過後、出射した光の光軸はシフトする。以下に、シフトする距離をｘを求める。平行平板４の厚さをｄ、平行平板４に入射した光の通過する距離をＬ、平行平板４に入射する光の入射角をθ１、平行平板４に入射した光の屈折角をθ２、平行平板４に入射したために変化した光の角度をθ３としたとき、
θ１＝θ２＋θ３、ｄ＝Ｌｃｏｓθ２、ｘ＝Ｌｓｉｎθ３の関係が成り立ち、Ｌ＝ｄ／ｃｏｓθ２、θ３＝θ１−θ２となるので、光軸がシフトする距離ｘ＝（ｄ／ｃｏｓθ２）×ｓｉｎ（θ１−θ２）＝ｓｉｎ（θ１−θ２）ｄ／ｃｏｓθ２で表すことができる。 The reason why the luminance can be increased by arranging the parallel flat plates 4 at an angle as compared with the case where the present invention is not applied will be described below with reference to FIG.
2A is an explanatory diagram for calculating the shift distance x, FIG. 2B is a front view of the light irradiation unit, FIG. 2C is a side view of the light irradiation unit, and FIG. It is a figure for demonstrating the condition where a light source light emission part approaches a center part seeing a light irradiation unit from the top.
As shown in FIG. 2A, the light incident on the transparent parallel plate 4 arranged obliquely is transmitted according to the refractive index of the parallel plate 4, and the optical axis of the emitted light is shifted. To do. In the following, x is determined as the shifting distance. The thickness of the parallel plate 4 is d, the distance through which the light incident on the parallel plate 4 passes is L, the incident angle of the light incident on the parallel plate 4 is θ1, the refraction angle of the light incident on the parallel plate 4 is θ2, and the parallel. When the angle of light that has changed due to incidence on the flat plate 4 is θ3,
Since the relations θ1 = θ2 + θ3, d = Lcos θ2, x = Lsin θ3 are established and L = d / cos θ2, θ3 = θ1-θ2, the distance x = (d / cos θ2) × sin (θ1-θ2) at which the optical axis is shifted. ) = Sin (θ1−θ2) d / cos θ2.

例えば、図２（ｂ）、（ｃ）に示すように、屈折率ｎ＝１．５ｍｍ、厚みｄ＝２．５ｍｍの透過性の平行平板４を水平面に対して６０°傾けて配置した場合、ＬＥＤパッケージ２から出射する光の光軸は、並べて配置した２個のＬＥＤパッケージ２の中心部側に約１．２８ｍｍシフトする。
即ち、従来の光照射ユニットのように、平行平板を用いない場合、ＬＥＤパッケージ２のサイズが７ｍｍ角、集光レンズ３の外形をφ５、ＬＥＤチップ１からの光が並べたＬＥＤパッケージ２の間に一様に広がっているとすると、光源の大きさは、ＬＥＤパッケージ２を並べた方向（横方向）の長さは２．５ｍｍ＋７ｍｍ＋２．５ｍｍ＝１２ｍｍとなり、それと直交する方向（縦方向）の長さは５ｍｍとなり、光源の面積は６０ｍｍ^２になる。
一方、図２（ｄ）に示すように、平行平板４を用い、光軸を内側に１．２８ｍｍシフトさせた場合、平行平板４を通過後の光源の大きさは、横方向の長さが１２ｍｍ−（１．２８ｍｍ×２）＝９．４４ｍｍとなり、縦方向の長さには変化がないが、光源の面積は４７．２ｍｍ^２と小さくなる。その結果、ＬＥＤパッケージ２の出射側に傾斜する透過性の平行平板４を配置した場合は、配置しない場合に比べて、輝度を６０／４７．２≒１．３倍高くすることができる。 For example, as shown in FIGS. 2B and 2C, when a transparent parallel plate 4 having a refractive index n = 1.5 mm and a thickness d = 2.5 mm is inclined at 60 ° with respect to a horizontal plane, The optical axis of the light emitted from the LED package 2 is shifted by about 1.28 mm toward the center of the two LED packages 2 arranged side by side.
That is, when a parallel plate is not used as in the conventional light irradiation unit, the size of the LED package 2 is 7 mm square, the outer shape of the condenser lens 3 is φ5, and the LED package 2 in which the light from the LED chip 1 is arranged. As for the size of the light source, the length in the direction in which the LED packages 2 are arranged (horizontal direction) is 2.5 mm + 7 mm + 2.5 mm = 12 mm, and the length in the direction orthogonal to the length (vertical direction) The thickness is 5 mm, and the area of the light source is 60 mm ² .
On the other hand, as shown in FIG. 2D, when the parallel plate 4 is used and the optical axis is shifted inward by 1.28 mm, the size of the light source after passing through the parallel plate 4 is the length in the horizontal direction. 12 mm− (1.28 mm × 2) = 9.44 mm, and there is no change in the length in the vertical direction, but the area of the light source is reduced to 47.2 mm ² . As a result, the luminance can be increased by 60 / 47.2≈1.3 times in the case where the transmissive parallel plate 4 that is inclined on the emission side of the LED package 2 is disposed, compared to the case where the transmissive parallel plate 4 is not disposed.

次に、本発明の第２の実施形態を図３ないし図６を用いて説明する。
図３は、本実施形態の発明に係る光照射ユニットの構成を示す図であり、図３（ａ）は光照射ユニットの平面図、図３（ｂ）は光照射ユニットの正面図、図３（ｃ）は光照射ユニットの斜視図である。なお、これらの図に示される符号の構成は図１に示した同符号の構成に対応するので説明を省略する。
本実施形態の光照射ユニットは、第１の実施形態と同様に、図３（ａ）〜（ｃ）に示すように、ＬＥＤパッケージ２が同一平面に４個接近して並べられており、ＬＥＤパッケージ２の光出射側には、それぞれのＬＥＤパッケージ２に対応して、４枚の光透過性の平行平板４が配置されている。４枚の平行平板４は、４個のＬＥＤパッケージ２から出射した光の光路が、互いに近づくように、並んだ４個のＬＥＤパッケージ２の中心方向に傾けて設けられている。即ち、４枚の平行平板４は、４個のＬＥＤパッケージ２が境界線上で、Ｖ字状に組み合わされて、外形は四角錐状に構成されている。 Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
3A and 3B are diagrams showing the configuration of the light irradiation unit according to the invention of the present embodiment. FIG. 3A is a plan view of the light irradiation unit, FIG. 3B is a front view of the light irradiation unit, and FIG. (C) is a perspective view of a light irradiation unit. The configuration of the reference numerals shown in these drawings corresponds to the configuration of the same reference numerals shown in FIG.
As shown in FIGS. 3A to 3C, the light irradiation unit of the present embodiment has four LED packages 2 arranged close to each other on the same plane as shown in FIGS. On the light emitting side of the package 2, four light transmissive parallel plates 4 are arranged corresponding to the respective LED packages 2. The four parallel flat plates 4 are provided to be inclined toward the center of the four LED packages 2 arranged so that the optical paths of the light emitted from the four LED packages 2 are close to each other. That is, the four parallel flat plates 4 are configured such that the four LED packages 2 are combined in a V shape on the boundary line, and the outer shape is formed in a quadrangular pyramid shape.

図４は、光照射ユニットを上から見て、光源発光部が中央部に接近する状況を説明するための図である。
同図に示すように、例えば、ＬＥＤパッケージ２同士は隙間なく並べ、屈折率ｎ＝１．５ｍｍ、厚みｄ＝４ｍｍの透過性の平行平板４が水平面に対して６０°傾けて配置した場合、ＬＥＤパッケージ２から出射する光の光軸は、並べて配置した４個のＬＥＤパッケージ２の中心部側に約２．０５ｍｍシフトさせることができる。
従来の光照射ユニットのように、平行平板を用いない場合、光源の大きさは、縦横方向の長さは共に２．５ｍｍ＋７ｍｍ＋２．５ｍｍ＝１２ｍｍとなり、その面積は１４４ｍｍ^２となる。
一方、図４に示すように、平行平板４を用い、４個のＬＥＤパッケージ２からの光を、４個並んだＬＥＤパッケージ２の中心の方向に互いに接近させ、光軸を内側に２．０５ｍｍシフトさせて場合、光源の大きさは、縦横方向の長さは共に１２ｍｍ−（２．０５ｍｍ×２）＝７．９ｍｍとなり、面積は６２．４ｍｍ^２となる。その結果、ＬＥＤパッケージ２の出射側に傾斜する透過性の平行平板４を配置した場合は、配置しない場合に比べて、輝度を１４４／６２．４≒２．３倍高くすることができる。 FIG. 4 is a diagram for explaining a situation where the light source unit approaches the central portion when the light irradiation unit is viewed from above.
As shown in the figure, for example, when the LED packages 2 are arranged without gaps, and a transparent parallel plate 4 having a refractive index n = 1.5 mm and a thickness d = 4 mm is disposed at an inclination of 60 ° with respect to a horizontal plane, The optical axis of light emitted from the LED package 2 can be shifted by about 2.05 mm toward the center of the four LED packages 2 arranged side by side.
When a parallel plate is not used as in the conventional light irradiation unit, the length of the light source is 2.5 mm + 7 mm + 2.5 mm = 12 mm in both length and width directions, and the area is 144 mm ² .
On the other hand, as shown in FIG. 4, using parallel plates 4, the light from the four LED packages 2 is brought closer to each other in the direction of the center of the four LED packages 2, and the optical axis is 2.05 mm inward. When shifted, the size of the light source is 12 mm− (2.05 mm × 2) = 7.9 mm in both the length and width directions, and the area is 62.4 mm ² . As a result, the luminance can be increased by 144 / 62.4≈2.3 times when the transparent parallel plate 4 inclined to the emission side of the LED package 2 is arranged, as compared with the case where it is not arranged.

図５および図６は、本実施形態の発明に係る光照射ユニットを内蔵した光源装置の一例を示す図であり、図５は光源装置の正面断面図、図６は光源装置の斜視図である。
これらの図において、５はヒートシンク、６はプレート、７は平行平板４の支持部材、８は凸レンズ、９は筒状部材である。
図５に示すように、ＬＥＤパッケージ２の光出射口に集光レンズ３を取り付けた４個のＬＥＤパッケージ２がプレート６上に並べて取り付けられ、プレート６は、筒状部材９内に収納される。プレート６のＬＥＤパッケージ２の並べられた側とは反対側にはヒートシンク５が取り付けられ、ＬＥＤ点灯時に発生する熱を放散する。ＬＥＤパッケージ２の光出射側には、４枚の平行平板４が各ＬＥＤパッケージ２に合わせて配置されている。４枚の平行平板４は、隣り合う２枚と接し、各ＬＥＤパッケージ２からの光を、光照射ユニットの中心方向にシフトさせるように、内側に向けて傾け、中央部の一番下がった部分で４枚が接している。
４枚の平行平板４は、開いている側の端部で平行平板４の支持部材７により支持されている。平行平板４の光出射側には、凸レンズ８が設けられており、平行平板４により互いに光路が接近し輝度が高くなった光は、凸レンズ８により集光され、不図示の被処理物に高い照度で照射される。
なお、平行平板とは両面が平行で曲率を有していない平面板のことであるが、本願において使用するものについては、両面の平行度は高い精度は必要ない。被照射側から見た光源部の面積を小さくする作用があれば、多少の傾斜（ウェッジ）があっても使用できる。
また、凸レンズ８としては、目的のエリア（サイズ）に所定の距離で集光できるものであれば、形状や方式は問わない。例えば、フレネルレンズ等も使用できる。
また、平行平板は１枚１枚別々のものを、ホルダーにより機械的に固定しても良いし、接着剤により接着しても良い。また、型によるモールド成形により製作しても良い。 5 and 6 are views showing an example of a light source device incorporating the light irradiation unit according to the invention of the present embodiment, FIG. 5 is a front sectional view of the light source device, and FIG. 6 is a perspective view of the light source device. .
In these drawings, 5 is a heat sink, 6 is a plate, 7 is a support member for the parallel plate 4, 8 is a convex lens, and 9 is a cylindrical member.
As shown in FIG. 5, four LED packages 2 each having a condensing lens 3 attached to the light exit of the LED package 2 are mounted side by side on a plate 6, and the plate 6 is accommodated in a cylindrical member 9. . A heat sink 5 is attached to the side of the plate 6 opposite to the side where the LED packages 2 are arranged, and dissipates heat generated when the LEDs are lit. On the light emitting side of the LED package 2, four parallel flat plates 4 are arranged according to each LED package 2. The four parallel flat plates 4 are in contact with two adjacent plates, tilted inward so as to shift the light from each LED package 2 toward the center of the light irradiation unit, and the lowest part of the central portion And four are touching.
The four parallel flat plates 4 are supported by the support member 7 of the parallel flat plate 4 at the end on the open side. A convex lens 8 is provided on the light emission side of the parallel plate 4. Light whose optical paths approach each other by the parallel plate 4 and the luminance is increased is condensed by the convex lens 8 and is high on a workpiece (not shown). Irradiated with illuminance.
In addition, although a parallel plate is a plane plate which both surfaces are parallel and does not have a curvature, about the thing used in this application, high precision is not required for the parallelism of both surfaces. If there is an effect of reducing the area of the light source section viewed from the irradiated side, it can be used even if there is a slight inclination (wedge).
Further, the convex lens 8 may be of any shape and method as long as it can focus light on a target area (size) at a predetermined distance. For example, a Fresnel lens can be used.
In addition, the parallel flat plates may be individually fixed one by one with a holder, or may be bonded with an adhesive. Further, it may be manufactured by molding with a mold.

次に、本発明の第３の実施形態を図７を用いて説明する。
図７は、本実施形態の発明に係る光照射ユニットの構成を示す図であり、図７（ａ）は光照射ユニットの平面図、図７（ｂ）は光照射ユニットの正面図、図３（ｃ）は光照射ユニットの斜視図である。なお、これらの図に示される符号の構成は図１に示した同符号の構成に対応するので説明を省略する。
本実施形態の光照射ユニットは、第１および第２の実施形態と同様に、図７（ａ）〜（ｃ）に示すように、ＬＥＤパッケージ２は、同一平面に３個接近して並べられており、ＬＥＤパッケージ２の光出射側には、それぞれのＬＥＤパッケージ２に対応して、３枚の光透過性の平行平板４が配置されている。３枚の平行平板４は、３個のＬＥＤパッケージ２から出射した光の光路が、互いに近づくように、並んだ３個のＬＥＤパッケージ２の中心方向に傾けて設けられている。即ち、３枚の平行平板４は、３個のＬＥＤパッケージ２が境界線上で、Ｖ状に組み合わされて、外形は三角錐状に構成されている。
図７（ａ）〜（ｃ）に示すように、ＬＥＤパッケージ２の光出射側に平行平板４を傾けて配置することにより、３個のＬＥＤパッケージ２からの光は、３個並んだＬＥＤパッケージ２の中心の方向にシフトして互いに接近する。これにより、光源の大きさは、平行平板４を配置しない場合に比べて小さくなり、輝度を高くすることができる。 Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
7A and 7B are diagrams showing the configuration of the light irradiation unit according to the invention of the present embodiment. FIG. 7A is a plan view of the light irradiation unit, FIG. 7B is a front view of the light irradiation unit, and FIG. (C) is a perspective view of a light irradiation unit. The configuration of the reference numerals shown in these drawings corresponds to the configuration of the same reference numerals shown in FIG.
As shown in FIGS. 7A to 7C, the light irradiation unit of the present embodiment is arranged close to three on the same plane, as shown in FIGS. 7A to 7C, as in the first and second embodiments. On the light emitting side of the LED package 2, three light transmissive parallel plates 4 are arranged corresponding to the LED packages 2. The three parallel flat plates 4 are provided to be inclined toward the center of the three LED packages 2 arranged so that the optical paths of the light emitted from the three LED packages 2 are close to each other. That is, the three parallel flat plates 4 are configured such that the three LED packages 2 are combined in a V shape on the boundary line, and the outer shape is configured in a triangular pyramid shape.
As shown in FIGS. 7A to 7C, by arranging the parallel plate 4 to be inclined on the light emitting side of the LED package 2, the light from the three LED packages 2 is arranged in an LED package. Shift toward the center of 2 and approach each other. Thereby, the magnitude | size of a light source becomes small compared with the case where the parallel plate 4 is not arrange | positioned, and it can raise a brightness | luminance.

次に、本発明の第４の実施形態を図８を用いて説明する。
図８は、本実施形態の発明に係る光照射ユニットの構成を示す図である。なお、これらの図に示される符号の構成は図１に示した同符号の構成に対応するので説明を省略する。
同図に示すように、上記の各実施形態においては、並べて配置した複数のＬＥＤパッケージのそれぞれに対応して平行平板を設けた場合について示したが、平行平板は必ずしも全てのＬＥＤパッケージに対応して設ける必要はない。
即ち、同図に示すように、第１の実施形態において、並べて配置された２個のＬＥＤパッケージ２のうち、１個のＬＥＤパッケージ２に対してのみ平行平板４を傾けて配置してもよい。このように構成しても、同図に示すように、平行平板４を配置したＬＥＤパッケージから出射した光の光軸は、並べて配置した２個のＬＥＤパッケージ２の中心部側にシフトし、光源の大きさは小さくなる。したがって、平行平板を配置しない場合に比べて、輝度を高くすることができる。
例えば、ＬＥＤパッケージ２の光出射側にスペースが少なく、複数のＬＥＤパッケージ２の全てに平行平板４を配置できなくても、一部のＬＥＤパッケージ２に対して平行平板４を傾けて配置すれば、従来に比べて、光源の面積を小さくすることができ、輝度を高くすることができる。 Next, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
FIG. 8 is a diagram showing the configuration of the light irradiation unit according to the invention of this embodiment. Note that the configuration of the reference numerals shown in these figures corresponds to the configuration of the same reference numerals shown in FIG.
As shown in the figure, in each of the above-described embodiments, the parallel plate is provided corresponding to each of the plurality of LED packages arranged side by side. However, the parallel plate does not necessarily correspond to all LED packages. It is not necessary to provide it.
That is, as shown in the figure, in the first embodiment, among the two LED packages 2 arranged side by side, the parallel plate 4 may be arranged to be inclined with respect to only one LED package 2. . Even in such a configuration, as shown in the figure, the optical axis of the light emitted from the LED package on which the parallel plate 4 is arranged is shifted to the center side of the two LED packages 2 arranged side by side, and the light source The size of becomes smaller. Therefore, the luminance can be increased as compared with the case where no parallel plate is disposed.
For example, even if there is little space on the light emitting side of the LED package 2 and the parallel plates 4 cannot be arranged in all of the plurality of LED packages 2, the parallel plates 4 may be inclined with respect to a part of the LED packages 2. Compared to the conventional case, the area of the light source can be reduced and the luminance can be increased.

上記の各実施形態では、光照射ユニットによって紫外線を照射する場合について説明したが、光照射ユニットの用途はこれに限られるものではない。即ち、ＬＥＤチップが紫外線を放射するものではない場合でも、この構成は他の用途においても有効である。
例えば、近年、非特許文献２に示されるように、プロジェクター用の光源としてＬＥＤが使用されるようになってきており、このような場合、１個のＬＥＤパッケージではスクリーン面での照度が不足するので、複数のＬＥＤパッケージを配列して高出力化することが考えられる。 In each of the above embodiments, the case of irradiating ultraviolet rays with the light irradiation unit has been described, but the use of the light irradiation unit is not limited to this. That is, even when the LED chip does not emit ultraviolet light, this configuration is effective in other applications.
For example, in recent years, as shown in Non-Patent Document 2, an LED has been used as a light source for a projector. In such a case, a single LED package has insufficient illuminance on the screen surface. Therefore, it is conceivable to increase the output by arranging a plurality of LED packages.

しかし、単にＬＥＤパッケージの数を増やしただけではスクリーン面での照度は増加しないことがある。これはプロジェクター等に使用される光学デバイスの有効取り込み角度に、限界があるためである。これはＥｔｅｎｄｕｅと呼ばれ、光源部設計の指標とされている。なお、非特許文献２には、Ｅｔｅｎｄｕｅについて詳細に説明されている。
非特許文献２によれば、プロジェクターで使用している映像を作る素子であるライトバルブには、通常、最大取り込み角度があり、液晶のライトバルブの場合、１２°程度である。その角度より外側に進む光は、ライトバルブに取り込まれずに、光の損失となる。 However, simply increasing the number of LED packages may not increase the illuminance on the screen surface. This is because there is a limit to the effective capture angle of an optical device used for a projector or the like. This is called Etendue, and is used as an index for designing the light source section. Note that Non-Patent Document 2 describes Etendue in detail.
According to Non-Patent Document 2, a light valve that is an element for producing an image used in a projector usually has a maximum capture angle, and in the case of a liquid crystal light valve, it is about 12 °. Light traveling outside the angle is not taken into the light valve and is lost.

ＬＥＤパッケージを複数個配列した場合、上記したように、パッケージの幅分光源が大きくなるので、上記の映像を作る素子であるライトバルブから見た立体角が非常に大きくなる。即ち、ＬＥＤパッケージの数を増やしても、増やしたＬＥＤパッケージからライトバルブに向かう光の角度が、ライトバルブの最大取り込み角度よりも大きくなり、ライトバルブに取り込まれないので、光出力を増やすことができない。 When a plurality of LED packages are arranged, the light source is increased by the width of the package as described above, so that the solid angle viewed from the light valve, which is the element that produces the above-mentioned image, becomes very large. That is, even if the number of LED packages is increased, the angle of light from the increased LED package toward the light bulb becomes larger than the maximum taking-in angle of the light bulb and is not taken into the light bulb, so that the light output can be increased. Can not.

しかし、上記の各実施形態の発明のように、ＬＥＤパッケージの光出力側に平行平板を配置し、複数のＬＥＤパッケージからの光を接近させると、ＬＥＤパッケージを複数個配列した場合の光源の、ライトバルブから見た立体角の増加を小さくすることができる。したがって、増やしたＬＥＤパッケージからライトバルブに向かう光の角度が、ライトバルブの最大取り込み角度よりも小さくなり、ライトバルブの中に取り込まれることにより、光の出力が大きくなり、スクリーン面での照度を増加させることができる。 However, like the invention of each of the above embodiments, when a parallel plate is arranged on the light output side of the LED package and the light from the plurality of LED packages is brought closer, the light source when a plurality of LED packages are arranged, The increase in solid angle viewed from the light valve can be reduced. Therefore, the angle of the light from the increased LED package toward the light bulb is smaller than the maximum taking-in angle of the light bulb, and the light is taken into the light bulb, thereby increasing the light output and reducing the illuminance on the screen surface. Can be increased.

また、非特許文献２には、ＲＧＢ三原色のＬＥＤを配列する場合に、緑のＬＥＤ輝度が不足するため、緑のＬＥＤの輝度が全体の明るさを決めるという旨のことが書かれている。しかし、第２の実施形態の発明によれば、４つのＬＥＤパッケージからの光を接近させることができる。したがって、輝度の低い緑色のＬＥＤパッケージを２個、赤と青のＬＥＤパッケージを１個ずつ配列することにより、緑の輝度を高くすることができるので、緑のＬＥＤの輝度が、照度の律速条件にならないようにすることができる。 Non-Patent Document 2 describes that when LEDs of RGB three primary colors are arranged, the green LED luminance is insufficient, so that the luminance of the green LED determines the overall brightness. However, according to the invention of the second embodiment, the light from the four LED packages can be approached. Therefore, by arranging two green LED packages with low luminance and one red and blue LED packages, the green luminance can be increased. Can be avoided.

また、上記の各実施形態において使用される平行平板の厚み、傾きは、実際のＬＥＤパッケージと配列すべきＬＥＤの個数、許容されるユニットサイズ等により適宜に設計される。特に、ブリュースタ角と呼ばれる角度に設定すると、Ｐ偏向の反射率がゼロになるため適している。
なお、平行平板の屈折率をｎとすると、空気（ｎ＝１）から入射する場合のブリュースタ角θ_Ｂは、θ_Ｂ＝ａｒｃｔａｎｎ（ｔａｎ^−１ｎ）で表される。
ｎ＝１．５の場合、ブリュースタ角θ_Ｂ＝５６°であり、上記の各実施形態で説明した６０°はブリュースタ角θ_Ｂ＝５６°に近く、反射損失が少ない。 Further, the thickness and inclination of the parallel plate used in each of the above embodiments are appropriately designed according to the actual number of LEDs to be arranged with the LED package, the allowable unit size, and the like. In particular, setting to an angle called Brewster angle is suitable because the reflectance of P deflection becomes zero.
When the refractive index of the parallel plate is n, the Brewster angle θ _B when incident from air (n = 1) is expressed by θ _B = arctan n (tan ⁻¹ n).
When n = 1.5, the Brewster angle θ _B = 56 °, and 60 ° described in the above embodiments is close to the Brewster angle θ _B = 56 °, and the reflection loss is small.

第１の実施形態の発明に係る光照射ユニットの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the light irradiation unit which concerns on invention of 1st Embodiment. 平行平板４を傾けて配置することにより輝度を高くすることができる理由を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the reason why a brightness | luminance can be made high by arrange | positioning the parallel plate 4 inclining. 第２の実施形態の発明に係る光照射ユニットの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the light irradiation unit which concerns on invention of 2nd Embodiment. 光照射ユニットを上から見て、光源発光部が中央部に接近する状況を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the condition where a light source light emission part approaches a center part seeing a light irradiation unit from the top. 第２の実施形態の発明に係る光照射ユニットを内蔵した光源装置の構成を示す正面断面図である。It is front sectional drawing which shows the structure of the light source device incorporating the light irradiation unit which concerns on invention of 2nd Embodiment. 第２の実施形態の発明に係る光照射ユニットを内蔵した光源装置の斜視図である。It is a perspective view of the light source device incorporating the light irradiation unit which concerns on invention of 2nd Embodiment. 第３の実施形態の発明に係る光照射ユニットの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the light irradiation unit which concerns on invention of 3rd Embodiment. 第４の実施形態の発明に係る光照射ユニットの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the light irradiation unit which concerns on invention of 4th Embodiment.

Explanation of symbols

１ＬＥＤチップ
２ＬＥＤパッケージ
３集光レンズ
４平行平板
５ヒートシンク
６プレート
７平行平板支持部材
８凸レンズ
９筒状部材 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 LED chip 2 LED package 3 Condensing lens 4 Parallel plate 5 Heat sink 6 Plate 7 Parallel plate support member 8 Convex lens 9 Cylindrical member

Claims

In a light irradiation unit in which a plurality of light emitting diode packages containing light emitting diode chips are arranged,
A light irradiating unit , wherein light transmissive parallel plates are inclined and arranged on the light emitting side of the plurality of light emitting diode packages so that light paths of light emitted from the light emitting diode chips are close to each other .