JP5728440B2 - LED lighting device - Google Patents
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本発明は、LED照明装置に関し、特に、組み立て及びメンテナンスが容易であり、照射する対象物に応じて焦点を作ることができるLED照明装置に関する。 The present invention relates to an LED lighting device, and more particularly, to an LED lighting device that is easy to assemble and maintain and can be focused according to an object to be irradiated.
LEDは、白熱電球や蛍光灯とは異なり、発光に指向性があること、また、LEDから高輝度の光が発せられること、によりグレアが発生するといった問題がある。さらに、LEDには、光量及び光色のばらつきがあるため、複数のLEDを用いる場合には、不均一な光が生じるといった問題がある。 Unlike incandescent bulbs and fluorescent lamps, LEDs have problems such as directivity in light emission and generation of glare due to high-luminance light emitted from the LEDs. Further, since the LEDs have variations in light quantity and light color, there is a problem that non-uniform light is generated when a plurality of LEDs are used.
このため、例えば、特許文献1に示すようなLED照明装置が提案されている。このLED照明装置は、環状の導光体と、この導光体の長手方向両側面から導光体の内部に向かって光を照射する多数のLEDと、この導光体を収容するカバー体と、を備え、LEDの光を導光体内部で混光し、導光体の下面から照射するようにした構成である。このLED照明装置によれば、LEDからの光を導光体で混光させることにより、グレアの発生を低減させると共に光量及び光色のばらつきを緩和して均一な光を得ることができる。 For this reason, for example, an LED illumination device as shown in Patent Document 1 has been proposed. The LED illumination device includes an annular light guide, a number of LEDs that irradiate light from both side surfaces in the longitudinal direction of the light guide toward the inside of the light guide, and a cover that houses the light guide. The light of the LED is mixed inside the light guide and irradiated from the lower surface of the light guide. According to this LED illuminating device, the light from the LED is mixed by the light guide, thereby reducing the occurrence of glare and reducing variations in the light amount and the light color, thereby obtaining uniform light.
しかし、LEDからの光を導光体で混光させることで、被照射体に対し均一な照射をすることができるが、導光体からの出光は単に下面を照射するだけであり、検査体に対して単一の焦点しか作ることができず、様々な検査体に対応できないという問題があった。 However, by mixing the light from the LED with the light guide, it is possible to uniformly irradiate the irradiated object, but the light emitted from the light guide only irradiates the lower surface, and the inspection object On the other hand, there is a problem that only a single focus can be made, and it cannot be applied to various inspection objects.
このため、本発明者は、入射部への入射光の光軸と混光部からの出射光の光軸を異ならせることが可能なLED照明装置を提案している(特願2011−234253)。このLED照明装置によれば、グレアや照度のムラあるいは不均一な照射と言った問題を解決できるとともに、出光の角度を変更可能なため、複数の焦点を作ることが出来、対象物(被照射体)に合った焦点を作ることが可能となる。 For this reason, the present inventor has proposed an LED illumination device capable of making the optical axis of the incident light to the incident part different from the optical axis of the outgoing light from the light mixing part (Japanese Patent Application No. 2011-234253). . According to this LED illumination device, it is possible to solve the problems such as glare, uneven illuminance or uneven irradiation, and the angle of light emission can be changed, so that a plurality of focal points can be created, and the object (irradiated object) It is possible to create a focus that matches the body.
しかしながら、現在提案されているLED照明装置によれば、対象物(被照射体)に合った焦点を作ることができるという優れた利点を有するものの、異なる焦点距離を必要とする場合には、導光体の形状をそれぞれの対象物(被照射体)の焦点距離に合わせて変えなければならないという問題があった。この場合、複数の導光体の形状を揃えるとなるとコスト面からすると高コストにつながってしまう。 However, the currently proposed LED lighting device has an excellent advantage of being able to create a focal point that matches an object (object to be irradiated), but when a different focal length is required, the LED lighting device is introduced. There has been a problem that the shape of the light body has to be changed in accordance with the focal length of each object (object to be irradiated). In this case, if the shapes of the plurality of light guides are made uniform, this leads to high costs in terms of cost.
従って、本発明の目的は、それぞれの対象物(被照射体)の焦点距離に合わせて導光体の形状を変えることなく異なる焦点距離を低コストで実現可能なLED照明装置を提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to provide an LED lighting device capable of realizing different focal lengths at low cost without changing the shape of the light guide in accordance with the focal length of each object (irradiated body). is there.
上記目的を達成するために、本発明のLED照明装置は、複数のLEDが実装された基板と、該基板の他面に設けられ該LEDからの入射光を出光面から出光させる導光体と、からなるLED照明装置において、前記導光体は、前記LEDからの入射光を前記導光体内へ入射させる入射部と、該入射部に入射された入射光を該導光体内で反射させて混光させる混光部と、前記出光面が直線状に形成されており前記混光部で混光された光を該出光面から外部に出光する出光部とからなり、前記入射部は、前記LEDからの入射光を前記混光部へ反射させる平滑状であって前記入射光の光軸に対して傾斜している第1の反射面を有し、前記混光部は、前記出光面と対向する位置に設けられ前記第1の反射面で反射された光を該入射光の光軸と異ならせて前記出光面から出光させる断面略円形状の第2の反射面と、前記第1の反射面に対向する位置に設けられ前記第1の反射面に反射した光を前記第2の反射面とともに前記導光体内で反射させる第3の反射面を有し、前記出光部は、前記出光面に対して脱着可能なフレネルレンズを有する、ことを特徴とする。 In order to achieve the above object, an LED lighting device of the present invention includes a substrate on which a plurality of LEDs are mounted, a light guide that is provided on the other surface of the substrate and emits incident light from the LED from a light emitting surface. In the LED lighting device, the light guide includes an incident portion that makes incident light from the LED enter the light guide body, and reflects the incident light incident on the incident portion in the light guide body. A light mixing portion for mixing light, and a light output portion for forming light emitted from the light output surface to the outside. A first reflecting surface which is smooth and reflects the incident light from the LED to the light mixing portion and is inclined with respect to the optical axis of the incident light; and The light that is provided at the opposite position and reflected by the first reflecting surface is different from the optical axis of the incident light. A second reflecting surface having a substantially circular cross section that emits light from the light emitting surface, and light reflected by the first reflecting surface provided at a position facing the first reflecting surface. And a third reflecting surface that is reflected in the light guide body, wherein the light output section has a Fresnel lens that is detachable from the light output surface.
本発明のLED照明装置は、前記入射部は、前記LEDの形状よりも大きい開口の凹部を有し、該凹部は前記LEDを囲むように配置されることを特徴とする。 The LED illumination device according to the present invention is characterized in that the incident portion has a concave portion having an opening larger than the shape of the LED, and the concave portion is disposed so as to surround the LED.
本発明のLED照明装置は、前記凹部の凹形状の内壁面には、反射塗料が塗布されていることを特徴とする。 The LED lighting device of the present invention is characterized in that a reflective paint is applied to the concave inner wall surface of the concave portion.
本発明のLED照明装置は、前記第2の反射面は、該混光部を形成する略球形状の上面及び/又は側面に形成されていることを特徴とする。 The LED lighting device according to the present invention is characterized in that the second reflecting surface is formed on a substantially spherical upper surface and / or side surface forming the light mixing portion.
本発明によれば、複数のLEDが実装される基板と、前記LEDの発光光を入射する入射部と、該入射部から入射した光を反射させ混光する混光部と、該混光部で混光された光を外部に出光する出光部とを有する導光体と、前記出光部に設けられるフレネルレンズと、を備えるようにしたので、導光体の形状を変えることなく、対象物(被照射体)の焦点距離に合わせて異なる焦点距離を低コストで実現可能となる。 According to the present invention, a substrate on which a plurality of LEDs are mounted, an incident part that receives light emitted from the LEDs, a light mixing part that reflects and mixes light incident from the incident part, and the light mixing part Since a light guide having a light output portion for emitting light mixed in the outside to the outside and a Fresnel lens provided in the light output portion are provided, the object without changing the shape of the light guide Different focal lengths can be realized at low cost in accordance with the focal length of the (irradiated body).
以下、図面を参照しながら、本実施形態におけるLED照明装置について、目視検査用ライトを例に挙げて説明する。
図1は、この目視検査用ライト100の構成を示した図である。
Hereinafter, with reference to the drawings, the LED illumination device according to the present embodiment will be described using a visual inspection light as an example.
FIG. 1 is a diagram showing the configuration of the
図に示すように、目視検査用ライト100は、ルーペライトに適用し、検査体に光を照射するとともに拡大鏡で検査体を拡大して見ることができるようにしたものである。この目視検査用ライト100は、上面及び下面に開口部101a、101bを有する金属性のカバー101と、カバー101の内部に収容されるLED201が実装された基板200と、LED201から発生する熱を放熱させるための放熱板300と、透光性を有する素材で形成された導光体400と、導光体400の下面に設けられたシート状のフレネルレンズ500とから構成されている。
As shown in the figure, the
ここで、LED201は、赤色LEDと緑色LEDと、青色LEDとで構成されているものとする。なお、赤色LED、緑色LED及び青色LEDが1つのパッケージに集積された3色LEDであってもよい。そして、各色の発光を調整することにより、検査体を観察するのに適した色の光を発光させることができる。また、このLED201の発光する光は熱を帯びることがないため検査体が生物の場合であっても、生物を傷めることなく観察することができる。
Here, it is assumed that the
図2は、この目視検査用ライト100を下方から見た図である。
図に示すように、この目視検査用ライト100はリング状に構成されている。開口部101a、101bを有する金属性のカバー101の開口部101a部分には、図示しないが拡大鏡が配置される。また、フレネルレンズ500は導光体400の下面略全体を覆うように設けられている。
FIG. 2 is a view of the
As shown in the figure, the
図3は、LED201が実装された基板200の下面側を示す斜視図である。
図に示すように、基板200は平板状でリング状に構成されており、LED201は、基板200の下面側の外周に沿うようにして等間隔で実装されている。この基板200の外周側には、導光体400を下面側に設置し固定するための金具202と、LED201の点灯制御を行う制御基板203と、が設けられている。
FIG. 3 is a perspective view showing the lower surface side of the
As shown in the figure, the
図4は、LED201が実装された基板200の第1の変形例を示した図であり、図5は、図4に示すA−A’線断面図である。
図3と同一の内容については同一の符号を付したので重複する説明は省略するが、図に示すように、基板200の下面側には、基板200の幅方向略中央部に孔部20が等間隔で外周と同心的に穿設されており、この孔部20にLED201が実装されている。この孔部20は、図5に示すように、LED201を実装できる深さを有し、その壁面には反射塗料21が塗布されている。この塗布された反射塗料21によって、LED201が発光した光を反射させ、漏れなく導光体400へ入射させる。
4 is a diagram showing a first modification of the
Since the same reference numerals are given to the same contents as those in FIG. 3, the overlapping description is omitted. However, as shown in the figure, a
図6は、LED201が実装された基板200の第2の変形例を示した図であり、図7は、図6に示すB−B’線断面図である。
図3および図4と同一の内容については同一の符号を付したので重複する説明は省略するが、図示するように、基板200の下面側には、基板200と同心円状の溝部30が形成されており、この溝部30の底面に等間隔でLED201が実装されている。この溝部30は、図7に示すように、LED201を実装できる深さを有する。
6 is a view showing a second modification of the
3 and 4 are given the same reference numerals and redundant description is omitted, but as shown in the figure, a
図8は、LED201が実装された基板200の上面側、即ち、図3,図4および図6に示された側とは反対側、の斜視図である。
図に示すように、基板200の上面側には金具202が設けられている。この金具202は、上述したように基板200の下面側にも連設されており、下面側では導光体400を固定し、上面側では基板200をカバー101に固定するものである。
FIG. 8 is a perspective view of the upper surface side of the
As shown in the figure, a
図9は、放熱板300の構成を示した斜視図である。
図に示すように、放熱板300は平板状でリング状に構成されており、基板200の外径及び内径と略同一に構成されている。この放熱板300は、LED201の駆動によって発生する熱を放熱させるためのものであり、基板200の上面側に設置される。なお、放熱板300は、熱伝導性の高い金属(例えば、アルミニウム等)で形成されている。
FIG. 9 is a perspective view showing the configuration of the
As shown in the figure, the
図10は、導光体400を上面側から見た斜視図である。
図に示すように、導光体400は、耐熱性、絶縁性及び光透過性を有する素材で、例えば、アクリル樹脂やポリカーボネート樹脂等で略環球形状に形成されている。また、導光体400の一部には、LED201による発光の光を反射させるための反射膜が形成されている。
FIG. 10 is a perspective view of the
As shown in the drawing, the
図11〜図13は、導光体400の構造及び基板への設置状態を示す断面図である。
図に示すように、導光体400は、LED201からの光を入射させる入射部401と、入射した光を混光させる混光部402と、から構成されている。
11 to 13 are cross-sectional views showing the structure of the
As shown in the drawing, the
入射部401は、LED201の設置部位を囲む凹形状の凹部401aと、LED201の発光光を導光体400内に反射させる反射面401cと、からなる。この凹部401aの開口部はLED201よりも大きく、例えば、図3に示すような基板200上にLED201が実装されている場合には、基板200の下面に導光体400を設置したときに、当該開口部がLED201の真下に位置し、LED201を囲うようにして覆う状態となる(図11)。
また、図4に示すように基板200の孔部20の底面にLED201が実装されている場合に、凹部401aの開口部が孔部20の真下に位置した状態となり(図12)、孔部20の壁面21に塗布されている反射塗料にLEDの発光の光が反射して入射部401へ入射される。
さらに、図6に示すように基板200の溝部30の底面にLED201が実装されている場合に、溝部30の幅は凹部401aより大きいため、凹部401aが溝部30に嵌ることにより凹部401aの開口部がLED201の真下に位置し、LED201を囲うようにして覆う状態となる(図13)。
そして、凹部401aの内壁面にはLED201の発光光を反射させる反射塗料401bが塗布されており、LED201から発射される光がこの反射塗料401bで反射することで、LED201の発光光を漏れなく反射面401cに反射させることができる。
The
Further, as shown in FIG. 4, when the
Furthermore, as shown in FIG. 6, when the
A
反射面401cは、導光体400の内径側に向かって直線状に傾斜しており、この傾斜面に、白色の塗料が塗布され反射膜を形成している。この傾斜面の傾斜角度Rは30〜50°の範囲で変えることができ、この傾斜角度Rの変更により、検査体への焦点距離を変えることができる。
なお、この反射面401cは弧状でもよく、照射する対象物によってその形状を変えてもよい。
The
In addition, this
混光部402は、断面形状において略円形状の上面であって反射塗料が塗布された反射面402aと直線状の側面であって反射塗料が塗布された反射面402bと、直線状の底面であって、混光部402内で混光された光を出光させる出光面402cとから形成されている。この出光面402cには、フレネルレンズ500が設けられている。
The
混光部402では、入射部401の反射面401cに反射したLED201の光が、上面402a及び側面402bの内壁に形成された反射膜に繰り返し反射し、混光部402内で混光し、混光された光はフレネルレンズ500を介して、導光体400の中心軸に向かって出光される。
In the
図14は、フレネルレンズ500の構成を示した断面図である。
フレネルレンズ500は、アクリル樹脂やポリカーボネート樹脂等で形成されており、一方側の面に略平面状で導光体400の出光面402cと接着する接着面501を有し、他方側の面に複数の同心円状で略三角構造の断面のレンズ部502を有する。
FIG. 14 is a cross-sectional view showing the configuration of the
The
導光体400の出光面402cを略球面にし、球面の曲率を変えることで種々の検査体に応じた焦点距離を作り出すことができるが、そのためには、様々な曲率の球面を有する導光体400を用意する必要があり、コスト高の原因となる。また、出光面402cを略球面状に加工するにもコストが嵩むことから検査体に応じた焦点距離を作り出す導光体400を用意することは困難である。
The
そこで、導光体400の出光面402cを略平面状にし、そこにフレネルレンズ500を貼り付けることで検査体に応じた焦点距離を作りだすことができる。このフレネルレンズ500は、上記したように一方側の面が接着面501となっており、導光体400の出光面402cに容易に接着したり剥がしたりすることができる。
Therefore, the
また、フレネルレンズ部502の略三角構造を変形させることで焦点距離を変えることができる。さらに、様々な焦点距離を作りだすことができるフレネルレンズ500を揃えることは、導光体400の出光面402cを略球面状に加工するよりも、コストを抑えることができる。
Further, the focal length can be changed by deforming the substantially triangular structure of the
従って、様々な焦点距離を作りだすことができるフレネルレンズ500を用意し、導光体400の出光面402cに検査体に応じた焦点距離を有するフレネルレンズ500を接着させることで、検査体に応じたLED照明装置を提供することができる。
Therefore, the
次に、図15を参照して導光体400内での光の挙動について詳細に説明する。
図15(a)〜図15(c)は、導光体内での光の挙動を示した図である。
図示するように、LED201の発光による光が入射部401内に入射され、反射面401cに反射する(図15(a))。このとき、LED201の発光による光が入射部401の凹部401aの反射塗料が塗布されている壁面401bに反射することで漏れなく導光体400内へ入射させることができる。
Next, the behavior of light in the
Fig.15 (a)-FIG.15 (c) are the figures which showed the behavior of the light within a light guide.
As shown in the drawing, the light emitted from the
反射面401cに反射した光は混光部402内に入り、混光部402の上面の反射面402aに反射し、再度、反射面401cに反射する(図15(b))。混光部402内では、再度、反射面401cに反射した光が反射面402a,402bに繰り返し反射して、いわゆるポンピングにより、導光体400内を光が繰り返し往復し、混光される。そして、混光された光は、出光面402cからフレネルレンズ500を介して出光し、LED照明装置100の下面に照射される(図15(c))。
The light reflected on the
この時、フレネルレンズ500が導光体400の中心軸に集光する構成になっているため、出光はその中心軸に集光して焦点を作ることができる。
さらに、LED201の発光による光が導光体400内で混光されることで、検査体に対して均一に照射することができ、照度ムラをなくすことができる。
At this time, since the
Further, the light emitted from the
図16は、導光体400の変形例を示した図である。
図示する導光体400は、目視検査用ライト100の照度を上げるために基板200の外周側及び内周側に実装されたLED201に対応したものである。
このような場合の導光体400は、外径側と内径側に入射部401を有する構成となっている。それぞれのLED201の発光による光は、それぞれの入射部401に入射し、反射面401cに反射して、混光部402に入る。混光部402内では、光は上面の反射面402aに反射して、前述したポンピングを繰り返し下面のフレネルレンズ500から出光する。
FIG. 16 is a view showing a modification of the
The illustrated
In such a case, the
なお、上記したLED照明装置の一例としての目視検査用ライト100は、基板や放熱板あるいは導光体をリング状(略環球形状)に形成し、開口部101aに拡大鏡(図示せず)を配置する構成であるが、これらの基板や放熱板あるいは導光体400の形状はリング状(略環球形状)に限定されるものではない。これを、例えば、直管型に形成すれば、LEDを用いた蛍光灯として提供することが可能となる。また、その他、使用態様に応じて自由に設計することができる。
In addition, the visual inspection light 100 as an example of the LED lighting device described above has a substrate, a heat sink, or a light guide formed in a ring shape (substantially ring-shaped), and a magnifying glass (not shown) in the
100 目視検査用ライト(LED照明装置)
101 カバー
101a、101b 開口部
200 基板
201 LED
202 金具
300 放熱板
400 導光体
401 入射部
401a 凹部
401b、401c 反射面
402a、402b 反射面
402c 出光面
402 混光部
500 フレネルレンズ
100 Light for visual inspection (LED lighting device)
101
202 Metal fitting 300
Claims (4)
前記導光体は、前記LEDからの入射光を前記導光体内へ入射させる入射部と、該入射部に入射された入射光を該導光体内で反射させて混光させる混光部と、前記出光面が直線状に形成されており前記混光部で混光された光を該出光面から外部に出光する出光部とからなり、The light guide includes an incident part that makes incident light from the LED enter the light guide, and a light mixing part that reflects and mixes the incident light incident on the incident part in the light guide, The light exit surface is formed in a straight line, and comprises a light exit portion that emits light mixed in the light blend portion to the outside from the light exit surface,
前記入射部は、前記LEDからの入射光を前記混光部へ反射させる平滑状であって前記入射光の光軸に対して傾斜している第1の反射面を有し、The incident part has a first reflecting surface that is smooth to reflect incident light from the LED to the light mixing part and is inclined with respect to the optical axis of the incident light,
前記混光部は、前記出光面と対向する位置に設けられ前記第1の反射面で反射された光を該入射光の光軸と異ならせて前記出光面から出光させる断面略円形状の第2の反射面と、前記第1の反射面に対向する位置に設けられ前記第1の反射面に反射した光を前記第2の反射面とともに前記導光体内で反射させる第3の反射面を有し、The light mixing section is provided at a position facing the light exit surface, and has a substantially circular cross section in which the light reflected by the first reflection surface is made different from the optical axis of the incident light and is emitted from the light exit surface. A second reflecting surface and a third reflecting surface that is provided at a position facing the first reflecting surface and reflects the light reflected by the first reflecting surface together with the second reflecting surface within the light guide. Have
前記出光部は、前記出光面に対して脱着可能なフレネルレンズを有する、The light exit portion has a Fresnel lens that is removable from the light exit surface.
ことを特徴とするLED照明装置。LED lighting device characterized by the above.
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