JP7117856B2 - Lens arrays and luminaires - Google Patents

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Description

この発明は、レンズアレイおよび照明器具に関するものである。特に、レンズによる配光制御を行う照明器具に係るものである。 The present invention relates to lens arrays and lighting fixtures. In particular, it relates to a lighting fixture that performs light distribution control using a lens.

一般的に、工場、倉庫、体育館などの施設は、天井が高い。このような高い天井に取り付けられるまたは天井から吊り下げられる照明器具がある(たとえば、特許文献1参照)。 In general, facilities such as factories, warehouses, and gymnasiums have high ceilings. There are lighting fixtures that are attached to or suspended from such high ceilings (see Patent Document 1, for example).

特開2014-026803号公報JP 2014-026803 A

高い天井の施設に取り付けられる照明器具は、高い位置からでも明るく照らせるように大光量が必要となる一方で、低消費電力化および小型軽量化に対する要求が高い。ここで、効率のよい照射を行うことができるように、天井高さに合わせて、レンズなどを用いて、ビームを絞る配光制御などが行われる。
一般に、LEDでは、低電流・低温で使う方が発光効率が高いが、高い天井に取り付けられる器具のように大光量が必要な場合には、構造の単純化や小型化の要求から、大出力のLEDを少数配置することが多い(たとえば、特許文献1参照)。
一方、LEDを低電流で使用すると発光効率は高くなるが、大光量を得るには多数個配置することが必要になり、それぞれのLEDに組み合わされるレンズなどの光学系も含めると、構造が複雑で大型化してしまうという問題があった。
Lighting fixtures installed in facilities with high ceilings require a large amount of light so that they can shine brightly even from a high position. Here, in order to perform efficient irradiation, light distribution control or the like is performed by narrowing the beam using a lens or the like according to the height of the ceiling.
In general, LEDs have higher luminous efficiency when used at low current and low temperature. LEDs are arranged in a small number in many cases (see, for example, Patent Document 1).
On the other hand, using LEDs with a low current increases the luminous efficiency, but to obtain a large amount of light, it is necessary to arrange a large number of LEDs. However, there was a problem that it became large in size.

この発明は、上記のような課題を解決するため、多数個配置されたLEDに対して、大型化することなく、高い光学系効率の配光制御を行うことができるレンズアレイおよび効率の良い照明器具を得ることを目的とする。 In order to solve the above-described problems, the present invention provides a lens array and an efficient lighting system that can perform light distribution control with high optical system efficiency without increasing the size of a large number of arranged LEDs. The purpose is to obtain an instrument.

上記の課題を解決するために、この発明に係るレンズアレイは、複数のLED素子から発せられる光の配光を制御するレンズアレイであって、レンズアレイは、LED素子に一対一に対応して、LED素子が発する光の配光を制御する複数のレンズを有し、レンズは、光を全反射する全反射面が設けられた側面部反射面を有する側面部と、照射側に設けられ、レンズ内部を通過した光を、光の光軸方向に屈折させる凹部側壁を有する凹部と、レンズ中央部となる凹部の底部に、レンズ中央部を通過した光を屈折させる凸部とを備え、照射側にある凸部の側壁は、複数の面に分割されて構成されているものである。 In order to solve the above problems, a lens array according to the present invention is a lens array for controlling light distribution of light emitted from a plurality of LED elements, wherein the lens array corresponds to the LED elements on a one-to-one basis. , having a plurality of lenses for controlling the light distribution of light emitted by the LED element, the lenses are provided on the side portion having a side portion reflection surface provided with a total reflection surface for totally reflecting light, and on the irradiation side, A concave portion having a concave side wall that refracts light passing through the inside of the lens in the direction of the optical axis of the light, and a convex portion that refracts the light that has passed through the lens central portion at the bottom of the concave portion serving as the lens central portion. The side wall of the protrusion on the side is divided into a plurality of surfaces .

この発明のレンズアレイによれば、各レンズにおいて、側面部と、凹部とを備えることで、レンズ径を大きくすることなく、効率良く配光を絞ることができる。このため、LED素子およびレンズを密に多数個実装することができ、照明器具の効率をよくすることができる。 According to the lens array of the present invention, since each lens has a side surface portion and a concave portion, light distribution can be efficiently narrowed without increasing the lens diameter. Therefore, a large number of LED elements and lenses can be densely mounted, and the efficiency of the lighting equipment can be improved.

この発明の実施の形態1に係る照明器具100を示す分解斜視図である。1 is an exploded perspective view showing a lighting fixture 100 according to Embodiment 1 of the present invention; FIG. この発明の実施の形態1に係るレンズアレイ20の外観を示す図である。It is a figure which shows the external appearance of the lens array 20 which concerns on Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態1に係るレンズアレイ20が有するレンズ21の単体における外観を示す図である。3 is a diagram showing the appearance of a single lens 21 included in the lens array 20 according to Embodiment 1 of the present invention; FIG. この発明の実施の形態1に係るレンズ21を上下方向に切断した断面を示す図である。It is a figure which shows the cross section which cut|disconnected the lens 21 based on Embodiment 1 of this invention in the up-down direction. この発明の実施の形態1に係るレンズ21を通過する光の光路について説明する図である。It is a figure explaining the optical path of the light which passes through the lens 21 which concerns on Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態1に係る照明器具100の配光曲線を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing a light distribution curve of lighting fixture 100 according to Embodiment 1 of the present invention; この発明の実施の形態1に係る色ムラなどの比較を示す図である。It is a figure which shows comparison of color unevenness etc. based on Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態2に係る照明器具100におけるLEDモジュール10のLEDパッケージ11およびレンズアレイ20のレンズ21の配置について説明する図である。FIG. 4 is a diagram illustrating the arrangement of LED packages 11 of LED module 10 and lenses 21 of lens array 20 in lighting fixture 100 according to Embodiment 2 of the present invention. この発明の実施の形態3に係るLEDモジュール10とレンズアレイ20との関係を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing the relationship between an LED module 10 and a lens array 20 according to Embodiment 3 of the present invention;

以下、発明の実施の形態に係る照明器具について、図面などを参照しながら説明する。以下の図面において、同一の符号を付したものは、同一またはこれに相当するものであり、以下に記載する実施の形態の全文において共通することとする。そして、明細書全文に表わされている構成要素の形態は、あくまでも例示であって、明細書に記載された形態に限定するものではない。特に構成要素の組み合わせは、各実施の形態における組み合わせのみに限定するものではなく、他の実施の形態に記載した構成要素を別の実施の形態に適用することができる。また、以下の説明において、基本的には、天井側を「上側」とし、床側を「下側」として説明する。そして、図面において、各構成部材の大きさの関係が実際のものとは異なる場合がある。 Hereinafter, lighting fixtures according to embodiments of the invention will be described with reference to the drawings. In the following drawings, the same reference numerals denote the same or corresponding parts, and are common throughout the embodiments described below. The forms of the constituent elements shown in the entire specification are merely examples, and are not limited to the forms described in the specification. In particular, the combination of components is not limited only to the combinations in each embodiment, and the components described in other embodiments can be applied to other embodiments. Also, in the following description, basically, the ceiling side will be referred to as the "upper side" and the floor side will be referred to as the "lower side". In addition, in the drawings, the size relationship of each component may differ from the actual size.

実施の形態1.
図1は、この発明の実施の形態1に係る照明器具100を示す分解斜視図である。実施の形態1の照明器具100は、LEDモジュール10、レンズアレイ20、ヒートシンク30および保護カバー40を備えている。上側から照射(出射)方向となる下側への上下方向(縦方向)に対し、ヒートシンク30、LEDモジュール10、レンズアレイ20、保護カバー40の順に配設される。
Embodiment 1.
FIG. 1 is an exploded perspective view showing lighting fixture 100 according to Embodiment 1 of the present invention. A lighting fixture 100 of Embodiment 1 includes an LED module 10 , a lens array 20 , a heat sink 30 and a protective cover 40 . The heat sink 30, the LED module 10, the lens array 20, and the protective cover 40 are arranged in this order in the up-down direction (longitudinal direction) from the upper side to the lower side, which is the irradiation (emission) direction.

LEDモジュール10は、LED(Light Emitting Diode)素子を有する複数のLEDパッケージ11が略長方形の基板12に配置されている。実施の形態1のLEDパッケージ11は、SMD(Surface Mounted Device)タイプ(表面実装型)であるものとする。また、実施の形態1のLEDパッケージ11が有するLED素子は、白色光を発する白色LED素子であるものとする。LEDパッケージ11が配置された方の面が発光面となる。発光面は下側を向くこととなる。 The LED module 10 includes a plurality of LED packages 11 having LED (Light Emitting Diode) elements arranged on a substantially rectangular substrate 12 . It is assumed that the LED package 11 of Embodiment 1 is of SMD (Surface Mounted Device) type (surface mount type). Also, the LED elements included in the LED package 11 of Embodiment 1 are assumed to be white LED elements that emit white light. The surface on which the LED package 11 is arranged becomes the light emitting surface. The light emitting surface faces downward.

レンズアレイ20は、LEDモジュール10のLEDパッケージ11から発せられた光を配光制御する複数のレンズ21を有している。レンズアレイ20は、LEDモジュール10を発光面側から覆っている。レンズアレイ20については、後に詳述する。ヒートシンク30は、LEDモジュール10から吸熱して放熱させる。ヒートシンク30は、LEDモジュール10の発光面とは反対側の面でLEDモジュール10と接触している。また、ヒートシンク30は、レンズアレイ20とは、レンズアレイ20の枠部分で取り付けられ、接触している。保護カバー40は、レンズアレイ20、LEDモジュール10などを保護する。保護カバー40は、LEDモジュール10が発した光を透過させて床面に向けて照射する透明のカバーである。保護カバー40は、レンズアレイ20を覆って、ヒートシンク30に取り付けられる。 The lens array 20 has a plurality of lenses 21 that control light distribution of light emitted from the LED packages 11 of the LED modules 10 . The lens array 20 covers the LED module 10 from the light emitting surface side. The lens array 20 will be detailed later. The heat sink 30 absorbs and releases heat from the LED module 10 . The heat sink 30 is in contact with the LED module 10 on the side opposite to the light emitting surface of the LED module 10 . Also, the heat sink 30 is attached to the lens array 20 at the frame portion of the lens array 20 and is in contact with the lens array 20 . The protective cover 40 protects the lens array 20, the LED module 10, and the like. The protective cover 40 is a transparent cover that transmits the light emitted by the LED module 10 and irradiates the floor surface with the light. A protective cover 40 covers the lens array 20 and is attached to the heat sink 30 .

LEDの一般的な特性として、LEDパッケージに流れる電流またはLED素子の温度が低くなると、LEDパッケージ自体の発光効率(lm/W)が高くなる。所要の光量を得るのに、多くのLEDパッケージを実装した方が、一粒のLEDパッケージあたりに流れる電流を減らすことができ、かつ、熱の集中を抑えることができる。したがって、大型のLEDパッケージに大電流を流して発光させるよりも、小粒なLEDパッケージを数多く基板上に実装した方が、同等の発光量(光束)を得ながら、発光効率(lm/W)を高くすることができる。 As a general characteristic of LEDs, when the current flowing through the LED package or the temperature of the LED element decreases, the luminous efficiency (lm/W) of the LED package itself increases. Mounting a large number of LED packages to obtain the required amount of light can reduce the amount of current flowing through each LED package, and can also suppress the concentration of heat. Therefore, it is better to mount a large number of small LED packages on a board than to emit light by passing a large current through a large LED package, while obtaining the same amount of light (luminous flux), while increasing the luminous efficiency (lm/W). can be higher.

また、レンズを用いて、LEDパッケージの配光を制御する場合、一粒のLEDパッケージに、1つのレンズを対応させるとよい。各LEDパッケージから発せられる全方位の光を、対応するレンズにより配光制御することで、光学系効率(光取り出し効率)をよくすることができる。 Further, when the light distribution of the LED package is controlled using a lens, it is preferable that one lens corresponds to one LED package. The optical system efficiency (light extraction efficiency) can be improved by controlling the light distribution of the omnidirectional light emitted from each LED package with the corresponding lens.

以上より、実施の形態1の照明器具100においては、レンズ21を用いて、効率よく配光制御を行うために、1つのレンズ21と一粒のLEDパッケージ11とを、一対一で対応させる。
また、後述するレンズ21における側面部24と凹部25により、配光を絞りながらもレンズ21の径をできるだけ小さくすることで、LEDモジュール10を大型化することなく、多くのLEDパッケージ11を並べられるようにする。
As described above, in the lighting device 100 of Embodiment 1, one lens 21 and one LED package 11 are associated one-to-one in order to efficiently perform light distribution control using the lens 21 .
Further, by making the diameter of the lens 21 as small as possible while narrowing the light distribution by the side surface portion 24 and the concave portion 25 of the lens 21, which will be described later, many LED packages 11 can be arranged without increasing the size of the LED module 10. make it

図2は、この発明の実施の形態1に係るレンズアレイ20の外観を示す図である。図2(a)は、保護カバー40との対向面における外観を示す図である。また、図2(b)は、LEDモジュール10との対向面における外観を示す図である。レンズアレイ20は、前述したように、複数のレンズ21を有している。実施の形態1のレンズアレイ20は、複数のレンズ21を一体成形した一体成形品である。そして、前述したように、一粒のLEDパッケージ11に、レンズアレイ20の1つのレンズ21が一対一で対応している。 FIG. 2 is a diagram showing the appearance of the lens array 20 according to Embodiment 1 of the present invention. FIG. 2(a) is a diagram showing the appearance of the surface facing the protective cover 40. FIG. 2(b) is a diagram showing the appearance of the surface facing the LED module 10. As shown in FIG. The lens array 20 has a plurality of lenses 21 as described above. The lens array 20 of Embodiment 1 is an integrally molded product in which a plurality of lenses 21 are integrally molded. As described above, one lens 21 of the lens array 20 corresponds to one LED package 11 on a one-to-one basis.

図3は、この発明の実施の形態1に係るレンズアレイ20が有するレンズ21の単体における外観を示す図である。図3(a)は、LEDモジュール10と対向する入光(入射)側から、レンズ21を見た図である。また、図3(b)は、保護カバー40と対向する照射(出射)側から、レンズ21を見た図である。さらに、図3(c)は、入光側を中心にレンズ21を見た斜視図である。そして、図3(d)は、照射側を中心にレンズ21を見た斜視図である。 FIG. 3 is a diagram showing the appearance of a single lens 21 included in the lens array 20 according to Embodiment 1 of the present invention. FIG. 3( a ) is a view of the lens 21 viewed from the light incident (incident) side facing the LED module 10 . 3B is a view of the lens 21 viewed from the irradiation (emission) side facing the protective cover 40. FIG. Further, FIG. 3(c) is a perspective view of the lens 21 with the light incident side as the center. FIG. 3D is a perspective view of the lens 21 centering on the irradiation side.

また、図4は、この発明の実施の形態1に係るレンズ21を上下方向に切断した断面を示す図である。さらに、図5は、この発明の実施の形態1に係るレンズ21を通過する光の光路について説明する図である。そして、図6は、この発明の実施の形態1に係る照明器具100の配光曲線を示す図である。 FIG. 4 is a cross-sectional view of the lens 21 according to Embodiment 1 of the present invention taken vertically. Furthermore, FIG. 5 is a diagram illustrating the optical path of light passing through the lens 21 according to Embodiment 1 of the present invention. FIG. 6 is a diagram showing a light distribution curve of lighting fixture 100 according to Embodiment 1 of the present invention.

レンズアレイ20の各レンズ21は、主として、LEDパッケージ11が発する光を透過させる透明な部材を有している。図5に示すように、LEDパッケージ11から出射し、レンズ21に入光する光の中で、光軸から離れた方向に向かう光(図5(a)の光202および光201a)は、ドーム状の側面部24に入射する。側面部24は、ドーム頂部が開口しており、内部には空間が形成されている。特に限定するものではないが、実施の形態1の照明器具100では、LEDパッケージ11の凸状部分を、開口した頂部よりも下側の空間内に位置させる。LEDパッケージ11の発光部分となる凸状部分を側面部24で囲むことで、側面部24は、半球方向に広がる光を効率よく取り込むことができる。側面部24の大きさなどについては、特に限定するものではないが、たとえば、後述するように、全反射面において反射させる光の角度などによって設定する。 Each lens 21 of the lens array 20 mainly has a transparent member that transmits light emitted by the LED package 11 . As shown in FIG. 5, among the light that is emitted from the LED package 11 and enters the lens 21, the light directed away from the optical axis (the light 202 and the light 201a in FIG. 5A) is the dome light. incident on the shaped side surface portion 24 . The side portion 24 is open at the top of the dome and has a space formed therein. Although not particularly limited, in the lighting fixture 100 of Embodiment 1, the convex portion of the LED package 11 is positioned in the space below the top of the opening. By surrounding the convex portion that is the light emitting portion of the LED package 11 with the side surface portion 24, the side surface portion 24 can efficiently take in the light that spreads in the hemispherical direction. The size and the like of the side surface portion 24 are not particularly limited, but are set, for example, by the angle of light reflected on the total reflection surface, as will be described later.

ここで、実施の形態1の照明器具100では、図4に示すように、側面部24の側面部入光面24Aの壁面断面形状を、S字カーブ形状とする。側面部入光面24Aの断面形状をS字カーブ形状にして、マイクロレンズ部27がある中央入光面を設定された範囲にしつつ、頂部の開口を広げることにより、側面部24とLEDパッケージ11との距離を長くとることができる。このため、レンズ21が、LEDパッケージ11に接触しないように、余裕を持たせることができる。前述したように、LEDパッケージ11の発光部分が、側面部24の入光側の空間に入り込む位置に配置する場合には、特に有効である。 Here, in the lighting fixture 100 of Embodiment 1, as shown in FIG. 4, the cross-sectional wall surface shape of the side portion light incident surface 24A of the side portion 24 is an S-curve shape. The cross-sectional shape of the side light incident surface 24A is made into an S-curve shape, and the central light incident surface with the microlens portion 27 is set within a set range, and the top opening is widened, so that the side portion 24 and the LED package 11 You can increase the distance between Therefore, a margin can be provided so that the lens 21 does not come into contact with the LED package 11 . As described above, it is particularly effective when the light emitting portion of the LED package 11 is arranged at a position where it enters the space on the light incident side of the side surface portion 24 .

図5により、側面部反射面24Bおよびこれと関係して機能する凹部25の役割について説明する。側面部24において、側面部反射面24Bの内側は、側面部入光面24Aを介して、レンズ21内を通過する光軸から離れた方向の光を全反射する全反射面となっている。 The role of the side reflecting surface 24B and the recessed portion 25 functioning in relation thereto will be described with reference to FIG. In the side portion 24, the inner side of the side portion reflection surface 24B is a total reflection surface that totally reflects light passing through the lens 21 in a direction away from the optical axis via the side portion light entrance surface 24A.

側面部反射面24Bの出射側の径を大きくとれば、光201cを光軸方向に反射して配光を絞りやすいが、レンズ21が大型化してしまう(図5(c))。また、側面部反射面24Bの出射側の径を小さくとれば、光201bが光軸から離れた方向に反射して配光が絞れない(図5(b))。 If the diameter of the exit side of the side reflecting surface 24B is increased, the light 201c is reflected in the optical axis direction and the light distribution is easily narrowed, but the lens 21 becomes large (FIG. 5(c)). Further, if the diameter of the exit side of the side reflecting surface 24B is made small, the light 201b is reflected in a direction away from the optical axis and the light distribution cannot be narrowed (FIG. 5(b)).

そこで、側面部反射面24Bの出射側の径を小さくしながらも、凹部25を設ける。これにより側面部反射面24Bで反射した光は、凹部側壁25Aで光軸方向寄りに屈折して出射する(図5(a)の光201a)ため、配光を絞ると同時に、レンズ径を小さくすることができる。 Therefore, the concave portion 25 is provided while reducing the diameter of the exit side of the side reflecting surface 24B. As a result, the light reflected by the side reflecting surface 24B is refracted by the recess side wall 25A toward the optical axis direction and emitted (light 201a in FIG. 5A). can do.

以上のように、LEDパッケージ11から発せられる光のうち、出射方向の中心となる光軸を0°としたときに、光軸から離れた方向に出射される光は、全反射面である側面部反射面24Bと凹部25によって、光軸方向側に向かって光路を制御される。そして、図6に示すように、約45°以上の光が抑えられ、光軸方向に光が集中する配光が得られる。 As described above, among the light emitted from the LED package 11, when the optical axis that is the center of the emission direction is 0°, the light emitted in the direction away from the optical axis is reflected by the side surface which is a total reflection surface. The optical path is controlled toward the optical axis direction side by the partial reflection surface 24B and the concave portion 25 . Then, as shown in FIG. 6, light of about 45° or more is suppressed, and a light distribution in which light is concentrated in the optical axis direction is obtained.

実施の形態1のレンズ21は、さらに、凹部25の底部となるレンズ中央部に、凸部26を設けている。図5(a)に示すように、凸部26は、レンズ中央部を通過した光を屈折させ、光がレンズ21に再入射することを減らし、光軸方向に出射させる(図5(a)の光203)。このため、光学系効率がよくなり、またよりビームを絞ることができる。照射側のレンズ中央部にある凸部26の径は、後述するマイクロレンズ部27が設置される入光側のレンズ中央部における径よりも大きくする。また、前述した全反射面となる側面部反射面24Bの内側における径は、凸部26の径よりもよりも大きい径で構成する。以上のような径の関係で、側面部24および凸部26の大きさを規定すると、光学系効率を高くすることができる。 The lens 21 of Embodiment 1 further has a convex portion 26 at the center portion of the lens, which is the bottom portion of the concave portion 25 . As shown in FIG. 5A, the convex portion 26 refracts the light that has passed through the central portion of the lens, reduces the re-entering of the light into the lens 21, and causes the light to exit in the direction of the optical axis (FIG. 5A). light 203). Therefore, the efficiency of the optical system is improved, and the beam can be further focused. The diameter of the convex portion 26 at the center of the lens on the irradiation side is made larger than the diameter at the center of the lens on the light entrance side where the microlens portion 27 (to be described later) is installed. In addition, the inner diameter of the side reflecting surface 24</b>B, which serves as the total reflecting surface, is set to be larger than the diameter of the convex portion 26 . By defining the sizes of the side surface portion 24 and the convex portion 26 based on the diameter relationship as described above, the optical system efficiency can be increased.

また、実施の形態1の照明器具100のレンズ21においては、入光側のレンズ中央部に、複数の丸型凸状のマイクロレンズ27Aを有するマイクロレンズ部27を有している。マイクロレンズ27Aは、入光側に形成されている(図3(a)、図4)。 Further, the lens 21 of the lighting fixture 100 of Embodiment 1 has a microlens portion 27 having a plurality of round convex microlenses 27A at the center of the lens on the light incident side. The microlens 27A is formed on the light incident side (FIGS. 3A and 4).

また、実施の形態1において、前述した側面部反射面24Bおよび凸部26の側壁は、複数の面に分割されて構成されているものとする(図3)。側面部反射面24Bの内側の全反射面については、縦方向(上下方向)および周方向にそれぞれ複数分割される。複数の面に分割することで、以下に示すような、照明器具100の照射光の質を高めることができる。 Further, in Embodiment 1, the side wall reflecting surface 24B and the side wall of the projection 26 are divided into a plurality of surfaces (FIG. 3). The inner total reflection surface of the side reflection surface 24B is divided into a plurality of parts in the vertical direction (vertical direction) and the circumferential direction. Dividing into a plurality of surfaces can improve the quality of light emitted from the lighting device 100 as described below.

たとえば、一般的な白色光を発するLEDパッケージは、LED素子が発光した青色の光と、青色の光を励起光として蛍光体が発する黄色主体の光との混光により得られた白色の光を発する。青色光が蛍光体層を通過する距離の違いにより、方向によって、青色または黄色に偏った色の光となる傾向がある。レンズなどでこの白色LEDの光の制御を行う場合には、方向による光源の色の偏りが照射面にも影響を及ぼすことがある。従来は、レンズの出射面を粗面にして、光を拡散することで、色が偏らないようにしていた。これは、簡便な方法ではあるが、光を拡散させるため、配光形状がくずれたり、まぶしさを生じるという欠点があった。 For example, a general LED package that emits white light emits white light obtained by mixing blue light emitted by an LED element and mainly yellow light emitted by a phosphor using blue light as excitation light. emit. Due to the difference in the distance that blue light passes through the phosphor layer, the light tends to be blue or yellow depending on the direction. When the light of this white LED is controlled by a lens or the like, the directionally biased color of the light source may also affect the irradiation surface. In the past, the exit surface of the lens was roughened to diffuse the light so that the colors would not be biased. Although this is a simple method, it has the drawback that the shape of the light distribution is deformed and glare is caused because the light is diffused.

実施の形態1の照明器具100においては、側面部反射面24Bおよび凸部26の側壁を複数の面で構成する。また、入光側のレンズ中央部には、複数のマイクロレンズ27Aを有するマイクロレンズ部27を構成する。このような構成を有することで、配光形状と効率への影響を抑えながら、適度に光を混合して色ムラを抑制する。ここで、いずれか一方の構成としてもよい。 In the lighting fixture 100 of Embodiment 1, the side wall reflecting surface 24B and the side wall of the convex portion 26 are composed of a plurality of surfaces. In addition, a microlens portion 27 having a plurality of microlenses 27A is formed in the central portion of the lens on the light entrance side. By having such a configuration, while suppressing the influence on the light distribution shape and efficiency, light is appropriately mixed to suppress color unevenness. Here, either one of the configurations may be used.

図7は、この発明の実施の形態1に係る色ムラなどの比較を示す図である。図7(a)は、実施の形態1のレンズ21を通過させて出射された光を表している。また、図7(b)は、実施の形態1のレンズ21におけるマイクロレンズ部27、側面部反射面24Bおよび凸部26の側壁の複数面構成を施さない場合に出射された光を表している。図7に示すように、LEDパッケージ11から発せられた光を、レンズ21を通過させて照射することで、色ムラを抑制することができる。また照射されてしまうLEDチップイメージの投影像が緩和され、自然な円形の光が照射されることがわかる。 FIG. 7 is a diagram showing a comparison of color unevenness and the like according to Embodiment 1 of the present invention. FIG. 7(a) shows light emitted through the lens 21 of the first embodiment. FIG. 7(b) shows the light emitted when the microlens portion 27, the side wall reflecting surface 24B, and the side wall of the convex portion 26 in the lens 21 of Embodiment 1 are not provided with a multi-surface structure. . As shown in FIG. 7, by passing the light emitted from the LED package 11 through the lens 21 and irradiating it, color unevenness can be suppressed. In addition, it can be seen that the projection image of the LED chip image that would otherwise be irradiated is alleviated, and natural circular light is irradiated.

ここで、実施の形態1の照明器具100においては、LEDモジュール10上において、複数のLEDパッケージ11が四方配列されているものとする。このため、レンズアレイ20中のレンズ21も四方配列される。このとき、図3などに示すように、レンズ21の側面部反射面24Bにおける全反射面の縦方向の分割数を4の倍数とすることで、隣のレンズ21との距離を最も近づけることができる。このため、より密にLEDパッケージ11のLED素子を配列することができる。実施の形態1では、図3に示すように、16分割している。 Here, in the lighting fixture 100 of Embodiment 1, it is assumed that a plurality of LED packages 11 are arranged in four directions on the LED module 10 . Therefore, the lenses 21 in the lens array 20 are also arranged in four directions. At this time, as shown in FIG. 3 and the like, by setting the number of vertical divisions of the total reflection surface of the side reflection surface 24B of the lens 21 to a multiple of 4, the distance to the adjacent lens 21 can be minimized. can. Therefore, the LED elements of the LED package 11 can be arranged more densely. In Embodiment 1, as shown in FIG. 3, it is divided into 16 parts.

実施の形態1では、最適例として縦方向の分割数を4の倍数としているが、これに限るものではない。光学系効率が許容される範囲で、LEDパッケージ11同士の距離および配列、レンズ21同士の距離および配列などに応じて変更してもよい。 In Embodiment 1, the number of divisions in the vertical direction is a multiple of 4 as an optimum example, but the number is not limited to this. It may be changed according to the distance and arrangement between the LED packages 11, the distance and arrangement between the lenses 21, and the like, within the range where the optical system efficiency is allowed.

以上のように、実施の形態1の照明器具100では、レンズアレイ20の各レンズ21において、全反射面が設けられた側面部反射面24Bを有する側面部24と、光を光軸寄りに屈折させる凹部25を備える。このため、光の広がりを抑えながら、レンズ径を小さくすることができる。そして、LEDパッケージ11およびレンズ21を密に実装することができ、同面積により多数のLEDを実装することで、照明器具100の効率をよくすることができる。
また、レンズ21において、レンズ中央部分に凸部26を備えることで、レンズ中央部を通過した光を屈折させて、光がレンズ21内に再入射することを減らすことができる。このため、光学系効率がよくなり、よりビームを絞ることができる。
そして、マイクロレンズ27Aを設け、側面部反射面24Bおよび凸部26の側壁を複数の面で構成することで、色ムラなどを抑えることができる。
As described above, in the lighting fixture 100 of Embodiment 1, in each lens 21 of the lens array 20, the side portion 24 having the side portion reflecting surface 24B provided with a total reflection surface and the side portion 24 that refracts light toward the optical axis. It has a recess 25 that allows Therefore, the lens diameter can be reduced while suppressing the spread of light. In addition, the LED package 11 and the lens 21 can be densely mounted, and by mounting a large number of LEDs in the same area, the efficiency of the lighting device 100 can be improved.
In addition, by providing the lens 21 with the convex portion 26 in the lens central portion, it is possible to refract the light passing through the lens central portion and reduce the re-entering of the light into the lens 21 . Therefore, the efficiency of the optical system is improved, and the beam can be further focused.
By providing the microlenses 27A and forming the side reflecting surfaces 24B and the side walls of the convex portions 26 with a plurality of surfaces, it is possible to suppress color unevenness.

また、実施の形態1の照明器具100は、透明な保護カバー40をヒートシンク30に取り付け、LEDモジュール10とレンズアレイ20を覆うようにした。このため、照明器具100にボールが当たるなど、外部からの衝撃によって、レンズアレイ20(レンズ21)がずれないようにする。したがって、LEDパッケージ11(LEDモジュール10)が破損してしまうことなどを防止することができる。そして、LEDパッケージ11が点灯しないなどの不具合が生じないようにする。 Moreover, the lighting device 100 of Embodiment 1 has a transparent protective cover 40 attached to the heat sink 30 to cover the LED module 10 and the lens array 20 . Therefore, the lens array 20 (lenses 21) is prevented from being displaced by an external impact such as a ball hitting the lighting device 100. - 特許庁Therefore, it is possible to prevent the LED package 11 (LED module 10) from being damaged. Then, troubles such as not lighting the LED package 11 are prevented.

実施の形態2.
図8は、この発明の実施の形態2に係る照明器具100におけるレンズアレイ20のレンズ21の配置について説明する図である。実施の形態1においては、LEDモジュール10のLEDパッケージ11およびレンズアレイ20のレンズ21が四方配列されているものとして説明した。
Embodiment 2.
FIG. 8 is a diagram illustrating the arrangement of lenses 21 of lens array 20 in lighting fixture 100 according to Embodiment 2 of the present invention. In Embodiment 1, it is assumed that the LED packages 11 of the LED module 10 and the lenses 21 of the lens array 20 are arranged in four directions.

実施の形態2の照明器具100では、図8に示すように、レンズアレイ20のレンズ21が六方配列(ハニカム配列)されている。図8は、レンズアレイ20の一部について示している。レンズ21が同心円または同心円に近い多面体状の場合、レンズ21を六方配列にすることで、レンズ21を最も密に並べることができる。したがって、より密にLED素子を配列することができる。図では示していないが、LEDモジュール10のLEDパッケージ11についても、レンズ21と同様の位置関係で六方配列している。 In the lighting fixture 100 of Embodiment 2, as shown in FIG. 8, the lenses 21 of the lens array 20 are arranged in a hexagonal arrangement (honeycomb arrangement). FIG. 8 shows part of the lens array 20. As shown in FIG. When the lenses 21 are concentric circles or polyhedrons close to concentric circles, the lenses 21 can be arranged most densely by arranging the lenses 21 in a hexagonal arrangement. Therefore, the LED elements can be arranged more densely. Although not shown in the drawing, the LED packages 11 of the LED module 10 are also hexagonally arranged in the same positional relationship as the lenses 21 .

また、レンズ21の側面部反射面24Bにおける全反射面の縦方向(上下方向)の分割数を6の倍数とすることで、隣のレンズ21との距離を最も近づけることができる。このため、より密にLEDパッケージ11のLED素子を配列することができる。図8においては、12分割している。 Further, by setting the number of divisions in the vertical direction (vertical direction) of the total reflection surface of the side reflection surface 24B of the lens 21 to a multiple of 6, the distance to the adjacent lens 21 can be minimized. Therefore, the LED elements of the LED package 11 can be arranged more densely. In FIG. 8, it is divided into 12 parts.

実施の形態3.
図9は、この発明の実施の形態3に係るLEDモジュール10とレンズアレイ20との関係を示す図である。図9(a)は、レンズアレイ20の一部を拡大した図である。また、図9(b)は、共締めについて説明する図である。前述の実施の形態1および実施の形態2では特に言及しなかったが、照明器具100において、レンズアレイ20は、ネジ穴29を有している。そして、レンズアレイ20とLEDモジュール10とは、ネジ穴29を介し、ネジ50によって、ヒートシンク30に共締めされている。共締めの構造とすることで、LEDモジュール10の各LEDパッケージ11と、レンズアレイ20の各レンズ21との位置ずれを少なくすることができる。
Embodiment 3.
FIG. 9 is a diagram showing the relationship between the LED module 10 and the lens array 20 according to Embodiment 3 of the present invention. FIG. 9A is an enlarged view of part of the lens array 20. FIG. Moreover, FIG.9(b) is a figure explaining joint tightening. Although not specifically mentioned in the first and second embodiments described above, in lighting device 100 , lens array 20 has screw holes 29 . The lens array 20 and the LED module 10 are fastened together to the heat sink 30 with screws 50 through screw holes 29 . By adopting a co-fastening structure, positional deviation between each LED package 11 of the LED module 10 and each lens 21 of the lens array 20 can be reduced.

また、図9(a)に示すように、レンズアレイ20には、ボス28が設けられている。ボス28は、レンズアレイ20の反りを抑える。たとえば、レンズアレイ20がLEDモジュール10の基板12側に反って、ボス28が、基板12に当たる。このとき、ボス28がストッパとして機能し、レンズアレイ20の反りを抑えることができる。このため、LEDパッケージ11とレンズ21との位置ずれを少なくし、LEDパッケージ11とレンズ21との接触をなくすことができる。 Further, as shown in FIG. 9A, the lens array 20 is provided with a boss 28. As shown in FIG. The boss 28 suppresses warping of the lens array 20. - 特許庁For example, the lens array 20 bends toward the substrate 12 of the LED module 10 and the bosses 28 hit the substrate 12 . At this time, the boss 28 functions as a stopper, and the warping of the lens array 20 can be suppressed. Therefore, positional deviation between the LED package 11 and the lens 21 can be reduced, and contact between the LED package 11 and the lens 21 can be eliminated.

10 LEDモジュール、11 LEDパッケージ、12 基板、20 レンズアレイ、21 レンズ、24 側面部、24A 側面部入光面、24B 側面部反射面、25 凹部、25A 凹部側壁、26 凸部、27 マイクロレンズ部、27A マイクロレンズ、28 ボス、29 ネジ穴、30 ヒートシンク、40 保護カバー、50 ネジ、100 照明器具、201a,201b,201c,202,203 光。 10 LED module, 11 LED package, 12 substrate, 20 lens array, 21 lens, 24 side surface, 24A side light entrance surface, 24B side surface reflecting surface, 25 concave portion, 25A side wall of concave portion, 26 convex portion, 27 microlens portion , 27A microlens, 28 boss, 29 screw hole, 30 heat sink, 40 protective cover, 50 screw, 100 luminaire, 201a, 201b, 201c, 202, 203 light.

Claims (12)

複数のLED素子から発せられる光の配光を制御するレンズアレイであって、
該レンズアレイは、前記LED素子に一対一に対応して、前記LED素子が発する光の配光を制御する複数のレンズを有し、
前記レンズは、前記光を全反射する全反射面が設けられた側面部反射面を有する側面部と、
照射側に設けられ、レンズ内部を通過した光を、前記光の光軸方向に屈折させる凹部側壁を有する凹部と、
レンズ中央部となる前記凹部の底部に、前記レンズ中央部を通過した光を屈折させる凸部とを備え、
前記照射側にある前記凸部の側壁は、複数の面に分割されて構成されているレンズアレイ。
A lens array for controlling light distribution of light emitted from a plurality of LED elements,
The lens array has a plurality of lenses that correspond to the LED elements one-to-one and control the light distribution of the light emitted by the LED elements,
the lens has a side portion having a side portion reflecting surface provided with a total reflection surface that totally reflects the light;
a recess provided on the irradiation side and having a recess sidewall that refracts light that has passed through the inside of the lens in the direction of the optical axis of the light;
a convex portion that refracts light that has passed through the lens central portion at the bottom portion of the concave portion serving as the lens central portion;
A lens array in which a side wall of the projection on the irradiation side is divided into a plurality of surfaces.
前記光の光軸の向きに切断したときの前記側面部反射面の全範囲における径は、前記凸部の径よりも大きい径である請求項1記載のレンズアレイ。 2. The lens array according to claim 1 , wherein the diameter of the entire range of the side reflecting surface when cut in the direction of the optical axis of the light is larger than the diameter of the convex portion. 前記側面部反射面は、複数の面に分割されて構成される請求項1または請求項2に記載のレンズアレイ。 3. The lens array according to claim 1, wherein the side reflecting surface is divided into a plurality of surfaces. 入光側のレンズ中央部に、丸型凸状のマイクロレンズを複数有するマイクロレンズ部をさらに備える請求項1~請求項のいずれか一項に記載のレンズアレイ。 4. The lens array according to any one of claims 1 to 3 , further comprising a microlens portion having a plurality of round convex microlenses in the center portion of the lens on the light entrance side. 前記凸部の径は、前記マイクロレンズ部よりも大きい径である請求項に記載のレンズアレイ。 5. The lens array according to claim 4 , wherein the convex portion has a diameter larger than that of the microlens portion . 前記側面部は、前記光の光軸の向きに切断したときの側面部入光面の壁面が、S字カーブ形状を有する請求項1~請求項5のいずれか一項に記載のレンズアレイ。 6. The lens array according to any one of claims 1 to 5, wherein a wall surface of the side portion light incident surface when the side portion is cut in the direction of the optical axis of the light has an S-shaped curve. LED素子を有する表面実装型のLEDパッケージが、複数、基板上に実装されたLEDモジュールと、
前記LEDモジュールの前記LEDパッケージから発せられる光を配光制御する請求項1~請求項6のいずれか一項に記載のレンズアレイと
を備える照明器具。
an LED module in which a plurality of surface-mounted LED packages having LED elements are mounted on a substrate;
A lighting fixture comprising the lens array according to any one of claims 1 to 6, for performing light distribution control of light emitted from the LED package of the LED module.
前記LEDモジュールが有する前記LEDパッケージおよび前記レンズアレイが有する前記レンズが、それぞれ四方配列されている請求項7に記載の照明器具。 8. The lighting fixture according to claim 7, wherein the LED packages of the LED module and the lenses of the lens array are arranged in four directions. 前記LEDモジュールが有する前記LEDパッケージおよび前記レンズアレイが有する前記レンズが、それぞれ六方配列されている請求項7に記載の照明器具。 8. The lighting fixture according to claim 7, wherein the LED packages of the LED module and the lenses of the lens array are hexagonally arranged. 放熱を行うヒートシンクをさらに有し、
前記レンズアレイと前記LEDモジュールとは、前記ヒートシンクに、ネジで共締めされている請求項7~請求項9のいずれか一項に記載の照明器具。
further comprising a heat sink for dissipating heat;
The lighting fixture according to any one of claims 7 to 9, wherein the lens array and the LED module are fastened together to the heat sink with screws.
前記レンズアレイは、ボスを有する請求項7~請求項10のいずれか一項に記載の照明器具。 The lighting fixture according to any one of claims 7 to 10, wherein the lens array has bosses. 前記レンズアレイと前記LEDモジュールとを保護する保護カバーをさらに備える請求項7~請求項11のいずれか一項に記載の照明器具。 The lighting fixture according to any one of claims 7 to 11, further comprising a protective cover that protects the lens array and the LED module.
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