WO2013065408A1 - Ｌｅｄ発光装置及びｌｅｄ発光装置用レンズ - Google Patents

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WO2013065408A1
WO2013065408A1 PCT/JP2012/073429 JP2012073429W WO2013065408A1 WO 2013065408 A1 WO2013065408 A1 WO 2013065408A1 JP 2012073429 W JP2012073429 W JP 2012073429W WO 2013065408 A1 WO2013065408 A1 WO 2013065408A1
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WO
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optical axis
led light
lens
emitting device
rectangular
Prior art date
Application number
PCT/JP2012/073429
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English (en)
French (fr)
Inventor
小野雄樹
三森　満
Original Assignee
コニカミノルタ株式会社
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Filing date
Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V5/00—Refractors for light sources
    • F21V5/04—Refractors for light sources of lens shape
    • F21V5/045—Refractors for light sources of lens shape the lens having discontinuous faces, e.g. Fresnel lenses
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/48—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor body packages
    • H01L33/58—Optical field-shaping elements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21Y—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES F21K, F21L, F21S and F21V, RELATING TO THE FORM OR THE KIND OF THE LIGHT SOURCES OR OF THE COLOUR OF THE LIGHT EMITTED
    • F21Y2115/00—Light-generating elements of semiconductor light sources
    • F21Y2115/10—Light-emitting diodes [LED]

Definitions

  • the present invention relates to an LED light emitting device capable of emitting auxiliary light for imaging and a lens for the LED light emitting device.
  • the portable terminal to emit auxiliary light for imaging so that a subject image can be satisfactorily captured even in a dark scene with low subject luminance.
  • a space for installing a flash device or the like is small in a portable terminal as compared with a digital camera or the like.
  • the battery capacity is limited, it is desirable to use an LED light source that can save energy, but the LED light source generally has a problem that it is difficult to use because the illuminance is low.
  • Patent Document 1 discloses a device capable of obtaining desired light distribution characteristics by providing three combinations of LEDs and lenses. According to the apparatus of the cited document 1, since a plurality of light distribution patterns can be obtained by changing the light distribution characteristics of each lens, a uniform illuminance can be obtained by combining them. However, in the apparatus of Patent Document 1, it is necessary to combine a lens having different light distribution characteristics and an LED, and adjustment of the current supplied to each LED is required, which complicates the configuration of the driver.
  • Patent Document 2 discloses a lens that controls light distribution characteristics by having different structures divided into two regions.
  • the lens of the cited document 2 has a complicated structure, and the amount of light is discontinuous at the boundary between the two regions. Therefore, it is difficult to use as auxiliary light suitable for imaging, and the efficiency is low.
  • the present invention has been made in view of the problems of the prior art, and uses a lens for an LED light-emitting device having a light distribution characteristic suitable as auxiliary light for imaging while having an inexpensive configuration and the same.
  • An object is to provide an LED light-emitting device.
  • the LED light-emitting device An LED light source; Auxiliary light for imaging, which is disposed on the light emission side of the LED light source, and includes a lens having an incident surface on which light emitted from the LED light source is incident and an exit surface on which the emitted light is emitted to the outside.
  • a light adjusting unit On the incident surface of the lens, there is provided a light adjusting unit that adjusts the light distribution characteristics of the emitted light from the LED light source, and the center of the LED light source is placed on a screen that is a predetermined distance away from the lens.
  • the light incident surface of the lens is provided with a light adjusting portion that adjusts the light distribution characteristics of the emitted light from the LED light source, so that the lens is separated from the lens by a predetermined distance.
  • the central illuminance of the irradiation range is L1
  • the irradiation range When the illuminances at the four corners are L2, the following equation can be satisfied. Accordingly, even when an LED light source having a relatively low light amount is used, the subject to be imaged can be effectively irradiated with the emitted light.
  • the LED light-emitting device is the invention according to the first aspect, wherein in the rectangular irradiation range, when the vertical length is V and the horizontal length is H, the following It is characterized by satisfying the formula. 1.33 ⁇ V / H ⁇ 1.78 (2)
  • FIG. 1 a case is considered where emitted light is irradiated from an LED light emitting device onto a screen at a predetermined distance d (for example, 1 m) from the LED light source.
  • d for example, 1 m
  • the central illuminance in the rectangular area RR is L1
  • the LED light emitting device of the present invention can effectively illuminate the subject corresponding to these still images and moving images.
  • the LED light emitting device according to claim 3 is characterized in that, in the invention according to claim 1 or 2, the exit surface of the lens is a flat surface. Thereby, even when the LED light-emitting device of the present invention is provided in a portable terminal or the like, foreign matter such as dust is difficult to adhere.
  • the light control unit of the lens includes at least one annular zone centered on the optical axis, When a cross-section including the optical axis of the lens is taken, the lens has a first surface facing away from the optical axis and a second surface facing toward the optical axis. Thereby, desired light distribution characteristics can be obtained.
  • the second surface of the annular zone has an arc shape when taking a cross section including the optical axis of the lens. And thereby, desired light distribution characteristics can be obtained.
  • the LED light emitting device is characterized in that, in the invention according to claim 4 or 5, the center of the entrance surface of the lens is recessed toward the exit surface side. Thereby, desired light distribution characteristics can be obtained.
  • the LED light-emitting device is the invention according to any one of the fourth to sixth aspects, wherein a side surface that intersects the entrance surface and the exit surface of the lens is provided, and the side surface is on the exit surface side. It is a taper surface which reduces as it goes to. Thereby, desired light distribution characteristics can be obtained.
  • the LED light-emitting device is the invention according to claim 4 or 5, wherein the incident surface of the lens is divided into a plurality of regions centered on an optical axis, and the annular zone in each region.
  • the pitches are different from each other. Thereby, desired light distribution characteristics can be obtained.
  • the LED light-emitting device is the invention according to claim 8, wherein the pitch of the annular zone in the region is larger than the pitch of the annular zone in the region outside in the direction perpendicular to the optical axis.
  • the LED light-emitting device is the invention according to claim 4, wherein the first surface and the second surface of the annular zone are straight when taking a cross section including the optical axis of the lens.
  • the tilt angle ⁇ 1 of the first surface with respect to the optical axis is larger than the tilt angle ⁇ 2 of the second surface with respect to the optical axis.
  • the LED light emitting device is characterized in that, in the invention according to claim 10, a plurality of the annular zones are provided, and the pitch of the annular zones decreases as the distance from the optical axis increases. Thereby, desired light distribution characteristics can be obtained.
  • the LED light-emitting device is the invention according to the fourth aspect, wherein the light control portion of the lens includes a plurality of X-direction raised portions along the X direction orthogonal to the optical axis, the optical axis, and the X It has a plurality of Y direction ridges along the Y direction orthogonal to the direction, and the number of the X direction ridges and the Y direction ridges are different. Thereby, desired light distribution characteristics can be obtained.
  • the LED light-emitting device is characterized in that, in the invention according to the twelfth aspect, the pitch between the X-direction raised portions and the Y-direction raised portions decreases as the distance from the optical axis increases. Thereby, desired light distribution characteristics can be obtained.
  • the LED light-emitting device is the invention according to the twelfth or thirteenth aspect, in which the end portions of the X-direction raised portion and the Y-direction raised portion are connected to each other, and the length of the X-direction raised portion is The length is shorter than the length of the Y-direction ridges connected thereto. Thereby, desired light distribution characteristics can be obtained.
  • An LED light-emitting device according to a fifteenth aspect of the invention according to any one of the twelfth to fourteenth aspects, wherein the X-direction raised portion takes an optical axis when taking a cross-section in the X-direction passing through the optical axis of the lens.
  • the first X surface facing away from the optical axis and the second X surface facing toward the optical axis, and the tilt angle ⁇ 1X with respect to the optical axis of the first X surface is greater than the tilt angle ⁇ 2X with respect to the optical axis of the second X surface.
  • the Y-direction raised portion comprises a first Y surface facing away from the optical axis and a second Y surface facing toward the optical axis when taking a cross-section in the Y direction passing through the optical axis of the lens,
  • the tilt angle ⁇ 1Y with respect to the optical axis of the first Y plane is larger than the tilt angle ⁇ 2Y with respect to the optical axis of the second Y plane.
  • the LED light-emitting device is the invention according to claim 4, wherein the light control portion of the lens is orthogonal to the two sides parallel to the X direction orthogonal to the optical axis, and to the optical axis and the X direction. It has a plurality of rectangular areas consisting of two sides parallel to the Y direction, and each rectangular area has a pair of triangular planes separated by a boundary line connecting the corner closest to the optical axis and the opposite corner. The pair of triangular surfaces are inclined with respect to the direction perpendicular to the optical axis, and their normal lines intersect each other. Thereby, desired light distribution characteristics can be obtained.
  • the LED light-emitting device is the invention according to claim 16, wherein a step surface parallel to the optical axis is provided at a boundary between the rectangular regions adjacent to each other via a side, and the step surface is It intersects with one of the triangular surfaces of the rectangular area on the side close to the optical axis. Thereby, desired light distribution characteristics can be obtained.
  • the LED light-emitting device is the invention according to claim 16 or 17, wherein the X-direction rectangular region arranged in the X direction from the optical axis of the lens is a cross section in the X direction passing through the optical axis of the lens.
  • the Y-direction rectangular area having an X-direction rectangular surface inclined in a direction away from the optical axis and arranged in the Y-direction from the optical axis of the lens has a cross-section in the Y-direction passing through the optical axis of the lens. When taken, it has a Y-direction rectangular surface inclined in a direction away from the optical axis. Thereby, desired light distribution characteristics can be obtained.
  • the LED light-emitting device is the invention according to claim 18, wherein an X-direction step surface parallel to the optical axis is provided at a boundary between the X-direction rectangular regions adjacent to each other via a side,
  • the X-direction step surface intersects the X-direction rectangular surface of the X-direction rectangular region on the side close to the optical axis, and the boundary between the Y-direction rectangular regions adjacent to each other via the side is Y parallel to the optical axis.
  • a direction step surface is provided, and the Y direction step surface intersects with the Y direction rectangular surface of the Y direction rectangular region on the side close to the optical axis.
  • the LED light emitting device is the invention according to any one of claims 1 to 19, wherein a positioning structure for directly attaching the lens to the LED light source or the substrate is provided on an incident surface side of the lens. It is characterized by being integrally formed. Thereby, the space
  • the LED light emitting device according to claim 21 is the invention according to any one of claims 1 to 20, wherein the lenses are arranged in parallel. By using a plurality of lenses, a desired light distribution characteristic can be obtained by combining emission patterns.
  • the LED light-emitting device lens according to claim 22 is used for the LED light-emitting device according to any one of claims 1 to 21.
  • the LED (Light Emitting Diode) illumination device has an LED light source and a lens.
  • LED light sources can be used, white LEDs are preferably used.
  • the white LED a combination of a blue LED chip and a phosphor such as a YAG phosphor that emits yellow light by blue light emitted from the blue LED chip is preferably used, but a blue LED chip, a green LED chip, and a red LED are used. It may be a white LED that forms white light in combination with a chip.
  • a white LED for example, one described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2008-231218 can be used, but is not limited thereto.
  • the white LED light source in the present invention is specifically composed of an LED chip and a phosphor layer formed on the LED chip so as to cover the LED chip.
  • the LED chip emits light having a first predetermined wavelength. In the present embodiment, the LED chip emits blue light.
  • the wavelength of the LED chip of the present invention and the wavelength of the emitted light from the phosphor are not limited, and the wavelength of the emitted light from the LED chip and the wavelength of the emitted light from the phosphor are in a complementary color relationship and the synthesized light is white. Any combination that provides light can be used.
  • an LED chip a known blue LED chip can be used.
  • the blue LED chip any existing one including InxGa1-xN can be used.
  • the emission peak wavelength of the blue LED chip is preferably 440 to 480 nm.
  • the LED chip is mounted on the substrate and directly radiated upward or sideward, or the blue LED chip is mounted on a transparent substrate such as a sapphire substrate, and bumps are formed on the surface thereof. Any form of LED chip, such as a so-called flip chip connection type, in which it is formed and turned over and connected to an electrode on a substrate, can be applied.
  • the phosphor layer has a phosphor that converts light having a first predetermined wavelength emitted from the LED chip into a second predetermined wavelength. In an embodiment described later, blue light emitted from the LED chip is converted into yellow light.
  • the phosphor used for such a phosphor layer uses an oxide or a compound that easily becomes an oxide at a high temperature as a raw material of Y, Gd, Ce, Sm, Al, La and Ga, and converts them into a stoichiometric amount.
  • the raw material is obtained by thoroughly mixing in a theoretical ratio.
  • a coprecipitated oxide obtained by calcining a solution obtained by coprecipitation of oxalic acid with a solution obtained by dissolving a rare earth element of Y, Gd, Ce, and Sm in an acid at a stoichiometric ratio, and aluminum oxide and gallium oxide. Mix to obtain a mixed raw material.
  • the compact can be packed in a crucible and fired in air at a temperature range of 1350 to 1450 ° C. for 2 to 5 hours to obtain a sintered body having the phosphor emission characteristics.
  • the LED light source is single with respect to the lens
  • a plurality of LED chips may be associated with one lens.
  • each of the plurality of LED chips may be arranged symmetrically with respect to the optical axis of the lens, or may be arranged asymmetrically.
  • the diameter of the smallest circle C1 circumscribing the LED chip CP is defined as the diameter of the LED light source. In view of this, it is desirable to fit within the inner diameter of the lens.
  • the LED light source is preferably a high-power LED light source.
  • the high-power LED light source can be constituted by an LED having an output of 0.5 watts or more.
  • the LED light source may emit light with a large amount of light instantaneously, or may continuously emit a constant amount of light.
  • the lens is disposed on the light emission side of the LED light source, and has an incident surface on which light emitted from the LED light source is incident and an emission surface that emits light emitted from the LED light source to the outside, preferably from the incident surface.
  • a reflective surface for reflecting incident light is provided.
  • the material of the lens is preferably a flame retardant resin that has acquired general optical grade PC, PMMA, or UL94 standards.
  • a silicon-based resin, a thermosetting resin, or a UV curable resin can also be used.
  • the lens itself can be made thinner.
  • the blazed structure different in the vertical direction and the horizontal direction, it is possible to irradiate a rectangular region that satisfies the expression (2).
  • the exit surface on the light source side of the lens may be a rotationally asymmetric surface. Moreover, the loss of efficiency can be reduced by configuring with a continuous surface.
  • the lens itself can be made thinner even if the exit surface on the light source side of the lens is an elliptical Fresnel surface.
  • the irradiated surface can be illuminated efficiently and uniformly while keeping the central illuminance high.
  • the illuminance at the four corners is easily kept high.
  • the emitted light emitted from the lens has a peak in the light distribution characteristic in an angular direction corresponding to the four corners of the rectangular irradiation region. More specifically, it is preferable that the emitted light emitted from the lens has a peak between the half-value angles of 10 degrees to 50 degrees so as to reduce the decrease in illuminance at the four corners.
  • the side surface of the lens is inclined with respect to the optical axis.
  • Light distribution can be controlled by reflecting light incident from the incident surface on the side surface.
  • the exit surface of the lens is preferably a flat surface.
  • the exit surface of the lens may be a rotationally symmetric concave surface or a rotationally asymmetric concave surface.
  • a part of the lens may have a mounting structure.
  • the lens and the LED chip can be easily attached to the reflow process. Furthermore, there is an advantage of thinning the LED light emitting device itself.
  • the optical element may be a wafer level optical element in which a glass wafer layer and a resin layer are laminated.
  • the wafer level optical element has a merit of cost reduction because a resin is laminated on a glass wafer and then diced into individual lenses.
  • the present invention it is possible to provide a lens for an LED light-emitting device having a light distribution characteristic suitable as auxiliary light for imaging while having an inexpensive configuration, and an LED light-emitting device using the same.
  • FIG. 3 is a view of the LED light-emitting device according to the first embodiment as viewed from the exit surface side.
  • FIG. 4 is a view of the configuration of FIG. 3 taken along the line IV-IV and viewed in the direction of the arrow.
  • the dotted line is a housing of a mobile terminal or the like.
  • the LED light emitting device according to this embodiment includes a lens 10 and an LED light source 20.
  • the LED light source 20 is arranged on the substrate CB so that the emission surface is the upper surface.
  • the lens 10 is formed using polycarbonate, has a recess on the LED light source 20 side, and is disposed on the light emission side of the LED light source 2.
  • the lens 10 faces the LED light source 20 and receives a front incident surface 11 on which emitted light is incident, a tapered positioning portion 12 provided around the front incident surface 11, and a part of light incident from the incident surface. It has a reflecting side surface 14 and an exit surface 15 for emitting emitted light to the outside.
  • the first side surface 13 and the second side surface 14 are conical surfaces that are reduced in diameter toward the optical axis direction exit surface side, and are connected by a step surface 13a therebetween.
  • the exit surface 15 is a plane orthogonal to the optical axis.
  • the annular zone 11 a On the front incident surface 11 of the lens 10, a plurality of annular zones 11 a centering on the optical axis are formed as a light adjusting portion. As shown in FIG. 4, the annular zone 11 a has a blazed cross section, and includes a first surface 11 b facing away from the optical axis and a second surface 11 c facing away from the optical axis.
  • the first surface 11b of the annular zone 11a has a straight shape
  • the second surface 11c of the annular zone 11a has an arc shape
  • the center of the front entrance surface 11 of the lens 10 is smoothly depressed toward the exit surface 15 side, and has an inflection point P (the point most protruding to the LED light source side) at a position away from the optical axis.
  • the light emitted from the LED light source 20 is mainly incident from the front incident surface 11.
  • a part of the light incident from the front incident surface 11 is refracted directly or by the annular zone 11a and distributed to the output surface 5, and the light not distributed only by refraction is reflected by the side surfaces 13 and 14. Heading to the exit surface 15.
  • the LED light emitting device of the present embodiment has a light emission characteristic A (having a peak at a half-value angle of 12 degrees) or B (having a peak at a half-value angle of 30 degrees) shown in FIG.
  • A having a peak at a half-value angle of 12 degrees
  • B having a peak at a half-value angle of 30 degrees
  • FIG. 11a By changing the shape of the annular zone 11a, an arbitrary characteristic having a peak between the half-value angles of 10 degrees to 50 degrees can be provided.
  • the emitted light from the LED light source 20 emitted from the exit surface of the lens 10 can be irradiated in a rectangular shape on a screen that is separated from the lens 10 by a predetermined distance,
  • the central illuminance of the rectangular irradiation range is L1 and the illuminances at the four corners of the rectangular irradiation range are L2
  • the following expression is satisfied. L2 / L1 ⁇ 0.3 (1)
  • FIG. 6 is a view of the lens 10A of the LED light emitting device according to the second embodiment as viewed from the incident surface side.
  • FIG. 7 is a view of the configuration of FIG. 6 taken along line VII-VII and viewed in the direction of the arrow.
  • the lens 10 ⁇ / b> A is flat and has an incident surface 11 and an output surface 15.
  • the exit surface 15 is a plane orthogonal to the optical axis.
  • the entrance surface 11 of the lens 10A is divided into a plurality of regions A to D centered on the optical axis, and a plurality of annular zones 11a are formed in each of the regions A to D.
  • the pitch of 11a is different for each region.
  • the largest pitch is the annular zone 11a in the region A closest to the optical axis.
  • the pitch of the annular zone 11a in the region B outside the region A in the direction perpendicular to the optical axis is smaller than the pitch of the annular zone 11a in the region A.
  • the pitch of the annular zone 11a in the region C outside the region B in the direction orthogonal to the optical axis is smaller than the pitch of the annular zone 11a in the region B.
  • the pitch of the annular zone 11a in the region D outside the region C in the direction perpendicular to the optical axis is smaller than the pitch of the annular zone 11a in the region C.
  • FIG. 8 is a view of the lens 10B of the LED light emitting device according to the third embodiment as viewed from the incident surface side.
  • FIG. 9 is a view of the configuration of FIG. 8 taken along line IX-IX and viewed in the direction of the arrow.
  • the lens 10 ⁇ / b> B has a flat plate shape, and includes an incident surface 11, an output surface 15, and four leg portions 16 provided on the lower surface of a square flange portion 17 disposed around the incident surface 11.
  • the leg portion 16 forms a positioning structure when the lens 10B is directly attached to the LED light source or the substrate, and is formed simultaneously with the lens. In other embodiments, similar legs may be provided.
  • the exit surface 15 is a plane orthogonal to the optical axis.
  • the lens 10B is preferably formed of a resin that can be reflowed.
  • the annular zone 11a includes a first surface 11b facing away from the optical axis and a second surface 11c facing away from the optical axis.
  • the first surface 11b and the second surface 11c have a straight shape in FIG. 9 showing a cross section including the optical axis of the lens, and the inclination angle ⁇ 1 with respect to the optical axis of the first surface 11b is the optical axis of the second surface 11c. Is larger than the inclination angle ⁇ 2.
  • the pitch of the annular zone 11a decreases as the distance from the optical axis increases.
  • FIG. 10 is a view of the lens 10C of the LED light emitting device according to the fourth embodiment as viewed from the incident surface side.
  • FIG. 11 is a view of the configuration of FIG. 10 taken along line XI-XI and viewed in the direction of the arrow.
  • the lens 10 ⁇ / b> C has a flat plate shape and has an incident surface 11 and an exit surface 15.
  • the exit surface 15 is a plane orthogonal to the optical axis.
  • the annular zone 11 a includes a first surface 11 b facing away from the optical axis and a second surface 11 c facing toward the optical axis.
  • the 1st surface 11b of the annular zone 11a is a straight shape
  • the 2nd surface 11c of the annular zone 11a is a cylindrical surface.
  • the pitch of the annular zone 11a continuously decreases as the distance from the optical axis increases.
  • the center of the incident surface 11 is convex so as to be away from the exit surface 15.
  • FIG. 12 is a view of the lens 10D of the LED light emitting device according to the fifth embodiment as viewed from the incident surface side.
  • FIG. 13 is a view of the configuration of FIG. 12 taken along line XIII-XIII and viewed in the direction of the arrow.
  • FIG. 14 is a diagram of the configuration of FIG. 12 taken along the XIV-XIV line and viewed in the direction of the arrow.
  • the lens 10 ⁇ / b> D has a flat plate shape and has an incident surface 11 and an output surface 15.
  • the exit surface 15 is a plane orthogonal to the optical axis.
  • the lens 10 ⁇ / b> D serves as a light adjusting unit, and a plurality of X-direction raised portions 11 x extending straight along the X direction (corresponding to the horizontal direction at the time of imaging) orthogonal to the optical axis, and orthogonal to the optical axis and the X direction.
  • a plurality of Y-direction raised portions 11y extending straight along the Y direction, and the number of the X-direction raised portions 11x is smaller than the number of the Y-direction raised portions 11y.
  • the pitch px of the X-direction raised portion 11x and the pitch py of the Y-direction raised portion 11y become smaller as the distance from the optical axis increases.
  • the end portions of the X-direction raised portion 11x and the Y-direction raised portion 11y are connected to each other, and the length Lx of the X-direction raised portion 11x is the length of the Y-direction raised portion 11y connected thereto.
  • the pitch px is larger than the pitch py when comparing the pitch px before and after the X-direction raised portion 11x with the pitch py before and after the Y-direction raised portion 11y connected thereto.
  • the X-direction raised portion 11x includes a first X surface 11xb facing away from the optical axis and a second X surface 11xc facing toward the optical axis in FIG. 13 showing a cross section in the X direction passing through the optical axis of the lens 10D.
  • the inclination angle ⁇ 1X with respect to the optical axis of the first X surface 11xb is larger than the inclination angle ⁇ 2X with respect to the optical axis of the second X surface 11xc.
  • the Y-direction raised portion 11y is composed of a first Y surface 11yb facing away from the optical axis and a second Y surface 11yc facing away from the optical axis.
  • the inclination angle ⁇ 1Y with respect to the optical axis of the first Y surface 11yb is larger than the inclination angle ⁇ 2Y with respect to the optical axis of the second Y surface 11yc.
  • ⁇ 1X> ⁇ 1Y and ⁇ 2X ⁇ 2Y are satisfied.
  • FIG. 15 is a perspective view of the lens 10E of the LED light emitting device according to the sixth embodiment, viewed from the incident surface side.
  • FIG. 16 is a diagram of the lens 10E viewed from the incident surface side. 17 is a view of the configuration of FIG. 16 taken along line XVII-XVII and viewed in the direction of the arrow. 18 is a view of the configuration of FIG. 16 taken along line XVIII-XVIII and viewed in the direction of the arrow.
  • the lens 10 ⁇ / b> E has a flat plate shape and has an incident surface 11 and an output surface 15.
  • the exit surface 15 is a plane orthogonal to the optical axis.
  • the lens 10 ⁇ / b> E has a plurality of rectangular regions including two sides parallel to the X direction orthogonal to the optical axis and two sides parallel to the Y direction orthogonal to the optical axis and the X direction as a light adjusting unit. . More specifically, the central rectangular region 11rc through which the optical axis on the incident surface 11 of the lens 10E passes is orthogonal to the optical axis.
  • the X-direction rectangular area 11rx arranged in the X direction from the optical axis is an X-direction rectangular surface rx1 inclined in a direction away from the optical axis in FIG. 17 showing a cross section in the X direction passing through the optical axis of the lens 10E.
  • An X-direction step surface rx2 parallel to the optical axis is provided at the boundary between the X-direction rectangular regions 11rx adjacent via the side, and the X-direction step surface rx2 is X of the X-direction rectangular region 11rx closer to the optical axis. It intersects with the direction rectangular plane rx1.
  • the Y-direction rectangular area 11ry aligned in the Y direction from the optical axis of the lens is a Y-direction rectangular surface of a plane inclined in a direction away from the optical axis in FIG. 18 showing a cross section in the Y direction passing through the optical axis of the lens 11E. ry1.
  • a Y-direction step surface ry2 parallel to the optical axis is provided at the boundary between the Y-direction rectangular regions 11ry adjacent to each other via the side, and the Y-direction step surface ry2 is Y in the Y-direction rectangular region 11ry on the side close to the optical axis. It intersects with the direction rectangular plane ry1.
  • the rectangular area 11r other than the central rectangular area 11rc, the X-direction rectangular area 11rx, and the Y-direction rectangular area 11ry on the incident surface 11 is shown in an enlarged view in FIG. 19, but the rectangular area 11r is viewed in the optical axis direction.
  • the pair of triangular surfaces S1 and S2 are separated by a boundary line BL connecting the angle C1 closest to the optical axis and the opposite angle C2, and the pair of triangular surfaces s1 and s2 are arranged in a direction orthogonal to the optical axis.
  • the normal lines RL1 and RL2 intersect each other.
  • step surfaces s3 and s4 parallel to the optical axis are provided at the boundary between the rectangular regions 11r adjacent to each other through the sides, and the step surfaces s3 and s4 are rectangular regions 11r on the side close to the optical axis. Intersect one of the triangular surfaces S1 and S2. Since the number of X-direction rectangular areas 11rx is smaller than the number of Y-direction rectangular areas 11ry, the slopes of the step surfaces s3 and s4 are different between the X direction and the Y direction.
  • FIG. 20 is a perspective view of the lens unit of the LED light emitting device according to the seventh embodiment, viewed from the incident surface side.
  • FIG. 21 is a diagram of the lens unit as viewed from the incident surface side.
  • FIG. 22 is a side view of the lens unit.
  • a rectangular plate-shaped main body 30 is provided with the lenses (typically 10) according to the above-described embodiment in parallel.
  • the main body 30 and the lens 10 may be integrated or separate.
  • an LED light source is provided corresponding to the lens 10.
  • tabs 31 for fixing the main body 30 to a portable terminal or the like using screws or the like are provided.

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Abstract

　安価な構成でありながら、撮像用の補助光として適した配光特性を有するＬＥＤ発光装置用のレンズ及びそれを用いたＬＥＤ発光装置を提供する。レンズ１０の出射面から出射されたＬＥＤ光源２０からの発光光は、レンズ１０から所定の距離だけ離れたスクリーン上に、矩形状に照射され、その矩形状照射範囲の中心照度をＬ１、矩形状照射範囲の四隅の照度をＬ２としたときに、以下の式を満たす。　Ｌ２／Ｌ１≧０．３　（１）

Description

ＬＥＤ発光装置及びＬＥＤ発光装置用レンズ
　本発明は、撮像用の補助光を発光できるＬＥＤ発光装置及びＬＥＤ発光装置用レンズに関する。
　近年、CCD（Charged Coupled Device）型イメージセンサあるいはCMOS（Complementary Metal Oxide Semiconductor）型イメージセンサ等の固体撮像素子を用いた撮像装置が搭載された携帯端末の普及の増大に伴い、より高画質の画像が得られるよう、高画素数をもつ撮像素子を使用した撮像装置が搭載されたものが市場に供給されるようになってきた。
　ここで、被写体輝度が低い暗いシーンでも、被写体像を良好に撮像できるよう、携帯端末においても撮像用の補助光を発光させたいという要求がある。しかしながら、デジタルカメラなどに比べ、携帯端末ではフラッシュ装置などを搭載するスペースが小さいという問題がある。又、電池容量が制限されるため、省エネを図れるＬＥＤ光源を用いたいが、ＬＥＤ光源は一般的に照度が低いため使いにくいという問題もある。
　これに対し、特許文献１には、ＬＥＤとレンズの組み合わせを３つ設けることで、所望の配光特性を得ることができる装置が開示されている。引用文献１の装置によれば、各レンズの配光特性を変更することで、複数の配光パターンを得ることができるから、これを組み合わせて均一な照度を得ることができる。しかしながら、引用文献１の装置では、異なる配光特性を有するレンズとＬＥＤとを組み合わせる必要があり、又各ＬＥＤへ供給する電流の調整が必要になって、ドライバの構成が複雑になる。
　一方、特許文献２には、異なる構造を２領域に分けて持つことにより、配光特性を制御するレンズが開示されている。しかしながら、引用文献２のレンズは構造が複雑であり、２領域の境界では光量が不連続となるので、撮像に適切な補助光として用いることは困難であり、また効率も悪い。
特開２００７－１８０５２０号公報 米国特許公開第２０１１／３２７１２明細書
　本発明は、かかる従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、安価な構成でありながら、撮像用の補助光として適した配光特性を有するＬＥＤ発光装置用のレンズ及びそれを用いたＬＥＤ発光装置を提供することを目的とする。
　請求項１に記載のＬＥＤ発光装置は、
　ＬＥＤ光源と、
　前記ＬＥＤ光源の光放出側に配置され、前記ＬＥＤ光源からの発光光が入射する入射面と、前記発光光を外部に放出する出射面とを備えたレンズと、を有する、撮像用の補助光を発光するＬＥＤ発光装置において、
　前記レンズの入射面には、入射した前記ＬＥＤ光源からの発光光の配光特性を整える整光部が設けられており、前記レンズから所定の距離だけ離れたスクリーン上に、前記ＬＥＤ光源の中心を基準として矩形状に照射範囲をとって、前記レンズの出射面から前記ＬＥＤ光源からの発光光を出射したときに、前記照射範囲の中心照度をＬ１、前記照射範囲の四隅の照度をＬ２とすると、以下の式を満たすことを特徴とする。
　Ｌ２／Ｌ１≧０．３　　　（１）
　本発明によれば、前記レンズの入射面には、入射した前記ＬＥＤ光源からの発光光の配光特性を整える整光部が設けられているので、前記レンズから所定の距離だけ離れたスクリーン上に、前記ＬＥＤ光源の中心を基準として矩形状に照射範囲をとって、前記レンズの出射面から前記ＬＥＤ光源からの発光光を出射したときに、前記照射範囲の中心照度をＬ１、前記照射範囲の四隅の照度をＬ２とすると、以下の式を満たすことができ、これにより比較的低光量のＬＥＤ光源を用いた場合でも、撮像対象となる被写体に有効に発光光を照射することができる。
　請求項２に記載のＬＥＤ発光装置は、請求項１に記載の発明において、前記矩形状の照射範囲において、鉛直方向の長さをＶ、水平方向の長さをＨとしたときに、以下の式を満たすことを特徴とする。
　１．３３≦Ｖ／Ｈ≦１．７８　　　（２）
　図１において、ＬＥＤ光源から所定距離ｄ（例えば１ｍ）の位置にあるスクリーン上に、ＬＥＤ発光装置から発光光を照射した場合を考える。ＬＥＤ光源から発光した発光光の中心を中心とする、鉛直方向の長さがＶ、水平方向の長さがＨの矩形領域ＲＲをとったとき、かかる矩形領域ＲＲにおける中心照度をＬ１、矩形領域ＲＲの四隅の照度をＬ２としたときに、（１）式を満たすものである。
　ここで、ハイビジョン映像のアスペクト比（Ｈ：Ｖ）は、１６：９であるから、Ｖ／Ｈ＝１．７８である。又、３５ｍｍフィルムの撮影画像のアスペクト比は、３：２であるから、Ｖ／Ｈ＝１．５である。更に、標準的なＴＶやＰＣディスプレイのアスペクト比は、４：３であるから、Ｖ／Ｈ＝１．３３である。よって、（２）式を満たすことで、本発明のＬＥＤ発光装置により、これらの静止画及び動画に対応して被写体を有効に照明することができる。
　請求項３に記載のＬＥＤ発光装置は、請求項１又は２に記載の発明において、前記レンズの出射面は平面であることを特徴とする。これにより、本発明のＬＥＤ発光装置を携帯端末等に設けた場合でも、ゴミなどの異物が付着しにくくなる。
　請求項４に記載のＬＥＤ発光装置は、請求項１～３のいずれかに記載の発明において、前記レンズの整光部は光軸を中心とした少なくとも１つの輪帯を含み、前記輪帯は、前記レンズの光軸を含む断面をとったとき、光軸と逆側を向いた第１面と、光軸側を向いた第２面とからなることを特徴とする。これにより、所望の配光特性を得ることができる。
　請求項５に記載のＬＥＤ発光装置は、請求項４に記載の発明において、前記輪帯の前記第２面は、前記レンズの光軸を含む断面をとったとき、円弧形状を有することを特徴とする。これにより、所望の配光特性を得ることができる。
　請求項６に記載のＬＥＤ発光装置は、請求項４又は５に記載の発明において、前記レンズの前記入射面の中央は、前記出射面側に向かって窪んでいることを特徴とする。これにより、所望の配光特性を得ることができる。
　請求項７に記載のＬＥＤ発光装置は、請求項４～６のいずれかに記載の発明において、前記レンズの前記入射面と前記出射面に交差する側面が設けられ、前記側面は前記出射面側に向かうにつれて縮寸するテーパ面であることを特徴とする。これにより、所望の配光特性を得ることができる。
　請求項８に記載のＬＥＤ発光装置は、請求項４又は５に記載の発明において、前記レンズの前記入射面は光軸を中心とする複数の領域に分割されており、各領域における前記輪帯のピッチは、互いに異なっていることを特徴とする。これにより、所望の配光特性を得ることができる。
　請求項９に記載のＬＥＤ発光装置は、請求項８に記載の発明において、前記領域における前記輪帯のピッチは、それより光軸直交方向外側の前記領域における前記輪帯のピッチより大きいことを特徴とする。これにより、所望の配光特性を得ることができる。
　請求項１０に記載のＬＥＤ発光装置は、請求項４に記載の発明において、前記輪帯の前記前記第１面及び前記第２面は、前記レンズの光軸を含む断面をとったとき、ストレート形状を有し、前記第１面の光軸に対する傾き角θ１は、前記第２面の光軸に対する傾き角θ２よりも大きいことを特徴とする。これにより、所望の配光特性を得ることができる。
　請求項１１に記載のＬＥＤ発光装置は、請求項１０に記載の発明において、前記輪帯は複数設けられ、前記輪帯のピッチは、光軸から離れるに連れて小さくなることを特徴とする。これにより、所望の配光特性を得ることができる。
　請求項１２に記載のＬＥＤ発光装置は、請求項４に記載の発明において、前記レンズの整光部は光軸に直交するＸ方向に沿った複数のＸ方向隆起部と、光軸及び前記Ｘ方向に直交するＹ方向に沿った複数のＹ方向隆起部とを有し、前記Ｘ方向隆起部と前記Ｙ方向隆起部の本数は異なっていることを特徴とする。これにより、所望の配光特性を得ることができる。
　請求項１３に記載のＬＥＤ発光装置は、請求項１２に記載の発明において、前記Ｘ方向隆起部と前記Ｙ方向隆起部のピッチは、光軸から離れるに連れて小さくなることを特徴とする。これにより、所望の配光特性を得ることができる。
　請求項１４に記載のＬＥＤ発光装置は、請求項１２又は１３に記載の発明において、前記Ｘ方向隆起部と前記Ｙ方向隆起部の端部は互いに接続されており、前記Ｘ方向隆起部の長さは、それに接続された前記Ｙ方向隆起部の長さより短いことを特徴とする。これにより、所望の配光特性を得ることができる。
　請求項１５に記載のＬＥＤ発光装置は、請求項１２～１４のいずれかに記載の発明において、前記Ｘ方向隆起部は、前記レンズの光軸を通るＸ方向の断面をとったとき、光軸と逆側を向いた第１Ｘ面と、光軸側を向いた第２Ｘ面とからなり、前記第１Ｘ面の光軸に対する傾き角θ１Ｘは、前記第２Ｘ面の光軸に対する傾き角θ２Ｘよりも大きく、
　前記Ｙ方向隆起部は、前記レンズの光軸を通るＹ方向の断面をとったとき、光軸と逆側を向いた第１Ｙ面と、光軸側を向いた第２Ｙ面とからなり、前記第１Ｙ面の光軸に対する傾き角θ１Ｙは、前記第２Ｙ面の光軸に対する傾き角θ２Ｙよりも大きいことを特徴とする。これにより、所望の配光特性を得ることができる。
　請求項１６に記載のＬＥＤ発光装置は、請求項４に記載の発明において、前記レンズの整光部は光軸に直交するＸ方向に平行な２辺と、光軸及び前記Ｘ方向に直交するＹ方向に平行な２辺からなる複数の矩形領域を有しており、各矩形領域は、最も光軸に近い角と対向する角とを結ぶ境界線によって分けられた一対の三角面を有し、前記一対の三角面は光軸直交方向に対して傾いており、その法線は互いに交差することを特徴とする。これにより、所望の配光特性を得ることができる。
　請求項１７に記載のＬＥＤ発光装置は、請求項１６に記載の発明において、辺を介して隣接する前記矩形領域の境界には、光軸に平行な段差面が設けられ、前記段差面は、光軸に近い側の前記矩形領域の三角面の一方と交差していることを特徴とする。これにより、所望の配光特性を得ることができる。
　請求項１８に記載のＬＥＤ発光装置は、請求項１６又は１７に記載の発明において、前記レンズの光軸からＸ方向に並んだＸ方向矩形領域は、前記レンズの光軸を通るＸ方向の断面をとったとき、光軸から離れる方向に傾いたＸ方向矩形面を有し、前記レンズの光軸からＹ方向に並んだＹ方向矩形領域は、前記レンズの光軸を通るＹ方向の断面をとったとき、光軸から離れる方向に傾いたＹ方向矩形面を有していることを特徴とする。これにより、所望の配光特性を得ることができる。
　請求項１９に記載のＬＥＤ発光装置は、請求項１８に記載の発明において、辺を介して隣接する前記Ｘ方向矩形領域の境界には、光軸に平行なＸ方向段差面が設けられ、前記Ｘ方向段差面は、光軸に近い側の前記Ｘ方向矩形領域のＸ方向矩形面と交差しており、辺を介して隣接する前記Ｙ方向矩形領域の境界には、光軸に平行なＹ方向段差面が設けられ、前記Ｙ方向段差面は、光軸に近い側の前記Ｙ方向矩形領域のＹ方向矩形面と交差していることを特徴とする。これにより、所望の配光特性を得ることができる。
　請求項２０に記載のＬＥＤ発光装置は、請求項１～１９のいずれかに記載の発明において、前記レンズの入射面側には、前記レンズを前記ＬＥＤ光源もしくは基板に直接取り付ける際の位置決め構造が一体成形されていることを特徴とする。これにより、前記レンズと前記ＬＥＤ光源もしくは基板との間隔を定めることができ、調整に手間取らない。
　請求項２１に記載のＬＥＤ発光装置は、請求項１～２０のいずれかに記載の発明において、前記レンズは並列に配置されることを特徴とする。レンズを複数用いることで出射パターンを組み合わせて、所望の配光特性を得ることができる。
　請求項２２に記載のＬＥＤ発光装置用レンズは、請求項１～２１のいずれかに記載のＬＥＤ発光装置に用いることを特徴とする。
　本発明に係るＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ　Ｅｍｉｔｔｉｎｇ　Ｄｉｏｄｅ）照明装置は、ＬＥＤ光源と、レンズと、を有するものである。
　ＬＥＤ光源としては、様々なものを用いることが出来るが、白色ＬＥＤが好ましく用いられる。
　白色ＬＥＤとしては、青色ＬＥＤチップと青色ＬＥＤチップから発せられた青色光線によって黄色に発光するＹＡＧ蛍光体等の蛍光体を組み合わせたものが好ましく用いられるが、青色ＬＥＤチップ、緑色ＬＥＤチップ及び赤色ＬＥＤチップとを組み合わせて白色光を形成する白色ＬＥＤであってもよい。白色ＬＥＤとしては、例えば特開２００８－２３１２１８号公報に記載されたものを用いることができるが、これに限られない。
　本発明における白色ＬＥＤ光源は、具体的には、ＬＥＤチップと、ＬＥＤチップを覆うようにしてその上に形成された蛍光体層から構成されている。ＬＥＤチップは、第１の所定波長の光を出射するものであり、本実施の形態においては青色光を出射するようになっている。但し、本発明のＬＥＤチップの波長及び蛍光体の出射光の波長は限定されず、ＬＥＤチップによる出射光の波長と、蛍光体による出射光の波長とが補色関係にあり合成された光が白色光となる組合せであればものであれば、使用可能である。
　なお、このようなＬＥＤチップとしては、公知の青色ＬＥＤチップを用いることができる。青色ＬＥＤチップとしては、ＩｎxＧａ1-xＮ系をはじめ既存のあらゆるものを使用することができる。青色ＬＥＤチップの発光ピーク波長は４４０～４８０ｎｍのものが好ましい。また、ＬＥＤチップの形態としては、基板上にＬＥＤチップを実装し、そのまま上方または側方に放射させるタイプ、又は、サファイア基板などの透明基板上に青色ＬＥＤチップを実装し、その表面にバンプを形成した後、裏返して基板上の電極と接続する、いわゆるフリップチップ接続タイプなど、どのような形態のＬＥＤチップでも適用することが可能である。
　蛍光体層は、ＬＥＤチップから出射される第１の所定波長の光を第２の所定波長に変換する蛍光体を有している。後述する実施の形態では、ＬＥＤチップから出射される青色光を黄色光に変換するようになっている。
　このような蛍光体層に用いられる蛍光体は、Ｙ、Ｇｄ、Ｃｅ、Ｓｍ、Ａｌ、Ｌａ及びＧａの原料として酸化物、又は高温で容易に酸化物になる化合物を使用し、それらを化学量論比で十分に混合して原料を得る。又は、Ｙ、Ｇｄ、Ｃｅ、Ｓｍの希土類元素を化学量論比で酸に溶解した溶解液を蓚酸で共沈したものを焼成して得られる共沈酸化物と、酸化アルミニウム、酸化ガリウムとを混合して混合原料を得る。これにフラックスとしてフッ化アンモニウム等のフッ化物を適量混合して加圧し成形体を得る。成形体を坩堝に詰め、空気中１３５０～１４５０℃の温度範囲で２～５時間焼成して、蛍光体の発光特性を持った焼結体を得ることができる。
　また、ＬＥＤ光源はレンズに対して単数であると好ましいが、１つのレンズに対して複数のＬＥＤチップを対応づけても良い。かかる場合、複数のＬＥＤチップ各々を、レンズの光軸に対して対称に配置しても良いし、非対称に配置しても良い。ここで、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、ＬＥＤ光源を複数のＬＥＤチップを用いて構成した場合、ＬＥＤチップＣＰに外接する最小の円Ｃ１の直径を、ＬＥＤ光源の直径とみなして、レンズの内径内に収めるようにすることが望ましい。
　ＬＥＤ光源は、高出力ＬＥＤ光源であることが好ましい。ここで、高出力ＬＥＤ光源としては、出力が０．５ワット以上のＬＥＤにより構成することができる。
　ＬＥＤ光源は、瞬間的に大光量で発光するものでも良いし、一定光量を連続して発光するものでも良い。
　レンズは、ＬＥＤ光源の光放出側に配置されており、ＬＥＤ光源からの発光光が入射する入射面と、ＬＥＤ光源からの発光光を外部に出射する出射面を有し、好ましくは入射面から入射した光を反射する反射面を有する。
　レンズの材質は、一般的な光学グレードのＰＣ、ＰＭＭＡまたはＵＬ９４規格を取得した難燃性の樹脂を用いると好ましい。又、リフロー工程を経てＬＥＤ光源を組み付ける場合を考慮し、シリコン系樹脂や熱硬化性樹脂、ＵＶ硬化性樹脂を用いることもできる。
　レンズの光源側の出射面に、断面がブレーズ形状の構造を設けると、レンズ自体を薄型化できる。また、かかるブレーズ形状の構造を縦方向と横方向で異ならせることで、（２）式を満たす矩形領域に照射できる。
　レンズの光源側の出射面を、回転非対称な面としても良い。又、連続面で構成することで効率のロスを少なくできる。
　レンズの光源側の出射面を、楕円のフレネル面としても、レンズ自体を薄型化できる。
　ＬＥＤ発光装置からの発光光の照度分布が、矩形もしくは楕円形であると、中心照度を高く保ちつつ照射面を効率良く均一に照らすことができる。特に四隅の照度を高く保ちやすいという効果がある。
　レンズから出射された発光光は、矩形照射領域の四隅に相当する角度方向に配光特性においてピークを持っていると好ましい。より具体的には、レンズから出射された発光光は、四隅の照度低下を低減できるよう、半値角度10度～50度の間にピークを持つと好ましい。
　1つのＬＥＤ光源に対して1つのレンズを用いると、構成が簡単で、光源数の変更が容易であるので好ましい。
　複数のＬＥＤ光源を用いる場合、ＬＥＤ光源の数に応じたレンズを用いることが好ましい。又、複数のＬＥＤ光源を用いる場合、ＬＥＤ光源の数に応じたレンズを一体にした構造を持つようにしても良い。
　レンズの側面が光軸に対して傾斜していると好ましい。入射面から入射した光線を、側面で反射することで、配光制御できる。
　レンズの出射面が平面であると好ましい。製品としての例えば携帯端末等に搭載した場合、装置の外側になるので埃の付着などを低減できるメリットがある。
　レンズの出射面が回転対称な凹面もしくは回転非対称な凹面であっても良い。これにより配光制御が可能で、且つ埃の付着し難い構造にできる。
　レンズとＬＥＤチップに直接取りつけるためにレンズの一部に取り付け用の構造が合っても良い。これによりレンズとＬＥＤチップの取りつけが容易になりリフロー工程へ対応が可能となる。さらにはＬＥＤ発光装置自体の薄型化のメリットがある。
　レンズを、射出成形で製造した場合、レンズの外形に制約が少なく円形や多角形でも製造できるメリットがある。光学素子がガラスウェハー層と樹脂層とを積層したウェハーレベル光学素子であっても良い。ウェハーレベル光学素子は、ガラスウェハー上に樹脂を積層し、その後ダイシングして個々のレンズとするためコスト低減のメリットがある。
　本発明によれば、安価な構成でありながら、撮像用の補助光として適した配光特性を有するＬＥＤ発光装置用のレンズ及びそれを用いたＬＥＤ発光装置を提供することができる。
ＬＥＤ発光装置により照射される矩形領域を示す図である。 ＬＥＤ光源の直径を示す図であり、（ａ）はＬＥＤチップＣＰが２個の場合、（ｂ）は３個の場合の例を示す。 第１の本実施の形態にかかるＬＥＤ発光装置を、出射面側から見た図である。 図３の構成をIV-IV線で切断して矢印方向に見た図である。 ＬＥＤ発光装置の発光特性を示す図であり、０度を光軸方向とする。 第２の実施の形態にかかるＬＥＤ発光装置のレンズ１０Ａを入射面側から見た図である。 図６の構成をVII-VII線で切断して矢印方向に見た図である。 第３の実施の形態にかかるＬＥＤ発光装置のレンズ１０Ｂを入射面側から見た図である。 図８の構成をIX-IX線で切断して矢印方向に見た図である。 第４の実施の形態にかかるＬＥＤ発光装置のレンズ１０Ｃを入射面側から見た図である。 図１０の構成をXI-XI線で切断して矢印方向に見た図である。 第５の実施の形態にかかるＬＥＤ発光装置のレンズ１０Ｄを入射面側から見た図である。 図１２の構成をXIII-XIII線で切断して矢印方向に見た図である。 図１２の構成をXIV-XIV線で切断して矢印方向に見た図である。 第６の実施の形態にかかるＬＥＤ発光装置のレンズ１０Ｅを入射面側から見た斜視図である。 レンズ１０Ｅを入射面側から見た図である。 図１６の構成をXVII-XVII線で切断して矢印方向に見た図である。 図１６の構成をXVIII-XVIII線で切断して矢印方向に見た図である。 矩形領域１１ｒの拡大図である。 第７の実施の形態にかかるＬＥＤ発光装置のレンズユニットを入射面側から見た斜視図である。 レンズユニットを入射面側から見た図である。 レンズユニットを側方から見た図である。
　以下、添付した図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。なお、図面の寸法比率は、説明の都合上誇張され、実際の比率とは異なる場合がある。
　図３は、第１の実施の形態にかかるＬＥＤ発光装置を出射面側から見た図である。図４は、図３の構成をIV-IV線で切断して矢印方向に見た図であるが、点線は携帯端末等の筐体である。本実施の形態にかかるＬＥＤ発光装置は、レンズ１０とＬＥＤ光源２０を有している。
　図３に示すように、基板ＣＢには、出射面を上面とするようにしてＬＥＤ光源２０が配置されている。レンズ１０は、ポリカーボネートを用いて形成されており、ＬＥＤ光源２０側に凹部を有し、ＬＥＤ光源２の光放出側に配置されている。レンズ１０は、ＬＥＤ光源２０に対向しその発光光が入射する正面入射面１１と、正面入射面１１の周囲に設けられたテーパ状の位置決め部１２と、入射面から入射した光の一部を反射する側面１４と、発光光を外部に放出する出射面１５を有している。第１側面１３と第２側面１４は、光軸方向出射面側に向かうに連れて縮径する円錐面となっており、その間は段差面１３ａで連結されている。出射面１５は、光軸に対して直交する平面である。
　レンズ１０の正面入射面１１には、整光部として、光軸を中心とした複数の輪帯１１ａが形成されている。輪帯１１ａは、図４に示すように断面がブレーズ形状であって、光軸と逆側を向いた第１面１１ｂと、光軸側を向いた第２面１１ｃとからなる。
　図４において、輪帯１１ａの第１面１１ｂは、ストレート形状であり、輪帯１１ａの第２面１１ｃは、円弧形状である。
　レンズ１０の正面入射面１１の中央は、出射面１５側に向かってなめらかに窪んでおり、光軸から離れた位置に変曲点Ｐ（最もＬＥＤ光源側に突出した点）を有する。
　本実施の形態では、ＬＥＤ光源２０から出射した光は、主に正面入射面１１から入射する。正面入射面１１から入射した光の一部は、直接又は輪帯１１ａにより屈折して配光され、出射面５へと向かい、屈折だけでは配光されない光は、側面１３，１４で反射されて出射面１５へと向かう。
　本実施の形態のＬＥＤ発光装置は、図５に示す発光特性Ａ（半値角度１２度にピークを有する）又はＢ（半値角度３０度にピークを有する）を有する。尚、輪帯１１ａの形状を変えることで、半値角度10度～50度の間にピークを持つ任意の特性を持たせることができる。
　このような配光特性を有するから、レンズ１０の出射面から出射されたＬＥＤ光源２０からの発光光は、レンズ１０から所定の距離だけ離れたスクリーン上に、矩形状に照射させることができ、その矩形状照射範囲の中心照度をＬ１、矩形状照射範囲の四隅の照度をＬ２としたときに、以下の式を満たす。
　Ｌ２／Ｌ１≧０．３　　　（１）
　更に、矩形状照射範囲において、鉛直方向の長さをＶ、水平方向の長さをＨとしたときに、以下の式を満たす。
　１．３３≦Ｖ／Ｈ≦１．７８　　　（２）
　図６は、第２の実施の形態にかかるＬＥＤ発光装置のレンズ１０Ａを入射面側から見た図である。図７は、図６の構成をVII-VII線で切断して矢印方向に見た図である。
　レンズ１０Ａは、平板状であって、入射面１１と出射面１５とを有する。出射面１５は、光軸に対して直交する平面である。
　前記レンズ１０Ａの入射面１１は光軸を中心とする複数の領域Ａ～Ｄに分割されており、各領域Ａ～Ｄには、それぞれ複数の輪帯１１ａが形成されているが、各輪帯１１ａのピッチは、領域毎に異なっている。最も大きなピッチは、光軸に最も近い領域Ａの輪帯１１ａである。領域Ａより光軸直交方向外側の領域Ｂにおける輪帯１１ａのピッチは、領域Ａにおける輪帯１１ａのピッチより小さい。領域Ｂより光軸直交方向外側の領域Ｃにおける輪帯１１ａのピッチは、領域Ｂにおける輪帯１１ａのピッチより小さい。領域Ｃより光軸直交方向外側の領域Ｄにおける輪帯１１ａのピッチは、領域Ｃにおける輪帯１１ａのピッチより小さい。
　本実施の形態においても、図５に示すような配光特性を有するから、（１）、（２）式を満たすことができる。
　図８は、第３の実施の形態にかかるＬＥＤ発光装置のレンズ１０Ｂを入射面側から見た図である。図９は、図８の構成をIX-IX線で切断して矢印方向に見た図である。
　レンズ１０Ｂは、平板状であって、入射面１１と出射面１５と、入射面１１の周囲に配置された四角いフランジ部１７の下面に設けられた４つの脚部１６とを有する。脚部１６は、レンズ１０ＢをＬＥＤ光源もしくは基板に直接取り付ける際の位置決め構造を構成し、レンズと同時に成形される。他の実施の形態において、同様の脚部を設けても良い。出射面１５は、光軸に対して直交する平面である。尚、レンズ１０Ｂはリフロー対応可能な樹脂により形成されると望ましい。
　レンズ１０Ｂの入射面１１には、整光部として、光軸を中心とした複数の輪帯１１ａが形成されている。輪帯１１ａは、光軸と逆側を向いた第１面１１ｂと、光軸側を向いた第２面１１ｃとからなる。第１面１１ｂ及び第２面１１ｃは、レンズの光軸を含む断面を示す図９において、ストレート形状を有し、第１面１１ｂの光軸に対する傾き角θ１は、第２面１１ｃの光軸に対する傾き角θ２よりも大きい。輪帯１１ａのピッチは、光軸から離れるに連れて小さくなっている。
　図１０は、第４の実施の形態にかかるＬＥＤ発光装置のレンズ１０Ｃを入射面側から見た図である。図１１は、図１０の構成をXI-XI線で切断して矢印方向に見た図である。
　レンズ１０Ｃは、平板状であって、入射面１１と出射面１５とを有する。出射面１５は、光軸に対して直交する平面である。
　レンズ１０Ｃの入射面１１には、整光部として、光軸を中心とした複数の輪帯１１ａが形成されている。輪帯１１ａは、レンズ１０の光軸を含む断面を示す図１１において、光軸と逆側を向いた第１面１１ｂと、光軸側を向いた第２面１１ｃとからなる。図１１において、輪帯１１ａの第１面１１ｂは、ストレート形状であり、輪帯１１ａの第２面１１ｃは、円筒面である。輪帯１１ａのピッチは、光軸から離れるに連れて連続的に小さくなっている。尚、入射面１１の中央は、出射面１５から離れるように凸状となっている。
　図１２は、第５の実施の形態にかかるＬＥＤ発光装置のレンズ１０Ｄを入射面側から見た図である。図１３は、図１２の構成をXIII-XIII線で切断して矢印方向に見た図である。図１４は、図１２の構成をXIV-XIV線で切断して矢印方向に見た図である。
　レンズ１０Ｄは、平板状であって、入射面１１と出射面１５とを有する。出射面１５は、光軸に対して直交する平面である。
　レンズ１０Ｄは、整光部として、光軸に直交するＸ方向（撮影時の水平方向に対応）に沿ってストレートに延在する複数のＸ方向隆起部１１ｘと、光軸及びＸ方向に直交するＹ方向に沿ってストレートに延在する複数のＹ方向隆起部１１ｙとを有し、Ｘ方向隆起部１１ｘの本数は、Ｙ方向隆起部１１ｙの本数はより少ない。
　又、前記Ｘ方向隆起部１１ｘのピッチｐｘと、Ｙ方向隆起部１１ｙのピッチｐｙは、光軸から離れるに連れて小さくなっている。
　図１２に示すように、Ｘ方向隆起部１１ｘとＹ方向隆起部１１ｙの端部は互いに接続されており、Ｘ方向隆起部１１ｘの長さＬｘは、それに接続されたＹ方向隆起部１１ｙの長さＬｙより短く、Ｘ方向隆起部１１ｘの前後のピッチｐｘと、それに接続されたＹ方向隆起部１１ｙの前後のピッチｐｙとを比較するに、ピッチｐｘはピッチｐｙより大きい。
　Ｘ方向隆起部１１ｘは、レンズ１０Ｄの光軸を通るＸ方向の断面を示す図１３において、光軸と逆側を向いた第１Ｘ面１１ｘｂと、光軸側を向いた第２Ｘ面１１ｘｃとからなり、第１Ｘ面１１ｘｂの光軸に対する傾き角θ１Ｘは、第２Ｘ面１１ｘｃの光軸に対する傾き角θ２Ｘよりも大きい。
　Ｙ方向隆起部１１ｙは、レンズ１０Ｄの光軸を通るＹ方向の断面を示す図１４において、光軸と逆側を向いた第１Ｙ面１１ｙｂと、光軸側を向いた第２Ｙ面１１ｙｃとからなり、第１Ｙ面１１ｙｂの光軸に対する傾き角θ１Ｙは、第２Ｙ面１１ｙｃの光軸に対する傾き角θ２Ｙよりも大きい。又、互いに接続されるＸ方向隆起部１１ｘとＹ方向隆起部１１ｙにおいて、θ１Ｘ＞θ１Ｙ、θ２Ｘ＜θ２Ｙである。このように、Ｘ方向とＹ方向とで傾き角を変えることで、矩形状の照射範囲において、鉛直方向の長さをＶ、水平方向の長さをＨとしたときに、以下の式を満たす任意のアスペクト比を得ることができる。
　１．３３≦Ｖ／Ｈ≦１．７８　　　（２）
　図１５は、第６の実施の形態にかかるＬＥＤ発光装置のレンズ１０Ｅを入射面側から見た斜視図である。図１６は、レンズ１０Ｅを入射面側から見た図である。図１７は、図１６の構成をXVII-XVII線で切断して矢印方向に見た図である。図１８は、図１６の構成をXVIII-XVIII線で切断して矢印方向に見た図である。
　レンズ１０Ｅは、平板状であって、入射面１１と出射面１５とを有する。出射面１５は、光軸に対して直交する平面である。
　レンズ１０Ｅは、整光部として、光軸に直交するＸ方向に平行な２辺と、光軸及び前記Ｘ方向に直交するＹ方向に平行な２辺からなる複数の矩形領域を有している。より具体的には、レンズ１０Ｅの入射面１１における光軸が通過する中央矩形領域１１ｒｃは、光軸に直交している。
　又、光軸からＸ方向に並んだＸ方向矩形領域１１ｒｘは、レンズ１０Ｅの光軸を通るＸ方向の断面を示す図１７において、光軸から離れる方向に傾いた平面のＸ方向矩形面ｒｘ１を有する。辺を介して隣接するＸ方向矩形領域１１ｒｘの境界には、光軸に平行なＸ方向段差面ｒｘ２が設けられ、Ｘ方向段差面ｒｘ２は、光軸に近い側のＸ方向矩形領域１１ｒｘのＸ方向矩形面ｒｘ１と交差している。
　一方、レンズの光軸からＹ方向に並んだＹ方向矩形領域１１ｒｙは、レンズ１１Ｅの光軸を通るＹ方向の断面を示す図１８において、光軸から離れる方向に傾いた平面のＹ方向矩形面ｒｙ１を有する。辺を介して隣接するＹ方向矩形領域１１ｒｙの境界には、光軸に平行なＹ方向段差面ｒｙ２が設けられ、Ｙ方向段差面ｒｙ２は、光軸に近い側のＹ方向矩形領域１１ｒｙのＹ方向矩形面ｒｙ１と交差している。
　一方、入射面１１において、中央矩形領域１１ｒｃ、Ｘ方向矩形領域１１ｒｘ、Ｙ方向矩形領域１１ｒｙ以外の矩形領域１１ｒは、図１９にその拡大図を示すが、矩形領域１１ｒは、光軸方向に見て、最も光軸に近い角Ｃ１と対向する角Ｃ２とを結ぶ境界線ＢＬによって分けられた一対の三角面Ｓ１，Ｓ２を有し、この一対の三角面ｓ１，ｓ２は、光軸直交方向に対して傾いており、その法線ＲＬ１，ＲＬ２は互いに交差する。
　又、図１９において、辺を介して隣接する矩形領域１１ｒの境界には、光軸に平行な段差面ｓ３，ｓ４が設けられ、段差面ｓ３，ｓ４は、光軸に近い側の矩形領域１１ｒの三角面Ｓ１，Ｓ２の一方と交差している。尚、Ｘ方向矩形領域１１ｒｘの数は、Ｙ方向矩形領域１１ｒｙの数よりも少ないから、段差面ｓ３，ｓ４の傾きがＸ方向とＹ方向とで異なることとなる。このように、Ｘ方向とＹ方向とで段差面ｓ３，ｓ４の傾きを変えることで、矩形状の照射範囲において、鉛直方向の長さをＶ、水平方向の長さをＨとしたときに、以下の式を満たす任意のアスペクト比を得ることができる。
　１．３３≦Ｖ／Ｈ≦１．７８　　　（２）
　図２０は、第７の実施の形態にかかるＬＥＤ発光装置のレンズユニットを入射面側から見た斜視図である。図２１は、レンズユニットを入射面側から見た図である。図２２は、レンズユニットを側方から見た図である。
　図において、矩形板状の本体３０は、上述した実施の形態にかかるレンズ（代表して１０）を並列に設けてなる。本体３０とレンズ１０は一体でも良いし、別体でも良い。又、図示していないが、レンズ１０に対応してＬＥＤ光源が設けられている。本体３０の両側には、ネジなどを利用して本体３０を携帯端末等に固定するタブ３１が設けられている。
　本発明は、明細書に記載の実施形態に限定されるものではなく、他の実施形態・変形例を含むことは、本明細書に記載された実施形態や技術思想から本分野の当業者にとって明らかである。
 １０～１０Ｅ レンズ
 １１ 入射面又は正面入射面
 １１ａ 輪帯
 １１ｂ 第１面
 １１ｃ 第２面
 １１ｒ 矩形領域
 １１ｒｃ 中央矩形領域
 １１ｒｘ Ｘ方向矩形領域
 １１ｒｙ Ｙ方向矩形領域
 １１ｘ Ｘ方向隆起部
 １１ｘｂ 第１面
 １１ｘｃ 第２面
 １１ｙ Ｙ方向隆起部
 １１ｙｂ 第１面
 １１ｙｃ 第２面
 １２ 位置決め部
 １３ 第１側面
 １４ 第２側面
 １５ 出射面
 １６ 脚部
 ２０ ＬＥＤ光源
 ３０ 本体
 ３１ タブ

Claims (22)

  1. 　ＬＥＤ光源と、
    　前記ＬＥＤ光源の光放出側に配置され、前記ＬＥＤ光源からの発光光が入射する入射面と、前記発光光を外部に放出する出射面とを備えたレンズと、を有する、撮像用の補助光を発光するＬＥＤ発光装置において、
    　前記レンズの入射面には、入射した前記ＬＥＤ光源からの発光光の配光特性を整える整光部が設けられており、前記レンズから所定の距離だけ離れたスクリーン上に、前記ＬＥＤ光源の中心を基準として矩形状に照射範囲をとって、前記レンズの出射面から前記ＬＥＤ光源からの発光光を出射したときに、前記照射範囲の中心照度をＬ１、前記照射範囲の四隅の照度をＬ２とすると、以下の式を満たすことを特徴とするＬＥＤ発光装置。
    　Ｌ２／Ｌ１≧０．３　　　（１）
  2. 　前記矩形状の照射範囲において、鉛直方向の長さをＶ、水平方向の長さをＨとしたときに、以下の式を満たすことを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ発光装置。
    　１．３３≦Ｖ／Ｈ≦１．７８　　　（２）
  3. 　前記レンズの出射面は平面であることを特徴とする請求項１又は２に記載のＬＥＤ発光装置。
  4. 　前記レンズの整光部は光軸を中心とした少なくとも１つの輪帯を含み、前記輪帯は、前記レンズの光軸を含む断面をとったとき、光軸と逆側を向いた第１面と、光軸側を向いた第２面とからなることを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載のＬＥＤ発光装置。
  5. 　前記輪帯の前記第２面は、前記レンズの光軸を含む断面をとったとき、円弧形状を有することを特徴とする請求項４に記載のＬＥＤ発光装置。
  6. 　前記レンズの前記入射面の中央は、前記出射面側に向かって窪んでいることを特徴とする請求項４又は５に記載のＬＥＤ発光装置。
  7. 　前記レンズの前記入射面と前記出射面に交差する側面が設けられ、前記側面は前記出射面側に向かうにつれて縮寸するテーパ面であることを特徴とする請求項４～６のいずれか１項に記載のＬＥＤ発光装置。
  8. 　前記レンズの前記入射面は光軸を中心とする複数の領域に分割されており、各領域における前記輪帯のピッチは、互いに異なっていることを特徴とする請求項４又は５に記載のＬＥＤ発光装置。
  9. 　前記領域における前記輪帯のピッチは、それより光軸直交方向外側の前記領域における前記輪帯のピッチより大きいことを特徴とする請求項８に記載のＬＥＤ発光装置。
  10. 　前記輪帯の前記前記第１面及び前記第２面は、前記レンズの光軸を含む断面をとったとき、ストレート形状を有し、前記第１面の光軸に対する傾き角θ１は、前記第２面の光軸に対する傾き角θ２よりも大きいことを特徴とする請求項４に記載のＬＥＤ発光装置。
  11. 　前記輪帯は複数設けられ、前記輪帯のピッチは、光軸から離れるに連れて小さくなることを特徴とする請求項１０に記載のＬＥＤ発光装置。
  12. 　前記レンズの整光部は光軸に直交するＸ方向に沿った複数のＸ方向隆起部と、光軸及び前記Ｘ方向に直交するＹ方向に沿った複数のＹ方向隆起部とを有し、前記Ｘ方向隆起部と前記Ｙ方向隆起部の本数は異なっていることを特徴とする請求項４に記載のＬＥＤ発光装置。
  13. 　前記Ｘ方向隆起部と前記Ｙ方向隆起部のピッチは、光軸から離れるに連れて小さくなることを特徴とする請求項１２に記載のＬＥＤ発光装置。
  14. 　前記Ｘ方向隆起部と前記Ｙ方向隆起部の端部は互いに接続されており、前記Ｘ方向隆起部の長さは、それに接続された前記Ｙ方向隆起部の長さより短いことを特徴とする請求項１２又は１３に記載のＬＥＤ発光装置。
  15. 　前記Ｘ方向隆起部は、前記レンズの光軸を通るＸ方向の断面をとったとき、光軸と逆側を向いた第１Ｘ面と、光軸側を向いた第２Ｘ面とからなり、前記第１Ｘ面の光軸に対する傾き角θ１Ｘは、前記第２Ｘ面の光軸に対する傾き角θ２Ｘよりも大きく、
    　前記Ｙ方向隆起部は、前記レンズの光軸を通るＹ方向の断面をとったとき、光軸と逆側を向いた第１Ｙ面と、光軸側を向いた第２Ｙ面とからなり、前記第１Ｙ面の光軸に対する傾き角θ１Ｙは、前記第２Ｙ面の光軸に対する傾き角θ２Ｙよりも大きいことを特徴とする請求項１２～１４のいずれか１項に記載のＬＥＤ発光装置。
  16. 　前記レンズの整光部は光軸に直交するＸ方向に平行な２辺と、光軸及び前記Ｘ方向に直交するＹ方向に平行な２辺からなる複数の矩形領域を有しており、各矩形領域は、最も光軸に近い角と対向する角とを結ぶ境界線によって分けられた一対の三角面を有し、前記一対の三角面は光軸直交方向に対して傾いており、その法線は互いに交差することを特徴とする請求項４に記載のＬＥＤ発光装置。
  17. 　辺を介して隣接する前記矩形領域の境界には、光軸に平行な段差面が設けられ、前記段差面は、光軸に近い側の前記矩形領域の三角面の一方と交差していることを特徴とする請求項１５に記載のＬＥＤ発光装置。
  18. 　前記レンズの光軸からＸ方向に並んだＸ方向矩形領域は、前記レンズの光軸を通るＸ方向の断面をとったとき、光軸から離れる方向に傾いたＸ方向矩形面を有し、前記レンズの光軸からＹ方向に並んだＹ方向矩形領域は、前記レンズの光軸を通るＹ方向の断面をとったとき、光軸から離れる方向に傾いたＹ方向矩形面を有していることを特徴とする請求項１５又は１６に記載のＬＥＤ発光装置。
  19. 　辺を介して隣接する前記Ｘ方向矩形領域の境界には、光軸に平行なＸ方向段差面が設けられ、前記Ｘ方向段差面は、光軸に近い側の前記Ｘ方向矩形領域のＸ方向矩形面と交差しており、辺を介して隣接する前記Ｙ方向矩形領域の境界には、光軸に平行なＹ方向段差面が設けられ、前記Ｙ方向段差面は、光軸に近い側の前記Ｙ方向矩形領域のＹ方向矩形面と交差していることを特徴とする請求項１７に記載のＬＥＤ発光装置。
  20. 　前記レンズの入射面側には、前記レンズを前記ＬＥＤ光源もしくは基板に直接取り付ける際の位置決め構造が一体成形されていることを特徴とする請求項１～１９のいずれか１項に記載のＬＥＤ発光装置。
  21. 　前記レンズは並列に配置されることを特徴とする請求項１～２０のいずれか１項に記載のＬＥＤ発光装置。
  22. 　請求項１～２１のいずれか１項に記載のＬＥＤ発光装置に用いることを特徴とするＬＥＤ発光装置用レンズ。
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