JP2012209141A - Illumination lamp fitting - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、発光ダイオードを光源とする照明灯具に関する。 The present invention relates to an illumination lamp using a light emitting diode as a light source.
近年、発光ダイオード（以下、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）とも称する）を光源として用いた一般照明装置（以下、白色ＬＥＤ照明装置とも称する）が広く用いられつつある。 In recent years, a general lighting device (hereinafter also referred to as a white LED lighting device) using a light emitting diode (hereinafter also referred to as an LED (Light Emitting Diode)) as a light source has been widely used.
発光ダイオードは、その性質上素子そのものから複数の波長を含む白色光を得られない。このため、白色発光ダイオードの場合は、例えば波長変換物質である蛍光体を使用するなどの方法により白色光を得ている。 A light-emitting diode cannot obtain white light including a plurality of wavelengths from the element itself due to its properties. For this reason, in the case of a white light emitting diode, white light is obtained by a method such as using a phosphor that is a wavelength converting substance.
蛍光体を用いて白色光を得る白色発光ダイオードでは、青色光を発する（例えばＺｎＳｅ系、ＩｎＧａＮ系、ＧａＮ系、ＺｎＯ系などの半導体材料で構成される）青色発光ダイオードが、その青色光を青色の補色となる黄色光あるいは黄緑色光に波長変換する蛍光体（例えば、ＹＡＧ、ＴＡＧ、オルトシリケート系など）に光を照射する。そうすると、青色光により蛍光体が励起されてその励起光よりも長波長の黄色光を得られる。つまり、白色発光ダイオードは、この黄色光と青色発光ダイオード本来の青色光との加法混色によって、擬似的に白色光を生成する。 A white light emitting diode that obtains white light using a phosphor emits blue light (for example, composed of a semiconductor material such as ZnSe, InGaN, GaN, or ZnO). Irradiates light to a phosphor (for example, YAG, TAG, orthosilicate system, etc.) that converts the wavelength into yellow light or yellow-green light, which is a complementary color. Then, the phosphor is excited by blue light, and yellow light having a wavelength longer than that of the excitation light can be obtained. That is, the white light emitting diode generates pseudo white light by the additive color mixture of the yellow light and the blue light inherent to the blue light emitting diode.
ところで、蛍光体を使用して擬似的に白色光を得る白色発光ダイオードでは、発光ダイオード本来の色（青色光）を発するＬＥＤチップと蛍光体を通過した発光面（外部に露出した表面）までの距離（光路長）が一様ではないことにより、発光色調に相違（いわゆる色調ムラや色ムラ）が生じることがある。 By the way, in a white light emitting diode that obtains pseudo white light using a phosphor, an LED chip that emits the original color (blue light) of the light emitting diode and a light emitting surface (surface exposed to the outside) that has passed through the phosphor. Since the distance (optical path length) is not uniform, a difference in light emission color tone (so-called color tone unevenness or color unevenness) may occur.
なお、上述のような色調ムラの問題を解決しようとする白色ＬＥＤ照明装置の一例として、凸面を有する凸形状の光入射面と、中央部と外周部とが異なる形状または異なる曲率で形成された凸形状の光放出面とを有する光学レンズにより、ＬＥＤの発光面の中央部から出射した青みがかった白色光及びＬＥＤの発光面の周辺部から出射した黄色みがかった白色光のそれぞれの白色光のうち、光学レンズの光入射面側の凸面からレンズ内に導入されたそれぞれの白色光が発光面側の凸形状部から外部に放出されて混合される、という技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。 In addition, as an example of the white LED lighting device that attempts to solve the problem of uneven color tone as described above, a convex light incident surface having a convex surface and a central portion and an outer peripheral portion are formed with different shapes or different curvatures. With an optical lens having a convex light emitting surface, bluish white light emitted from the central portion of the light emitting surface of the LED and yellowish white light emitted from the peripheral portion of the light emitting surface of the LED, respectively. Among them, a technique is known in which each white light introduced into the lens from the convex surface on the light incident surface side of the optical lens is emitted to the outside from the convex portion on the light emitting surface side and mixed (for example, Patent Document 1).
しかしながら、上記特許文献１の技術では、光学レンズ内部で青みがかった白色光及び黄色みがかった白色光それぞれの反射光の光路を混合して色調ムラを緩和しようとしているため、光学レンズの光照射方向の長さが長くなってしまい、光学レンズが肉厚になってしまっていた。 However, in the technique of Patent Document 1 described above, since the light paths of the reflected light of the bluish white light and the yellowish white light are mixed in the optical lens to reduce the color tone unevenness, the light irradiation direction of the optical lens The length of the lens became longer, and the optical lens became thicker.
つまり、光学レンズが肉厚になってしまうことで、色調ムラを解消する照明装置の小型化が図りにくいという問題が考えられた。 In other words, there has been a problem that it is difficult to reduce the size of the lighting device that eliminates color tone unevenness because the optical lens becomes thick.
以上より、本発明は、青色発光ダイオードと黄色蛍光体とにより白色光を発する白色発光ダイオードを光源として用いる照明装置において、装置構成の小型化を図りつつ色調ムラを緩和する技術を提供することを、その解決しようとする課題とする。 As described above, the present invention provides a technique for alleviating color tone unevenness while reducing the size of a device configuration in a lighting device using a white light emitting diode that emits white light as a light source using a blue light emitting diode and a yellow phosphor. Let's make it a problem to be solved.
以上の課題に鑑み、本発明は以下の手段とした。
すなわち、本発明は、青色光を発する発光チップ、及び、発光チップを出射方向から覆う黄色蛍光体層を備え、黄色蛍光体層外方の平面を発光面として白色光を発する発光ダイオードと、発光面を正面から覆うように配置された光学レンズと、を備える照明灯具であり、光学レンズが、発光面の中心から延びる発光ダイオード光軸を含むその近傍に設けられ、該光学レンズに入射した発光ダイオードからの光を屈折させて発光ダイオード光軸方向に向かう光とする第一入射面と、第一入射面の周囲に設けられる第二入射面と、第二入射面の外方に設けられ、当該第二入射面から入射した光を内面反射させて発光ダイオード光軸方向に向かう光とする全反射面と、発光ダイオード光軸方向において第一入射面からの入射光に対応する位置に設けられる面であり、第一入射面から入射した光を出射する第一出射面と、光軸方向における第二入射面からの入射光に対応する位置に設けられる面であり、光軸に鉛直な面から見て凹凸曲断面をなし、この凹凸曲断面を光軸上の一点を中心に揺動させながら当該光軸を中心に回転させることにより形成されるレンズカットを施した第二出射面と、を有する。
In view of the above problems, the present invention has the following means.
That is, the present invention includes a light emitting chip that emits blue light, a yellow phosphor layer that covers the light emitting chip from the emitting direction, a light emitting diode that emits white light with a plane outside the yellow phosphor layer as a light emitting surface, and light emission An optical lens disposed so as to cover the surface from the front, and the optical lens is provided in the vicinity including the optical axis of the light emitting diode extending from the center of the light emitting surface, and the light emitted incident on the optical lens A first incident surface that refracts light from the diode and travels in the direction of the light-emitting diode optical axis, a second incident surface provided around the first incident surface, and provided outside the second incident surface, Provided at a position corresponding to the incident light from the first incident surface in the direction of the light emitting diode optical axis, and a total reflection surface that reflects the light incident from the second incident surface to the inner surface by reflecting the light internally. A surface that is provided at a position corresponding to the incident light from the second incident surface in the optical axis direction, and is perpendicular to the optical axis. A second emission surface having a lens cut formed by rotating the optical axis around the optical axis while oscillating the concave / convex curved surface around one point on the optical axis. Have.
本発明は、青色発光ダイオードと黄色蛍光体とを用いて擬似的に白色光を発するいわゆる擬似白色発光ダイオードを光源として用いる照明灯具であり、発光チップから蛍光体層を透過した発光面までの距離の相違によって生じる色調ムラを解消することに鑑み、以下の構成を採った。 The present invention is an illuminating lamp that uses a so-called pseudo white light emitting diode that emits pseudo white light using a blue light emitting diode and a yellow phosphor as a light source, and the distance from the light emitting chip to the light emitting surface that has passed through the phosphor layer. In view of eliminating the color tone unevenness caused by the difference, the following configuration is adopted.
まず、発光ダイオードからの放射光の放射方向に対応して、第一入射面、または第二入射面及び全反射面により、当該放射光を発光ダイオード光軸方向に集光（発光ダイオード光軸に平行な光、または発光ダイオード光軸にまたは平行光に対して角度がついている光（平行光より広がっている光や狭まっている光））して基本的な照射方向に光を制御する。 First, corresponding to the radiation direction of the emitted light from the light emitting diode, the emitted light is collected in the light emitting diode optical axis direction by the first incident surface or the second incident surface and the total reflection surface (on the light emitting diode optical axis). The light is controlled in the basic irradiation direction by using parallel light or light having an angle with respect to the optical axis of the light-emitting diode or parallel light (light spreading or narrowing than parallel light).
そして、第一入射面からの光と第二入射面及び全反射面を経た光とについて、それぞれの出射面を異なる形状とした。 And each light emission surface was made into the different shape about the light from the 1st entrance surface, and the light which passed through the 2nd entrance surface and the total reflection surface.
具体的には、第一入射面からの光について出射する第一出射面は、集光や拡散などのレンズ作用を有しない。このため、第一出射面からの光は、第一入射面からの光の集光度合いを維持したまま照射される。 Specifically, the first exit surface that emits light from the first entrance surface does not have a lens action such as light collection or diffusion. For this reason, the light from the first exit surface is irradiated while maintaining the degree of light collection from the first entrance surface.
これに対して、第二入射面及び全反射面を経た光について出射する第二出射面は、光軸に鉛直な面から見て凹凸曲断面をなし、この凹凸曲断面を光軸上の一点を中心に揺動させながら当該光軸を中心に回転させることにより形成されるレンズカットを施す。 On the other hand, the second exit surface that emits light that has passed through the second entrance surface and the total reflection surface has an uneven curved section when viewed from a plane perpendicular to the optical axis, and this uneven curved section is a point on the optical axis. A lens cut formed by rotating around the optical axis while swinging around is performed.
そのため、本発明では、第二出射面で屈折した出射光の方向が様々な方向（第二出射面に沿った方向だけでなく鉛直方向にも変化した照射方向）となり、色調ムラの原因となる、様々な色調の光を効率良く混色することが出来る。特に、本発明では、第一入射面と第二入射面及び全反射面により光線の方向を整えた後に、第一入射面を経た光についてはその光線の方向を維持したまま第一出射面から出射して配光領域の中心部の光度を高め、第二入射面及び全反射面を経た光については第二出射面により拡散させて様々な色調の光線を混ぜ合わせる。このため、本発明によれば、中心部の光度を高めながら光学レンズの構成を小型化し、なおかつ効率よく様々な色調の色光による色調ムラを低減できる。 For this reason, in the present invention, the direction of the outgoing light refracted on the second emission surface becomes various directions (irradiation direction changed not only in the direction along the second emission surface but also in the vertical direction), which causes color tone unevenness. It is possible to mix light of various tones efficiently. In particular, in the present invention, after adjusting the direction of the light beam by the first incident surface, the second incident surface and the total reflection surface, the light passing through the first incident surface is maintained from the first emission surface while maintaining the direction of the light beam. The luminous intensity at the center of the light distribution area is increased, and the light having passed through the second incident surface and the total reflection surface is diffused by the second emission surface to mix light beams of various colors. For this reason, according to the present invention, the configuration of the optical lens can be reduced in size while increasing the luminous intensity of the central portion, and color tone unevenness due to color light of various color tones can be reduced efficiently.
また、本発明は、凹凸曲断面が、接線連続した曲断面であってもよい。 In the present invention, the concavo-convex curved cross section may be a curved cross section that is tangentially continuous.
このような第二出射面の形状を採ることにより、本発明は、光学レンズ内部で光が極端な（大きな・急激な）屈折をしないため、連続的かつ徐々に様々な色調の色光を分散して混ぜ合わせることができ、その結果として色調ムラを低減できる。また、本発明によれば、全反射面から第二出射面に向かう光が内部反射してしまうことを防ぎ、光の取り出し効率を高めることができる。 By adopting such a shape of the second emission surface, the present invention does not refract extreme (large or abrupt) light inside the optical lens, and thus continuously and gradually disperses the color light of various tones. As a result, color unevenness can be reduced. Further, according to the present invention, it is possible to prevent the light directed from the total reflection surface toward the second emission surface from being internally reflected, and to increase the light extraction efficiency.
以上のように、本発明によれば、青色発光ダイオードと黄色蛍光体とを用いて白色光を発する白色発光ダイオードを光源とする照明装置において、光学レンズの小型化を図りつつ色調ムラを緩和する技術を提供することができる。 As described above, according to the present invention, in an illuminating device using a white light emitting diode that emits white light using a blue light emitting diode and a yellow phosphor as a light source, color unevenness is reduced while miniaturizing an optical lens. Technology can be provided.
以下、本発明の一実施の形態に係る照明灯具について説明する。
なお、本実施の形態は、本発明の一実施の形態にすぎないため、本発明には他の実施の形態も含まれることはいうまでもない。
Hereinafter, an illumination lamp according to an embodiment of the present invention will be described.
In addition, since this Embodiment is only one Embodiment of this invention, it cannot be overemphasized that other Embodiment is also included in this invention.
図１は、本実施形態に係る照明灯具１の斜視図である。図２は、本実施形態に係る照明灯具の側面図である。図３は、本実施形態に係る照明灯具の上面視図である。図４は、本実施形態に係る照明灯具の光学レンズの側断面図である。 FIG. 1 is a perspective view of an illuminating lamp 1 according to the present embodiment. FIG. 2 is a side view of the illumination lamp according to the present embodiment. FIG. 3 is a top view of the illumination lamp according to the present embodiment. FIG. 4 is a side sectional view of the optical lens of the illumination lamp according to the present embodiment.
本実施形態に係る照明灯具１は、白色発光ダイオード２と光学レンズ３とを備える。
ここで、本実施の形態では、白色発光ダイオード２の光照射方向を上面（正面）とし、そこから鉛直な面を側面として説明する。
The illumination lamp 1 according to the present embodiment includes a white light emitting diode 2 and an optical lens 3.
Here, in this Embodiment, the light irradiation direction of the white light emitting diode 2 is made into the upper surface (front surface), and the perpendicular | vertical surface from there is demonstrated as a side surface.
図１，２にも示されるように、光学レンズ３は、白色発光ダイオード２の発光面２３を上面から（光照射方向に対向して）覆うように配置される。光学レンズ３は、発光面２３から延びる発光ダイオード光軸Ｚを含むその近傍を中心として設けられる。 As shown in FIGS. 1 and 2, the optical lens 3 is disposed so as to cover the light emitting surface 23 of the white light emitting diode 2 from the upper surface (opposing the light irradiation direction). The optical lens 3 is provided around its vicinity including the light-emitting diode optical axis Z extending from the light-emitting surface 23.
本実施形態において、光学レンズ３は、図３に示すように上面視円形をなし、第一入射面３１と第二入射面３２と全反射面３３と第一出射面３４と第二出射面３５とを有する。なお、本実施形態では、第二入射面３２と全反射面３３の組み合わせは、白色発光ダイオード２からの放射光の取り込みを考慮し、二組設けられる。光学レンズ３の第二入射面３２と全反射面３３との組み合わせは、本実施の形態のように二組に限らず、その組数は適宜設定可能である。 In the present embodiment, the optical lens 3 has a circular top view as shown in FIG. 3, and includes a first incident surface 31, a second incident surface 32, a total reflection surface 33, a first exit surface 34, and a second exit surface 35. And have. In the present embodiment, two combinations of the second incident surface 32 and the total reflection surface 33 are provided in consideration of capturing of the radiated light from the white light emitting diode 2. The combination of the second incident surface 32 and the total reflection surface 33 of the optical lens 3 is not limited to two sets as in the present embodiment, and the number of sets can be set as appropriate.
第一入射面３１は、発光ダイオード光軸Ｚを中心とした領域に設けられ、入射した白色発光ダイオード２からの光を屈折させて、その光を光学レンズ３内部で発光ダイオード光軸Ｚ方向に集光とすることができる凸面である。ここで、第一入射面３１により屈折された白色発光ダイオード２からの光の集光度合いは、発光ダイオード光軸Ｚに平行な光であっても、または平行光に対して角度がついている光（平行光より広がっている光や狭まっている光）であってもよい。 The first incident surface 31 is provided in a region centered on the light-emitting diode optical axis Z, refracts the incident light from the white light-emitting diode 2, and causes the light to enter the optical lens 3 in the direction of the light-emitting diode optical axis Z. It is a convex surface that can be condensed. Here, the degree of light collection from the white light-emitting diode 2 refracted by the first incident surface 31 is light that is parallel to the light-emitting diode optical axis Z or light that is angled with respect to the parallel light. (Light spreading more than parallel light or light narrowing) may be used.
第二入射面３２は、第一入射面３１の周囲（上面視外側）に設けられ、発光ダイオード２からの光のうち第一入射面３１に入射しなかった光が光学レンズ３内部に入射することができるように、発光ダイオード光軸Ｚに沿った方向に延びる面（発光ダイオード光軸Ｚに対して角度を有しても良い）を有する。 The second incident surface 32 is provided around the first incident surface 31 (outside as viewed from above), and light that has not entered the first incident surface 31 out of the light from the light emitting diode 2 is incident on the inside of the optical lens 3. In order to be able to, it has the surface (it may have an angle with respect to the light emitting diode optical axis Z) extended in the direction along the light emitting diode optical axis Z.
全反射面３３は、第二入射面３２の発光ダイオード光軸Ｚから見て外方に設けられる。全反射面３３は、第二入射面３２から入射した光を内面反射させて第一入射面３１の反対側へ向かって集光した光（発光ダイオード光軸に平行な光、または平行光に対して角度がついている光（平行光より広がっている光や狭まっている光）にする。 The total reflection surface 33 is provided outward from the light emitting diode optical axis Z of the second incident surface 32. The total reflection surface 33 internally reflects the light incident from the second incident surface 32 and collects the light toward the opposite side of the first incident surface 31 (with respect to light parallel to the light emitting diode optical axis or parallel light). To light that is angled (light that is broader or narrower than parallel light).
第一出射面３４は、第一入射面３１の反対側（照明灯具１において白色発光ダイオード２が設けられる側とは反対側）に設けられ、発光ダイオード光軸Ｚとは鉛直な平面である。第二出射面３５は、全反射面３３の反対側に設けられ、発光ダイオード光軸Ｚとは鉛直な面を基調としている。 The first exit surface 34 is provided on the opposite side of the first entrance surface 31 (the side opposite to the side where the white light emitting diode 2 is provided in the illumination lamp 1), and is a plane that is perpendicular to the light emitting diode optical axis Z. The second emission surface 35 is provided on the opposite side of the total reflection surface 33 and is based on a surface perpendicular to the light-emitting diode optical axis Z.
図５は、本実施形態に係る照明灯具の光学レンズ３のレンズカット形状、及び光学レンズ３からの出射光を示す側断面図である。図６は、本実施形態に係る照明灯具の光学レンズ３の第二出射面３５を拡大した斜視図である。 FIG. 5 is a side cross-sectional view showing the lens cut shape of the optical lens 3 of the illumination lamp according to the present embodiment, and the emitted light from the optical lens 3. FIG. 6 is an enlarged perspective view of the second emission surface 35 of the optical lens 3 of the illumination lamp according to the present embodiment.
第一入射面からの光について出射する第一出射面３４は、集光や拡散などのレンズ作用を有しない。第二出射面３５には、図５に示すように光軸に鉛直な面から見て凹凸曲断面（波を打っているような接線連続した断面形状）をなすレンズカットが施されている。レンズカットは、図６に示すように図５の凹凸曲断面を光軸上の一点を中心に揺動させながら当該光軸を中心に回転させることにより形成される。 The first exit surface 34 that emits light from the first entrance surface does not have a lens action such as light collection or diffusion. As shown in FIG. 5, the second emission surface 35 is provided with a lens cut that forms a concave and convex curved cross section (a tangential continuous cross section shape that strikes a wave) when viewed from a plane perpendicular to the optical axis. As shown in FIG. 6, the lens cut is formed by rotating the concavo-convex curved section of FIG. 5 around the optical axis while swinging about one point on the optical axis.
以上のような構成をなす本実施形態の照明灯具１について、より詳細に説明する。
図７は、本実施形態に係る照明灯具１において、白色発光ダイオード２からの出射光に色調ムラが生じる原理を説明する図である。
The illuminating lamp 1 of the present embodiment configured as described above will be described in more detail.
FIG. 7 is a diagram for explaining the principle of occurrence of uneven color tone in the emitted light from the white light emitting diode 2 in the illumination lamp 1 according to the present embodiment.
図７のように、照明灯具１で用いる白色発光ダイオード２は、青色光を発する発光チップ（発光素子）２１と発光チップ２１を覆う黄色蛍光体層２２を有する。この構成により、白色発光ダイオード２は、発光チップ２１が給電されて青色光を発し、その青色光により黄色蛍光体層２２が励起されて生じた黄色光ともとの青色光とが混色して白色光を照射する。 As shown in FIG. 7, the white light emitting diode 2 used in the illumination lamp 1 includes a light emitting chip (light emitting element) 21 that emits blue light and a yellow phosphor layer 22 that covers the light emitting chip 21. With this configuration, the white light emitting diode 2 emits blue light when the light emitting chip 21 is fed, and the yellow light generated by exciting the yellow phosphor layer 22 by the blue light mixes with the original blue light to generate white light. Irradiate light.
その際、発光チップ２１から発光面２３に到達するまでの距離（光路長）が光の方向により異なるため、光路長の短い箇所では比較的青白い光Ｌ３が照射され光路長の長い箇所では比較的黄色い光Ｌ４が照射される。 At that time, since the distance (light path length) from the light emitting chip 21 to the light emitting surface 23 varies depending on the direction of light, relatively light blue light L3 is irradiated at a portion where the light path length is short and relatively light at a portion where the light path length is long. Yellow light L4 is irradiated.
この白色発光ダイオード２による色ムラを解決するには、白色発光ダイオード２からの光を光学レンズの入射面の形状によって略平行化し、出射面の凹凸形状（ここで、凹凸形状とは、凹凸形状を繰り返すものの他に接線不連続に凸形状や凹形状が連続するものをも含む）によって、配光制御を行うことが考えられる。 In order to solve the color unevenness due to the white light emitting diode 2, the light from the white light emitting diode 2 is made substantially parallel by the shape of the incident surface of the optical lens, and the uneven shape of the exit surface (here, the uneven shape is the uneven shape). It is conceivable that the light distribution control is performed by a method in which the convex shape and the concave shape are discontinuously discontinuous in addition to the above.
特に、上述のような凸形状又は凹形状を繰り返す出射面形状の光学レンズの場合、そのレンズカットが連続的につながっていないため、そのレンズカット間の角の部分の周辺において極端な（大きな・急激な）屈折が生じ、様々な色調の光が互いに混じり合いにくく、その結果として色調ムラが解消されない。
また、上述のような単純な凹凸形状を持つ出射面形状の光学レンズの場合、出射面の凹凸断面形状があるものの、その凹凸断面形状が発光ダイオード光軸Ｚを中心とした回転対称や光学レンズの出射面に平行な方向（X方向とY方向）に限定されてしまうため、色ムラの問題は若干改善されるものの一部に見受けられたり、照度ムラが生じたり、あるいは配光エリアが四角形となってしまうという問題がある。
In particular, in the case of an optical lens having an exit surface shape that repeats a convex shape or a concave shape as described above, the lens cuts are not continuously connected. Abrupt refraction occurs, and light of various color tones hardly mix with each other, and as a result, the color tone unevenness is not eliminated.
In addition, in the case of an optical lens with an exit surface having a simple uneven shape as described above, the exit surface has an uneven cross-sectional shape, but the uneven cross-sectional shape is rotationally symmetric about the light-emitting diode optical axis Z or an optical lens. This is limited to the direction parallel to the light exit surface (X direction and Y direction), so the problem of color unevenness is slightly improved, but can be seen in part, uneven illuminance occurs, or the light distribution area is square There is a problem of becoming.
これは、本実施形態の照明灯具１の光学系を検討するにあたり、そのレンズや光源のサイズ、光源とレンズの距離を考慮するが、その光学系における光源が点とみなすことが困難であるということによる。 In considering the optical system of the illumination lamp 1 of the present embodiment, the size of the lens and the light source and the distance between the light source and the lens are considered, but it is difficult to regard the light source in the optical system as a point. It depends.
詳述すると、通常、光学系の検討を行う場合には、光源は点として考えるため図５のようになる。 More specifically, when the optical system is normally examined, the light source is considered as a point as shown in FIG.
しかし、実際の光源は、レンズとの相対的な大きさによって面としてみなされる。それにより、屈折のみで略平行化される光は、他に放たれる光と比較して光路長が短いため、図８のように光源からの光が出射される場所によって屈折する角度に差が出てしまう。 However, the actual light source is regarded as a surface by the relative size with the lens. As a result, the light that is substantially collimated only by refraction has a short optical path length compared to other light that is emitted, so that the difference in the angle of refraction depends on where the light from the light source is emitted as shown in FIG. Will come out.
以上の結果を踏まえ、本実施形態の照明灯具１の光学レンズ３における出射面の断面は、以下のように設定している。 Based on the above results, the cross section of the exit surface of the optical lens 3 of the illumination lamp 1 of the present embodiment is set as follows.
すなわち、第一入射面３１において屈折のみで集光される光については、平坦な面である第一出射面３４で出射させている。このとき、発光ダイオード光軸Ｚ付近の光は他と比較して元々屈折する角度に差が出てしまうが、この部分の第一出射面３４を平坦化することにより、あえてその効果を利用して出射して中心の集光した領域を照射する。 That is, the light collected only by refraction at the first incident surface 31 is emitted from the first emission surface 34 which is a flat surface. At this time, the light near the light-emitting diode optical axis Z has a difference in the angle at which the light is originally refracted compared to the others, but the effect is intentionally utilized by flattening the first emission surface 34 of this portion. And irradiate the focused region at the center.
そして、それ以外の屈折と全反射を経て略平行化される光については、接線連続を保った凹凸曲断面を持つレンズカットで、角を持った形状ではない。このため、本実施形態の光学レンズ３は、光学レンズ内部で光が極端な（大きな・急激な）屈折をしないため、連続的かつ徐々に様々な色調の色光を分散して混ぜ合わせることができ、その結果として色調ムラを低減できる。また、本実施形態の光学レンズ３は、角の部分による内部反射による光の取り出し効率の低下が生じない。 Further, light that is substantially collimated through refraction and total reflection other than that is a lens cut having a concave and convex curved section that keeps tangent continuity, and does not have a cornered shape. For this reason, since the optical lens 3 of the present embodiment does not refract extreme (large or abrupt) light inside the optical lens, it can continuously and gradually disperse and mix color lights of various tones. As a result, color tone unevenness can be reduced. Further, in the optical lens 3 of the present embodiment, the light extraction efficiency is not reduced due to internal reflection by the corner portion.
また、第二出射面３５のレンズカットの形状は、光軸を中心にその断面の曲線を同心円状にスイープ（回転）させたような（いわゆる波紋のような）形状ではない。具体的には、第二出射面３５のレンズカットの形状は、光軸Ｚを中心に同心円状に回転させているが、断面の曲線を光軸Ｚ上の点を中心に第二出射面３５に鉛直な方向（Z方向）へ揺動させた（振幅のある）曲線（例えば、その曲線は図５に示す断面のような曲線）でスイープさせている。 Further, the shape of the lens cut of the second emission surface 35 is not a shape obtained by sweeping (rotating) the curve of the section concentrically around the optical axis (so-called ripples). Specifically, the shape of the lens cut of the second exit surface 35 is concentrically rotated about the optical axis Z, but the second exit surface 35 is centered on a point on the optical axis Z with a curve of the cross section. And swept in a direction perpendicular to the direction (Z direction) (with amplitude) (for example, the curve is a curve like the cross section shown in FIG. 5).
以上の検討に基づいて形成された光学レンズ３によれば、白色発光ダイオード２を照明灯具１の光源として用いるにあたって照射光の色調ムラ（照射光に例えば中心部に青白い光や外周部に黄色い光などの光が偏在した状態）を緩和するために、第一入射面３１第二入射面３２と全反射面３３とにより様々な色調を有する光が平行光または白色発光ダイオード光軸Ｚ方向に集光した光に整えられたのち、レンズカットにより図５に示すＬ１やＬ２のように縦（Ｚ方向）横（Ｘ，Ｙ方向）様々な方向に連続的に拡散される。 According to the optical lens 3 formed on the basis of the above examination, when the white light emitting diode 2 is used as the light source of the illuminating lamp 1, color unevenness of the irradiated light (for example, pale light in the central portion or yellow light in the outer peripheral portion). In order to alleviate the uneven distribution of light such as the first incident surface 31, light having various color tones is collected in the parallel light or white light emitting diode optical axis Z direction by the second incident surface 32 and the total reflection surface 33. After the light has been adjusted, it is continuously diffused in various directions in the vertical (Z direction) and horizontal (X and Y directions) like L1 and L2 shown in FIG. 5 by lens cutting.
以上の構成と作用により、本実施形態の照明灯具１は、レンズ内部で平行光平行光より角度がついた発光ダイオード光軸Ｚ方向とした様々な色調の光をレンズカットにより第二出射面で屈折した出射光の方向が様々な方向（第二出射面に沿った方向（Ｘ，Ｙ方向）だけでなく鉛直方向（Ｚ方向）にも変化した照射方向）となり、色調ムラの原因となる、様々な色調の光を効率良く拡散して混色するため、装置（光学レンズ３）の構成を小型化しつつ、色調ムラを緩和することができる。 With the above configuration and operation, the illumination lamp 1 according to the present embodiment allows light of various tones in the direction of the light-emitting diode optical axis Z, which is more angled than parallel light in the lens, to be emitted from the second emission surface by lens cutting. The direction of the refracted outgoing light becomes various directions (irradiation direction changed not only in the direction (X, Y direction) along the second outgoing surface but also in the vertical direction (Z direction)), which causes color unevenness. Since light of various color tones is efficiently diffused and mixed, it is possible to alleviate color tone unevenness while reducing the size of the apparatus (optical lens 3).
また、本実施形態の照明灯具１によれば、様々な方向に光を拡散制御するため、照明灯具として求められている円形の配光を実現できる。 Moreover, according to the illumination lamp 1 of this embodiment, since light is diffused and controlled in various directions, a circular light distribution required as an illumination lamp can be realized.
そして、第二出射面３５の形状を接線連続した曲面からなる断面形状を採ることにより、本実施形態の照明灯具１の光学レンズ３は、連続的かつ徐々に様々な色調の色光を分散して混ぜ合わせることができ、その結果として色調ムラを低減でき、角の部分による全反射面から第二出射面に向かう光が内部反射してしまうことを防ぎ、光の取り出し効率を高めることができる。 And the optical lens 3 of the illumination lamp 1 of this embodiment disperse | distributes the color light of various tones continuously and gradually by taking the cross-sectional shape which consists of a curved surface which followed the shape of the 2nd output surface 35 tangently. As a result, color unevenness can be reduced, and light from the total reflection surface to the second emission surface due to the corner portion can be prevented from being internally reflected, and the light extraction efficiency can be increased.
なお、光学レンズが肉厚になってしまうことで、レンズ製作に多くの原材料が必要になる、あるいは、成型時にヒケが生じやすくなるなどして、コスト上昇の要因になるおそれがあったが、本実施形態の照明灯具１の光学レンズ３によれば、これらの課題も解決することができる。 In addition, because the optical lens becomes thick, a lot of raw materials are required for lens production, or there is a risk of sinking at the time of molding, which may cause a cost increase, According to the optical lens 3 of the illumination lamp 1 of the present embodiment, these problems can also be solved.
１ 照明灯具
２ 白色発光ダイオード
２１ 発光チップ
２２ 黄色蛍光体層
２３ 発光面
３ 光学レンズ
３１ 第一入射面
３２ 第二入射面
３３ 全反射面
３４ 第一出射面
３５ 第二出射面
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Illuminating lamp 2 White light emitting diode 21 Light emitting chip 22 Yellow fluorescent substance layer 23 Light-emitting surface 3 Optical lens 31 First incident surface 32 Second incident surface 33 Total reflection surface 34 First output surface 35 Second output surface
Claims (2)
前記発光面を正面から覆うように配置された光学レンズと、を備える照明灯具であり、
前記光学レンズが、
前記発光面の中心から延びる発光ダイオード光軸を含むその近傍に設けられ、該光学レンズに入射した前記発光ダイオードからの光を屈折させて発光ダイオード光軸方向に向かう光とする第一入射面と、
前記第一入射面の周囲に設けられる第二入射面と、
前記第二入射面の外方に設けられ、当該第二入射面から入射した光を内面反射させて前記発光ダイオード光軸方向に向かう光とする全反射面と、
前記発光ダイオード光軸方向において前記第一入射面からの入射光に対応する位置に設けられる面であり、前記第一入射面から入射した光を出射する第一出射面と、
前記発光ダイオード光軸方向における前記第二入射面からの入射光に対応する位置に設けられる面であり、前記光軸に鉛直な面から見て凹凸曲断面をなし、この凹凸曲断面を前記光軸上の一点を中心に揺動させながら当該光軸を中心に回転させることにより形成されるレンズカットを施した第二出射面と、を有する、照明灯具。 A light-emitting chip that emits blue light, and a yellow phosphor layer that covers the light-emitting chip from an emission direction, and a light-emitting diode that emits white light using a plane outside the yellow phosphor layer as a light-emitting surface;
And an optical lens arranged so as to cover the light emitting surface from the front,
The optical lens is
A first incident surface provided near the light-emitting diode optical axis extending from the center of the light-emitting surface, and refracting light from the light-emitting diode incident on the optical lens to be directed toward the light-emitting diode optical axis; ,
A second incident surface provided around the first incident surface;
A total reflection surface provided on the outside of the second incident surface, and internally reflecting the light incident from the second incident surface to be light directed in the light-emitting diode optical axis direction;
A surface provided at a position corresponding to incident light from the first incident surface in the light-emitting diode optical axis direction, and a first emitting surface for emitting light incident from the first incident surface;
The light-emitting diode is a surface provided at a position corresponding to incident light from the second incident surface in the optical axis direction of the light-emitting diode, and has a concave-convex curved section when viewed from a plane perpendicular to the optical axis. And a second light-exiting surface having a lens cut formed by rotating about the optical axis while swinging about one point on the axis.
接線連続した曲断面である、請求項１に記載の照明灯具。 The uneven curved section is
The illuminating lamp according to claim 1, wherein the lighting lamp is a tangential continuous curved section.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2011074306A JP2012209141A (en) | 2011-03-30 | 2011-03-30 | Illumination lamp fitting |
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| Country | Link |
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Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103438399A (en) * | 2013-07-18 | 2013-12-11 | 浙江中博光电科技有限公司 | Secondary optical lens for LED (light emitting diode) lamp |
| JP2018088326A (en) * | 2016-11-28 | 2018-06-07 | ウシオライティング株式会社 | Led bulb |
| CN108571711A (en) * | 2018-05-22 | 2018-09-25 | 成都欧盛光电科技有限公司 | anti-glare lens |
| US10663120B2 (en) | 2018-04-20 | 2020-05-26 | Nichia Corporation | Light source module |
-
2011
- 2011-03-30 JP JP2011074306A patent/JP2012209141A/en not_active Withdrawn
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