JP2012234650A - Light source device and lighting system - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、光源装置に関する。 The present invention relates to a light source device.
青色光を発する発光ダイオード(LED)などの光源と、光源が発した青色光によって励起され黄色い蛍光を発する蛍光体とを混合することにより、白色光を放射する光源部品がある。
また、光源部品が発した光を屈折・反射などする光学部品を使って、配光を制御することにより、所望の配光を得る光源装置がある。
There is a light source component that emits white light by mixing a light source such as a light emitting diode (LED) that emits blue light and a phosphor that emits yellow fluorescence when excited by blue light emitted from the light source.
Further, there is a light source device that obtains a desired light distribution by controlling the light distribution using an optical component that refracts or reflects light emitted from the light source component.
このように、波長や色度座標などが異なる複数種類の光を混合する光源部品は、光の出射点によって光の混合率が異なり、色むらが生じる場合がある。
特に、光源部品が発した光を光学部品により反射屈折する場合、色むらが強調される場合がある。
この発明は、例えば上記のような課題を解決するためになされたものであり、光源部品が発する光に色むらがある場合でも、光源装置が放射する光の色むらを抑えることを目的とする。
As described above, a light source component that mixes a plurality of types of light having different wavelengths, chromaticity coordinates, and the like has different light mixing ratios depending on the light emission point, and color unevenness may occur.
In particular, when light emitted from the light source component is reflected and refracted by the optical component, uneven color may be emphasized.
The present invention has been made to solve the above-described problems, for example, and aims to suppress the uneven color of light emitted from the light source device even when the light emitted from the light source component has uneven color. .
この発明にかかる光源装置は、
光源部品と、光学部品とを有し、
上記光源部品は、所定の光軸を中心とする方向へ向けて、光を放射し、
上記光学部品は、上記光源部品が放射した光を反射する反射面を有し、
上記反射面の形状は、円錐曲線の一部を、上記円錐曲線の対称軸と異なり上記対称軸と略平行な回転軸を中心として回転した回転面と略一致し、
上記光学部品は、上記反射面の回転軸が上記光学部品の光軸と略一致する位置に配置されていることを特徴とする。
A light source device according to the present invention includes:
A light source component and an optical component;
The light source component emits light toward a direction centered on a predetermined optical axis,
The optical component has a reflective surface that reflects the light emitted by the light source component,
The shape of the reflection surface substantially coincides with a rotation surface that is rotated about a rotation axis that is substantially parallel to the symmetry axis, and a part of the cone curve is different from the symmetry axis of the cone curve,
The optical component is disposed at a position where a rotation axis of the reflecting surface substantially coincides with an optical axis of the optical component.
この発明にかかる光源装置によれば、光源装置が放射する光の色むらを抑えることができる。 According to the light source device according to the present invention, it is possible to suppress color unevenness of light emitted from the light source device.
実施の形態1.
実施の形態1について、図1〜図14を用いて説明する。
Embodiment 1 FIG.
The first embodiment will be described with reference to FIGS.
図1は、この実施の形態における光源装置100の構成の一例を示す分解斜視図である。
光源装置100は、例えば、枠体(図示せず)と、LED110と、レンズ120とを備える。
FIG. 1 is an exploded perspective view showing an example of the configuration of the
The
枠体は、高反射の材料によって形成されている。枠体は、LED110と、レンズ120とを位置決めする。
LED110(光源部品)は、光軸421を中心とする方向へ向けて、光を出射する。LED110は、白色光を発する。
レンズ120(光学部品)は、例えばアクリル樹脂、ポリカーボネイト樹脂などの樹脂やガラスなど、透明で屈折率が1より大きい材料(レンズ素材)で形成されている。レンズ120は、LED110が光を出射する方向のほぼ正面に位置する。レンズ120は、例えば、屈折面123と、反射面124と、出射面125とを有する。屈折面123は、LED挿入穴122の表面である。屈折面123は、LED110が発した光を屈折透過して入射する。反射面124は、レンズ120の周部である。反射面124は、屈折面123から入射した光を正反射する。出射面125は、屈折面123から入射した光や、反射面124に当たって反射した光を屈折透過して出射する。レンズ120(特に、屈折面123や反射面124)は、LED110の光軸421とほぼ一致する軸(回転軸)を中心とする回転体である。
The frame is made of a highly reflective material. The frame positions the
The LED 110 (light source component) emits light in a direction around the
The lens 120 (optical component) is formed of a transparent material (lens material) having a refractive index greater than 1, such as a resin such as an acrylic resin or a polycarbonate resin, or glass. The
図2は、この実施の形態におけるLED110の構造の一例を示す正面図である。
LED110は、例えば、パッケージ111と、電極(図示せず)と、LED素子112と、ワイヤ(図示せず)と、樹脂114とを有する。
FIG. 2 is a front view showing an example of the structure of the
The
パッケージ111は、例えばセラミックス、樹脂、金属などの材料により形成されている。パッケージ111は、凹部113を有する。凹部113は、略円柱形状の窪みである。凹部113は、パッケージ111の略中心部分に設けられている。
電極は、LED素子112に対して供給される電力を入力する。電極は、パッケージ111の底面に一対設けられている。
LED素子112(光源素子、発光体)は、電気エネルギーにより発光する。LED素子112は、例えば青色光を発する。LED素子112は、凹部113の略中央に配置されている。
ワイヤは、LED素子112と電極とを電気接続し、電極が入力した電力を、LED素子112に供給する。
樹脂114は、例えばシリコーン樹脂などであり、蛍光体が混入されている。蛍光体は、LED素子112が発した光によって励起され、蛍光を発する。蛍光体は、例えば青色光を黄色光に波長変換する。樹脂114は、パッケージ111の凹部113に充填されている。樹脂114は、LED素子112の周りを覆っている。
The
The electrode inputs power supplied to the
The LED element 112 (light source element, light emitter) emits light by electric energy. The
The wire electrically connects the
The resin 114 is, for example, a silicone resin, and a phosphor is mixed therein. The phosphor is excited by light emitted from the
図3は、この実施の形態におけるLED110の構造の一例を示す断面図である。
この図は、図2に示したA−A断面を示す。
FIG. 3 is a cross-sectional view showing an example of the structure of the
This figure shows the AA cross section shown in FIG.
LED素子112が発した光や、樹脂114に混入された蛍光体が発した蛍光は、LED開口面115(出射面)から、LED110の外部に放射される。LED開口面115は、略円形平面であり、光軸421に対して略垂直である。
The light emitted from the
図4は、この実施の形態におけるLED110が放射する光の一例を示す模式図である。
FIG. 4 is a schematic diagram showing an example of light emitted by the
LED素子112が発した青色光は、樹脂114に混入された蛍光体に当たると、吸収され、黄色光に変換される。LED素子112から光軸421に近い方向に放射された光412は、樹脂114の厚さが比較的薄いので、蛍光体に当たる確率が低い。このため、黄色光に変換される光は少なく、青味の強い白色光となる。これに対し、光軸421から遠い方向に放射された光411は、樹脂114の厚さが比較的厚いので、蛍光体に当たる確率が高い。このため、黄色光に変換される光が多くなり、光軸421から遠いLED開口面115から放射される光413は、黄色味の強い白色光となる。このように、LED開口面115から放射される光は、光軸421から遠くなるほど黄色味が強くなり、色むらが生じている。
When the blue light emitted from the
図5は、この実施の形態におけるレンズ120の形状の一例を示す断面図である。
レンズ120は、例えば、鍔部126を有する。鍔部126は、出射面125の周囲に設けられている。鍔部126は、レンズ120を枠体に対して位置決めする。
レンズ120は、回転軸422を中心とする回転体であり、例えば釣鐘状やコップ状である。レンズ120は、回転軸422が、LED110の光軸421とほぼ一致する位置に固定される。
LED挿入穴122は、回転軸422を中心とした回転体である。
屈折面123は、例えば、回転軸422を中心として、円425の弧を回転させた面とほぼ一致する形状である。円425の中心は、回転軸422上にはなく、回転軸422から離れている。円425の中心と、回転軸422との間の距離424は、LED開口面115の半径よりも短い。円425の中心の軌跡は、距離424を半径とする円形である。レンズ120は、円425の中心の軌跡がLED110のLED開口面115内にほぼ含まれる位置に固定される。
反射面124は、例えば、回転軸422を中心として、放物線426の一部を回転させた面とほぼ一致する形状である。放物線426の対称軸423は、回転軸422と一致せず、回転軸422とほぼ平行である。この例において、放物線426の焦点は、円425の中心とほぼ一致している。放物線426の対称軸423と、回転軸422との間の距離424は、LED開口面115の半径よりも短い。放物線426の焦点の軌跡は、距離424を半径とする円形である。レンズ120は、放物線426の焦点の軌跡がLED110のLED開口面115内にほぼ含まれる位置に固定される。
出射面125は、例えば、回転軸422に対して垂直な平面とほぼ一致する形状である。
FIG. 5 is a cross-sectional view showing an example of the shape of the
The
The
The
For example, the refracting
The reflecting
For example, the
次のような三次元直交座標系を使って、レンズ120の形状を記述する。原点は、光軸421とLED開口面115との交点である。y軸は、光軸421であり、LED110が放射する光が進む方向を正方向とする。x軸は、原点を通り、y軸に対して直交している。z軸は、原点を通り、x軸及びy軸に対して直交している。
LED110のLED開口面115は、例えば、次の式によって表わされる。
y=0, x2+z2<D2
ただし、Dは、LED開口面115の半径を表わす。
The shape of the
The
y = 0, x 2 + z 2 <D 2
However, D represents the radius of the
屈折面123の形状は、例えば、次の式によって表わされる。
[√(x2+z2)+c]2+y2=r2
ただし、cは、円425の中心と回転軸422との間の距離を表わす。cは、0ではなく、−Dより大きく、Dより小さい。rは、円425の半径を表わす。rは、0より大きい。
The shape of the refracting
[√ (x 2 + z 2 ) + c] 2 + y 2 = r 2
However, c represents the distance between the center of the
また、反射面124の形状は、例えば、次の式によって表わされる。
[√(x2+z2)+d]2=4a(y+a)
ただし、dは、放物線426の対称軸と回転軸422との間の距離を表わす。dは、0ではなく、−Dより大きく、Dより小さい。なお、dは、cと異なっていてもよい。aは、放物線426の頂点と焦点との間の距離を表わす。aは、0より大きい。
Moreover, the shape of the
[√ (x 2 + z 2 ) + d] 2 = 4a (y + a)
However, d represents the distance between the symmetry axis of the
数値例として、例えば、D=0.5[mm]、r=2.8[mm]、c=d=0.25[mm]、a=1.25[mm]である。 As numerical examples, for example, D = 0.5 [mm], r = 2.8 [mm], c = d = 0.25 [mm], and a = 1.25 [mm].
図6は、この実施の形態における光源装置100が出射する光の方向の一例を示す図である。
この図は、LED110のLED開口面115から出射される光のうち、LED開口面115の中央、光軸421との交点付近の点451から出射する光の経路を示す。
FIG. 6 is a diagram illustrating an example of the direction of light emitted from the
This figure shows a path of light emitted from a
点451でLED110から出射した光は、屈折面123でレンズ120に入射して屈折する。例えば、光430は、点452でレンズ120に入射する。点452における屈折面123の法線は、点452を通る円425の中心である点450の方向を向いている。レンズ120の屈折率が1より大きいので、光430は、点452における屈折面123の法線との間の角度が小さくなる方向へ屈折する。すなわち、光430は、わずかに右側へ向けて曲げられる。
屈折面123からレンズ120に入射した光430は、点453で反射面124に当たって反射する。点453における光430の入射方向は、点453を通る放物線426の焦点である点450よりも右なので、点453で反射した光430の出射方向は、放物線426の対称軸に対して右方向へわずかに傾いた方向である。
反射面124で反射した光430は、点454でレンズ120から出射して屈折する。レンズ120の屈折率が1より大きいので、光430は、出射面125の法線との間の角度が大きくなる方向へ屈折する。すなわち、光430は、わずかに右側へ向けて曲げられる。また、屈折面123で屈折し、反射面124に当たらず出射面125に直接到達した光431も、出射面125でレンズ120から出射して、右方向へ屈折する。
The light emitted from the
The light 430 incident on the
The light 430 reflected by the reflecting
点451でLED110から左方向へ出射した光は、逆に、左方向へ屈折する。
すなわち、点451でLED110から出射した光は、光軸421と平行な向きではなく、光軸421から離れる向きに、レンズ120から出射する。
On the contrary, the light emitted leftward from the
That is, the light emitted from the
図7は、この実施の形態における光源装置100によって照射される照射面200の照度分布の一例を示す図である。
この図は、点451から出射した光による照度分布を示す。斜線の密度が高いほど、明るいことを表わす。
照射面200は、光軸421に対して垂直な平面であり、2つの軸201,202の交点が光軸421の正面に位置する。また、レンズ120の出射面125の正面に当たる位置を、破線で示している。
FIG. 7 is a diagram illustrating an example of the illuminance distribution of the
This figure shows the illuminance distribution by the light emitted from the
The
レンズ120から出射する光のうち、光431のように、反射面124に当たらない光は、広い範囲に拡散する。これに対し、光430のように、反射面124に当たって反射した光は、照射面の比較的狭い範囲を照射する。このため、反射面124に当たって反射した光によって照らされる部分が明るく照らされる。
Of the light emitted from the
点451から出射した光は、光軸421を中心として回転対称に放射される。反射面124に当たって反射した光は、光軸421から離れる方向へ進む。このため、レンズ120の出射面125よりも広い範囲が、照射面200において明るく照らされる。また、光軸421に比較的近い範囲は、レンズ120の屈折面123の位置に対応し、反射面124に当たって反射した光が届かないので、周囲よりも暗く照らされる。
Light emitted from the
図8は、この実施の形態における光源装置100が出射する光の方向の一例を示す図である。
この図は、LED110のLED開口面115から出射される光のうち、LED開口面115と光軸421との交点から離れた点455から出射する光の経路を示す。
FIG. 8 is a diagram illustrating an example of the direction of light emitted from the
This figure shows a path of light emitted from a
LED開口面115と光軸421との交点と点455との間の距離が、距離424とほぼ等しい場合、点455は、円425の中心の軌跡や、放物線426の焦点の軌跡の上に位置する。光432,433は、屈折面123でレンズ120へ入射する入射点において、入射点を通る円425の中心が点455にほぼ一致しているので、屈折面123に対してほぼ垂直に入射し、そのまま真っ直ぐに進む。また、光432は、反射面124で反射する反射点において、反射点を通る放物線426の焦点が点455にほぼ一致しているので、光軸421にほぼ平行な方向へ反射する。光432は、出射面125でレンズ120から出射する出射点において、出射面125に対してほぼ垂直に入射するので、そのまま真っ直ぐ進み、光軸421に対して平行に進む。
光433は、反射面124に当たらず、出射面125に直接到達するので、出射面125で左方向へ屈折する。
また、点455でLED110から他の方向へ出射した光は、光軸421と平行な向きではなく、光軸421から離れる向きに、レンズ120から出射する。屈折面123での入射点における円425の中心や反射面124での反射点における放物線426の焦点と、点455との間の距離が大きいほど、レンズ120から出射する光の向きの、光軸421に対する傾きが大きくなる。例えば、光434,435は、点451でLED110から出射した光よりも、外側に傾いた向きに、レンズ120から出射する。
When the distance between the intersection of the
Since the light 433 does not hit the
Further, the light emitted from the
図9は、この実施の形態における光源装置100によって照射される照射面200の照度分布の一例を示す図である。
この図は、点455から出射した光による照度分布を示す。
FIG. 9 is a diagram illustrating an example of an illuminance distribution on the
This figure shows the illuminance distribution by the light emitted from the
点455から出射した光は、点455と光軸421とを含む平面に対して面対称に放射される。点455から光軸421のある方向へ放射され、反射面124に当たって反射した光は、光軸421に対して平行な方向へ進む。点455からそれ以外の方向へ放射され、反射面124に当たって反射した光は、光軸421から離れる方向へ進む。このため、点455から光軸421のある方向では、点451から出射した光によって照らされる範囲よりも、光軸421に近い範囲が明るく照らされる。また、それ以外の方向では、点451から出射光した光によって照らされる範囲と同じか、それより光軸421から遠い範囲が明るく照らされる。
The light emitted from the
図10は、この実施の形態における光源装置100が出射する光の方向の一例を示す図である。
この図は、LED110のLED開口面115から出射される光のうち、LED開口面115と光軸421との交点から更に離れた点456から出射する光の経路を示す。
FIG. 10 is a diagram illustrating an example of the direction of light emitted from the
This figure shows a path of light emitted from the
LED開口面115と光軸421との交点と点456との間の距離が、距離424より大きい場合、点456は、円425の中心の軌跡や、放物線426の焦点の軌跡の外側に位置する。このため、光436は、光軸421のほうへ近づく向きに、レンズ120から出射する。また、光438は、光軸421から遠ざかる向きに、レンズ120から出射する。すなわち、光436,438は、いずれも、光軸421に対して右のほうへ傾いた向きへ進む。
When the distance between the intersection of the
図11は、この実施の形態における光源装置100によって照射される照射面の照度分布の一例を示す図である。
この図は、点456から出射した光による照度分布を示す。
FIG. 11 is a diagram showing an example of the illuminance distribution on the irradiated surface irradiated by the
This figure shows the illuminance distribution by the light emitted from the
点456から出射した光は、点456と光軸421とを含む平面に対して面対称に放射される。点456から光軸421のある方向へ放射され、反射面124に当たって反射した光は、光軸421に近づく方向へ進む。点456からそれ以外の方向へ放射され、反射面124に当たって反射した光は、光軸421と平行または光軸421から離れる方向へ進む。このため、点456から光軸421のある方向では、点451から出射した光によって照らされる範囲よりも、光軸421に近い範囲が明るく照らされる。また、それ以外の方向では、点451から出射した光によって照らされる範囲と同じか、それより光軸421から遠い範囲が明るく照らされる。
Light emitted from the
LED開口面115において、光軸421からの距離が同じ点からは、ほぼ同じ強さや色味の光が出射するので、全体を総合すると、照射面200は、光軸421を中心として回転対称に照らされる。したがって、照射面200上における照度分布は、光軸421からの距離の関数となる。
In the
図12は、この実施の形態における光源装置100によって照射される照射面200の照度分布の一例を示す図である。
横軸は、照射面200上における光軸421から距離を表わす。縦軸は、照度を表わす。実線461は、点451から出射した光による照度を示す。破線471は、光軸421からの距離が点455と同じ点全体から出射した光による照度を示す。点線481は、光軸421からの距離が点456と同じ点全体から出射した光による照度を示す。
FIG. 12 is a diagram illustrating an example of the illuminance distribution on the
The horizontal axis represents the distance from the
上述したように、LED110のLED開口面115のうち、光軸421に近い出射点から放射される光は、青みの強い白色光であり、光軸421から出射点までの距離が遠くなるほど、黄色みが強くなる。例えば、点451から放射される光は、青みが強く、点455から放射される光は、青みと黄色みとのバランスがよく、点456から放射される光は、黄色みが強い。
As described above, the light emitted from the exit point near the
この図に示したように、光源装置100は、LED開口面115上における光軸421からの距離が異なる点から出射した光による照度のバランスが良いので、照射面200上に色むらが発生するのを抑えることができる。
As shown in this figure, the
反射面124を構成する放物線426の焦点の軌跡が、LED開口面115上において、光軸421を中心とした円周上に位置する。この円周上(環状)の領域から出射した光の一部が、平行光に変換される。
このように、レンズ120が、光軸421からずれた光を平行光に変換するため、回転放物面形状のレンズに比べ、青味が緩和された光が平行光となり、この光を取り囲む傾いた光も青味が強い光と黄色味が強い光が混合した状態となる。
The locus of the focal point of the
Thus, since the
図13は、この実施の形態におけるレンズ120の形状と、比較例におけるレンズ120aの形状とを比較した図である。
比較例におけるレンズ120aの断面形状を二点鎖線で示す。
FIG. 13 is a diagram comparing the shape of the
The cross-sectional shape of the
比較例におけるレンズ120aの屈折面及び反射面は、レンズ120と同じ円及び放物線に基づく形状を有する。ただし、比較例におけるレンズ120aの屈折面及び反射面は、円の中心を通り、放物線の対称軸と一致する回転軸を中心として、円及び放物線を回転した形状である。すなわち、比較例におけるレンズ120aの屈折面は、球面形状であり、比較例におけるレンズ120aの反射面は、回転放物面形状である。
The refracting surface and the reflecting surface of the
この実施の形態におけるレンズ120のレンズ径440と、比較例におけるレンズ120aのレンズ径とが等しいとすると、この実施の形態におけるレンズ120のほうが、比較例におけるレンズ120aよりも、光軸421方向の長さが長い。このため、この実施の形態におけるレンズ120の光取込み量のほうが、比較例におけるレンズ120aの光取込み量よりも大きい。
ここで、「光取込み量」とは、LED開口面115から出射した光のうち、反射面124に当たって反射する光の量の割合のことである。光取込み量は、LED開口面115から見た反射面124のある方向の範囲(光取込み角)が大きいほど大きくなる。この実施の形態におけるレンズ120の光取込み角441のほうが、比較例におけるレンズ120aの光取込み角441aよりも、大きいので、光取込み量が大きい。
If the
Here, “the amount of light taken in” is the ratio of the amount of light that hits the reflecting
図14は、比較例におけるレンズ120aを用いた光源装置によって照射される照射面200の照度分布の一例を示す図である。
FIG. 14 is a diagram illustrating an example of the illuminance distribution of the
比較例におけるレンズ120aは、点451から出射した最も青みが強い光を平行光に変換するので、照射面200上における光軸421からの距離が近い範囲において、青みが強い光が強くなり、その周囲に黄色みが強い光が照射されるので、円環状の色むらが見える。
Since the
これに対し、図12に示したように、この実施の形態における光源装置100は、点451から出射した最も青みが強い光のピークが小さくなり、黄色みの強い光との強度の差が小さいため、青みが緩和される。また、黄色みの強い光のピークも小さくなり、青みが強い光との強度の差が小さいため、黄色みも緩和される。これにより、色むらが抑えられる。
On the other hand, as shown in FIG. 12, in the
このように、反射面124により平行光に変換する焦点を環状とすることにより、光源(LED110)の発光面(LED開口面115)内に色むらがある場合でも、被照射面の色むらを低減し、指向性の高い光を出射することができる。
In this way, by making the focal point converted into parallel light by the reflecting
この実施の形態における光源装置100は、y=a×(√(x2+z2)+d)2(ただしa≠0、d>0)で表される反射面124を有するレンズ120と、LED素子112が配置される凹部113(LED開口面115)がy=1/(4×a)に位置するように配置されたLED110とで構成されている。このため、色むらが緩和された光を平行光とすることができる。また、平行光を取り囲む傾いた光も、青味が強い光と黄色味が強い光が混ざる。
The
この実施の形態における照明装置(光源装置100)は、光源(LED110;光源部品)と、前記光源からの光を反射する反射面(124)を有する光学素子(レンズ120)とからなる。
前記反射面は、前記光源の光軸(421)方向をy軸、前記光軸に垂直な方向をx軸、x軸とy軸に垂直な方向をz軸としたとき、y=a・(√(x2+z2)±d)2(ただしa≠0、d≠0)を満たす。
これにより、光源からの光を平行光にレンズで配光制御した場合でも、照射面の色むらを低減することができる。
The illumination device (light source device 100) in this embodiment includes a light source (
The reflection surface has a y-axis as the optical axis (421) direction of the light source, an x-axis as a direction perpendicular to the optical axis, and a z-axis as a direction perpendicular to the x-axis and y-axis. √ (x 2 + z 2 ) ± d) 2 (where a ≠ 0, d ≠ 0).
Thereby, even when the light distribution from the light source is controlled to be parallel light by the lens, the color unevenness of the irradiated surface can be reduced.
前記光源(LED110;光源部品)は、パッケージ(111)と、前記パッケージ内に配置されたLED素子(112)と、前記LED素子を覆うように前記LED素子から出射された光を波長変換する蛍光体からなるLEDである。
蛍光体を用いたLEDは、出射面の色むらが激しいが、上記反射面(124)を有する光学素子(レンズ120)と組み合わせることにより、照射面での色むらを顕著に低減できる。
The light source (
The LED using the phosphor has severe color unevenness on the exit surface, but when combined with the optical element (lens 120) having the reflective surface (124), the color unevenness on the irradiated surface can be significantly reduced.
上述した光源装置100は、例えば照明装置などに組み込んで使用される。
これにより、色むらが軽減され照射面の色むらの少ない高品質な光を取り出す照明装置を得ることができる。
The
Accordingly, it is possible to obtain an illumination device that extracts high-quality light with less uneven color and less uneven color on the irradiation surface.
実施の形態2.
実施の形態2について、図15〜図19を用いて説明する。
なお、実施の形態1と共通する部分については、同一の符号を付し、説明を省略する。
Embodiment 2. FIG.
The second embodiment will be described with reference to FIGS.
In addition, about the part which is common in Embodiment 1, the same code | symbol is attached | subjected and description is abbreviate | omitted.
図15は、この実施の形態における光源装置100の構成の一例を示す分解斜視図である。
光源装置100は、実施の形態1で説明したレンズ120に代えて、リフレクタ150を有する。
リフレクタ150(光学部品)は、例えば、アクリル樹脂、ポリカーボネイト樹脂などの樹脂や、ガラスなどにより形成されている。リフレクタ150は、LED110が光を出射する方向のほぼ正面に位置する。リフレクタ150は、例えば、反射面151と、LED挿入穴152とを有する。反射面151は、光を正反射する。反射面151は、例えば、アルミニウム、銀あるいは誘電体多層膜などを蒸着するなどして反射率を高めてあり、例えば90%以上の反射率を有する。反射面151は、LED110が出射した光を反射する。
FIG. 15 is an exploded perspective view showing an example of the configuration of the
The
The reflector 150 (optical component) is made of, for example, a resin such as an acrylic resin or a polycarbonate resin, or glass. The
図16は、この実施の形態におけるリフレクタ150の形状の一例を示す断面図である。
リフレクタ150は、回転軸422を中心とする回転体である。リフレクタ150は、回転軸422が、LED110の光軸421とほぼ一致する位置に固定される。
LED挿入穴152は、リフレクタ150の底部に設けられ、LED110からの光を取り込む。
反射面151は、例えば、回転軸422を中心として、楕円427の弧を回転させた面とほぼ一致する形状である。楕円427の長軸428は、回転軸422と一致せず、回転軸422とほぼ平行である。楕円427の長軸428と、回転軸422との間の距離424は、LED開口面115の半径Dよりも短い。楕円427の焦点の軌跡は、距離424を半径とする円形である。リフレクタ150は、楕円427の焦点の軌跡がLED110のLED開口面115内にほぼ含まれる位置に固定される。
FIG. 16 is a cross-sectional view showing an example of the shape of the
The
The
For example, the reflecting
実施の形態1と同様、光軸421とLED開口面115との交点を原点とし、光軸421をy軸とする三次元直交座標系を使って、リフレクタ150の形状を記述する。
反射面151の形状は、例えば、次の式によって表わされる。
[√(x2+z2)+d]2/b2+(y−a)2/(a2+b2)=1
ただし、dは、楕円427の長軸428と回転軸422との間の距離を表わす。dは、0ではなく、−Dより大きく、Dより小さい。aは、楕円427の中心と焦点との間の距離を表わす。aは、0より大きい。bは、楕円427の短径を表わす。
As in the first embodiment, the shape of the
The shape of the
[√ (x 2 + z 2 ) + d] 2 / b 2 + (ya) 2 / (a 2 + b 2 ) = 1
However, d represents the distance between the
数値例として、例えば、D=0.5[mm]、a=17.3[mm]、b=10[mm]である。 As numerical examples, for example, D = 0.5 [mm], a = 17.3 [mm], and b = 10 [mm].
図17は、この実施の形態における光源装置100が出射する光の方向の一例を示す図である。
この図は、LED110のLED開口面115から出射される光のうち、LED開口面115の中央、光軸421との交点付近の点451から出射する光の経路を示す。
FIG. 17 is a diagram illustrating an example of the direction of light emitted from the
This figure shows a path of light emitted from a
点451でLED110から出射した光には、光430のように反射面151で反射する光と、光431のように反射面151に当たらず、そのまま真っ直ぐ進む光とがある。例えば、光430は、点453で反射面151に当たり、正反射する。点453における光430の入射方向は、点453を通る楕円427の焦点よりも右なので、点453で反射した光430の出射方向は、楕円427のもう一つの焦点である点457よりも右方向である。
点451でLED110から左方向へ出射して反射面151で反射する光は、反射点を通る楕円427のもう一つの焦点よりも左を通る。
The light emitted from the
The light emitted from the
LED110から出射する光のうち、光431のように、反射面124に当たらない光は、広い範囲に拡散する。これに対し、光430のように、反射面124に当たって反射した光は、照射面の比較的狭い範囲を照射する。このため、反射面124に当たって反射した光によって照らされる部分が明るく照らされる。
特に、楕円427のもう一つの焦点付近は、反射面124に当たって反射した光が集まるので、特に明るく照らされる。
この付近において、点451から出射した青みが強い光は、一点に集中せず、ある程度の範囲を照らす。
Of the light emitted from the
In particular, the vicinity of the other focal point of the
In this vicinity, the light bluish light emitted from the
図18は、この実施の形態における光源装置100が出射する光の方向の一例を示す図である。
この図は、LED110のLED開口面115から出射される光のうち、LED開口面115と光軸421との交点から離れた点455から出射する光の経路を示す。
FIG. 18 is a diagram illustrating an example of the direction of light emitted from the
This figure shows a path of light emitted from a
LED開口面115と光軸421との交点と点455との間の距離が、距離424とほぼ等しい場合、点455は、楕円427の焦点の軌跡の上に位置する。光432は、反射面151で反射する反射点において、反射点を通る楕円427の焦点が点455にほぼ一致しているので、楕円427のもう一つの焦点457に向かう方向へ反射する。
また、点455でLED110から他の方向へ出射して反射面151で反射した光は、楕円427のもう一つの焦点457とは異なる方向へ進む。反射面151での反射点における楕円427の焦点と、点455との間の距離が大きいほど、リフレクタ150で反射した光の経路と、焦点457との間の距離が大きくなる。
When the distance between the intersection of the
Further, the light emitted from the
点455から出射した光の一部は、焦点457に集まり、それ以外は、ある程度の範囲を照らす。
Part of the light emitted from the
図19は、この実施の形態における光源装置100が出射する光の方向の一例を示す図である。
この図は、LED110のLED開口面115から出射される光のうち、LED開口面115と光軸421との交点から更に離れた点456から出射する光の経路を示す。
FIG. 19 is a diagram illustrating an example of the direction of light emitted from the
This figure shows a path of light emitted from the
点456から出射した光も、一点に集中せず、ある程度の範囲を照らす。
The light emitted from the
このように、LED開口面115上のいずれの点から出射した光も、一点に集中しない。特に、青みが強い光や、黄色みが強い光が一点に集中しないので、色むらを抑えることができる。
Thus, the light emitted from any point on the
この実施の形態におけるリフレクタ150は、(√(x2+z2)+d)2/a2+y2/b2=1で表される反射面151を有しているため、反射面151によりLED110のLED開口面115における円周上(環状)の領域からの光の一部が集光される。
Since the
一般的な回転楕円面形状のリフレクタを使う場合、楕円面の第一焦点および第二焦点が光軸上に存在するため、LEDを第一焦点に配置して収集光を得ると照射面は、青味が強い光と黄色みの強い光の色むらが生じる。 When a general spheroidal reflector is used, the first focal point and the second focal point of the elliptical surface are present on the optical axis. Therefore, when the collected light is obtained by placing the LED at the first focal point, Color unevenness of light with strong blueness and light with strong yellowishness occurs.
これに対し、この実施の形態におけるリフレクタ150は、光軸からずれた光が収集光となるため、回転楕円面形状のリフレクタに比べ青味が緩和された光が収集光となり、この光を取り囲む傾いた光も青味が強い光と黄色味が強い光が混合した状態となる。
On the other hand, in the
この実施の形態における光源装置100は、(√(x2+z2)+d)2/a2+y2/b2=1(ただしa>0、b>0、d≠0)を満たす反射面151を有するリフレクタ150と、LED素子112が配置される凹部113(LED開口面115)がy=−√(b2−a2)に位置するように配置されたLED110とで構成されている。このため、色むらが緩和された光を収集光とすることができる。また、平行光を取り囲む光も青味が強い光と黄色味が強い光が混ざることにより色むらが軽減され、照射面の色むらの少ない高品質な光を取り出す照明装置を得ることができる。
The
この実施の形態における照明装置(光源装置)は、光源(LED110;光源部品)と、前記光源からの光を反射する反射面(151)を有する光学素子(リフレクタ150)とからなる。
前記反射面は、前記光源の光軸(421)方向をy軸、前記光軸に垂直な方向をx軸、x軸とy軸に垂直な方向をz軸としたとき、(√(x2+z2)±d)2/a2+y2/b2=1(ただしa>0、b>0、d≠0)を満たす。
これにより、光源からの光を収束光にレンズで配光制御した場合でも、照射面の色むらを低減することができる。
The illumination device (light source device) in this embodiment includes a light source (
The reflection surface is (√ (x 2 ) when the optical axis (421) direction of the light source is the y axis, the direction perpendicular to the optical axis is the x axis, and the direction perpendicular to the x axis and the y axis is the z axis. + Z 2 ) ± d) 2 / a 2 + y 2 / b 2 = 1 (where a> 0, b> 0, d ≠ 0).
Thereby, even when the light distribution from the light source is controlled to the convergent light by the lens, the color unevenness of the irradiated surface can be reduced.
以上、各実施の形態で説明した構成は、一例であり、他の構成であってもよい。例えば、異なる実施の形態で説明した構成を組み合わせた構成であってもよいし、本質的でない部分の構成を他の構成で置き換えた構成であってもよい。
例えば、実施の形態1で説明したレンズ120をリフレクタ150など他の光学部品で置き換えた構成としてもよいし、実施の形態2で説明したリフレクタ150をレンズ120など他の光学部品で置き換えた構成としてもよい。
また、レンズ120の反射面124の形状は、楕円を、長軸と異なる軸を中心として回転した形状であってもよいし、双曲線を、対称軸と異なる軸を中心として回転した形状など、他の円錐曲線に基づく形状であってもよい。同様に、リフレクタ150の反射面151の形状は、放物線や双曲線を、対称軸と異なる軸を中心として回転した形状など、他の円錐曲線に基づく形状であってもよい。
円錐曲線の対称軸と、回転軸との間のずれ方向は、レンズ120のレンズ径440が小さくなる方向(すなわち、d>0)であるほうが、光の取込み量が多くなるので好ましいが、レンズ120のレンズ径440が大きくなる方向(すなわち、d<0)であってもよい。
As described above, the configuration described in each embodiment is an example, and another configuration may be used. For example, the structure which combined the structure demonstrated in different embodiment may be sufficient, and the structure which replaced the structure of the non-essential part with the other structure may be sufficient.
For example, the
Further, the shape of the reflecting
The direction of deviation between the axis of symmetry of the conical curve and the rotation axis is preferably the direction in which the
以上説明した光源装置(100)は、光源部品(LED110)と、光学部品(レンズ120;リフレクタ150)とを有する。
上記光源部品は、所定の光軸(421)を中心とする方向へ向けて、光を放射する。
上記光学部品は、上記光源部品が放射した光を反射する反射面(124;151)を有する。
上記反射面の形状は、円錐曲線の一部を、上記円錐曲線の対称軸(423)と異なり上記対称軸と略平行な回転軸(422)を中心として回転した回転面と略一致している。
上記光学部品は、上記反射面の回転軸が上記光学部品の光軸と略一致する位置に配置されている。
The light source device (100) described above includes a light source component (LED 110) and an optical component (
The light source component emits light in a direction centered on a predetermined optical axis (421).
The optical component has a reflective surface (124; 151) that reflects the light emitted by the light source component.
The shape of the reflecting surface substantially coincides with a rotating surface obtained by rotating a part of the conic curve around a rotation axis (422) that is substantially parallel to the symmetry axis, unlike the symmetry axis (423) of the conical curve. .
The optical component is disposed at a position where the rotation axis of the reflecting surface substantially coincides with the optical axis of the optical component.
これにより、光源部品が光を放射する位置の違いによる色むらがある場合でも、反射面で反射した光の色むらを抑えることができる。 Thereby, even when there is uneven color due to the difference in the position where the light source component emits light, uneven color of the light reflected by the reflecting surface can be suppressed.
上記反射面(124;151)の回転軸(422)と、上記円錐曲線の対称軸(423)との間の距離は、上記光源部品(110)の光軸(421)と、上記光源部品が光を放射する出射面(LED開口面115)の端との間の距離よりも短い。 The distance between the rotation axis (422) of the reflecting surface (124; 151) and the symmetry axis (423) of the conic curve is such that the optical axis (421) of the light source component (110) and the light source component are The distance is shorter than the distance from the end of the light emission surface (LED aperture 115).
これにより、光源部品の出射面における色むらがある場合でも、反射面で反射した光の色むらを抑えることができる。 Thereby, even when there is color unevenness on the exit surface of the light source component, it is possible to suppress color unevenness of the light reflected by the reflecting surface.
上記光学部品(120;150)は、上記光源部品(110)が光を放射する出射面(LED開口面115)上に、上記円錐曲線の焦点が乗る位置に配置されている。 The optical component (120; 150) is disposed at a position where the focal point of the conic curve is placed on an emission surface (LED opening surface 115) from which the light source component (110) emits light.
これにより、色むらを抑えつつ、光源部品が放射した光を適度に集めることができる。 Thereby, the light emitted from the light source component can be appropriately collected while suppressing the color unevenness.
上記反射面(124;151)の形状は、上記円錐曲線のうち、上記回転軸(422)に対して上記対称軸(423)とは反対側の一部を回転した回転面と略一致する。 The shape of the reflection surface (124; 151) is substantially the same as the rotation surface of the conic curve that rotates a part of the conical curve on the opposite side of the rotation axis (422) from the symmetry axis (423).
これにより、色むらを抑えつつ、光取込み量を多くすることができるので、照射面の照度を高めることができる。 Thereby, since the amount of light capture can be increased while suppressing color unevenness, the illuminance on the irradiated surface can be increased.
上記反射面(124;151)の形状は、以下の式のいずれかによって表わされる曲面の一部と略一致する。
4a(y+a)=[√(x2+z2)+d]2
[√(x2+z2)+d]2/b2+(y−a)2/(a2+b2)=1
ただし、(x,y,z)は、上記光源部品(110)の光軸(421)と上記光源部品が光を放射する出射面(115)との交点を原点とし、上記光学部品の光軸をy軸とし、上記y軸に直交する軸をx軸とし、上記y軸及び上記x軸に直交する軸をz軸とする三次元直交座標系における座標である。a,b,dは、0でない所定の実数である。
The shape of the reflecting surface (124; 151) substantially matches a part of the curved surface represented by any of the following expressions.
4a (y + a) = [√ (x 2 + z 2 ) + d] 2
[√ (x 2 + z 2 ) + d] 2 / b 2 + (ya) 2 / (a 2 + b 2 ) = 1
Where (x, y, z) is the origin of the intersection of the optical axis (421) of the light source component (110) and the exit surface (115) from which the light source component emits light, and the optical axis of the optical component. Is a coordinate in a three-dimensional orthogonal coordinate system in which an axis perpendicular to the y axis is an x axis, and an axis perpendicular to the y axis and the x axis is a z axis. a, b and d are predetermined non-zero real numbers.
これにより、色むらを抑えつつ、光源部品が放射した光を、ほぼ平行な光や、一定の範囲内に集まる光に変換することができる。 Thereby, the light emitted from the light source component can be converted into substantially parallel light or light gathered within a certain range while suppressing color unevenness.
上記光源部品(110)は、光を発する光源素子(LED素子112)と、上記光源素子が発した光によって励起されて蛍光を発する蛍光体とを有し、上記光源素子が発した光と、上記蛍光体が発した蛍光とを放射する。 The light source component (110) includes a light source element (LED element 112) that emits light and a phosphor that emits fluorescence when excited by the light emitted from the light source element, and the light emitted by the light source element; It emits the fluorescence emitted by the phosphor.
このような構成の光源部品は、光源素子が発する光と、蛍光体が発する光との波長の違いによって、光源部品が発する光に色むらが生じるが、光源装置を、上述した構成とすることにより、光源装置が放射する光の色むらを抑えることができる。 In the light source component having such a configuration, color unevenness occurs in the light emitted from the light source component due to the difference in wavelength between the light emitted from the light source element and the light emitted from the phosphor. However, the light source device is configured as described above. As a result, it is possible to suppress uneven color of light emitted from the light source device.
100 光源装置、111 パッケージ、112 LED素子、113 凹部、114 樹脂、115 LED開口面、110 LED、120 レンズ、122,152 LED挿入穴、123 屈折面、124 反射面、125 出射面、126 鍔部、150 リフレクタ、151 反射面、200 照射面、201,202 軸、411〜413,430〜439 光、421 光軸、422 回転軸、423 対称軸、424 距離、425 円、426 放物線、427 楕円、428 長軸、440 レンズ径、441 光取込み角、450〜457 点、461 実線、471 破線、481 点線。
DESCRIPTION OF
Claims (7)
上記光源部品は、所定の光軸を中心とする方向へ向けて、光を放射し、
上記光学部品は、上記光源部品が放射した光を反射する反射面を有し、
上記反射面の形状は、円錐曲線の一部を、上記円錐曲線の対称軸と異なり上記対称軸と略平行な回転軸を中心として回転した回転面と略一致し、
上記光学部品は、上記反射面の回転軸が上記光学部品の光軸と略一致する位置に配置されていることを特徴とする光源装置。 A light source component and an optical component;
The light source component emits light toward a direction centered on a predetermined optical axis,
The optical component has a reflective surface that reflects the light emitted by the light source component,
The shape of the reflection surface substantially coincides with a rotation surface that is rotated about a rotation axis that is substantially parallel to the symmetry axis, and a part of the cone curve is different from the symmetry axis of the cone curve,
The light source device, wherein the optical component is arranged at a position where a rotation axis of the reflecting surface substantially coincides with an optical axis of the optical component.
4a(y+a)=[√(x2+z2)+d]2
[√(x2+z2)+d]2/b2+(y−a)2/(a2+b2)=1
ただし、(x,y,z)は、上記光源部品の光軸と上記光源部品が光を放射する出射面との交点を原点とし、上記光学部品の光軸をy軸とし、上記y軸に直交する軸をx軸とし、上記y軸及び上記x軸に直交する軸をz軸とする三次元直交座標系における座標である。a,b,dは、0でない所定の実数である。 5. The light source device according to claim 1, wherein the shape of the reflection surface substantially coincides with a part of a curved surface represented by any of the following expressions.
4a (y + a) = [√ (x 2 + z 2 ) + d] 2
[√ (x 2 + z 2 ) + d] 2 / b 2 + (ya) 2 / (a 2 + b 2 ) = 1
Where (x, y, z) is the origin of the intersection of the optical axis of the light source component and the exit surface from which the light source component emits light, the optical axis of the optical component is the y axis, and the y axis This is a coordinate in a three-dimensional orthogonal coordinate system in which an orthogonal axis is an x axis and the y axis and an axis orthogonal to the x axis are z axes. a, b and d are predetermined non-zero real numbers.
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