JP2018106842A - Led照明ユニット - Google Patents
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Abstract
【課題】基板表面に実装された複数のLEDモジュールが位置ずれしていたとしても、所望の平行光が得られる構造をしたLED照明ユニットを提供する。
【解決手段】基板の表面上に複数のLEDモジュール2が実装されたLED照明ユニット1において、LEDモジュールは各々、光を発する発光部3と、当該発光部の周りを囲むように当該発光部に対して一定の位置関係を保って形成されたソケット部4とを備える。LEDモジュールには各々、発光部から発する光を集光させて平行光にするコリメートレンズ5が対向配置されており、ソケット部とコリメートレンズとは、互いを嵌合させる嵌合部6を備える。嵌合部は、ソケット部とコリメートレンズとが嵌合されることで、当該発光部の光軸と当該コリメートレンズの光軸とを互いに一致させると共に、当該発光部と当該コリメートレンズとの光軸方向の間隔を一定に保つ形状をしている。
【選択図】図1
【解決手段】基板の表面上に複数のLEDモジュール2が実装されたLED照明ユニット1において、LEDモジュールは各々、光を発する発光部3と、当該発光部の周りを囲むように当該発光部に対して一定の位置関係を保って形成されたソケット部4とを備える。LEDモジュールには各々、発光部から発する光を集光させて平行光にするコリメートレンズ5が対向配置されており、ソケット部とコリメートレンズとは、互いを嵌合させる嵌合部6を備える。嵌合部は、ソケット部とコリメートレンズとが嵌合されることで、当該発光部の光軸と当該コリメートレンズの光軸とを互いに一致させると共に、当該発光部と当該コリメートレンズとの光軸方向の間隔を一定に保つ形状をしている。
【選択図】図1
Description
本発明は、基板の表面上に複数のLEDモジュールが実装されたLED照明ユニット(いわゆる、表面実装型LED照明ユニット)に関するものである。
LED照明は、省電力ながら高効率で発光エネルギーを得られるため、種々の分野で用いられている。
そして、LED照明は発熱により寿命が短くなり、単一のLEDモジュールで高出力(つまり、高輝度)が得られない場合には、複数のLEDモジュールから発せられた光をコリメートレンズで平行光にし、平行光にされた複数の光をフレネルレンズ(集光レンズ)で1ヶ所に集光させ、光ファイバなどのライトガイドで外部へ導光する技術が提案されている(例えば、特許文献1)。
さらに特許文献1には具体的な構成として、所定の拡がり角で光を発するLEDモジュールと、その光を平行光にするコリメートレンズとが所定の間隔を隔てて配置され、複数配列されたLEDモジュールに対応する位置に、複数のコリメートレンズとが所定が配置されていることが示されている。そして、複数のLEDモジュールは基板の表面に実装されており、複数のコリメートレンズは、レンズ保持体に嵌合されている。なお、複数のLEDモジュールが表面実装された基板と、複数のコリメートレンズが嵌合されたレンズ保持体とは、取付板にネジ止めされている。
特許文献1に示された構成では、基板とレンズ保持体とを取付板にネジ止めしているだけなので、位置決め精度が確保しづらかった。
さらに、基板の表面上に複数のLEDモジュールを実装する場合、基板に設けられた孔にLEDモジュールから突出した配線(足ともいう)を貫通させてはんだ接合したり、基板表面の電極パッドぶにはんだペーストを塗布し、その上にLEDモジュールを仮接合した後リフロー処理によりはんだ接合される。
そのため、複数のLEDモジュールをはんだ接合するために基板表面上に設けられた孔や電極パッドの相対位置(間隔)が一定であっても、LEDモジュールが実際にはんだ接合される際に位置ずれすることがあり、対向配置されるレンズ保持体に嵌合された各コリメートレンズとの光軸がずれてしまう(つまり、所望の平行光を取り出せない)要因となっていた。
そこで本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、基板表面に実装された複数のLEDモジュールが位置ずれしていたとしても、所望の平行光が得られる構造をしたLED照明ユニットを提供することを目的としている。
以上の課題を解決するために、本発明に係る一態様は、
基板の表面上に複数のLEDモジュールが実装されたLED照明ユニットにおいて、
LEDモジュールは各々、光を発する発光部と、当該発光部の周りを囲むように当該発光部に対して一定の位置関係を保って形成されたソケット部とを備え、
LEDモジュールには各々、発光部から発する光を集光させて平行光にするコリメートレンズが対向配置されており、
ソケット部とコリメートレンズとは、互いを嵌合させる嵌合部を備え、
嵌合部は、ソケット部とコリメートレンズとが嵌合されることで、当該発光部の光軸と当該コリメートレンズの光軸とを互いに一致させると共に、当該発光部と当該コリメートレンズとの光軸方向の間隔が一定に保たれる形状をしていることを特徴としている。
基板の表面上に複数のLEDモジュールが実装されたLED照明ユニットにおいて、
LEDモジュールは各々、光を発する発光部と、当該発光部の周りを囲むように当該発光部に対して一定の位置関係を保って形成されたソケット部とを備え、
LEDモジュールには各々、発光部から発する光を集光させて平行光にするコリメートレンズが対向配置されており、
ソケット部とコリメートレンズとは、互いを嵌合させる嵌合部を備え、
嵌合部は、ソケット部とコリメートレンズとが嵌合されることで、当該発光部の光軸と当該コリメートレンズの光軸とを互いに一致させると共に、当該発光部と当該コリメートレンズとの光軸方向の間隔が一定に保たれる形状をしていることを特徴としている。
上記のLED照明ユニットによれば、どのLEDモジュールも発光部の光軸中心とコリメートレンズの光軸中心一致させることができる。また、コリメートレンズを通過した光は、光軸ぶれや照度分布の偏りが無くなり、基板表面から垂直方向に発せられる。
基板表面に実装された複数のLEDモジュールが位置ずれしていたとしても、所望の平行光が得られる。
以下に、本発明を実施するための形態について、図を用いながら説明する。
図1は、本発明を具現化する形態の一例の全体構成を示す概略図である。図1には、本発明に係るLED照明ユニット1の概略図が示されている。
LED照明ユニット1は、基板Sの表面上に複数のLEDモジュール2が実装された構造をしており、発光部3、ソケット部4、コリメートレンズ5、嵌合部6、集光レンズ7、ライトガイド8、筐体10等を備えている。
なお、以下の説明では、直交座標系の3軸をX、Y、Zとし、XY平面を水平面、Z方向を鉛直方向とする。また、発光部3から発せられた光の光軸方向をZ方向とし、矢印の方向を上、その逆方向を下と表現する。一方、Z方向と直交するXY方向は、水平方向と呼ぶ。つまり、図1には、発光部3から発せられた光は、上向きに照射される様子が示されている。
基板Sは、その表面に複数のLEDモジュール2を実装するものである。具体的には、基板Sは、ガラエポと呼ばれる硬質の絶縁材料からなる基材の上に配線用回路パターンが形成されている。より具体的には、複数のLEDモジュール2が実装される部位には、電極パッドと呼ばれるランド部がX方向およびY方向に所定のピッチで複数形成されている。
LEDモジュール2は、外部に光を発するものであり、発光部3、ソケット部4、電極部(不図示)等を備えている。なお、基板Sの表面には、同様の構成をした複数のLEDモジュール2がX方向およびY方向に配列されて実装(例えば、はんだ接合)されている。
発光部3は、光L1を発するものである。具体的には、発光部3は、電極部と接続されたLED素子で構成されている。そのため、電極部に電流・電圧が印加されることで、発光部3から可視光や紫外光ないし赤外光などの光L1が発せられる。
ソケット部4は、発光部3の周りを囲むように発光部3に対して一定の位置関係を保って形成されたものであり、コリメートレンズ5の位置決め基準となるものである。具体的には、ソケット部4は、発光部3に対してX方向、Y方向およびZ方向に所定の間隔を隔てた所に壁面や基準面、凸部などが設けられている。
コリメートレンズ5は、発光部3から発する光L1を集光させて平行光L2にするものである。具体的には、コリメートレンズ5は、各LEDモジュール2の発光部3に対向する位置に1つずつ、所定の間隔を隔てて配置されている。より具体的には、コリメートレンズ5は、円周側面部に段状の突起部52を備えた非球面の凸レンズで構成されている。
嵌合部6は、ソケット部4とコリメートレンズ5とを互いに嵌合させるものである。
図2は、本発明を具現化する形態の一例の要部を示す概略図である。図2には、本発明に係るLED照明ユニット1を構成するソケット部4、コリメートレンズ5、嵌合部6等および、これらの位置関係が示されている。
具体的には、嵌合部6は、ソケット部4とコリメートレンズ5とが嵌合されることで、発光部3の光軸中心31とコリメートレンズ5の光軸中心51とを互いに一致させると共に、発光部3とコリメートレンズ5との光軸方向の間隔Dが一定に保たれる形状をしている。より具体的には、嵌合部6は、ソケット部4側に設けられたソケット側嵌合部6Aと、コリメートレンズ5側に設けられたレンズ側嵌合部6Bとがあり、これらが互いに摩擦力、接着剤、かしめ等により嵌合する形状をしている。
さらに、図2に示した嵌合部6(ソケット側嵌合部6Aとレンズ側嵌合部6Bとが嵌合し合う)では、ソケット側嵌合部6Aは、ソケット部4を構成する壁面の上面および内面に設定されている。具体的には、ソケット部4の壁面の上面(Z方向の基準面)は、発光部3の上面から上方の長さDzの位置にあり、ソケット部4の壁面の内面(X方向の基準面)は、発光部3の光軸中心31から長さDxの位置にあり、ソケット部4の壁面の内面(Y方向の基準面)は、発光部3の光軸中心31から長さDy(不図示)の位置に形成されている。
一方、レンズ側嵌合部6Bは、コリメートレンズ5の本体部50の下面側外周部と、側面外周部に設けられた突起部52の下面に設定されている。具体的には、本体部50の下面側外周部(X方向の基準面)は、コリメートレンズ5の光軸中心51から長さdxの位置にあり、本体部50の下面側外周部(Y方向の基準面)は、コリメートレンズ5の光軸中心51から長さdy(不図示)の位置にあり、突起部52の下面(Z方向の基準面)は、本体部50の下面側から長さdz1の位置、本体部50の上面側から長さdz2の位置に形成されている。
そして、ソケット部4の壁面の側面に沿うように、コリメートレンズ5の本体部50の下面側外周部を沿わせながら下方に押し下げ、ソケット部4の壁面の上面にコリメートレンズ5の突起部52の下面が接触する位置(つまり、二点鎖線5’で示す位置)まで押し込む。
集光レンズ7は、複数のLEDモジュール2から発せられた平行光L2を1ヶ所に集光させるものである。具体的には、複数のLEDモジュール2のソケット部4と嵌合されたコリメートレンズ5と光軸方向(つまり、Z方向)に所定の間隔を隔てて対向配置されている。より具体的には、集光レンズ7は、フレネルレンズや非球面の凸レンズで構成されており、筐体10の内側に形成された段付凹み部に嵌め込んだり、レンズホルダ(不図示)で挟み込んだりして固定されている。
ライトガイド8は、集光レンズ7で1ヶ所に集光させた光L3を導光させるものである。具体的には、ライトガイド8の一端が、集光レンズ7で集光させた光L3が集まる所に配置されている。より具体的には、ライトガイド8は、光ファイバ80が多本数束ねられた構成をしており、集光させた光L3を筐体10の外部へ導光させる構成をしている。
本発明に係るLED照明ユニット1は、この様な構成をしているため、どのLEDモジュール2も発光部3の光軸中心31とコリメートレンズ5の光軸中心51を一致させることができる。また、コリメートレンズ5を通過した光L2は、光軸ぶれや照度分布の偏りが無くなり、基板Sの表面から垂直方向(つまり、Z方向)に発せられる。そのため、基板Sの表面に実装された複数のLEDモジュール2がXY方向に位置ずれしていたとしても、所望の平行光L2が得られる。
そして、集光レンズ7にて平行光L2を1ヶ所に集光させ、集光させた光L3をライトガイド8を通じて外部に導光するため、1つのLEDモジュールではなし得なかった高輝度の光を得ることができる。
[別の形態]
なお上述では、ライトガイド8を備えたLED照明ユニット1を例示したが、本発明を具現化する上でライトガイド8は必須の構成ではなく、これらを備えていない構成のLED照明ユニットであっても良い。
なお上述では、ライトガイド8を備えたLED照明ユニット1を例示したが、本発明を具現化する上でライトガイド8は必須の構成ではなく、これらを備えていない構成のLED照明ユニットであっても良い。
例えば、集光レンズ7で1ヶ所に集光させた光L3を直接、観察対象部位や加工対象部位に照射する構成が例示できる。
この様な構成であっても、本発明に係るLED照明ユニットは、本発明に係る発光部3、ソケット部4、コリメートレンズ5、嵌合部6、集光レンズ7を備えているため、各LEDモジュール2に対向配置されたコリメートレンズ5を通過した光L2が、いずれも平行光となる。そして、これら平行光L2を集光レンズ7で集光させて1ヶ所に集光させるため、照度分布の偏りが無い高品質のスポット照明として用いることができる。
[別の形態]
また上述では、集光レンズ7およびライトガイド8を備えたLED照明ユニット1を例示したが、本発明を具現化する上で集光レンズ7およびライトガイド8は必須の構成ではなく、これらを備えていない構成のLED照明ユニットであっても良い。
また上述では、集光レンズ7およびライトガイド8を備えたLED照明ユニット1を例示したが、本発明を具現化する上で集光レンズ7およびライトガイド8は必須の構成ではなく、これらを備えていない構成のLED照明ユニットであっても良い。
例えば、コリメートレンズ5を通過した平行光L2を光の束として、観察対象部位や加工対象部位に照射する構成が例示できる。
この様な構成であっても、本発明に係るLED照明ユニットは、本発明に係る発光部3、ソケット部4、コリメートレンズ5、嵌合部6を備えているため、各LEDモジュール2に対向配置されたコリメートレンズ5を通過した光L2が、いずれも平行光となる。そのため、光軸ぶれや照度分布の偏りが無く、基板Sの表面から垂直方向(つまり、Z方向)に平行光が発せらた高品質の面照明として用いることができる。
[変形例]
なお上述では、嵌合部6として、ソケット部4の壁面の内面およびコリメートレンズ5の本体部50の下面側外周部がZ方向と平行な形状をした構成を示した。しかし、本発明を具現化する上では、嵌合部6は平行な形状に限らず、テーパ状の壁面、S字状の壁面、突出部などが噛み合う噛み合わせ形状をした構造であっても良い。
なお上述では、嵌合部6として、ソケット部4の壁面の内面およびコリメートレンズ5の本体部50の下面側外周部がZ方向と平行な形状をした構成を示した。しかし、本発明を具現化する上では、嵌合部6は平行な形状に限らず、テーパ状の壁面、S字状の壁面、突出部などが噛み合う噛み合わせ形状をした構造であっても良い。
1 LED照明ユニット
2 LEDモジュール
3 発光部
4 ソケット部
5 コリメートレンズ
6 嵌合部
6A ソケット側嵌合部
6B レンズ側嵌合部
7 集光レンズ
8 ライトガイド
80 光ファイバ(束)
10 筐体
31 光軸中心(発光部)
51 光軸中心(コリメートレンズ)
S 基板
D 間隔(発光部3とコリメートレンズ5との光軸方向)
L1 発光部から発する光
L2 平行光(コリメートレンズ通過後の光)
L3 1ヶ所に集光させた光(集光レンズ通過後の光)
2 LEDモジュール
3 発光部
4 ソケット部
5 コリメートレンズ
6 嵌合部
6A ソケット側嵌合部
6B レンズ側嵌合部
7 集光レンズ
8 ライトガイド
80 光ファイバ(束)
10 筐体
31 光軸中心(発光部)
51 光軸中心(コリメートレンズ)
S 基板
D 間隔(発光部3とコリメートレンズ5との光軸方向)
L1 発光部から発する光
L2 平行光(コリメートレンズ通過後の光)
L3 1ヶ所に集光させた光(集光レンズ通過後の光)
Claims (3)
- 基板の表面上に複数のLEDモジュールが実装されたLED照明ユニットにおいて、
前記LEDモジュールは各々、光を発する発光部と、当該発光部の周りを囲むように当該発光部に対して一定の位置関係を保って形成されたソケット部とを備え、
前記LEDモジュールには各々、前記発光部から発する光を集光させて平行光にするコリメートレンズが対向配置されており、
前記ソケット部と前記コリメートレンズとは、互いを嵌合させる嵌合部を備え、
前記嵌合部は、前記ソケット部と前記コリメートレンズとが嵌合されることで、当該発光部の光軸と当該コリメートレンズの光軸とを互いに一致させると共に、当該発光部と当該コリメートレンズとの前記光軸方向の間隔が一定に保たれる形状をしている
ことを特徴とする、LED照明ユニット。 - 前記複数のLEDモジュールから発せられた平行光を1ヶ所に集光させる集光レンズを備えたことを特徴とする、請求項1に記載のLED照明ユニット。
- 前記集光レンズで1ヶ所に集光させた光を導光させるライトガイドを備えたことを特徴とする、請求項2に記載のLED照明ユニット。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2016249629A JP2018106842A (ja) | 2016-12-22 | 2016-12-22 | Led照明ユニット |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2016249629A JP2018106842A (ja) | 2016-12-22 | 2016-12-22 | Led照明ユニット |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2018106842A true JP2018106842A (ja) | 2018-07-05 |
Family
ID=62788039
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2016249629A Pending JP2018106842A (ja) | 2016-12-22 | 2016-12-22 | Led照明ユニット |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2018106842A (ja) |
-
2016
- 2016-12-22 JP JP2016249629A patent/JP2018106842A/ja active Pending
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