JP5351354B2

JP5351354B2 - Light distribution control lens, light source device using the same, and lighting fixture

Info

Publication number: JP5351354B2
Application number: JP2013129822A
Authority: JP
Inventors: 昌之高橋
Original assignee: Asahi Rubber Inc
Current assignee: Asahi Rubber Inc
Priority date: 2013-06-20
Filing date: 2013-06-20
Publication date: 2013-11-27
Anticipated expiration: 2028-07-04
Also published as: JP2013210677A

Description

本発明は、配光制御レンズと、光源である発光素子及びその配光制御レンズを有し光源からの光を配光制御する光源装置と、それを用いて被照射体を照射する照明器具とに関するものである。 The present invention relates to a light distribution control lens, a light emitting element that is a light source, a light source device that has the light distribution control lens and controls light distribution from the light source, and a lighting fixture that irradiates an irradiated object using the light source device. It is about.

照明用の光源として、電力消費が少なく耐久性や発光効率に優れた高輝度の発光ダイオード（ＬＥＤ）を使用した安価な照明器具が、汎用されている。このようなＬＥＤを使用した照明器具として、光源からの光を所望の範囲に、集光させるスポットライトや、発散させるバックライトが、市販されている。 Inexpensive lighting fixtures that use high-intensity light-emitting diodes (LEDs) with low power consumption and excellent durability and luminous efficiency are widely used as illumination light sources. As lighting fixtures using such LEDs, spotlights for condensing light from a light source in a desired range and backlights for diverging are commercially available.

ＬＥＤを使用した直下型の照明装置により、光源の直下方向の所期範囲を照射したり、高輝度のＬＥＤを使用した液晶パネル用直下式のバックライトにより液晶パネル背面を照射したりする場合に、それら照射範囲内をほぼ均一な照度で照射する必要がある。 When irradiating the expected range in the direction directly below the light source with a direct illumination device using LEDs, or when irradiating the back of a liquid crystal panel with a direct backlight for a liquid crystal panel using high-brightness LEDs Therefore, it is necessary to irradiate the illumination range with almost uniform illuminance.

市販の大多数のＬＥＤ光源は、発光素子が樹脂で封止され、レンズが付されていないために、図１６に示すように、前方正面を放射角０°としたときの放射角０°の相対光度が最も強く、放射角度が大きくなるに従い相対光度が弱くなるという配光特性を持っている。そのため、そのままでは均一な照度で被照射面を照射することができない。そこで、放射角が０°よりも大きくなるに連れ、光源からの光が斜めに照射されるために単位面積当りの光量が少なくなってしまうのを、補償する配光特性が必要となる。そのためには、放射角が０°よりも大きくなるに連れ、光源からの光の強さを大きくしなければならない。 Most of the commercially available LED light sources have a light emitting element sealed with a resin and are not attached with a lens. Therefore, as shown in FIG. 16, when the front front has a radiation angle of 0 °, the radiation angle is 0 °. It has the light distribution characteristic that the relative luminous intensity is the strongest and the relative luminous intensity decreases as the radiation angle increases. Therefore, the irradiated surface cannot be irradiated with uniform illuminance as it is. Therefore, as the radiation angle becomes larger than 0 °, the light distribution characteristic that compensates for the fact that the light quantity per unit area decreases because the light from the light source is irradiated obliquely is required. For that purpose, the intensity of light from the light source must be increased as the radiation angle becomes larger than 0 °.

ＬＥＤで均一な照度で照射する装置として、特許文献１に、発光源の前方へ、斜面、放物面又は楕円面であって光線を整光する整光カバーと、直筒面又は楕円面であって光線を反射する反射カバーと、最後に光線が投射され焦点の調整が可能なレンズとを順番に設置したＬＥＤ照明装置が、開示されている。 As an apparatus for irradiating with uniform illuminance with an LED, Patent Document 1 describes a light control cover that is a slope, a paraboloidal surface, or an elliptical surface for adjusting light rays and a straight cylindrical surface or an elliptical surface in front of a light emitting source. There is disclosed an LED illumination device in which a reflection cover that reflects light rays and a lens that is finally projected with light rays and whose focus can be adjusted are installed in order.

さらに、液晶パネルの背面をＬＥＤで直接照射する直下方式のバックライトとして、例えば、特許文献２に、発光源からの光を拡散、偏光する透光手段が、発光源からの所定の入射角の光を反射する特性を持つ偏光部材を有し、発光手段が、偏光部材からの反射光を再反射させて透光手段へ出射する再反射部材を有しているバックライト装置が、開示されている。 Furthermore, as a direct-type backlight that directly irradiates the back surface of the liquid crystal panel with an LED, for example, Patent Document 2 discloses that a translucent means for diffusing and polarizing light from a light source has a predetermined incident angle from the light source. A backlight device having a polarizing member having a property of reflecting light, and a light emitting means having a re-reflecting member that re-reflects the reflected light from the polarizing member and emits it to the light-transmitting means is disclosed. Yes.

これらの装置は、ＬＥＤ光源からの光を反射する反射面等の光学部材を必要とするため、複雑な構造となり、小型化できない。しかも液晶パネル等の高性能化に伴い、均一に照射できる一層優れた配光特性が求められている。 These devices require an optical member such as a reflecting surface that reflects light from the LED light source, and thus have a complicated structure and cannot be reduced in size. In addition, with higher performance of liquid crystal panels and the like, more excellent light distribution characteristics capable of uniform irradiation are required.

特開２００８−１６３４１号JP 2008-16341 特開２００７−５９１４６号JP 2007-59146 A

本発明は前記の課題を解決するためになされたもので、放射角が大きくなるに連れて相対光度が弱くなるという光源からの光を、補償して被照射面を略均一な照度で照射できる配光特性を有した簡易な配光制御レンズ、及びそれを用いた光源装置を提供することを目的とする。また、このような光源装置を用いて、被照射面が光源直下とその周囲との間においても略均一な照度を与える直下式照明器具及び直下式バックライトのような照明器具を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and can compensate for light from a light source whose relative luminous intensity decreases as the radiation angle increases, and can irradiate the irradiated surface with substantially uniform illuminance. It is an object of the present invention to provide a simple light distribution control lens having light distribution characteristics and a light source device using the same. In addition, by using such a light source device, it is possible to provide a lighting device such as a direct lighting device and a direct lighting device in which a surface to be irradiated gives a substantially uniform illuminance even between and immediately below the light source. Objective.

前記の目的を達成するためになされた特許請求の範囲の請求項１に記載の配光制御レンズは、発光素子がホルダの窪みの底に設置されその窪みで開口している出光窓口を覆い、又は基板上に発光素子を直接搭載しそこから有効な光を放射する領域を覆って、該発光素子を光源とする光を被照射体側へ透過させるためのレンズであり、
その光源側レンズ面の中央部の入射部位で凹形状面と、その被照射体側レンズ面の中央部の出射部位で凹形状及びそれの周辺部の出射部位で凸形状の連続面とを、それぞれ軸対称に有しており、

（式１〜３中、Ｄは該出光窓口又は該領域の最大径、ｒ１は該光源側レンズ面の凹形状面の中央での曲率半径、ｒ２は被照射体側レンズ面の凹形状の面の中央での曲率半径、ＣＡ１は該光源側レンズ面の凹形状面の入射有効開口径を示す）となっていることによって、該配光を制御することを特徴とする。 The light distribution control lens according to claim 1, which has been made to achieve the above object, covers a light output window in which a light emitting element is installed at the bottom of a recess of the holder and is open at the recess. Or a lens for directly mounting a light emitting element on a substrate and covering an area where effective light is emitted therefrom, and transmitting light having the light emitting element as a light source to the irradiated body side,
A concave surface at the central incident portion of the light source side lens surface, a concave surface at the central emission portion of the irradiated lens surface, and a continuous surface convex at the peripheral emission portion, respectively. Have axial symmetry,

(In Formulas 1 to 3, D is the maximum diameter of the light exit window or the region, r1 is the radius of curvature at the center of the concave surface of the light source side lens surface, and r2 is the concave surface of the irradiated object side lens surface. The light distribution is controlled by the fact that the radius of curvature at the center, CA1, is the incident effective aperture diameter of the concave surface of the light source side lens surface).

請求項２に記載の光源装置は、基板上に発光素子を直接搭載しそこから有効な光を放射する領域を、請求項１に記載の配光制御レンズが覆っており、該発光素子を光源とする光を、該配光制御レンズを通して被照射体へ配光する光源装置であって、該配光制御レンズによって、該配光を制御していることを特徴とする。 The light source device according to claim 2 has a light distribution control lens according to claim 1 covering a region where a light emitting element is directly mounted on a substrate and emits effective light therefrom, and the light emitting element is covered with a light source. The light distribution device distributes the light to the irradiated object through the light distribution control lens, and the light distribution is controlled by the light distribution control lens.

請求項３に記載の光源装置は、請求項２に記載されたもので、該発光素子が封止材で封止されて該配光制御レンズで覆われていることを特徴とする。 A light source device according to a third aspect is the light source device according to the second aspect, wherein the light emitting element is sealed with a sealing material and covered with the light distribution control lens.

請求項４に記載の光源装置は、請求項２〜３の何れかに記載されたもので、該配光制御レンズが、透明樹脂、又は透明ゴムで形成されていることを特徴とする。 A light source device according to a fourth aspect is the light source device according to any one of the second to third aspects, wherein the light distribution control lens is formed of a transparent resin or a transparent rubber.

請求項５に記載の光源装置は、請求項２〜４の何れかに記載されたもので、該発光素子が、該基板上でその表面に実装されていることを特徴とする。 A light source device according to a fifth aspect is the light source device according to any one of the second to fourth aspects, wherein the light emitting element is mounted on the surface of the substrate.

請求項６に記載の光源装置は、請求項２〜５の何れかに記載されたもので、該配光制御レンズの断面が、該被照射体側レンズ面で、該配光制御レンズの中心から外周に向けて、凹形状、平面状、凸形状と連続的に変化する連続面であることを特徴とする。 A light source device according to a sixth aspect is the light source device according to any one of the second to fifth aspects, wherein a cross section of the light distribution control lens is the irradiated object side lens surface from the center of the light distribution control lens. It is a continuous surface that continuously changes from a concave shape, a planar shape, and a convex shape toward the outer periphery.

請求項７に記載の光源装置は、請求項２〜６の何れかに記載されたもので、該配光制御レンズが、フレネルレンズであることを特徴とする。 A light source device according to a seventh aspect is the light source device according to any one of the second to sixth aspects, wherein the light distribution control lens is a Fresnel lens.

請求項８に記載の光源装置は、請求項２〜７の何れかに記載されたもので、該配光制御レンズが、ｄ線の屈折率で１．６以下のレンズ材料で形成されていることを特徴とする。 A light source device according to an eighth aspect is the light source device according to any one of the second to seventh aspects, wherein the light distribution control lens is formed of a lens material having a refractive index of d line of 1.6 or less. It is characterized by that.

請求項９に記載の光源装置は、請求項２〜８の何れかに記載されたもので、該発光素子と該配光制御レンズとの間に、蛍光体、染料、顔料の少なくとも何れかが含有された透明素材を、介在させていることを特徴とする。 A light source device according to a ninth aspect is the light source device according to any one of the second to eighth aspects, wherein at least one of a phosphor, a dye, and a pigment is interposed between the light emitting element and the light distribution control lens. The contained transparent material is interposed.

請求項１０に記載の光源装置は、請求項２〜９の何れかに記載されたもので、該光が、該配光制御レンズによって−７５°〜７５°の放射角度で配光を制御していることを特徴とする。 A light source device according to a tenth aspect is the light source device according to any one of the second to ninth aspects, wherein the light controls light distribution at a radiation angle of −75 ° to 75 ° by the light distribution control lens. It is characterized by.

請求項１１に記載の照明器具は、請求項２〜１０の何れかに記載の光源装置が、１個、又は複数個並べられて、基材上に配置されていることを特徴とする。 The lighting fixture according to claim 11 is characterized in that one or a plurality of the light source devices according to any one of claims 2 to 10 are arranged on a substrate.

請求項１２に記載の照明器具は、請求項１１に記載されたもので、該光源装置の複数が、直下型バックライトとして照明すべき被照射体へ向けられ、平面状の該基材上に、一定の配列間隔をあけて配置されていることを特徴とする。 The illuminating device according to claim 12 is the illuminating device according to claim 11, wherein a plurality of the light source devices are directed to an irradiated object to be illuminated as a direct type backlight, on the planar substrate. It is characterized by being arranged with a certain arrangement interval.

請求項１３に記載の照明器具は、請求項１１〜１２の何れかに記載されたもので、該被照射体側レンズ面の上に、光散乱材を透明樹脂又は透明ゴムに充填したプレートが、配置されていることを特徴とする。 The lighting fixture according to claim 13 is the one described in any one of claims 11 to 12, and a plate filled with a light scattering material in a transparent resin or transparent rubber on the irradiated object side lens surface, It is arranged.

本発明のレンズやそれを用いた光源装置によれば、光源からの放射角が大きくなるに連れて相対光度が弱くなるという光源からの光を、補償できるので、光源からの放射角度に依存せずに、被照射面を略均一な照度でむら無く効率良く照射することができる。光源装置自体は、そのような配光特性を有しているから、複雑な補償機構を必要としない。しかも小型で簡易な構造であるから大量生産できるうえ、被照射面が光源直下とその周囲との間においても均一な照度を与える直下式バックライトのような照明器具として、多数並べて用いることができる。 According to the lens of the present invention and the light source device using the same, the light from the light source whose relative luminous intensity decreases as the radiation angle from the light source increases can be compensated, so that it depends on the radiation angle from the light source. Therefore, it is possible to irradiate the irradiated surface with a substantially uniform illuminance evenly and efficiently. Since the light source device itself has such a light distribution characteristic, a complicated compensation mechanism is not required. Moreover, since it is a small and simple structure, it can be mass-produced, and it can be used side by side as a lighting fixture such as a direct type backlight that gives a uniform illuminance between the irradiated surface directly under and around the light source. .

本発明を適用する実施例１の光源装置の構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the light source device of Example 1 to which this invention is applied. 本発明を適用する実施例１の光源装置の配光特性を示す図である。It is a figure which shows the light distribution characteristic of the light source device of Example 1 to which this invention is applied. 本発明を適用する実施例２の光源装置の構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the light source device of Example 2 to which this invention is applied. 本発明を適用する実施例２の光源装置の配光特性を示す図である。It is a figure which shows the light distribution characteristic of the light source device of Example 2 to which this invention is applied. 本発明を適用する実施例３の光源装置の構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the light source device of Example 3 to which this invention is applied. 本発明を適用する実施例３の光源装置の配光特性を示す図である。It is a figure which shows the light distribution characteristic of the light source device of Example 3 to which this invention is applied. 本発明を適用する実施例４の光源装置の構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the light source device of Example 4 to which this invention is applied. 本発明を適用する実施例４の光源装置の配光特性を示す図である。It is a figure which shows the light distribution characteristic of the light source device of Example 4 to which this invention is applied. 本発明を適用する実施例５の光源装置の構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the light source device of Example 5 to which this invention is applied. 本発明を適用する実施例５の光源装置の配光特性を示す図である。It is a figure which shows the light distribution characteristic of the light source device of Example 5 to which this invention is applied. 本発明を適用する実施例６の照明装置の構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the illuminating device of Example 6 to which this invention is applied. 本発明を適用する実施例６の照明装置を用いたときの放射角度と照度との相関関係を示す図である。It is a figure which shows the correlation of a radiation angle when using the illuminating device of Example 6 to which this invention is applied, and illumination intensity. 本発明を適用する実施例７の照明装置の構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the illuminating device of Example 7 to which this invention is applied. 本発明を適用外とする市販のＬＥＤの配光特性を示す図である。It is a figure which shows the light distribution characteristic of commercially available LED which does not apply this invention. 本発明を適用外とする市販のＬＥＤ均一照明に必要な放射角度と相対光度との関係図である。It is a related figure of a radiation angle and relative luminous intensity required for the commercially available LED uniform illumination which does not apply this invention. 本発明を適用外とする一般的なＬＥＤの配光特性を示す概要図である。It is a schematic diagram which shows the light distribution characteristic of the general LED which does not apply this invention.

以下、本発明を実施するための好ましい形態を詳細に説明するが、本発明の範囲はこれらの形態に限定されるものではない。 Hereinafter, although the preferable form for implementing this invention is demonstrated in detail, the scope of the present invention is not limited to these forms.

本発明を適用するレンズ及びそれを用いた光源装置について、図１を参照しながら説明する。 A lens to which the present invention is applied and a light source device using the same will be described with reference to FIG.

この光源装置１は、光源としてＬＥＤのような発光素子１２と、略擂鉢状の反射材で被覆された窪み１３を有しその底に発光素子１２が固定されたホルダ１１と、その窪み１３で開口している透明樹脂で封止された出光窓口１４を覆いつつホルダ１１上または面上に固定されたレンズ１０とからなる。出光窓口は、最大径Ｄが円状又は楕円状、または多角形状となっている。 This light source device 1 has a light emitting element 12 such as an LED as a light source, a holder 11 having a hollow 13 covered with a substantially bowl-shaped reflecting material, and a light emitting element 12 fixed to the bottom thereof, and the hollow 13. The lens 10 is fixed on the holder 11 or on the surface while covering the light exit window 14 that is sealed with an open transparent resin. The light emission window has a maximum diameter D that is circular, elliptical, or polygonal.

レンズ１０両面の中央部が、凹形状の面を有していることにより、強い負のパワーを持つ両凹レンズとなっている。レンズ１０は、偏肉厚で、発光素子１２と被照射体の中心との延長線上を軸中心とする軸対称になっている。 Since the center part of both surfaces of the lens 10 has concave surfaces, it is a biconcave lens having a strong negative power. The lens 10 has an uneven thickness and is symmetric with respect to an axis extending from an extension line between the light emitting element 12 and the center of the irradiated object.

レンズ１０は、その光源側レンズ面の中央部の入射部位で、略円錐擂鉢状の凹形状面１６を有している。その入射部位の凹形状面１６は、中央部の最凹部近傍で、曲率半径ｒ１の曲面となっている。その曲面から入射部位の凹形状面１６の入射有効開口１５までは、円錐状の曲面となっている。入射部位の凹形状面１６の入射有効開口径ＣＡ１よりも外縁側のレンズ面は、平坦になっている。 The lens 10 has a concave surface 16 having a substantially conical bowl shape at an incident site in the center of the light source side lens surface. The concave surface 16 at the incident site is a curved surface having a radius of curvature r1 in the vicinity of the most concave portion in the center. From the curved surface to the effective entrance aperture 15 of the concave surface 16 at the incident site is a conical curved surface. The lens surface on the outer edge side with respect to the incident effective aperture diameter CA1 of the concave surface 16 of the incident portion is flat.

その凹形状面１６の入射有効開口１５は、その有効開口径ＣＡ１がホルダ１１の窪み１３の出光窓口１４の最大径Ｄよりも僅かに大きくなっていることにより、ホルダ１１の出光窓口１４を覆っている。 The entrance effective opening 15 of the concave surface 16 covers the light exit window 14 of the holder 11 because the effective aperture diameter CA1 is slightly larger than the maximum diameter D of the light exit window 14 of the recess 13 of the holder 11. ing.

このレンズ１０は、前記（式１）の条件を充足するものである。（式１）の条件は、光源側レンズ面の形状を特定するためのものである。略均一な照度で被照射体を照射するには、特に光源側レンズ面の中央部を通過する光の相当部分を、放射角の大きい方向に振り分ける必要があり、強い凹面が必要であることから、（式１）の条件が必要となる。（式１）の条件を満たさないと均一照明の実現が困難となる。 This lens 10 satisfies the condition of (Formula 1). The condition of (Formula 1) is for specifying the shape of the light source side lens surface. In order to irradiate the irradiated object with a substantially uniform illuminance, it is necessary to distribute a substantial part of the light that passes through the central part of the light source side lens surface in the direction with a large radiation angle, and a strong concave surface is required. , (Equation 1) is required. If the condition of (Expression 1) is not satisfied, it is difficult to realize uniform illumination.

また、被照射体側レンズ１０は、その被照射体側レンズ面の中央部の出射部位で、入射部位よりも緩やかな略円錐擂鉢状の凹形状面１８を有している。その出射部位の凹形状面１８は、中央部の最凹部近傍で、曲率半径ｒ２の球状の曲面となっている。レンズ１０は、その被照射体側レンズ面の出射部位で、この凹形状面１８の周辺部がその凹形状面１８と被照射体側レンズ面外縁部との間に連続した凸形状面１９を有した形状となっている。この凸形状面１９で、比較的大きな放射角の入射光が収斂するように屈折される。 Further, the irradiated object side lens 10 has a substantially conical bowl-shaped concave surface 18 that is gentler than the incident position at the emission part at the center of the irradiated object side lens surface. The concave surface 18 of the emission part is a spherical curved surface having a radius of curvature r2 in the vicinity of the most concave portion at the center. The lens 10 has a convex surface 19 where the peripheral portion of the concave surface 18 is continuous between the concave surface 18 and the outer peripheral surface of the target lens surface at the exit portion of the irradiated surface. It has a shape. The convex surface 19 is refracted so that incident light having a relatively large radiation angle is converged.

被照射体側レンズ面は滑らかな連続面となっている。そのレンズ１０の断面は、図１に示す通り、被照射体側レンズ面で、レンズ中心から外周に向けて、凹形状、平面状、凸形状と連続的に変化している。即ち、被照射体側レンズ面は、レンズ１０の中心部で凹面レンズの表面形状を成し、その周囲で不連続面を持つことなく、表面形状が円錐状の湾曲した表面形状を成し、更にその周囲で不連続面を持つことなく、凸面レンズの表面形状を成している。その凹形状面１８と凸形状面１９とが連続的に直接つながっていてもよい。 The irradiated object side lens surface is a smooth continuous surface. As shown in FIG. 1, the cross section of the lens 10 continuously changes from a lens center toward an outer periphery to a concave shape, a planar shape, and a convex shape on the irradiated object side lens surface. That is, the irradiated-side lens surface forms a concave lens surface shape at the center of the lens 10 and has a conical curved surface shape without a discontinuous surface around the lens surface. The surface of the convex lens is formed without having a discontinuous surface around it. The concave surface 18 and the convex surface 19 may be continuously connected directly.

さらにレンズ１０は、前記（式２）の条件を充足するものである。（式２）の条件は、被照射体側レンズ面の形状を特定するためのものである。略均一な照度で被照射体を照射するには、被照射体側レンズ面の中央部を通過する光の相当部分を、放射角の大きい方向に振り分ける必要があり、強い凹面が必要であることから、（式２）の条件が必要となる。（式２）の条件を満たさないと均一照明の実現が困難となる。 Further, the lens 10 satisfies the condition (Formula 2). The condition of (Expression 2) is for specifying the shape of the irradiated object side lens surface. In order to irradiate the irradiated object with a substantially uniform illuminance, it is necessary to distribute a substantial part of the light passing through the central part of the lens surface on the irradiated object side in a direction with a large radiation angle, and a strong concave surface is required. , (Equation 2) is required. If the condition of (Expression 2) is not satisfied, it is difficult to realize uniform illumination.

またレンズ中央部を通過する光を、放射角の大きい方向に振り分ける働きは、光源側レンズ面と被照射体側レンズ面との各凹形状面１６・１８で分担している。しかし、被照射体側レンズ面の中心部の凹形状面１８の傾斜を強くすると、全反射を発生し易くなるので、光源側レンズ面と被照射体側レンズ面との夫々の凹形状面１６・１８を、バランスの良い適切な形状にする必要がある。そのために、被照射側レンズ面の凹形状面１８の中央での曲率半径は、光源側レンズ面の凹形状面１６の中央での曲率半径よりも、大きくしてある。 In addition, the function of distributing the light passing through the center of the lens in the direction with a large radiation angle is shared by the concave-shaped surfaces 16 and 18 of the light source side lens surface and the irradiated object side lens surface. However, if the inclination of the concave surface 18 at the center of the irradiated object side lens surface is increased, total reflection is likely to occur. Therefore, the concave surfaces 16 and 18 of the light source side lens surface and the irradiated object side lens surface, respectively. Need to be in an appropriate shape with a good balance. Therefore, the radius of curvature at the center of the concave surface 18 of the irradiated lens surface is larger than the radius of curvature at the center of the concave surface 16 of the light source side lens surface.

また、被照射体側レンズ面の形状を、中央から外縁に向けて、中央近傍で凹形状の曲面、その周囲で略円錐状の曲面、さらにその周囲で凸形状の曲面と、連続的に同心状に変化する面形状としてある。被照射体側レンズ面を光が通過する際に、中心部の軸方向とそのごく近傍周辺の中央部で軸方向から幾分傾いた方向とに向く光は、放射角度の大きい方向に振り分ける必要があるが、その中央部のさらに周辺で軸方向から相当傾いた方向でレンズの周辺部へ向く光は、大きな入射角度でレンズへ多く入射し、レンズ面が平面に近いほど全反射を起こし易い。そのため、全反射を起こさないように凸形状にする必要がある。 Also, the shape of the irradiated lens surface is continuously concentric from the center to the outer edge, with a concave curved surface near the center, a substantially conical curved surface around it, and a convex curved surface around it. The surface shape changes to. When light passes through the lens surface of the irradiated object, the light directed toward the axial direction of the central part and the direction slightly inclined from the axial direction at the central part in the vicinity of the central part needs to be distributed in a direction with a large radiation angle. However, light that is directed toward the lens periphery in a direction substantially inclined from the axial direction at the periphery of the central portion is more incident on the lens at a large incident angle, and total reflection tends to occur as the lens surface is closer to a flat surface. Therefore, it is necessary to make it convex so as not to cause total reflection.

さらにレンズ１０は、前記（式３）の条件を充足するものである。（式３）の条件は、光源側レンズ面の凹形状面１６の入射有効開口１５の径ＣＡ１を特定するためのものである。（式３）の下限を超えると光源からの光を十分に取り込めなくなり、一方その上限を超えると光が入射する有効面の円錐に近い形状の高さが高くなり、大きなレンズになってしまい光源装置のコンパクト化が困難となってしまう。 Furthermore, the lens 10 satisfies the condition of (Formula 3). The condition of (Formula 3) is for specifying the diameter CA1 of the incident effective aperture 15 of the concave surface 16 of the light source side lens surface. If the lower limit of (Equation 3) is exceeded, light from the light source cannot be taken in sufficiently, while if the upper limit is exceeded, the height of the shape close to the cone of the effective surface on which light enters becomes high, resulting in a large lens. It becomes difficult to make the device compact.

前記（式１〜３）中、ｒ１、ｒ２、及びＣＡ１は、出光窓口Ｄの大きさにより、式１〜３に基づいて決定される。出光窓口Ｄの具体的寸法は、ＬＥＤの種類によって異なるが、パワーＬＥＤを含め、楕円形状の場合は長径をいうものとして、０．３ｍｍ〜３０ｍｍのものが好ましく用いることができる。レンズの入射有効開口径ＣＡ１とＬＥＤの出光窓口Ｄとの関係では、出光窓口Ｄが楕円形や多角形の場合、入射有効開口径ＣＡ１は円形であるので、出光窓口Ｄの短径より大きい必要があるので、長径と短径との比は１．５未満ということになる。 In the above (Expressions 1 to 3), r1, r2, and CA1 are determined based on Expressions 1 to 3 depending on the size of the light exit window D. Although the specific dimension of the light exit window D changes with kinds of LED, in the case of an ellipse shape including power LED, a thing with 0.3 mm-30 mm can be preferably used as what says a major axis. Regarding the relationship between the effective incident aperture diameter CA1 of the lens and the light exit window D of the LED, when the light exit window D is elliptical or polygonal, the incident effective aperture diameter CA1 is circular, and therefore needs to be larger than the short diameter of the light exit window D. Therefore, the ratio of the major axis to the minor axis is less than 1.5.

レンズ１０の材質は、屈折率を示す透光性の透明材質であれば特に制限されないが、ガラスのような無機材よりも比較的成形性の良い透明な樹脂またはゴムが好ましい。例えば透明樹脂として、塩素化ポリエチレン、シリコーン、エポキシ、アクリル、ポリカーボネイトが挙げられ、透明ゴムとして、フッ素ゴム、シリコーンゴムが挙げられる。 The material of the lens 10 is not particularly limited as long as it is a translucent transparent material exhibiting a refractive index, but is preferably a transparent resin or rubber having relatively good moldability than an inorganic material such as glass. Examples of the transparent resin include chlorinated polyethylene, silicone, epoxy, acrylic, and polycarbonate, and examples of the transparent rubber include fluorine rubber and silicone rubber.

レンズ１０の材質が透明な樹脂またはゴムであれば、ガラスのような研磨は必要なく、射出成形や金型プレス成形でレンズを製造できるため、生産性が高いだけでなく、軽量化に資する。光源からの放熱に対する安定性した耐熱性や透明度、金型転写の正確性等を考慮すると、透明シリコーン樹脂であることが好ましい。 If the material of the lens 10 is a transparent resin or rubber, polishing like glass is not necessary, and the lens can be manufactured by injection molding or die press molding, which not only increases productivity but also contributes to weight reduction. In view of stable heat resistance and transparency with respect to heat radiation from the light source, accuracy of mold transfer, and the like, a transparent silicone resin is preferable.

また、光源からの光をレンズ１０によって、急激に放射角度の大きい方向に曲げる必要があるためレンズの照射面側で、臨界角より大きな角度の光線となり全反射を起こし易い。臨界角は、レンズに使用する材料の屈折率で決まり、屈折率が低いほど臨界角は大きい。全反射の起きにくいレンズ材料としては、ｄ線の屈折率で１．６以下のものが好ましい。なお、ｄ線とは、光学業界でレンズ材料の屈折率の代表として使用されている波長５８７ｎｍの光のスペクトル線の一つである。 Further, since the light from the light source needs to be bent suddenly in the direction of a large radiation angle by the lens 10, it becomes a light beam having an angle larger than the critical angle and tends to cause total reflection on the irradiation surface side of the lens. The critical angle is determined by the refractive index of the material used for the lens. The lower the refractive index, the larger the critical angle. As a lens material in which total reflection hardly occurs, a lens material having a refractive index of d-line of 1.6 or less is preferable. The d-line is one of spectral lines of light having a wavelength of 587 nm that is used as a representative of the refractive index of lens materials in the optical industry.

発光素子１２は、そこから発せられる光をホルダ１１の出光窓口１４からレンズ１０を通して、照射すべき被照射体へ配光するように、被照射体へ向く方向へ配置されている。 The light emitting element 12 is arranged in a direction toward the irradiated body so that light emitted from the light emitting element 12 is distributed from the light exit window 14 of the holder 11 through the lens 10 to the irradiated body to be irradiated.

光源に用いられる発光素子１２は、高輝度・省エネルギーの観点からＬＥＤが好適である。 The light emitting element 12 used for the light source is preferably an LED from the viewpoint of high luminance and energy saving.

ＬＥＤは、ＬＥＤチップが封止樹脂によって封止されており、封止樹脂内に、ＬＥＤチップからの光の波長を変換する蛍光物質が発光素子を被覆されるように配置されているものを用いることができる。また、ＬＥＤの封止材の上を透光性の樹脂またはゴムに蛍光体または染料・顔料を含有せしめたシート状またはキャップ状の被覆材で被覆して発光素子１２からの光の一部が波長変換されまたは混色されるものであってもよい。発光素子の波長が青色発光し、ＹＡＧ蛍光体で青色発光の一部を波長変換して白色光にして本願発明の照明光として用いるみこともできる。また、ＬＥＤは２つ以上のＬＥＤチップがパッケージされて混色されたものを光源として用いてもよい。 For the LED, an LED chip is sealed with a sealing resin, and a fluorescent material that converts the wavelength of light from the LED chip is disposed in the sealing resin so that the light emitting element is covered. be able to. Further, the LED sealing material is covered with a sheet-like or cap-like covering material in which a fluorescent material or a dye / pigment is contained in a light-transmitting resin or rubber, and a part of the light from the light emitting element 12 is absorbed. The wavelength may be converted or mixed. The wavelength of the light emitting element emits blue light, and a part of the blue light emission is converted by the YAG phosphor to obtain white light, which can be used as illumination light of the present invention. In addition, the LED may be a light source in which two or more LED chips are packaged and mixed.

また、ＬＥＤ発光装置自体が複数密集し、これらがひとつのＬＥＤチップの発光素子光源と同じ役目を果たし、その光源の上に本発明のレンズが配置された場合において、本発明の作用効果を奏する範囲で、本発明のとすることができる。 In addition, when a plurality of LED light emitting devices are densely packed and these serve the same function as the light emitting element light source of one LED chip, and the lens of the present invention is disposed on the light source, the effects of the present invention are exhibited. To the extent it can be of the present invention.

ＬＥＤ光源は、発光ダイオードであれば、波長域、色彩、輝度のものを、適宜選択して用いることができる。レンズ１０の外周近傍のコバ部は、ＬＥＤに接してもよく、僅かに離れていてもよい。 If the LED light source is a light emitting diode, one having a wavelength range, color, and luminance can be appropriately selected and used. The edge portion near the outer periphery of the lens 10 may be in contact with the LED or may be slightly separated.

発光素子１２は、光源の真正面を放射角０°（光軸）とした時、光軸から−９０°〜９０°のθだけ傾いた光を、出射するから、図１６のようなコサイン（COS）カーブの配光特性の光を出射することになる。その光がレンズを通過することによって放射角度０°より大きな放射角度位置に配光ピークを示す配光特性を、レンズが持っていることが望ましい。特に被照射体を均一に照射するには、１／(COSθ)^３の配光特性を持つことが望ましい。 Since the light emitting element 12 emits light inclined by θ of −90 ° to 90 ° from the optical axis when the emission angle is 0 ° (optical axis) in front of the light source, the cosine (COS) as shown in FIG. ) Light having a curve light distribution characteristic is emitted. It is desirable that the lens has a light distribution characteristic that shows a light distribution peak at a radiation angle position larger than the radiation angle 0 ° by passing the light through the lens. In particular, in order to uniformly irradiate the irradiated object, it is desirable to have a light distribution characteristic of 1 / (COSθ) ³ .

この理由は以下の通りである。光軸と直交する照射面を仮想した場合、光軸からθだけ傾いた点では、光源から照射点までの距離は軸上点より１／(COSθ)倍長いから均一に照射するのに(COSθ)^２倍の光度が必要であり、またその照射面に光源からの光束がθだけ傾いて入射するから均一に照射するのにCOSθ倍の光度が必要である。従って、これらを全部掛け合わすと、θ傾いた点では軸上の点より(COSθ)^３倍だけ暗くなるから、均一に照射するのに(COSθ)^３倍の光度が必要となるからである。 The reason is as follows. If the irradiation surface orthogonal to the optical axis is hypothesized, at a point inclined by θ from the optical axis, the distance from the light source to the irradiation point is 1 / (COSθ) times longer than the point on the axis, so evenly irradiated (COSθ ) requires ^twice the intensity, also is required intensity of COSθ times for the light beam from the light source to the irradiated surface is uniformly irradiated from the incident tilted by theta. Therefore, when all these are multiplied, the point tilted by θ becomes (COSθ) ^three times darker than the point on the axis, so that (COSθ) ^three times the luminous intensity is required for uniform irradiation.

より具体的に説明するために、図１５に、１／(COSθ)^３の配光特性をシミュレーションしたグラフを示す。例えば、放射角６０°では、放射角０°の８倍の光の強度が必要となる。このような配光特性を有するレンズを用いれば、放射角度が９０°の光を所望の方向へ屈折させて有効に照射させるのは実用上不可能であるにしても、少なくとも放射角７５°付近までなら、所望の方向へ屈折させて実質上有効に照射させることができる。 In order to explain more specifically, FIG. 15 shows a graph simulating the light distribution characteristic of 1 / (COSθ) ³ . For example, at a radiation angle of 60 °, the light intensity is 8 times that of a radiation angle of 0 °. If a lens having such a light distribution characteristic is used, it is practically impossible to effectively irradiate light having a radiation angle of 90 ° by refracting it in a desired direction, but at least around a radiation angle of 75 °. If so, the light can be refracted in a desired direction to be effectively irradiated.

本発明の光源装置によれば、均一に照射するために、放射角度が−７５°〜７５°付近まで光を均一な照度となるように屈折させることができる。 According to the light source device of the present invention, in order to irradiate uniformly, light can be refracted so as to have uniform illuminance up to a radiation angle of −75 ° to 75 °.

ホルダ１１の窪み１３は、略擂鉢状であってもよいが、半球状であってもよい。その窪み１３には、金属メッキのような反射材が付されていると一層好ましい。 The recess 13 of the holder 11 may be substantially bowl-shaped, but may be hemispherical. It is more preferable that the recess 13 is provided with a reflective material such as metal plating.

ホルダ１１の出光窓口１４の最大径Ｄを考える場合、出光窓口１４が四角形の場合は、その対角を最大径Ｄと考えればよい。基板上に直接ＬＥＤチップを搭載し、封止材で封止したＬＥＤの場合は、有効な光を放射する領域を囲む円の直径を最大径Ｄと考えればよい。 When considering the maximum diameter D of the light exit window 14 of the holder 11, if the light exit window 14 is square, the diagonal may be considered as the maximum diameter D. In the case of an LED in which an LED chip is directly mounted on a substrate and sealed with a sealing material, the diameter of a circle surrounding a region that emits effective light may be considered as the maximum diameter D.

このような光源装置１は、以下のように動作する。発光素子ＬＥＤ１２に通電させると、発光する。例えば、光軸に沿って出射した光２０ａは、レンズ１０のレンズ内部１７の透明樹脂内を真直ぐに透過する。光軸から僅かに傾いて出射した光２０ｂは、レンズ１０の光源側レンズ面と被照射体側レンズ面との両凹形状面１６・１８で、発散するから、入射時よりも更に傾いて出射する。光軸から幾分傾いて出射した光２０ｃは、レンズの光源側レンズ面の凹形状面１６で発散し、被照射体側レンズ面との凸形状面１８で、幾分集束する結果、入射時よりも幾分傾きが小さくなって出射する。光軸から相当傾いて出射した光２０ｄは、レンズ１０の光源側レンズ面の凹形状面１６で発散し、被照射体側レンズ面の凸形状面１８で大きく集束する結果、入射時よりも相当傾きが小さくなって出射する。それらの結果、光２０ａ〜２０ｄは、被照射体が、略均一に照射される方向に出射される。 Such a light source device 1 operates as follows. When the light emitting element LED12 is energized, it emits light. For example, the light 20 a emitted along the optical axis passes straight through the transparent resin in the lens interior 17 of the lens 10. The light 20b emitted slightly inclined from the optical axis diverges on the biconcave surfaces 16 and 18 of the light source side lens surface and the irradiated object side lens surface of the lens 10, and thus is emitted further inclined than when incident. . The light 20c emitted with a slight inclination from the optical axis is diverged by the concave surface 16 of the lens on the light source side of the lens, and is converged somewhat by the convex surface 18 with the lens surface of the irradiated object. However, it is emitted with a somewhat smaller inclination. The light 20d emitted with a considerable inclination from the optical axis diverges on the concave surface 16 of the lens surface of the light source side of the lens 10 and is largely focused on the convex surface 18 of the surface of the irradiated object side lens. Becomes smaller and exits. As a result, the light 20a to 20d is emitted in a direction in which the irradiated object is irradiated substantially uniformly.

本発明のレンズを用いることにより照射される光源からの光は、放射角度の大きい被照射体の場所に放射角度が０°の光度より大きな光度で照射されるので、均質な明るさの被照射体平面を得ることができる。更に、放射角度が２０°〜７０°好ましくは３０°〜６５°の範囲で放射角度０°より相対光度が大きく、且つ、発光した光の内、レンズを通過後、前方の被照射体側から出射した光の割合を６５％以上好ましくは７０％以上、更に好ましくは、８０％以上にすることができる。 Since the light from the light source irradiated by using the lens of the present invention is irradiated at a position of the irradiated object having a large radiation angle at a light intensity greater than the light intensity at the radiation angle of 0 °, it is irradiated with uniform brightness. A body plane can be obtained. Further, the relative luminous intensity is larger than the radiation angle of 0 ° within the radiation angle range of 20 ° to 70 °, preferably 30 ° to 65 °, and the emitted light passes through the lens and is emitted from the front irradiated object side. The proportion of light emitted can be 65% or more, preferably 70% or more, and more preferably 80% or more.

本発明のレンズは本発明のレンズの作用効果を損なわない範囲で、フレネルにして用いることもできる。 The lens of the present invention can be used as Fresnel as long as the effects of the lens of the present invention are not impaired.

本発明の照明器具３０は、光源装置１が複数列毎にあるいは平面的に均等間隔で複数個並べられて基材上に配置されているものである（図１３参照）。 In the lighting fixture 30 of the present invention, a plurality of light source devices 1 are arranged on a base material in a plurality of rows or in a plane at equal intervals (see FIG. 13).

この光源装置１を照明装置に用いることによって、光源の光の放射角度がある程度の放射角度に至るまでの角度範囲で平面を均一に近い照度で照明できる照明装置として用いることができる。 By using the light source device 1 for an illuminating device, the light source device 1 can be used as an illuminating device that can illuminate a plane with nearly uniform illuminance in an angle range until the light emission angle of the light source reaches a certain radiation angle.

照明器具は、１個の光源装置を用いてもよいが、複数であるとより広い面積の被照射体の平面上に均一な照度となるように照明することができる。 Although a single light source device may be used as the lighting fixture, a plurality of lighting fixtures can be illuminated so as to have uniform illuminance on the plane of the irradiated object having a larger area.

例えば、単独の光源装置を用いて均一な照度を与える放射角度の上限が６０°であるとき、それのさらに周辺付近、例えば光源の放射角度が±７０°の部位に、均一な照度を与えることができない。そこで、複数の光源装置を用いて照明装置を組み立てる際に、照度の低下する外周部付近の平面上において、隣り合う光源装置の放射角度の６０°を超える外周部同士が重なりあって多重に照射されるように複数の光源装置を、適当な間隔をあけて、四方八方に整列して配置する。すると、その外周部の照度の低下を隣り合う光源装置同士が互いに補い合って、放射角度が６０°以下の中央部と、それを超える周辺部位との照度が、均一となる。 For example, when the upper limit of the radiation angle that gives a uniform illuminance using a single light source device is 60 °, give a uniform illuminance near the periphery of the radiation angle, for example, the portion where the radiation angle of the light source is ± 70 °. I can't. Therefore, when assembling an illuminating device using a plurality of light source devices, on the plane in the vicinity of the outer peripheral portion where the illuminance decreases, the outer peripheral portions that exceed 60 ° of the radiation angle of adjacent light source devices overlap each other and irradiate multiple times. As described above, a plurality of light source devices are arranged aligned in all directions at appropriate intervals. Then, the light source devices adjacent to each other compensate for the lowering of the illuminance at the outer peripheral portion, and the illuminance at the central portion where the radiation angle is 60 ° or less and the peripheral portion exceeding it are uniform.

また、照明装置は、光源装置を平面状に一定の間隔を有して複数個配列してなる直下式バックライトとして用いてもよい。 Further, the lighting device may be used as a direct type backlight in which a plurality of light source devices are arranged in a plane with a certain interval.

なお、発光素子１２は、半導体発光素子を光透明樹脂で封止したもので、特開平１１−８７７８４号公報に開示する所謂砲弾タイプまたは表面実装タイプ（チップタイプ）の半導体発光装置が挙げられるが、中でも表面実装タイプの半導体発光装置であることが好ましい。 The light emitting element 12 is obtained by sealing a semiconductor light emitting element with a light transparent resin. Examples of the light emitting element 12 include a so-called shell type or surface mount type (chip type) semiconductor light emitting device disclosed in JP-A-11-87784. Among these, a surface mount type semiconductor light emitting device is preferable.

発光素子１２がホルダ１１に収容された光源の例を示したが、発光素子１２が露出し光源側レンズ面の凹形状内部に収まる照明器具であってもよい。 Although the example of the light source in which the light emitting element 12 was accommodated in the holder 11 was shown, the lighting fixture which the light emitting element 12 exposes and fits in the concave shape of the light source side lens surface may be sufficient.

光源装置１として、所望の色調の光を得るために、半導体発光素子１２とレンズ１０との間に、蛍光体、染料、顔料の少なくともひとつを含有する透明素材を介在させてもよい。光の色調を変化させる手段としては、本発明の効果を損なわない範囲で、蛍光体、染料、顔料の少なくともひとつの着色剤を含有する透明コーティング剤をレンズの表面に塗布してもよく、それら着色剤を含む薄い着色シートをレンズの表面に貼着してもよい。この場合、光源の出光窓口側の円錐形状の凹面に沿って設けてもよい。 As the light source device 1, a transparent material containing at least one of a phosphor, a dye, and a pigment may be interposed between the semiconductor light emitting element 12 and the lens 10 in order to obtain light of a desired color tone. As a means for changing the color tone of light, a transparent coating agent containing at least one colorant of phosphor, dye, and pigment may be applied to the surface of the lens as long as the effects of the present invention are not impaired. A thin colored sheet containing a colorant may be attached to the surface of the lens. In this case, the light source may be provided along a conical concave surface on the light exit window side.

また、レンズ１０自体に蛍光体、染料、顔料の少なくとも何れかを含有させてもよい。 Further, the lens 10 itself may contain at least one of a phosphor, a dye, and a pigment.

また、本発明の照明器具は、被照射体側のレンズ面の上に酸化チタンや炭酸カルシウムを光散乱材として透明樹脂または透明ゴムに充填したプレートを配置することにより、更に柔らかな光にすることができる。 Moreover, the lighting fixture of this invention makes it softer light by arrange | positioning the plate filled with transparent resin or transparent rubber as a light-scattering material on the lens surface by the side of a to-be-irradiated body. Can do.

以下に、より具体的に、本発明の光源装置、及びそれを用いた照明器具を試作した例を、実施例１〜５に示す。 Examples of the light source device of the present invention and a lighting fixture using the light source device according to the present invention will be described more specifically in Examples 1 to 5 below.

（実施例１）
図１は、本発明を適用する実施例１の光源装置１の構成を示す断面図である。発光素子１２であるＬＥＤとして、ＬＥＤチップが封止樹脂によってパッケージされた白色ＬＥＤ（商品名ＬＷＥ６７Ｃ；オスラム社製）を用いた。この白色ＬＥＤは、ホルダ１１内で、ＬＥＤチップからの光の波長を変換する蛍光物質が、その樹脂に含有されていることにより、ＬＥＤチップが蛍光物質で被覆されたパッケージ構造となっている。この発光素子１２は、ホルダ１１の窪みの底に設置され、発光素子１２から延びた導線がホルダ１１を貫通して電源へ接続されたものである。 Example 1
FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a light source device 1 according to a first embodiment to which the present invention is applied. As LED which is the light emitting element 12, white LED (trade name LW E67C; manufactured by OSRAM) in which an LED chip is packaged with a sealing resin was used. The white LED has a package structure in which the LED chip is covered with the fluorescent material in the holder 11 because the fluorescent material that converts the wavelength of light from the LED chip is contained in the resin. The light emitting element 12 is installed at the bottom of the recess of the holder 11, and a conductive wire extending from the light emitting element 12 penetrates the holder 11 and is connected to a power source.

ｄ線で屈折率１．４１のシリコーンレジン製のレンズ１０を、光源の近くになるように、レンズ１０の周辺近傍のコバ部をＬＥＤ１２に接するように配置した。 The lens 10 made of silicone resin having a refractive index of 1.41 at the d-line was arranged so that the edge portion near the periphery of the lens 10 was in contact with the LED 12 so as to be near the light source.

レンズ１０は、図１に示す通り、その光源側レンズ面の中央部の入射部位で凹形状面１６と、その被照射体側レンズ面の中央部の出射部位で凹形状面１８及びそれの周辺部の出射部位で凸形状面１９の連続面とを、それぞれ軸対称に有している。窪み１３の出光窓口１４を、光源側レンズ面の凹形状面１６と対峙するように位置あわせしつつ、ＬＥＤ１２の光軸にレンズ１０の中心軸を合致するようにレンズ１０で覆って光源装置１を得た。 As shown in FIG. 1, the lens 10 has a concave surface 16 at the incident portion at the center of the light source side lens surface, and a concave surface 18 at the emission portion at the center of the irradiated lens surface and its peripheral portion. And a continuous surface of the convex surface 19 at the exit part of the light source, respectively, are axisymmetric. The light exit window 14 of the recess 13 is positioned so as to face the concave surface 16 of the light source side lens surface, and is covered with the lens 10 so that the center axis of the lens 10 coincides with the optical axis of the LED 12, and the light source device 1 Got.

図１の光源装置１が、均一な照明に好適なものであることを具体的数値で説明する。図１のようなレンズ１０の光学的な特徴を、表１に示す。ｒはレンズ面の曲率半径、ｄはレンズ中心でのレンズ厚、ｎはｄ線でのレンズ材料の屈折率、φはレンズの最大外形である。レンズ面は、両面とも非球面であり、その形状はＺをレンズの光軸からの開口の半径距離ｈの位置におけるレンズ頂点からの変位量とした時、下記（式４）で表記される回転対称非球面である。 The fact that the light source device 1 of FIG. 1 is suitable for uniform illumination will be described with specific numerical values. Table 1 shows the optical characteristics of the lens 10 as shown in FIG. r is the radius of curvature of the lens surface, d is the lens thickness at the center of the lens, n is the refractive index of the lens material at the d-line, and φ is the maximum outer shape of the lens. The lens surfaces are both aspherical, and the shape is a rotation represented by the following (formula 4) when Z is the amount of displacement from the lens apex at the position of the radial distance h of the aperture from the optical axis of the lens. It is a symmetric aspherical surface.

（式４中、κはコーニック定数、Ａｉはｉ次の非球面係数である）

(In Equation 4, κ is a conic constant, and Ai is an i-th order aspheric coefficient)

白色ＬＥＤ（オスラム社製ＬＥＤ：ＬＷＥ６７Ｃ）の出光窓口の最大径Ｄは、２．４ｍｍである。レンズの最大径はφ６であり、最大高さは１．７３ｍｍである。これらの条件を前記（式１）に当てはめると、｜ｒ１｜＝０．５であり、Ｄ／２＝１．２であるから、｜ｒ１｜＜Ｄ／２という条件を満たしている。前記（式２）に当てはめると、｜ｒ１＝０．５であり、｜ｒ２｜＝１．５であるから、｜ｒ１｜＜｜ｒ２という条件を満たしている。前記（式３）に当てはめると、レンズの光源側の入射有効開口径ＣＡ１が２．５であるから、Ｄ＜ＣＡ１＜Ｄ×１．５という条件を満たしている。形状も前記の通りであるから、本発明のレンズの条件を満たしている。 The maximum diameter D of the light exit window of the white LED (Osram LED: LW E67C) is 2.4 mm. The maximum diameter of the lens is φ6, and the maximum height is 1.73 mm. When these conditions are applied to the above (Formula 1), | r1 | = 0.5 and D / 2 = 1.2, and therefore the condition | r1 | <D / 2 is satisfied. When applied to the above (Formula 2), | r1 = 0.5 and | r2 | = 1.5, so the condition | r1 | <| r2 is satisfied. When applied to the above (Equation 3), the incident effective aperture diameter CA1 on the light source side of the lens is 2.5, which satisfies the condition of D <CA1 <D × 1.5. Since the shape is also as described above, the conditions of the lens of the present invention are satisfied.

得られた光源装置１を用いて、光源の白色ＬＥＤで発光した光をレンズ１０に通過させたときの配光特性について、シミュレーションしたグラフを、図２に示す。なお、光源からの光は白色光であるからその光の波長は広範囲に分布しているが、発光スペクトルの形状、被視感度などを考慮して、光源の波長としては５２５ｎｍのものを用いた。図２から明らかな通り、±５２°付近に光度のピークがあり、その大きさは放射角０°の光度の約４倍であり、白色ＬＥＤ単独で発光させたときのコサインカーブを有する配光特性から大きく変化している。白色ＬＥＤで発光した光の内、レンズを通過後、前方の被照射体側から出射した光の割合は８２％であった。残余の光は、レンズ面での全反射によるものが大部分と考えられる。 FIG. 2 shows a simulated graph of the light distribution characteristics when the light emitted from the white LED of the light source is passed through the lens 10 using the obtained light source device 1. Since the light from the light source is white light, the wavelength of the light is distributed over a wide range. However, in consideration of the shape of the emission spectrum, the visibility, etc., the wavelength of the light source is 525 nm. . As is clear from FIG. 2, there is a luminous intensity peak near ± 52 °, the magnitude of which is about four times the luminous intensity at an emission angle of 0 °, and a light distribution having a cosine curve when the white LED emits light alone. The characteristics have changed greatly. Of the light emitted by the white LED, the proportion of light emitted from the front irradiated object side after passing through the lens was 82%. It is considered that most of the remaining light is caused by total reflection on the lens surface.

なお、全反射した光の内、ＬＥＤ側へ反射しＬＥＤパッケージ内面で反射させたり、全反射した光を再度反射板で前方に反射させたりする工夫により、照射効率を一層向上させることが可能である。 In addition, it is possible to further improve the irradiation efficiency by devising that the total reflected light is reflected to the LED side and reflected on the inner surface of the LED package, or that the totally reflected light is reflected forward again by the reflector. is there.

（実施例２）
実施例１で用いた光源装置よりも、さらに周辺に光度のピークを有する実施例２の構成を、図３に示す。図３のようなレンズの光学的な特徴を、表２に示す。その他、ＬＥＤ光源、使用光源の波長およびレンズ材料の屈折率、非球面の式などは、実施例１の条件と同じである。 (Example 2)
FIG. 3 shows the configuration of Example 2 having a luminous intensity peak around the light source device used in Example 1. Table 2 shows the optical characteristics of the lens as shown in FIG. In addition, the LED light source, the wavelength of the light source used, the refractive index of the lens material, the aspherical formula, and the like are the same as the conditions of the first embodiment.

ＬＥＤ光源（オスラム社製ＬＥＤ：ＬＷＥ６７Ｃ）の出光窓口の最大径Ｄは、２．４ｍｍである。レンズの最大径はφ７であり、最大高さは２．２８ｍｍである。これらの条件を前記（式１）に当てはめると、｜ｒ１｜＝０．１であり、Ｄ／２＝１．２であるから、｜ｒ１｜＜Ｄ／２という条件を満たしている。前記（式２）に当てはめると、｜ｒ１＝０．１であり、｜ｒ２｜＝２．５であるから、｜ｒ１｜＜｜ｒ２｜という条件を満たしている。前記（式３）に当てはめると、レンズの光源側の入射有効開口径ＣＡ１が２．５であるから、Ｄ＜ＣＡ１＜Ｄ×１．５という条件を満たしている。形状も前記の通りであるから、本発明のレンズの条件を満たしている。 The maximum diameter D of the light exit window of the LED light source (Osram LED: LW E67C) is 2.4 mm. The maximum diameter of the lens is φ7, and the maximum height is 2.28 mm. When these conditions are applied to the above (formula 1), | r1 | = 0.1 and D / 2 = 1.2, so the condition | r1 | <D / 2 is satisfied. When applied to the above (Formula 2), | r1 = 0.1 and | r2 | = 2.5, so the condition | r1 | <| r2 | is satisfied. When applied to the above (Equation 3), the incident effective aperture diameter CA1 on the light source side of the lens is 2.5, which satisfies the condition of D <CA1 <D × 1.5. Since the shape is also as described above, the conditions of the lens of the present invention are satisfied.

得られた光源装置を用いて、光源から白色ＬＥＤで発光した光をレンズに通過させたときの配光特性について、シミュレーションしたグラフを、図４に示す。図４から明らかな通り、±６０°付近に光度のピークがあり、その大きさは放射角０°の光度の約１８倍であり、白色ＬＥＤ単独で発光させたときのコサインカーブを有する配光特性から大きく変化している。白色ＬＥＤで発光した光の内、レンズを通過後、前方の被照射体側から出射した光の割合は９５％であった。 FIG. 4 shows a graph of simulated light distribution characteristics when the light emitted from the light source by the white LED is passed through the lens using the obtained light source device. As is clear from FIG. 4, there is a luminous intensity peak around ± 60 °, the magnitude of which is about 18 times the luminous intensity at an emission angle of 0 °, and a light distribution having a cosine curve when the white LED alone emits light. The characteristics have changed greatly. Of the light emitted from the white LED, the ratio of the light emitted from the front irradiated body side after passing through the lens was 95%.

（実施例３）
実施例１で用いた光源装置よりも、前記（式１）、（式２）の条件の臨界に近い実施例３の構成を、図５に示す。図５のようなレンズの光学的な特徴を、表３に示す。その他、ＬＥＤ光源、使用光源の波長およびレンズ材料の屈折率、非球面の式などは、実施例１の条件と同じである。 (Example 3)
FIG. 5 shows the configuration of Example 3 that is closer to the criticality of the conditions of (Equation 1) and (Equation 2) than the light source device used in Example 1. Table 3 shows optical characteristics of the lens as shown in FIG. In addition, the LED light source, the wavelength of the light source used, the refractive index of the lens material, the aspherical formula, and the like are the same as the conditions of the first embodiment.

ＬＥＤ光源の出光窓口の最大径Ｄは、２．４ｍｍである。レンズの最大径はφ６であり、最大高さは２．２８ｍｍである。これらの条件を前記（式１）に当てはめると、ｒ１｜＝１．１であり、Ｄ／２＝１．２であるから、｜ｒ１｜＜Ｄ／２という条件を満たしている。前記（式２）に当てはめると、｜ｒ１｜＝１．１であり、｜ｒ２｜＝１．３であるから、｜ｒ１｜＜｜ｒ２｜という条件を満たしている。前記（式３）に当てはめると、レンズの光源側の入射有効開口径ＣＡ１が２．５であるから、Ｄ＜ＣＡ１＜Ｄ×１．５という条件を満たしている。形状も前記の通りであるから、本発明のレンズの条件を満たしている。 The maximum diameter D of the light emission window of the LED light source is 2.4 mm. The maximum diameter of the lens is φ6, and the maximum height is 2.28 mm. When these conditions are applied to the above (Formula 1), r1 | = 1.1 and D / 2 = 1.2, and therefore the condition | r1 | <D / 2 is satisfied. When applied to the (formula 2), | r1 | = 1.1 and | r2 | = 1.3, which satisfies the condition | r1 | <| r2 |. When applied to the above (Equation 3), the incident effective aperture diameter CA1 on the light source side of the lens is 2.5, which satisfies the condition of D <CA1 <D × 1.5. Since the shape is also as described above, the conditions of the lens of the present invention are satisfied.

得られた光源装置を用いて、光源から白色ＬＥＤで発光した光をレンズに通過させたときの配光特性について、シミュレーションしたグラフを、図６に示す。図６から明らかな通り、±５０°付近に光度のピークがあり、その大きさは放射角０°の光度の約１．７倍である。また白色ＬＥＤで発光した光の内、レンズを通過後、前方の被照射体側から出射した光の割合は７２％であった。これは中央部の凹形状面で屈折パワーを照射面側にもある程度負担させるためにｒ２の曲率半径を小さくし、全反射をやや発生しやすい形状にしているためである。よって良好な所望の配光特性を保つための条件としては、この実施例の数値が、臨界に近いと考えられる。 FIG. 6 shows a simulated graph of the light distribution characteristics when light emitted from the light source by the white LED is passed through the lens using the obtained light source device. As is clear from FIG. 6, there is a luminous intensity peak in the vicinity of ± 50 °, which is about 1.7 times the luminous intensity at a radiation angle of 0 °. In addition, among the light emitted from the white LED, the ratio of the light emitted from the front irradiated body side after passing through the lens was 72%. This is because the radius of curvature of r2 is made small in order to bear the refractive power to the irradiation surface side to some extent on the concave shape surface in the central portion, so that the total reflection is somewhat likely to occur. Therefore, as a condition for maintaining good desired light distribution characteristics, the numerical values of this embodiment are considered to be close to criticality.

（比較例１）
本発明を適用外であって前記（式１）、（式２）の条件から外れたレンズをＬＥＤ光源に搭載した比較例１の構成を、図７に示す。図７のようなレンズの光学的な特徴を、表4に示す。その他、ＬＥＤ光源、使用光源の波長およびレンズ材料の屈折率、非球面の式などは、実施例１の条件と同じである。 (Comparative Example 1)
FIG. 7 shows a configuration of Comparative Example 1 in which a lens outside the application of the present invention and deviating from the conditions of (Formula 1) and (Formula 2) is mounted on an LED light source. Table 4 shows the optical characteristics of the lens as shown in FIG. In addition, the LED light source, the wavelength of the light source used, the refractive index of the lens material, the aspherical formula, and the like are the same as the conditions of the first embodiment.

ＬＥＤ光源の出光窓口の最大径Ｄは、２．４ｍｍである。レンズの最大径はφ６であり、最大高さは１．５５ｍｍである。これらの条件を前記（式１）に当てはめると、｜ｒ１｜＝１．４であり、Ｄ／２＝１．２であるから、｜ｒ１｜＜Ｄ／２という条件を満たしていない。前記（式２）に当てはめると、｜ｒ１＝１．４であり、｜ｒ２｜＝０．８であるから、｜ｒ１｜＜｜ｒ２｜という条件を満たしていない。しかし前記（式３）に当てはめると、レンズの光源側の入射有効開口径ＣＡ１が２．５であるから、Ｄ＜ＣＡ１＜Ｄ×１．５という条件を満たしている。形状は前記の通りである。 The maximum diameter D of the light emission window of the LED light source is 2.4 mm. The maximum diameter of the lens is φ6, and the maximum height is 1.55 mm. When these conditions are applied to the above (formula 1), | r1 | = 1.4 and D / 2 = 1.2, so the condition | r1 | <D / 2 is not satisfied. When applied to the above (Formula 2), | r1 = 1.4 and | r2 | = 0.8, so the condition | r1 | <| r2 | is not satisfied. However, when applied to the above (Equation 3), since the effective entrance aperture diameter CA1 on the light source side of the lens is 2.5, the condition of D <CA1 <D × 1.5 is satisfied. The shape is as described above.

得られた光源装置を用いて、光源から白色ＬＥＤで発光した光をレンズに通過させたときの配光特性について、シミュレーションしたグラフを、図８に示す。図８から明らかな通り、±４５°付近に光度のピークがあるが、その大きさは放射角０°の光度の０．９７倍であり、当倍にも満たない。このことは、平面の被照射体を照射した場合に中心部が明るい光源装置であることを、示している。また、白色ＬＥＤで発光した光の内、レンズを通過後、前方の被照射体側から出射した光の割合は６２％であり、均一照明するための光源装置の特性としては、あまりに不十分である。 FIG. 8 shows a simulated graph of the light distribution characteristics when the light emitted from the light source by the white LED is passed through the lens using the obtained light source device. As is clear from FIG. 8, there is a luminous intensity peak in the vicinity of ± 45 °, which is 0.97 times the luminous intensity at a radiation angle of 0 °, which is less than this. This indicates that the light source device has a bright central portion when a planar irradiation object is irradiated. Moreover, the ratio of the light emitted from the front irradiated body side after passing through the lens among the light emitted from the white LED is 62%, which is too insufficient as the characteristics of the light source device for uniform illumination. .

前記の実施例１〜３、及び比較例１の結果から、略均一な照明が可能な光源装置を得るためのレンズとしては、本発明の範囲内でなければならないことが判った。 From the results of Examples 1 to 3 and Comparative Example 1, it was found that a lens for obtaining a light source device capable of substantially uniform illumination must be within the scope of the present invention.

（実施例４）
実施例１でレンズの材料として用いたシリコーンレジンに代えて、ｄ線で屈折率１．５９のポリカーボネイトを用いた実施例４の構成を図９に示す。図９のようなレンズの光学的な特徴を、表５に示す。その他、ＬＥＤ光源、使用光源の波長、非球面の式などは、実施例１の条件と同じである。 Example 4
FIG. 9 shows the configuration of Example 4 using polycarbonate having a refractive index of 1.59 for the d line instead of the silicone resin used as the lens material in Example 1. Table 5 shows optical characteristics of the lens as shown in FIG. In addition, the LED light source, the wavelength of the light source used, the aspherical formula, and the like are the same as those in the first embodiment.

ＬＥＤ光源の出光窓口の最大径Ｄは、２．４ｍｍである。レンズの最大径はφ６であり、最大高さは１．４４ｍｍである。これらの条件を前記（式１）に当てはめると、｜ｒ１｜＝０．５であり、Ｄ／２＝１．２であるから、｜ｒ１＜Ｄ／２という条件を満たしている。前記（式２）に当てはめると、｜ｒ１｜＝０．５であり、｜ｒ２｜＝６．０であるから、｜ｒ１｜＜｜ｒ２｜という条件を満たしている。前記（式３）に当てはめると、レンズの光源側の入射有効開口径ＣＡ１が２．５であるから、Ｄ＜ＣＡ１＜Ｄ×１．５という条件を満たしている。形状も前記の通りであるから、本発明のレンズの条件を満たしている。 The maximum diameter D of the light emission window of the LED light source is 2.4 mm. The maximum diameter of the lens is φ6, and the maximum height is 1.44 mm. When these conditions are applied to the above (formula 1), | r1 | = 0.5 and D / 2 = 1.2, so the condition | r1 <D / 2 is satisfied. When applied to the (formula 2), | r1 | = 0.5 and | r2 | = 6.0, and therefore the condition | r1 | <| r2 | is satisfied. When applied to the above (Equation 3), the incident effective aperture diameter CA1 on the light source side of the lens is 2.5, which satisfies the condition of D <CA1 <D × 1.5. Since the shape is also as described above, the conditions of the lens of the present invention are satisfied.

得られた光源装置を用いて、光源から白色ＬＥＤで発光した光をレンズに通過させたときの配光特性について、シミュレーションしたグラフを、図１０に示す。図１０から明らかな通り、±５５°、±７５付近に光度のピークがあり、その大きさは放射角０°の光度の約３倍であり、白色ＬＥＤで発光した光の内、レンズを通過後、前方の被照射体側から出射した光の割合は７６％であった。このことから、コンパクトな均一照明に好適であることが判った。また、実施例１〜４の結果から、レンズ材料として、屈折率１．４１〜１．５９のシリコーンレジン、又はポリカーボネイトを含む透明樹脂が好適であることが判った。 FIG. 10 shows a simulated graph of light distribution characteristics when light emitted from the light source by the white LED is passed through the lens using the obtained light source device. As is clear from FIG. 10, there is a peak of luminous intensity around ± 55 ° and ± 75, and the magnitude is about three times the luminous intensity at an emission angle of 0 °. The light emitted from the white LED passes through the lens. Thereafter, the ratio of light emitted from the front irradiated body side was 76%. From this, it was found that it is suitable for compact uniform illumination. From the results of Examples 1 to 4, it was found that a silicone resin having a refractive index of 1.41 to 1.59 or a transparent resin containing polycarbonate is suitable as the lens material.

（比較参考例1）
図１の光源装置１からレンズを外し、レンズなしで照射した場合の配光特性をシミュレーションした。ＬＥＤの光源から出射されレンズを介することなく放射される光の配光特性としては、コサインカーブを有するものが殆んどであり、光源に直面する位置、つまり放射角０°の位置がもっとも光の強度が強く、放射角が大きくなるに従い光が減衰し、放射角９０°で光を検出できなくなるというものである。このＬＥＤの配光特性を、図１４に示す。そして、コサインカーブを有する一般的なＬＥＤの配光特性を図１６に示す。放射角０°の光の強度の半分に減衰した放射角（半値角）は、±６０°近傍が多い。このような半値角±６０°の配光特性を持つＬＥＤは、一般に指向角１２０°であると表現されるものであり、放射角０°の位置がもっとも光の強度が強く、均一に平面を照射することはできず、均一照明には不向きなものとなる。 (Comparative Reference Example 1)
The light distribution characteristics when the lens was removed from the light source device 1 of FIG. 1 and irradiation was performed without the lens were simulated. Most of the light distribution characteristics of the light emitted from the light source of the LED and emitted without passing through the lens have a cosine curve, and the position facing the light source, that is, the position where the radiation angle is 0 ° is the most light. The intensity of the light is strong, and the light attenuates as the radiation angle increases, and the light cannot be detected at a radiation angle of 90 °. The light distribution characteristics of this LED are shown in FIG. FIG. 16 shows the light distribution characteristics of a general LED having a cosine curve. A radiation angle (half-value angle) attenuated to half the intensity of light having a radiation angle of 0 ° is often around ± 60 °. An LED having such a light distribution characteristic with a half-value angle of ± 60 ° is generally expressed as having a directivity angle of 120 °. Irradiation is not possible, making it unsuitable for uniform illumination.

次に、本発明の光源装置１を用いた照明器具を、作製した例を実施例５〜６に示す。 Next, Examples 5 to 6 show examples in which lighting fixtures using the light source device 1 of the present invention were manufactured.

（実施例５）
実施例１で作製した光源装置１を一つ用いた照明装置を作製し、上から真下の平面の被照射体へ照射した概要図を、図１１に示す。実施例１の光源装置の配光特性は、図２の通り５２°付近に光度のピークを持っている。この照明装置によれば、放射角度に対する照射面２１での照度は、図１２に示すようになっており、照明装置真下の照度を１００％としたとき、それの±３０％の増減の範囲は、放射角度で±５５°の範囲である。そのため、図１１のように、広範な範囲で、良好な略均一照明が可能であった。 (Example 5)
FIG. 11 shows a schematic diagram in which an illuminating device using one light source device 1 manufactured in Example 1 is manufactured and irradiated on a planar irradiated object from above. The light distribution characteristic of the light source device of Example 1 has a luminous intensity peak near 52 ° as shown in FIG. According to this illuminating device, the illuminance on the irradiation surface 21 with respect to the radiation angle is as shown in FIG. 12, and when the illuminance directly below the illuminating device is 100%, the range of increase / decrease of ± 30% is as follows. The radiation angle is in the range of ± 55 °. Therefore, as shown in FIG. 11, good substantially uniform illumination was possible in a wide range.

照明装置が、このレンズ１０を用いていなければ、照明装置の真下が一番明るく、放射角度が大きくなるに従い暗くなり、ある放射角度θの位置での相対照度は真下の位置に対して、(COSθ)³倍にしかならないから、均一に照明することができない。 If the illuminating device does not use this lens 10, the light just below the illuminating device is brightest and becomes darker as the radiation angle increases, and the relative illuminance at a certain radiation angle θ position is ( COSθ) Since it is only ³ times, it cannot be illuminated uniformly.

（実施例６）
実施例１で作製した光源装置１を複数用いた照明装置３０として、被照射体である液晶表示器２２の直下から光を照射する直下式バックライトを作製した例を、図１３に示す。液晶表示器２２は、透明板２７、拡散シート２６、プリズムシート２５、偏光シート２４、液晶パネル２３が、この順で積層されたものである。このバックライトである照明装置３０は、光源装置が広い放射角度の範囲で略均一照明が可能なため、液晶表示器２２の透明板２７に照明装置３０を接近させても均一照明が可能で、かつ光源装置１がコンパクトであるため、光源装置１を所定の間隔で液晶表示装置の後ろの面に配置して、薄型の直下式バックライトとなっている。 (Example 6)
FIG. 13 shows an example in which a direct-type backlight that emits light from directly below a liquid crystal display 22 that is an object to be irradiated is manufactured as an illumination device 30 that uses a plurality of light source devices 1 manufactured in Example 1. The liquid crystal display 22 is formed by laminating a transparent plate 27, a diffusion sheet 26, a prism sheet 25, a polarizing sheet 24, and a liquid crystal panel 23 in this order. The illumination device 30 that is a backlight is capable of substantially uniform illumination over a wide range of radiation angles of the light source device. Therefore, even when the illumination device 30 is brought close to the transparent plate 27 of the liquid crystal display 22, uniform illumination is possible. In addition, since the light source device 1 is compact, the light source device 1 is arranged on the back surface of the liquid crystal display device at a predetermined interval to form a thin direct type backlight.

本発明のレンズと光源として発光素子とを有する光源装置は、均一に照明する各種照明装置に用いることができる。この光源装置を用いた照明装置は、とりわけ液晶表示器を表示するのに用いられる直下式バックライトとして有用である。 The light source device having the lens of the present invention and a light emitting element as a light source can be used for various illumination devices that uniformly illuminate. An illuminating device using this light source device is particularly useful as a direct type backlight used for displaying a liquid crystal display.

１は光源装置、１０はレンズ、１１はホルダ、１２は発光素子、１３は窪み、１４は出光窓口、１５は入射有効開口、１６は凹形状面、１７はレンズ内部、１８は凹形状面、１９は凸形状面、２０ａ〜ｄは光、２１は照射面、２２は液晶表示器、２３は液晶パネル、２４は偏光シート、２５はプリズムシート、２６は拡散シート、２７は透明板、３０は照明装置である。 1 is a light source device, 10 is a lens, 11 is a holder, 12 is a light emitting element, 13 is a depression, 14 is a light exit window, 15 is an effective entrance aperture, 16 is a concave surface, 17 is the inside of the lens, 18 is a concave surface, 19 is a convex surface, 20a to d are light, 21 is an irradiation surface, 22 is a liquid crystal display, 23 is a liquid crystal panel, 24 is a polarizing sheet, 25 is a prism sheet, 26 is a diffusion sheet, 27 is a transparent plate, 30 is It is a lighting device.

Claims

発光素子がホルダの窪みの底に設置されその窪みで開口している出光窓口を覆い、又は基板上に発光素子を直接搭載しそこから有効な光を放射する領域を覆って、該発光素子を光源とする光を被照射体側へ透過させるためのレンズであり、
その光源側レンズ面の中央部の入射部位で凹形状面と、その被照射体側レンズ面の中央部の出射部位で凹形状及びそれの周辺部の出射部位で凸形状の連続面とを、それぞれ軸対称に有しており、

（式１〜３中、Ｄは該出光窓口又は該領域の最大径、ｒ１は該光源側レンズ面の凹形状面の中央での曲率半径、ｒ２は被照射体側レンズ面の凹形状の面の中央での曲率半径、ＣＡ１は該光源側レンズ面の凹形状面の入射有効開口径を示す）となっていることによって、該配光を制御することを特徴とする配光制御レンズ。 The light emitting device is installed at the bottom of the recess of the holder and covers the light exit window opened by the recess, or the light emitting device is directly mounted on the substrate and the area from which the effective light is radiated is covered. It is a lens for transmitting light as a light source to the irradiated body side,
A concave surface at the central incident portion of the light source side lens surface, a concave surface at the central emission portion of the irradiated lens surface, and a continuous surface convex at the peripheral emission portion, respectively. Have axial symmetry,

(In Formulas 1 to 3, D is the maximum diameter of the light exit window or the region, r1 is the radius of curvature at the center of the concave surface of the light source side lens surface, and r2 is the concave surface of the irradiated object side lens surface. A light distribution control lens characterized in that the light distribution is controlled by having a radius of curvature at the center, CA1 being an effective aperture diameter of the concave surface of the light source side lens surface.

基板上に発光素子を直接搭載しそこから有効な光を放射する領域を、請求項１に記載の配光制御レンズが覆っており、該発光素子を光源とする光を、該配光制御レンズを通して被照射体へ配光する光源装置であって、該配光制御レンズによって、該配光を制御していることを特徴とする光源装置。 A light distribution control lens according to claim 1 covers a region in which a light emitting element is directly mounted on a substrate and emits effective light therefrom, and light using the light emitting element as a light source is covered with the light distribution control lens. A light source device that distributes light to an irradiated object through the light source, wherein the light distribution is controlled by the light distribution control lens.

該発光素子が封止材で封止されて該配光制御レンズで覆われていることを特徴とする請求項２に記載の光源装置。 The light source device according to claim 2, wherein the light emitting element is sealed with a sealing material and covered with the light distribution control lens.

該配光制御レンズが、透明樹脂、又は透明ゴムで形成されていることを特徴とする請求項２〜３の何れかに記載の光源装置。 The light source device according to claim 2, wherein the light distribution control lens is formed of a transparent resin or a transparent rubber.

該発光素子が、該基板上でその表面に実装されていることを特徴とする請求項２〜４の何れかに記載の光源装置。 The light source device according to claim 2, wherein the light emitting element is mounted on the surface of the substrate.

該配光制御レンズの断面が、該被照射体側レンズ面で、該配光制御レンズの中心から外周に向けて、凹形状、平面状、凸形状と連続的に変化する連続面であることを特徴とする請求項２〜５の何れかに記載の光源装置。 The cross section of the light distribution control lens is a continuous surface that continuously changes from a center of the light distribution control lens toward an outer periphery to a concave shape, a planar shape, and a convex shape on the irradiated object side lens surface. The light source device according to claim 2, wherein the light source device is a light source device.

該配光制御レンズが、フレネルレンズであることを特徴とする請求項２〜６の何れかに記載の光源装置。 The light source device according to claim 2, wherein the light distribution control lens is a Fresnel lens.

該配光制御レンズが、ｄ線の屈折率で１．６以下のレンズ材料で形成されていることを特徴とする請求項２〜７の何れかに記載の光源装置。 The light source device according to any one of claims 2 to 7, wherein the light distribution control lens is formed of a lens material having a refractive index of d line of 1.6 or less.

該発光素子と該配光制御レンズとの間に、蛍光体、染料、顔料の少なくとも何れかが含有された透明素材を、介在させていることを特徴とする請求項２〜８の何れかに記載の光源装置。 9. A transparent material containing at least one of a phosphor, a dye, and a pigment is interposed between the light emitting element and the light distribution control lens. The light source device described.

該光が、該配光制御レンズによって−７５°〜７５°の放射角度で配光を制御していることを特徴とする請求項２〜９の何れかに記載の光源装置。 The light source device according to claim 2, wherein the light distribution is controlled by the light distribution control lens at a radiation angle of −75 ° to 75 °.

請求項２〜１０の何れかに記載の光源装置が、１個、又は複数個並べられて、基材上に配置されていることを特徴とする照明器具。 11. A light fixture according to claim 2, wherein one or a plurality of light source devices are arranged and arranged on a base material.

該光源装置の複数が、直下型バックライトとして照明すべき被照射体へ向けられ、平面状の該基材上に、一定の配列間隔をあけて配置されていることを特徴とする請求項１１に記載の照明器具。 12. A plurality of the light source devices are directed to an irradiated object to be illuminated as direct type backlights, and are arranged on the planar substrate at a predetermined arrangement interval. The lighting fixture as described in.

該被照射体側レンズ面の上に、光散乱材を透明樹脂又は透明ゴムに充填したプレートが、配置されていることを特徴とする請求項１１〜１２の何れかに記載の照明器具。 The lighting device according to claim 11, wherein a plate in which a light scattering material is filled with a transparent resin or a transparent rubber is disposed on the irradiated side lens surface.