照明装置
【課題】広い照射距離範囲において所望の照射パターンの光束を照射することができる照明装置を提供する。
【解決手段】光源として反射型のLED12を採用し、反射面14の第1焦点F1に配設された発光素子17から放射される光を、第2焦点F2で一旦集光させた後、レンズ部材33に入射させて平行光に変換する。これにより、精度のよい平行光を生成することができる。そして、平行光に変換された光束をシリンドリカルレンズ35に入射させ、一軸方向のみを拡散方向に変化させて線状の照明光を形成する。これにより、照射距離に関係なく一定のパターン幅の線状光を照射することができる。
【解決手段】光源として反射型のLED12を採用し、反射面14の第1焦点F1に配設された発光素子17から放射される光を、第2焦点F2で一旦集光させた後、レンズ部材33に入射させて平行光に変換する。これにより、精度のよい平行光を生成することができる。そして、平行光に変換された光束をシリンドリカルレンズ35に入射させ、一軸方向のみを拡散方向に変化させて線状の照明光を形成する。これにより、照射距離に関係なく一定のパターン幅の線状光を照射することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、発光ダイオードを光源として用いて所望形状の光束を形成する照明装置に関する。
【背景技術】
【0002】
近年、各種所望形状の光束を照明光として照射する照明装置においては、光源として発光ダイオード(LED)を採用したものが広く普及している。例えば、特許文献1には、発光素子を埋設する光学部材の先端部に集光レンズを一体形成した所謂砲弾型LEDと、この砲弾型LEDから所定の指向特性で放射される光を一軸方向のみ集光方向に変化させて線状の照明光を形成するシリンドリカルレンズと、を備えた照明装置が開示されている。
【特許文献1】特開2001−155110号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0003】
しかしながら、上述の特許文献1に開示された技術は、シリンドリカルレンズの焦点近傍では所望幅の線状光を得ることが可能であるものの、シリンドリカルレンズの焦点から遠方に離間した位置では線状のパターン幅が大きくなる等して、シャープで明るい照射パターンを得ることが困難となる虞がある。
【0004】
本発明は、広い照射距離範囲において所望の照射パターンの光束を照射することができる照明装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0005】
本発明は、凹状の反射面の第1焦点に配設された発光素子からの光を前記反射面で反射して第2焦点に集光する反射型発光ダイオードと、前記反射型発光ダイオードからの光を平行光に変換するレンズ部材と、を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【0006】
本発明の照明装置によれば、広い照射距離範囲において所望の照射パターンの光束を照射することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0007】
以下、図面を参照して本発明の形態を説明する。図1乃至図5は本発明の第1の実施形態に係わり、図1は照明装置の要部を示す分解斜視図、図2(a)は図1のI−I線に沿って照明装置を示す要部断面図であり(b)は図1のII−II線に沿って照明装置を示す要部断面図、図3は反射型LEDの要部断面図、図4(a)は図2(a)の断面における照明光の挙動を示す説明図であり(b)は図2(b)の断面における照明光の挙動を示す説明図、図5は反射型LEDの反射面の構成を示す説明図である。
【0008】
図1,2に示す照明装置1は、例えば、線状の光束を照明光として照射する線状照明装置であり、この照明装置1は、発光ダイオード(LED)12を光源とする光源ユニット10と、この光源ユニット10に冠設する筐体30とを有する。
【0009】
光源ユニット10は、LED基板11を有する。LED基板11は、例えば、平面略矩形形状をなし、その略中央部に半田付け等によってLED12を保持する。ここで、LED12は、反射型発光ダイオードで構成されている。
【0010】
具体的に説明すると、図2,3に示すように、LED12は、反射部材13を有する。本実施形態において、反射部材13は、扁平な略立方体形状をなし、この反射部材13の一の面(頂面)13aには、部分回転楕円面形状をなす反射面14が凹設されている。本実施形態において、反射部材13は、例えば、頂面13a側に部分回転楕円面形状の凹面が形成された樹脂材料で構成されている。そして、この凹面上にアルミニウム等の金属膜が形成されることにより、反射面14が形成されている。ここで、反射面14の形状を規定する回転楕円の一方の焦点(第1焦点F1)は、反射部材13の頂面に対して面一な位置よりもやや内方に偏倚して設定されている。一方、回転楕円面の他方の焦点(第2焦点F2)は、反射部材13の頂面13aに対して垂直方向外方に所定距離離間した位置に設定されている。これにより、反射面14は、反射部材13内方の第1焦点F1から放射される光を反射して、反射部材13外方の第2焦点F2に集光させることが可能となっている。
【0011】
また、反射部材13には、例えば、互いに対向する側壁に沿って、一対のリードフレーム15,16が配設されている。各リードフレーム15,16の一端側の中途は、反射部材13の頂面13a側に折曲され、これにより、各リードフレーム15,16の一端部は反射面14に臨まされている。これらリードフレーム15,16のうち、一方のリードフレーム15は、その一端部が第1焦点F1に対応する位置まで延設され、この延設されたリードフレーム15の一端部には、反射面14に対向する面側に、発光素子17がマウントされている。これにより、リードフレーム15は、反射面14の第1焦点F1と一致する位置に発光素子17を保持する。また、他方のリードフレーム16の一端部は、リード線18を介して発光素子17に電気接続されている。一方、各リードフレーム15,16の他端側の中途は、例えば、頂面13aと対向する面側に折曲されて端子部15a,16aを構成し、これら各端子部15a,16aが、半田付け等によってLED基板11に電気接続されている。これにより、リードフレーム15,16は、発光素子17のアノード及びカソードをLED基板11に電気的に接続し、発光素子17を発光させることが可能となっている。
【0012】
また、反射部材13の反射面14で囲繞された凹部内には光透過性材料19が充填され、この光透過性材料19により、発光素子17が凹部内に封止されている。この光透過性材料19としては、例えば、空気の屈折率「1」よりも高く且つ発光素子17の屈折率(例えば、「3」前後)よりも低い屈折率の材料が用いられ、具体的には、屈折率が「1.6」〜「1.7」程度の透明樹脂材料が好適に用いられている。
【0013】
筐体30は、LED12からの出射光を制御するためのレンズ光学系31を内部に収容する。本実施形態において、筐体30は、略角筒形状をなし、先端部に内向フランジ30aが形成されている。また、筐体30の基端部は、光源ユニット10のLED基板11に対する当接部として設定されている。そして、筐体30の基端部は、LED基板11に対し、接着或いはネジ止め等によって固定されている。
【0014】
レンズ光学系31は、LED12からの出射光を平行光に変換するレンズ部材33と、レンズ部材33で平行光に変換された光を一軸方向のみ拡散方向に変化させて線状の照明光を形成するシリンドリカルレンズ35とを有する。
【0015】
レンズ部材33は、例えば、筐体30の内周に摺接する環状のフランジ部33aの内側に両凸のレンズ部33bが一体形成された光透過性の樹脂成型品で構成されている。このレンズ部材33の入射側において、フランジ部33aには環状のスペーサ38が当接されており、このスペーサ38を介して、レンズ部材33はLED12に対向配置されている。ここで、図2に示すように、レンズ部材33は、レンズ部33bの光軸がLED12の光軸Oと一致するよう配置されている。さらに、スペーサ38により、レンズ部33bの入射面は、LED12の第2焦点F2よりも遠方にオフセットする位置に位置決めされている。
【0016】
シリンドリカルレンズ35は、例えば、筐体30の内周に摺接する環状のフランジ部35aの内側に、出射側に突出する略半円柱形状をなす片凸のレンズ部35bが一体形成された光透過性の樹脂成型品で構成されている。このシリンドリカルレンズ35の入射側において、フランジ部35aには、レンズ部材33の出射側でフランジ部33aに当接する環状のスペーサ39が連設されている。一方、シリンドリカルレンズ35の出射側において、フランジ部35aには、筐体30の内向フランジ30aが当接されている。
【0017】
このような構成の照明装置1において、LED12の発光素子17から放射された光は、反射面14で反射されることにより第2焦点F2で一旦集光された後、レンズ部材33のレンズ部33bに入射される。そして、レンズ部33bに入射された光束は、その屈折により、平行光に変換される。さらに、レンズ部材33で平行光に変換された光束は、シリンドリカルレンズ35のレンズ部35bに入射され、一軸方向のみが拡散方向に屈折されることにより、線状の光束へと変換される。これにより、例えば、バーコード読取機等に好適な線状光が形成される。
【0018】
このような実施形態によれば、光源として反射型のLED12を採用し、反射面14の第1焦点F1に配設された発光素子17から放射される光を、第2焦点F2で一旦集光させた後、レンズ部材33に入射させて平行光に変換することにより、精度のよい平行光を生成することができる。そして、このように平行光に変換された光束をシリンドリカルレンズ35に入射させ、平行光に変換された光束の幅を維持したまま一軸方向のみを拡散方向に変化させて線状の照明光を形成することにより、照射距離に関係なく一定のパターン幅で、シャープで明るい照射パターンの線状光を照射することができる。
【0019】
ここで、光透過性材料19での屈折等による影響を考慮して反射型LED12から出射される光の集光精度を向上させ、レンズ部材33によって変換される平行光の精度をより向上するため、例えば、図5(a)に示すように、LED12の反射部材13に形成される反射面14を多項式非球面で構成することも可能である。
【0020】
この多項式非球面は、例えば、図5(a)に示すようにX−Y−Z座標系を定義すると、以下の式により表すことができる。
【数1】
【0021】
ここで、式中において、zはZ軸に平行な面のザグ量、cは頂点曲率、kはコーニック定数、C2nは2n次の非球面定数を示す。
【0022】
なお、図5(a)に示す多項式非球面は、例えば、
半径:5.08000[mm]
コーニック定数:−0.37169
4次(すなわち、n=2)の非球面定数C4=0.00914
6次(すなわち、n=3)の非球面定数C6=−0.00356
8次(すなわち、n=4)の非球面定数C8=0.00064
10次(すなわち、n=5)の非球面定数C10=−0.00005
12次(すなわち、n=6)の非球面定数C12=0.00000
14次(すなわち、n=7)の非球面定数C14=0.00000
16次(すなわち、n=8)の非球面定数C16=0.00000
18次(すなわち、n=9)の非球面定数C18=0.00000
20次(すなわち、n=10)の非球面定数C20=0.00000
として設計された多項式非球面である。
【0023】
このような多項式非球面によって反射面14を最適化することにより、特に、反射面14の外輪付近で反射された光等についても、精度よく第2焦点に集光させることができる。また、多項式非球面によって反射面14を最適化することにより、発光素子17を厳密な意味での第1焦点F1に配置する必要がなく、LED12の設計の自由度を向上させることができる。なお、比較例として、部分回転楕円面に沿って形成した反射面14での光の挙動についてのシミュレーション結果を図5(b)に示す。
【0024】
次に、図6,7は本発明の第2の実施形態に係わり、図6は照明装置の要部断面図、図7は図6の断面における照明光の挙動を示す説明図である。なお、本実施形態において、上述の第1の実施形態と同様の構成については、同符号を付して説明を省略する。
【0025】
図6に示すように、本実施形態のレンズ部材33はレンズ部33bに代えてレンズ部34を有し、このレンズ部34は、凸レンズ曲面で構成された入射面34aと、凹レンズ曲面で構成された出射面34bとを有する。
【0026】
具体的には、入射面34aは、例えば、球面を基本形状とした凸レンズ面で構成されている。この入射面34aは、LED12の第2焦点F2よりも手前側(第1焦点F1側)に配設され、LED12からの入射光を更なる集光方向に屈折する。一方、出射面34bは、例えば、入射面34aよりも小径の球面を基本形状とした凹レンズ面で構成されている。この出射面34bは、入射面34aによる合焦位置よりも手前側(入射面34a側)に配設され、入射面34aによって集光された光を屈折により平行光に変換する。ここで、入射面34a及び出射面34bの諸元や配置等については、実験やシミュレーション等に基づいて設定されている。この場合、特に、出射面34bの諸元や入射面34aに対する相対位置等が、必要とされる平行光のパターン幅や密度等に応じて任意に設定される。すなわち、例えば、パターン幅が狭く高密度な平行光が要求される程、出射面34bは、入射面34aによる合焦位置の近傍に設定される。
【0027】
さらに、本実施形態において、レンズ部材33とシリンドリカルレンズ35との間には、遮光マスク45がスペーサ46を介して介装されている。この遮光マスク45には、レンズ部材33の出射面34bに対向するスリット45aが設けられており、これにより、遮光マスク45は、迷光をカットし、好適な平行光のみ通過を許容する。
【0028】
このような実施形態によれば、入射面34aが凸レンズ面で構成されるとともに出射面34bが凹レンズ面で構成された凸凹レンズによってレンズ部材33のレンズ部34を構成することにより、LED12の第2焦点F2よりも手前側にレンズ部材33を配設した場合にも、パターン幅の小さい高密度な平行光を形成することができる。従って、LED 12からレンズ部材33までの光軸方向の距離を大幅に短縮することができ、照明装置1を有効に小型化することができる。
【0029】
なお、上述の第1,第2の実施形態においては、線状の光束を形成するため、レンズ部材33の出射側にシリンドリカルレンズ35を配設した一例について説明しているが、例えば、シリンドリカルレンズ35を省略して照明装置を構成することにより、点状の光束によって対象を指標するポインタ用の光源として利用することも可能である。この場合においても、発光素子17からの放射光を反射面14によって一旦集光方向に制御し、レンズ部材33で平行光に変換することにより、幅広い照射距離範囲においてシャープで明るい照射パターンの光束を照射することができる。
【0030】
次に、図8,9は本発明の第3の実施形態に係わり、図8は照明装置及び照射像の説明図、図9は遮光マスクの平面図である。なお、上述の第1の実施形態と同様の構成については、同符号を付して説明を省略する。
【0031】
図8に示すように、本実施形態の照明装置1において、光源ユニット10は、LED基板11上に複数(例えば2個)のLED12が実装されて要部が構成されている。ここで、これらLED12のうち、一方のLED12は、例えば、発光素子17が青色発光する青色LEDで構成され、他方のLED12は、例えば、発光素子17が赤色発光する赤色LEDで構成されている。
【0032】
また、レンズ部材33には、各LED12に対向する複数のレンズ部33bが設けられ、各レンズ部33bは、対向するLED12からの入射光をそれぞれ平行光に変換する。
【0033】
また、レンズ部材33の出射側には、投影レンズ50が設けられている。本実施形態において、この投影レンズ50は、フランジ部50aの内側に、レンズ部材33の各レンズ部33bにそれぞれ対向するレンズ部50bを有し、レンズ部材33の各レンズ部33bで平行光に変換された光を、対応する各レンズ部50bによってそれぞれ投影する。この場合において、投影レンズ50は、各レンズ部50bで投影される光束の一部が、所定の投影距離以上において重畳するよう設定されている。
【0034】
また、レンズ部材33と投影レンズ50との間には、遮光マスク52がスペーサ53を介して介装されている。図9に示すように、この遮光マスク52には、各レンズ部33bとの対向領域に、所定形状の光束の通過のみを許容する透光孔52aが設けられている。そして、各透光孔52aを通過した光束が投影レンズ50の各レンズ部50bで投影されることにより、所望の照射パターンの光束を照射することが可能となる。
【0035】
この場合において、特に、図8に示すように、照明装置1から予め設定された投影距離離間した対象55に照明光を照射する場合、各レンズ部50bからの投影光の一部を好適に重畳させてバリエーションに富んだ投影像を形成することができる。
【0036】
次に、図10,11は本発明の第4の実施形態に係わり、図10は照明装置及び照射像の説明図、図11は遮光マスクの平面図である。なお、上述の第3の実施形態と同様の構成については、同符号を付して説明を省略する。
【0037】
図10に示すように、本実施形態の照明装置1において、投影レンズ50には、レンズ部材33の各レンズ部33bに跨って対向する単一のレンズ部51が設けられている。
【0038】
また、レンズ部材33と投影レンズ50との間に介装される遮光マスク52には、図11に示すように、各レンズ部33bとの対向領域に、所定形状の光束の通過のみを許容する透光孔52aが設けられている。そして、各透光孔52aを通過した光束が投影レンズ50のレンズ部51で投影されることにより、所望の照射パターンの光束を照射することが可能となる。この場合、図10に示すように、照明装置1からは、各レンズ部33bに対応する透光孔52a毎の照射像がそれぞれ独立して対象55に投影される。
【0039】
なお、上述の各実施形態においては、各レンズ部を球面等を基本形状として設計した一例について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各レンズ部を非球面設計することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【0040】
【図1】本発明の第1の実施形態に係わり、照明装置の要部を示す分解斜視図
【図2】同上、(a)は図1のI−I線に沿って照明装置を示す要部断面図であり(b)は図1のII−II線に沿って照明装置を示す要部断面図
【図3】同上、反射型LEDの要部断面図
【図4】同上、(a)は図2(a)の断面における照明光の挙動を示す説明図であり(b)は図2(b)の断面における照明光の挙動を示す説明図
【図5】同上、反射型LEDの反射面の構成を示す説明図
【図6】本発明の第2の実施形態に係わり、照明装置の要部断面図
【図7】同上、図6の断面における照明光の挙動を示す説明図
【図8】本発明の第3の実施形態に係わり、照明装置及び照射像の説明図
【図9】同上、遮光マスクの平面図
【図10】本発明の第4の実施形態に係わり、照明装置及び照射像の説明図
【図11】同上、遮光マスクの平面図
【符号の説明】
【0041】
1…照明装置、10…光源ユニット、11…LED基板、12…反射型発光ダイオード、13…反射部材、13a…頂面、14…反射面、15…リードフレーム、15a…端子部、16…リードフレーム、16a…端子部、17…発光素子、18…リード線、19…光透過性材料、30…筐体、30a…内向フランジ、31…レンズ光学系、33…レンズ部材、33a…フランジ部、33b…レンズ部、34…レンズ部、34a…入射面、34b…出射面、35…シリンドリカルレンズ、35a…フランジ部、35b…レンズ部、38…スペーサ、39…スペーサ、45…遮光マスク、45a…スリット、46…スペーサ、50…投影レンズ、50a…フランジ部、50b…レンズ部、51…レンズ部、52…遮光マスク、52a…透光孔、53…スペーサ、55…対象、F1…第1焦点、F2…第2焦点、O…光軸
【技術分野】
【0001】
本発明は、発光ダイオードを光源として用いて所望形状の光束を形成する照明装置に関する。
【背景技術】
【0002】
近年、各種所望形状の光束を照明光として照射する照明装置においては、光源として発光ダイオード(LED)を採用したものが広く普及している。例えば、特許文献1には、発光素子を埋設する光学部材の先端部に集光レンズを一体形成した所謂砲弾型LEDと、この砲弾型LEDから所定の指向特性で放射される光を一軸方向のみ集光方向に変化させて線状の照明光を形成するシリンドリカルレンズと、を備えた照明装置が開示されている。
【特許文献1】特開2001−155110号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0003】
しかしながら、上述の特許文献1に開示された技術は、シリンドリカルレンズの焦点近傍では所望幅の線状光を得ることが可能であるものの、シリンドリカルレンズの焦点から遠方に離間した位置では線状のパターン幅が大きくなる等して、シャープで明るい照射パターンを得ることが困難となる虞がある。
【0004】
本発明は、広い照射距離範囲において所望の照射パターンの光束を照射することができる照明装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0005】
本発明は、凹状の反射面の第1焦点に配設された発光素子からの光を前記反射面で反射して第2焦点に集光する反射型発光ダイオードと、前記反射型発光ダイオードからの光を平行光に変換するレンズ部材と、を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【0006】
本発明の照明装置によれば、広い照射距離範囲において所望の照射パターンの光束を照射することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0007】
以下、図面を参照して本発明の形態を説明する。図1乃至図5は本発明の第1の実施形態に係わり、図1は照明装置の要部を示す分解斜視図、図2(a)は図1のI−I線に沿って照明装置を示す要部断面図であり(b)は図1のII−II線に沿って照明装置を示す要部断面図、図3は反射型LEDの要部断面図、図4(a)は図2(a)の断面における照明光の挙動を示す説明図であり(b)は図2(b)の断面における照明光の挙動を示す説明図、図5は反射型LEDの反射面の構成を示す説明図である。
【0008】
図1,2に示す照明装置1は、例えば、線状の光束を照明光として照射する線状照明装置であり、この照明装置1は、発光ダイオード(LED)12を光源とする光源ユニット10と、この光源ユニット10に冠設する筐体30とを有する。
【0009】
光源ユニット10は、LED基板11を有する。LED基板11は、例えば、平面略矩形形状をなし、その略中央部に半田付け等によってLED12を保持する。ここで、LED12は、反射型発光ダイオードで構成されている。
【0010】
具体的に説明すると、図2,3に示すように、LED12は、反射部材13を有する。本実施形態において、反射部材13は、扁平な略立方体形状をなし、この反射部材13の一の面(頂面)13aには、部分回転楕円面形状をなす反射面14が凹設されている。本実施形態において、反射部材13は、例えば、頂面13a側に部分回転楕円面形状の凹面が形成された樹脂材料で構成されている。そして、この凹面上にアルミニウム等の金属膜が形成されることにより、反射面14が形成されている。ここで、反射面14の形状を規定する回転楕円の一方の焦点(第1焦点F1)は、反射部材13の頂面に対して面一な位置よりもやや内方に偏倚して設定されている。一方、回転楕円面の他方の焦点(第2焦点F2)は、反射部材13の頂面13aに対して垂直方向外方に所定距離離間した位置に設定されている。これにより、反射面14は、反射部材13内方の第1焦点F1から放射される光を反射して、反射部材13外方の第2焦点F2に集光させることが可能となっている。
【0011】
また、反射部材13には、例えば、互いに対向する側壁に沿って、一対のリードフレーム15,16が配設されている。各リードフレーム15,16の一端側の中途は、反射部材13の頂面13a側に折曲され、これにより、各リードフレーム15,16の一端部は反射面14に臨まされている。これらリードフレーム15,16のうち、一方のリードフレーム15は、その一端部が第1焦点F1に対応する位置まで延設され、この延設されたリードフレーム15の一端部には、反射面14に対向する面側に、発光素子17がマウントされている。これにより、リードフレーム15は、反射面14の第1焦点F1と一致する位置に発光素子17を保持する。また、他方のリードフレーム16の一端部は、リード線18を介して発光素子17に電気接続されている。一方、各リードフレーム15,16の他端側の中途は、例えば、頂面13aと対向する面側に折曲されて端子部15a,16aを構成し、これら各端子部15a,16aが、半田付け等によってLED基板11に電気接続されている。これにより、リードフレーム15,16は、発光素子17のアノード及びカソードをLED基板11に電気的に接続し、発光素子17を発光させることが可能となっている。
【0012】
また、反射部材13の反射面14で囲繞された凹部内には光透過性材料19が充填され、この光透過性材料19により、発光素子17が凹部内に封止されている。この光透過性材料19としては、例えば、空気の屈折率「1」よりも高く且つ発光素子17の屈折率(例えば、「3」前後)よりも低い屈折率の材料が用いられ、具体的には、屈折率が「1.6」〜「1.7」程度の透明樹脂材料が好適に用いられている。
【0013】
筐体30は、LED12からの出射光を制御するためのレンズ光学系31を内部に収容する。本実施形態において、筐体30は、略角筒形状をなし、先端部に内向フランジ30aが形成されている。また、筐体30の基端部は、光源ユニット10のLED基板11に対する当接部として設定されている。そして、筐体30の基端部は、LED基板11に対し、接着或いはネジ止め等によって固定されている。
【0014】
レンズ光学系31は、LED12からの出射光を平行光に変換するレンズ部材33と、レンズ部材33で平行光に変換された光を一軸方向のみ拡散方向に変化させて線状の照明光を形成するシリンドリカルレンズ35とを有する。
【0015】
レンズ部材33は、例えば、筐体30の内周に摺接する環状のフランジ部33aの内側に両凸のレンズ部33bが一体形成された光透過性の樹脂成型品で構成されている。このレンズ部材33の入射側において、フランジ部33aには環状のスペーサ38が当接されており、このスペーサ38を介して、レンズ部材33はLED12に対向配置されている。ここで、図2に示すように、レンズ部材33は、レンズ部33bの光軸がLED12の光軸Oと一致するよう配置されている。さらに、スペーサ38により、レンズ部33bの入射面は、LED12の第2焦点F2よりも遠方にオフセットする位置に位置決めされている。
【0016】
シリンドリカルレンズ35は、例えば、筐体30の内周に摺接する環状のフランジ部35aの内側に、出射側に突出する略半円柱形状をなす片凸のレンズ部35bが一体形成された光透過性の樹脂成型品で構成されている。このシリンドリカルレンズ35の入射側において、フランジ部35aには、レンズ部材33の出射側でフランジ部33aに当接する環状のスペーサ39が連設されている。一方、シリンドリカルレンズ35の出射側において、フランジ部35aには、筐体30の内向フランジ30aが当接されている。
【0017】
このような構成の照明装置1において、LED12の発光素子17から放射された光は、反射面14で反射されることにより第2焦点F2で一旦集光された後、レンズ部材33のレンズ部33bに入射される。そして、レンズ部33bに入射された光束は、その屈折により、平行光に変換される。さらに、レンズ部材33で平行光に変換された光束は、シリンドリカルレンズ35のレンズ部35bに入射され、一軸方向のみが拡散方向に屈折されることにより、線状の光束へと変換される。これにより、例えば、バーコード読取機等に好適な線状光が形成される。
【0018】
このような実施形態によれば、光源として反射型のLED12を採用し、反射面14の第1焦点F1に配設された発光素子17から放射される光を、第2焦点F2で一旦集光させた後、レンズ部材33に入射させて平行光に変換することにより、精度のよい平行光を生成することができる。そして、このように平行光に変換された光束をシリンドリカルレンズ35に入射させ、平行光に変換された光束の幅を維持したまま一軸方向のみを拡散方向に変化させて線状の照明光を形成することにより、照射距離に関係なく一定のパターン幅で、シャープで明るい照射パターンの線状光を照射することができる。
【0019】
ここで、光透過性材料19での屈折等による影響を考慮して反射型LED12から出射される光の集光精度を向上させ、レンズ部材33によって変換される平行光の精度をより向上するため、例えば、図5(a)に示すように、LED12の反射部材13に形成される反射面14を多項式非球面で構成することも可能である。
【0020】
この多項式非球面は、例えば、図5(a)に示すようにX−Y−Z座標系を定義すると、以下の式により表すことができる。
【数1】
【0021】
ここで、式中において、zはZ軸に平行な面のザグ量、cは頂点曲率、kはコーニック定数、C2nは2n次の非球面定数を示す。
【0022】
なお、図5(a)に示す多項式非球面は、例えば、
半径:5.08000[mm]
コーニック定数:−0.37169
4次(すなわち、n=2)の非球面定数C4=0.00914
6次(すなわち、n=3)の非球面定数C6=−0.00356
8次(すなわち、n=4)の非球面定数C8=0.00064
10次(すなわち、n=5)の非球面定数C10=−0.00005
12次(すなわち、n=6)の非球面定数C12=0.00000
14次(すなわち、n=7)の非球面定数C14=0.00000
16次(すなわち、n=8)の非球面定数C16=0.00000
18次(すなわち、n=9)の非球面定数C18=0.00000
20次(すなわち、n=10)の非球面定数C20=0.00000
として設計された多項式非球面である。
【0023】
このような多項式非球面によって反射面14を最適化することにより、特に、反射面14の外輪付近で反射された光等についても、精度よく第2焦点に集光させることができる。また、多項式非球面によって反射面14を最適化することにより、発光素子17を厳密な意味での第1焦点F1に配置する必要がなく、LED12の設計の自由度を向上させることができる。なお、比較例として、部分回転楕円面に沿って形成した反射面14での光の挙動についてのシミュレーション結果を図5(b)に示す。
【0024】
次に、図6,7は本発明の第2の実施形態に係わり、図6は照明装置の要部断面図、図7は図6の断面における照明光の挙動を示す説明図である。なお、本実施形態において、上述の第1の実施形態と同様の構成については、同符号を付して説明を省略する。
【0025】
図6に示すように、本実施形態のレンズ部材33はレンズ部33bに代えてレンズ部34を有し、このレンズ部34は、凸レンズ曲面で構成された入射面34aと、凹レンズ曲面で構成された出射面34bとを有する。
【0026】
具体的には、入射面34aは、例えば、球面を基本形状とした凸レンズ面で構成されている。この入射面34aは、LED12の第2焦点F2よりも手前側(第1焦点F1側)に配設され、LED12からの入射光を更なる集光方向に屈折する。一方、出射面34bは、例えば、入射面34aよりも小径の球面を基本形状とした凹レンズ面で構成されている。この出射面34bは、入射面34aによる合焦位置よりも手前側(入射面34a側)に配設され、入射面34aによって集光された光を屈折により平行光に変換する。ここで、入射面34a及び出射面34bの諸元や配置等については、実験やシミュレーション等に基づいて設定されている。この場合、特に、出射面34bの諸元や入射面34aに対する相対位置等が、必要とされる平行光のパターン幅や密度等に応じて任意に設定される。すなわち、例えば、パターン幅が狭く高密度な平行光が要求される程、出射面34bは、入射面34aによる合焦位置の近傍に設定される。
【0027】
さらに、本実施形態において、レンズ部材33とシリンドリカルレンズ35との間には、遮光マスク45がスペーサ46を介して介装されている。この遮光マスク45には、レンズ部材33の出射面34bに対向するスリット45aが設けられており、これにより、遮光マスク45は、迷光をカットし、好適な平行光のみ通過を許容する。
【0028】
このような実施形態によれば、入射面34aが凸レンズ面で構成されるとともに出射面34bが凹レンズ面で構成された凸凹レンズによってレンズ部材33のレンズ部34を構成することにより、LED12の第2焦点F2よりも手前側にレンズ部材33を配設した場合にも、パターン幅の小さい高密度な平行光を形成することができる。従って、LED 12からレンズ部材33までの光軸方向の距離を大幅に短縮することができ、照明装置1を有効に小型化することができる。
【0029】
なお、上述の第1,第2の実施形態においては、線状の光束を形成するため、レンズ部材33の出射側にシリンドリカルレンズ35を配設した一例について説明しているが、例えば、シリンドリカルレンズ35を省略して照明装置を構成することにより、点状の光束によって対象を指標するポインタ用の光源として利用することも可能である。この場合においても、発光素子17からの放射光を反射面14によって一旦集光方向に制御し、レンズ部材33で平行光に変換することにより、幅広い照射距離範囲においてシャープで明るい照射パターンの光束を照射することができる。
【0030】
次に、図8,9は本発明の第3の実施形態に係わり、図8は照明装置及び照射像の説明図、図9は遮光マスクの平面図である。なお、上述の第1の実施形態と同様の構成については、同符号を付して説明を省略する。
【0031】
図8に示すように、本実施形態の照明装置1において、光源ユニット10は、LED基板11上に複数(例えば2個)のLED12が実装されて要部が構成されている。ここで、これらLED12のうち、一方のLED12は、例えば、発光素子17が青色発光する青色LEDで構成され、他方のLED12は、例えば、発光素子17が赤色発光する赤色LEDで構成されている。
【0032】
また、レンズ部材33には、各LED12に対向する複数のレンズ部33bが設けられ、各レンズ部33bは、対向するLED12からの入射光をそれぞれ平行光に変換する。
【0033】
また、レンズ部材33の出射側には、投影レンズ50が設けられている。本実施形態において、この投影レンズ50は、フランジ部50aの内側に、レンズ部材33の各レンズ部33bにそれぞれ対向するレンズ部50bを有し、レンズ部材33の各レンズ部33bで平行光に変換された光を、対応する各レンズ部50bによってそれぞれ投影する。この場合において、投影レンズ50は、各レンズ部50bで投影される光束の一部が、所定の投影距離以上において重畳するよう設定されている。
【0034】
また、レンズ部材33と投影レンズ50との間には、遮光マスク52がスペーサ53を介して介装されている。図9に示すように、この遮光マスク52には、各レンズ部33bとの対向領域に、所定形状の光束の通過のみを許容する透光孔52aが設けられている。そして、各透光孔52aを通過した光束が投影レンズ50の各レンズ部50bで投影されることにより、所望の照射パターンの光束を照射することが可能となる。
【0035】
この場合において、特に、図8に示すように、照明装置1から予め設定された投影距離離間した対象55に照明光を照射する場合、各レンズ部50bからの投影光の一部を好適に重畳させてバリエーションに富んだ投影像を形成することができる。
【0036】
次に、図10,11は本発明の第4の実施形態に係わり、図10は照明装置及び照射像の説明図、図11は遮光マスクの平面図である。なお、上述の第3の実施形態と同様の構成については、同符号を付して説明を省略する。
【0037】
図10に示すように、本実施形態の照明装置1において、投影レンズ50には、レンズ部材33の各レンズ部33bに跨って対向する単一のレンズ部51が設けられている。
【0038】
また、レンズ部材33と投影レンズ50との間に介装される遮光マスク52には、図11に示すように、各レンズ部33bとの対向領域に、所定形状の光束の通過のみを許容する透光孔52aが設けられている。そして、各透光孔52aを通過した光束が投影レンズ50のレンズ部51で投影されることにより、所望の照射パターンの光束を照射することが可能となる。この場合、図10に示すように、照明装置1からは、各レンズ部33bに対応する透光孔52a毎の照射像がそれぞれ独立して対象55に投影される。
【0039】
なお、上述の各実施形態においては、各レンズ部を球面等を基本形状として設計した一例について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各レンズ部を非球面設計することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【0040】
【図1】本発明の第1の実施形態に係わり、照明装置の要部を示す分解斜視図
【図2】同上、(a)は図1のI−I線に沿って照明装置を示す要部断面図であり(b)は図1のII−II線に沿って照明装置を示す要部断面図
【図3】同上、反射型LEDの要部断面図
【図4】同上、(a)は図2(a)の断面における照明光の挙動を示す説明図であり(b)は図2(b)の断面における照明光の挙動を示す説明図
【図5】同上、反射型LEDの反射面の構成を示す説明図
【図6】本発明の第2の実施形態に係わり、照明装置の要部断面図
【図7】同上、図6の断面における照明光の挙動を示す説明図
【図8】本発明の第3の実施形態に係わり、照明装置及び照射像の説明図
【図9】同上、遮光マスクの平面図
【図10】本発明の第4の実施形態に係わり、照明装置及び照射像の説明図
【図11】同上、遮光マスクの平面図
【符号の説明】
【0041】
1…照明装置、10…光源ユニット、11…LED基板、12…反射型発光ダイオード、13…反射部材、13a…頂面、14…反射面、15…リードフレーム、15a…端子部、16…リードフレーム、16a…端子部、17…発光素子、18…リード線、19…光透過性材料、30…筐体、30a…内向フランジ、31…レンズ光学系、33…レンズ部材、33a…フランジ部、33b…レンズ部、34…レンズ部、34a…入射面、34b…出射面、35…シリンドリカルレンズ、35a…フランジ部、35b…レンズ部、38…スペーサ、39…スペーサ、45…遮光マスク、45a…スリット、46…スペーサ、50…投影レンズ、50a…フランジ部、50b…レンズ部、51…レンズ部、52…遮光マスク、52a…透光孔、53…スペーサ、55…対象、F1…第1焦点、F2…第2焦点、O…光軸
【特許請求の範囲】
【請求項1】
凹状の反射面の第1焦点に配設された発光素子からの光を前記反射面で反射して第2焦点に集光する反射型発光ダイオードと、
前記反射型発光ダイオードからの光を平行光に変換するレンズ部材と、を備えたことを特徴とする照明装置。
【請求項2】
前記レンズ部材からの平行光を一軸方向のみ拡散方向に変化させて線状の照明光を形成すシリンドリカルレンズを備えたことを特徴とする請求項1記載の照明装置。
【請求項3】
前記レンズ部材は、凸レンズ面で構成された入射面と、凹レンズ面で構成された出射面と、を具備し、前記入射面によって入射光を集光方向に屈折した後、前記出射面によって平行光に変換して出射することを特徴とする請求項1または請求項2に記載の照明装置。
【請求項4】
前記反射型発光ダイオードの反射面を多項式非球面で構成したことを特徴とする請求項1乃至請求項3の何れか1項に記載の照明装置。
【請求項1】
凹状の反射面の第1焦点に配設された発光素子からの光を前記反射面で反射して第2焦点に集光する反射型発光ダイオードと、
前記反射型発光ダイオードからの光を平行光に変換するレンズ部材と、を備えたことを特徴とする照明装置。
【請求項2】
前記レンズ部材からの平行光を一軸方向のみ拡散方向に変化させて線状の照明光を形成すシリンドリカルレンズを備えたことを特徴とする請求項1記載の照明装置。
【請求項3】
前記レンズ部材は、凸レンズ面で構成された入射面と、凹レンズ面で構成された出射面と、を具備し、前記入射面によって入射光を集光方向に屈折した後、前記出射面によって平行光に変換して出射することを特徴とする請求項1または請求項2に記載の照明装置。
【請求項4】
前記反射型発光ダイオードの反射面を多項式非球面で構成したことを特徴とする請求項1乃至請求項3の何れか1項に記載の照明装置。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【公開番号】特開2010−123293(P2010−123293A)
【公開日】平成22年6月3日(2010.6.3)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2008−293675(P2008−293675)
【出願日】平成20年11月17日(2008.11.17)
【出願人】(000111672)ハリソン東芝ライティング株式会社 (995)
【Fターム(参考)】
【公開日】平成22年6月3日(2010.6.3)
【国際特許分類】
【出願日】平成20年11月17日(2008.11.17)
【出願人】(000111672)ハリソン東芝ライティング株式会社 (995)
【Fターム(参考)】
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