JP2002231002A - Lighting device - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】この発明は、発光部としてL
ED等の小型の光源を使用して、光の照射範囲を調整す
ることができる照明装置に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention
The present invention relates to a lighting device capable of adjusting a light irradiation range using a small light source such as an ED.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来、このような照明装置は、発光部と
しての電球とこの光源の後方に配設された凹状の反射部
材とから構成されており、光源から出射した光を反射部
材により反射させると共に集光して、前方に向かって光
を照射するようになっている。そして、反射部材を発光
部の光源に対して相対的に光軸方向に移動させることに
より、反射部材の焦点位置を光源に対して変化させ、光
の照射範囲を調整するようになっている。このような構
成の照明装置においては、光源として電球を使用してい
るため、消費電力が比較的大きく、電源として乾電池を
使用するような場合には、乾電池の寿命が比較的短くな
ってしまう。2. Description of the Related Art Conventionally, such a lighting device is composed of a light bulb as a light emitting portion and a concave reflecting member provided behind the light source, and reflects light emitted from the light source by the reflecting member. The light is condensed and radiated forward. Then, by moving the reflecting member in the optical axis direction relative to the light source of the light emitting unit, the focal position of the reflecting member is changed with respect to the light source, and the light irradiation range is adjusted. In a lighting device having such a configuration, since a light bulb is used as a light source, power consumption is relatively large, and when a dry battery is used as a power source, the life of the dry battery is relatively short.
【0003】これに対して、発光部の光源として例えば
LEDを使用した照明装置も開発されてきており既に実
用化されている。このようなLEDを使用した照明装置
は、LEDとLEDの前方に配設されたレンズ特に凸レ
ンズとから構成されており、LEDから出射した光をレ
ンズにより集光させて、前方に向かって光を照射するよ
うになっている。On the other hand, a lighting device using, for example, an LED as a light source of a light emitting unit has been developed and has already been put to practical use. A lighting device using such an LED is composed of an LED and a lens disposed in front of the LED, particularly a convex lens. The light emitted from the LED is condensed by the lens, and the light is directed forward. Irradiation.
【0004】[0004]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うなLEDを使用した照明装置においては、LEDの発
光分布特性によりLEDから発光する全ての光を収束す
ることができないため、LEDから出射した光の利用効
率が低くなってしまう。このため、十分な光量の光を照
射することが困難である。However, in an illumination device using such an LED, all the light emitted from the LED cannot be converged due to the light emission distribution characteristics of the LED. Usage efficiency will be low. For this reason, it is difficult to irradiate a sufficient amount of light.
【0005】この発明は、以上の点にかんがみ、消費電
力が小さく、低コストで構成され得ると共に、十分な光
量の光を照射することができるようにした、照明装置を
提供することを目的としている。SUMMARY OF THE INVENTION In view of the above, it is an object of the present invention to provide a lighting device which can be constructed with low power consumption and at low cost and can emit a sufficient amount of light. I have.
【0006】[0006]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の照明装置は、頂部と、底部と、外周部と、
底部から頂部に向かって形成された天井部と内周部とか
らなる凹部とを有している光学媒体からなり、凹部が光
源の収納部であり、天井部が第1のレンズ面として、内
周部が光入射面として、外周部が全反射面として、底部
が反射面として、頂部が第2のレンズ面として機能する
バルク型レンズと、このバルク型レンズの光学部材の凹
陥部内に配設された少なくとも一個の光源と、発光部を
駆動する駆動部と、駆動部に給電する電源部と、電源部
から駆動部への給電をオンオフするスイッチ部と、バル
ク型レンズ、光源,駆動部及び電源部を収容するケース
と、を含み、バルク型レンズが光軸方向に移動可能に支
持されていることを特徴とする。上記照明装置は、好ま
しくは、バルク型レンズの光源より後方の領域に、第一
のネジ部が一体的に設けられており、この第一のネジ部
に螺合するように、ケースに第二のネジ部が形成されて
いて、バルク型レンズを回転させることにより、バルク
型レンズが光軸方向に移動される。さらに好ましくは、
前記照明装置は、第二のレンズ面としての頂部,底部、
第一のレンズ面としての天井部と内周面とから成る凹部
と、を有している光学媒体と、この光学媒体の凹部内に
配設された少なくとも一個の光源から成る発光部と、上
記発光部を駆動する駆動部と、この駆動部に給電する電
源部と、電源部から駆動部への給電をオンオフするスイ
ッチ部と、バルク型レンズ,発光部,駆動部及び電源部
を収容するケースとを含み、上記発光部の光源からの光
が、光学部材の凹部の天井部または内周部から光学媒体
内に入射し、直接にあるいは外周部の内面で反射された
後、光学部材の頂部から光軸方向に沿って出射されると
共に、バルク型レンズが発光部に対して光軸方向に移動
可能に支持されている。In order to achieve the above object, a lighting device according to the present invention comprises a top, a bottom, an outer periphery,
It is made of an optical medium having a recess formed by a ceiling portion and an inner peripheral portion formed from a bottom portion to a top portion, wherein the recess portion is a storage portion for a light source, and the ceiling portion is a first lens surface. A bulk lens having a peripheral portion serving as a light incident surface, an outer peripheral portion serving as a total reflection surface, a bottom portion serving as a reflective surface, and a top portion serving as a second lens surface; and a bulk lens disposed in a concave portion of an optical member of the bulk lens. At least one light source, a driving unit that drives the light emitting unit, a power supply unit that supplies power to the driving unit, a switch unit that turns on and off power supply from the power supply unit to the driving unit, a bulk lens, a light source, a driving unit, and And a case accommodating the power supply unit, wherein the bulk lens is supported so as to be movable in the optical axis direction. Preferably, in the lighting device, a first screw portion is integrally provided in a region behind the light source of the bulk lens, and a second screw is attached to the case so as to be screwed to the first screw portion. Is formed, and by rotating the bulk type lens, the bulk type lens is moved in the optical axis direction. More preferably,
The lighting device has a top and a bottom as a second lens surface,
An optical medium having a concave portion including a ceiling portion and an inner peripheral surface as a first lens surface, a light emitting portion including at least one light source disposed in the concave portion of the optical medium, A drive unit for driving the light emitting unit, a power supply unit for supplying power to the drive unit, a switch unit for turning on / off the power supply from the power supply unit to the drive unit, and a case containing the bulk lens, the light emitting unit, the drive unit, and the power supply unit The light from the light source of the light emitting unit is incident on the optical medium from the ceiling or the inner peripheral portion of the concave portion of the optical member, and is reflected directly or on the inner surface of the outer peripheral portion. Are emitted along the optical axis direction, and a bulk lens is supported movably in the optical axis direction with respect to the light emitting unit.
【0007】前記照明装置は、好ましくは、バルク型レ
ンズの発光部の光源より後方の領域に、第一のネジ部が
一体的に設けられており、この第一のネジ部に螺合する
ようにケースに第二のネジ部が形成されていて、バルク
型レンズを回転させることによりバルク型レンズが光軸
方向に移動される。前記照明装置は、好ましくは、第一
のネジ部が、バルク型レンズに回転可能に装着される回
転リングに形成されている。前記照明装置は、好ましく
は、バルク型レンズの発光部の光源より後方の領域に第
三のネジ部が一体的に設けられており、この第三のネジ
部に螺合するように発光部に第四のネジ部が形成されて
いて、バルク型レンズを発光部に対して相対的に回転さ
せることにより、バルク型レンズが発光部に対して相対
的に光軸方向に移動される。前記照明装置は、好ましく
は、バルク型レンズの後方に、光源からの光をバルク型
レンズの後端面に向かって反射させる反射部材が備えら
れている。前記照明装置は、好ましくは、バルク型レン
ズの前方に、バルク型レンズの光源からバルク型レンズ
を介して出射する光を反射させる反射ミラーが備えられ
ている。[0007] In the illumination device, preferably, a first screw portion is integrally provided in a region behind the light source of the light emitting portion of the bulk type lens, and is screwed to the first screw portion. A second screw portion is formed in the case, and the bulk lens is moved in the optical axis direction by rotating the bulk lens. In the illumination device, the first screw portion is preferably formed on a rotating ring rotatably mounted on the bulk lens. The lighting device preferably has a third screw portion integrally provided in a region behind the light source of the light emitting portion of the bulk lens, and the light emitting portion is screwed to the third screw portion. A fourth screw portion is formed, and by rotating the bulk type lens relative to the light emitting unit, the bulk type lens is moved in the optical axis direction relative to the light emitting unit. The illumination device preferably includes a reflection member that reflects light from a light source toward a rear end surface of the bulk lens behind the bulk lens. The illuminating device is preferably provided with a reflection mirror for reflecting light emitted from the light source of the bulk lens through the bulk lens in front of the bulk lens.
【0008】上記構成によれば、本発明の照明装置に使
用するバルク型レンズは、凹部が光源の収納部として、
天井部及び頂部がレンズ面として、内周部が光入射面と
して、外周部が全反射面として、そして底部が反射面と
して機能する。凹部の内部に光源を収納した場合は、天
井部がレンズの入射面として、頂部がレンズの出射面と
して機能する。内周部から光学媒体に入射した光は、全
反射して又は底部で反射されて頂部に伝送される。「バ
ルク型」とは、砲弾型、卵型、繭型、蒲鉾型等、ある程
度の厚み又は膨らみを有する固形体を意味する。光軸方
向に垂直な断面の形状は、真円、楕円、三角形、四角
形、多角形等が可能である。バルク型のレンズ本体の外
周部は、円柱、角柱の円周部のような光軸に平行な面で
も良く、光軸に対してテーパを有していてもかまわな
い。また、天井部及び頂部のレンズ面は、凸面、凹面、
平面、フレネルレンズ面のいずれかを適宜選択できる。According to the above configuration, in the bulk type lens used in the illumination device of the present invention, the concave portion serves as a storage portion for the light source.
The ceiling and the top function as lens surfaces, the inner periphery functions as a light incident surface, the outer periphery functions as a total reflection surface, and the bottom functions as a reflection surface. When the light source is housed inside the concave portion, the ceiling functions as the entrance surface of the lens, and the top functions as the exit surface of the lens. Light incident on the optical medium from the inner periphery is either totally reflected or reflected at the bottom and transmitted to the top. The “bulk type” means a solid body having a certain thickness or swelling, such as a shell type, an egg type, a cocoon type, and a kamaboko type. The shape of the cross section perpendicular to the optical axis direction can be a perfect circle, an ellipse, a triangle, a quadrangle, a polygon, or the like. The outer peripheral portion of the bulk-type lens body may be a surface parallel to the optical axis, such as a cylindrical portion or a peripheral portion of a prism, or may have a taper with respect to the optical axis. The ceiling and top lens surfaces are convex, concave,
Either a flat surface or a Fresnel lens surface can be appropriately selected.
【0009】バルク型レンズは、レンズ作用及び入射面
と出射面とを接続する光伝送作用を有するので、光の波
長に対して透明な材料であり、かつ、屈折率が空気の屈
折率とは異なる必要がある。このような材料としては、
アクリル樹脂等の透明樹脂(透明プラスチック材料)、
石英ガラス、ソーダ石灰ガラス、ホウケイ酸ガラス、鉛
ガラス等の種々のガラス材料等が使用可能である。酸化
亜鉛(ZnO)、硫化亜鉛(ZnS)、炭化珪素(Si
C)等の結晶性材料を用いてもよい。又、可とう性、屈
曲性や伸縮性のある透明ゴムのような材料でもかまわな
い。なお、光源として、ハロゲンランプ等の白熱球を用
いる場合は、これによる発熱を考慮し、耐熱性光学材料
を用いるべきである。耐熱性光学材料としては、石英ガ
ラス、サファイアガラス等の耐熱ガラスが好ましい。或
いは、ポリサルホン樹脂、ポリエーテルサルホン樹脂、
ポリカーボネイト樹脂、ポリエーテルエステルアミド樹
脂、メタクリル樹脂、非晶性ポリオレフィン樹脂、パー
フルオロアルキル基を有する高分子材料等の耐熱性樹脂
等の耐熱性光学材料が使用可能である。SiC等の結晶
性材料も耐熱性に優れている。The bulk type lens has a lens function and a light transmitting function of connecting the incident surface and the output surface. Therefore, the bulk type lens is a material transparent to the wavelength of light, and has a refractive index equal to that of air. Need to be different. Such materials include:
Transparent resin (transparent plastic material) such as acrylic resin,
Various glass materials such as quartz glass, soda-lime glass, borosilicate glass, and lead glass can be used. Zinc oxide (ZnO), zinc sulfide (ZnS), silicon carbide (Si
A crystalline material such as C) may be used. Further, a material such as a transparent rubber having flexibility, flexibility and elasticity may be used. When an incandescent bulb such as a halogen lamp is used as a light source, a heat-resistant optical material should be used in consideration of heat generated by the bulb. As the heat-resistant optical material, heat-resistant glass such as quartz glass and sapphire glass is preferable. Alternatively, polysulfone resin, polyethersulfone resin,
A heat-resistant optical material such as a polycarbonate resin, a polyetheresteramide resin, a methacrylic resin, an amorphous polyolefin resin, or a heat-resistant resin such as a polymer material having a perfluoroalkyl group can be used. Crystalline materials such as SiC also have excellent heat resistance.
【0010】光源としては、LEDや半導体レーザ等の
ように、発光に際して顕著な発熱作用を伴わない光源が
好ましい。LED等を用いれば、本発明の第1の特徴に
係るバルク型レンズの凹部(収納部)の内部に、「光
源」を収納した場合において、その発熱作用によって、
バルク型レンズに熱的影響を与えることがない。As the light source, a light source which does not generate a remarkable heat generation effect at the time of light emission, such as an LED or a semiconductor laser, is preferable. When an LED or the like is used, when a “light source” is stored in the concave portion (storage portion) of the bulk lens according to the first feature of the present invention, the heat generation action causes
There is no thermal effect on the bulk lens.
【0011】本発明の照明装置にバルク型レンズを使用
すれば、光源の数を多数必要とすることなく、所望の照
度を有する照明器具を簡単に得ることが出来る。この照
度は、光源の数を同一として較べれば、従来公知のレン
ズ等の光学系では達成不可能な照度である。本発明は、
従来の技術では達成出来ない照度を、簡単且つ小型な構
成で実現出来る。詳細は後述するが、従来の「両凸レン
ズ」、「平凸レンズ」、「メニスカス凸レンズ」、「両
凹レンズ」、「平凹レンズ」、「メニスカス凹レンズ」
等の薄型レンズでは、直径が無限大の大型なレンズを用
いなければ、本発明のバルク型レンズに等価な機能を達
成出来ない。If a bulk type lens is used in the lighting device of the present invention, a lighting fixture having a desired illuminance can be easily obtained without requiring a large number of light sources. This illuminance is an illuminance that cannot be achieved by a conventionally known optical system such as a lens if the number of light sources is compared. The present invention
Illuminance that cannot be achieved by the conventional technology can be realized with a simple and small configuration. Although details will be described later, conventional “biconvex lenses”, “plano-convex lenses”, “meniscus convex lenses”, “biconcave lenses”, “plano-concave lenses”, “concave meniscus lenses”
In such a thin lens, a function equivalent to the bulk lens of the present invention cannot be achieved unless a large lens having an infinite diameter is used.
【0012】LEDには内部量子効率と外部量子効率が
あるが、通常、外部量子効率は内部量子効率よりも低
い。LEDをバルク型レンズの収納部(凹部)に収納す
ることにより、内部量子効率とほぼ等しい効率で、潜在
的なLEDの光エネルギを有効に取り出すことが可能と
なる。その原理は、(a)バルク型レンズの頂部及び天
井部であるレンズ面、及び外周部での反射光(迷光)が
外周部で全反射することによりバルク型レンズ外にほと
んど散逸しない、(b)上記反射光(迷光)の一部が頂
部及び天井部であるレンズ面にもどる、(c)上記反射
光(迷光)の一部が底部で反射されて頂部及び天井部で
あるレンズ面にもどる、(d)上記反射光(迷光)の一
部がLED光源に吸収され再発光する、さらに、(e)
内側面に入射する光も全反射により導光し有効利用して
いる、ことなどが考えられる。An LED has an internal quantum efficiency and an external quantum efficiency. Generally, the external quantum efficiency is lower than the internal quantum efficiency. By storing the LED in the storage portion (concave portion) of the bulk lens, it is possible to effectively extract the potential LED light energy with an efficiency substantially equal to the internal quantum efficiency. The principle is as follows: (a) reflected light (stray light) at the lens surface at the top and ceiling of the bulk lens and at the outer periphery is hardly scattered outside the bulk lens by being totally reflected at the outer periphery; A) part of the reflected light (stray light) returns to the lens surface that is the top and ceiling, and (c) part of the reflected light (stray light) is reflected at the bottom and returns to the lens surface that is the top and ceiling. (D) a part of the reflected light (stray light) is absorbed by the LED light source and re-emitted, and (e)
It is conceivable that light incident on the inner surface is also guided by total reflection and used effectively.
【0013】また、本発明に用いるバルク型レンズによ
れば、LED等の光源それ自身は、何ら手を加えること
なく、容易に、光の発散、収束等の光路の変更や焦点の
変更が可能である。すなわち、光源の発散角が既知であ
れば、第1及び第2の湾曲面の曲率半径等の選定が簡単
に出来る。なお、第1及び第2の湾曲面のいずれか一方
は、曲率半径が無限大、若しくは無限大に近い平坦な面
であっても良い。第1及び第2の湾曲面のいずれか一方
が、無限大ではない所定の(有限の)曲率半径を有して
いれば、光の収束、発散の制御が可能である。又、「所
定の発散角」は0°、即ち平行光線であっても良い。
又、発散角が90°であっても、収納部が光源の発光部
を完全に光学的に覆っているため、有効にその光を集光
することが可能である。これは、従来のレンズ等の光学
系では不可能な作用である。即ち、天井部以外の収納部
の内周部も、有効な光の入射部として機能し得る。Further, according to the bulk type lens used in the present invention, the light source itself such as an LED can easily change the optical path such as divergence and convergence of light and change the focus without any modification. It is. That is, if the divergence angle of the light source is known, the selection of the radius of curvature of the first and second curved surfaces and the like can be easily performed. Note that one of the first and second curved surfaces may be a flat surface having a curvature radius of infinity or nearly infinity. If either one of the first and second curved surfaces has a predetermined (finite) radius of curvature that is not infinite, it is possible to control the convergence and divergence of light. The “predetermined divergence angle” may be 0 °, that is, a parallel ray.
Further, even if the divergence angle is 90 °, the light can be effectively condensed because the storage portion completely covers the light emitting portion of the light source optically. This is an operation that is impossible with a conventional optical system such as a lens. That is, the inner peripheral part of the storage part other than the ceiling part can also function as an effective light incident part.
【0014】具体的には、バルク型レンズに用いる光源
は、チップ状の半導体発光素子、透明材料でモールドさ
れた半導体発光素子、又は他の光源から光を導く光ファ
イバの出射端面である。これらの光源を光学媒質を介し
て収納部に収納しても良い。屈折率によって光学媒質を
適宜選択することによっても、光の発散、収束等の光路
の変更や焦点の変更が可能であり、また、内周面から凹
部に入射する光の屈折角を変えることができ、凹部の全
反射をより効果的にすることもできる。ここで、光学媒
質には、固体、液体、気体、のみならず、ゾル状、コロ
イド状若しくはゲル状の光の波長に対して透明な物質も
含まれる。Specifically, the light source used for the bulk type lens is a chip-shaped semiconductor light emitting device, a semiconductor light emitting device molded with a transparent material, or an emission end face of an optical fiber for guiding light from another light source. These light sources may be housed in the housing via an optical medium. By appropriately selecting the optical medium according to the refractive index, it is possible to change the optical path such as divergence and convergence of light, and to change the focal point.Also, it is possible to change the refraction angle of light entering the concave portion from the inner peripheral surface. Thus, total reflection of the concave portion can be made more effective. Here, the optical medium includes not only a solid, a liquid, and a gas, but also a sol-like, colloidal, or gel-like substance that is transparent to the wavelength of light.
【0015】さらに、上記バルク型レンズは、頂部と、
底部と、外周部と、この底部から頂部に向かって形成さ
れた天井部と内周部からなる凹部とを有している光学媒
体であり、凹部が光源若しくは光検知器の収納部とし
て、天井部及び頂部がレンズ面として、内周部が光入射
面として、外周部が全反射面として、底部が反射面とし
て機能し、内周部の光入射面が所定の傾きを有する少な
くとも光波長以上の大きさの凹凸面で構成されている。
また所定の傾きφは、凹部の屈折率をn1 、光学媒体の
屈折率をn2 、光学媒体内の外周部面における全反射角
をθt 光源の発散角をθd として、 sin-1{n1 /n2 cos(θd +φ)}=θt から定まる角度であることが好ましい。例えば、端面発
光LEDのようにほとんどの出射光がチップの側面から
出射するようなLEDを使用する場合においても、全て
の出射光を集光できる。Further, the bulk type lens has a top portion,
An optical medium having a bottom portion, an outer peripheral portion, and a concave portion including a ceiling portion and an inner peripheral portion formed from the bottom portion to the top portion, and the concave portion serves as a storage portion for a light source or a photodetector. The part and the top function as a lens surface, the inner peripheral part functions as a light incident surface, the outer peripheral part functions as a total reflection surface, the bottom functions as a reflective surface, and the light incident surface of the inner peripheral part has a predetermined inclination. It is composed of an uneven surface of the size.
The predetermined inclination phi, n 1 the refractive index of the concave portion, the refractive index of the optical medium n 2, the divergence angle of the total reflection angle theta t light source in the outer peripheral portion surface of the optical medium as a theta d, sin -1 It is preferable that the angle be determined from {n 1 / n 2 cos (θ d + φ)} = θ t . For example, even when using an LED such as an edge emitting LED in which most of the emitted light is emitted from the side surface of the chip, all the emitted light can be collected.
【0016】さらにまた、バルク型レンズは、レンズ部
と光源を収納する収納部とが一体で形成されているた
め、従来のレンズ系では必要であったレンズと光源を光
学的位置合わせをして保持する保持部を必要とせず、ま
た、光学的位置合わせ工程を必要とせず、ただ光源にか
ぶせるだけでよいので、極めて低コストである。Furthermore, since the bulk type lens is formed integrally with the lens portion and the storage portion for storing the light source, the lens and the light source required in the conventional lens system are optically aligned. Since no holding section is required, and no optical alignment step is required, it is only necessary to cover the light source, so that the cost is extremely low.
【0017】従って、電源部からの給電により駆動部が
光源の一個もしくは複数個の光源を発光させ、各光源か
ら出射した光は、一部がバルク型レンズに設けられた凹
部内にて内周面から光学部材内に入射し、また他の一部
が上記凹部内の天井面から光学媒体に入射する。光学媒
体内に入射した光は、光学媒体内にて一部が直接に前端
面から出射し、また他の一部が光学部材の外周面の内側
で反射されて前端面から出射する。これにより、光学媒
体の頂部から出射する光は、光学媒体の天井部である第
一のレンズ面と頂部である第二のレンズ面によるレンズ
効果に基づいて屈折され、前方に向かって照射される。
更に、頂部、天井部で生じるフレネル反射光は、バルク
型レンズ内で全反射して頂部にもどり出射する。さら
に、LEDにもどった反射光は、LEDのPN接合に吸
収されて再発光する。このように、バルク型レンズを用
いることにより、照明装置の照射光強度を大幅に高める
ことができる。Accordingly, the drive unit causes one or more light sources to emit light by power supply from the power supply unit, and the light emitted from each light source is partially transmitted to the inner periphery in the concave portion provided in the bulk type lens. The light enters the optical member from the surface, and another part enters the optical medium from the ceiling surface in the concave portion. Part of the light that has entered the optical medium exits directly from the front end face in the optical medium, and another part is reflected inside the outer peripheral surface of the optical member and exits from the front end face. Accordingly, light emitted from the top of the optical medium is refracted based on the lens effect of the first lens surface, which is the ceiling of the optical medium, and the second lens surface, which is the top, and is irradiated forward. .
Further, the Fresnel reflected light generated at the top and the ceiling is totally reflected in the bulk lens and returns to the top to be emitted. Further, the reflected light returned to the LED is absorbed by the PN junction of the LED and re-emitted. As described above, by using the bulk type lens, the irradiation light intensity of the illumination device can be significantly increased.
【0018】ここで、バルク型レンズを光源に対して相
対的に光軸方向に移動させると、光源からバルク型レン
ズの凹部の天井部である第一のレンズ面までの距離が変
動することにより、バルク型レンズの第一のレンズ面及
び第二のレンズ面により構成されるレンズの焦点位置が
光源に対して移動する。したがって、光源から出射する
光に対するレンズ効果が変化して、バルク型レンズの頂
部から出射する光の照射範囲が調整される。例えば、バ
ルク型レンズ頂部から出射する光は、レンズ効果により
拡散されて、広い角度範囲に照射され、あるいはレンズ
効果により集光されて、狭い角度範囲に照射されるよう
になる。Here, when the bulk lens is moved in the optical axis direction relative to the light source, the distance from the light source to the first lens surface which is the ceiling of the concave portion of the bulk lens changes. The focal position of the lens constituted by the first lens surface and the second lens surface of the bulk lens moves with respect to the light source. Therefore, the lens effect on the light emitted from the light source changes, and the irradiation range of the light emitted from the top of the bulk lens is adjusted. For example, light emitted from the top of the bulk-type lens is diffused by the lens effect and is applied to a wide angle range, or is condensed by the lens effect and is applied to a narrow angle range.
【0019】このようにして、本発明によれば、発光部
の光源としてLED等の小型の光源から出射する光を、
上述した特別の構成のバルク型レンズを使用することに
よって、効率良く集光して、十分な光量の光を照射する
ことができると共に、バルク型レンズを光源に対して相
対的に光軸方向に移動させることにより、光の照射範囲
を調整することができる。As described above, according to the present invention, light emitted from a small light source such as an LED as a light source of a light emitting unit is
By using the bulk lens having the special configuration described above, light can be efficiently condensed and a sufficient amount of light can be emitted, and the bulk lens can be moved in the optical axis direction relative to the light source. By moving, the irradiation range of light can be adjusted.
【0020】上記バルク型レンズの発光部の光源より後
方の領域に、第一のネジ部が一体的に設けられており、
この第一のネジ部に螺合するようにケースに第二のネジ
部が形成されていて、バルク型レンズを回転させること
によりバルク型レンズが光軸方向に移動される場合に
は、バルク型レンズに一体的に設けられた第一のネジ部
をケースに形成された第二のネジ部に螺合させることに
よって、バルク型レンズの回転によりバルク型レンズが
ケースに対して光軸方向に移動するので、ケースに取り
付けられた発光部に対しても光軸方向に移動する。従っ
て、バルク型レンズの回転により、バルク型レンズを発
光部に対して光軸方向に移動調整することができる。A first screw portion is integrally provided in a region behind the light source of the light emitting portion of the bulk type lens,
If a second screw portion is formed in the case so as to be screwed into the first screw portion, and the bulk lens is moved in the optical axis direction by rotating the bulk lens, the bulk By screwing a first screw portion provided integrally with the lens to a second screw portion formed in the case, the bulk lens moves in the optical axis direction with respect to the case due to rotation of the bulk lens. Therefore, the light-emitting unit moves in the optical axis direction with respect to the light-emitting unit attached to the case. Therefore, the rotation of the bulk-type lens can move and adjust the bulk-type lens with respect to the light emitting unit in the optical axis direction.
【0021】第一のネジ部が、バルク型レンズに回転可
能に装着される回転リングに形成されている場合には、
バルク型レンズの形状に制限されることなく、バルク型
レンズに回転可能に装着される回転リングに形成された
第一のネジ部をケースに形成された第二のネジ部に螺合
させることによって、回転リングが回転してバルク型レ
ンズがケースに対して光軸方向に移動する。その際、バ
ルク型レンズ自体は、回転リングに対して回転可能に支
持されているので、回転せずに光軸方向に移動する。When the first screw portion is formed on a rotary ring rotatably mounted on the bulk lens,
Without being limited to the shape of the bulk lens, by screwing a first screw portion formed on a rotating ring rotatably mounted on the bulk lens to a second screw portion formed on the case. Then, the rotating ring rotates and the bulk lens moves in the optical axis direction with respect to the case. At this time, since the bulk type lens itself is rotatably supported by the rotating ring, it moves in the optical axis direction without rotating.
【0022】バルク型レンズの発光部の光源より後方の
領域に、第三のネジ部が一体的に設けられており、この
第一のネジ部に螺合するように発光部に第四のネジ部が
形成されていて、バルク型レンズを発光部に対して相対
的に回転させるてバルク型レンズが発光部に対して相対
的に光軸方向に移動される場合には、バルク型レンズに
一体的に設けられた第三のネジ部を、発光部に形成され
た第四のネジ部に螺合させることによって、バルク型レ
ンズが発光部に対して光軸方向に移動する。従って、バ
ルク型レンズを回転させてバルク型レンズを発光部に対
して光軸方向に移動調整することができる。A third screw portion is integrally provided in a region behind the light source of the light emitting portion of the bulk lens, and a fourth screw is attached to the light emitting portion so as to be screwed to the first screw portion. When the bulk lens is rotated in the optical axis direction relative to the light emitting unit by rotating the bulk lens relative to the light emitting unit, the unit is integrated with the bulk lens. The bulk type lens is moved in the optical axis direction with respect to the light emitting unit by screwing a third screw unit provided in the light emitting unit with a fourth screw unit formed in the light emitting unit. Therefore, the bulk lens can be rotated and adjusted in the optical axis direction with respect to the light emitting unit by rotating the bulk lens.
【0023】バルク型レンズの後方に、光源からの光を
バルク型レンズの底部に向かって反射させる反射部材が
備えられている場合には、底部に反射膜が無くとも、光
源からバルク型レンズの後方に漏れた光は、反射部材に
より反射されて再び光学部材の後端面からバルク型レン
ズ内に入射して、バルク型レンズの頂部から照射され
る。このため、前方に向かって照射される光の利用効率
がさらに上昇し、照射光度がより一層向上する。In the case where a reflection member for reflecting light from the light source toward the bottom of the bulk type lens is provided behind the bulk type lens, even if there is no reflection film on the bottom portion, the light source can be used for the bulk type lens. The light leaked backward is reflected by the reflecting member, enters the bulk lens again from the rear end face of the optical member, and is irradiated from the top of the bulk lens. For this reason, the utilization efficiency of the light irradiated forward is further increased, and the illuminance is further improved.
【0024】上記バルク型レンズの前方に、光源からバ
ルク型レンズを介して出射する光を反射させる反射ミラ
ーが備えられている場合には、バルク型レンズから前方
に向かって照射される光が、反射ミラーにより反射され
て光軸が折曲げられるので、所望の方向に光を照射する
ことができる。その際、反射ミラーの表面に曲率を付与
することによって、反射部材による反射光を任意に拡散
させ、あるいは集束させることができる。In the case where a reflection mirror for reflecting light emitted from the light source through the bulk type lens is provided in front of the bulk type lens, light emitted from the bulk type lens toward the front is Since the optical axis is bent by being reflected by the reflection mirror, light can be emitted in a desired direction. At this time, by giving a curvature to the surface of the reflecting mirror, the light reflected by the reflecting member can be arbitrarily diffused or focused.
【0025】[0025]
【発明の実施の形態】以下、図面に示した実施形態に基
づいて、この発明を詳細に説明する。図1は本発明の照
明装置に用いるバルク型レンズの模式的な断面図であ
る。バルク型レンズは、図1に示すように、所定の波長
帯域の光を発するLED等の光源101と、この光源1
01を完全に囲むバルク型レンズ120とから少なくと
も構成されている。そして、このバルク型レンズ120
は、頂部103と底部107と外周部109と、底部1
07から頂部103に向かって形成された天井部102
と内周部105とから成る凹部106とから成る光学媒
体104であり、この凹部106に光源101が配置さ
れ、天井部102がレンズの光入射面として、頂部10
3がレンズの出射面として機能するように構成されてい
る。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described in detail based on embodiments shown in the drawings. FIG. 1 is a schematic sectional view of a bulk type lens used in the lighting device of the present invention. As shown in FIG. 1, the bulk-type lens includes a light source 101 such as an LED that emits light in a predetermined wavelength band, and the light source 1.
And at least a bulk type lens 120 completely surrounding the lens. Then, this bulk type lens 120
Are the top 103, the bottom 107, the outer periphery 109, and the bottom 1
07 to the top 103
A light source 101 is disposed in the concave portion 106, and the ceiling 102 serves as a light incident surface of the lens, and the top 10 serves as a light incident surface of the lens.
3 is configured to function as an exit surface of the lens.
【0026】図1の光源101は、LEDチップ113
と、このLEDチップ113を載置する電極を兼ねた支
持ピン111と、LEDチップ113のもう一方の電極
に電力を供給する電極ピン112と、チップ113、支
持ピン111及び電極ピン112を覆う透明な樹脂モー
ルド114で構成されている。樹脂モールド114は側
部が円筒形を成しており、バルク型レンズ120の凹部
106の円筒形を成す内周部105とスペーサ108を
介して嵌合している。樹脂モールド114の側面は、例
えば、直径(2r)が2〜3mmφの円柱形状であり、
バルク型レンズ120の凹部106の内周部105は、
例えば、直径が2.5〜4mmφの円柱形状となってい
る。LED101とバルク型レンズ120とを固定する
ために、LED101とバルク型レンズ120の凹部1
06との間には、厚さ0.25〜0.5mm程度のスペ
ーサ108が挿入されている。スペーサ108は、LE
D101の発光部を除く位置、即ち、図1においてLE
Dチップ113の底面より底部107側に方に配置す
る。The light source 101 shown in FIG.
And a support pin 111 also serving as an electrode on which the LED chip 113 is mounted, an electrode pin 112 for supplying power to the other electrode of the LED chip 113, and a transparent covering the chip 113, the support pin 111 and the electrode pin 112. It is composed of a simple resin mold 114. The side of the resin mold 114 has a cylindrical shape, and the resin mold 114 is fitted to the cylindrical inner peripheral portion 105 of the concave portion 106 of the bulk lens 120 via a spacer 108. The side surface of the resin mold 114 has a cylindrical shape with a diameter (2r) of 2 to 3 mmφ, for example.
The inner peripheral portion 105 of the concave portion 106 of the bulk lens 120 is
For example, it has a cylindrical shape with a diameter of 2.5 to 4 mmφ. In order to fix the LED 101 and the bulk lens 120, the concave portion 1 of the LED 101 and the bulk lens 120 is fixed.
06, a spacer 108 having a thickness of about 0.25 to 0.5 mm is inserted. Spacer 108 is LE
D101 excluding the light emitting portion, that is, LE in FIG.
It is arranged closer to the bottom 107 side than the bottom surface of the D chip 113.
【0027】バルク型レンズ120は、例えば頂部10
3が凸形状球面を有し、外周部109が円柱形状を成し
ている。この外周部109の直径(2R0 )は、例え
ば、10〜30mmφであるが、使用目的に応じて任意
に選択できる。しかしながら、より集光効率を高くする
ためには、 10r>R0 >3r (1) の関係を満足することが好ましい。バルク型レンズ12
0の外周部109の直径(2R0 )は、凹部106の内
周部105の内径(2r)の10倍以上でも、本発明の
バルク型レンズは機能するが、必要以上に大きくなり、
小型化を目的とする場合は好ましくない。The bulk type lens 120 is, for example,
3 has a convex spherical surface, and the outer peripheral portion 109 has a cylindrical shape. The diameter (2R 0 ) of the outer peripheral portion 109 is, for example, 10 to 30 mmφ, but can be arbitrarily selected according to the purpose of use. However, in order to further increase the light collection efficiency, it is preferable to satisfy the following relationship: 10r> R0 > 3r (1). Bulk lens 12
The bulk type lens of the present invention functions even if the diameter (2R 0 ) of the outer peripheral portion 109 of 0 is 10 times or more the inner diameter (2r) of the inner peripheral portion 105 of the concave portion 106, but becomes larger than necessary.
It is not preferable for the purpose of miniaturization.
【0028】本発明の照明装置に用いるバルク型レンズ
は、以下に説明する理由により、従来の凸型形状の球面
レンズを使用した光学系よりも極めて低損失で収束でき
る。LEDは発散角の大きな光源であるため、従来の凸
型形状の球面レンズによっては、LEDから発する全て
の光を平行光線とすると光損失が避けられない。図2
は、従来の凸型形状球面レンズによる集光作用を示す図
で、図2(A)は凸型片球面レンズを使用して、LED
光源からの光を平行光とする状態を示している。図にお
いて、レンズは曲率半径rを有し、光源から焦点距離f
に配置している。片球面レンズの焦点距離は、レンズの
屈折率をnとして、f=r/(n−1)であるから、屈
折率n=1.5とした場合、f=2rとなる。従って、
図から明らかなように、レンズが受光できる発散角の最
大は30°となり、図2(B)に示す光線は平行光とす
ることができない。すなわち、従来のレンズを使用した
のでは、焦点距離と曲率半径の関係から定まる開口角以
上の光は取り込むことができないので、損失が大きい。
LED光源は30°以上の発散角を有するものが多く、
この場合には、上記理由により、大きな損失が生じる。
従来はこのような場合、高屈折率レンズを使用して改善
しているが、コストが高くなる。あるいは、レンズを複
雑に組み合わせて対処している例もあるが、この場合に
は、下記に説明するフレネル反射損が増大してしまう。The bulk type lens used in the illuminating device of the present invention can converge at a much lower loss than an optical system using a conventional spherical lens having a convex shape for the following reason. Since an LED is a light source having a large divergence angle, light loss is unavoidable if all the light emitted from the LED is converted into parallel rays by a conventional convex spherical lens. FIG.
FIG. 2A is a view showing the light condensing action of a conventional convex spherical lens. FIG. 2A shows an LED using a convex hemispherical lens.
This shows a state where light from the light source is converted into parallel light. In the figure, the lens has a radius of curvature r and the focal length f from the light source
Has been placed. The focal length of a hemispherical lens is f = r / (n−1), where n is the refractive index of the lens. Therefore, if the refractive index is n = 1.5, f = 2r. Therefore,
As is clear from the figure, the maximum divergence angle that the lens can receive is 30 °, and the light beam shown in FIG. That is, if a conventional lens is used, light having an opening angle or more determined by the relationship between the focal length and the radius of curvature cannot be taken in, so that the loss is large.
Many LED light sources have a divergence angle of 30 ° or more,
In this case, a large loss occurs for the above reason.
Conventionally, such a case is improved by using a high refractive index lens, but the cost is increased. Alternatively, there is an example in which a complex combination of lenses is used, but in this case, the Fresnel reflection loss described below increases.
【0029】図2(B)は、従来の凸型片球面レンズ入
射面における反射の状況を示す図である。図において、
矢印のついた線は、LED1から出射し、凸型形状球面
レンズの光入射面で反射される光線を表す。θ(θ1 、
θ2 )はLEDから出射角、すなわち発散角を表し、φ
(φ1 、φ2 )はそれぞれの光線のレンズ面での入射角
を表す。図3はフレネルの反射の法則を表した図であ
る。図において、横軸は光線の入射角であり、縦軸は光
強度の反射率であり、レンズの屈折率を1.5とし、空
気中から光線がレンズ面に入射する場合を表している。
図から明らかなように、入射角が50°あたりまでは反
射率が低く一定であるが、50°を越えたあたりから急
激に反射率が増加するのがわかる。図2(B)に示した
入射角が大きい光線は、図3のフレネルの反射の法則か
ら明らかなように反射される割合が高い。例えば、屈折
率1.5の片凸型球面レンズを使用し、このレンズの焦
点距離に発散角30°の光源をおいて平行光を作る場合
には、上記の反射光による損失は全光量の30%近くに
達する。従って、従来の光学系におけるようにレンズを
多段に接続したのでは、フレネル反射が多段に生ずるこ
とになり、損失が増えてしまう。これらの反射光は空間
に散逸してしまい、収束光として利用することはできな
い。FIG. 2B is a diagram showing the state of reflection at the entrance surface of a conventional convex hemispherical lens. In the figure,
A line with an arrow represents a light beam emitted from the LED 1 and reflected on the light incident surface of the convex spherical lens. θ (θ 1 ,
θ 2 ) represents an emission angle from the LED, that is, a divergence angle.
(Φ 1 , φ 2 ) represent the angle of incidence of each light beam on the lens surface. FIG. 3 is a diagram showing Fresnel's law of reflection. In the figure, the horizontal axis represents the angle of incidence of light rays, the vertical axis represents the reflectance of light intensity, and the refractive index of the lens is set to 1.5, and the light rays enter the lens surface from the air.
As is apparent from the figure, the reflectance is low and constant until the incident angle is around 50 °, but the reflectance sharply increases from around 50 °. The light ray having a large incident angle shown in FIG. 2B has a high reflection rate as is clear from the Fresnel reflection law in FIG. For example, when a one-convex spherical lens having a refractive index of 1.5 is used and a parallel light source is formed using a light source having a divergence angle of 30 ° at the focal length of the lens, the loss due to the reflected light is equal to the total light amount. Reach nearly 30%. Therefore, if the lenses are connected in multiple stages as in the conventional optical system, Fresnel reflection occurs in multiple stages, and the loss increases. These reflected lights are scattered into space and cannot be used as convergent light.
【0030】一方、本発明の照明装置に用いるバルク型
レンズにおいては、発散角が大きい光束であっても全て
の光束をレンズ面に入射させることができ、バルク型レ
ンズの幾何学構造の設計により全ての光束を平行光線に
できるから、極めて損失の少ないレンズである。また、
フレネルの反射を起こす反射面は、天井部2及び頂部3
であるから、これらの面で反射した反射光(迷光)はバ
ルク型レンズ内に反射される。これらの反射光(迷光)
は、外周部9で全反射することによりバルク型レンズ外
に散逸せず、一部が頂部3及び天井部2であるレンズ面
にもどり収束光となる。また、他の一部は底部7で反射
されて頂部3又は天井部2にもどり収束光となる。ま
た、他の一部はLED光源で吸収されて再発光し収束光
となる。On the other hand, in the bulk lens used in the illumination device of the present invention, all the light beams can be incident on the lens surface even if the light beam has a large divergence angle. Since all light beams can be converted into parallel rays, the lens has extremely low loss. Also,
The reflection surface that causes Fresnel reflection is the ceiling 2 and the top 3
Therefore, the reflected light (stray light) reflected on these surfaces is reflected in the bulk lens. These reflected light (stray light)
Does not dissipate outside the bulk-type lens due to total internal reflection at the outer peripheral portion 9, and returns partially to the lens surface that is the top portion 3 and the ceiling portion 2 to become convergent light. The other part is reflected by the bottom 7 and returns to the top 3 or the ceiling 2 to become convergent light. The other part is absorbed by the LED light source, re-emitted, and becomes convergent light.
【0031】図4はLED光源101にもどった光が再
発光する過程を示す図である。図において、もどってき
た光はPN接合で吸収されてホールと電子を生じ、この
ホールと電子が再結合して再発光する。特にこの効果
は、ヘテロ構造を有するLEDの場合に大きい。ヘテロ
構造のLEDは、発光部であるPN接合部のバンドギャ
ップ・エネルギーが、P及びN領域のバンドギャップ・
エネルギーよりも小さく形成されているので、反射光
(迷光)はP又はN領域では吸収されずに、PN接合部
のみで吸収され、再発光する。さらにまた、本発明の照
明装置に用いるバルク型レンズにおいては、内周部10
5に入射する光も外周面109における全反射によって
頂部103に導かれ、収束光となって出射する。この効
果は、LED光源101を、バルク型レンズの光学媒質
よりも屈折率の高い光学媒質を介して収納部に収納する
とさらに効果が高まる。本発明の照明装置に用いるバル
ク型レンズにおいては上記に説明した相乗効果により、
内部量子効率とほぼ等しい効率で、LED光源の光を有
効に収束光として取り出しているため、従来の凸型形状
の球面レンズに較べ極めて低損失になると考えられる。FIG. 4 is a diagram showing a process in which light returned to the LED light source 101 is re-emitted. In the figure, the returned light is absorbed by the PN junction to generate holes and electrons, and the holes and electrons recombine to emit light again. In particular, this effect is great in an LED having a heterostructure. In the heterostructure LED, the band gap energy of the PN junction, which is the light emitting portion, is higher than the band gap energy of the P and N regions.
Since the reflection light (stray light) is formed to be smaller than the energy, the reflected light (stray light) is not absorbed in the P or N region, but is absorbed only in the PN junction, and emits light again. Furthermore, in the bulk type lens used in the lighting device of the present invention, the inner peripheral portion 10
5 is also guided to the top 103 by total reflection on the outer peripheral surface 109, and is emitted as convergent light. This effect is further enhanced when the LED light source 101 is housed in the housing via an optical medium having a higher refractive index than the optical medium of the bulk lens. In the bulk lens used in the lighting device of the present invention, by the synergistic effect described above,
Since the light of the LED light source is effectively extracted as convergent light with an efficiency substantially equal to the internal quantum efficiency, it is considered that the loss is extremely low as compared with a conventional convex spherical lens.
【0032】図5は本発明の照明装置に用いるバルク型
レンズと従来の凸形状の球面レンズとで平行光を作成し
た場合の特性を比較するための測定系を示す図である。
図5(A)は、本発明の照明装置に用いるバルク型レン
ズ120を用いた場合の、光軸方向に対して垂直方向に
光強度(照度)分布を測るための測定系を示す模式図で
ある。バルク型レンズ120の出射面からの出力光の強
度(照度)を、LED101からの測定距離x=一定と
し、照度計202をy軸方向に移動して測定する。測定
距離(x)は、光軸方向に測る。一方、図5(B)は、
同様な測定を従来の両凸レンズを用いて行うことを示す
図である。FIG. 5 is a diagram showing a measurement system for comparing the characteristics when parallel light is produced by a bulk type lens used in the illumination device of the present invention and a conventional convex spherical lens.
FIG. 5A is a schematic diagram showing a measurement system for measuring the light intensity (illuminance) distribution in a direction perpendicular to the optical axis direction when the bulk lens 120 used in the lighting device of the present invention is used. is there. The intensity (illuminance) of the output light from the emission surface of the bulk lens 120 is measured by moving the illuminometer 202 in the y-axis direction with the measurement distance x from the LED 101 being constant. The measurement distance (x) is measured in the optical axis direction. On the other hand, FIG.
It is a figure showing that similar measurement is performed using a conventional biconvex lens.
【0033】図5(A)及び(B)に示す測定において
は、本発明の第1の実施例に係るバルク型レンズ20の
外径は30mmφとし、比較に用いた両凸レンズ201
の外径はこの2倍強の63mmφとした。両凸レンズ2
01は、焦点距離150mmのものを用い、LED10
1からx方向に150mmの位置に配置した。また、L
ED光源101の発散角は約12度のものを使用した。In the measurements shown in FIGS. 5A and 5B, the outer diameter of the bulk lens 20 according to the first embodiment of the present invention was 30 mmφ, and the biconvex lens 201 used for comparison was used.
Has an outer diameter of 63 mmφ, which is slightly more than twice this. Biconvex lens 2
01 has a focal length of 150 mm,
It was arranged at a position of 150 mm in the x direction from 1. Also, L
The ED light source 101 had a divergence angle of about 12 degrees.
【0034】図6は、本発明の照明装置に用いるバルク
型レンズと従来の凸形状の球面レンズとで平行光を作成
した場合の特性を比較した図であり、本発明の照明装置
に用いるバルク型レンズ120、従来の薄型レンズ(両
凸レンズ)201及びバルク型レンズを用いない裸のL
EDのそれぞれの出力光のy方向に沿った強度(照度)
分布を、測定距離x=1mにおいて測定した場合の結果
を示す。本発明の照明装置に用いるバルク型レンズ12
0は、従来の薄型レンズ(両凸レンズ)201の2倍の
照度が得られている。この結果は、本発明の照明装置に
用いるバルク型レンズが従来の光学系では実現できない
効果を有することを示している。FIG. 6 is a graph comparing the characteristics when parallel light is produced between a bulk lens used in the illumination device of the present invention and a conventional convex spherical lens. Lens 120, conventional thin lens (biconvex lens) 201, and bare L without bulk lens
Intensity (illuminance) of each output light of ED along y direction
The results when the distribution is measured at a measurement distance x = 1 m are shown. Bulk type lens 12 used in lighting device of the present invention
0 indicates that the illuminance is twice that of the conventional thin lens (biconvex lens) 201. This result indicates that the bulk lens used in the lighting device of the present invention has an effect that cannot be realized by the conventional optical system.
【0035】図7は、本発明の照明装置に用いるバルク
型レンズと従来の凸形状の球面レンズとで作成した平行
光の平行度を評価した図である。図5と同様にy方向に
沿った強度(照度)分布を、測定距離xを変化させて測
定したデータをまとめたものである。図の横軸は、測定
距離xの逆数の2乗、即ち1/x2 を示し、縦軸は測定
距離xにおける最大強度(ピーク強度)を示す。図から
明らかなように、本発明のバルク型レンズの場合は、逆
2乗則、即ち1/x2 を示す線上にきれいに測定点がプ
ロットされる。一方、従来の薄型レンズ(両凸レンズ)
201の場合は、逆2乗則からずれていることがわか
る。この結果は、本発明の第1の実施例に係るバルク型
レンズ120は、平行度においても十分であり、従来の
レンズ系に較べ、勝るとも劣らない性能を実現できるこ
とを示している。FIG. 7 is a diagram showing the evaluation of the parallelism of parallel light formed by a bulk lens used in the illumination device of the present invention and a conventional convex spherical lens. As in FIG. 5, data obtained by measuring the intensity (illuminance) distribution along the y direction while changing the measurement distance x is summarized. The horizontal axis of the figure indicates the square of the reciprocal of the measurement distance x, that is, 1 / x 2 , and the vertical axis indicates the maximum intensity (peak intensity) at the measurement distance x. As is clear from the figure, in the case of the bulk type lens of the present invention, the measurement points are clearly plotted on the line indicating the inverse square law, that is, 1 / x 2 . On the other hand, conventional thin lenses (biconvex lenses)
In the case of 201, it can be seen that it deviates from the inverse square law. This result indicates that the bulk type lens 120 according to the first embodiment of the present invention has sufficient parallelism, and can achieve performance not inferior to that of a conventional lens system.
【0036】図8は本発明の照明装置に用いるバルク型
レンズの幾何学的構造と集光率の関係を示す図である。
ここで「集光率」とは、「バルク型レンズからの±1°
以内の発散角における出力光の光量」を、「光源(LE
D)からの±12°以内の発散角における光量」で除し
た量で定義している。すなわち光線ビーム径に対応する
量である。頂部103の曲率半径R、バルク型レンズの
全長L、媒体長(頂部と天井部のレンズ間距離)D、収
納部内径(凹部の内周部系)r、天井部102の曲率部
分長さΔをパラメータとして、集光率を測定した。な
お、ここで、Δの符号は図1に示すように、天井部10
2が凹である場合を負とし、凸の場合を正と定義する。
図9は、作製した本発明のバルク型レンズの幾何学的構
造を示す図である。図8から、集光率を向上するために
は、 0.93 < k(R/L) < 1.06 ・・・・・ (2) k = 1/(0.35・ n −0.168) ・・・・・ (3) を満足することが好ましいことが実験的にわかる。ここ
で、nは、バルク型レンズの材料である光学媒質の屈折
率である。なお、バルク型レンズ120の円柱形状部分
の半径Roと頂部3の曲率半径をRとは必ずしも等しい
必要はない。FIG. 8 is a diagram showing the relationship between the geometric structure of the bulk type lens used in the illumination device of the present invention and the light collection rate.
Here, the “light collection rate” means “± 1 ° from the bulk type lens.
Light amount of output light at a divergence angle within
D) at the angle of divergence within ± 12 ° from D). That is, it is an amount corresponding to the light beam diameter. The radius of curvature R of the top 103, the total length L of the bulk lens, the medium length (the distance between the lens of the top and the ceiling) D, the inner diameter of the storage unit (the inner peripheral system of the concave portion) r, the length of the curvature of the ceiling 102 Δ Was used as a parameter to measure the light collection rate. Here, the sign of Δ is, as shown in FIG.
The case where 2 is concave is defined as negative, and the case of convex is defined as positive.
FIG. 9 is a diagram showing the geometric structure of the manufactured bulk lens of the present invention. From FIG. 8, in order to improve the light collection rate, 0.93 <k (R / L) <1.06 (2) k = 1 / (0.35 · n−0.168) It is experimentally understood that it is preferable to satisfy (3). Here, n is the refractive index of the optical medium that is the material of the bulk lens. Note that the radius Ro of the cylindrical portion of the bulk lens 120 and the radius of curvature R of the top 3 do not necessarily have to be equal.
【0037】次に、本発明の照明装置に用い他のバルク
型レンズを説明する。図10は、天井部102を凸形状
にした本発明のバルク型レンズの構造を示す図である。
図10において、バルク型レンズ122は、天井部10
2の形状が異なる外は、図1に示したバルクレンズ12
0と同等である。測定に用いたバルク型レンズ122の
円柱形状部分の外径2Roは15mmφ、バルク型レン
ズの全長Lは25mm、頂部と天井部のレンズ間距離D
は16mm、収納部6の内径rは5.2mm、バルク型
レンズの屈折率nは1.54である。このバルク型レン
ズの頂部103の曲率半径Rは8.25mmである。
又、測定に用いた樹脂モールドされたLED1の外径は
5mmφである。Next, another bulk type lens used in the lighting device of the present invention will be described. FIG. 10 is a diagram showing the structure of the bulk lens of the present invention in which the ceiling 102 has a convex shape.
In FIG. 10, the bulk type lens 122 is
2 except for the shape of the bulk lens 12 shown in FIG.
It is equivalent to 0. The outer diameter 2Ro of the cylindrical portion of the bulk lens 122 used for the measurement is 15 mmφ, the total length L of the bulk lens is 25 mm, and the distance D between the top and the ceiling is D.
Is 16 mm, the inner diameter r of the storage section 6 is 5.2 mm, and the refractive index n of the bulk lens is 1.54. The radius of curvature R of the top 103 of this bulk lens is 8.25 mm.
The outer diameter of the resin-molded LED 1 used for the measurement is 5 mmφ.
【0038】図11(A)〜(C)及び図12(A)〜
(C)は、天井部102の凸部の高さΔと、ビーム強度
プロファイルとの関係を示す図である。光源からの距離
x=1mで照度を測定した。図から明らかなように、天
井部102を凸形状のレンズとしても集光特性が得られ
ることがわかる。FIGS. 11A to 11C and FIGS.
(C) is a diagram showing the relationship between the height Δ of the convex portion of the ceiling 102 and the beam intensity profile. Illuminance was measured at a distance x = 1 m from the light source. As is clear from the figure, it is understood that the light-collecting characteristics can be obtained even when the ceiling 102 is a convex lens.
【0039】このようにして、本発明の照明装置に用い
るバルク型レンズによれば、LEDの数を多数必要とす
ることなく、照明に寄与する光ビームとして所望の照射
面積の光束を確保し、且つ所望の照度を簡単に得ること
が出来る。この照度は従来公知のレンズ等の光学系では
達成不可能な照度である。驚くことに、現在市販されて
いるハロゲンランプを用いた細身の懐中電灯と同程度の
照度がたった1個のLEDで実現出来たのである。この
ように、本発明の照明装置に用いるバルク型レンズによ
れば、従来の技術では実現できない照度を、図1に示す
ような簡単な構造で実現できる。As described above, according to the bulk lens used in the lighting device of the present invention, a light beam having a desired irradiation area can be secured as a light beam contributing to illumination without requiring a large number of LEDs. In addition, a desired illuminance can be easily obtained. This illuminance is an illuminance that cannot be achieved by a conventionally known optical system such as a lens. Surprisingly, the illuminance was comparable to that of a slim flashlight using a halogen lamp currently on the market, and could be realized with only one LED. As described above, according to the bulk lens used in the illumination device of the present invention, the illuminance that cannot be realized by the conventional technology can be realized with a simple structure as shown in FIG.
【0040】本発明の照明装置に用いるバルク型レンズ
120の材料は、アクリル樹脂等の透明プラスチック材
料、石英ガラス、ソーダ石灰ガラス、ホウケイ酸ガラ
ス、鉛ガラス等の種々のガラス材料等が使用可能であ
る。或いは、ZnO、ZnS、SiC等の結晶性材料を
用いてもかまわない。又、可とう性、屈曲性や伸縮性の
あるゾル、ゲル、ゾル・ゲル混合物或いは透明ゴムのよ
うな材料でもよい。また、ゾル、ゲル、ゾル・ゲル混合
物等を、透明ゴムやフレキシブルな透明プラスチック材
料等に格納して用いても良い。アクリル樹脂等の透明プ
ラスチック材料等は、バルク型レンズ120を大量生産
するのに好適な材料である。即ち、一度金型を作り、こ
の金型により成形加工すればバルク型レンズ120が簡
単に大量生産出来る。As the material of the bulk type lens 120 used in the lighting device of the present invention, various glass materials such as a transparent plastic material such as an acrylic resin, quartz glass, soda-lime glass, borosilicate glass, and lead glass can be used. is there. Alternatively, a crystalline material such as ZnO, ZnS, or SiC may be used. Further, a material such as sol, gel, sol-gel mixture or transparent rubber having flexibility, flexibility and elasticity may be used. Further, a sol, a gel, a sol-gel mixture, or the like may be used by being stored in a transparent rubber or a flexible transparent plastic material. A transparent plastic material such as an acrylic resin is a material suitable for mass-producing the bulk lens 120. That is, once a mold is formed and molded using the mold, the bulk lens 120 can be easily mass-produced.
【0041】次に、本発明の照明装置に用いるバルク型
レンズの変形例について説明する。バルク型レンズは、
端面放射型LEDのように、LEDチップの側面から発
光する光源を使用する場合にも使用することができる。
端面放射型LEDはLEDチップの側面から発光するも
のであり、そのため、上記のバルク型レンズにこのLE
Dチップを装着した場合には、バルク型レンズの内周部
105に垂直に入射する成分が多くなるため、全反射さ
れずにバルク型レンズの外部に散逸する光が多くなる。
変形例のバルク型レンズはこのような光源に対しても、
極めて低損失で収束光を得ることができる。Next, a modified example of the bulk lens used in the lighting device of the present invention will be described. Bulk lenses are
It can also be used when using a light source that emits light from the side of the LED chip, such as an edge-emitting LED.
The edge-emitting LED emits light from the side surface of the LED chip.
When the D chip is mounted, the component that is vertically incident on the inner peripheral portion 105 of the bulk lens increases, so that the amount of light that is not totally reflected and scattered outside the bulk lens increases.
The bulk type lens of the modified example is also applicable to such a light source.
Convergent light can be obtained with extremely low loss.
【0042】図13は、本発明のバルク型レンズの内周
部105と外周部109とが傾きを有する場合の光線の
光路を示す図である。図において、光源の発散角を
θd 、内周部105と外周部109との傾き角をφ、外
周部109の全反射角をθt 、内周部105における光
線の入射角、屈折角をθ1 及びθ2 、そしてバルク型レ
ンズの光学媒質の屈折率、収納部(凹部)6の屈折率を
n2 及びn1 とする。図は、光源の最大出射角、すなわ
ち発散角の光線が傾き角をφにより、全反射条件を満た
し、全反射されている状態を表している。内周部105
において、スネルの屈折の法則より、θ1 とθ2 の間に
は、 sinθ1 /sinθ2 =n2 /n1 (4) が成り立ち、また、図から明らかなように、θt 、φ、
θ2 の間には、 θt =φ+θ2 (5) が成り立つ。また、図から明らかなように、θd 、
θ1 、φの間には、 θd =90°−(θ1 +φ) (6) の関係が成り立つ。上記(4)、(5)、(6)式より
θ1 とθ2 を消去すると、バルク型レンズが全反射角θ
t を有し、光源の発散角がθd である場合の、全反射す
るために必要な傾き角φを与える関係式として、 sin-1{n1 /n2 cos(θd +φ)}=θt (7) が得られる。すなわち、(7)式を満たす傾き角φ以上
で内周部105と外周部109が傾いていれば、たと
え、内周部105に垂直に光が入射する場合(θd=9
0°)でも全反射され、頂部103へ、あるいは底面1
07で反射して頂部103へ導かれるから、収束光を得
ることができる。FIG. 13 is a view showing an optical path of a light beam when the inner peripheral portion 105 and the outer peripheral portion 109 of the bulk type lens of the present invention have an inclination. In the drawing, the divergence angle of the light source is θ d , the inclination angle between the inner peripheral portion 105 and the outer peripheral portion 109 is φ, the total reflection angle of the outer peripheral portion 109 is θ t , and the incident angle and the refraction angle of the light ray in the inner peripheral portion 105 are θ 1 and θ 2 , the refractive index of the optical medium of the bulk lens, and the refractive index of the storage section (recess) 6 are n 2 and n 1 . The figure shows a state in which the light beam having the maximum emission angle of the light source, that is, the divergence angle, satisfies the condition of total reflection by setting the inclination angle to φ, and is totally reflected. Inner circumference 105
According to Snell's law of refraction, sin θ 1 / sin θ 2 = n 2 / n 1 (4) holds between θ 1 and θ 2 , and as is clear from the figure, θ t , φ,
Between θ 2, θ t = φ + θ 2 (5) is satisfied. Also, as is clear from the figure, θ d ,
The relationship of θ d = 90 ° − (θ 1 + φ) (6) holds between θ 1 and φ. Eliminating θ 1 and θ 2 from the above equations (4), (5), and (6), the bulk-type lens becomes the total reflection angle θ
When the divergence angle of the light source is θ d , sin −1 {n 1 / n 2 cos (θ d + φ)} = θ t (7) is obtained. That is, if the inner peripheral portion 105 and the outer peripheral portion 109 are inclined at an inclination angle φ or more that satisfies the expression (7), for example, when light enters the inner peripheral portion 105 vertically (θ d = 9)
0 °), it is totally reflected to the top 103 or the bottom 1
Since the light is reflected at 07 and guided to the top 103, converged light can be obtained.
【0043】図14は、上記の変形例のバルク型レンズ
の構成を示す図である。図14(A)は、バルク型レン
ズ120の内周部105の表面に微細な凹凸を設けた例
を示している。この凹凸は少なくとも(7)式を満足す
るφ以上の傾き角を有しており、また、この凹凸の大き
さは光波長程度でよい。また、この凹凸は内周部105
の光源近傍に設けるだけでよい。このような凹凸は、適
切な粒径の研磨剤を用いて内周部105の表面を磨くこ
とによって簡単に形成できる。図14(B)は、ほぼ真
横方向に出射した光線がバルク型レンズ内を全反射して
又は底面107で反射してかつ側壁で全反射して、頂部
103に導かれる様子を示している。このように、例え
ば、端面発光LEDのようにほとんどの出射光がチップ
の側面から出射するようなLEDを使用する場合におい
ても、全ての出射光を収束できる。さらにまた、レンズ
部と光源を収納する収納部とが一体で形成されているた
め、従来のレンズ系では必要であったレンズと光源を光
学的位置合わせをして保持する保持部を必要とせず、ま
た、光学的位置合わせ工程を必要とせず、ただ光源にか
ぶせるだけでよいので、極めて低コストである。FIG. 14 is a view showing the structure of a bulk type lens according to the above modification. FIG. 14A shows an example in which fine irregularities are provided on the surface of the inner peripheral portion 105 of the bulk lens 120. The unevenness has a tilt angle of φ or more that satisfies at least the expression (7), and the size of the unevenness may be about the light wavelength. Also, the unevenness is caused by the inner peripheral portion 105.
Only needs to be provided in the vicinity of the light source. Such irregularities can be easily formed by polishing the surface of the inner peripheral portion 105 using an abrasive having an appropriate particle diameter. FIG. 14B shows a state in which a light beam emitted almost in the lateral direction is totally reflected in the bulk lens or reflected on the bottom surface 107 and totally reflected on the side wall, and is guided to the top 103. Thus, for example, even when using an LED such as an edge emitting LED in which most of the emitted light is emitted from the side surface of the chip, all the emitted light can be converged. Furthermore, since the lens unit and the storage unit for storing the light source are formed integrally, there is no need for a holding unit for optically aligning and holding the lens and the light source, which is required in the conventional lens system. Also, since no optical alignment step is required and only the light source needs to be covered, the cost is extremely low.
【0044】図15及び図16は本発明による照明装置
の第一の実施形態を示している。図15及び図16にお
いて、照明装置10は、発光部11と、この発光部11
に対向して配設されたバルク型レンズ12と、発光部1
1の光源を駆動する駆動部13と、この駆動部13に給
電する電源部14と、電源部14からの駆動部13への
給電をオンオフするスイッチ部15と、これら発光部1
1,光学部材12,駆動部13,電源部14及びスイッ
チ部15を内蔵するケース16と、を含んでいる。FIGS. 15 and 16 show a first embodiment of a lighting device according to the present invention. 15 and 16, the lighting device 10 includes a light emitting unit 11 and the light emitting unit 11.
A bulk type lens 12 disposed opposite to the light emitting unit 1
A light source 1 for driving the light source 1; a power supply unit 14 for supplying power to the drive unit 13; a switch unit 15 for turning on / off the power supply from the power supply unit 14 to the drive unit 13;
1, an optical member 12, a drive unit 13, a power supply unit 14, and a case 16 containing a switch unit 15.
【0045】上記発光部11は、ケース16内に収容さ
れており、光源11a、例えば一つのLEDと、この光
源11aが実装される絶縁基板11bと、光源11aの
リード線を覆う補強筒11cと、から構成されている。
なお、上記光源11aは、LEDに限らず半導体レーザ
素子等の各種光源を使用することができる。また、上記
絶縁基板11bの表面には、後述する駆動部13が構成
されていると共に、側縁にはケース内面と接触する端子
部11dが、また裏面には電源としての電池の+極が接
触する接点部11eがそれぞれ形成されている。The light emitting section 11 is accommodated in a case 16, and includes a light source 11a, for example, one LED, an insulating substrate 11b on which the light source 11a is mounted, and a reinforcing cylinder 11c for covering a lead wire of the light source 11a. , Is composed of.
The light source 11a is not limited to an LED, and various light sources such as a semiconductor laser element can be used. A drive portion 13 described later is formed on the surface of the insulating substrate 11b, a terminal portion 11d that contacts the inner surface of the case on a side edge, and a positive electrode of a battery as a power supply contacts the back surface. Contact portions 11e are formed.
【0046】上記バルク型レンズ12は、例えばアクリ
ル樹脂,ガラス等の透光性材料から構成されており、後
端が上記発光部11に対向していると共に、前端部がケ
ース16から外側に向かって突出している。ここで、バ
ルク型レンズ12は凸状の頂部12aと円筒状の外周部
12bと平坦な後端面12cとを有しており、後端面1
2cの中心付近には中心軸(光軸)に沿って前方に向か
って延びる凹部12dを備えている。この凹部12d
は、天井部12eと円筒状の内周面12fとを有してい
る。そして、発光部11の光源11aは、バルク型レン
ズ12の凹部12d内に嵌入して保持されるようになっ
ている。なお、発光部11から見て、天井部12eは第
一のレンズ面として、また頂部12aは第二のレンズ面
として機能することにより、バルク型レンズ12がレン
ズとして作用する。また、内周部12fは、光源11a
からの光入射面として作用する。The bulk lens 12 is made of a light-transmitting material such as acrylic resin or glass, and has a rear end facing the light emitting portion 11 and a front end facing outward from the case 16. Protruding. Here, the bulk lens 12 has a convex top portion 12a, a cylindrical outer peripheral portion 12b, and a flat rear end surface 12c.
In the vicinity of the center of 2c, there is provided a recess 12d extending forward along the central axis (optical axis). This recess 12d
Has a ceiling 12e and a cylindrical inner peripheral surface 12f. The light source 11a of the light emitting unit 11 is fitted and held in the recess 12d of the bulk lens 12. When viewed from the light emitting unit 11, the ceiling 12e functions as a first lens surface, and the top 12a functions as a second lens surface, so that the bulk lens 12 functions as a lens. Further, the inner peripheral portion 12f is connected to the light source 11a.
Acts as a light incident surface from
【0047】上記外周部12bは、発光部11の光源1
1aより後方の領域にて、表面に第一のネジ部12gを
備えている。さらに、外周部12bは、内側にて反射面
として作用するようになっている。この反射面としての
作用を向上させるために、外周部12bの表面に反射部
材が備えられてもよい。同様に、後端面12cの表面に
反射部材が備えられてもよい。The outer peripheral portion 12 b is provided for the light source 1 of the light emitting portion 11.
In a region behind 1a, a first screw portion 12g is provided on the surface. Further, the outer peripheral portion 12b functions as a reflection surface on the inside. In order to improve the function as the reflecting surface, a reflecting member may be provided on the surface of the outer peripheral portion 12b. Similarly, a reflective member may be provided on the surface of the rear end face 12c.
【0048】上記駆動部13は、前述したように発光部
11の絶縁基板11b上に形成されており、電源部14
から給電されて発光部11の光源11aに対して駆動電
流を供給するように構成されている。なお、上記駆動部
13の具体的構成は、使用する光源11aに対応して適
宜に選定されるようになっている。上記電源部14はケ
ース16内に収容されており、図示の場合、3個の直列
に配置された電池14aから構成されている。最前の電
池14aは、その+極が発光部11の絶縁基板11bの
接点部11eに当接している。The driving section 13 is formed on the insulating substrate 11b of the light emitting section 11 as described above,
And a driving current is supplied to the light source 11a of the light emitting unit 11. The specific configuration of the driving unit 13 is appropriately selected according to the light source 11a to be used. The power supply unit 14 is housed in a case 16 and, in the illustrated case, includes three batteries 14a arranged in series. The foremost battery 14a has its positive electrode in contact with the contact portion 11e of the insulating substrate 11b of the light emitting portion 11.
【0049】上記スイッチ部15は、図17に示すよう
に、ケース16の後端に着脱可能に取り付けられるキャ
ップ15aと、キャップ15a内に軸方向に移動可能に
嵌合する環状の導電部材15bと、導電部材15bに挿
通される摺動部材15cと、を含んでいる。上記キャッ
プ15aは導電材料から形成されており、ケース16の
後端に螺合するように構成されている。上記導電部材1
5bは、導電材料から形成されており、中心に貫通孔1
5dを備えていると共に、この貫通孔15dの後端がテ
ーパ状に拡大されている。上記摺動部材15cは、導電
部材15bの貫通孔15dに絶縁ブッシング15eを介
して挿通されており、その後端が貫通孔15dの後端の
形状に対応して、テーパ状に拡大されている。As shown in FIG. 17, the switch unit 15 includes a cap 15a detachably attached to the rear end of the case 16, and an annular conductive member 15b fitted in the cap 15a so as to be movable in the axial direction. , A sliding member 15c inserted through the conductive member 15b. The cap 15a is formed of a conductive material, and is configured to be screwed to the rear end of the case 16. The conductive member 1
5b is formed of a conductive material and has a through hole 1 at the center.
5d, and the rear end of the through hole 15d is tapered. The sliding member 15c is inserted through a through hole 15d of the conductive member 15b via an insulating bushing 15e, and its rear end is tapered to correspond to the shape of the rear end of the through hole 15d.
【0050】さらに、上記摺動部材15cは、その前端
付近に、例えばEリング等の環状のストッパ15fを備
えている。ここで、上記摺動部材15cが導電部材15
bの貫通孔15dに挿通された状態で、摺動部材15c
のストッパ15fと導電部材15bの前端面との間に、
圧縮コイルバネ17が介挿されている。これに対して、
上記導電部材15bの後端面とキャップ15aの内端面
との間には、同様に圧縮コイルバネ18が介挿されてい
る。したがって、キャップ15aがケース16の後端に
螺合された状態で、摺動部材15cの前端が、電源部1
4の最後部の電池14aの−極に当接する。そして、図
17(A)に示すように、キャップ15aがケース16
の後端に対して十分にねじ込まれた状態では、キャップ
15a及び導電部材15bが前方に向かって進んで、圧
縮コイルバネ17が圧縮される。これにより、摺動部材
15cのテーパ状の後端部が導電部材15bの貫通孔1
5dのテーパ状の後端部から離反してスイッチがオフさ
れる。Further, the sliding member 15c has an annular stopper 15f such as an E-ring near its front end. Here, the sliding member 15c is a conductive member 15
b while the sliding member 15c is inserted through the through hole 15d.
Between the stopper 15f and the front end face of the conductive member 15b.
A compression coil spring 17 is interposed. On the contrary,
Similarly, a compression coil spring 18 is interposed between the rear end surface of the conductive member 15b and the inner end surface of the cap 15a. Therefore, with the cap 15a screwed to the rear end of the case 16, the front end of the sliding member 15c is
4 is in contact with the negative pole of the last battery 14a. Then, as shown in FIG. 17A, the cap 15a is
When the screw is sufficiently screwed into the rear end, the cap 15a and the conductive member 15b advance forward, and the compression coil spring 17 is compressed. Thereby, the tapered rear end of the sliding member 15c is connected to the through hole 1 of the conductive member 15b.
The switch is turned off by separating from the 5d tapered rear end.
【0051】これに対して、図17(B)に示すよう
に、キャップ15aがケース16の後端に対して螺合が
緩められると、キャップ15a及び導電部材15bが僅
かに後退する。このとき、摺動部材15cは、圧縮コイ
ルバネ17の張力に基づいてその前端が電源部14の最
後部の電池14aの−極に当接した状態に保持される。
このようにして、摺動部材15cのテーパ状の後端部
が、導電部材15bの貫通孔15dのテーパ状の後端部
に当接して、スイッチがオフされる。なお、キャップ1
5aは、図示の場合、ケース16の後端にねじ込まれた
状態で、ケース16の外周面に沿って延びるクリップ1
5eを備えている。On the other hand, as shown in FIG. 17B, when the screw of the cap 15a is loosened with respect to the rear end of the case 16, the cap 15a and the conductive member 15b are slightly retracted. At this time, the front end of the sliding member 15 c is held in contact with the negative pole of the battery 14 a at the rearmost part of the power supply unit 14 based on the tension of the compression coil spring 17.
In this way, the tapered rear end of the sliding member 15c contacts the tapered rear end of the through hole 15d of the conductive member 15b, and the switch is turned off. In addition, cap 1
5a is a clip 1 extending along the outer peripheral surface of the case 16 in a state of being screwed into the rear end of the case 16 in the case shown in the figure.
5e.
【0052】上記ケース16は、図示の場合、所謂ペン
シルタイプとして細長い円筒状に形成されていると共
に、発光部11,光学部材12,駆動部13,電源部1
4及びスイッチ部15を収容している。ここで、上記ケ
ース16は、導電材料から構成されており、その内周面
には、前述したように絶縁基板11bに設けられた端子
部11dが当接している。これにより、電源部14の電
池14aによる電圧が、スイッチ部15及びケース16
を介して発光部11の絶縁基板11bの端子部11d及
び接点部11eから、駆動部13に印加されるようにな
っている。なお、上記ケース16の内面には、電池14
aの出し入れを容易にすると共に、絶縁性を確保するた
めに、例えばデルリン(商標名)等の潤滑性樹脂の薄膜
を設けるようにしてもよい。In the case shown in the figure, the case 16 is formed as a so-called pencil type in an elongated cylindrical shape, and has a light emitting unit 11, an optical member 12, a driving unit 13, and a power supply unit 1.
4 and the switch unit 15 are accommodated. Here, the case 16 is made of a conductive material, and the terminal portion 11d provided on the insulating substrate 11b is in contact with the inner peripheral surface thereof as described above. As a result, the voltage of the battery 14 a of the power supply unit 14 is changed to the switch unit 15 and the case 16.
Is applied to the drive section 13 from the terminal section 11d and the contact section 11e of the insulating substrate 11b of the light emitting section 11. The inner surface of the case 16 has a battery 14
A thin film of a lubricating resin such as, for example, Delrin (trade name) may be provided in order to facilitate the taking in and out of a and to secure insulation.
【0053】さらに、上記ケース16は、その前方領域
の内周面に、バルク型レンズ12の外周部12bに形成
された第一のネジ部12gに対応して形成された第二の
ネジ部16aと、前端付近にて、バルク型レンズ12を
包囲するよう配設されるOリング19を受容する環状溝
16bと、さらにバルク型レンズ12の後方への移動を
規制する環状のストッパ16cと、を備えている。Further, the case 16 has a second threaded portion 16a formed on the inner peripheral surface of the front region thereof in correspondence with the first threaded portion 12g formed on the outer peripheral portion 12b of the bulk lens 12. An annular groove 16b for receiving an O-ring 19 disposed so as to surround the bulk type lens 12 near the front end, and an annular stopper 16c for further restricting the bulk type lens 12 from moving backward. Have.
【0054】したがって、ケース16の前端から突出し
ているバルク型レンズ12の前部を回転されることによ
り、その第一のネジ部12gとケース16の第二のネジ
部16aとの螺合に基づいて、バルク型レンズ12が軸
方向に移動する。その際、バルク型レンズ12の軸方向
の移動方向は、バルク型レンズ12の回転方向によって
決まる。例えば、第一のネジ部12gとケース16の第
二のネジ部16aが右ネジである場合には、バルク型レ
ンズ12を光軸の周りに右回転させることにより、バル
ク型レンズ12は光軸に沿って後方(図16にて左方)
に移動する。これにより、バルク型レンズ12の第一の
レンズ面及び第二のレンズ面である天井部12e及び頂
部12aによるレンズの焦点位置が、発光部11の光源
11aに対して相対的に移動調整される。Therefore, by rotating the front part of the bulk lens 12 protruding from the front end of the case 16, the first screw part 12g and the second screw part 16a of the case 16 are screwed together. Thus, the bulk lens 12 moves in the axial direction. At this time, the axial movement direction of the bulk lens 12 is determined by the rotation direction of the bulk lens 12. For example, when the first screw portion 12g and the second screw portion 16a of the case 16 are right-handed screws, the bulk-type lens 12 is rotated clockwise around the optical axis so that the bulk-type lens 12 Along the rear (left side in FIG. 16)
Go to Accordingly, the focal position of the lens by the ceiling 12 e and the top 12 a, which are the first lens surface and the second lens surface of the bulk lens 12, is relatively adjusted with respect to the light source 11 a of the light emitting unit 11. .
【0055】この実施形態による照明装置10は以上の
ように構成されており、使用する場合には、先ずスイッ
チ部15を操作して、具体的には図17(A)に示した
状態からキャップ15aを緩めて図17(B)に示す状
態にして、スイッチ部15をオンにすると、電源部14
の各電池14aからの駆動電圧がスイッチ部15及びケ
ース16を介して発光部11の絶縁基板11b上の駆動
部13に供給され、駆動部13が動作して、発光部11
の光源11aに駆動電流を流す。The lighting device 10 according to this embodiment is configured as described above. When the lighting device 10 is used, first, the switch section 15 is operated, and more specifically, the cap shown in FIG. When the switch 15 is turned on by loosening the switch 15a to the state shown in FIG.
The driving voltage from each battery 14a is supplied to the driving unit 13 on the insulating substrate 11b of the light emitting unit 11 via the switch unit 15 and the case 16, and the driving unit 13 operates to
Drive current is supplied to the light source 11a.
【0056】これにより光源11aが発光し、光源11
aから出射した光は、一部が直接にバルク型レンズ12
の凹部12d内にてバルク型レンズ12内に入射し、ま
た他の一部がバルク型レンズ12の凹部12d内の内周
部12eからバルク型レンズ12内に入射する。このと
き、光源11aがバルク型レンズ12の凹部12d内に
嵌入しているので、光源11aより前方にて、バルク型
レンズ12内に入射した光はバルク型レンズ12の屈折
率に基づいて前方に向かって屈折することになり、バル
ク型レンズ12の前方に向かって導かれ、バルク型レン
ズ12の外周部12bで反射されて、バルク型レンズ1
2の頂部12aに達する。As a result, the light source 11a emits light,
a part of the light emitted from the bulk lens 12
Of the bulk lens 12, and another part of the light enters the bulk lens 12 from the inner peripheral portion 12e of the bulk lens 12 in the recess 12d. At this time, since the light source 11a is fitted into the concave portion 12d of the bulk lens 12, the light incident on the bulk lens 12 ahead of the light source 11a is forward based on the refractive index of the bulk lens 12. The bulk type lens 1 is guided toward the front of the bulk type lens 12 and is reflected by the outer peripheral portion 12 b of the bulk type lens 12.
2 reach the top 12a.
【0057】また、上記光源11aより後方にて、バル
ク型レンズ12の内周部12eに入射した光は、バルク
型レンズ12の屈折率に基づいて後方に向かって屈折し
て、バルク型レンズ12の後端面12cから出射する
が、この後端面12に反射部材が設けられている場合に
はこの反射部材により反射され、再びバルク型レンズ1
2の後端面12cから光学部材12内に入射して、前方
に向かって導かれる。Light incident on the inner peripheral portion 12e of the bulk lens 12 behind the light source 11a is refracted rearward based on the refractive index of the bulk lens 12, and The light exits from the rear end face 12c. If the rear end face 12 is provided with a reflection member, the light is reflected by the reflection member, and is again reflected in the bulk type lens 1.
2, the light enters the optical member 12 from the rear end face 12c and is guided forward.
【0058】これにより、光源11aから出射した光
は、側方や後方に向かう光もバルク型レンズ12内に取
り込まれると共に、光源11aからバルク型レンズ12
内に入射した光は、バルク型レンズ12の頂部12aに
導かれて、この頂部12aから前方に向かって出射し
て、対象物を照明する。そして、バルク型レンズ12が
光軸の周りに回転されることによって、バルク型レンズ
12が光軸に沿って移動調整されるので、バルク型レン
ズ12の第一のレンズ面としての天井部12eと第二の
レンズ面としての頂部12aによりレンズの焦点位置
が、発光部11の光源11aに対して調整される。As a result, the light emitted from the light source 11a, as well as the light traveling to the side and the rear, is also taken into the bulk lens 12, and the bulk lens 12
The light that has entered the inside is guided to the top 12a of the bulk type lens 12, exits forward from the top 12a, and illuminates the object. When the bulk lens 12 is rotated around the optical axis, the movement of the bulk lens 12 is adjusted along the optical axis, so that the bulk lens 12 has a ceiling 12 e as a first lens surface. The focal position of the lens is adjusted with respect to the light source 11a of the light emitting unit 11 by the top 12a serving as the second lens surface.
【0059】したがって、光源11aから出射する光に
対するバルク型レンズ12によるレンズ効果が変化する
ことになる。具体的には、例えばバルク型レンズ12が
後方に移動することにより、発光部11の光源11aが
バルク型レンズ12の接近するので、バルク型レンズ1
2から出射する光の照射角度範囲が広くなる。また、バ
ルク型レンズ12が前方に移動して、発光部11の光源
11aがバルク型レンズ12から離反し、バルク型レン
ズ12のレンズ効果により光が絞り込まれることによ
り、バルク型レンズ12から出射する光の照射角度範囲
が狭くなる。Accordingly, the lens effect of the bulk lens 12 on the light emitted from the light source 11a changes. Specifically, for example, when the bulk lens 12 moves backward, the light source 11a of the light emitting unit 11 approaches the bulk lens 12, so that the bulk lens 1
The irradiation angle range of the light emitted from 2 is widened. Further, the bulk lens 12 moves forward, the light source 11a of the light emitting unit 11 separates from the bulk lens 12, and the light is narrowed down by the lens effect of the bulk lens 12, so that the light is emitted from the bulk lens 12. The light irradiation angle range becomes narrow.
【0060】このようにして、発光部11の光源11a
からの光は、側方または後方に向かって出射した光を含
めて高効率でバルク型レンズ12内に入射し、バルク型
レンズ12のレンズ効果により拡散または集束されて、
対象物を照明する。従来の光学レンズを使用した場合と
比較して、バルク型レンズ12を使用することにより大
幅に明るい照明光で照明されると共に、バルク型レンズ
12の光軸方向の移動によって、照明光の照射角度範囲
が調整され、より広い角度範囲を照明したり、特定の対
象物に対して照明光を絞り込んで照明することができ
る。Thus, the light source 11a of the light emitting section 11
Light, including light emitted laterally or backward, enters the bulk lens 12 with high efficiency, and is diffused or focused by the lens effect of the bulk lens 12,
Illuminate the object. Compared to the case where a conventional optical lens is used, the use of the bulk lens 12 illuminates with significantly brighter illumination light, and the movement of the bulk lens 12 in the optical axis direction causes the illumination angle of the illumination light to be increased. The range is adjusted so that a wider angle range can be illuminated, or a specific object can be illuminated by narrowing down illumination light.
【0061】図18は本発明による照明装置の第二の実
施形態の要部を示している。図18において、照明装置
20は、基本的には図15乃至図17に示した照明装置
10とほぼ同様の構成であり、バルク型レンズ12のケ
ース16に対する移動機構のみが異なる構成になってい
る。即ち、図18に示した照明装置20において、バル
ク型レンズ12は、回転リング21を介して、ケース1
6に対して光軸方向に移動可能に支持されている。FIG. 18 shows a main part of a second embodiment of the lighting device according to the present invention. In FIG. 18, the illumination device 20 has basically the same configuration as the illumination device 10 shown in FIGS. 15 to 17, except that only the moving mechanism of the bulk lens 12 with respect to the case 16 is different. . That is, in the lighting device 20 shown in FIG. 18, the bulk lens 12 is
6 is movably supported in the optical axis direction.
【0062】上記回転リング21は、バルク型レンズ1
2の外周面12bを包囲するように円筒状に形成された
内周面21aを備えている。この内周部21aは、ケー
ス16の前端の外周面に形成された第二のネジ部16d
に螺合するように形成された第一のネジ部21bと、バ
ルク型レンズ12の光源11aより後方の領域に設けら
れた環状溝12hに係合する環状突起21cと、を備え
ている。これにより、回転リング21は、その第一のネ
ジ部21bがケース16の第二のネジ部16dと螺合す
ると共に、その環状突起21cがバルク型レンズ12の
環状溝12hに係合することにより、光学部材12に対
して回転可能である。The rotating ring 21 is used for the bulk type lens 1.
The inner peripheral surface 21a is formed in a cylindrical shape so as to surround the outer peripheral surface 12b of the second. The inner peripheral portion 21a is formed with a second screw portion 16d formed on the outer peripheral surface of the front end of the case 16.
And a circular projection 21c that engages with a circular groove 12h provided in a region behind the light source 11a of the bulk-type lens 12. Thereby, the rotating ring 21 is configured such that the first screw portion 21b is screwed with the second screw portion 16d of the case 16 and the annular protrusion 21c is engaged with the annular groove 12h of the bulk lens 12. , Can be rotated with respect to the optical member 12.
【0063】このような構成の照明装置20によれば、
図15乃至図17に示した照明装置10と同様に作用し
て、発光部11の光源11aが点灯すると共に、回転リ
ング21を回転させることにより、回転リング21がケ
ース16に対して光軸方向に移動することになり、これ
に伴って、バルク型レンズ12もケース16に対して光
軸方向に移動することになる。これにより、バルク型レ
ンズ12の頂部12aから出射する光の照射角度範囲を
変化させることができる。その際、バルク型レンズ12
は、回転リング21に対して回転可能に支持されている
ので、光軸の周りには回転せず、単に光軸方向に移動す
る。According to the lighting device 20 having such a configuration,
The light source 11a of the light emitting unit 11 is turned on and the rotating ring 21 is rotated in the same manner as the lighting device 10 illustrated in FIGS. Accordingly, the bulk type lens 12 also moves in the optical axis direction with respect to the case 16. Thereby, the irradiation angle range of the light emitted from the top portion 12a of the bulk lens 12 can be changed. At that time, the bulk lens 12
Is rotatably supported by the rotating ring 21 and does not rotate around the optical axis but simply moves in the optical axis direction.
【0064】図19は本発明による照明装置の第三の実
施形態の要部を示している。図19において、照明装置
30は、基本的には図15乃至図17に示した照明装置
10とほぼ同様の構成であり、バルク型レンズ12の移
動機構のみが異なる構成になっている。図19に示した
照明装置30において、バルク型レンズ12は、その天
井部12e近傍に位置する光源11aより後方の領域
に、第三のネジ部12iを備えており、この第三のネジ
部12iに対応して、発光部11の補強筒11cの外周
面に第四のネジ部11fが形成されている。これによ
り、バルク型レンズ12は、その第三のネジ部12iが
発光部11の第四のネジ部11fと螺合し、バルク型レ
ンズ12の回転によって、バルク型レンズ12が発光部
11に対して光軸方向に移動調整可能に構成されてい
る。FIG. 19 shows a main part of a third embodiment of the lighting device according to the present invention. In FIG. 19, the illuminating device 30 has basically the same configuration as the illuminating device 10 shown in FIGS. 15 to 17, except that only the moving mechanism of the bulk lens 12 is different. In the illumination device 30 shown in FIG. 19, the bulk lens 12 includes a third screw portion 12i in a region behind the light source 11a located near the ceiling 12e, and the third screw portion 12i is provided. In response to the above, a fourth screw portion 11f is formed on the outer peripheral surface of the reinforcing cylinder 11c of the light emitting portion 11. As a result, the bulk type lens 12 has its third screw portion 12i screwed with the fourth screw portion 11f of the light emitting portion 11, and the rotation of the bulk type lens 12 causes the bulk type lens 12 to move with respect to the light emitting portion 11. It is configured to be movable and adjustable in the optical axis direction.
【0065】このような構成の照明装置30によれば、
図15乃至図17に示した照明装置10と同様に作用し
て、発光部11の光源11aが点灯すると共に、バルク
型レンズ12を回転させることにより、バルク型レンズ
12が光軸方向に移動する。これにより、バルク型レン
ズ12の光軸方向の移動によって、バルク型レンズ12
の頂部12aから出射する光の照射角度範囲を変化させ
ることができる。According to the lighting device 30 having such a configuration,
15 to 17, the light source 11a of the light emitting unit 11 is turned on and the bulk lens 12 is rotated to move the bulk lens 12 in the optical axis direction. . As a result, the movement of the bulk lens 12 in the optical axis direction causes the bulk lens 12 to move.
Can be changed in the irradiation angle range of the light emitted from the top 12a.
【0066】図20は本発明による照明装置の第四の実
施形態の要部を示している。図20において、照明装置
40は、基本的には図15乃至図17に示した照明装置
10とほぼ同様の構成であり、反射ミラー41を備えて
いると共に、光学部材12の移動機構のみが異なる構成
になっている。反射ミラー41は、凹状のミラーであっ
て、例えば回転放物面として形成されている。さらに、
バルク型レンズ12は、ケース16に固定された少なく
とも一本(図示の場合、二本)のガイド部材42に沿っ
て光軸方向に摺動可能な支持部材43により支持されて
いると共に、光軸方向に延びていて上記支持部材43に
螺合するようにケース16に対して回転可能に支持され
た調整ネジ44を備えている。この調整ネジ44は、そ
の一端に調整つまみ45を備えており、調整つまみ45
を回転させることにより、調整ネジ44が回転して支持
部材43を光軸方向に移動させる。これによりバルク型
レンズ12は、発光部11に対して光軸方向に移動調整
可能に構成されている。FIG. 20 shows a main part of a fourth embodiment of the lighting device according to the present invention. 20, the lighting device 40 has basically the same configuration as the lighting device 10 shown in FIGS. 15 to 17 and includes a reflection mirror 41 and differs only in a moving mechanism of the optical member 12. It has a configuration. The reflection mirror 41 is a concave mirror, and is formed as, for example, a paraboloid of revolution. further,
The bulk-type lens 12 is supported by a support member 43 slidable in the optical axis direction along at least one (two in the illustrated case) guide members 42 fixed to the case 16, and An adjustment screw 44 is provided which extends in the direction and is rotatably supported by the case 16 so as to be screwed to the support member 43. The adjusting screw 44 has an adjusting knob 45 at one end thereof.
Is rotated, the adjustment screw 44 rotates to move the support member 43 in the optical axis direction. Thus, the bulk lens 12 is configured to be movable and adjustable with respect to the light emitting unit 11 in the optical axis direction.
【0067】このような構成の照明装置40によれば、
図15乃至図17に示した照明装置10と同様に作用し
て、発光部11の光源11aが点灯すると共に、調節つ
まみ45を回転させることにより、バルク型レンズ12
が光軸方向に移動する。これにより、バルク型レンズ1
2の光軸方向の移動によってバルク型レンズ12の頂部
12aから出射して反射ミラー41により反射される光
の照射角度範囲を変化させることができる。According to the illumination device 40 having such a configuration,
The light source 11a of the light emitting unit 11 is turned on and the adjustment knob 45 is rotated to operate in the same manner as the lighting device 10 shown in FIGS.
Moves in the optical axis direction. Thereby, the bulk type lens 1
The movement in the optical axis direction 2 can change the irradiation angle range of the light emitted from the top 12a of the bulk lens 12 and reflected by the reflection mirror 41.
【0068】図21は本発明による照明装置の第五の実
施形態の要部を示している。図21において、照明装置
50は、基本的には図15乃至図17に示した照明装置
10とほぼ同様の構成であり、複数個の光源51aを備
えた発光部51と、これらの光源51aに対応した凹部
を有するバルク型レンズ52とを備えていると共に、ス
イッチ部15が省略され、その代わりに、発光部51と
一体に構成された駆動部13がケース16内で光軸方向
に移動可能に配設されることにより、スイッチ機能を有
する点で異なる構成になっている。FIG. 21 shows a main part of a fifth embodiment of the lighting device according to the present invention. In FIG. 21, the lighting device 50 has basically the same configuration as the lighting device 10 shown in FIGS. 15 to 17, and includes a light emitting unit 51 having a plurality of light sources 51a, and a light source 51a. A bulk type lens 52 having a corresponding concave portion, the switch portion 15 is omitted, and the driving portion 13 integrally formed with the light emitting portion 51 can be moved in the optical axis direction in the case 16 instead. Are different in that they have a switch function.
【0069】上記発光部51は、複数個(図示の場合、
3個)の光源51a、例えばLEDを備えており、各光
源51aは、それぞれバルク型レンズ52の後端面52
cに設けられた凹部52d内に嵌入している。さらに、
発光部51は、駆動部13と共にケース16内で光軸方
向に摺動可能に支持されており、ケース16に設けられ
た孔16eから突出する操作部51bを備えている。こ
の操作部51bを手で操作して光軸方向に移動させる
と、電源部14の電池14aの駆動部13に対する給電
のオンオフと、発光部51の各光源51aの光軸方向へ
の移動が行なわれる。なお、この場合、電源部14の最
前の電池14aは、ケース16内の後端に設けられたバ
ネ部材(図示せず)により前方に向かって付勢されるこ
とにより、常に接点部11eに当接するようになってい
る。また、発光部51及び駆動部13の移動による給電
のオンオフは、例えば操作部51bが孔16e内で最後
端に移動されたとき、端子部11dとケース16の内面
との電気的接触が遮断されることにより行なわれる。上
記バルク型レンズ52は、前述したバルク型レンズ12
と同様に構成されており、ケース16の前端に固定され
ていると共に、後端面52cに複数個の凹部52dを備
えている点でのみ異なる構成になっている。A plurality of the light emitting portions 51 (in the illustrated case,
3) light sources 51a, for example, LEDs, and each light source 51a is provided with a rear end face 52 of a bulk lens 52.
c. further,
The light emitting section 51 is slidably supported in the optical axis direction in the case 16 together with the drive section 13, and includes an operation section 51 b protruding from a hole 16 e provided in the case 16. When the operation unit 51b is moved by hand in the optical axis direction, power supply to the drive unit 13 of the battery 14a of the power supply unit 14 is turned on and off, and each light source 51a of the light emitting unit 51 is moved in the optical axis direction. It is. In this case, the foremost battery 14a of the power supply unit 14 is always urged forward by a spring member (not shown) provided at the rear end of the case 16, so that the battery 14a always contacts the contact portion 11e. It comes into contact. In addition, when the operation unit 51b is moved to the rearmost position in the hole 16e, for example, the electrical contact between the terminal unit 11d and the inner surface of the case 16 is cut off when the power supply by the movement of the light emitting unit 51 and the driving unit 13 is moved. It is done by doing. The bulk type lens 52 is the same as the bulk type lens 12 described above.
, And is different only in that it is fixed to the front end of the case 16 and has a plurality of recesses 52d in the rear end face 52c.
【0070】このような構成の照明装置50によれば、
操作部51bを前方に移動させることにより、電源部1
4の電池から駆動部13に対する給電が開始されると共
に、操作部51bの移動に伴って、発光部51の各光源
51aが光軸方向にて前方に向かって移動することにな
る。これにより、バルク型レンズ52の光源51aに対
する相対的な光軸方向の移動によって、バルク型レンズ
52の前端面から出射する光の照射角度範囲を変化させ
ることができる。According to the lighting device 50 having such a configuration,
The power supply unit 1 is moved by moving the operation unit 51b forward.
The power supply from the battery of No. 4 to the drive unit 13 is started, and each light source 51a of the light emitting unit 51 moves forward in the optical axis direction along with the movement of the operation unit 51b. Accordingly, the irradiation angle range of the light emitted from the front end face of the bulk lens 52 can be changed by moving the bulk lens 52 in the optical axis direction relative to the light source 51a.
【0071】上述した実施形態において、発光部を構成
する光源11a,51aは、1個または3個のみが使用
されているが、これに限らず2個または4個以上の光源
を備えていてもよいことは明らかである。また、上述し
た実施形態において、電源部14から駆動部13への給
電のオンオフのためにスイッチ部15が備えられ、ある
いは発光部51がケース16内で摺動可能に構成されて
いるが、これに限らず、任意の種類のスイッチ部が備え
られてもよい。In the above embodiment, only one or three light sources 11a and 51a constituting the light emitting section are used. However, the present invention is not limited to this, and two or four or more light sources may be provided. The good is clear. In the above-described embodiment, the switch unit 15 is provided for turning on / off the power supply from the power supply unit 14 to the driving unit 13 or the light emitting unit 51 is configured to be slidable in the case 16. The present invention is not limited to this, and any type of switch unit may be provided.
【0072】さらに、上述の実施形態において、バルク
型レンズ12の第一のレンズ面である前端面12aは凸
面として、また第二のレンズ面である内端面12eは凹
面としてそれぞれ形成されているが、これに限らず頂部
12a,天井部12eはそれぞれ凸面,凹面または平面
あるいはフレネルレンズ面として形成されてもよい。ま
た、上述した実施形態において、バルク型レンズ12の
外周部12b及び内周面12fは、それぞれ円筒状に形
成されているが、これに限らず、例えば楕円柱状,多角
形状等に形成されてもよく、さらには前方に向かって先
細になるようなテーパを有していてもよい。Further, in the above embodiment, the front end surface 12a as the first lens surface of the bulk lens 12 is formed as a convex surface, and the inner end surface 12e as the second lens surface is formed as a concave surface. However, the present invention is not limited to this, and the top portion 12a and the ceiling portion 12e may be formed as convex, concave or flat surfaces or Fresnel lens surfaces, respectively. In the above-described embodiment, the outer peripheral portion 12b and the inner peripheral surface 12f of the bulk lens 12 are each formed in a cylindrical shape. However, the present invention is not limited to this. It may also have a taper that tapers forward.
【0073】[0073]
【発明の効果】以上述べたように、この発明によれば、
電源部からの給電により駆動部が発光部の一個もしくは
複数個の光源を発光させる。これにより、発光部の各光
源から出射した光は、一部がバルク型レンズの凹部の天
井部から光学媒体内に入射し、また他の一部が内周面か
ら光学媒体内に入射する。したがって、光学媒体内に入
射した光は、光学媒体内にて一部が直接に頂部から出射
し、また他の一部がバルク型レンズの外周面の内側で反
射されて頂部から出射する。これにより、バルク型レン
ズ頂部から出射する光は、バルク型レンズの天井部であ
る第一のレンズ面と頂部である第二のレンズ面によるレ
ンズ効果に基づいて、屈折され、前方に向かって照射さ
れる。すなわち、上記発光部の光源が、バルク型レンズ
の凹部に嵌入しているので、光源から出射した光が、高
い効率で収束され、照明装置の照射光度を高めることが
できる。As described above, according to the present invention,
The drive unit causes one or a plurality of light sources to emit light by power supply from the power supply unit. As a result, part of the light emitted from each light source of the light emitting unit enters the optical medium from the ceiling of the concave portion of the bulk lens, and another part enters the optical medium from the inner peripheral surface. Therefore, part of the light that has entered the optical medium exits directly from the top in the optical medium, and another part is reflected inside the outer peripheral surface of the bulk lens and exits from the top. Accordingly, light emitted from the top of the bulk lens is refracted based on the lens effect of the first lens surface, which is the ceiling of the bulk lens, and the second lens surface, which is the top, and is irradiated forward. Is done. That is, since the light source of the light emitting unit is fitted into the concave portion of the bulk lens, the light emitted from the light source is converged with high efficiency, and the illuminance of the illumination device can be increased.
【0074】ここで、バルク型レンズを発光部に対して
相対的に光軸方向に移動させると、発光部の光源からバ
ルク型レンズの凹部の天井部である第一のレンズ面まで
の距離が変動することにより、バルク型レンズの第一の
レンズ面及び第二のレンズ面により構成されるレンズの
焦点位置が光源に対して移動する。したがって、光源か
ら出射する光に対するレンズ効果が変化して、バルク型
レンズの頂部から出射する光の照射範囲が調整される。
例えば、バルク型レンズの頂部から出射する光は、レン
ズ効果により拡散されて、広い角度範囲に照射され、あ
るいはレンズ効果により集光されて、狭い角度範囲に照
射されるようになる。このようにして、本発明によれ
ば、消費電力が小さく、低コストで構成され得ると共
に、十分な光量の光を照射することができるようにし
た、焦点距離が任意又は適宜に調整可能な照明装置が提
供される。Here, when the bulk type lens is moved in the optical axis direction relative to the light emitting unit, the distance from the light source of the light emitting unit to the first lens surface which is the ceiling of the concave portion of the bulk type lens is reduced. Due to the fluctuation, the focal position of the lens constituted by the first lens surface and the second lens surface of the bulk lens moves with respect to the light source. Therefore, the lens effect on the light emitted from the light source changes, and the irradiation range of the light emitted from the top of the bulk lens is adjusted.
For example, light emitted from the top of the bulk lens is diffused by the lens effect and is applied to a wide angle range, or is condensed by the lens effect and is applied to a narrow angle range. As described above, according to the present invention, illumination that can be configured with low power consumption and at low cost and that can irradiate a sufficient amount of light and that can adjust the focal length arbitrarily or appropriately can be performed. An apparatus is provided.
【図1】本発明の照明装置に用いるバルク型レンズの構
成を示す断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a bulk lens used in a lighting device of the present invention.
【図2】従来技術のレンズ系による損失の状況を示す図
である。FIG. 2 is a diagram showing a state of loss due to a lens system of the related art.
【図3】フレネル反射を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing Fresnel reflection.
【図4】LEDのPN接合において反射光(迷光)が再
発光する過程を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a process in which reflected light (stray light) is re-emitted at the PN junction of the LED.
【図5】本発明の照明装置に用いるバルク型レンズと従
来のレンズとの特性比較に用いた測定系を示す図であ
る。FIG. 5 is a diagram showing a measurement system used for comparing characteristics between a bulk lens used in the illumination device of the present invention and a conventional lens.
【図6】本発明の照明装置に用いるバルク型レンズと従
来のレンズの集光特性を比較した図である。FIG. 6 is a diagram comparing the light-collecting characteristics of a bulk lens used in the illumination device of the present invention and a conventional lens.
【図7】本発明の照明装置に用いるバルク型レンズと従
来のレンズの集光特性を比較した図である。FIG. 7 is a diagram comparing the light-collecting characteristics of a bulk lens used in the illumination device of the present invention and a conventional lens.
【図8】本発明の照明装置に用いるバルク型レンズの幾
何学形状の違いによる特性変化の実測値を示す図であ
る。FIG. 8 is a diagram showing actually measured values of characteristic changes due to differences in the geometric shape of the bulk lens used in the illumination device of the present invention.
【図9】図8の測定に用いた本発明の照明装置に用いる
バルク型レンズの幾何学形状を示す図である。FIG. 9 is a diagram showing a geometric shape of a bulk lens used in the illumination device of the present invention used for the measurement of FIG. 8;
【図10】本発明の照明装置に用いる他のバルク型レン
ズの構成を示す断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view showing the configuration of another bulk lens used in the lighting device of the present invention.
【図11】本発明の照明装置に用いるバルク型レンズの
幾何学形状の違いによる特性変化の実測値を示す図であ
る。FIG. 11 is a diagram showing actually measured values of characteristic changes due to differences in the geometric shape of the bulk lens used in the illumination device of the present invention.
【図12】本発明の照明装置に用いる他のバルク型レン
ズの幾何学形状の違いによる特性変化の実測値を示す図
である。FIG. 12 is a diagram showing actually measured values of characteristic changes due to differences in the geometric shape of another bulk type lens used in the illumination device of the present invention.
【図13】本発明の照明装置に用いるバルク型レンズの
変形例に係る原理を説明する模式図である。FIG. 13 is a schematic diagram illustrating a principle according to a modified example of the bulk lens used in the illumination device of the present invention.
【図14】本発明の照明装置に用いるバルク型レンズの
変形例の構成を示す図である。FIG. 14 is a diagram showing a configuration of a modified example of the bulk lens used in the lighting device of the present invention.
【図15】本発明による照明装置の一実施形態の構成を
示す概略斜視図である。FIG. 15 is a schematic perspective view showing a configuration of an embodiment of a lighting device according to the present invention.
【図16】図1の照明装置の内部構成を示す概略断面図
である。FIG. 16 is a schematic sectional view showing an internal configuration of the lighting device of FIG. 1;
【図17】図1の照明装置におけるスイッチ部の(A)
オフ時及び(B)オン時の状態を示す部分断面図であ
る。17A is a diagram illustrating a switch unit in the lighting device of FIG.
It is a partial sectional view showing a state at the time of OFF and at the time of (B) ON.
【図18】本発明による照明装置の第二の実施形態の要
部を示す部分断面図である。FIG. 18 is a partial cross-sectional view showing a main part of a second embodiment of the lighting device according to the present invention.
【図19】本発明による照明装置の第三の実施形態の要
部を示す部分断面図である。FIG. 19 is a partial sectional view showing a main part of a third embodiment of the lighting device according to the present invention.
【図20】本発明による照明装置の第四の実施形態の要
部を示す部分断面図である。FIG. 20 is a partial sectional view showing a main part of a fourth embodiment of the lighting device according to the present invention.
【図21】本発明による照明装置の第五の実施形態の要
部を示す部分断面図である。FIG. 21 is a partial sectional view showing a main part of a fifth embodiment of the lighting device according to the present invention.
101、11a、51a 光源 102、12e 天井部 103、12a 頂部 104 光学媒体 105、12f 内周部 106、12d 凹部 107、12c 底部、後端面 108 スペーサ 109、12b 外周部 120、12、52 バルク型レンズ 201 両凸レンズ 202 照度計 10 照明装置 11 発光部 11b 絶縁基板 11c 補強筒 11d 端子部 11e 接点部 11f 第四のネジ部 12g 第一のネジ部 12h 環状溝 12i 第三のネジ部 13 駆動部 14 電源部 14a 電池 15 スイッチ部 16 ケース 16a,16d 第二のネジ部 16b 環状溝 16c ストッパ 17,18 圧縮コイルバネ 19 Oリング 20 照明装置 21 回転リング 21b 第一のネジ部 21c 環状突起 30,40,50 照明装置 41 反射ミラー 42 ガイド部材 43 支持部材 44 調整ネジ 45 調整つまみ 51 発光部 51b 操作部 101, 11a, 51a Light source 102, 12e Ceiling 103, 12a Top 104 Optical medium 105, 12f Inner circumference 106, 12d Concave 107, 12c Bottom, rear end face 108 Spacer 109, 12b Outer circumference 120, 12, 52 Bulk lens Reference Signs List 201 biconvex lens 202 illuminometer 10 lighting device 11 light emitting unit 11b insulating substrate 11c reinforcing cylinder 11d terminal unit 11e contact unit 11f fourth screw unit 12g first screw unit 12h annular groove 12i third screw unit 13 drive unit 14 power supply Part 14a battery 15 switch part 16 case 16a, 16d second screw part 16b annular groove 16c stopper 17, 18 compression coil spring 19 O-ring 20 lighting device 21 rotating ring 21b first screw part 21c annular protrusion 30, 40, 50 lighting Device 41 Reflecting mirror 42 Guide member 43 Support member 44 Adjusting screw 45 Adjusting knob 51 Light emitting unit 51b Operation unit
Claims (18)
ら前記頂部に向かって形成された天井部と内周部とから
なる凹部とを有している光学媒体からなり、前記凹部が
光源の収納部であり、前記天井部が第1のレンズ面とし
て、前記内周部が光入射面として、前記外周部が全反射
面として、前記底部が反射面として、前記頂部が第2の
レンズ面として機能するバルク型レンズと、 このバルク型レンズの光学部材の凹陥部内に配設された
少なくとも一個の光源と、 上記発光部を駆動する駆動部と、 この駆動部に給電する電源部と、 上記電源部から上記駆動部への給電をオンオフするスイ
ッチ部と、 上記バルク型レンズ、光源,駆動部及び電源部を収容す
るケースと、を含み、上記バルク型レンズが光軸方向に
移動可能に支持されていることを特徴とする、照明装
置。1. An optical medium having a top, a bottom, an outer periphery, a recess formed from the bottom toward the top, and a ceiling and an inner periphery, wherein the recess is formed. A storage section for a light source, wherein the ceiling portion is a first lens surface, the inner peripheral portion is a light incident surface, the outer peripheral portion is a total reflection surface, the bottom portion is a reflection surface, and the top portion is a second portion. A bulk lens functioning as a lens surface, at least one light source disposed in a concave portion of the optical member of the bulk lens, a drive unit for driving the light emitting unit, and a power supply unit for supplying power to the drive unit A switch unit for turning on / off the power supply from the power supply unit to the drive unit; and a case accommodating the bulk type lens, the light source, the drive unit, and the power supply unit, wherein the bulk type lens is movable in the optical axis direction. That is supported by A butterfly, a lighting device.
域に、第一のネジ部が一体的に設けられており、この第
一のネジ部に螺合するように、ケースに第二のネジ部が
形成されていて、バルク型レンズを回転させることによ
りバルク型レンズが光軸方向に移動されることを特徴と
する、請求項1に記載の照明装置。2. A first screw portion is integrally provided in a region behind the light source of the bulk lens, and a second screw is attached to the case so as to be screwed to the first screw portion. The lighting device according to claim 1, wherein a part is formed, and the bulk type lens is moved in an optical axis direction by rotating the bulk type lens.
回転可能に装着される回転リングに形成されていること
を特徴とする、請求項2に記載の照明装置。3. The illumination device according to claim 2, wherein the first screw portion is formed on a rotating ring rotatably mounted on the bulk lens.
三のネジ部が一体的に設けられており、第一のネジ部に
螺合するように、光源を支持する発光部に第四のネジ部
が形成されていて、バルク型レンズを発光部に対して相
対的に回転させることにより、バルク型レンズが発光部
に対して相対的に光軸方向に移動されることを特徴とす
る、請求項1に記載の照明装置。4. A third screw portion is integrally provided in a region behind the bulk lens, and a fourth light emitting portion supporting a light source is screwed into the first screw portion. Is formed, and by rotating the bulk-type lens relative to the light-emitting unit, the bulk-type lens is moved in the optical axis direction relative to the light-emitting unit. The lighting device according to claim 1.
記バルク型レンズの後端面に向かって反射させる反射部
材が備えられていることを特徴とする、請求項1から8
の何れかに記載の照明装置。5. A reflection member, which is provided behind the light emitting section, for reflecting light from a light source toward a rear end surface of the bulk lens, is provided.
The lighting device according to any one of the above.
バルク型レンズを介して出射する光を反射させる反射ミ
ラーが備えられていることを特徴とする、請求項1から
8の何れかに記載の照明装置。6. The mirror according to claim 1, further comprising a reflection mirror provided in front of the bulk lens to reflect light emitted from the light source via the bulk lens. Lighting equipment.
光学媒体の外周部の外径が、前記内周部の内径の3倍以
上10倍以下であることを特徴とする、請求項1に記載
の照明装置。7. The bulk-type lens of the illumination device according to claim 1, wherein an outer diameter of an outer peripheral portion of the optical medium is not less than 3 times and not more than 10 times an inner diameter of the inner peripheral portion. The lighting device according to any one of the preceding claims.
のレンズ面を凸面に形成したことを特徴とする、請求項
1に記載の照明装置。8. The illumination device according to claim 8, wherein the bulk lens is a first lens.
The lighting device according to claim 1, wherein the lens surface is formed as a convex surface.
第1のレンズ面を凹面に形成したことを特徴とする、請
求項1に記載の照明装置。9. The lighting device according to claim 1, wherein the bulk lens of the lighting device has the first lens surface formed as a concave surface.
記第1のレンズ面を平面に形成したことを特徴とする、
請求項1に記載の照明装置。10. The bulk-type lens of the illumination device, wherein the first lens surface is formed to be flat.
The lighting device according to claim 1.
記第1のレンズ面を平フレネルレンズ面に形成したこと
を特徴とする、請求項1に記載の照明装置。11. The lighting device according to claim 1, wherein the bulk lens of the lighting device has the first lens surface formed as a flat Fresnel lens surface.
記第2のレンズ面の曲率半径をR、前記バルク型レンズ
の光軸方向に測った全長をL、バルク型レンズの屈折率
をnとして、 0.93 < k(R/L) < 1.06 k = 1/(0.35・ n − 0.168) の関係を満足することを特徴とする、請求項1に記載の
照明装置。12. The bulk type lens of the illumination device, wherein R is the radius of curvature of the second lens surface, L is the total length of the bulk type lens measured in the optical axis direction, and n is the refractive index of the bulk type lens. The lighting device according to claim 1, wherein the following relationship is satisfied: 0.93 <k (R / L) <1.06 k = 1 / (0.35 n-0.168).
記第1のレンズ面の突き出し量をΔ、前記光学媒体の外
周部の外径を2Roとして、 0.025 < Δ/Ro < 0.075 の関係を満足することを特徴とする、請求項1に記載の
照明装置。13. The bulk-type lens of the illumination device, wherein a projection amount of the first lens surface is Δ, and an outer diameter of an outer peripheral portion of the optical medium is 2Ro, wherein 0.025 <Δ / Ro <0.075. The lighting device according to claim 1, wherein the following relationship is satisfied.
記光学媒体の底部に、更に背面鏡を備えたことを特徴と
する、請求項1に記載の照明装置。14. The lighting device according to claim 1, wherein the bulk lens of the lighting device further includes a rear mirror at a bottom of the optical medium.
記光学媒体の内部に、更に他の凹部を並列配置したこと
を特徴とする、請求項1に記載の照明装置。15. The illuminating device according to claim 1, wherein the bulk lens of the illuminating device further includes another concave portion arranged inside the optical medium.
記光学媒体が可とう性、若しくは屈曲性を有することを
特徴とする、請求項1に記載の照明装置。16. The lighting device according to claim 1, wherein in the bulk lens of the lighting device, the optical medium has flexibility or bendability.
記内周部の光入射面が所定の傾きを有する少なくとも光
波長以上の大きさの凹凸面で構成されていることを特徴
とする、請求項1に記載の照明装置。17. The bulk-type lens of the illumination device, wherein a light incident surface of the inner peripheral portion is formed of a concave and convex surface having a predetermined inclination and having a size of at least a light wavelength or more. Item 2. The lighting device according to Item 1.
率をn1 、前記光学媒体の屈折率をn2 、前記光学媒体
内の外周部面における全反射角をθt 、前記光源の発散
角をθd として、 sin-1{n1 /n2 cos(θd +φ)}=θt から定まる角度であることを特徴とする、請求項17に
記載の照明装置。18. The predetermined inclination φ is such that the refractive index of the concave portion is n 1 , the refractive index of the optical medium is n 2 , the total reflection angle on the outer peripheral surface in the optical medium is θ t , 18. The lighting device according to claim 17, wherein a divergence angle is θ d , and the angle is determined from sin −1 {n 1 / n 2 cos (θ d + φ)} = θ t .
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