特開 2023-72931 光源装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023072931

(43)【公開日】2023-05-25

(54)【発明の名称】光源装置

(51)【国際特許分類】

   F21S 2/00 20160101AFI20230518BHJP

   F21V 5/00 20180101ALI20230518BHJP

   F21V 5/04 20060101ALI20230518BHJP

   G02B 3/02 20060101ALI20230518BHJP

   F21Y 115/10 20160101ALN20230518BHJP

【ＦＩ】

F21S2/00 330

F21V5/00 510

F21V5/04 100

F21V5/04 500

G02B3/02

F21Y115:10

【審査請求】有

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021185663

(22)【出願日】2021-11-15

(11)【特許番号】

(45)【特許公報発行日】2022-12-21

(71)【出願人】

【識別番号】000195029

【氏名又は名称】星和電機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100114557

【弁理士】

【氏名又は名称】河野 英仁

(74)【代理人】

【識別番号】100078868

【弁理士】

【氏名又は名称】河野 登夫

(72)【発明者】

【氏名】永井 達哉

(57)【要約】

【課題】照射ムラを低減するとともに部品点数を削減できるレンズ及び光源装置を提供する。
【解決手段】レンズは、直方体状のレンズ体を備え、レンズ体は、一対の長手側部と、一対の短手側部と、長手側部及び短手側部から延設された、天部と天部に対向する底部と、底部側に形成され、光源を収容する中空の収容部とを備え、一対の短手側部は、天部側から見てレンズ体の外側に向かって凸状に湾曲し、一対の長手側部は、天部側から見てレンズ体の内側に向かって凹状に湾曲し、天部は、長手側部側から見て、一対の短手側部側が凸状に湾曲し、中央部が凹状に湾曲している。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

直方体状のレンズ体を備え、
前記レンズ体は、
一対の長手側部と、
一対の短手側部と、
前記長手側部及び前記短手側部から延設された、天部と前記天部に対向する底部と、
前記底部側に形成され、光源を収容する中空の収容部と
を備え、
前記一対の短手側部は、前記天部側から見て前記レンズ体の外側に向かって凸状に湾曲し、
前記一対の長手側部は、前記天部側から見て前記レンズ体の内側に向かって凹状に湾曲し、
前記天部は、前記長手側部側から見て、前記一対の短手側部側が凸状に湾曲し、中央部が凹状に湾曲している、
レンズ。

【請求項2】

前記一対の長手側部は、前記天部側から見て、前記一対の短手側部側が凸状に湾曲している、
請求項１に記載のレンズ。

【請求項3】

前記一対の長手側部及び短手側部の前記底部側に形成された鍔部を備える、
請求項１又は請求項２に記載のレンズ。

【請求項4】

前記レンズ体の材質は、石英ガラスを含む、
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のレンズ。

【請求項5】

請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のレンズと、
光源と
を備える、
光源装置。

【請求項6】

直方体状のレンズ体と、
前記レンズ体の側部に周設された鍔部と、
前記レンズ及び光源を載置する載置部と、
前記レンズの周囲に配置して前記載置部を覆い、前記鍔部と嵌合する枠部と
を備える、
請求項５に記載の光源装置。

【請求項7】

前記レンズの材質は、石英ガラスを含み、
前記光源は、深紫外用ＬＥＤを含み、
対象物の表面殺菌に用いられる、
請求項５又は請求項６に記載の光源装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、レンズ及び光源装置に関する。

【背景技術】

【0002】

殺菌、画像検査、画像計測、樹脂硬化など様々な分野で、光源からの光を照射する照射面において均一な光を照射することが望まれる場合がある。

【0003】

特許文献１には、複数の表面実装型の発光ダイオードを発光領域に２次元配置し、各発光ダイオードに、発光領域の中心から外周側に向かって、出射光の指向角が狭くなるレンズキャップを配置して放射照度を均一化する装置が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１５－１６７５１２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかし、特許文献１の装置では、レンズキャップによって発光ダイオードから出射される光の指向角が狭くなるために、広範囲な照射面を照射するには多数の発光ダイオードが必要となり、部品点数が多くなるとともにコストも高くなる。

【0006】

本発明は、斯かる事情に鑑みてなされたものであり、照射ムラを低減するとともに部品点数を削減できるレンズ及び光源装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、レンズは、直方体状のレンズ体を備え、前記レンズ体は、一対の長手側部と、一対の短手側部と、前記長手側部及び前記短手側部から延設された、天部と前記天部に対向する底部と、前記底部側に形成され、光源を収容する中空の収容部とを備え、前記一対の短手側部は、前記天部側から見て前記レンズ体の外側に向かって凸状に湾曲し、前記一対の長手側部は、前記天部側から見て前記レンズ体の内側に向かって凹状に湾曲し、前記天部は、前記長手側部側から見て、前記一対の短手側部側が凸状に湾曲し、中央部が凹状に湾曲している。

【発明の効果】

【0008】

本発明によれば、照射ムラを低減するとともに部品点数を削減できる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】光源装置の外観の一例を示す図である。

【図2】光源装置の内部構成の一例を示す図である。

【図3】レンズの平面視の構造の一例を示す図である。

【図4】レンズの正面視の構造の一例を示す図である。

【図5】レンズの側面視の構造の一例を示す図である。

【図6】レンズの正面視の断面構造の一例を示す図である。

【図7】比較例のレンズによる照射光の一例を示す図である。

【図8】比較例のレンズによる照射面における光の分布を示す図である。

【図9】本実施形態のレンズによる照射光の第１例を示す図である。

【図10】本実施形態のレンズによる照射光の第２例を示す図である。

【図11】本実施形態のレンズによる照射面における光の分布を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、本発明を実施の形態を示す図面に基づいて説明する。図１は光源装置１００の外観の一例を示す図である。光源装置１００は、矩形状の固定板１０上に、一対の横枠１１、及び一対の横枠１２が箱状に立設され、横枠１１、１２の上端部を覆うように矩形状の前面枠１３が取り付けられている。固定板１０の両端部には、光源装置１００を所要の箇所に固定するための取付穴が形成され、例えば、ボルトなどの部材により光源装置１００を固定することができる。固定板１０、横枠１１、１２、前面枠１３それぞれの接合箇所は、シリコンパッキン等で防止を確保している。固定板１０、横枠１１、１２、前面枠１３などの光源装置１００本体は、例えば、アルミ切削を用いて製作することができる。

【0011】

前面枠１３には、レンズ５０を取り付けるための開口が設けられている。図１の例では、３個のレンズ５０が適長離隔して一列に並んでいるが、レンズ５０の数や配置は、これに限定されない。

【0012】

図２は光源装置１００の内部構成の一例を示す図である。固定板１０の内側には所要の高さ寸法を有する台部１５を設けている。台部１５には、光源としてのＬＥＤ（発光ダイオード）２０を実装した回路基板３０を載置してあり、ボルト１６で回路基板３０を台部１５に固定することができる。回路基板３０には、レンズ５０の底部が当接している。

【0013】

横枠１１と略平行な面でのレンズ５０の断面形状は、円弧状をなす。レンズ５０の中央部の下方側には、ＬＥＤ２０を収容する中空の収容部５８が形成されている。すなわち、ＬＥＤ２０は、レンズ５０で覆われている。レンズ５０の外周には、適長の厚み寸法を有する鍔部５７が周設されている。鍔部５７は、前面枠１３に設けられた開口に嵌合するようにしてある。鍔部５７と前面枠１３との当接箇所は、例えば、接着剤などによって防水を確保している。このように、レンズ５０は、レンズカバーの機能も兼ね備えているので、レンズカバーが不要となり、部品点数を削減できる。また、鍔部５７と前面枠１３とによって防止構造を確保できるので、光源装置１００本体とレンズ５０との間のパッキン等が不要となり、部品点数を削減できる。

【0014】

図３はレンズ５０の平面視の構造の一例を示す図であり、図４はレンズ５０の正面視の構造の一例を示す図であり、図５はレンズ５０の側面視の構造の一例を示す図であり、図６はレンズ５０の正面視の断面構造の一例を示す図である。レンズ５０は、直方体状のレンズ体を備える。レンズ５０の材質は、例えば、石英ガラスであるが、これに限定されない。レンズ５０（レンズ体）は、一対の長手側部５１、５２、一対の短手側部５３、５４、長手側部５１、５２及び短手側部５３、５４から延設された天部５５、及び、長手側部５１、５２及び短手側部５３、５４から延設され、天部５５に対向する底部５６を備える。

【0015】

底部５６側には、ＬＥＤ２０を収容する中空の収容部５８が形成されている。１つのレンズ５０には、１つのＬＥＤ２０が収容される（対応している）。

【0016】

一対の短手側部５３、５４は、天部５５側から見てレンズ体の外側に向かって凸状に湾曲している。図３の符号５３１、５４１は、それぞれ短手側部５３、５４の湾曲部である。また、一対の長手側部５１、５２は、天部５５側から見てレンズ体の内側に向かって凹状に湾曲している。図３の符号５１１、５１２は、それぞれ長手側部５１、５２の湾曲部である。

【0017】

天部５５は、長手側部５２側から見て、一対の短手側部５３、５４側が凸状に湾曲し、中央部が凹状に湾曲している。図４の符号５５１、５５２は、それぞれ短手側部５３、５４側の凸状の湾曲部である。また、図４の符号５５３は、中央部の凹状の湾曲部である。

【0018】

一対の長手側部５１、５２は、天部５５側から見て、一対の短手側部５３、５４側が凸状に湾曲している。図３の符号５１３は、それぞれ一対の長手側部５１、５２の短手側部５３、５４側の湾曲部である。

【0019】

図３、図４に示すように、一対の長手側部５１、５２及び短手側部５３、５４の底部５６側には、鍔部５７を形成してある。鍔部５７は、平面視で略楕円状をなす。

【0020】

光源装置１００は、レンズ５０、及びＬＥＤ２０を備える。レンズ５０及びＬＥＤ２０の数は、前述のように３個に限定されるものではなく、レンズ５０及びＬＥＤ２０それぞれを１個、２個、あるいは４個以上備える構成でもよい。より具体的には、光源装置１００は、直方体状のレンズ体（レンズ５０）、レンズ体の側部に周設された鍔部５７、レンズ５０及びＬＥＤ２０を載置する載置部としての回路基板３０、及びレンズ５０の周囲に配置して回路基板３０を覆い、鍔部５７と嵌合する枠部としての前面枠１３を備える。また、ＬＥＤ２０に電力を供給するための電源装置は、光源装置１００の外部に設けるようにしてもよく、光源装置１００の内部に設けてもよい。

【0021】

光源装置１００は、防止構造になっており、殺菌、画像検査、画像計測、樹脂硬化など様々な用途に用いることができる。特に、屋内外のエスカレータや工場などの設備の表面殺菌にも使用することができる。この場合、レンズ５０の材質は、石英ガラスにすればよい。また、ＬＥＤ２０は、深紫外用ＬＥＤとすればよい。

【0022】

次に、光源装置１００の照射面における光の分布について説明する。

【0023】

図７は比較例のレンズによる照射光の一例を示す図である。比較例のレンズは、例えば、道路灯、トンネル灯などに使用されている形状のレンズである。図７Ａに示すように、レンズの正面視の形状は略矩形状であり、図７Ｂに示すように、レンズの側面視の形状は円状になっている。図７に示すように、ＬＥＤから照射された光は、一部のみが広がるものの、大部分の光は、ＬＥＤの直上方向に集中している。

【0024】

図８は比較例のレンズによる照射面における光の分布を示す図である。照射面は、縦寸法が４０ｍｍ、横寸法が８０ｍｍ、照射面との距離は２０ｍｍである。比較例のレンズでは、照射面の中心が明るく（放射照度が大きい）、中心から離れるに従って暗くなり（放射照度が小さい）、照射ムラが生じている。

【0025】

図９は本実施形態のレンズ５０による照射光の第１例を示す図である。なお、照射光は模式的に示している。レンズ５０では、前述のように、一対の短手側部５３、５４は、天部５５側から見てレンズ体の外側に向かって凸状に湾曲しているので、レンズ５０の短手側部５３、５４側から出射される光が長手側の方に広がって放射される。また、天部５５は、長手側部５２側から見て、短手側部５３、５４側が凸状に湾曲し、中央部が凹状に湾曲しているので、ＬＥＤ２０から直上に向かって出射される光が集中して放射されることを抑制し、ＬＥＤ２０の上方に向かって拡がりながら放射される。また、長手側部５１、５２は、天部５５側から見てレンズ体の内側に向かって凹状に湾曲しているので、照射面を矩形状に近づけるとともに、照射面の照射ムラを抑制することができる。

【0026】

図１０は本実施形態のレンズ５０による照射光の第２例を示す図である。第２例は、レンズ５０の平面視における照射光を模式的に示す。符号５１３で示すように、長手側部５１、５２は、天部５５側から見て、短手側部５３、５４側が凸状に湾曲しているので、レンズ５０の周辺、特にレンズ５０の平面視で四隅の方向に向かって照射光を放射できるので、照射面の四隅まで光を照射することができ、照射ムラをさらに低減できる。

【0027】

図１１は本実施形態のレンズ５０による照射面における光の分布を示す図である。照射面は、縦寸法が４０ｍｍ、横寸法が８０ｍｍ、照射面との距離は２０ｍｍである。レンズ５０では、照射面の中心の特に明るい部分がなくなり、照射面の四隅まで光が照射されるので、照射ムラを低減することができ、均一な照射を実現できる。

【0028】

１つのＬＥＤ２０及びレンズ５０により、例えば、４０ｍｍ×８０ｍｍの照射面を均一に照射することができる。本実施の形態の光源装置１００は、３個のＬＥＤ２０及びレンズ５０を配置しているので、８０×１２０ｍｍ程度の照射面を均一に照射できる。照射面の大きさに応じて、ＬＥＤ２０及びレンズ５０の配置を適宜選定すればよい。

【0029】

本実施の形態の光源装置１００又はレンズ５０は、一定の照射面を均一に照射できるので、比較例のレンズに比べて、少ないＬＥＤ２０で広範囲に照射できるため、所要の照射面を均一に照射する際に必要となるＬＥＤの数を低減することができ、部品点数の削減、低コスト化を実現することができる。

【0030】

本実施形態のレンズは、直方体状のレンズ体を備え、前記レンズ体は、一対の長手側部と、一対の短手側部と、前記長手側部及び前記短手側部から延設された、天部と前記天部に対向する底部と、前記底部側に形成され、光源を収容する中空の収容部とを備え、前記一対の短手側部は、前記天部側から見て前記レンズ体の外側に向かって凸状に湾曲し、前記一対の長手側部は、前記天部側から見て前記レンズ体の内側に向かって凹状に湾曲し、前記天部は、前記長手側部側から見て、前記一対の短手側部側が凸状に湾曲し、中央部が凹状に湾曲している。

【0031】

本実施形態のレンズにおいて、前記一対の長手側部は、前記天部側から見て、前記一対の短手側部側が凸状に湾曲している。

【0032】

本実施形態のレンズは、前記一対の長手側部及び短手側部の前記底部側に形成された鍔部を備える。

【0033】

本実施形態のレンズは、前記レンズ体の材質は、石英ガラスを含む。

【0034】

本実施形態の光源装置は、前述のレンズと、光源とを備える。

【0035】

本実施形態の光源装置は、直方体状のレンズ体と、前記レンズ体の側部に周設された鍔部と、前記レンズ及び光源を載置する載置部と、前記レンズの周囲に配置して前記載置部を覆い、前記鍔部と嵌合する枠部とを備える。

【0036】

本実施形態の光源装置は、前記レンズの材質は、石英ガラスを含み、前記光源は、深紫外用ＬＥＤを含み、対象物の表面殺菌に用いられる。

【0037】

以上に開示された実施の形態及び実施例は、全ての点で例示であって制限的なものではない。

【符号の説明】

【0038】

１００ 光源装置
１０ 固定板
１１、１２ 横枠
１３ 前面枠
１５ 台部
１６ ボルト
２０ ＬＥＤ
３０ 回路基板
５０ レンズ
５１、５２ 長手側部
５３、５４ 短手側部
５５ 天部
５６ 底部
５７ 鍔部
５８ 収容部
５１１、５１２、５１３，５３１，５４１、５５１，５５２、５５３ 湾曲部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【手続補正書】

【提出日】2022-09-08

【手続補正2】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００１

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0001】

本発明は、光源装置に関する。

【手続補正3】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００６

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0006】

本発明は、斯かる事情に鑑みてなされたものであり、照射ムラを低減するとともに部品点数を削減できる光源装置を提供することを目的とする。

【手続補正4】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【請求項1】

直方体状のレンズ体と、
光源と、
前記レンズ体の側部に周設された鍔部と、
前記レンズ及び前記光源を載置する載置部と、
前記レンズの周囲に配置して前記載置部を覆い、前記鍔部と嵌合する開口が設けられた枠部と
を備え、
前記鍔部と前記開口の側壁との当接箇所に防水構造を施してある光源装置。

【請求項2】

前記レンズ体は、直方体状をなし、
一対の長手側部と、
一対の短手側部と、
前記長手側部及び前記短手側部から延設された、天部と前記天部に対向する底部と、
前記底部側に形成され、光源を収容する中空の収容部と
を備え、
前記一対の短手側部は、前記天部側から見て前記レンズ体の外側に向かって凸状に湾曲し、
前記一対の長手側部は、前記天部側から見て前記レンズ体の内側に向かって凹状に湾曲し、
前記天部は、前記長手側部側から見て、前記一対の短手側部側が凸状に湾曲し、中央部が凹状に湾曲している、
請求項１に記載の光源装置。

【請求項3】

前記一対の長手側部は、前記天部側から見て、前記一対の短手側部側が凸状に湾曲している、
請求項２に記載の光源装置。

【請求項4】

前記一対の長手側部及び短手側部の前記底部側に形成された鍔部を備える、
請求項２又は請求項３に記載の光源装置。

【請求項5】

前記レンズ体の材質は、石英ガラスを含む、
請求項２から請求項４のいずれか一項に記載の光源装置。

【請求項6】

前記レンズの材質は、石英ガラスを含み、
前記光源は、深紫外用ＬＥＤを含み、
対象物の表面殺菌に用いられる、
請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の光源装置。

【手続補正書】

【提出日】2022-10-31

【手続補正1】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【請求項1】

直方体状のレンズ体と、
光源と、
前記レンズ体の側部に周設された鍔部と、
前記レンズ体及び前記光源を載置する載置部と
を備え、
さらに、前記レンズ体の周囲に配置して前記載置部を覆う枠部を備え、
前記枠部は、
前記鍔部の側壁と嵌合する開口を設けてあり、
前記鍔部の側壁と前記開口の側壁との当接箇所に防水構造を施してある光源装置。

【請求項2】

前記レンズ体は、直方体状をなし、
一対の長手側部と、
一対の短手側部と、
前記長手側部及び前記短手側部から延設された、天部と前記天部に対向する底部と、
前記底部側に形成され、光源を収容する中空の収容部と
を備え、
前記一対の短手側部は、前記天部側から見て前記レンズ体の外側に向かって凸状に湾曲し、
前記一対の長手側部は、前記天部側から見て前記レンズ体の内側に向かって凹状に湾曲し、
前記天部は、前記長手側部側から見て、前記一対の短手側部側が凸状に湾曲し、中央部が凹状に湾曲している、
請求項１に記載の光源装置。

【請求項3】

前記一対の長手側部は、前記天部側から見て、前記一対の短手側部側が凸状に湾曲している、
請求項２に記載の光源装置。

【請求項4】

前記一対の長手側部及び短手側部の前記底部側に形成された鍔部を備える、
請求項２又は請求項３に記載の光源装置。

【請求項5】

前記レンズ体の材質は、石英ガラスを含む、
請求項２から請求項４のいずれか一項に記載の光源装置。

【請求項6】

前記光源は、深紫外用ＬＥＤを含み、
対象物の表面殺菌に用いられる、
請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の光源装置。