JP6749084B2 - LED lighting device - Google Patents
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Description
本発明は、内視鏡等に用いられるLED照明装置に関する。 The present invention relates to an LED lighting device used for an endoscope or the like.
内視鏡の照明光は光ファイバで光源から先端まで導かれ照射される。光源は100〜300W程度のキセノンランプが多く使用され、直径1〜3mmの光ファイバに対して200〜300lm/mm2以上の入力が要求される。近年、長寿命化や高効率化の為、光源にLED照明装置を採用する取り組みが行われている。(特許文献1,2,3参照)
The illumination light of the endoscope is guided from the light source to the tip by an optical fiber and is irradiated. A xenon lamp of about 100 to 300 W is often used as a light source, and an input of 200 to 300 lm/mm 2 or more is required for an optical fiber having a diameter of 1 to 3 mm. In recent years, efforts have been made to adopt an LED lighting device as a light source in order to prolong the life and improve the efficiency. (See
特許文献1は、LEDの出力光をレンズ光学系で光ファイバ端面に結像する照明装置および内視鏡装置に関するもので、光学系の入射NA(開口数:Numerical Aperture)と出射NAの最適化について記載している。この方式では、理想光学系を用いLED全光束を光ファイバ端面に光ファイバNAと同じNAで集光した場合、エタンデュ保存則より、
LED径xLEDNA=光ファイバ径x光ファイバNA
の関係が成り立つ。
LED diameter x LEDNA = optical fiber diameter x optical fiber NA
The relationship is established.
発光角度分布がランベルト分布のチップLEDでは、LEDNA=1であるため、
LED径=光ファイバ径x光ファイバNA
となる。したがって、例えば、直径1mmのLEDの全光束を直径1.67mm、NA0.6の光ファイバに入射することができる。
In a chip LED with a Lambertian distribution of light emission angles, LEDNA=1
LED diameter = optical fiber diameter x optical fiber NA
Becomes Therefore, for example, the entire luminous flux of the LED having a diameter of 1 mm can be incident on the optical fiber having a diameter of 1.67 mm and NA of 0.6.
しかしながら、特許文献1に記載の発明では、輝度100Mcd/m2のLEDを用いた場合、光ファイバ入力は113lm/mm2になり、キセノンランプと比較すると少ないという課題があった。
However, the invention described in
また、特許文献2の図7は、LEDと光ファイバを突き合わせるものであり、LEDと光ファイバの形状が同じであれば光ファイバ端面には全光束が一旦入射するが、光ファイバのNA以上の光線は光ファイバの外に漏れ出し、出射端まで導光されない。この方法の入射効率は、光ファイバNA=0.6の場合、
光ファイバ入力/LED出力=光ファイバNA2=0.62=0.36
となる。
Further, in FIG. 7 of
Optical fiber input/LED output=optical fiber NA 2 =0.6 2 =0.36
Becomes
したがって、特許文献2に記載の発明では、輝度100Mcd/m2のLEDを用いた場合、光ファイバ入力は113lm/mm2になり、キセノンランプと比較すると少ないという課題があった。
Therefore, the invention described in
さらに、特許文献3の図2は、LED光の一部を半球ミラーでLEDに戻し、LEDの輝度を上げる方法としては有効であるが、LED形状、配置、集光レンズ等に問題があるため、効率を低下させてしまうという課題があった。
Further, FIG. 2 of
本発明は、LEDと半球ミラーとを備えるLED照明装置であって、前記LEDは、その発光部が平面且つ点対称形状を有し、発光角度分布がランベルト分布で、発光面が拡散面であり、前記半球ミラーは、その内面が反射面を形成し、中心に開口部があり、該反射面が前記LEDに向けて配置され、前記LEDの法線と前記半球ミラーの光軸が一致し、前記LEDと前記半球ミラーの間隔は前記半球ミラーの曲率半径以下であり、前記半球ミラーの前記開口部の寸法が照射寸法にほぼ等しく、前記LED寸法をdLED、前記LEDと前記半球ミラーの間隔をt、照射NAをNAobjectとした時に、sin(tan-1dLED/2t)≒NAobjectが成り立つことを特徴とする。 The present invention is an LED lighting device including an LED and a hemispherical mirror, wherein the LED has a light emitting portion having a planar and point-symmetrical shape, a light emitting angle distribution is a Lambertian distribution, and a light emitting surface is a diffusion surface. , The hemispherical mirror has a reflective surface on the inner surface thereof, has an opening in the center, the reflective surface is arranged toward the LED, the normal line of the LED and the optical axis of the hemispherical mirror match, The distance between the LED and the hemispherical mirror is less than or equal to the radius of curvature of the hemispherical mirror, the size of the opening of the hemispherical mirror is approximately equal to the irradiation size, the LED size is dLED, and the distance between the LED and the hemispherical mirror is When t and the irradiation NA are NAobject, sin(tan −1 dLED/2t)≈NAobject is established.
また、本発明は、LEDと平凸レンズミラーとを備えるLED照明装置であって、前記LEDは、その発光部が平面且つ点対称形状を有し、発光角度分布はランベルト分布で、発光面が拡散面であり、前記平凸レンズミラーは、その凸面内面周辺が反射面を形成し、中心に該反射面の開口部があり、前記LEDと前記平凸レンズミラーの平面側が向かい合って平行に間隔を置いて配置され、前記LEDの法線と前記平凸レンズミラーの光軸が一致し、前記LEDと前記平凸レンズミラーの球面との間隔は該平凸レンズミラーの曲率半径以下であり、前記平凸ミラーの前記開口部の寸法が照射寸法にほぼ等しく、前記LED寸法をdLED、前記LEDと前記平凸レンズミラーの間隔をt、前記平凸レンズミラーの屈折率をn、照射NAをNAobjectとした時に、nsin(tan-1dLED/2t)≒NAobjectが成り立つことを特徴とする Further, the present invention is an LED lighting device including an LED and a plano-convex lens mirror, wherein the LED has a light emitting portion having a planar and point-symmetrical shape, a light emitting angle distribution is a Lambertian distribution, and a light emitting surface is diffused. In the plano-convex lens mirror, the convex inner surface periphery forms a reflection surface, and the opening of the reflection surface is formed at the center, and the flat surface sides of the LED and the plano-convex lens mirror face each other and are spaced in parallel. The normal line of the LED is aligned with the optical axis of the plano-convex lens mirror, and the distance between the LED and the spherical surface of the plano-convex lens mirror is less than or equal to the radius of curvature of the plano-convex lens mirror. When the size of the opening is almost equal to the irradiation size, the LED size is dLED, the distance between the LED and the plano-convex lens mirror is t, the refractive index of the plano-convex lens mirror is n, and the irradiation NA is NAobject, nsin(tan -1 dLED/2t)≒NAobject
さらに、本発明は、前記ミラー開口部の位置に光ファイバを配置し、前記照射NAが光ファイバNAにほぼ等しいことを特徴とする。 Furthermore, the present invention is characterized in that an optical fiber is arranged at the position of the mirror opening, and the irradiation NA is substantially equal to the optical fiber NA.
本発明によれば、LED出力を変えることなく、入力の大きなLED照明装置を実現することができる等、種々の優れた効果を得ることができる。 According to the present invention, it is possible to obtain various excellent effects such as realizing an LED lighting device having a large input without changing the LED output.
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施形態に係るLED照明装置について詳細に説明する。 Hereinafter, an LED lighting device according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
まず、図1及び図2により、本発明の第1の実施形態に係るLED照明装置における光線追跡図と従来の光ファイバ用LED照明装置における光線追跡図について説明する。 First, referring to FIGS. 1 and 2, a ray tracing diagram in the LED lighting device according to the first embodiment of the present invention and a ray tracing diagram in the conventional LED lighting device for optical fiber will be described.
図2は従来の突合せ結合光ファイバ用LED光源の光線追跡図を示している。
LED1の直径:dLEDが4mm、光ファイバ8の直径:dfiberが3mm、光ファイバNA:NAfiberが0.6であり、LED1と光ファイバ8の間隔は十分小さく、LED1の法線と光ファイバ8の光軸は一致して配置されている。
FIG. 2 shows a ray tracing diagram of a conventional LED light source for a butt-coupling optical fiber.
The diameter of LED1: dLED is 4 mm, the diameter of optical fiber 8: dfiber is 3 mm, and the optical fiber NA: NAfiber is 0.6. The distance between LED1 and
光ファイバ径より外側でLED1から出射した光線62は光ファイバ1の端面2に入射せず、光ファイバで導光されることは無い。光ファイバ径よりも内側でLED1から出射した光線は光ファイバ8の端面に入射するが、光ファイバNAよりも大きなNAで入射した光線6は光ファイバ8の側面より外部に出てしまい、光ファイバ8の出射端9まで導光されることは無い。導光される光線5は光ファイバ径よりも内側から出射し、光ファイバ8のNA以下のNAで光ファイバ8に入射した光線である。
The
従って、この光学系の効率は
光ファイバ8で導光される光量/LED1の出力光量
=(dfiber/dLED)^2xNAfiber^2
=(3/4)^2x0.6^2=0.203
となる。
Therefore, the efficiency of this optical system is as follows: light quantity guided by the
=(3/4)^2x0.6^2=0.203
Becomes
本発明はLED1と光ファイバ8の間隔を最適化し入射NAと光ファイバ8のNAを一致させ、更に光ファイバ8で導光出来ない大きなNAの光をミラー3でLED1に戻し、LED1の拡散効果を利用して光ファイバ8で導光出来るように変換することにより光ファイバ8への光の入力を増加させるものである。
The present invention optimizes the distance between the
図1は本発明の第1の実施形態に係るLED照明装置4の光線追跡図を示している。発光部が平面且つ点対称形状、発光角度分布がランベルト分布で、発光面が拡散面であるLED1と、内面が反射面3aを形成し、中心に開口部3bがある半球ミラー3からなる光源装置で、反射面3aがLED1に向けて配置され、LED1の法線と半球ミラー3の光軸が一致し、LED1と半球ミラー3の間隔は半球ミラー3の曲率半径以下であり、半球ミラー3の開口部3bに光ファイバ8を配置し、半球ミラー3の開口部径が光ファイバ径に等しい。
FIG. 1 shows a ray tracing diagram of an
LED1から出射し、半球ミラー3の開口部3bを通る光線は、直接光ファイバ8の端面に入射する。これらの光線の内、光ファイバ8で導光される光は光ファイバ8のNA以下のNAで入射しなければならない。図1でLEDの上端から光ファイバ中心に向かう光線の場合、光ファイバ8の光軸となす角度θの正弦が光ファイバ8のNA以下でなければ導光されない。
The light beam emitted from the
すなわち、以下の関係が成り立つ。
sinθ=sin(tan-1dLED/2t)≦NAfiber
ここで、tはLED1と半球ミラー3の中心との間隔である。
この条件ではLED1の上端から光ファイバ8の下端に入射した光線61の入射NAは光ファイバNAより大きくなり導光されない。逆にLED1の上端から出射し、光ファイバ8の上端に入射した光線51は光ファイバ8のNAによる導光制限に十分余裕がある。LED1から出射する全ての光線について高い入射効率を得るには、
sin(tan-1dLED/2t)≒NAfiber
であることが望ましい。
That is, the following relationship holds.
sin θ = sin(tan -1 dLED/2t) ≤ NA fiber
Here, t is the distance between the
Under this condition, the incident NA of the
sin(tan -1 dLED/2t)≒NA fiber
Is desirable.
光ファイバ8で導光できない光線6は、反射面3aによりLED1上にLED1像を点対称に結像させる。LED1とLED1像が一致するにはLED1の形状は点対称形でなければならない。LED1の発光角度分布がランベルト分布であれば、反射面3aにより開口部3b以外に出射された全ての光線6をLED1側に戻すことができる。LED1表面が拡散面であれば、LED1に戻された光線は拡散し、開口部3bと反射面3aに向かって出射される。開口部3bに向かった光線は光ファイバ8の入力の増加に寄与する。反射面3aに向かった光も、LED1−ミラー3間で反射・拡散を繰り返すうちにいずれは開口部3bから出射する。
The light ray 6 that cannot be guided by the
図3は本発明の第2の実施形態に係るLED照明装置4の光線追跡図を示している。発光部が平面且つ点対称形状、発光角度分布がランベルト分布で、発光面が拡散面であるLED1と、凸面内面周辺が反射面7aを形成し、中心に反射面の開口部7bがある平凸レンズミラー7からなる光源装置で、LED1と平凸レンズミラー7の平面側が向かい合って平行に間隔を置いて配置され、LED1の法線と平凸レンズミラー7の光軸が一致し、LED1と平凸レンズミラー7の球面の間隔は平凸レンズミラー7の曲率半径以下であり、ミラー開口部7bに光ファイバ8を配置し、ミラー開口部径が光ファイバ径に等しい。
FIG. 3 shows a ray tracing diagram of the
LED1から出射し平凸レンズミラー7の開口部7bを通る光線は、直接光ファイバ8の端面に入射する。これらの光線の内、光ファイバ8で導光される光は光ファイバ8のNA以下のNAで入射しなければならない。図3でLED1の上端から光ファイバ8の中心に向かう光線の場合、レンズ内で光ファイバ8の光軸となす角度θの正弦が光ファイバ8のNA以下でなければ導光されない。
The light beam emitted from the
すなわち、以下の関係が成り立つ。
nsinθ=nsin(tan-1dLED/2t)≦NAfiber
ここで、nはレンズの屈折率、tはLED1と反射面の中心との距離である。また、LED及び光ファイバと平凸レンズミラーの間隔はtに比べて十分小さいものとする。
That is, the following relationship holds.
nsin θ = nsin(tan-1dLED/2t) ≤ NA fiber
Here, n is the refractive index of the lens, and t is the distance between the
この条件ではLED1の上端から光ファイバ8の下端に入射した光線61の入射NAは光ファイバNAより大きくなり導光されない。逆にLED1の上端から出射し、光ファイバ8の上端に入射した光線51は光ファイバ8のNAによる導光制限に十分余裕がある。LED1から出射する全ての光線について高い入射効率を得るには、
nsin(tan-1dLED/2t)≒NAfiber
であることが望ましい
Under this condition, the incident NA of the
nsin(tan -1 dLED/2t)≒NAfiber
Is desirable
光ファイバ8で導光できない光線6は、反射面7aによりLED1上にLED1像を点対称に結像させる。LED1とLED1像が一致するにはLED1形状は点対称形でなければならない。LED1の発光角度分布がランベルト分布であれば、反射面7aにより開口部7b以外に出射されたほとんどの光線6をLED1側に戻すことができる。LED1表面が拡散面であれば、LED1に戻された光線は拡散し、開口部7bと反射面7aに向かって出射される。開口部7bに向かった光線は光ファイバ8の入力の増加に寄与する。反射面7aに向かった光も、LED1−反射面7a間で反射・拡散を繰り返すうちにいずれは開口部7bから出射する。
The light ray 6 which cannot be guided by the
図4、図5は本発明の第1の実施形態に係るLED照明装置においてNA0.6及びNA0.2の光ファイバ8に対する入射効率(光ファイバ入射光束/LEDの出力光束)のミラー曲率半径:rをパラメーターとしたモンテカルロシミュレーションの結果を示す図である。但し、LED径:4mm、ミラー開口径=ファイバ径:3mm、ミラー3及びLED1の反射率は0.95である。
FIG. 4 and FIG. 5 are mirror curvature radii of incidence efficiency (optical fiber incident light flux/LED output light flux) with respect to the
NAが0.6の光ファイバ8に対してはLED1−ミラー3の中心間距離:tが2.8mmに効率のピークがある。NAが0.2の光ファイバ8に対してはtが長いほど効率が良い。入射NAを0.6を目標とした場合、0.6のNAに対する入射効率を優先するが、同じ効率であれば出射端で光軸方向の成分が多いNA0.2の光ファイバ8に対する効率が高いほうが望ましい。そこでr=3.5mm、t=3mmを選んだ。ミラー3の中心と光ファイバ8との間隔は0mm、Φ3mm開口と光ファイバ8との間隔は0.34mmである。
For the
図6は上記の設計のLED光源装置のモンテカルロ光線追跡図である。LED1−ミラー3間を多くの光線が往復し、開口部に達した光線のみが光ファイバ8に入力されるのが分かる。
FIG. 6 is a Monte Carlo ray trace diagram of the LED light source device of the above design. It can be seen that many light rays travel back and forth between the
図7は光ファイバ8の入射端面の照度分布である。ミラー3から間隔がある為、照度分布が多少広がっている。図8は光ファイバ8を取り去り、光ファイバ8の端面位置にΦ3mmの絞りを置き、絞りから100mmはなれた位置の照度分布である。光ファイバ8に入射出来ないNA0.6以上(x軸座標75mm以上、−75mm以下)の光線も4%含まれている。10%NA(中心照度に対して10%照度の角度の正弦)は0.62、0.6光ファイバ8に対する入射効率は0.35で、従来の突合せ法の1.7倍である。輝度100Mcd/m2のLEDを用いた場合、光ファイバ8への入力は190lm/mm2になり、キセノンランプに近づく。
FIG. 7 is an illuminance distribution on the incident end surface of the
本発明において
sin(tan-1dLED/2t)=sin(tan-14/(2x3)
=0.55≒0.6=NAfiber設計値目標
≒0.62=10%NA計算値
が成り立つ。
In the present invention
sin(tan -1 dLED/2t) = sin (tan -1 4/(2x3)
=0.55≈0.6=NA fiber design value target≈0.62=10% NA calculated value holds.
図9、図10は本発明の第2の実施形態に係るLED照明装置においてNA0.6及びNA0.2の光ファイバ8に対する入射効率のミラー曲率半径:rをパラメーターとしたモンテカルロシミュレーションの結果を示す図である。但し、LED径:4mm、ミラー7の開口径=ファイバ径:3mm、LED1−平凸レンズ7の間隔:0.1mm、平凸レンズ7−光ファイバ8の間隔:0.5mm、平凸レンズ7の屈折率:1.516、反射面7a及びLED1の反射率は0.95である。
FIG. 9 and FIG. 10 show the results of Monte Carlo simulation using the mirror curvature radius: r of the incident efficiency with respect to the
図11は設計目標NA0.6に対してr=6、t=4.7mmを選択したLED光源装置のモンテカルロ光線追跡図である。 FIG. 11 is a Monte Carlo ray tracing diagram of the LED light source device in which r=6 and t=4.7 mm are selected with respect to the design target NA0.6.
図12は光ファイバ8の入射端面の照度分布である。図13は光ファイバ8の端面位置にΦ3mmの絞りを置き、絞りから100mmはなれた位置の照度分布である。光ファイバ8に入射出来ないNA0.6以上の光線も3%含まれている。10%NAは0.6、0.6の光ファイバ8に対する入射効率は0.4で、従来の突き合せ法の2倍である。輝度100Mcd/m2のLEDを用いた場合、光ファイバ入力は226lm/mm2になり更にキセノンランプに近づく。
FIG. 12 is an illuminance distribution on the incident end surface of the
本発明において
nsin(tan-1dLED/2t)=1.516xsin(tan-14/(2x4.7)
=0.59≒0.6=NAfiber設計値目標
≒0.6=10%NA計算値
が成り立つ。
In the present invention, nsin(tan -1 dLED/2t)=1.516xsin (tan -1 4/(2x4.7)
=0.59≈0.6=NA fiber design value target≈0.6=10% NA calculated value holds.
図14に本発明に係る白色LEDの光学的断面図を示す。LED1は図面左、裏面側からミラー層12、半導体11(中央にPN接合11b、表面に拡散層11d)、蛍光層13からなる。PN接合で青色光線21a、21bが発生する。21aは拡散層で拡散し、表面に向かう光線22aと裏面に向かう光線22bに分かれる。光線22aは蛍光層で蛍光拡散する黄色光線23a、23bと拡散する青色光線24a、24bに分かれる。光線23a、24aはLEDから白色光として出力される。裏面方向に向かった光線21b、22bはミラー層で反射し光線25、26となって拡散層に入射し、以下光線21aと同様にふるまう。光線23b、24bは拡散層に入り、以下光線21aと同様にふるまう。
FIG. 14 shows an optical sectional view of the white LED according to the present invention. The
外部から蛍光層に入射した光線31は蛍光拡散光線32a、32bと拡散光線33a、33bに分かれる。光線32a、33aはLED1の外部に出力され、光線32b、33bは拡散層に入り、以下光線21aと同様にふるまう。
The
図14のLED1の各層の厚さがLED1の直径に対して十分に薄ければ、このLED1を光学的にマクロに見ると、ランベルト分布で発光する面発光体であり、拡散反射面であり、蛍光拡散反射面である。
If the thickness of each layer of the
本発明に青色LEDと黄色蛍光体を使用したLEDを使う場合、LED単体のよりも本発明の出力光の色温度が下がる。これはミラーとLEDの間で反射、拡散を繰り返す青色光が蛍光物質に吸収され、黄色い蛍光を出すため、相対的に青色が減り、黄色が増すために起こる。同じ色温度を得るには、蛍光物質の量を減らす必要がある。 When the LED using the blue LED and the yellow phosphor is used in the present invention, the color temperature of the output light of the present invention is lower than that of the LED alone. This occurs because blue light, which is repeatedly reflected and diffused between the mirror and the LED, is absorbed by the fluorescent substance and emits yellow fluorescence, so that blue is relatively reduced and yellow is increased. To obtain the same color temperature, it is necessary to reduce the amount of fluorescent material.
図15は本発明の第3の実施例を示す。本発明によるLED光源装置4をシュリーレン法装置40の光源に応用した例である。ミラー開口部がシュリーレン装置光源のピンホールになる。41は凸レンズ、42は被検体、43はナイフエッジ、44はスクリーンである。LED光源装置は、LED直径:4mm、平凸レンズミラーは曲率半径:10mm、厚さ:9.2mm、ミラー開口径:1mm、LED−平凸レンズミラーの間隔は0.2mmである。
FIG. 15 shows a third embodiment of the present invention. It is an example in which the LED
図16はミラーから100mm離れた位置の照度分布のモンテカルロシミュレーション結果で、10%NAは0.339である。本発明において
nsin(tan-1dLED/2t)=1.516xsin(tan-14/(2x9.4)
=0.315≒0.339=10%NA計算値
が成り立つ。LED及びミラーの反射率を0.95とした場合、ミラー開口部の輝度はLEDの輝度の6倍、反射率0.9でも4倍の画期的な輝度になる。
FIG. 16 is a Monte Carlo simulation result of the illuminance distribution at a position 100 mm away from the mirror, and 10% NA is 0.339. In the present invention, nsin(tan −1 dLED/2t)=1.516×sin (tan −1 4/(2×9.4)
=0.315≈0.339=10% NA calculated value holds. When the reflectivity of the LED and the mirror is 0.95, the brightness of the mirror opening is 6 times the brightness of the LED, and even when the reflectivity is 0.9, the brightness is 4 times.
1 LED
3 半球ミラー
3a 反射面
3b 開口部
7 平凸レンズミラー
7a 反射面
7b 開口部
8 光ファイバ
1 LED
3
Claims (3)
前記LEDは、その発光部が平面且つ点対称形状を有し、発光角度分布がランベルト分布で、発光面が拡散面であり、
前記半球ミラーは、その内面が反射面を形成し、中心に開口部があり、該反射面が前記LEDに向けて配置され、前記LEDから出射し、前記開口部に達しない光を前記LEDに直接戻し、
前記LEDの法線と前記半球ミラーの光軸が一致し、
前記LEDと前記半球ミラーの間隔は前記半球ミラーの曲率半径以下であり、
前記半球ミラーの前記開口部の寸法が該開口部から照射される照射範囲に等しく、
前記LED寸法をdLED、前記LEDと前記半球ミラーとの間隔をt、前記開口部から照射される光のNAをNAobjectとした時に、
sin(tan−1dLED/2t)≦NAobject
が成り立つことを特徴とするLED照明装置。 An LED lighting device comprising an LED and a hemispherical mirror, comprising:
The light emitting portion of the LED has a planar and point-symmetrical shape, the light emitting angle distribution is a Lambertian distribution, and the light emitting surface is a diffusion surface,
The inner surface of the hemispherical mirror forms a reflecting surface, and an opening is formed at the center of the hemispherical mirror. The reflecting surface is arranged toward the LED, and light emitted from the LED and not reaching the opening is transmitted to the LED. Direct return,
The normal line of the LED and the optical axis of the hemispherical mirror match,
The distance between the LED and the hemispherical mirror is less than or equal to the radius of curvature of the hemispherical mirror,
The size of the opening of the hemispherical mirror is equal to the irradiation range irradiated from the opening,
When the LED size is dLED, the distance between the LED and the hemispherical mirror is t, and the NA of the light emitted from the opening is NAobject,
sin(tan −1 dLED/2t)≦NA object
The LED lighting device is characterized in that
前記LEDは、その発光部が平面且つ点対称形状を有し、発光角度分布はランベルト分布で、発光面が拡散面であり、
前記平凸レンズミラーは、その凸面内面周辺が反射面を形成し、中心に該反射面の開口部があり、前記LEDと前記平凸レンズミラーの平面側が向かい合って平行に間隔を置いて配置され、前記LEDから出射し、前記開口部に達しない光を前記LEDに直接戻し、
前記LEDの法線と前記平凸レンズミラーの光軸が一致し、
前記LEDと前記平凸レンズミラーの球面との間隔は該平凸レンズミラーの曲率半径以下であり、
前記平凸レンズミラーの前記開口部の寸法が該開口部から照射される照射範囲に等しく、
前記LED寸法をdLED、前記LEDと前記平凸レンズミラーの反射面との間隔をt、前記平凸レンズミラーの屈折率をn、前記開口部から照射される光のNAをNAobjectとした時に、
nsin(tan−1dLED/2t)≦NAobject
が成り立つことを特徴とするLED照明装置。 An LED lighting device comprising an LED and a plano-convex lens mirror,
The light emitting portion of the LED has a planar and point-symmetrical shape, the light emitting angle distribution is a Lambertian distribution, and the light emitting surface is a diffusion surface,
In the plano-convex lens mirror, the periphery of the inner surface of the convex surface forms a reflection surface, and the opening of the reflection surface is formed at the center, and the flat surface sides of the LED and the plano-convex lens mirror face each other and are arranged in parallel with each other, and Light emitted from the LED and not reaching the opening is returned directly to the LED,
The normal line of the LED and the optical axis of the plano-convex lens mirror match,
The distance between the LED and the spherical surface of the plano-convex lens mirror is less than or equal to the radius of curvature of the plano-convex lens mirror,
The size of the opening of the plano-convex lens mirror is equal to the irradiation range irradiated from the opening,
When the LED size is dLED, the distance between the LED and the reflecting surface of the plano-convex lens mirror is t, the refractive index of the plano-convex lens mirror is n, and the NA of the light emitted from the opening is NAobject,
nsin(tan −1 dLED/2t)≦NAobject
The LED lighting device is characterized in that
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