CN104011461B - 光学元件、包含该光学元件的照明装置以及使用了该照明装置的照明模块 - Google Patents

光学元件、包含该光学元件的照明装置以及使用了该照明装置的照明模块 Download PDF

Info

Publication number
CN104011461B
CN104011461B CN201280062987.9A CN201280062987A CN104011461B CN 104011461 B CN104011461 B CN 104011461B CN 201280062987 A CN201280062987 A CN 201280062987A CN 104011461 B CN104011461 B CN 104011461B
Authority
CN
China
Prior art keywords
axis
θ
plane
axis direction
optical element
Prior art date
Application number
CN201280062987.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN104011461A (zh
Inventor
池田贤元
关大介
Original Assignee
纳卢克斯株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority to US201161577878P priority Critical
Priority to US61/577,878 priority
Application filed by 纳卢克斯株式会社 filed Critical 纳卢克斯株式会社
Priority to PCT/JP2012/082783 priority patent/WO2013094599A1/ja
Publication of CN104011461A publication Critical patent/CN104011461A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN104011461B publication Critical patent/CN104011461B/zh

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21LIGHTING
    • F21VFUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V5/00Refractors for light sources
    • F21V5/007Array of lenses or refractors for a cluster of light sources, e.g. for arrangement of multiple light sources in one plane
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21LIGHTING
    • F21VFUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V5/00Refractors for light sources
    • F21V5/04Refractors for light sources of lens shape
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21LIGHTING
    • F21VFUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V5/00Refractors for light sources
    • F21V5/04Refractors for light sources of lens shape
    • F21V5/048Refractors for light sources of lens shape the lens being a simple lens adapted to cooperate with a point-like source for emitting mainly in one direction and having an axis coincident with the main light transmission direction, e.g. convergent or divergent lenses, plano-concave or plano-convex lenses
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21LIGHTING
    • F21VFUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V5/00Refractors for light sources
    • F21V5/08Refractors for light sources producing an asymmetric light distribution
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS, OR APPARATUS
    • G02B19/00Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics
    • G02B19/0004Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the optical means employed
    • G02B19/0009Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the optical means employed having refractive surfaces only
    • G02B19/0014Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the optical means employed having refractive surfaces only at least one surface having optical power
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS, OR APPARATUS
    • G02B19/00Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics
    • G02B19/0033Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the use
    • G02B19/0047Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the use for use with a light source
    • G02B19/0061Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the use for use with a light source the light source comprising a LED
    • G02B19/0066Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the use for use with a light source the light source comprising a LED in the form of an LED array
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS, OR APPARATUS
    • G02B19/00Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics
    • G02B19/0033Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the use
    • G02B19/0047Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the use for use with a light source
    • G02B19/0071Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the use for use with a light source adapted to illuminate a complete hemisphere or a plane extending 360 degrees around the source
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21LIGHTING
    • F21WINDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES F21K, F21L, F21S and F21V, RELATING TO USES OR APPLICATIONS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS
    • F21W2131/00Use or application of lighting devices or systems not provided for in codes F21W2102/00-F21W2121/00
    • F21W2131/10Outdoor lighting
    • F21W2131/103Outdoor lighting of streets or roads
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21LIGHTING
    • F21YINDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES F21K, F21L, F21S and F21V, RELATING TO THE FORM OR THE KIND OF THE LIGHT SOURCES OR OF THE COLOUR OF THE LIGHT EMITTED
    • F21Y2115/00Light-generating elements of semiconductor light sources
    • F21Y2115/10Light-emitting diodes [LED]

Abstract

本发明提供照射均匀光的光学元件。将通过配置于平面上的假想光源的中心并与该平面垂直的轴设为z轴,在该平面内规定x轴、y轴,将该光源的x、y座标的最大值设为b、a,在xz截面上,将从原点发出并在与z轴成θr角度的方向上前进的光线与该入射面的法线构成的角度设为φx,将从x轴上与原点相隔距离b的点发出并在z轴方向前进的光线通过该入射面之后与z轴方向构成的角度设为θib,在yz截面中,将从原点发出并在与z轴成θr角度的方向上前进的光线与该入射面的法线构成的角度设为φy,将从y轴上与原点相隔距离a的点发出并在z轴方向上前进的光线通过该入射面和出射面之后与z轴方向构成的角度设为θia和θea,将从原点向与z轴成arctan(a/ha)角度的方向前进的光线通过该出射面之后与z轴方向构成的角度设为θeha,满足以下的式,φy>φx,θeha>45°,θea>45°,θia>θib

Description

光学元件、包含该光学元件的照明装置以及使用了该照明装 置的照明模块

技术领域

[0001] 本发明涉及使来自光源的光扩散的光学元件、包含该光学元件的照明装置以及使 用了该照明装置的照明模块。

背景技术

[0002] 近年来,在照明中大多使用LED (发光二极管)光源。LED光源因为向前方照射的光 的比例高,因此多将使来自LED光源的光扩散的光学元件与LED光源进行组合而使用。特别 是,在作为照射宽范围的背景光用等的照明单元的光源使用LED光源时,为了利用少数的 LED光源来实现小型的照明单元,采用使来自LED光源的光以宽角度进行扩散的光学元件 (例如,专利文献1)。

[0003] 关于背景光照明单元,存在在扩散板等的侧面配置光源并利用导光板的原理照射 前面的边缘光方式、以及在被照射面的正下方配置多个光源的直下型方式这两种。在直下 型方式中具有将光源排列成一列或多列的列配置型的照明单元。

[0004] 当作为这种列配置型的背景光照明单元的光源使用LED等的光源时,优选形成列 的光源作为整体对宽范围照射均匀的光。

[0005] 但是,当作为列配置型的背景光照明单元的光源使用LED等的光源时,没有开发用 于使形成列的光源作为整体对宽范围照射均匀的光的、专门针对LED等的上述的形成列的 光源使用的光学元件。

[0006] 现有技术文献

[0007] 专利文献

[0008] 专利文献1:日本特许3875247号公报

发明内容

[0009] 发明所要解决的课题

[0010] 因此,当作为列配置型的照明单元的光源使用LED等的光源时,存在对用于使形成 列的光源作为整体对宽范围照射均匀的光的、专门针对LED等的上述的形成列的光源使用 的光学元件的需求。

[0011] 解决课题的手段

[0012] 本发明第1方式的光学元件,其具有:入射面,其形成为覆盖配置于平面上的假想 光源;以及出射面,其覆盖该入射面,该光学元件构成为在来自该假想光源的光通过该入射 面和该出射面之后照射到外部,其中,将通过该假想光源的中心并与该平面垂直的轴作为z 轴,规定在该平面内彼此正交并通过成为原点的该中心的x轴和y轴,设该假想光源的x座标 的最大值为b,y座标的最大值为a,该入射面是将与z轴的交点作为顶点的盖状,在包含x轴 和z轴的截面中,设从原点发出并在与z轴成0r角度的方向上前进的假想光线在与该入射面 的交点处与该入射面的法线构成的角度为4>x,设从x轴上与原点相隔距离b的点b发出并在 Z轴方向上前进的假想光线通过该入射面之后与z轴方向构成的角度为0ib,在包含y轴和z轴 的截面中,设从原点发出并在与z轴成0r角度的方向上前进的假想光线在与该入射面的交 点处与假想光线构成的角度为巾y,设从y轴上与原点相隔距离a的点a发出并在z轴方向上 前进的假想光线通过该入射面之后与z轴方向构成的角度为9la,而且设通过该出射面之后 与z轴方向构成的角度为0ea,设从该点a到从该点a引出的相对于xy面的垂线与该入射面的 交点的距离为ha,设从原点发出并在与z轴成arctan (a/ha)角度的方向上前进的假想光线通 过该出射面之后与z轴方向构成的角度为0^,该入射面在〇〈0r〈6〇°下满足

[0013] (})y> (J)x,

[0014] 并且,满足

[0015] 0eha>45°

[0016] 0ea>45°

[0017] 9ia>9ib〇

[0018] 因为本方式的光学元件形成为满足

[0019] 0eha>45°

[0020] 0ea>45°,

[0021] 因此使从光源的中心和光源的y轴方向的端部发出的代表性的假想光线在y轴方 向上充分扩散。另外,入射面形成为,在0〈1〈60 °下满足

[0022] (i)y> (i)x,

[0023] 而且,满足

[0024] 9ia>9ib,

[0025] 因此来自光源的中心和端部的假想光线在入射面中相比于x轴方向在y轴方向上 更宽地扩散。

[0026] 本发明的第1方式的第1实施方式的光学元件形成为,上述入射面还满足

[0027] tan (0eha) >2〇

[0028] 在本实施方式的光学元件中,入射面形成为,满足

[0029] tan(9eha)>2,

[0030] 因此使来自光源中心的代表性的假想光线在y轴方向上更宽地扩散。

[0031] 本发明第1方式的第2实施方式的光学元件形成为,在包含x轴和z轴的截面中,设 从原点发出并在与Z轴成0r角度的方向上前进的假想光线通过该出射面之后与Z轴方向构 成的角度为在包含y轴和Z轴的截面中,设从原点发出并在与Z轴成角度的方向上前进 的假想光线通过该出射面之后与z轴方向构成的角度为Ly,该入射面在0〈9r〈60°下,满足

[0032] 0ex>0r

[0033] 0ey>0r〇

[0034] 本实施方式的光学元件形成为,入射面在〇〈0r〈6〇°下满足

[0035] 0ex>0r

[0036] 0ey>0r,

[0037] 因此从光源中心发出并在xz截面内和yz截面内前进的假想光线能够可靠地进行 扩散。

[0038] 本发明的第2方式的照明装置具有配置于平面上的光源和包含该光源的第1方式 的光学元件。

[0039] 根据本方式的照明装置,能够实现关于第1方式的光学元件使用假想光线进行说 明的功能。

[0040] 在本发明的第2方式的第1实施方式的照明装置中,上述光源在xy平面上的形状关 于x轴和y轴线对称。

[0041] 本发明的第3方式的照明模块是将第2方式的照明装置配置成x轴方向的一列或多 列而构成的。

[0042] 本发明的第3方式的第1实施方式的照明模块具备具有x轴方向和y轴方向的边的 长方形的面,设从x轴方向的边到最近的照明装置列的光源中心的y轴方向的距离为Ymax,设 从配置有照明装置的面到被照射面的z轴方向的距离为D,满足

[0043]

Figure CN104011461BD00061

[0044] 本实施方式的照明模块不使光线照射到被照射面的外侧,因此能够防止照射效率 恶化。

[0045] 在本发明的第3方式的第2实施方式的照明模块中,设照明装置的x轴方向的间隔 为XP,从配置有照明装置的面到被照射面的z轴方向的距离为D,满足

[0046]

Figure CN104011461BD00062

[0047] 本实施方式的照明模块通过限制从x轴方向的端部对xy面垂直地前进的光线在入 射面上的x轴方向的扩散0eb的上限,提高照度在x轴方向上的均匀性。

附图说明

[0048] 图1是示出与本发明的光学元件一起使用的LED光源的结构例的图。

[0049] 图2是示出由1列构成的列配置型的背景光照明单元结构的一例的图。

[0050] 图3是由两列构成的列配置型的背景光照明单元的一例的俯视图。

[0051] 图4是由三列构成的列配置型的背景光照明单元的一例的俯视图。

[0052]图5是示出本发明一实施方式的光学元件的xz截面的图。

[0053]图6是示出本发明一实施方式的光学元件的yz截面的图。

[0054]图7是示出本发明一实施方式的光学元件的xz截面的图。

[0055] 图8是示出本发明一实施方式的光学元件的yz截面的图。

[0056] 图9是关于实施例1的光学元件示出0r与之间的关系的图。

[0057] 图10是关于实施例1的光学元件示出01与0(^和0ey之间的关系的图。

[0058] 图11是示出使用了实施例1的光学元件的照明单元的被照射面的照度的图。

[0059]图12是示出经过被照射面的中心的yz截面AA的照度的图。

[0060]图13是示出经过被照射面的中心的xz截面BB的照度的图。

[0061] 图14是示出使用了比较例的光学元件的照明单元的被照射面的照度的图。

[0062] 图15是示出经过被照射面的中心的yz截面AA的照度的图。

[0063]图16是示出经过被照射面的中心的xz截面BB的照度的图。

[0064] 图17是关于实施例2的光学元件示出0r与(^和^之间的关系的图。

[0065] 图18是关于实施例2的光学元件示出0r与和0ey之间的关系的图。

[0066] 图19是示出使用了实施例2的光学元件的照明单元的被照射面的照度的图。

[0067]图20是示出经过被照射面的中心的yz截面AA的照度的图。

[0068]图21是示出经过被照射面的中心的xz截面BB的照度的图。

[0069] 图22是关于实施例3的光学元件示出0r与之间的关系的图。

[0070] 图23是关于实施例3的光学元件示出0r与和0ey之间的关系的图。

[0071] 图24是示出使用了实施例3的光学元件的照明单元的被照射面的照度的图。

[0072]图25是示出经过被照射面的中心的yz截面AA的照度的图。

[0073]图26是示出经过被照射面的中心的xz截面BB的照度的图。

具体实施方式

[0074]图1是示出与本发明的光学元件一起使用的LED光源的结构例的图。LED光源由发 光芯片和形成在其周围的荧光剂构成。

[0075] 图1的(a)是LED光源101a的俯视图。LED光源101a由一个发光芯片1011a和形成在 其周围的荧光剂1013a’构成。从LED光源101a的中心到垂直方向的端部的距离是a,从LED光 源l〇la的中心到水平方向的端部的距离是b。

[0076] 图1的(b)是LED光源101b的俯视图。LED光源101b由两个发光芯片1011b和形成在 其周围的荧光剂1 〇 13b’构成。从LED光源101 b的中心到垂直方向的端部的距离是a,从LED光 源l〇lb的中心到水平方向的端部的距离是b。

[0077] 图1的(c)是LED光源101c的俯视图。LED光源101c由三个发光芯片1011c和形成在 其周围的荧光剂1 〇 13c’构成。从LED光源101 c的中心到垂直方向的端部的距离是a,从LED光 源l〇lc的中心到水平方向的端部的距离是b。

[0078] 在上述例子中,光源在俯视图中的形状大致为长方形,在俯视图中,关于经过中心 的水平方向的轴(x轴)和经过中心的垂直方向的轴(y轴)线对称。另外,在光源的平面上,将 光源的中心作为原点,光源区域的x座标的最大值是b,y座标的最大值是a。此外,b比a大。

[0079] —般情况下,光源在平面上的形状不限定于上述内容。例如,也可以是椭圆或菱形 等形状而不是长方形。此外,还可以是b和a的大小相同的圆或正方形。

[0080] 图2是示出由一列构成的列配置型的背景光照明单元结构的一例的图。

[0081] 图2的(a)是背景光照明单元的俯视图。在图2的(a)中将水平方向作为x轴方向,将 垂直方向作为y轴方向。将作为光源的多个LED在LED安装基板上配置为一列,各个LED被作 为光学元件的透镜所覆盖。在本俯视图中,长方形状的背景光照明单元的两边是x轴方向和 y轴方向,在x轴方向上配置光源的列。

[0082] 图2的(b)是背景光照明单元的xz截面的侧视图。在背景光照明单元的基板上设置 有LED安装基板。由图2的(b)可知,在LED安装基板的面上配置有LED光源。另外,与背景光照 明单元的基板平行地设置有被照射面。

[0083] 图2的(c)是背景光照明单元的yz截面的侧视图。

[0084] 图3是由两列构成的列配置型的背景光照明单元的一例的俯视图。在x轴方向上配 置有两列多个光源(LED)和光学元件(透镜)的组合。

[0085] 图4是由三列构成的列配置型的背景光照明单元的一例的俯视图。在x轴方向上配 置有三列多个光源(LED)和光学元件(透镜)的组合。

[0086] 图5是示出本发明一实施方式的光学元件的xz截面的图。光学元件103的入射面 1031是盖状,形成为覆盖光源101,出射面1033形成为覆盖入射面1031。从光源101的发光面 发出的光在经由入射面1031和出射面1033扩散之后,向光学元件的外侧放射。

[0087] 这里,对座标进行说明。确定彼此正交的x轴、y轴以及z轴。以光源101和光学元件 103的中心轴与z轴一致、光源101的表面和光学元件103的底面与xy面一致的方式配置光源 101和光学元件103。当这样配置时,入射面的盖的顶点位于z轴上。这里,光源101在xy面上 的形状关于x轴和y轴线对称,从中心轴到x轴方向的端部的距离是b,从中心轴到y轴方向的 端部的距离是a。

[0088] 在图5所示的xz截面中,将从原点发出向与z轴成0r角度的方向前进的假想光线在 与入射面1031的交点处与入射面1031的法线构成的角度设为(i>x,将通过入射面1031后前 进的方向与z轴所成的角度设为9ix,还将通过出射面1033后前进的方向与z轴所成的角度设 为 0ex〇

[0089] 图6是示出上述光学元件的yz截面的图。

[0090] 在图6所示的yz截面中,将从原点发出向与z轴成0r角度的方向前进的假想光线在 与入射面1031的交点处与入射面1031的法线构成的角度设为(i>y,将通过入射面1031后前 进的方向与z轴构成的角度设为9iy,还将通过出射面1033后前进的方向与z轴构成的角度设 为 0ey〇

[0091] 图7是示出上述光学元件的xz截面的图。

[0092] 在图7所示的xz截面中,将从x轴上与原点相隔距离b的点1013b发出而向z轴方向 前进的假想光线通过入射面1031之后与z轴方向构成的角度设为0lb,将通过出射面1033之 后与z轴方向构成的角度设为9eb。另外,将从点1013b到从点1013b引出的相对于xy面的垂线 与入射面1031的交点的距离设为hb,将从原点发出向与z轴成arctan(b/hb)角度的方向前进 的假想光线通过入射面1031之后与z轴方向构成的角度设为0lhb,将通过出射面1033之后与 z轴方向构成的角度设为Lhb。

[0093] 图8是示出上述光学元件的yz截面的图。

[0094] 在图8所示的yz截面中,将从y轴上与原点相隔距离a的点1013a发出向z轴方向前 进的假想光线通过入射面1031之后与z轴方向构成的角度设为0la,将通过出射面1033之后 与z轴方向构成的角度设为9ea。另外,将从点1013a到从点1013a引出的相对于xy面的垂线与 入射面1031的交点的距离设为ha,将从原点发出向与z轴成arctan(a/ha)角度的方向前进的 假想光线通过入射面1031之后与z轴方向构成的角度设为0iha,将通过出射面1033之后与z 轴方向构成的角度设为9—。

[0095] 接着,对本发明的实施例的光学元件进行说明。

[0096] 通过以下的式表示本发明实施例的光学元件的入射面的形状。

Figure CN104011461BD00081

[0097]

[0098]

[0099] r2 = x2+y2

[0100] z是从入射面的顶点到入射面上的点的z轴方向的距离。c是曲率,R是曲率半径,k 是圆锥系数,Aij是包含xy的项的系数。i和j是系数的下标的整数。

[0101] 通过以下的式表示本发明实施例的光学元件的出射面的形状。

[0102]

Figure CN104011461BD00091

[0103] c = 1/R

[0104] r2 = x2+y2

[0105] z是从出射面的顶点到出射面上的点的z轴方向的距离。c是曲率,R是曲率半径,k 是圆锥系数,Ai是非球面系数。i是非球面系数的下标的整数。

[0106] 在以下实施例和比较例的光学元件中使用的材料的折射率是1.49。

[0107] 在以下实施例和比较例中,表示光源和光学元件的尺寸的标号如以下所述。

[0108] a从光源的中心(原点)到y轴方向的端部的y轴方向的距离

[0109] b从光源的中心(原点)到x轴方向的端部的x轴方向的距离 [0110] T光学元件的沿着z轴(中心轴)的厚度

[0111] h从光源的中心(原点)到入射面的顶点的距离

[0112] 匕从光源的y轴方向的端部的点(点1013a)到从该点(1013a)引出的相对于xy面的 垂线与入射面的交点的距离

[0113] hb从光源的x轴方向的端部的点(点1013b)到从该点(1013b)引出的相对于xy面的 垂线与入射面的交点的距离

[0114] 此外,在实施例和比较例中,长度的单位在没有另外规定的情况下为毫米。

[0115] 实施例1

[0116] 表1是表不实施例1的光源和光学元件的尺寸的表。

[0117] [表 1]

[0118]

Figure CN104011461BD00092

[0119] 表2是表不式(1)的系数的表,该式(1)表不实施例1的光学元件的入射面。没有在 表中示出的系数是0。

[0120] [表 2]

[0121]

Figure CN104011461BD00093

Figure CN104011461BD00101

[0122] 表3是表不式(2)的系数的表,该式(2)表不实施例1的光学元件的出射面。没有在 表中示出的系数是0。

[0123] [表 3]

[0124]

Figure CN104011461BD00102

[0125] 图9是关于实施例1的光学元件示出0r与和(^之间的关系的图。图9的横轴表示 I,图9的纵轴表示巾巾y。在0<1<60°中,

[0126] <})y> <})xo

[0127]图10是关于实施例1的光学兀件不出9r与9ex和9ey之间的关系的图。图10的横轴表 示0r,图10的纵轴表示WP0ey。在0<9r<60°中,

[0128] 0ex>0r [0129] 0ey>0r〇

[0130] 表4是示出与实施例1的光学元件的光线有关的参数的表。

[0131] [表 4]

[0132]

Figure CN104011461BD00103

[0133] 图11是示出使用了实施例1的光学元件的照明单元的被照射面的照度的图。本照 明单元具有将具备如图2所示的光学元件的光源排列成一列的结构。配置有光学元件的基 板与被照射面的形状为长方形且尺寸相同。该长方形的x轴方向(图2和图11的水平方向)的 长度是800毫米,y轴方向(图2和图11的垂直方向)的长度是450毫米。具备光学元件的光源 列在x轴方向上,其位置是y轴方向的中心。具备光学元件的光源的数量为12个,它们之间的 中心间隔是64毫米。另外,从光源到被照射面的z轴方向的距离是60毫米。

[0134] 在图11中示出浓度越高照度越低、浓度越低照度越高的情况。

[0135] 图12是示出通过被照射面的中心的yz截面AA的照度的图。图的横轴表示y轴方向 的座标,图12的纵轴表示将最大照度设为100 %的归一化照度。

[0136] 根据图12,使用了实施例1的光学元件时的、y轴方向的中心部的照度与周边部的 照度之差小于35 %。

[0137] 图13是示出通过被照射面的中心的xz截面BB的照度的图。图的横轴表示x轴方向 的座标,图13的纵轴表示将最大照度设为100 %的归一化照度。

[0138] 根据图13,使用了实施例1的光学元件时的、x轴方向的中心部的照度与周边部的 照度之差约为20 %。

[0139] 比较例

[0140] 对实施例1的比较例进行说明。

[0141] 表5是示出比较例的光源和光学元件的尺寸的表。

[0142] [表 5]

[0143]

Figure CN104011461BD00111

W144]"""利用以下的式表示比较例的光学元件的入射面的形状。 '

[0145]

Figure CN104011461BD00112

[0146] c = 1/R

[0147] r2 = x2+y2

[0148] z是从出射面的顶点到出射面上的点的z轴方向的距离。c是曲率,R是曲率半径,k 是圆锥系数。

[0149] 由式(3)可知,比较例的光学元件的入射面具有关于z轴对称的形状。比较例的光 学元件的出射面具有与实施例1的光学元件的出射面相同的形状。

[0150] 表6是示出式⑶的系数的表,该式⑶表示比较例的光学元件的入射面。

[0151] [表 6]

[0152]

Figure CN104011461BD00121

W153]~表7是示出式(2)的系数的表,该式⑵表示比较例的光学元件的出射面。没有在表 中示出的系数是0。

[0154] [表 7]

[0155]

Figure CN104011461BD00122

1〇156]~表8是示出与比较例的光学元件的光线有关的参数的表。 '

[0157] [表 8]

[0158]

Figure CN104011461BD00123

[0159] 当比较表4和表8时,实施例1的光学元件的0@和0—渗照图8)远远大于比较例的 光学元件的UPlha。因此,实施例1的光学元件与比较例的光学元件相比,能够使光在y轴 方向上更宽地扩散。

[0160] 图14是示出使用了比较例的光学元件的照明单元的被照射面的照度的图。照明单 元的结构与关于图11说明的使用了实施例1的光学元件的结构相同。

[0161] 在图14中示出浓度越高照度越低、浓度越低照度越高的情况。

[0162] 图15是示出通过被照射面的中心的yz截面AA的照度的图。图15的横轴表示y轴方 向的座标,图15的纵轴表示将最大照度设为100 %的归一化照度。

[0163] 图16是示出通过被照射面的中心的xz截面BB的照度的图。图16的横轴表示x轴方 向的座标,图16的纵轴表示将最大照度设为100 %的归一化照度。

[0164] 当对表示使用了实施例1的光学元件时的照度的图12与表示使用了比较例的光 学元件时的照度的图15进行比较时,使用了图12所示的实施例1的光学元件时的y轴方向的 中心部的照度与周边部的照度之差小于35%,但使用了图15所示的比较例的光学元件时的 y轴方向的中心部的照度与周边部的照度之差大于80%。即,利用实施例1的光学元件使光 在y轴方向上更宽地扩散,从而能够进行与比较例的光学元件相比更加均匀的照明。

[0165] 实施例2

[0166] 表9是不出实施例2的光源和光学兀件的尺寸的表。

[0167] [表 9]

[0168]

Figure CN104011461BD00131

[0169] 表10是不出式⑴的系数的表,该式⑴表不实施例2的光学元件的入射面。在表中 未示出的系数是0。

[0170] [表 10]

[0171]

Figure CN104011461BD00132

[0172] 表11是示出式(2)的系数的表,该式(2)表示实施例2的光学元件的出射面。没有在 表中示出的系数是0。

[0173] [表 11] 「01741

Figure CN104011461BD00133

Figure CN104011461BD00141

[0175] 图17是关于实施例2的光学元件示出0r与和小之间的关系的图。是示出M54>x 和<i>y之间的关系的图。图17的横轴表不,图17的纵轴表不(})x和<})y。在0<9r<60°中,

[0176] <})y> <})xo

[0177] 图18是关于实施例2的光学元件示出0r与0ex和0ey之间的关系的图。在〇<0r<6〇° 中,

[0178] 9ex^> 9r

[0179] 0ey>0r〇

[0180] 表12是示出与实施例2的光学元件的光线有关的参数的表。

[0181] [表 12

[0182]

Figure CN104011461BD00142

[0183] 图19是示出使用了实施例2的光学元件的照明单元的被照射面的照度的图。照明 单元的结构与关于图11说明的使用了实施例1的光学元件的结构相同。

[0184] 在图19中示出浓度越高照度越低、浓度越低照度越高的情况。

[0185] 图20是示出通过被照射面的中心的yz截面AA的照度的图。图20的横轴表示y轴方 向的座标,图20的纵轴表示将最大照度设为100 %的归一化照度。

[0186] 根据图20,使用了实施例2的光学元件时的、y轴方向的中心部的照度与周边部的 照度之差小于35 %。

[0187] 图21是示出通过被照射面的中心的xz截面BB的照度的图。图21的横轴表示x轴方 向的座标,图21的纵轴表示将最大照度设为100 %的归一化照度。

[0188] 根据图21,使用了实施例2的光学元件时的、x轴方向的中心部的照度与周边部的 照度之差约为30 %。

[0189] 实施例3

[0190] 表13是不出实施例3的光源和光学兀件的尺寸的表。

[0191][表 13] 「01921

Figure CN104011461BD00143

Figure CN104011461BD00151

[0193] 表14是示出式⑴的系数的表,该式(1)表示实施例3的光学元件的入射面。没有在 表中示出的系数是0。

[0194] [表 14]

[0195]

Figure CN104011461BD00152

[0196] 表15是不出式(2)的系数的表,该式⑵表不实施例3的光学元件的出射面。没有在 表中示出的系数是0。

[0197] [表 15]

[0198]

Figure CN104011461BD00153

[0199] 图22是关于实施例3的光学元件示出0!与之间的关系的图。是示出•与小x 和小y之间的关系的图。图22的横轴表示0r,图22的纵轴表示小x和小y。在0 < L<60 °中,

[0200] (})y> <})xo

[0201] 图23是关于实施例3的光学元件示出01与0(^和0ey之间的关系的图。在〇<0r<6〇° 中,

[0202] 0ex>0r [0203] 0ey>0r〇

[0204] 表16是示出与实施例3的光学元件的光线有关的参数的表。

[0205] [表 16]

[0206]

Figure CN104011461BD00161

W207]~~图24是示出使用了实施例3的光学元件的照明单元的被照射面的照度的图。照明1 单元的结构与关于图11说明的使用了实施例1的光学元件的结构相同。

[0208] 在图24中示出浓度越高照度越低、浓度越低照度越高的情况。

[0209]图25是示出通过被照射面的中心的yz截面AA的照度的图。图25的横轴表示y轴方 向的座标,图25的纵轴表示将最大照度设为100 %的归一化照度。

[0210] 根据图25,使用了实施例3的光学元件时的、y轴方向的中心部的照度与周边部的 照度之差约为35 %。

[0211] 图26是示出通过被照射面的中心的xz截面BB的照度的图。图26的横轴表示x轴方 向的座标,图26的纵轴表示将最大照度设为100 %的归一化照度。

[0212] 根据图26,使用了实施例3的光学元件时的、x轴方向的中心部的照度与周边部的 照度之差约为20 %。

[0213] 实施例的总结

[02M] 表17是示出与实施例和比较例的光线有关的参数的表。

[0215] n表示光学元件的材料的折射率。D表示从光源到被照射面的z轴方向的距离(参照 图2)。Ymax表示从照明单元的x轴方向的边到最近的照明装置的列的中心的y轴方向的距离 (参照图2)。知表示照明单元中的照明装置在x轴方向上的中心间隔(参照图2)。

[0216] [表 17]

[0217]

Figure CN104011461BD00162

Figure CN104011461BD00171

1〇218]~与实施例1至3的光学元件的光线有关的参数满足以下关系:^' '

[0219] 0eha>45° ⑷

[0220] 0ea>45° (5)

[0221] 9ia>9ib (6)

[0222] tan(9eha)>2 (7) 〇

[0223] 不等式⑷、(5)以及⑵是用于使光经由光学元件而在y轴方向上充分地扩散的条 件。不等式(6)表示如下情况:从光源的y轴方向的端部对xy面垂直地前进的光线在入射面 上的y轴方向的扩散大于从光源的x轴方向的端部对xy面垂直地前进的光线在入射面上的x 轴方向的扩散。与此相对,比较例的光学元件不满足不等式⑷至⑵中的任意一个。

[0224] 另外,与照明单元相关的参数满足以下的关系:

Figure CN104011461BD00172

[0225]

[0226]

[0227] 不等式(8)是在照明单元中用于规定光学元件的y轴方向的光线扩散的上限的不 等式。当光线超过不等式(8)的上限而在y轴方向上扩散时,因为光线照射到被照射面的外 侦L因此照射效率恶化。不等式(9)是在照明单元中用于规定光学元件的x轴方向的光线扩 散的上限的不等式。在照明单元中,在x轴方向上配置多个光源,要求照度在x轴方向上的高 均匀性。因此,通过限制从x轴方向的端部对xy面垂直地前进的光线在入射面上的x轴方向 的扩散9 eb的上限,提高照度在x轴方向上的均匀性。

[0228] 其它的优选实施方式

[0229] 实施例1至3的出射面的形状由式(2)来表示,是关于z轴对称的形状。也可以代替 由式(2)表示的形状而成为关于z轴非对称的形状。例如,也可以将出射面的形状构成为,使 yz截面的中心附近的形状成为缓缓的凸形状,并且不具有拐点而在yz截面的周边成为缓缓 的凸形状,使xz截面的中心附近的形状成为缓缓的凹形状,并且经过拐点而在xz截面的周 边成为凸形状。另外,还优选为在光学元件的内部不引起全反射的出射面的形状。

[0230] 例如,也可以采用通过以下的式表示的出射面的形状。

[0231]

Figure CN104011461BD00181

[0232] C = l/R

[0233] r2 = x2+y2

[0234] z是从入射面的顶点到入射面上的点的z轴方向的距离。c是曲率,R是曲率半径,k 是圆锥系数,Aij是包含xy的项的系数。i和j是系数的下标的整数。

[0235] 表18和表19是不出式(10)的系数的表,该式(10)表不出射面。没有在表中不出的 系数是0。

[0236] [表 18]

[0237]

Figure CN104011461BD00182

W240]~通过使出射面成为上述的形状,与通过式(2)表示的具有关于z轴对称的形状的出, 射面相比,能够在XY方向上进行自由度更高的光线的控制。

Claims (8)

1. 一种光学元件,其具有:入射面,其形成为覆盖配置于平面上的假想光源;以及出射 面,其覆盖该入射面,该光学元件构成为在来自该假想光源的光通过该入射面和该出射面 之后照射到外部,其特征在于, 将通过该假想光源的中心并与该平面垂直的轴作为Z轴,规定在该平面内彼此正交并 通过成为原点的该中心的X轴和y轴, 设该假想光源的X座标的最大值为b,y座标的最大值为a, 该入射面是将与z轴的交点作为顶点的盖状, 在包含X轴和z轴的截面中,设从原点发出并在与z轴成01角度的方向上前进的假想光线 在与该入射面的交点处与该入射面的法线构成的角度为Φχ,设从X轴上与原点相隔距离b 的点b发出并在z轴方向上前进的假想光线通过该入射面之后与z轴方向构成的角度为0ib, 在包含y轴和Z轴的截面中,设从原点发出并在与Z轴成Sr角度的方向上前进的假想光线 在与该入射面的交点处与该入射面的法线构成的角度为Φγ,设从y轴上与原点相隔距离a 的点a发出并在z轴方向上前进的假想光线通过该入射面之后与z轴方向构成的角度为0ia, 而且设通过该出射面之后与z轴方向构成的角度为,设从该点a到从该点a引出的相对于 xy面的垂线与该入射面的交点的距离为匕,设从原点发出并在与z轴成arctan (a/ha)角度的 方向上前进的假想光线通过该出射面之后与z轴方向构成的角度为Qe3ha,该入射面在〇〈0r〈 60°下满足 Φ y〉Φ X, 并且,满足 0eha>45〇 0ea>45〇 9ia>9ib〇
2. 根据权利要求1所述的光学元件,其特征在于, 所述入射面还满足 tan (0eha) >2 O
3. 根据权利要求1或2所述的光学元件,其特征在于, 在包含X轴和z轴的截面中,设从原点发出并在与z轴成01角度的方向上前进的假想光线 通过该出射面之后与z轴方向构成的角度为ΘΜ,在包含y轴和z轴的截面中,设从原点发出并 在与z轴成θr角度的方向上前进的假想光线通过该出射面之后与z轴方向构成的角度为Θ#, 该入射面在0〈9r〈60 °下,满足 θθχ>θΓ 9ey>9r〇
4. 一种照明装置,其包含配置于平面上的光源和覆盖该光源的光学元件,其特征在于, 该光学元件是权利要求1至3中的任意一项所述的光学元件。
5. 根据权利要求4所述的照明装置,其特征在于, 所述光源在xy平面上的形状关于X轴和y轴线对称。
6. —种照明模块,其是将照明装置配置成X轴方向的一列或多列而构成的,其特征在 于, 该照明装置是权利要求4或5所述的照明装置。
7. 根据权利要求6所述的照明模块,其特征在于, 所述照明模块具备具有X轴方向和y轴方向的边的长方形的面,设从X轴方向的边到最 近的照明装置列的光源中心的y轴方向的距离为Ymax,设从配置有照明装置的面到被照射面 的z轴方向的距离为D,满足
Figure CN104011461BC00031
8. 根据权利要求6或7所述的照明模块,其特征在于, 设照明装置的X轴方向的间隔为Xp,从配置有照明装置的面到被照射面的z轴方向的距 离为D,在包含X轴和z轴的截面中,设从X轴上与原点相隔距离b的点b发出而向z轴方向前进 的假想光线通过该出射面之后与z轴方向构成的角度为θ^,满足
Figure CN104011461BC00032
CN201280062987.9A 2011-12-20 2012-12-18 光学元件、包含该光学元件的照明装置以及使用了该照明装置的照明模块 CN104011461B (zh)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201161577878P true 2011-12-20 2011-12-20
US61/577,878 2011-12-20
PCT/JP2012/082783 WO2013094599A1 (ja) 2011-12-20 2012-12-18 光学素子、該光学素子を含む照明装置及び該照明装置を使用した照明モジュール

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN104011461A CN104011461A (zh) 2014-08-27
CN104011461B true CN104011461B (zh) 2017-05-24

Family

ID=48668486

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201280062987.9A CN104011461B (zh) 2011-12-20 2012-12-18 光学元件、包含该光学元件的照明装置以及使用了该照明装置的照明模块

Country Status (4)

Country Link
US (1) US9857051B2 (zh)
JP (1) JP5747196B2 (zh)
CN (1) CN104011461B (zh)
WO (1) WO2013094599A1 (zh)

Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8974077B2 (en) 2012-07-30 2015-03-10 Ultravision Technologies, Llc Heat sink for LED light source
EP2851612B1 (de) * 2013-09-24 2019-06-26 Glashütte Limburg Leuchten GmbH + Co. KG Leuchte mit Lampenschirm
CN103644532B (zh) * 2013-12-16 2015-08-26 宏力照明集团有限公司 大幅度提高路灯照射范围的方法及装置
JP6300147B2 (ja) * 2014-02-05 2018-03-28 パナソニックIpマネジメント株式会社 照明装置
JP6337668B2 (ja) * 2014-07-18 2018-06-06 岩崎電気株式会社 照明用レンズ、及び照明装置
JP6467750B2 (ja) * 2014-11-07 2019-02-13 パナソニックIpマネジメント株式会社 照明器具
JP6099618B2 (ja) * 2014-11-12 2017-03-22 浜井電球工業株式会社 光源モジュール、およびそれを利用したトンネル用照明灯具
WO2017061370A1 (ja) * 2015-10-07 2017-04-13 株式会社エンプラス 光束制御部材、発光装置、面光源装置および表示装置
KR101690740B1 (ko) * 2016-01-05 2016-12-29 주식회사 에이치엘옵틱스 비대칭 확산 렌즈
EP3208533B1 (en) * 2016-02-16 2018-11-21 LG Innotek Co., Ltd. Optical lens and light emitting module including the same
ITUA20164252A1 (it) * 2016-06-16 2017-12-16 Francesco Masullo Modulo Led Blackdome
KR101821405B1 (ko) 2016-06-28 2018-01-23 (주)애니캐스팅 엘이디 렌즈
KR101875026B1 (ko) * 2017-04-21 2018-07-06 주식회사 에이치엘옵틱스 광 확산 렌즈

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101363588A (zh) * 2007-08-09 2009-02-11 夏普株式会社 发光装置及具有该发光装置的照明装置
CN101883994A (zh) * 2009-02-12 2010-11-10 松下电器产业株式会社 照明用透镜、发光装置、面光源和液晶显示装置

Family Cites Families (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS59204815A (en) * 1983-05-09 1984-11-20 Yamagata Daigaku Averaging lens of illuminance for illumination
DE102004043516A1 (de) * 2004-09-08 2006-03-23 Osram Opto Semiconductors Gmbh Seitlich emittierendes strahlungserzeugendes Bauelement und Linse für ein solches Bauelement
JP3875247B2 (ja) 2004-09-27 2007-01-31 株式会社エンプラス 発光装置、面光源装置、表示装置及び光束制御部材
JP2006309242A (ja) * 2005-04-26 2006-11-09 Lg Electronics Inc 光学レンズ及びこれを用いた発光素子パッケージ及びバックライトユニット
TW200717131A (en) * 2005-08-19 2007-05-01 Lg Chemical Ltd Side emitting lens, light emitting device using the side emitting lens, mold assembly for preparing the side emitting lens and method for preparing the side emitting lens
JP4863357B2 (ja) * 2006-01-24 2012-01-25 株式会社エンプラス 発光装置、面光源装置、表示装置及び光束制御部材
US20100085763A1 (en) * 2007-01-26 2010-04-08 Sic Divisione Elettronica S.R.L. Lens for a light emitting diode and manufacturing method therefor
JP4350144B2 (ja) 2007-08-09 2009-10-21 シャープ株式会社 発光装置およびこれを備える照明装置
JP2009099604A (ja) * 2007-10-12 2009-05-07 Sharp Corp 光制御部材、光束制御部材、発光装置及び照明装置
TWM352000U (en) * 2008-09-19 2009-03-01 Genius Electronic Optical Co Optic lens emitting light from both lateral sides
TW201022592A (en) * 2008-12-15 2010-06-16 Create Electronic Optical Co Optical lens and light emitting diode (LED) illuminating device thereof
JP5325639B2 (ja) * 2009-04-03 2013-10-23 パナソニック株式会社 発光装置
CN101900290B (zh) * 2009-05-31 2012-02-22 比亚迪股份有限公司 一种led配光透镜及含有该透镜的led路灯
JP2011071382A (ja) * 2009-09-28 2011-04-07 Alps Electric Co Ltd 発光ダイオード用レンズ
JP5081988B2 (ja) 2009-10-19 2012-11-28 パナソニック株式会社 照明用レンズ、発光装置、面光源および液晶ディスプレイ装置
CN102052628A (zh) 2009-10-29 2011-05-11 富士迈半导体精密工业(上海)有限公司 光学透镜
EP2497996B1 (en) * 2009-11-04 2018-08-15 Nalux Co. Ltd. Lighting device
US8070326B2 (en) * 2010-01-07 2011-12-06 Osram Sylvania Inc. Free-form lens design to apodize illuminance distribution
CN102369390B (zh) * 2010-02-02 2014-10-15 松下电器产业株式会社 面光源装置和液晶显示器装置及透镜
JP5493147B2 (ja) * 2010-04-07 2014-05-14 株式会社エンプラス 光束制御部材、発光装置、及び照明装置

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101363588A (zh) * 2007-08-09 2009-02-11 夏普株式会社 发光装置及具有该发光装置的照明装置
CN101883994A (zh) * 2009-02-12 2010-11-10 松下电器产业株式会社 照明用透镜、发光装置、面光源和液晶显示装置

Also Published As

Publication number Publication date
JPWO2013094599A1 (ja) 2015-04-27
US9857051B2 (en) 2018-01-02
JP5747196B2 (ja) 2015-07-08
WO2013094599A1 (ja) 2013-06-27
CN104011461A (zh) 2014-08-27
US20140328062A1 (en) 2014-11-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6111110B2 (ja) 光束制御部材、発光装置、面光源装置および表示装置
JP5021070B2 (ja) 発光素子、照明装置および液晶表示装置
JP5313287B2 (ja) 面光源装置及びこれを備えるlcdバックライトユニット
JP5356273B2 (ja) 照明デバイスおよび該照明デバイスを備えた照明装置
JP5394243B2 (ja) 発光ダイオード照明器具
JP4384547B2 (ja) 非正三角形レンズ構造を有する導光板
CN101128760B (zh) 光导体
JP4891626B2 (ja) 液晶表示装置
JP4673676B2 (ja) バックライト装置
JP4960406B2 (ja) 発光ダイオード光源モジュール
CN1303459C (zh) 照明装置和液晶显示装置
US7357557B2 (en) Light guide plate
TWI378300B (en) Light guide plate and backlight module
EP2042897B1 (en) Planar lighting device
US9880417B2 (en) Illumination lens for LED backlights
JP4717494B2 (ja) 照明装置およびこれを用いた表示装置
KR101329413B1 (ko) 광학 렌즈, 이를 구비하는 광학 모듈 및 이를 구비하는백라이트 유닛
CN102933893B (zh) 照明装置、显示装置以及电视接收装置
JP2006054407A (ja) 発光ダイオードレンズ及びこれを備えたバックライトモジュール
US20020017844A1 (en) LED light source with field-of-view-controlling optics
JP6564019B2 (ja) ピクセル数の多い表示装置用の有色無機ledディスプレイ
JP2008009369A (ja) 直下型バックライトユニット及びその拡散板の製造方法
US20070206298A1 (en) Optical film having multi-story and multi-peak prisms
US7582913B2 (en) Lens and LED using the lens to achieve homogeneous illumination
JP2006332054A (ja) Led拡散レンズ

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant