JP2005189446A

JP2005189446A - 発光素子用レンズ

Info

Publication number: JP2005189446A
Application number: JP2003429572A
Authority: JP
Inventors: Daisuke Kawasaki; 大輔河崎
Original assignee: Okaya Electric Industry Co Ltd
Current assignee: Okaya Electric Industry Co Ltd
Priority date: 2003-12-25
Filing date: 2003-12-25
Publication date: 2005-07-14

Abstract

【課題】発光素子からの光を輝度の分布が一様な平行光でかつ光束の周縁の立ち上がりが急峻となる発光素子用レンズの提供を目的とする。
【解決手段】発光素子からの光を集光して前方に放射するレンズ体２と、一方がレンズ体に固定され他方が発光素子４に掛合する接続部材３とから発光素子用レンズ１を構成し、接続部材の一方の被覆部６は球面収差を生じるレンズ体の外周部分を被覆して掛合することでレンズ体から放射される光束の外周部をマスクして輝度の分布が一様な中央部分の光束を照射させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＬＥＤ（発光ダイオード）等の発光素子と組合されて発光素子の光を集光するレンズに係り、特に発光素子からの光を輝度の分布が一様な平行光として照射することができる発光素子用レンズに関するものである。

従来、エンコーダ等に用いられる発光源としては、相対向するセンサ（受光素子）に向かって一定程度の断面積を有する平行な光束を照射することが求められている。しかし、ＬＥＤ等の発光素子の発光としては点光源や面光源があるが、そのままではどちらも指向性がなく光が拡散してしまい、一定程度の断面積を有する平行な光束を形成できないことから、発光素子前方に光を集光する凸状のレンズを配設している。この発光素子用レンズ１１（直径が４〜５ｍｍ）はガラス製で、図３に示すごとく、上面に約Ｒ２．３の突出した凸状の球面、下面に約Ｒ８の緩やかな凸状の球面を形成した短焦点タイプのレンズ体１２と、このレンズ体１２を発光素子１４に取り付けるための接続部材１３とから構成され、発光素子からの光を集光して前方へと放射している。
特開２０００−３３２３０４公報

このレンズ体１２にあっては、溶融ガラスを成形型に流し込んで形成されているが、レンズ表面の面粗度をより小さくして特性を向上させるために離型後にレンズ表面を加熱して僅かに溶融させることが通常行われている。これにより、レンズ表面はより平滑になり特性が向上するものの、加熱条件によってはレンズ面の曲率が設計値を外れて誤差を生じる恐れがあった。このようになると、上述した従来の発光素子用レンズにあっては、発光素子の光を収束させ平行光として前方に真っ直ぐ照射するものの、発光素子が点光源の場合には図４に示すごとく、発光素子との距離が短いと、光束の周囲の輝度が中心部よりもきわめて高くなるという配向特性が生じ、また発光素子が面光源の場合には、図５に示すごとく、光束の周縁の立ち上がりが急峻にならずになだらかに裾を引いてしまい、どちらの場合にあっても受光素子が検出する光束を遮るタイミングが不正確になる恐れがあった。

そこで本発明にあっては、上述した課題を解決すべく、発光素子からの光を輝度の分布が一様な平行光でかつ光束の周縁の立ち上がりが急峻となる発光素子用レンズの提供を目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の発光素子用レンズは、発光素子からの光を集光して前方に放射するレンズ体と上記発光素子とを接続する接続部材におけるレンズ体との接続部分には、球面収差を生じるレンズ体の外周部分を被覆する被覆部を形成し、レンズ体から放射される光束の外周部をマスクして輝度の分布が一様な中央部分の光束を照射させることを特徴とする。

また、レンズ体は非球面レンズとしたことを特徴とする。

また、レンズ体をガラス製としたことを特徴とする。

本発明の発光素子用レンズによれば、発光素子からの光を集光して前方に放射するレンズ体と上記発光素子とを接続する接続部材におけるレンズ体との接続部分には、球面収差を生じるレンズ体の外周部分を被覆する被覆部を形成することで、レンズ体から放射される光束はそのレンズ体の球面収差によって発光強度ムラが発生する外周部が被覆部により覆い隠されて、輝度の分布が一様な平行光を照射することができる。

また、レンズは非球面レンズとすることで、短焦点であっても球面収差をなくしてさらに一層輝度の分布が一様な平行光を照射することができる。

また、レンズ体をガラス製とすることで、レンズ体の一方の曲面が設計値通りとならずに外周部に球面収差が生じやすくなるものの、この外周部が被覆部により覆い隠されることにより、輝度の分布が一様な平行光を照射することができる。

図１は、本発明の発光素子用レンズ１を示すものであり、透明なガラスを成形して得られるこの発光素子用レンズ１は、直径が４．６４ｍｍで、上面をＣ＝０．５６１８でＫ＝−０．８８の楕円面からなる凸状の非球面とし、下面を約Ｒ１０の緩やかな凸状の曲面を形成したレンズ体２と、このレンズ体２を発光素子４の前方に取り付けるための接続部材３とから構成され、発光素子４からの光を集光して前方へと放射するものである。本実施例にあっては、例えばレンズとしての特性的要求等からその材料として合成樹脂ではなくガラスを用いる場合について説明するものであり、そして溶融ガラスを成形型に流し込んで形成するガラス製のレンズにあっては、成形型による曲面は上記設計値通りに形成されるものの、下面の約Ｒ１０の曲面はガラスの表面張力等に依存することから設計値通りに正確に形成することが困難で外周部で球面収差が生じやすいが、本発明はこのような球面収差を好適に解消することができるものである。

上記接続部材３は、金属製の略円筒形状からなり、その下部は発光素子４に掛合する発光素子掛合部５を設けるとともに、上部にはレンズ体２の外周縁から中心に向かって横方向に周回状に掛合する掛合部としての機能を兼ね備えた被覆部６を形成し、レンズ体２の外径を４．６４ｍｍとした場合に、上記被覆部６はその開口径が３．７ｍｍとなるように、レンズ体２の外周部をその前面側から幅広くマスクしている。従来の接続部材であれば、その上部の掛合部はレンズ体を掛止するだけの用途であって、できるだけレンズの有効径を大きくするために、その掛合部の開口径は４．０ｍｍ程度（周面からの突出寸法は片側０．１３ｍｍ程度）としていた。しかし、この程度の被覆部の突出量ではレンズ体における球面収差を生じる領域を覆い隠すことはできず、そのためレンズ体２から照射される光束の周囲の輝度が中心部よりもきわめて高くなるという現象に対処することはできなかった。しかし、本実施例の発光素子用レンズ１にあっては、被覆部６はレンズ体２における球面収差を生じる領域をある程度覆うことができる（周面からの突出寸法を片側０．２８ｍｍ程度とする）ものである。すなわち、レンズ体２の外径を４．６４ｍｍとした場合に、被覆部６はレンズ体２の外周部の約３６％の面積を被覆するものであり、これよりも被覆部６の突出量を小さくしていった場合には、レンズ体における球面収差により発光強度ムラが発生する外周部を確実に覆い隠すことができなくなり、またこれよりも被覆部６の突出量を大きくしていった場合には、レンズ体をマスクし過ぎて光量が不足する恐れがあるものである。

図２は、このような構成からなる発光素子用レンズ１における配向特性を示し、レンズ体２からの距離Ｌが近いほど光束の周囲の輝度が高くなる傾向はあるものの、全般的に見ればほぼ平均化されているものである。

本発明の発光素子用レンズを示す断面図である。本発明の発光素子用レンズの配向特性を示す波形図である。従来の発光素子用レンズを示す断面図である。従来の発光素子用レンズの配向特性を示す波形図である。従来の発光素子用レンズの配向特性を示す他の波形図である。

符号の説明

１発光素子用レンズ
２レンズ体
３接続部材
４発光素子
５発光素子掛合部
６被覆部

Claims

発光素子からの光を集光して前方に放射するレンズ体と上記発光素子とを接続する接続部材におけるレンズ体との接続部分には、球面収差を生じるレンズ体の外周部分を被覆する被覆部を形成し、レンズ体から放射される光束の外周部をマスクして輝度の分布が一様な中央部分の光束を照射させることを特徴とする発光素子用レンズ。
レンズ体を非球面レンズとしたことを特徴とする請求項１記載の発光素子用レンズ。
レンズ体をガラス製としたことを特徴とする請求項１記載の発光素子用レンズ。