JP2013089291A - Optical lens, optical module, optical system, and lamp - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光学レンズ、光学モジュール、光学システム、灯具に関する。 The present invention relates to an optical lens, an optical module, an optical system, and a lamp.
図1は特許文献1に示されているLED照明装置(スポットライト)を示す図である。 FIG. 1 is a diagram showing an LED illumination device (spotlight) disclosed in Patent Document 1. In FIG.
図1に示すLED照明装置(スポットライト)は、LED光源としてのLED素子110と、光学系としてのレンズ115などから構成されている。ここで、レンズ115は、反射面115aと、出射面115bと、LED包囲面115cとを有しており、LED包囲面115cは、LED素子110から発せられた光が入射する入射面であり、LED素子110を囲むように円筒形状のものとなっている。
The LED illumination device (spotlight) shown in FIG. 1 includes an
図2は上記LED照明装置(スポットライト)の光学特性を説明するための図である。上記のようにLED素子110とレンズ115を配置したスポットライトにおいて、LED素子110から発光された光は、ほとんどがLED包囲面115cに入射され、このうち、光軸に近い第1の面121に入射した光は、境界面で屈折してレンズ115内を透過して出射面115bで屈折して出射されて光路R0をたどる。また、LED素子110から発光された光のうち、光軸から遠い第2の面122に入射した光は、境界面で屈折してレンズ115内を透過して反射面115aで全反射して出射面115bで屈折して出射されて光路R2をたどる。
FIG. 2 is a diagram for explaining optical characteristics of the LED illumination device (spotlight). In the spotlight in which the
特許文献1のLED照明装置(スポットライト)は、図2の光路R0、R2からわかるように、LED素子110から発光された光のうち、光軸に近い第1の面121(光軸付近の面)に入射した光は、光路R0をたどり、その範囲が30°以下となるように設定されていても、遠くに行くに従い、光が広がってしまうという問題があった。
As can be seen from the optical paths R0 and R2 of FIG. 2, the LED illumination device (spotlight) of Patent Document 1 includes a first surface 121 (near the optical axis) near the optical axis among the light emitted from the
また、特許文献1のLED照明装置(スポットライト)は、レンズ115が肉厚であり、レンズ115の重量が重いという問題があった。
Further, the LED illumination device (spotlight) of Patent Document 1 has a problem that the
本発明は、レンズの重量を従来に比べて軽くすることができ、かつ、遠くにおいても光の広がりを小さく抑えることが可能な光学レンズ、光学モジュール、光学システム、灯具を提供することを目的としている。 An object of the present invention is to provide an optical lens, an optical module, an optical system, and a lamp that can reduce the weight of the lens as compared with the conventional lens and can suppress the spread of light even at a distance. Yes.
上記目的を達成するために、請求項1記載の発明は、光学レンズの光軸上に頂点を有する凹部により構成され、光源からの光が入射される入光面と、該入光面からの光を外部に出射させる出光面とを有し、前記入光面は、該入光面に入射した光を前記光学レンズの光軸に対して外側方向に屈折させ、前記出光面は、前記光学レンズの光軸の方向を垂直方向とするとき、前記入光面からの光をより一層水平方向(光学レンズの光軸方向に対して垂直な方向)に屈折させるようになっていることを特徴とする光学レンズである。 In order to achieve the above object, the invention according to claim 1 is constituted by a concave portion having an apex on the optical axis of the optical lens, a light incident surface on which light from a light source is incident, and a light incident from the light incident surface. A light exit surface for emitting light to the outside, wherein the light entrance surface refracts light incident on the light entrance surface in an outward direction with respect to an optical axis of the optical lens, and the light exit surface includes the optical surface. When the direction of the optical axis of the lens is the vertical direction, the light from the light incident surface is refracted in a further horizontal direction (a direction perpendicular to the optical axis direction of the optical lens). It is an optical lens.
また、請求項2記載の発明は、光を出射する光源と、請求項1記載の光学レンズとを備え、前記光源の光軸と前記光学レンズの光軸とを一致させ、前記光学レンズの入光面に前記光源からの光を入射させるようになっていることを特徴とする光学モジュールである。 According to a second aspect of the present invention, a light source that emits light and the optical lens according to the first aspect are provided, the optical axis of the light source and the optical axis of the optical lens are aligned, and the optical lens is inserted. An optical module characterized in that light from the light source is incident on an optical surface.
また、請求項3記載の発明は、請求項2記載の光学モジュールと、該光学モジュールからの出射光を制御するリフレクタ(反射面)または全反射レンズとを有していることを特徴とする光学システムである。
The invention described in claim 3 includes an optical module according to
また、請求項4記載の発明は、請求項3記載の光学システムが用いられていることを特徴とする灯具である。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a lamp characterized by using the optical system according to the third aspect.
請求項1乃至請求項4記載の発明によれば、光学レンズの光軸上に頂点を有する凹部により構成され、光源からの光が入射される入光面と、該入光面からの光を外部に出射させる出光面とを有し、前記入光面は、該入光面に入射した光を前記光学レンズの光軸に対して外側方向に屈折させ、前記出光面は、前記光学レンズの光軸の方向を垂直方向とするとき、前記入光面からの光をより一層水平方向(光学レンズの光軸方向に対して垂直な方向)に屈折させるようになっている光学レンズであって、この光学レンズからの出射光をリフレクタ面(反射面)または全反射レンズで制御するようになっているので、従来に比べて軽量化を図ることができ、かつ、遠くにおいても光の広がりを小さく抑えることが可能となる。 According to the first to fourth aspects of the present invention, the light input surface is configured by the concave portion having the apex on the optical axis of the optical lens, and the light from the light source is incident on the light input surface. A light exit surface that emits light to the outside, the light entrance surface refracts light incident on the light entrance surface in an outward direction with respect to the optical axis of the optical lens, and the light exit surface An optical lens configured to refract light from the light incident surface in a further horizontal direction (a direction perpendicular to the optical axis direction of the optical lens) when the direction of the optical axis is a vertical direction. The light emitted from this optical lens is controlled by a reflector surface (reflective surface) or a total reflection lens, so that the weight can be reduced compared to the conventional one, and the light spreads even at a distance. It can be kept small.
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図3は本発明の光学モジュールの一構成例を示す図(断面図)である。 FIG. 3 is a diagram (cross-sectional view) showing a configuration example of the optical module of the present invention.
図3を参照すると、この光学モジュール10は、光を出射する光源1と、光学レンズ2とを備えている。なお、図3において、Xは光源1の光軸であり、X1は光学レンズ2の光軸であり、この光学モジュール10では、光源1の光軸Xと光学レンズ2の光軸X1とを一致させている。
Referring to FIG. 3, the
ここで、光源1には、例えばランバーシアンの指向特性を有する発光ダイオード(LED)等を用いることができる。 Here, as the light source 1, for example, a light emitting diode (LED) having Lambertian directivity can be used.
また、光学レンズ2は、光学レンズ2の光軸X1上に頂点Cを有する凹部により構成され、光源1からの光が入射される入光面3と、該入光面3からの光を外部に出射させる出光面4とを有し、前記入光面3は、該入光面3に入射した光を前記光学レンズ2の光軸X1に対して外側方向に屈折させ、前記出光面4は、前記光学レンズ2の光軸X1の方向を垂直方向とするとき、前記入光面3からの光をより一層水平方向(光学レンズ2の光軸X1方向に対して垂直な方向)に屈折させるようになっている。なお、入光面3、出光面4は、光学レンズ2の光軸X1に対し例えば回転体となっている。
The
より詳細に、図3の例では、入光面3は、頂点Cを有する例えば円錐形状の凹部により構成され、入光面3の光軸X1とのなす角度θは、光源1からの光に対して臨界角未満の角度(例えば2°〜30°程度)である。なお、入光面3の光軸X1とのなす角度θが小さい程、光源1からの光に対する屈折角は大きくなり、入光面3の光軸X1とのなす角度θが大きい程、光源1からの光に対する屈折角は小さくなっていくので、入光面3の光軸X1とのなす角度θは、光源1の発光面のサイズ(光源1が面光源の場合は大きく、光源1が点光源の場合は小さい)などとのバランスによって決められる。 More specifically, in the example of FIG. 3, the light incident surface 3 is configured by, for example, a conical recess having an apex C, and the angle θ formed with the optical axis X <b> 1 of the light incident surface 3 depends on the light from the light source 1. On the other hand, the angle is less than the critical angle (for example, about 2 ° to 30 °). The smaller the angle θ formed with the optical axis X1 of the light incident surface 3, the larger the refraction angle with respect to the light from the light source 1, and the larger the angle θ formed with the optical axis X1 of the light incident surface 3, the light source 1 Since the refraction angle with respect to the light from the light source 1 becomes smaller, the angle θ formed with the optical axis X1 of the light incident surface 3 is larger than the size of the light emitting surface of the light source 1 (if the light source 1 is a surface light source, It is determined by the balance with a small light source.
また、光源1(発光面)から入光面3の頂点Cまでの距離は、光源1の発光面のサイズが大きい程(光源1が面光源の場合程)、遠くに設定し、光源1の発光面のサイズが小さい程(光源1が点光源の場合程)、近くに設定される。 The distance from the light source 1 (light emitting surface) to the vertex C of the light incident surface 3 is set to be farther as the size of the light emitting surface of the light source 1 is larger (when the light source 1 is a surface light source). It is set closer as the size of the light emitting surface is smaller (when the light source 1 is a point light source).
また、出光面4は、図3において、点Aと点Bを結ぶ直線Lと入光面3の光軸X1とのなす角度αが45°〜臨界角未満(例えば85°)であり(すなわち、角度αが大きい程、入光面3からの光はより屈折角が大きく、入光面3からの光をより一層水平方向(光学レンズ2の光軸X1方向に対して垂直な方向)に屈折させるが、角度αが臨界角を超えると全反射してしまうので、角度αは、入光面3からの光を全て屈折させるような最適な角度に設定される)、点Aと点Bを通る所定半径Rの円弧の曲面(例えば回転体)のものとなっている。 In addition, the light exit surface 4 has an angle α formed by a straight line L connecting the point A and the point B and the optical axis X1 of the light incident surface 3 in FIG. 3 between 45 ° and less than a critical angle (for example, 85 °) (that is, 85 °). As the angle α is larger, the light from the light incident surface 3 has a larger refraction angle, and the light from the light incident surface 3 is more horizontally oriented (a direction perpendicular to the optical axis X1 direction of the optical lens 2). However, since the angle α is totally reflected when the angle α exceeds the critical angle, the angle α is set to an optimum angle that refracts all the light from the light incident surface 3). Is a curved surface (for example, a rotating body) of a circular arc having a predetermined radius R passing through.
このような構成の光学モジュール10では、入光面3を経て出光面4にて屈折した光は、図3に光路R1で示すように、全てロスすることなく光学モジュール10の前方(光学レンズ2の光源1とは反対側の方向)へと制御され、なおかつ、真ん中に行く光はなく、左右に放射状に分割された光へと制御される。つまり、光学レンズ2の光軸X1を回転軸とし、真ん中部分の光をなくした(真ん中部分の光を左右方向に分けた)回転形状の光へと制御される。
In the
図4には、ランバーシアンの指向特性を有する光源1からの光を、光学レンズ2により、真ん中部分(角度−30°〜30°)が抜けて、左右方向に分けたような指向特性が示されている。
FIG. 4 shows a directivity characteristic in which light from the light source 1 having a Lambertian directivity characteristic is divided in the left-right direction through the
このように、本発明の光学モジュール10は、光源1からの光を、光学レンズ2により、真ん中部分が抜けて、左右方向に分けたような指向特性に変えるので、後述のように、この光学モジュール10からの出射光をリフレクタ(反射面)または全反射レンズで制御するとき、光学レンズ2からの出射光において真ん中部分が抜けていることにより、従来技術(図2参照)における光路R0の部分がなくなり、遠くにおいても光の広がりを小さく抑えることが可能となる。
As described above, the
また、本発明の光学モジュール10では、光学レンズ2のサイズを小さくできるので、光学レンズの重量を従来に比べて軽くすることができる。
Further, in the
図5は本発明の光学モジュール10を用いた光学システムの一例を示す図である。図5を参照すると、この光学システムは、光学モジュール10と、該光学モジュール10からの出射光を制御するリフレクタ(反射面)11とを有している。
FIG. 5 is a diagram showing an example of an optical system using the
図5の光学システムでは、図6に示すように、光学モジュール10からの光(真ん中部分が抜けて、左右方向に広がった指向特性になった光路R1の光)をリフレクタ(反射面)11によって前方に向けて(光源1が設けられている側とは反対側の方向に向けて)反射し光学レンズ2の光軸X1方向へと集光させることにより(図6の例では、光学レンズ2の光軸X1と平行な光にすることにより)、遠方においても光の広がりを抑えることができる。図7には、リフレクタ(反射面)11からの光の指向特性の一例が示されており、図7から、光学モジュール10からの光をリフレクタ(反射面)11によって光軸X1とほぼ平行な光にすることができることがわかる。
In the optical system of FIG. 5, as shown in FIG. 6, the light from the optical module 10 (light in the optical path R <b> 1 having a directional characteristic spread through in the left and right direction through the middle portion) is reflected by a reflector (reflecting surface) 11. By reflecting toward the front (in the direction opposite to the side where the light source 1 is provided) and condensing in the direction of the optical axis X1 of the optical lens 2 (in the example of FIG. 6, in the example of the optical lens 2). By making the light parallel to the optical axis X 1), it is possible to suppress the spread of light even in the distance. FIG. 7 shows an example of the directivity characteristic of light from the reflector (reflecting surface) 11. From FIG. 7, the light from the
また、図5の光学システムでは、光学レンズ2のサイズを小さくでき、リフレクタ(反射面)11は肉抜き化できるので、軽量化を図ることができる。
Further, in the optical system of FIG. 5, the size of the
なお、図5の光学システムにおいて、リフレクタ(反射面)11は、ハウジング(筐体)を兼ねてもよく、これを例えばアルミダイキャストで作製すれば、ヒートシンク等の放熱部材にもなる。このように、リフレクタ(反射面)11は、ハウジング(筐体)やヒートシンク等の放熱部材も兼ねることができ、この場合には、部品点数を削減し、組立て性能を向上させることができる。 In the optical system of FIG. 5, the reflector (reflecting surface) 11 may also serve as a housing (housing), and if this is made by, for example, aluminum die casting, it can also be a heat radiating member such as a heat sink. Thus, the reflector (reflective surface) 11 can also serve as a heat radiating member such as a housing (housing) or a heat sink. In this case, the number of parts can be reduced and the assembling performance can be improved.
図8は本発明の光学モジュール10を用いた光学システムの他の例を示す図である。図8を参照すると、この光学システムは、光学モジュール10と、光学モジュール10(光学レンズ2)の周りに設けられ、該光学モジュール10からの出射光を制御する全反射レンズ12とを有している。
FIG. 8 is a diagram showing another example of an optical system using the
図8の光学システムでは、図9に示すように、光学モジュール10からの光(真ん中部分が抜けて、左右方向に広がった指向特性になった光)を全反射レンズ12によって前方に向けて(光源1が設けられている側とは反対側の方向に向けて)反射し光学レンズ2の光軸X1方向へと集光させることにより(図9の例では、光学レンズ2の光軸X1と平行な光にすることにより)、遠方においても光の広がりを抑えることができる。 In the optical system of FIG. 8, as shown in FIG. 9, the light from the optical module 10 (the light having a directional characteristic spread through the left and right direction through the middle portion) is directed forward by the total reflection lens 12 ( By reflecting in the direction opposite to the side where the light source 1 is provided and converging in the direction of the optical axis X1 of the optical lens 2 (in the example of FIG. 9, the optical axis X1 of the optical lens 2) By making the light parallel, the spread of the light can be suppressed even in the distance.
なお、上述の各例では、光学レンズ2の入光面3は、図3に示すように、頂点Cを有する例えば円錐形状の凹部により構成されるとしたが、真ん中部分が抜けて、左右方向に分けたような指向特性をもたらすものであれば、円錐形状に限らず、例えば図10(a)、(b)に示すような断面形状の凹部により構成することもできる。また、光学レンズ2の出光面4は、真ん中部分が抜けて、左右方向に分けたような指向特性をもたらすものであれば、図3に示すような形状に限らず、例えば図11(a)、(b)に示すような断面形状のものにすることもできる。
In each of the above-described examples, the light incident surface 3 of the
また、上述の各例では、光学レンズ2の入光面3、出光面4は、光学レンズ2の光軸X1を回転軸とした回転体形状であるとしたが、光学レンズ2の入光面3、出光面4を多角形形状(例えば8角形形状など)のものにすることも可能である。
Further, in each of the above-described examples, the light incident surface 3 and the light exit surface 4 of the
また、上述した光学システムを用いて、灯具(例えば、スポットライト)を構成することができ、この場合、スポットの広がりを抑えることができ、また、灯具の軽量化などを図ることができる。 In addition, a lamp (for example, a spotlight) can be configured using the optical system described above. In this case, the spread of the spot can be suppressed, and the weight of the lamp can be reduced.
本発明は、スポットライト照明、ビームライト照明、ライトアップ照明等の一般照明全般に利用可能である。 The present invention can be used for general illumination such as spotlight illumination, beamlight illumination, and light-up illumination.
1 光源
2 光学レンズ
3 入光面
4 出光面
10 光学モジュール
11 リフレクタ(反射面)
12 全反射レンズ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
12 Total reflection lens
Claims (4)
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2011225577A JP2013089291A (en) | 2011-10-13 | 2011-10-13 | Optical lens, optical module, optical system, and lamp |
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Family Applications (1)
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN108826231A (en) * | 2018-07-23 | 2018-11-16 | 深圳星标科技股份有限公司 | LED lens and lighting device |
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2011
- 2011-10-13 JP JP2011225577A patent/JP2013089291A/en active Pending
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