JP2013228738A

JP2013228738A - レンズ及びそれを備えた光源モジュール

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Publication number: JP2013228738A
Application number: JP2013092206A
Authority: JP
Inventors: Chin-Chung Chen; 慶仲陳; 勝▲ケツ▼ ▲ショウ▼; Sheng-Jie Qiao
Original assignee: Champ Tech Optical Foshan Corp; Foxconn Technology Co Ltd
Current assignee: Champ Tech Optical Foshan Corp; Foxconn Technology Co Ltd
Priority date: 2012-04-26
Filing date: 2013-04-25
Publication date: 2013-11-07
Also published as: US20130286657A1; CN103375768A; TW201344248A

Abstract

【課題】本発明は、光出射角度が大きいレンズ及びそれを備えた光源モジュールを提供する。
【解決手段】本発明に係るレンズは、光源から出射された光を発散するために用いられ、前記光源に直面する光入射面と、前記光入射面の側面に位置する光出射面と、前記光入射面に対向して配置され且つ前記光出射面に接続される反射面と、を備え、前記光入射面を透過する一部の光は、前記反射面に入射され、前記光入射面を透過する他の一部の光は、前記光出射面に入射され且つ前記光出射面から直接的に出射され、前記反射面の反射率がその透過率より大きく、反射面に入射された光の一部は、反射面によって反射して光出射面から出射され、反射面に入射された光の他の一部は、前記反射面を透過してレンズの外部に出射され、従って、レンズを通過する光は、１８０°以上の光出射角度を持つことができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、光学分野に関し、特にレンズ及びそれを備えた光源モジュールに関するものである。

発光ダイオード（ＬＥＤ）は、新興の光源として、高輝度、低電圧、低消費電力、長寿命等の利点を有するので、広く利用されている。しかしながら、従来の発光ダイオードは、光出射角度が約１２０°のみであり、且つ発光ダイオードの中心の光強度が周囲の光強度より高くて不均一な分布を呈するため、広範囲及び均一な照明要求に満たすことができない。

前記課題を解決するために、本発明は、光出射角度が大きいレンズ及びそれを備えた光源モジュールを提供する。

本発明に係るレンズは、光源から出射された光を発散するために用いられ、前記光源に直面する光入射面と、前記光入射面の側面に位置する光出射面と、前記光入射面に相対して配置され且つ前記光出射面に接続される反射面と、を備え、前記光入射面を透過する一部分の光は、前記反射面に入射され、前記光入射面を透過する他の一部分の光は、前記光出射面に入射され且つ前記光出射面から直接出射され、前記反射面の反射率がその透過率より大きく、反射面に入射された光の一部分は、反射面によって反射して光出射面から出射され、反射面に入射された光の他の一部分は、前記反射面を透過してレンズの外部に出射され、レンズを通過する光は、１８０°以上の光出射角度を持つことができる。

本発明に係る光源モジュールは、光源及びレンズを備え、前記レンズは、前記光源に直面する光入射面と、前記光入射面の側面に位置する光出射面と、前記光入射面に相対して配置され且つ前記光出射面に接続される反射面と、を備え、前記光入射面を透過する一部分の光は、前記反射面に入射され、前記光入射面を透過する他の一部分の光は、前記光出射面に入射され且つ前記光出射面から直接出射され、前記反射面の反射率がその透過率より大きく、反射面に入射された光の一部分は、反射面によって反射して光出射面から出射され、反射面に入射された光の他の一部分は、前記反射面を透過してレンズの外部に出射され、レンズを通過する光は、１８０°以上の光出射角度を持つことができる。

従来の技術と比べて、本発明に係るレンジ及び光源モジュールにおいて、反射面は、光入射面に対向し、光源から出射された一部分の光は、反射面に入射され、光源から出射された他の一部分の光は、光出射面から直接的に出射され、反射面の反射率がその透過率より大きいので、反射面に入射された光の一部分は、反射面を透過してレンズの外部に出射され、反射面に入射された光の他の一部分は、反射面によって反射して光出射面から出射される。従って、本発明のレンジ及び光源モジュールは、１８０°以上の光出射角度を持つことができる。

本発明の実施形態に係る光源モジュールの斜視図である。図１に示した光源モジュールのＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。図１に示した光源モジュールのＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図である。図１に示した光源モジュールの０°〜１８０°空間角度における光出射角度と光強度との曲線図である。図１に示した光源モジュールの９０°〜２７０°空間角度における光出射角度と光強度との曲線図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係るレンズ及びそれを備えた光源モジュールについて説明する。

図１及び図２を参照すると、本発明の実施形態に係る光源モジュール１００は、光源１０及びレンズ２０を備える。本実施形態において、光源１０は、発光ダイオードである。

レンズ２０は、光入射面２１、反射面２２及び光出射面２３を備える。光入射面２１と反射面２２とは、互いに反対側に位置し、光出射面２３は、光入射面２１の周囲に位置する。

光入射面２１は、凸面、凹面或いは平面であっても良い。本実施形態において、光入射面２１は、第一凹面２１１、第二凹面２１２、及び垂直面２１３を備える。第一凹面２１１は、レンズ２０の中央部に位置し、且つレンズ２０の光軸Ｏ_１Ｏ_２に対して対称に形成される。第一凹面２１１は、光源１０に対向し、且つ光源１０から離れる方向へ凹む。第一凹面２１１は、光源１０からの一部分の光をレンズ２０の光軸Ｏ_１Ｏ_２の周囲に向かって対称的に発散させる。第二凹面２１２は、第一凹面２１１の周縁からレンズ２０の周囲に向かって、光源１０から離れる方向へ斜めに延伸する。垂直面２１３は、第二凹面２１２の周縁から下方へ延伸して中空の円筒状の第一収容空間２４を形成する。光源１０は、第一収容空間２４内に設置される。

レンズ２０は、第一収容空間２４の下方に位置し、且つ第一収容空間２４と連通する第二収容空間２５をさらに備える。該第二収容空間２５は、光源１０を支持する回路基板などの部品（図示せず）を収容する。レンズ２０は、その底面から下方へ延伸する支持柱２６をさらに備える。本実施形態において、レンズ２０は、その底面から延伸して対称に設けられる２つの支持柱２６を備える。

反射面２２は、光源１０の光出射方向に位置している。光源１０から出射された部分的の光は、反射面２２の反射によってレンズ２０の光軸Ｏ_１Ｏ_２の周囲に向かって対称的に発散され、光源１０から出射された他の部分の光は、反射面２２を透過してレンズ２０の光軸Ｏ_１Ｏ_２の方向に沿って出射する。このように、光源モジュール１００は、光出射範囲が増加され、１８０°以上の照明範囲を形成することができる。さらに、反射面２２の反射率がその透過率より大きいので、反射された光が透過された光より多い。また、光源１０から反射面２２に入射する光の量は、反射面２２の面積及び反射面２２と光源１０との間の距離によって決定される。

図３を併せて参照すると、Ａは、光源１０から反射面２２に入射された光ビームであり、Ｂは、光源１０から反射面２２に入射されない光ビームである。光ビームＡと光軸Ｏ_１Ｏ_２との間の最大角度は、光ビームＢと光軸Ｏ_１Ｏ_２との間の最小角度より小さい。即ち、光源１０から出射された所定角度より小さい一部分の光は、反射面２２に完全に入射される。その中、光ビームＡの一部分の光Ａ１は、反射面２２の反射によって光軸Ｏ_１Ｏ_２の周囲に向かって発散され、光ビームＡの他の部分の光Ａ２は、反射面２２を透過して反射面２２の上方に向かって出射される。本実施形態において、反射面２２は、レンズ２０の光軸Ｏ_１Ｏ_２に対して対称に形成され、略円錐状を呈する。反射面２２は、１つの最低点２２１（円錐の頂点）及び複数の最高点２２２を備える。最低点２２１は、レンズ２０の光軸Ｏ_１Ｏ_２に位置し、複数の最高点２２２は、レンズ２０の光軸Ｏ_１Ｏ_２を囲んで円を形成する。最低点２２１と最高点２２２との間には、光軸Ｏ_１Ｏ_２に対して対称であり、且つ最低点２２１と最高点２２２とを連結する曲面２２３が形成される。曲面２２３の横断面（即ち、光軸Ｏ_１Ｏ_２に沿った断面）は、光軸Ｏ_１Ｏ_２に対して対称である２つの弧を形成し、各弧は、光軸Ｏ_１Ｏ_２に向かって凹む。言い換えれば、反射面２２は、円錐形のような曲面であり、該円錐の母線は、円錐の内部に向かって凹む曲線である。

光出射面２３は、レンズ２０の側面に位置する。該光出射面２３は、該反射面２２の最高点２２２から下方へ垂直に延伸した後、円滑に外側へ延伸してから、外側へ水平に延伸し、最終的に、下方へレンジ２０の底面まで垂直に延伸する。光源１０から出射された所定角度より大きい一部分の光（例えば、光ビームＢ）は、光出射面２３に直接入射され且つ光出射面２３を介してレンズ２０の外部に出射される。該一部分の光の光出射角度は、１８０°より小さい。

図４は、光源モジュール１００の０°〜１８０°空間角度における光出射角度（縦糸）と光強度（横糸）を示す曲線グラフである。図４に示したように、光源モジュール１００の光出射角度は、１８０°より大きい。本実施形態において、光源モジュール１００の平均光出射角度は、約２４０．９°である。光源の中心軸は０°に位置し、光は−６０°〜６０°の範囲で比較的に高い光強度を持つ。光強度は、光源１０が設置されている平面を越えて徐々に減少する。

図５は、光源モジュール１００の９０°〜２７０°空間角度における光出射角度（縦糸）と光強度（横糸）を示す曲線グラフである。該空間角度の範囲において、光源モジュール１００の平均光出射角度は、約２３８．２°である。図５に示したように、９０°〜２７０°空間角度における光出射角度と光強度との曲線と、０°〜１８０°空間角度における光出射角度と光強度との曲線とは、略同一である。図４及び図５から分かるように、本発明の実施形態に係る光源モジュール１００は、空間の各角度で光の分布が均一であり、且つ光源モジュール１００の光出射角度が１８０°より大きい。

また、光源モジュール１００は、複数のレンズ２０を備えることもできる。均一な照明を得るために、これらのレンズ２０は、円形に配置しても良い。

本発明のレンジ２０及び光源モジュール１００において、反射面２２は、光入射面２１に対向し、光源１０から出射された一部分の光は、反射面２２に入射され、光源１０から出射された他の一部分の光は、光出射面２３から直接的に出射され、反射面２２の反射率がその透過率より大きいので、反射面２２に入射された光の一部分は、反射面２２を透過してレンズ２０の外部に出射され、反射面２２に入射された光の他の一部分は、反射面２２によって反射して光出射面２３から出射される。従って、光源モジュール１００は、１８０°以上の光出射角度を持つことができる。

１００光源モジュール
１０光源
２０レンジ
２１光入射面
２１１第一凹面
２１２第二凹面
２１３垂直面
２２反射面
２２１最低点
２２２最高点
２２３曲面
２３光出射面
２４第一収容空間
２５第二収容空間
２６支持柱

Claims

光源から出射された光を発散するためのレンズにおいて、
前記光源に直面する光入射面と、
前記光入射面の側面に位置する光出射面と、
前記光入射面に相対して配置され且つ前記光出射面に接続される反射面と、
を備え、
前記光入射面を透過する一部分の光は、前記反射面に入射され、
前記光入射面を透過する他の一部分の光は、前記光出射面に入射され且つ前記光出射面から直接出射され、
前記反射面の反射率がその透過率より大きく、反射面に入射された光の一部分は、反射面によって反射して光出射面から出射され、反射面に入射された光の他の一部分は、前記反射面を透過してレンズの外部に出射され、レンズを通過する光は、１８０°以上の光出射角度を持つことができることを特徴とするレンズ。
前記反射面は、前記光入射面に向かって凹む凹面であり、１つの最低点及び複数の最高点を備え、前記最低点は、レンズの光軸に位置し、複数の前記最高点は、レンズの光軸を囲んで円を形成し、前記最低点と前記最高点との間には、光軸に対して対称であり、且つ最低点と最高点を連結する曲面が形成され、前記曲面の断面は、光軸に対して対称である２つの弧を形成し、各弧は、前記レンズの光軸に向かって凹むことを特徴とする請求項１に記載のレンズ。
前記反射面は、円錐形を呈し、該円錐の母線は、円錐形の内部に向かって凹む曲線であることを特徴とする請求項２に記載のレンズ。
前記光入射面は、第一凹面、第二凹面、及び垂直面を備え、
前記第一凹面は、前記レンズの中央部に位置し、前記レンズの光軸に対して対称に設けられ、且つ前記光源に対向し、
前記第二凹面は、前記第一凹面の周縁から前記レンズの周囲に向かって延伸し、
前記垂直面は、前記第二凹面の周縁から前記光源に近い下方に向かって延伸して収容空間を形成し、前記光源は、前記収容空間内に設置されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のレンズ。
光源及びレンズを備える光源モジュールにおいて、
前記レンズは、前記光源に直面する光入射面と、前記光入射面の側面に位置する光出射面と、前記光入射面に相対して配置され且つ前記光出射面に接続される反射面と、を備え、
前記光入射面を透過する一部分の光は、前記反射面に入射され、
前記光入射面を透過する他の一部分の光は、前記光出射面に入射され且つ前記光出射面から直接出射され、
前記反射面の反射率がその透過率より大きく、反射面に入射された光の一部分は、反射面によって反射して光出射面から出射され、反射面に入射された光の他の一部分は、前記反射面を透過してレンズの外部に出射され、レンズを通過する光は、１８０°以上の光出射角度を持つことができることを特徴とする光源モジュール。