JP2014048547A - バルク型レンズ及びそれを用いた発光体並びに照明装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】バルク型レンズ1は、頂部2と、底部3と、側壁部4と、底部3から頂部2に向かって形成された天井部5a及び内周部5bからなる凹部5と、を備え、天井部5aは第1湾曲面を有しており、頂部2は光軸を含む中央部2aと中央部2aから側壁部4へ接続される接続部5bとから構成され、中央部2aは第2湾曲面を有しており、接続部2bは円錐状又は第2湾曲面とは異なる曲率半径を有している湾曲面を有しており、天井部5aが第1のレンズ面として、頂部2が第2のレンズ面として、側壁部4及び底部3が反射面として機能する。バルク型レンズ1によれば、大出力の平面型LED7aを効率よく光軸方向に集光できる。
【選択図】図1
Description
バルク型レンズ110の第2湾曲面102aの曲率半径8.25mm、第1湾曲面105aの曲率半径5mm、第1湾曲面105aと第2湾曲面102aとの間の光軸上の長さ(導光路長さ)10.6mm、外径15mmのアクリル樹脂製(n=1.49)のバルク型レンズ110に、レンズ状の樹脂コートしたLED107を組み合わせたものである。
頂部の接続部は、好ましくは、中央部の端部の接線から形成される直線で成り、全体としては円錐状である。或いは、頂部の接続部は、中央部の端部の接線から形成される円錐状の面と、第2湾曲面に接続される円柱との間に形成される面からなっていてもよい。
凹部に光源が挿入されたときに、光軸から最も外側の位置から放射した光は、好ましくは、凹部の天井部の光入射面からレンズ内部に入射し、円錐状又は第2湾曲面とは異なる曲率半径の湾曲面からなるレンズ出射面に到達するようになっており、レンズ出射面に到達した光が全反射しないようなレンズ出射面角度になっている。
凹部の天井部の光入射面は、好ましくは、平面又は曲面である。凹部の内周部と側壁部とは、好ましくは、ほぼ光軸と並行である。側壁部の表面は、好ましくは、粗面又は光散乱体で被覆されている。
(第1の実施形態)
図1は、本発明の第1の実施形態に係るバルク型レンズ1の構成を示す断面図であり、図2は、本発明のバルク型レンズ1を用いた発光体10の構成を示す断面図である。
図1に示すように、本発明のバルク型レンズ1は、頂部2と、底部3と、側壁部4と、底部3から頂部2に向かって形成された天井部5aと内周部5bとからなる凹部5と、を有している。バルク型レンズ1は、光学媒体からなる。凹部5は、図2に示すLED等からなる光源7の収納部となる。
中央部2a及び接続部2bは、第1湾曲面から入射する光、側壁部4及び底部3から反射してくる光源7から光束を、バルク型レンズ1の光軸方向に収束して出射する。つまり、バルク型レンズ1の外側は空気8であるので、頂部2の中央部2a及び接続部2bは、第2のレンズ面として作用する。
バルク型レンズ1の光放射特性について説明する。
図1のバルク型レンズ1は、アクリル樹脂で作製した。バルク型レンズ1の各部の寸法を以下に示す。
第1湾曲面5aの曲率半径:∞(平面)
頂部2の中央部2a(第2湾曲面):曲率半径30mmで角度θが46度以下の部分(図1参照)
頂部2の接続部2b:第2湾曲面の角度θ46度で接線となる円錐形状(図1参照)
導光路長さ:55mm
側壁部4の直径:66mm
平面型LED7aの寸法:直径20mm
平面型LED7aと第1湾曲面5aとの距離:約2mm
次に、本発明のバルク型レンズ1に対する比較例として、従来型のバルク型レンズ120の光放射特性について説明する。
平面型LEDを使用した場合に光軸からのズレの影響を小さくするため、比較例のバルク型レンズ120を、従来の砲弾型LED用のバルクレンズ110(図14参照)よりも比較的大きな口径として、光放射特性を調べた。
第1湾曲面105aの曲率半径:∞(平面)
第2湾曲面102aの曲率半径:30mm
導光路長さ:55mm
平面型LEDの寸法:直径20mm
平面型LEDと第1湾曲面35との距離:約2mm
側壁部104の直径:60mm
一方、比較例に示す従来のバルク型レンズ120では、大面積で発光するLED107を従来のバルク型レンズ120で集光すると、光軸から外れた発光部からの放射角度の大きい光がレンズ出射面で全反射して損失が大きくなり、光放射角が大きくなることがわかる。
図7は、本発明のバルク型レンズ1を用いた発光体の変形例の構成を示す断面図である。図7に示すように、本発明のバルク型レンズ1を用いた発光体20が図2のバルク型レンズ1を用いた発光体10と異なるのは、バルク型レンズ1の凹部5に空気8を介してLEDを配置しないで、凹部5の空隙、つまり、凹部5と平面型LED7aとの間に、レンズ媒体の屈折率より小さな屈折率を有する透明な樹脂やゲル22を介して平面型LED7aを配置している点である。
図8は、本発明の第2の実施形態に係るバルク型レンズ30の構成を示す断面図で、図9は、本発明のバルク型レンズ30を用いた発光体40の構成を示す断面図である。
図8に示すバルク型レンズ30が、図1のバルク型レンズ1と異なる点は、頂部32の接続部32bであり、円錐状の面としていない点である。
バルク型レンズ30の光放射特性について説明する。
バルク型レンズ30は、アクリル樹脂で作製した。バルク型レンズ30の各部の寸法を以下に示す。
第1湾曲面35aの曲率半径:∞(平面)
頂部32の中央部32a(第2湾曲面):曲率半径30mmで角度θが46度以下の部分
頂部32の接続部32b:第2湾曲面の角度θが46度で接線となる円錐形状と、第2湾曲面の延長線との間で、周辺ほど徐々に光軸との角度が小さくなる形状
導光路長さ:55mm
側壁部34の直径:63mm
平面型LED7aの寸法:直径20mm
平面型LED7aと第1湾曲面35aとの距離:約2mm
光放射角の光軸との角度は、それぞれ約−8度(光軸と逆方向、図10の光放射の軌跡36参照)、10度、22度、25度(図10の光放射の軌跡37参照)となり、図3に示すバルク型レンズ1の接続部2bが円錐状の場合と比べてより光軸方向に近い光放射となることが分かる。
図11は、本発明のバルク型レンズ30を用いた発光体の変形例の構成を示す断面図である。
図11に示すように、このバルク型レンズ30を用いた発光体45が図9に示したバルク型レンズ1を用いた発光体10と異なるのは、バルク型レンズ30の凹部35に空気8を介してLEDを配置しないで、凹部35の空隙、つまり、凹部35と平面型LED7aとの間に、光学媒体の屈折率より小さな屈折率を有する透明な樹脂やゲル22を介して平面型LED7aを配置した点である。透明な樹脂やゲル22を介して平面型LED7aを配置することによる効果は、第1の実施形態の変形例のバルク型レンズ1を用いた発光体10と同じであるので、説明は省略する。
バルク型レンズ30の凹部35の内周部35b及び外壁を形成する側壁部34は、有効に集光するLED放射光の主な経路とはなり得ず、第1に、バルク型レンズ30と平面型LED7aを近接して位置決めする構造物として、第2に、平面型LED7やバルク型レンズ30内部で乱反射した光を外に取り出す透明体として、第3に、バルク型レンズ30が平面型LED7aから受けた熱を基板や放熱板12に逃がす熱伝導体として、の効果がある。
本発明の第3の実施形態に係る照明装置50について説明する。
図12は、本発明の第3の実施形態に係る照明装置50を模式的に示すブロック図である。図12に示すように、照明装置50は、上記の何れかに記載の少なくとも1つ以上の発光体10と、発光体10に接続された電源部52と、から成る。照明装置50は、発光体10の光照射がされる側や、さらに放熱板12側に樹脂等からなるカバー部54を備えていてもよい。
なお、発光体10は図2の構成の他に、図7に示す発光体20、図9に示す発光体40、図11に示す発光体45を用いてもよい。
2、32:頂部
2a、32a:中央部
2b、32b:接続部
3、33:底部
4、34:側壁部
5、35:凹部
5a、35a:天井部
5b、35b:内周部
7:光源
7a:平面型LED
7b:発光面
8:空気
9:流動体
10、20、40、45:発光体
12:放熱板
16、17、36、37:光放射の軌跡
22:ゲル
50:照明装置
52:電源部
53:背面鏡
54:カバー部
56:センサ
58:電源制御回路
Claims (13)
- 頂部と、底部と、側壁部と、該底部から該頂部に向かって形成された天井部及び内周部からなる凹部と、を備え、
上記天井部は、第1湾曲面を有しており、
上記頂部は、中央部と該中央部から上記側壁部へ接続される接続部とから構成され、
上記中央部は、第2湾曲面を有しており、
上記接続部は、第2湾曲面とは異なる曲率半径の湾曲面又は円錐状を呈しており、
上記天井部が第1のレンズ面として、上記頂部が第2のレンズ面として、上記側壁部及び底部が反射面として機能する、バルク型レンズ。 - 前記頂部の中央部の断面は円形又は楕円形である、請求項1に記載のバルク型レンズ。
- 前記頂部の接続部は、前記中央部の端部の接線から形成される直線で成り、全体として 円錐状である、請求項1又は2に記載のバルク型レンズ。
- 前記頂部の接続部は、前記中央部の端部の接線から形成される円錐状の面と、前記第2湾曲面に接続される円柱との間に形成される面からなる、請求項1又は2に記載のバルク型レンズ。
- 前記凹部に光源が挿入されたときに、光軸から最も外側の位置から放射した光は、前記凹部の天井部の光入射面からレンズ内部に入射し、前記第2湾曲面とは異なる曲率半径の湾曲面又は円錐状からなるレンズ出射面に到達するようになっており、該レンズ出射面に到達した光が全反射しないようなレンズ出射面角度になっている、請求項1〜4の何れかに記載のバルク型レンズ。
- 前記凹部の天井部の光入射面が平面又は曲面である、請求項1〜5の何れかに記載のバルク型レンズ。
- 前記凹部の内周部と前記側壁部とがほぼ光軸と並行である、請求項1〜5の何れかに記載のバルク型レンズ。
- 前記側壁部の表面は粗面又は光散乱体で被覆されている、請求項1〜7の何れかに記載のバルク型レンズ。
- 請求項1〜8の何れかに記載のバルク型レンズの前記凹部に、該バルク型レンズより小さな屈折率を有する気体又は流体を介して光源が配置される、発光体。
- 前記流体は、ゲルである、請求項9に記載の発光体。
- 前記光源は、平面型LEDである、請求項9に記載の発光体。
- 請求項9〜11の何れかに記載の少なくとも1つ以上の発光体と、上記発光体に接続された電源部と、から成る、照明装置。
- 前記バルク型レンズの底部には、更に背面鏡を備えている、請求項12に記載の照明装置。
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