JP2014174316A - 光学レンズ - Google Patents

Abstract

【課題】光出射面と、光入射面とを含めるレンズ本体を有し、発光ダイオードの光線を案内して類楕円形の光形を形成させる光学レンズを提供すること。
【解決手段】光出射面は曲面であり、かつ光出射面の投射面は類楕円形を形成していて、かつ主軸と短軸とを有し、主軸の長さはａ、短軸の長さはｂ、レンズ本体はレンズ高さｃを有する。そのうち、主軸の長さａと、短軸の長さｂと、レンズの高さｃは、以下の関係式、１＜ａ／ｂ≦１．６７（数式１）および、２≦ａ／ｃ≦６（数式２）に合致する。これにより、適用性が極めて高いほか、発光ダイオードチップの使用数を少なくできると共に、照射の均一度が向上された発光ダイオードバックライト光源または一般照明を達成できる。
【選択図】図２Ｂ

Description

本発明は照明分野に関し、特に発光ダイオードの光線を案内し、類似楕円形の光形を出射させる、バックライト光源または広告看板に適用できる光学レンズに関する。

発光ダイオード（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ，ＬＥＤ）は低消費電力、高効率、長寿命などの特性を有するため、近年は照明灯具またはバックライトモジュールなどの技術分野に幅広く適用されている。しかし、発光ダイオードは従来の光源に比べて、光線の拡散角度が小さいため、照明灯具に応用する場合には、発光ダイオードの数を増やす必要がある。

例えば、バックライトモジュールとして使用する場合、発光ダイオードを発光バーに取り付けて、点光源を発光させる。しかし、発光ダイオードの光出射は指向性をもつため、背光モジュールに適用させるには、出射光を必要な範囲に調節の必要がある。よって、ＬＥＤ光源の投射強度、出射範囲、出射角度および照射の均一度について有効に改善することが、この分野の当業者が改善を急ぐ問題である。
また、需要の観点からも、発光ダイオードの出射光を案内し、類似楕円形の光形を形成させる光学レンズを設計し、様々な使用条件で最適な照射状態を提供することは、一刻も猶予できない課題である。

本発明は前述した公知技術の課題に対してなされたものである。本発明は発光ダイオードの光線を案内して、類楕円形の光形を出射でき、バックライトモジュールに適用することによって、ライトバーの数を軽減できる光学レンズを提供することを目的とする。

本発明の目的に基づき、光出射面と、光入射面とを含むレンズ本体を備え、発光ダイオードの光線を案内して類楕円形の光形を形成させる光学レンズを提供する。光出射面は曲面であり、光出射面の投射面は類似楕円形を形成して、主軸と、短軸とを有し、主軸の長さはａであり、短軸の長さはｂである。短軸は主軸に垂直し、光出射面の中心位置は頂点を有する。光入射面は陥凹面と、底面とを有し、陥凹面は発光ダイオードの収容に提供し、光入射面と光出射面とを結合してレンズ本体の外面を形成する。レンズ本体は、レンズの高さｃを有する。そのうち、主軸の長さａと、短軸の長さｂと、レンズの高さｃは以下の関係式に合致する。
＜公式１＞
１＜ａ／ｂ≦１．６７（公式１）および、
＜公式２＞
２≦ａ／ｃ≦６（公式２）。

このほか、光を出射するときに様々な類似楕円形の効果の調整を図り、底面は例えば、ジグザグ構造、ドット構造、ぼやけ構造またはその組み合わせを設けて、様々な使用状況または環境への適用性を向上する。

本発明において、レンズ本体の光入射面は内側にへこんで陥凹面を有する収容空間を形成し、発光ダイオードの収容に供用し、陥凹面の縁部を囲んで円形の開口部または類楕円形の開口部を形成する。開口部の形状によって、光源がレンズ本体に進入する距離と角度が決められ、光出射後の光路が改変される。これにより、様々な光出射効果と均一度をさらに調節することができる。

このほか、本発明の光学レンズは、レンズ本体に繞設する外壁をさらに含み、外壁面はドット構造またはぼやけ構造を設けられている。光学レンズは複数の柱脚をさらに含み、柱脚は外壁の底部に設けられている。これにより、発光ダイオードを取り付けるとき、例えば、バックライトモジュールの組立プロセスにおいて、一部の端末製品への取り付けを素早く実現できる。

本発明の、前記の説明その他の目的、特徴および長所をよりよく理解する為、以下にて好ましい実施例と、図面とを併せて詳細に説明する。

本発明の光学レンズが備える光出射面中央部の表面は平坦面、凹弧面または突き出し弧面のいずれかである。様々な構造の調節によって、発光ダイオード光源の光出射面全体が放射または収束等の、様々な光源照射効果を形成する。
このほか、本発明において、陥凹面の中心点の位置と光出射面の頂点は一次元座標において、同じ方向の変化を形成する。光学レンズの寸法設計または細部構造を変化しても、レンズ本体の光路を分散し目的の照射区域の照射強度に影響することを避けることができる。

本発明による光学レンズ実施例１の立体概略図である。 本発明による光学レンズ実施例１の上面態様図である。 本発明による光学レンズ実施例１の断面態様図である。 本発明による光学レンズ実施例２の立体概略図である。 本発明による光学レンズ実施例２の上面態様図である。 本発明による光学レンズ実施例２の断面態様図である。 本発明による光学レンズ実施例３の立体概略図である。 本発明による光学レンズ実施例３の上面態様図である。 本発明による光学レンズ実施例３の断面態様図である。 本発明による光学レンズ実施例４の仰観態様図である。 本発明による光学レンズ実施例４の断面態様図である。

以下に関連図面に基づいて、本発明の光学レンズの実施例を説明する。理解を容易にするため、以下の実施例において、同じ素子に同じ符号を割りつけている。

図１Ａ、図１Ｂと１Ｃの、本発明の光学レンズの実施例１の立体概略図と、上面態様図と、断面態様図と、を併せて参照する。
本発明の光学レンズ１はレンズ本体１０を有し、光学レンズ１は光出射面１１と光入射面１２とを有し、発光ダイオード（図示しない）の光線を案内し類似楕円形を形成させる。光出射面１１は曲面であり、光出射面１１の投射面は類似楕円形を形成して、主軸１１１と、短軸１１２とを有し、主軸１１１の長さはａ１であり、短軸１１２の長さはｂ１である。
１１２は主軸１１１に垂直し、光出射面１１の中心位置は頂点Ｐを有し、頂点Ｐは光出射面１１の表面に位置する。光入射面１２は陥凹面１２１と、底面１２２とを有し、光入射面１２は光出射面１１とを連結して、レンズ本体１０の外面を形成する。レンズ本体１０は、レンズの高さｃを有する。

このうち、主軸の長さａ、短軸の長さｂと、レンズの高さｃは以下の関係式に合致することが好ましい。
＜公式１＞
１＜ａ／ｂ≦１．６７（公式１）および、
＜公式２＞
２≦ａ／ｃ≦６（公式２）。

ここで、ａとｂとの関係によって、類似楕円形の光形を有効に実現し、様々な環境での適用性が維持される。一方、ａとｃとの関係によって、類楕円形の光形全体の均一度を制御することによって、均一度が極めて高く、かつ類楕円形の光形の照射効果を実現できる。

本実施例において、主軸の長さａと、短軸の長さｂと、レンズの高さｃに付、以下の比例によって光学レンズを製作する。
＜公式３＞
１：ａ：ｂ：ｃ＝２．２：２：１．１（公式３）。

この比例によれば、類似楕円形の光形の照射効果を有効に実現すると共に、隣接する複数の類似楕円形の光形による重なり、または照射区域の照射効果の不良を軽減できる。本発明は、照射面の区域範囲を拡大するほか、発光ダイオード全体の使用量を大幅に軽減し、端末製品のコストダウンに寄与する。

引き続き、図２Ａ、図２Ｂと図２Ｃの、本発明の光学レンズ実施例２の立体概略図、上面態様図、断面態様図と、を参照する。
異なる使用状態または環境への適用性を満足するため、底面１２２は例えば、ジグザグ構造、ドット構造、ぼやけ構造またはその組み合わせを設けても良い。本実施例において、底面１２２はジグザグ構造の設置を例示しているが、この限りでない。

図示のとおり、光入射面１２は内側にへこんで収容空間１２０を形成し、収容空間１２０は発光ダイオードを収容するための陥凹面１２１を有し、陥凹面１２１の縁部を囲んで開口部１２０１を形成する。開口部１２０１は円形の開口部または類似楕円形の開口部であっても良い。開口部の形状によって、光源がレンズ本体に進入する距離と角度が決まり、光出射後の光路が改変される。これにより、様々な光出射効果と均一度をさらに調節することができる。
本実施例において、発光ダイオードより光源を出射すると、光源は光入射面１２からレンズ本体１０の内部に入射して、陥凹面１２１と底面１２２に備えるジグザグ構造を経由して、屈折効果を発生し、様々な光線の光路と方向を調節した上、再び光出射面１１より出射して、類似楕円形の光形を形成する。

ここで特に説明することは、光出射面１１中心部の表面は平坦面、陥凹面、突き出し弧面のいずれかである点である。様々な構造の調節によって、発光ダイオード光源の光出射面全体が放射または収束し、様々な光源照射効果を形成する。
本実施例においては、平坦面を適用しているが、本発明の光学レンズ１は外壁１３と、複数の柱脚１４をさらに含めても良い。外壁１３はレンズ本体１０を繞設していて、かつ外壁１３の表面はドット構造またはぼやけ構造を設けており、柱脚１４は外壁１３の底部に設けられている。
これにより、発光ダイオードを取り付けるとき、例えば、バックライトモジュールの組立プロセスにおいて、一部の端末製品の取り付けを素早く実現できる。

本発明の実施例１と実施例２に基づき、実施例３を提供する。以下のとおり詳細に説明する。

図３Ａ、図３Ｂと３Ｃの、本発明光学レンズの実施例３の立体概略図と、上面態様図と、断面態様図と、を併せて参照する。
光学レンズ２は光出射面２１と光入射面２２を含むレンズ本体２０を有する。光出射面２１は曲面であり、光出射面２１の投射面は類似楕円形を形成して、主軸２１１と、短軸２１２とを有し、主軸２１１の長さはａ２であり、短軸２１２の長さはｂ２である。
２１２は主軸２１１に垂直し、光出射面の中心位置は頂点Ｐを有し、頂点Ｐは光出射面２１の表面に位置する。光入射面２２は陥凹面２２１と、底面２２２とを有し、陥凹面２２１は発光ダイオードの収容に提供し、レンズ本体２０はレンズの高さｃを有する。光入射面２２と光出射面２１とを連結してレンズ本体２０の外面を形成する。

本発明において、主軸の長さａと、短軸の長さｂと、レンズの高さｃは、以下の関係式に合致することが好ましい。
＜公式１＞
１＜ａ／ｂ≦１．６７（公式１）および、
＜公式２＞
２≦ａ／ｃ≦６（公式２）。

このうち、ａとｂとの関係によって、類似楕円形の光形を有効に実現し、様々な環境での適用性が維持される。また、ａとｃとの関係によって、類楕円形の光形全体の均一度を制御し、均一度が極めて高く、かつ類楕円形の光形の照射効果を実現できる。

本実施例において、主軸の長さａと、短軸の長さｂと、レンズの高さｃは、以下の関係式によって光学レンズを製作する。
＜公式４＞
２：ａ：ｂ：ｃ＝１０．０２：６：１．６７（公式４）。

この比例は、前述の実施例に比べ、類似楕円形の変化効果を一層に調節できる。すなわち、主軸と短軸の比例さが大きい。特に説明することは、本実施例と前述実施例における類似楕円形の比例は異なっているが、陥凹面２２１の中心点Ｑ位置は、光出射面２１の頂点Ｐ位置に従って、一次元空間の座標において、同じ方向に変化する点である。
つまり、光出射面２１と陥凹面２２１とは相互関係を有する。光出射面２１の高さが高いほど、収束した光形が形成される。陥凹面２２１の開口部大きさが不変のとき、陥凹面２２１の高さが高いほど、放射形の光形が形成される。
もし、本発明をバックライト光源に適用する場合は、照射範囲の大きさを配慮する必要がある。よって、公知技術の課題を克服するため、底面２２２を基準面として、光出射面２１の高さと陥凹面２２１の高さが正比例を形成して、より良い類似楕円形の光形を獲得する。

さらに、本実施例において、レンズ本体２０の光入射面２２をへこませて陥凹面２２１の収容空間２２０を形成し、発光ダイオードの収容に供用する。発光ダイオードの設置位置および高さは様々な需要に従って調節でき、これに限らない。
このほか、陥凹面２２１からなる収容空間２２０は頂点Ｐを通過する鉛直線を中心軸として対称に、陥凹面２２１の縁部を囲んで円形の開口部２２０１、または、非対称方式に設ける場合、陥凹面２２１の縁部を囲んで類似楕円形の開口部２２０１を形成する。

これにより、本発明の光学レンズ２は発光ダイオードの出射光線を案内し、類似楕円形の光形を形成できる。よって、本発明をバックライトモジュールに適用すれば、バックライトモジュールに備えるライトバーの発光ダイオードの光形が類似楕円形であり、光形の分布は公知の円形の光形より広いため、バックライトモジュールのライトバーの数を少なくすることができる。すなわち、材料コストと生産プロセスの時間コストを軽減できる。

引き続き、図４Ａと、図４Ｂの、本発明の光学レンズ実施例４の仰観態様図と断面態様図と、を参照する。
異なる使用状態または環境への適用性を満足するため、底面３２２は例えば、ドット構造、ぼやけ構造またはその組み合わせを設けても良い。本実施例において、底面３２２はドット構造の設置を例示しているが、この限りでない。

１、２、３ 光学レンズ
１０、２０、３０ レンズ本体
１１、２１、３１ 光出射面
１１１、２１１、３１１ 主軸
１１２、２１２、３１２ 短軸
１２、２２、３２ 光入射面
１２０、２２０、３２０ 収容空間
１２０１、２２０１ 開口部
１２１、２２１、３２１ 陥凹面
１２２、２２２、３２２ 底面
１３、２３、３３ 外壁
１４、２４ 柱脚
Ｐ 頂点
Ｑ 中心点
ａ 主軸の長さ
ｂ 短軸の長さ
ｃ レンズ高さ

Claims (7)

1. レンズ本体を備え、発光ダイオードの光線を案内して類似楕円形の光形を出射させる光学レンズであって、
   曲面を形成し、投射面は類似楕円形を形成していて、かつ主軸と、短軸とを有し、前記主軸の長さはａ、前記短軸の長さはｂ、前記短軸が前記主軸に垂直し、光出射面の中心位置に頂点を有する光出射面と、
   前記光出射面と結合して前記レンズ本体の外面を形成し、陥凹面と、底面とを有し、前記陥凹面は発光ダイオードの収容に提供する入射面と、を含み、
   前記レンズ本体はレンズの高さｃを有し、前記主軸の長さａと、前記短軸の長さｂと、前記レンズの高さｃは、以下の関係式、
   １＜ａ／ｂ≦１．６７（公式１）および、
   ２≦ａ／ｃ≦６（公式２）
   に合致することを特徴とする、光学レンズ。
2. 前記底面にはジグザグ構造、ドット構造、ぼやけ構造またはこれらの組み合わせを設けることを特徴とする、請求項１記載の光学レンズ。
3. 前記陥凹面の縁部を囲んで円形の開口部または類楕円形の開口部を形成することを特徴とする、請求項１記載の光学レンズ。
4. 前記光学レンズは前記レンズ本体に繞設する外壁をさらに含み、外壁面にはドット構造またはぼやけ構造を設けることを特徴とする、請求項１記載の光学レンズ。
5. 柱脚をさらに含み、前記柱脚は前記外壁の底部に設けることを特徴とする、請求項４記載の光学レンズ。
6. 前記光入射面の中心位置の表面には平坦面、凹弧面または突き出し弧面のいずれかを形成することを特徴とする、請求項１記載の光学レンズ。
7. 前記陥凹面の中心点の位置は前記光出射面の頂点位置に従い、一次元座標において同じ方向の変化を形成することを特徴とする、請求項１記載の光学レンズ。

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