JP2015187671A - 光学素子 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は光学素子に関する。
【解決手段】
光学素子は、出光曲面と出光曲面の反対側に位置する底面とを含み、出光曲面および底面が組み合わさり、負レンズ部、２つの第１正レンズ部および２つの第２正レンズ部が画定される。第１正レンズ部および第２正レンズ部は、交互に配列して負レンズ部を取り囲む。第１正レンズ部は第１曲率を有し、第２正レンズ部は第２曲率を有し、第２曲率は第１曲率より小さい。
【選択図】図１

Description

本発明は光学素子に関し、特に街路灯に使用するレンズに関する。

発光ダイオード（ｌｉｇｈｔ ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｄｉｏｄｅ、ＬＥＤ）は半導体素子であり、主に半導体化合物により電気エネルギーを光エネルギーに変換し、発光効果を達成する。したがって、寿命が長く、安定性が高く、さらに電気消費量が小さいなどの利点を有し、現在、すでに家庭、オフィス、室外および携帯照明に幅広く応用されており、蛍光灯および白熱電球など従来の非指向性の発光源の代わりに使用されている。

発光ダイオードは点状光源であり、高い指向性を有するため、発光ダイオードの照射面が従来の発光源より狭くなり、直接、照明として使用する場合、必然的に光線強度が集中し過ぎて、人の目に不調を引き起こす現象が生じることがある。

したがって、多くの応用場所において、発光ダイオードの上側または周囲に少なくとも１つの光学素子を設置して、光線の分布状態を調整し、光線強度が集中し過ぎる問題を改善する。さらに実際の需要に応じて、光学素子の外形の輪郭を調整することができ、光の形を必要な条件に適合させる。

街路灯への応用では、車の通行の安全に影響するため、ドライバーが夜に路面の各部分の状況をはっきりと確認することができるように、路面上に均一に光強度が分布する必要がある。上記の目的を達成するため、従来の街路灯における光強度のピーク値は垂直方向から６０度前後の部分に分布する。このように、比較的多くの光線を路面の一側から路面の中央に斜めに投射させることができ、路面は比較的均一な照明を受けることができる。ランプソケットを上に傾斜させると均一な照明を提供することができるが、同時に光線が直接人の目の視線の中に照射されて、直接グレアが生じ、疲労を感じやすくなり、車の通行の危険性が増加する。さらに、発光ダイオードの高い指向性が、この問題の重大性をより深刻にしている。

先行技術の記載を鑑みて、本発明の目的は、通過する光線の光強度の分布を変化させ、さらに道路の照明に応用される光学素子を提供することである。

上記目的を達成するため、本発明は、発光ダイオードが発する光線の光強度の分布を変化させる光学素子を提供する。光学素子は出光曲面と、出光曲面の反対側に位置する底面とを含み、出光曲面および底面が組み合わさり、負レンズ部、２つの第１正レンズ部および２つの第２正レンズ部が画定される。第１正レンズ部および第２正レンズ部は、交互に配列して負レンズ部を取り囲む。第１正レンズ部は第１曲率を有し、第２正レンズ部は第２曲率を有し、第２曲率は第１曲率より小さい。

本発明の実施方式によれば、光学素子は底面および出光曲面と接続する側面をさらに含む。

本発明の実施方式によれば、底面に出光曲面の方向に凹んだ凹みが形成され、凹みは負レンズ部の下側に対応して位置する。

本発明の実施方式によれば、凹みの断面からこれを見ると、凹みはおおよそ弾頭形状を呈する。

本発明の実施方式によれば、凹みの断面からこれを見ると、凹みは第１線分と、第１線分と接続する第２線分とを含む。第２線分は出光曲面に近接して設けられ、第１線分の曲率は第２線分の曲率より大きい。

本発明の実施方式によれば、底面に、出光曲面の反対の方向に突出する突柱が２つ形成される。

本発明の実施方式によれば、突柱は第１正レンズ部の下側に対応して位置する。

本発明の実施方式によれば、突柱は円柱状を呈する。

本発明の実施方式によれば、光学素子を高角度から見ると、底面はおおよそ矩形を呈する。

本発明の実施方式によれば、光学素子は一体成型される。

図１は、本発明で開示する光学素子の立体図である。 図２は、本発明で開示する光学素子の別の立体図である。 図３は、本発明で開示する光学素子の上面図である。 図４は、本発明で開示する光学素子の底面図である。 図５は、本発明で開示する光学素子の断面図である。 図６は、本発明で開示する光学素子の別の断面図である。 図７は、本発明で開示する光学素子を通過する光線に対応する配光曲線図である。

添付する図を参考にして、本発明の上記および更なる目的、特徴および利点について、本発明の好ましい実施例の以下に示す説明的で制限しない詳細な記載により、より理解できる。

図１および図２を合わせて参照されたい。図１および図２は、それぞれ本発明で開示する光学素子の立面図である。光学素子１は、発光ダイオード（図５に示す）５が発する光線の光強度の分布を変化させる。発光ダイオード５は光軸を有し、光学素子１の中心軸は前記光軸と重なる。

光学素子１の外形はおおよそ矩形を呈する。光学素子１は光透過樹脂が使用され、例えばエポキシ樹脂、またはシリコン樹脂、ガラスまたは上記材料の組成物である。射出またはプレス成型などの方式により形成され、好ましくは、光学素子１は一体成型される。光学素子１は出光曲面１０と、出光曲面１０の反対側に位置する底面１２と、出光曲面１０および底面１２と接続する側面１４とを含む。

出光曲面１０および底面１２が組み合わさり、負レンズ部２、２つの第１正レンズ部３および２つの第２正レンズ部４が画定される。負レンズ部２によって、通過した光線は比較的大きな発散角度を有し、第１正レンズ部３および第２正レンズ部４によって、通過した光線は比較的小さな発散角度を有する。

図３を合わせて参照されたい。図３は、本発明で開示する光学素子の上面図である。光学素子１を上面角度から見ると、光学素子１はおおよそ矩形を呈する。第１正レンズ部３および第２正レンズ部４は、交互に配列して負レンズ部２を取り囲む。第１正レンズ部３は第１曲率半径Ｒ１（図５に示す）を有し、第２正レンズ部４は第２曲率半径Ｒ２（図６に示す）を有し、第２曲率半径Ｒ２は第１曲率半径Ｒ１より大きい。これを説明すると、第１正レンズ部３の曲率は、第２正レンズ部４の曲率より小さい。ここで説明する必要があることとして、第２曲率は第１曲率より小さいため、第１正レンズ部３を通過する光線の曲折角度は、第２正レンズ部４を通過する光線の曲折角度より大きい。

図４を合わせて参照されたい。図４は、それぞれ本発明で開示する光学素子の底面図である。光学素子１を底面角度から見ると、光学素子１はおおよそ矩形を呈し、より好ましくは、光学素子１は角を丸くした矩形を呈する。さらに図５および図６を参照されたい。底面１２に、出光曲面１０の方向に凹んだ凹み１２０が形成され、凹み１２０の断面からこれを見ると、凹み１２０はおおよそ半円形を呈する。より正確には、凹み１２０は第１線分１２２と、第１線分１２２と接続する第２線分１２４とを含み、第２線分１２４は出光曲面１０の比較的近くに設けられ、第１線分１２２の曲率は第２線分１２４の曲率より大きい。前記凹み１２０は、負レンズ部２の下側に対応して位置する。

発光ダイオード５は主に凹み１２０に設置され、第１線分１２２および第２線分１２４の方向に光線を発する。ここで説明する必要があることとして、第１線分１２２の曲率は第２線分１２４の曲率より大きいため、光線が第１線分１２２を通過して光学素子１に進入し、曲折される角度は、光線が第２線分１２４を通過して光学素子１に進入し、曲折される角度より小さく、これにより、発光ダイオード５が発する光線を光学素子１全体に伝達させることができる。光学素子１を通過する光線の配光曲線は図７に示す通りである。図７において、発光ダイオード５および光学素子１は、図中に示す円心に位置し、発光ダイオード５は図中の０度の方向に向いており、発光ダイオード５の光軸は０度軸と重なる。このうち、発光ダイオード５の光軸は、発光ダイオード５が発する光線が空間に分布する対称軸を示している。図７中に示す配光曲線Ｌ１およびＬ２は、それぞれ光学素子１を通過する光線の０度および９０度の軸方向における光強度の分布を示している。配光曲線Ｌ１から、光学素子１を通過する０度の軸方向位置の光線が、主に０度の両側のそれぞれ５５から６０度の位置に集まることがわかり、配光曲線Ｌ２から、光学素子１を通過する９０度の軸方向における光線が、主に０度の両側のそれぞれ７０から８０度の位置に集まることがわかる。

この他、底面１２に、出光曲面１０と反対の方向に突出した突柱１２６が２つ形成される。図２に示す角度からこれを見ると、突柱１２６の外観は円柱状を呈するが、実際に実施するときはこれに限定されない。前記突柱１２６は第１正レンズ部３の下側に対応して位置し、図５に示す通りである。前記突柱１２６は、主に光学素子１を平面Ｓ上に置くのに用いられる。

しかし、以上の記載は、本発明の好ましい実施例に過ぎず、本発明の実施範囲を限定することはできない。すなわち、本発明の特許請求の範囲に基づいて行われる同等な変化および修飾などは、いずれも本発明の特許範囲に保護される範疇に属するべきである。

１ 光学素子
１０ 出光曲面
１２ 底面
１２０ 凹み
１２２ 第１線分
１２４ 第２線分
１２６ 突柱
１４ 側面
２ 負レンズ部
３ 第１正レンズ部
４ 第２正レンズ部
５ 発光ダイオード
Ｓ 平面
Ｒ１ 第１曲率半径
Ｒ２ 第２曲率半径

Claims (6)

1. 発光ダイオードと組み合わせて使用する光学素子であって、当該光学素子が出光曲面と、当該出光曲面の反対側に位置する底面とを含み、当該出光曲面および当該底面が組み合わさり、負レンズ部、２つの第１正レンズ部および２つの第２正レンズ部が画定され、これらの第１正レンズ部およびこれらの第２正レンズ部が、交互に排列して当該負レンズ部を取り囲み、これらの第１正レンズ部が第１曲率を有し、これらの第２正レンズ部が第２曲率を有し、当該第２曲率が当該第１曲率より小さい、光学素子。
2. 当該底面および当該出光曲面と接続する側面をさらに含む、請求項１に記載の光学素子。
3. 当該底面に、当該出光曲面の方向に凹んだ凹みが形成され、当該凹みが当該負レンズ部の下側に対応して位置する、請求項２または３に記載の光学素子。
4. 当該凹みの断面からこれを見ると、当該凹みがおおよそ弾頭形状を呈する、請求項３に記載の光学素子。
5. 当該凹みの断面からこれを見ると、当該凹みが第１線分と、当該第１線分と接続する第２線分とを含み、当該第２線分が当該出光曲面に近接して設けられ、当該第１線分の曲率が当該第２線分の曲率より大きい、請求項３に記載の光学素子。
6. 当該底面に、当該出光曲面の反対の方向に突出する突柱が２つ形成され、このうち、これらの突柱がこれらの第１正レンズ部の下側に対応して位置する、請求項１に記載の光学素子。