JP2015220066A

JP2015220066A - 発光ダイオード用レンズ

Info

Publication number: JP2015220066A
Application number: JP2014102166A
Authority: JP
Inventors: 田中　博; Hiroshi Tanaka; 博田中
Original assignee: SHINWA EXCEL CO Ltd
Current assignee: SHINWA EXCEL CO Ltd
Priority date: 2014-05-16
Filing date: 2014-05-16
Publication date: 2015-12-07
Anticipated expiration: 2034-05-16
Also published as: JP6172042B2

Abstract

【課題】発光ダイオード素子から生じる光が配光０度に集中することを防止して眩しく感じるグレア現象を防止する発光ダイオード用レンズを提供すること。【解決手段】発光ダイオード素子ＬＤから生じる光が入射する円柱形状入射部１１０とこの円柱形状入射部１１０と連続して形成されて円柱形状入射部１１０に入射した光を被照射外方域へ出射する鐘形状出射部１２０とを備え、鐘形状出射部１２０が、円柱形状入射部１１０と反対側に関数ｙ＝ｘ２?６の曲線で定まる凸曲面１２１を有するとともに、円柱形状入射部１１０が、鐘形状出射部１２０と反対側に凹曲面１１１を有している発光ダイオード用レンズ１００。【選択図】図４

Description

本発明は、発光ダイオード素子から生じる光が入射する円柱形状入射部とこの円柱形状入射部と連続して形成されて円柱形状入射部に入射した光を被照射外方域へ出射する鐘形状出射部とを備えた発光ダイオード用レンズであって、特に、街灯や投光機としてのＬＥＤ照明装置に用いられる発光ダイオード用レンズに関するものである。

従来、発光ダイオード用レンズとして、放物面である凸曲面を有する本体部と、この本体部の径方向外側へ向かって全周にわたってつば状に張り出したフランジ部と、発光ダイオード（ＬＥＤ）を収容するために本体部の底面に形成された凹部とを有したレンズが知られている（例えば、特許文献１）。

実登３１５７１６１号公報（特に、図３、図４参照）

しかしながら、上述した従来のレンズは、本体部の底面が真っ平らな構造であったため、ＬＥＤの配光がレンズ中心軸、すなわち、配光０度に過度に集中して視覚で眩しく感じる、所謂、グレア現象が生じてしまうという問題があった。
ここで、本明細書において、配光分布の基準となる０度は、発光ダイオード素子に対して真正面である。

そこで、本発明は、前述したような従来技術の問題を解決するものであって、すなわち、本発明の目的は、発光ダイオード素子からの光が集中することを防止して眩しく感じるグレア現象を防止する発光ダイオード用レンズを提供することである。

本請求項１に係る発明は、発光ダイオード素子から生じる光が入射する円柱形状入射部と該円柱形状入射部と連続して形成されて円柱形状入射部に入射した光を被照射外方域へ出射する鐘形状出射部とを備えた発光ダイオード用レンズにおいて、前記鐘形状出射部が、前記円柱形状入射部と反対側に関数ｙ＝ｘ^２÷６の曲線で定まる凸曲面を有するとともに、前記円柱形状入射部が、前記鐘形状出射部と反対側に凹曲面を有していることにより、前述した課題を解決するものである。

本請求項２に係る発明は、請求項１に記載された発光ダイオード用レンズの構成に加えて、前記円柱形状入射部が、前記鐘形状出射部と反対側および径方向外方へ突出したフランジ状のレンズ着座部分を有しているとともに、該レンズ着座部分の表面が、前記凸曲面より粗く形成されていることにより、前述した課題をさらに解決するものである。

本請求項３に係る発明は、請求項２に記載された発光ダイオード用レンズの構成に加えて、前記レンズ着座部分が、前記鐘形状出射部と反対側へ向かって突出して発光ダイオード配線基板に着座する円環状突条を有していることにより、前述した課題をさらに解決するものである。

本請求項４に係る発明は、請求項１乃至請求項３のいずれか１つに記載された発光ダイオード用レンズの構成に加えて、前記凹曲面の凹中心が、前記円柱形状入射部と鐘形状出射部とを積層した配列方向から視て前記凸曲面の凸中心と揃っていることにより、前述した課題をさらに解決するものである。

本発明の発光ダイオード用レンズは、発光ダイオード素子から生じる光が入射する円柱形状入射部とこの円柱形状入射部と連続して形成されて円柱形状入射部に入射した光を被照射外方域へ出射する鐘形状出射部とを備えていることにより、発光ダイオード素子から入射した光を出射することができるばかりでなく、以下のような特有の効果を奏することができる。

本請求項１に係る発明の発光ダイオード用レンズによれば、鐘形状出射部が、円柱形状入射部と反対側に関数ｙ＝ｘ^２÷６の曲線で定まる凸曲面を有するとともに、円柱形状入射部が、鐘形状出射部と反対側に凹曲面を有していることにより、この凹曲面で光が第１段階として拡散され、さらに、凸曲面で光が第２段階として拡散されるため、発光ダイオード素子からの光がレンズ中心軸、すなわち、配光０度に集中することを防止して眩しく感じるグレア現象を防止することができる。

本請求項２に係る発明の発光ダイオード用レンズによれば、請求項１に係る発明が奏する効果に加えて、円柱形状入射部が、鐘形状出射部と反対側および径方向外方へ突出して発光ダイオード配線基板に着座するフランジ状のレンズ着座部分を有しているとともに、このレンズ着座部分の表面が、凸曲面より粗く形成されていることにより、レンズ着座部分の内側で光が反射されて凸曲面へ向かうため、レンズ着座部分の表面から光が拡散光として漏れてロスになることを防止することができる。
さらに、レンズ着座部分が発光ダイオード配線基板と接触して発光ダイオード素子に対する相対的な位置関係が決まるため、発光ダイオード用レンズを発光ダイオード素子に対して位置決めすることができる。

本請求項３に係る発明の発光ダイオード用レンズによれば、請求項２に係る発明が奏する効果に加えて、レンズ着座部分が、鐘形状出射部と反対側へ向かって突出して発光ダイオード配線基板に着座する円環状突条を有していることにより、レンズ着座部分全体でなく一部が発光ダイオード配線基板と接触して空気と接触する面積が多くなるため、発光ダイオード用レンズの放熱効果を向上させることができる。

本請求項４に係る発明の発光ダイオード用レンズによれば、請求項１乃至請求項３のいずれか１つに係る発明が奏する効果に加えて、凹曲面の凹中心が、円柱形状入射部と鐘形状出射部とを積層した配列方向から視て凸曲面の凸中心と揃っていることにより、入射と出射とに歪みが生じないため、配光を容易に調整することができる。

本発明の実施例である発光ダイオード用レンズの斜視図。（Ａ）は図１に示す符号２Ａから視た平面図、（Ｂ）は図１に示す符号２Ｂから視た底面図。図２（Ａ）に示す符号３−３で視た断面図。本発明の実施例である発光ダイオード用レンズを発光ダイオード配線基板に取り付けた状態を示す断面図。

本発明は、発光ダイオード素子から生じる光が入射する円柱形状入射部とこの円柱形状入射部と連続して形成されて円柱形状入射部に入射した光を被照射外方域へ出射する鐘形状出射部とを備えた発光ダイオード用レンズにおいて、鐘形状出射部が、円柱形状入射部と反対側に関数ｙ＝ｘ^２÷６の曲線で定まる凸曲面を有するとともに、円柱形状入射部が、鐘形状出射部と反対側に凹曲面を有していることにより、発光ダイオード素子からの光が配光０度に集中することを防止して眩しく感じるグレア現象を防止するものであれば、その具体的な実施態様は、如何なるものであっても構わない。

例えば、発光ダイオード用レンズの材料は、発光ダイオード素子の光を透過するものであれば、透明樹脂でもよく、透明ガラスでもよい。
また、発光ダイオード用レンズの製造方法は、樹脂を金型に流し込んで成形する方法でもよく、樹脂を切削して形成する方法でもよい。
凹曲面は、円柱形状入射部における鐘形状出射部と反対側の全面でもよく、全面のうちの一部でもよい。
また、凹曲面の凹中心が、円柱形状入射部と鐘形状出射部とを積層した配列方向から視て凸曲面の凸中心と完全に揃っていなくてもよい。

以下に、本発明の実施例である発光ダイオード用レンズ１００について、図１乃至図４に基づいて説明する。
ここで、図１は、本発明の実施例である発光ダイオード用レンズ１００の斜視図であり、図２（Ａ）は、図１に示す符号２Ａから視た平面図であり、図２（Ｂ）は、図１に示す符号２Ｂから視た底面図であり、図３は、図２（Ａ）に示す符号３−３で視た断面図であり、図４は、本発明の実施例である発光ダイオード用レンズ１００を発光ダイオード配線基板ＰＢに取り付けた状態を示す断面図である。

本発明の実施例である発光ダイオード用レンズ１００は、図１乃至図４に示すように、アクリル樹脂などの透明樹脂で形成された円柱形状入射部１１０と、円柱形状入射部１１０と連続して透明樹脂で一体成形された鐘形状出射部１２０とを備えている。
そして、発光ダイオード素子ＬＤから入射した光を出射するように構成されている。
このうち、円柱形状入射部１１０は、発光ダイオード素子ＬＤからの光が入射するように設けられている。
また、鐘形状出射部１２０は、円柱形状入射部１１０に入射した発光ダイオード素子ＬＤからの光を被照射外方域へ出射するように設けられている。

円柱形状入射部１１０が、鐘形状出射部１２０と反対側および径方向外方へ突出して発光ダイオード配線基板ＰＢに着座するフランジ状のレンズ着座部分１１２を有している。
また、レンズ着座部分１１２によって円柱形状入射部１１０における鐘形状出射部１２０と反対側に空間ＳＰが形成されている。
発光ダイオード用レンズ１００は、一例として、図４に示す如く空間ＳＰ内に発光ダイオード素子ＬＤが位置するように、発光ダイオード素子ＬＤを配設した発光ダイオード配線基板ＰＢの上に、配設される。
そして、鐘形状出射部１２０および円柱形状入射部１１０が挿通するレンズ挿通穴ＡＰ１を備えた押え板ＡＰが、レンズ着座部分１１２を発光ダイオード配線基板ＰＢに対して押えて発光ダイオード用レンズ１００を固定するように構成されている。

本実施例では、鐘形状出射部１２０が、円柱形状入射部１１０と反対側に関数ｙ＝ｘ^２÷６の曲線で定まる凸曲面１２１を有している。
これにより、単なる凸平レンズと比べて、配光特性が著しく向上する。
ここで、単なる凸平レンズとは、光の入射面が真っ平らであり出射面が正円弧のドーム状凸曲面であるレンズをいう。

さらに、円柱形状入射部１１０が、鐘形状出射部１２０と反対側に凹曲面１１１を有している。
これにより、発光ダイオード素子ＬＤからの光が凹曲面１１１で第１段階として拡散され、発光ダイオード素子ＬＤからの光が凸曲面１２１で第２段階として拡散される。
さらに、レンズ着座部分１１２の表面が、凸曲面１２１より粗く形成されている。
これにより、レンズ着座部分１１２の内側で発光ダイオード素子ＬＤからの光が反射されて凸曲面１２１へ向かう。
さらに、レンズ着座部分１１２が発光ダイオード配線基板ＰＢと接触して発光ダイオード素子ＬＤに対する相対的な位置関係が決まる。

また、レンズ着座部分１１２が、鐘形状出射部１２０と反対側へ向かって突出して発光ダイオード配線基板ＰＢに着座する円環状突条１１２ａを有している。
これにより、レンズ着座部分１１２の全体でなく一部が、発光ダイオード配線基板ＰＢと接触して、発光ダイオード用レンズ１００における空気と接触する面積が多くなる。
さらに、凹曲面１１１の凹中心Ｃ１が、円柱形状入射部１１０と鐘形状出射部１２０とを積層した配列方向から視て凸曲面１２１の凸中心Ｃ２と揃っている。
これにより、入射と出射とに歪みが生じない。

このようにして得られた本発明の実施例である発光ダイオード用レンズ１００は、鐘形状出射部１２０が、円柱形状入射部１１０と反対側に関数ｙ＝ｘ^２÷６の曲線で定まる凸曲面１２１を有するとともに、円柱形状入射部１１０が、鐘形状出射部１２０と反対側に凹曲面１１１を有していることにより、発光ダイオード素子ＬＤからの光が配光０度に集中することを防止して眩しく感じるグレア現象を防止することができる。

また、円柱形状入射部１１０が、鐘形状出射部１２０と反対側および径方向外方へ突出して発光ダイオード配線基板ＰＢに着座するフランジ状のレンズ着座部分１１２を有しているとともに、このレンズ着座部分１１２の表面が、凸曲面１２１より粗く形成されていることにより、レンズ着座部分１１２の表面から光が拡散光として漏れてロスになることを防止することができるとともに、発光ダイオード用レンズ１００を発光ダイオード素子ＬＤに対して位置決めすることができる。

さらに、レンズ着座部分１１２が、鐘形状出射部１２０と反対側へ向かって突出して発光ダイオード配線基板ＰＢに着座する円環状突条１１２ａを有していることにより、発光ダイオード用レンズ１００の放熱効果を向上させることができる。

また、凹曲面１１１の凹中心Ｃ１が、円柱形状入射部１１０と鐘形状出射部１２０とを積層した配列方向から視て凸曲面１２１の凸中心Ｃ２と揃っていることにより、配光を容易に調整することができるなど、その効果は甚大である。

１００・・・発光ダイオード用レンズ
１１０・・・円柱形状入射部
１１１・・・凹曲面
１１２・・・レンズ着座部分
１１２ａ・・・円環状突条
１２０・・・鐘形状出射部
１２１・・・凸曲面
ＡＰ・・・押え板
ＡＰ１・・・レンズ挿通穴
Ｃ１・・・（凹曲面の）凹中心
Ｃ２・・・（凸曲面の）凸中心
ＬＤ・・・発光ダイオード素子
ＰＢ・・・発光ダイオード配線基板
ＳＰ・・・空間

Claims

発光ダイオード素子から生じる光が入射する円柱形状入射部と該円柱形状入射部と連続して形成されて円柱形状入射部に入射した光を被照射外方域へ出射する鐘形状出射部とを備えた発光ダイオード用レンズにおいて、
前記鐘形状出射部が、前記円柱形状入射部と反対側に関数ｙ＝ｘ^２÷６の曲線で定まる凸曲面を有するとともに、
前記円柱形状入射部が、前記鐘形状出射部と反対側に凹曲面を有していることを特徴とする発光ダイオード用レンズ。
前記円柱形状入射部が、前記鐘形状出射部と反対側および径方向外方へ突出して発光ダイオード配線基板に着座するフランジ状のレンズ着座部分を有しているとともに、
該レンズ着座部分の表面が、前記凸曲面より粗く形成されていることを特徴とする請求項１に記載の発光ダイオード用レンズ。
前記レンズ着座部分が、前記鐘形状出射部と反対側へ向かって突出して発光ダイオード配線基板に着座する円環状突条を有していることを特徴とする請求項２に記載の発光ダイオード用レンズ。
前記凹曲面の凹中心が、前記円柱形状入射部と鐘形状出射部とを積層した配列方向から視て前記凸曲面の凸中心と揃っていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１つに記載の発光ダイオード用レンズ。