JP2017194621A - 光学レンズ - Google Patents

Abstract

【課題】均一な面発光を実現することができる光学レンズを提供すること。【解決手段】ＬＥＤ（光源）１０に対向する入射面３と、該入射面３とは反対側に設けられた出射面５と、前記入射面３と前記出射面５との間に位置する全反射面４を備えた平板状の光学レンズ１において、前記出射面５を、光軸Ａｘを中心とする中央の第１発光エリア５ａと、該第１発光エリア５ａの周囲に設けられた第２発光エリア５ｂとに区画するとともに、前記入射面３に、前記ＬＥＤ１０から入射する光Ｌ１を前記出射面５の第１発光エリア５ａに向けて屈折させる第１入射部３ａと、前記ＬＥＤ１０から入射する光を前記全反射面４に向けて屈折させる第２入射部３ｂとを設け、前記全反射面４を前記出射面５の第２発光エリア５ｂに向けて全反射させるものとし、前記出射面５の第１発光エリア５ａの発光面積Ｓ１を前記第２発光エリア５ｂの発光面積Ｓ２よりも大きく設定する。【選択図】図５

Description

本発明は、光源から入射する光の配光を制御するための光学レンズに関するものである。

例えば、ポジションランプやターンシグナルランプ等の車両用信号灯の光源には、従来のバルブ（電球）に代えてＬＥＤ（発光ダイオード）が使用されつつある。このＬＥＤは、発光効率が高くて長寿命であり、且つ、省電力等の利点を有する反面、指向性の強い光を出射するため、ＬＥＤをそのまま車両用信号灯等の光源として使用すると、正面方向は明るい反面、周囲が暗くなるという問題がある。

そこで、通常はＬＥＤから出射する光の配光を光学レンズによって制御することが行われている。例えば、特許文献１には図８に示す光学レンズ（発光素子用レンズ）が提案されている。

即ち、図８は特許文献１において提案された光学レンズの縦断面図であり、図示の光学レンズ１０１は、前方（図８の上方）に向かって徐々に拡径する略逆円錐台状に成形されており、その底部には略円柱状の中空部１０２が形成され、この中空部１０２にＬＥＤ等の発光素子１１０が配置されている。ここで、中空部１０２の上面１０２ａは、前方に向かって凸状の球面とされ、中空部の側周面１０２ｂは、後方（図８の下方）に向かって拡径するテーパ面とされている。

又、光学レンズ１０１の周壁は、径方向外方に向かって膨らむ曲面状の全反射面１０４とされており、光学レンズ１０１の前面の中央部には、前方に向かって凸となる凸レンズ部１０５ａが形成され、その周囲にはリング状の平面体部１０５ｂが形成されている。

以上のように構成された光学レンズ１０１においては、発光素子１１０から出射して中空部１０２の上面１０２ａに向かう強い光は、上面１０２ａの凹曲面にほぼ垂直に入射して光学レンズ１０１内を直進し、凸レンズ部１０５ａに集光する方向に屈折し、凸レンズ部１０５ａから平行光となって前方へと出射する。又、発光素子１１０から出射して光学レンズ１０１の中空部１０２の側周面１０２ｂへと向かう弱い光は、側周面１０２ｂで屈折して全反射面１０４へと向かい、全反射面１０４で全反射して左右の平面体部１０５ｂに向かい、各平面体部１０５ｂから平行光として前方へと出射する。

従って、光学レンズ１０１によれば、発光素子１１０から出射する指向性の強い光を、ムラなく効率良く前方へと照射させることができる。

特開２００５−２２８６２３号公報

しかしながら、図８に示す光学レンズ１０１においては、弱い光が出射する平面体部１０５ｂの発光面積が強い光が出射する凸レンズ部１０５ａの発光面積よりも大きいため、平面体部１０５ｂから出射する弱い光の光束密度が凸レンズ部１０５ａから出射する強い光の光束密度よりも小さくなり、光学レンズ１０１の中心が明るく、周囲が暗くなって均一な発光が実現しないという問題がある。

本発明は上記問題に鑑みてなされたもので、その目的とする処は、均一な面発光を実現することができる光学レンズを提供することにある。

上記目的を達成するため、請求項１記載の発明は、光源に対向する入射面と、該入射面とは反対側に設けられた出射面と、前記入射面と前記出射面との間に位置する全反射面を備えた光学レンズにおいて、前記出射面を、光軸を中心とする中央の第１発光エリアと、該第１発光エリアの外側に設けられた第２発光エリアとに区画するとともに、前記入射面に、前記光源から入射する光を前記出射面の第１発光エリアに向けて屈折させる第１入射部と、前記光源から入射する光を前記全反射面に向けて屈折させる第２入射部とを設け、前記全反射面を前記出射面の第２発光エリアに向けて全反射させるものとし、前記出射面の第１発光エリアの発光面積を前記第２発光エリアの発光面積よりも大きく設定したことを特徴とする。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記光源としてＬＥＤを使用し、前記出射面の第１発光エリアと第２発光エリアの発光面積の割合を３：２に設定したことを特徴とする。

請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の発明において、前記出射面に配光制御用のレンズカットを施したことを特徴とする。

請求項１及び２記載の発明によれば、光源（ＬＥＤ）から出射して光学レンズの入射面の第１入射部から入射する強い光は、第１入射部で屈折して出射面の中央部の第１発光エリアへと向かい、該第１発光エリアから出射する。又、光源（ＬＥＤ）から出射して導光レンズの入射面の第２入射部から入射する弱い光は、第２入射部で屈折して全反射面へと向かい、該全反射面で全反射して出射面の第２発光エリアから出射する。ここで、出射面の第１発光エリアの発光面積を第２発光エリアの発光面積よりも大きく設定したため、第１発光エリアから出射する強い光の光束密度が下がり、第２発光エリアから出射する弱い光の光束密度が上がることとなり、出射面における光束密度が第１発光エリアと第２発光エリアでほぼ等しくなる。この結果、光学レンズの出射面がほぼ均一に発光し、中心が明るく外側が暗いという従来の不具合が解消される。

請求項３記載の発明によれば、光学レンズの出射面に配光制御用のレンズカットを施したため、このレンズカットによって所望の配光を得ることができる。

本発明に係る光学レンズの斜視図である。 本発明に係る光学レンズの平面図である。 本発明に係る光学レンズの正面図である。 図３のＡ−Ａ線断面図である。 図３のＡ−Ａ線断面図であって、（ａ）は強い光の光路図、（ｂ）は弱い光の光路図である。 本発明に係る光学レンズの出射面の発光面積の比率を示す図である。 本発明に係る光学レンズの別形態を示す斜視図である。 特許文献１において提案された光学レンズ（発光素子用レンズ）の縦断面図である。

以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。

図１は本発明に係る光学レンズの斜視図、図２は同光学レンズの平面図、図３は同光学レンズの正面図、図４は図３のＡ−Ａ線断面図、図５は図３のＡ−Ａ線断面図であって、（ａ）は強い光の光路図、（ｂ）は弱い光の光路図、図６は本発明に係る光学レンズの出射面の発光面積の比率を示す図である。

本発明に係る光学レンズ１は、導光性の高いアクリルやポリカーボネイト等の透明樹脂によって平板状に成形されており、その後端部（図４及び図５の下端部）の幅方向中央には矩形溝状の凹部２が形成されている。そして、この凹部２の幅方向中央には光源であるＬＥＤ１０が配置されており、この凹部２の内面は、ＬＥＤ１０からの光が入射する入射面３を構成している。ここで、入射面３は、凹部２の上面である凸曲面状の第１入射部３ａと、該第１入射部３ａの左右両端からＬＥＤ１０側に向かって開くように延びるテーパ面状の左右一対の第２入射部３ｂとで構成されている。

又、光学レンズ１の左右の側面の一部は、光出射方向（図４及び図５の上方）に向かって外側に膨らむように傾斜する全反射面４を構成している。そして、光学レンズ１の入射面３とは反対側の前端面（図４及び図５の上端面）は出射面５を構成しており、この出射面５は、光軸Ａｘを中心とする幅方向中央に形成された円弧凸曲面状の第１発光エリア５ａと、該第１発光エリア５ａの左右に形成された凸曲面状の第２発光エリア５ｂとに区画されている。

ところで、後述のように、光学レンズ１の出射面５は、ＬＥＤ１０から出射する光によって発光するが、図６に示すように、この出射面５の第１発光エリア５ａの発光面積Ｓ１は左右の第２発光エリア５ｂの各発光面積Ｓ２よりも大きく設定されている（Ｓ１＞Ｓ２）。尚、本実施の形態では、出射面５の第１発光エリア５ａの発光面積Ｓ１と左右の第２発光エリア５ｂの各発光面積Ｓ２との比率Ｓ１：Ｓ２：Ｓ２は、３：１：１に設定されている。

以上のように構成された光学レンズ１において、ＬＥＤ１０から光出射方向に向かって出射する指向性の強い光のうち、光軸Ａｘを中心とする強い（輝度の高い）光Ｌ１は、図５（ａ）に示すように、入射面３の第１入射部３ａから入射し、該第１入射部３ａで屈折して出射面５の中央の第１発光エリア５ａへと向かい、該第１発光エリア５ａから平行光となって前方に向かって出射する。又、光学レンズ１の入射面３の左右の第２入射部３ｂから入射する弱い（輝度の低い）光Ｌ２は、図５（ｂ）に示すように、各第２入射部３ｂで屈折してそれぞれ左右の全反射面４へと向かい、各全反射面４で全反射して出射面５の左右の各第２発光エリア５ｂから略平行光となって前方に向かって出射する。

ここで、本実施の形態では、光学レンジ１の出射面５の第１発光エリア５ａの発光面積Ｓ１を左右の第２発光エリア５ｂの各発光面積Ｓ２よりも大きく設定したため（Ｓ１＞Ｓ２、具体的には、Ｓ１：Ｓ２：Ｓ２＝３：１：１）、中央の第１発光エリア５ａから出射する強い光Ｌ１の光束密度が下がり、左右の各第２発光エリア５ｂからそれぞれ出射する弱い光Ｌ２の光束密度が上がることとなり、出射面５における光束密度が中央の第１発光エリア５ａとその左右の第２発光エリア５ｂでほぼ等しくなる。この結果、光学レンズ１の出射面５がほぼ均一に発光し、中心が明るく外側が暗いという従来の不具合が解消される。

ここで、本発明に係る光学レンズの別形態を図７に示すが、同図に示すように、光学レンズ１の出射面５に配光制御用のレンズカット６を施すようにしても良い。尚、本実施の形態では、配光制御用のレンズカット６として縦方向に延びる複数のフルートカットを用いたが、魚眼カットやフレネルカット等を用いても良い。

このように光学レンズ１の出射面５に配光制御用のレンズカット６を施すことによって、出射面５からの光の出射方向を制御して所望の配光を得ることができる。

尚、以上の実施の形態では、光学レンズとして平板状のものを用いたが、光学レンズの形状は任意であって、例えば円錐台等の回転体状の光学レンズも本発明の適用対象に含まれることは勿論である。

本発明に係る光学レンズは、車両用信号灯を含む車両用灯具全般、一般照明器具全般等に好適に用いることができる。

１ 光学レンズ
２ 光学レンズの凹部
３ 光学レンズの入射面
３ａ 入射面の第１入射部
３ｂ 入射面の第２入射部
４ 光学レンズの全反射面
５ 光学レンズの出射面
５ａ 出射面の第１発光エリア
５ｂ 出射面の第２発光エリア
６ 光学レンズのレンズカット
Ａｘ 光軸
Ｌ１ 強い光
Ｌ２ 弱い光
Ｓ１ 第１発光エリアの発光面積
Ｓ２ 第２発光エリアの発光面積

Claims (3)

1. 光源に対向する入射面と、該入射面とは反対側に設けられた出射面と、前記入射面と前記出射面との間に位置する全反射面を備えた光学レンズにおいて、
   前記出射面を、光軸を中心とする中央の第１発光エリアと、該第１発光エリアの外側に設けられた第２発光エリアとに区画するとともに、
   前記入射面に、前記光源から入射する光を前記出射面の第１発光エリアに向けて屈折させる第１入射部と、前記光源から入射する光を前記全反射面に向けて屈折させる第２入射部とを設け、前記全反射面を前記出射面の第２発光エリアに向けて全反射させるものとし、
   前記出射面の第１発光エリアの発光面積を前記第２発光エリアの発光面積よりも大きく設定したことを特徴とする光学レンズ。
2. 前記光源としてＬＥＤを使用し、前記出射面の第１発光エリアと第２発光エリアの発光面積の割合を３：２に設定したことを特徴とする請求項１記載の光学レンズ。
3. 前記出射面に配光制御用のレンズカットを施したことを特徴とする請求項１又は２記載の光学レンズ。
   

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