JP3141606U - 光学デバイスおよびその光源モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】配光分布を調整する光学デバイスおよびその光源モジュールを提供する。
【解決手段】光学デバイス１０００は、レンズユニット１０１０を備える。レンズユニット１０１０は、発光デバイスの第１の方向の配光分布を調整する第１の領域、および発光デバイスの第２方向の配光分布を調整する第２の領域を含む。光学デバイス１０００の発光デバイスおよびレンズユニット１０１０は、アレイ方式で配列し光源モジュールを形成する。光源モジュールの出射した配光および配光分布面積は各レンズユニット１０１０が出射した配光および配光分布面積の合計である。
【選択図】図２

Description

本考案は、光学デバイスおよびその光源モジュールに関し、特に、配光分布を調整する光学デバイスおよびその光源モジュールに関する。

以下、図面に基づいて従来技術を説明する。図１は、従来技術による発光ダイオード光源の配光分布を示す図である。図１に示すように、この光源は、配光分布により以下の欠点を有する。まず、エネルギが中央に集中しすぎるため、被照射部の光の均一性が良くなかった。角の部分においては、照度が落ちるという現象が起きた。次に、光源の照射面積の分布が長方形でないため、道路照明には適さなかった。最後に、光源の照射する光線が広角度のため、適当な収光を行なわないと、光源の照射する光線の光取り出し効率および輝度を下げてしまった。

特許文献１に開示される照明モジュールは、レンズ座および発光デバイスを備える。レンズ座は、発光デバイスに隣接する基面、基面との間に間隔を有する出射面、出射面と基面との間に接合する環面、および基面から出射面の方向にかけて凹設される溝面を含む。出射面は、第1の直線に沿って配置された第１の浮凸領域、および第２の直線に沿って配置された第２の浮凸領域を有する。第1の直線と第２の直線とは、互いに垂直に配置され、第１の浮凸領域と第２の浮凸領域とは、互いに垂直に交わる。出射面上に配置された突出方向に垂直な浮凸領域により、発光デバイスが照射する円形に近い配光分布を楕円形に変えることができるので、照明モジュールの応用領域を拡大した。

特許文献２に開示される光強度および光強度の均一性を向上させる照明器具は、基板、基板の外縁から下に向って延伸する周壁、周壁の内表面に配置され光線を照射する少なくとも１つの光源モジュール、および基板の下表面に配置される反射板を含む。反射板の下表面には、間隔を置いて複数の光学反射面部が形成される。光源モジュールが照射する光線は、光学反射面部を介して反射されると、下方向で、基板と垂直の方向に照射される。照射角度は、小さく、比較的集中しているので、光強度および光強度の均一性を向上させた。

特許文献３に開示される発光ダイオードクラスタは、複数の発光ダイオードパッケージ、制御回路モジュールおよびケースを含む。複数の発光ダイオードパッケージは、熱伝導／放熱モジュールおよび発光ダイオードモジュールを有する。制御回路モジュールは、発光ダイオードパッケージを制御するのに用いられる。ケースは、発光ダイオードパッケージおよび制御回路モジュールを収納するのに用いられる。発光ダイオードクラスタは、電源に接続されると、制御回路モジュールが選択的に発光ダイオードモジュールを発光させる。各発光ダイオードモジュールが発光時に発生する熱は、各発光ダイオードモジュールの対応する熱伝導／放熱モジュールにより熱伝導および放熱が行なわれた。

上記の特許文献３に開示される発光ダイオードクラスタは、放熱方式を改善することにより発光効率を向上させた。

特許文献４に開示される発光ダイオードモジュールは、レンズ部分に折射鏡を有し、折射鏡の後方には複数の突起部が配置され、折射鏡の前方には複数の凹面鏡および凸面鏡が配置される。この発光ダイオードモジュールは、暗い領域を作らない発射光を照射した。

特許文献５に開示される放物線状の平面、円錐平面などを備える収光構造は、例えば、発光ダイオードなどの照射光をほぼ完全に集光した。

上記の特許文献において、特許文献１に開示される照明モジュールのみが円形に近い配光分布を楕円形に変えることができた。特許文献２に開示される光強度および光強度の均一性を向上させる照明器具は、配光分布を変えることができなかった。特許文献４に開示される発光ダイオードモジュールは、発射光の均一性を向上させただけだった。特許文献５に開示される収光構造は、配光分布を変えることができなかった。また、発射光の均一性の向上については、言及されていなかった。以上の従来技術の短所を解決するため、本考案は、配光分布を調整する光学デバイスおよびその光源モジュールを提供する。
台湾特許第Ｍ２９６４８１号 台湾特許第Ｍ２９０９６７号 台湾特許第Ｉ２７３８５８号 米国特許第５５１５２５３号明細書 米国特許第７１７２３１９号明細書

本考案の第１の目的は、配光分布を調整する光学デバイスおよびその光源モジュールを提供することにある。
本考案の第２の目的は、光取り出し効率を向上させる光学デバイスおよびその光源モジュールを提供することにある。
本考案の第３の目的は、被照射部分の光の均一度を増加させる光学デバイスおよびその光源モジュールを提供することにある。

上述の目的を達成するため、本考案は、光学デバイスおよびその光源モジュールを提供する。本考案の光学デバイスおよびその光源モジュールは、発光デバイスの第１の方向の配光分布を調整する第１の領域、および発光デバイスの第２方向の配光分布を調整する第２の領域を含む。第１の方向と第２の方向との夾角は、７０度から１１０度の間である。

本考案の光学デバイスおよびその光源モジュールは、複数の発光デバイスおよび複数のレンズユニットをさらに備える。レンズユニットは、アレイ状に配列し、発光デバイスに対応するように配置される。レンズユニットは、発光デバイスの第１の方向の前記配光分布を調整する第１の領域、および前記発光デバイスの第２方向の前記配光分布を調整する第２の領域を含む。第１の方向と第２の方向との夾角は７０度から１１０度の間であり、レンズユニットアレイが出射した総配光は各レンズユニットが出射した配光の合計である。

本考案の光源モジュールは、アレイ方式で配列した複数の発光デバイスおよび複数のレンズユニットをさらに備え、その出射した配光および配光分布面積は各レンズユニットが出射した配光および配光分布面積の合計である。

本考案の光源モジュールは、アレイ方式で配列した複数の発光デバイスおよび複数のレンズユニットをさらに備え、製品構造の複雑性を低下させ、組立精度を向上させる。

本考案の光源モジュールは、アレイ方式で配列した複数の発光デバイスおよび複数のレンズユニットをさらに備え、光源モジュールの出射配光を調整することにより道路照明の要求を満たした。

本考案の光学デバイスおよびその光源モジュールは、配光分布が調整でき、エネルギが中央に集中しすぎることがないため、光線の均一性を向上させることができる。光源の照射面積が長方形であるため、道路照明に供することができる。光源の照射する光線に収光を行なうため、光取り出し効率および輝度を向上させることができる。また、光源モジュールは、１つの発光デバイスおよびレンズユニットの組合せであるため、組立およびメンテナンスが容易で、製品構造の複雑性を低下させ、組立精度を向上させることができる。

以下、本考案の実施形態を図面に基づいて説明する。図２は、本考案の一実施形態による光学デバイス１０００を示す斜視図である。図３は、本考案の一実施形態による光学デバイス１０００のレンズユニット１０１０を示す斜視図である。図２および図３に示すように、本考案の一実施形態による光学デバイス１０００は、レンズユニット１０１０を含む。レンズユニット１０１０は、照明領域第１の方向の配光分布を調整する第１の領域１０２２、および照明領域第２方向の配光分布を調整する第２の領域１０２１を含む。第１の方向と第２の方向との夾角は、７０度から１１０度の間で、本考案の他の実施形態においては、第１の方向と第２の方向との夾角は、９０度である。

図２および図３を参照する。レンズユニット１０１０の第１の領域１０２２は、照明領域第１の方向の配光分布を調整するのに用いるＡ面１０２２Ａ、Ｂ面１０２２Ｂおよび第１の曲面１０２２Ｃを有する。Ａ面１０２２ＡおよびＢ面１０２２Ｂは、レンズユニット１０１０の第１の領域１０２２内の凹陥部を形成する。Ａ面１０２２ＡおよびＢ面１０２２Ｂの曲率は、コンピュータシュミレーションにより算出され、照明領域第１の方向の配光分布を調整する。レンズユニット１０１０の第１の領域１０２２の第１の曲面１０２２Ｃは、レンズユニット１０１０の第１の領域１０２２の外部を形成する。第１の曲面１０２２Ｃの曲率は、コンピュータシュミレーションにより算出され、照明領域第１の方向の配光分布を調整する。本考案の他の実施形態において、第１の曲面１０２２Ｃの曲率は、入射光を全反射するように設計されるため、第１の曲面１０２２Ｃを用いて広角度照射光線に対して収光を行ない、光取り出し効率を向上させる。本考案のさらに他の実施形態において、入射光を全反射するために、第１の曲面１０２２Ｃは、メッキ膜を含む。

本考案の他の実施形態において、図２で示すＢ面１０２２Ｂおよび第１の曲面１０２２Ｃ部分を構成するレンズユニット構造を省略するため、反射デバイス（図示せず）を加える。反射デバイスは、中身が空洞または空洞でないプレートで、第１の曲面１０２２Ｃに向いた曲面の曲率が入射光を反射することにより、光学デバイス内に広角度で入射した光を収光するように設計される。

図３を参照する。本考案の他の実施形態において、第１の曲面１０２２Ｃの下部に反射デバイス（図示せず）を加える。反射デバイスは、第１の曲面１０２２Ｃに向いた曲面の曲率が入射光を反射するように設計されるため、入射光の反射率を向上させ、光学デバイスの発光効率をさらに高める。

図３を参照する。本考案の他の実施形態において、Ａ面１０２２Ａ、Ｂ面１０２２Ｂ第１の曲面、第１の曲面１０２２Ｃまたは第２の曲面１０２１Ｄは、リニアフレネルレンズ（ｌｉｎｅａｒ ｆｒｅｓｎｅｌ ｌｅｎｓ）またはレンチキュラレンズ（ｌｅｎｔｉｃｕｌａｒ ｌｅｎｓ）であり、集光特性を利用して配光分布を向上させるだけでなく、光学デバイスを軽量化させ、レンズユニットの体積を縮小させる。

図２および図３を参照する。第２の領域１０２１は、照明領域第二方向の配光分布を調整するのに用いる第２の曲面１０２１Ｄを有する。第２の曲面１０２１Ｄの曲率は、コンピュータシュミレーションにより算出され、レンズユニット１０１０の第２の領域１０２１の曲面は、周期変化を有する。本考案の他の実施形態において、入斜光が第２の曲面１０２１Ｄの曲面の凸部を向いている。本考案のさらに他の実施形態において、入斜光は、さらに強力なフロントライトを得るため、第２の曲面１０２１Ｄの曲面の凹部を向いている。

本考案の一実施形態において、レンズユニット１０１０は、その内部のデバイスが紫外線および／または赤外線から守るため、抗紫外線処理（ＵＶ−ｃｕｔ）および／または抗赤外線処理（ＩＲ−ｃｕｔ）を施している。本考案のさらに他の実施形態において、光学デバイスの発光効率をさらに高めるため、レンズユニット１０１０は、その表面に高透過メッキ膜を有する。本考案のさらに他の実施形態において、レンズユニット１０１０は、その表面に、カラーフィルターに替えてカラーメッキ膜を有する。本考案のさらに他の実施形態において、レンズユニット１０１０は、抗紫外線処理（ＵＶ−ｃｕｔ）および／または抗赤外線処理（ＩＲ−ｃｕｔ）および／または高透過性および／または特定の色の光線を吸収する特性を有する材料からなり、メッキ膜処理を施す必要がない。

上記の光学デバイスは、接合して一列または複数列のアレイを形成し、レンズユニット１０１０に対応する光学デバイスモジュールを組み合わせて光源モジュールを構成することもできる。図４は、本考案の一実施形態によるレンズユニットおよび発光デバイスを示す斜視図である。図４に示すように、光源モジュールのレンズユニット１０２３およびそのレンズユニット１０２３に対応する発光デバイス１０２４において、Ｅ面１０２３ＥとＦ面１０２３Ｆとは、互いに平行であり、同様にＧ面１０２３ＧとＨ面１０２３Ｈとは、互いに平行である。各複数のレンズユニット１０２３が互いに組み合わさりアレイを形成し、各レンズユニット１０２３の各曲面は、平らで滑らかな連続面を形成する。図７は、配光分布および光強度のシュミレーション結果を示す図である。図７に示すように、シュミレーションに提供された光源モジュールは、第１の発光デバイス、第１のレンズユニット、第２の発光デバイス、第２のレンズユニット、第３の発光デバイスおよび第３のレンズユニットを含む。図５は、本考案の一実施形態によるレンズユニットアレイを示す斜視図である。図４および図５に示すように、第１のレンズユニット２０００のＦ面１０２３Ｆは、第２のレンズユニット２０１０のＥ面１０２３Ｅと互いに接合し、第３のレンズユニットおよび第４のレンズユニットも同様の方法で接合する。図７を参照する。組み合わされてできた光源モジュールで、上記の各レンズユニットが照射した配光分布は、ほぼ接合前と同様である。しかし、光源モジュールの出射光強度は、１つのレンズユニットの出射光強度の２倍である。本考案の他の実施形態において、光源モジュールは、複数のデバイスおよび複数のレンズユニットを含む。しかし、レンズユニットのＨ面１０２３Ｈともう１つの光学デバイスのＧ面１０２３Ｇとが互いに接合する。配光分布および光強度のシュミレーション結果から光源モジュールにおける上記の各レンズユニットが照射した配光分布は、ほぼ接合前と同様であるが、光源モジュールの出射光強度は、１つのレンズユニットの出射光強度の２倍であることがわかる。

図６は、本考案の一実施形態による光源モジュールを示す斜視図である。図６に示すように、本考案の一実施形態による光源モジュール３０００は、Ｎ×Ｍ個の発光デバイスおよびレンズユニットを含む。各発光デバイスは、１つのレンズユニットに対応する。光源モジュール３０００は、その一方向の断面にＭ列の発光デバイスおよびレンズユニットを含み、一列は、それぞれＮ個の発光デバイスおよびレンズユニットを含む。光源モジュール３０００は、Ｎ×Ｍ個の発光デバイスおよびレンズユニットアレイからなる。各発光デバイスとレンズユニットとの間の組み合わせ方法および対応関係は、上記実施形態中のアレイの方式と同様である。配光分布および光強度のシュミレーション結果から光源モジュール３０００における出射光強度は、１つのレンズユニットの出射光強度のＮ×Ｍ倍であることがわかる。光源モジュール３０００の照射した配光分布および照射範囲は、上記の各レンズユニットの照射した配光分布および照射範囲の合計に相当する。また、光源モジュール３０００は、１つの発光デバイスおよびレンズユニットの組合せであるため、組立およびメンテナンスが容易で、製品構造の複雑性を低下させ、組立精度を向上させるという長所を有する。本考案の他の実施形態において、レンズユニットアレイの配列形状は、制限されるものではなく、四角形、菱形，多角形などの形状でもよい。

本考案の他の実施形態において、発光デバイスは、例えば、発光ダイオードのようにアレイ状に配列できるのならどのような光源でもよい。

本考案では好適な実施形態を前述の通りに開示したが、これらは決して本考案を限定するものではなく、当該技術を熟知する者は誰でも、本考案の精神と領域を脱しない範囲内で各種の変更や修正を加えることができる。従って、本考案の保護の範囲は、実用新案請求の範囲で指定した内容を基準とする。

従来技術による発光ダイオード光源の配光分布を示す図である。 本考案の一実施形態による光学デバイス１０００を示す斜視図である。 本考案の一実施形態による光学デバイス１０００のレンズユニット１０１０を示す斜視図である。 本考案の一実施形態によるレンズユニット１０１０および発光デバイス１０２４を示す斜視図である。 本考案の一実施形態によるレンズユニットアレイを示す斜視図である。 本考案の一実施形態による光源モジュール３０００を示す斜視図である。 本考案の一実施形態による配光分布および光強度のシュミレーション結果を示す図である。

符号の説明

１０００ 光学デバイス
１０１０ レンズユニット
１０２１ 第２の領域
１０２１Ｄ 第２の曲面
１０２２ 第１の領域
１０２２Ａ Ａ面
１０２２Ｂ Ｂ面
１０２２Ｃ 第１の曲面
１０２３ レンズユニット
１０２３Ｅ Ｅ面
１０２３Ｆ Ｆ面
１０２３Ｇ Ｇ面
１０２３Ｈ Ｈ面
１０２４ 発光デバイス
２０００ 第１のレンズユニット
２０１０ 第２のレンズユニット
３０００ 光源モジュール

Claims (21)

1. レンズユニットを備える配光分布を調整する光学デバイスであって、
   前記レンズユニットは第１の領域および第２の領域を有し、前記第１の領域は第１の方向の配光分布を調整し、前記第２の領域は第２の方向の配光分布を調整し、前記第１の方向と前記第２の方向との夾角は７０度から１１０度の間であることを特徴とする配光分布を調整する光学デバイス。
2. 前記第１の方向と前記第２の方向とは直角を呈することを特徴とする請求項１に記載の配光分布を調整する光学デバイス。
3. 前記第１の領域は前記第１の方向の配光分布を調整するため、少なくとも複数の第１の曲面を有することを特徴とする請求項１に記載の配光分布を調整する光学デバイス。
4. 前記第１の曲面は光を反射するのに用いられることを特徴とする請求項３に記載の配光分布を調整する光学デバイス。
5. 前記第１の曲面は光を全反射するのに用いられることを特徴とする請求項４に記載の配光分布を調整する光学デバイス。
6. 前記第１の方向の配光分布を調整するため、反射デバイスをさらに備えることを特徴とする請求項３に記載の配光分布を調整する光学デバイス。
7. 前記第２の領域は前記第２の方向の配光分布を調整するため、少なくとも複数の第２の曲面を有することを特徴とする請求項１に記載の配光分布を調整する光学デバイス。
8. 前記第２の曲面は周期変化を有することを特徴とする請求項７に記載の配光分布を調整する光学デバイス。
9. 前記第２の曲面は最高点および最低点が入射光に正確に合わせられることを特徴とする請求項７に記載の配光分布を調整する光学デバイス。
10. 前記第１の領域は前記第１の方向の配光分布を調整するため、反射面をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の配光分布を調整する光学デバイス。
11. 前記反射面は一層のメッキ膜または複数のメッキ膜を有することを特徴とする請求項１０に記載の配光分布を調整する光学デバイス。
12. 前記レンズユニットは表面がリニアフレネルレンズ（ｌｉｎｅａｒ ｆｒｅｓｎｅｌ ｌｅｎｓ）またはレンチキュラレンズ（ｌｅｎｔｉｃｕｌａｒ ｌｅｎｓ）であることを特徴とする請求項１に記載の配光分布を調整する光学デバイス。
13. 前記レンズユニットは抗紫外線処理（ＵＶ−ｃｕｔ）および／または抗赤外線処理および／または高透過性を有することを特徴とする請求項１に記載の配光分布を調整する光学デバイス。
14. 前記レンズユニットはカラーフィルターまたはカラーメッキ膜をさらに有することを特徴とする請求項１に記載の配光分布を調整する光学デバイス。
15. 複数の発光デバイスおよび複数のレンズユニットを備える配光分布を調整する光源モジュールであって、
    前記レンズユニットはアレイ状に配列し、前記発光デバイスに対応するように配置され、前記レンズユニットは前記発光デバイスの第１の方向の前記配光分布を調整する第１の領域、および前記発光デバイスの第２方向の前記配光分布を調整する第２の領域を含み、前記第１の方向と前記第２の方向との夾角は７０度から１１０度の間であり、レンズユニットアレイが出射した総配光は各前記レンズユニットが出射した配光の合計であることを特徴とする配光分布を調整する光源モジュール。
16. 前記第１の方向と前記第２の方向とは直角を呈することを特徴とする請求項１５に記載の配光分布を調整する光源モジュール。
17. 前記第１の領域は前記第１の方向の配光分布を調整するため、少なくとも複数の第１の曲面を有することを特徴とする請求項１５に記載の配光分布を調整する光源モジュール。
18. 前記第２の領域は前記第２の方向の配光分布を調整するため、少なくとも複数の第２の曲面を有することを特徴とする請求項１５に記載の配光分布を調整する光源モジュール。
19. 前記発光デバイスは前記第２の曲面の最高点および最低点に正確に合わせられることを特徴とする請求項１８に記載の配光分布を調整する光源モジュール。
20. 前記第１の領域は前記第１の方向の配光分布を調整するため、反射面をさらに備えることを特徴とする請求項１５に記載の配光分布を調整する光源モジュール。
21. 前記発光デバイスは発光ダイオードであることを特徴とする請求項１５に記載の配光分布を調整する光源モジュール。