JP3147939U - Planar Fresnel LED lens and LED assembly thereof - Google Patents

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翊民 陳
翊民 陳
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Abstract

【課題】平面フレネルLEDレンズ及びそれにより構成するLEDアセンブリ。
【解決手段】平面フレネルLEDレンズ13は、LED11に対してシール12を介して配置され、像側光学面(optical surface on forward side)が平面であり、且つ垂直環歯 (draft with vertical shape)を有し、該レンズは、LEDアセンブリ中に使用され、LEDチップ11が発する光線に対してフレネルレンズの各垂直環歯斜面の経由する光を収集し光強度 (peak intensity)が楕円である照射角光型(Elliptic distribution pattern)を形成する。 単独のレンズによって、LEDチップが発する光線を所定の特殊光型に収集し、且つ光透過量の効率が85%におよび、照明、携帯電話のフラッシュまたはデジタルカメラのフラッシュに使用することができる。
【選択図】図7
Planar Fresnel LED lens and LED assembly constituted thereby.
A planar Fresnel LED lens is disposed with respect to an LED through a seal, an optical surface on forward side is planar, and has a vertical ring shape (draft with vertical shape). The lens is used in the LED assembly, collects light passing through each vertical ring tooth slope of the Fresnel lens with respect to the light emitted by the LED chip 11, and has an irradiation angle where the peak intensity is an ellipse. Forms an optical distribution pattern. With a single lens, the light emitted by the LED chip can be collected into a predetermined special light type, and the light transmission efficiency is 85%, which can be used for lighting, mobile phone flash or digital camera flash.
[Selection] Figure 7

Description

本考案は、LEDレンズ及びそれが構成するLEDアセンブリに関し、特に、LEDアセンブリに応用し、LED照明、携帯電話またはカメラのフラッシュ等に応用できる発生可能な光強度が楕円照射角光型であるフレネルレンズに関する。  The present invention relates to an LED lens and an LED assembly formed by the LED lens. In particular, the present invention is applicable to an LED assembly, and can be applied to an LED illumination, a mobile phone, a camera flash, or the like. Related to lenses.

LEDは、低電圧、低電力消耗、長寿命の利点を有し、既に表示装置、照明装置等の分野に多く応用されている。LEDは、更に、光の色が単純、小型化、平面パッケージ可能という特長を有し、既に携帯電話カメラのフラッシュ上に使用されている。しかしながら、LEDチップが発する光線は点光源であり、且つ光度が不均一であり、光線の収集に対して現在既に多く研究されている(例えば、チップの縮小、発光効率の向上)以外に、使用レンズも重要な技術開発の方向となっている。   LEDs have the advantages of low voltage, low power consumption, and long life, and have already been applied in many fields such as display devices and lighting devices. The LED further has the feature that the color of light is simple, downsized, and can be planar packaged, and has already been used on the flash of a mobile phone camera. However, the light emitted from the LED chip is a point light source, and the light intensity is non-uniform, so that it is used in addition to the light collection that has already been extensively studied (eg, chip reduction, light emission efficiency improvement). Lenses are also an important technological development direction.

LEDのレンズ設計において、一次レンズ(primary optical lens)と二次レンズ(secondary optical lens)に分けることができ、一次レンズは、LEDチップ上に直接パッケージするレンズであり、通常、光線の収集(concentrate)を主とし、二次レンズは、単数又は複数のLED配列 (Array)に使用され、ビームの分散を主とする。従来の一次レンズ設計において、例えば、ES2157829は、対称な非球面レンズを使用するものであり、P3032069、JP2002-111068、JP2005-203499,US2006/187653、CN101013193等は、球面レンズを使用するものであり、JP2002-221658は、バルク型LEDに対して球面レンズを使用するものである。高階級の運用において、一次レンズは、光線を収集できる以外に、更に均一な光強度 (peak intensity)で特定の光型(distribution pattern)を発生できる必要があり、例えば、角度が大きい、角度が小さい、円形、楕円形等の特殊な光型であり、LEDアレイを組み合わせて使用し、最良の光学効果を発生する。  In LED lens design, it can be divided into primary lens and secondary optical lens, which is a lens that is packaged directly on the LED chip and usually collects light rays (concentrate ), And the secondary lens is used for one or a plurality of LED arrays. In conventional primary lens design, for example, ES2157829 uses a symmetric aspheric lens, and P3032069, JP2002-111068, JP2005-203499, US2006 / 187653, CN101013193 etc. use a spherical lens. JP2002-221658 uses spherical lenses for bulk LEDs. In high-class operation, the primary lens must be able to generate a specific light pattern (distribution pattern) with more uniform light intensity (peak intensity) in addition to collecting light rays. It is a special light type such as small, circular, elliptical, etc., and uses the LED array in combination to generate the best optical effect.

一次レンズの運用は、図1、図2に示すように、LEDチップ21上をレンズ23で覆 い、LEDチップ21が発する光線をレンズ23を経由して収集後、所定の光型の光線を発するか、または一次レンズ上に更に一層の二次レンズを加え、均一化の効果を達成する。該一次レンズは、各種の異なる構造を有し、ここで、一次レンズは、フレネル式の光学面を採用し、例えば、WO/2003/083943、JP2005-049367、US6,726,859、US2007/0275344、US2008/0158854、EP1091167、及びTW200711186等である。  As shown in FIGS. 1 and 2, the primary lens is operated by covering the LED chip 21 with a lens 23, collecting light rays emitted from the LED chip 21 via the lens 23, and then applying light rays of a predetermined light type. Or add a further secondary lens on the primary lens to achieve a uniform effect. The primary lens has various different structures, where the primary lens adopts a Fresnel type optical surface, for example, WO / 2003/083943, JP2005-049367, US6,726,859, US2007 / 0275344, US2008. / 0158854, EP1091167, TW200711186, and the like.

しかしながら、上記従来技術は、主に、フレネル式レンズ片で複数のLED上を覆蓋するか、投射装置(projector)用の二次レンズ (secondary lens)としている。但し、LED発光性能の迅速な発展に伴い、単数のLEDの運用は、日増しに重要になっている。LEDアレイまたは複数のLEDが構成する光源は、相互に交差する光線をレンズにより補償し均一な光線とすることができる。但し、単数のLEDは、一次レンズ設計において、LEDアレイまたは複数のLEDが構成する光源より遥かに複雑であり、一次レンズの集光効率と光強度の均一化を考慮する必要がある。例えば、JP2005-257953、US 2006/0027828は、単面または両面のフレネルレンズ片を使用し、LED発光体上方に配置し、図1、図2のような均一な光線を発生する。また、例えば、TW560085は、放物椀形側面とフレネルレンズを使用し、ビームの発散を減少し、ビームの均一な光型を構成する。また、韓国1020070096368及びTW I261654は、フレネル式レンズをLED一次レンズに形成するが、その光型は、円形照射角を主とし、実際に応用する楕円形照射角光型 (Elliptic distribution pattern)を有する単数LEDアセンブリに対して、運用の拡大が困難である。
特開2002−111068号公報 特開2005−049367号公報
However, the above-described conventional technique mainly covers a plurality of LEDs with a Fresnel lens piece or is used as a secondary lens for a projector. However, with the rapid development of LED light emission performance, the operation of a single LED is becoming increasingly important. The light source constituted by the LED array or the plurality of LEDs can compensate for the light beams crossing each other with a lens to be a uniform light beam. However, the single LED is much more complicated in the primary lens design than the light source formed by the LED array or the plurality of LEDs, and it is necessary to consider the light collection efficiency and the uniform light intensity of the primary lens. For example, JP2005-257953, US 2006/0027828 uses a single-sided or double-sided Fresnel lens piece and is disposed above the LED light emitter to generate a uniform light beam as shown in FIGS. In addition, for example, the TW560085 uses a parabolic side surface and a Fresnel lens, reduces beam divergence, and forms a uniform light pattern of the beam. Korean 1020070096368 and TW I261654 form a Fresnel lens as the primary LED, but its light type is mainly a circular irradiation angle and has an elliptical distribution angle light type (Elliptic distribution pattern) that is actually applied. Expansion of operation is difficult for a single LED assembly.
JP 2002-111068 A JP 2005-049367 A

科学技術の進歩に従い、電子製品は、絶え間なく軽薄短小及び多機能の方向に発展し、ここで、例えば、デジタルカメラ(Digital Still Camera)、PCカメラ(PC camera)ネットワークカメラ(Network camera)、携帯電話等、さらには、PDA等は、何れも鏡頭を設けている。従って、この種の製品に用いるLEDフラッシュまたは照明用LED光源は、常に、単数または複数のLEDアセンブリによりアレイを構成している。携帯に便利であり、人間化の要求に適合させるため、LEDフラッシュまたは照明用LED光源は、適切な光透過量が必要であり、例えば、異なる光型のLEDアセンブリを相互に組み合わせる等であり、同時に小体積、低コストである必要がある。フレネルレンズは、レンズ表面に一組の不規則なフレネル環(Fresnel zone plate)を設け、その環間隔(zone pitch)は、内から外へまたは外から内へ徐々に大きくなり(即ち、環間隔が変化する)、フレネルレンズが導光及び光線収集の能力を有する以外に、更に、軽薄で可塑性、低コストの特性を兼ね備えることによって照明機器に用いることに好適である。但し、複数点が発光するLED照明機器に対して、照度と光強度の均一性を考慮する必要がある。従来技術は、常に一定比率の環間隔と環深さ(zone height)または徐々に変わる環間隔及び環深さを採用し、特に、複数のLEDが構成する照明系統では、徐々に変わる環間隔を採用して、照度及び光強度が均一であるような実用要求に適合することができる。但し、単数のLED一次レンズに対しては、レンズの光学特性と相互に組み合わせる必要がある。フレネルレンズは、複雑な外型表面を有し、且つ製造コストが高いが、良好な光線効率と均一化の効果を有し、特に単数LEDアセンブリの照明での使用は、注意が必要である。単数のLEDが発する光線に最高の効率を達成させるため、本考案は、フレネルレンズを用いてLEDの一次レンズを形成し、表面発光のLEDチップが発する光線に対して効果的に収集し、均一な光強度(peak intensity)、且つ楕円形の光型を形成する。  With the advancement of science and technology, electronic products are constantly developing in the direction of light, thin, small and multi-functional, for example, digital camera (Digital Still Camera), PC camera (PC camera), network camera (Network camera), mobile phone All telephones and PDAs and the like have a head. Thus, the LED flash or illumination LED light source used in this type of product always comprises an array of one or more LED assemblies. In order to be portable and adapt to humanization requirements, LED flash or LED lighting sources for lighting need an appropriate amount of light transmission, such as combining LED assemblies of different light types with each other, etc. At the same time, it must be small volume and low cost. A Fresnel lens is provided with a set of irregular Fresnel zone plates on the lens surface, the zone pitch of which gradually increases from inside to outside or from outside to inside (i.e., ring spacing). In addition to having the ability to guide light and collect light, the Fresnel lens is also suitable for use in lighting equipment because it combines lightness, plasticity, and low cost. However, it is necessary to consider the uniformity of illuminance and light intensity for LED lighting devices that emit light at a plurality of points. The prior art always employs a constant ratio of ring spacing and ring height or gradually changing ring spacing and ring depth, especially in lighting systems composed of multiple LEDs. It can be adopted to meet practical requirements such as uniform illuminance and light intensity. However, a single LED primary lens must be combined with the optical characteristics of the lens. Fresnel lenses have a complex outer mold surface and are expensive to manufacture, but have good light efficiency and uniformity effects, especially when used in the lighting of single LED assemblies. In order to achieve the highest efficiency for the light emitted by a single LED, the present invention uses a Fresnel lens to form the primary lens of the LED and effectively collects and uniformly collects the light emitted by the surface emitting LED chip. It forms a light intensity (peak intensity) and an elliptical light type.

本考案の目的は、平面フレネルLEDレンズ及びそれが構成するLEDアセンブリを提供することであり、該LEDアセンブリは、光線を発するLEDチップ(die)と、光線を収集し、均一光強度で楕円形光型を形成するフレネルレンズと、フレネルレンズとLEDチップの間に充填されるシール層(seal gel layer)から構成され、ここで、フレネルレンズは、平凹型(plano-concave)レンズ片であって、その外縁面は、勾配を有するか、勾配を有さない。その凹面は、光源に向けられた光源側光学面であり、且つ球面または非球面であって、その平面は、像側向きの像側光学面(optical surface on forward side)であり、且つフレネル式光学面を有し、また、該フレネル光学面の集光曲面は、非球面又は球面であり、その環面は、垂直環歯(draft with vertical shape)であり、且つ等しい環深さ(equal zone height)または等環間隔(equal zone pitch)であって、以下の条件を満足する:

Figure 0003147939
The object of the present invention is to provide a planar Fresnel LED lens and the LED assembly that it comprises, the LED assembly collecting the light beam and collecting the light beam and elliptical with uniform light intensity. It consists of a Fresnel lens forming a light mold and a seal gel layer filled between the Fresnel lens and the LED chip, where the Fresnel lens is a plano-concave lens piece. The outer edge surface has a gradient or no gradient. The concave surface is a light source side optical surface directed to the light source, and is spherical or aspherical, the plane is an optical surface on forward side, and a Fresnel type An optical surface, and the condensing curved surface of the Fresnel optical surface is an aspherical surface or a spherical surface, the ring surface is a draft with vertical shape, and an equal zone depth (equal zone) height) or equal zone pitch, satisfying the following conditions:
Figure 0003147939

ここで、fsは、本レンズの有効焦点距離(effective focal length)であり、rnは、フレネル光学面R2の最末環(Last Zone)の半径であり、d2は、中心軸Zレンズの厚さであり、Nd2は、レンズの屈折率であり、2φyは、レンズの屈折光線のX方向の最大光強度 (intensity)の半分()箇所の角度(度,deg.)であり、2φyは、レンズを経由した射出光線のY方向の最大光強度の半分()箇所の角度(度,deg.)であり、2Lxは、LEDチップのX方向の長さであり、2Lyは、LEDチップのY方向の長さであり、fgは、本レンズの相対焦点距離(relative focal length)であり、R1は、光源側光学面の曲率半径であり、RFは、像側フレネル光学面の集光曲面の曲率半径(radius of fresnel convex surface )であり、d0は、LEDチップの厚さであり、d1は、中心軸のシール層の厚さであり、Dは、レンズの像側光学面の半径である。 Here, f s is the effective focal length of the lens (effective focal length), r n is the radius of the outermost end ring of the Fresnel optical surfaces R2 (Last Zone), d 2 is the central axis Z lens N d2 is the refractive index of the lens, 2φ y is the angle (degree, deg.) Of half () of the maximum light intensity (intensity) in the X direction of the refracted ray of the lens , 2φ y is the angle (degree, deg.) Of half () of the maximum light intensity in the Y direction of the emitted light that has passed through the lens, 2Lx is the length of the LED chip in the X direction, and 2Ly is , The length of the LED chip in the Y direction, fg is the relative focal length of the lens, R 1 is the radius of curvature of the light source side optical surface, and R F is the image side Fresnel Radius of fresnel convex surface of the optical surface, d 0 is the thickness of the LED chip, d 1 is the thickness of the seal layer of the central axis, D is the lens Image side optics The radius of the face.

更に、異なる光型及び集光特性に応じて、該フレネル光学面の集光曲面の曲率半径RF可は、球面又は非球面に設けることができる。 Furthermore, the radius of curvature R F of the condensing curved surface of the Fresnel optical surface can be provided on a spherical surface or an aspheric surface according to different light types and condensing characteristics.

製造を簡易化するため、該フレネルレンズは、両面平面(plano-plano)の光学材料から形成するレンズ片であり、その像側光学面は、平面フレネル光学面であり、式 (1)〜式(3)の条件を満足する。  In order to simplify the production, the Fresnel lens is a lens piece formed from a plano-plano optical material, and its image-side optical surface is a planar Fresnel optical surface. Satisfy the condition of (3).

LEDアセンブリの効率を向上するため、フレネルレンズの外縁面に勾配υを有する。 In order to improve the efficiency of the LED assembly, the outer edge surface of the Fresnel lens has a gradient υ.

使用選択に便利であるために、フレネルレンズは、光学ガラスまたは光学プラスチックで形成することができる。  In order to be convenient for use selection, the Fresnel lens can be made of optical glass or optical plastic.

本考案のもう1つの目的は、LEDアセンブリを提供することであり、それは、平凹或いは両面平面フレネルLEDレンズ及びLEDチップからなり、LEDアセンブリが楕円光型を有し、且つその光透過量の比値ηが85% ()の要求を満たし、以下の条件を満足することを特徴とする:

Figure 0003147939


ここで、rnは、フレネル光学面R2の最末環(Last Zone)の半径であり、αは、LEDチップが発する光線の光透過量であり、βは、像側の無限遠に相対する箇所(100倍fs)の減衰パラメータを考慮しない光線の光透過量であり、ηは、光透過量の比値η=β/αであり、Edは、LEDチップが発する照度(Incidance)であり、E1/2は、フレネルレンズが発する最大光強度の半分の箇所の照度である。 Another object of the present invention is to provide an LED assembly, which consists of a plano-concave or double-sided planar Fresnel LED lens and an LED chip, the LED assembly having an elliptical light type and its light transmission amount. The ratio value η satisfies the requirement of 85% () and satisfies the following conditions:
Figure 0003147939


Here, r n is the radius of the outermost end ring of the Fresnel optical surfaces R2 (Last Zone), α is the amount of light transmission of light LED chip emits, beta is opposite to the infinity on the image side places a light transmission amount of light without considering attenuation parameters (100 × f s), eta is the ratio value η = β / α of the amount of transmitted light, E d is LED chip emits illumination (Incidance) E 1/2 is the illuminance at the half of the maximum light intensity emitted by the Fresnel lens.

これにより、本考案の平面フレネルLEDレンズ及びそれにより構成するLEDアセンブリは、楕円形光型を有し、且つ光透過量の比値が85%より大きい要求を満たし、該レンズが厚さの薄い特性を有することができ、単数LEDまたはアレイLEDに用いることができ、照明または携帯電話、デジタルカメラのフラッシュに使用することができる。  Accordingly, the planar Fresnel LED lens of the present invention and the LED assembly formed thereby have an elliptical light type, satisfy the requirement that the ratio of light transmission is greater than 85%, and the lens is thin. It can have characteristics, can be used for single LED or array LED, can be used for lighting or flash of mobile phone, digital camera.

図7において、本考案のLEDアセンブリ10は、中心軸Zに沿って光源側(source side)から像側( forward side)まで順にLEDチップ11と、シール層12と、レンズ13とから構成する。光線がLEDチップ11から発出後、シール層12を経由した後、レンズ13で光線を収集し、中心軸Zに対称な楕円形光型のビームを成形して像側に照射する。レンズ13は、光学材料であり、例えば、光学ガラスプラスチックから形成されるレンズであり、その凹面は、光源の光源側光学面R1であり、且つ非球面か球面であって、その相対する面は、像側方向であり、且つ垂直環歯(draft with vertical shape)を有するフレネル光学面R2である。レンズ13の光学面R2、レンズの厚さd2及び有効焦点距離fsの間が式(1)及び式(2)の条件を満足し、レンズ13が形成する光強度の光型の角度2ψ(X方向2φx及びY方向2φy)が式(3)の条件を満足する。 In FIG. 7, the LED assembly 10 of the present invention includes an LED chip 11, a seal layer 12, and a lens 13 in order from the light source side to the image side (forward side) along the central axis Z. After the light beam is emitted from the LED chip 11, the light beam is collected by the lens 13 after passing through the sealing layer 12, and an elliptical light beam symmetric with respect to the central axis Z is formed and irradiated to the image side. The lens 13 is an optical material, for example, a lens formed of optical glass plastic, and its concave surface is the light source side optical surface R1 of the light source, and is an aspherical surface or a spherical surface, and its opposing surface is A Fresnel optical surface R2 which is in the image side direction and has a draft with vertical shape. Optical surface R2 of the lens 13, between the thickness d 2 and an effective focal length f s of the lens satisfies the condition of formula (1) and (2), the angle of the light type light intensity lens 13 forms 2ψ (X direction 2φ x and Y direction 2φ y ) satisfies the condition of equation (3).

シール層12は、その使用材料を制限せず、LEDアセンブリにおいては、光学樹脂 (resin)またはシリコンゲル(silicon gel)等の異なる材料を常用する。  The sealing layer 12 does not limit the material used, and different materials such as optical resin or silicon gel are commonly used in LED assemblies.

図3において、該LEDアセンブリ10は、両面平面(plano-plano)フレネルLEDレンズ13を使用し、ここで、該レンズ13の光源側の光学面R1は、平面(R1=∞)であり、そのもう1つの光学面(相対面)は、像側方向であり、且つ垂直環歯を有する平面フレネル光学面R2である。  In FIG. 3, the LED assembly 10 uses a plano-plano Fresnel LED lens 13, where the optical surface R1 on the light source side of the lens 13 is a plane (R1 = ∞) Another optical surface (relative surface) is a planar Fresnel optical surface R2 that is in the image side direction and has vertical ring teeth.

図4において、該LEDアセンブリ20は、本考案のもう1つの型式であり、それは、中心軸Z軸に沿って光源側(source side)から像側( forward side)まで順に、LEDアセンブリ21と、シール層22と、両面平面フレネルレンズ23から構成し、図3のLEDアセンブリ10との主な違いは、図8に示すようにレンズ23の外縁面に勾配νを有し、レンズ23の側面から散逸する光線を減少し、相対して光学効率を向上する。  In FIG. 4, the LED assembly 20 is another type of the present invention, which is an LED assembly 21 in order from the source side to the image side (forward side) along the central axis Z-axis. The main difference between the sealing layer 22 and the double-sided planar Fresnel lens 23 and the LED assembly 10 in FIG. 3 is that the outer peripheral surface of the lens 23 has a gradient ν as shown in FIG. Reduces dissipated light and improves optical efficiency relative to it.

本考案におけるレンズ13またはレンズ23の像側光学面R2は、垂直環歯(draft with vertical shape)の平面フレネル光学面を有し、図5、図6に示すようであり、ここで、該フレネル光学面R2は、集光曲面RFから転写形成され、且つ異なる転写方式に基づきそれぞれ異なるフレネル光学面R2を形成することができる。図5に示すように、それは、等環間隔(equal zone pitch)のフレネル光学面R2であり、即ち、環間隔 (zone pitch) rtが固定値であり、それは、曲面曲率半径RFの集光曲面(RF)上で相互に等しい環間隔rtを有するが、異なる落差(中心軸Z点が最高点である)、即ち、異なる環深さ(zone height) hdを有し、集光曲面(RF)を等しい環間隔の複数の環状フレネル像側光学面R2に転写する。また、図6に示すように、それは、等しい環深さ(equal zone height)のフレネル光学面R2であり、即ち、環深さhdが固定値であり、それは、曲率半径RFの集光曲面(RF)において、相互に等しい落差(中心軸Z点が最高点である)、即ち、相互に等しい環深さ(zone height) hdを有するが、異なる環間隔rtを有し、集光曲面RFを等しい環深さの複数の環状フレネル像側光学面R2に転写する。 The image-side optical surface R2 of the lens 13 or the lens 23 in the present invention has a plane Fresnel optical surface having a vertical ring shape, as shown in FIGS. 5 and 6, where the Fresnel optical surface R2 may form a transcribed formed from condensing curved surface R F, Fresnel optical surfaces R2 different and each based on a different transfer method. As shown in FIG. 5, it is a Fresnel optical surface R2 with equal ring pitch (equal zone pitch), that is, the ring pitch (zone pitch) r t is a fixed value, which is a collection of curved curvature radius R F. has a light curved (R F) on mutually equal ring spacing r t, the different drop (center axis Z point is the highest point), i.e., it has a different ring depths (zone height) h d, collecting The light curved surface (R F ) is transferred to a plurality of annular Fresnel image side optical surfaces R2 having equal ring intervals. Also, as shown in FIG. 6, it is an equal zone height Fresnel optical surface R2, that is, the ring depth hd is a fixed value, which is a condensing light with a radius of curvature R F. On the curved surface (R F ), they have mutually equal heads (the central axis Z point is the highest point), that is, have mutually equal ring heights h d but different ring spacings r t , The condensing curved surface R F is transferred to a plurality of annular Fresnel image side optical surfaces R 2 having the same ring depth.

フレネル像側光学面R2の各環(zone)は、斜面(slope)と垂直環面(vertical draft)から構成されるので、垂直環歯(draft with vertical shape)と称し、その第1環の半径は、r1であり、最末環は、半径がrnである。図10に示すように、光線がフレネル光学面R2に入射する時、各環の斜面によって入射光線を屈折させ、放物面曲面(即ち、集光曲面)とする光効果を達成する。 Since each zone of the Fresnel image side optical surface R2 is composed of a slope and a vertical draft, it is referred to as a draft with vertical shape and the radius of the first ring. Is r 1 and the last ring has a radius r n . As shown in FIG. 10, when the light beam is incident on the Fresnel optical surface R2, the light effect is achieved by refracting the incident light beam by the inclined surface of each ring and making it a parabolic curved surface (that is, a condensing curved surface).

図10、図11、図12において、A群光線(例えばA1、 A2、A3)は、フレネル光学面R2を経由して屈折後、図10のようにA1、 A2、A3の入射角度が異なり、その出射角度ψは、目標物上の位置においても図11のように異なる。出射後の中心軸の径方向の位置に対して、A群光線が中心の光強度が比較的強い光群を呈する。同様に、B群光線(例えば、B1, B2及びB3)がフレネル光学面を経由して屈折後、同じく中心の光強度が比較的強い光群を呈する。A群とB群の光線を経由して組み合わさった後、図12のようになり、光強度が均一な光方を発生し、中心領域の強度が過度に強くなることを回避または減少し、辺縁領域の光線が弱く、更に、明暗の円現象を発生する。  10, 11, and 12, the A group rays (for example, A1, A2, A3) are refracted via the Fresnel optical surface R2, and the incident angles of A1, A2, A3 are different as shown in FIG. The emission angle ψ differs at the position on the target as shown in FIG. The group A light beam exhibits a light group having a relatively strong light intensity with respect to the radial position of the central axis after emission. Similarly, after the B group rays (for example, B1, B2, and B3) are refracted via the Fresnel optical surface, they also exhibit a light group having a relatively strong central light intensity. After being combined via the light rays of the A group and the B group, as shown in FIG. 12, the light intensity is uniformly generated, and the intensity of the central region is avoided or reduced excessively. The light in the marginal area is weak, and a bright and dark circle phenomenon occurs.

レンズ13またはレンズ23の光学面R1は、非球面光学面で構成される場合、その非球面の方程式(Aspherical Surface Formula)は、式(9)である。

Figure 0003147939
When the optical surface R1 of the lens 13 or 23 is an aspheric optical surface, the aspheric equation (Aspherical Surface Formula) is the equation (9).
Figure 0003147939

ここで、cは曲率であり、hは、レンズ片の高さであり、Kは、円錐係数(Conic Constant)でり、A4〜A10は、それぞれ4〜10階の非球面係数(Nth Order Aspherical Coefficient)である。 Here, c is the curvature, h is the height of the lens piece, K is a conic constant, and A 4 to A 10 are aspherical coefficients (Nth of 4th to 10th floors), respectively. Order Aspherical Coefficient).

フレネル光学面R2の集光曲面の曲率半径RFは、式(9)で定義され、ここで、放物面の集光曲面曲率半径RFの円錐係数K=-1であり、球面の集光曲面の曲率半径RFの円錐係数K=0である。 The curvature radius R F of the condensing curved surface of the Fresnel optical surface R2 is defined by Equation (9), where the conic coefficient K = −1 of the converging curved surface curvature radius R F of the parabolic surface, and the spherical collection The cone coefficient K = 0 of the curvature radius R F of the optical curved surface.

図9において、LEDチップ11(21)が発する光線は、レンズ13(23)を経由して集光し、屈折後、2ψ角度(X方向2φx及びY方向2φy)で必要な楕円光型を形成しβ/α≧85%の要求を満たし、且つ空気の屈折(refraction)及び散乱(scattering)等の減衰効果を無視して、式(7)の条件に適合する。これにより、本考案は、平凹或いは両面平面のフレネルLEDレンズ及びLEDチップを用い、LEDアセンブリ10(20)が所定の均一光強度の楕円形光型を発し、単数使用または異なる光型でアレイを構成する。 In FIG. 9, the light beam emitted from the LED chip 11 (21) is condensed through the lens 13 (23), and after refraction, the elliptical light type required at 2ψ angles (X direction 2φ x and Y direction 2φ y ). And satisfying the requirement of β / α ≧ 85%, and ignoring attenuation effects such as refraction and scattering of air and satisfying the condition of Equation (7). Accordingly, the present invention uses a plano-concave or double-sided planar Fresnel LED lens and LED chip, and the LED assembly 10 (20) emits an elliptical light mold having a predetermined uniform light intensity, and is used in a single or different light form. Configure.

本考案の以下に掲示する好適実施例は、本考案の実際の主要な構成部材に対して説明を行い、各実施例の応用形態を説明及び比較し、該LEDチップ11は、1.85x0.77mmサイズのチップを使用し、その波長は、最大強度(1st peak wave-length) 波長が450nmであり、次に高い強度(2nd peak wave-length)の波長が550nmの青色光のチップであり、それは、X方向の発射角ωx=39.8°であり、Y方向の発射角ωy=35.2°であり、α=78.5ルーメン(lm)であり、照度がEd=23.97ルクス(Lux)の青色光である。レンズ13(23)の直径は、5mm(D=2.5mm)である。像側光学面R2は、垂直環歯の等環間隔または等しい環深さのフレネル光学面を選択的に有する。シール層12は、屈折率Nd1が1.491の透明光学シリコンゲルである。但し、通常の一次レンズのLEDアセンブリについて言えば、本考案が掲示するレンズ及びLEDアセンブリ以外にその他の構造は、公知技術に属し、即ち、該レンズ及びそのLEDアセンブリの各構成部材の寸法、使用材料、LED波長及び発射角度、フレネル光学面の型式、環間隔及び環深さ等は、多くの変化、修正、更に同一効果の変更を行うことができる。 The preferred embodiment of the present invention will be described below with respect to the actual main components of the present invention, and the application form of each embodiment will be described and compared. The LED chip 11 is 1.85 × 0.77 mm. Use a chip of size, its wavelength is a blue light chip with a maximum intensity (1st peak wave-length) wavelength of 450 nm and a second highest intensity (2nd peak wave-length) wavelength of 550 nm, which is , X direction launch angle ω x = 39.8 °, Y direction launch angle ω y = 35.2 °, α = 78.5 lumens (lm), and illuminance E d = 23.97 lux (Lux ) Blue light. The diameter of the lens 13 (23) is 5 mm (D = 2.5 mm). The image side optical surface R2 selectively has a Fresnel optical surface having equal ring intervals or equal ring depths of vertical ring teeth. The seal layer 12 is a transparent optical silicon gel having a refractive index N d1 of 1.491. However, regarding the LED assembly of a normal primary lens, the structure other than the lens and LED assembly posted by the present invention belongs to the known art, that is, the dimensions and use of each component of the lens and the LED assembly. The material, LED wavelength and firing angle, Fresnel optical surface type, ring spacing, ring depth, etc. can be varied, modified and even changed with the same effect.

以下の第1から第7実施例は、勾配がなく、且つ等環深さの平面型フレネルレンズを有するLEDアセンブリを使用し、第8、第9実施例は、勾配があり、且つ等環深さの平面型フレネルレンズを有するLEDアセンブリを使用し、第10、第11実施例は、勾配がなく、且つ等環間隔の平面型フレネルレンズを有するLEDアセンブリを使用し、第12、第13実施例は、勾配がなく、且つ等環深さの平凹面型フレネルレンズを有するLEDアセンブリを使用する。  The following first to seventh embodiments use an LED assembly having a planar Fresnel lens having no gradient and an equal ring depth, and the eighth and ninth embodiments have a gradient and an equal ring depth. The tenth and eleventh embodiments use an LED assembly having a flat Fresnel lens with no gradient and equiangular spacing, and the twelfth and thirteenth embodiments. The example uses an LED assembly having a plano-concave Fresnel lens with no gradient and isometric ring depth.

また、各実施例が示す第1表中にそれぞれ光源側から像側まで中心軸Zに沿ったLEDチップ11、シール層12、レンズ13(23)の光源側光学面R1及び像側光学面R2の曲率半径R(単位:mm)または集光曲面RFの中心軸の曲率半径RF(単位:mm)、各面の間隔di(単位:mm)(the on-axis surface spacing)、レンズ(13、23)の勾配υ、各屈折率(Nd)を列記し、且つ光学面 (S. No.)にマーク*を有するものは、非球面のフレネル光学面である。第2表成分は、それぞれフレネル光学面の半径RPの非球面の式(9)の各項の係数、中心に沿って計算した第1フレネル環半径r1、最末フレネル環半径rn、フレネル環深さ(zone height)hd及びフレネル環数量(No. of zone)を列記する。 Further, in the first table shown in each example, the light source side optical surface R1 and the image side optical surface R2 of the LED chip 11, the seal layer 12, and the lens 13 (23) along the central axis Z from the light source side to the image side, respectively. Radius of curvature R (unit: mm) or radius of curvature R F (unit: mm) of the central axis of the condensing curved surface R F , distance between each surface di (unit: mm) (the on-axis surface spacing), lens ( 13 and 23) are listed with the gradient υ, each refractive index (N d ), and have the mark * on the optical surface (S. No.) is an aspherical Fresnel optical surface. The second table component is the coefficient of each term of the aspherical formula (9) of the radius R P of the Fresnel optical surface, the first Fresnel ring radius r 1 calculated along the center, the last Fresnel ring radius r n , The Fresnel ring depth (zone height) hd and Fresnel ring quantity (No. of zone) are listed.

<第1実施例>
図7及び図13参照。

Figure 0003147939
Figure 0003147939
<First embodiment>
See FIG. 7 and FIG.
Figure 0003147939
Figure 0003147939

本実施例中、レンズ13は、屈折率Nd2が1.582であり、アッベ数νd2が61.7のガラス材質を用いて形成され、光線を集光し、X方向68°、Y方向30°の楕円形光型を形成し、無限遠箇所(100倍fsで計算)のβ=69.201ルーメン(空気の屈折及び散射等の効果を考慮しない)である。下記の各値が条件式(1)、(2)、(3)及び式(7)を満足する。

Figure 0003147939

In this embodiment, the lens 13 is formed of a glass material having a refractive index N d2 of 1.582 and an Abbe number ν d2 of 61.7, condensing light rays, and having an elliptical shape of 68 ° in the X direction and 30 ° in the Y direction. It forms a shape, and β = 69.201 lumen at an infinite distance (calculated at 100 times fs) (effects such as air refraction and scattering are not considered). The following values satisfy the conditional expressions (1), (2), (3) and (7).
Figure 0003147939

<第2実施例>
図7及び図14参照

Figure 0003147939
Figure 0003147939
<Second embodiment>
See FIGS. 7 and 14
Figure 0003147939
Figure 0003147939

本実施例中、レンズ13は、屈折率Nd2が1.582であり、アッベ数νd2が61.7のガラス材質を用いて形成され、光線を集光し、X方向68°、Y方向33°の楕円形光型を形成し、β=70.245ルーメンである。下記の各値が条件式(1)、(2)、(3)及び式(7)を満足する。

Figure 0003147939
In this embodiment, the lens 13 is made of a glass material having a refractive index N d2 of 1.582 and an Abbe number ν d2 of 61.7, condenses the light, and is an ellipse with an X direction of 68 ° and a Y direction of 33 °. Forms a shape, and β = 70.245 lumens. The following values satisfy the conditional expressions (1), (2), (3) and (7).
Figure 0003147939

<第3実施例>
図7及び図15参照。

Figure 0003147939
Figure 0003147939
<Third embodiment>
See FIG. 7 and FIG.
Figure 0003147939
Figure 0003147939

本実施例中、レンズ13は、屈折率Nd2が1.582であり、アッベ数νd2が61.7のガラス材質を用いて形成され、光線を集光し、X方向64°、Y方向36°の楕円形光型を形成し、β=69.816ルーメンである。下記の各値が条件式(1)、(2)、(3)及び式(7)を満足する。

Figure 0003147939

In this embodiment, the lens 13 is made of a glass material having a refractive index N d2 of 1.582 and an Abbe number ν d2 of 61.7, condenses light rays, and has an elliptical shape of 64 ° in the X direction and 36 ° in the Y direction. Forms a light beam, β = 69.816 lumens. The following values satisfy the conditional expressions (1), (2), (3) and (7).
Figure 0003147939

<第4実施例>
図7及び図16参照。

Figure 0003147939

Figure 0003147939
<Fourth embodiment>
See FIG. 7 and FIG.

Figure 0003147939

Figure 0003147939

本実施例中、レンズ13は、屈折率Nd2が1.491であり、アッベ数νd2が32のPMMAプラスチック材質を用いて形成され、光線を集光し、X方向68°、Y方向43°の楕円形光型を形成し、β=72.48ルーメンである。下記の各値が条件式(1)、(2)、(3)及び式(7)を満足する。

Figure 0003147939

In this embodiment, the lens 13 is made of a PMMA plastic material having a refractive index N d2 of 1.491 and an Abbe number ν d2 of 32, condensing the light, and having an X direction of 68 ° and a Y direction of 43 °. Forms an elliptical light type, β = 72.48 lumens. The following values satisfy the conditional expressions (1), (2), (3) and (7).
Figure 0003147939

<第5実施例>
図7及び図17参照。

Figure 0003147939
Figure 0003147939
<Fifth embodiment>
See FIG. 7 and FIG.
Figure 0003147939
Figure 0003147939

本実施例中、レンズ13は、屈折率Nd2が1.582であり、アッベ数νd2が61.7のガラス材質を用いて形成され、光線を集光し、X方向68°、Y方向43°の楕円形光型を形成し、β=72.48ルーメンである。下記の各値が条件式(1)、(2)、(3)及び式(7)を満足する。

Figure 0003147939
In this embodiment, the lens 13 is formed of a glass material having a refractive index N d2 of 1.582 and an Abbe number ν d2 of 61.7, condenses light rays, and has an elliptical shape of 68 ° in the X direction and 43 ° in the Y direction. Forms a shape, and β = 72.48 lumens. The following values satisfy the conditional expressions (1), (2), (3) and (7).
Figure 0003147939

<第6実施例>
図7及び図18参照。

Figure 0003147939
Figure 0003147939
<Sixth embodiment>
See FIG. 7 and FIG.
Figure 0003147939
Figure 0003147939

本実施例中、レンズ13は、屈折率Nd2が1.582であり、アッベ数νd2が61.7のガラス材質を用いて形成され、光線を集光しX方向68°、Y方向43°の楕円形光型を形成し、β=72.48ルーメンである。下記の各値が条件式(1)、(2)、(3)及び式(7)を満足する。

Figure 0003147939

In this embodiment, the lens 13 is formed of a glass material having a refractive index N d2 of 1.582 and an Abbe number ν d2 of 61.7, condensing light rays, and having an elliptical shape of 68 ° in the X direction and 43 ° in the Y direction. Forms a light type, β = 72.48 lumens. The following values satisfy the conditional expressions (1), (2), (3) and (7).
Figure 0003147939

<第7実施例>
図7及び図19参照。

Figure 0003147939
Figure 0003147939
<Seventh embodiment>
See FIG. 7 and FIG.
Figure 0003147939
Figure 0003147939

本実施例中、レンズ13は、屈折率Nd2が1.582であり、アッベ数νd2が61.7のガラス材質を用いて形成され、光線を集光し、X方向65°、Y方向40°の楕円形光型を形成し、β=96.33ルーメンである。下記の各値が条件式(1)、(2)、(3)及び式(7)を満足する。

Figure 0003147939

In this embodiment, the lens 13 is made of a glass material having a refractive index N d2 of 1.582 and an Abbe number ν d2 of 61.7, condenses light rays, and has an elliptical shape of 65 ° in the X direction and 40 ° in the Y direction. Forms a shape, β = 96.33 lumens. The following values satisfy the conditional expressions (1), (2), (3) and (7).
Figure 0003147939

<第8実施例>
図7及び図20参照。

Figure 0003147939
Figure 0003147939
<Eighth embodiment>
See FIG. 7 and FIG.
Figure 0003147939
Figure 0003147939

本実施例中、レンズ13は、屈折率Nd2が1.582であり、アッベ数νd2が61.7のガラス材質を用いて形成され、光線を集光し、X方向65°、Y方向60°の楕円形光型を形成し、β=69.588ルーメンである。下記の各値が条件式(1)、(2)、(3)及び式(7)を満足する。

Figure 0003147939

In this embodiment, the lens 13 is made of a glass material having a refractive index N d2 of 1.582 and an Abbe number ν d2 of 61.7, condenses light rays, and has an elliptical shape of 65 ° in the X direction and 60 ° in the Y direction. Forms a light beam, β = 69.588 lumens. The following values satisfy the conditional expressions (1), (2), (3) and (7).
Figure 0003147939

<第9実施例>
図7及び図21参照。

Figure 0003147939
Figure 0003147939
<Ninth embodiment>
See FIG. 7 and FIG.
Figure 0003147939
Figure 0003147939

本実施例中、レンズ13は、屈折率Nd2が1.582であり、アッベ数νd2が61.7のガラス材質を用いて形成され、光線を集光し、X方向68°、Y方向33°の楕円形光型を形成し、β=71.267ルーメンである。下記の各値が条件式(1)、(2)、(3)及び式(7)を満足する。

Figure 0003147939
In this embodiment, the lens 13 is made of a glass material having a refractive index N d2 of 1.582 and an Abbe number ν d2 of 61.7, condenses the light, and is an ellipse with an X direction of 68 ° and a Y direction of 33 °. Forms a light beam, β = 71.267 lumens. The following values satisfy the conditional expressions (1), (2), (3) and (7).
Figure 0003147939

<第10実施例>
図7及び図22参照。

Figure 0003147939
Figure 0003147939
<Tenth embodiment>
See FIG. 7 and FIG.
Figure 0003147939
Figure 0003147939

本実施例中、レンズ13は、屈折率Nd2が1.582であり、アッベ数νd2が61.7のガラス材質を用いて形成され、光線を集光し、X方向68°、Y方向70°の楕円形光型を形成し、β=72.056ルーメンである。下記の各値が条件式(1)、(2)、(3)及び式(7)を満足する。

Figure 0003147939
In this embodiment, the lens 13 is made of a glass material having a refractive index N d2 of 1.582 and an Abbe number ν d2 of 61.7, condenses the light rays, and is an ellipse with an X direction of 68 ° and a Y direction of 70 °. Forms a shape, β = 72.056 lumen. The following values satisfy the conditional expressions (1), (2), (3) and (7).
Figure 0003147939

<第11実施例>
図7及び図23参照。

Figure 0003147939
Figure 0003147939
<Eleventh embodiment>
See FIG. 7 and FIG.
Figure 0003147939
Figure 0003147939

本実施例中、レンズ13は、屈折率Nd2が1.582であり、アッベ数νd2が61.7のガラス材質を用いて形成され、光線を集光し、X方向60°、Y方向80°の楕円形光型を形成し、β=72.164ルーメンである。下記の各値が条件式(1)、(2)、(3)及び式(7)を満足する。

Figure 0003147939
In this embodiment, the lens 13 is made of a glass material having a refractive index N d2 of 1.582 and an Abbe number ν d2 of 61.7, condenses light rays, and has an elliptical shape of 60 ° in the X direction and 80 ° in the Y direction. Forms a shape, and β = 72.164 lumens. The following values satisfy the conditional expressions (1), (2), (3) and (7).
Figure 0003147939

<第12実施例>
図7及び図24参照。

Figure 0003147939
Figure 0003147939
<Twelfth embodiment>
See FIG. 7 and FIG.
Figure 0003147939
Figure 0003147939

本実施例中、レンズ13は、屈折率Nd2が1.582であり、アッベ数νd2が61.7のガラス材質を用いて形成され、光線を集光し、X方向60°、Y方向40°の楕円形光型を形成し、β=69.506ルーメンである。下記の各値が条件式(1)、(2)、(3)及び式(7)を満足する。

Figure 0003147939
In this embodiment, the lens 13 is formed of a glass material having a refractive index N d2 of 1.582 and an Abbe number ν d2 of 61.7, condenses light rays, and has an elliptical shape of 60 ° in the X direction and 40 ° in the Y direction. Forms a shape, and β = 69.506 lumens. The following values satisfy the conditional expressions (1), (2), (3) and (7).
Figure 0003147939

<第13実施例>
図7及び図25参照。

Figure 0003147939
Figure 0003147939
<Thirteenth embodiment>
See FIG. 7 and FIG.
Figure 0003147939
Figure 0003147939

本実施例中、レンズ13は、屈折率Nd2が1.582であり、アッベ数νd2が61.7のガラス材質を用いて形成され、光線を集光し、X方向60°、Y方向40°の楕円形光型を形成し、β=69.506ルーメンである。下記の各値が条件式(1)、(2)、(3)及び式(7)を満足する。

Figure 0003147939
In this embodiment, the lens 13 is formed of a glass material having a refractive index N d2 of 1.582 and an Abbe number ν d2 of 61.7, condenses light rays, and has an elliptical shape of 60 ° in the X direction and 40 ° in the Y direction. Forms a shape, and β = 69.506 lumens. The following values satisfy the conditional expressions (1), (2), (3) and (7).
Figure 0003147939

従来技術のLEDレンズを使用したLEDアセンブリの図である。1 is a diagram of an LED assembly using a prior art LED lens. FIG. 従来技術のLEDレンズを使用したLEDアセンブリの図である。1 is a diagram of an LED assembly using a prior art LED lens. FIG. 本考案の勾配のないフレネルLEDレンズを使用したLEDアセンブリの立体図である。FIG. 3 is a three-dimensional view of an LED assembly using a gradient-free Fresnel LED lens of the present invention. 本考案の勾配のあるフレネルLEDレンズを使用したLEDアセンブリの立体図である。FIG. 3 is a three-dimensional view of an LED assembly using the gradient Fresnel LED lens of the present invention. 本考案の垂直環歯を使用し、且つ環間隔が等しいフレネルLEDレンズと集 光曲面曲率半径の関係図である。FIG. 4 is a diagram showing the relationship between a Fresnel LED lens using the vertical ring teeth of the present invention and an equal ring interval and a radius of curvature of the light collecting surface. 本考案の垂直環歯を使用し、且つ環深さが等しいフレネルLEDレンズと集 光曲面曲率半径の関係図である。FIG. 5 is a diagram showing the relationship between a Fresnel LED lens using the vertical ring teeth of the present invention and an equal ring depth and a radius of curvature of the light collecting surface. 本考案のLEDアセンブリの構成図である。It is a block diagram of the LED assembly of this invention. 勾配のあるフレネルLEDレンズの勾配表示図である。It is a gradient display figure of the Fresnel LED lens with a gradient. 本考案のLEDアセンブリの光路図である。It is an optical path diagram of the LED assembly of the present invention. 本考案のフレネルLEDレンズのA群光線とB群線の屈折図である。It is a refraction figure of A group light ray and B group line of the Fresnel LED lens of the present invention. 本考案のフレネルLEDレンズのA群光線とB群線の光路図である。It is an optical path diagram of A group light ray and B group line of the Fresnel LED lens of the present invention. 図10と図11のA群光線とB群線を組み合わせて均一光強度になる説明図である。It is explanatory drawing which becomes uniform light intensity combining the A group light ray and B group line of FIG. 10 and FIG. 本考案の第1〜第13実施例のLEDアセンブリ光強度分布と照射角の極座標関係図である(ここで、“C”は、X方向を表し、“D”は、Y方向を表す)。FIG. 6 is a polar coordinate relationship diagram of LED assembly light intensity distribution and irradiation angle of the first to thirteenth embodiments of the present invention (where “C” represents the X direction and “D” represents the Y direction). 本考案の第1〜第13実施例のLEDアセンブリ光強度分布と照射角の極座標関係図である(ここで、“C”は、X方向を表し、“D”は、Y方向を表す)。FIG. 6 is a polar coordinate relationship diagram of LED assembly light intensity distribution and irradiation angle of the first to thirteenth embodiments of the present invention (where “C” represents the X direction and “D” represents the Y direction). 本考案の第1〜第13実施例のLEDアセンブリ光強度分布と照射角の極座標関係図である(ここで、“C”は、X方向を表し、“D”は、Y方向を表す)。FIG. 6 is a polar coordinate relationship diagram of LED assembly light intensity distribution and irradiation angle of the first to thirteenth embodiments of the present invention (where “C” represents the X direction and “D” represents the Y direction). 本考案の第1〜第13実施例のLEDアセンブリ光強度分布と照射角の極座標関係図である(ここで、“C”は、X方向を表し、“D”は、Y方向を表す)。FIG. 6 is a polar coordinate relationship diagram of LED assembly light intensity distribution and irradiation angle of the first to thirteenth embodiments of the present invention (where “C” represents the X direction and “D” represents the Y direction). 本考案の第1〜第13実施例のLEDアセンブリ光強度分布と照射角の極座標関係図である(ここで、“C”は、X方向を表し、“D”は、Y方向を表す)。FIG. 6 is a polar coordinate relationship diagram of LED assembly light intensity distribution and irradiation angle of the first to thirteenth embodiments of the present invention (where “C” represents the X direction and “D” represents the Y direction). 本考案の第1〜第13実施例のLEDアセンブリ光強度分布と照射角の極座標関係図である(ここで、“C”は、X方向を表し、“D”は、Y方向を表す)。FIG. 6 is a polar coordinate relationship diagram of LED assembly light intensity distribution and irradiation angle of the first to thirteenth embodiments of the present invention (where “C” represents the X direction and “D” represents the Y direction). 本考案の第1〜第13実施例のLEDアセンブリ光強度分布と照射角の極座標関係図である(ここで、“C”は、X方向を表し、“D”は、Y方向を表す)。FIG. 6 is a polar coordinate relationship diagram of LED assembly light intensity distribution and irradiation angle of the first to thirteenth embodiments of the present invention (where “C” represents the X direction and “D” represents the Y direction). 本考案の第1〜第13実施例のLEDアセンブリ光強度分布と照射角の極座標関係図である(ここで、“C”は、X方向を表し、“D”は、Y方向を表す)。FIG. 6 is a polar coordinate relationship diagram of LED assembly light intensity distribution and irradiation angle of the first to thirteenth embodiments of the present invention (where “C” represents the X direction and “D” represents the Y direction). 本考案の第1〜第13実施例のLEDアセンブリ光強度分布と照射角の極座標関係図である(ここで、“C”は、X方向を表し、“D”は、Y方向を表す)。FIG. 6 is a polar coordinate relationship diagram of LED assembly light intensity distribution and irradiation angle of the first to thirteenth embodiments of the present invention (where “C” represents the X direction and “D” represents the Y direction). 本考案の第1〜第13実施例のLEDアセンブリ光強度分布と照射角の極座標関係図である(ここで、“C”は、X方向を表し、“D”は、Y方向を表す)。FIG. 6 is a polar coordinate relationship diagram of LED assembly light intensity distribution and irradiation angle of the first to thirteenth embodiments of the present invention (where “C” represents the X direction and “D” represents the Y direction). 本考案の第1〜第13実施例のLEDアセンブリ光強度分布と照射角の極座標関係図である(ここで、“C”は、X方向を表し、“D”は、Y方向を表す)。FIG. 6 is a polar coordinate relationship diagram of LED assembly light intensity distribution and irradiation angle of the first to thirteenth embodiments of the present invention (where “C” represents the X direction and “D” represents the Y direction). 本考案の第1〜第13実施例のLEDアセンブリ光強度分布と照射角の極座標関係図である(ここで、“C”は、X方向を表し、“D”は、Y方向を表す)。FIG. 6 is a polar coordinate relationship diagram of LED assembly light intensity distribution and irradiation angle of the first to thirteenth embodiments of the present invention (where “C” represents the X direction and “D” represents the Y direction). 本考案の第1〜第13実施例のLEDアセンブリ光強度分布と照射角の極座標関係図である(ここで、“C”は、X方向を表し、“D”は、Y方向を表す)。FIG. 6 is a polar coordinate relationship diagram of LED assembly light intensity distribution and irradiation angle of the first to thirteenth embodiments of the present invention (where “C” represents the X direction and “D” represents the Y direction).

符号の説明Explanation of symbols

10 LEDアセンブリ
11,21 LEDチップ
12,22 シール層
13,23 レンズ
R1 光源側光学面またはその曲率半径
R2 像側光学面またはその曲率半径
F 像側フレネル光学面の集光曲面の曲率半径
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 LED assembly 11, 21 LED chip 12, 22 Seal layer 13, 23 Lens R1 Light source side optical surface or its curvature radius R2 Image side optical surface or its curvature radius R F The curvature radius of the condensing curved surface of the image side Fresnel optical surface

Claims (9)

LEDアセンブリに使用され、
該LEDアセンブリは、中心軸に沿って光源側から像側まで順に、LEDチップと、シール層と、レンズを配列して構成され、
該レンズは、像側光学面と光源側光学面を有し、ここで、該像側光学面が平面のフレネル光学面であり、該フレネル光学面の環面は、集光曲面を転写して形成され、且つその環面は、垂直環歯を有し、LEDチップが発する光線をシール層とレンズに経由した後、楕円形照射角の光型を形成するべく、且つ該レンズが以下の条件を満足し、
Figure 0003147939


ここで、fsが本レンズの有効焦点距離であり、rnがフレネル光学面の最末環の 半径であり、d2は中心軸レンズの厚さであり、Nd2がレンズの屈折率であること を特徴とする平面フレネルLEDレンズ。
Used for LED assembly,
The LED assembly is configured by arranging an LED chip, a seal layer, and a lens in order from the light source side to the image side along the central axis.
The lens has an image side optical surface and a light source side optical surface, wherein the image side optical surface is a flat Fresnel optical surface, and the ring surface of the Fresnel optical surface transfers a condensing curved surface. The ring surface has vertical ring teeth, passes light rays emitted from the LED chip through the sealing layer and the lens, and then forms an elliptical irradiation angle light type. Satisfied,
Figure 0003147939


Here, an effective focal length of f s is the lens, r n is the radius of the top end ring of the Fresnel optical surfaces, d 2 is the thickness of the central axis the lens, N d2 is the refractive index of the lens A planar Fresnel LED lens characterized by that.
前記レンズが更に以下の条件を満足し、
Figure 0003147939


であり、ここで、fsは、本レンズの有効焦点距離であり、rnは、フレネル光学面の最末環の半径であり、d2は、中心軸レンズの厚さであり、Nd2は、レンズの屈折率であり、2φxは、レンズの屈折光線のX方向の最大光強度の半分()箇所の角度(度,deg.)であり、21φyは、レンズを経由した射出光線のY方向の最大光強度の半分()箇所の角度(度)であり、2Lxは、LEDチップのX方向の長さであり、2Lyは、LEDチップのY方向の長さであり、fgは、本レンズの相対焦点距離であり、R1は、光源側光学面の曲率半径であり、RFは、像側フレネル光学面の集光曲面の曲率半径であり、d0は、LEDチップの厚さであり、d1は、中心軸のシール層の厚さであり、Dは、レンズの像側光学面の半径である請求項1記載の平面フレネルLEDレンズ。
The lens further satisfies the following conditions:
Figure 0003147939


Where f s is the effective focal length of the lens, r n is the radius of the last ring of the Fresnel optical surface, d 2 is the thickness of the central axis lens, and N d2 Is the refractive index of the lens, 2φ x is the angle (degree, deg.) Of half the maximum light intensity in the X direction of the refracted ray of the lens, and 21φ y is the ray emitted through the lens Is the angle (degree) of half () of the maximum light intensity in the Y direction, 2Lx is the length of the LED chip in the X direction, 2Ly is the length of the LED chip in the Y direction, and fg is , R 1 is the radius of curvature of the light source side optical surface, R F is the radius of curvature of the condensing curved surface of the image side Fresnel optical surface, and d 0 is the LED chip's relative focal length. 2. The planar Fresnel LED lens according to claim 1, wherein d 1 is a thickness of a sealing layer of a central axis, and D is a radius of an image side optical surface of the lens.
前記レンズの光源側光学面が平面または凹面のうちのいずれかである請求項1記載の平面フレネルLEDレンズ。 2. The planar Fresnel LED lens according to claim 1, wherein the light source side optical surface of the lens is either a flat surface or a concave surface. 前記転写形成することに用いるフレネル光学面の集光曲面が球面または非球面のいずれかである請求項1記載の平面フレネルLEDレンズ。 2. The planar Fresnel LED lens according to claim 1, wherein a condensing curved surface of the Fresnel optical surface used for the transfer formation is either a spherical surface or an aspherical surface. 前記フレネル光学面は、等しい環深さのフレネル光学面または等環間隔のフレネル光学面のいずれかである請求項1記載の平面フレネルLEDレンズ。 The planar Fresnel LED lens according to claim 1, wherein the Fresnel optical surface is either a Fresnel optical surface having an equal ring depth or a Fresnel optical surface having an equal ring interval. 前記レンズの外縁面が勾配を有する請求項1記載の平面フレネルLEDレンズ。 The planar Fresnel LED lens according to claim 1, wherein an outer edge surface of the lens has a gradient. 前記レンズは、プラスチック光学材料またはガラス光学材料のいずれかで形成される請求項1記載の平面フレネルLEDレンズ。 The planar Fresnel LED lens according to claim 1, wherein the lens is formed of either a plastic optical material or a glass optical material. 中心軸に沿って光源側から像側まで請求項1乃至請求項7のいずれか1項に記載の平面フレネルLEDレンズと、シール層と、LEDチップとを順に配列してなるLEDアセンブリであって、
前記LEDアセンブリが楕円光型を発生するものであって、以下の条件を満足し、
Figure 0003147939
であって、ここで、rnは、フレネル光学面の最末環の半径であり、2φxは、レンズの屈折光線のX方向の最大光強度の半分箇所の角度(度,deg.)であり、2φyは、レンズを経由した射出光線のY方向の最大光強度の半分I1/2箇所の角度(度)であり、αは、LEDチップが発する光線の光透過量であり、βは、像側の無限遠に相対する箇所(100倍fs)の減衰パラメータを考慮しない光線の光透過量であり、ηは、光透過量の比η=β/αであり、Edは、LEDチップが発する照度であることを特徴とするLEDアセンブリ。
An LED assembly comprising a planar Fresnel LED lens according to any one of claims 1 to 7, a seal layer, and an LED chip arranged in order from a light source side to an image side along a central axis. ,
The LED assembly generates an elliptical light type, and satisfies the following conditions:
Figure 0003147939
Where r n is the radius of the last ring of the Fresnel optical surface, and 2φ x is the angle (degree, deg.) At half the maximum light intensity in the X direction of the refracted ray of the lens. 2φ y is the angle (degree) of the half I 1/2 portion of the maximum light intensity in the Y direction of the emitted light that has passed through the lens, α is the light transmission amount of the light emitted by the LED chip, and β Is the light transmission amount of the light ray that does not consider the attenuation parameter of the portion (100 times f s ) relative to the infinity on the image side, η is the light transmission amount ratio η = β / α, and E d is An LED assembly characterized by the illuminance emitted by the LED chip.
前記LEDアセンブリが発する光線の光透過量と像側の相対無限遠箇所の光透過量の比値が以下の条件を満足し、
β/α≧85%
ここで、αは、前記LEDアセンブリが発出する光線の光透過量、βは、前記LEDアセンブリの像側の相対無限遠箇所の空気の屈折及び散射等の効果を無視した光透過量である請求項8記載のLEDアセンブリ。
The ratio of the light transmission amount of the light emitted from the LED assembly and the light transmission amount at the relative infinity position on the image side satisfies the following conditions:
β / α ≧ 85%
Here, α is a light transmission amount of the light emitted from the LED assembly, and β is a light transmission amount neglecting effects such as refraction and scattering of air at a relative infinite point on the image side of the LED assembly. Item 9. The LED assembly according to Item 8.
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