JP3147939U - Planar Fresnel LED lens and LED assembly thereof - Google Patents
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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7Planar 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
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。
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:
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:
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:
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
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
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
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
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
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。
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
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
<第1実施例>
図7及び図13参照。
See FIG. 7 and FIG.
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。
In this embodiment, the
<第2実施例>
図7及び図14参照
See FIGS. 7 and 14
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。
<第3実施例>
図7及び図15参照。
See FIG. 7 and FIG.
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。
In this embodiment, the
<第4実施例>
図7及び図16参照。
See FIG. 7 and FIG.
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。
In this embodiment, the
<第5実施例>
図7及び図17参照。
See FIG. 7 and FIG.
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。
<第6実施例>
図7及び図18参照。
See FIG. 7 and FIG.
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。
In this embodiment, the
<第7実施例>
図7及び図19参照。
See FIG. 7 and FIG.
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。
In this embodiment, the
<第8実施例>
図7及び図20参照。
See FIG. 7 and FIG.
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。
In this embodiment, the
<第9実施例>
図7及び図21参照。
See FIG. 7 and FIG.
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。
<第10実施例>
図7及び図22参照。
See FIG. 7 and FIG.
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。
<第11実施例>
図7及び図23参照。
See FIG. 7 and FIG.
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。
<第12実施例>
図7及び図24参照。
See FIG. 7 and FIG.
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。
<第13実施例>
図7及び図25参照。
See FIG. 7 and FIG.
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。
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
RF 像側フレネル光学面の集光曲面の曲率半径
DESCRIPTION OF
Claims (9)
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、
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,
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.
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:
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、
The LED assembly generates an elliptical light type, and satisfies the following conditions:
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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WO2024077786A1 (en) * | 2022-10-14 | 2024-04-18 | 北京凌宇智控科技有限公司 | Optical system, wearable interaction device and interaction system |
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