JP3148493U

JP3148493U - 凸面フレネルｌｅｄレンズ及びそのｌｅｄアセンブリ

Info

Publication number: JP3148493U
Application number: JP2008007811U
Authority: JP
Inventors: 翊民陳; 三偉徐
Original assignee: 一品光学工業股▲ふん▼有限公司
Priority date: 2008-11-07
Filing date: 2008-11-07
Publication date: 2009-02-19
Anticipated expiration: 2018-11-07

Abstract

【課題】凸面フレネル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】凸面フレネルＬＥＤレンズ１３は、像側光学面Ｒ２(optical surface on forward side)が凸面であり、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チップが発する光線に対して収集し光強度 (peak intensity)が楕円である照射角光型(Elliptic distribution pattern)を形成し、該レンズ及びＬＥＤアセンブリは、特定条件を満足する。これにより、本考案は、単独のレンズを使用するだけで、ＬＥＤチップが発する光線を所定の特殊光型に収集し、且つ光透過量の比85%の要求を満たし、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

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光源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。

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光源用に使用されている。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。

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)作用を主とし、二次レンズは、単数又は複数のＬＥＤ配列 (Array)に使用され、ビームの分散作用を主とする。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、光線を収集する以外に、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。

一次レンズの運用は、図１、図２に示すように、ＬＥＤチップ２１上にレンズ２３を覆い、ＬＥＤチップ２１が発する光線をレンズ２３に経由して収集後、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。

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発光体上方に置き、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利用し、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2005-049367号公報特開2005-257953号公報

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灯具は、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灯具は、適合した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の用途に好適である。但し、複数点が発光するＬＥＤ照明系統に対して、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で構成する照明系統では、徐々に変わる環間隔の構造により、照度及び光強度が均一である実用上の要求に適応することができる。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た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収集でき、均一な光強度(peak intensity)、且つ楕円形の光型を発生することができる。

本考案の目的は、凸面フレネル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、新月型( meniscus)レンズであり、その外縁面は、勾配を有するか、勾配を有さず、その凹面は、光源向きの光源側光学面であり、且つ球面または非球面であり、その凸面は、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、f_sは、本レンズの有効焦点距離(effective focal length)であり、r_n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、N_d2は、レンズの屈折率であり、2φ_xは、レンズの屈折光線のX方向の最大光強度 (intensity)の半分(Ｉ_1/2)箇所の角度(度，deg.)であり、2φ_y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(Ｉ_1/2)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、R_F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。

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R_F可は、球面又は非球面に形成することができる。

製造を簡易化するためには該フレネルレンズは、平凸(plano-convex)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、凸面フレネル光学面であり、式 (1)〜式(3)の条件を満足する。

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。

使用選択の便利のために、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。

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、平凸または新月型フレネルＬＥＤレンズ及びＬＥＤチップから構成され、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% (η＝β／α≧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、r_n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f_s）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、E_dは、ＬＥＤチップが発する照度(Incidance)であり、E_1/2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。

これにより、本考案の凸面フレネルＬＥＤレンズ及びそれが構成する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。

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、から構成される。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から光線を収集し、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り、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f_s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2φ_x及びY方向2φ_y)が式(3)の条件を満足する。

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。

図３において、該ＬＥＤアセンブリ１０は、平凸(plano-convex)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、像側向きであり、且つ垂直環歯を有する凸面フレネル光学面R2である。

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、平凸フレネルレンズ２３とからなり、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。

本考案が使用するレンズ１３またはレンズ２３の像側光学面R2は、垂直環歯(draft with vertical shape)の凸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R_Fから転写して形成され、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) r_tが固定値であり、それは、曲面曲率半径R_Fの集光曲面（R_F）上で相互に等しい環間隔r_t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) h_dを有し、集光曲面（R_F）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h_dが固定値であり、それは、曲率半径R_Fの集光曲面（R_F）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) h_dを有するが、異なる環間隔r_tを有し、集光曲面R_F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。

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r_n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に対し屈折を発生し、放物面曲面（即ち、集光曲面）の光効果を達成する。

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のようであり、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のようであり、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。

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。

フレネル光学面R2の集光曲面の曲率半径R_Fは、式(9)で定義され、ここで、放物面の集光曲面曲率半径R_Fの円錐係数K=-1であり、球面の集光曲面の曲率半径R_Fの円錐係数K=0である。

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2φ_x及びY方向2φ_y)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)及び散射(scattering)等の減衰効果を無視し、式(7)の条件に適合する。これにより、本考案は、平凸または新月型のフレネルＬＥＤレンズ及びＬＥＤチップを利用し、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ことができる。

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ω_x＝３９．８°であり、Y方向の発射角ω_y＝３５．２°であり、α=78.5ルーメン(lm)であり、照度がE_d=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N_d1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。

以下の第１から第４実施例は、勾配がなく、且つ等環深さの平凸型フレネルレンズを有するＬＥＤアセンブリを使用し、第５実施例は、勾配があり、且つ等環深さの平凸型フレネルレンズを有するＬＥＤアセンブリを使用し、第６実施例は、勾配がなく、且つ等環間隔の平凸型フレネルレンズを有するＬＥＤアセンブリを使用し、第７、第８実施例は、勾配があり、且つ等環間隔の平凸型フレネルレンズを有するＬＥＤアセンブリを使用する。

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R_Fの中心軸の曲率半径R_F（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（N_d）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R_Pの非球面の式(9)の各項の係数、中心に沿って起算した第１フレネル環半径r₁、最末フレネル環半径r_n、フレネル環深さ(zone height)h_d及びフレネル環数量(No. of zone)を列記する。

＜第１実施例＞
図７及び図１３参照。

本実施例中、レンズ１３は、屈折率N_d2が1.582であり、アッベ数ν_d2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82°、Y方向65°の楕円形光型を形成し、無限遠箇所(100倍fsで計算)のβ=67.424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。

＜第２実施例＞
図７及び図１４参照

本実施例中、レンズ１３は、屈折率N_d2が1.582であり、アッベ数ν_d2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67°、Y方向40°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。

本実施例中、レンズ１３は、屈折率N_d2が1.582であり、アッベ数ν_d2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70°、Y方向42°の楕円形光型を形成し、β=73.798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４実施例＞
図７及び図１６参照。

本実施例中、レンズ１３は、屈折率N_d2が1.491であり、アッベ数ν_d2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62°、Y方向40°の楕円形光型を形成し、β=74.069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５実施例＞
図７及び図１７参照。

本実施例中、レンズ１３は、屈折率N_d2が1.582であり、アッベ数ν_d2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。

本実施例中、レンズ１３は、屈折率N_d2が1.582であり、アッベ数ν_d2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85°、Y方向70°の楕円形光型を形成し、β=72.72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７実施例＞
図７及び図１９参照。

本実施例中、レンズ１３は、屈折率N_d2が1.582であり、アッベ数ν_d2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36°の楕円形光型を形成し、β=72.929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８実施例＞
図７及び図２０参照。

本実施例中、レンズ１３は、屈折率N_d2が1.582であり、アッベ数ν_d2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=71.41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。

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。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。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。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。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。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。本考案のＬＥＤアセンブリの構成図である。勾配のあるフレネルＬＥＤレンズの勾配表示図である。本考案のＬＥＤアセンブリの光路図である。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。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。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。本考案の第１〜第８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）。本考案の第１〜第８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）。本考案の第１〜第８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）。本考案の第１〜第８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）。本考案の第１〜第８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）。本考案の第１〜第８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）。本考案の第１〜第８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）。本考案の第１〜第８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）。

符号の説明

１０ＬＥＤアセンブリ
１１，２１ＬＥＤ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
Ｒ_F 像側フレネル光学面の集光曲面の曲率半径

Claims

ＬＥＤアセンブリに使用される凸面フレネルＬＥＤレンズであって、
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、該レンズを配列してなり、
該レンズは、像側光学面と光源側光学面を有し、ここで、該像側光学面が凸面のフレネル光学面であり、該フレネル光学面の環面は、集光曲面から転写して形成され、且つその環面は、垂直環歯を形成し、ＬＥＤチップが発する光線をシール層とレンズを経由した後、楕円形照射角の光型を形成し、且つ該レンズが以下の条件を満足し、

ここで、f_sが本レンズの有効焦点距離であり、r_n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、N_d2がレンズの屈折率であることを特徴とする凸面フレネルＬＥＤレンズ。
前記レンズが更に以下の条件を満足し、

であり、ここで、f_sは、本レンズの有効焦点距離であり、r_n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、N_d2は、レンズの屈折率であり、2φ_x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、2φ_y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、R_F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記載の凸面フレネルＬＥＤレンズ。
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記載の凸面フレネルＬＥＤレンズ。
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記載の凸面フレネルＬＥＤレンズ。
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記載の凸面フレネルＬＥＤレンズ。
前記レンズの外縁面が勾配を有する請求項１記載の凸面フレネルＬＥＤレンズ。
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記載の凸面フレネルＬＥＤレンズ。
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１０のいずれか1項に記載の凸面フレネルＬＥＤレンズと、シール層と、ＬＥＤチップとを順に配列して含む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でき、以下の条件を満足し、

であって、ここで、r_nは、フレネル光学面の最末環の半径であり、2φ_xは、レンズの屈折光線のX方向の最大光強度の半分Ｉ_1/2箇所の角度(度，deg.)であり、2φ_y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Ｉ_1/2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f_s）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、E_d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。
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。