JP3148803U - 非球面正照射角度発光ダイオードの光学レンズ及びそれを構成する発光ダイオード構成部材 - Google Patents

Abstract

【課題】非球面正照射角度発光ダイオードの光学レンズ及びそれを構成する発光ダイオード構成部材
【解決手段】 該光学レンズの凹面を光源側に、凸面を映像側それぞれ設けるように構成し、構成された発光ダイオード（ＬＥＤ）構成部材はＬＥＤチップ放射光源の集光を行い、ピーク強度７２°から１０８°までの正照射角度の円形光分散パターンを形成する。これにより、本考案は単純な光学レンズでもって、ＬＥＤの放射光源を所定の光分散パターンに集光可能のほか、光度比例値８５％を超える要求に適合し、照明、携帯電話機又はカメラのフラッシュライトに応用できる。
【選択図】図２

Description

本考案は一種の非球面正照射角度発光ダイオードの光学レンズ及びそれを構成する発光ダイオード構成部材、特に一種のＬＥＤ光源で光分散パターンを生成する光学レンズに使用でき、さらにその構成された発光ダイオード構成部材はＬＥＤ照明、携帯電話又はカメラのフラッシュライトに使用できる。

発光ダイオードことＬＥＤは、低電圧、低消費電力、寿命が長いなどの長所を有するため、すでに表示（ｉｎｄｉｃａｔｏｒ）、照明（ｉｌｌｕｍｉｎａｔｏｒ）などの分野に大量使用されている。ＬＥＤは光色単純、小型化と平面実装可能などの長所を有するため、携帯電話機やカメラのフラッシュライトに採用されている。しかしながら、ＬＥＤチップから放射する光源は点の光源のため、輝度不均衡の特性がある。光源の集約について、すでに多くの研究学者が従事している。チップの小型化や発光効率の向上など、光学レンズの採用も重要な開発目標となっている。

ＬＥＤ光学レンズ設計は主に一次光学レンズ（Ｐｒｉｍａｒｙ ｏｐｔｉｃａｌ ｌｅｎｓ）と二次光学レンズ（Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ ｏｐｔｉｃａｌ ｌｅｎｓ）に分けられる。一次光学レンズはＬＥＤチップ上にレンズを直接実装し、通常は集光（ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｅ）を主な目的とする。二次光学レンズは１個又は数個のＬＥＤアレイ（Ａｒｒａｙ）に使用され、光源分散を主な目的とする。公知技術の一次光学レンズについて、ＥＳ２１５７８２９では対称式非球面レンズ、日本国特許第ＪＰ３０３２０６９号、第ＪＰ２００２−１１１０６８号、第ＪＰ２００５−２０３４９９号、アメリカ合衆国特許第ＵＳ２００６／１８７６５３号、中華人民共和国特許第ＣＮ１０１０１３１９３号などでは球面レンズ、さらに日本国特許第ＪＰ２００２−２２１６５８号はバルク式ＬＥＤに球面レンズがそれ使用されている。高度化の運用について、一次光学レンズは集光機能のほか、広角度、小角度、円形、楕円形など特殊の光分散パターンを生成し、ＬＥＤアレイと組み合わせて使用し、最適な光学効果を発生させるため、均一のピーク強度（ｐｅａｋ ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ）において、特定の光分散パターン（ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｐａｔｔｅｒｎ）を生成しなければならない。一次光学レンズの応用は図１に示す通り、ＬＥＤチップ２１にレンズ２３を覆う。ＬＥＤチップ２１の放射光源は、レンズ２３によって集光した上、所定の光分散パターンを形成する。該一次光学レンズは公知技術として、日本国特許第ＪＰ２００４−３５６５１２号、第ＪＰ２００５−２２９０８２号、第ＪＰ２００６−０７２８７４号、第ＪＰ２００７−１４０５２４号、第ＪＰ２００７−１１５７０８号及びアメリカ合衆国特許第ＵＳ２００５／１６２８５４号、第ＵＳ２００６／１０５４８５号、第ＵＳ２００６／０７６５６８号、第ＵＳ２００７／１１４５５１号、第ＵＳ２００７／１５２２３１号、第ＵＳ７，３４４，９０２号、第ＵＳ７，３４５，４１６号、第ＵＳ７，３５２，０１１号、中華民国特許ＴＷＭ３３２７９６号などは光学レンズにより光分散パターン、日本国特許第ＪＰ６０００７４２５号、アメリカ合衆国特許第ＷＯ／２００７／１００８３７は楕円形光分散パターン、中華人民共和国特許第２００７１０１１８９６５．０号は１６０度以下の矩形、正方形又は細長い形状の光分散パターンをそれぞれ生成することが開示されている。

科学技術の進歩に連れ電子製品は軽薄短小ならびに多機能へと発展しており、特に電子製品には、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（Ｎｅｗｏｒｋ Ｃａｍｅｒａ）携帯電話機などはレンズが基本装備となった。さらに、携帯型情報端末（ＰＤＡ）などもレンズ装備の需要が見え始めた。よって、この種の製品に使用されるＬＥＤフラッシュライト又は照明用ＬＥＤ灯具は、１個又は複数個のＬＥＤ構成部材によりアレイを組み合わせている。なお、携帯便利と人間工学ニーズに併せるため、ＬＥＤフラッシュライト又は照明用ＬＥＤ灯具は所定のルーミナスに適合するため、様々な光分散パターンＬＥＤの構成部材を組み合わせるほか、小容積と低コストが要求されている。ＬＥＤ一次光学レンズのニーズについて、公知技術の複雑な外観設計又は回折面を持つ光学レンズは製造困難のほか、プラスチック射出成型による変形やコスト高いなどの欠点が存在している。よって、外観単純で、かつ、簡単製造の発光ダイオードレンズ設計と構成は、ＬＥＤの放射光源を集光してピーク強度（ｐｅａｋ ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ）７２°から１０８°までの正照射角度円形光分散パターンより形成するＬＥＤ構成部材、かつ、光度の比例値が８５％のものが、利用者がもっとも望むものである。

ＬＥＤ構成部材に応用する、一種の非球面正照射角度発光ダイオードの光学レンズを提供することを本考案の主な目的とする。該ＬＥＤ構成部材は発光ダイオードチップ（ＬＥＤ ｄｉｅ）より光源を放射し、光学レンズ、光源を集光、均一な光ピーク強度７２°から１０８°までの正照射角度円形光分散パターンを形成して、光学レンズと発光ダイオードとの間に密封材（ｓｅａｌ ｇｅｌ）を充填して構成する。該光学レンズは凹面と凸面を備えた光学部材より仕上げるレンズであって、該凹面は光源と対向配置して光源側の光学面とし、凸面は映像側と対向配置して映像側光学面とする。そのうち、少なくとも凹面と凸面いずれ一つの光学面は非球面、かつ、以下の条件式に適合する。

該式において、それぞれｆ_ｓは光学レンズの有効焦点距離（ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ｆｏｃａｌ ｌｅｎｇｔｈ）の長さ、Ｒ_１は光源側光学面の曲率半径、Ｒ_２は映像側光学面の曲率半径、ｄ_２は中心軸上光学レンズの厚み、Ｎ_ｄ２は光学レンズ回折率。

製造の簡素化を図るため、光学レンズは平凸型光学レンズを使用し、その平面は光源に向けて取付け光源側の光学面とし、その凸面は画像側に向けて取付け光源側の光学面とする。その画像側光学面を非球面とし、式（３）及び式（４）の条件式に適合する。

そのうち、Ｒ_２は画像側光学面の曲率半径、ｄ_０は中心軸上ＬＥＤチップの厚み、ｄ_１は中心軸上ＬＥＤチップの表面から光学レンズ光源側光学面までの距離、ｄ_２は中心軸上光学面の厚み。

該光学レンズは光学ガラス又は化学部材のプラスチックを使用するなど、利用選択の利便性を提供することを本考案もう一つの目的とする。

本考案による非球面正照射角度発光ダイオードの光学レンズ及び発光ダイオードチップを含め、該発光ダイオード構成部材は、７２°から１０８°までの正照射角度円形光分散パターンを有し、該光度の比例値は８５％（β／α≧８５％）以上の要求に合致し、かつ、以下の条件式を満足する一種の発光ダイオード構成部材を提供することを本考案もう一つの目的とする。

そのうち、

該式において、それぞれｆ_ｓは光学レンズの有効焦点距離（ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ｆｏｃａｌ ｌｅｎｇｔｈ）の長さ、ｆｇは該光学レンズの相関焦点距離（Ｒｅｌａｔｉｖｅ ｆｏｃａｌ ｌｅｎｇｔｈ）の長さ、Ｒ_１は光源側光学面の曲率半径、Ｒ_２は映像側光学面の曲率半径、２ωはＬＥＤチップの放射光源中心軸対称の最大角度、２ψは光学レンズの放射光源中心軸対称の最大角度、αはＬＥＤチップ放射光源の光度値、βは映像側無限距離（ｆ_ｓの１００倍）光源の光度値。

よって、本考案による非球面正照射角度発光ダイオードの光学レンズと該光学レンズより構成される発光ダイオード構成部材は７２°から１０８°の正照射角度円形光分散パターンを有し、光度の比例値は８５％以上の要求に適合するほか、該光学レンズは形状単純、薄型、製造簡単などの長所を有するため、一個のＬＥＤ又はＬＥＤアレイに設けて、照明又は携帯電話機、カメラのフラッシュライトに提供できる。

本考案による構造と技術特徴をより確実にするため、好ましい実施例を以下の図式と合わせて詳細説明する。

図２は本考案による一種の非球面正照射角度発光ダイオードの光学レンズ及びそれを構成する発光ダイオード構成部材のＬＥＤ構成部材１０の概略図である。中心軸Ｚに沿って、光源側から映像側はＬＥＤチップ１１、シール材１２と光学レンズ１３の順序にて配列とする。光源はＬＥＤチップ１１から放射し、シール材１２経由して光学レンズ１３により集光を行い、中心軸Ｚに対して７２°から１０８°まで釣り合った正照射角度円形光分散パターンの光度を映像側に放射する。該光学レンズ１３は凹面と凹面を有する光学部材より作られたレンズで、凹面は光源側と向き合う光学面Ｒ１であり、該凸面は映像側に向き合う光学面Ｒ２である。そのうち、少なくとも一つの光学面を非球面とする。光学レンズ１３の光学面Ｒ１、Ｒ２及び有効焦点距離は式（１）、式（２）及び式（３）の条件式に適合し、ＬＥＤチップ１１の放射角度２ωと光学レンズ１３より形成する光強度の光分散パターン角度２ψは式（５）の条件式に適合する。

そのうち、シール材１２の部材使用は制限されない。ＬＥＤ構成部材の常用部材として光学樹脂（Ｒｅｓｉｎ）又は珪素ゲル（ｓｉｌｉｃｏｎ ｇｅｌ）などがある。

図４は本考案の平凸型光学レンズをＬＥＤ構成部材への応用概略図を示す。中心軸Ｚに沿ってＬＥＤチップ１１、シール材１２、平凸型光学レンズ１４を順番に配列する。光源はＬＥＤチップ１１から放射し、シール材１２経由して光学レンズ１４により集光を行い、中心軸Ｚに対して７２°から１０８°まで釣り合った正照射角度円形光分散パターンの光度を映像側に放射する。該光学レンズ１４は凹面と光学部材より作られたレンズで、該平面は光源と向き合う光源側光学面Ｒ１であり、該凸面は映像側に向き合う光学面Ｒ２である。光学レンズ１４の光学面Ｒ１、Ｒ２及び有効焦点距離は式（３）及び式（４）の条件式に適合し、ＬＥＤチップ１１の放射角度２ωと光学レンズ１３より形成する光強度の光分散パターン角度２ψは式（５）の条件式に適合する。

図２及び図４を参照する。光学レンズ１３の光学面Ｒ１とＲ２は、又は光学レンズ１４の光学面Ｒ２は非球形光学面より構成する場合、該非球面の方程式（ＡｓｐｈｅＲｉｃａｌ ＳｕＲｆａｃｅ ＦｏＲｍｕｌａ）は式（７）に示す。

該式において、それぞれｃは曲率、ｈはレンズ高さ、Ｋは円錐常数（Ｃｏｎｉｃ Ｃｏｎｓｔａｎｔ）、Ａ_４、Ａ_６、Ａ_８、Ａ_１０はそれぞれ４、８、１０階調の非球面計数（Ｎｔｈ Ｏｒｄｅｒ Ａｓｈｐｅｒｉｃａｌ Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）。

図３は本考案のＬＥＤ光学レンズのＬＥＤ構成部材の光路概略図である。図に示すＬＥＤチップ１１出射光源の最大角度が２ω（中心軸Ｚを釣り合う）、光学レンズ１３により集光及び回折した後、２ψ角度（中心軸Ｚを釣り合う）にて必要な光分散パターン及びβ／α≧８５％で要求された条件を満足する。そのうち、αはＬＥＤチップ放射光源の光度、βは映像側の相関無限距離（ｆ_ｓの１００倍）の光源光度であって、空気の回折（Ｒｅｆｒａｃｔｉｏｎ）と散乱効果（ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇを無視している。さらに、該光学レンズ１３は光学ガラス又は光学プラスチックスより製造される。

図５は本考案の平凸型非球面正照射角度発光ダイオードの光学レンズ及びそれを構成する発光ダイオード構成部材の光路概略図である。図に示すＬＥＤチップ１１放射光源の最大角度が２ω（中心軸Ｚを釣り合う）、光学レンズ１４により集光及び回折した後、２ψ角度（中心軸Ｚを釣り合う）にて必要な光分散パターン及びβ／α≧８５％で要求された条件式に適合する。そのうち、αはＬＥＤチップ放射光源の光度、βは映像側の相関無限距離（ｆ_ｓの１００倍）の光源光度であって、空気の回折（Ｒｅｆｒａｃｔｉｏｎ）と散乱効果（ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇを無視している。さらに、該光学レンズ１４は光学ガラス又は光学プラスチックスより製造される。

前記した構成要素により、本考案による非球面正照射角度の発光ダイオード光学レンズ及びそれを構成する発光ダイオード構成部材は７２°から１０８°までの正照射角度円形光分散パターンに適合でき、ＬＥＤ構成部材１０より所定の光パターンを放射させ、かつ、光度比例値８５％（β／α≧８５％）の要求を適合するほか、１個又は様々な光パターンによりアレイに組み合わせて使用できる。

本考案の応用例として、ＬＥＤチップ１１寸法は１．０ｘ１．０ｍｍ、光学レンズ１３（又は光学レンズ１４）は直径５ｍｍそれぞれ使用し、各実施例の応用状況を比較説明する。ただし、ＬＥＤチップ１１の寸法と光学レンズ１３又は光学レンズ１４）の直径はそれぞれ前記した寸法に限られないものとする。

以下に示す実施例のうち、実施例４までは凹面と凸面光学レンズより構成される発光ダイオード構成部材を用いて、実施例５ないし実施例８は平凸型光学レンズより構成される発光ダイオード構成部材を用いる。

図２と図６は、本考案の光学レンズをＬＥＤ構成部材への取付概略図及び実施例１の光ピーク強度と照射角度による極座標相関図である。

下表（１）は光源側から映像側まで中心軸Ｚに沿ってＬＥＤチップ１１、シール材１２、光学レンズ１３の光源側光学面Ｒ１と映像側光学面Ｒ２の曲率半径Ｒ（単位：ｍｍ）（ｔｈｅ Ｒａｄｉｕｓ ｏｆ ｃｕｒｖａｔｕｒｅ Ｒ）、間隔ｄ（単位：ｍｍ）（ｔｈｅ ｏｎ−ａｘｉｓ ｓｕｒｆａｃｅ ｓｐａｃｉｎｇ）、ＬＥＤチップ１１放射光源の最大角度は２ω（度、ｄｅｇ）、光学レンズ１３放射光源の光分散パターン最大角度２ψ（度、ｄｅｇ）、各回折率（Ｎｄ）、各厚み（ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ）、各アッベ数（Ａｂｂｅ’ｓ ｎｕｍｂｅｒ）νｄそれぞれ示す。

表（１）において、光学面（ＳｕＲｆ）に＊記号があるものは、非球面光学面を示す。下表（２）は各光学面の非球面、式（７）の各係数である。

本実施例において、シール材１２の回折率Ｎｄ１は１．５２７、アッベ数νｄ１は３４の透明光学シリカゲルによって充填されている。光学レンズ１３は回折率、Ｎｄ２は１．５８３、アッベ数νｄ２は６１．７のガラス部材をそれぞれ使用する。シール材１２及び光学レンズ１３の回折係数とアッベ数との組合せにより、光源の回折角度を形成する。ＬＥＤチップ１１よりα＝１２．１５ルーメンの青色光源を出射し、有効最大照射角度は１３０°、光学レンズ１３の有効焦点距離ｆ_ｓは４．２０ｍｍであって、該光学レンズ１３より集光した後、９２°の正照射角度で無限距離（ｆ_ｓを１００倍とする）のβ＝１１．０９２ルーメン（空気中の回折と散乱効果を無視）。式（１）、（２）、（３）、（５）及び式（６）はそれぞれ、

よって、条件式（１）、（２）、（３）及び式（５）を適合する。図３はＬＥＤチップ１１の放射光源がシール材１２及び光学レンズ１３を通過する光路図で、図６は実施例１の光ピーク強度分布と照射角度の極座標相関図である。前記した表（１）、表（２）及び図６に示す通り、本考案による非球面正照射角度発光ダイオードの光学レンズ及びこれより構成する発光ダイオード構成部材は単純な表面形状を有し、製造簡単、発光ダイオード構成部材に所定の光分散パターンを放射できるほか、各角度に於ける放射光ピーク強度分布が均一で、本考案の応用性を向上できることが証明されている。

図２と図７は、本考案によるＬＥＤ光学レンズをＬＥＤ構成部材への取付概略図及び実施例１の光ピーク強度と照射角度による極座標相関図である。

下表（３）は光源側から映像側まで中心軸Ｚに沿った各光学面曲率半径Ｒ、間隔ｄ、ＬＥＤチップ１１放射光源の最大角度は２ω、光学レンズ１３放射光源の光分散パターン最大角度２ψ、各回折率（Ｎｄ）、各厚み（ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ）、各アッベ数ｖｄそれぞれ示す。下表（４）は各光学面の非球面、式（７）の各係数である。

本実施例において、シール材１２の回折率Ｎｄ１は１．５２７、アッベ数νｄ１は３４の透明光学シリカゲルによって充填されている。光学レンズ１３は回折率、Ｎｄ２は１．５８３、アッベ数νｄ２は６１．７のガラス部材をそれぞれ使用する。ＬＥＤチップ１１よりα＝１２．１５ルーメンの青色光源を出射し、有効最大照射角度は１３０°、光学レンズ１３の有効焦点距離ｆ_ｓは５．６６ｍｍであって、該光学レンズ１３より集光した後、９２°の正照射角度で無限距離（ｆ_ｓを１００倍とする）のβ＝１１．５７ルーメン（空気中の回折と散乱効果を無視）。式（１）、（２）、（３）、（５）及び式（６）はそれぞれ、

よって、条件式（１）、（３）及び式（５）を適合する。図７に実施例２のＬＥＤ構成部材の光ピーク強度と照射角度による極座標相関図である。前記した表（１）、表（２）及び図７に示す通り、本考案による非球面正照射角度発光ダイオードの光学レンズ及びこれより構成する発光ダイオード構成部材は単純な表面形状を有し、製造簡単、発光ダイオード構成部材に所定の光分散パターンを放射できるほか、各角度に於ける放射光ピーク強度分布が均一で、本考案の応用性を向上できることが証明されている。

図２と図８は、本考案による光学レンズをＬＥＤ構成部材への取付概略図及び実施例３による光ピーク強度と照射角度による極座標相関図である。

下表（５）は光源側から映像側まで中心軸Ｚに沿って各光学面曲率半径Ｒ、間隔ｄ、ＬＥＤチップ１１放射光源の最大角度は２ω、光学レンズ１３放射光源の光分散パターン最大角度２ψ、各回折率（Ｎｄ）、各厚み（ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ）、各アッベ数ｖｄそれぞれ示す。下表（６）は各光学面の非球面、式（７）の各係数である。

本実施例において、シール材１２の回折率Ｎｄ１は１．５２７、アッベ数νｄ１は３４の透明光学シリカゲルによって充填されている。光学レンズ１３は回折率、Ｎｄ２は１．５８３、アッベ数νｄ２は６１．７のガラス部材をそれぞれ使用する。ＬＥＤチップ１１よりα＝１２．１５ルーメンの青色光源を出射し、有効最大照射角度は１１０°、光学レンズ１３の有効焦点距離ｆ_ｓは４．２０ｍｍであって、該光学レンズ１３より集光した後、９１°の正照射角度で無限距離（ｆ_ｓを１００倍とする）のβ＝１１．２７７ルーメン（空気中の回折と散乱効果を無視）。式（１）、（２）、（３）、（５）及び式（６）はそれぞれ、

よって、条件式（１）、（３）及び式（５）を適合する。図８に実施例３のＬＥＤ構成部材の光ピーク強度と照射角度による極座標相関図を示す。前記した表（１）、表（２）及び図８に示す通り、本考案による非球面正照射角度発光ダイオードの光学レンズは単純な表面形状を有し、製造簡単、発光ダイオード構成部材に所定の光分散パターンを放射できるほか、各角度に於ける放射光ピーク強度分布が均一で、本考案の応用性を向上できることが証明されている。

図２と図９は、本考案によるＬＥＤ光学レンズをＬＥＤ構成部材への取付概略図及び実施例４の光ピーク強度と照射角度による極座標相関図である。

下表（７）は光源側から映像側まで中心軸Ｚに沿って各光学面曲率半径Ｒ、間隔ｄ、ＬＥＤチップ１１放射光源の最大角度は２ω、光学レンズ１３放射光源の光分散パターン最大角度２ψ、各回折率（Ｎｄ）、各厚み（ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ）、各アッベ数ｖｄそれぞれ示す。下表（８）は各光学面の非球面、式（７）の各係数である。

本実施例において、シール材１２の回折率Ｎｄ１は１．５２７、アッベ数νｄ１は３４の透明光学シリカゲルによって充填されている。光学レンズ１３の回折率Ｎｄ２は１．５３０、アッベ数νｄ２は５７のプラスチックス部材をそれぞれ使用する。ＬＥＤチップ１１よりα＝１２．１５ルーメンの青色光源を出射し、有効最大照射角度は１２０°、光学レンズ１３の有効焦点距離ｆ_ｓは４．３０ｍｍであって、該光学レンズ１３より集光した後、９２°の正照射角度で無限距離（ｆ_ｓを１００倍とする）のβ＝１１．７４１ルーメン（空気中の回折と散乱効果を無視）。式（１）、（２）、（３）、（５）及び式（６）はそれぞれ、

よって、条件式（１）、（３）及び式（５）を適合する。図９に光ピーク強度と照射角度による極座標相関図である。前記した表（１）、表（２）及び図９に示す通り、本考案による非球面正照射角度発光ダイオードの光学レンズ及びこれより構成する発光ダイオード構成部材は単純な表面形状を有し、製造簡単、発光ダイオード構成部材に所定の光分散パターンを放射できるほか、各角度に於ける放射光ピーク強度分布が均一で、本考案の応用性を向上できることが証明されている。

図４と図１０は、本考案による平凸型ＬＥＤ光学レンズをＬＥＤ構成部材への取付概略図及び実施例５による光ピーク強度と照射角度による極座標相関図である。

下表（９）は光源側から映像側まで中心軸Ｚに沿ったＬＥＤチップ１１、シール材１２、光学レンズ１４の光源側光学面Ｒ１と映像側光学面Ｒ２の曲率半径Ｒ（単位：ｍｍ）、間隔ｄ（単位：ｍｍ）、ＬＥＤチップ１１放射光源の最大角度は２ω（度、ｄｅｇ）、光学レンズ１４放射光源の光分散パターン最大角度２ψ（度、ｄｅｇ）、各回折率（Ｎｄ）、各厚み（ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ）、アッベ数ｖｄそれぞれ示す。下表（１０）は各光学面の非球面、式（７）の各係数である。

表（９）において、光学面（ＳｕＲｆ）に＊記号があるものは、非球面光学面を示す。

本実施例において、シール材１２の回折率、Ｎｄ１は１．５２７、アッベ数νｄ１は３４の透明光学シリカゲルによって充填されている。光学レンズ１４は回折率、Ｎｄ２は１．５８３、アッベ数νｄ２は６１．７のガラス部材をそれぞれ使用する。シール材１２及び光学レンズ１４の回折係数とアッベ数との組合せにより、光源の回折角度を形成する。ＬＥＤチップ１１よりα＝１２．１５ルーメンの青色光源を出射し、有効最大照射角度は１２０°、光学レンズ１４の有効焦点距離ｆ_ｓは５．０９１ｍｍであって、該光学レンズ１４より集光した後、９０°の正照射角度で無限距離（ｆｓを１００倍とする）のβ＝１１．６６８ルーメン（空気中の回折と散乱効果を無視）。式（３）、（４）、（５）及び式（６）はそれぞれ、

よって、条件式（１）、（４）、（３）及び式（５）を適合する。図１０は光ピーク強度と照射角度による極座標相関図である。前記した表（１）、表（２）及び図１０に示す通り、本考案による非球面正照射角度発光ダイオードの光学レンズ及びこれより構成する発光ダイオード構成部材は単純な表面形状を有し、製造簡単、発光ダイオード構成部材に所定の光分散パターンを放射できるほか、各角度に於ける放射光ピーク強度分布が均一で、本考案の応用性を向上できることが証明されている。

図４と図１１は、本考案による平凸型光学レンズＬＥＤ光学レンズをＬＥＤ構成部材への取付概略図及び実施例６の光ピーク強度と照射角度による極座標相関図である。

下表（１１）は光源側から映像側まで中心軸Ｚに沿ってＬＥＤチップ１１、シール材１２、光学レンズ１４の光源側光学面Ｒ１と映像側光学面Ｒ２の曲率半径Ｒ、間隔ｄ、ＬＥＤチップ１１放射光源の最大角度は２ω、光学レンズ１４放射光源の光分散パターン最大角度２ψ、各回折率（Ｎｄ）、各厚み（ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ）、各アッベ数ｖｄそれぞれ示す。下表（１２）は各光学面の非球面、式（７）の各係数である。

本実施例において、シール材１２の回折率、Ｎｄ１は１．５２７、アッベ数νｄ１は３４の透明光学シリカゲルによって充填されている。光学レンズ１４は回折率、Ｎｄ２は１．５８３、アッベ数νｄ２は６１．７のガラス部材をそれぞれ使用する。シール材１２及び光学レンズ１４の回折係数とアッベ数との組合せにより、光源の回折角度を形成する。ＬＥＤチップ１１よりα＝７８．５ルーメンの白色光源を出射し、有効最大照射角度は１２０°、光学レンズ１４の有効焦点距離ｆ_ｓは５．０９１ｍｍであって、該光学レンズ１４より集光した後、９０°の正照射角度で無限距離（ｆ_ｓを１００倍とする）のβ＝７４．５ルーメン（空気中の回折と散乱効果を無視）。式（３）、（４）、（５）及び式（６）はそれぞれ、

よって、条件式（１）、（４）、（３）及び式（５）を適合する。図１１は光ピーク強度と照射角度による極座標相関図である。前記した表（１）、表（２）及び図１１に示す通り、本考案による非球面正照射角度発光ダイオードの光学レンズ及びこれより構成する発光ダイオード構成部材は単純な表面形状を有し、製造簡単、発光ダイオード構成部材に所定の光分散パターンを放射できるほか、各角度に於ける放射光ピーク強度分布が均一で、本考案の応用性を向上できることが証明されている。

図４と図１２は、本考案の平凸型光学レンズをＬＥＤ構成部材への取付概略図及び実施例７の光ピーク強度と照射角度による極座標相関図である。

下表（１３）は光源側から映像側まで中心軸Ｚに沿ったＬＥＤチップ１１、シール材１２、光学レンズ１４の光源側光学面Ｒ１と映像側光学面Ｒ２の曲率半径Ｒ、間隔ｄ、ＬＥＤチップ１１放射光源の最大角度は２ω、光学レンズ１４放射光源の光分散パターン最大角度２ψ、各回折率（Ｎｄ）、各厚み（ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ）、アッベ数ｖｄそれぞれ示す。下表（１４）は各光学面の非球面、式（７）の各係数である。

本実施例において、シール材１２の回折率Ｎｄ１は１．５２７、アッベ数νｄ１は３４の透明光学シリカゲルによって充填されている。光学レンズ１４の回折率Ｎｄ２は１．５３０、アッベ数νｄ２は５７のプラスチックス部材をそれぞれ使用する。シール材１２及び光学レンズ１４の回折係数とアッベ数との組合せにより、光源の回折角度を形成する。ＬＥＤチップ１１よりα＝１２．１５ルーメンの青色光源を出射し、有効最大照射角度は１２０°、光学レンズ１４の有効焦点距離ｆ_ｓは５．０９１ｍｍであって、該光学レンズ１４より集光した後、９０°の正照射角度で無限距離（ｆ_ｓを１００倍とする）のβ＝１１．７４ルーメン（空気中の回折と散乱効果を無視）。式（３）、（４）、（５）及び式（６）はそれぞれ、

よって、条件式（１）、（４）、（３）及び式（５）を適合する。図１２は光ピーク強度と照射角度による極座標相関図である。前記した表（１）、表（２）及び図１２に示す通り、本考案による非球面正照射角度発光ダイオードの光学レンズ及びこれより構成する発光ダイオード構成部材は単純な表面形状を有し、製造簡単、発光ダイオード構成部材に所定の光分散パターンを放射できるほか、各角度に於ける放射光ピーク強度分布が均一で、本考案の応用性を向上できることが証明されている。

図４と図１３は、本考案の平凸型光学レンズをＬＥＤ構成部材への取付概略図及び実施例８の光ピーク強度と照射角度による極座標相関図である。

下表（１５）は光源側から映像側まで中心軸Ｚに沿ってＬＥＤチップ１１、シール材１２、光学レンズ１４の光源側光学面Ｒ１と映像側光学面Ｒ２の曲率半径Ｒ、間隔ｄ、ＬＥＤチップ１１放射光源の最大角度は２ω、光学レンズ１４放射光源の光分散パターン最大角度２ψ、各回折率（Ｎｄ）、各厚み（ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ）、各アッベ数ｖｄそれぞれ示す。下表（１６）は各光学面の非球面、式（７）の各係数である。

本実施例において、シール材１２の回折率、Ｎｄ１は１．５２７、アッベ数νｄ１は３４の透明光学シリカゲルによって充填されている。光学レンズ１４は回折率、Ｎｄ２は１．５８３、アッベ数νｄ２は６１．７のガラス部材をそれぞれ使用する。シール材１２及び光学レンズ１４の回折係数とアッベ数との組合せにより、光源の回折角度を形成する。ＬＥＤチップ１１よりα＝１２．１５ルーメンの青色光源を出射し、有効最大照射角度は１３０°、光学レンズ１４の有効焦点距離ｆ_ｓは５．０９１ｍｍであって、該光学レンズ１４より集光した後、９２°の正照射角度で無限距離（ｆ_ｓを１００倍とする）のβ＝１１．５１ルーメン（空気中の回折と散乱効果を無視）。式（３）、（４）、（５）及び式（６）はそれぞれ、

よって、条件式（１）、（４）、（３）及び式（５）を適合する。図１３は光ピーク強度と照射角度による極座標相関図である。前記した表（１）、表（２）及び図１２に示す通り、本考案による非球面正照射角度発光ダイオードの光学レンズ及びこれより構成する発光ダイオード構成部材は単純な表面形状を有し、製造簡単、発光ダイオード構成部材に所定の光分散パターンを放射できるほか、各角度に於ける放射光ピーク強度分布が均一で、本考案の応用性を向上できることが証明されている。

前記した説明の通り、本考案による非球面正照射角度発光ダイオードの光学レンズ及びそれを構成する発光ダイオード構成部材の効果は表面形状が単純で、プラスチック射出成型又は金型によるガラス加工などの生産プロセスで大量生産しても変形しにくいため、生産コストを軽減できる。生産プロセスの簡素化を図るため、光学レンズは平凸型非球面光学レンズを使用しても良い。

本考案による非球面正照射角度発光ダイオードの光学レンズ及びそれを構成する発光ダイオード構成部材もう一つの効果は、ＬＥＤチップの照射光源は所定の光分散パターンを有するため、照明又は携帯電話機、デジタルカメラのフラッシュライトのような特定照明条件に適用できる。

本考案による非球面正照射角度発光ダイオードの光学レンズ及びそれを構成する発光ダイオード構成部材さらに一つの効果は、ＬＥＤチップの放射光源は、すべての角度において均一の光ピーク強度を維持できるため、映像側に一部区域の明暗がおきない、照明の品質を向上できる。
以上は本考案の実施例を例示説明しているが、それらは説明目的のみであって、本考案になんらの制限を加わるものではない。よって、この種の技術を熟知する者は、本考案の精神及び範疇に対する変更、修正、又は等効果変更などは、なお本考案の請求範疇に含まれるものとする。

公知技術によるＬＥＤ光学レンズをＬＥＤ構成部材への応用概略図である。 公知技術によるＬＥＤ光学レンズのＬＥＤ構成部材における概略図である。 本考案によるＬＥＤ光学レンズのＬＥＤ構成部材における光路概略図である。 公知技術による平凸型ＬＥＤ光学レンズのＬＥＤ構成部材における概略図である。 公知技術による平凸型ＬＥＤ光学レンズのＬＥＤ構成部材における光路概略図である。 本考案実施例１によるＬＥＤ構成部材の光ピーク強度分布と照射角度との極座標関係図である。 本考案実施例２によるＬＥＤ構成部材の光ピーク強度分布と照射角度との極座標関係図である。 本考案実施例３によるＬＥＤ構成部材の光ピーク強度分布と照射角度との極座標関係図である。 本考案実施例４によるＬＥＤ構成部材の光ピーク強度分布と照射角度との極座標関係図である。 本考案実施例５によるＬＥＤ構成部材の光ピーク強度分布と照射角度との極座標関係図である。 本考案実施例６によるＬＥＤ構成部材の光ピーク強度分布と照射角度との極座標関係図である。 本考案実施例７によるＬＥＤ構成部材の光ピーク強度分布と照射角度との極座標関係図である。 本考案実施例８によるＬＥＤ構成部材の光ピーク強度分布と照射角度との極座標関係図である。

符号の説明

１０…ＬＥＤ構成部材（ＬＥＤ ａｓｓｅｍｂｌｙ）
１１、２１…ＬＥＤチップ（ＬＥＤ ｄｉｅ）
１２…シール材（ｓｅａｌ ｇｅｌ）
１３…光学レンズ（ｏｐｔｉｃａｌ ｌｅｎｓ）
１４…光学レンズ（ｏｐｔｉｃａｌ ｌｅｎｓ）
２３…レンズ
Ｒ１（Ｒ_１）…光源側光学面（ｏｐｔｉｃａｌ ｓｕｒｆａｃｅ ｏｎ ｓｏｕｒｃｅ ｓｉｄｅ）又はその曲率半径（Ｒａｄｉｕｓ）
Ｒ２（Ｒ_２）…画像側光学面（ｏｐｔｉｃａｌ ｓｕｒｆａｃｅ ｏｎ ｓｏｕｒｃｅ ｓｉｄｅ）又はその曲率半径（Ｒａｄｉｕｓ）
ｄ０（ｄ_０）…中心軸上ＬＥＤチップの厚み
ｄ１（ｄ_１）…中心軸上ＬＥＤチップの表面から光学レンズ光源側までの光学面距離
ｄ２（ｄ_２）…中心軸光学レンズの厚み
ω…ＬＥＤチップ放射光源最大角度の半分
ψ…光学レンズ放射する光分散パターン最大角度の半分
Ｎｄ（Ｎ_ｄ）…回折率
νｄ（ν_ｄ）…アッベ数
α…ＬＥＤチップ放射光源の光度値
β…映像側無限距離光源の光度

Claims (10)

1. 一種の発光ダイオード構成部材として使用できる、非球面正照射角度発光ダイオードの光学レンズであって、中心軸の光源側から映像側に配列される発光ダイオードチップ、シール材、及び光学レンズを含む非球面正照射角度発光ダイオードの光学レンズにおいて、
   該光学レンズは凹面と凸面を備えたガラス製光学部材より仕上げたレンズであって、該凹面は光源と対向配置して光源側の光学面とし、凸面は映像側と対向配置して映像側の光学面として、少なくとも一つの光学面は非球面で、かつ、以下の条件式に適合することを特徴とする
   

   

   
   （式中、Ｒ１は該光学レンズの光源側の光学面の曲率半径であり、Ｒ_２は該光学レンズの映像側の光学面の曲率半径である）非球面正照射角度発光ダイオードの光学レンズ。
2. 該光学レンズはさらに以下の条件式に適合することを特徴とする
   

   

   
   （式中、ｆ_ｓは該光学レンズの有効焦点距離、Ｒ１は該光学レンズの光源側の光学面の曲率半径、ｄ_２は中心軸上の該光学レンズの厚みである）請求項１記載の非球面正照射角度発光ダイオードの光学レンズ。
3. 該光学レンズはさらに以下の条件式に適合することを特徴とする
   

   

   
   （式中、ｆ_ｓは該光学レンズの有効焦点距離、ｄ_２は中心軸上の該光学レンズの厚み、Ｎ_ｄ２は該光学レンズの回折率である）請求項１記載の非球面正照射角度発光ダイオードの光学レンズ。
4. 該光学レンズはさらに以下の条件式に適合することを特徴とする
   

   

   
   （式中、ｆ_ｓは該光学レンズの有効焦点距離、ｄ_２は中心軸上の該光学レンズの厚み、Ｎ_ｄ２は該光学レンズの回折率である）請求項２記載の非球面正照射角度発光ダイオードの光学レンズ。
5. 該光学レンズはプラスチック製であることを特徴とする、請求項１記載の非球面正照射角度発光ダイオードの光学レンズ。
6. 中心軸の光源側から映像側に配列する発光ダイオードチップ、シール材、及び光学レンズを含み、
   該光学レンズは平面と凸面を備えたガラス製光学部材より仕上げるレンズであって、該平面は光源と対向配置して光源側の光学面とし、凸面側は映像側と対向配置して映像側の光学面として、該画像側の光学面は非球面で、かつ、以下の条件式に適合することを特徴とする
   

   

   
   （式中、Ｒ１は該光学レンズの光源側の光学面の曲率半径であり、Ｒ_２は該光学レンズの映像側の光学面の曲率半径である）、一種の発光ダイオード構成部材として使用される、非球面正照射角度発光ダイオードの光学レンズ。
7. 該光学レンズはプラスチック製であることを特徴とする、請求項６記載の非球面正照射角度発光ダイオードの光学レンズ。
8. 請求項１ないし７のいずれか一項に記載されている非球面正照射角度発光ダイオードと発光ダイオードチップとの組合せであって、
   前記発光ダイオード構成部材が、７２°から１０８°までの正照射角度円形光分散パターンを有し、かつ、以下の条件式に適合し、
   

   

   
   そのうち、
   

   

   
   （式中、ｆ_ｇは該光学レンズの相関焦点距離、ｆ_ｓは該光学レンズの有効焦点距離、Ｒ１は該光学レンズの光源側の光学面の曲率半径、Ｒ_２は該光学レンズの映像側の光学面の曲率半径、ωは該発光ダイオード放射光源が中心軸を釣り合った最大角度の半分、ψは該光学レンズの放射光源が中心軸を釣り合った最大角度の半分である）であることを特徴とする、組合せ。
9. 請求項８に記載されている非球面正照射角度発光ダイオード構成部材であって、
   該発光ダイオード構成部材の放射光源の光度と映像側無限距離光源の光度の比較値は、以下の条件式に適合することを特徴とする
   β／α≧８５％
   （式中、αは該発光ダイオードチップの放射光源の光度、βは該発光ダイオード構成部材の映像側無限距離において、空気中の回折と散乱効果を無視した光度である）発光ダイオード構成部材。
10. 該光学レンズはプラスチック製であることを特徴とする請求項８記載の非球面正照射角度発光ダイオード構成部材。

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