JP3175090U - レンズの配光制御構造 - Google Patents

Abstract

【課題】レンズの配光制御構造を提供する。
【解決手段】光入射面と光出射面と、を備える。光出射面と光入射面の傾斜角はθであり、前記傾斜角θは０より大きい。光入射面と光出射面との間は光入射面と光出射面のへりに接続するシボ加工面を設けられ、シボ加工面はと光入射面が垂直していて、かつ角度誤差ψを設けられている。本考案のレンズの配光制御構造は、光入射面は長さＬの第１光入射面の軸を有し、光出射面は長さＬ’の第１光出射面の軸を有する。かつ第１光入射面の軸と第１光出射面の軸との挟み角は、傾斜角θ設けることによって、第１光出射面の軸の長さＬ’＝Ｌ＊ｓｉｎ（９０°−ψ）／ｓｉｎ（９０°−θ＋ψ）を形成し、かつ誤差は５％以内に納まる特徴を有する。
【選択図】図２

Description

本考案はレンズの構造に関し、特にレンズの構造を改変することによって、光照射区域の偏位を形成するレンズの配光制御構造に関する。

ＬＥＤの応用面が次第に普及することにつれて、レンズを使って、ＬＥＤの点光源の発光を使用に適した光束に調節することは、ＬＥＤ照明の重要技術の一つとなっている。

レンズの原理は、高温に耐えられる透明部材を媒質として、ＬＥＤ光出射の光路がレンズを通過して、二次的な屈折及び反射などの光学的な物理現象を引き起し、光出射の効果を改変できる。光学の屈折は媒質が改変する境界面で引き起こされるが、光入射面の範囲が小さいため、光入射面における光学設計は、つねに補助的に使用されている。一般的で言うと、照明区域を均一にするため、レンズのほとんどは、軸が対称に設けられている。設計のポイントは二種類に分ける。一つは光出射面の曲率（カーブ）を工夫することによって、光線がレンズを離れて二次屈折のときに方向を改変させ、光線の拡散または集光の効果を図る。もう一つは、光線をレンズ内部にて反射を引き起こした後、光出射面よりレンズを離れる。通常、その光出射面は平面の設計である。この種の設計は、レンズ反射面の曲率（カーブ）に重点を置かれている。これらの設計は、さまざまなタイプのＬＥＤに合わせて変化して、各種の製品応用に適用することができる。

本考案は、光出射面が平面のレンズに改良を行い、レンズ上の光出射部構造を調節し、従来はレンズの軸心方向と垂直していた照明区域に傾斜角を持つことによって、従来の照明区域と同等な均一の集光効果を有する。

本考案の主な目的は照明区域の投射角度を改変した、レンズの配光制御構造を提供する。

前述目的を達成するため、本考案のレンズの配光制御構造は、ＬＥＤ光源がレンズを通過した後の光出射を改変することができる。レンズの配光制御構造は、レンズの発光部に貼り付ける光入射面を有する。レンズの配光制御構造は光出射面を設けられ、かつ光出射面と光入射面は傾斜角θを形成し、傾斜角θは０より大きい。さらに、光入射面と光出射面との間は、光出射面と光出射面の縁に接続するシボ加工面を設けられ、シボ加工面と光入射面が垂直していて、かつ角度誤差ψを有する。本考案のレンズの配光制御構造は、光入射面は長さＬの第１光入射面の軸を有し、光出射面は長さＬ’第１光出射面の軸を有する。さらに、第１光入射面の軸と第１光出射面の軸との挟み角は、傾斜角θを形成することによって、第１光出射面の軸の長さＬ’＝Ｌ＊ｓｉｎ（９０°−ψ）／ｓｉｎ（９０°−θ＋ψ）、かつ誤差は５％以内に納まる特徴を有する。そのうち、傾斜角θは境界角θｃより小さく、境界角θｃはレンズの配光制御構造の部材によって決められ、シボ加工面に屈折された後、レンズを通過する光量を軽減する。

一実施例において、光出射面はさらに照明区域の調整機構を有し、照明区域の調整機構は波状を形成しており、かつ波頭（ｗａｖｅｆｒｏｎｔ）と第１光出射面の軸と平行しているため、照明区域の範囲を改変することができる。

よって、本考案のレンズの配光制御構造は、光出射面が平面のレンジに対して改良を行い、従来の均一な光拡散効果を有するレンズの光出射部構造を調節し、従来はレンズの軸心方向と垂直していた照明区域に傾斜度を持たせることによって、従来の照明区域と同等な均一の集光効果を有する。このほか、照明区域の範囲を調節可能な構造を光出射面に加わることによって、様々な応用に適用することができる。

本考案の立体概略図である。 本考案の主軸方向の断面視図である。 本考案の短軸方向の断面視図である。 本考案の光束効果図である。 本考案もう一つの実施例の立体図である。 本考案もう一つの実施例の光束図である。

本考案の内容のさらなる理解を図るため、下記の説明に図式を組み合わせ、参考に供する。

図１の、本考案の立体概略図を参照する。図示のように、本考案のレンズの配光制御構造１は、ＬＥＤ光源３がレンズの配光制御構造１を通過した後の光出射を改変するレンズ２に接続されている。レンズの配光制御構造１は、光入射面１０と、光出射面１２及び、前記光入射面１０と前記光出射面１２の縁に接続するシボ加工面１４からなる。光入射面１０はレンズの光出射部２０に貼り合わせていて、かつ光入射面１０は長さＬの第１光入射面の軸１０１と、長さＭの第２光入射面の軸１０２と、を有する。第１光入射面の軸１０１と第２光入射面の軸１０２との長さ関係は限定されない。
光入射面１０の形状は、例えばＬ＞Ｍ、Ｌ＝Ｍ、Ｌ＜Ｍのいずれかより選択できる。さらに、第１光入射面の軸１０１と第２光入射面の軸１０２が互いに垂直されている。光出射面１２は長さＬ’の第１光出射面の軸１２１と、長さＭ’の第２光出射面の軸１２２と、を有する。かつ第１光出射面の軸１２１は、第１光入射面の軸１０１を通過し、かつ光入射面１０と垂直した平面上に位置し、第２光出射面の軸１２２は、第２光入射面の軸１０２を通過し、かつ光入射面１０と垂直した平面上に位置する。光出射面１２と光入射面１０は互いに傾斜していて、かつ傾斜角θを形成する。光線が光出射面１２において、全反射を発生し光出射効率の低下を防止するため、傾斜角θは０より大きく、かつ境界角θｃより小さい。境界角θｃは、レンズの配光制御構造の部材によって決められる。シボ加工面１４は、光入射面１０と光出射面１２との間に設けられ、シボ加工面１４と光出射面１０がほぼ垂直していて、かつ角度誤差ψを有し、角度誤差ψは生産プロセスにおいて、生産の便利を図るため、射出成型の抜き勾配（ｄｒａｆｔ ａｎｇｌｅ）にすることができる。

図２と図３の、本考案の主軸方向の断面図と、短軸方向の断面図を参照する。本実施例において、Ｌ＝Ｍは光入射面１０が円形の実施態様を示す。図示のように、本考案のレンズの配光制御構造１において、第１光出射面の軸１２１の長さはＬ’＝Ｌ＊ｓｉｎ（９０°−ψ）／ｓｉｎ（９０°−θ＋ψ）であり、かつ５％以内の誤差値を有する。そのほか、本実施例において、第１光出射面の軸１２１と第２光出射面の軸１２２が互いに垂直しているため、第２光出射面の軸１２２の長さはＭ’＝Ｍ−（Ｌ＊ｔａｎθ＊ｔａｎψ）であり、かつ５％以内の誤差値を有する。図２は、第１光入射面の軸１０１と第１光出射面の軸１２１を通過する断面図である。図示のように、第１光入射面の軸１０１と第１光出射面の軸１２１の挟み角はθであり、かつシボ加工面１４と光入射面１０との垂線の挟み角はψである。よって、第１光出射面の軸１２１の長さＬ’はＬ’＝Ｌ＊ｓｉｎ（９０°−ψ）／ｓｉｎ（９０°−θ＋ψ）であり、この断面上に位置するシボ加工面１４の高さ約Ｌ＊ｓｉｎθ／ｓｉｎ（９０°−θ＋ψ）であることを推定できる。図３、第２光入射面の軸１０２と第２光出射面の軸１２２の断面図を参照する。図示のように、断面がＬの中点を通過することによって、Ｍ’が所在する高さはＬ／２＊ｔａｎθ、一方、Ｍは高さＬ／２＊ｔａｎθによる片辺の縮減はＬ／２＊ｔａｎθ＊ｔａｎψ。よって、角度誤差ψをもって、第２光出射面の軸１２２の長さをＭ’＝Ｍ−（Ｌ＊ｔａｎθ＊ｔａｎψ）に修正することができる。

図１と図４を併せて参照する。図４は、本考案の光束効果図である。図示のように、本考案のレンズの配光制御構造１の軸心は座標の原点に位置し、Ｘ軸は第１光入射面の軸１０１に平行し、Ｚ軸は第２光入射面の軸１０２に平行する。光入射面１０と光出射面１２との挟み角の方向は、−Ｘ方向に位置する。図から明らかなように、照明区域は＋Ｘ方向に向かって偏位を引き起こし、かつθの角度が大きいほど、偏位の量も増加している。

引き続き、図５と図６、本考案もう一つの実施形態の立体図と光束図を参照する。図示のように、本考案のレンズの配光制御構造１は、光出射面１２において、照明区域の調節機構１２３をさらに設けられている。図６に示すように、本実施例において、照明区域の調節機構１２３は浪状を形成し、波頭（ｗａｖｅｆｒｏｎｔ）と第１光出射面の軸１２１と平行していて、照明区域の範囲を改変し、光線をＺ軸の方向に拡散されている。

前述とおり、本考案のレンズの配光制御構造は、光出射面が平面のレンズに対して改良を行い、従来のレンズ構造の光出射部に傾斜状の挟み角を設計することによって、光線がレンズを通過し二次屈折のときに屈折角度を改変させ、照明区域に偏位を引き起こすことができる。さらに、光出射面は例えば、浪状の光線を調節する微細構造を加えることによって、光線を拡散し照明区域の範囲を改変することができる。

１ レンズの配光制御構造
１０ 光入射面
１０１ 第１光入射面の軸
１０２ 第２光入射面の軸
１２ 光出射面
１２１ 第１光出射面の軸
１２２ 第２光出射面の軸
１２３ 照明区域の調整機構
１４ シボ加工面
θ 傾斜角
ψ 角度誤差
２ レンズ
２０ 光出射部
３ ＬＥＤ光源

Claims (3)

1. レンズを通過し出射するＬＥＤ光源を改変するレンズの配光制御構造であって、
   レンズの光出射部に貼り合わせる光入射面と、光出射面と、を備える、
   前記光入射面は、前記レンズの前記光出射部に貼り合わせられている、前記光出射面と前記光入射面との傾斜角は傾斜角θを形成していて、かつ前記傾斜角θは０より大きい、前記光入射面と前記光出射面との間は、前記光入射面と前記光出射面の縁に接続するシボ加工面を有し、前記シボ加工面と前記光入射面が垂直していて、かつ角度誤差ψを有する、
   前記光入射面は長さＬの第１光入射面の軸を有し、前記光出射面は長さＬ’の光出射面の軸を有する、かつ前記第１光入射面の軸と前記光出射面の軸との挟み角はθを形成し、前記光出射面の軸の長さＬ’＝Ｌ＊ｓｉｎ（９０°−ψ）／ｓｉｎ（９０°−θ＋ψ）を形成し、かつ誤差が５％以内に納まる特徴を有する。
2. 前記傾斜角θは境界角θｃより小さく、前記境界角θｃは、前記レンズの配光制御構造の部材によって決めることを特徴とする、請求項１記載のレンズの配光制御構造。
3. 前記光出射面はさらに照明区域の調整機構を有し、前記照明区域の調整機構は波状を形成していて、かつ波頭（ｗａｖｅｆｒｏｎｔ）は前記第１光出射面の軸と平行することを特徴とする、請求項１記載のレンズの配光制御構造。