JP4631553B2 - 光学部品 - Google Patents

Description

本発明は、レンズ等の光学部品に関する。

従来から、光源からの光を効率よく所定方向に制御して出射するために、図４に示されるような曲面状の光入射面１０２と平面状の光出射面１０３を備えた中実の光学部品１０１が使用されている。このような形状の光学部品１０１は、光出射面１０３が平面状であり大きな凹凸がないため、光出射面１０３にゴミや埃が溜まり難く、長期間使用した場合であっても出射効率が低下し難いという利点がある。

一方、図５に示されるように、このような光学部品１０１は、製造時に、平面状の光出射面１０３にヒケが発生し易く、特に、肉厚となる光出射面１０３の略中央にヒケ１１０が発生し易いという問題がある。光出射面１０３にヒケが発生すると、光出射面１０３からの光が広がりすぎたり、予期していない方向に光が出射されてしまい、グレアの発生や出射効率の低下を招く虞があった。

ところで、光出射面１０３に生じるヒケは、射出成形等における溶融樹脂等の固化時間を長くとったり、溶融樹脂等を固化させる際の圧力分布を調整することで防止することも可能である（例えば、特許文献１参照）。
特許第２９５７６１４号公報

しかしながら、射出成形における固化時間や圧力分布を調整して光出射面に生じるヒケを防止する方法では、光学部品の製造コストが高くなるという問題がある。このため、このような方法によらず、光出射面に生じるヒケによる光の出射方向のばらつきを緩和して、グレアの発生や出射効率の低下を防止することができる光学部品が望まれている。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、光出射面に生じるヒケによる光の出射方向のばらつきを緩和することができる光学部品を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために請求項１の発明は、光入射面と光出射面とを備えた光学部品において、前記光出射面の略中央にヒケ防止用の凹部を形成し、前記凹部に入射する光の光路上に位置する前記光入射面の形状を、前記光入射面から前記光出射面に向かう光の方向が光軸に対して所定角度だけ外側に傾き、かつ前記凹部における光の出射方向が、該凹部の外側に位置する前記光出射面における光の出射方向と略同じになるように、該凹部の形状に対応させて形成したことを特徴とする。

請求項１に記載の光学部品によれば、ヒケの生じやすい光出射面の略中央に、ヒケ防止用の凹部が形成されているので、ヒケによる形状誤差が生じ難くなる。また、凹部に入射する光の光路上に位置する光入射面の形状を、凹部の形状に対応させて形成し、光入射面から光出射面に向かう光の方向が光軸に対して所定角度だけ外側に傾き、凹部における光の出射方向が、該凹部の外側に位置する光出射面における光の出射方向と略同じとなるようにしたので、光の出射方向のばらつきを抑えることができ、グレアの発生や、出射効率の低下を防止することができる。

以下、本発明の第１の実施形態に係る光学部品について図１及び図２を参照して説明する。本実施形態の光学部品は、プリント基板２０に形成されたＬＥＤ（Light Emitting Diode）１０に対して所定の位置に配置され、ＬＥＤ１０からの光を効率よく所定方向に制御して出射するための中実のレンズ１であり、曲面状の光入射面２と、平面状の光出射面３とを備えている。光出射面３は光軸Ａに対して略垂直に配置されている。光入射面２は、全域に亘って曲面状でなくてもよく、図１に示されるように、曲面状の光入射面２の側方に略平面状の光入射面５を備えていてもよい。なお、図１乃至図５において、各部材のハッチングを省略して示しており、光出射面３にヒケが生じていない状態を２点差線で示している。また、光路を矢印付きの実線で示している。

本実施形態においては、ヒケが最も発生しやすい光出射面３の略中央に、ヒケ防止用の凹部４を形成する。凹部４の形状は、光出射面３に凹部４を形成しなかった場合に生じるヒケの形状に合わせて形成することが好ましく、凹部４の、光出射面３に垂直な断面が、略懸垂曲線（カテナリー曲線）を描くように形成することが好ましい。このように平面状の光出射面３の一部を曲面状に形成することでヒケによる形状誤差が生じ難くなる。例えば、図１に示した形状のレンズ１の場合、直径が２０ｍｍ、対称軸（光軸）方向の厚みが１２ｍｍ程度であれば、材料や製造条件にもよるが、直径が８ｍｍ程度、対称軸方向の深さが最大０．３ｍｍ程度の凹状のヒケが光出射面３の略中央に生じる場合がある。この場合、このヒケの形状に合わせて凹部４を形成する。

また、凹部４に入射する光の光路上に位置する光入射面（本実施形態では、曲面状の光入射部に略全域）２の形状を、凹部４における光の出射方向Ｄ１が、この凹部４の外側に位置する光出射面３における光の出射方向Ｄ２と略同じになるように、凹部４の形状に対応させて形成する。

すなわち、凹部４における光の出射方向Ｄ１を所定方向に制御する場合、出射方向Ｄ１、凹部４の形状、及びレンズ１の材質に基づいて、スネルの法則により、凹部４に入射する光のレンズ１内の光路を特定することができる。更に、このレンズ１内の光路、ＬＥＤ１０の位置、及びレンズ１の材質に基づいて、スネルの法則により、入射光に対する界面（光入射面２）の傾きを計算することができる。このようにすることにより、凹部４の形状に合わせて、光入射面２の形状を決定することができる。なお、凹部４付近にも若干のヒケが生じる虞があるが、光出射面３の全域を平面状とした場合に比べてヒケによる形状誤差は緩和される。

例えば、図２に示されるように、出射方向Ｄ１を光軸Ａに対して略平行に制御する場合、光出射面３に凹状のヒケが生じていなければ（同図において、光出射面にヒケが生じていないレンズの形状を２点鎖線で、その光路を点線でそれぞれ示している）、光入射面１２から光出射面１３に向かう光の方向が、光軸Ａに対して略平行になるように光入射面１２を形成すればよいが、本実施形態では、凹部４における屈折を考慮して、光入射面２から光出射面３に向かう光の方向が光軸Ａに対して所定角度αだけ外側に傾くように光入射面２を形成する。

次に、上述したレンズ１の製造方法について説明する。レンズ１は、その光入射面２及び光出射面３に略一致する成形面を備えた金型を用いて、射出成形法等により製造される。なお、成形後のレンズ１の光入射面２及び光出射面３の形状と金型の成形面の形状を完全に一致させる必要はなく、ヒケによる形状変化を考慮して、レンズ１の凹部４に対応する金型の成形面の凸部を、上記のようにして光学的に設計された値より若干小さくなるようにして、金型の成形面を形成してもよい。この場合、成形時の圧力を小さくしておくことができ、成形時間を短縮することができる。

本実施形態のレンズ１によれば、ヒケの生じやすい光出射面３の略中央に、ヒケ防止用の凹部４が形成されているので、ヒケによる形状誤差が生じ難くなる。また、凹部４に入射する光の光路上に位置する光入射面２の形状を、凹部４の形状に対応させて形成し、光入射面２から光出射面３に向かう光の方向が光軸に対して所定角度αだけ外側に傾き、凹部４における光の出射方向Ｄ１が、凹部４の外側に位置する光出射面３における光の出射方向Ｄ２と略同じとなるようにしたので、光の出射方向のばらつきを抑えることができ、グレアの発生や、出射効率の低下を防止することができる。

次に、本発明の第２の実施形態に係る光学部品について図３を参照して説明する。本実施形態に係るレンズ１は、凹部４の外側に位置する光出射面３においても凹部６を形成し、凹部６に入射する光の光路上に位置する光入射面５の形状を、凹部６における光の出射方向Ｄ３が、凹部４における光の出射方向Ｄ１と略同じになるように、凹部６の形状に対応させて形成している。

本実施形態に係るレンズ１によれば、第１の実施形態と同様の効果が得られるほか、凹部４の外側に位置する光出射面３においても凹部６を形成したので、凹部４の外側に位置する光出射面が平面状である場合と比べて、ヒケによる形状誤差が生じ難くなる。また、光入射面５の形状を、凹部６の形状に対応させて形成し、出射方向Ｄ３が出射方向Ｄ１と略同じになるようにしたので、光の出射方向のばらつきを抑えることができる。

本発明の第１の実施形態に係る光学部品の断面図。 同光学部品の光入射面の形状を説明する断面図。 本発明の第２の実施形態に係る光学部品の断面図。 従来例に係る光学部品の断面図。 光出射面にヒケが生じた状態の同光学部品の断面図。

符号の説明

１ レンズ（光学部品）
２ 光入射面
３ 光出射面
４ 凹部

Claims (1)

1. 光入射面と光出射面とを備えた光学部品において、
   前記光出射面の略中央にヒケ防止用の凹部を形成し、
   前記凹部に入射する光の光路上に位置する前記光入射面の形状を、前記光入射面から前記光出射面に向かう光の方向が光軸に対して所定角度だけ外側に傾き、かつ前記凹部における光の出射方向が、該凹部の外側に位置する前記光出射面における光の出射方向と略同じになるように、該凹部の形状に対応させて形成したことを特徴とする光学部品。

Images