JP5505940B2 - 残光阻止構造を備えるレンズ及びそのモジュール - Google Patents

Description

本発明は光学レンズ技術の分野に関し、特に光源の出射光線が残光阻止構造に通過させることによって、残光現象を有効に阻止できる、残光阻止構造を備えるレンズ及びそのモジュールに関する。

発光ダイオード（Light Emitting Diode, ＬＥＤ）を光源として利用し、各分野での照射効果を調節するため、業者らは光学レンズを発光ダイオードの上方に覆い被せて、発光ダイオードの出射光が光学レンズを通過させることによって、各分野においてより良い適用性の光形配置を形成する。
例えば、照明分野ではＬＥＤ灯具の照度、光均一性または照明範囲などの特性について改善することができる。
図１〜３に示した、公知技術のＬＥＤ光学レンズ構造による断面態様図と、発光ダイオード光源が光学レンズ構造を通過した後の残光による光跡態様図と、放射照度図と、を参照して説明する。
図示のとおり、光学レンズ１はシリコン、アクリル、ポリカーボネートまたはガラスなどの透明部材から光学素子を一体して仕上げられ、かつ全体は上部が広く下部が狭いコップ状構造を形成されている。
光学レンズ１の一端は光出射面１０を設けられ、もう一端は第１入射面１１と、第２入射面１２と、を設けられている。
そのうち、第１入射面１１の周縁は第２入射面１２の一縁部につながって収容空間を形成されている。
第２入射面１２のもう一縁部を繞設して入射穴１３を形成する。
収容空間に発光ダイオード（図示しない）の収容に提供し、第１入射面１１は発光ダイオードの上方に対応していて、第２入射面１２は発光ダイオードの周辺に繞設されている。

公知の技術は発光ダイオードレンズ１を発光ダイオードに結合した後、照射の光形は残光現象を避けることができず、その後の利用を妨げる。
残光現象とは、一目的区域以外に存在した光線の分布現象をいう。
さらに、残光現象を形成する原因は、発光ダイオードのわずかな一部分の光線が第２入射面１２に照射して一次反射を形成して、光学レンズ１の内面にて二次反射を形成した後、最後は光出射面１０から図３に示すように中心部の照射区域以外の周辺部に光輪の分布が見られる。
よって、残光現象の発生を解消することは、喫緊に解決すべき課題となっている。

本発明は既述した公知技術の欠点に鑑みて成されたもので、本発明の目的とするところは、発光ダイオード光源に本発明を適用すれば、その後の照明などの分野に提供可能、より良い光形効果が得られる、残光阻止構造を備えるレンズ及びそのモジュールを提供する。

前述した目的を達成するため、本発明に係る残光阻止構造のレンズは、上部が広く下部が狭いコップ状構造を仕上げられ、最上部は光出射面を設けられ、底部は第１入射面と第２入射面を凹設されている。第１入射面の縁部は第２入射面の一つの縁部に接続し収容空間を形成して光源を収容する。第２入射面もう一つの縁部は繞設して入射穴を形成され、入射穴の幅をＤとする。本発明の特徴として、残光阻止構造のレンズの第１入射面は残光阻止構造を凸設して、光源より出射し第２入射面によって反射される残光阻止。そのうち、第１入射面と入射穴との距離はＳであり、残光阻止構造と入射穴とのはＬである。かつ残光阻止構造は０＜Ｌ＜（３／８）＊Ｓ（式１）及びＳ≧０．８＊Ｄ（式２）の関係式を満足する。

そのうち、残光阻止構造は、第１入射面より入射穴方向に向かって収束状に延在して逆テーパー状を形成する。さまざまな光源の種類、光形のニーズまたは残光阻止効果に対応するため、本発明の残光阻止構造表面は例えば、凸弧状、凹弧状、平面状または屈折状のいずれかを形成しても良い。さらに、残光現象を止める効果をさらに強化するため、本発明の残光阻止構造表面は曇り面を形成しても良い。

さらに、光出射面は第１入射面の大きさに対応して盗み穴を設け、光源の中央区域の光が強すぎて、光の均一性が良くない問題を改善しても良い。これにより、残光現象の発生が徹底的に阻止されるほか、対象の照射区域についても光の均一性を有効に向上し、その後の照明などの分野への適用性を大幅に向上できる。

このほか、前述した目的を達成するため、本発明はさらにつぎの残光阻止構造のレンズモジュールを提供する。
残光阻止構造のレンズモジュールは上部が広く下部が狭いコップ状構造に仕上げられ、最上部は光出射面を設けられ、底部は第１入射面と第２入射面と、を凹設されている。第１入射面の縁部と第２入射面一つの縁部が接続して、収容空間を形成する。収容空間は光源を設けられ、第２入射面もう一つの縁部は繞設して入射穴を形成する。特徴として、残光阻止構造のレンズモジュールの第１入射面は供光源より出射し第２入射面によって反射された残光阻止ための残光阻止構造を設けられている。そのうち、残光阻止構造の底端と光源との距離はＬ”であり、光源の出射光線が第２入射面によって、残光阻止構造のレンズモジュールに備える中心軸に反射して、中心部の反射点を形成し、中心部の反射点と光源との距離はＰである、かつ残光阻止構造の底端と光源との距離はＬ”≦Ｐ（式３）の関係式を満足する。

本発明に係る残光阻止構造のレンズモジュールは、光源を組つけた後の位置に対応して、残光阻止構造の寸法を細かく調節することによって、残光阻止構造のレンズモジュールが出射する光形の残光現象を徹底的に解消することが可能となる。

公知技術のＬＥＤ光学レンズ構造による断面態様図である。 公知技術の発光ダイオード光源が光学レンズを通過した後の残光による光跡態様図である。 公知技術の発光ダイオード光源が光学レンズを通過した後の残光による放射照度図である。 本発明の残光阻止構造を備えるレンズの好ましい実施例の構造断面態様図である。 発光ダイオードを本発明に適用した後の残光による光跡態様図である。 発光ダイオードを本発明に適用した後の放射照度図である。 発光ダイオードを本発明に適用した後の好ましい実施例の配光曲線図である。 発光ダイオードを本発明に適用した後もう一つの好ましい実施例の残光による光跡態様図である。 発光ダイオードを本発明に適用した後もう一つの好ましい実施例の放射照度図である。 発光ダイオードを本発明に適用した後もう一つの好ましい実施例の配光曲線図である。 本発明の残光阻止構造を備えるレンズもう一つの好ましい実施例の構造態様図である。 本発明の残光阻止構造を備えるレンズモジュールの好ましい実施例の構造断面図である。

以下に図面を参照しながら本発明の実施例について詳しく説明する。

図４乃至７に示した、本発明の残光阻止構造のレンズの好ましい実施例における構造断面態様図と、発光ダイオードを本発明に適用した後の残光による光跡態様図と、放射照度図と、配光曲線図を参照して説明する。
図示したとおり、残光現象を止める構造のレンズ２は、シリコン、アクリル、ポリカーボネートまたはガラス部材により、一体して仕上げられ、残光現象を止める構造のレンズ２は光源（図示しない）に結合して使用する。
光源の出射光線が本発明を通過した後により良い光形分布が形成されていることは、残光現象を有効に止められることを裏付けている。
残光阻止構造のレンズ２は上部が広く下部が狭いコップ状構造を仕上げられ、最上部は光出射面２０を設けられ、底部は第１入射面２１と第２入射面２２を設けられている。
第１入射面２１の縁部は第２入射面２２の縁部に接続し収容空間を形成して、光源を収容する。
第２入射面２２もう一側は繞設して入射穴２３を形成し、入射穴２３の幅はＤである。
特徴として、残光阻止構造のレンズ２の第１入射面２１は、光源より出射し第２入射面２２によって反射された残光阻止ための残光阻止構造２４を設けられている。
残光を有効に阻止し、かつ照射の均一性効果を兼ね合わせるため、本発明の残光阻止構造２４は第１入射面２１から入射穴２３の方向に向かって延在し、逆テーパー状構造を形成しても良い。
ここで、発光ダイオードを光源とする例として、残光阻止構造２４は逆テーパー状構造を設置することによって、一般の発光ダイオードにおける中央部出射区域の強い照度の特性を分散し調節することができる。
これにより、発光ダイオードの出射光線が本発明を通過した後に形成される光形は残光現象を有効に阻止できると共に、光形を均一に分布する点も大幅に改善できる。
残光現象とは、光源の一部の光線が第２入射面２２によって反射し、形成されたものである。
よって、残光阻止効果を確実に達成させるため、残光阻止構造２４の大きさは、本発明の残光阻止構造のレンズ２と一定の条件関係を持つことによって、その効果が得られる。
よって、第１入射面２１と入射穴２３との距離はＳであり、残光阻止構造２４の底面と入射穴２３との距離はＬである。
かつ残光阻止構造２４と入射穴２３との距離は式０＜Ｌ＜（３／８）＊Ｓ（式１）及びＳ≧０．８＊Ｄ（式２）の関係式を満足する。
さらに、さまざまな光源の種類、光形のニーズまたは残光阻止効果に対応するため、本発明の残光阻止構造２４の表面は例えば、凸弧状、凹弧状、平面状または屈折状のいずれかを形成しても良い。
その原因は、一部の光線は第２入射面２２によって、残光阻止構造２４に反射されたとき、表面を凸弧状、凹弧状、平面状または屈折状に形成されると、その後の屈折効果を引き起こして、光出射した後の光形効果に影響を与える。
この点について、残光阻止構造２４の表面に細部の光形調整と変化すれば良い。
残光現象の阻止効果をさらに強化するため、残光阻止構造の表面に曇り面を形成することができる。その目的と理由は前述説明とほぼ同じであるため、ここでの説明を省略する。

引き続き、図２、３及び図５〜７を参照して説明する。
図示のとおり、０＜Ｌ＜（３／８）＊Ｓ（式１）及びＳ≧０．８＊Ｄ（式２）の関係式を満足した場合、発明者の実験結果から、Ｓ＝１３．００ｍｍ、Ｄ＝１５．００ｍｍ、かつＬ＝４．８０ｍｍのとき、第２入射面２２によって反射された一部の光線が残光阻止構造２４によって止められていることがわかった。
すなわち、図２及び図５において、第２入射面２２によって反射し、光出射面２０より出射する光線の量について、図５は図２に比べて、大きく減少している。
図６と図３の目標照射区域以外の光量を対比したところ、図６は図３に比べて、大幅な減少は明らかであり、しかもこのような現象は図５に対応する配光曲線図からもその効果がわかる。
よって、前述関係式を満足した残光阻止構造２４を適用すれば、公知技術に比べて、残光現象の形成を確実に阻止できる。
特に説明すべきは、公知技術による図２または本発明による図５の残光による光跡態様図は、残光現象の光線のみを描き、図３または図６の放射照度図に対応されている。
そのうち、図２または図５による残光現象は、図３または図６において、中央部の目標照射区域以外周囲の光輪分布であることを併せて説明する。

引き続き、図８〜１０に示した発光ダイオードを本発明もう一つの好ましい実施例による光跡態様図と、放射照度図と、配光曲線図と、を参照して説明する。
図示のとおり、０＜Ｌ＜（３／８）＊Ｓ（式１）
及びＳ≧０．８＊Ｄ（式２）
の関係式を満足した場合、発明者の実験結果から、Ｓ＝１３．００ｍｍ、Ｄ＝１５．００ｍｍかつＬ＝３．２５ｍｍのとき、第２入射面２２によって反射された一部の光線が残光阻止構造２４によって止められていることがわかる。
よって、対応の放射照度図（図９）と配光曲線図（図１０）によれば、目標照射区域以外の光輪がほとんど消えていることがわかる。
よって、前述関係式を満足した残光阻止構造２４を適用すれば、公知技術に比べて、残光現象の形成を確実に阻止できるほか、Ｌ値が小さいほど、残光阻止効果が良い。

引き続き図１１に示した、本発明の残光阻止構造を備えるレンズもう一つの好ましい実施例の構造態様図を参照して説明する。
本実施例において、大まかな構造は前述説明に同じのため、ここでは異なる点のみについて説明する。
本実施例において、光出射面２０は第１入射面２１の位置及び大きさに対応して盗み穴２００を凹設することによって、光源の中央区域の光が強すぎて、光の均一性が良くない問題を改善する。
本発明は前述した構造の設置により、残光現象の発生を徹底的に阻止できるほか、対象の照射区域についても光の均一性を有効に向上し、その後の照明などその他各分野への適用性を大幅に向上できる。

図１２に示した、本発明の残光阻止構造を備えるレンズモジュールの好ましい実施例の構造断面図を参照して説明する。
本実施例は図に示すとおり、残光阻止構造のレンズモジュール３を提供する。
残光阻止構造のレンズモジュール３は上部が広く下部が狭いコップ状構造に仕上げられ、最上部は光出射面２０を設けられ、底部は第１入射面２１と第２入射面２２と、を凹設されている。
第１入射面２１の縁部と第２入射面一つの縁部が接続して収容空間を形成する。
収容空間は光源４を設けられ、第２入射面２２もう一つの縁部は繞設して入射穴２３を形成する。
特徴として、残光阻止構造のレンズモジュール３の第１入射面２１は供光源より出射し第２入射面２２によって反射された残光阻止ための残光阻止構造２４を設けられている。
そのうち、残光阻止構造２４の底端と光源２４との距離はＬ”であり、光源の出射光線が第２入射面によって、残光阻止構造のレンズモジュール３に備える中心軸Ｉに反射して、中心部の反射点５を形成し、中心部の反射点５と光源４との距離はＰであり、かつ残光阻止構造２４の底端と光源４との距離は
Ｌ”≦Ｐ（式３）
の関係式を満足する。
本実施例において、残光阻止構造のレンズモジュール３は光源４を組つけた後の位置に対応して、残光阻止構造２４の寸法を具体的に調節することによって、残光阻止構造のレンズモジュール３が出射する光形は、残光現象を徹底的に解消できる。
まず、残光阻止構造のレンズモジュール３は残光阻止構造２４をもって、光源４側面の光路を改変し残光のエネルギーを消費することによって、不要な残光を大幅に解消することができる。
よって、光源４のうちわずか一部の光線が角度θ１、例えば０度より大きく、６０度に等しいかまたは小さい角度によって、第２入射面２２に出射した後、第２入射面２２にて引き続き角度θ２をもって、中心軸Ｉに反射して、中心部の反射点５を形成され、中心部の反射点５は中心軸Ｉ上に位置し、かつ中心部の反射点５から光源４までの距離はＰであり、
かつＰ＝Ｐ₁＋Ｐ₂またはＰ₂＝（Ｄ／２）＊ｔａｎθ₁、Ｐ₁＝（Ｄ／２）＊ｔａｎ（２θ₂−θ₁）（式４）
である。
Ｄは入射穴２３の幅を示す。
よって、Ｐ＝（Ｄ／２）＊ｔａｎ（２θ₂−θ₁）＋ｔａｎθ₁））（式５）。
すなわち、残光阻止構造２４の底端から光源４までの距離はＬ”であり、距離Ｐより小さければ、残光による光路分布の干渉を防止する効果を達成できる。
よって、仮にＬ”値をさらに小さくしても、残光阻止効果は影響されない。
このように本実施例において、残光阻止構造のレンズモジュール３はこの概念に基づき具体的に実施されたものである。
さらに、距離Ｐは入射穴２３の幅Ｄ並び第２入射面２２の反射角度θ２によって決められている。
本実施例は、
前記Ｐ＝（Ｄ／２）＊（ｔａｎ（２θ₂−θ₁）＋ ｔａｎθ₁））（式５）
の関係式を利用し、残光阻止構造２４の関係寸法を有効に調整して、残光現象を徹底的に解消することができる。

１・・・・・・光学レンズ
１０・・・・・光出射面
１１・・・・・第１入射面
１２・・・・・第２入射面
１３・・・・・入射穴
２・・・・・・残光阻止構造のレンズ
２０・・・・・光出射面
２００・・・・盗み穴
２１・・・・・第１入射面
２２・・・・・第２入射面
２３・・・・・入射穴
２４・・・・・残光阻止構造
３・・・・・・残光阻止構造のレンズモジュール
４・・・・・・光源
５・・・・・・中心部の反射点

Claims (5)

1. 残光阻止構造のレンズであって、
   上部が広く下部が狭いコップ状構造を仕上げられ、最上部は光出射面を設けられ、底部は第１入射面と第２入射面と、を凹設され、前記第１入射面の縁部は前記第２入射面の一縁部に接続し収容空間を形成して、光源を収容する、前記第２入射面もう一つの縁部は繞設して入射穴を形成され、前記入射穴の幅はＤであり、
   前記残光阻止構造のレンズの前記第１入射面は前記光源より出射し前記第２入射面によって反射される残光阻止のため、残光阻止構造を凸設されていて、前記第１入射面と前記入射穴との距離はＳであり、前記残光阻止構造の底部と前記入射穴との距離はＬであり、前記光源より出射し前記第２入射面によって、前記残光阻止構造のレンズに備える中心軸に反射され、中心部の反射点を形成し、前記中心部の反射点と前記光源との距離はＰであり、かつ前記残光阻止構造と前記入射穴との距離は０＜Ｌ＜（３／８）＊Ｓ（式１）及びＳ≧０．８＊Ｄ（式２）の関係式を満足し、
   ここで、
   第２入射面に出射する光源の光線と光源設置面との角度をθ１とし、
   第２入射面にて反射して引き続き中心軸Ｉに向かっている光線と光源設置面との角度をθ２とし、
   入射穴の幅をＤとした場合、
   Ｐ＝（Ｄ／２）＊（ｔａｎ（２θ2−θ1）＋ ｔａｎθ1））（式５）の関係式を満足する、
   ことを特徴とする、残光阻止構造のレンズ。
2. 前記残光阻止構造は前記第１入射面から前記入射穴に向かって収束状に延在して逆テーパー状構造を形成することを特徴とする、請求項１記載の残光阻止構造のレンズ。
3. 前記残光阻止構造の表面は凸弧状、凹弧状、平面状または屈折状のいずれかひとつであることを特徴とする、請求項２記載の残光阻止構造のレンズ。
4. 前記残光阻止構造の表面は曇り面を形成することを特徴とする、請求項３記載の残光阻止構造のレンズ。
5. 残光阻止構造のレンズモジュールであって、
   上部は広く下部は狭いコップ状構造を仕上げられ、最上部は光出射面を設けられ、底部は第１入射面と第２入射面を凹設され、前記第１入射面の縁部は前記第２入射面の縁部に接続し収容空間を形成して、光源を収容する、前記第２入射面もう一つの縁部は繞設して入射穴を形成し、
   前記残光阻止構造のレンズモジュールに備える前記第１入射面は前記光源より出射し前記第２入射面によって反射される残光阻止のため、前記残光阻止構造を凸設されていて、前記残光阻止構造の底端と前記光源との距離はＬ"であり、前記光源より出射し前記第２入射面によって、前記残光阻止構造のレンズモジュールに備える中心軸に反射され、中心部の反射点を形成し、前記中心部の反射点と前記光源との距離はＰであり、かつ前記残光阻止構造の底端と前記光源との距離はＬ"≦Ｐ（式３）の関係式を満足し、
   ここで、
   第２入射面に出射する光源の光線と光源設置面との角度をθ１とし、
   第２入射面にて反射して引き続き中心軸Ｉに向かっている光線と光源設置面との角度をθ２とし、
   入射穴の幅をＤとした場合、
   Ｐ＝（Ｄ／２）＊（ｔａｎ（２θ2−θ1）＋ ｔａｎθ1））（式５）の関係式を満足する、
   ことを特徴とする、残光阻止構造のレンズモジュール。