JPH0499074A - コリメートレンズ付ｌｅｄ - Google Patents
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- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
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- H01L2224/48221—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
- H01L2224/48245—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being metallic
- H01L2224/48247—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being metallic connecting the wire to a bond pad of the item
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- H01L2924/01015—Phosphorus [P]
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野）
本発明はロータリエンコーダ等に用いられるコリメート
レンズ付ＬＥＤに関する。
レンズ付ＬＥＤに関する。
従来、光電式ロータリエンコーダ等の光源に用いられる
コリメートレンズ付ＬＥＤとして、例えば特開昭６２−
１３９３６７号公報に記載されたＬＥＤがある。
コリメートレンズ付ＬＥＤとして、例えば特開昭６２−
１３９３６７号公報に記載されたＬＥＤがある。
第４図は、その断面図である。コリメートレンズはアク
リル製で、レンズ外面Ｂは楕円の長径を回転軸とする回
転楕円面の一部を形成し、レンズ内面Ａは、楕円の焦点
（詳しくは、レンズの頂点から遠い焦点）Ｆを中心とす
る球面である。レンズは、楕円の長径α、短径β、レン
ズの屈折率ｎの間に次式 ％式％（２） が成立つように形成されている。また、発光チツブ２は
、その表面が楕円の焦点Ｆとほぼ一致するようにステム
３に接着され、金線５を介して外部リード４に接続され
ている。したがって発光チップ２から出射した光は、レ
ンズの内面への球面で屈折せずにレンズに入射し、レン
ズの外面Ｂの回転楕円面で屈折して楕円の長径に平行な
光束になる。上記公報の実施例に記載されているレンズ
の寸法はａ ＝ ４ ｍｍ、β＝ ３ ｍｍ、 ｎ ＝
１．５１２で式（２）の関係を満たしている。楕円の
中心から焦点Ｆ迄の距離ｆ ＝ ａ ／ｎ＝ ２．６４
５＋ｓｍであるので、発光チップ２の表面からステム３
の裏面までの長さを１．３■−とすると、レンズの頂点
Ｄ、すなわち回転楕円面の頂点からステム３までの距離
Ｓは４＋２．６４５ ＋ １．３ ＝ ７．９４５＋ａ
ｍである。
リル製で、レンズ外面Ｂは楕円の長径を回転軸とする回
転楕円面の一部を形成し、レンズ内面Ａは、楕円の焦点
（詳しくは、レンズの頂点から遠い焦点）Ｆを中心とす
る球面である。レンズは、楕円の長径α、短径β、レン
ズの屈折率ｎの間に次式 ％式％（２） が成立つように形成されている。また、発光チツブ２は
、その表面が楕円の焦点Ｆとほぼ一致するようにステム
３に接着され、金線５を介して外部リード４に接続され
ている。したがって発光チップ２から出射した光は、レ
ンズの内面への球面で屈折せずにレンズに入射し、レン
ズの外面Ｂの回転楕円面で屈折して楕円の長径に平行な
光束になる。上記公報の実施例に記載されているレンズ
の寸法はａ ＝ ４ ｍｍ、β＝ ３ ｍｍ、 ｎ ＝
１．５１２で式（２）の関係を満たしている。楕円の
中心から焦点Ｆ迄の距離ｆ ＝ ａ ／ｎ＝ ２．６４
５＋ｓｍであるので、発光チップ２の表面からステム３
の裏面までの長さを１．３■−とすると、レンズの頂点
Ｄ、すなわち回転楕円面の頂点からステム３までの距離
Ｓは４＋２．６４５ ＋ １．３ ＝ ７．９４５＋ａ
ｍである。
（発明が解決しようとする課題〕
光電式ロータリエンコーダにおいては、光源用のコリメ
ートレンズ付ＬＥＤ （以下、ＬＥＤと記す）は、その
光軸とロータリエンコーダのシャフトとが平行になるよ
うロータリエンコーダに取付けられる場合が多く、ＬＥ
Ｄの光軸方向の寸法がロータリエンコーダのシャフト方
向寸法に影響する。このため、ＬＥＤの光軸方向の長さ
を短縮する必要があるけれど、そのためには、、該長さ
の大部分を占めるレンズの長さを短縮しなければならな
い。しかし、式（２）から明らかなように、楕円の縦横
寸法の比は、レンズの屈折率によって定まるので、第４
図の従来例でＬＥＤの光軸方向の寸法を短くするために
はレンズを全体的に縮小しなければならない。
ートレンズ付ＬＥＤ （以下、ＬＥＤと記す）は、その
光軸とロータリエンコーダのシャフトとが平行になるよ
うロータリエンコーダに取付けられる場合が多く、ＬＥ
Ｄの光軸方向の寸法がロータリエンコーダのシャフト方
向寸法に影響する。このため、ＬＥＤの光軸方向の長さ
を短縮する必要があるけれど、そのためには、、該長さ
の大部分を占めるレンズの長さを短縮しなければならな
い。しかし、式（２）から明らかなように、楕円の縦横
寸法の比は、レンズの屈折率によって定まるので、第４
図の従来例でＬＥＤの光軸方向の寸法を短くするために
はレンズを全体的に縮小しなければならない。
一方、レンズを全体的に縮小すると楕円の短径もそのま
ま縮小され、平行光が得られる有効照射面積が小さくな
フてしまうという問題点がある。
ま縮小され、平行光が得られる有効照射面積が小さくな
フてしまうという問題点がある。
本発明の目的は、楕円の寸法を縮小せず、すなわち、平
行光が得られる有効照射面積を小さくせずに光軸方向の
寸法のみを短縮したコリメートレンズ付ＬＥＤを提供す
ることにある。
行光が得られる有効照射面積を小さくせずに光軸方向の
寸法のみを短縮したコリメートレンズ付ＬＥＤを提供す
ることにある。
本発明のコリメートレンズ付ＬＥＤは、楕円の長径を含
む直線を光軸とし、該長径の一端を頂点とし、前記楕円
の長径のまわりの回転楕円面の一部を外面とするレンズ
をコリメートレンズとして備えるコリメートレンズ付Ｌ
ＥＤであって、 前記楕円の、前記頂点から遠い焦点を極として該焦点か
ら前記頂点へ向く半直線を始線とする極座標を（ｒ、θ
）とし、レンズの屈折率をｎ、前記焦点と前記光軸上の
所定の点との間の距離をａとするとき、 前記レンズは、次式 ％式％（） で表わされる内面を有し、ＬＥＤ光源は前記所定の点に
位置決めされる。
む直線を光軸とし、該長径の一端を頂点とし、前記楕円
の長径のまわりの回転楕円面の一部を外面とするレンズ
をコリメートレンズとして備えるコリメートレンズ付Ｌ
ＥＤであって、 前記楕円の、前記頂点から遠い焦点を極として該焦点か
ら前記頂点へ向く半直線を始線とする極座標を（ｒ、θ
）とし、レンズの屈折率をｎ、前記焦点と前記光軸上の
所定の点との間の距離をａとするとき、 前記レンズは、次式 ％式％（） で表わされる内面を有し、ＬＥＤ光源は前記所定の点に
位置決めされる。
（作用）
本発明のコリメートレンズ付ＬＥＤにおいては、（１）
レンズの有効照射面積を小さくせずに光軸方向の長さ
を縮小するために光源をレンズに近づけ、（２）レンズ
から出射する光線をコリメートするために、光源の虚像
が楕円の焦点に位置するように、レンズの内面の形状を
設計する。
レンズの有効照射面積を小さくせずに光軸方向の長さ
を縮小するために光源をレンズに近づけ、（２）レンズ
から出射する光線をコリメートするために、光源の虚像
が楕円の焦点に位置するように、レンズの内面の形状を
設計する。
第３図は本発明の詳細な説明図である。
いま、焦点Ｆを極とし、焦点Ｆからレンズの頂点へ向く
半直線Ｆ×を始線とする極座標（「、θ）によフて内面
Ａの方程式を次式で表わす。
半直線Ｆ×を始線とする極座標（「、θ）によフて内面
Ａの方程式を次式で表わす。
ｒ＝ｈ（θ）（３）
また、光源は光軸上の、焦点Ｆに対してレンズ側（第３
図では焦点Ｆの右側）の点Ｑに置かれるものとし、さら
に、第３図中、記号Ｎ、Ｒはそれぞれ内面Ａの面法線お
よび屈折光の向きを示す単位ベクトルとする。
図では焦点Ｆの右側）の点Ｑに置かれるものとし、さら
に、第３図中、記号Ｎ、Ｒはそれぞれ内面Ａの面法線お
よび屈折光の向きを示す単位ベクトルとする。
点Ｑにある光源の虚像が焦点Ｆにできるためには、点Ｑ
を出射して内面Ａ上の任意の点ＰでＲ方向に屈折した光
の光路を逆向きに延長すると、その延長線（以下、仮想
光路と記す）が焦点Ｆを通過しなければならない。以下
、この要件を虚光源要件と記す。したがって、式（３）
の関数形ｈ（θ）は虚光源要件が満たされるように定め
られなければならない。
を出射して内面Ａ上の任意の点ＰでＲ方向に屈折した光
の光路を逆向きに延長すると、その延長線（以下、仮想
光路と記す）が焦点Ｆを通過しなければならない。以下
、この要件を虚光源要件と記す。したがって、式（３）
の関数形ｈ（θ）は虚光源要件が満たされるように定め
られなければならない。
点Ｑから点Ｐに入射１ノだ先の入射角および屈折角をそ
れぞれθ１．θ２とすると、スネルの法則によって、次
式を得る。
れぞれθ１．θ２とすると、スネルの法則によって、次
式を得る。
ｓｉｎθ１＝ｎｓｉｎθ２（４）
仮想光路は焦点Ｆを通るので、次式を得る。
ｊａｎθ２＝ −（５）
したかりて、
■
ｓｉｎθ” ＝（ｈ２ ＋ ｕ２）ｌ／２ １ （６
）ｃｏｓｅ、 ＝ （ｈ、や□・）・、 （７）こ
こでｈミｈ（θ） 、 ＨＥｄｈ／ｄθである。
）ｃｏｓｅ、 ＝ （ｈ、や□・）・、 （７）こ
こでｈミｈ（θ） 、 ＨＥｄｈ／ｄθである。
いま、ＦＱ＝ ａ 、角ＦＰＱ Ｅθ３とおき、△ＦＰ
Ｑに正弦法則を適用すると、 を得る。したがって、次式 ％式％） の右辺に式（６） 、 （７） 、 （９） 、 （１
０）を代入すると、ｓｉｎθ、 ＝ （ｈａｓｉｎθ＋
Ｈ（ｈ−ａｃｏｓθ））×を得る。
Ｑに正弦法則を適用すると、 を得る。したがって、次式 ％式％） の右辺に式（６） 、 （７） 、 （９） 、 （１
０）を代入すると、ｓｉｎθ、 ＝ （ｈａｓｉｎθ＋
Ｈ（ｈ−ａｃｏｓθ））×を得る。
式（６） と式（１２）によって式（４）のスネルの法
則を表わし、さらにＨ＝ ｄｈ／ｄθ について解くと
次の微分方程式を得る。
則を表わし、さらにＨ＝ ｄｈ／ｄθ について解くと
次の微分方程式を得る。
、°、 ｓｉｎθ３ ＝
（ｈ２−２ｈａｃｏｓθ＋ａ２）ｌ／２・ ｓｉｎθ
・・・ （９）
レンズの内面Ａは、式（１３）にルンゲ・フッタ法を適
用して求めることができる。
用して求めることができる。
したがって、点Ｑにおかれた光源から出射した光は、内
面へで屈折してあたかも焦点Ｆから出射した光線が内面
Ａで屈折しないで進行した場合と同様な光路をとる。そ
の結果、レンズから出た光線は光軸に平行な光束になる
。したがって点Ｑはレンズの焦点Ｆ゛と一致する。
面へで屈折してあたかも焦点Ｆから出射した光線が内面
Ａで屈折しないで進行した場合と同様な光路をとる。そ
の結果、レンズから出た光線は光軸に平行な光束になる
。したがって点Ｑはレンズの焦点Ｆ゛と一致する。
このようにして、レンズの焦点Ｆ′が楕円の焦点Ｆより
もレンズの近くに位置するように内面Ａを設計し、その
焦点Ｆ°の位置Ｑに光源を置くことにより、ＬＥＤの光
軸方向の寸法を縮小することができる。
もレンズの近くに位置するように内面Ａを設計し、その
焦点Ｆ°の位置Ｑに光源を置くことにより、ＬＥＤの光
軸方向の寸法を縮小することができる。
次に、本発明の実施例について図面を参照して説明する
。
。
第１図は本発明のコリメートレンズ付ＬＥＤの実施例の
断面図、第２図は第１図のＬＥＤの近軸光線の光路を示
す図である。
断面図、第２図は第１図のＬＥＤの近軸光線の光路を示
す図である。
本実施例においては、レンズ１はアクリル製でレンズ本
体１１とレンズ支持部１２とから成っている。楕円の長
径α、短径β、レンズの屈折率ｎは前述の従来例と同じ
でα−４■、β＝３ｍｍ、ｎ＝１．５１２である。ステ
ム３も前述の従来技術と同じものを用いている。ステム
３の上に置かれた発光チップ２の表面は、レンズ本体の
外面Ｂが形成する楕円の焦点Ｆよりレンズ側に距離ａ
＝ １ ｍｍだけ寄った光軸上の点Ｑにある。以下、距
離ａを短縮距離と記す。
体１１とレンズ支持部１２とから成っている。楕円の長
径α、短径β、レンズの屈折率ｎは前述の従来例と同じ
でα−４■、β＝３ｍｍ、ｎ＝１．５１２である。ステ
ム３も前述の従来技術と同じものを用いている。ステム
３の上に置かれた発光チップ２の表面は、レンズ本体の
外面Ｂが形成する楕円の焦点Ｆよりレンズ側に距離ａ
＝ １ ｍｍだけ寄った光軸上の点Ｑにある。以下、距
離ａを短縮距離と記す。
レンズ本体の内面Ａは式（１３）の微分方程式で表わさ
れる曲面である。本実施例においては、微分方程式（１
３）の解を求めるための境界条件を次のように設定する
。
れる曲面である。本実施例においては、微分方程式（１
３）の解を求めるための境界条件を次のように設定する
。
Ｈ（０） ＝ Ｏ（１４）
ｎ
ｈ （０） ＝ （
１５）式（ｌりは内面Ａが光軸（θ＝０）に垂直に交わ
るための条件である。式（１５）は、点Ｑから出射され
た近軸光線が焦点Ｆに虚像を結ぶための条件である（第
２図参照）。
１５）式（ｌりは内面Ａが光軸（θ＝０）に垂直に交わ
るための条件である。式（１５）は、点Ｑから出射され
た近軸光線が焦点Ｆに虚像を結ぶための条件である（第
２図参照）。
式（１４） 、 （１５）を境界条件として式（１３）
の微分方程式を解いて得られる曲面Ａを用いれば、楕円
の焦点Ｆからレンズ側に短縮距離ａ ＝ １．０ｍｍだ
け寄ったところにこのレンズの焦点Ｆ′が出来る。
の微分方程式を解いて得られる曲面Ａを用いれば、楕円
の焦点Ｆからレンズ側に短縮距離ａ ＝ １．０ｍｍだ
け寄ったところにこのレンズの焦点Ｆ′が出来る。
この焦点Ｆ′の位置Ｑに発光チップの表面が位置決めさ
れるようにレンズ支持部１２の寸法が決めであるので、
楕円の頂点りからステム３の裏面までの寸法りは７．９
４５−１．０ ＝ ６．９４５ｍｍである。
れるようにレンズ支持部１２の寸法が決めであるので、
楕円の頂点りからステム３の裏面までの寸法りは７．９
４５−１．０ ＝ ６．９４５ｍｍである。
なお、短縮路ｌＩａの値は自由に決めることができるが
、あまり大きくすると、微分方程式（１３）による曲面
が楕円と交わってしまう。そこで、本実施例では、この
曲面が楕円と交わらないようにａ＝１．Ｏｍｍとした。
、あまり大きくすると、微分方程式（１３）による曲面
が楕円と交わってしまう。そこで、本実施例では、この
曲面が楕円と交わらないようにａ＝１．Ｏｍｍとした。
（発明の効果）
以上説明したように本発明は、光源の位置をレンズに近
付けても光源の虚像の位置が楕円の焦点と一致するよう
に、レンズの内面を設計することにより、楕円の寸法を
変えずに、すなわち平行光が得られる有効照射面積を狭
くせずに、ＬＥＤ。
付けても光源の虚像の位置が楕円の焦点と一致するよう
に、レンズの内面を設計することにより、楕円の寸法を
変えずに、すなわち平行光が得られる有効照射面積を狭
くせずに、ＬＥＤ。
光軸方向の寸法のみを短縮することができ、その結果、
ＬＥＤが取付けられる機器の寸法を小さくすることがで
きる効果がある。
ＬＥＤが取付けられる機器の寸法を小さくすることがで
きる効果がある。
第１図は本発明のコリメートレンズ付ＬＥＤの一実施例
の断面図、第２図は第１図のＬＥＤの近軸光線の光路を
示す図、第３図は本発明の詳細な説明図、第４図はコリ
メートレンズ付ＬＥＤの従来例の断面図である。 １軸・レンズ、 ２・・・発光チップ、 ３・・・ステム、 ４・・・外部リード、 ５・・・金線、 １１−・・レンズ本体、 １２−・・レンズ支持部。
の断面図、第２図は第１図のＬＥＤの近軸光線の光路を
示す図、第３図は本発明の詳細な説明図、第４図はコリ
メートレンズ付ＬＥＤの従来例の断面図である。 １軸・レンズ、 ２・・・発光チップ、 ３・・・ステム、 ４・・・外部リード、 ５・・・金線、 １１−・・レンズ本体、 １２−・・レンズ支持部。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 楕円の長径を含む直線を光軸とし、該長径の一端を頂点
とし、前記楕円の長径のまわりの回転楕円面の一部を外
面とするレンズをコリメートレンズとして備えるコリメ
ートレンズ付ＬＥＤにおいて、 前記楕円の焦点のうち、前記頂点から遠い焦点を極とし
て該焦点から前記頂点へ向く半直線を始線とする極座標
を（ｒ、θ）とし、レンズの屈折率をｎ、前記焦点と前
記光軸上の所定の点との間の距離をａとするとき、 前記レンズは、次式 ｄｒ／ｄθ＝ｒａｃｏｓθ／｛ａｃｏｓθ＋ｎ（ｒ＾２
−２ｒａｃｏｓθ＋ａ＾２）＾１＾／＾２−ｒ｝・・・
（１） で表わされる内面を有し、ＬＥＤ光源は前記所定の点に
位置決めされることを特徴とするコリメートレンズ付Ｌ
ＥＤ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2139937A JP2946642B2 (ja) | 1990-05-31 | 1990-05-31 | コリメートレンズ付ｌｅｄ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2139937A JP2946642B2 (ja) | 1990-05-31 | 1990-05-31 | コリメートレンズ付ｌｅｄ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0499074A true JPH0499074A (ja) | 1992-03-31 |
| JP2946642B2 JP2946642B2 (ja) | 1999-09-06 |
Family
ID=15257146
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2139937A Expired - Fee Related JP2946642B2 (ja) | 1990-05-31 | 1990-05-31 | コリメートレンズ付ｌｅｄ |
Country Status (1)
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| JP (1) | JP2946642B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH06148406A (ja) * | 1992-11-02 | 1994-05-27 | Micro Eng Kk | 非球面メニスカスレンズ |
| EP0681194A1 (en) * | 1994-05-02 | 1995-11-08 | Stanley Electric Corporation | Surface-curved optical element adapted for emergence and incidence of parallel light rays |
| JP2009290181A (ja) * | 2008-05-29 | 2009-12-10 | Samsung Electro Mech Co Ltd | 拡散レンズ及びそれを用いた発光素子組立体 |
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1990
- 1990-05-31 JP JP2139937A patent/JP2946642B2/ja not_active Expired - Fee Related
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|---|---|---|---|---|
| JPH06148406A (ja) * | 1992-11-02 | 1994-05-27 | Micro Eng Kk | 非球面メニスカスレンズ |
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| US8128260B2 (en) | 2008-05-29 | 2012-03-06 | Samsung Led Co., Ltd. | Spread lens with refraction parts, and lighting device |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2946642B2 (ja) | 1999-09-06 |
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