WO2012073398A1 - 光学素子 - Google Patents

光学素子 Download PDF

Info

Publication number
WO2012073398A1
WO2012073398A1 PCT/JP2011/003608 JP2011003608W WO2012073398A1 WO 2012073398 A1 WO2012073398 A1 WO 2012073398A1 JP 2011003608 W JP2011003608 W JP 2011003608W WO 2012073398 A1 WO2012073398 A1 WO 2012073398A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
axis
light source
section
center
optical element
Prior art date
Application number
PCT/JP2011/003608
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
賢元 池田
大介 関
Original Assignee
ナルックス株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ナルックス株式会社 filed Critical ナルックス株式会社
Priority to CN201180019655.8A priority Critical patent/CN102844618B/zh
Priority to JP2012506271A priority patent/JP5028569B2/ja
Priority to KR1020127027438A priority patent/KR101509876B1/ko
Publication of WO2012073398A1 publication Critical patent/WO2012073398A1/ja
Priority to US13/670,763 priority patent/US9200777B2/en

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V5/00—Refractors for light sources
    • F21V5/04—Refractors for light sources of lens shape
    • F21V5/046—Refractors for light sources of lens shape the lens having a rotationally symmetrical shape about an axis for transmitting light in a direction mainly perpendicular to this axis, e.g. ring or annular lens with light source disposed inside the ring
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B19/00—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics
    • G02B19/0004—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the optical means employed
    • G02B19/0009—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the optical means employed having refractive surfaces only
    • G02B19/0014—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the optical means employed having refractive surfaces only at least one surface having optical power
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B19/00—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics
    • G02B19/0033—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the use
    • G02B19/0047—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the use for use with a light source
    • G02B19/0061—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the use for use with a light source the light source comprising a LED
    • G02B19/0066—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the use for use with a light source the light source comprising a LED in the form of an LED array
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/133—Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
    • G02F1/1333—Constructional arrangements; Manufacturing methods
    • G02F1/1335—Structural association of cells with optical devices, e.g. polarisers or reflectors
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21Y—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES F21K, F21L, F21S and F21V, RELATING TO THE FORM OR THE KIND OF THE LIGHT SOURCES OR OF THE COLOUR OF THE LIGHT EMITTED
    • F21Y2105/00—Planar light sources
    • F21Y2105/10—Planar light sources comprising a two-dimensional array of point-like light-generating elements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21Y—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES F21K, F21L, F21S and F21V, RELATING TO THE FORM OR THE KIND OF THE LIGHT SOURCES OR OF THE COLOUR OF THE LIGHT EMITTED
    • F21Y2115/00—Light-generating elements of semiconductor light sources
    • F21Y2115/10—Light-emitting diodes [LED]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/48—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor body packages
    • H01L33/58—Optical field-shaping elements

Definitions

  • FIG. It is a figure which shows the illumination intensity distribution in the yz cross section by the illuminating device of Example 1, and xz cross section. It is a figure which shows the illumination intensity distribution of the to-be-irradiated surface 201 by the illuminating device of the comparative example 1.
  • FIG. It is a figure which shows the illumination intensity distribution in the yz cross section by the illuminating device of the comparative example 1, and xz cross section.
  • FIG. It is a figure which shows the illumination intensity distribution in the yz cross section by the illuminating device of Example 2, and xz cross section.
  • FIG. 8 is a diagram showing the illuminance distribution on the illuminated surface 201 by the illumination device of Comparative Example 1.
  • FIG. The horizontal direction in FIG. 8 is the x-axis direction, and the vertical direction is the y-axis direction.
  • the circular solid line indicates the optical surface of the optical element (lens).
  • the plurality of optical elements are arranged at intervals of 50 mm in the x-axis direction and the y-axis direction on the surface including those optical surfaces.
  • four optical elements 103 are arranged in the x-axis direction and three in the y-axis direction. In FIG. 8, the darker the color, the lower the illuminance, and the whiter the color, the higher the illuminance.

Abstract

　被照射面を均一に照射する照明装置であって、縦と横の長さが異なる平面光源に使用される照明装置を提供する。　本発明による照明装置は、面光源と、該面光源からの光を受け取る入射面と出射面とを含む光学素子と、を備えた照明装置であって、該面光源の面内における形状は、該面光源の中心を原点とし、直交する２軸をx軸及びｙ軸として、x軸及びｙ軸に関して線対称であり、x軸の方向の長さは、y軸の方向の長さよりも短く、原点を通り該面光源の面に垂直な軸を光軸として、該入射面は、該光軸との交点を頂点とし、該光軸を含む断面において該光軸に関して線対称なキャップ状であり、該面光源のｘ座標の最大値をａ、ｙ座標の最大値をｂとして、以下の式を満たす。

Description

光学素子
　本発明は、面光源による照明に利用される光学素子に関する。
　発光ダイオード（LED）などの面光源を使用した照明装置が広く利用されている。発光ダイオードを使用した、ディスプレイなどのバックライト照明装置においては、ディスプレイの画面を均一に照射する必要がある。LED光源は、白熱電球光源と比較して、前面方向に照射される光の割合が高い。したがって、LED光源によって広い面積を均一に照射するには、複数のLED光源による光の重ね合わせが大きくなるようにLED光源の数を多くするか、被照射面をLED光源から遠ざける必要がある。しかし、LED光源の数を多くすると、製造コストが増加し、また、消費電力も増加する。被照射面をLED光源から遠ざけると、照明装置がコンパクトではなくなる。そこで、LED光源によって照射される光の分布（配光特性）を適切に変えるように、LED光源の前面に光学素子を配置したバックライト照明装置が開発されている（特許文献1など）。
　他方、光量の大きなLED光源は、複数のLEDチップから構成されることが多い。この場合に、複数のLEDチップは、配線など構造上の理由から直線上に配置されることが多い。この結果、LED光源の縦と横の長さは異なる。また、単一のLEDチップを使用するLED光源の場合でも、配線などの理由から、縦と横の長さが異なるものが存在する。
　しかし、被照射面を均一に照射する照明装置において、縦と横の長さが異なるLED光源に使用される光学素子は開発されていない。
特許第3875247号公報
　したがって、被照射面を均一に照射する照明装置であって、縦と横の長さが異なる平面光源に使用される照明装置に対するニーズがある。
　本発明による照明装置は、面光源と、該面光源からの光を受け取る入射面と出射面とを含む光学素子と、を備えた照明装置であって、該面光源の面内における形状は、該面光源の中心を原点とし、直交する２軸をx軸及びｙ軸として、x軸及びｙ軸に関して線対称であり、x軸の方向の長さは、y軸の方向の長さよりも短く、原点を通り該面光源の面に垂直な軸を光軸として、該入射面は、該光軸との交点を頂点とし、該光軸を含む断面において該光軸に関して線対称なキャップ状であり、該面光源のｘ座標の最大値をａ、ｙ座標の最大値をｂ、
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
 として、
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
 である。
　本発明の照明装置において、光学素子の入射面は、光軸との交点を頂点とし、該光軸を含む断面において該光軸に関して線対称なキャップ状であり、該面光源のｘ座標の最大値をａ、ｙ座標の最大値をｂ、
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
 として、
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
 となるように構成されている。したがって、x軸方向の長さがy軸方向の長さよりも短い面光源であっても、被照射面における両軸方向の照度分布のばらつきを小さくすることができる。
　本発明の第１の実施形態による照明装置においては、
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
 である。
　本実施形態においては、
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
 を満たす、x軸方向の長さがy軸方向の長さよりも短い面光源であっても、被照射面における両軸方向の照度分布のばらつきを小さくすることができる。
　本発明の第２の実施形態による照明装置は、前記入射面がバイコーニック面である。
　本実施形態によれば、所望の条件を満たす前記入射面の形状を容易に定めることができる。
　本発明の第３の実施形態による照明装置は、前記入射面が、ｉ、ｊは整数であるとして
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000007
 によって表される。
　本実施形態によれば、所望の条件を満たす前記入射面の形状を容易に定めることができる。
　本発明の第４の実施形態による照明装置は、前記出射面と前記光軸との交点を前記出射面の中心として、前記出射面の中心を含む部分に拡散構造を備えている。
　本実施形態によれば、光軸に沿って前方方向に進む光を拡散させることによって、被照射面における両軸方向の照度分布のばらつきをより小さくすることができる。
　本発明の第５の実施形態による照明装置は、前記出射面と前記光軸との交点を前記出射面の中心として、前記入射面の中心を含む部分に拡散構造を備えている。
　本実施形態によれば、光軸に沿って前方方向に進む光を拡散させることによって、被照射面における両軸方向の照度分布のばらつきをより小さくすることができる。
　本発明の第６の実施形態による照明装置は、前記出射面と前記光軸との交点を前記出射面の中心として、前記出射面の中心を含む面を前記出射面の上面として、該上面と側面との境界部分に拡散構造を備えている。
　本実施形態によれば、中心軸(光軸)に対して大きな角度を持った光線をよりよく制御することにより、被照射面における両軸方向の照度分布のばらつきをより小さくすることができる。
　本発明の第７の実施形態による照明装置は、原点を含むxy面に形成される面を底面として、該底面に拡散構造を備えている。
　本実施形態によれば、光学素子の底面に備えた拡散構造により、光学素子内部での全反射による光線や、被照射面からの反射による光線や、複数の光学素子を配置した際に隣接した光学素子からの光線などが光学素子の底面を経由して被照射面へ到達するのを防止することにより、被照射面の輝度ムラを低減することができる。
縦と横の長さが異なる面光源の種々の例を示す図である。 LED光源及び光学素子の、LED光源の中心を通り光源の面に垂直な中心軸と横方向の軸（x軸）を含む断面を示す図である。 LED光源及び光学素子の、LED光源の中心を通り光源の面に垂直な中心軸と横方向の軸（x軸）を含む断面を示す図である。 LED光源及び入射面１の、LED光源の中心を通り光源の面に垂直な中心軸と横方向の軸（x軸）を含む断面を示す図である。 LED光源及び出射面の、LED光源の中心を通り光源の面に垂直な中心軸と縦方向の軸（ｙ軸）を含む断面を示す図である。 実施例１の照明装置による被照射面の照度分布を示す図である。 実施例１の照明装置によるyz断面及びxz断面における照度分布を示す図である。 比較例１の照明装置による被照射面２０１の照度分布を示す図である。 比較例１の照明装置によるyz断面及びxz断面における照度分布を示す図である。 実施例２の照明装置による被照射面の照度分布を示す図である。 実施例２の照明装置によるyz断面及びxz断面における照度分布を示す図である。 habと照度のばらつきとの関係を示す図である。 射出成形によって製造される光学素子であって、出射面と中心軸との交点付近に樹脂の供給ゲートを設けた光学素子(レンズ)を示す図である。 射出成形によって製造される光学素子であって、出射面と中心軸との交点付近に円錐台状の突起部を設け、そこに樹脂の供給ゲートを設けた光学素子(レンズ)を示す図である。 入射面１０３１Cと中心軸との交点付近に拡散構造を備えた光学素子を示す図である。 出射面１０３３Dと中心軸との交点付近に拡散構造を備えた光学素子を示す図である。 入射面１０３１Cと中心軸との交点を含む面を上面として、該上面と側面との境界付近に拡散構造を備えた光学素子を示す図である。 原点を含むxy面に形成される面を底面として、該底面に拡散構造を備えた光学素子を示す図である。
　以下の本発明の実施携帯において、面光源をLED光源とした例で説明するが、他のどのような面光源であって本発明を適用することができる。
　図１は、縦と横の長さが異なる面光源の種々の例を示す図である。図１において、LED光源の形状を実線で表す。
　図１（A）は、蛍光剤で覆われた単一のLEDチップから構成されるLED光源を示す図である。
　図１（B）は、縦の長さと横の長さが異なる、１個のLEDチップから構成されるLED光源を示す図である。縦の長さと横の長さの比は、３対１である。
　図１（C）は、縦の長さと横の長さが異なる、２個のLEDチップから構成されるLED光源を示す図である。縦の長さと横の長さの比は、３対２である。
　図１（D）は、縦の長さと横の長さが等しい、４個のLEDチップから構成されるLED光源を示す図である。縦の長さと横の長さの比は、７対１である。
　図２は、LED光源１０１及び光学素子１０３の、LED光源１０１の中心を通り光源の面に垂直な中心軸と光源の面における横方向の軸（x軸）を含む断面を示す図である。
　図３は、LED光源１０１及び光学素子１０３の、LED光源１０１の中心を通り光源の面に垂直な中心軸と光源の面における縦方向の軸（ｙ軸）を含む断面を示す図である。
　LED光源１０１の発光面は、x軸及びy軸に関して線対称な形状を有する。LED光源１０１の発光面の、x軸方向の長さは２aであり、y軸方向の長さは２ｂである。ここで、aはｂよりも小さい。光学素子１０３は、入射面１０３１と出射面１０３３とを備える。入射面１０３１は、LED光源１０１を覆うキャップ状に形成される。キャップの頂点は、入射面１０３１と中心軸との交点である。入射面１０３１の中心軸を含む断面は中心軸に関して線対称である。LED光源１０１の発光面及び光学素子１０３の底面は、同一面を形成する。中心軸とLED光源１０１の発光面との交点及び中心軸と出射面１０３３との交点の間の距離をTで示す。また、LED光源１０１の発光面と被照射面２０１との距離をDで示す。
　図４は、LED光源１０１及び入射面１０３１の、LED光源１０１の中心を通り光源の面に垂直な中心軸と光源の面における横方向の軸（x軸）を含む断面を示す図である。図４において、LED光源１０１の発光面と頂点との距離をhで示す。また、ｘ座標がaまたは-aの位置における入射面１０３１と頂点との距離をh aで示す。
　図５は、LED光源１０１及び出射面１０３３の、LED光源１０１の中心を通り光源の面に垂直な中心軸と光源の面における縦方向の軸（ｙ軸）を含む断面を示す図である。図５において、LED光源１０１の発光面と頂点との距離をhで示す。また、ｘ座標がｂまたは-ｂの位置における入射面１０３１と頂点との距離をh ｂで示す。
　本発明の照明装置の実施例及び比較例を以下に示す。
実施例１
　実施例１の照明装置の仕様は以下のとおりである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　入射面１０３１は、バイコーニック面であり、以下の式で表せる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000008
 ここでzは、入射面の頂点から入射面１０３１上の点までの中心軸方向の距離を表す。cx とcy はそれぞれXZ断面の曲率、YZ断面の曲率であり、RxとRyはそれぞれXZ断面の曲率半径、YZ断面の曲率半径であり、kxとkyはそれぞれXZ断面のコーニック係数、YZ断面のコーニック係数である。
　入射面１０３１の仕様は以下のとおりである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　また、本実施例において
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000009
 とすると、hab＝0.45%である。
　出射面１０３３は、LED光源１０１の反対側に凸の形状であり、以下の式で表せる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000010
　ここでzは、出射面１０３３と中心軸との交点から出射面１０３３上の点までの距離である。c は曲率、Rは曲率半径であり、kはコーニック係数であり、Aiは非球面係数である。
出射面１０３３の仕様は以下のとおりである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
　つぎに、実施例１の照明装置の効果について説明する。
　図６は、実施例１の照明装置による被照射面２０１の照度分布を示す図である。図６の横方向がx軸方向であり、縦方向がy軸方向である。図において円形の実線は光学素子１０３の光学面を示す。複数の光学素子(レンズ)１０３は、それらの光学面を含む面において、x軸方向及びy軸方向に５０mmの間隔で配置される。図６において、ｘ軸方向に４個、ｙ軸方向に３個の光学素子１０３が配置されている。図６において、色が黒いほど照度が低く、色が白いほど照度が高い。点線A1と点線B1はそれぞれ光源とレンズの中心を含むｙｚ断面とｘｚ断面であり、点線A2と点線B2はそれぞれ隣り合う光学素子の中心の中間点を含むｙｚ断面とｘｚ断面である。
　図７は、実施例１の照明装置によるyz断面及びxz断面における照度分布を示す図である。
　図７（A） は、光学素子の中心を含むｙｚ断面（A1断面）の照度分布を示す図である。図７（A）の横軸は、y軸方向の位置を示し、図７（A）の縦軸は、照度の最大値を１００％としたときの相対照度を示す。図７（A）において、光学素子（レンズ）の中心を点線で示した。
　図７（B） は、隣り合う光学素子の中心の中間点を含むｙｚ断面（A2断面）の照度分布を示す図である。図７（B）の横軸は、y軸方向の位置を示し、図７（B）の縦軸は、照度の最大値を１００％としたときの相対照度を示す。図７（B）において、光学素子（レンズ）の中心を点線で示した。
　図７（C） は、光学素子の中心を含むｘｚ断面（B1断面）の照度分布を示す図である。図７（C）の横軸は、ｘ軸方向の位置を示し、図７（C）の縦軸は、照度の最大値を１００％としたときの相対照度を示す。図７（C）において、光学素子（レンズ）の中心を点線で示した。
　図７（D） は、隣り合う光学素子の中心の中間点を含むｘｚ断面（B2断面）の照度分布を示す図である。図７（D）の横軸は、ｘ軸方向の位置を示し、図７（D）の縦軸は、照度の最大値を１００％としたときの相対照度を示す。図７（D）において、光学素子（レンズ）の中心を点線で示した。
比較例１
　比較例１は、実施例１に対応するものであり、比較例１の照明装置の照明装置の仕様は入射面の形状を除いて実施例１と同様である。入射面の仕様は、以下のとおりである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
　入射面は軸対称な形状であり、以下の式によって表せる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000011
 ここで、zは、入射面の頂点から入射面上の点までの距離であり、c は曲率、Rは曲率半径であり、kはコーニック係数である。
　式(４)の係数は以下のとおりである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000005
　また、本実施例において
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000012
 とすると、hab＝18.0%である。
　図８は、比較例１の照明装置による被照射面２０１の照度分布を示す図である。図８の横方向がx軸方向であり、縦方向がy軸方向である。図８において円形の実線は光学素子（レンズ)の光学面を示す。複数の光学素子は、それらの光学面を含む面において、x軸方向及びy軸方向に５０mmの間隔で配置される。図８において、ｘ軸方向に４個、ｙ軸方向に３個の光学素子１０３が配置されている。図８において、色が黒いほど照度が低く、色が白いほど照度が高い。点線A1と点線B1はそれぞれ光源とレンズの中心を含むｙｚ断面とｘｚ断面であり、点線A2と点線B2はそれぞれ隣り合う光学素子の中心の中間点を含むｙｚ断面とｘｚ断面である。
　図９は、比較例１の照明装置によるyz断面及びxz断面における照度分布を示す図である。
　図９（A） は、光学素子の中心を含むｙｚ断面（A1断面）の照度分布を示す図である。図９（A）の横軸は、y軸方向の位置を示し、図９（A）の縦軸は、照度の最大値を１００％としたときの相対照度を示す。図９（A）において、光学素子（レンズ）の中心を点線で示した。
　図９（B） は、隣り合う光学素子の中心の中間点を含むｙｚ断面（A2断面）の照度分布を示す図である。図９（B）の横軸は、ｙ軸方向の位置を示し、図９（B）の縦軸は、照度の最大値を１００％としたときの相対照度を示す。図９（B）において、光学素子（レンズ）の中心を点線で示した。
　図９（C） は、光学素子の中心を含むｘｚ断面（B1断面）の照度分布を示す図である。図７（C）の横軸は、ｘ軸方向の位置を示し、図９（C）の縦軸は、照度の最大値を１００％としたときの相対照度を示す。図９（C）において、光学素子（レンズ）の中心を点線で示した。
　図９（D） は、隣り合う光学素子の中心の中間点を含むｘｚ断面（B2断面）の照度分布を示す図である。図９（D）の横軸は、ｘ軸方向の位置を示し、図９（D）の縦軸は、照度の最大値を１００％としたときの相対照度を示す。図９（D）において、光学素子（レンズ）の中心を点線で示した。
　図７と図９を比較すると、各断面において、比較例1の照明装置を使用した場合の照度のばらつきが大きい。特にA1及びB1断面において、比較例1の照明装置を使用した場合の照度のばらつきが大きくなる。
実施例２
　実施例２の照明装置の仕様は以下のとおりである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000006
　入射面１０３１は、バイコーニック面であり、以下の式で表せる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000013
　ここでzは、入射面の頂点から入射面１０３１上の点までの中心軸方向の距離を表す。cx とcy はそれぞれXZ断面の曲率、YZ断面の曲率であり、RxとRyはそれぞれXZ断面の曲率半径、YZ断面の曲率半径であり、kxとkyはそれぞれXZ断面のコーニック係数、YZ断面のコーニック係数である。
　入射面１０３１の仕様は以下のとおりである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000007
　また、本実施例において
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000014
 とすると、hab＝0.53%である。
　出射面１０３３は、LED光源１０１の反対側に凸の形状であり、以下の式で表せる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000015
　ここでzは、出射面１０３３と中心軸との交点から出射面１０３３上の点までの距離である。c は曲率、Rは曲率半径であり、kはコーニック係数であり、Aiは非球面係数である。
　出射面１０３３の仕様は以下のとおりである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000008
　つぎに、実施例２の照明装置の効果について説明する。
　図１０は、実施例２の照明装置による被照射面２０１の照度分布を示す図である。図１０の横方向がx軸方向であり、縦方向がy軸方向である。図１０において円形の実線は光学素子(レンズ)１０３の光学面を示す。複数の光学素子(レンズ)１０３は、それらの光学面を含む面において、x軸方向及びy軸方向に５０mmの間隔で配置される。図１０において、ｘ軸方向に４個、ｙ軸方向に３個の光学素子(レンズ)が配置されている。図１０において、色が黒いほど照度が低く、色が白いほど照度が高い。点線A1と点線B1はそれぞれ光源とレンズの中心を含むｙｚ断面とｘｚ断面であり、点線A2と点線B2はそれぞれ隣り合う光学素子の中心の中間点を含むｙｚ断面とｘｚ断面である。
　図１１は、実施例２の照明装置によるyz断面及びxz断面における照度分布を示す図である。
　図１１（A） は、光学素子(レンズ)の中心を含むｙｚ断面（A1断面）の照度分布を示す図である。図１１（A）の横軸は、y軸方向の位置を示し、図１１（A）の縦軸は、照度の最大値を１００％としたときの相対照度を示す。図１１（A）において、光学素子（レンズ）の中心を点線で示した。
　図１１（B） は、隣り合う光学素子(レンズ)の中心の中間点を含むｙｚ断面（A2断面）の照度分布を示す図である。図１１（B）の横軸は、y軸方向の位置を示し、図１１（B）の縦軸は、照度の最大値を１００％としたときの相対照度を示す。図１１（B）において、光学素子（レンズ）の中心を点線で示した。
　図１１（C） は、光学素子(レンズ)の中心を含むｘｚ断面（B1断面）の照度分布を示す図である。図１１（C）の横軸は、ｘ軸方向の位置を示し、図１１（C）の縦軸は、照度の最大値を１００％としたときの相対照度を示す。図１１（C）において、光学素子（レンズ）の中心を点線で示した。
　図１１（D） は、隣り合う光学素子(レンズ)の中心の中間点を含むｘｚ断面（B2断面）の照度分布を示す図である。図１１（D）の横軸は、ｘ軸方向の位置を示し、図１１（D）の縦軸は、照度の最大値を１００％としたときの相対照度を示す。図１１（D）において、光学素子（レンズ）の中心を点線で示した。
入射面がバイコーニック面である実施例
　上記の実施例１及び２を含み、実施例がバイコーニック面である照明装置の実施例の仕様を以下の表９乃至表１１に示す。入射面は式(１)で表され、出射面は式(３)で表される。表９は、光源及び光学素子の入射面の仕様を示し、表１０は、光学素子の入射面の仕様及び照度のばらつきを示し、表１１は、光学素子の出射面の仕様を示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000009
 表９において、
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000016
 である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000010
　表１０において、照度のばらつきは、被照射面における最大照度及び最小照度を、それぞれImax及びImiとして、
　　(Imax-Imin)/Imax
で表す。実施例１乃至２１の照度のばらつきは、１２％よりも小さい。これに対して、比較例１の照度のばらつきは、３７．２％である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000011
　図１２は、habの絶対値と照度のばらつきとの関係を示す図である。
実施例２２
　実施例２２の照明装置の仕様は以下のとおりである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000012
　入射面は、以下の式で表せる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000017
　ここでzは、入射面の頂点から入射面上の点までの中心軸方向の距離を表す。cx とcy はそれぞれXZ断面の曲率、YZ断面の曲率であり、RxとRyはそれぞれXZ断面の曲率半径、YZ断面の曲率半径であり、kxとkyはそれぞれXZ断面のコーニック係数、YZ断面のコーニック係数である。
　入射面の仕様は以下のとおりである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000013
 また、本実施例において
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000018
 とすると、hab＝1.87 %である。
　出射面も式(５)で表せる。ここでzは、出射面と中心軸(z軸)との交点から出射面上の点までの中心軸方向の距離を表す。cx とcy はそれぞれXZ断面の曲率、YZ断面の曲率であり、RxとRyはそれぞれXZ断面の曲率半径、YZ断面の曲率半径であり、kxとkyはそれぞれXZ断面のコーニック係数、YZ断面のコーニック係数である。
　出射面の仕様は以下のとおりである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000014
　実施例２２の照度のばらつきは５．９％である。
その他の好ましい実施形態
　図１３は、射出成形によって製造される光学素子であって、出射面と中心軸との交点付近に樹脂の供給ゲートを設けた光学素子(レンズ)を示す図である。本実施形態において光学素子は射出成形によって製造される。図１３(A)は、樹脂の供給ゲート１０３５A及び光学素子１０３Aを示す図である。図１３（B）は、樹脂の供給ゲート１０３５Aを分離した後の、供給ゲート痕１０３７Aを備えた光学素子１０３Aを示す図である。本実施形態において、中心軸付近に樹脂の供給ゲートを設けることにより、レンズの金型内でレンズ中心より中心軸に関してほぼ対称に樹脂が流れ、良好な成形が可能である。樹脂が中心軸に関してほぼ対称に流れることにより、成形性が向上し、圧力による屈折率分布の低減や複屈折の低減などの効果がある。また、樹脂が中心軸に関してほぼ対称に流れることにより成形のサイクルタイム短くなり、同時間でより多くのレンズが成形可能である。このようなゲート配置はセンターゲートやピンゲートと呼ぶこともある。
　図１４は、射出成形によって製造される光学素子であって、出射面と中心軸との交点付近に円錐台状の突起部を設け、そこに樹脂の供給ゲートを設けた光学素子(レンズ)を示す図である。本実施形態において光学素子は射出成形によって製造される。図１３(A)は、樹脂の供給ゲート１０３５B及び光学素子１０３Bを示す図である。図１３（B）は、樹脂の供給ゲート１０３５Bを分離した後の、円錐台状の突起部１０３７Bを備えた光学素子１０３Bを示す図である。本実施形態において、出射面と中心軸との交点付近に設置された円錐台状の突起部１０３７Bは、特に被照射面が近接に位置する際に、光源の中心部の強度の強い光線の拡散を促進する。また、中心軸付近に樹脂の供給ゲートを設けることにより、レンズの金型内でレンズ中心より中心軸に関してほぼ対称に樹脂が流れ、良好な成形が可能である。樹脂が中心軸に関してほぼ対称に流れることにより、成形性が向上し、圧力による屈折率分布の低減や複屈折の低減などの効果がある。また、樹脂が中心軸に関してほぼ対称に流れることにより成形のサイクルタイム短くなり、同時間でより多くのレンズが成形可能である。
　図１５乃至図１８は、いずれかの面に拡散構造を備えた光学素子を示す図である。
　拡散構造は、アクリル粉末、ポリスチレン粒子、シリコン粉末、銀粉末、酸化チタン粉末、アルミニウム粉末、ホワイトカーボン、酸化マグネシウム、酸化亜鉛等の散乱材料から形成してもよい。あるいは、拡散構造は、いずれかの面に微小な球面形状、非球面形状、円錐形状、三角錐形状、四角錐形状などを付加した構造またはいずれかの面からこれらの微小形状を差し引いた構造であってもよい。微小構造は、たとえば、いずれかの面において、直径１mmの円に含まれる構造であってもよい。あるいは、拡散構造は、マイクロレンズアレイなどの微小の曲面、プリズムなどの屈折構造または全反射構造であってもよい。
　図１５は、入射面１０３１Cと中心軸との交点付近に拡散構造を備えた光学素子を示す図である。光源の中心の光量が高いために、特に被照射面が近い場合には、中心軸付近に拡散構造を与えるのは有用である。
　図１６は、出射面１０３３Dと中心軸との交点付近に拡散構造を備えた光学素子を示す図である。中心軸との交点付近とは、レンズの中心からレンズの半径の半分以内までの範囲とする。光源の中心の光量が高いために、特に被照射面が近い場合には、中心軸付近に拡散構造を与えるのは有用である。
　図１７は、レンズの入射面１０３１Cと中心軸との交点を含む面を上面として、レンズの該上面と側面との境界付近に拡散構造を備えた光学素子を示す図である。中心軸に対して大きな角度を持った光線の制御が困難なために、特に被照射面が近い場合には、外周部に拡散構造を与えるのは有用である。
　図１８は、原点を含むxy面に形成される面を底面として、該底面に拡散構造を備えた光学素子を示す図である。光学素子（レンズ）内部での全反射による光線や、被照射面からの反射による光線や、複数のレンズを配置した際に隣接したレンズからの光線などがレンズの底面を経由して被照射面へ到達すれば被照射面に輝度ムラを与える。レンズの底面に備えた拡散構造により被照射面の輝度ムラを低減することができる。
　また、他の実施形態として、図１５乃至図１８に示す実施形態のうち複数のものを組み合わせたものであってもよい。

Claims (8)

  1. 　面光源と、該面光源からの光を受け取る入射面と出射面とを含む光学素子と、を備えた照明装置であって、
    　該面光源の面内における形状は、該面光源の中心を原点とし、直交する２軸をx軸及びｙ軸として、x軸及びｙ軸に関して線対称であり、x軸の方向の長さは、y軸の方向の長さよりも短く、原点を通り該面光源の面に垂直な軸を光軸として、
    　該入射面は、該光軸との交点を頂点とし、該光軸を含む断面において該光軸に関して線対称なキャップ状であり、
    　該面光源のｘ座標の最大値をａ、ｙ座標の最大値をｂ
    Figure JPOXMLDOC01-appb-M000019
     として、
    Figure JPOXMLDOC01-appb-M000020
     である照明装置。
  2. Figure JPOXMLDOC01-appb-M000021
     である請求項１に記載の照明装置。
  3. 　前記入射面がバイコーニック面である請求項１または２に記載の照明装置。
  4. 　前記入射面が、ｉ、ｊは整数であるとして
    Figure JPOXMLDOC01-appb-M000022
     　によって表される請求項１または２に記載の照明装置。
  5. 　前記出射面とz軸との交点を前記出射面の中心として、前記出射面の中心を含む部分に拡散構造を備えた請求項１から４のいずれかに記載の照明装置。
  6. 　前記出射面とz軸との交点を前記出射面の中心として、前記入射面の中心を含む部分に拡散構造を備えた請求項１から５のいずれかに記載の照明装置。
  7. 　前記出射面とz軸との交点を前記出射面の中心として、前記出射面の中心を含む面を前記出射面の上面として、該上面と側面との境界部分に拡散構造を備えた請求項１から６のいずれかに記載の照明装置。
  8. 　原点を含むxy面に形成される面を底面として、該底面に拡散構造を備えた請求項１から７のいずれかに記載の照明装置。
PCT/JP2011/003608 2010-12-01 2011-06-23 光学素子 WO2012073398A1 (ja)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201180019655.8A CN102844618B (zh) 2010-12-01 2011-06-23 光学元件以及使用该光学元件的照明装置
JP2012506271A JP5028569B2 (ja) 2010-12-01 2011-06-23 光学素子
KR1020127027438A KR101509876B1 (ko) 2010-12-01 2011-06-23 광학 소자 및 그 광학 소자를 사용한 조명 장치
US13/670,763 US9200777B2 (en) 2010-12-01 2012-11-07 Optical element and illumination device using the same

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US41857910P 2010-12-01 2010-12-01
US61/418,579 2010-12-01

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
US13/670,763 Continuation-In-Part US9200777B2 (en) 2010-12-01 2012-11-07 Optical element and illumination device using the same

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2012073398A1 true WO2012073398A1 (ja) 2012-06-07

Family

ID=46171376

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2011/003608 WO2012073398A1 (ja) 2010-12-01 2011-06-23 光学素子

Country Status (5)

Country Link
US (1) US9200777B2 (ja)
JP (1) JP5028569B2 (ja)
KR (1) KR101509876B1 (ja)
CN (1) CN102844618B (ja)
WO (1) WO2012073398A1 (ja)

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5685706B1 (ja) * 2013-07-10 2015-03-18 ナルックス株式会社 光学素子
JP2016033915A (ja) * 2014-07-28 2016-03-10 日立アプライアンス株式会社 照明装置
JPWO2016194798A1 (ja) * 2015-06-02 2017-06-15 三菱電機株式会社 面光源装置および液晶表示装置
WO2017188169A1 (ja) * 2016-04-25 2017-11-02 三菱電機株式会社 面光源装置および液晶表示装置
JP2018037246A (ja) * 2016-08-31 2018-03-08 三菱電機株式会社 面光源装置および液晶表示装置
JP2018101598A (ja) * 2016-12-22 2018-06-28 三菱電機株式会社 面光源装置、表示装置および面光源装置の製造方法
CN108695426A (zh) * 2017-03-31 2018-10-23 豪雅冠得股份有限公司 发光装置、光照射模块、以及光照射装置
JP2019003166A (ja) * 2017-06-14 2019-01-10 鴻海精密工業股▲ふん▼有限公司 光学レンズ
JP2020088382A (ja) * 2018-11-29 2020-06-04 モレックス エルエルシー 発光素子用光拡散レンズ
JP2020518869A (ja) * 2017-05-08 2020-06-25 ジェイ−テック カンパニー リミテッドＪ−Ｔｅｋ Ｃｏ．， Ｌｔｄ． 拡散レンズ及びこれを採用した発光装置

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW201425813A (zh) * 2012-12-26 2014-07-01 Hon Hai Prec Ind Co Ltd 光學透鏡以及應用該光學透鏡的發光元件
CN103196097B (zh) * 2013-04-17 2016-01-20 杭州奥通科技有限公司 一种用于直下式背光光源的led二次柱面透镜
CN104214668B (zh) * 2013-05-31 2017-10-03 海洋王（东莞）照明科技有限公司 透镜及其应用该透镜的led灯具
US9606229B2 (en) * 2014-09-29 2017-03-28 Honeywell International Inc. Highly efficient NIR light distribution for imaging based intrusion detection
JP6575204B2 (ja) 2015-07-29 2019-09-18 テイ・エス テック株式会社 車両用発光装置
KR101666844B1 (ko) 2015-09-10 2016-10-19 삼성전자주식회사 광학 소자 및 이를 포함하는 광원 모듈
JP2021056503A (ja) * 2019-09-26 2021-04-08 ナルックス株式会社 拡散素子

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008164957A (ja) * 2006-12-28 2008-07-17 Konica Minolta Opto Inc レーザ投射装置
JP2009099604A (ja) * 2007-10-12 2009-05-07 Sharp Corp 光制御部材、光束制御部材、発光装置及び照明装置
JP3153647U (ja) * 2008-12-15 2009-09-10 創研光電股▲ふん▼有限公司 Ｌｅｄの光学レンズおよびその光学レンズを用いた照明装置
JP2010212083A (ja) * 2009-03-10 2010-09-24 Sharp Corp 光源ユニット、照明装置および液晶表示装置

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040012951A1 (en) * 2002-02-06 2004-01-22 Pylkki Russell John Fire safety window
JP3875247B2 (ja) 2004-09-27 2007-01-31 株式会社エンプラス 発光装置、面光源装置、表示装置及び光束制御部材
KR101080355B1 (ko) 2004-10-18 2011-11-04 삼성전자주식회사 발광다이오드와 그 렌즈
EP1922227A4 (en) * 2005-09-06 2011-03-02 Lsi Industries Inc LINEAR LIGHTING SYSTEM
JP4350144B2 (ja) * 2007-08-09 2009-10-21 シャープ株式会社 発光装置およびこれを備える照明装置
JP5213383B2 (ja) * 2007-08-09 2013-06-19 シャープ株式会社 発光装置およびこれを備える照明装置
JP4479805B2 (ja) * 2008-02-15 2010-06-09 ソニー株式会社 レンズ、光源ユニット、バックライト装置及び表示装置
DE102009017946A1 (de) * 2009-04-17 2010-10-21 Osram Opto Semiconductors Gmbh Linse, optoelektronisches Bauelement aufweisend eine Linse und Verfahren zur Herstellung einer Linse
KR100986468B1 (ko) * 2009-11-19 2010-10-08 엘지이노텍 주식회사 렌즈 및 렌즈를 갖는 발광 장치
US8070326B2 (en) * 2010-01-07 2011-12-06 Osram Sylvania Inc. Free-form lens design to apodize illuminance distribution

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008164957A (ja) * 2006-12-28 2008-07-17 Konica Minolta Opto Inc レーザ投射装置
JP2009099604A (ja) * 2007-10-12 2009-05-07 Sharp Corp 光制御部材、光束制御部材、発光装置及び照明装置
JP3153647U (ja) * 2008-12-15 2009-09-10 創研光電股▲ふん▼有限公司 Ｌｅｄの光学レンズおよびその光学レンズを用いた照明装置
JP2010212083A (ja) * 2009-03-10 2010-09-24 Sharp Corp 光源ユニット、照明装置および液晶表示装置

Cited By (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10215363B2 (en) 2013-07-10 2019-02-26 Nalux Co., Ltd. Optical element
JP5685706B1 (ja) * 2013-07-10 2015-03-18 ナルックス株式会社 光学素子
JP2016033915A (ja) * 2014-07-28 2016-03-10 日立アプライアンス株式会社 照明装置
JPWO2016194798A1 (ja) * 2015-06-02 2017-06-15 三菱電機株式会社 面光源装置および液晶表示装置
WO2017188169A1 (ja) * 2016-04-25 2017-11-02 三菱電機株式会社 面光源装置および液晶表示装置
JPWO2017188169A1 (ja) * 2016-04-25 2018-05-17 三菱電機株式会社 面光源装置および液晶表示装置
JP2018037246A (ja) * 2016-08-31 2018-03-08 三菱電機株式会社 面光源装置および液晶表示装置
JP2018101598A (ja) * 2016-12-22 2018-06-28 三菱電機株式会社 面光源装置、表示装置および面光源装置の製造方法
JP2018174183A (ja) * 2017-03-31 2018-11-08 Ｈｏｙａ Ｃａｎｄｅｏ Ｏｐｔｒｏｎｉｃｓ株式会社 発光装置、光照射モジュール、及び光照射装置
CN108695426A (zh) * 2017-03-31 2018-10-23 豪雅冠得股份有限公司 发光装置、光照射模块、以及光照射装置
US11309463B2 (en) 2017-03-31 2022-04-19 Hoya Corporation Light emitting device, light illuminating module and light illuminating apparatus
JP2020518869A (ja) * 2017-05-08 2020-06-25 ジェイ−テック カンパニー リミテッドＪ−Ｔｅｋ Ｃｏ．， Ｌｔｄ． 拡散レンズ及びこれを採用した発光装置
JP2019003166A (ja) * 2017-06-14 2019-01-10 鴻海精密工業股▲ふん▼有限公司 光学レンズ
JP2020088382A (ja) * 2018-11-29 2020-06-04 モレックス エルエルシー 発光素子用光拡散レンズ

Also Published As

Publication number Publication date
US9200777B2 (en) 2015-12-01
JPWO2012073398A1 (ja) 2014-05-19
US20130063952A1 (en) 2013-03-14
CN102844618A (zh) 2012-12-26
JP5028569B2 (ja) 2012-09-19
KR20130016309A (ko) 2013-02-14
CN102844618B (zh) 2014-12-31
KR101509876B1 (ko) 2015-04-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5028569B2 (ja) 光学素子
JP5380182B2 (ja) 発光装置、面光源および液晶ディスプレイ装置
KR101960131B1 (ko) 광학 소자
TWI471615B (zh) Backlight module and its optical lens
KR101047439B1 (ko) 렌즈 및 렌즈를 포함하는 조명 유닛
CN101201415A (zh) 导光透镜及采用该导光透镜的发光二极管
JP2010107844A (ja) 照明用レンズおよびこれを備えた照明装置
TWM445664U (zh) 發光裝置及其光束控制元件
KR101301206B1 (ko) 광학렌즈
WO2013108619A1 (ja) 照明装置
JP2011014831A (ja) 発光装置、面光源および液晶ディスプレイ装置
RU2523779C2 (ru) Оптический элемент для асимметричного распределения света
KR101426600B1 (ko) 액정 디스플레이의 면 광원 장치를 위한 광 산란 렌즈
WO2012132872A1 (ja) 照明装置
TWI621880B (zh) 光學元件
JP5283101B1 (ja) 光学素子
KR20110088130A (ko) 양면 조명용 ｌｅｄ 렌즈와 ｌｅｄ 모듈 및 이를 이용한 ｌｅｄ 양면 조명장치
TWM526654U (zh) 具有蝠翼型配光曲線之投射光源結構
TW201610516A (zh) 透鏡、發光裝置及背光模組
TW201508220A (zh) 發光二極體模組
TWI414835B (zh) 導光板及背光模組
TWM446344U (zh) 背光模組及其光學透鏡
TW201546399A (zh) 混光裝置
TW201326685A (zh) 照明模組與其導光板
KR20070090323A (ko) 상향 방출형 led 렌즈 및 후면 광 유닛

Legal Events

Date Code Title Description
WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 201180019655.8

Country of ref document: CN

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2012506271

Country of ref document: JP

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 11844338

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 8982/DELNP/2012

Country of ref document: IN

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 20127027438

Country of ref document: KR

Kind code of ref document: A

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 11844338

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1