(57)【要約】      （修正有）【課題】光源からの光を、複数の方向に導光するのに使用されるレンズ構造を提供する。【解決手段】レンズ構造１００は、ベース１１０と、柱部１２０と、傘形状部１３０とを含む。ベース１１０は、光源を収容する収容ピットを有する。柱部１２０は、ベース１１０に接続される。柱部１２０は、中心軸Ｃ１及び中心軸Ｃ１を対称に囲む第１曲面Ｓ１を有する。傘形状部１３０は、柱部１２０に接続され、中心軸Ｃ１を対称に囲む第２曲面Ｓ２及び第３曲面Ｓ３を有する。第２曲面Ｓ２及び第３曲面Ｓ３は、傘形状部１３０の上部に位置し、互いに隣接する。【選択図】図１Ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源からの光を、複数の方向に導光するレンズ構造であって、
前記光源を収容する収容ピットを有するベースと、
前記ベースと接続され、中心軸及び前記中心軸を対称に囲む第１曲面を有する柱部と、
前記柱部と接続され、前記中心軸を対称に囲む第２曲面及び第３曲面を有する傘形状部と
を備え、
前記第２曲面及び前記第３曲面は、前記傘形状部の上部に位置し、互いに隣接しているレンズ構造。
【請求項２】
前記第１曲面は、前記光源からの光を、前記傘形状部に向かう方向に反射するように構成された全反射（ＴＩＲ）面である請求項１に記載のレンズ構造。
【請求項３】
前記中心軸を法線として有する投影面において、前記第２曲面の前記投影面への正射影が、前記第３曲面の前記投影面への正射影で囲まれている請求項１に記載のレンズ構造。
【請求項４】
前記第２曲面は、凸面又は凹面であり、前記第３曲面は、凸面又は凹面である請求項１に記載のレンズ構造。
【請求項５】
前記第２曲面に向かって出射される光の一部は、前記第２曲面を通過し、前記第２曲面に向かって出射される前記光の別の一部は、前記第２曲面で反射されて、前記傘形状部の側縁に向かう請求項１に記載のレンズ構造。
【請求項６】
前記第３曲面に向かって出射される光の一部は、前記第３曲面を通過し、前記第３曲面に向かって出射される前記光の別の一部は、前記第３曲面で反射されて、前記傘形状部の側縁に向かう請求項１に記載のレンズ構造。
【請求項７】
前記傘形状部は、前記中心軸を対称に囲み、前記傘形状部の側縁にそれぞれ位置する第１斜面と第２斜面とをさらに有し、
前記第１斜面は前記第３曲面に隣接して位置し、
前記第２斜面は、前記第１斜面と前記第１曲面との間に位置し、
前記第１斜面は、前記第２斜面と交差して、夾角を形成する請求項１に記載のレンズ構造。
【請求項８】
前記傘形状部は、前記中心軸を対称に囲み、前記傘形状部の下部に配置された第３斜面をさらに有し、
前記第３斜面及び前記投影面は、０〜１５度の鋭角を形成する請求項３に記載のレンズ構造。
【請求項９】
前記ベースに設けられた複数の固定穴をさらに備える請求項１に記載のレンズ構造。
【請求項１０】
前記ベースに設けられた複数の接着部をさらに備える請求項１に記載のレンズ構造。
【請求項１１】
前記収容ピットは、球状部の一部であり、前記光源は、前記中心軸に位置している請求項１に記載のレンズ構造。
【請求項１２】
前記柱部の前記第１曲面と前記ベースとの間に位置する屈曲面をさらに備える請求項１に記載のレンズ構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して、レンズ構造に関し、特に、分散性レンズ構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体技術の発展に伴い、発光ダイオード（ＬＥＤ）の輝度及び発光効率が、絶え間なく向上している。反応速度が速い、信頼性が高い、消費電力が低い、汚染が少ない、駆動電圧が低い、水銀フリーである等の利点から、多くの分野でＬＥＤが広く利用されている。
【０００３】
ＬＥＤは、スポット光源として使用可能であるが、ＬＥＤ光源は、その性質上、非常に指向性が高い。したがって、ＬＥＤを直接、投光照明（ｆｌｏｏｄ  ｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｏｎ）機器に適用することは難しい。したがって、関連する課題は、ＬＥＤの照明特性と、現在需要のある照明の条件との間の不一致をなくすことであり、それにより、投光照明にも利用可能なＬＥＤを開発することである。
【発明の概要】
【０００４】
本発明の一側面では、指向性のある光源の出射光を、所定の視野角へと透過可能な特性を有するレンズ構造を提供する。
【０００５】
本発明の実施形態によれば、光源からの光を、複数の方向に導光するのに使用されるレンズ構造が提供される。レンズ構造は、ベースと、柱部と、傘形状部とを含む。ベースは、光源を収容する収容ピットを有する。柱部は、ベースに接続される。柱部は、中心軸及び中心軸を対称に囲む第１曲面を有する。傘形状部は、柱部に接続される。傘形状部はまた、中心軸を対称に囲む第２曲面及び第３曲面を有する第２曲面及び第３曲面は、傘形状部の上部に位置し、互いに隣接する。
【０００６】
本発明の一実施形態によれば、第１曲面は、光源からの光を、傘形状部に向かう方向に反射するように構成された全反射（ＴＩＲ）面である。
【０００７】
本発明の一実施形態によれば、中心軸を法線として有する投影面において、第２曲面の投影面への正射影が、第３曲面の投影面への正射影で囲まれている。
【０００８】
本発明の一実施形態によれば、第２曲面は、凸面又は凹面であり、第３曲面は、凸面又は凹面である。
【０００９】
本発明の一実施形態によれば、第２曲面へと出射される光の一部は、第２曲面を通過し、第２曲面へと出射される光の別の一部は、第２曲面で反射されて、傘形状部の側縁に向かう。
【００１０】
本発明の一実施形態によれば、第３曲面へと出射される光の一部は、第３曲面を通過し、第３曲面へと出射される光の別の一部は、第３曲面で反射されて、傘形状部の側縁に向かう。
【００１１】
本発明の一実施形態によれば、傘形状部は、中心軸を対称に囲み、傘形状部の側縁にそれぞれは配置された第１斜面と第２斜面とをさらに備える。第１斜面は第３曲面に隣接して位置し、第２斜面は、第１斜面と第１曲面との間に位置している。また、第１斜面は、第２斜面と交差して、夾角を形成する。
【００１２】
本発明の一実施形態によれば、傘形状部は、中心軸を対称に囲み、傘形状部の下部に配置された第３斜面をさらに備える。第３斜面及び投影面は、０〜１５度の鋭角を形成する。
【００１３】
本発明の一実施形態によれば、レンズ構造は、ベースに設けられた複数の固定穴をさらに備える。
【００１４】
本発明の一実施形態によれば、ベースに設けられた複数の接着部をさらに備える。
【００１５】
本発明の一実施形態によれば、収容ピットは、球状部の一部であり、前記光源は、前記中心軸に位置している。
【００１６】
本発明の一実施形態によれば、柱部の第１曲面とベースとの間に配置された屈曲面をさらに備える。
【００１７】
要約すると、本発明の実施形態によれば、レンズ構造は、上述のような面を採用することにより、ベースからの光が傘形状部で集光されて、レンズ構造から均一に出射される。したがって、このようなレンズ構造により、１８０度よりも大きい視野角に発光させることができる。
【００１８】
本発明の上記の及びその他の特徴及び効果は、以下に記載する実施形態、及び添付の図面を参照することにより、より良く理解される。
【００１９】
添付の図面は、本発明の更なる理解を提供するものとして含まれ、本明細書の一部を構成する。添付の図面は、本発明の実施形態を例示し、明細書の説明と共に、本発明の原理を説明するのに使用される。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１Ａ】本発明の一実施形態に係るレンズ構造の一の視角からの三次元斜視図である。
【図１Ｂ】本発明の一実施形態に係るレンズ構造の異なる視角からの三次元斜視図である。
【図２Ａ】本発明の別の実施形態に係るレンズ構造の、一の視角からの三次元斜視図である。
【図２Ｂ】本発明の別の実施形態に係るレンズ構造の、異なる視角からの三次元斜視図である。
【図３】図１Ａに示したレンズ構造の側面図である。
【図４】図１Ａに示したレンズ構造内の光源の光路を概略的に示した図である。
【図５】図４に示した光路の異なる部分を概略的に示した図である。
【図６】図４に示した光路の異なる部分を概略的に示した図である。
【図７】図４に示した光路の異なる部分を概略的に示した図である。
【図８】図４に示されたレンズ構造を介して光源から生成された照度分布を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
図１Ａ及び図１Ｂは、本発明の一実施形態に係るレンズ構造の、それぞれ異なる視角からの三次元斜視図である。図２Ａ及び図２Ｂは、本発明の別の実施形態に係るレンズ構造の、それぞれ異なる視角からの三次元斜視図である。図３は、図１Ａに示したレンズ構造の側面図である。図１Ａ〜３に示すように、レンズ構造１００は、光源２００から、複数の方向に光を導光するように構成されている。本実施形態において、レンズ構造１００は、ベース１１０、柱部１２０、及び傘形状部１３０を含む。ベース１１０は、光源２００を収容する収容ピット１１２を有する。本実施形態において、光源２００は、例えば、発光ダイオード（ＬＥＤ）であるが、本実施形態はこれに限定されない。指向性を有するあらゆる光源を、本実施形態に適用可能である。
【００２２】
柱部１２０は、ベース１１０に接続されている。柱部１２０は、中心軸Ｃ１及び第１曲面Ｓ１を有し、第１曲面Ｓ１は、中心軸Ｃ１を対称に囲んでいる。傘形状部１３０は、柱部１２０と接続されている。傘形状部１３０は、中心軸Ｃ１を対称に囲む、第２曲面Ｓ２、第３曲面Ｓ３、第１傾斜面Ｐ１及び第２傾斜面Ｐ２を有する。第２曲面Ｓ２及び第３曲面Ｓ３は、傘形状部１３０の上部に位置し、互いに隣接している。第１傾斜面Ｐ１及び第２傾斜面Ｐ２は、傘形状部１３０の側端に位置し、第１傾斜面Ｐ１と第２傾斜面Ｐ２とが交差して、夾角Ｔ１を形成している。
【００２３】
上述したように、本発明の一実施形態に係るレンズ構造１００を使用することにより、光源２００から発光された光は、ベース１１０から傘形状部１３０へと導光されて、光学面Ｓ２、Ｓ３、Ｐ１及びＰ２それぞれからレンズ構造１００の外へと出射する。したがって、本発明の一実施形態によれば、レンズ構造１００は、視野角が１８０度よりも広い発光効果を生成することができる。
【００２４】
本実施形態は、第１傾斜面Ｐ１と第２傾斜面Ｐ２とが形成する夾角Ｔ１を限定しない。本発明の他の実施形態（図示せず）では、夾角Ｔ１も１８０度であってもよい。すなわち、第１傾斜面Ｐ１は、第２傾斜面Ｐ２と同一平面であってもよく、この場合でも、レンズ構造１００は、視野角が１８０度よりも広い発光効果を達成することができる。
【００２５】
図４は、図１Ａに示したレンズ構造内の光源の光路を概略的に示した図であり、ここでは、光路の主要な部分のみが示されている。図４に示す光路の図示を容易にするために、図５〜７にそれぞれ、図４の光路の異なる部分を示している。図３〜７に示すように、本実施形態では、収容ピット１１２は、球状部の一部であり、光源２００は、中心軸Ｃ１に位置している。
【００２６】
第１曲面Ｓ１は、光源２００からの光を傘形状部１３０へと反射するのに使用される全反射（ＴＩＲ）面であり、その様子が、図５では光Ｌ１、図６では、光Ｌ２及び光Ｌ３で示されている。収容ピット１１２から第１曲面Ｓ１に向けて出射した光は、第１曲面Ｓ１で反射されて、傘形状部１３０へと向かう。そして、レンズ構造１００の柱部１２０は、傘形状部１３０へ光を集めることができる。
【００２７】
本実施形態では、中心軸Ｃ１の法線を有する投影面Ｐ４において、第２曲面Ｓ２の投影面Ｐ４への正射影が、第３曲面Ｓ３の投影面Ｐ４への正射影で囲まれている。すなわち、レンズ構造１００の傘形状部１３０上において、第２曲面Ｓ２が実質的に第３曲面Ｓ３によって囲まれている。
【００２８】
第２曲面Ｓ２に入射した光の一部は、図５では光Ｌ１、図６では光Ｌ２で示されるように、第２曲面Ｓ２で透過される。この時、第２曲面Ｓ２に入射した光の別の一部は、図６では光Ｌ２、図７では光Ｌ５、光Ｌ７及び光Ｌ８で示されるように、第２曲面Ｓ２で反射されて、傘形状部１３０の側縁へと向かう。また、第２曲面Ｓ２の一方の面を通過した光Ｌ２は、第２曲面Ｓ２の他方の面から透過されて、傘形状部１３０の側縁へと出射される。
【００２９】
さらに、第２曲面Ｓ２に向けて出射された光の一部は、図７の光Ｌ６及び光Ｌ９で示されるように、まず第３曲面Ｓ３へと向かい、そこで傘形状部１３０の側縁に向かう方向に反射される。
【００３０】
同様に、第３曲面Ｓ３に向けて出射された光の一部は、図５の光Ｌ４で示されるように、第３曲面Ｓ３を通過する。第３曲面Ｓ３に向けて出射された光の別の一部は、図６の光Ｌ３、図７の光Ｌ６及び光Ｌ９で示されるように、傘形状部１３０の側縁に向かう方向に反射される。
【００３１】
このように、本実施形態によれば、第２曲面Ｓ２及び第３曲面Ｓ３は、光を透過及び反射させる能力を同時に有する。傘形状部１３０の最上部を通過させてレンズ構造１００から光の一部を出射させるだけでなく、同時に、光の別の一部が、傘形状部１３０の側縁に向かって導光される。本実施形態では、第２曲面は、凸面であり、第３曲面は、凹面である。しかしながら、本実施形態は、これに限定されない。本発明の別の実施形態（図示せず）では、第３曲面は、凸面であってもよく、設計者は、収容ピット１１２及び柱部１２０から出射される光に応じて、曲面を調整してもよい。
【００３２】
図３及び図４に示すように、傘形状部１３０の側縁において、第１傾斜面Ｐ１は、第３曲面Ｓ３に隣接して位置し、第２傾斜面Ｐ２は、第１斜面Ｐ１及び第１曲面Ｓ１との間に位置している。また、夾角Ｔ１は、第１傾斜面Ｐ１と、第２傾斜面Ｐ２との間の角である。第１傾斜面Ｐ１及び第２傾斜面Ｐ２により、光を、第２曲面Ｓ２及び第３曲面Ｓ３から、レンズ構造１００の側縁に向かって、均一に出射させることができる。図８は、図４に示されたレンズ構造を介して光源から生成された照度分布を示した図であり、動径座標の単位は、光度であり、円弧座標の単位は、光源からレンズ構造を介して生成された光の放射角度の範囲を表している。以下、図４及び図８を同時に参照する。
【００３３】
図４に示した光路それぞれによる発光効果が、図８に示されている。具体的には、ベース１１０の収容ピット１１２から出射された光が、柱部１２０の第１曲面Ｓ１によって一旦集光された後、傘形状部１３０の第２曲面Ｓ２、第３曲面Ｓ３、第１斜面Ｐ１及び第２斜面Ｐ２を介して、レンズ構造１００から均一に出射される。光が出射される範囲は、１８０度より大きい。
【００３４】
また、図２及び図３に示すように、傘形状部１３０は、中心軸Ｃ１を対照に囲む第３斜面Ｐ３をさらに含み、第３斜面Ｐ３は、第１曲面Ｓ１と第２斜面Ｐ２との間に位置している。本実施形態においては、第３斜面Ｐ３と投影面Ｐ４との間に、鋭角Ｔ２が形成され、鋭角Ｔ２の範囲は、０〜１５度である。鋭角Ｔ２は、レンズ構造１００の抜き勾配として使用され、レンズ構造１００がプラスチックで射出成形された後に、型から成形された製品を抜き取るのを容易にしている。また、図１〜３に示すように、レンズ構造１００は、中心軸Ｃ１を対称に囲み、柱部１２０の第１曲面とベース１１０との間に位置する屈曲面１４０をさらに含む。屈曲面１４０は、レンズ構造１００がプラスチックで射出成形された後に、型から抜き取るのを容易にするために、形成されている。
【００３５】
また、図１Ａ及び図１Ｂに示すように、本実施形態において、レンズ構造１００は、ベース１１０に設けられた２つの固定穴１５０をさらに有し、レンズ構造１００をプラットホーム（図示せず）に固定する固定部材（図示せず）を収容するために設けられている。あるいは、固定穴１５０は、レンズ構造１００の接着部分を形成するように設計されていてもよく、ベース１１０の下部が、レンズ構造１００の接着部分（例えば、図２Ａ及び図２Ｂに示すレンズ構造３００のベース３１０）として機能してもよい。このように構成することにより、レンズ構造１００、３００のベース１１０、３１０は、プラットフォーム（図示せず）に結合される。しかしながら、本実施形態は、図に示したレンズ構造１００の設置方法に限定されない。
【００３６】
上述したように、本発明の実施形態によれば、レンズ構造は、柱部の第１曲面を使用して、ベースからの光を傘形状部へ向かって集光できるため、傘形状部の最上部及び傘形状部の側縁に位置する斜面を採用して、光を傘形状部の最上部及び側縁から均一に出射させることができる。したがって、レンズ構造は、指向性のある高原から生成された光を、１８０度よりも大きい所定の視野角へと、拡散して出射する特性を有する。
【００３７】
上述の実施形態を参照して本発明が説明されたが、本発明の精神を逸脱することなく、上述の実施形態に改良を加えることが可能であることは、当業者にとって明らかである。したがって、本発明の範囲は、上述の説明の記載ではなく、添付の特許請求の範囲によって規定される。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【外国語明細書】
2011191763000001.pdf