(57)【要約】【課題】本発明は、光源から出射される光線による照射パターンの光強度分布の均一性を向上させる光学レンズを提供する。【解決手段】本発明に係る光学レンズは、互いに対向する第一端部及び第二端部を有する本体を備え、前記本体は、前記第一端部に位置すると共に、溝が設けられている第一表面と、前記第二端部に位置する第二表面とを有し、前記第一表面における前記溝の側面は発光素子から出射される光線を前記本体に入射させる光入射面であり、前記第二表面は対称の非球面であるとともに光出射面であり、前記発光素子からの光線が前記側面及び前記第二表面によって調整されて形成された照射パターンの光強度の半値全幅の角度は８０度以上である。【選択図】図２
2011095751.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに対向する第一端部及び第二端部を有する本体を備え、
前記本体は、前記第一端部に位置すると共に、溝が設けられている第一表面と、前記第二端部に位置する第二表面とを有し、
前記第一表面における前記溝の側面は発光素子から出射される光線を前記本体に入射させる光入射面であり、前記第二表面は、対称の非球面であるとともに光出射面であり、前記発光素子からの光線が前記側面及び前記第二表面によって調整されて形成された照射パターンの光強度の半値全幅の角度は８０度以上であることを特徴とする光学レンズ。
【請求項２】
前記溝の側面は、対称軸に対して対称である非球面であり、前記対称軸と前記光学レンズの光軸とが一致し、前記第二表面の対称軸と前記光学レンズの光軸とが一致することを特徴とする請求項１に記載の光学レンズ。
【請求項３】
前記側面及び前記第二表面は、下記の式（１）を満たすように形成されていることを特徴とする請求項１に記載の光学レンズ。
【数１】
2011095751.tif 000017
但し、式（１）において、ｒは、前記光学レンズの光軸に対する半径の座標であり、Ｚは、ｒを変数とする前記側面又は前記第二表面のＳＡＧの値であり、ｃ及びｋは、それぞれ前記側面又は前記第二表面の曲率係数及び円錐係数であり、α２〜α５は、前記側面又は前記第二表面の非球面係数であり、前記側面の原点は、前記側面と前記光軸との交差点であり、前記第二表面の原点は、前記第二表面と前記光軸との交差点である。
【請求項４】
前記側面の非球面係数は、全てゼロであるか又は全てゼロではないことを特徴とする請求項３に記載の光学レンズ。
【請求項５】
前記第二表面の非球面係数は、全てゼロであるか又は全てゼロではないことを特徴とする請求項３に記載の光学レンズ。
【請求項６】
前記光学レンズの側面の焦点距離ｆ１は下記の式（２）を満たすことを特徴とする請求項１に記載の光学レンズ。
【数２】
2011095751.tif 000018
但し、式（２）において、Ｎは、前記光学レンズの本体の屈折率であり、ｃ１は、前記側面の曲率係数であり、ｆ１の範囲はｆ１＜−０．５ｍｍである。
【請求項７】
前記光学レンズの焦点距離Ｆは、下記の式（３）を満たすことを特徴とする請求項４に記載の光学レンズ。
【数３】
2011095751.tif 000019
但し、式（３）において、Ｎは、前記光学レンズの本体の屈折率であり、ｃ１及びｃ２は、前記側面及び前記第二表面の曲率係数であり、Ｈは、前記光学レンズの中心の厚さであり、Ｆの範囲はＦ＜−０．５ｍｍである。
【請求項８】
前記溝は、前記発光素子を収容するように形成されていることを特徴とする請求項１に記載の光学レンズ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学システムに関し、特に、光源から出射される光線による照射パターン（ｌｉｇｈｔ  ｆｉｅｌｄ）の光強度分布の均一性を向上させる光学レンズに関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体照明技術の発展に伴って、発光ダイオード（Ｌｉｇｈｔ  ｅｍｉｔｔｉｎｇ  ｄｉｏｄｅ、ＬＥＤ）は、その発光効率が向上しており、従来の光源を次第に代替してきている。ＬＥＤ光源にとって、どのようにＬＥＤが発光する際の光エネルギーを効果的に分配するかは、前記ＬＥＤ光源の光学システムを設計する時の主要課題になる。現在のＬＥＤ光源から出射される光線による照射パターンの光強度分布が不均一であるため、ＬＥＤが出射する光線の光路を調整して、ＬＥＤ光源から出射される光線による照射パターンの光強度分布の均一性を高める光学レンズを提供する必要がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明の目的は、光源から出射される光線による照射パターンの光強度分布の均一性を向上させる光学レンズを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
前記目的を達成するため、本発明に係る光学レンズは、円形の照射パターンを形成するために用いられる。本発明に係る光学レンズは、互いに対向する第一端部及び第二端部を有する本体を備え、前記本体は、前記第一端部に位置すると共に、溝が設けられている第一表面と、前記第二端部に位置する第二表面とを有し、前記第一表面における前記溝の側面は発光素子から出射される光線を前記本体に入射させる光入射面であり、前記第二表面は、対称の非球面であるとともに光出射面であり、前記発光素子からの光線が前記側面及び前記第二表面によって調整されて形成された照射パターンの光強度の半値全幅の角度は８０度以上である。
【発明の効果】
【０００５】
本発明の光学レンズにおいて、前記光学レンズの溝の側面及び前記第二表面は、前記溝の内側に設置されている発光素子が出射する光線の光路を校正することができる。具体的に説明すると、前記溝の側面が特別の形状を有するため、前記発光素子が出射する光線は、前記溝の側面から前記光学レンズの本体に入射した後、前記第二表面の所定の位置に至り、且つ前記第二表面が特別の形状を有するため、前記光線は所定の光路を経て前記光学レンズから出射される。結果として、前記光学レンズから出射される光線が均一であり、円形の照射パターンを形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】本発明の第１実施形態に係る光学レンズを示す図である。
【図２】図１に示す光学レンズのＩＩ−ＩＩに沿う断面図である。
【図３】図１に示す光学レンズによって形成された照射パターンの半値全幅を示す図である。
【図４】図１に示す光学レンズによって形成された照射パターンの光強度分布図である。
【図５】図１に示す光学レンズによって形成された照射パターンの照度分布シミュレーション図である。
【図６】本発明の第２実施形態に係る光学レンズを示す図である。
【図７】図６を示す光学レンズによって形成された照射パターンの光強度分布図である。
【図８】図６を示す光学レンズによって形成された照射パターンの照度分布シミュレーション図である。
【図９】本発明の第３実施形態に係る光学レンズを示す図である。
【図１０】図９を示す光学レンズによって形成された照射パターンの光強度分布図である。
【図１１】図９を示す光学レンズによって形成された照射パターンの照度分布シミュレーション図である。
【図１２】本発明の第４実施形態に係る光学レンズを示す図である。
【図１３】図１２を示す光学レンズによって形成された照射パターンの光強度分布図である。
【図１４】図１２を示す光学レンズによって形成された照射パターンの照度分布シミュレーション図である。
【図１５】本発明の第５実施形態に係る光学レンズを示す図である。
【図１６】図１５を示す光学レンズによって形成された照射パターンの光強度分布図である。
【図１７】図１５を示す光学レンズによって形成された照射パターンの照度分布シミュレーション図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
【０００８】
図１を参照すると、本発明の第１実施形態に係る光学レンズ１０は、発光素子１０１から出射される光の光路を調整することにより光源から出射される光線による照射パターンの光強度分布の均一性を向上させる。前記光学レンズ１０は、互いに対向して設けられている第一表面１１０及び第二表面１２０を有する本体１００を備える。本実施形態において、前記発光素子１０１は、発光ダイオードであるが、これに限定されるものではない。前記発光素子１０１から出射される光線は前記光学レンズ１００から出射される際に、円形の照射パターンを形成する。
【０００９】
図２を参照すると、前記第一表面１１０には、溝１１１が設けられている。前記発光素子１０１は、前記溝１１１の内側に設置される。前記発光素子１０１が出射される光線は、前記溝１１１の側面１１１２から前記本体１００に入射するため、前記側面１１１２は前記光学レンズ１０の入射面である。本実施形態において、前記溝１１１は、円錐形の溝である。前記側面１１１２は、対称の非球面であり、且つその対称軸と前記光学レンズ１０の光軸Ｏとは一致する。
【００１０】
前記側面１１１２は、以下の式（１）を満たすように形成される。
【００１１】
【数１】
2011095751.tif 000003
【００１２】
その中で、ｒ１は、前記光軸Ｏに対する半径の座標であり、Ｚ１は、ｒ１を変数とする前記側面１１１２のＳＡＧの値（Ｓａｇｉｔｔａ  Ｖａｌｕｅ）、即ち、前記光軸Ｏに沿う面座標（Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅ）であり、ｃ１及びｋ１は、それぞれ前記側面１１１２の曲率係数及び円錐係数であり、α２１〜α５１は、前記側面１１１２の非球面係数である。この時、前記溝１１１の側面１１１２の原点Ａは、前記溝１１１の側面１１１２の中心頂点であると共に前記溝１１１の底部中心であり、且つ前記側面１１１２と前記光軸Ｏとの交差点である。
【００１３】
前記光学レンズ１０の側面１１１２の焦点距離ｆ１は以下の式（２）を満たす。
【００１４】
【数２】
2011095751.tif 000004
【００１５】
その中で、Ｎは、前記光学レンズ１０の本体１００の屈折率であり、ｃ１は、前記側面１１１２の曲率係数であり、ｆ１の範囲はｆ１＜−０．５ｍｍである。前記側面１１１２の焦点距離ｆ１は、前記側面１１１２の曲率係数ｃ１及び光学レンズ１０の屈折率Ｎに関連する。
【００１６】
本実施形態において、前記光学レンズ１０は屈折率が１．４９であるポリメタクリル酸メチル（Ｐｏｌｙｍｅｔｈｙｌｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ、ＰＭＭＡ）を含み、α２１〜α５１は全てゼロであるが、これに限定されるものではなく、実際の需要に基づいて設定することができる。他の実施形態において、前記光学レンズ１０は、ポリカーボネート樹脂（Ｐｏｌｙｃａｒｂｏｎａｔｅ、ＰＣ）又はシリコーン（Ｓｉｌｉｃｏｎｅ）のような他の材料を含むことができ、α２１〜α５１の中の少なくとも１つがゼロであることができる。前記側面１１１２の具体的のパラメーターは、表１を参照することができる。
【００１７】
【表１】
2011095751.tif 000005
【００１８】
前記第二表面１２０は、前記光学レンズ１０の本体１００に入射された光線が出射される前記光学レンズ１０の出射面である。本実施形態において、前記第二表面１２０は、対称の非球面であり、且つその対称軸と前記光学レンズ１０の光軸Ｏとは一致する。
【００１９】
前記第二表面１２０は、以下式（３）を満たすように形成される。
【００２０】
【数３】
2011095751.tif 000006
【００２１】
その中で、ｒ２は、前記光軸Ｏに対する半径の座標であり、Ｚ２は、ｒ２を変数とする前記側面１１１２のＳＡＧの値（Ｓａｇｉｔｔａ  Ｖａｌｕｅ）、即ち、前記光軸Ｏに沿う面座標（Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅ）であり、ｃ２及びｋ２は、それぞれ前記第二表面１２０の曲率係数及び円錐係数であり、α２２〜α５２は、前記第二表面１２０の非球面係数である。この時、前記第二表面１２０の原点Ｂは、前記第二表面１２０の中心頂点であると共に前記第二表面１２０の頂部中心であり、且つ前記第二表面１２０と前記光軸Ｏとの交差点である。
【００２２】
本実施形態において、α２２〜α５２は全てゼロではないが、これに限定されるものではなく、実際の需要に基づいて設定することができる。他の実施形態において、α２２〜α５２の中の少なくとも１つがゼロであることができる。前記第二表面１２０の具体的のパラメーターは、表２を参照することができる。
【００２３】
【表２】
2011095751.tif 000007
【００２４】
前記光学レンズ１０の焦点距離Ｆは、以下式（４）を満たす。
【００２５】
【数４】
2011095751.tif 000008
【００２６】
その中で、Ｎは、前記光学レンズ１０の本体１００の屈折率であり、ｃ１及びｃ２はそれぞれ、前記側面１１１２及び前記第二表面１２０の曲率係数であり、Ｈは、前記光軸Ｏに沿う前記側面１１１２の原点Ａと前記第二表面１２０の原点Ｂとの垂直距離、即ち前記光学レンズ１０の中心の厚さであり、Ｆの範囲はＦ＜−０．５ｍｍである。
【００２７】
前記光学レンズ１０の焦点距離Ｆは、前記側面１１１２及び前記第二表面１２０の曲率係数ｃ１及びｃ２、前記光学レンズ１０の屈折率Ｎ及び前記光学レンズ１０の中心の厚さＨに関連する。本実施形態において、前記光学レンズ１０は、屈折率が１．４９であるポリメタクリル酸メチルを含み、Ｈ＝２ｍｍ、Ｆ＝−０．２３ｍｍである。勿論、Ｈは、実際の需要に基づいて設定することができる。
【００２８】
前記光学レンズ１０の溝１１１の側面１１１２及び前記第二表面１２０は、前記溝１１１の内側に設置されている発光素子１０１が出射する光線の光路を校正するために用いられる。具体的に説明すると、前記溝１１１の側面１１１２が特別の形状を有するため、前記発光素子１０１が出射する光線は、前記溝１１１の側面１１１２から前記光学レンズ１０の本体１００に入射された後、前記第二表面１２０の所定の位置に至り、且つ前記第二表面１２０が特別の形状を有するため、前記光線は所定の光路を経て光学レンズ１０から出射される。その結果、光学レンズ１０から出射される光線が均一であり、円形の照射パターンを形成する。
【００２９】
前記光学レンズ１０は表１及び表２を示されたパラメーターを採用するため、図３に示されたように、前記発光素子１０１が出射する光線が前記光学レンズ１０によって校正されてから形成される照射パターンの光強度の半値全幅（ｆｕｌｌ  ｗｉｄｔｈ  ａｔ  ｈａｌｆ  ｍａｘｉｍｕｍ、ＦＷＨＭ）の角度、即ち、光強度が最大値の半分の光線によって形成した輻射角度は、８０度以上である。図４及び図５は、光強度分布図（カンデラ図）及び照度分布シミュレーション図である。図４において、ａ曲線は、ＸＹ平面におけるＸ方向（平行角度、Ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ  ａｎｇｌｅ）の光強度分布を表示し、ｂ曲線は、ＸＹ平面におけるＹ方向（垂直角度、Ｖｅｒｔｉｃａｌ  ａｎｇｌｅ）の光強度分布を表示する。図４及び図５に示されたように、前記光学レンズ１０によって前記発光素子１０１が出射する光線の光路が校正されるため、前記光学レンズ１０から出射された光線は、ＸＹ平面のＸ方向及びＹ方向で±６０度より大きい輻射角度を形成することができ、従って、ＸＹ平面で均一の光強度を有する円形の照射パターンを形成する。また、図４に示されたように、ａ曲線とｂ曲線がほぼ一致、即ちＸＹ平面に形成された照射パターンのＸ方向とＹ方向がほぼ同じである。前記光学レンズ１０から出射された光線がＸＹ平面に形成した光強度分布は、比較的に均一であり、即ち、光強度は、照射パターンの中心から外周に向かって均一に次第に弱くなる（図５を参照）。
【００３０】
図６を参照すると、本発明の第２実施形態に係る光学レンズ２０は、発光素子２０１から出射される光の光路を調整することにより、光学レンズ２０から出射される光による照射パターンの光強度分布の均一性を向上させる。前記光学レンズ２０は、互いに対向して設けられている第一表面２１０及び第二表面２２０を有する本体２００を備える。前記第一表面２１０には、溝２１１が設けられている。前記発光素子２０１は、前記溝２１１の内側に設置される。前記発光素子２０１から出射される光線は、前記溝２１１の側面２１１２から前記本体２００に入射される。本実施形態において、前記側面２１１２は、対称の非球面であり、且つその対称軸と前記光学レンズ２０の前記光軸Ｏとは一致する。
【００３１】
前記側面２１１２は、上記の式（１）を満たすように形成され、且つ焦点距離ｆ１は、上記の式（２）及びｆ１の値の範囲を満たす。本実施形態において、α２１〜α５１は、全てゼロである。前記側面２１１２の他の具体的のパラメーターは、表３を参照することができる。
【００３２】
【表３】
2011095751.tif 000009
【００３３】
前記第二表面２２０は、前記光学レンズ２０の出射面であり、且つ上記の式（３）を満たすように形成されている。本実施形態において、前記第二表面２２０は、対称の非球面であり、且つその対称軸と前記光学レンズ２０の前記光軸Ｏとは一致する。具体的のパラメーターは、表４を参照することができる。
【００３４】
【表４】
2011095751.tif 000010
【００３５】
前記光学レンズ２０の焦点距離Ｆは、上記の式（４）を満たし、Ｆの範囲はＦ＜−０．５ｍｍである。本実施形態において、Ｎ＝１．４９、Ｈ＝２ｍｍ、Ｆ＝−１．２２ｍｍである。
【００３６】
前記光学レンズ２０の溝２１１の側面２１１２及び前記第二表面２２０は、前記溝２１１の内側に設置されている発光素子２０１が出射する光線の光路を校正するために用いられる。具体的に説明すると、前記溝２１１の側面２１１２が特別の形状を有するため、前記発光素子２０１が出射する光線は、前記溝２１１の側面２１１２から前記光学レンズ２０の本体２００に入射された後、前記第二表面２２０の所定の位置に至り、且つ前記第二表面２２０が特別の形状を有するため、前記光線は所定の光路を経て光学レンズ２０から出射される。その結果、光学レンズ２０から出射される光線が均一であり、円形の照射パターンを形成する。
【００３７】
前記光学レンズ２０は表３及び表４に示されたパラメーターを採用するため、前記発光素子２０１が出射する光線が前記光学レンズ２０によって校正されてから形成した照射パターンの光強度の半値全幅の角度、即ち、光強度が最大値の半分の光線によって形成した輻射角度は、８０度以上である。図７及び図８は、光強度分布図及び照度分布シミュレーション図である。図７において、ｃ曲線は、ＸＹ平面におけるＸ方向の光強度分布を表示し、ｄ曲線は、ＸＹ平面におけるＹ方向の光強度分布を表示する。図７及び図８に示されたように、前記光学レンズ２０によって前記発光素子２０１が出射する光線の光路を校正するため、前記光学レンズ２０から出射される光線は、ＸＹ平面のＸ方向及びＹ方向で±６５度より大きい輻射角度を形成することができ、従ってＸＹ平面で均一の光強度を有する円形の照射パターンを形成する。また、図７に示されたように、ｃ曲線とｄ曲線がほぼ一致、即ちＸＹ平面に形成された照射パターンのＸ方向とＹ方向がほぼ同じである。前記光学レンズ２０から出射された光線がＸＹ平面に形成した光強度分布は、比較的に均一であり、即ち、光強度は、照射パターンの中心から外周に向かって均一に次第に弱くなる（図８を参照）。
【００３８】
図９を参照すると、本発明の第３実施形態に係る光学レンズ３０は、発光素子３０１から出射する光線の光路を調整することにより光線による照射パターンの光強度分布の均一性を向上させる。前記光学レンズ３０は、互いに対向して設けられている第一表面３１０及び第二表面３２０を有する本体３００を備える。前記第一表面３１０には、溝３１１が設けられている。前記発光素子３０１は、前記溝３１１の内側に設置される。前記発光素子３０１から出射される光線は、前記溝３１１の側面３１１２から前記本体３００に入射される。本実施形態において、前記側面３１１２は、対称の非球面であり、且つその対称軸と前記光学レンズ３０の前記光軸Ｏとは一致する。
【００３９】
前記側面３１１２は、上記の式（１）を満すように形成されており、且つ焦点距離ｆ１は、上記の式（２）及びｆ１の値の範囲を満たす。本実施形態において、α２１〜α５１は、全てゼロではない。前記側面３１１２の他の具体的のパラメーターは、表５を参照することができる。
【００４０】
【表５】
2011095751.tif 000011
【００４１】
前記第二表面３２０は、前記光学レンズ３０の出射面であり、且つ上記の式（３）を満たすように形成されている。本実施形態において、前記第二表面３２０は、対称の非球面であり、且つその対称軸と前記光学レンズ３０の前記光軸Ｏとは一致する。具体的のパラメーターは、表６を参照することができる。
【００４２】
【表６】
2011095751.tif 000012
【００４３】
前記光学レンズ３０の焦点距離Ｆは、上記の式（４）を満たし、Ｆの範囲はＦ＜−０．５ｍｍである。本実施形態において、Ｎ＝１．４９、Ｈ＝９ｍｍ、Ｆ＝−５．５２ｍｍである。
【００４４】
前記光学レンズ３０の溝３１１の側面３１１２及び前記第二表面３２０は、前記溝３１１の内側に設置されている発光素子３０１が出射する光線の光路を校正するために用いられる。具体的に説明すると、前記溝３１１の側面３１１２が特別の形状を有するため、前記発光素子３０１が出射する光線は、前記溝３１１の側面３１１２から前記光学レンズ３０の本体３００に入射された後、前記第二表面３２０の所定の位置に至り、且つ前記第二表面３２０が特別の形状を有するため、前記光線は所定の光路を経て光学レンズ３０から出射される。その結果、光学レンズ３０から出射される光線が均一であり、円形の照射パターンを形成する。
【００４５】
前記光学レンズ３０は表５及び表６に示されたパラメーターを採用するため、前記発光素子３０１が出射する光線が前記光学レンズ３０によって校正されてから形成した照射パターンの光強度の半値全幅角度、即ち、光強度が最大値の半分の光線によって形成した輻射角度は、８０度以上である。図１０及び図１１は、光強度分布図及び照度分布シミュレーション図である。図１０において、ｅ曲線は、ＸＹ平面におけるＸ方向の光強度分布を表示し、ｆ曲線は、ＸＹ平面におけるＹ方向の光強度分布を表示する。図１０及び図１１に示されたように、前記光学レンズ３０によって前記発光素子３０１が出射する光線の光路を校正するため、前記光学レンズ３０から出射された光線は、ＸＹ平面のＸ方向及びＹ方向で±６２度より大きい輻射角度を形成することができ、従って、ＸＹ平面で均一の光強度を有する円形の照射パターンを形成する。また、図１０に示されたように、ｅ曲線とｆ曲線がほぼ一致、即ちＸＹ平面に形成された照射パターンのＸ方向とＹ方向がほぼ同じである。前記光学レンズ３０から出射された光線がＸＹ平面に形成した光強度分布は、比較的に均一であり、即ち、光強度は、照射パターンの中心から外周に向かって均一に次第に弱くなる（図１１を参照）。
【００４６】
図１２を参照すると、本発明の第４実施形態に係る光学レンズ４０は、発光素子４０１から出射される光線の光路を調整することにより光線による照射パターンの光強度分布の均一性を向上させる。前記光学レンズ４０は、互いに対向して設けられている第一表面４１０及び第二表面４２０を有する本体４００を備える。前記第一表面４１０には、溝４１１が設けられている。前記発光素子４０１は、前記溝４１１の内側に設置される。前記発光素子４０１から出射される光線は、前記溝４１１の側面４１１２から前記本体４００に入射される。本実施形態において、前記側面４１１２は、対称の非球面であり、且つその対称軸と前記光学レンズ４０の前記光軸Ｏとは一致する。
【００４７】
前記側面４１１２は、上記の式（１）を満たすように形成されており、且つ焦点距離ｆ１は、上記の式（２）及びｆ１の値の範囲を満たす。本実施形態において、α２１〜α５１は、全てゼロである。前記側面４１１２の他の具体的のパラメーターは、表７を参照することができる。
【００４８】
【表７】
2011095751.tif 000013
【００４９】
前記第二表面４２０は、前記光学レンズ４０の出射面であり、且つ上記の式（３）を満すように形成されている。本実施形態において、前記第二表面４２０は、対称の非球面であり、且つその対称軸と前記光学レンズ４０の前記光軸Ｏとは一致する。α２２〜α５２は、全てゼロであり、前記第二表面４２０の他の具体的のパラメーターは、表８を参照することができる。
【００５０】
【表８】
2011095751.tif 000014
【００５１】
前記光学レンズ４０の焦点距離Ｆは、上記の式（４）を満たし、Ｆの範囲はＦ＜−０．５ｍｍである。本実施形態において、Ｎ＝１．４９、Ｈ＝９ｍｍ、Ｆ＝−３２．６７ｍｍである。
【００５２】
前記光学レンズ４０の溝４１１の側面４１１２及び前記第二表面４２０は、前記溝４１１の内側に設置されている発光素子４０１が出射する光線の光路を校正するために用いられる。具体的に説明すると、前記溝４１１の側面４１１２が特別の形状を有するため、前記発光素子４０１が出射する光線は、前記溝４１１の側面４１１２から前記光学レンズ４０の本体４００に入射された後、前記第二表面４２０の所定の位置に至り、且つ前記第二表面４２０が特別の形状を有するため、前記光線は所定の光路を経て光学レンズ４０から出射される。その結果、光学レンズ４０から出射される光線は均一であり、円形の照射パターンを形成する。
【００５３】
前記光学レンズ４０は表７及び表８に示されたパラメーターを採用するため、前記発光素子４０１が出射する光線が前記光学レンズ４０によって校正されてから形成した照射パターンの光強度の半値全幅角度、即ち、光強度が最大値の半分の光線によって形成した輻射角度は、８０度以上である。図１３及び図１４は、光強度分布図及び照度分布シミュレーション図である。図１３において、ｇ曲線は、ＸＹ平面におけるＸ方向の光強度分布を表示し、ｈ曲線は、ＸＹ平面におけるＹ方向の光強度分布を表示する。図１３及び図１４に示されたように、前記光学レンズ４０によって前記発光素子４０１が出射する光線の光路を校正するため、前記光学レンズ４０から出射された光線は、ＸＹ平面のＸ方向及びＹ方向で±４１度より大きい輻射角度を形成することができ、従って、ＸＹ平面で均一の光強度を有する円形の照射パターンを形成する。また、図１３に示されたように、ｇ曲線とｈ曲線がほぼ一致、即ちＸＹ平面に形成された照射パターンのＸ方向とＹ方向がほぼ同じである。前記光学レンズ４０から出射された光線がＸＹ平面に形成した光強度分布は、比較的に均一であり、即ち、光強度は、照射パターンの中心から外周に向かって均一に次第に弱くなる（図１４を参照）。
【００５４】
図１５を参照すると、本発明の第５実施形態に係る光学レンズ５０は、発光素子５０１から出射される光線の光路を調整することにより、光線による照射パターンの光強度分布の均一性を向上させる。前記光学レンズ５０は、互いに対向して設けられている第一表面５１０及び第二表面５２０を有する本体５００を備える。前記第一表面５１０には、溝５１１が設けられている。前記発光素子５０１は、前記溝５１１の内側に設置される。前記発光素子５０１から出射される光線は、前記溝５１１の側面５１１２から前記本体５００に入射される。本実施形態において、前記側面５１１２は、対称の非球面であり、且つその対称軸と前記光学レンズ５０の前記光軸Ｏとは一致する。
【００５５】
前記側面５１１２は、上記の式（１）を満たすように形成されており、且つ焦点距離ｆ１は、上記の式（２）及びｆ１の値の範囲を満たす。本実施形態において、前記側面５１１２の他のパラメーターは、表９を参照することができる。
【００５６】
【表９】
2011095751.tif 000015
【００５７】
前記第二表面５２０は、前記光学レンズ５０の出射面であり、且つ上記の式（３）を満たすように形成されている。本実施形態において、前記第二表面５２０は、対称の非球面であり、且つその対称軸と前記光学レンズ５０の前記光軸Ｏとは一致する。α２２〜α５２は、全てゼロであり、前記第二表面５２０の他の具体的のパラメーターは、表１０を参照することができる。
【００５８】
【表１０】
2011095751.tif 000016
【００５９】
前記光学レンズ５０の焦点距離Ｆは、上記の式（４）を満たし、Ｆの範囲はＦ＜−０．５ｍｍである。本実施形態において、Ｎ＝１．４９、Ｈ＝９ｍｍ、Ｆ＝−１００ｍｍである。
【００６０】
前記光学レンズ５０の溝５１１の側面５１１２及び前記第二表面５２０は、前記溝５１１の内側に設置されている発光素子５０１が出射する光線の光路を校正するために用いられる。具体的に説明すると、前記溝５１１の側面５１１２が特別の形状を有するため、前記発光素子５０１が出射する光線は、前記溝５１１の側面５１１２から前記光学レンズ５０の本体５００に入射された後、前記第二表面５２０の所定の位置に至り、且つ前記第二表面５２０が特別の形状を有するため、前記光線は所定の光路を経て光学レンズ５０から出射される。その結果、光学レンズ５０から出射される光線が均一であり、円形の照射パターンを形成する。
【００６１】
前記光学レンズ５０は表９及び表１０に示されたパラメーターを採用するため、前記発光素子５０１が出射する光線が前記光学レンズ５０によって校正されてから形成した照射パターンの光強度の半値全幅の角度、即ち、光強度が最大値の半分の光線によって形成した輻射角度は、８０度以上である。図１６及び図１７は、光強度分布図及び照度分布シミュレーション図である。図１６において、ｉ曲線は、ＸＹ平面におけるＸ方向の光強度分布を表示し、ｊ曲線は、ＸＹ平面におけるＹ方向の光強度分布を表示する。図１６及び図１７に示されたように、前記光学レンズ５０によって前記発光素子５０１が出射する光線の光路を校正するため、前記光学レンズ５０から出射された光線は、ＸＹ平面のＸ方向及びＹ方向で±４１度より大きい輻射角度を形成することができ、従って、ＸＹ平面で均一の光強度を有する円形の照射パターンを形成する。また、図１６に示されたように、ｉ曲線とｊ曲線がほぼ一致、即ちＸＹ平面に形成された照射パターンのＸ方向とＹ方向がほぼ同じである。前記光学レンズ５０から出射された光線がＸＹ平面に形成した光強度分布は、比較的に均一であり、即ち、光強度は、照射パターンの中心から外周に向かって均一に次第に弱くなる（図１７を参照）。
【００６２】
以上、本発明を実施形態に基づいて具体的に説明したが、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において、種々の変更が可能であることは勿論であって、本発明の保護範囲は、以下の特許請求の範囲から決まる。
【符号の説明】
【００６３】
１０、２０、３０、４０、５０  光学レンズ
１０１、２０１、３０１、４０１、５０１  光源
１１０、２１０、３１０、４１０、５１０  第一表面
１２０、２２０、３２０、４２０、５２０  第二表面
１００、２００、３００、４００、５００  本体
１１１、２１１、３１１、４１１、５１１  溝
１１１２、２１１２、３１１２、４１１２、５１１２  側面
【図１】
2011095751.tif 000020
【図２】
2011095751.tif 000021
【図３】
2011095751.tif 000022
【図４】
2011095751.tif 000023
【図６】
2011095751.tif 000024
【図７】
2011095751.tif 000025
【図９】
2011095751.tif 000026
【図１０】
2011095751.tif 000027
【図１３】
2011095751.tif 000028
【図１５】
2011095751.tif 000029
【図１６】
2011095751.tif 000030
【図５】
2011095751.tif 000031
【図８】
2011095751.tif 000032
【図１１】
2011095751.tif 000033
【図１２】
2011095751.tif 000034
【図１４】
2011095751.tif 000035
【図１７】
2011095751.tif 000036