JP2018013680A

JP2018013680A - 光学レンズ

Info

Publication number: JP2018013680A
Application number: JP2016144027A
Authority: JP
Inventors: 卓矢松丸; Takuya Matsumaru
Original assignee: Stanley Electric Co Ltd
Current assignee: Stanley Electric Co Ltd
Priority date: 2016-07-22
Filing date: 2016-07-22
Publication date: 2018-01-25

Abstract

【課題】配光制御を効率良く行うことができるとともに、点灯フィーリングを揃えて商品性を高めることができる光学レンズを提供すること。【解決手段】入射部２と、該入射部２とは反対側に設けられた出射部３と、入射部２から入射した光を出射部３へと導く導光部４とを備え、導光部４は、入射部２から入射した光の一部を光軸ｘ方向に全反射させる第１反射面４１と、光軸ｘ方向の光を光軸ｘと直交する方向に全反射させる第２反射面４２と、該第２反射面４２で全反射した光を光軸ｘ方向に出射部３に向けて全反射させる階段状の複数の第３反射面４３を備え、出射部３には、第３反射面４３の配列方向に沿う複数のフルートカット３ａを形成して成る光学レンズ１において、複数の第３反射面４３の配列ピッチｐと複数のフルートカット３ａの配列ピッチｐとを一致させ、各第３反射面４３の中心と各フルートカット３ａの中心とを一致させる。【選択図】図２

Description

本発明は、光源から入射する光を内部で全反射させつつ出射部から出射させることによって出射部の全体を発光させる光学レンズに関するものである。

例えば、テールランプやストップランプ等の車両用信号灯の光源には、従来のバルブ（電球）に代えてＬＥＤ（発光ダイオード）が使用されつつある。このＬＥＤは、発光効率が高くて長寿命であり、且つ、省電力等の利点を有する反面、指向性の高い光を出射するため、その光をそのまま利用することができないという問題がある。このため、通常はＬＥＤから出射する指向性の高い光を光透過性の高い光学レンズに入射させ、該光学レンズ内で光を導く過程で反射によって光を出射部から出射させることによって出射部の全体を発光させることが行われている。

ところで、斯かる光学レンズに関して、特許文献１には図４に示すものが提案されている。

即ち、図４は特許文献１において提案された光学レンズの縦断面図であり、図示の光学レンズ１０１は、光源であるＬＥＤ１１０の光出射方向前方（図４の上方）に配置され、ＬＥＤ１１０側の一方の面（図４の下面）に突設された入射部１０２と、前記一方の面とは反対側の他方の面（図４の上面）に設けられた出射部１０３と、前記入射部１０２から入射した光を前記出射部１０３へと導く導光部１０４とを備えている。

ここで、上記導光部１０４は、前記入射部１０２から入射した光の一部を光軸ｘ方向（図４の垂直上方）に全反射させる第１反射面１４１と、光軸ｘ方向の光を光軸ｘと直交する方向（図４の左右方向）に全反射させる一対の第２反射面１４２と、該第２反射面１４２で全反射した光を光軸ｘ方向に前記出射部１０３に向けて全反射させる階段状の複数の第３反射面１４３を備えている。そして、前記出射部１０３には、前記第３反射面１４３に配列方向に沿う複数のフルートカット１０３ａが形成されている。又、入射部１０２は、凸面状の第１入射面１２１と、該第１入射面１２１の周囲に形成された第２入射面１２２を備えている。

斯かる光学レンズ１０１において、ＬＥＤ１１０が起動されて発光すると、その光の一部は、入射部１０２の第１入射面１２１によって光軸ｘ方向に屈折されつつ当該光学レンズ１０１内に入射して第２反射面１４２へと向かい、他の光は、第２入射面１２２から当該光学レンズ１０１内に入射し、第１反射面１４１で全反射して第２反射面１４２へと向かう。そして、光学レンズ１０１内において第２反射面１４２へと向かう光は、一対の第２反射面１４２によって光軸ｘを境として左右に分岐されつつ光軸ｘと直交する方向に全反射して第３反射面１４３へと向かう。

光学レンズ１０１内において第３反射面１４３へと向かう光は、複数の各第３反射面１４３でそれぞれ全反射して光軸ｘ方向に沿って出射部１０３へと向かい、該出射部１０３に形成された複数のフルートカット１０３ａによって拡散しながら光学レンズ１０１外へと出射するため、出射部１０３がライン状に発光する。

特開２０１１−２２８１８５号公報

しかしながら、特許文献１において提案された光学レンズ１０１においては、図５に詳細に示すように、出射部１０３において光拡散用の複数のフルートカット１０３ａを出射面の面積を均等に分割してレイアウトしているため、光を出射部１０３に向かって光軸ｘ方向に全反射させる複数の第３反射面１４３の位置とフルートカット１０３ａの位置関係が場所によって変わってしまう。このため、フルートカット１０３ａのフルート形状を同じＲ値（曲率半径）で形成すると、エーミング角（配光角）がフルートカット１０３ａごとに変わってしまい、配光制御を効率良く行うことができないばかりか、点灯フィーリングが揃わないために光学レンズ１０１の商品性が低下するという問題がある。

本発明は上記問題に鑑みてなされたもので、その目的とする処は、配光制御を効率良く行うことができるとともに、点灯フィーリングを揃えて商品性を高めることができる光学レンズを提供することにある。

上記目的を達成するため、請求項１記載の発明は、光源の光出射方向前方に配置され、光源側の一方の面に突設された入射部と、前記一方の面とは反対側の他方の面に設けられた出射部と、前記入射部から入射した光を前記出射部へと導く導光部とを備え、
前記導光部は、前記入射部から入射した光の一部を光軸方向に全反射させる第１反射面と、光軸方向の光を光軸と直交する方向に全反射させる第２反射面と、該第２反射面で全反射した光を光軸方向に前記出射部に向けて全反射させる階段状の複数の第３反射面を備え、
前記出射部には、前記第３反射面の配列方向に沿う複数のフルートカットを形成して成る光学レンズにおいて、
複数の前記第３反射面の配列ピッチと前記出射部に形成された複数のフルートカットの配列ピッチを一致させ、各第３反射面の中心と各フルートカットの中心とを一致させたことを特徴とする。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記出射部のベース面から光出射方向に平行にオフセットした位置にベースオフセット面を設定し、該ベースオフセット面上の前記第３反射面からの光照射範囲に、前記フルートカットのフルート形状をそれぞれ設定し、そのフルート形状を他の領域まで延長して複数のフルートカットを形成したことを特徴とする。

本発明によれば、光学レンズにおいて光を出射部に向かって光軸方向に全反射させる複数の第３反射面の配列ピッチと出射部に形成された複数のフルートカットの配列ピッチを一致させ、各第３反射面の中心と各フルートカットの中心とを一致させたため、各フルートカットによるエーミング角（配光角）が全て等しくなり、フルートカットによる配光制御を効率良く行うことができるとともに、点灯フィーリングが揃うために当該光学レンズの商品性を高めることができる。

本発明に係る光学レンズの斜視図である。本発明に係る光学レンズの縦断面図である。図２の要部拡大断面図である。特許文献１において提案された光学レンズの縦断面図である。図４の要部拡大断面図である。

以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。

図１は本発明に係る光学レンズの斜視図、図２は同光学レンズの縦断面図、図３は図２の要部拡大断面図である。

本実施の形態に係る光学レンズ１は、光透過性の高いアクリルやポリカーボネイト等の透明樹脂によって一体に成形されており、図２に示すように、光源であるＬＥＤ１０の光出射方向前方（図２の上方）に配置され、ＬＥＤ１０側の一方の面（図２の下面）に突設された入射部２と、前記一方の面とは反対側の他方の面（図２の上面）に設けられた出射部３と、前記入射部２から入射した光を前記出射部３へと導く導光部４とを備えている。尚、光源であるＬＥＤ１０は、図２の上方に向かって光を出射するよう配置されており、光学レンズ１は、ＬＥＤ１０の光軸ｘを中心とする左右対称形状に成形されている。

上記入射部２は、図２及び図３に示すように、光軸ｘを回転対称軸とする裁頭円錐状に形成されており、この入射部２の頭部には、ＬＥＤ１０側（図２及び図３の下方）に向かって開口する凹部２ａが形成されている。そして、この凹部２ａの底部には、ＬＥＤ１０側に向かって膨出する凸面状（非球面状）の第１入射面２１が、光軸ｘを回転対称軸としてＬＥＤ１０に対向するように形成されている。ここで、第１入射面２１は、その焦点にＬＥＤ１０が位置するように配設されており、ＬＥＤ１０から出射する光を光軸ｘに沿った方向（図２及び図３の垂直上方）へ屈折させつつ当該光学レンズ１内に入射させる機能を有している。

又、第１入射面２１の周縁に形成された凹部２ａの内周面は、第２入射面２２を構成しており、この第２入射面２２は、ＬＥＤ１０の周囲を覆うよう立設された円錐面であり、ＬＥＤ１０から出射する光のうち第１入射面２１よりも側方へ向かう光を当該光学レンズ１内に入射させる機能を有している。

前記導光部４は、前記入射部２の第２入射面２２から入射した光を光軸ｘ方向（図２及び図３の垂直上方）に全反射させる第１反射面４１と、光軸ｘ方向の光を光軸ｘと直交する方向（図２及び図３の左右方向）に全反射させる一対の第２反射面４２と、該第２反射面４２で全反射した水平な光を光軸ｘ方向に出射部３に向けて全反射させる階段状の複数（図示例では、左右に各３つ）の第３反射面４３を備えている。

ここで、上記第１反射面４１は、入射部２の外周面として形成されており、一対の前記第２反射面４２は、当該光学レンズ１のＬＥＤ１０とは反対側の面（図２及び図３の上面）に光軸ｘを中心として左右に凹設されている。具体的には、一対の第２反射面４２は、光軸ｘに対して４５°の角度で左右方向に傾斜する斜面として形成されており、第１入射面２１と第２入射面２２から当該光学レンズ１内に入射する光を光軸ｘを中心として左右に全反射させる機能を有している。

又、前記第３反射面４３は、当該光学レンズ１のＬＥＤ１０側の面（図２及び図３の下面）の左右両側部分にそれぞれ複数（図示例では、各３つ）形成されている。具体的には、これらの第３反射面４３は、左右方向に所定の配列ピッチｐで階段状に形成されており、第２反射面４２によって左右方向に全反射した光を光軸ｘ方向に沿って出射部３に向けて個別に全反射させる機能を有している。

前記出射部３は、第３反射面４３の光軸ｘ方向（図２及び図３の上方）に位置するように、当該光学レンズ１のＬＥＤ１０とは反対側の面（図２及び図３の上面）の第２反射面４２の左右両側に形成されており、各出射部３には、左右の各第３反射面４３の数（図示例では、３つ）と同数（３つ）のフルートカット３ａが左右方向に所定の配列ピッチｐで形成されている。ここで、左右の出射部３は、第３反射面４３で全反射して当該出射部３に向かう光をフルートカット３ａによって所定のエーミング角（配光角）で拡散させつつ出射させる機能を有している。

而して、本実施の形態に係る光学レンズ１においては、図２に示すように、左右一対の複数（各３つ）の第３反射面４３の配列ピッチｐと左右一対の各出射部３に形成された複数（各３つ）のフルートカット３ａの配列ピッチｐとを一致させ、各第３反射面４３の中心と各フルートカット３ａの中心とを一致させている。

以上のように構成された光学レンズ１において、ＬＥＤ１０が起動されて発光すると、その光の一部は、第１入射面２１によって光軸ｘ方向に屈折されつつ当該光学レンズ１内に入射し、平行光となって第２反射面４２へと向かう。又、第１入射面２１よりも側方へ出射する他の光は、第２入射面２２から当該光学レンズ１内に入射した後、第１反射面４１で全反射して光軸ｘ方向に沿って平行光として第２反射面４２へと向かう。

そして、第２反射面４２へと向かう平行光は、左右一対の該第２反射面４２によって全反射して光軸ｘを中心としてこれの左右に向かい、左右方向に断続的に配列された第３反射面４３によって光軸ｘ方向に全反射して左右一対の出射部３へと向かい、各出射部３に形成された複数のフルートカット３ａによって配光を制御されつつ出射する。この結果、光学レンズ１は、左右の出射部３が左右の第２反射面４２を挟んでライン状に発光する。

以上において、本実施の形態に係る光学レンズ１によれば、光を出射部３に向かって光軸ｘ方向に全反射させる複数の第３反射面４３の配列ピッチｐと出射部３に形成された複数のフルートカット３ａの配列ピッチｐとを一致させ、各第３反射面４３の中心と各フルートカット３ａの中心とを一致させたため、各フルートカット３ａによるエーミング角（配光角）が全て等しくなり、フルートカット３ａによる配光制御を効率良く行うことができるとともに、点灯フィーリングが揃うために当該光学レンズ１の商品性が高められるという効果が得られる。

ここで、光学レンズ１の左右の出射部３へのフルートカット３ａの形成方法を図３に基づいて説明する。

出射部３のベース面Ｓから光出射方向（図３の上方）に平行にオフセットした位置にベースオフセット面Ｓ’を設定し、該ベースオフセット面Ｓ’上の各第３反射面４３からの光照射範囲（図３のポイントａ，ｂの範囲）に、フルートカット３ａのフルート形状（Ｒ値又は自由曲面）をそれぞれ設定し、そのフルート形状を他の領域まで延長して複数のフルートカット３ａを形成する。この場合、延長した面がベース面Ｓよりも下方に潜らないようにベースオフセット面Ｓ’のオフセット量εを設定する必要がある。

本発明に係る光学レンズは、車両用灯具、一般照明用器具、遊技系照明機器等に対して好適である。

１光学レンズ
２入射部
２１第１入射面
２２第２入射面
３出射部
３ａフルートカット
４導光部
４１第１反射面
４２第２反射面
４３第３反射面
１０ＬＥＤ（光源）
ｐ第３反射面とフルートカットの配列ピッチ
Ｓベース面
Ｓ’ ベースオフセット面
ｘ光軸
ε ベースオフセット面のオフセット量

Claims

光源の光出射方向前方に配置され、光源側の一方の面に突設された入射部と、前記一方の面とは反対側の他方の面に設けられた出射部と、前記入射部から入射した光を前記出射部へと導く導光部とを備え、
前記導光部は、前記入射部から入射した光の一部を光軸方向に全反射させる第１反射面と、光軸方向の光を光軸と直交する方向に全反射させる第２反射面と、該第２反射面で全反射した光を光軸方向に前記出射部に向けて全反射させる階段状の複数の第３反射面を備え、
前記出射部には、前記第３反射面の配列方向に沿う複数のフルートカットを形成して成る光学レンズにおいて、
複数の前記第３反射面の配列ピッチと前記出射部に形成された複数のフルートカットの配列ピッチを一致させ、各第３反射面の中心と各フルートカットの中心とを一致させたことを特徴とする光学レンズ。
前記出射部のベース面から光出射方向に平行にオフセットした位置にベースオフセット面を設定し、該ベースオフセット面上の前記第３反射面からの光照射範囲に、前記フルートカットのフルート形状をそれぞれ設定し、そのフルート形状を他の領域まで延長して複数のフルートカットを形成したことを特徴とする請求項１記載の光学レンズ。