JP2018014279A - 光学レンズ - Google Patents

Abstract

【課題】均一な面発光を実現して点灯フィーリング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】ＬＥＤ（光源）１０の光出射方向前方に配置され、ＬＥＤ１０に対向する入射部２と、光軸ｘ方向に沿う矩形の出射面と有する出射部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、前記導光部４は、前記入射部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方向の光の一部を光軸ｘと直交する方向に全反射させて前記出射部３へと導く第２反射面４２と、光軸ｘ方向の他の光を光軸ｘと直交する方向に全反射させる一対の第３反射面４３と、該第３反射面４３で全反射した光を直角に全反射させて前記出射部３へと導く一対の第４反射面４４を備える光学レンズ１において、前記第２反射面４２と前記第３反射面４３及び前記第４反射面４４の形状を矩形とする。【選択図】図４

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、光学レンズ内で光を導く過程で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１０及び図１１に示すものが提案されている。

即ち、図１０は特許文献１において提案された光学レンズを示す図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線断面図、（ｃ）は（ａ）のＣ−Ｃ線断面図、図１１は同光学レンズの光路を示す平面図であり、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１０（ｃ）の上方）に配置され、板状の六面体として構成されている。

この光学レンズ１０１の中央部には、ＬＥＤ１１０から出射する光を光軸ｘに直交する５つの方向に放射状に反射させるための５つの反射面１１１，１１２，１１３，１１４，１１５が形成されている。又、光学レンズ１０１の左右には、光学的な絶縁空間Ｓ１，Ｓ２がそれぞれ形成されており、各絶縁空間Ｓ１，Ｓ２の内面の１つは反射面１１６，１１７をそれぞれ構成している。

更に、光学レンズ１０１の垂直な正面は、横方向に細長い出射面１０２を構成しており、この出射面１０２には５つの照射面１０２Ａ，１０２Ｂ，１０２Ｃ，１０２Ｄ，１０２Ｅが左右方向に配置されている。そして、光学レンズ１０１の出射面１０２とは反対側（図１０（ａ）の上側）の光軸ｘを中心としてこれの左右の辺は、それぞれ反射面１１８，１１９と１２０，１２１を構成している。

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、その光は、入射部から当該光学レンズ１０１内に入射し、図１１に示すように、反射面１１１，１１２，１１３，１１４，１１５によってそれぞれ反射光ＬＡ，ＬＢ，ＬＣ，ＬＤ，ＬＥとして５つの方向に放射状にそれぞれ反射し、反射光ＬＡ，ＬＢは、反射面１１６，１１７でそれぞれ反射して出射面１０２へと向かい、出射面１０２の照射部１０２Ａ，１０２Ｂから平行光ＬＡ’，ＬＢ’として出射する。

又、図１１に示すように、反射面１１３，１１４で反射した反射光ＬＣ，ＬＤは、反射面１１８，１１９と１２０，１２１でそれぞれ２回反射して出射面１０２へと向かい、出射面１０２の照射部１０２Ｃ，１０２Ｄから平行光ＬＣ’，ＬＤ’として出射する。そして、反射面１１５で反射した反射光ＬＥは、そのまま出射面１０２へと向かい、出射面１０２の中央の照射部１０２Ｅから平行光ＬＥ’として出射する。

従って、光学レンズ１０１によれば、ＬＥＤ１１０から出射する光を効率良く利用しつつ、細長い長方形の出射面１０２から出射させて該出射面１０２の全体を発光させることができる。

特開２００６−３３９１２１号公報

しかしながら、特許文献１において提案された図１０に示す光学レンズ１０１においては、反射面１１１〜１１５でそれぞれ反射した光が出射面１０２の照射部１０２Ａ〜１０２Ｅから出射する際、反射面１１１〜１１５の形状がそのまま像として照射部１０２Ａ〜１０２Ｅに投影されてしまうため、均一な面発光が実現されず、点灯フィーリングの低下を招くという問題があった。

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、均一な面発光を実現して点灯フィーリング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、光源に対向する入射部と、光軸方向に沿う矩形の出射面と有する出射部と、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、光軸方向の光の一部を光軸と直交する方向に全反射させて前記出射部へと導く第２反射面と、光軸方向の他の光を光軸と直交する方向に全反射させる一対の第３反射面と、該第３反射面で全反射した光を直角に全反射させて前記出射部へと導く一対の第４反射面を備える光学レンズにおいて、
前記第２反射面と前記第３反射面及び前記第４反射面の形状を矩形とし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、前記第３反射面で全反射した光の像が前記出射部の出射面の幅方向中央に投影され、その左右に前記第３反射面と前記第４反射面で全反射した光の像が投影されるよう構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源からの光を全反射させて出射部から出射させる第２反射面と第３反射面及び第４反射面の形状を矩形としたため、出射部に同一形状の矩形の複数の光像が投影されることとなり、均一な面発光が実現して当該光学レンズの点灯フィーリングが高められる。

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正面図である。 本発明に係る光学レンズの背面図である。 本発明に係る光学レンズの平面図である。 本発明に係る光学レンズの底面図である。 本発明に係る光学レンズの右側面図である。 図２のＡ−Ａ線断面図である。 本発明に係る光学レンズの第２反射面で全反射した光の像を示す図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。 本発明に係る光学レンズの第３反射面及び第４反射面で全反射した光の像を示す図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。 特許文献１において提案された光学レンズを示す図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線断面図、（ｃ）は（ａ）のＣ−Ｃ線断面図である。 特許文献１において提案された光学レンズの光路を示す平面図である。

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は同光学レンズの正面図、図３は同光学レンズの背面図、図４は同光学レンズの平面図、図５は同光学レンズの底面図、図６は同光学レンズの右側面図、図７は図２のＡ−Ａ線断面図、図８は本発明に係る光学レンズの第２反射面で全反射した光の像を示す図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図、図９は同光学レンズの第３反射面及び第４反射面で全反射した光の像を示す図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。

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、光源であるＬＥＤ１０の光出射方向前方（図１及び図２の上方）に配置されている。この光学レンズ１は、ＬＥＤ１０に対向するよう突出する入射部２と、該入射部２の上部に一体に形成された扁平な六角柱状の本体部１Ａを備えており、この本体部１Ａの正面は垂直な出射部３を構成しており、本体部１Ａには、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が設けられている。尚、光源であるＬＥＤ１０は、図１及び図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、図７に示すように、この入射部２の頭部には、ＬＥＤ１０側（図７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７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７の垂直上方）に全反射させる第１反射面４１と、光軸ｘ方向の一部の光を光軸ｘと直交する方向（図７の左方）に出射部に向けて全反射させる第２反射面４２と、光軸ｘ方向の他の光を光軸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３反射面４３と、各第３反射面４３で全反射した光を正面側の出射部３に向けて直角に全反射させる左右一対の第４反射面４４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いる。そして、光学レンズ１の六角柱状の本体部１Ａの中央部分には凹部１ａが形成されており、この凹部１ａに前記第２反射面４２と第３反射面４３が隣接して形成されている。具体的には、第２反射面４２は、図７に示すように、光軸ｘに対して正面側に向かって４５°の角度で傾斜する斜面として形成されており、左右一対の第３反射面４３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いる。又、左右一対の前記第４反射面４４は、当該光学レンズ１の本体部１Ａの奥側の角部を４５°の角度でカットした斜面として形成されている。

前記出射部３は、当該光学レンズ１の本体部１Ａの横方向に細長い矩形の正面によって構成しており、後述のように当該光学レンズ１の内部を導光部４（第１反射面４１、第２反射面４２、第３反射面４３及び第４反射面４４）によって導光される光を出射させることによって発光するものである。

而して、本実施の形態に係る光学レンズ１においては、図３及び図４に示すように、第２反射面４２と第３反射面４３及び第４反射面４４の形状は、全て矩形とされている。

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、図７に示すように、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と第３出射面４３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と第３反射面４３へと向かう。

そして、第２反射面４２へと向かう平行光は、図７に示すように、該第２反射面４２によって全反射して正面側の出射部３に向かい（図７及び図８（ａ）参照）、出射部３から出射することによって、図８（ｂ）に示すように、出射部３の幅方向中央に矩形の光像を投影する。

又、第３反射面４３へと向かう平行光は、図９（ａ）に示すように、左右一対の第３反射面４３によって全反射して光軸ｘに直交する左右方向に沿ってに第４反射面４４に向かう。そして、この第４反射面４４に向かう光は、各第４反射面４４でそれぞれ全反射して正面側の出射部３に向かい、出射部３から出射することによって、図９（ｂ）に示すように、出射部３の幅方向両側に矩形の光像を投影する。従って、本実施の形態に係る光学レンズ１においては、横方向に細長い矩形の出射部３に同じ形状の矩形の３つの光像が連続して投影される。

以上のように、本実施の形態に係る光学レンズ１によれば、ＬＥＤ１０からの光を全反射させて出射部３から出射させる第２反射面４２と第３反射面４３及び第４反射面４４の形状を矩形としたため、出射部３に同一形状の矩形の複数の光像が投影されることとなり、均一な面発光が実現して当該光学レンズ１の点灯フィーリングが高められるという効果が得られる。

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
１Ａ 光学レンズの本体部
１ａ 本体部の凹部
２ 入射部
２ａ 入射部の凹部
２１ 第１入射面
２２ 第２入射面
３ 出射部
４ 導光部
４１ 第１反射面
４２ 第２反射面
４３ 第３反射面
４４ 第４反射面
１０ ＬＥＤ（光源）
ｘ 光軸

Claims (2)

1. 光源の光出射方向前方に配置され、光源に対向する入射部と、光軸方向に沿う矩形の出射面と有する出射部と、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、光軸方向の光の一部を光軸と直交する方向に全反射させて前記出射部へと導く第２反射面と、光軸方向の他の光を光軸と直交する方向に全反射させる一対の第３反射面と、該第３反射面で全反射した光を直角に全反射させて前記出射部へと導く一対の第４反射面を備える光学レンズにおいて、
   前記第２反射面と前記第３反射面及び前記第４反射面の形状を矩形としたことを特徴とする光学レンズ。
2. 前記第３反射面で全反射した光の像が前記出射部の出射面の幅方向中央に投影され、その左右に前記第３反射面と前記第４反射面で全反射した光の像が投影されるよう構成したことを特徴とする請求項１記載の光学レンズ。
   

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