照明光学系設計事例fujiiopt.jp/upfile/jirei.pdf · 2013. 5. 10. · 第2回...

第２回　次世代照明　技術展２０１０年４月１４日～１６日

照明光学系　設計事例

藤井光学株式会社


１．LED用コリメータレンズ２．ライトガイド型センサーの改良

３．露光機

４．集光用フレネルレンズ

５．広角配光レンズ

１．LED用コリメータレンズ(1/13)

仕様

　・サイズ

：φ20mm　・材質

：PMMA

　・配光特性：6°、7.5°、10°（半値）の３種類　・LED ：Lumileds社製　LUXEON Rebel

　Cool-white 95 lumen


6°タイプ設計結果

放物面

非球面


6°タイプ設計結果（光路図）


6°タイプ設計結果（配光特性）

配光特性(6°タイプ)

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

-10 -5 0 5 10

出射角(°)

角度

強度

(cd）

X

Y


6°タイプ設計結果（1m先の照度分布）


7.5°タイプ設計結果

放物面

非球面

凹球面


7.5°タイプ設計結果（光路図）


7.5°タイプ設計結果（配光特性）

配光特性(7.5°タイプ)

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

-10 -5 0 5 10

出射角(°)

角度

強度

(cd）

X

Y


7.5°タイプ設計結果（1m先の照度分布）


10°タイプ設計結果

放物面

非球面

凹球面


10°タイプ設計結果（光路図）


10°タイプ設計結果（配光特性）

配光特性(10°タイプ)

0200

400600

8001000

12001400

16001800

2000

-10 -5 0 5 10

出射角(°)

角度

強度

(cd）

X

Y


10°タイプ設計結果（1m先の照度分布）



３．露光機



２．ライトガイド型センサーの改良(1/8)

構成　

砲弾型 LED

PD

ライトガイド

送光系

受光系


構成（送光系）　

日亜化学製 NSPW500BS

5mm角

全反射面


構成（受光系）　

PD受光面：1mm角

5mm角全反射面


問題点～PDでの受光光量が少ない　

発散光のため受光系ライトガイドに入る光線が少ない

発散光のためPDに入る光線が少ない

LED光量：100

PD受光：0.34


改良１　

Rをつけてコリメート

Rをつけて集光


改良１（結果）　

LED光量：100

PD受光：0.34→26.2

マシになったがまだ発散してる


改良２　

受光系ライトガイドのサイズを5×5→　７×７mmに


改良２（結果）　

LED光量：100

PD受光： 26.2 →32.7



３．露光機



３．露光機(1/9)

仕様

　・ランプ

：アークランプ（アーク長1.1mm）　・照射範囲：400mm角　・照射範囲内光線入射角：±4°以内

３．露光機(2/9)

構成

ランプ

楕円ミラー

ロッド

照明レンズ

照射面は約 4000mm先

３．露光機(3/9)

構成詳細（ランプ～楕円ミラー～ロッド）

楕円ミラー　　　　　　

直径：φ100mm１次～２次焦点間隔：120mm

ランプ　　　　　　

アーク長：1.1mm

ロッド　　　　　　

サイズ：20×20×300mm材質

：石英

３．露光機(4/9)

構成詳細（ロッド～照射レンズ）

照射レンズ　　　　　　

焦点距離

：168mm入射側NA：0.342

ロッド　　　　　　

サイズ：20×20×300mm材質

：石英

３．露光機(5/9)

光路図（ランプ～楕円ミラー～ロッド）

３．露光機(6/9)

光路図（ロッド～照射レンズ）

３．露光機(7/9)

光路図（全体）

３．露光機(8/9)

照射面での相対照度分布図-250

-190

-130

-70

-10

50

110

170

230 250

200

150

100

50

0

-50

-100

-150

-200

-250

X(mm)

Y(m

m)

90.0-100.0

80.0-90.0

70.0-80.0

60.0-70.0

50.0-60.0

40.0-50.0

30.0-40.0

20.0-30.0

10.0-20.0

0.0-10.0

３．露光機(9/9)

照射面での光線入射角分布図（面内で積分）

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

-5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5

入射角(°)

相対

角度

強度



３．露光機



４．集光用フレネルレンズ(1/4)

仕様　・有効径

：φ40mm

　・レンズ厚

：5mm　・材質

：ポリカーボ

　・ﾊﾞｯｸﾌｫｰｶｽ：18mm　・画角

：±10°

　・構成：第１面＝フレネル、第２面＝非球面

　・ﾃﾞｨﾃｸﾀ径

：φ10mm


構造

フレネルレンズ

ディテクタ

非球面フレネル面

φ40

mm

18mm


光路図

画角：0° 画角：10°


スポットダイアグラム

画角：0° 画角：10°



３．露光機



５．広角配光レンズ(1/12)

概要　・ランバート配光のLEDをバットウイング形状

のようなより広角な配光に変換するレンズ。　・出口側の曲面形状を変更すること

　　によってピーク角度をある程度

　　制御することが可能。

　

　

出射角度(deg)

0 9045

光度(cd)

広角配光

ピーク角度


用途

　・薄型の直接照射タイプのバックライト用光源

　・広範囲照明用の光源　


設計例１（仕様）

　・サイズ

：φ13.5mm、高さ3.9mm　・材質

：PC

　・配光特性：なるべく広く

　・使用LED ：Lumileds社製　LUXEON Rebel　Cool-white 95 lumen

　


設計例１（レイアウト図）

　・サイズ

：φ13.5mm、高さ3.9mm　

LED

非球面


設計例１（角度強度プロファイル）

　

　

0.0

5.0

10.0

15.0

20.0

25.0

30.0

35.0

40.0

0 20 40 60 80 100 120

出射角度(deg)

光度(cd)

NoLens

withLENS


設計例１（照度分布図）　・評価面：LEDから20mm上、サイズ200mm角　-100

-70

-40

-10

20

50

80 100

80

60

40

20

0

-20

-40

-60

-80

-100

照度(lux)

X(mm)

Y(m

m)

9000-10000

8000-9000

7000-8000

6000-7000

5000-6000

4000-5000

3000-4000

2000-3000

1000-2000

0-1000

５．広角配光レンズ(7/12)設計例１（照度分布図、レンズの有無）

　

-100

-70

-40

-10

20

50

80 100

80

60

40

20

0

-20

-40

-60

-80

-100

照度(lux)

X(mm)

Y(m

m)

70000-80000

60000-70000

50000-60000

40000-50000

30000-40000

20000-30000

10000-20000

0-10000

-100

-70

-40

-10 20 50 80

100

80

60

40

20

0

-20

-40

-60

-80

-100

照度(lux)

X(mm)

Y(m

m)

9000-10000

8000-9000

7000-8000

6000-7000

5000-6000

4000-5000

3000-4000

2000-3000

1000-2000

0-1000

LEDのみ

レンズつき

５．広角配光レンズ(8/12)設計例１（3X3配置、レイアウト図）

　

レンズは

30mm間隔

５．広角配光レンズ(9/12)設計例１（3X3配置、照度分布図）

・評価面：LEDから20mm上、サイズ200mm角　

-100

-70

-40

-10 20 50 80

100

80

60

40

20

0

-20

-40

-60

-80

-100

照度(lux)

X(mm)Y(m

m)

40000-45000

35000-40000

30000-35000

25000-30000

20000-25000

15000-20000

10000-15000

5000-10000

0-5000

５．広角配光レンズ(10/12)設計例１（3X3配置、照度分布図、レンズの有無）

　LEDのみ

レンズつき

-100

-70

-40

-10

20

50

80 100

80

60

40

20

0

-20

-40

-60

-80

-100

照度(lux)

X(mm)

Y(m

m)

40000-45000

35000-40000

30000-35000

25000-30000

20000-25000

15000-20000

10000-15000

5000-10000

0-5000

-100

-70

-40

-10

20

50

80 100

80

60

40

20

0

-20

-40

-60

-80

-100

照度(lux)

X(mm)

Y(m

m)

110000-120000

100000-110000

90000-100000

80000-90000

70000-80000

60000-70000

50000-60000

40000-50000

30000-40000

20000-30000

10000-20000

0-10000

５．広角配光レンズ(11/12)設計例２～６（レイアウト図）

　

・出射側曲率半径およびレンズ径を変更

　設計例１設計例２設計例３

設計例４設計例５設計例６


設計例２～６（角度強度プロファイル）

　

　

0.0

5.0

10.0

15.0

20.0

25.0

30.0

35.0

40.0

45.0

50.0

0 20 40 60 80 100 120

出射角度(deg)

光度(cd)

NoLens

設計例１

設計例２

設計例３

設計例４

設計例５

設計例６

ピークが移動

照明光学系　設計事例�照明光学系　設計事例�照明光学系　設計事例１．LED用コリメータレンズ(1/13)１．LED用コリメータレンズ(2/13)１．LED用コリメータレンズ(3/13)１．LED用コリメータレンズ(4/13)１．LED用コリメータレンズ(5/13)１．LED用コリメータレンズ(6/13)１．LED用コリメータレンズ(7/13)１．LED用コリメータレンズ(8/13)１．LED用コリメータレンズ(9/13)１．LED用コリメータレンズ(10/13)１．LED用コリメータレンズ(11/13)１．LED用コリメータレンズ(12/13)１．LED用コリメータレンズ(13/13)�照明光学系　設計事例２．ライトガイド型センサーの改良(1/8)２．ライトガイド型センサーの改良(2/8)２．ライトガイド型センサーの改良(3/8)２．ライトガイド型センサーの改良(4/8)２．ライトガイド型センサーの改良(5/8)２．ライトガイド型センサーの改良(6/8)２．ライトガイド型センサーの改良(7/8)２．ライトガイド型センサーの改良(8/8)�照明光学系　設計事例３．露光機(1/9)３．露光機(2/9)３．露光機(3/9)３．露光機(4/9)３．露光機(5/9)３．露光機(6/9)３．露光機(7/9)３．露光機(8/9)３．露光機(9/9)�照明光学系　設計事例４．集光用フレネルレンズ(1/4)４．集光用フレネルレンズ(2/4)４．集光用フレネルレンズ(3/4)４．集光用フレネルレンズ(4/4)�照明光学系　設計事例５．広角配光レンズ(1/12)５．広角配光レンズ(2/12)５．広角配光レンズ(3/12)５．広角配光レンズ(4/12)５．広角配光レンズ(5/12)５．広角配光レンズ(6/12)５．広角配光レンズ(7/12)５．広角配光レンズ(8/12)５．広角配光レンズ(9/12)５．広角配光レンズ(10/12)５．広角配光レンズ(11/12)５．広角配光レンズ(12/12)

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