コリメーション光学素子を持つＬＥＤ光源
【課題】従来技術の不都合を軽減するＬＥＤ光源を提供すること。
【解決手段】本発明は、好ましくは０．１よりも大きいアスペクト比を有する非球面ガラス・レンズを含むＬＥＤ光源に関する。
【解決手段】本発明は、好ましくは０．１よりも大きいアスペクト比を有する非球面ガラス・レンズを含むＬＥＤ光源に関する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コリメーション光学素子を含むＬＥＤ光源に関する。詳細には、本発明は、レンズ・アレイおよびレンズ・アレイを製作するための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
発光半導体ダイオード（ＬＥＤ）は、照明目的のためにますます使用されている。そのような光源の利点は、それらの高効率および長寿命である。
【０００３】
例えば回路基板上に薄膜ＬＥＤとして配置される半導体の発光層は、１８０°の広い角度内で光を放出する。多くの照明目的にとって、ＬＥＤ（複数可）によって放出される光を束ねることは有利である。ＬＥＤの中心軸から約±３０°の角度範囲は、放出される光パワーの約７０％をすでに含む。しかしながら、効率を高めるように、できる限り広い放出角度内の光を集めることが望ましい。実際には、ある角度の外側に放出される光を反射する側面反射体を含み、光が別の反射によって折り返され、次いで前方方向に放出される、この目的のための特別な光学素子が既知である。
【０００４】
そのような光学素子は、満足のいく効率をもたらすが、それらの製作は、必要とされる複雑な幾何形状のために、面倒である。また、そのような複雑な幾何形状は一般に、プラスチック材料からしか作製できない。大部分のプラスチック材料は、十分な耐熱性がないので、１２０℃以上の温度を生成する可能性がある高パワーＬＥＤに適していない。また、プラスチックは、特に長期間高輝度にさらされた場合、曇る傾向もある。
【０００５】
ＬＥＤによって放出される光をコリメートするための別の方法は、フレネル・ゾーン・プレートを用いることである。そのような回折光学素子は、高効率をもたらすことができる。しかしながら、これに必要とされる微細構造の製作は、特に、ゾーン・プレート・リングの間隔をますます細くしなければならない広い放出角度の領域では、不可能でないにしても、コストがかかり、複雑である。加えて、フレネル・ゾーン・プレートは、単一波長に対して活性なだけである。良好なコリメーション効果を得るためには、フレネル・ゾーン・プレートのアレイは、各ＬＥＤ色に対して別個のゾーン・プレートを用意しなければならない。変換材料によっていくつかの波長で光を放出する白色光ＬＥＤには、フレネル・ゾーン・プレートを用いて満足のいくコリメーションを提供することはできない。
【０００６】
通常薄膜技術を用いて製作される、ガラスでできた従来のマイクロレンズ・アレイは一般に、少なくとも放出される光の周辺領域では、満足のいくコリメーション効果を提供することができない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従って、本発明の目的は、少なくとも上で論じられた従来技術の不都合を軽減するＬＥＤ光源を提供することである。
【０００８】
特に、良好なコリメーション効果を持つ、耐熱性のレンズ・アレイを提供することが、本発明の目的である。
【０００９】
特に、レンズ・アレイの十分なコリメーション効果は、広範囲の放出角度に対して提供されることになる。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明のこの目的は、独立クレームのいずれか１項による、ＬＥＤ光源によって、また非球面コリメーション・レンズによって、またレンズ・アレイを製作するための方法によって、すでに達成されている。
【００１１】
本発明の好ましい実施形態および修正形態は、それぞれの従属クレームで説明される。
【００１２】
本発明は、それの第１の態様では、ＬＥＤ光源に関するものであり、ここでＬＥＤ光源は、光を放出するＬＥＤを含む任意の構成として理解されなければならない。従って、ＬＥＤ光源は、必ずしも照明用として働く必要はなく、例えば信号装置として使用されてもよい。しかし、好ましくは、ＬＥＤ光源は、部屋用、読書用または信号用照明装置として特に提供される。他の好ましい応用は、自動車分野である。即ち具体的には、本発明のＬＥＤ光源は、自動車のヘッドライトまたはバックライトとして使用されてもよい。また、そのような高パワーＬＥＤは、映画、業務および／または家庭用映画投影応用例のための映写機にも応用されることになる。
【００１３】
ＬＥＤ光源は、少なくとも１つのＬＥＤと、好ましくは非球面形状を有し、ガラスまたはガラス・セラミックスでできている少なくとも１つのコリメーション・レンズとを含む。コリメーション・レンズは好ましくは、光を束ね、特に実質的に平行な光線の光束を放出するようにＬＥＤの放出面に対して配置される、凸レンズとして理解される。
【００１４】
広い放出角度、特に３０°より大きい放出角度の場合には、関係ｓｉｎα≒αは、もはや適用できないので、本発明の好ましい実施形態では、レンズは自由曲面を含む。即ち具体的には、コリメーション・レンズは、非球面形状を有する。適切なパラメータを選択することによって、非球面は、６０°に至るまでの広い放出角度内でコリメーション効果を得ることを可能にする。本発明の一実施形態では、非球面は、回転対称形状を有する。
【００１５】
非球面の形状は好ましくは、次式によって定義される。
【００１６】
【数１】
ただし、ｃは曲率であり、ｒは半径（＝１／ｃ）であり、ｋは円錐定数であり、αｎは、それによって非球面をそれぞれの光学構成に適応させることができる非球面係数である。
【００１７】
別法として、レンズは、球面形状を有してもよい。そのようなレンズは一般に、より低コストで製作できる可能性がある。
【００１８】
本発明によると、アスペクト比、即ちレンズの高さと幅との関係は、０．１より大きい。レンズの幅は一般に、その直径によって定義される。レンズの高さは、レンズのクラウン高さとして理解される。
【００１９】
薄膜技術によって加えられる微細構造とは対照的に、選択された、０．１より大きいアスペクト比は、広い放出角度内で良好なコリメーション効果を示すレンズ、特にレンズ・アレイ内のレンズを提供することを可能にする。ガラスまたはガラス・セラミックスでできているので、レンズおよびレンズ・アレイはそれぞれ、温度安定であり、ＬＥＤに近接して、特にＬＥＤから１．５ｍｍ未満、好ましくは１ｍｍ未満、最も好ましくは０．５ｍｍ未満の距離に配置されてもよい。そのようにＬＥＤに近接して置くことにより、広い放出角度内の光を集める、特に小さいレンズを提供することができる。
【００２０】
本発明の好ましい実施形態では、アスペクト比は、０．２よりも大きく、好ましくは０．３よりも大きく、最も好ましくは０．４よりも大きい。特に、約０．５以上のアスペクト比は、可能である。本発明者らは、そのようなレンズが、特にレンズ・アレイの形態で、ホット・プレス技術による非常に簡単な仕方で製作できる可能性があることを見いだした。
【００２１】
ＬＥＤ光源は好ましくは、少なくとも±３０°、好ましくは±５０°の角度内にＬＥＤによって放出される光が、実質的に束ねられた状態で前方方向に放出されるように形成される。
【００２２】
「実質的に束ねられた状態で前方方向に放出される」とは、光線がコリメーション・レンズの軸に対して１０°未満の角度内に含まれることを意味する。
【００２３】
ＬＥＤ光源は好ましくは、複数のＬＥＤと、複数のコリメーション・レンズを含むアレイとを含む。アレイ内の各ＬＥＤは、それに関連するコリメーション・レンズを有する。フレネル・ゾーン・プレートとは対照的に、特にＲＧＢのＬＥＤアレイは、各色に対して同様に形成されたレンズを使用することを可能にする。本発明によるＬＥＤアレイはまた、白色光ＬＥＤに対しても有用である。
【００２４】
本発明のさらに特別な実施形態では、ＬＥＤアレイは、効率を増加するために、光の色の各々に適合される少なくとも２つの異なるコリメーション・レンズを含んでもよい。
【００２５】
本発明は、中心軸に対して±６０°の放出角度内にＬＥＤによって放出される光を含む光線の発散が、２５ｃｍ、５ｃｍ未満、好ましくは２．５ｃｍ未満の距離内であるように形成される、ＬＥＤ光源を提供することを可能にする。
【００２６】
「発散」は、光束の直径が、ＬＥＤの放出面の直径に対して最大で前記距離だけ増加することを意味する。本明細書では、ＬＥＤの中心軸およびＬＥＤに関連するレンズの中心軸のそれぞれに対して、±６０°の放出角度内に放出される光のその部分だけが、考えられる。６０°よりも大きな角度内に放出される光の部分は、ＬＥＤから放出されるエネルギーのわずかな量を占めるだけなので、６０°の放出角度に至るまでの光に対する良好なコリメーション効果は、並はずれた効率を得ることを可能にする。
【００２７】
１．４よりも大きく、好ましくは１．５よりも大きく、最も好ましくは１．７よりも大きい高屈折率ｎｄを有するガラスおよびガラス・セラミックスは、コリメーション・レンズを形成するために特に有用である。
【００２８】
カラー誤差を回避するためにおよびいくつかの異なる光の色に対して有用であるコリメーション・レンズを提供するために、３５よりも大きく、好ましくは４０よりも大きく、最も好ましくは５０よりも大きいアッベ係数νｄを有する材料が、使用されることが好ましい。
【００２９】
本発明は、動作時に１００℃以上に到達する可能性がある、高パワーＬＥＤに対して特に有用である。
【００３０】
本発明の好ましい実施形態では、ＬＥＤ光源は、特にＬＥＤアレイを形成するために、透明平板上に配置される。
【００３１】
コリメーション・レンズのクラウン高さは、本発明の好ましい実施形態では、０．１よりも大きく、好ましくは０．３よりも大きく、最も好ましくは０．５ｍｍよりも大きい。コリメーション・レンズの直径は、好ましくは０．２と１０ｍｍとの間、最も好ましくは１と５ｍｍとの間である。そのような小さなレンズはまた、マイクロレンズとしても既知である。大きなクラウン高さは、広い放出角度内の光のコリメーションのために有用であるアスペクト比を得ることを可能にする。
【００３２】
本発明はさらに、特に材料特性、その他などの上で説明されたようなレンズの特性のいずれかを示す、ガラスまたはガラス・セラミックスでできている非球面コリメーション・レンズに関する。コリメーション・レンズのアスペクト比は、０．１よりも大きく、好ましくは０．３よりも大きく、最も好ましくは０．４よりも大きく、一方コリメーション・レンズの直径は、１０未満、好ましくは５ｍｍ未満である。
【００３３】
本発明は、広い角度範囲内で良好なコリメーション効果を持つ、温度安定なコリメーション・レンズを提供することを可能にする。
【００３４】
好ましくは、コリメーション・レンズは、複数のコリメーション・レンズを含むレンズ・アレイの一部分である。
【００３５】
そこで、レンズは好ましくは、ガラスまたはガラス・セラミックスでできている平板上に配置される。特に、レンズを含む平板として形成される、ワンピースの構成要素を提供することが企図される。一実施形態では、ガラスまたはガラス・セラミックスの平板は、少なくとも好ましくは、ガラス・フィルタもしくはガラス・セラミックス・フィルタまたはガラス変換器もしくはガラス・セラミックス変換器を含む。そのようにして、放出される色を変化させることが可能である。前記フィルタは、例えば光の色を設定するためのカラー・フィルタおよび／または偏光フィルタである。
【００３６】
平板は、異なる材料から形成されてもよいが、好ましくは、平板は、同様の光学特性を有する。即ち具体的には本発明の好ましい実施形態では、平板の屈折率は、レンズの屈折率とは０．３未満だけ異なる。
【００３７】
本発明の修正形態では、平板は、少なくとも２つの層を含む。レンズ・アレイは、特にホット・プレス操作で、基板平板上にプレスされてもよいことが見いだされた。そこでは、１つの層は、レンズが形成される材料によって形成され、もう１つの層は、基板平板によって形成される。その定義による基板平板およびレンズが、なおその上に異なる材料から形成されてもよいことを理解されたい。
【００３８】
少なくとも２つの層の間の界面は好ましくは、前記界面に起因する光学干渉をほぼ回避するように、実質的に平坦である。
【００３９】
本発明の修正形態では、平板、特に基板平板は、特に光を均一化するためのまたは２つの層の結合を強化するための構造を含んでもよい。
【００４０】
レンズ・アレイは好ましくは、レンズがそれらの縁において互いに５未満、好ましくは２未満、最も好ましくは１ｍｍ未満だけ間隔をあけられるように形成される。特に、コリメーション・レンズは、互いに隣接している。
【００４１】
このようにして、関連するＬＥＤアレイ内のＬＥＤは、非常に高い明るさを持つ小型光源を提供することを可能とするように、互いに近接して詰め込まれてもよい。
【００４２】
レンズ・アレイは好ましくは、ワンピースで形成される。本発明の意味での「ワンピース」はまた、異なるガラスでできた構成要素が互いに熱的に結合された構成をも意味する。例えば平板に接着されるプラスチック・レンズとは対照的に、そのような構造は、高い機械的強度および耐熱性を示す。
【００４３】
本発明はさらに、レンズ・アレイ、特に上で説明されたようなレンズ・アレイを製作するための方法に関する。
【００４４】
その方法では、複数のブランク、特にガラス・ブランクが、プレス金型内に導入される。プレス金型は、レンズの輪郭、特に非球面を定義する複数の凹部を有する。
【００４５】
この後、ブランクは、レンズに、特にコリメーション・レンズにプレスされ、それによってブランクは、少なくとも部分的に互いに結合する。従って、ブランクは、それぞれのブランクに関連する凹部よりも大きな体積を有する。従って、余分な材料は、縁で絞り出され、互いに流入する。これは特に、レンズ・アレイの平板を特に簡単な仕方で製作することを可能にする。
【００４６】
そうするために、金型は好ましくは、その側面の１つで実質的に平坦である。
【００４７】
本発明の修正形態では、プレス・ステップ中に、ブランクは、基板、特に円板上にプレスされ、それによってブランクの材料は、基板に結合する。
【００４８】
ブランクの材料は、大きな面積で基板に結合するので、この実施形態は、安定性が強化されたレンズ・アレイを提供することを可能にする。基板は好ましくは、ガラスでできている。従って、ブランクの材料と同じ材料が、例えば基板ガラスとして使用されてもよい。基板が異なる材料でできていることも、同様に企図される。
【００４９】
本発明の修正形態では、ブランクの材料は、プレス操作中に、基板の材料よりも低い粘性を有する。それは、基板材料とブランクの材料との間の界面が、平坦なままであること、即ちブランクの材料が、基板ガラス内に押し込まれないまたは実質的に押し込まれないことを達成するためである。ガラス基板内にブランクの材料が押し込まれると、普通なら光学誤差を引き起こすことになる。
【００５０】
プレスの間、特にホット・プレス操作中は、基板材料をブランクの材料より硬くするという目的のために、異なる融解および／またはガラス転移温度を有する材料が、使用されてもよい。これを達成するための別の方法は、ブランク材料を基板材料よりも高く加熱することである。
【００５１】
本発明の修正形態では、基板は、付随的に高い強度を持つレンズ・アレイの、全体的により薄い構造をもたらすために、プレス・ステップの後に薄くされる。
【００５２】
ブランクは、例えば球または塊の形態で金型内に置かれてもよい。球または塊を置くことは、プレス中に材料のより均一な分布を達成することを可能にするが、ファイバーを置くことは、はるかに簡単である。
【００５３】
ブランクは好ましくは、ガラスでできており、ガラス変態温度Ｔｇよりも２０℃から１００℃、好ましくは５０℃から６０℃高い温度のもとでプレスされる。
【００５４】
好ましくは、３５０と６５０℃との間のガラス変態温度Ｔｇを有する光学ガラスでできているガラス・ブランクが使用される。
【００５５】
出願人によって次の名前で商品化されている次の光学ガラス、即ちＰ−ＰＫ５３、Ｐ−ＳＫ５７、Ｐ−ＳＦ８、Ｐ−ＬＡＳＦ４７、Ｐ−ＳＦ６７、Ｐ−ＳＦ６８、Ｎ−ＦＫ５１Ａ、Ｎ−ＦＫ５、Ｎ−ＰＫ５２Ａ、Ｎ−ＰＫ５１、Ｎ−ＬａＦ３３、Ｐ−ＬａＦ４６Ｂは、本発明にとって特に有用である。
【００５６】
基板ガラスは、必ずしも変形を受けないので、異なる材料による基板が使用されてもよく、特により高いガラス変態温度Ｔｇを有するガラスが、使用されてもよい。従って、出願人によって名前Ｄ２６３、Ｂ２７０、Ｆ２、Ｎ−ＬａＦ２１、Ｎ−ＬａＦ３３、Ｎ−ＬａＦ３４、Ｎ−ＬａＦ３５、Ｎ−ＬａＦ３６で商品化されているようなガラスが、基板として使用される。
【００５７】
本発明について、本発明の例となる実施形態を概略的に示す図１から９を参照して、さらに詳細に以下で述べる。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】ＬＥＤ光源を概略的に示す図である。
【図２】レンズ・アレイを概略的に示す図である。
【図３】コリメーション・レンズの異なる実施形態をさらに詳細に示す図である。
【図４】コリメーション・レンズの異なる実施形態をさらに詳細に示す図である。
【図５】非球面形状レンズのコリメーション効果をさらに詳細に例示するための図である。
【図６】本発明の実施形態での光線の経路を概略的に示す図である。
【図７】本発明の例となる実施形態の波長依存性焦点移動を示す図である。
【図８】レンズ・アレイの製作のさらなる記述のための図である。
【図９】レンズ・アレイを製作するための方法の別の実施形態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００５９】
図１は、ＬＥＤ光源１を概略的に示す。
【００６０】
ＬＥＤ光源１は、好ましくは高パワーＬＥＤとして提供される、好ましくは回路基板（図示されず）上に配置されるＬＥＤ２を含む。ＬＥＤ２によって放出される光は、放出された光線５が実質的に互いに平行に延びるように、ガラスでできた非球面形状コリメーション・レンズ３によってコリメートされる。
【００６１】
コリメーション・レンズ３は、平板４上に配置され、従って特にレンズ・アレイの一部分を形成する。
【００６２】
図２は、複数のコリメーション・レンズ３を含む平板４を含むとしてレンズ・アレイ６を概略的に示す。コリメーション・レンズ３は、この例となる実施形態では、実質的に互いに隣接するほどに互いに近接して詰め込まれる。
【００６３】
この例となる実施形態では０．４よりも大きい、選択されたアスペクト比に起因して、特にアレイ６がＬＥＤ（図示されず）の前で近接して配置される場合には、非常に良好なコリメーション効果が、達成されてもよい。
【００６４】
図３は、コリメーション・レンズ３の例となる実施形態を示す。この実施形態のコリメーション・レンズ３は、平板４上に等しく配置される。
【００６５】
コリメーション・レンズ３のアスペクト比は、その高さｈをその幅または直径ｄで割ることから計算される。従って、関連するものは、湾曲レンズ本体の高さｈのみである。
【００６６】
ここで例示されるレンズは、約０．４７のアスペクト比を有する。
【００６７】
図４は、非球面コリメーション・レンズ３の別の例となる実施形態を例示する。この実施形態では、平板４は、２つの層から形成される。ここでのアスペクト比は、図３のコリメーション・レンズのそれよりもわずかに小さい。
【００６８】
図５は、球面特性（７）と比較して、非球面の特性（８）を概略的に示す。ここでは、レンズの中心からの距離は、ｘ軸上にプロットされる。レンズの高さは、ｙ軸上にプロットされる。
【００６９】
非球面８は、レンズの中心軸に平行に前方方向に光を放出する、非球面曲線８の線全体にわたってコリメーションが可能であるように、あらかじめ計算された。
【００７０】
球面の曲線が１ミリメートルをいくらかわずかに超えた半径ですでに終わり、その結果、光をそれ以上「捕獲」できないことがわかる。しかしながら、非球面８は、はるかに広い放出角度を持つ光線をコリメートすることができる。
【００７１】
図６は、光線の経路が例示される、例となる実施形態を概略的に示す。約±６０°の広い放出角度内にＬＥＤ２から放出される光は、光線５が実質的に互いに平行に放出されるように、非球面形状コリメーション・レンズ３によって方向を変えられることがわかる。
【００７２】
図７は、本発明の例となる実施形態での波長依存性焦点移動を概略的に示す。ｘ軸は、焦点移動をμｍ単位で与え、μｍ単位での波長は、ｙ軸上にプロットされる。ガラスの適切な選択により、可視領域全体にわたってもっと小さい焦点移動を持つレンズが、提供されてもよい。そのようなレンズは、異なる色のＬＥＤのために使用されてもよく、白色光ＬＥＤのためにもまた有用である。
【００７３】
図８を参照して、レンズ・アレイを製作するための方法について、より詳細に述べる。
【００７４】
第１のステップでは（最上部に例示される）、ガラスのブランク１２（球、塊またはファイバー）が、プレス金型内に置かれる。プレス金型は、凹部１３を有する上側金型部分１０、および実質的に平らな表面またはフレネルもしくはロータス効果構造などの微細構造化表面を有する下側金型部分１１を含む。凹部１３は、非球面レンズの形状を定義する。
【００７５】
ブランク１２は、少なくともプレス金型の上側部分１０が加熱されている間に、ホット・プレス操作で圧縮される。
【００７６】
圧縮中に（中央で例示される）、ブランクは、最初に凹部１３の形態を取り、従って非球面輪郭を帯びる。
【００７７】
ブランク１２の体積は、それが凹部１３の容積よりも大きいように選択される。従って、余分な材料は、図８の下で例示されるように、コリメーション・レンズ３および平板４を含むレンズ・アレイを形成するために、側方へ押される。平板４は、ブランク１２の材料からプレスされるので、平板４は、この実施形態では、コリメーション・レンズ３と同じ材料で作られる。
【００７８】
図９を参照して、レンズ・アレイをプレスするための方法の例となる代替実施形態について、詳細に述べる。
【００７９】
図８で例示される方法とは対照的に、基板平板１４は、プレス金型の下側部分１１上に置かれる。そのほかの点では、その方法は、図８で例示される実施形態に一致する。即ち具体的には、プレス金型の上側部分１０は、非球面レンズ３の形状を定義する。その方法のこの実施形態では、ブランクの材料は同様に、レンズ３が配置される平板４の形になる。
【００８０】
平板４および基板平板１４は、この例となる実施形態によって作製されるレンズ・アレイが、図８で例示される例となる実施形態のそれよりも高い安定性を有するように、大きな面積で結合される。
【００８１】
平板１４、４間の界面は好ましくは、実質的に平坦である。
【００８２】
これは、例えばより高いガラス変態温度Ｔｇを有するガラスを基板平板１４として使用することによって、または平板１４をホット・プレス操作中により低い温度に保持することによって、達成されてもよい。
【００８３】
本発明は、上述のような特徴の組合せに限定されない、即ちむしろ当業者は、必要に応じて、任意の特徴を組み合わせてもよいことは、理解されるであろう。
【符号の説明】
【００８４】
１ ＬＥＤ光源
２ ＬＥＤ
３ コリメーション・レンズ
４ 平板
５ 光線
６ レンズ・アレイ
７ 球面
８ 非球面
９ 焦点移動
１０ プレス金型上側部分
１１ プレス金型下側部分
１２ ブランク
１３ 凹部
１４ 基板平板
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コリメーション光学素子を含むＬＥＤ光源に関する。詳細には、本発明は、レンズ・アレイおよびレンズ・アレイを製作するための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
発光半導体ダイオード（ＬＥＤ）は、照明目的のためにますます使用されている。そのような光源の利点は、それらの高効率および長寿命である。
【０００３】
例えば回路基板上に薄膜ＬＥＤとして配置される半導体の発光層は、１８０°の広い角度内で光を放出する。多くの照明目的にとって、ＬＥＤ（複数可）によって放出される光を束ねることは有利である。ＬＥＤの中心軸から約±３０°の角度範囲は、放出される光パワーの約７０％をすでに含む。しかしながら、効率を高めるように、できる限り広い放出角度内の光を集めることが望ましい。実際には、ある角度の外側に放出される光を反射する側面反射体を含み、光が別の反射によって折り返され、次いで前方方向に放出される、この目的のための特別な光学素子が既知である。
【０００４】
そのような光学素子は、満足のいく効率をもたらすが、それらの製作は、必要とされる複雑な幾何形状のために、面倒である。また、そのような複雑な幾何形状は一般に、プラスチック材料からしか作製できない。大部分のプラスチック材料は、十分な耐熱性がないので、１２０℃以上の温度を生成する可能性がある高パワーＬＥＤに適していない。また、プラスチックは、特に長期間高輝度にさらされた場合、曇る傾向もある。
【０００５】
ＬＥＤによって放出される光をコリメートするための別の方法は、フレネル・ゾーン・プレートを用いることである。そのような回折光学素子は、高効率をもたらすことができる。しかしながら、これに必要とされる微細構造の製作は、特に、ゾーン・プレート・リングの間隔をますます細くしなければならない広い放出角度の領域では、不可能でないにしても、コストがかかり、複雑である。加えて、フレネル・ゾーン・プレートは、単一波長に対して活性なだけである。良好なコリメーション効果を得るためには、フレネル・ゾーン・プレートのアレイは、各ＬＥＤ色に対して別個のゾーン・プレートを用意しなければならない。変換材料によっていくつかの波長で光を放出する白色光ＬＥＤには、フレネル・ゾーン・プレートを用いて満足のいくコリメーションを提供することはできない。
【０００６】
通常薄膜技術を用いて製作される、ガラスでできた従来のマイクロレンズ・アレイは一般に、少なくとも放出される光の周辺領域では、満足のいくコリメーション効果を提供することができない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従って、本発明の目的は、少なくとも上で論じられた従来技術の不都合を軽減するＬＥＤ光源を提供することである。
【０００８】
特に、良好なコリメーション効果を持つ、耐熱性のレンズ・アレイを提供することが、本発明の目的である。
【０００９】
特に、レンズ・アレイの十分なコリメーション効果は、広範囲の放出角度に対して提供されることになる。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明のこの目的は、独立クレームのいずれか１項による、ＬＥＤ光源によって、また非球面コリメーション・レンズによって、またレンズ・アレイを製作するための方法によって、すでに達成されている。
【００１１】
本発明の好ましい実施形態および修正形態は、それぞれの従属クレームで説明される。
【００１２】
本発明は、それの第１の態様では、ＬＥＤ光源に関するものであり、ここでＬＥＤ光源は、光を放出するＬＥＤを含む任意の構成として理解されなければならない。従って、ＬＥＤ光源は、必ずしも照明用として働く必要はなく、例えば信号装置として使用されてもよい。しかし、好ましくは、ＬＥＤ光源は、部屋用、読書用または信号用照明装置として特に提供される。他の好ましい応用は、自動車分野である。即ち具体的には、本発明のＬＥＤ光源は、自動車のヘッドライトまたはバックライトとして使用されてもよい。また、そのような高パワーＬＥＤは、映画、業務および／または家庭用映画投影応用例のための映写機にも応用されることになる。
【００１３】
ＬＥＤ光源は、少なくとも１つのＬＥＤと、好ましくは非球面形状を有し、ガラスまたはガラス・セラミックスでできている少なくとも１つのコリメーション・レンズとを含む。コリメーション・レンズは好ましくは、光を束ね、特に実質的に平行な光線の光束を放出するようにＬＥＤの放出面に対して配置される、凸レンズとして理解される。
【００１４】
広い放出角度、特に３０°より大きい放出角度の場合には、関係ｓｉｎα≒αは、もはや適用できないので、本発明の好ましい実施形態では、レンズは自由曲面を含む。即ち具体的には、コリメーション・レンズは、非球面形状を有する。適切なパラメータを選択することによって、非球面は、６０°に至るまでの広い放出角度内でコリメーション効果を得ることを可能にする。本発明の一実施形態では、非球面は、回転対称形状を有する。
【００１５】
非球面の形状は好ましくは、次式によって定義される。
【００１６】
【数１】
ただし、ｃは曲率であり、ｒは半径（＝１／ｃ）であり、ｋは円錐定数であり、αｎは、それによって非球面をそれぞれの光学構成に適応させることができる非球面係数である。
【００１７】
別法として、レンズは、球面形状を有してもよい。そのようなレンズは一般に、より低コストで製作できる可能性がある。
【００１８】
本発明によると、アスペクト比、即ちレンズの高さと幅との関係は、０．１より大きい。レンズの幅は一般に、その直径によって定義される。レンズの高さは、レンズのクラウン高さとして理解される。
【００１９】
薄膜技術によって加えられる微細構造とは対照的に、選択された、０．１より大きいアスペクト比は、広い放出角度内で良好なコリメーション効果を示すレンズ、特にレンズ・アレイ内のレンズを提供することを可能にする。ガラスまたはガラス・セラミックスでできているので、レンズおよびレンズ・アレイはそれぞれ、温度安定であり、ＬＥＤに近接して、特にＬＥＤから１．５ｍｍ未満、好ましくは１ｍｍ未満、最も好ましくは０．５ｍｍ未満の距離に配置されてもよい。そのようにＬＥＤに近接して置くことにより、広い放出角度内の光を集める、特に小さいレンズを提供することができる。
【００２０】
本発明の好ましい実施形態では、アスペクト比は、０．２よりも大きく、好ましくは０．３よりも大きく、最も好ましくは０．４よりも大きい。特に、約０．５以上のアスペクト比は、可能である。本発明者らは、そのようなレンズが、特にレンズ・アレイの形態で、ホット・プレス技術による非常に簡単な仕方で製作できる可能性があることを見いだした。
【００２１】
ＬＥＤ光源は好ましくは、少なくとも±３０°、好ましくは±５０°の角度内にＬＥＤによって放出される光が、実質的に束ねられた状態で前方方向に放出されるように形成される。
【００２２】
「実質的に束ねられた状態で前方方向に放出される」とは、光線がコリメーション・レンズの軸に対して１０°未満の角度内に含まれることを意味する。
【００２３】
ＬＥＤ光源は好ましくは、複数のＬＥＤと、複数のコリメーション・レンズを含むアレイとを含む。アレイ内の各ＬＥＤは、それに関連するコリメーション・レンズを有する。フレネル・ゾーン・プレートとは対照的に、特にＲＧＢのＬＥＤアレイは、各色に対して同様に形成されたレンズを使用することを可能にする。本発明によるＬＥＤアレイはまた、白色光ＬＥＤに対しても有用である。
【００２４】
本発明のさらに特別な実施形態では、ＬＥＤアレイは、効率を増加するために、光の色の各々に適合される少なくとも２つの異なるコリメーション・レンズを含んでもよい。
【００２５】
本発明は、中心軸に対して±６０°の放出角度内にＬＥＤによって放出される光を含む光線の発散が、２５ｃｍ、５ｃｍ未満、好ましくは２．５ｃｍ未満の距離内であるように形成される、ＬＥＤ光源を提供することを可能にする。
【００２６】
「発散」は、光束の直径が、ＬＥＤの放出面の直径に対して最大で前記距離だけ増加することを意味する。本明細書では、ＬＥＤの中心軸およびＬＥＤに関連するレンズの中心軸のそれぞれに対して、±６０°の放出角度内に放出される光のその部分だけが、考えられる。６０°よりも大きな角度内に放出される光の部分は、ＬＥＤから放出されるエネルギーのわずかな量を占めるだけなので、６０°の放出角度に至るまでの光に対する良好なコリメーション効果は、並はずれた効率を得ることを可能にする。
【００２７】
１．４よりも大きく、好ましくは１．５よりも大きく、最も好ましくは１．７よりも大きい高屈折率ｎｄを有するガラスおよびガラス・セラミックスは、コリメーション・レンズを形成するために特に有用である。
【００２８】
カラー誤差を回避するためにおよびいくつかの異なる光の色に対して有用であるコリメーション・レンズを提供するために、３５よりも大きく、好ましくは４０よりも大きく、最も好ましくは５０よりも大きいアッベ係数νｄを有する材料が、使用されることが好ましい。
【００２９】
本発明は、動作時に１００℃以上に到達する可能性がある、高パワーＬＥＤに対して特に有用である。
【００３０】
本発明の好ましい実施形態では、ＬＥＤ光源は、特にＬＥＤアレイを形成するために、透明平板上に配置される。
【００３１】
コリメーション・レンズのクラウン高さは、本発明の好ましい実施形態では、０．１よりも大きく、好ましくは０．３よりも大きく、最も好ましくは０．５ｍｍよりも大きい。コリメーション・レンズの直径は、好ましくは０．２と１０ｍｍとの間、最も好ましくは１と５ｍｍとの間である。そのような小さなレンズはまた、マイクロレンズとしても既知である。大きなクラウン高さは、広い放出角度内の光のコリメーションのために有用であるアスペクト比を得ることを可能にする。
【００３２】
本発明はさらに、特に材料特性、その他などの上で説明されたようなレンズの特性のいずれかを示す、ガラスまたはガラス・セラミックスでできている非球面コリメーション・レンズに関する。コリメーション・レンズのアスペクト比は、０．１よりも大きく、好ましくは０．３よりも大きく、最も好ましくは０．４よりも大きく、一方コリメーション・レンズの直径は、１０未満、好ましくは５ｍｍ未満である。
【００３３】
本発明は、広い角度範囲内で良好なコリメーション効果を持つ、温度安定なコリメーション・レンズを提供することを可能にする。
【００３４】
好ましくは、コリメーション・レンズは、複数のコリメーション・レンズを含むレンズ・アレイの一部分である。
【００３５】
そこで、レンズは好ましくは、ガラスまたはガラス・セラミックスでできている平板上に配置される。特に、レンズを含む平板として形成される、ワンピースの構成要素を提供することが企図される。一実施形態では、ガラスまたはガラス・セラミックスの平板は、少なくとも好ましくは、ガラス・フィルタもしくはガラス・セラミックス・フィルタまたはガラス変換器もしくはガラス・セラミックス変換器を含む。そのようにして、放出される色を変化させることが可能である。前記フィルタは、例えば光の色を設定するためのカラー・フィルタおよび／または偏光フィルタである。
【００３６】
平板は、異なる材料から形成されてもよいが、好ましくは、平板は、同様の光学特性を有する。即ち具体的には本発明の好ましい実施形態では、平板の屈折率は、レンズの屈折率とは０．３未満だけ異なる。
【００３７】
本発明の修正形態では、平板は、少なくとも２つの層を含む。レンズ・アレイは、特にホット・プレス操作で、基板平板上にプレスされてもよいことが見いだされた。そこでは、１つの層は、レンズが形成される材料によって形成され、もう１つの層は、基板平板によって形成される。その定義による基板平板およびレンズが、なおその上に異なる材料から形成されてもよいことを理解されたい。
【００３８】
少なくとも２つの層の間の界面は好ましくは、前記界面に起因する光学干渉をほぼ回避するように、実質的に平坦である。
【００３９】
本発明の修正形態では、平板、特に基板平板は、特に光を均一化するためのまたは２つの層の結合を強化するための構造を含んでもよい。
【００４０】
レンズ・アレイは好ましくは、レンズがそれらの縁において互いに５未満、好ましくは２未満、最も好ましくは１ｍｍ未満だけ間隔をあけられるように形成される。特に、コリメーション・レンズは、互いに隣接している。
【００４１】
このようにして、関連するＬＥＤアレイ内のＬＥＤは、非常に高い明るさを持つ小型光源を提供することを可能とするように、互いに近接して詰め込まれてもよい。
【００４２】
レンズ・アレイは好ましくは、ワンピースで形成される。本発明の意味での「ワンピース」はまた、異なるガラスでできた構成要素が互いに熱的に結合された構成をも意味する。例えば平板に接着されるプラスチック・レンズとは対照的に、そのような構造は、高い機械的強度および耐熱性を示す。
【００４３】
本発明はさらに、レンズ・アレイ、特に上で説明されたようなレンズ・アレイを製作するための方法に関する。
【００４４】
その方法では、複数のブランク、特にガラス・ブランクが、プレス金型内に導入される。プレス金型は、レンズの輪郭、特に非球面を定義する複数の凹部を有する。
【００４５】
この後、ブランクは、レンズに、特にコリメーション・レンズにプレスされ、それによってブランクは、少なくとも部分的に互いに結合する。従って、ブランクは、それぞれのブランクに関連する凹部よりも大きな体積を有する。従って、余分な材料は、縁で絞り出され、互いに流入する。これは特に、レンズ・アレイの平板を特に簡単な仕方で製作することを可能にする。
【００４６】
そうするために、金型は好ましくは、その側面の１つで実質的に平坦である。
【００４７】
本発明の修正形態では、プレス・ステップ中に、ブランクは、基板、特に円板上にプレスされ、それによってブランクの材料は、基板に結合する。
【００４８】
ブランクの材料は、大きな面積で基板に結合するので、この実施形態は、安定性が強化されたレンズ・アレイを提供することを可能にする。基板は好ましくは、ガラスでできている。従って、ブランクの材料と同じ材料が、例えば基板ガラスとして使用されてもよい。基板が異なる材料でできていることも、同様に企図される。
【００４９】
本発明の修正形態では、ブランクの材料は、プレス操作中に、基板の材料よりも低い粘性を有する。それは、基板材料とブランクの材料との間の界面が、平坦なままであること、即ちブランクの材料が、基板ガラス内に押し込まれないまたは実質的に押し込まれないことを達成するためである。ガラス基板内にブランクの材料が押し込まれると、普通なら光学誤差を引き起こすことになる。
【００５０】
プレスの間、特にホット・プレス操作中は、基板材料をブランクの材料より硬くするという目的のために、異なる融解および／またはガラス転移温度を有する材料が、使用されてもよい。これを達成するための別の方法は、ブランク材料を基板材料よりも高く加熱することである。
【００５１】
本発明の修正形態では、基板は、付随的に高い強度を持つレンズ・アレイの、全体的により薄い構造をもたらすために、プレス・ステップの後に薄くされる。
【００５２】
ブランクは、例えば球または塊の形態で金型内に置かれてもよい。球または塊を置くことは、プレス中に材料のより均一な分布を達成することを可能にするが、ファイバーを置くことは、はるかに簡単である。
【００５３】
ブランクは好ましくは、ガラスでできており、ガラス変態温度Ｔｇよりも２０℃から１００℃、好ましくは５０℃から６０℃高い温度のもとでプレスされる。
【００５４】
好ましくは、３５０と６５０℃との間のガラス変態温度Ｔｇを有する光学ガラスでできているガラス・ブランクが使用される。
【００５５】
出願人によって次の名前で商品化されている次の光学ガラス、即ちＰ−ＰＫ５３、Ｐ−ＳＫ５７、Ｐ−ＳＦ８、Ｐ−ＬＡＳＦ４７、Ｐ−ＳＦ６７、Ｐ−ＳＦ６８、Ｎ−ＦＫ５１Ａ、Ｎ−ＦＫ５、Ｎ−ＰＫ５２Ａ、Ｎ−ＰＫ５１、Ｎ−ＬａＦ３３、Ｐ−ＬａＦ４６Ｂは、本発明にとって特に有用である。
【００５６】
基板ガラスは、必ずしも変形を受けないので、異なる材料による基板が使用されてもよく、特により高いガラス変態温度Ｔｇを有するガラスが、使用されてもよい。従って、出願人によって名前Ｄ２６３、Ｂ２７０、Ｆ２、Ｎ−ＬａＦ２１、Ｎ−ＬａＦ３３、Ｎ−ＬａＦ３４、Ｎ−ＬａＦ３５、Ｎ−ＬａＦ３６で商品化されているようなガラスが、基板として使用される。
【００５７】
本発明について、本発明の例となる実施形態を概略的に示す図１から９を参照して、さらに詳細に以下で述べる。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】ＬＥＤ光源を概略的に示す図である。
【図２】レンズ・アレイを概略的に示す図である。
【図３】コリメーション・レンズの異なる実施形態をさらに詳細に示す図である。
【図４】コリメーション・レンズの異なる実施形態をさらに詳細に示す図である。
【図５】非球面形状レンズのコリメーション効果をさらに詳細に例示するための図である。
【図６】本発明の実施形態での光線の経路を概略的に示す図である。
【図７】本発明の例となる実施形態の波長依存性焦点移動を示す図である。
【図８】レンズ・アレイの製作のさらなる記述のための図である。
【図９】レンズ・アレイを製作するための方法の別の実施形態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００５９】
図１は、ＬＥＤ光源１を概略的に示す。
【００６０】
ＬＥＤ光源１は、好ましくは高パワーＬＥＤとして提供される、好ましくは回路基板（図示されず）上に配置されるＬＥＤ２を含む。ＬＥＤ２によって放出される光は、放出された光線５が実質的に互いに平行に延びるように、ガラスでできた非球面形状コリメーション・レンズ３によってコリメートされる。
【００６１】
コリメーション・レンズ３は、平板４上に配置され、従って特にレンズ・アレイの一部分を形成する。
【００６２】
図２は、複数のコリメーション・レンズ３を含む平板４を含むとしてレンズ・アレイ６を概略的に示す。コリメーション・レンズ３は、この例となる実施形態では、実質的に互いに隣接するほどに互いに近接して詰め込まれる。
【００６３】
この例となる実施形態では０．４よりも大きい、選択されたアスペクト比に起因して、特にアレイ６がＬＥＤ（図示されず）の前で近接して配置される場合には、非常に良好なコリメーション効果が、達成されてもよい。
【００６４】
図３は、コリメーション・レンズ３の例となる実施形態を示す。この実施形態のコリメーション・レンズ３は、平板４上に等しく配置される。
【００６５】
コリメーション・レンズ３のアスペクト比は、その高さｈをその幅または直径ｄで割ることから計算される。従って、関連するものは、湾曲レンズ本体の高さｈのみである。
【００６６】
ここで例示されるレンズは、約０．４７のアスペクト比を有する。
【００６７】
図４は、非球面コリメーション・レンズ３の別の例となる実施形態を例示する。この実施形態では、平板４は、２つの層から形成される。ここでのアスペクト比は、図３のコリメーション・レンズのそれよりもわずかに小さい。
【００６８】
図５は、球面特性（７）と比較して、非球面の特性（８）を概略的に示す。ここでは、レンズの中心からの距離は、ｘ軸上にプロットされる。レンズの高さは、ｙ軸上にプロットされる。
【００６９】
非球面８は、レンズの中心軸に平行に前方方向に光を放出する、非球面曲線８の線全体にわたってコリメーションが可能であるように、あらかじめ計算された。
【００７０】
球面の曲線が１ミリメートルをいくらかわずかに超えた半径ですでに終わり、その結果、光をそれ以上「捕獲」できないことがわかる。しかしながら、非球面８は、はるかに広い放出角度を持つ光線をコリメートすることができる。
【００７１】
図６は、光線の経路が例示される、例となる実施形態を概略的に示す。約±６０°の広い放出角度内にＬＥＤ２から放出される光は、光線５が実質的に互いに平行に放出されるように、非球面形状コリメーション・レンズ３によって方向を変えられることがわかる。
【００７２】
図７は、本発明の例となる実施形態での波長依存性焦点移動を概略的に示す。ｘ軸は、焦点移動をμｍ単位で与え、μｍ単位での波長は、ｙ軸上にプロットされる。ガラスの適切な選択により、可視領域全体にわたってもっと小さい焦点移動を持つレンズが、提供されてもよい。そのようなレンズは、異なる色のＬＥＤのために使用されてもよく、白色光ＬＥＤのためにもまた有用である。
【００７３】
図８を参照して、レンズ・アレイを製作するための方法について、より詳細に述べる。
【００７４】
第１のステップでは（最上部に例示される）、ガラスのブランク１２（球、塊またはファイバー）が、プレス金型内に置かれる。プレス金型は、凹部１３を有する上側金型部分１０、および実質的に平らな表面またはフレネルもしくはロータス効果構造などの微細構造化表面を有する下側金型部分１１を含む。凹部１３は、非球面レンズの形状を定義する。
【００７５】
ブランク１２は、少なくともプレス金型の上側部分１０が加熱されている間に、ホット・プレス操作で圧縮される。
【００７６】
圧縮中に（中央で例示される）、ブランクは、最初に凹部１３の形態を取り、従って非球面輪郭を帯びる。
【００７７】
ブランク１２の体積は、それが凹部１３の容積よりも大きいように選択される。従って、余分な材料は、図８の下で例示されるように、コリメーション・レンズ３および平板４を含むレンズ・アレイを形成するために、側方へ押される。平板４は、ブランク１２の材料からプレスされるので、平板４は、この実施形態では、コリメーション・レンズ３と同じ材料で作られる。
【００７８】
図９を参照して、レンズ・アレイをプレスするための方法の例となる代替実施形態について、詳細に述べる。
【００７９】
図８で例示される方法とは対照的に、基板平板１４は、プレス金型の下側部分１１上に置かれる。そのほかの点では、その方法は、図８で例示される実施形態に一致する。即ち具体的には、プレス金型の上側部分１０は、非球面レンズ３の形状を定義する。その方法のこの実施形態では、ブランクの材料は同様に、レンズ３が配置される平板４の形になる。
【００８０】
平板４および基板平板１４は、この例となる実施形態によって作製されるレンズ・アレイが、図８で例示される例となる実施形態のそれよりも高い安定性を有するように、大きな面積で結合される。
【００８１】
平板１４、４間の界面は好ましくは、実質的に平坦である。
【００８２】
これは、例えばより高いガラス変態温度Ｔｇを有するガラスを基板平板１４として使用することによって、または平板１４をホット・プレス操作中により低い温度に保持することによって、達成されてもよい。
【００８３】
本発明は、上述のような特徴の組合せに限定されない、即ちむしろ当業者は、必要に応じて、任意の特徴を組み合わせてもよいことは、理解されるであろう。
【符号の説明】
【００８４】
１ ＬＥＤ光源
２ ＬＥＤ
３ コリメーション・レンズ
４ 平板
５ 光線
６ レンズ・アレイ
７ 球面
８ 非球面
９ 焦点移動
１０ プレス金型上側部分
１１ プレス金型下側部分
１２ ブランク
１３ 凹部
１４ 基板平板
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のＬＥＤと、ガラスまたはガラス・セラミックスでできた複数のコリメーション・レンズを含むアレイとを含み、前記コリメーション・レンズのアスペクト比は、０．１よりも大きい、ＬＥＤ光源。
【請求項２】
前記コリメーション・レンズは、自由曲面を含むこと、特に前記コリメーション・レンズは、非球面形状を有することを特徴とする、請求項１に記載のＬＥＤ光源。
【請求項３】
前記コリメーション・レンズは、球面形状を有することを特徴とする、請求項１に記載のＬＥＤ光源。
【請求項４】
前記アスペクト比は、０．２よりも大きく、好ましくは０．３よりも大きく、最も好ましくは０．４よりも大きいことを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか１項に記載のＬＥＤ光源。
【請求項５】
前記コリメーション・レンズは、前記ＬＥＤから１．５ｍｍ未満、好ましくは１．０ｍｍ未満、最も好ましくは０．５ｍｍ未満だけ間隔をあけられることを特徴とする、請求項１乃至４のいずれか１項に記載のＬＥＤ光源。
【請求項６】
前記ＬＥＤ光源は、少なくとも±３０°、好ましくは±５０°の角度内に前記ＬＥＤによって放出される光が、実質的に束の状態で前方方向に放出されるように、形成されることを特徴とする、請求項１乃至５のいずれか１項に記載のＬＥＤ光源。
【請求項７】
前記ＬＥＤ光源は、前記ＬＥＤの中心軸から±６０°の放出角度内に前記ＬＥＤによって放出される光の光線の発散が、２５ｃｍ、５ｃｍ未満、好ましくは２．５ｃｍ未満の距離内であるように、形成されることを特徴とする、請求項１乃至６のいずれか１項に記載のＬＥＤ光源。
【請求項８】
前記コリメーション・レンズは、１．４よりも大きく、好ましくは１．５よりも大きく、最も好ましくは１．７よりも大きい屈折率ｎｄを有する材料から作られることを特徴とする、請求項１乃至７のいずれか１項に記載のＬＥＤ光源。
【請求項９】
前記コリメーション・レンズは、３５よりも大きく、好ましくは４０よりも大きく、最も好ましくは５０よりも大きいアッベ係数νｄを有する材料から作られることを特徴とする、請求項１乃至８のいずれか１項に記載のＬＥＤ光源。
【請求項１０】
前記コリメーション・レンズは、透明平板上に配置されることを特徴とする、請求項１乃至９のいずれか１項に記載のＬＥＤ光源。
【請求項１１】
前記コリメーション・レンズのクラウン高さは、０．１よりも大きく、好ましくは０．３よりも大きく、最も好ましくは０．５ｍｍよりも大きいことを特徴とする、請求項１乃至１０のいずれか１項に記載のＬＥＤ光源。
【請求項１２】
前記コリメーション・レンズは、０．２から１０ｍｍ、好ましくは１から５ｍｍの直径を有することを特徴とする、請求項１乃至１１のいずれか１項に記載のＬＥＤ光源。
【請求項１３】
前記レンズは、ガラスまたはガラス・セラミックスでできた平板上に配置されること、および前記平板は、フィルタまたは変換器として機能することを特徴とする、請求項１乃至１２のいずれか１項に記載のＬＥＤ光源。
【請求項１４】
前記レンズは、ガラスまたはガラス・セラミックスでできた平板上に配置されること、および前記平板は、その面の１つまたは両方に光学的に活性な微細構造を有することを特徴とする、請求項１乃至１３のいずれか１項に記載のＬＥＤ光源。
【請求項１５】
前記平板は、少なくとも２つの層を含むことを特徴とする、請求項１乃至１４のいずれか１項に記載のＬＥＤ光源。
【請求項１６】
前記少なくとも２つの層の間の界面は、実質的に平坦であることを特徴とする、請求項１５に記載のＬＥＤ光源。
【請求項１７】
前記レンズは、それらの縁において互いに５未満、好ましくは２未満、最も好ましくは１ｍｍ未満だけ間隔をあけられること、特に、前記レンズは、互いに直接隣接していることを特徴とする、請求項１６に記載のＬＥＤ光源。
【請求項１８】
前記レンズ・アレイは、ワンピースで形成されることを特徴とする、請求項１乃至１７のいずれか１項に記載のＬＥＤ光源。
【請求項１９】
レンズ・アレイ、特に請求項１乃至１８のいずれか１項に記載のレンズ・アレイを製作するための方法であって、
ブランク、特にガラス・ブランクを、複数の凹部を有するプレス金型内に導入するステップと、
前記ブランクをレンズ、特にコリメーション・レンズにプレスし、それによって前記ブランクが少なくとも部分的に互いに結合するステップとを含む方法。
【請求項２０】
前記金型は、その側面の１つにおいて実質的に平坦であることを特徴とする、請求項１９に記載のレンズ・アレイを製作するための方法。
【請求項２１】
プレスの間、前記ブランクは、前記ブランクの材料が基板と混合するように、前記基板に対してプレスされることを特徴とする、請求項１９乃至２０のいずれか１項に記載のレンズ・アレイを製作するための方法。
【請求項２２】
少なくともプレス中は、前記ブランク材料は、前記基板材料よりも柔らかいことを特徴とする、請求項２０乃至２１のいずれか１項に記載のレンズ・アレイを製作するための方法。
【請求項２３】
前記プレス・ステップの後に、前記基板を薄くすることを特徴とする、請求項２０乃至２２のいずれか１項に記載のレンズ・アレイを製作するための方法。
【請求項２４】
前記ブランクを、異なる材料でできた基板上に、特に異なるガラス変態温度Ｔｇを有するガラス基板上にプレスすることを特徴とする、請求項１９乃至２３のいずれか１項に記載のレンズ・アレイを製作するための方法。
【請求項１】
複数のＬＥＤと、ガラスまたはガラス・セラミックスでできた複数のコリメーション・レンズを含むアレイとを含み、前記コリメーション・レンズのアスペクト比は、０．１よりも大きい、ＬＥＤ光源。
【請求項２】
前記コリメーション・レンズは、自由曲面を含むこと、特に前記コリメーション・レンズは、非球面形状を有することを特徴とする、請求項１に記載のＬＥＤ光源。
【請求項３】
前記コリメーション・レンズは、球面形状を有することを特徴とする、請求項１に記載のＬＥＤ光源。
【請求項４】
前記アスペクト比は、０．２よりも大きく、好ましくは０．３よりも大きく、最も好ましくは０．４よりも大きいことを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか１項に記載のＬＥＤ光源。
【請求項５】
前記コリメーション・レンズは、前記ＬＥＤから１．５ｍｍ未満、好ましくは１．０ｍｍ未満、最も好ましくは０．５ｍｍ未満だけ間隔をあけられることを特徴とする、請求項１乃至４のいずれか１項に記載のＬＥＤ光源。
【請求項６】
前記ＬＥＤ光源は、少なくとも±３０°、好ましくは±５０°の角度内に前記ＬＥＤによって放出される光が、実質的に束の状態で前方方向に放出されるように、形成されることを特徴とする、請求項１乃至５のいずれか１項に記載のＬＥＤ光源。
【請求項７】
前記ＬＥＤ光源は、前記ＬＥＤの中心軸から±６０°の放出角度内に前記ＬＥＤによって放出される光の光線の発散が、２５ｃｍ、５ｃｍ未満、好ましくは２．５ｃｍ未満の距離内であるように、形成されることを特徴とする、請求項１乃至６のいずれか１項に記載のＬＥＤ光源。
【請求項８】
前記コリメーション・レンズは、１．４よりも大きく、好ましくは１．５よりも大きく、最も好ましくは１．７よりも大きい屈折率ｎｄを有する材料から作られることを特徴とする、請求項１乃至７のいずれか１項に記載のＬＥＤ光源。
【請求項９】
前記コリメーション・レンズは、３５よりも大きく、好ましくは４０よりも大きく、最も好ましくは５０よりも大きいアッベ係数νｄを有する材料から作られることを特徴とする、請求項１乃至８のいずれか１項に記載のＬＥＤ光源。
【請求項１０】
前記コリメーション・レンズは、透明平板上に配置されることを特徴とする、請求項１乃至９のいずれか１項に記載のＬＥＤ光源。
【請求項１１】
前記コリメーション・レンズのクラウン高さは、０．１よりも大きく、好ましくは０．３よりも大きく、最も好ましくは０．５ｍｍよりも大きいことを特徴とする、請求項１乃至１０のいずれか１項に記載のＬＥＤ光源。
【請求項１２】
前記コリメーション・レンズは、０．２から１０ｍｍ、好ましくは１から５ｍｍの直径を有することを特徴とする、請求項１乃至１１のいずれか１項に記載のＬＥＤ光源。
【請求項１３】
前記レンズは、ガラスまたはガラス・セラミックスでできた平板上に配置されること、および前記平板は、フィルタまたは変換器として機能することを特徴とする、請求項１乃至１２のいずれか１項に記載のＬＥＤ光源。
【請求項１４】
前記レンズは、ガラスまたはガラス・セラミックスでできた平板上に配置されること、および前記平板は、その面の１つまたは両方に光学的に活性な微細構造を有することを特徴とする、請求項１乃至１３のいずれか１項に記載のＬＥＤ光源。
【請求項１５】
前記平板は、少なくとも２つの層を含むことを特徴とする、請求項１乃至１４のいずれか１項に記載のＬＥＤ光源。
【請求項１６】
前記少なくとも２つの層の間の界面は、実質的に平坦であることを特徴とする、請求項１５に記載のＬＥＤ光源。
【請求項１７】
前記レンズは、それらの縁において互いに５未満、好ましくは２未満、最も好ましくは１ｍｍ未満だけ間隔をあけられること、特に、前記レンズは、互いに直接隣接していることを特徴とする、請求項１６に記載のＬＥＤ光源。
【請求項１８】
前記レンズ・アレイは、ワンピースで形成されることを特徴とする、請求項１乃至１７のいずれか１項に記載のＬＥＤ光源。
【請求項１９】
レンズ・アレイ、特に請求項１乃至１８のいずれか１項に記載のレンズ・アレイを製作するための方法であって、
ブランク、特にガラス・ブランクを、複数の凹部を有するプレス金型内に導入するステップと、
前記ブランクをレンズ、特にコリメーション・レンズにプレスし、それによって前記ブランクが少なくとも部分的に互いに結合するステップとを含む方法。
【請求項２０】
前記金型は、その側面の１つにおいて実質的に平坦であることを特徴とする、請求項１９に記載のレンズ・アレイを製作するための方法。
【請求項２１】
プレスの間、前記ブランクは、前記ブランクの材料が基板と混合するように、前記基板に対してプレスされることを特徴とする、請求項１９乃至２０のいずれか１項に記載のレンズ・アレイを製作するための方法。
【請求項２２】
少なくともプレス中は、前記ブランク材料は、前記基板材料よりも柔らかいことを特徴とする、請求項２０乃至２１のいずれか１項に記載のレンズ・アレイを製作するための方法。
【請求項２３】
前記プレス・ステップの後に、前記基板を薄くすることを特徴とする、請求項２０乃至２２のいずれか１項に記載のレンズ・アレイを製作するための方法。
【請求項２４】
前記ブランクを、異なる材料でできた基板上に、特に異なるガラス変態温度Ｔｇを有するガラス基板上にプレスすることを特徴とする、請求項１９乃至２３のいずれか１項に記載のレンズ・アレイを製作するための方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１０−７４１６７（Ｐ２０１０−７４１６７Ａ）
【公開日】平成２２年４月２日（２０１０．４．２）
【国際特許分類】
【外国語出願】
【出願番号】特願２００９−２１６６２７（Ｐ２００９−２１６６２７）
【出願日】平成２１年９月１８日（２００９．９．１８）
【出願人】（５０４２９９７８２）ショット アクチエンゲゼルシャフト (346)
【氏名又は名称原語表記】Ｓｃｈｏｔｔ ＡＧ
【住所又は居所原語表記】Ｈａｔｔｅｎｂｅｒｇｓｔｒ．１０，Ｄ−５５１２２ Ｍａｉｎｚ，Ｇｅｒｍａｎｙ
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年４月２日（２０１０．４．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２１６６２７（Ｐ２００９−２１６６２７）
【出願日】平成２１年９月１８日（２００９．９．１８）
【出願人】（５０４２９９７８２）ショット アクチエンゲゼルシャフト (346)
【氏名又は名称原語表記】Ｓｃｈｏｔｔ ＡＧ
【住所又は居所原語表記】Ｈａｔｔｅｎｂｅｒｇｓｔｒ．１０，Ｄ−５５１２２ Ｍａｉｎｚ，Ｇｅｒｍａｎｙ
【Ｆターム（参考）】
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