[发明专利]透镜部件和使用该透镜部件的光学单元

说明书

技术领域

本发明涉及一种透镜部件和一种使用该透镜部件的光学单元，该光学单元用在LED照明设备等中。

背景技术

诸如照明设备、投影仪、闪光灯、汽车前灯和尾灯等使用LED作为光源的LED光学产品，或例如窄方向性LED的基础光学设备等，通常使用透镜来聚焦或准直LED发射的光线。尽管这种透镜经常使用凸折射透镜，但为了减小高度和变薄，也提出采用菲涅耳透镜。

传统上，提出一种用于灯配件的透镜，该透镜具有在靠近光轴的内表面的中心部分中形成的栅格形状的折射系统棱镜，而且具有在该栅格形状的折射系统棱镜的周围部分形成的栅格形状的反射系统棱镜(例如参考JP57-55002A)。此外，也有提议使用菲涅耳透镜，在该菲涅耳透镜表面形成有作为光入射面的一部分棱镜，使得入射光线的一部分在无透镜面被全内反射之后从光出射面发射(例如参考JP59-119340A)。另外，提出一种由具有在光轴中心部分设置的透镜体的折射透镜部分和反射体部分构成的一种光学设备，该反射体部分允许光线从内表面部分进入，并在抛物面形状的反射面上将光线全内反射，从而将光线转化成平行光束(例如参考JP05-281402A)。

然而，上述传统技术具有以下问题。那就是，在JP57-55002A、JP59-119340A和JP05-281402A中所公开的透镜具有下述缺点，即因为一部分入射光不能到达反射面而产生损失，导致光的使用效率难以最大化。例如，在JP05-281402A中，在光入射面和折射透镜部分之间具有入射光不能到达反射面的部分，导致通过这一部分的光产生损失。

此外，当LED作为光源使用时，辐射光具有发射角越大，光强度越小的光分布；因此，如图29所示，当使用传统的TIR(全内反射)透镜时，从面对光源2布置的TIR透镜1的凹透镜部分3的光入射面进入的光线在外部凸透镜部分4的反射面被全内反射；但是，这导致在中心部分附近光强相对强烈的光线L2在凸透镜部分4的外围区域的反射面被反射。

因此，在这种TIR透镜1中，中心附近的亮度高，但是在中间附近变低而在外部又重新变高。结果，即使这种TIR透镜1变成菲涅耳透镜，若使用传统的方法，会产生有害外观的定心在光轴上的环形闪光。

另外，在JP05-281402A所公开的透镜中，反射透镜部分的光入射面和光出射面都形成为非球形表面，因此存在加工困难和增加成本的问题。

此外，其中凸折射透镜部分形成在中心，或者中心附近是平面形状的光入射面的透镜，存在着在光辐射面上能够看到光源色彩变化的缺点。

发明内容

本发明的目的是提供一种与传统大体积的全内反射透镜相比更薄的板状的透镜部件，另一目的是提供一种具有高的光使用效率的透镜部件，进一步的目的是提供一种显著提高入射光线的使用效率的光学单元。

板状的透镜部件具有多个同心环形棱镜，每个棱镜包括从全内反射透镜的光入射面划分得到的内环表面和从全内反射透镜的光反射面划分得到的外环表面，其中所述光入射面具有设置在所述全内反射透镜的下部分的凹入形状，所述光反射面具有位于所述全内反射透镜的外侧的凸出形状，以包围所述光入射面。大体积全内反射透镜的所述光入射面和所述光反射面是菲涅耳化的，或者在板状的透镜部件表面上划分成一组同心环形棱镜，全内反射透镜的划分部分有效地设置在板状的透镜部件的表面上。

所述板状的透镜部件包括设置为面对光源的具有凹入形状的光源相对面，和与光源相对面相反的光出射面。此外，所述同心环形棱镜形成在所述光源相对面上，所述同心环形棱镜均包括内环表面和外环表面，所述外环表面位于内环表面的外侧以形成每个棱镜，其中在所述全内反射透镜的光反射面的划分部分中，远离所述全内反射透镜的中心轴线的划分部分分配给邻近所述板状透镜部件的中心轴线的同心环形棱镜的外环表面。所述板状透镜部件的中心轴线与所述光源相对面的中心轴线一致，所述光源相对面具有从所述全内反射透镜菲涅耳化的菲涅耳透镜表面，该菲涅耳透镜表面包括定心在中心轴线上的所述同心环形棱镜。

在每个同心环形棱镜中，所述内环表面比所述外环表面更靠近中心轴线，所述外环表面是全内反射表面，在所述外环表面上将通过所述内环表面接收的光线全内反射。

因此，在传统的大体积全内反射透镜中，在侧向离开光源的光轴的位置从光反射面出射的相对强烈的光线，可从邻近光源的中心轴线或板状透镜部件的中心轴线的区域出射。结果，出射光线看起来在透镜中心具有最高的光强，光强从中心向透镜的外围逐渐降低，板状透镜部件防止出现环形透镜闪光或显著的环形暗区或亮区。