[发明专利]透镜构件以及使用该透镜构件的发光装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种透镜构件以及使该透镜构件和光源相对配置的发光装置。

背景技术

近年，照明、投影仪、闪光灯、汽车等的前照灯及尾灯等的发光装置中，使用发光二极管（LED）作为光源的发光装置增加。在这种发光装置，特别是作为窄指向性的LED的光源使用的装置等中，使用使从LED的光出射面出射的光聚光或准直的透镜。作为这样的透镜，通常使用凸状的折射透镜，但由于凸部具有厚度，为了寻求薄型化而提出采用菲涅耳透镜的方案。

以往，提出以下灯具的透镜的方案：在作为与光源相对的光入射面的内表面光轴（即透镜的中心轴）附近的中央部具有光栅状折射系统棱镜部，并在该光栅状折射系统棱镜部的周围部具有光栅状反射系统棱镜部（参照专利文献1）。又，提出以下透镜构件：在光入射面设置的菲涅耳透镜面具有多个棱镜，入射光线的一部分在其多个棱镜的一部分棱镜上设置的非透镜面被全反射后，向与光入射面相反侧的光出射面出射（参照专利文献2）。进一步，提出以下光学装置：其具有在以透镜构件的中心轴为中心的中心部设置的折射透镜部和反射体部，反射体部使光线从内侧的面部入射，并在形成抛物面状的光反射面全反射并转换成平行光线（参照专利文献3）。

然而，上述的菲涅耳透镜中，在由棱镜的入射面和棱镜的反射面以锐角构成棱镜的顶端的情况下，在金属模具填充树脂时，有顶端很细从而树脂不能进入到顶端的情况。该情况下，具有下述问题：棱镜的顶端带有圆度，在棱镜的顶端不能进行高精度的光的入射和反射，成为该菲涅耳透镜的光出射面的正面照度等的性能恶化的原因。又，在上述专利文献3记载的透镜构件中，也有下述的不良情况：要让从靠近带有圆度的棱镜的顶端部的光入射面入射的光全部反射，需要将棱镜的光反射面设定的较高，作为结果透镜的厚度变厚。

进一步，在上述专利文献1至3记载的透镜中，具有下述不良情况：从棱镜的光入射面入射的光的一部分不能到达棱镜的光反射面而产生损失，难以将从光源出射的光的利用效率最大化。例如，专利文献3中，由于在以中心轴为中心的凸形状的折射透镜部，与位于折射透镜部的外侧的反射体部之间，具有入射的光不能到达反射体部的光反射面的部分，从而损失透过该部分的光。

又，来自作为光源使用的LED的放射光具有光的放射角度越大光强越小的光分布。如图6所示，使作为光源2的LED的光出射面与以往的TIR（全内反射Total Internal Reflection）透镜1的光入射面相对配置时，从与LED2的光出射面相对配置的TIR透镜1的内侧的透镜的凹面3的光入射面入射的光被外侧的透镜的凸面4的光反射面全反射。最终光强较强的光作为入射光L2自LED2的中央部周围以靠近中心轴AX’的位置入射至TIR透镜1的光入射面上的情况下，被透镜的凸面4的外周上方的光反射面反射。因此，该TIR透镜1的中心轴AX’附近的光度高，而中心轴附近的外侧的中间附近的光度变低，且中间附近的外侧的光度变高。因此，即使用以往的方法将该TIR透镜1直接菲涅耳透镜化，出射的光与TIR透镜1时同样，产生以光轴为中心的环状的不需要的光（反射光斑），余留不美观的问题。进一步，专利文献3记载的透镜中，由于反射透镜部的光入射面以及出射面均为非球面，因而具有菲涅耳透镜化时难以加工且成本高的问题。

作为其对策，提出以下透镜构件：将与光源相对配置的透镜的光入射面在以光源的光轴为中心的多个同心圆状的分割区域分割，在光入射面具有由与这些对应的不同折射角的多个棱镜部构成的菲涅耳透镜。TIR透镜具有：以中心轴作为中心配置在TIR透镜的下方，且与光源的发光面相对配置的透镜的凹面；以及在TIR透镜的周侧面的透镜的凸面，其构成为，使从下方的该透镜的凹面入射的光在透镜的凸面上全反射，并向着位于TIR透镜的上部，在光源的发光面的上方并与光源的发光面平行的TIR透镜的光出射面。将该TIR透镜菲涅耳透镜化并分割为多个棱镜。各棱镜由与透镜的凹面的分割区域对应的棱镜的入射面，以及与使从该分割区域入射的光全反射的透镜的凸面的分割区域对应的棱镜的反射面构成。作为菲涅耳透镜，在配置从TIR透镜被分割的棱镜的情况，越是在TIR透镜的透镜的凸面中对应外侧上方的分割区域的棱镜被配置在菲涅耳透镜的内侧位置（靠近中心轴的位置）。提出在TIR透镜中，越是与透镜的凸面中外侧下方的分割区域对应的棱镜被配置在菲涅耳透镜的外侧位置（菲涅耳透镜的外周区域）的透镜构件的方案（参照专利文献4、5）。