透镜部件和使用该透镜部件的光学单元的制作方法

专利名称：透镜部件和使用该透镜部件的光学单元的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种在例如发光二极管(LED)照明中使用的透镜部件，以及包括该透镜部件的光学单元。
背景技术：
诸如照明、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。例如，提出了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棱镜部分，而且还具有在该栅格形状的折射棱镜部分的周围部分形成的栅格形状的反射棱镜部分(例如参考JP 57-55002A)。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表面的一部分棱镜，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出射(例如参考JP S59-119340A)。另外，提出了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JP H05-281402A)。本申请的发明人已提出了一种包括菲涅尔透镜表面的透镜部件和光学装置， 其中，IlR透镜的光入射表面和光出射表面被划分成多个环形棱镜的光入射表面和光出射表面，这些环形棱镜的位置关于透镜部件的中心轴线适当地同心排布(参看 JP2010-262187A、JP2011-141450A 和 US2010/0284194A1)。如果将上述包括菲涅尔透镜表面的透镜部件用于照明装置，那么通常的情况是， 包括至少一个LED元件的光源的发光表面小于面对该光源的发光表面设置的菲涅尔透镜表面。在这种情况下，由于透镜部件的菲涅耳透镜表面的中心轴线被设置为与光源的发光表面的中心重合，所以在垂直于中心轴线的方向存在环绕光源的空间。为了利用这样的空间，电源电路用的诸如电阻器、电容器、连接器等的部件可以安装在该环绕光源的空间内。然而，如果这些部件环绕光源排布在菲涅尔透镜表面下方的空间中，则那些邻近光源的部件可能会干涉从光源发射并进入菲涅尔透镜表面的光。因此，当这些部件被排布在环绕光源的空间内时，光学部件有可能会不能发挥其光学特性。

发明内容
本发明的一个目的是提供一种考虑到上述内容的透镜部件和光学单元。
为了完成上述目的，根据本发明的一个实施方式的透镜部件包括中心轴线；光入射侧，该光射入侧包括设置有关于所述中心轴线同心排布的多个环形棱镜的菲涅尔透镜表面；以及光出射表面，该光出射表面与所述光入射侧相对。在所述透镜部件的所述菲涅尔透镜表面的一部分中，关于所述中心轴线同心地排布有环形透镜部分。所述环形透镜部分可以位于所述菲涅尔透镜表面的外周部分。所述多个环形棱镜中的一些环形棱镜可以位于所述环形透镜部分的环形外表面的外侧。所述菲涅尔透镜表面还包括环形透镜部分，该环形透镜部分关于所述中心轴线同心地排布并且比所述多个环形棱镜延伸得长并且宽。所述环形透镜部分包括环形内表面和设置在该环形内表面的外侧的环形外表面。 所述环形内表面和所述环形外表面可以彼此接触而形成有共同的下边缘并在该共同的下边缘处形成锐角形状。在所述环形透镜部件中，所述环形内表面和所述环形外表面可以是具有相对于所述中心轴线具有相应角度的倾斜表面。在另一实施方式中，所述环形透镜部分包括环形内表面、环形外表面以及连接所述环形透镜部分的所述环形内表面的下端和所述环形外表面的下端的环形倾斜表面。所述环形透镜部分的所述环形内表面和所述环形外表面可以平行于所述中心轴线在所述光入射侧的下方延伸。所述环形内表面可以比所述环形外表面延伸得长。在这种情况下，所述环形倾斜表面从所述环形内表面的所述下端倾斜向上地延伸到所述环形外表面的所述下端。在又一实施方式中，环形透镜部分包括分别平行于中心轴线延伸的环形内表面和环形外表面。在一个例子中，环形内表面引入从光源发射的光。环形外表面折射和反射一部分进入环形内表面的光以将这些光射向位于环形透镜部分的外侧的环形棱镜。在又一实施方式中，环形透镜部分设置在菲涅尔透镜表面的外周缘上。环形透镜部分包括环形内表面和设置在该环形内表面的外侧的环形外表面。环形外表面可以是将进入环形内表面的光反射向光出射表面的形状。在又一实施方式中，透镜部件的光出射表面具有平坦的表面。在又一实施方式中，在环形透镜部分上方的位置处，在所述光出射表面上设置有多个凸起部分。根据本发明的透镜部件包括整体上扁平的形状，并且还包括在中心轴线上设置在光入射侧上的凹面，菲涅尔透镜表面可以设置在所述凹面上。具有最大厚度的凸面设置在凹面中的中心轴线上，并且菲涅尔透镜表面可以设置在凹面和中心凸面的连续表面上。即使在这种情况下，环形透镜部分在光入射侧之下也比中心轴线上的具有增加的厚度的凸面延伸得长。根据本发明的一个实施方式的光学单元包括如上所述的透镜部件；包括发光表面的光源，该发光表面的面积比所述透镜部件的所述菲涅尔透镜表面的面积小；以及至少一个部件，在所述透镜部件的光入射侧的下侧，所述至少一个部件在垂直于中心轴线的方向设置在所述光源的外侧。所述光源和所述部件安装在位于所述透镜部件的所述光入射侧下方的基板上。所述部件在垂直于所述中心轴线的方向位于所述透镜部件的环形透镜部分的外侧。所述部件在垂直于所述中心轴线的方向位于所述环形透镜部分的外侧，并且设置在所述透镜部件的所述菲涅尔透镜表面的外周部分的下方。可以设置有支撑透镜部件的外周部分的框架，使得所述光源的所述光出射表面的中心位于所述透镜部件的所述中心轴线上。


图1是根据本发明的第一实施方式的透镜部件的平面图。图2是沿着图1所示的透镜部件的线II-II剖取的剖视图。图3是示出了 IlR透镜的原理的说明图。图4是示出了包括菲涅尔透镜表面的透镜部件的原理的说明图。图5是剖视图，该剖视图示出了没有设置环形透镜部分的透镜部件的一个例子， 并且解释了光源和基板之间的位置关系。图6是组装有根据第一实施方式的透镜部件的光学单元的剖视图。图7是图6所示的光学单元的立体图。图8是本发明的第二实施方式中的透镜部件的剖视图。图9是本发明的第三实施方式中的透镜部件的剖视图。
具体实施例方式现在将在下文参照示出了本发明的实施方式的附图更全面地描述本发明。然而， 本发明可以以许多不同的形式来实施，并且本发明不应被解释为限制到这里所列出的具体实施方式
。实际上，提供这些实施方式是为了将本发明的范围传达给本领域的技术人员。在附图中，可能为了清楚而放大了层和区域的尺寸及相对尺寸。图1和图2示出了根据本发明的第一实施方式的透镜部件10。附图标记AX表示中心轴线，该中心轴线是穿过透镜部件10的中心的假想线。更具体地，第一实施方式中的透镜部件10包括中心轴线AX以及包括菲涅尔透镜表面14的光入射侧11，该菲涅耳透镜表面设置有关于中心轴线AX同心排布的多个环形棱镜13。菲涅尔透镜表面进一步包括关于中心轴线AX同心排布的环形透镜部分15，在垂直于中心轴线AX的方向，环形透镜部分15 比所述多个环形棱镜延伸得宽，并且在平行于中心轴线的方向，环形透镜部分15在光入射侧11的下方比所述多个环形棱镜13延伸得长。在这个实施方式中，环形透镜部分15包括环形内表面1 和环形外表面15b，该环形外表面在垂直于中心轴线AX的方向位于环形内表面15a的外侧。环形内表面1 和环形外表面1 彼此接触而形成有共同的下边缘，并且环形内表面1 和环形外表面1 在所述共同的下边缘处形成锐角。环形内表面1 和环形外表面1 是相对于中心轴线AX具有相应角度的倾斜表面。菲涅尔透镜表面的多个环形棱镜13中的每一个环形棱镜均包括环形内表面13a 和环形外表面13b，该环形外表面在垂直于中心轴线AX的方向位于环形内表面13a的外侧。 在每个棱镜中，通过环形内表面13a接收的光在环形外表面1 上全反射向光出射表面12。因为透镜部件10包括菲涅尔透镜表面14，所以它的结构将参照图3和图4进行概念性地描述。如在图3中示出的，IlR透镜1通常是大体积透镜并且包括光入射表面3和光反射表面4，该光反射表面在垂直于中心轴线AX的方向位于光入射表面3的外侧。为了减小这种大体积透镜的厚度和实现期望的光发射(在这种期望的光发射中，光通过透镜部件的光出射表面出射，其中最强光位于透镜部件的光出射表面的中心，随着离中心的距离增加，光强逐渐减小)，提出了一种包括菲涅尔透镜表面的透镜部件(参看JP2010-262187A、 JP2011-141450A和US2010/(^84194A1)。更详细地，光入射表面3被划分成多个经划分的光入射表面3a至3c，并且光反射表面4被划分成多个经划分的光反射表面如至如，并且经划分的光入射表面和经划分的光反射表面的组合被重新设置为多个环形棱镜14。如在图3中示出的，穿过光入射表面3a并在光反射表面如上反射而指向光出射表面的最强光为Li，与最强光Ll相比较弱的次强光L2穿过光入射表面北并在光反射表面4b上反射而指向光出射表面，而所有光中光强最弱的弱强光L3穿过光入射表面3c并在光反射表面如上反射而指向光出射表面。相应地，光强比弱强光L3强的次强光L2在垂直于中心轴线AX 的方向上在弱强光L3的外侧通过光出射表面出射。然而，如在图4中示出的，透镜部件11 整体上具有片状的形状，并且在光入射侧包括菲涅尔透镜表面11。菲涅尔透镜表面11设置有关于透镜部件IOA的中心轴线AX同心排布的多个环形棱镜14。多个环形棱镜14中的每一个环形棱镜均包括环形内表面13a和环形外表面13b，该环形外表面在垂直于中心轴线 AX的方向位于环形内表面13a的外侧。透镜部件IOA的环形棱镜14由大体积透镜1的光入射表面3和光反射表面4重新设置为环形棱镜13C、13B、i;3B和13A以射出期望的光。当然，为了解释，附图中环形棱镜的数量是被夸大了的，并且并不局限于此。因此，本发明的透镜部件10可以具有上述菲涅尔透镜表面。根据第一实施方式的透镜部件10整体上具有片状的形状。菲涅尔透镜表面14的包括多个环形内表面13a和多个环形外表面13b的多个环形棱镜13可以相对于彼此具有不同的光折射角。透镜部件10 的菲涅尔透镜表面11被设置成面对光源2的发光表面2a，并且中心轴线AX和光源2的发光表面加的中心彼此重合。光源2可以包括至少一个LED元件。注意，包括菲涅尔透镜表面11的透镜部件IOA可以由诸如压克力树脂的透光树脂一体地形成。通过这样设置菲涅尔透镜表面14，使得能够形成下述光出射表面，这种光出射表面可以在中心部分获得最强的光，并且在垂直于中心轴线AX的方向随着与透镜部件的中心的距离向外周部分逐渐增加， 光强逐渐减小。从光源2沿着中心轴线AX发射的光和相对于中心轴线AX成角度地发射的光进入环形棱镜13的环形内表面13a，所有光都在环形外表面1 上反射而指向光出射表面12。每个环形棱镜13的环形内表面13a均可以由平坦的表面或凸形的二次曲面形成， 但是考虑到可加工性，优选由平坦的表面形成。另一方面，环形外表面1 可以由平坦的表面或诸如抛物面、双曲面、椭球面或类似表面的非球面表面形成，但是考虑到微小的环形棱镜的可加工性，优选由平坦的表面形成。同时，在第一实施方式中，与菲涅尔透镜表面14相对的光出射表面12包括平坦的表面。透镜部件10的环形透镜部分15设置在包括多个环形棱镜13的菲涅尔透镜表面 14的外周缘部分上。环形透镜部分15关于中心轴线AX同心地排布。换句话说，环形透镜部分15形成为围绕中心轴线AX的环形形状。环形透镜部分15包括环形内表面1 和环形外表面15b，该环形外表面在垂直于中心轴线AX的方向位于环形内表面1 的外侧，环形内表面15a的下边缘和环形外表面15b的下边缘彼此接触而形成共同的下边缘，并且在该共同的下边缘处形成锐角。环形透镜部分15比所述多个环形棱镜13延伸得长并且宽。更详细地，与所述多个环形棱镜相比，透镜部分15在垂直于中心轴线AX的方向被设置得较宽，并且在中心轴线AX的方向被设置得较长。而且，环形透镜部分15关于中心轴线AX同心地排布，并且同心地布置在所述多个环形棱镜13的外侧，因此，可以将从光源2发射的这样的光射向光出射表面，所述光即与从光源2以锐角入射角发射的光相比以在垂直于中心轴线AX的方向上倾斜更大的大入射角发射的光。环形透镜部分15设置在菲涅尔透镜表面的一部分上，但是环形透镜部分并不是菲涅尔化的。例如，在图3中示出的大体积透镜的经划分的光入射表面3a至3c和经划分的光反射表面如至4c中，比其他经划分的光入射表面3a和北短的经划分的光入射表面 3c以及比其他经划分的光反射表面如和4b短的经划分的光反射表面如并不是菲涅尔化的并且被设置在菲涅尔透镜表面14的外周部分，这和环形透镜部分15是一样的。换句话说，即使较短的经划分的光入射表面3c和较短的经划分的光反射表面如都不是菲涅尔化的或没有被划分成一些环形棱镜，透镜部件10的厚度也被保持得足够薄。环形透镜部分15包括环形内表面1 和环形外表面15b，所述环形内表面接收相对于中心轴线AX以大角度从光源2发射的光，而所述环形外表面将通过环形内表面1 接收的光全反射向光出射表面12。也就是说，环形透镜部分15具有近似V形的截面，并且该环形透镜部分15关于透镜部件的中心轴线AX同心地排布。环形透镜部分15的环形内表面1 和环形外表面1 彼此接触而形成有共同的下边缘并且在该共同的下边缘处形成锐环形内表面1 和环形外表面1 的共同的下边缘可以设置有环形的平坦表面或非球面倒角。在这种情况下，当透镜部件10是通过成型工艺形成的时将具有有益的效果， 这是因为当透镜部件10在不小心跌落时，透镜部分15的尖的下边缘很容易破裂或出现裂缝。如果在环形内表面和环形外表面之间设置有倒角，则能够避免透镜部件10容易破碎。布置环形透镜部分15来代替某些原本是要被设置在菲涅尔透镜表面14的外周部分上的环形棱镜13 (概念性地，对应于如图4所示的环形棱镜13C的一部分或全部)，并且环形透镜部分15具有突出部分，该突出部分在光入射侧11的下方比所述多个环形棱镜13 延伸得长。因为环形透镜部分15比所述多个环形棱镜13延伸得宽，并且在光入射侧11的下方比所述多个环形棱镜延伸得长，所以在从光源2的被布置为面对透镜部件10的菲涅尔透镜表面14的发光表面加发射的光中，所述环形透镜部分可以接收从光源2相对于中心轴线AX以大角度发射的光，并向上反射和/或折射所接收的光。环形透镜部分15被配置为改变从光源2以大角度发射的光的光路，并且该环形透镜部分被布置为在垂直于中心轴线AX的方向位于光源2的发光表面加的外侧。以这种方式，在透镜部件10和光源2被设置为形成一个单元的情况下，由于光源2 的发光表面加的面积小于菲涅尔透镜表面14的面积，所以可以使用透镜部件的外周之下环绕光源2的空间。根据本发明，在设置有外周透镜部分的情况下，从光源在垂直于中心轴线AX的方向以一角度发射的光可以由菲涅尔透镜表面接收，并且环绕光源2的空间可以用于设置分离的部分或元件。可以调整光路，以使得从光源2以大角度发射的光也可以借助于设置在透镜部件10的菲涅尔透镜表面14的一部分上的环形透镜部分15有效地从透镜部件10的光出射表面12出射。在环形透镜部分15中，环形内表面1 和环形外表面15b由平坦的表面或诸如抛物面、双曲面、椭球面或类似表面的非球面表面形成，但是考虑到可加工性，优选由平坦的表面形成。光源2可以包括多个LED元件。例如，可以采用包括布置成栅格形状的多个LED 元件的光源，并且光源2也可以只由一个LED元件形成。根据本发明，在如所例示地变薄的透镜部件10的菲涅尔透镜表面14被用于面对光源2的发光表面加的情况下，可以在环绕光源2的外围空间内设置电子部件，并且可以保持透镜部件10的光学特性。通过对设置在透镜部件10上的环形透镜部分15进行成形或定位，可以接收来自光源2的大角度的光，显著增强光的使用效率，并且可以对从光源2 的发光表面加发射的光的分布进行调整。更具体地，通常光源2的布置为面对透镜部件10的菲涅尔透镜表面14的发光表面加的面积小于透镜部件10的菲涅尔透镜表面14的面积。在这种情况下，尽管考虑使透镜部件10的被布置为面对光出射表面的菲涅尔透镜表面14靠近光源2的发光表面加来使用透镜部件，但由于空间的有效使用目的或光学装置的小型化需要，仍有可能将电源电路用的部件(电阻器、电容器、连接器等)安装在光源2 (该光源的发光表面加的面积小于菲涅尔透镜表面14的面积)的外围附近，也就是说，安装在面对透镜部件10的菲涅尔透镜表面14的外围附近的位置。接下来，将解释从光源2发射的光在透镜部件10中的入射和出射。从光源2发射的光中光轴上的光最强，也就是说，最强光是沿着透镜部件10的中心轴线AX的方向发射的。然而，来自光源2的光以下述光入射角进入到菲涅尔透镜表面 14，S卩随着从中心轴线AX变化到菲涅尔透镜表面14的外周端，所述光入射角相对于中心轴线AX从小角度变化到大角度。在具有菲涅尔透镜表面14的平面透镜中，可以通过在菲涅尔透镜表面14的一部分上设置环形透镜15实施本发明来有效地使用垂直于中心轴线AX 的水平方向内的空间。另外，在第一实施方式中示出的透镜部件10中，光入射侧11包括设置有多个环形棱镜的菲涅尔透镜表面，所述多个环形棱镜在由凹面和设置在中心轴线上并且位于凹面的中心的凸面连续形成的连续表面上关于中心轴线AX同心地排布，光出射面与光入射侧11 相对，并且菲涅尔透镜表面还包括环形透镜部分，该环形透镜部分关于中心轴线同心地排布并且比所述多个环形棱镜延伸得长并且宽。环形透镜部分在光入射侧的下方比中心轴线处的凸面延伸得长。更具体地，菲涅尔透镜表面14具有这样的结构，在这种结构中，中心部分和外周缘部分比光入射侧11更向下突出，并且光入射侧11在中心部分和外周缘部分之间具有凹形形状。环绕中心轴线AX的同心的多个环形棱镜13从中心轴线AX的外围向着垂直于中心轴线AX的方向连续地形成在包括凹面和中心凸面的连续表面13c上。在具有这种形状的情况下，透镜部件的结构使得容易由设置在突出到光入射侧11下方的外周缘上的环形棱镜13收集从光源2以大角度发射的光，同时，从光源2以大角度发射的光可以通过在菲涅尔透镜表面14的一部分上设置另外的环形透镜部分15来有效地收集，所述环形透镜部分15比设置在菲涅尔透镜表面14上的所述多个环形棱镜延伸得长并且宽。接下来，将解释包括发光表面的光源，发光表面的面积小于透镜部件的菲涅尔透镜表面的面积，并且还将解释在垂直于中心轴线的方向设置在光源的外围侧的环形透镜部分15处的光入射和光出射。例如，在图5中示出的透镜部件IOA中，没有在菲涅尔透镜表面14上设置根据本发明的环形透镜部分15。然而，菲涅尔透镜表面14的外周部分对应于在光入射侧11上形成的凹面的外周缘部分。所述外周部分被设置为接近供安装光源2的基板16，以收集从光源2以大角度发射的光。因此，例如，在使用者试图在环形棱镜13的外周部分的附近位置将电源电路用的部件17a安装在基板16上的情况下，由于环形棱镜13的外周部分和部件 17a之间的干涉，有可能会使得不能充分发挥透镜部件IOA的功能。因此，在没有设置环形棱镜13的外周部分的情况下，如果将电源电路用的部件 17b安装在空间18内，在该空间中，可在环形棱镜13和基板16之间形成相对大的空隙，则从光源2以大角度发射的光将受到电源电路用的部件17b的阻挡，该光不能进入环形棱镜 13，从而将会有损光学性能，例如，亮度降低。因此，在第一实施方式中，如在图2中示出的， 在环形棱镜13的外周部分上设置环形透镜部分15，并且电源电路用的部件17安装在环形透镜部分15的外侧区域的空闲空间19内。从光源2以大角度发射的光L4进入环形透镜部分15的环形内表面15a，在环形外表面1 上全反射，并从向上设置的光出射表面12出射。因此，不需要设置在外周部分上的环形棱镜13来改变以大角度发射的光L4的光路，所以确保了在透镜部件10的下方位于环形透镜部分15的外周部分处的安装部件17用的空间19。接下来，将解释组装有按照如上方式构造而成的透镜部件10的光学单元。如在图 6和图7示出的，光学单元120包括如上所述的具有菲涅尔透镜表面14和环形透镜部分 15的透镜部件10 ；包括发光表面加的光源2，所述发光表面的面积小于透镜部件10的菲涅尔透镜表面14的面积；设置为面对透镜部件10的光入射侧11的基板16 ；在菲涅尔透镜表面14的下方，在位于环形透镜部分15外侧的位置安装在基板16上的电源电路用的部件 17 ；以及容纳上述部件的壳体121。光源2安装在基板16上，使得光源2的发光表面加的中心位于中心轴线AX上。壳体121包括半球部分122和靠近半球部分122设置的上表面部分。菲涅尔透镜表面14被设置为面对光源2的发光表面，包括上述菲涅尔透镜表面的透镜部件10设置在所述上表面部分的中心部分。设置有支撑透镜部件10的外周部分的框架123，以使得光源 2的发光表面加的中心与透镜部件10的中心轴线AX对准。框架123具有大致筒形的形状，该框架的中心轴线与半球部分122的中心轴线对准，并且在透镜部件10被设置为面对光源2的状态下，所述框架被布置在半球部分122的上表面部分上。如上所述，在根据第一实施方式的透镜部件10中，由于环形透镜部分15设置在菲涅尔透镜表面14的外周部分上，该菲涅尔透镜表面包括关于中心轴线AX同心排布的多个环形棱镜13，所以从光源2以小角度发射的光的光路由在垂直于中心轴线AX的方向布置在环形透镜部分15内侧的环形棱镜13改变以射向光出射表面12，并且从光源2以大角度发射的光的光路由环形透镜部分15改变以射向光出射表面12。以这种方式，由于从光源2以大角度发射的光的光路可以由环形透镜部分15来改变，所以可以获得环形透镜部分15外侧的位于透镜部件10和基板16之间的大的空间，并且可以确保供安装电源电路用的部件 17的空间19。如上所述，光学单元120包括透镜部件10 ；设置在透镜部件10的光入射侧11下方的基板16 ；设置在基板16上的光源2 ；支撑透镜部件10的外周部分，使得光源2的发光表面加的中心与透镜部件10的中心轴线AX对准的框架123 ；安装在基板16上、布置在框架123内并且位于透镜部件10的光入射侧11下方的至少一个部件17。光源2的发光表面加的尺寸小于透镜部件10的菲涅尔透镜表面14的尺寸，并且所述发光表面设置在环形透镜部分15的环形内表面15a的内侧，而至少一个部件17设置在环形透镜部分15的外侧。在光学单元120中，由于设置为面对光源2的透镜部件10包括环形透镜部分15， 所以在透镜部件10和基板16之间确保了用以布置例如作为其中一个部件的电源电路用的部件17的空间19。结果，可以从整体上使光学单元120变薄并使其小型化，并且可以高效地使用从光源2发射的光，而且还适合用于光学产品等，例如，照明器、投影仪、闪光灯、车辆前灯或尾灯。另外，在光学单元120中，即使光源2通过排布多个LED元件形成，也可以防止LED 元件的颜色不均。图8示出了根据本发明的第二实施方式的透镜部件。在对根据第二实施方式的透镜部件20的描述中，仅描述了对于透镜部件20来说不同于第一实施方式的部件，与第一实施方式相同的部件采用同样的附图标记，并且省略对相同部件的详细描述。在第一实施方式的透镜部件10中，环形透镜部分15设置在菲涅尔透镜表面14的外周部分上。然而，在透镜部件20中，所述多个环形棱镜中的一些环形棱镜被设置在环形透镜部分的环形外表面的外侧。换句话说，环形透镜部分25设置在菲涅尔透镜表面14的位于中心轴线AX和菲涅尔透镜表面14的外周部分之间的中间部分上，如图8所示出的。也就是说，在第二实施方式的透镜部件20中，在环形透镜部分15的外侧还设置有菲涅尔透镜表面14的环形棱镜13。环形透镜部分25包括环形外表面25c，该环形外表面透射一部分入射在环形内表面2 上的光，以使该部分光射向设置在环形透镜部分25的外侧的环形棱镜13。环形外表面25c在截面形状上具有与环形内表面2 平行的表面。另外，环形内表面25a的下端和环形外表面25c的下端平行于中心轴线AX在光入射侧11的下方延伸，并且环形内表面 25a比环形外表面25c延伸得长。在环形内表面2 和环形外表面25c之间设置有环形倾斜表面25b，并且该环形倾斜表面连接环形内表面25a的下端和环形外表面25c的下端，以从环形内表面2 倾斜向上地延伸到环形外表面25c。环形倾斜表面2 是反射表面，该反射表面反射进入环形内表面25a并射向倾斜表面25b的光。同时，类似于第一实施方式，在菲涅尔透镜表面14的外周部分的下方，在安装在基板16上的光源2的在垂直于中心轴线AX的方向上的外围部分，在基板16上安装有电源电路用的至少一个部件17。更具体地，电源电路用的部件17在基板16上布置成面对设置在环形透镜部分25外侧的环形棱镜13。在按照上述方式构造而成的透镜部件20的情况下，在从光源2相对于中心轴线AX 以大角度发射并且进入环形透镜部分25的环形内表面25a的光中，到达环形倾斜表面2 的光L4在该环形倾斜表面2 上全反射向光出射表面12，并从该光出射表面12射出。另一方面，到达环形外表面25c的光L5穿过环形外表面25c，其后，该光进入位于环形透镜部分25外侧的各个环形棱镜13的内表面13a，并在各个环形棱镜13的外表面1 上全反射，并从透镜部件20的光出射表面12射出。换句话说，在从光源2发射的光中，与到达位于环形透镜部分25内侧的环形棱镜13的光L6相比，以更大角度发射的光L5折射穿过环形透镜部分25的环形内表面25a和环形外表面25c，并在位于环形透镜部分25外侧的环形棱镜13上全反射，并从透镜部件20的光出射表面12射出。此外，与光L5相比，以更大角度发射的光L4穿过环形透镜部分25的环形内表面2 和环形倾斜表面2 从透镜部件20的光出射表面12射出。以这种方式，在根据第二实施方式的透镜部件20中，由于环形透镜部分25在菲涅尔透镜表面14的位于中心轴线AX和菲涅尔透镜表面14的外周部分之间的中间部分环绕中心轴线AX环形地设置，所以甚至可以将所述多个环形棱镜13中的一部分环形棱镜设置在环形透镜部分25的外侧。另外，由于进入环形透镜部分25的光被该环形透镜部分25的环形内表面2 和环形外表面25c折射，所以可以将位于环形透镜部分25外侧的环形棱镜 13设置在较高的位置。结果，在位于环形透镜部分25外侧的环形棱镜13的位置处，在透镜部件20的光入射侧11和基板16之间可以具有大的距离，并且可以在环形透镜部分25的外围确保大的空间四以容纳电源电路用的部件17。此外，由于透镜部件20的环形透镜部分25包括环形外表面25c，该环形外表面将一部分进入环形内表面25a的光朝着在垂直于中心轴线AX的方向设置在环形透镜部分25 外侧的环形棱镜13透射，所以可以将环形透镜部分25设置在菲涅尔透镜表面14的外周部分的内侧，并且可以在垂直于中心轴线AX的方向在环形透镜部分25的外侧确保用以容纳电源电路用的部件17的更大的空间四。而且，因为透射过环形透镜部分25的环形外表面 25c的光的光路由设置在环形透镜部分25外侧的环形棱镜13改变，并且光路被改变的光从光出射表面12射出，所以，即使光源周围的空间被使用了，也仍然能够发挥透镜部件的光学特性。图9示出了根据本发明的第三实施方式的透镜部件。在根据第三实施方式的透镜部件30中，在光出射表面12的一部分上设置有多个凸起部分31。在第三实施方式中，具体地，凸起部分31在设置在透镜部件30的光入射侧11的环形透镜部分15的上方位置处设置在光出射表面12上。凸起部分对应于光出射表面12的外周部分。凸起部分31的功能是控制从光出射表面12射出的光的扩散性和方向性这二者中的至少一者。作为凸起部分的例子，例如，截面均为椭圆形状的多个突起可以环形排布在光出射表面12上以扩散射出的光。另外，凸起部分优选形成为非球面的凸起部分或凹陷部分。 需要注意的是，还可以使用其他凸起或凹陷形状，例如，四棱锥状的凸起或凹陷部分。在根据第三实施方式的透镜部件30中，因为在光出射表面12上形成有功能是控制光的扩散性和方向性这二者中的至少一者的凸起部分31，所以很容易借助于设置在光出射表面12上的凸起部分31或凹陷部分射出光路被环形透镜部分15改变而射向光出射表面12的光，以便以预定的扩散性和方向性来折射或扩散光。例如，可以在光出射表面12调整由环形透镜部分15改变光路而射向光出射表面12的光和光路由菲涅尔透镜表面14的环形棱镜13改变的光之间的亮度平衡，并且还可以调整射出的光的分布。同时，还可以在光出射表面面对设置在透镜部件30的光入射侧11上的多个环形棱镜13的位置，将凸起部分或凹陷部分设置在透镜部件30的光出射表面12上。在这种情况下，可以比第一实施方式中的透镜部件10更多地降低颜色不均性。凸起部分31或凹陷部分可以在环形透镜部分15的内侧设置在透镜部件30的光出射表面12上。在这种情况下，通过将穿过凸起部分31或凹陷部分的光的扩散程度调节为高于没有设置凸起部分或凹陷部分的光出射表面部分中的扩散程度，可以在从光源2发射的光容易产生颜色不均的中心轴线AX的外围扩散更大量的光，从而可以有效地获得颜色均衡性。另外，由于透镜部件的外围侧的扩散性较低，所以可以在透镜部件的中心获得光强最强的前方照明和/或可以获得窄的方向性。同时，尽管已经解释了一些实施方式，但本发明并不局限于此，而是可以在不脱离本发明的范围的情况下作出很多改变和修改。例如，可选地，可以在光出射表面上设置诸如扩散片的光学片以均勻地扩散光，或者设置各向异性扩散片或棱镜片以在特定方向扩散或折射光。在透镜部件的光出射表面上设置有这样的光学片的情况下，可以省略直接设置在光出射表面上的凸起部分或凹陷部分。作为这样的光学片，优选选择折射率差比构成透镜部件的材料小的材料。以这种方式，在设置有用来控制透射过透镜部件的光出射表面的光的扩散性和方向性这二者中的至少一者的光学片的情况下，通过设置在光出射表面上的具有预定的折射性或方向性的光学片的折射和扩散，使得能够容易地射出由菲涅尔透镜表面的多个环形棱镜或环形透镜部分改变光路而射向光出射表面的光。
权利要求
1.一种透镜部件，该透镜部件包括中心轴线；光入射侧，该光入射侧包括菲涅尔透镜表面，该菲涅尔透镜表面设置有关于所述中心轴线同心排布的多个环形棱镜；以及光出射表面，该光出射表面与所述光入射侧相对；所述菲涅尔透镜表面还包括环形透镜部分，该环形透镜部分关于所述中心轴线同心地排布并且比所述多个环形棱镜延伸得长并且宽。
2.根据权利要求1所述的透镜部件，其中，所述环形透镜部分设置在所述菲涅尔透镜表面的外周部分。
3.根据权利要求1所述的透镜部件，其中，所述环形透镜部分包括环形内表面和设置在该环形内表面的外侧的环形外表面；并且其中，所述环形内表面和所述环形外表面彼此接触而形成有共同的下边缘并在该共同的下边缘处形成锐角。
4.根据权利要求1所述的透镜部件，其中，所述环形内表面和所述环形外表面是相对于所述中心轴线具有相应角度的倾斜表面。
5.根据权利要求1所述的透镜部件，其中，所述环形透镜部分包括环形内表面、设置在该环形内表面的外侧的环形外表面以及连接所述环形透镜部分的所述环形内表面的下端和所述环形外表面的下端的环形倾斜表面。
6.根据权利要求5所述的透镜部件，其中，所述环形透镜部分的所述环形内表面和所述环形外表面平行于所述中心轴线在所述光入射侧的下方延伸。
7.根据权利要求5所述的透镜部件，其中，所述环形透镜部分的所述环形内表面和所述环形外表面平行于所述中心轴线朝向所述光入射侧的下方延伸；并且其中，所述环形内表面比所述环形外表面延伸得长。
8.根据权利要求1所述的透镜部件，其中，所述环形透镜部分设置在所述中心轴线和所述菲涅尔透镜表面的外周缘部分之间，并且所述环形透镜部分包括环形内表面和设置在该环形内表面的外侧的环形外表面； 并且其中，所述多个环形棱镜中的一些环形棱镜设置在所述环形透镜部分的所述环形外表面的外侧。
9.根据权利要求1所述的透镜部件，其中，所述环形透镜部分设置在所述菲涅尔透镜表面的外周缘部分处，并且所述环形透镜部分包括环形内表面和设置在该环形内表面的外侧的环形外表面；并且其中，所述环形透镜部分接收穿过所述环形内表面的光并在所述环形外表面将所述光反射向所述光出射表面。
10.根据权利要求1所述的透镜部件， 其中，所述光出射表面包括平坦的表面。
11.根据权利要求10所述的透镜部件，其中，所述平坦的表面包括多个凸起部分，所述多个凸起部分在所述环形透镜部分上方的环形位置设置在所述光出射表面上。
12.根据权利要求1所述的透镜部件，其中，所述菲涅尔透镜表面的所述多个环形棱镜具有连续表面，该连续表面由凹面和设置在所述中心轴线上并且位于所述凹面的中心的凸面连续形成。
13.一种透镜部件，该透镜部件包括 中心轴线；光入射侧，该光入射侧包括设置有多个环形棱镜的菲涅尔透镜表面，所述多个环形棱镜在连续表面上关于中心轴线同心地排布，所述连续表面由凹面和设置在所述中心轴线上并且位于所述凹面的中心的凸面连续形成；光出射表面，该光出射表面与所述光入射侧相对；并且所述菲涅尔透镜表面还包括环形透镜部分，该环形透镜部分关于所述中心轴线同心地排布并且比所述多个环形棱镜延伸得长并且宽；并且所述环形透镜部分在所述光入射侧的下方比所述中心轴线处的所述凸面延伸得长。
14.一种光学单元，该光学单元包括 权利要求1所述的透镜部件；光源，该光源包括比所述透镜部件的所述菲涅尔透镜表面小的发光表面；以及至少一个部件，所述至少一个部件设置在所述透镜部件的所述光入射侧的下方，并且在垂直于所述中心轴线的方向设置在所述光源和所述环形透镜部分的外侧。
15.一种光学单元，该光学单元包括 权利要求13所述的透镜部件；基板，该基板设置在所述透镜部件的所述光入射侧的下方；光源，该光源包括比所述透镜部件的所述菲涅尔透镜表面小的发光表面，并且该光源被设置在所述基板上；以及至少一个部件，所述至少一个部件在所述透镜部件的所述光入射侧的下方设置在所述基板上，并且在垂直于所述中心轴线的方向设置在所述光源和所述环形透镜部分的外侧。
16.根据权利要求14所述的光学单元，其中，所述至少一个部件设置于在垂直于所述中心轴线的方向位于所述环形透镜部分的外侧的多个环形棱镜的下方。
17.根据权利要求15所述的光学单元，其中，所述至少一个部件设置于在垂直于所述中心轴线的方向位于所述环形透镜部分的外侧的多个环形棱镜的下方。
18.一种光学单元，该光学单元包括 权利要求1所述的透镜部件；基板，该基板设置在所述透镜部件的所述光入射侧的下方； 光源，该光源包括发光表面并且被设置在所述基板上；框架，该框架支撑所述透镜部件的外周部分，所述透镜部件的所述中心轴线和所述光源的所述发光表面的中心彼此重合；以及至少一个部件，所述至少一个部件在所述框架内设置在所述基板上，位于所述透镜部件的所述光入射侧的下方；所述光源的所述发光表面小于所述透镜部件的所述菲涅尔透镜表面，并且所述发光表面在垂直于所述中心轴线的方向设置在所述环形透镜部分的所述环形内表面的内侧；并且所述至少一个部件在垂直于所述中心轴线的方向设置在所述环形透镜部分的外侧。
19.根据权利要求15所述的光学单元，该光学单元还包括框架，该框架支撑所述透镜部件的外周部分，所述透镜部件的所述中心轴线和所述光源的所述发光表面的中心彼此重合。
20.根据权利要求1所述的透镜部件，其中，所述环形透镜部分包括环形内表面和设置在该环形内表面的外侧的环形外表面，并且其中，在所述环形内表面和所述环形外表面之间设置有倒角。
全文摘要
本发明提供了一种透镜部件和使用该透镜部件的光学单元。透镜部件包括中心轴线；光入射侧，该光入射侧包括设置有关于中心轴线同心排布的多个环形棱镜的菲涅尔透镜表面；以及与光入射侧相对的光出射表面。菲涅尔透镜表面还包括环形透镜部分，该环形透镜部分关于中心轴线同心地排布并且比多个环形棱镜延伸得长并且宽。在光学单元中，光源和透镜部件相组合，并且多个部件被设置在环形透镜部分的外围形成的空间内。
文档编号F21V17/00GK102563524SQ20111036188
公开日2012年7月11日 申请日期2011年9月28日 优先权日2010年9月29日
发明者宫下纯司, 萱沼安昭 申请人:西铁城控股株式会社, 西铁城电子株式会社