CN104081247B - 光束控制部件及发光装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的光束控制部件(100)具有：使从发光元件(210)射出的光入射的入射区域(110)；以及使从入射区域(110)入射的光射出的射出区域(150)。入射区域(110)具有折射部(120)、位于折射部(120)的外侧的反射型菲涅尔透镜部(130)、以及位于反射型菲涅尔透镜部(130)的外侧的反射面(140)。反射面(140)使在反射型菲涅尔透镜部(130)入射且未被反射的光(从反射型菲涅尔透镜部(130)泄漏的光)向射出区域(150)反射。

Description

光束控制部件及发光装置
技术领域
本发明涉及对从发光元件射出的光的配光进行控制的光束控制部件以及具有所述光束控制部件的发光装置。
背景技术
近年来，从节能和小型化的观点出发，逐渐使用以发光二极管(以下也称为“LED”)为光源的发光装置(LED闪光)，作为拍摄摄像机用的发光装置。作为这种发光装置，众所周知组合了LED和菲涅尔透镜(Fresnel lens)的发光装置(例如参照专利文献1)。
图1A是专利文献1中记载的发光装置的剖面图。如图1A所示，专利文献1中记载的发光装置10具有基板20、光源用基板21、包括发光元件和荧光体的光源30、以及菲涅尔透镜40。菲涅尔透镜40以与光源30的发光面相对的方式配置于基板20上。
图1B是菲涅尔透镜40的剖面图。如图1B所示，在菲涅尔透镜40的一个面形成有折射型菲涅尔透镜部41以及反射型菲涅尔透镜部42。折射型菲涅尔透镜部41形成在与光源30相对的位置。反射型菲涅尔透镜部42以包围光源30的方式形成在折射型菲涅尔透镜部41的周围。在菲涅尔透镜40中，形成有折射型菲涅尔透镜部41和反射型菲涅尔透镜部42的面作为入射区域43而发挥功能，入射区域43的相反侧的面作为射出区域44而发挥功能。
在图1A所示的发光装置10中，从光源30向前方方向(图中上方)射出的光在折射型菲涅尔透镜部41被向规定方向折射，并从射出区域44射出。另一方面，从光源30向侧方方向(图中左右方向)射出的光从反射型菲涅尔透镜部42的入射面45入射，在反射面46被向规定方向反射，并从射出区域44射出。这样，专利文献1中记载的发光装置10使用具有折射型菲涅尔透镜部41以及反射型菲涅尔透镜部42的菲涅尔透镜40对从光源30射出的光的配光进行控制。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2011-192494号公报
发明内容
发明要解决的问题
专利文献1中记载的菲涅尔透镜40不只是利用从光源30向前方方向射出的光，还利用从光源30向侧方方向射出的光，由此能够明亮地照射被照射区域。但是，专利文献1中记载的菲涅尔透镜40存在不能有效地利用从反射型菲涅尔透镜部42泄漏的泄漏光的问题。
一般地，将反射型菲涅尔透镜部42的形状最佳化为能够将来自光源30的发光中心的光控制为所希望的配光。但是，由于光源30进行面发光，故从光源30的周边也射出光。因此，如图2所示那样，从光源30的周缘部的光的一部分在从反射型菲涅尔透镜部42的入射面45入射后，不会在反射面46被反射而成为泄漏光。其结果，如图2中箭头所示，从光源30的周缘部的光的一部分成为杂散光(stray light)50。这种杂散光使菲涅尔透镜40的光利用效率降低。即，专利文献1中记载的菲涅尔透镜40存在抑制杂散光的产生来改善光利用效率的余地。
在具有反射型菲涅尔透镜部的光束控制部件(透镜)中，作为抑制从反射型菲涅尔透镜部泄漏的光引起的杂散光的产生的方法，可以例举对于光源相对地增大光束控制部件，或者将反射型菲涅尔透镜部的形状细化。哪个方法都能够通过抑制从反射型菲涅尔透镜部泄漏的光的产生来抑制杂散光的产生。但是，前者有悖于小型化的要求，后者使制造性降低。这样，难以通过抑制泄漏光的产生来提高光束控制部件的光利用效率。
另一方面，即使从反射型菲涅尔透镜部产生了泄漏光，如果能够利用该泄漏光，则可以期待提高光束控制部件的光利用效率。
本发明的目的在于，提供具有反射型菲涅尔透镜部且也能够有效地利用从反射型菲涅尔透镜部泄漏的光的光束控制部件。另外，本发明的另外的目的在于，提供具有该光束控制部件的发光装置。
解决问题的方案
本发明的光束控制部件采用以下的结构，其对从发光元件射出的光的配光进行控制，具有：入射区域，使从发光元件射出的光入射；以及射出区域，使从所述入射区域入射的光射出，所述入射区域具有：折射部，使从所述发光元件射出的光的一部分入射，并且使入射的光向所述射出区域折射；以及反射型菲涅尔透镜部，位于所述折射部的外侧，使从所述发光元件射出的光的一部分入射并且使入射的光向所述射出区域反射，所述反射型菲涅尔透镜部具有多个配置成同心圆状的圆环状的突起，该圆环状的突起具有使从所述发光元件射出的光的一部分入射的第一倾斜面以及使从所述第一倾斜面入射的光向所述射出区域反射的第二倾斜面，该光束控制部件的特征在于：所述入射区域还具有反射面，该反射面位于所述反射型菲涅尔透镜部的外侧，使在所述反射型菲涅尔透镜部入射且未被反射的光向所述射出区域反射，所述反射面相对于所述发光元件的光轴的角度比位于最外侧的所述第二倾斜面相对于所述发光元件的光轴的角度小。
本发明的发光装置采用以下结构，其具有发光元件和上述的光束控制部件。
发明效果
本发明的光束控制部件由于通过反射面能够有效地利用从反射型菲涅尔透镜部泄漏的光，因此其光利用效率优异。另外，本发明的光束控制部件由于从反射型菲涅尔透镜部泄漏的光不会成为杂散光，因此能够抑制杂散光对其他部件的影响。因此，具有本发明的光束控制部件的发光装置对其他部件的影响小且光利用效率优异。
附图说明
图1中，图1A是专利文献1中记载的发光装置的剖面图，图1B是专利文献1中记载的菲涅尔透镜的剖面图。
图2是表示在专利文献1中记载的发光装置中产生杂散光的情况的图。
图3中，图3A是实施方式的光束控制部件的俯视图，图3B是实施方式的光束控制部件的侧视图，图3C是实施方式的光束控制部件的仰视图。
图4中，图4A是图3A和图3C所示的A-A线的剖面图，图4B是图4A中用虚线包围的区域的局部放大剖面图。
图5是表示实施方式的发光装置的结构的剖面图。
图6中，图6A是反射面与第二倾斜面不连续的光束控制部件的剖面图，图6B是图6A中用虚线包围的区域的局部放大剖面图。
图7中，图7A是比较例的光束控制部件的俯视图，图7B是比较例的光束控制部件的侧视图，图7C是比较例的光束控制部件的仰视图。
图8中，图8A是图7A和图7C所示的B-B线的剖面图，图8B是图8A中用虚线包围的区域的局部放大剖面图。
图9是用于说明实施方式的光束控制部件与比较例的光束控制部件之间的形状的不同的剖面图。
图10是比较例的发光装置的光路图。
图11是比较例的发光装置的光路图。
图12是实施方式的发光装置的光路图。
图13是实施方式的发光装置的光路图。
图14是表示关于全光束的照度分布的仿真结果的曲线图。
图15是表示关于泄漏光的照度分布的仿真结果的曲线图。
符号说明
10 发光装置
20 基板
21 光源用基板
30 光源
40 菲涅尔透镜
41 折射型菲涅尔透镜部
42 反射型菲涅尔透镜部
43 入射区域
44 射出区域
45 入射面
46 反射面
100 光束控制部件
110 入射区域
120 折射部
130 反射型菲涅尔透镜部
131 突起
132 第一倾斜面
133 第二倾斜面
134 第三倾斜面
135 谷底
140 反射面
150 射出区域
160 凸缘
162 凸缘外周面
200 发光装置
210 发光元件
212 发光中心
220 光圈
CA 光束控制部件的中心轴
L 通过发光中心和谷底的直线
LA 发光元件的光轴
具体实施方式
下面，参照附图详细地对本发明的实施方式进行说明。
[光束控制部件和发光装置的结构]
图3和图4是表示本发明一实施方式的光束控制部件100的结构的图。图3A是光束控制部件100的俯视图，图3B是光束控制部件100的侧视图，3C是光束控制部件100的仰视图。图4A是图3A和图3C所示的A-A线的剖面图，图4B是图4A中用虚线包围的区域的局部放大剖面图。图5是表示本发明一实施方式的发光装置200的结构的剖面图。
如图5所示，本实施方式的光束控制部件100与发光元件210组合而被使用。发光元件210是发光装置200的光源。发光元件210例如是白色发光二极管等发光二极管(LED)。如图5所示，光束控制部件100配置成，光束控制部件100的入射区域110(折射部120)与发光元件210的发光面相对。
光束控制部件100对从发光元件210射出的光的行进方向进行控制。即，光束控制部件100对从发光元件210射出的光的配光进行控制。光束控制部件100的形状为以其中心轴CA为中心的旋转对称。光束控制部件100配置成其中心轴CA与发光元件210的光轴LA一致(参照图5)。
通过射出成型来形成光束控制部件100。对于光束控制部件100的材料，只要能够使所希望波长的光通过，则不进行特别的限定。例如，光束控制部件100的材料是聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)或聚碳酸酯(PC)、环氧树脂(EP)等透光性树脂、或玻璃。
如图4A所示，光束控制部件100具有：使从发光元件210射出的光入射的入射区域110；以及位于入射区域110的相反侧，并使从入射区域110入射的光射出的射出区域150。在入射区域110与射出区域150之间也可以设置凸缘160。
入射区域110具有：位于入射区域110的中央部的折射部120；位于折射部120的外侧的反射型菲涅尔透镜部130；以及位于反射型菲涅尔透镜部130的外侧的反射面140。
折射部120是在与发光元件210相对的位置形成为与光束控制部件100的中心轴CA相交的平面。折射部120使从发光元件210射出的光的一部分(主要向前方方向射出的光)向光束控制部件100内入射并且使入射的光向射出区域150折射(参照图12)。此外，折射部120的形状只要能够实现上述功能也可以不是平面。例如，折射部120也可以是球面或非球面，还可以是折射型菲涅尔透镜。本实施方式的折射部120的形状是以光束控制部件100的中心轴CA为中心的旋转对称(参照图3C)。
反射型菲涅尔透镜部130使从发光元件210射出的光的一部分(主要向侧方方向射出的光)向光束控制部件100内入射，并且使入射的光向射出区域150反射(参照图12)。反射型菲涅尔透镜部130的形状是以光束控制部件100的中心轴CA为中心的旋转对称，反射型菲涅尔透镜部130具有多个配置成同心圆状的圆环状的突起131(参照图3C)。如图3C和图4B所示，在本说明书中，将多个圆环状的突起131中的位于最外侧的突起131称为第一突起131a，以后，从外侧起按顺序称为第二突起131b、…、第六突起131f、第七突起131g。为了取入从发光元件210向侧方方向射出的光，第一突起131a形成得比其他突起131b～131g大。
多个突起131分别具有：作为使从发光元件210射出的光入射的入射面的第一倾斜面132；以及作为使从第一倾斜面132入射的光向射出区域150反射的反射面的第二倾斜面133。在各突起131，第一倾斜面132位于内侧(中心轴CA侧)，第二倾斜面133位于外侧。另外，在各突起131，第一倾斜面132与第二倾斜面133可以连续，也可以不连续。在是前者的情况下，在第一倾斜面132与第二倾斜面133之间形成有棱线。在是后者的情况下，在第一倾斜面132与第二倾斜面133之间形成有另外的面。在图4B所示的例中，在第一倾斜面132与第二倾斜面133之间形成第三倾斜面134。通过在第一倾斜面132与第二倾斜面133之间设置第三倾斜面134而没有锐角部分(棱线部分)，能够提高制造性。但是，形成了第三倾斜面134的突起131的光束控制效率比未形成第三倾斜面134的突起131低。这是因为，不入射至形成有第三倾斜面134的突起131而成为泄漏光的光增加。后述的反射面140能够控制该泄漏光的行进方向，能够提高光利用效率。
第一倾斜面132的母线可以是直线，也可以是曲线。对于第一倾斜面132相对于发光元件210的光轴LA的角度，只要能够使从第一倾斜面132入射的光向第二倾斜面133侧折射，不进行特别的限定，可以根据发光元件210的大小和位置等适当地进行设定。此外，在第一倾斜面132的母线为曲线的情况下，所谓“第一倾斜面132的角度”是指第一倾斜面132的母线的切线的角度。从制造性的观点出发，优选，第一倾斜面132相对于发光元件210的光轴LA倾斜3～5°左右，以使与入射区域110侧相比，射出区域150侧更靠近光轴。此外，各突起131的第一倾斜面132的角度既可以相同，也可以不同。
第二倾斜面133的母线可以是直线也可以是曲线。对于第二倾斜面133相对于发光元件210的光轴LA的角度，只要能够使从第一倾斜面132入射的光向射出区域150侧反射，不进行特别的限定，可以根据作为目的的配光特性等适当地进行设定。此外，在第二倾斜面133的母线是曲线的情况下，所谓“第二倾斜面133的角度”是指第二倾斜面133的母线的切线的角度。通常，第二倾斜面133相对于光轴倾斜20～50°左右，以使与射出区域150侧相比，入射区域110侧更靠近光轴。各突起131的第二倾斜面133的角度既可以相同也可以不同。
反射面140是从反射型菲涅尔透镜部130的外缘向射出区域150的外缘延伸的面。在反射面140的外缘与射出区域150的外缘之间也可以设置凸缘160。反射面140使从反射型菲涅尔透镜部130的第一倾斜面132入射至光束控制部件100内且未由反射型菲涅尔透镜部130的第二倾斜面133反射的光(即，从反射型菲涅尔透镜部130泄漏的光)向射出区域150反射(参照图13)。
反射面140是以包围光束控制部件100的中心轴CA的方式形成的旋转对称面(参照图3C)。反射面140的直径随着从入射区域110(发光元件210)侧靠向射出区域150侧而逐渐增加。反射面140的母线可以是直线也可以是曲线。反射面140相对于发光元件210的光轴LA(光束控制部件100的中心轴CA)的角度比0大，且比位于最外侧的第二倾斜面133a的相对于发光元件210的光轴LA的角度小。在此，所谓“反射面140的角度”是指反射面140的母线的切线的角度的最大值。另外，所谓“位于最外侧的第二倾斜面133a的角度”是指第二倾斜面133a的母线的切线的角度的最小值。
对于反射面140的位置，只要能够使从反射型菲涅尔透镜部130泄漏的光向射出区域150反射，不进行特别的限定。例如，反射面140形成在比经过发光元件210的发光中心212和位于第一突起131a与第二突起131b之间的谷底135的直线L更靠射出区域150侧(参照图9)。在这样构成的情况下，只有从小型的突起131b～131g(第一突起131a以外的突起)的第一倾斜面132b～132g入射且未到达第二倾斜面133b～133g的光(泄漏光)到达反射面140(从第一突起131a的第一倾斜面132a入射的光不到达)。此外，反射面140既可以与第一突起131a的第二倾斜面133a连续(参照图4A和图4B)，也可以不连续(参照图6A和图6B)。
射出区域150是形成在与发光元件210相反一侧的被照射区域侧的平面。射出区域150形成为与光束控制部件100的中心轴CA相交。如图3A所示，射出区域150是以光束控制部件100的中心轴CA为中心的旋转对称面。射出区域150使1)从折射部120入射的光、2)从反射型菲涅尔透镜部130的第一倾斜面132入射且由第二倾斜面133反射的光、以及3)从反射型菲涅尔透镜部130的第一倾斜面132入射且由反射面140反射的光向被照射区域射出。
[光路仿真]
关于具有图5所示的本实施方式的光束控制部件100的发光装置200，对从发光元件210射出的光的光路进行了仿真。另外，为了比较，关于具有图7和图8所示的比较例的光束控制部件100’的发光装置200’，也对从发光元件210射出的光的光路进行了仿真。
图7A是比较例的光束控制部件100’的俯视图，图7B是比较例的光束控制部件100’的侧视图，图7C是比较例的光束控制部件100’的仰视图。图8A是图7A和图7C所示的B-B线的剖面图，图8B是图8A中用虚线包围的区域的局部放大剖面图。如这些图所示，比较例的光束控制部件100’在反射型菲涅尔透镜部130的外缘没有反射面140，此点与本实施方式的光束控制部件100不同。
图9是为了表示实施方式的光束控制部件100和比较例的光束控制部件100’之间的形状差异，而将这两个光束控制部件100、100’的局部放大剖面图重合后的图。如该图所示，实施方式的光束控制部件100中，在比经过发光元件210的发光中心212和位于反射型菲涅尔透镜部130的第一突起131a与第二突起131b之间的谷底135的直线L更靠射出区域150侧形成有反射面140。另一方面，比较例的光束控制部件100’中，代替反射面140，形成了与光轴LA平行的凸缘外周面162。此外，如图9所示，在这次的仿真中，在射出区域150的外侧配置了光圈220。
图10和图11是比较例的发光装置200’的光路图。图10是从发光元件210的发光中心射出的光的光路图，图11是从发光元件210的周缘部射出的光的光路图。
如图10所示，从发光元件210的发光中心向前方方向射出的光从折射部120入射至光束控制部件100’内，并从射出区域150射出。另外，从发光元件210的发光中心向侧方方向射出的光从反射型菲涅尔透镜部130的各突起131a～131g的第一倾斜面132a～132g入射至光束控制部件100’内。从第一倾斜面132a～132g入射的光在各突起131a～131g的第二倾斜面133a～133g被反射，并从射出区域150射出。
另一方面，如图11所示，从发光元件210的周缘部向侧方方向射出的光从反射型菲涅尔透镜部130的各突起131a～131g的第一倾斜面132a～132g入射至光束控制部件100’内。从第一倾斜面132a～132g入射的光的一部分由各突起的第二倾斜面133a～133g反射并从射出区域150射出。但是，从第一倾斜面132a～132g入射的光的剩余部分不能到达各突起131a～131g的第二倾斜面133a～133g而成为泄漏光。这种泄漏光成为杂散光，从凸缘外周面162向外部射出。这样，从反射型菲涅尔透镜部130泄漏的光不被利用于被照射区域的照明。
图12和图13是实施方式的发光装置200的光路图。图12是从发光元件210的发光中心射出的光的光路图，图13是从发光元件210的周缘部射出的光的光路图。
如图12所示，从发光元件210的发光中心向前方方向射出的光从折射部120入射至光束控制部件100内，并从射出区域150射出。另外，从发光元件210的发光中心向侧方方向射出的光从反射型菲涅尔透镜部130的各突起131a～131g的第一倾斜面132a～132g入射至光束控制部件100内。从第一倾斜面132a～132g入射的光在各突起131a～131g的第二倾斜面133a～133g被反射并从射出区域150射出。
另外，如图13所示，即使在实施方式的发光装置200中，从发光元件210的周缘部向侧方方向射出的光的一部分也成为从反射型菲涅尔透镜部130泄漏的光。但是，在实施方式的发光装置200中，这种泄漏光在反射面140被反射并从射出区域150射出。因此，泄漏光也被利用于被照射区域的照明。
根据这些光路图可知，本实施方式的发光装置200能够将从反射型菲涅尔透镜部130泄漏的光利用于被照射区域的照明。
[照度仿真]
关于本实施方式的发光装置200和比较例的发光装置200’，对被照射面的照度分布进行了仿真。将配置在从发光元件210离开1m的位置的、与发光元件210的光轴LA垂直的平面设为被照射面。此外，光束控制部件100、100’的直径为10mm。
图14是表示关于全光束的被照射面的照度分布的曲线图。另外，图15是表示关于从反射型菲涅尔透镜部130泄漏的光的被照射面的照度分布的曲线图。曲线图的横轴表示距被照射面的中心(与发光元件210的光轴相交的点)的距离，纵轴表示照度。虚线表示比较例的发光装置200’的仿真结果，实线表示实施方式的发光装置200的仿真结果。
根据图14的曲线图可知，本实施方式的发光装置200与比较例的发光装置200’相比，更亮地照射被照射面。另外，根据图15的曲线图可知，本实施方式的发光装置200使从反射型菲涅尔透镜部130泄漏的光向被照射面的周缘部配光。
[效果]
本实施方式的光束控制部件100除了由折射部120折射的光以及由反射型菲涅尔透镜部130反射的光以外，还能够将从反射型菲涅尔透镜部130泄漏的光利用于被照射区域的照明。因此，本实施方式的光束控制部件100的光利用效率优异。另外，本实施方式的光束控制部件100由于从反射型菲涅尔透镜部130泄漏的光不成为杂散光，所以能够抑制杂散光对其他部件的影响。因此，具有本实施方式的光束控制部件100的发光装置200对其他部件的影响小且光利用效率优异。
工业实用性
本发明的光束控制部件例如对于拍摄摄像机的发光装置(闪光)用的透镜等是有用的。
本申请主张基于在2012年1月27日提出的日本专利申请特愿2012-015270号的优先权。该申请的说明书以及附图中记载的内容全部引用于本申请说明书中。

Claims (6)

1.一种光束控制部件，其对从发光元件射出的光的配光进行控制，具有：
入射区域，使从发光元件射出的光入射；以及
射出区域，使从所述入射区域入射的光射出，
所述入射区域具有：
折射部，使从所述发光元件射出的光的一部分入射，并且使入射的光向所述射出区域折射；以及
反射型菲涅尔透镜部，位于所述折射部的外侧，使从所述发光元件射出的光的一部分入射并且使入射的光向所述射出区域反射，
所述反射型菲涅尔透镜部具有多个配置成同心圆状的圆环状的突起，该圆环状的突起具有使从所述发光元件射出的光的一部分入射的第一倾斜面以及使从所述第一倾斜面入射的光向所述射出区域反射的第二倾斜面，
该光束控制部件的特征在于：
所述入射区域还具有反射面，该反射面位于所述反射型菲涅尔透镜部的外侧，使在所述反射型菲涅尔透镜部入射且未被反射的光向所述射出区域反射，
所述反射面相对于所述发光元件的光轴的角度比位于最外侧的所述第二倾斜面相对于所述发光元件的光轴的角度小。
2.如权利要求1所述的光束控制部件，其中，
所述反射面形成在比经过所述发光元件的发光中心和所述反射型菲涅尔透镜部的谷底的直线更靠所述射出区域侧，该谷底位于所述反射型菲涅尔透镜部中的最外侧的第一突起和与所述第一突起邻接的第二突起之间。
3.如权利要求1所述的光束控制部件，其中，
所述折射部是平面、球面或非球面、或者折射型菲涅尔透镜。
4.如权利要求1所述的光束控制部件，其中，
所述反射面与在所述反射型菲涅尔透镜部中位于最外侧的第一突起的第二倾斜面连续。
5.如权利要求1所述的光束控制部件，其中，
所述反射面不与在所述反射型菲涅尔透镜部中位于最外侧的第一突起的第二倾斜面连续。
6.一种发光装置，其具有发光元件和权利要求1～5中的任一项所述的光束控制部件。
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