專利名稱：具有菲涅耳透鏡面的透鏡及采用該透鏡的照明裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有菲涅耳透鏡面的透鏡的改良及采用了該改良透鏡的照明裝置。
背景技術(shù)：
以往，對(duì)于用于CD和DVD的讀寫或其他各種光學(xué)應(yīng)用儀器的大多照明裝置，通過將透鏡貼在具有LED元件和燈的支承體上，或使透鏡與支承體一體地形成，以使來自LED元件等的光具有規(guī)定的聚光特性。為使這樣的照明裝置變薄，有必要配置LED使其與透鏡相接近，并擴(kuò)大透鏡的口徑和聚光力(即減小F數(shù))。作為透鏡，可采用成形為大體半球狀的凸透鏡的透明部件，或具有凸透鏡部和在該凸透鏡部的外周呈平面地排列同心圓型的很多棱鏡而構(gòu)成的菲涅耳透鏡面的透明部件。
所謂的菲涅耳透鏡面為由凸?fàn)畹耐哥R部，以及在該凸?fàn)畹耐哥R部的外周、由形成與凸透鏡部的中心軸同軸的一系列小且寬度狹窄的同心棱鏡所構(gòu)成的面。F數(shù)稱為透鏡等光學(xué)系統(tǒng)的口徑比的倒數(shù)?？趶奖缺硎就哥R光學(xué)系統(tǒng)的開口直徑和透鏡焦距之比。
圖8表示第1以往的照明裝置。該照明裝置具有樹脂制的殼體60、配置于該殼體內(nèi)的作為光源的片狀的LED61、與該LED相對(duì)且支承于殼體的半球狀的凸透鏡62。符號(hào)63為L(zhǎng)ED61的導(dǎo)線。在該照明裝置中，雖然凸透鏡62具有良好的聚光作用，但是由于透鏡的口徑和曲率大，所以透鏡變厚，因而產(chǎn)生無法使照明裝置小型化、特別是薄化的問題。
圖9A和圖9B表示第2以往的照明裝置。該照明裝置具有殼體70、配置于該殼體內(nèi)的作為光源的片狀的LED71、與該LED相對(duì)且支承于殼體70的具有折射型的菲涅耳透鏡面的透鏡72。符號(hào)73為L(zhǎng)ED71的導(dǎo)線。對(duì)于透鏡72，調(diào)整一個(gè)凸透鏡部74和與該凸透鏡部74的中心軸(光軸)同軸的很多環(huán)狀的棱鏡部75(各棱鏡的斜邊是仿原來的凸透鏡面、或?yàn)榱瞬糠值匮a(bǔ)償折射特性而對(duì)形狀進(jìn)行若干修正的直線或曲線)的頂部，使其分別大致等高地在軸方向偏離，去除毛邊以確保棱鏡部75和中心部的透鏡作用，同時(shí)具有整體薄的結(jié)構(gòu)。
具有該菲涅耳透鏡面的透鏡72，相比于上述圖8所示的半球狀的凸透鏡62，在具有相同口徑和F數(shù)的情況下可形成得較薄，因此，也可以使照明裝置變薄。但是，由于棱鏡部75的各棱鏡斜面的傾斜越靠近透鏡的外周部就變得越陡，并且各棱鏡的間隔也隨之變密，所以對(duì)于棱鏡部75的面的加工，換而言之，金屬模的切削加工變得困難，而對(duì)于口徑比大的透鏡，則有在某半徑的外側(cè)產(chǎn)生棱鏡部的加工極限的問題。另外，隨著朝向透鏡72的外周部，自光源入射到棱鏡部75的入射光和透鏡的光軸的角度增加，從而產(chǎn)生光的利用效率低下的問題。
圖10A和圖10B表示第3以往的照明裝置。該照明裝置具有殼體80、配置于該殼體內(nèi)的多個(gè)LED81、與這些LED相對(duì)且支承于殼體80的透鏡陣列82。這些透鏡陣列82由呈平面狀相近排列的多個(gè)半球狀的凸透鏡83構(gòu)成。各LED81配置于各半球狀的凸透鏡83的光軸上。符號(hào)84表示各LED的導(dǎo)線。該照明裝置具有適度聚光的高照明度。但是，在該以往例中，與第1以往例同樣地存在難于使透鏡陣列82和照明裝置變薄的問題。
圖11A和圖11B表示第4以往的照明裝置。該照明裝置具有和第3以往的照明裝置大致相同的目的。該照明裝置具有配置于殼體90內(nèi)的多個(gè)LED91、支承于殼體90的具有多個(gè)菲涅耳透鏡面的透鏡陣列92。透鏡陣列92具有分別與各LED91相對(duì)地配置的菲涅耳透鏡面93。該照明裝置雖然較薄，但是與第2以往例同樣地存在加工極限的問題。
圖12A和圖12B表示第5以往的照明裝置。在該照明裝置中，在透鏡100的中心部正下方緊密接觸地配置有多個(gè)LED101(例如發(fā)出紅、綠、藍(lán)各色光的3個(gè)LED)，從而可以得到任意的發(fā)光色。符號(hào)102表示棱鏡部。LED101被埋入透鏡100的內(nèi)部。該照明裝置的主要問題在于，透鏡100的菲涅耳透鏡面中的光軸為1個(gè)，由于無法在這一個(gè)光軸上同時(shí)配置多個(gè)LED，從而無法相對(duì)于所有的LED101設(shè)計(jì)理想的透鏡。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的第一個(gè)目的是提供合成很多菲涅耳透鏡面的設(shè)計(jì)自由度大的透鏡和采用該透鏡并改善了其特性的照明裝置。
本發(fā)明的第二個(gè)目的是提供與以往具有菲涅耳透鏡面的透鏡相比折射率變大且具有難于產(chǎn)生菲涅耳透鏡面的加工極限的結(jié)構(gòu)的透鏡，和采用該透鏡的薄型的照明裝置。
本發(fā)明的第三個(gè)目的是提供具有含有相對(duì)于相近光源最佳透鏡形狀的菲涅耳透鏡面的透鏡和采用該透鏡的照明裝置。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，透鏡由具有多個(gè)面的透明部件構(gòu)成，該透明部件的多個(gè)面具有設(shè)于各面上的菲涅耳透鏡面。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，透鏡由透明部件構(gòu)成，具有設(shè)于該透明部件的至少一個(gè)面的多個(gè)菲涅耳透鏡面，這些多個(gè)菲涅耳透鏡面的各中心軸線相互錯(cuò)開規(guī)定距離。
根據(jù)本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施例，透鏡由透明部件構(gòu)成，具有設(shè)于該透明部件的至少一個(gè)面的菲涅耳透鏡面，該菲涅耳透鏡面具有由設(shè)于透明部件的曲面構(gòu)成的凸透鏡部和形成于該凸透鏡部的外周的曲面上的多個(gè)棱鏡部。


圖1為作為本發(fā)明的第1實(shí)施例的具有菲涅耳透鏡面的透鏡和照明裝置的剖面圖。
圖2為本發(fā)明的第2實(shí)施例的透鏡的剖面圖。
圖3為本發(fā)明的第3實(shí)施例的透鏡的剖面圖。
圖4為采用本發(fā)明的第3實(shí)施例的透鏡的照明裝置的剖面圖。
圖5為采用本發(fā)明的第3實(shí)施例的透鏡的照明裝置的變型例的剖面圖。
圖6為說明采用本發(fā)明的第3實(shí)施例的透鏡的照明裝置中的聚光狀態(tài)的圖。
圖7A為表示本發(fā)明的第4實(shí)施例的透鏡和照明裝置的平面圖。
圖7B為圖7A的A-A線剖面圖。
圖8為第1以往例的采用半球狀透鏡的照明裝置的剖面圖。
圖9A為表示第2以往例的采用具有菲涅耳透鏡面的透鏡的照明裝置的平面圖。
圖9B為圖9A的剖面圖。
圖10A為表示第3以往例的采用半球狀透鏡陣列和多個(gè)LED的照明裝置的平面圖。
圖10B為圖10A的剖面圖。
圖11A為第4以往例的采用具有菲涅耳透鏡面的透鏡陣列和多個(gè)LED的照明裝置的平面圖。
圖11B為圖11A的剖面圖。
圖12A為第5以往例的采用具有菲涅耳透鏡面的透鏡和多色的LED的照明裝置的平面圖。
圖12B為圖12A的剖面圖。
具體實(shí)施例方式
下面參照附圖，詳細(xì)說明本發(fā)明的幾個(gè)理想實(shí)施例。
圖1表示采用本發(fā)明的具有菲涅耳透鏡面的透鏡的照明裝置的第1實(shí)施例。該實(shí)施例的照明裝置具有殼體1、配置于該殼體內(nèi)的光源2、與該光源相對(duì)地配置且由適當(dāng)?shù)姆绞蕉潭ㄓ跉んw1的透鏡3。在本實(shí)施例中，光源2由LED構(gòu)成。符號(hào)4表示LED的導(dǎo)線。
上述透鏡3具有透明部件5、分別設(shè)置于該透明部件5的多個(gè)面的菲涅耳透鏡面6。在本實(shí)施例中，透明部件5為大體板狀，在其第一面、例如上面7，和第二面、例如下面8，分別設(shè)有菲涅耳透鏡面6。在本實(shí)施例中，透明部件5的上面7和下面8為平坦面，在這些平坦的上面和下面上形成菲涅耳透鏡面6。對(duì)于這些菲涅耳透鏡面6，在本實(shí)施例中，其分別具有設(shè)于中央部的例如凸?fàn)畹耐哥R面9和設(shè)于該透鏡面9的周圍的很多大體三角形狀的棱鏡部10。設(shè)置于透明部件5的上面7的菲涅耳透鏡面6的中心軸線和設(shè)于透明部件5的下面8的菲涅耳透鏡面6的中心軸線為同軸地配置。
在本實(shí)施例中，由于上下各菲涅耳透鏡面6的聚光力可以為總的要求的聚光力的一半，所以各棱鏡部10的頂角或斜面的傾斜相比于第2以往例可很平緩。因此，可以沒有加工極限地形成棱鏡部10，且可充分地?cái)U(kuò)大棱鏡部10的直徑，可使照明裝置相比于以往形成大口徑或以同口徑而使F數(shù)變小，另外，可使作為光源2的LED相比之下更加接近透鏡3。由此可使照明裝置更加地薄。
圖2表示本發(fā)明的透鏡的第2實(shí)施例。本實(shí)施例的透鏡20的上下棱鏡部22a、22b的基底面23a、23b不似上述第1實(shí)施例那樣形成為平坦面，而是形成為凸透鏡狀的曲面。更具體地說，對(duì)于本實(shí)施例的透明部件24，與棱鏡部22a的基底面23a相應(yīng)的上面和與棱鏡部22b的基底面23b相應(yīng)的下面分別形成為凸?fàn)畹那?，并在形成這些曲面的上下面設(shè)有菲涅耳透鏡面6。這樣，通過在上下面為凸?fàn)畹耐该鞑考?4上設(shè)有菲涅耳透鏡面6，可使合成焦距變得更短。
形成菲涅耳透鏡面中的棱鏡部的基底面的曲面可以只設(shè)于透明部件24的一個(gè)面上，例如上面。另外，曲面的形狀不僅限于凸?fàn)?，可在透鏡上追加任意的特征，或以補(bǔ)償透鏡的弱點(diǎn)(例如改善聚光度、某種像差的修正、改善向棱鏡部的入射光的方向等)為目的的任意的曲面亦可。該曲面不必與透鏡共用中心軸。另外，在將光源側(cè)的基底面23b形成為凹面的情況下，可使入射到透鏡周邊部的光和位于基底面23b的入射部位的法線所成的角小于基底面23b為平面或凸面時(shí)所成的角，所以容易使光入射到棱鏡部22b，從而可提高光的利用效率。
圖3表示本發(fā)明的透鏡的第3實(shí)施例。該實(shí)施例中的透鏡30是將設(shè)于透明部件31的上下面的菲涅耳透鏡面32a、32b中的棱鏡部33a和33b各自的中心軸線(光軸)35a、35b錯(cuò)開規(guī)定距離d而成的透鏡。這是為了調(diào)節(jié)透鏡30的聚光性。
圖4和圖5表示將該透鏡30裝入殼體1的照明裝置的兩個(gè)例子。圖4表示在兩個(gè)中心軸35a、35b的大致延長(zhǎng)線上分別配置有一個(gè)LED36的照明裝置，圖5表示在兩個(gè)中心軸35a、35b的延長(zhǎng)線上的大致中間位置配置1個(gè)LED37的照明裝置。
圖6為說明本發(fā)明的第3實(shí)施例中的透鏡的聚光狀態(tài)的圖。符號(hào)38表示兩根聚光曲線，表示自1個(gè)(或相接近的2個(gè))LED37發(fā)出的光應(yīng)由棱鏡部33a或33b中的任意一方的透鏡所會(huì)聚的光的強(qiáng)度分布與位置的關(guān)系。兩根聚光曲線38相應(yīng)于兩個(gè)透鏡的光軸的偏離d而相隔d’。曲線形狀因光源的位置或數(shù)量以及其他的條件而未必相同。同樣，一般情況下d’≠d。自LED37發(fā)出的光通過上下兩個(gè)菲涅耳透鏡面32a、32b這兩個(gè)面，所以合成的聚光曲線(未圖示)成為近似于各聚光曲線38的和的形狀，因此，由光源照射的面要比具有單一光軸的菲涅耳透鏡面的照射面(沿光軸的偏離方向)大很多。即，能夠擴(kuò)大可以均一的照度所照射的面。
圖7A和圖7B表示本發(fā)明的透鏡的第4實(shí)施例和采用該透鏡的照明裝置。本實(shí)施例與采用圖12A和圖12B進(jìn)行說明的第5以往例相對(duì)應(yīng)，在透鏡40的內(nèi)部埋有3個(gè)LED41、42、43。透明部件44具有僅設(shè)于其一面如上面的3個(gè)菲涅耳透鏡面45、46、47。這些菲涅耳透鏡面45、46、47由各中心軸線相偏離的3層面構(gòu)成。各棱鏡面48的半徑方向的節(jié)距事實(shí)上十分密集(細(xì)密)，而圖7B的圖示為了方便僅作了粗略的描述。3個(gè)菲涅耳透鏡面45、46、47的中心軸線，在平面圖中配置于大致正三角形的各頂點(diǎn)。另外，在這些3個(gè)菲涅耳透鏡面的各中心軸線上配置有LED41、42、43的各發(fā)光面的中心。3個(gè)LED41、42、43發(fā)出例如紅R、綠G、藍(lán)B的光。
在3個(gè)棱鏡面交錯(cuò)的部分，透鏡的斷面可以為各種構(gòu)成，在本實(shí)施例中，如圖7B所示，透鏡具有連接自其基準(zhǔn)面49突出的棱鏡部的側(cè)面。這樣，由于本實(shí)施例在對(duì)應(yīng)于各LED的正上方均具有一個(gè)菲涅耳透鏡面，所以除了容易設(shè)計(jì)之外，可以最大限度地利用各LED的輸出。另外，由并未位于各LED正上方的其他LED部也可以得到擴(kuò)大了的照射面。各菲涅耳透鏡面可以形成于曲面上，也可以沿透鏡的上下適當(dāng)?shù)胤指疃纬?。此外，各LED的發(fā)光面的位置也可以從各菲涅耳透鏡面的光軸適當(dāng)?shù)仄x。
根據(jù)本發(fā)明，由于可以得到合成了多個(gè)菲涅耳透鏡面的透鏡效果，所以即使由單個(gè)的透鏡也可以得到優(yōu)良的特性，可以形成薄且設(shè)計(jì)自由度大的透鏡。例如，通過將多個(gè)菲涅耳透鏡面設(shè)于透鏡材料的上下面，即使為相同的聚光力，也可以使棱鏡部的傾斜變平緩，可以克服加工極限而得到口徑比大的透鏡。另外，通過在上下的菲涅耳透鏡面或相同面上形成中心軸偏離的菲涅耳透鏡面，可以得到更大的設(shè)計(jì)自由度。另外，通過將菲涅耳透鏡面載于曲面上，可以更加提高透鏡效果或?qū)ζ浼右孕拚?。采用具有這些特征的至少一個(gè)的透鏡的照明裝置，具有聚光特性優(yōu)良且可薄化的效果。
組合上述各實(shí)施例所具有特征，可以構(gòu)成新的實(shí)施例或某個(gè)實(shí)施例的變型例。另外，雖然未作為實(shí)施例而加以提出，但是形成采用了第4以往例(圖11A和圖11B)那樣的透鏡陣列的復(fù)合照明裝置，也可以賦予本發(fā)明的效果。另外，也可以形成采用現(xiàn)有技術(shù)并進(jìn)行進(jìn)一步變型的實(shí)施例。
權(quán)利要求
1.一種透鏡，其特征在于，具有包括多個(gè)面的透明部件、分別設(shè)于上述透明部件的多個(gè)面的菲涅耳透鏡面。
2.如權(quán)利要求1所述的透鏡，其特征在于，上述透明部件具有包括第一面和與該第一面相對(duì)的第二面的大體板狀的形狀，上述菲涅耳透鏡面設(shè)于上述透明部件的上述第一面和第二面。
3.如權(quán)利要求2所述的透鏡，其特征在于，設(shè)于上述透明部件的第一面的菲涅耳透鏡面的中心軸線和設(shè)于與第一面相對(duì)的第二面的菲涅耳透鏡面的中心軸線偏離規(guī)定的距離。
4.一種透鏡，其特征在于，具有包括多個(gè)面的透明部件、設(shè)于上述透明部件的至少一個(gè)面的多個(gè)菲涅耳透鏡面，上述多個(gè)菲涅耳透鏡面的各中心軸線相互偏離規(guī)定的距離。
5.一種透鏡，其特征在于，具有包括多個(gè)面的透明部件、設(shè)于上述透明部件的至少一個(gè)面的菲涅耳透鏡面，上述菲涅耳透鏡面具有設(shè)于上述透明部件的曲面和形成于上述曲面上的多個(gè)棱鏡部。
6.一種透鏡，其特征在于，具有包括多個(gè)面的透明部件、設(shè)于上述透明部件的至少一個(gè)面的多個(gè)菲涅耳透鏡部，上述多個(gè)菲涅耳透鏡部均包含菲涅耳透鏡面。
7.如權(quán)利要求6所述的透鏡，其特征在于，上述多個(gè)菲涅耳透鏡部的中心軸線為相互偏心地配置。
8.一種照明裝置，其特征在于，具有上述權(quán)利要求1所述的透鏡和與上述透鏡相對(duì)地配置的LED元件。
9.一種照明裝置，其特征在于，具有上述權(quán)利要求4所述的透鏡和與上述透鏡相對(duì)地配置的LED元件。
10.一種照明裝置，其特征在于，具有上述權(quán)利要求5所述的透鏡和與上述透鏡相對(duì)地配置的LED元件。
11.一種照明裝置，其特征在于，具有配置于基板上的多個(gè)LED元件、以菲涅耳透鏡部分別與上述LED元件的發(fā)光部對(duì)應(yīng)的方式配置的上述權(quán)利要求6所述的透鏡。
全文摘要
提供一種透鏡，具有包括多個(gè)面的透明部件、分別設(shè)于該透明部件的多個(gè)面的菲涅耳透鏡面，透明部件具有包括第一面和與該第一面相對(duì)的第二面的大體板狀的形狀，菲涅耳透鏡面為設(shè)于透明部件的上述第一面和第二面的透鏡。
文檔編號(hào)H01L33/00GK1667436SQ200510054419
公開日2005年9月14日 申請(qǐng)日期2005年3月10日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月10日
發(fā)明者志村崇 申請(qǐng)人:西鐵城電子股份有限公司