CN102472471A - 透镜和使用其的半导体发光元件模块 - Google Patents

透镜和使用其的半导体发光元件模块 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种透镜，其具有入光面、出射面、侧面。入光面配置在光源的附近或与光源接触。出射面设在入光面的相反侧。侧面具有将从入光面入射的光线全反射的曲面状的全反射面。该全反射面构成为将由全反射面反射的光线从出射面会聚到规定角度内。

Description

透镜和使用其的半导体发光元件模块
技术领域
本发明涉及具有将来自光源的光入射的入光面和用于将入射到入光面的光向物体侧照射的出射面的透镜、以及使用该透镜的半导体发光元件模块。
背景技术
作为便携式电话上的照相机摄影用的光源，使用发光二极管(LED)等半导体发光元件作为点光源。此外，为了有效利用从LED等点光源发出的光，利用将尽量多的光作为平行光射出的准直透镜(例如，参照专利文献1)。
在专利文献1公开的准直透镜上形成凹部，该凹部用于形成能够放入LED的空间。该凹部在与LED的光轴相反的位置被由曲面构成的第1面和构成为曲面的折射内壁包围。第1面形成用于将光向透镜取入的入光面。设置折射内壁的目的在于用于向透镜取入来自LED的光中的、从光轴向横向外侧离开的光。此外，在从凹部向外侧较大地扩展而形成的外表面形成全反射曲面。
然而，在该结构中，需要凹部和比该凹部更向外侧较大地扩展的外表面这两个主要结构。因此，无法减小宽度，从而准直透镜本身变得大型化。
【在先技术文献】
【专利文献】
【专利文献1】日本专利公开2004-516684号公报
发明内容
本发明为能够小型化的透镜和使用其的半导体发光元件模块。基于本发明的透镜具有入光面、出射面、侧面。入光面配置在光源的附近或与光源接触。出射面设置在入光面的相反侧。侧面具有对从入光面入射的光线进行全反射的曲面状的全反射面。该全反射面构成为使由全反射面反射的光线从出射面会聚到规定角度内。
根据该结构，由于入光面与出射面之间成为主体部，从而无需形成以往那样的凹部内的浪费空间，因此能够相应地抑制透镜的横向大小。所以，能够抑制以往的准直透镜那样的大型化，能够实现小型化。并且，由形成在主体部的外侧面的至少一部分上的曲面状的全反射面反射的光从出射面以透镜的光轴为中心地会聚到规定角度内。因此，能够有效利用从LED等点光源发出的光。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式的半导体发光元件模块的放大侧视图。
图2是表示图1所示的半导体发光元件模块的透镜的配向的说明图。
图3A是图2所示的透镜的俯视图。
图3B是图2所示的透镜的左视图。
图3C是图2所示的透镜的主视图。
图4是表示用于本发明的实施方式的半导体发光元件模块的其他的透镜的配向的说明图。
图5A是图4所示的透镜的俯视图。
图5B是图4所示的透镜的左视图。
图5C是图4所示的透镜的主视图。
图5D是图4所示的透镜的纵剖面图。
具体实施方式
图1是表示本发明的实施方式的半导体发光元件模块的结构的放大侧视图。图2是表示图1所示的半导体发光元件模块的透镜的配向的说明图。图3A、图3B、图3C分别为图2所示的透镜的俯视图、左视图、主视图。该半导体发光元件模块包括：例如安装在基板(未图示)上的由例如发光二极管(LED)所构成的光源(点光源)1、配置在光源1的出射面1A的一侧的前方的透镜2。由芯片型的LED构成的光源1具有反射器。该反射器的形状在俯视下为圆形，此外还可以为椭圆形、方形或多边形等。这种半导体发光元件模块内置于便携式电话等中。
透镜2由树脂等一体成型。透镜2具有主体部4和凸缘部8，该主体部4具备入光面3、出射面5、侧面10。
平面的入光面3与光源1大致接触。“大致接触”是指，光源1的出射面1A尽量靠近入光面3而在入光面3与光源1的出射面1A之间产生微小间隙的状态，但是也包括光源1的出射面1A与入光面3接触的情况。即，入光面3配置在光源1的附近或与光源1接触。
主体部4从入光面3向物体侧延伸，平面的出射面5形成在主体部4的物体侧的端面上。即，出射面5设置在入光面3的相反侧。
设置于入光面3与出射面5之间的侧面10由朝外凸的曲面状的全反射面6A和圆柱面7A构成。即，侧面10具有对从入光面3入射的光进行全反射的曲面状的全反射面6A。
即，如图1、图2、图3A、图3B、图3C所示那样，主体部4具有：以与入光面3相同直径形成的圆柱部7、设置在圆柱部7的出射面5侧的桶状部6。桶状部6的侧面由全反射面6A构成，该全反射面6A具有比圆柱部7的侧面即圆柱面7A在光轴K方向长的规定长度。桶状部6的侧面成为越位于上方其直径越逐渐变大的平缓曲面。具体而言，全反射面6A构成为使由其反射的光线从出射面5会聚到规定角度内。也就是说，桶状部6以如下方式构成，即由全反射面6A反射的光从出射面5会聚到规定角度范围内，例如若设会聚到从出射面5射出的光线相对于出射面5的法线H的角度为θ2，则满足θ2＜45°的范围内。
设置方形的凸缘部8的目的在于，将透镜2固定在未图示的壳体上。凸缘部8形成在桶状部6的出射面5侧端上。
根据主体部4的结构，在将透镜2小型化的同时还能够有效利用从光源1(在此为LED)发出的光。
更具体而言，主体部4优选满足下述条件式。即，以从光源1的中心向入光面3入射的光线相对于透镜2的光轴K的角度为θ1。以θ1的入射角从入光面3向透镜2入射的光线所遇到的全反射面6A的外切线S与垂直于光轴K的水平轴N所成的角度为θr。另外，透镜2的折射率为n。此时，优选θ2＜45°，θ1＞θ2，30°＜θ1＜90°，并且满足条件式(1)。
【式1】
asin(sinθ2/n)+(90°-θr)＝asin(sinθ1/n)-(90°-θr)(1)
通过以满足这种关系的方式形成桶状部6，能够利用小型的透镜2有效利用从光源1发出的光。
表1示出了当使用满足上述关系的透镜2时，从入光面3进入的光被桶状部6的全反射面6A反射并从出射面5射出的情况下的各面的光的角度的一例。另外，透镜2的折射率n为1.49。
[表1]
  θ1   θ2   θr
  80   -20   62.678911
  70   10   73796653
  60   -10   68.885324
  50   -5   72.853867
  40   -20   70.58664
  40   20   83.856851
  30   -20   73.561279
  30   30   90
θ1＝90°是指与光轴K垂直的方向，所以光线不会从作为点光源的光源1向该方向发出。另外，因为构成透镜2的材料的折射率一般为1.4～1.7左右，所以在θ1＝30°的情况下，从入光面3入射的光线的前进方向与光轴K所成的角度变得非常小。因此，为了使这种光线到达全反射面6A，需要增大桶状部6的沿光轴K的方向的长度。即，透镜2变大。因此，可以说在30°＜θ1＜90°的范围内只要θ2在某种程度的范围内就能够利用小型的透镜2进行适度地聚光。根据表1可知，θ2限制在±30°以内。
另外，图2是表示进入到透镜2的光的配向。根据图2可以理解的是，向光轴K的中心部侧射出的光线的数量要比向比其更靠外侧射出的光线的数量多。于是可知，通过使桶状部6满足上述的关系，从而能够有效地进行聚光。
另外，在图1所示的结构中，入光面3可以形成为平面，但是本发明不局限于此。如图4及图5A～图5D所示，也可以覆盖光源1的出射面1A的方式形成下凹的凹部9。图4是表示用于本发明的实施方式的半导体发光元件模块的其他透镜的配向的说明图。图5A、图5B、图5C、图5D分别为图4所示的透镜的俯视图、左视图、主视图、纵剖面图。
与透镜2同样，透镜12由树脂等一体成型，其具有主体部14和凸缘部18。主体部14具有平面的出射面15和由曲面的全反射面构成的侧面16A，在出射面15的背侧形成有凹部9。主体部14越向朝向出射面15的上方其直径越逐渐变大。凹部9构成入光面。
凹部9由与光源1的出射面1A相面对的上壁面9A和接受从光源1的出射面1A向横侧射出的光的周壁面9B包围而成。上壁面9A由越靠近光轴K则越位于下方的平缓曲面构成。周壁面9B由越远离光源1而朝向上方则越靠近光轴K的平缓曲面构成。
图4表示光的配向。在这种情况也可知，向光轴K侧射出的光线的数量要比向外侧射出的光线的数量多。
当如图4所示那样在透镜12上设置凹部9的情况下，也能够通过以满足前述的条件式的方式制作透镜12来抑制光向主体部14的外侧扩展。因此，在抑制透镜12的大型化的同时还能够有效利用从光源1(在此为LED)发出的光。
在图5A中，凸缘部18并非图3A所示的凸缘部8的方形，而是形成为圆形，另外，凸缘部8、18的形状还可以其他各种形状。另外，可以在凸缘部8、18的上表面进一步设置圆柱状部。另外，也可以省略凸缘部8、18而仅以主体部4、14构成透镜2、12。
另外，图1所示的透镜2的主体部4以桶状部6和圆柱部7构成主体部4，但是也可以仅由桶状部6构成而如图4所示的透镜12的主体部14那样以全反射面6A构成外侧面的全域。圆柱部7是如图2所示那样对通过主体部4内的光线不造成影响的部分，对于形状没有限制。在本实施方式中，设置圆柱部7的目的在于，对安装透镜2的基板等进行相对于被安装体的定位。即，通过向设置在被安装体上的贯通孔插入圆柱部7能够相对于被安装体对透镜2进行定位。
另外，虽然示出了光源1由LED构成的例子，但是也可以由半导体激光元件等构成光源1。
另外，本发明不局限于上述实施方式，在不脱离本发明的主旨的范围内还可以进行各种变更。
【产业上的可利用性】
本发明的透镜的将入光面和出射面连接的侧面的至少一部分由将从入光面入射的光线全反射的曲面状的全反射面构成。此外，以在该全反射面反射的光从出射面会聚到规定角度内的方式构成全反射面的曲面形状。根据该结构，能够实现透镜的小型化。该透镜或使用其的半导体发光元件模块在具备照相机功能的便携式电话机、数码照相机、监视用照相机、车载照相机等的领域内是有用的。
【符号说明】
1光源
1A出射面
2、12透镜
3入光面
4、14主体部
5、15出射面
6桶状部
6A全反射面
7圆柱部
8、18凸缘部
9凹部
9A上壁面
9B周壁面
10、16A侧面

Claims (4)

1.一种透镜，其中，
具备：
入光面，其配置在光源的附近或与所述光源接触；
出射面，其设置在所述入光面的相反侧；以及
侧面，其具有对从所述入光面入射的光线进行全反射的曲面状的全反射面，
将所述全反射面构成为，由所述全反射面反射的光线从所述出射面会聚到规定角度内。
2.根据权利要求1所述的透镜，其特征在于，
该透镜以如下方式形成，即，设从所述光源的中心向所述入光面入射的光线的相对于所述透镜的光轴的角度为θ1，设从所述出射面射出的光线的相对于所述出射面的法线的角度为θ2，设以θ1的入射角从所述入光面向所述透镜入射的光线所到达的所述全反射面的外切线与垂直于所述透镜的所述光轴的水平轴所成的角度为θr，设所述透镜的折射率为n时，
在满足θ2＜45°，θ1＞θ2，30°＜θ1＜90°同时，还满足条件式(1)：
asin(sinθ2/n)+(90°-θr)＝asin(sinθ1/n)-(90°-θr)(1)。
3.一种半导体发光元件模块，其特征在于，
具备：
光源，其由半导体发光元件构成；以及
权利要求1所述的透镜，其配置在所述光源的出射面侧。
4.根据权利要求3所述的半导体发光元件模块，其特征在于，
该半导体发光元件模块以如下方式形成，即，设从所述光源的中心向所述入光面入射的光线的相对于所述透镜的光轴的角度为θ1，设从所述出射面射出的光线的相对于所述出射面的法线的角度为θ2，设以θ1的入射角从所述入光面向所述透镜入射的光线所到达的所述全反射面的外切线与垂直于所述透镜的所述光轴的水平轴所成的角度为θr，设所述透镜的折射率作为n时，
在满足θ2＜45°，θ1＞θ2，30°＜θ1＜90°的同时满足条件式(1)：
asin(sinθ2/n)+(90°-θr)＝asin(sinθ1/n)-(90°-θr)(1)。
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