CN103443664B - 照明装置 - Google Patents

Abstract

一种光学元件，其具有：覆盖面光源的发光面的入射面；配置于与该入射面相对的位置处的反射面；和与该反射面的周缘连接的出射面，其中，设该发光面的中心为点O、通过点O且与该发光面垂直的轴为该光学元件的光轴，该光学元件的该反射面具有该光轴附近相对于周缘凹陷的形状，在该光学元件的包含该光轴且与该发光面垂直的任意截面中，该反射面在80%以上的区域中对从点O放射的光进行反射，该入射面相对于包含该发光面的第1面的倾斜度被确定为：在设该入射面与第1面相交的点P处的该入射面的法线相对于第1面的倾斜度为θp、连接点P与该反射面和该出射面相交的点的直线相对于第1面的倾斜度为ω、该光学元件的材料的折射率为n时，满足下式。

Description

照明装置

技术领域

本发明涉及照明单元用的光学元件以及照明单元。

背景技术

使用发光二极管（LED）作为电视的背照灯等大型的面发光照明单元的光源。针对这种照明单元，要求薄度和照度的均匀性。

图1是示出使用了LED的背照灯用照明单元的结构的一例的图。照明单元包含LED光源200、光学元件100、反射板300和扩散板400。LED光源200被光学元件100覆盖。覆盖LED光源200的多个光学元件100以预定的间隔配置在反射板300上。在反射板300和光学元件200的上方配置有扩散板400。

从LED光源200放射的光被光学元件100反射到后方（反射板300的方向）。反射到后方的光进一步被反射板300反射，通过扩散板400进行扩散并到达至被照射面，从而实现被照射面中的均匀的照度。开发了各种类型的使用这样的反射板和扩散板的照明单元（专利文献1至3）。专利文献1所记载的面状发光装置不是光学元件收纳光源的形状，因此不能使照明装置足够薄。另一方面，在专利文献2所记载的在透镜中央部埋入光源芯片的侧面发光型的光学元件、或者专利文献3所记载的在入射侧设置了配置光源的凹部的侧面发光型的透镜中，来自光源的一部分光没有被反射到透镜，而直接从侧面照射到被照射面一侧，因此存在如下问题：在被照射面中，在与透镜对应的位置处产生透镜的轮廓形状的照度不均。

这样，并未开发能够同时实现薄度和被照射面中的照度的较高均匀性的照明单元用的光学元件以及照明单元。

现有技术文献 

专利文献

专利文献1：日本特开2007-048883号公报

专利文献2：日本特开2003-158302号公报

专利文献3：日本特开2006-309242号公报

发明内容

发明所要解决的课题

因此，对能够同时实现薄度和被照射面中的照度的较高均匀性的照明单元用的光学元件以及照明单元存在需求。

用于解决课题的手段

本发明第1方式的光学元件具有：覆盖面光源的发光面的入射面；配置于与该入射面相对的位置处的反射面；和与该反射面的周缘连接的出射面，其中，设该发光面的中心为点O、通过点O且与该发光面垂直的轴为该光学元件的光轴，该光学元件的该反射面具有该光轴附近相对于周缘凹陷的形状，在该光学元件的包含该光轴且与该发光面垂直的任意截面中，该反射面在80%以上的区域中对从点O放射的光进行反射，该入射面相对于包含该发光面的第1面的倾斜度被确定为：在设该入射面与第1面相交的点P处的该入射面的法线相对于第1面的倾斜度为θp、连接点P与该反射面和该出射面相交的点的直线相对于第1面的倾斜度为ω、该光学元件的材料的折射率为n时，满足下式。

$\tan {\mathrm{\θ}}_p>\frac{n\sin \mathrm{\ω}}{n\cos \mathrm{\ω}-1}---\left(1\right)$

$\cos \mathrm{\ω}>\frac{1}{n}---\left(2\right)$

根据本方式的光学元件，不存在沿着面光源的发光面放射的光不被反射面反射而直接从出射面出射的情况。因此，能够消除在被照射面中，在与透镜（光学元件）对应的位置产生透镜的轮廓形状的照度不均的问题，从而实现薄型且照度的均匀性高的照明单元。

本发明第1实施方式的光学元件在第1方式的光学元件中，所述入射面相对于第1面的倾斜度进一步被确定为满足下式。

$2.0\·\left(\frac{n\sin \mathrm{\ω}}{n\cos \mathrm{\ω}-1}\right)>{\tan \mathrm{\θ}}_p>\frac{n\sin \mathrm{\ω}}{n\cos \mathrm{\ω}-1}---\left(3\right)$

根据本实施方式，能够利用小型的光学元件消除照度不均。因此，能够利用小型的光学元件实现薄型且照度的均匀性高的照明单元。

本发明第2实施方式的光学元件在第1方式或第1实施方式的任意一个光学元件 中，在所述光学元件的包含所述光轴且与所述发光面垂直的任意截面中，该入射面相对于第1面的倾斜度被确定为：设通过点O且与第1面的倾斜度为α的直线与所述入射面相交的点为Q、点Q处的所述入射面的法线相对于第1面的倾斜度为θ时，在tanα<0.2的范围内，满足下式。

$\tan \mathrm{\&theta;}>\frac{n\sin \mathrm{\&omega;}-\sin \mathrm{\&alpha;}}{n\cos \mathrm{\&omega;}-\cos \mathrm{\&alpha;}}---\left(4\right)$

根据本实施方式的光学元件，不存在以tanα<0.2的较小角度α从点O向面光源的发光面放射的光不被反射面反射而直接从出射面出射的情况。因此，能够消除在被照射面中，在与透镜（光学元件）对应的位置产生透镜的轮廓形状的照度不均的问题，从而实现薄型且照度的均匀性高的照明单元。

本发明第3实施方式的光学元件在第2实施方式的光学元件中，该入射面相对于第1面的倾斜度被确定为在tanα<0.2的范围内满足下式。

$2.0\&CenterDot;\left(\frac{n\sin \mathrm{\&omega;}-\sin \mathrm{\&alpha;}}{n\cos \mathrm{\&omega;}-\cos \mathrm{\&alpha;}}\right)>\tan \mathrm{\&theta;}>\frac{n\sin \mathrm{\&omega;}-\sin \mathrm{\&alpha;}}{n\cos \mathrm{\&omega;}-\cos \mathrm{\&alpha;}}---\left(5\right)$

根据本实施方式，能够利用小型的光学元件消除照度不均。因此，能够利用小型的光学元件实现薄型且照度的均匀性高的照明单元。

本发明第4实施方式的光学元件在第1方式、第1至第3实施方式的任意一个光学元件中，所述出射面构成为离所述光轴的距离随着离第1面的距离而增大，在所述光学元件的包含所述光轴且与所述发光面垂直的任意截面中，所述出射面由相对于外侧为凹的曲线来表示。

根据本实施方式，能够使从出射面出射的光线到达较远处，能够进一步提高照度的均匀性。

本发明第5实施方式的光学元件在第1方式、第1至第4实施方式的任意一个光学元件中，在包含所述反射面与所述光轴的交点的区域中具有反射部件。

根据本实施方式，能够利用反射部件消除从面光源放射、并从反射面的光轴周边直接出射的光线。因此，能够实现照度的均匀性更高的照明单元。此处，反射部件包含反射性涂料或金属膜等。

本发明第2方式的照明单元是如下构成的照明单元：其具有面光源和用于该面光源的第1方式、第1至第3实施方式中的任意一个光学元件，将从该光学元件的出射面出射的光朝前方反射。

本方式的照明单元使用第1方式、第1至第3实施方式中的任意一个光学元件，因此能够设为薄型且照度的均匀性高的照明单元。

附图说明

图1是示出使用了LED的背照灯用照明单元的结构的一例的图。

图2是用于说明侧面发光型透镜的构造的图。

图3是用于说明本发明的光学元件的图。

图4是示出角度θ、角度α以及角度θmin之间的关系的图。

图5是示出本发明实施例1的透镜的光线路径的图。

图6是示出本发明实施例2的透镜的光线路径的图。

图7是示出本发明实施例3的透镜的光线路径的图。

图8是示出本发明实施例4的透镜的包含光轴的截面的图。

图9是示出本发明实施例4的透镜的光线路径的图。

图10是示出与实施例1对应的比较例1的透镜的光线路径的图。

图11是示出与实施例4对应的比较例2的透镜的光线路径的图。

图12是示出使用了实施例1的透镜时的被照射面中的照度的图。

图13是示出使用了比较例1的透镜时的被照射面中的照度的图。

图14是示出图12和图13中的X轴方向的相对照度分布的图。

图15涉及实施例4的透镜的入射面，是示出式（5）中的角度α、角度θ以及角度θmin之间的关系的图。

图16涉及比较例2的透镜的入射面，是示出式（5）中的角度α、角度θ以及角度θmin之间的关系的图。

图17是示出本发明实施例5的透镜的结构的图。

图18是示出本发明实施例5的透镜的光线路径的图。

图19是示出本发明实施例6的透镜的结构的图。

具体实施方式

图2是用于说明侧面发光型透镜100的构造的图。透镜100例如是LED光源，在图2中配置成覆盖未图示的面光源200。将面光源200的发光面的中心设为点O。将通过点O、且与面光源200的发光面垂直的轴设为透镜100的光轴OA。图2是示 出透镜100的包含光轴OA在内的截面的图。透镜100具有入射面101、反射面103和出射面105。将形成反射面103和出射面105的边界的线称作棱线107。从点O放射的光线折射透过入射面101，被反射面103反射，并从出射面105出射。在图2中，用α表示从点O放射的光线R与面光源200的发光面（图2的水平方向）所成的角度，用β表示由入射面101进行折射后的光线与该发光面所成的角度。此外，将从点O放射的光线与入射面101相交的点设为点Q。

反射面103配置于与入射面101相对的位置处。反射面103具有光轴OA附近相对于周缘凹陷的形状，构成为在80%以上的区域中对从点O放射的光进行反射。此处，“80%以上的区域”是指将反射面103投影到发光面时的面积的80%以上的区域。此外，设为“80%以上的区域”例如旨在排除包含反射面与光轴之间的交点在内的特殊点的周边区域和之后将说明的用于让光线透过的区域等的一部分例外的区域。一般而言，通过将包含光轴的截面中的反射面的形状设为朝上侧凸的适当的曲线，能够在反射面的大部分区域中对来自光源的光进行全反射。或者，可以对反射面103的一部分、尤其是光轴的周边部分实施铝蒸镀等来对入射到该部分的光进行反射。

此处，在为了使透镜小型化而减小从光轴OA到棱线107的距离L时，以较小的角度α从点O放射的光线在折射透过入射面101后，不被反射面103反射而直接从出射面105出射。这种直接从出射面105出射的光线没有被反射到图1所示的照明单元的反射板300，而是朝向扩散板400。本申请的发明人得到了这样的见解：由于这种以较小角度α从点O放射的光线而会产生被照射面中的照度不均。因此为了得到被照射面中的照度较高的均匀性，需要尽可能减少以较小角度α从点O放射的光线中的不被透镜100的反射面103反射而直接从出射面105出射的光线。本申请的发明人由于设法消除以较小角度α从点O放射的光线中的不被透镜100的反射面103反射而直接从出射面105出射的光线而想到了本发明。

图3是用于说明本发明的光学元件的图。为了消除不被透镜100的反射面103反射而直接从出射面105出射的光线，按以下方式构成透镜100即可：使得从点O在水平方向上放射的光线在与入射面101相交的点P处进行折射后，相比于连接点P和表示棱线107的点的线更向光轴OA行进。具体而言，如下确定入射面101的形状即可：在设透镜100的材料的折射率为n、点P处的入射面101的法线与入射光线的方向（水平方向）所成的角度为θp、连接点P和表示棱线107的点的直线与水平方 向所成的角度为ω、在入射面101处进行折射后的光线R与水平方向所成的角度为βp时，满足下式。

${\mathrm{\&beta;}}_p={\mathrm{\&theta;}}_p-{\sin }^{-1}\left(\frac{\sin {\mathrm{\&theta;}}_p}{n}\right)>\mathrm{\&omega;}$

对上式进行变形而得到以下的式子。

nsin(θ_p-ω)>sinθ_p

${\tan \mathrm{\&theta;}}_p>\frac{n\sin \mathrm{\&omega;}}{n\cos \mathrm{\&omega;}-1}---\left(1\right)$

同时，需要增大透镜的外径以满足下式。这是为了使消除直接从出射面105出射的光线的入射面形状存在的条件。

$\cos \mathrm{\&omega;}>\frac{1}{n}---\left(2\right)$

在减小角度θp时，从点O到点P的距离xp变大，为了满足式（2），需要增大光轴OA到棱线107的距离L。其结果是，透镜大型化，制造成本也增加。因此，为了在不使透镜大型化的情况下消除照度不均，优选使得角度θp满足以下的条件。

$2.0\&CenterDot;\left(\frac{n\sin \mathrm{\&omega;}}{n\cos \mathrm{\&omega;}-1}\right)>{\tan \mathrm{\&theta;}}_p>\frac{n\sin \mathrm{\&omega;}}{n\cos \mathrm{\&omega;}-1}---\left(3\right)$

接着，由于考虑点P的位置以外的位置处的入射面101的形状，因此研究使得如图2所示那样从点O相对于水平方向以角度α放射的光线不被反射面103反射而直接从出射面105出射的条件。将该光线与入射面101的交点设为点Q。将在点Q处入射到入射面101并进行折射后的光线与水平方向所成的角度设为β。为了使得在点Q处入射到入射面101并进行折射后的光线R在被反射面103反射后直接从出射面105出射，使该光线R相比于连接点P和表示棱线107的点的线更向光轴OA行进就足够了。因此，设点Q处的入射面101的法线与入射光线的方向（水平方向）所成的角度为θ、连接点P和表示棱线107的点的直线与水平方向所成的角度为ω，满足以下的条件即可。

$\mathrm{\&beta;}=\mathrm{\&theta;}-{\sin }^{-1}\left\{\frac{\sin (\mathrm{\&theta;}-\mathrm{\&alpha;})}{n}\right\}>\mathrm{\&omega;}$

$\tan \mathrm{\&theta;}>\frac{n\sin \mathrm{\&omega;}-\sin \mathrm{\&alpha;}}{n\cos \mathrm{\&omega;}-\cos \mathrm{\&alpha;}}$ $\mathrm{\&theta;}>{\mathrm{\&theta;}}_{\min }={\tan }^{-1}\left(\frac{n\sin \mathrm{\&omega;}-\sin \mathrm{\&alpha;}}{n\cos \mathrm{\&omega;}-\cos \mathrm{\&alpha;}}\right)---\left(4\right)$

这里，θ_min表示角度θ的最小值。

图4是示出用式（4）表示的角度θ_min与角度α之间的关系的图。在图4中，角度θ_min随着角度α变小而变大。该情况是指越是入射面101的、接近包含发光面在内的水平面的部分，就越需要减小入射面101相对于水平方向的倾斜度。

为了在不使透镜大型化的情况下消除照度不均，优选使得角度θ满足与式（3）的条件对应的以下条件。

$2.0\&CenterDot;\left(\frac{n\sin \mathrm{\&omega;}-\sin \mathrm{\&alpha;}}{n\cos \mathrm{\&omega;}-\cos \mathrm{\&alpha;}}\right)>\tan \mathrm{\&theta;}>\frac{n\sin \mathrm{\&omega;}-\sin \mathrm{\&alpha;}}{n\cos \mathrm{\&omega;}-\cos \mathrm{\&alpha;}}---\left(5\right)$

由此根据本发明，能够消除使得以较小角度α从点O放射的光线不被透镜100的反射面103反射而直接从出射面105出射的情况。另一方面，在以较小角度α从点O放射的光线直接从出射面出射的透镜中，当以越是远离包含发光面在内的面、出射面离光轴的距离越大的方式，即以出射面朝外侧倾斜的方式形成出射面时，入射到出射面的一部分光线在与发光面大致垂直的方向上进行反射，从而在被照射面中产生特别强的环状的照度不均。因此，在以较小角度α从点O放射的光线直接从出射面出射的透镜中，不能使出射面朝外侧较大程度倾斜。与此相对，在本发明实施方式的透镜中，不存在以较小角度α从点O放射的光线不被透镜100的反射面103反射而直接从出射面105出射的情况，因此能够使出射面朝外侧倾斜。因此，在本发明实施方式的透镜中，能够通过以朝外侧倾斜并且相对于外侧为凹的方式形成出射面而使出射的光线到达较远处，能够进一步提高照度的均匀性。

下面对本发明的实施例和比较例进行说明。实施例和比较例的透镜是丙烯制的，相对于d线的折射率为1.49。

图5是示出本发明实施例1的透镜100A的光线路径的图。透镜100A的入射面101A是将与光轴的交点作为顶点的圆丘状。反射面103A是将与光轴的交点作为底部的凹陷形状。反射面103A在包含光轴的截面中用朝上侧凸的曲线表示。出射面105A朝外侧倾斜。

在以点O为原点、光轴为Z轴的坐标中，设离Z轴的距离为r，入射面101A和反射面103A用以下的式子表示。

$Z=\frac{{\mathrm{cr}}^2}{1+\sqrt{1-(1+k)c^2{r}^2}}+\underset{n=0}{\mathrm{\&Sigma;}}{A}_n\&CenterDot;r^n---\left(6\right)$

表1示出式（6）的系数。在表中E－03表示10^-3。

【表1】

系数	入射面101A	反射面103A
			c	-0.200	0.000
k	-7.000	0.000
			A0	0.600	2.100
A1	0.000	0.600
			A2	0.000	-0.055
A3	0.000	1.45E-03
			A4	0.000	0.000

出射面105A是z=0.1处的直径为10.0、z－4.0的直径为11.0的圆锥面。

在图5中，RA表示从点O放射且在被反射面103A反射后从出射面105A出射的光线。RC表示以较大角度α从点O放射并从反射面103A出射的光轴周边的光线。不存以较小角度α从点O放射、且不被反射面103A反射而直接从出射面105A出射的光线。

图10是示出与实施例1对应的比较例1的透镜100a的光线路径的图。透镜100a的入射面101a是将与光轴的交点作为顶点的圆丘状。入射面101a的相对于包含发光面在内的面的倾斜度比实施例1的入射面101A的相对于包含发光面在内的面的倾斜度大。比较例1的反射面103a和出射面105a的形状与实施例1的反射面103A和出射面105A的形状相同。

在以点O为原点、光轴为Z轴的坐标中，设离Z轴的距离为r，入射面101a和反射面103a用式（6）表示。

表2示出式（6）的系数。在表中E－03表示10^－3。

【表2】

系数	入射面101a	反射面103a
			c	-1.000	0.000
k	-1.000	0.000
			A0	1.400	2.100
A1	0.000	0.600
			A2	0.000	-0.055
A3	0.000	1.45E-03
			A4	0.000	0.000

出射面105a是z=0.1处的直径为10.0、z－4.0的直径为11.0的圆锥面。

在图10中，RA表示从点O放射且在被反射面103a反射后从出射面105a出射的光线。RB表示以较小角度α从点O放射、且不被反射面103a反射而直接从出射面105a出射的光线。由于入射面101a的相对于包含发光面在内的面的倾斜度比实施例1的入射面101A的相对于包含发光面在内的面的倾斜度大，因此存在RB。RC表示以较大角度α从点O放射并从反射面103a出射的光轴周边的光线。

图12是示出使用了实施例1的透镜时的被照射面中的照度的图。

图13是示出使用了比较例1的透镜时的被照射面中的照度的图。在图13中，观察到在图12中观察不到的环带状的明亮部分、即照度不均。这样的照度不均是由于图10所示的RB、即从点O放射、且不被反射面103A反射而直接从出射面105A出射的光线而产生的。

图14是示出图12和图13中的X轴方向的相对照度分布的图。在比较例1的照度分布中，示出了环带状的照度较高的部分、即照度不均。

图6是示出本发明实施例2的透镜100B的光线路径的图。透镜100B的入射面101B是将与光轴的交点作为顶点的大致圆锥状。反射面103B是将与光轴的交点作为底部的凹陷形状。反射面103B在包含光轴的截面中用朝上侧凸的曲线表示。出射面105B朝外侧倾斜。出射面105B在包含光轴的截面中用相对于外侧为凹的曲线表示。

在以点O为原点、光轴为Z轴的坐标中，设离Z轴的距离为r，入射面101B和反射面103B用式（6）表示。

表3示出式（6）的系数。在表中E－03表示10^－3。

【表3】

系数	入射面101B	反射面103B
			c	-2.000	0.000
k	-10.00	0.000
			A0	1.100	2.100
A1	0.000	0.600
			A2	0.000	-0.055
A3	0.000	1.45E-03
			A4	0.000	0.000

出射面105B是以z=0.1的Z轴上的点为中心的内径3.8、旋转直径11.5的环形面。

在图6中，RA表示从点O放射且在被反射面103B反射后从出射面105B出射的光线。RC表示以较大角度α从点O放射并从反射面103B出射的光轴周边的光线。 不存在以较小角度α从点O放射、且不被反射面103B反射而直接从出射面105B出射的光线。

图7是示出本发明实施例3的透镜100C的光线路径的图。透镜100C的入射面是在以光轴为中心轴的圆锥台的上表面，以该上表面为底面重叠以光轴为中心轴的圆丘后的形状。反射面103C是将与光轴的交点作为底部的凹陷形状。在包含光轴的截面中，表示圆丘的侧面101C1的线相对于水平方向的倾斜度比表示圆锥台的侧面101C2的线相对于水平方向的倾斜度大。由此，在增大光轴附近的入射面的倾斜度时，光轴附近的光线由入射面较大程度地向侧面侧折射，反射面上的入射角变小，因此能够使反射面的凹陷变浅。反射面103C在包含光轴的截面中用朝上侧凸的曲线表示。出射面105C朝外侧倾斜。出射面105C在包含光轴的截面中用相对于外侧为凹的曲线表示。

在以点O为原点、光轴为Z轴的坐标中，设离Z轴的距离为r，入射面101C1、101C2和反射面103C用式（6）表示。

表4示出式（6）的系数。在表中E－03表示10^－3。

【表4】

系数	入射面101C1	入射面101C2	反射面103C
				c	-2.000	-2.000	0.000
k	-2.000	-10.00	0.000
				A0	1.400	1.100	2.100
A1	0.000	0.000	0.600
				A2	0.000	0.000	-0.055
A3	0.000	0.000	1.45E-03
				A4	0.000	0.000	0.000

出射面105C是以z=0.1的Z轴上的点为中心的内径为3.8、旋转直径为11.5的环形面。

在图7中，RA表示从点O放射且在被反射面103C反射后从出射面105C出射的光线。RC表示以较大角度α从点O放射并从反射面103C出射的光轴周边的光线。不存在以较小角度α从点O放射、且不被反射面103C反射而直接从出射面105C出射的光线。

图8是示出本发明实施例4的透镜100D的包含光轴的截面的图。透镜100D的入射面是在以光轴为中心轴的大致圆锥台状的形状的上表面，以该上表面为底面重叠 以光轴为中心轴的圆丘后的形状。在包含光轴的截面中，表示圆丘的侧面101D1的线相对于水平方向的倾斜度比表示圆锥台状的形状的侧面101D2的线相对于水平方向的倾斜度大。反射面由光轴的周边的平坦的反射面103D1和形成以反射面103D1为底部的凹陷的反射面103D2构成。反射面103D2在包含光轴的截面中用朝上侧凸的曲线表示。对反射面103D1涂覆反射性涂料。出射面105D朝外侧倾斜。出射面105D在包含光轴的截面中用相对于外侧为凹的曲线表示。

在以点O为原点、光轴为Z轴的坐标中，设离Z轴的距离为r，入射面101D1、101D2和反射面103D2用式（6）表示。

表5示出式（6）的系数。在表中E－03表示10^－3。

【表5】

系数	入射面101D1	入射面101D2	反射面103D2
				c	0.000	0.000	0.000
k	0.000	0.000	0.000
				A0	2.090	1.300	3.000
A1	0.000	-0.400	0.400
				A2	-0.600	0.025	-0.036
A3	0.000	0.000	1.080E-03
				A4	0.040	0.000	0.000

出射面105D是以z=－0.36的Z轴上的点为中心的内径为5.2、旋转直径为12.5的环形面。

图9是示出本发明实施例4的透镜100D的光线路径的图。在图9中，RA表示从点O放射且在被反射面103D2反射后从出射面105D出射的光线。不存在以较小角度α从点O放射、且不被反射面103D2反射而直接从出射面105D出射的光线。此外，由于涂覆到平坦部分103D1的反射性涂料，光线不会从反射面103D1出射。可以替代反射性涂料而形成金属膜等。

图11是示出与实施例4对应的比较例2的透镜100d的光线路径的图。透镜100d的入射面101d是将与光轴的交点作为顶点的圆丘状。入射面101d的相对于包含发光面在内的面的倾斜度比实施例4的入射面101D2的相对于包含发光面在内的面的倾斜度大。比较例2的反射面103d和出射面105d的形状与实施例4的反射面103D和出射面105D的形状相同。

在以点O为原点、光轴为Z轴的坐标中，设离Z轴的距离为r，入射面101d和 反射面103d2用式（6）表示。

表6示出式（6）的系数。在表中E－03表示10^－3。

【表6】

系数	入射面101d	反射面103d2
			c	0.000	0.000
k	0.000	0.000
			A0	2.090	3.000
A1	-0.400	0.400
			A2	0.025	-0.036
A3	0.000	1.080E-03
			A4	0.000	0.000

出射面105d是以z=－0.36的Z轴上的点为中心的内径为5.2、旋转直径为12.5的环形面。

在图11中，RA表示从点O放射且在被反射面103d2反射后从出射面105d出射的光线。RB表示以较小角度α从点O放射、且不被反射面103d2反射而直接从出射面105d出射的光线。由于入射面101d的相对于包含发光面在内的面的倾斜度比实施例4的入射面101D2的相对于包含发光面在内的面的倾斜度大，因此存在RB。

表7是示出与实施例1至实施例4、比较例1和比较例2的透镜的形状相关的参数的表。

【表7】

从表7可知，实施例1至实施例4满足以下的式（3），而比较例1和2不满足以下的式（3）。

$2.0\&CenterDot;\left(\frac{n\sin \mathrm{\&omega;}}{n\cos \mathrm{\&omega;}-1}\right)>{\tan \mathrm{\&theta;}}_p>\frac{n\sin \mathrm{\&omega;}}{n\cos \mathrm{\&omega;}-1}---\left(3\right)$

图15涉及实施例4的透镜的入射面101D2，是示出式（5）中的角度α、角度θ 以及角度θmin之间的关系的图。从图15可知，实施例4的透镜的入射面101D2在下式的范围内满足式（5）。

tanα<0.2

图16涉及比较例2的透镜的入射面101d，是示出式（5）中的角度α、角度θ以及角度θ_min之间的关系的图。从图16可知，比较例2的透镜的入射面101d不满足式（5）。

由此，在角度α较小的情况下，如果以满足式（5）的方式形成透镜的入射面，则能够消除以较小角度α从点O放射、且不被反射面反射而直接从出射面出射的光线。

图17是示出本发明实施例5的透镜100E的结构的图。图17（a）是示出透镜100E的包含光轴的截面的图。图17（b）是透镜100E的透视图。图17（c）是透镜100E的俯视图。透镜E具有与实施例4的透镜100D大致相同的形状。但是，在反射面103E2上的与光轴相距一定距离的位置处具有V槽1031这一方面与透镜100D不同。在透镜100D中，基本不存在透过反射面103D1和103D2的光线，因此透镜的正上方的被照射面的照度有时会变低。该情况下，设置V槽1031，使来自光源的一部分光透过来增加透镜的正上方的照度。作为一例，V槽1031的宽度为0.2毫米、深度为0.3毫米，离光轴的距离为5毫米。可以将光轴作为中心而同心状地设置多个V槽。

图18是示出本发明实施例5的透镜100E的光线路径的图。透镜100E的光线路径与图9所示的实施例4的透镜100D的光线路径大致相同。但是，存在透过V槽1031并朝透镜100E的正上方前进的光线RC。

图19是示出本发明实施例6的透镜100F的结构的图。图19（a）是示出透镜100F的包含光轴的截面的图。图19（b）是透镜100F的透视图。图19（c）是透镜100F的俯视图。透镜F具有与实施例4的透镜100D大致相同的形状。但是，在反射面103F2上具有呈放射状地配置的设置了细小的凹凸的区域1033这一方面与透镜100D不同。与实施例5的情况同样，设置区域1033，使来自光源的一部分光透过来增加透镜的正上方的照度。作为一例，区域1033在离光轴的距离为2毫米至6毫米的范围内伸长，宽度为0.2毫米。细小的凹凸可以通过喷射加工形成。该情况下的凹凸的尺寸为几微米至几十微米。

Claims (7)

1.一种光学元件，其具有：

覆盖面光源的发光面的入射面；

配置于与该入射面相对的位置处的反射面；和

与该反射面的周缘连接的出射面，

其中，设该发光面的中心为点O、通过点O且与该发光面垂直的轴为该光学元件的光轴，该光学元件的该反射面具有该光轴附近相对于周缘凹陷的形状，在该光学元件的包含该光轴且与该发光面垂直的任意截面中，该反射面在80％以上的区域中对从点O放射的光进行反射，该入射面相对于包含该发光面的第1面的倾斜度被确定为：在设该入射面与第1面相交的点P处的该入射面的法线相对于第1面的倾斜度为θp、连接点P与该反射面和该出射面相交的点的直线相对于第1面的倾斜度为ω、该光学元件的材料的折射率为n时，满足下式，

$\tan {\mathrm{\&theta;}}_p>\frac{n\sin \mathrm{\&omega;}}{n\cos \mathrm{\&omega;}-1}---\left(1\right)$

$\cos \mathrm{\&omega;}>\frac{1}{n}---\left(2\right).$

2.根据权利要求1所述的光学元件，其中，

所述入射面相对于第1面的倾斜度进一步被确定为满足下式，

$2.0\&CenterDot;\left(\frac{n\sin \mathrm{\&omega;}}{n\cos \mathrm{\&omega;}-1}\right)>\tan {\mathrm{\&theta;}}_p>\frac{n\sin \mathrm{\&omega;}}{n\cos \mathrm{\&omega;}-1}---\left(3\right).$

3.根据权利要求1所述的光学元件，其中，

在所述光学元件的包含所述光轴且与所述发光面垂直的任意截面中，该入射面相对于第1面的倾斜度被确定为：设通过点O且与第1面的倾斜度为α的直线与所述入射面相交的点为Q、点Q处的所述入射面的法线相对于第1面的倾斜度为θ时，在tanα<0.2的范围内，满足下式，

$\tan \mathrm{\&theta;}>\frac{n\sin \mathrm{\&omega;}-\sin \mathrm{\&alpha;}}{n\cos \mathrm{\&omega;}-\cos \mathrm{\&alpha;}}---\left(4\right).$

4.根据权利要求3所述的光学元件，其中，

该入射面相对于第1面的倾斜度被确定为在tanα<0.2的范围内满足下式，

$2.0\&CenterDot;\left(\frac{n\sin \mathrm{\&omega;}-\sin \mathrm{\&alpha;}}{n\cos \mathrm{\&omega;}-\cos \mathrm{\&alpha;}}\right)>\tan \mathrm{\&theta;}>\frac{n\sin \mathrm{\&omega;}-\sin \mathrm{\&alpha;}}{n\cos \mathrm{\&omega;}-\cos \mathrm{\&alpha;}}---\left(5\right).$

5.根据权利要求1所述的光学元件，其中，

所述出射面构成为离所述光轴的距离随着离第1面的距离而增大，在所述光学元件的包含所述光轴且与所述发光面垂直的任意截面中，所述出射面由相对于外侧为凹的曲线来表示。

6.根据权利要求1～5中的任意一项所述的光学元件，其中，

在包含所述反射面与所述光轴的交点的区域中具有反射部件。

7.一种照明单元，其具有面光源和用于该面光源的权利要求1～6中的任意一项所述的光学元件，该照明单元构成为将从该光学元件的出射面出射的光朝前方反射。