DE102011083586A1

DE102011083586A1 - Linsenelement und optische Einheit, die dieses verwendet

Info

Publication number: DE102011083586A1
Application number: DE102011083586A
Authority: DE
Inventors: Yasuaki Kayanuma; Junji Miyashita
Original assignee: Citizen Holdings Co Ltd; Citizen Electronics Co Ltd
Current assignee: Citizen Electronics Co Ltd; Citizen Watch Co Ltd
Priority date: 2010-09-29
Filing date: 2011-09-28
Publication date: 2012-04-19
Anticipated expiration: 2031-09-29
Also published as: US8851713B2; CN102563524A; DE102011083586B4; CN102563524B; US20120075870A1; JP5649047B2; JP2012073545A

Abstract

Ein Linsenelement beinhaltet eine Mittelachse, eine Lichteinfallsseite, die eine Fresnel-Linsenfläche beinhaltet, welche mit einer Mehrzahl von ringförmigen Prismen versehen ist, die konzentrisch bezüglich der Mittelachse angeordnet sind, und eine Lichtaustrittsfläche gegenüberliegend der Lichteinfallsseite. Die Fresnel-Linsenfläche beinhaltet weiter einen ringförmigen Linsenabschnitt, der konzentrisch bezüglich der Mittelachse angeordnet ist und der sich so erstreckt, dass er länger und breiter als die Mehrzahl von ringförmigen Prismen ist. Bereitgestellt wird eine optische Einheit, in welcher eine Lichtquelle und ein Linsenelement kombiniert sind, und Bauteile sind in einem Freiraum angeordnet, der in einem Außenumfang des ringförmigen Linsenabschnittes vorgesehen ist.

Description

VERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNG
Diese Anmeldung basiert auf der japanischen Patentanmeldung Nr. 2010-220089 , eingereicht am 29. September 2010, und beansprucht deren Priorität, wobei deren Offenbarung hiermit durch Bezugnahme vollinhaltlich in das vorliegende Dokument aufgenommen wird.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Linsenelement, wie beispielsweise verwendet bei Leuchtdioden-(LED)-Beleuchtung, und dergleichen, und eine optische Einheit, die das Linsenelement beinhaltet.
Darstellung der verwandten Technik
LEDs enthaltende optische Produkte, wie beispielsweise Beleuchtungseinrichtungen, Projektoren, Blitzlicht, Frontleuchten und Heckleuchten von Automobilen und dergleichen, bei denen eine LED als Lichtquelle verwendet wird, oder grundlegende optische Vorrichtungen, wie beispielsweise eine schmale Direktivität aufweisende LED, etc., verwenden im allgemeinen eine Linse, um von der LED ausgesendetes Licht zu fokussieren oder zu kollimieren. Obschon für gewöhnlich eine konvexe Brechungslinse für diese Art von Linse verwendet wird, wird auch eine Verwendung einer Fresnel-Linse mit dem Ziel einer Höhenreduktion und eines Dünnermachens vorgeschlagen.
Beispielsweise wird eine Linse für eine Lampenarmatur vorgeschlagen, die einen gitterförmigen Brechungsprismenabschnitt, der in einem mittleren Abschnitt einer Innenfläche in der Nähe der optischen Achse ausgebildet ist, und auch einen gitterförmigen Reflexionsprismenabschnitt aufweist, der in einem Umfangsabschnitt dieses gitterförmigen Brechungsprismenabschnitts ausgebildet ist (siehe beispielsweise JP 57-55002 A ).
Außerdem wird eine Fresnel-Linse vorgeschlagen, bei der ein Teil der Prismen der Fresnel-Linsenfläche, die als Lichteintrittsfläche fungiert, derart ausgebildet ist, dass ein Teil der eintretenden Lichtstrahlen von der Lichtaustrittsfläche abgestrahlt werden, nachdem sie an einer Nicht-Linsenfläche intern totalreflektiert wurden (siehe beispielsweise JP S59-119340 A ). Außerdem wird eine optische Vorrich-tung vorgeschlagen, die aus einem Brechungslinsenabschnitt, der einen am mittleren Abschnitt der optischen Achse vorgesehenen Linsenkörper aufweist, und einem reflektierenden Körperabschnitt konfiguriert ist, wobei der reflektierende Körperabschnitt ermöglicht, dass Lichtstrahlen von einem Innenflächenabschnitt her eintreten und er die Lichtstrahlen an einer paraboloidförmigen Reflexions-fläche intern totalreflektiert, wodurch die Lichtstrahlen in einen parallelen Strahl umgewandelt werden (siehe beispielsweise JP H05-281402 A ).
Es wurden durch die Erfinder der vorliegenden Anmeldung ein Linsenelement und eine optische Vorrichtung vorgeschlagen, die eine Fresnel-Linsenfläche beinhalten, in welcher eine Lichteinfallsfläche und eine Lichtaustrittsfläche einer TIR-Linse in Lichteinfallsflächen und Lichtaustrittsflächen einer Mehrzahl von ringförmigen Prismen unterteilt sind, deren Positionen geeignet und konzentrisch bezüglich einer Mittelachse des Linsenelementes angeordnet sind (siehe JP 2010-262187 A , JP 2011-141450 A und US 2010/0284194 A1 ).
Wenn ein derartiges Linsenelement, das eine Fresnel-Linsenfläche wie oben vorgeschlagen beinhaltet, für eine Beleuchtungsvorrichtung verwendet wird, ist es häufig der Fall, dass eine Lichtaussendefläche einer Lichtquelle, die mindestens ein LED-Element enthält, kleiner als die Fresnel-Linsenfläche ist, welche so angeordnet ist, dass sie der Lichtaustrittsfläche der Lichtquelle gegenüberliegt. In diesem Fall gibt es, da eine Mittelachse der Fresnel-Linsenfläche des Linsenelementes so angeordnet ist, dass sie mit einer Mitte der Lichtaustrittsfläche der Lichtquelle übereinstimmt, einen Freiraum in Richtung senkrecht zur Mittelachse, um die Lichtquelle herum. Um einen derartigen Freiraum zu nutzen, können Bauteile, wie beispielsweise Widerstände, Kondensatoren, Anschlussstücke, etc. für einen Stromkreis in dem Freiraum um die Lichtquelle herum montiert sein.
Jedoch können, wenn Bauteile im Freiraum unter der Fresnel-Linsenfläche um die Lichtquelle herum angeordnet sind, die Bauteile benachbart zur Lichtquelle Licht beeinträchtigen, das von der Lichtquelle ausgesendet wird und in die Fresnel-Linsenfläche eintritt. Demgemäß besteht die Möglichkeit, dass das optische Element seine optischen Eigenschaften nicht zur Geltung bringen kann, wenn Bauteile in einem Freiraum um die Lichtquelle herum angeordnet sind.
INHALT DER ERFINDUNG
Ein Ziel der Erfindung besteht darin, unter Berücksichtigung des zuvor Erwähnten ein Linsenelement und eine optische Einheit bereitzustellen.
Um das zuvor erwähnte Ziel zu erreichen, beinhaltet ein Linsenelement gemäß einer Ausführungsform der Erfindung eine Mittelachse, eine Lichteinfallsseite, die eine Fresnel-Linsenfläche beinhaltet, welche mit einer Mehrzahl von ringförmigen Prismen versehen ist, die konzentrisch bezüglich der Mittelachse angeordnet sind, und eine Lichtaustrittsfläche gegenüberliegend der Lichteinfallsseite.
Der ringförmige Linsenabschnitt ist konzentrisch bezüglich der Mittelachse in einem Teil der Fresnel-Linsenfläche des Linsenelementes angeordnet. Der ringförmige Linsenabschnitt kann einem Außenumfangsabschnitt der Fresnel-Linsenfläche positioniert sein. Einige aus der Mehrzahl von ringförmigen Prismen können außerhalb der ringförmigen äußeren Fläche des ringförmigen Linsenabschnittes positioniert sein.
Die Fresnel-Linsenfläche beinhaltet weiter einen ringförmigen Linsenabschnitt, der konzentrisch bezüglich der Mittelachse angeordnet ist und der ausgeweitet ist, so dass er länger und breiter als die Mehrzahl von ringförmigen Prismen ist.
Der ringförmige Linsenabschnitt beinhaltet eine ringförmige innere Fläche und eine ringförmige äußere Fläche, die außerhalb der ringförmigen inneren Flache positioniert sind. Die ringförmige innere Fläche und die ringförmige äußere Fläche können in Kontakt miteinander sein, um eine gemeinsame untere Kante zu bilden und eine Form eines spitzen Winkels an der gemeinsamen unteren Kante zu bilden. In dem ringförmigen Linsenabschnitt können die ringförmige innere Fläche und die ringförmige äußere Fläche geneigte Flächen sein, die jeweils einen Winkel bezüglich der Mittelachse haben.
Bei einer weiteren Ausführungsform beinhaltet ein ringförmiger Linsenabschnitt eine ringförmige innere Fläche, eine ringförmige äußere Flache und eine ringförmige geneigte Fläche, die ein unteres Ende der ringförmigen inneren Fläche und ein unteres Ende der ringförmigen äußeren Fläche des ringförmigen Linsenabschnittes verbindet. Die ringförmige innere Fläche und die ringförmige äußere Fläche der ringförmigen Linse können sich parallel zur Mittelachse erstrecken und sich unterhalb der Lichteinfallsseite erstrecken. Die ringförmige innere Fläche kann sich so erstrecken, dass sie länger als die ringförmige äußere Fläche ist. In diesem Fall ist die ringförmige geneigte Fläche aufwärts geneigt, und zwar nach oben vom unteren Ende der ringförmigen inneren Fläche zum unteren Ende der ringförmigen äußeren Fläche.
Bei noch einer weiteren Ausführungsform beinhaltet der ringförmige Linsen-abschnitt eine ringförmige innere Fläche und eine ringförmige äußere Fläche, die sich jeweils parallel zur Mittelachse erstrecken. Bei einem Beispiel tritt in die ringförmige innere Fläche Licht ein, das von der Lichtquelle ausgesendet wurde. Die ringförmige äußere Fläche bricht und reflektiert ein Teil des Lichts, das in die ringförmige innere Fläche eingetreten ist, um es zu ringförmigen Prismen zu lenken, die außerhalb des ringförmigen Linsenabschnittes positioniert sind.
Bei noch einer weiteren Ausführungsform ist ein ringförmiger Linsenabschnitt auf einer Außenumfangskante einer Fresnel-Linsenfläche vorgesehen. Der ring-förmige Linsenabschnitt beinhaltet eine ringförmige innere Fläche und eine ringförmige äußere Fläche, die außerhalb der ringförmigen inneren Fläche positioniert ist. Die ringförmige äußere Fläche kann eine Form haben, die Licht, das in die ringförmige innere Fläche eingetreten ist, zu einer Lichtaustrittsfläche reflektiert.
Bei noch einer weiteren Ausführungsform hat eine Lichtaustrittsfläche eines Linsenelementes eine plane Oberfläche.
Bei noch einer weiteren Ausführungsform ist eine Mehrzahl von konvexen Abschnitten auf der Lichtaustrittsfläche bei einer Position oberhalb eines ringförmigen Linsenabschnittes vorgesehen.
Ein Linsenelement gemäß der Erfindung beinhaltet eine insgesamt flache Gestalt, und beinhaltet eine konvex geformte Flache, die auf einer Lichteinfallsseite auf einer Mittelachse vorgesehen ist, und eine Fresnel-Linsenfläche kann auf der konkav geformten Fläche vorgesehen sein. Eine erhabene Fläche, welche die größte Dicke aufweist, ist auf einer Mittelachse in der konkav geformten Flache vorgesehen, und eine Fresnel-Linsenfläche kann auf einer durchgängigen Fläche der konkav geformten Fläche und der mittigen erhabenen Fläche vorgesehen sein. Sogar in einem solchen Fall ist der ringförmige Linsenabschnitt stärker zu einer Lichteinfallsfläche ausgeweitet als die erhabene Fläche vergrößerter Dicke, die sich auf der Mittelachse befindet.
Eine optische Einheit gemäß einer Ausführungsform der Erfindung beinhaltet das zuvor erwähnte Linsenelement, eine Lichtquelle, die eine Lichtaustrittsfläche beinhaltet, welche eine geringere Oberfläche als eine Fresnel-Linsenfläche des Linsenelementes hat, und mindestens ein Bauteil, das in Richtung senkrecht zur Mittelachse außerhalb der Lichtquelle positioniert ist, und zwar an einer Unterseite einer Lichteinfallsseite des Linsenelementes. Die Lichtquelle und das Bauteil sind auf einem Substrat montiert, das unterhalb der Lichteinfallsseite des Linsenelementes positioniert ist.
Das Bauteil ist außerhalb eines ringförmigen Linsenabschnittes des Linsenelementes in Richtung senkrecht zur Mittelachse positioniert. Das Bauteil ist außerhalb des ringförmigen Linsenabschnittes in Richtung senkrecht zur Mittelachse positioniert und ist unterhalb eines Außenumfangsabschnittes der Fresnel-Linsenfläche des Linsenelementes positioniert. Ein Rahmen, um einen Außenumfangsabschnitt des Linsenelementes zu tragen, so dass eine Mitte der Lichtaustrittsfläche der Lichtquelle auf der Mittelachse des Linsenelementes positioniert ist, kann vorgesehen sein.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Draufsicht eines Linsenelementes gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung.
2 ist eine Querschnittansicht entlang Linie II-II des in 1 dargestellten Linsenelementes.
3 ist ein erläuterndes Diagramm, das ein Prinzip einer TIR-Linse zeigt.
4 ist ein erläuterndes Diagramm, das ein Prinzip des Linsenelementes zeigt, das eine Fresnel-Linsenfläche beinhaltet.
5 ist eine Schnittansicht, die ein Beispiel des Linsenelementes zeigt, bei dem ein ringförmiger Linsenabschnitt nicht vorgesehen ist, und die eine Positionsbeziehung zwischen einer Lichtquelle und einem Substrat erläutert.
6 ist eine Schnittansicht einer optischen Einheit, bei der das Linsenelement gemäß der ersten Ausführungsform zusammengebaut ist.
7 ist eine perspektivische Ansicht der in 6 dargestellten optischen Einheit.
8 ist eine Querschnittansicht des Linsenelementes einer zweiten Ausführungsform der Erfindung.
9 ist eine Querschnittansicht eines Linsenelementes einer dritten Ausführungsform der Erfindung.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die Erfindung wird nachfolgend detaillierter mit Bezug auf die anliegenden Zeichnungen beschrieben, in denen Ausführungsformen der Erfindung dargestellt sind. Die Erfindung kann jedoch in vielen unterschiedlichen Formen ausgeführt sein und versteht sich nicht als auf die hier dargelegten spezifischen Ausführungsformen eingeschränkt. Vielmehr sind diese Ausführungsformen vorgesehen, um den Schutzumfang der Erfindung für Fachleute zu vermitteln. In den Zeichnungen können die Größe und die relativen Größen von Schichten und Bereichen zur Verdeutlichung übertrieben dargestellt sein.
1 und 2 stellen ein Linsenelement 10 gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung dar. Bezugszeichen AX zeigt eine Mittelachse, bei der es sich um eine gedachte Linie handelt, die durch eine Mitte des Linsenelementes 10 verläuft. Spezieller beinhaltet das Linsenelement 10 der ersten Ausführungsform die Mittelachse AX, wobei die Lichteinfallsseite 11 eine Fresnel-Linsenfläche 14 beinhaltet, die mit einer Mehrzahl von ringförmigen Prismen 13 versehen ist, welche konzentrisch bezüglich der Mittelachse AX angeordnet sind. Die Fresnel-Linsenfläche beinhaltet weiter einen ringförmigen Linsenabschnitt 15, der konzentrisch bezüglich der Mittelachse AX angeordnet ist, und der ringförmige Linsenabschnitt 15 erstreckt sich so, dass er breiter in Richtung senkrecht zur Mittelachse AX als die Mehrzahl von ringförmigen Prismen ist, und erstreckt sich so, dass er länger in Richtung parallel zur Mittelachse unterhalb der Lichteinfallsseite 11 als die Mehrzahl von ringförmigen Prismen 13 ist. Bei dieser Ausführungsform beinhaltet der ringförmige Linsenabschnitt 15 eine ringförmige innere Fläche 15a und eine ringförmige äußere Fläche 15b, die in Richtung senkrecht zur Mittelachse AX außerhalb der ringförmigen inneren Fläche 15a positioniert ist. Die ringförmige innere Fläche 15a und die ringförmige äußere Fläche 15b sind in Kontakt miteinander, so dass sie eine gemeinsame untere Kante bilden und einen spitzen Winkel an der gemeinsamen unteren Kante mittels der ringförmigen inneren Fläche 15a und der ringfömnigen äußeren Fläche 15b erzeugen. Die ringförmige innere Fläche 15a und die ringförmige äußere Fläche 15b sind geneigte Flächen, die jeweilige Winkel bezüglich der Mittelachse AX haben.
Jedes der Mehrzahl von ringförmigen Prismen 13 der Fresnel-Linsenfläche beinhaltet eine ringförmige innere Fläche 13a und eine ringförmige äußere Fläche 13b, die in Richtung senkrecht zur Mittelachse AX außerhalb der ringförmigen inneren Fläche 13a positioniert ist. In jedem der Prismen wird Licht, das durch die ringförmige innere Fläche 13a empfangen wird, an der ringförmigen äußeren Fläche 13b zur Lichtaustrittsfläche 12 hin totalreflektiert.
Da das Linsenelement 10 eine Fresnel-Linsenfläche 14 beinhaltet, wird deren Konfiguration konzeptionell mit Bezug auf 3 und 4 beschrieben.
Wie in 3 dargestellt, ist die TIR-Linse 1 allgemein eine voluminöse Linse und beinhaltet eine Lichteinfallsfläche 3 und eine Lichtreflexionsfläche 4, die in Richtung senkrecht zur Mittelachse AX außerhalb der Lichteinfallsfläche 3 positioniert ist. Um eine Dicke einer solchen voluminösen Linse zu verringern und eine gewünschte Lichtabstrahlung zu erzielen, bei der Licht durch die Lichtaustrittsfläche des Linsenelementes als am stärksten verstärktes Licht bei einer Mitte der Lichtaustrittsfläche des Linsenelementes austritt und das Licht so austritt, dass die Lichtstärke allmählich mit zunehmendem Abstand von der Mitte abnimmt, wird ein Linsenelement vorgeschlagen, das eine Fresnel-Linsenfläche enthält (siehe JP 2010-262187A , JP 2011-141450A und US 2010/0284144A1 ). Detaillierter ist die Lichteinfallsfläche 3 in eine Mehrzahl von abgeteilten Lichteinfallsflächen 3a bis 3c unterteilt und die Lichtreflexionsfläche 4 ist in eine Mehrzahl von abgeteilten Lichtreflexionsfläche 4a bis 4c unterteilt, und Kombinationen aus abgeteilten Lichteinfallsflachen und abgeteilten Licht-reflexionsflächen sind als eine Mehrzahl von ringförmigen Prismen 13 neu angeordnet. Wie in 3 dargestellt, handelt es sich bei dem am stärksten verstärkten Licht, das durch die Lichteinfallsfläche bei 3a hindurchgeht und an der Lichtreflexionsfläche bei 4a reflektiert wird, um zu einer Lichtaustrittsfläche hin gelenkt zu werden, um L1, das Licht L2, das weniger verstärkt als das am stärksten verstärkte Licht L1 ist, geht durch die Lichteinfallsfläche bei 3b hindurch und wird an der Lichtreflexionsfläche bei 4b reflektiert, um zur Lichtaustrittsfläche hin gelenkt zu werden, und das am wenigsten verstärkte Licht L3 von allen verläuft durch die Lichteinfallsfläche bei 3c hindurch und wird auf der Licht-reflexionsfläche bei 4c reflektiert, um zur Lichtaustrittsfläche gelenkt zu werden. Demgemäß tritt das weniger verstärkte Licht L2, bei dem es sich um stärker verstärktes Licht als das am wenigsten verstärkte Licht L3 handelt, durch die Lichtaustrittsflache in Richtung senkrecht zur Mittelachse AX außerhalb des am wenigsten verstärkten Lichtes L3 aus. Jedoch ist, wie in 4 dargestellt, das Linsenelement 10 insgesamt plattenförmig und beinhaltet eine Fresnel-Linsenfläche 14 auf einer Lichteinfallsseite. Die Fresnel-Linsenfläche 14 ist mit einer Mehrzahl von ringförmigen Prismen 13 versehen, die konzentrisch bezüglich der Mittelachse AX des Linsenelementes 10A angeordnet sind. Jedes der Mehrzahl von ringförmigen Prismen 13 beinhaltet eine ringförmige innere Fläche 13a und eine ringförmige äußere Fläche 13b, die in Richtung senkrecht zur Mittelachse AX außerhalb der ringförmigen inneren Fläche 13a angeordnet ist. Die ringförmigen Prismen 13 des Linsenelementes 10A sind als ringförmige Prismen 13C, 13B, 13B und 13A ausgehend von der Lichteinfallsfläche 3 und der Lichtreflexionsfläche 4 der voluminösen Linse 1 neu positioniert, um ein gewünschtes Licht auszusenden. Selbstverständlich ist die Anzahl von ringförmigen Prismen in den Zeichnungen zur Erläuterung übertrieben dargestellt und nicht auf diese eingeschränkt.
Demzufolge kann das Linsenelement 10 der Erfindung eine zuvor erwähnte Fresnel-Linsenfläche aufweisen. Das Linsenelement 10 gemäß der ersten Ausführungsform ist insgesamt plattenförmig. Die Mehrzahl von ringförmigen Prismen 13, die ein Mehrzahl von ringförmigen inneren Flächen 13a und ringförmigen äußeren Flächen 13b der Fresnel-Linsenfläche 14 beinhalten, kann unterschiedliche Lichtbrechungswinkel relativ zueinander aufweisen. Die Fresnel-Linsenfläche 14 des Linsenelementes 10 ist so angeordnet, dass sie einer Lichtabstrahlfläche 2a einer Lichtquelle 2 zugewandt ist, wobei die Mittelachse AX und die Mitte der Lichtabstrahlfläche 2a der Lichtquelle 2 miteinander übereinstimmen. Die Lichtquelle 2 kann mindestens ein LED-Element beinhalten. Man beachte, dass das Linsenelement 10A, das die Fresnel-Linsenfläche 14 beinhaltet, integral mittels eines lichtdurchlässigen Harzes wie beispielsweise einem Acrylharz ausgebildet sein kann. Ein derartiges Bereitstellen der Fresnel-Linsenfläche 14 ermöglicht es, eine Lichtaustrittsfläche zu bilden, welche das stärkste Licht bei einem mittleren Abschnitt erzielt und bei dem die Lichtstärke allmählich mit zunehmendem Abstand von der Mitte des Linsenelementes hin zu einem Umfangsabschnitt in Richtung senkrecht zur Mittelachse AX abnimmt.
Licht, das entlang der Mittelachse AX von der Lichtquelle 2 abgestrahlt wird, und Licht, das mit einem Winkel zur Mittelachse AX abgestrahlt wird, treten in die ringförmigen inneren Flächen 13a der ringförmigen Prismen 13 ein, werden alle an den ringförmigen äußeren Flächen 13b reflektiert und zur Lichtaustrittsfläche 12 hin gelenkt.
Die ringförmige innere Fläche 13a eines jeden der ringförmigen Prismen 13 kann durch eine plane Fläche oder eine konvexe Fläche zweiter Ordnung gebildet sein, sie ist jedoch vorzugsweise durch eine plane Fläche gebildet, im Hinblick auf die Bearbeitbarkeit. Andererseits kann die ringförmige äußere Fläche 13b durch eine plane Flache oder eine asphärische Fläche, beispielsweise eine Paraboloidfläche, eine Hyperboloidfläche, eine elliptische Fläche oder dergleichen, gebildet sein, sie ist jedoch vorzugsweise durch eine plane Fläche gebildet, im Hinblick auf die Bearbeitbarkeit sehr kleiner winkliger Prismen. Unterdessen beinhaltet bei der ersten Ausführungsform die Lichtaustrittsfläche 12 gegenüberliegend zur Fresnel-Linsenfläche 14 eine ebene Fläche.
Der ringförmige Linsenabschnitt 15 des Linsenelementes 10 ist an einem Außenumfangskantenabschnitt der Fresnel-Linsenfläche 14 vorgesehen, welche die Mehrzahl von ringförmigen Prismen 13 beinhaltet. Der ringförmige Linsenabschnitt 15 ist konzentrisch bezüglich der Mittelachse AX angeordnet. Mit anderen Worten ist der ringförmige Linsenabschnitt 15 in ringförmiger Gestalt um die Mittelachse AX ausgebildet. Der ringförmige Linsenabschnitt 15 beinhaltet eine ringförmige innere Fläche 15a und eine ringförmige äußere Fläche 15b, die in Richtung senkrecht zur Mittelachse AX außerhalb der ringförmigen inneren Fläche 15a positioniert ist, und eine untere Kante der ringförmigen inneren Fläche 15a und eine untere Kante der ringförmigen äußeren Fläche 15b sind in Kontakt miteinander, um eine gemeinsame untere Kante zu bilden und einen spitzen Winkel bei der gemeinsamen unteren Kante zu erzeugen.
Der ringförmige Linsenabschnitt 15 erstreckt sich so, dass er länger und breiter als die Mehrzahl von ringförmigen Prismen 13 ist. Detaillierter ist der ringförmige Linsenabschnitt 15 breiter in Richtung senkrecht zur Mittelachse AX und länger in Richtung der Mittelachse AX angeordnet als die Mehrzahl von ringförmigen Prismen. Auch ist der ringförmige Linsenabschnitt 15 konzentrisch bezüglich der Mittelachse AX angeordnet und ist außerhalb der Mehrzahl von ringförmigen Prismen 13 konzentrisch angeordnet, und daher ist es möglich, Licht, das von der Lichtquelle 2 mit einem größeren, weiter in Richtung senkrecht zur Mittelachse AX gekippten Einfallswinkel als Licht abgestrahlt wird, das von der Lichtquelle 2 mit einem spitzen Einfallswinkel abgestrahlt wird, in Richtung zur Lichtaustrittsfläche zu lenken.
Der ringförmige Linsenabschnitt 15 ist in einem Teil der Fresnel-Linsenfläche vorgesehen, jedoch ist der ringförmige Linsenabschnitt nicht zur Fresnel-Linse umgewandelt. Beispielsweise sind, von den abgeteilten Lichteinfallsflächen 3a bis 3c und den abgeteilten Lichtreflexionsflächen 4a bis 4c einer in 3 dargestellten voluminösen Linse, die abgeteilte Lichteinfallsfläche 3c, die kürzer als die anderen abgeteilten Lichteinfallsflächen 3a und 3b ist, und die abgeteilte Lichtreflexionsfläche 4c, die kürzer als die anderen abgeteilten Lichtreflexionsflächen 4a und 4b ist, nicht zur Fresnel-Linse umgewandelt und sind bei einem Außenumfangsabschnitt der Fresnel-Linsenfläche 14 als ringförmiger Linsenabschnitt 15 angeordnet. Mit anderen Worten bleibt die Dicke des Linsenelementes 10 dünn genug, sogar wenn die kürzere abgeteilte Lichteinfallsfläche 3c und die kürzere Lichtreflexionsfläche nicht zur Fresnel-Linse umgewandelt sind oder nicht in einige ringförmige Prismen unterteilt wurden.
Der ringförmige Linsenabschnitt 15 beinhaltet die ringförmige innere Fläche 15a, die Licht, das von der Lichtquelle 2 ausgesendet wurde, mit einem größeren Winkel bezüglich der Mittelachse AX empfängt, und die ringförmige äußere Fläche 15b, die das empfangene Licht, das durch die ringförmige innere Fläche 15a empfangen wurde, zur Lichtaustrittsfläche 12 hin totalreflektiert. Das heißt der ringförmige Linsenabschnitt 15 weist im Querschnitt näherungsweise eine V-förmige Gestalt auf und der ringförmige Linsenabschnitt 15 ist konzentrisch bezüglich der Mittelachse AX des Linsenelementes angeordnet. Die ringförmige innere Fläche 15a und die ringförmige äußere Fläche 15b des ringförmigen Linsenabschnittes 15 sind in Kontakt miteinander, um eine gemeinsame untere Kante zu bilden und einen spitzen Winkel an der gemeinsamen unteren Kante zu erzeugen.
Eine ringförmige ebene Fläche oder eine asphärische Abfasung kann an der gemeinsamen unteren Kante der ringförmigen inneren Fläche 15a und der ringförmigen äußeren Fläche 15b vorgesehen sein. In diesem Fall gibt es vorteilhafte Effekte, wenn das Linsenelement 10 mittels einer Gussform erzeugt wird, da eine spitze untere Kante des Linsenabschnittes 15 ohne Weiteres splittert oder bricht, wenn das Linsenelement 10 aus Versehen herunterfällt. Wenn eine Abfasung zwischen der ringförmigen inneren Fläche und der ringförmigen äußeren Fläche vorgesehen ist, ist es möglich, ein leicht auftretendes Brechen des Linsenelementes 10 zu vermeiden.
Der ringförmige Linsenabschnitt 15 ist anstelle einiger der ringförmigen Prismen 13 vorgesehen, die ansonsten am Außenumfangsabschnitt der Fresnel-Linsenfläche vorgesehen wären (konzeptionell entsprechend einem Teil oder einer Gesamtheit des ringförmigen Prismas 13c, wie dargestellt in 4), und der ringförmige Linsenabschnitt 15 weist einen vorspringenden Abschnitt auf, der sich weiter unterhalb der Lichteinfallsseite 11 verläuft als die Mehrzahl von ringförmigen Prismen 13. Da der ringförmige Linsenabschnitt 15 sich so erstreckt, dass er breiter ist und weiter unterhalb der Lichteinfallsseite 11 verläuft als die Mehrzahl von ringförmigen Prismen 13, kann der ringförmige Linsenabschnitt Licht aufnehmen, das von der Lichtquelle 2 mit einem weiten Winkel bezüglich der Mittelachse AX ausgesendet wird, und zwar von Licht, das von der Lichtaustrittsfläche 2a der Lichtquelle 2 ausgesendet wird, die so angeordnet ist, dass sie der Fresnel-Linsenfläche 14 des Linsenelementes 10 zugewandt ist, und reflektiert das empfangene Licht nach oben und/oder bricht es. Der ringförmige Linsenabschnitt 15, der konfiguriert ist, um einen Lichtweg von Licht zu ändern, das von der Lichtquelle 2 mit einem weiten Winkel ausgesendet wurde, ist in Richtung senkrecht zur Mittelachse AX außerhalb der Lichtaussendefläche 2a der Lichtquelle 2 angeordnet.
Auf diese Weise kann, wenn das Linsenelement 10 und die Lichtquelle 2 so angeordnet sind, dass sie eine Einheit bilden, da die Lichtaussendefläche 2a der Lichtquelle 2 eine geringere Oberfläche als die Fresnel-Linsenfläche 14 aufweist, ein Freiraum um die Lichtquelle 2 herum unter dem Umfangsbereich des Linsenelementes genutzt werden. Gemäß der Erfindung kann, bei vorgesehenem Umfangslinsenabschnitt, Licht, das von der Lichtquelle mit einem Winkel in Richtung senkrecht zur Mittelachse AX ausgesendet wird, durch die Fresnel-Linsenfläche empfangen werden, und der Freiraum um die Lichtquelle 2 herum kann verwendet werden, um separate Bauteile oder Elemente anzuordnen. Es ist möglich, einen Lichtdurchgang so anzupassen, dass Licht, das unter einem weiten Winkel von der Lichtquelle 2 ausgesendet wird, ebenfalls in effektiver Weise von der Lichtaustrittsfläche 12 des Linsenelementes 10 ausgesendet wird, und zwar mittels des ringförmigen Linsenabschnittes 15, der an einem Teil der Fresnel-Linsenfläche 14 des Linsenelementes 10 vorgesehen ist.
Im ringförmigen Linsenabschnitt 15 sind die ringförmige innere Fläche 15a und die ringförmige äußere Fläche 15b durch eine plane Fläche oder asphärische Flache, wie beispielsweise eine Paraboloidfläche, eine Hyperboloidfläche, eine elliptische Fläche oder dergleichen gebildet, jedoch sind sie vorzugsweise durch die plane Fläche gebildet, im Hinblick auf die Bearbeitbarkeit.
Die Lichtquelle 2 kann eine Mehrzahl von LED-Elementen beinhalten. Beispielsweise kann eine Lichtquelle, die eine Mehrzahl von LED-Elementen, welche in gitterartiger Gestalt angeordnet sind, verwendet werden, und die Lichtquelle 2 kann durch lediglich ein einziges LED-Element gebildet sein.
Gemäß der Erfindung ist es möglich, elektronische Bauteile in einem Außenumfangs-Freiraum um die Lichtquelle 2 herum anzuordnen und optische Eigenschaften des Linsenelementes 10 beizubehalten, wenn die Fresnel-Linsen-fläche 14 des Linsenelementes 10, das wie beispielhaft dargestellt dünner gemacht ist, verwendet wird, um der Lichtaussendefläche 2a der Lichtquelle 2 zugewandt angeordnet zu werden. Durch Gestalt oder Position des ringförmigen Linsenabschnittes 15, der auf dem Linsenelement 10 vorgesehen ist, ist es möglich, Licht unter einem weiten Winkel von der Lichtquelle 2 zu empfangen und eine Nutzungseffizienz des Lichts beträchtlich zu verbessern, und eine Verteilung des Lichtes, das von der Lichtaussendefläche 2a der Lichtquelle 2 ausgesendet wurde, abzugleichen.
Spezieller ist es häufig der Fall, dass die Lichtaussendefläche 2a der Lichtquelle 2, die so angeordnet ist, dass sie der Fresnel-Linsenfläche 14 des Linsenelementes 10 zugewandt ist, eine geringere Oberfläche hat als die Fresnel-Linsenfläche 14 des Linsenelementes 10. In diesem Fall besteht, obschon in Betracht gezogen wird, das Linsenelement so zu verwenden, dass die Fresnel-Linsenfläche 14 des Linsenelementes 10, das so angeordnet ist, dass es der Lichtaustrittsfläche gegenüberliegt, nahe zur Lichtaussendefläche 2a der Lichtquelle 2 zu bringen, die Möglichkeit, dass Bauteile eines Stromkreises (Widerstand, Kondensator, Anschlussstück oder dergleichen) in der Nähe eines Außenumfangs der Lichtquelle 2, wobei die Oberfläche der Lichtaussendefläche 2a geringer als die der Fresnel-Linsenfläche 14 ist, montiert ist, d. h. in einer Position, die einer Umgebung eines Außenumfangs der Fresnel-Linsenfläche 14 des Linsenelementes 10 zugewandt ist, und zwar bedingt durch einen Gegenstand, der den Freiraum effektiv nutzt oder eine Anforderung zur Miniaturisierung einer optischen Vorrichtung.
Als Nächstes wird das Eintreten und Aussenden des von der Lichtquelle 2 ausgesendeten Lichts im Linsenelement 10 erläutert.
Licht, das von der Lichtquelle 2 ausgesendet wird, ist Licht auf der optischen Achse, das bedeutet, das stärkste Licht wird in eine Richtung entlang der Mittelachse AX des Linsenelementes 10 ausgesendet. Jedoch tritt Licht von der Lichtquelle 2 in die Fresnel-Linsenfläche 14 unter einem Lichteinfallswinkel von einem engen Winkel bis zu einem weiten Winkel bezüglich der Mittelachse AX ein, bei zunehmendem Abstand von der Mittelachse AX hin zu einem Außenumfangsende der Fresnel-Linsenfläche 14. In einer flachen Linse, welche die Fresnel-Linsenfläche 14 aufweist, ist es möglich, in effektiver Weise einen Freiraum in horizontaler Richtung senkrecht zur Mittelachse AX zu nutzen, und zwar durch Vorsehen der ringförmigen Linse 15 an einem Teil der Fresnel-Linsenfläche 14 und durch Implementieren der Erfindung.
Außerdem beinhaltet in dem Linsenelement 10, wie in der ersten Ausführungsform dargestellt, die Lichteinfallsseite 11 eine Fresnel-Linsenfläche, die mit einer Mehrzahl von ringförmigen Prismen versehen ist, welche konzentrisch bezüglich der Mittelachse AX auf einer durchgehenden Fläche kontinuierlich ausgebildet sind, und zwar mittels einer konkaven Fläche und einer erhabenen Fläche, die auf der Mittelachse und in der Mitte der konkaven Fläche angeordnet ist, und eine Lichtaustrittsfläche gegenüberliegend der Lichteinfallsseite 11, und die Fresnel-Linsenfläche beinhaltet weiter einen ringförmigen Linsenabschnitt, der konzentrisch bezüglich der Mittelachse angeordnet ist und der sich länger und breiter als die Mehrzahl von ringförmigen Prismen erstreckt. Der ringförmige Linsenabschnitt erstreckt sich weiter unterhalb der Lichteinfallsseite als die erhabene Flache bei der Mittelachse AX. Spezieller weist die Fresnel-Linsenfläche 14 eine Struktur auf, bei der ein Mittelabschnitt und ein Außenumfangskantenabschnitt weiter nach unten als die Lichteinfallsseite 11 vorspringen, und die Lichteinfallsseite 11 weist konkave Gestalt zwischen dem Mittelabschnitt und dem Außenumfangskantenabschnitt auf. Eine Mehrzahl von konzentrischen ringförmigen Prismen 13 um die Mittelachse AX herum sind kontinuierlich auf der durchgängigen Fläche 13c ausgebildet, welche die konkave Fläche und die mittige erhabene Fläche aufweist, und zwar ausgehend von einem Umfang der Mittelachse AX in Richtung senkrecht der Mittelachse AX. Mit dieser Gestalt weist das Linsenelement eine Struktur auf, um ohne Weiteres Licht aufzunehmen, das von der Lichtquelle 2 unter einem weiten Winkel ausgesendet wird, und zwar bei den ringförmigen Prismen 13, die an der Außenumfangskante vorgesehen sind und die unterhalb der Lichteinfallsseite 11 vorstehen, hingegen kann das Licht, das von der Lichtquelle 2 unter einem weiten Winkel ausgesendet wird, in effizienter Weise dadurch aufgenommen werden, dass weiter der ringförmige Linsenabschnitt 15 an einem Teil der Fresnel-Linsenfläche 14 vorgesehen ist, welcher sich so erstreckt, dass er lang und breiter als die Mehrzahl von ringförmigen Prismen ist, die an der Fresnel-Linsenfläche 14 vorgesehen sind.
Als Nächstes werden die Lichtquelle, welche die Lichtaustrittsfläche beinhaltet, deren Oberfläche geringer als die der Fresnel-Linsenfläche der Linsenfläche ist, und der Lichteintritt und die Lichtabstrahlung am ringförmigen Linsenabschnitt 15 erläutert, der an einer Außenumfangsseite der Lichtquelle in Richtung senkrecht zur Mittelachse vorgesehen ist.
Beispielsweise ist bei einem in 5 dargestellten Linsenelement 10A der ringförmige Linsenabschnitt 15 gemäß der Erfindung nicht an der Fresnel-Linsenfläche 14 vorgesehen. Jedoch entspricht ein Außenumfangsabschnitt der Fresnel-Linsenfläche 14 einem Umfangskantenabschnitt einer konkaven Fläche, die an der Lichteinfallsseite 11 ausgebildet ist. Der Außenumfangsabschnitt ist so angeordnet, dass er sich an ein Substrat 16 annähert, auf dem die Lichtquelle 2 montiert ist, um Licht aufzunehmen, das von der Lichtquelle 2 unter einem weiten Winkel ausgesendet wird. Daher besteht beispielsweise, wenn ein Benutzer beabsichtigt, Bauteile 17a für einen Stromkreis auf dem Substrat 16 in Nähe des Außenumfangsabschnitts der ringförmigen Prismen 13 zu montieren, die Möglichkeit, dass eine Funktion des Linsenelementes 10A nicht in ausreichender Weise ausgeübt werden kann, aufgrund der gegenseitigen Störung des Außenumfangsabschnittes der ringförmigen Prismen 13 und der Bauteile 17a.
Daher wird, ohne ein Vorsehen des Außenumfangsabschnitts der ringförmigen Prismen 13, wenn Bauteile 17b für einen Stromkreis in einem Freiraum 18 montiert sind, in dem ein relativ großer Spalt zwischen den ringförmigen Prismen 13 und dem Substrat 16 ausgebildet sein kann, Licht, das von der Lichtquelle 2 unter einem weiten Winkel ausgesendet wird, durch die Bauteile 17b für einen Stromkreis blockiert, und das Licht kann nicht in die ringförmigen Prismen 13 eintreten, und dadurch tritt eine Beeinträchtigung der optischen Leistungsfähigkeit auf, beispielsweise eine Verringerung der Helligkeit. Daher ist bei der ersten Ausführungsform, wie in 2 dargestellt, der ringförmige Linsenabschnitt 15 am Außenumfangsabschnitt der ringförmigen Prismen 13 vorgesehen, und Bauteile 17 für einen Stromkreis sind in einem leeren Freiraum 19 einer außerhalb befindlichen Zone des ringförmigen Linsenabschnittes 15 montiert. Licht L4, das von der Lichtquelle 2 unter einem weiten Winkel ausgesendet wird, tritt in eine ringförmige Innenseitenfläche 15a des ringförmigen Linsenabschnittes 15 ein, wird an einer ringförmigen Außenseitenfläche 15b totalreflektiert und wird von der Lichtaustrittsfläche 12 abgestrahlt, die nach oben bin angeordnet ist. Daher werden die ringförmigen Prismen 13, die am Außenumfangsabschnitt positioniert sind und einen Lichtweg des unter einem weiten Winkel ausgesendeten Lichtes L4 ändern, nicht benötigt, und daher wird der Freiraum 19 zum Montieren der Bauteile 17 unterhalb des Linsenelementes 10 bei dem Außenumfangsabschnitt des ringförmigen Linsenabschnittes 15 gewährleistet.
Als Nächstes wird eine optische Einheit erläutert, in welcher das wie zuvor beschrieben aufgebaute Linsenelement 10 montiert ist. Wie in 6 und 7 dargestellt, beinhaltet die optische Einheit 120 das Linsenelement 10, das die Fresnel-Linsenfläche 14 und den ringförmigen Linsenabschnitt 15 aufweist, wie zuvor erwähnt, eine Lichtquelle 2, welche die Lichtaussendefläche 2a beinhaltet, deren Oberfläche geringer als die der Fresnel-Linsenfläche 14 des Linsenelementes 10 ist, ein Substrat 16, das so angeordnet ist, dass es der Lichteinfallsseite 11 des Linsenelementes 10 zugewandt ist, die Bauteile 17 für den Stromkreis, die auf dem Substrat 16 unterhalb der Fresnel-Linsenfläche 14 bei einer Position außerhalb des ringförmigen Linsenabschnittes 15 montiert sind, und ein Gehäuse 121, um die zuvor erwähnten Bauteile unterzubringen. Die Lichtquelle 2 ist auf dem Substrat 16 so montiert, dass eine Mitte der Lichtaussendefläche 2a der Lichtquelle 2 auf der Mittelachse AX positioniert ist.
Das Gehäuse 121 beinhaltet einen halbkugelförmigen Abschnitt 122 und einen oberen Flächenabschnitt, der vorgesehen ist, um den halbkugelförmigen Abschnitt 122 zu verschließen. Das Linsenelement 10, das die Fresnel-Linsenfläche 14 beinhaltet, die so angeordnet ist, dass sie der Lichtaustrittsfläche der Lichtquelle 2 zugewandt ist, ist an einem Mittelabschnitt des oberen Flächenabschnittes angeordnet. Ein Rahmen 123, der einen Außenumfangsabschnitt des Linsenelementes 10 tragt, ist so vorgesehen, dass ein Mittelpunkt der Lichtaustrittsfläche 2a der Lichtquelle 2 mit einer Mittelachse AX des Linsenelementes 10 fluchtet. Der Rahmen 123 weist näherungsweise die Gestalt eines Zylinders auf, dessen Mittelachse mit einer Mittelachse des halbkugelförmigen Abschnittes 122 fluchtet, und ist auf dem oberen Flächenabschnitt des halbkugelförmigen Abschnittes 122 in einem Zustand angeordnet, bei dem das Linsenelement 10 so angeordnet ist, dass es der Lichtquelle 2 zugewandt ist.
Wie zuvor erwähnt, wird beim Linsenelement 10 gemäß der ersten Ausführungs-form, da der ringförmige Linsenabschnitt 15 an einem Außenumfangsabschnitt der Fresnel-Linsenfläche 14 vorgesehen ist, welche die Mehrzahl von ringförmigen Prismen 13 aufweist, die konzentrisch bezüglich der Mittelachse AX angeordnet sind, ein Lichtweg von Licht, das von der Lichtquelle 2 unter einem engen Winkel ausgesendet wird, durch die ringförmigen Prismen 13 verändert, die innerhalb des ringförmigen Linsenabschnittes 15 angeordnet sind, und zwar in Richtung senkrecht zur Mittelachse AX, um zur Lichtaustrittsfläche 12 gelenkt zu werden, und ein Lichtweg von Licht, das von der Lichtquelle 2 unter einem weiten Winkel ausgesendet wird, wird durch den ringförmigen Linsenabschnitt 15 verändert, um zur Lichtaustrittsfläche 12 gelenkt zu werden. Auf diese Weise ist es, da der Lichtweg von Licht, das von der Lichtquelle 2 unter einem weiten Winkel ausgesendet wird, durch den ringförmigen Linsenabschnitt 15 verändert wird, möglich, einen großen Freiraum zwischen dem Linsenelement 10 und dem Substrat 16 außerhalb des ringförmigen Linsenabschnittes 15 zu erzielen und einen Freiraum 19 zu gewährleisten, um darin die Bauteile 17 für den Stromkreis zu montieren.
Wie zuvor erwähnt, beinhaltet die optische Einheit 120 den Linsenabschnitt 10, das Substrat 16, das unterhalb der Lichteinfallsseite 11 des Linsenelementes 10 angeordnet ist, die Lichtquelle 2, die auf dem Substrat 16 angeordnet, ist, den Rahmen 123, der den Außenumfangsabschnitt des Linsenabschnittes 10 trägt, so dass der Mittelpunkt der Lichtaussendefläche 2a der Lichtquelle 2 mit der Mittelachse AX des Linsenelementes 10 fluchtet, und mindestens ein Bauteil 17, das auf dem Substrat 16 montiert ist und innerhalb des Rahmens 123 und unterhalb der Lichteinfallsseite 11 des Linsenelementes 10 angeordnet ist.
Die Lichtaussendefläche 2a der Lichtquelle 2 ist von geringerer Größe als die Fresnel-Linsenfläche 11 des Linsenelementes 10 und ist innerhalb der ringförmigen inneren Fläche 15a des ringförmigen Linsenabschnittes 15 angeordnet, und das mindestens eine Bauteil 17 ist außerhalb des ringförmigen Linsenabschnittes 15 angeordnet.
In der optischen Einheit 120 ist, da das Linsenelement 10, das so angeordnet ist, dass es der Lichtquelle 2 zugewandt ist, den ringförmigen Linsenabschnitt 15 beinhaltet, der Freiraum 19, um beispielsweise das Bauteil 17 für einen Stromkreis als einziges Bauteil anzuordnen, zwischen dem Linsenelement 10 und dem Substrat 16 gewährleistet.
Demzufolge kann die optische Einheit 120 dünner gemacht und insgesamt miniaturisiert werden und hat eine große Nutzungseffizienz von Licht, das von der Lichtquelle 2 ausgesendet wird, und wird in geeigneter Weise für optische Produkte etc. verwendet, beispielsweise Beleuchtungseinrichtungen, Projektoren, Blitzlichter, Frontleuchten oder Heckleuchten für ein Fahrzeug. Außerdem kann in der optischen Einheit 120, sogar wenn die Lichtquelle 2 dadurch ausgebildet ist, dass eine Mehrzahl von LED-Elementen angeordnet sind, eine Farbungleichmäßigkeit der LED-Elemente verhindert werden.
8 zeigt ein Linsenelement gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung. In einer Beschreibung des Linsenelementes 20 gemäß der zweiten Ausführungsform werden lediglich Teile beschrieben, die sich von der ersten Ausführungsform bezüglich des Linsenelementes 20 unterscheiden, und Teile, die denen der ersten Ausführungsform ähnlich sind, tragen identische Bezugszeichen, und eine detaillierte Beschreibung von diesen entfällt.
Beim Linsenelement 10 der ersten Ausführungsform ist der ringförmige Linsenabschnitt 15 am Außenumfangsabschnitt der Fresnel-Linsenfläche 14 vorgesehen. Jedoch gibt es beim Linsenelement 20 einige von der Mehrzahl von ringförmigen Prismen, die außerhalb der ringförmigen äußeren Fläche des ringförmigen Linsenabschnittes angeordnet sind. Mit anderen Worten ist ein ringförmiger Linsenabschnitt 25 an einem Zwischenabschnitt der Fresnel-Linsenfläche 14 zwischen der Mittelachse AX und einem Außenumfangsabschnitt der Fresnel-Linsenfläche 14 vorgesehen, wie in 8 gezeigt. Das heißt beim Linsenelement 20 der zweiten Ausführungsform sind weiter ringförmige Prismen 13 der Fresnel-Linsenfläche 14 außerhalb des ringförmigen Linsenabschnittes 15 vorgesehen.
Der ringförmige Linsenabschnitt 25 beinhaltet eine ringförmige äußere Fläche 25c, um einen Teil von Licht, das in eine ringförmige innere Fläche 25a eintritt, durchzulassen und zu den ringförmigen Prismen 13 zu lenken, die außerhalb des ringförmigen Linsenabschnittes 25 positioniert sind. Die ringförmige äußere Flache 25c weist im Querschnitt eine Fläche parallel zur ringförmigen inneren Fläche 25a auf. Außerdem erstrecken sich ein unteres Ende der ringförmigen inneren Fläche 25a und ein unteres Ende der ringförmigen äußeren Fläche 25c parallel zur Mittelachse AX unterhalb der Lichteinfallsseite 11, und die ringförmige innere Fläche 25a erstreckt sich weiter als die ringförmige äußere Fläche 25c. Eine ringförmige geneigte Fläche 25b ist zwischen der ringförmigen inneren Fläche 25a und der ringförmigen äußeren Fläche 25c angeordnet und verbindet das untere Ende der ringförmigen inneren Flache 25a und das untere Ende der ringförmigen äußeren Fläche 25c, so dass es sich von der ringförmigen inneren Fläche 25a zur ringförmigen äußeren Fläche 25c schräg und nach oben erstreckt. Die ringförmige geneigte Fläche 25b ist eine Reflexionsfläche, die Licht reflektiert, das in die ringförmige innere Fläche 25a eintritt und zur geneigten Fläche 25b gelenkt wird.
Unterdessen ist mindestens ein Bauteil 17 für einen Stromkreis auf dem Substrat 16 unterhalb des Außenumfangsabschnittes der Fresnel-Linsenfläche 14 und bei einem Außenumfangsabschnitt der Lichtquelle 2 montiert, die auf dem Substrat 16 in Richtung senkrecht zur Mittelachse AX montiert ist, ähnlich wie bei der ersten Ausführungsform. Spezieller ist das Bauteil 17 für einen Stromkreis auf dem Substrat 16 so angeordnet, dass es den ringförmigen Prismen 13 gegenüberliegt, die außerhalb des ringförmigen Linsenabschnittes 25 vorgesehen sind.
Mit dem Linsenelement 20, das wie zuvor erwähnt aufgebaut ist, wird Licht L4, das die ringförmige geneigte Fläche 25b erreicht hat, von Licht, das von der Lichtquelle 2 unter einem weiten Winkel bezüglich der Mittelachse AX ausgesendet wurde und in die ringförmige innere Fläche 25a des ringförmigen Linsenabschnittes 25 eingetreten ist, insgesamt auf der ringförmigen geneigten Fläche 25b in Richtung zur Lichtaustrittsfläche 12 reflektiert und von der Lichtaustrittsfläche 12 abgestrahlt.
Andererseits läuft Licht L5, welches die ringförmige äußere Fläche 25c erreicht hat, durch die ringförmige äußere Fläche 25c hindurch, und danach tritt das Licht in eine innere Fläche 13a eines jeden der ringförmigen Prismen 13 ein, die außerhalb des ringförmigen Linsenabschnittes 25 positioniert sind, und wird insgesamt auf einer äußeren Fläche 13b eines jeden der ringförmigen Prismen 13 reflektiert und von der Lichtaustrittsfläche 12 des Linsenelementes 20 abgestrahlt. Mit anderen Worten wird Licht L5, das unter einem weiteren Winkel als Licht L6 ausgesendet wird, welches die ringförmigen Prismen 13 erreicht, die innerhalb des ringförmigen Linsenabschnittes 25 positioniert sind, von Licht, das von der Lichtquelle 2 ausgesendet wird, durch die ringförmige innere Fläche 25a und die ringförmige äußere Fläche 25c des ringförmigen Linsenabschnittes 25 gebrochen und insgesamt an den ringförmigen Prismen 13 reflektiert, die außerhalb des ringförmigen Linsenabschnittes 25 positioniert sind, und wird von der Lichtaustrittsfläche 12 des Linsenelementes 20 abgestrahlt. Außerdem wird Licht L4, das unter einem weiteren Winkel als das Licht L5 ausgesendet wird, von der Lichtaustrittsfläche 12 des Linsenelementes 20 abgestrahlt, und zwar über die ringförmige innere Fläche 25a und die ringförmige geneigte Fläche 25b des ringförmigen Linsenabschnittes 25.
Auf diese Weise ist es, beim Linsenelement 20 gemäß der zweiten Ausführungsform, da der ringförmige Linsenabschnitt 25 ringförmig um die Mittelachse AX bei einem mittleren Abschnitt der Fresnel-Linsenfläche 14 zwischen der Mittelachse AX und einem äußeren Endabschnitt der Fresnel-Linsenfläche 14 vorgesehen ist, möglich, einen Teil der Mehrzahl von ringförmigen Prismen 13 sogar an einer Außenseite des ringförmigen Linsenabschnittes 25 vorzusehen. Außerdem können, da Licht, das in den ringförmigen Linsenabschnitt 25 eingetreten ist, durch die ringförmige innere Fläche 25a und die ringförmige äußere Fläche 25c des ringförmigen Linsenabschnittes 25 gebrochen wird, die ringförmigen Prismen 13, die außerhalb des ringförmigen Linsenabschnittes 25 vorgesehen sind, an einer hohen Position angeordnet sein. Demgemäß ist es, bei einer Position der ringförmigen Prismen 13, die außerhalb des ringförmigen Linsenabschnittes 25 positioniert sind, möglich, einen großen Abstand zwischen der Lichteinfallsseite 11 des Linsenelementes 20 und dem Substrat 16 vorzusehen, und einen großen Freiraum 29 zu gewährleisten, um das Bauteil 17 für einen Stromkreis an einem Außenumfang des ringförmigen Linsenabschnittes 25 unterzubringen.
Außerdem kann, da der ringförmige Linsenabschnitt 25 des Linsenelementes 20 die ringförmige äußere Fläche 25c beinhaltet, die ein Teil des Lichtes, das in die ringförmige innere Fläche 25a eingetreten ist, in Richtung zu den ringförmigen Prismen 13 durchlässt, die außerhalb des ringförmigen Linsenabschnittes 25 in Richtung senkrecht zur Mittelachse AX positioniert sind, der ringförmige Linsenabschnitt 24 innerhalb des äußeren Endabschnittes der Fresnel-Linsenfläche 14 vorgesehen werden und ein weiterer großer Freiraum 29, um das Bauteil 17 für einen Stromkreislauf unterzubringen, kann außerhalb des ringförmigen Linsenabschnittes 25 in Richtung senkrecht zur Mittelachse AX gewährleistet werden. Außerdem ist es, da der Lichtweg von Licht, das durch die ringförmige äußere Fläche 25c des ringförmigen Linsenabschnittes 25 hindurchgeht, durch die ringförmigen Prismen 13 verändert wird, die außerhalb des ringförmigen Linsenabschnittes 25 positioniert sind, und das Licht, dessen Lichtweg verändert wird, von der Lichtaustrittsfläche 12 abgestrahlt wird, möglich, optische Eigenschaften des Linsenelementes zur Geltung zu bringen, sogar wenn ein Freiraum um die Lichtquelle herum genutzt wird.
9 zeigt ein Linsenelement gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung. Beim Linsenelement 30 gemäß der dritten Ausführungsform sind eine Mehrzahl von konvexen Abschnitten 31 auf einem Teil der Lichtaustrittsfläche 12 vorgesehen. Bei der dritten Ausführungsform sind insbesondere die konvexen Abschnitte 31 auf der Lichtaustrittsfläche 12 bei einer Position oberhalb des ringförmigen Linsenabschnittes 15 vorgesehen, der auf der Lichteinfallsseite 11 des Linsenelementes 30 vorgesehen ist. Die konvexen Abschnitte entsprechen einem Außenumfangsabschnitt der Lichtaustrittsfläche 12. Die konvexen Abschnitte 31 haben die Funktion, Streuung und/oder Direktivität von Licht zu steuern, das von der Lichtaustrittsfläche 12 abgestrahlt wird.
Als ein Beispiel der konvexen Abschnitte können beispielsweise eine Mehrzahl von Vorsprüngen, die jeweils elliptische Querschnittform haben, ringförmig auf der Lichtaustrittsfläche 12 angeordnet sein, um abgestrahltes Licht zu streuen. Außerdem sind die konvexen Abschnitte vorzugsweise in asphärischen konvexen oder konkaven Abschnitten ausgebildet. Man beachte, dass als weitere konvexe oder konkave Formen beispielsweise quadratpyramidenartige konvexe oder konkave Abschnitte verwendet werden können.
Beim Linsenelement 30 gemäß der dritten Ausführungsform ist es, da die konvexen Abschnitte 31, welche die Funktion haben, Streuung und/oder Direktivität von Licht zu steuern, auf der Lichtaustrittsfläche 12 ausgebildet sind, ohne Weiteres möglich, Licht auszusenden, dessen Lichtweg durch den ringförmigen Linsenabschnitt 15 verändert wird, um zu der Lichtaustrittsfläche 12 gelenkt zu werden, und zwar mittels der konvexen Abschnitte 31 oder konkaven Abschnitte, die auf der Lichtaustrittsfläche 12 vorgesehen sind, für eine Brechung oder Streuung von Licht mit vorbestimmter Streuung oder Direktivitat. Beispielsweise kann eine Helligkeitsbalance zwischen Licht, dessen Lichtweg verändert wird, um zur Lichtaustrittsfläche 12 mittels des ringförmigen Linsenabschnittes 15 gelenkt zu werden, und Licht, dessen Lichtweg mittels der ringförmigen Prismen 13 der Fresnel-Linsenfläche 14 verändert wird, bei der Lichtaustrittsfläche 12 angepasst werden, und eine Verteilung von abgestrahltem Licht kann angepasst werden.
Unterdessen können konvexe oder konkave Abschnitte auf der Lichtaustrittsfläche 12 des Linsenelementes 30 bei einer Position der Lichtaustrittsfläche vorgesehen sein, die der Mehrzahl von ringförmigen Prismen 13 zugewandt ist, welche auf der Lichteinfallsseite 11 des Linsenelementes 30 vorgesehen sind. In diesem Fall ist es möglich, eine Farbungleichmäßigkeit zu verringern, und zwar stärker als beim Linsenelement 10 des ersten Ausführungsform.
Die konvexen Abschnitte 31 oder konkaven Abschnitte können innerhalb des ringförmigen Linsenabschnittes 15 auf der Lichtaustrittsfläche 12 des Linsenelementes 30 vorgesehen sein. In diesem Fall kann ein größerer Anteil von Licht in einer Umgebung der Mittelachse AX gestreut werden, wo eine Farbungleichmäßigkeit von Licht, das von der Lichtquelle 2 ausgesendet wird, leicht entstehen kann, und eine Farbgleichmäßigkeit kann in effektiver Weise erreicht werden, dadurch, dass ein Grad einer Streuung von Licht, das die konvexen Abschnitte 31 oder konkaven Abschnitte durchläuft, größer ist als bei einem Abschnitt der Lichtaustrittsfläche, bei der die konvexen Abschnitte oder konkaven Abschnitte nicht vorgesehen sind. Außerdem ist es möglich, eine Frontbeleuchtung mit größter Stärke in der Mitte des Linsenelementes zu erzielen, und/oder es ist möglich, eine enge Direktivität bedingt durch eine geringe Streuung in einer Außenumfangsseite des Linsenelementes zu erzielen.
Unterdessen ist, obschon einige Ausführungsformen erläutert wurden, die Erfindung nicht auf diese eingeschränkt, und verschiedene Änderungen und Modifikationen können vorgenommen werden, ohne vom Schutzumfang der Erfindung abzuweichen.
Beispielsweise kann eine optische Schicht, wie beispielsweise einen Diffusionsschicht, um Licht gleichmäßig zu streuen, oder eine anisotrope Diffusionsschicht oder prismatische Schicht, um Licht in einer speziellen Richtung zu streuen oder zu brechen, optional auf der Lichtaustrittsfläche vorgesehen sein. Mit einer derartigen optischen Schicht, die auf der Lichtaustrittsfläche des Linsenelementes angeordnet ist, können konvexe oder konkave Abschnitte, die direkt auf der Lichtaustrittsfläche vorgesehen sind, entfallen. Als derartige optische Schicht ist es zu bevorzugen, dass ein Material gewählt wird, dessen Brechungsindexdifferenz geringer ist als der eines Materials, welches das Linsenelement bildet.
Auf diese Weise wird durch das Vorsehen der optischen Schicht, um Streuung und/oder Direktivität von Licht zu steuern, das durch die Lichtaustrittsfläche des Linsenelementes hindurchgeht, ermöglicht, ohne Weiteres Licht auszusenden, dessen Lichtweg durch die Mehrzahl von ringförmigen Prismen oder den ringförmigen Linsenabschnitt der Presnel-Linsenfläche verändert wird, um zur Lichtaustrittsfläche hin gelenkt zu werden, und zwar durch die Brechung und Streuung der auf der Lichtaustrittsfläche vorgesehenen optischen Schicht mit gewünschter Streuung oder Direktivität.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2010-220089 [0001]
JP 57-55002 A [0004]
JP 59-119340 A [0005]
JP 05-281402 A [0005]
JP 2010-262187 A [0006, 0035]
JP 2011-141450 A [0006, 0035]
US 2010/0284194 A1 [0006]
US 2010/0284144 A1 [0035]

Claims

Linsenelement, aufweisend: eine Mittelachse; eine Lichteinfallsseite, die eine Fresnel-Linsenfläche beinhaltet, welche mit einer Mehrzahl von ringförmigen Prismen versehen ist, die konzentrisch bezüglich der Mittelachse angeordnet sind; und eine Lichtaustrittsfläche gegenüberliegend der Lichteinfallsseite; wobei die Fresnel-Linsenfläche weiter einen ringförmigen Linsenabschnitt beinhaltet, der konzentrisch bezüglich der Mittelachse angeordnet ist und der sich so erstreckt, dass er länger und breiter als die Mehrzahl von ringförmigen Prismen ist.
Linsenelement nach Anspruch 1, wobei der ringförmige Linsenabschnitt an einem Außenumfangsabschnitt der Fresnel-Linsenfläche positioniert ist.
Linsenelement nach Anspruch 1, wobei der ringförmige Linsenabschnitt eine ringförmige innere Fläche und eine ringförmige äußere Fläche beinhaltet, die außerhalb der ringförmigen inneren Fläche positioniert ist; und wobei die ringförmige innere Fläche und die ringförmige äußere Fläche in Kontakt miteinander sind, um eine gemeinsame untere Kante zu bilden und einen spitzen Winkel an der gemeinsamen unteren Kante zu erzeugen.
Linsenelement nach Anspruch 1, wobei die ringförmige innere Fläche und die ringförmige äußere Fläche geneigte Flächen sind, die jeweilige Winkel bezüglich der Mittelachse haben.
Linsenelement nach Anspruch 1, wobei der ringförmige Linsenabschnitt eine ringförmige innere Fläche, eine ringförmige äußere Fläche, die außerhalb der ringförmigen inneren Fläche positioniert ist, und eine ringförmige geneigte Fläche beinhaltet, die ein unteres Ende der ringförmigen inneren Fläche und ein unteres Ende der ringförmigen äußeren Fläche des ringförmigen Linsenabschnittes verbindet.
Linsenelement nach Anspruch 5, wobei die ringförmige innere Flache und die ringförmige äußere Fläche der ringförmigen Linse sich parallel zur Mittelachse und unterhalb der Lichteinfallsseite erstrecken.
Linsenelement nach Anspruch 5, wobei die ringförmige innere Fläche und die ringförmige äußere Fläche des ringförmigen Linsenabschnittes sich parallel zur Mittelachse in Richtung unter die Lichteinfallsseite erstrecken; und wobei die ringförmige innere Fläche sich so erstreckt, dass sie länger als die ringförmige äußere Fläche ist.
Linsenelement nach Anspruch 1, wobei der ringförmige Linsenabschnitt zwischen der Mittelachse und einem Außenumfangskantenabschnitt der Fresnel-Linsenfläche vorgesehen ist und eine ringförmige innere Fläche und eine ringförmige äußere Fläche beinhaltet, die außerhalb der ringförmigen inneren Fläche positioniert ist; und wobei einige der Mehrzahl von ringförmigen Prismen außerhalb der ringförmigen äußeren Fläche des ringförmigen Linsenabschnittes positioniert sind.
Linsenelement nach Anspruch 1, wobei der ringförmige Linsenabschnitt an einem Außenumfangskantenabschnitt der Fresnel-Linsenfläche vorgesehen ist und eine ringförmige innere Fläche und eine ringförmige äußere Fläche beinhaltet, die außerhalb der ringförmigen inneren Fläche positioniert ist; und wobei der Linsenabschnitt Licht durch die ringförmige innere Flache empfängt und das Licht an der ringförmigen äußeren Flache in Richtung zur Lichtaustrittsfläche reflektiert.
Linsenelement nach Anspruch 1, wobei die Lichtaustrittsfläche eine ebene Fläche beinhaltet.
Linsenelement nach Anspruch 10, wobei die ebene Fläche eine Mehrzahl von konvexen Abschnitten beinhaltet, die auf der Lichtaustrittsfläche bei einer Ringposition oberhalb des ringförmigen Linsenabschnittes vorgesehen sind.
Linsenelement nach Anspruch 1, wobei die Mehrzahl von ringförmigen Prismen der Fresnel-Linsenfläche eine durchgehende Fläche aufweisen, die kontinuierlich durch eine konkav geformte Flache und eine erhabene Fläche gebildet ist, welche auf der Mittelachse und in der Mitte der konkav geformten Flache angeordnet ist.
Linsenelement, aufweisend: eine Mittelachse; eine Lichteinfallsseite, die eine Fresnel-Linsenfläche beinhaltet, welche mit einer Mehrzahl von ringförmigen Prismen versehen ist, die konzentrisch bezüglich der Mittelachse auf einer durchgehenden Fläche angeordnet sind, welche kontinuierlich durch eine konkav geformte Fläche und eine erhabene Fläche gebildet ist, die auf der Mittelachse und in der Mitte der konkav geformten Fläche angeordnet ist, eine Lichtaustrittsfläche gegenüberliegend der Lichteinfallsseite; und wobei die Fresnel-Linsenfläche weiter einen ringförmigen Linsenabschnitt beinhaltet, der konzentrisch bezüglich der Mittelachse angeordnet ist und der sich so erstreckt, dass er länger und breiter als die Mehrzahl von ringförmigen Prismen ist; und der ringförmige Linsenabschnitt sich weiter unter die Lichteinfallsseite erstreckt als die erhabene Fläche bei der Mittelachse.
Optische Einheit, aufweisend: das Linsenelement nach Anspruch 1; eine Lichtquelle, die eine Lichtaussendefläche beinhaltet, welche kleiner als die Fresnel-Linsenfläche des Linsenelementes ist; und mindestens ein Bauteil, das unterhalb der Lichteinfallsseite des Linsenelementes angeordnet ist und außerhalb der Lichtquelle und des ringförmigen Linsenabschnittes in Richtung senkrecht zur Mittelachse angeordnet ist.
Optische Einheit, aufweisend: das Linsenelement nach Anspruch 13; ein Substrat, das unterhalb der Lichteinfallsseite des Linsenelementes angeordnet ist; eine Lichtquelle, die eine Lichtaussendefläche beinhaltet, welche kleiner als die Fresnel-Linsenfläche des Linsenelementes ist und auf dem Substrat angeordnet ist; und mindestens ein Bauteil, das auf dem Substrat unterhalb der Lichteinfallsseite des Linsenelementes angeordnet ist und außerhalb der Lichtquelle und des ringförmigen Linsenabschnittes in Richtung senkrecht zur Mittelachse angeordnet ist.
Optische Einheit nach Anspruch 14, wobei das mindestens eine Bauteil unterhalb der Mehrzahl von ringförmigen Prismen angeordnet ist, die in Richtung senkrecht zur Mittelachse außerhalb des ringförmigen Linsenabschnittes positioniert sind.
Optische Einheit nach Anspruch 15, wobei das mindestens eine Bauteil unterhalb der Mehrzahl von ringförmigen Prismen positioniert ist, die in Richtung senkrecht zur Mittelachse außerhalb des ringförmigen Linsenabschnittes positioniert sind.
Optische Einheit, aufweisend: das Linsenelement nach Anspruch 1; ein Substrat, das unterhalb der Lichteinfallsseite des Linsenelementes angeordnet ist; eine Lichtquelle, die eine Lichtaussendefläche beinhaltet und auf dem Substrat vorgesehen ist; einen Rahmen, der einen Außenumfangsabschnitt des Linsenelementes trägt, wobei die Mittelachse des Linsenelementes und ein Mittelpunkt der Lichtaussendefläche der Lichtquelle miteinander übereinstimmen; und mindestens ein Bauteil auf dem Substrat innerhalb des Rahmens unterhalb der Lichteinfallsseite des Linsenelementes vorgesehen ist; die Lichtaussendefläche der Lichtquelle kleiner als die Fresnel-Linsenfläche des Linsenelementes ist und innerhalb der ringförmigen inneren Fläche des ringförmigen Linsenabschnittes in Richtung senkrecht zur Mittelachse positioniert ist; und das mindestens eine Bauteil außerhalb des ringförmigen Linsenabschnittes in Richtung senkrecht zur Mittelachse positioniert ist.
Optische Einheit nach Anspruch 15, weiter aufweisend: einen Rahmen, der einen Außenumfangsabschnitt des Linsenelementes trägt, wobei die Mittelachse des Linsenelementes und eine Mitte der Lichtaussendefläche der Lichtquelle miteinander übereinstimmen.
Linsenelement nach Anspruch 1, wobei der ringförmige Linsenabschnitt eine ringförmige innere Fläche und eine ringförmige äußere Fläche beinhaltet, die außerhalb der ringförmigen inneren Flache positioniert ist; und wobei eine Abfasung zwischen der ringförmigen inneren Fläche und der ringförmigen äußeren Fläche vorgesehen ist.