JP2013238854A - 光学レンズアセンブリ及びその光学デバイス - Google Patents

Abstract

【課題】光学レンズアッセンブリを備えて、電力効率を高めた近接センサを提供する。
【解決手段】光学レンズアセンブリ１００は凸面からなる主レンズ１５４と、該主レンズの外側部分に配置された光学構造１５８とを備え、第１の距離に外部の物体がある時に主レンズ１００からの光がその反射光を受光し、第１の距離より近い第２の距離に外部の物体があるとき、光学構造１５８からの光がその反射光を受光するように構成したことを特徴とする。
【選択図】図１Ａ

Description

近接センサーは、物理的に接触することなく近くの物体の存在を検出するように構成されたセンサーデバイスである。たとえば、近接センサーは、近くにあるものを該近接センサーが検出したことに応答して、電力消費回路をオンまたはオフにするために電子ギアで一般的に使用されている。そのような用途での近接センサーの使用は特に有効である。なぜなら、それらのセンサーは、物理的な接触を行うことなく近接度を検出できるからである。

近接センサーは送信機と受信機を備えている。対象とする特定の方向または特定の距離（だけ離れた地点）に向けて放射を平行化するために光学レンズアセンブリを放射体（放射源ともいう）に結合し、これによって、高電力効率のために該放射を十分に利用できるようにしている。同様に、特定の方向から受信機へと放射を集束させるために光学レンズアセンブリをセンサーに結合することができる。

光学レンズアセンブリを使用することによって電力効率（または出力効率）を高めることができる。しかしながら、光学レンズアセンブリを通過する放射の一部、特に、レンズの外周領域すなわち周辺領域を通過する放射の一部が失われる場合がある。そのままでは失われてしまう放射の向きを変えることが他の用途では望ましい場合がある。

さらに、近接センサーは、通常、予め決められているが比較的遠い距離にある物体を検出するために使用される。しかしながら、用途によっては、近接センサーは、該近接センサーに非常に近い場所にある物体の存在を検出することを要求される場合もある。これは、近接センサー用の光学レンズの設計要件との競合をもたらす場合がある。

光学レンズアセンブリ、放射体ダイ（emitter die：エミッタダイ）及び検出器ダイ（detector die）を単一の本体内に組み込んだ単一の集積デバイスとして、近接センサーを形成することができる。代替的には、予め製造された構成要素から近接センサーを組み立てることができる。たとえば、パッケージ化された発光デバイス及びパッケージ化された検出器から近接センサーを組み立てることができる。別の例では、製造プロセス中に、原材料から光学レンズアセンブリを形成するのではなく、予め製造された光学レンズアセンブリを使用することができる。したがって、近接センサーの光学レンズアセンブリの特徴を、近接センシング（近接感知）以外の用途向けの類似の光学部品を有する他の光学デバイス（光学デバイスは光デバイスともいう）で利用することができる。

（追って補充）

本願の図面には、限定するためのものではない例示的な実施形態が示されている。それらの実施形態は説明のためのものであって、実際のスケールでは描かれていない場合がある。説明及び図面を通じて、同じ参照番号は同様の構成要素を示すために使用されている。

光学構造を有する光学レンズアセンブリの透視図である。 光学レンズアセンブリの上面図である。 図１Ｂに示されている線２−２に沿った光学アセンブリの断面図である。 図１Ｃに示されている光学構造の拡大図である。 近接センシングにおいて光を通過させるために、光学レンズアセンブリがどのように構成されているかを示している。 とがったエッジ（端）を有する代替の光学構造を示している。 一方の側に平面を有し、他方の側に曲面を有する代替の光学構造を示している。 光学構造を有するレンズを備える発光デバイスの断面図である。 側壁を有する発光デバイスの断面図である。 レンズフランジ（lens flange）に配置された光学構造を有するレンズを備える発光デバイスの断面図である。 エアギャップと、レンズのフランジに光学的に結合した光学構造とを有する発光デバイスの断面図である。 ベース部に配置された光ガイドを有する発光デバイスの断面図である。 中央部分と外側部分を有するレンズを備える近接センサーのブロック図である。 光学構造を有するレンズを備える近接センサーを示している。

図１Ａ〜図１Ｅは、光学レンズアセンブリ１００の１実施形態を示している。光学レンズアセンブリ１００を、実質上透明なガラス、エポキシ樹脂もしくはシリコーンから作ることができる。光学レンズアセンブリ１００を、放射を所定の方向に向けるように、または、放射の向きを変えるように、または、放射を平行化するように構成することができ、この場合、放射は、たとえば、発光ダイオード（以下、LEDという）によって放射された可視光、または、紫外光源もしくは赤外光源によって放射された不可視光である。「光」または「放射」という用語は特定のタイプの電磁波のみを意味するものとして狭く解釈される場合があるが、本明細書では、特定のタイプの光もしくは放射について言及しているときにも、別段の明示がない限り、可能性のある他の全ての電磁波が考慮されていることに留意されたい。文字通りには、光は、人間の目に見える放射を意味するが、「光」という用語が考慮されているときには、たとえば、紫外線、赤外線、及びその他の目に見えない放射も含まれる。

図１Ａに示すように、光学レンズアセンブリ１００は、主レンズ１５４と光学構造１５８を備えている。オプションとして、光学レンズアセンブリ１００は、ベース部（基部ともいう）１５２と、該ベース部１５２によって画定されるレンズフランジ１５３を備えることができる。レンズアセンブリ１００を通過する放射のかなりの部分乃至大部分を（所定の方向に）導くように、主レンズ１５４を構成することができる。たとえば、１実施形態では、光学レンズアセンブリ１００を通過する全放射の約５０％以上を所定の方向に向けて送るように、主レンズ１５４を構成することができる。さらに別の実施形態では、光学レンズアセンブリ１００を通過する全放射の約８０％以上を所定の方向に向けて送るように、主レンズ１５４を構成することができる。

図１Ａを参照すると、主レンズ１５４は、レンズアセンブリ１００の内心に（たとえば、アセンブリ１００の中心軸を中心軸として）配置されている。主レンズ１５４は、曲面（ある曲率を有する面）、たとえば、方向１９０に向かって光を平行にするように構成された凸面を画定することができる。主レンズ１５４は、接線１８２を有する頂点１８０を含むことができる。接線１８２は方向１９０に実質的に垂直でありうる。したがって、図１Ａに示すように、接線１８２は、ベース部１５２の平面に実質的に平行でありうる。別の実施形態では、接線１８２は、ベース部１５２の平面に平行ではない方向を向くようにされている場合がある。図１Ａに示す実施形態では、主レンズ１５４は、ほぼドーム形の形状を画定し、主レンズ１５４の頂点１８０は、該ドーム形の頂上を表している。

主レンズ１５４は、中心軸１８１に関して実質的に軸対称でありうる。オプションとして、レンズアセンブリ１００全体も、中心軸１８１に関して実質的に軸対称でありうる。頂点１８０は、方向１９０の方向に伸びる中心軸１８１上にありうる。同様に、図１Ｂに示すように、光学構造１５８は、中心軸１８１と一致させることができる曲率中心１８４に関して軸対称でありうる。

図１Ｃに示すように、光学構造１５８を、主レンズ１５４に隣接する外周部（または周辺部）において、中心軸１８１から所定の距離ｒだけ離れたところに配置することができる。この所定の距離ｒを、光学構造１５８の中心を表す頂点１８６から、中心軸１８１に垂直な方向に沿った、中心軸１８１までの距離として測定することができる。主レンズ１５４は、中心軸１８１近辺の領域に対しては比較的効率よく放射を送ることができるが、外周領域、すなわち、所定の距離ｒのところにある領域に対してはそれより低い効率で放射を送る。そのままでは失われてしまう場合がある放射を、特定の用途では対象とされうる別の第２の位置（不図示）に向けて送るように、外周部に配置されている光学構造１５８を構成することができる。実施形態の光学構造１５８は、対象とする第２の位置（不図示）に依存して、軸対称ではなく、単なる湾曲部（不図示）か、直線状構造（不図示）か、または、第２の位置（不図示）に向けて光を送るように構成された、レンズアセンブリ１００の一部分に配置された他の形状を画定する構造でありうる。１実施形態では、該湾曲部（不図示）を、中心軸１８１から離れて配置された曲率中心１８４を有する実質上半円形とすることができる。

図１Ｃに示されている実施形態では、主レンズ１５４は、図１Ｃに示されているように、中心軸１８１から湾曲部まで測った距離とすることができる半径Ｒを有している。半径Ｒを、レンズ１５４の曲率半径と混同しないように留意されたい。主レンズ１５４は実質上ドーム形状を有することができる。光学構造１５８を、中心軸から、半径Ｒの少なくともおよそ１０分の４のところに配置することができる。このような距離だけ中心から離すことによって、主レンズ１５４のフォームファクター（form factor：形状乃至サイズ）を保持することができる。この側面は、空間が制約される場合がある用途では有用である。別の実施形態では、主レンズ１５４の中心軸１８１からの所定の距離ｒを、半径Ｒの少なくともおよそ１０分の７とすることによって、レンズアセンブリ１００を通る放射のかなりの量乃至大部分が、主レンズ１５４を通って方向１９０に向かって送られるようにすることができる。

光学構造１５８は、図１Ｄに示されているように突出部を画定することができる。代替的には、光学構造１５８が、光を導くように構成された平面形状またはプリズム形状などの他の何らかの形状を画定するようにしてもよい。図１Ｄに示されている実施形態では、突き出た光学構造１５８は、第２の軸１８３に沿って長手方向（図では縦方向）に伸びている。突き出た光学構造１５８は、先端部が丸められた頂点１８６を有することができ、該頂点を通って第２の軸１８３が伸びることができる。第２の軸１８３を、中心軸１８１と実質的に平行にすることができる。突き出た光学構造１５８は、第２の軸１８３に沿って頂点１８６から主レンズ１５４のポイント１８７まで測った距離とすることができる長手方向（すなわち縦方向）に沿った寸法ｈ（以下、長手方向寸法ｈという）を有することができる。図１Ｄに示されているように、ポイント１８７を、点線１８９に沿って示されている主レンズ１５４の表面に配置することができる。

光学構造１５８の存在が、レンズアセンブリ１００の頑健性（ロバスト性）及び信頼性性能に影響を与えないようにするために、光学構造１５８のフォームファクターについて設計上別途の考慮が必要となりうる。これ以外にも、いくつかの用途では、光学構造１５８は、レンズアセンブリ１００の機能サイズ（feature size）乃至形状並びにフォームファクターを大きくは変えないことが望ましい場合がある。たとえば、光学構造１５８がレンズアセンブリ１００から大きくはみ出して突き出ている場合を考える。この場合は、光学構造１５８は壊れやすく、レンズアセンブリ１００のフォームファクターは、主レンズ１５４ではなく光学構造１５８によって決まるであろう。

他の例を、図１Ｄの実施形態に示されている長手方向寸法ｈに関連付けることができる。主レンズ１５４が該主レンズ１５４の中心軸１８１に沿って伸びる厚み（厚さの寸法）Ｈを有している場合には、オプションとして、突出部の長手方向寸法ｈを、主レンズ１５４の中心軸１８１に沿って伸びる厚みＨの約半分よりも小さくすることができる。たとえば、別の実施形態では、長手方向寸法ｈを厚みＨの１５％とすることができる。

空間が制約される場合がある別の例について考える。主レンズ１５４は、該主レンズ１５４の中心軸１８１に沿って伸びる厚み（厚さの寸法）Ｈを有することができる。オプションとして、主レンズ１５４の中心軸１８１の外部の任意の場所において、中心軸１８１に実質的に平行な方向にとった別の厚みＨ’を、厚みＨよりも小さくなるようにすることができる。図１Ｄに示されている実施形態では、オプションとして、突出部の長手方向寸法ｈを厚みＨの約１／４よりも小さくすることによって、光学構造１５８がある場合とない場合とで、レンズアセンブリ１００のフォームファクター全体が、ほぼ同じに維持されるようにすることができる。

別の実施形態では、光学レンズアセンブリ１００は、光学レンズアセンブリ１００の中心軸１８１に実質的に垂直に伸びている直径Ｄを有することができる。直径Ｄは広く解釈されるべきであって、円形のレンズアセンブリ１００に限定して解釈されるべきではない。たとえば、レンズアセンブリ１００の形状が不規則である場合には、直径Ｄは、中心軸１８１に垂直な方向に沿った最大の測定値とされる。レンズアセンブリ１００がフランジ１５３を有しているようないくつかの状況では、直径Ｄを、主レンズ１５４の半径Ｒの２倍より大きくすることができる。主レンズ１５４の中心軸１８１から光学構造１５８の頂点１８６まで伸びる所定の距離ｒを、光学レンズアセンブリ１００の直径Ｄの約半分よりも小さくすることによって、光学構造１５８が、レンズアセンブリ１００を超えてはみ出さないようにすることができる。さらに別の実施形態では、所定の距離ｒを、レンズアセンブリ１００の直径Ｄの約４５％よりも小さくすることができる。

図１Ｅに示すように、光学レンズアセンブリ１００を、近接センサー（不図示）へと光を導くように構成することができる。図１Ｅの実施形態には、放射体１３０、検出器１４０、及び光学レンズアセンブリ１００などのいくつかの重要な要素が示されている。光学レンズアセンブリ１００を、放射体１３０または検出器１４０に光学的に結合することができる。放射体１３０を、第１の方向１９０に第１の距離Ｄ１だけ離れたところへと放射を放出するように構成することができ、この場合、該放射には、可視光及び不可視光、並びに、任意の他の電磁放射を含めることができる。外部の物体１９１が第１の距離Ｄ１のところに配置されているときは、放射は、放射体１３０に通常は隣接して配置されている検出器１４０に向かって反射されるだろう。反射という用語には、乱反射（または散乱反射）と鏡面反射の両方を含めることができる。第１の距離Ｄ１だけ離れた地点は、通常は、放射体１３０からかなり遠く離れたところにある。

主レンズ１５４は、放射のかなりの量乃至大部分を、方向１９０の方向に第１の距離Ｄ１だけ離れたところ向けて送るように構成されているので、特定の他の方向（たとえば、方向１９０から４０°を超える角度範囲内にある方向）に対して送られる放射の量は比較的少ない場合がある。ギャップ（すき間）を光学構造１５８でふさぐことができる。図１Ｅに示されているように、光学構造１５８は、放射の大部分を方向１９０に向けて送る一方で、第２の距離Ｄ２だけ離れたところを向いた第２の方向１９２へと放射を送るように構成されている。図１Ｅに示されている実施形態では、第２の方向１９２と方向１９０のなす角度が４０°を超えるように該第２の方向１９２を設定することができる。外部の物体１９３が第２の距離Ｄ２だけ離れたところに配置されているかもしくは存在する場合には、放射を検出器１４０へと反射することができる。

第２の方向１９２、及び第２の距離Ｄ２だけ離れたところ（または、第２の方向１９２に沿って第２の距離Ｄ２だけ離れたところ）が主レンズ１５４の視野外にある場合がある。その場合には、主レンズ１５４が、放射を第２の方向１９２にも第２の距離Ｄ２だけ離れたところにも送らないようにすることができる。しかしながら、別の実施形態では、第２の方向１９２、及び第２の距離Ｄ２だけ離れたところ（または、第２の方向２１９に沿って第２の距離Ｄ２だけ離れたところ）は主レンズ１５４の視野内にある。この場合、主レンズ１５４は、いくらかの量の放射を第２の方向１９２及び第２の距離Ｄ２だけ離れたところに向けて送るが、該放射は（その量が）不十分かまたは（その強度が）弱すぎて検出器１４０では検出できない場合ある。いくつかの用途では、図１Ｅの実施形態に示されているように、第２の距離Ｄ２だけ離れたところで検出される外部の物体１９３が、第１の距離Ｄ１だけ離れたところにある物体よりも非常に小さい場合がある。ずっと遠くにある第１の距離Ｄ１だけ離れたところで検出されることになる外部の物体１９１は、指や手などの人間の体の比較的大きな部分でありえ、一方、第２の距離Ｄ２だけ離れたところで検出されることになる外部の物体１９３は、レンズアセンブリ１００の近くにある髪の毛、ごみ、ちり、または、他の類似の微小な物体でありうる。ごみやちりを検出することは、クリーンルーム環境では有用でありうる。

図１Ｅに示す実施形態では、第１の距離Ｄ１及び第２の距離Ｄ２を、主レンズ１５４の頂点１８０を基準点として該基準点からの距離とすることができる。しかしながら、該基準点をレンズアセンブリ１００の任意の部分から選ぶことができるように、第１の距離Ｄ１を第２の距離Ｄ２よりもかなり（もしくは十分に）大きくすることができる。１実施形態では、第１の距離Ｄ１をレンズアセンブリ１００の頂点１８０から少なくとも１０ｍｍとすることができ、一方、第２の距離Ｄ２をレンズアセンブリ１００の頂点から２ｍｍ未満とすることができる。別の実施形態では、第２の距離Ｄ２を第１の距離Ｄ１の約５％未満とすることができる。さらに別の実施形態では、第２の距離Ｄ２を第１の距離Ｄ１の約０．１％未満とすることができる。

放射体１３０及び検出器１４０（のサイズ乃至寸法）は、第１の距離Ｄ１よりも小さいので、放射体１３０または検出器１４０の任意の部分から基準点を選択することもできる。たとえば、１実施形態では、放射体１３０及び検出器１４０のサイズは１ｍｍ×１ｍｍ未満であるが、第１の距離Ｄ１は約２０ｍｍであり、一方、第２の距離Ｄ２は約１ｍｍまたはそれ以下である。別の実施形態では、放射体１３０と検出器１４０との間の距離は第１の距離Ｄ１よりも小さい。絶対的な測定値は、基準点に依存しうるが、基準点をどこにとるかの選択に関係なく、第１の距離Ｄ１を第２の距離Ｄ２よりも大きいままとすることができる。

図２及び図３は、図１Ｃに示されている光学構造１５８の代替の実施形態を示している。たとえば、図２では、光学構造２５８は平面（平坦な表面）を有している。したがって、光学構造２５８の頂点２８６を鋭くする（すなわち、とがらせる）ことができる。一方、図３に示されている光学構造３５８は、（先の）とがった頂点３８６の一方の側にある曲面と別の側にある平面の組み合わせを有している。光学構造３５８を、頂点３８６を通って伸びる軸３８３に沿って長手方向（図では縦方向）に突き出るようにすることができる。光学構造３５８の軸３８３は、主レンズ３５４の中心軸（不図示）に平行でなくてもよい。

図１の実施形態に示されている光学レンズアセンブリ１００を、可視光と不可視光の両方に対応する発光デバイスや近接センサーや他の光学デバイスに使用することができる。図４は、本体４２０、本体４２０の平坦な表面４２２に配置された放射体４３０、及び、光を導くためのレンズアセンブリ４５０を備える発光デバイス４００の実施形態を示している。放射体４３０を、半導体ベースのLED、または、電磁放射を放出することができる他の光源とすることができる。「光」という用語を使用しているが、前述したように、本明細書における「光」には、赤外線放射や紫外線放射（ただし、これらの放射には限定されない）を含む他の不可視の放射も含まれる。

本体４２０は、ある構造体またはベース部（すなわち、基部乃至台座部分）であり、放射体４３０の他の構成要素を支持するための構造を提供することができる。図４に示す実施形態では、本体４２０は、プラスチック（もしくは合成樹脂）またはセラミックから成形することができ、または、初めは液状であるが、その後、製造プロセスの終わりに近づくにつれて固体状態に硬化される封入剤（もしくはカプセルの材料）から作られる他の任意の材料から成形することができる。別の実施形態では、本体４２０を、プリント回路基板や他の材料などの平坦な基板とすることができる。

光学レンズアセンブリ４５０を、製造プロセスの初期の段階において封入剤が液状であるときに放射体４３０を封入するように構成することができるシリコーン、エポキシ（樹脂）もしくは他の材料などの該封入剤から作ることができる。製造プロセスの後半部で、該封入剤を成形して固体状態に硬化させることができる。オプションとして、光学レンズアセンブリ４５０を、放射体４３０を封入せずに放射体４３０とは別個に作って、放射体４３０に光学的に結合することができる。たとえば、光学レンズアセンブリ４５０を、放射体４３０に直接接触させずに、エアギャップ（不図示）によって該放射体から分離することができる。

図４に示されているように、光学レンズアセンブリ４５０は、ドーム形の主レンズ４５４、及び、レンズアセンブリ４５０の外周部に配置されている光学構造４５８を備えることができる。主レンズ４５４を、主レンズ４５４の頂点４８０を超えて伸びる中心軸４８１のまわりにほぼ（または実質的に）軸対称とすることができる。オプションとして、レンズアセンブリ４５０は、レンズフランジ４５３を画定することができるベース部４５２をさらに備えることができる。レンズフランジ４５３は、実施形態に依存して、光学特性を呈する場合があり、また、本体４２０によって完全に覆われる場合もあれば完全には覆われない場合もある。レンズフランジ４５３を、外部の物体（不図示）に光を当てるために、放射体４３０から出た光を取り出す（または抜き出す）ように構成することができる。

放射体４３０から放出された光のかなりの量もしくは大部分を、光線４９９で示されているように第１の距離Ｄ１だけ離れたところに向けて送るように、主レンズ４５４を構成することができ、一方、光線４９８で示されているように、第２の距離Ｄ２だけ離れたところに向けて光を送るように、光学構造４５８を構成することができる。第１の距離Ｄ１及び第２の距離Ｄ２は、レンズアセンブリ４５０の頂点４８０などの共通の基準点から伸びることができる。初めは頂点４８０から離れる方向に向けて送られる光線４９８などの光が、レンズアセンブリ４５０に近い第２の距離Ｄ２だけ離れたところへと向きを変えて送られるように、光学構造４５８の形状を形成することができる。いくつかの実施形態では、光学構造４５８には、さらに遠くに光を送ることに関していくつかの制約がある。これは、光学構造４５８を通過する光の強度が、そのようなより遠く離れたところで十分有効に使用するには不十分な場合があるからである。

発光デバイス４００を近接センサー（不図示）用の構成において使用することができ、その場合、外部の物体（不図示）が第１の距離Ｄ１または第２の距離Ｄ２だけ離れたところに配置されているときには、発光デバイス４００から放出された光が反射して、該反射した光を検出器（不図示）で検出できるように、該検出器（不図示）を該発光デバイス４００に隣接して（または該デバイス４００の近傍に）配置することができる。第１の距離Ｄ１及び第２の距離Ｄ２を、発光デバイスの任意の部分、たとえば、発光デバイスの平坦な表面（平面）４２２、にある基準点から測ったものとすることができる。

図５は、図４に示されている発光デバイス４００によく似た代替の実施形態による発光デバイス５００を示している。発光デバイス５００は、本体５２０、放射体５３０、主レンズ５５４、及び、光学構造５５８を備えている。しかしながら、発光デバイス５００は、発光デバイス５００の本体５２０が反射面５２４を有している点で発光デバイス４００とは少なくとも異なる。本体５２０に設けられた反射面５２４を、第２の距離（不図示）だけ離れたところに向けて光を送るための第２の光学構造とすることができる。主レンズ５５４は、第１の距離（不図示）だけ離れたところに向けて光線５９９などの光を送るように構成されている。光学構造５５８は、第２の距離（不図示）だけ離れたところに向けて光線５９８などの光を送るように構成されている。光学構造５５８に加えて、反射面５２４を、光線５９７で示されているように、第２の距離（不図示）だけ離れたところに向けて光を送るように構成することもできる。光線５９７を、レンズフランジ５５３を通過させ、その後、反射面５２４によって第２の距離（不図示）だけ離れたところに向かって反射させることができる。

図６は、本体６２０、放射体６３０、主レンズ６５４、及び、レンズフランジ６５３を画定するベース部６５２を備える発光デバイス６００の実施形態を示している。発光デバイス６００は、光学表面（光学面ともいう）を画定する光学構造６５８をさらに備えることができる。前述の実施形態と同様に、第１の距離（不図示）だけ離れたところに向けて光線６９９などの光を送るように、主レンズ６５４を構成することができ、一方、第２の距離（不図示）だけ離れたところに向けて光を送るように、光学構造６５８を構成することができる。別の実施形態において同様の目的を達成するために、別の実施形態では、光学構造６５８の向きまたは形状は異なる場合がある。たとえば、光学構造６５８は平面ではなく曲面の場合がある。

２つの異なる方向に光を導くように光学構造６５８を構成することができる。たとえば、光学構造６５８は、光線６９８で示されているように、第２の距離（不図示）だけ離れたところに向けて光を送るように構成することができる複数の微小光学構造（マイクロ光学構造ともいう）６５６を有する表面を画定することができる。代替的には、光学構造６５８は、反射面６２２などの第２の光学構造に向けて光を送ることができる。光線６９７で示されているように、反射面６２２が第２の距離（不図示）だけ離れたところに向けて（光学構造６５８によって送られてきた）光を反射するように該反射面６２２を構成できるように、光学構造６５８（の導光構造）を構成することができる。別の実施形態では、光学構造６５８は、光を導くように構成された何らかのサブ構造（不図示）を有するテクスチャパターン（たとえば表面模様のパターン）を画定することができる。

図７は、エアギャップ（空隙）７２５を有する発光デバイス７００の実施形態を示している。発光デバイス７００は、プリント回路基板またはリードフレームから作ることができる本体７２０、放射体７３０、並びに、ベース部７５２及び主レンズ７５４を有する光学レンズアセンブリ７５０を備えている。主レンズ７５４は、ほぼドーム形の形状を画定している。ベース部７５２は、光学特性を有することができるレンズフランジ７５３を画定することができる。レンズフランジ７５３を、本体７２０の平坦な面にほぼ垂直な方向に光を伝送するように構成することができる。別の実施形態では、レンズフランジ７５３は、該レンズフランジ７５３から任意の方向に照明用の光が出るように光を取り出すことができる。発光デバイス７００は、レンズフランジ７５３に取り付けることができる光学構造７５８をさらに備えることができる。光学構造７５８をレンズフランジ７５３に光学的に結合することができる。光学構造７５８を、主レンズ７５４及びベース部７５２と共に成形されたレンズアセンブリ７５０の一部とすることができ、あるいはその代わりに、レンズフランジ７５３に接着もしくは取り付けることができる本体７２０の一部とすることができる。

光学構造７５８は、レンズフランジ７５３を通過した光を第２の距離（不図示）だけ離れたところに向けるかまたは反射するように動作することができる。光学構造７５８を主レンズ７５４のより近くに配置できるように、主レンズ７５４の外縁の一部分７５５を除去することができる。さらに、主レンズ７５４は光学表面７５７を画定することができる。光線７９７で示されているように、光学表面７５７を通って光学構造７５８に送られる光を第２の距離（不図示）だけ離れたところに向けて送ることができるような角度をなすように、光学表面７５７を配置することができる。同様に、光線７９８で示されているように、主レンズ７５４を通過せずにレンズフランジ７５３を通って光学構造７５８に到達する光を、該第２の距離（不図示）だけ離れたところに向けて送るように、光学構造７５８を構成することができる。

図８に示されている実施形態は、基板８２０、放射体８３０、該放射体８３０に光学的に結合されているレンズアセンブリ８５０を備える代替の発光デバイス８００を示している。レンズアセンブリ８５０は、主レンズ部８５４、ベース部８５２、及び、レンズフランジ８５３を備えている。一方、光学構造８５８をベース部８５２の中に形成することができる。光学構造８５８を、光線８９７で示されているように、第２の距離（不図示）だけ離れたところに向けて光を導くように配置乃至構成することができる光ガイド（または光導波路）とすることができる。光学構造８５８を、ベース部８５２に設けられた空間乃至空隙によって画定することができる２つの平行な反射面８５９とすることができる。図８の実施形態に示されているように、光学構造８５８を、レンズアセンブリ８５０の外周部乃至周辺部に配置することができる。光学構造８５８は、発光デバイス８００の上面図（不図示）において湾曲した形状乃至曲線形状または円形形状を画定することができる。

図９は、光学デバイス９００のブロック図である。光学デバイス９００を、近接センサー、または、放射体及び検出器を有する他のデバイスとすることができる。１実施形態では、光学デバイス９００を、近接センサーを内蔵した携帯電話もしくはタブレットなどのモバイル機器とすることができる。図９に示されている実施形態では、光学デバイス９００は、放射体９３０、放射体９３０に結合されているレンズアセンブリ９５０、及び、放射体９３０から放出された放射を検出するように構成された検出器９４０を備えている。追加の光学レンズ（不図示）を検出器９４０に結合することができる。別の実施形態では、光学レンズアセンブリ９５０を、放射体９３０ではなく検出器９４０に結合することができる。光学レンズアセンブリ９５０を、他の実施形態で説明されている光学レンズアセンブリのうちの１つとすることができる。

光学レンズアセンブリ９５０は、外側部分９５２及び中心部分９５４を有することができる。外側部分９５２を、レンズフランジ、または、レンズアセンブリ９５０の外周部分とすることができる。中心部分９５４を、光線９９９で示されているように、基準面９８８から第１の距離Ｄ１だけ離れたところに向かう方向に、放射のかなりの部分もしくは大部分を平行化するように構成された主レンズとすることができる。ただし、外部の物体９９１が、第１の距離Ｄ１だけ離れたところに配置されているか、または、基準面９８８から第１の距離Ｄ１と基準面９８８から第２の距離Ｄ２との間の距離に配置されているときには、放射は、光線９９８で示されているように、該外部の物体９９１から反射されうる。

基準面９８８を近接センサー９００の任意の部分から選ぶことができるように、第２の距離Ｄ２は第１の距離Ｄ１よりもかなり（または十分に）短い。図９では、基準面９８８は、検出器９４０の表面から選ばれているが、別の実施形態では、基準面９８８を、レンズアセンブリ９５０の表面、または、放射体９３０の表面から選ぶことができる。該ブロック図の距離Ｄ１及びＤ２、並びに、レンズアセンブリ９５０と放射体９３０と検出器９４０の相対的なサイズは、実際のスケールのとおりには描かれていない。放射体９３０、検出器９４０、及びレンズアセンブリ９５０のサイズ乃至寸法を、距離Ｄ１及びＤ２よりも小さくすることができる。別の実施形態では、放射体９３０、検出器９４０、及びレンズアセンブリ９５０のサイズ乃至寸法を、第１の距離Ｄ１よりは小さいが、第２の距離Ｄ２とはほぼ同等とすることができる。さらに、放射体９３０と検出器９４０間の距離Ｄ３を、距離Ｄ１よりも小さくすることもできる。

多くの状況において、レンズアセンブリ９５０の外側部分９５２に入る放射を近接センシングのために十分に利用できない場合がある。たとえば、レンズアセンブリ９５０の湾曲部乃至曲率は、光線が第１の距離Ｄ１または第２の距離Ｄ２のところに到達できるようにする程度に該光線を曲げることができない（この状況は光線９９７で示されている）場合がある。別の実施形態では、光学構造９５８などの追加の光学的特徴部がレンズアセンブリ９５０に追加されない限り、中心部分９５４によって第２の距離Ｄ２だけ離れたところに向けて送られる放射の強度は、検出器９４０では検出されないほど低い場合がある。たとえば、光学レンズアセンブリ９５０は、光線９９６などの放射を利用するために、レンズアセンブリ９５０の外側部分９５２に接続された光学構造９５８をさらに備えることができる。

図９の実施形態において光線９９６で示されているように、外側部分９５２から光学構造９５８に入る放射は、光学構造９５８によって第２の距離Ｄ２だけ離れたところに向けて送られ、これによって、外部の物体９９３が該第２の距離Ｄ２のところに配置されているときには、該放射を検出器９４０に向かって反射できるようになっている。光学構造９５８を、より多くの光が検出器９４０に向かう角度に光を向けるように構成することによって、遠くにある物体から散乱された光だけではなく、それよりずっと近くにある物体から散乱された光も検出器９４０によって検出することが可能になる。これは、携帯電話などのモバイル機器には有用な場合がある。たとえば、ユーザーの体の一部の実際の動きを検出するために、レンズアセンブリ９５０のかなりの部分もしくは大部分を、光学デバイス９００から数センチメートル伸びた所定の距離Ｄ１のところに光を導くように構成することができる。一方、光学構造９５８を、光学デバイス９００から５ｍｍ未満の距離に存在しうる髪の毛またはそれより小さい物体を検出するように構成することができる。

図１０は、近接センサー１０００の１実施形態を示している。近接センサー１０００は、本体１０２０、放射体１０３０、検出器１０４０、放射体１０３０に結合している第１の光学レンズアセンブリ１０５０、及び、検出器１０４０に結合している第２の光学レンズアセンブリ１０６０を備えている。放射体１０３０と検出器１０４０の間の光の直接伝送を阻止することができる。たとえば、放射体１０３０と検出器１０４０を本体１０２０によって光学的に分離することができ、これによって、外部の物体１０９１または１０９３を第１の距離Ｄ１と第２の距離Ｄ２（Ｄ１とＤ２の各々は、光学レンズアセンブリ１０５０上の基準点から伸びている）の間の距離のところに配置できるときには、検出器１０４０が放射体１０３０によって放出された放射を外部の物体１０９１または１０９３からの反射を通じて受け取って検出するように、該検出器１０４０を配置することができる。

第１の光学レンズアセンブリ１０５０は、放射体１０３０から放出された放射のうちのかなりの量もしくは大部分を、基準点からかなり遠くにある第１の距離Ｄ１だけ離れたところに向かう方向に送るように構成されている。一方、第１のレンズアセンブリ１０５０の外周部にある光学構造１０５８は、該放射を、第２の距離Ｄ２だけ離れたところに向かう方向に送るように構成されている。図１０では、基準点は、第１のレンズアセンブリ１０５０の中心軸１０８１に沿って伸びている頂点１０８０上にある。別の実施形態では、第１の光学レンズアセンブリ１０５０と第２の光学レンズアセンブリ１０６０の配置関係を逆にすることができる。さらに別の実施形態では、第１のレンズアセンブリ１０５０及び第２のレンズアセンブリ１０６０は、同一の特性または互いに異なる特性を有する光学構造１０５８を備えることができる。

異なるそれぞれの側面、実施形態または実施例は、以下の利点のうちの１つ以上を奏することができる（ただし、必ずしもその必要はない）。たとえば、レンズのサイズ及びフォームファクターは、光学構造を有していても有していなくてもほぼ同じであり、それらのサイズ及びフォームファクターは、光学構造を有していないレンズを備えているデバイスに対して、光学構造を有するレンズをドロップイン交換品（たとえば、光学構造を有していない該レンズの代替として差し替えて使用できる部品）として使用することを可能にする。もう１つの利点は、光学構造に起因する主レンズの機能への影響が実質的にない状態で、主レンズ以外の二次的な場所に光を送る該光学構造によって追加の機能が可能になることである。

本発明の特定の実施形態を説明し及び図示したが、本発明は、そのように説明し及び図示した部分乃至部品の特定の形態や配置には限定されない。図面及び説明は狭く解釈されるべきではない。たとえば、発光デバイス及び近接センサーに関して説明されている光学レンズアセンブリの代替の実施形態は、それらのデバイス及びセンサーでの使用に限定されず、独立型の光学レンズでも使用することができ、または、近接センサー以外のデバイスでも使用することができる。光を例示したが、可能性のある用途では他の電磁放射も含まれる場合がある。説明したものの組み合わせや他の変形形態も考慮されるべきである。本明細書で開示した実施形態は説明のためのものであり、それらの実施形態は図面において実際のスケール（または縮尺）では描かれていない場合がある。本発明の範囲は、特許請求の範囲及びそれの等価物によって画定される。

Claims (20)

1. 放射体から放出された放射を導くための光学レンズアセンブリであって、
   頂点と、該頂点の接線に実質的に垂直な方向に該頂点を通って伸びる中心軸とを有する主レンズと、
   前記中心軸から所定の距離だけ離れたところに配置された光学構造
   を備え、
   前記主レンズは、前記放射体からの第１の放射を前記光学レンズアセンブリの前記頂点から第１の距離だけ離れたところに向けて送るように構成されており、これによって、外部の物体が前記第１の距離だけ離れたところに配置されているときに、前記第１の放射が前記放射体に隣接して配置された検出器へと反射されるようになっており、
   前記光学構造は、前記放射体からの第２の放射を、前記光学レンズアセンブリの前記頂点から第２の距離だけ離れたところに向けて送るように構成されており、前記第２の距離は前記第１の距離よりもかなり短く、このため、前記外部の物体が前記第２の距離だけ離れたところに配置されているときに、前記第２の放射が前記検出器へと反射されるようになっている、光学レンズアセンブリ。
2. 前記光学レンズアセンブリは、前記中心軸に沿った厚さＨを有し、
   前記光学構造は、前記光学レンズアセンブリの厚さＨの約半分より小さい長手方向寸法ｈを有する突出部を画定する、請求項１の光学レンズアセンブリ。
3. 前記突出部は丸められた頂点を有する、請求項２の光学レンズアセンブリ。
4. 前記光学構造は、ある曲率中心を有する湾曲部を画定し、
   前記曲率中心は、前記主レンズの前記中心軸上または該中心軸の近傍にある、請求項１の光学レンズアセンブリ。
5. 前記光学構造は、前記放射を導くように構成された平坦な光学表面を画定する、請求項１の光学レンズアセンブリ。
6. 前記光学構造は、前記放射を導くように構成された微小光学構造を有する、請求項１の光学レンズアセンブリ。
7. 前記第２の距離は、前記第１の距離の約５％よりも短い、請求項１の光学レンズアセンブリ。
8. 前記第２の距離は約２ミリメートルよりも短い、請求項１の光学レンズアセンブリ。
9. 前記主レンズは半径Ｒを有し、
   前記主レンズの前記中心軸からの前記光学構造の前記所定の距離は、前記半径Ｒの少なくとも約１０分の４である、請求項１の光学レンズアセンブリ。
10. 前記光学レンズアセンブリは、前記主レンズの前記中心軸にほぼ平行な向きに厚さ寸法Ｈ’を有し、
    前記主レンズの前記中心軸に沿った前記光学レンズアセンブリの厚さＨは、前記光学構造の前記厚さ寸法Ｈ’よりも厚い、請求項１の光学レンズアセンブリ。
11. 前記光学レンズアセンブリは、前記主レンズの前記中心軸にほぼ垂直に伸びる直径Ｄを有し、
    前記主レンズの前記中心軸からの前記光学構造の前記所定の距離は、前記光学レンズアセンブリの前記直径Ｄの約半分より小さい、請求項１の光学レンズアセンブリ。
12. 発光デバイスであって、
    該発光デバイスは、外部の物体から反射されることになる光を該発光デバイスに隣接して配置されている検出器に導くように構成されており、
    本体と、
    前記本体の平坦な表面に取り付けられた放射体と、
    前記放射体に光学的に結合しているレンズアセンブリと、
    前記放射体から放出された光のかなりの部分を、前記レンズ上にある基準点から第１の距離だけ離れたところに向けて送るように構成された前記レンズアセンブリの主レンズであって、前記外部の物体が前記第１の距離だけ離れたところに配置されているときには、光が前記検出器へと反射されるようにする該主レンズと、
    前記レンズアセンブリの外周部に配置された光学構造
    を備え、
    前記光学構造は、前記基準点から第２の距離だけ離れたところに向けて光を送るように構成されており、これによって、前記外部の物体が前記第２の距離だけ離れたところに配置されているときには、光が前記検出器へと反射されるようになっており、
    前記第２の距離は前記第１の距離よりもかなり短いことからなる、発光デバイス。
13. 前記レンズアセンブリは、前記主レンズに接続された前記放射体を実質的に封入しているベース部をさらに備える、請求項１２の発光デバイス。
14. 前記レンズアセンブリは、前記主レンズに接続されたベース部をさらに備えており、
    前記光学構造は、前記ベース部内に形成された光ガイドを画定する、請求項１２の発光デバイス。
15. 前記レンズアセンブリは、前記主レンズに接続されたレンズフランジをさらに備えており、前記レンズフランジは、前記外部の物体に光を当てるために光を取り出すように構成されている、請求項１２の発光デバイス。
16. 前記本体は、少なくとも１つの側壁を有し、該少なくとも１つの側壁は、前記レンズフランジを通って該少なくとも１つの側壁に送られた光を、前記第２の距離だけ離れたところに向かう方向に送るように構成されている、請求項１５の発光デバイス。
17. 前記光学構造は、前記レンズフランジに光学的に結合された前記本体の一部である、請求項１５の発光デバイス。
18. 前記主レンズは、前記レンズアセンブリを通過する光の約５０％以上を通すように構成されている、請求項１２の発光デバイス。
19. 近接センサーであって、
    本体と、
    前記本体に取り付けられて、放射を放出するように構成されている放射体と、
    外部の物体が、前記近接センサー上にある基準点から伸びる第１の距離と第２の距離の間の距離に配置されているときに、前記放射体から放出されて反射した放射を検出するように構成された検出器と、
    前記放射体と前記検出器の一方に光学的に結合された光学レンズアセンブリと、
    前記第１の距離だけ離れたところに前記放射を導くか、または、前記第１の距離だけ離れたところからの放射を導くように構成された前記光学レンズアセンブリの主要な部分と、
    前記光学レンズアセンブリの外周部に配置された光学構造
    を備え、
    前記光学構造は、前記第２の距離だけ離れたところに前記放射を導くか、または、前記第２の距離だけ離れたところからの放射を導くように構成されており、これによって、前記外部の物体が前記第２の距離だけ離れたところに配置されているときには、前記放射が前記検出器へと反射されるようになっており、
    前記第２の距離は、前記基準点から伸びており、前記第１の距離よりもかなり短いことからなる、近接センサー。
20. 光学デバイスであって、
    放射を放出するように構成された放射体と、
    前記放射体に光学的に結合されたレンズと、
    外部の物体が、前記光学デバイスの基準面から伸びる第１の距離と第２の距離の間の距離に配置されているときに、前記放射体から放出されて、前記外部の物体から反射した放射を検出するように構成された検出器と、
    放射のかなりの部分を前記第１の距離だけ離れたところに向かう方向に平行化するように構成された前記光学レンズアセンブリの中心部分と、
    前記光学レンズアセンブリの外側部分であって、該外側部分に入る放射は、前記第１の距離だけ離れたところから離れたところに向けて送られることからなる、該外側部分と、
    前記レンズの前記外側部分に接続された光学構造であって、前記外側部分から前記光学構造に入る放射は、前記第２の距離だけ離れたところに向けて送られることからなる、該光学構造
    を備える光学デバイス。
    

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