JP2020505746A - 阻止中心レンズを有する誘電体コリメータ - Google Patents

Abstract

中心レンズ３を備える誘電体コリメータ１であって、中心レンズは、光入射面３１及び光出射面３２を備え、光出射面３２は凸状かつ実質的に半球状であり、光入射面３１は、入射光５を受光し、それを透過させて、光出射面から放出させるように適合された、中心レンズの光透過部分を形成する中心表面部分３１２と、実質的に平面であって、入射光５を方向変換し、それにより方向変換された光７が光出射面においてＴＩＲを受け、光入射面から放出されて戻ってくるように適合された、周辺に延在する環状外側表面部分３１１と、を備える。

Description

本発明は、光入射面及び光出射面を備える中心レンズを備える誘電体コリメータに関する。

誘電体コリメータ、とりわけＴＩＲコリメータは、ＬＥＤ照明の主力商品である。多くの変形形態が使用され、文字通り数十億個が毎年生産されている。ＴＩＲコリメータは、２つの部分、すなわち、ＴＩＲ部分としても知られる内部全反射（ＴＩＲ）によって機能する部分、及び基本的に２つの屈折によって光を集束させるレンズである中心部分を有する。典型的な設計では、光の３０〜４０％は中心レンズを通って、残りの光はＴＩＲ部分を通って進む。

例えば、米国特許第８，３７１，７１０（Ｂ２）号はフラッシュライト用レンズについて記載しており、レンズは光を集束するように適合されているが、本質的に上述の従来技術のタイプのＴＩＲコリメータの構造を有する。レンズは、前面と、後方空洞と、前面と後方ウェルとの間に延在する側面と、を有するレンズ本体を備える。前面は、レンズの中心部分の光出射面を形成する中心面と、上述のＴＩＲ部分に対応する、レンズの外側環状部分の光出射面を形成する環状面とを含む。後方空洞は空洞側壁及び基部を含み、後者は中心部分の光入射面を画定する。光源は、光軸に沿って変位して後方空洞に出入り可能なように構成されている。

ＴＩＲコリメータからの達成可能な軸上の強度は、約８０％を寄与するＴＩＲ経路が支配的であり、中心レンズは２０％のみを寄与する。これは、強度が、光源の輝度と軸に沿った放出面積との積に比例するという事実から得られる。中心レンズは、レンズの小さな中心部分のみを占め、従って小さな表面積を有し、よって強度にはほとんど寄与しない。２つの光路間には、他の実質的な違いがある。ＴＩＲ経路は非結像経路であり、エタンデュ及び光線割り当ての規則により、比較的狭い光分布を生成する。しかし、拡散特徴が使用されない場合、中心レンズは光源を遠視野に映し出す。鮮明な光源像によって、ボンディングワイヤ、鋭い縁、色差などのＬＥＤのいかなる不均一な特徴もターゲット表面上に見えるようになるため、これは一般に望ましくない。

レンズが光源に近接しているので、レンズによって生成される光源像はむしろ広く、それにより、光源像が全ＴＩＲコリメータの光分布のフリンジを支配するようになる。このような光は、主ビームの周りにハローを形成するので、多くの場合望まれない。ある角度範囲からスポットランプの中を見ると、各ＴＩＲコリメータの中心レンズのみが光を放出し、これがグレア及び斑点として感知される。これは、今日のほとんどのＬＥＤスポットランプではないにしても、多くで観察できる。中心レンズは、特にイメージング特性ゆえに、チップオンボード（ＣＯＢ）光源又は中出力光源と共に使用する場合に問題となる、なぜなら、そのような光源の縁部は、完全に変換された黄色味を帯びた光を放出するためである。中心レンズは、そのような光を光分布の縁部に当てるため、光分布の周りに黄色の最外側の環が形成され、これにより苦情がもたらされる。

換言すれば、中心レンズ部分には過度に多くのエタンデュが存在する。レンズのサイズを維持しながらビーム角度を小さくすることは、エタンデュを低減することによってのみ可能であり、これは、レンズを通して透過される光束の量を低減させることを意味する。これは、光の一部を吸収又は反射するマスクを使用することによって行うことができる。しかし、レンズ効率の低下の他に、吸収要素の導入は、２つ目の材料の射出成形された部品、挿入された部品、又は何らかの種類の印刷又は塗装プロセスの形態での、製造中の余分な工程を意味する。この追加コストは望ましくない。

本発明の目的は、この問題を克服し、使用中に低減されたエタンデュを示し、それによって、レンズの光源への近接によって引き起こされるハロー効果を低減させるか、ましては完全に除去する誘電体コリメータを提供することである。

本発明の第１の態様によれば、この目的及び他の目的は、中心レンズを備える誘電体コリメータによって達成され、中心レンズは、光入射面及び光出射面を備え、光出射面は凸状かつ実質的に半球状であり、光入射面は、入射光を受光し、それを透過させて、光出射面から放出させるように適合された、中心レンズの光透過部分を形成する中心表面部分と、実質的に平面であって、入射光を方向変換し、方向変換された光が、光出射面においてＴＩＲを受け、光入射面から放出されて戻ってくるように適合された、周辺に延在する環状外側表面部分とを備える。凸状かつ実質的に半球状である光出射面と、実質的に平面であって、入射光を方向変換し、方向変換された光が光出射面においてＴＩＲを受けるように適合された、周辺に延在する環状外側表面部分を備える光入射面と、を備える中心レンズを有する誘電体コリメータを提供することにより、入射光の一部を吸収するよりも、むしろ阻止することを可能にするように再構築された中心レンズが、誘電体コリメータに設けられる。当該阻止は、光入射面における環状外側表面部分で受光された光が、半球状の光出射面において内部全反射を受けることによって実現される。この構造の背後にある原理は、光出射面に沿ったレンズの外側部分が、本質的に、入射光を１８０度反転させる円形光ガイドとして機能するように、レンズの光出射面を形作ることであると考えることができる。このようにして得られる反射モードは、音響学及び光学の両方において知られている、いわゆるウィスパリングギャラリーモードに匹敵する。

この関連で、光出射面を「実質的に半球状」であると記述する場合、実質的にという用語を使用することによって、完全な半球状の形状からの小さな逸脱を包含することを意図しており、理由は、完全な半球状の形状からの軽微な逸脱が、達成された結果を損なうことなく実際に可能であり許容できるからであることに留意されたい。また、環状外側表面部分を「実質的に平坦」であると記述する場合、実質的にという用語を使用することによって、例えば表面粗さ及び表面構造などの、完全に平坦な形状からの小さな逸脱を包含することを意図していることに留意されたい。

従って、使用中に低減されたエタンデュを呈し、レンズの光源への近接によって引き起こされるハロー効果を大幅に低減させ、ましては完全に除去する誘電体コリメータが提供される。その上、付加的な吸収又は反射用の要素又は材料は用いられない。

光透過部分を形成する中心表面部分を備える光入射面を、中心レンズに更に設けることにより、上記利点が得られ、一方で十分に狭いビーム角度を有する光出力を確実にするような透過部分を中心レンズに設けることもできる。

一実施形態では、中心レンズの光入射面は中心Ｃを備え、外側表面部分は、１／ｎ×ｒ〜ｒの間にある半径方向距離で中心Ｃから延在する光入射面の一部にわたって延在し、ｎは中心レンズの材料の屈折率であり、ｒは実質的に半球状の光出射面の半径である。

一実施形態では、光入射面の外側表面部分は、光入射面の半径方向の最も外側の３分の１にわたって延在する。

これら２つの実施形態の何れによっても、中心レンズの中心表面部分のサイズと、中心レンズの環状外側表面部分のサイズとの間の関係が最適化される。理由は、入射光が、半球状の光出射面で実際にＴＩＲを受けるような角度で屈折されるような、光入射面の半径方向領域のみに、環状外側表面部分が、設けられるように制限されるからである。

中心レンズの材料の屈折率ｎは、例えば約１．５など、１．４〜１．６の間を含んでもよい。

多重反射による阻止は、使用される材料の屈折率に応じて、半球の特定の半径方向範囲でのみ機能する。光が阻止される入射の半径方向範囲は、ｒを半球の半径としたときに、約１／ｎ×ｒ〜ｒであり、従って、約１．５の屈折率を有する典型的な誘電体材料に対しては、球体の半径方向開口部の外側の３分の１に相当する。同じメカニズムが、平面内の光線の状況に関して示したのと同様に、平面外の光線に関して機能する。これは、半球面レンズを使用して入射光の一部を阻止でき、従って透過光のエタンデュを低減できることを意味する。反射されない光については、半球は、自然にある程度のコリメーションを提供するが、このコリメーションを改善するためにレンズ入口面の内側の２／３を設計することは筋が通っている。

従って、結果として得られる中心レンズは、二重の機能を有し、すなわち、部分的にはＴＩＲ反射デバイスとして機能し、部分的には通常の屈折レンズとして機能する。

外側ＴＩＲ領域は、両方の場合において同一である。修正された中心レンズでは、出射面は半球であり、入口面は、表面の最も外側の３分の１を占め入射光を阻止する平坦部分、及びレンズの透過部分を形成する凹状部分（球面又は非球面）である。２つの機能領域は、コリメーションを改善するために、レンズ入口面のキンクによって分離され得る。連続した表面を使用してもよいが、コリメーションはわずかに劣る。

入射面の収集用の半径方向範囲を通過する光線は、より大きな半径方向範囲をカバーするように広がって出射面に当たり、そこでコリメートされることが分かる。この広がりにより、結果として生じるビームはエタンデュ保存ゆえに、より狭くなる。

一実施形態では、光入射面の外側表面部分は、誘電体コリメータの光軸と直角をなして延在するか、又は誘電体コリメータの光軸に対して１０°未満の角度で延在する。

これにより、光出射面の内側面に沿った阻止効果が最適化された角度となるように、光入射面の外側表面部分に入射した光が屈折される、誘電体コリメータが得られる。

一実施形態では、光入射面の中心表面部分は凹状である。

これにより、中心表面部分に入射した光が受けるコリメーションの程度が改善される、誘電体コリメータが得られる。

一実施形態では、光入射面の中心表面部分は、球面及び非球面のうちの何れか１つである。

これにより、中心表面部分に入射する光が受けるコリメーションの程度がとりわけ高い、誘電体コリメータが設けられる。

一実施形態では、光入射面の中心表面部分と外側表面部分との間の移行部に、キンクが設けられている。

特定の実施形態では、中心表面部分と外側表面部分との間の移行部に設けられるキンクは、凸状のキンクである。

何れの場合も、このようなキンクを設けることにより、入射光のコリメーションの程度が更に改善される結果となる。凸状のキンクが、最良の結果をもたらすことが示されている。

一実施形態では、光入射面の中心表面部分と外側表面部分との間の移行部は連続である。

これにより、製造がとりわけ単純な形状を有する中心レンズの光入射面が設けられる。

一実施形態では、中心レンズの光入射面及び光出射面のうちの少なくとも１つは、表面テクスチャ及び／又は光拡散構造体を備える。

それにより、大幅に改善されたビーム品質を有する、より均一な光出力を供給するように、入射光の付加的な及び／又は改善された混合が実現される。

一実施形態では、誘電体コリメータは、中心レンズの周りに延在し、中心レンズに接続されたＴＩＲコリメーティング外側部分を更に備える。

一実施形態では、ＴＩＲコリメーティング外側部分は光入射面を備え、中心レンズの光入射面は、ＴＩＲコリメーティング外側部分の光入射面に対して窪み状に構成されている。

一実施形態では、誘電体コリメータは、中心レンズの周りに延在し、中心レンズに接続されたＴＩＲコリメーティング外側部分を更に備え、中心レンズの凸状かつ実質的に半球状の光出射面のうちの光入射面に最も近い一部が除去されて、それによりＴＩＲコリメーティング外側部分への機械的接続が可能である。とりわけ、光入射面に最も近く、０°の抜き勾配を有する、凸状かつ実質的に半球状の光出射面の一部が除去される。

これにより、中心レンズの効率に最小限の影響だけを与える一方で、製造及び組み立てがとりわけ簡単な誘電体コリメータが提供される。

一実施形態では、誘電体コリメータは、ＴＩＲコリメータ、ＴＩＲフレネルレンズ、又は屈折フレネルレンズである。

第２の態様では、本発明の上記及び他の目的は、動作中、発光するように適合された少なくとも１つの光源と、光入射面において少なくとも１つの光源によって放出された光を受光し、光入射面の中心表面部分で受光された光の一部を透過させ、光入射面の外側表面部分で受光された光の一部を方向変換して阻止するように構成された、前述の請求項の何れか一項に記載の誘電体コリメータと、を備える発光デバイスによって実現される。

一実施形態では、発光デバイスは、その上に少なくとも１つの光源が構成されたハウジング及び／又は基板を更に備え、ハウジング及び／又は基板は、誘電体コリメータの中心レンズの周辺に延在する外側平面表面部分によって方向変換された光の一部を反射させて誘電体コリメータの中に戻すことを可能にするように、構成及び適合されている。

これにより、光の方向変換による光損失を低減又は最小化できる発光デバイスが提供される。

本発明は更に、ランプ、照明器具、スポットランプ、又はスポットの形態で提供されるような発光デバイスに関する。

本発明は、請求項に記載されている特徴の、全ての可能な組み合わせに関するものである点に留意されたい。

次に、本発明のこの態様及び他の態様が、本発明の実施形態を示す添付図面を参照して、より詳細に説明される。
従来技術のＴＩＲコリメータの側面断面図を示す。 本発明の第１の態様による誘電体コリメータの側面断面図を示す。 本発明の第１の態様による誘電体コリメータを備える本発明の第２の態様による発光デバイスの側面断面図を示す。 図１及び図２のコリメータのそれぞれについての、全光分布及び中心レンズのみによって放出された光の分布のそれぞれに対して、ランバートディスク光源で得られた強度分布を表すグラフを示す。 中出力ＬＥＤ光源で得られた４つの光線トレース結果を表すプロットを示す。プロットの左側は、本発明及び図２によるコリメータの結果を示し、一方、プロットの右側は、図１による従来技術に対するコリメータの結果を示す。 図で示されるように、層及び領域のサイズは、例示の目的のために誇張されており、それゆえ、本発明の実施形態の一般的な構造を例示するように提供されている。同様の参照符号は、全体を通して、同様の要素を指す。

ここで、現時点で好ましい本発明の実施形態が示されている添付図面を参照して、本発明が、以降でより完全に説明される。しかしながら、本発明は、多くの異なる形態で具現化されてもよく、本明細書に記載される実施形態に限定されるとして解釈されるべきではなく、むしろ、実施形態は、完全性及び網羅性のために提供され、当業者に本発明の範囲を完全に伝達するものである。

参照のために、図１は、従来技術のＴＩＲコリメータ１００の側面断面図を示す。ＴＩＲコリメータ１００は、中心レンズ３００、及びＴＩＲコリメーティング外側部分２００を備える。中心レンズ３００は、光入射面３０１、及び光出射面３０２を備える。光出射面３０２は凸状の湾曲であり、これは従来技術のタイプのＴＩＲコリメータに典型的である。球面及び非球面の光出射面も可能であり、一般的であることに留意されたい。光入射面３０１も凸状であり、光入射面の半径方向の表面領域の全体が入射光を収集し透過させるため使用され、従って、光入射面３０１の全体を包含する半径方向透過範囲Ｔが形成されている。同様に、光出射面３０２の半径方向の表面領域の全体が、透過されコリメートされた入射光を放出させるために使用され、従って、光出射面３０２の全体を包含する半径方向の放出範囲Ｅが形成されている。ＴＩＲコリメータ１００を通過し、最終的にコリメートされた光６００として放出される入射光５００のビーム経路を図１に示す。

ここで図２及び図３を参照して、本発明による誘電体コリメータ１及び発光デバイス１２の様々な特徴について説明する。

図２は、本発明による誘電体コリメータ１の側面断面図を示す。誘電体コリメータ１は中心レンズ３を備える。中心レンズ３は、光入射面３１、及び光出射面３２を備える。中心レンズ３は、屈折率ｎを有する、好適な種類のガラス又はポリマーなどの透明材料で作製されている。

光出射面３２は凸状であり実質的に半球状である。換言すれば、光出射面３２の正確な形状は、完全な球面である必要はない。むしろ、光出射面３２の形状は球面からわずかにずれていてもよいが、球面の中心部分と周縁部におけるマクロ焦点（macrofocal）放物線状部分の組み合わせが理想的な形状と考えられる。周縁部にマクロ焦点放物線状部分を設けることにより、出射面において理想的な反射挙動がもたらされる。マクロ焦点プロファイルの概念は、それ自体既知であり、Ｊｕｌｉｏ Ｃｈａｖｅｓ：Ｎｏｎ ｉｍａｇｉｎｇ Ｏｐｔｉｃｓ，２ｎｄ ｅｄｉｔｉｏｎ，ＣＲＣ Ｐｒｅｓｓ，ｃｆ．ｐａｇｅ ８７．に記載されている。半球状の光出射面３２は半径ｒを有する。

光入射面３１は、中心表面部分３１２を備える。中心表面部分３１２は、中心レンズ３の光透過部分又は半径方向の光透過範囲Ｔを形成する。光入射面３１の中心表面部分３１２は凹状であり、球面又は非球面であってもよい。代替的実施形態では、光入射面３１の中心表面部分３１２は平坦であってもよく、ましては凸状であってもよい。

光入射面３１は、環状外側表面部分３１１を更に備える。外側表面部分３１１は、中心表面部分３１２の周りの周方向に延在している。外側表面部分３１１は平面であり、方向変換された光が中心レンズの光出射面３２において複数回の内部全反射を受けるような方法で、入射光を方向変換するように適合されている。従って、外側表面部分３１１は、半径方向の方向変換範囲Ｒを形成する。環状外側表面部分３１１は、誘電体コリメータ１の矢印Ａによって示される光軸に直角をなして延在している。代替として、環状外側表面部分３１１は、誘電体コリメータ１の光軸Ａに対して１０°未満の角度で延在してもよい。

中心レンズ３の光入射面３１は、中心Ｃを更に備える。外側表面部分３１１は、１／ｎ×ｒ〜ｒの間によって定義される、中心Ｃからの距離で延在する光入射面３１の一部の上に延在している。

例えば、中心レンズ３が約１．５の屈折率ｎを有する材料で作製された場合、光入射面３１の外側表面部分３１１は、光入射面の半径方向の最も外側の３分の１にわたって延在する。実際、これはまた、中心レンズの材料の屈折率ｎが１．４〜１．６の間に含まれる場合にも該当し得る。

光源（図３参照）によって放出され、誘電体コリメータ１を通過し、最終的にコリメートされた光６又はリダイレクトされた光７の何れかとして放出される、入射光５のビーム経路を図２に示す。見て分かるように、光入射面３１の外側環状部分３１１を通って誘電体コリメータ１に入射する入射光５の一部は、光出射面３２の内側に沿って誘電体コリメータ１を通して導かれ、最終的にはリダイレクト光７として光源に向かって戻る方向に放出される。光入射面３１の中心部分３１２を通って誘電体コリメータ１に入射する入射光５の一部は、誘電体コリメータ１を通して導かれ、途中でコリメートされ、最終的にはコリメートされた光６として光出射面３２から放出される。

任意選択のキンク３１３又は段差が、光入射面３１の中心表面部分３１２と外側表面部分３１１との間の移行部に設けられている。キンク３１３は、例えば、凸状又は不連続であってもよい。代替として、光入射面３１の中心表面部分３１２と外側表面部分３１１との間の移行部は連続であってもよい。キンクが設けられた移行部の円周部分と、連続的である移行部の他の円周部分との組み合わせも想定され得る。

誘電体コリメータ１は、任意選択のＴＩＲコリメーティング外側部分２を更に備える。ＴＩＲコリメーティング外側部分２は、それ自体既知の方法で、周縁部又は光入射面２４、光出射面２３、及び外側円周方向に延在する壁２２を備える。光入射面２４を通ってＴＩＲコリメーティング外側部分２に入射する光は、外側円周方向に延在する壁２２においてＴＩＲを受け、光出射面２３を通って又は中心レンズ３を通って放出される。

ＴＩＲコリメーティング外側部分２は、中心レンズの周囲に沿って中心レンズ３の周りに延在する。ＴＩＲコリメーティング外側部分２は、移行部３３において中心レンズ３に接続されている。中心レンズ３及びＴＩＲコリメーティング外側部分２の接続を可能にするために、中心レンズ３の凸状かつ実質的に半球状の光出射面３２のうちの光入射面３１に最も近い一部を除去してもよい。

ＴＩＲコリメーティング外側部分２はまた、同様にそれ自体既知の方法で、円周方向に延在する壁２４を有する窪み又は空洞４を備える。このような実施形態では、中心レンズ３の面３１は、ＴＩＲコリメーティング外側部分２の底面２１又は周縁部に対して窪み状に構成されてもよい。円周方向に延在する壁２４は、ＴＩＲ部分のための光入射面である。円周方向に延在する壁２４を通ってＴＩＲコリメータ外側部分２に入射する光は、外側円周方向に延在する壁２２においてＴＩＲを受け、光出射面２３を通って又は中心レンズ３を通って放出される。

図３は、本発明の第２の態様による発光デバイス１２の側面断面図を示す。発光デバイスは、動作中に発光するように適合された少なくとも１つの光源８と、本発明による誘電体コリメータ１０とを備える。

誘電体コリメータ１０は、図２を参照して上述した誘電体コリメータ１と同一であるが、１つの例外を有する。すなわち、誘電体コリメータ１０は、中心レンズ３の光出射面３２上に構成された表面テクスチャ及び／又は光拡散構造体１３と、光入射面３１の環状外側部分３１１上に構成された表面テクスチャ及び／又は光拡散構造体１４と、光入射面３１の中心部分３１２上に構成された表面テクスチャ及び／又は光拡散構造体１５とを備える。表面テクスチャ及び／又は光拡散構造体１３、１４及び１５は、同一であっても、異なっていても、又は互いに異なっていてもよいことに留意されたい。また、代替実施形態では、表面テクスチャ及び／又は光拡散構造体１３、１４及び１５のうちの１つ又は２つのみを設けることが適当である。好適な表面テクスチャとしては、マイクロレンズが挙げられるが、これに限定されない。実際に、好ましい実施形態では、光入射面３１の環状外側部分３１１及び光出射面３２はそのような構造を備えない一方で、光入射面３１の中心部分３１２上には表面テクスチャ及び／又は光拡散構造体１５が構成されている。

誘電体コリメータ１は、少なくとも１つの光源８によって放出された光５を受光するように構成されている。１つ以上の光源８は、原則として、任意の好適な種類の光源であってもよいが、ＬＥＤが好ましい。可能な例示的な種類の光源は、ランバート光源、ランバートディスク光源、低出力光源、中出力光源、及び高出力光源である。

発光デバイス１２は、任意選択のハウジング１６と、同様に任意選択の、その上に少なくとも１つの光源８が構成される基板９、例えばプリント回路基板とを更に備える。ハウジング１６及び／又は基板９は、誘電体コリメータ１の中心レンズ３の周辺に延在する外側平面表面部分３１１によって方向変換され光入射面３１から放出されて戻ってきた光７の一部を反射させて誘電体コリメータ１の中に戻すことを可能にするように、構成及び適合されていてもよい。この目的のために、ハウジング１６及び／又は基板９は、反射性材料で作製されてもよく、又は反射性の層若しくはコーティングを含んでもよい。更に、誘電体コリメータ１の中心レンズ３の周辺に延在する外側平面表面部分３１１によって方向変換されて光入射面３１から放出されて戻ってきた光７の一部を反射させて、誘電体コリメータ１の中に戻すことを可能にするように適合されるように、光源８自体が反射性の層又はコーティングを含んでいてもよい。ハウジング及び基板は、代替として、全ての方向変換された光を吸収して制御されていない光を回避するために黒色であり得る。

ここで図４及び図５を参照して、上述した本発明による誘電体コリメータ１の効果を、図１による従来技術のＴＩＲコリメータと比較することによって示す。

図４は、ランバートディスク光源によって放出された光で得られた強度分布を、図１及び図２の、それぞれのコリメータ１００及び１に対して示すグラフを示す。全光分布、及び中心レンズのみによって放出された光の両方の場合に対して得られた強度分布をそれぞれ示す。

ａ）と示すグラフは、本発明による誘電体コリメータ１の全光分布を示す。ｂ）と示すグラフは、図１による従来技術のＴＩＲコリメータ１００の全光分布を示す。ｃ）と示すグラフは、本発明による誘電体コリメータ１の中心レンズ３のみを経由した光分布を示す。ｄ）と示すグラフは、図１による従来技術のＴＩＲコリメータ１００の中心レンズ３００のみを経由した光分布を示す。

本発明による阻止誘電体コリメータ１の中心レンズ３の光分布は、従来技術のＴＩＲコリメータ１００の中心レンズ３００の光分布よりもはるかに狭いことが分かる。本発明による阻止誘電体コリメータ１の結果として生じた全光分布は、従来技術のＴＩＲコリメータ１００の全光分布と比較して、裾部分の強度がはるかに低いことも分かる。

図５は、中出力ＬＥＤ光源で得られた４つの遠距離場強度の光線トレース結果を表すプロットを示す。プロットの左側の２つの光線トレースは、本発明及び図２によるコリメータ１の結果を示す。プロットの右側の２つの光線トレースは、図１による従来技術のコリメータ１００の結果を示す。

図５から、本発明による誘電体コリメータ１の光線トレースは、従来技術のＴＩＲコリメータ１００の光線トレースと比較して、明確に狭く、ある程度良好に混合されていることが明らかである。混合に関しては、図３を参照して上述したように、中心レンズの追加のテクスチャリング又は拡散を設けることにより、更なる改善を得ることができ、これにより、はるかに良好なビーム品質がもたらされる。本発明に従って修正された中心レンズ３によって、光線角度も中心ビーム強度も影響されないことも、光線トレースから見ることができる。

当業者は、本発明が、上述の好ましい実施形態に決して限定されるものではないことを、理解するものである。むしろ、多くの修正形態及び変形形態が、添付の請求項の範囲内で可能である。

更には、図面、本開示、及び添付の請求項を検討することにより、開示される実施形態に対する変形形態が、当業者によって理解され、特許請求される発明を実施する際に遂行され得る。請求項では、単語「備える（comprising）」は、他の要素又はステップを排除するものではなく、不定冠詞「１つの（a）」又は「１つの（an）」は、複数を排除するものではない。特定の手段が、互いに異なる従属請求項内に列挙されているという単なる事実は、これらの手段の組み合わせが、有利には使用されることができないことを示すものではない。

Claims (15)

1. 中心レンズを備える誘電体コリメータであって、前記中心レンズは光入射面及び光出射面を備え、
   前記光出射面は凸状かつ実質的に半球状であり、
   前記光入射面は、入射光を受光し、前記入射光を透過させて、前記光出射面から放出させるように適合された、前記中心レンズの光透過部分を形成する中心表面部分であって、前記中心レンズは通常の屈折レンズとして機能する、中心表面部分と、平面であって、入射光を方向変換するように適合された、周辺に延在する環状外側表面部分であって、方向変換された光が前記光出射面においてＴＩＲを受け、前記光入射面から放出されて戻ってきて、前記中心レンズはＴＩＲ反射レンズとして機能する、環状外側表面部分と、を備える、誘電体コリメータ。
2. 前記中心レンズの前記光入射面は中心Ｃを備え、前記外側表面部分は、１／ｎ×ｒからｒの間にある距離で前記中心Ｃから延在する前記光入射面の一部にわたって延在し、ｎは前記中心レンズの材料の屈折率であり、ｒは実質的に半球状の前記光出射面の半径である、請求項１に記載の誘電体コリメータ。
3. 前記光入射面の前記外側表面部分は、前記光入射面の半径方向の最も外側の３分の１にわたって延在する、請求項１又は２に記載の誘電体コリメータ。
4. 前記光入射面の前記外側表面部分は、前記誘電体コリメータの光軸と直角をなして延在するか、又は前記誘電体コリメータの光軸に対して１０°未満の角度で延在する、請求項１乃至３の何れか一項に記載の誘電体コリメータ。
5. 前記光入射面の前記中心表面部分は凹状である、請求項１乃至４の何れか一項に記載の誘電体コリメータ。
6. 前記光入射面の前記中心表面部分は球面及び非球面のうちの何れか１つである、請求項１乃至５の何れか一項に記載の誘電体コリメータ。
7. 前記光入射面の前記中心表面部分と前記外側表面部分との間の移行部に、キンクが設けられている、請求項１乃至６の何れか一項に記載の誘電体コリメータ。
8. 前記光入射面の前記中心表面部分と前記外側表面部分との間の前記移行部は連続である、請求項１乃至７の何れか一項に記載の誘電体コリメータ。
9. 前記中心レンズの前記光入射面及び前記光出射面のうちの少なくとも１つは、表面テクスチャ及び／又は光拡散構造体を備える、請求項１乃至８の何れか一項に記載の誘電体コリメータ。
10. 前記中心レンズの周りに延在し、前記中心レンズに接続されたＴＩＲコリメーティング外側部分を更に備える、請求項１乃至９の何れか一項に記載の誘電体コリメータ。
11. 前記中心レンズの凸状かつ実質的に半球状の前記光出射面のうちの前記光入射面に最も近い一部が除去されて、それにより前記ＴＩＲコリメーティング外側部分への前記中心レンズの機械的接続が提供され、及び／又は、
    前記ＴＩＲコリメーティング外側部分は光入射面を備え、前記中心レンズの前記光入射面は、前記ＴＩＲコリメーティング外側部分の前記光入射面に対して窪み状に構成される、請求項１０に記載の誘電体コリメータ。
12. 前記誘電体コリメータは、ＴＩＲコリメータ、ＴＩＲフレネルレンズ、又は屈折フレネルレンズである、請求項１乃至１１の何れか一項に記載の誘電体コリメータ。
13. 動作中に第１の光を放出するように適合された少なくとも１つの光源と、
    前記少なくとも１つの光源によって放出された光を前記光入射面で受光し、前記光のうちの前記光入射面の前記中心表面部分で受光した部分を透過させ、前記光のうちの前記光入射面の前記外側表面部分で受光した部分を方向変換及び阻止するように構成された、請求項１乃至１２の何れか一項に記載の誘電体コリメータと、を備える発光デバイス。
14. ハウジング及び／又は基板を更に備え、前記ハウジング及び／又は前記基板の上に少なくとも１つの光源が構成され、前記ハウジング及び／又は前記基板は、前記誘電体コリメータの前記中心レンズの周辺に延在する外側平面表面部分によって方向変換された光の一部を反射させて前記誘電体コリメータの中に戻すことを可能にするように構成及び適合されている、請求項１３に記載の発光デバイス。
15. 前記発光デバイスは、ランプ、照明装置、スポットランプ、又はスポットである、請求項１３又は１４に記載の発光デバイス。