JP4623944B2 - 側面放射ｌｅｄ及びレンズ - Google Patents

Description

（関連出願の相互参照）
本発明は、「側面放射ＬＥＤ(Side Emitting LED)」と題される、西暦2001年5月4日付け米国特許出願シリアル番号09/849,042、及び「ＬＥＤレンズ(LED Lens)」と題される、西暦2001年5月4日付け米国特許出願シリアル番号09/849,084とに関係する。これらの出願の両方が、本願出願人に譲渡され、且つそれらの全体がここに参考として組み込まれる。

この発明は、発光素子に一般的に関係し、側面放射発光ダイオード（ＬＥＤ）に特に関係する。

図１Ａは、通常のＬＥＤパッケージ１０を図示している。ＬＥＤパッケージ１０は、この分野で公知の形態の半球状レンズ１２を有する。パッケージ１０は、反射カップ（図示せず）も有することができる。この反射カップ内に、ＬＥＤチップ（図示せず）が存在し、このＬＥＤチップの底面及び側面から放射される光を、観測者の方向へ反射する。他のパッケージにおいて、他の形態の反射体は、特定の方向にＬＥＤチップの放射光を反射する。

レンズ１２は、ＬＥＤパッケージ１０の縦方向パッケージ軸１６に略沿って、照明場１４を発生する。半球状レンズ１２を有するＬＥＤパッケージ１０から放射される光の大部分がＬＥＤパッケージ１０から遠ざかって上方に放射され、僅かな部分のみが、ＬＥＤパッケージ１０の側面から放射される。

図１Ｂは、縦方向パッケージ軸２６を有する公知の発光ダイオード（ＬＥＤ）を図示している。ＬＥＤパッケージ３０は、ＬＥＤチップ３８、直線垂直側壁３５を有するレンズ３２、及び漏斗状頂部面１０を含む。光がパッケージ３０を通して伝達する２つのメイン通路がある。第１の光通路Ｐ１が望ましく、光がチップ３８から放射され且つ面３７に伝達し、全反射（ＴＩＲ）が縦方向軸に対して約９０°の側壁３５を通過して光を放出する。第２の光通路Ｐ２は、ＴＩＲを生じる角度で側壁３５に向かってチップ３８から放射される光であり、側壁３５からの反射が、縦方向軸に垂直に近くはない角度で、パッケージ３０から光を放出する。この経路は望まれるものではなく、側面引出光の効率を制限する。

図２は、屈折光ガイド２０の一部分の端に沿って結合される図１の従来のパッケージ１０を図示する。ＬＥＤパッケージ１０は、光ガイド２０の幅に沿って光ガイド２０の端に位置している。ＬＥＤパッケージ１０によって放出される光線Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３は光ガイド２０の長さに沿って伝播される。図３は、図２の光ガイド２０の幅に沿って位置される従来の複数のＬＥＤパッケージ１０を図示している。これらの従来のＬＥＤ／光ガイドの組合せは、非効率的であるが、その理由は、それらが、多数のＬＥＤパッケージを光ガイドを照明するために必要とし、比較的小さい許容角度のために非効率的な結合を結果としてもたらすことにある。光ガイド２０を完全に照射するためには、これらの従来のＬＥＤパッケージ１０が、光ガイド２０の１側面の全長に沿って並べられる必要がある。

ＬＥＤパッケージを浅い反射体及び薄い光ガイドに効率的に結合する必要性がある。これらの二次光学要素が比較的大きい照明領域を有すること可能にするＬＥＤパッケージも同様に必要とされている。

或る実施の形態においては、レンズが、底面、反射面、レンズの中心軸に対して傾いた角度の第１の屈折面、及び底面から第１の屈折面にスムーズな曲面として延びる第２の屈折面、から成る。底面を通過してレンズに入り、且つ反射面に直接入射する光は、反射面から第１の屈折面へ反射され、第１の屈折面によって屈折されて、レンズの中心軸に略垂直な方向でレンズを出る。底面を通過してレンズに入り、第２の屈折面に直接入る光は、第２の屈折面によって屈折された光は、レンズの中心軸に略垂直な方向でレンズを出る。

本発明のレンズは、極めて薄い断面形状及び／又は大きい照明領域を有する光ガイド及び反射体と共に使用することができる側面放射発光素子を提供するために好適に採用することができる。
他の実施の形態において、発光素子は、発光半導体素子及びレンズからなる。このレンズは、底面、反射面、レンズの中心軸に対して傾斜した角度の第１の屈折面、及び底面から第１の屈折面へスムーズな曲面として延びる第２の屈折面からなる。半導体素子によって放射され、底面を介してレンズに入り、反射面に直接入射される光は、反射面から第１の屈折面へ反射され、第１の屈折面によって屈折され、レンズの中心軸に略垂直な方向でレンズを出る。半導体素子によって放射され、底面を介してレンズに入り、第２の屈折面に直接入射する光は、第２の屈折面によって屈折され、レンズの中央軸に略垂直な方向でレンズを出る。

本発明の発光素子は、浅い反射体及び薄い光カイドに効率的に結合することができる。本発明の発光素子と結合される第２の光学系は、比較的大きい照明領域を有することができる。
他の実施の形態において、レンズキャップは、レンズに取り付け可能な底面、反射面、レンズキャップの中心軸に対して傾斜した角度の第１の屈折面、底面から第１の屈折面へのスムーズな曲面として延びる第２の屈折面からなる。底面からレンズキャップに入り、反射面に直接入射する光は、反射面から第１の屈折面へ反射され、第１の屈折面によって屈折され、レンズの中心軸に対して略垂直な方向で、レンズキャップを出る。底面を介してレンズキャップに入り、且つ第２の屈折面に直接入射する光は、第２の屈折面によって屈折され、レンズキャップの中心軸に略垂直な方向でレンズキャップを出る。本発明のレンズは、上述したのと同様又は同じ利点を提供することができる。

図４は、本発明の或る実施の形態に従う側面放射ＬＥＤパッケージ４０の一例を示している。ＬＥＤパッケージ４０は、縦方向パッケージ軸４３、ＬＥＤパッケージベース４２、及びレンズ４４を含む。レンズ４４はＬＥＤパッケージベース４２に結合されている。縦方向パッケージ軸４３は、ＬＥＤパッケージベース４３及びレンズ４４の中心を通過する。図５Ａに見れる様に、ＬＥＤパッケージベース４２の面は、光を発生するためのＬＥＤチップ５２（発光ｐｎ接合を有する半導体チップ）を支持する。ＬＥＤチップ５２は、限定するものではないが、反転された錐台（ＴＩＰ）（図示せず）、立方体、直方体、又は半球を含む無制限の数の形状の一つとすることができる。ＬＥＤチップ５２は、反射材料と接触し、又は、これで、コーティングされた底面を含む。ＬＥＤチップ５２は全ての側面から光を放射することができるが、ベース４２は、パッケージの縦方向軸に沿ってレンズ４４方向に上方に放射光を反射する様に一般的に構成される。この様なベースは、従来のものであり、ＬＥＤチップ５２がパッケージベース４２面上に在る放物線形状反射体を含むことができる。この様なパッケーシの一つが本出願に譲渡され、ここに参考文献として組み込まれる米国特許第４９２０４０４号に図示されている。

レンズ４４は、ダイヤモンド旋盤（即ち、レンズはダイヤモンドビットを有する旋盤）、射出成形、及び鋳造の様な多数の良く知られた技術を使用して別体の構成要件として製造することができる。レンズ４４は、環状オレフィン共重合体（ＣＯＣ）、ポリメチルメタアクロレート(polymethylmethacrolate（ＰＭＭＡ）)、ポリカーボネート(polycarbonate（ＰＣ）)、ＰＣ／ＰＭＭＡ、シリコーン、フルオロカーボン重合体、及びポリエーテルイミド(polyetherimide（ＰＥＩ）)に限定されないが、これらを含む透明材料から作られる。レンズは、約１．３５乃至約１．７の範囲、好ましくは約１．５３の屈折率（ｎ）を含むが、使用される材料に基づいてより高いか又はより低い屈折率を有することができる。代替的には、レンズ４４は、注入成形（例えば、インサート成形）、及び鋳造に限定されないが、これらを含む種々の技術によって、ＬＥＤパッケージベース４２及びＬＥＤチップ５２上に形成することができる。

レンズ４４とＬＥＤ５２との間に容積５４がある。容積５４を、シリコーンを使用して、ＬＥＤ５２が汚染されるのを防ぐために、充填及びシールすることがてきる。容積５４を真空状態にするか、空気又は或る他の気体を含むか、又は樹脂、シリコーン、エポキシ、水、又は例えば、約１．３５乃至約１．７の範囲の屈折率を有し、容積５４を充填するこめに注入することができる何らかの材料をこれらに限定されないが含むことができる光学的に透明材料で充填することもできる。容積５４内の材料は、可視光スペクトルの全て又は一部が透過することを可能にするためのフィルターとして機能する様に着色することができる。シリコーンが使用される場合、シリコーンは硬質又は軟質の何れであっても良い。レンズ４４は、フィルターとして機能するように着色することも出来る。

レンズ４４は、屈折部分５６（必須ではないが、図示の様に、一つの以上の鋸歯を含むことができる。）及び全反射（ＴＩＲ）漏斗状部分５８を含む。鋸歯部分５６は、可能な限り縦方向パッケージ軸４３に９０°に近い角度で光がレンズ４４から出る様に、光を屈折且つ曲げる様に設計される。鋸歯部分５６の鋸歯又は屈折面５９は、全ての光を透過する。如何なる数の鋸歯５９も、所定の長さの鋸歯部分内で使用することができる。レンズ４４は単一の部品として、又は、代替的に、互いに結合された別体部品として形成することができる。

漏斗状部分５８はＴＩＲ面を有する様に設計される。ＴＩＲ面は、可能な限りＬＥＤパッケージ４０の縦方向パッケージ軸４３に対して９０°に近い角度で、レンズ４４から光が出る様に、光を反射する。或る実施の形態においては、ＬＥＤチップ５２から放射される光の約３３％が、レンズ４４の漏斗状部分５８のＴＩＲ面で反射される。金属化層（例えば、アルミニュウム）を、ＴＩＲ面を通過する光伝達を禁止するために、漏斗部分５８の頂部に設置することができる。コーティング又はフィルム（例えば、Ｕ．Ｖ．抑制剤）を、ＰＣがＵ．Ｖ．光の存在下で劣化してレンズが劣化することを防止するために、漏斗状部分５８の頂部に設置することができる。

レンズ４４及びＬＥＤパッケージベース４２との間のインタフェースは、室温加硫（ＲＴＶ）等の様な何らかの公知のシール剤を使用して、シールことができる。

図５Ｂは、ＬＥＤパッケージベース４２のハウジング４６へのレンズ４４の代替的嵌合の断面を図示する。明瞭化のために、ＬＥＤチップ５２及びベース４２の他の特徴は図示されない。レンズ４４は、スナップ嵌合、摩擦嵌合、熱接着、接着剤結合、及び超音波溶着に限定されないが、これらを含む種々の取付方法によってによってＬＥＤパッケージベース４２に取り付けることができる。図５Ｂに図示される様にレンズ４４の特徴部分は、別の構成要素として形成されるか、又はＬＥＤパッケージベース４２上にカプセルされるレンズに適用可能である。図５Ｃは、図５Ｂのレンズ／ハウジング嵌合の拡大図を示す。面Ｓは、面Ｒにスナップ嵌合することができる。面Ｓは、面Ｒと、緊密に摩擦嵌合することができる。面Ｔは、プラスチック溶接、音波溶接、及び直線溶接に限定されないが、これらを含む種々の方法を使用して、面Ｕに溶接することができる。シーリング又は接合は、ハウシング４６の面Ｒ及び／又はＵにシール／接合されたレンズ４４の面Ｓ及び／又はＴの様な種々可能な組合せを含む。

図５Ｄは、半球レンズ１２を有する従来のＬＥＤパッケージ１０に嵌合するレンズキャップ５５の断面を図示している。レンズキャップ５５は、例えば、光学接着剤によってＬＥＤパッケージ１０のレンズ１２に、付着される。レンズキャップ５５は、屈折部分５６（必須ではないが、図示される様に一つ以上の鋸歯を含むことができる）およびレンズ４４の屈折及びＴＩＲ部分５６、５８として、上述及び以下に記述されるのと同じ及び／又は類似の仕方で作動する同じ及び／又は類似の特徴を含むことができる反射漏斗状部分５８を含む。

図５Ｅ、５Ｆ及び５Ｇは、レンズの頂部面上に種々の曲面を有するレンズを通過する光線軌跡を図示している。図５Ｅ−５Ｇに図示される特徴は、注入成形、鋳造、又は他の仕方で形成されたレンズに対して適用可能である。或る実施においては、ＬＥＤチップ５２（図示されず。光はダイの焦点Ｆから放射されて示されている）から放射された光の約３３％がＴＲＩ面Ｉで反射される。図５Ｅは、曲面漏斗状部分５８を図示しており、面Ｉは、ＴＩＲ臨界角よりも大きい角度を維持するが、縦方向パッケージ軸５３に対して大体９０度の角度でレンズから光を出す曲面から面Ｉが定義される。図５Ｆは、折れ曲がり線漏斗状部分５８を図示しており、面Ｉは、各々がＴＩＲ臨界角よりも大きい角度の２つの線形部分に折れ曲がり、パッケージ軸に対して大体９０度の角度でパッケージから光を出す線から定義される。図５Ｇは、線形漏斗状部分５８を図示しており、面Ｉは、ＴＩＲ臨界角よりも大きい角度で、パッケージの軸に対して大体９０度の角度でパッケージがら光を出す直線によって定義される。

図５Ｅ−５Ｇにおいて、面Ｈは面Ｉと共に作動し、縦方向パッケージ軸５３に垂直に光を放射する。ダイに対して、面Ｉによって定義される角度は、大体８０度である。面Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ及びＥは、入射光線は、縦方向パッケージ軸５３に対して約９０度でレンズで屈折される様に、面法線を有する。面Ｆ、Ｇ及びＨは、これらの面を通過して透過される直接光の量を最小化するために、直接入射光線に略平行である。ラインＮより下方の面は、光を屈折してパッケージから出す。ラインＭより上の面は、ＴＩＲと屈折との組合せを通してレンズからの光を出す。側面放射を最適化し、且つ縦方向放射を最小にするためには、ラインＭ及びＮは互いに近接する必要がある。図５Ｅ−５Ｇは２つの領域を示している。縦方向パッケージ軸５３から約４５度以上の角度の屈折領域、及び縦方向パッケージ軸５３から約４５度迄の角度のＴＩＲ／屈折領域である。例えば、図５Ｅ−５Ｇにおいて、約４０度のＴＩＲ／屈折領域か示されている。２つの領域間の境界は、縦方向パッケージ軸５３から約４５度の角度である。ラインＭ及びラインＮ間の距離Ｘは、レンズからの光の側面引出しを最適にするために、最小に保たれる。ラインＭは、ラインＮと等しくすることができる（即ち、Ｘ＝０）。

図６は、図４のＬＥＤパッケージ４０からの光放射の断面を図示する。ＬＥＤパッケージ４０のレンズ４４は、ＬＥＤパッケージ４０の縦方向パッケージ軸６６に略垂直な放射パターン６２を生成する。図６において、この放射パターン６２はＬＥＤパッケージ軸６６に略垂直で、相対光強度及び分布を図示している。この照明の場６２は、ＬＥＤパッケージ４０を包囲し、略ディスク又はトロイダル型である。光は、光学面６４に略平行なレンズ４４から放射される。

光の側面放射は、単一ＬＥＤパッケージ４０でも、例えば、図７Ａに見られる様に、複数の光ガイド７２を照明することを可能にする。光ガイド７２間の少なくとも一つのＬＥＤパッケージ４０のためのスペースを有して、略端と端が隣接した、２つのプレーナ光ガイドを図示している。ＬＥＤパッケージ４０からの光の側面放射は、光が各光ガイド７２に入ることを可能にする。ＬＥＤパッケージ４０は、光ガイド７２の本体に挿入することができる。種々の形態の光ガイドを使用することができる。光ガイドの長さに沿った側面は、平面又はテーパとすることができる。例えば、単一側面放射ＬＥＤパッケージ４０は、ディスク状光ガイド（図示せず）の中央に位置することができる。光は３６０度（即ち、ＬＥＤパッケージ４０の中心から全ての方向に）に渡ってＬＥＤパッケージ４０の側面から放射されるので、光は光ガイドに入り、そして光ガイド全体（図示せず）を通過して屈折され且つ反射される。

光ガイドは、ＰＣ又はＰＭＭＡに限定されないが、これらを含む光学的に透明な材料から作ることができる。光ガイドは、一定の厚さ又はテーパを有することができる。光の側面放射は、２乃至８ｍｍの最適な範囲の厚さを有する薄い光ガイドの効率的な照明を可能にする。図７Ｂは、レンズ４４の高さよりも大きい５．０ｍｍ厚の光カイド７３の一例を図示している。光ガイド７３の厚さはレンズ４４の高さよりも厚いので、めくら穴９４を、光ガイド７３で使用して、ＬＥＤパッケージ４０を結合することが可能となる。図７Ｂ、７Ｃ及び７Ｄのレンズ４４の寸法は、レンズ４４の焦点Ｆから測定される。図７Ｃは、４．５ｍｍの厚さを有し、且つレンズ４４の高さに略等しい光ガイド７５の一例を示す。光ガイド７５の厚さはレンズ４４の高さに等しいので、貫通孔９６を光ガイド７５で使用して、ＬＥＤパッケージ４０を結合することが可能となる。図７Ｄは、図４のＬＥＤからレンズ４４の高さよりも薄い光ガイド７７への光の側面放射を図示している。光ガイド７７の厚さがレンズ４４の高さ未満であるので、ＬＥＤパッケージ４０との結合を可能とするためには、光ガイド７７で貫通孔９６が使用される必要がある。光ガイド７７の厚さがレンズ４４の高さよりも薄くても、ＬＥＤチップ５２から放射される光の大部分はレンズ４４の側面から放射されるので、ＬＥＤチップ５２から放射される光の大部分は依然として光ガイド７７に向けられる。レンズ４４から放射される光の大部分は、レンズの高さの途中までに位置する光ガイド７７に向けられる。例えば、頂部近くのレンズ４４の側面から放射される光は、若干下方に向けられ、底面に近いレンズ４４の側面から放射される光は、若干上方に向けられる。レンズ４４と比較して光ガイド７７の厚さが減少する時に、光ガイド７７に向けられる光の部分は減少する。光ガイド７７は、直線状、テーパ状、矩形状、円形状又は正方形状に限定されないが、これらを含む何らかの形状を含むことができる。

図７Ｂ−７Ｄに図示される寸法は、説明としてであり、限定を意味していないことは理解されるべきである。他の実施の形態において、レンズ及び光ガイドは、図示された実施の形態よりも大きい又は小さい寸法を有することができる。
図８は、平面光ガイド８２の端部の斜視図を示している。側面放射ＬＥＤパッケージ４０は、ＬＥＤパッケージ４０を光ガイド８２内に設置することを可能にする。一つ以上の穴８６が光ガイド８２内に作られ、対応する数のＬＥＤアッセンブリ４０が穴８６内に設置される。穴８６を、光ガイド８２の全厚さをこれに限定されないが含む所望の深さで光ガイド８２に作ることができる。ＬＥＤパッケージ４０のレンズ４４が、光ガイド８２に接触しないこともできる。光ガイド８２の内部照明を増大するために、反射コーティング又はフィルム８４を、光ガイド８２の少なくとも一端に設置することができる。

図９Ａは、平面光ガイド８２のめくら穴９４に取り付けられた側面放射ＬＥＤパッケージ４０を図示している。めくら穴９４の頂部面９１は、平面光ガイド８２の頂部面９５と略平行である。より薄い光ガイドパッケージが同様の結合効率を有することを可能にするために、めくら穴９４の頂部面９１を、光を反射するために反射コーティング又はフィルムでコートすることができる。
図９Ｂは、平面光ガイド８２の漏斗状めくら穴９８に取り付けられた側面放射ＬＥＤパッケージ４０を図示している。漏斗状めくら穴９８の頂部面９３は、ＬＥＤパッケージ４０のレンズ４４の漏斗状部分５８と略平行である。めくら穴は、ＬＥＤから放射される光を光ガイドに再度向けることを助けるために平坦面、漏斗状面、又は曲面を有することができる。

図９Ｃは、平面光ガイド８２のＶ字状めくら穴９７に取り付けられた側面放射ＬＥＤのパッケージ４０を図示している。めくら穴９７ｖ字状頂部面９９は、ＬＥＤパッケージ４０のレンズ４４の漏斗状部分５８と略平行である。めくら穴は、平面、漏斗状面、曲面を有しており、ＬＥＤから放射された光を光ガイドに再度向けることを助ける。めくら穴９７の頂部面９９は、光を反射するためにコーティングされており、より薄い光ガイドパッケージが同様の結合効率を有することを可能にする。
図１０は、平面光ガイド８２の貫通孔９６に取り付けられた側面放射ＬＥＤパッケージ４０を図示している。貫通孔９６は、ＬＥＤパッケージ４０を、光ガイド８２に略垂直に取り付けることを可能にする。

図１１は、従来のＬＥＤ／反射体構成を図示している。深い反射体９２と組み合わせた半球状レンズ１２とＬＥＤパッケージ１０を使用することが知られている。反射体９２のキャビティの深い形状は、ＬＥＤパッケージ１０の半球状レンズ１２から放射される光を平行にする。この深い反射体キャビティは光をコントロールするために必要である。
図１２に示される様に、従来のＬＥＤパッケージ１０よりもより幅の広い面積に渡って光を放射するために、浅い大断面積反射体１０２を、側面放射ＬＥＤパッケージ４０と組み合わせて使用することができる。レンズの縦方向パッケージ軸１１６は反射体１０２の放射軸１２２に略平行である。光の側面放射は、従来の反射体９２（図１１）よりも、反射体１０２の壁がより深く無いことを可能にする。光はＬＥＤパッケージ４０の縦方向パッケージ軸１１６に略垂直にレンズ１４４から放射される。側面放射ＬＥＤパッケージ４０は、従来のＬＥＤと比較して浅い広い面積の反射体で極めて高い収集係数を可能にする。浅い反射体１０２は、従来のＬＥＤアッセンブリ１０組み合わせて使用される狭い深い反射体９２よりもより幅の広い面積に渡って光を平行にする。浅い、広い面積の反射体１０２は、ＢＭＣバルク成形化合物、ＰＣ、ＰＭＭＡ、ＰＣ／ＰＭＭＡ及びＰＥＩから作ることができる。反射体１０２の内部を被う反射フィルム１２０を、例えば、アルミニュウム（Ａｌ）及びニッケルクロム（ＮｉＣｒ）を含む高反射材料で金属化、スパッター等することができる。側面放射ＬＥＤは、従来のＬＥＤ／深い反射体の組合せよりも深い又は浅い反射体を有するより高い収集係数を達成することができる。

上述されたＬＥＤパッケージ及び発光素子は、幾つかの鋸歯を有するレンズ４４を含み、他の実施の形態は、一つのみの鋸歯を有する又は鋸歯を有さないレンズを含むことができる。図１３を参照する。例えば、或る実施の形態に従うと、発光素子１５０は、上述されたレンズ４４と類似するが異なるレンズ１５２を含む。特に、レンズ１５２は、反射（例えば、全反射）面Ｉ及び屈折面Ｈを有する漏斗状部分５８を含むが、レンズ４４の鋸歯部分５６（図５Ａ）の様な屈折鋸歯部分は含まない。代わりに、レンズ１５２のより低い部分１５４は、屈折面Ｈからレンズ１５２の底面１５８へスムーズな曲面として延びる屈折面１５６を有する。容積５４が真空か又はガスを含む場合、レンズ１５２の底面１５８は、容積５４とレンズ１５２の他の部分との間の界面を含むと考えることができる。代替的に、容積５４が、固体、液体、又はゲルの様な非気体材料を含む場合、底面１５８は、この様な材料とＬＥＤパッケージベース４２及びＬＥＤ５２との界面を含むと考えることができる。

上述したレンズ４４と同様に、レンズ１５２は、中心軸４３に対して対称（例えば、円筒対称）とすることができる。レンズ１５２の反射面Ｉは、例えばレンズ４４の面Ｉに対して上述されたもの及図５Ｅ−５Ｇに示された様な形状を有することができる。レンズ１５２は、レンズ４４を製造するために好適な上述された材料の何れかから形成され、且つ何れかの方法のよって製造される。
図１４に図示される光線軌跡及び図１３をここで参照する。レンズ１５２の焦点Ｆに近接して位置されるＬＥＤ５２の様な発光素子によって放射される光は、レンズの底面１５８を通してレンズ１５２に入ることができる。反射面Ｉに直接入射する焦点Ｆ近くから放射される光は、面Ｉから屈折面Ｈへ反射され、面Ｈで屈折され、レンズの中心軸４３に実質的に垂直な方向でレンズ１５２を出る。屈折面１５６に直接入射する焦点Ｆ近くから放射される光は、面１５６によって屈折されて、軸４３に実質的に垂直な方向でレンズ１５２を同様に出る。

説明を簡明にするために、図１３及び他の図面に示される光線は、容積５４とレンズ１５２の他の部分との界面で屈折する様には図示されていない。一般的に、この界面でのこの様な光線の屈折は、容積５４中の材料とレンズの他の部分の材料との屈折率の（典型的には小さい）差により、生じる。面Ｉ、Ｈ、及び１５６の形状は典型的には、この様な屈折を考慮にいれて選択される。
図１５は、単一の屈折鋸歯を含むレンズ１６０の断面（点線）に重ねてレンズ１５２の断面を示している。単一の屈折鋸歯のみを有することを除いて、レンズ１６０は、上述したレンズ４４と構造及び機能が実質的に類似している。図１５に示されるレンズ１５２及び１６０の使用は、実質的に類似のＬＥＤを実質的に類似のパッケージで使用するため最適化される。従って、レンズ１５２及びレンズ１６０の最下部は、サイズ及び形状か略同じである。

図１５に示される様に、レンズ１５２の漏斗状部分５８の直径Ｄ１は、より低い部分１５４の直径Ｄ２よりも実質的に小さい。対照的に、レンズ１６０の漏斗状部分の直径は、最下部の直径と略等しい。幾つかの使用において、レンズ１５２の漏斗状部分５８のより小さい直径は、レンズ１６０（又は屈折鋸歯を含む他のレンズ）よりもレンズ１５２を製造すること、ＬＥＤパッケージに挿入取り付けること、且つシリコーン又は樹脂で充填することをより容易且つより安価にする。
発光素子１５０は、他のＬＥＤパッケージ及び発光素子に対して上述されたのと同様に、例えば、光ガイド、及び浅い、大面積反射体と共に採用することができる。

他の実施の形態（図１６）において、レンズキャップ１６２は、半球状レンズ１２を有する通常のＬＥＤパッケージ１０に嵌合する。レンズキャップ１６２は、例えば、光学接着剤によって、レンズ１２に取り付けることができる。レンズキャップ１６２は、反射（具体的には、全反射）面Ｉ及び屈折面Ｈを有する漏斗状部分５８と、更に屈折面Ｈから底面１５８に至るスムーズな曲面として延びる屈折面１５６を有する低い部分１５４を含む。レンズキャップ１６２は、レンズ１５２に対して上述された形状及び対称性を有することができる。レンズ４４及び１５２の製造に対して好適な上述した材料の何れかから及び方法の何れかによって形成するとこができる。レンズ１５２に関して上述した様に、ＬＥＤパッケージ１０によって放射された光は、レンズキャップの中心軸４３に略垂直な方向に、レンズキャップ１６２の面Ｉ、Ｈ及び１５６によって向けられる。

本発明の上述した実施の形態は、説明であって限定するものではないことが意図されている。従って、種々の変化及び変更を、より広い解釈で本発明から離れることなしに行うことができる。従って、添付された請求項は、本発明の真の精神及び範囲に入る全ての変化及び変更を含む。

異なる図面において、同じ参照記号を使用して、同様又は同じ項目を示している。図面内の寸法は、必ずしも比例尺ではないことに注意すべきである。
は、従来のＬＥＤパッケージを図示する。 は、別の従来のＬＥＤパッケージを図示する。 は、従来の端照明光ガイドの断面を図示する。 は、図２の光ガイドの斜視図を示す。 は、本発明の一つの実施の形態である。 は、図４のＬＥＤパッケージの断面図を示す。 は、ＬＥＤパッケージベースのハウジングに嵌合するレンズの断面図を示す。 は、図５Ｂのレンズ／ハウジング嵌合の拡大図である。 は、ＬＥＤパッケージに嵌合するレンズキャップの拡大図を示す。 は、レンズの或る実施の形態の光線軌跡を図示する。 は、レンズの他の実施の形態の光線軌跡を図示する。 は、レンズの他の実施の形態の光線軌跡を図示する。 は、図４のＬＥＤパッケージからの光の側面放射を図示する。 は、図４のＬＥＤパッケージから２つの光ガイドへの光の側面放射の断面図を示す。 は、光ガイド内のめくら穴に挿入される図４のＬＥＤパッケージの断面を示す。 は、光ガイド内の貫通孔に挿入される図４のＬＥＤパッケージの断面を示す。 は、ＬＥＤパッケージの高さよりも薄い光ガイド内のホールに挿入された図４のＬＥＤパッケージの断面を示す。 は、光ガイドの断面を示す。 は、光ガイドのめくら穴に取り付けられた図４のＬＥＤパッケージの断面を示す。 は、光ガイドのめくら穴に取り付けられた図４のＬＥＤパッケージの断面を示す。 は、光ガイドのめくら穴に取り付けられた図４のＬＥＤパッケージの断面を示す。 は、光ガイドのめくら穴に取り付けられた図４のＬＥＤパッケージの断面を示す。 は、反射体に結合された従来のＬＥＤパッケージを図示する。 は、浅い反射体を組み込んだ図４のＬＥＤパッケージを図示する。 は、他の実施の形態に従う発光素子の断面を図示する。 は、図１３に図示されるレンズを通過する光線軌跡を図示する。 は、他の実施の形態に従うレンズの断面図上に重畳された図１３に図示されるレンズの断面を図示する。 は、他の実施の形態に従うＬＥＤパッケージに嵌合するレンズキャップの断面を図示する。

Claims (4)

1. 底面、反射面、第１の屈折面、および第２の屈折面を具備するレンズであって、
   第１の屈折面が、レンズの中心軸に対して傾斜した角度を有し、
   第２の屈折面が、底面から第１の屈折面へ延び、
   底面を介してレンズに入り且つ反射面に直接入射する光が、反射面から第１の屈折面へ反射され、第１の屈折面によって屈折されて、中心軸に実質的に垂直な方向でレンズを出、
   底面を介してレンズに入り、第２の屈折面に直接入射する光が、第２の屈折面によって屈折され、レンズの中心軸に実質的に垂直な方向でレンズを出、そして、
   第２の屈折面は曲面である
   、レンズ。
2. 反射面及び第１の屈折面は、漏斗状部分を形成する請求項１記載のレンズ。
3. 漏斗状部分の中心軸を中心とする最大直径は、第２の屈折面を形成する部分の中心軸を中心とする最大直径よりも小さい請求項２記載のレンズ。
4. 底面が、半球状レンズと嵌合する半球状の形状にされている請求項１記載のレンズ。

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