JP6680803B2 - オプトエレクトロニクス部品 - Google Patents

Description

本発明は、オプトエレクトロニクス部品に関する。

オプトエレクトロニクス部品（例えば発光ダイオード部品）を照明目的で使用することが知られている。この場合、電磁放射のビーム整形を行うために、レンズが設けられている。

本発明は、改良されたオプトエレクトロニクス部品を提供することを目的とする。

この目的は、特許請求項１に記載のオプトエレクトロニクス部品によって達成される。

本オプトエレクトロニクス部品は、少なくとも１つの放射源、反射体、およびレンズを有する。レンズは、円錐状の第１の側面を有し、この第１の側面は、放射源に対向している。円錐状の第１の側面は、反射体によって少なくとも部分的に包囲されている。これにより、反射体およびレンズによる電磁放射の改良されたビーム導波が実現される。円錐状のレンズによって、相対的に低い高さのオプトエレクトロニクス部品および反射体を構成することができる。光損失が減少されることが、提案されたオプトエレクトロニクス部品の利点の１つである。

本オプトエレクトロニクス部品の一実施形態では、第１の側面は、完全な円錐形であるように構成されている。これにより、レンズの構造を単純にすることができる。

本オプトエレクトロニクス部品の他の実施形態では、反射体は、リング状に放射源を包囲している。反射体は、オプトエレクトロニクス部品の出射開口部の境界を画定している。レンズの第１の側面は、第１の側面が出射開口部の少なくとも８０％を被覆するように構成されている。これにより、効率的なビーム整形が実現される。

他の実施形態では、第１の側面は、反射体の出射開口部の少なくとも９０％を被覆している。これにより、より高いパーセンテージの電磁放射がレンズの第１の側面を通して導波される効果が実現される。したがって、全体として、改良されたビーム整形が実現される。

一実施形態では、レンズは、第１の側面とは反対側に配置された第２の側面において、少なくとも部分的に凸面を有する。これにより、改良されたビーム導波が実現される。

他の実施形態では、反射体は、ハウジングの内面に形成されており、レンズは、ハウジングの側面で支持されている。これにより、単純な構造のオプトエレクトロニクス部品が実現される。

他の実施形態では、レンズは、電磁放射のビーム整形のために、第２の側面にフレネル構造を有する。

他の実施形態では、レンズの第１の側面は、円錐台形状である。さらに、第１の側面の部分領域を、凸状または凹状に構成してもよい。これにより光損失が増加するが、それでも相対的に低い光損失で良好なビーム導波が依然としてこれらの実施形態によって可能である。

一実施形態では、反射体は、少なくとも１つの凹状部分を有する。これにより、改良されたビーム導波を、特に、全高の小さい反射体で実現することができる。

一実施形態では、反射体は、凹状の第１の部分および凸状の第２の部分を有する。これらの凹状部分および凸状部分によって、全高の小さい反射体でさらなるビーム導波の改良を実現することができる。

一実施形態では、第１の部分の断面は、放射源の方向に狭くなっており、さらに、第２の部分の断面は、放射源の方向に狭くなっている。これにより、改良されたビーム導波を、高さが低く面積が小さい反射体で実現することができる。

一実施形態では、レンズの第２の側面は、周溝部を有する。これにより、改良されたビーム導波を、レンズからの放射の出射の際に実現することができる。

一実施形態では、レンズの第２の側面は、中央凹部を有する。第２の凹部もまた、放射出射時のビーム導波を改良することができる。

本発明の上記性質、特徴、および、利点、ならびにそれらの実現方法は、添付の図面に関連して詳細に説明される例示的な実施形態の以下の記述に関連してより明確かつ容易に理解可能となる。

第１の実施形態のオプトエレクトロニクス部品の概略断面図である。 レンズの概略斜視図である。 第２の実施形態のオプトエレクトロニクス部品の概略断面図である。 第３の実施形態のオプトエレクトロニクス部品の概略断面図である。 第４の実施形態のオプトエレクトロニクス部品の概略断面図である。 反射体の開口面およびレンズの第１の側面の表面の概略図である。 第５の実施形態のオプトエレクトロニクス部品の概略断面図である。 第５の実施形態の概略斜視図である。

図１は、オプトエレクトロニクス部品１０の概略断面図である。オプトエレクトロニクス部品１０は、出射面４において電磁放射を出射する放射源１を有する。例えば、放射源１を、発光ダイオードとして構成してもよい。さらに、放射源１を、レーザーダイオードとして構成してもよい。オプトエレクトロニクス部品１０は、反射体２によって出射面４側で包囲されている。図の例示的な実施形態では、反射体２は、漏斗状に出射空間６の境界を画定しており、放射源１の電磁放射は、出射空間６を通して出射される。図の例示的な実施形態では、反射体２は、ハウジング５の内面２０に形成されている。ハウジング５は、プラスチックから作られていてもよく、内面２０は、反射体２を形成する反射層で被覆されている。図の実施形態では、オプトエレクトロニクス部品１０は、キャリア２１（例えば、ＰＣＢまたはセラミック）に設けられている。ハウジング５は、一方の側面でキャリア２１に固定されている。放射源１は、ハウジング５の出射空間６を構成している貫通開口部内に突出している。図の例では、反射体２は、中心軸１１に対して回転対称であるように構成されている。反射体２は、漏斗状に構成されており、中心軸１１に直交して配置された開口面１２の境界を出射方向における端部領域において画定している。例えば、反射体２は、電磁放射を所望のビーム方向に偏向するために自由面（free face）または放物面形状を有する。

さらに、放射源１の出射面４は、中心軸１１に出射面４の中心を合わせて配置されている。

さらに、第１の側面７が少なくとも部分的に出射空間６の中に突出しているレンズ３が設けられている。第１の側面７は、中心軸１１に対して回転対称であるように構成されている。選択される実施形態に応じて、レンズ３の第１の側面７は、反射体２の開口面１２の少なくとも８０％、特に少なくとも９０％を被覆している。図の例示的な実施形態では、レンズ３は、ハウジング５の第２の側面２２で支持されているプレート部９に接続されている。ハウジング５の第２の側面２２で支持されているプレート部９は、レンズ３の少なくとも１つの縁部領域を構成している。したがって、反射体２の開口面１２は、レンズ３およびプレート部９によって完全に被覆されている。選択される実施形態に応じて、レンズ３は、プレート部９を含んでいてもよい。すなわち、レンズ３は、プレート部９と一体的に、かつ、材料がプレート部９の材料と連続した状態で形成されうる。選択される実施形態に応じて、レンズ３およびプレート部９が２つの部分として、また、異なる材料から形成され得、レンズ３がプレート部９に固定され得る。例えば、レンズ３およびプレート部９は、ガラス、シリコーン、および／またはプラスチック（例えばエポキシド）から形成され得る。

例えば、出射面４の面積を０．７５×０．７５ｍｍ^２としてもよい。また、例えば、反射体２の開口面１２の直径を３ｍｍとしてもよい。さらに、ハウジング５の中心軸１１と平行な厚さを０．５ｍｍ〜３ｍｍの範囲内の値としてもよい。

第１の側面７の円錐状の構成によって、部品の高さが低いにも関わらず、すなわち、反射体２の中心軸１１と平行な高さおよびレンズ３の中心軸１１と平行な高さが低いにも関わらず、電磁放射の効率的で精確なビーム導波を実現することができる。例えば、電磁放射を赤外光または可視光としてもよい。

図２は、レンズ３の概略斜視図であり、レンズ３は図の例示的な実施形態では、プレート部９と一体的に、かつ、材料がプレート部９の材料と連続した状態で形成されている。図の例示的な実施形態では、第１の側面７は、端部領域において頂点１３に向かって円錐状に先細りになっている。選択される実施形態に応じて、レンズ３は、第１の側面７において曲率が小さくてもよく、曲率が小さい部分を有していてもよい。

図３は他の実施形態のレンズ３の概略断面図であり、この実施形態では、第１の側面７は、円錐台状に構成され、端部領域において平面１４に結合されている。平面１４は、中心軸１１に直交して配置されている。レンズ３は、中心軸１１に対して回転対称であるように構成されている。さらに、第１の側面７とプレート部９の平面との間の移行領域において、レンズ３は、中心軸に対する傾きが第１の側面７の傾きとは異なる移行領域１７を有しうる。例えば、移行領域１７は、凸状に湾曲していても凹状に湾曲していてもよい。さらに、移行領域１７は、中心軸１１と平行に配置され得、円筒状であり得る。

図４は他の実施形態のレンズ３の概略図であり、この実施形態では、第１の側面７の、例えば環状の部分領域１５、１６が、凸状または凹状に構成されている。この実施形態では、光学品質が図１の実施形態のものより低いが、それでも効率的なビーム導波がこのレンズで実現される。図４のレンズ３もまた、中心軸１１に対して回転対称であるように構成されている。さらに、第１の側面７とプレート部９の平面との間の移行領域において、レンズ３は、中心軸に対する傾きが第１の側面７の傾きとは異なる移行領域１７を有し得る。例えば、移行領域１７は、凸状に湾曲していても凹状に湾曲していてもよい。さらに、移行領域１７は、中心軸１１と平行に配置され得、円筒状であり得る。

レンズ３の、第１の側面７とは反対側の第２の側面８は、第１の側面７の形とは無関係に、レンズ３の各実施形態のための様々な形を有し得る。例えば、第２の側面８を平坦に、凸状に、または凹状に構成してもよく、フレネル構造またはマイクロプリズム構造の形に構成してもよい。

図５は、第２の側面８が円形の中央領域２３において凸状に構成され、半径方向において外側の環状縁部領域２４では円錐の一部として構成されたレンズ３を有するオプトエレクトロニクス部品１０の概略断面図である。第２の側面８は、所望のビーム導波に応じて構成され得る。

図６は、反射体２の開口面１２の概略図である。また、第１の側面７の、開口面１２の平面に投影された有効領域１８が概略的に示されている。開口面１２の、レンズ３の第１の側面７によって被覆される面積が大きいほど、オプトエレクトロニクス部品１０の光損失が小さくなる。上述のように、被覆率は、例えば、８０％〜９０％以上の範囲内の値であり得る。

図７は、放射源１が配置されたキャリア２１を有する、他の実施形態のオプトエレクトロニクス部品１０の概略断面図である。放射源１は、ハウジング５の内壁に形成された反射体２によって包囲されている。レンズ３は、ハウジング５に配置されている。反射体２は、中心軸１１に対して回転対称の形を有する。さらに、中心軸１１を通る断面において、反射体２は、凹状の第１の部分２５および凸状の第２の部分２６を有する。凹状の第１の部分２５は、上縁領域３５から始まり、放射源１の方向に伸長している。中心軸１１に直交する平面を画定する環状の変曲線２７において、凹状部分２５は、凸状部分２６に結合されている。変曲線２７は、反射体２の、中心軸１１に関しての高さのほぼ中間にある。凸状部分２６の開口面は、放射源１の高さにおいて下端領域３６の方向に狭くなっており、最小の開口面になっている。したがって、反射体２の開口面は、上端領域３５から始まり、中心軸１１に沿って下端領域３６の方向に絶えず狭くなっている。したがって、反射体２は実質的に、断面においてＳ字形である。

レンズ３は、第１の側面７を有する。第１の側面７は、中心軸１１に対して回転対称に構成され、かつ、放射源１に向かって円錐状に先細りになるように構成されている。第１の側面７は、放射源１に対向している。レンズ３の、第１の側面７とは反対側に配置された第２の側面８には、周方向の環状溝部２８が縁部領域２４に形成されている。溝部２８は、内側面２９および外側面３０を有する。内側面２９は、中心軸１１に対して内側に傾斜した状態で配置されており、外側面３０は、中心軸１１に対して外側に傾斜した状態で配置されている。例示的な実施形態では、反射体２の上面視において溝部２８は、上端領域３５において反射体２の開口面の外部に配置されている。図６から分かるように、第１の側面７は、製造上の理由から、反射体２の開口面１２全体ではなく、部分領域１８のみを被覆し得る。したがって、反射体２と第１の側面７との間の電磁放射が、レンズ３の第１の側面７に衝突することなく出射されることができる。溝部２８、特に内側面２９は、この放射を中心軸１１の方向に偏向するために使用される。これにより、放射は、所望の出射方向において増大する。また、選択される実施形態に応じて、溝部２８を反射体２の開口面１２の内部に配置してもよい。

さらに、第２の側面８は、中央部に凹部３１を有し、凹部３１は、中心軸１１に対して回転対称に構成され、球体の一部の形および／または円錐形である。レンズ３は、一体的に形成されても、プレート３２、３３として２つの部分で形成されてもよい。第１プレート３２が第１の側面７を有し、第２のプレート３３が第２の側面８を有する２つのプレート３２、３３は、中心軸１１に直交して配置され得る。溝部２８および凹部３１によって、所望の出射方向における集光が改良される。選択される実施形態に応じて、レンズ３は、溝部２８のみを有していても、凹部３１のみを有していてもよい。また、図７の反射体２を、上述の図のレンズと組み合わせてもよい。さらに、図７のレンズ３を、上述の図の反射体と組み合わせてもよい。

図８は、図７の構成の概略斜視図である。図の実施形態では、レンズ３は、第２の側面８の領域において正方形である。選択される実施形態に応じて、レンズ３を、側面８の領域において円形としてもよい。

レンズ３の第１の側面７に直接衝突する電磁放射が、光軸方向に屈折され、次いで、さらなる光学要素（例えば、凸状の第２の側面、すなわち第２のレンズ）によって第２のステップでさらに光軸方向に屈折されることが、オプトエレクトロニクス部品１０の本実施形態の基本的な考え方の１つである。さらに、レンズ３の第１の側面７によって反射された電磁放射は、反射体２上で外部に向けて反射される。反射された光線は、反射体２から反射されてレンズ３の第１の側面７の方向に再び戻される。反射体２によって反射された電磁放射は、同様に、レンズ３の第１の側面７の円錐形によって光軸方向に屈折される。したがって、反射体は、より平坦に、すなわち、ビーム方向により短く構成可能である。これにより、非常に平坦な反射体の設計が可能になり、平坦な反射体は、高いビーム強度または電磁放射の狭角出射を実現する。これにより、光損失が減少することによって効率の向上が実現される。さらに、光軸方向に偏向されない電磁放射部分が減少される。

好ましい例示的実施形態に基づき、本発明を詳細に例示および説明してきたが、本発明は、開示した例に限定されず、また、当業者によって、本発明の保護範囲から逸脱することなく、開示した例から他の変形形態が派生しうる。

本特許出願は、独国特許出願第１０２０１５１０８４９９．６号の優先権を主張し、その開示内容は参照によって本明細書に援用される。

１ 放射源
２ 反射体
３ レンズ
４ 出射面
５ ハウジング
６ 出射空間
７ 第１の側面
８ 第２の側面
９ プレート部
１０ オプトエレクトロニクス部品
１１ 中心軸
１２ 開口面
１３ 頂点
１４ 平面
１５ 第１の環状面
１６ 第２の環状面
１７ 移行領域
１８ 領域
２０ 内面
２１ キャリア
２２ ハウジングの第２の側面
２３ 中央領域
２４ 縁部領域
２５ 第１の部分
２６ 第２の部分
２７ 変曲線
２８ 溝部
２９ 内側面
３０ 外側面
３１ 凹部
３２ 第１のプレート
３３ 第２のプレート
３５ 上端領域
３６ 下端領域

Claims (13)

1. 出射面（４）において出射される電磁放射を生成する少なくとも１つの放射源（１）と、
   前記出射面（４）を包囲し、前記放射源（１）の前記電磁放射が出射される出射空間（６）を漏斗状に画定する反射体（２）と、
   レンズ（３）と、
   を有し、
   前記反射体（２）は、ハウジング（５）の内壁に形成され、
   前記反射体（２）は、前記放射源（１）の放射の一部を所定のビーム方向に偏向するように構成され、
   前記レンズ（３）は、前記ハウジング（５）に配置され、
   前記レンズ（３）は、前記放射源（１）の放射の少なくとも一部を前記所定のビーム方向に偏向するように構成され、
   前記レンズ（３）は、少なくとも一部の領域において円錐状の第１の側面（７）を有し、
   前記第１の側面（７）は、前記放射源（１）に対向し、
   前記レンズ（３）は、中心軸（１１）に対して回転対称に構成され、前記放射源（１）に向かって円錐状に先細りになるように構成され、
   前記第１の側面（７）は少なくとも部分的に、前記出射空間（６）の中に突出し、
   前記反射体（２）は、前記中心軸（１１）に対して回転対称の形を有し、
   前記反射体（２）は、前記中心軸（１１）を通る断面において、凹状の第１の部分（２５）および凸状の第２の部分（２６）を有し、
   前記第１の部分（２５）は、上縁領域（３５）から始まり、前記放射源（１）の方向に伸長し、
   前記中心軸（１１）に直交する平面を画定する環状の変曲線（２７）において、前記第１の部分（２５）は、前記第２の部分（２６）に結合される、
   オプトエレクトロニクス部品（１０）。
2. 前記第１の側面（７）は、完全な円錐形である、
   請求項１に記載のオプトエレクトロニクス部品（１０）。
3. 前記反射体（２）は、出射方向における端部領域において出射開口部（１２）を有し、
   前記第１の側面（７）は、前記出射開口部（１２）の少なくとも８０％を被覆している、
   請求項１または２に記載のオプトエレクトロニクス部品（１０）。
4. 前記第１の側面（７）は、前記出射開口部（１２）の少なくとも９０％を被覆している、
   請求項３に記載のオプトエレクトロニクス部品（１０）。
5. 前記レンズ（３）は、前記第１の側面（７）とは反対側に配置された第２の側面（８）において、少なくとも部分的に凸面を有する、
   請求項１〜４のいずれか一項に記載のオプトエレクトロニクス部品（１０）。
6. 前記レンズ（３）は、前記第１の側面（７）とは反対側に配置された第２の側面（８）において、フレネル構造を有する、
   請求項１〜４のいずれか一項に記載のオプトエレクトロニクス部品（１０）。
7. 前記レンズ（３）の前記第２の側面（８）は、周溝部（２８）を有する、
   請求項５または６に記載のオプトエレクトロニクス部品（１０）。
8. 前記レンズ（３）の前記第２の側面（８）は、中央凹部（３１）を有する、
   請求項５〜７のいずれか一項に記載のオプトエレクトロニクス部品（１０）。
9. 前記レンズ（３）の前記第１の側面（７）に直接衝突する前記放射は、前記レンズ（３）の中心軸方向に屈折され、次いで、前記レンズ（３）の凸状の第２の側面（８）によってさらに前記中心軸方向に屈折され、
   前記レンズ（３）の前記第１の側面（７）によって前記反射体（２）に向けて反射された前記放射は、前記反射体（２）から前記レンズ（３）の前記第１の側面（７）の方向に戻され、前記レンズ（３）の前記第１の側面（７）によって前記中心軸方向に屈折される、
   請求項１〜８の何れか１項に記載のオプトエレクトロニクス部品（１０）。
10. 前記レンズ（３）の前記第１の側面（７）は、端部領域において頂点（１３）に向かって円錐状に先細りになっており、
    前記端部領域は、前記放射源（１）に最も近く配置される、
    請求項１〜９の何れか１項に記載のオプトエレクトロニクス部品（１０）。
11. 前記レンズ（３）の前記第１の側面（７）は、円錐台形状に構成され、端部領域において平面（１４）に結合され、
    前記平面（１４）は、前記レンズ（３）の前記中心軸（１１）に直交して配置されている、
    請求項１，３〜１０の何れか１項に記載のオプトエレクトロニクス部品（１０）。
12. 前記ハウジング（５）は、０．５ｍｍ〜３ｍｍの範囲内で、前記中心軸（１１）と平行な厚さを有する、
    請求項１〜１１の何れか１項に記載のオプトエレクトロニクス部品（１０）。
13. 前記第２の部分（２６）の開口面は、前記放射源（１）の高さにおいて下端領域（３６）の方向に最小の開口面まで狭くなる、
    請求項１〜１２の何れか１項に記載のオプトエレクトロニクス部品（１０）。
    

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