WO2018207765A1 - 光学素子および光学系装置 - Google Patents

光学素子および光学系装置 Download PDF

Info

Publication number
WO2018207765A1
WO2018207765A1 PCT/JP2018/017736 JP2018017736W WO2018207765A1 WO 2018207765 A1 WO2018207765 A1 WO 2018207765A1 JP 2018017736 W JP2018017736 W JP 2018017736W WO 2018207765 A1 WO2018207765 A1 WO 2018207765A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
optical element
light
predetermined position
incident
element according
Prior art date
Application number
PCT/JP2018/017736
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
縄田晃史
粟屋信義
田中覚
Original Assignee
Ｓｃｉｖａｘ株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ｓｃｉｖａｘ株式会社 filed Critical Ｓｃｉｖａｘ株式会社
Publication of WO2018207765A1 publication Critical patent/WO2018207765A1/ja

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B3/00—Simple or compound lenses
    • G02B3/02—Simple or compound lenses with non-spherical faces
    • G02B3/08—Simple or compound lenses with non-spherical faces with discontinuous faces, e.g. Fresnel lens
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V13/00—Producing particular characteristics or distribution of the light emitted by means of a combination of elements specified in two or more of main groups F21V1/00 - F21V11/00
    • F21V13/02—Combinations of only two kinds of elements
    • F21V13/04—Combinations of only two kinds of elements the elements being reflectors and refractors
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V5/00—Refractors for light sources
    • F21V5/04—Refractors for light sources of lens shape
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V5/00—Refractors for light sources
    • F21V5/04—Refractors for light sources of lens shape
    • F21V5/045—Refractors for light sources of lens shape the lens having discontinuous faces, e.g. Fresnel lenses
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V7/00—Reflectors for light sources
    • F21V7/0091—Reflectors for light sources using total internal reflection
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V7/00—Reflectors for light sources
    • F21V7/04—Optical design
    • F21V7/045—Optical design with spherical surface
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V7/00—Reflectors for light sources
    • F21V7/04—Optical design
    • F21V7/06—Optical design with parabolic curvature
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B19/00—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics
    • G02B19/0004—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the optical means employed
    • G02B19/0028—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the optical means employed refractive and reflective surfaces, e.g. non-imaging catadioptric systems
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B19/00—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics
    • G02B19/0033—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the use
    • G02B19/0047—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the use for use with a light source
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/02—Diffusing elements; Afocal elements

Definitions

  • the present invention relates to an optical element and an optical system apparatus using the same.
  • the above-described optical lens assembly has a problem that it is necessary to assemble because each element lens is separated. There is also a problem that the number of lenses that can be assembled and the size of each lens that can be manufactured are limited.
  • an object of the present invention is to provide an optical element that is easy to manufacture and guides light to a wide range ahead without waste, and an optical system apparatus using the optical element.
  • the optical element of the present invention controls and emits light distributed from a predetermined position, and includes a first incident surface capable of transmitting light from the predetermined position, and transmitted through the first incident surface.
  • a refraction-use unit comprising a first emission surface that emits the emitted light in a predetermined light distribution direction, a second incident surface capable of transmitting light from the predetermined position, and light transmitted through the second incident surface in a predetermined direction
  • a reflection utilization unit including a plurality of convex structures each having a reflection surface to be reflected and a second emission surface for emitting light reflected by the reflection surface in a predetermined light distribution direction.
  • the first incident surface may be formed in a planar shape.
  • the first exit surface may be formed in a lens shape.
  • the first emission surface may be formed in a Fresnel lens shape.
  • the refraction utilization unit and the reflection utilization unit may be a rotating body obtained by rotating a reference planar shape with a straight line passing through the predetermined position as a center line, or a reference planar shape may be a method of the planar shape. It can be a shape translated in the linear direction.
  • the second incident surface is an arc centered on the predetermined position in the planar shape.
  • the reflecting surface is a parabola having the predetermined position as a focal point in the planar shape.
  • the second incident surface constituting the outermost convex structure from the predetermined position has a wider incident angle range of light from the predetermined position than the second incident surface constituting the adjacent convex structure. It is preferable to be formed.
  • the reflecting surface is one that totally reflects light transmitted through the second incident surface to the second emitting surface.
  • the width of the convex structure is preferably 10 ⁇ m or more and 200 ⁇ m or less.
  • optical system apparatus of the present invention is mainly composed of the above-described optical element of the present invention and the light source arranged at the predetermined position.
  • another optical system apparatus of the present invention is mainly configured by the above-described optical element of the present invention and a light source disposed at a position closer to the optical element than the predetermined position.
  • Still another optical system apparatus of the present invention is mainly configured by the above-described optical element of the present invention and a light source arranged at a position farther from the optical element than the predetermined position.
  • a mirror is disposed on the side of the light source facing the optical element.
  • the mirror is preferably formed in a spherical shape that reflects light incident from the light source in the incident direction.
  • the optical element since the optical element has a structure in which a plurality of convex structures are integrated, it can be easily manufactured by injection molding or the like. Further, since no assembly is required, there is an effect that the degree of freedom of the number and size of the convex structures is large.
  • FIG. 1 shows the reference plane shape which concerns on the optical element of this invention. It is explanatory drawing explaining the cross section of the convex structure which concerns on the optical element of this invention. It is a top view which shows the 1st entrance plane and 2nd entrance plane side of the optical element which is a rotary body of this invention. It is a top view which shows the 1st output surface and 2nd output surface side of the optical element which is a rotary body of this invention. It is a perspective view which shows the optical element which is a rotary body of this invention. It is a top view which shows the 1st entrance plane and 2nd entrance plane side of the optical element which is a translation body of this invention.
  • optical element of the present invention will be described below.
  • the optical element of the present invention comprises a refraction use unit 1 and a reflection use unit 2, and controls the light distribution of light incident from a predetermined position 30 to emit.
  • the material may be any material as long as it is transparent to the light whose orientation is to be controlled.
  • a transparent dielectric can be used.
  • inorganic substances such as glass and resins such as cycloolefin polymer (COP) are applicable.
  • the refraction utilization part 1 is a part for controlling the orientation of incident light mainly utilizing refraction.
  • the refraction utilization unit 1 includes a first incident surface 11 that can transmit light from a predetermined position 30 and a first emission surface 19 that emits light transmitted through the first incident surface 11 in a predetermined light distribution direction. Mainly composed.
  • the first incident surface 11 may be any material as long as it can guide the light incident from the predetermined position 30 to the first emission surface 19 in consideration of refraction and the like. To make the distance as small as possible, it can be flat.
  • the first exit surface 19 is for refracting the light transmitted through the first entrance surface 11 and emitting it in a predetermined light distribution direction.
  • it may be formed in a lens shape that refracts light from a predetermined position 30 in a predetermined direction in consideration of refraction of the first incident surface 11.
  • the lens can be formed in a Fresnel lens shape.
  • the reflection utilization unit 2 is a part that controls the orientation of incident light using reflection.
  • the reflection utilization unit 2 is mainly composed of a plurality of convex structures including a second incident surface 21 and a reflective surface 22, and a second emission surface 29.
  • the second incident surface 21 may be any material as long as it can guide the light incident from the predetermined position 30 to the reflecting surface 25 in consideration of refraction and the like.
  • the second incident surface 21 receives light from the predetermined position 30 vertically.
  • the curved surface can be guided to the reflecting surface 25 without causing refraction.
  • the reflection surface 25 may be anything as long as it reflects the light received through the second incident surface 21 to the second emission surface 29.
  • it can be formed in a parabolic shape with the predetermined position 30 as a focal point.
  • the reflecting surface 25 may be formed so that the incident angle of light received from the predetermined position 30 via the second incident surface 21 is not less than the critical angle.
  • the transparent dielectric constituting the optical element is a cycloolefin polymer (COP)
  • the refractive index is 1.41
  • the critical angle is about 45 degrees.
  • a metal such as silver may be deposited on the surface of the reflection surface 25.
  • the second emission surface 29 is for emitting light reflected by the reflection surface in a predetermined light distribution direction.
  • the shape of the second emission surface may be any shape as long as light can be emitted in a predetermined alignment direction.
  • the second emission surface can be formed in a planar shape or a lens shape. Further, an uneven structure such as a Fresnel lens may be formed.
  • the refraction use unit 1 is disposed within an angle range in which at least light from the predetermined position 30 is not totally reflected.
  • the refraction utilization unit 1 and the reflection utilization unit 2 of the optical element (1) form a reference planar shape as a rotating body rotated around a straight line passing through the predetermined position 30 as a center line, or (2)
  • a planar shape serving as a reference can be formed as a shape that is translated in the normal direction of the planar shape.
  • the cross section including the center line has the same shape as the reference planar shape.
  • the parallel moving body (2) the cross section of the plane perpendicular to the translated direction is the same shape as the reference plane shape.
  • the reference plane shape (hereinafter referred to as the reference plane shape) in (1) and (2) is common, first, the reference plane shape will be described with reference to FIG.
  • the first incident surface 11 is formed in a linear shape.
  • the direction perpendicular to the straight line is defined as the Z direction.
  • the first exit surface 19 is formed in a curved shape that refracts light refracted by the first entrance surface 11 in the Z direction.
  • the shape of the curve can be obtained by calculation from the refractive index and the incident angle of light, as is conventionally known.
  • the curve may be a continuous lens-like curve, but as shown in FIG. 1, it may have a Fresnel lens-like concavo-convex structure in order to make the optical element thinner.
  • the second incident surface 21 is formed in a curved shape that can be guided to the reflecting surface 25 without refracting the light incident from the predetermined position 30. Specifically, as shown in FIG. 2, it may be an arc of a circle 110 centered on a predetermined position 30. As a result, the light 31 is incident on the second incident surface 21 perpendicularly from the predetermined position 30 and thus travels straight without being reflected.
  • the reflecting surface 25 is formed in a curved shape capable of reflecting light received through the second incident surface 21 so as to be parallel to the Z direction. Specifically, as shown in FIG. 2, it may be formed in a parabolic shape having a predetermined position 30 as a focal point.
  • the second emission surface 29 is formed in a straight line perpendicular to the Z direction so that the light reflected by the reflection surface 25 can be emitted without being refracted. As a result, the light 31 enters the second emission surface 29 perpendicularly, and thus travels straight without almost being reflected.
  • the apex of the convex structure (the intersection of the second incident surface 21 and the reflecting surface 25 in FIG. 1) is arranged to be parallel to the second exit surface 29.
  • the apex of the convex structure may be arranged on a curve or straight line that swells in the opposite direction to the Z direction as it approaches the center side (side closer to the predetermined position 30).
  • the curve (or straight line) may be formed in any way as long as light incident from the predetermined position 30 through the second incident surface 21 hits the reflecting surface 25.
  • the size of the second incident surface 21 and the reflecting surface 25, and the convex structure so that the width of the parallel light emitted from the second emission surface 29 and the width of the shaded portion where the parallel light does not appear are uniform. It is good to adjust the position.
  • each convex structure of the reflection utilization unit 2 can approximate the second circumferential surface 21 and the reflection surface 25 linearly as small as possible, and can reduce the error even if the curve has some distortion.
  • the width d of the convex structure in the direction perpendicular to the Z direction should be 200 ⁇ m or less, preferably 100 ⁇ m or less.
  • the width d of the convex structure is preferably 10 ⁇ m or more, and more preferably 50 ⁇ m or more.
  • the case where the reference plane shape is line symmetric with respect to the straight line in the Z direction passing through the predetermined position 30 is not limited to this, but only a half on one side of the straight line. It may be.
  • the rotating element obtained by rotating the reference plane shape thus configured around a straight line (center line) in the Z direction passing through the predetermined position 30 is the optical element shown in FIGS.
  • the convex structure including the second incident surface 21 and the reflecting surface 25 is formed in a circular shape.
  • Each convex structure is arranged as a concentric circle C2 in plan view.
  • the concavo-convex structure having the first emission surface 19 is also formed in a circular shape, and each concavo-convex structure is arranged as a concentric circle C1 in plan view.
  • the rotating body in which the reference plane shape is completely rotated has been described.
  • the rotating body is not limited to this, and a rotating body having a part lacking may be used.
  • the optical element shown in FIGS. 6 and 7 is a shape obtained by translating the above-described reference plane shape in the normal direction of the plane shape.
  • the convex structure composed of the second incident surface 21 and the reflecting surface 25 is formed in a straight line in the normal direction.
  • each convex structure is arrange
  • the concavo-convex structure having the first emission surface 19 is also formed in a straight line, and the concavo-convex structures are arranged in parallel.
  • the distance which translates a reference plane can be suitably set according to the use to be used.
  • the second incident surface 22 constituting the outermost convex structure from the predetermined position 30 is located at a predetermined position more than the second incident surface 23 constituting the adjacent convex structure. It is better to form so that the range of the incident angle of light from 30 becomes wider. More preferably, in the reference plane shape, the outermost convex structure from the predetermined position 30 should be formed so that light from the predetermined position 30 can be received in a range of 180 degrees. With this configuration, the light from the second incident surface 22 is reflected by the reflecting surface 26, and the light from the predetermined position 30 can be used more effectively.
  • the range of the incident angle of light from the predetermined position 30 means the difference between the maximum value and the minimum value of the incident angle of light that can enter the second incident surface of each convex structure from the predetermined position 30. To do. Therefore, in the case of the second incident surface constituting the outermost convex structure shown in FIG. 8, the range of the incident angle of light from the predetermined position 30 means ⁇ .
  • the optical element shown in FIGS. 9 to 11 is a rotator obtained by rotating the reference plane shape thus configured around a straight line (center line) in the Z direction passing through the predetermined position 30.
  • the shape obtained by translating the reference planar shape in the normal direction of the planar shape is the optical element shown in FIGS.
  • the first optical system apparatus of the present invention includes the above-described optical element of the present invention and a light source disposed at a predetermined position 30. Since the optical element is the same as the optical element of the present invention described above, description thereof is omitted.
  • any light source may be used as long as it generates light, but a point light source or a linear light source in which light spreads radially can be suitably used.
  • a point light source or a linear light source in which light spreads radially can be suitably used.
  • an LED, an incandescent bulb, a fluorescent lamp, and the like are applicable.
  • the optical system device of the present invention configured as described above, when the light emitted from the light source is incident on the first incident surface 11 and the second incident surface 21 of the optical element, the first emitting surface 19 and the second emitting surface 21 are provided.
  • the light can be emitted from the emission surface 29 as parallel light.
  • the second optical system apparatus of the present invention includes the above-described optical element of the present invention and a light source disposed at a position closer to the optical element than the predetermined position 30. Since the optical element and the light source are the same as those of the above-described optical device of the present invention, the description thereof is omitted.
  • the optical system device of the present invention configured as described above, when the light emitted from the light source is incident on the first incident surface 11 and the second incident surface 21 of the optical element, the first emitting surface 19 and the second emitting surface 21 are provided.
  • the light can be emitted from the emission surface 29 as convergent light.
  • the third optical system apparatus of the present invention includes the above-described optical element of the present invention and a light source arranged at a position farther from the optical element than the predetermined position 30. Since the optical element and the light source are the same as those of the above-described optical element of the present invention, description thereof is omitted.
  • the optical system device of the present invention configured as described above, when the light emitted from the light source is incident on the first incident surface 11 and the second incident surface 21 of the optical element, the first emitting surface 19 and the second emitting surface 21 are provided.
  • the light can be emitted from the emission surface 29 as diffused light.
  • the mirror capable of reflecting the light of the light source on the side facing the optical element of the light source.
  • the mirror may be formed in a spherical shape that reflects light incident from the light source in the incident direction.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Lenses (AREA)
  • Optical Elements Other Than Lenses (AREA)
  • Planar Illumination Modules (AREA)

Abstract

作製が容易で光を前方の広い範囲へ無駄なく導く光学素子およびそれを用いた光学系装置を提供する。所定位置30から入射した光の配光を制御して出射する光学素子あって、所定位置30からの光を透過可能な第１入射面11と、第１入射面11を透過した光を所定の配光方向に出射させる第１出射面19とからなる屈折利用部１と、所定位置30からの光を透過可能な第２入射面21および当該第２入射面21を透過した光を所定方向に反射させる反射面25からなる複数の凸構造と、反射面25で反射した光を所定の配光方向に出射させる第２出射面29とからなる反射利用部２と、で構成する。

Description

光学素子および光学系装置
　本発明は、光学素子およびそれを用いた光学系装置に関するものである。
　近年、照明用の光源としてＬＥＤが用いられている。それに応じて、光を無駄なく前方へ導く光学系装置の開発も進んでいる。例えば、光が入射する入力面と、光を出射させる出力面と、入力面と出力面との間に延在し入力面から入射した光を出力面側に反射する側面とを有するレンズを複数組み合わせた光学レンズ組立体が提案されている（例えば、特許文献１）。
特開２０１５－５２９８４９
　しかしながら、前述の光学レンズ組立体は、要素となる各レンズが分離しているため、組み立てが必要になるという問題があった。また、組み立てることができるレンズの数や作製できる各レンズの大きさに限界があるという問題もあった。
　そこで本発明は、作製が容易で光を前方の広い範囲へ無駄なく導く光学素子およびそれを用いた光学系装置を提供することを目的とする。
　本発明の光学素子は、所定位置から入射した光の配光を制御して出射するものであって、　前記所定位置からの光を透過可能な第１入射面と、前記第１入射面を透過した光を所定の配光方向に出射させる第１出射面とからなる屈折利用部と、前記所定位置からの光を透過可能な第２入射面および当該第２入射面を透過した光を所定方向に反射させる反射面からなる複数の凸構造と、前記反射面で反射した光を所定の配光方向に出射させる第２出射面とからなる反射利用部と、を具備することを特徴とする。
　この場合、前記第１入射面は平面状に形成すれば良い。また、前記第１出射面はレンズ状に形成すれば良い。また、前記第１出射面はフレネルレンズ状に形成しても良い。
　また、前記屈折利用部および前記反射利用部は、基準となる平面形状を、前記所定位置を通る直線を中心線として回転させた回転体としたり、基準となる平面形状を、当該平面形状の法線方向に平行移動した形体としたりすることができる。
　また、前記第２入射面は、前記平面形状において、前記所定位置を中心とする円弧である方が好ましい。
　また、前記反射面は、前記平面形状において、前記所定位置を焦点とする放物線である方が好ましい。
　また、前記所定位置から最も外側の凸構造を構成する第２入射面は、隣接する凸構造を構成する第２入射面よりも、前記所定位置からの光の入射角の範囲が広くなるように形成される方が好ましい。
　また、前記反射面は、前記第２入射面を透過した光を前記第２出射面に全反射させるものである方が好ましい。
　また、前記凸構造の幅は、１０μｍ以上２００μｍ以下である方が好ましい。　　　
　また、本発明の光学系装置は、上述した本発明の光学素子と、前記所定位置に配置される光源と、で主に構成される。
　また、本発明の別の光学系装置は、上述した本発明の光学素子と、前記所定位置より光学素子から近い位置に配置される光源と、で主に構成される。
　また、本発明の更に別の光学系装置は、上述した本発明の光学素子と、前記所定位置より光学素子から遠い位置に配置される光源と、で主に構成される。
　これらの場合、前記光源の前記光学素子と対向する側に鏡が配置される方が好ましい。また、前記鏡は、前記光源から入射した光を入射方向に反射させる球面状に形成される方が好ましい。
　本発明は、光学素子が複数の凸構造を一体とした構造であるため、射出成形等で簡易に作製することが可能である。また、組立を必要としないため、凸構造の数や大きさの自由度が大きいという効果がある。
本発明の光学素子に係る基準平面形状を示す図である。 本発明の光学素子に係る凸構造の断面を説明する説明図である。 本発明の回転体である光学素子の第１入射面および第２入射面側を示す平面図である。 本発明の回転体である光学素子の第１出射面および第２出射面側を示す平面図である。 本発明の回転体である光学素子を示す斜視図である。 本発明の平行移動体である光学素子の第１入射面および第２入射面側を示す平面図である。 本発明の平行移動体である光学素子の第１出射面および第２出射面側を示す平面図である。 本発明の別の光学素子に係る基準平面形状を示す図である。 本発明の回転体である別の光学素子の第１入射面および第２入射面側を示す平面図である。 本発明の回転体である別の光学素子の第１出射面および第２出射面側を示す平面図である。 本発明の回転体である別の光学素子を示す斜視図である。 本発明の平行移動体である別の光学素子の第１入射面および第２入射面側を示す平面図である。 本発明の平行移動体である別の光学素子の第１出射面および第２出射面側を示す平面図である。
　以下に、本発明の光学素子について説明する。
　本発明の光学素子は、図１に示すように、屈折利用部１と反射利用部２からなり、所定位置30から入射した光の配光を制御して出射するものである。材質は、配向を制御したい光に対し透明であればどのようなものでも良く、例えば、透明な誘電体を用いることができる。具体的には、ガラス等の無機物やシクロオレフィンポリマー（ＣＯＰ）等の樹脂等が該当する。
　屈折利用部１は、主に屈折を利用して入射した光の配向を制御する部分である。当該屈折利用部１は、所定位置30からの光を透過可能な第１入射面11と、第１入射面11を透過した光を所定の配光方向に出射させる第１出射面19と、で主に構成される。
　第１入射面11は、所定位置30から入射した光を屈折等も考慮して第１出射面19に案内可能であればどのようなものでも良いが、例えば、光学素子と所定位置30との距離をできる限り小さくするために、平面とすることができる。
　第１出射面19は、第１入射面11を透過した光を屈折させて、所定の配光方向に出射させるためのものである。例えば、所定位置30からの光を第１入射面11の屈折も考慮して所定方向に屈折させるレンズ状に形成すれば良い。また、光学素子をなるべく薄くしたい場合には、当該レンズをフレネルレンズ状に形成することも可能である。
　反射利用部２は、反射を利用して入射した光の配向を制御する部分である。当該反射利用部２は、第２入射面21および反射面22からなる複数の凸構造と、第２出射面29と、で主に構成される。
　第２入射面21は、所定位置30から入射した光を屈折等も考慮して反射面25に案内可能であればどのようなものでも良いが、例えば、所定位置30からの光を垂直に受けて屈折を生じずに反射面25に案内する曲面状とすることができる。
　反射面25は、第２入射面21を介して受けた光を第２出射面29に反射させるものであればどのようなものでも良い。例えば、所定位置30を焦点とする放物線状に形成することができる。
　また、反射面25における反射方法としては、全反射を利用したものと、金属による反射を利用したものがある。全反射を利用する場合には、所定位置30から第２入射面21を介して受けた光の入射角が臨界角以上となるように反射面25を形成すれば良い。例えば、光学素子を構成する透明誘電体をシクロオレフィンポリマー（ＣＯＰ）とすると、屈折率が１．４１であるため、臨界角は約４５度となる。一方、金属による反射を利用する場合には、反射面25の表面に、銀等の金属を蒸着して形成すれば良い。
　第２出射面29は、反射面で反射した光を所定の配光方向に出射させるためのものである。第２出射面の形状は、光を所定の配向方向に出射できればどのようなものでも良く、例えば、平面状やレンズ状に形成することができる。また、フレネルレンズのような凹凸構造が形成されていても良い。
　なお、屈折利用部１は、少なくとも所定位置30からの光を全反射しない角度の範囲内に配置される。
　次に、光源の光を平行光となるように制御する光学素子の具体的な形状を説明する。ここで、光学素子の屈折利用部１および反射利用部２は、（１）基準となる平面形状を、所定位置30を通る直線を中心線として回転させた回転体として形成したり、（２）基準となる平面形状を、当該平面形状の法線方向に平行移動した形体として形成したりすることができる。逆の表現をすると、（１）の回転体において、中心線を含む断面は、基準となる平面形状と同形となる。また、（２）の平行移動体において、平行移動した方向に垂直な平面による断面は、基準となる平面形状と同形となる。
　なお、（１）と（２）における基準となる平面形状（以下、基準平面形状という）は共通するため、以下では、まず、基準平面形状について図１を用いて説明する。
　第１入射面11は、直線状に形成される。なお、図１において、当該直線と垂直な方向をＺ方向とする。
　第１出射面19は、第１入射面11で屈折した光を、Ｚ方向に屈折させる曲線状に形成される。当該曲線の形状は、従来から知られているように、屈折率と光の入射角から計算によって求めることができる。当該曲線は、連続的なレンズ状の曲線でも良いが、図１に示すように、光学素子をより薄くするために、フレネルレンズ状の凹凸構造としても良い。
　第２入射面21は、所定位置30から入射した光を屈折させないで反射面25に案内可能な曲線状に形成される。具体的には、図２に示すように、所定位置30を中心とする円110の円弧とすれば良い。これにより、光31は所定位置30から第２入射面21に垂直に入射するため、ほとんど反射することなく直進する。
　反射面25は、第２入射面21を介して受けた光をＺ方向と平行になるように反射可能な曲線状に形成される。具体的には、図２に示すように、所定位置30を焦点とする放物線状に形成すれば良い。
　第２出射面29は、図１に示すように、反射面25で反射した光を屈折等させないで出射できるように、Ｚ方向と垂直な直線状に形成される。これにより、光31は第２出射面29に垂直に入射するため、ほとんど反射することなく直進する。
　なお、図１においては、凸構造の頂点（図１中、第２入射面21と反射面25の交点）の位置は、第２出射面29に平行となるように配置している。しかし、凸構造の頂点は、中心側（所定位置30に近い側）に近づくにつれてＺ方向と逆方向に膨らむ曲線上又は直線上に配置するようにしても良い。この場合、凸構造の大きさを同程度の大きさにできるため、第２出射面29から出射する平行光を均一にすることができるというメリットがある。なお、当該曲線（又は直線）は、所定位置30から第２入射面21を介して入射した光が反射面25に当たるものであれば、どのように形成しても良い。好ましくは、第２出射面29から出射する平行光の幅や、平行光が出ない陰になる部分の幅が均一になるように、第２入射面21、反射面25の大きさや、凸構造の位置を調節するのが良い。
　また、反射利用部２の各凸構造は、なるべく小さい方が第２周射面21や反射面25を直線近似でき、曲線に多少の歪みがあっても、誤差を小さくすることができる。具体的には、凸構造のＺ方向と垂直な方向の幅ｄを２００μｍ以下、好ましくは１００μｍ以下とする方が良い。ただし、凸構造の幅ｄを小さくし過ぎると、回折の影響を受けるため、凸構造の幅ｄは１０μｍ以上、好ましくは５０μｍ以上とする方が好ましい。
　なお、上記説明では、基準平面形状が、所定位置30を通るＺ方向の直線に対し線対称である場合について説明したが、これに限らず、当該直線のいずれか一方側にある半分だけのものであっても良い。
　このように構成された基準平面形状を、所定位置30を通るＺ方向の直線（中心線）を中心として回転させた回転体が、図３～図５に示す光学素子である。この場合、図３に示すように、第２入射面21と反射面25からなる凸構造は円状に形成される。また、当該各凸構造は平面視で同心円Ｃ２として配置される。また、図４に示すように、第１出射面19を有する凹凸構造も、円状に形成され、各凹凸構造が平面視で同心円Ｃ１として配置される。
　光学素子をこのように構成することにより、所定位置30に点光源を置くと、当該点光源から光学素子に至った光は、総てＺ方向の平行光とすることができる。
　なお、上記説明では、基準平面形状を完全に回転させた回転体について説明したが、これに限られずものではなく、一部欠けている部分がある回転体とすることも可能である。
　また、上述した基準平面形状を、当該平面形状の法線方向に平行移動した形体が、図６、図７に示す光学素子である。この場合、図６に示すように、第２入射面21と反射面25からなる凸構造は前記法線方向の直線状に形成される。また、各凸構造同士は平行に配置される。また、図７に示すように、第１出射面19を有する凹凸構造も直線状に形成され、各凹凸構造同士は平行に配置される。なお、基準平面を平行移動する距離は、使用する用途に応じて適宜設定することができる。
　光学素子をこのように構成することにより、所定位置30に点光源を置くと、当該点光源から光学素子に至った光のうち凸構造の直線方向と直交する方向の成分は、総てＺ方向の平行光とすることができる。
　また、図８に示すように、基準平面形状において、所定位置30から最も外側の凸構造を構成する第２入射面22は、隣接する凸構造を構成する第２入射面23よりも、所定位置30からの光の入射角の範囲が広くなるように形成する方が良い。更に好ましくは、基準平面形状において、所定位置30からの光を180度の範囲で受けることができるように所定位置30から最も外側の凸構造を形成する方が良い。このように構成することにより、第２入射面22からの光を反射面26で反射させて、所定位置30からの光を更に有効に活用することができる。なお、ここで所定位置30からの光の入射角の範囲とは、所定位置30から各凸構造の第２入射面に入射させることができる光の入射角の最大値と最小値の差を意味する。したがって、図８に示す最も外側の凸構造を構成する第２入射面の場合、所定位置30からの光の入射角の範囲とはθを意味する。
　このように構成された基準平面形状を、所定位置30を通るＺ方向の直線（中心線）を中心として回転させた回転体が、図９～図１１に示す光学素子である。
　また、当該基準平面形状を、当該平面形状の法線方向に平行移動した形体が、図１２、図１３に示す光学素子である。
　なお、上記説明では、本発明の光学素子に対して、第１入射面11および第２入射面21から光を入射させ、第１出射面19および第２出射面29から光を出射させていたが、逆に第１出射面19および第２出射面29から光を入射させ、第１入射面11および第２入射面21から光を出射させることも可能である。
　次に、本発明の光学系装置について説明する。本発明の第１の光学系装置は、上述した本発明の光学素子と、所定位置30に配置される光源とで構成される。なお、光学素子については、上述した本発明の光学素子と同様であるため、説明は省略する。
　光源としては、光を発生するものであればどのようなものでも良いが、光が放射状に広がる点光源又は線光源を好適に用いることができる。具体的には、例えば、ＬＥＤや白熱球、蛍光灯等が該当する。
　本発明の光学系装置は、このように構成されることにより、光源から出射した光は、光学素子の第１入射面11および第２入射面21に入射すると、第１出射面19および第２出射面29から平行光として出射させることができる。
　また、本発明の第２の光学系装置は、上述した本発明の光学素子と、所定位置30より光学素子から近い位置に配置される光源とで構成される。なお、光学素子および光源については、上述した本発明の光学装置と同様であるため、説明は省略する。
　本発明の光学系装置は、このように構成されることにより、光源から出射した光は、光学素子の第１入射面11および第２入射面21に入射すると、第１出射面19および第２出射面29から収束光として出射させることができる。
　また、本発明の第３の光学系装置は、上述した本発明の光学素子と、所定位置30より光学素子から遠い位置に配置される光源とで構成される。なお、光学素子および光源については、上述した本発明の光学素子と同様であるため、説明は省略する。
　本発明の光学系装置は、このように構成されることにより、光源から出射した光は、光学素子の第１入射面11および第２入射面21に入射すると、第１出射面19および第２出射面29から拡散光として出射させることができる。
　なお、本発明の第１～第３の光学系装置において、光源の光学素子と対向する側に光源の光を反射可能な鏡を配置する方が好ましい。これにより、光源の光学素子がない側へ出射された光も有効活用することができる。例えば、当該鏡は、光源から入射した光を入射方向に反射させる球面状に形成されれば良い。
１　屈折利用部
２　反射利用部
11　第１入射面
19　第１出射面
21　第２入射面
22　第２入射面
23　第２入射面
25　反射面
26　反射面
29　第２出射面
30　所定位置
31　光
110　円
120　放物線
130　曲線
ｄ　凸構造の幅
Ｃ１　同心円
Ｃ２　同心円
Ｚ　Ｚ方向

Claims (16)

  1. 　所定位置から入射した光の配光を制御して出射する光学素子であって、
    　前記所定位置からの光を透過可能な第１入射面と、前記第１入射面を透過した光を所定の配光方向に出射させる第１出射面とからなる屈折利用部と、
    　前記所定位置からの光を透過可能な第２入射面および当該第２入射面を透過した光を所定方向に反射させる反射面からなる複数の凸構造と、前記反射面で反射した光を所定の配光方向に出射させる第２出射面とからなる反射利用部と、
    を具備することを特徴とする光学素子。
  2. 　前記第１入射面は平面状に形成されることを特徴とする請求項１記載の光学素子。
  3. 　前記第１出射面はレンズ状に形成されることを特徴とする請求項１又は２記載の光学素子。
  4. 　前記第１出射面はフレネルレンズ状に形成されることを特徴とする請求項１又は２記載の光学素子。
  5. 　前記屈折利用部および前記反射利用部は、基準となる平面形状を、前記所定位置を通る直線を中心線として回転させた回転体であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の光学素子。
  6. 　前記屈折利用部および前記反射利用部は、基準となる平面形状を、当該平面形状の法線方向に平行移動した形体であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の光学素子。
  7. 　前記第２入射面は、前記平面形状において、前記所定位置を中心とする円弧であることを特徴とする請求項５又は６記載の光学素子。
  8. 　前記反射面は、前記平面形状において、前記所定位置を焦点とする放物線であることを特徴とする請求項７記載の光学素子。
  9. 　前記所定位置から最も外側の凸構造を構成する第２入射面は、隣接する凸構造を構成する第２入射面よりも、前記所定位置からの光の入射角の範囲が広くなるように形成されることを特徴とする請求項５ないし７のいずれかに記載の光学素子。
  10. 　前記反射面は、前記第２入射面を透過した光を前記第２出射面に全反射させるものであることを特徴とする請求項１ないし９のいずれかに記載の光学素子。
  11. 　前記凸構造の幅は、１０μｍ以上２００μｍ以下であることを特徴とする請求項１ないし１０のいずれかに記載の光学素子。
  12. 　請求項１ないし１１のいずれかに記載の光学素子と、
    　前記所定位置に配置される光源と、
    を具備することを特徴とする光学系装置。
  13. 　請求項１ないし１１のいずれかに記載の光学素子と、
    　前記所定位置より光学素子から近い位置に配置される光源と、
    を具備することを特徴とする光学系装置。
  14. 　請求項１ないし１１のいずれかに記載の光学素子と、
    　前記所定位置より光学素子から遠い位置に配置される光源と、
    を具備することを特徴とする光学系装置。
  15. 　前記光源の前記光学素子と対向する側に鏡が配置されることを特徴とする請求項１２ないし１４のいずれかに記載の光学系装置。
  16. 　前記鏡は、前記光源から入射した光を入射方向に反射させる球面状に形成されることを特徴とする請求項１５記載の光学系装置。
PCT/JP2018/017736 2017-05-11 2018-05-08 光学素子および光学系装置 WO2018207765A1 (ja)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017-094935 2017-05-11
JP2017094935 2017-05-11
JP2017132981 2017-07-06
JP2017-132981 2017-07-06

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2018207765A1 true WO2018207765A1 (ja) 2018-11-15

Family

ID=64104523

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2017/026464 WO2018207380A1 (ja) 2017-05-11 2017-07-21 光学素子および光学系装置
PCT/JP2018/017736 WO2018207765A1 (ja) 2017-05-11 2018-05-08 光学素子および光学系装置

Family Applications Before (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2017/026464 WO2018207380A1 (ja) 2017-05-11 2017-07-21 光学素子および光学系装置

Country Status (7)

Country Link
US (1) US20200063944A1 (ja)
EP (1) EP3623852A4 (ja)
JP (1) JPWO2018207380A1 (ja)
KR (1) KR20200007631A (ja)
CN (1) CN109247028A (ja)
TW (1) TW201901214A (ja)
WO (2) WO2018207380A1 (ja)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05281402A (ja) * 1992-03-31 1993-10-29 Sunx Ltd 光学装置
JP2002221605A (ja) * 2001-01-26 2002-08-09 Sharp Corp フレネルレンズ、及びそれを用いた照明装置と表示装置、並びにフレネルレンズの設計方法とその設計装置
JP2005235744A (ja) * 2003-12-22 2005-09-02 Schott Ag 光学素子の間隔を結合変化させるフレネルレンズスポットライト
JP2008141152A (ja) * 2006-11-06 2008-06-19 Matsushita Electric Ind Co Ltd 発光モジュールおよび受光モジュール
JP2013054342A (ja) * 2011-09-02 2013-03-21 Samsung Electronics Co Ltd 集光レンズおよびその集光レンズを備える照明装置
JP2016207615A (ja) * 2015-04-28 2016-12-08 株式会社光波 照明装置及び光学部材

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20150046076A (ko) * 2012-08-02 2015-04-29 프라엔 코포레이션 낮은 프로파일 다중 렌즈 tir

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05281402A (ja) * 1992-03-31 1993-10-29 Sunx Ltd 光学装置
JP2002221605A (ja) * 2001-01-26 2002-08-09 Sharp Corp フレネルレンズ、及びそれを用いた照明装置と表示装置、並びにフレネルレンズの設計方法とその設計装置
JP2005235744A (ja) * 2003-12-22 2005-09-02 Schott Ag 光学素子の間隔を結合変化させるフレネルレンズスポットライト
JP2008141152A (ja) * 2006-11-06 2008-06-19 Matsushita Electric Ind Co Ltd 発光モジュールおよび受光モジュール
JP2013054342A (ja) * 2011-09-02 2013-03-21 Samsung Electronics Co Ltd 集光レンズおよびその集光レンズを備える照明装置
JP2016207615A (ja) * 2015-04-28 2016-12-08 株式会社光波 照明装置及び光学部材

Also Published As

Publication number Publication date
WO2018207380A1 (ja) 2018-11-15
TW201901214A (zh) 2019-01-01
US20200063944A1 (en) 2020-02-27
EP3623852A4 (en) 2020-12-30
JPWO2018207380A1 (ja) 2020-03-12
CN109247028A (zh) 2019-01-18
KR20200007631A (ko) 2020-01-22
EP3623852A1 (en) 2020-03-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8414162B2 (en) Light guide and light-output device
US8068707B1 (en) Illuminating devices including uniform light distribution, multiple light sources, and multiple types of light sources
US9442241B2 (en) Optics for illumination devices
US20080225528A1 (en) Light-Conducting Pedestal Configuration for an Led Apparatus Which Collects Almost All and Distributes Subtantially All of the Light From the Led
US20120039077A1 (en) Area lighting devices and methods
JP2008216409A (ja) 導光体及び２分岐線状光源装置
CN109973918A (zh) 用于汽车照明的设备
US20130176727A1 (en) Segmented spotlight having narrow beam size and high lumen output
EP2388512B1 (en) Vehicle lightening unit
EP3848626B1 (en) Front-lighting system for vehicle headlamp
US10738969B2 (en) Light-emitting structure and light-emitting system with the same
US10125951B2 (en) Light flux control member, light-emitting device and lighting device
WO2018207765A1 (ja) 光学素子および光学系装置
US11927340B2 (en) Reflective device and light source module
KR102571548B1 (ko) 광학 소자 및 광학계 장치
KR101158960B1 (ko) 도광체 및 2분기 선 형상 광원 장치
US20140063845A1 (en) Light-guiding plate and plane illumination apparatus therewith
TW201901191A (zh) 光學元件以及光學系統裝置
US10677398B2 (en) Solid state light emitter lighting assembly and a luminaire
CN214790664U (zh) 照明装置
CN108561806B (zh) 高光效圆形灯具
US20210254798A1 (en) Luminaire for emitting directional and non-directional light
CN108427158B (zh) 环形导光板
JP2016178046A (ja) 導光体およびこれを使用したライン照明表示装置
TW201937103A (zh) 用於led的光束形成光學裝置

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 18798409

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 18798409

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: JP