(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源に対向配置される仮想レンズの入射面を前記光源の光軸を中心とした複数の同心円状の分割領域に分割してこれらに対応した屈折角の異なる複数のプリズム部からなるフレネルレンズ部を入射面に有するレンズ部材であって、   
前記仮想レンズが、前記光軸の周囲に配され前記光源からの光を内部に入射させる凹状レンズ部と、該凹状レンズ部の周囲に配され前記凹状レンズ部から入射された光を表面で出射面側へ全反射させる凸状レンズ部とを有し、   
前記プリズム部が、前記凹状レンズ部の分割領域に対応したプリズム入射面と該分割領域から入射された前記光を全反射させる前記凸状レンズ部の分割領域に対応したプリズム反射面とを有し、
前記フレネルレンズ部の半径方向中間部分に、その内側に隣接した前記プリズム部よりも突出して形成され内側の前記プリズム部に入射される光よりも前記光源から広角に出射される光が入射可能な広角光用レンズ部を有し、   
該広角光用レンズ部が、前記光源からの光を内部に入射させる広角光用入射面と該広角光用入射面から入射された光の一部を前記出射面側へ全反射させる広角光用反射面と前記光の他の一部を外側の前記プリズム部に向けて透過させる広角光用透過面とを有し、
断面形状において前記広角光用入射面と前記広角光用透過面とが互いに平行で、前記広角光用入射面と前記広角光用透過面との間に前記広角光用反射面が形成されていることを特徴とするレンズ部材。
【請求項２】
請求項１に記載のレンズ部材において、
前記広角光用レンズ部の反対側の出射面に、出射される前記光の拡散性および指向性の少なくとも一方を制御する凹凸が形成されていることを特徴とするレンズ部材。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のレンズ部材において、
前記フレネルレンズ部が、前記凸状レンズ部のうち外側の前記分割領域に対応する前記プリズム部ほど内側に配置され、内側の前記分割領域に対応する前記プリズム部ほど外側に配置されて構成されていることを特徴とするレンズ部材。
【請求項４】
ＬＥＤである光源と、
該光源が実装されている基板と、
該基板に実装されている部品と、
請求項１から３のいずれか一項に記載のレンズ部材とを備え、
前記部品が、前記レンズ部材と前記基板との間の領域であって前記広角光用レンズ部の外側に実装されていることを特徴とする光学ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばＬＥＤ照明等に用いられるレンズ部材及び光学ユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、照明、プロジェクター、フラッシュ、自動車等のヘッドライト及びテールランプ等のＬＥＤを光源として用いたＬＥＤ光学製品や、狭指向性ＬＥＤ等の基礎光デバイス等には、ＬＥＤから出射された光を集光又はコリメートさせるレンズが使用されている。
このようなレンズは、通常、凸状の屈折レンズが使用されているが、低背化・薄型化を図るためにフレネルレンズを採用することも提案されている。
【０００３】
従来、例えば特許文献１には、内面の光軸近傍の中央部に格子状屈折系プリズム部を形成すると共に、該格子状屈折系プリズム部の周辺部に格子状反射系プリズム部が形成された灯具のレンズが提案されている。また、特許文献２には、入射面であるフレネルレンズ面のプリズムのうちの一部を、入射した光線の一部が非レンズ面で全反射したのち出射面へ出射するように形成したフレネルレンズが提案されている。さらに、特許文献３には、レンズ体を光軸の中心部に設けた屈折レンズ部と、反射体部とから構成され、反射体部が、内側の面部から光線を入射させると共に放物面状をなす反射面で全反射して平行光線に変換する光学装置が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭５７−５５００２号公報
【特許文献２】特開昭５９−１１９３４０号公報
【特許文献３】特開平５−２８１４０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記従来の技術には、以下の課題が残されている。
すなわち、従来のフレネルレンズでは、ＬＥＤ等の光源とレンズ面との距離を近づけて設計した場合、光源の外周近傍に電源回路の部品（抵抗、コンデンサ、コネクタ等）を実装配置しようとするとレンズと干渉してしまい、部品が光路の妨げとなって光学性能が劣化してしまう問題があった。
また、上記特許文献３の技術では、Ｒ形状の入射面から入射された光を全て反射するために必要とされる反射面が高く、レンズ厚が厚くなってしまう不都合もあった。
さらに、上記特許文献１から３のレンズでは、入射した光の一部が反射面に達せずロスが生じてしまい、光の利用効率を最大とすることが難しいという不都合があった。例えば、特許文献３では、入射面と屈折レンズ部との間に、入射した光が反射面に到達しない部分があるため、この部分を透過した光が損失となっている。
また、ＬＥＤを光源として使用した場合、放射光は放射角度が大きくなるほど光強度が小さくなる配光分布を有しているため、図３に示すように、従来のＴＩＲ（Total Internal Reflection）レンズ１を使用したとき、光源２に対向して配置されたＴＩＲレンズ１の凹状レンズ部３の入射面から入射された光は、外側の凸状レンズ部４の反射面で全反射されるが、比較的光強度の強い中央部周辺の光Ｌ２が凸状レンズ部４の外周側の反射面で反射されることになる。したがって、このＴＩＲレンズ１では、中心付近の光度が高いが、中間付近の光度が低くなると共に外側の光度が高くなってしまう。そのため、このＴＩＲレンズ１を従来の手法でフレネルレンズ化しても、出射された光に光軸を中心としたリング状のフレアが発生して見栄えが悪くなってしまう。
さらに、特許文献３のレンズでは、反射レンズ部の入射面及び出射面が共に非球面となっているため、加工も難しくコストも高くなってしまう問題がある。
【０００６】
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたもので、光源の外周近傍に実装された部品による光学性能の劣化を防止し、光源近傍への部品の配置を可能とし、さらには、入射した光の利用効率を飛躍的に高めると共に出射する光の分布を整えることができ、レンズの薄型化も可能なレンズ部材及び光学ユニットを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、前記課題を解決するために以下の構成を採用した。すなわち、本発明のレンズ部材は、光源に対向配置される仮想レンズの入射面を前記光源の光軸を中心とした複数の同心円状の分割領域に分割してこれらに対応した屈折角の異なる複数のプリズム部からなるフレネルレンズ部を入射面に有するレンズ部材であって、前記仮想レンズが、前記光軸の周囲に配され前記光源からの光を内部に入射させる凹状レンズ部と、該凹状レンズ部の周囲に配され前記凹状レンズ部から入射された光を表面で出射面側へ全反射させる凸状レンズ部とを有し、前記プリズム部が、前記凹状レンズ部の分割領域に対応したプリズム入射面と該分割領域から入射された前記光を全反射させる前記凸状レンズ部の分割領域に対応したプリズム反射面とを有し、前記フレネルレンズ部の外周部分または半径方向中間部分に、その内側に隣接した前記プリズム部よりも突出して形成され内側の前記プリズム部に入射される光よりも前記光源から広角に出射される光が入射可能な広角光用レンズ部を有し、該広角光用レンズ部が、前記光源からの光を内部に入射させる広角光用入射面と該広角光用入射面から入射された光を前記出射面側へ全反射させる広角光用反射面とを有していることを特徴とする。
【０００８】
このレンズ部材では、フレネルレンズ部の外周部分または半径方向中間部分に設けられた広角光用レンズ部が、光源からの光を内部に入射させる広角光用入射面と該広角光用入射面から入射された光を出射面側へ全反射させる広角光用反射面とを有しているので、光源から狭角に出射される光を広角光用レンズ部の内側のプリズム部で出射面へ光路変換すると共に、光源から広角に出射される光をフレネル化されていない広角光レンズ部によって出射面へ光路変換する。したがって、フレネル化されていない広角光用レンズ部で広角光を拾うことで、広角光用レンズ部の外側においてレンズ面と部品の実装面との距離が大きくなり、部品を実装可能なスペースを確保することができる。
なお、ここで広角とは、光源から出射される光の光路の光軸に対する角度が大きいことを意味している。また、広角光用レンズ部の内側または外側とは、広角光用レンズ部の半径方向内側または半径方向外側を意味し、円環状の広角用レンズ部の内周側または外周側を指している。
【０００９】
また、本発明のレンズ部材は、前記広角光用レンズ部が、前記フレネルレンズ部の半径方向中間部分に設けられ、前記広角光用入射面から入射された光のうち一部を外側の前記プリズム部に向けて透過させる広角光用透過面を有していることを特徴とする。
すなわち、このレンズ部材では、フレネルレンズ部の半径方向中間部分に設けられた広角光用レンズ部が、広角光用入射面から入射された光のうち一部を外側のプリズム部に向けて透過させる広角光用透過面を有しているので、広角光用レンズ部をより内側に設けることができ、外側の部品実装スペースをさらに大きく確保することが可能になる。また、広角光用透過面を介して広角光用レンズ部を透過した光も外側のプリズム部で出射面へ向けて光路変換されるので、輝度低下を極力抑えることができる。
【００１０】
また、本発明のレンズ部材は、前記広角光用レンズ部の反対側の出射面に、出射される前記光の拡散性および指向性の少なくとも一方を制御する凹凸が形成されていることを特徴とする。
すなわち、このレンズ部材では、広角光用レンズ部の反対側の出射面に、出射される光の拡散性および指向性の少なくとも一方を制御する凹凸が形成されているので、広角光用レンズ部で出射面に向けて光路変換させた光を、出射面の凹凸による屈折や散乱によって所望の拡散性や指向性で出射させることが容易になる。例えば、広角光用レンズ部で出射面に向けて光路変換させた光とプリズム部で光路変換させた光との出射面における輝度バランスを調整することができ、出射する光の分布を整えることができる。
【００１１】
また、本発明のレンズ部材は、前記フレネルレンズ部が、前記凸状レンズ部のうち外側の前記分割領域に対応する前記プリズム部ほど内側に配置され、内側の前記分割領域に対応する前記プリズム部ほど外側に配置されて構成されていることを特徴とする。
すなわち、このレンズ部材では、フレネルレンズ部が、凸状レンズ部のうち外側の分割領域に対応するプリズム部ほど内側に配置され、内側の分割領域に対応するプリズム部ほど外側に配置されて構成されているので、光強度の強い中央部の光が中央部のプリズム部の入射面から入射されると共に該プリズム部の反射面で全反射されることになる。したがって、従来のＴＩＲレンズでは外側で出射していた強い光を、本発明では中央部から出射させることができる。これにより、中心から外側に向かって徐々に光度が下がって中心が明るく外側が暗い輝度分布が得られ、リング状のフレアの発生を抑制し、見栄えを改善することができる。
また、互いに対応したプリズム入射面とプリズム反射面とが稜線を介して連続して各プリズム部を構成しているので、プリズム入射面から入射された光が全てプリズム反射面に到達して全反射され、光の利用効率を飛躍的に向上させることができる。
なお、フレネルレンズ部においてフレネル化する際に分割数を多くすることで、より集光性を高めることも可能である。
【００１２】
本発明の光学ユニットは、ＬＥＤである光源と、該光源が実装されている基板と、該基板に実装されている部品と、上記本発明のレンズ部材とを備え、前記部品が、前記レンズ部材と前記基板との間の領域であって前記広角光用レンズ部の外側に実装されていることを特徴とする。
すなわち、この光学ユニットでは、ＬＥＤである光源に対向配置された上記本発明のレンズ部材を備え、広角光用レンズ部の外側に部品が基板実装されているので、レンズ部材と基板との間に部品配置のスペースが確保されて、ユニット全体の小型化・薄型化を図ることができると共に、ＬＥＤから出射された光の利用効率が高く、照明、プロジェクター、フラッシュ、自動車のヘッドランプ・テールランプ等のＬＥＤ光学製品などに好適である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、以下の効果を奏する。
すなわち、本発明に係るレンズ部材及び光学ユニットによれば、フレネルレンズ部の外周部分または半径方向中間部分に設けられた広角光用レンズ部が、光源からの光を内部に入射させる広角光用入射面と該広角光用入射面から入射された光を出射面側へ全反射させる広角光用反射面とを有しているので、広角光レンズ部で広角光を拾うことで、広角光レンズ部の外側においてレンズ面と部品の実装面との距離が大きくなり、電源回路の部品等を実装可能なスペースを確保することができる。
さらに、フレネルレンズ部を、凸状レンズ部のうち外側の分割領域に対応するプリズム部ほど内側に配置させ、内側の分割領域に対応するプリズム部ほど外側に配置させた構成とすることで、出射される光の見栄えを改善することができると共に、光の利用効率を飛躍的に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明に係るレンズ部材及び光学ユニットの第１実施形態において、レンズ部材を示す平面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線断面図である。
【図３】第１実施形態において、従来のＴＩＲレンズ及び仮想レンズの原理説明図である。
【図４】第１実施形態において、フレネルレンズ部の原理説明図である。
【図５】第１実施形態において、広角光用レンズ部が無くフレネルレンズ部のみで構成したレンズ部材と光源と基板との位置関係を説明するための断面図である。
【図６】第１実施形態において、光学ユニットを示す断面図である。
【図７】第１実施形態において、光学ユニットを示す斜視図である。
【図８】本発明に係るレンズ部材及び光学ユニットの第２実施形態において、レンズ部材を示す断面図である。
【図９】本発明に係るレンズ部材及び光学ユニットの第３実施形態において、レンズ部材を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明に係るレンズ部材及び光学ユニットの第１実施形態を、図１から図７に基づいて説明する。なお、以下の説明に用いる各図面では、各部材を認識可能な大きさとするために縮尺を適宜変更している。
【００１６】
本実施形態におけるレンズ部材１０は、図１から図４に示すように、ＬＥＤである光源２に対向配置される仮想レンズ１１の入射面を光源２の光軸ＡＸを中心とした複数の同心円状の分割領域３ａ〜３ｃ，４ａ〜４ｃに分割してこれらに対応した屈折角の異なる複数のプリズム部１３，１３Ａ〜１３Ｃからなるフレネルレンズ部１４を入射面に有するＴＩＲレンズである。
なお、このレンズ部材１０は、アクリル樹脂などの光透過性材料で一体成形されたものである。
【００１７】
このレンズ部材１０は、上記仮想レンズ１１が、光軸ＡＸの周囲に配され光源２からの光を内部に入射させる凹状レンズ部３と、該凹状レンズ部３の周囲に配され凹状レンズ部３から入射された光を表面で出射面側へ全反射させる凸状レンズ部４とを有しているＴＩＲレンズと仮定して、プリズム部１３，１３Ａ〜１３Ｃが、凹状レンズ部３の分割領域３ａ〜３ｃに対応したプリズム入射面１３ａと該分割領域３ａ〜３ｃから入射された光を全反射させる凸状レンズ部４の分割領域４ａ〜４ｃに対応したプリズム反射面１３ｂとを有している。
【００１８】
すなわち、図３及び図４に示すように、仮想レンズ１１の凹状レンズ部３において中央部周辺の内側の分割領域３ａと該分割領域３ａから入射した光が全反射される凸状レンズ部４の外周部周辺の外側の分割領域４ａとは、フレネルレンズ化により、本実施形態のレンズ部材１０の中央部周辺のプリズム部１３Ａのプリズム入射面１３ａと該プリズム部１３Ａのプリズム反射面１３ｂとに相当する。
【００１９】
また、仮想レンズ１１の凹状レンズ部３において分割領域３ａの外側の分割領域３ｂと該分割領域３ｂから入射した光が全反射される凸状レンズ部４の分割領域４ａ内側の分割領域４ｂとは、本実施形態のレンズ部材１０の中心部と外周近傍との中間部におけるプリズム部１３Ｂのプリズム入射面１３ａと該プリズム部１３Ｂのプリズム反射面１３ｂとに相当する。
さらに、仮想レンズ１１の凹状レンズ部３において凸状レンズ部４に近い外側の分割領域３ｃと該分割領域３ｃから入射した光が全反射される凸状レンズ部４の内周部周辺の内側の分割領域４ｃとは、本実施形態のレンズ部材１０の外周部周辺のプリズム部１３Ｃのプリズム入射面１３ａと該プリズム部１３Ｃのプリズム反射面１３ｂとに相当する。
【００２０】
このように上記フレネルレンズ部１４は、凸状レンズ部４のうち外側の分割領域４ａ〜４ｃに対応するプリズム部１３ほど内側に配置され、内側の分割領域４ａ〜４ｃに対応するプリズム部１３ほど外側に配置されて構成されていると共に、入射面の中心部まで形成されている。したがって、各プリズム部１３は、光源２との相対的な位置によって頂角が変化している。
【００２１】
上記プリズム反射面１３ｂは、平面又は放物面・双曲面・楕円面などの２次曲面で構成されているが、加工性を考慮すると平面で構成されることが好ましい。
上記プリズム入射面１３ａは、光軸ＡＸに対して傾斜して光源２側に向けられている。また、プリズム入射面１３ａは、平面又は凸状の２次曲面で構成されているが、加工性を考慮すると平面で構成されることが好ましい。
なお、本実施形態では、フレネルレンズ部１４の反対側の出射面は、平坦面とされている。
【００２２】
さらに、本実施形態のレンズ部材１０は、フレネルレンズ部１４の外周部分に、その内側に隣接したプリズム部１３よりも突出して形成され内側のプリズム部１３に入射される光よりも光源２から広角に出射される光が入射可能な広角光用レンズ部１５を有している。
該広角光用レンズ部１５は、光源２からの光を内部に入射させる広角光用入射面１５ａと該広角光用入射面１５ａから入射された光を出射面側へ全反射させる広角光用反射面１５ｂとを有している。すなわち、円環状に断面Ｖ字状の広角光用レンズ部１５が、外周部分のプリズム部１３（プリズム部１３Ｃの一部または全部）の代わりに設けられ、その先端が内側のプリズム部１３よりも出射面の反対側（図２の下方側）に向けて突出している。
【００２３】
上記広角光用入射面１５ａおよび広角光用反射面１５ｂは、平面又は放物面・双曲面・楕円面などの２次曲面で構成されているが、加工性を考慮すると平面で構成されることが好ましい。
【００２４】
上記光源２は、複数のＬＥＤ素子を配列したものであって、例えば、格子状に複数のＬＥＤ素子を配置した、いわゆるマルチチップＬＥＤが採用される。なお、光源２として、マルチチップＬＥＤだけでなく、１つのＬＥＤ素子を有するものも採用可能である。
【００２５】
次に、本実施形態のレンズ部材１０において、光源２からの光の入射及び出射について説明する。
まず、広角光用レンズ部１５を除いたフレネルレンズ部１４のみで構成されたレンズ部材１０Ａにおいて、光源２からの光の入射及び出射について説明する。
【００２６】
例えば、図３に示す仮想レンズ１１では、光源２から直上の中央部に向けて出射された最も光強度の強い光Ｌ１は、内側の凹状レンズ部３の入射面中央部（分割領域３ａ）から入射されると共に凸状レンズ部４の外縁近傍の反射面（分割領域４ａ）で全反射され、出射面の外周部近傍から出射される。
これに対して仮想レンズ１１を図４に示すようにフレネル化したレンズ部材１０Ａでは、光源２から直上の中央部に向けて出射された最も光強度の強い光Ｌ１は、内側中央部のプリズム部１３Ａのプリズム入射面１３ａから入射されると共に該プリズム部１３Ａのプリズム反射面１３ｂで全反射され、出射面の中央部から出射される。
【００２７】
なお、ここではフレネルレンズ部１４による光の入射および出射の光路を分かり易く説明するために、図４に示す光学レンズ１０Ａは、広角光用レンズ部１５が無くフレネルレンズ部１４のみで構成したものであると共に、図３に示す仮想レンズ１１は、広角光用レンズ部１５が無くフレネルレンズ部１４のみで構成したレンズ部材１０Ａに対応したものである。
【００２８】
また、仮想レンズ１１では、光源２から光軸ＡＸに対してやや斜め方向に出射された比較的光強度の強い中央部周辺の光Ｌ２は、内側の凹状レンズ部３の入射面（分割領域３ｂ）から入射されると共に凸状レンズ部４の外側の反射面（分割領域４ｂ）で全反射され、出射面の中央部と外縁との中間部から出射される。
これに対してレンズ部材１０Ａでは、光源２から光軸ＡＸに対してやや斜め方向に出射された比較的光強度の強い中央部周辺の光Ｌ２は、内側のプリズム部１３Ｂのプリズム入射面１３ａから入射されると共に該プリズム部１３Ｂのプリズム反射面１３ｂで全反射され、出射面の中央部と外縁との中間部から出射される。
【００２９】
さらに、仮想レンズ１１では、光源２から光軸ＡＸに対して大きく斜め方向に出射された比較的光強度の弱い光Ｌ３は、内側の凹状レンズ部３の入射面（分割領域３ｃ）から入射されると共に凸状レンズ部４の内側の反射面（分割領域４ｃ）で全反射され、出射面の中央部周囲から出射される。
これに対してレンズ部材１０Ａでは、光源２から光軸ＡＸに対して大きく斜め方向に出射された比較的光強度の弱い光Ｌ３は、外側のプリズム部１３Ｃのプリズム入射面１３ａから入射されると共に該プリズム部１３Ｃのプリズム反射面１３ｂで全反射され、出射面の外縁部近傍から出射される。
【００３０】
次に、広角光用レンズ部１５での光の入射及び出射について説明する。
例えば、図５に示すように、広角光用レンズ部１５が無くフレネルレンズ部１４のみで構成したレンズ部材１０Ａの場合、外周側のプリズム部１３は、広角に出射された光を拾うために光源２が実装された基板１６に近づいた状態で形成される。このため、電源回路の部品１７を外周側のプリズム部１３の直下に実装しようとすると、低くなった外周側のプリズム部１３と部品１７とが干渉してしまう問題がある。また、低い外周側のプリズム部１３を避け、図５に示すように、半径方向中間部分に形成されるスペースに部品１７を実装すると、光源２から広角に出射された光が部品１７に当たってしまい、プリズム部１３へ入射させることができず、輝度低下等の光学性能の劣化が生じてしまう。
【００３１】
そこで、本実施形態のレンズ部材１０では、図２に示すように、外周部分に広角光用レンズ部１５を設けると共に広角光用レンズ部１５の外側に空いたスペースに部品１７を実装している。
この場合、光源２から広角に出射された光Ｌ４は、広角光用レンズ部１５の広角光用入射面１５ａに入射され、さらに広角光用反射面１５ｂで全反射されて上方に位置する出射面から出射される。このため、本来、広角に出射された光Ｌ４を光路変換する外周部分のプリズム部１３が不要になり、その領域を広く確保することで、部品１７を実装するスペースが広角光用レンズ部１５の外周近傍に形成される。
【００３２】
次に、本実施形態の光学ユニット１２０は、図６及び図７に示すように、ＬＥＤである上記光源２と、該光源２が実装されている基板１６と、該基板１６に実装されている部品１７と、上記レンズ部材１０と、これらを収納する筐体１２１とを備えている。
また、上記部品１７は、レンズ部材１０と基板１６との間の領域であって広角光用レンズ部１５の外側に実装されている。
すなわち、基板１６の上面中央部に光源２が実装されていると共に、電源回路の部品１７が広角光用レンズ部１５の外周側に配されて実装されている。
【００３３】
上記筐体１２１は、上面に光源２を配した基板１６が上面部に設置された半球状部１２２と、レンズ部材１０を収納していると共に半球状部１２２の上面部に設置される略円筒状のレンズ支持枠部１２３とを備えている。該レンズ支持枠部１２３は、互いに中心軸を合わせてレンズ部材１０を光源２および基板１６に対向状態にし、半球状部１２２の上面部に設置される。
【００３４】
上述したように本実施形態のレンズ部材１０では、フレネルレンズ部１４の外周部分に設けられた広角光用レンズ部１５が、光源２からの光を内部に入射させる広角光用入射面１５ａと該広角光用入射面１５ａから入射された光を出射面側へ全反射させる広角光用反射面１５ｂとを有しているので、光源２から狭角に出射される光を広角光用レンズ部１５の内側のプリズム部１３で出射面へ光路変換すると共に、光源２から広角に出射される光をフレネル化されていない広角光用レンズ部１５によって出射面へ光路変換する。したがって、フレネル化されていない広角光用レンズ部１５で広角光をより内側で拾うことで、広角光用レンズ部１５の外側においてレンズ面と部品１７の実装面との距離が大きくなり、部品１７を実装可能なスペースを確保することができる。
【００３５】
また、フレネルレンズ部１４が、凸状レンズ部４のうち外側の分割領域３ａ〜３ｃに対応するプリズム部１３ほど内側に配置され、内側の分割領域３ａ〜３ｃに対応するプリズム部１３ほど外側に配置されて構成されているので、光強度の強い中央部の光が中央部のプリズム部１３Ａのプリズム入射面１３ａから入射されると共に該プリズム部１３Ａのプリズム反射面１３ｂで全反射されることになる。
【００３６】
したがって、従来のＴＩＲレンズやフレネルレンズでは外側で出射していた強い光を、本実施形態のレンズ部材１０では中央部から出射させることができる。
これにより、本実施形態のレンズ部材１０では、中心から外側に向かって徐々に光度が下がって中心が明るく外側が暗い輝度分布が得られ、リング状のフレアの発生を抑制し、見栄えを改善することができる。
【００３７】
また、互いに対応したプリズム入射面１３ａとプリズム反射面１３ｂとが稜線を介して連続して各プリズム部１３を構成しているので、プリズム入射面１３ａから入射された光が全てプリズム反射面１３ｂに到達して全反射され、光の利用効率を飛躍的に向上させることができる。
また、このフレネルレンズ部１４が入射面の中心部まで形成されているので、光源２の色ムラが照射面に反映（結像、投影）されることが抑制される。
なお、フレネルレンズ部１４においてフレネル化する際に分割数を多くすることで、より集光性を高めることも可能である。
【００３８】
また、プリズム反射面１３ｂが、平面で構成されているので、加工が非常に容易になり、安価に作製することができる。
さらに、プリズム入射面１３ａが、光軸ＡＸに対して傾斜して光源２側に向けられているので、光が入射し易いと共に、プリズム入射面１３ａと光軸ＡＸとが平行でないため、成形する際に離型性を向上させることができ、品質の良いレンズ部材１０を得ることができる。
【００３９】
したがって、このレンズ部材１０を備えた光学ユニット１２０は、ＬＥＤである光源２に対向配置されたレンズ部材１０を備え、広角光用レンズ部１５の外側に部品１７が基板実装されているので、レンズ部材１０と基板１６との間に部品配置のスペースが確保されて、ユニット全体の小型化・薄型化を図ることができると共に、ＬＥＤから出射された光の利用効率が高く、照明、プロジェクター、フラッシュ、自動車のヘッドランプ・テールランプ等のＬＥＤ光学製品などに好適である。
また、この光学ユニット１２０では、光源２が、複数のＬＥＤ素子を配列したものである場合でも、中央部までフレネルレンズ部１４で形成されたレンズ部材１０によって、配列されたＬＥＤ素子の配置や色ムラが照射面に反映されてしまうことを抑制することができる。
【００４０】
次に、本発明に係るレンズ部材及び光学ユニットの第２実施形態および第３実施形態について、図８および図９を参照して以下に説明する。なお、以下の各実施形態の説明において、上記実施形態において説明した同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明は省略する。
【００４１】
第２実施形態と第１実施形態との異なる点は、第１実施形態では、広角光用レンズ部１５がフレネルレンズ部の外周部分に設けられているのに対し、第２実施形態のレンズ部材２０は、図８に示すように、フレネルレンズ部１４の半径方向中間部分に広角光用レンズ部２５を有している点である。すなわち、第２実施形態のレンズ部材２０では、広角光用レンズ部２５の外側にもフレネルレンズ部１４のプリズム部１３が形成されている。
【００４２】
また、広角光用レンズ部２５は、広角光用入射面２５ａから入射された光のうち一部を外側のプリズム部１３に向けて透過させる広角光用透過面２５ｃを有している。すなわち、この広角光用レンズ部２５は、断面形状において互いに平行な広角光用入射面２５ａと広角光用透過面２５ｃとを有し、広角光用入射面２５ａの先端と広角光用透過面２５ｃの先端との間に広角光用反射面２５ｂが形成されている。
この第２実施形態では、部品１７が広角光用レンズ部２５の外側に配されたプリズム部１３に対向して基板１６上に実装されている。
【００４３】
この第２実施形態では、光源２から広角に出射され広角光用入射面２５ａに入射した光のうち、広角光用反射面２５ｂに達した光Ｌ４は広角光用反射面２５ｂで全反射されて出射面から出射されると共に、広角光用透過面２５ｃに達した光Ｌ５は外側のプリズム部１３によって出射面に向けて全反射されて出射面から出射される。すなわち、光源２から出射された光のうち、広角光用レンズ部２５の内側のプリズム部１３に達する光Ｌ６よりも広角な光Ｌ５は、広角光用入射面２５ａおよび広角光用透過面２５ｃを介して屈折され、広角光用レンズ部２５の外側のプリズム部１３に達して出射面へ向けて出射される。また、この光Ｌ５よりも広角な光Ｌ４は、広角光用入射面２５ａおよび広角光用反射面２５ｂを介して出射面へ向けて出射される。
【００４４】
このように第１実施形態において広角光用レンズ部１５の近傍に設けられた一部のプリズム部１３が、第２実施形態では、広角光用レンズ部２５が半径方向中間部分に配されたことで、広角光用レンズ部２５の外側に移設されている。また、入射される光が広角光用入射面２５ａおよび広角光用透過面２５ｃにより屈折されるため、移設された外周部分のプリズム部１３の位置は高く設定可能になる。したがって、この外側のプリズム部１３は、最外周部分にありながら高い位置に設けられることから、外側のプリズム部１３のレンズ面と基板１６との距離が大きくなり、実装空間が確保される。
【００４５】
このように第２実施形態のレンズ部材２０では、フレネルレンズ部１４の半径方向中間部分に設けられた広角光用レンズ部２５が、広角光用入射面２５ａから入射された光のうち一部を外側のプリズム部１３に向けて透過させる広角光用透過面２５ｃを有しているので、広角光用レンズ部２５をより内側に設けることができ、外側の部品実装スペースをさらに大きく確保することが可能になる。また、広角光用透過面２５ｃを介して広角光用レンズ部２５を透過した光も外側のプリズム部１３で出射面へ向けて光路変換されるので、輝度低下を極力抑えることができる。
【００４６】
次に、第３実施形態と第１実施形態との異なる点は、第１実施形態では、出射面全体が平坦面であるのに対し、第３実施形態のレンズ部材３０では、図９に示すように、広角光用レンズ部１５の反対側の出射面に、出射される光の拡散性および指向性の少なくとも一方を制御する凹凸３１が形成されている点である。
すなわち、第３実施形態のレンズ部材３０では、例えば凹凸３１として、出射される光を拡散させる拡散性を有した楕円形状の凸部が出射面に円環状に複数配列されている。なお、この凹凸３１は、効率的に光を屈折させるために非球面の凸部とすることが好ましい。また、他の凹凸として、例えば四角錐形状などを採用しても構わない。
【００４７】
このように、第３実施形態のレンズ部材３０では、広角光用レンズ部１５の反対側の出射面に、出射される光の拡散性および指向性の少なくとも一方を制御する凹凸３１が形成されているので、広角光用レンズ部１５で出射面に向けて光路変換させた光を、出射面の凹凸３１による屈折や散乱によって所望の拡散性や指向性で出射させることが容易になる。例えば、広角光用レンズ部１５で出射面に向けて光路変換させた光とフレネルレンズ部１４のプリズム部１３で光路変換させた光との出射面における輝度バランスを調整することができ、出射する光の分布を整えることができる。
【００４８】
なお、第３実施形態のレンズ部材３０において、フレネルレンズ部１４の反対側の出射面にも、凹凸３１を適宜形成することで、第１実施形態のレンズ部材１０に比べて、さらに色ムラを低減させることができる。
なお、この場合、出射面のうち広角光用レンズ部１５よりも内側の中心部における凹凸３１は、外周側よりも高い拡散性の凹凸３１にしても構わない。この場合、出射面のうち中心部側が、外周側よりも高い拡散性の凹凸３１を有しているので、特に光源２の色ムラが反映されやすい中心部側でより多く光を拡散させることで、効果的に色ムラを抑制することができると共に、外周側では低い拡散性により正面照度の低下を抑制したり、狭指向性を得ることも可能である。
【００４９】
なお、本発明は上記各実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることができる。
【００５０】
例えば、フレネルレンズ部および広角光用レンズ部の反対側の出射面に、透過される光の拡散性および指向性の少なくとも一方を制御する光学シートを設置しても構わない。
すなわち、フレネルレンズ部および広角光用レンズ部の反対側の出射面に直接凹凸を形成するのではなく、透過する光を一様に散乱させる拡散シート、透過する光を特定の方向に多く散乱または屈折させる異方性拡散シートまたはプリズムシートなどの光学シートを設置して、多様な光の拡散性や指向性を任意に設定可能としてもよい。なお、光学シートとしては、レンズ部材本体の材料と屈折率差が小さい材料とすることが好ましい。
【００５１】
このようにフレネルレンズ部および広角光用レンズ部の反対側の出射面に、透過される光の拡散性および指向性の少なくとも一方を制御する光学シートを設置することにより、フレネルレンズ部および広角光用レンズ部で出射面に向けて光路変換させた光を、出射面の光学シートによる屈折や散乱によって所望の拡散性や指向性で出射させることが容易になる。
【符号の説明】
【００５２】
２…光源、３…凹状レンズ部、３ａ〜３ｃ…凹状レンズ部の分割領域、４…凸状レンズ部、４ａ〜４ｃ…凸状レンズ部の分割領域、１０，２０，３０…レンズ部材、１１…仮想レンズ、１３，１３Ａ〜１３Ｃ…プリズム部、１３ａ…プリズム入射面、１３ｂ…プリズム反射面、１３ｃ…プリズム屈折面、１４…フレネルレンズ部、１５，２５…広角光用レンズ部、１５ａ，２５ａ…広角光用入射面、１５ｂ，２５ｂ…広角光用反射面、２５ｃ…広角光用透過面、１６…基板、１７…部品、３１…凹凸、１２０…光学ユニット、ＡＸ…光源の光軸
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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