(57)【要約】１つの態様では、光源からの光を受光するのに適合した複数のレンズ（またはレンズセグメント）を備え、前記レンズ（またはレンズセグメント）はそれぞれ、入力面と、出力面と、入力面と出力面との間に延在する側面と、を有する、光学レンズ組立体（本明細書では光学部品とも称される）が提供される。レンズは、各レンズが光源により放射された光の別々の部分をそのレンズの入力面で受光するように、例えば、各レンズが、他のレンズに関連する視角（立体角）とは異なる視角内に放射される光を、そのレンズの入力面で受光するように、相互に相対的に配置され、かつ、光源に対して位置づけられる。各レンズ（またはレンズセグメント）は、受光した光の少なくとも一部を、反射により、例えば内部全反射（ＴＩＲ）により、そのレンズの出力面へ案内する。【選択図】図１Ａ
2015529849.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源からの光を受光するのに適合した複数のレンズを備え、当該レンズはそれぞれ、入力面と、出力面と、前記入力面と前記出力面との間に延在する側面とを有し、
前記レンズは、前記レンズがそれぞれ、前記光源から他のレンズに関連する各視角とは異なる視角内に放射される光を、前記入力面において受光するように相互に相対的に配置され、
前記レンズはそれぞれ、前記受光した光の少なくとも一部を、当該レンズの側面における内部全反射により当該レンズの出力面へ案内する、
光学レンズ組立体。
【請求項２】
前記レンズのうち少なくとも１つのレンズは、前記光源から受光した光の少なくとも一部をコリメートするように構成された、請求項１に記載の光学レンズ組立体。
【請求項３】
前記レンズ組立体の少なくとも２つの隣接したレンズの前記側面は、相互に空隙で離隔されている、請求項１に記載の光学レンズ組立体。
【請求項４】
前記レンズは、前記光源から放射された光の少なくとも約８０％をまとめて受光するように構成された、請求項１に記載の光学レンズ組立体。
【請求項５】
前記レンズは、前記光源から放射された光の少なくとも約９０％をまとめて受光するように構成された、請求項１に記載の光学レンズ組立体。
【請求項６】
前記レンズ組立体は、約１未満のアスペクト比を呈する、請求項１に記載の光学レンズ組立体。
【請求項７】
前記レンズのうち少なくとも１つのレンズの入力面は、前記光源から当該入力面に入射する光が実質的に当該入力面と直角になるように構成された、請求項１に記載の光学レンズ組立体。
【請求項８】
前記レンズのうち少なくとも１つのレンズは、平坦な出力面を呈する、請求項１に記載の光学レンズ組立体。
【請求項９】
前記複数のレンズは、内側レンズ、中間レンズ、および外側レンズを備える、請求項１に記載の光学レンズ組立体。
【請求項１０】
前記複数のレンズは、取り外し可能かつ交換可能に相互に結合される、請求項９に記載の光学レンズ組立体。
【請求項１１】
前記レンズはそれぞれ、他の全てのレンズから独立して選択的に取り外し可能かつ交換可能である、請求項１に記載の光学レンズ組立体。
【請求項１２】
前記複数のレンズの１つ以上の出力面からの光を受光するように構成されたレンズキャップを更に備える、請求項１に記載の光学レンズ組立体。
【請求項１３】
前記レンズキャップは凹凸付きの面を備える、請求項１２に記載の光学レンズ組立体。
【請求項１４】
前記レンズキャップは複数のマイクロレンズを備える、請求項１２に記載の光学レンズ組立体。
【請求項１５】
前記レンズは、各レンズが隣接する外側のレンズのキャビティ内に配置されて、相互に固定的に結合される、請求項１２に記載の光学レンズ組立体。
【請求項１６】
前記レンズを互いに規定された関係で固定するための保持リングを更に備える、請求項１５に記載の光学レンズ組立体。
【請求項１７】
前記レンズのうち少なくとも１つのレンズは、前記少なくとも１つのレンズの側面がそれぞれの外側に隣接するレンズの側面から空隙により離隔されるように、前記外側に隣接するレンズの環状凹部に着座する環状肩部を備える、請求項１５に記載の光学レンズ組立体。
【請求項１８】
前記レンズのうち少なくとも１つのレンズは、そこに入射した光を鏡面反射により方向転換するように構成された側面を備える、請求項１６に記載の光学レンズ組立体。
【請求項１９】
鏡面反射をもたらす前記側面は金属化されている、請求項１８に記載の光学レンズ組立体。
【請求項２０】
前記金属化された面は、約１０μｍ〜約１００μｍの範囲の厚みを有する金属層を備える、請求項１９に記載の光学レンズ組立体。
【請求項２１】
光源と、
前記光源に光学的に結合されて当該光源からの光を受光する光学レンズ組立体と、を備える光学系であって、
前記光学レンズ組立体は、
中央レンズと、
前記中央レンズの周囲に配置された複数の外側レンズと、を備え、
前記光学レンズ組立体の前記レンズは、各レンズが光源から異なる視角内に放射される光を受光するように、相互に相対的に、かつ、前記光源とも相対的に、配置される、
光学系。
【請求項２２】
前記外側レンズは、前記中央レンズからの半径距離が次第に増加する位置で、前記中央レンズを円周方向に囲む環状のレンズである、請求項２１に記載の光学系。
【請求項２３】
前記光学レンズ組立体は、前記光源から受光した前記光のうち少なくとも一部の光を、内部全反射により方向転換するように構成された、請求項２１に記載の光学系。
【請求項２４】
前記光学レンズ組立体の前記レンズはそれぞれ、入力面と、出力面と、前記入力面と前記出力面との間に延在する側面とを備える、請求項２１に記載の光学系。
【請求項２５】
前記レンズのうち少なくとも１つのレンズの前記側面は、当該側面に入射した光を内部全反射により反射するように構成された、請求項２３に記載の光学系。
【請求項２６】
前記中央レンズの入力面は、前記光源から受光する光をコリメートするのに適合した凸面である、請求項２１に記載の光学系。
【請求項２７】
前記外側レンズはそれぞれ、光源を中心とする推定球面の一部として構成される凹形の入力面を備える、請求項２６に記載の光学系。
【請求項２８】
前記レンズそれぞれの側面は、隣接するレンズの側面から空隙により離隔される、請求項２１に記載の光学系。
【請求項２９】
前記レンズは、互いに取り外し可能かつ交換可能に結合される、請求項２１に記載の光学系。
【請求項３０】
前記光学レンズ組立体は、約０．１〜約１の範囲内のアスペクト比を有する、請求項２１に記載の光学系。
【請求項３１】
光源からの光を受光するように構成されたレンズ組立体を形成するために、互いに取り外し可能かつ交換可能に結合する複数のレンズを備え、
前記レンズ組立体のレンズは、前記レンズそれぞれが、前記光源から他のレンズに関連する視角とはそれぞれ異なる視角内に放射される光を当該レンズの入力面で受光するように、相互に相対的に配置される、
キット。
【請求項３２】
前記レンズのうち少なくとも１つのレンズは、前記受光した光の少なくとも一部を、前記入力面と前記出力面との間に延在する側面における内部全反射により当該レンズの出力面へ案内する、請求項３１に記載のキット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
本出願は、発明の名称を「低プロファイル複数レンズのＴＩＲ（Low Profile Multi-Lens TIR）」とする２０１２年８月２日出願の米国仮特許出願第６１／６７８，７８１号および発明の名称を「低プロファイル複数レンズＴＩＲ（Low Profile Multi-Lens TIR）」とする２０１３年８月８日出願の米国仮特許出願第６１／８０９，６３１号の優先権の利益を主張し、両出願はその全体が参照により本願に包含される。
【０００２】
本発明は、概してレンズ組立体を対象とし、特に、複数レンズが光源から受光した光を内部全反射（ＴＩＲ）によりコリメートするレンズ組立体に加え、そのようなレンズ組立体を採用する光学系を対象とする。
【背景技術】
【０００３】
多くの照明用途において、光源、例えば発光ダイオード（ＬＥＤ）は、大きいことがある。そのような大きな光源からの光をコリメートするために、従来の大きなＴＩＲレンズを用いることは、問題となることがある。例えば、そのようなＴＩＲレンズを、例えば成形で、製造することは困難な場合がある。さらに、多くの照明用途では、そのような従来のＴＩＲレンズの使用を非実用的とする空間的制約が課される場合がある。
【０００４】
従って、光源、特に大きな光源から放射された光の方向を変える、例えばコリメートするための、改良されたレンズ、光学部品およびレンズ組立体が必要とされている。
【発明の概要】
【０００５】
１つの態様では、光源からの光を受光するのに適合した複数のレンズ（またはレンズセグメント）を備え、前記レンズ（またはレンズセグメント）はそれぞれ、入力面と、出力面と、入力面と出力面との間に延在する側面と、を有する、光学レンズ組立体（本明細書では光学部品とも称される）が提供される。レンズは、各レンズが光源により放射される光の別々の部分をそのレンズの入力面で受光するように、例えば、各レンズが、光源から他のレンズに関連する視角（立体角）とは異なる視角内に放射される光を、そのレンズの入力面で受光するように、相互に相対的に配置され、かつ、光源に対して位置づけられる。各レンズ（またはレンズセグメント）は、受光した光の少なくとも一部を、反射により、例えば内部全反射（ＴＩＲ）により、そのレンズの出力面へ案内する。
【０００６】
いくつかの実施形態では、レンズは、光源から放射された光エネルギーを、少なくとも約８０％、少なくとも約９０％、または１００％、まとめて受光するために、相互に、かつ光源に対して、相対的に配置される。
【０００７】
いくつかの実施形態では、少なくとも１つのレンズは、光源から受光した光をコリメートするように構成される。いくつかの実施形態では、全てのレンズは、光源から受光した光をコリメートするように構成される。
【０００８】
いくつかの実施形態では、各レンズは光軸に対して回転対称である。いくつかの実施形態では、レンズの光軸は、光源の光軸と一致してもよい。いくつかの実施形態では、レンズの光軸は、光源の光軸に対してずれていてもよい。
【０００９】
いくつかの実施形態では、複数のレンズは、内側レンズと、中間レンズと、外側レンズとを備える。
【００１０】
いくつかの実施形態では、少なくとも１つのレンズの側面の少なくとも一部は、隣接するレンズの側面の少なくとも一部から、空隙により離隔されている。以下により詳細に説明するように、このような空隙により、側面の一部に入射する光の、ＴＩＲによる方向転換が可能となる。このような場合、側面は、当該技術分野における既知の方法で、入射光の内部全反射を起こすために、入射光（またはその実質的な部分）が、レンズ本体と空気との間の境界面についての臨界角を超える角度で当該側面に入射するように構成することができる。いくつかの実施形態では、少なくとも１つのレンズは、入射光を鏡面反射により方向転換するように構成された側面を含む。例えば、このような側面の少なくとも一部は、例えば約１０μｍ〜約１００μｍの範囲の厚みを有する金属層により、金属化して、入射光の鏡面反射を引き起こすことができる。
【００１１】
いくつかの実施形態では、少なくとも１つのレンズの側面は、互いに０°でない角度、例えば鋭角をなす、２つの部分を含む。
【００１２】
いくつかの実施形態では、光学レンズ組立体は、以下に定義するように、約１以下、例えば約０．１〜１の範囲内、のアスペクト比を呈してもよい。
【００１３】
いくつかの実施形態では、少なくとも１つのレンズ（またはレンズセグメント）は、光源から受光する光線と実質的に直角となるように構成された入力面を含む。いくつかの実施形態では、中央レンズ（またはレンズセグメント）は、受光した光を屈折によりコリメートするための曲面を含んでもよい。いくつかの実施形態では、中央レンズを囲む外側レンズのうち少なくとも１つの外側レンズ、または全ての外側レンズは、光源を中心とする推定球面の一部として構成される凹状の入力面を含む。
【００１４】
関連する態様では、複数のレンズは、取り外し可能かつ交換可能に、互いに結合されている。例えば、いくつかの実施形態では、各レンズは他のレンズから独立して選択的に取り外し可能かつ交換可能である。
【００１５】
いくつかの態様では、光学レンズ組立体は、複数のレンズの１以上の出力面から、および光源から、光を受光するように構成されたレンズキャップを更に備えてもよい。いくつかの実施形態では、前記キャップは凹凸付きの面、例えば複数のマイクロレンズを含む。
【００１６】
上記光学レンズ組立体のいくつかの実施形態では、レンズは、各レンズが隣接する外側レンズのキャビティ内に少なくとも部分的に配置されて、相互に固定的に結合される。いくつかの実施形態では、少なくとも１つのレンズは、当該レンズの側面がそれぞれの外側に隣接するレンズの側面と空隙により離隔されるように、外側に隣接するレンズの環状凹部に着座する環状肩部を含む。いくつかの実施形態では、光学レンズ組立体は、レンズを互いに既定された関係で固定するための保持リングを更に含んでもよい。
【００１７】
更なる態様では、光学系が開示され、この光学系は、光源と、該光源に結合されて当該光源からの光を受光する光学レンズ組立体と、を備える。光学レンズ組立体は、中央レンズと、中央レンズの周りに配置された複数の外側レンズとを含み、光学レンズ組立体のレンズは、各レンズが光源から異なる視角内に放射される光を受光するように、相互に相対的に、かつ、光源と相対的に、配置される。
【００１８】
いくつかの実施形態では、外部レンズは、中央レンズからの半径距離が次第に増加する位置で、中央レンズを円周方向に囲む環状のレンズである。いくつかの実施形態では、各レンズの側面は、隣接するレンズの側面から空隙により離隔される。
【００１９】
いくつかの実施形態では、レンズは、取り外し可能かつ交換可能に、互いに結合させることができる。いくつかの実施形態では、各レンズは他のレンズから独立して選択的に取り外しおよび交換が可能である。
【００２０】
上記光学系のいくつかの実施形態では、光学レンズ組立体は、約０．１〜約１の範囲内のアスペクト比を有してもよい。
【００２１】
上記光学系のいくつかの実施形態では、光学レンズ組立体は、光源から受光した光のうち少なくとも一部の光を、内部全反射により方向転換するように構成される。例えば、このような実施形態では、各レンズは、入力面と、出力面と、入力面と出力面との間に延在する側面とを含み、少なくとも１つのレンズの側面は、光源から入射する光を内部全反射により反射するように構成される。
【００２２】
上記光学系のいくつかの実施形態では、中央レンズの入力面は光源から受光する光をコリメートする（即ち、一組の実質的に平行な光線を生成する）のに適合した凸面であり、各外側レンズは光源を中心とする推定球面の一部として構成される凹状の入力面を含む。
【００２３】
他の態様では、光源からの光を受光するように構成されるレンズ組立体を形成するために、互いに取り外し可能かつ交換可能に結合する複数のレンズを含む、キットが開示される。レンズ組立体のレンズは、各レンズが光源から他のレンズに関連するそれぞれの視角とは異なる視角内に放射される光を入力面で受光するように、相互に相対的に配置される。いくつかの実施形態では、少なくとも１つのレンズは、受光した光の少なくとも一部をそのレンズの出力面へ、入力面と出力面との間に延在した側面における内部全反射により案内する。
【００２４】
上述した各実施形態の様々な特徴は、他の実施形態の１以上の特徴と組み合わせることができる。発明の様々な態様についての更なる理解は、以下に簡単に説明する関連図面とともに、以下の詳細な説明を参照することで得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１Ａ】本発明の実施形態に係るレンズ組立体を概略的に示す横断面図である。
【図１Ｂ】図１Ａのレンズ組立体のいくつかのレンズを通過する光線の例示的な軌跡の概略図である。
【図２Ａ】図１Ａのレンズ組立体の出力面を示す正面図である。
【図２Ｂ】図１Ａのレンズ組立体の入力面を示す正面図である。
【図３Ａ】図１Ａのレンズ組立体の出力面の図である。
【図３Ｂ】図１Ａのレンズ組立体の入力面の図である。
【図４】本発明の実施形態に係るレンズ組立体のレンズを組み立てる一つの方法を示す概略図（その１）である。
【図５】本発明の実施形態に係るレンズ組立体のレンズを組み立てる一つの方法を示す概略図（その２）である。
【図６】本発明の他の実施形態に係るレンズ組立体の概略的な横断面図である。
【図７Ａ】図６の実施形態の実装に基づくレンズ組立体から出射される光の例示的な配光パターンの図である。
【図７Ｂ】図７Ａで示された配光パターンのｙ軸に沿う光強度を示す図である。
【図７Ｃ】図７Ａで示された配光パターンのｘ軸に沿う光強度を示す図である。
【図８】本発明の他の実施形態に係る他のレンズ組立体の概略的な横断面図である。
【図９】本発明の他の実施形態に係る他のレンズ組立体の概略的な横断面図である。
【図１０Ａ】図９の実施形態の実装に基づくレンズ組立体から出射される光の例示的な配光パターンの図である。
【図１０Ｂ】図１０Ａで示された配光パターンのｙ軸に沿う光強度を示す図である。
【図１０Ｃ】図１０Ａで示された配光パターンのｘ軸に沿う光強度を示す図である。
【図１１】本発明の他の実施形態に係る他のレンズ組立体の概略的な横断面図である。
【図１２Ａ】図１１の実施形態の実装に基づくレンズ組立体から出射される光の例示的な配光パターンの図である。
【図１２Ｂ】図１２Ａで示された配光パターンのｙ軸に沿う光強度を示す図である。
【図１２Ｃ】図１２Ａの配光パターンのｘ軸に沿う光強度を示す図である。
【図１３】本発明の他の実施形態に係る他のレンズ組立体の概略的な横断面図である。
【図１４】レンズキャップを除いた図１１のレンズ組立体の実装例から出射される光の例示的な配光パターンの図である。
【図１５】本発明の他の実施形態に係るレンズ組立体の概略的な横断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
本発明は、概して、光源からの光を受光するように配置された複数のレンズを含むことで、各レンズが光源から他のレンズに関連する視角とは異なる視角内に放射される光をその入力面において受光するようにした、レンズ組立体（本明細書では光学部品とも称される）を対象とする。各レンズは、受光した光の少なくとも一部を、内部全反射（ＴＩＲ）、または場合によっては鏡面反射により、出力面に向かう方向に変えるように構成される。多くの実施形態において、空隙により、隣接するレンズの側面同士を離隔して当該側面に入射した光を方向転換、例えばコリメートする、ＴＩＲ面として当該側面を機能させるようにすることができる。そして、これにより、レンズ組立体の高さを所望のレベルに維持しながら、ハイレベルな方向転換（コリメーション）の達成を可能とする。様々な実施形態に係るレンズ組立体は、様々な照明用途、特に機械的形状が光学部品の最小限の高さおよびハイレベルなコリメーションを要求する照明用途、において用いることができる。例えば、それらは、大型発光ダイオード（ＬＥＤ）が採用される用途において特に有益となり得る。
【００２７】
「視角」は、本技術分野における意味と同様の意味で用いられる。例えば、レンズに関連する視角は、光源をその頂点とし、かつ、当該レンズの入力面に対応する、立体角により定義される空間領域をいう（例えば、図１Ｂ参照）。
【００２８】
「約」とは、本明細書では、値の最大５％、例えば１〜５％の間、の偏差を意味する。
【００２９】
本明細書で用いられる「実質的に直角」とは、最大５％、例えば１°、２°または５°、の偏差の範囲内である、９０°の角度をいう。
【００３０】
本明細書で用いられる「実質的に光軸に平行」とは、偏差が、たとえあったとしても平行から最大５°である、光軸と平行な方向をいう。
【００３１】
図１Ａ、１Ｂ、２Ａ、２Ｂ、３Ａおよび３Ｂは、光源２６から放射された光を受光するのに適合した複数のレンズ１２、１４、１６、１８、２０および２２（本明細書ではまとめてレンズ２４という）を含む本発明の実施形態に係るレンズ組立体１０を概略的に示す。この実施形態では、レンズ２４は、光源２６の光軸と一致する光軸ＯＡの周りに回転対称である。この実施形態では、レンズ１２は、光軸（ＯＡ）から徐々に大きくなる半径距離で配置される（半径距離とは、光軸に垂直な距離をいう）、円環状レンズ１４、１６、１８、２０および２２（本明細書ではまとめて外側レンズという）により周囲を囲まれた、中央レンズである。他の実施形態では、レンズの光軸、例えばレンズが回転対称を呈する軸、は光源のそれぞれの光軸に対してずれていてもよい。さらに、いくつかの実施形態では、１以上のレンズが回転対称で無くてもよい。
【００３２】
この実施形態では、レンズは、各レンズが光源から異なる視角（立体角）内に放射される光を受光するように相互に相対的に配置される。例を挙げると、図１Ｂを参照すると、この実施形態では、中央レンズ１２は光源から視角γ内に放射される光を受光し、レンズ１８および２２は光源から異なる視角αおよびβ内に放射される光をそれぞれ受光する。このように、レンズは、光源から異なる立体角内に放射される光をまとめて受光する。いくつかの実施形態では、レンズは、光源から放射される光エネルギーを、少なくとも約８０％、少なくとも約８５％、少なくとも約９０％、少なくとも約９５％、または１００％、まとめて受光する。
【００３３】
以下により詳細に説明するように、レンズ２４のそれぞれは、光源からの光を受光するための入力面と、光が通ってレンズから出射する出力面と、入力面と出力面との間に延在する側面とを含む。入力面を経てレンズ本体に結合する光の少なくとも一部は、側面で内部全反射してレンズから出射するための出力面に向かうように、側面に入射する。このように、レンズ組立体１０は、内部全反射により、受光する光の少なくとも一部を方向転換、例えばコリメートする。
【００３４】
例を挙げると、レンズ１４は、入力面１４ａと、出力面１４ｂと、入力面１４ａと出力面１４ｂとの間に延在する側面１４ｃと、を含む。この実施形態では、入力面１４ａは、光源を中心とする推定球面の一部を形成する凹面であるので、光源からの光（即ち、レンズ１４に関連する視角内に光源から放射される光）は、実質的に直角に入力面１４ａに入射する（以下に説明するように、本実施形態では、他のレンズ１６、１８、２０、および２２の入力面もまた、光源を中心とする推定球面の一部を形成する）。このように、光は、側面１４ｃに入射するその光の伝播方向からあまり逸れることなく、レンズに入射する。側面１４ｃは、隣接するレンズ１２および１６の各側面から、空隙１および２により離隔される。空気はレンズを形成する物質の屈折率よりも低い屈折率を持つため、側面１４ｃは、当該技術分野において既知の方法で、そこに入射する光、または当該光の少なくとも一部（例えば少なくとも８０％、９０％または１００％）を内部全反射させるように構成することができる。この実施形態では、側面は、ＴＩＲにより、光軸（ＯＡ）に実質的に平行（即ち、最大５°、例えば１、２または５°の偏差の範囲内で光軸（ＯＡ）に平行）な方向に沿って、そこに入射する光をコリメートするように構成される。そして、コリメートされた光は、実質的に平坦かつ光軸ＯＡに対して直角な出力面１４ｂを通ってレンズから出射する。他の実施形態では、入力面１４ａおよび出力面１４ｂの一方または両方は、他の形状を有してもよい。
【００３５】
この実施形態では、レンズ１６、１８、２０および２２もまた、光源を中心とする推定球面の一部として構成されることで、そこに入射する光に対して実質的に直角となる凹入力面（例えばレンズ２０の入力面２０ａ）を含み、光軸（ＯＡ）と実質的に直角な、平坦な出力面（例えばレンズ２０の出力面２０ｂ）を更に含む。これらのレンズでは、側面の外側部分（例えばレンズ２２の側面２２ｃの一部２２ｃｏ）は、入力面が光源から受光する光に対して実質的に直角となるようにするために、互いにある角度をなす２つの部分（例えば部分２２ｃｏｉおよび２２ｃｏｉｉ、ここで部分２２ｃｏｉｉは光の方向転換には関与しない）から形成されてもよい。レンズ１４と同様に、これらレンズの側面もまた、隣接するレンズの側面から空隙により離隔され、ＴＩＲによって入射光の方向転換をするように構成される。
【００３６】
外側レンズとは対照的に、内側の中央レンズ１２は、光源から受光する光を屈折により実質的にコリメートしてレンズから出射させるために、光軸（ＯＡ）に対して直角の平坦な出力面１２ｂに向けて光を方向転換させる、概して凸状に湾曲した入力面１２ａを含む。外側レンズは、受光した光を光軸に実質的に平行な方向にその出力面から出射させるために、実質的にＴＩＲによって方向転換する一方、内側レンズは、受光した光を光軸に平行な方向にその出力面から出射させるために、実質的に屈折（例えばその入力面における屈折）により方向転換する。このように、レンズ組立体は光源から受光した光をまとめてコリメートする。光線の一部は、内側レンズ１２の側面に当たり、ＴＩＲ（空隙がレンズ１４の側面に対してレンズ１２の側面を隔てる）により反射され得ることを理解すべきである。
【００３７】
他の実施形態では、中央レンズ１２は、例えば受光した光を主にＴＩＲによりコリメートするように、例えば上述したように外側レンズと関連する方法で、受光した光を方向転換するように構成されてもよい。
【００３８】
図１Ｂを参照すると、レンズ組立体１０は、１以下、例えば約０．１から約１の範囲内のアスペクト比を有してもよく、ここでアスペクト比は、たとえ互いに離れていてもレンズの出力面および空隙を全て含む、推定上の表面の最大直線寸法、ここでは直径（Ｄ）、に対するレンズ組立体の高さ（Ｈ）（ここでは、光軸ＯＡに沿うレンズ組立体の厚さ）の比として定義される。多くの実施形態では、このアスペクト比により、レンズ組立体の高さが所望の値以下に確実に維持されながら、光源、特に大型ＬＥＤのような大型光源から放射される光の効率的な方向転換、例えばコリメーションが可能となる。特に、光源を中心とし、光学部品の開口に似た直径Ｄを有する推定上の放物線（最も光収集に関係する形状）は、以下の数学的関係により表現できる、上記定義したアスペクト比を有するであろう。
【数１】
2015529849.tif 000003
ここで、ｘは開口の半径を示し（ｘ＝Ｄ／２）、ＢおよびＣは定数である。
【００３９】
上記の関係は、ｘが増加すると、このような推定上の放物線のアスペクト比が、急速に増加して多くの実際の用途において１超になるであろうことを示す。対照的に、本発明に係るレンズ組立体は、より小さいアスペクト比、例えば１未満のアスペクト比を呈しながらも、このような放物面反射鏡の各性能と少なくとも等しく、かつ、多くの場合より優れた、方向転換（例えばコリメーション）性能を提供できる。
【００４０】
レンズ２４は様々な異なる材料から作ることができる。このような物質のいくつかの例としては、とりわけ、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリメチルメタクリルイミド（ＰＭＭＩ）、環状オレフィン共重合体（ＣＯＣ）を含み、かつこれらに限定されない。いくつかの実施形態では、各レンズ２４は、（例えば射出成形によって）個別に成形され、その後組み立てられてもよい。多くの製造方法が、レンズの組み立てに利用可能である。このような方法のいくつかの例としては、超音波溶接、接着、熱スタッキング、スナップ嵌め、圧力嵌めなどを含み、かつこれらに限定されない。
【００４１】
上述した通り、レンズ組立体１０のレンズ２４は、様々に異なる方法で、相互に相対的に固定されてもよい。例として、図４および５は、このようなレンズを３つ積み重ね、隣接するレンズの側面が空隙により隔たれるように相互に相対的に固定させる、一つの方法を概略的に示す。特に、この例では、最外側レンズ３０は、レンズ３２が挿入可能な中央キャビティを含む。このレンズ３２は、その出力面の周りを囲み、かつ、空隙によりレンズ３０および３２の側面が離隔されるようにレンズ３０の凹部３０ａに着座可能である、肩部３２ａを含む。そして、中央レンズ３４は、レンズ３２の中央キャビティに収容することができる。さらに、レンズ３４の肩部３４ａは、２つのレンズの側面が空隙により離隔されるように、レンズ３２の凹部３２ｂに着座可能である。そして、保持リング３６は、レンズを所定の位置に保持することができる。
【００４２】
いくつかの実施形態では、１以上のレンズの出力面は、出力面への入射光、例えばコリメート光が特定のビーム角度となるように変化させるための凹凸付きの面、例えば複数のマイクロレンズを含んでもよい。
【００４３】
いくつかの実施形態では、レンズ組立体１０のレンズ２４は、例えば、遠視野照明パターンを制御するためにレンズ組立体１０の構造を変更することができるように、選択的に取り外し可能および／または交換可能であってもよい。例えば、各レンズは他のレンズから独立して、即ち、他のいかなるレンズの取り外しも必要としないで、取り外しおよび交換が可能である。
【００４４】
追加的に、または代替的に、レンズキャップが、レンズ組立体１０を出射する光を変化（例えば拡散）させるように、および／または人が光源からの光を直接浴びないように、レンズ組立体１０の出力端に結合するように構成されてもよい。このように、ユーザは、レンズ組立体１０が特定のビーム角度または遠視野照明パターンを生成するように、レンズおよび／またはレンズキャップを様々な組み合わせで、選択的に結合させることができる。
【００４５】
例えば、ここで図６−１３を参照すると、例示的な照明組立体１０は、レンズ組立体１０から出射する配光を制御するために、様々なレンズを互いに選択的に結合することができ、および／またはレンズキャップ４０を選択的に適用することができることが示される。まず、図６を詳細に参照すると、例示的な照明組立体１０は、例えば図４および５につき上述したように、環状の外側レンズ３０を含み、当該環状外側レンズ３０は、中央キャビティ４２を画成し、かつ、当該環状外側レンズ３０の出力端に隣接する中央キャビティの周りを囲む２つの環状凹部３０ａ、ｂを有する。しかし、図６で示すように、レンズキャップ４０は、凹部３０ａの内側に配置され、かつ、中央キャビティにまたがることで、光源から出射され中央キャビティ４２を通過した光がレンズキャップ４０によって拡散されるように構成することができる。このように、ユーザは、図６に示すレンズ組立体１０を、例えば図７Ａ、７Ｂおよび７Ｃに示すような、非常に広い遠視野配光パターンを生成するように構成することができる。
【００４６】
レンズキャップ４０は、配光パターンを制御するための様々な構成を有することができる。例を挙げると、レンズキャップ４０は、レンズキャップ４０への入射光が特定のビーム角度となるように変化させるための凹凸付きの面、例えば複数のマイクロレンズを有してもよい。レンズキャップ４０は、凹部３０ａの内側に置かれずに、例えば図８に示すように、替わりにレンズ組立体に結合させて、外側レンズ３０の出力面から出射する光もレンズキャップ４０を通過できるようにすることができることが理解されるであろう。
【００４７】
ここで、図９を参照すると、レンズ組立体１０の他の例示的な構成では、図６のレンズキャップ４０は、取り外されて、外側レンズ３０の凹部３０ａに係合するように構成された肩部３４ａを有する内側レンズ３４に置き換えられることが可能である（代替的に、図８のレンズキャップ４０は、外側レンズ３０および内側レンズ３４の両方の出力面に載せられ、または結合されることができる）。本明細書で別に説明するように、内側レンズ３４の入力面、出力面、および側面は、内側レンズ３４の出力面を出射する光のビーム角度を制御するために構成することができる。このように、ユーザは、例えば図１０Ａ、１０Ｂおよび１０Ｃで示すように、外側レンズ３０および内側レンズ３４を出射する光により広いビーム出力を生成することができる。いくつかの実施形態では、内側レンズ３４の肩部３４ａは、そこから出射する光の配光を制御するために、そこに衝突する光源からの光を拡散し、または凹凸付きの面（例えばマイクロレンズアレイ）を有することができることも理解されるであろう。
【００４８】
ここで、図１１を参照すると、例えば図１２Ａ、１２Ｂおよび１２Ｃで示される例示的な配光、を生成することができる中間ビームレンズを提供するのに使用可能な、レンズ組立体１０の他の例示的な構成が示される。図１１のレンズ組立体１０の構成は、図９で示されるものと類似するが、中間レンズ３２が、中央キャビティ内で、かつ、外側レンズ３０と内側レンズ３４との間に配置される点で相違する。当業者に理解されるであろうことだが、中間レンズ３２は、肩部３２ａを更に含んでもよく、外側レンズ３０の凹部３０ｂと係合するような寸法に形成することができると共に、レンズ３４の肩部３４ａは、中間レンズ３２の上に延在し、かつ、外側レンズの凹部３０ａとの係合を維持することができる。
【００４９】
内側レンズ３４および中間レンズ３２が選択的に交換可能であるという上記説明と同様に、外側レンズ３０もまた、光の出力パターンを制御するために、取り外し可能かつ交換可能である。例を挙げると、外側レンズ３０は、より狭いビームを生成するために、同様のサイズだが異なる出力特性を有するレンズに交換することができる（例えば出力面にマイクロレンズアレイを有さないレンズ）。替わりに、図８を参照して上述したレンズキャップ４０は、図１３に示すような外側レンズ３０、中間レンズ３２、および内側レンズ３４（即ち中間ビームパターン）の上に配置することができ、例えば図１４Ａ、１４Ｂおよび１４Ｃに示すように、出力ビームが狭くなるように図１１に示すように取り外すことができる。
【００５０】
このように、本教示を考慮すると、レンズ組立体１０の出力を特定の用途に調整するのに使用可能なレンズキャップ４０を有する、または有さない、様々なレンズおよびその入れ子構造の出力面についての多くの変形例および構成が存在することが理解されるであろう。
【００５１】
さらに、いくつかの実施形態では、１以上のレンズは、光源から受光した光の少なくとも一部を方向転換、例えばコリメートするために、内部全反射よりもむしろ鏡面反射を採用することができる。例えば、このような実施形態のいくつかでは、１以上のレンズの側面の少なくとも一部（およびある場合には全体）は、そこに入射する光の鏡面反射を提供するために金属化させることができる。いくつか実施形態では、光源から受光した光を方向転換するために、鏡面反射と内部全反射との組み合わせを採用することができる。
【００５２】
例を挙げると、図１５は、光源２６からの光を受光するために、相互に相対的な関係で固定して配置された、複数のレンズ１２’、１４’、１６’、１８’、２０’および２２’を含む、本発明の他の実施形態に係るレンズ組立体１０’を概略的に示す。上述したレンズ組立体１０と同様に、レンズ組立体１０’の各レンズは、光源により異なる立体角（視角）内に放射される光を受光するように、光源に対して相対的に構成および配置される。レンズ組立体１０のレンズが、受光した光の少なくとも一部を方向転換するために内部全反射に依存するのに対し、レンズ組立体１０’のレンズは、受光した光の少なくとも一部を方向転換するために鏡面反射に依存する。特に、レンズ組立体１０’の各レンズの側面の少なくとも一部は、入射光を出力面に向けて方向転換するための反射面を提供するために、金属化される（例えば、約１０マイクロメートル（μｍ）から約１００μｍの範囲内の厚みを有する薄い金属層が被覆される。）。この実施形態では、レンズ１２’、１４’、１６’、１８’、２０’および２２’は、受光した光の少なくとも一部を反射し、それにより方向転換するために、金属薄膜１２’ａ、１４’ａ、１６’ａ、２０’ａおよび２２’ａを、それらの側面の少なくとも一部にそれぞれ含む。このようないくつかの実施形態では、金属被膜を用いることで、隣接するレンズの側面間に空隙を有することが不要となるため、これらの面が互いに接することが可能となる。
【００５３】
本発明の範囲から逸脱しない限り上記実施形態に様々な変更を加えることができることを、当業者なら理解するであろう。例えば、レンズ組立体の出力面（例えば、レンズ組立体および空隙、もしあれば離隔されたレンズ、の出力面を備える推定上の面）は、円形以外の形状、例えば正方形、長方形、楕円形などの形状を有してもよい。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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【図１１】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１２Ｃ】
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【図１３】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１４Ｃ】
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【図１５】
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【手続補正書】
【提出日】平成27年4月3日(2015.4.3)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源からの光を受光するのに適合した複数のレンズを備え、当該レンズはそれぞれ、入力面と、出力面と、前記入力面と前記出力面との間に延在する側面とを有し、
前記レンズは、前記レンズがそれぞれ、前記光源から他のレンズに関連する各視角とは異なる視角内に放射される光を、前記入力面において受光するように相互に相対的に配置され、
前記レンズはそれぞれ、前記受光した光の少なくとも一部を、当該レンズの側面における内部全反射により当該レンズの出力面へ案内する、
光学レンズ組立体。
【請求項２】
前記レンズのうち少なくとも１つのレンズは、前記光源から受光した光の少なくとも一部をコリメートするように構成された、請求項１に記載の光学レンズ組立体。
【請求項３】
前記レンズ組立体の少なくとも２つの隣接したレンズの前記側面は、相互に空隙で離隔されている、請求項１に記載の光学レンズ組立体。
【請求項４】
前記レンズは、前記光源から放射された光の少なくとも約８０％をまとめて受光するように構成された、請求項１に記載の光学レンズ組立体。
【請求項５】
前記レンズは、前記光源から放射された光の少なくとも約９０％をまとめて受光するように構成された、請求項１に記載の光学レンズ組立体。
【請求項６】
前記レンズ組立体は、約１未満のアスペクト比を呈する、請求項１に記載の光学レンズ組立体。
【請求項７】
前記レンズのうち少なくとも１つのレンズの入力面は、前記光源から当該入力面に入射する光が実質的に当該入力面と直角になるように構成された、請求項１に記載の光学レンズ組立体。
【請求項８】
前記レンズのうち少なくとも１つのレンズは、平坦な出力面を呈する、請求項１に記載の光学レンズ組立体。
【請求項９】
前記複数のレンズは、内側レンズ、中間レンズ、および外側レンズを備える、請求項１に記載の光学レンズ組立体。
【請求項１０】
前記複数のレンズは、取り外し可能かつ交換可能に相互に結合され、かつ、前記レンズはそれぞれ、他の全てのレンズから独立して選択的に取り外し可能かつ交換可能である、請求項９に記載の光学レンズ組立体。
【請求項１１】
前記複数のレンズの１つ以上の出力面からの光を受光するように構成されたレンズキャップを更に備え、そのレンズキャップは凹凸付きの面を備える、請求項１に記載の光学レンズ組立体。
【請求項１２】
前記レンズキャップは複数のマイクロレンズを備える、請求項１１に記載の光学レンズ組立体。
【請求項１３】
前記レンズは、各レンズが隣接する外側のレンズのキャビティ内に配置されて、相互に固定的に結合される、請求項１１に記載の光学レンズ組立体。
【請求項１４】
前記レンズを互いに規定された関係で固定するための保持リングを更に備える、請求項１３に記載の光学レンズ組立体。
【請求項１５】
前記レンズのうち少なくとも１つのレンズは、前記少なくとも１つのレンズの側面がそれぞれの外側に隣接するレンズの側面から空隙により離隔されるように、前記外側に隣接するレンズの環状凹部に着座する環状肩部を備える、請求項１３に記載の光学レンズ組立体。
【請求項１６】
前記レンズのうち少なくとも１つのレンズは、そこに入射した光を鏡面反射により方向転換するように構成された側面を備える、請求項１４に記載の光学レンズ組立体。
【請求項１７】
鏡面反射をもたらす前記側面は金属化されている、請求項１６に記載の光学レンズ組立体。
【請求項１８】
前記金属化された面は、約１０μｍ〜約１００μｍの範囲の厚みを有する金属層を備える、請求項１７に記載の光学レンズ組立体。
【国際調査報告】
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