CN102072459B - 透镜以及使用该透镜的灯具 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种能够通过与以往相比更简单的结构，将多个LED光源与一个光源同样地处理的透镜和使用该透镜的灯具。一种与多个LED光源组合使用、并具有单一焦点的透镜，该透镜包括：多个入光部，其以分别对应于所述多个LED光源而相对的状态进行了配置，将从所述多个光源出射的光线变换为相对于规定光轴平行的平行光，并向透镜内部导入；出光部，其配置在从所述多个入光部向透镜内部导入的平行光的光路上，并包括折射面，该折射面构成为使所述平行光出射而在所述单一焦点上会聚。此外，提供一种具备该透镜的灯具。

Description

透镜以及使用该透镜的灯具
技术领域
本发明涉及透镜和使用该透镜的灯具，特别涉及能够将来自多个LED光源的光与一个光源同样地处理的透镜和使用该透镜的灯具。
背景技术
以往，提出了构成为将多个LED光源与一个光源同样地处理的LED光源装置(例如参照专利文献1)。
图1是用于说明专利文献1记载的LED光源装置的结构的剖面图。
如图1所示，在专利文献1记载的车辆用前照灯200中，具备：在内表面形成有反射面211的大致筒状的多个聚光罩210；以及与各聚光罩210对应地设置的多个LED光源220。各LED光源220以其光轴AX1与聚光罩210的轴线AX2一致的方式安装于聚光罩210的一端211。来自LED光源220的光被聚光罩210的内表面(反射面211)反射而从聚光罩210的另一端212出射。通过调整包含聚光罩210的轴线X的剖面上的开角α，在另一端212侧形成疑似光源P。
【专利文献1】日本特开2002-157904号公报
然而，在上述LED光源装置200中，使用聚光罩210形成疑似光源P。因此，存在如下问题：随着LED光源220的数量增加，聚光罩210的数量也增加，难以将它们对齐到单一的焦点上，此外其结构复杂。
发明内容
本发明是鉴于这样的问题提出的，其目的在于提供一种能够通过与以往相比更简单的结构，将多个LED光源与一个光源同样地处理的透镜和使用该透镜的灯具。
为了解决上述课题，本发明的第一方面的透镜，其与多个光源组合使用，并具有单一焦点，该透镜包括：多个入光部，其以分别对应于所述多个光源而相对的状态进行配置，将从所述多个光源出射的光线变换为相对于规定光轴平行的平行光，向透镜内部导入；以及出光部，其配置在从所述多个入光部导入到透镜内部的平行光的光路上，并包括折射面，该折射面构成为使所述平行光出射而在所述单一焦点上会聚。
根据本发明，从多个光源出射的光，由于以与多个光源相对的状态进行了配置的多个入光部的作用，变换为相对于规定光轴(例如透镜光轴)平行的平行光并导入到透镜内部。而且，从出光部的折射面出射，在透镜的单一焦点上会聚。由于不是使用以往的聚光罩的结构，因此即使光源数量增加，结构也不会变得复杂。因此，能够通过比使用多个聚光罩的以往技术更简单的结构，将多个光源与一个光源同样地处理。即，能够将从多个光源出射的光线(输出)汇集，能够作为明亮的光源使用。
在上述透镜中，所述出光部包括中央透镜部和配置在所述中央透镜部的周围的周围透镜部。所述中央透镜部包括配置在所述平行光的光路上的中央出射面，所述中央出射面是构成为到达该中央出射面的所述平行光出射而在所述单一焦点上会聚的透镜面。所述周围透镜部包括配置所述中央出射面的周围的周围出射面和配置在所述平行光的光路中的反射面。所述反射面是构成为将到达该反射面的所述平行光反射并使该反射光从所述周围出射面出射而在所述单一焦点上会聚的反射面。
在上述结构的透镜中，从多个光源出射的光，由于以与多个光源相对的状态进行了配置的多个入光部的作用，被变换为相对于规定光轴平行的平行光而导入到透镜内部。而且，在导入到透镜内部的平行光中朝向中央透镜部的平行光从中央出射面出射而在单一焦点上会聚。另一方面，在导入到透镜内部的平行光中朝向周围透镜部的平行光，被周围反射面反射而从周围出射面出射，在单一焦点上会聚。因为不是使用以往的聚光罩的结构，所以即使光源数增加，结构也不会变得复杂。因此，能够通过比使用多个聚光罩的以往技术更简单的结构，将多个光源与一个光源同样地处理。即，能够将从多个光源出射的光线(输出)汇集，能够作为明亮的光源使用。
此外，在上述结构的透镜中，各入光部由向光源侧凸出的凸透镜面构成，能够使入射光相对于透镜光轴成为平行光。
或者，各入光部也可以由配置在各光源的光轴上的中央入射面、配置在中央入射面的周围的筒状的周围入射面、和配置在来自周围入射面的入射光的光路中的反射面构成，构成为使入射光相对于透镜光轴成为平行光。
在此情况下，所述入光部的中央入射面由向光源侧凸出的凸透镜面构成，使入射光相对于透镜光轴成为平行光，所述入光部的反射面由旋转抛物面构成，可以构成为使来自所述周围入射面的入射光相对于透镜光轴成为平行光。
根据该结构，在入射侧的光的会聚能力变强，能够改善光的利用效率。即，能够根据利用效率减少光源数。由此能够有助于降低成本。此外还能够根据使用光源的数量减小整体尺寸，能够构成更紧凑的灯具。
在上述结构的透镜中，优选中央出射面由凸透镜面构成，该凸透镜面以透镜光轴为旋转轴而形成，其焦点与透镜焦点一致，且在照射方向上凸出，周围透镜部的反射面由旋转抛物面构成，该旋转抛物面以透镜光轴为旋转轴而形成，其焦点与透镜的单一焦点一致。
本发明的第二方面的灯具，该灯具具备多个光源和基于上述结构中的任意一种的透镜，该多个光源对应于该透镜的各入光部而相对地进行了配置。
在上述结构的灯具中，优选多个光源为LED光源。
作为上述结构的灯具的另一方式，提供一种在所述透镜的出射方向上还具备第二透镜的灯具，该第二透镜的焦点位于所述透镜的焦点上或附近。
此外，作为上述结构的灯具的又一方式，提供一种在所述透镜的出射方向上还具备反射镜的灯具，该反射镜的焦点位于所述透镜的焦点上或附近。
在图1所示的以往的LED光源装置200中，使用多个聚光罩210形成疑似光源P。虽然能够将多个LED光源220与一个光源(疑似光源)同样地处理，但如果不设计出相对于光源的光轴设定了适当角度α的聚光罩，则无法在光轴AX2方向上进行照射。此外，存在如下问题：需要对筒内的反射面均匀地实施铝蒸镀等表面处理，从成品率等方面来看，制造成本也上升，所以无法将LED光源装置200与白炽电灯等光源同样地处理。
然而，根据本发明的透镜或使用该透镜的本发明的灯具，通过中央出射面和周围出射面的作用，在透镜整体的光轴方向上照射光，所以能够将多个光源与一个白炽电灯等光源(在全方位出射光的光源)同样地处理。
根据本发明，能够提供一种能够通过比以往简单的结构将多个光源与一个光源同样地处理的透镜和使用该透镜的灯具。
附图说明
图1是说明以往的车辆用前照灯的结构的剖面图。
图2是将多个LED光源与本发明的实施方式的透镜组合而成的本发明的灯具的概略剖面图。
图3是示出组合图1的透镜和其他透镜而成的灯具的概略剖面图。
图4是示出组合图1的透镜和反射面R而成的灯具的概略剖面图。
图5是示出将多个LED光源与本发明的实施方式的变形例的透镜组合而成的灯具的概略剖面图。
图6是示出将多个LED光源与本发明的实施方式的变形例的透镜组合而成的灯具的概略剖面图。
图7是将多个LED光源与本发明的其他实施方式的透镜组合而成的本发明其他实施方式的灯具的概略剖面图。
标号说明
100透镜
10入光部
20出光部
21中央透镜部
22周围透镜部
30LED光源
具体实施方式
下面，参照附图来说明作为本发明的实施方式的透镜以及作为与该透镜组合多个LED光源的作为本发明实施方式的灯具。
本发明的透镜用于车辆用灯具、一般照明、游戏设备等。此时能够以透镜单体的方式使用。此外，作为组合光源，以LED光源为代表，能够使用普通的点光源等。
在图2中示出本实施方式的透镜100。透镜100是通过对丙烯、聚碳酸酯等透明树脂进行射出成型(或通过玻璃材料)而形成的实心的透镜体。此外，本实施方式的灯具，如图2所示，构成为将多个LED光源30(例如将一个或多个LED芯片封装而成的LED光源)与透镜100组合。图2是将多个LED光源30以各自的光轴AX1朝向相同方向(在图2中例示朝上)的方式分散配置在平面上的规定区域的例子。
透镜100包括多个入光部10和出光部20。各入光部10分别以与多个LED光源30(发光面)相对的状态进行了配置。各入光部10分别包括入射面11。入射面11接收从对应的LED光源30出射的光线，变换成相对于各LED光源30的光轴AX1平行的平行光而导入到透镜内部。在图2所示的实施方式中，由向LED光源侧凸出的凸透镜面构成入射面11。
在从各入光部10向透镜内部导入的平行光的光路上配置有出光部20。出光部20包括中央透镜部21和在中央透镜部21的周围配置的周围透镜部22。
中央透镜部21包括中央出射面21a。中央出射面21a配置在从分散配置在规定区域上的多个LED光源30中配置在中央区域的LED光源30出射而导入到透镜内部的平行光Ray1的光路上。中央出射面21a是构成为到达该中央出射面21a的平行Ray1从该中央出射面21a出射而在单一焦点F上会聚的透镜面。在图2所示的实施方式中，中央出射面21a由以光轴AX2为旋转轴而形成、且在照射方向上凸出的凸透镜面构成。
周围透镜部22包括配置在中央出射面21a的周围的筒形状的周围出射面22a和反射面22b。反射面22b配置在从分散配置在规定区域的多个LED光源30中配置在中央区域周边的周围区域的LED光源30出射而导入到透镜内部的平行光Ray2的光路中。反射面22b是构成为将到达该反射面22b的平行光Ray2进行全反射，使该反射光Ray2从周围出射面22a出射而在单一焦点F上会聚的反射面。在图2所示的实施方式中，反射面22b由以光轴AX2为旋转轴而形成的旋转抛物面构成。
如图5所示，可以对与反射面22b对应的透镜100的表面区域实施铝蒸镀22b1等的镜面处理。或者，如图6所示，可以对与反射面22b对应的透镜100的外侧配置实施了铝蒸镀等的镜面处理的反射部件23。这样，能够防止到达反射面22b的平行光Ray2从该反射面22b出射，所以能够改善光的利用效率。
在图5和图6中，为了强调，铝蒸镀22b1、反射部件23描绘得比实际尺寸厚，但这样的蒸镀膜的厚度是相对于透镜尺寸显著薄的适当厚度，这对于本领域技术人员来说是容易理解的。
根据上述结构的本发明的透镜100，从多个LED光源30出射的光，通过以与多个LED光源30相对的状态进行了配置的多个入光部10的作用，变换为相对于LED光源30的光轴AX1平行的平行光Ray1、Ray2而导入到透镜内部(参照图2)。而且，导入到透镜内部的平行光中朝向中央透镜部21的范围的平行光Ray1从中央出射面21a出射，在单一焦点F上会聚。另一方面，导入到透镜内部的平行光中朝向周围透镜部22的范围的平行光Ray2从被周围反射面22b全反射而从周围反射面22a出射，在单一焦点F上会聚。
根据上述结构的透镜100，是没有使用以往的聚光罩210的结构，所以即使LED光源30增加，其结构也不会变得复杂。因此，能够通过比图1所示的使用多个聚光罩210的以往技术更简单的结构将多个LED光源30与一个光源同样地处理。即，能够将从多个LED光源30出射的光线(输出)汇集，能够作为与LED光源数相应的明亮的单一光源使用。
图3中示出使用本发明的透镜的其他灯具的实施方式。在该灯具中，通过组合图2的透镜100和其他透镜L，能够对从多个LED光源30出射的光线高效地进行配光控制。图示的透镜L的焦点位于透镜100的焦点F上或附近，将会聚的光进一步作为平行光出射。通过该结构，能够将广域配置的所有LED光源30的光量作为来自单一光源的平行光的光量而使用，能够构成为非常明亮的灯具。此外，图4中示出使用本发明的透镜的其他灯具的实施方式。在图4的灯具中，对来自透镜100的光，可以将单一焦点F看作光源使用。因此，通过组合透镜100和焦点位于透镜焦点F上或附近的反射镜R，能够将广域配置的多个LED光源30作为一个光源进行配光控制。
此时，本发明的透镜100通过设置周围透镜部22，与仅通过从中央透镜部21照射的光形成单一焦点F的情况相比，照射到反射面R的光量和照射区域增加。
在图1所示的以往的LED光源装置200中，使用多个聚光罩210形成疑似光源P。虽然能够将多个LED光源220与一个光源(疑似光源)同样地处理，但为了使从该疑似光源P出射的光向LED光源装置200整体的光轴AX2方向(参照图1)照射，在聚光罩210内作为反射面211需要实施铝蒸镀等表面处理，由于该表面处理，产生由反射效率引起的损失，光束利用率恶化。此外，罩形状为入口狭窄、深度较深，所以铝蒸镀等的表面处理难以均匀地进行，因此成品率恶化。
然而，根据本实施方式的透镜100，通过中央出射面21a的作用，即使不像以往的光源装置200那样实施表面处理，通过透镜设计，光也仍会聚在整体的光轴AX2方向上(参照图2)。因此，能够将多个LED光源30与一个白炽电灯等光源(向全方位出射光的光源)同样地处理。
下面说明变形例。
在上述实施方式中，说明了如图2等所示那样，各入光部10包括向光源侧凸出的凸透镜面11，但本发明不限于此。例如，入光部10，可以是如图7所示的如下形状，即，具备：中央入射面11，其配置在LED光源30的光轴AX1上；配置在中央入射面11的周围的筒形状的周围入射面12；以及配置在从周围入射面12向透镜内部导入的光线Ray3的光路中的反射面13。在此情况下，构成为从周围入射面12向透镜内部导入的光线Ray3被该反射面13反射为相对于光轴AX1平行的平行光，朝向出射侧的反射面22b或中央出射面21a反射。作为反射面13，可以由旋转抛物面系的反射面构成。该透镜100的出射侧的结构是与先前图2所示的实施方式的透镜100相同的结构，所以省略说明。
通过该结构，与先前的实施方式相比，在入射侧的光的会聚能力变强，能够改善光的利用效率。即，能够减少光源数。由此能够有助于降低成本。此外，还能够根据使用光源的数量减小整体尺寸，能够构成更紧凑的灯具。
根据该变形例的透镜100，也能够通过比使用多个聚光罩210的以往技术(参照图1)更简单的结构，将多个LED光源30与一个光源同样地处理。即，能够将从多个LED光源30出射的光线(输出)汇集，能够作为明亮的光源使用。
上述实施方式在所有方面只不过是简单的例示。本发明不被这些记载进行限定性的解释。本发明可以在不脱离其思想或主要特征的基础上通过其他各种方式来实施。

Claims (9)

1.一种透镜，其与多个光源组合使用，并具有单一焦点，
该透镜包括：
多个入光部，其以分别对应于所述多个光源而相对的状态进行配置，将从所述多个光源出射的光线变换为相对于规定光轴平行的平行光而导入到透镜内部；以及
出光部，其配置在从所述多个入光部导入到透镜内部的平行光的光路上，并包括折射面，该折射面构成为使所述平行光出射而在所述单一焦点上会聚，其中,
所述出光部包括中央透镜部和配置在所述中央透镜部的周围的周围透镜部，
所述中央透镜部包括配置在所述平行光的光路上的中央出射面，所述中央出射面是构成为到达该中央出射面的所述平行光出射而在所述单一焦点上会聚的透镜面，
所述周围透镜部包括配置在所述中央出射面的周围的周围出射面和配置在所述平行光的光路中的反射面，
所述反射面是构成为将到达该反射面的所述平行光反射并使该反射光从所述周围出射面出射而在所述单一焦点上会聚的反射面。
2.根据权利要求1所述的透镜，其特征在于，
各入光部由向光源侧凸出的凸透镜面构成，使入射光相对于透镜光轴成为平行光。
3.根据权利要求1所述的透镜，其特征在于，
各入光部由配置在各光源的光轴上的中央入射面、配置在中央入射面的周围的筒状的周围入射面以及配置在来自周围入射面的入射光的光路中的反射面构成，使入射光相对于透镜光轴成为平行光。
4.根据权利要求3所述的透镜，其特征在于，
所述入光部的中央入射面由向光源侧凸出的凸透镜面构成，使入射光相对于透镜光轴成为平行光，
所述入光部的反射面由旋转抛物面构成，使来自所述周围入射面的入射光相对于透镜光轴成为平行光。
5.根据权利要求1～4中的任一项所述的透镜，其特征在于，
中央出射面由凸透镜面构成，该凸透镜面以透镜光轴为旋转轴而形成，其焦点与透镜焦点一致，且在照射方向上凸出，
周围透镜部的反射面由旋转抛物面构成，该旋转抛物面以透镜光轴为旋转轴而形成，其焦点与透镜的单一焦点一致。
6.一种灯具，其具备多个光源和权利要求1～5中的任一项所述的透镜，
该多个光源对应于该透镜的各入光部而相对配置。
7.根据权利要求6所述的灯具，其特征在于，
多个光源为LED光源。
8.根据权利要求6或7所述的灯具，其特征在于，
该灯具在所述透镜的出射方向上还具备第二透镜，该第二透镜的焦点位于所述透镜的焦点上或附近。
9.根据权利要求6或7所述的灯具，其特征在于，
该灯具在所述透镜的出射方向上还具备反射镜，该反射镜的焦点位于所述透镜的焦点上或附近。
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