專利名稱：光學(xué)透鏡及使用該光學(xué)透鏡的照明器具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光學(xué)透鏡及使用該光學(xué)透鏡的照明器具，特別涉及為了使從光源放射 的光擴(kuò)散到較廣的范圍而高效地進(jìn)行照明而使用的光學(xué)透鏡。
背景技術(shù)：
以往，已知有在道路的側(cè)緣等大致以等間隔豎立設(shè)置的柱子上安裝而對較廣的區(qū) 域進(jìn)行照明的照明器具。作為這樣的照明器具，已提出有利用光學(xué)透鏡控制成使得從發(fā)光 二極管(下面，簡稱為「LED」)放射的光沿著希望的方向進(jìn)行照射的照明器具。例如，專利文獻(xiàn)1所記載的照明器具，如圖14所示，包括LED光源110 ；副透鏡 112，射出沿著照明區(qū)域的長度方向X擴(kuò)散的扇形的聚光光束；以及主透鏡122，包括凹狀的 光入射面及凸?fàn)畹墓獬錾涿?，且在X方向上進(jìn)行聚光。由此來實(shí)現(xiàn)在X-X方向的較廣的配 光即具有蝙蝠翼型配光特性的照明器具。此外，如圖15所示，本申請人提出了如下的照明器具(專利文獻(xiàn)2)，該照明器具具 備LED光源210及光學(xué)透鏡220，光學(xué)透鏡220包括與LED光源210對置的凹狀的入射面 221 ；以及沿著α及α ’方向進(jìn)行聚光、且沿著β方向擴(kuò)散光的凸?fàn)畹某錾涿?22。由此， 能夠得到可在α、β及α ’的所有的各方向上均勻地進(jìn)行照明的照明器具。上述的現(xiàn)有的照明器具，在作為照射范圍內(nèi)的目標(biāo)的照度值低的情況下，最好LED 為小形、低輸出、且所使用的光學(xué)透鏡也相應(yīng)地不是大型，但是，在將作為目標(biāo)的照度值較 高且高輸出的LED、或者由多個(gè)LED構(gòu)成的LED陣列等作為光源的情況下，需要完全覆蓋光 源的光學(xué)透鏡，因此，存在光學(xué)透鏡大型化的問題。欲使用較小型的透鏡來解決上述問題的照明器具，如圖16所示，構(gòu)成為LED310接 近光學(xué)透鏡320的上面。但是，在該結(jié)構(gòu)中，光學(xué)透鏡320有可能因?yàn)長ED310的發(fā)熱經(jīng)過 長時(shí)間而劣化。這樣的光學(xué)透鏡的熱劣化問題可通過如圖17及圖18所示那樣在LED和光學(xué)透鏡 之間設(shè)置距離來暫且避免。但是，在圖17及圖18所示的情況下，從LED410、510射出的光 的一部分入射到光學(xué)透鏡420、520的各上面423、523而形成分別由B及C所示的光路，向 與所希望的方向不同的方向照射。相對于此，圖19所示的照明器具的例子則是示出了在現(xiàn)有技術(shù)中沒有問題的情 形的照明器具，以便進(jìn)行比較。在該例子中，從LED610放射的光形成僅入射到光學(xué)透鏡620 的凹狀入射面621中的光路D，向希望的方向出射。圖20及圖21分別示出了模擬了圖18、19所示結(jié)構(gòu)的照明器具的配光特性的結(jié) 果?？梢娫趫D20所示的照明器具的情況下，蝙蝠翼型配光的一部分光偏向斜下方或正下 方，從而配光發(fā)生混亂。專利文獻(xiàn)1日本特開2009-99493號公報(bào)專利文獻(xiàn)2日本專利申請2009-18197號公報(bào)
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是鑒于上述情況而做出的，提供一種光學(xué)透鏡及使用該光學(xué)透鏡的照明器 具，它們能夠利用高輸出的光源來進(jìn)行廣范圍的配光，小型、且能夠抑制因光源的發(fā)熱導(dǎo)致 的劣化。本發(fā)明的光學(xué)透鏡，具有用于入射從光源放射的光的入射面以及用于將入射到上 述入射面的光進(jìn)行出射的出射面，將來自上述光源的光向照明區(qū)域擴(kuò)散并照射，其特征在 于，上述入射面包括凹狀入射面，與上述光源對置、且形成為相對于上述光源的光軸對稱 的凹狀；以及兩個(gè)V狀入射面，與上述凹狀入射面共有端部，形成為相對于上述光源的光軸 對稱，上述出射面包括相對于上述光源的光軸對稱的兩個(gè)凸?fàn)畛錾涿?。根?jù)該結(jié)構(gòu)，能夠提供一種光學(xué)透鏡，它能夠利用高輸出的光源來進(jìn)行廣范圍的 蝙蝠翼型配光，小型、且能夠抑制因光源的發(fā)熱導(dǎo)致的劣化。此外，在本發(fā)明的上述的光學(xué)透鏡中，上述V狀入射面的與上述凹狀入射面共有 端部的面，形成在將上述光源的端部和與上述凹狀入射面共有的端部連結(jié)的虛擬面的延長 面的內(nèi)側(cè)。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，從光源放射的光能夠不會入射到與V狀入射面的凹狀入射面共有端 部的面，能夠避免蝙蝠翼型配光的擾亂。進(jìn)而，在本發(fā)明的上述的光學(xué)透鏡中，上述V狀入射面的與上述凹狀入射面共有 端部的面以將如下的角度二等分的角度形成將上述光源的一個(gè)端部和與上述凹狀入射面 共有的端部連結(jié)而成的虛擬面的延長面，與從上述光源的另一端部入射到上述凹狀入射面 的上述端部附近、并從與上述V狀入射面共有端部的面出射的光的方向所成的角度。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，從光源放射的光能夠不入射到與V狀入射面的凹狀入射面共有端部 的面，能夠使蝙蝠翼型配光的擾亂最小化。此外，在本發(fā)明的上述的光學(xué)透鏡中，上述V狀入射面的與上述凹狀入射面共有 端部的面所對置的另一面形成為凸?fàn)睢８鶕?jù)該結(jié)構(gòu)，能夠根據(jù)照明器具的使用目的來決定蝙蝠翼型配光中所需的峰值光度值。此外，在本發(fā)明的上述的光學(xué)透鏡中，上述V狀入射面的與上述凹狀入射面共有 端部的面所對置的另一面形成為凹狀。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，能夠根據(jù)照明器具的使用目的來決定蝙蝠翼型配光中所需的峰值光度值。此外，本發(fā)明的上述的光學(xué)透鏡中，上述V狀入射面相對于上述光源的光軸對稱 地分別形成多個(gè)。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，從光源放射的光能夠不入射到與V狀入射面的凹狀入射面共有端部 的面，能夠避免蝙蝠翼型配光的擾亂。本發(fā)明的照明器具具有上述的光學(xué)透鏡以及光軸配置在將上述凹狀入射面對稱 地分割的位置上。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，能夠提供一種具備如下的光學(xué)透鏡的照明器具該光學(xué)透鏡能夠利 用高輸出的光源來進(jìn)行廣范圍的配光，小型、且能夠抑制因光源的發(fā)熱而導(dǎo)致的劣化。發(fā)明效果
根據(jù)本發(fā)明，能夠提供一種光學(xué)透鏡及使用該光學(xué)透鏡的照明器具，它們能夠利 用高輸出的光源來進(jìn)行廣范圍的配光，小型、且能夠抑制光源的發(fā)熱導(dǎo)致的劣化。
圖1是表示本發(fā)明的實(shí)施方式的照明器具的大致結(jié)構(gòu)的截面圖。圖2是表示本發(fā)明的實(shí)施方式中的光源的配光特性的圖。圖3(a) 圖3(c)是表示本發(fā)明的實(shí)施方式中的LED光源的大致結(jié)構(gòu)的截面圖。圖4是用于說明本發(fā)明的實(shí)施方式的光學(xué)透鏡的形狀的截面圖。圖5是用于說明本發(fā)明的實(shí)施方式的光學(xué)透鏡的功能的光路截面圖。圖6是表示本發(fā)明的實(shí)施方式的光學(xué)透鏡的變形例的截面圖。圖7是表示本發(fā)明的實(shí)施方式的光學(xué)透鏡的變形例的主要部分放大截面圖。圖8是表示本發(fā)明的實(shí)施方式的光學(xué)透鏡的其它變形例的截面圖。圖9是表示本發(fā)明的實(shí)施方式的光學(xué)透鏡的其它變形例的截面圖。圖10是表示本發(fā)明的實(shí)施方式的光學(xué)透鏡的其他變形例的主要部分放大截面 圖。圖11是表示本發(fā)明的實(shí)施方式的具備旋轉(zhuǎn)體形狀光學(xué)透鏡的照明器具的大致結(jié) 構(gòu)的立體圖。圖12是表示本發(fā)明的實(shí)施方式的具備圓柱形狀光學(xué)透鏡的照明器具的大致結(jié)構(gòu) 立體圖。圖13是表示本發(fā)明的實(shí)施方式的具備旋轉(zhuǎn)橢圓體形狀光學(xué)透鏡的照明器具的大 致結(jié)構(gòu)立體圖。圖14是表示現(xiàn)有的照明器具的大致結(jié)構(gòu)的截面圖。圖15是表示現(xiàn)有的照明器具的大致結(jié)構(gòu)的截面圖。圖16是表示現(xiàn)有的照明器具的大致結(jié)構(gòu)的截面圖。圖17是表示現(xiàn)有的照明器具的大致結(jié)構(gòu)的截面圖。圖18是表示現(xiàn)有的照明器具的大致結(jié)構(gòu)的截面圖。圖19是表示在現(xiàn)有技術(shù)中沒有問題的情況的照明器具的大致結(jié)構(gòu)的截面圖。圖20是表示模擬了現(xiàn)有的照明器具的配光特性的結(jié)果的圖。圖21是表示模擬了在現(xiàn)有技術(shù)中沒有問題的情況的照明器具的配光特性的結(jié)果 的圖。附圖標(biāo)記說明1 8照明器具10 光源20 80光學(xué)透鏡21凹狀入射面22 52V狀入射面24凸?fàn)畛錾涿鎒l、e2光源的端部tl凹狀入射面的端部
22a 52a與V狀入射面的凹狀入射面共有端部的面22b 52b不與V狀入射面的凹狀入射面共有端部的面
具體實(shí)施例方式下面，參照附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的實(shí)施方式的光學(xué)透鏡及使用該光學(xué)透鏡的照明 器具。圖1是表示本發(fā)明的實(shí)施方式的照明器具的大致結(jié)構(gòu)的截面圖。在圖1中，照明 器具1包括光源10和光學(xué)透鏡20。該光學(xué)透鏡20在避免來自光源10的熱的影響的同時(shí)提高擴(kuò)散性和聚光性，謀求 能夠得到良好的蝙蝠翼型配光，如圖1所示，具備凹狀入射面21、兩個(gè)V狀入射面22、22以 及兩個(gè)凸?fàn)畛錾涿?將在后面詳細(xì)描述)。本實(shí)施方式的光源10是LED等大致面狀的光源，沿著光軸X的方向進(jìn)行發(fā)光。作 為LED，能夠使用圖2所示的配光特性那樣大致無指向性的光源，例如，能夠使用在具備反 射面等光學(xué)系統(tǒng)的基板上所安裝的白色LED等。圖3(a) 圖3(c)是表示光源10的結(jié)構(gòu)例的圖，構(gòu)成為，在每個(gè)基板11上都安裝 藍(lán)色的LED芯片12，并將其上用熒光體層13覆蓋，該熒光體層13由含有擴(kuò)散材料等的樹脂 層或玻璃層構(gòu)成。此外，只有圖3(c)具有透鏡層14，但是由于熒光體層13和透鏡層14的 大小大致不變，所以即使是凸透鏡也幾乎沒有聚光効果，對圖2所示的無指向性配光不產(chǎn) 生影響。因此，本實(shí)施方式的光學(xué)透鏡20所產(chǎn)生的配光的擴(kuò)散効果不會降低。如圖1的截面圖所示，光學(xué)透鏡20構(gòu)成筒狀體，具有凹狀入射面21，在光源10的 正下方，形成為相對于光軸X對稱的凹狀；兩個(gè)V狀入射面22、22，與凹狀入射面21共有端 部，形成為相對于光軸X對稱；平坦的底面部23、23，從V狀入射面22、22的另一端部分別 向外方延伸；以及兩個(gè)凸?fàn)畛錾涿?4、24，形成為相對于光軸X對稱，使入射到凹狀入射面 21及V狀入射面22、22中的光源10的光折射并向下方擴(kuò)散而放射。此外，本實(shí)施方式的光學(xué)透鏡20可以使用丙烯樹脂、聚碳酸脂樹脂、硅樹脂、聚烯 烴樹脂及玻璃等對光源所發(fā)出的光的放射波普的折射率大致為1. 3 1. 8的透明的材料。如圖4所示，V狀入射面22由與凹狀入射面21共有端部tl的平坦的一個(gè)面22a 和與該面22a對置的平坦的另一個(gè)面22b形成。一個(gè)面22a形成為，成為將連接了光源10的一個(gè)端部el和凹狀入射面21的端部 tl (與一個(gè)面22a共有)的線段延伸的直線I1的內(nèi)側(cè)。由此，從光源10放射的光只入射到V狀入射面22的另一個(gè)面22b，而不入射到一 個(gè)面22a，因此能夠避免從凸?fàn)畛錾涿?4、24放射蝙蝠翼型配光的混亂。接著，對如上構(gòu)成的光學(xué)透鏡20的功能進(jìn)行說明。圖5是用于說明光學(xué)透鏡20 的功能的光路圖。由于光學(xué)透鏡20的截面中的由A、A’、B、B’包圍的部分具有凸透鏡的形狀，所以 從光源10的中央放射而入射到凹狀入射面21中的A B部位的光沿著空心箭頭α表示 的方向聚光。此外，空心箭頭α，所示的方向相對于光源10的光軸X，與箭頭α所示的方 向?qū)ΨQ，從光源10放射的光還沿著箭頭α，所示的方向聚光。此外，由于由截面內(nèi)的C、C’、D、D’包圍的部分為凹透鏡形狀，所以入射到凹狀入射面21上的C D部位的光向空心箭頭β所示的鉛垂線方向的兩側(cè)擴(kuò)散。另一方面，由于透鏡20的截面中的由E、E’、F、F’包圍的部分為凸透鏡形狀，所以 入射到V狀入射面22的另一個(gè)面22b的光沿著與光軸X形成充分的開角θ的空心箭頭Υ 所示的方向聚光。此外，空心箭頭Y’所示的方向相對于光源10的光軸X與箭頭γ所示 的方向?qū)ΨQ，從光源10放射的光還沿著箭頭Y，所示的方向聚光。在以上的說明中，將一個(gè)面22a的形狀設(shè)定為使得從光源10放射的光只入射到V 狀入射面22的另一個(gè)面22b中，所以根據(jù)光源10的大小或光學(xué)透鏡20之間的位置關(guān)系， 擾亂蝙蝠翼型配光的其它光入射到光學(xué)透鏡20中。圖6示出V狀入射面的變形例，該V狀入射面形成為使得因從光源10的另一端部 e2放射的光、蝙蝠翼型配光發(fā)生的擾亂最小化。在圖6中，從光源10的另一端部e2出射的I2入射到凹狀入射面21的端部tl附 近，如圖7的放大截面圖所示，存在有在V狀入射面32的一個(gè)面32a的內(nèi)面反射的光I3和 直線前進(jìn)的光14。這些光成為擾亂蝙蝠翼型配光的原因。在此，在圖7中，將V狀入射面32的一個(gè)面32a的角度確定為成為將下述的角度 進(jìn)行2等分的方向15，以便從表面入射的光和在內(nèi)面全反射的光的量不會過大，所述角度是 將光源10的一個(gè)端部el和凹狀入射面21的端部tl連結(jié)的虛擬面的延長面I1與上述的 直線前進(jìn)的光I4所成的角度。由此，使得一個(gè)面32a中的蝙蝠翼型配光的擾亂最小化。圖8及圖9是表示V狀入射面的其他變形例的圖，是將V狀入射面的另一面形成 為相對于原來的平面分別形成凸?fàn)罴鞍紶畹淖冃卫?。在圖8中，V狀入射面42的另一面42b形成為凸?fàn)?。因?yàn)楣鈱W(xué)透鏡40的截面中 的由Ε、E’、F、F’包圍的部分為凸透鏡的形狀，所以從光源10放射并入射到V狀入射面42 的另一面42b中的光沿著與光軸X形成充分的開角θ的空心箭頭Υ所示的方向聚光。此外，在圖9中，V狀入射面52的另一面52b形成為凹狀，與凸?fàn)畛錾涿?4組合 而形成透鏡。因此，即使例如另一面52b為凹面，若另一面52b的曲率半徑比凸?fàn)畛錾涿?4 的曲率半徑大，則在組合時(shí)成為凸透鏡。在使用光學(xué)透鏡的照明器具中，在蝙蝠翼型配光的目標(biāo)峰值光度值大的情況下， 通過使用圖9所示的光學(xué)透鏡50，能夠進(jìn)一步提高光度值。此外，在蝙蝠翼型配光的目標(biāo)峰 值光度值小的情況下，只要使用圖8所示的光學(xué)透鏡40就可以。圖10是相對于以上說明的V狀入射面為1個(gè)的情況而示出形成有多個(gè)V狀入射 面的例子的圖。該情況下，能夠使得V狀入射面的溝的深度較小，能夠避免所以如圖7所示 那樣的，光入射到凹狀入射面21的端部tl附近而折射，并從V狀入射面22的一個(gè)面22a 出射的情形。在圖10中，如圖4所示，V狀入射面62的各個(gè)形狀決定為向一個(gè)面入射從光源10 放射的光，所以嚴(yán)格地每隔一個(gè)其形狀不同。但是，由于向各個(gè)V狀入射面62入射的光量 較少，所以也可以重復(fù)與最接近光源10的V狀入射面相同的形狀。圖11 圖13是示出本發(fā)明的實(shí)施方式的照明器具的大致結(jié)構(gòu)例的立體圖。圖11所示的照明器具6，由光源10、和以光源10的光軸X為旋轉(zhuǎn)中心、截面形狀 為上述的光學(xué)透鏡20 60中的某一個(gè)的旋轉(zhuǎn)體形狀的光學(xué)透鏡60構(gòu)成的例子，根據(jù)該例 子，可在全方位進(jìn)行蝙蝠翼型配光。
圖12所示的照明器具7是由光源10和光學(xué)透鏡70構(gòu)成的例子，該光學(xué)透鏡70 的截面形狀為上述的光學(xué)透鏡20 60中的一種，且該光學(xué)透鏡70為在同一截面延伸的圓 筒形狀。在該情況下，在與光學(xué)透鏡70的圓筒形延伸方向正交的方向上能夠進(jìn)行帶狀的蝙 蝠翼型配光。圖13所示的照明器具8是由光源10和光學(xué)透鏡80構(gòu)成的例子，該光學(xué)透鏡80 的截面形狀為上述的光學(xué)透鏡20 60中的一種，且該光學(xué)透鏡80的凸?fàn)畛錾涿鏋樾D(zhuǎn)橢 圓體形狀，能夠在光學(xué)透鏡80的旋轉(zhuǎn)橢圓體長軸方向上進(jìn)行蝙蝠翼型配光。如以上說明，根據(jù)這樣的本實(shí)施方式的光學(xué)透鏡，能夠在光源上利用高輸出的LED 來進(jìn)行蝙蝠翼型配光，小型、且能夠抑制因光源的發(fā)熱導(dǎo)致的劣化。此外，通過使用該光學(xué) 透鏡，能夠提供能夠進(jìn)行蝙蝠翼型配光的照明器具。
權(quán)利要求
一種光學(xué)透鏡，具有用于入射從光源放射的光的入射面以及用于將入射到上述入射面的光進(jìn)行出射的出射面，將來自上述光源的光向照明區(qū)域擴(kuò)散并照射，其特征在于，上述入射面包括凹狀入射面，與上述光源對置、且形成為相對于上述光源的光軸對稱的凹狀；以及兩個(gè)V狀入射面，與上述凹狀入射面共有端部，形成為相對于上述光源的光軸對稱，上述出射面包括相對于上述光源的光軸對稱形成的兩個(gè)凸?fàn)畛錾涿妗?br>
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)透鏡，其特征在于，上述V狀入射面的與上述凹狀入射面共有端部的面，形成在將上述光源的端部和與上 述凹狀入射面共有的端部連結(jié)的虛擬面的延長面的內(nèi)側(cè)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)透鏡，其特征在于，上述V狀入射面的與上述凹狀入射面共有端部的面以將如下的角度二等分的角度形 成，該角度是將上述光源的一個(gè)端部和與上述凹狀入射面共有的端部連結(jié)而成的虛擬面的延長面、 與從上述光源的另一端部入射到上述凹狀入射面的上述端部附近并從與上述凹狀入射面 共有端部的上述V狀入射面的面出射的光的方向所成的角度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1 3中任一項(xiàng)所述的光學(xué)透鏡，其特征在于，上述V狀入射面的與上述凹狀入射面共有端部的面所對置的另一面形成為凸?fàn)睢?br>
5.根據(jù)權(quán)利要求1 3中任一項(xiàng)所述的光學(xué)透鏡，其特征在于，上述V狀入射面的與上述凹狀入射面共有端部的面所對置的另一面形成為凹狀。
6.根據(jù)權(quán)利要求1 3中任一項(xiàng)所述的光學(xué)透鏡，其特征在于， 上述V狀入射面相對于上述光源的光軸對稱地分別形成多個(gè)。
7. 一種照明器具，其特征在于， 具有權(quán)利要求1 3中任一項(xiàng)所述的光學(xué)透鏡；以及光源，該光源的上述光軸配置在將上述凹狀入射面對稱地分割的位置上。
全文摘要
本發(fā)明提供一種光學(xué)透鏡及使用該光學(xué)透鏡的照明器具，利用高輸出的光源來進(jìn)行廣范圍的配光，小型且能夠抑制光源的發(fā)熱導(dǎo)致的劣化。光學(xué)透鏡的截面中的由A、A’、B、B’包圍的部分為凸透鏡的形狀，所以從光源放射并入射到相對于光軸X對稱地形成的凹狀入射面中的A～B部位的光沿著空心箭頭α、α’所示的方向聚光。此外，截面內(nèi)的由C、C’、D、D’包圍的部分為凹透鏡形狀，所以入射到凹狀入射面的C～D部位的光沿著空心箭頭β所示的鉛垂線方向擴(kuò)散。進(jìn)而，由于光學(xué)透鏡的截面中的由E、E’、F、F’包圍的部分為凸透鏡的形狀，入射到與凹狀入射面共有端部且形成為相對于光軸X對稱的兩個(gè)V狀入射面中的光沿著與光軸X形成充分的開角θ的空心箭頭γ、γ’所示的方向聚光。
文檔編號F21S2/00GK101994989SQ201010261130
公開日2011年3月30日 申請日期2010年8月19日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月20日
發(fā)明者村上忠史 申請人:松下電工株式會社