CN102252264B - 发光装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种发光装置，在使来自点光源的光中的“平行的程度”或“汇聚的精度”提高的同时，能够进一步减小反射镜。其中，用碗状的反射镜(12)、点光源(14)、配设在点光源(14)的光轴(L)上的复合面透镜(16)构成发光装置(10)，并且，用其焦点(F2)与点光源(14)一致、使以光轴(L)为中心的中央部分的光(L1)折射而形成平行光的凸透镜部(34)和配置在凸透镜部(34)的外周、使与光轴(L)所成的角度比中央部分的光(L1)大的光(L2)向角度变得更大的方向折射扩散的凹透镜部(36)构成复合面透镜(16)，并且，使由凹透镜部(36)折射扩散后的光(L2)的虚拟焦点(Fv)与旋转抛物面的焦点(F1)一致，从而能够解决上述问题。

Description

发光装置

技术领域

本发明涉及将从点光源放射的光作为平行光或者汇聚光而发出光的发光装置。

背景技术

具有比以往的白炽灯(例如卤素灯)相比消耗功率更低且寿命长的优点的发光二极管(以下，称为“LED”)，随着需要者的环保意识提高，作为节能对策之一，其使用范围急速扩展，尤其是作为白炽灯的替代品希望使用LED的需求正在提高。

此外，由于与灯丝是以“线或面”进行发光的白炽灯相比，LED的发光部面积小，所以能够称为“点光源”。因此，通过在反射镜中的、由旋转抛物面或者旋转椭圆面规定的凹反射面的焦点上配置LED的发光中心，其发光位置密集在凹反射面的焦点及其附近，所以与使用以线或面发光的白炽灯相比，由凹反射面反射的光能以更高的精度形成平行光(凹反射面是旋转抛物面时)或汇聚光(凹反射面是旋转椭圆面时)。

但是，仅仅组合LED和反射镜，不能够控制从LED放射之后不经凹反射面反射而从反射镜直接出射的光。尤其是，从LED放射的光通常具有在光轴上强度最强，与光轴所成角度越大其强度越是急剧减弱的特性(即，LED为“指向性光源”)，所以在以使LED的光轴与反射镜的中心轴(＝对凹反射面进行规定的旋转抛物面或旋转椭圆面的旋转中心轴)相互一致的方式将LED配置在反射镜的内侧底部的情况下，从LED放射的光的大部分变为不由反射镜的凹反射面反射(＝不被控制)而从反射镜出射。

这一点，在专利文件1记载的光源装置中，在以使LED的光轴与反射镜的中心轴相互一致的方式将LED设置在反射镜的内侧底部的基础之上，还在反射镜的内侧的LED的光轴上设置了使LED的光轴上以及其附近的光折射而向旋转椭圆面的聚光点汇聚的透镜。

根据这样的专利文献1的光源装置，LED的光轴上以及附近的光由透镜折射从而向旋转椭圆面的聚光点汇聚，进而与LED的光轴所成的角度较大的光由反射镜的凹反射面反射之后，同样地形成朝向旋转椭圆面的聚光点的汇聚光。

专利文献1：日本特开2005-347224号公报

发明内容

但是，如上所述的专利文献1的光源装置还尚不能满足“汇聚的精度”这一点，人们谋求进一步的提高。

这是因为，LED的发光区域的面积，如果与白炽灯相比，虽然小到了能够称为“点光源”的程度，但是当然也具有预定的面积，在于对凹反射面进行规定的旋转面的“焦点”那样、不能作为“具有面积的区域”进行把握的、理论上的“点”相比的情况下，LED的发光区域的面积依然可以说是“宽、大”。

因此，在专利文献1的光源装置中，从LED放射之后由反射镜的凹反射面反射而向聚光点汇聚那样可见的光，实际上是其大部分从凹反射面(＝旋转椭圆面)的焦点稍有偏移的位置放射出的光，所以，不是聚光“点”，而只不过汇聚到某种程度的聚光“区域”的光，存在使该聚光“区域”进一步减小、即使“汇聚的精度”提高的余地。

此外，在专利文献1的光源装置中，用旋转椭圆面规定了凹反射面，但是在用旋转抛物面规定了该凹反射面的情况下，能够看到由凹反射面反射的光变为互相平行的平行光，但是，实际上，由于该光是从“焦点”稍有偏移的位置放射的光，所以不是严格意义上的“平行光”，有进一步提高该光中的“平行的程度”的余地。

本发明是鉴于上述以往问题，以从LED等点光源放射的光中的“平行的程度”或“汇聚的精度”的进一步提高为主要目的而开发出的发明，并且，其目的在于应该对应于对目前的放映机等光学设备的小型化的需求，通过使反射镜变得更小从而使向光学设备的装入变容易。

第一方面的发明是一种发光装置10，其特征在于，

(1-a)具备：具有由旋转抛物面规定的凹反射面18以及出光开口20、的碗状的反射镜12；

(1-b)在所述凹放射面18的底部，使其光轴L与所述旋转抛物面的中心轴C一致而向着所述出光开口20配设的点光源14；以及

(1-c)在所述反射镜12的内侧，在所述点光源14的光轴L上配设的复合面透镜16，

其中，所述复合面透镜16，

(1-d)具有：其焦点F2与所述点光源14一致，并且使从所述点光源14放射的以所述光轴L为中心的中央部分的光L1折射而形成平行光的凸透镜部34；以及

(1-e)配置在所述凸透镜部34的外周，并且使从所述点光源14放射的与所述光轴L所成的角度比所述中央部分的光L1大的光L2向所述角度变得更大的方向折射扩散的环状的凹透镜部36，

(1-f)由所述凹透镜部36折射扩散后的光L2的虚拟焦点Fv与所述旋转抛物面的焦点F1一致。

根据该发光装置10，在从点光源14放射的光中，以点光源14的光轴L为中心的中央部分的光L1(以下，称为“中心光L1”)，在由复合面透镜16的凸透镜部34折射而变为平行光之后，从反射镜12的出光开口20出光。

而与光轴L所成角度比该中心光L1更大的光L2(以下，称为“周边光L2”)，在由配置在凸透镜部34的外周上的环状的凹透镜部36折射扩散之后，由反射镜12的凹反射面18反射，与中心光L1相同地，从反射镜12的出光开口20出光。

这时，凹透镜部36的虚拟焦点Fv与对凹反射面18进行规定的旋转抛物面的焦点F1一致，所以，由凹透镜部36折射扩散后的周边光L2恰好在从旋转抛物面的焦点F1向凹反射面18放射的光那样的光路上前进，由凹反射面18反射，成为平行光。

凹透镜部36的虚拟焦点Fv，如图3(a)所示，形成在比点光源14的发光中心Z(＝实际的发光中心)更近的位置上。如果在比实际的发光中心更近的位置上形成虚拟焦点Fv，则点光源14的虚拟发光区域的面积比点光源14中的实际的发光区域的面积小(反之，如图3(b)所示，在凸透镜的情况下，虚拟焦点Fv形成在比实际的发光中心Z更远的位置上。这时，虚拟发光区域的面积比实际的发光区域的面积更大)。即，在本实施例的发光装置10中，虚拟发光区域比实际的发光区域更接近理想的“点”。

由于上述情况，根据本发明的发光装置10，能够使从点光源14放射的周边光L2成为从与“点”光源更接近(＝面积比实际的发光区域更小)的虚拟发光区域放射的光，所以与以往的发光装置相比，能够减小“发光位置”与旋转抛物面的焦点F1间的偏移。

并且，如图4所示，周边光L2由于凹透镜36而向与点光源14的光轴L所成的角度进一步变大的方向折射扩散，所以凹反射面18中的该周边光L2的照射位置变为接近该凹反射面18的底部(例如，在图中，如果没有该凹透镜部36，由凹透镜部36折射扩散的光La，则变为由虚线所示的光Lb，在距离点光源14更远的位置上照射凹反射面18)。

因此与不存在凹透镜部36的情况比较时，在凹反射镜18的出光开口20侧端部产生不被周边光L2照射的区域A(以下，称为“非照射区域A”)。该非照射区域A是对周边光L2的反射没有贡献的不需要的区域，所以能够将反射镜12减小该非照射区域A的大小(更详细地说，是减小出光开口20的直径X(例如，图中，X’＞X)，并且从凹反射面18的底到出光开口的距离B[反射镜的深度]缩短)。

另外，根据到此为止的说明可知，本说明书中“光轴L与中心轴C一致”，并不限于“光轴L与中心轴C重合那样地完全一致”的情况，即使不“完全一致”，能认为是“实质上一致”的程度的偏移也是允许的。

此外，所谓“点光源14”，以LED为代表地，意味着与白炽灯的发光区域的面积比较，其发光区域的面积小的光源，不应理解为意味着该发光区域不能作为“有面积的区域”而把握的理论上的“点”。

第二方面的发明，根据与第一方面的发明的发光装置10相同的技术性思想而构成，是将从点光源14放射出的光作为汇聚光而出光的发光装置10，其特征在于，

(2-a)具备：具有由旋转椭圆面规定的凹反射面18以及出光开口20的、碗状的反射镜12；

(2-b)在所述凹放射面18的底部，使其光轴L与所述旋转椭圆面的中心轴C一致而向着所述出光开口20配设的点光源14；以及

(2-c)在所述反射镜12的内侧，在所述点光源14的光轴L上配设的复合面透镜16，

其中，所述复合面透镜16，

(2-d)具有：其焦点F2与所述点光源14一致，并且使从所述点光源14放射的以所述光轴L为中心的中央部分的光L1折射而向所述旋转椭圆面的聚光点F3汇聚的凸透镜部34；以及

(2-e)配置在所述凸透镜部34的外周，并且使从所述点光源14放射的与所述光轴L所成的角度比所述中央部分的光L1更大的光L2向所述角度变得更大的方向折射扩散的凹透镜部36，

(2-f)由所述凹透镜部36折射扩散后的光L2的虚拟焦点Fv与所述旋转椭圆物面的焦点F1一致。

根据该发光装置10，在从点光源14放射的光中，以点光源14的光轴L为中心的中心光L1，在由复合面透镜16的凸透镜部34折射之后，从反射镜12的出光开口20出光，向对凹反射面18进行规定的旋转椭圆面的未图示的聚光点F3汇聚。

而与光轴L所成角度比该中心光L1更大的周边光L2，在由配置在凸透镜部34的外周的凹透镜部36折射扩散之后，由反射镜12的凹反射面18反射，与中心光L1相同地，从反射镜12的出光开口20出光。

凹透镜部36的虚拟焦点Fv，与第一方面的发明同样地，与对凹反射面18进行规定的旋转抛物面的焦点F1一致，所以，由凹透镜部36折射扩散后的周边光L2恰好在从旋转抛物面的焦点F1向凹反射面18放射的光那样的光路上前进，由凹反射面18反射，形成向聚光点F3汇聚的汇聚光。

凹透镜部36的虚拟焦点Fv，形成在比点光源14的发光中心Z(＝实际的发光中心)更近的位置上，所以如上所述，该虚拟焦点Fv上形成的点光源14的虚拟发光区域，比实际的发光区域相比更接近理想的“点”。

这样，能够使从点光源14放射的周边光L2成为从与“点”光源更接近(＝比实际的发光区域面积更小)的虚拟发光区域放射的光，所以能够进一步提高从反射镜12的出光开口20出光的周边光L2的“汇聚的精度”。

并且，与第一方面的发光装置相同地，在凹透镜34中，周边光L2变为向比与点光源14的光轴L所成的角度变得更大的方向折射，并向靠近凹反射面18中的底部的位置照射，所以能够在凹反射面18的出光开口20的侧端部产生非照射区域A，并将反射镜12减小该非照射区域A的大小。

根据本发明，能够提供一种发光装置，能够进一步提高从反射镜的出光开口出光的周边光L2的“平行的程度”或“汇聚的精度”，并且使反射镜的大小更小，容易装入放映机等光学设备。

附图说明

图1是示出应用本发明的发光装置的剖面图。

图2是示出复合面透镜的立体图。

图3是示出虚拟焦点形成的位置和虚拟发光区域的大小的关系的图。

图4是用于说明能够使反射镜的大小比现有技术中的小的情况的图。

附图标记说明

10：发光装置；12：反射镜；14：点光源；16：复合面透镜；18：凹反射面；20：出光开口；22：中央筒部；24：本体部分；26：散热器；28：(中央筒部的)端部开口；30：基(base)板；32：放热部件；34：凸透镜部；36：凹透镜部。

具体实施方式

以下，使用附图说明应用本发明的发光装置10。发光装置10，如图1所示，大致具备：反射镜12、散热器(heat sink)(吸放热部件)26、点光源14和复合面透镜16。

反射镜12具有形成在其内侧的凹反射面18、使从点光源14放射的光从反射镜12出光的出光开口20、和在与出光开口20对向的位置上设于凹反射面18的底部中央的大致圆筒状的中央筒部22。此外，将通过反射镜12的中心、正交于出光开口20的直线设为反射镜12(以及凹反射面18)的中心轴C。

作为反射镜12的材质，使用玻璃或者铝等，使用铝的情况下，在凹反射面18上进行金属蒸镀，使用玻璃的情况下，除了金属蒸镀之外，在伞状的本体部分24的内表面上形成红外线透过型反射被膜的凹反射面18。特别地，在本实施例的发光装置10中，如后所述，在反光镜12的中央筒部22的端部配置散热器26，在与该散热器26的出光开口20对向的表面安装点光源14，所以，利用散热器26有效地放出来自点光源14的热量，因此，作为反射镜12的材料还能使用比玻璃或铝等热量小的“树脂”。另外，在发光装置10中，点光源14由复合面透镜16覆盖，不能从反射镜12的出光开口20直接碰触，所以不需要安装覆盖该出光开口20的前表面盖(未图示)。

凹反射面18由以中心轴C为中心的旋转抛物面规定，该旋转抛物面的焦点F1位于反射镜12的内侧的该中心轴C上。该焦点F1的位置根据收容在反射镜12的内侧的发光体的大小、个数等要素而被设定在最优的位置上。另外，如后所述，可以由以中心轴C为中心的旋转椭圆面规定凹反射面18。

散热器26由铜、铝这样的热传导性高的金属(当然，如果是具有根据点光源14的发热量等设计条件而算出的必要的热传导性的材料，还可以使用其他材料)形成，除了使点光源14产生的热量高效地放热到外部这样的作用之外，还有作为将点光源14保持在反射镜12的内侧的期望的位置上的保持部件的作用，此外，虽未图示，但是具有作为用于将用于使点光源14发光的电力从外部供给到该点光源14的供电部件(例如，在散热器26的表面蚀刻供电电路)的作用。

该散热器26，大致具有以覆盖反射镜12中的中央筒部22的端部开口28的方式安装在该中央筒部22上的基板30和在基板30的外侧面上安装其前端面的多个柱状的放热部件32。另外，放热部件32能够使用圆柱状或棱柱状中的任意一个。另外，柱状的放热效率较差，也可使用长方状的放热部件32。

点光源14，是通过流过预定的电流、以例如120°的光放射角θ(光放射角θ当然不限定于此)放射光的、以LED为代表的电子元件，以其光轴L与凹反射面18的中心轴C一致的方式，被安装在散热器26的基板30中的、与出光开口20对向的表面上。

另外，所谓“光轴L与中心轴C一致”，不限于“光轴L与中心轴C重合那样地完全一致”的情况，即使不是“完全一致”，能认为是“实质上一致”的程度的偏移也是容许的。另外，所谓的“点光源14”意味着以LED为代表的那样地、与白炽灯中的发光区域的面积相比其发光区域的面积小的光源，不用解释为其发光区域不能作为“具有面积的区域”而把握的理论上的“点”。

复合面透镜16，是在反射镜12的内侧，配置在点光源14的光轴L上，如图2所示，用凸透镜部34和配置在该凸透镜部34的外周上的凹透镜部36一体性地形成的、聚碳酸脂制(当然，只要是能耐受来自点光源14的热量的透明材料则也能够使用玻璃等这样的其它材料)的透镜。

凸透镜部34是使以点光源14的光轴L为中心的“中央部分的光(＝中心光)L1”折射而成为平行光的部分，以该凸透镜部34的焦点F2与点光源14的发光中心Z一致的方式决定位置。

凹透镜部36是使与光轴L所成的角度比由凸透镜部34折射的中心光L1大的光(＝周边光)L2向该角度变得更大的方向折射的部分。并且，以将折射后的光L2的虚拟焦点Fv形成在比电光源14的发光中心Z更近的位置上、并且该虚拟焦点Fv与旋转抛物面的焦点F1一致的方式形成凹透镜部36。

如果示出一例，则以以下顺序制造该发光装置10。在散热器26中的基板30的表面上安装点光源14，用无机类粘着剂等将该散热器26安装在反射镜12中的中央筒部22端，然后，将复合面透镜16从出光开口20侧插入反射镜12的内侧而固定于预定的位置。另外，复合面透镜16，如图1所示，可以将凹透镜部36的下表面(＝与散热器26的基板30对向的面)以面的方式接触固定到基板30的表面，也可以在基板30和凹透镜部36之间另外插入安装支持部件(未图示)。另外，也可以用粘着剂等在反射镜12的中央筒部22的内表面上安装复合面透镜16。

根据本实施例的发光装置10，在从点光源14放射的光中，中心光L1由复合面透镜16的凸透镜部34折射而变为平行光之后，从反射镜12的出光开口20出光。而周边光L2由在凸透镜部34的外周配置的凹透镜36折射扩散之后，由反射镜12的凹反射面18反射，与中心光L1相同地，从反射镜12的出光开口20出光。

这时，凹透镜部36的虚拟焦点Fv与对凹反射面18进行规定的旋转抛物面的焦点F1一致，所以由凹透镜部36折射之后的周边光L2正好在从旋转抛物面的焦点F1(＝凹透镜部36的虚拟焦点Fv)向凹反射面18放射的光那样的光路上前进，由凹反射面18反射而变为平行光。

凹透镜部36的虚拟焦点Fv形成在比点光源14的发光中心Z(＝实际的发光中心)近的位置上。如图3所示，在比实际的发光中心近的位置上形成虚拟焦点Fv的情况下，点光源14的虚拟发光区域的面积变得比点光源14中的实际的发光区域的面积小(参照图3(a))。相反地，基于凸透镜，虚拟焦点F形成在比实际的发光中心Z远的位置上的情况下，虚拟发光区域的面积比实际的发光区域的面积大(参照图3(b))。即，在本实施例的发光装置10中，虚拟发光区域与实际的发光区域相比，更接近理想的“点”。

由于以上情况，因此根据本实施例中的发光装置10，能够将从点光源14放射的周边光L2，作为从包含旋转抛物面的焦点F1并且更接近“点”光源(＝面积比实际的发光区域小)的虚拟发光区域放射出的光，所以能够进一步提高从反射镜12的出光开口20出光的周边光L2的“平行的程度”。

此外，如图4所示，基于凹透镜36，周边光L2向与点光源14的光轴L所成的角度变得更大的方向折射扩散，所以凹反射面18中的该周边光L2的照射位置接近该凹反射面18的底部(例如，在图中，如果没有该凹透镜部36，则由凹透镜部36折射扩散的光La变为虚线所示的光Lb，从点光源14在更远的位置上照射凹反射面18)。

因此，与不存在凹透镜部36的情况比较时，在凹反射面18的出光开口20侧端部产生周边光L2照射不到的区域A(以下，称为“非照射区域A”)。该非照射区域A是对周边光L2的反射没有贡献的不需要的区域，所以，将反射镜12减小该非照射区域A的大小(如果更详细地说，出光开口20的直径X变小(例如，在图中，X’＞X)，并且从凹反射面18的底到出光开口的距离B[反射镜的深度]变短)。由此，能够提供容易装入放映机等光学设备的发光装置。

另外，在上述实施例中，说明了使平行光出光的情况下的发光装置10，但也能够在用旋转椭圆面规定反射镜12中的凹反射面18的形状的同时，用使中心光L1折射而向该旋转椭圆面的聚光点F3汇聚的凸透镜部34和使虚拟焦点Fv与该旋转椭圆面的焦点F1一致的凹透镜部36来形成复合面透镜16.

在这种情况下，在从点光源14放射的光中，中心光L1由复合面透镜16的凸透镜部34折射之后，从反射镜12的出光开口20出光，而向对凹反射面18进行规定的旋转椭圆面的聚光点F3(未图示)汇聚。

另一方面，周边光L2由在凸透镜部34的外周配置的凹透镜部36折射扩散之后，由反射镜12的凹反射面18反射，与中心光L1相同，从反射镜12的出光开口20出光。

凹透镜部36的虚拟焦点Fv，与上述实施例同样地，与对凹反射面18进行规定的旋转椭圆面的焦点F1一致，所以，由凹透镜部36折射之后的周边光L2，成为恰好在从旋转抛物面的焦点F1向凹反射面18放射的光那样的光路上前进后，由凹反射面18反射，向聚光点F3汇聚的汇聚光。此外，凹透镜部36的虚拟焦点Fv形成在比点光源14的发光中心Z近的位置上，所以形成在该虚拟焦点Fv的点光源14的虚拟发光区域与实际的发光区域相比，更接近理想的“点”。

因此，能够将从点光源14放射的周边光L2作为更接近“点”光源(＝面积比实际的发光区域小)的虚拟发光区域放射的光，所以能够进一步提高从反射镜的出光开口出光的周边光L2的“汇聚的精度”。

在此基础上，与上述实施例的发光装置同样地，在凹透镜部36中，周边光L2向与点光源14的光轴L所成的角度变得更大的方向折射，变为照射接近凹反射面18中的底部的位置，所以能够在凹反射面18的出光开口20侧端部产生非照射区域A，将反射镜12减小该非照射区域A的大小。

Claims (2)

1.一种发光装置，其特征在于，

具备：

具有由旋转抛物面规定的凹反射面以及出光开口的、碗状的反射镜；

在所述凹反射面的底部，使其光轴与所述旋转抛物面的中心轴一致而向着所述出光开口配设的点光源；以及

在所述反射镜的内侧，在所述点光源的光轴上配设的复合面透镜，

其中，所述复合面透镜具有：

其焦点与所述点光源一致，并且使从所述点光源放射的以所述光轴为中心的中央部分的光折射而形成平行光的凸透镜部；以及

配置在所述凸透镜部的外周，并且使从所述点光源放射的与所述光轴所成的角度比所述中央部分的光大的光向所述角度变得更大的方向折射扩散的环状的凹透镜部，

由所述凹透镜部折射扩散后的光的虚拟焦点与所述旋转抛物面的焦点一致，

其中，所述凹透镜部的虚拟焦点形成在比所述点光源的实际的发光中心更近的位置上。

2.一种发光装置，其特征在于，

具备：

具有由旋转椭圆面规定的凹反射面以及出光开口的、碗状的反射镜；

在所述凹反射面的底部，使其光轴与所述旋转椭圆面的中心轴一致而向着所述出光开口配设的点光源；以及

在所述反射镜的内侧，在所述点光源的光轴上配设的复合面透镜，

其中，所述复合面透镜具有：

其焦点与所述点光源一致，并且使从所述点光源放射的以所述光轴为中心的中央部分的光折射而向所述旋转椭圆面的聚光点汇聚的凸透镜部；以及

配置在所述凸透镜部的外周，并且使从所述点光源放射的与所述光轴所成的角度比所述中央部分的光大的光向所述角度变得更大的方向折射扩散的凹透镜部，

由所述凹透镜部折射扩散后的光的虚拟焦点与所述旋转椭圆面的焦点一致，

其中，所述凹透镜部的虚拟焦点形成在比所述点光源的实际的发光中心更近的位置上。