CN1303356C - 照明器具 - Google Patents

Abstract

本发明提供与光源的尺寸无关的非常高效的照明器具。该照明器具是向前方投射光的照明器具，具备：LED芯片(6)；位于LED芯片(6)之前，接收来自LED芯片的光并向前方投射的小径反射镜(2)；从外侧包围LED芯片(6)及小径反射镜(2)，将LED芯片的光向前方反射的反射镜(4)。

Description

照明器具

技术领域

本发明涉及照明器具，具体地说，涉及即使光源的尺寸大到不能看作点光源的场合也可高效形成规定图案的高效照明器具。

背景技术

传统的照明器具通过以下方式构成。

(a)在抛物面的焦点附近配置的灯丝发出的光向四方扩散，由抛物面反射后形成平行光线。该平行光线通过前方透镜形成期望的配光图案(例如参照特开2002-50212号公报、特开2002-50213号公报)。

(b)灯丝发出的光通过复合平面镜形成期望的配光图案，向前方投射。前方透镜仅仅起罩的作用。该复合平面镜确定各部分的大小及角度配置，使得各部分将从灯丝入射的光向规定的方向反射，通过各部分的集合获得期望的配光图案(参照上述专利文献)。

通过采用这些照明器具，可以高效获得期望的配光图案。

最近，大输出的面发光LED(发光二极管)已经市场化，可以获得光度非常高的光源。这样大输出的面发光LED的尺寸大，若应用于采用可看成点光源的光源的传统照明器具的配光机构中，则无法充分发挥其大的发光量，不可避免地导致效率低下。

特别是在追求照明器具的小型化时，配光混乱的增大引起的效率低下的倾向严重。例如虽然在照明器具的反射镜的焦点附近配置光源，但是由于反射镜小型化，其焦点距离若变短，则例如从灯丝的上述焦点偏离的部分发出的光不按照意图放射，导致配光混乱，效率低下。即，若进行小型化，则即使是相同光源的大小，从光源的焦点偏离的部分的偏离程度变大，配光的混乱扩大。因而，无法高效使用特意的大输出LED。

发明内容

因而，本发明的目的为提供：对包含大尺寸的光源的所有光源，可以获得非常高的效率的照明器具。

本发明的照明器具是向前方投射光的照明器具。该照明器具具备：光源；位于光源之前，接收光源的光并向前方投射的前方投射单元；从外侧包围光源及前方投射单元，将光源的光向前方反射的反射镜；可改变上述前方投射单元和上述光源的距离的距离可变单元；上述前方投射单元是口径比上述反射镜小的小径反射镜；上述小径反射镜所反射的光，被投射向前方以使其靠近光轴；上述光源的位置相对上述反射镜被相对地固定。

通过该构成，光源大到不能看成点时，上述的前方投射单元可接收从光源向前方发出的光并向前方投射。另外，从光源扩散出射的光中向上述的反射镜照射的光，可通过上述的反射镜向前方反射。结果，配光图案可以通过前方投射单元和反射镜这两个配光机构形成，增加配光图案形成的自由度，因而可以抑制配光图案的混乱，确保高效率。

另外，有从前方投射单元及反射镜之间通过的光时，未到达这两者的光发散，有利于扩大附近范围的照明。通常配置上述两个配光机构，使得没有如上述的通过光。另外，即使是到达前方投射单元的范围内的光，在前方投射单元由反射镜等构成时，不经过反射和折射，从光源维持前进状态，在向中心轴附近发散的同时向前方投射。另外，光源可以是灯丝，也可以是LED芯片，另外，不管其尺寸大小。另外，上述的反射镜也可以是旋转抛物面镜，光源位于该旋转抛物面镜的焦点。

通过该构成，即使前方投射单元的构成改变，例如光源和前方投射单元的距离改变，从光源到达旋转抛物面镜的光也可形成与光轴平行的平行光线，以良好方向性向前方投射。因而，即使进行改变前方投射单元的位置等的操作，扩大前方的照明范围，也必定可以使前方的中心部中的照度保持某水平以上。

另外，上述的前方投射单元也可以是菲涅耳透镜，其褶合面配置在光源的另一侧的面上，在该菲涅耳透镜的前方具备使菲涅耳透镜不接触大气的透明的大气遮蔽单元。

上述的构成中，菲涅耳透镜是凸透镜，通过在其焦点位置配置光源，可以向前方投射平行光线。菲涅耳透镜是将凸透镜的表面环状地褶合。因而，菲涅耳透镜中，上述环在与内侧邻接的环之间形成褶合露出面。结果，菲涅耳透镜的褶合面中，在径向具有带凸透镜面的锥状的段差。该段差的角落若堆积灰尘，则难以除去。因而，使用菲涅耳透镜时，传统通常使褶合面不面向前方，而是配置成向着难以附着灰尘的光源侧。

褶合面面向光源配置时，上述的褶合露出面也照射到来自光源的光。褶合露出面是凸透镜的表面中没有的面，是与该光学系统无关的面。因而，照射褶合露出面的光不向前方投射平行光线，成为无效光。因而，通过菲涅耳透镜投射前方投射光时，成为效率低下的主要原因。

如上所述，在光源的另一侧配置面向前方的褶合面，通过配置使褶合面不接触大气的透明的大气遮蔽单元，可以确保高效率且防止灰尘等的堆积。

另外，上述的前方投射单元也可以是比反射镜口径小的小径反射镜。

通过该构成，采用大小两个反射镜，小径反射镜可将光源中心部的光向前方投射，将其包围的反射镜可将剩余光中到达其反射面的光全部向前方投射。另外，未到达这两个反射镜的光发散，有利于扩散照明附近的周围。另外，即使是未到达小径反射镜的范围内的光中，中心轴附近的光不通过小径反射镜反射，而从光源直接发散，向前方投射。反射镜和小径反射镜都可以求出口径，例如作为前方端中其平均的口径。

另外，也可以具备可改变上述的前方投射单元和光源的距离的距离可变单元。

通过该构成，可以改变从光源到达前方投射单元的光量。因而，可以维持前方中心部的光的强度且改变配光图案。另外，此时的效率也可以改变。

上述的距离可变单元也可以是设置在固定光源的光源固定部件和固定前方投射单元的前方投射单元固定部件之间的螺旋机构。通过该构成，可简单形成距离可变单元。

上述光源也可采用LED。通过该构成，可获得发挥LED的长寿命特征的长寿命照明器具。

通过参照附图理解的本发明相关的以下详细说明，可以明白本发明的上述及其他目的、特征、方面及优点。

附图说明

图1是表示本发明的实施例1中的照明器具的图。

图2是表示图1的照明器具的小径反射镜向前方偏移的状态的图。

图3是表示图2的照明器具的小径反射镜进一步向前方偏移的状态的图。

图4是表示图1的照明器具的前方10m的配光图案的图。

图5是表示图2的照明器具的前方10m的配光图案的图。

图6是表示图3的照明器具的前方10m的配光图案的图。

图7是表示第1比较例的照明器具的前方10m的配光图案的图。

图8是表示第2比较例的照明器具的光源横向偏移5mm时前方10m的配光图案的图。

图9是表示本发明的实施例1中的照明器具中使小径反射镜移动的机构的图。

图10是表示本发明的实施例2中的照明器具的图。

图11是表示第3比较例的照明器具的图。

具体实施方式

(实施例1)

图1中，在LED装置5配置作为光源的LED芯片6，进行大输出的发光。该LED芯片具有1.0mm×1.0mm的面发光部，从该面发光部出射光。在LED芯片6之前距离d1的位置，配置带有锥状的筒状的小径反射镜2。并配置比小径反射镜2口径大的反射镜4，以从外侧包围LED芯片6和小径反射镜2。LED芯片不象灯丝一样向各方出射光。即，不向后方出射光，而从包含LED芯片的基板面的平面向前方的范围出射。反射镜4是旋转抛物面镜，LED芯片配置在其焦点。

从LED芯片6对光轴以小倾斜角出射的光F1从小径反射镜2中通过，不到达反射面而直接通过小径反射镜。从而，该F1，例如在10m处的前方中显著发散。另外，与光轴成比上述F1光更大的倾斜角出射的光F2在小径反射镜2的反射面反射，以接近上述F1的倾斜角向前方投射。

以比上述的光F2大的倾斜角从LED芯片6出射的光F3，在小径反射镜的范围外通过反射镜4的反射面反射，形成与光轴平行的平行光线，向前方投射。光F3形成与光轴平行的平行光线，向前方投射。该部分的光F3，在例如10m处的前方，成为进行中心部的照明的光。

小径反射镜接近光源的图1的配置中，直接通过小径反射镜的光F1及小径反射镜反射的光F2的比率高，而且，小径反射镜反射的光以与光轴成大的倾斜角向前方投射。因而，图1的配置中，光可进行非常宽的配光。但是，如上述，由于光F3，例如，可以在10m前方充分确保中心部的照度。

图2是说明小径反射镜2从LED芯片6偏移比图1中的距离d1更大的距离d2进行配置时的配光特性的图。当然，通过使小径反射镜2偏离光源6，可以增加到反射镜4的光F3的量。因而，可以提高前方中的中心部的照度。另外，由于由小径反射镜的反射面反射并向前方投射的光与光轴的倾斜角小，发散的程度变小，可以提高中心强度。

由于直接通过小径反射镜2的光F1的量减少，因而发散的光量减少。但是，与前方中心部的照度提高的程度相比，该部分对中心部的照度的影响程度不大。

另外，图3是说明小径反射镜2从LED芯片6偏离比图2中的距离d2更大的距离d3进行配置时的配光特性的图。该场合，反射镜反射的光F3的量增加，从而与光轴平行的光的比率增大。另外，小径反射镜反射的光F2，反射后形成大致与光轴平行的平行光线向前方投射。通过小径反射镜的光F1的比率减少。因而，例如在10m前方中的配光图案，在中央部的照度变得非常高，而周边部中的照度变低。

图4～图6是表示与上述图1～图3的配置对应的10m前方中的配光图案的图。图4是如图1所说明的中心部的照度低、周围的照度高的配光图案所对应的配光宽的图。但是，可明确知道中心部中的波峰为6Lux左右。即，可明白即使配光宽，也可以确保中心部的照度为规定水平以上。

图5表示LED芯片6和小径反射镜2的距离为d2时的配光图案的图。可以明白中心部的照度提高，超过12Lux。另外，即使在离开中心1m左右的位置也可获得1Lux左右的照度。

图6是表示与图3的配置对应的10m前方中的配光图案的图。由于小径反射镜反射的光F2与光轴平行地向前方投射，因而中心部的照度变得非常高，达到100Lux。另外，可明白离开中心1m的位置中的照度为零，光可以良好地集中向前方中央位置照射。

如上所述，通过采用反射镜和小径反射镜这两个配光机构并改变光源和小径反射镜的距离，可以在确保前方中央的照度为规定水平以上的情况下扩散光或集中光。如后述，该场合，与传统相比，可以获得高效率。

接着，为了进行比较，说明未配置上述小径反射镜时的配光图案。图7是表示在图1中未配置小径反射镜时10m前方的配光图案的图。该场合，达到反射镜并反射的光成为与光轴平行的光线，向前方投射。结果，中心部的照度高至超过90Lux左右。但是，与表示本实施例中向中心部会聚光时的配光图案的图6比较，则峰值稍低、幅度也变细，从有效利用光源的光的观点来看效果较差。相反，本发明的实施例1中的照明器具与传统比较，可以说具有较高的效率。

另外，图8是表示图1中未配置小径反射镜、LED芯片从中心偏离5mm进行配置时的10m前方中的配光图案的图。在该配置的场合，可以达到在10m前方中配光范围扩散、扩大照明的目的。但是，在中央部中照度极其低下，形成环状的照明。本实施例中，即使扩大照明也不会形成环状的照明，可以在确保中央部的照度的情况下扩大照明范围。

图9是表示如图1～图3所示使小径反射镜移动的机构的图。该照明器具中，LED装置5和反射镜4一体化，固定LED装置5的光源固定部件7与该LED装置一体化。从而，包含LED芯片6的LED装置5、反射镜4、光源固定部件7连接成一体。

另外，位于该照明器具的前方的透明的保护罩1与小径反射镜2连接成一体。该保护罩是前方投射单元固定部件。该保护罩通过光源固定部件7和螺旋机构3螺合，通过调节螺合部的长度，可以调整LED芯片6和小径反射镜2的距离d。即，例如在使用照明器具时，通过用单手旋转保护罩1，可以改变LED芯片6和小径反射镜的距离d，改变前方中的照明范围。

此时，由于不管上述距离d如何变化、反射镜4和光源即LED芯片6的位置关系都不变，因而，从反射镜向前方投射的平行光线不变化。因而，即使上述距离d任意地变化，也可以确保前方中心部的照度在规定水平以上。而且，通过改变上述距离d，可调整从中心向外侧扩大前方中的配光的扩大程度。

而且，应该强调，如上所述，通过对同一光源有效地利用两个配光机构，可以比传统更高效地进行照明。这是因为，由于用两个配光机构接收从光源出射的光并向前方投射，因而可利用的光量比传统多。

(实施例2)

图10是表示本发明的实施例2中的照明器具的图。图10中，在LED芯片之前配置前方投射单元即菲涅耳透镜8，使褶合面8s面向前方。与实施例1比较，除了用菲涅耳透镜8置换小径反射镜作为前方投射单元并设置透明保护罩9外，其他部分相同。即，LED芯片6位于反射镜即旋转抛物面镜的焦点，到达该反射镜的光成为与光轴平行的平行光线，向前方投射。

菲涅耳透镜8在机能上与凸透镜相同，通过在菲涅耳透镜的焦点配置LED芯片，从光源到达菲涅耳透镜的光形成与光轴平行的平行光线向前方投射，提高前方中央部的照度。另外，通过使菲涅耳透镜和LED芯片的距离比图10所示配置小，可以扩大从菲涅耳透镜向前方投射的光，提高从前方中央部向外侧扩大的区域中的照度。

图10中，通过使菲涅耳透镜的褶合面8s面向光源另一侧的前方，没有从光源直接到达露出面8b的光，到达菲涅耳透镜的光完全向前方高效投射。相对地，如图11所示，若在光源侧配置褶合面8s，则来自光源的光中，F11、F12、F13直接照射褶合露出面8b。如上所述，褶合露出面是凸透镜的表面上没有的面，是与该光学系统的面8a无关系的面。因而，向褶合露出面照射的光F11、F12、F13没有向前方投射平行光线，成为无效光。因而，成为通过菲涅耳透镜投射前方投射光时效率低下的主要原因。

如上所述，通过在光源另一侧配置面向前方的褶合面并配置使褶合面不接触大气的透明保护罩9，可以确保高效率且防止灰尘等的堆积。

图10中，到达菲涅耳透镜8及反射镜4的光F1、F3都成为与光轴平行的光线向前方投射，因而可以在前方中央部形成高照度的照明。从反射镜4和菲涅耳透镜8之间通过的光F2发散，有利于附近周围的照明。

虽然详细说明了本发明，但是这只是用于例示而不是限定，应该理解本发明的精神和范围仅仅由权利要求书限定。

Claims (5)

1.一种向前方投射光的照明器具，包括：

光源(6)；

布置在上述光源之前，接收来自上述光源的光并向前方投射的前方投射单元(2)；

从外侧包围上述光源(6)及上述前方投射单元(2)，将来自上述光源的光向前方反射的反射镜(4)；和

可改变上述前方投射单元和上述光源的距离的距离可变单元(3)；

上述前方投射单元(2)是口径比上述反射镜小的小径反射镜；

上述小径反射镜所反射的光，被投射向前方以使其靠近光轴；

上述光源(6)的位置相对上述反射镜(4)被相对地固定。

2.权利要求1所述的照明器具，其特征在于：

上述反射镜(4)是旋转抛物面镜，上述光源(6)位于该旋转抛物面镜的焦点。

3.权利要求1所述的照明器具，其特征在于：

上述距离可变单元是设置在固定上述光源的光源固定部件(7)和固定上述前方投射单元的前方投射单元固定部件之间的螺旋机构(3)。

4.权利要求1所述的照明器具，其特征在于：

上述光源是发光二极管。

5.权利要求1所述的照明器具，其特征在于，还包括：

在后端固定上述光源(6)，并且围绕上述反射镜的周围，而且在前端具有开口的光源固定部件(7)；和

在上述前方投射单元的前端被接合固定，用于覆盖上述光源固定部件的上述开口而设置的透明保护罩(1)；

在上述光源固定部件(7)的前端和上述保护罩(1)的周围，设置互相啮合的螺旋(3)，通过该螺旋，将上述保护罩(1)安装在上述光源固定部件(7)上，并且使上述前方投射单元(2)和上述光源(6)的距离能够调节。

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