JP2002225762A

JP2002225762A - バルク型レンズを用いた自転車用ライト

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Publication number: JP2002225762A
Application number: JP2001022460A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Tamaoki; 智玉置
Original assignee: LAB Sphere Corp
Current assignee: LAB Sphere Corp
Priority date: 2001-01-30
Filing date: 2001-01-30
Publication date: 2002-08-14

Abstract

(57)【要約】【課題】車輪に摩擦を与えることなく発電し、その電
力をＬＥＤや半導体レーザーなどの光源に供給し、その
光を集光して外部へ出射することができる、バルク型レ
ンズを用いた自転車用ライトを提供する。【解決手段】バルク型レンズ２０と、このバルク型レ
ンズ２０に収納される光源１と、磁石の磁束の変化によ
って生じる起電力を基に光源１に電流を供給する発電部
３０とをそなえた自転車用ライトであって、バルク型レ
ンズ２０が、頂部と、底部と、外周部と、底部から頂部
に向かって形成された天井部と内周部とからなる凹部と
を有している光学媒体からなり、凹部が光源の収納部で
あり、天井部が第１のレンズ面として、内周部が光入射
面として、外周部が全反射面として、底部が反射面とし
て、頂部が第２のレンズ面として機能する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、新規な構造の光学
レンズの提案に基づき、特に発光ダイオード（ＬＥＤ）
などの半導体発光素子用の光学レンズとして好適なレン
ズを用いた自転車用ライトに関する。さらに、ライト点
灯用の光源として、半導体素子の発光を新規な構造のレ
ンズで集光して外部へ出射する光源を用いた自転車用ラ
イトに関する。

【０００２】

【従来の技術】発光ダイオード（ＬＥＤ）等の半導体発
光素子は電気エネルギーを直接光エネルギーに変換する
ため、ハロゲンランプ等の白熱球や蛍光灯に比し、高効
率で、しかも発光に際し発熱を伴わないという特徴を有
する。白熱球においては、電気エネルギーを熱エネルギ
ーに変換し、その発熱に伴う光の輻射を利用しているの
であり、電気エネルギーの光への変換効率は低く１％を
超えることはない。蛍光灯においては、電気エネルギー
は放電エネルギーに変換されており、その光への変換効
率はまだ低い。一方、ＬＥＤにおいては、電気エネルギ
ーの光への変換効率は２０％を超える程度が可能で、白
熱球や蛍光灯に比し１００倍を超える変換効率が容易に
達成できる。さらに、ＬＥＤ等の半導体発光素子は、半
永久的とも言える長寿命であり、かつ蛍光灯のようなち
らつきの問題もないので、目や人体に悪影響を及ぼさな
い、人にやさしい光源ということが言える。

【０００３】ＬＥＤはこのように優れた特徴を有するも
のの、光の出射面積が、１ｍｍ²程度の小さな面積であ
るため、照明光やライト光源として利用する場合は１個
のＬＥＤでは光束が不足し、多数のＬＥＤを配列する必
要がある。また、ＬＥＤの発散角が、チップ状態では９
０度、パッケージタイプのものでも４０度前後と大きい
ため、光を収束するためのレンズを必要とする。このた
め、多数のＬＥＤをマトリックス状に配列し、個々のＬ
ＥＤに光収束用レンズを装着しなければならない。しか
しながら、凸形状の球面レンズなどを使用する従来の光
学系を使用したのではＬＥＤの発散角が大きいために、
低光損失で収束しようとすればレンズ系が巨大化してＬ
ＥＤを密に配列できない、あるいは、レンズ系を小さく
してＬＥＤを密に配列すると極端に光損失が大きくなる
といった問題が生ずる。また、従来のレンズ系を利用す
る場合は、ＬＥＤとレンズを光軸を合わせて保持する保
持具が必要であり、このような保持具は精密加工を必要
とするからコストが高くなる。また、ＬＥＤとレンズを
保持具に固定するときには、光軸合わせの調整工程を必
要とするのでコストが高くなる。上記問題点は、ＬＥＤ
が照明光やライト光源として利用されていない主要な原
因である。

【０００４】ところで、従来の自転車のライトとして
は、発電機の回転部（特にローラー）をタイヤに当接さ
せて、そのローラーの回転によりライトの電力を発電す
るものが一般に知られており、このライトの発光源とし
ては電球が用いられている。回転部としてのローラー
は、その表面が摩擦係数が大きくなるように、複数の溝
等を設ける粗面処理が施されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】このような自転車用ラ
イトにおいては、電球を用いているため、消費電力が大
きくなり、発電量も大きくなければならないので、発電
機自体大型になる。また、発電に際し、発電量の大きな
発電機を用いているので、車輪を回転させるのにペダル
を踏む力を大きくしなければならない。また、電球の代
わりにＬＥＤなどの光源を用いた場合、上記したように
ＬＥＤから出射される光の照度はライト点灯用には充分
ではない。

【０００６】そこで、本発明は上記課題を解決するため
に創作されたものであり、車輪に摩擦を与えることなく
発電し、その電力をＬＥＤや半導体レーザーなどの光源
に供給し、その光を集光して外部へ出射することができ
る、バルク型レンズを用いた自転車用ライトを提供する
ことを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明のバルク型レンズを用いた自転車用ライトは、バ
ルク型レンズと、このバルク型レンズに収納される光源
と、磁石の磁束の変化によって生じる起電力を基に上記
光源に電流を供給する発電部と、をそなえ、上記バルク
型レンズが、頂部と、底部と、外周部と、前記底部から
前記頂部に向かって形成された天井部と内周部とからな
る凹部とを有している光学媒体からなり、上記凹部が上
記光源の収納部であり、上記天井部が第１のレンズ面と
して、上記内周部が光入射面として、上記外周部が全反
射面として、上記底部が反射面として、上記頂部が第２
のレンズ面として機能することを特徴としている。凹部
の内部に光源を収納した場合は、天井部がレンズの入射
面として、頂部がレンズの出射面として機能する。内周
部から光学媒体に入射した光は、全反射して、又は底部
で反射されて頂部に伝送される。「バルク型」とは、砲
弾型、卵型、繭型、蒲鉾型等、ある程度の厚み又は膨ら
みを有する固形体を意味する。光軸方向に垂直な断面の
形状は、真円、楕円、三角形、四角形、多角形等が可能
である。バルク型のレンズ本体の外周部は、円柱、角柱
の円周部のような光軸に平行な面でも良く、光軸に対し
てテーパを有していてもかまわない。また、天井部及び
頂部のレンズ面は、凸面、凹面、平面、フレネルレンズ
面のいずれかを適宜選択できる。

【０００８】本自転車用ライトに用いるバルク型レンズ
は、レンズ作用及び入射面と出射面とを接続する光伝送
作用を有するので、光の波長に対して透明な材料であ
り、かつ、屈折率が空気の屈折率とは異なる必要があ
る。このような材料としては、アクリル樹脂等の透明樹
脂（透明プラスチック材料）、石英ガラス、ソーダ石灰
ガラス、ホウケイ酸ガラス、鉛ガラス等の種々のガラス
材料等が使用可能である。或いは、酸化亜鉛（Ｚｎ
Ｏ）、硫化亜鉛（ＺｎＳ）、炭化珪素（ＳｉＣ）等の結
晶性材料を用いてもかまわない。又、可とう性、屈曲性
や伸縮性のある透明ゴムのような材料でもかまわない。
なお、光源として、ハロゲンランプ等の白熱球を用いる
場合は、これによる発熱を考慮し、耐熱性光学材料を用
いるべきである。耐熱性光学材料としては、石英ガラ
ス、サファイアガラス等の耐熱ガラスが好ましい。或い
は、ポリサルホン樹脂、ポリエーテルサルホン樹脂、ポ
リカーボネイト樹脂、ポリエーテルエステルアミド樹
脂、メタクリル樹脂、非晶性ポリオレフィン樹脂、パー
フルオロアルキル基を有する高分子材料等の耐熱性樹脂
等の耐熱性光学材料が使用可能である。ＳｉＣ等の結晶
性材料も耐熱性に優れている。

【０００９】光源としては、ＬＥＤや半導体レーザ等の
ように、発光に際して顕著な発熱作用を伴わない光源が
好ましい。ＬＥＤ等を用いれば、本発明の第１の特徴に
係るバルク型レンズの凹部（収納部）の内部に、「光
源」を収納した場合において、その発熱作用によって、
バルク型レンズに熱的影響を与えることがない。

【００１０】前記バルク型レンズを使用すれば、自転車
用ライトの光源の数を多数必要とすることなく、所望の
照度を有する自転車用ライトを簡単に得ることが出来
る。この照度は、光源の数を同一として較べれば、従来
公知のレンズ等の光学系では達成不可能な照度である。
本発明は、従来の技術では達成出来ない照度を、簡単且
つ小型な構成で実現出来る。詳細は後述するが、従来の
「両凸レンズ」、「平凸レンズ」、「メニスカス凸レン
ズ」、「両凹レンズ」、「平凹レンズ」、「メニスカス
凹レンズ」等の薄型レンズでは、直径が無限大の大型な
レンズを用いなければ、本発明の自転車用ライトに用い
るバルク型レンズに等価な機能を達成出来ない。

【００１１】ＬＥＤには内部量子効率と外部量子効率が
あるが、通常、外部量子効率は内部量子効率よりも低
い。本発明に用いるバルク型レンズにより、ＬＥＤを収
納部（凹部）に収納することにより、内部量子効率とほ
ぼ等しい効率で、潜在的なＬＥＤの光エネルギを有効に
取り出すことが可能となる。その原理は、（ａ）バルク
型レンズの頂部及び天井部であるレンズ面、及び外周部
での反射光（迷光）が外周部で全反射することによりバ
ルク型レンズ外にほとんど散逸しない、（ｂ）上記反射
光（迷光）の一部が頂部及び天井部であるレンズ面にも
どる、（ｃ）上記反射光（迷光）の一部が底部で反射さ
れて頂部及び天井部であるレンズ面にもどる、（ｄ）上
記反射光（迷光）の一部がＬＥＤ光源に吸収され再発光
する、さらに、（ｅ）内側面に入射する光も全反射によ
り導光し有効利用している、ことなどが考えられる。

【００１２】また、本発明に用いるバルク型レンズによ
れば、ＬＥＤ等の光源それ自身は、何ら手を加えること
なく、容易に、光の発散、収束等の光路の変更や焦点の
変更が可能である。すなわち、本発明の第１の特徴に係
る光源の発散角が既知であれば、第１及び第２の湾曲面
の曲率半径等の選定が簡単に出来る。なお、第１及び第
２の湾曲面のいずれか一方は、曲率半径が無限大、若し
くは無限大に近い平坦な面であっても良い。第１及び第
２の湾曲面のいずれか一方が無限大ではない所定の（有
限の）曲率半径を有していれば、光の収束、発散の制御
が可能である。又、「所定の発散角」は０°、即ち平行
光線であっても良い。また発散角が９０度であっても、
収納部が光源の発光部を完全に光学的に覆っているた
め、有効にその光を集光することが可能である。これ
は、従来のレンズ等の光学系では不可能な作用である。
即ち、天井部以外の収納部の内周部も、有効な光の入射
部として機能し得る。

【００１３】具体的には、本発明の第１の目的に係る光
源は、チップ状の半導体発光素子、透明材料でモールド
された半導体発光素子、又は、他の光源から光を導く光
ファイバの出射端面である。これらの光源を光学媒質を
介して収納部に収納しても良い。屈折率によって光学媒
質を適宜選択することによっても、光の発散、収束等の
光路の変更や焦点の変更が可能であり、また、内周面か
ら凹部に入射する光の屈折角を変えることができ、凹部
の全反射をより効果的にすることもできる。ここで、光
学媒質には、固体、液体、気体、のみならず、ゾル状、
コロイド状若しくはゲル状の光の波長に対して透明な物
質も含まれる。

【００１４】また、上記目的を達成するために、本発明
のバルク型レンズを用いた自転車用ライトは、バルク型
レンズと、このバルク型レンズに収納される光源と、磁
石の磁束の変化によって生じる起電力を基に上記光源に
電流を供給する発電部とをそなえ、上記バルク型レンズ
が、頂部と、底部と、外周部と、上記底部から上記頂部
に向かって形成された天井部と内周部からなる凹部とを
有している光学媒体からなり、上記凹部が光源の収納部
であり、上記天井部が第１のレンズ面として、上記内周
部が光入射面として、上記外周部が全反射面として、上
記底部が反射面として、また、上記頂部が第２のレンズ
面として機能するとともに、上記内周部の光入射面が所
定の傾きを有する少なくとも光波長以上の大きさの凹凸
面で構成されていることを特徴としている。この構成に
よれば、例えば、端面発光ＬＥＤのように、ほとんどの
出射光がチップの側面から出射するようなＬＥＤを使用
する場合においても、全ての出射光を集光できる。また
所定の傾きφは、凹部の屈折率をｎ₁、光学媒体の屈折
率をｎ₂、光学媒体内の外周部面における全反射角をθ
_t光源の発散角をθ_dとして、ｓｉｎ^-1｛ｎ₁／ｎ₂ｃ
ｏｓ（θ_d＋φ）｝＝θ_tから定まる角度であることを
特徴とする。

【００１５】さらに、前記発電部は、好ましくは、車輪
の少なくとも一本のスポークに取り付けられた磁石と、
車輪の回転面に垂直に軸を向けて車体に取り付けられた
コイルと、をそなえて構成され、前記発光素子に供給さ
れる電流が、車輪の回転により上記コイルの開口付近を
横切る上記磁石の磁束の変化によって生じる起電力に基
づくことを特徴としている。また、本自転車用ライト
は、好ましくは、前記発電部によって生ずる電流の前記
光源への供給を制御する制御部と、光を検知するととも
に上記制御部へ光検知信号を送る検知部とをそなえて構
成され、上記制御部が上記検知部からの信号に基づき、
前記光源の点灯と消灯との切り替えを自動に行うように
なっている。

【００１６】また、本自転車用ライトは、好ましくは、
前記発電部によって生ずる交流電流を直流電流に変換す
るダイオードが設けられている。さらに、本自転車用ラ
イトは、前記発電部によって生ずる交流電圧を前記光源
に供給するコンデンサーが設けられて構成されても良
い。さらに、本発明の自転車用ライトは、コイル内に磁
性体が設けられて構成されるのが望ましい。さらに、前
記磁石が馬蹄形状に形成されても良い。

【００１７】本発明の自転車用ライトは、バルク型レン
ズを用いることにより、ライトの照明強度を、半導体素
子を増やすことなく大幅に上げることができ、ＬＤ，Ｌ
ＥＤなどの半導体素子の発光を有効に利用することがで
き、比較的高価な発光素子でも、実用として十分に利用
できる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明の
実施の形態について説明する。以下の図面の記載におい
て、同一または類似の部分には同一の符号または類似の
符号を付している。ただし、図面は模式的なものであ
り、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現
実のものとは異なることに留意すべきである。従って、
具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべき
ものである。また図面相互間においても互いの寸法の関
係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論であ
る。

【００１９】図１は本発明の実施形態に係るバルク型レ
ンズを用いた自転車用ライトを示すブロック図であり、
この図１に示す自転車用ライト１００は車輪に摩擦を与
えることなく発電し、その電力をＬＥＤや半導体レーザ
ーなどの光源に供給し、その光を集光して外部へ出射す
るものである。このため、自転車用ライト１００は、図
１に示すように、光源１と、バルク型レンズ２０と、発
電部３０とを備えて構成されている。光源１は発光に際
し発熱作用の少ない、ＬＥＤなどの半導体素子であり、
発電部３０は磁束の変化によって生じる起電力を基に光
源１に電圧（電流）を供給するものである。バルク型レ
ンズ２０は、ＬＥＤ等の市販されている光源を用いるこ
とが可能で、且つ、集光効率が高いので、バルク型レン
ズ２０を用いれば、光源の数を多数必要とすることな
く、所望の照度を得ることが可能である。ここで、自転
車用ライト１００に用いるバルク型レンズ２０の第一の
実施例と第二の実施例とそれらの変形例とに分けて説明
する。

【００２０】バルク型レンズの第１の実施例を説明す
る。図２は、本発明の実施形態に使用する、照明ライト
の光源１とバルク型レンズ２０との模式的な断面図であ
る。図２に示すように、この照明ライトは、所定の波長
帯域の光を発するＬＥＤ等の光源１と、この光源１を完
全に囲むバルク型レンズ２０とから少なくとも構成され
ている。そして、このバルク型レンズ２０は、頂部３と
底部７と外周部９と、底部７から頂部３に向かって形成
された天井部２と内周部５とから成る凹部６とから成る
光学媒体であり、この凹部６にスペーサ８を介して光源
１がバルク型レンズ２０と同心的に且つ完全に収納、固
定され、上記天井部２がレンズの光入射面として、上記
頂部３がレンズの出射面として機能するように構成され
ている。

【００２１】図２の光源１は、ＬＥＤチップ１３と、こ
のＬＥＤチップ１３を載置する電極を兼ねた支持ピン１
１と、ＬＥＤチップ１３のもう一方の電極に電力を供給
する電極ピン１２と、チップ１３、支持ピン１１及び電
極ピン１２を覆う透明な樹脂モールド１４で構成されて
いる。樹脂モールド１４は、側部が円筒形を成してお
り、バルク型レンズ２０の凹部６の円筒形を成す内周部
５とスペーサ８を介して嵌合している。

【００２２】樹脂モールド１４の側面は、例えば、直径
（２ｒ）が２〜３ｍｍφの円柱形状であり、バルク型レ
ンズ２０の凹部６の内周部５は、例えば直径が２．５〜
４ｍｍφの円柱形状となっている。ＬＥＤ１とバルク型
レンズ２０とを固定するために、ＬＥＤ１とバルク型レ
ンズ２０の凹部６との間には、厚さ０．２５〜０．５ｍ
ｍ程度のスペーサ８が挿入されている。スペーサ８はＬ
ＥＤ１の発光部を除く位置、即ち、図２においてＬＥＤ
チップ１３の底面より底部７側に配置する。

【００２３】バルク型レンズ２０は、例えば頂部３が凸
形状球面を有し、外周部９が円柱形状を成している。こ
の外周部９の直径（２Ｒ₀）は、例えば、１０〜３０ｍ
ｍφであるが、使用目的に応じて任意に選択できる。し
かしながら、より集光効率を高くするためには、１０ｒ＞Ｒ₀＞３ｒ（１）の関係を満足することが好ましい。バルク型レンズ２０
の外周部９の直径（２Ｒ ₀）は、凹部６の内周部５の内
径（２ｒ）の１０倍以上でも、本発明の実施形態に係る
バルク型レンズは機能するが、必要以上に大きくなり、
小型化を目的とする場合は好ましくない。

【００２４】上記構成の本発明に使用するバルク型レン
ズは、以下に説明する理由により、従来の凸型形状の球
面レンズを用いた光学系よりも極めて低損失で収束でき
る。ＬＥＤは発散角の大きな光源であるため、従来の凸
型形状の球面レンズによって、ＬＥＤから発する全ての
光を平行光線とすると光損失が避けられない。図３は、
従来の凸型形状球面レンズによる集光作用を示す図で、
図３（Ａ）は凸型片球面レンズを使用して、ＬＥＤ光源
からの光を平行光とする状態を示している。図におい
て、レンズは曲率半径ｒを有し、光源から焦点距離ｆに
配置している。片球面レンズの焦点距離は、レンズの屈
折率をｎとして、ｆ＝ｒ／（ｎ−１）であるから、屈折
率ｎ＝１．５とした場合、ｆ＝２ｒとなる。従って、図
から明らかなように、レンズが受光できる発散角の最大
は３０°となり、図のＢに示す光線は平行光とすること
ができない。すなわち、従来のレンズを使用したので
は、焦点距離と曲率半径の関係から定まる開口角以上の
光は取り込むことができないので、損失が大きい。ＬＥ
Ｄ光源は３０°以上の発散角を有するものが多く、この
場合には、上記理由により、大きな損失が生じる。従来
はこのような場合、高屈折率レンズを使用して改善して
いるが、コストが高くなる。あるいは、レンズを複雑に
組み合わせて対処している例もあるが、この場合には、
下記に説明するフレネル反射損が増大してしまう。

【００２５】図３（Ｂ）は、従来の凸型片球面レンズ入
射面における反射の状況を示す図である。図において、
矢印のついた線は、ＬＥＤ１から出射し、凸型形状球面
レンズの光入射面で反射される光線を表す。θ（θ₁、
θ₂）はＬＥＤから出射角、すなわち発散角を表し、φ
（φ₁、φ₂）はそれぞれの光線のレンズ面での入射角
を表す。図４は、フレネルの反射の法則を表した図であ
る。図において、横軸は光線の入射角であり、縦軸は光
強度の反射率であり、レンズの屈折率を１．５とし、空
気中から光線がレンズ面に入射する場合を表している。
図から明らかなように、入射角が５０°あたりまでは反
射率が低く一定であるが、５０°を越えたあたりから急
激に反射率が増加するのがわかる。図３（Ｂ）に示した
入射角が大きい光線は、図４のフレネルの反射の法則か
ら明らかなように反射される割合が高い。例えば、屈折
率１．５の片凸型球面レンズを使用し、このレンズの焦
点距離に、発散角３０°の光源をおいて平行光を作る場
合には、上記の反射光による損失は全光量の３０％近く
に達する。従って、従来の光学系におけるように、レン
ズを多段に接続したのでは、フレネル反射が多段に生ず
ることになり、損失が増えてしまう。これらの反射光は
空間に散逸してしまい、収束光として利用することはで
きない。

【００２６】一方、本発明の実施形態に係るバルク型レ
ンズにおいては、発散角が大きい光束であっても、全て
の光束をレンズ面に入射させることができ、バルク型レ
ンズの幾何学構造の設計により、全ての光束を平行光線
にできるから、極めて損失の少ないレンズである。ま
た、フレネルの反射を起こす反射面は、天井部２及び頂
部３であるから、これらの面で反射した反射光（迷光）
はバルク型レンズ内に反射される。これらの反射光（迷
光）は、外周部９で全反射することによりバルク型レン
ズ外に散逸せず、一部が頂部３及び天井部２であるレン
ズ面にもどり収束光となる。また、他の一部は、底部７
で反射されて頂部３又は天井部２にもどり、収束光とな
る。また、他の一部はＬＥＤ光源で吸収されて再発光
し、収束光となる。

【００２７】図５は、ＬＥＤ光源１にもどった光が再発
光する過程を示す図である。図において、もどってきた
光はＰＮ接合で吸収されてホールと電子を生じ、このホ
ールと電子が再結合して再発光する。特にこの効果は、
ヘテロ構造を有するＬＥＤの場合に大きい。ヘテロ構造
のＬＥＤは、発光部であるＰＮ接合部のバンドギャップ
・エネルギーが、Ｐ及びＮ領域のバンドギャップ・エネ
ルギーよりも小さく形成されているので、反射光（迷
光）はＰ又はＮ領域では吸収されずに、ＰＮ接合部のみ
で吸収され、再発光する。さらにまた、本発明の実施形
態に係るバルク型レンズにおいては、内周部５に入射す
る光も外周面９における全反射によって頂部３に導か
れ、収束光となって出射する。この効果は、ＬＥＤ光源
１を、バルク型レンズの光学媒質よりも屈折率の高い光
学媒質を介して収納部に収納するとさらに効果が高ま
る。本発明の実施形態に係るバルク型レンズにおいては
上記に説明した相乗効果により、内部量子効率とほぼ等
しい効率で、ＬＥＤ光源の光を有効に収束光として取り
出しているため、従来の凸型形状の球面レンズに較べ極
めて低損失になると考えられる。

【００２８】図６は、本発明の実施形態に係るバルク型
レンズの第１の実施例と従来の凸形状の球面レンズとで
平行光を作成した場合の特性を比較するための測定系を
示す図である。図６（Ａ）は、バルク型レンズ２０を用
いた場合の、光軸方向に対して垂直方向に光強度（照
度）分布を測るための測定系を示す模式図である。バル
ク型レンズ２０の出射面からの出力光の強度（照度）
を、ＬＥＤ１からの測定距離ｘ＝一定とし、照度計１０
２をｙ軸方向に移動して測定する。測定距離（ｘ）は、
光軸方向に測る。一方、図６（Ｂ）は、同様な測定を従
来の両凸レンズを用いて行うことを示す図である。

【００２９】図６（Ａ）及び（Ｂ）に示す測定において
は、本発明に用いるバルク型レンズ２０の外径は３０ｍ
ｍφとし、比較に用いた両凸レンズ１０１の外径は、こ
の２倍強の６３ｍｍφとした。両凸レンズ１０１は、焦
点距離１５０ｍｍのものを用い、ＬＥＤ１からｘ方向に
１５０ｍｍの位置に配置した。また、ＬＥＤ光源１の発
散角は約１２度のものを使用した。

【００３０】図７は、本発明の実施形態に係るバルク型
レンズの第１の実施例と従来の凸形状の球面レンズとで
平行光を作成した場合の特性を比較した図であり、本発
明の実施形態に係るバルク型レンズ２０、従来の薄型レ
ンズ（両凸レンズ）１０１、及びバルク型レンズを用い
ない裸のＬＥＤのそれぞれの出力光のｙ方向に沿った強
度（照度）分布を、測定距離ｘ＝１ｍにおいて測定した
場合の結果を示す。本発明の第１の実施の形態に係るバ
ルク型レンズ２０が、従来の薄型レンズ（両凸レンズ）
１０１の２倍の照度が得られている。この結果は、本発
明の実施形態に係るバルク型レンズが従来の光学系では
実現できない効果を有することを示している。

【００３１】図８は、本発明に実施形態に係るバルク型
レンズの第１の実施例と従来の凸形状の球面レンズとで
作成した平行光の平行度を評価した図である。図６と同
様にｙ方向に沿った強度（照度）分布を、測定距離ｘを
変化させて測定したデータをまとめたものである。図の
横軸は、測定距離ｘの逆数の２乗、即ち１／ｘ²を示
し、縦軸は測定距離ｘにおける最大強度（ピーク強度）
を示す。図から明らかなように、本発明の実施形態に係
るバルク型レンズの場合は、逆２乗則、即ち１／ｘ²を
示す線上にきれいに測定点がプロットされる。一方、従
来の薄型レンズ（両凸レンズ）１０１の場合は、逆２乗
則からずれていることがわかる。この結果は、バルク型
レンズ２０は、平行度においても十分であり、従来のレ
ンズ系に較べ、勝るとも劣らない性能を実現できること
を示している。

【００３２】図９は本発明に用いるバルク型レンズ（第
１の実施例）の幾何学的構造と集光率の関係を示す図で
ある。ここで、「集光率」とは、「バルク型レンズから
の±１°以内の発散角における出力光の光量」を、「光
源（ＬＥＤ）からの±１２°以内の発散角における光
量」で除した量で定義している。すなわち光線ビーム径
に対応する量である。頂部３の曲率半径Ｒ、バルク型レ
ンズの全長Ｌ、媒体長（頂部と天井部のレンズ間距離）
Ｄ、収納部内径（凹部の内周部系）ｒ、天井部２の曲率
部分長さΔをパラメータとして、集光率を測定した。尚
ここで、Δの符号は図２に示すように、天井部２が凹で
ある場合を負とし、凸の場合を正と定義する。図１０
は、作製した本発明の実施形態に係るバルク型レンズの
幾何学的構造を示す図である。図９から、集光率を向上
するためには、０．９３＜ｋ（Ｒ／Ｌ）＜１．０６・・・・・（２）ｋ＝１／（０．３５・ｎ −０．１６８）・・・・・（３）を満足することが好ましいことが実験的にわかる。ここ
で、ｎは、バルク型レンズの材料である光学媒質の屈折
率である。なお、バルク型レンズ２０の円柱形状部分の
半径Ｒｏと、頂部３の曲率半径をＲとは、必ずしも等し
い必要はない。

【００３３】次に、本発明のバルク型レンズの第２の構
造例を説明する。図１１は、天井部２を凸形状にした本
発明のバルク型レンズの構造を示す図である。図１１に
おいて、バルク型レンズ２２は、天井部２の形状が異な
る外は、図２に示したバルクレンズ２０と同等である。
測定に用いたバルク型レンズ２２の円柱形状部分の外径
２Ｒｏは１５ｍｍφ、バルク型レンズの全長Ｌは、２５
ｍｍ、頂部と天井部のレンズ間距離Ｄは１６ｍｍ、収納
部６の内径ｒは５．２ｍｍ、バルク型レンズの屈折率ｎ
は１．５４である。このバルク型レンズの頂部３の曲率
半径Ｒは８．２５ｍｍである。又、測定に用いた樹脂モ
ールドされたＬＥＤ１の外径は５ｍｍφである。

【００３４】図１２（Ａ）〜（Ｃ）及び図１３（Ａ）〜
（Ｃ）は、天井部２の凸部の高さΔと、ビーム強度プロ
ファイルとの関係を示す図である。光源からの距離ｘ＝
１ｍで照度を測定した。図から明らかなように、天井部
２を凸形状のレンズとしても集光特性が得られることが
わかる。

【００３５】このようにして、本発明に用いる第１及び
第２の実施例に係る発光体によれば、樹脂モールドされ
たＬＥＤ１の数を多数必要とすることなく、照明に寄与
する光ビームとして所望の照射面積の光束を確保し、且
つ所望の照度を簡単に得ることが出来る。この照度は従
来公知のレンズ等の光学系では達成不可能な照度であ
る。驚くことに、現在市販されているハロゲンランプを
用いた細身の懐中電灯と同程度の照度がたった１個のＬ
ＥＤで実現出来たのである。このように、本発明に用い
る第１の実施例の発光体によれば、従来の技術では実現
できない照度を、図２に示すような簡単な構造で実現で
きる。

【００３６】なお、本発明に用いる第１及び第２の実施
例に係る発光体に用いる樹脂モールドされたＬＥＤ１と
しては、種々の色（波長）のＬＥＤが使用可能である。
但し、自転車用ライトとして点灯目的のためには、白色
ＬＥＤが人間の目には自然である。白色ＬＥＤは種々の
構造のものが使用出来る。例えば、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）
及び青（Ｂ）の３個のＬＥＤチップを縦に積層して構成
しても良い。この場合、樹脂モールド１４から、それぞ
れの色のＬＥＤチップに対応し、合計６本のピンが導出
されても良く、樹脂モールド１４の内部配線として６本
のピンを２本にまとめ、外部ピンとしては２本設けられ
た構造としてもかまわない。又、一方の電極（接地電
極）を共通とすれば、外部ピンは４本でよい。又、赤
（Ｒ）色、緑（Ｇ）色及び青（Ｂ）色の３枚のＬＥＤチ
ップの駆動電圧を互いに独立に制御出来るようにしてお
けば、あらゆる色の混合が可能であるので、色合いの変
化を楽しむことが可能である。

【００３７】本発明に用いる第１及び第２の実施例に係
る発光体のバルク型レンズ２０としては、アクリル樹脂
等の透明プラスチック材料、石英ガラス、ソーダ石灰ガ
ラス、ホウケイ酸ガラス、鉛ガラス等の種々のガラス材
料等が使用可能である。或いは、ＺｎＯ、ＺｎＳ、Ｓｉ
Ｃ等の結晶性材料を用いてもかまわない。又、可とう
性、屈曲性や伸縮性のあるゾル、ゲル、ゾル・ゲル混合
物、或いは透明ゴムのような材料でもかまわない。ま
た、ゾル、ゲル、ゾル・ゲル混合物等を、透明ゴムやフ
レキシブルな透明プラスチック材料等に格納して用いて
も良い。アクリル樹脂等の透明プラスチック材料等は、
バルク型レンズ２０を大量生産するのに好適な材料であ
る。即ち、一度金型を作り、この金型により成形加工す
ればバルク型レンズ２０が簡単に大量生産出来る。

【００３８】次に、第１及び第２の実施例の変形例につ
いて説明する。第１及び第２の実施例の変形例で使用す
るバルク型レンズは、端面放射型ＬＥＤのように、ＬＥ
Ｄチップの側面から発光する光源であっても使用でき
る。端面放射型ＬＥＤはＬＥＤチップの側面から発光す
るため、上記実施例１及び２のバルク型レンズにこのＬ
ＥＤチップを装着した場合には、バルク型レンズの内周
部５に垂直に入射する成分が多くなるため、全反射され
ずにバルク型レンズの外部に散逸する光が多くなる。第
１及び第２の実施例の変形例のバルク型レンズはこのよ
うな光源に対しても、極めて低損失で収束光を得ること
ができる。

【００３９】図１４は、本発明のバルク型レンズの内周
部５と外周部９とが傾きを有する場合の光線の光路を示
す図である。図において、光源の発散角をθ_d、内周部
５と外周部９との傾き角をφ、外周部９の全反射角をθ
_t、内周部５における光線の入射角、屈折角をθ₁及び
θ₂、そしてバルク型レンズの光学媒質の屈折率、収納
部（凹部）６の屈折率をｎ₂及びｎ₁とする。図は、光
源の最大出射角、すなわち、発散角の光線が傾き角をφ
により、全反射条件を満たし、全反射されている状態を
表している。内周部５において、スネルの屈折の法則よ
り、θ₁とθ₂の間には、ｓｉｎθ₁／ｓｉｎθ₂＝ｎ₂／ｎ₁ （４）が成り立ち、また、図から明らかなように、θ_t、φ、
θ₂の間には、 θ_t＝φ＋θ₂ （５）が成り立つ。また、図から明らかなように、θ_d、
θ₁、φの間には、 θ_d＝９０°−（θ₁＋φ）（６）の関係が成り立つ。上記（４）、（５）、（６）式より
θ₁とθ₂を消去すると、バルク型レンズが全反射角θ
_tを有し、光源の発散角がθ_dである場合の、全反射す
るために必要な傾き角φを与える関係式として、ｓｉｎ^-1｛ｎ₁／ｎ₂ｃｏｓ（θ_d＋φ）｝＝θ_t （７）が得られる。すなわち、（７）式を満たす傾き角φ以上
で内周部５と外周部９が傾いていれば、たとえ、内周部
５に垂直に光が入射する場合（θ_d＝９０°）でも全反
射され、頂部３へあるいは底面７で反射して頂部３へ導
かれるから、収束光を得ることができる。

【００４０】図１５は上記のバルク型レンズの構成を示
す図である。図１５（Ａ）は、バルク型レンズ２０の内
周部５の表面に微細な凹凸を設けた例を示している。こ
の凹凸は少なくとも（７）式を満足するφ以上の傾き角
を有しており、また、この凹凸の大きさは光波長程度で
よい。また、この凹凸は、内周部５の光源近傍に設ける
だけでよい。このような凹凸は、適切な粒径の研磨剤を
用いて、内周部５の表面を磨くことによって簡単に形成
できる。図１５（Ｂ）は、ほぼ真横方向に出射した光線
がバルク型レンズ内を全反射して又は底面７で反射して
かつ側壁で全反射して頂部３に導かれる様子を示してい
る。このように、例えば、端面発光ＬＥＤのようにほと
んどの出射光がチップの側面から出射するようなＬＥＤ
を使用する場合においても、全ての出射光を収束でき
る。さらにまた、レンズ部と光源を収納する収納部とが
一体で形成されているため、従来のレンズ系では必要で
あったレンズと光源を光学的位置合わせをして保持する
保持部を必要とせず、また、光学的位置合わせ工程を必
要とせず、ただ光源にかぶせるだけでよいので、極めて
低コストである。

【００４１】次に、発電部３０の構成を例示して本発明
の自転車用ライトの実施例を説明する。図１６は本発明
の実施例に係る自転車用ライト１１１を示す斜視図であ
り、図１７は図１６の断面図であり、図１８は自転車用
ライトを自転車に取り付けた状態を示す斜視図である。

【００４２】図１７に示すように、自転車用ライト１１
１は、樹脂成形されたケース４０の内部に、複数のバル
ク型レンズ２０と、それらの収納部（凹部）６に収容さ
れる光源１と、回路４１が搭載された回路基板４２と、
円筒状のコイル４３と、その筒内に挿入される磁性体４
４と、ケース４０外部に配置される磁石５０とを備えて
構成される。

【００４３】ケース４０は、端部に光出射口が形成され
ており、この光出射口に発光源防滴用の防滴カバー４５
が嵌め込まれている。この防滴カバー４５は、光透過性
の良いアクリル板やプラスチック板が用いられる。各バ
ルク型レンズ２０は、図１７に示すように、ケース４０
に嵌め込まれたレンズ固定板４６に穿設された穴４６ａ
に底部７を嵌挿されて取り付けられており、取り付けに
際し、バルク型レンズ２０とレンズ固定板４６とは、接
着或いは溶融により固着されるようになっている。

【００４４】回路４１は複数の光源１にそれぞれ同じ電
圧（電流）を供給するように設計されており、この回路
４１とコイル４３とは配線材４７，４７によって短絡さ
れている。この回路４１に接続されている各光源１は、
レンズ固定板４６の穴４６ａに挿入されて、バルク型レ
ンズ２０の収納部（凹部）６内に収容されるようになっ
ている。なお、コイル４３は、Ｎ（＞０）巻きの円筒形
状に形成されているが、直方体状などに形成されても良
い。

【００４５】図１７に示すように、ケース４０の光出射
口と対向する端部は、自転車軸６０を挟持するために、
端部が分離できるようになっている。すなわち、ケース
４０の端部には、ボルト４８ａとナット４８ｂとによっ
て着脱可能な挟持部４０ａが取り付けられるようになっ
ている。この挟持部４０ａとケース４０とが衝接する面
には、それぞれ自転車軸６０を挟む為の溝４０１，４０
２が凹設されている。ケース４０と挟持部４０ａとの間
に、すなわち、溝４０１と溝４０２とで形成される固定
穴に自転車軸６０を挟み、ケース４０と挟持部４０ａと
をボルト４８ａとナット４８ｂとで固定することで、ケ
ース４０は自転車に取り付けられる。なお、各ケース４
０と挟持部４０ａとには、ボルト４８ａやナット４８ｂ
が外部に突出しないように、凹み４９が形成されてい
る。

【００４６】次に、コイル４３や磁性体４４は、それら
の円筒軸を車輪の回転面に対して垂直になるようにケー
ス４０内に設けられ、ケース４０はその内部でコイル４
３や磁性体４４とが固定されるように樹脂成形される。
一方、ケース４０外部に設けられる磁石５０は永久磁石
であり、例えば（１）ストロンチウム・フェライト磁
石、（２）サマリウム・コバルト磁石、（３）ネオジウ
ム・鉄・ホウ素磁石、（４）サマリウム・鉄・窒素磁
石、（５）アルニコ磁石などを用いることができる。

【００４７】なお、磁石５０は、図１９に示すように、
円盤状に形成され、二つの磁石５０が純鉄、ケイ素鋼或
いは方向性ケイ素鋼などの高透磁率の板５１の片面に取
り付けられて全体で馬蹄形状を呈するように形成されい
る。なお、板５１に取り付けられる二つの磁石５０は、
外部に露呈する面が対極となるように取り付けられてい
る。また、図１７や図２０に示すように、磁石５０，５
０や板５１は砂鉄や水などの付着防止のために保護カバ
ー５２に収容されており、この保護カバー５２ととも
に、車輪のスポーク６１に取り付けられている。なお、
保護カバー５２は二つに分離可能になっており、これら
がスポーク６１を挟持し、ビス５３等で一体にすること
で、磁石５０はスポーク６１に取り付けられる。この保
護カバー５２は、樹脂やテフロン（登録商標）やプラス
チックなどでできている。また、図１９に示す磁石５０
を載置した板５１は、図１７に示すように、磁石５０，
５０載置面をコイル４３や磁性体４４側へ向けてスポー
ク６１に取り付けられている。

【００４８】一方、上記バルク型レンズ２０や光源１な
どを収納したケース４０は、図１８に示すように保護カ
バー５２を取り付けた車輪を支持する自転車軸６０に、
コイル４３や磁性体４４を設けた側を近接させて取り付
けられている。なお、磁石５０は、車軸の轂（こしき）
からコイル４３や磁性体４４が取り付けられた高さ位置
でスポーク６１に取り付けられるようになっている。さ
らに、図１６や図２１に示すように、保護カバー５２を
取り付けたスポーク６１がコイル４３と最も近接した際
に、コイル４３や磁性体４４が収納されているケース４
０と磁石５０が収納されている保護カバー５２との隙間
間隔Ｌ１が、１ｍｍ〜５ｍｍとなるように設計するのが
望ましい。

【００４９】図１８に示す保護カバー５２と磁石５０と
の取り付け例としては、車輪の輪と車軸の轂をつなぐ２
本のスポーク６１，６１にそれぞれ一つ取り付けた例を
示しているが、他の複数のスポークに保護カバー５２と
磁石５０と板５１を取り付けても良い。

【００５０】上述の如く構成された自転車用ライト１１
１の動作を説明する。保護カバー５２に収納された磁石
５０は、車輪の回転に伴って、車軸の轂を中心に回転し
て円運動を行い、図２１に示すように、コイル４３と磁
性体４４とを収容したケースの横を横切る。その際、コ
イル４３や磁性体４４の筒内を通過する磁束が変化す
る。このように、ケース４０の横を磁石５０が一つ横切
ると、コイル４３に起電力が生じる。ここで、図２２
は、ケース４０の横を保護カバー５２が二つ横切った時
に生じた起電力を示すグラフである。この起電力が光源
１に供給されて光が出射される。そして、光源１から放
射状に出射された光がバルク型レンズ２０によって集光
されて、照度の高い光が防滴カバー４５を経由して外部
へ照射される。また、複数のスポーク６１に磁石５０を
取り付けた場合、車輪の回転に伴って、ケース４０の横
を横切る磁石５０は複数になるため、コイル４３に生じ
る起電力は図２３に示すように連続的になる。

【００５１】このように本発明の実施例に係る自転車用
ライト１１１によれば、光源１としてＬＥＤ等を用いて
いるので、電球に比べて消費電力を小さくすることがで
き、そのため発電機を小さくできる。また、光源１から
出射される光をバルク型レンズ２０が集光して外部へ出
射するので、照度の高い光を得ることができる。さら
に、自転車用ライト１１１は、コイル４３と磁性体４４
と磁石５０とによって、発電部３０として磁束変化に基
づく起電力を光源１に供給するように構成されているの
で、従来の発電機のローラーとタイヤとの摩擦がないた
め、従来のローラーがタイヤに接触している場合に比べ
て自転車のペダルを軽く踏むことができる。また、光源
１の消費電力は、電球に比べて１／１０〜１／１００で
あるので、上記の如くコイル４３と磁性体４４と磁石５
０とで構成される簡単な構造の発電機で良く、簡素な構
造で構成できる。

【００５２】次に、本発明の他の実施例について説明す
る。なお、上記の説明で用いた符号と同一の符号を示す
ものは、上記と同一のものであるので、その説明は省略
する。図２４は本発明の他の実施例に係る自転車用ライ
ト１１２の内部構造を示す図であり、この図に示すよう
に、自転車用ライト１１２は、ケース４０内にバルク型
レンズ２０、コイル４３、磁性体４４、ダイオード７
１、コンデンサー７２、制御部７３、をそなえ、制御部
７３と短絡されたセンサ７４と、車輪のスポーク６１に
取り付けられた磁石５０，５０と板５１とをそなえて構
成される。なお、図２４においては、図１７に示す回路
４１、回路基板４２、防滴カバー４５などの記載を省略
するが、自転車用ライト１１２は、それらを内蔵して構
成されても良い。また、図２４に示す自転車用ライト１
１２は、光源１やバルク型レンズ２０を一つずつ設ける
場合を例示するが、図１７に示すように光源１とバルク
型レンズは複数設けられても良い。

【００５３】この図２４に示すダイオード７１はコイル
４３から送られてくる交流電流を直流電流に変換するも
のであり、コンデンサー７２はコイル４３から送られて
くる交流電流を直流電流にして光源１に供給するもので
ある。また、センサ７４は、光源１の光以外の自然光な
どを検知するホトセンサーであり、例えば、フォトダイ
オードなどを用いることができる。制御部７３は、セン
サ７４からの信号を基に、コイル４３から供給される電
圧（電流）を光源１に送る制御を行うものであり、例え
ば、センサ７４としてのフォトダイオードから信号が送
られてきたときには、コイル４３からの電圧（電流）を
光源１に供給しないようになっている。具体的に言え
ば、太陽光などの自然光をセンサ７４が検知した時に
は、光源１は光を出射しないようになっている。

【００５４】図２４に示すように構成された自転車用ラ
イトによれば、ダイオード７１を設けることで、ＬＥＤ
などの光源１を交流電流による損壊を確実に免れること
ができ、また、コンデンサー７２を設けることで、交流
電流をも有効に光源１が発光するためのエネルギーに用
いることができる。さらに、センサ７４と制御部７３と
を設けることで、ライトの点灯と消灯との切り替えを自
動に行える。なお、自転車用ライトは制御部７３とセン
サ７４とを備えずに構成されても良く、また、制御部７
３とセンサ７４とコンデンサー７２とを備えずに構成す
ることもできる。

【００５５】上記説明では、自転車用ライト１１１，１
１２に設けられる複数のバルク型レンズ２０は、個々に
別体に設けられる場合を示したが、図２５に示すよう
に、複数のバルク型レンズ２０を一体にしたバルク型レ
ンズ２０Ａを用いて構成してもよい。なお、図２６
（Ａ）及び（Ｂ）は、それぞれ本発明の実施例に係るバ
ルク型レンズ２０Ａの構成例を示す正面図であり、図２
６（Ａ）に示すバルク型レンズ２０Ａは５つのバルク型
レンズ２０を放射状に配置して一体に形成したものであ
り、図２６（Ｂ）に示すバルク型レンズ２０Ａは３つの
バルク型レンズ２０を直列配置して一体に構成したもの
である。図２６（Ａ）及び（Ｂ）に示すバルク型レンズ
２０Ａによっても、各光源１から発光された光を集光し
て外部へ出射できる。また、図２５に示す自転車用ライ
トは、ケース４０の光出射口にＯリングを用いてバルク
型レンズ２０Ａを挟持するように構成することもでき
る。上記詳述した以外に、本発明は、発明の趣旨を逸脱
しない範囲で様々な形態で実施できる。

【００５６】

【発明の効果】このように本発明の自転車用ライトによ
れば、ＬＥＤなどの発光源を用いているので、電球に比
べて消費電力を小さくすることができ、その結果、発電
機を小さくできる。また、光源から出射される光をバル
ク型レンズが集光して外部へ出射するので、照度の高い
光を得ることができる。さらに、自転車用ライトは、磁
束変化に基づく起電力を光源に供給するように構成され
ているので、従来の発電機のローラーとタイヤとの摩擦
がないため、従来のローラーがタイヤに接触している場
合に比べて自転車のペダルを軽く踏むことができる。ま
た、ＬＥＤなどの光源の消費電力は、電球に比べて１／
１０〜１／１００であるので、例えばコイルと磁性体と
磁石とで構成される簡単な構造の発電機で良く、簡素な
構造で構成できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態に係る自転車用ライトを示す
ブロック図である。

【図２】本発明の実施形態に係る光源１とバルク型レン
ズ２０との模式的な断面図である。

【図３】従来技術のレンズ系による損失の状況を示す図
である。

【図４】フレネル反射を示す図である。

【図５】ＬＥＤのＰＮ接合において反射光（迷光）が再
発光する過程を示す図である。

【図６】本発明の自転車用ライトに用いるバルク型レン
ズの第１の実施例と従来のレンズとの特性比較に用いた
測定系を示す図である。

【図７】本発明の自転車用ライトに用いるバルク型レン
ズの第１の実施例と従来のレンズの集光特性を比較した
図である。

【図８】本発明の自転車用ライトに用いるバルク型レン
ズの第１の実施例と従来のレンズの集光特性を比較した
図である。

【図９】本発明の自転車用ライトに用いるバルク型レン
ズの幾何学形状の違いによる特性変化の実測値を示す図
である。

【図１０】図９の測定に用いたバルク型レンズの幾何学
形状を示す図である。

【図１１】本発明の自転車用ライトに用いるバルク型レ
ンズの第２の実施例の構成を示す断面図である。

【図１２】バルク型レンズの第２の実施例の幾何学形状
の違いによる特性変化の実測値を示す図である。

【図１３】バルク型レンズの第２の実施例の幾何学形状
の違いによる特性変化の実測値を示す図である。

【図１４】第１及び２の変形例に係るバルク型レンズの
原理を説明する模式図である。

【図１５】第１及び２の変形例に係るバルク型レンズの
構成を示す図である。

【図１６】本発明の実施例に係る自転車用ライトを示す
斜視図である。

【図１７】図１６の断面図である。

【図１８】本発明の実施例に係る自転車用ライトを自転
車に取り付けた状態を示す斜視図である。

【図１９】本発明の実施例に係る磁石を示す斜視図であ
る。

【図２０】本発明の実施例に係る磁石を車輪のスポーク
に取り付け状態を示す斜視図である。

【図２１】本発明の実施例に係る磁石とコイルとの配置
例を示す図である。

【図２２】本発明の実施例に係るケース２の横を保護カ
バーが二つ横切った時に生じた起電力を示すグラフであ
る。

【図２３】本発明の実施例に係るケースの横を保護カバ
ーが複数横切った時に生じた起電力を示すグラフであ
る。

【図２４】本発明の他の実施例に係る自転車用ライトの
内部構造を示す図である。

【図２５】本発明の他の実施例に係る自転車用ライトを
示す部分断面図である。

【図２６】（Ａ）及び（Ｂ）はそれぞれ本発明の実施例
に係るバルク型レンズの構成例を示す正面図である。

【符号の説明】

１光源２天井部３頂部４光学媒体５内周部６凹部７底部８スペーサ９外周部２０バルク型レンズ３０発電部４０ケース４０ａ挟持部４１回路４２回路基板４３コイル４４磁性体５０磁石６０自転車軸６１スポーク７１ダイオード７２コンデンサー７３制御部７４センサ１００，１１１，１１２バルク型レンズを用いた自伝
車用ライト

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０１Ｌ 33/00 Ｆ２１Ｍ 3/02 Ｄ // Ｆ２１Ｙ 101:02 Ｆ２１Ｑ 1/00 ＡＮＦ２１Ｓ 1/02 Ｇ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】バルク型レンズと、このバルク型レンズ
に収納される光源と、磁石の磁束の変化によって生じる
起電力を基に上記光源に電流を供給する発電部と、をそ
なえ、上記バルク型レンズが、頂部と、底部と、外周部と、前
記底部から前記頂部に向かって形成された天井部と内周
部とからなる凹部とを有している光学媒体からなり、上
記凹部が上記光源の収納部であり、上記天井部が第１の
レンズ面として、上記内周部が光入射面として、上記外
周部が全反射面として、上記底部が反射面として、ま
た、上記頂部が第２のレンズ面として機能することを特
徴とする、バルク型レンズを用いた自転車用ライト。
【請求項２】前記光学媒体の外周部の外径が、前記内
周部の内径の３倍以上１０倍以下であることを特徴とす
る、請求項１記載のバルク型レンズを用いた自転車用ラ
イト。
【請求項３】前記第１のレンズ面を凸面に形成したこ
とを特徴とする、請求項１記載のバルク型レンズを用い
た自転車用ライト。
【請求項４】前記第１のレンズ面を凹面に形成したこ
とを特徴とする、請求項１記載のバルク型レンズを用い
た自転車用ライト。
【請求項５】前記第１のレンズ面を平面に形成したこ
とを特徴とする、請求項１記載のバルク型レンズを用い
た自転車用ライト。
【請求項６】前記第１のレンズ面を平フレネルレンズ
面に形成したことを特徴とする、請求項１記載のバルク
型レンズを用いた自転車用ライト。
【請求項７】前記第２のレンズ面の曲率半径をＲ、前
記バルク型レンズの光軸方向に測った全長をＬ、バルク
型レンズの屈折率をｎとして、０．９３＜ｋ（Ｒ／Ｌ）＜１．０６ｋ＝１／（０．３５・ｎ − ０．１６８）の関係を満足することを特徴とする、請求項１記載のバ
ルク型レンズを用いた自転車用ライト。
【請求項８】前記第１のレンズ面の突き出し量をΔ、
前記光学媒体の外周部の外径を２Ｒｏとして、０．０２５＜ Δ／Ｒｏ＜０．０７５の関係を満足することを特徴とする、請求項１記載のバ
ルク型レンズを用いた自転車用ライト。
【請求項９】前記光学媒体の底部に、更に背面鏡を備
えたことを特徴とする、請求項１記載のバルク型レンズ
を用いた自転車用ライト。
【請求項１０】前記光学媒体の内部に、更に他の凹部
を並列配置したことを特徴とする、請求項１記載のバル
ク型レンズを用いた自転車用ライト。
【請求項１１】前記光学媒体が可とう性、若しくは屈
曲性を有することを特徴とする、請求項１記載のバルク
型レンズを用いた自転車用ライト。
【請求項１２】バルク型レンズと、このバルク型レン
ズに収納される光源と、磁石の磁束の変化によって生じ
る起電力を基に上記光源に電流を供給する発電部とをそ
なえ、上記バルク型レンズが、頂部と、底部と、外周部と、上
記底部から上記頂部に向かって形成された天井部と内周
部からなる凹部とを有している光学媒体からなり、上記
凹部が光源の収納部であり、上記天井部が第１のレンズ
面として、上記内周部が光入射面として、上記外周部が
全反射面として、上記底部が反射面として、上記頂部が
第２のレンズ面として機能するとともに、上記内周部の
光入射面が所定の傾きを有する少なくとも光波長以上の
大きさの凹凸面で構成されていることを特徴とする、バ
ルク型レンズを用いた自転車用ライト。
【請求項１３】前記所定の傾きφは、上記凹部の屈折
率をｎ₁、上記光学媒体の屈折率をｎ₂、上記光学媒体
内の外周部面における全反射角をθ_t、上記光源の発散
角をθ_dとして、ｓｉｎ^-1｛ｎ₁／ｎ₂ｃｏｓ（θ_d＋φ）｝＝θ_t から定まる角度であることを特徴とする、請求項１２に
記載のバルク型レンズを用いた自転車用ライト。
【請求項１４】前記発電部が、車輪の少なくとも一本
のスポークに取り付けられた磁石と、車輪の回転面に垂
直に軸を向けて車体に取り付けられたコイルと、をそな
えて構成され、前記発光素子に供給される電流が、車輪の回転により上
記コイルの開口付近を横切る上記磁石の磁束の変化によ
って生じる起電力に基づくことを特徴とする、請求項１
〜１３のいずれかに記載のバルク型レンズを用いた自転
車用ライト。
【請求項１５】前記発電部によって生ずる電流の前記
光源への供給を制御する制御部と、光を検知するととも
に前記制御部へ光検知信号を送る検知部とをそなえ、前記制御部が前記検知部からの信号に基づき、前記光源
の点灯と消灯との切り替えを自動に行うことを特徴とす
る、請求項１４記載のバルク型レンズを用いた自転車用
ライト。
【請求項１６】前記発電部によって生ずる交流電流を
直流電流に変換するダイオードが設けられていることを
特徴とする、請求項１４又は１５記載のバルク型レンズ
を用いた自転車用ライト。
【請求項１７】前記発電部によって生ずる交流電圧を
前記光源に供給するコンデンサーが設けられていること
を特徴とする、請求項１６記載のバルク型レンズを用い
た自転車用ライト。
【請求項１８】前記コイル内に磁性体が設けられてい
ることを特徴とする請求項１４〜１７のいずれかに記載
のバルク型レンズを用いた自転車用ライト。
【請求項１９】前記磁石が、馬蹄形状に形成されてい
ることを特徴とする請求項１４〜１８のいずれかに記載
のバルク型レンズを用いた自転車用ライト。