TW202129349A - 光學透鏡 - Google Patents

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Abstract

本發明之課題，係提供能夠藉由簡易的構成而容易地進行有效率的配光控制之光學透鏡。 本發明之解決手段為，一種光學透鏡，其係具備複數個配光控制部(11)，該複數個配光控制部(11)，係與LED(22)之各列分別相對應地在兩側方向相連續，並以各列單位決定來自LED(22)的光之光路徑，其中一個配光控制部(11)，係將從與其相對應的列之LED(22)所射入的光，朝與光軸交叉的兩側方向中之其中一方向射出，其他配光控制部(11)，係將從與其相對應的列之LED(22)所射入的光，朝與光軸交叉的兩側方向中之另外一方向射出。

Description

光學透鏡
本發明，係有關於被配置在光源的前方並對來自光源的光作配光控制的光學透鏡。
以往，在鐵道車輛之外側壁的門上附近處，係設置有在停車時對於門的開閉作點燈來讓人知曉的車側燈(例如專利文獻1)。一般而言，車側燈，係為讓月台的站務人員或隨車的車掌，從燈本身的兩側，也就是車輛的前後方向來確認點燈狀況。因而，車側燈，基本上係被構成為，朝燈本身的兩側(車輛的前方及後方)之2個方向照射光，且也對燈本身的前方(車輛的側方)配光。
車側燈的光源，以前雖然是使用燈泡，但是，最近是使用LED(發光二極體)(例如專利文獻1)。在使用LED的情況，可推想到，係留用原本存在於車輛的外側壁之燈泡用的安裝部，而僅更換LED用之基板。在此，如專利文獻1所記載般地，在僅使用配置在單一枚的基板上之LED的構成中，係存在有其之照射方向會因為LED之狹窄的指向特性，而僅集中在前方並在重要的兩側處無法得到必要的光亮度之問題。
因此，係實施有下述之方式：亦即是，準備例如2枚LED之基板，並將各自的基板朝兩側的2個方向傾斜來作配置。然而，基板必須要有2枚，就也必須要有另外用以支撐各基板的板金，對方向相異之各基板的配線也會變得煩雜，而存在有組裝麻煩而成本增加的問題。再者，為了確保車側燈的配光不僅朝兩側也朝前方，係也必須要進行將一部分的LED從基板彎曲成直角來朝向前方等之特別的作業，而又變得更加麻煩。
為了解決這樣的問題，作為用以簡易地進行於在車側燈使用有LED的情況時之特別的配光控制之手段，係可考慮到使用有透鏡的配光控制。例如，雖然不是有關於車側燈之透鏡，但是，能夠使來自基板上之LED的直進方向之光朝橫向擴散的透鏡也已為大眾所知悉(例如專利文獻2)。此透鏡，係使從1個LED所射入的光，以不僅只朝向與該光軸正交的兩側而亦朝向略水平的全周方向之方式來朝橫向擴散。 [先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本特開2006-232037號公報 [專利文獻2]日本特開2013-61399號公報
[發明所欲解決之問題]
然而，在將前述之專利文獻2所記載之透鏡利用於車側燈的配光控制之情況時，作為車側燈係成為也包含多數地朝向不需要的方向之配光控制者，而存在有照射效率不佳的問題。尤其是，以相對於光源之兩側為主的配光控制，實際上係難以實現。
本發明，係為著眼於以上所述之以往的技術所具有的問題點而進行者，並以提供一種能夠藉由簡易的構成而容易地進行對必要的方向作了集聚之有效率的配光控制之光學透鏡作為目的。 [用以解決問題之手段]
為了達成上述目的，本發明之一樣態， 係一種光學透鏡，其係被配置在光源的前方，對來自光源的光作配光控制的光學透鏡， 前述光源，係具備複數個發光元件，該複數個發光元件，係在基板上沿著兩側方向至少排列成複數列，且相互朝與光軸成為平行的同方向被作配置， 該光學透鏡，係具備複數個配光控制部，該複數個配光控制部，係與前述發光元件之各列分別相對應地在兩側方向相連續，並以前述各列單位決定來自發光元件的光之光路徑， 前述各配光控制部當中至少 其中一個配光控制部，係將從與該配光控制部相對應的列之發光元件所射入的光，朝與該發光元件之光軸交叉的兩側方向中之其中一方向射出， 其他配光控制部，係將從與該配光控制部相對應的列之發光元件所射入的光，朝與該發光元件之光軸交叉的兩側方向中之與前述其中一方向逆向的另外一方向射出。 [發明效果]
若依據本發明之光學透鏡，則能夠藉由簡易的構成而容易地進行對必要的方向作了集聚之有效率的配光控制。
以下，根據附圖，對代表本發明之各實施形態作說明。 各實施形態之光學透鏡10，係為被配置在光源的前方，對來自光源的光作配光控制者。以下，針對將光學透鏡10適用於設置在例如鐵道車輛的外側壁之車側燈1的例子來作說明。另外，本發明，係並不被限定於以下所說明之實施形態。又，對於已為周知的事項之詳細的說明、和實際上相同的構成之重複說明等，係有適當省略的情況。
[第1實施形態] ＜光源之構成＞ 首先，針對被與光學透鏡10組合並使配光被作控制的光源20進行說明。 本實施形態之光源20，係具備有被安裝在1個的基板21上之複數個發光元件。在此，發光元件，係適用例如LED 22。LED 22(參照第9圖)，具體而言係為例如表面安裝型的LED晶片，其之構成係為一般性者，因此，詳細的說明係省略。
LED 22，係不限定於表面安裝型的LED晶片，亦可為將晶片埋入砲彈型的封模之LED燈。無論如何，來自LED 22的光，係在以與基板21之基準面略正交的光軸為中心呈特定角度擴廣的照射範圍內被射出。另外，LED 22的發光色係可任意地選擇。
如第7圖～第10圖所展示般地，基板21，係被形成為例如圓形，在其之表面上設置有配線電路，並在配線電路上安裝有複數個LED 22。在此，各LED 22之配置，係在基板21上沿著兩側方向至少排列成複數列，且相互朝與光軸成為平行的同方向，亦即是朝向前方被作配置。
本實施形態中之各LED 22，係在基板21之表面上的靠近中央之部位處，如第9圖所展示般地，沿著兩側方向排列成4列，並且如第10圖所展示般地，於各列分別6個地等間隔被作配置，以使合計24個的LED 22排列成矩陣狀的方式而被作安裝。以與這樣被作配置的LED 22之前方重疊的方式，來配置有光學透鏡10。另外，基板21的形狀並不被限定於圓形，其係為可適當設定的設計事項。
＜光學透鏡之構成＞ (概要) 如第1圖～第6圖所展示般地，光學透鏡10，係以覆蓋前述基板21上之各LED 22的光軸所朝向之前方的狀態而被作組合(參照第7圖)，將來自各LED 22的光以LED 22之列單位作配光控制。本實施形態之光學透鏡10，係作為構成後述之車側燈1的光學零件而被作利用。
於第1圖～第6圖中，首先係對正交座標系中的3個軸之方向作定義。X軸，係表示與LED 22之列所排列的方向一致，且與和LED 22之光軸正交的方向一致之光學透鏡10(及基板21)的兩側方向。Y軸，係表示與X軸正交的方向，且與和LED 22之光軸平行的方向一致之光學透鏡10(及基板21)的前後方向。Z軸，係表示與X軸及Y軸正交的方向，且與LED 22在各列分別6個地排列的方向(行方向)一致之光學透鏡10(及基板21)的上下方向。
如第1圖所展示般地，光學透鏡10，係整體性地以俯視觀察時於上下方向為長的縱長矩形，涵蓋其上下方向之全長地被形成為同一個橫剖面形狀(參照第8圖)。另外，光學透鏡10，係亦可為以由例如丙烯酸或聚碳酸酯等之透明材質所成的成形體而一體成形，或者是由透明材質的塊體切削而形成。
(配光控制部) 光學透鏡10，係將來自基板21上之各LED 22的光以LED 22之列單位作配光控制。亦即是，光學透鏡10，係具備有複數個(4個)配光控制部11A、11B、11C、11D，該複數個配光控制部11A、11B、11C、11D，係與LED 22之各列(4列)分別相對應地在兩側方向相連續，並以各列單位決定來自複數個(6個)排列的LED 22的光之前進路徑。另外，在將配光控制部11A、11B、11C、11D作統稱時，係僅表記為配光控制部11。
各配光控制部11，係隔著光學透鏡10之兩側方向的中心線L(參照第1圖)而左右對稱且相同數量地被作設置。於本實施形態中，係隔著光學透鏡10的中心線L，以使在左右兩側各2個的合計4個之配光控制部11相互地相鄰接的狀態一體地作連續。各配光控制部11，係與在前述基板21上沿著兩側方向排列成4列的LED 22之各列相對應。另外，各配光控制部11，雖然是分別作為光學透鏡10的一部分之區域而橫向排列地被一體成形，但是，亦可將作為獨立個體而作了設置者組合成一體。
(兩側之配光控制) 各配光控制部11當中排列在左側的2個配光控制部11A、11B，係被形成為將從與各配光控制部11相對應的列之LED 22所射入的光，以各列單位朝與LED 22之光軸交叉的兩側方向中之其中一方向(在第1圖中為紙面左方向)射出。在此，所謂的「與光軸交叉的兩側方向中之其中一方向」，係並不限定於與光軸正交的方向，只要身為在與光軸正交的角度為接近直角的範圍內朝光軸的兩側延伸的方向中之其中一方向即可。
另一方面，各配光控制部11當中排列在右側的2個配光控制部11C、11D，係被形成為將從與各配光控制部11相對應的列之LED 22所射入的光，以各列單位朝與LED 22之光軸交叉的兩側方向中之與前述其中一方向逆向之另外一方向(在第1圖中為紙面右方向)射出。在此，所謂的「與前述其中一方向逆向之另外一方向」，係並不一定限定於在朝前述其中一方向延伸之直線上的逆向之方向，亦可為與朝其中一方向延伸的直線之間，以前述中心線L為軸而線對稱地延伸的方向。
各配光控制部11當中，左端的配光控制部11A與右端的配光控制部11D，係成為左右對稱且被形成為相互地逆向之同形狀。同樣地，左側的配光控制部11B與右側的配光控制部11C，係成為左右對稱且被形成為相互地逆向之同形狀。另外，於各配光控制部11之各者，在從各自之上端面起至下端面之上下方向中，係成為略相同的橫剖面形狀(參照第8圖)。
各配光控制部11，係並不一定要左右對稱地以同數量作設置。亦即是，於光學透鏡10的兩側方向中，若是能夠隔著作為其中一端側與另外一端側之邊界的中間線(並不一定限定於位置在兩端之中央的中心線)，來分別將光的照射方向分成與LED 22之光軸交叉的兩側方向中之其中一方向與其之逆向之另外一方向，則亦可在隔著中間線的左右使配光控制部11的形狀或數量不同。
(單側之配光控制) 在假設將光學透鏡10，以其之兩側方向的中心線L(參照第1圖)為邊界來分成兩側的情況，在單側半邊中的各配光控制部11，係依照從兩側方向的中央側(其中一端側)起朝向外側(另外一端側)的順序，使將從與各配光控制部11相對應的列之LED 22所射入的光導向光軸方向之光路徑依序變短。另外，於本實施形態中，光學透鏡10之單側半邊中之配光控制部11的數量，雖然只有2個，但是，亦可構成為排列3個以上。
若將各配光控制部11之光路徑的長度改稱為高度，則例如右側半邊的2個配光控制部11C、11D，係被構成為將從分別對應的列之LED 22所射入的光，從不會干擾到與外側(另外一端側)相鄰接之配光控制部11的高度之位置(前後位置)朝與LED 22之光軸交叉的兩側方向中之同一方向(前述另外一方向)射出。於本實施形態中，各配光控制部11C、11D，係使分別從頂端側起而將光朝同一方向(前述另外一方向)射出的部位(後述之射出部14)作階梯狀地依序變低。
針對光學透鏡10之左側半邊中之各配光控制部11A、11B，也同樣的，係為左右對稱且為相同，2個配光控制部11A、11B，係被構成為將從分別對應的列之LED 22所射入的光，從不會干擾到與外側(另外一端側)相鄰接之配光控制部11的高度之位置(前後位置)朝與LED 22之光軸交叉的兩側方向中之同一方向(前述其中一方向)射出。另外，亦可將預先作為獨立的個體來區分至光學透鏡10之左右兩側並成形者，於後再彼此組合成一體。
(配光控制部之細節) 如第1圖所展示般地，各配光控制部11，係雖然分別在大小和朝向上有所差異，但是，本質上的構成是共通的。亦即是，各配光控制部11，係具備有：射入部12、和反射部13、以及射出部14。射入部12，係與LED 22以各列單位相對向而被作配置，並身為來自LED 22之以光軸為中心的光所射入的部位。反射部13，係在與射入部12之前方相對向的位置處，將從射入部12到達的光之前進路徑全反射而轉換成其中一方向或者是另外一方向的部位。射出部14，係在與反射部13之側方相對向的位置處，將從反射部13所全反射的光射出至外部的部位。
如第6圖所展示般地，射入部12，係為光學透鏡10的後面側，於射入部12處，係呈網格狀地設置有矩形的區域，該區域，係與基板21上以各列單位複數個地排列的LED 22(參照第10圖)相對應。於各網格之各者，係形成有使以LED 22的光軸作為中心之圓弧形往外側膨脹的剖面形狀之射入面。射入部12之各區域，係被設計成在使從LED 22射入的光以不與光軸平行的程度而容易聚光的自由曲面。
如第10圖所展示般地，雖然在基板21上於LED 22之各列實際上分別排列有6個LED 22，但是，於本實施形態中，在光學透鏡10的上下端處，係分別追加有1行之量之同樣的矩形之區域。這樣的配光控制部11之縱向的全長，係為可作適當變更的設計事項，例如係為考慮有在光學透鏡10之上下端處的配光者。
如第1圖及第2圖所展示般地，反射部13，係於光學透鏡10之前面側，在與射入部12之前方相對向的位置處，具有與LED 22之光軸傾斜地交叉的剖面形狀之全射入面。全射入面，係被設計成使從射入部12到達的光全反射並將光路徑轉換成以LED 22之各列單位而與光軸交叉的兩側方向中之其中一方向(或者是另外一方向)的臨界角。又，全射入面，若是設計成使到達的光之光路徑朝上述之其中一方向(或者是另外一方向)全反射並且在朝前後方向或上下方向的反射角度也具有特定的擴廣之自由曲面，則為理想。
射出部14，係在與反射部13之側方相對向的位置處，具有以與全射入面之間的頂端為邊界而朝相反方向傾斜的剖面形狀之射出面。射出面，係亦可使從反射部13所全反射的光，以大致原本的角度射出至外部，亦可進一步設計成在朝前後方向或上下方向的反射角度也具有特定的擴廣之自由曲面。尤其是，射出面處之光的折射率，例如若是考慮到與來自射出部14之射出光通過後述之罩體4時的折射之間之相對性的關係而適當設定，則為理想。針對前述反射部13亦為相同。
(前方之配光控制) 各配光控制部11之間，係成為被包夾在反射部13之作了傾斜的外表面(全射入面之外側)與從射出部14之射出面而下垂的外表面之間的略V字形剖面之凹溝。該各配光控制部11之間的凹溝，係並無特別進行配光控制，而成為能夠使來自LED 22之以光軸為中心的光直接朝向外部來射出的區域。
＜車側燈之構成＞ 如第13圖及第14圖所展示般地，車側燈1，係具備有支撐前述之光學透鏡10及光源20之安裝台2和收納安裝台2之燈體3以及在燈體3之上端側處包圍光學透鏡10之罩體4等。另外，於第7圖～第10圖中，係展示從車側燈1之中將安裝台2抽出並在安裝台2上安裝有光學透鏡10及光源20的狀態。
燈體3，例如係以金屬等被形成為中空的圓筒形。安裝台2，係由例如在底板之兩側立設有一對的側板之板金所形成，並於各側板的上端間組裝有光源20的基板21。於各圖中，安裝台2的內部構造係省略，但是，於安裝台2的底板處係組裝有端子台2a。
罩體4，係為以包圍安裝台2上之光學透鏡10及光源20的方式來作覆蓋的圓頂狀之透明構件，藉由例如玻璃或合成樹脂所形成。如第14圖所展示般地，罩體4之內周側，係亦可作為使從光學透鏡10所射出的光因應於需要來折射的透鏡面而形成。若是設計成例如從罩體4的外表面來使LED 22之以與光軸正交的方向為中心的大致均一之強度分布之光擴散，則為理想。
＜光學透鏡之作用＞ 接著，針對本實施形態的光學透鏡10之作用來作說明。 (兩側之配光控制) 如第1圖所展示般地，於光學透鏡10中，係以其兩側方向的中心線L為邊界，而分別左右對稱地排列有左側之配光控制部11A、11B和右側之配光控制部11C、11D。在此，各配光控制部11，係分別與在基板21上沿著兩側方向排列成4列的LED 22之各列相對應。並且，藉由各配光控制部11，於LED 22之各列分別決定光的光路徑。
各配光控制部11當中，左側的配光控制部11A、11B，係將從位於與其等相對應的列之6個LED 22所射入的光，朝與LED 22之光軸交叉的兩側方向中之其中一方向(在第1圖中為紙面左方向)射出。又，右側的配光控制部11C、11D，係將從位於與其等相對應的列之6個LED 22所射入的光，朝與LED 22之光軸交叉的兩側方向中之與前述其中一方向逆向之另外一方向(在第1圖中為紙面右方向)射出。
如第1圖中之光線所展示般地，從排列在基板21上的LED 22朝前方(Y軸方向)被射出的光，係藉由各配光控制部11，而朝向與LED 22之光軸交叉的兩側來被作分配。尤其是在本實施形態中，係將從光學透鏡10對兩側之照射光，隔著兩側方向之中心線L來左右對稱地而分別亦朝向與各LED 22之光軸略正交的方向(X軸方向)。
如此般地，藉由以各配光控制部11所致之對兩側方向的其中一方向及另外一方向的配光控制，即便是對於在通常之LED 22中與光軸略正交之光亮度為低的兩側，也成為能夠如同達到光亮度之峰值一般的照射。又，光並不會朝光軸周圍之全周方向擴散，而節省對不需要的方向照射之配光的浪費，故成為也能夠使光高亮度地集中在兩側方向中之其中一方向及另外一方向。尤其是在本實施形態中，由於各配光控制部11，係隔著兩側方向的中心線L而左右對稱且相同數量地被作設置，因此能夠對其中一方向與另外一方向分配均等之強度分布的光。
(單側之配光控制) 又，如第1圖所展示般地，於光學透鏡10中，在以其之兩側方向的中心線L為邊界的左右兩側處，各別之各配光控制部11，係依照從中央側(其中一端側)起朝向外側(另外一端側)的順序，使將從與各配光控制部11相對應的列之LED 22所射入的光導向光軸方向之光路徑依序變短。在此，若將各配光控制部11之最大光路徑的長度改稱作高度，則在例如右側半邊中，中央側之配光控制部11C係為高，而外側之配光控制部11D係為低。
如此般地，藉由使各配光控制部11的高度依序降低，而能夠將從分別對應的列之LED 22所射入的光，從不會干擾到與外側(另外一端側)相鄰接之配光控制部11的高度之位置來朝與LED 22之光軸交叉的兩側方向中之同一方向(前述另外一方向)射出。藉由此，即使各配光控制部11排列在兩側方向，位置在各光照射側的其他之配光控制部11也不會妨礙光的射出，而成為能夠將與LED 22之各列分別相對應的光有效率地朝同一方向射出。
尤其是，於本實施形態中，各配光控制部11C、11D，係使分別從頂端側而將光朝同一方向(前述另外一方向)射出的部位(射出部14)作階梯狀地依序變低。藉由此，能夠於各配光控制部11C、11D之各者，從階梯狀相異的位置對於同一方向分配均等之強度分布的光。各配光控制部11C、11D作階梯狀地排列之橫寬幅(相當於階梯之踏面)，係配合LED 22之各列的間隔而為大致等間隔，但是，若LED 22之各列間的間隔相異，則亦可不一定是等間隔。另外，針對光學透鏡10之左側半邊的各配光控制部11A、11B亦為相同，重複的說明係省略。
(配光控制之細節) 於第1圖中，在光源20之基板21上，從於4列之各者分別6個地排列之LED 22所照射的光，係從分別對向的光學透鏡10中之配光控制部11的射入部12射入至內部。從射入部12所射入的光，係以LED 22之光軸為中心來朝前方進行。藉由這樣的射入部12，而能夠無洩漏地接收來自各個LED 22的光，並對於位置在LED 22之光軸之前方的反射部13而以朝適當的照射角度作了聚光的狀態來有效率地前進。
接著，若從射入部12而在配光控制部11的內部朝向前方前進之光到達反射部13，則光的前進路徑，係藉由全反射面的全反射而轉換成前述之其中一方向或者是另外一方向。依據如此之在反射部13處的全反射，即便是如同與LED 22之光軸略正交一般的方向也能夠有效率地進行配光控制，而成為能夠使光容易地進行到所期望的方向。
在此，所謂的「略正交」，並非意味著嚴格的意思之呈直角交叉，只要是能夠辨識為呈大致直角交叉的程度即可。於本實施形態中，係如第1圖所展示般地，藉由反射部13而被全反射之其中一方向或是另外一方向，係較與LED 22之光軸正交的方向而更些微朝向前方(於第1圖中為紙面上方)傾斜並且朝前後方向稍微擴廣，又，如第12圖所展示般地，相對於與光軸正交的方向而朝上下方向也具有擴廣。
若藉由反射部13而被全反射的光到達射出部14，則係以大致原本的角度或者是亦朝前後方向或上下方向更加擴廣的方式來折射而被射出至外部。另外，藉由使從射出部14所射出的光進而通過罩體4，係成為能夠更加擴廣照射角範圍，或提高光之擴散效果，或以所期望的顏色發光。
依據以上之以射入部12、反射部13及射出部14所致之一連串的光之折射或反射，而能夠有效率地實現對光學透鏡10中之兩側方向之其中一方向及另外一方向的配光控制。一般而言，光之反射率，相較於鏡面的情況，係以全反射的情況為較高。因而，藉由利用光學透鏡10之全反射，而能夠有效率地進行配光控制，成為能夠使光容易地進行到所期望的方向，而光的取出效率亦提高。
(前方之配光控制) 於第1圖中，各配光控制部11之間，係成為被包夾在反射部13之作了傾斜的外表面(全射入面之外側)與從射出部14之射出面而下垂的外表面之間的略V字形剖面之凹溝，但是，在該部位並無特別進行配光控制，而是使來自LED 22之以光軸為中心的光直接朝向前方來自由地射出。
藉由此，即使是在LED 22之光軸所朝向的光學透鏡10之前方，亦能夠照射雖然相較性而言光亮度為低但是可充分地辨識之程度的光。因而，亦能夠確保對於例如車側燈1所要求之對燈本身的前方(正面側)的配光。另外，藉由在反射部13所未全反射而洩漏的光、或從射出部14所洩漏的光，也能夠補充對前方之照射光。
(其他之作用) 又，光學透鏡10，係為能夠僅藉由一個透明材料而一體成形之物，並可藉由構造之簡化而容易地製造，而可抑制成本。另外，以光學透鏡10所致之照射光的光線追蹤之結果，無論是實測或藉由電腦的模擬皆無大幅差異。
如以上內容之光學透鏡10，係如第13圖所展示般地，被適用於車側燈1。若依據本光學透鏡10，則藉由簡易的構成，而能夠有效率地實現對車側燈1所要求之理想性的配光，亦即是，朝燈本身的兩側(車輛的前方及後方)之2個方向照射光，且也對燈本身的前方(車輛的側方)發光之控制。
一般而言，站務人員或車掌，係從車輛的前方或者是後方藉由目視來確認車側燈的點燈。在此，若車側燈之朝兩側方向的光亮度為弱，則難以與在車輛外側壁之其他的光之反射等相互區別，而難以正確地判斷車側燈的點燈。相對於此，若依據利用有本光學透鏡10的車側燈，則能夠容易且正確地判斷點燈。
另外，光源20之LED 22，雖然是在基板21上排列成矩陣狀，但是，對各LED 22之配線電路的連接，若是設定成即使起因於某些因素而發生了斷線等之故障的情況中，車側燈1中之左右兩側的點燈狀態之平衡也不會崩潰，則為理想。
[第2實施形態] 第15圖～第19圖，係對於第2實施形態作展示。 本第2實施形態之光學透鏡10A，基本上雖然是與第1實施形態之光學透鏡10同樣的構成，但是，係在各配光控制部11之上下端設置有追加配光控制部15，在此點上，係為相異。另外，針對與第1實施形態相同之部位所致之前述的兩側之配光控制、單側之配光控制、配光控制之細節、以及前方之配光控制，係省略重複的說明。
＜光學透鏡之構成＞ 如第15圖～第18圖所展示般地，追加配光控制部15，係在與各配光控制部11之兩側方向正交的上下方向之上下端，分別使在上下端附近重疊之來自LED 22的光，朝向較上端至少更上方及較下端至少更下方來折射。藉由追加配光控制部15，而成為即便是於以4列單位6個地排列的LED 22當中之上下端也能夠將光充分地取得並活用。
上下之追加配光控制部15，係只要為在較身為各自的位置之上端而更上方處，或者是較下端更下方處，具備有能夠使從上下端之LED 22所射入的光彎曲之自由曲面者即可，其具體性的形狀，係為可適當設定之設計事項。例如於第2實施形態中，各追加配光控制部15，係為針對分別對應之配光控制部11之各者而分別作了區分的形狀，但是，亦可設為涵蓋兩側方向之全寬幅地而為一律相同的剖面形狀。
＜光學透鏡之作用＞ 如第19圖所展示般地，藉由與配光控制部11之上端相連續的追加配光控制部15，而使在上端附近重疊之來自LED 22的光以局部性地朝上方擴廣的方式來折射。同樣地，藉由位於配光控制部11之下端的追加配光控制部15，而使在下端附近重疊之來自LED 22的光亦以局部性地朝下方擴廣的方式來折射。
藉由此，而能夠擴廣以光學透鏡10A所致之上下方向的照射範圍。因而，當光學透鏡10A之照射時，並不會使從前方所觀察到的發光面積看起來較小，而會看起來成為亦包含上下方向地而全體性地發亮，因此能夠使外觀變好看。另外，對於與第1實施形態相同之部位，係標示相同之元件符號，並省略重複的說明。
[第3實施形態] 第20圖～第28圖，係對於第3實施形態作展示。 本第3實施形態之光學透鏡10B，基本上雖然是與第1實施形態之光學透鏡10同樣的構成，但是，涵蓋各配光控制部11之上下端的頂端側之形狀等係為相異。另外，針對與第1實施形態相同之部位所致之前述的兩側之配光控制、單側之配光控制、配光控制之細節、以及前方之配光控制，係省略重複的說明。
＜光學透鏡之構成＞ 如第20圖～第26圖所展示般地，於各配光控制部11之各者，在與LED 22所對向之側相反側處而朝向與兩側方向正交之上下方向延伸的頂端側，係並非為沿著與基板21平行之一直線上的形狀，而是設置成使來自LED 22的光也朝上下方向折射的形狀。該形狀，雖可考慮有例如彎曲為圓弧狀的形狀、或中央為最高並朝上下端依序變低之階梯狀的形狀等，但是，於本實施形態中，係使各配光控制部11之頂端側每隔開特定的間隔而成為相異的形狀。
亦即是，於各配光控制部11中之兩側方向的靠近中心線的配光控制部11B、11C處，朝上下方向延伸的頂端側，係在相當於LED 22之各列的中央側之4個區域(射入部12)的部分處朝前方突出，並在相當於成為其之兩端的上下端之區域(射入部12)的部分處變低。
又，於各配光控制部11中之成為兩側方向的兩端之配光控制部11A、11D處，朝上下方向延伸的頂端側，係在相當於LED 22之各列的中央側之2個區域(射入部12)的部分處朝前方突出，並在相當於成為其之兩端的上下端之區域(射入部12)的部分處變低。
於第3實施形態中，係被構成為於在4列分別6個地排列的各個LED 22之各者處，具備有在分別相異形狀之配光控制部11處的反射部13與射出部14。在此，配光控制部11的數量，雖然基本上是相當於LED 22之各列的數量，但是，亦可視為將配光控制部11進一步分割為與在各列之LED的數量(行數)相對應之數量者。
又，亦可於各配光控制部11之各者處，配合反射部13與射出部14的形狀而亦對射入部12的形狀作調整。第3實施形態之射入部12，係與前述之第1實施形態相異，而被設計成使從射入部12所射入的光與光軸平行地直線前進(準直)。
進而，如前述般地，在以罩體4包圍光學透鏡10的情況時，為了不易受到罩體4的影響，在使從射入部12所射入的光藉由反射部13之拋物線來全反射時，若是一部分的光線在聚焦之後擴散，或縮小射出範圍，則為佳。此事，針對前述之第1、第2實施形態而言亦為相同。另外，在光學透鏡10B的上下端處，係設置有用以藉由螺桿等來固定於基板21上的安裝部16。安裝部16，係並非特別進行配光控制者。
＜光學透鏡之作用＞ 朝各配光控制部11之上下方向延伸的頂端側(反射部13與射出部14)，係分別使從LED 22所射入的光也朝向上下方向折射。亦即是，如第28圖所展示般地，從各配光控制部11朝兩側方向中之其中一方向(另外一方向)作照射的光，係藉由頂端側的形狀來以也朝上下方向擴廣的方式而被反射。
藉由此，而能夠於各配光控制部11之各者，擴廣以光學透鏡10B所致之上下方向的照射範圍。因而，與第2實施形態同樣地，當光學透鏡10B之照射時，並不會使從前方觀察的發光面積看起來較小，而會看起來成為亦包含上下方向地而全體性地發亮，因此能夠使外觀變好看。另外，對於與第1實施形態相同之部位，係標示相同之元件符號，並省略重複的說明。
尤其是，於第3實施形態中，位置於各配光控制部11之頂端側的反射部13與射出部14，係與於各列分別複數個排列的LED 22單位的區域(射入部12)相對應，而能夠以分別相異的形狀來進行個別之配光控制。藉由這種配光控制部11，除了在LED 22之各列單位處之於第27圖所展示之兩側的配光控制、單側之配光控制之外，還進而成為能夠以LED 22之各行單位作個別之細微的配光控制。
[本發明之構成與作用效果] 以上，雖係針對本發明之各種的實施形態作了說明，但是，本發明係並不被限定於前述之實施形態。針對由前述之各種實施形態所導出的本發明，於以下作說明。
首先，本發明係一種光學透鏡10，其係被配置在光源20的前方，對來自光源20的光作配光控制， 前述光源20，係具備複數個發光元件22，該複數個發光元件22，係在基板21上沿著兩側方向至少排列成複數列，且相互朝與光軸成為平行的同方向被作配置， 該光學透鏡，係具備複數個配光控制部11，該複數個配光控制部11，係與前述發光元件22之各列分別相對應地在兩側方向相連續，並以前述各列單位決定來自發光元件22的光之光路徑， 前述各配光控制部11當中至少 其中一個配光控制部11，係將從與該配光控制部11相對應的列之發光元件22所射入的光，朝與該發光元件22之光軸交叉的兩側方向中之其中一方向射出， 其他配光控制部11，係將從與該配光控制部11相對應的列之發光元件22所射入的光，朝與該發光元件22之光軸交叉的兩側方向中之與前述其中一方向逆向的另外一方向射出。
若依據這樣的本發明，則於光學透鏡10中，複數個配光控制部11，係與發光元件22之各列分別相對應地在兩側方向相連續。各配光控制部11，係分別與在基板21上沿著兩側方向排列成複數列的發光元件22之各列之各者相對應。藉由各配光控制部11，於發光元件22之各列分別決定光的光路徑。
各配光控制部11當中，至少其中一個配光控制部11A、11B，係將從與該配光控制部11相對應的列之發光元件22所射入的光，朝與該發光元件22之光軸交叉的兩側方向中之其中一方向射出。又，至少其他配光控制部，係將從與該配光控制部相對應的列之發光元件所射入的光，朝與該發光元件之光軸交叉的兩側方向中之與前述其中一方向逆向的另外一方向射出。
藉由此，即便是對於在通常之發光元件22中與光軸略正交之光亮度為低的兩側，也成為能夠如同達到光亮度之峰值一般的照射。又，光並不會朝光軸周圍之全周方向擴散，而節省對不需要的方向照射之配光的浪費，也能夠使光高亮度地集中在兩側方向中之其中一方向及另外一方向。
又，於本發明中，前述各配光控制部11，係隔著光學透鏡10之兩側方向的中心線L而左右對稱且相同數量地被作設置， 包含前述其中一個配光控制部11之左右其中一側的配光控制部11，係將從與該配光控制部11相對應的列之發光元件22所射入的光，朝前述其中一方向射出， 包含前述其他配光控制部11之左右另外一側的配光控制部11，係將從與該配光控制部11相對應的列之發光元件22所射入的光，朝前述另外一方向射出。
若依據這樣的本發明，則成為能夠在從左右其中一側的配光控制部11而光被射出的其中一方向、與從左右另外一側的配光控制部11而光被射出的另外一方向，實現各自的照射範圍內之均等的光之強度分布一事。
又，於本發明中，前述配光控制部11，係具備： 射入部12，係與前述發光元件22以各列單位相對向而被作配置，使來自發光元件22之以光軸為中心的光射入、和 反射部13，係在與前述射入部12之前方相對向的位置處，將從射入部12到達的光之前進路徑藉由全反射而轉換成前述其中一方向或者是另外一方向、以及 射出部14，係在與前述反射部13之側方相對向的位置處，將從反射部13所全反射的光射出至外部。
若依據這樣的本發明，則以光源20之各列單位從發光元件22所照射的光，係從分別對向的配光控制部11的射入部12射入至內部。從射入部12所射入的光，係以發光元件22之光軸為中心來朝前方進行。
若從射入部12而來的光到達反射部13，則光的前進路徑，係藉由全反射而轉換成其中一方向或者是另外一方向。若依據這樣的全反射，則即便是如同與發光元件22之光軸略正交一般的方向也能夠有效率地進行配光控制，而成為能夠使光容易地進行到所期望的方向。
若藉由反射部13而被全反射的光到達射出部14，則會朝向其中一方向或者是另外一方向而被射出至外部。 依據以上之以射入部12、反射部13及射出部14所致之一連串的光之折射或反射，而能夠有效率地實現對光學透鏡10中之兩側方向之其中一方向及另外一方向的配光控制。
又，於本發明中，將前述各配光控制部11之間設為能夠將來自發光元件22的光朝外部射出的區域。 若依據這樣的本發明，即使是發光元件22之光軸所朝向的前方，也能夠照射雖然相對性而言光亮度為較低但是仍可充分辨識之程度的光。因而，亦能夠確保對於例如車側燈1所要求之對燈本身的前方(正面側)的配光。
又，於本發明中，係在前述各配光控制部11之與兩側方向正交的上下方向之上下端處，設置有追加配光控制部15，該追加配光控制部15，係分別使在上下端附近重疊之來自前述發光元件22的光，朝向較上端至少更上方及較下端至少更下方來折射。
若依據這樣的本發明，則藉由位於配光控制部11之上下端的追加配光控制部15，而使來自發光元件22的光以朝向較上端更上方及較下端更下方而局部性地擴廣的方式來折射。藉由此，而能夠擴廣以光學透鏡10所致之上下方向的照射範圍。
又，於本發明中，係於前述各配光控制部11之各者，將分別在與前述發光元件22所對向之側的相反側處朝與兩側方向正交之上下方向延伸的頂端側，設置成使來自前述發光元件22的光也朝前述上下方擴廣並折射的形狀。
若依據這樣的本發明，則朝各配光控制部11之上下方向延伸的頂端側，係分別使來自發光元件22的光也朝向上下方向擴廣並折射。藉由此，而能夠於各配光控制部11之各者，擴廣以光學透鏡10所致之上下方向的照射範圍。
[其他之本發明之構成與作用效果] 由以上作了說明之本實施形態所導出的其他之本發明，係 一種光學透鏡10，其係被配置在光源20的前方，對來自光源20的光作配光控制，其特徵為， 前述光源20，係具備複數個發光元件22，該複數個發光元件22，係在基板21上沿著兩側方向至少排列成複數列，且相互朝與光軸成為平行的同方向被作配置， 該光學透鏡，係具備複數個配光控制部11，該複數個配光控制部11，係與前述發光元件22之各列分別相對應地在兩側方向相連續，並以前述各列單位決定來自發光元件22的光之光路徑， 前述各配光控制部11，係依照從兩側方向之其中一端側朝向另外一端側的順序，使將從與各配光控制部11相對應的列之發光元件22所射入的光導向光軸方向之光路徑依序變短， 前述各配光控制部11，係將從分別對應的列之發光元件22所射入的光，從不會干擾到與另外一端側相鄰接之配光控制部11的位置朝與該發光元件22之光軸交叉的兩側方向中之同一方向射出。
若依據這樣之其他的本發明，則光學透鏡10之各配光控制部11，係依照從兩側方向之其中一端側朝向另外一端側的順序，使將從與各配光控制部相對應的列之發光元件22所射入的光導向光軸方向之光路徑依序變短。故而，各配光控制部11，係能夠將從分別對應的列之發光元件22所射入的光，從不會干擾到與另外一端側相鄰接之配光控制部11的位置朝與該發光元件22之光軸交叉的同一方向射出。
藉由此，即使各配光控制部11沿著兩側方向排列，各個與另外一端側相鄰接的配光控制部11也不會妨礙光的射出，而成為能夠將與LED 22之各列分別相對應的光有效率地來尤其是朝與發光元件22之光軸交叉的兩側方向中之同一方向射出。故而，即便是對於在通常之發光元件22中的像是與光軸略正交一般之光亮度為低的方向，也成為能夠如同達到光亮度之峰值一般的照射。又，光也不會朝光軸周圍之全周方向擴散，而能夠使光高亮度地集中在同一方向。
又，於其他之本發明中，前述各配光控制部11，係分別依照從兩側方向之其中一端側朝向另外一端側的順序，來使從各配光控制部11之頂端側將光朝前述同一方向射出的部位作階梯狀地變低。 若依據這樣之其他的本發明，則能夠於各配光控制部之各者，從階梯狀相異的位置來相互不妨礙光之照射地而分別對於同一方向來分配均等的強度分布之光。
又，於其他之本發明中，前述配光控制部11，係具備： 射入部12，係與前述發光元件22以各列單位相對向而被作配置，使來自發光元件22之以光軸為中心的光射入、和 反射部13，係在與前述射入部12之前方相對向的位置處，將從射入部12到達的光之前進路徑藉由全反射而轉換成前述之同一方向、以及 射出部14，係在與前述反射部13之側方相對向的位置處，將從反射部13所全反射的光射出至外部。
若依據這樣之其他的本發明，則以光源20之各列單位從發光元件22所照射的光，係從分別對向的配光控制部11的射入部12射入至內部。從射入部12所射入的光，係以發光元件22之光軸為中心來朝前方進行。
若從射入部12而來的光到達反射部13，則光的前進路徑，係藉由全反射而轉換成同一方向。若依據這樣的全反射，則即便是如同與發光元件22之光軸略正交一般的方向也能夠有效率地進行配光控制，而成為能夠使光容易地進行到所期望的方向。
若藉由反射部13而被全反射的光到達射出部14，則會朝向同一方向而被射出至外部。 若依據以上之以射入部12、反射部13及射出部14所致之一連串的光之折射或反射，則能夠有效率地實現對光學透鏡10中之兩側方向中之同一方向的配光控制。
[本發明及其他發明之組合] 以上作了說明之本發明與其他發明，係可適當組合。 亦即是，一種光學透鏡10，其係被配置在光源20的前方，對來自光源20的光作配光控制，其特徵為， 前述光源20，係具備複數個發光元件22，該複數個發光元件22，係在基板21上沿著兩側方向至少排列成複數列，且相互朝與光軸成為平行的同方向被作配置， 該光學透鏡，係具備複數個配光控制部11，該複數個配光控制部11，係與前述發光元件22之各列分別相對應地在兩側方向相連續，並以前述各列單位決定來自發光元件22的光之光路徑， 前述各配光控制部11當中至少 其中一個配光控制部11，係將從與該配光控制部11相對應的列之發光元件22所射入的光，朝與該發光元件22之光軸交叉的兩側方向中之其中一方向射出， 其他配光控制部11，係將從與該配光控制部11相對應的列之發光元件22所射入的光，朝與該發光元件22之光軸交叉的兩側方向中之與前述其中一方向逆向的另外一方向射出， 前述各配光控制部11，係依照從兩側方向之其中一端側朝向另外一端側的順序，使將從與各配光控制部11相對應的列之發光元件22所射入的光導向光軸方向之光路徑依序變短， 前述各配光控制部11，係將從分別對應的列之發光元件22所射入的光，從不會干擾到與另外一端側相鄰接之配光控制部11的位置朝與該發光元件22之光軸交叉的兩側方向中之同一方向射出。 藉由此，而能夠兼具本發明及其他發明之各者的作用效果。另外，當然，針對其他構成亦可適當組合。
以上，雖然是藉由附圖來說明本發明之實施形態，但是，具體性的構成，係並不被限定於如前述一般之實施形態，在不脫離本發明之要旨的範圍內所進行之變更和追加，亦係被包含在本發明內。
例如，光學透鏡10、10A、10B之全體形狀、配光控制部11之數量或形狀、射入部12、反射部13以及射出部14之具體的形狀，係並不被限定於圖示者，而能夠適當變更。又，光學透鏡10、10A、10B，係並不限於鐵道車輛之車側燈1，而能夠作為各種照明裝置之光學零件而活用。 [產業上的利用可能性]
本發明之光學透鏡，係能夠作為各種照明裝置之光學零件而廣泛地適用。
1:車側燈 2:安裝台 3:燈體 4:罩體 10,10A,10B:光學透鏡 11A,11B,11C,11D:配光控制部 12:射入部 13:反射部 14:射出部 15:追加配光控制部 16:安裝部 20:光源 21:基板 22:LED(發光元件)
[第1圖]係為對於本發明之第1實施形態的光學透鏡之配光控制作展示之說明圖。 [第2圖]係為對於本發明之第1實施形態的光學透鏡作展示之立體圖。 [第3圖]係為對於本發明之第1實施形態的光學透鏡作展示之仰視圖。 [第4圖]係為對於本發明之第1實施形態的光學透鏡作展示之側視圖。 [第5圖]係為對於本發明之第1實施形態的光學透鏡作展示之前視圖。 [第6圖]係為對於本發明之第1實施形態的光學透鏡作展示之背視圖。 [第7圖]係為對於具備有本發明之第1實施形態的光學透鏡之車側燈的一部分作展示之立體圖。 [第8圖]係為對於具備有本發明之第1實施形態的光學透鏡之車側燈的一部分作展示之正視圖。 [第9圖]係為第8圖之IX-IX線剖面圖。 [第10圖]係為第8圖之X-X線剖面圖。 [第11圖]係為對於具備有本發明之第1實施形態的光學透鏡之車側燈的配光控制作展示之說明圖。 [第12圖]係為對於具備有本發明之第1實施形態的光學透鏡之車側燈的配光控制作展示之說明圖。 [第13圖]係為對於具備有本發明之第1實施形態的光學透鏡之車側燈作展示之前視圖。 [第14圖]係為對於具備有本發明之第1實施形態的光學透鏡之車側燈的配光控制作展示之說明圖。 [第15圖]係為對於本發明之第2實施形態的光學透鏡作展示之立體圖。 [第16圖]係為對於本發明之第2實施形態的光學透鏡作展示之前視圖。 [第17圖]係為第16圖之XVII-XVII線剖面圖。 [第18圖]係為第16圖之XVIII-XVIII線剖面圖。 [第19圖]係為對於本發明之第2實施形態的光學透鏡之配光控制作展示之說明圖。 [第20圖]係為對於本發明之第3實施形態的光學透鏡作展示之立體圖。 [第21圖]係為對於本發明之第3實施形態的光學透鏡作展示之仰視圖。 [第22圖]係為對於本發明之第3實施形態的光學透鏡作展示之側視圖。 [第23圖]係為對於本發明之第3實施形態的光學透鏡作展示之前視圖。 [第24圖]係為對於本發明之第3實施形態的光學透鏡作展示之背視圖。 [第25圖]係為第23圖之XXV-XXV線剖面圖。 [第26圖]係為第23圖之XXVI-XXVI線剖面圖。 [第27圖]係為對於具備有本發明之第3實施形態的光學透鏡之車側燈的配光控制作展示之說明圖。 [第28圖]係為對於具備有本發明之第3實施形態的光學透鏡之車側燈的配光控制作展示之說明圖。
10:光學透鏡
11A,11B,11C,11D:配光控制部
12:射入部
13:反射部
14:射出部
20:光源
21:基板
22:LED(發光元件)

Claims (6)

  1. 一種光學透鏡，其係被配置在光源的前方，對來自光源的光作配光控制，其特徵為， 前述光源，係具備複數個發光元件，該複數個發光元件，係在基板上沿著兩側方向至少排列成複數列，且相互朝與光軸成為平行的同方向被作配置， 該光學透鏡，係具備複數個配光控制部，該複數個配光控制部，係與前述發光元件之各列分別相對應地在兩側方向相連續，並以前述各列單位決定來自發光元件的光之光路徑， 前述各配光控制部當中至少 其中一個配光控制部，係將從與該配光控制部相對應的列之發光元件所射入的光，朝與該發光元件之光軸交叉的兩側方向中之其中一方向射出， 其他配光控制部，係將從與該配光控制部相對應的列之發光元件所射入的光，朝與該發光元件之光軸交叉的兩側方向中之與前述其中一方向逆向的另外一方向射出。
  2. 如請求項1所記載之光學透鏡，其中， 前述各配光控制部，係隔著光學透鏡之兩側方向的中心線而左右對稱且相同數量地被作設置， 包含前述其中一個配光控制部之左右其中一側的配光控制部，係將從與該配光控制部相對應的列之發光元件所射入的光，朝前述其中一方向射出， 包含前述其他配光控制部之左右另外一側的配光控制部，係將從與該配光控制部相對應的列之發光元件所射入的光，朝前述另外一方向射出。
  3. 如請求項1或2所記載之光學透鏡，其中， 前述配光控制部，係具備： 射入部，係與前述發光元件以各列單位相對向而被作配置，使來自前述發光元件之以光軸為中心的光射入、和 反射部，係在與前述射入部之前方相對向的位置處，將從前述射入部到達的光之前進路徑藉由全反射而轉換成前述其中一方向或者是前述另外一方向、以及 射出部，係在與前述反射部之側方相對向的位置處，將從前述反射部所全反射的光射出至外部。
  4. 2或3所記載之光學透鏡，其中，係將前述各配光控制部之間設為能夠將來自前述發光元件的光朝外部射出的區域。
  5. 2、3或4所記載之光學透鏡，其中，係在前述各配光控制部之與兩側方向正交的上下方向之上下端處，設置有追加配光控制部，該追加配光控制部，係分別使在上下端附近重疊之來自前述發光元件的光，朝向較上端至少更上方及較下端至少更下方來折射。
  6. 2、3、4或5所記載之光學透鏡，其中，係於前述各配光控制部之各者，將在分別與前述發光元件所對向之側的相反側處朝與兩側方向正交之上下方向延伸的頂端側，設置成使來自前述發光元件的光也朝前述上下方向擴廣並折射的形狀。
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