专利名称：灯具用投影透镜以及使用灯具用投影透镜的灯具的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种灯具用投影透镜，更具体地说，涉及应用于安装在车辆(例如汽
车)上的投影型前照灯的投影透镜等的灯具用投影透镜。
背景技术：
常规上，要安装到车辆(例如汽车)上的投影型前照灯是已知的(例如参见专利 文献1)。专利文献1中描述的投影型前照灯包括投影透镜300 (准直透镜)，投影透镜300 包括来自光源(未示出)的光进入的旋转对称的入射面310、以及入射光照射的旋转对称的 球面320，如图7所示。 对于此类的投影型前照灯，在改进车辆设计灵活性等的角度，近来对于具有新颖 设计的投影透镜已经有了需求。作为具有新颖设计的投影透镜，可以认为构成了如下的投 影透镜其在平面图上为N边形(例如四边形)的形状或者与N边形类似的形状，并且在表 面上形成有公共边(N条边)。 专利文献1 :日本特公平8-17045号公报。
发明内容
本发明所要解决的问题 然而，即使对专利文献1所述的投影透镜进行改进，也很难构成在平面图上为N边 形(例如四边形)的形状或者与N边形类似的形状、并且在表面上形成有公共边(N条边) 而不损害作为投影透镜的功能的投影透镜。 本发明正是鉴于这种情况而提出的，其目的是提供一种设计新颖的灯具用投影透 镜，其在平面图上为N边形(例如四边形)的形状或者与N边形类似的形状，并且在表面上 形成有公共边(N条边)，而不损害作为准直透镜(例如投影透镜)的功能。
解决问题的手段 提出本发明以解决上述问题，根据本发明第一方面的灯具用投影透镜的特征在于 被形成为如下形状其中，在周向上布置有旋转不对称的椭圆形准直透镜中的N个扇形透 镜部分，各个扇形透镜部分对应于圆心角2a度(a = 180/N， N为大于或等于3的整数) 并且是左右对称的。 根据本发明第一方面的灯具用投影透镜的形状被形成为其中在周向上布置有旋 转不对称的扇形准直透镜中的N个扇形透镜部分，各个扇形透镜部分对应于圆心角2a度 (a = 180/N，N为大于或等于3的整数)并且是左右对称的。根据依照本发明第一方面的 灯具用投影透镜，由此可以在不损害作为准直透镜的功能的情况下，构成设计新颖的灯具 用投影透镜，其在平面图上为N边形(例如四边形)的形状或与N边形类似的形状并且在 表面上形成有公共边(N条边)。 根据本发明第二方面的灯具用投影透镜的特征在于，在根据第一方面的灯具用投 影透镜中，所述椭圆形准直透镜的背面的形状被形成为通过沿着包括其光轴和短轴的平面以及与该平面平行的平面进行截取而出现的截面形状为凹曲线，并且通过沿着包括其光
轴和长轴的平面以及与该平面平行的平面进行截取而出现的截面形状为凸曲线。
根据第二方面的灯具用投影透镜，所述椭圆形准直透镜的背面的形状被形成为
通过沿着包括其光轴和短轴的平面以及与该平面平行的平面进行截取而出现的截面形状
为凹曲线，并且通过沿着包括其光轴和长轴的平面以及与该平面平行的平面进行截取而出
现的截面形状为凸曲线。也就是说，由于准直透镜的背面的形状被形成为沿短轴凸出的旋
转不对称的鞍形表面，因此与背面形成为平面等的情况相比，对于光源发出的光的捕捉角
度增大。其效果是提高了对于光源发出的光的利用效率。 根据本发明第三方面的灯具用投影透镜的特征在于，在根据第二方面的灯具用投影透镜中，所述左右对称的扇形透镜部分是相对于所述准直透镜的所述短轴左右对称的扇形透镜部分。 根据第三方面的灯具用投影透镜，由于所述左右对称的扇形透镜部分是相对于所述准直透镜的所述短轴左右对称的扇形透镜部分，因此，增加所述准直透镜的扁平率可以使得所述准直透镜的结构在平面图上更接近N边形。由于所述扇形透镜部分包括作为所述准直透镜的背面形状的沿短轴凸出的鞍形表面，因此与背面形成为平面等的情况相比，对于光源发出的光的捕捉角度增大。其效果是提高了对于光源发出的光的利用效率。
根据本发明第四方面的灯具用投影透镜的特征在于，在根据第二或第三方面的灯具用投影透镜中，所述凹曲线和所述凸曲线为二次曲线、双曲线或样条曲线(splinecurve)o 这是所述凹曲线和所述凸曲线的示例。因此，还可以采用其它的曲线作为所述凹曲线和所述凸曲线。 根据本发明第五方面的灯具的特征在于，该灯具使用根据第一至第四方面中的任一项所述的灯具用投影透镜。 根据第五方面的灯具用投影透镜，可以构成使用设计新颖的灯具用投影透镜的灯具(例如车辆前照灯)，所述灯具用投影透镜在平面图上为N边形(例如四边形)的形状或与N边形类似的形状并且在表面上形成有公共边(N条边)。
本发明的优点 本发明可以提供一种设计新颖的灯具用投影透镜，其在平面图上为N边形(例如四边形)的形状或者与N边形类似的形状并且在表面上形成有公共边(N条边)，而不损害作为准直透镜的功能。
图1是根据本实施方式的灯具用投影透镜100的透视 图2是图1所示的灯具用投影透镜100的平面 图3是示出椭圆形准直透镜200的 图4是示出椭圆形准直透镜200的背面形状的图； 图5示出当沿着包括光轴X和短轴b的平面进行截取时出现的椭圆形准直透镜200的背面bl的截面形状的示例； 图6是图1所示的灯具用投影透镜100的平面 图7中的(A) 、 (B)分别是常规投影透镜的示例性侧视图和正视图； 图8是应用了灯具用投影透镜100的直接投影型车辆前照灯40的透视图； 图9是从垂直于光轴(未示出)的方向观察时图8所示的车辆前照灯40的截面图； 图10是应用了灯具用投影透镜100的另一直接投影型车辆前照灯50的截面图； 图11是应用了灯具用投影透镜100的投影型车辆前照灯60的截面图。 附图标记说明 10 :扇形透镜部分 20 :边 30:凸缘 100 :灯具用投影透镜 200 :椭圆形准直透镜 Fl禾P F2 :焦点 Ml :背面形状 M2 :正面形状 X:光轴
具体实施例方式
以下将参照附图对根据本发明的实施方式的灯具用投影透镜进行说明。
图1是本实施方式的灯具用投影透镜的透视图。图2是图1所示的灯具用投影透
镜的平面视图。图3是示出椭圆形准直透镜200的图。 图1和图2所示的本实施方式的灯具用投影透镜100是准直透镜，其在光源(未示出)侧具有一个焦点F1并具有将光源发出的光调节成平行光的功能，例如应用于要安装到车辆(如汽车)上的投影型前照灯(未示出)的投影透镜。 灯具用投影透镜100形成为如下的对应形状其中，从如图3所示的虚拟定义的旋转不对称的椭圆形准直透镜200(以下称为椭圆形准直透镜200)概念性地切下扇形透镜部分10，四个概念性切下的扇形透镜部分10依次布置在周向上，如图1和2所示。灯具用投影透镜100例如通过对透明或半透明材料(例如丙烯、聚碳酸酯等)进行注射成型而一体形成。灯具用投影透镜100的每侧都设有凸缘部30。
图4是示出椭圆形准直透镜200的背面形状的图。 椭圆形准直透镜200是在光源(未示出)侧具有一个焦点F2的旋转不对称的椭圆形透镜，并具有将光源发出的光调节成平行光的功能。 椭圆形准直透镜200的背面Ml (光源侧的表面)的形状被形成为，使得通过沿着包含光轴X和短轴b的平面(同样也可以是与此平面平行的平面)进行截取而出现的背面Ml的截面形状为自由曲线(从光源凹入的凹曲线)，例如二次曲线、双曲线或样条曲线。例如，背面M1的形状被形成为，使得通过沿着包含光轴X和短轴b的平面(同样也可以是与此平面平行的平面)进行截取而出现的背面Ml的截面形状为如图5所示的凹曲线bl。
此外，椭圆形准直透镜200的背面Ml的形状被形成为，使得通过沿着包含光轴X和长轴a的平面(同样也可以是与此平面平行的平面)进行截取而出现的背面Ml的截面形状为自由曲线(朝光源凸出的凸曲线)例如二次曲线、双曲线或样条曲线。也就是说，椭 圆形准直透镜200的背面Ml的形状被形成为具有沿短轴b凸出的外观的旋转不对称鞍形 面(凹面)。 由于椭圆形准直透镜200的背面Ml的形状为如上所述的沿短轴b凸出的旋转不 对称鞍形面(如图5中的凹曲线bl所示)，因此与背面Ml形成为平面、凸面等(如图5中 的直线b2、凸曲线b2所示)的情况相比，对光源(未示出)发出的光的捕捉角度增大。其 效果是提高了对光源发出的光的利用效率。 背面M1的形状如上所述地确定，然后，基于背面M1的形状通过规定的计算来确定 椭圆形准直透镜200的正面M2的形状。由于正面M2的形状是基于背面Ml的形状来确定 的，因此其为旋转不对称凸面。 接下来将描述从具有上述结构的椭圆形准直透镜200概念性地切下的扇形透镜 部分10。 如图3所示，从椭圆形准直透镜200概念性地切下的扇形透镜部分10是对应于椭 圆形准直透镜200中的圆心角2 a ( a = 180/4 = 45度)并且相对于椭圆形准直透镜200 的短轴b左右对称的透镜部分(图3中的部分A)。也就是说，概念性地切下包含光轴X并 且相对于短轴b倾斜+ a度的平面SI与包含光轴X并且相对于短轴b倾斜-a度的平面 S2之间的透镜部分(图3中的部分A)。 可以通过如图6所示地在周向上布置四个扇形透镜部分IO，来构成具有一个焦点 Fl和作为准直透镜的功能、并且在平面图上大致为四边形的灯具用投影透镜100。由于扇 形透镜部分10相对于短轴b左右对称并且椭圆形准直透镜200为旋转不对称，所以如图1、 6等所示，在灯具用投影透镜100的表面上无台阶地在某扇形透镜部分10与相邻扇形透镜 部分10之间形成公共边20。由于在公共边20处没有形成台阶，因此公共边(脊)20永远 不会影响灯具用投影透镜100的光分布特性。 由于灯具用投影透镜100的每个扇形透镜部分10都是相对于椭圆形准直透镜200 的短轴b左右对称的扇形透镜部分，因此增加椭圆形准直透镜200的扁平率使得灯具用投 影透镜100的结构在平面图上可以更像四边形。 由于扇形透镜部分10包括沿椭圆形准直透镜200的背面Ml的形状中的短轴b 凸出的鞍形面(见图3-5)，因此与背面Ml的形状形成为平面等的情况相比，对于投影透镜 100的光源(未示出)发出的光的捕捉角度增大。其效果是提高了灯具用投影透镜100对 于光源发出的光的利用效率。 如上所述，本实施方式中的灯具用投影透镜IOO被形成为如下的形状在周向上 设置有四个扇形透镜部分IO(图3中的部分A)，每个扇形透镜部分10都对应于椭圆形准 直透镜200的圆心角2 a ( a = 180/4 = 45度)并且相对于短轴b左右对称，因此，可以构 成设计新颖的灯具用投影透镜100，其在平面图上大致为四边形，并在表面上形成有公共边 20 (四条边)，而不会损害作为准直透镜的功能。
接下来将对变型例进行说明。 尽管在上述实施方式中已经对通过在周向设置四个扇形透镜部分10来构成灯具 用投影透镜100的示例进行了说明，但本发明并不限于此。例如，可以通过在周向设置N(N 为大于或等于3的整数)个扇形透镜部分10来构成灯具用投影透镜100。在这种情况下，
6从椭圆形准直透镜200概念性地切下的扇形透镜部分10是具有椭圆形准直透镜200中的 圆心角2 a ( a = 180/N, N为大于或等于3的整数)并且相对于椭圆形准直透镜200的短 轴b左右对称的扇形透镜部分。 因此，可以构成设计新颖的准直透镜，其在平面图上为N边形(例如四边形)的形 状或与N边形类似的形状，并且在表面上形成有公共边(N条边)而不会损害作为准直透镜 的功能。 在上述实施方式中，已经描述了从椭圆形准直透镜200概念性地切下的扇形透镜 部分10是相对于椭圆形准直透镜200的短轴b左右对称的透镜部分(图3中的部分A)，然 而本发明并不限于此。例如，如果光的利用效率没有问题，则从椭圆形准直透镜200概念性 地切下的扇形透镜部分10可以是相对于椭圆形准直透镜200的长轴a左右对称的透镜部 分(图3中的部分B)。 这可以构成设计新颖的灯具用投影透镜IOO，其在平面图上为N边形(例如四边
形)的形状或与N边形类似的形状，并且在表面上形成有公共边(N条边)。 在上述实施方式中已经描述了椭圆形准直透镜200的背面Ml的形状是沿短轴b
凸出的旋转不对称鞍形面(如图5中的凹曲线bl所示)，然而本发明并不限于此。例如，如
果光的利用效率没有问题，则可以采用其它的形状。 在上述实施方式中还描述了例如通过对透明或半透明材料(例如丙烯、聚碳酸酯 等)进行注射成型来一体形成灯具用投影透镜100，然而本发明并不限于此。例如，可以通 过对玻璃进行抛光等来形成灯具用投影透镜100。
实施例1 下面将说明其中将上述实施方式中的灯具用投影透镜100作为车辆前照灯的投 影透镜的实施例。 图8是应用了灯具用投影透镜100的直接投影型车辆前照灯40的透视图。图9
是从垂直于光轴(未示出)的方向观察时图8所示的车辆前照灯40的截面图。 在本示例中，直接投影型灯具指的是如下的灯具在灯具用投影透镜100的焦点
Fl处或其附近设置有光源，并且不经过反射镜地将光源的像直接投影到发光方向。 除了灯具用投影透镜100之外，车辆前照灯40还包括LED光源41、基板42、光闸
43、透镜保持件44和散热器45。 车辆前照灯40被构成为使得LED光源41如上所述地设置在灯具用投影透镜100 的焦点F1处或其附近。 LED光源41按如下方式安装在由铝或陶瓷构成的基板42上其发光面被定位为 朝向灯具用投影透镜100的方向(发光方向)。 光闸43设置在LED光源41的发光面的一侧。光闸43遮挡通过灯具用投影透镜 100而投影的光源41的像的一部分，从而形成所需的光分布图案。应当指出，如果不需要， 则不必设置光闸43。 透镜保持件44安装在基板等的光源41侧。在透镜保持件44内形成有凹部44，灯 具用投影透镜100的凸缘部30a固定地插入在凹部44中。通过将凸缘部30插入并固定到 凹部44a中，由透镜保持件44支承灯具用投影透镜100。透镜保持件44保持LED光源41 和灯具用投影透镜100之间的光学定位。
散热器45设置在基板42的背面(发光方向的相对侧)并且发散LED光源41的 热量。 通过上述结构，车辆前照灯40利用灯具用投影透镜IOO，在发光方向上投影设置 在焦点Fl处或其附近的光源41的像。这使得车辆前照灯40能够以所希望的分布图案从 光源41恰当地发光。
实施例2 尽管描述了上述车辆前照灯40作为使用灯具用投影透镜100的直接投影型灯具 的示例，但是如下所述，灯具用投影透镜100还可以用作以下的车辆前照灯50。
图10是应用了灯具用投影透镜100的另一直接投影型车辆前照灯50的截面图。
车辆前照灯50与上述车辆前照灯40的不同之处在于，在LED光源41的发光面的 相对于发光方向的前方设置有光导51。因此，本实施例中只描述不同点。由于其它结构与 上述车辆前照灯40的结构类似，因此对其指定相同的附图标记。 光导51由具有透光性的材料(例如丙烯)制成，并且使得来自LED光源41的光 线到达发光面51a。 灯具用投影透镜100的焦点Fl位于光导51的发光面51a或其附近，灯具用投影 透镜100在发光方向上投影来自LED光源41的光。 通过上述结构，车辆前照灯50利用灯具用投影透镜IOO，在发光方向上投影设置 在焦点Fl处或其附近的光源41的像。这使得车辆前照灯50能够以所希望的分布图案从 光源41恰当地发光。
实施例3 尽管实施例1、2已经描述了将灯具用投影透镜100用于直接投影型灯具的示例，
但准直透镜100也可以用于具有反射镜的投影型车辆前照灯60。 图11是应用了灯具用投影透镜100的投影型车辆前照灯60的截面图。 在本示例中，投影型灯具指的是如下的灯具在第一焦点处或其附近设置有光源，
并且经由反射面和投影透镜而在发光方向上投影光源的像。 除了灯具用投影透镜100之外，车辆前照灯60还包括LED光源61、基板62、光闸 63、透镜保持件64、散热器65和反射器67。 车辆前照灯60被构成为使得LED光源31如上所述地设置在反射器67的第一焦 点处或其附近。 LED光源61以如下方式安装在基板62上发光面对齐与车辆前照灯60的光轴平 行或成规定角度的方向，并且在与车辆前照灯60的光轴垂直或成规定角度的方向上照射 光。 反射器67被构成为椭圆形反射面，其第一焦点例如位于LED光源61的发光面或 其附近，并且将来自LED光源61的光反射到灯具用投影透镜100的焦点附近的第二焦点。
光闸63设置在灯具用投影透镜100的焦点Fl附近。光闸63遮挡通过灯具用投 影透镜IOO而投影的来自LED光源61的光束的一部分，并且形成所希望的光分布图案。应 当指出，如果不需要，则不必设置光闸63。 透镜保持件64例如安装在反射器67上。在透镜保持件64内形成有凹部64a，灯 具用投影透镜100的凸缘部30a固定地插入在凹部64a中。通过将凸缘部30插入并固定到凹部64a中，由透镜保持件64支承灯具用投影透镜100。透镜保持件64保持反射器67 和灯具用投影透镜100之间的光学定位。 通过上述结构，车辆前照灯60利用灯具用投影透镜IOO，在发光方向上投影位于 焦点Fl或其附近的光源61的像。这使得车辆前照灯60能够以所希望的光分布图案从光 源61恰当地发光。 上述实施方式仅仅是作为示例而在各个方面进行说明的。不应将本发明理解为限 于这些说明。在不偏离本发明的精神和范围的前提下，本发明可以通过其它各种形式实现。
9
权利要求
一种灯具用投影透镜，该灯具用投影透镜的特征在于被形成为如下形状其中，在周向上布置有旋转不对称的椭圆形准直透镜中的N个扇形透镜部分，各个扇形透镜部分对应于圆心角2α度并且是左右对称的，其中α＝180/N，N为大于或等于3的整数。
2. 如权利要求1所述的灯具用投影透镜，该灯具用投影透镜的特征在于，所述准直透 镜的背面的形状被形成为该背面的通过沿着包括其光轴和短轴的平面以及与该平面平行 的平面进行截取而出现的截面形状为凹曲线，并且该背面的通过沿着包括其光轴和长轴的 平面以及与该平面平行的平面进行截取而出现的截面形状为凸曲线。
3. 如权利要求2所述的灯具用投影透镜，该灯具用投影透镜的特征在于，所述左右对 称的扇形透镜部分是相对于所述准直透镜的短轴左右对称的扇形透镜部分。
4. 如权利要求2或3所述的灯具用投影透镜，该灯具用投影透镜的特征在于，所述凹曲 线和所述凸曲线为二次曲线、双曲线或样条曲线。
5. —种灯具，该灯具的特征在于，该灯具使用如权利要求1至4中的任一项所述的灯具 用投影透镜。
全文摘要
本发明实施方式的灯具用投影透镜的特征在于被形成为如下形状其中，在周向上布置有旋转不对称的椭圆形准直透镜中的N个扇形透镜部分，各个扇形透镜部分对应于圆心角2α度并且是左右对称的，其中α＝180/N，N为大于或等于3的整数。根据该实施方式的灯具用投影透镜被形成为如下形状在周向上布置有旋转不对称的椭圆形准直透镜中的N个扇形透镜部分，各个扇形透镜部分对应于圆心角2α度并且是左右对称的，其中α＝180/N，N为大于或等于3的整数。因此，可以构成设计新颖的灯具用投影透镜，其在平面图上为例如四边形的N边形的形状或与N边形类似的形状，并且在表面上形成有公共边即N条边，而不损害作为准直透镜的功能。
文档编号F21Y101/02GK101779075SQ20088010239
公开日2010年7月14日 申请日期2008年7月28日 优先权日2007年8月8日
发明者大和田竜太郎, 谷田安 申请人:斯坦雷电气株式会社